(57)【要約】本発明は、リザーバー中の流体内容物を音響により評価するためのデバイスおよび方法を提供する。複数のリザーバーの内容物を評価するために用いられるとき、これらリザーバーは、代表的にはアレイとして提供される。音響放射発生器が、複数の選択されたリザーバーを一度に問い合わせするに十分なサイズのイメージ場を有する音響放射を生成するために採用される。この発生器は、選択されたリザーバーに対し、流体の音響カップリング媒体を経由して音響カップリング関係に配置され、そしてこの発生器により生成される音響放射は、このカップリング媒体、選択されたリザーバーの外表面、および選択されたリザーバーを通じて伝達される。伝達された音響放射の特徴は、選択されたリザーバーの各々の内容物を評価するために分析される。流体は、この評価に基づき選択されたリザーバーから排出され得る。
2005530140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リザーバー内の流体の組成および／または容量を制御するためのデバイスであって：
音響放射を生成するための音響発生器；
複数の構成要素を含む流体を含むリザーバーであって、該流体が、選択された構成要素の所望の濃度から逸脱する傾向にあるリザーバー；
該音響発生器と該リザーバーとの間に配置される音響カップリング媒体；
該リザーバー中に含まれる流体の特徴をモニターするための手段であって、該リザーバーの外部にあり、そして該リザーバー中に含まれる流体と直接接触しないモニタリング手段；
該選択された構成要素の供給源；および
該供給源から該選択された構成要素を、該モニタリング手段によってモニターされる特徴に基づいて、該選択された構成要素の所望の濃度で、該リザーバー中の該流体を確立、維持、または回復するように該リザーバー中に導入するための手段を備え、
ここで、該音響発生器が、該モニタリング手段、該導入手段、またはその両方と連結されている、デバイス。
【請求項２】
前記リザーバーが、約１ｍＬを超えない流体を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記リザーバーが、約１μＬを超えない流体を含む、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記リザーバーが、約１ｎＬを超えない流体を含む、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記音響発生器が前記モニタリング手段と連結され、そして該モニタリング手段が、該音響発生器により生成される音響放射を分析するための分析器をさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記分析器が、前記音響発生器によって生成され、そして前記リザーバーに含まれる流体を通じて伝達される音響放射を受けるように配置される、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記分析器が、前記リザーバーに含まれる流体の自由表面によって反射される音響放射を受けるように配置される、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記分析器が、音響発生器と共通の構成要素を含む、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記分析器および前記音響発生器に共通の構成要素が、圧電素子である、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記モニタリング手段によってモニターされる流体特徴が、容量、粘度、表面張力、音響インピーダンス、音響減衰、固形分含量、不純物含量、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記モニタリング手段が、所望の間隔で前記流体特徴をモニターするように適合されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記所望の間隔が周期的である、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記音響発生器が、前記導入手段と連結されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記リザーバーから流体を分配するための手段をさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記音響発生器が、前記分配手段および前記モニタリング手段と連結されている、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記分配手段が、音響エジェクターをさらに備える、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記音響エジェクターが、前記音響発生器によって生成される音響放射を集める手段をさらに備える、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記集める手段と前記リザーバーとの間に音響カップリング媒体をさらに備える、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
単一の音響発生器から構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
リザーバー内の流体の組成および／または容量を制御するための方法であって：
（ａ）リザーバー内に含まれる流体の特徴を、該流体と直接接触することなくモニターする工程であって、該流体が、複数の構成要素を含み、そして該流体が、選択された構成要素の所望の濃度から逸脱する傾向にある工程；
（ｂ）該選択された構成要素の供給源から、該選択された構成要素を、工程（ａ）でモニターされた流体特徴に基づき、リザーバー中に導入する工程であって、該選択された構成要素の所望の濃度で、該リザーバー中に該流体を確立、維持、または回復する工程を包含し、
ここで、工程（ａ）、工程（ｂ）、または両方が、音響放射を生成し、そして該リザーバー中に音響カップリング媒体を通じて該音響放射を伝達することによって実施される、方法。
【請求項２１】
前記工程（ａ）が：
（ａ’）音響放射を、該放射が前記リザーバー中に含まれる流体と相互作用するように生成すること；および
（ａ’’）該流体との相互作用の後に該音響放射を分析し、工程（ｂ）における使用のための前記流体特徴を評価することを包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記放射が前記流体を通じる伝達によって相互作用し、そして分析される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記伝達された放射が、前記音響放射が前記リザーバー内の自由流体表面によって反射された後に分析される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
工程（ａ’）および（ａ’’）が繰り返される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
工程（ａ’）および（ａ’’）が所望の間隔で繰り返される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記間隔が周期的である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
工程（ｂ）が、音響放射を、前記選択された構成要素の供給源に、前記選択された構成要素を前記リザーバー中に輸送するために有効な様式で付与することを包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記リザーバーから流体を分配する工程（ｃ）をさらに包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
工程（ｃ）が工程（ａ）の前に実施される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
工程（ｃ）が工程（ｂ）の後で実施される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
工程（ｃ）が、前記リザーバーから流体を音響により分配ことを包含する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
工程（ｃ）が、前記リザーバーから流体を音響により排出することを包含する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
工程（ｃ）が、前記リザーバーから流体を排出するように集めた音響放射を採用することを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
工程（ｃ）が繰り返される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
流体が液滴の形態で排出される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記液滴が、実質的に同じ容量である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記液滴が、実質的に同じ組成である、請求項３５または請求項３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
前記液滴が、基板表面に堆積される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記基板表面に堆積された液滴が、アレイを形成する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
工程（ａ）が、工程（ｃ）の発生あたり少なくとも１回実施される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】
工程（ａ）が、工程（ｃ）の発生により引き起こされる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
工程（ｂ）が、前記モニターされる流体特徴を、前記流体特徴の受容可能な値の所望の範囲内に維持するように実施される、請求項２０に記載の方法。
【請求項４３】
リザーバーから流体を分配するためのデバイスであって：
音響放射を生成するための音響発生器；
複数の構成要素を含む流体を含むリザーバーであって、ここで、該流体が、選択された構成要素の所望の濃度から逸脱する傾向にあるリザーバー；
該音響発生器と該リザーバーとの間に配置される音響カップリング媒体；
該リザーバーから流体を制御可能に分配するための手段；
該リザーバー中に含まれる流体の特徴をモニターするための手段であって、該リザーバーの外部にあり、そして該リザーバー中に含まれる流体と直接接触しないモニタリング手段；
該選択された構成要素の供給源；および
該供給源から該選択された構成要素を、該モニタリング手段によってモニターされる特徴に基づいて、該選択された構成要素の所望の濃度で、該リザーバー中の該流体を確立、維持、または回復するように該リザーバー中に導入するための手段を備え、
ここで、該音響発生器が、該分配手段、該モニタリング手段、および該導入手段の少なくとも１つと連結されている、デバイス。
【請求項４４】
前記音響発生器が、前記分配手段と連結される、請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４５】
前記音響発生器が、前記モニタリング手段と連結される、請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４６】
前記音響発生器が、前記導入手段と連結される、請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４７】
前記音響発生器が、前記分配手段、前記モニタリング手段、および前記導入手段の少なくとも２つと連結される、請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４８】
前記音響発生器が、前記分配手段および前記モニタリング手段と連結される、請求項４７に記載のデバイス。
【請求項４９】
単一の音響発生器から構成される、請求項４８に記載のデバイス。
【請求項５０】
複数の流体リザーバー内の流体の組成および／または容量を制御するためのデバイスであって：
音響放射を生成するための音響発生器；
各々が流体を含む複数のリザーバーであって、少なくとも１つのリザーバー中に含まれる流体が、複数の構成要素を含み、そして選択された構成要素の所望の濃度から逸脱する傾向にあるリザーバー；
該音響発生器と該少なくとも１つのリザーバーとの間に配置される音響カップリング媒体；
各リザーバー中に含まれる流体の特徴をモニターするための手段であって、該リザーバーの外部にあり、そして該リザーバー中に含まれる流体と直接接触しないモニタリング手段；
該選択された構成要素の供給源；および
該供給源から該選択された構成要素を、該モニタリング手段によってモニターされる特徴に基づいて、該少なくとも１つのリザーバー中に、該選択された構成要素の所望の濃度で、該少なくとも１つのリザーバー中の該流体を確立、維持、または回復するように導入するための手段を備え、
ここで、該音響発生器が、該モニタリング手段、該導入手段、またはその両方と連結されている、デバイス。
【請求項５１】
前記モニタリング手段が、単一のリザーバー中に含まれる流体の特徴を一度にモニターするように適合されている、請求項５０に記載のデバイス。
【請求項５２】
複数のリザーバー内の流体の組成および／または容量を制御するための方法であって：
（ａ）リザーバー内に含まれる流体の特徴を、該リザーバー内の該流体と直接接触することなくモニターする工程であって、該流体が、複数の構成要素を含み、そして該流体が、選択された構成要素の所望の濃度から逸脱する傾向にある工程；
（ｂ）工程（ａ）でモニターされた流体特徴に従って、該リザーバー中に、さらなる流体を、該選択された構成要素の所望の濃度で、該リザーバー中に該流体を確立、維持、または回復するように導入する工程；および
（ｃ）該複数のリザーバーから選択された異なるリザーバーについて工程（ａ）および（ｂ）を繰り返し、それによって、該リザーバー中の流体の組成および／または容量を制御する工程、を包含し、
ここで、工程（ａ）、工程（ｂ）、または両方が、音響放射を生成し、そして該リザーバー中に音響カップリング媒体を通じて該音響放射を伝達することによって実施される、方法。
【請求項５３】
複数のリザーバーから流体を分配するためのデバイスであって：
音響放射を生成するための音響発生器；
各々が流体を含む複数のリザーバーであって、少なくとも１つのリザーバー中の流体が、複数の構成要素を含み、そして選択された構成要素の所望の濃度から逸脱する傾向にあるリザーバー；
該音響発生器と該少なくとも１つのリザーバーとの間に配置される音響カップリング媒体；
該リザーバーから流体を制御可能に分配するための手段；
各リザーバー中に含まれる流体の特徴をモニターするための手段；
該選択された構成要素の供給源；および
該リザーバー中にさらなる流体を導入するための手段、を備え、ここで、該音響発生器が、該分配手段、該モニタリング手段、および該導入手段の少なくとも１つと連結され、
該モニタリング手段によってモニターされる該特徴に基づき少なくとも１つのリザーバー中に、該供給源から該選択された構成要素を、該選択された構成要素の所望の濃度で、該少なくとも１つのリザーバー中の流体を確立、維持、または回復するように導入するための手段を備え、
ここで、該音響発生器が、該モニタリクング手段、該導入手段、または両方と、該音響カップリング媒体を経由して連結される、デバイス。
【請求項５４】
リザーバー内の流体の組成および／または容量を制御するためのデバイスであって：
音響放射を生成するための音響発生器；
複数の構成要素を含む流体を含むリザーバー；
該音響発生器と該リザーバーとの間に配置される音響カップリング媒体；
該リザーバーから少なくとも１つの優先的に除去可能な構成要素の優先的除去をモニターするための手段；
該少なくとも１つの優先的に除去可能な構成要素を含むさらなる流体の供給源；および
該モニタリング手段によってモニターされる少なくとも１つの構成要素の任意の優先的除去に応答して、さらなる流体を、該さらなる流体供給源から該リザーバー中に、該選択された構成要素の所望の濃度で該リザーバー中に該流体を確立、維持、または回復するように導入するための手段、を備え、
ここで、該音響発生器が、該モニタリクング手段、該導入手段、または両方と連結される、デバイス。
【請求項５５】
リザーバー内の流体の組成および／または容量を制御するための方法であって：
（ａ）複数の構成要素を含む流体を含むリザーバーからの少なくとも１つの優先的に除去可能な構成要素の優先的除去をモニターする工程；
（ｂ）該リザーバー中に、少なくとも１つの優先的に除去可能な構成要素を含むさらなる流体を、工程（ａ）でモニターされるとき、該少なくとも１つの優先的に除去可能な構成要素の任意の優先的除去に応答して導入し、選択された構成要素の所望の濃度で、該リザーバー中に該流体を確立、維持、または回復するように該リザーバー中の流体の組成および／または容量を制御する工程、を包含し、
ここで、工程（ａ）、工程（ｂ）、または両方が、音響放射を生成すること、および該リザーバー中に音響カップリング媒体を通じて該音響放射を伝達することにより実施される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般に、１つ以上のリザーバー中の流体内容物を評価および／または制御するための音響エネルギーの使用に関する。特に、本発明は、リザーバーから流体を分配することにおける正確さおよび精密さを増大するための、複数のリザーバーの内容物を音響により評価および／または制御するためのデバイスおよび方法に関する。本発明は、複数の構成要素から構成される少なくとも１つの流体を含むリザーバーとともに用いられ得、ここで、少なくとも１つの構成要素は、このリザーバーから優先的に除去される。本発明はまた、多数の異なる流体リザーバー内に含まれる生体分子ライブラリーを採用する高速コンビナトリアル合成および分析システムとともに用いられ得る。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
薬学、バイオテクノロジー、およびその他の科学産業においては、多数または多種類の流体を迅速にスクリーニング、識別、および／または処理し得ること、ならびに、物質の新たな組成物を作製および特徴付ける必要性が存在している。結果として、多くの注意が、効率的、精密、かつ正確な流体取り扱い方法を必要とするコンビナトリアル技法を開発することに集められている。薬学、バイオテクノロジー、およびその他の科学産業において用いられる流体は、稀および／または高価であり得るので、少量の流体を取り扱い得る技法は、相対的により多い容量を必要とする技法に対して容易に明らかな利点を提供する。コンビナトリアル法における使用のための流体は、代表的には、有機化合物および／または生物学的化合物のコレクションまたはライブラリーとして提供される。多くの事例では、ウェルプレートが、スクリーニングおよび／またはプロセッシングのために多数の流体を貯蔵するために用いられている。ウェルプレートは、代表的には、単一片の構成であり、そして複数の同一のウェルを含み、ここで、各ウェルは、小容量の流体を含むように適合されている。このようなウェルプレートは、標準化されたサイズで市販され入手可能であり、そして、例えば、ウェルプレートあたり９６、３８４、１５３６、または３４５６のウェルを含み得る。
【０００３】
このようなウェルプレートは、高速コンビナトリアル法で一般に用いられており、これは、各流体が精密に既知である化学的組成、濃度、化学量論、試薬の比、および／または容量を有する、流体を正確に分配することを必要とするアレイ技術を用いる。このようなアレイ技術は、種々の合成プロセスおよび評価を実施するために採用され得、これは、一般に、少量の流体を用いる。例えば、アレイ技術は、複数のリザーバー中に含まれる多数の異なる流体を採用し得、これは、適切に配列されるとき、コンビナトリアルライブラリーを生成する。アレイ技術は、それらが一般に速度およびコンパクトさを伴うので所望されている。
【０００４】
在庫リストおよび材料取り扱い制限は、一般に、サンプル材料を合成および分析するために、コンビナトリアル法の能力および効率を指示する。例えば、ピペットまたは類似のデバイスが、開口を通じ、ウェルプレート内のウェル中へまたはその内側から流体を分配するためにしばしば採用されている。いくつかの事例では、複合ロボットおよび／または自動化システムが、多数のサンプル流体を取り扱うような形状とされ得る。ピペットシステムが抽出の間に採用されるとき、最小の装填容量が、このシステムが適正に機能するために必要であり得る。同様に、その他の流体分配システムは、適正に機能するために特定の最小のリザーバー容量を必要とし得る。従って、任意のこのような流体分配システムにおいて、最小の使用可能な量の流体が提供されているか否かを決定するためにリザーバーの内容物をモニターすることが重要である。さらに、フォーマットプロセスおよび分配プロセスの間に、複数の材料を含むウェルプレート内の選択されたウェルは、それらの内容物が、コンビナトリアル法における使用のために抽出され得る前に解凍を必要とし得る。このような事例における内容物モニタリングは、フォーマットプロセスおよび分配プロセスが、ウェルの内容物が適切に解凍されるときのみ実施されることを確実にするために用いられ得る。一般に、内容物モニタリングは、流体分配システムの全体の性能を示すか、および／または増大するため、ならびに、コンビナトリアル法の一体性を維持するために供される。
【０００５】
リザーバー中の流体が、非制御環境に曝されるとき、環境の影響は、リザーバーの内容物の組成および／または容量を有害に改変することで役割を演じ得る。例えば、低沸点をもつ溶媒が、目的の化合物を溶解または懸濁するために用いられるとき、リザーバーからのこの溶媒の蒸発は、その中の化合物の濃度を増加する。これは、次に、溶解した化合物が溶液から沈殿すること、または懸濁された粒子が凝集することを引き起こし得る。例えば、管材が採用されるとき、このような沈殿および／または凝集は、管材ネットワークを閉塞し得る。逆に、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）は、薬物ライブラリー中に共通して見出される化合物を溶解または懸濁するために採用される共通の有機溶媒である。ＤＭＳＯは、高度に吸湿性であり、そしてそれが接触する任意の周囲の水を吸収する傾向にある。次に、水の吸収は、化合物の濃度を希釈し、およびＤＭＳＯが化合物を懸濁する能力を改変する。さらに、水の吸収は、水感受性化合物の分解を促進し得る。従って、リザーバーの内容物の組成および／または容量を制御し、環境影響を捕らえ、そして取り扱うことを確実にすることが重要である。
【０００６】
十分な効率および精密さを達成するために、従来の流体取り扱いシステムに伴う特定の不利益は克服されなければならない。上記で暗示されるように、現在使用されている大部分の流体取り扱いシステムは、移されるべき流体と固体表面との間に接触が確立されることを必要とする。このような接触は、代表的には、移されるべき流体が稀および／または高価であるとき著しい欠点である、流体が避けられない流体浪費の供給源を表す表面湿潤を生じる。さらに、多くの流体分配システムは、管材のネットワークまたはその他の流体輸送導管を用いて構築されている。例えば、気泡が捕捉されるか、または粒子が管材ネットワーク中にひっかかるようになり得、これは、次に、流体輸送性能を損ない得、そして消滅したか、または誤った流体流れを生じる。さらに、任意の化学的合成プロセスにおいて、出発材料の質を制御することが重要である。そうでなければ、プロセスの一体性および得られる産物の質が損なわれる。出発材料の質の制御は、コンビナトリアル合成手順における特に重要な論点である。
【０００７】
ノズルのない音響排出は、その他の流体分配技術に対して多くの利点を提供する。インクジェットデバイスとは対照的に、ノイズのない音響排出デバイスは、目詰まりおよびそれらに伴う不利益、例えば、誤った方向の流体または不適正なサイズの液滴を受けない。さらに、音響技術は、管材の使用を必要としないか、またはピペットチップの液体のリザーバー中への導入に伴うような侵襲性機械的作用を含まない。
【０００８】
音響技術は、流体取り扱い適用中で有利に採用され得、そして多くの特許中に記載されている。例えば、Ｌｏｖｅｌａｄｙらによる米国特許第４，３０８，５４７号は、移動書類上に液体の本体からの液滴を排出するために音響放射を利用し、その上にキャラクターまたはバーコードの形成を生じる液滴エミッターを記載する。ノズルのないインクジェットプリント装置は、インクの制御された滴が、インクの自由表面において、またはその下で湾曲したトランスデューサーによって生成される音響力によって推進されるように用いられる。さらに最近、音響排出は、インクプリント適用以外の文脈で採用されている。例えば、Ｅｌｌｓｏｎらによる米国特許出願公開第２００２００３７５７９号は、基板表面上の別個の部位に向かって、複数の流体液滴をその上に堆積するために音響により排出するためのデバイスを記載する。このデバイスは、リザーバーから流体液滴を排出するため、および反射された音波になるためにリザーバーの流体表面に伝達される検出音波を生成するために用いられ得る音響放射発生器を含む。次いで、この反射された音響放射の特徴が、この音響放射発生器と流体表面との間の空間的関係を評価するために分析され得る。
【０００９】
その他の特許および特許書類は、排出および／または検出のための音響放射の使用を記載している。例えば、音響放射を用いるプール深さフィードバック技術が、Ｏｅｆｔｅｒｉｎｇによる米国特許第５，５２０，７１５号に記載されている。さらに、Ｅｌｌｓｏｎらによる米国特許出願公開第２００２００３７５７９、およびＷｉｌｌｉａｍｓによる同第２００２００９４５８２号は、類似の音響検出技術を記載している。音響検出技術を取り込むことにより、音響排出法は、音響排出それ自身のプロセスに関するフィードバックを提供する利点を有し得る。このようなフィードバックは、次に、例えば、音響発生器が、適正な焦点のため、リザーバー中の流体表面に対して適正な関係に維持されることを確実にするために採用され得る。
【００１０】
音響放射はまた、１つ以上の流体リザーバーの内容物の組成および／または容量を評価するために用いられている。例えば、Ｄａｍによる米国特許第５，５０７，１７８号は、液体の存在を決定するため、およびコンテナ中の液体のタイプを識別するためのセンサーを記載している。このセンサーは、超音波液体存在感知手段により液体の存在を決定し、そして一対の電極および電気パルス生成手段を含む液体識別手段により液体のタイプを識別する。このデバイスは、センサーが液体と接触して配置されなければならないという欠点に苦しむ。
【００１１】
Ｄａｍによる米国特許第５，８８０，３６４号は、その一方、複数のコンテナ中の液体の容量を測定するための非接触超音波システムを記載している。超音波センサーは、コンテナの上部に対向して配置されている。超音波放射の狭いビームは、センサーから対向するコンテナの開放上部に伝達され、これは、コンテナの空気−液体界面から反射されてセンサーに戻る。放射の往復の輸送時間を用いることおよびコンテナの寸法が測定されていることにより、コンテナ中の液体の容量が算出され得る。このデバイスは、空気が音響エネルギー、特に、精密な測定に有益である小波長を生成するために必要な高周波数における乏しい伝導体であるので、精密さを欠く。従って、このデバイスは、相対的に大きなコンテナ中の液体の容量の粗い推定を提供し得るが、コンビナトリアル技法で代表的に用いられている小容量リザーバー中の流体の組成および／または容量の詳細な評価を提供するためには不適正である。特に、このデバイスは、コンテナの底の位置を決定することはできない。なぜなら、実質的にすべての発せられた音響エネルギーが、液体表面から反射され、そしてこの底を検出するために十分貫通しないからである。ウェルプレート中で見出されるような小容量のリザーバーは、流体コンテナの規則的なアレイであり、そしてこのコンテナの底の位置は、プレート中の湾曲に起因してコンテナの名目上の高さの有意なフラクションによって変動し得る。要するに、液体表面の位置のみの検出は、通常のコンテナ中の流体容量推定における有意なエラーに至る。
【００１２】
より最近、Ｍｕｔｚらによる米国特許出願公開第２００３０１０８１９号は、リザーバーから流体を排出するために用いられる音響放射を生成するため、またはリザーバー内に含まれる流体の性質を分析するための音響発生器の使用を記載している。流体を通って伝達される音響放射の特徴を分析することにより、リザーバー内の流体の種々の性質が決定され得る。さらに、このような分析は、リザーバー内の流体の自由表面とその他の目的物との間の空間的関係を決定するために実施され得る。
【００１３】
一般に、リザーバー内容物評価に適用されるような音響技術は、リザーバーを首尾良く尋問するために単一の音響発生器を用いることを含む。Ｅｌｌｓｏｎらによる米国特許出願公開第２００２００３７５７９号およびＷｉｌｌｉａｍｓらによる同第２００２００９４５８２号で論議されるように、焦点を合わされた音響放射を生成するための発生器は、リザーバーを連続して尋問するためにそれらの各々に音響カップリングする関係で配置される。従って、発生器、リザーバー、または両方は物理的に配置されなければならない。このような「単一点」の検査システムは、多数のリザーバーが尋問されるべきとき、限られた実際の有用性である。なぜなら、発生器および／またはリザーバーを動かすには長い時間がかかりすぎるからである。複数のこのような発生器を用いることは、単一点音響検査システムの合計コストおよび複雑さを増加する。さらに、この様な発生器は、さらなるスペースを必要とし、そしてコンパクトなシステム中に容易に取り込まれない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、当該分野には、複数のリザーバーの内容物を高速にモニターし得る改良された方法およびデバイス、その中で採用される技法の強さ、効率、および有効性を増加するための合成プロセスおよび分析プロセスで特に有用である能力に対する必要性が存在している。さらに、施与正確さ、精密さ、および反復可能性は、しばしば、流体が分配される供給源に依存するので、リザーバー内の流体の組成および／または容量を制御することの必要性が当該分野には存在する。この必要性は、小容量の流体を取り扱うことを含む種々の流体分配技法において存在し（例えば、ピペット、キャピラリー、インクジェットプリントヘッドなど）、そしてリザーバーからの流体の液滴を排出するために、焦点合わせされた音響放射が採用されるとき、特に重要である。このような精密な制御は、流体送達の増加した強さ、効率および有効性を可能にし、これは、コンビナトリアル技法、微小流体適用、ヌクレオチド分析、プロテオミック研究、および細胞アッセイのようなプロセスについて特に価値がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（発明の開示）
第１の実施形態では、本発明は、複数のリザーバーの内容物を音響により評価するためのデバイスを提供する。このデバイスは、各々が流体を含むように適合された複数のリザーバー、音響放射を生成するための音響放射発生器、この音響放射発生器を位置決めするための手段、およびこの音響放射発生器に対して放射を受ける関係に位置する分析器を備える。生成された音響放射は、１つ以上の選択された複数のリザーバーを一度に尋問するために十分なサイズのイメージ場を有する。この音響放射発生器は、位置決め手段により、少なくとも選択されたリザーバーに音響カップリング関係に位置決めされる。結果として、この音響放射発生器によって生成された音響放射は、選択されたリザーバーの外表面を通じ、および選択されたリザーバーそれ自身を通じて伝達され、そしてこの分析器は、伝達された音響放射の特徴を、選択されたリザーバーの内容物を評価するように分析する。
【００１６】
代表的には、これらリザーバーは、リザーバーアレイ、例えば、直線のアレイとして提供され、ここで、このリザーバーアレイのリザーバーは、互いから、音響によって区別不能である。このような場合、イメージ場は、少なくともリザーバーの列を一度に尋問するに十分なサイズであり得る。さらに、この音響放射発生器は、直線状、曲線を成す、位相、または環状の音響アレイのような音響トランスデューサーアセンブリであり得る。このような場合、この音響トランスデューサーアセンブリは、複数の振動要素から構成され得、そしてこれら要素は、それらが上記リザーバーアレイのリザーバーに対し幾何学的対応を示すように位置決めされる。好ましくは、この音響放射発生器および分析器は、一体ユニットを形成する。
【００１７】
さらに、この音響発生器は、代表的には、水のような流体音響カップリング媒体を経由して上記のリザーバーに音響により連結される。このような場合、本発明のデバイスは、これらリザーバーから流体音響カップリング媒体を除去するための手段をさらに備え得る。
【００１８】
別の実施形態では、本発明は、複数のリザーバーの内容物を音響によって評価するための方法を提供する。本発明の方法は、音響放射発生器を、複数のリザーバーの選択されたリザーバーに対して音響カップリング関係に位置決めすることを含み、ここで、これらリザーバーは、各々が流体を含むように適合されている。この音響放射発生器は、生成した音響放射が選択されたリザーバーの外表面を通じ、およびこの選択されたリザーバーを通じて伝達されるように、１つ以上の選択されたリザーバーを一度に尋問するに十分なサイズのイメージ場を有する音響放射を生成するよう作用する。次いで、伝達された音響放射の特徴がこれら選択されたリザーバーの各々の内容物を評価するように分析される。必要に応じて、流体は、１つ以上のリザーバーから排出され得る。この音響放射発生器が、流体音響カップリング媒体を経由して選択されたリザーバーに音響によってカップルされるとき、本発明の方法はまた、外部リザーバー表面からの流体音響カップリング媒体の除去を含み得る。
【００１９】
本発明はまた、リザーバー内の流体の組成および／または容量を制御するためのデバイスを提供する。このデバイスは、流体を含むように適合されたリザーバー、このリザーバー内に含まれる流体の特定の特徴をモニターするための手段、およびこのモニタリング手段によってモニターされる流体特徴に基づき、上記リザーバー中にさらなる流体を導入するための導入手段を含む。このデバイスはまた、上記モニタリング手段、上記導入手段、または両方と連結される、音響放射を生成するための音響発生器を含む。このモニタリング手段は、代表的には、リザーバー中に含まれる流体と直接接触しない。
【００２０】
この音響発生器が上記モニタリング手段と連結されるとき、このモニタリング手段は、もこの音響発生器によって生成される音響放射を分析するための分析器をさらに含む。代表的には、この分析器は、この音響発生器によって生成され、そしてリザーバー中に含まれる任意の流体を通じて伝達される音響放射を受けるために位置決めされる。必要に応じて、この分析器は、リザーバー中に含まれる任意の流体の自由表面によって反射される音響放射を受けるように位置決めされる。このような場合、この分析器は、音響発生器と、共通の構成要素、例えば、圧電素子を共有し得る。
【００２１】
さらなる実施形態では、本発明は、リザーバー内の流体の組成および／または容量を制御するための方法に関し、この方法は、リザーバー中に含まれる流体の特徴を、この流体と直接接触することなくモニターする工程、次に、このモニターされた特徴に基づきリザーバー中にさらなる流体を導入する工程を含む。いくつかの例では、この流体特徴は、音響によってモニターされ、その場合、本発明の方法は、音響放射を、この放射がリザーバー中に含まれる流体と相互作用するように生成する工程、次いで、この流体との相互作用後、音響放射を分析し、モニターされる流体特徴を評価する工程を含み得る。例えば、上記音響発生器によって生成される音響放射は、リザーバー中の流体を通じて伝達され得、そして流体との相互作用の後分析される。必要に応じて、この音響放射は、リザーバー内の自由流体表面からの反射の後に分析され得る。
【００２２】
なおさらなる実施形態では、本発明は、リザーバー内の流体の組成および／または容量を制御するための方法に関する。この方法は、複数の構成要素から構成される流体を含むリザーバーからの少なくとも１つの構成要素の優先的な除去をモニターする工程、およびモニターされるとき、この少なくとも１つの構成要素の任意の優先的な除去に応答してリザーバー中にこの少なくとも１つの構成要素から構成されるさらなる流体を導入する工程を含む。いくつかの例では、この方法は、リザーバー中の他に対して１つ以上の構成要素の優先的除去をモニターするために音響放射を用いることを含む。さらに、または代替として、さらなる流体は、音響放射の使用によりリザーバー中に導入され得る。
【００２３】
本発明のデバイスおよび方法の任意について、複数の流体リザーバーが提供され得る。このような場合には、リザーバーの各々中の流体の組成および／または容量は、同じモニタリング手段および同じ導入手段を用いることによりモニターおよび制御され得る。さらに、任意のリザーバーから流体を分配するための手段が提供され得る。この分配手段は、音響エジェクターのような音響分配技術を採用し得、これは、上記音響発生器によって生成される音響放射を集める焦点合わせ手段を採用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（発明を実施するための形態）
本発明を詳細に説明する前に、本発明は、特定の流体、生体分子、デバイス構造に制限されずに、従って変化し得ることが理解されるべきである。本明細書中で用いられる用語法は、特定の実施形態を記載する目的のためだけであり、そして限定的であることは意図されないこともまた理解されるべきである。
【００２５】
本明細書および添付の特許請求の範囲で用いられるとき、単数形態の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が他であることを明瞭に指示しなければ、複数への参照を含むことが注記される。従って、例えば、「リザーバー」への参照は、単一のリザーバーおよび複数のリザーバーを含み、「流体」への参照は、単一の流体および複数の流体への参照を含み、「生体分子」への参照は、単一の生体分子および生体分子の組み合わせを含み、「エジェクター」への参照は、単一のエジェクターおよび複数のエジェクターを含み、「特徴」への参照は１つ以上の特徴を含む、などである。
【００２６】
本発明を説明すること、および特許請求の範囲に記載する際に、以下の用語法は、以下で提示される定義に従って用いられる。
【００２７】
本明細書で用いられるとき、用語「音響カップリング」および「音響によりカップルする」は、目的物が、別の目的物と、音響エネルギーの受容不能な損失なくしてこれら目的物間で音響放射が移動されるように直接的または間接的接触に配置される状態をいう。２つの実体が間接的に音響によりカップルされるとき、「音響カップリング媒体」が必要で、音響放射が伝達され得る媒介を提供する。従って、エジェクターにより生成された音響放射を、音響カップリング媒体を通って流体中に移動するために、エジェクターが、流体に、流体中にエジェクターを浸漬することによるか、またはエジェクターと流体との間に音響カップリング媒体を置くことによるかのように、音響によりカップルされ得る。
【００２８】
用語「音響放射」および「音響エネルギー」は、本明細書では交換可能に用いられ、そして音波の形態でのエネルギーの放出および伝播をいう。その他の波形と同様に、音響放射は、以下に論議されるように、焦点合わせ手段を用いて焦点合わせされ得る。音響放射は、単一の周波数および関連する波長を有し得るが、音響放射は、例えば、複数の周波数を含む「一次チャープ」の形態をとり得る。従って、用語「特徴波長」は、複数の波長を有する音響放射の平均波長を記載するために用いられる。
【００２９】
例えば、それに「付着された」成分を有する基板表面において用いられるような用語「付着された」は、共有結合および非共有結合、吸着、および物理的固定化を含む。用語「結合」または「結合された」は、用語「付着された」と意味が同一である。
【００３０】
本明細書で用いられるとき、用語「アレイ」は、リザーバーの配列（例えば、ウェルプレート中のウェル）、または、基板表面上のイオン、金属、共有結合結晶、分子結晶、コンポジット、セラミック、グラシン、アモルファス、流体、または分子材料を含む、（オリゴヌクレオチドまたはペプチドのアレイにおけるような）異なる成分の配列のような、特徴の二次元配列をいう。アレイは、一般に、例えば、直線（ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ）格子、平行ストライプ、らせんなどにあるような、整理された規則的な特徴から構成されるが、整理されていないアレイもまた同様に有利に用いられ得る。特に、本明細書で用いられる用語「直線アレイ」は、行および列の特徴を有するアレイをいい、ここで、この行と列とは、代表的には、しかし必ずしもそうである必要はないが、９０度の角度で互いに交差している。アレイは、パターンが、規則的および整理された特徴を含む必要はかならずしもない点でより一般的な用語「パターン」から区別される。
【００３１】
用語「生体分子」および「生物学的分子」は、本明細書では交換可能に用いられ、生存生物の一部であるか、あったか、または、であり得る任意の有機分子をいい、この分子は、天然に存在するか、組換えにより産生されるか、または全部もしくは一部が化学的に合成されている。これら用語は、例えば、ヌクレオチド、アミノ酸、および単糖、ならびに、オリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチドのような、オリゴマーおよびポリマー種；オリゴペプチド、ポリペプチド、およびタンパク質のようなペプチド性分子；二糖類、オリゴ糖類、多糖類、およびムコ多糖類またはペプチドグリカン（ペプチド−多糖類）のような糖類などを包含する。これら用語はまた、リボソーム、酵素コファクター、薬理学的に活性な薬剤などを包含する。用語「生体分子」に関するさらなる情報は、Ｅｌｌｓｏｎらによる米国特許出願公開第２００２００３７５７９号に見出され得る。
【００３２】
本明細書で用いられる用語「流体」は、固体ではなく、または少なくとも部分的にはガス状および／または液体であるが、完全にはガス状ではない物質をいう。流体は、最少の、部分的に、または完全に溶媒和された、分散された、または懸濁された固体を含み得る。流体の例は、制限されずに、水性液体（水自身および塩水を含む）および有機溶媒のような非水性液体などを含む。本明細書で用いられるとき、用語「流体」は、用語「インク」と同義語ではなく、インクは顔料を含まねばならず、そしてガス状でなくてもよい。
【００３３】
用語「焦点合わせ手段」および「音響焦点合わせ手段」は、光学的レンズのように作用し、音響エネルギー源とは別個のデバイスによるか、または強め合う干渉および弱め合う干渉によって音響エネルギーの焦点における収束を行うための音響エネルギー源の空間的配列によるかのいずれかにより、音波を焦点に集めさせる手段をいう。焦点合わせ手段は、湾曲表面を有する中実部材のように単純であり得るか、または音響放射を方向付けるために回折を採用するフレネルレンズ中に見出されるような複合構造を含み得る。適切な焦点合わせ手段はまた、当該分野で公知であり、そして、例えば、Ｎａｋａｙａｓｕらによる米国特許第５，７９８，７７９号、およびＡｍｅｍｉｙａら（１９９７）、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  １９９７  ＩＳ＆Ｔ  ＮＩＰ１３  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、６９８〜７０２頁に記載されるような、相整列を含む。
【００３４】
用語「イメージ場」は、音響放射発生器からの音響放射によって、この発生器と領域との間の相対的移動なくして尋問される領域をいう。例えば、音響放射発生器を用いて直線リザーバーアレイにあるリザーバーの全行の尋問を一回で可能にする音響放射を生成するとき、このイメージ場は、尋問下にあるリザーバーの行から構成される。音響放射発生器と関連するイメージ場は、それ故、用いられる特定の発生器、およびこの発生器と領域との間の空間的関係に依存する。例えば、電子ビーム操縦および／または焦点合わせを有する音響放射発生器は、採用される特定の操縦および／または焦点合わせ手段に依存して可変のイメージ場と関連し得る。対照的に、品目の領域と固定された整列にある、単一の調節不能な焦点合わせされた音響トランスデューサーは、不変イメージ場と関連している。
【００３５】
用語「ライブラリー」および「コンビナトリアルライブラリー」は、本明細書では交換可能に用いられ、所定のパターンまたはアレイに配列された複数の化学的成分または生物学的成分をいい、その結果、これら成分は個々に取り扱われ得る。いくつかの事例では、これら複数の化学的成分または生物学的成分は、基板の表面上に存在し、そしてその他の事例では、これら複数の成分は、複数のリザーバーの内容物、例えば、複数のリザーバーの組成および／または容量を表す。好ましくは、しかし、必ずしもそうである必要はないが、各成分は、その他の成分の各々とは異なっている。これら成分は、例えば、ペプチド性分子および／またはオリゴヌクレオチドであり得る。
【００３６】
用語「成分」は、物質の任意の特定の組成物、例えば、分子のフラグメント、インタクトな分子（モノマー分子、オリゴマー分子、またはポリマーを含む）、または物質の混合物（例えば、アロイまたはラミネイト）をいう。
【００３７】
「随意」または「必要に応じて」は、引き続き記載される状況が、起こるか、または起こらなくてもよいことを意味し、その結果、この記載は、この状況が起こる事例およびそれが起こらない事例を含む。
【００３８】
本明細書で用いられる用語「病原体」および「病原性」は、個体において疾患および／または毒性応答を引き起こし得る任意の因子をいう。この個体は、ヒト、動物（哺乳動物またはその他）、またはしばしば植物であり得る。代表的には、本明細書で言及される病原体は、細菌またはウイルスであるが、それはまた、ストリキニーネまたはボツリヌス毒素のような有機毒素、またはシアン化砒素またシアン化ナトリウムのような無機毒素であり得る。一般に、病原体は、元来、生体分子である。従って、例示の細菌病原体は、制限されないで、以下の属の細菌を含む：Ｃａｍｐｙｌｏｂａｃｔｅｒａ、Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ、Ｂｏｒｄｅｔｅｌｌａ、Ｈａｅｍｏｐｈｉｌｕｓ、Ｐａｓｔｅｕｒｅｌｌａ、Ｆｒａｎｃｉｓｅｌｌａ、Ａｃｔｉｎｏｂａｃｉｌｌｕｓ、Ｋｌｅｂｉｓｅｌｌａ、Ｍｏｒａｘｅｌｌａ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、Ｐｎｅｕｍｏｃｏｃｃｉ、Ｐｒｏｔｅｕｓ、Ｏｒｎｉｔｈｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｉ、およびＳｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｉ。Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａは、病原体細菌の別の例示の属であり、そしてＳａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｅｎｔｅｒｉｄｉｔｉｓ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｇａｌｌｉｎａｒｕｍ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｐｕｌｌｏｒｕｍ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ａｉｚｏｎａ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ａｎａｔｕｍ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｈａｄａｒ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ａｇａｎａ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｍｏｎｔｅｖｉｄｅｏ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｋｅｎｔｕｃｋｙ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｉｎｆａｎｔｉｓ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｓｃｈｗａｒｚｅｎｇｒｕｎｄ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｓａｉｎｔｐａｕｌ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｂｒａｎｄｅｎｂｕｒｇ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｉｎｓｔａｎｂｕｌ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｃｕｂａｎａ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｂｒｅｄｅｎｅｙ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｂｒａｅｎｄｅｒｕｐ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎｅ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｂｅｒｔａ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｓｅｎｆｅｎｂｅｒｇ、およびＳａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｍｂａｎｄａｋａのような種を含む。Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍは、ヒトに特に有害である病原体細菌の別の属であり、そしてＭｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｔｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉｓ、Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ａｖｉｕｍ、Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｐａｒａｔｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉｓ、Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｂｏｖｉｓ、およびＭｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｌｅｐｒａｅのような種を含む。
【００３９】
嫌気性細菌病原体は、例えば、Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｉ、Ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ、Ａｎａｅｒｏｂｉｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ、Ｆｕｓｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、およびＢｉｏｐｈｉｌａの属のものを含む。従って、例示の嫌気性細菌病原体は以下を含む：Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｉ  ａｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ、Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｉ  ｍａｇｎｕｓ、Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｉ  ｍｉｃｒｏｓ、Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｉ  ｐｒｅｖｏｔｉｉ、Ｐｏｒｐｈｙｒｏｍｏｎａｓ  ａｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃａ、Ｐｏｒｐｈｙｒｏｍｏｎａｓ  ｃａｎｏｒｉｓ、Ｐｏｒｐｈｙｒｏｍｏｎａｓ  ｇｉｎｇｉｖａｌｉｓ、Ｐｏｒｐｈｙｒｏｍｏｎａｓ  ｍａｃａｃｃａｅ、Ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｓ  ｉｓｒａｅｌｉｉ、Ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｓ  ｏｄｏｎｔｏｌｙｔｉｃｕｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｉｎｎｏｃｕｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｏｆｏｒｍｅ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｄｉｆｆｉｃｉｌｅ、Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ  ｔｅｃｔｕｍ、Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ  ｕｒｅｏｌｙｔｉｃｕｓ、Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ  ｇｒａｃｉｌｉｓ（Ｃａｍｐｙｌｏｂａｃｔｅｒ  ｇｒａｃｉｌｉｓ）、Ｐｒｅｖｏｔｅｌｌａ  ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａ、Ｐｒｅｖｏｔｅｌｌａ  ｈｅｐａｒｉｎｏｌｙｔｉｃａ、Ｐｒｅｖｏｔｅｌｌａ  ｏｒｉｓ−ｂｕｃｃａｅ、Ｐｒｅｖｏｔｅｌｌａ  ｂｉｖｉａ、Ｐｒｅｖｏｔｅｌｌａ  ｍｅｌａｎｉｎｏｇｅｎｉｃａ、Ｆｕｓｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｎａｖｉｆｏｒｍｅ、Ｆｕｓｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｎｅｃｒｏｐｈｏｒｕｍ、Ｆｕｓｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｖａｒｉｕｍ、Ｆｕｓｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｕｌｃｅｒａｎｓ、Ｆｕｓｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｒｕｓｓｉｉ、およびＢｉｌｏｐｈｉｌａ  ｗａｄｓｗｏｒｔｈｉａ。
【００４０】
例示の上部呼吸器病原体細菌は、例えば、ＰｓｕｅｄｏｍｏｎａｓおよびＬｅｇｉｏｎｅｌｌａの属の細菌を含む。それ故、上部呼吸器病原体細菌は以下を含む：Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ、Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌａ  ｄｕｍｏｆｆｉｉ、Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌａ  ｌｏｎｇｂｅａｃｈｅａｅ、Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌａ  ｍｉｃｄａｄｅｉ、Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌａ  ｏａｋｒｉｄｇｅｎｓｉｓ、Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌａ  ｆｅｅｌｅｉ、Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌａ  ａｎｉｓａ、Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌａ  ｓａｉｎｔｈｅｌｅｎｓｉ、Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌａ  ｂｏｚｅｍａｎｉｉ、Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌａ  ｇｏｒｍａｎｉｉ、Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌａ  ｗａｄｓｗｏｒｔｈｉｉ、およびＬｅｇｉｏｎｅｌｌａ  ｊｏｒｄａｎｉｓ。
【００４１】
非細菌病原体は、制限されないで、ウイルス、真菌、原生動物、寄生虫、およびプリオンを含む。例示のウイルス病原体は、一般に、クラスＩ−ＶＩのウイルスを含み、そしてより詳細には、Ａ−Ｅ型肝炎ウイルス、エボラウイルス、ヒトパピローマウイルス、角結膜炎ウイルス、パルボウイルス、エリトロウイルス、デペンドウイルス、エコーウイルス、エンテロウイルス、エプスタイン−バーウイルス、ウマ動脈炎ウイルス、ウマ交疹ウイルス、ウマ脳症ウイルス、ネコザルコーマウイルス、ハンタウイルス、ヘルペスウイルス、ヒト免疫不全ウイルス、ヒトＴ白血病ウイルス、Ａ〜Ｃ型インフルエンザウイルス、ＪＣウイルス、キルステンザルコーマウイルス、ラッサ熱ウイルス、ボリビア出血熱ウイルス、マルブルクウイルス、マストアデノウイルス、麻疹ウイルス、メンゴウイルス、モロニーマウス白血病ウイルス、ニューカッスル病ウイルス、オルビウイルス、ポリオウイルス、レトロウイルス、サル免疫不全ウイルス、スモールポックスウイルス、タミアミウイルス、およびタバコモザイクウイルスを含む。真菌病原体は、例えば、Ｐｙｒｅｎｏｐｈｏｒａ  ｔｒｉｔｉｃｉ−ｒｅｐｅｎｔｉｓ、Ｄｒｅｃｈｓｌｅｒａ  ｓｏｒｏｋｉｎｉａｎａ、Ｒｈｉｚｏｃｔｏｎｉａ  ｃｅｒｅａｌｉｓ、Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｇｒａｍｉｎｅａｒｕｍ、Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｃｕｌｍｏｒｕｍ、Ｍｉｃｒｏｄｏｃｈｉｕｍ  ｎｉｖａｌｅ、Ｐｓｅｕｄｏｃｅｒｃｏｓｐｏｒｅｌｌａ  ｈｅｒｐｏｔｒｉｃｈｏｉｄｅｓ、Ｐｓｅｕｄｏｃｅｒｃｏｓｐｏｒｅｌｌａ  ｈｅｒｐｏｔｒｉｃｈｏｉｄｅｓ、Ｓｅｐｔｏｒｉａ  ｎｏｄｏｒｕｍ、Ｓｅｐｔｏｒｉａ  ｔｒｉｔｉｃｉ、Ｃｌａｄｏｓｐｏｒｉｕｍ  ｈｅｒｂａｒｕｍ、Ｃｅｒｃｏｓｐｏｒａ  ａｒａｃｈｉｄｉｃｏｌａ、Ｈｅｌｍｉｎｔｈｏｓｐｏｒｉｕｍ  ｓａｔｉｖｕｍ、Ｐｙｒｅｎｏｐｈｏｒａ  ｔｅｒｅｓ、およびＰｙｒｅｎｏｐｈｏｒａ  ｔｒｉｔｉｃｉｒｅｐｅｎｔｉｓを含む。これらの病原体は、特定の順序で列挙されたのではなく、そしていくつかの重複があり得ることを注記する。その他の病原体が当該分野で公知であり、そして、例えば、Ｓｈｅｒｒｉｓ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ：Ａｎ  Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｉｎｆｅｃｔｉｏｕｓ  Ｄｉｓｅａｓｅｓ、第３版（Ａｐｐｌｅｔｏｎ  ＆  Ｌａｎｇｅ、Ｓｔａｍｆｏｒｄ、Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ、１９９４）中で同定されている。
【００４２】
従って、用語「病原体含有流体」は、元来、完全または部分的に病原性である非固体物質をいう。このような流体は、例えば、その中に、最少の、部分的に、または完全に溶媒和しているか、分散しているか、または懸濁している病原体を含む液体から構成され得る。病原体含有流体の例は、制限されないで、細菌またはウイルス感染性因子を含む培養培地を含む。
【００４３】
同様に、用語「非病原性」は、病原性でない物質、すなわち、疾患または毒性応答を引き起こす可能性のない任意の因子をいう。非病原性粒子は、制限されないで、乳酸桿菌、酵母、上皮細胞、ビードなどのような有益な細胞物質を含む。非病原性流体は、例えば、殺菌生理食塩水、グルコース溶液などを含む。
【００４４】
用語「放射」は、その通常の意味で用いられ、そして媒体を通じ、エネルギーが、媒体自身の任意の永久的置換を引き起こすことなく、媒体の１つの粒子からもう１つに移動されるように移動する波形外乱の形態での放出および伝播をいう。それ故、放射は、例えば、電磁波形および音響振動をいい得る。
【００４５】
本明細書で用いられる用語「リザーバー」は、流体を含むための容器またはチャンバーをいう。いくつかの事例では、リザーバー中に含まれた流体は、必然的に自由表面、例えば、それから音響放射が反射されることを可能にする表面、またはそれから液滴が音響により放出され得る表面を有する。リザーバーはまた、その中に液体が拘束される基板表面上の部位であり得る。
【００４６】
本明細書で用いられる用語「基板」は、その上に１つ以上の流体が堆積され得る表面を有する任意の材料をいう。この基板は、例えば、ウエハー、スライド、ウェルプレート、またはメンブレンを含む多くの形態のいずれかで構築され得る。さらに基板は、特定の流体の堆積のために必要に応じて多孔性または非多孔性であり得る。適切な基板材料は、制限されずに、固相化学合成のために代表的に用いられている支持体、例えば、ポリマー材料（例えば、ポリスチレン、ポリビニルアセテート、ポリビニルクロライド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリカーボネート、およびジビニルベンゼンスチレンを基礎にしたポリマー）、アガロース（例えば、Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ（登録商標））、デキストラン（例えば、Ｓｅｐｈａｄｅｘ（登録商標））、セルロースポリマーおよびその他の多糖類、シリカおよびシリカベースの材料、ガラス（特に制御されたポアのグラス、または「ＣＰＧ」）および官能化ガラス、セラミックスを含み、このような基板は、表面コーティング、例えば、ミクロ細孔性ポリマー（特に、ニトロセルロースのようなセルロースのポリマー）。ミクロ細孔性金属化合物（特に、ミクロ細孔性アルミニウム）、抗体結合性タンパク質（Ｐｉｅｒｃｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．、Ｒｏｃｋｆｏｒｄ、Ｉｌｌｉｎｏｉｓから入手可能）、ビスフェノールＡポリカーボネートなどで処理される。用語「基板」に関するさらなる情報は、Ｅｌｌｓｏｎらによる米国特許出願公開第２００２００３７７５７９号に見出され得る。
【００４７】
例えば、「実質的に同じ容量」にあるような用語「実質的に」は、１０％を超えない、好ましくは５％を超えない、より好ましくは１％を超えない、そして最も好ましくは０．１％を超えないだけ、異なる容量をいう。この用語「実質的に」のその他の使用は、類似の定義を含む。
【００４８】
用語「トランスデューサーアセンブリ」および「音響トランスデューサーアセンブリ」は、本明細書では交換可能に用いられ、そして音響放射生成要素、例えば、圧電素子のコレクションをいい、これは、個々にまたは組み合わせて励起され得、形状、方向性、指向性、位相、および／または焦点合わせのような種々のビーム特徴を有する音響放射を生成する。代表的には、しかし必ずしもそうである必要はないが、このトランスデューサーアセンブリの音響放射生成要素は、緊密に間隔を置いて配置されたアレイで配列される。
【００４９】
一般に、本発明は、複数の流体リザーバーの内容物を音響により評価および／または制御するためのデバイスおよび方法に関する。音響評価が所望されるとき、本発明のデバイスは、各々が流体を含むように適合された複数のリザーバー、および音響放射を生成するための音響放射発生器を含む。本発明のデバイスはまた、この音響放射発生器を、各リザーバーに、この音響放射発生器により生成される音響放射が各リザーバーの少なくとも一部分を通じて伝達されるように、音響によりカップルされる関係で位置決めするための手段を含む。音響放射の特徴を分析するための分析器は、この伝達された音響放射を受容するように位置決めされる。
【００５０】
このデバイスは、リザーバーを、デバイスの一体化されたか、または永久的に取り付けられたコンポーネントとして含むように構築され得る。しかし、コンポーネントのモジュール性および交換可能性を提供するために、デバイスは、取り外し可能なリザーバーとともに構築されることが好適である。一般に、これらリザーバーは所定のパターンまたはアレイで配列されて、各リザーバーに、個々の系統的な取り扱い性を提供する。さらに、各々のリザーバーは、別個の独立型の品目として提供され得るが、多数のリザーバーを必要とする状況では、これらのリザーバーは、互いに取り付けられるか、または単一のリザーバー単位の一体化された部分を表すことが好ましい。例えば、これらリザーバーは、ウェルプレート中の個々のウェルを表し得る。このデバイスとの使用のために適切な多くのウェルプレートは、市販されて入手可能であり、そして、例えば、ウェルプレートあたり、９６、３８４、１５３６、または３４５６ウェルを含み得、完全スカート、半スカートを有するか、またはスカートを有さない。このようなウェルプレートのウェルは、代表的には、直線状アレイを形成する。採用されたデバイスにおける使用に適切なウェルプレートの製造業者は、Ｃｏｒｎｉｎｇ、Ｉｎｃ．（Ｃｏｒｎｉｎｇ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）およびＧｒｅｉｎｅｒ  Ａｍｅｒｉｃａ、Ｉｎｃ．（Ｌａｋｅ  Ｍａｒｙ、Ｆｌｏｒｉｄａ）を含む。しかし、このような市販され入手可能なウェルプレートの利用可能性は、少なくとも約１０，０００ウェル、または１００，０００〜５００，０００ウェル、またはそれ以上を含むあつらえのウェルプレートの製造および使用を排除しない。このようなあつらえのウェルプレートのウェルは、直線状またはその他のタイプのアレイを形成し得る。ウェルプレートは、一般的に使用される実験室品目になったので、Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ（Ｄａｎｂｕｒｙ、Ｃｏｎｎｅｔｉｃｕｔ）は、Ｍｉｃｒｏｐｌａｔｅ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅを形成し、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅに代わり、またはそれによる受容のために小容量ウェルプレートの自動化プロセッシングを容易にするための標準を推奨および維持している。
【００５１】
さらに、リザーバーの構築において用いられる材料は、その中に含まれる流体と適合しなければならない。従って、リザーバーまたはウェルがアセトニトリルのような有機溶媒を含むことが意図される場合、アセトニトリル中に溶解または膨潤するポリマーは、リザーバーまたはウェルプレートを形成することにおける使用のために不適切であり得る。同様に、ＤＭＳＯを含むことが意図されるリザーバーまたはウェルは、ＤＭＳＯと適合されなければならない。水ベースの流体には、多くの材料が、リザーバーの構築のために適切であり、そして、制限されないで、酸化ケイ素および酸化アルミニウムのようなセラミックス、ステンレス鋼および白金のような金属、ならびにポリエステルおよびポリテトラフルオロエチレンのようなポリマーを含む。感光性である流体には、リザーバーは、デバイスの実質的に損傷されない機能のために十分な音響透明性を有する光学的に不透過性な材料から構築され得る。
【００５２】
さらに、操作の間に各リザーバーまたはリザーバーウェルと音響放射発生器とを整列するために必要な移動および時間の量を減少するためには、以下に論議され、各リザーバーの中心が、隣接するリザーバーの中心から約１センチメートルより多くなく、より好ましくは約１．５ミリメートルより多くなく、なおより好ましくは約１ミリメートルよりは多くなく、そして最適には約０．５ミリメートルよりは多くなく位置決めされることが好適である。これらの寸法は、リザーバーのサイズを最大容量に対して制限する傾向にある。これらリザーバーは、代表的には約１ｍＬより多くはなく、好ましくは約１μＬよりは多くはなく、そして最適には約１ｎＬより多くはない流体を含むように構築される。複数のリザーバーの取り扱いを容易にするために、これらリザーバーは、音響によって実質的に区別不能であることもまた好ましい。
【００５３】
アレイが提供されるとき、各リザーバーは、個々に、効率的に、かつ系統的に取り扱われ得る。任意のタイプのアレイが採用され得るけれども、等しく間隔を置かれたリザーバーの平行な行から構成されるアレイが好適である。代表的には、必ずしも必要ではないが、各行は、同じ数のリザーバーを含む。最適には、リザーバーのＸ行およびＹ列を含む直線状アレイが本発明とともに採用され、ここで、ＸおよびＹは、各々少なくとも２である。いくつかの事例では、Ｘは、Ｙより大きくても、Ｙに等しくても、またはＹより小さくてもよい。さらに、非直線状アレイおよびその他の幾何学的形状が採用され得る。例えば、六角形、螺旋およびそのその他のタイプのアレイが用いられ得る。いくつかの事例では、本発明は、不規則なパターンのリザーバー、例えば、ＣＤ−ＲＯＭフォーマットと関連するような平坦な基板表面上にランダムに位置決めされた液滴を、音響によって評価するために採用され得る。さらに、本発明は、微小流体デバイスと関連するリザーバーの音響評価を実施するために用いられ得る。
【００５４】
最小限、単一の音響放射発生器が、リザーバーの内容物の音響評価および／またはモニタリングが実施されるとき採用される。しかし、複数の音響放射発生器が同様に採用され得る。すべての音響放射発生器は、音響放射を生成するために振動要素またはトランスデューサーを採用する。しばしば、圧電素子が、電気エネルギーを音響放射と関連する機械的エネルギーに変換するために採用される。単一の音響放射発生器が複数のリザーバーとともに採用されるとき、位置決め手段が、音響放射発生器を、１つのリザーバーからもう１つに迅速かつ制御された様式で移動することを可能にすべきであり、それによって、リザーバーの内容物の迅速かつ制御された走査を可能にする。最適性能を確実にするために、２つの基本的な種類の運動：パルスおよび連続があることを心に留めることが重要である。パルス運動は、音響放射発生器を位置に移動すること、それを、それが音響エネルギーを放出しながら静止して維持すること、およびこの発生器を次の位置に移動することの別個のステップを含み；ここで再び、高性能位置決め手段を用いることは、各リザーバーにおいて０．１秒より少ない反復可能でかつ制御された音響カップリングを可能にする。代表的には、このパルス幅は、非常に短く、そして１０Ｈｚを超えるリザーバー遷移、そして１０００Ｈｚさえ超えるリザーバー遷移を可能にし得る。連続運動設計は、その一方、音響放射発生器およびリザーバーを、必ずしもそうである必要はないが、連続的に移動する。
【００５５】
いくつかの事例では、分析器は、音響放射発生器に対して固定された配列で位置決めまたは位置される。さらに、リザーバーに対する分析器の相対位置を改変するための手段が提供され得る。この分析器および音響放射発生器の相対的位置は、デバイスの特定の形態に依存する。いくつかの事例では、このデバイスは、生成された放射がその内容物が評価されるリザーバーの全体を通じて伝達されるような、伝達可能なモードで作動するように構成され得る。このような場合には、リザーバーは、音響放射発生器と音響分析器との間に配置され得る。
【００５６】
しかし、より代表的には、デバイスは、音響放射が、その内容物が評価されているリザーバーの一部分を通じてのみ伝達されるように、反射モードで作動するように構成され得る。１つより多くのリザーバーが反射モードで同時に尋問されるとき、音響放射は、尋問下のリザーバーを通じて伝達され、そして分析器に向かって反射して戻り得る。従って、分析器は、例えば、反射された音響放射を受けるために、この形態に適切な様式で位置決めされ得る。いずれの場合においても、最適性能のために、音響放射発生器は、生成された音響放射が、流体を含む可能性が最も高い各リザーバーの部分を通じて伝達されるように位置決めされるべきである。これは、分析器が、リザーバーか空であることを誤って決定するという機会を減少する。例えば、流体がコンテナの底に普通に流れるか、または遠心分離によりそこに駆動されるとき、音響放射発生器は、生成された音響放射がリザーバーの底を通って伝達されるように位置決めされるべきである。
【００５７】
好適な形態では、以下に詳細に論議されるように、分析器は、各リザーバー内に含まれる流体の自由表面から反射される音響放射を受けるように位置決めされる。反射の角度に依存して、音響放射発生器および分析器は、一体化されたユニットを形成し得る。このような形態では、音響放射発生器は、分析器と共通のコンポーネントを備え得る。音響放射発生器および分析器に共通のコンポーネントは、エネルギーの１つ形態をもう１つに変換する振動要素、例えば、音響／機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電素子であり得る。
【００５８】
分析器は、多くの機能を実施するように構成され得る。例えば、分析器は、各リザーバー中の流体の容量を決定するために音響放射を分析するよう適合され得る。さらに、またはそれに代わり、分析器は、各リザーバー中の流体の性質を決定するために音響放射を分析するよう適合され得る。音響分析のその他の局面は以下で論議される。
【００５９】
上記で論議されたように、リザーバーは、操作間に、各リザーバーまたはリザーバーウェルと音響放射発生器とを整列するために必要な移動および時間の量を減少するように構成され得る。利便性および効率の一般的事項として、相対的に短い量の時間内、例えば、約１分、またはより好ましくは約１０秒で異なる成分の全ライブラリーを分析することが所望される。従って、本発明の方法は、代表的には、１分あたり少なくとも約９６のリザーバーの速度でリザーバーの内容物の分析を可能にする。１分あたり少なくとも約３８４、１５３６、および３４５６のリザーバーのより速い分析速度は、同様に現在の技術を用いて達成可能である。従って、本発明は、現在市販され入手可能である（すべてではないにしても）大部分のウェルプレートの各ウェルの内容物を分析するために作動可能であり得る。本発明の方法の適正な履行は、１分あたり少なくとも約１０，０００のリザーバーのリザーバー分析速度を生じるべきである。現在市販され利用可能な位置決め技術は、音響放射発生器を、高性能位置決め手段で約０．１秒未満、普通の位置決め手段で約１秒未満に、各リザーバーにおける反復可能でかつ制御された音響カップリングで、１つのリザーバーからもう１つに移動することを可能にする。注文設計されたシステムは、音響放射発生器を約０．００１秒未満で、反復可能かつ制御された音響カップリングで、１つのリザーバーからもう１つに移動することを可能にする。
【００６０】
選択されたリザーバーの少なくとも一部分を通じて伝達された音響放射を分析することにより、選択されたリザーバーの内容物を正確に決定し得る。例えば、この評価は、リザーバー中の流体の容量を決定すること、またはリザーバー中の流体の性質を決定することを含み得る。決定され得る流体性質は、制限されないで、粘度、表面張力、音響インピーダンス、固形分含量、および不純物含量を含む。いくつかの事例では、この評価は、リザーバーを通る音響放射の移動時間を測定することを含み得る。さらに、またはそれに代わり、この評価は、リザーバーを通る伝達前後の音響放射の差異を決定することを含み得る。温度依存性性質には、熱電対のような当該分野で公知の温度測定手段が、このような分析と組み合わせて用いられ得る。必要に応じて、音響分析器によって実施される音響分析の結果は記憶され得る。従って、本発明のデバイスは、例えば、分析器によって実施された音響分析の結果を記憶するための、再書き込み可能および／または永久的記憶媒体を備える記憶手段を含み得る。
【００６１】
上記のような音響評価は、流体を含むように適合された複数のリザーバーの各々からの流体を分配することを改善するために採用され得る。従って、本発明の別の実施形態は、流体を含むように適合された複数のリザーバーの各々から流体を分配するためのデバイスに関する。このデバイスは、接触を基礎にする流体分配、例えば、ピンスポッティング、ピペッティング、およびインクジェットプリンティング、または非接触を基礎にする流体分配、例えば、音響射出を含む、流体を分配するための多数の公知の技法のいずれかを含み得る。しかし、本発明のデバイスは、当該分野で公知の流体分配デバイスを超える新規かつ自明でない改善を提示する。なぜなら、それは、リザーバーの内容物を音響により評価するための手段の使用を通じて流体を分配する際の増加した正確さおよび精密さを提供するからである。リザーバーの内容物を音響により評価するための手段は、複数の流体リザーバーの内容物を評価するために先に記載されたデバイスと、それはまた音響放射を生成するための音響放射発生器、および音響放射の特徴を分析するための分析器を備えるという点で類似している。各リザーバーに対し、音響カップリングで音響放射発生器を位置決めするための手段を用いて、音響放射発生器により生成された音響放射が、各リザーバーの少なくとも一部分を通って伝達されることを確実にする。さらに、分析器が、この伝達された音響放射を受けるために位置決めされる。
【００６２】
従って、好ましい実施形態では、本発明は、１つ以上の選択されたリザーバーを複数から一度に尋問するに十分なサイズのイメージ場を有する音響放射を生成するための音響放射発生器を採用するデバイスを提供する。音響放射発生器を位置決めするための手段は、音響放射発生器が選択されたリザーバーに対して音響カップリング関係に配置されるように提供される。結果として、音響放射発生器により生成された音響放射は、複数のかつ選択されたリザーバーの外表面を通じて伝達される。このデバイスはまた分析器を含み、これは、音響放射発生器に対して放射を受容する関係に位置される。この分析器は、伝達された音響放射の特徴を、選択されたリザーバーの各々の内容物を評価するように適合される。
【００６３】
音響発生器および分析器は、選択されたリザーバーの各々の内容物を評価するために組み合わせて用いられる。一般に、生成される音響放射の有効なビームサイズが複数の選択されたリザーバーを一度に尋問するために十分である限り、任意の音響放射発生器が採用され得る。すべての音響放射発生器は、音響放射を生成するために、１つ以上の振動要素またはトランスデューサーを採用する。代表的には、圧電技術が採用されて電気エネルギーを音響放射と関連する機械的エネルギーに変換する。単一要素のトランスデューサーによって生成された音響放射は、分岐するビームの形成を生じる傾向にある。従って、単一要素の音響発生器は、以下に説明されるように、焦点合わせ手段と組み合わせて採用され得、適切なサイズおよび焦点のイメージ場を有する音響放射を生成する。
【００６４】
トランスデューサーアセンブリのような複数要素の音響放射発生器は、増加した解像度および分析性能のために好適である。一般に、トランスデューサーアセンブリは、超音波ビームを生成するために個々またはグループで励起され得る複数の要素から構成される。個々の要素からの音波は、所望の方向に互いに増強され得るか、または所望されない方向に互いにキャンセルされ得る。さらに、トランスデューサーアセンブリは、分析のために反響信号を検出するために用いられ得る。このような場合には、個々の要素により検出される反響信号は、反響が生じる各反射器について、１つの信号に合わせられる前に個々に増幅され得る。トランスデューサーアセンブリは、それらが電子ビーム操縦、電子的焦点合わせ、およびビーム形成を可能にし得るという点で有利である。
【００６５】
４つの一般的なタイプのトランスデューサーアセンブリがある。線形音響アレイは、代表的には形状が矩形であり、そして約１２０〜２５０の数の圧電素子の横に並んだ配列から形成される。これら要素のグループを活性化することにより個々の音響放射ビームを生成し得、トランスデューサーアセンブリの面に垂直であるビームラインに沿って進行するパルスを生成する。線形音響アレイの面はほぼ平坦であるので、矩形イメージ場が生成され得る。曲線状音響アレイは、それらの面が曲がっていることを除きほぼ同じ構成である。結果として、曲線状アレイは、台形のイメージ場を生成する傾向にある。環状の音響アレイは、線形および曲線状音響アレイと類似の様式で作動する同心配列の要素から形成される。位相音響アレイは、直線状音響アレイと同様に、圧電素子の横に並んだ配列から形成され、そして代表的には約１２８の別個の要素を有する。位相音響アレイの要素は、しかし、代表的には、線形音響アレイの要素よりは狭い。位相音響アレイ中のすべての要素が活性化されるとき、異なる方向に電子的に操縦され得るビームラインに沿って進む個々の音響パルスが生成され得る。電子的操縦は、代表的には、当該分野で公知の時間遅延法を用いて達成される。
【００６６】
上記のトランスデューサーアセンブリのうち、位相トランスデューサーアセンブリが最も好適である。直線状アレイのリザーバーと組み合わせて用いられるとき、位相トランスデューサーアセンブリは、好ましくは、少なくともリザーバーの行を一度に尋問するために十分なサイズのイメージ場を生成する。いくつかの事例では、位相トランスデューサーアセンブリは、行のすべてのリザーバーを同時に尋問し得る。その他の事例では、トランスデューサーアセンブリによって生成された音響放射の電子的操縦がイメージ場中のリザーバーを連続的に走査するために供される。イメージ場が、全リザーバーアレイを一度に尋問するために十分大きくないとき、音響放射発生器を位置決めするための手段が、音響放射がリザーバーアレイの各リザーバーを通って伝達されるように、音響放射発生器とリザーバーアレイとの間の相対的移動を提供するために供される。このような相対的移動は、好ましくは、音響放射発生器の列に沿う方向への転置を生じ、そして列に沿う以外の方向への転置は生じない。従って、例えば、複数のリザーバーがリザーバーのＸ行およびＹ列（ここで、ＸおよびＹは各々少なくとも２である）を有する直線状アレイ中で提供されるとき、音響放射発生器は、Ｙ列に沿った方向でリザーバーの各列を尋問するために用いられ得る。
【００６７】
複数要素の音響放射発生器が、リザーバーのアレイと組み合わせて用いられるとき、これら要素はアレイに対し幾何学的対応性を示すことが好ましい。例えば、ウェルプレートが用いられるとき、ウェルの間の間隔が振動要素の間隔と対応していることが好ましい。このような事例では、音響放射発生器の要素は、ウェルと同じ間隔を有し得る。撮像解像度を増加するために、要素の直線密度は、リザーバーの直線密度の倍数、好ましくは正の整数倍であり得る。同様に、これら要素は、リザーバーに従ったサイズであり得る。いくつかの事例では、振動要素は、リザーバーとほぼ同じサイズである。
【００６８】
同様に、全体の音響放射発生器は、リザーバーアレイに従ったサイズであることが好ましい。約７２ｍｍの行長さを有する代表的なウェルプレートには、すくなくとも７２ｍｍのイメージ場長さを生成し得る位相音響アレイが用いられ得る。位相音響アレイがウェルプレートのエッジを超えて延びないことを確実にするために、位相音響アレイは、好ましくは、約８５ｍｍ未満の長さを有している。０．９ｍｍピッチ上の８４要素、および７．５ＭＨｚの標準作動周波数を有する１つのこのような位相音響アレイは、Ｔｏｒａｙ  Ｔｅｃｈｎｏ（日本国、滋賀県）から得られ得る。本発明との使用のために適切なその他の音響放射発生器は、同様に市販され利用可能である。
【００６９】
従って、本発明はまた、１つ以上のリザーバーの内容物を音響によって評価するための方法を提供する。この方法は、各リザーバーが流体を含むように適合された複数のリザーバーを提供する工程、および選択されたリザーバーに対して音響カップリング関係で音響放射発生器を位置決めする工程を包含する。一旦配置されると、音響放射発生器は活性化されて、選択されたリザーバーのすくなくとも一部分を通って分析器まで伝達される音響放射を生成する。次いで、この分析器を用いて、選択されたリザーバーのすくなくとも一部分を通って伝達された音響放射を分析し、それによって、選択されたリザーバーの内容物を評価する。必要に応じて、音響放射発生器が、残りのリザーバーの内容物の同様の評価を可能にするために再位置決めされ得る。生成された音響放射が、複数の選択されたリザーバーを一度に尋問するために十分なサイズのイメージ場を有するとき、この放射は、選択されたリザーバーの外表面を通り、そして選択されたリザーバーを通じて伝達される。
【００７０】
本発明の方法は、上記に記載のデバイスの特定のコンポーネントのみを用いることによるか、または全デバイスを採用することにより実施され得る。例えば、トランスデューサーアセンブリが音響放射発生器として用いられるとき、音響放射は、電子ビームの操縦および／または電子焦点合わせを用いて生成され得る。さらに、伝達および反射音響技法を用いてリザーバーの内容物を評価し得る。さらに、リザーバーの行および列を備える直線状アレイが採用されるとき、生成された音響放射のイメージ場は、代表的には、リザーバーの少なくとも行を尋問するために十分なサイズである。従って、本発明の方法は、各リザーバーまたはリザーバーの列の内容物を評価するために用いられ得る。必要に応じて、このような評価は、リザーバーの異なる行について繰り返され得る。リザーバーの隣接する行についてこのような評価を連続的に繰り返すことにより、リザーバーアレイのすべてのリザーバーの内容物が評価され得る。
【００７１】
伝達された音響放射を分析することにより、選択されたリザーバーの内容物を正確に決定し得る。上記で論議されるように、この評価は、リザーバー中の流体の容量を決定すること、またはリザーバー中の流体の性質を決定することを含み得る。決定され得る流体性質は、制限されないで、粘度、表面張力、音響インピーダンス、密度、固形分含量、不純物含量、音響減衰、および病原体内容物を含む。いくつかの事例では、この評価は、リザーバーを通る音響放射の進行時間を測定することを含み得る。さらに、またはその代わりに、この評価は、リザーバーを通る伝達の前後の音響放射の特徴における差異を決定することを含み得る。
【００７２】
当業者は、従来または改変されたソナー技法が本発明で採用され得ることを認識する。例えば、反射された音響放射は、分析のために電気エネルギーに変換され得る。この分析は、例えば、リザーバーが全く任意の流体を含まないか否かを示すために用いられ得る。流体がリザーバー中に存在する場合、リザーバー内の自由流体表面の位置および配向、流体の全体容量と同様に決定され得る。反射された音響放射の特徴は、例えば、音響放射発生器と流体表面との間の空間的関係、またはリザーバーの固体表面と流体表面との間の空間的関係を評価するために分析され得る。
【００７３】
反射された音響放射の特徴はまた、容量、粘度、表面張力、音響インピーダンス、音響減衰、固形分含量、または不純物含量のような、各リザーバー中の流体の特徴を決定するために分析され得る。リザーバー中の流体は、不均質であるか、および／または物質の複数の相を含み得ることが注記される。例えば、流体はガスの泡、不混和性液体のエマルジョン、または懸濁粒子物質を含み得る。このような事例では、音響放射は、このような不均質性を検出するために用いられ得る。従って、本発明により決定され得る流体特徴は、いくつかの場合には、流体性質であることは明瞭である。一旦分析が実施されると、リザーバーから流体を分配するか否か、および／またはその方法に関する決定がなされ得る。
【００７４】
実施され得る評価のタイプに依存して、当該分野で公知の種々の技法が本発明における使用のために適合され得る。一般に、界面エネルギー測定は、接触角測定を用いて慣用的に実施される。本発明は、このような接触角測定を実施するように適合され得る。さらに、多くのその他の音響評価技法が当該分野で公知である。例えば、Ｔｒｉｎｈによる米国特許第４，３９１，１２９号は、流体の物理的特徴をモニタリングするためのシステムを記載している。物理的特徴は、流体の界面張力の音響評価から高程度の正確さまで決定され得る。Ｈｅｍｍｅｓによる米国特許第４，５５８，５８９号は、超音波血液凝固モニターを記載している。Ｄｙｍｌｉｎｇらによる米国特許第５，０５６，３５７号は、ドップラーシフトによる流体における性質を測定するための音響方法を記載している。本発明における使用に適合され得るその他の音響評価技法は、例えば、米国特許第４，９０１，２４５号；米国特許第５，２５５，５６４号；米国特許第５，４１０，５１８号；米国特許第５，４７１，８７２号；米国特許第５，５３３，４０２号；米国特許第５，５９４，１６５号；米国特許第５，６２３，０９５号；米国特許第５，７３９，４３２号；米国特許第５，７６７，４０７号；米国特許第５，７９３，７０５号；米国特許第５，８０４，６９８号；米国特許第６，１１９，５１０号；米国特許第６，２２７，０４０号；および米国特許第６，２９８，７２６号に記載されている。
【００７５】
さらに、またはあるいは、本発明は、リザーバー内容物評価を促進するために方向付けおよび／または焦点合わせされた音響放射を採用し得る。例えば、音響放射は、流体の表面を摂動するため、およびこの摂動をモニターするために用いられ得る。このような摂動技法は、流体の表面張力および粘度を決定する際の使用に良好に適合される。このような技法は、一般に、小量の添加物（例えば、薬学的組成物、生体分子サンプルなど）が流体の表面張力または粘度に対して有する影響を測定するために十分な正確であり、かつ精密である。注目すべきことに、このような摂動技法は、通常の音響インピーダンス測定を相補する。音響評価に関するさらなる情報は、Ｍｕｔｚらによる米国特許出願公開第２００３０１０１８１９号中に見出され得る。
【００７６】
いくつかの実施形態では、本発明は、培養流体中の生物の量および／または濃度における変化をモニターするための方法を提供する。すなわち、音響放射は、リザーバー中の生物の量および／または濃度における変化をモニターするために用いられる。例えば、細菌培養が、リザーバー中に配置され得、そしてリザーバー中の細菌の量および／または濃度における増加または減少を促進するために選択された温度変化を受ける。音響放射は、リザーバー中の細菌増殖をモニターするために用いられ得る。このようなモニタリング技法はまた、任意の成分、例えば、ヌクレオチドの生体分子が複製されるＰＣＲのために構築されたような、その他の生物学的または化学的システムに適用され得る。しかし、本発明は、この生物が病原体であるか否かにかかわらず、任意の生物または成分の量および／または濃度をモニターするために用いられ得ることが注記される。
【００７７】
上記で論議されたように、リザーバーは、操作の間に各リザーバーまたはリザーバーウェルと音響放射発生器とを整列するために必要な移動および時間の量を減少するように構築され得る。利便性および効率の一般的事項として、例えば、約１分の相対的に短い時間で異なる成分の全ライブラリーを分析することが所望される。従って、標準化されたウェルプレートが採用されるとき、本発明の方法は、代表的には、１分あたり少なくとも約９６のリザーバーの速度でリザーバーの内容物の分析を可能にする。１分あたり少なくとも約３８４、１５３６、および３４５６のリザーバーのより速い分析速度は、同様に現在の技術を用いて達成可能である。従って、本発明は、現在市販され入手可能である（すべてではないにしても）大部分のウェルの各ウェルの内容物を分析するために作動可能であり得る。一般に、１秒あたり少なくとも約５のリザーバーの速度でリザーバーの音響評価を実施することが所望される。好ましくは、この評価は、１秒あたり少なくとも約１０のリザーバー速度で実施される。より好ましくは、この評価は、１秒あたり少なくとも約２５のリザーバー速度で実施される。本発明の方法の最適履行は、１分あたり少なくとも約１０，０００のリザーバー評価速度を生じるべきであることが想定される。従って、リザーバーの評価速度および数に依存して、すべてのリザーバーの内容物は、５分を超えず、好ましくは１分未満で評価され得る。
【００７８】
上記に記載のような音響評価は、流体を含むように適合された複数のリザーバーの各々からの流体分配を改善するために採用され得る。従って、本発明は、接触ベースの流体分配、例えば、ピンスポッティング、ピペッティング、およびインクジェットプリンティング、または非接触ベースの流体分配、例えば、音響排出を含む流体を分配するための多くの公知の技法と組み合わせて用いられ得る。音響排出は、その他の流体分配技法に対して多くの利点を提供するので、このデバイスはまた、エジェクター、および任意のリザーバーから流体を排出するためにこのエジェクターを位置決めする手段を含み得る。代表的には、音響エジェクターは、流体排出を行うために焦点合わせされた音響放射を採用し、そしてエジェクターを位置決めするための手段は、エジェクターを、リザーバーの各々に対し音響カップリング関係に位置決めするように適合される。Ｅｌｌｓｏｎらによる米国特許出願公開第２００２００３７５７９号に記載されるように、音響エジェクターは、音響放射のための音響放射発生器、および生成された音響放射を複数のリザーバーの各々中の流体表面内およびその十分近傍の焦点に焦点合わせし、それからの液滴の排出を生じるための焦点合わせ手段を備え得る。従って、本発明はまた、音響排出および評価の両方を実施し得るデバイスを提供する。
【００７９】
本発明では、種々の焦点合わせ手段のいずれかを採用し得、リザーバーから液滴を排出するように音響放射を焦点合わせする。例えば、１つ以上の湾曲した表面を用いて、流体表面近傍の焦点に音響放射を向け得る。湾曲した表面をもつ焦点合わせ手段は、Ｐａｎａｍｅｔｒｉｃｓ  Ｉｎｃ．（Ｗａｌｔｈａｍ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）によって製造されるような、市販され利用可能な音響トランスデューサーの構成中に取り込まれている。さらに、フレネルレンズは、目的平面から所定の焦点距離に、音響エネルギーを向けるために当該分野で公知である。例えば、Ｑｕａｔｅらによる米国特許第５，０４１，８４９号を参照のこと。フレネルレンズは、レンズに対して半径方向に変化する回折角度で、所定の回折オーダーに音響エネルギーの実質的な部分を回折する半径方向位相プロフィールを有し得る。好ましくは、この回折角度は、所望の目的物平面上の回折オーダー内に音響エネルギーを焦点合わせするように選択される。
【００８０】
本発明のデバイスは、複数のエジェクターを含み得るが、単一のエジェクターが好ましい。単一のエジェクターが採用されるとき、位置決め手段は、エジェクターが１つのリザーバーからもう１つに迅速かつ制御された様式で移動することを可能にすべきであり、それによってリザーバーの迅速かつ制御された走査がそれからの液滴排出を行うことを可能にする。いくつかの事例では、同じ音響放射発生器を用いて音響評価および排出の両方を行い得る。音響評価および排出はまた、別個の音響発生器を用いて実施され得る。
【００８１】
最適には、デバイスは、分析器によって実施された音響分析の結果に従って、リザーバーから流体を排出するように適合される。エジェクターを位置決めするための手段は、分析器によりなされるリザーバー内容物評価に基づき、エジェクターとリザーバーとの間の相対的移動を提供するように適合され得る。このような場合には、エジェクターは、音響放射発生器から一定の距離で維持され得る。従って、リザーバーの行が提供されるとき、音響放射発生器とリザーバーとの間の相対移動は、行に沿った方向に音響放射発生器の転置を生じ得る。あるいは、エジェクターを位置決めするための手段は、分析器によりなされるリザーバー内容物評価とは独立に、エジェクターとリザーバーアレイとの間との間の相対的移動を提供するように適合されている。いずれの場合においても、リザーバーの直線状アレイが提供されるとき、エジェクターは、行を追う方向に、および／または行および列の両方に垂直な方向に移動可能であり得る。
【００８２】
エジェクターが採用されるとき、本発明は、リザーバーから基板上に流体を排出するために用いられ得る。例えば、Ｅｌｌｓｏｎらによる米国特許出願公開第２００２００３７５７９号には、このような音響排出技術が生体分子アレイを形成するために用いられ得ることを記載されている。同様に、音響排出技術は、複数の流体をフォーマットするため、例えば、半端な数サイズのバルクコンテナから標準化されたウェルプレートのウェルに流体を移動するため、または１つのウェルプレートからもう１つに流体を移動するために採用され得る。当業者は、このような音響排出技術が、種々の適用に適合され得ることを認識する。このような適用では、基板を位置決めするための手段は、基板とリザーバーとの間の相対的移動を提供するために採用され得る。
【００８３】
上記で論議されたように、相対運動は、パルスまたは連続的として分類され得る。いずれかのタイプの設計が、流体排出のために、エジェクターとリザーバーとの間の相対的運動を提供するために採用され得る。同様に、いずれかのタイプの運動が、音響発生器とリザーバーとの間の相対的転置、および基板とリザーバーとの間の相対的転置を生じ得る。従って、音響発生器のための上記に記載の位置決め技術は、分離した音響分析器および／または音響エジェクターを移動するために用いられ得る。
【００８４】
いくつかの事例では、高速ロボットシステムを採用して、リザーバー、音響発生器、および／またはエジェクターを取り扱い得る。いくつかの事例では、音響分析の結果に依存してリザーバーから流体を分配するか否か、および／またはその方法に関する決定がなされ得る。例えば、音響エジェクターが採用されるとき、エジェクターに関係する操作パラメーターは、リザーバー容量または流体性質データに関係する上記に記載の評価からのデータ、およびリザーバーに関する幾何学的データを用いることにより決定され得る。さらに、このデータは、所望される場合、排出音波の焦点が流体表面近傍にあることを確実にするために、音響放射発生器を流体表面に対して再位置決めする必要性を示し得る。例えば、分析は、排出音波が流体表面近傍に焦点合わせすることができないように音響放射発生器が位置決めされていることを示す場合、音響放射発生器は、垂直、水平、および／または回転運動を用いて再配置され、排出音波の適切な焦点合わせを可能にする。
【００８５】
いくつかの実施形態では、本発明のデバイスはまた、音響放射発生器が音響によりカップルしていない１つ以上のリザーバーの外表面から、流体音響カップリング媒体を除去するための手段を含む。代表的には、このような手段は、減圧技術を採用する。例えば、吸引が適用されて、このカップリング媒体を収集容器中にこのカップリング媒体を引っ張るか、またはこのカップリング媒体の蒸発を加速するかのいずれかを行い得る。さらに、またはその代わりに、流体音響カップリング媒体を除去するための手段は、１つ以上のリザーバーの外表面に一致するブレードを採用する。このようなブレードは、エラストマー材料から構成され得、そして一般に、ウインドシールドワイパーまたはスクイージーが表面を横切ってスライドするときそれから水を除去するとき採用されるのと同じ原理に基づいて作動する。さらに、このカップリング媒体は、ワイピングまたはブロッティング作用による吸着性物質の使用を通じて除去され得る。当業者は、その他の流体除去技術が本発明と組み合わせて同様に用いられ得ることを認識する。必要に応じて、複数のリザーバーが採用されるとき、流体カップリング媒体除去は、音響カップリングの除去が音響評価を妨害しない限り、音響評価と同時に実施され得る。すなわち、十分な音響カップリング媒体が評価のために存在する限り、表面上に存在する任意の過剰の音響カップリング流体は、どこかで起こる音響評価と同時に除去され得る。
【００８６】
音響カップリング媒体除去は、音響カップリング媒体が汚染の供給源を意味し得るために、本発明の重要な局面を意味することに注目すべきである。例えば、上記で論議されように、ＤＭＳＯは、高度に吸湿性であり、そしてそれが接触する任意の周囲の水を吸収し、そして希釈されるようになる傾向がある。１つ以上のリザーバーがＤＭＳＯを含むときに、音響カップリング媒体として水または水性流体が用いられる場合、リザーバーの音響カップリング媒体への曝露を制限することが所望される。従って、大部分の事例では、音響カップリング媒体は、それが必要とされる後、すぐに除去されるべきである。特に、高速取り扱いシステムが採用されるとき、リザーバーの外表面上に残存する任意の流体カップリング媒体は、大きな加速および減速をともなう力を経験し得る。結果として、このような残存する流体カップリング媒体は、表面から制御不能に投げ飛ばされ得る。流体カップリング媒体がリザーバー中に着地するとき、リザーバーの内容物は変化する。
【００８７】
本発明は、特定のさらなる性能増強機能性を採用または提供し得る。従って、本発明は、分析器によって実施された音響分析の結果を記憶するために、再書き込み可能および／または永久的データ記憶媒体を含む記憶手段を採用し得る。このようなデータは、例えば、流体排出を促進するために直ちに用いられ得るか、および／または将来の使用のために記憶され得る。いくつかの事例では、本発明は、リザーバーユニット内の１つ以上のリザーバーに関連する位置および／または幾何学的構造を決定するために用いられ得る。
【００８８】
さらに、温度依存性性質を示す流体には、熱電対のような当該分野で公知の温度測定手段が、このような分析と組み合わせて用いられ得る。温度制御手段がまた、測定の正確さを改良するために採用され得、そしてデバイスが流体分配機能性を含むか否かにかかわらず採用され得る。水性流体の場合には、この温度制御手段は、リザーバーを、約０℃を超える温度に維持するための能力を有するべきである。さらに、この温度制御手段は、リザーバー中の温度を低下するように適合され得る。このような温度低下は、流体のリザーバーへの音響エネルギーの繰り返し付与が流体の加熱を生じ得るために必要であり得る。このような加熱は、粘度、表面張力、および密度のような流体性質における所望されない変化を生じ得る。このような温度制御手段の設計および構築は、当業者に公知であり、そして例えば、加熱要素、冷却要素、またはそれらの組み合わせのようなコンポーネントを含み得る。
【００８９】
多くの生体分子適用には、流体のリザーバーは、凍結して貯蔵され、そして使用のために解凍される。使用の間、生体分子を含む流体は、一般に、一定温度に、それから約１℃または２℃を超えない偏差で維持されることが所望される。さらに、特に熱感受性である生体分子については、流体は、流体の融点を超えて約１０℃を超えない温度、好ましくは流体の融点を超えて約５℃を超えない温度で維持されることが好ましい。従って、例えば、生体分子を含む流体が水性であるとき、排出の間に約４℃で流体を維持することが最適であり得る。
【００９０】
さらに、本発明は、実質的に任意のタイプおよび所望される量の流体を評価および／または分配するために適合され得る。流体は、水性および／または非水性であり得る。流体の例は、制限されないで、水自身を含む水性流体および水で溶媒和されたイオン性および非イオン性溶液、有機溶媒、脂質液体、不混和性流体の懸濁物液、および液体中の固形分の懸濁物またはスラリーを含む。本発明は、高温での使用に容易に適合されるので、液体金属、セラミック材料、およびガラスのような流体が用いられ得る；例えば、Ｅｌｌｓｏｎらによる米国特許出願公開第２００２００７３７５号および同第２００２１５５２３１号を参照のこと。さらに、本発明の技術を用いて可能である正確さのため、本発明は、約１００ｎＬを超えない流体、好ましくは１０ｎＬを超えない流体を含むように適合されたリザーバーから液滴を排出するために用いられ得る。特定の事例では、エジェクターは、約１ｎＬの流体を含むように適合されたリザーバーから液滴を排出するように適合され得る。これは、排出されるべき流体が、稀または高価な生体分子を含むときに特に有用であり、ここで、約１ピコリットルまたはそれより少ない、例えば、約０．０２５ｐＬ〜約１ｐＬの範囲の容量を有する液滴を排出することが所望され得る。
【００９１】
音響評価を流体分配と組み合わせるために、組み合わせの意図される目的に依存して多数の異なる方法が存在することを注記すべきである。上記で論議されたように、流体は、リザーバーの内容物が音響により評価された後、リザーバーから分配され得る。これは、オペレーターが、リザーバーの内容物の状態に従って分配することを微細に調整することを可能にする。あるいは、流体は、リザーバーの内容物が音響により評価される前にリザーバーから分配され得る。このような場合には、音響評価は、流体分配の質を確認するため、およびこの分配プロセスがリザーバーの内容物を予期せぬように改変しないことを確実にするために供され得る。例えば、流体がリザーバーから分配された後にリザーバー中に残存する流体の容量を評価することにより、オペレーターは、リザーバーから実際に除去される流体の量を決定し得る。いくつの事例では、音響評価および流体分配は、同時に生じ得る。
【００９２】
従って、本発明の別の実施形態は、１つ以上のリザーバーから流体を分配するための方法に関する。一旦、音響放射発生器が、複数のリザーバーから選択されたリザーバーに対して音響カップリング関係に位置決めされると、音響放射発生器により生成される音響放射は、選択されたリザーバーの少なくとも一部分を通って伝達され得る。この音響放射は、次いで、リザーバーの内容物を評価するために分析され、そして流体は、この評価に従って選択されたリザーバーから分配される。代表的には、流体は、音響排出により分配されるが、本発明の方法は、非接触ベースの流体分配に対する、代替としてか、または補助としてのいずれかで、接触ベースの流体分配を採用し得る。必要に応じて、上記のプロセスは、さらなるリザーバーについて繰り返され得る。
【００９３】
図１は、複数のリザーバーの内容物を音響により評価し、そしてこれらリザーバーから流体液滴を音響により排出するための本発明のデバイスの実施形態を単純化した断面図で
示す。この本発明のデバイスは、基板に結合された生体分子アレイを形成するために作動して示される。本明細書で参照されるすべての図について、同様のパーツは同様の番号によって参照され、図１はスケール通りではなく、そして特定の寸法は、提示の明瞭さのため誇張され得る。デバイス１１は、複数のリザーバー、すなわち、１３で示される第１のリザーバーおよび１５で示される第２のリザーバー複数のリザーバーで、少なくとも２つのリザーバーを含む。各々は、流体表面を有する流体を含むように適合されている。示されるように、第１のリザーバー１３は第１の流体１４を、そして第２のリザーバー１５は第２の流体１６を含む。流体１４および１６の各々は、１４Ｓおよび１６Ｓでそれぞれ示される流体表面を有する。流体１４および１６は、同じであるか、または異なり得る。示されるように、これらリザーバーは、音響により実質的に区別不能であるように、実質的に同じ構成であるが、同一の構成は必要ではない。これらリザーバーは、別個の除去可能なコンポーネントとして示されているが、上記で論議されたように、プレートまたはその他の基板内に固定され得る。例えば、複数のリザーバーは、ウェルプレート中の、必ずしもそうである必要はないが最適にはアレイ中の、個々のウェルを含み得る。リザーバー１３および１５の各々は、示されるように好ましくは軸方向に対称であり、円形のリザーバーベース１３Ｂおよび１５Ｂから上方に延び、そして開口１３Ｏおよび１５Ｏで終了する垂直壁１３Ｗおよび１５Ｗをそれぞれ有するが、その他のリザーバー形状もまた用いられ得る。各リザーバーベースの材料および厚みは、音響放射がそれを通り、そしてリザーバー内に含まれる流体中に伝達され得るようであるべきである。
【００９４】
このデバイスはまた、音響放射を生成するための音響放射発生器３５、およびそこから液滴が排出されるべき流体表面近傍の流体内の焦点に音響放射を焦点合わせするための焦点合わせ手段３７から構成される音響エジェクター３３を含む。この音響放射発生器は、トランスデューサー３６、例えば、分析器によって共通に共有される圧電素子を含む。示されるように、分析器のコントローラーおよびコンポーネントの両方として働く組み合わせユニット３８が提供される。コントローラーとして作動して、この組み合わせユニット３８は、圧電素子３６に、機械的および音響エネルギーに変換される電気エネルギーを提供する。分析器のコンポーネントとして作動して、この組み合わせユニットは、トランスデューサーからの電気信号を受容し、かつ分析する。電気信号は、トランスデューサーによる機械的および音響エネルギーの吸収および変換の結果として生成される。
【００９５】
図１に示されるように、焦点合わせ手段３７は、音響放射を焦点集めするための凹表面３９を有する単一の中実片を含み得るが、この焦点合わせ手段は、上記で論議されたようにその他の方法で構築され得る。音響エジェクター３３は、従って、リザーバー１３および１５、そしてそれ故流体１４および１６にそれぞれ音響によりカップルされるとき、流体表面１７および１９の各々から流体の液滴を排出するように、音響放射を生成および焦点合わせするように適合されている。音響放射発生器３５および焦点合わせ手段３７は、単一のコントローラーにより制御される単一のユニットとして機能し得るか、またはそれらは、デバイスの所望の性能に依存して独立に制御され得る。代表的には、単一のエジェクター設計は複数のエジェクター設計より好ましい。なぜなら、液滴配置の正確さ、ならびに液滴サイズおよび速度の一貫性は単一エジェクターでより容易に達成されるからである。
【００９６】
エジェクター３３を各個々のリザーバー、そしてそれ故その中の流体に音響によりカップルする多くの方法が存在する。１つのこのようなアプローチは、セグメント化された電極を有する半球形結晶から構築される焦点合わせ手段を、排出されるべき液体中に浸漬することによる、直接接触による。焦点合わせ手段を流体に音響によりカップルするこの方法は、しかし、エジェクターが複数のコンテナまたはリザーバー中に異なる流体を排出するために用いられるときは所望されない。なぜなら、交差汚染を避けるために、この焦点合わせ手段の繰り返し洗浄が必要であろうからである。この洗浄プロセスは、必然的に、各液滴排出事象の間の遷移時間を長くし得る。さらに、このような方法では、流体は、各コンテナから除去されるとき、エジェクターに接着し得、コスト高または稀であり得る材料を浪費する。
【００９７】
従って、好ましいアプローチは、エジェクターの任意の部分、例えば、焦点合わせ手段を、排出されるべきいずれの流体とも接触することなく、エジェクターをリザーバーおよびリザーバー流体と音響によりカップルすることであり得る。この目的のために、本発明は、エジェクターを、リザーバー中の流体の各々と、制御されかつ繰り返し可能な音響カップリングに位置決めし、その中にエジェクターを浸漬することなくそれから液滴を排出するためのエジェクター位置決め手段を提供する。これは、代表的には、エジェクターと各リザーバーの外表面との間の直接または間接接触を含む。エジェクターを各リザーバーに音響によりカップルするために直接接触が用いられるとき、この直接接触は、効率的な音響エネルギー移動を確実にするために全体が順応していることが好ましい。すなわち、エジェクターおよびリザーバーは、接合接触のために適合された対応する表面を有するべきである。従って、音響カップリングが、焦点合わせ手段によりエジェクターとリザーバーとの間で達成される場合、リザーバーが、焦点合わせ手段の表面プロフィールに対応する外側表面を有することが所望される。順応接触なくして、音響エネルギー移動の効率および正確さは損なわれ得る。さらに、多くの焦点合わせ手段は、湾曲した表面を有するので、この直接接触アプローチは、特別に形成された逆の表面を有するリザーバーの使用を必要とし得る。
【００９８】
図１Ａに図示されるように、音響カップリングは必要に応じて、エジェクターとリザーバーの各々との間で、間接接触を介して達成される。この図において、音響カップリング媒体２５は、エジェクター３３とリザーバー１３のベース１３Ｂとの間に配置され、エジェクターとリザーバーとは互いに所定の距離を置いて位置する。音響カップリング媒体は、音響カップリング流体であり得、好ましくは、音響焦点合わせ手段３７および各リザーバーの両方と順応接触する、音響的に均一な材質である。さらに、流体媒体が、流体媒体自体と異なった音響特性を有する材質を実質的に含まないことを確実にすることが、重要である。さらに、音響カップリング媒体は、音響圧および強度の有意な減衰なしに、音響放射の伝達を促進する音響特性を有する材質を含むことが、好ましい。また、カップリング媒体の音響インピーダンスは、カップリング媒体からコンテナへのエネルギー移動を促進するべきである。示されるように、第１のリザーバー１３は、音響焦点合わせ手段３７と音響的にカップルされ、その結果、音響放射発生器により音波が発生し、焦点合わせ手段３７によって音響カップリング媒体２５へと導かれ、これは次いで、音響放射をリザーバー１３内へ伝達する。
【００９９】
実施において、図１に示すように、リザーバー１３および１５は、第１の流体１４および第２の流体１６でそれぞれ満たされる。音響エジェクター３３は、リザーバー１３の下に示すエジェクター位置決め手段６１によって、位置決めが可能であり、これによって音響カップリング媒体２５を介したエジェクターとリザーバーとの間の音響カップリングを達成する。一旦、エジェクター、リザーバー、および基板が適切な配列になると、音響放射発生器３５は、賦活化されて音響放射を発生させ、この音響放射は、第１のリザーバーの自由流体表面１４Ｓに向かって導かれる。次いで、音響放射は、一般に上方向に自由流体表面１４Ｓに向かって移動する。音響放射は、異なった状況下で反射する。代表的に、音響放射が伝達する媒体の音響特性に変化がある場合、反射が生じる。上方に移動する音響放射の一部が、リザーバーベース１３Ｂおよび１５Ｂの近くから、ならびにリザーバー１３および１５に含まれる流体の自由表面１４Ｓおよび１６Ｓから、反射することが観察されている。
【０１００】
上で考察されたように、音響放射は、分析用ツールとしての使用、ならびにリザーバーから液滴を排出するための使用について、使用され得る。分析モードにおいて、音響放射発生器は、代表的に、賦活化されて低エネルギー音響放射を発生させ、この低エネルギー音響放射は、流体表面から液滴を排出するにはエネルギー的に不十分である。これは、代表的に、液滴排出に必要とされるパルス（数マイクロ秒の桁）と比較して、非常に短いパルス（数十ナノ秒の桁）を使用することによって行われる。音響放射が流体表面によって音響放射発生器まで反射して戻るためにかかる時間を決定し、次いで、この時間を流体中の音の速度と相関させることにより、距離（および、従って流体の高さ）が、計算され得る。無論、リザーバーベースと流体との間の境界によって反射する音響放射を考慮し、そして減算する（従って、音響評価は流体内の音響放射の移動速度にのみ基づく）ことを確実にするために、注意を払わなければならない。
【０１０１】
従って、本発明は、複数のリザーバーの内容物の音響評価に関連する公知の技術より優れた有意な改善を表す。上で考察されたように、リザーバーの液体内容物の音響評価は、代表的に、センサーの液体に直接接触する設置を含む。これは、リザーバーの内容物の交差汚染を避けるために、センサーが各使用の間に洗浄されなければならないことを意味する。対照的に、本発明は、コンテナの内容物と直接接触することなく、複数のコンテナの内容物の評価を可能にする。
【０１０２】
非接触音響システムは当該分野で公知であるが、このようなシステムは、リザーバーの内容物の間接かつおよその評価のみを提供する。例えば、Ｄａｍに対する米国特許第５，８８０，３６４号において記載される音響システムは、音響放射がセンサーからコンテナの空気含有部分を通って伝達され、次にコンテナの空気−液体境界から反射してセンサーへ戻る技術を記載する。往復走行時間を使用し、コンテナの空気含有部分の容量を決定する。コンテナ内の液体の容量は、コンテナ全体の容量から液体に占められていないコンテナの容量を減じることにより決定される。この技術の１つの欠点は、コンテナの容量が正確にわからない場合、コンテナ内の液体容量の正確な評価を提供できないことである。これは、小さいリザーバー（例えば、コンビナトリアル技術において代表的に使用されるリザーバー）が使用される場合、特に厄介である。このようなコンテナの寸法の変動は、リザーバーの小さな容量の観点で考えると、比較的大きい。その上、コンテナの容量が完全に未知であるか、または変更可能である場合、この技術が使用され得ない。最後に、音響放射は液体を突き抜けないため、反射した放射は、せいぜい、液体表面に関する情報を提供し得るであり、大部分の液体に関する情報を提供し得ない。
【０１０３】
対照的に、本発明は、流体を含むために適合した各リザーバーの部分を介した音響反射の伝達に関わるため、伝達された音響反射は、リザーバー内の流体の容量および特性に関する情報を提供し得る。例えば、本発明は、複数のリザーバーを提供し、ここで、各リザーバーの一部は、流体を含むように適合される。リザーバー内に含まれる流体は、通常はリザーバーの固体表面に必ず接触する。本発明が反射モードで使用される場合、発生した音響放射は、流体と固体表面との間の境界によって反射され得、一方、残りはリザーバー内に含まれる流体を通って伝達される。次いで、伝達された放射は、別の表面（例えば、リザーバー内に含まれる流体の自由表面）によって反射される。２つの部分の往復走行時間における相違の測定により、リザーバー内の流体の容量が正確に決定され得る。さらに、流体を通した音響放射の伝達は、音響放射の特徴が流体によって変えられることを可能にする。従って、流体の性質に関連する情報は、伝達される音響放射の特徴の分析によって推論され得る。
【０１０４】
さらに、空気（他の気体のような）は、低音響インピーダンスを示し、そして音響反射は、液体材質または固体材質におけるよりも、気体材質において減衰されがちである。例えば、空気についての１ＭＨｚにおける減衰は、約１０ｄＢ／ｃｍであり、一方、水の１ＭＨｚにおける減衰は、０．００２ｄＢ／ｃｍである。Ｄａｍに対する米国特許第５，８８０，３６４号に記載される音響システムは、音響放射が空気を通して移動することを要求するので、このシステムは、操作するためにずっとたくさんのエネルギーを必要とする。従って、本発明は、よりエネルギー効率のいい技術を表し、この技術は、複数の流体リザーバーの内容物のより正確かつ詳細な評価を提供するために使用され得る。このさらなる正確性のいくつかは、より高い周波数（および従ってより短い波長）の音波を使用することによって達成され得る。なぜなら、これらの音波は、液体を通して効率的に伝達され得るが、空気中で非常に迅速に減衰するからである。
【０１０５】
本発明のデバイスを使用して基板上に生物分子アレイを形成するために、基板５３は、第１のリザーバー１３の上かつ近くに配置され、その結果、基板の１表面（図１において下側表面５１として示される）が、リザーバーに面し、そして実質的にこの中の流体１４の表面１４Ｓと平行になる。一旦、エジェクター、リザーバー、および基板が適切な配列になると、音響放射発生器３５は、賦活化されて音響放射を発生させ、この音響放射は、焦点合わせ手段３７によって第１のリザーバーの流体表面１４Ｓの近くの焦点１４Ｐに導かれる。すなわち、流体表面近くの焦点を有する排出音波が、流体から少なくとも１つの液滴を排出するために発生する。
【０１０６】
排出音波の最適な強度および方向性は、上述の分析を、必要に応じて更なるデータと組み合わせて使用して決定される。すなわち、上で議論された任意の従来のソナー技術または改変されたソナー技術が使用され得る。「最適な」強度および方向性は、一般に、大きさおよび速度の一致した液滴を産生するために選択される。例えば、排出音波の所望の強度および方向性は、リザーバー容量データまたは流体の性質データ、ならびにリザーバーに関する外形的データに関連する上述の評価からのデータを使用することによって決定され得る。さらに、このデータは、所望される場合、排出音波の焦点が流体表面の近くであることを確実にするため、流体表面に関連して音響放射発生器の再配置の必要を示し得る。例えば、排出音波が流体表面の近くで焦点を結び得ないように音響放射発生器が位置することが分析によって明らかになった場合、音響放射発生器は、垂直移動、水平移動、および／または回転移動を用いて再配置され、排出音波の適切な焦点合わせを可能にする。
【０１０７】
結果として、液滴１４Ｄは、流体表面１４Ｓから基板の下側表面５１上の指定の部位の上に排出される。排出された液滴は、接触後に、そこでの凝固によって基板表面上に保持され得る；このような実施形態において、基板を低い温度（すなわち、接触後に液滴の凝固をもたらす温度）に維持することが必要であり得る。あるいは、またはさらに、液滴内の分子部分は、接触後に、吸着、物理的固定化、または共有結合を通して基板表面に付着する。
【０１０８】
次いで、図１Ｂに示されるように、基板位置決め手段６５は、そこから第２の指定部位で液滴を受けるために基板５３をリザーバー１５の上に再配置する。図１Ｂはまた、エジェクター３３がエジェクター位置決め手段６１によってリザーバー１５の下に再配置されており、ここで音響カップリング媒体２５によって音響的にカップルされた関係にあることを示す。一旦適切に配列されると、エジェクター３３の音響放射発生器３５は、賦活化されて低エネルギー音響放射を発生し、リザーバー１５の内容物を評価し、そしてリザーバーから流体を排出するか否かおよび／またはいかにして排出するかを決定する。排出結果に関連する履歴液滴排出データもまた、使用され得る。さらに、所望の場合、排出音波の焦点が流体表面の近くであることを確実にするために、流体表面に関連して音響放射発生器を再配置する必要があり得る。評価の結果が、流体がリザーバーから分配され得ることを示す場合、より高いエネルギー音響放射を流体１６内の流体表面１６Ｓ近くの焦点１６Ｐに導くために焦点合わせ手段３７が使用され、それによって液滴１６Ｄが、基板５３上に排出される。
【０１０９】
従って、本発明は、複数のリザーバー内容物の評価、および複数の流体をリザーバーから分配する（例えば、基板表面５１上にパターンまたはアレイを形成するため）ことに関する。しかし、内容物の評価および流体分配が互いに関連する、多数の異なった方法が存在する。すなわち、多数の異なった配列が、リザーバーの内容物を評価するためおよびそこから流体を分配するために使用され得る。幾つかの場合、複数のリザーバーの内容物は、流体が任意のリザーバーから分配される前に評価され得る。他の場合において、各リザーバーの内容物は、流体がそこから分配される直前に評価され得る。使用される順序は、代表的に、使用される特定の流体分配技術および意図される順序の目的に依存する。
【０１１０】
さらに、デバイスの種々の構成要素が個別の制御または同期を必要とし得ることが、理解される。例えば、エジェクター位置決め手段は、基板表面上に形成されるアレイに関連する所定の順序で各リザーバーから液滴を排出するために適合し得る。同様に、エジェクターに関する基板表面の位置決定のための基板位置決め手段は、基板表面上のパターンまたはアレイにおいて液滴を受けるように基板表面を位置決定するために適合され得る。例えば、モーター、レバー、滑車、歯車、これらの組み合わせまたは他の当業者に公知の電気機械的手段もしくは機械的手段から、本明細書中に記載される任意の位置決め手段（例えば、エジェクター位置決め手段および基板位置決め手段）が構成され得る。適切なアレイ形成を確実にするための、基板の移動と、エジェクターの移動と、エジェクターの賦活化との間の相関関係が存在することを確実にすることが、好ましい。
【０１１１】
図２は、反射モードではなく伝達モードにおいて複数のリザーバーの内容物の評価を提供する本発明のデバイスの例を図示する。このデバイスの設計および構築のための考察は、上述の考察と類似する。従って、デバイス１１は、第１のリザーバー１３および第２のリザーバー１５を備え、それぞれ１４および１６で示される流体を含むためにそれぞれ適合され、そしてそれぞれ実質的に同一の構成である。第１のリザーバー１３は開放状態で図示されるが、第２のレザーバーは密閉状態で図示される。音響放射発生器３５は、リザーバーの下に位置決めされ、そして分析器３８は、リザーバーの上に音響放射発生器３５と対向する関係で位置決めされる。
【０１１２】
作動中、液体をそこから分配するためにピペット８０が使用される前に、リザーバーのそれぞれの内容物が、音響により評価される。示されるように、第１リザーバー１３の内容物１４は、既に、音響により評価されている。評価は、第１リザーバー１３は、少なくとも最小受容可能レベルの流体１４を含有することを明らかにするので、第１リザーバー１３は、開いていて、ピペット８０によって、すぐに液体をそこから分配し得る。第２レザーバー１５は、音響放射発生器３５と分析器３８との間に配置されるので、第２リザーバー１５の内容物１６は、図２に示されるように音響評価を受ける。音響放射発生器３５および分析器３８は、カップリング媒体２５Ａおよび媒体２５Ｂによって、それぞれ音響的に第２リザーバーに結合する。一旦、音響放射発生器３５、第２リザーバー１５および分析器３８が、適切に配置されると、音響放射発生器３５は、活性化され、リザーバー１５を介して伝達される音響放射を形成し、その内容物１６を分析器３８に向けて伝達する。受けた音響放射は、上記のように分析器３８によって分析される。
【０１１３】
図３は、本発明で使用され得るリザーバーの例示的な直線状アレイ（ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ  ａｒｒａｙ）を概略的に示す。リザーバーアレイは、３列および２行のウェルを有するウェルプレート１１の形態で提供される。図３Ａおよび図３Ｃに示されるように、第１列、第２列、第３列のウェルは、それぞれ１３Ａおよび１３Ｂ、１５Ａおよび１５Ｂならびに１７Ａおよび１７Ｂに示される。それぞれは、流体表面を有する流体を含むように適合されている。図３Ｂに示されるように、例えば、リザーバー１３Ａ、１５Ａおよび１７Ａはそれぞれ、流体１４Ａ、１６Ａおよび１８Ａを含んでいる。各流体に対する流体表面は、１４ＡＳ、１６ＡＳおよび１８ＡＳに示される。示されるように、リザーバーは、実質的に音響的に識別不能になるように、実質的に同一の構成であるが、同一の構成は、必要条件ではない。示したリザーバーのそれぞれは、軸方向に対称であり、１３ＡＢ、１３ＢＢ、１５ＡＢ、１５ＢＢ、１７ＡＢおよび１７ＢＢに示される環状リザーバー基部から上に伸長し、１３ＡＯ、１３ＢＯ、１５ＡＯ、１５ＢＯ、１７ＡＯおよび１７ＢＯに示される対応する開口部で終結する垂直な壁を有する。リザーバーの基部は、実質的に平面である共有外部低部表面１９を形成する。低部ウェルプレート表面の全てのエッジから伸長する全体ウェルプレートスカート（示さず）が使用され得るが、示されるように、部分ウェルプレートスカート２１は、低部表面１９のより長い反対のエッジから下に伸長する。リザーバー基部の材料および厚さは、音響放射が、それを通じてリザーバー内に含まれる流体中に伝達され得るようなものである。
【０１１４】
図４は、図３に示されるウェルプレートを使用する本発明のデバイスの好ましい実施形態を、側面図で概略的に示す。図４に示される例示的なデバイス１は、複数のリザーバーの内容物の音響評価を可能にし、生物分子を基板表面に付着させるために、リザーバーからの流体の液滴の音響的な排出を可能にする。ウェルプレート１１に加えて、デバイスはまた、トランスデューサーアセンブリの形態で、音響発生装置を備える。より詳細には、トランスデューサーアセンブリは、音響放射発生器および分析器の両方としての役目を果たす位相音響アレイ２３である。図６に示されるように、位相音響アレイ２３は、音響放射が発せられるほぼ長方形の表面を有する。また示されるように、長方形の表面の長さは、ウェルの列に合わせられている。ウェルプレート１１と位相音響アレイ２３との間の適切な音響カップリングを確実にする（以下で、議論するように）ために、位相音響アレイ２３が、ウェルプレートのウェルの列の長さ分伸張するが、ウェルプレート１１の行方向の端に沿って、スカート２１の部分の間の距離より長くはないことが好ましい。すなわち、位相音響アレイの長さは、およそウェルプレートの幅の長さ（または、プレートが行より長い列を有する場合、長さ）である。
【０１１５】
示されるように、位相音響アレイ２３は、ウェルプレート１１のウェル内のいずれの流体にも接触することなく、音響的にウェルプレート１１に結合している。これは代表的に、イジェクターとウェルプレート１１の外部低部表面１９との間の直接的な接触または間接的な接触に関与する。直接的な接触が、位相音響アレイ２３をウェルプレート１１に音響的に結合させるために使用される場合、効率的な音響エネルギー伝達を保証するために、全体的に順応することが好ましい。つまり、音響放射が発せられる位相音響アレイの表面およびウェルプレートの低部表面は、接合接触に適合される対応する表面を有するべきである。順応接触無しには、音響エネルギー伝達の効率および正確性は、損なわれ得る。
【０１１６】
図４に示されるように、音響放射の伝達を増強するために、間接的な接触を介して、位相音響アレイ２３とウェルプレート１１との間で、音響カップリングは、達成される。この図では、流体音響カップリング媒体２５は、位相音響アレイ２３およびウェルプレート１１が、互いから所定の距離に位置する状態で、外部低部表面１９を介して、位相音響アレイ２３とウェルプレートリザーバーの基部との間に配置される。いくつかの場合、音響カップリング媒体は、ウェルプレートの低部表面全体を被覆し得る。しかし、図４に示されるように、必要とされる場合、低部表面１９を選択的に被覆するために、カップリング媒体２５は、カップリング媒体源２７から分配器２９を介して導入される。位相音響アレイは、矢印Ｘによって示される向きで、低部ウェルプレート表面１９に関する置換に適用されるので、分配器２９は、図４において、位相音響アレイ２３の行間表面に隣接して配置されるように示される。また、図４に記載されるように、低部表面１９から滴下し得るカップリング媒体を回収するために、任意のコレクター３１が使用される。コレクター３１は、結合媒体源２７を備えるように示されるので、カップリング媒体が再利用され得ることは明らかである。カップリング媒体を導入し、そして／または配置するための他の手段もまた、使用され得る。
【０１１７】
音響カップリング流体は、好ましくは、位相音響アレイ２３とウェルプレートの外部低部表面１９の両方に順応接触する音響的に同質の材料である。さらに、流体媒体が、流体媒体それ自体とは異なる音響特性を有する材料を実質的に含まないことを保証することが重要である。さらに、音響カップリング媒体が、音響の音圧および強度を顕著に弱めることなく、音響放射の伝達を促進する音響特性を有する材料からなることが好ましい。また、カップリング媒体の音響インピーダンスは、カップリング媒体からコンテナへのエネルギーの移動を容易にするはずである。
【０１１８】
デバイスはまた、音響放射発生のための単一の音響放射発生器３５、および液滴が流体表面の近くで排出される流体内の焦点に、音響放射の焦点を合わせるための焦点合わせ手段３７からなる音響イジェクター３３を備える。図４に示されるように、焦点合わせ手段３７は、音響発生器３５により産生された音響放射の焦点を合わせるための凹形表面３９を有する１つの固体片からなるが、焦点を合わせる手段は、上に議論した他の方法で構築され得る。従って、音響イジェクター３３は、例えば、ウェル１３Ａ、１５Ａおよび１７Ａに音響的に結合する場合、従ってそれぞれ、流体１４Ａ、１６Ａおよび１８Ａに結合する場合、流体の液滴を、流体表面１４ＡＳ、１６ＡＳおよび１８ＡＳのそれぞれから排出するために、音響放射を産生し、焦点を合わせるために適合される。音響放射発生器３５および焦点合わせ手段３７は代表的に、単一のコントローラーにより制御される単一のユニットとして機能するが、デバイスの所望の性能に依存して、独立に制御され得る。単一のイジェクターの設計は、好ましくは、複数のイジェクター設計より好ましい。なぜなら、液滴配置の正確さ、ならびに液滴サイズおよび速度の一貫性は、単一イジェクターでより容易に達成されるからである。
【０１１９】
示されるように、イジェクター３３は、音響排出のために必要とされる音響カップリング関係を確立するように、音響カップリング媒体を介して間接的に、ウェルプレートに接触する。当業者は、音響評価の文脈で上記されるような間接的に接触させる技術が、音響排出に容易に適用され得ることを認識する。例えば、イジェクター３３および位相音響アレイ２３は両方とも、図４に示されるように、同一の流体音響カップリング媒体２５を介して、ウェルプレート１１に、音響的にカップリングしている。この例では、イジェクター３３および位相音響アレイ２３は、互いから実質的に同じ距離に維持される。あるいは、イジェクターおよび位相音響アレイは、独立してウェルプレートにカップリングされ得る（示さず）。
【０１２０】
また図４に示されるように、ウェルプレートの外部低部表面１９に適合するオプションの刃４１が提供される。このような刃は、水の除去を達成するために、適切な圧力の適用を介して、ワイパーまたはぞうきんが表面を滑る場合に使用される同一の原理に基づいて作動する。さらに、カップリング媒体は、ふきとり作用または吸収作用を介した吸収剤の使用により除去され得る。さらに、図４に示されるように、ウェルプレートの外部低部表面１９から任意のカップリング媒体を除去するために、真空乾燥機４３が使用され得る。示されるように、真空乾燥機は、真空ポンプ４７と流体連絡する吸引台４５からなる。一旦、音響分析および任意の排出がウェルプレートから生じると、そこから残存するカップリング媒体を完全に除去するために、ウェルプレートは台の上に配置され得る。当業者は、他の流体除去技術が、本発明と組み合わせて同様に使用され得ることを認識する。
【０１２１】
図４に示されるデバイスは、液滴のアレイを基板上に蒸着させるために使用され得る。図５は、本発明のデバイスを使用して形成され得る例示的な液滴アレイを示す。示されるように、液滴アレイは、基板５３の実質的に平面の表面５１上に、１４ＡＤ、１４ＢＤ、１６ＡＤ、１６ＢＤ、１８ＡＤおよび１８ＢＤに示される６個の液滴特徴から形成される。液滴特徴１４ＡＤ、１４ＢＤ、１６ＡＤ、１６ＢＤ、１８ＡＤおよび１８ＢＤは、リザーバー１３Ａ、１３Ｂ、１５Ａ、１５Ｂ、１７Ａおよび１７Ｂ中の流体からそれぞれ排出される。
【０１２２】
図６は、図５に示される液滴アレイを形成するために、流体の液滴を排出する操作における図４に示されるデバイスを、概略的に図示する。図６Ａ〜図６Ｃに示されるように、低部ウェルプレート表面１９に対する音響的なカップリング関係において、位相音響アレイ２３を配置するような役目を果たす組合せ位置決め手段６１が、提供される。組合せ位置決め手段６１はまた、位相音響アレイ２３、イジェクター３３および刃４１を矢印Ｘによって示される向きに移動させる役目を果たす。さらに、図６Ｅおよび図６Ｆに示されるように、イジェクター３３は、イジェクター位置決め手段６３によって矢印Ｙによって示される向きに移動され得る。図６Ａ〜図６Ｃに示されるように、位相音響アレイ２３、イジェクター３３および刃４１は一般的に、それぞれから同じ距離で維持される。図６Ａにおいて、位相音響アレイ２３は、リザーバー１３Ａおよび１３Ｂの内容物を評価するための位置にある。音響放射は、種々の環境下で、反射される。代表的には、音響放射が伝送される媒体の音響特性に変化が存在する場合に、反射は、生じる。上方に移動する音響放射の一部が、リザーバーベース１３ＡＢおよび１３ＢＢならびにリザーバー１３Ａおよび１３Ｂに含まれる流体の自由表面から反射することが観察された。従って、例えば、低エネルギー音響放射は、リザーバー１３Ａおよび１３Ｂに含まれる流体の容量を評価するために、位相音響アレイ２３によって、発生され得る。音響放射が流体表面によって反射され、位相音響アレイ２３に戻るのに要する時間を決定することにより、次いで、この時間を流体中の音の速度と関連付けることにより、距離、従って流体の高さおよび流体の容量が計算され得る。いうまでもなく、リザーバーベースと流体との間の界面により反射される音響放射が考慮されることを確実にするために注意がされなければいけない。
【０１２３】
一旦、リザーバー１３Ａおよび１３Ｂの内容物が評価されると、図６Ｂに示されるように、組合せ位置決め手段は、位相音響アレイ２３を、リザーバー１５Ａおよび１５Ｂの内容物を評価するための位置に移動させる。同時に、イジェクター３３は、リザーバー１３Ａおよび１３Ｂと整列して配置される。結果として、図６Ａの位相音響アレイ２３を使用してなされた評価に依存して、イジェクター３３は、流体の液滴をリザーバー１３Ａおよび１３Ｂのどちらかまたは両方から排出し得る。いくつかの例では、いずれかのリザーバーから流体が排出されるか否か、そして／またはどのように排出されるかを確定するために、排出結果と関連する履歴的な液滴排出データもまた使用され得る。
【０１２４】
図５に示される液滴アレイを形成するために、液滴は、リザーバーのそれぞれから排出されるべきである。流体の液滴をリザーバー１３Ａから排出するために、図６Ｂおよび図６Ｅに示されるように、イジェクター位置決め手段６３は、イジェクター３３をリザーバー１３Ａの真下に配置し得、その上、音響カップリング媒体２５を介して音響カップリング関係に配置し得る。さらに、基板位置決め手段６５は、基板表面５１が、リザーバー１３Ａに対して、液滴を受ける適切な関係になるように、基板５３を配置する。一旦、イジェクター、リザーバーおよび基板が適切な配置に存在すると、音響放射発生器３５は、活性化され、リザーバー１３Ａの自由流体表面１４ＡＳの方向に向けられた音響放射を形成する。次いで、音響放射は、自由流体表面１４Ｓに向かってほぼ上方向に移動する。結果として、液滴１４ＡＤは、流体表面１４ＡＳから基板５３の下側表面５１の指定した部位上に排出される。排出された液滴は、接触した後に、基板上で凝固させることによって、基板表面上に保持され得る。このような実施形態において、低温（すなわち、接触後に液滴の凝固を生じる温度）で基板を維持することが必要であり得る。あるいは、もしくは、さらに、液滴中の一部の分子は、接触後に、吸着、物理的な固定化または共有結合を介して基板表面に付着する。
【０１２５】
次いで、基板位置決め手段６５は、２番目に指定した部位で液滴を受けるために、基板５３をリザーバー１３Ｂ上に再配置する。図６Ｆは、イジェクター位置決め手段６３が、イジェクター３３をリザーバー１３Ｂの下に再配置したことを示す。一旦適切に整列すると、イジェクター３３の音響放射発生器３５は、リザーバー１３Ｂから流体を排出するように、再度活性化される。
【０１２６】
図６Ｃにおいては、液滴６７が基板表面５３上に液滴特徴として堆積されており、そして位相音響アレイ２３は、リザーバー１７Ａおよび１７Ｂの内容物を評価できる位置に、組み合わせ位置決め手段６１によって配置される。同様に、エジェクター３３はリザーバー１５Ａおよび１５Ｂと整列して配置される。図６Ｃにはまた、リザーバー１５Ａからの流体の液滴１６ＡＤの排出が示されている。音響カップリング媒体２５が、リザーバー１３Ａおよび１３Ｂの直下にはもはや必要とされない場合、ブレード４１は、組み合わせ位置決め手段６１によって、音響カップリング媒体をウェルプレート表面１９からコレクター３１内へと導くため、移動させられる。一旦、液滴アレイが基板表面５１上に完成された場合、ウェルプレート１１は、図６Ｄに示すように、全ての音響カップリング媒体がウェルプレート１１から除去されることを確実にするために、吸引台４５上に配置される。
【０１２７】
Ｅｌｌｓｏｎらによる米国特許出願公開第２００２００３７５７９号において議論されたように、集めた音響放射は、基板表面上の分散部位に向かって、その上に蒸着するために流体液滴を排出すること、および、ある組のコンテナから別の組のコンテナへ流体を移送することに使用され得る。ある診断上の用途もしくは、診断用の材料の調製に関して、リザーバー（そこから流体が分配される）の内容物を評価するため、および液滴が基板上に適切に受けられるかどうかを測定するために、同じ音響評価デバイスを使用することが望ましい。したがって、本発明が基板上に液滴を堆積させるために利用される場合、本発明は、基板表面上の液滴の内容物および／もしくは基板表面上の液滴の配置を評価するために基板に呼び掛けをするために、さらに利用され得ることは明らかであるべきである。
【０１２８】
したがって、本発明は、複数のリザーバーの内容物の音響評価に関する既知の技術より優れた有意な改善を示す。評価されるリザーバー内の流体と直接接触するセンサーを必要とする、以前の既知の音響評価技術と異なり、本発明は、複数のコンテナの内容物を、このコンテナの内容物との直接的な接触なしに評価することを可能にする。加えて、Ｄａｍによる米国特許第５，８８０，３６４号に記載されたような非接触音響システムとは異なり、直接測定は、リザーバー内の流体の容量および性質に関する情報をもたらし得るように行われる。この流体音響カップリング媒体の使用は、空気中では速やかに減衰される高周波音波が、液体カップリング媒体を通して効果的に伝達され得るために、音響カップリングのためにガス状物質に頼る技術に付随する低音響インピーダンス問題を克服する。
【０１２９】
加えて、音響評価は一般に、リザーバーが密閉されているか開いているかに関わらず実施され得る非侵襲性技術である。すなわち、音響評価は、分析のためのサンプルを抽出すること、もしくはサンプルの相互汚染をもたらし得る他の機械的接触を必要としない。加えて、光学的検出技術と異なり、光学的に半透明あるいは透明なリザーバーは必要とされない。これは、もちろん、リザーバー作製のために利用され得る材料に対するより広範囲の選択肢をもたらす。加えて、不透明な材料の使用は、例えば、光感受性流体を含有するためにリザーバーが作製される場合に特に有効である。
【０１３０】
例えば、本発明は、リザーバーを開けることなく、密封されたリザーバーの内容物が少なくとも部分的に凍結しているかどうかを検出するために利用され得る。これは、リザーバーが、ある温度範囲に渡って流体として存在し得る物質を含むことがわかっており、かつこのリザーバーの温度履歴（例えば、凍結／解凍サイクルがあったかどうか）について不明である場合に有効である。例えば、水は約０℃〜約１００℃の温度で流体として存在し得る。リザーバーの外部温度がこのリザーバーの内部温度を示すかどうか不明である場合、本発明のデバイスは、リザーバー内のいくらかあるいは全ての内容物が流体であるかどうかを決定することによく適している。
【０１３１】
さらに、本発明デバイスは、現存の物質発見の基本設備、および現存の物質操作のための自動システムと高い適合性があるように作製され得る。例えば、本発明は、光学検出に基づく内容物評価手段の代替もしくは補足としての使用のために適合され得る。いくつかの例において、音響マーカーは、リザーバーの内容物を同定するためにリザーバー内に備えられ得る。したがって、本発明は、在庫同定および多数のコンテクスト（生物学的、生化学的、および化学的発見および分析が挙げられるが、これらに制限されない）の制御の手段として利用され得る。特に、本発明は、薬学的溶液を含むリザーバーの内容物を評価することにおける使用のために特に適する。
【０１３２】
リザーバーの内容物を音響的に評価するための本発明のバリエーションは、当業者にとって明らかである。例えば、図１は、基板に結合した生物分子アレイを形成するために運転中である本発明のデバイスを示すが、このデバイスは、同様の様式で複数の流体を整えるために（例えば、流体を半端な寸法の大容量コンテナから標準化されたウェルプレートのウェルへ移送するために）操作され得る。同様に、図２は、音響放射発生器および検出器が垂直に対向する関係にあることを示すが、他の空間的および／もしくは幾何学的配置は、発生される音響放射が少なくともリザーバーの一部を通して検出器へ伝達される限り利用され得る。
【０１３３】
本発明が、１つ以上のリザーバーの流体の組成および／もしくは容量を制御するために使用される場合、流体を含むリザーバーが提供され、そして流体の特徴がモニターされる。代表的には、流体の特徴は、リザーバーに含まれるいずれの流体にも直接に接触しないモニタリング手段を用いて、音響的にモニターされる。例えば、モニタリング手段は、音響放射発生器、および、リザーバーを通して伝達されたこの発生器からの音響放射を分析する分析器を含み得る。しかし、非音響モニタリング手段もまた使用され得る。さらなる流体はまた、音響放射を用いてリザーバーに導入され得る。これは、所定の予め決められた範囲内におけるリザーバーの溶質の濃度および溶媒の組成を維持することに有用である。結果として、本発明は、より正確な流体の移送および／もしくは分配を可能にする。加えて、音響技術に関連する正確性および精度のために、デバイスは、小容量のリザーバー内の流体の組成および／もしくは容量を制御することに特に適する。
【０１３４】
したがって、本発明はまた、リザーバー、このリザーバーに含まれる任意の流体の特徴をモニタリングするためのモニタリング手段、およびこのモニタリング手段によってモニターされる流体の特徴に基づいてリザーバーにさらなる流体を導入するための導入手段を備えるデバイスを提供する。いくつかの例では、このデバイスは、リザーバーから流体を制御可能に分配するための分配手段をさらに備え得る。集めた音響放射は、リザーバーから流体を分配するために使用され得るが、他のタイプの集めた放射（例えば、電磁放射）もまた、使用され得る。
【０１３５】
音響放射は、リザーバーから流体を分配すること、このリザーバーの組成および／もしくは容量をモニターすること、ならびに／またはこのリザーバーにさらなる流体を導入することに使用され得る。したがって、モニタリング手段、導入手段、および／または分配手段は、音響放射を発生するための音響発生器を使用し得る。すなわち、この音響発生器は、この分配手段、モニタリング手段、および／もしくは導入手段に関連され得る。最適には、デバイスは、単一の音響発生器から構成される。加えて、モニタリング手段は、上記のように、音響発生器によって発生された音響放射を分析する分析器を備え得る。
【０１３６】
このようなデバイスはまた、混和できない、さもなければ１つ以上のリザーバー中の複数の流体の組成および／もしくは容量を制御するために使用され得る。複数のリザーバーが提供される場合において、それぞれは同じ流体もしくは異なる流体を含むように適合され得る。加えて、モニタリング手段は、それぞれのリザーバー内に含有される流体の特徴をモニターするように適合され得、そしてこの導入手段は、任意の選択されたリザーバー内へ、このモニタリング手段でモニターされた、この選択されたリザーバーに含まれる流体の特徴に基づいて、さらなる流体を導入するように適合され得る。代表的に、このモニタリング手段は単一のリザーバーにそのとき含まれる流体の特徴をモニターするように適合される。単一のリザーバー内にある複数の混和できない液体の場合に関して、このモニタリング手段は、少なくとも１つの、このリザーバー中の混和できない流体の特徴をモニターするように適合され得、そして導入手段は、このモニタリング手段によってモニターされた流体の特徴に基づいて、適切なタイプのさらなる流体を導入するように適合され得る。
【０１３７】
本発明は、以下に示すように、その中の１つの構成要素が優先的に除去され得る複数構成要素の流体を含むリザーバー内の流体内容物を制御する（増加した残りの構成要素の濃度もしくは比率はそのままにしておく）ことに特に適する。
【０１３８】
図９は本発明のデバイスの、これによって複数のリザーバーの組成および／もしくは容量の制御、およびこのリザーバーからの流体液滴の音響排出を可能にするような実施形態を示す。一般的に、図９に示されるデバイスは、リザーバー１３およびリザーバー１５中の流体１４および流体１６をそれぞれ密閉するためにこのリザーバー上に提供されるオプションのカバー２０を除けば、図１に示されるデバイスと同様である。加えて、導入手段６０は、流体がさらなる流体６６の供給源６２から、出口６４を介してリザーバーに移送されることを可能にするように提供される。導入手段は、組み合わせユニット３８によって制御され、そしてエジェクター位置決め手段６１もしくは別個のさらなる流体位置決め手段（示されない）によって配置され得る。したがって、例えば、導入手段６０は、流体を、エジェクター３３が音響的にカップルされたリザーバーへと移送させ得る。
【０１３９】
操作中、このエジェクターとリザーバーとの間の、音響カップリング媒体４１を通した音響カップリングを実現するため、音響エジェクター３３がエジェクター位置決め手段４３によって配置される（リザーバー１３の下に示される）。一旦、このエジェクター、リザーバー、および基板が適切に整列された場合、音響発生器３５は、図９Ａに示されるように、第１のリザーバーの自由流体表面１４Ｓへと向かう音響放射を生成するように活性化される。この音響放射はそのとき、自由流体表面１４Ｓへ向かってほぼ上方向に移動し、そしてそれによって反射される。次いで、この反射された音響放射は、リザーバー１３内の流体の特徴を分析するために利用され得る。
【０１４０】
リザーバーからの流体の液滴を、本発明のデバイスを用いて基板表面上に堆積させるために、基板５３は、第１のリザーバー１３の上および近位に配置され、これによって、基板の１つの表面（図９に下面５１として示されている）がこのリザーバーに面し、かつこの中の流体１４の表面１４Ｓと実質的に平行になる。図９Ｂに示されるように、このエジェクター、リザーバーおよび基板は適切に整列して配置され、そしてカバー２０はリザーバー１３および１５から除去される。リザーバー１３からのカバー２０の除去の際に、かつ流体１４がリザーバー１３から蒸発する機会を有する前に、焦点合わせ手段３７によって、第１のリザーバーの流体表面１４Ｓ近くの焦点１４Ｐへと向かう音響発生器３５は音響放射を生成するために活性化される。結果として、液滴１４Ｄは流体表面１４Ｓから基板の下面５１上の指定された部位の上に排出される。
【０１４１】
次いで、図９Ｃに示されるように、基板位置決め手段６５は、リザーバーからの液滴を第２の指定された部位で受けるために基板５３をリザーバー１５上に再配置し、そしてエジェクター位置決め手段６１は、このエジェクターをリザーバー１５の下に、音響カップリング媒体２５によって、それと音響的にカップルされる関係に、再配置する。一旦、適切に整列されると、エジェクター３３の音響発生器３５は、リザーバーから液体を排出するかどうか、および／またはリザーバーから液体をどのように排出するかを決定するため活性化される。いくつかの例においては、流体の蒸発が、リザーバー１５から、そこからのカバー２０の除去の後に起こり得る。リザーバー１５中の流体１６が単一の構成要素を含有する液体（例えば、水）である場合、リザーバー１５からの流体１６の蒸発はリザーバー中に残る流体１６の組成を変化させず、リザーバー中に残る流体の容量および高さのみを変化させる。したがって、モニタリング手段は、流体１６の高さの変化、および関連する表面１６Ｓの、リザーバー１５のベース１５Ｂへの「動き」をモニターするように適合され得る。１５３６ウェルで構成されるウェルプレートの単一のウェルからの水の蒸発の音響モニタリングの例は、図１１に示され、以降でさらに議論される。
【０１４２】
図９Ｃおよび９Ｄは、大量の流体１６がリザーバー１５から蒸発した状況を示す。このような蒸発は、リザーバー１５からのカバー２０の除去（図９Ｂに示される）、およびリザーバー１３からの液体の排出に関する時間の結果として起こり得る。このような蒸発は、図１Ｃに示される評価の結果として明らかにされる。結果として、導入手段６０は、さらなる流体の供給源６２からの流体６６を、リザーバー１５へ出口６４を介して移送するため、活性化される。一旦、適切な容量のさらなる流体がリザーバー１５に導入された場合、エジェクター３３は、図９Ｅに示されるように、リザーバー１５から、基板表面５１上の第２の指定された部位の上に液滴を排出するように、活性化される。
【０１４３】
図１０は、簡略化された断面図に、本発明のデバイスの実施形態を模式的に示し、ここで音響エジェクターは、流体が分配され得るリザーバーにさらなる流体を導入するための手段として利用される。デバイス１１は、第１のリザーバー（１３として示される）が第１の流体を含んで提供される点で、図９に示されるデバイスと同様である。加えて、デバイス１１はまた、音響放射を発生するための音響発生器３５、および音響放射を流体（ここから液滴が排出される）中、流体表面近くの焦点に集めるための焦点合わせ手段３７からなる音響エジェクター３３を備える。さらに分析器のコントローラーおよびコンポーネントの両方として働く組み合わせユニット３８が提供され、そしてエジェクターは、リザーバー１３と、音響カップリング媒体２５を介する間接的な接触を通して音響的にカップルする。しかし、図９に示されるデバイス１１は、構成が音響エジェクター３３と同様の、リザーバー１３からの流体排出のための付加的音響エジェクター７１を備える。付加的音響エジェクター７１は、導入手段６０として作用し、流体が、さらなる流体６６のさらなるリザーバー６２からリザーバー１３へ排出されるようにさせる。
【０１４４】
図９に示されるように、リザーバー６２中のさらなる流体６６は、６７で示される流体表面を有する。付加的音響エジェクター７１は、音響エジェクター３３のように、音響放射を発生するための音響発生器７３、および音響放射を流体６６中、流体表面６７近くの焦点６８に集めるための焦点合わせ手段７５からなる。この音響発生器は、分析器によって共有されるトランスデューサー７４（例えば、圧電素子）を含む。示されるように、分析器のコントローラーおよびコンポーネントの両方として働く組み合わせユニット３８が提供される。付加的音響エジェクター７１は、リザーバー６２中の流体６６と音響的にカップルし、そこからの液滴を、付加的エジェクター７１とリザーバー６２の外部表面との間の、カップリング媒体６９を通した間接的な接触を介して排出する。
【０１４５】
これまでのように、導入手段６０は、リザーバー１３の組成および／または容量を制御するために（例えば、蒸発に起因して、リザーバー１３の組成および／または容量を補充するために）利用され得る。リザーバー６２からリザーバー１３への流体の液滴の排出のため、音響発生器７３は、焦点合わせ手段７５によって、リザーバー６２の流体表面６７近くの焦点６８へと向かう音響放射を生成するため活性化される。すなわち、流体表面６７近くの焦点６８を有する排出音波は、少なくとも１つの流体の液滴７０を排出するため生成され、ここで、排出音波の最適強度および最適方向は、リザーバー６２からリザーバー１３への移送のための適切な軌道を生じるように選択される。リザーバー６２から排出される液滴がリザーバー１３へと移動することを確実にする多数の方法があることを注意すべきである。例えば、リザーバーが、図１０に示されるように静止している場合、排出音波の所望の強度および方向は、排出された液滴が、リザーバーの位置に対して垂直方向ベクトルおよび水平方向ベクトルを有する軌道で移動することを確実にするように選択され得る。あるいは、液滴は、リザーバー６２から垂直方向に排出され得、そしてリザーバーが続いて動かされ得、それによって排出された液滴がリザーバー１３の中へと落ちる。これは、例えば米国特許出願公開第２００２００６４８０８号および同第２００２００６４８０９号（それぞれＭｕｔｚらによる）に記載されている。そして、リザーバーからの流体の音響分配に適用可能な音響技術の局面もまた、さらなる流体をリザーバー内へ導入するために利用され得ることは明らかであるはずである。
【０１４６】
集めた音響放射が代表的に、ほぼ上方向に液滴を排出するために流体に適用される（例えば、図９Ｅおよび図１０に記載されるように）一方、集めた放射を、ほぼ下方向に液滴を排出するために使用することも、また可能である。例えば、流体は、表面力を通して基板の下部表面上に拘束され得る。結果として、自由表面は、流体の下に形成され得る。音響エジェクターと基板の対向する上面と結合すること、およびエジェクターを活性化することによって、音響放射は自由流体表面近くにある焦点に向かい得、これによって１つ以上の液滴を、自由流体表面からほぼ下方向に排出する。同様に、音響排出は、水平方向に向かう液滴を形成することにも、また利用され得る。
【０１４７】
したがって、上記に記載されたデバイスに加えて、本発明は、リザーバー内の流体の組成および／または容量を音響的に制御する方法を提供する。この方法は、少なくとも２つの工程：モニタリング工程および効力のある導入工程、を包含する。モニタリング工程は、代表的には流体に直接接触することなく、リザーバーに含まれる流体の特徴をモニタリングする工程を包含する。導入工程は、モニタリング工程の結果に従って、リザーバー内にさらなる液体を導入する工程を包含する。この方法は、モニタリング工程、導入工程、またはその両方を実施するために音響放射を生成する工程をさらに包含する。音響放射がモニタリング工程を実施するために生成される場合、この放射は、好ましくは、リザーバー内の流体と相互作用し、そしてその後導入工程を実施するために分析される。例えば、生成された音響放射は、リザーバー内の流体を通して伝達され得、そしてその後解析され得る。いくつかの例において、音響放射はリザーバー内の自由液体表面によって分析前に反射され得る。加えて、音響放射の生成および分析は、実質的に連続的な流体のモニタリングを行うために、予め決定された時間間隔で繰返され得る。音響放射は、リザーバー内へさらなる液体を導入するために生成される場合、生成された音響放射は、さらなる液体の供給源に対して、リザーバー内へそれを移送することに有効な任意の様式で適用され得る。これは、ノズルを通した、もしくはノズルを使用しない技術を用いた、リザーバーからの流体の排出もしくは流体の流れを含み得る。
【０１４８】
代表的に、モニターされた流体の特徴を、この流体の特徴について許容できる値の予め設定された範囲内に保つため、さらなる流体がリザーバーに導入される。いくつかの例において、リザーバーに既に含まれる流体と実質的に同じ組成を有するさらなる流体がリザーバー内に導入される。他の例において、リザーバーに含まれる流体と異なる組成を有するさらなる流体がリザーバー内に導入される。リザーバー内に導入されるべき特定のさらなる液体の選択は、以下に、より詳細に記載される。
【０１４９】
この音響制御の方法は、リザーバー（ここから流体が分配される）内の流体の組成および／もしくは容量を制御することに特に適する。いくつかの例において、流体は、この流体の組成および／もしくは容量がモニターされる前に、リザーバーから分配される。他の例において、流体は、さらなる流体がリザーバーに導入された後に分配される。必要に応じて、流体はリザーバーから音響的に分配される。これは、例えば、液体をリザーバーから排出するために集めた音響放射を利用することによって、実施され得る。加えて、モニタリング工程は、リザーバーからの流体の分配に従って実施される。例えば、流体分配の実行当り少なくとも１回実施され得る。いくつかの例において、このモニタリング工程は、流体分配によって引き起こされる。
【０１５０】
上記で議論されるように、本発明は、リザーバーに含まれる流体の特徴をモニターするための音響技術もしくは非音響技術の使用を含み得る。同様に、音響技術もしくは非音響技術は、リザーバーに流体を導入するために、もしくはリザーバーから流体を分配するために使用され得る。上記で議論されるように、ノズルを使用しない音響排出は、導入手段として、もしくは流体液滴を移送するための分配手段として使用され得る。当該分野で公知であるデバイスを用いる他の流体の移送技術もまた使用され得、これには、インクジェットプリントヘッド（温度および圧電式の両方）、ピペット、キャピラリー、シリンジ、容積式ポンプ、ロータリーポンプ、蠕動ポンプ、吸引デバイス、軟質および硬質管材、バルブ、マニフォールド、加圧式ガスキャニスター、およびそれらの組み合わせが挙げられる（しかし、これらに限定されない）。まとめると、分配手段および導入手段は、本明細書中で議論されたか、または当該分野で公知である、任意の流体移送技術を利用し得る。
【０１５１】
上記で議論されるように、リザーバー内の流体の組成および／もしくは容量を制御する必要がある多くの例がある。例えば、リザーバーが液体溶媒に溶解された固体構成要素からなる流体を含む場合、この溶媒の優先的な除去（例えば、蒸発を通して）は、この固体構成要素の濃度を増加させる。これは、リザーバーに含まれる流体の粘性もまた増加させ、そしていくつかの場合においては、この固体構成要素の溶液からの析出をもたらす。固体粒子の溶液からの析出は、例えば、インクジェットプリントヘッドのノズルを詰まらせ得、かつ流体移送用管材を塞ぎ得る。加えて、集めた音響放射を用いるノズルを使用しない流体排出の場合、固体溶質を含む流体からの溶媒の蒸発は、固体構成要素の移送の再現性の変動および固体構成要素の移送量の変動の、主な原因であることが見出されている。
【０１５２】
図９に示されるデバイスが利用される場合、リザーバー中の流体内容物が変化され得る少なくとも４つのモードがあり、そしてモニタリング手段は代表的に、このような流体移送モードの結果であるリザーバーの内容物の任意の変化について、モニタリングすることに適する。第１に、流体は、導入手段を通してリザーバーに導入され得る。第２に、流体は、集めた音響放射を用いる排出を通して、リザーバーから除去され得る。第３に、流体は蒸発を通じてリザーバーからなくなり得る。単一構成要素の流体（すなわち、水）の、１５３６単位のウェルプレートの１つのウェルからの蒸発を音響的にモニタリングする例は、図１１に示される。図１１は、測定された流体の高さの変化速度を、１５３６単位のウェルプレートの１つのウェルにおける流体の高さに対してプロットされたものとして、図式的に示す。ウェル中の流体の高さは、超音波顕微鏡を通して測定された。第４の可能性は、リザーバー中の流体が大気中のガス（例えば、水蒸気）を吸収し得ることである。これは、代表的に、リザーバー内の流体が親水性の構成要素（例えば、ＤＭＳＯ）を含有する場合である。このような場合においては、吸収された水が所定の濃度を超えないことを確実にするように、さらなるＤＭＳＯがリザーバー内へと導入され得る。
【０１５３】
複数構成要素の流体において、この構成要素の割合は、流体移送モードに従って変動し得る。溶媒および溶質を含む流体では、リザーバー内の溶液の初期濃度が既知である場合、そのとき、音響的に測定されたリザーバー内の流体の容量を用いて、溶質の質量が決定され得る。溶媒の蒸発は溶質の質量を変化させず、そして、リザーバー内の流体の容量に対する蒸発の効果は、音響的に追跡され得る。液滴排出を介する溶質の損失は、排出された液滴の容量および排出時での溶液の濃度から計算され得る。したがって、例えば、リザーバー内の溶質の濃度を保ち溶媒の蒸発を補償するように、さらなる溶媒がリザーバー内に導入され得る。加えて、続いて、溶質の希薄溶液が、リザーバー内の流体の容量および流体中の溶質の濃度が一定のレベルに保たれることを確実にするように、リザーバー内に導入され得る。同様に、溶質を含まない流体（例えば、大気中の水蒸気）の吸収は、溶質の質量を変化させず、そして、リザーバー内の流体の容量に対する吸収の効果は、音響的に追跡され得る。液滴排出を介する溶質の損失は、排出された液滴の容量および排出時での溶液の濃度から計算され得る。
【０１５４】
したがって、リザーバーが水およびオリゴヌクレオチドを含有する非常に希薄な溶液を含む場合、その水が蒸発するにつれて、オリゴヌクレオチドの濃度は溶解限度に達するまで増加する。基板上におけるオリゴヌクレオチドの再現性ある特徴を形成するために、同じサイズおよび同一の濃度のスポットを生成し、このスポットにおいて同じ信号強度が得られることが、しばしば好ましい。したがって、本発明は、形成されたスポット中の液滴容量の一貫性、および信号強度を保つ方法を提供する。これは、例えば、実質的に同一の容量および／もしくは組成の液滴の、基板表面の指定された部位での排出を含み得る。
【０１５５】
異なる蒸気圧を有する混合可能な２つの溶媒がリザーバー内に存在する場合、２つの構成要素の蒸発速度が異なるために、より複雑な状況が生じる。この蒸発速度の違いは、１つの溶媒の、他に対してより速い消失をもたらし、したがって、蒸発を通したその損失を補充するために、リザーバー内に導入されたそれぞれの溶媒の容量に対する何らかの独立した制御を必要とする。２成分混合物中の所望の比率の溶媒の、測定された音響特性はまた、そのリザーバー混合物を検査および制御するために使用され得る。流体内容物評価は、いくつかの例において、ウェルの初期充填時に行われ得る。これらの質量バランスの検討は、既知の方程式を用いて記載され得ることは、注意されるべきである。
【０１５６】
同様に、本発明は、リザーバー内の混合できない流体の組成および／もしくは容量を制御するために利用され得る。リザーバー内の混合できない流体と組み合わせた、集めた音響放射の使用は、例えば、Ｅｌｌｓｏｎらによる米国特許出願公開第２００２００３７３７５号に記載されている。１つの混合できない流体は、他の流体の蒸発を抑制するのに使用され得る。加えて、このような流体は、リザーバー内で上層および下層を形成し得る。本発明は、それぞれの混合できない流体に対する個別のモニタリングおよび／もしくは制御を含み得る。
【０１５７】
例えば、この混合できない流体が上層および下層を形成する場合、この上層は、下層から排出された液滴をカプセル化するように働き得る。しかし、下層からの流体の液滴が上層を通して排出された場合、上層の流体の消失が生じる。その代わりに、カプセル化する層の厚さは減少し得る。したがって、本発明は、上層の流体の消失をモニタリングすること、およびこのような流体消失を補償するためにさらなる液体を導入することによって、流体の上層を適切な厚さの範囲内に保つために利用され得る。
【０１５８】
あるいは、上部の流体層の厚さの下部の液体層に対する比率は、下層からの流体がリザーバーから優先的に排出されるとともに増加し得る。このリザーバーが先細の形状を示す場合、上層の厚さは、流体が下層から排出されるとともに増加し得る。すなわち、これは、流体レベル全体が、この流体の表面でのリザーバーの断面積が、上層からの流体の除去の速度によって補償され得ない範囲で減少するような速度で低下する場合に生じ得る。そのような場合において、さらなる流体が下層に導入され得るか、もしくは上層から除去され得る。
【０１５９】
上記で議論されるように、本発明は、不均質なおよび／もしくは複数の物質の相を含む流体、および均質な流体に関して使用され得る。しかし、いくつかの均質な流体が、ある環境下において不安定状態となり得、そして不均質になり得ること、またはその逆もあり得ることは注意されるべきである。例えば、集めた放射は、リザーバー内の流体における局所的な摂動を引き起こし得、これは、次に流体内における別個の相の形成をもたらす。これは、例えば、核形成、および溶けたガス由来の、流体から出る泡の増大を含み得る。同様に、集めた放射の適用は、他の不均質な流体を均質化するように働き得る。したがって、別の局面において、本発明は、集めた放射の適用と組み合わせて、リザーバー内の流体を均質化もしくは不均質化するために使用され得る。
【０１６０】
本発明が、それらの好ましい特定の実施形態に関して記載されている一方で、この前述の記載は、本発明の範囲を説明することを目的とし、本発明の範囲を限定することを目的としないことが理解されるべきである。他の局面、利点、および改変は、本発明の当業者とって明白である。
【実施例】
【０１６１】
以下の実施例は、本発明を実施するための方法の完全な開示および記載を当業者に提供するために示され、そして本発明者らが本発明とみなす範囲を限定することを目的としない。
【０１６２】
（実施例１）
実験は、流体特性のインサイチュでの計測の実施に対する音響の有効性を評価するために実施された。７０％のＤＭＳＯおよび３０％の水を含有する溶液からなる約４５μＬの流体を、３８４ウェルからなるポリプロピレンウェルプレートのウェルにピペットした。この流体はウェル中に凹形の流体表面を示した。トランスデューサーをウェルのおよそ中央に配置し、そしてこのトランスデューサーの高さを排出のために最適化した。トーンバーストを流体に向けて適用し、この流体表面を摂動させ、かつ閾値下排出コーン（ｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｅｊｅｃｔｉｏｎ  ｃｏｎｅ）を形成させた。トーンバーストを、次いでトランスデューサー（１０ＭＨｚ、Ｆ＃２）に対して、中心周波数が１０ＭＨｚ、排出閾値下およそ１．５ｄＢのエネルギーで適用した。形成された初期コーンは、多くの空間周波数を含み、これはウェル壁に向かって外方向への表面張力波として伝播した。次いで、この波は、部分的に、ウェル壁からウェルの中心を通って対向するウェル壁に向けて反射され、再度反射され、以下同様であった。いいかえれば、この表面張力波は、ウェル内を放射状に反響した。表面張力波が一般に分散性であるとみなされる一方、異なる波長の波は異なる速度で移動するために、この反響は分散膜（ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）とある程度異なり、しかし、それにもかかわらず、分散膜に対応して適度に近似され得る。
【０１６３】
トーンバーストを適用した後、一連の反響パルスを生成し、流体表面の摂動をモニターした。反響パルスを２００マイクロ秒毎に生成し、全部でそして３００パルスを生成した。反射された音響信号を、各パルスに続く２５マイクロ秒から４０マイクロ秒の時間窓において対数化（ｌｏｇ）した。これは、表面張力波がウェルの壁から反響された際の流体表面の「輪」を音響モニタリングすることを可能にした。ウェルの中間での流体の上下動をモニターし、記録した。音響のトーンバーストの適用の約６０ミリ秒後、３００トレースを得、各トレースは流体表面からの反響信号を含んだ。反響の相関分析を通して、次いで各反響信号について時間遅延値を得た。
【０１６４】
図７は測定された反響遅延時間（トランスデューサーからウェルの流体表面へのパルスに関する飛行の往復時間）を、トーンバースト後の時間の関数としてプロットするグラフである。２つの連続する測定からのデータが示され、これは、計測の再現性を表す。図７に含まれるデータから、トーンバースト励起に続く最初の１．５ミリ秒に測定された反響パルス信号が「通常の」表面反響のそれと非常に異なり、意味のある表面高さ情報を生成し得ないことが分かった。約２ミリ秒後、流体表面の曲率は十分に低く、パルス反響の形状は「通常の」表面反射に非常に似ている。
【０１６５】
図７に含まれるデータから、０．１マイクロ秒の反響遅延時間の変化がおよそ８０μｍの流体高さの変化に相当することが決定された。したがって、図７に含まれるデータから、トーンバーストの適用後、流体表面の反響に続いて、初期の表面緩和があることが証明される。より短い時間（例えば、１０ミリ秒）において、より高い空間周波数の表面張力波が存在し、これが流体表面の運動中に調和した内容物を生成すると見られる。約２５ミリ秒までは、しかし、基本的な反響モードが優勢であると見られる。図７からのデータを用いることによって、流体特性（例えば、表面張力および粘性）を決定し得る。一般的に、表面張力は、図７に見られる信号の周期性を決定付け、そして粘性は流体表面の反響の減衰を決定する。関心ある時間基準に依存して、種々の分析技術が使用され得る。
【０１６６】
（実施例２）
７０％のＤＭＳＯおよび３０％の水を含む溶液の代わりに１００％のＤＭＳＯを含む流体を利用したことを除いて、実施例１に記載される実施例と同様の測定を行った。図８はこの流体ならびにＤＭＳＯおよび水を含む溶液に関する、測定された反響遅延時間を、トーンバースト後の時間の関数としてプロットするグラフである。最適な遅延時間は２つの流体でわずかに異なるので、混合物に関するこのデータは、視覚的な比較を容易にするために任意のオフセットとともに垂直方向にプロットする。
【０１６７】
２つの液体に関するデータを、トーンバースト後２５ミリ秒から６０ミリ秒の時間で、指数関数的に減衰する正弦波に対してフィットした。ＤＭＳＯと水との混合物を含む流体の表面振動期間および指数関数的遅延時間は、それぞれ８．１１ミリ秒および２７．４ミリ秒である。１００％  ＤＭＳＯを含む流体の表面振動期間および指数関数的遅延時間は、それぞれ８．９８ミリ秒および５０．６ミリ秒である。
【０１６８】
指数関数的減衰は、一般的に流体の粘性に反比例して変動するため、２つの流体についてのデータは、ＤＭＳＯおよび水の溶液の粘性が、１００％  ＤＭＳＯ流体の粘性より１．８２倍大きいことを示す。これは、報告されている比率１．８５とよく一致する。同様に、表面振動期間は、一般に表面張力の逆平行根に比例するため、ＤＭＳＯおよび水の溶液の表面張力は、１００％  ＤＭＳＯ流体の１．２３倍大きくあるべきである。これはまた、１００％  ＤＭＳＯに関して報告されている表面張力（４４ｄｙｎｅ／ｃｍ）および水に関して報告されている表面張力（７２ｄｙｎｅ／ｃｍ）とよく一致する。
【０１６９】
（実施例３）
ウェルプレートのウェルを流体で満たす。トランスデューサーをウェルのおよそ中央に配置し、そのトランスデューサーの高さを排出のために最適化する。トーンバーストを流体に適用し、この流体表面を摂動させ、かつ閾値上排出コーンを形成させる。結果として、液滴を形成し、排出コーンから分離する。
【０１７０】
排出コーンの形成前、形成中、および形成後、一連の反響パルスを生成し、流体表面の摂動をモニターする。結果として、液滴の形成を一連のこのような反響パルスを通してモニターする。
【０１７１】
（実施例４）
ウェルプレートのウェルを流体で満たす。トランスデューサーをウェルのおよそ中央に配置し、そのトランスデューサーの高さを排出のために最適化する。一連のトーンバーストを流体に適用し、この流体表面を摂動させ、かつ排出コーンを形成させる。排出コーンの形成直前、形成中、および形成後、一連の反響パルスを生成し、各トーンバーストの結果としての流体表面の摂動をモニターする。結果として、排出の閾値を決定する。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】図１Ａおよび図１Ｂは、図１と集合的に呼ばれ、複数のリザーバーの内容物の反射モードにおける音響評価、およびそれらからの流体液滴の排出の両方を可能にする本発明のデバイスの好適な実施形態の単純化断面図を概略的に示す。描写されるように、このデバイスは、第１および第２のリザーバー、組み合わせ音響分析器およびエジェクター、およびエジェクター位置決め手段を備える。図１Ａは、第１のリザーバーに音響によりカップルした音響エジェクターを示し；このエジェクターは、第１のリザーバー内からアレイを形成する基板上の部位に向かって流体の液滴を排出するために活性化される。図１Ｂは、第２のリザーバーに音響によりカップルされた音響エジェクターを示す。
【図２】図２は、伝達モードにおいて、複数のリザーバーの内容物の音響評価を許容するよう設計された本発明のデバイスの実施形態を単純化した断面図で概略的に示す。
【図３】図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは、図３と集合的に呼ばれ、３つの列および２つの縦列のウェルを有するウェルプレートの形態にあるリザーバーの直線を成すアレイを概略的に示す。図３Ａは、ウェルプレートを上面図で示す。図３Ｂは、ウェルプレートを、点線Ａに沿って断面図で示す。図３Ｃは、ウェルプレートを底面図で示す。
【図４】図４は、図３に描写されるウェルプレートを用いる本発明のデバイスの好適な実施形態の側面図を概略的に示す。
【図５】図５は、図４に描写されるデバイスを用いる、その上に堆積された液滴のアレイを有する基板を概略的に示す。
【図６】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅおよび６Ｆは、集合的に図６と呼ばれ、図５に描写された液滴アレイを形成するために流体の液滴を排出する操作にある、図４に描写されたデバイスを概略的に示す。図６Ａ〜６Ｄは、デバイスを側面で示す。図６Ｅ〜６Ｆは、基板なしでデバイスを上面図で示す。
【図７】図７は、トーンバーストが流体表面をかき乱した後の時間の関数として、尋問音響放射の測定された反響遅延時間をプロットするグラフである。
【図８】図８は、トーンバーストが流体表面をかき乱した後の時間の関数として、２つの異なる流体に対する測定された反響遅延時間をプロットするグラフである。
【図９】図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄおよび９Ｅは、集合的に図９と呼ばれ、複数のリザーバー中の流体の組成および／または容量の反射モードにおける音響評価およびこれらのリザーバー中への流体の導入を可能にする本発明のデバイスの好適な実施形態を単純化した断面図で概略的に示す。描写されるように、このデバイスは、第１および第２のリザーバー、組み合わされた音響分析器／エジェクター、および位置決め手段を備える。図９Ａは、リザーバー内で流体の組成および／または容量の音響によるモニターに参加する第１のリザーバーに音響によりカップルした音響分析器／エジェクターを示す。図９Ｂは、アレイを形成するために、第１のリザーバー内から基板表面上の第１の指定された部位に向かって、流体の液滴を排出するためのリザーバーからのカバーの除去および分析器エジェクターの活性化を示す。図９Ｃは、その結果として、リザーバー内の流体の組成および／または容量をモニターするために第２のリザーバーに音響によってカップリングした音響分析器／エジェクターを示す。図９Ｄは、第２のリザーバーから蒸発した流体の補充を示す。図９Ｅは、第２のリザーバー内から基板表面上の第２の指定された部位に向かう流体の液滴を排出するためのエジェクターの活性化を示す。
【図１０】図１０は、本発明のデバイスの実施形態を単純化した断面図で概略的に示し、ここで、音響エジェクターは、流体が分配され得るリザーバー中へのさらなる導入のための手段として採用される。
【図１１】図１１は、１５３６単位のウェルプレートのウェル中の流体高さに対してプロットしたときの流体高さ変化の測定された速度をグラフで描写する。
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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