JP2006511762A - Unidirectional microball valve for microfluidic devices - Google Patents

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デービッド エム． コックス，
マイケル ピー． ハーロルド，
デニス イー． ミード，
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アプレラ コーポレイション
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Abstract

マイクロボールバルブを含む微小流体デバイスが提供される。このマイクロボールバルブは、微小流体デバイスを通じて流れる流体を防ぐか、または中断し得る。この微小流体デバイスは、基板層、およびこのマイクロボールバルブを含む微小流体経路を含み得る。この微小流体デバイスを用いて流体を操作するための方法が提供される。本発明は、一方向性マイクロボールバルブを含む微小流体デバイスが提供する。この一方向性マイクロボールバルブは、微小流体デバイスの通路内に位置され得、そして微小流体デバイス中またはその上に形成される微小流体特徴間の流体流れを制御し得る。A microfluidic device including a microball valve is provided. This microball valve may prevent or interrupt fluid flowing through the microfluidic device. The microfluidic device can include a substrate layer and a microfluidic pathway that includes the microball valve. A method for manipulating fluid using the microfluidic device is provided. The present invention provides a microfluidic device including a unidirectional microball valve. The unidirectional microball valve can be located within the passage of the microfluidic device and can control fluid flow between microfluidic features formed in or on the microfluidic device.

Description

（関連出願への相互参照）
本出願は、先に出願された米国特許出願番号第１０／４０３，６４０号 同ＢＳ １０／４０３，６５２号（両者とも２００３年３月３１日に出願）；２００３年４月１４日に出願された米国特許出願第１０／４１４，１７９号；２００３年４月３０日に出願された米国特許出願第１０／４２６，５８７号；および米国仮特許出願第６０／３９８，７７７号、同第６０／３９８，７７８号、同第６０／３９８，８５２号、および同第６０／３９８，９４６号（すべては２００２年７月２６日に出願）から利益を受ける優先権を主張している。本明細書で相互参照されたすべての出願は、それらの全体が参考として本明細書中に援用される。 (Cross-reference to related applications)
This application is a previously filed US patent application Ser. No. 10 / 403,640, BS 10 / 403,652 (both filed on Mar. 31, 2003); filed on Apr. 14, 2003. U.S. Patent Application No. 10 / 414,179; U.S. Patent Application No. 10 / 426,587 filed April 30, 2003; and U.S. Provisional Patent Application Nos. 60 / 398,777, 60 / Claims priority from 398,778, 60 / 398,852, and 60 / 398,946 (all filed July 26, 2002). All applications cross-referenced herein are hereby incorporated by reference in their entirety.

（分野）
本教示は、微小流体デバイス、およびこのようなデバイスを用いるための方法に関する。より詳細には、本教示は、微小流体デバイス中のマイクロサイズの量の流体の操作および処理を可能にするデバイスおよび方法に関する。 (Field)
The present teachings relate to microfluidic devices and methods for using such devices. More particularly, the present teachings relate to devices and methods that allow for the manipulation and processing of micro-sized amounts of fluid in a microfluidic device.

（背景）
微小流体デバイスは、マイクロサイズ流体サンプルを操作するために有用である。微小流体デバイスにおいて、その中のマイクロサイズの流体サンプルを効率的に処理する、迅速、簡単、信頼性のある、かつコスト有効的な流体操作の制御を達成するためのデバイスおよび方法に対する必要性が存在し続けている。 (background)
Microfluidic devices are useful for manipulating microsize fluid samples. There is a need for devices and methods for achieving rapid, simple, reliable, and cost effective control of fluid operations in microfluidic devices that efficiently process micro-sized fluid samples therein. It continues to exist.

（要約）
種々の実施形態によれば、一方向性マイクロボールバルブを含む微小流体デバイスが提供される。この一方向性マイクロボールバルブは、微小流体デバイスの通路内に位置され得、そして微小流体デバイス中またはその上に形成される微小流体特徴間の流体流れを制御し得る。 (wrap up)
According to various embodiments, a microfluidic device including a unidirectional microball valve is provided. The unidirectional microball valve can be located within the passage of the microfluidic device and can control fluid flow between microfluidic features formed in or on the microfluidic device.

種々の実施形態によれば、このマイクロボールバルブは、対応するバルブシートの内部周縁特徴と対合する外側周縁特徴を含む少なくとも１つのボール要素を含み得る。このバルブシートは、通路の入口開口と出口開口との間に位置し得、そして通路の一部分によって規定され得る。あるいは、マイクロボールバルブおよびシートアセンブリは、基板中に形成される貫通孔中に配置され得る。   According to various embodiments, the microball valve may include at least one ball element that includes an outer peripheral feature that mates with an inner peripheral feature of a corresponding valve seat. The valve seat may be located between the inlet and outlet openings of the passage and may be defined by a portion of the passage. Alternatively, the microball valve and seat assembly can be placed in a through hole formed in the substrate.

種々の実施形態によれば、この微小流体デバイスは、その中に形成された経路を含む基板を含み得る。この経路は、一方向性マイクロボールバルブによって分離された入口開口および出口開口をもつ通路を含み得る。この通路は、微小流体デバイスの２つの、隣接するが分離されている微小流体特徴間に、かつそれらと流体連絡して位置決めされ得る。貫通通路は、入口開口と出口開口との間で外側方向にテーパー状であり得る。この入口開口は、第１の最小寸法を有し得、そして出口開口は、上記第１の最小寸法より大きい第２の最小寸法を有し得る。これらの最小寸法は直径であり得る。   According to various embodiments, the microfluidic device can include a substrate that includes a pathway formed therein. This path may include a passage having an inlet opening and an outlet opening separated by a unidirectional microball valve. This passage may be positioned between and in fluid communication with two adjacent but separate microfluidic features of the microfluidic device. The through passage may be tapered outwardly between the inlet opening and the outlet opening. The inlet opening may have a first minimum dimension and the outlet opening may have a second minimum dimension that is greater than the first minimum dimension. These minimum dimensions can be diameters.

操作の間の種々の実施形態によれば、上記ボールバルブ要素は、上記通路の入口開口から出口開口への方向に流れる流体の力によりバルブシートから着座を解かれ得る。このボールバルブ要素は、ボール要素の下流に配置された流体によって引き起こされる背圧または逆流体流れ、および上記入口開口から出口開口に向かう方向の流れによって上記バルブシートに対して強制的に着座され得る。   According to various embodiments during operation, the ball valve element can be unseatted from the valve seat by the force of fluid flowing in the direction from the inlet opening to the outlet opening of the passage. The ball valve element may be forcibly seated against the valve seat by back pressure or reverse fluid flow caused by fluid disposed downstream of the ball element and flow in a direction from the inlet opening to the outlet opening. .

種々の実施形態によれば、一方向性マイクロボールバルブを利用することにより、微小流体デバイスを通る流体連絡を中断するための方法が提供される。この方法は、マイクロボールの着座を解き、そして入口開口から出口開口への方向に流れるように流体を操作する工程を包含する。マイクロボール要素は、次に、を出口開口から入口開口に向かう方向の流体流れを少なくとも部分的に防ぐか、または中断するために、上記バルブシートに対して着座されるようにされ得る。この方法は、上記バルブシートに対してマイクロボールの着座および／または着座を解く複数の操作を含み得る。   According to various embodiments, a method is provided for interrupting fluid communication through a microfluidic device by utilizing a unidirectional microball valve. The method includes the steps of unsealing the microball and manipulating the fluid to flow in the direction from the inlet opening to the outlet opening. The microball element can then be seated against the valve seat to at least partially prevent or interrupt fluid flow in the direction from the outlet opening to the inlet opening. The method may include a plurality of operations to unseat and / or unseat the microball with respect to the valve seat.

本教示は、添付の図面の図およびその説明を参照してより詳細に理解され得る。当業者によって認識され得る改変は、本教示の一部の一部であって、かつ添付の請求項の範囲内と考えられる。   The present teachings may be understood in more detail with reference to the accompanying drawing figures and description thereof. Modifications that may be recognized by one skilled in the art are considered to be part of the present teachings and are within the scope of the appended claims.

（種々の実施形態の説明）
種々の実施形態によれば、一方向性マイクロボールバルブを含む微小流体デバイスが提供される。一方向性マイクロボールバルブは、微小流体デバイスの通路内に位置し得、そして、この微小流体デバイス中またはその上に形成される微小流体特徴間の流体流れを制御し得る。このマイクロボールバルブは、微小流体デバイス中およびそれを通る流体運動を操作するために用いられ得る。本明細書に記載されるマイクロボールバルブ微小流体デバイス中で実施され得る流体を操作する方法は、図１を参照して例示される。 (Description of various embodiments)
According to various embodiments, a microfluidic device including a unidirectional microball valve is provided. A unidirectional microball valve may be located within the passage of the microfluidic device and may control fluid flow between microfluidic features formed in or on the microfluidic device. The microball valve can be used to manipulate fluid motion in and through the microfluidic device. A method of manipulating fluid that can be implemented in the microball valve microfluidic device described herein is illustrated with reference to FIG.

図１は、外部バルブ開放デバイス９により開放されるプロセスにおける、微小流体デバイス１０中のバルブ１１の斜視図である。この外部バルブ開放デバイス９は、２つのサンプルウェルの間、例えば、サンプルウェル１４ａ、１４ｂの間に位置する領域中の微小流体デバイスのカバー２０と接触させられ得る開放ブレード１２を含む。このカバー２０は、例えば、弾性的に変形可能な材料を含み得る。この開放ブレード２０は、カバー２０中に押され得、そして微小流体デバイスの基板１８を形成する変形可能材料の一部分を変形し得る。変形される基板１８の部分は、カバー２０の下に位置決めされ、そして２つの隣接するサンプルウェル１４ａ、１４ｂ間に位置する。   FIG. 1 is a perspective view of a valve 11 in a microfluidic device 10 in the process of being opened by an external valve opening device 9. This external valve opening device 9 includes an opening blade 12 that can be brought into contact with the cover 20 of the microfluidic device in the region located between the two sample wells, for example between the sample wells 14a, 14b. The cover 20 can include, for example, an elastically deformable material. The open blade 20 can be pushed into the cover 20 and can deform a portion of the deformable material that forms the substrate 18 of the microfluidic device. The portion of the substrate 18 to be deformed is positioned under the cover 20 and located between two adjacent sample wells 14a, 14b.

開放ブレード１２が、基板の変形可能な部分との接触およびその変形の後、微小流体デバイス１０から引かれるとき、カバー２０は、少なくとも部分的にその初期形状に変形して戻り、それによって、カバー２０および基板１８の変形された材料によって規定される少なくとも部分的に規定されるチャネル（図示せず）を生成する。その結果、２つのサンプルウェル１４ａ、１４ｂは、互いに流体連絡して配置され得る。流体サンプルが、半径方向に内側に配列されたサンプルウェル１４ａ中に位置された後、微小流体デバイスは、流体サンプルを半径方向の外側に配列されたサンプルウェル１４ｂ中に求心的に押すために回転され得、１つ以上の閉鎖ブレードを用いて基板１８の変形可能な材料を操作し得、２つのサンプルウェル１４ａ、１４ｂ間の流体連絡を中断するバリア壁を形成する。この半径方向に配列された外側壁１４ｂ中の流体サンプルは、次に、半径方向内側に配列されたサンプルウェル１４ａ中に所望されずに流れて戻ることなく処理され得る。これらの方法を含む種々の実施形態に従って採用され得るバルブ操作を含む流体操作の方法に関するより多くの詳細は、２００２年７月２６日に出願された米国仮特許出願第６０／３９８，８５１号、２００２年７月３０日に出願された同第６０／３９９，５４８号、および３つのすべてが２００３年１月３日に出願された米国特許出願第１０／３３６，２７４号、同第１０／３３６，７０６号、同第１０／３３６，３３０号中に記載されている。こられの仮特許出願および仮でない特許出願のすべては、それらの全体が参考として本明細書中に援用されている。   When the open blade 12 is pulled from the microfluidic device 10 after contact with the deformable portion of the substrate and its deformation, the cover 20 is at least partially deformed back to its initial shape, thereby providing a cover. 20 and at least partially defined channels (not shown) defined by the deformed material of the substrate 18. As a result, the two sample wells 14a, 14b can be placed in fluid communication with each other. After the fluid sample is positioned in the sample well 14a arranged radially inward, the microfluidic device rotates to push the fluid sample centripetally into the sample well 14b arranged radially outward. One or more closure blades can be used to manipulate the deformable material of the substrate 18 to form a barrier wall that interrupts fluid communication between the two sample wells 14a, 14b. The fluid sample in this radially arranged outer wall 14b can then be processed without undesirably flowing back into the sample well 14a arranged radially inward. For more details regarding fluid handling methods including valve actuation that may be employed in accordance with various embodiments including these methods, see US Provisional Patent Application No. 60 / 398,851, filed July 26, 2002, No. 60 / 399,548, filed Jul. 30, 2002, and U.S. Patent Application Nos. 10 / 336,274, all three filed Jan. 3, 2003, No. 10/336. No. 706, No. 10 / 336,330. All of these provisional and non-provisional patent applications are hereby incorporated by reference in their entirety.

種々の実施形態によれば、本明細書に記載のような一方向性マイクロボールバルブは、図１を参照して上記に記載される変形可能なバルブに代わって、またはそれに加えて、微小流体デバイス経路中で用いられ得る。種々の実施形態による一方向性マイクロボールバルブを含む例示の微小流体デバイスは、図２〜５に示されている。   According to various embodiments, a unidirectional microball valve as described herein is a microfluidic alternative to or in addition to the deformable valve described above with reference to FIG. Can be used in the device path. Exemplary microfluidic devices including unidirectional microball valves according to various embodiments are illustrated in FIGS.

図２は、その中に組み込まれた少なくとも１つの一方向性マイクロボールバルブを含み得る、種々の実施形態による例示の微小流体デバイス１００の平面図である。この微小流体デバイス１００は、流体サンプルを個々のディストリビューター１０６、１０８を分配する２つの入力ポート１０２、１０４を有し得る。各流れディストリビューター１０６、１０８は、複数の別個のサンプル処理経路と流体連絡し得るか、それとバルブで連絡されるように設計され得る。サンプル処理経路は、各々が、流体サンプル入力の個々の部分を、この部分が、個々の流れディストリビューター１０６、１０８からこれら経路中に逐次的に移動されるときに処理し得る。各経路は、一連のウェル、チャンバー、チャネル、バイア、バルブ、精製カラムなど、および個々のセットの出力チャンバー１３８、１４０を含み得る。微小流体デバイス１００のサンプル処理経路を通るサンプルまたは流体流れの方向は、一般に、図２中で矢印１３６によって示される。   FIG. 2 is a plan view of an exemplary microfluidic device 100 according to various embodiments that may include at least one unidirectional microball valve incorporated therein. The microfluidic device 100 may have two input ports 102, 104 that distribute the fluid sample to individual distributors 106, 108. Each flow distributor 106, 108 may be in fluid communication with a plurality of separate sample processing paths or may be designed to be in valve communication therewith. Each sample processing path may process an individual portion of the fluid sample input as it is sequentially moved into the path from the individual flow distributors 106, 108. Each path may include a series of wells, chambers, channels, vias, valves, purification columns, etc., and individual sets of output chambers 138, 140. The direction of sample or fluid flow through the sample processing path of microfluidic device 100 is generally indicated by arrow 136 in FIG.

図３は、図２に示される微小流体デバイス１００のサンプル処理経路の一部分の側面断面図である。図３に示される断面は、図２に示される微小流体デバイス１００の例示の部分および経路に沿ってとられている。種々の実施形態によれば、微小流体デバイス１００は、例えば、第１の表面１２２を有する層１１６の形態にある基板を含み得る。カバー１１２は、接着剤、熱結合による、クランプ、ファスナーなどにより基板１１６の第１の表面１２２に付着され得る。例えば、図３は、カバー１１２を基板１１６の第１の表面１２２に付着するための接着層１１４の使用を示す。さらに、種々の実施形態によれば、微小流体デバイス１００は、接着剤、熱結合、クランプ、ファスナーなどにより基板１１６の第２または底表面１２４に付着され得る第２または底カバー１１８を含み得る。例えば、図３は、第２のカバー１１８を第２または底表面１２４基板１１６に付着するための接着層１２０の使用を示す。カバー１１２、１１８のいずれか、または両方は、剛直性材料から作製され得るか、または、例えば、ポリオレフィンポリマーもしくはゴムのような可撓性材料から作製され得る。このカバーは、弾性的に変形可能であり、かつ非脆性であり得る。   FIG. 3 is a side cross-sectional view of a portion of the sample processing path of the microfluidic device 100 shown in FIG. The cross section shown in FIG. 3 is taken along an exemplary portion and path of the microfluidic device 100 shown in FIG. According to various embodiments, the microfluidic device 100 can include a substrate, for example, in the form of a layer 116 having a first surface 122. The cover 112 may be attached to the first surface 122 of the substrate 116 by adhesive, thermal bonding, clamps, fasteners, or the like. For example, FIG. 3 illustrates the use of the adhesive layer 114 to attach the cover 112 to the first surface 122 of the substrate 116. Further, according to various embodiments, the microfluidic device 100 can include a second or bottom cover 118 that can be attached to the second or bottom surface 124 of the substrate 116 by adhesives, thermal bonding, clamps, fasteners, and the like. For example, FIG. 3 illustrates the use of the adhesive layer 120 to attach the second cover 118 to the second or bottom surface 124 substrate 116. Either or both of the covers 112, 118 can be made from a rigid material or can be made from a flexible material such as, for example, a polyolefin polymer or rubber. The cover can be elastically deformable and non-brittle.

基板１１６は、ポリカーボネートのような非脆性材料の単一層、またはＴｉｃｏｎａ（Ｃｅｌａｎｅｓｅ ＡＧ）、Ｓｕｍｍｉｔ、Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ、ＵＳＡから入手可能なプラスチック環状オレフィンコポリマー材料であるＴＯＰＡＺから作製される単一層として形成され得る。   The substrate 116 may be formed as a single layer of a non-brittle material such as polycarbonate, or a single layer made from TOPAZ, a plastic cycloolefin copolymer material available from Ticona (Celanese AG), Summit, New Jersey, USA. .

サンプル処理経路の部分を形成する、種々のウェル、チャンバー、チャネル、バイア、経路、分割器、バルブ、およびその他の微小流体特徴は、基板１１６の第１および第２の表面１２２、１２４中、および／または微小流体デバイス１００の基板１１６の本体内に形成され得る。このような特徴を製造する方法は、例えば、リソグラフィー、立体リソグラフィー、機械加工、エッチング、マスキング、堆積などの技法を用いることを含み得る。   Various wells, chambers, channels, vias, paths, dividers, valves, and other microfluidic features that form part of the sample processing path are in the first and second surfaces 122, 124 of the substrate 116, and / Or can be formed in the body of the substrate 116 of the microfluidic device 100. Methods for producing such features can include, for example, using techniques such as lithography, stereolithography, machining, etching, masking, deposition, and the like.

図２は、９６の出力チャンバー１４４を含む例示の微小流体デバイス１００を示す。その他の微小流体デバイスには、例えば、１９２または３８４の出力チャンバーが提供され得る。図２に示される例示の微小流体デバイスは、２４の個々の分離処理経路の導入で、２４の平行分岐チャネルと連絡する個々の流体連絡にある１つ以上の流れディストリビューター１０６、１０８を含み得る。各サンプル処理経路は、本明細書に記載される種々の実施形態のいずれかによる１つ以上のマイクロボールバルブに加え、１つ以上の以下の特徴を含み得る：ＰＣＲチャンバー、ＰＣＲ精製チャンバー、流れ制限器、流れ分割器、順方向配列決定チャンバー、逆方向配列決定チャンバー、順方向配列決定産物精製チャンバー、逆方向配列決定産物精製チャンバー、精製順方向配列決定産物出力チャンバー、精製逆方向配列決定産物出力チャンバー、およびそれらの組み合わせ。   FIG. 2 shows an exemplary microfluidic device 100 that includes 96 output chambers 144. Other microfluidic devices can be provided with, for example, 192 or 384 output chambers. The exemplary microfluidic device shown in FIG. 2 may include one or more flow distributors 106, 108 in individual fluid communication with 24 parallel branch channels with the introduction of 24 individual separation processing paths. . Each sample processing path may include one or more of the following features in addition to one or more microball valves according to any of the various embodiments described herein: PCR chamber, PCR purification chamber, flow Restrictor, flow divider, forward sequencing chamber, reverse sequencing chamber, forward sequencing product purification chamber, reverse sequencing product purification chamber, purification forward sequencing product output chamber, purification reverse sequencing product Output chamber, and combinations thereof.

バイア、カラム、チャネル、分割器、垂直流れスプリッターなどを用いて、微小流体デバイス１００の基板１１６中またはその上に形成された微小流体特徴間の流体連絡を容易にし得る。例えば、図３、４、および５に最も良く示されるように、チャネル１２８、１３０、チャンバー１３２、および貫通孔１８４は、流れディストリビューター１０６、１０８（図３、４、および５では示されず）と、反応チャンバー１２６のような微小流体特徴との間の流体連絡を容易にし得る。   Vias, columns, channels, dividers, vertical flow splitters, etc. may be used to facilitate fluid communication between microfluidic features formed in or on the substrate 116 of the microfluidic device 100. For example, as best shown in FIGS. 3, 4, and 5, channels 128, 130, chamber 132, and through-hole 184 are connected to flow distributors 106, 108 (not shown in FIGS. 3, 4, and 5). , Fluid communication between microfluidic features such as reaction chamber 126 may be facilitated.

微小流体デバイスのコンポーネントの種々の構造的性質および特徴、例えば、基板、カバー、カバー層、接着層、入力ポート、出力チャンバー、経路、バルブ、ウェル、チャンバー、バイア、バルブ、試薬、流れ制限器、精製カラムなどは、例えば、２００２年７月２６日に出願された米国仮出願第６０／３９８，８５１号中、２００３年１月３日に出願された米国出願第１０／３３６，３３０号中、および２００３年１月３日に出願された米国出願第１０／３３６，２７４号中に記載のものであり得、これら３つすべては、それらの全体が参考として本明細書中に援用されている。   Various structural properties and characteristics of the components of the microfluidic device, such as substrates, covers, cover layers, adhesive layers, input ports, output chambers, pathways, valves, wells, chambers, vias, valves, reagents, flow restrictors, The purification column is, for example, in US Provisional Application No. 60 / 398,851 filed on July 26, 2002, or in US Application No. 10 / 336,330 filed on January 3, 2003, And may be those described in US application Ser. No. 10 / 336,274, filed Jan. 3, 2003, all three of which are incorporated herein by reference in their entirety. .

図３〜５は、種々の実施形態による微小流体デバイス１００を通る流体流れを制御するための一方向性マイクロボールバルブ１８０の側面図を、連続操作段階で示す。図３に示されるように、このマイクロボールバルブ１８０は、任意のチャネル、バイア、ダクト、通路、孔、凹部、または特徴が用いられ得るが、通路のために、基板１１６中に一体に形成されるテーパー状の貫通孔１８４を含み得る。このテーパー状の貫通孔１８４は、その内側表面がほぼ円錐形の通路１９０を規定するように、ほぼ円錐形であり得る。このテーパー状の貫通孔１８４は、入口開口１９２から出口開口１９４まで基板１１６内で長軸方向に延び得る。このテーパー状の貫通孔１８４の長軸方向の軸１９６は、基板１１６の第１の表面１２２および第２の表面１２４のいずれか、または両方に実質的に垂直に延びる。種々の実施形態によれば、このテーパー状の貫通孔１８４の長軸方向の軸１９６は、基板１１６の第１の表面１２２および第２の表面１２４のいずれか、または両方に対して角度をなし得る。   3-5 illustrate side views of a unidirectional microball valve 180 for controlling fluid flow through the microfluidic device 100 according to various embodiments, in sequential operation stages. As shown in FIG. 3, the microball valve 180 may be any channel, via, duct, passage, hole, recess, or feature that is integrally formed in the substrate 116 for passage. Tapered through-holes 184 may be included. The tapered through-hole 184 can be generally conical so that its inner surface defines a generally conical passage 190. The tapered through-hole 184 can extend in the major axis direction in the substrate 116 from the inlet opening 192 to the outlet opening 194. The major axis 196 of the tapered through-hole 184 extends substantially perpendicular to either or both of the first surface 122 and the second surface 124 of the substrate 116. According to various embodiments, the longitudinal axis 196 of the tapered through-hole 184 is angled with respect to either or both of the first surface 122 and the second surface 124 of the substrate 116. obtain.

このテーパー状の貫通孔１８４の入口開口１９２は、例えば、第１の直径である第１の最小寸法を有し得、そしてこのテーパー状の貫通孔１８４の出口開口１９４は、例えば、第１の最小寸法より大きい、第２の直径である第２の最小寸法を有し得る。このテーパー状の貫通孔１８４は、入口開口１９２から出口開口１９４に向かう方向に実質的に連続して外側方向にテーパー状であり得る。種々の実施形態によれば、このテーパー状の貫通孔１８４は、基板１８と同じ材料から形成される内側側壁を含み得るか、または基板１１６中、その上、またはその中およびその上の両方に挿入されるスリーブの形態であり得る。このテーパー状の貫通孔は、ボール要素１８８のためのバルブシートまたはバルブシート表面を提供し得る。   The inlet opening 192 of the tapered through-hole 184 can have a first minimum dimension that is, for example, a first diameter, and the outlet opening 194 of the tapered through-hole 184 can be, for example, a first It may have a second minimum dimension that is a second diameter that is greater than the minimum dimension. The tapered through hole 184 may be tapered outward in a substantially continuous manner in a direction from the inlet opening 192 toward the outlet opening 194. According to various embodiments, the tapered through-hole 184 may include an inner sidewall formed from the same material as the substrate 18, or in the substrate 116, on it, or both in and on it. It can be in the form of an inserted sleeve. This tapered through-hole may provide a valve seat or valve seat surface for the ball element 188.

種々の実施形態によれば、このマイクロボールバルブ１８０のテーパー状の貫通孔１８４のいずれかまたは両端部は、例えば、マイクロボールバルブの上流および／または下流の種々の微小流体特徴と流体連絡して存在し得る。例えば、図３、４、および５に示されるように、このテーパー状の貫通孔１８４は、チャネル１２８、１３０と流体連絡して存在し得、そして反応チャンバー１２６は、このテーパー状の貫通孔１８４と下流流体連絡して存在し得る。あるいは、その他の微小流体特徴（例えば、配列決定チャンバー）は、このテーパー状の貫通孔１８４と下流流体連絡して存在し得る。   According to various embodiments, either or both ends of the tapered through-hole 184 of the microball valve 180 are in fluid communication with various microfluidic features upstream and / or downstream of the microball valve, for example. Can exist. For example, as shown in FIGS. 3, 4, and 5, the tapered through-hole 184 can exist in fluid communication with the channels 128, 130 and the reaction chamber 126 can be connected to the tapered through-hole 184. And in downstream fluid communication. Alternatively, other microfluidic features (eg, sequencing chambers) may be present in downstream fluid communication with this tapered through-hole 184.

種々の実施形態によれば、ボール要素１８８は、このテーパー状の貫通孔１８４中にスライド可能に配置され得る。種々の実施形態によれば、このボール要素１８８はボールであり得、そして実質的に球形形状を有し得る。このボール要素１８８は、基板１１６と同じ材料から形成され得るか、および／またはテーパー状の貫通孔１８４の内側側壁を構成するのと同じ材料から形成され得る。このボール要素１８８は、金属製、プラスチック、ポリマー、エラストマー、またはそれらの組み合わせであり得る。例えば、このボール要素１８８は、ポリカーボネートのような相対的に柔軟なプラスチックから作製され得る。   According to various embodiments, the ball element 188 can be slidably disposed within the tapered through-hole 184. According to various embodiments, the ball element 188 can be a ball and can have a substantially spherical shape. The ball element 188 can be formed from the same material as the substrate 116 and / or can be formed from the same material that constitutes the inner sidewall of the tapered through-hole 184. The ball element 188 can be metallic, plastic, polymer, elastomer, or a combination thereof. For example, the ball element 188 can be made from a relatively soft plastic such as polycarbonate.

このボール要素１８８は、形状が、球形、楕円形、卵形、矩形体、円筒形、円錐形、立方体などであり得る。上記バルブシートは、このボール要素１８８の形状を収容し、そしてそれと対合する、対応周縁またはシール表面を有し得る。   The ball element 188 can be spherical, elliptical, oval, rectangular, cylindrical, conical, cubic, etc. in shape. The valve seat may have a corresponding peripheral or sealing surface that accommodates and mates with the shape of the ball element 188.

ボール要素１８８は、図５に示されるように、このテーパー状の貫通孔１８４内を自由にスライドするような、かつバルブシート１９８を提供するテーパー状の貫通孔１８４の内側側壁の一部分に対してシールされるとき、出口開口１９４から入口開口１９２を実質的に密封するような寸法であり得る。このバルブシート１９８は、テーパー状の貫通孔１８４の一部によって規定され得、そして実施的に円形の形状を有する表面を有し得る。   The ball element 188 is free to slide within the tapered through-hole 184 as shown in FIG. 5 and against a portion of the inner sidewall of the tapered through-hole 184 that provides the valve seat 198. It can be dimensioned to substantially seal the inlet opening 192 from the outlet opening 194 when sealed. The valve seat 198 may be defined by a portion of the tapered through-hole 184 and may have a surface that has a substantially circular shape.

一方向性マイクロボールバルブ１００の貫流操作は、図４を参照してさらに示される。流体サンプルが、微小流体デバイス１００の特徴を通って、例えば、チャネル１２８を通って、入口開口１９２に向かう方向に、かつそれを通じて移動するよう押されるとき、流れるサンプルによって奏される力は、ボール要素１８８をバルブシート１９８からの着座を解かせ、そしてそれ故、例えば、テーパー状の貫通孔の中央部分中に保留されるようにし得る。例えば、求心力を用いて、流体サンプルを、微小流体デバイス１００を通じて移動させ得る。求心力は、例えば、この微小流体デバイスを、回転プラテンに固定すること、およびこのプラテンを回転することにより付与し得、それによってこの流体サンプルを、ほぼ半径方向の外側方向に移動させ得る求心力を生成する。図４中の矢印２００は、ほぼ半径方向の外側方向に微小流体デバイス１００を通る妨げられない流れの方向を示す。   The flow-through operation of the unidirectional microball valve 100 is further illustrated with reference to FIG. When the fluid sample is pushed to move through the features of the microfluidic device 100, eg, through the channel 128, in the direction toward and through the inlet opening 192, the force exerted by the flowing sample is the ball The element 188 can be unseatted from the valve seat 198 and thus retained, for example, in the central portion of the tapered through hole. For example, centripetal force can be used to move a fluid sample through the microfluidic device 100. Centripetal force can be applied, for example, by securing the microfluidic device to a rotating platen and rotating the platen, thereby generating a centripetal force that can move the fluid sample in a generally radially outward direction. To do. The arrows 200 in FIG. 4 indicate the direction of unimpeded flow through the microfluidic device 100 in a generally radial outward direction.

図４に示されるように、ボール要素１８８が、ボール要素１８８と接触する流体サンプルの流れによりバルブシート１９８からの着座を解かれるとき、この流体サンプルは、着座を解かれたボール要素１８８の周りで、かつそれを超えて流れ得る。この流体サンプルは、テーパー状の貫通孔１８４を通って、出口開口１９４に向かう方向で、かつそれを通って進行し得る。この流体サンプルに付与される力の量および持続時間に依存して、例えば、回転するプラテンの回転の速度および持続時間に依存して、流体サンプルは押されて、出口開口１９４の下流に位置する１つまたはいくつかのさらなる微小流体特徴を通じて移動し得る。例えば、図４中の非標識矢印は、出口開口１９４を通るチャンバー１３２中への、次の処理のためのチャネル１３０を通る反応チャンバー１２６中への、流体サンプル流れ進路を示す。この反応チャンバー１２６は、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チャンバーとして利用され得る。図４および５において、流体サンプルは、それが反応チャンバー１２６中に送達されている位置である１３４で示される。   As shown in FIG. 4, when the ball element 188 is unseated from the valve seat 198 by the flow of fluid sample in contact with the ball element 188, the fluid sample passes around the unseated ball element 188. And flow beyond it. The fluid sample may travel through and through the tapered through-hole 184 in a direction toward the outlet opening 194. Depending on the amount and duration of force applied to the fluid sample, for example, depending on the speed and duration of rotation of the rotating platen, the fluid sample is pushed and located downstream of the outlet opening 194. It can travel through one or several additional microfluidic features. For example, the unlabeled arrow in FIG. 4 shows the fluid sample flow path into the chamber 132 through the outlet opening 194 and into the reaction chamber 126 through the channel 130 for subsequent processing. This reaction chamber 126 can be utilized, for example, as a polymerase chain reaction (PCR) chamber. 4 and 5, the fluid sample is shown at 134, where it is being delivered into the reaction chamber 126.

図５に示されるように、すべての流体サンプルが、ボールバルブ要素１８８を超えて移動した後、および／または、一旦、流体サンプルによりボール要素１８８に対して付与される力が、ボール要素１８８の着座を解くために必要な力より小さくなると、微小流体デバイスが図３〜５に示されるように位置される場合、重力の力が、ボール要素１８８をバルブシート１９８に対して自動的に再着座させ得る。このような自動的再着座に際し、ボール要素１８８は、貫通孔１８４の入口開口１９２と出口開口１９４との間の流体連絡を防ぐか、中断するか、または制限し得る。   As shown in FIG. 5, after all the fluid sample has moved beyond the ball valve element 188 and / or once the force applied by the fluid sample to the ball element 188 is When less than the force required to unseat, the force of gravity automatically re-seats ball element 188 against valve seat 198 when the microfluidic device is positioned as shown in FIGS. Can be. During such automatic re-seat, the ball element 188 may prevent, interrupt or limit fluid communication between the inlet opening 192 and the outlet opening 194 of the through-hole 184.

重力の力に加え、マイクロボールバルブ１８０の近傍における、熱の付与によるような温度の上昇は、ボール要素１８８を、バルブシート１９８に対してよりしっかりと着座させ得る。例えば、流体サンプルが、反応チャンバー１２６中に押された後、流体サンプルは、ＰＣＲを引き起こすために熱的にサイクルされ得る。熱サイクリングの結果として、背圧が、反応チャンバー１２６中の加熱された流体サンプルによって生成され得、それによってボール要素１８８をバルブシート１９８に対してよりしっかりと着座させる。図５における矢印２１２は、ボール要素１８８に付与される背圧を描写している。微小流体デバイスまたは１つ以上のそのカバー、例えば、カバー１１２と接触するよう、およびマイクロボールバルブ１８０の近傍の領域に熱を付与するよう配列され得るデバイスは、図５中２１０において概略的に示される。   In addition to the force of gravity, an increase in temperature in the vicinity of the microball valve 180, such as by application of heat, can cause the ball element 188 to seat more securely against the valve seat 198. For example, after a fluid sample has been pushed into the reaction chamber 126, the fluid sample can be thermally cycled to cause PCR. As a result of thermal cycling, back pressure can be generated by the heated fluid sample in reaction chamber 126, thereby causing ball element 188 to seat more securely against valve seat 198. An arrow 212 in FIG. 5 depicts the back pressure applied to the ball element 188. A microfluidic device or one or more of its covers, eg, a device that can be arranged to contact the cover 112 and to apply heat to a region near the microball valve 180, is shown schematically at 210 in FIG. It is.

図５は、流体サンプルが一方向性マイクロボールバルブ１８０を通って押され、そして微小流体特徴１２６、すなわち、反応チャンバー中に堆積された後の流体サンプルを示す。この反応チャンバー１２６には、反応チャンバー１２６を少なくともテーパー状の貫通孔１８４から分離するリッジ２０４が提供され得る。このリッジ２０４は、一旦この流体サンプルが、反応チャンバー１２６のような特定の微小流体特徴に到達したなら、流体サンプルが、例えば、テーパー状の貫通孔１８４中に戻って流れることを防ぐように作動し得る。さらに、このリッジ２０４は、ボール要素１８８が、反応チャンバー１２６のような次の微小流体特徴中に所望されずに移動し、それ故、永久的に着座しないことを防ぎ得る。このリッジ２０４は障壁であり得る。このリッジ２０４は、テーパー状の貫通孔１８４にあるボール要素１８８を少なくとも部分的に捕捉し得る。   FIG. 5 shows the fluid sample after it has been pushed through the unidirectional microball valve 180 and deposited in the microfluidic feature 126, ie, the reaction chamber. The reaction chamber 126 may be provided with a ridge 204 that separates the reaction chamber 126 from at least the tapered through-hole 184. The ridge 204 operates to prevent the fluid sample from flowing back into, for example, the tapered through-hole 184 once the fluid sample has reached a particular microfluidic feature, such as the reaction chamber 126. Can do. In addition, this ridge 204 may prevent the ball element 188 from moving undesirably into the next microfluidic feature, such as the reaction chamber 126, and therefore not permanently seated. This ridge 204 can be a barrier. The ridge 204 can at least partially capture the ball element 188 in the tapered through hole 184.

種々の実施形態によれば、この一方向性マイクロボールバルブ１８０は、必要ないかなる外部作動機構もなくして、微小流体デバイス１００中の流体連絡を自動的に開放および閉鎖し得る。さらに、この微小流体デバイス１００を、外部から打つか、または操作する必要性は、一方向性マイクロボールバルブ１８０の使用により未然に防がれ得るので、カバー１１２、１１８と、基板１１６との間のより良好な密封性質が達成され得る。適正な密封は、微小流体デバイス１００の微小流体特徴に含まれる流体サンプルが熱的にサイクルされるとき、例えば、ＰＣＲの間に、所望され得る。   According to various embodiments, the one-way microball valve 180 can automatically open and close fluid communication in the microfluidic device 100 without any external actuation mechanism required. Further, the need to strike or manipulate the microfluidic device 100 from the outside can be prevented by the use of the unidirectional microball valve 180, so that the space between the covers 112, 118 and the substrate 116 can be avoided. Better sealing properties can be achieved. Proper sealing may be desired when the fluid sample included in the microfluidic features of the microfluidic device 100 is thermally cycled, for example during PCR.

図６に示されるように、基板５１０と流体流れ経路５２０をもつ微小流体デバイス５００が提供される。この経路５２０は、通路６１０を有するマイクロボールバルブ要素５３０およびボール要素６２０を含む。このマイクロボール要素は、形状が立方体であり、そして通路６１０は、正方形断面をもつ貫通孔である。   As shown in FIG. 6, a microfluidic device 500 having a substrate 510 and a fluid flow path 520 is provided. This path 520 includes a microball valve element 530 having a passage 610 and a ball element 620. The microball element is cubic in shape and the passage 610 is a through-hole with a square cross section.

種々の実施形態によれば、描写されたテーパー状の貫通孔は、代わって、例えば、一端にショルダーおよび小さな入口開口、および対向する端部により大きな出口開口を含む、中空の円筒形通路であり得る。   According to various embodiments, the depicted tapered through-hole is instead a hollow cylindrical passage that includes, for example, a shoulder and a small inlet opening at one end and a larger outlet opening at the opposite end. obtain.

種々の実施形態によれば、一方向性マイクロボールバルブは、現存する微小流体デバイス中で履行され得る。ボール要素は、公知の微小流体デバイス中の前から存在するテーパー状の貫通孔中に挿入され得、種々の実施形態による微小流体デバイスを形成する。このボール要素は、テーパー状の貫通孔のバルブシート部分に対して着座するようなサイズであり得る。   According to various embodiments, unidirectional microball valves can be implemented in existing microfluidic devices. Ball elements can be inserted into pre-existing tapered through holes in known microfluidic devices to form microfluidic devices according to various embodiments. The ball element can be sized to seat against the valve seat portion of the tapered through hole.

種々の実施形態によれば、予め存在するテーパー状でない貫通孔を有する現存する微小流体デバイスは、最初にこの貫通孔をテーパー状にすることにより改変され得る。ボール要素が、次いで、得られるテーパー状の貫通孔中に挿入され得、そしてこのテーパー状の貫通孔のバルブシート部分に対して着座されるようなサイズであり得る。   According to various embodiments, existing microfluidic devices having pre-existing non-tapered through holes can be modified by first tapering the through holes. The ball element can then be sized to be inserted into the resulting tapered through hole and seated against the valve seat portion of the tapered through hole.

本明細書に記載の微小流体デバイス、装置、システム、および方法と組合せて用いられ得る種々のコンポーネント、システム、および方法は、２００２年７月２６日に出願された米国仮特許出願第６０／３９８，８５１号、および２００２年７月３０日に出願された同第６０／３９９，５４８号、および３つすべて２００３年１月３日に出願された米国特許出願第１０／３３６，２７４号、同第１０／３３６，７０６号、同第１０／３３６，３３０号に記載のブレード、装置、システム、特徴、および方法を含む。これらの仮特許出願、および仮出願でない特許出願は、それらの全体が本明細書中に参考として援用される。   Various components, systems, and methods that can be used in combination with the microfluidic devices, apparatus, systems, and methods described herein are described in US Provisional Patent Application No. 60/398, filed Jul. 26, 2002. 851, and 60 / 399,548, filed July 30, 2002, and US Patent Application No. 10 / 336,274, filed January 3, 2003, all three, 10 / 336,706, 10 / 336,330, including blades, apparatus, systems, features, and methods. These provisional patent applications and non-provisional patent applications are hereby incorporated by reference in their entirety.

当業者は、先行する説明から、本教示が、種々の形態で履行され得ることを認識する。従って、これらの教示は、特定の実施形態およびその実施例と組合せて説明されているけれども、本開示の真実の範囲は、そのように制限されるべきではない。種々の変更および改変が、本明細書の教示の範囲から逸脱することなくなされ得る。   Those skilled in the art will appreciate from the foregoing description that the present teachings can be implemented in a variety of forms. Thus, although these teachings have been described in conjunction with specific embodiments and examples thereof, the true scope of the present disclosure should not be so limited. Various changes and modifications can be made without departing from the scope of the teachings herein.

図１は、外部バルブ開放デバイスにより開放されている微小流体デバイス中のバルブの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a valve in a microfluidic device opened by an external valve opening device. 図２は、種々の実施形態による、各々が少なくとも１つの一方向性マイクロボールバルブを提供され得る複数の分離したサンプル処理経路を有する微小流体デバイスの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a microfluidic device having a plurality of separate sample processing paths, each of which can be provided with at least one unidirectional microball valve, according to various embodiments. 図３は、種々の実施形態による一方向性マイクロボールバルブを含み、そして図２中に示される微小流体デバイス中に提供される多くの経路の例示の経路の一部分を通るサンプル処理経路の一部分の側面断面図である。FIG. 3 includes a unidirectional microball valve according to various embodiments, and a portion of a sample processing path through a portion of an exemplary path of many paths provided in the microfluidic device shown in FIG. It is side surface sectional drawing. 図４は、図３中に示される一方向性マイクロボールバルブの側面断面図であるが、着座位置にはなく、そしてこのバルブを通過する流体サンプルに保留されている。FIG. 4 is a side cross-sectional view of the unidirectional microball valve shown in FIG. 3, but is not in the seated position and is retained in the fluid sample passing through the valve. 図５は、例えば、重力の力によるか、または流体サンプルを加熱することにより生成される背圧により、対応するバルブシートに対して着座される位置にある、図３の一方向性マイクロボールバルブの側面断面図である。FIG. 5 shows the unidirectional microball valve of FIG. 3 in a position to be seated against the corresponding valve seat, for example, by the force of gravity or by back pressure generated by heating the fluid sample. FIG. 図６は、種々の実施形態によるマイクロボールバルブを含むサンプル処理経路の一部分の側面断面図である。FIG. 6 is a side cross-sectional view of a portion of a sample processing path that includes a microball valve according to various embodiments.

Claims (23)

微小流体デバイスであって：
厚みを有する基板；
該基板内に形成される少なくとも１つの微小流体経路であって、通路を含み、該通路が第１の最小寸法を有する入口開口、該第１の最小寸法より大きい第２の最小寸法を有する出口開口を含み、該通路が該入口開口と出口開口との間に位置するバルブシート表面をさらに含む、微小流体経路；および
該入口開口と出口開口との間の通路にあるボール要素、を備える、デバイス。 A microfluidic device that:
A substrate having a thickness;
At least one microfluidic path formed in the substrate, the channel including an inlet opening having a first minimum dimension, an outlet having a second minimum dimension greater than the first minimum dimension A microfluidic path comprising an opening, the passage further comprising a valve seat surface located between the inlet opening and the outlet opening; and a ball element in the passage between the inlet opening and the outlet opening; device. 前記ボール要素が前記通路中に捕捉される、請求項１に記載の微小流体デバイス。 The microfluidic device of claim 1, wherein the ball element is captured in the passage. 前記ボール要素が前記バルブシート表面に相補的である外部周縁表面を有する、請求項１に記載の微小流体デバイス。 The microfluidic device of claim 1, wherein the ball element has an outer peripheral surface that is complementary to the valve seat surface. 前記経路が、前記出口開口の下流であって、かつ該出口開口と流体連絡して整列される少なくとも１つの微小流体特徴をさらに備える、請求項１に記載の微小流体デバイス。 The microfluidic device of claim 1, wherein the pathway further comprises at least one microfluidic feature that is downstream of the outlet opening and aligned in fluid communication with the outlet opening. 前記出口開口の下流の特徴、および該下流の特徴と該出口開口との間に形成されるバリアをさらに備え、そして
ここで、前記ボール要素が最小寸法を有し、そして該バリアを含む通路が、該ボール要素の最小寸法より小さい最小寸法を有する、請求項１に記載の微小流体デバイス。 And further comprising a downstream feature of the outlet opening, and a barrier formed between the downstream feature and the outlet opening, wherein the ball element has a minimum dimension and the passage including the barrier 2. The microfluidic device of claim 1, wherein the microfluidic device has a minimum dimension that is less than the minimum dimension of the ball element. 前記入口開口の上流であって、かつ該入口開口と流体連絡している少なくとも１つの微小特徴をさらに備える、請求項１に記載の微小流体デバイス。 The microfluidic device of claim 1, further comprising at least one microfeature upstream of the inlet opening and in fluid communication with the inlet opening. 前記基板が上表面および底表面を備え、該底表面が該上表面に少なくとも実質的に平行であり、前記通路が長軸方向の軸を含み、そして該通路の長軸方向の軸が該上表面および底表面に少なくとも実質的に垂直である、請求項１に記載の微小流体デバイス。 The substrate comprises a top surface and a bottom surface, the bottom surface is at least substantially parallel to the top surface, the passage includes a longitudinal axis, and the longitudinal axis of the passage is the top surface The microfluidic device of claim 1, wherein the microfluidic device is at least substantially perpendicular to the surface and the bottom surface. 前記通路が前記基板を通る貫通孔を含む、請求項１に記載の微小流体デバイス。 The microfluidic device of claim 1, wherein the passage comprises a through hole through the substrate. 前記貫通孔がテーパー状貫通孔である、請求項８に記載の微小流体デバイス。 The microfluidic device according to claim 8, wherein the through hole is a tapered through hole. 前記微小流体デバイスがカバーをさらに含み、前記基板が表面を含み、該表面が該カバーと接触し、そして前記経路が該基板の表面に形成され、かつ該カバーにより覆われる少なくとも１つの微小流体特徴をさらに含む、請求項１に記載の微小流体デバイス。 The microfluidic device further includes a cover, the substrate includes a surface, the surface is in contact with the cover, and the path is formed in the surface of the substrate and is covered by the cover The microfluidic device of claim 1, further comprising: 前記微小流体特徴が、少なくとも１つのチャネル、チャンバー、リザーバー、ポート、バイア、凹部、分割器、流れスプリッタ、カラム、精製カラム、およびそれらの組み合わせを含む、請求項１０に記載の微小流体デバイス。 11. The microfluidic device of claim 10, wherein the microfluidic features include at least one channel, chamber, reservoir, port, via, recess, divider, flow splitter, column, purification column, and combinations thereof. 前記微小流体特徴が、ポリメラーゼ連鎖反応のための試薬を含む、請求項１０に記載の微小流体デバイス。 11. The microfluidic device of claim 10, wherein the microfluidic feature includes a reagent for polymerase chain reaction. 前記バルブシート表面が、少なくとも実質的に円形である、請求項１に記載の微小流体デバイス。 The microfluidic device of claim 1, wherein the valve seat surface is at least substantially circular. 前記ボール要素が、ポリカーボネート材料を含む、請求項１に記載の微小流体デバイス。 The microfluidic device of claim 1, wherein the ball element comprises a polycarbonate material. 前記経路が、中空の円筒形状を有し、そして前記入口開口がショルダーによって規定される、請求項１に記載の微小流体デバイス。 The microfluidic device of claim 1, wherein the pathway has a hollow cylindrical shape and the inlet opening is defined by a shoulder. 微小流体デバイス中の流体を操作する方法であって：
請求項１に記載の微小流体デバイスを提供する工程；
該微小流体デバイス中に、かつ前記入口開口と流体連絡して、流体を導入する工程；
前記ボールバルブ要素の着座を解き、かつ前記入口開口から前記出口開口に向かって流れるように流体を操作する工程；および
該ボール要素を前記バルブシート表面に対して着座させる工程であって、該出口開口から該入口開口に向かう方向に流体が流れることを少なくとも部分的に防ぐ工程、を包含する、方法。 A method of manipulating fluid in a microfluidic device comprising:
Providing a microfluidic device according to claim 1;
Introducing a fluid into the microfluidic device and in fluid communication with the inlet opening;
Manipulating a fluid to unseat the ball valve element and flow from the inlet opening toward the outlet opening; and seating the ball element against the valve seat surface, the outlet At least partially preventing fluid from flowing in a direction from the opening toward the inlet opening. 前記ボール要素を着座させる工程が、前記経路中に背圧を形成することにより、前記バルブシート表面に対して該ボール要素を移動することを包含する、請求項１６に記載の方法。 The method of claim 16, wherein seating the ball element comprises moving the ball element relative to the valve seat surface by creating a back pressure in the path. 前記ボール要素の着座を解くように流体を操作する工程が、前記微小流体デバイスを回転することを包含する、請求項１６に記載の方法。 The method of claim 16, wherein manipulating fluid to unseat the ball element comprises rotating the microfluidic device. 前記出口開口の下流の経路の少なくとも一部分を加熱する工程をさらに包含する、請求項１６に記載の方法。 The method of claim 16, further comprising heating at least a portion of a path downstream of the outlet opening. 前記微小流体デバイス中の流体を、熱サイクリングプロセスに供する工程をさらに包含する、請求項１６に記載の方法。 17. The method of claim 16, further comprising subjecting the fluid in the microfluidic device to a thermal cycling process. 微小流体デバイス中の流体を操作する方法であって：
マイクロボールバルブを含む、該微小流体デバイス中の通路を提供する工程；
該流体を、該通路を通じて流すことにより、該マイクロボールバルブを開放させる工程；および
該マイクロボールバルブを閉鎖させる工程、を包含する、方法。 A method of manipulating fluid in a microfluidic device comprising:
Providing a passage in the microfluidic device comprising a microball valve;
Opening the microball valve by flowing the fluid through the passage; and closing the microball valve. 前記マイクロボールバルブが、ボール要素およびバルブシートを含み、そして該マイクロボールを閉鎖させることが、重力の力で該ボール要素を該バルブシートに対して移動させることを包含する、請求項２１に記載の方法。 22. The microball valve includes a ball element and a valve seat, and closing the microball includes moving the ball element relative to the valve seat with a force of gravity. the method of. 前記微小流体デバイス中の流体を加熱し、前記バルブシートに向かう方向に前記ボール要素を押すための背圧を生じる工程をさらに包含する、請求項２２に記載の方法。 23. The method of claim 22, further comprising heating a fluid in the microfluidic device to create a back pressure to push the ball element in a direction toward the valve seat.
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US10/403,640 US7201881B2 (en) 2002-07-26 2003-03-31 Actuator for deformable valves in a microfluidic device, and method
US10/414,179 US20040018559A1 (en) 2002-07-26 2003-04-14 Size-exclusion ion-exchange particles
US10/426,587 US6817373B2 (en) 2002-07-26 2003-04-30 One-directional microball valve for a microfluidic device
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010500518A (en) * 2006-08-10 2010-01-07 カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー Microfluidic valve having free floating member and method of manufacturing the same
WO2017047032A1 (en) * 2015-09-14 2017-03-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Micro check valve apparatus
US11213824B2 (en) 2017-03-29 2022-01-04 The Research Foundation For The State University Of New York Microfluidic device and methods

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6720187B2 (en) 2000-06-28 2004-04-13 3M Innovative Properties Company Multi-format sample processing devices
US6734401B2 (en) 2000-06-28 2004-05-11 3M Innovative Properties Company Enhanced sample processing devices, systems and methods
US6889468B2 (en) 2001-12-28 2005-05-10 3M Innovative Properties Company Modular systems and methods for using sample processing devices
US7032608B2 (en) * 2004-09-01 2006-04-25 Harris Corporation Microfluidic check-valve embedded in LCP
US7323660B2 (en) 2005-07-05 2008-01-29 3M Innovative Properties Company Modular sample processing apparatus kits and modules
US7754474B2 (en) 2005-07-05 2010-07-13 3M Innovative Properties Company Sample processing device compression systems and methods
US7763210B2 (en) 2005-07-05 2010-07-27 3M Innovative Properties Company Compliant microfluidic sample processing disks
US8834792B2 (en) 2009-11-13 2014-09-16 3M Innovative Properties Company Systems for processing sample processing devices
WO2012037348A2 (en) 2010-09-15 2012-03-22 Minipumps, Llc Molded and packaged elastomeric check valve
US9067205B2 (en) 2011-05-18 2015-06-30 3M Innovative Properties Company Systems and methods for valving on a sample processing device
JP2014517292A (en) 2011-05-18 2014-07-17 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Volume measuring system and method in sample processing apparatus
MX337943B (en) 2011-05-18 2016-03-29 Focus Diagnostics Inc Systems and methods for detecting the presence of a selected volume of material in a sample processing device.
US9845895B2 (en) 2013-01-11 2017-12-19 Minipumps, Llc Diaphragm check valves and methods of manufacture thereof

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US399548A (en) 1889-03-12 nageldinger
US398851A (en) 1889-03-05 Berge
US4911616A (en) * 1988-01-19 1990-03-27 Laumann Jr Carl W Micro miniature implantable pump
US6595950B1 (en) * 2000-05-11 2003-07-22 Zevex, Inc. Apparatus and method for preventing free flow in an infusion line
KR100552078B1 (en) * 2001-05-31 2006-02-20 유재천 A micro valve apparatus using micro bead and method for controlling the same
US6739576B2 (en) * 2001-12-20 2004-05-25 Nanostream, Inc. Microfluidic flow control device with floating element
US6921253B2 (en) * 2001-12-21 2005-07-26 Cornell Research Foundation, Inc. Dual chamber micropump having checkvalves

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010500518A (en) * 2006-08-10 2010-01-07 カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー Microfluidic valve having free floating member and method of manufacturing the same
WO2017047032A1 (en) * 2015-09-14 2017-03-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Micro check valve apparatus
US11213824B2 (en) 2017-03-29 2022-01-04 The Research Foundation For The State University Of New York Microfluidic device and methods
US11911763B2 (en) 2017-03-29 2024-02-27 The Research Foundation For The State University Of New York Microfluidic device and methods

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