JP7196162B2 - 側方に挿入可能な電極を有するマイクロ流体デバイス - Google Patents
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Description
図1~図11を参照して、マイクロ流体デバイス11、12、13、14に関する本発明の態様を最初に説明する。こうしたデバイスは1つまたは複数のマイクロチャネルおよびその他のマイクロ流体特徴を含み、その特徴的な寸法(例、幅または奥行き)はマイクロメートルの長さ範囲である(すなわち、通常1μmから100μm)。こうしたデバイスのいくつかの特定の構造はナノスケール範囲またはミリメートル範囲であってもよいが、通常デバイス全体はセンチメートル範囲である。図1~図11に示されるものを始めとして、このマイクロ流体デバイスのさまざまな実施形態が予期される。すべての場合に、こうしたデバイス11~14のすべてはチャネルが掘られた基板100と、そこへの電極の側方挿入を可能にする側方の同一平面内のコンジット101、102とを含む。
2.1 構成の実施例
2.1.1 平行な電極挿入のためのラグを有するウェアラブル・マイクロ流体パッチ、図1~図4
図1~図4は、埋め込まれた電子機器24を有し、かつマイクロ流体パッチ11の上に装着され得る電子周辺デバイス21を示す。電極201、202はスナップ嵌合機構の中に(取り外し可能に)受け取られ、スナップ嵌合機構は電極201、202を置いて固定するための開口部とともに構造化されたラグ210、211を含む。構造化されたラグ内に置かれるとき、電極はハウジングの下側基礎表面に対して平行に延在する。もし必要であれば、前にセクション1において説明したとおり、電極を抜いて容易に交換することができる。パッチ11が有するコンジット101、102は、動作中に液体Sがチャネル104から漏れ出てコンジット101、102を通じて漏洩することを防ぐために、疎水性コーティングでコートされている。加えて、コンジット101、102とチャネル104との間に形成された接合部に、液体ピン止め特徴が提供されてもよい。完全性のために、電極201、202も疎水性材料でコートされてもよい。コンジット101、102は、電極の挿入を容易にするために広がった開口部101o、102oを有する。毛細管ポンプとして作用するために、チャネル104を介して(動作中にサンプルを収集する)アパチャ103につながれた区域105に吸収剤材料106が置かれる。図3に示されるとおり、アパチャ103はサンプル収集の効率を最大化するように構造化される。流路の端部の区域105とは反対側に、空気口107が配置される。こうした空気口はたとえば、図3のとおりにマイクロ流体デバイスの平均面と直交するか、またはマイクロ流体チャネル104と同一平面内の開口部を有してもよい。サンプルSは多孔性材料31を介してアパチャ103から収集され、多孔性材料31は所与の表面(例、汗を収集するためのヒトの皮膚)に適用される。デバイス21のハウジングに埋め込まれた電子機器24によって、次いで電極201、202を介して読取られた信号が分析され得る。使用されないとき、周辺デバイス21は保管キャップ41上で保管される。
図5~図9は、図1~図4と同様の構成要素のセットを示し、かつ実施形態によるチップ12の付加的詳細を示す。電子周辺デバイス22は、電極201、202がデバイス22から側方に突出していること以外は、デバイス21と同様である。マイクロ流体デバイス12は、アパチャ103および毛細管ポンプ106がチップの反対側に位置し、したがって真っ直ぐなマイクロ流体チャネルを介して接続され得ること以外は、デバイス11と同様である。図5~図6にみられるとおり、アパチャ103とチャネル104との間に、毛細管保持弁を生じるための側方もしくは鉛直またはその両方のくびれが定められてもよい。サンプル流が連続的でない場合(例、非連続的な汗の生成)、毛細管ポンプよりも高い毛細管圧を可能にするこの受動的な弁が、入口側の液体前部が常にアパチャ103にとどまることを保証することによって、新たに生成された汗は気泡を生じることなくチャネル内にすでにある汗と融合する。
図10および図11は、構成要素のセット3、4の他の設計を示しており、ここで電極は使い捨てのマイクロ流体デバイス13、14の上に位置する。電極201、202を挿入するために締り嵌合機構121、122が用いられ、電極201、202はそれぞれのコンジット101、102内に固定的に装着される。図11の参照電極に関しては例外であり、この参照電極はそれぞれのコンジット内に摺動可能に受け取られる。前のセクションで説明したとおり、このやり方で、参照電極の先端を対向する窪み132に押し込んだり、そこから後退させたりできる。
特定の実施形態の例として、参照電極201は作用電極202とともに用いられ、この作用電極はバイポーラ接合トランジスタ(BJT:bipolar junction transistor)のベースに電気的に接続される。作用電極202の検知部分は、たとえばニードル、中空の円筒(検知表面積を増加させるため)、または巻かれたメッシュなどとして成形される。テストされる溶液によって生じる抵抗を実質的に低減させるために、参照電極と作用電極の検知部分との間隔は1mm未満である。検知動作の間、作用電極はBJTのベースに接続され、参照電極は0Vにて保持され、コレクタは0Vにて保持され、エミッタにおいて固定された負電圧が加えられ、結果として正のベース-エミッタ電圧(VBE>0)が得られ、ここではNPN BJTが想定される。検知信号はコレクタ電流である(ICと呼ばれる)。固定されたVBE電位に対して、IC検知電流はpH(例、TiN電極)または分析物の濃度(例、機能化Au電極)に依存して変化する。
Claims (18)
- 基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有し、前記マイクロチャネルが、前記マイクロチャネル内に液体流路を有する、基板と、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記マイクロチャネルの側壁まで延在する1つまたは複数のコンジットとを含み、前記1つまたは複数のコンジットは、1つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつ前記1つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達するように構成され、前記1つまたは複数の電極の前記端部が、前記マイクロチャネル内の前記液体流路の中に到達する、マイクロ流体デバイス。 - 前記マイクロチャネルの1つの端部は、前記基板の主表面上に形成されたサンプル収集アパチャから延在し、前記アパチャはサンプルを前記主表面に対して横断方向に収集し、収集されたサンプルを前記マイクロチャネル内に送ることを可能にするように構成される、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有する基板と、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記マイクロチャネルの側壁まで延在する1つまたは複数のコンジットとを含み、前記1つまたは複数のコンジットは、1つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつ前記1つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達するように構成され、
前記マイクロチャネルの1つの端部は、前記基板の主表面上に形成されたサンプル収集アパチャから延在し、前記アパチャはサンプルを前記主表面に対して横断方向に収集し、収集されたサンプルを前記マイクロチャネル内に送ることを可能にするように構成され、
前記マイクロチャネルの別の端部は、前記基板の主表面上の区域から延在しており、前記区域は前記マイクロチャネルからサンプルを毛細管吸引するように構成された媒体を含む、マイクロ流体デバイス。 - 前記区域および前記媒体が毛細管ポンプを形成するように、前記媒体は液体吸収剤材料もしくは毛細管構造またはその両方を含む、請求項3に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記1つまたは複数のコンジットは、1つまたは複数のオリフィスからそれぞれ延在し、前記オリフィスは前記基板の前記側部表面に形成され、前記1つまたは複数のオリフィスは、動作中に前記1つまたは複数の電極の挿入を容易にするように広がっている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記デバイスは、前記1つまたは複数のコンジットにそれぞれ挿入された前記1つまたは複数の電極を含み、前記1つまたは複数の電極の各々の端部は前記マイクロチャネルの中に到達するようにされる、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 一方では前記1つまたは複数の電極が、他方では前記1つもしくは複数のコンジットまたは前記1つもしくは複数のオリフィスあるいはその両方が、前記1つまたは複数のコンジットに前記1つまたは複数の電極が取り外し可能に挿入されるように構成される、請求項6に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記1つもしくは複数のコンジットまたは前記1つもしくは複数のオリフィスあるいはその両方が、前記1つまたは複数のコンジットに前記1つまたは複数の電極が摺動可能に挿入されるように構成される、請求項6に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記1つまたは複数のコンジットの少なくとも1つは、疎水性の内側コーティングもしくは液体ピン止め構造またはその両方を含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有する基板と、
各々が前記基板の主表面上の溝として形成される1つまたは複数のマイクロチャネルと、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記1つまたは複数のマイクロチャネルの1つの側壁まで延在する少なくとも3つのコンジットとを含み、前記少なくとも3つのコンジットは、少なくとも3つの電極の挿入を可能にするようにそれぞれ構成され、これらの電極は参照電極および少なくとも2つの作用電極を含み、かつ前記少なくとも3つの電極の各々の端部が前記1つまたは複数のマイクロチャネルの1つの中に到達するようにされる、マイクロ流体デバイス。 - それぞれ前記マイクロチャネルに関して前記1つまたは複数のコンジットの1つの反対側に配置された窪みをさらに含むことで、前記1つまたは複数のコンジットの前記1つへの電極の挿入を可能にし、この電極の端部は前記マイクロチャネルを通って前記窪みの中に到達するようにされる、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有し、前記マイクロチャネルが、前記マイクロチャネル内に液体流路を有する、基板と、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記マイクロチャネルの側壁まで延在する1つまたは複数のコンジットであって、前記1つまたは複数のコンジットは、1つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつ前記1つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達するように構成され、前記1つまたは複数の電極の前記端部が、前記マイクロチャネル内の前記液体流路の中に到達する、コンジットと、
前記1つまたは複数の電極と、
電子デバイスとを含み、前記電子デバイスは
ハウジングと、
前記ハウジング内に封入される電子機器とを含み、前記電子機器は前記1つまたは複数の電極との電気的通信を行うことができ、前記電子機器は別様に、動作中に前記1つまたは複数の電極から得られる信号を読取るように構成される、マイクロ流体デバイス。 - 前記電子デバイスの前記ハウジングは、前記1つまたは複数の電極を受け取るように構成されたスナップ嵌合機構を含んで、これらの電極が前記スナップ嵌合機構に受け取られたときに前記ハウジングの基礎表面に対して平行に延在するようにする、請求項12に記載のマイクロ流体デバイス。
- 基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有する基板と、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記マイクロチャネルの側壁まで延在する1つまたは複数のコンジットであって、前記1つまたは複数のコンジットは、1つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつ前記1つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達するように構成される、コンジットと、
前記1つまたは複数の電極と、
電子デバイスとを含み、前記電子デバイスは
ハウジングと、
前記ハウジング内に封入される電子機器とを含み、前記電子機器は前記1つまたは複数の電極との電気的通信を行うことができ、前記電子機器は別様に、動作中に前記1つまたは複数の電極から得られる信号を読取るように構成される、マイクロ流体デバイスであって、
多孔性支持をさらに含み、前記マイクロ流体デバイスの前記基板はこの多孔性支持に嵌合するように適合され、動作中に、前記マイクロ流体デバイスの前記マイクロチャネルの1つの端部は、前記基板の主表面上に形成されたサンプル収集アパチャから延在し、前記アパチャは、前記多孔性支持からサンプルを収集して、収集されたサンプルを前記マイクロチャネル内に送ることを可能にするように構成される、マイクロ流体デバイス。 - マイクロ流体デバイスを動作させる方法であって、前記方法は、
マイクロ流体デバイスを提供するステップを含み、前記マイクロ流体デバイスは、
基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有し、前記マイクロチャネルが、前記マイクロチャネル内に液体流路を有する、基板と、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記マイクロチャネルの側壁まで延在する1つまたは複数のコンジットとを含み、前記1つまたは複数のコンジットは1つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつ前記1つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達するように構成され、前記1つまたは複数の電極の前記端部が、前記マイクロチャネル内の前記液体流路の中に到達し、前記方法はさらに、
前記1つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達するように、前記1つまたは複数のコンジットに前記1つまたは複数の電極をそれぞれ挿入するステップを含む、方法。 - 前記マイクロチャネル内のサンプルを含む液体を毛細管吸引するステップと、
前記サンプルを分析するために前記1つまたは複数の電極を介して信号を得るステップとをさらに含む、請求項15に記載の方法。 - マイクロ流体デバイスを動作させる方法であって、前記方法は、
マイクロ流体デバイスを提供するステップを含み、前記マイクロ流体デバイスは、
基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有する基板と、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記マイクロチャネルの側壁まで延在する1つまたは複数のコンジットとを含み、前記1つまたは複数のコンジットは1つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつ前記1つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達するように構成され、前記方法はさらに、
前記1つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達するように、前記1つまたは複数のコンジットに前記1つまたは複数の電極をそれぞれ挿入するステップと、
前記マイクロチャネル内のサンプルを含む液体を毛細管吸引するステップと、
前記サンプルを分析するために前記1つまたは複数の電極を介して信号を得るステップと、
前記液体を毛細管吸引する間、前記電極が挿入された前記マイクロ流体デバイスを、前記液体を生成する表面の上に維持するステップを含む、方法。 - 前記マイクロ流体デバイスは、前記表面と前記マイクロ流体デバイスとの間に挟まれた多孔性支持によって、前記表面の上に維持される、請求項17に記載の方法。
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