JP2021126650A - マイクロ流体サンプル担体用の液体分配システム、そのような液体分配システムを含むマイクロ流体サンプル担体密封システム、およびそれを使用して密封液を分配する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】密封液を可能な限り徹底的且つ生産的にマイクロ流体サンプル担体とともに使用することができる、改良された分配システムおよび方法を提供する。【解決手段】少なくとも１つの流路を備えるマイクロ流体サンプル担体９の充填領域９１に≦２００μｌの事前設定された少量の液体を供給する液体分配システム１であって、システムが、とりわけ、マイクロ流体サンプル担体の各流路に設けられる少なくとも１つのインターフェースユニットを含み、各インターフェースユニットが、注入チャネルを備えたインジェクタ６を備え、注入チャネルの出口部分の断面が、注入チャネルの入口部分の断面および注入チャネルの中間部分の断面よりも大きい、分配システムに関する。さらにまた、それぞれのマイクロ流体サンプル担体密封システム１０、および密封液をマイクロ流体サンプル担体に分配するそれぞれの方法に関する。【選択図】図１

Description

一般に、本発明は、生物学的サンプルの分析などのサンプル分析の調製の技術分野、さらには生物学的サンプルのハイスループット分析の調製の技術分野に関する。

特に、本発明は、化学的または生物学的反応のための反応チャンバとしてマイクロウェルのアレイを提供する少なくとも１つの流路を含むマイクロ流体サンプル担体の充填領域に事前設定された液体量を提供するための分配システムに関する。ここで、例えば熱サイクルによって、同じ、大抵の場合には使い捨てのマイクロ流体サンプル担体上で１つ以上の試験サンプルの複数の異なるアッセイを実行することができることが大抵の場合に目標である。したがって、試験サンプルをさらに処理することができるようにするために、試験サンプルおよび例えば複数の異なる試薬によって事前に充填されたマイクロウェルのアレイが相互汚染などを避けるために密封される必要がある。これにより、少量の必要な試験サンプルにより、単一の分析プロセスの過程で複数の異なる試薬を使用した１つ以上の試験サンプルの独立した分析が達成されることができる。これに基づいて、本発明はまた、前述の液体分配システムを使用して、そのようなマイクロ流体サンプル担体を予め設定された少量の密封液によって充填するためのマイクロ流体サンプル担体密封システム、また、前述のマイクロ流体サンプル担体密封システムによって事前に充填されたマイクロ流体サンプル担体に密封液を分配する方法に関する。換言すれば、本発明は、密封液を可能な限り徹底的且つ生産的にマイクロ流体サンプル担体とともに使用することができる改良されたシステムおよび方法に関する。

化学反応または生化学反応のアッセイのための診断技術の分野では、同じ（好ましくは使い捨ての）マイクロ流体サンプル担体上の１つ以上の試験サンプルに対して複数の異なるアッセイを実行することができ、それによって単一の分析プロセスの過程で複数の異なる試薬を使用した１つ以上の試験サンプルの独立した分析方法を提供することが主な目標である。この目標を正確に達成することができるようにするために、例えば、リアルタイムＰＣＲ、デジタルＰＣＲ（ｄＰＣＲ）またはマルチプレックスＰＣＲの形態で広く知られているポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）などの方法が長年にわたって開発されてきており、これは、生物学的サンプル中の核酸の体外合成を可能にし、ＤＮＡセグメントが特異的に複製されることができる、すなわち、サンプル内のＤＮＡまたはＲＮＡの小さなセグメントをコピーまたは増幅する費用対効果の高い方法である。

明らかに、従来の実験室プロセスの精度および効率を達成しながら、ｄＰＣＲなどの上述した診断アッセイをより速く、より安く、より簡単に実行することが望まれている。この点に関して、単一のマイクロ流体サンプル担体での並列アッセイの数を増やすことができるようにするために、様々なアッセイ操作の小型化および統合を改善するためにかなりの努力が払われてきた。そのようなマイクロ流体サンプル担体の例として、デジタルポリメラーゼ連鎖反応（ｄＰＣＲ）チップとも呼ばれるマイクロ流体チップなどのマイクロ流体デバイスが開発されており、これは、水性サンプル液体などの流動性サンプル液体の形態でマイクロリットルまたはナノリットルスケールのサンプルを受け取るマイクロスケールチャネルおよびマイクロスケール反応領域を提供する。通常、小さなウェルのアレイ、すなわちマイクロ流体チップ上の反応領域として提供されるマイクロウェルまたはナノウェルに事前に充填されるマイクロリットルスケールの試薬は、流路を通って流れるサンプル液体の流れに接触するためにその中に配置され、各タイプのアッセイは、反応領域のアレイに装填された試薬、ならびに流路および検出器の構成に依存し、マイクロ流体チップへのサンプル液体の充填は、サンプル液体をチップにピペッティングすることによって実施されることができる。この高度な技術は、複数のアッセイが小型化されたスケールで同時に実行されることを可能にする。これらの化学的、生化学的および／または生物学的アッセイのほとんどは、ウェル内のポリペプチドおよび核酸、細胞または組織などの生物学的材料の固定化、および発光試験測定などの定量的および／または定性的分析プロセスが続く固定化された材料との１つ以上の反応の実行に関する。

通常、ｄＰＣＲアッセイを実施するために、公知のｄＰＣＲチップは、通常は生物学的サンプルおよびＰＣＲマスターミックスからなる水性ｄＰＣＲ反応混合物によって最初に充填され、ｄＰＣＲ反応混合物は、ピペットなどによって入口開口部に導入され、通常、毛細管充填プロセスが停止するまで、毛細管力によってチップのウェルのアレイに受動的に流れる。その後、シリコーン油などの非混和性の分離または密封流体が、入口開口部を介して流路に押し込まれ、最初に残りのｄＰＣＲ反応混合物を任意の残りの空のウェルに押し込み、充填されたウェルを覆い、それにより、いかなるサンプルの凝縮、相互汚染、または汚染も回避するために、個々のウェルを周囲から、特に互いに流体的に分離する。最初の充填プロセスとその後の密封プロセスが終了した後、ｄＰＣＲチップは、通常、熱サイクルを受け、−典型的なＰＣＲ実施の過程で−特定の標的核酸は、ｄＰＣＲ反応混合物に存在する核酸が、（ａ）二本鎖ＤＮＡを分離するために、比較的高温で、例えば９０℃を超える、通常は約９４〜９５℃の変性温度で変性させた後、（ｂ）テンプレート（アニーリング）を提供するために、例えば分離されたＤＮＡ鎖でのプライマー結合のために約５２〜５６℃のアニーリング温度で短いオリゴヌクレオチドプライマーが一本鎖標的核酸に結合する温度まで反応混合物が冷却され、その後、（ｃ）元の核酸配列が複製されるように、新たなＤＮＡ鎖の形成のためにプライマーがポリメラーゼ酵素を使用して例えば約７２℃の延伸温度で延伸／伸長されるステップのサイクルの一連の反復によって増幅される。一般に、１つ以上の標的を含む各ウェルは、正の信号を生成し、熱サイクル後、正と負の信号の比率は、例えば発光試験測定によって、サンプル内の初期標的濃度を正確に計算することを可能にする。そのような技術は、複数のアッセイが小型化されたスケールで同時に実行されることを可能にする。

しかしながら、実際に反応チャンバの容積を小型化して、上記のｄＰＣＲチップなどのマイクロ流体サンプル担体のマイクロ流体構造にする場合、所望の小さな寸法を生成するために、マイクロ流体サンプル担体への気泡の望ましくない導入など、いくつかの既に公知の問題が増加する。本発明の焦点にあると、マイクロ流体サンプル担体のマイクロ流体構造内に存在する気泡は、そのようなマイクロ流体システムを通って循環する気泡が、そこで使用されるあらゆる種類のセンサのマイクロ流体構造を損傷する可能性があるのみならず、また、隣接するマイクロウェルにおいてサンプルの望ましくない混合を引き起こし、望ましくない相互汚染をもたらし、その結果、実質的な実験エラーや誤ったアッセイ結果をもたらすことに起因して、対象の生物学的サンプルを損傷する可能性があるため、深刻な問題を構成する可能性がある。したがって、マイクロ流体サンプル担体内に閉じ込められた気泡は、既に検出信号を改ざんするだけでなく、そのようなマイクロ流体サンプル担体を使用してｄＰＣＲを実行すると、隣接するウェルの安全な分離がもはや確保することができなくなり、望ましくない相互汚染が発生する可能性が高くなるように、必要な最大熱サイクル温度である約９５℃までさらに熱膨張する。

したがって、汚染なしに且つ誤って気泡を導入することなく、したがって、ウェル内に初期気泡を閉じ込めることなく、マイクロ流体サンプル担体を密封流体によって充填することを達成する必要性が存在する。この点で、それによってマイクロ流体サンプル担体を充填するときのディスペンサでの密封液のクリーンで制御された液滴ブレークオフ挙動は、挙動が粘度、接触角および表面張力など、密封液自体の様々な物理的変数によって影響を受ける密封液充填プロセスのいくつかの特性の１つのまたは最も重要なものでさえある。重力のために、密封液によって通常示されるような低い表面張力は、密封液をディスペンサからはい出させ、したがって、制御されない液滴ブレークオフのリスクを高める。したがって、密封液の特定の特性は、かなり不確定な液滴ブレークオフ挙動をもたらすため、約≦２００μｌの容量などの少量の正確な供給は、非常に問題になる。また、落下する液滴の運動エネルギーは、衝撃時に液滴を潜在的に生成する。これらの液滴は、制御不能に飛散し、環境を汚染する可能性がある。したがって、マイクロ流体サンプル担体の充填中の密封液で定義され且つ制御された液体放出は、制御されていない液滴ブレークオフまたは液滴の飛沫による分配プロセス中にそれ自体現れる気泡および汚染を防ぐことができるために非常に重要である。この点で、シリコーン油は、同時に接触角が減少し、表面張力が減少するはるかに高い粘度を有することを考慮することが重要である。すなわち、そのような密封液は、濡れを広げる傾向を有し、表面に液滴を形成しないまたは短時間だけ液滴を形成し、したがって、表面状態、表面エネルギー、表面張力および接触角に応じて、分配点の周囲全体に分散されることを意味する。例えば、低い表面張力に起因して、密封液への静水圧の影響を考慮に入れる必要があり、例えば水を密封するシールは、密封液によって簡単に破損する可能性があるため、それにより、クリープ漏れを可能にする。この挙動は、２つのサンプル担体間の相互汚染につながり、時間の経過とともに周辺の機能を危険にさらすことにつながる可能性がある。

上記の問題を克服し、密封液の問題のある挙動を制御するために、過去に様々な解決策が提案されてきた。しかしながら、とりわけ静水圧の影響、材料特性、またはフラッシング挙動が十分に考慮されていなかったため、以前に提案された解決策は、十分な結果を提供しなかった。したがって、本発明は、密封液が最初にそれぞれの分配システムに流され、その後、周辺を汚染することなく且つ望ましくない気泡を導入することなく、マイクロ流体サンプル担体に正確に排出されることができる必要性に焦点を当てる。

本発明は、少なくとも１つの流路を備えるマイクロ流体サンプル担体の充填領域に、≦２００μｌの事前設定された少量の液体を提供する分配システムによって、上述した問題に対処する。本発明の分配システムは、シリコーン油などの最大１００ｍｍ^２／秒の動粘度および最大２０ｍＮ／ｍの表面張力を示すことができる高粘度の密封液を提供するための密封液リザーバなどの液体リザーバと、液体リザーバに接続された液体ポンプと、例えばｄＰＣＲチップなどの形態のマイクロ流体サンプル担体の各流路に提供される少なくとも１つのインターフェースユニットであって、各インターフェースユニットが各流路に液体を提供するために使用される、少なくとも１つのインターフェースユニットと、を含む。本発明の分配システムは、液体ポンプと各インターフェースユニットとを接続する供給チャネルと、主バルブとも呼ばれる供給チャネルに接続された第１のバルブと、切り替えバルブとも呼ばれる供給チャネルと各インターフェースユニットとの間に配置された少なくとも１つの第２のバルブとを備える導管部材をさらに含む。ここで、本発明の分配システムの第１のバルブは、その下流端で供給チャネルに接続されることができ、廃棄物バルブとして機能することができる。「下流」という用語に関して、同じことは、液体流の供給源、すなわち液体リザーバよりも液体流のさらに下流の位置にある、上述した液体誘導システムの供給チャネル内の位置を指定する。後に使用される「上流」という用語にも同様の定義が適用される。したがって、液体誘導システム内の「最も上流」の位置は、液体リザーバであるのに対して、「最も下流」の位置は、行き止まりなど、液体がそれ以上誘導されることができない位置、または液体が出口などの液体誘導システムを出る位置である。したがって、「下流」という用語は、液体流の流れ方向で理解されるべきであり、「上流」という用語は、液体流の流れ方向に対して理解されるべきである。

さらにまた、最小の液体分配ユニットを構成し、システム内で増倍することができる各インターフェースユニットは、導管部材に接続されたインジェクタを備え、各インジェクタは、本体および注入チャネルを示す。ここで、各注入チャネルは、供給チャネルから液体を受け取るための入口部分と、サンプル担体液体入口に液体を分配するための出口部分と、入口部分から出口部分に液体を誘導するための中間部分または誘導部分とを含み、出口部分は、インジェクタの出口開口部で終わる。さらに、各注入チャネルの入口部分の断面積φ_ｉｎ、中間部分の断面積φ_ｍｉｄ、および出口部分の断面積φ_ｏｕｔは、条件φ_ｏｕｔ＞φ_ｉｎおよびφ_ｏｕｔ＞φ_ｍｉｄを満たし、すなわち、各注入チャネルの出口部分の断面積φ_ｏｕｔは、各注入チャネルの入口部分の断面積φ_ｉｎよりも大きく、各注入チャネルの出口部分の断面積φ_ｏｕｔは、各注入チャネルの中間部分の断面積φ_ｍｉｄよりも大きい。この文脈において、「断面」という用語は、特に、注入チャネルのそれぞれの部分／セクション／セグメントの内径とも呼ばれるそれぞれの直径、すなわち、注入チャネルのこの特定の部分／セクション／セグメントにおいて注入チャネルを構成するボアホールの孔直径に関連する。分配システムのインターフェースユニットの注入チャネルのそのような特別に開発された形状により、インジェクタからの液体の制御されない漏れを防ぐことができる。そのような寸法の例として、各注入チャネルの入口部分の断面φ_ｉｎは、０．７ｍｍから０．９ｍｍの間、例えば０．８ｍｍとすることができ、各注入チャネルの中間部分の断面φ_ｍｉｄは、０．４ｍｍから０．６ｍｍの間、例えば０．５ｍｍとすることができ、各注入チャネルの出口部分の断面φ_ｏｕｔは、１．１ｍｍから１．３ｍｍ、例えば１．２ｍｍの間とすることができる。

通常の分配動作の過程で、分配される液体は、供給チャネルから各インターフェースユニットに運ばれ、さらに詳細には、入口部分を通って誘導部分に運ばれ、さらにインジェクタの出口部分に運ばれる。本発明にかかる、インターフェースユニットの注入チャネルの中間部分から断面的に大きな出口部分への液体の流れの過程で、注入チャネルを通る液体の流れの圧力が低下し、液体が膨張し、出口開口部での液滴ブレークオフの向上した制御性をもたらし、インジェクタからの液体の制御不能な漏れを防止する。したがって、各インジェクタの形状は、特に分配される液体に適切な分配パラメータを使用する場合に、制御された液滴ブレークオフが保証されることができるように設計される。それにより、制御された液体分配が達成されることができる。これに関して、分配システムの特定のアクチュエータは、とりわけ、液体ポンプ、各圧力発生器、圧力制御手段、第１のバルブおよび第２のバルブなどのパラメータを介して制御されることができる。それにより、上述したような分配システムを使用する場合に、異なる粘度および表面張力を有する液体の分配に影響を与えることが可能である。

上記のように、各インジェクタの内部構造、すなわちその注入チャネルを特に寸法決めすることにより、制御されていない液滴分離が回避されることができ、制御されていない液滴分離は、正確な量の送達に関して不正確性につながる。したがって、特に液体ポンプおよびその下流に配置されたバルブの所定のパラメータ化と組み合わせた、インジェクタによる液体排出の特別に設計された流れ形状は、マイクロ流体サンプル担体の充填領域に≦２００μｌの容量でシリコーン油などの事前設定された少量の液体の所望の制御された正確な分配をもたらす。さらに、本発明の前述の分配システムの特定の構造により、気泡などを除去するために、液体リザーバから出口開口部までの流れライン全体のフラッシング、すなわち、分配プロセス中の気泡の形成と不正確な容量とを回避するための流れマニホールドおよびインジェクタの気泡のないフラッシングを達成することができる。

一般に、本発明にかかる分配システムでは、フラッシング／プライミングプロセスは、周辺および分配器をフラッシングする段階と、それに続くインジェクタをフラッシングする段階とに分けることができる。この点に関して、第１のバルブ、すなわち主バルブが最初に開かれ、ポンプの入口を介して、液体が最初に開いた主バルブを通ってその戻り流にポンプで送られる。次に、第１のバルブが閉じられ、それにより、供給チャネル内に立っている閉じた液柱を生成する。そうすることで、小さなガスクッションが第２のバルブの前方に形成されることができ、それはさらなるフラッシングプロセスにおいて追い出すことができる。特に初期のフラッシング中に、初期のフラッシング流れの液体内の乱流は、液体中の空気などの大気流体をトラップする可能性があり、これは、分配システムの導管部材内の望ましくない空気／液体混合物につながる可能性がある。そのような空気／液体混合物は、そこから生じてインジェクタによって分配されるいかなる気泡も出口において崩壊する可能性があり、したがってインジェクタの周囲を汚染する可能性があるため、特に問題がある。不正確な液滴ブレークオフ挙動を生成することにより、したがって不正確な量を分配することにより、液体の分配中に気泡の崩壊が顕著になるであろう。しかしながら、本発明の分配システムの構造により、潜在的に問題のある空気／液体混合物は、開いた主バルブを通る戻り流を介して安全に除去されることができる。その後になって初めて、崩壊する可能性のある気泡に汚染されることなく、インジェクタは、通気／プライミングされることができる。したがって、供給チャネルが洗い流され、したがって全ての潜在的な気泡が供給チャネルから除去された後、各注入チャネルは、それぞれの第２のバルブ、すなわち、それぞれのインターフェースユニットの切り替えバルブを開くことによって、供給チャネル内の液柱に個別におよび直列に接続されることができる。そうすることで、システム内に残っている気泡などのいかなる不要なガスポケットも、インジェクタによって次々に排出されるできる。それにより、制御されたシリアルプライミングを実現することができる。システムを最初に洗い流すために、洗い流された液体を収集するために、収集容器が分配システムの下方、すなわち各インジェクタの下方に配置されることができる。そのような収集容器は、そこから洗い流されて収集された液体がポンプで送られるかまたは廃棄物容器に導かれることができる収集パンなどとして実装されることができる。あるいは、空のマイクロ流体サンプル担体は、分配システムの下方に配置されて、洗い流された液体を収集することができ、その後、マイクロ流体サンプル担体は処分されることができる。

分配される液体に関しては、同じものが、それぞれのマイクロ流体サンプル担体内のマイクロウェル内のサンプルを密封するための密封液とすることができることが既に示されている。一例として、シリコーン油は、フッ素またはフッ素化シリコーン油とすることができ、これは、後の段階でマイクロ流体サンプル担体中のマイクロウェル内のサンプルを光学的に分析するために使用されるカメラシステムからの光学的品質の要求などの所望の特性を示し、使用される密封液が特定の光透過性を提供する必要があるという必然をもたらす。ここで、フッ素油は、粘度が高いことに留意する必要がある。したがって、フッ素油が小さい管径および速すぎる吸引速度を有して吸引される場合、油中にガス放出効果のリスクが存在し、潜在的にマイクロバブルを形成し、これは、特に光学用途で、さらなるプロセスを妨げる可能性がある。そのようなガス放出を防ぐために、フッ素油は、液体ポンプによって低い吸引速度で吸引される必要がある。しかしながら、本発明では、任意の気泡をシステムから洗い流すことができ、それにより、フッ素油の任意の望ましくない特性を低減することができる。

さらに、本発明の分配システムのさらなる実施形態として、各注入チャネルの入口部分の断面φ_ｉｎ、中間部分の断面φ_ｍｉｄ、および出口部分の断面φ_ｏｕｔは、条件φ_ｏｕｔ＞φ_ｉｎ＞φ_ｍｉｄを満たすことができる。したがって、液体は、断面的に大きい入口部分から断面的に小さい中間部分に運ばれ、それによって断面の減少に起因して背圧が増加する。ここでも、そのような寸法の例として、各注入チャネルの入口部分の断面φ_ｉｎは、０．７ｍｍから０．９ｍｍの間、例えば０．８ｍｍとすることができ、各注入チャネルの中間部分の断面φ_ｍｉｄは、０．４ｍｍから０．６ｍｍの間、例えば０．５ｍｍとすることができ、各注入チャネルの出口部分の断面φ_ｏｕｔは、１．１ｍｍから１．３ｍｍ、例えば１．２ｍｍの間とすることができる。追加的または代替的に、各注入チャネルの入口部分の長さｌ_ｉｎ、中間部分の長さｌ_ｍｉｄ、および出口部分の長さｌ_ｏｕｔは、条件ｌ_ｍｉｄ≧ｌ_ｏｕｔを満たすことができ、条件ｌ_ｉｎ≧ｌ_ｍｉｄ＞ｌ_ｏｕｔもまた満たされることができる。そのような長手方向の寸法の例として、入口部分の長さｌ_ｉｎは、３ｍｍから５ｍｍの間、例えば約４ｍｍとすることができ、中間部分の長さｌ_ｍｉｄもまた、３ｍｍから５ｍｍの間、例えば約４ｍｍとすることができ、出口部分の長さｌ_ｏｕｔは、１．５ｍｍから２．５ｍｍの間、例えば約２ｍｍとすることができる。ここで、注入チャネルの一部の「長さ」という用語は、その長手方向軸に沿った、すなわち、インジェクタの本体の長手方向軸に沿った、注入チャネルのそれぞれの部分の延長の長さとして理解されるべきである。各インターフェースユニットの前述のオプションの構造的特徴により、上述したような分配システムによる容量送達をさらに改善することができ、制御されていない液滴分離のさらなる低減または完全な回避をもたらし、したがって、正確な容量送達に関するいかなる不正確さも回避する。

本発明の分配システムに基づいて、出口開口部でのインジェクタ本体の端面は、出口開口部から分配される液体の接触面を減らすために、生産関連の最小値に保つことができる。それにより、インジェクタの外側への密封液のクリープをさらに回避することができる。代替的または追加的に、各注入チャネルの出口部分の下流端の内周は、その断面φ_ｏｕｔを拡大する出口面取りを含むことができ、その下流端の出口のベベルまたは相とも呼ばれる出口面取りは、４５°など、４０°から５０°の角度をとることができる。そのような出口面取りを使用すると、インジェクタの外側の密封液のクリープの回避をさらに改善することができる。さらに、本発明の分配システムでは、各注入チャネルの入口部分の内周と中間部分の内周との間に通路面取りを設けることができ、その通路面取りは、約２８°の角度をとることができる。そのような特定の幾何学的構造により、断面的に大きい入口部分から断面的に小さい中間部分に運ばれる液体の流れを滑らかにすることができ、それによって断面の減少による背圧を増加させるが、同時に鋭い圧力ピークを回避する。

本発明の分配システムの代替の実施形態として、各インジェクタの本体は、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＴＦＥなどの、低い表面エネルギーを示すプラスチック材料から作製されることができる。この点に関して、通常は断面が大きすぎる内部チャネルの不適切な寸法に関する以前に提案されたインジェクタの構造上の問題に加えて、過去にインジェクタに提案された材料は、常に好ましくない表面特性を示す。本発明の発明者によって確認されたように、以前に提案されたインジェクタでは、液滴容量がそのようなインジェクタによって形成されるたびに、容量の一部がはい上がり、表面エネルギーおよび表面粗さのためにインジェクタを汚染する。この点に関して、表面張力が減少すると、液体の表面への接触角も減少し、これもまた濡れ性を増加させることを考慮すべきである。したがって、このいわゆる拡散濡れを最小限に抑えるために、インジェクタは、ＰＴＦＥまたはフルオロポリマー材料などの非常に低い表面エネルギーの材料から作製されている。すなわち、本発明のインジェクタは、既にそれ自体がインジェクタの表面に液体が沈降するのを防ぐ特殊なプラスチックから作製されることができ、それにより、非極性シリコーン油などの事前設定された少量の液体を≦２００μｌの量で制御して正確に分配する本発明の分配システムの能力をさらに改善する。

本発明の分配システムの別の代替実施形態の過程において、分配システムは、マイクロ流体サンプル担体の各流路に加圧または圧縮空気を供給するための空気供給ユニットをさらに備えることができ、空気供給ユニットは、圧縮空気リザーバと、空気圧調整器と、空気出口ノズルに接続された空気供給チャネルとを備えることができる。また、空気出口ノズルは、インジェクタの出口開口部に隣接して配置されることができる。それにより、空気および液体は、少なくとも１つの共通のインターフェースユニットを介して、記載された分配システムによってサンプル担体に供給されることができる。したがって、各インターフェースユニットは、切り替え可能な液体供給および制御された圧縮空気供給を提供する。それにより、サンプル担体の流路を通して液体容量を導くために、サンプル担体の充填領域の上に過圧を発生させることができる。均一な加圧を適用することにより、マイクロ流体サンプル担体の反応経路全体にわたって液体の均一な分布を達成するために、マイクロ流体サンプル担体の流路を介して密封液を絶えず押すことが可能である。これに関して、一定の脈動のない目標圧力を発生させるために、供給圧力は、最初に前述のリザーバなどの圧力アキュムレータに適用され、次に、サンプル担体に供給される目標圧力を調整する圧力調整器に接続される。換言すれば、注入および加圧は、局所的に組み合わされ、サンプル担体の充填領域の上方に配置される。したがって、記載された分配システムを用いて、時間遅延なしに液体送達から加圧に切り替えることが可能になる。さらに、いくつかのインターフェースユニットを備えることができる記載された分配システムを用いて、サンプル担体のいくつかのチャネルを同時に供給することができる。

圧力損失や相互汚染を回避するために、液体出口開口部／空気出口ノズルとマイクロ流体サンプル担体との間の接続を密封することができる。マイクロ流体サンプル担体と分配システムとの間のこのような密封接続により、担体の充填領域内の目標圧力を維持することができる。したがって、密封部材は、外部への導管部材とマイクロ流体サンプル担体との間の液体または空気の移動を密封するために、インジェクタの出口部分／出口開口部および各インターフェースユニットの空気出口ノズルの双方を取り囲む導管部材に取り付けられることができる。ここで、複数のインターフェースユニットおよび空気出口ノズルの場合、密封部材は、それぞれが１つのインターフェースユニットの出口開口部と空気出口ノズルとの組み合わせを囲むように形成された、それぞれ複数の孔を有する棒状部材などの細長い密封部材として実装されることができる。したがって、一般に、密封部材は、マイクロ流体サンプル担体に向かって基本的に部分的に先細になっている内孔を備えた密封本体とすることができ、内孔は、出口開口部および空気出口ノズルの各組み合わせを取り囲む。長手方向の延長に関しては、各インターフェースユニットの空気出口ノズルは、密封本体の内孔内に配置されることができる一方で、インジェクタの出口開口部は、密封本体の外側に配置されることができ、すなわち、マイクロ流体サンプル担体に向かって、密封本体から外側に突出している。

本発明の分配システムの別の代替実施形態によって、液体ポンプは、液体ポンプの搬送方向の切り替えを可能にするために、ステッピングモータなどの制御可能な容積変位アクチュエータ、および電磁バルブなどの切り替えバルブを備えることができる。そのような双方向液体ポンプでは、液体リザーバに接続された液体ポンプはまた、ポンプで送られる液体容量を投与するために使用されることができるため、投与ポンプと呼ばれることもできる。ここで、液体ポンプは、ポンプで送られる液体の特定の最大容量を占めることができるポンプとして実装されることができる。これは、液体ポンプのポンプヘッドの容積変位によって達成されることができる。したがって、分注後、液体ポンプは、数μｌ反転して、インジェクタへの出口開口部に残っている可能性のある潜在的な液滴を引き戻す。次に、液体ポンプは、最大許容容量を占め、いくつかの分配ステップで同じ容量を解放することができる。ポンプの効果的な動作を達成するために、ポンプヘッドの分配速度、加速ランプおよび／または減速ランプなどのそれぞれのパラメータは、制御可能な容積変位アクチュエータを使用することによって設定されることができる。さらに、ポンプの流れ方向を切り替えるためのポンプバルブとして電磁切り替えバルブを使用することで、第２のバルブ／切り替えバルブを作動させずにポンプの流れを逆にすることが可能になり、引き抜かれる供給側の容積をもたらし、それぞれのインターフェースユニットの出口開口部における制御された液滴ブレークオフを大幅に支援することができる。さらに、ポンプの移動とバルブスイッチとの間の遅延をそれぞれのプロセスに適合させることができる。したがって、そのような液体ポンプを使用すると、分配される液体がサンプル担体のそれぞれのチャネルで分離されるだけでなく、実際の分配プロセスの開始前にシステム全体を最初に洗い流すことができる。

換言すれば、液体の一定且つ正確な量の分配を確実にするために、流路の設計および分配形状は、媒体の流れに必要なアクチュエータのパラメータ化および媒体の流れのモニタリングを組み合わせて、結果として最大１００ｍｍ^２／秒の動粘度と最大２０ｍＮ／ｍの表面張力とを備えた密封液を気泡なしでポンプで送り、正確に分配することが可能になる。したがって、本発明は、主に、マイクロ流体サンプル担体が接続されることができる前述の分配システムに焦点を合わせている。その充填は、異なる機能部品、すなわち、事前設定された量の密封液をサンプル担体の充填領域に供給するための液体分配器、密封液の量を置き換えてサンプル担体を介して媒体を移動する一定の流れを生成する、事前設定された量の密封液が供給された後にサンプル担体の充填領域に過圧を印加する圧縮空気分配器、および充填／分配プロセスのいくつかの段階で降伏点をモニタリングすることによってシステムの制限に達したときの時間の流れを中断することができるように一定の流れの流量をモニタリングするプロセスモニタリング手段によって制御されることができる。本発明の利点の１つは、分配されるそれぞれの媒体がもたらす物理的変数に関して、本発明の分配システムの大きな柔軟性にあり、サンプル担体の送達および搬送のタイプに直接影響を与えることを可能にする。ここで、さらに、正確な容量送達を達成するために、完全な水柱が本発明のシステムに形成されるべきであり、これは、最初の気泡がシステムから排出されるため、いかなるエアポケットまたは気泡に起因しても柔軟性が生じないことを意味する。これに関して、液体貯蔵タンクとも呼ばれる液体リザーバが、液体ポンプの下方の同様のレベルまたは位置に配置され、分岐が液体リザーバの後方に配置されることができることが有利とすることができる。この配置では、第１のラインが液体ポンプの吸引側に接続され、第２のラインの端部が液体リザーバの上に配置され、ベントとして機能する。液体ポンプに対する液体リザーバの位置により、分配システムがオフに切り替えられ、バルブと液体ポンプの切り替え状態が定義されていない場合に、液体ポンプによってリザーバが排出されるのを防ぐことができる。また、液体リザーバのレベルは、事前定義されたポンプストロークをカウントすることによって判定されることができる。代替的または追加的に、液体リザーバはまた、リザーバ内のレベルを判定することができる静電容量センサシステムを備えることができる。例えば、静電容量センサシステムは、リザーバを通って延びるランスに取り付けられた電極と、リザーバの接地によって実装された別の電極とを備えることができ、電界は、２つの電極間で測定されることができる。それにより、液面の低下に伴い、液体リザーバの充填量を反映した容量変化を測定することができる。したがって、液体レベル内の液体レベルを継続的にモニタリングすることができる。

本発明のさらなる態様によれば、マイクロ流体サンプル担体を予め設定された少量の≦２００μｌの密封液で充填するためのマイクロ流体サンプル担体密封システムが提供される。さらに詳細には、マイクロ流体サンプル担体充填システムは、前述のような分配システムと、使い捨てマイクロ流体サンプル担体、すなわち、デジタルポリメラーゼ連鎖反応（ｄＰＣＲ）チップとも呼ばれるマイクロ流体チップなどのそのようなマイクロ流体デバイスの形態で実装されることができる消耗品などのマイクロ流体サンプル担体も備える。マイクロ流体サンプル担体は、充填領域、出口領域、および少なくとも１つの流路、好ましくは複数の流路を備え、各流路は、それぞれの流路によって出口領域に接続された液体入口を示し、液体領域、すなわち、各液体入口には、例えば、各液体入口にサンプル液体をピペッティングすることによって、密封液を導入する前に、サンプル液体を事前に充填することができる。さらにまた、モニタリング手段は、マイクロ流体サンプル担体の各流路に設けられることができ、そのモニタリング手段は、それぞれの流路の充填をモニタリングするためのものである。例えば、そのようなモニタリング手段は、マイクロ流体サンプル担体とは別に設けられることができ、例えば、マイクロ流体サンプル担体の流路に隣接して配置されることができるセンサ回路基板などに配置されている。さらに詳細には、マイクロ流体サンプル担体は、別個のセンサ回路基板上に配置されることができ、充填中にその上に能動的に押し付けられることさえできる。それにより、センサ回路基板上に配置されたモニタリング手段は、例えば、マイクロ流体サンプル担体が本発明のマイクロ流体サンプル担体密封システムに挿入されたとき、または既にマスターミックスなどによって充填されたマイクロ流体サンプル担体が挿入された場合、またはマイクロ流体サンプル担体が最終的に密封液によって充填された場合、静電容量の変化を記録することができる。ここで、モニタリング手段は、モニタリングされるそれぞれの流路でマイクロ流体サンプル担体の下側と接触して設けられる２つの電極によって形成される少なくとも１つの静電容量センサを含むことができる。それにより、消耗品の下方に配置され、その下側に直接接触する静電容量センサによってプロセスモニタリングが実行されることができ、その結果、流路の形態のマイクロ流体サンプル担体の反応経路が静電容量センサによってセグメントに細分されることができる。例えば、いくつかの電極をマイクロ流体サンプル担体の各流路の下方に配置することができ、２つの対向する電極のペアが１つの静電容量センサを提供し、各静電容量センサが流路を２つのセグメントに分割する。これに基づいて、１つの静電容量センサが流路を２つのセグメントに分け、２つの静電容量センサが流路を３つのセグメントに分け、３つの静電容量センサが流路を４つのセグメントに分ける。

上述したように２つの電極間に電界が発生した場合、サンプル担体内を流れるいかなる液体も、誘電体として機能し、測定可能な各静電容量センサの静電容量を変化させる。例えば、反応経路ごとに４つの個別の静電容量センサにより、充填レベルおよび充填プロセスは、流路に沿って設けられる４つの個別の静電容量センサの形態で４つの異なる閾値によってモニタリングされることができる。したがって、関係する全てのアクチュエータのパラメータ化を介して間接的にだけでなく、直接的にも充填を保証するために、前述のプロセスモニタリングが使用される。そのような構造的特徴により、マイクロ流体サンプル担体の充填プロセスの前および最中に異なる充填レベルを記録し、そこから異なる結論に達することが可能になる。

・ サンプルは、マイクロ流体サンプル担体に存在する：サンプルにマイクロ流体サンプル担体が提供されている場合、少なくとも１つの静電容量センサは、静電容量に関して元の状態から逸脱している必要がある。静電容量に関して静電容量センサが元の状態から逸脱していない場合は、サンプル担体にサンプルが存在しないことがわかる。したがって、分配される密封液は、マイクロ流体サンプル担体内のサンプルのシールとしてのみ機能するため、マイクロ流体サンプル担体を密封する必要はない。そのような場合、使用されたマイクロ流体サンプル担体は、空または「充填不良」として識別されることができる。

・ 充填速度／体積流量が判定されることができる：サンプル液体の充填および／または密封液の充填中のフローフロントの存在は、各流路に沿って配置された複数の静電容量センサによって提供されるいくつかの測定点を介して検出されることができる。判定された時間値を使用して、マイクロ流体サンプル担体のモニタリングされた流路内の充填速度／容量流量が計算されることができる。または

・ 反応距離の終わりに到達する：最後の検出セグメント、すなわちモニタリング対象の流路の下流に設けられる最後の静電容量センサを使用して、液体が反応経路の終わりに到達したかどうかを判定することができる。充填プロセスの終了を指定する時間パラメータを判定することができることに加えて、液体の充填は、最後の静電容量センサのセンサ信号によって直接終了することができる。

考えられる結論の上記のリストは、完全であると理解されるべきではなく、結論のいくつかの可能性を与えるだけである。もちろん、測定結果に基づいて、他の可能な結論も本発明の範囲内で引き出すことができる。

本発明のさらなる態様によれば、前述のような分配システムを用いて、事前に充填されたマイクロ流体サンプル担体に密封液を分配する方法が提供される。さらに詳細に、特に密封液としてのＭｉｒａｓｉｌ ＤＭ５０の使用に関して、本発明の方法は、
（ａ）前述の分配システムの第１のバルブを開くステップと、
（ｂ）密封液を供給チャネルにポンプ輸送することにより、供給チャネルを密封液で洗い流すステップであって、気泡を潜在的に含む過剰な密封液が開いた第１のバルブを介して排出されることができる、ステップと、
（ｃ）第１のバルブを閉じ、それによって供給チャネル内に閉じた油圧密封液柱を生成するステップと、
（ｄ）各注入チャネルを供給チャネルに接続し、各インジェクタを密封液で洗い流すために、第２のバルブを個別に連続して開くステップと、
（ｅ）供給チャネルにさらなる密封液をポンプで送るステップであって、気泡を含む可能性のある過剰な密封液をそれぞれのインジェクタを通して排出することができ、空のマイクロ流体サンプル担体を使用して過剰な密封液を捕捉し、次にそのマイクロ流体サンプル担体が廃棄されることができ、第２のバルブを閉じる、ステップと、
（ｆ）充填領域、出口、および少なくとも１つの流路を含むマイクロ流体サンプル担体を配置するステップであって、充填領域がサンプル液体によって事前に充填され、事前に充填されたマイクロ流体サンプル担体が分配システムにおいて密封液によって充填され、各注入ユニットが各流路と位置合わせされる、ステップと、
（ｇ）第２のバルブを再び開き、例えば１０５μｌなどの９０μｌから１２０μｌの間の所定量の密封液を、供給チャネルを通してマイクロ流体サンプル担体の充填領域にポンプで送るステップであって、第２のバルブの開放とマイクロ流体サンプル担体の充填領域への液体の分配との間の時間遅延が、約０秒または正確に０秒とすることができ、好ましい分配速度が例えば２００μｌ／秒などの１８０μｌ／秒から２２０μｌ／秒の間である、ステップと、
（ｈ）各インジェクタの出口開口部において一定の液滴ブレークオフを達成するために、容量送達の直後に各第２のバルブを閉じるステップであって、液滴ブレークオフが一定であり且つ滴下が発生しないように、閉鎖が液体ポンプによる容量送達の直後またはほぼ直後に行う必要があり、その結果、分配動作と各第２のバルブが閉じるまでの時間遅延が約０ミリ秒または正確に０ミリ秒になる、ステップと、
（ｉ）再浸漬とも呼ばれる液体ポンプによって供給チャネルから密封液を引き出し、過圧補償のために第１のバルブを開くステップであって、第２のバルブの急速な閉鎖のために、システム内に僅かな過圧が発生することができ、過圧が、少量の液体を反対方向にシステムに引き戻す液体ポンプによって、および追加の過圧補償のためにその後短時間だけ第１のバルブを開くことによって補償されることができ、各第２のバルブの閉鎖と再浸漬との間の時間遅延が例えば５０ミリ秒などの４０ミリ秒から６０ミリ秒とすることができ、再浸漬する量が、例えば３μｌなどの２μｌから５μｌとすることができ、再浸漬に使用されるポンプ速度が、３０μｌ／秒などの２０μｌ／秒４０μｌ／秒とすることができ、再浸漬プロセスの終了と第１のバルブの開放との間の時間遅延が、約０ミリ秒または正確に０ミリ秒とすることができる、ステップと、
（ｊ）第１のバルブを閉じるステップであって、第１のバルブの開閉間の時間遅延が、例えば１０００ミリ秒などの９００ミリ秒から１１００ミリ秒とすることができる、ステップと、
（ｋ）各注入チャネルを供給チャネルに接続するために、第２のバルブを個別に連続して開く、ステップと、
（ｌ）インジェクタの出口開口部にある潜在的な残留密封液を除去するために、液体ポンプによって供給チャネルからさらに密封液を引き出すステップであって、インジェクタの出口開口部に液滴が残らないように各インジェクタの上流の第２のバルブが前のステップで再び開かれることを意味し、液滴が以前の液滴ブレークオフによって引き起こされた可能性があり、液体ポンプによって分配方向と反対の方向に液体がシステムに引き戻されることができ、第２のバルブの開放とそれぞれの再浸漬との間の時間遅延が約０ミリ秒または正確に０ミリ秒とすることができ、再浸漬される液体の量が、５μｌなどの３μｌから８μｌとすることができ、再浸漬に使用されるポンプ速度が、３０μｌ／秒などの２０μｌ／秒から４０μｌ／秒とすることができる、ステップと、を含む。

その後、すなわち、上述した方法ステップの後、それぞれのインジェクタの上流に提供される各第２のバルブを再び閉じることができ、ステップ（ｌ）の後、閉鎖前の遅延は、１０００ミリ秒などの９００ミリ秒から１１００ミリ秒の間とすることができる。さらに、液体ポンプを初期位置に戻すために、液体ポンプの切り替えバルブをその吸引側、すなわちその分配側の反対側に切り替えることができ、液体ポンプは、そのゼロ点に移動され、それによって残留液体が液体リザーバに戻される。その後、液体ポンプの切り替えバルブを供給／分配側に戻すことができる。さらに、非常に初期の段階で、すなわち上記のステップ（ａ）の前に、液体ポンプは、既に液体によって充填されることができる、すなわち、液体ポンプは、ガス放出を防ぐために、有利には低速で、液体リザーバから液体を拾う。これは、液体ポンプが切り替えバルブを吸引側に切り替え、所望の液体量を吸引することで実現されることができる。次に、ポンプの切り替えバルブは、供給側または分配側に、すなわち、導管部材に向かって、そして最終的にはインジェクタに向かってポンプ方向に切り替えられる。この目的のために、約４０μｌ／秒 の吸引速度と、吸引から切り替えバルブが開くまでの時間遅延が約２０５０ミリ秒であることが有利であり、この時間遅延は、吸引によって引き起こされる任意の得られる力を低減するためにライン時間内に油柱を与える。このように実行された分配方法により、密封液は首尾よく気泡がなく、各インジェクタの出口開口部に残留物がなく、それぞれのマイクロ流体サンプル担体の充填領域に分配される。これに基づいて、インジェクタの形状と適切なパラメータ化とを使用して、容量のいかなるずれもなく液体を確実に排出する方法を特に推測されることができる。

上述した方法は、異なる段階、すなわち、第１のバルブを開き、供給チャネルを密封液で洗い流し、第１のバルブを閉じ、第２のバルブを個別に連続して開き、供給チャネルにさらなる密封液をポンプで送り、第２のバルブを再び閉じるステップ（ａ）から（ｅ）に分けることができ、分配システムの初期プライミング段階またはプライミング手順を構成することができ、残りのステップ（ｆ）から（ｌ）は、それぞれのマイクロ流体サンプル担体に密封液を充填する充填段階または充填手順を構成することができ、充填段階中、各流路の充填は、さらに上述したように、それぞれのモニタリング手段によってモニタリングされることができる。また、充填段階、すなわち上述したステップ（ｆ）から（ｌ）は、後続の事前充填されたマイクロ流体サンプル担体ごとに繰り返されることができるが、例えば、分配システムをオンにするとき、または１日１回もしくは２回などの特定の時間間隔で、または特定の数の密封されたマイクロ流体サンプル担体の後、マイクロ流体サンプル担体密封システムがしばらく使用されていなかった後、すなわち、一般に、システムがクリーンであることを確認するためにシステムを洗い流すためにプライミングが必要な特定の時間など、密封されるマイクロ流体サンプル担体のバッチを開始する前に、ステップ（ａ）から（ｅ）の最初のプライミング段階を１回だけ実行するのに十分である。

上述した本発明の方法の実施形態の過程で、および上述した方法ステップに加えて、任意の追加の方法ステップを実行することができ、すなわち、空気の過圧を、マイクロ流体サンプル担体の充填領域の上方の分配システムの空気供給ユニットによって加えることができ、それにより、例えば一定の分配流速で、マイクロ流体サンプル担体の各流路を通して充填領域に分配された密封液を分配する。そうすることで、密封液がマイクロ流体サンプル担体の充填領域に分配される前にマイクロ流体サンプル担体の充填領域に事前に充填されたサンプル液体は、過圧空気によって提供される一定の分配流速で駆動される密封液によってマイクロ流体サンプル担体の各流路を通して押し出される。したがって、印加された空気は、マイクロ流体サンプル担体の充填領域に分配された密封液をマイクロ流体サンプル担体の各流路内に押し出し、次に、密封液は、サンプル液体をマイクロ流体サンプル担体の各流路を通して押し出し、それにより、マイクロ流体サンプル担体内の各マイクロウェルをサンプルで充填し、続いて、サンプルで充填たされたマイクロ流体サンプル担体内の各マイクロウェルを密封液で密封する。

本明細書および添付の特許請求の範囲に使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形を含む。同様に、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」、「包含する（ｅｎｃｏｍｐａｓｓ）」という語は、排他的ではなく包括的に、すなわち、「含むがこれに限定されない」という意味で解釈される。同様に、「または」という単語は、文脈が明確に別のことを示さない限り、「および」を含むことを意図している。「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」、「複数（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）」または「多数（ｍｕｌｔｉｔｕｄｅ）」という用語は、整数倍の２つ以上、すなわち２または＞２を指し、「単一（ｓｉｎｇｌｅ）」または「唯一（ｓｏｌｅ）」という用語は１つ、すなわち＝１を指す。さらにまた、「少なくとも１つ」という用語は、１つ以上、すなわち、１または＞１としても理解されるべきであり、これも整数倍である。したがって、単数形または複数形を使用する語はまた、それぞれ複数形および単数形も含む。さらに、「ここに（ｈｅｒｅｉｎ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「以前に（ｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」という語、および同様の意味の語は、本特許出願において使用される場合、本特許出願の特定の部分ではなく、本特許出願全体を指すものとする。また、本明細書で使用される「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、約５％、約４％、約３％、約２％、または約１％、それに近い、またはそれにほぼ等しいまたはそれ未満である量を意味する。これは、その周辺の同じまたは同等の量を示すために使用される。

さらにまた、特定の用語は、便宜上使用されており、本発明を限定することを意図するものではない。「右（ｒｉｇｈｔ）」、「左（ｌｅｆｔ）」、「上（ｕｐ）」、「下（ｄｏｗｎ）」、「下方（ｕｎｄｅｒ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」という用語は、図における方向を指す。用語は、明示的に言及された用語と、それらの派生語および同様の意味を有する用語を含む。また、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「下方（ｌｏｗｅｒ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「上方（ｕｐｐｅｒ）」、「近位（ｐｒｏｘｉｍａｌ）」、「遠位（ｄｉｓｔａｌ）」などの空間的に相対的な用語を使用して、図に示すように、別の要素または特徴に対する１つの要素または特徴の関係を説明することができる。これらの空間的に相対的な用語は、図に示されている位置と向きに加えて、使用中または動作中の装置の異なる位置と向きを包含することを意図している。例えば、図の装置が裏返されている場合、他の要素または特徴の「下」または「下方」として記述されている要素は、他の要素または特徴の「上」または「上方」になる。したがって、「下方」という例示的な用語は、上と下の位置と方向の双方を包含することができる。装置は、他の方法で方向付けられ（例えば、９０度回転または他の方向に）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子がそれに応じて解釈されることができる。同様に、様々な軸に沿った動きの説明は、様々な空間装置の位置と方向を含む。

様々な態様および例示的な実施形態の図および説明の繰り返しを回避するために、多くの特徴が多くの態様および実施形態に共通であることを理解されたい。本開示の特定の実施形態の説明は、網羅的であること、または本開示を開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。本開示の特定の実施形態およびその例は、例示の目的で本明細書に記載されているが、関連技術分野の当業者が認識するように、本開示の範囲内で様々な同等の修正が可能である。前述の実施形態の特定の要素は、他の実施形態の要素と組み合わせたり、要素の代わりに使用したりすることができる。さらにまた、本開示の特定の実施形態に関連する利点は、これらの実施形態の文脈で説明されてきたが、他の実施形態もそのような利点を示すことができ、全ての実施形態が添付の特許請求の範囲によって定義されるような本開示の範囲内に含まれるようにそのような利点を示す必要はない。説明または図からの態様の省略は、その態様がその態様を組み込んだ実施形態から欠落していることを意味するものではない。代わりに、明確にするため、および冗長な説明を回避するために、態様が省略されている場合がある。この文脈では、この説明の残りの部分に以下が適用される。図面を明確にするために、図に説明の直接関連部分で説明されていない参照符号を含む場合は、前または後の説明セクションを参照されたい。さらに、わかりやすくするために、図面のセクションにおいて部品の全ての特徴に参照符号が付されていない場合は、同じ図面の他のセクションを参照されたい。２つ以上の図の同様の数字は、同じまたは類似の要素を表す。

以下の実施例は、本発明の様々な特定の実施形態を説明することを意図している。したがって、以下に論じられる特定の修正は、本発明の範囲に対する限定として解釈されるべきではない。本発明の範囲から逸脱することなく、様々な均等物、変更、および修正を行うことができることは当業者にとって明らかであり、したがって、そのような均等の実施形態が本明細書に含まれることが理解されるべきである。本発明のさらなる態様および利点は、図に示される特定の実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。

添付の特許請求の範囲に含まれない、説明全体にわたる「実施形態」への言及は、単に可能な例示的な実行を表すのみであり、したがって、本発明の一部ではない。

下方に配置されたマイクロ流体サンプル担体を備えた、分解された方法での本発明の実施形態にかかる分配システムの部分的に切断された概念斜視図である。 下方に配置されたマイクロ流体サンプル担体を備え、本発明にかかるインターフェースユニットの拡大断面図を含む、分解された方法での図１に示されるような分配システムの部分的に切断された概念側面図である。 分解された方法での図１および図２に示されるような分配システムのインジェクタの拡大断面側面図である。 図１および図２に示されるような分配システムを含む、下から見た分解された方法での本発明の実施形態にかかるマイクロ流体サンプル担体密封システムの概念斜視図である。 分配システムを含む、上から見た分解された方法での図４に示されるようなマイクロ流体サンプル担体密封システムの概念斜視図である。 下からの図１、図２、図４および図５に示されるようなマイクロ流体サンプル担体の概念平面図である。 本発明の方法の実施形態を示すフローチャートである。

１ 液体分配システム
２ インターフェースユニット
３ 導管部材
３１ 導管部材の供給チャネル
３２ 液体分配チャネル
３３ ガス分配チャネル
３４ ポート
３５ 液体コネクタ
４ 第１のバルブ／主バルブ／廃液バルブ
５ 第２のバルブ／切り替えバルブ
６ インジェクタ
６１ インジェクタの本体
６１１ インジェクタの本体の第１の端面
６１２ インジェクタの本体の第２の端面
６１３ インジェクタの本体の肩部
６２ インジェクタの注入チャネル
６２１ インジェクタの注入チャネルの入口部分
６２２ インジェクタの注入チャネルの中間部分
６２３ インジェクタの注入チャネルの出口部分
６２４ インジェクタの注入チャネルの出口面取り
６２５ インジェクタの注入チャネルの通路面取り
６３ 出口開口部／ノズルオリフィス
７ 空気供給ユニット
７１ 空気出口ノズル
８ 密封部材
８１ 密封部材の内孔
８２ 密封部材の内孔の内側リム
９ マイクロ流体サンプル担体
９１ マイクロ流体サンプル担体の充填領域
９１１ マイクロ流体サンプル担体の流路の液体入口
９２ マイクロ流体サンプル担体の流路
９２１ モニタリング手段
９２１１ 静電容量センサ
９２１２ 静電容量センサの第１の電極
９２１３ 静電容量センサの第２の電極
９３ マイクロ流体サンプル担体の出口領域／廃棄領域
９３１ マイクロ流体サンプル担体の流路の液体出口
９４ マイクロ流体サンプル担体の下方側／下側
９５ 流路内の液体の流れ方向
１０ マイクロ流体サンプル担体密封システム
φ_ｉｎ インジェクタの注入チャネルの入口部分の断面
φ_ｍｉｄ インジェクタの注入チャネルの中間部分の断面
φ_ｏｕｔ インジェクタの注入チャネルの出口部分の断面
ｌ インジェクタの注入チャネルの長さ
ｌ_ｉｎ インジェクタの注入チャネルの入口部分の長さ
ｌ_ｍｉｄ インジェクタの注入チャネルの中間部分の長さ
ｌ_ｏｕｔ インジェクタの注入チャネルの出口部分の長さ
Ｐ１ 第１の主段階／プライミング段階
Ｐ２ 第２の主段階／充填段階
Ｓ０ 前段階／前ステップ
Ｓ１〜Ｓ５ プライミング段階の方法ステップ
Ｓ６〜Ｓ１２ 充填段階の方法ステップ
Ｓ１３ 任意の追加の圧縮空気印加ステップ
終了 方法の終了

部分的に切断された斜視図で本発明にかかる分配システム１の実施形態が図１に示されており、分配システム１の構造は、これらの構成要素間の構造的関係を改善された方法で説明できるようにするために、分解された方法で描かれている。また、図１では、マイクロ流体サンプル担体９は、分配システム１の隣、特に分配システム１の下方の位置に示され、分配システム１によるマイクロ流体サンプル担体９の充填は、マイクロ流体サンプル担体９が分配システム１の下方に配置されているときに起こることができる。ここで、分配システム１とマイクロ流体サンプル担体９との組み合わせは、本発明にかかるマイクロ流体サンプル担体密封システム１０を構成する。分配システム１の主要構成要素の改善された説明のために、分配システム１のいくつかの構成要素は、本発明の核となるアイデアに焦点を合わせることができるようにするために、液体リザーバまたはそれに接続された液体ポンプなど、図１では省略されている。しかしながら、本明細書に記載の実施形態では、液体リザーバは密封液リザーバであり、したがって、液体ポンプは密封液ポンプであり、その結果、本明細書に記載の実施形態の分配システム１は、密封液を分配するためのものであり、密封液ポンプは、ステッピングモータの形態の制御可能な容積変位アクチュエータと、電磁バルブの形態の切り替えバルブとを備えることに留意されたい。

図１に示すように、および例えば図４および図５から推測されることもできるように、分配システム１は、共通の供給チャネル３１と、供給チャネル３１に接続された液体分配チャネル３２などの流体分配システムの形態のいくつかのラインシステムとを含むプレートまたはボードの形態の導管部材３を備え、それにより、供給チャネル３１を「共通の」供給チャネル３１、または供給チャネル３１もしくは液体分配チャネル３２とは独立して導管部材３を通って延びるガス分配チャネル３３にする。液体は、液体リザーバ（図示せず）から液体ポンプ（図示せず）を通って導管部材３の液体コネクタ３５に、供給チャネル３１に、さらに液体分配チャネル３２を介して、例えば液体ポンプ（図示せず）によって供給されることができ、液体コネクタ３５は、液体ポンプの接続ハブとして機能する。液体を供給チャネル３１に導入できるようにするために、第１のバルブまたは主バルブ４が、液体コネクタ３５に関連する供給チャネル３１の端部とは反対側の供給チャネル３１の一端に接続される。ここで、液体を供給チャネル３１に適切に導入するために、第１のバルブ４を開くことができ、その結果、供給チャネル３１内に最初に優勢であった空気などを、供給チャネル３１に液体をポンプで送ることによって供給チャネル３１から除去することができ、それにより、第１のバルブ４を再び閉じた後、供給チャネル３１内で液体の閉じた柱を達成することが可能になる。したがって、供給チャネル３１内の潜在的なエアクッションは、導管部材３から洗い流されることができる。

さらに、ガスは、導管部材３のガス分配チャネル３３を介して、加圧空気リザーバおよび空気圧調整器などの特徴を備える空気供給ユニット７（図５に単に示されている）から供給されることができ、空気供給ユニット７に向けられている図５の矢印も参照されたい。さらに、分配システム１は、ＰＴＦＥなどの低表面エネルギーを示すプラスチック材料から作製された１つ以上のインジェクタ６と、各インジェクタ６に１つの内孔８１が設けられた、部分的に先細の内孔８１をその中に有する細長い密封部材８とを備え、インジェクタ６は、以下の図３に関連してさらに詳細に説明される。ここでは、図２からも推測されることができるように、密封部材８の内孔８１は、導管部材３のポート３４と係合するための係合エッジとして、内孔８１の内側に設けられた内側リム８２を備える。内孔８１は、ポート３４を収容するための一定の内径を有する上流セクションと、上流セクションに隣接する下流セクションとの基本的に２つのセクションからなり、下流セクションは、内側リム８２のエッジから導管部材３から離れる方向に向けられた密封部材８の端面に向かって先細りしている。ここで、供給チャネル３１からポート３４に案内する液体分配チャネル３２、ポート３４内の空気出口ノズル７１に空気を案内するガス分配チャネル３３、空気出口ノズル７１を含むポート３４自体、およびインジェクタ６は、全体として、分配システム１のインターフェースユニット２を構成し、このインターフェースユニット２は、マイクロ流体サンプル担体９の充填領域９１の液体入口９１１のそれぞれに設けられ、すなわちマイクロ流体サンプル担体９の流路９２のそれぞれに設けられる。したがって、分配システム１によって分配される任意の液体は、それぞれのインターフェースユニット２によって、マイクロ流体サンプル担体９の各流路９２に提供される。

上記に基づいて、導管部材３は、液体ポンプ（図示せず）、液体ポンプコネクタ３５、および供給チャネル３１を介して、各インターフェースユニット２に液体リザーバ（図示せず）を接続する。ここで、供給チャネル３１内の液体を各インターフェースユニット２に供給するために、第２のバルブまたは切り替えバルブ５が、供給チャネル３１からインジェクタ６につながる液体分配チャネル３２内の各インターフェースユニット２に設けられる。それにより、供給チャネル３１と各インジェクタ６との間の接続は、要求に応じて開閉切り替えされることができる。ここで、プライミング中に、液体分配チャネル３２を供給チャネル３１からの液体で次々に洗い流すために、複数の第２のバルブ５（より良い概観のために図１に１つの第２のバルブのみが示されている）を個別におよび連続して開くことができ、それにより、それぞれのインジェクタ６を介して液体分配チャネル３２から任意のガスクッションなどを、特定の残留量の液体とともに可動収集パン（図示せず）に洗い流し、そこから洗い流されて集められた液体は、ポンプで送られるかまたは廃棄物容器などに導かれることができる。

約≦２００μｌの容量など、分配システム１によって少量の正確な送達を達成することができるようにするために、そして明確な液滴ブレークオフ挙動を確立するために、各インジェクタ６は、特定の設計を提供する：図３から推測されることができるように、各インジェクタ６は、本体６１と、本体６１の長手方向軸に沿ってインジェクタの本体６１の第１の端面または入口端面６１１から第２の端面または出口端面６１２までインジェクタ６を貫通する貫通孔の形態で設けられた注入チャネル６２とを備える。ここで、第１の端面６１１は、インジェクタ６の外周と組み合わせて、インジェクタ６をポート３４内に配置するために、導管部材３のポート３４との位置合わせ手段として機能する。さらに、図３の上から下に説明されているように、インジェクタ６の注入チャネル６２の貫通孔は、供給チャネル３１から液体を受け取るための第１の部分または入口部分６２１と、液体をサンプル担体液体入口９１１に分配するために液体を入口部分６２１から出口部分６２３に向けて導くための中間部分６２２とを提供し、注入チャネル６２の出口部分６２３は、インジェクタ６の出口開口部６３で終わり、そこから出口開口部６３から液体の液滴が分配される。

注入チャネル６２の異なる部分の寸法に関して、注入チャネル６２の各部分は、異なる内径φを提供する。本明細書の実施形態の場合、注入チャネル６２の内径φは、注入チャネル６２の出口部分６２３の断面φ_ｏｕｔが、注入チャネル６２の入口部分６２１の断面φ_ｉｎよりも大きく且つ注入チャネル６２の中間部分６２２の断面φ_ｍｉｄよりも大きいように設計されている。さらに、本明細書で説明する実施形態では、注入チャネル６２の入口部分６２１の断面積φ_ｉｎは、注入チャネル６２の中間部分６２２の断面積φ_ｉｎよりも大きいが、注入チャネル６２の入口部分６２１の断面φ_ｉｎはまた、注入チャネル６２の中間部分６２２の断面φ_ｍｉｄと同様または同一のサイズとすることもできるため、これは任意の特徴である。ここで、本実施形態では、入口部分６２１の断面φ_ｉｎは、約０．８ｍｍであり、中間部分６２２の断面φ_ｍｉｄは、約０．５ｍｍであり、出口部分６２３の断面φ_ｏｕｔは、約１．２ｍｍである。それにより、φ_ｏｕｔ＝１．２ｍｍ＞φ_ｉｎ＝０．８ｍｍ＞φ_ｍｉｄ＝０．５ｍｍであるため、条件（ａ）φ_ｏｕｔ＞φ_ｉｎ、（ｂ）φ_ｏｕｔ＞φ_ｍｉｄ、および（ｃ）φ_ｏｕｔ＞φ_ｉｎ＞φ_ｍｉｄが満たされる。

インジェクタ６のさらなる寸法決定に関して、特に注入チャネル６２の各部分の軸方向長さに関して、注入チャネル６２の中間部分６２２の長さｌ_ｍｉｄは、出口部分６２３の長さｌ_ｏｕｔよりも大きく、注入チャネル６２の中間部分６２２の長さｌ_ｍｉｄは、必要に応じて、出口部分６２３の長さｌ_ｏｕｔに等しくすることができる。さらにまた、本明細書に記載の実施形態では、注入チャネル６２の入口部分６２１の長さｌ_ｉｎは、中間部分６２２の長さｌ_ｍｉｄ以上であり、この場合、出口部分６２３の長さｌ_ｏｕｔは、注入チャネル６２の中間部分６２２の長さｌ_ｍｉｄまたは入口部分６２１の長さｌ_ｉｎよりも短い。特に、本明細書に記載の実施形態では、注入チャネル６の出口部分６２３のｌ_ｏｕｔは、約２ｍｍまたはそれよりも大きくすることができる。ここで、本実施形態では、入口部分６２１の長さｌ_ｉｎは、４．１２ｍｍなど約４ｍｍであり、中間部分６２２の長さｌ_ｍｉｄは、４．０８ｍｍなど約４ｍｍであり、出口部分６２３の長さｌ_ｏｕｔは、約２ｍｍであり、その結果、インジェクタ６の本体６１の全長、したがって、約１０．２ｍｍの注入チャネル６２の全長が得られ、ｌ_ｉｎ＝４．１２ｍｍ≧ｌ_ｍｉｄ＝４．０８ｍｍ＞ｌ_ｏｕｔ＝２ｍｍであるため、条件（ｄ）ｌ_ｍｉｄ≧ｌ_ｏｕｔ、（ｅ）ｌ_ｉｎ≧ｌ_ｍｉｄ＞ｌ_ｏｕｔ、および（ｆ）ｌ_ｏｕｔ≧２ｍｍが満たされる。

さらに、本体６１の出口部分６２３の内径に対する、すなわち、断面φ_ｏｕｔに対するその外周に関する本体６１の出口部分６２３の寸法決めに関して、出口開口部６３でのインジェクタ６の本体６１の第２の端面６１２は、出口開口部６３から分配される密封液の接触面を減らすために、生産関連の実現可能性に基づいて最小限に保たれ、したがって、液滴ブレークオフを大幅に改善する。この点で、図３から推測されることができるように、出口部分６２３におけるインジェクタ６の外径は、入口部分６２１および中間部分６２２の部分におけるインジェクタ６の外径よりも小さく、注入チャネル６２の出口部分６２３の周りのインジェクタ材料の特定の厚さは、既に製造要件に関して提供されなければならない。例えば、注入チャネル６２をインジェクタ６に導入するためにインジェクタ６の本体６１に穿孔する場合、注入チャネル６２の周りの特定の外壁の厚さが必要であり、また、インジェクタ６の特定の耐久性を維持するために残っていなければならない。注入チャネル６２をインジェクタ６に導入することに関して、本体６１への穿孔は、インジェクタ６を製造する方法のいくつかの可能性のうちの１つにすぎない。

さらに、注入チャネル６２をインジェクタ６の本体６１に導入する場合、注入チャネル６２の出口部分６２３の下流端の内周は、注入チャネル６２の下流端でその断面φ_ｏｕｔを拡大する出口面取り６２４を備え、本明細書で説明される実施形態における出口面取り６２４は、４５°の角度を示す。ここで、出口面取り６２４は、再び、注入チャネル６２の下流端の周りの壁の厚さの減少に寄与し、したがって、改善された液滴ブレークオフをもたらす。さらにまた、注入チャネル６２がインジェクタ６の本体６１に穿孔される本実施形態では、通路面取り６２５が入口部分６２１の内周と中間部分６２２の内周との間に設けられており、この通路面取り６２５は、約２８°の角度を示す。しかしながら、通路面取り６２５は、異なる目的、すなわち、入口部分６２１から注入チャネル６２の中間部分６２２への密封液の通過を改善することを有する。それとは反対に、注入チャネル６２の中間部分６２２と出口部分６２３との間にそれ以上の面取りは提供されず、その結果、密封液のための注入チャネル６２の中間部分６２２と出口部分６２３との間の通路はクリアな矩形ステップであり、その結果、注入チャネル６２を通る液体の流れの拡大がこの時点で達成され、液体が膨張するにつれて流れの圧力が突然低下し、その結果、出口開口部６３での液滴ブレークオフの制御性が改善され、インジェクタ６からの液体の制御されない流出を防ぐ。最後に、インジェクタ６の本体６１の外周をさらに観察すると、肩部６１３がインジェクタ６の本体６１から突出しており、その肩部は、ポート３４内でインジェクタ６を押すためのツールと係合するためのカラーとして機能することが、図１から図５のそれぞれから、特に図２の拡大図から明らかに導き出すことができる。

図１および図２、特に図２の拡大図から、液体分配チャネル３２、ガス分配チャネル３３、空気出口ノズル７１を含むポート３４、およびインジェクタ６によって構成される、例示的なインターフェースユニット２が推測されることができる。ここで、各インターフェースユニット２が密封部材８に囲まれていることも推測されることができる。さらに詳細には、密封部材８は、その中に提供される内孔８１を備え、各インジェクタ６に１つの内孔８１が設けられることが推測されることができる。ここでは、図２の拡大図からも推測されることができ、既に上述した部分で説明したように、内孔８１の上流セクションは、ポート３４の外径を包含し、密封部材８の内側リム８２は、空気出口ノズル７１が少なくとも部分的に開いたままであるようにポート３４の端面に当接する。空気出口ノズル７１をポート３４の端面に配置するために、ガス誘導チャネル３３は、導管部材３を通って、ポート３４を通って、導管部材３から離れる方向に向けられたその端面まで延びる。また、空気出口ノズル７１は、ポート３４内に配置されたときのインジェクタ６の肩部６１３が空気出口ノズル７１を覆わないように、ポート３４の端面に配置されている。したがって、組み立てられた状態では、空気出口ノズル７１は、密封部材８とインジェクタ６との間に配置され、密封部材８の内側リム８２およびインジェクタ６の肩部６１３は、空気がサンプル担体９に向かって空気出口ノズル７１を十分に出ることを可能にするためにそれらの間に十分な空間を維持する。この配置により、ポート３４と密封部材８との間の気密密封を確保することができ、その結果、空気出口ノズル７１から放出された空気がポート３４と密封部材８との間から出ることができず、サンプル担体９の流路９２を通して液体容量を導くためにサンプル担体９の充填領域９１を超える過圧の発生に関して、空気出口ノズル７１による十分な圧力上昇が保証される。

さらに、特に図２の拡大図からも推測されることができるように、インジェクタ６の肩部６１３、ならびに注入チャネル６２の出口部分６２３を含むその残りの下流部分は、インジェクタ６の第２の端面６１２または出口端面６１２が密封部材８の僅かに外側に配置される、すなわちそこから突出するように、密封部材８の内孔８１の先細の下流セクション内に配置される。したがって、密封部材８内のインジェクタ６の長手方向の延長に関して、図示のインターフェースユニット２の空気出口ノズル７１は、細長い密封部材８のそれぞれの内孔８１内に配置される一方で、インジェクタ６の本体６１の第２の端面６１２および出口開口部６３を含むインジェクタ６の下流端は、密封部材８の外側に配置され、すなわち、密封部材８から外側に、マイクロ流体サンプル担体９に向かって突出する。したがって、サンプル担体９の充填領域９１を分配システム１と接触させるとき、インターフェースユニット２は、導管部材３から離れるように向けられた密封部材８の端面がサンプル担体９の充填領域９１のサンプル担体液体入口９１１の上面に押し付けられるように、サンプル担体９の充填領域９１に押し付けられる。そうすることで、密封部材８の各内孔８１の内部空間と、充填領域９１のそれぞれの液体入口９１１の内部空間との間に気密接続が生成され、サンプル担体９の充填領域９１内の任意の液体容量をサンプル担体９のそれぞれの流路９２を通して案内するために、空気供給ユニット７およびそれぞれの空気出口ノズル７１によってサンプル担体９の充填領域９１に過圧を加えることができる。また、そうすることで、インジェクタ６の本体６１の第２の端面６１２および出口開口部６３を含む各インジェクタ６の下流端は、密封部材８からサンプル担体９のそれぞれの液体入口９１１内に突出する。したがって、各インジェクタ６によって分配システム１によって分配される任意の密封液は、損失なしにそれぞれの液体入口９１１に移送されることができ、本発明の分配システム１のインターフェースユニット２の改善された液滴ブレークオフ挙動は、≦２００μｌの容量の正確な送達の能力をもたらす。

マイクロ流体サンプルキャリア９を事前設定された少量の≦２００μｌの密封液によって充填する本発明のマイクロ流体サンプル担体密封システム１０は、前述の分配システム１ならびにマイクロ流体サンプルキャリア９自体を含み、例えば、図１、図２、図４および図５から推測されることができる。ここでは、既に説明し、特に図４および図６に描かれているように、マイクロ流体サンプル担体９は、複数の液体入口９１１を備えた充填領域９１、複数の流路９２、および出口領域９３を含み、各流路は、１つの液体入口９１１を出口領域９３のそれぞれの液体出口９３１に接続する。通常、本発明の実施形態の分配システム１を使用する場合、マイクロ流体サンプル担体９の各液体入口９１１は、既にサンプル液体によって充填され、分配システム１によって分配される密封液は、液体入口９１１のそれぞれに送達されることになっている。次に、上述したように、加圧または圧縮空気はまた、均一な方法で分配システム１によってマイクロ流体サンプル担体９の各流路９２に供給されることができ、それにより、マイクロ流体サンプル担体９の反応経路全体にわたって液体の均一な分布を達成するために、密封液をマイクロ流体サンプル担体９の流路９２を介して絶えず押し付ける。そうすることで、印加された空気は、マイクロ流体サンプル担体９の充填領域９１に分配された密封液を、マイクロ流体サンプル担体９の各流路９２内に、そしてそれを介して出口領域９３に向かって押し出し、次に、密封液は、事前充填されたサンプル液体を、各流路９２を通して押し出し、それにより、マイクロ流体サンプル担体９内の各マイクロウェル（図示せず）にサンプルを充填し、続いて、各サンプル充填マイクロウェルを密封液で密封する。

各流路９２内の液体の流れ方向９５に沿った液体の動きの進行をモニタリングできるようにするために、本発明のマイクロ流体サンプル担体密封システム１０は、流路９２の充填をモニタリングするための複数のモニタリング手段９２１を提供する。特に図６を参照されたい。ここで、モニタリング手段９２１は、マイクロ流体サンプル担体９とは別に提供される。例えば、モニタリング手段９２１は、（図示せず）別個のセンサ回路基板などに配置され、モニタリングされる流路９２に隣接して配置されることができる。さらに詳細には、マイクロ流体サンプル担体９は、（図示せず）別個のセンサ回路基板上に配置されることができ、充填中にその上に能動的に押し付けられることさえできる。それにより、センサ回路基板上に配置されたモニタリング手段９２１は、例えば、マイクロ流体サンプル担体９が本発明のマイクロ流体サンプル担体密封システム１０に挿入されたとき、または既にマスターミックスなどによって充填されたマイクロ流体サンプル担体９が挿入された場合、またはマイクロ流体サンプル担体９が最終的に密封液によって充填された場合、静電容量の変化を記録することができる。そのようなモニタリング手段９２１を用いて、充填レベルおよび充填プロセスを段階的にモニタリングすることができる。モニタリング手段９２１は、各流路９２のためのいくつかの静電容量センサ９２１１によって構成される。本実施形態に関してさらに詳細に、各静電容量センサ９２１１は、それらの間に電界を生成する２つの電極９２１２、９２１３によって形成され、２つの電極９２１２、９２１３を通過する液体は、誘電体として作用し、したがって、静電容量を変化させるそれぞれの静電容量センサ９２１１の静電容量の変化は、通過する液体を検出するセンサ信号として使用されることができる。そのような検出信号を最も効率的に生成できるようにするために、各電極９２１２、９２１３は、それぞれの流路９２においてマイクロ流体サンプル担体９の下側９４と直接接触して提供される。図６に示すような実施形態では、各流路９２は、その長手方向延長部に沿って配置された４つの静電容量センサ９２１１を備え、すなわち、静電容量センサ９２１１は、その液体入口９１１からその液体出口９３１まで下流の流路９２に沿って分配され、それにより、各流路９２をいくつかのセクション、特に３つのセクションに分割する。それにより、液体の流入は、液体入口９１１の直後の流路９２の入口に配置された第１の静電容量センサ９２１１によって検出されることができる。第１のセクターの充填は、第１の静電容量センサ９２１１の下流に配置された第２の静電容量センサ９２１１によって検出されることができる。第２のセクターの充填は、第２の静電容量センサ９２１１の下流に配置された第３の静電容量センサ９２１１によって検出されることができる。そして最後に、第３のセクターの充填、したがって、流路９２全体の充填は、第３の静電容量センサ９２１１の下流および流路９２の端部に配置された第４の静電容量センサ９２１１によって検出されることができる。もちろん、追加のセクターを備えた各流路９２のさらに詳細なモニタリングが望まれる場合、さらに多くの静電容量センサ９２１１を各流路９２内に配置することができるが、モニタリングされる各流路９２あたりの静電容量センサ９２１１の最小は、一方は液体入口９１１の直後のそれぞれの流路９２の入口に配置され、他方は液体の流入ならびに段階的な流路９２の完全な充填を検出することができるようにそれぞれの流路９２の端部に配置された２つの静電容量センサ９２１１である。それにより、液体、すなわちサンプルまたは密封液がマイクロ流体サンプル担体９に実際に存在するかどうかの情報、各流路９２の充填速度に関する情報、または完全な反応距離に達した場合、すなわち、流路９２全体が液体で充填された場合の情報など、モニタリング手段９２１のセンサ信号によって、いくつかの結論に到達することができる。

上述した分配システム１に基づいて、本発明にかかる事前充填されたマイクロ流体サンプル担体９に密封液を分配する方法の実施形態が図７に示されている。このことから、そのような方法は複数の方法ステップを含み、この方法は、前段階と基本的に２つの主段階とに分けられることができ、プライミング段階Ｐ１とも呼ばれる第１の主段階Ｐ１では、第１のバルブ４が開かれ、供給チャネル３１が密封液で洗い流され、第１のバルブ４が再び閉じられ、第２のバルブ５が個別に連続して開かれ、さらに密封液が供給チャネル３１にポンプで送られ、密封液をそれぞれのマイクロ流体サンプル担体９に充填する第２の主段階Ｐ２または充填段階Ｐ２では、この充填段階Ｐ２は、各マイクロ流体サンプル担体９に対して繰り返されることができ、充填段階Ｐ２の間に、各流路９２の充填は、それぞれのモニタリング手段９２１によってモニタリングされることができる。図７では、主段階Ｐ１、Ｐ２の方法ステップ、すなわち、プライミング段階Ｐ１および充填段階Ｐ２の方法ステップは、それぞれ、破線ボックス内に配置されている。また、図７では、繰り返しの可能性は戻り矢印として示され、繰り返しは、充填段階Ｐ２のみ、または以下にさらに説明するようにステップＳ１３とともに充填段階を包含することができる。

さらに詳細には、非常に初期の段階、すなわち２つの主段階のいずれかのステップが実行される前に、前段階または前ステップＳ０が発生し、液体ポンプは、既に液体によって充填されることができ、すなわち液体ポンプは、ガス放出を防ぐために、有利には低速で液体リザーバから液体を拾う。これは、液体ポンプが切り替えバルブを吸引側に切り替え、所望の液体量を吸引することで実現されることができる。次に、ポンプの切り替えバルブは、供給側または分配側に、すなわち、導管部材３に向かって、そして最終的にはインジェクタ６に向かってポンプ方向に切り替えられる。この目的のために、約４０μｌ／秒の吸引速度と、吸引から切り替えバルブが開くまでの約２０５０ミリ秒の時間遅延が適用され、この時間遅延は、吸引によって引き起こされる任意の得られる力を低減するために油柱に時間を与える。

上述した前ステップＳ０の後、および本実施形態の方法の主段階Ｐ１、Ｐ２の過程において、この方法は、分配システム１の第１のバルブ４を開くステップＳ１を含む。さらに、この方法は、液体ポンプによって密封液を供給チャネル３１にポンプで送ることによって供給チャネル３１を密封液で洗い流すステップＳ２を含み、気泡を潜在的に含む過剰な密封液は、開いた第１のバルブ４を介して排出されることができる。さらに、この方法は、第１のバルブ４を閉じるステップＳ３を含み、それにより、供給チャネル３１内に密封液の閉じた油柱を生成する。さらに、この方法は、分配システム１の説明に関連して既に上で説明したように、各注入チャネル９２を供給チャネル３１に接続するために第２のバルブ５を個別に連続して開き、各インジェクタ６を密封液で洗い流すステップＳ４を含む。さらにまた、この方法は、さらなる密封液を供給チャネル３１にポンプで送るステップＳ５を含み、気泡を潜在的に含む過剰な密封液は、それぞれのインジェクタ６を通って収集パン（図示せず）に排出されることができ、そこから洗い流されて収集された液体は、ポンプで送られるか、または廃棄物容器などに導かれることができる。ここまで、方法ステップＳ１からＳ５は、上述した第１の主段階Ｐ１またはプライミング段階Ｐ１を構成し、インジェクタ６を含む分配システム１がプライミングされる、すなわち、分配システム１の実際のタスクに備えて準備または事前充填される。

続いて、第２の主段階Ｐ２または充填段階Ｐ２の過程で、この方法は、分配システム１においてサンプル液体によって事前充填された充填領域９１を備えたマイクロ流体サンプル担体９を配置する追加のステップＳ６を含み、各注入ユニット２は、サンプル担体９の各流路９２と整列している。さらに、この方法は、第２のバルブ５を再開放することと、供給チャネル３１を介してマイクロ流体サンプル担体９の充填領域９１に１０５μｌなどの事前設定された量の密封液をポンプで送ることとを含むステップＳ７を含み、第２のバルブ５を開いてからマイクロ流体サンプル担体９の充填領域９１に液体を分配するまでの時間遅延は存在せず、各インジェクタ６から密封液を分配する分配速度であって、密封液をポンプで送ることによって生成される２００μｌ／秒の分配速度が使用される。さらに、この方法は、各インジェクタ６の出口開口部６３で一定の液滴ブレークオフを達成するために、容積送達の直後に各第２のバルブ５を閉じるステップＳ８を含み、この閉鎖は、液滴ブレークオフが一定であり、滴下が発生しないように、液体ポンプによる容積送達の直後に実行され、その結果、分配動作と各第２のバルブ５の閉鎖との間の０ミリ秒の時間遅延をもたらす。さらにまた、この方法は、再浸漬とも呼ばれる液体ポンプによって供給チャネル３１から密封液を吸引し、過圧補償のために第１のバルブ４を開くステップＳ９を含み、第２のバルブ５の急速な閉鎖のために、僅かな過圧が分配システム１内で生成されることができ、その過圧は、少量の液体を反対方向に分配システム１に引き戻す液体ポンプによって、およびその後の追加の過圧補償のための短時間だけ第１のバルブ４を開くことによって補償されることができる。ここで、各第２のバルブ５の閉鎖と再浸漬との間の時間遅延は５０ミリ秒であり、再浸漬される容量は３μｌであり、再浸漬に使用されるポンプ速度は３０μｌ／秒であり、再浸漬プロセスの終了と第１のバルブ４の開放との間の時間遅延は発生しない。さらに、この方法は、第１のバルブ４を閉じるステップＳ１０を含み、第１のバルブ４の開閉間の時間遅延は１０００ミリ秒である。さらに、この方法は、各注入チャネル６２を供給チャネル３１に接続するために、第２のバルブ５を個別に連続して開くステップＳ１１を含む。さらにまた、この方法は、インジェクタ６の出口開口部６３で潜在的な残留密封液を除去するために、液体ポンプによって供給チャネル３１からさらに密封液を引き出すステップＳ１２を含み、すなわち、液滴がインジェクタの出口開口部６３に残らないように各インジェクタ６の上流の第２のバルブ５が前のステップにおいて再び開かれ、液滴は、前の液滴ブレークオフによって引き起こされることができ、その結果、液体は、液体ポンプによってシステム１に分配方向とは反対方向に引き戻され、第２のバルブ５の開放とそれぞれの再浸漬との間に時間遅延が生じず、再浸漬される液体の量が５μｌであり、再浸漬に使用されるポンプ速度が３０μｌ／秒である。ここで、ステップＳ１２は、充填段階Ｐ２の最終ステップを構成する。

その後、すなわち、これまでに説明した方法ステップＳ０からＳ１２の後、それぞれのインジェクタ６の上流に設けられる各第２のバルブ５を再び閉じることができ、ステップＳ１２の後、各第２のバルブ５を閉じる前の遅延は、１０００ミリ秒である。さらにその後、液体ポンプを初期位置に戻すために、液体ポンプの切り替えバルブをその吸引側、すなわちその分配側の反対側に切り替えることができ、液体ポンプは、そのゼロ点に移動され、それによって残留液体は、液体コネクタ３５を介して液体リザーバに戻される。その後、液体ポンプの切り替えバルブを供給／分配側に戻すことができる。

最後に、上述した本発明の方法のステップＳ０からＳ１２の後、すなわち、前段階Ｓ０、プライミング段階Ｐ１および充填段階Ｐ２の後に、本発明の方法に加えて、追加のステップＳ１３を実行することができ、このステップＳ１３は、既に上でさらに説明したように、分配システム１の空気供給ユニット７によって空気の過圧をマイクロ流体サンプル担体９の充填領域９１に印加することを伴い、それによって、例えば一定の分布流速でマイクロ流体サンプル担体９の各流路９２を介して分配された密封液を充填領域９１に分配する。そうすることで、上述した本発明の分配方法は、ステップＳ１３が、特に、過圧空気によって提供される一定の分配流速で駆動される密封液によってマイクロ流体サンプル担体９の各流路９２を介して押し出されるマイクロ流体サンプル担体９の充填領域９１に事前充填されたサンプル液体をもたらすため、マイクロ流体サンプル担体９のマイクロウェル（図示せず）内にサンプル液体を密封する方法に拡張されることができる。したがって、ステップＳ１３において、導管部材３のポート３４からマイクロ流体サンプル担体９の充填領域９２の液体入口９１１に気密に印加される空気は、マイクロ流体サンプル担体９の各液体入口９１１に分配された密封液を各流路９２内に押し出し、次に、密封液は、各流路９２を通る毛管力によって少なくとも部分的に流路に既に吸引されている事前充填されたサンプル液体を押し出し、それにより、マイクロ流体サンプル担体９内の各マイクロウェル（図示せず）にサンプルを充填し、続いて、以下の密封液で同じものを密封する。

上述した分配システム１、上述したマイクロ流体サンプル担体密封システム１０および上述したそれぞれの分配方法を用いて、密封液は、各インジェクタ６の出口開口部６３にいかなる残留物もなく、気泡なしのそれぞれのマイクロ流体サンプル担体９の充填領域９１に効果的に分配されることができ、本明細書に記載の特定のインジェクタ形状、および記載された方法の過程で上述した適切なパラメータ化もまた、いかなる容量の不整合もなく液体が分配されることを確実にするために使用されることができる。

本発明は、その特定の実施形態に関連して説明されてきたが、この説明は、例示のみを目的としていることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書に添付された特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図されている。

Claims (15)

1. 少なくとも１つの流路（９２）を備えるマイクロ流体サンプル担体（９）の充填領域（９１）に≦２００μｌの事前設定された少量の液体を提供する分配システム（１）であって、前記システム（１）が、
   液体リザーバと、
   前記液体リザーバに接続された液体ポンプと、
   前記マイクロ流体サンプル担体（９）の各流路（９２）に設けられる少なくとも１つのインターフェースユニット（２）であって、前記液体がそれぞれのインターフェースユニット（２）によって各流路（９２）に供給される、インターフェースユニットと、
   前記液体ポンプと各インターフェースユニット（２）とを接続する供給チャネル（３１）を備える導管部材（３）と、
   前記供給チャネル（３１）に接続された第１のバルブ（４）と、
   前記供給チャネル（３１）とそれぞれのインターフェースユニット（２）との間に配置された少なくとも１つの第２のバルブ（５）と、を含み、
   各インターフェースユニット（２）が、前記導管部材（３）に接続されたインジェクタ（６）を備え、各インジェクタ（６）が、本体（６１）および注入チャネル（６２）を備え、
   各注入チャネル（６２）が、前記供給チャネル（３１）から液体を受け取るための入口部分（６２１）、サンプル担体液体入口（９１１）に液体を分配するための出口部分（６２３）、および前記入口部分（６２１）から前記出口部分（６２３）に液体を案内するための中間部分（６２２）を含み、前記出口部分（６２３）が前記インジェクタ（６）の出口開口部（６３）で終わり、
   各注入チャネル（６２）の前記入口部分（６２１）の断面φ_ｉｎ、前記中間部分（６２２）の断面φ_ｍｉｄ、および前記出口部分（６２３）の断面φ_ｏｕｔが、
   φ_ｏｕｔ＞φ_ｉｎ、および
   φ_ｏｕｔ＞φ_ｍｉｄ
   の条件を満たす、分配システム。
2. 各注入チャネル（６２）の前記入口部分（６２１）の断面φ_ｉｎ、前記中間部分（６２２）の断面φ_ｍｉｄ、および前記出口部分（６２３）の断面φ_ｏｕｔが、
   φ_ｏｕｔ＞φ_ｉｎ＞φ_ｍｉｄ
   の条件を満たす、請求項１に記載の分配システム（１）。
3. 各注入チャネル（６２）の前記入口部分（６２１）の長さｌ_ｉｎ、前記中間部分（６２２）の長さｌ_ｍｉｄ、および前記出口部分（６２３）の長さｌ_ｏｕｔが、
   ｌ_ｍｉｄ≧ｌ_ｏｕｔ
   の条件を満たし、
   好ましくは、
   ｌ_ｉｎ≧ｌ_ｍｉｄ＞ｌ_ｏｕｔ
   の条件が満たされ、
   さらに好ましくは、ｌ_ｏｕｔ≧２ｍｍの条件が満たされる、請求項１または２に記載の分配システム（１）。
4. 前記出口開口部（６３）における前記インジェクタ（６）の前記本体（６１）の第２の端面（６１２）が、前記出口開口部（６３）から分配される液体の接触面を減らすために、生産関連の最小に保たれ、
   各注入チャネル（６２）の前記出口部分（６２３）の下流端の内周が、その断面φ_ｏｕｔを拡大する出口面取り（６２４）を備え、前記出口面取り（６２４）が、好ましくは、４０°から５０°の角度、さらに好ましくは４５°の角度をとり、および／または
   通路面取り（６２５）が、各注入チャネル（６２）の前記入口部分（６２１）の内周と前記中間部分（６２２）の内周との間に設けられ、前記通路面取り（６２５）が、好ましくは、約２８°の角度をとる、請求項１から３のいずれか一項に記載の分配システム（１）。
5. 各インジェクタ（６）の前記本体（６１）が、低い表面エネルギーを示すプラスチック材料、好ましくはＰＴＦＥから作製される、請求項１から４のいずれか一項に記載の分配システム（１）。
6. 前記液体リザーバが、高粘度の密封液を提供するための密封液リザーバであり、前記密封液が、好ましくは、１００ｍｍ^２／秒までの動粘度および２０ｍＮ／ｍまでの表面張力を有し、前記密封液がさらに好ましくはシリコーン油である、請求項１から５のいずれか一項に記載の分配システム（１）。
7. 前記分配システム（１）が、前記マイクロ流体サンプル担体（９）の各流路（９２）に加圧空気を供給するための空気供給ユニット（７）をさらに備え、好ましくは、前記空気供給ユニット（７）が、加圧空気リザーバ、空気圧力調整器、および各インターフェースユニット（２）に設けられた空気出口ノズル（７１）に接続された空気供給チャネル（３３）を備え、さらに好ましくは、前記空気出口ノズル（７１）が、前記インジェクタ（６）の前記出口開口部（６３）に隣接して配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の分配システム（１）。
8. 前記導管部材（３）と前記マイクロ流体サンプル担体（９）との間のいかなる液体または空気の外側への移動も密封するために、密封部材（８）が前記導管部材（３）に取り付けられ、前記インジェクタ（３）の前記出口部分（６２３）および各インターフェースユニット（２）の前記空気出口ノズル（７１）を取り囲み、好ましくは、前記密封部材（８）が、前記マイクロ流体サンプル担体（９）に向かって少なくとも部分的に先細になっている内孔（８１）を備え、さらに好ましくは、前記空気出口ノズル（７１）が、前記密封部材（８）の前記内孔（８１）の内部に配置され、前記インジェクタ（６）の前記出口開口部（６３）が、前記密封部材（８）の外側に配置されている、請求項７に記載の分配システム（１）。
9. 前記液体ポンプが、制御可能な容積変位アクチュエータ、好ましくはステッピングモータと、前記液体ポンプの搬送方向の切り替えを可能にするための切り替えバルブ、好ましくは電磁バルブとを備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の分配システム（１）。
10. 前記第１のバルブ（４）が、その下流端で前記供給チャネル（３１）に接続され、
    前記第１のバルブ（４）が主バルブ（４）であり、
    前記第２のバルブ（５）が切り替えバルブ（５）であり、および／または
    前記第１のバルブ（４）がさらに廃液バルブ（４）として機能する、請求項１から９のいずれか一項に記載の分配システム（１）。
11. マイクロ流体サンプル担体（９）を事前設定された少量の≦２００μｌの密封液で充填するマイクロ流体サンプル担体密封システム（１０）であって、マイクロ流体サンプル担体充填システム（１０）が、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の分配システム（１）と、
    充填領域（９１）、出口領域（９３）、および少なくとも１つの流路（９２）を備え、前記充填領域（９１）の少なくとも１つの液体入口（９１１）がサンプル液によって事前充填されているマイクロ流体サンプル担体（９）と、を備え、
    モニタリング手段（９２１）が、前記マイクロ流体サンプル担体（９）の各流路（９２）に設けられ、モニタリング手段（９２１）が、前記それぞれの流路（９２）の充填をモニタリングするためのものであり、好ましくは、前記モニタリング手段（９２１）が、前記それぞれの流路（９２）において前記マイクロ流体サンプル担体（９）の下側（９４）と接触して設けられる２つの電極（９２１２、９２１３）によって形成される少なくとも１つの静電容量センサ（９２１１）を含む、マイクロ流体サンプル担体充填システム。
12. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の分配システム（１）を用いて、密封液をマイクロ流体サンプル担体（９）に分配する方法であって、
    （Ｓ１）分配システム（１）の第１のバルブ（４）を開くステップと、
    （Ｓ２）密封液を供給チャネル（３１）にポンプで送ることにより、前記供給チャネル（３１）を密封液で洗い流すステップであって、気泡を含む可能性のある過剰な密封液が、前記開いた第１のバルブ（４）を介して排出されることができるステップと、
    （Ｓ３）前記第１のバルブ（４）を閉じ、それによって前記供給チャネル（３１）内に閉じた油圧密封液柱を生成するステップと、
    （Ｓ４）第２のバルブ（５）を個別に連続して開き、各注入チャネル（６２）を前記供給チャネル（３１）に接続し、各インジェクタ（６）を密封液で洗い流すステップと、
    （Ｓ５）さらに密封液を前記供給チャネル（３１）にポンプで送り、気泡を含む可能性のある過剰な密封液が前記それぞれのインジェクタ（６）を介して排出されることができ、前記第２のバルブ（５）を再び閉じるステップと、を含み、
    前記方法が、さらに、
    （Ｓ６）充填領域（９１）、出口領域（９３）、および少なくとも１つの流路（９２）を備えたマイクロ流体サンプル担体（９）を密封液で充填されるように配置するステップであって、前記充填領域（９１）の前記少なくとも１つの液体入口（９１１）が、前記分配システム（１）においてサンプル液体で事前充填されており、各注入ユニット（２）が、各流路（９２）の液体入口（９１１）と整列している、ステップと、
    （Ｓ７）前記第２のバルブ（５）を開き、事前設定された量の密封液を前記供給チャネル（３１）を介して前記マイクロ流体サンプル担体（９）の充填領域（９１）にポンプで送るステップと、
    （Ｓ８）各インジェクタ（６）の前記出口開口部（６３）において一定の液滴ブレークオフを達成するために、容量送達の直後に第２のバルブ（５）のそれぞれを閉じるステップと、
    （Ｓ９）過圧補償のために、前記液体ポンプによって前記供給チャネル（３１）から密封液を引き出し、前記第１のバルブ（４）を開くステップと、
    （Ｓ１０）前記第１のバルブ（４）を閉じるステップと、
    （Ｓ１１）各注入チャネル（６２）を前記供給チャネル（３１）に接続するために前記第２のバルブ（５）を個別に連続して開くステップと、
    （Ｓ１２）前記インジェクタ（６）の前記出口開口部（６３）において潜在的な残留密封液を除去するために、前記液体ポンプによって前記供給チャネル（３１）からさらに密封液を引き出すステップと、を含む、方法。
13. さらなるステップ（Ｓ１３）において、空気の過圧が、前記マイクロ流体サンプル担体（９）の前記充填領域（９１）の上方の前記分配システム（１）の前記空気供給ユニット（７）によって印加され、それにより、一定の分配流速で、前記マイクロ流体サンプル担体（９）の各流路（９２）を介して前記充填領域（９１）に分配された密封液を流通し、前記マイクロ流体サンプル担体（９）の前記充填領域（９１）に事前に充填される前記サンプル液体が、一定の分配流速で密封液によって前記マイクロ流体サンプル担体（９）の各流路（９２）を介して押し出される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１のバルブ（４）を開き、前記供給チャネル（３１）を密封液で洗い流し、前記第１のバルブ（４）を閉じ、前記第２のバルブ（５）を個別に連続して開き、さらなる密封液を前記供給チャネル（３１）にポンプで送り、前記第２のバルブ（５）を再び閉じる前記ステップ（Ｓ１−Ｓ５）が、前記分配システム（１）の初期プライミング段階（Ｐ１）を構成し、好ましくは過剰な密封液の廃棄とともに実行され、残りのステップ（Ｓ６−Ｓ１２）が、密封液をそれぞれのマイクロ流体サンプル担体（９）に充填する充填段階（Ｐ２）を構成し、好ましくは、前記充填段階（Ｐ２）が、後続の事前充填されたマイクロ流体サンプル担体（９）のそれぞれに対して繰り返される、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 各流路（９２）の充填段階（Ｐ２）が、それぞれのモニタリング手段（９２１）によってモニタリングされる、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。

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