KR101596189B1

KR101596189B1 - 미세유체 시스템을 위한 열 전달 방법 및 구조체

Info

Publication number: KR101596189B1
Application number: KR1020147029120A
Authority: KR
Inventors: 윌리암 베딩햄; 크리스토퍼 알. 코카이셀; 제프리 씨. 페더슨
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2016-02-19
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: KR20140138302A; TW200841931A; KR20090094384A; US8128893B2; WO2008080049A3; CA2671609A1; ES2753136T3; AU2007336774A1; WO2008080049A2; CN101568385B; KR101595843B1; EP2117713B1; CN101568385A; US20080149190A1; EP2117713A2

Abstract

미세유체 시스템 내의 유체를 운반하기 위해 단독으로 또는 중력/회전과 함께 사용될 수 있는 열 전달 구조체를 갖는 하나 이상의 프로세스 어레이를 포함하는 처리 장치가 개시된다. 열 운반 기능은 하나 이상의 챔버(270)의 온도를 변화시켜서 진공을 생성하여 프로세스 어레이 내의 선택된 방향으로 유체를 흡인함으로써 달성될 수 있다. 본 발명의 방법 및 장치는 열 전달 구조체를 사용하여 중력 또는 처리 장치를 회전시킴으로써 생성되는 임의의 원심력의 방향에 대항하는 방향으로 유체를 이동시키는 능력을 제공할 수 있다. 다시 말하면, 유체는 열-활성화 진공을 사용하여 중력 방향에 대항하여 또는 회전축을 향해 이동될 수 있다.

Description

미세유체 시스템을 위한 열 전달 방법 및 구조체{THERMAL TRANSFER METHODS AND STRUCTURES FOR MICROFLUIDIC SYSTEMS}

본 발명은 미세유체 처리 장치의 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 미세유체 프로세스 어레이 내의 분석물을 이동시키기 위해 열-활성화 진공(thermally-activated vacuum)을 이용하는 방법 및 장치를 제공한다.

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 발명의 명칭이 "미세유체 시스템을 위한 열 전달 방법 및 구조체"(THERMAL TRANSFER METHODS AND STRUCTURES FOR MICROFLUIDIC SYSTEMS)인 2006년 12월 22일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/871,611호에 대해 35 U.S.C. § 119(e) 하의 이득을 주장한다.

다양한 화학적 또는 생물학적 공정이 수행되는 장치는 과학 및/또는 진단 조사에서 그 역할이 점점 증대되고 있다. 그러한 장치에 제공되는 챔버는 공정을 수행하기 위해 요구되는 분석물의 양을 감소시키기 위해 체적이 작은 것이 바람직하다.

챔버를 포함하는 처리 장치와 관련하여 지속되고 있는 한 가지 문제는 장치 내의 상이한 특징부들 간의 유체의 전달에 있다. 챔버들 간에 유체 내용물을 전달하기 위한 종래의 접근법은 흔히 인간의 개입(예를 들어, 수동 피펫 계량) 및/또는 로봇 조작을 필요로 하였다. 그러한 전달 공정은 오류, 복잡성 및 관련된 고비용 등에 대한 가능성을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 단점을 겪는다.

본 발명은 미세유체 시스템 내의 유체를 운반하기 위해 단독으로 또는 회전과 함께 사용될 수 있는 열 전달 구조체를 갖는 하나 이상의 프로세스 어레이를 포함하는 처리 장치를 제공한다. 열 운반 기능은 하나 이상의 챔버의 온도를 변화시켜서 진공을 생성하여 프로세스 어레이 내의 선택된 방향으로 유체를 흡인함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 방법 및 장치는 잠재적인 이점들 중에서도 특히, 열 전달 구조체를 사용하여 중력 및/또는 처리 장치를 회전시킴으로써 생성되는 원심력의 방향에 대항하는 방향으로 유체를 이동시키는 능력을 갖는다. 다시 말하면, 유체는 열-활성화 진공을 사용하여 중력에 대항하여 또는 회전축을 향해 이동될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "진공"이라는 용어는 유체를 선택된 방향으로 이동시키기에 충분히 큰, 프로세스 어레이 내의 체적들 사이의 압력 차이를 지칭한다.

열 전달 구조체는 또한 유체 통과를 허용하기 위해 물리적 구조체의 개방 또는 폐쇄를 필요로 하는 물리적 밸브 구조체를 필요로 하지 않고서 처리 장치 내의 유체 이동을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 치수, 기하학적 형상, 재료 등은 유체 통과가 전형적으로 진공의 부재 시에는 발생하지 않도록 선택될 수 있다. 사용될 수 있는 하나의 특징부는 본 명세서에 설명되는 바와 같은 유체 트랩(fluid trap)을 포함하는 도관이다. 그러한 경우에, 열 전달 구조체에 의해 제공되는 열-활성화 진공은 프로세스 어레이 내의 유체 이동을 제어하기 위해 사용될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 열 전달 구조체는 유체가 그 사이에서 운반되는 챔버들로부터 이격되어 있는 처리 장치의 영역에 위치된 열 구동 챔버를 포함할 수 있다. 이격된 열 구동 챔버는 유체가 장치 내에 형성된 도관에 의해 그 사이에서 운반되는 챔버들에 유동적으로 연결될 수 있다. 그러한 구조체의 한 가지 잠재적인 이점은 진공을 생성하기 위해 가열되는(또는 냉각되는) 처리 장치의 부분이 유체가 그 사이에서 운반되는 챔버들로부터 충분히 제거될 수 있어서, 운반되는 유체 내의 분석물이 열 구동 챔버의 가열 또는 냉각의 결과로서 상당하게 가열 또는 냉각되지 않는다는 것이다.

열 전달 구조체 및 방법은 또한 프로세스 어레이 내의 챔버 내로 또는 챔버를 통해 다수의 분리된 체적의 유체를 (연속하여 그리고/또는 동시에) 운반하기 위해 사용될 수 있다. 유체 운반에 대한 그러한 제어는, 예를 들어 샘플로부터 불필요한 물질을 제거하기 위한 세척, 선택된 시간에 그리고 선택된 양으로의 시약의 전달 등을 위해 사용될 수 있다. 다수의 분리된 체적의 유체를 전달하기 위해 사용될 때, 열 전달 구조체는 액체의 적어도 일부가 상(phase)을 변화시켜서 기체가 되는 열 구동 챔버 내의 액체의 존재로 인해 더 효과적으로 작동할 수 있다. 그러한 상 변화는 가열에 의해 유발되는 체류 유체(resident fluid)의 체적 변화를 증가시킬 수 있고, 따라서 생성된 진공력은 또한 체류 유체가 냉각됨에 따라 증가할 수 있다.

일 태양에서, 본 발명은 제1 챔버 및 체류 유체를 포함하는 열 전달 구조체를 포함하는 적어도 하나의 프로세스 어레이를 갖는 처리 장치를 제공하는 단계 - 여기서, 열 전달 구조체는 제1 챔버에 연결된 전달 도관을 포함함 - ; 제1 챔버 내에 분석물을 제공하는 단계; 열 전달 구조체 내의 체류 유체의 체적이 증가하여 체류 유체의 제1 부분을 제1 챔버 내로 가압하도록, 열 전달 구조체 내의 체류 유체의 적어도 일부를 가열함으로써 체류 유체의 제1 부분을 전달 도관을 통해 제1 챔버 내의 분석물로 통과시키는 단계; 및 체류 유체의 제1 부분이 제1 챔버로 통과된 후에 열 전달 구조체 내의 가열된 체류 유체를 냉각하는 단계 - 여기서, 열 전달 구조체 내의 체류 유체의 체적이 감소하여 제1 챔버 내의 분석물의 적어도 일부가 전달 도관을 통해 열 전달 구조체 내로 흡인됨 - 에 의해 처리 장치 내의 유체를 전달하기 위한 방법을 제공한다.

본 발명의 방법은 열 전달 구조체 내의 체류 유체에 대해 2회 이상의 연속하는 가열 및 냉각 사이클을 수행하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다.

본 발명의 방법은 체류 유체의 제1 부분을 제1 챔버 내의 분석물로 통과시키는 동안 처리 장치를 회전축을 중심으로 회전시키는 단계를 선택적으로 포함할 수 있으며, 이러한 회전은 분석물을 제1 챔버의 반경방향 말단부를 향해 이동시킨다. 회전 동안, 방법은 전달 도관의 적어도 일부가 제1 챔버의 적어도 일부보다 회전축에 더 가깝게 위치되도록 회전시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 방법은 전달 도관과 유체 연통하는 트랩 챔버를 포함하는 열 전달 구조체를 포함할 수 있으며, 열 전달 구조체는 구동 도관을 통해 트랩 챔버와 유체 연통하는 열 구동 챔버를 포함하고, 또한 전달 도관을 통해 열 전달 구조체 내로 흡인된 분석물의 부분이 트랩 챔버 내에 침착된다. 트랩 챔버 내의 체류 유체는 직접 가열되지 않을 수 있다. 전달 도관 및 구동 도관은 트랩 챔버의 반경방향 기단측 상에서 트랩 챔버에 연결될 수 있으며, 이로써 처리 장치를 회전시키는 동안 트랩 챔버로 진입하는 유체는 트랩 챔버의 반경방향 말단측을 향해 이동되어 트랩 챔버로 진입하는 유체의 대부분이 구동 도관으로 진입하지 않는다(트랩 챔버로 진입하는 액체의 실질적으로 전부가 구동 도관으로 진입하지 않을 수 있음). 방법은 처리 장치를 회전축을 중심으로 회전시키는 단계를 포함할 수 있으며, 트랩 챔버의 반경방향 기단측은 트랩 챔버의 반경방향 말단측보다 회전축에 더 가깝게 위치된다.

몇몇 방법에서, 전달 도관은 제1 포트에서 제1 챔버에 연결될 수 있으며, 제1 포트는 제1 챔버에 의해 점유되는 반경방향 길이를 따른 중간 위치에 배치되며, 반경방향 길이는 회전 처리 장치의 회전축으로부터 연장하는 반경을 따라 결정된다.

몇몇 방법은 체류 유체의 제1 부분을 전달 도관을 통해 분석물로 통과시키기 전에 제1 챔버와 전달 도관 사이에 위치된 밸브를 개방하는 단계를 포함할 수 있다.

프로세스 어레이는 제2 챔버 및 제2 챔버와 제1 챔버 사이에서 연장하는 제2 도관을 포함할 수 있으며, 방법은 처리 장치를 회전축을 중심으로 회전시킴으로써 유체를 제2 도관을 통해 제2 챔버로부터 제1 챔버로 전달하는 단계를 추가로 포함한다. 방법은 유체를 제2 도관을 통해 제2 챔버로부터 제1 챔버로 전달하기 전에 제2 챔버와 제2 도관 사이에 위치된 제2 챔버 밸브를 개방하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 처리 장치는 제2 도관을 따라 제2 챔버와 제1 챔버 사이에 위치된 중간 챔버를 추가로 포함할 수 있으며, 제2 챔버로부터 제1 챔버로 전달되는 유체는 유체가 제1 챔버에 도달하기 전에 중간 챔버로 통과되고, 중간 챔버는 챔버 내에 위치된 시약을 포함하며, 유체는 제1 챔버에 도달하기 전에 중간 챔버 내의 시약과 접촉한다. 본 발명의 방법은 유체를 제2 챔버로부터 중간 챔버로 통과시키기 전에 중간 챔버와 제2 챔버 사이에 위치된 중간 챔버 입구 밸브를 개방하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 유체를 중간 챔버로부터 제1 챔버로 통과시키기 전에 중간 챔버와 제1 챔버 사이에 위치된 중간 챔버 출구 밸브를 개방하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

다른 태양에서, 본 발명은 본체 내에 형성된 적어도 하나의 프로세스 어레이를 포함하는 처리 장치를 제공할 수 있으며, 적어도 하나의 프로세스 어레이는 제1 챔버; 제2 챔버; 및 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 연장하는 프로세스 도관을 포함하고, 제1 챔버 및 제2 챔버는 제2 챔버로부터 제1 챔버를 향해 이동할 때의 상류 방향 및 제1 챔버로부터 제2 챔버를 향해 이동할 때의 하류 방향을 한정한다. 프로세스 어레이는 체류 유체를 포함하는 열 구동 챔버 및 제1 챔버와 열 구동 챔버 사이에서 연장하는 전달 도관을 포함하는 열 전달 구조체를 추가로 포함하고, 전달 도관은 전달 포트를 통해 제1 챔버로 진입하며, 전달 도관은 전달 도관의 일부가 전달 포트와 열 구동 챔버 사이에서 상류 방향으로 진행하는 유체 트랩을 포함한다.

몇몇 장치에서, 전달 도관의 유체 트랩은 제1 챔버와 열 구동 챔버 사이의 제1 챔버의 적어도 중간점에 도달한다.

몇몇 장치에서, 밸브가 제1 챔버와 열 구동 챔버 사이에 위치되며, 전달 도관을 통한 제1 챔버와 열 구동 챔버 사이의 유체 통과는 밸브가 개방될 때까지 방지된다.

몇몇 장치에서, 열 전달 구조체는 제1 챔버와 열 구동 챔버 사이의 전달 도관을 따라 위치된 트랩 챔버를 추가로 포함하며, 트랩 챔버는 유체 트랩 내에 또는 유체 트랩과 열 구동 챔버 사이에 위치된다.

몇몇 장치에서, 트랩 챔버는 트랩 챔버의 상류 단부를 따라 전달 도관에 연결된다.

몇몇 장치에서, 열 전달 구조체는 2개 이상의 열 구동 챔버를 포함하며, 2개 이상의 열 구동 챔버 전부가 전달 도관 내의 유체 트랩의 하류에 위치된다. 밸브가 제1 챔버와 열 구동 챔버 각각의 사이에 위치될 수 있으며, 전달 도관을 통한 제1 챔버와 열 구동 챔버 각각의 사이의 유체 통과는 제1 챔버와 열 구동 챔버 사이에 위치된 밸브가 개방될 때까지 방지된다.

몇몇 장치에서, 프로세스 도관은 전달 포트로부터 하류 방향으로 제1 챔버에 연결된다.

몇몇 장치에서, 밸브가 제1 챔버와 프로세스 도관 사이에 위치되며, 프로세스 도관을 통한 제1 챔버로부터 제2 챔버로의 유체 통과는 밸브가 개방될 때까지 방지된다.

몇몇 장치에서, 복수의 프로세스 어레이가 본체 내에 위치되며, 프로세스 어레이는 본체의 중심 둘레에서 실질적으로 반경방향으로 정렬되어 상류 및 하류 방향이 본체의 중심으로부터 실질적으로 반경방향으로 연장한다.

본 발명의 방법 및 장치는 잠재적인 이점들 중에서도 특히, 열 전달 구조체를 사용하여 중력 및/또는 처리 장치를 회전시킴으로써 생성되는 원심력의 방향에 대항하는 방향으로 유체를 이동시키는 능력을 갖는다. 다시 말하면, 유체는 열-활성화 진공을 사용하여 중력에 대항하여 또는 회전축을 향해 이동될 수 있다.

열 전달 구조체는 또한 유체 통과를 허용하기 위해 물리적 구조체의 개방 또는 폐쇄를 필요로 하는 물리적 밸브 구조체를 필요로 하지 않고서 처리 장치 내의 유체 이동을 제어하기 위해 사용될 수 있다.

열 전달 구조체 및 방법은 또한 프로세스 어레이 내의 챔버 내로 또는 챔버를 통해 다수의 분리된 체적의 유체를 (연속하여 그리고/또는 동시에) 운반하기 위해 사용될 수 있다. 유체 운반에 대한 그러한 제어는, 예를 들어 샘플로부터 불필요한 물질을 제거하기 위한 세척, 선택된 시간에 그리고 선택된 양으로의 시약의 전달 등을 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 특징 및 이점이 본 발명의 장치 및 방법의 다양한 예시적인 실시예와 관련하여 이하에서 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 하나의 예시적인 처리 장치의 평면도.
도 2는 도 1의 처리 장치에서 확인될 수 있는 하나의 프로세스 어레이를 포함하는 확대도.
도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 취한 도 1 및 도 2의 처리 장치의 일부분의 확대 단면도.
도 4a 및 도 4b는 도 2의 프로세스 어레이의 예시적인 열 전달 구조체를 사용하여 유체를 운반하는 예시적인 공정을 도시하는 도면.
도 5는 직렬로 연결된 챔버들을 포함하는 프로세스 어레이의 일례의 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 다른 예시적인 프로세스 어레이의 평면도.
도 7은 본 발명의 프로세스 어레이와 관련하여 사용될 수 있는 하나의 예시적인 밸브 구조체의 단면도.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 다른 예시적인 프로세스 어레이의 평면도.
도 11은 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 모듈형 처리 장치를 도시하는 도면.

본 발명의 예시적인 실시예의 하기의 상세한 설명에서, 본 발명의 일부를 형성하며 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예가 예로서 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 다른 실시 형태가 이용될 수 있고 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 구조적 변화가 행해질 수 있음을 이해해야 한다.

본 발명은 분석물의 처리에 사용될 수 있는 처리 장치를 제공한다. 분석물 자체는 유체 형태(예를 들어, 용액 등)일 수 있으며, 또는 분석물은 유체 내에서 운반되는 고체 또는 반고체 물질의 형태일 수 있다. 분석물은 유체 내에서의 용해 상태 등으로 유체 내에 혼입될 수 있다. 간단함을 위해, "분석물"이라는 용어는 본 명세서에서, 분석물 자체가 유체이거나 (용해 상태, 부유 상태 등으로) 캐리어 유체 내에 포함되는지에 무관하게, 분석물이 위치되거나 위치될 수 있는 임의의 유체를 지칭하도록 사용될 것이다. 또한, 몇몇 경우에, 분석물은 타겟 분석물(즉, 처리하고자 하는 분석물)이 존재하지 않는 유체를 지칭하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 세척 유체(예를 들어, 염수 등)가 본 발명의 목적을 위해 분석물로서 지칭될 수 있다.

분석물은 원하는 반응, 예를 들어 PCR 증폭, 리가아제 연쇄 반응(ligase chain reaction, LCR), 3SR(self-sustaining sequence replication), 효소 반응속도 연구, 균질 리간드 접합 분석, 및 예를 들어 정밀한 열적 제어(예컨대, 온도 변화에 민감한 등온 공정) 및/또는 신속한 열적 변화를 필요로 할 수 있는 다른 화학적, 생화학적 또는 기타 반응을 얻기 위해 처리 장치 내에 형성된 하나 이상의 챔버 내에서 처리될 수 있다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 하나 이상의 프로세스 어레이를 포함하는 처리 장치를 제공하며, 프로세스 어레이 각각은 선택적인 로딩 챔버, 적어도 하나의 챔버, 열 전달 구조체, 및 프로세스 어레이의 다양한 구성요소들 사이에서 유체를 이동시키기 위한 도관을 포함할 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "챔버"라는 용어는 챔버를 공정(예를 들어, PCR, 생거 서열결정(Sanger sequencing) 등)이 그 내부에서 수행되는 한정된 체적으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 챔버는, 예를 들어 처리 장치가 회전될 때 그 내부의 물질이 이후에 다른 챔버로 전달되도록 로딩되는 체적, 공정의 생성물이 수집되는 챔버, 물질이 여과되는 챔버 등을 포함할 수 있다.

비록 예시적인 실시예의 다양한 구성이 이하 설명되지만, 본 발명의 처리 장치는, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2002/0064885호(베딩햄(Bedingham) 등); 제2002/0048533호(베딩햄 등); 제2002/0047003호(베딩햄 등), 및 제2003/138779호(파사사라시(Parthasarathy) 등); 제2005/0126312호(베딩햄 등); 제2005/0129583호(베딩햄 등); 및 미국 특허 제6,627,159 B1호(베딩햄 등) 및 미국 특허 제6,987,253 B2호(베딩햄 등)에 설명된 것과 유사할 수 있다. 상기 언급된 문헌은 모두 본 발명의 원리에 따라 처리 장치를 제조하기 위해 사용될 수 있는 처리 장치의 다양한 상이한 구성들을 개시한다. 장치는 바람직하게는, 예를 들어 1 밀리리터 이하, 100 마이크로리터 이하, 또는 심지어 10 마이크로리터 이하와 같은 유체의 별개의 미세유체 체적을 처리하도록 설계된 유체 특징부를 포함할 수 있다.

비록 회전에 의해 발생된 원심력이 도관 및 챔버 내의 유체를 이동시키기 위해 사용될 수 있는 회전 장치와 관련하여 설명되지만, 본 발명의 방법 및 장치는 또한 유체를 이동시키기 위해 (실제 또는 유도된) 중력과 관련하여 사용될 수도 있으며, 그 경우에 장치 자체가 회전될 필요가 없다. 그러나, 본 발명의 장치 및 방법은 몇몇 경우에 프로세스 어레이를 통해 유체를 이동시키기 위해 중력 및 원심력(중력과 원심력은 동시에 또는 상이한 시간에 작용함)에 의존할 수 있음을 이해하여야 한다.

처리 장치(10)의 적어도 하나의 면은, 예를 들어 발명의 명칭이 "향상된 샘플 처리 장치 시스템 및 방법"(ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS)인 미국 특허 제6,734,401호(베딩햄 등); 발명의 명칭이 "순응성 미세유체 샘플 처리 디스크"(COMPLIANT MICROFLUIDIC SAMPLE PROCESSING DISKS)인 미국 특허 출원 공개 제2007-0009391 A1호(출원 번호 제11/174,680호); 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치 압축 시스템 및 방법"(SAMPLE PROCESSING DEVICE COMPRESSION SYSTEMS AND METHODS)인 미국 특허 출원 공개 제2007-0010007 A1호(출원 번호 제11/174,757호) 등에 설명된 바와 같이 베이스 플레이트 또는 열 구조체 장치에 대해 상보적인 표면을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 본 발명의 처리 장치의 주요 면들 중 적어도 하나가 평탄한 표면을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 원리에 따라 제조된 하나의 예시적인 처리 장치가 도 1 및 도 2에 도시되어 있으며, 도 1은 하나의 예시적인 처리 장치(10)의 평면도이고, 도 2는 프로세스 어레이(20)를 포함하는 처리 장치(10)의 일부분의 확대도이다. 회전될 수 있는 임의의 다른 형상이 원형 디스크 대신에 사용될 수 있지만, 처리 장치(10)는 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이 원형 디스크 형상일 수 있다. 처리 장치(10)는 처리 장치(10)가 사용될 수 있는 시스템으로부터 멀리 별도로 운반될 수 있는 자급식(self-contained) 단일형 물품인 것이 바람직할 수 있다.

처리 장치(10)는 바람직하게는 처리 장치(10)의 중심(12)과 일치하는 회전축을 중심으로 회전될 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 회전축은 처리 장치(10)의 대향하는 주요 면들과 대체로 수직한 것이 바람직할 수 있지만, 그러한 배열은 요구되지 않을 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 처리 장치(10)의 중심(12)은 그를 통해 연장할 수 있는 스핀들을 수용하도록 크기설정된 개구를 포함할 수 있다.

처리 장치(10)는 적어도 하나의, 바람직하게 다수의 프로세스 어레이(20)를 포함한다. 처리 장치(10)가 도시된 바와 같이 원형인 경우, 도시된 프로세스 어레이(20) 각각은 처리 장치(10)의 중심(12) 부근에서부터 처리 장치(10)의 주연부를 향해 연장하는 것이 바람직할 수 있다. 프로세스 어레이(20)는 처리 장치(10)의 중심(12)에 대해 실질적으로 반경방향으로 정렬될 수 있는 것이 바람직할 수 있다(여기서, "실질적으로 반경방향으로 정렬된다"라는 것은 처리 장치(10)의 중심(12)으로부터 외향으로 연장하는 반경(21)을 따라 대체로 정렬되는 것을 의미함). 이러한 배열이 바람직할 수도 있지만, 프로세스 어레이(20)의 임의의 배열이 대안적으로 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 도시된 처리 장치(10)는 하나의 프로세스 어레이(20)를 포함하지만, 2개 이상의 프로세스 어레이(20)가 처리 장치(10)에 제공될 수 있음을 이해할 것이다.

(도시된 실시예에서) 예시적인 프로세스 어레이(20)는 도관(32)을 따라 챔버(40)에 연결된 로딩 챔버(30)를 포함한다. 프로세스 어레이(20)는 또한 도관(각각 41 및 43)에 의해 챔버(40)에 연결된 2개의 열 전달 챔버(42, 44) 형태의 열 전달 구조체를 포함한다.

도시된 예시적인 프로세스 어레이(20)와 연관된 다수의 특징부가 선택적일 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 로딩 챔버(30) 및 연관된 도관(32)은 선택적일 수 있으며, 그러한 경우 분석물은 직접 또는 상이한 로딩 구조체를 통해 챔버(40) 내로 바로 도입될 수 있다. 동시에, 추가 특징부가 프로세스 어레이(20)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 로딩 챔버 및 챔버로 이어지는 별개의 도관이 본 발명에 따른 프로세스 에레이와 연관될 수 있다. 밸브, 필터, 비드 등과 같은 다른 특징부가 또한 본 발명의 프로세스 어레이에 제공될 수 있으며, 그들 중 몇몇은 본 명세서에서 다른 예시적인 실시예와 관련하여 설명될 수 있다.

프로세스 어레이(20)와 관련하여 제공되는 임의의 로딩 구조체는 분석물을 수용하기 위한 외부 장치(예를 들어, 피펫, 중공형 주사기, 또는 다른 유체 전달 장치)와 정합하도록 설계될 수 있다. 로딩 구조체 자체는 (예컨대, 도 1의 로딩 챔버(30)가 그러하듯이) 소정의 체적을 한정할 수 있으며, 또는 로딩 구조체는 특정 체적을 한정하지는 않고 대신에 분석물이 도입되는 소정의 위치일 수 있다. 예를 들어, 로딩 구조체는 피펫, 바늘 등이 삽입되거나 부착되는 포트의 형태로 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 로딩 구조체는, 예를 들어 피펫, 주사기 바늘 등을 수용하도록 된 도관을 따른 지정된 위치일 수 있다. 로딩은 수동으로 또는 자동화된 시스템(예를 들어, 로봇식 등)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 처리 장치(10)는 (자동화된 시스템을 사용하여 또는 수동으로) 다른 장치로부터 직접 로딩될 수 있다.

도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 취한 처리 장치(10)의 확대 단면도이다. 본 발명의 처리 장치는 임의의 많은 적합한 구성 기술을 사용하여 제조될 수 있지만, 하나의 예시적인 구성을 도 3의 단면도에서 볼 수 있다. 도시된 처리 장치(10)는 코어 층(16)의 하나의 주요 표면에 부착된 베이스 층(14)을 포함한다(주요 표면은, 예를 들어 도 1의 평면도에서 관찰자를 향하는 표면임). 커버 층(18)이 베이스 층(14)으로부터 멀리 향하는 코어 층(16)의 주요 표면 위에서 코어 층(16)에 부착된다.

처리 장치(10)의 층들은 임의의 적합한 재료 또는 재료들의 조합으로 제조될 수 있다. 베이스 층(14) 및/또는 코어 층(16)에 적합한 몇몇 재료의 예는 중합체 재료, 유리, 규소, 석영, 세라믹 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 층들이 분석물, 시약 등과 직접 접촉하게 되는 처리 장치(10)의 경우, 층들을 위해 사용되는 재료 또는 재료들은 분석물, 시약 등과 비반응성인 것이 바람직할 수 있다. 많은 상이한 생체분석 응용에서 기재를 위해 사용될 수 있는 몇몇 적합한 중합체 재료의 예는 폴리카르보네이트, 폴리프로필렌(예를 들어, 아이소탁틱(isotactic) 폴리프로필렌), 폴리에틸렌, 폴리에스테르 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

베이스 층(14) 및/또는 커버 층(18)은 챔버(40) 내의 분석물의 하나 이상의 특성의 검출을 가능하게 하는 재료로 제조되는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 검출은 정성 및/또는 정량 분석을 가능하게 할 수 있다. 검출은 선택된 광을 사용하여 달성되는 것이 바람직할 수 있는데, 여기서 "광"이라는 용어는 인간의 눈에 보이든지 보이지 않든지 간에 전자기 에너지를 말한다. 광은 자외선 내지 적외선 전자기 에너지의 범위 내인 것이 바람직할 수 있으며, 몇몇 경우에서는 광은 인간의 눈에 보이는 스펙트럼 내의 전자기 에너지를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 더욱이, 선택된 광은, 예를 들어 하나 이상의 특정 파장, 하나 이상의 범위의 파장, 하나 이상의 편광 상태, 또는 이들의 조합의 광일 수 있다.

검출이 이루어지는 구성요소(예를 들어, 커버 층(18) 및/또는 베이스 층(14))에 무관하게, 사용되는 재료는 선택된 광의 상당 부분을 투과시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 목적을 위해, 상당 부분은, 예를 들어 수직 입사하는 선택된 광의 50% 이상, 더 바람직하게 수직 입사하는 선택된 광의 75% 이상일 수 있다. 검출 윈도우에 적합한 몇몇 재료의 예는, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌-폴리에틸렌 공중합체, 사이클로-올레핀 중합체(예를 들어, 폴리다이사이클로펜타디엔) 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

몇몇 경우에, 처리 장치(10)의 베이스 층(14) 및/또는 커버 층(18)은 불투명하여서, 처리 장치(10)가 챔버(40)의 체적과 처리 장치(10)의 적어도 하나의 면 사이에서 불투명한 것이 바람직할 수 있다. 불투명이라는 것은 전술된 선택된 광의 투과가 실질적으로 방지되는 것을 의미한다(예를 들어, 그러한 수직 입사 광의 5% 이하가 투과됨).

처리 장치(10)를 구성하는 구성요소들은 임의의 적합한 기술 또는 기술들의 조합에 의해 서로 부착될 수 있다. 적합한 부착 기술은 그러한 부착이 챔버 내의 분석물의 처리 동안 겪게 되는 힘들을 견딜 수 있도록 충분한 완전성을 갖는 것이 바람직하다. 적합한 부착 기술 중 몇몇의 예는, 예를 들어 (감압 접착제, 경화성 접착제, 고온 용융 접착제 등을 사용하는) 접착제 부착, 가열 밀봉(heat sealing), 열 용접, 초음파 용접, 화학적 용접, 용매 용접, 공압출, 압출 주조, 기계적 부착(예를 들어, 마찰식 끼워맞춤(friction-fit) 등) 등과 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 상이한 층들을 부착시키기 위해 사용되는 기술들은 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 베이스 층(14)과 코어 층(16)을 부착시키기 위해 사용되는 기술 또는 기술들은 커버 층(18)과 코어 층(16)을 부착시키기 위해 사용되는 기술 또는 기술과 동일하거나 상이할 수 있다. 잠재적으로 적합한 몇몇 부착 기술이 본 명세서에서 언급된 특허 문헌에서 설명될 수 있다.

여러 예시적인 처리 장치의 단면도에서 다양한 층 및 구성요소가 동질의 구성으로 도시되지만, 다양한 구성요소가 하나 초과의 재료/층으로 구성될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 몇몇 처리 장치에서, 처리 장치를 제조하기 위해 부착되어야 하는 구성요소의 개수를 감소시키기 위해 다수의 구성요소가 단일형 물품으로 잠재적으로 조합될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 분석물이 도시된 프로세스 어레이 내에서 열적으로 전달되는 하나의 예시적인 공정을 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 분석물(46)은 챔버(40) 내에 위치된다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 분석물(46)은 바람직하게는 로딩 챔버(30)로부터 도관(32)을 통해 챔버(40) 내로 전달될 수 있다. 도관(32)을 통한 로딩 챔버(30)로부터 챔버(40)로의 전달은 바람직하게는 처리 장치(10)를 회전시킴으로써 또는 중력의 영향 하에 달성될 수 있다.

분석물(46)이 챔버(40) 내에 위치된 후, 열 전달 구조체의 열 전달 챔버(42, 44)로의 전달은 바람직하게는 본 명세서에서 논의되는 바와 같이 온도 제어에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 처리 장치(10)가 분석물(46)을 챔버(40) 내로 이동시키기 위해 회전될 때 챔버(40) 내의 분석물(46)이 열 전달 챔버(42, 44) 내로 진입하는 것을 방지하도록 도관(41, 43)의 치수가 선택되는 경우, 열-구동 전달이 필요할 수 있다. 그러한 실시예에서, 도관(41, 43)의 적어도 일부분의 물리적 치수는 도관(41, 43)이 챔버(40)와 챔버들(42, 44) 중 하나 또는 둘 모두 사이에 압력 차이(예를 들어, 열-구동 진공)가 존재하지 않는 경우에 유동을 방지하도록 선택될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 처리 장치(10)는 바람직하게는, 원형 형상인 처리 장치(10)에서 외경(51) 및 내경(52)을 갖는 링의 형태인 것이 바람직할 수 있는 가열 전달 구조체(50)를 포함할 수 있다. 가열 전달 구조체(50)는, 예를 들어 챔버(40, 42, 44) 내부로 그리고/또는 외부로 열 에너지를 전달하기 위해 사용될 수 있는 금속 포일 층 또는 다른 재료의 형태인 것이 바람직할 수 있다. 그러한 포일 층은 몇몇 경우에 도 3에 도시된 복합 구조체의 베이스 층(14) 내에 포함될 수 있다.

분석물(46)을 열 전달 챔버(42, 44)로 전달하기 위해, 챔버(42, 44) 내의 체류 유체의 온도는 개시 온도로부터 개시 온도보다 높은 제2 온도로 변화되는 것이 바람직할 수 있다. 체류 유체의 온도가 제2 온도로 상승됨에 따라, 챔버(42, 44) 내의 체류 유체의 체적이 증가하여, 체류 유체의 일부가 각각의 챔버(42, 44)로부터 도관(41, 43)을 통해 챔버(40) 내로 가압된다.

본 발명에 따른 프로세스 어레이의 열 전달 구조체 내의 체류 유체는 기체, 액체 또는 이들의 조합일 수 있다. 몇몇 경우에, 체류 유체가 기체와 액체 둘 모두를 포함하는 경우(예를 들어, 체류 유체는 공기와 물을 포함할 수 있음), 열 전달이 향상될 수 있다. 열 전달 공정 동안 상(phase)을 변화시킬 수 있는(예컨대, 액체와 기체 사이의 전이) 물, 하이드로젤 등과 같은 물질의 추가는 (기체만을 가열하는 것과 비교할 때) 가열될 때 체적의 더 큰 증가를 제공함으로써 열 전달을 향상시킬 수 있다. 체류 유체의 체적의 더 큰 증가는 가열된 기체가 냉각됨에 따라(그리고 가능하게는 액체 상으로 복귀됨에 따라) 시스템을 통해 유체를 이동시키기 위한 상응하는 더 큰 진공량을 제공할 수 있다.

이러한 상 변화-향상 전달은 2회 이상의 가열/냉각 사이클이 유체를 전달하기 위해 사용되는 경우에 유리할 수 있다. 공정 동안 상을 변화시키는 액체의 양이 증가함에 따라, 이동되는 유체의 체적이 또한 바람직하게 증가할 수 있다. 따라서, 초기 가열/냉각 사이클에 의해 단지 소량의 유체만이 전달될 수 있지만, 각각의 연속되는 사이클에 의해 유체 전달량이 증가할 수 있다. 본질적으로, 초기 전달 사이클은 더 효율적인 전달을 위해 시스템을 "프라이밍"(priming)하는 것으로 고려될 수 있다.

상이한 열 전달 챔버(42, 44) 내의 체류 유체는 동일하거나 상이할 수 있다. 열 전달 챔버(42, 44) 내의 체류 유체가 그의 기체 성분으로서 공기를 포함할 수 있지만, 대안적으로 다른 기체(예를 들어, 질소 등)가 챔버(42, 44) 내의 체류 유체로 제공될 수 있다.

제2 온도로 가열된 후, 열 전달 챔버(42, 44) 내의 체류 유체는 바람직하게는 제2 온도보다 낮은 제3 온도로 감온될 수 있다. 제2 온도로 가열된 후에 챔버(42, 44) 내의 체류 유체가 감온되는 제3 온도는 개시 온도와 동일하거나, 개시 온도보다 낮거나, 또는 개시 온도보다 높을 수 있다.

열 전달 챔버(42, 44) 내에 남아있는 체류 유체의 온도가 (제2 온도로부터) 제3 온도를 향해 낮아짐에 따라, 열 전달 챔버(42, 44) 내의 체류 유체의 체적은 감소한다. 그러한 체적의 감소는 바람직하게는 (도 4b에 도시된 바와 같이) 분석물(46)의 적어도 일부를 열 전달 챔버(42, 44) 내로 흡인하거나 이동시키는 진공(즉, 압력 차이)을 제공한다. 진공력은 몇몇 경우에 처리 장치(10)를 회전시킴으로써 발생되는 원심력 또는 중력에 의해 보충될 수 있다.

몇몇 경우에, 분석물은 도 4a와 도 4b 간에 도시된 바와 같이 챔버(40) 및 열 전달 챔버(42, 44) 사이에 균등하게 배분될 수 있다(도 4a에 도시된 바와 같은 분석물(46)의 대략 1/3이 도 4b에 도시된 바와 같이 각각의 챔버(40, 42, 44)에 있는 것으로 확임됨). 다른 경우에, 챔버와 임의의 연결된 열 전달 챔버들 사이의 분석물의 분배는 균등하지 않을 수 있다. 열 전달 챔버(42, 44) 내의 체류 유체의 가열 및 냉각은, 예를 들어 단일 사이클의 가열 및 냉각이 요구되는 양의 물질 전달을 제공하지 못하는 경우 2회 이상의 연속 가열 및 냉각 사이클에서 수행될 수 있다.

본 명세서에서 논의된 가열은, 예를 들어 미국 특허 제6,734,401 B2호(베딩햄 등); 발명의 명칭이 "순응성 미세유체 샘플 처리 디스크"(COMPLIANT MICROFLUIDIC SAMPLE PROCESSING DISKS)인 미국 특허 출원 공개 제2007-0009391 A1호(출원 번호 제11/174,680호); 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치 압축 시스템 및 방법"(SAMPLE PROCESSING DEVICE COMPRESSION SYSTEMS AND METHODS)인 미국 특허 출원 공개 제2007-0010007 A1호(출원 번호 제11/174,757호) 등에서 논의된 원리에 따라 챔버 내의 체류 유체 내로 열 에너지를 전달하는 것과 같은 임의의 적합한 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 본 명세서에 설명된 냉각은 또한 바람직하게는 상기 언급된 문헌에서 논의된 원리에 따라 달성될 수 있다(예를 들어, 처리 장치가 회전할 때의 대류, 펠티에 소자(Peltier element) 등에 의함).

본 발명의 열 전달 원리가 실행될 수 있는 다른 프로세스 어레이가 도 5에 도시되어 있다. 도시된 프로세스 어레이는 일련의 챔버(140a, 140b, 140c)를 포함한다. 모든 또는 단지 일부의 챔버가 처리 장치의 온도-제어 부분(150) 내에 위치될 수 있다(도 5에서는 모든 챔버가 온도-제어 부분(150) 내에 위치됨). 예를 들어, 미국 특허 제6,734,401 B2호(베딩햄 등); 발명의 명칭이 "순응성 미세유체 샘플 처리 디스크"(COMPLIANT MICROFLUIDIC SAMPLE PROCESSING DISKS)이고 2005년 7월 5일자로 출원된 미국 특허 출원 공개 제11/174,680호(대리인 관리 번호 60876US002) 등에서 논의된 원리에 따라, 직렬로 연결된 챔버들 모두가 가열될 수 있는 처리 장치의 환형 링 내에 있도록 위치되는 것이 바람직할 수 있다. 본 명세서에 설명된 냉각은 또한 바람직하게는 상기 언급된 문헌에서 논의된 원리에 따라 달성될 수 있다(예를 들어, 처리 장치가 회전할 때의 대류, 압축 기체, 펠티에 소자의 사용 등에 의함).

(본 명세서에서 다른 실시예와 관련하여 논의되는 바와 같이 하나 이상의 밸브에 의해 챔버들을 격리하는 것이 유용할 수도 있지만) 도시된 챔버들(140a, 140b, 140c)은 서로 직렬로 연결된다. 제1 챔버(140a)는 바람직하게는 분석물 또는 다른 유체가 프로세스 어레이 내로 도입될 수 있는 로딩 챔버 또는 다른 로딩 구조체로부터 바람직하게 이어질 수 있는 도관(132)에 의해 공급될 수 있다. 도관(132)은, 예를 들어 처리 장치가 처리에 도움을 주기 위해 그를 중심으로 회전될 수 있는 회전축의 일반적인 방향으로부터 입구 포트(142a)를 통해 제1 챔버(140a) 내로 진입한다. 회전축은 바람직하게는 대체로 화살표(102)에 의해 표시되는 방향으로 반경(101) 상에 또는 그 부근에 위치될 수 있으며, 한편 챔버(140a, 140b, 140c)는 대체로 아치형 화살표(104)의 방향으로 진행한다. 화살표(102)에 의해 표시된 방향은 또한 상류 방향으로 지칭될 수 있는데, 그 이유는 챔버(140)가 그 내부에 위치되는 장치가 회전됨에 따라 밀도가 더 큰 유체가 반대 방향(하류 방향으로 지칭될 수 있음)으로 이동하는 경향이 있을 것이기 때문이다. 화살표(102) 및 상류 방향은 회전이 필요하지 않은 방법/시스템에서 중력에 반대 방향인 것으로 이해될 것이다.

도 5의 실시예에서, 제2 및 제3 챔버(140b, 140c)는 본 발명의 원리에 따라 열 전달을 수행하기 위해 사용되는 열 전달 구조체를 형성한다. 제2 챔버(140b)는 바람직하게는 전달 도관(141a)을 통해 제1 챔버(140a)에 연결될 수 있으며, 제2 챔버(140b)는 바람직하게는 전달 도관(141b)을 통해 제3 챔버(140c)에 연결될 수 있다. 열 전달 기술이 챔버들(140a, 140b, 140c)을 통해 유체를 이동시키기 위해 사용될 수 있기 때문에, 챔버들은 반드시 회전축으로부터 더 멀어지도록(또는 장치에 작용하는 중력의 방향으로 더 하류로) 연속적으로 위치될 필요는 없다.

챔버 내의 유체의 온도가 변화함에 따라, 유체는 그들 사이에서 열적으로 운반될 수 있다. 예를 들어, 분석물이 원심 가속에 의해 제1 챔버(140a) 내로 유동하도록, 분석물은, 예컨대 챔버(140a)를 포함하는 처리 장치를 회전시킴으로써 제1 챔버(140a) 내로 전달될 수 있다. 일단 제1 챔버(140a) 내에 있게 되면, 분석물은, 예를 들어 불필요한 물질을 제거하고, 선택된 유전자 물질을 증폭하는 등을 위해 처리될 수 있다.

어느 시점에서, 제1 챔버(140a) 내의 분석물은 바람직하게는 제1 챔버(140a)와 제2 챔버(140b)를 연결하는 도관(141a)을 통해 제2 챔버(140b)로 전달될 수 있다. 도관(141a)과 제2 챔버(140b)는 상류에 또는 유체 분석물이 전달 도관(141a) 내로 통과해 진입하는 출구 포트(143a)보다 회전축에 더 가깝게 위치되기 때문에, 프로세스 어레이의 회전 또는 중력만에 의해 제1 챔버(140a)로부터 제2 챔버(140b)로 유체가 전달될 수 없을 것이다. 그러한 상황에서, 본 발명의 열 전달 기술이 유체 전달을 수행하기 위해 사용될 수 있다.

유체 분석물이 제1 챔버(140a) 내에 위치된 상태에서, 제2 챔버(140b)와 제3 챔버(140c) 내의 체류 유체는 개시 온도보다 높은 제2 온도로 가열된다. 제2 챔버(140b)와 제3 챔버(140c) 내의 체류 유체의 온도가 증가함에 따라, 체류 유체의 체적이 증가하여 체류 유체의 일부가 제1 챔버(140a) 내로 이동한다(포트(143a)를 통해 진입함). 본 명세서에 논의된 바와 같이 처리 장치가 회전 중이거나 중력의 영향 하에 있는 상태에서 가열이 이루어지는 경우, 제1 챔버(140a) 내의 분석물은 제1 챔버(140a)의 반경방향 말단부(145a)(즉, 회전축으로부터 가장 멀리 위치된 제1 챔버(140a)의 단부)를 향해 이동된다. 가열된 체류 유체가 도관(141a)으로부터 제1 챔버 내로 이동할 때 분석물이 포트(143a)에 존재하는 경우, 체류 유체는 제1 챔버(140a) 내의 분석물을 통과할 것이다.

체류 유체의 일부가 포트(143a)를 통해 제1 챔버(140a) 내로 이동한 후, 제2 챔버(140b)와 제3 챔버(140c) 내에 남아 있는 체류 유체는 제3 온도로 냉각될 수 있다. 체류 유체가 제3 온도로 냉각됨에 따라, 이들 챔버 내의 체류 유체의 체적은 감소하고, 따라서 바람직하게는 제1 챔버(140a) 내의 분석물의 일부를 전달 도관(141a)을 통해 제2 챔버(140b) 내로 이동시키거나 흡인하는 진공을 생성한다.

도관(141a)을 통해 제1 챔버(140a)로부터 흡인된 분석물은 회전축에 가장 근접한 제2 챔버(140b)의 반경방향 기단부(상류)에 위치된 포트(142b)를 통해 제2 챔버(140b)로 진입한다. 전달 도관(141a)은 전달 도관(141a)이 제2 챔버(140b)에 연결되는 포트(142b)로부터 반경방향 말단(하류)에 위치된 포트(143a)를 통해 제1 챔버(140a)로부터 빠져 나온다는 것에 주목해야 한다. 다시 말하면, 포트(142b)는 포트(143a)보다 처리 장치의 회전축에 더 가깝게 위치된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전달 도관(141a)이 제1 챔버(140a)에 연결되는 포트(143a)는 제1 챔버(140a)의 말단부(145a)보다 회전축에 더 가깝게 위치된다. (포트(143a)와 같은) 포트가 챔버(140a)의 반경방향 말단부(145a) 또는 하류보다 회전축에 더 가깝게 위치되지만, (포트(142a)가 그러하듯이) 챔버(140a)의 반경방향 기단부 또는 상류에 위치되지 않는 상황에서, 포트(143a)는 챔버(또는 다른 구조체)의 "중간 위치"에 위치된 것으로서 설명될 수 있다. 다시 말하면, 챔버 또는 도관을 따른 중간 위치는 회전 시스템 내의 해당 챔버 또는 도관에 관한 회전축에 가장 가깝거나 그로부터 가장 멀리 있지 않으며 비회전 중력 시스템 내에서 상류 단부도 하류 단부도 아닌 위치이다.

처리 장치가 회전축을 중심으로 회전될 때(또는 중력 시스템에서 그 방향으로 흡인될 때), 밀도가 더 큰 구성물(예를 들어, 일반적으로 기체와 비교할 때 액체, 비드(bead) 등)은 제1 챔버(140a)의 반경방향 말단부(145a)를 향해 이동될 것이다. 포트(143a)는 제1 챔버(140a)의 말단부(145a) 또는 하류보다 상류 단부에 더 가까운 중간 위치에 위치되기 때문에, 말단부(145a)에 모인 분석물의 구성물은 전형적으로 전달 도관(141a) 내로 흡인되지 않을 것이다(그 이유는 구성물들이 더 반경방향으로 말단 또는 하류인 위치로 포트(143a)를 지나 위치될 것이기 때문임).

제2 챔버(140b) 내로 전달된 분석물의 일부는 분석물을 제1 챔버(140a)로부터 제2 챔버(140b)로 전달하기 위해 사용된 것과 유사한 열 전달 공정에 의해 제3 챔버(140c)로 전달될 수 있다. 전달에 있어서, 제3 챔버(140c) 내의 가열된 체류 유체는 전달 도관(141b)을 통해 제2 챔버(140b) 내로 이동한다. 전달 도관(141b)은 일 단부에서 포트(143b)를 통해 제2 챔버(140b) 내로 개방되고, 반대측 단부에서 포트(142c)를 통해 제3 챔버(140c) 내로 개방된다. 전달 도관(141a)과 유사하게, 제3 챔버(140c) 내로 이어지는 포트(142c)는 포트(143b)(이를 통해 유체가 전달 도관(141b) 내로 진입함)보다 처리 장치의 회전축에 더 가깝게 또는 더 상류에 위치된다. 또한, 포트(143b)는 중간 위치(예를 들어, 제2 챔버(140b)의 말단부(145b)보다 회전축에 더 가까움)에 위치되기 때문에, 제2 챔버(140b)의 말단부(145b)에 모인 분석물의 구성물은 전형적으로 전달 도관(141b) 내로 흡인되지 않을 것이다.

회전 처리 기술 또는 중력과 결합될 때, 프로세스 어레이 내의 유체의 열 전달은 알려진 처리 장치로는 가능하지 않은 더 복잡한 처리 순서를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 더 복잡한 처리 순서의 일례가 도 6에 도시된 프로세스 어레이와 관련하여 이제 설명될 것이다.

도 6의 예시적인 프로세스 어레이는 바람직하게는 화살표(202) 방향에 위치된 반경(201) 상에 또는 그 부근에 위치된 회전축 중심으로의 회전을 위해 설계된 처리 장치에 제공된다. 회전축을 중심으로 회전될 때, 프로세스 어레이의 특징부는 대체로 아치형 화살표(204)에 의해 표시된 방향으로 진행할 것이다. 대안적으로, 도 6의 프로세스 어레이는 화살표(202)가 상류 방향을 나타내는, 즉 프로세스 어레이에 작용하는 중력 방향의 반대 방향인(중력의 방향이 하류 방향인 경우) 비회전 중력 기반 장치에서 사용될 수 있다.

예시적인 프로세스 어레이는 도관(232)을 통해 제1 챔버(240)와 연결되는 로딩 구조체(230)를 포함한다. 챔버(240)는 프로세스 어레이를 포함하는 처리 장치가 회전축을 중심으로 회전되거나 중력에 의해 작동될 때 물질이 그 내부로 이동되는 하류 또는 반경방향 말단부(245)를 포함한다. 그러한 것으로서, "상류" 및 "하류"라는 용어는 또한 도 6의 프로세스 어레이와 관련하여 방향을 지칭할 때 사용될 수 있다. 더욱 상세하게는, 화살표(202)에 의해 표시된 방향은 상류로 지칭될 수 있고, 반대 방향은 하류로 지칭될 수 있다.

프로세스 어레이는 또한 챔버를 통한 유체의 열 전달에 도움을 주는 열 전달 구조체를 포함한다. 도 6에 도시된 예시적인 실시예에서, 열 전달 구조체는 전달 도관(262)을 통해 챔버(240)와 유체 연통하는 트랩 챔버(trap chamber)(260)를 포함한다. 열 전달 구조체는 또한 구동 도관(272)을 통해 트랩 챔버(260)와 유체 연통하는 열 구동 챔버(270)를 포함한다.

전달 도관(262)은 바람직하게는 전달 도관(262)의 일부가 전달 포트(여기에서 전달 도관은 챔버(240)와 연결됨)와 트랩 챔버(260)(또는 열 구동 챔버(270)) 사이의 상류 방향으로 진행하는 유체 트랩(263)을 포함한다. 유체 트랩(263)은 중력 등의 영향 하에서 프로세스 어레이를 포함하는 장치의 회전에 의해 유체가 챔버(240)로부터 트랩 챔버(260) 또는 열 구동 챔버(270)로 이동하는 것을 효과적으로 방지한다.

사용시, 도시된 열 전달 구조체는 유체를 챔버(240)로부터 트랩 챔버(260) 내로 전달하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 트랩 챔버(260)는 챔버(240)로부터 제거된 유체를 위한 저장소(reservoir)로서 기능할 수 있다. 트랩 챔버(260)가 챔버(240)로부터의 다수의 유체 전달을 수용하기에 충분히 큰 체적을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 트랩 챔버(260)의 체적은 바람직하게는 챔버(240)의 체적 이상일 수 있다. 몇몇 경우에, 트랩 챔버(260)의 체적은 챔버(240)의 체적의 1과 1/2(1.5)배인 것이 바람직할 수 있다.

분석물의 열 전달은 상기 논의된 원리에 따라 달성될 수 있다. 그러나, 한 가지 차이가 열 구동 챔버(270)의 원격 위치에서 확인될 수 있다. 열 구동 챔버(270)가 열적으로 제어되는 처리 장치의 영역(250), 예를 들어 선택적으로 가열 및/또는 냉각될 수 있는 영역에 위치되는 것이 바람직할 수 있다. 처리 장치가 원형 디스크의 형태인 경우, 영역(250)은 바람직하게는 환형 링의 형태(그의 아치형 부분이 도 6에 도시됨)일 수 있다.

열 구동 챔버(270)는 프로세스 어레이의 나머지로부터 이격되어 위치되지만, 이는 트랩 챔버(260), 그리고 궁극적으로 도관(272, 262)을 통해 챔버(240)와 유체 연통한다. 챔버(240)로부터 트랩 챔버(260)로의 유체의 열-구동 전달을 수행하기 위해, 구동 챔버(270) 내의 체류 유체는 바람직하게는 그의 온도가 개시 온도로부터 제2 온도로 증가하도록 가열될 수 있다. 구동 챔버(270) 내의 체류 유체의 온도가 증가함에 따라, 그의 체적이 또한 증가한다. 체적의 그러한 증가는 열 구동 챔버(270) 내의 체류 유체의 일부를 도관(272) 내로 가압하고, 이어서 도관(272) 내의 체류 유체의 일부를 트랩 챔버(260) 내로 가압한다. 대응하여, 트랩 챔버(260) 내의 체류 유체의 일부는 전달 도관(262) 내로 가압된다. 전달 도관(262) 내의 체류 유체는 이어서 챔버(240) 내로 가압된다.

트랩 챔버(260)로 전달될 챔버(240) 내의 임의의 유체는 전달 도관(262)이 챔버(240) 내로 진입하는 지점에 또는 그 지점의 상류에(예를 들어, 회전축에 더 가깝게) 위치되는 것이 바람직할 수 있다. 원심력 및/또는 중력은 바람직하게는 챔버(240) 내의 유체를 챔버(240)의 하류 또는 반경방향 말단부(245)를 향해 이동시키거나 흡인할 수 있어서, 전달 도관(262)이 챔버(240)에 연결되는 포트가 유체에 의해 덮인다. 그 결과는 도관(262)으로부터 챔버(240) 내로 가압된 체류 유체가 바람직하게는 챔버(240) 내의 분석물을 통과하는 것이다.

열 전달 구조체(도시된 실시예에서, 트랩 챔버(260) 및 열 구동 챔버(270)와 함께 도관(262, 272)을 포함함) 내의 체류 유체가 챔버(240) 내로 가압된 후, 열 구동 챔버(270) 내에 남아 있는 체류 유체의 온도는 바람직하게는 제2 온도로부터 제3 온도로 감소될 수 있다. 열 구동 챔버(270) 내의 체류 유체가 냉각됨에 따라, 그의 체적은 바람직하게는 감소하고, 이는 도관(272)을 통해 트랩 챔버(260)에 그리고 트랩 챔버(260)를 통해 전달 도관(262)에 연통되는 진공을 생성한다. 진공은 이어서 전달 도관(262)을 통해 챔버(240)로 진행하여 챔버(240)와 전달 도관(262) 사이의 연결부에 존재하는 유체는 전달 도관(262) 내로 흡인된다. 챔버(240)로부터 전달 도관(262) 내로 이동되거나 흡인된 유체의 적어도 일부는 이어서 트랩 챔버(260)로 전달되고, 여기서 바람직하게는 침착된다.

전달 도관(262) 및 열 구동 도관(272)과 함께 트랩 챔버(260)의 기하학적 형상은 챔버(240)로부터 트랩 챔버(260) 내로 전달된 유체가 트랩 챔버(260) 내에 남아 있고 열 구동 챔버(270) 내로 전달되지 않도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 트랩 챔버(260) 내로 전달된 유체로부터의 열 구동 챔버(270)의 격리는 챔버(240)로부터 트랩 챔버(260) 내로 2회 이상 유체를 전달하기 위해 사용되는 열 구동 챔버(270)의 능력을 유지할 수 있다.

트랩 챔버 내의 물질이 열 전달 과정 동안 직접 가열되지 않는 것이 또한 바람직할 수 있다. 트랩 챔버(260)의 격리는, 트랩 챔버(260)와 유체 연통하는 도관이 그의 반경방향 기단 또는 상류 단부(즉, 회전축에 가장 가까운 단부)에서 또는 그 부근에서 트랩 챔버(260) 내로 진입하고 그리고/또는 그로부터 빠져 나오는 경우 향상될 수 있다. 그러한 구성, 예컨대 전달 도관(262)과 구동 도관(272)이 트랩 챔버(260)의 반경방향 기단 또는 상류측에 위치된 위치에서 트랩 챔버(260)에 연결되는 경우, (예를 들어, 처리 장치가 회전 중이거나 중력의 영향 하에 있는 동안) 트랩 챔버(260) 내로 진입하는 유체는 트랩 챔버(260)의 하류 또는 반경방향 말단측을 향해(즉, 화살표(202) 방향의 반대 방향) 이동하는 경향이 있어서, 트랩 챔버(260) 내로 진입하는 대부분의 유체(바람직하게, 실질적으로 액체의 전부)는 구동 도관(272) 내로 진입하지 않는다. 트랩 챔버(260) 및/또는 전달 도관(262)은 또한 챔버(240)로부터 트랩 챔버(260) 내로 진입하는 유체를 트랩 챔버(260)의 주 체적 내로 하향으로 지향시키는 경향이 있는 구조체(예를 들어, 배플 등)를 포함할 수 있다.

도 6의 프로세스 어레이의 전달 도관(262)에서와 같이, 전달 도관(262)은 (챔버(240)로부터 열 구동 챔버(270)를 향해 이동할 때) 전달 도관(262)의 일부가 전달 포트와 열 구동 챔버(270) 사이의 상류 방향으로 진행하는 유체 트랩(263)을 또한 포함한다. 그러한 유체 트랩(263)은 유체가 프로세스 어레이를 포함하는 장치의 회전에 의해 또는 중력 하에서 제1 챔버(240)로부터 열 구동 챔버(270)로 이동하는 것을 효과적으로 방지한다.

유체 트랩(263)이 챔버(240)의 반경방향 기단의 높이에 도달하여 챔버가 분석물로 완전히 충전된 경우에도, 장치의 회전만에 의해 분석물이 유체 트랩(263)을 지나 그리고 트랩 챔버(260) 또는 열 구동 챔버(270) 중 어느 하나 내로 이동되지 않는 것이 바람직할 수 있다.

도 6의 예시적인 프로세스 어레이에 도시된 다른 선택적인 특징부는 도관(282)을 통해 챔버(240)와 유체 연통하여 배치될 수 있는 제2 챔버(280)를 포함한다. 도관(282)은 챔버(240)의 반경방향 말단 지점에서 챔버(240)와 연결되는 것으로 도시되어 있다. 도관(282)은 대안적으로 챔버(240)의 반경방향 길이(여기서, 반경방향 길이는 반경(201)을 따르는 챔버(240)의 치수임)를 따르는 임의의 선택된 위치에서 챔버(240)에 연결될 수 있다. 제2 챔버(280)는, 예를 들어 세척 유체를 챔버(240)에 공급하기 위해 사용될 수 있다.

도 6의 예시적인 프로세스 어레이와 관련하여 도시된 다른 선택적인 특징부는 제2 챔버(280)로부터 도관(282) 내로의 유체의 유동을 제어하기 위해 사용되는 밸브 구조체이다. 도시된 프로세스 어레이에서, 임의의 적합한 대안적인 밸브가 도시된 밸브 구조체 대신에 사용될 수 있지만, 밸브 구조체는 제2 챔버(280)의 체적 내로 연장하는 밸브 립(valve lip)(284)(도 7에 도시됨)의 형태를 취한다.

도 7은 제2 챔버(280)를 포함하는 처리 장치의 일부의 단면도이다. 도 6 및 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 밸브 립(284)은 바람직하게는 처리 장치 상의 제2 챔버(280)에 의해 점유된 영역, 즉 돌출된 챔버 영역 내에 위치된다. 돌출된 챔버 영역은 바람직하게는 처리 장치의 주요 면들 중 어느 하나의 상으로 챔버 경계를 돌출시킴으로써 형성될 수 있다.

도 7에 도시된 실시예에서, 코어 층(214)은 밸브 층(216)으로부터 멀리 향하는 처리 장치의 제1 주요 면(215)을 형성한다. 밸브 층(216)은 제1 주요 면(215)으로부터 멀리 향하는 코어 층(214)의 표면에 부착된다. 커버 층(218)은 코어 층(214)으로부터 멀리 향하는 밸브 층(216)의 표면에 부착되며, 이때 커버 층(218)은 처리 장치의 제1 주요 면(215)으로부터 멀리 향하는 처리 장치의 제2 주요 면(219)을 형성한다.

밸브 립(284)은 제2 챔버(280)의 최외측 경계에 의해 형성된 돌출된 챔버 영역 내로 연장하는 것으로 도시되어 있다. 밸브 립(284)은 돌출된 챔버 영역 내에 위치되기 때문에, 밸브 립(284)은 제2 챔버(280)의 일부의 위에 쑥 내밀거나 제2 챔버(280)의 일부 위에 외팔보식으로 돌출하는 것으로 설명될 수 있다.

밸브 립(284)은 바람직하게는 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 밸브 립(284) 내에 적어도 부분적으로 위치될 수 있는 밸브 챔버(285)를 바람직하게 형성한다. 밸브 챔버(285)는 바람직하게는 챔버(240)로 이어지는 도관(282)과 개방 유체 연통한다. 그러한 것으로서, 밸브 챔버(285) 내로 진입하는 임의의 유체는 챔버(240)로의 전달을 위해 도관(282)으로 진입할 수 있다.

밸브 챔버(285) 중 적어도 일부는 바람직하게는 제2 주요 면(219)과 제2 챔버(280)의 적어도 일부 사이에 위치될 수 있다. 밸브 챔버(285)는 또한 바람직하게는 밸브 챔버(285)를 제2 챔버(280)로부터 분리하는 밸브 격벽(286)에 의해 제2 챔버(280)로부터 격리되어, 제2 챔버(280)의 체적 중 일부는 밸브 격벽(286)과 처리 장치의 제1 주요 면(215) 사이에 놓인다. 도시된 실시예에서, 커버 층(218)은 바람직하게는 제2 챔버(280)로부터 밸브 챔버(285)를 격리시키기 위해 표면(283)을 따라 밸브 립(284)에 밀봉된다.

밸브 격벽(286)은 바람직하게는 개구가 비-접촉 방법, 예를 들어 레이저 제거(laser ablation), 초점식 광학 가열(focused optical heating) 등에 의해 형성될 수 있는 재료로 형성된다. 밸브 격벽에 형성된 그러한 개구는 전형적으로 비가역적이기 때문에(즉, 개구들은 형성 후에 폐쇄될 수 없음), 도 6 및 도 7에 도시된 밸브 구조체는 "일회용" 밸브로서 설명될 수 있다. 밸브 격벽(286)에 개구를 형성하기 위해 사용되는 에너지는 커버 층(218) 또는 코어 층(214) 중 어느 하나를 통해(또는 둘 모두를 통해) 밸브 격벽(286) 상으로 지향될 수 있다. 그러나, 에너지가 밸브 격벽(286)에 도달하기 전에 제2 챔버(280) 내의 물질을 통해 에너지를 지향시키는 것과 관련될 수 있는 문제를 회피하기 위해 에너지가 커버 층(218)을 통해 밸브 격벽(286)에 지향되는 것이 바람직할 수 있다.

도 6의 프로세스 어레이의 챔버(240)로 유체를 전달하기 위해 제2 챔버(280)를 사용하는 한 가지 방법이 이제 설명될 것이다. 선택된 유체 물질이 제2 챔버(280)에 제공된 후, 개구가 원하는 위치의 밸브 격벽(286)에 형성될 수 있다. 하나의 예는 도 6에 도시된 개구(287a)이다. 제2 챔버(280)를 포함하는 처리 장치가 화살표(204) 방향으로 회전축을 중심으로 회전되거나 중력을 받을 때, 제2 챔버(280) 내의 유체는 제2 챔버(280)로부터 개구(287a)를 통해 밸브 챔버(285) 내로 그리고 이어서 챔버(240)로의 전달을 위해 도관(282) 내로 이동할 것이다.

개구(287a)를 통해 연장하는 파선 위에 위치된 유체의 실질적으로 전부가 바람직하게는 제2 챔버(280)로부터 이동할 것이기 때문에, 밸브 격벽(286)에 형성된 개구 또는 개구들의 위치는 유체의 선택된 체적을 챔버(240)로 전달하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 개구(287a)를 통한 유체의 초기 전달 후, 제2 챔버(280) 내의 유체의 제2 체적은 밸브 격벽(286)에 제2 개구(287b)를 형성함으로써 전달될 수 있다. 개구(287b)가 제공된 후, 개구(287a, 287b)를 통해 연장하는 2개의 파선 사이의 유체의 분리된 체적은 챔버(240) 내로 전달될 수 있다. 도 6은 또한 제2 챔버(280) 내의 실질적으로 모든 유체가 통과하여 챔버(240)로의 전달을 위해 도관(282) 내로 진입할 수 있는 밸브 격벽(286)의 제3 개구(287c)를 포함한다.

제2 챔버(280)로부터 챔버(240)로 전달될 유체는 처리 장치가 제조될 때 또는 최종 사용자(또는 중간 부문)에 의해 제2 챔버(280)에 제공될 수 있다. 유체는 제2 챔버(280) 내로 직접 전달될 수 있다. 대안적으로, 유체는 제2 챔버(280)와 유체 연통하는 선택적인 로딩 구조체(281)를 통해 제2 챔버로 전달될 수 있다. 로딩 구조체(281)는 물질의 하나 이상의 분리된 체적을 제2 챔버(280)로 전달하기 위해 1회 이상 사용될 수 있다.

챔버(240)와 유체 연통하는 도 6 및 도 7에 도시된 일회용 밸브 구조체를 갖는 제2 챔버(280)에 대한 하나의 잠재적 용도는, 예를 들어 세척 유체(염수 등) 또는 바람직하게는 하나 이상의 분리된 체적으로 챔버(240) 내로 계량될 수 있는 몇몇 다른 유체를 제공하는 것이다. 하나 이상의 선택된 위치에서 밸브 격벽(286)에 하나 이상의 개구를 형성함으로써, 제2 챔버(280) 내에 포함된 유체(전형적으로는, 액체)의 분리된 체적은 제2 챔버(280)로부터 챔버(240)로 전달될 수 있다.

제2 챔버(280)로부터 챔버(240)로의 분리된 체적의 연속적인 전달은, 예를 들어 챔버(240)로부터 바람직하지 않은 물질을 제거할 수 있는 "세척" 용액을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, (예컨대, 개구(287a)를 통해) 제2 챔버(280)로부터 챔버(240)로의 세척 용액의 제1 체적의 전달 후, (용해 상태로, 그 내에 혼입되는 등으로) 바람직하지 않은 물질을 가진 세척 용액의 일부는 열 전달 구조체를 사용하여 챔버(240)로부터 제거될 수 있다(이때, 불필요한 부분은 본 명세서에 설명된 바와 같은 트랩 챔버(260)로 전달됨). 그러한 세척 단계는 세척 용액의 충분한 체적이 제2 챔버(280) 내에 있는 경우 반복될 수 있다. 예를 들어, 제2 개구(287b)는 세척 용액의 제2 체적을 챔버(240)로 전달하도록 형성될 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 것과 유사한 프로세스 어레이를 사용하는 다른 예시적인 방법에서, 하나 이상의 시약이 제2 챔버(280) 내에 있거나(예컨대, 건조시킴(dried-down) 등) 액체 내에서 제2 챔버(280)로 전달될 수 있어서, 하나 이상의 시약은 도관(282)을 통해 챔버(240)로 전달될 수 있다.

본 발명에 따른 처리 장치에 제공될 수 있는 다른 예시적인 프로세스 어레이가 도 8에 도시되어 있다. 도 8의 예시적인 프로세스 어레이는 바람직하게는 화살표(302) 방향으로 반경(301) 상에 또는 그 부근에 위치될 수 있는 회전축 중심으로의 회전을 위해 설계된 처리 장치에 제공된다. 회전축을 중심으로 회전될 때, 프로세스 어레이의 특징부는 대체로 아치형 화살표(304)에 의해 표시된 방향으로 진행할 것이다. 대안적으로, 도 8의 프로세스 어레이는 화살표(302)가 상류 방향을 나타내는, 즉 프로세스 어레이에 작용하는 중력 방향의 반대 방향인(중력의 방향이 하류 방향인 경우) 비회전 중력 기반 장치에서 사용될 수 있다.

예시적인 프로세스 어레이는 도관(332)을 통해 제2 챔버(360)와 연결되는 제1 챔버(340)를 포함한다. 제1 챔버(340)와 제2 챔버(360)는 바람직하게는 상류 방향 및 하류 방향을 한정하도록 처리 장치 상에 배열될 수 있다. 상류 방향은 제2 챔버(360)로부터 제1 챔버(340)를 향해 이동할 때의 방향이다(일반적인 방향이 화살표(302)에 의해 표시됨). 하류 방향은 제1 챔버(340)로부터 제2 챔버(360)를 향해 이동할 때의 방향이다. 상류 및 하류 방향은 이러한 어레이가 회전 시스템의 경우에 위치되거나 중력 시스템에서 중력과 정렬되는 처리 장치의 중심과 실질적으로 반경방향으로 정렬되는 것이 바람직할 수 있다.

제1 챔버(340)는 바람직하게는 개방될 때까지 유체가 도관(332) 내로 통과하는 것을 방지하는 일회용 밸브(342)를 바람직하게 포함한다. 밸브(342)는 도 7과 관련하여 상기 논의된 바와 같은 쑥 내미는 밸브 립의 형태를 취할 수 있다. 제1 챔버(340)는 프로세스 어레이를 포함하는 처리 장치가 회전축을 중심으로 회전되거나 중력을 받을 때 물질이 그 내부로 이동되는 반경방향 말단 또는 하류 단부(345)를 포함한다. 제1 챔버(340)는 또한 바람직하게는 분석물이 통과하여 제1 챔버(340) 내로 도입될 수 있는 로딩 구조체(330)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 제1 챔버(340)는 또한 처리에 사용될 수 있는 선택적 시약(341)을 포함한다.

제2 챔버(360)는 바람직하게는 제2 챔버(360) 내에 위치되는 분석물 또는 다른 물질의 온도를 변화시키기 위해 열적으로 제어되는, 예를 들어 가열 및/또는 냉각될 수 있는 처리 장치의 영역(350)에 위치될 수 있다. 처리 장치가 원형 디스크의 형태인 경우, 영역(350)은 바람직하게는 환형 링의 형태(그의 아치형 부분이 도 8에 도시됨)일 수 있다. 결과로서, 제2 챔버(360)는, 예를 들어 등온 공정, 2개 이상의 상이한 온도 사이의 열 사이클링을 필요로 하는 공정(예를 들어, PCR 등) 등과 같이 열 제어를 필요로 하는 분석물을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 도시된 제2 챔버(360)는 처리와 관련하여 사용될 수 있는 선택적 시약(361)을 포함한다.

도 8에 도시된 프로세스 어레이는 또한 제1 챔버(340)를 통한 유체의 열 전달을 돕는 열 전달 구조체를 포함한다. 도 8에 도시된 예시적인 실시예에서, 열 전달 구조체는 전달 도관(362)을 통해 제1 챔버(340)와 유체 연통하는 열 구동 챔버(370)를 포함한다. 열 구동 챔버(370)는 바람직하게는 처리 장치 상의 열 제어 영역(350) 내에 위치될 수 있다.

사용시, 도시된 열 전달 구조체는 유체를 제1 챔버(340)로부터 전달 도관(362) 및 구동 챔버(370) 내로 전달하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 열 구동 챔버(370)는 제1 챔버(340)로부터 제거된 유체를 위한 저장소로서 기능할 수 있다(또한, 열 전달을 수행하기 위해 사용되는 체류 유체를 제공함). 열 구동 챔버(370)는 제1 챔버(340)로부터의 다수의 유체 전달을 수용하기에 충분히 큰 체적을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 열 구동 챔버(370)의 체적은, 예를 들어 바람직하게는 제1 챔버(340)의 체적 이상일 수 있다.

분석물(또는 다른 유체)의 열 전달은 도 6에 도시된 프로세스 어레이와 관련하여 상기 논의된 원리에 따라 달성될 수 있다. 도 6의 프로세스 어레이의 전달 도관(262)에서와 같이, 전달 도관(362)은 (제1 챔버(340)로부터 열 구동 챔버(370)를 향해 이동할 때) 전달 도관(362)의 일부가 전달 포트와 열 구동 챔버(370) 사이의 상류 방향으로 진행하는 유체 트랩(363)을 또한 포함한다. 그러한 유체 트랩(363)은 유체가 프로세스 어레이를 포함하는 장치의 회전에 의해 또는 중력의 영향 하에서 제1 챔버(340)로부터 열 구동 챔버(370)로 이동하는 것을 효과적으로 방지한다.

유체 트랩(363)이 챔버(340) 내에 위치된 임의의 유체의 높이보다 반경방향으로 더 높은(즉, 회전축에 더 가깝게 또는 상류의) 높이에 도달하여, 장치의 회전(또는 중력)만에 의해 챔버(340) 내의 분석물이 유체 트랩(363)을 지나 그리고 열 구동 챔버(370) 내로 이동되지 않는 것이 바람직할 수 있다. 유체 트랩(363)의 높이는, 예를 들어 챔버(340) 내의 유체의 최대 높이, 전달 도관(362)의 크기, 프로세스 어레이를 구성하기 위해 사용된 재료의 소수성/친수성 등을 비롯한 다양한 요인에 따라 변동될 수 있다.

유체 트랩(363)이 챔버(340)의 높이(챔버(340)의 높이는 그의 반경방향 말단 또는 하류 단부(345)로부터 그의 반경방향 기단 또는 상류 단부 - 즉, 회전축에 가장 가깝게 위치된 단부-까지 측정됨)의 적어도 25% 이상인 높이(챔버(340)의 반경방향 말단 또는 하류 단부(345)로부터 상류 방향으로 측정됨)에 도달하는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 전달 도관(362) 내의 유체 트랩(363)은 바람직하게는 챔버(340)의 높이의 적어도 50% 이상인 높이에 도달할 수 있다. 또 다른 대안에서, 전달 도관(362) 내의 유체 트랩(363)은 바람직하게는 챔버(340)의 높이의 적어도 75% 이상인 높이에 도달할 수 있다. 또 다른 대안에서, 전달 도관(362) 내의 유체 트랩(363)은 바람직하게는 챔버(340)의 높이의 적어도 90% 이상인 높이에 도달할 수 있다.

제1 챔버(340)로부터 전달될 임의의 유체는 전달 도관(362)이 제1 챔버(340)에 연결되는 전달 포트에서 또는 그 상류에서(즉, 회전축에 더 가깝게) 챔버(340) 내에 위치되는 것이 바람직할 수 있다. 처리 장치가 밸브(342)가 폐쇄된 동안 상기 논의된 바와 같이 회전축을 중심으로 회전하고 있는 경우, 원심력은 제1 챔버(340) 내의 유체를 제1 챔버(340)의 반경방향 말단 또는 하류 단부(345)를 향해 이동시킬 것이어서, 전달 도관(362)이 제1 챔버(340)에 연결되는 전달 포트는 유체에 의해 덮인다. 시스템이 회전하고 있지 않은 경우, 중력은 제1 챔버(340)의 하류 단부(345)를 향해 유체를 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 그 결과는 전달 도관(362)으로부터 제1 챔버(340) 내로 가압되는 임의의 체류 유체가 바람직하게는 제2 챔버(340) 내의 분석물을 통과하는 것이다.

도 8은 입력 챔버(340)의 측면 내로의 전달 도관(362)의 입구 포트의 위치 선정을 도시한다. 피펫 계량 후, 도 8의 프로세스 어레이가 정지되거나 느려질 때, 유체 매니스커스(meniscus)는 표면 에너지에 의해 상승할 수 있으며(즉, 화살표(302)의 방향으로), 이때 유체 매니스커스는 전달 도관(362) 내로 입력 포트 위에서 연장한다. 그러한 상황에서, 입력 챔버(340) 내의 유체는 모세관 작용에 의해 전달 도관(362) 내로 이동할 수 있다(즉, 유체의 측방향 표면은 챔버(340) 내에서 상향으로 만곡됨). 전달 도관(362) 내로 이어지는 입력 포트에 대한 대안적인 위치 선정은 챔버(340) 내에서 더 중심일 것이어서(즉, 화살표(302) 방향으로), 회전이 느려질 때 표면 에너지는 전달 도관(362)으로 이어지는 입력 포트로부터 멀어지도록 유체 매니스커스를 당길 것이다.

몇몇 실시예에서, 회전이 느려지거나 정지될 때 열 구동 챔버(370) 내에서 소량의 열을 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 불필요한 유체가 전달 도관(362) 내로 진입할 가능성을 방지 또는 감소시키는 양의 외향 압력을 잠재적으로 제공할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 회전이 정지되거나 느려진 때 트랩 채널(363) 내로 진입하였을 수 있는 임의의 유체를 수집하기 위해 유체 트랩 채널(363)의 상류 섹션(즉, 화살표(302) 방향으로 가장 먼 트랩 채널(363)의 섹션)에 팽창 챔버를 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 회전이 재개될 때, 임의의 그러한 팽창 챔버 내에 수집된 유체는 이어서 입력 챔버(340) 내로 다시 이동될 것이다. 추가로, 유체 트랩 채널(363) 내의 팽창 챔버 또는 다른 기하학적 형상은 또한 불필요한 모세관 유동 및 입력 챔버(340)로부터의 유체의 사이퍼닝(siphoning)을 방지하거나 또는 적어도 정지시키는 것을 도울 수 있는 공기 갭을 도입함으로써 유체 채널의 연속성을 분리시키는 기능을 할 수 있다.

매니스커스 높이, 배출 높이, 채널 치수, 유체 점도, 유체 접촉각, 회전 가속도, 차압, 유체 속도 및 유체 밀도는 모두 열 구동 챔버(370) 내로의 입력 챔버(340)의 프라이밍 또는 사이퍼닝을 제어하는 것에 기여할 수 있다. 도 8의 프로세스 어레이가 회전하고 있을 때, 전달 도관(362) 및 유체 트랩(363) 섹션이 입력 챔버(340) 내의 유체의 표면보다 낮게 유체로 충전되면, 입력 챔버(370) 내의 유체는 사이퍼닝에 의해 비워질 것이다. 따라서, 유체 구동 챔버(370)는 차압에 의해 그리고 사이퍼닝에 의해 충전된다.

도 8의 예시적인 프로세스 어레이에 도시된 다른 선택적인 특징부는 도관(382)을 통해 제1 챔버(340)와 유체 연통하여 배치될 수 있는 제3 챔버(380)를 포함한다. 도관(382)은 제1 챔버(340)의 중간 지점에서 제1 챔버(340)와 연결되는 것으로 도시되어 있다. 도관(382)은 대안적으로 챔버(340)의 높이를 따라 임의의 선택된 위치에서 제1 챔버(340)에 연결될 수 있다(이 경우, 챔버의 높이는 상류 및 하류 단부들 사이에서 결정됨).

도 8의 예시적인 프로세스 어레이와 관련하여 도시된 다른 선택적인 특징부는 제3 챔버(380)로부터 도관(382) 내로의 유체의 유동을 제어하기 위해 사용되는 일회용 밸브 구조체(386)이다. 도시된 프로세스 어레이에서, 밸브 구조체는 제3 챔버(380)의 체적 내로 연장하는 밸브 립의 형태를 취하며, 밸브 립은 (도 6에 도시된 프로세스 어레이와 관련하여 설명된 밸브 구조체와 유사하게) 유체가 제3 챔버(380)로부터 도관(382) 내로 유동하게 하도록 개구(387)가 형성될 수 있는 밸브 격벽을 포함한다.

제3 챔버(380)에 추가하여, 프로세스 어레이는 또한 제3 챔버(380)로부터의 유체가 사용 동안 수집될 수 있는 부챔버(388)를 포함할 수 있다. 부챔버(388) 내에 수집된 유체는 중간 챔버(390) 내로 전달될 수 있다. 중간 챔버(390)로의 유체의 전달에 대한 제어는 일회용 밸브(389)에 의해 제공될 수 있다.

예를 들어, (부챔버(388)가 유체로 충전된 후) 밸브(389)가 개방될 때, 부챔버(388)로부터의 유체는 바람직하게는 하나 이상의 시약(391)을 포함할 수 있는 중간 챔버(390)로 진입할 수 있다. 시약(391)은 바람직하게는 부챔버(388)로부터의 유체와 반응하거나 그에 의해 흡수될 수 있다. 선택된 시간에, 중간 챔버(390) 내의 일회용 밸브(392)가 개방될 수 있다. 밸브(392)가 개방될 때, 중간 챔버 내의 유체는 프로세스 도관(332)과 유체 연통하는 도관(393)을 통해 제2 챔버(360)로 전달될 수 있다.

본 발명에 따른 처리 장치에 제공될 수 있는 또 다른 예시적인 프로세스 어레이가 도 9에 도시되어 있다. 도 9의 예시적인 프로세스 어레이는 바람직하게는 화살표(402) 방향으로 반경(401) 상에 또는 그 부근에 위치될 수 있는 회전축 중심으로의 회전을 위해 설계된 처리 장치에 제공된다. 회전축을 중심으로 회전될 때, 프로세스 어레이의 특징부는 대체로 아치형 화살표(404)에 의해 표시된 방향으로 진행할 것이다. 대안적으로, 도 9의 프로세스 어레이는 화살표(402)가 상류 방향을 나타내는, 즉 프로세스 어레이에 작용하는 중력 방향의 반대 방향인(중력의 방향이 하류 방향인 경우) 비회전 중력 기반 장치에서 사용될 수 있다.

도 9의 예시적인 프로세스 어레이는 도 8에 도시된 프로세스 어레이와 많은 점에서 유사하고, 제1 챔버(440), 제1 챔버(340)에서 확인되는 시약(441), 로딩 구조체(430), 일회용 밸브(442) 및 하류 단부(445)와 같은 특징부를 포함한다. 추가로, 도 9의 프로세스 어레이는 또한 프로세스 도관(432)에 의해 제1 챔버(440)에 연결되는 제2 챔버(460)뿐만 아니라, 개구(487)가 도관(482)을 통해 제1 챔버(440)로 유체를 전달하도록 형성될 수 있는 밸브 구조체(486) 및 제3 챔버(480)를 포함한다.

또한 도 8의 프로세스 어레이와 유사하게, 도 9의 프로세스 어레이는 또한 열 구동 챔버(470)를 제1 챔버(440)에 연결하는 전달 도관(462)을 포함한다. 열 구동 챔버(470)는 바람직하게는 프로세스 어레이가 본 발명의 원리에 따라 열 전달을 수행하기 위해 필요한 열 제어를 제공하도록 위치된 처리 장치의 열 제어 영역 내에 위치된다. 전달 도관(462)은 처리 장치의 회전 또는 중력만을 통해 제1 챔버(440)로부터 열 구동 챔버(470)로 유체가 이동하는 것을 방지하는 유체 트랩(463)을 포함한다.

도 9의 프로세스 어레이에 도시된 추가의 특징부는 전달 도관(462)을 따라 위치된 밸브(472)이다. 밸브(472)는 열 전달 기능의 활성화를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 밸브(472)가 폐쇄된 경우, 열 구동 챔버(470) 내의 체류 유체의 가열 또는 냉각은 제1 챔버(440)로부터 유체를 당기거나 이동시키는 기능을 하지 않을 것이다. 밸브(472)의 정확한 위치는 중요하지 않은데, 이는 다만 제1 챔버(440)와 열 구동 챔버(470) 사이에 위치되어야 한다. 밸브(472)는 본 명세서에 설명된 것과 유사한 일회용 밸브일 수 있다.

도 9의 프로세스 어레이와 도 8의 프로세스 어레이의 다른 차이점은 도 9의 프로세스 어레이가 도 8의 프로세스 어레이의 부챔버 및 중간 챔버를 포함하지 않는 것이다. 그러나, 도 9의 프로세스 어레이는 제2 챔버(460)에서와 같이 열 제어 영역(450) 내에 위치된 제3 챔버(490)를 포함한다. 제2 챔버(460)는 그 내부에 위치된 선택적 시약(461)을 포함한다. 제3 챔버(490)는 또한 그 내부에 위치된 선택적 시약(491)을 포함한다. 제3 챔버(490)는 또한 일회용 밸브(462) 및 도관(492)을 통해 제2 챔버(460)에 연결된다. 도 9의 프로세스 어레이가 위치된 처리 장치의 회전 또는 중력은 바람직하게는 유체를 제2 챔버(460)로부터 제3 챔버(490)로 이동시킬 것이며, 여기서 제3 챔버(490)는 제2 챔버(460)의 하류에 위치된다.

또 다른 예시적인 프로세스 어레이가 도 10과 관련하여 도시되어 있으며, 이는 본 발명의 프로세스 어레이의 다른 선택적인 특징부를 도시한다. 도 10의 예시적인 프로세스 어레이는 바람직하게는 화살표(502) 방향으로 반경(501) 상에 또는 그 부근에 위치될 수 있는 회전축 중심으로의 회전을 위해 설계된 처리 장치에 제공된다. 회전축을 중심으로 회전될 때, 프로세스 어레이의 특징부는 대체로 아치형 화살표(504)에 의해 표시된 방향으로 진행할 것이다. 대안적으로, 도 10의 프로세스 어레이는 화살표(502)가 상류 방향을 나타내는, 즉 프로세스 어레이에 작용하는 중력 방향의 반대 방향인(중력의 방향이 하류 방향인 경우) 비회전 중력 기반 장치에서 사용될 수 있다.

도 10의 예시적인 프로세스 어레이는 도 8 및 도 9에 도시된 프로세스 어레이와 많은 점에서 유사하고, 제1 챔버(540), 제1 챔버(540)에서 확인되는 로딩 구조체(530), 일회용 밸브(542) 및 하류 단부(545)와 같은 특징부를 포함한다. 추가로, 도 10의 프로세스 어레이는 또한 프로세스 도관(532)에 의해 제1 챔버(540)에 연결된 제2 챔버(560)를 포함한다.

또한, 도 8 및 도 9의 프로세스 어레이와 유사하게, 도 10의 프로세스 어레이는 또한 제1 챔버(540)를 한 쌍의 열 구동 챔버(570a, 570b)에 연결시키는 전달 도관(562)을 포함한다. 전달 도관(562)은 또한 그 뒤에서 전달 도관(562)이 전달 도관(562a, 562b)으로 분기되는 유체 트랩(563)을 포함한다. 열 구동 챔버(570a, 570b) 둘 모두는 바람직하게는 열 제어 영역(550)에 위치된다.

전달 도관(562a, 562b) 각각은 바람직하게는 열 구동 챔버(570a, 570b) 내로 그리고 그로부터의 유체의 유동을 제어하는 밸브(572a, 572b)를 (각각) 포함할 수 있다. 밸브(572a, 572b)는 바람직하게는 본 명세서에 설명된 바와 같은 일회용 밸브의 형태를 취할 수 있다. 몇몇 경우에, 열 구동 챔버 중 하나는 밸브에 의해 제1 챔버(540)로부터 격리되지 않을 수 있으며, 추가의 열 구동 챔버는 밸브를 사용하여 격리될 수 있다. 또한, 비록 2개의 열 구동 챔버만이 도 10의 프로세스 어레이에 도시되었지만, 3개 이상의 열 구동 챔버가 필요한 경우 제공될 수 있다. 다수의 열 구동 챔버가 제공되는 다른 변형에서, 열 구동 챔버 각각은 (도 10에 도시된 바와 같이 도관(562)을 분기시키는 대신에) 전용 전달 도관을 사용하여 챔버(540)에 연결될 수 있다.

본 발명의 처리 장치의 프로세스 어레이와 관련한 시약의 사용은 선택적인데, 즉 본 발명의 처리 장치는 프로세스 어레이 챔버 내에 임의의 시약을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 다른 변형에서, 여러 프로세스 어레이 내의 챔버들 중 몇몇은 시약을 포함할 수 있지만, 나머지는 그렇지 않을 수 있다. 또 다른 변형에서, 여러 챔버들이 상이한 시약을 포함할 수 있다. 또한, 챔버 구조체의 내부는 시약을 점착을 제어하기 위해 코팅되거나 달리 처리될 수 있다.

본 발명의 처리 장치에 사용되는 프로세스 어레이는 바람직하게는 "비통기식"(unvented)일 수 있다. 본 발명과 관련하여 사용되는 바와 같이, "비통기식 프로세스 어레이"는 프로세스 어레이 내로 이어지는 개구만이 로딩 구조체, 예를 들어 로딩 챔버 내에 위치되는 프로세스 어레이(즉, 적어도 2개의 접속된 챔버)이다. 다시 말하면, 비통기식 프로세스 어레이의 프로세스 어레이 내의 챔버에 도달하기 위해, 분석물은 로딩 구조체로 또는 챔버 내로 직접 운반되어야 한다. 유사하게, 분석물의 로딩 전에 프로세스 어레이 내에 위치된 임의의 공기 또는 다른 유체는 또한 로딩 구조체를 통해 프로세스 어레이로부터 방출하여야 한다. 대조적으로, 통기식(vented) 프로세스 어레이는 로딩 구조체의 외측에 적어도 하나의 개구를 포함할 것이다. 그러한 개구는 로딩 전에 프로세스 어레이 내에 위치된 임의의 공기 또는 다른 유체의 방출을 허용할 것이다.

비통기식 프로세스 어레이를 포함하는 처리 장치를 통해 분석물을 이동시키는 것은 회전 동안 장치를 교번식으로 가속 및 감속시킴으로써, 본질적으로 도관 및 챔버를 통해 분석물을 버핑(burping)함으로써 회전 시스템에서 (본 명세서에 설명된 열 전달 기술에 추가하여) 촉진될 수 있다. 회전은 적어도 2회의 가속/감속 사이클, 즉 초기 가속, 이어서 감속, 제2 회의 가속 및 제2 회의 감속을 사용하여 수행될 수 있다. 가속 및/또는 감속이 신속한 경우, 더욱 유용할 수 있다. 회전은 또한 바람직하게는 단지 한 방향일 수 있는데, 즉 로딩 공정 동안 회전 방향을 역전시킬 필요는 없을 수 있다. 그러한 로딩 공정은 분석물이 장치의 회전 중심으로부터 더 멀리 위치된 프로세스 어레이의 부분들 내의 공기를 변위시킬 수 있게 한다. 실제 가속 및 감속 비율은 온도, 장치의 크기, 회전축으로부터의 분석물의 거리, 장치를 제조하기 위해 사용된 재료, 분석물의 특성(예를 들어, 점도) 등과 같은 다양한 요인에 기초하여 변동될 수 있다.

비록 도시되지 않았지만, 본 발명의 프로세스 어레이 내의 챔버들은 또한 챔버 내의 물질의 혼합을 돕는 하나 이상의 선택적 혼합 챔버를 포함할 수 있다. 혼합 챔버 및 회전 처리 장치 내에서의 이들의 작동은, 예를 들어 발명의 명칭이 "미세유체 장치 상에서의 샘플 혼합"(SAMPLE MIXING ON A MICROFLUIDIC DEVICE)인 2003년 12월 12일자로 출원된 미국 특허 출원 공개 제2005-0129583 A1호(대리인 관리 번호 59072US002)에 더욱 상세히 설명되어 있을 수 있다. 그러나, 간략하게는, 회전 처리 장치 내의 챔버와 관련하여 제공된 혼합 챔버는 챔버 내의 분석물을 혼합 챔버 내로 그리고 그로부터 이동시켜서 분석물의 혼합을 달성하기 위해 처리 장치의 회전 속도를 변화시킴으로써 작동할 수 있다.

본 발명의 처리 장치에서의 또 다른 변형이 도 11에 도시되어 있으며, 처리 장치(610)는 프레임(630) 내에 위치된 복수의 프로세스 모듈(620)로부터 구성된다. 프레임(630)은 바람직하게는 중심(612)을 한정하며, 프로세스 모듈(620)은 중심(612) 둘레에 반경방향 어레이로 제공될 수 있다. 프로세스 모듈(620) 각각은 그 내부에 형성된 하나 이상의 프로세스 어레이를 포함할 수 있다. 잠재적으로 유용한 몇몇 프로세스 모듈 및 프레임에 관한 추가 상세 내용은 발명의 명칭이 "모듈형 샘플 처리 장치 키트 및 모듈"(MODULAR SAMPLE PROCESSING APPARATUS KITS AND MODULES)인 2005년 7월 5일자로 출원된 미국 특허 출원 공개 제2007-0007270 A1호(출원 번호 제11/174,756호)에서 확인될 수 있다.

본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 사용되는 바와 같이, 단수형은 그 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어 "하나의 열 구동 챔버"에 대한 참조는 (명백하게 달리 지시되지 않는 한) 복수의 열 구동 챔버를 포함하며, "챔버"에 대한 참조는 하나 이상의 챔버 및 당업자에게 알려진 그 등가물에 대한 참조를 포함한다.

본 명세서에 인용된 모든 참고 문헌 및 간행물은 전체적으로 본 발명에 참고되어 본 명세서에 명백하게 포함된다. 본 발명의 예시적인 실시예가 논의되어 있으며, 본 발명의 범주 내에서의 가능한 변경이 참조되었다. 본 발명에서의 이들 및 다른 변경 및 수정은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이며, 본 발명은 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 이하에 제공되는 청구의 범위 및 그 등가물에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims

본체 내에 형성된 적어도 하나의 프로세스 어레이와, 적어도 하나의 프로세스 어레이를 적어도 부분적으로 형성하는 본체에 결합되는 베이스 층을 포함하는 처리 장치이며,
상기 적어도 하나의 프로세스 어레이는,
제1 챔버;
제2 챔버;
제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 연장하는 프로세스 도관 - 여기서, 제1 챔버 및 제2 챔버는 제2 챔버로부터 제1 챔버를 향해 이동할 때 상류 방향 및 제1 챔버로부터 제2 챔버를 향해 이동할 때 하류 방향을 한정함 - ; 및
체류 유체를 포함하는 열 구동 챔버 및 제1 챔버와 열 구동 챔버 사이에서 연장하는 전달 도관을 포함하는 열 전달 구조체 - 여기서, 전달 도관은 전달 포트를 통해 제1 챔버로 진입하며, 전달 도관은 전달 도관의 일부가 전달 포트와 열 구동 챔버 사이에서 상류 방향으로 진행하는 유체 트랩을 포함함 -
를 포함하고,
상기 베이스 층은, 열 구동 챔버의 적어도 일부를 형성하는 가열 전달 구조체를 포함하고, 가열 전달 구조체는 열 구동 챔버 내부로 및/또는 외부로 열 에너지를 전달하기 위해 베이스 층의 나머지 부분과 다른 재료로 형성되는 처리 장치.
본체 내에 형성된 적어도 하나의 프로세스 어레이와, 적어도 하나의 프로세스 어레이를 적어도 부분적으로 형성하는 본체에 결합되는 베이스 층을 포함하는 처리 장치를 제공하는 단계 - 여기서, 적어도 하나의 프로세스 어레이는 체류 유체를 포함하는 열 구동 챔버를 포함하는 열 전달 구조체 및 제1 챔버를 포함하고, 열 전달 구조체는 전달 포트를 통해 제1 챔버에 연결된 전달 도관을 더 포함하고, 전달 도관은 전달 도관의 일부가 전달 포트와 열 구동 챔버 사이에서 상류 방향으로 진행하는 유체 트랩을 포함하고, 상기 베이스 층은 열 구동 챔버의 적어도 일부를 형성하는 가열 전달 구조체를 포함하고, 가열 전달 구조체는 열 구동 챔버 내부로 및/또는 외부로 열 에너지를 전달하기 위해 베이스 층의 나머지 부분과 다른 재료로 형성됨 -;
제1 챔버 내에 분석물을 제공하는 단계;
열 전달 구조체 내의 체류 유체의 체적이 증가하여 체류 유체의 제1 부분을 제1 챔버 내로 가압하도록, 가열 전달 구조체를 통해 열 구동 챔버 내의 체류 유체의 적어도 일부를 가열함으로써 체류 유체의 제1 부분을 전달 도관을 통해 제1 챔버 내의 분석물로 통과시키는 단계; 및
체류 유체의 제1 부분이 제1 챔버로 통과된 후에 열 전달 구조체 내의 가열된 체류 유체를 냉각하는 단계 - 여기서, 열 전달 구조체 내의 체류 유체의 체적이 감소하여 제1 챔버 내의 분석물의 적어도 일부가 전달 도관을 통해 열 전달 구조체 내로 흡인됨 -
를 포함하는, 처리 장치 내의 유체를 전달하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 제1 챔버는 상류 단부 및 하류 단부를 갖고, 전달 포트는 제1 챔버의 상류 단부와 하류 단부 사이의 중간에 배치되는 처리 장치.