JP7398469B2 - 真空充填式液滴生成マイクロ流体チップおよび関連方法 - Google Patents
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Description
本出願は、全体として参照により本明細書に組み入れられる、2018年10月22日に出願された米国特許仮出願第62/748,919への優先権を主張する。
本発明は一般に、マイクロ流体チップに関し、特に、ただし非限定的に、真空を使用して充填されるように構成された液滴生成マイクロ流体チップおよび同マイクロ流体チップを充填する方法に関する。
マイクロ流体チップは、化粧品、医薬品、病理学、化学、生物学およびエネルギーをはじめとする多種多様な分野でますます使用されるようになった。マイクロ流体チップは一般に、1つまたは複数の試料をその分析のために移送、混合および/または分離するように配置された1つまたは複数のチャネルを有する。チャネルの少なくとも1つは、マイクロメートルまたは数十マイクロメートルのオーダである寸法を有することができ、比較的小さい(例えばナノリットルまたはピコリットル)試料量の分析を可能にする。マイクロ流体チップにおいて使用される小さい試料量は、従来のベンチトップ技術を上回るいくつかの利点を提供する。例えば、単一細胞および/または分子の操作および分析を含む、より正確な生物学的測定が、マイクロ流体チップを用いて、チップの構成要素のスケールにより達成可能であり得る。マイクロ流体チップはまた、細胞の成長、老化、抗生物質耐性などに関連する実験を容易にするために、その中で細胞環境の改善された制御を提供することができる。さらに、マイクロ流体チップは、その小さな試料量、低いコスト、および廃棄性により、病原体の同定およびポイント・オブ・ケア診断をはじめとする診断用途に好適である。
本マイクロ流体チップは、試料が試験容積部に導入される前に試験容積部から気体を除去することができる1つまたは複数のマイクロ流体ネットワークを画定することにより、改善された試料充填に関する当技術分野における必要性に対処する。一部のチップの場合、マイクロ流体ネットワークの少なくとも1つが、試料液体の充填と試験容積部からの気体の除去の両方のための単一のポートを含むことができる。気体排出は、液体がポート中に配置されている間に、ポートの圧を低減させる(例えば周囲圧よりも低く)ことによって起こすことができる。気体排出後、ポートの圧を増大させる(例えば周囲圧まで)ことにより、液体を試験容積部に導入することができる。圧の変化は、真空チャンバを使用して達成することができる。
図1A~1Gを参照すると、本マイクロ流体チップの第一の態様10aが示されている。チップ10aは、マイクロ流体ネットワーク18を画定するボディ14を含むことができる。ボディ14は、単一のピースを含むこともできるし、複数のピース(例えば22aおよび22b)を含むこともでき、その場合、ピースの少なくとも1つがマイクロ流体ネットワーク18の少なくとも一部分を画定する。例えば、チップ10aのボディ14は2つのピース22aおよび22b(図2)を含み、その1つのみが図1A~1Gに示されている。ボディ14は任意の適当な材料を含むことができる。例えば、ピース22aおよび22bの少なくとも1つは(例えば硬質)ポリマーを含むことができ、任意で、ピースの1つはポリマーフィルムを含むことができる。
Claims (20)
- ボディと、
該ボディによって画定される1つまたは複数のマイクロ流体ネットワークと
を含む、マイクロ流体チップであって、
該ネットワークの少なくとも1つが、
2つ以上のポートと、
試験容積部と、
該ポートと該試験容積部との間で流体連通した2つ以上のチャネルと
を含み、該ネットワークが、1つまたは複数の液滴生成領域を画定し、該領域では、
該チャネルの少なくとも1つが狭窄部を画定し、かつ/または
該チャネルの2つ以上が接合部で接続し、ここで、接続しているチャネルの少なくとも2つのそれぞれについて、流体が、該ポートの少なくとも1つから、該接続しているチャネルを通って該接合部へと、任意の他の接続しているチャネルも該試験容積部も通過することなく流れることが可能になり、
該ポートのそれぞれについて、流体が、そのポートから他の各ポートへと、該試験容積部を通過することなく流れることが可能になるように該ネットワークが構成されている、
マイクロ流体チップ。 - ボディと、
該ボディによって画定される1つまたは複数のマイクロ流体ネットワークと
を含む、マイクロ流体チップであって、
該ネットワークの少なくとも1つが、
単一のポートと、
試験容積部と、
該ポートと該試験容積部との間で流体連通した1つまたは複数のチャネルと
を含み、該ネットワークが、1つまたは複数の液滴生成領域を画定し、該領域では、該チャネルの少なくとも1つが狭窄部を画定する、
マイクロ流体チップ。 - ポートのそれぞれについて、
ポートが、該ポートの中心線に対して垂直となる最小断面積を有し、かつ
該ポートに接続されたチャネルのそれぞれについて、該ポートに接続している該チャネルの一部分が、該ポートの該最小断面積の90%よりも小さいまたは90%に等しい、該チャネルの該部分の中心線に対して垂直となる最小断面積を有する、
請求項2記載のチップ。 - チャネルのそれぞれが、該チャネルの中心線に対して垂直となる、2ミリメートル(mm)よりも小さい最大横断寸法を有する、請求項2記載のチップ。
- ボディが、以下:
縁によって接続された上面および下面を有する平面部分であって、試験容積部およびチャネルを画定する、該平面部分と、
該上面から延びる1つまたは複数の突出部であって、該突出部のそれぞれが、ポートのうちの少なくとも1つの、少なくとも一部分を画定する、該突出部と
を含む、請求項2記載のチップ。 - ネットワークの少なくとも1つについて、
該ネットワークが拡大領域を含み、かつ
液滴生成領域の少なくとも1つにおいて、チャネルの少なくとも1つが、狭窄部を画定しかつ拡大領域に接続している狭窄区分を含み、これにより、液体が、ポートから流れ、該狭窄区分を通過し、該狭窄区分を出て該拡大領域に入ることが可能になり、
該拡大領域の最小断面積が、該狭窄区分の中心線に対して垂直となる該狭窄区分の最小断面積の110%よりも大きいまたは110%に等しい、
請求項2記載のチップ。 - 拡大領域が、
狭窄区分の中心線に対して垂直となる該狭窄区分のそれぞれの最大高さの150%よりも大きいまたは150%に等しい、最小高さと、
一定部分および拡大部分であって、これにより、液体が、該狭窄区分の少なくとも1つを出て該一定部分に入り、該拡大部分へと流れることが可能になる、該一定部分および該拡大部分と
を有し、
該一定部分が、
該狭窄区分と該拡大部分との間で実質的に同じであり、かつ該拡大領域の該最小高さに実質的に等しい、高さ
を有し、かつ
該拡大部分が、該一定部分から遠ざかるとともに増大する高さを有する、
請求項6記載のチップ。 - 液体を、マイクロ流体チップのマイクロ流体ネットワークの、1つまたは複数のポートの第一のポート内に配置する工程であって、該ネットワークが、
試験容積部と、
該ポートと該試験容積部との間で流体連通した1つまたは複数のチャネルと
を含み、該ネットワークが、1つまたは複数の液滴生成領域を画定し、該領域では、
該チャネルの少なくとも1つが狭窄部を画定し、かつ/または
該チャネルの2つ以上が接合部で接続し、ここで、接続しているチャネルの少なくとも2つのそれぞれについて、流体が、該ポートの少なくとも1つから、該接続しているチャネルを通って該接合部へと、任意の他の接続しているチャネルも該試験容積部も通過することなく流れることが可能になる、
工程;ならびに
少なくとも以下:
(1)該第一のポートの圧を減少させて、気体が、該試験容積部から、該チャネルの少なくとも1つを通って該第一のポートの外へ流れるようにすること、および
(2)該第一のポートの圧を増大させて、該液体の少なくとも一部分が、該第一のポートから、該液滴生成領域の少なくとも1つを通って該試験容積部の中へ流れるようにすること
によって、該液体の該少なくとも一部分を該試験容積部に導入する工程
を含む、マイクロ流体チップを充填する方法。 - ポートが第一のポートからなる、請求項8記載の方法。
- ポートが2つ以上のポートを含み、かつ
ポートのそれぞれについて、流体が、そのポートから他の各ポートへと、試験容積部を通過することなく流れることが可能になるようにネットワークが構成されている、
請求項8記載の方法。 - 第一のポートが、該第一のポートの中心線に対して垂直となる最小断面積を有し、かつ
該第一のポートに接続されたチャネルのそれぞれについて、該第一のポートに接続している該チャネルの一部分が、該第一のポートの該最小断面積の90%よりも小さいまたは90%に等しい、該チャネルの該部分の中心線に対して垂直となる最小断面積を有する、
請求項8記載の方法。 - チャネルのそれぞれが、該チャネルの中心線に対して垂直となる、2mmよりも小さい最大横断寸法を有する、請求項8記載の方法。
- ネットワークが拡大領域を含み、かつ
液滴生成領域の少なくとも1つにおいて、チャネルの少なくとも1つが、狭窄部を画定しかつ該拡大領域に接続している狭窄区分を含み、これにより、液体の一部分が、第一のポートの圧が増大した場合に、該第一のポートから流れ、該狭窄区分を通過し、該狭窄区分を出て該拡大領域に入り、
該拡大領域の最小断面積が、該狭窄区分の中心線に対して垂直となる該狭窄区分の最小断面積の110%よりも大きいまたは110%に等しい、
請求項8記載の方法。 - 拡大領域が、
狭窄区分の中心線に対して垂直となる該狭窄区分のそれぞれの最大高さの150%よりも大きいまたは150%に等しい、最小高さと、
一定部分および拡大部分であって、これにより、液体の一部分が、該液体の該一部分が該狭窄区分を出た場合に、該一定部分に入り、該拡大部分へと流れる、該一定部分および該拡大部分と
を有し、
該一定部分が、
該狭窄区分と該拡大部分との間で実質的に同じであり、かつ該拡大領域の該最小高さに実質的に等しい、高さ
を有し、かつ
該拡大部分が、該一定部分から遠ざかるとともに増大する高さを有する、
請求項13記載の方法。 - 第一のポートの圧の減少が、少なくとも、チップが配置される真空チャンバ内の圧を減少させることによって実行される、請求項8記載の方法。
- 第一のポートの圧の増大が、少なくとも、真空チャンバをベントすることによって実行される、請求項15記載の方法。
- 第一のポートの圧を減少させている間、該第一のポートから流れ出す気体が液体を通過する、請求項8記載の方法。
- 第一のポートの圧を減少させる前、該第一のポートの圧が実質的に周囲圧であり、
該第一のポートの圧を増大させた後、該第一のポートの圧が実質的に周囲圧である、
請求項8記載の方法。 - 液体の少なくとも一部分を試験容積部に導入した後、該試験容積部内の圧が実質的に周囲圧である、請求項18記載の方法。
- 液体が水性液および非水性液を含む、請求項8記載の方法。
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