特開 2022-145584 微小流体試験システム及び微小流体試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022145584

(43)【公開日】2022-10-04

(54)【発明の名称】微小流体試験システム及び微小流体試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/22 20060101AFI20220926BHJP

   G01N 35/08 20060101ALI20220926BHJP

   G01N 37/00 20060101ALI20220926BHJP

【ＦＩ】

G01N27/22 B

G01N35/08 A

G01N37/00 101

【審査請求】有

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022036101

(22)【出願日】2022-03-09

(31)【優先権主張番号】63/163,226

(32)【優先日】2021-03-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】110119564

(32)【優先日】2021-05-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(31)【優先権主張番号】63/240,225

(32)【優先日】2021-09-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】111101835

(32)【優先日】2022-01-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】522189034

【氏名又は名称】ナショナル ヤン ミン チャオ タン ユニバーシティ

(74)【代理人】

【識別番号】110002871

【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】リー、チェン イ

(72)【発明者】

【氏名】チャン、ユン シェン

【テーマコード（参考）】

2G058

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G058BB02

2G058BB11

2G058BB19

2G058CC17

2G058EA14

2G058GB10

2G060AA05

2G060AA15

2G060AD06

2G060AF10

2G060AG11

2G060AG13

2G060HB06

2G060HC06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】微小流体試験システム及び方法を提供する。
【解決手段】微小流体試験システムは、制御装置と微小流体チップとを含む。制御装置は、生物医学的試験の試験プロトコルを記憶する。微小流体チップは、トッププレートと、直列接続された複数の微小電極デバイスを有する微小電極ドットアレイとを含む。制御装置は、位置検知信号を微小流体チップに供給し、各微小電極デバイスはそれに従ってトッププレートと対応する微小流体電極との間の静電容量値を検出する。制御装置は、クロック信号を微小流体チップに供給し、各微小電極デバイスはそれに従って対応する静電容量値を検出する。制御装置は、微小流体チップ内の試験サンプルの大きさ及び位置を判定し、試験プロトコル、大きさ及び位置に従って制御信号を生成し、制御信号を微小流体チップに供給する。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

生物医学的試験の試験プロトコルを記憶する制御装置と、
微小流体チップと
を含む微小流体試験システムであって、
前記微小流体チップは、
トッププレートと、
前記トッププレートの下方に配置される微小電極ドットアレイとを含み、
前記微小電極ドットアレイは、直列接続された複数の微小電極デバイスを含み、
前記微小電極デバイスのそれぞれは、
前記トッププレートの下方に配置される微小流体電極と、
前記微小流体電極の下方に配置される多機能電極と、
前記多機能電極の下方に配置される制御回路とを含み、
前記制御回路は、
前記微小流体電極に結合される微小流体制御及び位置検知回路と、
記憶回路と、
前記多機能電極に結合される温度制御回路とを含み、
前記制御装置は、前記微小流体チップに位置検知信号を供給し、前記位置検知信号は、第１の時間間隔内にイネーブルされ、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記トッププレートと対応する前記微小流体電極との間の第１の静電容量値を検出して、前記第１の静電容量値を前記第１の時間間隔中に対応する前記記憶回路に記憶し、
前記制御装置は、前記微小流体チップにクロック信号を更に供給し、前記クロック信号は、第２の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路はそれぞれ、前記第２の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記第１の静電容量値を出力し、
前記制御装置は更に、前記第１の静電容量値に従って前記微小流体チップ内の試験サンプルの大きさと位置を判定し、前記試験プロトコル、前記大きさ及び前記位置に従って試験制御信号を生成し、前記試験制御信号を前記微小流体チップに供給する、微小流体試験システム。

【請求項2】

前記試験制御信号は、複数の加熱制御構成を含み、前記加熱制御構成は、前記微小電極デバイスに１対１で対応し、
前記クロック信号は、第３の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路はそれぞれ、前記第３の時間間隔の前記サブ時間間隔中に、前記加熱制御構成を読み込み、前記制御装置は、前記微小流体チップに加熱制御信号を更に供給し、前記加熱制御信号は、第４の時間間隔内にイネーブルされ、前記温度制御回路のそれぞれは、前記第４の時間間隔中に、対応する前記加熱制御構成に従って、対応する前記温度制御回路のオン／オフステータスを判定する、請求項１に記載の微小流体試験システム。

【請求項3】

前記制御装置は、前記試験プロトコル、前記大きさ及び前記位置に従って加熱制御パターンを生成し、前記加熱制御パターンに従って前記加熱制御構成を生成する、請求項２に記載の微小流体試験システム。

【請求項4】

前記加熱制御パターンは、加熱領域と、環状の非加熱領域とを含み、前記環状の非加熱領域は、前記加熱領域を取り囲み、前記試験サンプルの前記位置は、前記加熱領域の中心に対応する、請求項３に記載の微小流体試験システム。

【請求項5】

前記試験制御信号は、複数のサンプル操作構成を含み、前記サンプル操作構成は、前記微小電極デバイスに１対１で対応し、
前記クロック信号は、第５の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路はそれぞれ、前記第５の時間間隔の前記サブ時間間隔中に、前記サンプル操作構成を読み込み、前記制御装置は、前記微小流体チップにサンプル制御信号を更に供給し、前記サンプル制御信号は、第６の時間間隔内にイネーブルされ、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記第６の時間間隔中、対応する前記サンプル操作構成に従って機能する又は機能しない、請求項１に記載の微小流体試験システム。

【請求項6】

前記制御装置は、前記試験プロトコル、前記大きさ及び前記位置に従ってサンプル制御パターンを生成し、前記サンプル制御パターンに従って前記サンプル操作構成を生成する、請求項５に記載の微小流体試験システム。

【請求項7】

前記位置検知信号は、第７の時間間隔の第１のサンプリング時間内にイネーブルされ、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記トッププレートと対応する前記微小流体電極との間の第２の静電容量値を検出し、前記第２の静電容量値を前記第１のサンプリング時間中に対応する前記記憶回路に記憶し、前記クロック信号は、第８の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路はそれぞれ、前記第８の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記第２の静電容量値を出力し、
前記位置検知信号は、第９の時間間隔の第２のサンプリング時間内にイネーブルされ、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記トッププレートと対応する前記微小流体電極との間の第３の静電容量値を検出し、前記第３の静電容量値を前記第２のサンプリング時間中に対応する前記記憶回路に記憶し、前記クロック信号は、第１０の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路は、前記第１０の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記第３の静電容量値を出力し、
前記第１のサンプリング時間は、前記第７の時間間隔の第１の開始点から第１の遅延時間分、遅延され、前記第２のサンプリング時間は、前記第９の時間間隔の第２の開始点から第２の遅延時間分、遅延され、前記第１の遅延時間と前記第２の遅延時間とは互いに異なり、
前記制御装置は、前記第２の静電容量値と前記第３の静電容量値に従って前記試験サンプルの３次元画像を更に生成する、請求項１に記載の微小流体試験システム。

【請求項8】

前記位置検知信号は、第１１の時間間隔の第１のサンプリング時間内にイネーブルされ、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記トッププレートと対応する前記微小流体電極との間の第４の静電容量値を検出して、前記第４の静電容量値を前記第１のサンプリング時間中に対応する前記記憶回路に記憶し、前記クロック信号は、第１２の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路はそれぞれ、前記第１２の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記第４の静電容量値を出力し、
前記位置検知信号は、第１３の時間間隔の第２のサンプリング時間内にイネーブルされ、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記トッププレートと対応する前記微小流体電極との間の第５の静電容量値を検出し、前記第５の静電容量値を前記第２のサンプリング時間中に対応する前記記憶回路に記憶し、前記クロック信号は、第１４の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路は、前記第１４の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記第５の静電容量値を出力し、
前記第１のサンプリング時間は、前記第１１の時間間隔の第１の開始点から第１の遅延時間分、遅延され、前記第２のサンプリング時間は、前記第１３の時間間隔の第２の開始点から第２の遅延時間分、遅延され、前記第１の遅延時間と前記第２の遅延時間とは互いに異なり、
前記微小電極デバイスのそれぞれについて、前記制御装置は、前記微小電極デバイスに対応する前記第４の静電容量値と前記第５の静電容量値に従って、前記微小電極デバイスのステータスを更に判定する、請求項１に記載の微小流体試験システム。

【請求項9】

前記制御装置は、前記ステータスに従って前記微小流体チップの有効エリアを更に判定する、請求項８に記載の微小流体試験システム。

【請求項10】

微小流体チップを制御するための微小流体試験システムの制御装置において使用される微小流体試験方法であって、前記制御装置は、生物医学的試験の試験プロトコルを記憶し、前記微小流体チップはトッププレートと微小電極ドットアレイとを含み、前記微小電極ドットアレイは前記トッププレートの下方に配置され、前記微小電極ドットアレイは直列接続された複数の微小電極デバイスを含み、前記微小電極デバイスのそれぞれは、微小流体電極、多機能電極及び制御回路を含み、前記微小流体電極のそれぞれは、前記トッププレートの下方に配置され、前記多機能電極のそれぞれは、対応する前記微小流体電極の下方に配置され、前記制御回路のそれぞれは、対応する前記多機能電極の下方に配置され、前記前記制御回路のそれぞれは、微小流体制御及び位置感知回路と、記憶回路と、温度制御回路とを含み、前記微小流体制御及び位置感知回路のそれぞれは、対応する前記微小流体電極に結合され、前記温度制御回路のそれぞれは、対応する前記多機能電極に結合され、前記微小流体試験方法は、次のステップ：
（ａ）第１の時間間隔内にイネーブルされる位置検知信号を前記微小流体チップに供給し、それにより、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記トッププレートと対応する前記微小流体電極との間の第１の静電容量値を検出して、前記第１の静電容量値を前記第１の時間間隔中に対応する前記記憶回路に記憶するステップと、
（ｂ）第２の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされるクロック信号を前記微小流体チップに供給し、それにより、前記記憶回路はそれぞれ、前記第２の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記第１の静電容量値を出力するステップと、
（ｃ）前記微小流体チップから前記第１の静電容量値を受信するステップと、
（ｄ）前記第１の静電容量値に従って、前記微小流体チップ内の試験サンプルの大きさ及び位置を判定するステップと、
（ｅ）前記試験プロトコル、前記大きさ及び前記位置に従って試験制御信号を生成するステップと、
（ｆ）前記試験制御信号を前記微小流体チップに供給するステップとを含む、微小流体試験方法。

【請求項11】

前記試験制御信号は、複数の加熱制御構成を含み、前記加熱制御構成は前記微小電極デバイスに１対１で対応し、前記クロック信号は第３の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路はそれぞれ、前記第３の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記加熱制御構成を読み込み、前記微小流体試験方法は、次のステップ：
第４の時間間隔内にイネーブルされる加熱制御信号を前記微小流体チップに供給し、それにより、前記温度制御回路のそれぞれは、前記第４の時間間隔中に、対応する前記加熱制御構成に従って、対応する前記温度制御回路のオン／オフステータスを判定するステップを更に含む、請求項１０に記載の微小流体試験方法。

【請求項12】

前記ステップ（ｅ）は、以下のステップ：
前記試験プロトコル、前記大きさ及び前記位置に従って加熱制御パターンの生成するステップと、
前記加熱制御パターンに従って前記加熱制御構成を生成するステップとを含む、請求項１１に記載の微小流体試験方法。

【請求項13】

前記加熱制御パターンは、加熱領域と、環状の非加熱領域とを含み、前記環状の非加熱領域は、前記加熱領域を取り囲み、前記試験サンプルの前記位置は、前記加熱領域の中心に対応する、請求項１２に記載の微小流体試験方法。

【請求項14】

前記試験制御信号は、複数のサンプル操作構成を含み、前記サンプル操作構成は前記微小電極デバイスに１対１で対応し、前記クロック信号は第５の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路はそれぞれ、前記第５の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記サンプル操作構成を読み込み、前記微小流体試験方法は、次のステップ：
第６の時間間隔内にイネーブルされるサンプル制御信号を前記微小流体チップに供給し、それにより、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記第６の時間間隔中に、対応する前記サンプル操作構成に従って機能する又は機能しない、請求項１０に記載の微小流体試験方法。

【請求項15】

前記ステップ（ｅ）は、以下のステップ：
前記試験プロトコル、前記大きさ及び前記位置に従ってサンプル制御パターンを生成するステップと、
前記サンプル制御パターンに従って前記サンプル操作構成を生成するステップとを含む、請求項１４に記載の微小流体試験方法。

【請求項16】

前記位置検知信号は、第７の時間間隔の第１のサンプリング時間内にイネーブルされ、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記トッププレートと対応する前記微小流体電極との間の第２の静電容量値を検出して、前記第２の静電容量値を前記第１のサンプリング時間中に対応する前記記憶回路に記憶し、前記クロック信号は、第８の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路はそれぞれ、前記第８の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記第２の静電容量値を出力し、
前記位置検知信号は、第９の時間間隔の第２のサンプリング時間内にイネーブルされ、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記トッププレートと対応する前記微小流体電極との間の第３の静電容量値を検出して、前記第３の静電容量値を前記第２のサンプリング時間中に対応する前記記憶回路に記憶し、前記クロック信号は、第１０の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路は、前記第１０の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記第３の静電容量値を出力し、
前記第１のサンプリング時間は、前記第７の時間間隔の第１の開始点から第１の遅延時間分、遅延され、前記第２のサンプリング時間は、前記第９の時間間隔の第２の開始点から第２の遅延時間分、遅延され、前記第１の遅延時間と前記第２の遅延時間とは互いに異なり、前記微小流体試験方法は、次のステップ：
前記第２の静電容量値を受信するステップと、
前記第３の静電容量値を受信するステップと、
前記第２の静電容量値と前記第３の静電容量値に従って前記試験サンプルの３次元画像を生成するするステップとを更に含む、請求項１０に記載の微小流体試験方法。

【請求項17】

前記位置検知信号は、第１１の時間間隔の第１のサンプリング時間内にイネーブルされ、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記トッププレートと対応する前記微小流体電極との間の第４の静電容量値を検出して、前記第４の静電容量値を前記第１のサンプリング時間中に対応する前記記憶回路に記憶し、前記クロック信号は、第１２の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路はそれぞれ、前記第１２の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記第４の静電容量値を出力し、
前記位置検知信号は、第１３の時間間隔の第２のサンプリング時間内にイネーブルされ、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記トッププレートと対応する前記微小流体電極との間の第５の静電容量値を検出して、前記第５の静電容量値を前記第２のサンプリング時間中に対応する前記記憶回路に記憶し、前記クロック信号は、第１４の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、前記記憶回路は、前記第１４の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記第５の静電容量値を出力し、
前記第１のサンプリング時間は、前記第１１の時間間隔の第１の開始点から第１の遅延時間分、遅延され、前記第２のサンプリング時間は、前記第１３の時間間隔の第２の開始点から第２の遅延時間分、遅延され、前記第１の遅延時間と前記第２の遅延時間とは互いに異なり、前記微小流体試験方法は、次のステップ：
前記第４の静電容量値を受信するステップと、
前記第５の静電容量値を受信するステップと、
対応する前記第４の静電容量値及び対応する前記第５の静電容量値に従って、前記微小電極デバイスのそれぞれのステータスを判定するステップとを更に含む、請求項１０に記載の微小流体試験方法。

【請求項18】

以下のステップ：
前記ステータスに従って前記微小流体チップの有効エリアを判定するステップを更に含む、請求項１７に記載の微小流体試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願への相互参照
本出願は、２０２１年３月１９日に出願された米国仮特許出願第６３／１６３，２２６号、２０２１年５月２８日に出願された台湾特許出願第１１０１１９５６４号、２０２１年９月２日に出願された米国仮特許出願第６３／２４０，２５５号、及び、２０２２年１月１７日に出願された台湾特許出願第１１１１０１８３５号の優先権を主張し、これらは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、微小流体試験システム及び微小流体試験方法に関する。より詳細には、正確な測位と適応制御を実現する微小流体試験システム及び微小流体試験方法に関する。

【背景技術】

【0003】

従来の生物医学的機器と比較して、生物医学的試験（例えば、蛋白質分析、疾病診断）においてデジタル微小流体生体素子（ＤＭＦＢ）を採用することにより、機器の小型化、反応体積の減少、サンプル及び試薬の消費量の低下、コストの低下、臨床検査室の自動化を含むいくつかの利点がもたらされる。詳細には、電極アレイを備えるＤＭＦＢは、核酸ベースの試験及び薬物スクリーニングへの応用などの生物医学的試験のための強力な解析プラットフォームである。

【0004】

従来のＤＭＦＢは通常、誘電体上エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）技術を使用して微小流体操作を行い、臨床検査室自動化の機会となる。しかしながら、従来のＤＭＦＢ上の電極は、標的特異的な生物医学的試験に合わせた特定のパターンで配置されるため、一旦設計されると、他の生物医学的試験には使用できない。したがって、様々な生物医学的試験に適応するデジタル微小流体試験機器、及び、様々な生物医学的試験に対応して適応制御を提供する微小流体試験技術が依然として早急に必要とされている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の目的は、微小流体試験システムを提供することである。微小流体試験システムは、制御装置と微小流体チップとを含む。前記制御装置は、生物医学的試験の試験プロトコルを記憶する。前記微小流体チップは、トッププレートと微小電極ドットアレイとを含み、前記微小電極ドットアレイは前記トッププレートの下方に配置され、直列接続された複数の微小電極デバイスを含む。前記微小電極デバイスのそれぞれは、微小流体電極と、多機能電極と、制御回路とを含み、前記微小流体電極は前記トッププレートの下方に配置され、前記多機能電極は前記微小流体電極の下方に配置され、前記制御回路は前記多機能電極の下方に配置される。前記制御回路はそれぞれ、微小流体制御及び位置検知回路と、記憶回路と、温度制御回路とを含み、前記微小流体制御及び位置検知回路は対応する前記微小流体電極に結合され、前記温度制御回路は前記多機能電極に結合される。

【0006】

前記制御装置は、前記微小流体チップに位置検知信号を供給し、前記位置検知信号は、第１の時間間隔内にイネーブルされる。前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記トッププレートと対応する前記微小流体電極との間の静電容量値を検出し、前記静電容量値を前記第１の時間間隔中に対応する前記記憶回路に記憶する。前記制御装置は、前記微小流体チップにクロック信号を更に供給し、前記クロック信号は、第２の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされる。前記記憶回路はそれぞれ、前記第２の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記静電容量値を出力する。前記制御装置は更に、前記静電容量値に従って前記微小流体チップ内の試験サンプルの大きさと位置を判定し、前記試験プロトコル、前記大きさ及び前記位置に従って試験制御信号を生成し、前記試験制御信号を前記微小流体チップに供給する。

【0007】

本発明の他の目的は、微小流体チップを制御するための微小流体試験システムの制御装置において使用される微小流体試験方法を提供することである。前記制御装置は、生物医学的試験の試験プロトコルを記憶する。前記微小流体チップはトッププレートと微小電極ドットアレイとを含み、前記微小電極ドットアレイは前記トッププレートの下方に配置され、前記微小電極ドットアレイは直列接続された複数の微小電極デバイスを含む。前記微小電極デバイスのそれぞれは、微小流体電極、多機能電極及び制御回路を含み、前記微小流体電極のそれぞれは、前記トッププレートの下方に配置され、前記多機能電極のそれぞれは、対応する前記微小流体電極の下方に配置され、前記制御回路のそれぞれは、対応する前記多機能電極の下方に配置される。前記制御回路のそれぞれは、微小流体制御及び位置感知回路と、記憶回路と、温度制御回路とを含み、前記微小流体制御及び位置感知回路のそれぞれは、対応する前記微小流体電極に結合され、前記温度制御回路のそれぞれは、対応する前記多機能電極に結合される。

【0008】

前記微小流体試験方法は、以下のステップ（ａ）、ステップ（ｂ）、ステップ（ｃ）、ステップ（ｄ）、ステップ（ｅ）及びステップ（ｆ）を含む。ステップ（ａ）は、前記制御装置により、第１の時間間隔内にイネーブルされる位置検知信号を前記微小流体チップに供給し、それにより、前記微小流体制御及び位置検知回路のそれぞれは、前記トッププレートと対応する前記微小流体電極との間の静電容量値を検出し、前記静電容量値を、前記第１の時間間隔中に、対応する前記記憶回路に記憶する。ステップ（ｂ）は、前記制御装置により、第２の時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされるクロック信号を前記微小流体チップに供給し、それにより、前記記憶回路はそれぞれ、前記第２の時間間隔の前記サブ時間間隔中に前記静電容量値を出力する。ステップ（ｃ）は、前記制御装置により、前記微小流体チップから前記静電容量値を受信する。ステップ（ｄ）は、前記制御装置により、前記静電容量値に従って、前記微小流体チップ内の試験サンプルの大きさ及び位置を判定する。ステップ（ｅ）は、前記制御装置により、前記試験プロトコル、前記大きさ及び前記位置に従って試験制御信号を生成する。ステップ（ｆ）は、前記制御装置により、前記試験制御信号を前記微小流体チップに供給する。

【0009】

本発明により提供される微小流体試験技術によれば、制御装置は、第１の時間間隔内にイネーブルされる位置検知信号を微小流体チップに供給し、それにより、前記微小流体チップの微小流体制御及び位置検知回路はそれぞれ、トッププレートと対応する微小流体電極との間の静電容量値を検出し、前記静電容量値を前記第１の時間間隔中に、対応する記憶回路に記憶してもよい。本発明により提供される微小流体試験技術によれば、前記制御装置は、第２時間間隔の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされるクロック信号を前記微小流体チップに更に供給し、それにより、前記記憶回路はそれぞれ、前記第２の時間間隔の前記サブ時間間隔中に、前記静電容量値を出力してもよい。本発明により提供される微小流体試験技術によれば、前記制御装置は、前記静電容量値に従って、前記微小流体チップ内の試験サンプルの大きさ及び位置を判定し、前記試験プロトコル、前記大きさ及び前記位置に従って試験制御信号を生成し、前記試験制御信号を前記微小流体チップに供給して試験操作を実行してもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明により提供される微小流体試験技術は、微小流体チップ内の試験サンプルの大きさ及び位置を判定し、次いで、その試験サンプルの大きさと位置、及び、実行しようとする生物医学的試験の試験プロトコルに従って試験制御信号を生成することができるので、本発明により提供される微小流体試験技術は、様々な生物医学的試験について正確に試験操作を実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1A】一実施形態における微小流体試験システムのシステムアーキテクチャの概略図である。

【図1B】微小流体チップの側面図である。

【図1C】微小流体チップの平面図である。

【図1D】微小電極デバイスの回路ブロック図である。

【図1E】４つの金属層を有する半導体構造の概略図である。

【図1F】いくつかの実施形態で採用されるジグザグ形状の多機能電極を示す図である。

【図2A】生物医学的試験の試験プロトコルが試験温度要件を含む場合に採用することができるタイミング図である。

【図2B】第１の静電容量値に従って試験サンプルの大きさと位置を判定するという概念を示す図である。

【図2C】ある特定の実施例において採用される加熱制御パターンを示す図である。

【図2D】ある特定の実施例において採用される加熱制御パターンを示す図である。

【図3A】生物医学的試験の試験プロトコルがサンプル操作要件を含む場合に採用することができるタイミング図である。

【図3B】ある特定の実施例において採用されるサンプル制御パターンを示す図である。

【図4A】微小電極デバイスの複数のサンプリングポイントを示す概略図である。

【図4B】試験サンプルの３次元画像を生成するために採用することができるタイミング図である。

【図5】微小流体チップ２の各微小電極デバイスのステータスを判定するために採用することができるタイミング図である。

【図6】ある特定の実施例における制御回路の回路図である。

【図7】一実施形態における微小流体試験方法のメインフローチャートである。

【図8】一実施形態における微小流体試験方法のメインフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

特許請求される本発明の特徴を当業者が十分に理解できるよう、本発明の技術の詳細及び好ましい実施形態を添付の図面と共に以下に説明する。

【0013】

以下の記載では、本発明の微小流体試験システム及び微小流体試験方法を、その特定の実施形態に関して説明する。しかしながら、これらの実施形態は、本発明をこれらの実施形態に記載された特定の環境、用途又は実施に限定することを意図するものではない。したがって、これらの実施形態の記載は、本発明の範囲を限定するためではなく、実例を示すためのものである。なお、以下の実施形態及び添付図面において、本発明と関連のない要素については、説明を省略する。また、添付図面における各要素の寸法及び各要素間の寸法の縮尺は、説明と例示を容易にするためにのみ提供されるものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

【0014】

本発明の一実施形態は、微小流体試験システム１００であり、そのシステムアーキテクチャの概略図を図１Ａに示す。微小流体試験システム１００は、微小流体チップ２と制御装置３とを備え、微小流体チップ２と制御装置３は協働する。以下の記載では、先ず、微小流体チップ２及び制御装置３のハードウェアアーキテクチャを説明し、次に、様々な生物医学的試験に対応して、試験サンプルを正確に測位し、微小流体適応型試験を実現するために微小流体チップ２及び制御装置３が実行する動作について説明する。

【0015】

ここで、微小流体チップ２のハードウェアアーキテクチャについて説明する。図１Ｂ及び図１Ｃはそれぞれ、微小流体チップ２の側面図及び平面図である。微小流体チップ２は、トッププレート１０と微小電極ドットアレイ２１とを備え、ここで、微小電極ドットアレイ２１は、トッププレート１０の下方に配置されている。トッププレート１０は、導電性の材料、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）ガラスにより形成できる。トッププレート１０の下方かつ微小電極ドットアレイ２１の上方には空間が形成され、この空間内で、試験サンプルＴＳを制御装置３の制御により移動させることができる（詳細は後述する）。いくつかの実施形態では、微小流体チップ２は、２つの疎水性層２２、２４を更に含んでもよい。疎水性層２２は、トッププレート１０の下方に配置され、トッププレート１０に直接接触する。一方、疎水性層２４は、微小電極ドットアレイ２１の上方に配置される。疎水性層２２、２４により、試験サンプルＴＳが移動する空間が画定され得る。疎水性層２２、２４はそれぞれ、疎水性材料により形成することができる。

【0016】

微小電極ドットアレイ２１は、直列接続された複数の微小電極デバイス１を含み、ここで、微小電極デバイス１は、ｐ×ｑの大きさの二次元アレイに配列され、ここで、ｐ及びｑは共に、１より大きい正の整数である。制御装置３もまた、微小電極デバイス１がｐ×ｑの大きさの二次元アレイに配列されていることも認識している。各微小電極デバイス１は、微小流体電極１１、多機能電極１３（実行中の試験プロトコルにより加熱電極又は絶縁層として使用され得る。詳細は後述する）、及び、制御回路１５を備える。各微小流体電極１１は、トッププレート１０の下方に配置され、各多機能電極１３は、対応する微小流体電極１１（すなわち、同じ微小電極デバイス１に属する微小流体電極１１）の下方に配置され、各制御回路１５は、対応する多機能電極１３（すなわち、同じ微小電極デバイス１に属する多機能電極１３）の下方に配置される。いくつかの実施形態形態では、微小電極ドットアレイ２１は、微小電極デバイス１の上方に配置される微小電極インターフェース２０を更に含んでもよい。微小電極インターフェース２０は、疎水性層２４とインターフェース接続するために使用され、ＳｉＯ_２絶縁層とすることができる。なお、各微小電極デバイス１の大きさは、本発明において、いかなる特定の大きさにも限定されないことに留意されたい。しかしながら、いくつかの実施形態では、各微小電極デバイス１の上面面積は２，５００μｍ^２とすることができる。また、任意の隣り合う２つの微小電極デバイス１の間の間隔は、本発明において、いかなる特定の間隔にも限定されないことに留意されたい。いくつかの実施形態では、ある微小電極デバイス１とその隣の微小電極デバイス１との間隔を１μｍとすることができる。

【0017】

図１Ｃにおいて、正方形はそれぞれ、微小電極デバイス１を表し、ここで、各微小電極デバイス１は、入力端子と出力端子とを有する。先頭の微小電極デバイス１を除き、各微小電極デバイス１の入力端子は、前の微小電極デバイス１の出力端子に結合される。微小流体チップ２の微小電極デバイス１は直列に接続されているため、先頭の微小電極デバイス１を除き、各微小電極デバイス１は、その前方に配置される微小電極デバイス１を介して入力信号ＤＩ（例えば、加熱制御構成、サンプル操作構成）を受信し、末尾の微小電極デバイス１を除き、各微小電極デバイス１は、その後方に配置される微小電極デバイス１を介して出力信号ＤＯ（例えば、記憶された静電容量値）を供給する。

【0018】

図１Ｄは、微小電極ドットアレイ２１の各微小電極デバイス１の回路ブロック図を示す。より詳細には、各微小電極デバイス１は、微小流体電極１１と、多機能電極１３と、制御回路１５とを含み、各微小電極デバイス１の制御回路１５は、微小流体制御及び位置検知回路１５１と、温度制御回路１５３と、記憶回路１５５とを含む。各微小流体制御及び位置検知回路１５１は、対応する微小流体電極１１（すなわち、同じ微小電極デバイス１に属する微小流体電極１１）に結合され、各温度制御回路１５３は、対応する多機能電極１３（すなわち、同じ微小電極デバイス１に属する多機能電極１３）に結合される。同じ微小電極デバイス１内の微小流体制御及び位置検知回路１５１と、温度制御回路１５３と、記憶回路１５５とは、互いに結合される。各微小流体制御及び位置検知回路１５１は、サンプル制御信号ＥＮ＿Ｆと、位置検知信号ＥＮ＿Ｓとを受信してもよい。各記憶回路１５５は、クロックＣＬＫを受信し、入力信号ＤＩ（例えば、加熱制御構成、サンプル操作構成）を受信して記憶し、出力シグナルＤＯ（例えば、記憶された静電容量値）を供給してもよい。各温度制御回路１５３は、加熱制御信号ＥＮ＿Ｔを受信してもよい。さらに、トッププレート１０と微小電極ドットアレイ２１との間の空間内で試験サンプルを移動させるためのＥＷＯＤ技術による十分な駆動力を発生させるため、トッププレート１０の上面に電圧信号ＶＳ（例えば、１ｋＨｚ ５０Ｖｐ－ｐ矩形波）を供給することができる。

【0019】

いくつかの実施形態では、図１Ｅに示す半導体構造を形成することができる半導体プロセス（例えば、台湾半導体製造会社が提供する、０．３５μｍ ２Ｐ４Ｍ相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術）を採用して微小電極デバイス１を実装することができる。図１Ｅに示される半導体構造は、基板Ｓと、基盤Ｓ上の４つの金属層とを含み、ここで、４つの金属層は、下から上に、第１の金属層Ｍ１、第２の金属層Ｍ２、第３の金属層Ｍ３及び第４の金属層Ｍ４を含む。そのような実施形態では、微小電極デバイス１の制御回路１５を第１の金属層Ｍ１及び第２の金属層Ｍ２に形成することができ、微小電極デバイス１の多機能電極１３を第３の金属層Ｍ３に形成することができ、微小電極デバイス１の微小流体電極１１を第４の金属層Ｍ４に形成することができる。いくつかの実施形態では、多機能電極１３がより均等に発熱するように（多機能電極１３が加熱電極として機能する場合）、各多機能電極１３の形を図１Ｆに示すようなジグザグ形状にすることができる。

【0020】

制御装置３のハードウェアアーキテクチャをここで、図１Ａを参照して説明する。制御装置３は、記憶装置３１と、少なくとも１つの伝送インターフェース３３と、プロセッサ３５とを備え、ここで、プロセッサ３５は、記憶装置３１及び少なくとも１つの伝送インターフェース３３に電気的に接続される。記憶装置３１は、メモリ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ディスク、ポータブルディスク、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、又は、同様の機能を有し当業者に周知である任意の他の非一時的な記憶媒体、装置若しくは回路とすることができる。各伝送インターフェース３３は、生体素子と通信可能で、当業者に周知であるデジタル入力／出力インターフェースカードとすることができる。プロセッサ３５は、種々のプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、微小プロセッサユニット（ＭＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、又は、当業者に周知の他の計算装置のうちの１つとすることができる。いくつかの実施形態では、制御装置３は、デスクトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ又はモバイル端末（例えば、タブレットコンピュータ、スマートフォン）とすることができる。

【0021】

以下の記載では、どのようにして、微小流体チップ２及び制御装置３が試験サンプルＴＳを正確に測位し、種々の生物医学的試験に従って対応する微小流体試験を実行するかについて詳細に説明する。

【0022】

この実施形態では、記憶装置３１は、複数の試験プロトコルＰａ、・・・・・・、Ｐｂを記憶しており、ここで、試験プロトコルＰａ、・・・・・・、Ｐｂはそれぞれ、各生物医学的試験に対応する。実行中の生物医学的試験はいずれも、正確な試験結果を得るには、対応する試験プロトコルに従わなければならないため、生物医学的試験の試験プロトコルは、バイオプロトコルと呼ばれ得る。詳細には、生物医学的試験の試験プロトコルは、試験サンプルのサンプル量、少なくとも１つの試験温度要件（例えば、ある温度に到達する）、少なくとも１つのサンプル操作要件（例えば、試験のためにサンプルを移動、分類、切断、混合する）、及び／又は、生物医学的試験が従う必要のある他の要件を含んでもよい。例えば、試験プロトコルＰａが特定の疾病のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試験のためのものである場合、試験プロトコルＰａは、試験サンプルのサンプル量、脱オキシリボ核酸（ＤＮＡ）変性段階のための試験温度要件及び対応する時間間隔、アニーリング段階のための試験温度要件及び対応する時間間隔、並びに、増幅段階のための試験温度要件及び対応する時間間隔を含んでもよい。本発明によれば、少なくとも１つの試験プロトコルがありさえすれば、制御装置３の記憶装置３１に記憶される試験プロトコルの数に制限はない。制御装置３の記憶装置３１に記憶される試験プロトコルが多ければ多いほど、微小流体試験システム１００が実行できる生物医学的試験が多くなることを理解されたい。

【0023】

いくつかの実施形態では、微小流体試験システム１００により実行中の生物医学的試験に対応する試験プロトコル（例えば、試験プロトコルＰａ）は、試験温度要件を含む（例えば、試験環境は９５℃でなければならない）。そのような実施形態に対して、制御装置３は、図２Ａに示すようなタイミング図を採用してもよい。時間間隔Ｔ１、Ｔ２内に微小流体試験システム１００により実行される動作は、試験サンプルＴＳの大きさ及び位置を判定するためのものであり、時間間隔Ｔ３、Ｔ４内に微小流体試験システム１００により実行される動作は、試験サンプルＴＳの大きさ、試験サンプルＴＳの位置及び実行中の生物医学的試験の試験プロトコルに従って試験制御信号Ｓ１を供給するためのものである。

【0024】

より詳細には、制御装置３は、微小流体チップ２に伝送インターフェース３３を介して位置検知信号ＥＮ＿Ｓを供給し、ここで、位置検知信号ＥＮ＿Ｓは、時間間隔Ｔ１内にイネーブルされる（例えば、位置検知信号ＥＮ＿Ｓの電圧レベルは、時間間隔Ｔ１内にハイとなり得る）。位置検知信号ＥＮ＿Ｓは、時間間隔Ｔ１内にイネーブルされるため、各微小電極デバイス１の微小流体制御及び位置検知回路１５１は、トッププレート１０と対応する微小流体電極１１との間の第１の静電容量値を検出し、この第１の静電容量値を、時間間隔Ｔ１中に、対応する記憶回路１５５に記憶する。各第１の静電容量値は、トッププレート１０と対応する微小流体電極１１との間に試験サンプルがあるかどうかを反映する。検出された静電容量値を示すために数値「０」及び「１」を使用する場合、数値「１」を使用して、トッププレート１０と微小流体電極１１との間に試験サンプルがあることを示すことができ、数値「０」を使用して、トッププレート１０と微小流体電極１１との間に試験サンプルがないことを示すことができる。

【0025】

また、制御装置３は、クロック信号ＣＬＫを伝送インターフェース３３を介して微小流体チップ２に供給し、ここで、クロック信号ＣＬＫは、時間間隔Ｔ２の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされる（例えば、クロック信号ＣＬＫの電圧レベルは、時間間隔Ｔ２のサブ時間間隔内にハイとなり得る）。時間間隔Ｔ２のサブ時間間隔は、微小電極デバイス１の記憶回路１５５に１対１で対応する。すなわち、微小電極ドットアレイ２１がＮ個の微小電極デバイス１を含む場合、時間間隔Ｔ２にはＮ個のサブ時間間隔が存在することになり、ここで、Ｎは正の整数である。クロック信号ＣＬＫは、時間間隔Ｔ２のサブ時間間隔内にイネーブルされるため、記憶回路１５５は、時間間隔Ｔ２の各サブ時間間隔中にそれぞれ第１の静電容量値Ｃ１を出力する。本発明は、クロック信号ＣＬＫのクロック速度をいずれかの特定の速度に制限するものではない。例えば、記憶回路１５５は、クロック信号ＣＬＫのクロック速度１００ｋＨｚという設定の下、第１の静電容量値Ｃ１を出力してもよい。

【0026】

制御装置３は、伝送インターフェース３３を介して第１の静電容量値Ｃ１を受信する。制御装置３は、微小電極デバイス１がｐ×ｑの大きさの２次元アレイに配置されていることを認識しており、第１の静電容量値Ｃ１が微小電極デバイス１に１対１で対応することを認識している。理解を深めるために、図２Ｂに示す特定の実施例を参照されたい。図２Ｂは、第１の静電容量値Ｃ１がｐ×ｑの大きさの２次元アレイに配置されていることを示している。図２Ｂにおいて、Ｎ個の正方形はそれぞれ、Ｎ個の微小電極デバイス１の第１の静電容量値を表し、ここで、白色の正方形はそれぞれ、対応する第１の静電容量値が数値「０」のものであることを示し、灰色の正方形はそれぞれ、対応する第１の静電容量値が数値「１」のものであることを示す。微小電極デバイス１がｐ×ｑの大きさの２次元アレイに配置されていることがわかっているため、制御装置３のプロセッサ３５は、第１の静電容量値Ｃ１に従って、微小流体チップ２内の試験サンプルＴＳの大きさ及び位置を判定することができる。

【0027】

その後、制御装置３のプロセッサ３５は、実行中の生物医学的試験の試験プロトコル（例えば、試験プロトコルＰａ）、試験サンプルＴＳの大きさ及び試験サンプルＴＳの位置に従って試験制御信号Ｓ１を生成し、対応する試験動作を実行するために、試験制御信号Ｓ１を伝送インターフェース３３を介して微小流体チップ２に供給する。

【0028】

図２Ａに示す特定の実施例では、実行中の生物医学的試験の試験プロトコルは、試験温度要件を含む（例えば、試験環境は９５℃でなければならない）。したがって、検査制御信号Ｓ１は、複数の加熱制御構成（図示せず）を含み、加熱制御構成は、微小電極デバイス１に１対１で対応する。各加熱制御構成は、対応する微小電極デバイス１の温度制御回路１５３の加熱時間間隔におけるオン／オフステータス（すなわち、加熱を行うか否か）を示すために使用される。

【0029】

より詳細には、制御装置３が微小流体チップ２に供給するクロック信号ＣＬＫは更に、時間間隔Ｔ３の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされる（例えば、クロック信号ＣＬＫの電圧レベルは、時間間隔Ｔ３のサブ時間間隔内にハイとなり得る）。時間間隔Ｔ３のサブ時間間隔は、微小電極デバイス１の記憶回路１５５に１対１で対応する。記憶回路１５５はそれぞれ、時間間隔Ｔ３のサブ時間間隔中に加熱制御構成を読み込む。

【0030】

いくつかの実施形態では、制御装置３のプロセッサ３５は、試験プロトコルＰａの試験温度要件、試験サンプルＴＳの大きさ、及び、試験サンプルＴＳの位置に従って加熱制御パターンを生成し、次いで、加熱制御パターンに従って加熱制御構成を生成する。理解を深めるために、図２Ｃに示す特定の実施例を参照されたい。図２Ｃに示す加熱制御パターンＨ１について、Ｎ個の正方形はそれぞれ、Ｎ個の記憶回路１５５により読み込まれたＮ個の加熱制御構成を表し、ここで、灰色の正方形は、加熱を行っていることを表し、白色の正方形は、加熱を行っていないことを表す。次に、制御装置３のプロセッサ３５は、加熱制御パターンＨ１に従って、加熱制御構成を生成する。例えば、白色の正方形に対応する加熱制御構成は、数値「０」のものとすることができ、灰色の正方形に対応する加熱制御構成は、数値「１」のものとすることができる。図２Ｄは、他の特定の実施例として、他の加熱制御パターンＨ２を示す。

【0031】

いくつかの実施形態では、制御装置３により生成される加熱制御パターンは、加熱領域と、環状の非加熱領域とを含んでもよく、ここで、環状の非加熱領域は加熱領域を取り囲み、試験サンプルＴＳの位置は加熱領域の中心に対応する。環状の非加熱領域は、ガードリングと呼ぶことができる。加熱領域を取り囲むガードリングを設けることにより、加熱領域内の加熱効果が外部の環境温度の影響を受けることがなくなる。したがって、より良い温度変化率及びより少ないエネルギー消費で、目標温度に到達できる。

【0032】

図２Ｃに示す特定の実施例では、加熱制御パターンＨ１は、ガードリングを有する。より詳細には、加熱制御パターンＨ１は、加熱領域Ａ１（すなわち、図２Ｃの試験サンプルＴＳを覆う灰色の正方形）、環状の非加熱領域Ａ２（すなわち、図２Ｃの前述の灰色の正方形を取り囲む白色の正方形）、他の加熱領域Ａ３（すなわち、図２Ｃの前述の白色の正方形を取り囲む灰色の正方形）、及び、他の非加熱領域Ａ６を含む。試験サンプル試液の位置は、加熱領域Ａ１の中心に対応する。環状の非加熱領域Ａ２が加熱領域Ａ１を取り囲み、他の加熱領域Ａ３が環状の非加熱領域Ａ２を取り囲み、残りの領域が非加熱領域Ａ６である。加熱領域Ａ１及び加熱領域Ａ３内の多機能電極（加熱電極として使用される）の個数は、試験プロトコルで指定される試験温度要件（すなわち、到達しなければならない特定温度）により異なる。要求される試験温度が高いほど、加熱領域Ａ１及び加熱領域Ａ３内の多機能電極の数は多くなる。本発明は、加熱制御パターンにおける環状の非加熱領域の数（すなわち、ガードリングの数）をいずれかの特定の数に限定するものではない。図２Ｄに示す実施例では、加熱制御パターンＨ２は、２つのガードリング（すなわち、環状の非加熱領域Ａ４、Ａ５）を有する。

【0033】

制御装置３は、伝送インターフェース３３を介して微小流体チップ２に加熱制御信号ＥＮ＿Ｔを供給し、ここで、加熱制御信号ＥＮ＿Ｔは、時間間隔Ｔ４内にイネーブルされる（例えば、加熱制御信号ＥＮ＿Ｔの電圧レベルは、時間間隔Ｔ４内にハイとなり得る）。時間間隔Ｔ４は、前述の加熱時間間隔である。加熱制御信号ＥＮ＿Ｔは時間間隔Ｔ４内にイネーブルされるため、各微小電極デバイス１の温度制御回路１５３は、時間間隔Ｔ４中に、対応する加熱制御構成に従って、温度制御回路１５３自身のオン／オフステータスを判定する（すなわち、温度制御回路１５３内に備えられたスイッチがオン又はオフである）。加熱制御構成が、対応する温度制御回路１５３のオン／オフステータスがオンとなるべきであることを示すとき（例えば、加熱制御構成が数値「１」である）、温度制御回路１５３は、時間間隔Ｔ４（すなわち、加熱時間間隔）の間、スイッチをオンにして、対応する多機能電極１３が加熱を実行できるようにする（すなわち、多機能電極１３は、使用中の加熱電極とみなすことができる）。加熱制御構成が、対応する温度制御回路１５３のオン／オフステータスがオフとなるべきであることを示すとき（例えば、加熱制御構成が数値「０」である）、温度制御回路１５３は、時間間隔Ｔ４（すなわち、加熱時間間隔）の間、スイッチをオフにして、対応する多機能電極１３が機能しないようにする（すなわち、加熱を行わない。多機能電極１３は、使用されていない加熱電極とみなすことができる）。

【0034】

以上のような制御及び動作により、微小流体試験システム１００は、微小流体チップ２内の試験サンプルＴＳの大きさ及び位置を正確に判定し、次いで、試験サンプルＴＳの大きさ、試験サンプルＴＳの位置、及び、実行中の生物医学的試験の試験プロトコルに応じた適切な加熱制御構成を供給することができる。このように、微小流体試験システム１００は、試験温度要件を含む様々な生物医学的試験に適応する。

【0035】

いくつかの実施形態では、微小流体試験システム１００により実行される生物医学的試験に対応する試験プロトコル（例えば、試験プロトコルＰｂ）は、サンプル操作要件（例えば、試験サンプルの切断）を含む。そのような実施形態に対して、制御装置３は、図３Ａに示すようなタイミング図を採用してもよい。時間間隔Ｔ１、Ｔ２内に微小流体試験システム１００により実行される動作は、試験サンプルＴＳの大きさ及び位置を判定するためのものであり、時間間隔Ｔ５、Ｔ６内に微小流体試験システム１００により実行される動作は、試験サンプルＴＳの大きさ、試験サンプルＴＳの位置及び実行中の生物医学的試験の試験プロトコルに従って試験制御信号Ｓ２を供給するためのものである。

【0036】

前述の実施形態と同様に、制御装置３は、微小流体チップ２に伝送インターフェース３３を介して位置検知信号ＥＮ＿Ｓを供給し、ここで、位置検知信号ＥＮ＿Ｓは、時間間隔Ｔ１内にイネーブルされる。各微小電極デバイス１の微小流体制御及び位置検知回路１５１は、トッププレート１０と対応する微小流体電極１１との間の第１の静電容量値を検出し、この第１の静電容量値を、時間間隔Ｔ１中に、対応する記憶回路１５５に記憶する。同様に、制御装置３は、クロック信号ＣＬＫを伝送インターフェース３３を介して微小流体チップ２に供給し、ここで、クロック信号ＣＬＫは、時間間隔Ｔ２の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされる。時間間隔Ｔ２のサブ時間間隔は、微小電極デバイス１の記憶回路１５５に１対１で対応する。記憶回路１５５はそれぞれ、時間間隔Ｔ２のサブ時間間隔中に第１の静電容量値Ｃ１を出力する。同様に、制御装置３は、伝送インターフェース３３を介して第１の静電容量値Ｃ１を受信し、第１の静電容量値Ｃ１に従って、微小流体チップ２内の試験サンプルＴＳの大きさ及び位置を判定する。

【0037】

その後、制御装置３のプロセッサ３５は、実行中の生物医学的試験の試験プロトコル（例えば、試験プロトコルＰｂ）、試験サンプルＴＳの大きさ及び試験サンプルＴＳの位置に従って試験制御信号Ｓ２を生成し、対応する試験動作を実行するために、試験制御信号Ｓ２を伝送インターフェース３３を介して微小流体チップ２に供給する。

【0038】

図３Ａに示す特定の実施例では、実行中の生物医学的試験の試験プロトコルは、サンプル操作要件を含む（例えば、試験サンプルの切断）。したがって、試験制御信号Ｓ２は、複数のサンプル操作構成（図示せず）を含み、サンプル操作構成は、微小電極デバイス１に１対１で対応する。各サンプル操作構成は、対応する微小流体制御及び位置検知回路１５１がサンプル操作時間間隔内で機能するべきか否かを示すために使用される。

【0039】

より詳細には、制御装置３が微小流体チップ２に供給するクロック信号ＣＬＫは、時間間隔Ｔ５の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされる（例えば、クロック信号ＣＬＫの電圧レベルは、時間間隔Ｔ５のサブ時間間隔内にハイとなり得る）。時間間隔Ｔ５のサブ時間間隔は、微小電極デバイス１の記憶回路１５５に１対１で対応する。記憶回路１５５はそれぞれ、時間間隔Ｔ５のサブ時間間隔中にサンプル操作構成を読み込む。

【0040】

いくつかの実施形態では、制御装置３のプロセッサ３５は、試験プロトコルＰｂで指定されたサンプル操作要件、試験サンプルＴＳの大きさ、及び、試験サンプルＴＳの位置に従ってサンプル制御パターンを生成し、次いで、サンプル制御パターンに従ってサンプル操作構成を生成する。理解を深めるために、図３Ｂに示す特定の実施例を参照されたい。図３Ｂに示すサンプル制御パターンＯ１について、Ｎ個の正方形はそれぞれ、Ｎ個の記憶回路１５５により読み込まれたＮ個のサンプル操作構成を表し、ここで、灰色の正方形は、サンプル操作を行っていることを表し、白色の正方形は、サンプル操作を行っていないことを表す。次に、制御装置３のプロセッサ３５は、サンプル制御パターンＯ１に従って、サンプル操作構成を生成する。例えば、白色の正方形に対応するサンプル操作構成は、数値「０」のものとすることができ、灰色の正方形に対応するサンプル操作構成は、数値「１」のものとすることができる。

【0041】

制御装置３は、伝送インターフェース３３を介して微小流体チップ２にサンプル制御信号ＥＮ＿Ｆを供給し、ここで、サンプル制御信号ＥＮ＿Ｆは、時間間隔Ｔ６内にイネーブルされる（例えば、サンプル制御信号ＥＮ＿Ｆの電圧レベルは、時間間隔Ｔ６内にハイとなり得る）。さらに、トッププレート１０の上面に供給された電圧信号ＶＳの電圧レベルは、時間間隔Ｔ６内にハイになり得て、トッププレート１０の上面に供給された電圧信号ＶＳの電圧レベルは、その他の時間間隔内ではローである。時間間隔Ｔ６は、前述のサンプル操作間隔である。トッププレート１０の上面に供給された電圧信号ＶＳの電圧レベルは、時間間隔Ｔ６内にハイとなり得るので、各微小電極デバイス１の微小流体制御及び位置検知回路１５５は、時間間隔Ｔ６の間、対応するサンプル操作構成に従って機能する又は機能しない。サンプル操作時間間隔（すなわち、時間間隔Ｔ６）の間、各多機能電極１３は、絶縁層（例えば、低電圧レベルに接続する）である。

【0042】

以上のような制御及び動作により、微小流体試験システム１００は、微小流体チップ２内の試験サンプルＴＳの大きさ及び位置を正確に判定し、次いで、試験サンプルＴＳの大きさ、試験サンプルＴＳの位置、及び、実行中の生物医学的試験の試験プロトコルに応じた適切なサンプル操作構成を供給することができる。このように、微小流体試験システム１００は、サンプル操作要件を含む様々な生物医学的試験に適応する。

【0043】

いくつかの実施形態では、実行される生物医学的試験の試験プロトコルが、試験サンプルのサンプル量を更に含む場合、制御装置３は、試験サンプルＴＳの大きさ及び位置を判定した後に、試験サンプルＴＳの大きさが試験プロトコルで指定されたサンプル量に一致するかどうかを更に判定してもよい。試験サンプルＴＳの大きさが試験プロトコルで指定されたサンプル量に一致する場合、微小流体試験システム１００は、次の動作を実行する。図２Ａを例として挙げると、微小流体試験システム１００は、試験サンプルＴＳの大きさが試験プロトコルで指定されたサンプル量に一致すると判定した後、時間間隔Ｔ３、Ｔ４に対応する動作を実行してもよい。図３Ａを別の例として挙げると、微小流体試験システム１００は、試験サンプルＴＳの大きさが試験プロトコルで指定されたサンプル量に一致すると判定した後、時間間隔Ｔ５、Ｔ６に対応する動作を実行してもよい。

【0044】

上記の実施形態の説明に基づいて、当業者においては、制御装置３が複雑な生物医学的試験に対応する試験プロトコルを記憶してもよいことを理解するであろう（例えば、生物医学的試験の試験プロトコルは、試験サンプルのサンプル量、いくつかのサンプル操作要件、及び、いくつかの試験温度要件を含んでもよく、ここで、サンプル操作要件及び試験温度要件は特定の順序に並べられる）。さらに、当業者であれば、微小流体試験システム１００が試験プロトコルに基づいてどのように動作して生物医学的試験を遂行するかを理解するであろう。

【0045】

いくつかの実施形態では、微小流体試験システム１００は、試験サンプルＴＳの３次元画像を更に生成することができる。微小流体試験システム１００は、各微小電極デバイス１を個々にｋ回のサンプリングポイントでサンプリングされるようにしてもよく、ここで、ｋは１より大きい正の整数である。図４Ａを参照すると、微小電極デバイス１上方の空間の一部のみが試験サンプルＴＳ１で覆われている（例えば、試験サンプルＴＳの一部）。したがって、複数のサンプリングポイントｐ１、ｐ２、ｐ３、・・・・・・、ｐｋでサンプリングを行うことにより、微小電極デバイス１上方の空間の実際の状況を正確に反映させることができる。より詳細には、微小流体試験システム１００は、位置検知信号ＥＮ＿Ｓのサンプリングエッジを調整することにより、微小電極デバイス１の複数のサンプリングポイントを決定してもよい。いくつかの実施形態では、微小流体試験システム１００は、デジタルプログラマブル遅延発生器（ＤＰＤＧ）を更に備えてもよい。ＤＰＤＧは、位置検知信号ＥＮ＿Ｓのサンプリングエッジを決定し、それにより、サンプリングポイントを決定する。

【0046】

ｋ回の異なるサンプリングポイントでのサンプリングを遂行するには、微小流体試験システム１００は繰り返し、試験サンプルの検出を試み、検出結果を出力する。そのような実施形態に対して、制御装置３は、図４Ｂに示すようなタイミング図を採用してもよい。より詳細には、制御装置３が微小流体チップ２に供給する位置検知信号ＥＮ＿Ｓは、時間間隔Ｔ７のサンプリング時間ｔ１内にイネーブルされ（例えば、位置検知信号ＥＮ＿Ｓの電圧レベルは、サンプリング時間ｔ１内にハイとなり得る）、ここで、サンプリング時間ｔ１は、図４Ａに示されるサンプリングポイントｐ１に対応するように、時間間隔Ｔ７の開始点から遅延時間ｄ１の分だけ、遅延される）。位置検知信号ＥＮ＿Ｓは、時間間隔Ｔ７のサンプリング時間Ｔ１内にイネーブルされるため、各微小流体制御及び位置検知回路１５１は、トッププレート１０と対応する微小流体電極１１との間の第２の静電容量値を検出し、この第２の静電容量値を、時間間隔Ｔ７のサンプリング時間ｔ１の間に、対応する記憶回路１５５に記憶する。同様に、各第２の静電容量値は、トッププレート１０と、対応する微小流体電極１１のサンプリングポイントｐ１との間に試験サンプルがあるかどうかを反映する。

【0047】

制御装置３が微小流体チップ２に供給するクロック信号ＣＬＫは更に、時間間隔Ｔ８の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされる（例えば、クロック信号ＣＬＫの電圧レベルは、時間間隔Ｔ８のサブ時間間隔内にハイとなり得る）。時間間隔Ｔ８のサブ時間間隔は、微小電極デバイス１の記憶回路の１５５に１対１で対応する。クロック信号ＣＬＫは、時間間隔Ｔ８のサブ時間間隔内にイネーブルされるため、記憶回路１５５は、時間間隔Ｔ８の各サブ時間間隔中にそれぞれ第２の静電容量値Ｃ２を出力する。制御装置３は、伝送インターフェース３３を介して第２の静電容量値Ｃ２を受信する。

【0048】

制御装置３が微小流体チップ２に供給する位置検知信号ＥＮ＿Ｓはまた、時間間隔Ｔ９のサンプリング時間ｔ２内でもイネーブルされ（例えば、位置検知信号ＥＮ＿Ｓの電圧レベルは、サンプリング時間ｔ２内にハイとなり得る）、ここで、サンプリング時間ｔ２は、図４Ａに示されるサンプリングポイントｐ２に対応するように、時間間隔Ｔ９の開始点から遅延時間ｄ２の分だけ、遅延される。位置検知信号ＥＮ＿Ｓは、時間間隔Ｔ９のサンプリング時間ｔ２内にイネーブルされるため、各微小流体制御及び位置検知回路１５１は、トッププレート１０と対応する微小流体電極１１との間の第３の静電容量値を検出し、この第３の静電容量値を、時間間隔Ｔ９のサンプリング時間ｔ２中に、対応する記憶回路１５５に記憶する。同様に、各第３の静電容量値は、トッププレート１０と、対応する微小流体電極１１のサンプリングポイントｐ２との間に試験サンプルＴＳがあるかどうかを反映する。

【0049】

制御装置３が微小流体チップ２に供給するクロック信号ＣＬＫはまた、時間間隔Ｔ１０の複数のサブ時間間隔内でもイネーブルされる（例えば、クロック信号ＣＬＫの電圧レベルは、時間間隔Ｔ１０のサブ時間間隔内にハイとなり得る）。時間間隔Ｔ１０のサブ時間間隔は、微小電極デバイス１の記憶回路の１５５に１対１で対応する。クロック信号ＣＬＫは、時間間隔Ｔ１０のサブ時間間隔内にイネーブルされるため、記憶回路１５５は、時間間隔Ｔ１０の各サブ時間間隔中にそれぞれ第３の静電容量値Ｃ３を出力する。制御装置３は、伝送インターフェース３３を介して第３の静電容量値Ｃ３を受信する。微小電極デバイス１がｐ×ｑの大きさの２次元アレイに配置されていること、第２の静電容量値Ｃ２が微小電極デバイス１のサンプリングポイントｐ１に１対１で対応すること、第３の静電容量値Ｃ３が微小電極デバイス１のサンプリングポイントｐ２に１対１で対応することがわかっているため、制御装置３は、第２の静電容量値Ｃ２及び第３の静電容量値Ｃ３に従って、試験サンプルＴＳの３次元画像（図示せず）を生成する。

【0050】

上述した論理に従って、微小流体試験システム１００は繰り返し、試験サンプルの検出を試み、ｋ回の検出結果を出力する。試験サンプルを検出するｋ回の時間間隔について、そのサンプリング時間は、ｋ回のサンプリングポイントｐ１、ｐ２、ｐ３、・・・・・・、ｐｋに対応するように、異なる遅延時間で遅延される。好ましい実施形態では、ｋ回の時間間隔は、同じ時間の長さである。ｋ回実行した後、制御装置３は、ｋ個の２次元１ビット画像を導出する。そして、制御装置３のプロセッサ３５は、ｋ個の２次元１ビット画像を合成（例えば、パイルアップ）することにより、試験サンプルＴＳの３次元画像を生成する。

【0051】

いくつかの実施形態では、微小流体試験システム１００は、微小流体チップに試験サンプルが存在しないとき（例えば、微小流体試験システム１００が起動しているとき）、各微小電極デバイス１のステータス（すなわち、各微小電極デバイス１が正常に機能可能かどうか）を更に判定してもよい。そのような実施形態に対して、制御装置３は、図５に示すようなタイミング図を採用してもよい。

【0052】

より詳細には、制御装置３が微小流体チップ２に供給する位置検知信号ＥＮ＿Ｓは、時間間隔Ｔ１１のサンプリング時間ｔ３内にイネーブルされ（例えば、位置検知信号ＥＮ＿Ｓの電圧レベルは、サンプリング時間ｔ３内にハイとなり得る）、ここで、サンプリング時間ｔ３は、図４Ａに示されるサンプリングポイントｐ１に対応するように、時間間隔Ｔ１１の開始点から遅延時間ｄ３の分だけ、遅延される）。位置検知信号ＥＮ＿Ｓは、時間間隔Ｔ１１のサンプリング時間ｔ３内にイネーブルされるため、各微小流体制御及び位置検知回路１５１は、トッププレート１０と対応する微小流体電極１１との間の第４の静電容量値を検出し、この第４の静電容量値を、時間間隔Ｔ１１のサンプリング時間ｔ３中に、対応する記憶回路１５５に記憶する。さらに、制御装置３が微小流体チップ２に供給するクロック信号ＣＬＫが、時間間隔Ｔ１２の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされる（例えば、クロック信号ＣＬＫの電圧レベルは、時間間隔Ｔ１２のサブ時間間隔内にハイとなり得る）。クロック信号ＣＬＫは、時間間隔Ｔ１２のサブ時間間隔内にイネーブルされるため、記憶回路１５５は、時間間隔Ｔ１２の各サブ時間間隔中にそれぞれ第４の静電容量値Ｃ４を出力する。制御装置３は、伝送インターフェース３３を介して第４の静電容量値Ｃ４を受信する。

【0053】

制御装置３が微小流体チップ２に供給する位置検知信号ＥＮ＿Ｓは、時間間隔Ｔ１３のサンプリング時間ｔ４内にイネーブルされ（例えば、位置検知信号ＥＮ＿Ｓの電圧レベルは、サンプリング時間ｔ４内にハイとなり得る）、ここで、サンプリング時間ｔ４は、図４Ａに示されるサンプリングポイントｐｋに対応するように、時間間隔Ｔ１３の開始点から遅延時間ｄ４の分だけ、遅延される。好ましい実施形態では、時間間隔Ｔ１１と時間間隔Ｔ１３は、同じ時間の長さとすることができる。位置検知信号ＥＮ＿Ｓは、時間間隔Ｔ１３のサンプリング時間ｔ４内にイネーブルされるため、各微小流体制御及び位置検知回路１５１は、トッププレート１０と対応する微小流体電極１１との間の第５の静電容量値を検出し、この第５の静電容量値を、時間間隔Ｔ１３のサンプリング時間ｔ４中に、対応する記憶回路１５５に記憶する。さらに、制御装置３が微小流体チップ２に供給するクロック信号ＣＬＫが、時間間隔Ｔ１４の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされる（例えば、クロック信号ＣＬＫの電圧レベルは、時間間隔Ｔ１４のサブ時間間隔内にハイとなり得る）。クロック信号ＣＬＫは、時間間隔Ｔ１４のサブ時間間隔内にイネーブルされるため、記憶回路１５５は、時間間隔Ｔ１４の各サブ時間間隔中にそれぞれ第５の静電容量値Ｃ５を出力する。制御装置３は、伝送インターフェース３３を介して第５の静電容量値Ｃ５を受信する。

【0054】

そして、微小電極デバイス１のそれぞれについて、制御装置３のプロセッサ３５は、微小電極デバイス１に対応する第４の静電容量値Ｃ４及び第５の静電容量値Ｃ５に従って、微小電極デバイス１のステータスを判定する。より詳細には、微小流体チップ２には試験サンプルＴＳが存在しないため、トッププレート１０と微小電極ドットアレイ２１との間の空間の誘電率は、空気の誘電率となる。これらの静電容量値は非常に小さい。位置検知信号ＥＮ＿Ｓのサンプリング時間が後の方で実施される場合（例えば、図５のサンプリング時間ｔ４。これは図４Ａのサンプリングポイントｐｋに対応する）、トッププレート１０と微小流体電極１１との間の電荷は充電される。その結果、微小流体制御及び位置検知回路１５１がトッププレート１０と微小流体電極１１との間で検出する静電容量値は１となる。位置検知信号ＥＮ＿Ｓのサンプリング時間が早い方で実施される場合（例えば、図５のサンプリング時間ｔ３。これは図４Ａのサンプリングポイントｐ１に対応する）、トッププレート１０と微小流体電極１１との間の電荷は充電されない。その結果、微小流体制御及び位置検知回路１５１がトッププレート１０と微小流体電極１１との間で検出する静電容量値は０となる。したがって、微小電極デバイス１の微小流体制御及び位置検知回路１５１が２つの異なるサンプリング時間でサンプリングを実行する場合（すなわち、２つの時間間隔内でサンプリングを実行する場合。ここで、２つの時間間隔のサンプリング時間は、異なる時間で遅延される）、異なる静電容量値が検出されるはずである。したがって、微小電極デバイス１について、時間間隔Ｔ１１で検出された第４の静電容量値と、時間間隔Ｔ１３で検出された第５の静電容量値が同じであれば、制御装置３のプロセッサ３５は、制御装置１に異常があると判定する。逆に、微小電極デバイス１について、時間間隔Ｔ１１で検出された第４の静電容量値と、時間間隔Ｔ１３で検出された第５の静電容量値とが異なる場合は、制御装置３のプロセッサ３５は、微小電極デバイス１は正常であると判定する。

【0055】

微小電極デバイス１のステータスを判定した後、制御装置３のプロセッサ３５は、それらのステータスに従って、微小流体チップ２の有効エリア（すなわち、正常な微小電極デバイス１により形成される領域）を判定してもよい。微小流体チップ２の有効エリアを把握することにより、微小流体試験システム１００は、微小流体チップ２の有効エリアで、試験サンプルＴＳに対して所望の生物医学的試験を実施することができる。微小流体チップ２の有効エリアにおける微小電極デバイス１はすべて正常であるため、微小流体試験システム１００は正確な試験結果を得ることができる。

【0056】

本発明の特定の実施例において、微小電極デバイス１の制御回路１５の回路図を図６に示す。図６に示す回路図は、本発明の範囲を限定するものではないことに留意されたい。

【0057】

この特定の実施例では、試験プロトコルで指定されたサンプル操作要件を実行しようとする場合、制御信号ＥＮ_ａｃｔの値は０であり（イネーブルされるサンプル制御信号ＥＮ＿Ｆに等しい）、データ信号Ｑ_ｎの値は、微小電極デバイス１により読み込まれるサンプル操作構成であり、クロック信号ＣＬＫのクロック速度（例えば、１Ｋ～１０Ｋ Ｈｚに設定できる）は、他の動作に設定されるクロック速度よりも遅くすることができる。微小流体制御及び位置検知回路１５１は、試験サンプルＴＳのサンプル操作を遂行するための引張力を発生する。

【0058】

この特定の実施例では、トッププレート１０と微小流体電極１１との間の静電容量値を検出しようとする場合、制御シグナルＥＮ_ａｃｔの値は１であり（イネーブルされる位置検知信号ＥＮ＿Ｓに等しい）、クロック信号ＣＬＫのクロック速度（例えば、１Ｍ～１０Ｍ Ｈｚに設定できる）は、サンプル操作のために設定されるクロック速度よりも速くすることができる。微小流体制御及び位置検知回路１５１は、検出した静電容量値（すなわち、静電容量を放電した結果）を検出結果Ｄ_ｓｅｎとして出力し、この検出結果Ｄ_ｓｅｎをデータ信号Ｄ_ｎとして記憶回路１５５（Ｄフリップフロップでもよい）に記憶する。上述したように、微小電極ドットアレイ２１に備えられた微小電極デバイス１は直列接続されているため、記憶回路１５５は、前方に配置された他の微小電極デバイス１の記憶回路１５５のデータ信号Ｑ_１、・・・・・・、Ｑ_ｎ－1を受信し、そして、それらを出力する。

【0059】

この特定の実施例では、試験プロトコルで指定された試験温度要件を実行しようとする場合、制御信号ＥＮ_ｔｅｍｐの値は１であり（イネーブルされる加熱制御信号ＥＮ＿Ｔに等しい）、データ信号Ｑ_ｎの値は、微小電極デバイス１により読み込まれる加熱制御構成である（例えば、数値「０」は加熱を行わないことを表し、数値「１」は加熱を行うことを表す）。温度制御回路１５３のマルチプレクサは、加熱制御信号ＥＮ＿Ｔ及びデータ信号Ｑ_ｎに従って、温度制御回路１５３内のスイッチを導通させるかどうかを判定する。温度制御回路１５３のスイッチが導通されると、電流が抵抗Ｒ_ＨＥＡＴ及び多機能電極１３を通過し、これにより、加熱される。

【0060】

本発明の他の実施形態は、微小流体チップ２を制御するために微小流体試験システム１００の制御装置３で用いられる微小流体試験方法である。微小流体試験方法のメインフローチャートを図７に示す。このフローチャートは、少なくとも、ステップＳ７０１、ステップＳ７０３、ステップＳ７０５、ステップＳ７０７、ステップＳ７０９及びステップＳ７１１を含む。

【0061】

ステップＳ７０１において、制御装置３は、第１の時間間隔（例えば、図２Ａに示す時間間隔Ｔ１）内にイネーブルされる位置検知信号を微小流体チップ２に供給し、それにより、微小流体チップ２の微小流体制御及び位置検知回路１５１はそれぞれ、トッププレート１０と対応する微小流体電極１１との間の第１の静電容量値を検出し、この第１の静電容量値を、第１の時間間隔中に、対応する記憶回路１５５に記憶する。ステップＳ７０３において、制御装置３は、第２の時間間隔（例えば、図２Ａに示す時間間隔Ｔ２）の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされるクロック信号を微小流体チップ２に供給し、それにより、微小流体チップ２の記憶回路１５５はそれぞれ、第２の時間間隔のサブ時間間隔中に、第１の静電容量値を出力する。なお、ステップＳ７０１及びＳ７０３を実行する順序は、本発明により限定されない。しかしながら、第２の時間間隔は、第１の時間間隔よりも後に実施される。

【0062】

ステップＳ７０５において、制御装置３は、微小流体チップ２から第１の静電容量値を受信する。ステップＳ７０７において、制御装置３は、第１の静電容量値に従って、微小流体チップ２内の試験サンプルの大きさ及び位置を判定する。ステップＳ７０９において、制御装置３は、記憶されている生物医学的試験の試験プロトコル、大きさ及び位置に従って、試験制御信号を生成する。ステップＳ７１１において、制御装置３は、試験動作を行うため、微小流体チップ２に試験制御信号を供給する。

【0063】

いくつかの実施形態では、微小流体試験方法が実行しようとする生物医学的試験の試験プロトコルは、試験温度要件を含む。そのような実施形態では、ステップＳ７０９により生成される試験制御信号は、複数の加熱制御構成を含み、ここで、加熱制御構成は、微小流体チップ２の微小電極デバイス１に１対１で対応する。さらに、ステップＳ７０３により提供されるクロック信号はまた、第３の時間間隔（例えば、図２Ａに示す時間間隔Ｔ３）のサブ時間間隔内でもイネーブルされ、それにより、記憶回路１５５はそれぞれ、第３の時間間隔のサブ時間間隔中に、加熱制御構成を読み込む。前述の第３の時間間隔は、前述の第２の時間間隔よりも後に実施される。そのような実施形態では、微小流体試験方法は、ステップＳ７１３を更に含む。ステップＳ７１３では、制御装置３は、第４の時間間隔（例えば、図２Ａに示す時間間隔Ｔ４）内にイネーブルされる加熱制御信号を微小流体チップ２に供給し、それにより、各温度制御回路は、第４の時間間隔中に、対応する加熱制御構成に従って、対応する温度制御回路（すなわち、それ自身）のオン／オフステータスを判定する。前述の第４の時間間隔は、前述の第３の時間間隔よりも後に実施される。

【0064】

いくつかの実施形態では、ステップＳ７１３は、試験プロトコル、大きさ及び位置に従って加熱制御パターンを生成し、次いで、加熱制御パターンに従って加熱制御構成を生成してもよい。さらに、いくつかの実施形態では、加熱制御パターンは、加熱領域と、環状の非加熱領域とを含んでもよく、ここで、環状の非加熱領域は加熱領域を取り囲み、試験サンプルの位置は加熱領域の中心に対応する。前述の環状の非加熱領域は、ガードリングと呼ぶことができる。加熱領域を取り囲むガードリングを設けることにより、加熱領域内の加熱効果が外部の環境温度の影響を受けることがなくなる。したがって、より良い温度変化率及びより少ないエネルギー消費で、目標温度に到達できる。

【0065】

いくつかの実施形態では、微小流体試験方法が実行しようとする生物医学的試験の試験プロトコルは、サンプル操作要件を含み、微小流体試験方法のメインフローチャートを図８に示す。そのような実施形態では、ステップＳ７０９により生成される試験制御信号は、複数のサンプル操作構成を含み、ここで、サンプル操作構成は、微小電極デバイスに１対１で対応する。さらに、ステップＳ７０３により供給されるクロック信号は、第５の時間間隔（例えば、図３Ａに示す時間間隔Ｔ５）の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされる。記憶回路はそれぞれ、第５の時間間隔のサブ時間間隔中にサンプル操作構成を読み込む。前述の第５の時間間隔は、前述の第２の時間間隔よりも後に実施される。そのような実施形態では、微小流体試験方法は、ステップＳ８１３を更に含む。ステップＳ８１３では、制御装置３は、第６の時間間隔（例えば、図３Ａに示す時間間隔Ｔ６）内にイネーブルされるサンプル制御信号を微小流体チップ２に供給し、それにより、各微小流体制御及び位置検知回路１５１は、第６の時間間隔中に、対応するサンプル操作構成に従って機能する又は機能しない。前述の第６の時間間隔は、前述の第５の時間間隔よりも後に実施される。いくつかの実施形態では、ステップＳ８１３は、試験プロトコル、大きさ及び位置に従ってサンプル制御パターンを生成し、次いで、サンプル制御パターンに従ってサンプル操作構成を生成する。

【0066】

いくつかの実施形態では、微小流体試験方法は、微小流体チップ２内の試験サンプルの３次元画像を更に生成してもよい

【0067】

そのような実施形態では、位置検知信号は、第７の時間間隔の第１のサンプリング時間（例えば、図４Ｂに示す時間間隔Ｔ７のサンプリング時間ｔ１）内にイネーブルされ、それにより、各微小流体制御及び位置検知回路１５１は、トッププレート１０と対応する微小流体電極１１との間の第２の静電容量値を検出し、この第２の静電容量値を、第７の時間間隔の第１のサンプリング時間中に、対応する記憶回路１５５に記憶する。クロック信号は、第８の時間間隔（例えば、図４Ｂに示す時間間隔Ｔ８）の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、それにより、記憶回路１５５はそれぞれ、第８の時間間隔のサブ時間間隔中に第２の静電容量値を出力する。また、位置検知信号は、第９の時間間隔の第２のサンプリング時間（例えば、図４Ｂに示す時間間隔Ｔ９のサンプリング時間ｔ２）内でもイネーブルされる。したがって、各微小流体制御及び位置検知回路１５１は、トッププレート１０と対応する微小流体電極１１との間の第３の静電容量値を検出し、この第３の静電容量値を、第９の時間間隔の第２サンプリング時間中に、対応する記憶回路１５５に記憶する。第１のサンプリング時間は、第１の遅延時間分、第７の時間間隔の第１の開始点から遅延され、第２のサンプリング時間は、第２の遅延時間分、第９の時間間隔の第２の開始点から遅延され、第１の遅延時間と第２の遅延時間とは互いに異なっていることに留意されたい。好ましい実施形態では、第７の時間間隔と第９の時間間隔は、同じ時間の長さとすることができる。また、クロック信号は、第１０の時間間隔（例えば、図４Ｂに示す時間間隔Ｔ１０）の複数のサブ時間間隔内でもイネーブルされ、それにより、記憶回路１５５は、第１０の時間間隔のサブ時間間隔中に第３の静電容量値を出力する。

【0068】

そのような実施形態では、微小流体試験方法は、制御装置３により第２の静電容量値を受け取るステップと、制御装置３により第３の静電容量値を受け取る別のステップと、制御装置３により第２の静電容量値及び第３の静電容量値に従って試験サンプルの３次元画像を生成する別のステップとを更に含む。

【0069】

いくつかの実施形態では、微小流体試験方法は、微小流体チップ２に試験サンプルが存在しないとき（例えば、微小流体試験システムが起動しているとき）、各微小電極デバイス１のステータス（すなわち、各微小電極デバイス１が正常に機能可能かどうか）を更に判定してもよい。

【0070】

そのような実施形態では、位置検知信号は、第１１の時間間隔の第１のサンプリング時間（例えば、図５に示す時間間隔Ｔ１１のサンプリング時間ｔ３）内にイネーブルされ、それにより、各微小流体制御及び位置検知回路１５１は、トッププレート１０と対応する微小流体電極１１との間の第４の静電容量値を検出し、この第４の静電容量値を、第１１の時間間隔の第１のサンプリング時間中に、対応する記憶回路１５５に記憶する。クロック信号は、第１２の時間間隔（例えば、図５に示す時間間隔Ｔ１２）の複数のサブ時間間隔内にイネーブルされ、それにより、記憶回路１５５はそれぞれ、第１２の時間間隔のサブ時間間隔中に第４の静電容量値を出力する。また、位置検知信号は、第１３の時間間隔の第２のサンプリング時間（例えば、図５に示す時間間隔Ｔ１３のサンプリング時間ｔ４）内にイネーブルされ、それにより、各微小流体制御及び位置検知回路１５１は、トッププレート１０と対応する微小流体電極１１との間の第５の静電容量値を検出し、この第５の静電容量値を、第１３の時間間隔の第２のサンプリング時間中に、対応する記憶回路１５５に記憶する。第１のサンプリング時間は、第１の遅延時間分、第１１の時間間隔の第１の開始点から遅延され、第２のサンプリング時間は、第２の遅延時間分、第１３の時間間隔の第２の開始点から遅延され、第１の遅延時間は、第２の遅延時間と異なることに留意されたい。好ましい実施形態では、第１１の時間間隔と第１３の時間間隔は、同じ時間の長さとすることができる。また、クロック信号は、第１４の時間間隔（例えば、図５に示す時間間隔Ｔ１４）の複数のサブ時間間隔内でもイネーブルされ、それにより、記憶回路１５５は、第１４の時間間隔のサブ時間間隔中に第５の静電容量値を出力する。

【0071】

そのような実施形態では、微小流体試験方法は、制御装置３により第４の静電容量値を受け取るステップと、制御装置により第５の静電容量値を受け取る別のステップと、制御装置３により、対応する第４の静電容量値及び対応する第５の静電容量値に従って、各微小電極デバイスのステータスを判定する別のステップとを更に含む。いくつかの実施形態では、微小流体試験方法は、制御装置３により、ステータスに従って、微小流体チップの有効エリアを判定するステップを更に含んでもよい。

【0072】

以上のステップに加えて、本発明により提供される微小流体試験方法は、制御装置３が微小流体チップ２を制御して、第２の実施形態で説明したのと同様の機能を有して同様の技術的効果を奏することができるように、その他のステップを実行することができる。本発明により提供される微小流体試験方法がどのようにそのような動作とステップを実行し、同様の機能を有し、同様の技術的効果を奏するかについては、当業者により、上述した実施形態の説明に基づいて容易に理解されるため、ここではさらなる説明を行わない。

【0073】

本発明の明細書及び特許請求の範囲においては、いくつかの用語（時間間隔、静電容量値、サンプリング時間等を含む）の前に、用語「第１の」、「第２の」、・・・・・・、又は「第１４の」が付されている。用語「第１の」、「第２の」、・・・・・・、及び「第１４の」は、種々の用語を区別するためにのみ使用されていることに留意されたい。これらの用語の順序が明記されていない場合、又は、これらの用語の順序を文脈から読み取ることができない場合、これらの用語の順序は、先行する「第１の」、「第２の、・・・・・・、又は「第１４の」により限定されない。

【0074】

以上の説明によれば、本発明により提供される微小流体試験技術は、微小流体チップ内の試験サンプルの大きさや位置を判定し、次いで、実行しようとする生物医学的試験の試験プロトコル、試験サンプルの大きさ、及び、試験サンプルの位置に従って、試験制御信号を生成することができる。さらに、本発明により提供される微小流体試験技術は、試験サンプルの３次元画像を生成することができる。さらに、正確な試験結果を確実に提供できるようにするために、本発明により提供される微小流体試験技術は、微小流体チップに試験サンプルが存在しないとき、微小流体チップの各微小電極デバイスのステータスを更に判定し、次いで、微小流体チップの有効エリアを判定することができる。よって、発明により提供される微小流体試験技術は、様々な生物医学的試験に対して正確な試験動作を行うことができる。

【0075】

上記の開示は、詳細な技術的内容及びその発明的特徴に関する。当業者は、本発明の特徴から逸脱することなく、記載された本発明の開示及び示唆に基づいて、様々な修正及び置換を実施し得る。しかしながら、そのような修正及び置換は、上記の説明において完全に開示されているわけではないが、添付の特許請求の範囲において実質的に網羅されている。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】