(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気要素を有する基板を含む配列チップであって、前記磁気要素の各々は磁化の予め定められた優先軸を有し、外部磁場に応答して各々磁力を出すことができる分離した領域のアレイが形成される配列チップと、
アレイ形成を導くための一台の磁場発生器からの外部磁場とを備え、
前記配列チップ上に、各々が磁化の予め定められた優先軸をもつ製造されたマイクロデバイスを置き、前記配列チップおよび前記配列チップ上の前記マイクロデバイスに前記外部磁場を印加することによって前記配列チップ上の前記マイクロデバイスを配列する方法であって、
前記磁気要素の磁化の予め定められた優先軸は、前記配列チップの平面に対して平行であり、
前記マイクロデバイスの予め定められた優先軸に沿って誘発された磁化の絶対量は他の軸に沿って誘発された磁化の絶対量より２０％以上大きいことを特徴とする、マイクロデバイスを配列する方法。
【請求項２】
前記配列後の前記マイクロデバイスの方位が、該マイクロデバイスの少なくとも二つの分離した方位において向きを定められている、請求項１に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項３】
前記配列後の前記マイクロデバイスの方位が、該マイクロデバイスの少なくとも四つの分離した方位において向きを定められている、請求項１に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項４】
前記配列後の前記マイクロデバイスの方位が、該マイクロデバイスの少なくとも八つの分離した方位において向きを定められている、請求項１に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項５】
前記配列後の前記マイクロデバイスの方位が、該マイクロデバイスの少なくとも１２の分離した方位において向きを定められている、請求項１に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項６】
前記マイクロデバイスが最長５００μｍの長さを有する、請求項１に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項７】
配列された前記マイクロデバイスが完全に前記アレイの磁気要素と重なる、請求項１に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項８】
配列された前記マイクロデバイスがパターン化された磁気バーを含む、請求項１に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項９】
前記マイクロデバイスが最長５００μｍ未満の長さを有し、前記磁気要素に対して第１の方位に配列されている場合において、
前記マイクロデバイスに対して、前記磁場発生器により第１と第２の外部磁場を順次印加することにより、配列された前記マイクロデバイスのうちの選択されたマイクロデバイスの方位を前記第１の方位から少なくとも９０°変化させることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項１０】
前記第１の方位に配列されている前記マイクロデバイスが前記配列チップに平行な平面に配列されている場合において、外部磁場印加により、前記マイクロデバイスのうちの選択されたマイクロデバイスが該平面に垂直な方向に再配向される、請求項９に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項１１】
外部磁場印加により、前記マイクロデバイスのうちの選択されたマイクロデバイスが逆さに反転される、請求項９に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項１２】
外部磁場印加により、前記マイクロデバイスのうちの選択されたマイクロデバイスが配列チップ上の位置を変えることなく逆さに反転される、請求項９に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項１３】
個々の前記マイクロデバイスが少なくとも１０３の選択を支える磁気コード化空間を利用するコードを含む、請求項９に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項１４】
個々の前記マイクロデバイスの各々が化学的に反応する部位を含む、請求項９に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項１５】
前記マイクロデバイスのうちの少なくとも１００が相互に異なる重合体と相互に異なるコードとを含む、請求項９に記載のマイクロデバイスを配列する方法。
【請求項１６】
請求項１に記載のマイクロデバイスを配列する方法に用いる磁気配列装置であって、
前記磁気配列装置は、分離した領域のアレイを形成する埋め込まれた磁化可能な磁気要素を有する基板を含む配列チップを含み、そこで各々の要素が外部磁場によって引き起こされると磁力を出し、前記磁気要素は隙間により分離される交互の長いおよび短いバーを含み、
前記短いバーは二つの前記長いバーの長い方向の端と端の間の隙間に位置し、前記長いバーの少なくともいくつかは５００μｍ未満の平均の長さを有し、前記短いバーの少なくともいくつかは前記長いバーのうちの最長のものの５０％未満の平均の長さを有し、
前記配列チップ上の配列した複数のマイクロデバイスの中の少なくともいくつかのマイクロデバイスは、前記配列チップの隣接する二つの長いバーの端と端との間の隙間より長いことを特徴とする磁気配列装置。
【請求項１７】
前記長いおよび短いバーがＡＢＡＢＡＢの方法で交替する、請求項１６に記載の磁気配列装置。
【請求項１８】
前記長いおよび短いバーがＡＢＡＢＡＢ以外の方法で交替する、請求項１６に記載の磁気配列装置。
【請求項１９】
隣接した前記長いバーの端の間の隙間に配置する前記短いバーの長さは前記隙間の６０％よりも少ない、請求項１６に記載の磁気配列装置。
【請求項２０】
配列チップと配列チップ上のマイクロデバイスに外部磁場を印加することによって前記マイクロデバイスを配列するマイクロデバイスの配列システムであって、前記システムは、
外部磁場を印加するための一台の磁場発生器と、
埋め込まれた磁気要素を有する基板を含む配列チップであって、前記磁気要素は、磁化の予め定められた優先軸の要素を有し、該磁場発生器からの外部磁場に応答して各々磁力を出すことができる分離した領域のアレイを形成するような配列チップと、
それぞれが磁化の予め定められた優先軸を有する一組のマイクロデバイスとを含み、
前記磁気要素の磁化の予め定められた優先軸は、該配列チップの平面に対して平行であり、
前記マイクロデバイスの予め定められた優先軸に沿った誘発された磁化の絶対量は他の軸に沿って誘発された磁化の絶対量より２０％以上大きいことを特徴とする、
マイクロデバイスの配列システム。
【請求項２１】
少なくともいくつかの前記マイクロデバイスが、隣接する前記分離した領域の間にまたがるのに十分な長さを有する、請求項２０に記載のマイクロデバイスの配列システム。
【請求項２２】
少なくともいくつかの前記マイクロデバイスが化学的に活性の部位を含む、請求項２１に記載のマイクロデバイスの配列システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００７年１月２４日出願の米国仮出願６０／８８６３７０号および２００７年１月２４日出願の米国仮出願６０／８８６３７３号に対する優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般に成分または分子の隔離、分析、検出、操作および合成の分野に関する。特に本発明は、磁気アセンブリによる微小粒子アレイの形成により、マイクロデバイスを操作して表示するための装置を提供する。
【背景技術】
【０００３】
粒子ベースの液体アレイ技術は、例えば、成分付着のバッチ方法、合成の容易さ、より少ない実施コスト、自動化の容易さ、および、添加の容易さ（すなわち、他の粒子が混合物に加えられることができる）のような様々な利点を固定されたアレイに提供する。固定したアレイは一般に液体アレイのものよりも安価な読み取り装置を必要とし、それらは一般にアーカイブの記憶に従う。しかしながら、固定したアレイの大きな利点、および、それらが高い多重化（例えば遺伝子発現）を必要とする用途で支配的な位置を占める理由は、成分識別が位置により決定され、それにより実質的に無制限の数が分析の実行が可能になることである−遺伝子発現において使用される典型的な固定したアレイは、異なる数十万もの成分を表示する。対照的に、液状アレイは、各々の粒子が表示される成分を識別するために各々の粒子が符合化されることを必要とする。
【０００４】
液状アレイの符合化/復号化問題を解決するために様々な方法が使用されてきた。一つの広く使われている方法は、（Luminex社、 Invitrogen社の量子ドット、および BD Biosciences社により）蛍光色素分子をビーズに組み込むことである。蛍光色素分子は、コード化構造および変種を生じるために異なる比率で加えられる。これらの蛍光色素分子混合物の発された波長および強度は、蛍光励起細胞分取装置（ＦＡＣ）に基づいた技術を使用して読み取られる。効果的であるにもかかわらず、この技術は明白に符合化されることができる染料の数および強度によって制限される。この方法のための制限は、現在１００から２００までコードである。
【０００５】
バイオアレイでの方法は、表面上にビーズのアレイを形成するために近表面粒子の光制御電気運動アセンブリ（ＬＥＡＰＳ）を用いる（ＷＯ９７／４０３８５）。しかしながら、ＬＥＡＰＳ法は、可能なコード化のタイプに関してビーズ・ベースの技術と同じ制限を受ける。
【０００６】
平面アレイおよびコード化した微小粒子の利点を組み込むシステムは、既存の方法に内在する多数の問題に対処する。Illumina社は、エッチングされたガラス繊維を用いてミクロビーズのアレイを生成する方法を提供することによって、この目的に中程まで到達した（例えばFerguson et al. Anal. Chem., 72:5618-5624 （2000） による「高密度光ファイバＤＮＡランダム・ミクロスフェア・アレイ」）。この方法は、捕獲分子（例えばオリゴヌクレオチド）の溶液中の微小粒子への結合、直接エッチングされたガラス繊維と結びつく固体の担体への微小粒子の永久的な付着を含む。微小粒子における捕獲分子の識別は、結び付いた光ファイバーケーブルによる粒子の「視覚化」によって確認される。この結合は、しかしながら裏返されず、粒子は分析が実行される時に平面アレイの一部として残る−識別はその固定した位置と関連している。アレイの用意が液体または３Ｄ方法によって容易にされる一方、あたかもアレイが固定した２Ｄアレイであるかのように、実際の分析は実行される。
【０００７】
Cyvera社（現在Illumina社の一部）は、ブラッグ格子を使用して独自に識別される管のように成形された微小粒子を使用する技術を開発した（米国特許出願２００５／０２２０４０８ Ａ１）。この技術は、蛍光染料符号化に依存せず、したがって、本質的により大きな幅のコード化スペースを有する。他の会社は、蛍光色素分子を使用することでコード化に依存しない微小粒子を開発した。Nanoplex社は、長く薄いフォトリソグラフィを使用する−用意された粒子は異なる蛍光および金属から構成されるバーコード化されたパターンの反射によって識別される。彼らは現在、これらの１０００の粒子にユニークにラベルをつける能力を有し、それらが９６の穴または類似するプレートの一番下に、向きを定められずに置かれた後に場所を識別しかつ約一秒でこれらの粒子をデコードする独占権を持つソフトウェアを有する。SmartBeads Technologies社は、低密度で平坦面上に散乱した後に。多数の穴配置を用いてコード化され、光学読み取り装置（例えばＣＣＤ）を用いてデコードされた微細加工されたアルミニウム粒子（例えば、１００ｘ１０ｘ１ミクロンの寸法を有するストリップ粒子）を有する。一般に、これらのおよび類似した微細加工された粒子は、それらがほとんど無限の数のパターンによってコード化される可能性を有するという利点を有し、問題点はコード化された粒子の混合物の分析の容易さにある。そのような粒子は平坦な対象である傾向があるので、より分散が困難であるのと同様に集合または重複しやすい傾向がある。
【０００８】
微小粒子を整って配列させる能力は、分析には好都合である。Aviva Biosciences社およびタミヤ・エイイチの調査グループは、光学的にコード化された平面粒子を生じそれを配列した。タミヤのグループは、粒子を配列するために化学的性質を生じそれを使用した（Zhi et al. Chemical Communications, 2448-2450 （2005）による「多重化ＤＮＡ雑種形成検出のためのコード化した微小粒子アレイの微細加工」）。Aviva Biosciences社は、それらのコードが読み取られる磁場がある場合には、部分的に重複する微小粒子の線形配列または「チェーン」を形成するため、微小粒子の磁気的性質を使用する（すなわち、磁気バーが識別のための２Ｄバーコードを有する二酸化ケイ素において封入される）（米国特許第７，０１５，０４７号）。また、重複しないように特別に設計されたチャネルにおいてこれらの磁性粒子の線形配列を形成することが可能である（米国特許第７，０１５，０４７号）。２Ｄバーコードの妨害避けるAviva社の微小粒子を配列する他の方法は、微小粒子混合物への余分な「アクセサリ」または空の粒子（磁気バーを有する完全に透明なＳｉＯ２のみから構成される）の組み込みを含む。これにより、コード化部分の微小粒子重複の可能性を減らし、読みやすさを増加させる（米国特許第７，０１５，０４７号）。
【０００９】
磁気バーまたは電磁気のパッドのいずれかのアレイから構成された配列チップを用いてビーズを配列する方法が開発されたにもかかわらず、これらのアプローチは、他の液体アレイのビーズ・ベースの方法で経験するようなコード化および検出の類似した制限を受ける。
【００１０】
本出願は、さまざまな特許、特許出願および刊行物を参照する。これらのすべての内容は、それらの全部において本明細書に引用により組み込まれたものとする。本明細書に引用した参照における用語の定義または使用が本明細書において提供される用語の定義と矛盾または反対である場合、本明細書において提供される用語の定義が適用され、参照における用語の定義は適用されない。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、磁化の予め定められた優先軸を含む粒子または他のマイクロデバイスが、分離した（＊訳注１）領域を有し、磁場で向きを定められるアレイに配置されるシステムおよび方法を提供する。
【００１２】
好適なマイクロデバイスは、本質的に平坦な上部および底面を有して本質的に矩形である。最も長い線形寸法は、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは５００μｍ未満、さらにより好ましくは２５０μｍ未満、最も好ましくは１５０μｍ以下である。
【００１３】
好適なマイクロデバイスは、いかなる予め定められた磁気方位の偏りも有することができる。ある例では、マイクロデバイスの長い軸に沿って配置された偏りであり、またある例では、マイクロデバイスの長い軸に沿って配置される偏りである。予め定められた磁気方位の偏りは、例えば、マイクロデバイスの製造の間、磁気バーを置くことによっていかなる適切な方法でも実行されることができる。磁気バーは好ましくは、中心を外れてマイクロデバイスに配置されるが、いかなる適切な寸法および方位も有することができる。
【００１４】
マイクロデバイスは、磁気コードのため少なくとも１０２、１０３、１０６またはそれ以上の選択のコード化スペース、光認識可能なコードの最高１０１０またはそれ以上の選択（例えば、一般のDataMatrixコードのような従来の２Ｄバーコードを使用して）、および、コンタクトパッドコード化のための最高１０６以上の選択を現実的に支持する方法で、磁性の光認識可能なコンタクトパッドまたは他のコード化方法を用いてコード化されることができる。
【００１５】
マイクロデバイスはまた、都合よく一以上の化学反応性部位を含むことができる。
【００１６】
マイクロデバイスのアレイを形成する考えられた方法は、以下の構成を含む：磁力を出すことができる別々の領域を有するアレイの提供；アレイ形成を導くために外部磁場発生器の提供；および、磁化の予め定められた優先軸を含む製造されたマイクロデバイスの配列。特に好ましい実施態様において、マイクロデバイスは、少なくとも２、４、８、１２またはそれ以上の別々の方位において向きを定められることができる。配列装置で配列される場合、マイクロデバイスは、完全にアレイの磁気要素を重複することができる。
【００１７】
本発明の内容の他の態様において、マイクロデバイスの方位を変える方法は、マイクロデバイスのアレイへの配置、および、配列されたマイクロデバイスの選択されたものが少なくとも９０°によって再配向されるような順序における少なくとも第１および第２の磁場の適用を含む。そのような方法は、配列されるマイクロデバイスが最長５００μｍ未満の線形寸法を有し、アレイが本質的に平面に配置され、マイクロデバイスの選択されたものが平面に垂直に再配向される場合に特に役立つと思われる。マイクロデバイスが逆さに反転するところでは、その新しい方位は、アレイにおいてそれらの場所を変えるまたは変えないにかかわらず達成される。化学反応性の部位は、少なくとも１０２、１０３または１０６のマイクロデバイスさえが相互に異なった重合体および相互に異なった磁性の光認識可能な電気的接点または他のコードを含むように組合せの化学に関係することができる。
【００１８】
好適な配列装置は、隙間によって切り離されるより長いものと短いものが交替した磁気バーのアレイを含み、少なくともいくつかのより長いバーは５００μｍ未満の平均の長さを有し、少なくともいくつかのより短いバーは長いバーの５０％未満の平均の長さを有する。より長いバーは、ＡＢＡＢＡＢのように（すなわち、長-短-長-短）、または、他の方法（例えばＡＡＢＡＡＢ、長−長-短-長-長-短）で都合よく交替することができる。隙間の相対的な容積は、重要である可能性がある。マイクロデバイスの向きを定めるおよび再配向するのを援助するため、短いバーの長さは、長いバーの間の隙間の好ましくは６０％未満はである。別の態様においては、マイクロデバイスは、それらが隙間を埋めるように、好ましくは隙間より大きい長さを有する。
【００１９】
考えられたシステムは、以下の構成を有するものを含む：磁場発生器；磁力を出す別々の領域を有する配列チップ；および、各々が磁化の予め定められた優先軸を有する一組のマイクロデバイス。好適なシステムにおいて、少なくともいくつかのマイクロデバイスは、分離した領域の第１および第２の領域間の隙間にまたがるのに十分な長さを有する。好適なシステムはまた、化学的に活発な部位を有するマイクロデバイスを利用する。
【００２０】
考えられたマイクロデバイスのアレイは、液体アレイおよび固定したアレイの多数の利点を結合することができる。個々のマイクロデバイスは、磁気アセンブリによって配列基板上に位置調整および方向反転可能に配列され、マイクロデバイスの方位は制御されることができる。好ましい実施態様はまた、磁性のアセンブリベースの配列のため、微細加工されたマイクロデバイスを生じるために提供される。
【００２１】
特許請求された本発明および従来技術を通じて達成されたものの効果を要約するために、本発明の内容の特定の目的および利点は、本明細書において記載される。もちろん、そのような目的または効果のすべてがいかなる具体例によって必ず達成される必要はないと理解される。したがって、例えば当業者は、発明の概念が、本明細書において教示または提案されるように、他の目的または効果を達成する必要なく本明細書において教示される一つの効果または複数の効果を達成または最適化する方法で具体化または実行することができることを認識する。
【００２２】
本明細書において記載されている実施態様のすべては、本発明の内容の範囲内に含まれることを意図する。これらのおよび他の実施態様は、添付の図を参照して以下の好ましい実施態様の詳細な説明から当業者に直ちに明らかになり、その内容は開示されるいかなる特定の好ましい実施態様に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】外部の磁場において磁化の優先軸を含むコード化されたマイクロデバイスによって形成された「チェーンアレイ」の概略図。矢印は、磁場の方向を示す。
【００２４】
【図２】米国特許第７，０１５，０４７号にて説明したように、「アクセサリマイクロデバイス」を用いた磁気自己会合の概略図。
【００２５】
【図３】平面アレイを形成するマイクロデバイスの磁気アセンブリの概略図。
【００２６】
【図４】平面アレイを形成するマイクロデバイスの磁気アセンブリの実際の表示。
【００２７】
【図５】下から照らされた、二つの三つ指の磁気バーおよび配置バーを有する英数字コード、を含む丸いマイクロデバイスの画像；倍率５００ｘ。
【００２８】
【図６】配列されている単一の磁気バーを含むマイクロデバイスの概略図。トップパネルは、配列チップの一部を示す；下部のパネルは、配列チップの同じ部分に配列されたマイクロデバイスを示す。
【００２９】
【図７】下から照らされた、マイクロデバイスの長い軸と直角である磁気バーを有するマイクロデバイスの画像；倍率５００ｘ。
【００３０】
【図８】下から照らされた、異なる長さおよび英数字コードの矩形の磁気バーを含むマイクロデバイスの画像；倍率５００ｘ。
【００３１】
【図９】下から照らされた、二つの三つ指の磁気バーおよび英数字コードを含む矩形のマイクロデバイスの画像；倍率５００ｘ。右下のマイクロデバイスは「上向き」である。左上のマイクロデバイスは「下向き」である。
【００３２】
【図１０】本明細書において記載されるように平面アレイを形成するマイクロデバイスの磁気アセンブリの実際の表示であるが、磁気要素の間で完全に適合していない。マイクロデバイスは幅１０ミクロンおよび間隔３０ミクロンの磁気バーを含み、一方で配列チップの磁気バーは、幅１２ミクロンであり間隔３２ミクロンである。
【００３３】
【図１１】配列磁界（x軸）および持ち上げ磁界（ｚ軸）がある場合での配列チップ上のマイクロデバイス。左パネル：持ち上げ磁界がない；中央パネル：陽の持ち上げる磁界を有する同じ図；右パネル：負の持ち上げ磁界を有する同じ図。
【００３４】
【図１２】「上向き」平面アレイを形成するマイクロデバイスの磁気アセンブリの過程の実際の表示。左パネル：上向きおよび下向きのマイクロデバイスの配列された混合；中央パネル：下向きマイクロデバイスのみを持ち上げる、持ち上げ磁界の用途の間の同じ図；右パネル：配列磁界を逆にし、持ち上げ磁界を回転させた後の同じ図−すべてのマイクロデバイスは、上向きである。
【００３５】
【図１３】「下向き」平面アレイの実際の表示。左パネル：配列された上向きマイクロデバイス；右パネル：持ち上げ磁界を適用し、配列磁界を逆にし、持ち上げ磁界を回転させた後の同じ図−すべてのマイクロデバイスは、下向きである。
【００３６】
【図１４】いかなる回転に関しても非対称であるように位置する磁気要素を有するマイクロデバイスを用いる磁気アセンブリの概略図。
【００３７】
【図１５】ｘ，ｙ平面のいかなる回転に関しても非対称であるように位置する磁気要素を含む上向きおよび下向きマイクロデバイスのアレイの概略図。
【００３８】
【図１６】配列要素に関連するマイクロデバイスの四つの方位を示す概略図：左上−上向きおよび上の端が上；右上−下向きおよび上の端が上；左下−上向きおよび上の端が下；右下−下向きおよび上の端が下。
【００３９】
【図１７】適所に反転させることによる「上向き」平面アレイを形成するマイクロデバイスの磁気アセンブリの過程の実際の表示。左パネル：上向きおよび下向きのマイクロデバイスの配列された混合；中央左パネル：下向きマイクロデバイスのみを持ち上げる、持ち上げ磁界の用途の間の同じ図；中央右パネル：持ち上げ磁界が減少した後の同じ図；右パネル：配列磁界を逆にし、持ち上げ磁界を回転させた後の同じ図−すべてのマイクロデバイスは上向きであり、反転過程の前のアレイと同じ場所にある。
【００４０】
【図１８】非対称のマイクロデバイスの例。マイクロデバイスは、磁気要素の非対称の形状または非対称の配置のいずれかまたは両方を含む。マイクロデバイスは、ｘ，ｙ平面の回転に関して非対称である。
【００４１】
【図１９】マイクロデバイスのバーが同時に部分的にかつ完全に配列チップ上のバーに重なる平面アレイを形成するマイクロデバイスの磁気アセンブリの概略図。左パネルは配列チップの一部を示し、右側のパネルは、配列チップのその同じ部分に配列されたマイクロデバイスを示す。
【００４２】
【図２０】マイクロデバイスのバーが完全に配列チップ上のバーに重なる図式的に図１９に示される平面アレイを形成するマイクロデバイスの磁気アセンブリの実際の表示。上パネル：上向きおよび下向きのマイクロデバイスの配列された混合を示す配列チップの部分；中央パネル：下向きマイクロデバイスのみを持ち上げる、持ち上げ磁界の用途の間の同じ図；下パネル：配列磁界を逆にし、持ち上げ磁界を回転させた後の同じ図−すべてのマイクロデバイスは上向きであり、反転過程の前のアレイと同じ場所にある。
【００４３】
【図２１】磁気要素が補完的な穴を含む配列要素と関連したマイクロデバイスの配置を示す概略図。上部は配列されたマイクロデバイスを示し、下部は空きの配列部位を示す。
【００４４】
【図２２】マイクロデバイスおよび配列チップのバーが補完的な穴を含む平面アレイを形成するマイクロデバイスの磁気アセンブリの概略図。左パネルは配列チップの一部を示し、右のパネルは配列チップのその同じ部分に配列されたマイクロデバイスを示す。
【００４５】
【図２３】マイクロデバイスおよび配列チップのバーが補完的な穴を含む図式的に図２２に示される平面アレイを形成するマイクロデバイスの磁気アセンブリの実際の表示。照明は下から当てられ、マイクロデバイスおよび配列チップの穴の重複を示す。
【００４６】
【図２４】磁気要素がマイクロデバイスの範囲内で非対称に位置する穴を含む配列要素と関連してマイクロデバイスの配置を示す概略図。上部は配列されたマイクロデバイスを示し、下部は空きの配列部位を示す。
【００４７】
【図２５】配列チップ上の磁気要素のみが穴を含む配列要素と関連してマイクロデバイスの配置を示す概略図。上部は配列されたマイクロデバイスを示し、下部は空きの配列部位を示す。
【００４８】
【図２６】マイクロデバイス上の磁気要素のみが穴を含む配列要素と関連してマイクロデバイスの配置を示す概略図。上部は配列されたマイクロデバイスを示し、下部は空きの配列部位を示す。
【００４９】
【図２７】高保磁度配列チップ上への低保磁度マイクロデバイスの配列の概略図。上パネルは外部の磁界が配列チップ上の磁気要素の磁化の方向と平行に整列配置される場合に配列されるマイクロデバイスを示す。下パネルは外部の磁界が配列チップ上の磁気要素の磁化の方向と逆平行に整列配置される場合に配列されるマイクロデバイスを示す。矢印は、外部の磁場の方向を示す。
【００５０】
【図２８】配列要素が隣接した要素間の明確な隙間を提供しないように配列される高保磁度配列チップ上への低保磁度マイクロデバイスの配列の概略図。マイクロデバイスは、配列チップ上の磁気要素の磁化の方向に逆平行に整列配置される外部の磁界において配列される。矢印は、外部の磁場の方向を示す。
【詳細な説明】
【００５１】
実施態様は、マイクロデバイスの磁気的に組み立てられたアレイおよびその用途を形成する装置および方法を意図する。開示の明瞭さのため、制限としてではなく、詳細な説明は以下に続く小区分に分割される。
【定義】
【００５２】
別途定められない限り、本明細書において用いられるすべての専門的かつ科学的な語は本発明が属する技術の当業者に一般によく理解されるのと同じ意味を有する。本明細書において関連するすべての特許、出願、公表出願および他の刊行物は、それらのすべてにおいて引用により組み込まれたものとする。本出願で説明される定義が、本明細書に引用した特許、出願、公表された出願および他の刊行物にて説明される定義と反対であるまたは矛盾する場合、本出願に記載される定義が本明細書に引用した定義よりも優先される。例えば、定義が本出願で記載されず、本明細書に引用した定義の間で定義が矛盾する場合、米国特許第7,015,047 号おいて与えられる定義が優先される。
【００５３】
ここで使用される材料の「保磁度」は、飽和にされた材料の磁化の後ゼロまでその材料の磁化を減らすのに必要な適用された磁場の強度を指す。保磁度は、通常エルステッド装置において測定される。材料の保磁度より大きい磁場は、その磁化の方向を変えるよう強制するためにその材料に適用されなければならない。「高保磁度」材料は、しばしば永久磁石と称される。
【００５４】
ここで使用される「磁化の予め定められた優先軸」は、製造過程およびマイクロデバイスの設計についての知識により前もって決めることができる磁化の優先軸を意味する。マイクロデバイスの「磁化の予め定められた優先軸」は、そのマイクロデバイスの設計の基本的な態様であり、例えば、この適用に示される多くの実施態様において用いられるようにＣｏＴａＺｒのバー形の要素は、磁気バーの長い軸に平行である磁化の予め定められた優先軸を有する。「磁化の予め定められた優先軸」は、マイクロデバイスの磁気要素の形状、組成および構造上の構成に依存するマイクロデバイスの特性である。この適用に示される多数の実施態様において用いられるＣｏＴａＺｒのバー形の要素は、バーの長い軸に対して平行である磁化の予め定められた優先軸を有する；対照的に、磁性材料のランダムな分布を有する従来の磁気ビーズは、磁化の予め定められた優先軸を有しない。磁化の予め定められた優先軸に沿って誘発された磁化は（その絶対量において）、マイクロデバイスの他のいかなる軸に沿って誘発された磁化より大きいまたは少なくとも等しい。一般に、本発明のマイクロデバイスが適用された磁場および誘導された磁化の相互作用下で回転またはそれ自体の向きを定めるため、マイクロデバイスの磁化の予め定められた優先軸に沿った誘発された磁化（その絶対量において）は、少なくとも一つの他の軸に沿ってマイクロデバイスの誘発された磁化よりも少なくとも２０％多くなければならない。好ましくは、本発明のマイクロデバイスの磁化の予め定められた優先軸に沿った誘発された磁化（その絶対量において）、少なくとも一つの他の軸に沿ったマイクロデバイスの誘発された磁化より少なくとも５０％、７０％または９０％多くなければならない。さらにより好ましくは、本発明のマイクロデバイスの磁化の予め定められた優先軸に沿った誘発された磁化（その絶対量において）は、少なくとも一つの他の軸に沿ったマイクロデバイスの誘発された磁化の少なくとも２倍、５倍、１０倍、２０倍、５０倍または１００倍でさえなければならない。
Ａ．マイクロデバイス配列を形成するためのシステム
【００５５】
外部の磁場がある場合には、磁化の優先軸を含む磁性材料は、妨げられない限り、その優先軸を外部の磁場と整列配置する−地球の磁場において整列配置しているコンパス針に見られるものと類似している。そのような磁石を含んでいる一まとまりのマイクロデバイスが一緒に配置され、外部の磁場がこれらのマイクロデバイス上に出されて、妨げられない場合、それらは優先軸に沿って「チェーン」を形成する。チェーンの長さおよび磁気領域の端が重なる範囲は、外部の磁界の強さ、磁性材料の物理的な形状、マイクロデバイス内の磁性材料の配置、および、磁性材料の磁気特性次第である。図１は、外部の磁場が適用される場合に「チェーン」を形成する磁気バーを含むマイクロデバイスの概略図を示す。
【００５６】
磁化の優先軸を含むマイクロデバイスは、チェーンの形で「配列されることができる」。そのようなマイクロデバイスが光学的に定義可能な（すなわち光認識可能な）コードを含む場合、これらのコードは、「チェーン配列の」形式におけるマイクロデバイスの重複の範囲がコードを隠さない時に「チェーン配列の」形式で読まれることができる。図１は、コードが部分的に隠された場合を提示する。これらの概念は、米国特許第７，０１５，０４７号において展開された。さらにその特許において、互いに隣にある二つ光学的にコード化されたマイクロデバイスの低い発生率で「チェーン配列」を生じるため、光学的コードを含まない透明な「アクセサリ」マイクロデバイスが光学的にコード化されたマイクロデバイスと混ぜられることが提案された。米国特許第７，０１５，０４７号のように、自己会合の過程の間、「スペーサ」として透明な「アクセサリ」マイクロデバイスを使用する代わりに、本発明の実施態様は、単一の固定した基板支持部材にこれらの「アクセサリ」マイクロデバイスの磁気領域を組み込む。このように、結果として生じる「チェーン」は、（１）基板支持部材に埋められた磁気装置および（２）マイクロデバイス内の磁気装置の交互のパターンを含む。基板支持部材または「配列チップ」は、例えば図３および４に示されるタイプのバーのパターンのように磁化可能な材料のアレイから構成される。図3は、この配列過程の模式的な例を示す。図４は、７０ｘ９０ｘ３ミクロンであるマイクロデバイスがコバルトータンタルージルコニウム（ＣｏＴａＺｒ）の１２ｘ１５２ミクロン・バーのアレイを含む基板上に配列される過程の実際の例を示す。図４のマイクロデバイスは、ＣｏＴａＺｒの二つの１２ｘ７６ミクロン・バーを含む。
【００５７】
本発明の内容の一実施態様は、すでに紹介されたように、「磁気」特徴のパターンを含む平坦であるまたは本質的に平坦である非磁性基板を含む。特徴は、強磁性体、フェリ磁性または常磁性のいかなる材料からでも作ることができる。好適な材料は、高透過性の強磁性材料（例えばＣｏＴａＺｒまたはＮｉＦｅ）である。好ましくは、そのような特徴は、磁化の優先軸を有するバー形状である。基板は、平坦または平坦に近いいかなる材料からでも構成されることができる。好適な材料は、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ガラス、および、プラスチックを含む。
【００５８】
この第１実施例のバー・パターンが磁気ビーズを捕えるために他のものによって使用される磁気バー・パターンと類似している一方（例えば、米国特許出願第２００２／００８１７１４号；Yellen その他. J. Appl. Phys. 7331-7333 （2003）; Roberts et al. IEEE Trans. Magn., 3006-3008 （2004））、本明細書において議論される内容とそれらの以前の研究との間にいくつかの重要な相違が存在する。以前の研究は、ビーズ凝集が起こる可能性がある磁場勾配を最小化するのに注意を払いビーズを閉じ込めるためにバーによって生産される磁界に依存し、一方で本発明の好ましい実施態様においては相当な磁場勾配がある。より有意には、以前の研究において磁場の供給源は基板（配列チップ）面にあり、一方で本発明では、マイクロデバイスは基体表面に生じられる磁界と等しいまたはより大きい磁界を生成することができる。加えて、以前の研究において生じられる磁気捕獲アレイはただ事実上魅力的であり、一方で本発明の態様による磁気バーの好適なずれた配置は、配列過程に導くため、配列チップとマイクロデバイスとの間の磁気反発を使用する。
【００５９】
基板上に配列する少なくともいくつかのマイクロデバイスが本明細書において考えられるように強く相互作用するので、外部の磁界がある場合には自発的に整列配置し、ビーズ・ベースの方法では必要であるように、チップの表面を通じて分配されるのに流体の流れを必要としない。適切に配列されたマイクロデバイスによって発生する反発的な磁界により、各々の配列場所に一つのマイクロデバイスが占有することになる。これらのマイクロデバイスは、ビーズに記載されていたように（例えば米国特許出願第２００２／００８１７１４号）、配列バーの端から伸びる「局所的な磁界」によって捕獲または閉じ込められないが、マイクロデバイスおよび、配列チップの磁気バーの物理的な重複で、磁気的に縛られている。以前の研究（例えば、米国特許出願第２００２／００８１７１４号；Yellen その他. J. Appl. Phys. 7331-7333 （2003）; Roberts et al. IEEE Trans. Magn., 3006-3008 （2004））が、バーの間隔を磁気マイクロデバイスの容積より大きいようにさせる一方で、好ましい実施態様は、重複によって相互作用エネルギーの最小化で起こる配列過程と整合して間隔をより小さくさせる。上で記載されたマイクロデバイスおよび配列チップ特性を考慮に入れると、本発明の内容は、捕捉または捕獲によるアレイの形成よりむしろ磁気アセンブリによるアレイの形成としてより適切に記述されることができる。
【００６０】
本発明の内容と、磁気マイクロデバイスを配列する磁気バーを用いた以前に研究されたものとの基本的な相違は、以下を含む：
【００６１】
（１）本発明の内容の実施態様は、マイクロデバイスを配列するのに引力と同様に反発力を使用する。
【００６２】
（２）マイクロデバイス内の磁性材料の、特定の制御された分配は、磁性材料が各々のビーズ内でランダムに分配されるビーズ・ベースの方法と比較すると、配列過程の性質を劇的に変える。
【００６３】
（３）特定の磁気マイクロデバイスを配列チップ上の異なる領域に導く能力は、サイズまたは磁性材料の合計の量には基づかないが、マイクロデバイスの範囲内の磁性材料の分配に基づく。
【００６４】
（４）配列チップ上に配列されたマイクロデバイスの方位を制御する能力。
【００６５】
一態様において、本発明の内容はマイクロデバイス・アレイを形成するためのシステムに導かれ、そのシステムは：ａ）一以上の磁気領域を含む複数のマイクロデバイス；ｂ）マイクロデバイス上の磁気領域に若干相補的な複数の磁気領域を含む基板；および、ｃ）外部の磁場発生器を含む。
【００６６】
マイクロデバイス、詳細な説明
マイクロデバイスは、マイクロデバイスが磁化の優先軸を有する磁化可能な物質を含む。追加的な特徴は、光認識可能な符号化パターンを含むがこれに限らず、マイクロデバイスに組み込まれることができる。光認識可能な符号化パターンを含むそのようなマイクロデバイスの特性は、米国特許第７，０１５，０４７号において列挙される。米国特許第７，０１５，０４７号は、磁気アセンブリ過程と共存できるマイクロデバイスのサブセットを議論する。
【００６７】
マイクロデバイスは、いかなる形状も有することができる。それらは平坦面を有することができるが、平坦面を有する必要はない；それらは、ビーズに類似することができる。平坦なディスクは、好適な実施態様である。円、正方形、卵形、長方形、六角形、三角形および不規則な形状として成形されるマイクロデバイスは、磁気アセンブリ配列手順にすべて従う。矩形のディスク型のマイクロデバイスは、図１−４において挙げられる例に示される。図５は、丸いディスクであるマイクロデバイスの例を示す。マイクロデバイスは、いかなる適切な寸法であることができる。例えば、マイクロデバイスの厚みは、約０．１ミクロンから約５００ミクロンまでである可能性がある。好ましくは、マイクロデバイスの厚みは約１ミクロンから約２００ミクロンまでである。より好ましくは、マイクロデバイスの厚みは約１ミクロンから約５０ミクロンまでである。特定の実施態様において、マイクロデバイスは、約１０の二乗ミクロンから約１，０００，０００の二乗ミクロンまでの表面積を有する長方形の形状である（例えば１０００ミクロン掛ける１０００ミクロン）。特定の他の実施態様において、マイクロデバイスは約１ミクロンから約５００ミクロンまでの単一の寸法を有する不規則な形状である。
【００６８】
マイクロデバイスは、一つのまたは多くの磁化可能な要素を含むことができる。マイクロデバイスは、磁化の予め定められた優先軸を有することができる。単一の磁気領域を含むマイクロデバイスは、最も単純な例を表す。図６は、配列されている単一の磁気バーを含むマイクロデバイスの概略図を示す。
【００６９】
チャネルにおけるマイクロデバイスの配列（米国特許第７，０１５，０４７号）とは異なり、磁気アセンブリ配列過程において、マイクロデバイスの長い軸と一致する磁化の優先軸には特定の効果がない。図７は、マイクロデバイスの長い軸と直角をなす磁気バーを有するマイクロデバイスを示す。さらに、マイクロデバイスは定義可能な長い軸（例えば図５に示される円形のマイクロデバイス）を有する必要はない。マイクロデバイス内の個々の磁気要素は、いかなる幅、長さ、厚み、および、形状であってもよい。図８は、異なる長さのバーを含むマイクロデバイスの例を示す。図９は、マイクロデバイスの長い軸と平行した三つ指の磁気バーを含むマイクロデバイスの例を示す。マイクロデバイス内の個々の磁気要素は、類似したまたは異なる磁気特性を有する異なる材料から構成されることができる。
【００７０】
いかなる適切な磁化可能な材料も本発明のマイクロデバイスにおいて使われることができる。一例において、使用される磁化可能な物質は、の物質、フェリ磁性体、強磁性体または超常磁性の物質である。好ましくは、磁化可能な物質は、例えば鉄、ニッケル、銅、コバルト、マンガン、タンタルおよびジルコニウムのような遷移金属組成またはその合金である。好適な実施態様において、磁化可能な物質は金属酸化物である。さらに好適な材料は、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）およびコバルトを含む。追加的な好適な材料は、例えばＣｏＴａＺｒ、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）、コバルト・ニッケル鉄（ＣｏＮｉＦｅ）、コバルト・ニオブ・ジルコニウム（ＣｏＮｂＺｒ）、コバルト・ニオブ・ハフニウム（ＣｏＮｂＨｆ）およびコバルト・タンタル・ハフニウム（ＣｏＴａＨｆ）のようなコバルトの合金を含む。好ましくは、このような特徴は磁化の優先軸を有するバーの形状である。矩形の形状に加えて、用語「バー」は、磁化の優先軸を呈する細長いピラミッド状の形状のような僅かに不規則な形状と同様にロッドのような形状を含む。バーは固い必要はなく、以下のように切抜きまたは穴を含むことができる。磁化可能な物質は、完全にマイクロデバイスを含む非磁化可能な基板内部に（封入される）および、マイクロデバイスを含む非磁化可能な基板に付着して完全に外側に位置する、または、その中間のどこかに位置することができる。好ましくは、例えばミクロ機械加工またはリソグラフィ技術を用いて磁化可能な物質はパターン化され、その三次元形状はマイクロデバイスの設計の周知の特徴である。
【００７１】
マイクロデバイスが液状アレイ形式の分析を行うために用いられるので、従来の液状およびビーズ処理装置（例えば分注器）を用いて便利に等分または分配されることができて好都合である。したがって、磁場がない場合、それらが自己関連をしないことが望ましい。それゆえに、低い残存（すなわち、外部の磁場が取り除かれた後、媒体に残される磁化）は、望ましい品質である。ＣｏＴａＺｒのようなコバルト合金および酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）は、この基準を満たす磁性材料の好適な実施例である。
【００７２】
好ましい実施態様において、マイクロデバイスは、米国特許第７，０１５，０４７号にて記載されるように、多数の層から構成されるなる非磁性基板を含む。この非磁性基板は、光学符合化パターン（図５、７および８で示されるように）および穴を含む他の特徴を含むことができる。追加的な特徴が含まれ、マイクロ電気機械系（ＭＥＭＳ）において使用するもののような平面微細加工装置と共存できる広範囲な特徴のいずれかはマイクロデバイスの非磁化可能な基板に組み込むことができる。好ましい実施態様において、マイクロデバイスは、マイクロデバイス内でＭＥＭＳタイプのセンサが利用されることができる電気コンタクトパッドおよび回路を含む。この回路は、コンタクトパッドおよびセンサエレメントだけがマイクロデバイスの表面にさらされるように、マイクロデバイスの基板内で好ましくは封入される電気伝導材料から構成される。マイクロデバイスの表面上のコンタクトパッドは、配列チップ上の相補型コンタクトパッドによって、マイクロデバイスを電力源および／または検出装置に接続するために用いることができる。好ましい実施態様において、電気回路構成はユニークな構成の各々のマイクロデバイス内で配置され、したがって、マイクロデバイス・コンタクトパッドと配列チップの相補パッドとの間の接続は、マイクロデバイスの識別を決定するために用いてもよい。
【００７３】
ある実施態様において、マイクロデバイスは、化学または生物学的成分の付着に適している化学的反応表面を含む。他の実施態様では、この表面は、穴またはくぼみに存在する。一実施態様において、この表面はシランによって生じる（例えば、アミノプロピルトリメトキシシラン、ジシトキシプロピルトリメトキシシラン）。他の一実施態様において、反応表面が、試薬を含むチオールによって生じる（例えば１１−メルカプタンデカン酸）。もう一つの実施態様では、反応表面は自己会合した単分子層である（例えば、Ulman Chem. Rev. 96: 1533-1554 （1996） による「自己会合型単分子層の形成および構造」、および、Love et al. Chem. Rev. 105: 1103-1169 （2005）  による「微小工学の形状として金属上のチオレートの自己会合型単分子層」で検討された）。反応表面は、バッチ技術を用いてマイクロデバイスに生成されることができる（例えば、マイクロデバイスの露出した二酸化ケイ素表面上の反応表面を生成するため、シランのような適当な試薬の水溶液に入れられる一組のマイクロデバイス）。代替的に、反応表面は、ウェーハからのそれらの解放前にマイクロデバイスに生成されることができる（製作過程の間か後に）。反応表面は、（気相または液相のシラン化により）ウェーハ上のすべてのマイクロデバイスに適用されることができる、または、反応表面は、ウェーハ上のマイクロデバイスのサブセットのみにまたは個々のマイクロデバイス上の特定の場所にさえ適用されるように、特定の位置での沈澱（例えばインクジェット式の）またはマスキング（例えばフォトリソグラフィ）を用いてウェーハの特定の位置で適用されることができる。さらなる実施態様において、このような特定の位置の過程は、個々のマイクロデバイス上のユニークな化合物を生じるために用いることができる。このような技術は、ＤＮＡマイクロアレイを生じるために広く使われていて、安定した技術である（例えば、Pirrung Chem. Rev. 97, 473-488 （1997）「空間的にアドレス指定可能な組合せのライブラリ」、および、Gao その他 Biopolymers, 73:579-596 （2004）による「オリゴヌクレオチド・マイクロアレイのＩｎ  ｓｉｔｕの合成」を参照のこと）。さらなる実施態様において、個々のマイクロデバイス上の反応表面の位置は、パターン化されることができる。このようなパターン化は、材料が表面の修正から保護するために用いられるマスキングによって生成されることができ、例えばフォトレジスト層は二酸化ケイ素穴を囲むために用いることができ、そして、穴表面のシラン化に続き、フォトレジストは、シラン化されない表面を現すために溶かすことができる。パターン化はまた、異なる材料の使用によって達成されることができる。例えば、金の表面は二酸化ケイ素表面に作成されることができ、カルボキシル・アルキル・チオールとの反応は、金のみの上にカルボキシル表面を生じる。個々のマイクロデバイスは、単一のまたは多くのパターン化された反応表面を含むことができる。このような方法は、特にDNAおよびタンパク質マイクロアレイの製造に適用される場合の製作および化学文献において確立している。追加的な実施態様において、化学的反応表面は、強力な位相合成において使用されるリンカー分子と対応する。多数のこのようなリンカー分子は、組合せ化学の当業者にとって公知である（例えば、Jung, G.,組合せの化学、Weinheim、Wiley-VCH、1999;「薬発見のための化学ライブラリの広範囲な調査」、および、Dolle その他. Journal of Combinatorial Chemistry, 9:855-902 （2007）による化学生物学; 2006」を参照のこと）。
【００７４】
磁気要素を含むマイクロデバイスが外部の磁場に置かれる場合、磁気ダイポールはマイクロデバイスにおいて誘導される。マイクロデバイスが磁化の優先軸を有するので、妨げられない限り、それは外部の磁場の力の線と磁化のその優先軸を整列配置するために回転する。回転する外部の磁場に置かれる場合、マイクロデバイスは従来の磁気ビーズとは異なり、回転して、ミニ撹拌バーとして実質的に役立つ。したがって、アレイに関するいかなる考慮は別にしても、マイクロデバイスが強く外部の磁場に反応することが望ましい。ＣｏＴａＺｒ合金のような高飽和磁化を有する材料から構成される磁気要素は、好ましい実施態様である。
【００７５】
配列チップ、詳細な説明。
配列チップは、磁性および非磁性体の両方から構成される。いかなる適切な磁化可能な材料も、配列チップにおいて使われることができる。一実施態様において、使用される磁化可能な物質は、常磁性の物質、強磁性体、フェリ磁性体または超常磁性物質である。好ましくは、磁化可能な物質は、例えば鉄、ニッケル、銅、コバルト、マンガン、タンタルおよびジルコニウムのような遷移金属組成またはその合金である。好適な実施態様において、磁気物質は金属酸化物である。さらに好適な材料は、ＮｉＦｅおよびコバルトを含む。追加的な好適な材料は、例えばＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＮｂＨｆおよびＣｏＴａＨｆのようなコバルトの合金を含む。好ましくは、このような特徴は、磁化の優先軸を有するバーの形状である。多くの用途において、配列チップの残りの磁化は、望ましい品質である。マイクロデバイスと類似して、配列チップの磁化可能な物質、完全に配列チップを含む非磁化可能な基板内部に（封入される）および、完全に、外側は配列チップを含む非磁化可能な基板に付着して完全に外側に位置する、または、その中間のどこかに位置することができる。好ましい実施態様では、ガラス製基板の上に磁気要素を置き、二酸化ケイ素が平面または本質的に平面の表面を形成するように二酸化ケイ素でそれらを封入する。
【００７６】
この用途に示される実施態様が低い残留磁気および低い保磁度を有するＣｏＴａＺｒバーを含む配列チップを使用するにもかかわらず、これらの特性は、磁気アレイのアセンブリには必要でない。外部の磁場がない場合、高い残留磁気によりマイクロデバイスがチェーンまたはかたまりになるように磁気的に集合させるので、一般に、マイクロデバイスがそれを含むのは望ましくない；とはいえ、アレイの磁界が取り除かれた場合に組み立てられたアレイが完全なままであるために配列チップ内に含まれる磁気要素が前記特性を有することは、望ましい。しかしながら、連続的に適用される外部の磁場がない場合のほとんどの実験的な状況下で、アレイは乾燥して分析され、平坦なマイクロデバイスと配列チップとの表面の間の接着力は配列されたマイクロデバイスを適所に保つのに十分である。これらの接着力は、その状態下で乾燥することによってまたは乾燥により表面上にフィルムを残す試薬がある場合には、強化されることができる。
【００７７】
配列チップ内の個々の磁石要素は、異なる設計で構成されることができる。磁気要素は、いかなる形状およびサイズである可能性がある。個々の磁気要素は、他の全ての要素とは別であるまたはそのような要素のサブセットを含む。個々の磁気要素は、類似したまたは異なる磁気特性を有する異なる材料から構成されることができる。好ましくは、磁気要素は、磁化の優先軸を有するバーの形状である。より好ましくは、磁気要素は、磁化の予め定められた優先軸を有する。矩形の形状に加えて、用語「バー」は、磁化の優先軸を呈する細長いピラミッド状の形状のような僅かに不規則な形状と同様にロッドのような形状を含む。バーは固い必要はなく、以下に記載するように切抜きまたは穴を含むことができる。
【００７８】
好ましい実施態様は、高い透過性強磁性材料から構成されるバーである磁気要素である。これらのバーは、図５または８で示されるように矩形であるまたは本質的に矩形である。図５に示され、米国特許第７，０１５，０４７号に記載されたもののように「指」を含むバーは、他の好ましい実施態様である。これらの指は、短い（例えばバーの全長の１−２％）または、長い（例えば、バーのほとんど全長）またはその中間のどこかであってもよい。
【００７９】
非磁化可能な基板は、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、プラスチック、ガラス、セラミック、重合体、金属（例えば金、アルミニウム、チタン、その他）を含むいかなる適切な材料、または他の類似した材料またはこのような材料の組合せから構成することができる。好適な実施態様において、材料は二酸化ケイ素である。好適な他の実施態様において、材料はガラスである。基板は単一の層から構成される、または、多数の層から構成されることができる。配列チップ基板は、平らまたは本質的に平らである可能性があるが、その必要はない。配列チップにおいて、ある用途において望ましいように、マイクロデバイスの正確な配置を保証するため、マイクロデバイスの「収容」を可能にするくぼみが存在することができる。例えば、これらのくぼみは、平らにされるマイクロデバイスの収容のための平面部を有する、または、それらはビーズまたはビーズのようなマイクロデバイスの収容のために球状である可能性がある。好ましい一実施態様において、くぼみは、例えば、図７，８，９に示されるタイプの矩形のマイクロデバイスを保つ矩形の穴のように、個々の平面マイクロデバイスの形状に適合するように設計されている。
【００８０】
装置領域あたりの配列部位の数は、分類チップ上の磁気要素のサイズおよび間隔に依存している。例えば、大きさが７０ｘ９０ミクロンであるマイクロデバイスを配列する図４に示されるタイプのチップを配列チップは、平方ミリメートルにつきほぼ７０のマイクロデバイスを配列することができる。他の実施態様において、密度は非常に高い。例えば、大きさが５ｘ１０ミクロンである図６に概略的に示されるタイプのマイクロデバイスは、平方ミリメートルにつきほぼ１０，０００の密度のマイクロデバイスを配列することができる。
【００８１】
配列チップは、必ずしも分類過程を容易にする必要がない追加的な特徴を含むことができる。平面微細加工装置と共存できる広範囲の特徴のいずれかは、例えばＭＥＭＳにおいて使用するもののように配列チップの非磁化可能な基板に組み込まれることができる（例えばLiu, C, Foundations of MEMS, Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2006; Gad-el-Hak, M., MEMS （Mechanical Engineering）, CRC Press, Boca Raton, 2006を参照のこと）。好適な例はマイクロチャネルである。そのようなチャネルは、例えば配列チップ表面からのマイクロデバイスのように、試薬および他の材料を届けておよび／または除去するために用いることができる。追加的な好適な例は、電子および光学マイクロセンサＭＥＭＳにおいて使用するものを含む（例えば Gardner, J. W. その他, Microsensors, MEMS, and Smart Devices, John Wiley & Sons, West Sussex, 2001を参照のこと）。
【００８２】
好ましい実施態様において、配列チップは、電気的接点および回路を含む。この回路によって、電気刺激はアレイ上の特定の場所に配列チップを通じて送られることができる。この回路は、コンタクトパッドのみが配列チップの表面にさらされるように、配列チップの基板内で好ましくはカプセル化される電気伝導材料から構成される。外縁部上のコンタクトパッドまたは配列チップの表面は、配列チップを電力源および／または検出装置に接続するために用いることができる。アレイ内のコンタクトパッドは、配列チップ表面上の配列されたマイクロデバイスに電気的接点を作るために用いることができる。そのような回路、および、電気的接点は、マイクロデバイスのＭＥＭＳタイプ・センサから電力を供給するおよび／または信号を受け取るために用いることができる。好ましい実施態様において、これらの電気パッドはマイクロデバイスの識別のために使われる。電気コンタクトパッドを含むマイクロデバイスが相補型コンタクトパッドを含む配列チップ上に配列される場合、電気信号は、配列チップを通じて、および、配列されたマイクロデバイスを通じて送られることができる。好適な例において、配列チップ上のコンタクトパッドのパターンは可変でなく（アレイ上の各々の場所でも同じ）、一方でパターン・マイクロデバイスは、配列チップ部位の抵抗または伝導率のような電気的特性の測定により、配列されたマイクロデバイスの識別が決定されるように変化する。
【００８３】
好ましい実施態様において、配列チップは一連の別々のアレイを含む。そのようなアレイは、磁化可能でない基板の表面上のチャネルまたは壁によって切り離され、空のスペースによってのみ分けることができる。壁の場合、壁は基体表面と共存できる二酸化ケイ素、窒化ケイ素、プラスチック、ガラス、セラミック、重合体、金属（例えば金、アルミニウム、チタンその他）または、他の類似した材料またはそのような材料の組合せを含むいかなる材料でできていてもよい。好ましい実施例は、ＳＵ−８である。
【００８４】
他の好ましい実施態様において、テンプレートは物理的に個々のコンパートメントに分けるために配列チップ上に配置される。そのようなテンプレートは、プラスチックおよび金属を含む多種多様な材料から作ることができる。ＰＤＭＳは、好適な材料である。
【００８５】
他の好ましい実施態様において、配列チップは配列されたマイクロデバイスの読み取りおよび分析を援助するためにラベル、コードまたは配置マークを含む。
【００８６】
分類チップの磁気要素は、マイクロデバイスのそれらと相補的でなければならないが、必ずしも寸法または形状においてマイクロデバイスに適合させる必要はない。例えば、図１０に示すように、幅１０ミクロンおよび間隔３０ミクロンの磁気バーを含むマイクロデバイス幅１２ミクロンおよび間隔が３２ミクロン離れた磁気バーとうまく磁気的に組み立てられる。
【００８７】
製造  マイクロデバイスおよび分類チップは、様々な過程のいずれかを使用して製造されることができる。好ましい実施態様においてそれらは、従来マイクロ機械加工および半導体製造方法のバリエーションを用いて生成される。このような方法は、写真リソグラフィまたはＭＥＭＳ製造技術を議論する評論および教科書に記載されたものと同様に（例えば、Banks, D., Microengineering, MEMS, and Interfacing: A Practical Guide, CRC Press, 2006）、米国特許第７，０１５，０４７号および米国特許出願第２００２／００８１７１４号において記載および参照される。
【００８８】
磁場発生器、詳細な説明。磁気アセンブリ配列過程を動かすのに必要な磁場は、電磁石、永久磁石またはその二つの組合せによって生じることができる。以下に示される例において、すべての三つの方法は、マイクロデバイスの組み立てられたアレイをうまく生成するために用いられた。磁気アセンブリ過程と共存できる外部の磁場の強さは非常に広く、外部の磁場は、２Ｏｅくらい小さく、３００Ｏｅくらい大きい様にうまく使われた。この範囲外の磁界強度もまた、許容されなければならない。
【００８９】
好ましい実施態様において、磁場発生器は、多数の軸（例えばｘ，ｙ，ｚ）に沿って磁場を導く一組の入れ子にされた電磁コイル（例えばヘルムホルツ・コイル）から構成される。他の好ましい実施態様において、磁場発生器は、ヘルムホルツ・コイルと類似しているが、ヘルムホルツ・コイルからなる個々のコイルがそれぞれに調整されることができる電磁コイルの個々の入れ子にされた集合を含む。さらに好ましい実施態様において、コイルは例えば鉄またはフェライトのような磁気コアを含む。他の好ましい実施態様として、磁場生成システムは、陽または負の極性の出力を生じることができるDC電力供給を含む。他の好ましい実施態様として、磁場生成システムは、電磁コイルを動かすことができるアンプに連結するＡＣ電源または周波数生成器を含む。さらに好ましい実施態様において、磁場生成システムは、減磁パルスの生成に適しているＡＣ電源を含む。
【００９０】
磁気アレイ。配列チップに、磁気要素は固定される。「アクセサリ」マイクロデバイス・システム（図３）において、磁気自己会合は、磁力が、マイクロデバイス間の接着力、粘性抵抗、および、重力を含むマイクロデバイスの組み立てを妨げる磁力でない力に勝るのに十分な限り、いかなる方向においても外部の磁場がある場合に起こる。
【００９１】
磁気アセンブリが配列チップとマイクロデバイスとの間で起こる本発明の内容の好ましい実施態様において、組み立てを妨げる磁力でない力に勝ることに加えて、配列チップ（配列）で磁化された要素と同様にマイクロデバイスが互いに引きつけられる（自己集合）磁気の競争もまた存在する。マイクロデバイスは外部の磁界の方向に向き、一方で配列チップ上の磁石要素の方位は固定されたままである。最適な配列の状況の下で、外部の磁界は、配列チップの磁気要素の主軸に平行または本質的に平行であるように整列配置される。これらの状況の下で、配列チップおよびマイクロデバイスの磁気要素の磁気ダイポールアンテナは、整列配置され、したがって、自己関連するマイクロデバイスと配列表面との間の反発的相互作用の強さを最大にするのと同様にエネルギー的に有利な磁気アセンブリの強さを最大にする。
【００９２】
磁化可能な要素（例えば磁化可能なバー）を含む配列チップのため、マイクロデバイス内の磁気要素および配列チップ上のそれらによって発生する磁界の相対的な強さは、磁気要素を形成するために用いられた、材料の量、磁気要素の形状、および、使用された磁性材料の磁気特性に依存している。図５、７、８、および、９に示される例において、すべてのバーは、同じ材料−ＣｏＴａＺｒから形成された。９２：４：４の比率におけるこの特定の合金は、高飽和の磁化を有し、ほとんど残留磁気を有さず、磁気ひずみを有さない。使われた配列チップ上の磁気要素は、マイクロデバイスの磁気要素の二倍厚いまたは深く（すなわち、０．８ミクロン対０．４ミクロン）、２．５倍の範囲の長さに等しく、および１．２倍の幅に等しい。一般に、配列チップの磁気領域の端の近くで発生する予想される磁界は、マイクロデバイスの磁気領域によって発生する磁界より２から４倍大きい。後述するように、これらの比率が逆転する場合であっても、配列過程はよく作用しなければならない。
Ｂ．マイクロデバイス・アレイを形成する方法
【００９３】
別の実施態様において、本発明の内容は、マイクロデバイス・アレイを形成する方法を対象にし、その方法は以下の構成を含む：
ａ）  各々のマイクロデバイスが磁化可能な要素を含む複数のマイクロデバイスの提供であって、そこにおいて、該マイクロデバイスは磁化の予め定められた優先軸を有するような提供；ｂ）  該マイクロデバイスの配列チップと相補的な複数の固定した磁気要素を含む配列チップの提供；ｃ）  一以上の外部磁場発生器；ｄ）  該配列チップ上への該複数のマイクロデバイスの導入；および、ｅ）  磁気および／または他の力によって該配列チップ上での該マイクロデバイスの操作であって、それによって、力の組み合わされた効果、該配列チップの磁気要素の分配、および、該マイクロデバイスの磁気要素の分配が、配列チップの表面上に順序付けられたパターンのマイクロデバイスを実質的に表示するような操作。
【００９４】
基本的な配列過程は、マイクロデバイスのものおよび配列チップのものの２セットの相補型磁気要素のアセンブリを含む。一以上の磁場発生器は、配列過程を導くために用いることができる。説明を簡単にするため、三つ別々の磁場を考えるのが最も容易であり、各々は、デカルト座標系のｘ、ｙまたはｚ軸に沿って導かれる。均一の本質的に一方向性の磁界が、ヘルムホルツ・コイルにより生成することができる。一組の三つの入れ子にされたヘルムホルツ・コイルが、磁気配列の典型的な議論において必要とされる磁力を生成するために使われることができる。個々の磁場の強さは、各々届けられる電流を変えることにより急速に変えることができる。継電器または両極性の電力供給（負の電圧を許容する電力供給）を用いて、磁場の方向は、逆にされることができる。
【００９５】
第１の外部の磁場（「配列磁界」）は、配列過程を駆動するために配列チップの磁気バーの軸に沿って導かれる。明確さのため、配列軸はｘ軸と一致するように定められる。第２の外部の磁場（「持ち上げ磁界」）は、配列チップ（ｚ軸に沿って）の平面と垂直に導かれる。配列チップの平面の第３の外部の磁場（「回転磁界」）は、配列バー（ｙ軸に沿って）の軸と垂直に導かれる。配列磁界は、図４および１０に示すように適切に配列されたマイクロデバイスを生成するため、マイクロデバイスと配列チップとの間の磁気アセンブリを動かすために用いられる。持ち上げ磁界および回転磁界は、不適当に配列されたマイクロデバイスを除去し、それらが適切に配列されるまで、配列チップ周辺に移動させるために使われる。
【００９６】
磁気アセンブリ。ビーズが隣接した図４に示されるものに類似した固定したアレイを含む磁気バーの間で捕えられる「局所化された磁場」を用いたビーズの磁気的な配列が示された（米国特許出願第２００２／００８１７１４号；Yellenその他. J. Appl. Phys. 7331-7333 （2003）「超常磁性のコロイド・マイクロデバイス・アレイのパターン化された磁気フィルムへの印刷」；Robertsその他 IEEE Trans. Magn., 3006-3008 （2004）「高効率ＤＮＡ検出のためのパターン化された磁気バー・アレイ」）。米国特許出願第２００２／００８１７１４号により定義された「局所化された磁場」は、第1の磁気領域のＮ極と第２の磁気領域のＳ極との間の容積に本質的に存在する磁場である。
【００９７】
他の態様において、支配的な磁気相互作用は、それら要素の範囲内よりもむしろ磁気要素間の空間にある必要がある。さらに上記の通り、磁気捕獲とは異なり、本明細書において示される磁気アセンブリ過程の磁気引力が支配するところで、反発的磁気の貢献は過程には不可欠である。したがって、外部の磁場における配列チップの表面上のマイクロデバイスは、マイクロデバイス間の引力がマイクロデバイスと配列表面との間の引力より大きい場合であっても能率的に配列されることができる。これはマイクロデバイスの自己会合が、配列チップおよび自己会合するマイクロデバイスの磁気領域間の好ましくない反発的相互作用を要求するためである。例えば、ｘ軸（図４および１０の磁気バーの長い軸）に沿った均一な磁場を有する図４および１０に示されるアレイを考慮する。自己集合に対して配列するために必要な関連した自由エネルギー関係は、配列エネルギー、ＥＡＲが、自己集合、ＥＳＡのエネルギー、プラス、配列チップとマイクロデバイスとの間の反発的相互作用、ＥＲ１のエネルギーより少ないことである。各々のこれらの相互作用の強さは、製品の磁極強度と比例している；マイクロデバイスがｍＭＤで、配列チップがｎｉＡｃである。関連した関係は、次の通りである：
（１）ＥＡＲ∝ｍＭＤ・ｍＡＣ；ＥＳＡ∝ｍＭＤ・ｍＭＤ；ＥＲＩ∝ｍＭＤ・ｍＡＣ
【００９８】
そこでＥＲＩは、他の二つのエネルギー条件から符号において対立している。これらの関係に基づいて、マイクロデバイスの自己集合は、ｍＭＤ＞＞ｍＡＣである場合に支持され、配列は、ｍＡＣ＞＞ｍＭＤである場合に支持される。ｍＭＤおよびｍＡＣが類似した大きさである場合、自己集合のエネルギー、ＥＳＡ、および、反発的相互作用、ＥＲ１の合計は、効果的に相殺され、配列は強く支持される。さらに、ｍＡＣ＝ｍＭＤである場合、配列を導く相互作用の強度（すなわち、ＥＡＲおよびＥＲ１）は最大である。したがって、配列チップ上のおよびマイクロデバイス内の磁気要素の強度が大いに異なる（すなわち桁位置）である場合、磁気アセンブリ過程は、より効果的ではなくなる。マイクロデバイス内の磁気要素があまりに優性である場合には、主たる相互作用はマイクロデバイスの自己会合である。配列チップの磁気領域があまりに優性である場合には、マイクロデバイスのスタッキングが観察されることができる；大きさにおいて類似しているがＥＳＡとは符号において対立している反発的相互作用は、多数のマイクロデバイスが配列チップの同じ配列位置を占有するのを防止する。この追加的な反発的過程は、ビーズ・ベースの配列と本明細書において記載した磁気アセンブリとの間の他の基本的な他の相違である。
【００９９】
磁気アセンブリによる配列。本明細書において示される磁気アセンブリ配列過程において、磁気の特徴は、磁化の優先軸を有する。適用された外部の磁界、Ｈがある場合には、磁気の特徴Ｈ´内部の磁界は、消磁要因のために適用された磁界とは異なる。強磁性およびフェリ磁性材料において、Ｈ´はＨより少ない。磁気の特徴の形状および組成物はその消磁要因、および、磁気特徴の表面上の「磁気電荷」の分配を決定する
【０１００】
FEMM （http://femm.foster- miller.net）, MagNet （http://www.infolytica.com）, FEMLAB （http://www.femlab.com）（Pamme Lab Chip, 6:24-38 （2006）による「磁気およびミクロの流体工学」）のような、磁気アセンブリ配列過程およびその多数の磁気要素をモデル化するのに用いることができるさまざまなコンピュータプログラムが存在する。当業者は、マイクロデバイスおよび配列チップの磁気特性をモデル化するためにそのようなプログラムを使用することができる。しかしながら、多少の単純な仮定によって、磁気アセンブリによる配列過程についての定量および半定量的結論が出されることができる。
【０１０１】
例えば、図３、４、６、および、１０に示されるタイプの配列された磁化可能なバーの場合を考慮する。別々のバーの端の間の相互作用の距離は、バーの長さ、および、いかなる個々のバーの中の対向する極の間の距離よりも有意に短い。したがって、バーの長い軸の方向における均一の外部の磁場がある場合には、配列された状態において各々重なり合うバーの間の力は、
（２）Ｆ∝ｍ１ｍ２／ｒ２
であるように、分離された磁極間の相互作用として接近されることができる（すなわちクローンの法則）（Poon Am. J. Phys., 71 : 943-947 （2003）による「二つの磁石およびボールベアリング：画像の方法の単純な実証」）
【０１０２】
ここで、Ｆは二つの磁極間の力であり、ｒはそれらの間の距離であり、ｍ１およびｍ２はそれぞれの極の強度である。
【０１０３】
図３、４および１０に示される配列過程において、それらの図に示されるマイクロデバイスが適切に配列された形状にある場合、四つのそのような相互作用がある。
【０１０４】
三つの入れ子にされた直角のヘルムホルツ・コイル（一方向性の均一の磁場を生成することができる）の中央に理想とされる状況下（例えば、等しい密度の流体、ごくわずかな表面張力、および、接着力の欠如）で流体において懸濁される分離され妨げられていないマイクロデバイスを考慮する。均一の外部の磁場は、ｘ軸に沿って適用される。磁界が均一であるので、マイクロデバイス上の並進力はないが、しかしながらトルク、τが存在する。
（3） τ＝μＢｓｉｎθ
【０１０５】
ここで、μは磁気双極子の大きさであり、Ｂは磁場であり、θは磁場と磁気双極子との間の角度である。マイクロデバイスはその磁気要素を外部の磁界に整列配置するために回転する、例えば、バーはｘ軸（トルクはゼロになる）によって整列配置する。
【０１０６】
ｙ軸に沿った第２の均一の外部の磁界が適用されると場合、式3によって記載されるように、分離されたマイクロデバイスは追加的なトルクを経験する。マイクロデバイスは、トルクをゼロに下げるために回転する。したがって、ｘおよびｙ方向の磁界の大きさが等しい場合、マイクロデバイスはxおよびｙ軸に対し４５度の角度に向く。磁界が同時に適用される場合、平衡位置に対する回転はランダムである。磁界が順番に適用される場合、第１の磁界が磁気要素において極性を確立したので、第２の磁界が適用されるとすべてのマイクロデバイスは、新しい平衡位置に同じ方向において回転する。同様に、追加的な均一の外部の磁界がｚ軸に沿って適用される場合、マイクロデバイスは、マイクロデバイス上のトルクを除去するために再び平衡位置に到達する。
【０１０７】
ここで、ｘ軸と整列配置されるバーを有する図３、４、および、１０に示されるタイプの配列チップの付加を除いては同じ過程を考慮する。磁界がｘ軸に沿って適用される場合、マイクロデバイスは、配列チップの磁気要素と相互作用し、配列された形態を達成する。ｙ軸に沿った第２の磁界の適用は、配列されたマイクロデバイスにトルクを適用する。しかしながら、ｙ軸に沿った磁界がｘ軸に沿った磁界と大きさが等しい場合であっても、マイクロデバイスは回転しない。これは、適所にマイクロデバイスを保つ配列の力の結果である。回転は量子化される（すなわち、ｙ軸に沿った磁界に出されるトルクが配列の力よりも大きくなるまで、マイクロデバイスは配列されたままである）。トルクがその閾値を上回ると、マイクロデバイスは本質的にｙ軸に沿って整列配置するために回転する。これは、理想とされたモデルにおいてさえ熱力学的に可逆的な過程ではない。ｅｑｎ  ２に示すように配列の力は、配列された状態の磁極間の距離に依る。マイクロデバイスが配列された状態から回転すると、磁気電荷の間の距離は大きくなる。したがって、マイクロデバイスを乱すのに十分なｙ方向の磁界を適用したあと、その磁界の大きさが少し減少してもマイクロデバイスを配列させない。
【０１０８】
同様に、ｚ軸に沿って適用される第２の外部の磁界は結果として量子化された運動になるが、過程は相当に複雑になる。ｚ軸と整列配置するマイクロデバイスの回転により、配列チップ表面とのすべての好都合な接触を失うマイクロデバイスにはならない。完全に直立したマイクロデバイス（すなわち、ｚ軸と本質的に整列配置した）は、図１１に示すように、配列チップの磁気要素との強い磁気相互作用を維持する。
【０１０９】
実際には、配列チップ表面に配置される多くのマイクロデバイスが存在する。すべてのマイクロデバイスが空の配列位置に降りるまたはその近くにはないので、ｘ軸に沿って導かれる均一の磁界がすべてのマイクロデバイスを配列するというわけでない。yおよびz方向のもののように配列していない磁界の目的は、配列チップの表面上でマイクロデバイスを移動すること、および、効率的な配列を容易にすることである。配列磁界はまた、磁界勾配が配列磁界に導入されるので、例えば１秒につき複数回、配列磁界の方向を急速に循環させることによって配列過程に悪影響を与えずに、配列されないマイクロデバイスを移動し、配列を容易にするために用いることができる。単独でまたは磁場と関連した他の力もまた、誤配置されたマイクロデバイスを向け直すために用いることができる。そのような力は、米国特許出願第 ２００２０１３７０５９号にて説明したように、流体力、音響力、誘電泳動力他のような振動力を含む。後述するように、この過程は、また、直接の方位と同様に不完全なまたは壊れたマイクロデバイスを取り除くために用いることができる。一例において、追加的な力は、磁場発生器がある場合に、配列チップの変化によって生成される。この運動はいかなる方向もの運動を含むことができ、好ましい実施態様において、それは配列チップの回転を含む。
【０１１０】
他の態様単一のマイクロデバイスを使用している単純な例でカバーされない他の態様は、多数のマイクロデバイスの磁気的な自己集合である。上記のように、配列磁界のみがある場合には、マイクロデバイスは自己集合をしない（磁気的に関連するマイクロデバイスと配列チップの磁気要素との間の反発のため）。磁界がｚ軸に沿って加えられる場合、自己会合はほとんど起こらない。これは、マイクロデバイスが配列チップの表面にあるためであり、および、配列チップ上の磁気要素によって、配列チップの位置を開くために引き出すことができる。ｚ軸に沿って磁界と整列配置するマイクロデバイスが直立しているので、それらは、配列チップ表面と直接的な表面接触をほとんど有しない。したがって、マイクロデバイスは、配列チップ表面にわたり直ちに分配し、直接相互作用する配列チップ上の磁気双極子の空の一組を見つける傾向がある。持ち上げ磁界（すなわちｚ軸）を変化させるいくつかのサイクルの後、自己集合されたマイクロデバイスの直立したいくつかのチェーンが、ｚ軸に沿って導かれる強い磁場がある場合に配列過程の初めに形成することができる一方、本質的にすべてのマイクロデバイスは磁気的に表面に密接に結びつくことができる。対照的に強い磁場がｙ軸に沿って適用される場合、自動会合するマイクロデバイスと配列チップとの間の好ましくない磁気反発が最小化されるので、有意な自己集合は起こることができる。
【０１１１】
実際には、ｘ軸に沿った方向づけが維持され、ｚ軸に沿った磁化が重力を減少し、浮力はマイクロデバイスを配列チップ表面の方へ導く際に援助するので、ｚ軸の乱れは容易に逆転することができる。したがって、誤配置されたマイクロデバイスを持ち上げるのに十分であるｘ−ｚ平面の回動磁場の適用は、最適にｚ軸と整列配置される場合、効率的な配列を導くことができる。ｚ軸に沿って磁場によって乱される場合、ｘまたはｚ磁界（図１１に示すように）の方向を変えることによって制御可能な位置であるバー間の隙間の左または右のどちらでもそれらの直立した位置において、適切に配列されたマイクロデバイスはｘ軸に沿って同じ方向を有することができる。ｙ軸に沿った回転のため、潜在性の接着的な相互作用が、マイクロデバイスと配列チップ表面との間に存在する。
【０１１２】
量子化された混乱効果は、配列過程を動かすために用いることができる。マイクロデバイスが配列されると、適切に配列されたマイクロデバイスを乱すのに必要で閾値のちょうど下のｙおよびｚ軸に沿って磁界を適用することにより、不適当に配列されたまたは壊れたマイクロデバイスを配列チップの表面上で移動することができる。均一の外部の磁界においてさえ、マイクロデバイスは、マイクロデバイスによって占められない配列チップにおける磁気要素によって発生する磁場により引きつけられる配列チップの表面へ移動することができる。
【０１１３】
ｘ−ｙ平面の非均一の磁界は、より効率的にマイクロデバイスを配列チップの表面に広げるために利用することができる。好ましい実施態様において、交互の磁界勾配は、xおよびy方向において適用される。そのような磁界は、磁気コアを含むものを含むヘルムホルツ・タイプ・コイルまたは類似したコイルを使用し、磁場の方向を急速に逆転させて発生することができる。そのような磁界はまた、個々の電磁コイル（例えば、コイルが別に作動されるヘルムホルツ-タイプ設計、または、Variomag社で販売されるもののような電磁気撹拌器）を用いて、または、移動可能な永久磁石（例えば、化学研究所での使用のために市販のモーター駆動磁気撹拌器）、または、永久および電磁コイルの組合せの使用により、発生することができる。
【０１１４】
この配列過程の重要な変数である一つのパラメータは、配列チップおよびマイクロデバイス両方の磁気要素を被覆している非磁性層の厚みである。ｅｑｎ  ２に示すように、配列の相互作用の強度は、距離の逆二乗に依存している。磁気的にアセンブルされた状態において、この距離は、磁気要素に被覆される封入された非磁性材料の厚みの合計に等しい、すなわち、
（４）ＦＡｒｒａｙｉｎｇ∝１／（ｄＭＤ＋ｄＡＣ）２
【０１１５】
ここで、ｄＭＤはマイクロデバイス上の封入層の厚みを表し、ｄＡＣは配列チップ上の封入層の厚みを表す。これらの厚みは、配列チップとマイクロデバイスと間の配列力の強度と同様に、マイクロデバイスの自己会合の強度に影響を及ぼす。すなわち、自己会合の力、ＦＳＡは、次のように書くことができる：
（５）ＦＳＡ∝１／（ｄＭＤ＋ｄＭＤ）２
【０１１６】
上記したように、配列が自己会合を支配する場合に最適な配列が起こる。ｅｑｎｓ  ４および５から、これは、ｄＭＤ＞＞ｄＡＣである時に起こる。しかしながら、ｄＭＤがｄＡＣよりどんなに大きくても、力の比率は約４倍を上回らない。磁極の間の距離の増加が配列チップとマイクロデバイスとの間の弱い相互作用を弱めるので、ｄＭＤの大きい絶対値は望ましくない。これらの距離の適切な選択は、特定の用途、磁気要素のサイズ、材料の磁気特性、および、マイクロデバイスのサイズおよび密度に依存する。図７、８、および、９に示されるタイプおよびサイズのマイクロデバイスにおいて、ほぼ１から２ミクロンのｄＭＤの値が、２ミクロンより少ないｄＡＣの値でよく作用することがわかった。この範囲外の値でも、まだよく作用する。マイクロデバイスの容積が減少するにつれて、ｄＭＤの最適値は１ミクロンより少なくなる可能性がある。
【０１１７】
マイクロデバイスの端からの磁気要素切り離す非磁性体の量は、マイクロデバイスを乱すのに十分なｚ軸に沿った磁界がある場合には配列チップ表面上にマイクロデバイスを保つ相互作用の強度に影響を与える。磁気要素の飽和磁化、および、磁性材料の形状および量と一緒にこれらのパラメータは、配列過程を微調整するために使うことができる。
【０１１８】
接着。理想的でない条件下での実際の流体において、マイクロデバイス間、および、マイクロデバイスと配列チップとの間の接着力は、重要である（Bikerman Academic Press, NY 1961による「接着結合の科学」）。これは、特に水のような高い表面張力の流体にあてはまる。表面間の接着力は、マイクロデバイスの平坦表面と垂直に出される。接着力は、毛細管、静電、ヴァンデルヴァールス、および、化学的力を含む多様な力に起因する（Maboudian & Howe J. Vac. Sci. Technol. B, 15:1-20 （1997） による「批評的概説：表面マイクロメカニカル構造の接着」）。接着の強度は、表面の特性（例えば粗さ、剛性、親水性）と同様に主に溶媒の特性（例えば表面張力）に依存している。
【０１１９】
接着力が配列チップ表面とマイクロデバイスとの間に存在する一方、それは、マイクロデバイス分離および配列に対する主要な障害を表すマイクロデバイス間の接着力である。これは、配列チップが静止しているからである。適当な磁場が適用されると、誤配置された支持者マイクロデバイスは、接着に対抗する最大限の磁力（例えば持ち上げ力）を経験する可能性がある。マイクロデバイス-マイクロデバイス接着の場合、マイクロデバイスは適用された磁場において一緒に移動することができ、磁力の一部のみが、接着に勝るように適用されることができる。
【０１２０】
例えば、最初に、三つの入れ子にされたヘルムホルツ・コイルの中央において非磁性基板上の実際の流体における磁気的に自己会合するマイクロデバイスを考慮する。磁力は自己会合するチェーンの形成を進め、マイクロデバイス間の接着力はマイクロデバイスのチェーンの形成を支える。均一の磁場において、同じトルクが各々のマイクロデバイスに適用される。したがって、無限のチェーン長に対抗する主要な力は、流体とマイクロデバイス・チェーンとの間の相互作用から生じる剪断力である。この剪断力は、回転速度、流体の特性、および、関連した表面積に依存している。ｘ−ｙ平面において平らに置かれ、その平面において回転するマイクロデバイスにおいて、関連した表面積はマイクロデバイスの端に沿っている。直立して立ち、ｘ−ｙ平面において回転するマイクロデバイスにおいて、その表面はマイクロデバイスの表面である。図７、８、および、９（６０ｘ７５ｘ３ミクロン）に示されるタイプのマイクロデバイスのための第一近似（マイクロデバイスの自己集合の間起こる表面重複の効果を無視すると）において、直立したマイクロデバイスの剪断力は、平らに置かれたマイクロデバイスのものより少なくとも２０倍大きい。したがって、直立したマイクロデバイスの回転により、平らに置かれたマイクロデバイスの回転よりもチェーン長がより短い結果になると予想される。
【０１２１】
上の例の非磁性基板の配列チップとの交換は、磁気的に組み立てられたマイクロデバイス・チェーンに出される追加的な力につながる。優性の配列磁界がある場合には、いくつかのマイクロデバイスは、配列チップの磁気要素で、磁気的に集合する。
【０１２２】
しかしながら、占有が増加すると、磁気的に配列されたマイクロデバイスに起因する追加的な反発力が配列効率の劇的な減少につながる−これらの反発的相互作用は、マイクロデバイス・チェーンを表面から押しのける。かなり大きい磁界がｚ軸に沿ってある場合、これは特にあてはまる。加えて、ゆるく結合するマイクロデバイスが最初に配列される傾向があるので、残りの自己会合したマイクロデバイスは、最初の混合よりも分離が困難になりがちである。ｅｑｎ５に示され、上記で議論されたように、磁気組み立て過程は、距離に依存している。したがって、実際の流体において、均一の磁場がある場合に、磁気の配列はｘ、ｙ平面にマイクロデバイスを保持することによって補助される。
【０１２３】
配列効率を改善する一つの方法は、例えば液体−表面界面の表面張力を減少させることによって、溶液の条件を変えることである。これを達成する一つの方法は、純粋な有機溶媒または水溶液への例えばアセトニトリル、アルコール（メタノール、エタノール、イソプロパノールその他）または界面活性剤のような添加物の使用によるものである。メタノール、および、アセトニトリルのような添加物も水溶液の粘性を増やし、結果としてより大きな剪断力になり、接着したマイクロデバイスを切り離すのが補助される。
【０１２４】
表面の荒加工もまた、使用されることができる。表面特性もまた、化学処理によって調整されることができる。例えば、シランの適用は、接着力（溶液条件に従い）に好都合または不都合である親水性（電荷表面を含む）または疎水性表面を生成するために用いることができる。そのような方法は、表面化学およびマイクロ製造の従来技術において確立される。しかしながら、多くの表面処理は特定の用途を共存できない；したがって、実質的にすべての表面および化学で作用する接着の混乱のため、強力な手順を提供することが望ましい。
【０１２５】
それらを動かす力（例えば、磁気、流体、化学的力（蒸発、および、溶媒ベースの疎水性のような力を含む）の適用することなく溶液の中に懸濁されたならば、個々のマイクロデバイスは強く結合しないので、磁気の自己集合は接着力を増加させる。同様に、配列磁界がある場合には配列チップ表面上の自己会合しないマイクロデバイスは、測定可能な範囲で自己会合しない。したがって、接着力が配列に対する主たる障害であるので、接着力の乱れは、配列力がある場合には、有意に配列過程を加速しかつ強化する。
【０１２６】
これらの粘着的な相互作用を中断させる唯一の方法は、磁力を適用することである。例えば研究所撹拌プレートによって生じられるような、様々な磁場勾配がある場合には、マイクロデバイスは、自己集合したチェーンに沿って異なる位置で異なる真の力を経験する。これは、チェーンにおける異なるマイクロデバイスに出される磁力の相違につながり、接着の相互作用の混乱を容易にするのに役立つ。磁場勾配を回転させる重要な態様は、磁界が変化するとマイクロデバイス磁化のずれが存在することである。これは結果として、接着されたマイクロデバイス間の反発的相互作用につながる異なる磁場を経験するチェーンの異なる部分になる。これらの反発力は、接着力に勝るためには十分である。
【０１２７】
好ましい実施例は、x、y、および、z-軸に沿って可変の磁場勾配を生じる磁場発生器である。好ましくは、この装置によって発生する磁界は、それらが適切に配列されたマイクロデバイスを乱すには不十分であるが、誤配置されたマイクロデバイスを取り除くのに十分であるように調整されることができる。
【０１２８】
例えば、そのような装置は、磁気撹拌プレート上の磁石の永久磁石またはアセンブリから構成されることができる。配列チップは、装置の上に載置されることができる。好ましい実施態様において、回転磁石と配列チップとの間の距離は、配列チップによって経験される効果的な磁場の規制を容易にするために調節可能である。第２の磁気装置（例えば電磁コイルまたは永久磁石）は、固定した配列磁界を生成する。好ましい実施態様において、磁界は、磁界の配列の強度が調節可能である電磁コイルまたは一対のコイルによって生成される。他の好ましい態様において、装置は、列において電圧を加えられる一組の小さいマグネット・コイルによってｘ−ｙ平面の回転磁界を生じる。加えて、調節可能であるコイル・アレイと配列チップとの間の距離で、コイルに提供されるエネルギーは、配列チップによって経験される効果的な磁場の規制を容易にするために制御されることができる。そのような小さいコイルのアレイは、市販の磁気撹拌器において広く使われている。
【０１２９】
持続的な状態の自己集合が要求されない場合、ｘ、ｙ、および、ｚ軸に沿った磁界勾配を有する回転磁界はまた、マイクロデバイスを混合するための好ましい実施態様である。持続的な鎖でつながれた状態は結果として、周囲の流体をとの相互作用から保護されているマイクロデバイスの表面積になるので、マイクロデバイスが液状アレイ書式において使われる場合、そのような状況は、しばしば存在する。具体的には、持続的な鎖でつながれた状態が要求されない状況は、マイクロデバイス表面の変更、成分の付着、サンプル・スクリーニング、分析法開発その他を含むすべての処理および分析ステップを含むことができる。
【０１３０】
均一の磁場において低保磁度材料を用いる場合、配列および組み立ての磁気エネルギーは常に引力である一方、磁場の変化（例えば永久磁石の回転またはマグネット・コイルの電流の反転）がある場合には、磁力は、しばらくの間反発的である可能性がある。この反発的エネルギーは、マイクロデバイス間の接着に勝り、上記のように配列過程を容易にすることにおいて重要な役割を果たす。第一近似では、この反発的エネルギーは、引力のエネルギーに等しい大きさであると考慮され、マイクロデバイスの表面接着を克服するのに十分である量よりも多い。
【０１３１】
マイクロデバイス方位の誘導。配列過程を動かす第２の磁界の使用は、組み立てられたアレイにおけるマイクロデバイスの側位を導くいくつかの好ましい実施態様の能力の少なくともいくつかにおいて明らかに現れる。上向きおよび下向きであるマイクロデバイス間を区別する能力は、マイクロデバイス内の磁気要素の非対称の配置を通じて達成される。この非対称のそのような例は、マイクロデバイスの上向きおよび下向き表面とマイクロデバイス内の磁気要素との間の距離に違いがあるｚ軸（マイクロデバイスの厚み）に沿って非対称である。図９は、配列実験の際に使用されるのと同じタイプの上向きおよび下向きのマイクロデバイスの例を示す。磁極の間の距離への配列力の感度は、ｅｑｎ．２において反映される。ｅｑｎ．４に示すように、この距離は、マイクロデバイスにおいてと同じく、配列チップにおいて磁気要素をカプセル化する層の厚みに依存している。図９に示されるタイプのマイクロデバイスは、二酸化ケイ素（１．０ミクロン）の下層（下側表面）よりも厚い二酸化ケイ素（１．８ミクロン）の上層（上側表面）を有する。図１０に示される配列チップは、０．４ミクロンの二酸化ケイ素の層によって適用される。したがって、それらの配列された位置において、上向きマイクロデバイスは、配列チップ上の磁気バーからの１．４ミクロン離れて磁気バーを有し、一方で下向きマイクロデバイスは、配列チップ上の磁気バーからの２．２ミクロン離れて磁気バーを有する。この距離（１．４対２．２ミクロン）のこの違いは、適当な配列磁界がある場合に、持ち上げ力（例えば、磁気、流体または他の）は、下向き位置に配列されるマイクロデバイスが配列チップの表面から持ち上げられ、上向き位置に配列されるマイクロデバイスがそれらの配列位置にあるままであるように導かれることができるように、十分に大きい。上向き配置のそのような過程は、図１２において示される。その過程において、上向きおよび下向きに配列された混成のマイクロデバイスは、下向きマイクロデバイスのみを持ち上げる持ち上げ磁界（ｚ軸）を受ける。配列磁界（コイルを配列することによる電流の方向を逆転させることによって）を逆にし、持ち上げ磁界を回転させると、結果として前に下向きであったマイクロデバイスは、上向きになる。
【０１３２】
さらに、下向き方位が要求される場合、上向き配列過程が完了されるならば、マイクロデバイスは、図１３に示すように外部の磁場を変化させることによって「反転」することができる。図１３に示される過程において、すべてのマイクロデバイスは、それらを表面から持ち上げる持ち上げ磁界（ｚ軸）を受ける。配列磁界を逆にして、それから持ち上げ磁界からそれることにより、結果として前に上向きであったマイクロデバイスは、下向きになる。厚みが１％ほど小さい違いが、上向き／下向き方位を導くために用いることができると考えられる。好ましい実施態様において、厚みのこの違いは１０％より大きい。さらに好ましい実施態様において、この違いは５０％より大きい。なおさらなる好ましい実施態様において、この違いは１００％より大きい。
【０１３３】
ｘ−ｙ平面（マイクロデバイスの表面）内で非対称である磁石要素の使用はまた、マイクロデバイスの方位を導くために用いることができる。例えば、図８に示されるタイプのマイクロデバイスは、ある分離した方位（配列チップ上の磁気要素に依存している）のアレイに導かれることができる。図１４は、この配列過程の概略図を示す。ｘ−ｙ平面内の非対称を用いたマイクロデバイスの方位の誘導は、側位を制御するために配列力の距離依存を利用する先に述べた方法とは無関係であり、それによって二つの方法が一緒に使われることができる
【０１３４】
上向きおよび下向きに加えて、マイクロデバイスの多数の可能な分離した方位が存在する。図１４にて概略的に示すように、マイクロデバイスはｘおよびｙ軸（マイクロデバイスの幅および長さ）に関して向きを定めることができる。図１５は、配列された形式における上向きおよび下向きマイクロデバイスの概略図を示す。さらに、配列要素との適切な選択によってマイクロデバイスの磁気要素がマイクロデバイスの幅および厚みに関して非対称であるので、それらは、図１６に示すように配列要素に関連して四つ方位のうちの一つに向くように導かれることができる。マイクロデバイス内の磁気要素は配列要素と同様に、マイクロデバイスまたは配列チップの端に平行または垂直である必要はない。したがって、配列チップの平面内のいかなる固定線と関連するマイクロデバイスのいかなる方位も、得ることができる。
【０１３５】
さらに、マイクロデバイスは配列チップの平面の外側において異なる角度で向きを定めることができる。上向き、および、下向き方位にかかわりなく、マイクロデバイスは図１１に示すように端の上に立てられることができ、端の選択は外部の磁石磁界の方向によって命じられる。さらに、磁場の強度を変化させることによって、マイクロデバイスの傾斜角は、０から９０°（平坦から直立まで）に変化することができる。これは、マイクロデバイスが９０°未満の角度であるように、中心および右のパネルが変化した磁場の方向（異なる端が配列チップの表面にある）を有するだけでなく、配列磁界（ｘ軸）に関連する持ち上げ磁界（ｚ軸）の強度が右のパネルにおいて減少した、図１１において示される。
【０１３６】
上向き／下向き比率はまた、非磁性的な方法により影響を受ける可能性がある。二酸化ケイ素（１．０ミクロン）の下層（下側表面）よりも二酸化ケイ素（１．８ミクロン）の厚い上層（上側表面）を有する図９に示されるタイプのマイクロデバイスもまた、非均一な密度を有する。磁気バーが９ｇ／ｃｍ３までの密度を有する一方で、二酸化ケイ素が2 ｇ／ｃｍ３までの密度を有する。これにより、マイクロデバイスは「下が重く」なる、すなわちそれらの重量の大多数が下半分にある。結果として、いつのマイクロデバイスが溶液に解放されて安定されると、それらは、優先的に上向き方位に降りる。
【０１３７】
図１２および１３に示される上向き／下向きの配列の例は、マイクロデバイス（ｚ軸）の厚みに沿ってそれらの場所に関して非対称である磁気要素を含むマイクロデバイスの方位を操る一つの方法のみを表す。その例において、アレイ上のマイクロデバイスの上向きおよび下向き位置は、反転によりアレイ内のその元々の位置に隣接した位置にマイクロデバイスを移動させるので、同じではない。好ましい実施態様において、マイクロデバイスは適所で反転し、それらは、反転後にアレイにおいて同じ位置を占める。これは、多くの方法で達成されることができる。ある場合において、適所での反転過程は、逆転の間、配列コイルに電流を供給する電源がゼロ電流に設定されるステップを含むステップにおいてそれを上昇させる代わりに配列磁界（ｘ軸）の逆転、および、滑らかな配列磁界の変化の前に、持ち上げ磁界（ｚ軸）の強度を減らすことによって実行される。図１７は、この過程を用いて適所で反転されたマイクロデバイスの例を示す。適所での反転はまた、後述するような配列チップ構成の変更によって容易にされることができる。
【０１３８】
マイクロデバイスの特定の方位は、マイクロデバイスと配列チップとの間の相互作用の強度の違いに結びつくマイクロデバイスの軸に沿った対称の違いの利用によって達成されることができる。加えて、配列過程がマイクロデバイスの形状を補足する穴またはくぼみにおいて実行される場合、非対称に成形されたマイクロデバイスは、対称を除去するために用いることができる。それは、問題のマイクロデバイスの全体的な対称である。したがって、磁気要素および形状の対称平面および軸が一致しない場合、対称形の磁気バーおよび対称形の形状により、非対称のマイクロデバイスを生じることができる。図１８は、そのような非対称のマイクロデバイスのいくつかを示す。これらの例は、図示するためのものであり、網羅的な意図を有しない。
（＊訳注２）
磁気的相補性。全体的な磁気強度のいかなる考慮とは別にして、マイクロデバイスのバーの長さと関連する配列チップ上のバーの長さは、重要である。マイクロデバイスは、マイクロデバイス間、および、マイクロデバイスと配列チップとの間の重複または重複に近い磁気領域で起こる引力および反発力によって、適所に導かれる。好ましくは、マイクロデバイス上の、および、配列チップ上の要素は、類似した長さ（二倍以内）である。（＊訳注３）「磁気電荷」が磁気領域の端の近くに集中されるので、長いバーはそれらの中央域においてかなり短いバーを引きつける。これらの相互作用が適切に配列された方位より弱いので、磁力の除去がそれらを乱れさせるために用いられるのを認識することは重要である。しかしながら、バーが類似した長さである場合、完全に重なり合うバーの間の相互作用は、もはや引力的ではなく反発的である。この反発的相互作用は、例えば図１０に示されるもののように配列チップ磁気要素のずれた構成において利用される。より長い磁気領域がアレイ密度を減少させるので、より短いバーが一般に好ましい。
小さいバーと重なる場合に好都合な磁気相互作用を有する長いバーの能力は、望ましい配列の相互作用の全体的な強度を増やし、配列効率を改善する配列チップ・パターンを生成するために用いることができる。この手順において、配列されたマイクロデバイスの磁気バーが、二つの他のバーと部分的に重なり合う好都合な相互作用において係合するままである一方で完全に小さいバーに重なり、図１９は、配列されるマイクロデバイス上の磁気バーより小さい磁気バーを含むチップ上の配列過程の模式的な例を示す。図２０は、このタイプのバー・パターンを用いた配列チップの実際の例を示す。好ましい実施態様において、アレイ上の完全に重ねられたバーは、配列されたマイクロデバイス上で重なり合うバーの長さの５０％より少ない。部分的および完全に重なった組合せを使用する配列チップの使用による配列は、６０ｘ７０ｘ３ミクロンであって、二酸化ケイ素（１．０ミクロン）の下層（下側表面）よりも厚い二酸化ケイ素（１．８ミクロン）の上層（上側表面）を有するマイクロデバイスが適所で反転することを示す図20において示されるようにｚ軸に沿って非対称に位置する磁気バーを含むマイクロデバイスの適所での反転を非常に容易にする。図２０に示される過程が図１７に示されるものに非常に類似している一方、図20に示されるタイプの配列チップ上の小さい磁気バーの追加は適所における反転過程を容易にし、および、完全に直立した（配列チップの表面から９０°上げられた）マイクロデバイスさえ、そのような配列チップ上で適所において反転される。好ましい実施態様において、配列チップは交互の大きいおよび小さいバーを含む。さらに好ましい実施態様において、小さいバーは、大きいバーの隙間の６０％より少ない。磁気要素の集合の間で配列軸に沿った最適な隙間の間隔は、多くの要素に依存している。これらは、配列磁界の強度と同様に、（マイクロデバイスおよび配列チップの両方の）磁気要素の形状および組成を含む。配列過程が磁極間の強い相互作用を含むので、隙間の間隔は、一般にマイクロデバイスの相補型磁気要素の長さより小さくなければならない。この距離は、磁場を算出するために設計された標準のプログラムを用いて計算機的に算出することができる。この距離はまた、経験的に計量されることができる。同様に、最適なバー・サイズは、計算機的および経験的に直ちに決定されることができる。広範囲な隙間およびバーのサイズは、配列過程と共存でき、それらはエネルギー的に最も好都合な寸法と一致する必要はない。
【０１３９】
好ましい実施態様において、磁気要素は、穴または隙間を含む。磁場において、穴の中に存在するもののような非磁性材料との磁性材料の相互作用は、二つの磁性材料間の相互作用より弱い。したがって、穴は、マイクロデバイス方位を援助するための非対称のバー構成の生成と同じく、マイクロデバイスの位置決めを導くために用いることができる。図２１は、マイクロデバイス、および、補完的な穴を有する配列チップの一部の概略図を示す。本質的な穴の重複により、配列チップ上のバーの優先軸に平行した磁場のエネルギー的に最も安定した状態につながる。図２２は、補完的な穴を有するバー・パターン、および、重複のための小さい中心バーを含む配列チップ上の配列されたマイクロデバイスの概略的な例を示す。図２３は、図２２に概略的に示される配列されたマイクロデバイスの実際の例を示す。下からの照明により、穴の配置が示される。図２４は、配置バーの補完的な集合上に配列される非対称に位置する穴を有するバー・パターンを含むマイクロデバイスの概略的な例を示す。それは、しかしながら、配列チップおよびマイクロデバイスの磁気要素が補完的な穴を有する必要はない。図２５および２６は、穴がマイクロデバイス位置決めを導くために用いられるが、配列チップまたはマイクロデバイスのみ（両方ではない）が穴を含む磁気要素を有する概略的な例を示す。
【０１４０】
配列チップ保磁度。配列チップ上の磁気要素の適当な配置は、配列チップ上の磁気要素の磁気特性、および、マイクロデバイスの磁気要素の磁気特性に依存している。上記のように、マイクロデバイスのための好ましい実施態様は、それらの磁気要素が低い保磁度および低い残留磁気を有するので、外部磁場の非存在下で強く自己会合しないということである。このタイプのマイクロデバイスのために、広範囲にわたる磁性材料を含む分類チップ（＊訳注４）が使われることができる。一つの好ましい実施態様は、分類チップの磁気要素が低い保磁度を有するということである。低い保磁度要素を有する配列チップ上にマイクロデバイスを配列するため、Nを探す極がＳを探す極と重なる磁気重複が使われる。図3は、低い保磁度要素を用いた配列過程の概略的な例を示す。図４、１０、１１、１２、１３、１７、２０、および、２３に示される例は、この状況と一致する。
【０１４１】
他の好ましい実施態様は、配列チップの磁気要素が高い保磁度を有するということである。高い保磁度要素を有する分類チップ上にマイクロデバイスを配列するため、磁気重複が使われる。低保磁度の磁気要素の間で起こる磁気重複と異なり、低保磁度の磁気要素と高保磁度の磁気要素との間の磁気重複は、外部の磁場の特定の方向に依存している。図27は、外部の磁界が高保磁度の要素の磁化の方向平に行および反平行に続く、そのようなバーを用いて配列される磁気バーの概略的な例を示す。
【０１４２】
高保磁度の配列要素において、配列するために隙間が存在する必要はない。好ましい実施態様は、隣接した要素間に明確な隙間を提供しないように配置される磁気要素の配置である。図28は、マイクロデバイスおよび配列チップがこれらの基準を満たす、配列されているマイクロデバイスの概略的な例を示す。
【０１４３】
プログラムされた動き。好ましい実施態様において、磁場発生器は、磁場変化の列がプログラムされた方法で（例えば、デジタル的に制御可能な電源によって駆動される一組の電磁コイルによって）実行されるように制御可能である。磁場が配列チップの磁化の優先軸に平行および垂直である平面の中で変わるので、上記の議論の多くは、マイクロデバイス挙動に重点を置いてきた。これは説明の明瞭さのためであり、好ましい実施態様において、磁界勾配は、三次元的に（例えばx、y、および、z軸に沿って）変えられる。さらに好ましい実施態様において、配列磁界の方向はパルス化される。そのようなパルスは、１Ｈｚより大きい周波数で好ましくは実行される。配列されないマイクロデバイス上にトルクを出す一方、これは配列磁界を維持する。他の好ましい実施態様において、配列されない軸（例えば、yおよびz）に沿った磁界は、配列磁界（パルス化されるまたは安定した）がある場合には（磁界方向および／または振幅）が変化する。そのようなプログラムされた磁界変動は、配列された状態にマイクロデバイスを導くのと同様に磁気手段により配列チップの表面上にマイクロデバイスを広げるために用いることができる。例えば、三つの軸すべてに沿って磁場の方向をパルス化することによって、マイクロデバイスは配列チップの表面に広げられることができ、固定した間隔でｙ磁界をゼロに設定し、一方で同じ固定した間隔でｚ磁界を増やすことにより、マイクロデバイスは、（例えば、図１１の中心のパネルに示すように）持ち上げられた形式で配列場所の方へ導かれることができる。z-磁界はそれから、（例えば、図１２の中心および右のパネルに示すように）持ち上げられたマイクロデバイスを配列された状態にさせるようにゼロに設定されることができる。過程は、配列されないマイクロデバイスを配列された状態にさせるために繰り返されることができる。そのようなサイクルは、１秒未満で実行されることができる。他の多くのタイプのマイクロデバイスのプログラムされた動きは、可能である。例えば、マイクロデバイスは、配列チップの磁化の優先軸に平行して配列チップに沿って「進む」ように導かれることができる。そのような運動は、持ち上げられたマイクロデバイスが隣接した配列場所に反転する図１２に示されるタイプの運動に類似しているが、その進む動きにおいて、持ち上げ磁界は取り除かれず、隣接した場所に移動する場合にマイクロデバイスは直立したままである。過程は、最適ならば、配列チップの一端から他端まで進むようにマイクロデバイスを導くために繰り返されることができる。
【０１４４】
アレイは、ライブラリ合成およびスクリーニングの領域では重要な利点を提供する。ライブラリは、マイクロデバイス上へ直接合成物を合成することによって生じることができる。固相合成方法は広く使われていて、マイクロデバイス表面化学は既存の固相合成手順と共存できるように作成される。粒子ベースのライブラリを作る最も広く利用される技術は、各々の合成サイクル開始前にビーズの混成はランダムに分割され、サイクルの完了でプールされる「分割および混合」合成であり、過程は、要求されるだけのサイクルが続けられる。理想的には、これにより、単一の合成物（この時点で不完全な結合ステップからの関与を無視する）のみを含む各々のビーズが生じる。しかしながら、分割および混合ライブラリに含まれる特定の合成物は、生成されるライブラリが「完全に組合せ」られない限り決定されることができず、ライブラリはブロック（例えばアミノ酸、ヌクレオチドその他）を組み立てる可能な組合せのすべてを含むことを意味する。そのような組合せのライブラリがきわめて大きいので、ランダムなライブラリの実際の構成はわかっていない。各々の分割および混合ステップの前および／または後に配列し、それらのコード化パターンの識別によりマイクロデバイスの識別の情報を得続けることにより、ランダムなライブラリの正確な構成は、決定されることができる。加えて、そのような情報によって、各々のコード化されたマイクロデバイス上の合成物の識別を知ることができ、スクリーニング過程を容易にする。合成過程における各々のステップでのマイクロデバイスの配列の追加的な効果は、マイクロデバイスの識別に加えて、各々の個々のマイクロデバイス上のその合成ステップの結合効率の尺度が非破壊的分析法（例えば比色分析または蛍光発生）の使用によって決定されることである。例えばペプチド合成の場合、個々のビーズのレベルで結合の完了を決定するために用いることができる確立した分析法が存在する（Lam その他. Chem. Rev. 97: 411-448 （1997） による「一つのビーズに一つの化合物を組合せる方法」）。しかしながら、ランダム・ビーズ・ライブラリにおいて、型通りに全ライブラリを復号化するために現在のビーズコード化技術は使用することができないので、この情報の効用は限られ；結合ステップの効率は９５％より大きいことを決定し、ビーズの９５％は、個々のビーズの主な副産物のレベルまたは純度または組成を決定しない。そのような粒子特定の情報は、ライブラリの調査（例えば機能または活動のスクリーニング）から得られる結果を解釈する時に非常に重要である。例えば、合成におけるさまざまなステップで生じる不完全な反応により、非常に異なる主な製品を含む一群のマイクロデバイスは、有意な量の類似した副産物を含むことができる。合成におけるあらゆるステップでこの情報を追跡することによって、副産物の分配が記録されることができる。センサまたは他の種類のＭＥＭＳ装置を含むマイクロデバイスの能力は、マイクロデバイスが分析装置と同様に合成のための基板としても役立つことができることによって、ライブラリを調査する際に追加的な利点を提供する。
【０１４５】
本明細書における発明の概念から逸脱することなく、すでに記載されたものの他に多くの変更態様が可能であることは当業者にとって明らかである。さらに、開示を解釈する際に、すべての用語は文脈と整合した最も広い方法で解釈されるべきである。特に用語「含む」および「含んでいる」は、限定されない方法において要素、構成要素、またはステップを示すと解釈されるべきであり、そのことは、示された要素、構成要素、またはステップが存在する、または、利用される、または、明白に示されない他の要素、構成要素、またはステップと組み合わされることを示す。明細書の請求項が、Ａ、Ｂ、Ｃ  ....およびNから構成される群から選択されるものの少なくとも一つを示す場合には、その群から一つの要素のみを必要とするように、ＡプラスＮでも、ＢプラスＮその他でもないように本文は解釈されるべきである。
＊訳注１  ここで原文はdiscreet（目立たない、慎重ななどの意味）regionsという単語になっていますがこれでは意味が通らず、文章全体をみるとほとんどdiscrete（分離した、別々のという意味）regions等となっています。このdiscreet はスペルミスであると思われますので、discreteとして訳しています。
＊訳注２  新しい項目が記載されていますが、原文では段落分けされていないので、そのままで記載しています。
＊訳注３  原文では、（within a factor or two）となっていますが、文脈から考えて、
（within a factor of two）の誤りであると思われますので、訂正して訳しました。
＊訳注４  ここで、sorting chipsという単語が使われていて、おそらくarraying chipsの誤りだと思われますが、そのまま訳してあります。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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