(57)【要約】本発明は概して、化学的、生物学的、および／または生化学的なリアクターチップおよび他の反応システム、例えば、マイクロリアクターシステム、ならびにこのようなデバイスを構築および使用するためのシステムおよび方法に関する。１つの局面では、チップまたは他の反応システムは、その中での細胞増殖を促進するように構築され得る。特定の実施形態では、本発明のこのチップまたは他の反応システムは１つ以上の反応部位を含む。この反応部位は極めて小さく、例えば、約１ｍｌ未満の容積を有してもよい。本発明の１つの局面では、１つ以上の反応部位に関連する、環境要因、例えば、温度、圧力、ＣＯ２濃度、Ｏ２濃度、相対的湿度、ｐＨなどを、１つ以上のセンサー、アクチュエータ、プロセッサーおよび／または制御システムを用いることによって、チップで検出、測定および／または制御することができる。
2005536233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を備え、該所定の反応部位がインレットおよびアウトレットを有する、チップと；
該所定の反応部位内に生存細胞を支持するように、該チップに関連する状態の指標であるシグナルに応答して該チップに関連する環境要因を制御し得る能動的制御システムと；
を備える装置。
【請求項２】
前記チップが複数のリアクターを備え、該複数のリアクターのうちの１つが前記所定の反応部位を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記能動的制御システムが前記チップに一体的に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記所定の反応部位が約５００μｌ未満の容積を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記所定の反応部位が約１００μｌ未満の容積を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記所定の反応部位が約１０μｌ未満の容積を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記所定の反応部位が約１μｌ未満の容積を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記所定の反応部位が約１ｃｍ未満の最大寸法を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記所定の反応部位が約１ｍｍ未満の最大寸法を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記所定の反応部位が約１００μｍ未満の最大寸法を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記所定の反応部位が約１０μｍ未満の最大寸法を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記所定の反応部位の少なくとも１つの表面が無機物質を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記無機物質が半導体を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記無機物質が金属を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記生存細胞が哺乳動物細胞である、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記生存細胞が細菌である、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記細胞が植物細胞である、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記生存細胞が組織培養物の一部である、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記所定の反応部位の少なくとも１つの表面がポリマーを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの表面が本質的にポリマーからなる、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記ポリマーがシリコーン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ビス−ベンゾシクロブテン、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリイミドおよびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記制御システムが：
相対湿度、                ｐＨ、
モル濃度、                溶存ガス濃度、
オスモル濃度、                  グルコース濃度、
グルタミン濃度、          ピルビン酸濃度、
アパタイト濃度、          色、
濁度、                    粘度、
アミノ酸の濃度、          ビタミンの濃度、
ホルモンの濃度、          血清濃度、
イオンの濃度、            剪断速度、
撹拌の程度、              温度、
圧力、                    Ｏ２濃度、
ＣＯ２濃度、
およびオリゴペプチドの濃度
からなる群より選択される所定の反応部位内の少なくとも１つの環境要因を制御し得る、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記制御システムが前記所定の反応部位内の温度を制御し得る、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記制御システムが、所定の反応部位内の圧力を制御し得る、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を備え、該所定の反応部位がインレットおよびアウトレットを有する、チップと；
該所定の反応部位内に関連する環境要因を制御し得る制御システムであって、該環境要因が、相対湿度、ｐＨ、溶存Ｏ２濃度、溶存ＣＯ２濃度および培地成分の濃度のうちの少なくとも１つである、制御システムと；
を備える、装置。
【請求項２６】
前記制御システムが前記チップに一体的に接続される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記チップが所定の反応部位で少なくとも１つの生存細胞を維持するように構築されかつ配列される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記培地成分が、糖質供給源、血清、増殖因子、酵素、ホルモン、アミノ酸、またはオリゴペプチドからなる群より選択される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記糖質供給源がグルコースである、請求項２５に記載の装置。
【請求項３０】
前記チップが複数のリアクターを備え、該複数のリアクターのうちの１つが前記所定の反応部位を備える、請求項２５に記載の装置。
【請求項３１】
前記所定の反応部位が約５００μｌ未満の容積を有する、請求項２５に記載の装置。
【請求項３２】
前記所定の反応部位の少なくとも１つの表面が無機物質を含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項３２】
前記所定の反応部位の少なくとも１つの表面がポリマーを含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項３３】
前記生存細胞が哺乳動物細胞である、請求項２５に記載の装置。
【請求項３４】
約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を備え、該所定の反応部位がインレットおよびアウトレットを有する、チップと；
該チップに一体的に接続されたセンサーであって、該センサーは、該所定の反応部位内に関連する環境要因を決定し得、該環境要因が：
ｐＨ、                    溶存ガスの濃度、
モル濃度、                オスモル濃度、
グルコース濃度、          グルタミン濃度、
ピルビン酸濃度、          アパタイト濃度、
色、                      濁度、
粘度、                    アミノ酸の濃度、
ビタミンの濃度、          ホルモンの濃度、
血清濃度、                イオンの濃度、
剪断速度、                および撹拌の程度；
のうちの少なくとも１つである、センサーと；
該環境要因を変更し得るチップに一体に接続されたアクチュエータと；
を備える、装置。
【請求項３５】
前記チップが所定の反応部位で少なくとも１つの生存細胞を維持するように構築されて配列される、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記アクチュエータが所定の反応部位にエネルギーを移動し得る、請求項３４に記載の装置。
【請求項３７】
前記エネルギーが熱エネルギーを含む、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記エネルギーが音響エネルギーを含む、請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
前記エネルギーが力学的エネルギーを含む、請求項３６に記載の装置。
【請求項４０】
センサーからの測定値に基づいて前記アクチュエータについての応答を決定できるプロセッサーをさらに備える、請求項３４に記載の装置。
【請求項４１】
前記プロセッサーが前記物体に一体に接続されている、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記プロセッサーが電気回路を備える、請求項４０に記載の装置。
【請求項４３】
前記チップが複数のリアクターを備え、該複数のリアクターのうちの１つが前記所定の反応部位を備える、請求項３４に記載の装置。
【請求項４４】
前記所定の反応部位が約５００μｌ未満の容積を有する、請求項３４に記載の装置。
【請求項４５】
前記所定の反応部位の少なくとも１つの表面が無機物質を含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項４６】
前記所定の反応部位の少なくとも１つの表面がポリマーを含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項４７】
前記生存細胞が哺乳動物細胞である、請求項３４に記載の装置。
【請求項４８】
前記センサーからのシグナルを受容し、前記アクチュエータに対してシグナルを生じ得るプロセッサーをさらに備える、請求項３４に記載の装置。
【請求項４９】
約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を備え、該所定の反応部位がインレットおよびアウトレットを有する、チップと；
温度および圧力の少なくとも１つを決定し得る、該チップに一体的に接続された第一のセンサーと；
第二の環境要因を決定し得る、該チップに一体的に接続された第二のセンサーであって、該第二の環境要因が：
ｐＨ、                    溶存ガス濃度、
モル濃度、                オスモル濃度、
グルコース濃度、          グルタミン濃度、
ピルビン酸濃度、          アパタイト濃度、
色、                      濁度、
粘度、                    アミノ酸濃度、
ビタミンの濃度、          ホルモン濃度、
血清濃度、                イオンの濃度、
剪断速度、                および撹拌の程度；
のうちの少なくとも１つである、第二のセンサーと；
温度、圧力および該環境要因のうちの少なくとも１つを変更し得るチップに一体に接続されたアクチュエータと；
を備える、装置。
【請求項５０】
前記チップが所定の反応部位で少なくとも１つの生存細胞を維持するように構築されかつ配列される、請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
約１ｍｌ未満の容積を有する複数の所定の反応部位を備え、該所定の反応部位がインレットおよびアウトレットを有する、チップと；
該所定の反応部位の少なくとも１つに関連する環境要因を決定し得るセンサーであって、該環境要因が：
ＣＯ２濃度、              グルコース濃度、
グルタミン濃度、          ピルビン酸濃度、
アパタイト濃度、          血清濃度、
ビタミンの濃度、          アミノ酸の濃度、
ホルモン濃度、
のうちの少なくとも１つである、センサーと；
を備える、装置。
【請求項５２】
前記センサーが前記チップに一体的に接続されている、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
さらに温度センサーを備える、請求項５１に記載の装置。
【請求項５４】
圧力センサーをさらに備える、請求項５１に記載の装置。
【請求項５５】
前記チップが複数のリアクターを備え、該複数のリアクターのうちの１つが前記所定の反応部位を備える、請求項５１に記載の装置。
【請求項５６】
前記少なくとも１つの所定の反応部位が約５００μｌ未満の容積を有する、請求項５１に記載の装置。
【請求項５７】
前記少なくとも１つの所定の反応部位の少なくとも１つの表面が無機物質を含む、請求項５１に記載の装置。
【請求項５８】
前記少なくとも１つの所定の反応部位の少なくとも１つの表面がポリマーを含む、請求項５１に記載の装置。
【請求項５９】
前記生存細胞が哺乳動物細胞である、請求項５１に記載の装置。
【請求項６０】
前記所定の反応部位の少なくとも１つと関連する環境要因を変更し得るアクチュエータをさらに備える、請求項５１に記載の装置。
【請求項６１】
センサーからのシグナルを受容し、前記アクチュエータに対してシグナルを生じ得るプロセッサーをさらに備える、請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を備えるチップと；
１秒内で該所定の反応部位に関連する第一の環境要因における変化を生成し得、かつ該所定の反応部位に関連する第二の環境要因における変化に応答性である制御システムと；
を備える装置。
【請求項６３】
前記制御システムが前記チップに一体的に接続されている、請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記チップが前記所定の反応部位で少なくとも１つの生存細胞を維持するように構築されかつ配列される、請求項６２に記載の装置。
【請求項６５】
前記制御システムが、前記第二の環境要因における変化の１００ｍｓ内で、前記第一の環境要因における変化を生じ得る、請求項６２に記載の装置。
【請求項６６】
前記制御システムが、前記第二の環境要因における変化の１０ｍｓ内で、前記第一の環境要因における変化を生じ得る、請求項６２に記載の装置。
【請求項６７】
前記制御システムが前記第二の環境要因における変化の１ｍｓ内で、前記第一の環境要因における変化を生じ得る、請求項６２に記載の装置。
【請求項６８】
前記チップが複数のリアクターを備え、該複数のリアクターのうちの１つが前記所定の反応部位を備える、請求項６２に記載の装置。
【請求項６９】
前記所定の反応部位が約５００μｌ未満の容積を有する、請求項６２に記載の装置。
【請求項７０】
前記所定の反応部位の少なくとも１つの表面が無機物質を含む、請求項６２に記載の装置。
【請求項７１】
前記所定の反応部位の少なくとも１つの表面がポリマーを含む、請求項６２に記載の装置。
【請求項７２】
前記生存細胞が哺乳動物細胞である、請求項６２に記載の装置。
【請求項７３】
約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を備え、該所定の反応部位がインレットおよびアウトレットを有する、チップと；
少なくとも１日間生存細胞を支持するように、該所定の反応部位内の環境を制御し得る能動的な制御システムと；
を備える装置。
【請求項７４】
前記制御システムが前記チップに一体的に接続されている、請求項７３に記載の装置。
【請求項７５】
前記チップが前記所定の反応部位で少なくとも１つの生存細胞を維持するように構築されかつ配列される、請求項７３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
（発明の分野）
本発明は概して化学的、生物学的および／または生化学的なリアクターチップ、ならびにマイクロリアクターシステムのような他の反応システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連分野の説明）
化学的および／または生化学的な反応の生成物の生成のために広範な種々の反応システムが公知である。触媒に関与する化学的プラント、生化学的発酵槽、生産プラントおよび他の系の宿主が周知である。生化学的処理は、目的の物質を生成するための生きた微生物（例えば、細胞）の使用に関与し得る。
【０００３】
種々の理由について細胞を培養する。興味深いことに、細胞はそれが生成するタンパク質または他の有用物質のために培養される。多くの細胞が、制御された環境のような特定の条件を必要とする。栄養物、酸素および／または二酸化炭素のような代謝性ガス、湿度、ならびに温度のような他の要因の存在が、細胞増殖に影響し得る。細胞は、増殖に時間を要し、この間に好ましい条件を維持しなければならない。ある場合には、例えば、特定の細菌細胞を用いて、首尾よい細胞培養を２４時間程度で行なうことができる。他の場合には、特定の哺乳動物細胞を用いる場合、首尾よい培養には約３０日以上を要し得る。
【０００４】
代表的には、細胞増殖に適切であってかつ必要な栄養物を含む培地において細胞培養を行う。細胞は一般に、環境条件を制御できるインキュベーターのような場所で培養される。インキュベーターは伝統的に、２〜３の培養についての小さいインキュベーター（例えば、約１立方フィート）のサイズから、所望の環境条件が注意深く維持できる部屋（単数または複数）全体におよぶ。
【０００５】
現在、本明細書において参考として援用される、「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒｓ」と題された、ＷＯ０１／６８２５７として２００１年９月２０日に公開された、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／０７６７９に記載されるように、細胞はまた極めて小規模（すなわち、２〜３ミリリットル以下の程度で）で培養されており、その結果、とりわけ、多くの培養が平行して行なわれ得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の要旨）
本発明は概して化学的、生物学的および／または生化学的なリアクターチップ、ならびにマイクロリアクターシステムのような他の反応システムに関する。本発明の主題は、ある場合には、相関する生成物、特定の問題に対する別の解決法、ならびに／または１つ以上のシステムおよび／または物体の複数の異なる用途に関する。
【０００７】
１つの局面では、本発明は装置である。この装置は、１セットの実施形態において、約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を備えるチップを備える。１つの実施形態では、この装置はまた、このチップと関連する状態の指標のシグナルに応答してこのチップに関連する環境要因を制御して、これによってこの所定の反応部位内に生存細胞を支持し得る能動的制御システムを備える。この装置は、別の実施形態では、所定の反応部位に関連する環境要因を制御し得る制御システムを備え、この環境要因は、相対湿度、ｐＨ、溶存Ｏ２濃度、溶存ＣＯ２濃度および培地成分の濃度のうちの少なくとも１つである。
【０００８】
別の実施形態によれば、この装置は、この所定の反応部位に関連する第一の環境要因における変化を、この所定の反応部位に関連する第二の環境要因における変化の１秒内でかつそれに応答して生じ得る制御システムを備えてもよい。さらに別の実施形態では、この装置は、所定の反応部位内の環境を制御して、それによって少なくとも１日間生存細胞を支持し得る能動的制御システムを備えてもよい。なお別の実施形態では、この装置は、所定の反応部位と液体連絡している２．０ミクロン未満の細孔サイズを有する、赤外から紫外範囲の入射電磁放射線に対して実質的に透過性の膜を備える。
【０００９】
別の実施形態では、この装置はまた、ｐＨが中性でない組成の供給源から所定の反応部位を隔てる構成要素を備える。さらに別の実施形態では、この装置は、所定の反応部位内の物質のｐＨを実質的に変更し得るガス状因子を形成するように反応し得る前駆体を備えてもよく、このチップはこの所定の反応部位へこの因子のガス状の非液体の透過を可能にするように配置される。さらに別の実施形態では、この装置は、所定の反応部位と液体連絡してこのチップに一体的に接続されたｐＨ変更因子分散ユニットを備える。本発明は、別の実施形態によれば、このチップに一体的に接続されたガスの供給源を備える。別の実施形態では、本発明は、所定の反応部位を規定する表面と光学的に連絡したレーザー導波管を備える。
【００１０】
別の実施形態では、この装置はチップに一体的に接続されたセンサーを備え、このセンサーが所定の反応部位に関連する環境要因を決定し得る。この環境要因は、ｐＨ、溶存ガスの濃度、モル濃度、オスモル濃度、グルコース濃度、グルタミン濃度、ピルビン酸濃度、アパタイト濃度、色、濁度、粘度、アミノ酸濃度、ビタミンの濃度、ホルモン濃度、血清濃度、イオンの濃度、剪断速度、撹拌の程度のうちの少なくとも１つである。ある場合には、この装置はまた、チップに一体的に接続されたアクチュエータを備えてもよく、このアクチュエータが環境要因を変化し得る。
【００１１】
別の実施形態では、この装置は、このチップに一体的に接続された第一のセンサーとこのチップに一体的に接続された第二のセンサーとを備え、この第一のセンサーが、温度および圧力のうちの少なくとも１つを決定し得、そして第二のセンサーが第二の環境要因を決定し得る。第二の環境要因は特定の場合には、ｐＨ、溶存ガスの濃度、モル濃度、オスモル濃度、グルコース濃度、グルタミン濃度、ピルビン酸濃度、アパタイト濃度、色、濁度、粘度、アミノ酸の濃度、ビタミンの濃度、ホルモンの濃度、血清濃度、イオンの濃度、剪断速度、撹拌の程度のうちの少なくとも１つである。ある場合には、この装置はまた、温度、圧力および環境要因のうちの少なくとも１つを変化し得るチップに一体的に接続されたアクチュエータを備えてもよい。
【００１２】
この装置は、本発明の別の実施形態によれば、所定の反応部位のうちの少なくとも１つに関連する環境要因を決定することができるセンサーを備えてもよい。この環境要因は、ＣＯ２濃度、グルコース濃度、グルタミン濃度、ピルビン酸濃度、アパタイト濃度、血清濃度、ビタミンの濃度、アミノ酸の濃度およびホルモン濃度のうちの少なくとも１つであってもよい。
【００１３】
別のセットの実施形態では、この装置は、インレットと、アウトレットと、約１ｍｌ未満の容積とを有する所定の反応部位を備えるチップを備える。この所定の反応部位は、所定の反応部位で生存細胞の少なくとも１つを維持するように構築されかつ配置される。ある実施形態では、このチップは他の同様のチップに対して所定の整列された関係で安定に接続するように構築されかつ配置される。
【００１４】
１セットの実施形態では、この装置は、インレットと、アウトレットと、約１ｍｌ未満の容積とを有する所定の反応部位を備えるチップを備え、このチップはマイクロプレートに対して安定に接続可能であるように構築されかつ配置される。この装置は、別のセットの実施形態によれば、インレットと、アウトレットと、約１ｍｌ未満の容積とを有する所定の反応部位を備えるチップを備え、このチップはマイクロプレートのウェルを取り扱うように構築されかつ配置される装置と液体連絡可能であるように構築されかつ配置される。なお別のセットの実施形態では、この装置は、インレットと、アウトレットと、約１ｍｌ未満の容積とを有する所定の反応部位を備えるチップを備え、各々の所定の反応部位は、マイクロプレートの少なくとも１つのウェルにかさなる。この装置は、さらに別の実施形態では、約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を備える実質的に液密のチップを備え、この所定の反応部位は、この所定の反応部位で少なくとも１つの生存細胞を維持するように構築されかつ配置される。
【００１５】
この装置は、１セットの実施形態では、２つの成分を固定して約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を規定するチップの一部を生成する工程を包含するプロセスによって生成されるチップによって、少なくとも部分的には規定され、ここでこの所定の反応部位はこの所定の反応部位で少なくとも１つの生存細胞を維持するように構築されかつ配置される。この装置は、別のセットの実施形態では、約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を備えるチップを備え、この所定の反応部位は、この所定の反応部位で少なくとも１つの生存細胞を維持するように構築されかつ配列され、この所定の反応部位は１日あたり約１００μｌ未満の０ではない蒸発速度を有する。
【００１６】
別のセットの実施形態によれば、この装置は、約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位であって、所定の波長範囲内の電磁放射線によって促進されるかまたはモニターされる化学的または生物学的反応を行なうように構築されかつ配置される所定の反応部位と、この所定の反応部位と液体連絡した２．０ミクロン未満の細孔サイズを有する、反応を促進またはモニターするのに必要な程度までの所定の波長範囲内の電磁放射線に対して透過性の膜とを備える。
【００１７】
別のセットの実施形態によれば、この装置は、約１ｍｌ未満の容積を有する第一の所定の反応部位と第二の所定の反応部位とを備えるチップによって、少なくとも１つの部分的には規定され、このチップはこの第一の所定の反応部位および第二の所定の反応部位を液体接続する通路を規定し、この通路は膜を横切る。
【００１８】
この装置は、１セットの実施形態では、膜によって隔てられた第一の部分および第二の部分を有する反応部位、ならびにこの反応部位の第二の部分と液体連絡した少なくとも第一および第二のチャネルを備える。
【００１９】
本発明は、別の局面においては方法である。この方法は、１セットの実施形態では、約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位にｐＨ変更因子を浸透させるという作業を包含する。別のセットの実施形態によれば、この方法は、約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を備えるチップを提供し、所定の反応部位の近位に酸または塩基を生じさせ、この酸または塩基とこの所定の反応部位内の物質とを接触させてこの物質のｐＨを実質的に変更するという作業を少なくとも包含する。別のセットの実施形態では、この方法は、少なくとも１つの区画を規定するチップを提供する工程であって、このチップは、約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位をさらに備える工程と、この所定の反応部位とこの区画との間に位置する成分を透過させる工程とを包含する。
【００２０】
１セットの実施形態によれば、この方法は、チップの少なくとも一部にレーザーを指向することによって、約１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を備えるチップにおいてガスを生成する工程を包含する。
【００２１】
１セットの実施形態によれば、この方法は、１ｍｌ未満の容積を有する所定の反応部位を備えるチップを生成する方法において、この所定の反応部位を規定するチップの一部を生成するための補助的接着剤の有無においてこのチップの第二の構成要素に対してこのチップの第一の構成要素を結合させる工程を包含する。
【００２２】
この方法は、さらに別のセットの実施形態では、複数の反応部位を製造する表面を有する物質を提供するという作業を包含し、この少なくとも１つの反応部位は、約２ｍｌ未満の容積を有して、実質的に細胞不浸透性の膜によって細胞を含む少なくとも細胞培養部分および細胞を含まないリザーバ部分に分割され、このリザーバ部分はこの物質の表面に製造された少なくとも第一および第二のチャネルに液体接続される。この方法はまた、この複数の反応部位のうち少なくとも１つへの少なくとも１つの試験化合物の導入、および細胞培養部分内に位置する細胞に対するこの試験化合物の影響をモニタリングするという作業を包含する。
【００２３】
別の局面では、本発明は、本明細書に記載の１つ以上の実施形態、例えば、マイクロリアクターシステムのようなチップまたは他の反応システムを作製する方法に関する。さらにべつの局面では、本発明は、本明細書に記載される１つ以上の実施形態、例えば、チップまたは他の反応システム、例えばマイクロリアクターシステムを使用する方法に関する。さらに別の局面では、本発明は、本明細書に記載される１つ以上の実施形態、例えば、チップまたは他の反応システム、例えばマイクロリアクターシステムをプロモートする方法に関する。
【００２４】
別の局面では、本発明は、例えば、本明細書のいずれかの実施形態に記載されるような、チップおよび／またはリアクターシステムを作製する方法に関する。さらに別の局面では、本発明は、例えば、本明細書のいずれかの実施形態、例えば、実施例に記載されるような、チップおよび／またはリアクターシステムを用いる方法に関する。さらに別の局面では、本発明は、本明細書のいずれかの実施形態に記載されるような、チップおよび／またはリアクターシステムをプロモートする方法に関する。
【００２５】
本発明の他の利点および新規な特徴は、添付の図面を考慮して、本発明の種々の非限定的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。本明細書および参考として援用される文書が矛盾および／または一致しない開示を含む場合は、本明細書が優先する。
【００２６】
（詳細な説明）
以下の出願が参考として本明細書に援用される：Ｚａｒｕｒらによる、「Ｍｉｃｒｏｆｅｒｍｅｎｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｃｅｌｌ  Ｂａｓｅｄ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題された、２００１年４月１０日提出の米国仮特許出願第６０／２８２，７４１号；Ｚａｒｕｒらによる、「Ｍｉｃｒｏｆｅｒｍｅｎｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｃｅｌｌ  Ｂａｓｅｄ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題された、２００２年４月１０日提出の米国特許出願第１０／１１９，９１７号；Ｚａｒｕｒらによる、「Ｍｉｃｒｏｆｅｒｍｅｎｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｃｅｌｌ  Ｂａｓｅｄ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題された、２００２年４月１０日提出の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０２／１１４２２号；Ｒｏｄｇｅｒｓらによる、「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｒｅａｃｔｏｒｓ  ｈａｖｉｎｇ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ａｎｄ  Ｇａｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」と題された、２００２年６月５日提出の米国仮特許出願第６０／３８６，３２３号；Ｍｉｌｌｅｒらによる、「Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ−Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」と題された、２００２年６月５日提出の米国仮特許出願第６０／３８６，３２２号；Ｓｃｈｒｅｙｅｒらによる、「Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｃｅｌｌ−Ｂａｓｅｄ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題された、２００２年８月１９日提出の米国仮特許出願第１０／２２３，５６２号；Ｚａｒｕｒらによる、「Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題された、２００２年９月２４日提出の米国仮特許出願第６０／４０９，２７３号；Ｍｉｌｌｅｒらによる、「Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」と題された、２００３年６月５日提出の米国特許出願第１０／４５７，０４８号；Ｍｉｌｌｅｒらによる、「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」と題された、２００３年６月５日提出の米国仮特許出願第１０／４５６，９３４号；Ｒｏｄｇｅｒｓらによる、「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題された、２００３年６月５日提出の米国特許出願第１０／４５６，１３３号；Ｒｏｄｇｅｒｓらによる、「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｈａｖｉｎｇ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ａｎｄ  Ｇａｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」と題された、２００３年６月５日提出の米国特許出願第１０／４５７，０４９号；Ｒｏｄｇｅｒｓらによる、「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｈａｖｉｎｇ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ａｎｄ  Ｇａｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」と題された、２００３年６月５日提出の国際特許出願；Ｍｉｌｌｅｒらによる、「Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｌｉｇｈｔ−Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」と題された、２００３年６月５日提出の米国特許出願第１０／４５７，０１５号；Ｍｉｌｌｅｒらによる、「Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｌｉｇｈｔ−Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」と題された、２００３年６月５日提出の国際特許出願；Ｒｏｄｇｅｒｓらによる、「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ」と題された、２００３年６月５日提出の米国特許出願第１０／４５７，０１７号；およびＺａｒｕｒらによる、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」と題された、２００３年６月５日提出の米国特許出願第１０／４５６，９２９号。
【００２７】
本発明は概して、化学的、生物学的、および／または生化学的なリアクターチップおよび他の反応システム、例えば、マイクロリアクターシステム、ならびにこのようなデバイスを構築および使用するためのシステムおよび方法に関する。１つの局面では、チップまたは他の反応システムは、その中での細胞増殖を促進するように構築されてもよい。特定の実施形態では、本発明のこのチップまたは他の反応システムは１つ以上の反応部位を含む。この反応部位は極めて小さく、例えば、約１ｍｌ未満の容積を有してもよい。本発明の１つの局面では、１つ以上の反応部位に関連する、環境要因、例えば、温度、圧力、ＣＯ２濃度、Ｏ２濃度、相対的湿度、ｐＨなどを、１つ以上のセンサー、アクチュエータ、プロセッサーおよび／または制御システムを用いることによって、チップで検出、測定および／または制御することができる。別の局面では、本発明は例えば、チップとともに利用するための、湿度および／またはガスの制御を有する物質およびシステムに関する。このような物質は、酸素透過性および／または低い水蒸気透過性を有してもよい。本発明はさらに別の局面では概して、チップおよび他のリアクターシステムにおける使用のために適切な光相互作用する構成要素に関する。これらの構成要素は、導波管、光ファイバー、光源、光検出器、光学素子などを備えてもよい。
【００２８】
図１を参照すれば、１実施形態によるチップの１部分が模式的に図示される。図示される部分は、その中に一連の空隙を含む層２であり、これは層２が２つの層（図１の平面に対して上部および底部の層（示さず））の間に位置する場合、一連の囲まれたチャネルおよび反応部位を規定する。層２がチップを形成するように組み立てられ得る全体的構成は、他の図面に関して以下の図面からさらに明確に理解される。
【００２９】
図１は、６つの反応部位４を含む実施形態に相当する（以下に記載される、例えば、図３Ａの反応部位１２５、または図５Ａの反応部位１１２に対して類似）。反応部位４は、層２を規定する物質の、相対的に薄い、通常平面な小片内に、一連の通常配列された、細長い、丸みのついた長方形の空隙を規定する。反応部位４は、反応部位４に種を送達するためのチャネル６および反応部位からの種の除去のためのチャネル８を含む、一連のチャネルによって取り組まれ得る。当然ながら、チャネルの任意の組み合わせを用いて、反応部位への種の送達および／またはそこからの種の除去を行なうことができる。例えば、チャネル８を用いて反応部位に種を送達することが可能であり、一方チャネル６を用いて種を除去することができるなどである。図１に線で示されるが、チャネル６および８は、層２内の空隙を規定することが理解されるべきであり、これは他の層によって上および／または下でカバーされた場合、封入チャネルとなり得る。チャネル６および８の各々は、図１において図示される実施形態では、ポート９によってアドレスされる。ポート９がインレットチャネルに接続される場合、これはインレットポートを規定し得、アウトレットチャネルに液体的に接続される場合、これはアウトレットポートを規定し得る。例示された実施形態では、ポート９は、チャネル６または８の幅よりも幅が広い空隙である。当業者は、ポート９を評価してそれを利用してチャネルに種を導入するための種々の技術を認識しており、そして／またはそれらのポートによって取り組まれるチャネルから種を除去する。１例としては、ポート９は、ニードル（以下にさらに詳細に記載される）によってアドレス可能な「自己密閉（ｓｅｌｆ−ｓｅａｌｉｎｇ）」ポートであり得、ポート９の少なくとも片側が、ある物質の層（示さず）によってカバーされる場合、ニードルがこの物質を通じて挿入され引き抜かれるとき、このポートを介してチップへ導入されるかまたはチップから取り出される液体のような種に対して通常不透過性であるシールを形成する。
【００３０】
また図１に示されるのは、いずれのインレットチャネル、アウトレットチャネル、またはチップの反応部位に対しても液体的に接続されるか、または接続可能であることが示されていない、一連のポート１５である。ポート１５は、層２における空隙によって規定されてもよく、そしてチップの種々の層および／またはこのチップに対して外部の環境の間およびその中で液体的接続を可能にするように用いられてもよい。例えば、層２が、種々の層において複数の反応部位を含む、多層チップの一部を形成する場合、別の層が、１セットの反応部位または導管を備える層２（中間の層（単数または複数）によって必要に応じて隔てられる）の片側に設けられてもよく、そして別の層が、必要に応じて中間層によって同様に隔てられる層２の反対側に設けられてもよく、そしてポート１５が、層２の反対側のチップ層の反応部位および／または導管の間の液体接続の通路（ｐａｓｓａｇｅ）または通路（ｒｏｕｔｅ）を規定してもよい。ポート１５はまた、膜、例えば、半透過性膜によって反応部位４から隔てられた、この反応部位４を規定するチャンバとともに整列されたチャンバと連絡するチャネルに接続され得る。この方法では、液体は、チャンバおよび／または反応部位を一方がまたは両方が規定する、膜の片側の空間へ、その外側へ、および／またはそれを通じて独立して流されてもよく、そしてまたこの膜のもう一方の側の空間を通して独立して流されてもよい。
【００３１】
図１では、各々の反応部位４は、関連する液体連絡（例えば、チャネル６および８、ポート９およびポート１５）と一緒になって、点線によって示されるように、リアクター１４を規定する。図１では、層２は、６つのこのようなリアクターを含み、各々のリアクターは実質的に同じ構成を有する。他の実施形態では、リアクターは、２つ以上の反応部位、チャネル、ポートなどを含んでもよい。さらに、チップの層は実質的に同じ構成を有さないリアクターを有してもよい。
【００３２】
さらに図１に示されるのは、一連のデバイス１６であり、これを用いてチップの他の層に対して層２を固定して、そして／またはチップが必要に応じて結合される他の層および／または他のシステムとの層２の整列を確実にすることができる。デバイス１６は、スクリュー、ポスト、圧入（すなわち、他の層またはデバイスの対応する突出に適合する）などを規定し得る。当業者は、これらのようなデバイスを用いて他の構成要素またはシステムに対して、本発明の他の層および／またはチップに対する層を固定するための種々の適切な技術を認識している。
【００３３】
種々の規定が現在提供されており、これが本発明を理解することを補助する。これらの規定に従い、かつ組み入れられているのは、さらなる開示であり、これには本発明を詳細に記載する図面の説明を含む。以下の図面において示される構成要素は一般に、図１の層２と組み合わせて用いられ得る。図１では、そして他の図の全てにおいては、反応部位の配列、反応部位の数、反応部位、ポートなどにアドレスするチャネルの配置は単に、本発明全体の中におさまる例として示される。
【００３４】
本明細書において用いられる場合、「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」という用語は一般に、例えば、定量的もしくは定性的に、物質（例えば、反応部位内）の測定および／もしくは解析、またはこの物質の有無の検出をいう。「決定する」とはまた、例えば、定量的もしくは定性的に、またはこの相互作用の有無を検出することによる、２つ以上の物質の間の相互作用の測定および／もしくは解析をいう。本発明における使用に適切な技術の例としては、重量測定解析、熱量測定、圧力または温度測定、分光法、例えば赤外線、吸収、蛍光、ＵＶ／可視、ＦＴＩＲ（「フーリエ変換赤外分光法（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」）、またはラマン；重量測定技術；偏光解析法；圧電性測定；イムノアッセイ；電気化学的測定；光学測定、例えば、光学密度測定；円偏光二色性；光散乱測定、例えば、擬電光散乱；偏光分析法；屈折計法；または比濁分析を含む濁度測定が挙げられるがこれらに限定されない。
【００３５】
「チップ（ｃｈｉｐ）」とは本明細書において用いる場合、１つ以上のリアクターを含む一体型の物体である。「一体型の物体（ｉｎｔｅｇｒａｌ  ａｒｔｉｃｌｅ）」とは、一体成形の物質、またはお互いと一体に接続された構成要素のアセンブリを意味する。本明細書において用いる場合、「一体型に接続された（ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」という用語は、２つ以上の物体について言及する場合、正常な使用の経過中にお互いから分離されないようになった、例えば、手動で分離できない物体を意味する；分離には少なくともツールの使用の使用を要し、そして／またはこの構成要素の少なくとも一方に対して損傷を生じることによって、例えば、破壊、剥離などによって（分離する構成要素は接着剤、ツールなどを介して一緒に固定される）。
【００３６】
チップは、全体的な反応システム、例えば、高処理能力システムを規定する大型の枠組みに接続されるかまたは挿入されてもよい。システムは、主に他のチップ、シャーシ、カートリッジ、カセットによって、ならびに／あるいはさらに大型の機械またはチャネルもしくは導管のセット、反応物質の供給源、細胞タイプ、および／または栄養物、インレット、アウトレット、センサー、アクチュエータ、および／または制御装置によって規定され得る。代表的には、チップは、一般的に平坦または平面の物体であってもよい（すなわち、他の次元に比較して比較的小さい１つの次元を有する）；しかし、ある場合には、チップは、平坦ではない物体であってもよく、例えば、チップは立方体形状、曲面、固体またはブロックの形状などを有してもよい。
【００３７】
本明細書において用いる場合、「膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）」は、任意の形状を有する三次元の物質であり、その結果この次元の１つは実質的に他の次元よりも小さい。ある場合にはこの膜は一般に可撓性であっても非剛直であってもよい。例えば、膜は、ミリメートル、センチメートルという程度以上の長さおよび幅、ならびにミリメートル未満、ある場合には１００ミクロン未満、１０ミクロン未満、または１ミクロン以下の厚みを有する長方形であっても丸い物体であってもよい。膜は、反応部位および／またはリアクターの一部分を規定してもよいし、あるいは膜を用いて反応部位を、実質的に同じかまたは異なる容積または寸法を有し得る２つ以上の部分に分けてもよい。いくつかの膜は、少なくとも１つの種に関して膜透過性であるが、少なくとも１つの他の種に関して容易に透過性ではないことを当業者が認識している半透過性の膜であってもよい。例えば、半透過性の膜はそれを横切って酸素が透過することを可能にし得るが、水蒸気が透過することを可能にしないか、または水蒸気が透過することを可能にするが、ただし少なくとも１つの１ケタ程度未満の大きさの透過性であり得る。または半透過性の膜は、水がそれを横切って通過するように、ただし特定のイオンが通過しないように選択されてもよい。例えば、膜は、陽イオンを透過性であって、かつ実質的に陰イオンを不透過性であってもよく、または陰イオンを透過性であって、かつ陽イオンを実質的に不透過性であってもよい（例えば、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜）。別の例では、この膜は、約１キロダルトン、１０キロダルトン、または１００キロダルトン以上の大きさの分子量を有する分子に対して実質的に不透過性であってもよい。１つの実施形態では、膜は細胞に対して不透過性であってもよいが、種々の選択された物質に対して透過性であるように選択されてもよい；例えば、膜は、栄養物、タンパク質および細胞によって生成される他の分子、廃棄物などに対して透過性であってもよい。他の場合には、膜はガス不透過性であってもよい。いくつかの膜は、特定の光（例えば、赤外線、ＵＶ、または可視光；膜を利用するデバイスが相互作用する波長の光；他に示さない限り可視光）に対して透明である。膜が実質的に透明である場合、本明細書においてさらに詳細に記載するように、膜は光の５０％以下を、または他の実施形態では、光の２５％または１０％以下を吸収する。ある場合には、膜は、半透過性かつ実質的に透明の両方であってもよい。他の実施形態では膜を用いて、第二の部分、例えば、リザーバから細胞培養物を支持するように構築されかつ配列された反応部位を分割してもよい。例えば、反応部位は、３つの部分、４つの部分、または５つの部分に分割されてもよい。例えば、反応部位は、第一のリザーバ部分および２つのさらなるリザーバ部分に隣接する、第一の細胞培養部分および第二の細胞内用培養部分に分割されてもよく、そのうちの１つが第一の細胞培養部分から膜によって隔てられ、もう一方は第二の細胞培養部分から膜によって隔てられる。当然ながら、当業者は、以下にさらに記載されるように、種々の数の細胞培養部分、リザーバ部分などを有する他の配列を設計し得る。
【００３８】
本明細書において用いる場合、「実質的に透明な（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）」物質（例えば、膜）とは、有意な散乱なしに電磁放射線がこの物質を透過することを可能にして、その結果、この物質を通過する電磁放射線の強度が、この放射線が化学的、生化学的または生物学的な反応のようなこの物質の他の面の上の物質、または細胞との相互作用をすることを可能にするのに十分である物質である。ある場合には、この物質は、赤外線と紫外線との間にわたる（可視光を含む）、詳細には約４００〜４１０ｎｍと約１，０００ｎｍとの間の波長の電磁放射線を入射するように実質的に透明である。ある場合には、この物質は約４００〜４１０ｎｍと約８００ｎｍとの間の波長の電磁放射線に対して透明であってもよく、そしてある実施形態では、この物質は、約４５０ｎｍと７００ｎｍとの間の波長の放射線に対して実質的に透明であってもよい。この実質的に透明な物質は、ある場合には電磁放射線を透過することが可能であってもよく、その結果、この物質の通過に対して放射線入射のほとんどが変更されず、ある実施形態では、この入射放射線の少なくとも約５０％、他の実施形態では少なくとも約７５％、他の実施形態では少なくとも約８０％、さらに他の実施形態では少なくとも約９０％、さらに他の実施形態では少なくとも約９５％、さらに他の実施形態では少なくとも約９７％、そしてさらに他の実施形態では少なくとも約９９％が変更されることなくこの物質を通過し得る。特定の場合には、この物質は、例えば、以前に記載されたように、反応部位内で生じる物理的、化学的、生化学的および／または生物学的反応を促進および／またはモニターするのに必要な程度まで上述の波長範囲内で電磁放射線に対して、少なくとも部分的に透明である。他の実施形態では、この物質は、反応部位内の細胞をモニター、観察、刺激および／または制御するのに必要な程度まで、上述の波長範囲内で電磁放射線に対して透明であり得る。
【００３９】
本明細書において用いる場合、「リアクター（ｒｅａｃｔｏｒ）」とは、反応部位、任意のチャンバ（反応チャンバおよび付属チャンバを含む）、チャネル、ポート、インレットおよび／またはアウトレット（すなわち、反応部位につながるかまたはそれから由来する）、センサー、アクチュエータ、プロセッサー、制御装置、膜などを含む構成要素の組み合わせであり、これらは一緒になって、反応部位で、生物学的、化学的または生化学的反応、相互作用、操作または実験を、促進および／またはモニターするように作動し、そしてチップの一部であってもよい。例えば、チップは少なくとも５つ、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも５００または少なくとも１，０００個以上のリアクターを含んでもよい。リアクターの例としては、化学的または生物学的なリアクター、および細胞培養デバイス、ならびに本明細書において参考として援用される、ＷＯ０１／６８２５７として、２００１年９月２０日に公開された、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０１／０７６７９に記載されるリアクターが挙げられる。リアクターは、１つ以上の反応部位またはチャンバを備えてもよい。このリアクターは、任意の化学的、生化学的および／または生物学的な目的、例えば、細胞増殖、薬品製造、化学的合成、有害化学物質生成、薬物スクリーニング、物質スクリーニング、薬物開発、化学兵器の化学的治療などのために用いられ得る。例えば、リアクターは、細胞または組織の極めて小規模の培養を容易にするために用いられ得る。１セットの実施形態では、本発明のリアクターは、数ミリメートルから数センチのサイズのマトリックスまたは基板を備え、これが例えば数十または数百マイクロメートルの大きさのチャネルを備える。目的の試薬は、これらのチャネルを通じて、例えば、反応部位、または種々の反応部位の間へ流れることが可能にされてもよく、そしてこの試薬はいくつかの方式では混合されても反応されてもよい。このような反応の産物は、特定の場合にはこのシステム内で回収、分離および処理されてもよい。
【００４０】
本明細書において用いる場合、「反応部位（ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｓｉｔｅ）」とは、リアクターの使用の間に物理的、化学的、生化学的および／または生物学的反応を生じるように構築かつ配列される、リアクター内の部位として規定される。２つ以上の反応部位がリアクターまたはチップ内に存在してもよく、ある場合には、例えば、少なくとも１つの反応部位、少なくとも２つの反応部位、少なくとも３つの反応部位、少なくとも４つの反応部位、少なくとも５つの反応部位、少なくとも７つの反応部位、少なくとも１０個の反応部位、少なくとも１５の反応部位、少なくとも２０個の反応部位、少なくとも３０個の反応部位、少なくとも４０個の反応部位、少なくとも５０個の反応部位、少なくとも１００個の反応部位、少なくとも５００個の反応部位、または少なくとも１，０００個以上の反応部位がリアクターまたはチップ内に存在してもよい。この反応部位は、反応が生じさせられる領域として規定され得る；例えば、リアクターは、チャンネル内、１つ以上のチャンバ、２つ以上のチャネルの交差部分などで反応を生じるように構築かつ配列されてもよい。反応は、例えば、混合または分離プロセス、２つ以上の化学物質の間の反応、光起動性または光阻害性の反応、生物学的プロセスなどであってもよい。ある実施形態では、反応は、化学的変化をもたらさない光との相互作用に関与し得、例えば、光の光子は、反応部位に会合する物質によって吸収されて、熱エネルギーに変換されるかまたは蛍光として再放射され得る。特定の実施形態では、反応部位は１つ以上の細胞および／または組織を含んでもよい。従って、ある場合には、反応部位は、細胞がリアクター内に配置されるべき位置の周囲の領域、例えばリアクター内の細胞親和性の領域として規定され得る。
【００４１】
ある場合には、細胞を含む反応部位は、例えばこの反応部位が液体で完全に充填されない場合、ガスを含む領域（例えば、「ガスヘッドスペース（ｇａｓ  ｈｅａｄ  ｓｐａｃｅ）」）を含んでもよい。このガスヘッドスペースは、ある場合には、ガス透過性または半透過性膜の使用を通じて、反応部位から別々に隔てられてもよい。ある場合には、ガスヘッドスペースは、温度および／または他の反応条件をモニターするために種々のセンサーを備えてもよい。
【００４２】
本発明の多くの実施形態および構成は、チップまたはリアクターに関して記載されており、当業者は、本発明がいずれかまたは両方に適用できるということを認識する。例えば、チャネルの構成は、１つの状況で記載されてもよいが、この構成は他の状況（または代表的には、両方：チップの部分であるリアクター）にも適用できることが認識される。リアクターまたはチップの状況で示される本明細書に記載の全ての説明は、本明細書の「チップ（ｃｈｉｐ）」および「リアクター（ｒｅａｃｔｏｒ）」の定義の状況における構成の説明と矛盾しないかぎり、他にも適用されるということが理解されるべきである。
【００４３】
ある実施形態では、この反応部位は、幾何学的な考慮によって規定され得る。例えば、反応部位は、リアクターにおけるチャンバ、チャネル、２つ以上のチャネルの交差部、またはいくつかの方式で規定される他の位置として規定され得る（例えば、リアクターおよび／またはチップを規定し得る物質内で形成またはエッチングされる）。反応部位を規定する他の方法も可能である。ある実施形態では、反応部位は、例えば、２つ以上の液体の交差部もしくは結合部によって（例えば、１個または数個のチャネル内）、または例えば、液体フローを拘束するために表面上に隆起またはリッジを用いることにより表面上に液体を拘束することによって、人工的に作製されてもよい。他の実施形態では、この反応部位は、電気的、磁気的および／または光学的なシステムを通じて規定されてもよい。例えば、反応部位は、光のビームと液体のチャネルとの間の交差部として規定され得る。
【００４４】
反応部位の容積は、特定の実施形態では極めて小さくてもよい。詳細には、反応部位は、種々の実施形態において、１リットル未満、約１００ｍｌ未満、約１０ｍｌ未満、約５ｍｌ未満、約３ｍｌ未満、約２ｍｌ未満、約１ｍｌ未満、約５００μｌ未満、約３００μｌ未満、約２００μｌ未満、約１００μｌ未満、約５０μｌ未満、約３０μｌ未満、約２０μｌ未満または約１０μｌ未満の容積を有してもよい。反応部位はまた、特定の場合には、約５μｌ未満、または約１μｌ未満の容積を有してもよい。反応部位は、任意の都合の良いサイズおよび／または形状を有してもよい。別のセットの実施形態では、この反応部位は、５００ミクロン以下の深さ、２００ミクロン以下の深さ、または１００ミクロン以下の深さの寸法を有してもよい。
【００４５】
ある場合には、細胞が反応部位に存在してもよい。チップまたはリアクターに会合したセンサー（単数または複数）は、特定の場合には、細胞の数、細胞の密度、細胞の状態または健常度、細胞タイプ、細胞の生理学などを決定することができるかもしれない。特定の場合には、リアクターはまた、例えば、化学的反応または生存細胞を支持するような方法で、反応部位に関連する１つ以上の環境要因を維持または制御し得る。１セットの実施形態では、センサーは反応部位内の環境要因において適切な変化を生じ得るアクチュエータおよび／またはマイクロプロセッサーに接続されてもよい。アクチュエータは、外部ポンプに接続されてもよく、アクチュエータはリザーバからの物質の放出を生じてもよく、またはアクチュエータは音響または電磁エネルギーを生じて反応部位を加熱してもよく、またはそのエネルギーに感受性のタイプの細胞を選択的に殺傷してもよい。リアクターは、２つ以上の反応部位、ならびにこの反応部位（単数または複数）に会合された１つ以上のセンサー、アクチュエータ、プロセッサー、および／または制御システムを備えてもよい。本明細書に開示される任意の反応部位またはセンサー技術は、他の反応部位およびセンサーの任意の組み合わせと組み合わせて提供され得ることが理解されるべきである。
【００４６】
本明細書において用いる場合、「チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）」は、リアクターおよび／またはチップ（反応部位の内か、それにつながるか、またはそれからつながる）と会合した導管であり、これは、例えば、以下にさらに記載されるように、１つ以上の液体を特異的に１つの位置から別の位置に、例えば、リアクターもしくはチップのインレットから反応部位へ移動することができる。物質（例えば、液体、細胞、粒子など）は、チャネルを通じて、連続的に、無作為に、間欠的になどで流れてもよい。チャネルは閉鎖されたチャネルであっても、または開口、例えば、リアクターもしくはこのリアクターを含むチップを囲む外部環境に対して開口されたチャネルであってもよい。このチャネルは、液体輸送に対する制御を容易にする特徴、例えば、構造的特徴（例えば、細長い圧入）、物理的／化学的特徴（例えば、疎水性対親水性）、および／またはチャネル内にある場合に液体に対して力（例えば、力を含む）を発揮し得る他の特徴を備えてもよい。チャネル内の液体は、チャネルを部分的にまたは完全に充填してもよい。ある場合には、この液体は、いくつかの方式で、例えば、表面張力を用いて、チャネルの内側またはチャネルの一部に保持されても拘束されてもよい（すなわち、液体がメニスカス、例えば、凹面または凸面のメニスカス内のチャネル内に保持されるように）。このチャネルは、液体の輸送を可能にする任意の適切な断面形状を有してもよい、例えば、四角いチャネル、円形のチャネル、丸くなったチャネル、長方形のチャネル（例えば、任意の縦横比を有する）、三角形のチャネル、不規則なチャネルなど。チャネルは、リアクターまたはチップ内のいずれのサイズであってもよい。例えば、チャネルは、ある場合には約１０００μｍ未満、他の場合には約５００μｍ未満、他の場合には約４００μｍ未満、他の場合には約３００μｍ未満、さらに他の場合には約２００μｍ未満、さらに他の場合には約１００μｍ未満、またはさらに他の場合には約５０もしくは２５μｍ未満という、チャネル内の液体フローの方向に対する最大寸法の垂線を有してもよい。ある実施形態では、このチャネルの寸法は、例えば液体が細胞を含む場合、この液体がこのチャネルを通じて自由に流れることができるように選択され得る。このチャネルの寸法はまた、特定の場合には、例えば、このチャネル内の液体の特定の定量的流速または直線的流速を可能にするように選択されてもよい。１つの実施形態では、液体フローの方向に対して垂直な他の最大の寸法の深さは、このチャネルが液体連絡している反応部位の深さと同様であってもよい。当然ながら、チャネルの数、チャネルの形状または幾何、ならびにこのチップ内のチャネルの位置は、当業者によって決定され得る。
【００４７】
本発明のチップはまた、例えば、１つ以上のリアクターおよび／または反応部位に向かって、任意の種々の反応物質、生成物および／または液体を受容するか、そして／または出力し得る、複数のインレットおよび／またはアウトレットを備えてもよい。ある場合には、インレットおよび／またはアウトレットは化合物の無菌的な移動を可能にし得る。複数のインレットおよび／またはアウトレットの少なくとも一部は、チップ内の１つ以上の反応部位と液体連絡されてもよい。ある実施形態では、このインレットおよび／またはアウトレットはまた、以下にさらに記載されるように、１つ以上のセンサーおよび／またはアクチュエータを備えてもよい。本質的に、チップは、１つ以上のリアクターおよび／または反応部位と液体連絡され得る、１個から数千個の任意の数のインレットおよび／またはアウトレットを有してもよい。５または１０未満のインレットおよび／またはアウトレットが、特定の反応、例えば、生物学的反応または生化学的反応のためにリアクターおよび／または反応部位（単数または複数）に設けられてもよい。ある場合には、各々のリアクターは、約２５個のインレットおよび／またはアウトレット、他の場合には約５０個のインレットおよび／またはアウトレット、さらに他の場合には約７５個のインレットおよび／またはアウトレット、あるいはさらに他の場合には約１００個以上のインレットおよび／またはアウトレットを有してもよい。
【００４８】
１実施例として、１つ以上のリアクターおよび／または反応部位に向かう、チップのインレットおよび／またはアウトレットは、液体、例えばガスまたは液体のための、例えば、廃棄物の流れ、反応物質の流れ、生成物の流れ、不活発な流れなどのためのインレットおよび／またはアウトレットを備えてもよい。ある場合には、このチップは、リアクターおよび／または反応部位に進入するかまたは出て行く液体が、その中で生じ得る反応を実質的に妨害しないように構築かつ整列されてもよい。例えば、液体は、反応部位内で生じる化学的、生化学的および／または生物学的反応における反応の速度に影響することもなく、反応部位内に存在し得る細胞を妨害することもおよび／または破壊することもなく、反応部位に進入するか、および／または出て行くことができる。インレットおよび／またはアウトレットのガスの例としては、ＣＯ２、ＣＯ、酸素、水素、ＮＯ、ＮＯ２、水蒸気、窒素、アンモニア、酢酸などが挙げられるがこれらに限定されない。別の実施例のように、インレットおよび／またはアウトレットの液体としては、液体および／またはそこに含まれる他の物質、例えば、水、生理食塩水、細胞、細胞培養培地、血液または他の体液、抗生物質、ｐＨ緩衝液、溶媒、ホルモン、炭水化物、栄養物、増殖因子、治療剤（または治療因子と思われるもの）、消泡剤（例えば、泡および気泡の生成を妨げる）、タンパク質、抗体などを含んでもよい。インレットおよび／またはアウトレットの液体はまた、ある場合には、代謝物を含み得る。本明細書において用いる場合、「代謝物（ｍｅｔａｂｏｌｉｔｅ）」とは、細胞によって代謝され得る任意の分子である。例えば、代謝物は、エネルギー源、例えば炭水化物または糖、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、デンプン、コーンシロップなどであってもそれらを含んでもよい。他の代謝物の例としては、ホルモン、酵素、タンパク質、シグナル伝達ペプチド、アミノ酸などが挙げられる。
【００４９】
インレットおよび／またはアウトレットは、当業者に公知の任意の適切な技術によって、例えば、基板層のようなチップ内またはチップの一部内のパンチ、穿孔、成型、圧搾などである穴または開口によって、チップ内に形成されてもよい。ある場合には、このインレットおよび／またはアウトレットは、例えば、弾性の物質で裏打ちされてもよい。特定の実施形態では、このインレットおよび／またはアウトレットは、いくつかの例では再使用され得る自己密閉式物質を用いて構築され得る。例えば、インレットおよび／またはアウトレットは、このインレットおよび／またはアウトレットを液密にする物質から構築されてもよい（すなわち、インレットおよび／またはアウトレットは、外部の駆動力の適用なしに液体を通過させないが、特定の条件下では物質に浸透できるニードルまたは他の機械的デバイスの挿入を可能にさせ得る）。ある場合には、ニードルまたは他の機械的デバイスの除去の際、この物質は、その液密特性を再獲得することができるかもしれない（すなわち、「自己密閉」物質）。本発明とともに用いるために適切な自己密閉物質の非限定的な例としては、例えば、ポリマー、例えば、ポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）、天然ゴム、ＨＤＰＥ、またはシリコーン物質、例えば、処方物ＲＴＶ  １０８、ＲＴＶ  ６１５、またはＲＴＶ  １１８（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ）が挙げられる。
【００５０】
ある実施形態では、本発明のチップは、極めて小さい要素、例えば、ミリメートル未満または微量流体の要素を備えてもよい。例えば、ある場合には、このチップは、例えば、１００ｍｍ、８０ｍｍ、５０ｍｍまたは１０ｍｍと同程度の断面寸法を有する少なくとも１つの反応部位を有してもよい。ある実施形態では、この反応部位は、例えば、１００ｍｍ、８０ｍｍ、５０ｍｍまたは１０ｍｍと同程度の最大断面寸法を有してもよい。本明細書において用いる場合、「断面（ｃｒｏｓｓ  ｓｅｃｔｉｏｎ）」とは、反応部位の２つの反対の境界の間で測定された距離をいい、そして「最大断面（ｍａｘｉｍｕｍ  ｃｒｏｓｓ  ｓｅｃｔｉｏｎ）」とは、測定され得る２つの反対の境界の間の最大の距離をいう。他の実施形態では、反応部位の断面または最大断面は、５ｍｍ未満、２ｍｍ未満、１ｍｍ未満、５００μｍ未満、３００μｍ未満、１００μｍ未満、１０μｍ未満、または１μｍ以下であってもよい。本明細書において用いる場合、「微小流体チップ（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｃｈｉｐ）」は、ミリメートル未満の断面を有する、すなわち１ｍｍ未満の断面を有する、少なくとも１つの液体要素を含むチップである。１つの特定の非限定的な例としては、反応部位は８０ｍｍの幅、１０ｍｍの幅、および５ｍｍの深さを有する一般に長方形の形状を有し得る。
【００５１】
１つの反応部位が、本明細書に記載のような小容積の液体を保持および／または反応することができるかもしれないが、本発明に関連する技術によってまた、拡張性および並列化が可能になる。全体を通じて、チップ内または複数のチップ内の多くのリアクターおよび／または反応部位のアレイは、さらに大きい能力を生じ得るように平行に構築されてもよい。例えば、複数のチップ（例えば、少なくとも約１０チップ、少なくとも約３０チップ、少なくとも約５０チップ、少なくとも約７５チップ、少なくとも約１００チップ、少なくとも約２００チップ、少なくとも約３００チップ、少なくとも約５００チップ、少なくとも約７５０チップ、または少なくとも約１，０００チップ以上）が、例えば、チップを自動的にモニターまたは制御し得る、例えば、ロボット工学の使用を通じて、平行に操作されてもよい。さらに、平行化による大規模化を用いて、代表的には実験室において行なわれる小規模の反応で産生能力を維持することによって利点を得ることができる。多くの反応部位が、チップのリアクター内および／または複数のチップ内で平行に配列され得ることが本発明の特徴である。詳細には、平行に操作するために、少なくとも５つの反応部位が構築されてもよく、または他の場合には少なくとも約７つ、約１０、約３０、約５０、約１００、約２００、約５００、約１，０００、約５，０００、約１０，０００、約５０，０００もしくはさらに約１００，０００以上の反応部位が平行に、例えば、高処理能力システムにおいて作動するように構築されてもよい。ある場合には、反応部位の数は、特定の量の複数の種もしくは産物を生成するように、または特定の量の反応物質を生成できるように選択されてもよい。特定の場合には、チップおよび／またはリアクターの平行化によって、多くの化合物が同時にスクリーニングされることが可能になり得、あるいは多くの異なる増殖条件および／または細胞株が同時に試験されそして／またはスクリーニングされることが可能になり得る。当然ながら、リアクターまたはチップ内の反応部位（単数または複数）の正確な位置および配列は特定の適用の関数である。
【００５２】
さらに、本明細書に記載される任意の実施形態は、１つ以上のリアクターおよび／またはチップの反応部位のアウトレットに対して、最終的に接続可能な収集チャンバと連関して用いられ得る。収集チャンバは、１０ミリリットルまたはある場合には１００ミリリットルより大きい容積を有してもよい。コレクションチャンバは、他の場合には、１００リットルもしくは５００リットルより大きい、または１リットル、２リットル、５リットルもしくは１０リットルより大きい容積を有してもよい。大きい容積は、リアクターおよび／または反応部位が１つ以上のチップ内で平行に配列される場合、適切であり得、例えば、複数のリアクターおよび／または反応部位が、収集チャンバに対して生成物を送達することが可能になり得る。
【００５３】
ある実施形態では、反応部位（単数または複数）および／またはこの反応部位（単数または複数）と液体連絡したチャネルは、能動的な混合要素を有さない。これらの実施形態では、チップのリアクターは、インレットおよび／またはアウトレットを通じて提供される液体において動揺を生じ、これによって混合が所望される場合、好ましくは能動的な混合なしに、液体の混合物を混合および／または送達するような方法で構築されてもよい。詳細には、リアクターおよび／または反応部位（単数または複数）は、例えば、図２において混合ユニット４２に示されるように、混合するための流路を通じた液体の流動を生じる液体の流路において複数の障害物を備えてもよい。これらの障害物は、例えば一連の支柱について本質的に任意の幾何学的構成であってもよい。本明細書において用いられる場合、「能動的混合エレメント（ａｃｔｉｖｅ  ｍｉｘｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）」は、反応部位（単数または複数）および／またはチャネル自体に対して移動可能である、すなわち、反応部位またはチャネルを規定するリアクターの部分（単数または複数）に対して移動可能である、ブレード、スターラーなどのような混合エレメントを規定することを意味する。
【００５４】
本発明のチップは、他の同様のチップと所定の予め整列された関係でスタックできるように、一緒にスタックされた場合、所定の方向にチップが全て方向付けられるように（例えば、全てが同じ方向に方向付けられる）、構築されかつ構成されてもよい。本発明のチップが他の同様のチップとスタックされるように設計される場合、このチップはしばしば、このチップの少なくとも一部、例えば反応部位が他のチップの１つ以上、および／または他のチップ内の反応部位と液体連絡するように構築されかつ構成されてもよい。この構成は、本明細書において考察されるような、チップの平行化において用途を見出し得る。
【００５５】
１セットの実施形態において、例えば、提唱された標準、２００２  ＳＰＳ／ＡＮＳ１に規定されるように、このチップは、このチップがマイクロプレートに安定に接続されることが可能であるように構築されかつ構成される（例えば、おおよそ１２７．７６±０．５０ｍｍ×８５．４８±０．５０ｍｍの寸法を有するマイクロプレート）。本明細書において用いる場合、「安定に接続された（ｓｔａｂｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」とは、２つの構成要素が接続されており、その結果この２つの構成要素のお互いからの切断には特定の動きまたは力が必要である、すなわち、この２つの構成要素がランダムな振動でも移動でも（例えば、偶発的に軽く構成要素をバンピングすること）取り外せないシステムをいう。この構成要素は、ペグ、スクリュー、スナップ式部品、圧入および突出のマッチングセットなどによって安定に接続され得る。「マイクロプレート（ｍｉｃｒｏｐｌａｔｅ）」とはまた時には、「マイクロタイター（ｍｉｃｒｏｔｉｔｅｒ）」プレート、「マイクロウェル（ｍｉｃｒｏｗｅｌｌ）」プレート、または当該分野で耕地の他の同様の用語で呼ばれる。このマイクロプレートは、多数のウェルを備えてもよい。例えば、代表的には市販されているように、マイクロプレートは、６ウェルのマイクロプレートであっても、２４ウェルのマイクロプレートであっても、９６ウェルのマイクロプレートであっても、３８４ウェルのマイクロプレートであっても、または１，５３６ウェルのマイクロプレートであってもよい。このウェルは、任意の適切な形状、例えば、円柱または長方形であってもよい。このマイクロプレートはまた、例えば、特定の専門的な適用では、他の数のウェルおよび／または他のウェル形状または構成を有してもよい。
【００５６】
図３Ａ〜３Ｃは、本発明の１セットの実施形態を例示するが、ここでは１つ以上の反応部位が、チップと会合して位置してもよく、この結果このチップが他のチップおよび／またはマイクロプレートに安定に接続される場合、このチップの１つ以上の反応部位は、他のチップ（単数または複数）の１つ以上の反応部位および／またはマイクロプレート（単数または複数）の１つ以上のウェルと、化学的、生物学的もしくは生化学的に連絡するか、または化学的、生物学的もしくは生化学的に連絡可能であるように位置されるかまたは整列される。「整列（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）」とは、この状況では、別の反応部位またはウェルに隣接する反応部位の側面の全面積が完全に他の反応部位またはウェルに重複するような、そしてまた逆に、この反応部位の少なくとも一部が少なくとも一部の隣接する反応部位またはウェルに重複し得るような、完全な整列を意味し得る。「化学的、生物学的もしくは生化学的に連絡可能（ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ，ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ，ｏｒ  ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔａｂｌｅ）」とは、その反応部位が別の反応部位またはウェルと液体連絡している（すなわち、液体がお互いに自由に流動される）か；あるいは他の部位またはウェルに対して液体的に連絡可能である（例えば、２つがお互いからウェル、または穴が開くかもしくは破断され得る他の構成要素、あるいはこの２つを接続する導管中の開口され得るバルブによって隔てられる）か；あるいはこの反応部位および他の部位またはウェルが、少なくともいくつかの化学的、生物学的または生化学的種がお互いから、例えば半透過性の膜を横切って移動され得るように配列されることを意味する。例えば、チップは、このチップがマイクロプレートと安定に接続される（例えば、マイクロプレートの上側に位置する）場合、６ウェルのマイクロプレートのうち６つのウェルと整列されるように構築されかつ配置されている６つの反応部位を有してもよく、９６個の反応部位を有するチップは、このチップがマイクロプレートと安定に接続される場合、９６のウェルが、９６ウェルのマイクロプレートのうち９６個のウェルと整列されるように構築されかつ配置されてもよい、などである。当然ながら、ある場合には、このチップは、このチップの単一の反応部位が２つ以上のマイクロプレートウェルおよび／もしくは２つ以上の他の反応部位と配列されるように、そして／または２つ以上のマイクロプレートウェルおよび／もしくは２つ以上の他の反応部位がこのチップの単一の反応部位と配列されるように、構築されかつ配列され得る。
【００５７】
本発明のチップはまた、このチップの少なくとも１つの反応部位および／またはリアクターが、マイクロプレートの少なくとも１つのウェルにアドレスするように構築されかつ配列された装置、例えば、マイクロプレートのウェルに種を添加するか、および／またはそのウェルから種を取り出し得、そして／またはマイクロプレートのウェル内の種を試験し得る装置に対して液体連絡するか、および／または化学的、生物学的もしくは生化学的に接続可能であるように構築されかつ配列されてもよい。この配列では、この装置は、チップの反応部位に種を添加するか、および／もしくはその反応部位から種を取り出すか、ならびに／または反応部位で種を試験し得る。この実施形態では、反応部位は代表的に、マイクロプレートのウェルと整列されて配列される。
【００５８】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すれば、例を示しているが、ここで本発明のチップ１２０は、市販のマイクロプレート１２３と安定に接続され得る。図３Ａでは、チップ１２０は、チップ１２０がマイクロプレート１２３に安定に接続される場合、チップ１２０の反応部位１２５の少なくともいくつかがマイクロプレート１２３のウェル１２７の少なくともいくつかと整列されるか、および／または接続可能であるように位置決めされてもよい。同様に、図３Ｂでは、チップ１２０は、マイクロプレート２３に安定に接続される場合、反応部位１２５の少なくともいくつかがマイクロプレート１２３上のウェル１２７の少なくとも一部と整列および／または接続可能であるように構築されかつ整列されてもよい。図３Ｃでは、本発明の別の実施形態が示されているが、ここではチップ１３０、１３１、・・・１３２は、このチップがお互いに安定に接続され得るように構築されかつ配列される。ある場合には、チップ１３０、１３１、・・・１３２は、お互いに安定に接続される場合、チップ１３０の反応部位１３５が他のチップ上の１つ以上の他の反応部位と、例えば、チップ１３１における反応部位１３６および／またはチップ１３２における反応部位１３７と配列されるように、構築されかつ配列される。
【００５９】
本発明のチップは、１セットの実施形態において実質的に液密であってもよい。本明細書において用いる場合、「実質的に液密のチップ（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｌｉｑｕｉｄ−ｔｉｇｈｔ  ｃｈｉｐ）」または「実質的に液密のリアクター（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｌｉｑｕｉｄ−ｔｉｇｈｔ  ｒｅａｃｔｏｒ）」とは、それぞれ、このチップまたはリアクターが水のような液体で充填される場合、チップが使用のためにアセンブルされるときのチップまたはリアクターの配向にかかわらず、この液体がこのチップまたはリアクターの規定されたインレットおよび／またはアウトレットを単に通じてこのチップまたはリアクターに入るかまたは出ることができるように構築されかつ配列される、チップまたはリアクターである。このセットの実施形態では、チップは、このチップまたはリアクターが水で充填され、インレットおよび／またはアウトレットが密閉される場合、このチップまたはリアクターが１日に約１００μｌ未満、１日あたり約５０μｌ未満、または１日あたり約２０μｌ未満の蒸発速度を有するように構築されかつ配列される。特定の場合には、チップまたはリアクターは、１日あたり測定不能でゼロではない量の水の蒸発を示す。実質的に液密のチップまたはリアクターは、他の場合には水の蒸発速度はゼロであり得る。
【００６０】
本発明のチップは、各々が１つまたは複数の反応部位を有する１つ以上のリアクターを有するチップを生成するための任意の適切な製造技術を用いて製造され得、そしてこのチップは、少なくとも１つの反応部位を供給および規定するのに必要な液体ネットワークを支持できる任意の物質または物質の組み合わせから構築され得る。微細加工プロセスの非限定的な例としては、ウエットエッチング、化学蒸着、強反応性イオンエッチング、陽極結合、射出成型、ホットプレスおよびＬＩＧＡが挙げられる。例えば、チップは、例えば、標準リソグラフィック技術を介して、ケイ素または他の基板をエッチングまたは成型することによって製造され得る。このチップはまた、当業者に公知であるように、マイクロアセンブリまたはマイクロマシニング方法、例えば、光造形（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、レーザー化学三次元記入方法、モジュラーアセンブリ法、レプリカ成形技術、射出成形技術、フライス技術（ｍｉｌｌｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）などを用いて製造されてもよい。チップはまた、例えば、下記にさらに記載されるように、基板上に複数の層をパターン化することによって（同じであっても異なってもよい）、または種々の公知の急速プロトタイピング技術またはマスキング技術を用いることによって、製造されてもよい。チップを形成するために用いられ得る物質の例としては、ポリマー、シリコーン、ガラス、金属、セラミック、無機物質および／またはそれらの組み合わせが挙げられる。この物質は、不透明であっても、半透明であっても透明であってもよく、そしてガス透過性であっても、半透過性であってもガス不透過性であってもよい。ある場合には、このチップは、リアクター、反応部位および／またはチャネルを生成するために、エッチングされ得る物質から形成されてもよい。例えば、チップは無機物質、例えば、半導体、溶融シリカ、石英または金属を含んでもよい。この半導体物質は、例えば、限定はしないが、ケイ素、窒化ケイ素、ガリウムヒ素、ヒ化インジウム、ガリウムリン、リン化インジウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、他の第ＩＩＩ／Ｖ群化合物、第ＩＩ／ＶＩ群化合物、第ＩＩＩ／Ｖ群化合物、第ＩＶ群化合物など、例えば、３つ以上の元素を有する化合物であってもよい。半導体物質はまた、当該分野で公知のこれらおよび／または他の半導体物質の組み合わせから形成され得る。ある場合には、この半導体物質は、例えば、リソグラフィーのような公知のプロセスを介してエッチングされ得る。特定の実施形態では、この半導体物質は、例えば、半導体産業によって通常生成されるように、ウェーハから形成されてもよい。
【００６１】
ある場合には、本発明のチップは、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリマー、シリコーン、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリ塩化ビニリデン、ビス−ベンゾシクロブテン（「ＢＣＢ」）、ポリイミド、ポリイミドのフッ素化誘導体などが挙げられるがこれらに限定されないポリマーから形成されてもよいし、またはこれらを含んでもよい。上記のものを含むポリマーを含む組み合わせ、コポリマーまたは混合物もまた想定される。このチップはまた、混成物質、例えば、ポリマーおよび半導体物質の混合物から形成されてもよい。
【００６２】
いくつかの実施形態では、このチップまたその少なくとも一部は、このチップが市販のマイクロプレート取り扱い装備によって取り扱われるために十分に頑丈であるように、そして／またはこのチップが慣用的な使用後に変形されないように、剛直である。当業者は、本明細書に合致するだけでなく、特定のチップが意図される使用のための他の明細書にも合致するチップ構成のために物質または物質の組み合わせを選択できる。しかし、他の実施形態では、このチップは半導体であっても、可塑性であってもよい。
【００６３】
特定の実施形態では、チップは、滅菌可能な物質を含んでもよい。例えば、このチップは、このチップが用いられるか再使用される前に、その中で生物学的細胞（例えば、細菌）、ウイルスなどを殺傷するかさもなければ不活化するように、いくつかの方式で滅菌され得る。例えば、このチップは、化学物質で滅菌されても、照射されても（例えば、紫外線および／またはイオン化照射線を用いて）、熱処理されても、その他を行なわれてもよい。適切な滅菌技術およびプロトコールは当業者に公知である。例えば、１つの実施形態では、このチップはオートクレーブされ、すなわち、このチップは、通常用いられるオートクレーブ条件（例えば、約１００℃または約１２０℃よりも大きい温度に、しばしが上昇した圧力で、例えば、少なくとも１気圧の圧力で曝される）に抵抗できる物質から構築されかつ構成され、その結果このチップは滅菌後に、実質的に変形することも使用不能になることもない。滅菌技術の他の例としては、オゾン、アルコール、フェロイック（ｐｈｅｌｏｉｃｓ）、ハロゲン、重金属（例えば、硝酸銀）、界面活性剤、四級アンモニウム成分、エチレンオキシド、ＣＯ２、アルデヒドなどに対する曝露が挙げられる。別の実施形態では、チップは、イオン化照射、例えば、短波、高強度放射線、例えばガンマ線、電子ビームまたはＸ線に抵抗できる。ある場合には、イオン化照射線は、核反応から、例えば、６０Ｃｏまたは１３７Ｃｓの崩壊から生成されてもよい。
【００６４】
１セットの実施形態では、このチップの少なくとも一部は、接着剤を使用せずに製造されてもよい。例えば、チップの少なくとも２つの成分（例えば、チップの２つの層は、このチップが多層構造、このチップおよび膜の層または基板、２つの膜、微量流体システムのチップおよび構成要素の物体などである場合）が、接着剤の使用なしに一緒に固定されてもよい。例えば、この構成要素は、熱密閉、音響溶着のような方法を用いることによって、感圧性物質の適用を介してなどで接続されてもよい。１つの実施形態では、この構成要素は、機械的に適所に保持され得る。例えば、スクリュー、ポスト、カンチレバー、圧入マッチングなどを用いて、チップ（またはその一部）を一緒に機械的に保持してもよい。他の実施形態では、このチップの２つの構成要素は、限定はしないが、熱密閉方法（例えば、チップのさらに多い構成要素は、他の構成要素と連結される前に、ガラス遷移温度よりも高い温度またはこの構成要素の溶融温度まで加熱され得る）、または音響溶融技術（例えば、振動エネルギー、例えば、音響エネルギーをこのチップの１つ以上の構成要素に適用し得、それによってこの構成要素を少なくとも部分的に液化または軟化することが可能になる）のような技術を用いて一緒に連結されてもよい。
【００６５】
１つの実施形態では、このチップの２つの構成要素が、熱密閉法によって固定され得る。例えば、このチップの１つ以上の構成要素は、ガラス遷移温度よりも高い温度またはこの構成要素の溶融温度（すなわち、この構成要素が軟化するかまたは液化し始める温度）まで加熱され得る。この構成要素は、お互いと接触されて配置されて、ガラス遷移温度またはこの溶融温度未満まで冷却され得、これによってこの構成要素が一緒に固定されることが可能になる。
【００６６】
別の実施形態では、この２つの構成要素は、音響溶着技術を介して固定されてもよい。１つの例では、振動エネルギー（例えば、音響エネルギー）は、このチップの１つ以上の構成要素に加えられてもよい。加えられた振動エネルギーによって、この成分（単数または複数）またはこの成分（単数または複数）の少なくとも一部は少なくとも部分的に液化または軟化される。次いで、この構成要素は一緒に配置されてもよい。次いで振動エネルギーは停止されてもよく、これによってこの構成要素は一緒に固定されることが可能になる。ある場合には、この構成要素は、この振動エネルギーがこの構成要素の特定の領域（「エネルギーダイレクター（ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｒｅｃｔｏｒ）」領域）に終結できるように、この構成要素のエネルギーダイレクター領域のみがこの振動エネルギーの影響下で液化できるように設計されてもよい。例えば、図４Ａ（横側）および図４Ｂ（上側）に示されるように、このチップの構成要素７５の側面を図示しており、これはエネルギーダイレクター領域７３を示す。振動エネルギーが構成要素７５に加えられる場合、このエネルギーの実質的な画分は、エネルギーダイレクター領域７３に集中し得、これによってエネルギーダイレクター７３の少なくとも一部が軟化または液化することが可能になる。次いで、この軟化および／または液化した領域は、このチップの他の構成要素に接続されて、硬化されてもよく、これによってこのチップの２つの構成要素が、例えば、図４Ｃに示されるように、一緒に固定され、ここでは構成要素７５が構成要素７７に固定されている。
【００６７】
別のセットの実施形態では、このチップの２つ以上の構成要素が接着剤を用いて一緒に連結されてもよい。本明細書において用いる場合、「接着剤（ａｄｈｅｓｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」は、当該分野で用いられるその通常の意味で、すなわち２つの他の物質を一緒に固定または連結させることができる粘着性物質として記載される。本発明とともに用いるために適切な接着剤の非限定的な例としては、シリコーン接着剤、例えば、感圧性シリコーン接着剤、ネオプレーンベースの接着剤およびラテックスベースの接着剤が挙げられる。接着剤は、例えば、液体として、または粘弾性固体のような半固体物質として、チップの構成要素に接着剤を加えることによって、任意の適切な方法を用いてこのチップの１つ以上の構成要素に加えられてもよい。例えば、１つの実施形態では、この接着剤は、転写テープ（例えば、それに対して付着された接着剤を有し、その結果テープがこの構成要素に加えられた場合、このテープがこの構成要素から取り除かれたとき、この接着剤またはこの接着剤の少なくとも一部がこの構成要素に付着して残るテープ）を用いてこの構成要素（単数または複数）に加えられてもよい。１セットの実施形態では、接着剤は感圧性接着剤であってもよく、すなわち、この物質は正常にも実質的にも接着性ではないが、圧力、例えば、約６ａｔｍまたは約１３ａｔｍ（約１００ｐｓｉまたは約２００ｐｓｉ）以上の圧力の影響下で接着性になるか、および／またはその接着強度を増大させる。感圧性接着剤の非限定的な例としては、ＡＲ  Ｃｌａｄ  ７８７６（Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．，Ｇｌｅｎ  Ｒｏｃｋ，ＰＡから入手可能）およびＴｒａｎｓ−Ｓｉｌ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  ＰＳＡ  ＮＴ−１００１（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｈｏｌｙｏｋｅ，ＭＡから入手可能）が挙げられる。
【００６８】
別の実施形態では、この接着剤は、溶剤結合システムを用いてチップの少なくとも１つの構成要素に加えられてもよい。溶剤結合システムでは、このチップの１つ以上の構成要素は、溶媒蒸気に富んだ環境に置かれ、すなわち、この構成要素（単数または複数）が置かれる環境は、溶媒で飽和されるかまたは過飽和され、その結果この溶媒は、適切な条件下でこの環境内に置かれたこの構成要素（単数または複数）上に濃縮され得る（例えば、圧力および／または温度が低下される場合）。次いで、この構成要素は、例えば、環境（溶媒を含む）が取り除かれる場合、環境内で一緒に接触されてもよく、そして一緒に固定することが可能にされてもよい。１つの特定の実施例として、本発明のチップの２つのポリマーボネート構成要素は、塩化メチレン環境で一緒に固定されてもよい。例えば、溶媒、すなわち塩化メチレンなどの薄層を表面に加えてもよい。次いで、連結されるべき２つの表面は、結合を保証する圧力下で一緒に加圧されて、そして／またはクランプされてもよい。
【００６９】
本発明のある実施形態では、チップは、１つ以上の反応部位が、以前に記載されるように（すなわち、接着剤の有無によって）一緒に固定された２つ以上の構成要素によって、少なくとも一部は規定され得るように、構築されかつ配置されてもよい。ある場合には、反応部位は、この反応部位を規定する１つ以上の表面に隣接するかさもなければ接触しているなんらかの接着剤を含まなくてもよく、そしてこれは、例えば、接着剤が反応部位で液体にそうでなければ浸出する場合に有利であり得る。当然ながら、接着剤はチップ内のいずれか他の場所、例えば他の反応部位で用いられてもよい。同様に、特定の場合には、反応部位は、接着剤を用いて構築されてもよく、その結果、この反応部位を構築するために用いられる接着剤の少なくとも一部がチップ内に残り、その結果、この接着剤は、この反応部位を既定する１つ以上の表面に隣接するかそうでなければ接触して残る。当然ながら、このチップの他の構成要素は、前に考察したように、接着剤の使用なしに構築されてもよい。
【００７０】
ここで図２を参照すれば、本発明の微小流体チップ４０の１例が示されている。チップ４０は、混合ユニット４２、加熱／分散ユニット４４、反応部位４６、および分離ユニット４８を含む、４つの一般的ユニットを備える。１つ以上のセンサー、プロセッサーおよび／またはアクチュエータ（示さず）は必要に応じて、それぞれ、チップを用いて連絡を検知または動作させることに関与し得る。「連絡を検知する（ｓｅｎｓｉｎｇ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）」および「連絡を動作させる（ａｃｔｕａｔｉｎｇ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）」は、本明細書において用いる場合、それぞれセンサーまたはアクチュエータが、この反応部位の環境および／または反応部位の内容物が決定および／または制御され得るように、チップと会合していずれかの場所に位置するということを意味する。センサーまたはアクチュエータは、チップ内に含まれても、例えば、反応部位内にまたは反応部位と一体的に接続されて組み込まれても、チップ内もしくはチップ上に位置しても、またはチップから離れて、ただし反応部位とは物理的、電気的および／もしくは光学的に接続して配置されてもよく、それによってこの反応部位内の因子を検知または動作することができる。例えば、センサーは、チップとなんら物理的な接続がなくてもよいが、反応部位に向けられてこの部位から通過されるかまたはこの部位によって反射されるかもしくは回折された、電磁照射、例えば、赤外線、紫外線または可視光の相互作用の結果を検出するように配置されてもよい。別の例では、センサーは、チップ上にまたはチップ内に位置してもよく、そして導波管を介して反応部位に光学的に接続されることによって反応部位で活性を検知してもよい。チップは同様に、検出および作動の全体的制御のためのネットワークまたは制御システムに直接または間接的に接続され得る。連絡を検知することおよび動作させることもまた、提供されてもよく、ここではこの反応部位は、センサーまたはアクチュエータと、液体的に、光学的にまたは視覚的に、熱的に、空気的に、電気的になどで連絡されて、それによって反応部位の状態および／またはその部位の内容物を検知することができる。１例では、センサーは、アウトレットの１つの下流に位置してもよく、またはセンサーから反応部位を隔てる膜もしくは透明なカバーの後ろであってもよい。検知および動作の配列のさらなる考察は以下に示される。
【００７１】
図５は、本発明の別の実施形態を図示する。図５Ａはチップ１０５の上面図を示し、そして図５Ｂはチップ１０５の側面図を図示する。この実施形態では、チップ１０５は、物質の３つの層、すなわち、上部層１００（図示される実施形態においては透明である）、中間層１１５および下部層１１０からなる。当然ながら、本発明の他の実施形態では、チップ１０５は、特定の局面次第で、物質の層を多く有しても少なく有しても（例えば、１層しか含まない）よい。図５に示される実施形態では、中間層１１５は、１つ以上の空隙１１２を有し、これが以下に考察されるように複数の所定の反応部位を規定する。１つ以上のチャネル１１６、１１７はまた、反応部位１１２と液体連絡した中間層１１５内で規定され得る。ある場合には、１つ以上のポート１１４、１１８は、例えば、上部層１１０を通じて、チャネルに対する外部アクセスを可能にし得る。
【００７２】
上部層１００は、中間層１１５をカバーするかまたは少なくとも部分的にカバーしてもよく、これによって部分的に反応部位（単数または複数）１１２を規定する。ある場合には、上部層１１０は、例えば、ガスまたは液体因子が上部層１１０を通して浸透するかまたは染み込むことが可能にされる場合、ガスまたは液体に対して透過性であってもよい。例えば、上部層１００は、ポリマー、例えば、ＰＤＭＳまたはシリコーンから形成されてもよく、これは、それを通じて検出可能であるかまたは測定可能なガス輸送を可能にするのに十分薄くてもよい。ある場合には、上層１００を通過するガス輸送が可能であり得るが、上層１００を通過する液体の輸送は一般には、合理的な時間枠内では可能ではない。特定の場合には、上部層１００はまた、例えば、光を用いて反応を開始するかまたはプロセスを活性化する実施形態では（例えば反応部位内）、実質的に透明であっても半透明であってもよい。ある場合には、上部層１００は、ガス状のｐＨ変更因子が浸透することを可能にするポリマーから形成されてもよい。特定の場合には、上部層１００は、自己密閉式の物質から形成されてもよく、すなわちこの物質は、固体物体によって浸透され得るが、一般にはそのような浸透後にその形状を再獲得する。例えば、上部層１００は、ニードルのような機械的デバイスによって浸透され得るが、一旦このニードルまたは他の機械的デバイスが抜かれれば密閉して閉じる弾性物質から形成されてもよい。
【００７３】
中間層１１５は、図５に図示される実施形態において４つの空隙を備える。当然ながら、他の実施形態では、中間層１１５内に存在する空隙はそれより多くても少なくてもよい。図５に図示される実施形態では、中間層１１５の空隙は、上部層１１０および下部層１１０に沿って、反応部位１１２を規定し得る。図５の実施形態では、４つの反応部位１１２が存在し、これは実質的に同一である；しかし本発明の他の実施形態では、存在する所定の反応部位はそれより多くても少なくてもよく、そして反応部位はお互いが同じであっても異なってもよい。示される実施形態では、各々の空隙が実質的に同一であり、そしてこの空隙と液体連絡して２つの液体チャネル１１６、１１７を有する。当然ながら、本発明の他の実施形態では、このチップを通じて流れるチャネルはそれより多くても少なくてもよい。図５の実施形態において、液体チャネル１１６は、層１１５におけるポート１１８に接続されて、液体チャネル１１７は層１１５のポート１１４に接続され；当然ながら、他の実施形態では、液体チャネル１１６および１１８は、お互いに対して１つ以上の反応部位を、１つ以上の液体ポートに対して、および／またはチップ１０５内の１つ以上の他の構成要素に対して液体的に接続し得る。ポート１１４および／または１１８は、ある場合にはリアクターから液体または他の物質を導入または吸引するために用いられてもよい。本発明のある実施形態では、反応部位１１２および／または１つ以上の液体チャネルは、例えば、このチップの１つ以上の層において、例えば、単に１つの層内で、２つの層の間の接合部で、３つの層にまたがる空隙において、などで規定されてもよい。
【００７４】
ポート１１４および１１８は、１つ以上の反応部位（単数または複数）１１２と液体連絡してもよい。ポート１１４および１１８は、ある場合には、上部層１００を通じてニードルまたは他の機械的デバイスを挿入することによってアクセス可能であり得る。例えば、ある場合には、上部層１００は、浸透されてもよく、または上部層１００の空間は、ポート１１４および／または１１８に対して外部からのアクセスを可能にすることができる。ある場合には、上部層１１０は、ある場合には自己密閉式であり得る、可撓性または弾性の物質から構成されてもよい。特定の場合には、上部層１１０は、ポート１１４および／もしくは１１８への直接的もしくは間接的なアクセスを可能にする、上部層１１０中で形成される通路を有してもよいし、またはポート１１４および／もしくは１１８が、上部層１１０において形成されてもよく、そして層１００内で規定されるチャネルを通してチャネル１１６および１１７に接続されてもよい。
【００７５】
下部層１１０は、図５に図示されるように、チップ１０５の底を形成する。前に記載されたように、底部層１１０の一部は部分的に、特定の場合には、反応部位１１２を規定し得る。ある場合には、底部層１１０は、相対的に硬性または剛直な物質から形成されてもよく、これがチップ１０５に対して比較的剛直な構造支持体を与え得る。当然ながら、他の実施形態では、下部層１１０は、可撓性または弾性（すなわち非剛直）の物質から形成されてもよい。ある場合には、底部層１１０は、その中に規定された１つ以上のチャネルおよび／またはその中に規定された１つ以上のポートを含んでもよい。ある場合には、底部層１１０（または上部層１１０）のような反応部位の境界を規定する物質は、例えば、この物質がいくつかの様式で反応されて、反応部位１１２にまたはその遠位に輸送されることが可能になる因子を生成する場合、塩および／または他の物質を含んでもよい。この因子は、前に考察された任意の物質、例えば、ガス、液体、酸、塩基、トレーサー化合物、低分子（例えば、約１０００Ｄａ〜１５００Ｄａ未満の分子量を有する分子）、薬物、タンパク質などであってもよく、そして輸送は任意の適切な機構、例えば、拡散（中性または促進性）または浸出によって生じてもよい。１実施形態では、この因子は、例えば、電流または光を用いて（例えば、レーザーを用いて）外部で開始され得る熱分解反応によって生じる。他の特定の場合には、底部層１１０または上部層１００のような反応部位の境界を規定する物質は、反応部位１１２と液体接触していない因子の１つ以上のリザーバを含んでもよいが、ここではこの因子は、例えば、リザーバと反応部位との間の少なくとも１つの液体接続を行なうことによって、反応部位にまたはその遠位に輸送され得る。この輸送は、例えば、直接液体運動に対して電場または磁場を用いて、ある場合には外部で制御されても駆動されてもよい。当然ながら、さらに他の場合には、底部層１１０および／または上部層１００は、なんら因子または他のリザーバを含まなくてもよい。
【００７６】
本発明のチップおよびリアクターは、広範な種々の異なる構成を有してもよいことが理解されるべきである。例えば、このチップは、単一の物質から形成されてもよく、またはこのチップは２つ以上のタイプのリアクター、リザーバおよび／または因子を含んでもよい。ある場合には、このチップは、このチップ内の１つ以上の反応部位内の１つ以上の環境要因（単数または複数）を変更し得る２つ以上のシステムを含んでもよい。例えば、このチップは、密閉されたリザーバとｐＨ中性でないガスが横切って浸透できる上部層とを備えてもよい。
【００７７】
本発明のチップは、例えば、センサーを用いてリアクターの反応部位と関連した１つ以上の環境条件を検出または決定できるように構築かつ配列され得る。ある場合には、各々の反応部位は独立して決定されてもよい。環境条件の検出は、例えば、反応部位内に位置するか、または反応部位の近位に位置し得る、すなわち、このセンサーがある方式ではこの反応部位と連絡するように配置され得る、センサーによって行なわれてもよい。ある場合には、このような検出は、リアルタイムで生じてもよい。このセンサーは例えば、ｐＨセンサーであっても、オプショナルセンサー、酸素センサー、物質の濃度を検出できるセンサーなどであってもよい。センサーの他の例はさらに以下に記載される。センサーは、チップに埋め込まれて一体的に接続されてもよく（例えば、反応部位と液体連絡した反応部位チャネルの少なくとも一部を規定する構成要素内）、ある場合にはチップから隔てられてもよい（例えば、連絡を検知する工程において）。また、センサーは、特定の実施形態では反応部位に一体的に接続されてもまたはそれから隔てられてもよい。
【００７８】
本明細書において用いる場合、「環境要因（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ｆａｃｔｏｒ）」または「環境条件（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）」とは、反応部位内の環境および／または反応部位に関連する環境の検出可能なおよび／または測定可能な条件（例えば、センサーによる）、例えば温度または圧力である。この要因または条件は、反応部位内で、および／または反応部位の近位の位置（例えば、反応部位の上流または下流）で検出および／または測定されてもよく、その結果この反応部位内の環境条件は公知になりそして／または制御される。例えば、この環境要因は、反応部位内または反応部位に関連するガスまたは溶存ガスの濃度であってもよい（例えば、膜などによって反応部位から隔てられた反応部位の上流または下流）。このガスは、例えば、酸素、窒素、水（すなわち、相対的な湿度）、ＣＯ２などであってもよい。この環境要因はまた、ある場合には物質の濃度であってもよい。例えば、環境要因は、モル濃度、オスモル濃度、塩分濃度、総イオン濃度、ｐＨ、色、光学密度などのような集合的な量であってもよい。この濃度はまた、反応部位内に存在する１つ以上の化合物の濃度、例えばナトリウム、カリウム、鉄または塩化物イオンなどのイオン濃度；あるいは生物学的に活性な化合物、例えば、タンパク質、脂質または炭水化物源（例えば、糖）、例えばグルコース、グルタミン、ピルビン酸、アパタイト、アミノ酸またはオリゴペプチド、ビタミン、ホルモン、酵素、タンパク質、成長因子、血清などの濃度であってもよい。ある場合には、この反応部位内の物質は、例えば、培地に見出されるような、または細胞由来の廃棄物として生成されるような、１つ以上の代謝インジケーターを含んでもよい。細胞が存在する場合、このセンサーはまた、生存度、細胞密度、細胞運動性、細胞分化、細胞産物（例えば、タンパク質、脂質、低分子、薬物など）などの全てを決定するためのセンサーであってもよい。
【００７９】
環境要因はまた、反応部位内の液体の液体特性、例えば圧力、粘度、濁度、剪断速度、撹拌の程度または液体の流速であってもよい。この液体は、例えば、液体またはガスであってもよい。１セットの実施形態では、この環境要因は、反応部位内の電気的状態、例えば荷電、電流、電圧、電場強度または液体もしくは別の物質の抵抗率もしくは伝導率である。１セットの実施形態では、環境条件は温度または圧力である。特定の実施形態では、センサーはレシオメトリックセンサー、すなわち、２つ（またはそれ以上）のシグナル、例えば測定および制御のシグナル、２つの測定値などの間の相違または比を決定することができるセンサーであってもよい。
【００８０】
本発明において有用なセンサーの非限定的な例としては、色素ベースの検出システム、親和性に基づく検出システム、微細加工重量測定アナライザー、ＣＣＤカメラ、光学検出器、光学顕微鏡システム、電気システム、熱電対およびサーミスタ、圧力センサーなどが挙げられる。当業者は、本発明における使用のための他のセンサーを同定することができる。例えば、１セットの実施形態では、チップは、１つ以上の環境要因に応答する１つ以上の検出可能化学物質、例えば、色素（または色素の組み合わせ）、蛍光分子などを含むセンサーを備えてもよい。または特定の環境条件（単数または複数）に感受性の１つ以上の色素、蛍光性もしくは色素生産性分子は、当業者によって選択され得る。このような色素、または蛍光性もしくは色素生産性分子の非限定的な例としては、ｐＨ感受性色素、例えば、フェノールレッド、ブロモチモールブルー、クロロフェノールレッド、フルオレセイン、ＨＰＴＳ、５（６）−カルボキシ−２’，７’−ジメトキシフルオレセインＳＮＡＲＦおよびフェノタレイン（ｐｈｅｎｏｔｈａｌｅｉｎ）；カルシウム感受性色素、例えばＦｕｒａ−２およびＩｎｄｏ−１；塩化物感受性色素、例えば、６−メトキシ−Ｎ−（３−スルホプロピル）−キノリニンおよびルシゲニン；一酸化窒素に感受性の色素、例えば４−アミノ−５−メチルアミノ−２’，７’−ジフルオロフルオレセイン；溶存酸素に感受性の色素、例えばトリス（４，４’−ジフェニル−２，２’−ビピリジン）塩化ルテニウム（ＩＩ）５水和物；溶存ＣＯ２に感受性の色素；脂肪酸に感受性の色素、例えば、ＢＯＤＩＰＹ  ５３０−標識グリセロホスホエタノールアミン；タンパク質に感受性の色素、例えば４−アミノ−４’−ベンザミドスチルベン−２−２’−ジスルホン酸（血清アルブミンに感受性）、Ｘ−ＧａｌまたはＮＢＴ／ＢＣＩＰ（特定の酵素に感受性）、ＴｂＣｌ３からのＴｂ３＋（特定のカルシウム結合タンパク質に感受性）、ＢＯＤＩＰＹ  ＦＬファラシジン（アクチンに感受性）、またはＢＯＣＩＬＬＩＮ  ＦＬ（特定のペニシリン結合タンパク質に感受性）；グルコース、ラクトースもしくは他の成分の濃度に感受性の色素、またはプロテアーゼ、ラクターゼもしくは他の代謝副産物に感受性の色素、タンパク質、抗体もしくは他の細胞産物に感受性の色素、例えば、カルセイン（ｃａｌｃｅｉｎ）ＡＭ、臭化エチジウムまたはレザズリン（生存度に感受性）が挙げられる。
【００８１】
１実施形態では、色素または蛍光分子が、チップ内の１つ以上の壁内に、例えば、反応部位を規定する１つ以上の壁内に固定されてもよい。別の実施形態では、色素または蛍光分子は、例えば、反応部位と液体連絡して、チップ内に位置するゲル内に固定されてもよい。さらに別の実施形態では、色素または蛍光分子は、例えば、反応部位を通過される培地に溶解されてもよい。色素または蛍光分子は、１つ以上の環境要因および／または目的の他の変数（単数または複数）の値に一般的に比例する応答を有し得る。この応答は、例えば、蛍光シグナル、吸光度シグナル、波長または周波数などとして測定され得る。チップ内のリアクターおよび／または反応部位は、光送達および／または他の光相互作用する構成要素（単数または複数）と組み合わされてもよい。例えば、光相互作用する構成要素は、色素、蛍光分子などから生じる光（例えば、所定の波長を有する）が検出されおよび／または測定され得る検出システムを備えてもよい。
【００８２】
センサーは、ある場合には、チップより外側であってもよい比色定量検出システムを備えてもよいし、または特定の場合にはチップに微細製造されてもよい。１実施形態では、この比色定量検出システムは、チップの外側であってもよいが、光学ファイバーまたはチップに埋め込まれて得る他の光相互作用する構成要素（例えば、以下に記載されるものなど）を用いて、反応部位に対して光学的に結合されてもよい。例えば、比色検出システムは、色素または蛍光分子が用いられる場合、この比色定量検出システムは、反応部位内の１つ以上の環境要因における変化またはシフトに応答する色素または蛍光分子の周波数および／または強度における変化またはシフトを検出することができる。特定の例では、Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｉｎｃ．（Ｄｕｎｅｄｉｎ  Ｆ．Ｏ．）は、ｐＨおよび溶存酸素濃度の測定のための光ファイバープローブおよび分光計を設ける。
【００８３】
本発明のある局面では、上記の任意のチップは、チップまたはその一部、例えば１つ以上の反応部位が、例えば、制御システムの使用によって、反応部位内のまたは反応部位に関連する環境条件の変化に応答できるように構築されかつ配列されてもよい。ある場合には、チップ内の各々の反応部位は、ある方式で独立して制御されてもよい。本明細書において用いる場合、「制御システム（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｙｓｔｅｍ）」とは、反応部位内または反応部位に関連する１つ以上の環境要因を検出および／または測定し得、そしてこの反応部位内または反応部位に関連する環境条件において応答または変化を生じる（例えば、特定の値で環境条件を維持する）システムである。ある場合には、この制御システムは、リアルタイムで環境要因を制御し得る。制御システムによって生じる応答は、特定の場合には環境要因に基づき得る。本明細書において用いる場合、「能動的（ａｃｔｉｖｅ）」制御システムは、環境的条件の測定値に対する直接応答として反応部位に関連する環境的要因における変化を生じ得るシステムである。この能動的な制御システムは、反応から送達されるかまたは放出され得る因子を提供し得るが、この因子は反応部位に関連する条件を決定し得るセンサーに応答して制御される。「受動的（ｐａｓｓｉｖｅ）」制御システムとは本明細書において用いる場合、環境要因の測定を要する必要なしに、反応部位の環境条件における変化を維持するかまたは生じ得るシステムである。この受動的制御システムは、反応部位内の環境要因を制御し得るが、センサーまたは測定値に応答する必要はない。この受動的制御システムは、能動的制御なしにある因子が反応部位に入ったり出たりすることを可能にし得る。例えば、受動的制御システムは、酸素膜および／または水透過性膜を備えてもよく、この膜は、反応部位内で、例えば、特定の所定の限界内に、酸素および／または水蒸気含量を維持し得る。この制御システムは、例えば、１日、１週、３０日、６０日、９０日、１年またはある場合には無期限の任意の期間、反応部位内または反応部位と関連する１つ以上の条件を制御し得る。
【００８４】
制御システムは、多数の制御要素、例えば、アクチュエータに作動可能に接続されたセンサー、および必要に応じてプロセッサーを備えてもよい。制御システムの１つ以上の構成要素は、反応部位を備えるチップに一体的に接続されてもよく、またはチップから分離されてもよい。ある場合には、制御システムは、チップに一体である構成要素、およびチップから隔てられる他の構成要素を備える。この構成要素は、反応部位内であっても反応部位から近位であってもよい（例えば、反応部位の上流または下流など）。当然ながら、ある場合には、この制御システムは、検出、測定および／または制御される適用および環境要因（単数または複数）に依存して、２つ以上のセンサー、プロセッサー、および／またはアクチュエータを備えてもよい。制御システムの１例は、図５に示されており、ここではセンサー５２によって検出されるチップ１０５内の環境条件５０は、適切な処理のためにプロセッサー５４に伝達されるシグナル５１に変換される。次いで、プロセッサー５４はシグナル５３を生じ、これがアクチュエータ５６に送られて、ここでシグナルが応答６０に変換される。ある場合には、この制御システムは、刺激または刺激の変化（例えば、５秒未満、１秒未満、１００ｍｓ未満、１０ｍｓ未満、または１ｍｓ未満の時間での温度またはｐＨのような環境要因における検出可能な変化）に応答して環境要因における極めて急速な変化を生じることが可能であり得る。
【００８５】
本明細書において用いる場合、「プロセッサー（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）」または「マイクロプロセッサー（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）」は、１つ以上のセンサーからのシグナルを受容し、シグナルを記憶し、そして／または、例えば、数式または電気回路もしくはコンピューター回路を用いることによって、１つ以上のアクチュエータについての１つ以上の応答にこのシグナルを変換し得る任意の構成要素またはデバイスである。１つの実施形態では、このプロセッサーは、専門的なシステムであってもよい。このシグナルは、センサーによって決定される環境要因の指標の任意の適切なシグナル、例えば、空圧式シグナル、電気的シグナル、光学的シグナル、機械的シグナルなどであってもよい。プロセッサー５４は、シグナルに対する応答を決定するのに適切な任意のデバイス、例えば、半導体チップのような機械的デバイスまたは電気的デバイスであってもよい。このプロセッサーは、適用に応じて、反応部位またはチップを組み込んで一体的に接続されてもよいし、または反応部位またはチップから隔てられてもよい。１実施形態では、このプロセッサーは、プロセス制御アルゴリズムを用いてプログラミングされ、これが例えば、センサーからの入力シグナルをとって、このシグナルをアクチュエータへの適切な出力に変換することができる。任意の適切なアルゴリズム（単数または複数）を、プロセッサー５４、例えば、ＰＩＤ制御システム、フィードバックまたはフィードフォーワードのシステム、ファジー理論制御システムなどにおいて用いてもよい。このプロセッサーは、例えば、アクチュエータの操作によって、反応部位内の環境条件を制御するようにプログラムされるかさもなければ設計されてもよい。
【００８６】
例えば、１実施形態では、プロセッサー５４は、１つ以上の環境条件（例えば、温度または圧力）を、チップの所定の反応部位内で、一定の所定のレベルで維持して、例えばその中の化学的反応を促進することができる。別の実施形態では、プロセッサー５４は、所定のパターンに従って、または特定の条件に応答して、チップの１つ以上の所定の反応部位内で１つ以上の環境条件を変更することができる；例えば、プロセッサーは、アクチュエータが、特定の速度で所定の反応部位内でｐＨを上げることを可能にするか、このプロセッサーは、一旦特定の温度または他の環境条件に達すれば、アクチュエータが所定の反応部位のｐＨを変更させることを可能にするか、またはこのプロセッサーは、このアクチュエータがある物質または因子の所定の反応部位への流動を可能にするか妨げるか、または増大するか低下することを可能にする。ある実施形態では、プロセッサー５４は、所定の反応部位内のいくつかの環境条件、例えば、少なくとも２、３、４、５、６、７以上の条件を、所望される適用および制御の程度に依存して好ましくは同時にまたはほぼ同時に制御することができる。例えば、プロセッサー５４は、１つ以上のセンサーおよび／または１つ以上のアクチュエータと連絡されてもよい。
【００８７】
特定の実施形態では、プロセッサー５４は、１つ以上の反応部位内の１つ以上の環境条件を維持するようにプログラムされるか、または設計され得る。例えば、プロセッサー５４は、３つの反応部位内、７つの反応部位内、１０個の反応部位内などの１つ以上の環境条件を維持するようにプログラムされてもよいし、または設計されてもよい。例えば、複数の反応部位が存在する場合、反応部位の１つのサブセットは、１つの温度で保持されてもよいが、反応部位の異なるサブセットは、種々の温度で保持されてもよい。別の例では、反応部位の１つのサブセットは、それに加えられた第一の化合物を有してもよいが、第二のサブセットの反応部位は、それに加えられた異なる化合物を有してもよい。サブセットの組み合わせはまた、例えば、種々の化合物、温度などを有する種々のサブセットを用いてもよい。従って、多くの種々の環境条件は、１つのチップ内の種々の値で同時に制御され得る。ある場合には、反応部位の制御およびモニタリングのパターンは、時間内に、すなわち、実験の間変更されてもよい。従って、例えば、時間内の第一の時点で同時にモニターおよび／または制御された２つの反応部位は、時間内の第二の時点で別々にモニターおよび／または制御されてもよい。制御およびモニタリングは、事前設定されても、自動でもまたは手動的に決定されてもよい。
【００８８】
１セットの実施形態では、プロセッサー５４は、細胞（例えば、細菌または哺乳動物細胞）の代謝または増殖を支持するのに適切な条件を維持するようにプログラムされても設計されてもよい。例えば、プロセッサー５４は、チップの反応部位内の温度、相対的湿度、圧力、酸素濃度、ＣＯ２濃度、血清濃度、栄養物濃度、剪断速度またはｐＨのうちの１つ以上を制御することができることができるかもしれない。細胞増殖を支持するために適切な他の環境要因はさらに以下に記載される。
【００８９】
本明細書において用いる場合、「アクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）」とは、１つ以上の反応部位内もしくはその近位、または１つ以上の反応部位と液体連絡したインレットもしくはアウトレットにおける環境に影響できるデバイスである（例えば、図５Ａにおけるチャネル１１６および１１７におけると同様に）。このアクチュエータは、反応部位もしくはチップから離れてもよく、または一体的に接続されてもよい。例えば、ある実施形態では、このアクチュエータは、反応部位の中または外への物質または因子、例えば、化学溶液、緩衝液（例えば、ｐＨ緩衝液）、ガス、例えばＣＯ２またはＯ２、栄養溶液、生理食塩水、酸、塩基、炭素源、窒素源、インヒビター、プロモーター、ホルモン、成長因子、誘導因子などを含む溶液の流動を制御、変更および／または防止することができるバルブまたはポンプ（マイクロバルブおよびマイクロポンプを含む）を備えてもよい。輸送されるべき物質は、特定の適用に依存する。ある場合には、ポンプは、チップの外側であってもよい。１例では、アクチュエータは反応部位にＣＯ２またはＯ２が入ることを可能にするバルブを選択的に開口し得る。他の場合には、ポンプは、チップの内側であってもよい。例えば、ポンプは、圧電性ポンプであってもまたは機械的活性化ポンプ（例えば、圧力、電気刺激などによって活性化される）であってもよい。１実施形態では、このポンプは、チップ内で液体を流動させ得るチップ内のガスを生じることによって活性化される；例えば、ガスは、ガス生成反応を開始する反応物質にレーザー光のような光を向けることによって生成されてもよく、またはガスはリアクタントに電流を加えることによって生成されてもよい（例えば、電流を水に流してガスを生じることもできる）。別の例では、アクチュエータは、必要に応じて反応物との液体連絡を生じ得るポンピングシステムを備えてもよい。１つの特定の例では、ガス透過性の能力を有するチップは、インキュベーターまたは他の内包環境に入れられてもよく、そしてインキュベーターまたは他の環境内の雰囲気を、制御してもよく、それによって反応部位内の環境条件を制御してもよい。
【００９０】
なお別の例では、アクチュエータは、加熱エレメントまたは冷却エレメント、例えば熱交換器（例えば、図２に示される）、抵抗性ヒーターまたはペルチャー（Ｐｅｌｔｉｅｒ）クーラーを備えてもよい。他の実施形態では、このアクチュエータは、電気システム、例えば、反応部位内の一定電流または一定の電場勾配を維持する電気システムであってもよい。別の実施例では、少なくとも２つの液体ストリームが反応部位に入りそしてまた出るが、このアクチュエータは、２つの液体ストリームの間の流速の比を制御し得るバルブまたはポンプを備えてもよい。例えば、アクチュエータは、シグナルと応答して作動して、反応部位内でインレット流速を増大させ、そしてアウトレット流速を低下させ得る。
【００９１】
１セットの実施形態では、アクチュエータは、エネルギー源、例えば、電磁エネルギー源、熱源、機械的エネルギー源、または超音波源を備えてもよい。ある実施形態では、この電磁照射線は、光学的または視覚的範囲の波長または周波数（例えば、約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を有する）、赤外線波長（例えば、約３００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を有する）、紫外波長（例えば、約４００ｎｍ〜約１０ｎｍの波長を有する）などを有してもよい。ある場合には、この光は、例えば、約３５０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約１ｎｍ、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約５００ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲の周波数をカバーし得る。他の場合には、この光は、単色（すなわち、単一の周波数または狭い周波数分布を有する）、例えば、市販のレーザーによって一般に生じる周波数、または蛍光因子が励起される周波数であってもよい。例えば、この周波数は、約３６６ｎｍ、４０５ｎｍ、４３６ｎｍ、５４６ｎｍ、５７８ｎｍ、４５７ｎｍ、４８８ｎｍ、５１４ｎｍ、５３２ｎｍ、５４３ｎｍ、５９４ｎｍ、６３３ｎｍ、５６８ｎｍまたは６４７ｎｍに集まる周波数であってもよい。光の単色ビームは、狭い分布の周波数を有してもよい。例えば、周波数の９０％または９５％は、平均周波数の±５ｎｍまたは±３ｎｍ内であってもよい。特定の場合には、光は、偏光（例えば、直線的または環状に）されてもよいし、または光の２つ以上の波長が、例えば、連続してまたは同時に用いられてもよい。ある実施形態では、光相互作用する構成要素は、デバイス内の光の波長を変更させ得る。
【００９２】
別の実施形態では、このアクチュエータは、好ましくは近傍または隣接する細胞に影響することなく、特定の細胞または細胞タイプを選択的に殺傷または不活性化するように構築かつ配置されてもよい。例えば、このアクチュエータは、反応部位、またはその反応部位と液体連絡したインレットもしくはアウトレットに実質的に向けられたエネルギー源を備えてもよい；センサーによる特定の細胞または細胞タイプの検出の際、このアクチュエータは、例えば、細胞にエネルギーを向けること、細胞を殺傷すること、さもなければ細胞を同じ方式で不活性化することによって（例えば、複製を妨げるのに十分そのＤＮＡを損傷することによって）、細胞を標的し得る。細胞に標的されたエネルギーは、細胞を不活性化し得る任意のエネルギー、例えば、電磁またはイオン化照射、超音波または熱エネルギーであってもよい。
【００９３】
１セットの実施形態では、チップは環境要因に影響し得る因子、またはこの要因に影響し得る因子の前駆体を反応部位へまたはその近位へ輸送することによって反応部位に関連する環境要因を制御するように（すなわち、反応部位内の環境要因に影響するように）構築かつ配列される。この反応部位へのこの因子（または前駆体）の送達の制御は、特定の場合には、環境要因を制御するために用いられ得る。
【００９４】
別のセットの実施形態では、反応部位内または反応部位に関連する環境要因は、因子、例えば、液体またはガスのような外因的なまたは未滅菌の因子に対してこの反応部位を直接接触させることなく変更および／または制御され得る。例えば、反応部位は、滅菌および／もしくは単離が必要である生物学的設定における使用のための生物学的標本または物質を含んでもよい；またはこの反応部位は、例えば、液体もしくはｐＨの変化に対して感受性である反応、例えば、湿気のない環境で行なうしかない水感受性の反応を含んでもよいが、ここではこの因子と反応部位との間の直接の接触は困難である。
【００９５】
１セットの実施形態では、チップは、ある因子が反応部位へ浸透または拡散することを可能にするように構築かつ配置されてもよい。例えば、この反応部位は、少なくとも部分的には、因子がそれを通して浸透し得る、チップの壁または層のような構成要素によって、規定され得る。この因子は、この反応部位内または反応部位に関連する１つ以上の環境要因を変更および／または制御することが可能であり得る。例えば、この構成要素は、この因子が横切って浸透できる膜、例えば浸透膜または半透過性（例えば、この因子に関して）の膜を備えてもよい。ある場合には、この構成要素はこの因子に関して化学的にまたは物理的に不活性であってもよい。特定の場合には、因子の流動は、この構成要素の片側で生じ得る。ある実施形態では、この構成要素の片側での因子の流動は、例えば、この因子とこの構成要素との間の接触の時点が延長するように、蛇行したかまたは非直線の経路を通じて行なわれてもよい。例えば、図２では、区画２０が区画４２から、因子が透過できる膜（示さず）によって隔てられる場合、因子の流動は、蛇行性通路２８１にそって行なわれてもよい。
【００９６】
１実施形態では、チップ内のいずれかで生じる化学的因子は、その中で環境要因（単数または複数）を制御する反応部位（単数または複数）と相互作用するようにされてもよいし、または１つ以上の液体経路がチップ内で作製されて（例えば、開けられて）、これによってチップ内もしくはチップ外に保管された因子が反応部位と接触されるかさもなければ反応部位に影響することが可能になってもよい。この因子は、反応部位内の１つ以上の環境要因を変更および／または制御し得る任意の因子であってもよい。例えば、この因子は、前に記載されたようなｐＨ中性でない組成物またはｐＨ変更因子であってもよい。例えば、図５Ａでは、チップ１０５は、因子が反応部位へ浸透および／または拡散することを可能にするように構築され得る。例えば、この反応部位は、因子が透過して反応部位に影響し得る、チップの壁（例えば、所定の反応部位１１２の壁）またはチップの１つ以上の層（例えば上部層１００）のような、構成要素を備えてもよい。別の例では、ある様式でこの因子が浸透できる構成要素は、この因子が横切って浸透できる膜、例えば浸透膜または半透過性（例えば、この因子に関して半透過性）の膜を備えてもよいしその膜によって規定されてもよい。ある場合には、この構成要素は、この因子に関して化学的にまたは物理的に不活性であってもよい；例えば、この構成要素は、酸性またはアルカリ性の化合物が、この構成要素を実質的に損傷することも変更することもなく、この反応部位を横切って透過することを可能にし得る。特定の場合には、この因子の流動は、この構成要素の片側で生じ得る。ある場合には、この構成要素の片側での因子の流動は、例えば、この因子と構成要素との間の接触時間を延長するために、蛇行または非直線通路にそって生じてもよい。
【００９７】
例えば、図７Ａに示される本発明の実施形態では、所定の反応部位２０７および浸透性上層２２０を有するチップ２０５が図示される。この実施例では、分散ユニット２２８が、反応部位の近位に位置して、この結果この分散ユニットによって、所望の時間枠内で、例えば、適用に応じて２〜３秒もしくは数十秒、数十分または数時間内で反応部位２０７内に向かって浸透してそれと相互作用することができる因子が生成され得る。分散ユニット２２８はまた、１つ以上の化学物質源、例えば、ガスおよび／またはｐＨ変更因子の１つ以上の供給源、例えば、例示的な図に示されるような供給源２２２および２２４に接続されてもよい。例えば、供給源２２２は、酸性供給源であってもよいし、供給源２２４は、アルカリ性供給源であってもよいし、供給源２２２および供給源２２４は各々が、酸性供給源またはアルカリ性供給源であってもよく、供給源２２２は、細胞媒体の供給源であってもよく、そして供給源２２４は、グルコースまたは生理食塩水などの供給源であってもよい。図７Ｂは、上部層２２０上のチップ２０５の表面上に分散されている因子（例えば、分散ユニット２２８によって分散された因子）を含む液滴２２５の拡大図を図示する。この図では、液滴２２５の部分２２６は、層２２０を通って反応部位２０７に部分的に浸透している。経時的に、浸透領域２２６は、この因子が反応部位２０７と接触して反応部位内の環境要因に影響するまで、この因子が上部層２２０に浸透するにつれて拡大され得る。
【００９８】
ある実施形態では、等式１に示されるとおり、ある因子に関する基板（例えば、このチップの構成要素または層）の透過性（Ｐ）は、この因子の容量的移動速度（ｖ）×厚み（Ｔ）／面積（ａ）×時間（ｔ）×分圧差（ｐ）として表され得る：
Ｐ＝ｖＴ／ａｔｐ      （１）
物質の厚み（Ｔ）は、例えば、ｃｍまたはｍｍで、時間（ｔ）は秒で、圧力（ｐ）はＰａ、ａｔｍ、ｃｍＨｇまたはｍｍＨｇで、面積（ａ）はｃｍ２またはｍｍ２で、そしてこの因子の容量的移動速度（ｖ）はｃｍ３で測定されてもよく、これは、２７３．１５Ｋ（０℃）の温度および１０１  ３２５Ｐａ（１ａｔｍ）の圧力または他の標準的な条件をいう、温度ＳＴＰ（「標準的温度および圧力（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）」）で測定される。従って、透過性は、例えば、ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｓｃｍ２ｃｍＨｇの単位である。従って、例えば、１つには、この基板は、アンモニア、酢酸および／またはＣＯ２に対して、少なくとも約４００×１０−９（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｓｃｍ２ｃｍＨｇ）、少なくとも約５００×１０−９（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｓｃｍ２ｃｍＨｇ）、少なくとも約５９０×１０−９（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｓｃｍ２ｃｍＨｇ）、少なくとも約７００×１０−９（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｓｃｍ２ｃｍＨｇ）、または少なくとも約８００×１０−９（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｓｃｍ２ｃｍＨｇ）の透過性を有し得る。この基板がほぼ１００μｍという厚みを有する膜である１つの特定の例では、この基板は、アンモニアに対して約１７２モル／日ｍ２ａｔｍの透過性、酢酸に対して約１５０モル／日ｍ２ａｔｍの透過性、および／またはＣＯ２に対して約１５０モル／日ｍ２ａｔｍの透過性を有してもよい。
【００９９】
１例では、反応部位内または反応部位に関連する環境要因がｐＨであるならば、この因子はその中でｐＨを制御するためにこの反応部位またはその近位に送達または輸送され得るｐＨ変更因子であってもよい。本明細書において用いる場合、「ｐＨ変更因子（ｐＨ−ａｌｔｅｒｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）」は、この反応部位内またはこの反応部位に関連する環境のｐＨを変更し得る任意の因子、例えば、酸、塩基または反応部位内もしくは近位で反応して酸もしくは塩基を形成できる因子であってもよい。ある実施形態では、ｐＨ変更因子は、反応部位および／またはこのチップの他の構成要素（単数または複数）に対して不活性である。このｐＨ変更因子は、必要な感度および特定の適用次第で、例えば、少なくとも０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．８、１、２または３以上のｐＨ単位ずつ、有意なまたは測定可能な程度まで反応部位内のまたは反応部位に関連する環境のｐＨを変更することができるかもしれない。必要なｐＨ感度は、当業者によって容易に決定できる。例えば、反応を開始するためにｐＨの変化を要する化学的プロセスは、大きなｐＨ変化を要するかもしれないが、最適な値の近辺で反応部位のｐＨを調節するプロセスには、ｐＨのわずかな変化に対する感度を要するかもしれない。
【０１００】
本明細書において用いる場合、「酸」は、化学で用いられるようなその通常の定義で示される。ある場合には、酸は、酸の強度次第で、約７未満、５未満、４未満、３未満または２未満のｐＨ単位のｐＨを有してもよい。同様に、「塩基（ｂａｓｅ）」または「アルカリ（ａｌｋａｌｉｎｅ）」は、化学の領域で用いられる通常の定義で記載される。ある場合には、塩基またはアルカリは、少なくとも約７、少なくとも約８、少なくとも約９、少なくとも約１１、または少なくとも約１２のｐＨ単位のｐＨを有してもよい。「中性でない（ｎｏｎ−ｎｅｕｔｏｒａｌ）」または「ｐＨ中性でない（ｎｏｎ−ｐＨ−ｎｅｕｔｒａｌ）」は、酸性または塩基性のいずれかの組成である（すなわち、この組成物は、好ましくは有意な量ずつ、例えば少なくとも１または２ｐＨ単位ずつ、７より大きいかまたは７未満のいずれかのｐＨを有する）。ｐＨ中性でない組成物は、ある場合には固体、液体またはガスであってもよい。本明細書において用いる場合、「ガス状（ｇａｓｅｏｕｓ）」の酸または塩基は、ガス相である組成であるか、または一般には揮発性であり（すなわち、高い蒸気圧を有する）、そして容易にガス相に入る。例えば、ガス状の酸または塩基は、少なくとも約３００ｍｍＨｇ、少なくとも約４００ｍｍＨｇ、少なくとも約５００ｍｍＨｇ、少なくとも約６００ｍｍＨｇ、または少なくとも約７００ｍｍＨｇの蒸気圧を有してもよい。ガス状の酸の非限定的な例としては、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、ピルビン酸、乳酸、ＳＯ２、ＣＯ２、ＣＯ、ＮＯ２または酪酸が挙げられ；ガス状の塩基の非限定的な例としては、アンモニア、ホスフィンまたはアルシンが挙げられる。
【０１０１】
ある実施形態では、チップの構成要素（例えば、層または膜）が分子（例えば低分子）が浸透できるポリマーを含むが、このポリマーは例えば、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサンまたはコポリマーもしくは混合物であってもそれらを含んでもよい。別のセットの実施形態では、この構成要素は、輸送されている因子に対して実質的に不浸透性のポリマーを含んでもよいが、この構成要素は、この因子が例えば、多孔性であるかまたは多数のチャネルを備える領域を通じて輸送されることを可能にするように構築されても設計されてもよい。さらに他の実施形態では、この構成要素は、この輸送されている因子に対して不浸透性であってもよいが、この構成要素は、浸透性因子の添加の際に浸透性形態に変換されてもよい。本明細書において用いる場合、「浸透性（ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ）」および「浸透する（ｐｅｒｍｅａｔｅ）」とは、任意の適切な非バルク輸送プロセスをいう。非バルク輸送とは、基板に関しては、一般に、実質的な変換またはバルクフローがこの基板内で生じない輸送プロセスである。例えば、因子の透過性は、受動的拡散を通じて、例えば、構成要素のバルク物質を通じて、またはこの構成要素内に存在し得る細孔もしくは他の隙間を通じて生じてもよい；あるいはこの輸送は、ある方式では、例えば、オスモル濃度、電気拡散、電気浸透、浸出によって、またはこの構成要素内の浸透増強化合物の使用によって、促進または増強されてもよい。ある実施形態では、この因子の輸送は、外から加えられた、電場、磁場または求心性の場のような場を用いて促進されてもよい。
【０１０２】
ある場合には、この構成要素は、それを通して所定の時間内または特定の条件下で因子が輸送されるように設計され得る。これらの場合には、この構成要素の正確な厚み、密度、空隙率、ねじれ、組成または他の特徴が当業者によって決定可能であり得る。例えば、ある場合には、この構成要素を横切る因子の拡散は、一般にフィック拡散であってもよく、そしてこの因子がこの構成要素を横切って拡散するのにかかる時間は、フィックの法則を用いて決定され得る。ある場合には、この構成要素を横切る因子の輸送は、例えば比較的薄い構成要素が用いられる場合には比較的速くてもよい。例えば、この構成要素は、適用次第で、それを通じてこの因子が約１０分未満、約５分未満、約３分未満、または約１分未満で輸送されるように構築されてもよい。
【０１０３】
例えば、図８Ａに示されるような別のセットの実施形態では、レーザー２３０は、チップ２０５の区画２３５にレーザービーム２３２を指向して、例えば、所定の反応部位２０７内の環境要因、例えば、ｐＨまたは濃度を変更し得る因子を生じる反応を活性化する。他の実施形態では、当然ながら、他の形態のエネルギー、例えば、熱または電気エネルギーを区画２３４に（または一般にはチップ２０５に）加えて、この因子を活性化してもよい。図８Ａの拡大図は図８Ｂに示される。レーザービーム２３２は実質的には任意の方向または角度で直接的に区画２３５に指向されてもよいし（図８に示されるように）、または例えば導波管（示さず）を通じて間接的に指向されてもよい。図８に示されるとおり、レーザービーム２３２は、区画２３５に達する前に、チップ２０５の１つ以上の他の層およびまたは構成要素を必要に応じて通過してもよい（例えば、これらの層および／または構成要素が実質的に透明である場合）。区画２３５における因子生成前駆体（単数または複数）２３７によるレーザービーム２３２からのエネルギーの吸収の際、この因子生成前駆体（単数または複数）２３７は、この例では因子２３８を生じ得る。因子２３８は、この例では、ｐＨ変更ガスのようなガス、例えば、アンモニウム、酢酸、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２、Ｎ２、ＨＣｌなどであってもよい。次いで、因子２３８は、チップ２０５の少なくとも一部を通じて透過して（例えば、チャネル内、または構成要素および／もしくはチップの層を通じて）、所定の反応部位２０７と相互作用し得る。このように、区画２３５への光または他のエネルギーの制御された適用によって、所定の反応部位２０７内の環境要因の変更および／または制御が生じ得る。
【０１０４】
ある実施形態では、反応部位内の環境要因は、例えば、図８Ｂの前駆体２３７のような１つ以上の前駆体から、チップ内の１つ以上の因子を生成することによって変更され得る。因子（単数または複数）は、ある方法で、反応部位内の環境要因と相互作用するかまたはこれを変更し得る。１実施形態では、この因子は、反応部位内で生成され得る。別の実施形態では、この因子は、チップ内のいずれかで生成されて、ある方式で、例えば液体的に反応部位に輸送されてもよい。例えば、この化学的因子は、チップと関連するかまたはその外側の種々の区画内で生成および／または貯蔵され（例えば、リザーバ中に）てもよく、次いで、例えば、チャネルもしくは他の液体的な接続によって、または膜もしくは別の構成要素を横切ってこれが浸透もしくは拡散することを可能にすることによって、反応部位に輸送されてもよい。１実施形態では、この因子は、反応部位に近位の位置で生成されてもよく、例えば、この因子は、これが反応部位に容易に移動または輸送され得る位置で、例えば、数秒または数十秒内で生成されてもよい。別の実施形態では、この因子は、例えば、この区画と反応部位との間の液体連絡を妨げ、一方でこの反応部位に非ガス状産物が進入することを妨げ得る、膜を通してまたは他の障壁を越えて、反応部位に輸送されるガスであってもよい。本発明の特定の実施形態では、この因子を生じる前駆体（単数または複数）の反応は、外側で開始され得る。例えば、レーザーのような光源が、前駆体（単数または複数）に加えられてもよく、または電流もしくは熱のような他のエネルギー源がこの前駆体（単数または複数）の反応を開始するために用いられてもよい。さらに別の実施形態では、液体接続は、この区画と反応部位との間で、例えば可逆的に生成され得る。例えば、この液体接続は、この区画と反応部位とを隔てる機械的バルブまたは微小機械的バルブなどのようなバルブを開口することによって作製され得る。
【０１０５】
ある実施形態では、さらなる化合物を前駆体（単数または複数）と組み合わせて、例えば、この前駆体（単数または複数）の分解または変性を防ぐこと、この前駆体（単数または複数）が反応する能力を増強すること（例えば、触媒または酵素）、またはこの前駆体（単数または複数）への入射エネルギーの吸収を増強すること、例えば、この前駆体（単数または複数）が因子を形成する反応速度を向上させることができる。ある場合には、入射電磁照射の吸収を可能にする物質、例えば、暗化されるかまたは「黒い（ｂｌａｃｋ）」物質をこの前駆体（単数または複数）に加えて、例えば、エネルギーの吸収を向上させることができる。このような物質の非限定的な例としては、石英、黒ガラス、ケイ素（シリコン）、黒砂、カーボンブラックなどが挙げられる。さらなる化合物は、実質的に非反応性で、輸送可能な因子を形成できなくてもよいし（すなわち、チップの相または構成要素を通じて移動可能である）、またはさらなる化合物は、反応部位に関連する因子の生成または環境要因の制御を実質的に妨害しなくてもよい。
【０１０６】
この因子は、特定の実施形態では、特定の温度で活性化される反応で、例えば、熱分解または熱変性反応で生成され得る。ある場合には、この生成された因子に対する反応は、この前駆体（単数または複数）がこの反応を活性化させることができる少なくとも特定の温度、例えば、少なくとも約２００℃、３００℃、４００℃または５００℃の温度に曝される場合に、開始され得る。この反応を活性化するのに必要な温度は、任意の適切な技術によって、例えば、この前駆体（単数または複数）を光エネルギー、熱、電気エネルギー（例えば、抵抗性加熱）、発熱性化学反応、などに曝す際に、この前駆体（単数または複数）内で生成され得る。
【０１０７】
ある実施形態では、このように生成された因子は、ガス、例えば、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、ＮＯ２、ＨＣｌなどであってもよい。ある場合には、因子を生成する反応によって、１つ以上のガスおよび／または１つ以上の非ガス産物が生成され得る。ある場合には、ガス性因子（単数または複数）は、次に、反応部位内またはその近位に（例えば、膜を通ってまたは障壁を越えて）輸送され得るが、非ガス状産物（例えば、液体または固体）は、同じ方式でこの反応部位に入ることを妨げられるかもしれない。
【０１０８】
この因子は、特定の場合には、ｐＨ変更因子であってもよい。ある場合には、このｐＨ変更因子は、塩基、例えばアンモニアであってもよい。塩基は、アルカリ性因子を生成し得る任意の適切な反応によって、例えば、アルカリ前駆体塩の熱分解反応を通じて生成され得る。例えば、アンモニアは、アンモニウム前駆体塩、例えば、硝酸アンモニウム、カルボン酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、フッ化アンモニウムなどの熱分解によって生じ得る。他の場合には、ｐＨ変更因子は、酸、例えば、酢酸またはギ酸であってもよい。この酸は、酸性因子を生成し得る任意の適切な反応、例えば、酸前駆体塩の熱変性を用いて生成され得る。例えば、酢酸は、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム、酢酸リチウム、酢酸マグネシウムなどの熱変性によって生成され得る。同様に、ギ酸は、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、ギ酸カルシウム、ギ酸リチウム、ギ酸マグネシウムなどの熱変性によって生じ得る。ある場合には、ｐＨ変更因子は、酸でも塩基でもないかもしれないが、チップ内または反応部位内で酸または塩基に変換され得る形態であるかもしれない。例えば、ｐＨ変更因子は、水と反応してチップまたは反応部位内で酸または塩基を形成し得る。非限定的な例では、ＣＯ２のようなガスは、水と反応して炭酸を生成し得る、例えば：
ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ  ＜―＞  Ｈ２ＣＯ３  ＜―＞  Ｈ＋＋ＨＣＯ３−
本発明のさらに別のセットの実施形態では、この因子は、反応部位と液体連絡せずにある区画に存在し得る；この反応部位の中で環境要因を変更するか制御するために反応部位に対するこの因子の曝露が所望される場合、液体の通路を作製してこの因子がその反応部位内に入るかさもなければそれと相互作用することを可能にすることができる。例えば、作製された液体通路は、新しい通路、すなわち既存ではない通路、または液体の通路を前には含まない領域において作製された通路であってもよい；あるいはこの作製された液体の通路は、液体の連絡を妨げるように変更されている液体の通路を前に備えていた領域で作製されてもよい。ある場合には、新しい通路は、チップの構成要素、例えば、反応部位を規定する層、膜、壁またはこの反応部位と液体連絡しているチャネルを取り除くかまたは損傷することによってこのチップ内で作製されてもよい。別の例では、この液体通路は、特定の条件下で開口および／または改変され得る閉鎖された既存の液体通路、例えばバルブまたはスイッチであってもよい。１実施形態では、この区画は、密閉された区画、例えば、外部環境および／または反応部位へのアクセスのない区画である。別の実施形態では、この区画は、外から接近可能である（すなわち、インレットまたはアウトレットを通じて）が、反応部位とは液体連絡していない。
【０１０９】
本発明のチップは、種の送達または反応部位からの種の除去のための１つ以上の液体通路を備えてもよい。ある場合には、液体の通路は、反応部位から区画を隔てる（例えば、壁または膜として）か、またはこの反応部位と液体連絡して液体の通路からこの区画を隔てる構成要素を透過するかまたは損傷することによってインサイチュで（チップの構築後、チップの配備の間に、そして／またはチップの使用の間に）作製され得る。例えば、本発明の特定の実施形態では、液体連絡のための液体通路または他の手段は、反応部位との液体連絡からこの因子（および／または因子の前駆体（単数または複数））を含む区画を隔てるか、またはこの反応部位と液体連絡するチャネルもしくは他の液体の通路からこの区画を隔てる構成要素を透過するかまたは損傷して（可逆的にまたは不可逆的に）、これによってこの区画と反応部位との間の液体連絡を作成することによって作製され得る。例えば、この構成要素は、この構成要素を加熱して化学的因子の透過性を増大することによって、またはこの構成要素を溶融するかもしくは気化させることによって浸透され得る。ある場合には、この構成要素の透過性は、１、２または３以上の大きさまで増強され得る。ある場合には、この構成要素の透過性は、例えば、温度を低下することによって、または非透過性因子を導入することによって、可逆性または少なくとも部分的に可逆性であってもよい。
【０１１０】
この構成要素は、ある場合には、この反応部位との液体接続を生じるために、反応、例えば、化学的反応または電気化学的反応を通じて損傷されるか、さもなければ変更もしくは透過性にされてもよい。例えば、この構成要素は、適切な電流を加えた際に電解され得る、金属、例えば、金、銀、または銅を含んでもよい。さらに別の例としては、この構成要素は、例えば、反応性種を用いて化学的にエッチングされてもよい。
【０１１１】
さらに他の実施形態では、上記で考察されたような構成要素は、例えば、マイクロニードルを有する構成要素を貫通して区画と反応部位との間に液体通路を作製することによって機械的に変更および／または損傷されてもよい。マイクロニードルまたは他の機械的デバイスは、チップの中に由来してもまたは外に由来してもよい。１実施形態では、この構成要素、可逆的に変更されてもよく、例えば、この構成要素は、自己密閉式であっても、および／または再密閉され得るエラストマー物質を含んでもよい。
【０１１２】
この構成要素はまた、ある場合には機械的力もまたは化学物質の使用もなしに損傷され得る。例えば、エネルギーがそれを損傷するために表面に加えられてもよい。ある実施形態では、この構成要素は、例えば、熱または光を用いて切断されてもよい。光が用いられる場合、この光は、ある場合には表面に対して導波管を通じて導かれてもよく、または光はこの表面に対して直接加えられてもよい。
【０１１３】
この構成要素は、本発明のある実施形態では液体通路の作製を増強し得る物質を含んでもよい。例えば、増強物質は、光または他の形態のエネルギーの吸収を促進し得、または化学反応もしくは輸送速度を増大し得る。例えば、１実施形態では、この構成要素は、入射電磁照射を吸収することができる物質、すなわち暗化されたかまたは「黒い（ｂｌａｃｋ）」物質、例えば、石英、黒ガラス、シリコン、黒砂、カーボンブラックなどを含んでもよい。他の例では、この構成要素は、触媒、酵素または透過増強剤を含んでもよい。
【０１１４】
１つの局面では、本発明はそのなかのガスまたは湿度を制御し得るチップに関する。本発明は、ある場合には、湿度制御を受動的にして、例えば、化学的または生化学的な反応または培養細胞を行なうために用いられ得るチップに組み込むことを可能にする。１実施形態では、湿度の制御または維持は、必要に応じて酸素透過性に対して低い水透過性を有する、湿度制御装置および／またはフィルムの形態でチップに提供されてもよい。本明細書において用いる場合、「湿度制御装置（ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）」は、特定のガス、例えば、酸素、二酸化炭素または窒素がチップに入ることを可能にするが、チップへの水蒸気の通過を阻害するデバイスである。この湿度制御装置は、少量の水蒸気のチップへの通過を可能にし得るが、少なくとも１つの他のガス、例えば上記のガスほど多くの水蒸気がこのチップに入ることは許さない。例としては、膜および薄層（例えば、２ｍｍ未満の厚みを有するフィルム）が挙げられるがこれらに限定されない。ある実施形態では、湿度制御装置は、リアクターユニットまたは反応部位の壁内のように、チップの壁として、またはその壁に位置してもよい。他の実施形態では、湿度制御装置は、１つ以上の反応部位と液体連絡するように位置されてもよい。ある実施形態では、このチップにおける各々の反応部位は、湿度制御装置に隣接してもよく、そして／または液体連絡してもよい。ある場合には、湿度制御装置は、このチップの少なくとも一部を実質的に密閉し得る。
【０１１５】
本発明の湿度制御装置は、その中のガス通過を最大にし、そして／または水蒸気通過を最小にするように設計された湿度制御物質を備えてもよい。本発明の湿度制御物質は、特定の所望のガス、例えば酸素および／または二酸化炭素の通過を可能にし得るが、他のガス、例えば水蒸気の通過は阻害する。本発明の物質は、チップにおける湿度制御装置としての使用に適切であるが、このような使用には限定されず；むしろこの物質は、水蒸気または他の特定のガスが内または外で保持されるが、一方酸素および／または他のガスの通過を可能にするいずれかの場所で用いられ得る。例えば、本発明の湿度制御物質は、温室または創傷包帯において有用であり得る。
【０１１６】
１セットの実施形態では、湿度制御物質は、それを通じたガスおよび／または水蒸気の通過を制御するように選択された膜または薄膜（ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ）を備えてもよい。１実施形態では、この湿度制御装置は、１つ以上のガスに対する所望の透過性を有する膜または薄膜である。この膜または薄膜は、ある様式で１つ以上の反応部位に影響し得るチップのいずれかに配置されてもよい。例えば、膜または薄膜は、これが１つ以上の反応部位の表面を規定するように配置されてもよい。
【０１１７】
１セットの実施形態では、膜または薄膜は、本明細書にさらに記載されるように、約１０μｍより大きい、ある場合には約２５μｍより大きい、ある場合には約５０μｍより大きい、ある場合には約７５μｍより大きい、ある場合には約１００μｍより大きい、またはある場合には約１５０μｍより大きいが、例えば、細胞培養を可能にするために、依然としてそれを通じた十分な酸素透過を可能にするという厚みを有する。ある場合には、約５０μｍより大きい厚みを有する膜または薄膜は、例えば、チップの製造の間に特に有用であり得る。この膜は、ある場合には１または２μｍ未満の厚みを有してもよい。
【０１１８】
ある場合には、このチップの構造的形状へ湿度制御物質を組みこむこと、またはこの湿度制御物質へこのチップの構造的形状を組み込むことが所望され得る。湿度制御物質が支持体を提供するかもしくは補完することを意図する場合、またはそれ自体が十分に支持されない場合、この湿度制御物質はまた支持層を備え得る。支持層は、所望の支持を提供する任意の物質（単数または複数）を含んでもよい。例えば、この支持層は、ポリジメチルシロキサンまたはポリフルオロ有機物質のような、透過性のためにこの湿度制御物質に含まれ得る層の１つを含んでもよいし、またはこの支持層は、異なる物質、例えば、ガラス（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｇｌａｓｓ  ｏｆ  Ｃｏｒｎｉｎｇ，ＮＹによるＰＹＲＥＸ（登録商標）ガラス；またはインジウム／スズコーティングガラス）、ラテックス、シリコンなどを含んでもよい。この支持層は、湿度制御物質内のいずれかに、例えば、外層または中間層として位置してもよく、そして１つ以上の繊細な層を保護することを補助するように配置されてもよい。本発明のある場合には、支持層の使用によって、反応部位、リアクターまたはチップの大部分またはほぼ全てが湿度制御物質として構築されることが可能になり得る。好ましくは、この支持層は、湿度制御物質の透過性に有意に影響しないか、または透過性の変化は、湿度制御物質の設計で説明され得る。
【０１１９】
本発明のチップが、湿度制御物質を損傷するか、機能を低下するか、さもなければそれと反応するかまたはそれを分解させ得る、反応物質のような物質を用いた使用について意図される場合、膜は保護層を備えてもよい。この保護層は、湿度制御物質の任意の成分として、例えば、表面層として位置してもよく、または湿度制御物質の感受性の部位とそれに有害に影響し得る物質または環境との間に割り込まれてもよい。例えば、保護層は、特に有害な物質がチップ内にある場合、湿度制御物質の内面上に配置されてもよいし、または特に有害な物質がチップ外にある場合は、湿度制御物質の外面上に配置されてもよい。この保護層はまた、それが防御機能を果たし得る限りは、他の層の間に配置されてもよい。好ましくは、この保護層は、湿度制御物質の透過性に有意に影響せず、また透過性の変化は、湿度制御物質の設計で説明され得る。
【０１２０】
例えば、本発明の１実施形態による湿度制御装置を備えるチップ１４０は、図９Ａに図示される。このチップは、反応部位１４２、インレット１４４、アウトレット１４６および内部壁１４８を備える。内部壁１４８は、湿度制御装置１５０の片側に規定される。湿度制御装置１５０は、この実施形態では、第一の層１５２および第二の層１５４を有する膜を備える。
【０１２１】
湿度制御装置を備えるチップ１４０の別の実施形態は、図９Ａに図示される。この実施形態では、この湿度制御装置１５０は、反応チャンバ１４２の壁を規定し、そしてまたインレットおよびアウトレットの壁を規定する多層膜を備える。主に所望の透過性を提供する目的のために設けられる第一および第二の層１５２および１５４に加えて、この膜はまた第一および第二の層１５２と１５４との間に位置する支持層１５６を備える。透過性制御層（単数または複数）および支持層（単数または複数）について他の配置も可能である。またこの特定の例でチップ１４０に設けられるのは、反応部位１４２の内部壁１４８に位置する細胞接着層１５８であり、これは、そこでの細胞増殖を助長するがインレット１４４およびアウトレット１４６では助長しない。他の実施形態では、細胞接着層は、湿度制御装置１５０の表面をさらに越えて、またはその全体に伸び得る。図９Ａおよび９Ｂに図示されるようにチップ１４０の幾何学は、図示のみの目的で示されており、そして多くの他の配列およびチップ形状が特定の実施形態で有用であり得ることがまた理解されるべきである。
【０１２２】
１セットの実施形態では、湿度制御物質は、特定の透過性および／または特定の透過速度を有するように選択される。本明細書において用いる場合、物質の「透過性（ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）」とは、当該分野で用いられるようなその通常の意味、すなわち、一般にガスがその物質を通過する能力を表す固有の特性として記載される。対照的に、本明細書において用いる場合、ある物質の「透過速度（ｐｅｒｍｅａｎｃｅ）」とは、物質のサンプルを通るガス輸送の実際の速度、すなわち外的な特性である。物質のサンプルの透過速度は、この物質の面積または厚み、この物質を横切る示差的な圧力などのような要因によって影響される。例えば、図１１では、２つの膜の酸素透過速度が膜の厚みに依存することが示される。
【０１２３】
本発明のチップは、１セットの実施形態では、約３．９×１０−８ｃｍ３／ｓより大きい、そしてある場合には、約４．３×１０−８ｃｍ３／ｓより大きい酸素に対する透過性、そして／または約１．７×１０−７ｃｍ３／ｓより小さい、そしてある場合には約１．０×１０−７ｃｍ３／ｓより小さい水蒸気に対する透過性を有する湿度制御物質（例えば、膜まはた薄膜）を備え得る。酸素の制御は本明細書において例として用いられるが、他のガス、例えば窒素または二酸化炭素が、上記のような透過性で、代わりに制御されてもよく、またはガスの組み合わせが制御されてもよいことが理解されるべきである。以下にさらに記載される細胞の例では、酸素移動の下限および水蒸気移動の上限は代表的には制御されることが望ましいかもしれないが、他の適用、例えば、化学合成操作では、他のパラメーター、例えば、酸素移動の上限および水蒸気移動の下限、または窒素もしくは二酸化炭素のような他のガスの下限および上限を制御することが所望され得るということも理解されるべきである。
【０１２４】
本発明の湿度制御物質は、広範な種々の反応および相互作用において用いられ得る。反応の１例は、例えば、細胞培養を維持するため、有効な細胞もしくは細胞タイプの数を増大させるため、または所望の細胞産物を生じるための細胞培養である。ある場合には、湿度制御物質は、細胞増殖を支持するためにそれを通じた拡散によって十分な酸素が進入することを可能にし得る。ある場合には、湿度制御物質はまた、例えば汚染を防ぐために、微生物に対して、および他の細胞に対する不浸透性が大きくてもよい。好ましくはこの物質は毒性が低い。
【０１２５】
本発明が培養細胞に関して用いられる実施形態では、細胞培養は、培養されている細胞および当業者に公知の他の要因次第で、種々の長さの時間にわたって行なわれてもよい。従って、チップの設計および湿度制御物質の性質は、培養時間に適合され得る。例えば、チップまたは湿度制御物質は、それが培養に必要な時間に抵抗できるように設計されてもよく、そして好ましくは、何度も再利用できるように設計されてもよい。種々の実施形態では、細胞培養は、２４時間、４８時間、１週、２週、４週、６週、３ヶ月、１年、連続して、または特定の細胞培養に必要な任意の他の時間行なわれてもよい。
【０１２６】
ある場合には、湿度制御物質は、特定の細胞を培養するのに適切なある範囲に相当する、１つ以上のガスに対する透過性および／または透過速度を有するように選択される。例えば、湿度制御物質は、細胞培養を可能にするために、酸素に対して十分高い透過性および／または透過速度、ならびに／あるいは水蒸気に対して十分低い透過性および／または透過速度を有してもよい。このような透過性の例としては、上記の透過性が挙げられる。当業者は、特定の細胞および細胞株、ならびにさらに大きい細胞群、例えば、微生物および哺乳動物の細胞、組織、組織工学構築物などを首尾よく培養するのに適切な特定の物質の特定の範囲の透過性を同定することができる。
【０１２７】
従って、１実施形態では、本発明は特定の細胞の酸素要件および湿度要件を同定する方法、この細胞の酸素要件を満たすのに十分高い酸素透過性およびこの細胞の湿度要件を満たすのに十分低い水蒸気透過性を有する物質を選択する方法、ならびに反応部位を含むチップにおいて細胞を培養する方法を包含する。この反応部位は、その少なくとも一部が選択された物質から形成されている。
【０１２８】
本発明における使用のため、例えば、広範な範囲の細胞を培養するのにおける使用のための湿度制御物質の透過性範囲の例としては、酸素に対する約１００（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）より大きい透過性、および水蒸気に対する約６×１０−６（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）未満の透過性が挙げられる。本明細書において用いる場合、「ＳＴＰ」とは、「標準的な温度および圧力（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）」をいい、これは２７３．１５Ｋ（０℃）の温度および約１０５Ｐａ（１ａｔｍ）の圧力をいう。別の実施形態では、湿度制御物質は、約１００（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）未満、そして、他の実施形態では、約３０（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）または約１０（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）未満というという水に対する透過性、ならびに少なくとも約６×１０６（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）未満、そして、ある実施形態では、１×１０７（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）および他の実施形態では約３×１０７（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）もしくは１×１０８（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）という酸素透過性を有し得る。本明細書において列挙される酸素透過性および水蒸気透過性の任意の組み合わせが用いられ得る。微生物細胞については、適切な範囲の酸素透過性の例は、約１×１０３（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）より大きい酸素透過性を有する膜によって提供され、そして／または水蒸気透過性が約６×１０６（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）である。哺乳動物細胞については、適切な範囲の例は、約１００（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）より大きい酸素透過性、および約１×１０５（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）未満の水蒸気透過性を有する本発明の膜によって提供される。
【０１２９】
酸素および水蒸気に対する透過性を有する湿度制御物質について、特定の場合、この物質は、例えば、図１２に「目的（ｇｏａｌ）」領域８０として示されるように、極めて高い酸素透過性および水蒸気に対する極めて低い透過性を有し得ることが望ましい。例えば、この物質は、約１０００（ｃｍ３ＳＴＰμｍ／ｍ２ａｔｍ日）より大きい、ある場合には約１０，０００（ｃｍ３ＳＴＰμｍ／ｍ２ａｔｍ日）より大きい、そしてある場合には約１００，０００（ｃｍ３ＳＴＰμｍ／ｍ２ａｔｍ日）より大きい酸素透過性、そして／または約１０００（ｇμｍ／ｍ２日）未満、ある場合には約１００（ｇμｍ／ｍ２日）未満、そしてある場合には約１０（ｇμｍ／ｍ２日）未満の水蒸気透過性を有し得る。例えば、図５に図示されるように、高密度ポリエチレン（「ＨＤＰＥ」）、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）、ポリプロピレン（「ＰＰ」）またはポリ（４−メチルペンテン−１）（「ＰＭＰ」）のような物質の結果が示され、そしてこれらは、以下にさらに記載されるように、本発明を用いる使用のために適切であり得る。他の物質および物質の組み合わせがまた、例えば、以下にさらに記載されるように考慮される。
【０１３０】
ある実施形態では、この湿度制御物質は、細胞接着を促進しないが、広範な種々の親水性、細胞親和性および／または生体親和性の物質のうちのいずれかであり得る細胞接着層（または細胞接着層は、この物質上に提供され得る）を備えてもよい。湿度制御物質上の細胞接着層に適切であり得る物質の例としては、ポリフルオロ有機物質（ｐｏｌｙｆｌｕｏｒｏｏｒｇａｎｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）、ポリエステル、ＰＤＭＳ、ポリカーボネート、ポリスチレンおよび酸化アルミニウムが挙げられるがこれらに限定されない。別の例としては、湿度制御物質は、例えば、ＲＧＤペプチド配列を用いて、細胞接着を促進する物質でコーティングされた層を含んでもよい。ある実施形態では、例えば、付着、結合、浸漬または他の処理によって、細胞接着層の表面を修飾することが所望され得る。細胞接着を促進する例示的な分子としては、フィブロネクチン、ラミニン、アルブミンまたはコラーゲンが挙げられるがこれらに限定されない。この物質が細胞接着層を含む場合、細胞接着層は、膜の内層もしくは表面層として位置してもよく、またはこのチップの内側に接してもよい。好ましくはこの細胞接着層は、湿度制御物質の透過性または透過速度に有意に影響しない、または透過性もしくは透過速度の変化は湿度制御物質の設計で説明され得る。
【０１３１】
湿度制御物質およびある場合にはその層のいくつかを形成するために用いられる物質のいくつかは、例えば、以下に記載されるように、物質のガス透過性に基づいて選択され得る。当業者は、物質のガス透過性を決定する方法を公知である。１つの特定の例示的な方法としては、既知の露出面積および厚みを有する物質のサンプル（例えば、膜）を、２つのチャンバの間においてもよく、そしてガス（または液体）を、１つのチャンバにおいてもよい。次いで、他のチャンバへこの物質を横切ってガス（または液体）が拡散するのにかかる、そして適切な方式で検出される実験的な時間は、物質のガス（または液体）透過性に関連し得る。
【０１３２】
１セットの実施形態では、湿度制御物質は、ポリマー（例えば、単一高分子型、コポリマー、ポリマー混合物、ポリマー誘導体など）を含んでもよい。湿度制御物質内で用いられ得るポリマーの例としては、ポリフルオロ有機物質、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥのＤｕＰｏｎｔからＴＥＦＬＯＮ（登録商標）として市販される、例えば、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＡＦなど）または特定の非結晶性フルオロポリマー；ポリスチレン；ＰＰ；シリコン、例えば、ポリジメチルシロキサン；ポリスルホン；ポリカーボネート；アクリル系、例えば、ポリメチルアクリレートおよびポリメチルメタクリレート；ポリエチレン、例えば、高密度ポリエチレン（「ＨＤＰＥ」）、低密度ポリエチレン（「ＬＤＰＥ」）、直鎖状低密度ポリエチレン（「ＬＬＤＰＥ」）、超低密度ポリエチレン（「ＵＬＤＰＥ」）など；ＰＥＴ；ポリ塩化ビニル（「ＰＶＣ」）物質、例えば、Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩのＤｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．によるＳＡＲＡＮ（登録商標）の名称で市販されているものなど；ＤｕｐｏｎｔからＤＡＲＴＥＫ（登録商標）として市販されるようなナイロン；熱可塑性エラストマーなどが挙げられるがこれらに限定されない。適切な物質の別の例は、ＶｉｖａＳｃｉｅｎｃｅ（Ｈａｎｎｏｖｅｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ）が作製したＢＩＯＦＯＩＬ（登録商標）ポリマー膜である。１実施形態では、このポリマーは、ポリ（４−メチルペンテン−１）（「ＰＭＰ」）：
【０１３３】
【化１】
2005536233.tif 000003
であってもよく、これはある場合には、約３１７．２（ｍ３ＳＴＰｍ／ｓ  ｍ  Ｐａ）という酸素についての透過効率を有し得る。ＰＭＰの例としては、Ｍｉｔｓｕｉ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ（Ｗｈｉｔｅ  Ｐｌａｉｎｓ，ＮＹ）からＴＰＸ（商標）の名称で市販されるものが挙げられる。他の実施形態では、ポリマーは、ポリ（４−メチルヘキセン−１）、ポリ（４−メチルヘプテン−１）ポリ（４−メチルオクテン−１）などであってもよい。別の実施形態では、このポリマーは、ポリ（１−トリメチルシリル−１−プロピエン）（「ＰＴＭＳＰ」）：
【０１３４】
【化２】
2005536233.tif 000004
であってもよく、これはある場合には、約５．７８×１０５（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２日ａｔｍ）という酸素についての透過効率を有し得る。ある場合には、これらのコポリマーおよび／または他のポリマーが、湿度制御物質において用いられてもよい。
【０１３５】
当然ながら、第一および第二の層はまた、ある実施形態では、各々が物質の混合物を含んでもよい。例えば、１つの層は、１つ以上の他の物質を含む平衡を用いて、１つの物質の少なくとも５０重量％を含んでもよい。別の実施形態では、各々の層は、本質的に単一の物質からなる。
【０１３６】
ある実施形態では、湿度制御物質の面積および厚み、またはその層もしくは部分は、所望の程度の透過速度および／または透過性を選択するように用いられ得る。１例では、さらなる水蒸気透過性の物質は、湿度制御が所望される面積または領域に達するかまたは出る水蒸気の量を低下させるために、さらに厚く作製されてもよく、またはその面積は小さくてもよい。ある場合には、この物質は、約１０μｍ〜２ｍｍの厚みであるように設計されてもよい。この範囲内では、多層内の層またはこの物質の一部の相対的な厚みは変化してもよい。例えば、ポリフルオロ有機物質の比較的薄層および塩化ビニリデンの比較的薄層が、特定の実施形態において有用であり得る。さらなる例としては、２〜３μｍのポリテトラフルオロエチレンが、ポリジメチルシロキサンの層に沈着されてもその層の上にコーティングされてもよく、または２〜３μｍのＨＤＰＥがＰＤＭＳを用いて同時成型されてもよい。
【０１３７】
ある場合には、湿度制御物質において用いられるポリマー（またはポリマーの混合物）は、このポリマーが水を保持できるように十分に疎水性であってもよい（すなわち、水蒸気は、このポリマーを容易に通過できない）。例えば、疎水性ポリマーを通る水の透過性は、前に記載のように、約１０００（ｇμｍ／ｍ２日）、約９００（ｇμｍ／ｍ２日）、約８００（ｇμｍ／ｍ２日）、約６００（ｇμｍ／ｍ２日）またはそれ以下であってもよい。
【０１３８】
特定の実施形態では、湿度制御物質において用いられるポリマー（単数または複数）は、それを通じて酸素が容易に通過することを可能にするのに十分開いた分子構造を有し得る。例えば、分子構造は、前に記載されるように、約１０００（ｃｍ３ＳＴＰμｍ／ｍ２日ａｔｍ）以上という、ポリマーを横切る酸素の移動を可能にし得る。１実施形態では、このポリマーは、このポリマーが環境条件下で、それを通じた酸素の移動を、例えば、約１０００（ｃｍ３ＳＴＰμｍ／ｍ２日ａｔｍ）または５００（ｃｍ３ＳＴＰμｍ／ｍ２日ａｔｍ）未満まで制限する構造（例えば、緻密な結晶構造）を形成できないように、実質的に分枝される。
【０１３９】
別の実施形態では、このポリマーは、環境条件下でそれを通じた酸素の移動を制限する構造を容易に形成することを妨げるかさ高い（バルキーな）基を含んでもよい。本明細書において用いる場合、ポリマー上の「かさ高い基（ｂｕｌｋｙ  ｇｒｏｕｐ）」とは、それを通じた酸素の移動を環境条件下で約１０００（ｃｍ３ＳＴＰμｍ／ｍ２日）または５００（ｃｍ３ＳＴＰμｍ／ｍ２日）未満まで制限する結晶構造をポリマーが形成できないという十分に大きい部分である。このかさ高い基は、例えば、ポリマーまたは側鎖の骨格の一部であってもよい。かさ高い側鎖基の非限定的な例としては、シクロペンチル部分、イソプロピル部分、シクロヘキシル部分、フェニル部分、イソブチル部分、ｔｅｒｔ−ブチル部分、シクロヘプチル部分、トリメチルシリルまたは他のトリアルキルシリル部分などを含む基が挙げられる。例えば、１セットの実施形態では、このポリマーは構造：
【０１４０】
【化３】
2005536233.tif 000005
を有してもよく、この各々のＲは独立して少なくとも１つの原子を含み、そしてＢｋはかさ高い基である。ある場合にはＲは、水素基であってもまたはアルキル基であってもよい。
【０１４１】
当然ながら、ポリマーは上記の特徴のいくつかまたは全てを有してもよいことが理解されるべきである。例えば、ポリマーは、このポリマーがそれを通じた十分な酸素透過性を可能にする十分開いた分子構造を有しながら水を保持できるように十分に疎水性を有するポリマー混合物またはコポリマーであってもよい。
【０１４２】
１実施形態では、本発明は、物質の２つの層または一部を組み合わせることによって透過性の目標を達成する。これは、例えば、第一の、さらに透過性の層および第二の透過性の劣る層を含むことによって達成され得る；多層がまた他の実施形態で用いられ得る。種々の物質を組み合わせてその相対的な厚みを調節することによって、所望の酸素および水蒸気透過性が達成され得る。湿度制御物質が２つの層または部分を含む１実施形態では、それらは同じ物質または異なる物質のポリマーから形成されてもよい。例えば、湿度制御物質は、第一のポリマーまたはコポリマーの少なくとも約５５重量％を含む第一の層と、第一のポリマーまたはコポリマーの約４５重量％以下を含む第二の層とを備えてもよい。別の例では、この湿度制御物質は、第一のポリマーまたはコポリマーの少なくとも約６０重量％、約７０重量％、または約８０重量％を含む第一の層と、第一のポリマーまたはコポリマーの約４０重量％、約３０重量％または約２０重量％以下を含む第二の層とを備えてもよい。ある実施形態では、この第一のポリマーは、第一の層を約１００％を含み、かつ本質的に第二の層を含まなくてもよい。ある場合には、この第一の層の少なくとも一部は、第二の層を用いて共重合体化されてもよい。
【０１４３】
本発明の湿度制御物質が、２つ以上の層を含む膜として構築される場合、この２つ以上の層は、この膜に十分な強度を提供する任意の方式で連結され得る。ある場合には、この２つ以上の層は、十分に自己支持性であってもよく、そしてこの層に対して結合する必要はなくてもよく、このことは、所望される場合、空間がその間に残されてもよいということを意味する。他の実施形態では、さらなる層を用いて膜を支持することができる。相互の支持体または別のものを提供するために、２つ以上の層を連結することが所望される実施形態では、この層を連結する受容可能な手段の例は、層を一緒に層化する工程、少なくとも部分的にこの層を混ぜる工程、および層を一緒に共重合化する工程を包含する。層が混ぜられる場合、各々の層を形成する樹脂は、膜が形成される前に部分的にまたは全体的に混合され得る。例えば、液体プレポリマーを、混合して、次いで培養因子を添加してもよいし、または２つの部分的に硬化された層は、その間で、層を一緒に硬化させる硬化剤で接続されてもよい。
【０１４４】
別のセットの実施形態では、本発明の湿度制御物質は、光がそれを通過することを可能にする。これによって、光が重要である場合にこの物質を用いて、例えば、光触媒反応のような反応を促進すること、細胞または植物の増殖を促進すること、生化学的変化を生じさせることなどが可能になり得る。この物質によってまた、湿度制御物質によって保護されるか、または湿度制御された領域の後ろに配置される、リアクターまたは反応部位のような領域の観察が可能になり得る。１実施形態では、この湿度制御物質は、半透明であり、ある場合には、少なくとも実質的に透明である。当業者は、半透明または透明に種々の程度が存在することを認識し、そして特定の適用に基づいて所望の特性を選択することができる。
【０１４５】
チップは種々の他の構成要素を備えてもよい。例えば、チップは、以下にさらに記載されるような、例えば、光源、流量計（例えば、ガスまたは液体の流量を測定するため）、内蔵型回路のような回路、リザーバ（例えば、溶液のため）、微細機械またはＭＥＭＳ（「微小電気機械システム（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）」）構成要素、マイクロバルブ、マイクロポンプなどのような構成要素を備えてもよい。この構成要素は、半導体を作製するのに用いられる技術と同様の、標準的微細加工において用いられる技術と同じ技術を用いてチップ上で製造され得る（Ｍａｄｏｕ  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，ＦＬ  １９９７；およびＭａｌｕｆ，Ａｎ  Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｂｏｓｔｏｎ，ＭＡ  ２０００を参照のこと）。ある実施形態では、少なくとも１つ、２つ、３つまたはそれ以上の構成要素がこのチップに一体的に接続される。特定の実施形態では、この構成要素の全てがこのチップに一体的に接続される。
【０１４６】
本発明との使用に適切な構成要素の他の例としては、チップ、リアクターおよび／もしくは反応部位内の混合を増強するようにストリームの流路に置かれたパイロン様閉塞物、またはチップ、リアクターおよび／もしくは反応部位内の加熱、分離および／もしくは分散ユニットが挙げられる。例えば、加熱ユニットが存在する場合、この加熱ユニットは、小型化された伝統的な熱交換器であってもよい。
【０１４７】
例えば、１セットの実施形態では、本発明は、湿度を制御し得（例えば、前に記載されたように）、そして／または実質的に透明であってもよい膜のような膜を備えてもよい。膜が存在する場合、これはチップ内のリアクターのいずれに位置してもよい。１実施形態では、膜は、１つ以上の反応部位の表面を規定するように、そして／または反応部位を、同じかまたは異なる寸法を有し得る２つ以上の部分に分割するように位置する。例えば、図１０Ａでは、湿度制御装置であり得、そして／または実質的に透明であり得る膜４１０が、反応部位４１１の表面を規定する。図１０Ｂでは、膜４１０は、反応部位４１１の表面および反応部位４１２の表面を規定する。別の例では、膜はチップの１つ以上の反応部位と液体連絡するように配置されてもよい。ある場合には、この膜は第一の反応部位と第二の反応部位とを液体接続する通路が膜を横切るように配置されてもよい。別の実施形態では、この膜は、チップの１つ以上の反応部位と液体連絡するように配置されてもよい。ある場合には、この膜は第一の反応部位と第二の反応部位とを液体接続する通路が膜を横切るように配置されてもよい。例えば、図１０Ｃおよび図１０Ｄでは、膜４１０は、反応部位４１１または４１２の表面を規定しないが、反応部位４１１と反応部位４１２とを液体接続する少なくとも１つの通路が膜４１０を横切るように配置される。
【０１４８】
１例では、１実施形態において、この膜は、例えば、約０．０３μｍより大きくかつ約５μｍ未満の大きさの平均細孔サイズを多数有する多孔性膜であってもよい。他の実施形態では、膜の細孔サイズは、約４μｍ未満、約３μｍ未満、約２μｍ未満、約１．５μｍ未満、約１．０μｍ未満、約０．７５μｍ未満、約０．６μｍ未満、約０．５μｍ未満、約０．４μｍ未満、約０．３μｍ未満、約０．１μｍ未満、約０．０７μｍ未満、そして他の実施形態では、約０．０５μｍ未満であってもよい。特定の場合には、この細孔はまた、０．０３μｍより大きいかまたは０．０８μｍより大きい。ある場合には、この膜は、それを通る特定の細胞の通過を妨げるように選択されてもよい（例えば、細菌細胞、酵母細胞、哺乳動物細胞など）。例えば、約０．２μｍの細孔サイズを有する膜は、細菌細胞の通過を防ぎ得、そして約１μｍの細孔サイズを有する膜は、哺乳動物細胞の継代を妨げ得る。特定の実施形態では、膜は、特定の分子、例えば特定のサイズおよび／または電荷を有する高分子の通過を妨げるかまたは可能にするように選択され得る、すなわち、電荷および／またはサイズ選択性膜。
【０１４９】
膜は、ポリマーまたは他の物質、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスルホン、ポリカーボネート、アクリル、例えばポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、再生セルロース、ニトロセルロース、酸化アルミニウム、ガラス、グラスファイバーなどであっても、それらを含んでもよい。特定の実施形態では、膜はまた、例えば、前に記載されるように、実質的に透明であってもよい。１実施形態では、例えば、膜は、２μｍ以下の細孔サイズを有する実質的に透明なポリエチレンテレフタレート膜、例えば、Ｏｘｙｐｈｅｎ  Ｕ．Ｓ．Ａ．，Ｉｎｃ．（Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ）が作製したＲＯＴＲＡＣ（登録商標）キャピラリー膜である。
【０１５０】
１セットの実施形態では、本発明のチップは、その中で（例えば、反応部位内で）生じることが意図される反応または相互作用を促進するのに適合された構造を備えてもよい。例えば、チップが細胞培養のための１つ以上のバイオリアクターとして機能することが意図される場合、このチップは、細胞増殖を改善するかまたは促進することができる構造（単数または複数）を備えてもよい。例えば、ある実施形態では、反応部位の表面は、細胞結合もしくは接着を促進できる表面であってもよく、またはこのチップ内のリアクターおよび／もしくは反応部位は、任意の広範な種々の親水性、細胞親和性および／または生体親和性の物質を含み得る細胞接着層を含む構造を備えてもよい。例えば、この表面は、任意の広範な種々の親水性、細胞親和性および／または生体親和性の物質、例えば、露出したカルボン酸、アルコールおよび／またはアミノ基を有する物質を用いて、イオン化、コーティング（例えば、支持物質内）および／または微細パターン化されてもよい。細胞接着層に適切であり得る物質の例としては、ポリフルオロ有機物質、ポリエステル、ＰＤＭＳ、ポリカーボネート、ポリスチレンおよび酸化アルミニウムが挙げられるがこれらに限定されない。別の例では、この構造は、細胞接着を促進する物質、例えば、ＲＧＤペプチド配列でコーティングされた層を含んでもよいし、またはこの構造は、細胞接着を促進できる方法で処理されてもよく、例えば、この表面は、この表面が相対的にさらに親水性、細胞親和性および／または生体親和性になるように処理されてもよい。ある実施形態では、細胞接着層の表面を、例えば、細胞接着を促進する物質を用いて、例えば、付着、結合、浸漬または他の処理によって、修飾することが所望され得る。細胞接着を促進する例示的な物質としては、フィブロネクチン、ラミニン、アルブミンまたはコラーゲンが挙げられるがこれらに限定されない。例えば、特定のタイプの細菌または足場非依存性細胞が用いられる他の実施形態では、表面は、親水性、細胞親和性および／もしくは生体親和性の物質から形成されてもよいし、またはこの表面はそれを親水性、細胞親和性および／もしくは生体親和性にさせるある方式で、例えば、脂肪族炭化水素および／またはフルオロカーボンを用いることによって、処理されてもよい。
【０１５１】
ある実施形態では、チップは、「光相互作用する構成要素（ｌｉｇｈｔ−ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）」、すなわち、例えば、光を生じること、光に反応すること、光の特性の変化を生じること、光を指向すること、光を変更することなどによって、光と相互作用する構成要素を備えてもよい。本明細書において用いる場合、「光相互作用する構成要素」とは、チップもしくはリアクター内のサンプルに影響するか、および／またはサンプルについての何か（サンプルの存在、サンプルの特徴など）を決定する方式で、例えば、光を生じること、光に反応すること、光の特性の変化を生じること、光を指向すること、光を変更することなどによって、チップおよび／またはリアクター機能に関するある方式で光と相互作用する成分である。１実施形態では、この構成要素は、光、例えば、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）またはレーザーにおいてのように光を生じる。別の実施形態では、この光相互作用する構成要素は、光に感受性であるかまたは光に応答する構成要素、例えば、光検知器または光電池であってもよい。さらに別の実施形態では、この光相互作用する構成要素は、ある方式で、例えば、光を集束するかもしくは平行にすること、または、レンズにおいてのように、光を分岐させること、または回折格子もしくはプリズムにおいてのように、光をスペクトル的に分散させることによって、光を操作または変更し得る。別の実施形態では、この光相互作用する構成要素は、ある方式で、例えば、屈曲した通路に沿うかもしくは角に沿って、例えば、導波管もしくは鏡においてのように、光の方向を変換もしくは向け直すことが可能であり得る。さらに別の実施形態では、この光相互作用する構成要素は、この構成要素上の光入射の特性、例えば、偏光の程度または周波数を、例えば、偏光子または干渉計においてのように変更し得る。他のデバイスまたはデバイスの組み合わせも可能である。概して、「光相互作用する構成要素」という用語は、有意な修飾も、変更も再指向もなしに光を受動的に伝達する構成要素またはデバイス、例えば、空気、または平坦なガラスもしくはプラスチック（例えば、「窓（ｗｉｎｄｏｗ）」）を包含しない。「光相互作用する構成要素」という用語はまた、不透明な物質において見出されるような、応答なしに実質的に全ての入射光を受動的に吸収する構成要素を一般に含まない。
【０１５２】
光相互作用する構成要素がリアクターと組み合わせて提供される実施形態では、これはリアクターの上または中のいずれに配置されてもよい。例えば、光相互作用する構成要素は、反応部位内にまたは反応部位の近位に配置されてもよい。ある場合には、光相互作用する構成要素は、例えば、反応部位の壁または表面として、反応部位と一体的に接続される。
【０１５３】
別の例では、この光相互作用する構成要素は、この光相互作用する構成要素に入る光の少なくとも一部が反応部位と光学的に連絡するように、チップのなかのいずれかにまたはチップと一体的に接続されて位置し得る。本明細書において用いる場合、「光学的な連絡（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）」という用語は一般に、電磁照射、例えば、可視光の伝達をもたらす任意の経路をいう。光学的連絡としては、直接の「視野方向（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）」の連絡が挙げられる。光学的連絡はまた、光学的デバイス、例えば、レンズ、フィルター、光ファイバー、導波管、回折格子、鏡、ビームスプリッター、プリズムなどの使用によって促進され得る。ある実施形態では、この光相互作用する構成要素は、２つ以上の反応部位にもしくはそれから光を指向してもよいし、またはこの光相互作用する構成要素は、２つ以上の光源から反応部位へ光を指向してもよい。特定の実施形態では、２つ以上の光相互作用する構成要素が存在してもよい。
【０１５４】
この光相互作用する構成要素は、ある場合には導波管を備えてもよい。本明細書において用いる場合、「導波管（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）」という用語は、当該分野でのその通常の意味で示され、光ファイバーを含んでもよい。導波管は一般に、光を受容して、その光の一部を、実質的な損失なしに例えば、屈曲、角および同様の障害物にそって、「視野方向」連絡内ではない目的部位に対してガイドまたは伝達することができる（ただし、導波管は光を視野方向の領域に伝達し得る）。
【０１５５】
ある実施形態では、導波管は、さらに低い屈折率を有し得る第二の「被覆材料（ｃｌａｄｄｉｎｇ）」物質によって少なくとも一部は包埋されるかまたは囲まれる物質の「コア（ｃｏｒｅ）」領域を備え得る。コアは、任意の形状、例えば、スラブ（厚板）、ストリップ（条片）、または円柱状物質を有してもよい。
【０１５６】
この導波管、またはこの導波管の少なくとも一部は、反応部位にまたは反応部位から光を伝達または照らすことができる任意の物質から構築され得る。導波管はある場合には実質的に透明であっても半透明であってもよい。ある実施形態では、この導波管は、シリコンベースの物質、例えば、ガラス、イオン注入ガラス、石英、ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ポリシリコン、コーティングガラス、導電ガラス、インジウムスズ酸化物ガラスなどから形成されてもよい。他の実施形態では、導波管は、他の透明なまたは不透明な有機物質または無機物質を含んでもよい。例えば、特定の実施形態では、導波管は、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、フッ化ポリビニリデン、イオン交換ポリマーおよび上記のフッ化誘導体が挙げられるがこれらに限定されないポリマーを含んでもよい。組み合わせ、混合またはコポリマーも可能である。
【０１５７】
１実施形態では、導波管またはその一部は、高度に反射性の物質、例えば、銀またはアルミニウムによって囲まれてもまたはコーティングされてもよい。別の実施形態では、この導波管は、第一の屈折率を有する中央の物質（例えば、コア）および第二の屈折率を有する周辺物質（例えば、被覆材料）を含むように形成されてもよい。この被覆材料は、中央物質の屈折率よりも小さい屈折率を有してもよい。さらに別の実施形態では、コアまたは被覆材料の屈折率は断面にわたって変化し得る。１例では、コアは、屈折率が一般にコアの中心付近で最高であるグレイデッド光ファイバーであってもよい。
【０１５８】
これらの条件下では、中央の物質を通る光の移動の実質的な一部が、この屈折率の相違の結果として内部で反射され得る（「総内部反射（ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）」）。導波管の一端に入る電磁放射線は、コアと被覆材料の境界での総内部反射の現象に起因して中央の領域に限定され得る。光は、導波管の末端または光がそこから出される導波管の所定の領域に達するまで、被覆材料または他の周囲物質による有意な吸収なしにコアを通じて伝達され得る。中央の領域を通じた光の移動は、例えば、約１０ｄｂ／ｃｍまたは２０ｄｂ／ｃｍ未満の減衰係数で、強度の有意な損失なしに角および他の障害物に沿って検出され得る。別の実施形態では、この導波管は２つ以上の中央物質または２つ以上の周辺物質を有してもよい。
【０１５９】
導波管の１例として、導波管を形成する中央および周囲の物質の両方は、各々がガラスであってもよい。別の例では、導波管は、低い屈折率を有する物質がそれより高い屈折率を有する物質を囲むようにポリマーおよびシリコンベースの物質から形成されてもよい。さらに別の例では、この導波管は、例えば、空気またはこの導波管より高い屈折率を有するチップの一部によって囲まれる単一の物質から構築され得、この結果、導波管／空気または導波管／チップの境界面で総内部反射が生じ得る条件が生じる。
【０１６０】
この導波管は、当業者に公知の任意の適切な技術によって、例えば、圧延、研磨または機械加工によって（例えば、チャネルをチップ基板に切断またはエッチングすること、次いで必要に応じてシーラントを用いて、チャネル内に物質を沈着させることによって）構築され得る。導波管はまた、例えば、チップ製造プロセスの間に物質の層を沈着させることによって形成され得る。ある場合には、この沈着物質は、周囲のリアクター基板よりも高い屈折率を有し得、従って以前に記載されたように、一般的なコア−被覆材料構造を形成する。この導波管はまた、周囲の物質に対して、屈折率を操作／変更するような方法で、ガラスまたはプラスチックのような、チップを形成する物質のレーザーエッチングによって構築され得る。ある場合には、このエッチングされた部分／エッチングされてない部分の屈折率は、コア−被覆材料構造を形成するように制御されてもよい。
【０１６１】
ある実施形態では、この光相互作用する構成要素は、光源であっても光源を含んでもよい。光源は、反応部位と光学的に連絡している任意の光源であってもよい。例えば、光源は外部または環境の光、ＬＥＤにおいて作製されるような光の干渉性もしくは単色のビーム、または半導体レーザーもしくは量子井戸レーザーのようなレーザーであってもよい。光源は、例えば、チップの一部として製造されたレーザーダイオードにおいて、チップの一部と一体的に接続されてもよく、またはこの光源は、チップから隔てられてもそれと一体的に接続されてもよいが、反応部位との光学連絡を可能にするように配置されてもよい。光源は、前に記載されるように、単一波長もしくは実質的に単色の波長を生じても、または広範な波長を生じてもよい。特定の実施形態では、光源はまた、化学的反応または生物学的プロセス、例えば光子を生じる化学的反応、例えば、ＧＦＰ（「緑色蛍光タンパク質（ｇｒｅｅｎ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｐｒｏｔｅｉｎ）」）もしくはルシフェラーゼに関与するか、または蛍光もしくはリン光を通じた反応において生成され得る。例えば、入射電子、電流、摩擦、熱、化学的反応または生物学的反応は、例えば、反応部位に位置するサンプル内で、または反応部位と光学的に連絡しているチップ内に位置する反応中心から、光を生成するために加えられ得る。
【０１６２】
特定の場合には、この光相互作用する構成要素は、フィルター、例えば低域通過フィルター、高域通過フィルター、ノッチフィルター、空間フィルター、波長選択フィルターなどを備えてもよい。フィルターは、例えば、入射光の一部を実質的に低減または排除し得る。例えば、フィルターは、約３５０ｎｍ未満または約１０００ｎｍより大きい波長を有する光を排除するかまたは実質的に低減し得る。別の実施形態では、このフィルターは、入射光内でノイズを低減するか、または入射光のシグナル対ノイズ比を増大することができるかもしれない。さらに別の実施形態では、このフィルターは、入射光を、例えば、直線的にまたは環状に偏光することができるかもしれない。
【０１６３】
ある実施形態では、この光相互作用する構成要素は、反応部位と光学的に連絡する光学エレメントを備えてもよい。本明細書において用いる場合、「光学エレメント（ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ）」とは、例えば、光を集束するかもしくは平行にすること、または光を分岐させることによって、この光学エレメントに入るかまたは出る光の経路を変更できる任意のエレメントまたはデバイスをいう。例えば、光学エレメントは、単一のポイントもしくは小さい領域に入射光を集束し得、または光学エレメントは、光の分枝したビームを平行にするかもしくは向け直して光の平行かもしくは集光するビームを形成し得る。「集束する（ｆｏｃｕｓ）」という用語は一般に、光の線をポイントまたは小さい領域に集光させる能力をいう。「平行にする（ｃｏｌｌｉｍａｔｅ）」という用語は一般に、例えば、無限の距離でビームが集束するように、ポイントまたは小さい領域へという必要はないが、光の線の集束を向上させる能力をいう。１例では、分岐する光のビームは、光の平行なビームへ平行にされ得る。特定の実施形態では、この光学エレメントは、例えば、発散レンズにおいてのように、光を分散させるかまたは分岐させ得る。他の実施形態では、この光学エレメントは、例えば、ビームスプリッター、光学的コーティング（例えば、二色性、反射防止性または反射性のコーティング）、光学的回折格子、回折格子などであってもよい。
【０１６４】
１セットの実施形態では、この光学エレメントはレンズであってもよい。レンズは、集光レンズまたは発散レンズのような任意のレンズであってもよい。レンズは、例えば、メニスカス（凹凸レンズ）、平凸レンズ、平凹レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、フレスネルレンズ、球面レンズ、非球面レンズ、バイナリーレンズなどであってもよい。光学エレメントはまた、鏡、例えば、平面鏡、局面鏡、放物面鏡などであってもよい。他の実施形態では、この光学エレメントは、例えば、回折格子またはプリズムにおいてのように、光を分散させ得る。
【０１６５】
ある場合には、種々の屈折率を有する物質を用いてもよい。例えば、光が導波管を通じて光学エレメントに達する実施形態では、この光学エレメントは、導波管とは異なる屈折率を有する物質であり得る。ある場合には、この光学エレメントの屈折率は、導波管の屈折率とほぼ同じかまたはそれよりも大きい。
【０１６６】
ある場合には、段階的な屈折率を有する物質（「ＧＲＩＮ」物質）を光学エレメントとして用いてもよい。このＧＲＩＮ物質は、ＧＲＩＮ物質に達する光に固有の拡散の量を最小限にし得る。例えば、均一な厚みの物質は、この要素の断面にそってその屈折率を変化させることによってレンズとして機能するように作製されてもよい。１実施形態では、ＧＲＩＮ物質は光の拡散した線を平行な配置に再指向し得る。別の実施形態では、ＧＲＩＮ物質は、均一な厚みを有する必要はなく、そしてこの物質の段階的な屈折率およびこの物質の形状の組み合わせを用いて、光を集束または平行にすることができる。
【０１６７】
この光相互作用する構成要素は、ある実施形態では、光を電気に変換できる構成要素、例えば、感光素子または光検出器、光電子増倍管、光電セル、光ダイオード、例えば、アバランシェフォトダイオード、フォトダイオードアレイ、ＣＣＤチップ（「電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）」）などを備えてもよい。この構成要素は、ある場合には、例えば、放射（蛍光またはリン光を含む）、吸光度、散乱、光学密度、偏光測定または肉眼によるものを含む他の測定によって、反応部位内の物質の状態または条件を決定するために用いられ得る。
【０１６８】
他の場合には、光相互作用する構成要素は、画像化目的のために、例えば、反応部位もしくはその近位に位置する細胞もしくは他の物質の一部を画像化するために、または細胞が表面に接着しているか否かを決定するために用いられ得る。
【０１６９】
ある場合には、光相互作用する構成要素は、電気を生じるために用いられ得る。１実施形態では、光電セルは、半導体物質を含む１つ以上の層を用いてチップ内に一体的に製造され得る。
【０１７０】
ある実施形態では、光は、例えば、化学的反応を活性化または阻害するために、反応部位に指向され得る。例えば、反応は、活性化のために光の使用を要し得、または感光性酵素は、この酵素に対して光を加えることによって阻害され得る。特定の実施形態では、反応部位に向けられた光は、プローブまたはシグナル源として用いられてもよい。光は、例えば、反応部位に達する光が特定の波長、偏極または強度を有するように、特定の実施形態では反応部位に対して制御された方式で送達され得る。
【０１７１】
ある実施形態では、反応部位から生じる光の一部が検出および解析され得る。反応部位から生じる光は、反射されるかもしくは屈折された光、例えば、前に記載されたように反応に向けられた光であってもよく、またはこの光は、物理的手段を通じて、例えば、蛍光もしくはリン光を通じて生成されてもよい。ある場合には、光は、前に記載されたように反応部位内で生成されてもよい。反応部位からの光は、任意の適切な解析技術、例えば、赤外分光法、ＦＴＩＲ（「フーリエ変換赤外分光法（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」）、ラマン分光法、吸光光度法、蛍光分光法、光学密度、円偏光二色性、光散乱、偏光分析法、屈折計法、濁度測定、擬電光散乱または任意の他の適切な技術を用いて解析され得る。別の実施形態では、反応部位の画像化は、例えば、光学画像化または赤外画像化を用いて行なわれ得る。
【０１７２】
本発明のある実施形態では、チップ内のリアクターおよび／または反応部位は、例えば同時に、生きている細胞の１つ以上のタイプの増殖を促進する環境を維持するように構築されかつ配置され得る。ある場合には、反応部位は、液体流動、酸素、栄養物分布など、生きている組織、例えば、細胞が由来する組織で見出される条件と同様の条件を提供されてもよい。従って、チップは、バッチ培養システムによって提供される条件よりもインビボに近い条件を提供することができるかもしれない。１つ以上の細胞が反応部位で用いられる実施形態では、細胞は任意の細胞または細胞タイプ、例えば、原核生物細胞または真核生物細胞であってもよい。例えば、細胞は細菌または他の単細胞生物体、植物細胞、昆虫細胞、真菌細胞または動物細胞であってもよい。細胞が単細胞生物体であるならば、この細胞は、例えば、原生動物、トリパノソーマ、アメーバ、酵母細胞、藻類などであってもよい。細胞が動物細胞である場合、この細胞は、例えば、無脊椎動物細胞（例えば、ショウジョウバエ由来の細胞）、魚類細胞（例えば、ゼブラフィッシュ細胞）、両生類細胞（例えば、カエルの細胞）、爬虫類細胞、鳥類細胞、または哺乳動物細胞、例えば、霊長類の細胞、ウシの細胞、ウマの細胞、ブタの細胞、ヤギの細胞、イヌの細胞、ネコの細胞、またはラットもしくはマウスのようなげっ歯類の細胞であってもよい。細胞が多細胞生物体由来である場合、細胞は、この生物体のいずれの部分に由来してもよい。例えば、細胞が動物由来である場合、細胞は心臓細胞、線維芽細胞、ケラチノサイト、肝細胞、軟骨細胞、神経細胞、骨細胞、筋細胞、血液細胞、内皮細胞、免疫細胞（例えば、Ｔ細胞、Ｂ細胞、マクロファージ、好中球、好塩基球、肥満細胞、好酸球）、幹細胞などであってもよい。ある場合には、細胞は、遺伝子操作された細胞であってもよい。ある実施例では、細胞は、チャイニーズハムスター卵巣（「ＣＨＯ」）細胞または３Ｔ３細胞であってもよい。ある実施形態では、２つ以上の細胞タイプ、例えば、線維芽細胞および肝細胞が同時に用いられてもよい。ある実施形態では、細胞単層、組織培養物または細胞構築物（例えば、非生存足場に位置する細胞）なども反応部位で用いられてもよい。特定の細胞タイプ（単数または複数）について反応部位で必要な正確な環境条件は、当業者によって決定され得る。
【０１７３】
ある実施形態では、細胞は、治療および／または診断目的の化学的または生物学的な化合物を例えば、ナノグラム、マイクログラム、ミリグラムまたはグラム以上の量で産生し得る。例えば、細胞は、モノクローナル抗体、タンパク質、例えば、組み換えタンパク質、アミノ酸、ホルモン、ビタミン、薬物または医薬品、他の治療分子、人工的化合物、ポリマー、トレーサー、例えば、ＧＦＰ（「緑色蛍光タンパク質（ｇｒｅｅｎ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  ｐｒｏｔｅｉｎ）」）またはルシフェラーゼなどの産物を生成することができる。１セットの実施形態では、細胞は、薬物開発および／または薬物開発目的のために用いられ得る。例えば、細胞は、この細胞と相互作用することが疑われる因子に曝露されてもよい。このような因子の非限定的な例としては、発癌性または変異原性の化合物、合成化合物、ホルモンまたはホルモンアナログ、ビタミン、トレーサー、薬物または医薬品、ウイルス、プリオン、細菌などが挙げられる。例えば、１実施形態では、本発明を自動的な細胞培養において用いて、モノクローナル抗体および／または目的の他の化合物の高処理能力の処理を可能にすることができる。別の実施形態では、本発明を用いて、細胞、細胞タイプ、細胞増殖条件などをスクリーニングして、例えば、自己生存能、自己生成速度などを決定することができる。ある場合には、本発明は、高処理能力スクリーニング技術において用いられ得る。例えば、本発明を用いて、細胞増殖、細胞または細胞のタイプの正常または異常な生物学的機能、細胞によって生成されるタンパク質または他の因子の発現などに対する１つ以上の選択された化合物の効果を評価することができる。また本発明を用いて、細胞増殖、細胞の生物学的機能、細胞産物の生成などに対する種々の環境要因の効果を検討することができる。
【０１７４】
ある場合には、チップ内のリアクターおよび／または反応部位は、反応部位内の生存細胞を用いて化学的または生化学的な反応を防止、促進および／または決定するために（例えば、生存細胞に対する、薬物、ホルモン、ビタミン、抗生物質、酵素、抗体、タンパク質、炭水化物などのような因子の、もしあれば効果を決定するために）構築かつ配列されてもよい。例えば、細胞と相互作用できると疑われる１つ以上の因子を細胞を含むリアクターおよび／または反応部位に添加してもよいし、そしてこの因子（単数または複数）に対する細胞の応答を、本発明のシステムおよび方法を用いて決定してもよい。
【０１７５】
ある場合には、細胞は光に感受性であり得る。例えば、細胞は、光刺激に応答するかまたは光合成の植物細胞であってもよい。別の実施形態では、光は、光に感受性の哺乳動物細胞または植物細胞のような細胞を増殖するために用いられ得る。さらに別の実施形態では、細胞は光によって誘引されるかまたは光によって反発される細菌であってもよい。別の実施形態では、細胞は光レセプターまたは他の光シグナル伝達応答を有する動物細胞、例えば、桿体細胞または錐体細胞であってもよい。さらに別の実施形態では、細胞は、光レセプターまたは別の光感受性分子、例えば、光に対する曝露の際に反応性実体を分解するかもしくは形成するか、または生物学的プロセスが生じるように刺激するものを有する、遺伝子操作された細胞であってもよい。他の場合には、細胞は光に非感受性であり得る；チップに加えられた光は、細胞の解析のために、例えば、検出、画像化、カウント、形態学的解析または分光学的解析のために用いられ得る。さらに他の場合には、光を用いて細胞を、例えば直接的にまたはアポトーシス反応を誘導することによって殺傷してもよい。
【０１７６】
ある実施形態では、チップはこのチップ内の細胞が代謝的に活性な状態で維持され得るように、例えば、この細胞が増殖して分裂できるように構築されかつ配列され得る。例えば、チップは、１つ以上のさらなる表面が反応部位に、例えば一連のプレートとして添加され得るように構築されてもよいし、またはこのチップは細胞が基板に結合したままで分裂できるように構築されてもよい。ある場合には、このチップは細胞が、必要に応じてチップ内に存在する他の細胞を実質的に邪魔することなく、例えばこのチップのアウトレットを通じて、または反応部位からの表面の除去によって、収集されてチップから回収され得るように構築されてもよい。チップは、任意の適切な時間、例えば、１日、１週、３０日、６０日、９０日、１年またはある場合には無期限に、代謝的に活性な状態で細胞を維持することを可能にし得る。
【０１７７】
１局面では、本発明は、チップの使用のための装置を必要に応じて備える、キットにパッケージングされた任意の上述のチップを提供する。すなわち、このキットは、例えば、マイクロプレートとともに使用するための、チップの使用の説明書、またはハンドルマイクロプレートに適合される装置を備えてもよい。本明細書において用いる場合、「説明書（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）」は、指示および／またはプロモーションの内容を規定し得、そして代表的には、本発明の包装に対するまたはそれに関連した書面の指示を包含し得る。説明書はまた、チップのユーザーが、この説明書はチップに関連するものであるということを明確に認識するように任意の様式で提供される任意の口頭または電気的な指示を含んでもよい。さらに、キットは、特定の適用、例えば、容器、アダプター、シリンジ、ニードル、置換パートなどに依存して他の構成要素を備えてもよい。本明細書において用いる場合、「プロモートされる（促進される）（ｐｒｏｍｏｔｅｄ）」とは、教育、病院および他の臨床的施設、化学的調査、薬物発見または開発、学問的探究、薬物の販売を含む製薬産業上の活動、ならびに本発明に関連する任意の形態の書面、口頭および電気的通信を含む任意の広告または他のプロモーション活動の方法を含む全ての業務遂行方法を包含する。
【０１７８】
本発明のこれらおよび他の実施形態の機能および利点は、以下の実施例からさらに詳細に理解される。以下の実施例は、本発明の利点を図示することを意図しているに過ぎず、本発明の全体的範囲を例証するものではない。
【０１７９】
（実施例１）
本実施例では、図５Ａに一般的に図示されるように、チップは本発明の実施形態に従って調製された。
【０１８０】
その中に液体チャネル、ポート、チャンバ、他の反応部位などを備える第一のチップ層は、アクリルまたはポリカーボネートのストックシートから射出成形されるか機械加工された。この第一の層は、感圧性シリコーン接着剤（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）によって、機械加工されるかまたは射出成形された平底プレート（またアクリルまたはポリカーボネート）に結合した。０．２μｍの細孔サイズの膜（Ｏｓｍｏｎｉｃｓ，Ｍｉｎｎｅｔｏｎｋａ，ＭＮ）をまた、感圧性シリコーン接着剤によって第一の層の上側に接着した。
【０１８１】
その中に関連の液体チャネル、ポート、チャンバ、他の反応部位などを有する第二のチップ層（チャンバ上部を含む）を、ＰＤＭＳを用いる鋳型にキャスティングした。この第二の層を第一のチップ層と整列可能に形成する。この第二の層を、第一のチップ層のチャンバと配列して、感圧性シリコーン接着剤によって接着して、完全なチップを形成する。ＰＤＭＳトップは、隔壁またはそれ自体による自己密閉膜として機能するか、またはある場合には、ＰＤＭＳのさらなる部分的な層が、感圧性接着剤を用いてチップのインレットまたはアウトレットにまたがって結合され得る。
【０１８２】
（実施例２）
本実施例では、本実験の実施形態を用いてｐＨ検知を実証した。
【０１８３】
実施例１に記載されるものと同様のいくつかのチップを調製した。各々のチップは、このチップ内のチャンバによって規定されるように所定の反応部位を含んだ。底部チャンバのチャンバ深度（すなわち、チップの表面からのチャンバの距離）は約３ｍｍであった。
【０１８４】
種々のｐＨを有する、０．１Ｍ  リン酸緩衝液の１４の溶液（Ｋ２ＨＰＯ４／ＫＨ２ＰＯ４、両方ともＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）をＣＤＭＦの５μＭ溶液を用いて調製した。ＣＤＭＦ（５（６）−カルボキシ−２’，７’−ジメトキシフルオレセイン；Ｈｅｌｉｘ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｓｐｒｉｎｇｆｉｅｌｄ，ＯＲ）は蛍光ｐＨ色素である。３つの異なるチップ上の一連の反応部位を各々ＣＤＭＦ溶液で充填した。
【０１８５】
各々のチップ内の各々のチャンバにおけるＣＤＭＦ溶液の蛍光強度（「Ｉ」）を２つの波長５１０ｎｍおよび４５０ｎｍでの励起の際に測定した。励起のために用いた光源は、高輝度発光ダイオード（ｈｉｇｈ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅｓ）（ＬＥＤｓ，ＬＸＨＬ−ＢＥ０１および−ＢＲ０２；Ｌｕｍｉｌｅｄｓ，Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，ＣＡ）であった。ＬＥＤ光を、レンズ（７４−ＵＶ，Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）によって６００ミクロンの直径の光ファイバー（Ｐ６００−２，Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）と光連絡して配置して、次いでチップに向けた。この放射光を、２５．４ｍｍ  ｆ−１レンズ（Ｔｈｏｒｌａｂｓ，Ｎｅｗｔｏｎ，ＮＪ）によって収集して、別の６００ミクロンのファイバーに光学的に連絡して、これを次にコンピューター制御の分光光度計（ＵＳＢ−２０００Ｆ，Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）と光接続した。両方の場合に報告される発光強度を５６０ｎｍで測定した。
【０１８６】
これらの実験からのサンプル結果を図１３に示しており、ここでは強度の比を溶液のｐＨに対してプロットした。４５０ｎｍの光（Ｉ４５０ｎｍ）および５１０ｎｍの光（Ｉ５１０ｎｍ）による励起の際、５６０ｎｍで強度を測定し、これらの値の比を（Ｉ４５０ｎｍ／Ｉ５１０ｎｍ）としてプロットした。蛍光シグナルの応答は少なくとも約６〜少なくとも約８の範囲にまたがってｐＨとよく相関することが見出された。
【０１８７】
従って、本実験は、本発明の１つの実施形態に光学的に取り組むことがレシオメトリック蛍光技術を用いてｐＨを測定および制御する能力を実証する。
【０１８８】
（実施例３）
本実施例は、本発明の実施形態によるチップの調製を図示する。
【０１８９】
その中に液体チャネル、ポート、チャンバなどを伴うチップ層を、機械加工されたアルミ成形を用いてポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ，Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４，Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）にキャステイングした。このＰＤＭＳ層を９０℃で２０分間硬化させた。このＰＤＭＳ層を、感圧性シリコーン接着剤（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｈｏｌｙｏｋｅ，ＭＡ）によって、底部プレートに接着した。底部プレートは、アクリルまたはポリカーボネートから作製して、シートストックから機械加工するかまたは射出成形した。この層を液圧プレス（Ｃａｒｖｅｒ，Ｗａｂａｓｈ，ＩＮ）中に層を押圧することによって結合して、完全なチップを形成した。ＰＤＭＳの頂部は、隔壁自体として機能し得るか、ある場合には、ＰＤＭＳのさらなる部分的な層は、感圧性シリコーン接着剤を用いてチップのインレットまたはアウトレットにまたがって結合できた。
【０１９０】
（実施例４）
本実施例によって、本発明の別の実施形態に従う、チップの反応部位内のｐＨの制御を例示する。
【０１９１】
図５に図示される実施形態と同様の形状を有する、実施例３に記載されたチップに類似の多重チップを、ＰＤＭＳを用いて調製した。各々のチップは、チップ内のチャンバによって規定される３つの所定の反応部位を有した。チャンバの深さ（チップの表面からの距離）は５００ミクロンであった。
【０１９２】
１つのチップの３つのチャンバを各々、５０μＭのクロロフェノールレッド色素（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）の溶液で充填した。クロロフェノールレッドは、溶液が塩基性になるとき（すなわち、溶液のｐＨが増大するとき）黄色から紫の色変化を受けることが公知である。この色の変化は、５７４ｎｍの波長で溶液の吸光度を測定することによってモニターできる。
【０１９３】
このチップ内の反応部位のｐＨを光学的に決定した。光源（タングステンハロゲン；ＬＨ−１；Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）を、コリメータレンズ（７４−ＵＶ；Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）で終わる光ファイバー（Ｐ１００−２；Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）に接続した（これらの構成要素は図１５には示していない）。光ファイバーアセンブリは光３１０を反応部位３２０に伝達した。反応部位３２０内でサンプル３２５の濁度によって、ここで少なくとも部分的に減弱された、伝達された光３１５を、別のコリメータレンズ／ファイバーアセンブリ（示さず）を用いて集めて、コンピューター制御分光光度計３３０（ＵＳＢ−２０００；Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）に伝達した。光学密度（「ＯＤ」）を、ＯＤ＝ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ０）として算出した。
【０１９４】
所定の反応部位３２０内のｐＨを制御するために、少量（約２０μｌ）のアンモニア溶液（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）を、チップの上、概して反応部位３２０の近位においた。反応部位の５７４ｎｍでの光吸光度を２時間の経過にわたってモニターした。図１４に示されるように、３つの濃度のアンモニアを用いた：４．０Ｍ  ＮＨ４ＯＨ（黒丸）、１．５Ｍ  ＮＨ４ＯＨ（黒四角）およびコントロールの水（黒三角）。図１４では、３つの溶液について、ｐＨ指示薬として５０μＭのクロロフェノールレッドを用いて、５７４ｎｍでの光学密度を時間に対してプロットした。最初および最後のｐＨの値をＯＤで観察される変化から推定した。
【０１９５】
揮発性アンモニアがＰＤＭＳに浸透して反応部位に入ることが可能であり、これによってＰＤＭＳを通じたガス状の非液体輸送によって、すなわち、所定の反応部位内の液体に対する直接の液体接触が行なわれることなく、反応部位内の溶液のｐＨが実質的に上昇することが見出された。所定の反応部位内のｐＨの全体的変化および変化の速度の両方ともアンモニアの濃度を制御することによって独立して制御され得ることが実証された。カバーの厚みおよびカバー物質の透過性を調節することによって、反応部位内のｐＨ変化の速度をまた制御した。
【０１９６】
ｐＨが上昇される代わりに制御可能に低下されたという同様の結果がまた、上記の方法と同様の方法を用いて実証された。それらの実験では、ｐＨ変更因子として酢酸を用いた。
【０１９７】
（実施例５）
本実施例は、所定の反応部位内のｐＨを、その中でのいかなる液体の接触もないままで調節するために用いられる本発明の実施形態を例示する。
【０１９８】
ポリヂメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からマイクロリアクターを構築した。この特有のデバイスは、一般に９６マイクロウェルプレートと同じサイズの、１２７．７７ｍｍ×８５．４８ｍｍの設置面積を有した。この特有のデバイスは、種々の層の物質、膜および障壁／界面層を組み合わせることによってアセンブルされて、実施例１に記載されるような、２００μｌのチャンバを有する積み重なった複合構造を形成した。
【０１９９】
細胞培養チャンバ内でｐＨ変更因子であるクロロフェノールレッドを用いてこのチャンバのｐＨをモニターした。約９０分間、１０秒ごとにチャンバの発光スペクトルを記録した。最初の時点で、このチャンバをカバーするＰＤＭＳの薄層上にアンモニアの液滴（２０μｌ、４．０Ｍ）を置いた。ガスはＰＤＭＳを横切ってチャンバに入るのでアンモニアガスを拡散させて、これによって、所定の反応部位への因子のガス状の非液体輸送を図示する。
【０２００】
本実験の時間に関して、チャンバの光学密度のプロットを、４８０ｎｍ、５７４ｎｍおよび７００ｎｍの波長について、図１６に示す。４８０ｎｍの波長は、さらにアルカリ性の条件を示す高い光学密度値を有する、因子であるクロロフェノールレッドの指標である。これらのデータは、約５分で開始する、約３分間にわたる５７４ｎｍでの光学密度の急速な増大を示しており、これはこの実験の間の、さらにアルカリ性の条件へのｐＨの急速な変化を示す。この実験では、チャンバにおけるｐＨは、４．３５という最初の値から１０．５という最後の値まで急速に増大することが観察された。
【０２０１】
従って、本実施例は、チャンバと液体が直接接触することのないチャンバのｐＨの制御された変更を図示する。
【０２０２】
（実施例６）
本実施例は、本発明の実施形態によるチップの反応部位内のｐＨのレシオメトリックな決定を例示する。
【０２０３】
実施例１の方法と同様の方法を用いてチップを調製した。チップのｐＨセンサーを、ゲルにおいて蛍光のｐＨ感受性色素を固定することによって構築した。ゲルを以下のとおり調製した。１５ｍｌのテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）および２０ｍｌのエタノール（両方ともＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）のストック溶液を調製して使用まで密閉して保持した。ゾル／ゲルを作製するために、１ｍｌのＴＥＯＳ溶液を５００μＭのカルボキシフルオレセイン（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を１：１のエタノールおよび水の溶液に含む１ｍｌの溶液と混合した。この混合物に、０．１ｍｌの０．５Ｍ塩酸（ＳＩｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加して、ゾル／ゲルの形成を触媒した。触媒された混合物の２０μｌのアリコートを、底部プレートにおける小さいウェル（５００ミクロンの深さ）にピペッティングした。次いで、このゾル／ゲル混合物を有するプレートを、湿潤な環境で４８時間にわたってゲル化させた。ゲルが完全に固化した後、カルボキシフルオレセイン色素を底部プレート上に固定した。
【０２０４】
ゲルを反応部位と液体接触させて配置した。既知のｐＨ値を有する溶液を反応部位に添加した。反応部位内のｐＨの指標である、反応部位と接触するゲルの蛍光を、レシオメトリックな蛍光手順を用いてモニターした。この手順では、ｐＨに応答する２つの異なる波長（５１０および４８０ｎｍ）でのｐＨ感受性色素の蛍光応答を市販の紫外−可視の分光計を用いて決定した。反応部位内で種々の既知のｐＨを有する溶液を用いることによって、５１０ｎｍでの応答および４８０ｎｍでの応答の比は、溶液のｐＨに比例することが示され、従ってこれによって反応部位内のｐＨのレシオメトリックな決定が実証された。
【０２０５】
（実施例７）
本実施例では、チップの反応部位内のｐＨの制御を、本発明の１実施形態に従って実証した。
【０２０６】
実施例１に記載されるチップに類似のチップを、制御システムに接着した。上記のレシオメトリック手順を用いかつコントロールアルゴリズムを用いて決定されたｐＨ値を記録するためにコンピューターを用いたが、このコンピューターは、反応部位内のｐＨを調節するための制御作用が必要か否かを決定することができた。コンピューターによって制御作用が必要であることが決定された場合、チップを外部のポンピングシステムに接続するバルブを開口することによって、このチップと外部ポンピングシステムとの間で液体接続を確立した。次いで、この外部ポンピングシステムにある量の酸（例えば、水酸化アンモニウム）または塩基（例えば、酢酸）を添加させて、反応部位内の液体のｐＨを必要な所定のポイントまで調節した。添加されるべき酸または塩基の量を、コントロールアルゴリズムを用いてコンピューターによって決定した。
【０２０７】
（実施例８）
本実施例では、反応部位内のｐＨの制御を本発明の別の実施形態に従って実証した。
【０２０８】
実施例１に記載のチップに類似のチップを、制御システムに接着した。蛍光のｐＨ感受性色素を実施例６によるゲルにおいて固定して、コンピューターを実施例７に記載の方法と同様のチップに接続した。反応部位内のｐＨを調節するのに制御作用が必要であることがコンピューターで決定された場合、このコンピューターによって液体システムは、この反応部位と液体連絡した透過性膜上に、決定された量の水酸化アンモニウム（塩基）または酢酸（酸）を与えさせた。次いで、反応部位に入る膜を通じて拡散する酸または塩基の作用によって、ｐＨの制御を達成した。
【０２０９】
（実施例９）
本実施例は、異なる物質の多重の層から形成される本発明の種々のチップを例示する。種々の接着剤を用いて、含まれる物質次第で、強固な細胞培養物または密閉層に対して境界の層を固定する。ポリカーボネートに対するＰＤＭＳ結合のために用いられる接着剤の１つは、硬化されてないＰＤＭＳと混合した２部のウレタンエポキシであった。お互いに対して強固なポリカーボネート層を結合するために用いられる接着プロセスは、音響溶着または加熱プレスのいずれかであった。反応部位は、約２００ミクロンの厚みであるように設計して、約２０μｍの容積を有した。
【０２１０】
本実施例では、反応部位２４０を有するチップ２８０を製造した。図１７Ａに示されるように、ポリカーボネート層２４４をＰＤＭＳ層２４２に結合させた。図１７Ａに示されるように、チップがアセンブルされる場合、ＰＤＭＳ層２４２内のギャップは反応部位２４０を規定した。上記の硬化されてないＰＤＭＳと混合した２部のウレタンエポキシを用いて、ＰＤＭＳ層２４２を、ポリカーボネート層２４４に結合した。
【０２１１】
同様のチップを図１７Ｂに図示する。この図では、薄い強固な層のポリカーボネートである層２４５によって、反応部位２４０を規定した。層２４２と２４５との間は、ガス透過性フィルム２４６（ＶｉｖａＳｃｉｅｎｃｅが作製したＢＩＯＦＯＩＬ（登録商標））であった。上記の接着プロセスを用いて、チップ８０の層２４４、２４５、２４６および２４２を結合した。
【０２１２】
（実施例１０）
本実施例は、異なる物質の多重の層から形成される本発明の種々のチップを図示する。種々の接着剤を用いて、含まれる物質次第で、強固な細胞培養物または密閉層に対して境界の層を固定した。ポリカーボネートに対するＰＤＭＳ結合のために用いられる接着剤の１つは、硬化されてないＰＤＭＳと混合した２部のウレタンエポキシであった。お互いに対して強固なポリカーボネート層を結合するために用いられる接着プロセスは、音響溶着または加熱プレスのいずれかであった。反応部位は、約２００ミクロンの厚みであるように設計して、約２０μｍの容積を有した。
【０２１３】
図１８Ａおよび図１８Ｂに図示されるチップの製造は、接着方法を含む、実施例９に記載されるものと同様であった。図１８Ａでは、リザーバ層２４８は、ポリカーボネートから形成して、ガス透過性フィルム２４６（ＢＩＯＦＯＩＬ（登録商標））とポリカーボネート層２４４との間に置いた。リザーバ層２４８は、本実施例におけるリザーバであった反応部位５０を規定するギャップ（すなわち、穴または部分的に中空の外部空間）を有する。図１８Ａでは、ギャップ界面層２４２によって反応部位２４０を規定した。
【０２１４】
図１８Ｂでは、ポリカーボネート層２４８を用いて反応部位２５０を規定した。さらに、第二のガス透過性膜２４９（ＢＩＯＦＯＩＬ（登録商標））を、ポリカーボネート層２４５（反応部位２４０を規定する）とポリカーボネート層２４８との間に用いた。
【０２１５】
（実施例１１）
本実施例は、接着剤を用いることのない本発明の実施形態の製造を例示する。反応部位は、約２００ミクロンの厚みであるように設計して、約２０μｍの容積を有した。
【０２１６】
図１９に図示される本発明の配置は、さらなる圧縮層２５２を用いて他の層を適所に機械的に保持すること以外は、実施例１０の図１８Ｂに図示される配置と同様である。本実施例では接着剤を用いなかった。代わりに、他の層のチップを通してポリカーボネート層２５２から延びるスクリュー２５３を層２４４に固定してチップ２８０を製造した。
【０２１７】
（実施例１２）
本実施例では、本発明の実施形態は、生存細胞の培養を可能にするのに十分高い酸素透過性を有する膜によって密閉されたチップにおいて用いられるとおり例示される。本実施例で必要な酸素の量は、存在する細胞の数および細胞の代謝に必要な酸素需要の関数である。これは、以下の等式２〜４に例示される。
【０２１８】
【化４】
2005536233.tif 000006
これらの式では、Ｐは、透過性（代表的には、ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日の単位で測定された）であり、Ａは面積（代表的には、ｍ２で測定した）であり、ｐｉｎは、チップの酸素分圧（代表的にはａｔｍで測定した）であり、ｐｏｕｔは、チップの外側の酸素分圧（代表的にはａｔｍで測定した）であり、ｌは、膜厚（代表的にはμｍで測定した）であり、Ｖは、チップの容積（代表的にはμｌで測定した）であり、ｄは細胞培養チャンバ厚（代表的にはμｍで測定した）であり、ｎは細胞密度（代表的には１ｍｌあたりの細胞で測定した）であり、そしてｒは細胞１個あたりの比酸素消費量（代表的には１時間細胞１個あたりのＯ２で測定した）である。
【０２１９】
等式４は、増殖する培養物によって消費される酸素を、フィルムを通じた拡散を介して利用可能な酸素に対して同等とみなす質量平衡を示す。等式２は、両側の外側のチャンバ正積に接触する膜の断面積に等しい培養チャンバの容積を設定する。再配置によって等式３が得られ、これによって、フィルム厚およびチャンバ深度の関数として、細胞の所定の集団密度および代謝速度を維持するのに必要な最小酸素透過性が表される。
【０２２０】
Ｐの値は一般に、ポリマーおよび永続的な系に依存して、そして本実施例では、シリコンについての３９，０００（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）からＥＶＡについての０．０１（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２ａｔｍ日）の間という酸素について変化した；ｐｉｎは、０．０５ａｔｍ〜０．２ａｔｍで変化して、ｐｏｕｔは、０．２ａｔｍと仮定された。フィルム厚であるｌは、１μｍ〜２ｍｍの間で変化した。Ｖは、１ｍｌ未満であるように保持して、細胞培養深度ｄは、３０μｍ〜２ｍｍの間に及んだ。細胞密度ｎは、本実施例では、哺乳動物細胞について１０５細胞／ｍｌ〜１０７細胞／ｍｌ、そして細菌について１０９細胞／ｍｌ〜１０１１細胞／ｍｌであると仮定された。１細胞あたり要求される比酸素は０．５〜５×１０−１２モルＯ２／細胞・時間に及んだ。
【０２２１】
次いで、等式２〜４を用いて図２０および図２１を生成した。図２０は、フィルム厚およびデバイス形状の関数としての細菌細胞培養のための酸素透過性要求量のグラフである。図２１は、フィルム厚およびデバイス形状の関数としての細菌細胞培養のための酸素透過性要件のグラフである。両方の図において、平らな水平線はおそらく膜または薄層構築物物質の透過性に相当するが、対角線は、予想される最高および最低の酸素要求量に相当する。これらの図では、細胞密度ｎおよび比反応速度ｒは、最高値および最低値に設定し、そして分圧差（ｐｉｎ−ｐｏｕｔ）を０．０５ａｔｍに設定した。次いで、必要な透過性は、ｄとチップ深度とカバーフィルムの厚みｌの積で線形であった。
【０２２２】
（実施例１３）
本実施例は、溶液の濁度を決定する本発明の実施形態の使用を例示する。本実施例は一般に、比濁度法（一次ビームに対して９０°で測定される光散乱）によって細菌細胞の細胞密度を測定する通常の操作に相当する。一般的には、Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｂａｃｔｅｒｉｏｌｏｇｙ，Ｐ．Ｇｅｒｈａｒｄｔ編、１９８１  Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ  Ｄ．Ｃ．ｐ．１９７を参照のこと。
【０２２３】
一体型の導波管を有するチップは以下のとおり構築した。チップの上層は、機械加工したアルミニウム鋳型を用いてポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ，Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４，Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩを用いて調製しかつキャスティングした。
【０２２４】
重合体の導波管の短い区画（５００ミクロン平方、アクリル；Ｓｏｕｔｈ  Ｃｏａｓｔ  Ｆｉｂｅｒ，Ａｌａｃｈｕａ，ＦＬ）を、その一端がその鋳型の端に隣接して、他の端がその鋳型の端に延びるように、機械加工したアルミニウム鋳型に置いた。液体ＰＤＭＳを鋳型に注いで、硬化させた。ＰＤＭＳを９０℃で２０分間硬化させてチップ中に導波管を固定して、チップの端から所定の反応部位、チャンバへの光の通路を作成した。硬化したＰＤＭＳ層を、平坦なポリスチレン底部層に固定して、完全なチップを形成した（ＰＤＭＳ層は自然にポリスチレン層に固定された）。チップの表面からのチャンバの深度は約１ｍｍであった。
【０２２５】
上記のチップに含まれる一連の濁った溶液から光散乱を測定した。図２２に関して、ヘリウムネオンレーザーの出力（０５−ＬＨＰ−９９１，波長＝６３２．８ｎｍ；Ｍｅｌｌｅｓ  Ｇｒｉｏｔ  Ｌａｓｅｒｓ，Ｃａｒｌｓｂａｄ，ＣＡ）を導波管５４０の端に集束して、これが光を反応部位５２０に伝えた。検出器５３０は、コリメータレンズ（７４−ＵＶ  ｆ／２レンズ；Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｄｕｎｅｄｉｎ，ＦＬ）、光ファイバー（Ｐ６００−２，６００ミクロンの直径；Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）、および装着された分光光度計（ＵＳＢ−２０００Ｆ；Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）から構成された。検出角度は、導波管の軸から約９０°であった。
【０２２６】
６３２ｎｍで０．０５〜１．８５におよぶ吸光度値を有する非乳成分クリーマー（Ｓｕｇａｒ  Ｆｏｏｄｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ）の一連の濁った溶液を用いて反応部位を充填した。散乱光強度（６３２ｎｍ）対相対濃度のプロットを図２３に示す。０．０５〜０．５におよぶ光学密度値で溶液について線形の相関が観察された。高濃度では、散乱光の応答は非線形になった。
【０２２７】
（実施例１４）
本実施例は、本発明の実施形態による、光学的にアドレス可能な反応部位を実証する。
【０２２８】
チップを実施例１３における方法と同様の方法を用いて調製した。本実験で用いたチップは一般的に調製された。チップの表面から反応部位の距離は約２００ミクロンであった。以下に考察されるように、図１５に示されるのと同様の配置を用いて、光学密度を測定するためにチップを光学的にアドレスした。
【０２２９】
光源（タングステンハロゲン、ＬＨ−１；Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）を、コリメータレンズ（７４−ＵＶ；Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）で終わる光ファイバー（Ｐ１００−２；Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）に接続した（図１５には示していない）。光ファイバーアセンブリは、光３１０を反応部位３２０に伝達した。サンプル３２５の濁度によって、ここで少なくとも部分的に減弱された、伝達された光３１５を、別のコリメータレンズ／ファイバーアセンブリ（示さず）を用いて集めて、次にこれを検出器３３０、コンピューター制御分光光度計３３０（ＵＳＢ−２０００；Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）に伝達した。光学密度を、ＯＤ＝ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ０）として算出した。
【０２３０】
細菌培養物（Ｅ．ｃｏｌｉ  ＢＬ２１を化学的に規定された培地ｗ／グルコースに含む）の光学密度（「ＯＤ」）を、反応部位において１３時間の増殖期間にわたってモニターした。本実験からの結果を図２４に示すが、これは光ファイバー分光計によってモニターされる、チップの反応部位における３０℃および３７℃でのＥ．ｃｏｌｉ  ＢＬ２１の増殖を図示する。従って、これらのデータによって、本発明の反応を光学的にアドレスすることによる細胞増殖測定の妥当性が実証される。
【０２３１】
（実施例１５）
図２５は、単一の反応部位（例えば、チャンバ）および種々のチャネルを有する平面固体基板の透視図である。平面基板は、２つの別々に成形されたシリコーンシート６０５および６１５を備える。本実施形態では、反応部位６１０ならびにチャネル６４０および６５０は、シリコーンシート６０５および６１５中に成形された要素を並列にすることによって形成される。
【０２３２】
図２５のチャンバ６１０は、底部細胞培養部分６２０および上部リザーバ部分６３０を備える。底部細胞培養部分６２０は、この底部細胞培養部分６２０の反対の角に位置する２つの底部チャネル６４０と液体連絡される。上部リザーバ部分６３０は、この底部細胞培養部分６３０の反対の角に位置する２つの上部チャネル６５０と液体連絡される。上部リザーバ部分６３０およびその関連する上部チャネル６５０は、シリコーンシート６０５中に成形されるが、下部細胞培養部分６２０およびその関連する下部チャネル６４０は、下部シリコーンシート６１５中に成形される。上部リザーバ部分６３０および下部細胞培養部分６２０は、この上部シリコーンシート６０５と下部シリコーンシート６１５との間のチャンバ６１０を超えて延びる膜６５５によって隔てられる。膜は本実施例では、哺乳動物細胞に対して実質的に不浸透性であるが、タンパク質、低分子などに対しては浸透性である。当然ながら、他の実施形態では、他の不浸透性または半浸透性の膜、例えば、湿度制御膜が用いられてもよい。
【０２３３】
図２５では、上部チャネル６５０の各々は、上部シリコーンシート６１５を完全に通過する上部ポート６６５で終わる。この配置によって、上部ポートを、この上部シリコーンシートの上面に接続されるさらなるチャネル、供給チャンバ、廃棄チャンバ、生成チャンバなどに接続することが可能になる。当然ながら、上部チャネルに対するアクセスは、他の方法で得ることができる。
【０２３４】
図２５では、底部チャネル６４０の各々は、下部シリコーンシート６０５を上に通過する下部ポート６６０で終わる。各々の下部ポート６６０は、上部シリコーンシート６１５における開口６７０と並べられる。この配置によって、各々の下部ポートに対して上部シリコーンシート６１５を通じてアクセスすることが可能になり、そして各々の下部ポートを、この上部シリコーンシートの上面に接続されるさらなるチャネル、供給チャンバ、廃棄チャンバ、生成チャンバなどに接続することが可能になる。当然ながら、下部チャネルに対するアクセスは、他の方法で得ることができる。
【０２３５】
上述のように、チャンバおよびそれに伴うチャネルの上部リザーバ部分は、上部シリコーンシート中に直接成形したが、チャンバの底部細胞培養部分およびその関連のチャネルは、底部シリコーンシート中に別々に成形する。これによって、図２５に示されるような装置のアセンブリの前に、各々のシリコーンシートは、チャンバの開放された上部または下部およびいくつかの開放チャネルを備える。完全に閉鎖された２部のチャンバおよび閉鎖されたチャネルは、反対側の上部と下部のシリコーンシートの間に選択的に透過性の膜をサンドイッチすることによって形成される。図２５の実施形態では、底部シリコーンシートは開放した上部チャネルを閉鎖するように機能して、上部シリコーンシートは開放した下部チャネルを閉鎖するように機能する。図２５に示されるように、膜は、それが上部と下部のシリコーンシートの間になるように、チャンバの壁を越えて延びてもよい。２つのシリコーンシートを、任意の簡便な固定を用いて一緒に保持する。
【０２３６】
チャンバとチャネルの一部を成形するシリコーンは、十分にガス透過性であって、デバイスのチャンバにおける好気性細胞の増殖のための十分なガス交換を提供する。
【０２３７】
図２６Ａは、底部シリコーンシート６０５の平面図であって、これは、チャンバの底部細胞培養部分６２０と、それにつながるチャネル６４０および底部ポート６６０を示す。底部細胞培養部分６２０の壁６８０は、急激な移行および角を欠く。これによって、底部細胞培養部分に導入された物質の完全な混合および分散が促進される。
【０２３８】
図２６Ｂは、図２におけるＡ−Ａ’に沿う底部シリコーンシート６０５の断面である。底部細胞培養部分６２０の基部６９０は、実質的に平面であって、底部細胞培養部分６２０の壁６８０に垂直である。本実施形態では、基部６９０は、壁６８０に合致するように穏やかに上向きに曲がる。本実施例では、先鋭な角がないことによって、底部細胞培養部分６２０における物質の完全な混合および分散が促進される。
【０２３９】
図２６Ｃは、上部シリコーンシート６１５の平面図であって、これは、チャンバの上部リザーバ部分６３０と、それにつながるチャネル６５０を示し、その両方が上部ポート６６５で終わり、これによって上部シリコーンシート６１５から上部チャネルへのアクセスが得られる。上部リザーバ部分６３０の壁６９５は、本実施例では急激な移行および角を欠く。これによって、上部リザーバ部分６３０に導入された物質の完全な混合および分散が促進される。このアセンブルされたデバイスでは、上部シリコーンシート６１５における通路６７０を、底部ポート底部シリコーンシートと配列させて、これによって上部シリコーンシートを通じた底部チャネルへのアクセスが可能になる。
【０２４０】
図２６Ｄは、図２６ＣにおけるＢ−Ｂ’に沿う上部シリコーンシート６１５の断面である。この図でわかるように、通路６７０によって、上部シリコーンシート６１５を通る開口が得られる。この開口は、この上部シリコーンシートおよび底部シリコーンシートが結合されて完全なチャンバが形成される場合、底部ポートの１つと配列される。上部ポート６６５を、上部シリコーンシート６１５中に形成して、上部チャネルへのアクセスを得る。
【０２４１】
図２６Ｅは、チャネルをともなうチャンバの上部リザーバ部分の透視図である。上部リザーバ部分６２０およびそれに伴うチャネル６５０は、上部シリコーン６１５中に成形される。上部リザーバ６２０の基部６２８は、本実施例において平面である。本実施形態では、上部リザーバ部分６１８の壁は、上部の基部６２８に対して垂直である。基部６２８は上部における物質の混合および分散を促進するために、壁６１８に合致するように穏やかに上向きに曲がる。チャネル６５０の末端に位置する上部ポート６６５によって、チャネルへの物質の導入が可能になる。上部シリコーンシート６１５は、２つの通路６７０を備えて、これによって、上部シリコーンシートおよび底部シリコーンシートが結合されて完全なチャンバが形成される場合、底部ポートへのアクセスが可能になる。
【０２４２】
（実施例１６）
本実施例では、３つの層を用いてデバイスを製造した。本実施形態では、底部層は固体スラブである。この中間層は、その中に成形された膜を有し、この膜が、両方とも中間層に成形される底部細胞培養部分から上部リザーバ部分を隔てる。上部リザーバ部分および上部マイクロチャネルは、中間層の上面中に成形されて、底部細胞培養部分および底部マイクロチャネルは、中間層の下面中に成形される。中間層を通じる開口によって、底部マイクロチャネルへのアクセスが可能になる。頂部層は、４つのマイクロチャネルについてのポートとして機能するようにそれを通じる４つの開口を有する。頂部層は、全てのポートに対するアクセスを可能にしたままで、上部リザーバ部分およびそれに伴うマイクロチャネルを密閉するように機能する。底部層は、底部細胞培養部分およびそれに伴うマイクロチャネルを密閉するように機能する。
【０２４３】
（実施例１７）
この予言的な実施例では、本発明の流体通路デバイスを用いて、細菌の発酵に対する化学因子Ａの効果を試験する。各々が単一のチャンバを有し、これが細胞培養部分およびリザーバ部分を有する１２の流体経路を平行に並べる。この流体経路は、滅菌されており、そして無菌の増殖培地を、液体送達システムを通して各々の細胞培養部分にポンピングする。６つの液体流路のリザーバ部分は、液体送達システムを通じて、化学因子Ａおよび増殖培地の測定されたアリコートを受容し、そして残りの６つは増殖培地のみを受容する。各々の場合について６つの流体経路を有することによって、統計学的目的のための冗長性の測定が得られる。１２の流体経路の各々の細胞培養部分に、ある容積の濃縮された細胞を接種するが、この容積は細胞培養部分の約１／２０〜１／１０容積である。この流体通路における適切なセンサーの使用を通じて、ｐＨ、溶存酸素濃度、および細胞密度を測定することによって１２の流体通路の各々において、微生物の増殖をモニターする。流体通路熱交換器、化学物質の添加および気流速度、この流体通路は、それぞれ、温度、ｐＨおよび溶存酸素濃度を制御し得る。細胞が定常相に達する場合、この平均細胞増殖速度および平均最終細胞濃度を、化学因子Ａを用いて６つの流体経路について、そしてこの因子なしで６つの流体経路について算出する。これらの平均を比較することによって、化学因子Ａは、細胞増殖を増強して、有意な影響を有さず、または細胞増殖を邪魔するということができる。
【０２４４】
（実施例１８）
この予言的な実施例では、本発明の流体通路デバイスを用いて、ヒトまたは哺乳動物で見出される環境によく似ている、細胞または組織を増殖させる環境を提供する。薬物スクリーニングに関して、流体経路デバイスは、薬物候補に対する細胞の応答をモニターできる。これらの応答としては、細胞増殖速度、細胞代謝変化、細胞生理学的変化、または生物学的分子の取り込みもしくは放出の変化における増大または減少を挙げることができる。多くの流体経路を平行に操作することで、種々の細胞株を試験してもよく、これとともに複数の薬物候補物または種々の薬物の組み合わせをスクリーニングする。流体通路のアレイをモニターおよび制御するために必要な電子機器およびソフトウェアを組み込むことによって、スクリーニングプロセスは自動化され得る。
【０２４５】
細胞培養部分およびリザーバー部分に分割された単一のチャンバを各々が含む２０の流体通路を無菌化する。無菌の動物細胞培地を、液体送達システムを通じてチャンバの各々の細胞培養部分にポンピングする。次いで、各々の流体通路に治療タンパク質を生成するように遺伝子操作されている哺乳動物細胞を接種する。この細胞を、その増殖および環境を流体経路におけるセンサーによってモニターしながら、ほぼ産生段階まで増殖させる。温度、ｐＨおよび気流速度の制御を通じて、流体通路は、細胞の増殖のための最適な環境を維持することができる。一端産生段階になれば、この流体通路は５つのうち４つの群に分けられる。この４つの群のうちの３つは、治療タンパク質の誘導因子の種々のカクテルを受容するが、４番目の群は、コントロールとして機能し、従って誘導因子を受容しない。この誘導因子および制御サンプルは、液体送達システムを通じてチャンバのリザーバ部分に導入される。治療タンパク質と結合するマーカー化合物を、誘導因子とともに導入する。この培養物が、結合したマーカー化合物を励起する波長の光で照射される場合、この化合物、ひいては蛍光、および蛍光の強度は培養物における治療タンパク質の濃度に比例する。照射光および蛍光シグナルの両方が、液体チャンバをカバーする検出ウインドウを通過する。蛍光シグナルは、流体通路の外側の光検出器によって拾い上げられる。治療タンパク質の産生を４つの群の各々についてモニターして、産生の終わりに、平均産生速度および平均総産生を各々の群について算出することができる。次いで、４つの群の間の産生の比較によって、タンパク質産生に対する種々の誘導因子の有効性を決定することができる。
【０２４６】
（実施例１９）
この予言的な実施例では、流体通路デバイスを吸着アッセイにおいて用いて、例えば、腸における薬物および他の因子の吸着をモデル化する。例えば、流体通路デバイスは、３．０、２．０または１．０ミクロンの細孔サイズを有するポリカーボネートの膜によって２つの部分に分割されたチャンバを備えてもよい。Ｃａｃｏ−２（結腸直腸癌細胞）を、それが分化されるまで、チャンバの第一の部分内の膜の１表面において増殖させる。薬物または他の因子を、細胞を含むチャンバの一部に導入する。チャンバの第二の部分への細胞層を通じた薬物または他の因子の通過をモニターする。
【０２４７】
同様の配置を、細胞遊走アッセイについて用いてもよい。このようなアッセイでは、５．０〜１２．０ミクロンの細孔サイズを有する膜を用いる。
【０２４８】
（実施例２０）
多数の標的タンパク質の有用な量を、この予言的な実施例に従って生成する。
【０２４９】
１つ以上の細胞増殖チャンバを含む微細加工されたバイオリアクターを滅菌して、滅菌増殖培地を、液体送達システムを通して各々の増殖チャンバ中にポンピングする。便宜上、このバイオリアクターは、例えば、９６ウェルのプレートのウェルと同じ方式で配置された９６個の細胞増殖チャンバを備えてもよい。各々のチャンバは、哺乳動物細胞のアリコートおよび目的のタンパク質をコードするＤＮＡのアリコート、ならびに必要に応じて１つ以上の選択性マーカーを受容する。リン酸カルシウムトランスフェクションまたは他の技術によって、添加されたＤＮＡを用いて細胞をトランスフェクトする。
【０２５０】
トランスフェクションの終了後、各々のチャンバは、目的の種々のタンパク質を発現する細胞を含む。有用な量の目的のタンパク質を生成するために細胞を培養して、次いで、このタンパク質を回収して解析してもよいし、またはマイクロチャネルを通過させて上記のマイクロリアクターシステムを用いて解析してもよい。
【０２５１】
代替法として、増殖チャンバへの導入の前に、細胞を目的のＤＮＡ分子でトランスフェクトしてもよい。
【０２５２】
（実施例２１）
有用な量の多数の標的タンパク質を、この予言的実施例に従って産生する。
【０２５３】
１つ以上の細胞増殖チャンバを含む微細加工されたバイオリアクターを、滅菌して、滅菌増殖培地を、液体送達システムを通じて各々の増殖チャンバ中にポンピングする。各々のチャンバは、哺乳動物細胞のアリコートおよび目的のタンパク質をコードするＤＮＡ分子の混合物のアリコート、ならびに必要に応じて１つ以上の選択性マーカーを受容する。リン酸カルシウムトランスフェクションまたはいくつかの他の技術によって、添加されたＤＮＡを用いて細胞をトランスフェクトする。
【０２５４】
トランスフェクションの終了後、各々のチャンバは、目的の種々のタンパク質の１つ以上を発現する細胞を含む。有用な量の目的のタンパク質を生成するために細胞を培養して、次いで、このタンパク質を回収して解析してもよいし、またはマイクロチャネルを通過させて上記のマイクロリアクターシステムを用いて解析してもよい。
【０２５５】
（実施例２２）
この予言的実施例では、有用な量の多数の標的タンパク質を、以下のように産生する。
【０２５６】
微細加工されたバイオリアクターを、滅菌して、滅菌増殖培地を、液体送達システムを通じて各々の増殖チャンバ中にポンピングする。各々のチャンバは、哺乳動物細胞のアリコートを受容する。種々の因子を各々のチャンバに添加するか、または各々のチャンバを種々の条件下でインキュベートする。種々の処置の結果として、各々のチャンバにおける細胞は可能性として、種々の群のタンパク質を産生する。
【０２５７】
有用な量の目的のタンパク質を生成するために細胞を培養して、次いで、このタンパク質を回収して解析してもよいし、またはマイクロチャネルを通過させて上記のマイクロリアクターシステムを用いて解析してもよい。
【０２５８】
（実施例２３）
この予言的実施例では、有用な量の多数の標的タンパク質を、以下のように産生する。
【０２５９】
１つ以上の細胞増殖チャンバを含む微細加工されたバイオリアクターを、滅菌して、滅菌増殖培地を、液体送達システムを通じて各々の増殖チャンバ中にポンピングする。各々のチャンバは、哺乳動物細胞のアリコートおよび目的のタンパク質をコードするＤＮＡまたはＤＮＡの混合物のアリコート、ならびに必要に応じて１つ以上の選択性マーカーを受容する。リン酸カルシウムトランスフェクションまたはいくつかの他の技術によって、添加されたＤＮＡを用いて細胞をトランスフェクトする。
【０２６０】
トランスフェクションの終了後、各々のチャンバの細胞を、イオン化照射、紫外線光、または他の物理的、化学的または生物学的変異原性因子の作用によって遺伝子変異させる。遺伝子変異後に、各々のチャンバは、目的の種々のタンパク質の１つ以上を、潜在的に種々の速度でかつ種々の遺伝子発現プロフィールの下で発現する細胞を含む。有用な量の目的のタンパク質を生成するためにこの細胞を培養して、次いで、このタンパク質を回収して解析してもよいし、またはマイクロチャネルを通過させて上記のマイクロリアクターシステムを用いて解析してもよい。
【０２６１】
（実施例２４）
有用な量の多数の標的タンパク質をまた、この予言的実施例に従って産生してもよい。
【０２６２】
１つ以上の細胞増殖チャンバを含む微細加工されたバイオリアクターを、滅菌して、滅菌増殖培地を、液体送達システムを通じて各々の増殖チャンバ中にポンピングする。各々のチャンバは、細菌または真菌細胞のアリコートおよび遺伝的ベクター内に目的のタンパク質をコードするＤＮＡ分子の混合物のアリコートを受容する。
【０２６３】
細胞の遺伝子改変が終了した後、各々のチャンバは、目的の種々のタンパク質の１つ以上を発現する細胞を含む。有用な量の目的のタンパク質を生成するために細胞を培養して、次いで、このタンパク質を回収して解析してもよいし、またはマイクロチャネルを通過させて上記のマイクロリアクターシステムを用いて解析してもよい。
【０２６４】
（実施例２５）
この予言的実施例では、有用な量の多数の標的タンパク質を、以下のように産生してもよい。
【０２６５】
１つ以上の細胞増殖チャンバを含む微細加工されたバイオリアクターを滅菌して、滅菌増殖培地を、液体送達システムを通じて各々の増殖チャンバ中にポンピングする。各々のチャンバに、目的の表現型を示す組織サンプルを移植する。
【０２６６】
有用な量の目的のタンパク質を生成するために組織サンプルをインキュベートして、次いで、このタンパク質を回収して解析してもよいし、またはマイクロチャネルを通過させて上記のマイクロリアクターシステムを用いて解析してもよい。
【０２６７】
（実施例２６）
本実施例は、本発明の特定の実施形態の構築物を例示する。
【０２６８】
図２７Ａは、本発明の方法において有用な微細加工されたバイオリアクターデバイスの細胞増殖チャンバの断面図を示す。細胞増殖チャンバ７１０は、約７ｍｍの直径および約０．１ｍｍの高さで総容積３．８５μｌを有する円柱である。このチャンバは３つのマイクロチャネルに液体接続される。第一のマイクロチャネル７２０は、０．４４ｍｍ幅×０．１ｍｍ深度であり、液体インレットとして機能する。第二のマイクロチャネル７３０は、同様の寸法を有して、液体アウトレットとして機能する。第三のマイクロチャネル７４０は、０．２ｍｍ幅×０．１ｍｍ深度である。このマイクロチャネルを用いて、チャンバ内に細胞または任意の所望の物質を導入することができる。３つのマイクロチャネルおよび細胞増殖チャンバを、固体支持体物質にエッチングする。
【０２６９】
図２７Ｂは、細胞増殖チャンバに結合しているガスのヘッドスペース部分の断面図を示す。これによって、微細加工されたバイオリアクターを通じた空気の連続的な供給が可能になる。約７ｍｍの直径および約０．０５ｍｍの高さである円柱状チャンバ７５０を、両方とも約０．０５ｍｍ幅×約０．０５ｍｍ深度であるガスインレットマイクロチャネル７６０およびガスアウトレットマイクロチャネル７７０に沿ってガラスにエッチングする。ガスヘッドスペース部分の円柱状チャンバを、細胞増殖チャンバにわたってマッチングさせる。次いで、二等分を一緒に結合させてこれによって緊密な密閉を作製してもよい。
【０２７０】
本実施例において、ガスヘッドスペースを通じた気体流動が細胞増殖チャンバにおける液体を除去することを妨げるために、液体充填バイオリアクターからガスヘッドスペースを隔てるように膜を配置してもよい。この膜は水の通過を遅らせて、空気の通過を可能にする。種々のマイクロチャネルを供給ユニットまたは廃棄ユニットに接続する。これらのユニットおよび混合デバイス、制御バルブ、ポンプ、センサーおよびモニタリングデバイスを基板中に組み込んでもよく、ここに細胞増殖チャンバが構築されるか、または外部に設けられ得る。全体的アセンブリを、熱交換器の上か下において（または２つの熱交換器の間にサンドイッチして）、このユニットの温度を制御してもよい。
【０２７１】
この特定の実施例において、チャンバおよびマイクロチャネルの一部が成形されるシリコーンは、デバイスのチャンバにおける好気性細胞の増殖のために十分なガス交換器を提供するのに十分にガス透過性である。
【０２７２】
本発明のいくつかの実施形態は、本明細書に記載されるかまたは図示されているが、当業者は、本明細書に記載される、機能を実施するため、および／または結果もしくは利点を得るために種々の他の手段および構築物を容易に構想し、そしてこのようなバリエーションまたは改変の各々が、本発明の範囲内であると判断される。さらに一般的には、当業者は、本明細書に記載される全てのパラメーター、寸法、物質および構成が、例示的であることを意味するということ、ならびに実際のパラメーター、寸法、物質および構成が、本明細書の教示が用いられる特定の適用に依存するということ容易に理解する。当業者は、慣用的な実験以下を用いて、本明細書に記載される本発明の特定の実施形態に対する多くの等価物を認識するかまたは確認することができる。従って、前述の実施形態は例にしか過ぎないということ、ならびに添付の特許請求の範囲内およびそれに対する等価物の範囲内で、本発明は、別に詳細に記載されるよりも実施できるということが理解されるべきである。本発明は、本明細書に記載される各々の個々の特徴、システム、物質および／または方法に関する。さらに、２つ以上のこのような特徴、システム、物質および／または方法の任意の組み合わせが、このような特徴、システム、物質および／または方法が、双方で矛盾しない場合、本発明の範囲内に包含される。
【０２７３】
特許請求の範囲において（および上記の本明細書において）、「含む、包含する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む、〜が挙げられる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「担持する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む、含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「関する、包含する（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」などのような全ての暫定的な句は、制約がない、すなわち、〜を含むがそれらに限定されないということを意味することが理解されるべきである。「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」および「本質的に〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」という暫定的な句のみは、米国特許商標庁の特許審査指針の第２１１１．０３節（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｏｆｆｉｃｅ  Ｍａｎｕａｌ  ｏｆ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，Ｓｅｃｔｉｏｎ  ２１１１．０３）に記載されるように、それぞれ、閉じた、または半分閉じた移行性の句である。
【図面の簡単な説明】
【０２７４】
本発明の非限定的な実施形態は、一例として、模式的であって、縮尺については記載することを意図してない、添付の図面を参照して記載される。この図面では、各々の同一であるかまたはほぼ同一の図示された成分は代表的には単一の数字によって示される。簡単にする目的で、あらゆる構成要素をあらゆる図面には示してはおらず、示されるのは本発明の各々の実施形態のあらゆる構成要素でもなく、この図示は当業者に本発明を理解させるのに必要ではない。この図面においては：
【図１】図１は、本発明の１つの実施形態を図示する。
【図２】図２は、混合、加熱／分散、反応および分離のユニットを備える、本発明とともに使用するための微小流体チップの例を拡大図で図示する。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、本発明のチップの種々のストック可能な構成を図示する。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、特定の実施形態における、本発明とともに使用するための種々のエネルギー検出器を図示する。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、複数の層を有する、本発明の１つの実施形態によるデバイスを図示する。
【図６】図６は、本発明の制御システムの例のブロック図である。
【図７】図７Ａおよび図７Ｂは、分散ユニットを有する本発明の別の実施形態によるデバイスを図示する。
【図８】図８Ａおよび図８Ｂは、レーザーを用いて応答を生じる、本発明の別の実施形態によるデバイスを図示する。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の特定の実施形態の断面図である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｄは、種々の反応部位と液体連絡している本発明の特定の膜を図示する。
【図１１】図１１は、本発明の１つの実施形態における薄層上の酸素浸透の依存性の図示である。
【図１２】図１２は、本発明において用いられる特定の膜を含む、種々の膜についての酸素通過性対水蒸気通過のプロットである。
【図１３】図１３は、本発明の１実施形態による、ｐＨ対相対強度のグラフである。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態による環境要因の制御を示す、光学密度対時間のグラフである。
【図１５】図１５は、反応部位との光相互作用を示す、本発明の１つの実施形態を図示する。
【図１６】図１６は、本発明の１つの実施形態における、時間に対するｐＨ指標の変化を図示する。
【図１７】図１７Ａおよび図１７Ｂ（拡大）は、本発明の１つの実施形態による種々のチップの一部を図示する。
【図１８】図１８Ａおよび図１８Ｂは、本発明の別の実施形態による種々のチップの一部の拡大図を図示する。
【図１９】図１９は、本発明のなお別の実施形態によるチップの一部の拡大図を図示する。
【図２０】図２０は、細菌の培養において用いる場合の本発明の実施形態の酸素透過性を図示するグラフである。
【図２１】図２１は、哺乳動物細胞培養において用いられる本発明の実施形態についての酸素透過性を図示するグラフである。
【図２２】図２２は、ある波長を有する本発明の別の実施形態を図示する。
【図２３】図２３は、本発明の実施形態における、強度（相対的単位）対相対濃度のグラフである。
【図２４】図２４は、本発明の実施形態を用いる実験における４８０ｎｍでの光学密度対時間のグラフである。
【図２５】図２５は、本発明の１実施形態による、反応部位およびチャネルを有する固体基板を例示する。
【図２６】図２６Ａ〜図２６Ｅは、図２５に図示された実施形態の種々の図を図示する。そして
【図２７】図２７Ａおよび２７Ｂは、本発明の種々の実施形態によって製造されたバイオリアクターを図示する。
【図１】
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【図２】
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【図６】
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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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【国際調査報告】
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