特開 2022-75493 冷却装置を含むマイクロ流体システム

(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】P2022075493

(43)【公開日】2022-05-18

(54)【発明の名称】冷却装置を含むマイクロ流体システム

(51)【国際特許分類】

   B03B 5/02 20060101AFI20220511BHJP

   F25B 21/02 20060101ALI20220511BHJP

   B01J 19/00 20060101ALI20220511BHJP

   B01J 19/10 20060101ALI20220511BHJP

【ＦＩ】

B03B5/02

F25B21/02 G

B01J19/00 321

B01J19/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021125759

(22)【出願日】2021-07-30

(31)【優先権主張番号】63/109,264

(32)【優先日】2020-11-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/167,744

(32)【優先日】2021-02-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】518374022

【氏名又は名称】アプライド セルズ インク

【氏名又は名称原語表記】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｅｌｌｓ Ｉｎｃ

【住所又は居所原語表記】３３５０ Ｓｃｏｔｔ Ｂｌｖｄ，Ｂｌｄｇ ６， Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】100092794

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 正道

(72)【発明者】

【氏名】ユーチェン ゾォウ

【テーマコード（参考）】

4D071

4G075

【Ｆターム（参考）】

4D071AA11

4D071AB42

4D071AB52

4D071AB62

4D071DA20

4G075AA13

4G075AA27

4G075AA39

4G075BB05

4G075CA03

4G075CA23

4G075DA02

4G075EA06

4G075EB50

4G075FA01

4G075FA05

4G075FA12

4G075FB01

4G075FB02

4G075FB04

4G075FB06

4G075FB12

(57)【要約】      （修正有）

【課題】生物学的実体を分離するためのマイクロ流体デバイスと、マイクロ流体デバイスを冷却するための熱伝達デバイスとを含むマイクロ流体システムを提供する。
【解決手段】熱電ヒートポンプ１５２と、第１のファン１５６と、第１のファンと熱電ヒートポンプとの間に配置された第１の熱交換器１５４とを含む冷却装置１５０；第１のファンおよび第１の熱交換器を収容する第１のシェル１８６を有する第１のハウジング構造１８４；マイクロ流体デバイス２０２およびそれに取り付けられた１つ以上の圧電トランスデューサ；および第１のハウジング構造に可逆的に取り付けられ、マイクロ流体デバイスおよび１つ以上の圧電トランスデューサを内部に囲む第２のシェル２００を有する第２のハウジング構造１９８を含む、生物学的実体を分離するためのマイクロ流体システムとする。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

生物学的実体を分離するためのマイクロ流体システムであって：
熱電ヒートポンプと、第１のファンと、第１のファンと熱電ヒートポンプとの間に配置された第１の熱交換器とを含む冷却装置；
第１のファンおよび第１の熱交換器を収容する第１のシェルを有する第１のハウジング構造であって、第１の熱交換器の２つの側面をそれぞれ露出させる第１および第２のキャビティと、第１の熱交換器の反対側で第１のファンに隣接して形成された第３のキャビティとを有する第１のハウジング構造；
マイクロ流体デバイスおよびそれに取り付けられた１つ以上の圧電トランスデューサ；および
第１のハウジング構造に可逆的に取り付けられ、マイクロ流体デバイスおよび１つ以上の圧電トランスデューサを内部に囲む第２のシェルを有する第２のハウジング構造であって、マイクロ流体デバイスの２つの端部および第６のキャビティをそれぞれ露出させる第４および第５のキャビティを含む第２のハウジング構造を備え、
第１および第２のハウジング構造が結合されると、第１および第２のキャビティは、第４および第５のキャビティにそれぞれ整列して、第１の熱交換器の２つの側面とマイクロ流体デバイスの２つの端部との間に第１および第２の空気通路を形成し、第３および第６のキャビティは、第１のファンと１つ以上の圧電トランスデューサとの間に第３の空気通路を形成するように整列し、それによって第３の空気通路と第１および第２の空気通路との間で空気が循環することを可能にする、マイクロ流体システム。

【請求項2】

第１の熱交換器は、熱伝導体のプレートから突出した複数の対流フィンを含む、請求項１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項3】

マイクロ流体デバイスおよびそれに取り付けられた１つ以上の圧電トランスデューサは、第１および第２のハウジング構造が結合されたときに密閉される、請求項１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項4】

マイクロ流体デバイスは、チップの細長いストリップの形態であり、第２のハウジング構造においてその２つの端部で支持される、請求項１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項5】

１つ以上の圧電トランスデューサは、第１のファンからの入射空気によって直接冷却される、請求項１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項6】

１つ以上の圧電トランスデューサによって発生した熱は、第３の空気通路と第１および第２の空気通路との間を循環する空気の対流によって第１の熱交換器に伝達される、請求項１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項7】

マイクロ流体デバイスは、内部にトレンチが形成された基板と、トレンチを覆う蓋とを含み、１つ以上の圧電トランスデューサは、基板の反対側の蓋に取り付けられている、請求項１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項8】

熱電ヒートポンプがペルチェ素子である、請求項１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項9】

冷却装置は、第２のファンと、第２のファンと熱電ヒートポンプとの間に配置された第２の熱交換器とをさらに備える、請求項１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項10】

熱電ヒートポンプが、第１の熱交換器から第２の熱交換器に熱を伝達する、請求項９に記載のマイクロ流体システム。

【請求項11】

生物学的実体を分離するためのマイクロ流体システムであって：
熱電ヒートポンプと、第１のファンと、第１のファンと熱電ヒートポンプとの間に配置された第１の熱交換器とを含む冷却装置；
第１のファンおよび第１の熱交換器を収容する第１のシェルを有する第１のハウジング構造であって、第１の熱交換器の側面を露出させる第１のキャビティと、第１の熱交換器の反対側で第１のファンに隣接して形成された第２のキャビティとを有する第１のハウジング構造；
マイクロ流体デバイスおよびそれに取り付けられた１つ以上の圧電トランスデューサ；および
第１のハウジング構造に可逆的に取り付けられ、マイクロ流体デバイスおよび１つ以上の圧電トランスデューサを内部に囲む第２のシェルを有する第２のハウジング構造であって、マイクロ流体デバイスの端部を露出させる第３のキャビティおよび第４のキャビティを含む第２のハウジング構造を備え、
第１および第２のハウジング構造が結合されると、第１および第３のキャビティは、第１の熱交換器の側面とマイクロ流体デバイスの端部との間に第１の空気通路を形成するように整列され、第２および第４のキャビティは、第１のファンと１つ以上の圧電トランスデューサとの間に第２の空気通路を形成するように整列され、それによって空気が第１および第２の空気通路の間で循環することを可能にする、マイクロ流体システム。

【請求項12】

第１の熱交換器は、熱伝導体のプレートから突出した複数の対流フィンを含む、請求項１１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項13】

マイクロ流体デバイスおよびそれに取り付けられた１つ以上の圧電トランスデューサは、第１および第２のハウジング構造が連結されたときに密閉される、請求項１１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項14】

マイクロ流体デバイスは、チップの細長いストリップの形態であり、第２のハウジング構造においてその２つの端部で支持される、請求項１１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項15】

１つ以上の圧電トランスデューサは、第１のファンからの入射空気によって直接冷却される、請求項１１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項16】

１つ以上の圧電トランスデューサによって発生した熱は、第１および第２の空気通路の間を循環する空気の対流によって第１の熱交換器に伝達される、請求項１１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項17】

マイクロ流体デバイスは、内部にトレンチが形成された基板と、トレンチを覆う蓋とを含み、１つ以上の圧電トランスデューサは、基板の反対側の蓋に取り付けられている、請求項１１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項18】

熱電ヒートポンプがペルチェ素子である、請求項１１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項19】

冷却装置は、第２のファンと、第２のファンと熱電ヒートポンプとの間に配置された第２の熱交換器とをさらに備える、請求項１１に記載のマイクロ流体システム。

【請求項20】

熱電ヒートポンプが、第１の熱交換器から第２の熱交換器に熱を伝達する、請求項１９に記載のマイクロ流体システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、２０２０年１１月３日に出願された仮出願第６３／１０９，２６４号、および２０２１年２月４日に出願された非仮出願第１７／１６７，７４４号に基づく優先権を主張する。これらの出願はすべて、それらの明細書および図面を含むそれら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、流体中に懸濁した生物学的実体を分離するための装置に関し、より詳細には、マイクロ流体デバイスと、マイクロ流体デバイスを冷却するための熱伝達デバイスとを含むマイクロ流体システムの実施形態に関する。
背景技術

【0003】

血液などの流体試料に懸濁された様々な生物学的実体を抽出または分離するための音響粒子分離方法は、生物学的および生物医学的用途において非常に興味深い。この方法は、マイクロ流体デバイスに取り付けられた圧電トランスデューサによって生成された音響放射圧力を使用して、異なるサイズまたは音響コントラストを有する粒子を分離する。動作中に比較的高い電力が圧電トランスデューサに印加され得るため、トランスデューサによって生成された熱は、マイクロ流体デバイスを通って流れる流体サンプルを加熱し、その中の生物学的実体を損傷する可能性がある。したがって、マイクロ流体デバイスおよび／または圧電トランスデューサは、動作中に適切に冷却される必要がある。

【0004】

上記の理由から、動作中にマイクロ流体デバイスを確実に冷却することができる小型の冷却デバイスが必要とされている。
発明の概要

【0005】

本発明は、この必要性を満たす装置に関する。生物学的実体を分離するためのマイクロ流体システムは、熱電ヒートポンプと、第１のファンと、第１のファンと熱電ヒートポンプとの間に配置された第１の熱交換器と、第２のファンと、第２のファンと熱電ヒートポンプとの間に配置された第２の熱交換器とを含む冷却装置；第１のファンおよび第１の熱交換器を収容する第１のシェルを有する第１のハウジング構造であって、第１の熱交換器の２つの側面をそれぞれ露出させる第１および第２のキャビティと、第１の熱交換器の反対側で第１のファンに隣接して形成された第３のキャビティとを有する第１のハウジング構造；マイクロ流体デバイスおよびそれに取り付けられた１つ以上の圧電トランスデューサ；および第１のハウジング構造に可逆的に取り付けられ、マイクロ流体デバイスおよび１つ以上の圧電トランスデューサを内部に囲む第２のシェルを有する第２のハウジング構造であって、前記マイクロ流体デバイスの２つの端部および第６のキャビティをそれぞれ露出させる第４および第５のキャビティを含む第２のハウジング構造を備える。第１および第２のハウジング構造が結合されると、第１および第２のキャビティは、第４および第５のキャビティにそれぞれ整列して、第１の熱交換器の２つの側面とマイクロ流体デバイスの２つの端部との間に第１および第２の空気通路を形成し、第３および第６のキャビティは、第１のファンと１つ以上の圧電トランスデューサとの間に第３の空気通路を形成するように整列し、それによって第３の空気通路と第１および第２の空気通路との間で空気が循環することを可能にする。

【0006】

本発明の別の態様によれば、生物学的実体を分離するためのマイクロ流体システムは、熱電ヒートポンプと、第１のファンと、第１のファンと熱電ヒートポンプとの間に配置された第１の熱交換器と、第２のファンと、第２のファンと熱電ヒートポンプとの間に配置された第２の熱交換器とを含む冷却装置；第１のファンおよび第１の熱交換器を収容する第１のシェルを有する第１のハウジング構造であって、第１の熱交換器の側面を露出させる第１のキャビティと、第１の熱交換器の反対側で第１のファンに隣接して形成された第２のキャビティとを有する第１のハウジング構造；マイクロ流体デバイスおよびそれに取り付けられた１つ以上の圧電トランスデューサ；および第１のハウジング構造に可逆的に取り付けられ、マイクロ流体デバイスおよび１つ以上の圧電トランスデューサを内部に囲む第２のシェルを有する第２のハウジング構造であって、前記マイクロ流体デバイスの端部を露出させる第３のキャビティおよび第４のキャビティを含む第２のハウジング構造を備える。第１および第２のハウジング構造が結合されると、第１および第３のキャビティは、第１の熱交換器の側面とマイクロ流体デバイスの端部との間に第１の空気通路を形成するように整列され、第２および第４のキャビティは、第１のファンと１つ以上の圧電トランスデューサとの間に第２の空気通路を形成するように整列され、それによって第１および第２の空気通路の間で空気が循環することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0007】

本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面に関してよりよく理解されるであろう：

【0008】

図１Ａは、本発明の一実施形態による生物学的実体を分離するためのマイクロ流体デバイスの上面図である；

【0009】

図１Ｂおよび１Ｃは、入口ポートの代替位置を示すマイクロ流体デバイスの断面図である；

【0010】

図１Ｄおよび１Ｅは、圧電トランスデューサを取り付けるための代替位置を示す、流体チャネルの上流端におけるマイクロ流体デバイスの断面図である；

【0011】

図１Ｆおよび１Ｇは、圧電トランスデューサを取り付けるための代替位置を示す、流体チャネルの下流端におけるマイクロ流体デバイスの断面図である；

【0012】

図２は、単一圧力ノード条件下でのマイクロ流体デバイスの動作を示す；

【0013】

図３は、本発明の一実施形態によるマイクロ流体デバイスを冷却するための冷却デバイスの構成要素を示す；

【0014】

図４は、本発明の一実施形態による下部ハウジング構造によって部分的に囲まれた図３の冷却装置を示す断面図である；

【0015】

図５は、本発明の一実施形態による、下側ハウジング構造に可逆的に取り付けることができる上側ハウジング構造を示す断面図である；

【0016】

図６は、中央空気通路および２つの側面空気通路を形成してそれらの間の空気循環を可能にするための上側および下側ハウジング構造の結合を示す；

【0017】

図７は、図６に示す上側ハウジング構造におけるマイクロ流体デバイスおよび発熱部品の代替的な配置を示す断面図である；

【0018】

図８は、本発明の一実施形態による、下部ハウジング構造に可逆的に取り付けることができる別の上部ハウジング構造を示す断面図である；

【0019】

図９は、本発明の別の実施形態による、空気をそれらの間で循環させるための中央空気通路および側面空気通路を形成するための上側ハウジング構造および下側ハウジング構造の可逆的結合を示す断面図である；

【0020】

図１０は、図９に示す上側ハウジング構造におけるマイクロ流体デバイスおよび発熱部品の代替的な配置を示す断面図である；および

【0021】

図１１は、本発明の一実施形態によるマイクロ流体デバイスを冷却するための別の冷却デバイスを示す。

【0022】

明瞭さおよび簡潔さのために、同様の要素および構成要素は、必ずしも縮尺通りに描かれていない図全体を通して同じ名称および番号付けを有する。
発明の詳細な説明

【0023】

上記の概要および詳細な説明、ならびに以下の特許請求の範囲、ならびに添付の図面において、本発明の特定の特徴（方法ステップを含む）が参照される。本明細書における本発明の開示は、そのような特定の特徴のすべての可能な組み合わせを含むことを理解されたい。例えば、特定の特徴が本発明の特定の態様もしくは実施形態、または特定の請求項の文脈で開示されている場合、その特徴は、可能な範囲で、本発明の他の特定の態様および実施形態と組み合わせて、および／またはそれらの文脈で、本発明において一般的に使用することもできる。

【0024】

番号が続く「少なくとも」という用語は、本明細書では、その番号で始まる範囲の開始を示すために使用され、定義されている変数に応じて上限を有する範囲であっても上限を有さない範囲であってもよい。例えば、「少なくとも１」は、１または１超を意味する。用語「せいぜい」の後に数字が続くことは、本明細書において、その数字で終わる範囲の終わりを示すために使用され、定義されている変数に応じて、その下限として１または０を有する範囲、または下限を有しない範囲であってもよい。例えば、「最大４」は４または４未満を意味し、「最大４０％」は４０％または４０％未満を意味する。本明細書において、範囲を「第１の数から第２の数」または「第１の数～第２の数」と記載した場合、第１の数を下限とし、第２の数を上限とする範囲を意味する。例えば、「２５ｎｍから１００ｎｍ」は、下限が２５ｎｍであり、上限が１００ｎｍである範囲を意味する。

【0025】

「音響コントラスト」という用語は、本明細書では、音響放射圧力によってその位置を操作する能力に関して、対象物とホスト媒体との間の密度／圧縮率比の相対差を意味するために使用され得る。ホスト媒体よりも高い密度／圧縮率比を有するオブジェクトは、正の音響コントラストを有することができ、これはオブジェクトを圧力ノードに向かって移動させる傾向がある。逆に、ホスト媒体よりも低い密度／圧縮率比を有する物体は、物体を圧力腹に向かって移動させる傾向がある負の音響コントラストを有することができる。

【0026】

「生物学的実体」という用語は、細胞、細菌、ウイルス、分子、ＲＮＡおよびＤＮＡを含む粒子、細胞クラスター、細菌クラスター、分子クラスター、および粒子クラスターを含むために本明細書で使用され得る。

【0027】

「生物学的試料」という用語は、血液、体液、身体の任意の部分から抽出された組織、骨髄、毛髪、爪、骨、歯、身体排出物からの液体および固体、または身体の任意の部分からの表面スワブを含むために本明細書で使用され得る。「実体液体」または「流体試料」または「液体試料」または「試料溶液」は、その元の液体形態の生物学的試料、緩衝液に溶解または分散されている生物学的実体、またはその元の非液体形態から解離され、緩衝液に分散された生物学的試料を含み得る。緩衝液は、汚染物質または望ましくない生物学的実体を導入することなく生物学的実体を溶解または分散させることができる液体である。生物学的実体および生物学的試料は、ヒトまたは動物から得ることができる。生物学的実体はまた、空気、水および土壌を含む植物および環境から得ることができる。実体流体または流体試料は、様々な種類の磁気または光学標識、または本発明による様々な工程中に添加され得る１つ以上の化学試薬を含有し得る。

【0028】

「サンプル流量」または「流量」という用語は、本明細書では、単位時間内にチャネルまたは流体部分または流体経路の断面を通って流れる流体サンプルの体積量を表すために使用され得る。

【0029】

「相対分率」という用語は、本明細書では、流体試料中に存在するすべての生物学的実体または粒子に対する所与の量の生物学的実体または粒子の比を表すために使用され得る。

【0030】

ここで、物理的サイズおよび音響コントラストに基づいて粒子または生物学的実体を分離するためのマイクロ流体デバイスに適用される本発明の実施形態を、図１～図２を参照して説明する。図１Ａは、マイクロ流体デバイス１００の上面図であり、主チャネル１０２と、その上流端で主チャネル１０２に接続され、第１の入力流体を主チャネル１０２に導入するための中央入口ポート１０４と、その２つの側壁の近くで第２の入力流体を主チャネル１０２に導入するための側面入口ポート１０６と、その上流端またはその近くで側面入口ポート１０６を主チャネル１０２に接続する２つの側面入力チャネル１０８と、その下流端で主チャネル１０２に接続され、第１の出力流体を抽出するための中央出口ポート１１０と、主チャネル１０２の２つの側壁の近くを流れる第２の出力流体を抽出するための側面出口ポート１１２と、その下流端またはその近くで側面出口ポート１１２を主チャネル１０２に接続する２つの側面出力チャネル１１４とを含む。マイクロ流体デバイス１００は、音響粒子分離のための音響放射圧力を生成するための１つ以上の圧電トランスデューサ１１３および１１５をさらに含む。

【0031】

引き続き図１Ａを参照すると、主チャネル１０２は、２つの側壁の間に公称幅Ｗを有する直線形状を有することができる。中央入口ポート１０４と側部入力チャネル１０８との間の主チャネル１０２の部分は、公称幅よりも狭くてもよい。同様に、中央出口ポート１１０と側面出力チャネル１１１４との間の主チャネル１０２の別の部分は、公称幅よりも狭くてもよい。側部入力チャネル１０８の幅および側部出力チャネル１１４の幅は、主チャネル１０２の公称幅よりも狭くてもよい。

【0032】

２つの側部入力チャネル１０８は、その２つの側壁で、上流端の近くまたは上流端で主チャネル１０２に接続する。したがって、２つの側方入力流路１０８を流れる第２の入力流体は、主流路１０２の２つの側壁の近傍を流れる２つの流れとして、主流路１０２に導入される。第１の入力流体は、主チャネル１０２の中心に導入され、主チャネル１０２の上流端またはその近くで第２の入力流体の２つの流れの間で絞られる。

【0033】

２つの側面出力チャネル１１４は、下流端またはその近くで、その２つの側壁で主チャネル１０２に接続する。したがって、主チャネル１０２の下流端またはその近くの２つの側壁の近くを流れる流体は、第２の出力流体になるように２つの側面出力チャネル１１４によって迂回され、側面出口ポート１１２を通って出る。２つの側面出力チャネル１１４によって方向転換されなかった残りの流体は、第１の出力流体となり、中央出口ポート１１０を通って出る。

【0034】

図１Ｂは、本発明の一実施形態による中央および側面入口ポート１０４および１０６を示すマイクロ流体デバイス１００の一部の断面図である。マイクロ流体デバイス１００の上述の特徴１０２～１１４は、その上面１１８から基板１１６内に陥凹している。基板蓋またはカバー１２０は、その上面１１８で基板１１６に取り付けられ、マイクロ流体デバイス１００の特徴１０２～１１４を覆うことができる。基板蓋またはカバー１２０は、それぞれ中央および側面入口ポート１０４および１０６に整列した２つの孔または開口部１２２および１２４を含む。第１の入力流体１２６および第２の入力流体１２８は、基板蓋またはカバー１２０の開口部１２２および１２４を通って中央および側面入口ポート１０４および１０６にそれぞれ流入してもよい。基板カバー１２０は、第１および第２の出力流体を抽出するために、中央および側面出口ポート１１０および１１２にそれぞれ位置合わせされた２つの追加の穴または開口（図示せず）をさらに含んでもよい。主チャネル１０２は、上面１１８から測定された公称チャネル深さＤを有することができる。

【0035】

あるいは、中央および側面入口ポート１０４および１０６は、図１Ｃの断面図に示すように、マイクロ流体デバイス１００の底部を通してアクセスすることができる。図１Ｂに示す実施形態と同様に、マイクロ流体デバイス１００のチャネル１０２，１０８，１１４およびポート１０４，１０６，１１０，１１２は、その上面１３２から基板１３０内に陥凹している。さらに、中央および側面入口ポート１０４および１０６は、第１および第２の入力流体１２６および１３０を受け入れるために基板１３０の底面１３４を穿孔するようにさらに延在している。中央および側部出口ポート１１０および１１２（図１Ｃには示されていない。）はまた、第１および第２の出力流体を出力するために基板１３０の底面１３４を穿孔するようにさらに延在してもよい。基板蓋またはカバー１３６は、その上面１３２で基板１３０に取り付けられ、マイクロ流体デバイス１００のチャネル１０２，１０８，１１４およびポート１０４，１０６，１１０，１１２を覆うことができる。

【0036】

図１Ｂおよび図１Ｃは、緩衝流体であり得る第１の入力流体１２６が中央入口ポート１０４に導入され、音響分離のための粒子または生物学的実体を含有し得る第２の入力流体１２８が側面入口ポート１０６に導入されることを示しているが、第１および第２の入力流体１２６および１２８は、マイクロ流体デバイス１００の動作モードに応じて、側面および中央入口ポート１０６および１０４にそれぞれ代替的に導入されてもよい。さらに、第２の入力流体１２８は、音響放射圧力による分離のために、大きな粒子または生物学的実体１３８および小さな粒子または生物学的実体１４０を含有することができる。あるいは、粒子または生物学的実体１３８および１４０は、音響分離のために十分に異なる音響コントラストを有し得る。

【0037】

引き続き図１Ａ～図１Ｃを参照すると、基板１１６／１３０は、ガラス、石英、溶融シリカ、金属、セラミック材料、シリコン、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせなどの任意の適切な材料を備えることができるが、これらに限定されない。チャネル１０２，１０８，１１４およびポート１０４，１０６，１１０，１１２は、限定はしないが、ウォータージェット加工、機械加工、レーザ加工、ウェットエッチング、プラズマエッチング、またはそれらの任意の組み合わせなどの任意の適切な方法によって基板１１６／１３０から材料を除去することによって基板に形成することができる。基板カバー１２０／１３６は、限定はしないが、ガラス、石英、溶融シリカ、金属、ポリマー材料、セラミック材料、シリコン、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせなどの任意の適切な材料を備えることができる。一実施形態では、基板１１６／１３０および基板カバー１２０／１３６は同じ材料で作られる。基板カバー１２０／１３６は、限定はしないが、接着接合、融着、陽極接合、またはそれらの任意の組み合わせなどの任意の適切な接合方法によって基板１１６／１３０に恒久的または不可逆的に取り付けられてもよい。

【0038】

基板１１６／１３０は、代替的に、マイクロ流体デバイス１００のチャネル１０２，１０８，１１４およびポート１０４，１０６，１１０，１１２を形成するように成形することができる、ポリカーボネートまたはＰＤＭＳなどであるがこれらに限定されない成形可能なゴムまたはポリマー材料を備えてもよい。基板１１６／１３０が、構造的完全性を欠き、自重でさえ垂れ下がる可能性があるＰＤＭＳまたはシリコーンなどの軟質またはゴム状材料で作られている場合、比較的硬い材料で作られた基板カバー１２０／１３６を使用して基板１１６／１３０を支持することができる。

【0039】

図１Ｄは、本発明の一実施形態による、主チャネル１０２の上流端付近のマイクロ流体デバイス１００の断面を示す。図において、符号１１３，１１６，１２０，１３０および１３６～１４０は、図１Ａ～図１Ｃに示すものと同じ構成要素を示す。ここで図１Ｄを参照すると、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）トランスデューサの形態の第１の圧電トランスデューサ１１３が、基板１１６／１３０の外面または底面に取り付けられている。あるいは、第１の圧電トランスデューサ１１３は、これらに限られるわけではないがニオブ酸カリウム、ニオブ酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、ビスマスフェライト、チタン酸ビスマス、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリイミド、またはこれらの任意の組み合わせなど、任意の適切な圧電材料を備えてもよい。第１の圧電トランスデューサ１１３は、はんだ付けまたは接着剤、例えば限定はしないが、エポキシ、シアノアクリレート、メタクリレート、またはそれらの任意の組み合わせによって基板１１６／１３０の底面に恒久的または不可逆的に取り付けられてもよい。

【0040】

第１の圧電トランスデューサ１１３は、１００ｋＨｚから１００ＭＨｚの範囲の周波数を有する振動電圧の形態で電力を受け取って、液体がその中に存在するときに２側壁間の主チャネル１０２内に音圧波を発生させることができる。チャネル幅Ｗが音圧波の２分の１波長の整数倍である場合、音響定在波が主チャネル１０２内に形成され得、これは、第１の圧電トランスデューサ１１３に印加される電力の励起周波数ならびに主チャネル１０２内の液体の圧縮率および密度に依存し得る。図１Ｄは、Ｗの半波長を有する音響定在波が主チャネル１０２の２つの側壁の間に形成され、その結果、主チャネル１０２の中心に単一の音圧ノードが形成されることを示す。

【0041】

あるいは、第１の圧電トランスデューサ１１３は、図１Ｅに示すように、はんだ付けまたは接着剤、例えば限定はしないが、エポキシ、シアノアクリレート、メタクリレート、またはそれらの任意の組み合わせによって基板カバー１２０／１３６の外面または上面に取り付けられてもよい。

【0042】

図１Ｆは、本発明の一実施形態による主チャネル１０２の下流端付近のマイクロ流体デバイス１００の断面図を示す。図において、符号１１５，１１６，１２０，１３０および１３６～１４０は、図１Ａ～図１Ｃに示すものと同じ構成要素を示す。ここで図１Ｆを参照すると、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）トランスデューサの形態の第２の圧電トランスデューサ１１５が、基板１１６／１３０の外面または底面に取り付けられている。あるいは、第２の圧電トランスデューサ１１５は、第１の圧電トランスデューサ１１３について上述した任意の適切な圧電材料を備えてもよい。第２の圧電トランスデューサ１１５は、上述したように基板１１６／１３０の底面に半田または接着剤によって恒久的または不可逆的に取り付けられてもよい。

【0043】

第１の圧電トランスデューサ１１３と同様に、第２の圧電トランスデューサ１１５は、１００ｋＨｚから１００ＭＨｚの範囲の周波数を有する振動電圧の形態で電力を受け取って、液体が存在するときに２側壁間の主チャネル１０２内に音圧波を発生させることができる。図１Ｆは、Ｗの半波長を有する音響定在波が主チャネル１０２の２つの側壁の間に形成され、その結果、主チャネル１０２の中心に単一の音圧ノードが形成されることを示す。

【0044】

代替的に、第２の圧電トランスデューサ１１５は、図１Ｇに示すように、はんだ付けまたは接着剤、例えば、限定はしないが、エポキシ、シアノアクリレート、メタクリレート、またはそれらの任意の組み合わせによって基板カバー１２０／１３６の外面または上面に取り付けられてもよい。

【0045】

第１および第２の圧電トランスデューサ１１３および１１５の両方は、基板１１６／１３０の底面または基板カバー１２０／１３６の上面に取り付けられてもよい。あるいは、圧電トランスデューサ１１３および１１５の一方が基板１１６／１３０の底面に取り付けられ、他方が基板カバー１２０／１３６の上面に取り付けられてもよい。

【0046】

図１Ｄおよび図１Ｅは、第２の入力流体１２８が２つの側部入力チャネル１０２を介して主チャネル１０２に導入されるときに、その上流端付近で主チャネル１０８の２つの側壁に沿って流れる第２の入力流体１２８からの粒子または生物学的実体１３８および１４０をさらに示す。音響放射圧力は、大きな粒子または生物学的実体１３８を主チャネル１０２の中心にある圧力ノードに向かって駆動することができる。図１Ｆおよび図１Ｇに示すように、粒子または生物学的実体１３８および１４０が主チャネル１０２の下流端に到達するまでに、大粒子または生物学的実体１３８は主チャネル１０２の中心にほとんど移動し、小粒子または生物学的実体１４０は主に側壁に近接したままであり、それによって小粒子または生物学的実体１４０を２つの側面出力チャネル１１４を介して主チャネル１０２から迂回させることができる。

【0047】

図１Ａは、２つの圧電トランスデューサ１１３および１１５を含むマイクロ流体デバイス１００を示しているが、各々が主チャネル１０２の少なくとも一部を覆う任意の数の圧電トランスデューサを使用することができる。例えば、２つの圧電トランスデューサ１１３，１１５を一つの圧電トランスデューサに統合してもよい。

【0048】

図１Ｄ～図１Ｇは、主チャネル１０２内の単一の圧力ノードの形成を示しているが、本発明のマイクロ流体デバイス１００は、主チャネル１０２の公称幅および／または圧電トランスデューサ１１３および１１５に印加される電力の励起周波数を調整することによって、複数の圧力ノードで動作することができる。一実施形態では、すべての圧電トランスデューサは同じ周波数で動作する。別の実施形態では、圧電トランスデューサの少なくとも一方は、他の圧電トランスデューサとは異なる周波数で動作し、その結果、主チャネル１０２の一部が他の部分とは異なる数の圧力節を有する。例えば、これに限定するものではないが、第１の圧電トランスデューサ１１３は、第２の圧電トランスデューサ１１５と比較して二倍の周波数で動作してもよく、その結果、主チャネル１０２の上流および下流部分は、それぞれ２つおよび１つの圧力節点を有する。

【0049】

ここで、図２を参照して、単一の圧力ノードの条件下でのマイクロ流体デバイス１００の動作を説明する。図において、符号１０２～１１４は、図１Ａに示されているものと同じ構成要素を示し、明確にするために圧電トランスデューサは省略されている。ここで図２を参照すると、第１の種類の粒子または生物学的実体１４２および第２の種類の粒子または生物学的実体１４４を含有する流体サンプルが、側部入口ポート１０６に導入され、一方、緩衝液１４６が中央入口ポート１０４に導入される。第１および第２の種類の粒子または生物学的実体１４２および１４４は、それらが音響放射圧力によって分離されることを可能にするのに十分に異なる物理的サイズおよび／または音響コントラストを有し得る。例えば、第１の種類の粒子または生物学的実体１４２は、より大きい物理的サイズ、および／またはより高い質量密度および／またはより低い圧縮率などのより高い音響コントラストを有することができ、それによって音響放射圧力が第１の種類の粒子または生物学的実体１４２を主チャネル１０２の中心に沿って位置する圧力ノードに向かって押すことを可能にする。

【0050】

第１および第２の種類の粒子または生物学的実体１４２および１４４を含有する流体試料は、側壁の近くを流れる２つの流れとして、２つの側方入力チャネル１０８を介して主チャネル１０２に導入される。層流のように振る舞うことができる主チャネル１０２内の流体サンプルの２つの流れは、主チャネル１０２の中心に沿った圧力ノードに向かう第２の種類の粒子または生物学的実体１４４の移動を遅延または防止することができるシース流体として作用することができる緩衝流体１４６によって隔てられる。流体サンプルが主チャネル１０２内を下流に進むにつれて、音響放射圧力は、主チャネル１０２の中心に沿って圧力ノードに向かって第１のタイプの粒子または生物学的実体１４２を押し、一方、第２のタイプの粒子または生物学的実体１４４は、ほとんど側壁に近接したままである。主チャネル１０２の下流端では、中央の第１のタイプの粒子または生物学的実体１４２は、中央出口ポート１１０を通ってマイクロ流体デバイス１００から出て、側壁の近くの第２のタイプの粒子または生物学的実体１４４は、側面出力チャネル１１４を通って側面出口ポート１１２に迂回される。

【0051】

図２に示す音響分離プロセスは、圧電トランスデューサに印加される電力（例えば、電圧または電流）、ならびに第１および第２の種類の粒子または生物学的実体１４２および１４４を含有する流体試料の流量に敏感であり得る。高すぎる電力または低すぎる流量は、第２の種類の粒子または生物学的実体１４４の一部を中央出口ポート１１０に移動させる可能性がある。密度および／または粘度が低すぎる緩衝液を使用すると、第２の種類の粒子または生物学的実体１４４の一部が中央出口ポート１１０に移動する可能性もある。逆に、電力が低すぎる、または流量が高すぎると、第１の種類の粒子または生物学的実体１４２の一部が側面出力チャネル１１４を通って側面出口ポート１１２に迂回させられる可能性がある。密度および／または粘度が高すぎる緩衝液を使用すると、第１の種類の粒子または生物学的実体１４２の一部が側面出口ポート１１２に迂回される可能性もある。

【0052】

図３は、本発明の一実施形態による冷却装置１５０の構成要素を示す。小型冷却装置１５０は、任意の小型電子装置、特に動作中に熱を発生する１つ以上の圧電トランスデューサ１１３および１１５を組み込んだマイクロ流体装置１００を冷却するために使用することができる。冷却装置１５０は、ペルチェ効果を介して動作することができる熱電ヒートポンプ１５２と、第１の熱交換器１５４と、第１の冷却ファン１５６と、第２の熱交換器１５８と、第２の冷却ファン１６０とを含む。熱電ヒートポンプ１５２は、一組のワイヤ１６６を介して電圧が印加されると、冷却面１６２と、対向するプレート面に形成された高温面１６４とを有するプレート形状を有してもよく、それにより、熱が冷却面１６２から高温面１６４に流れる。第１の熱交換器１５４は、少なくともその表面から突出した複数の対流フィン１７０を有する熱伝導板１６８を含んでもよい。あるいは、対流フィン１７０は、そこを通過する高温空気を冷却する対流ピラーまたは他の対流構造に置き換えられてもよい。熱伝導板１６８は、ヒートシンクとして機能してもよい。フィン１７０を有する表面の反対側の第１の熱交換器１５４の表面１７２は、熱電ヒートポンプ１５２の低温表面１６２と接触してもよい。同様に、第２の熱交換器１５８は、その少なくとも表面から突出した複数の対流フィン１７６を有する熱伝導板１７４を含んでもよい。対流フィン１７６は、そこを通過する空気に熱を伝達することができる対流ピラーまたは他の対流構造に置き換えられてもよい。第２の熱交換器１５８の熱伝導板１７４はヒートシンクとして機能してもよい。フィン１７６を有する表面の反対側の第２の熱交換器１５８の表面１７８は、熱電ヒートポンプ１５２の高温表面１６４と接触してもよい。第１および第２の熱交換器１５４および１５８はそれぞれ、銅、銀、アルミニウム、またはそれらの任意の組み合わせなどであるがこれらに限定されない良好な熱伝導性を有する金属または合金で作られてもよい。複数のファンブレード１８０を含むことができる第１の冷却ファン１５６は、第１の熱交換器１５４のフィン１７０に近接して配置され、対流フィン１７０を介して熱風を押し出したり引き込んだりして熱風を冷却してもよい。複数のファンブレード１８２を含むことができる第２の冷却ファン１６０は、第２の熱交換器１５８のフィン１７６に近接して配置され、高温フィン１７６を介して冷却空気を押し込んだり引き込んだりして冷却することができる。

【0053】

図４は、冷却装置１５０が、第１の冷却ファン１５６および第１の熱交換器１５４を収容する下側シェル１８６を有する下側ハウジング構造１８４によって部分的に囲まれてもよく、および／またはそれに取り付けられてもよいことを示す。下部ハウジング構造１８４は、下部ハウジング構造１８４の上部に開口し、第１の冷却ファン１５６を下部ハウジング構造１８４の上部から露出させるために第１の冷却ファン１５６の上方に位置する下部中央キャビティ１８８を有する。下部中央キャビティ１８８は、第１の熱交換器１５４の反対側の第１の冷却ファン１５６に隣接して形成される。下側ハウジング構造１８４は、第１の熱交換器１５４の２つの側面を下側ハウジング構造１８４の上部に露出させる２つの下部側キャビティ１９０および１９２をさらに含む。下側シェル１８６は、熱電ヒートポンプ１５２をさらに部分的にまたは完全に収容してもよい。第１の冷却ファン１５６のファンブレード１８０が回転すると、高温空気は、空気流１９４によって示されるように、下部側キャビティ１９０および１９２から第１の熱交換器１５４のフィン１７０を通って引き込まれ、低温空気として下部中央キャビティ１８８に排出され得る。ファンブレード１８０の回転方向を逆にすることによって、空気流１９４の方向を逆にすることができ、その結果、高温空気が下部中央キャビティ１８８を通って第１の熱交換器１５４に入り、代わりに低温空気として下部側キャビティ１９０および１９２に出る。第２の冷却ファン１６０のファンブレード１８２が回転すると、冷気は、その側面から第２の熱交換器１５８のフィン１７６を通って引き込まれ、空気流１９６によって示されるように、第２の熱交換器１５８のフィン１７６に近接して配置された第２の冷却ファン１６０に熱気として排出され得る。ファンブレード１８２の回転方向を逆にすることにより、空気流１９６の方向を逆にすることができ、その結果、冷気は、第２の冷却ファン１６０を通って第２の熱交換器１５８のフィン１７６に衝突し、その側面を通る高温空気として第２の熱交換器１５８を出る。

【0054】

引き続き図４を参照すると、一実施形態では、第１の冷却ファン１５６は、第１の熱交換器１５４のフィン１７０と接触している。別の実施形態では、第２の冷却ファン１６０は、第２の熱交換器１５８のフィン１７６と接触している。図４は、熱電ヒートポンプ１５２の低温面１６２と接触する第１の熱交換器１５４を示しているが、第１の熱交換器１５４と熱電ヒートポンプ１５２との間に追加の熱伝導体または構造の層が挿入されてもよい。同様に、熱伝導体または構造の追加の層が、第２の熱交換器１５８と熱電ヒートポンプ１５２との間に挿入されてもよい。

【0055】

図５は、チップの細長いストリップの形態のマイクロ流体デバイス２０２と、動作中の能動的冷却から利益を得ることができる発熱部品２０４とを内部に囲む上部シェル２００を有する上部ハウジング構造１９８を示す。例えば、限定ではないが、マイクロ流体デバイス２０２は、図１Ａ～図１Ｇに示すマイクロ流体デバイス１００に類似していてもよい。チップの形態のマイクロ流体デバイス２０２は、その２つの端部で支持されてもよく、３０～１５０ｍｍの長さを有してもよい。発熱部品２０４は、限定はしないが、圧電トランスデューサなどの動作中に熱を生成または放散する振動源であってもよい。あるいは、発熱部品２０４は、これらに限られるわけではないが光学検出器、中央処理装置（ＣＰＵ）、レーザ、電子コントローラ、アクチュエータ、およびボイスコイルなど、動作中に熱を発生させる任意の能動デバイスまたは構成要素のうちのいずれかであってよい。図５では発熱部品２０４は単一の部品として示されているが、部品２０４は、マイクロ流体デバイス２０２に取り付けられたいくつかの個別の部品または部品のクラスタを表すことができる。マイクロ流体デバイス２０２および発熱部品２０４は、動作中に能動的な冷却を必要とする任意の発熱電子デバイスに置き換えられてもよい。

【0056】

図５に示す上部ハウジング構造１９８は、マイクロ流体デバイス２０２および発熱部品２０４を大気に曝す上部中央キャビティ２０６と、マイクロ流体デバイス２０２の２つの端部をその長さに沿って大気に曝す２つの上部側キャビティ２０８および２１０とを有する。上部ハウジング構造１９８は、外部電源に接続するための外部の電気接点（図示せず）と、電気接点をマイクロ流体デバイス２０２および／または発熱部品２０４に接続する電線とをさらに含むことができる。上部ハウジング構造１９８は、流体サンプルをマイクロ流体デバイス２０２に導入し、処理された流体サンプルを同じデバイス２０２から抽出するために、外部のポート（図示せず）と、ポートをマイクロ流体デバイス２０２に接続する流体チューブ（図示せず）とをさらに含むことができる。

【0057】

上部ハウジング構造１９８は、図５および図６に示すように、下部ハウジング構造１８４に可逆的に取り付けられるように設計されてもよい。上部ハウジング構造１９８は、限定はしないが、磁気ラッチまたは機械的クリップなどの任意の可逆的ラッチ機構（図示せず）によって下部ハウジング構造１８４に取り付けられてもよい。図６に示すように２つのハウジング構造１８４および１９８が結合されると、上部中央キャビティ２０６は下部中央キャビティ１８８と整列して、第１の冷却ファン１５６とマイクロ流体デバイス２０２および発熱部品２０４のアセンブリとの間に中央空気通路を形成し、２つの上部側キャビティ２０８および２１０はそれぞれ２つの下部側キャビティ１９０および１９２と整列して、第１の熱交換器１５４の２つの側面とマイクロ流体デバイス２０２の２つの端部との間に２つの側面空気通路を形成する。上部ハウジング構造１９８と下部ハウジング構造１８４との結合は、その中でマイクロ流体デバイス２０２、発熱部品２０４、第１の冷却ファン１５６、および少なくとも第１の熱交換器１５４の対流フィン１７０を密封してもよい。第１の冷却ファン１５６は、中央空気通路を通って冷気を発熱部品２０４およびマイクロ流体デバイス２０２の表面に押し出し、対流によってそれらを冷却した後、空気は加熱され、空気流１９４によって示されるように、側面空気通路を通って第１の熱交換器１５４に戻る。加熱された空気は、第１の熱交換器１５４のフィン１７０を通過するときに対流によって再び冷却され、冷気として第１の冷却ファン１５６に循環して戻る。したがって、発熱部品２０４で発生した熱は、中央空気通路と２つの側面空気通路との間を循環する空気との対流によって第１の熱交換器１５４に伝達される。

【0058】

マイクロ流体デバイス２０２および発熱部品２０４の各々は、冷却効率を最大にするために、最大表面が第１の冷却ファン１５６から流入する冷気に面するように配置されてもよい。一実施形態では、発熱部品２０４は、マイクロ流体デバイス２０２と第１の冷却ファン１５６との間に配置され、それによって発熱部品２０４が第１の冷却ファン１５６からの入射空気流によって直接冷却されることを可能にする。

【0059】

第１の冷却ファン１５６のファンブレード１８０の回転方向を反転させることにより、循環空気流１９４は、第１の熱交換器１５４の側面から出た冷気が上部および下部側キャビティ２０８、２１０，１９０、および１９２から形成された側面空気通路を通ってマイクロ流体デバイス２０２および発熱部品２０４のアセンブリに向かって流れるように反転されてもよい。冷気は、対流を介してマイクロ流体デバイス２０２および発熱部品２０４のアセンブリによって加熱され、中央空気通路を通って第１の冷却ファン１５６に戻り、次いで第１の熱交換器１５４に戻り、そこで加熱された空気は対流を介して再び冷却される。

【0060】

第１の熱交換器１５４を通過した後、上部および下部ハウジング構造１９８および１８４に囲まれた冷気は、動作中にハウジング構造１９８および１８４の外側の周囲空気よりも低い温度を有し得る。第１の熱交換器１５４に入る前に、上部および下部ハウジング構造１９８および１８４に囲まれた高温空気は、動作中にハウジング構造１９８および１８４の外側の周囲空気よりも高い温度を有することができる。

【0061】

引き続き図６を参照すると、マイクロ流体デバイス２０２と発熱部品２０４とのアセンブリによって発生した熱は、対流によって第１の熱交換器１５４に伝達される。次いで、熱電ヒートポンプ１５２は、第１の熱交換器１５４から第２の熱交換器１５８に熱を伝達し、熱は対流フィン１７６を介した対流を介して周囲の空気に最終的に放散される。

【0062】

設置されると、マイクロ流体デバイス２０２および発熱部品２０４のアセンブリは、上部ハウジング構造１９８内に恒久的に存在することができる。したがって、マイクロ流体デバイス２０２および発熱部品２０４を交換するとき、取り外し可能な上部ハウジング構造１９８を別のものと簡単に交換することができる。本発明のモジュール式アプローチは、いくつかの他の利点を有する。上部ハウジング構造１９８と下部ハウジング構造１８４との結合は、マイクロ流体デバイス２０２および発熱部品２０４を、他のデバイスまたは部品によって加熱され得る周囲の空気から絶縁する。さらに、ハウジング構造１９８および１８４によって囲まれた比較的小さい空気量は、湿度によって引き起こされる結露の問題を排除または最小化する。

【0063】

図７は、取り外し可能な上部ハウジング構造１９８が、マイクロ流体デバイス２０２ならびに発熱部品２０３および２０５の異なるアセンブリを収容することができることを示す。発熱部品２０３および２０５は、マイクロ流体デバイス２０２の２つの端部に取り付けられ、上部および下部側キャビティ２０８、２１０，１９０、および１９２から形成された側面空気通路に露出している。したがって、第１の熱交換器１５４の側面から出る冷気は、第１の冷却ファン１５６によって推進されると、循環空気流１９５によって示されるように、２つの側面空気通路を通って発熱部品２０３，２０５に向かって流れることができる。冷気は、対流によって発熱部品２０３および２０５によって加熱され、中央空気通路を通って第１の冷却ファン１５６に戻り、次いで第１の熱交換器１５４に戻り、そこで加熱された空気は対流によって再び冷却される。

【0064】

発熱部品２０３および２０５の各々は、限定はしないが、圧電トランスデューサなどの動作中に熱を生成または放散する振動源であってもよい。あるいは、発熱部品２０３および２０５の各々は、限定はしないが、光学検出器、中央処理装置（ＣＰＵ）、レーザ、電子コントローラ、アクチュエータ、およびボイスコイルなどの、動作中に熱を発生する任意の能動デバイスまたは部品のうちのいずれかであってもよい。マイクロ流体デバイス２０２ならびに発熱部品２０３および２０５は、動作中に能動的な冷却を必要とする任意の発熱電子デバイスに置き換えられてもよい。

【0065】

着脱可能な上部ハウジング構造１９８は、異なるマイクロ流体デバイスおよび／または異なる発熱部品を収容するように変更することができる。例えば、図８は、マイクロ流体デバイス２０２の長さに沿った２つの異なる位置でマイクロ流体デバイス２０２に取り付けられた２つの発熱デバイス２１６および２１８を内部に含有する上部シェル２１４を有する別の着脱可能な上部ハウジング構造２１２を示す。図６に示す上側ハウジング構造１９８と同様に、上側ハウジング構造２１２は、下側ハウジング構造１８４の２つの下部側キャビティ１９０および１９２とそれぞれ整列する２つの上部側キャビティ２２０および２２２を有し、２つのハウジング構造２１２および１８４が結合されたときにマイクロ流体デバイス２０２の２つの端部と第１の熱交換器１５４の２つの側面との間に２つの側面空気通路を形成する。上部ハウジング構造２１２は、一方の端部で２つの発熱部品２１６および２１８に、他方の端部で下部中央キャビティ１８８にそれぞれ整列した２つの上部中央開口部またはキャビティ２２４および２２６をさらに含み、それにより、第１の冷却ファンからの冷気は、２つの発熱部品２１６および２１８に集中する２つの流れに分割される。発熱部品２１６および２１８の各々は、限定はしないが、圧電トランスデューサなどの動作中に熱を生成または放散する振動源であってもよい。あるいは、発熱部品２１６および２１８の各々は、限定はしないが、光学検出器、中央処理装置（ＣＰＵ）、レーザ、電子コントローラ、アクチュエータ、およびボイスコイルなどの、動作中に熱を発生する任意の能動デバイスまたは部品のうちのいずれかであってもよい。マイクロ流体デバイス２０２ならびに発熱部品２１６および２１８は、動作中に能動的な冷却を必要とする任意の発熱電子デバイスに置き換えられてもよい。

【0066】

動作中、第１の冷却ファン１５６は、冷気を下部中央キャビティ１８８および２つの上部中央キャビティ２２４および２２６を通って発熱部品２１６および２１８ならびにマイクロ流体デバイス２０２の表面に押し出して、対流によって部品２１６および２１８ならびにデバイス２０２を冷却し、その後、空気は加熱され、空気流１９４によって示されるように、２つの側面空気通路を通って第１の熱交換器１５４に戻る。加熱された空気は、第１の熱交換器１５４のフィン１７０を通過するときに対流によって再び冷却され、冷気として第１の冷却ファン１５６に循環して戻る。マイクロ流体デバイス２０２ならびに発熱部品２１６および２１８の各々は、冷却効率を最大にするために、最大表面が第１の冷却ファン１５６から流入する冷気に面するように配置されてもよい。一実施形態では、発熱部品２１６および２１８は、マイクロ流体デバイス２０２と第１の冷却ファン１５６との間に配置され、それによって発熱部品２１６および２１８が第１の冷却ファン１５６からの入射空気流によって直接冷却されることを可能にする。

【0067】

図９は、本発明の別の実施形態による、下部ハウジング構造２３０に可逆的に取り付けられ得る上部ハウジング構造２２８を示す断面図である。冷却装置１５０は、第１の冷却ファン１５６および第１の熱交換器１５４を収容する下部シェル２３２を有する下部ハウジング構造２３０によって部分的に囲まれ、および／またはそれに取り付けられてもよい。下部ハウジング構造２３０は、第１の熱交換器１５４の反対側の第１の冷却ファン１５６に隣接して形成され、下部ハウジング構造２３０の上部に開口する下部中央キャビティ２３４を有し、それにより、第１の冷却ファン１５６を下部ハウジング構造２３０の上部から露出させる。下側ハウジング構造２３０は、第１の熱交換器１５４の側面に隣接して形成された下部側キャビティ２３６をさらに含む。下部側キャビティ２３６は、下側ハウジング構造２３０の上部に開口しており、したがって、下側ハウジング構造２３０の上部から第１の熱交換器１５４の側面を露出させる。下側シェル２３２は、熱電ヒートポンプ１５２をさらに部分的にまたは完全に収容してもよい。第１の冷却ファン１５６のファンブレード１８０が回転すると、熱風は、空気流２３８によって示されるように、下部側キャビティ２３６から第１の熱交換器１５４のフィン１７０を通って引き込まれ、冷風として下部中央キャビティ２３４に排出され得る。

【0068】

引き続き図９を参照すると、上部ハウジング構造２２８は、動作中の能動冷却から利益を得ることができるチップの細長いストリップおよび発熱部品２０４の形態のマイクロ流体デバイス２０２を内部に囲む上部シェル２４０を有する。例えば、限定ではないが、マイクロ流体デバイス２０２は、図１Ａ～図１Ｇに示すマイクロ流体デバイス１００に類似していてもよい。チップの形態のマイクロ流体デバイス２０２は、その２つの端部で支持されてもよく、３０～１５０ｍｍの長さを有してもよい。発熱部品２０４は、限定はしないが、圧電トランスデューサなどの動作中に熱を生成または放散する振動源であってもよい。あるいは、発熱部品２０４は、これらに限られるわけではないが光学検出器、中央処理装置（ＣＰＵ）、レーザ、電子コントローラ、アクチュエータ、およびボイスコイルなど、動作中に熱を発生させる任意の能動デバイスまたは構成要素のうちのいずれかであってよい。マイクロ流体デバイス２０２および発熱部品２０４は、動作中の能動的冷却から利益を得ることができる任意の発熱電子デバイスに置き換えることができる。

【0069】

上部ハウジング構造２２８は、発熱部品２０４に隣接して形成され、上部ハウジング構造２２８の底部に開口する上部中央キャビティ２４２を有し、それによってマイクロ流体デバイス２０２および発熱部品２０４を上部ハウジング構造２２８の底部から露出させる。上側ハウジング構造２２８は、マイクロ流体デバイス２０２の一端をその長さに沿って上側ハウジング構造２２８の底部に露出させる上部側キャビティ２４４をさらに含む。上部ハウジング構造２２８は、外部電源に接続するための外部の電気接点（図示せず）と、電気接点をマイクロ流体デバイス２０２および／または発熱部品２０４に接続する電線とをさらに含むことができる。上部ハウジング構造２２８は、流体サンプルをマイクロ流体デバイス２０２に導入し、処理された流体サンプルを同じデバイス２０２から抽出するために、外部のポート（図示せず）と、ポートをマイクロ流体デバイス２０２に接続する流体チューブ（図示せず）とをさらに含むことができる。

【0070】

上側ハウジング構造２２８は、下側ハウジング構造２３０に可逆的に取り付けられるように設計されてもよい。上部ハウジング構造２２８は、限定はしないが、磁気ラッチまたは機械的クリップなどの任意の可逆的ラッチ機構によって下部ハウジング構造２３０に取り付けられてもよい。図９に示すように２つのハウジング構造２２８および２３０が結合されると、上部中央キャビティ２４２は下部中央キャビティ２３４と整列して、第１の冷却ファン１５６とマイクロ流体デバイス２０２および発熱部品２０４のアセンブリとの間に中央空気通路を形成し、上部側キャビティ２４４は下部側キャビティ２３６と整列して、第１の熱交換器１５４の片側とマイクロ流体デバイス２０２の一端との間に側面空気通路を形成する。上部ハウジング構造２２８と下部ハウジング構造２３０との結合は、その中でマイクロ流体デバイス２０２、発熱部品２０４、第１の冷却ファン１５６、および少なくとも第１の熱交換器１５４の対流フィン１７０を密封してもよい。第１の冷却ファン１５６は、中央空気通路を通って冷気を発熱部品２０４およびマイクロ流体デバイス２０２の表面に押し出し、対流によってそれらを冷却した後、空気は加熱され、空気流２３８によって示されるように、側面空気通路を通って第１の熱交換器１５４に戻る。加熱された空気は、第１の熱交換器１５４のフィン１７０を通過するときに対流によって再び冷却され、冷気として第１の冷却ファン１５６に循環して戻る。したがって、発熱部品２０４で発生した熱は、中央空気通路と側面空気通路との間を循環する空気との対流によって第１の熱交換器１５４に伝達される。

【0071】

図１０は、発熱部品２０５が上部ハウジング構造２２８内のマイクロ流体デバイス２０２の一端に取り付けられ得ることを示している。そのような構成では、図９に示す空気流２３８は、第１の冷却ファン１５６によって推進されるように、第１の熱交換器１５４の一方の側から出る冷気が、循環空気流２４６によって示されるように、上部および下部側キャビティ２３６および２４４から形成された側面空気通路を通って発熱部品２０５に向かって流れることができるように反転されてもよい。冷気は、対流を介して発熱部品２０５によって加熱され、中央空気通路を通って第１の冷却ファン１５６に戻り、次いで第１の熱交換器１５４に戻り、そこで加熱された空気は対流を介して再び冷却される。

【0072】

図３～図１０に示す冷却装置１５０は、第２の熱交換器１５８と熱電ヒートポンプ１５２との間に追加の熱伝導体または構造の層をさらに含んでもよい。図１１は、下部ハウジング構造１８４に取り付けられた冷却装置２４８を示す。冷却装置２４８は、熱電ヒートポンプ１５２の熱面１６４に熱伝導板２５０が接触し、熱伝導板２５０と第２の熱交換器１５８の熱伝導板１７４との間に導電性配管２５２が配置されている点で、図３～図１０の冷却装置１５０と異なる。導電性配管２５２の長さが熱伝導板２５０に接し、導電性配管２５２の別の長さが熱伝導板１７４に接してもよい。導電性配管２５２は、内部を循環する流体を収容し、熱伝導板２５０と第２の熱交換器１５８との間で熱を伝達してもよい。

【0073】

本発明を特定の好ましい実施形態を参照して示し、説明してきたが、当業者であれば、本発明の真の精神および範囲を含む特定の変更および修正を間違いなく考案するであろうことを理解されたい。例えば、マイクロ流体デバイスおよびそれに取り付けられた発熱部品は、動作中に能動的な冷却を必要とする他の小型電子デバイスに置き換えられてもよい。したがって、本発明の範囲は、与えられた例によってではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的均等物によって決定されるべきである。

【図1A-C】

【図1D-G】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【外国語明細書】