(57)【要約】【課題】マイクロ流体デバイス中の液滴を、同デバイス外の分析装置に輸送し、個々の液滴を区別しながら分析する。【解決手段】マイクロ流体デバイスの流路と配管とを、液滴を整然と流すことが可能な接続部で接続する。つまり、本発明の分析システムは、マイクロ流路を有するマイクロ流体デバイスと、分析装置とを備えた分析システムであって、マイクロ流体デバイスは、第１の注入口と第２の注入口を有し、これらの注入口からの流路は内部で合流し、それぞれの注入口ら注入された流体は、分析装置へ排出される。これにより、配管を経由して、液滴を分析装置まで整然と輸送し、分析することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流路を有するマイクロ流体デバイスと、分析装置とを備えた分析システムであって、
マイクロ流体デバイスは、第１の注入口と第２の注入口を有し、これらの注入口からの流路は内部で合流し、それぞれの注入口ら注入された流体は、分析装置へ排出されることを特徴とする分析システム。
【請求項２】
請求項１において、
マイクロ流体デバイスから排出した流体を分析装置へ送液する配管を有し、
マイクロ流体デバイスの排出口付近において配管の周囲を覆う第１の接続部材を有することを特徴とする分析システム。
【請求項３】
請求項２において、
第１の接続部材は、中心に貫通孔を有しており、
貫通孔の内側に密着して配管が挿入されており、
第１の接続部材は、貫通孔と異なる方向に伸び、貫通孔と連通した切り欠き部を有し、切り欠き部と流路とが連通していることを特徴とする分析システム。
【請求項４】
請求項２において、
第１の接続部材は、中心に貫通孔を有しており、
貫通孔の内側に密着して配管が挿入されており、
第１の接続部材は、貫通孔と異なる方向に伸び、貫通孔と連通すると共に第１の接続部材の側面まで繋がった開口部を有し、開口部と流路とが連通していることを特徴とする分析システム。
【請求項５】
請求項２において、
配管とマイクロ流体デバイスの流路の下面との間には隙間を有することを特徴とする分析システム。
【請求項６】
請求項２において、
配管をマイクロ流体デバイスに固定するフェラルを有する特徴とする分析システム。
【請求項７】
請求項６において、
フェラルが第１の接続部材をマイクロ流体デバイスに押し付けていることを特徴とする分析システム。
【請求項８】
請求項２において、
配管を保持するホルダ上部と、マイクロ流体デバイスを保持するホルダ下部と、両者を挟みつけるネジと、を備えていることを特徴とする分析システム。
【請求項９】
請求項８において、
配管をマイクロ流体デバイスに固定するフェラルと、ホルダ上部をフェラルに押さえつけるナットと、を有することを特徴とする分析システム。
【請求項１０】
請求項３において、
切り欠き部を複数有し、それぞれは互いに離間していることを特徴とする分析システム。
【請求項１１】
請求項４において、
開口部を複数有し、それらは互いに離間していることを特徴とする分析システム。
【請求項１２】
請求項３において、
貫通孔は、段差部分を有しており、段差部分に配管の端面が位置することを特徴とする分析システム。
【請求項１３】
請求項１において、
マイクロ流体デバイスは、第１の層状部材と第２の層状部材が接合されて構成されており、
マイクロ流体デバイスから排出した流体を分析装置へ送液する配管を有し、
マイクロ流体デバイスの出口付近において該配管と第２の層状部材との間に位置し、流路から配管へ流体を送液する第２の接続部材を有し、
第２の接続部材における少なくとも配管と同方向の流路の内径は配管の内径と略同一であることを特徴とする分析システム。
【請求項１４】
請求項１３において、
第２の接続部材の一部は、配管の外周まで延びていることを特徴とする分析システム。
【請求項１５】
請求項１３において、
第２の接続部材の外径が配管の外径と同一であることを特徴とする分析システム。
【請求項１６】
請求項１３において、
第２の接続部材は、中心に貫通孔を有しており、
貫通孔の内側に密着して配管が挿入されており、
第２の接続部材は、貫通孔と異なる方向に伸び、貫通孔と連通した切り欠き部を有し、切り欠き部と流路とが連通していることを特徴とする分析システム。
【請求項１７】
請求項１３において、
第２の接続部材は、中心に貫通孔を有しており、
貫通孔の内側に密着して配管が挿入されており、
第２の接続部材は、貫通孔と異なる方向に伸び、貫通孔と連通すると共に第１の接続部材の側面まで繋がった開口部を有し、開口部と流路とが連通していることを特徴とする分析システム。
【請求項１８】
請求項２において、
マイクロ流体デバイスは、第１の層状部材と第２の層状部材が接合されて構成されていることを特徴とする分析システム。
【請求項１９】
請求項１８において、
マイクロ流体デバイスを構成する２つの層状部材は、シリコン層とガラス層のいずれかであることを特徴とする分析システム。
【請求項２０】
請求項１８において、
第１の層状部材には貫通孔が形成されていることを特徴とする分析システム。
【請求項２１】
請求項２０において、
第１の接続部材が第２の層状部材に密着していることを特徴とする分析システム。
【請求項２２】
請求項１において、
マイクロ流体デバイスは、第１の層状部材と第２の層状部材が接合されて構成されており、
配管と繋がった内径と同一径の流路、および、この流路と連通した第２の層状部材上の流路を形成するように、第１の層状部材には断面Ｌ字型の流路が形成されていることを特徴とする分析システム。
【請求項２３】
請求項２２において、
第１の層状部材は、配管との接合部分が配管の外径よりも大きく、切り欠かれていることを特徴とする分析システム。
【請求項２４】
請求項２２において、
第１の層状部材は、配管との接合部分が配管の外径と略同一の内径を有するような切り欠きを有することを特徴とする分析システム。
【請求項２５】
請求項１において、
マイクロ流体デバイスから流出した流体を分析装置へ送液する配管を有し、
マイクロ流体デバイスは、第１の層状部材と第２の層状部材が接合されて構成されており、
第１の層状部材は、貫通孔を有しており、
貫通孔の内側に配管が挿入されており、
第２の層状部材には、配管付近に設けられた溝を有する
ことを特徴とする分析システム。
【請求項２６】
請求項１において、
マイクロ流体デバイスから流出した流体を分析装置へ送液する配管を有し、
マイクロ流体デバイスは、第１の層状部材と第２の層状部材が接合されて構成されており、
第１の層状部材は、貫通孔と流路を有しており、
貫通孔の内側に配管が挿入されており、
第２の層状部材には、配管付近に設けられた溝を有し、
溝は流路と連通していることを特徴とする分析システム。
【請求項２７】
請求項２５において、
配管とマイクロ流体デバイスの間には、配管をマイクロ流体デバイスに固定するためのフェラルを備えており、該フェラルには溝が設けられていることを特徴とする分析システム。
【請求項２８】
請求項２７において、
フェラルは２層構造になっていることを特徴とする分析システム。
【請求項２９】
請求項１において、
分析装置は、質量分析装置であることを特徴とする分析システム。
【請求項３０】
請求項３において、
貫通孔の貫通方向と、流路の方向が直交しており、
切り欠き部と流路とが、直線的に接続されていることを特徴とする分析システム。
【請求項３１】
請求項４において、
貫通孔の貫通方向と、流路の方向が直交しており、
開口部と流路とが、直線的に接続されていることを特徴とする分析システム。
【請求項３２】
請求項３または４において、
第１の接続部材は、弾性材料で形成される
ことを特徴とする分析システム。
【請求項３３】
請求項１６または１７において、
第２の接続部材は、弾性材料で形成されていることを特徴とする分析システム。
【請求項３４】
請求項３２または３３において、
弾性材料はPDMSまたはフッ素ゴムである
ことを特徴とする分析システム。
【請求項３５】
請求項３または４において、
第１の接続部材は、ソフトリソグラフィ法、射出成型、３Ｄプリンティングのいずれかによって作製されることを特徴とする分析システム。
【請求項３６】
請求項１６または１７において、
第２の接続部材は、ソフトリソグラフィ法、射出成型、３Ｄプリンティングのいずれかによって作製されることを特徴とする分析システム。
【請求項３７】
請求項３または４において、
第１の接続部材は、マイクロ流体デバイスから着脱可能であることを特徴とする分析システム。
【請求項３８】
請求項１６または１７において、
第２の接続部材は、マイクロ流体デバイスから着脱可能であることを特徴とする分析システム。
【請求項３９】
流路を有するマイクロ流体デバイスと、分析装置とを備えた分析システムを用いた分析方法であって、
マイクロ流体デバイスは、第１の注入口と第２の注入口を有し、これらの注入口からの流路は内部で合流し、第１の注入口から注入した第１の流体が、第２の注入口から注入した第２の流体により分断され、分断された状態でこれらの流体が分析装置へ排出されることを特徴とする分析方法。
【請求項４０】
請求項３９において、
第２の流体がフッ素オイル、またはフッ素オイルとフッ素系界面活性剤の混合液であることを特徴とする分析方法。
【請求項４１】
請求項３９において、
第１の流体が試料であり、第２の流体がスペーサであることを特徴とする分析方法。
【請求項４２】
請求項３９において、
分析装置は、間欠的に導入されてくる第１の流体を検出することを特徴とする分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
微小な液滴を分析する分析システム及び分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微量な試料を取扱い、その試料を分析するための技法として、マイクロ流体デバイス中で生成、操作される微小な液滴の利用が盛んに研究されている。これにより、微量な液体試料自体を液滴の形でサンプリングしたり、試料を液滴の中に閉じ込めたり、液滴の中で各種反応を行ったりするものである。また、この液滴を分析する手段として、質量分析計は大きな可能性を持っている。質量分析計は、幅広い種類の物質を、標的物質を標識することなしに検出可能であり、また、微量の試料の分析に必要な高い感度を有するためである。
【０００３】
非特許文献１には、マイクロ流体デバイス中で生成した液滴の検出技術として、質量分析計を利用する技術が示されている。生成された液滴は、液滴を取り囲むフッ素オイルの連続相によってマイクロ流体デバイスの流路中を運ばれる。液滴の成分が質量分析計により分析されるのに先立ち、この連続相はデバイス中のエマルジョン分離機構によって取り除かれる。これは、以下のように実現される。エマルジョン分離機構の流路において、液滴を含むフッ素オイルの流れは、水性の側流と隣り合って平行に流れる。流路の両脇には電極が設けられており、電圧を印加することで液滴は水性の側流と融合し、液滴の成分は水性の側流中に抽出される。エマルジョン分離機構の出口で流れは２つに分岐し、水性の側流のみがデバイスの排出口から、溶融石英のキャピラリを介して質量分析計に送り届けられ、分析される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Fidalgo et al. Angewandte Chemie International Edition (2009), vol.48 pp.3665-3668.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に開示される技術では、液滴の成分を質量分析計で検出するために、液滴を搬送する連続相を、マイクロ流体デバイス中のエマルジョン分離機構を用いて分離する必要があった。このような機構はマイクロ流体デバイスの構造を複雑にし、設計、製造、運用の各工程を繁雑にする。さらには、同技術においては、液滴の成分を水性の側流に抽出するために成分が希釈される。もし、エマルジョン分離機構の後の流路や溶融石英のキャピラリが長すぎれば、液滴の成分は水性の側流中で拡散し、その情報はさらに薄まってしまい検出すら困難になる恐れがある。
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は、マイクロ流体デバイス中の液滴を、連続相を分離することなく、シンプルな構造によって、分析装置まで送り届けることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のシステムは、マイクロ流路を有するマイクロデバイスと、分析装置とを備えた分析システムであって、マイクロデバイスは、第１の注入口と第２の注入口を有し、これらの注入口からの流路は内部で合流し、それぞれの注入口ら注入された流体は、分析装置へ排出される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、液体を内部で第１の注入口から注入した流体と第２の注入口からの流体とを交互に配する、つまり、一方の流体で他方の流体を分断することにより、液滴をマイクロ流体デバイスから整然と取りだすことが可能になる。これによって、液滴をシンプルな構造と方法によって分析装置に送り届け、液滴を分析することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の分析システムの一実施例の概略図である。
【図２】接続部の一実施例の説明図である。
【図３】接続部に用いる継ぎ手の一実施例の説明図である。
【図４】接続部の一実施例の説明図である。
【図５ａ】接続部の一実施例の説明図である。
【図５ｂ】接続部の一実施例の説明図である。
【図６】接続部に用いる継ぎ手の一実施例の説明図である。
【図７】ホルダの一実施例の説明図である。
【図８】接続部の一実施例の説明図である。
【図９】接続部の一実施例の説明図である。
【図１０】接続部に用いる継ぎ手の一実施例の説明図である。
【図１１】接続部の一実施例の説明図である。
【図１２】接続部に用いる継ぎ手の一実施例の説明図である。
【図１３】接続部の一実施例の説明図である。
【図１４】接続部の一実施例の説明図である。
【図１５】接続部の一実施例の説明図である。
【図１６】接続部の一実施例の説明図である。
【図１７】接続部の一実施例の説明図である。
【図１８】接続部の一実施例の説明図である。
【図１９】接続部の一実施例の説明図である。
【図２０】接続部の一実施例の説明図である。
【図２１】分析システムの一実施例の説明図である。
【図２２】マイクロ流体デバイスの一実施例の説明図である。
【図２３】本発明の分析システムによって得られた測定データの一例である。
【図２４】本発明の分析システムによって得られた測定データの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、上記及びその他の本発明の新規な特徴と効果について、図を参照して説明する。ここでは、本発明を完全に理解してもらうため、特定の実施形態について詳細な説明を行うが、本発明はここに記した内容に限定されるものではない。
【００１１】
また、以下に示す図では、理解しやすくするために模式的な図を用いるため、寸法等において実際とは異なる場合がある。
【００１２】
本発明のシステムは、１つ以上のマイクロ流体デバイスと、1つ以上の配管、１つ以上の分析装置を備える。また、本発明のシステムは、１つ以上の接続部を備える。「マイクロ流体デバイス」は、流路を備えており、また、少なくとも液滴の生成または保持、輸送する機能のいずれかを持つ。本発明の「分析装置」は、液滴の特徴を分析する機能を提供するものであり、構造およびソフトウェアにより構成され、かならずしも独立した装置の形態をとる必要はない。本発明の「配管」は、その内部に流体経路を持ち、マイクロ流体デバイスから分析装置まで、液滴を輸送する機能を提供する。本発明の「接続部」は、マイクロ流体デバイスの流路と、配管を流体連通するものであり、液滴を整然と流すことが可能である。
【００１３】
図１は、本発明の分析システムの一実施例の概略図である。
【００１４】
分析システムは、マイクロ流体デバイス１０１と、配管１０２と、分析装置１０３と、接続部１０４とを備える。
【００１５】
マイクロ流体デバイス１０１は、流路１０５を備えており、また、液滴１０６の生成、保持、または輸送する機能の少なくともいずれかを持つ。分析装置１０３は、液滴の特徴を分析する機能を提供するものであり、構造およびソフトウェアにより構成され、かならずしも独立した装置の形態をとる必要はない。配管１０２は、内部に流体経路を持ち、マイクロ流体デバイス１０１から分析装置１０３まで、液滴１０６を輸送する。接続部１０４は、マイクロ流体デバイス１０１の流路１０５と、配管１０２を流体連通するものであり、液滴１０６を整然と流すことが可能である。以下、各部について詳細に説明する。
【００１６】
〔マイクロ流体デバイス１０１の作製〕
マイクロ流体デバイス１０１は、いわゆるマイクロ流体デバイス、マイクロ流体チップ、マイクロチップ、またはＭＥＭＳ（メムス、Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスと呼ばれるものを用いてよく、典型的には平板形のチップ状であり、その場合、厚みが約１μｍから約５０ｍｍ、側方の一辺（幅、奥行、直径）が約１０μｍから約５００ｍｍの範囲である。
【００１７】
マイクロ流体デバイス１０１は、流路、例えばマイクロ流路を備える。マイクロ流路は、流路の寸法の一部、例えば断面の寸法の一部、例えば流路幅や直径、が少なくとも１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、または３００μｍ以下、または１００μｍ以下、または１００μｍ以下、または１０μｍ以下、または１μｍ以下、であるような流路である。
【００１８】
マイクロ流体デバイス１０１は、デバイス内部で扱われる流体を注入または排出またはその両方を行うための、注入口や排出口を備える。注入口と排出口は、その主な用途に基づいて便宜上区別して呼称されるが、注入口から流体を排出することも、排出口から流体を注入することも、一般には可能である。注入口と排出口は、流路の末端または途中に設けられた、マイクロ流体デバイス外部へ開いた開口である。
【００１９】
マイクロ流体デバイス１０１は、いわゆるマイクロ流体デバイス、マイクロ流体チップ、マイクロチップ、またはＭＥＭＳ（メムス、Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスの作製方法を用いて作製可能である。例えば、マイクロ流体デバイス１０１の少なくとも一部の構成要素は、固体材料から形成することができ、この場合、流路は、フォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィなどのリソグラフィ技術、ナノインプリント等のインプリント技術、スピンコーティング、化学気相成長、物理気相成長、スパッタリングなどの成膜技術、フッ酸や水酸化カリウムなどを用いた各種ウェットエッチング、反応性イオンエッチング、ボッシュプロセスなどの各種ドライエッチング、イオンミリングなどの物理エッチング、レーザーアブレーションによる成膜または加工（除去）技術、マイクロミリング、切削、研磨などの機械加工技術、射出成形や鋳造などの成形技術、各種パウダーブラスト技術、ラピッドプロトタイピング、３Ｄプリンティングなどを用いて形成することができる。
【００２０】
マイクロ流体デバイス１０１の構成要素は、各種材料、例えば、シリコン等の半導体、ガラス、金属、高分子材料（紙などの天然高分子材料、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー、より具体的にはシリコーン樹脂や各種テフロン（登録商標）、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレンなどを含む）を用いて形成することができる。また、マイクロ流体デバイスの異なる構成要素は、異なる材料から形成されてよく、流路１０５を形成する構造、例えば流路１０５の壁や底、天井に相当する構造もまた、それぞれ複数材料から形成されてもよい。
【００２１】
流路１０５は、流路１０５の流路の大部分、または一部を、マイクロ流体デバイス１０１の構成要素である固体部材の表面の溝状の構造として形成することができる。例えば、２つ以上の固体部材の面同士を接合してマイクロ流体デバイス１０１を形成する際に、１つ以上の部材の接合界面に溝を予め形成しておくことで、各部材に四方を囲まれた流路１０５を形成することができる。
【００２２】
また、流路１０５の大部分、または一部を、マイクロ流体デバイス１０１の最大の面に平行な面に配置することもできる。この場合、マイクロ流体デバイス１０１は、平板状の部材、例えばシリコンとガラスのウエハを材料として形成される。流路１０５はウエハの１つまたは複数の表面上に、溝として形成することができる。この場合、加工の対象となる溝は平面上に配置されているため、エッチングや成膜、リソグラフィなどの公知の技術を容易に用いることができ、信頼性、コスト、使用できる技術の種類などの点で多くの利点を享受できる。好ましい流路の１つは、例えばシリコンウエハ表面に深堀反応性イオンエッチングによって深さと幅が共に１００μｍの溝として形成される。このシリコンウエハとガラスウエハは、公知の洗浄方法によって洗浄されたのちに陽極接合を用いて、溝のある面を接合面として接合できる。接合により得られたシリコン−ガラス接合ウエハを、適当な公知のダイシング方法に切断することで、流路１０５を内部に持つマイクロ流体デバイス１０１を得ることができる。注入口や排出口は、接合に先だって、シリコンウエハ、またはガラスウエハ、または両方の中に、流路と接する貫通孔などの開口として形成することができる。または、接合やダイシングの後に形成してもよい。貫通孔の形成方法としては、各種エッチングやパウダーブラスト、切削等の加工法などを用いてよい。
【００２３】
また、流路１０５は、その内面を異なる材料でコーティングまたは被覆されていてもよい。これらのコーティングまたは被覆の材料としては、物理化学的特性（各種液体との濡れ性または親和性または撥水性、）、化学的特性（反応性、非反応性、不動態化、触媒能）、機械的特性（強度、弾性、耐摩耗性など）、光学的特性（周囲部材との光学的マッチング、表面粗さ等によって影響される透明性や散乱強度、各種波長特性）に影響を与えるものを用いてよい。
【００２４】
分析システムが備える配管１０２は、具体的には、キャピラリ、チューブ、パイプ、ユニオン、アダプタ、フィッティングなどでよく、その材料は各種固体材料でよく、好ましくは、溶融石英、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を含むシリコーン樹脂、各種のテフロン（登録商標）を含むフッ素樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）を含むその他の樹脂、ステンレス鋼を含む金属、を用いてよい。
【００２５】
また、配管１０２は、その内部の空間に接する表面（内面）や、外面を異なる材料でコーティングまたは被覆されていてもよい。これらのコーティングまたは被覆の材料としては、物理化学的特性（各種液体との濡れ性または親和性または撥水性、）、化学的特性（反応性、非反応性、不動態化、触媒能）、機械的特性（強度、弾性、耐摩耗性など）、光学的特性（周囲部材との光学的マッチング、表面粗さ等によって影響される透明性や散乱強度、各種波長特性）に影響を与えるものを用いてよい。
【００２６】
また、配管１０２は、その内部の空間の断面寸法、例えば内径、の１つは約０．１μｍから１ｍｍの範囲であり、好ましくは、５００μｍ以下、または３００μｍ以下、または１００μｍ以下、または５０μｍ以下、である。
【００２７】
配管１０２として、例えば、溶融石英製のキャピラリ（外径約３６０μｍ、内径約５０μｍ〜１００μｍ）を用いることができる。その利点の一部は、溶融石英が化学的に安定であり、取り扱いに十分な物理的強度を持つこと、そしてクロロシラン剤などを用いて各種の表面修飾（コーティング）が可能である点である。さらに、例えば前記の溶融石英のキャピラリであって、内面がペルフルオロオクチルトリクロロシラン（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ，−Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｏｃｔｙｌ−ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ）で形成された膜でコーティングされたものであってもよい。これにより、内面は水系溶液に対して撥水性となり、さらに各種物質、とくに親水性または親油性（親溶媒性）の物質の内面への非特異的な吸着を低減できる。また、同様に外面はポリイミド膜でコーティングされていてよく、これにより機械的強度を増し、取り扱いを容易にすることができる。
【００２８】
〔接続部の概要〕
本明細書において流体経路とは、流体の通り道のことで、流体を保持または輸送またはその両方を可能とする空間である。例えば、中空な管の内部の空間や、いわゆるマイクロ流体デバイスの流路などを含む。また、流体経路を備える部材は、単独で流体経路としての機能を提供してもよく、異なる部材と協同して流体経路としての機能を提供してもよい。例えば、表面に溝を持つ平板状の部材は、もう１つの平滑な面を持つ平板状の部材と互いに押しつけや接合により組み合わされることで、前記の溝と前記の平滑な面とに挟まれた空間に水などの流体を流したり、保持したりすることができる。この時、前記の空間を流体経路と呼び、また、組み合わせ前の前記の溝も、組み合せに際して流体の流れる経路の位置を決定する要素であることから、流体経路と呼ぶ。また、流体経路は、合流や枝分かれを持ってよい。
【００２９】
本明細書において流体連通とは、流路や配管など、流体経路を持つ構造が２つ以上相互に接している時に、それらの持つ流体経路が相互に接しており、それぞれの構造を通過する前記流体が前記の構造間を一方向または多方向に移動可能である状態で、さらに、その際に前記流体が漏れない程度に、前記構造が密に接していることをいう。このとき、それらの流体経路は、１つの大きな流体経路を形成していると考えることができる。
【００３０】
本明細書において「液滴が整然と流れる」とは、液滴または液滴の一部分同士が融合したりせず、分裂したりもせずに、液滴の周りを流れる流体と共に、流体経路に沿って流れることをいう。また、その際に、液滴がシステムの設計やユーザの操作で意図される順列を乱すことなく、すなわち液滴間の順序が入れ替わることなく、また概ね意図されたタイミングで、流れることをいう。
【００３１】
〔接続部１０４の例１〕
本実施形態では、液滴１０６を整然と流すことが可能な流体連通を実現する接続部１０４を提供する。分析システムが備える接続部１０４は、図２に示される。ここで接続部１０４は、配管１０２としての溶融石英製のキャピラリ２００中の流体経路２０１と、マイクロ流体デバイス１０１中の流路１０５を流体連通に接続する。
【００３２】
マイクロ流体デバイス１０１は、シリコン層２０９とガラス層２１０が接合された構造で、シリコン層２０９中に反応性イオンエッチングを用いて流路１０５と、接続用の孔２０４を形成してある。この孔２０４の中に継ぎ手２０３を挿入し、継ぎ手２０３の配管側の開口２１１にキャピラリ２００を挿入する。キャピラリ２００は、フッ素ゴム製の保持フェラル２０２によって保持され、キャピラリの開口２０５が適切な位置に来るよう固定されている。また、継ぎ手２０３は図３に示したような形状をしており、継ぎ手２０３の流路１０５側には流体経路としての溝２０６が設けられている。この溝２０６は、保持フェラル２０３により継ぎ手２０３がマイクロ流体デバイス１０１のガラス層２１０に対して密着する。これにより、溝２０６とガラス層２１０とが作る空間が流体経路として機能し、溝２０６の末端が流路側の開口２０８として機能する。継ぎ手２０３の流路側の開口２０８は、流路の末端の開口２０７と向き合って一致するように位置合わせされ、やはり保持フェラル２０２によりマイクロ流体デバイス１０１のガラス層２１０に押しつけられる形で固定される。継ぎ手２０３はＰＤＭＳなどの弾性をもつ材料で形成されており、押しつけられることでガラス層２１０やシリコン層２０９の孔２０４の壁、およびキャピラリ２００の外面に液密に密着するので、流路１０５を流れる液体は漏れることはない。これにより、キャピラリ中の流体経路２０１と流路１０５の流体連通が実現される。流路１０５中はフッ素オイルが流れており、オイル中を液滴１０６が接続部１０４に向かって流れてくる。液滴１０６は、流路の開口２０７と継ぎ手２０３の流路側の開口２０８を通過し、継ぎ手２０３の流体経路を通って、継ぎ手２０３の配管側開口２１１およびキャピラリの開口２０５を通過し、キャピラリ中の流体経路２０１へと流れ込む。
【００３３】
この際、最も好ましいのは、流路１０５とキャピラリの開口２０５の断面の大きさがほぼ同じであり、それらをつなぐ継ぎ手２０３内の流体経路の断面の大きさがほぼ同じである場合、流体経路は実質的に１つの連続的な流体経路をなし、流路１０５または配管１０２内を流れる場合と同じく、実質的に層流で流れる。このため、その中を流れる液滴１０６は整然と流れることができる。このような継ぎ手２０３内の流体経路のうち、直線で最短であるものを、ここでは理想的な流体経路と呼ぶ。なお、ここで断面の大きさがほぼ同じとは、断面積と断面の径が最小となる方向の長さのいずれかが実質的に等しいことをいう。さらに好ましくは、断面積と断面の径が最小となる方向の長さの両方が実質的に等しいことをいう。
【００３４】
これに対し、例えば図４のように、接続用の孔４０４に挿入されたキャピラリ２００を、保持フェラル４０２のみで固定した場合、接続用の孔４０４の内部には、理想的な流体経路４１３に加えて、流体経路に大きなデッドボリューム４１２が追加されている。この追加のデッドボリューム４１２は、流体経路の形状に凹凸を生じたり、流れのよどみを生じたりする。そのため、液滴１０６は時にこの凹凸に捕捉されたり、デッドボリューム４１２のよどみに流れ込んだりして、停滞する。すると、次に流れてくる別の液滴と融合してしまうことがある。または、液滴１０６の一部が停滞したまま、残りの部分はキャピラリ２００へと流れ込むことで、液滴１０６が分裂してしまうことがある。
【００３５】
そこで、すでに図２に示したような継ぎ手２０３を用いることで、理想的な流体経路２１３に対する追加のデッドボリューム４１２を、大幅に小さくすることができる。このため、ここに例示した接続部１０４は、液滴１０６を格段に整然と流すことが可能となる。
【００３６】
分析システムが備える接続部１０４は、好ましくは、マイクロ流体デバイス１０１の流路１０５の１つに備えられた流体連通可能な開口２０７と、配管１０２に備えられた流体連通可能な開口２０５と、少なくとも２つの流体連通可能な開口２０８、２１１をもつ流体経路を備えた継ぎ手２０３と、によって構成される。流路の前記開口２０７は前記継ぎ手の開口のうち１つと流体連通され、配管の前記開口２０５は前記継ぎ手の開口２０８、２１１のうち異なる１つと流体連通される。これにより、液滴１０６を整然と流すことが可能な流体連通を提供する。
【００３７】
接続部１０４に用いる継ぎ手２０３は、複数の開口を持つ。好ましい継ぎ手の例の１つは、開口１つを持つ面と、開口を持つ少なくとも異なるもう１つの面とが、平行でない。これにより、マイクロ流体デバイス１０１の流路１０５と配管１０２の方向が異なる場合にも、望ましい流体連通を実現することができる。なお、ここで、「面」とは１つの連続的な面のことで、平面または曲面を含む。よって、開口を持つ面に平行とは、開口部分に接する平面と実質的に平行であることを意味する。
【００３８】
さらに好ましい例では、継ぎ手２０３の持つ前記の２つの開口２０８、２１１は互いにほぼ垂直である。この場合、接続部１０４は、典型的なマイクロ流体デバイスの作製方法を用いて作ることが容易になる。例えば、平板状の基板（例えばシリコンやガラスのウエハ）に、反応性イオンエッチングを用いて流路と接続部用の孔２０４を作る場合、図２のように、この孔２０４は基板と流路に対して垂直に形成される。
【００３９】
このとき、接続用の孔２０４の形状は例えば図２に示すような円筒形状でもよく、図５ａに示すような多角形など、角を持つ形状でもよい。この場合、円形のように継ぎ手５０３ａが自由に回転しないので、継ぎ手５０３ａの開口の向きを、流路５０７ａの開口と合わせることが容易になる。さらには、図５ｂのような非対称な多角形でもよい。この場合、継ぎ手５０３ｂは接続用孔５０４ｂに１通りにしかはまらないため、向き合わせはさらに容易になる。これらの場合には、前記の接続用の孔５０４ａ、５０４ｂの形状を、この継ぎ手５０３ａ、５０３ｂに合わせて形成すればよい。
【００４０】
また、接続部１０４に用いる継ぎ手は、その構造内に直線状でない流体経路を形成する。さらに好ましくは、継ぎ手の備える流体経路は、その途中で一度ほぼ垂直に折れ曲がっている。これによって、マイクロ流体デバイス１０１の流路１０５と配管１０２の方向が異なる場合にも、望ましい流体連通を実現することができる。このような継ぎ手および接続部１０４の例は、図２および図３に例示されている。
【００４１】
図２には、継ぎ手２０３の流体経路のすくなくとも一部は、別の構造体（ここではマイクロ流体デバイス１０１の接続用の孔２０４の底面に位置するガラス層２１０）と接することで、流体経路としての機能を実現するが、別の好ましい例では、図６に示すように、継ぎ手６０３の流体経路は、継ぎ手６０３の構造のみによって形成されていてもよい。この場合には、前記の接続用の孔２０４の形状を、この継ぎ手６０３に合わせて形成すればよい。例えば、孔２０４の底面を掘り下げることで、継ぎ手６０３のマイクロ流体デバイス１０１と接する側の開口６０８が、マイクロ流体デバイス１０１の流路の開口２０７と位置合わせ可能な構造とできる。
【００４２】
継ぎ手の開口２０８とマイクロ流体デバイス１０１の開口２０７との流体連通の、好ましい一例は、容易かつ可逆的に着脱可能である。例えば、少なくとも一方が適度な弾性を持つ面同士の自己吸着や押しつけにより液密が実現されている場合や、十分に滑らかな表面をもつ相補的にはまり合う形状または共に平坦な形状を持つ面同士の自己吸着や押しつけにより液密が実現されている場合、を含む。これらの押しつけは、ねじ、ばね、油圧や空気圧等の流体の圧力などによってよい。このような着脱可能な接続部の利点の一部は、システムの据え付け、組み立てや使用、保守の操作を容易にすることである。
【００４３】
また、継ぎ手の開口２０８とマイクロ流体デバイス１０１の開口２０７との流体連通の、好ましい一例は、接着剤を用いずに、ねじやばね等による押しつけにより実現される。接着剤を用いないため、流体経路を流れる流体が接着剤と接することによる、接着剤成分の溶け込みなどの心配がないという利点がある。
【００４４】
このような着脱可能な流体連通に必要な押しつけは、例えば図７に示したホルダを用いた構造で実現できる。ホルダはホルダ上部７１４とホルダ下部７１５とからなり、両者はねじ７１７ではさみつけられる。この際、ホルダ上部７１４のねじ穴にねじ込まれたナット７１６もホルダ上部７１４と同時に挟みつけられるため、保持フェラル２０２を下に押さえつける。保持フェラル２０２は、ナット７１６で上からマイクロ流体デバイス１０１のシリコン層２０９に対して押しつけられることで、変形し、キャピラリ２００と継ぎ手２０３などと密着し、これらを固定する。図７に示した固定の手段は、継ぎ手２０３、保持フェラル２０２、キャピラリ２００、ナット７１６、ねじ７１７、ホルダ上部７１４およびホルダ下部７１５、と全てねじ止めと押しつけのみによっており、容易に着脱可能であり、再利用可能である。
【００４５】
好ましくは、マイクロ流体デバイス１０１の流路に備えられた、前記流体連通可能な開口は、流路の１つの終端または途中に設けることができる。また、好ましくは、配管１０２に備えられた、前記流体連通可能な開口は、配管１０２の１つの終端に設けることができる。例えば、図８のように、接続部１０４は、流路８０５から流路８１８へと続く一連の流路の途中に設けることもできる。この際、流体は、流路８０５と流路８１８の両方から流れ込んでキャピラリ２００へ排出されてもよい。また、流路８０５から流れ込んだ流体の一部がキャピラリ２００へ排出され、残りは流路８１８へ流れていくのでもよい。さらには、キャピラリ２００や流路８０５、８１８の一方の途中にそれぞれバルブ等の調節機構をもうけることで、上記のいずれかの動作をその都度、切り替えてもよい。図８の接続部１０４が、このように機能しうることは、これまでの記述からも明らかである。このような構造により、液滴１０６が流れる流路１０５に合流を設けることで、複数の流路８０５、８１８を用いて処理を並列化し、スループットをあげたり、同時に複数の条件で処理したりすることが可能となる。また、この構造で液滴１０６が流れる流路を分岐させて排出することで、特定の液滴１０６のみ配管の先にある分析装置１０３に輸送したり、同一条件の複数液滴を、複数の異なる分析装置に振り分けたりすることが可能となる。
【００４６】
別の好ましい継ぎ手の構造一例を、図９に示す。基本的な構造は図２に示したものと同様であるが、この例では、図２でキャピラリ２００の開口の下にわずかながら存在した追加のデッドボリュームは、継ぎ手９０３の構造で埋められており、キャピラリの先端２２１は継ぎ手の一部の段差部分９２２に押しあてられた状態で保持され、流体連通を実現している。これによって、この継ぎ手９０３の流体経路は、デッドボリュームがほぼなく、図２における理想的な流体経路をほぼ実現するため、より確実に液滴１０６を整然と流すことに寄与する。
【００４７】
また、接続部１０４において、開口をもつ流体経路をそれぞれ備えた２つの構造を、流体連通する様式としては、以下の項目を用いてよい。（１）開口を備える構造の開口を持つ面が、開口を備えるもう一方の構造の開口を持つ面に対して、各面の少なくとも一部において液密に接する、（２）開口を備える構造の開口を含む面、および前記の面を取り囲む１つまたは複数の面を合わせた面が、開口を備えるもう一方の構造の開口を持つ面に対して、各面の少なくとも一部において液密に接する。流体連通の実現には以上のいずれかを用いることができる。また、一つの接続部において、（１）と（２）の様式を混在して用いてもよい。例えば、例として図９および図１０に示した構造においては、マイクロ流体デバイス１０１の流路１０５と継ぎ手９０３の間の流体連通は（１）の様式で、継ぎ手９０３とキャピラリ２００の間の流体連通は（２）の様式により実現されている。また、図１１に示した接続部１０４では、どちらの流体連通も（１）の様式で実現される。図１１で使用される継ぎ手１１０３の構造は図１２に示したとおり、図３の継ぎ手２０３とほぼ同じである。ただし、配管側の開口１１１１の径が、図３では配管１０２の外径に対応するのに対し、図１２の例では配管１０２の内径または配管の開口２０５の径に対応するように作られている。
【００４８】
各様式の有する利点の一つを挙げるならば、（１）の様式は、２つの開口を持つ面同士を液密に接するだけでよいので、構造が単純になりやすい。例えば、図９と図１１の接続部１０４はほぼ同じ形状の流体経路を形成しているが、それぞれに用いられる継ぎ手９０３、１１０３の構造を比較すると、図１０の継ぎ手９０３に対して図１２の継ぎ手１１０３はより単純な構造をもっている。その一方で、（２）の様式には、開口同士を向き合わせるための位置決めが容易になるという利点がある。例えば、図１１においてキャピラリと継ぎ手の開口２０５、１１１１を一致させるためには、キャピラリ２００の位置を正確に合わせる必要があり、例えばマイクロ流体デバイス１０１の透明なガラス層２１０側から顕微鏡等で観察しながら位置合わせしたり、接続用の孔２０４の大きさと保持フェラル２０２の寸法の精度を高めつつ保持フェラル２０２に比較的剛性の材料を使用したりするなどの工夫が必要となる。しかし、図９では、キャピラリの先端部９２１は継ぎ手９０３の開口９１１の中に挿入される形で保持されるため、比較的に位置合わせは容易である。
【００４９】
マイクロ流体デバイス１０１の流路１０５と継ぎ手の間の流体連通は（１）の様式で、継ぎ手とキャピラリ２００の間の流体連通は（２）の様式により実現されるような、別の継ぎ手の例は、図１３に示される。図９の接続部１０４と同じように、デッドボリュームのほぼない流体経路を実現するため、より確実に液滴１０６を整然と流すことに寄与する。また同時に、継ぎ手１３０３とキャピラリ２００の開口２０５同士を向き合わせるための位置決めが容易であるという利点ももつ。
【００５０】
また、マイクロ流体デバイス１０１の流路１０５と継ぎ手の間の流体連通と、継ぎ手とキャピラリ２００の間の流体連通、どちらの流体連通も（１）の様式で実現される別の接続部１０４の例は、図１４に示される。図１１の接続部１０４と多くの部分は同じであるが、ここでは接続用の孔１４０４はキャピラリ２００の外径に合わせて形成され、継ぎ手１４０３の大きさもこれに合わせて形成される。キャピラリ２００の外面は孔１４０４の壁面と接するので、キャピラリ２００の位置が孔１４０４の壁面によってガイドされる。これにより、キャピラリ２００の開口２０５と継ぎ手１４０３の開口１４１１の位置合わせが容易になる。また、図１１の例と同様に、デッドボリュームのほぼない流体経路を実現するため、より確実に液滴１０６を整然と流すことに寄与する。
【００５１】
また、好ましくは、上記の様式で流体連通可能な状態で連結されている２つの開口は、ほぼ同じ断面積をもつ。例えば、図２の流体経路中の１つの連結において、マイクロ流体デバイス１０１の流路の開口２０７と継ぎ手の開口２０８は、ほぼ同じ断面積をもつ。流体、特に水のように殆ど圧縮されない流体が、漏れたり、分岐したりせずに流体経路中を流れる際は、流量は流体経路中の各地点間で一定である。そこで、各地点での流速は一般に流体経路の断面積に反比例する。よって、断面積が一定であることは、流速が一定であることにつながる。流速が小さすぎれば、前述のように液滴１０６が停滞する可能性がある。また、流速が大きすぎれば、レイノルズ数が大きくなり乱流が生じやすくなったり、せん断応力が大きくなることで液滴１０６の分裂を招いたりする。すなわち、流速を安定させること、ひいては断面積の変化を小さくすることは、より確実に液滴１０６を整然と流すことに寄与する。なお、レイノルズ数Ｒｅは、
Ｒｅ  ＝  ρＶＬ／μ
で定義される無次元数で、ここでρ[ｋｇ／ｍ３]は流体の密度、μ[Ｎ・ｓ／ｍ2]は流体の粘性係数、Ｖ[ｍ／ｓ]は流体の代表速さ、Ｌ[ｍ]は流体経路の代表長さである。代表速さはや代表長さは、系を特徴づける値を選び、例えば平均流速を代表速さに、流体経路断面の径の最小値（扁平な流路なら厚み）を選ぶ。レイノルズ数が大きければ乱流に、小さければ層流になりやすいと言える。
【００５２】
継ぎ手の材料は各種固体材料でよく、好ましくは、溶融石英、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を含むシリコーン樹脂、各種のテフロン（登録商標）を含むフッ素樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）を含むその他の樹脂、ステンレス鋼を含む金属、を用いてよい。また、より好ましくは、他の構造と液密な接触面を形成するのに好都合な、適度な弾性と剛性をもつ材料を用いることができる。このような材料としては各種の樹脂材料を用いることができる。また、継ぎ手は、その内部の空間に接する表面（内面）や、外面を異なる材料でコーティングまたは被覆されていてもよい。これらのコーティングまたは被覆の材料としては、物理化学的特性（各種液体との濡れ性または親和性または撥水性、）、化学的特性（反応性、非反応性、不動態化、触媒能）、機械的特性（強度、弾性、耐摩耗性など）、に影響を与えるものを用いてよい。特に、用いる流体との濡れ性を、流路１０５や配管１０２中の流体経路の壁面と流体との濡れ性と合わせることで、液滴１０６の流れを妨げることなく、液滴１０６の整然とした流れを助けることができる。
【００５３】
以上のような継ぎ手は、公知の各種加工方法を用いてよい。例えば、図３に記載の継ぎ手２０３は、ＰＤＭＳを用いてソフトリソグラフィ法により形成できる。具体的には、シリコンウエハ上にネガティブフォトレジストＳＵ−８の第１層をスピンコートし、継ぎ手２０３の流体経路をなす溝２０６に対応するパターンを露光し硬化させる。続いてＳＵ−８の第２層をコートし、ドーナツ型のパターンをマスクして露光することで、配管側の開口２１１と継ぎ手２０３の外周を規定する構造を形成する。ＳＵ−８を現像したものを鋳型とし、その上にＰＤＭＳを流し込んで熱硬化した後にＰＤＭＳを剥がし、余分なＰＤＭＳを切り落とせば、図３の継ぎ手２０３が得られる。継ぎ手２０３の流体経路をなす溝２０６の厚みは第１層の厚みで制御でき、継ぎ手２０３全体の厚みは第１層と第２層の合計、および最後の切断の工程で制御できる。継ぎ手２０３の外径、継ぎ手の開口２１１の大きさ、流体経路をなす溝２０６の幅は、当然リソグラフィに用いるフォトマスクのパターンで制御可能である。また、その他にも、射出成型や切削、３Ｄプリンティングなど各種の加工法を用いて製造可能である。
【００５４】
〔接続部の例２〕
分析システムが備える接続部１０４の一例は、図１５に示される。ここで接続部１０４は、配管１０２としての溶融石英製のキャピラリ２００中の流体経路２０１と、マイクロ流体デバイス１６０１中の流路１６０５を流体連通に接続する。流路１６０５の終端部１６０３はマイクロ流体デバイス１６０１の表面に垂直で、流路の開口１６０７はマイクロ流体デバイス１６０１の表面に位置する。流路１６０５の開口１６０７の周囲の面とキャピラリの開口２０５の周りの面、すなわちキャピラリの端面２２１は十分に平滑であり、両開口１６０７、２０５を互いに向き合わせて接し、保持フェラル２０２などを用いて固定することで、液密を保ち、流体連通を実現できる。流路の開口１６０７の周囲の面の平滑は、シリコンウエハとエッチングの組合せ等、通常の公知の技術で実現でき、キャピラリの端面２０５の平滑もダイヤモンドカッター等を用いた公知の技術で実現できる。また、図１５に示した構造は、すでに図７に示したようなホルダ等を用いて固定、保持できる。この構成によってもデッドボリュームのほぼない流体連通を実現することにより、液滴１０６をより整然と流すことが可能となる。
【００５５】
また、接続部１０４の別の好ましい例は、図１６および図１７に示される。図１５とほぼ同様の構成であるが、マイクロ流体デバイス１７０１、１８０１には接続用の孔１７０４および１８０４がそれぞれ設けられる。図１６では、キャピラリ２００は保持フェラル１７０２と共に孔１７０４に挿入される。キャピラリの端面２２１と孔の底面は十分に平滑に形成され、互いに接することで流体連通を実現する。保持フェラル１７０２の形状は、孔１７０４に合わせてはまるように形成され、キャピラリの開口２０５と流路の開口１７０７の位置合わせを容易にする。図１７も同様であるが、接続用の孔１８０４はキャピラリ２００の外径に合わせて形成されており、孔１８０４にはキャピラリ２００のみが挿入される。これにより、やはり、キャピラリの開口２０５と流路の開口１８０７の位置合わせを容易にする。図１６や図１７の接続部１０４によっても、デッドボリュームのほぼない流体連通を実現することにより、液滴１０６をより整然と流すことが可能となる。
【００５６】
〔接続部の例３〕
分析システムが備える接続部１０４の一例は、図１８に示される。ここで接続部１０４は、配管１０２としての溶融石英製のキャピラリ２００中の流体経路２０１と、マイクロ流体デバイス１９０１中の流路１９０５を流体連通に接続する。流路１９０５の先端部は、ガラス層１９１０の中に溝１９１９として形成され、流路の開口１９０７は、接続用の孔１９０４の底面に位置する。接続用の孔１９０４は、シリコン層１９０９に貫通孔として形成されている。このような貫通孔はガラス層とシリコン層の接合前に、例えば深堀反応イオン性エッチング等で形成することができる。貫通孔であるため、孔１９０４の形成時に、孔の深さを制御しなくて済み、加工が容易になる利点がある。キャピラリ２００は、保持フェラル１９０２と共に孔１９０４に挿入され、保持フェラル１９０２によって固定され、孔１９０４の底面に押しつけられる。この押しつけにより、保持フェラル１９０２とキャピラリ２００は、孔１９０４の底面をなすガラス層１９１０と液密に接する。流路１９０５の先端部は、ガラス層中の溝１９１９と、保持フェラル１９０２およびキャピラリの端面２２１とが組み合わされることで、流体経路として機能している。この構成によって、接続部１０４はデッドボリュームのほぼない流体連通を実現することにより、液滴１０６をより整然と流すことが可能となる。
【００５７】
また、接続部１０４の別の好ましい例は図１９および図２０に示される。図１９では、図１８の接続部のうち保持フェラル１９０２を、保持フェラル２００２と溝付きフェラル２００３の組合せに置き換えている。ここでは、流路１９０５の先端部の流体経路は、ガラス層の溝１９１９と、溝付きフェラル２００３およびキャピラリの端面２２１との組合せにより形成される。この際に、溝付きフェラルの溝２００６はガラス層の溝１９１９と向き合うように配置される。溝付きフェラル２００６に溝があることによって、上から押さえつける力を強くしすぎた際に変形して、ガラス層の溝１９１９を狭めてしまう危険を防ぐことができる。よって、上から押し付ける力の調節が容易になり、取り扱いがしやすくなる。また、図２０のように保持フェラルと溝付きフェラルを一体として、溝付き保持フェラル２１０２を用いても、図１９の場合と同様の効果が得られ、両フェラル２００２、２００３が一体化されることにより、組立や着脱時のフェラルの取り扱いがより容易になる。図１９および図２０の構成によっても、また、接続部１０４はデッドボリュームのほぼない流体連通を実現することにより、液滴１０６をより整然と流すことが可能となる。
【００５８】
〔システムの機能の詳細〕
これ以降は、以上で説明した構造を用いた分析システムの機能と、その動作についてより詳細に説明する。
【００５９】
分析システムは、試料の各種分析のため、試料を含む溶液中で目的の反応を制御、実行し、その反応の結果を測定するために使用することができる。また、分析システムは、例えば、科学的な分析（酵素反応動態、ＤＮＡの配列やＤＮＡの本数の測定など）、臨床的な分析、合成、製造のためのモニタリング、等に用いることができる。
【００６０】
分析システムは、その機能として、（１）マイクロ流体デバイス１０１中で目的の反応を起こす微小な液滴１０６（反応液滴）を生成し、（２）この液滴１０６を反応容器としてその中での反応を制御し、（３）液滴１０６をマイクロ流体デバイス１０１の外に取り出し、（４）液滴１０６の特徴を測定することで、目的の反応の結果を分析する手段を提供する。以下、（１）〜（４）の各々について詳細に説明する。
【００６１】
〔（１）反応液滴の調製〕
反応には、例えば、化学的、物理的または生物学的な反応を含む。
【００６２】
また、反応は、反応要素を例えば添加、印加、混合されることで開始できる。反応要素とは、反応を起こす主体である主要素、例えば酵素、基質、抗体、抗原などの物質でもよく、小さな生物個体や動物および植物の細胞または細胞群、組織片、細菌や真菌、ウィルスなどの生体試料でもよい。また、反応要素には、反応の副要素も含む。ここで副要素とは、反応を促進、阻害、補助、「開始」したりする物質や、反応要素の凝集、凝固、析出、変性、吸着などによる失活を防いだり、反応に影響する環境を提供できる物質、例えば触媒、促進剤、アゴニスト、阻害剤、アンタゴニスト、ｐＨ緩衝剤、酸化還元剤、各種金属イオンや塩一般、界面活性剤、変性防止剤、高分子または低分子の各種薬剤、医薬品や医薬品の候補物質や前駆体、培地、誘導材等を含む。副要素には、上記の物質以外にも、温度、圧力、速度、光（電磁波）反応、音波、電場、磁場、ｐＨなどの物理的、化学的な量の変化でもよく、これらの変化によって反応の開始を制御できればよい。また、触媒など固相との接触によってもよい。また、これらの組合せでもよく、上記の主要素、副要素の自由な組み合わせにより、反応を開始してよい。
【００６３】
例えば、ホットスタート酵素（AmpliTaq Gold（登録商標） DNA Polymerase）を用いたＰＣＲ反応においては、酵素、プライマーＤＮＡ、鋳型ＤＮＡ、バッファー（ｐＨ緩衝剤）を反応要素として含むが、酵素以外の反応要素を混合した後に酵素を混合することで反応を開始してもよく、また、酵素を含むすべてを混合した後に、適切な温度で保温（例えば９５℃で５分間）することで反応を開始してもよい。この適切な温度の調節の方法は当業者に公知である。
【００６４】
また、反応は、反応終了工程により終了することができる。反応終了工程としては、反応要素（主要素、副要素）を変化させたり、取り除いたりする処理や物質添加などを用いることができる。また、温度、圧力、速度、光（電磁波）反応、音波、電場、磁場、ｐＨなどの物理的、化学的な量の変化でもよく、これらの変化によって反応の終了を制御できればよい。例えば、酵素の活性化部位に結合して酵素の活性を失わせることができる阻害剤を含む液滴を融合することで反応液滴に添加することで、反応の終了を制御することができる。同様の操作で、強酸や高濃度の弱酸の液滴を反応液滴と融合することで、反応液滴のｐＨを酵素の至適ｐＨから外し、さらには酵素を変性、失活させることでも、反応の終了を制御することができる。または、至適温度が３６℃で酵素を反応要素とする液滴を流路に沿って流す際に、当該酵素は８０℃１分間以上に保持することで変性して失活する場合、流路の一部範囲を１００℃に保温し、当該範囲を液滴が１分以上かけて通過するようにすることによっても、反応の終了を制御することができる。
【００６５】
これらの場合、反応終了工程とは、各処理の開始から終了まで、または物質の添加の開始から物質が反応液滴全体に混合されて実質的に全ての反応が停止するまで、または、各物理量や化学量などの変化の開始から実質的に全ての反応が停止するまでの期間を指す。
【００６６】
液滴１０６の生成は、当業者に公知の各種方法によってよく、受動的な液滴生成法、または能動的な液滴生成法、またはこれらの組合せによって行ってもよい。例えば、受動的な液滴生成法としては、特表２０１０−５０６１３６などに記載のフローフォーカスや、Lab on a Chip (2006), vol.6, pp.437-446 などに記載のＴジャンクションを用いることができる、また、能動的な液滴生成法としては、Lab on a Chip (2010), vol.10, pp.816-818 などに記載の方法を用いてよく、より具体的には、マイクロ流体デバイス１０１内または外に設けたバルブの開閉時間とバルブ前後の圧力差を制御することで、微小な液滴１０６の容積を制御して各種ノズルから吐出することができる。
【００６７】
いずれの液滴生成法も、互いに非混和な少なくとも２つの流体を用いる。非混和な流体の組合せとしては、例えば、水などの極性分子、オイル、イオン液体等の液体が挙げられ、これら３つの群は全て互いに非混和でありうる。また、オイルのうち、各種の炭素水素（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ）を含む通常の有機分子類と、フッ化炭素類（フルオロカーボン、ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎｓ）も、適切な組み合わせを選ぶことで、互いに非混和でありうる。また、前記の液体と互いに非混和な気体を用いてもよい。これらのいずれかを、連続相と非連続相のいずれかとして用いる。前記の液滴生成法に示される構造、例えばフローフォーカス構造、Tジャンクション、各種ノズルなど、において、連続相と非連続相は合流し、非連続相は連続相に分断され、液滴１０６を生じる。これらの合流に用いられる構造は典型的には、マイクロ流体デバイス１０１内に設けられる。連続相と非連続相をなす流体は、マイクロ流体デバイス１０１の注入口１１、１２から導入される。導入のタイミングは、利用たとえば分析の際でも、事前でもよい。典型的には、２つ以上の流体にはそれぞれ専用の注入口が割り当てられてよい。ただし、マイクロ流体デバイス１０１にバルブ様機能を備え、これを導入時に都度切り替えることで、異なる流体を異なるリザーバーに貯めておき、利用時にそれぞれのリザーバーから異なる非混和な流体を送り出して、合流するのでもよい。
【００６８】
液滴１０６内の反応要素は、添加とともに素早く混合され、液滴１０６内で均一になることが好ましい。前述のように、反応は、反応要素が添加、混合されることで開始できるが、添加された反応要素が、液滴１０６内で均一に混合されることで、液滴１０６内の反応条件を均一にすることができ、これにより、液滴１０６内のどの部分の特徴を測定しても均一な測定結果を得られる。また、これにより、実際の反応時間や各種の反応条件と、意図した反応時間や反応条件との差異が最小限に抑えられる。
【００６９】
上記の混合は、微小な液滴１０６自体が持つ性質のみによってもよい。微小な液滴１０６には、反応要素の混合を促進する効果がある。これは、液滴１０６は一般的な反応容器と比較して空間的なサイズが微小なため、拡散のみによる混合の場合でも非常に短時間で混合を完了できるためである。また、液滴１０６内の渦状流が混合を促進する効果もある。さらに、Journal of the American Chemical Society  (2003) vol.125 pp.14613-14619 に述べられるように液滴１０６の生成後に蛇行した流路や、壁に凹凸を持つ流路の中を通過させてもよく、この場合、液滴１０６内の渦状流れはより顕著になって、液を攪拌するため、さらに短時間で混合が完了できる。
【００７０】
また、液滴生成前の（連続流の）状態で混合してもよい。この場合、すでに公知である、各種の混合を促進する構造をもった流路等を利用してよい。
【００７１】
反応要素を含む流体の混合に際しては、液滴の生成に先だって混合してもよく、各反応要素を含む複数の液滴の生成後に各液滴を融合することで混合してもよい。また、これらを組合せて、一部の反応要素を液滴生成前に先に混合し、この混合した液の液滴と残りの要素の液滴を生成後に、液滴を融合して混合してもよい。この場合、例えば比較的拡散係数が小さく混合に時間のかかる反応要素を予め混合しておき、比較的拡散係数が大きくすぐに混合できる反応要素を最後に混合することで、実質的な混合にかかる時間を短縮することができる。
【００７２】
〔（２）反応時間〕
反応時間は、各々の反応液滴１０６の、反応開始時刻から、反応終了時刻までの時間で定義される。これらの時刻を制御することで、反応時間を制御することができる。
【００７３】
各反応液滴１０６について、反応液滴１０６が生成される時刻、または反応が開始される時刻を、反応開始時刻と考えてよい。より具体的には、反応要素が混合され始める時刻や混合が完了した時刻、その間の代表的な時刻を反応開始時刻と考えてよい。または、反応液滴１０６が生成された時刻を用いてもよい。同様に、反応終了工程の開始時刻、または終了時刻、または工程の期間を代表する時刻、または分析時刻を反応終了時刻として用いてよい。分析時刻とは、反応液滴の分析に必要な反応液滴１０６の特徴の測定の時刻である。反応液滴１０６中の反応を停止させないままに、反応液滴１０６を分析、すなわち反応液滴１０６の各種特徴を測定した場合、測定の時刻と同時に反応が終了した場合と実質的に同じ分析結果が得られるため、分析時刻を反応終了時刻として用いることができる。反応終了時刻としての分析時刻には、各液滴１０６の測定の開始時刻、測定の終了時刻、または開始から終了までの期間を代表する時刻、を用いてよい。反応開始時刻と反応終了時刻として、上記に挙げた例のうちどれを採用するかは、反応の種類や分析の種類、目的等を勘案して適切なものを選択すればよく、これ以外の適切な時刻を用いてもよい。
【００７４】
例えば、第１と第２の注入口から非連続相である水を、第３の注入口から連続相であるオイルを、それぞれ適切に選択した一定の体積流量にて注入する。第1の注入口からは酵素とバッファーを含む水溶液を、第２の注入口からは基質とバッファーを含む水溶液を注入する。両注入口から続く流路は合流点で合流した後、さらに第３の注入口から続く流路とＴジャンクションを形成して合流する。Ｔジャンクションでは、一定体積の水の液滴が一定間隔で生成される。合流点で酵素と基質が混合を始めた時点で、反応は（液滴の一部で）開始し始めていると考えることができる。その後、Ｔジャンクションで液滴１０６が生成され、液滴１０６が流路内を流れるうちに、液滴１０６の内容物が完全に混合された時点でこの例では実質的な反応の開始が完了する。前記の合流点とＴジャンクションを非常に短く設計することで、合流から液滴１０６生成までの時間を、流速と液滴の大きさや反応速度等との比較において、非常に短くすることができる。そして、液滴１０６生成後は液の混合がより速く行われるため、結果的に、反応開始の始まり（合流）から反応開始の完了（混合の完了）までを、実質的にほぼ同時とみなせる程度の短時間に実行することも可能である。この場合、上記に挙げた反応開始時刻の候補のうち、いずれを採用しても大きな影響はない。また、用いる反応が非常に速い場合や、用いる溶液の特性や、液滴１０６の体積、流路１０５や体積流量の制約によって液滴１０６内の混合が十分速く進まない場合は、反応開始の始まり（合流）から反応開始の完了（混合の完了）までの時間差が、反応時間に影響を与えるので、反応開始が完了した時刻を採用してもよい。または、反応開始がちょうど半分程度完了した時点を、反応開始の始まりと完了の中間点や、混合が半分程度完了する時点の計算による予測値などを用いてもよい。また、反応開始中の反応速度の時間変化を求める、例えば混合の程度の時間変化を実験または理論に基づく計算により求めることで代用するなどして、反応生成物を反応速度の時間積分として求めることもできる。この場合、反応速度は開始直後から常に反応開始完了後の反応速度と等しいと仮定した際に、実際と同量の反応生成物を与えることになる仮想的な反応開始時刻を求めて、反応開始時刻として用いることもできる。
【００７５】
さらに、上記の例において、反応終了工程は特に設けずに、分析として流路１０５中を流れる液滴１０６の特定波長の光に対する吸光度を測定することができる。この場合、反応時間は、反応開始地点から分析開始地点までの、液滴１０６の移動時間と実質的に等しい。そして、この液滴１０６の移動時間は、計算、実験、または実際の移動時間の計測、により求めることができる。計算による場合は、例えば体積流量と流路容積から推定できる。体積流量は、任意の体積流量を与えることができる。例えばシリンジとシリンジポンプを用いることで、任意の一定の体積流量で液体をマイクロ流体デバイス１０１に流し込むことができる。また、流路容積は、流路１０５の既知のサイズ（長さ、内径、断面の高さと幅、行程容積、デッドボリューム等）などから算出してもよく、実験的に測定してもよい。実験的には、例えば、ある一定体積流量の流体が当該容積を通過するのにかかる時間を目視やカメラで撮影した映像などから測定し、これらから算出してもよいし、ある液体で流路容積を満たしたのちに、別の互いに非混和な第２の液体を注入し、この第２の液体が当該容積を通過し始めてから通過し終わるまでに注入された第２の液体の体積を以て、当該容積としてもよい。
【００７６】
あるいは、実験的に測定した時間を液滴の移動時間とし、反応時間を求めるのに用いてもよい。例えば、ある一定体積流量の不連続相が当該容積を通過するのにかかる時間を測定して液滴１０６の移動時間としてもよい。また、より好ましくは、実際に用いる流路１０５または同等の流路の中に、連続相を実際に用いる体積流量で流し、その中を流れる液滴１０６の移動時間を測定して用いてもよい。さらに好ましくは実際に用いる液滴１０６の大きさや、連続相と不連続相の粘性、およびそれらの比、連続相と不連続相の間の表面張力、連続相と不連続相の流路１０５の壁に対する濡れ性、連続相と不連続相の体積流量などを、実際に用いる値または値の範囲に渡って設定し、実験して測定した移動時間を用いてもよい。これは、これらのパラメータが液滴１０６の移動速度に影響する場合があることが知られているためである。例えば、Lab on a Chip (2011), vol.11, pp.3603-3608 には、液滴１０６の移動速度が、液滴１０６の流路１０５中での相対長さｌ／ｗ（ｗは流路の幅、ｌは液滴長さ）、連続相と不連続相の粘性の比、キャピラリー数Ｃａ等に依存することを示している。Ｃａは、
Ｃａ  ＝  μＶ／γ
で定義される無次元数で、ここでμ[Ｎ・ｓ／ｍ2]は連続相の粘性係数、Ｖ[ｍ／ｓ]は不連続相の代表速さ、γ[Ｎ／ｍ]は連続相と不連続相の間の表面張力である。以上に述べた方法により、任意の体積流量を与えた際の液滴１０６の移動時間を求めることができる。これに基づいて、移動時間を制御することで、反応時間を制御することができる。
【００７７】
〔（３）液滴の輸送〕
本発明は、マイクロ流体デバイス１０１中で生成された液滴１０６を、分析装置１０３まで輸送する手段を提供する。マイクロ流体デバイス１０１は、すでに説明した接続部１０４を介して、同じくすでに説明した配管１０２と接続される。これにより、液滴１０６はマイクロ流体デバイス１０１から接続部１０４、配管１０２を経由して、分析装置１０３まで輸送される。マイクロ流体デバイス１０１の流路１０５は配管１０２内の流体経路と流体連通に接続され、両者は一体化した流体経路を形成する、液滴１０６は、この一体化した流体経路を流れるオイルなどの連続相の中を流れる。上で述べたように、連続相の流れを制御することで、液滴１０６の輸送速度や、分析装置１０３に到達するタイミングまたは分析されるタイミングを制御することができる。輸送の経路は、一本道でもよく、分岐、合流があってもよい。分岐や合流がある場合には、プログラムされた制御や、確率的な制御方法を用いることができる。
【００７８】
〔（４）液滴の分析〕
分析には、液滴１０６の各種特徴（１つ、または複数）を測定することを含む。また、測定により複数の特徴の絶対値や相対値の組を得ることを含む。
【００７９】
液滴１０６の特徴の非限定的な例には、蛍光、吸光、スペクトル（例えば、光学的な、可視光、赤外光、紫外光、テラヘルツ波などにおける、吸収または発光、各種散乱、共鳴スペクトル、または核磁気共鳴スペクトル、など）、放射能、質量、体積、密度、温度、粘性、電磁気的特性（導電率、誘電率、透磁率）、ｐＨ、化学物質や生物学的物質（例えば、タンパク質、核酸など）のような物質の濃度などが含まれる。また、各特徴を測定する際に、１つの液滴１０６について特徴を１回測定してもよく、複数回測定した後に平均値などの代表値を算出したり、液滴１０６内での特徴の分布を評価したりしてもよい。
【００８０】
より具体的には、原子吸光、吸光光度計、蛍光光度計などの各種光度計や分光器、質量分析計（ＭＳ）、ＮＭＲ（核磁気共鳴装置）、発光分光分析(ICP)，HPLC，各種顕微鏡、などを用いてもよい。
【００８１】
また、液滴１０６間を隔てる連続相が液滴の特徴の値と異なる値を示す場合、特に、特徴がほぼ検出されないばあい、連続相は複数の液滴の示す特徴の測定値を時間的に分断するスペーサとして働く。具体的には、複数の液滴１０６が示す特徴の値を時間に対してプロットすれば、ピークやパルスの様な形状を示すこととなる。これにより、各液滴１０６と測定された特徴の値は、容易に関連付けることができる。
【００８２】
〔用語〕
本明細書において、流れとは、その一部または全部に層流、乱流を含んでよく、
電気浸透流、圧力駆動流（pressure driven flow）、などを含む。圧力駆動流は、シリンジとシリンジポンプによって駆動されてよく、また、空気ボンベやポンプとバルブの組合せなどで構成される圧力源によって駆動されてもよい。
【００８３】
本明細書において、オイルとは、典型的には、各種の油やオイル一般たとえば、植物油、ミネラルオイル、炭化水素（直鎖、芳香族）、フッ素オイル（フルオロカーボンなど）などを用いることができ、より好ましくは、フッ素オイルのうち、ペルフルオロデカリン（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｄｅｃａｌｉｎ）、Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（登録商標）（ＦＣ−４０やＦＣ−３２８３など、３Ｍ社）を用いてよい。または、これらの各種オイルと界面活性剤との混合物でもよい。界面活性剤として、前記オイルや分析の対象物や溶媒など液滴の構成物質に合わせて各種界面活性剤を用いることができる。Ｔｗｅｅｎ２０や、ＮＰ−４０などのノニオン系界面活性剤や、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−１−ｏｃｔａｎｏｌや、ＥＡ ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ（Ｒａｉｎｄａｎｃｅ社）などのフッ素系界面活性剤を用いてもよい。
【００８４】
本明細書において、水とは、純粋な水のほか、水を成分とする各種水溶液を含む。
【００８５】
本明細書において、連続相とは、流路中の大部分を占める実質的に連続的な空間を占める流体の相である。
【００８６】
本明細書中での液滴とは、流路を構成する壁などの構造や、または連続相に囲まれた、実質的に一定質量を有する流体の一塊である。典型的には、球状、楕円状、弾丸状、円筒状などの形状を取りうる。また、液滴の体積に対して流路の断面積が小さい場合には、流路の形状に応じて任意の形に変形しうる。
【００８７】
本明細書において、不連続相とは、液滴を構成する流体の相である。
【００８８】
本明細書において、液滴生成とは、不連続相の流入口から実質的に空間的に連続な状態で流れている流体が、連続相や流路の壁によって区切られ、独立した実質的に一定質量を有する一塊を生じることを言う。
【００８９】
本明細書において、連続流とは、液滴を含まず、連続相か不連続相のいずれかのみを一様に含む流体の流れのこと、または、油か水のいずれかのみを一様に含む流体の流れのことを言う。
【実施例１】
【００９０】
本発明は、酵素を含む反応液滴を調製し、液滴中の基質濃度と、反応時間を制御し、液滴中の基質や反応生成物の濃度を測定するシステムを提供する。さらに本発明は、液滴中での酵素反応動態の解析方法を提供する。
【００９１】
液滴を生成するための連続相となるオイルとして、ペルフルオロデカリンと１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−１−ｏｃｔａｎｏｌの混合液（混合比１０：１（ｖ／ｖ）、共にＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社）、不連続相として水を用いた。分析対象の酵素と基質として豚トリプシン、およびペプチドＡＣＴＨ１８−３９（Adrenocorticotropic Hormone Fragment 18-39 human、アミノ酸配列RPVKVYPNGAEDESAEAFPLEF）（共にＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を用いた。酵素と基質の溶媒および濃度調整用の希釈液として、バッファ（NH4HCO3、ｐＨ８）を用いた。トリプシンはペプチドを特異的な箇所で切断するため、この系では反応生成物はアミノ酸配列VYPNGAEDESAEAFPLEFを持つペプチドである。同等のペプチド(ACTH22-39)を、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社製から購入した。また、基質と反応生成物の濃度を定量するための標準物質としてleucine enkephalin（以下、LeuEnk）を用いた。予め検量線を作成するため、ＡＣＴＨ１８−３９、ACTH22-39、LeuEnkを、各種濃度で混合、質量分析計で分析した。
【００９２】
図２１に本実施例のシステムの概略を示した。マイクロ流体デバイス２２０１は、シリコンウエハ中に深堀エッチングによって溝として形成されたマイクロ流路２２０５と、貫通孔として形成された注入口２２１１〜２２１４および排出口２２１５を備える。シリコンウエハをガラスウエハと陽極接合した後ダイシングし、マイクロ流体デバイスを得た。各注入口２２１１〜２２１４には、キャピラリ２２２５〜２２２８を介してシリンジ２２２１〜２２２４が接続されている。シリンジ２２２１には基質溶液として784μM ACTH18-39、196μM LeuEnk、22.5 mM NH4HCO3水溶液、シリンジ２２２２には希釈液として22.5 mM NH4HCO3水溶液、シリンジ２２２３には酵素溶液として.43μM トリプシン、100μM HCl水溶液、シリンジ２２２４にはオイルがそれぞれ入っている。排出口２２１５には接続部２２０４を介して、溶融石英製のキャピラリ２２０２が流体連通に接続されている。キャピラリ２２０２の他端は、質量分析計２２３３（Ｗａｔｅｒｓ社製、ＳｙｎａｐｔＨＤＭＳ）に備えられたユニオン２２２９を介し、イオン源２２３０であるステンレス製キャピラリに接続されている。イオン源２２３０に流れ込んだ試料はエレクトロスプレーによりイオン化されイオン２２３１となり、質量分析部２２３２中に導入されて、その質量がｍ／ｚとして測定される。なお、マイクロ流体デバイス２２０１の流路２２０５壁面とキャピラリ２２０２の内面はフッ素コーティングを施した。
【００９３】
次に、マイクロ流体デバイス２２０１の動作について説明する。図２２に、マイクロ流体デバイス２２０１の詳細を示した。基質溶液、希釈液はそれぞれ注入口２２１１、２２１２より注入されてＴジャンクション２２１６で合流し、混合される。基質溶液と希釈液の混合液は、注入口２２１３より流入した酵素溶液とＴジャンクション２２１７で合流し、反応混合液となる。反応混合液は、その後ただちに注入口２２１４から流入したオイルとＴジャンクション２２１８において合流し、オイルによって分断され、液滴（反応液滴）２２１９を生じる。液滴２２１９は流路２２０５中を流れて排出口２２１５において接続部２２０４を経由し、キャピラリ２２０２へと整然と流れ、最終的にイオン源２２３０でイオン化され、質量分析部２２３２で分析される。液滴２２１９が生成された時点での組成は、各液の流量によって制御される。例えば、基質溶液、希釈液、酵素溶液の流量比が、４：４：１であれば、382 nM トリプシン、 348μM ACTH18-39, 174μM LeuEnk, and 20mM NH4HCO3という組成になる。また、反応時間は混合液滴の生成からイオン源２２３０でのイオン化までの時間で規定され、オイルを含めた総流量で制御可能である。反応混合液とオイルの流量比を９：１０に保ったまま、総流量を３〜１０μＬ／分の範囲で変化させることで、反応時間を２．６〜８．６分の範囲で変化させた。以上のようにして得られたデータを図２３に示した。液滴２２１９とオイルを質量分析計２２３３で分析して得られた質量スペクトルのうち、ACTH18-39に対応する信号強度を丸で、LeuEnkに対応する信号強度を三角で、それぞれ示した。各信号がパルス状の形状を示すのは、イオン源に液滴２２１９が流れ込みイオン化される間だけ信号が得られ、オイルが流れ込んでいる間は信号が得られず、オイルがスペーサとして働くためである。つまり１つのパルスが１つの反応液滴２２１９に対応し、これにより、各個の液滴２２１９の組成を分析することが可能である。また、各液滴２２１９に対応するパルス毎に、ACTH18-39とLeuEnkの強度比の平均値を算出し、検量線と比較することで基質および反応生成物の濃度を得られる。図２４に、こうして得られた反応液滴中の反応生成物の濃度を、反応時間に対してプロットした。各点は液滴数ｎ＝７３〜１２６個の平均値を示す。このプロットに対する回帰直線を求めることで、反応初速V0の推定値、２９．２ｎＭ／ｓを得ることができた。同様の手順において、基質溶液、希釈液、酵素溶液の流量比を、１：７：１〜７：１：１と変化させることで、濃度比４９倍の範囲で同様の解析を行い、反応初速を得ることができた。また、同様の実験を、より長い反応時間、または酵素濃度を下げて低い反応速度で行うことで、基質濃度が低下し、反応速度が低下する段階までのデータを一度に得ることも可能である。これらの実験により、各種の反応速度定数を、微量な試薬を用いて解析することができる。
【符号の説明】
【００９４】
11 注入口１
12 注入口２
15 排出口
101 マイクロ流体デバイス
102 配管
103 分析装置
104 接続部
105 流路
106 液滴
200 キャピラリ
201 キャピラリ中の流体経路
202 保持フェラル
203 継ぎ手
204 接続用孔
205 キャピラリの開口
206 流体経路としての溝
207 流路の開口
208 継ぎ手の流路側の開口
209 シリコン層
210 ガラス層
211 継ぎ手配管側の開口
213 理想的な流体経路
221 キャピラリの端面
401 キャピラリ中の流体経路
402 保持フェラル
404 接続用孔
405 キャピラリの開口
407 流路の開口
408 継ぎ手の流路側の開口
409 シリコン層
409 ガラス層
411 継ぎ手配管側の開口
412 追加のデッドボリューム
413 理想的な流体経路
503a,503b 継ぎ手
504a,504b 接続用孔
505a,505b キャピラリの開口
506a,506b 流体経路としての溝
507a,507b マイクロ流体デバイスの流路
508a,508b継ぎ手の流路側の開口
509a,509b マイクロ流体デバイスのシリコン層
603 継ぎ手
606 継ぎ手の流体経路
608継ぎ手の流路側の開口
611 配管側の開口
714 ホルダ上部
715 ホルダ下部
716 ナット
717 ねじ
804 接続用孔
805 流路
806 流体経路としての溝
809 シリコン層
810 ガラス層
811 継ぎ手配管側の開口
818 流路
819 流体経路としての溝
903 継ぎ手
906 流体経路としての溝
908 継ぎ手の流路側の開口
911 継ぎ手配管側の開口
922 継ぎ手の段差部分
1103 継ぎ手
1106 流体経路としての溝
1108 継ぎ手の流路側の開口
1111 継ぎ手配管側の開口
1303 継ぎ手
1304 接続用孔
1306 流体経路としての溝
1308 継ぎ手の流路側の開口
1311 継ぎ手配管側の開口
1403 継ぎ手
1404 接続用孔
1406 流体経路としての溝
1408 継ぎ手の流路側の開口
1411 継ぎ手配管側の開口
1601 マイクロ流体デバイス
1603 流路の終端部
1605 流路
1607 流路の開口
1609 シリコン層
1610 ガラス層
1701 マイクロ流体デバイス
1702 保持フェラル
1703 流路の終端部
1704 接続用孔
1705 流路
1707 流路の開口
1709 シリコン層
1710 ガラス層
1801 マイクロ流体デバイス
1802 保持フェラル
1803 流路の終端部
1804 接続用孔
1805 流路
1807 流路の開口
1809 シリコン層
1810 ガラス層
1901 マイクロ流体デバイス
1902 保持フェラル
1904 接続用孔
1905 流路
1907 流路の開口
1909 シリコン層
1910 ガラス層
1919 流路の先端部となるガラス層の溝
2002 保持フェラル
2003 溝付きフェラル
2006 流体経路としての溝
2102 溝付き保持フェラル
2106 流体経路としての溝
2201 マイクロ流体デバイス
2202 キャピラリ
2204 接続部
2205 マイクロ流路
2211 注入口１
2212 注入口２
2213 注入口３
2214 注入口４
2215 排出口
2216 Tジャンクション１
2217 Tジャンクション２
2218 Tジャンクション３
2219 液滴
2221 シリンジ１
2222 シリンジ２
2223 シリンジ３
2224 シリンジ４
2225 キャピラリ１
2226 キャピラリ２
2227 キャピラリ３
2228 キャピラリ４
2229 ユニオン
2230 イオン源
2231 イオン
2232 質量分析部
2233 質量分析計
2234 ホルダ
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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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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