(57)【要約】マイクロ流体システムの流体相互接続ポートおよび流体相互接続ポートを形成する方法を提供する。流体相互接続ポートは、マイクロチャネルが第1の液体で満たされるときに、仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められている、マイクロチャネルの側壁に形成された開口部を含む。流体相互接続ポートは、マイクロチャネルに第1の液体を充填し、第1の液体に第2の液体を導入し、かつマイクロチャネルから液体を排出するために使用される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するために、マイクロチャネルの側壁に形成される流体相互接続ポートであって、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するように、約25μmと約100μmとの間の径を有する流体相互接続ポート
を含む、マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
マイクロチャネルが径を有し、かつ流体相互接続ポートの径がマイクロチャネルの径と実質的に等しい、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
流体相互接続ポートが、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して忌避性の材料を含む内壁を有する、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
材料が疎水性材料を含む、請求項3記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
マイクロチャネルの側壁の内側面が、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して誘引性である、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
側壁の内側面が親水性材料で形成される、請求項5記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
流体相互接続ポートを被覆するために、流体相互接続ポート上に配置された被覆層をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
被覆層が、マイクロチャネルの内側に配置された流体と非混和性である被覆流体を含む、請求項7記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
被覆層が非気化性液体を含む、請求項7記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
マイクロチャネルの側壁に形成される第2の流体相互接続ポートをさらに含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が第2の流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
流体相互接続ポートが、試料を受け入れ、かつマイクロチャネルの内側に試料を通過させるための注入ポートを形成し、第2の流体相互接続ポートが、マイクロチャネルから試料を排出するための排出ポートを形成する、請求項10記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
流体の液滴を形成し、かつ流体相互接続ポートを介してチャネルに液滴を導入するための液滴生成装置システムをさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
液滴生成システムが、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む、請求項12記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４】
液滴搬送要素が、仮想的な壁と接触することによって液滴を流体相互接続ポートに導入するためのピンを含む、請求項12記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５】
流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して、流体を光学的に検出するために、流体相互接続ポートに対して配置された光学的検出装置をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１６】
複数の仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含み、一連の流体相互接続ポートが、外側に適用された第2の液体をマイクロチャネル内に毛管移動させる、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１７】
流体相互接続ポートが円柱形状または円錐形状を有する、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１８】
チャネルの内側に配置され、かつ流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する第1の流体をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９】
流体相互接続ポートが、流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルと流体を双方向的に交換することを可能にするように適合される、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２０】
マイクロチャネルが、非線形である、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２１】
マイクロチャネルが実質的にU字形である、請求項20記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２２】
マイクロチャネルに配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２３】
疎水性パッチが、流体相互接続ポートと実質的に同軸に配列される、請求項22記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２４】
マイクロチャネルが、基材に形成された半開チャネル構造を含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２５】
密閉されたマイクロチャネルを形成するために、半開チャネル構造を被覆するための被覆をさらに含み、密閉されたマイクロチャネルは、側壁によって囲まれた内側を形成し、側壁は基材と被覆によって形成される、請求項24記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２６】
流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項25記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２７】
マイクロチャネル内に配置された流体の液滴を、相互接続ポートの仮想的な壁を介して排出するために、マイクロチャネルに連結された排出装置をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２８】
排出装置が、流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するために、流体に圧力パルスを適用するための圧力パルス発生装置、ガス加圧装置、電圧発生装置、および仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するガス気泡を産生するために流体を加熱するための、仮想的な壁の向かい側に配置された加熱装置、の少なくとも一つを含む、請求項27記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２９】
側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成される第1の流体相互接続ポート
を含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が第1の流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成し、ここでマイクロチャネルは、第1の流体相互接続ポートの向かい側の位置の側壁に形成される、同軸上に配置された第2の流体相互接続ポートを含まない、マイクロ流体デバイス。
【請求項３０】
マイクロチャネルおよび流体相互接続ポートが各々径を有し、流体相互接続ポートの径がマイクロチャネルの径に実質的に等しい、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３１】
流体相互接続ポートの径が約25μmと約100μmとの間である、請求項30記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３２】
流体相互接続ポートが、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して忌避性である材料を含む内壁を有する、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３３】
材料が疎水性材料を含む、請求項32記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３４】
マイクロチャネルの側壁の内側面が、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して誘引性である、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３５】
側壁の内側面が親水性材料で形成される、請求項34記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３６】
流体相互接続ポートを被覆するために、流体相互接続ポートの上に配置された被覆層をさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３７】
被覆層が、マイクロチャネルの内側に配置された流体と非混和性である被覆流体を含む、請求項36記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３８】
被覆層が非気化性液体を含む、請求項36記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３９】
マイクロチャネルの側壁に形成される選択された他の流体相互接続ポートをさらに含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が選択された他の流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４０】
流体相互接続ポートが、試料を受け入れ、かつマイクロチャネルの内側に試料を通過させるための注入ポートを形成し、選択された他の流体相互接続ポートが、マイクロチャネルから試料を排出するための排出ポートを形成する、請求項39記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４１】
流体の液滴を形成し、流体相互接続ポートを介してチャネルに液滴を導入するための液滴生成装置システムをさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４２】
液滴生成システムが、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む、請求項41記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４３】
液滴搬送要素が、仮想的な壁と接触することによって液滴を流体相互接続ポートに導入するためのピンを含む、請求項42記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４４】
流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して、流体を光学的に検出するために、流体相互接続ポートに対して配置された光学的検出装置をさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４５】
複数の仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含み、一連の流体相互接続ポートは外側に適用された第2の液体をマイクロチャネル内に毛管移動させる、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４６】
流体相互接続ポートが円柱形状または円錐形状を有する、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４７】
チャネルの内側に配置され、かつ流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する第1の流体をさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４８】
流体相互接続ポートが、流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルと流体を双方向的に交換することを可能にするように適合される、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４９】
マイクロチャネルが非線形である、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５０】
マイクロチャネルが実質的にU字形である、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５１】
マイクロチャネルに配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５２】
疎水性パッチが流体相互接続ポートと実質的に同軸に配列されている、請求項51記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５３】
マイクロチャネルが、基材に形成された半開チャネル構造を含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５４】
密閉されたマイクロチャネルを形成するために、半開チャネル構造を被覆するための被覆をさらに含み、密閉されたマイクロチャネルが、側壁によって囲まれた内側を形成し、側壁が基材および被覆によって形成される、請求項53記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５５】
流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項54記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５６】
相互接続ポート内の仮想的な壁を介して、マイクロチャネル内に配置された流体の液滴を排出するために、マイクロチャネルに連結された排出装置をさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５７】
排出装置が、流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するために、流体に圧力パルスを適用するための圧力パルス発生装置、ガス加圧装置、電圧発生装置、および仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するガス気泡を産生するために流体を加熱する、仮想的な壁の向かい側に配置された加熱装置、の少なくとも1つを含む、請求項56記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５８】
側壁によって囲まれた内側を規定するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するために、マイクロチャネルの側壁に形成される流体相互接続ポート
を含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成し、ここで流体相互接続ポートが1ナノリッター未満のデッドボリュームを有する、マイクロ流体デバイス。
【請求項５９】
流体相互接続ポートのデッドボリュームが約1ピコリッター未満である、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６０】
マイクロチャネルが、第1の流体相互接続ポートの向かい側の位置の側壁に形成される、同軸上に配置された第2の流体相互接続ポートを含まない、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６１】
マイクロチャネルおよび流体相互接続ポートが径を有し、流体相互接続ポートの径がマイクロチャネルの径と実質的に等しい、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６２】
流体相互接続ポートの径が約25μmと約150μmとの間である、請求項61記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６３】
流体相互接続ポートの径が約50μmと約100μmとの間である、請求項62記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６４】
流体相互接続ポートが、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して忌避性である材料を含む内壁を有する、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６５】
材料が疎水性材料を含む、請求項64記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６６】
マイクロチャネルの側壁の内側面が、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して誘引性である、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６７】
側壁の内側面が親水性材料で形成される、請求項66記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６８】
流体相互接続ポートを被覆するために、流体相互接続ポート上に配置される被覆層をさらに含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６９】
被覆層が、マイクロチャネルの内側に配置された流体と非混和性である被覆流体を含む、請求項68記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７０】
被覆層が非気化性液体を含む、請求項68記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７１】
マイクロチャネルの側壁に形成される選択された他の流体相互接続ポートをさらに含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が選択された他の流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７２】
流体相互接続ポートが、試料を受け入れ、かつ試料をマイクロチャネルの内側に通過させるための注入ポートを形成し、選択された他の流体相互接続ポートが、マイクロチャネルから試料を排出するための排出ポートを形成する、請求項71記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７３】
流体の液滴を形成し、流体相互接続ポートを介してチャネルに液滴を導入するための液滴生成装置システムをさらに含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７４】
液滴生成システムが、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む、請求項73記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７５】
液滴搬送要素が、仮想的な壁に接触することによって流体相互接続ポートに液滴を導入するためのピンを含む、請求項74記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７６】
流体相互接続ポートに形成された仮想的な壁を介して流体を光学的に検出するために、流体相互接続ポートに対して配置された光学的検出装置をさらに含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７７】
複数の仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含み、一連の流体相互接続ポートが外側に適用された第2の液体をマイクロチャネル内に毛管移動させる、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７８】
流体相互接続ポートが円柱形状または円錐形状を有する、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７９】
チャネルの内側に配置され、流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する第1の流体をさらに含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８０】
流体相互接続ポートが、流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルと流体を双方向的に交換することを可能にするように適合される、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８１】
マイクロチャネルが非線形である、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８２】
マイクロチャネルが実質的にU字形である、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８３】
マイクロチャネルに配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８４】
疎水性パッチが、流体相互接続ポートと実質的に同軸上に配列されている、請求項83記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８５】
マイクロチャネルが、基材に形成された半開チャネル構造を含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８６】
密閉されたマイクロチャネルを形成するために、半開チャネル構造を被覆するための被覆をさらに含み、密閉されたマイクロチャネルが側壁によって囲まれた内側を形成し、側壁が基材および被覆によって形成される、請求項85記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８７】
流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項86記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８８】
流体相互接続ポート内の仮想的な壁を介して、マイクロチャネル内に配置された流体の液滴を排出するために、マイクロチャネルに接続された排出装置をさらに含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８９】
排出装置が、流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するために、流体に圧力パルスを適用するための圧力パルス発生装置、ガス加圧装置、電圧発生装置、および仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するガス気泡を産生するために流体を加熱するための、仮想的な壁の向かい側に配置された加熱装置、の少なくとも1つを含む、請求項88記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９０】
側壁によって囲まれた内側を規定するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポート
を含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成し、ここで流体相互接続ポートがデッドボリューム0を有する、マイクロ流体デバイス。
【請求項９１】
マイクロチャネルが、第1の流体相互接続ポートの向かい側の位置の側壁に形成される、同軸上に配列された第2の流体相互接続ポートを含まない、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９２】
マイクロチャネルおよび流体相互接続ポートが各々径を有し、流体相互接続ポートの径がマイクロチャネルの径に実質的に等しい、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９３】
流体相互接続ポートの径が約25μmと約100μmとの間である、請求項92記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９４】
流体相互接続ポートが、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して忌避性である材料を含む内壁を有する、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９５】
材料が疎水性材料を含む、請求項94記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９６】
マイクロチャネルの側壁の内側面が、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して誘引性である、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９７】
側壁の内側面が親水性材料で形成される、請求項96記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９８】
流体相互接続ポートを被覆するための、流体相互接続ポート上に配置された被覆層をさらに含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９９】
被覆層が、マイクロチャネルの内側に配置された流体と非混和性である被覆流体を含む、請求項98記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１００】
被覆層が非気化性液体を含む、請求項98記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０１】
マイクロチャネルの側壁に形成される選択された他の流体相互接続ポートをさらに含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が選択された他の流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０２】
流体相互接続ポートが、試料を収容し、マイクロチャネルの内側に試料を通過させるための注入ポートを形成し、選択された他の流体相互接続ポートが、マイクロチャネルから試料を排出するための排出ポートを形成する、請求項101記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０３】
流体の液滴を形成し、流体相互接続ポートを介してチャネルに液滴を導入するための液滴生成装置システムをさらに含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０４】
液滴生成システムが、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む、請求項103記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０５】
液滴搬送要素が、仮想的な壁と接触することによって液滴を流体相互接続ポートに導入するためのピンを含む、請求項104記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０６】
流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して、流体を光学的に検出するために、流体相互接続ポートに対して配置された光学的検出装置をさらに含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０７】
複数の仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含み、一連の流体相互接続ポートが、外側に適用された第2の液体をマイクロチャネル内に毛管移動させる、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０８】
流体相互接続ポートが円柱形状または円錐形状を有する、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０９】
チャネルの内側に配置され、流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する第1の流体をさらに含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１０】
流体相互接続ポートが、流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルと流体を双方向的に交換することを可能にするように適合される、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１１】
マイクロチャネルが非線形である、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１２】
マイクロチャネルが実質的にU字形である、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１３】
マイクロチャネル内に配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１４】
疎水性パッチが、流体相互接続ポートと実質的に同軸に配列される、請求項113記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１５】
マイクロチャネルが、基材に形成された半開チャネル構造を含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１６】
密閉されたマイクロチャネルを形成するために、半開チャネル構造を被覆するための被覆をさらに含み、密閉されたマイクロチャネルが、側壁によって囲まれた内側を形成し、側壁が基材および被覆によって形成される、請求項115記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１７】
流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項116記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１８】
相互接続ポート内の仮想的な壁を介して、マイクロチャネル内に配置された流体の液滴を排出するために、マイクロチャネルに接続された排出装置をさらに含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１９】
排出装置が、流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するために、流体に圧力パルスを適用するための圧力パルス発生装置、ガス加圧装置、電圧発生装置、および仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するガス気泡を形成するために流体を加熱するための、仮想的な壁の向かい側に配置された加熱装置、の少なくとも1つを含む、請求項118記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２０】
側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポートと
を含み、流体相互接続部は、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められ、該仮想的な壁はマイクロチャネル内の流体を光学的に分析するための、光学的窓として使用される、マイクロ流体デバイス。
【請求項１２１】
流体相互接続ポートに形成された仮想的な壁を介して、流体を光学的に検出するために、流体相互接続ポートに対して配置された光学的検出装置をさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２２】
流体からの光学的シグナルを通過することを可能にする、光学的窓に対して配置された光学的要素、および
光学的要素を通過する流体からの光学的シグナルを測定するために、光学的要素に対して配置された光学的検出装置と
をさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２３】
マイクロチャネルおよび流体相互接続ポートが各々径を有し、流体相互接続ポートの径がマイクロチャネルの径に実質的に等しい、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２４】
流体相互接続ポートが、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して忌避性である材料を含む内壁を有する、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２５】
材料が疎水性材料を含む、請求項124記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２６】
マイクロチャネルの側壁の内側面が、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して誘引性である、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２７】
側壁の内側面が親水性材料で形成される、請求項126記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２８】
流体相互接続ポートを被覆するために、流体相互接続ポート上に配置された被覆層をさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２９】
被覆層が、マイクロチャネルの内側に配置された流体と非混和性である被覆流体を含む、請求項128記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３０】
被覆層が、非気化性液体を含む、請求項128記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３１】
マイクロチャネルの側壁に形成された第2の流体相互接続ポートをさらに含み、マイクロチャネルの内側の流体が、第2の流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３２】
流体相互接続ポートが、試料を受け入れ、かつマイクロチャネルの内側に試料を通過させるための注入ポートを形成し、第2の流体相互接続ポートが、マイクロチャネルから試料を排出するための排出ポートを形成する、請求項131記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３３】
流体の液滴を形成し、かつ流体相互接続ポートを介してチャネルに液滴を導入するための液滴生成装置システムをさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３４】
液滴生成システムが、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む、請求項133記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３５】
液滴搬送要素が、仮想的な壁と接触することによって液滴を流体相互接続ポートに導入するためのピンを含む、請求項134記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３６】
複数の仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含み、一連の流体相互接続ポートが、外側に適用された第2の液体をマイクロチャネル内に毛管移動させる、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３７】
流体相互接続ポートが円柱形状または円錐形状を有する、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３８】
チャネルの内側に配置され、かつ流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する第1の流体をさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３９】
流体相互接続ポートが、流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルと流体を双方向的に交換することを可能にするように適合される、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４０】
マイクロチャネルが非線形である、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４１】
マイクロチャネルが実質的にU字形である、請求項140記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４２】
マイクロチャネルに配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４３】
疎水性パッチが、流体相互接続ポートと実質的に同軸に配列される、請求項142記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４４】
マイクロチャネルが、基材に形成された半開チャネル構造を含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４５】
密閉されたマイクロチャネルを形成するために、半開チャネル構造を被覆するための被覆をさらに含み、密閉されたマイクロチャネルが、側壁によって囲まれた内側を形成し、側壁が基材と被覆によって形成される、請求項144記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４６】
流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項145記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４７】
流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して、マイクロチャネル内の流体の液滴を排出するために、マイクロチャネルに連結された排出装置をさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４８】
排出装置が、流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するために、流体に圧力パルスを適用するための圧力パルス発生装置、ガス加圧装置、電圧発生装置、および仮想的な壁を介して液体の液滴を排出するガス気泡を形成するために流体を加熱するための、仮想的な壁の向かい側に配置された加熱装置を含む、請求項147記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４９】
流体相互接続ポートの向かい側に配置され、かつそれと同軸上に配列された第2の流体相互接続ポートをさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５０】
光学的エネルギーが通過することを可能にする、光学的窓に対して配置された第1の光学的要素、
光学的エネルギーを通過させるために、第2の相互接続ポートに対して配置された第2の光学的要素、ならびに
光学的要素を通過する、マイクロチャネル内の流体の光学的エネルギーを光学的に検出するための、第1および第2の光学的要素の1つに対して配置された光学的検出装置
をさらに含む、請求項149記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５１】
液滴を生成する液滴生成装置システム；および
液滴を受け入れるための、マイクロチャネル内に配置された流体によって流体相互接続ポートに形成された仮想的な壁
を含む、流体システムのマイクロチャネル内に液滴を注入するための、液体容量注入システム。
【請求項１５２】
仮想的な壁の方向に液滴を導くための液滴案内システムをさらに含む、請求項151記載のシステム。
【請求項１５３】
液滴生成装置がノズル組立物を含む、請求項151記載のシステム。
【請求項１５４】
ノズル組立物が、液滴が形成される離脱点を含み、かつ離脱点において液滴を荷電するために、荷電回路および液滴電極を含む液滴荷電装置をさらに含む、請求項153記載のシステム。
【請求項１５５】
液滴案内システムが、液滴を荷電し、液滴電極を備えるための、液滴荷電装置を含む、請求項152記載のシステム。
【請求項１５６】
液滴荷電装置が、液滴電極に接続された液滴荷電回路をさらに含む、請求項155記載のシステム。
【請求項１５７】
液滴荷電装置が、荷電された液滴を案内するための接地電極をさらに含む、請求項155記載のシステム。
【請求項１５８】
液滴案内システムが、液滴を仮想的な壁の方向に導くための電場を確立するための、1つまたは複数の電気制御式偏向板を含む、請求項152記載のシステム。
【請求項１５９】
各流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含む、請求項151記載のシステム。
【請求項１６０】
液滴案内システムが、マイクロチャネルに荷電を選択的に提供するためのチャネル荷電回路を含む、請求項152記載のシステム。
【請求項１６１】
チャネル荷電回路が、荷電された液滴を誘引するために、流体チャネルを荷電する、請求項160記載のシステム。
【請求項１６２】
チャネル荷電回路が、荷電された液滴を忌避するために、隣接する流体チャネルを荷電する、請求項161記載のシステム。
【請求項１６３】
液滴案内システムが、荷電された液滴を仮想的な壁へ導くための、仮想的な壁に近接する標的用電極を含む、請求項152記載のシステム。
【請求項１６４】
標的用電極を荷電するための標的用電極荷電回路をさらに含む、請求項163記載のシステム。
【請求項１６５】
側壁、および側壁に形成された流体相互接続ポートとを有し、流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する流体を収容するためのマイクロチャネル；
マイクロチャネルの第1の末端に接続された第1の電極を含む第1の貯蔵器；
マイクロチャネルの第2の末端に接続された第2の電極を含む第2の貯蔵器；ならびに
第1の電極と第2の電極との間に電場を確立し、それによってマイクロチャネルを通じた第1の流体の運動を誘発するための電圧発生装置
を含む、動電学的作動式マイクロ流体システム。
【請求項１６６】
仮想的な壁を介してマイクロチャネル内に導入される液体容量を含有する液滴を生成するための、液滴生成装置システムをさらに含む、請求項165記載のシステム。
【請求項１６７】
マイクロチャネル内に適用される電場が、液体容量の個々の構成成分への電気泳動的分離を実施する、請求項166記載のシステム。
【請求項１６８】
マイクロチャネル内の液体容量の個々の構成成分を検出するための、マイクロチャネルに連結された検出装置をさらに含む、請求項167記載のシステム。
【請求項１６９】
検出装置のための光学的検出窓を形成するための、マイクロチャネル内に形成された第2の流体相互接続ポートに形成された第2の仮想的な壁をさらに含む、請求項168記載のシステム。
【請求項１７０】
第1および第2の貯蔵器に接続された複数のマイクロチャネルをさらに含む、請求項165記載のシステム。
【請求項１７１】
マイクロチャネルから流体を排出するための、マイクロチャネル内の第2の流体相互接続ポートに形成された第2の仮想的な壁をさらに含む、請求項165記載のシステム。
【請求項１７２】
第1および第2の貯蔵器が基部基材に形成される、請求項165記載のシステム。
【請求項１７３】
マイクロチャネルが基部基材に形成され、第1の貯蔵器と第2の貯蔵器の間に延伸し、第1および第2の貯蔵器と流体的に連絡している、請求項172記載のシステム。
【請求項１７４】
第1の貯蔵器と第2の貯蔵器との間の基部基材の中空部分に配置された、マイクロチャネル組立物をさらに含む、請求項172記載のシステム。
【請求項１７５】
マイクロチャネル組立物が、
1つまたは複数のマイクロチャネルが形成された第1のチャネル基材、ならびに
該第1のチャネル基材を積み重ねた第2のチャネル基材とを含み、それによってマイクロチャネルを規定し、ここで流体相互接続ポートが、第2のチャネル基材に形成され、かつマイクロチャネルの1つまたは複数に登録（in registration with）されている、請求項174記載のシステム。
【請求項１７６】
第2のチャネル基材が被覆を含む、請求項175記載のシステム。
【請求項１７７】
マイクロチャネル組立物が複数の平行なマイクロチャネルを含む、請求項174記載のシステム。
【請求項１７８】
マイクロチャネル内で化学反応を実施するために、該マイクロチャネルに沿って配置された1つまたは複数のマイクロリアクターをさらに含む、請求項165記載のシステム。
【請求項１７９】
側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成される、1つまたは複数の試料導入ポートであって、マイクロチャネルの内側に配置された流体が、流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するような1つまたは複数の試料導入ポート；および
マイクロチャネルに流体を充填するための、マイクロチャネルの側壁に形成された充填用開口部
を含む、マイクロ流体システム。
【請求項１８０】
充填用開口部を充填するための封入剤をさらに含む、請求項179記載のデバイス。
【請求項１８１】
充填用開口部を被覆するための閉鎖層をさらに含む、請求項179記載のデバイス。
【請求項１８２】
側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；ならびに
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成される、1つまたは複数の流体相互接続ポートであって、マイクロチャネルの内側に配置された流体が、流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成し、液体が流体相互接続ポートに導入されるとき、チャネル内に流体をくみ上げるために、該流体ポートのサイズおよび寸法が決められている、1つまたは複数の流体相互接続ポート
を含む、マイクロ流体デバイス。
【請求項１８３】
流体の特定の方向への流動を誘発し、それによってチャネル内への流体のくみ上げを促進するために、マイクロチャネル内に配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項182記載のデバイス。
【請求項１８４】
チャネルが閉鎖端を有し、それによってチャネル内への流体のくみ上げを促進する、請求項182記載のデバイス。
【請求項１８５】
流体を選択した方向に移動させるために圧力障壁を形成するために、マイクロチャネルの側壁に形成された栓孔をさらに含む、請求項182記載のデバイス。
【請求項１８６】
側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの側壁の内側面に配置された疎水性パッチ；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するために、疎水性パッチの向かい側の側壁に形成され、マイクロチャネルの内側から空気を排出することを可能にするための通気口を形成する、流体相互接続ポート
を含む、マイクロ流体デバイス。
【請求項１８７】
流体相互接続ポートが、約25μmと約100μmとの間の径を有する開口部を含む、請求項186記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１８８】
流体相互接続ポートを被覆するための被覆層をさらに含む、請求項186記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１８９】
疎水性パッチが、流体相互接続ポートを介して適用される、請求項186記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９０】
側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成される流体相互接続ポートであって、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められる、流体相互接続ポート；
マイクロチャネルからの廃棄物を回収するために、マイクロチャネルと連絡し、かつ横断している、少なくとも一つの廃棄チャネル
を含む、マイクロ流体デバイス。
【請求項１９１】
マイクロチャネルが、流体相互接続ポートの上流に配置され、かつ第1の径を有する洗浄媒体用流入口を有する、請求項190記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９２】
マイクロチャネルが、廃棄チャネルの下流に配置され、かつ第2の径を有する排出口を有する、請求項191記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９３】
マイクロチャネルの内側を通じて流動する洗浄媒体をさらに含む、請求項192記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９４】
仮想的な壁を介して洗浄媒体内に導入される試料が洗浄媒体内に拡散し、試料の成分がサイズによって分離される、請求項193記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９５】
廃棄チャネルが、試料中の第1の選択されたサイズを有する粒子を回収するようにサイズが決められ、かつ位置づけられる、請求項194記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９６】
排出口が、第2の選択されたサイズを有する粒子を回収するようにサイズが決められ、かつ位置づけられる、請求項195記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９７】
排出装置がピン組立物を含む、請求項27、56、88、118または147記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９８】
ピン組立物が、液体容量を受け入れるための毛細管を規定するために、第1のピンおよび第1のピンから間隔をおいて配置された第2のピンを含む、請求項197記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９９】
圧力パルス発生装置が、流体相互接続ポートの向かい側に配置され、かつマイクロチャネルの内側と連絡している円錐形状の圧力チャンバー、および圧力チャンバーに接続された圧力発動膜を含む、請求項28、57、89、119または148記載のマイクロ流体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、全てが参照として明白に本明細書に組み入れられる、2001年6月20日提出の米国暫定特許出願第60/299,515号、2001年12月21日提出の米国特許出願第10/028,852号、2001年12月21日提出の米国特許出願第10/027,484号、2001年12月21日提出の米国特許出願第10/027,516号、2001年12月21日提出の米国特許出願第10/027,171号、2001年12月21日提出の米国特許出願第10/027,922号、および2001年12月21日提出の米国特許出願第10/029,108号の優先権を主張している。
【０００２】
発明の分野
本発明は、マイクロスケールの流体を取り扱う装置およびシステムに関する。さらにより特別には、本発明は、マイクロ流体システム（microfluidic system）において双方向性の流体相互接続（fluid interfacing）を提供するための流体相互接続ポート（fluidic interface port）に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
化学、生物医学、生物科学および薬学業界において、反応、分離、およびその後の検出段階などの大多数の化学的操作を、高度に平行な様式で実施することがますます望ましくなっている。(生)化学化合物の高スループット合成、スクリーニング、および分析により、新薬および新薬候補物の経済的な発見、ならびに高性能の医学的診断装置の実現が可能になる。速度の増加、再現性の増強、高価な試料および試薬の消費の減少、ならびに廃棄物の減少は、これらの適用に要求される化学的操作の改善に関して極めて重要である。
【０００４】
マイクロ流体デバイスおよびシステムは、化学的、生化学的および生物学的な分析および合成を実施するための改善された方法を提供する。マイクロ流体デバイスおよびシステムは、チップに基づくマイクロ化学分析システムにおいて、多段階、多種の化学的操作の実施を可能にする。チップに基づくマイクロ流体システムは、一般に、化学的および生化学的標本の取り扱いおよび分析が特に可能な従来の「マイクロ流体」要素を含む。典型的には、当技術におけるマイクロ流体という用語は、約1.0μm〜約500μmの範囲の典型的な断面寸法を有するチャネルによって接続された処理ノード、チャンバーおよび貯蔵器のネットワークを有するシステムまたはデバイスをいう。当技術分野において、このような断面寸法を有するチャネルは「マイクロチャネル」と言われる。
【０００５】
マイクロ流体システムにおいて化学的操作を実施することによって、潜在的に上記の数多くの望ましい改善を実現することができる。寸法の小型化により、種の加熱、冷却および受動輸送（拡散物質輸送）などの拡散過程をより迅速に進行させることができる。一例は、典型的に化学合成および分析において必要とされる段階である、液体の熱処理である。従来の実験室環境において実施されている、ビーカーにおける液体の加熱および冷却と比較して、液体の熱処理は、マイクロチャネルにおいては拡散距離が短いことにより加速される。マイクロ流体システムの効率の別の例は、拡散律速される過程である、液体に溶解された種の混合である。混合チャンバーの典型的な寸法の小型化は拡散物質輸送によって克服される典型的な距離を減少し、結果として混合時間を短縮する。熱処理と同様に、試薬などの溶解した化学種と、試料または合成段階のための前駆体との混合は、実質的に全ての化学合成および分析過程に必要とされる操作である。従って、混合にかかる時間を短縮できることは、ほとんどの化学合成および分析過程に重大な利点を提供する。
【０００６】
さらに、寸法の減少は、化学合成および分析過程に使用する分離操作を増強する。一例は、長手方向の電場の適用による、液体を充填した毛細管を通過する溶解した荷電種の移動に基づく分離技術である、キャピラリー電気泳動である。毛細管の断面サイズを減少させることによって、分離効率を大幅に改善することができ、それによって分離を迅速にすることができる。例えば、Effenhauserら、Anal. Chem. 65: 2637-2642 10月(1993)、Effenhauserら、Anal. Chem. 66: 2949-2953 9月(1994)、Jacobsonら、Anal. Chem. 66: 4127-4132 12月(1994)およびJacobsonら、Anal. Chem. 66: 1114-1118 4月(1994)を参照されたい。
【０００７】
寸法の減少の別の局面は、試料、試薬、前駆体および非常に高価であることが多い他の化学物質の、必要な容量の減少である。ミリリッターサイズのシステムは、典型的に、これらの物質のミリリッター容量を必要とするが、マイクロリッターサイズのマイクロ流体システムは、マイクロリッター容量を必要とするだけである。より小さい容量を使用してこれらの過程を実施することができることにより、大幅に費用を節減し、化学合成および分析操作の経済的な操作が可能になる。必要容量の低下の結果として、化学操作中に産生される化学廃棄物の量も対応して減少する。
【０００８】
マイクロ流体システムに関連する寸法の低下により、重要な化学操作を加速することができると同時に、化合物の消費および化学的廃棄物の減少を導くことができると結論づけることができる。
【０００９】
マイクロ流体システムの用途は無数である。例えば、米国特許第5,922,591号は、小型化された統合型核酸診断デバイスおよびシステムを記載している。このデバイスは、1つまたは複数の試料の獲得および調製操作を、1つまたは複数の試料分析操作と組み合わせて実施することができる。マイクロ流体システムの有用な適用は、核酸に基づく診断およびデノボ配列決定用途にある。1996年2月15日に刊行された国際特許出願・国際公開公報第96/04547号は、電気泳動分離、フローインジェクション分析、ならびに化学反応および合成段階を実施するための、動電学的作動式マイクロ流体システムの用途を記載している。米国特許第5,942,443号は、特に種々の化学的および生化学的システムに対する、大多数の異なる化学化合物の効果についてそれらをスクリーニングする際に有用な、高スループット合成および分析を実施するための、ある範囲のマイクロ流体デバイスを開示している。米国特許第5,858,804号は、固相基材に配置された複数のマイクロチャネルおよびチャンバーを含む、マイクロラボラトリーアレイにおいて免疫学的アッセイを実施する方法を提供している。米国特許第6,176,991 B1号は、特に核酸配列決定のための、化学的試料の組成の効率的な高速分析を提供する、マイクロチップフォーマットにおける蛇行電気泳動チャネルを開示している。
【００１０】
マイクロ流体システムに向かって、マイクロ流体システム内において、またはマイクロ流体システム間において、試料、分析物、試薬、合成のための前駆体、および緩衝液のような流体を相互接続させる（interfacing）のための多数の方法が記載されている。従来のマイクロ流体システムでは、マイクロ流体基材内に試料および他の流体を導入するために使用する構造物および方法が、マイクロ流体システムの能力を制限している。例えば、従来のマイクロ流体システムは、処理するためのマイクロチャネルに試料を導入するために別個の試料導入チャネルを備えている場合がある。最初に試料を試料チャネルに導入し、試料チャネルを介してマイクロチャネルに輸送する。流体を導入するための別の方法は、試料の比較的大きな供給を保持するための、マイクロチャネルと連絡している試料ウェルまたは貯蔵器の使用に関係する。貯蔵器は、マイクロ流体チャネルより有意に大きな容量の流体を収容する構造物である。試料ウェルまたは貯蔵器における供給試料の比較的少量がマイクロチャネル内に導入される。
【００１１】
マイクロ流体基層上で処理することができる試料および他の流体の合計数は、現在は、貯蔵器（これを介してこれらの流体がマイクロ流体システムに導入される）のサイズおよび／または数によって制限されている。マイクロ流体システム内に流体を導入するための既知の構造物および方法の欠点は、有意なサイズ非効率および試料損失による、マイクロ流体分析に必要とされるよりもはるかに大容量の流体の使用および移動である。さらに、マイクロ流体システムに流体を導入する従来の方法では、試料チャネルまたは貯蔵器を通過後、最終的にマイクロチャネルに導入される試料導入の量を制御することが困難である。
【００１２】
マイクロ流体システムとの流体的連絡の方法は、機械的なマイクロポンプおよび弁によるものであり、米国特許第6,033,191号および米国特許第5,529,465号を参照されたい。流体的相互接続のこの手法の主要な欠点は、これらのマイクロポンプおよび弁の複雑な構成および操作である。別の欠点は、マイクロチャネルの内部容量と比較した場合、比較的大きなサイズおよび内部容量である。これら2つの容量間には複数桁の大きさの差があることが多く、結果として生じる矛盾により、多数の小型の寸法のマイクロチャネルと相互接続するのにマイクロポンプを魅力のないものにしている。
【００１３】
米国特許第5,173,163号は、電気泳動分離のためのマイクロ毛細管に流体試料を導入するための方法および装置を記載している。この方法では、導入される液体を含有する管に、分離毛細管の一方の末端を導入することによって、この毛細管内に液体を導入する。適用される外部圧力および電圧の組み合わせにより、液体が管から毛細管内に輸送される。提案されているこの方法には欠点がある。デバイスのサイズが、大多数のマイクロチャネルとの相互接続を不可能にし、かつ連続注入の間にデバイスを洗浄する必要があり、スループットをかなり低下させている。
【００１４】
マイクロ流体デバイスに物質を導入するための別の方法は、米国特許第6,042,709号に開示されている。この手法では、マイクロ流体デバイスの受入口開口部を介して荷電化合物を移動させるために、動電力を使用している。欠点は、注入される液体および物質の正確な量は、制御が困難な大多数の因子に依存しているということである。1つの重要なパラメーターは、適用される電圧と共に液体の流動を決定する、マイクロチャネル壁の表面電位である。この表面電位は、くみ上げられる液体のpH、ならびにそのイオン組成および液体中に存在するイオンの種類にさえ依存する。全ての注入ポートについて、閉じた電気回路を提供するために、関連する液体チャネルと共に別個の高い電圧供給が必要とされるので、大多数の異なる液体との効率的な相互接続を不可能にするということも欠点である。
【００１５】
高度に平行な様式で電気泳動実験を実施するための方法および装置は、米国特許第6,103,199号に開示されている。ここでは、複数の分離毛細管が、液状の化学物質を受け入れるための関連するウェルとともに、二次元アレイ形態で配置されている。化学物質は、充填されるウェルに関連した加圧チャンバーを使用する相互接続方法によって、マイクロタイタープレートからこれらのウェルに分注される。欠点は、適用された液体のごく少量の分画だけが目的のマイクロチャネルに実際に導入され、適用された液滴の大半は毛細管力によってウェル内に残るということである。結果として、液体の大半は廃棄され、その後の化学的処理段階に利用できない。実際に輸送されるごく少量の部分の液体だけが、マイクロ流体システムの目的の部分に導入される効果を「注入効率」、すなわち、マイクロ流体システムの一部における特定の化学操作に必要な液体の容量と、導入操作に必要な液体の総容量との比、と言うことができる。
【００１６】
この特定の開示では、電気泳動分離（すなわち、化学的操作）にはナノリッター以下の量しか必要ないが、多くのマイクロリッターの試料がマイクロタイタープレートから取り出され（すなわち、導入操作）、0.001よりはるかに低い注入効率を生じる。低い注入効率は化学物質の非効率的な使用および廃棄物産生の増加を示すので、欠点である。
【００１７】
米国特許第6,090,251号は、マイクロ流体デバイスへの流体の導入を促進するための、微細製造された構造物を提供する。流体は、加圧ガスを使用して複数の受け入れウェル内に液体を滴下することによって、関連するマイクロチャネルと直接連絡しているこれらの受け入れウェル内に導入される。必要とされる流体多岐管（manifolds）および加圧システムの複雑さに加えて、ここでの欠点もまた、適用される液体のごく少量の分画しか実際には実験に使用されないために、注入効率が本質的に低いことである。
【００１８】
チップ様デバイス上で実施されるキャピラリー電気泳動カラムに液体を導入するためには、一般に動電学的注入が適用される。Woolleyら、Anal. Chem. 70: 684-688 2月(1998)、Jacobsonら、Anal. Chem. 68: 720-723 3月(1996)、Jacobsonら、Anal. Chem. 66: 2369-2373 7月(1994)およびEffenhauserら、Anal. Chem. 67: 2284-2287 7月(1995)を参照されたい。この方法では、第1のウェルと、下流に配置された第2のウェルとの間に高い駆動電圧を適用することによって、電気泳動分離のためのマイクロチャネル方向に、第1のウェルから液体がくみ出される。マイクロチャネル壁の荷電した内側面により、電気浸透性の液体流動が誘導され、第1のウェルから目的のマイクロチャネルに液体をくみ出す。この方法は「動電学的注入」と言われ、いくつかの欠点がある。1つの欠点は、例えば、高スループット合成およびスクリーニング適用において大多数の液体を取り扱う必要がある場合、大多数のウェルがマイクロ流体デバイス上に統合される必要がある。実際の化学操作を実施するマイクロチャネル（径約50μm）と比較して、典型的なウェルは占有面積が比較的大きく（径約5mm）、チップ表面の優勢な部分を占める（米国特許第6,143,152号および米国特許第6,159,353号を参照されたい）。マイクロ流体チップの費用はチップ表面に強く依存するので、要求されるウェルの統合は、この液体注入スキームを高スループット合成およびスクリーニング適用にとって魅力のないものにしている。
【００１９】
従来のシステムの別の欠点は、全てのウェルについて、駆動電圧を適用するために、電子回路設計と共に別個の電極が必要とされることである。この要件により、装置は複雑で、高価になる。
【００２０】
動電学的注入の別の具体的な欠点は、電極への駆動電圧適用中に、水の電解により水酸イオン（OH-）、水素イオン（H+）、水素ガス（H2）および酸素ガス（O2）が形成されることである。形成されたイオンは第1のウェルからくみ出される液体の酸性度（すなわち、pH）に影響を与えると同時に、発生したガスはマイクロ流体システム内でガスの気泡を形成し、実験およびマイクロ流体デバイスをも破壊する可能性がある。水性媒体の電解以外に電極表面の電気化学的反応により、存在する任意の電気活性種が分解しうる。例えば、ほとんどの液体媒体に存在するイオンである塩化物イオンの存在により、塩素ガスが形成されると考えられ、注入される液体内に存在する脆弱な（生化学的）化合物と相互作用し、破壊する可能性がある。注入される液体は、動電学的注入に関連する電気化学的過程によって破壊される可能性のある電気活性な構成物質を含有することもある。これらの欠点は一まとめにし、「電気化学的汚染」と言うことができる。
【００２１】
動電学的注入の別の欠点は、交差汚染を防ぐために、連続実験の間にウェルを綿密に洗浄する必要があるということである。この洗浄段階が必要とされることによりスループットが低下し、オンラインモニタリングを実施することが困難になる。別の欠点は、注入される液体を高電圧に供することである。直流電気による分離(galvanic separation)の無いこの局面は、感電の危険によりインビボまたはニアビボ(near-vivo)適用のために動電学的注入を使用することを実質的に不可能にする。別の欠点は、言及されている動電学的注入方法は、微細製造技術を介して、すなわち、コンピュータチップの製造にも適用される高価な装置および方法を使用することにより製造される、チップ様システムにだけ適用可能であるということである。これらの方法は高い費用を有することが既知である。現在の非チップベース毛細管システムにも適用可能な相互接続方法を提供することが望ましい。さらに別の欠点は、動電学的注入の注入効率の低さである。典型的なウェルに充填するためには、約10〜50μlの液体が必要であるが、特定の化学的操作には、ナノリッター以下の量しか必要にならない。
【００２２】
米国特許第6,130,098号は、マイクロチャネルに直接接続しているある容量の空気を加熱することによって生成される圧力を使用して、ある容量の液体をマイクロチャネル内に、およびマイクロチャネルを通して移動させることを開示している。この流体相互接続方法の欠点は、正確かつ効率的な操作のために、電子的加熱要素とともに圧力発生空気チャンバーが、マイクロ流体システムに統合される必要があることである。これにより装置は複雑になり、それに関連して費用が増す。
【００２３】
マイクロ流体デバイスとの流体の相互接続のための現在の方法およびシステムは、相互接続する大多数の化学的操作ノード（すなわち、エレクトロクロマトグラフィーカラム、リアクター等）の統合が困難であること、必要な液体容量が比較的多いこと、注入効率が低いこと、電気化学的試料汚染、分析段階間の長い洗浄時間、直流電気による分離(galvanic separation)、および要求される微細製造技術に関して特定の欠点を有することを、上記に基づいて結論づけることができる。これらの欠点に加えて、上記の相互接続方法はどれも双方向性の流体相互接続、すなわち、マイクロ流体システムに向かう液体の輸送およびマイクロ流体システムからの液体の輸送を可能にしない。マイクロ流体システムにおいてより広い範囲の化学的操作段階の実施を可能にする、好適な双方向性の流体相互接続構造を提供する必要性が、当技術分野において生じている。
【発明の開示】
【００２４】
発明の概要
本発明は、マイクロ流体システムにおいて流体を相互接続するための方法、デバイス、およびシステムを提供する。マイクロチャネルの側壁に開口部を形成することによって、マイクロ流体チャネルネットワークおよび周囲の環境に直接相互接続するための流体相互接続ポートが、マイクロ流体システムのマイクロチャネルに提供される。マイクロチャネルが液体で満たされると、開口部は仮想的な壁を形成する。開口部は、毛細管力がマイクロチャネル内に液体を保持するように、好適な断面寸法を有する。仮想的な壁は、マイクロチャネルを通過する流体の流動に実質的に影響または作用しないように、マイクロチャネルの側壁を本質的に置き換える、開口部内の液体のメニスカスによって規定される。
【００２５】
マイクロチャネルの充填は、マイクロチャネルの側壁の開口部を介して達成することができる。マイクロチャネルを充填するためには、使用者は第1の液体の液滴を形成し、液滴を開口部の方向に導き、その結果第1の液体の液滴はマイクロチャネルに流入し、マイクロチャネルを充填する。
【００２６】
流体の導入および／または流体の除去は、マイクロチャネルの側壁に形成された仮想的な壁を介して達成することができる。マイクロチャネルに流体試料を導入する過程は、流体の液滴を形成する段階と、液滴を仮想的な壁に向かって噴射する段階とを含む。液滴は、中間の貯蔵器またはチャネルを必要とすることなく、仮想的な壁を通リ抜け、マイクロチャネルに直接流入する。マイクロチャネルの側壁に形成された仮想的な壁はまた、流体を液滴状の形態でマイクロチャネルから排出するための、流体排出ポートも規定することができる。
【００２７】
一局面によると、マイクロ流体デバイスが提供される。マイクロ流体デバイスは、側壁によって囲まれた内側、およびマイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するための、マイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポートを有するマイクロチャネルを含む。流体相互接続ポートは、約25μm〜約100μmの径を有し、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する。
【００２８】
別の局面によると、本発明は、マイクロチャネル、マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された第1の流体相互接続ポートとを含み、マイクロチャネルが、第1の流体相互接続ポートの向かい側の位置の側壁に形成される、同軸上に配置された第2の流体相互接続ポートを含まないマイクロ流体デバイスを提供する。流体がマイクロチャネルの内側に配置されると、流体は第1の流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する。
【００２９】
別の局面によると、マイクロチャネル、およびマイクロチャネルの側壁に形成された1ナノリッター未満のデッドボリュームを有する流体相互接続ポートを含む、マイクロ流体デバイスが提供される。流体相互接続ポートはマイクロチャネルの内側へのアクセスを提供し、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する。
【００３０】
さらに別の局面によると、マイクロチャネル、およびマイクロチャネルの側壁に形成されるデッドボリュームがゼロの流体相互接続ポートを含む、マイクロ流体デバイスが提供される。流体相互接続ポートはマイクロチャネルの内側へのアクセスを提供し、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する。
【００３１】
さらに別の局面によると、マイクロチャネル、およびマイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポートとを含むマイクロ流体デバイスであって、流体相互接続部は、流体がマイクロチャネルの内側に配置されると、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められており、仮想的な壁は、マイクロチャネル内の流体を光学的に分析するための光学的窓として使用される、マイクロ流体デバイスが提供される。
【００３２】
本発明のさらに別の局面によると、液滴を流体システムのマイクロチャネル内に注入するための液体容量注入システムが提供される。本システムは、液滴を生成するための液滴生成システム、および液滴を受け入れるために、マイクロチャネル内に配置された流体によって流体相互接続ポートに形成された、仮想的な壁を含む。
【００３３】
別の局面によると、動電学的作動式マイクロ流体システムが提供される。動電学的作動式マイクロ流体システムは、側壁および側壁に形成された流体相互接続ポートとを有し、流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する流体を収容するためのマイクロチャネル、マイクロチャネルの第1の末端に接続されている第1の電極を含む第1の貯蔵器、マイクロチャネルの第2の末端に接続されている第2の電極を含む第2の貯蔵器、ならびに第1の電極と第2の電極との間に電場を確立し、それによってマイクロチャネルを通過する第1の流体の移動を誘発する電圧発生装置を含む。
【００３４】
さらに別の局面によると、マイクロチャネル、マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された1つまたは複数の試料導入ポート、およびマイクロチャネルに流体を充填するためにマイクロチャネルの側壁に形成された充填用開口部を含む、マイクロ流体デバイスが提供される。マイクロチャネルの内側に配置される流体は、流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する。
【００３５】
別の局面によると、側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル、およびマイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された、1つまたは複数の流体相互接続ポートを含み、マイクロチャネルの内側に配置された流体が、流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する、マイクロ流体デバイスが提供される。流体ポートは、液体が流体相互接続ポートに導入されるとき、チャネル内に流体をくみ入れるようにサイズおよび寸法が決められる。
【００３６】
別の局面によると、側壁で囲まれた内側を有するマイクロチャネル、マイクロチャネルの側壁の内側面に配置された疎水性パッチ、およびマイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するために、疎水性部分の向かい側の側壁に形成された流体相互接続ポートを含む、マイクロ流体デバイスが提供される。流体相互接続ポートは、空気をマイクロチャネルの内側から排出するための通気口を形成する。
【００３７】
本発明の最後の局面によると、マイクロチャネル、マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポート、およびマイクロチャネルから廃棄物を回収するために、マイクロチャネルと連絡し、かつマイクロチャネルを横断する、少なくとも1つの廃棄チャネルを含む、マイクロ流体デバイスが提供される。流体相互接続ポートは、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するように、サイズおよび寸法が決められる。
【００３８】
発明の詳細な説明
本発明は、マイクロ流体システムにおけるマイクロチャネルに流体を導入し、かつマイクロチャネルから流体を除去するための、改善された流体相互接続部（fluidic interface）を提供する。本発明は、流体相互接続部を形成する方法をさらに提供する。本発明は、流体を導入および除去するために、マイクロチャネルの側壁に仮想的な壁を規定する開口部を使用することによって、流体試料に関する制御性を大幅に改善し、注入効率を増加し、廃棄物を減少する。
【００３９】
例示的な態様の1つまたは複数は、マイクロ流体システムへの、およびマイクロ流体システムからの、双方向性の流体相互接続を可能にする。本発明を用いると、大多数の化学的操作を小型チップ表面で実施することができ、それによって高度に平行な合成および分析システムの、費用効率のよい実施および効率的な操作を可能にすることができる。本発明はさらに、相互接続に必要な液体容量を有意に低下することで、化学的廃棄物を減少すると同時に、化合物の消費をかなり減少する。本発明は、さらに、100%に近い注入効率で液体を注入するための方法およびシステムを提供し、かつ取り扱う液体を電気化学的に汚染しない、液体を注入するための方法およびシステムを提供する。本発明は、マイクロ流体システムにおいて、圧力駆動性および動電学的駆動性の、液体の迅速な反復注入のための方法およびシステムを提供し、高スループット合成、スクリーニングおよび分析適用を可能にする。本発明は、さらに、動電学的作動式マイクロ流体システムを用いて注入される液体の、直流電気による分離(galvanic separation)を可能にする。本発明は、さらに、必ずしも標準的な微細製造技術を使用して製造しなくてもよいマイクロ流体システムデバイスおよびシステムを用いた、流体相互接続を提供する。例えば、本発明は、標準的な融解シリカ毛細管を用いた相互接続を提供する。本発明は、化合物溶液、全細胞または細胞融解物、酵素、タンパク質またはペプチド、およびに粒子を含む、種々の液体の試料に適用する。
【００４０】
図1は、本発明の例示的な態様を実施するのに好適なマイクロ流体システムを例示する。例示的なマイクロ流体システム10は、そこに配置された1つまたは複数のマイクロチャネル3を有する基材11を含む。マイクロチャネルは、液体試料に対して処理、取り扱いおよび／または任意の適当な操作を実施するために、マイクロ流体システム10を介して流体を輸送する。本明細書において使用する「マイクロ流体」という用語は、マイクロスケールの寸法を有する少なくとも1つのチャネルを含む、流体試料を取り扱い、処理し、排出し、および／または分析するためのシステムまたはデバイスをいう。本明細書において使用する「チャネル」という用語は、液体および気体などの流体の移動を可能にする、媒体内または媒体を通過して形成される通路をいう。「マイクロチャネル」という用語は、マイクロ流体システムまたはデバイス内に好ましくは形成され、約1.0μm〜約250μm、好ましくは約25μm〜約150μm、最も好ましくは約50μm〜約100μmの範囲の断面寸法を有するチャネルをいう。当業者はマイクロチャネルの適当な容量および長さを決定することができる。範囲は、上限または下限として上記に引用した値を含むことが意図される。マイクロチャネルは任意の選択された形状または配列を有してもよく、その例には、線形または非線形構造およびU-字型構造が挙げられる。マイクロ流体システム10は、マイクロ流体システム10を介して流体を輸送するための、任意の好適な数のマイクロチャネル3を含むことができる。
【００４１】
一実施態様によると、本発明のマイクロチャネルは、流体相互接続ポートを含んでもよい。本明細書において使用する「流体相互接続ポート」は、マイクロチャネルの内側および外側との間の流体アクセスを提供する、マイクロチャネルに形成された開口部などのマイクロ流体システム内の構造物をいう。流体相互接続ポートは、マイクロチャネルに流体および他の材料を導入するため、および／またはマイクロチャネルから流体および／または他の材料を除去するために使用される。流体相互接続ポートは、他の用途の中でも、担体液体をマイクロチャネルに充填するための充填ポート、マイクロチャネル内に試料を導入するための試料導入ポート、およびマイクロチャネルから流体を排出するための排出ポートを含むことができる。
【００４２】
例示的な態様によると、マイクロチャネルは、チャネルの内側の少なくとも一部を密閉する、任意の好適な形状を有する側壁によって規定される。流体相互接続ポートは、開口部を規定する側壁の一部を除去することによって、マイクロチャネルの側壁に形成される。例示的な態様の流体相互接続ポートは、約0.1μm〜約200μm、好ましくは約25μm〜約125μm、最も好ましくは約50μm〜約100μmの径を有するマイクロチャネルの側壁における開口部によって形成される。流体相互接続ポートを形成する開口部は、円柱、ディスク、円錐形状、楕円形状および立方形状を含むが、これらに限定されない任意の好適な形状を有することができる。マイクロチャネルの側壁または壁は、マイクロチャネルの容量全体を囲む2つまたはそれ以上の構成要素によって形成することができる。流体相互接続ポートを形成する開口部の内側壁は疎水性材料でコーティングすることができる。本発明の第1の局面によると、流体相互接続ポートは、第1の液体をマイクロチャネルに充填するために使用される。第1の液体は、反応および分離などの1つまたは複数の化学的操作を実施するための試料、試薬または他の好適な液体を輸送するための担体流体を含む。流体の流動は、加圧手段および電気浸透手段を含むが、これらに限定されない任意の好適な手段を介して、マイクロチャネル内において誘発することができる。
【００４３】
図2a〜図7に例示するように、マイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポート17は、マイクロチャネルに第1の液体を充填するための充填開口部またはマイクロ開口部を形成する。典型的には、従来のマイクロチャネルは、第1の液体を含有する貯蔵器にマイクロチャネルの末端を挿入することによって充填される。毛細管力が第1の液体をマイクロチャネルに吸引し、それによってマイクロチャネルに第1の液体を充填する。この手法を回避するために、本発明は、マイクロチャネルの側壁（末端ではない）に形成された流体相互接続ポートを使用する。こうすることにより、使用者は、大型の別個の液体貯蔵器を必要とすることなく、ポートを介してマイクロチャネルを充填することができ、単純、迅速、かつ効率的な充填を提供することができる。
【００４４】
図2aは、中空の内側を囲む側壁16を含むマイクロチャネル構造3の平面図である。マイクロチャネルは、マイクロチャネル構造の側壁16に配置された流体相互接続ポート17を含む。流体相互接続ポート17は、目的の用途に基づいて任意の好適な形状を有してもよく、その例には円形、円柱、楕円および円錐が挙げられる。図2bは、マイクロチャネル3の長手方向に見たマイクロチャネル構造の断面図であり、マイクロチャネルの上側に配置された流体相互接続ポート17を示す。示すように、マイクロチャネル3の内側は最初は空である。例示的な態様によると、マイクロチャネル3は、マイクロチャネルの側壁16に形成された流体相互接続ポート17を介して第1の液体が充填される。
【００４５】
図3aおよび3bは、第1の液体4の液滴4aを流体相互接続ポート17の方向に導くことによって、マイクロチャネル構造3に第1の液体4を充填する過程を例示する。液滴4aは、流体相互接続ポート17を介してマイクロチャネル3に流入し、マイクロチャネル3内に第1の液体4のプラグ13を形成する。より多くの液滴4aが流体相互接続ポート17を介して導入されると、プラグ13は、矢印で示すように、マイクロチャネルを通じて両方向に膨張し、それによってマイクロチャネルの長手方向に沿ってマイクロチャネルに第1の液体4を充填する。さらに、毛細管力が作用して液体をマイクロチャネル3の長手方向に沿って吸引する。例示的な態様によると、マイクロチャネルが充填され、毛細管力によって液体がマイクロチャネル内に保持されると、第1の液体4は流体相互接続ポート17にメニスカスを形成する。
【００４６】
マイクロチャネルに第1の液体4が充填されると、仮想的な壁15を形成するように、流体相互接続ポート17はサイズおよび寸法が決められている。本明細書において使用する「仮想的な壁」は、マイクロチャネルの側壁に形成されるポート17における第1の液体4によって形成されるメニスカスを言う。メニスカス表面は、メニスカスが形成されるマイクロチャネルの壁16と実質的に同一平面であってもよいが、必ずしも必要ではない。メニスカスは、開口部17を規定する側壁の除去部分と本質的に置き換わる。「仮想的な」という言葉は、マイクロ流体システムのマイクロチャネルを介する全体的な液体の流動が、仮想的な壁によって影響されない、すなわち、仮想的な壁を有するマイクロ流体システム内の液体の流動が、仮想的な壁が存在しない同じマイクロ流体システムを介する液体の流動と、実質的に同一である効果を表現するために選択される。ある実践によると、流体相互接続ポートは、ポートまたはメニスカスが形成されていないマイクロ流体システムと比較したとき、全体的な液体流動および液体形状に実質的に影響しないように、適当な寸法および表面特性を有する。仮想的な壁は、マイクロチャネルの内側5とマイクロチャネルの外側との間の直接相互接続部を形成し、マイクロチャネル3内にデッドボリュームまたは空隙容量(unswept volume)を導入することなく、マイクロチャネル3内の液体への直接のアクセスを提供することができる。仮想的な壁はまた、マイクロチャネル内のある範囲の圧力を通じてマイクロチャネルの内側に液体を密封する働きもする。当業者は、流体相互接続ポートの表面または壁は、ポートの軸高方向の任意の箇所に形成することができることを容易に認識すると考えられる。当業者は、メニスカスは適当なシステム圧力に応じて、凸形または凹型であってもよいことを認識すると考えられる。
【００４７】
別の態様によると、図4aに示すように、第1の液体4を導入する前に、疎水性パッチ23がマイクロチャネル3の側壁または内側に適用される。第1の液体4をマイクロチャネルに導入する場合には、疎水性パッチ23は障壁を形成し、液体4のプラグ13をパッチ23から離れる一方向にだけ膨張させる。
【００４８】
一態様によると、図4bに示すように、疎水性パッチ23は、マイクロチャネルの側壁16に流体相互接続ポート17を形成する開口部を介して、マイクロチャネルの内側表面に適用される。疎水性パッチ23は、表面を疎水性にするための、金などの任意の好適な材料を含んでもよい。疎水性材料は、開口部17を介してスパッタリング、蒸着、スプレーコーティングまたは沈着され、開口部の向かい側のマイクロチャネル3の内側面に結合されて、疎水性パッチ23を形成することができる。当業者は、疎水性パッチ以外に、マイクロチャネルの任意の好適な表面処理を、開口部を介して適用することができることを認識すると考えられる。
【００４９】
疎水性パッチ23を適用するために使用する開口部は、マイクロチャネルの内側から空気を排出することを可能にする、マイクロチャネル3のための通気口としてさらに働くこともできる。示すように、開口部は、疎水性パッチと同軸に配置される。側壁における開口部17によって形成される実際の通気口は疎水性でない。しかし、通気口の向かい側の同軸のマイクロチャネル面は、疎水性パッチ23を適用することによって疎水性にされている。疎水性領域は液体で流されず、側壁16の開口部17を介してマイクロチャネルの内側から空気を排出することができる。
【００５０】
さらに別の態様によると、図5aおよび5bに示すように、マイクロチャネル3は、流体相互接続ポート17に近接する栓孔（stopper hole）28をさらに含む。栓孔28は、マイクロチャネルに配置された液体の圧力障壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められる。当業者は、圧力障壁を形成するのに好適なサイズおよび寸法の栓孔を決定することができると考えられる。栓孔28はマイクロチャネルを充填する液体のメニスカスのための栓（stop）として作用し、第1の液体4によって形成された液体プラグ13は、マイクロチャネル3の長手方向に沿って栓孔28から離れる一方向にだけ膨張する。
【００５１】
さらに別の態様によると、マイクロチャネル3の断面寸法は、マイクロチャネル内側の圧力に影響を与えるように局所的に変更することができる。例えば、マイクロチャネル内側の流体に作用する毛細管力を増加または低下するように、マイクロチャネルをある位置において狭くまたは広くすることができる。当業者は、マイクロチャネル内側に望ましい圧力を達成するのに好適な断面寸法を決定することができると考えられる。
【００５２】
または、図6に示すように、マイクロチャネル3'は、複数の異なる液体のマイクロチャネル3'への充填を可能にするために、2つの流体相互接続ポート17aおよび17b、2つの栓孔28aおよび28b、ならびに2つの流体相互接続ポート17aおよび17bの間に配置された通気孔8を含む。第1の液体4は、第1の流体相互接続ポート17aを介してマイクロチャネルの内側に導入される。第1の栓孔28aは、第1の液体を通気孔8に向かってマイクロチャネル内を延伸させる。第2の液体4'は第2の流体相互接続ポート17bを介してマイクロチャネルの内側に導入され、第2の栓孔28bの圧力および位置により、マイクロチャネル内を通気孔8に向かって延伸する。マイクロチャネル内の空気は通気孔8を介して放出される。
【００５３】
マイクロチャネルの側壁に配置された充填孔などの、流体相互接続ポート17を介してマイクロチャネルを充填後、流体相互接続ポートを閉鎖して、流体がマイクロチャネルから漏洩するのを防ぐことができる。図7aに示す態様によると、流体相互接続ポート17は、封入剤21aの液滴を流体相互接続ポート17に分注することによって閉鎖される。封入剤の液滴はキャップ21を形成し、マイクロチャネル3を効果的に閉鎖する。または、図7bに示すように、マイクロチャネル3は、マイクロチャネル3に閉鎖層41を接着して流体相互接続ポート17を被覆することによって、充填後に閉鎖することができる。
【００５４】
別の態様によると、図8に示すように、流体相互接続ポート17を使用して、マイクロチャネルを通じた液体の運動を誘発する、ポンプ機構を提供することができる。例示するように、流体相互接続ポート17をマイクロチャネル3の閉鎖端または開口端に近接して配置することができる。流体相互接続ポートを介してマイクロチャネル内に液滴を導入することにより、液体はマイクロチャネルを通じて運動する。この運動は、孔に導入する液滴の頻度に対応する。充填孔を介する液滴の導入によって誘導される液体の運動は、正確なポンピングおよび／または投与機構として多数のマイクロ流体適用に適用することができる。マイクロチャネルは、選択した方向への液体の運動を誘発するための疎水性パッチもしくは栓孔、またはマイクロチャネルを通過して液体を搬送するための任意の好適な手段を使用することができることを、当業者は容易に認識すると考えられる。
【００５５】
本発明の別の局面によると、マイクロチャネルに第1の液体4を充填後に、同じまたは異なる流体相互接続ポート17を介して第2の流体試料をマイクロチャネル3に導入することができる。図9aは、チャネルの側壁16に形成された流体相互接続ポート17を含む、本発明の例示的な態様によるマイクロチャネル3の側面図であり、マイクロチャネル3に導入される第2の流体試料の液滴を形成するための、液滴生成装置システム18を示す。流体相互接続ポート17は、マイクロチャネルの内側と外側の間に直接相互接続部を提供する。本発明によると、マイクロ流体システム内の第1の液体4と周囲の気相との間の相互接続部は、別個のチャネルまたは貯蔵器構造物ではなく、マイクロチャネルにおける固相の壁の局所的な欠失によって規定される。
【００５６】
一局面によると、ポート17に形成された仮想的な壁15は、液体の液滴形状で第1の液体4に第2の液体を導入するための、試料導入ポートとして使用することができる。第2の液体19aは、試料導入チャネルまたは試料貯蔵器などの中間構造物を必要とすることなく、仮想的な壁15を介してマイクロチャネル3内の第1の液体4に直接注入することができる。例示的な態様によると、第2の液体は、第2の液体19aの液滴19bを形成し、仮想的な壁15を横切って、マイクロチャネルの内側に流入するように、図9aにおいて速度ベクトルVで示すように、適当な速度および方向で仮想的な壁15に向かって液滴を導くことによって導入される。
【００５７】
液体の液滴は、その内容が参照として本明細書に組み入れられている、2001年9月25日提出の米国特許仮出願弁護士登録番号第CVZ-002-1号、表題「2ピン液体試料分注システム(Two-Pin Liquid Sample Dispensing System)」における液滴分注システム、ならびにその内容が参照として本明細書に組み入れられている、米国特許仮出願第60/325,040号、表題「液滴分注システム(Droplet Dispensing System)」に記載されている液滴分注システムなどの、任意の好適な液滴生成装置システム18を使用して形成し、分注することができる。
【００５８】
例示的な態様によると、流体相互接続ポート17の横方向の寸法はマイクロチャネル3の径と実質的に同一であるかまたはそれ未満であるが、例示されている液滴19bの径は流体相互接続ポート17の横方向の寸法より小さい。流体相互接続ポート17は、ウェルまたは試料導入チャネルなどの従来の流体相互接続ポートと比較して、デッドボリュームが実質的により小さい。本明細書において使用する「デッドボリューム」は流体相互接続ポート17に保持される液体の容量をいう（すなわち、マイクロチャネルを通過する第1の液体4の流れの場によって、流体相互接続ポートを介して流し出されない、流体相互接続ポートが保持する液体の容量）。流体相互接続ポート17の総容量は、側壁に形成された開口部の面積と側壁16の厚さによって規定される。流体相互接続ポートを充填する第1の液体4の容量はデッドボリュームを規定する。例示的な態様によると、流体相互接続ポートは、約1ナノリッター未満、好ましくは1ピコリッター未満、最も好ましくは約0のデッドボリュームを有する。好ましくは、デッドボリュームは、流体相互接続ポート17を介して注入される液体試料の容量未満である。
【００５９】
開口部のサイズおよび流体相互接続ポートの疎水性がデッドボリュームのサイズを決定する。例えば、図9aに示すマイクロチャネルは、デッドボリュームが0であり、すなわち、液体は流体相互接続ポート17に保持されず、ポート17を介して注入される試料はマイクロチャネルの内側に直接流入する。他の態様によると、第1の液体は開口部を部分的または全体的に充填してもよく、デッドボリュームは0ではないが、実質的に小さい値であってよい。デッドボリュームはまた、ポート17の疎水性によって制御される因子である、メニスカス15が上向きまたは下向きのどちらに膨らんでいるか、マイクロチャネル3を充填する液体の特性、およびポート17を形成する開口部のサイズに依存する。
【００６０】
仮想的な壁15によって提供される比較的小さいデッドボリュームにより、直接の流体相互接続が生じ、マイクロチャネルの外側からマイクロチャネル3の内側に正確な容量の試料を直接注入することが可能になる。流体相互接続ポート17の低いデッドボリュームによりマイクロチャネル内に試料を直接注入することができることで、マイクロチャネル内に注入される試料の量に関する制御の改善を提供し、試料の効率的な使用が可能になり、試料の廃棄を有意に減少する。さらに、非常に小さいデッドボリュームによって提供される直接注入は、異なる試料間の交差汚染を低下または防ぎ、流体相互接続ポートを洗い流す必要なく、第2の液体の直後に第3の液体をシステムに直接注入することが可能にする。逆に、試料導入チャネル、流体試料をマイクロチャネルに導入するための試料ウェル、または試料貯蔵器を使用する従来のマイクロ流体システムでは、デッドボリュームは、マイクロチャネルのサイズと比較して有意に大きい。マイクロチャネルの内側に流体試料を導入するためには、流体試料は最初にデッドボリュームを通過しなければならない。デッドボリュームが大きいと試料が分散され、注入時と試料がマイクロチャネルに流入する時との間に時間遅延が生じ、注入効率が低下し、異なる試料間の交差汚染が生じる可能性が生じ、マイクロチャネルに実際に到達する試料の量の制御が困難になる。これらの問題は、例示的な態様により仮想的な壁15を形成する流体相互接続ポート17を使用することによって回避または低下される。
【００６１】
図9bは、流体相互接続ポート17の位置におけるマイクロチャネル3の垂直方向の断面図を示し、仮想的な壁15を介して第1の液体4に第2の液体19aを導入する過程を例示している。図9bに例示するように、液滴生成システム18は、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む。例示的な態様によると、2001年9月25日提出の米国特許仮出願弁護士登録番号第CVZ-002-1号、表題「2ピン液体試料分注システム(Two-Pin Liquid Sample Dispensing System)」、および米国特許仮出願第60/325,040号、表題「液滴分注システム(Droplet Dispensing System)」に記載されているように、液滴搬送要素180は、仮想的な壁15に接触することによって開口部に液滴を導入するために、ピンを含む。
【００６２】
図9cは、第1の液体4に第2の液体19aを注入した直後のマイクロチャネル3の断面図を示す。例示するように、第2の液体19aは、第1の液体4において十分に規定されたプラグ14を形成する。別の態様によると、第2の液体は第1の液体に溶解し、融合または混合する。仮想的な壁を介した導入後、第2の液体19aは、第1の液体4によりマイクロチャネルを通じて輸送される。
【００６３】
本発明の一態様によると、図9dに示すように、仮想的な壁を介してマイクロチャネル3内に導入される第2の液体は、第1の液体と非混和性である。図9dは、第1の液体4に非混和性の第2の液体19aを注入直後のマイクロチャネル3の断面図を示す。仮想的な壁15を貫通後、第2の液体の実質的に球形のミセル様液体容量71が、第1の液体4内に形成される。両方の液体は互いに非混和性であるので、この液体容量71は閉じ込められたままで、マイクロチャネル3を別個に輸送されうる。
【００６４】
仮想的な壁を介してマイクロ流体システムに液体を注入し、連続して取り扱う例示的な様式は、液-液抽出を実施するのに特に好ましい。液-液抽出は、特に薬物発見の際の多数の化学的分析および合成段階において広範に使用される、周知のの技法である。液-液抽出では、2つの非混和性液体を密接させて、特定の物質を含有する液体（すなわち、起源液体）から抽出媒体（すなわち、標的液体）への特定の成分の抽出を可能にする。液-液抽出の好適な例は、水と非混和性である有機溶媒中で合成した水溶性物質の抽出である。関心対象の水溶性の合成生成物を含有する有機溶媒を水と混合して、水相に溶媒の小型のミセル様液滴を形成する。水溶性物質は溶媒から拡散して、水相に回収される。所定の時間経過後、2つの物質の非混和性により水相を回収することができる。この方法では、水溶性物質はこのように有機液体層から抽出される。両方の液体間の総接触面が決定的に重要である。液滴の形状によって提供される交換面が大きいほど、抽出過程が早くなる。
【００６５】
本発明のマイクロ流体システムを使用して、以下のように水溶性物質と水と非混和性の有機液体相との間で、液-液抽出を実施することができる。水溶性物質と有機液体相との間の液-液抽出を実施するためには、例示的なマイクロチャネル3に、例示的な態様に従って適当な水溶液である好適な第1の液体4を充填する。第1の液体4は、マイクロチャネルの側壁に配置された開口部17に仮想的な壁15を形成する。物質を含有する有機相の液滴19bを形成し、仮想的な壁15を介して第1の液体4に注入する。液滴19bが仮想的な壁を横断すると、非常に小さいサイズのために相対的に非常に大きい交換表面積を有する、ミセル様の液体容量71がマイクロチャネル3内に形成される。結果として、最初はミセル様液体容量71に存在する水溶性物質は、第1の液体4に抽出され、さらに別の処理に利用可能である。連続段階で物質を濃縮するためには、電気泳動、誘電泳動、重力または物体力、毛細管力および特定の選択的ふるい（sieve）を含むが、これらに限定されない当技術分野上既知の好適な分離技法によって、抽出したミセル様液体容量71は液体3から分離される。
【００６６】
別の態様によると、図9eおよび9fに示すように、マイクロチャネルの側壁16に配置され、仮想的な壁15を形成する流体相互接続ポート17は、マイクロチャネルの内側に直接接近するために、それぞれ好適に低いデッドボリュームを有する、円柱形状または円錐形状などの任意の好適な形状を有することができる。一態様によると、流体相互接続ポート17の内側壁63は、開口部17から第1の液体を忌避するために、第1の液体4に対して忌避性の疎水性材料または他の材料から製造されるか、または疎水性材料または他の材料でコーティングされる。コーティングはチャネル内の液体のメニスカスの形成およびメニスカスの配置を促進し、結果としてポートのデッドボリュームをゼロにする。好ましい態様によると、マイクロチャネル3の内側壁64は、マイクロチャネルの内部に第1の液体を保持するために、第1の液体4に誘引性である。流体相互接続ポート17の液体忌避性部分により液体はマイクロ流体システムから漏洩することを防ぎ、マイクロチャネルに液体が充填されるとき、流体相互接続ポート17における仮想的な壁の反復可能な形成を確実にする。第1の液体4に誘引性の内側壁64を使用することにより、上記のようにポート17を介する、またはマイクロチャネル3の一方の端に第1の液体4を提供することによる、マイクロチャネル3の自動的で受動的な毛細管充填がさらに増強される。毛細管力の結果として、ポンプまたは圧力チャンバーなどの外部エネルギーまたは圧力源を適用する必要なく、マイクロチャネル3を自動的に充填することができる。
【００６７】
図9fに示すように、流体相互接続ポート17は、対応するマイクロチャネル3に液体が充填されるとき仮想的な壁の形成を促進するために、倒立した円錐形状を有してもよい。例えば、流体相互接続ポート17を形成するシャフトは約0.175mmの高さHを有し、底部の開口部は約0.1mmの径D1を有し、流体相互接続ポート17の上部の開口部は約0.25mmの径D2を有してもよい。示すように、仮想的な壁15を規定するメニスカスはシャフトの底部に形成され、マイクロチャネル3が充填されると約0.1mmの径を有する。
【００６８】
図9gは、マイクロチャネルおよび仮想的な壁15を被覆層66で被覆した態様を例示する。例示的な態様によると、被覆層66は、マイクロチャネル内の第1の液体4と非混和性の液体層を含む。被覆層は、第1の液体4が開口部17を介してマイクロチャネルから蒸発するのを防ぐと同時に、被覆層66および仮想的な壁15を介した液体19aなどの第2の液体のマイクロチャネル内への注入を可能にする。
【００６９】
別の態様によると、図9hに示すように、マイクロチャネルの流体相互接続ポートは、マイクロチャネルに第1の液体4が充填されると各々が仮想的な壁15を形成する、開口部17のアレイ72によって形成される。図9iに例示するように、アレイ72における仮想的な壁15は互いに非常に接近して配置され、それによって毛管移動（wicking）過程による液体の注入を可能にする。図9iに示すように、マイクロチャネルに第2の液体を導入するためには、毛細管力が第2の液体をマイクロチャネル3に毛管移動させる（wick）するように、選択された量の第2の液体19aをアレイ72の上部に配置する。好ましい態様によると、流体相互接続ポート17の内側壁63は、第1の液体4に対して忌避性にされるが、流体相互接続ポート17の外側面65は、好ましくは第2の液体19aに誘引性にされる。仮想的な壁のアレイを形成するために開口部のアレイを使用すると、液滴19bを特定の仮想的な壁を正確に標的とする必要性および重大性が減少する。液滴はアレイ方向を目標にするだけでよく、毛細管力が液滴をチャネル内部に吸引することを可能にする。噴射される液滴の速度および方向も、マイクロチャネル3内への試料の注入を達成するには重要ではない。
【００７０】
本発明のさらに別の態様によると、マイクロチャネルにおける複数の位置での仮想的な壁を介する液体の導入または排出を可能にするために、複数の開口部がマイクロチャネルの側壁に配置される。例えば、図10aに示すように、複数の液体の同時導入を可能にする複数の仮想的な壁を規定するために、マイクロチャネルはマイクロチャネル3の横幅方向に位置付けられた多数の流体相互接続ポート17a、17bを備えることができる。この様式では、増加された容量の液体を、複数の仮想的な壁を介してマイクロチャネル3内に即座に注入することができる。マイクロチャネルの横幅方向の複数の仮想的な壁を使用することにより、複数の異なる液体の同時導入および混合がさらに可能になる。図10aに示すように、マイクロチャネルは第1の液体4を含む。第2の液体19aは、第1の仮想的な壁15aを介して導入することができる。同時に、第2の仮想的な壁15bを介して第3の液体190aを導入することができる。液体の拡散プロフィールによって例示されるように、第2の液体9aおよび第3の液体190aは第1の液体4と混合する。
【００７１】
または、図10bに示すように、マイクロチャネル3は、マイクロチャネルへの液体の逐次的な導入、または流体流動通路の異なる位置に沿ったマイクロチャネルからの液体の排出を可能にするために、マイクロチャネルの長手方向に沿って配置された複数の仮想的な壁を備えることができる。
【００７２】
流体相互接続ポート内に仮想的な壁15を使用する例示的なマイクロ流体システム10を、液滴を形成し、仮想的な壁を介してマイクロチャネル内に案内するための試料導入システムと共に使用することができる。図11aは、選択した試料の荷電した液滴19bを、選択した関心対象のマイクロチャネル3a内に案内するために、好適な試料導入システム67を使用したマイクロ流体システム10を例示している。例示している試料導入システム67は、選択した液体の液滴を生成するための液滴生成装置18、液滴を選択的に荷電するための液滴荷電回路53、ならびに荷電した液滴を選択した位置に導くための静電場を確立するための、接地電極54および複数の電気制御式偏向板56、57を備える。例示的なマイクロ流体システム10は、液滴の形成および選択したマイクロチャネルへの案内を制御するための電子装置に接続することができる。
【００７３】
液滴は、ノズル組立物70を有する液滴形成装置18によって形成される。ノズル組立物70は液滴を排出して、離脱点（breaking off point）62において液体の個々の液滴を形成する。液滴荷電回路53は事前にプログラムされており、対応する電極52は、離脱点62において事前に選択した液滴を正または負電荷で荷電するために、ノズル組立物内に位置づけられている。接地電極54が液滴形成の離脱点62の周囲を取り囲んでいる。離脱(breaking off)して接地電極54を通過後、荷電した液滴19cは、第1の電気制御式偏向板56および第2の電気制御式偏向板57によって確立された静電場を移動する。板荷電回路55は各板に関連しており、それぞれの偏向板に適切な電気的荷電を提供するために、その極性を制御する。図11aに示すように、液滴19dは正に荷電され、第1のプレート56を負に荷電し、かつ第2のプレート57を正に荷電することによって、選択したマイクロチャネル3a内に配置した仮想的な壁15に向けて偏向される。個々の液滴の荷電を液滴荷電回路53で制御すると同時に、第1のプレート56と第2のプレート57との間の電場を制御することによって、液滴が特定のチャネルに案内され、かつ効果的に移動させることができ、事前にプログラムした化学実験を実施することができる。
【００７４】
図11bは、本発明の別の態様による異なる荷電技法を使用する、関連する流体相互接続ポート17を有する複数のマイクロチャネル3の断面図である。図11bに示す態様では、液滴案内システム150は、システムの各マイクロチャネルのための電極58、およびマイクロチャネルを荷電するためのチャネル荷電回路59を含む。各マイクロチャネル3は、対応するマイクロチャネルを選択的に荷電することによって液滴の標的化を増強するための、対応する電極58を備える。電極58は、マイクロチャネル3の各々に選択した荷電を生成するために、図11aに示す液滴荷電回路53に関連するチャネル荷電回路59に接続されている。チャネルの荷電は荷電した液滴と相互作用して、荷電した液滴19dをそれぞれのマイクロチャネル3aに案内または導く。図11bに示すように、液滴19dは正に荷電されるが、選択したマイクロチャネル3aは負に荷電され、それによって正に荷電した液滴19dと、負に荷電したマイクロチャネル3aの仮想的な壁15との間に誘引力が生じる。隣接するマイクロチャネル3bおよび3cを選択した液滴19dと同じ符号で荷電することによって案内は増強され、結果として、正に荷電した液滴19dを選択したマイクロチャネル3aに向けて忌避する。
【００７５】
図11cは、本発明により、複数のマイクロチャネル3の選択したマイクロチャネル3aへの、荷電した液滴19dの標的化を増強するための別の方法を示す。図11cに示す態様では、液滴案内システム150は、対応する流体相互接続ポートまたはマイクロチャネルと各々が関連している、複数の標的用電極61を含む。流体相互接続ポートおよび対応するマイクロチャネルは、標的用電極荷電回路61によって荷電されて、選択したマイクロチャネル3aの仮想的な壁15に向かう力を生じる。図11cに示すように、選択した液滴19dは正に荷電されるが、選択した対応するマイクロチャネル3aに関連する標的用電極61は負に荷電されて、選択した液滴19dを仮想的な壁15を介して選択した対応するマイクロチャネル3a内に案内する。案内は、隣接するマイクロチャネル3b、3cから液滴を忌避させて、選択したマイクロチャネル3aの方向に向けるために、選択した液滴19dと同じ符号で隣接する標的用電極61を荷電することによって案内が増強される。
【００７６】
本発明の別の態様によると、液滴案内システム150は、システムの1つまたは複数の構成要素上に基準マークを使用することができる機械視覚システムを含んでもよい。当業者は、液滴を仮想的な壁の方向に移動させるための任意の好適な液滴案内システムを、本発明の教示に従い使用することができることを認識すると考えられる。
【００７７】
本発明によると、マイクロ流体システム10の流体相互接続ポート17は、選択的にマイクロチャネルの双方向的流体相互接続部として使用することができる。マイクロチャネルに試料を導入するための相互接続部を提供する以外に、第1の液体4を充填したマイクロチャネル3に形成された例示的な仮想的な壁は、流体をマイクロチャネルから排出するための排出ポートとしても使用することができる。図12a〜12dは、チャネルの側壁に配置された流体相互接続ポート17を、排出ポートとして使用することができるマイクロチャネル3の断面図を示す。ポート17は、第1の液体4のマイクロチャネル3からの排出を可能にする、仮想的な壁を形成する。仮想的な壁15を介する第1の液体の排出を実施するために、好適な排出装置108がマイクロチャネルと連絡して提供される。当業者は、排出装置108は、仮想的な壁の流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルから液滴を排出するための、任意の好適なデバイスまたはシステムを含むことができることを認識すると考えられる。
【００７８】
図12aに示す例示的な態様によると、排出装置は、第1の液体4内に配置された第1の電極34、およびポート17の付近に位置づけられたエレクトロスプレー電極32を含む。エレクトロスプレー電極32と第1の液体4の間に電位差を適用して電場を形成するために、電圧発生装置31が第1の電極34およびエレクトロスプレー電極32に接続される。電圧発生装置31によって電極間に生成された電場により、第1の液体4に対して誘引力が生じ、第1の液体4を液滴33の形態で仮想的な壁15を介してマイクロチャネルから効果的に吸引する。図12aに示す仮想的な壁およびマイクロチャネル配列は、電場を除去して、上記のように、第2の液体の液滴を仮想的な壁を介して受け入れるためにも使用することができ、それにより双方向性の相互接続部を達成する。
【００７９】
図12bは、マイクロチャネル3から第1の液体4を排出するのに好適な、本発明のマイクロ流体システムの別の態様を示す。この態様によると、排出装置は、マイクロチャネル3内の第1の液体4と連絡している圧力パルス発生装置51を含む。圧力パルス発生装置51は、第1の液体4を仮想的な壁を介して効果的に排出して液滴33を形成するために、流体4に、選択した振幅、周波数および持続時間を有する圧力パルスを適用する。圧力パルス発生装置51はマイクロチャネル3内に圧力パルスを発生するために任意の好適な構造であってもよく、圧電要素、電磁アクチュエータ、ヒーター、適用する電圧の影響下で移動する電極を含む静電アクチュエータ、電圧パルスが適用される電極をチャネル内に含む電気泳動圧力アクチュエータ、加圧ガスまたは任意の他の好適な圧力パルス発生装置を含んでもよい。
【００８０】
圧力パルス発生装置51はマイクロチャネル3内に少なくとも部分的に統合されるか、またはチャネルに局所的に固定してある棒様の移動式アクチュエータのように、完全に外側にあって、チャネルと共に作動してもよい。
【００８１】
一態様によると、図12cおよび12dに示すように、圧力パルス発生装置51は、マイクロチャネル3を含有するマイクロ流体チップ10のためのホルダー500内に形成され、仮想的な壁15の向かい側に配置され、マイクロチャネルの内側と連絡する、円錐形状の圧力チャンバー511に接続される圧電発動膜510を含む。圧力パルス発生装置51は、ホルダー内に形成された貫通孔515と、圧力チャンバー511を密封するためのO-リング512をさらに備えてもよい。図12dに示すように、マイクロチャネルから液滴を排出するためには、外部電圧源は、容量約10ナノリッターの一連の液滴33を形成するための電圧パルス（典型的には、500マイクロ秒／200V）を適用する。例示的な圧力パルス発生装置51は25Hzまでの排出周波数を達成することができるが、当業者は、本発明はこの範囲に限定されないことを認識すると考えられる。本発明に従い圧力パルス発生装置51に変更を加えることができる。例えば、圧力パルス発生装置51は、チップホルダー500の一部を形成する必要はなく、マイクロ流体チップ10自身に統合することができる。
【００８２】
別の態様によると、図12eに示すように、マイクロチャネルから液体を排出するためにガス加圧装置51aが使用される。例示的な態様によると、ガス加圧装置51aは、高速の弁を介して圧力を適用する加圧ガスタンクを含む。第2の仮想的な壁15bを形成する第2の流体相互接続ポート17bをマイクロチャネル3内に形成することができる。第2の仮想的な壁15bは、第1の流体相互接続ポート17に形成された第1の仮想的な壁と実質的に同軸上に配列される。第2の同軸の仮想的な壁15bは、第1の液体4を第1の仮想的な壁15を介して液滴33の形態で効果的に排出するために、選択した振幅、周波数および持続時間を有するガス圧力パルスを発生するガス加圧装置51aと連絡している。排出過程中、第2の仮想的な壁15bは、液滴33を形成するように、第1の液体4に向かって内側に変位する。
【００８３】
別の態様によると、図12fに示すように、排出装置は、マイクロチャネル3において側壁に配置されたヒーター51bを含む。ヒーター51bは、液滴を形成するために第1の液体4を局所的に加熱する。第1の液体を加熱すると、ガス蒸気気泡51cが急速に成長し、仮想的な壁15を介して液滴33をマイクロチャネルから効果的に排出する。ヒーターは温点(heated spot)、電気ヒーター、光学誘導性ヒーター、または任意の他の好適なヒーターを含んでもよい。
【００８４】
さらに別の態様によると、図12gに示すように、排出装置は、選択した量の液体をマイクロチャネル3から流体相互接続ポート17を介して除去するための、スポット専用ピン組立物（dedicated spotting pin assembly）1080を含む。例示的なピン組立物1080はナノリッター以下の液体容量の選択的な除去を可能にするが、当業者は、本発明はこの範囲に限定されないことを認識すると考えられる。図12gに示す態様によると、スポット専用ピン1080は、予め決められた距離で間隔をあけた2つのピン1080aおよび1080bを含む、微細製造されたシリコンスポットピンシステムを含んでもよい。ピンの間の空間は、予め決められた量の液体を正確に採取するように寸法が決められる、開いた毛細管1081を形成する。液体容量をマイクロチャネル3から除去するためには、ピンをポート17を介してマイクロチャネル3に浸漬する。ピン1080は、毛細管作用により毛細管1081内に液体を自動的に吸引する。次いで、ピン1080をポート17から除去すると、ピン1080aおよび1080bの表面の間に形成された毛細管力が、2つのピン1080aおよび1080bの間に形成された毛細管1081内に液滴を保持する。例示的な態様によると、ピン組立物1080は300ピコリッターの液体容量をマイクロチャネルから除去することができ、次いでこれをさらなる分析または保存のためにガラススライドにスポットすることができる。例示的なピン組立物1080は、約1秒以下の試料採取時間を可能にする。
【００８５】
好適なピン組立物1080は、その内容が参照として本明細書に組み入れられている2001年12月21日提出の表題「微細製造された2ピン液体試料分注システム(Microfabricated Two-Pin Liquid Sample Dispensing System)」の米国特許出願第10/027,171号に記載されている。
【００８６】
本発明のさらに別の態様によると、マイクロチャネルの内側を光学的に分析するために、マイクロチャネル3の側壁16に形成された仮想的な壁15が使用される。図13aは、光学的要素26によって合焦された光線ビーム27によって、マイクロチャネル内に配置された第1の液体4を光学的に検査する本発明の態様を示す。光線ビーム27は、ポート17の向かい側のチャネル壁16に影響を与えることなく第1の液体4に直接貫通するために、側壁における流体相互接続ポート17と同軸上に配列される。光学的要素26は、任意の好適なレンズまたはプリズムであってもよい。好適な検出装置68は、マイクロチャネル3内の液体をモニターおよび分析するために、仮想的な壁15に近接して配置される。別の態様では、複数の流体相互接続ポート17および17bが側壁において互いに直角に配置され、吸収ではなく散乱が分析される。
【００８７】
仮想的な壁15を介して第1の液体4を光学的に分析するための別の態様によると、第2の仮想的な壁15bがマイクロチャネル3に配置される。図13bは、第1の仮想的な壁15を形成する第1の流体相互接続ポート17がマイクロチャネルの一方の側に配置され、第2の仮想的な壁15bを形成する第2の流体相互接続ポート17bがマイクロチャネル3の向かい側に配置され、第1の仮想的な壁15および第2の仮想的な壁15bが実質的に同軸上に配置される、マイクロチャネル3内の第1の液体4の光学的な分析のための一態様を示す。光学的要素26を通過し、合焦された光線ビーム27は、光線ビーム27がポート17を介して第1の液体4を直接貫通し、第1の液体4を通過した後、第2の仮想的な壁15bを介してマイクロチャネルの反対側から出て行くように、第1の仮想的な壁に対して実質的に同軸上に位置づけられる。第2のポート17bを通過した光線は、マイクロチャネル3内の液体をモニターし、かつ分析するための光学的検出装置68と連絡している、第2の光学的要素26aによって回収され、合焦され、平行にされる。このような光学的検出手段は、理想的には、本質的に着色もしくは蛍光である化合物、または本明細書の別の箇所に記載されている、光学的に検出可能な部分で標識された化合物を含有する液体を分析するのに好適である。または、本発明のマイクロ流体チップが質量分析計に連結されている場合には、質量分析計を検出手段として使用することができる。
【００８８】
本発明の一用途によると、仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められている開口部を、流体相互接続ポートとして使用するマイクロ流体システムを使用して、試料を精製またはろ過することができる。例えば、例示的な配列を使用して、試料中のDNA断片から不純物を分離することによって、DNA試料を精製することができる。図14に示すように、側壁に形成され、仮想的な壁を形成する流体相互接続ポート17を有するマイクロチャネル3を、複数の廃棄チャネル136および廃棄チャネル136とマイクロチャネル本体3との交点に形成された排出チャネル137に接続する。マイクロチャネル3は、マイクロチャネル本体より小さい径を有する流入口138を有する。仮想的な壁を介して導入される試料の分離を実施するために、マイクロチャネル3に好適な洗浄媒体4を充填する。
【００８９】
不純物からのDNA試料の分離などの試料の分離を実施するためには、マイクロチャネルを介して流体流動を洗浄媒体に導入し、仮想的な壁15を介して試料を流動中の洗浄媒体に注入する。この配列は、試料の異なる成分を分離するために拡散を利用する。試料中の大きい分子（すなわち、DNA断片）および試料中の小さい分子（すなわち、不純物）は異なる拡散速度で洗浄媒体中を拡散し、試料の異なる成分をサイズによって効果的に分離する。例えば、小さい分子は、大きい分子より速く洗浄媒体中に拡散する。大きい粒子を含有する残存する試料流と不純物を含有する拡散試料流の2つの試料流は、それぞれ、排出チャネル137および廃棄チャネル136に分離される。精製された試料は、さらなる処理または分析のために排出チャネル137を通過することができる。廃棄チャネル136および排出チャネル137は、選択した成分を受け入れるようにサイズおよび寸法を決めることができる。例えば、廃棄チャネル136は、拡散した小さい分子を受け入れるために仮想的な壁15から予め決められた距離に位置づけられ、排出チャネル137は、大きい分子を受け入れるようにサイズおよび位置が決められる。
【００９０】
または、図14に示す構成を使用して、化学反応、非共有結合、吸着または吸収、抗体結合、核酸もしくはオリゴヌクレオチド結合もしくはハイブリダイゼーション、イオン対形成、イオン交換、クロマトグラフィー分離、受容体ホルモン相互作用、酵素活性拮抗作用もしくは作動性（aginism）または分析物に対する他の好適な反応などの化学的操作を実施することができる。本発明は、化合物、全細胞または細胞溶解物、酵素、タンパク質またはペプチドおよび粒子の溶液を含む種々の液体試料に適用する。従って、本発明また、プロテオミクス、ゲノミクス、クロマトグラフィー、診断および薬物発見における用途がある。
【００９１】
または、例示的な構成を使用して標識操作を実施することができ、仮想的な壁を標識スキームにおける反応物の1つの相互接続ポートとして使用する。標識操作を実施するためには、標識流体をマイクロチャネルを通過させて、標識対象物質を含有する液体を仮想的な壁を介して注入する。2つの液体の混合は比較的速く、物質の迅速な標識化が達成される。一態様によると、上記のような分離段階の前に標識化を実施することができる。一態様によると、標識スキームの後に過剰の未反応標識を除去するためにろ過装置を使用することもできる。
【００９２】
使用する特定の種類の検出反応に応じて、多種多様の検出可能な標識を本発明の適用に使用することができる。標識は、通常、分光学的手段、光化学的手段、生化学的手段、免疫化学的手段または化学的手段によって検出可能である。標識は、当技術分野において周知の方法により、例えば、本発明の例示的な態様に従って、マイクロチャネルの側壁に形成された仮想的な壁を介してチップに導入される試薬として、検出対象の分子（生成物、基質、酵素等）に直接または間接的に結合される。例えば、有用な核酸標識には、蛍光染料、酵素（例えば、ELISAに通常使用されるようなもの）、ビオチン、ジオキシゲニン、またはハプテンおよび抗体、好ましくはモノクローナル抗体が利用可能なタンパク質が挙げられる。他の好適な標識には、蛍光部分、化学発光部分、磁性粒子等が挙げられる。さらに他の標識剤には、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体、タンパク質、または親和性基質、炭水化物もしくは脂質などの他のポリマーが挙げられる。標識された化合物の検出は、蛍光マーカーの分光学的もしくは光学的追跡方法、またはサイズ、荷電、分子量もしくは親和性に基づいて分子を追跡する他の方法を含む、種々の既知の方法によってもよい。検出可能な部分は、検出可能な物理的または化学的特性を有する任意の材料からなってもよい。このような検出可能な標識は、ゲル電気泳動、カラムクロマトグラフィー、分光学的技法等の分野において十分に開発されており、一般に、このような方法に有用な標識を本発明に適用することができる。従って、標識は分光学的手段、光化学的手段、生化学的手段、免疫化学的手段、電気的手段、光学的手段、熱的手段または化学的手段によって検出可能な任意の組成物であり、このような標識は、関心対象の分子に共有結合されても（例えば、アミンを含有する化合物とニンヒドリンとの反応）、または非共有結合されてもよい（例えば、化合物と標識抗体との反応）。本発明の有用な標識には、蛍光染料（例えば、フルオレセインイソチオシアネート、テキサスレッド、ローダミン等）、酵素（例えば、通常マーカー産物として、またはELISAにおいて検出可能な酵素として使用される、LacZ、CAT、西洋ワサビペルオキシダーゼ、アルカリホスファターゼ等）、核酸挿入物(intercalators)（例えば、臭化エチジウム）、およびコロイド金または着色ガラスまたはプラスチック（例えば、ポリスチレン、ポリプロピレン、ラテックス等）ビーズなどの比色標識が挙げられる。蛍光標識は、光学的検出手段を使用する場合には、特に好ましい標識である。好ましい標識は、典型的には、以下の1つまたは複数によって特徴づけられる：高感度、高安定性、低バックグラウンド、低環境感度、および高標識特異性。
【００９３】
1-および2-アミノナフタレン、p,p'-ジアミノスチルベン、ピレン、4級フェナントリジン塩、9-アミノアクリジン、p,p'-ジアミノベンゾフェノンイミン、アントラセン、オキサカルボシアニン、メロシアニン、3-アミノエキレニン(aminoequilenin)、ペリレン、ビス-ベンゾキサゾール、ビス-p-オキサゾリルベンゼン、1,2-ベンゾフェナジン、レチノール、ビス-3-アミノピリジニウム塩、ヘレブリゲニン、テトラサイクリン、ステロフェノール(sterophenol)、ベンズイミダゾリルフェニルアミン、2-オキソ-3-クロメン、インドール、キサンテン、7-ヒドロキシクマリン、フェノキサジン、カリシレート(calicylate)、ストロファンチジン、ポルフィリン、トリアリールメタンおよびフラビンを含む、蛍光部分を含むいくつかの標識は既知である。ある場合においては、関心対象のペプチドもしくはタンパク質の一部である（すなわち、そのペプチドまたはタンパク質にとって内因性である）か、またはタンパク質もしくはペプチドに付加される、アミノ酸のトリプトファンを蛍光標識として使用することができる。本発明により使用することができるか、または修飾してこのような官能基を導入することができる、個々の蛍光試薬化合物には、例えば、ダンシルクロリド；3,6-ジヒドロキシ-9-フェニルキサントヒドロール(phenylxanthhydrol)などのフルオレセイン；ローダミンイソチオシアネート、N-フェニル 1-アミノ-8-スルホナトナフタレン；N-フェニル 2-アミノ-6-スルホナトナフタレン；4-アセトアミド-4-イソチオシアナト-スチルベン-2,2'-ジスルホン酸；ピレン-3-スルホン酸；2-トルイジノナフタレン-6-スルホネート；N-フェニル-N-メチル-2-アミノアフタレン(aminoaphthalene)-6-スルホネート；臭化エチジウム、ステブリン(stebrine)、アウロミン(auromine)-0,2-(9'-アンスロイル）パルミテート；ダンシルホスファチジルエタノールアミン；N,N'-ジオクタデシルオキサカルボシアニン；N,N'-ジヘキシルオキサカルボシアニン；メロシアニン、4-(3'ピレニル）ステアレート；d-3-アミノデスオキシ-エキレニン(equilenin)；12-(9'-アンスロイル）ステアレート；2-メチルアントラセン；9-ビニルアントラセン；2,2'(ビニレン-p-フェニレン）ビスベンゾキサゾール；p-ビス（2-(4-メチル-5-フェニル-オキサゾリル))ベンゼン；6-ジメチルアミノ-1,2-ベンゾフェナジン；レチノール、ビス(3'-アミノピリジニウム）1,10-デカンジイルジヨーダイド、ヘリブリエニン(hellibrienin)のスルホナフチルヒドラゾン；クロロテトラサイクリン；N-(7-ジメチルアミノ4-メチル-2-オキソ-3-クロメニル）マレイミド；N-(p-2-ベンズイミダゾリル)-フェニルマレイミド；N-(4-フルオランシル(fluoranthyl)マレイミド；ビス(ホモバニリン酸)；レサザリン(resazarin)；4-クロロ-7-ニトロ-2,1,3-ベンゾオキサジアゾール；メロシアニン540、ローズベンガル；および2,4-ジフェニル-3(2H)-フラノンが挙げられる。多数のこのような蛍光標識試薬は、SIGMA chemical company(ミズーリ州、セントルイス)、Molecular Probes、R&D systems(ミネソタ州、ミネアポリス)、Pharmacia LKB Biotechnology(ニュージャージー州、ピスカタウェイ）、CLONTECH Laboratories, Inc.(カリフォルニア州、パロアルト）、Chem Genes Corp.、Aldrich Chemical Company(ウィスコンシン州、ミルウォーキー)、Glen Research, Inc.、GIBCO BRL Life Technologies, Inc.(メリーランド州、ゲイザースバーグ)、Fluka Chemica-Biochemika Analytika(Fluka Chemie AG、Buchs、スイス)、およびApplied Biosystems(カリフォルニア州、フォスターシティ)、ならびに当業者に既知の市販元から市販されている。
【００９４】
蛍光標識は、一部には、光線で蛍光標識を照射することによって、複数の発光を得ることができることから、好ましいクラスの検出可能な標識である。従って、1つの標識が複数の測定可能な事象を提供することができる。検出可能なシグナルは、化学発光および生物発光源によって提供することもできる。化学発光源には、化学反応によって電子的に励起状態になり、次いで検出可能なシグナルとして働くか、または蛍光受容体にエネルギーを供与する光線を発することができる化合物が挙げられる。種々のファミリーの化合物が、種々の条件下で化学発光を提供することが見出されている。1つの化合物ファミリーは2,3-ジヒドロ-1,4-フタラジンジオンである。最も一般的な化合物は、5-アミノ化合物であるルミノールである。ファミリーの他のメンバーには、5-アミノ-6,7,8-トリメトキシ-およびジメチルアミノ[ca]ベンズ類似体が挙げられる。これらの化合物は、アルカリ性過酸化水素または次亜塩素酸カルシウムおよび塩基を用いて発光させることができる。別のファミリーの化合物は、親生成物の一般名としてロフィンを有する、2,4,5-トリフェニルイミダゾールである。化学発光類似体には、パラ-ジメチルアミノおよび-メトキシ置換体が挙げられる。化学発光はまた、シュウ酸エステル、通常はオキサリル活性エステル、例えば、p-ニトロフェニルおよび過酸化物、例えば、過酸化水素を用いて、塩基性条件下において得ることができる。-N-アルキルアクリジナムエステル(塩基性H2O2)およびジオキセタンを含む、他の有用な化学発光化合物も既知であり、かつ入手可能である。または、生物発光を提供するために、ルシフェリンをルシフェラーゼまたはルシゲニンと共に使用することができる。蛍光部分を用いたオンチップ標識の例示的な例は、Harrisonら、Sensors and Actuators B,33巻、pp.105-09(1996)に見出すことができる。
【００９５】
他の標識部分を、関心対象の分子に非共有結合的に結合することができる。一般に、リガンド分子(例えば、ビオチン)をポリマーに共有結合する。次いで、リガンドは、本質的に検出可能であるか、または検出可能な酵素、蛍光化合物もしくは化学発光化合物などのシグナル系に共有結合される抗リガンド（例えば、ストレプトアビジン）分子に結合する。数多くのリガンドおよび抗リガンドを使用することができる。リガンドが天然の抗リガンド、例えば、ビオチン、チロキシンおよびコルチゾールを有する場合には、標識した抗リガンドと共に使用することができる。または、任意のハプテン化合物または抗原性化合物を抗体と組み合わせて使用することができる。標識はまた、例えば、酵素または蛍光団と抱合することによって、シグナル生成化合物に直接抱合することもできる。標識として関心対象の酵素は、主に、加水分解酵素、特にホスファターゼ、エステラーゼおよびグリコシダーゼ、または酸化還元酵素、特にペルオキシダーゼである。蛍光化合物には、フルオレセインおよびその誘導体、ローダミンおよびその誘導体、ダンシル、ウンベリフェロン等が挙げられる。化学発光化合物には、ルシフェリンおよび2,3-ジヒドロフタラジンジオン、例えば、ルミノールが挙げられる。標識を検出する手段は当業者に周知である。標識が蛍光標識である場合には、蛍光団を適当な波長の光線で励起して、得られる蛍光を、例えば、顕微鏡、目視、写真フィルム、電子的検出装置、例えばデジタルカメラ、電荷結合素子(CCD)、または光電子増倍管および光電管等などの使用により検出することによって検出することができる。蛍光標識および検出技法、特に顕微鏡および分光学的方法が好ましい。同様に、酵素に対して適当な基質を提供し、得られる反応産物を検出することによって酵素標識を検出する。最後に、単純な比色標識は、標識に関連する色を単純に観察することによって検出されることが多い。例えば、抱合型の金(conjugated gold)はピンク色を呈することが多い一方、種々の結合型ビーズ(conjugated beads)はビーズの色を呈する。
【００９６】
図15は、チップ上で微量化学的過程を実施するための、本発明の一態様のマイクロ流体合成／分析システム40を例示している。マイクロ流体合成／分析システム40は、第1のマイクロチャネル3、第1のマイクロチャネルと平行して作動する第2のマイクロチャネル30、ならびに第1および第2のマイクロチャネルの末端に配置され、第1のマイクロチャネル3と第2のマイクロチャネル30の排出物を合わせるために第1と第2のマイクロチャネルとの交点を形成する、第3のマイクロチャネル300とを含む。マイクロチャネル3、30および300は、多段階化学合成または分析を実施するために、チャネルの側壁に配置された仮想的な壁15a〜iを形成する複数の流体相互接続ポート17を備える。マイクロ流体合成／分析システム40の例示的な態様は、複雑な合成反応スキーム(例えば、上記のような標識化)および分析を高度に平行な様式で実施することができる、マイクロ流体システムの仮想的な壁15の適用の一例となる。示すように、マイクロチャネル3の側壁16に配置された仮想的な壁15を使用することによって、多種多様の化学的操作を実施することができる。
【００９７】
例示されているシステム40は、微量化学的分析または合成などの、1試料について1つまたは複数の反応を実施するために、マイクロチャネル3、30および300の選択した位置に配置されたマイクロリアクター43、44、45および46として例示される、複数の試料処理装置をさらに備える。例示的な態様に従って、試料の分離を実施するために、例示されているシステムが使用される。反応、ろ過、希釈、混合、結合および輸送を含むが、これらに限定されない任意の好適な処理を、単独または他の反応と組み合わせて1試料に実施することができることを当業者は認識すると考えられる。図15に示す具体的な配列は以下の反応1〜4の実施を可能にする。
反応1:  A+B→C
反応2:  D+E→F
反応3:  C+F→G
反応4:  G+H→I
【００９８】
反応1では、物質A(例えば、標識試薬)が物質B(例えば、他に都合よく検出されない関心対象の分子)と反応して、物質C(例えば、標識された抱合物)を形成する。反応2では、物質Dが物質Eと反応して、物質Fを形成する。反応3では、物質CおよびFが反応して物質Gを形成する。反応4では、物質GおよびHが反応して物質Iを形成する。例示的な態様では、反応1および反応2が平行に実施され、その後逐次的に反応3および反応4が続く。
【００９９】
操作時において、担体液体4aがマイクロ流体合成／分析システム40内に配置され、特定の化学物質を含有する数多くの液体が、複数の仮想的な壁15を介して担体液体と相互接続される。反応1〜4により生ずる反応生成物は、担体液体4aによりマイクロ流体合成／分析システムを通じて搬送される。上記の反応スキームに列挙した物質A〜Iをそれぞれ含有する液体から、液滴42a〜iが形成される。担体液体4の全体的な流動方向は矢印41で示す。仮想的な壁15を介する流体の相互接続の方向を矢印47で示す。
【０１００】
マイクロ流体過程を開始するためには、液滴の方向47で示すように、第1の液体A 42aを第1の仮想的な壁15aを介してマイクロ流体システムに導入し、担体液体4aによってマイクロチャネル内を搬送される。第1の仮想的な壁15aの下流のマイクロチャネルの側壁に配置された第2の仮想的な壁15bを介して、第2の液体B 42bを第1のマイクロチャネル3に添加して、担体液体4aに存在する物質AおよびBの混合物を生じる。その後、混合物は第1のマイクロリアクター43を通過する。第1のマイクロリアクター43は適当な条件（すなわち、温度、滞在時間、触媒材料の存在等）を有して反応Iを実施し、物質AとBの反応から第3の物質、液体Cを生成する。液体Cは、担体液体4aによってリアクター43の下流に搬送される。反応Iの完了後、液滴の方向47で示すように、第1および第2の仮想的な壁15a、15cの下流に配置された第3の仮想的な壁15cを介して、液体Cの一部が第1のマイクロチャネル3から排出される。その後、排出された液体Cの部分を保存し、反応した液体Cの組成を決定するために、さらに処理、または分析することができる。
【０１０１】
本発明の別の態様において、1つまたは複数の試料処理装置43、44、45または46は、マイクロリアクターなどの反応手段ではなく、分離手段を含んでもよい。分離手段は、典型的には、クロマトグラフィーカラムであり、好ましくはクロマトグラフィーカラムである。クロマトグラフィーカラムを備えるマイクロ流体システムを使用して、例えば、仮想的な壁17を介して適用された混合物の分離を実施することができ、次いで仮想的な壁15を介して導入された試薬を有するマイクロリアクター45内で、標識試薬と反応させることができる。このような様式では、化合物はクロマトグラフィー分離後に標識される。同様の様式において、混合物を第1の仮想的な壁15aを介して導入し、標識試薬を第2の仮想的な壁15bを介して導入し、次にマイクロリアクター内での反応、およびその後のクロマトグラフィーカラムでの分離を続けることができる。キャピラリー電気泳動クロマトグラフィーカラムは、本発明による特に好ましい分離手段である。このようなマイクロ流体CEカラムは、その各々が参照として本明細書に組み入れられる、米国特許第6,159,353号、同第5,976,336号および同第6,258,263号に記載されている。または、多数の分離手段を、選択的に平行に、本発明により使用することができる。例えば、マイクロ流体合成／分析システム40は、キャピラリー電気泳動による第1の分離、およびpH勾配に基づいた別の分離を実施することができる。
【０１０２】
別の態様において、反応に応じて色の変化が生じる場合には、滴定をオンチップで実施することができる。このような滴定は、例えば、pH滴定、または発色基質もしくは阻害剤を用いた酵素の滴定であってもよい。
【０１０３】
第1のマイクロチャネル3において生じる過程までの同様の反応過程は、マイクロ流体合成／分析システム40の第2のチャネル30で生じる。それぞれ、液体D 42dを第4の仮想的な壁15dを介して担体液体3bに導入する。液体Dの注入地点(すなわち、仮想的な壁15d)の下流において、第5の仮想的な壁17eを介して液体E 42eをマイクロチャネル3に注入して、担体液体4a中で物質DとEの混合物を形成する。さらに下流で、物質DとEの混合物はマイクロリアクター44を通過し、反応2が進行する。反応2の完了後、得られた液体Fの一部を、第6の仮想的な壁15fを介して第2のマイクロチャネル30から排出することができる。排出された液体Fの部分をその後保存し、反応した液体Fの組成を決定するために、さらに処理または分析することができる。
【０１０４】
第1のマイクロチャネル3と第2のマイクロチャネル30の交点において、第1のマイクロリアクター43を出た液体C(42C)と第2のマイクロリアクター44を出た液体F(42F)が共に混合し、その後第3のマイクロチャネル300を通じて搬送される。液体Fと液体Cの混合物は第3のマイクロリアクター45に流入し、ここで反応3が進行し、液体Gを生成する。第7の仮想的な壁15が第3のマイクロリアクターの下流に配置され、第3のマイクロリアクター45を出た液体Gの部分を、液体の液滴42gの形態でマイクロチャネル3から排出させる。第7の仮想的な壁15gのさらに下流に配置された第8の仮想的な壁15hを使用して、物質Hを液体の液滴42hの形態でマイクロチャネル300内に導入して、液体Gと液体Hの混合物を形成する。G-H混合物は第4のマイクロリアクター46に流入し、ここで反応4が生じて液体Iを形成する。最後に、第4のマイクロリアクター46を出た得られた液体I 42iの部分は、液体Iの分析、保存および／またはさらなる処理のために、マイクロチャネル300の側壁に配置された第9の仮想的な壁15iを介して、マイクロチャネル3から排出される。
【０１０５】
例示的な態様によると、反応物A、B、D、EおよびHの必要な濃度は、液滴(19b)のサイズおよび数を計測することによって正確に制御される。さらに、担体液体4aに導入される液滴19bの数を制御することによって、特定の希釈度を正確に得ることができ、異なる希釈度の反応物A、B、D、EおよびHについての反応1〜4を研究することができる。好適なサイズの液滴を形成するための好適な液滴分注システムは、米国特許仮出願第60/325,040号に記載されている。例示的なマイクロ流体合成／分析システム40のマイクロチャネルの側壁によって形成される、直接相互接続ポートを使用することにより、システムに導入される液体の濃度を正確に制御することができ、廃棄物を大幅に低下すると同時に効率を増加する。
【０１０６】
上記のマイクロ流体合成／分析システム40の例示的な態様は、複雑な合成反応スキームおよび分析を高度に平行な様式で実施することができる、マイクロ流体システムの仮想的な壁15の適用の一例となる。示すように、マイクロチャネルの側壁に配置された仮想的な壁15を使用することによって、多種多様の化学的操作を実施することができる。当業者は、本発明が例示的な態様に限定されないこと、ならびにマイクロチャネル、仮想的な壁の任意の好適なサイズおよび数、リアクターの種類および数、ならびに試料の種類を、本発明の教示に従い使用することができることを認識すると考えられる。
【０１０７】
図16は、本発明のマイクロ流体システムの別の態様を例示している。システム10は仮想的な壁15を形成する1つまたは複数の流体相互接続ポートを含むマイクロチャネル3を含み、かつ動電学的作動式システム22の一部を含む。動電学的作動式システム22では、マイクロチャネル3を通して流体を輸送するために電場が確立される。例示するように、第1の電極5および第2の電極7がマイクロチャネル3の第1の液体4内に配置されるか、または第1の液体4と流体的に連絡している。第1の電極5は、マイクロチャネル3の第1の末端に配置された第1のウェル6aに配置され、第2の電極7はマイクロチャネル3の第2の末端に配置された第2のウェル6bに配置される。第1のウェル6aおよび第2のウェル6bは、マイクロチャネル3の第1の液体4と流体的に連絡している。電圧発生装置12は第1の電極5と第2の電極7の間に電圧を生じて、マイクロチャネル3の第1の液体4に実質的に長手方向の電場を形成する。図16に示すように、マイクロチャネル3の両端を第1のウェル4および第2のウェル6とそれぞれ流体的に接触させることによって長手方向の電場を適用する。
【０１０８】
本発明の教示に従い、例示的なポート17はマイクロチャネル3の側壁内に配置され、仮想的な壁15を形成し、第1の液体4への第2の液体の導入を可能にする。例えば、液滴形成システム18は、第2の流体19bの液滴19aを形成する。液滴19aは、本明細書に記載されているものなどの任意の好適な方法により、ポート17の方向に導かれる。マイクロチャネル3の内側壁の表面特性に応じて、動電学的システム22によって形成される長手方向の電場が、マイクロチャネル3を通じた軸方向の第1の液体4の電気浸透的な液体の流動を誘導し、それによって第2の液体19bに存在する成分をマイクロチャネルを通じて軸方向に輸送する。
【０１０９】
動電学的作動式システム22は、第2の液体19bに存在する成分の電気泳動的分析を提供する、光学的検出装置68を備えることができる。マイクロチャネル3に配置された開口部17は、液体の成分の電気泳動的に分離するための、選択された径、長さおよび内側壁面特性などの好適な特性を有する。分析対象の第2の液体19bは、液滴形成システム18によって形成される液滴19aの形態で、仮想的な壁15を介してマイクロチャネル3に導入される。導入される第2の液体19bに存在する成分は、電気浸透的流動と、電圧発生装置12を用いて適用される電場の影響下での移動との組み合わせによって輸送される。液体を電気泳動的に分離するのに十分な距離を移動した後、検出装置68は、マイクロチャネル3の末端で検出装置68により個々の成分を検出し、かつ分析する。検出装置68は、第2の液体19aの組成を決定することができるエレクトロフェログラムを作製する。当業者は、本発明の動電学的システムは電気浸透的、電気泳動的および誘電泳動的技法を実施することができることを理解すると考えられる。
【０１１０】
図17は、基材20が配置されるカートリッジ73内に形成される、複数の平行なマイクロチャネル3a〜3hを含む、本発明による動電学的作動式マイクロ流体システム50の別の実施を例示している。マイクロチャネルは、基材に半開チャネル構造のネットワークを形成し、半開チャネルを被覆20aで被覆して、複数のマイクロチャネルを形成することによって形成される。複数のマイクロチャネル3a〜3hは、共通の第1のウェル6aおよび共通の第2のウェル6bと連絡して、基材内に配置される。マイクロチャネル3a〜hは、マイクロチャネルに第1の液体4が充填されるとき仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められている、チャネルの側壁に形成された開口部によって規定された、1つまたは複数の流体相互接続ポート17を備える。マイクロチャネル3に実質的に長手方向の電場を確立するために、電圧発生装置12に接続された第1の電極5が、共通の第1のウェル6aに配置され、電圧発生装置12に接続された第2の電極が、共通の第2のウェル6bに配置される。液滴形成装置18によって液滴19bが形成される。液滴形成装置18は液滴を形成し、選択したマイクロチャネル3に開口部17を介して液滴を導入するのに好適な方向および好適な速度で、選択したマイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポートに形成された、選択した仮想的な壁15の方向に液滴を噴射する。検出装置68は、マイクロチャネル3a〜3hの流体をモニターして検出するために、システム50に対して位置づけられる。
【０１１１】
好ましい態様において、動電学的作動式システム50の平行な実施態様は、時間単位あたり大多数の分析を実施することができる、高度に平行な電気泳動的分離プラットフォームとして適用される。基材20に配置されるマイクロチャネル3は、電気泳動的分離に好適な特性(内側壁面特性、径および長さ)を有する。液滴19bの成分の電気泳動的分析過程は、以前に記載したものと同一である。動電学的作動式装置50は、マイクロチャネル3の末端に個々の成分を検出および分析するための検出装置68をさらに備える。検出装置68は、第2の液体19aの組成を決定することができるエレクトロフェログラムを生成する。
【０１１２】
示すように、例示的な動電学的作動式システム50は、複数の異なる反応および過程を比較的小型の基材20上で生じさせることができる、コンパクトな構造物を含む。平行なマイクロチャネル3a〜3hの側壁に流体相互接続ポートを規定する、仮想的な壁を形成する開口部を使用することにより、マイクロチャネルによる流体の直接相互接続を可能にし、注入効率を改善し、システム50に導入される液体の容量を容易に制御することができる。
【０１１３】
さらに別の用途によると、図18に示すように、マイクロ流体システム181に質量分析計を相互連結するために仮想的な壁を使用することができる。例えば、本発明の教示に従い、試料を、仮想的な壁15を介してマイクロチャネル3に注入し、試料を異なる成分に分離することができる。分離後、流体排出ポートを形成する仮想的な壁15を介して、異なる成分をマイクロチャネルから液滴の形態で排出することができる。質量分析計186または他のロボットシステムを用いた分析のために、液滴を好適なプレート185上に移動させることができる。例えば、マイクロ流体システム181は、マルチウェルプレートに別個の試料を注入して、分析用試料のマルチウェルアレイを形成することができる。
【０１１４】
図19a、19bおよび19cは、液体試料を処理するための仮想的な壁の相互接続ポートを有するマイクロ流体チップ190を製造する方法を例示している。図19aは、本発明の教示に従い仮想的な壁の流体相互接続ポートを使用した、マイクロ流体チップ190の組立分解図である。図19cは、図19aの製造されたマイクロ流体チップ190の横断側面図である。示すように、マイクロチャネルの側壁に形成された仮想的な壁の流体相互接続ポート17を有するマイクロチャネル3は、3層の「サンドイッチ」構成で製造することができる。示すように、完全なマイクロ流体チップ190は、マイクロチャネル3、マイクロチャネル3の第1の末端に形成された第1の流入口191、マイクロチャネル3の第2の末端に形成された流出口192、およびマイクロチャネル3の長手方向の側壁に形成された流体相互接続ポート17を有する。図19に示すマイクロ流体チップは、窪み194が形成されている第1の平坦なシート193、チャネル3および開口部17を備える中間層197、ならびに第2の平坦なシート195を含む。マイクロチャネルに配置される液体が開口部17に仮想的な壁を形成するように、開口部17は、約0.1μm〜約200μm、好ましくは約25μm〜約125μm、最も好ましくは約50μm〜約100μmの寸法を有する。
【０１１５】
マイクロ流体チップ190を製造するためには、第1の平坦なシート193の一部を除去して窪み194を形成する。次に、中間層を第1のシートの上部に適用する。次いで、中間層197の一部を除去して、開口部17を形成する。中間層197の追加の部分を除去して、窪みが配列されているマイクロチャネルを規定するスリットを形成する。第2の平坦なシート195を中間層197に適用し、第2の平坦なシートの一部を除去することによって、第2の平坦なシートを中間層に適用する前または適用した後に、仮想壁アクセス孔170を第2の平坦なシート195に形成する。仮想壁アクセス孔170を中間層に形成された開口部17と共に配列して、マイクロチャネルへのアクセスを提供する。低温接着過程を使用して、チップを形成する3層を組み立てることができる。
【０１１６】
例示的な態様によると、第1および第2の平坦なシート193および195はガラス板を含むが、当業者は、任意の好適な材料を使用することができることを認識すると考えられる。エッチング、パウダーブラスト(powder blasting)または任意の好適な方法が、窪み197、チャネル3、流入口191、流出口192ならびに流体相互接続ポートを形成する開口部17および170を形成する。別の態様によると、窪み197、チャネル3、流入口191、流出口192、ならびに開口部17および170を層に事前に形成することができる。すなわち、層を鋳型成型して構造物を形成することができる。例示的な態様によると、中間層197は、積層によって適用される光感受性ポリマーなどの光パターン形成可能な（photo patternable）材料を含む。別の態様によると、マイクロ流体チップ190の中間層197もガラス板を含む。
【０１１７】
マイクロチャネルの上部および底部が2つの平行なガラス面で形成されているので、マイクロ流体チップ190を形成するためにガラス板を使用すると、マイクロチャネル3の内側がより良好に光学的に検出される。従来の丸い毛細管およびチップにエッチングしたチャネル(部分的に丸みのある表面）では、光線が通過しなければならない表面の湾曲により実質的に光線が散乱する。ガラス表面は非常に平坦かつ滑らかであり、マイクロチャネル3を通過する流体の流動を増強し、かつ電気泳動をさらに促進し、増強する。さらに、ガラス基材を使用すると、マイクロ流体チップ190の製造費用が大幅に削減される。
【０１１８】
一態様によると、複数のマイクロチャネルをマイクロ流体チップに形成し、互いに交差するように構成することができる。
【０１１９】
図20a〜cは、本発明の態様による仮想的な壁を形成するのに好適な開口部によって規定される、流体相互接続ポート17を有するマイクロチャネルを製造する段階を例示する。図20aは、開いたチャネル29の第1の部分が形成されている基材28の断面図である。密閉されたマイクロチャネルを形成するためには、図20bに示すように、基材28に被覆30を被覆する。その後、図20cに示すように、被覆30の少なくとも一部を除去して、マイクロチャネル3に流体相互接続ポート17を形成する。考察されているように、流体相互接続ポート17は、マイクロチャネルに第1の液体が充填されるとき、仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められる。別の態様において、流体相互接続ポート17は、基材28の上部に被覆30を接着する前に被覆30内に配置される。
【０１２０】
例示的な態様によると、基材30および被覆28はシリコンで形成されるが、当業者は、マイクロ流体デバイスまたはシステムにマイクロチャネル3を形成するための任意の好適な材料を使用することができることを認識すると考えられる。例えば、マイクロ流体システムは、ガラス、プラスチックまたは任意の他の好適な材料から製造することができる。マイクロチャネル3は、マイクロチャネル構造を製造するための標準的なフォトリソグラフィーエッチング過程を使用して、シリコンウェハー基材30から製造することができる。フォトリソグラフィー方法を使用して、被覆28に流体相互接続ポート17をエッチングすることもできる。当業者は、湿式化学エッチング、制御式蒸着、レーザードリル法などの別の材料および製造技法を使用することができることを認識すると考えられる。
【０１２１】
図21a〜21cは、本発明の別の態様による仮想壁相互接続ポートを有するマイクロチャネルを製造する段階を例示する。図21aは、半開チャネル構造29が配置されている基材28の断面図である。次いで、密閉されたマイクロチャネル3を形成するために、図21bに示すように、基材28を、第2の被覆30bが配置される第1の被覆30aで被覆する。その後、マイクロチャネル3に流体相互接続ポート17を形成するために、少なくとも第1の被覆30aの一部および第2の被覆30bの一部を除去する。示すように、マイクロチャネル3の内側とマイクロチャネルの外側の間に流体相互接続部を形成するために、開口部は第1の被覆30aおよび第2の被覆30bを通じて延伸する。別の態様において、基材28の上部に第1および第2の被覆30aおよび30bを接着する前に、流体相互接続17を第1の被覆30aおよび第2の被覆30bに形成する。
【０１２２】
例示的な態様によると、基材30ならびに第1および第2の被覆30aおよび30bはシリコンで形成されるが、当業者は、マイクロ流体デバイスまたはシステムを形成するための任意の好適な材料を使用することができることを認識すると考えられる。例えば、マイクロ流体システムはガラス、プラスチックまたは任意の他の好適な材料から製造することができる。マイクロチャネル3は、マイクロチャネル構造を製造するための標準的なフォトリソグラフィーエッチング方法を使用して、シリコンウェハー基材30から製造することができる。フォトリソグラフィー方法を使用して、第1および第2の被覆30aおよび30bに流体相互接続ポート17をエッチングすることもできる。当業者は、湿式化学エッチング、制御式蒸着、レーザードリル法などの別の材料および製造技法を使用することができることを認識すると考えられる。
【０１２３】
図22a〜22cは、本発明の別の態様による流体相互接続ポートとして仮想的な壁を有するマイクロチャネルを製造する段階を例示している。図22a〜22cに示す態様において、仮想的な壁を形成する開口部は、半開チャネル構造を密閉するための被覆ではなく、半開チャネル構造を有する基材に形成される。図22aは、半開チャネル構造37が配置されている、実質的に平坦な第1のカートリッジ部分35の組立分解図を示す。流体相互接続ポート17を形成するために、基材35の半開チャネル構造37から側壁の一部が除去される。マイクロチャネル3を規定するために、第2のカートリッジ部分36が第1のカートリッジ部分35の上部に接着される。
【０１２４】
例示的な態様によると、第1のカートリッジ部分35および第2のカートリッジ部分36はシリコンで形成されるが、当業者は、マイクロ流体デバイスまたはシステムを形成するための任意の好適な材料を使用することができることを認識すると考えられる。例えば、マイクロ流体システムはガラス、プラスチックまたは任意の他の好適な材料から製造することができる。マイクロチャネル3は、標準的なフォトリソグラフィーエッチング方法を使用して、第1のカートリッジ部分36に製造することができる。フォトリソグラフィー方法を使用して、第1のカートリッジ部分の側壁に流体相互接続ポート17をエッチングすることもできる。当業者は、湿式化学エッチング、制御式蒸着、レーザードリル法などの別の材料および製造技法を本発明の教示により使用することができることを認識すると考えられる。
【０１２５】
図22bおよび図22cは、マイクロチャネルに形成された得られた仮想的な壁15の斜視図および断面図をそれぞれ示す。例示するように、マイクロチャネルに形成される流体相互接続ポート17は、マイクロチャネルが第1の液体4で充填されるとき、開口部17に仮想的な壁を形成するように、サイズおよび寸法が決められる。仮想的な壁15は、上記のようにマイクロチャネルに流体的な相互接続を可能にし、マイクロチャネルを通じた液体の流動に不都合に影響することなく、マイクロチャネル内に液体を保持するようにサイズおよび寸法が決められる。図19bおよび19cは、開口部17内に形成された仮想的な壁15を介して、マイクロチャネル3に存在する第1の液体4に第2の液体19aの液滴19bを導入することを例示している。示すように、液滴は仮想的な壁の方向に噴射され、仮想的な壁を横断してマイクロチャネルに流入する。
【０１２６】
図23aおよび23bは、図19〜19cのマイクロチャネルシステムの別の態様を例示する。図23aは、半開チャネル構造37が配置される実質的に平坦な第1のカートリッジ部分35の組立分解図を示す。開口部17を形成するためには、カートリッジ部分35の側壁の一部を半開チャネル構造37から除去する。疎水性パッチ38を、半開チャネル構造37の開口部17の実質的に向かい側に配置する。マイクロチャネル3を規定するためには、第2のカートリッジ部分36を第1のカートリッジ部分の上部に接着する。マイクロチャネル3を充填すると、第1の仮想的な壁15が開口部17に形成され、第2の仮想的な壁15aは、疎水性パッチ38によって規定される。
【０１２７】
疎水性パッチは、第2の液体のマイクロチャネルへの導入を増強する。疎水性パッチ38は第1の流体4を誘引し、仮想的な壁を介した流体の排出を防ぐ。図23bに例示するように、第2の液体の液滴は仮想的な壁を介してマイクロチャネル内に導入され、疎水性パッチによってマイクロチャネル内に吸引される。
【０１２８】
図24は図9fの流体相互接続ポートを示し、疎水性コーティングを内側壁63に適用して、関連するマイクロチャネル3が液体で充填されるとき仮想的な壁15の形成を促進するために、流体相互接続ポート17を規定する過程を例示している。例示的な態様によると、3M Fluoradフッ素化学コーティングFC-722などの任意の好適な疎水性コーティングを使用することができる。疎水性材料は、FC-40 Fluorinertなどの好適な溶媒で希釈することができる。一態様によると、FC-722は、等量の溶媒FC-40で希釈して使用されるが、当業者は好適な希釈率を決定することができる。得られる透明な混合物240を、液滴の形態で、マイクロ流体チップ／ウェハー基材11の上面に対して鋭角Aで、マイクロチャネル3に噴霧し、同時にチップ10を回転させて、ポート17の全ての内側面を暴露する。液滴は内側面に到達すると広がり、壁63全体をコーティングする。噴霧角度を鋭角にすることで、自己マスキングを提供し、マイクロチャネル3の内側にスプレーが流入するのを防ぐと同時に、回転により、ポート17の全ての内側面63を均一にコーティングする。層を適用後、マイクロ流体チップ／ウェハー基材は、例えば、50℃において15分間乾燥することができる。
【０１２９】
コーティングは、工業用スプレーコーターまたは手動操作式エアブラシを使用して自動的に適用することができる。コーティング自体は、単に一例である上記の製品に限定されない。しかし、要件は、好ましくは径が10マイクロメーター未満である噴霧の小さい液滴サイズ、コーティング液体の良好なぬれ特性、「自己マスキング」のための鋭角の噴霧角（すなわち、噴霧がチャネル内に達しない）および壁全体を被覆するためのチップ／ウェハーの回転である。
【０１３０】
別の態様は噴霧のためのシャドーマスクの使用であり、チップの一部がコーティングされないようにする。
【０１３１】
3M社のFluorad FC-722と機能上は同一である、疎油性(oleophobic)-疎水性フッ素化学コーティングであるNyeBar Qを含むが、これに限定されない他の好適な疎水性コーティングを、本発明の教示に従い使用することができる。
【０１３２】
マイクロ流体システムに双方向的な流体相互接続部を形成するためにマイクロチャネルの側壁において仮想的な壁を使用することにより、従来の流体相互接続部を上回る有意な利点が提供される。仮想的な壁を含む流体相互接続ポートは製造が比較的簡単で、コンパクトで、高い排出効率を提供し、動作／流動に不都合に影響せず、双方向的にすることができ、種々の適用に有用である。例示的な態様は、チャネルまたは貯蔵器の別個の構造物の必要を排除し、試料のマイクロチャネルへの直接注入を可能にする。
【０１３３】
発明の例証
実施例1:仮想壁マイクロ流体チップの製造と用途
流体相互接続ポートを有するマイクロチャネル構造は、厚さ1.1 mmのガラスウェハーに幅100マイクロメーター、高さ50マイクロメーター、および20mmの長さの半開チャネルを、等方性エッチングすることによって製造した。緩衝フッ化水素(HF)溶液をエッチング剤として使用し、光パターン形成した（photo patterned）エッチング剤抵抗性窒化ケイ素マスク層を適用して、エッチング対象のマイクロチャネル領域を規定した。エッチングした半開マイクロチャネル各々の両端で、ガラスウェハーを貫通する1mm径の穴をパウダーブラスト(powder blasting)することによってチャネルにアクセスした。
【０１３４】
被覆用の厚さ50マイクロメーターのドライレジストフィルム層(LAMINAR(登録商標)5000、Shipley, Birkenfeld, Germany)を、エッチングしたウェハーの上面に適用した。ドライレジストフィルムに50〜150マイクロメーターの円形の開口部を光パターン形成することによって流体相互接続ポートを組み入れ、それによって開口部が配列され、下層のマイクロチャネル内に延伸された。最後に、ウェハーを個々のチップに切断して、流体ポンプおよび電源などの外部システムにマイクロチャネル構造を接続するために、ホルダー内に配置した。
【０１３５】
得られたマイクロチャネルに緩衝水溶液(50mM重炭酸塩緩衝液、pH 9.0)を充填した。液体の流体相互接続ポートへの適用に応じて、毛細管力によってマイクロチャネルが自動的に充填されることが観察された。圧電発動式液滴分注装置システム(MicroDrop GmbH, Norderstedt, Germany)を使用して、約50マイクロメーターの径を有する液体の液滴を作製した。液滴は、蛍光染料を含有する緩衝溶液(50mM重炭酸塩緩衝液、pH 9.0、1mMフルオレセイン)から作製し、100マイクロメーターの径の相互接続ポートへ導いた。注入過程は、蛍光染料を励起し、明るい黄緑色を得るためのUV線照射下で、倒立顕微鏡を使用してモニターした。
【０１３６】
実施例2:キャピラリー電気泳動：エレクトロフェログラム
FITC標識テトラ-ペプチドの100μM混合物の1〜4滴を、液滴分注装置を使用して、仮想的な壁を介してCEカラムにおける電気泳動流動内に直接注入した。液滴は狭い(〜100μm)初期バンドを形成した。バンドは、長さ13mmのチャネル(125μm2,600V/cm)で分離して、検出した。
【０１３７】
実施例3  滴定：勾配形成グラフ
1mMのフルオレセインを、約100μm/sの平均速度を有する流動中の緩衝液に、滴下頻度を増加しながら注入した。図25は、700μm下流で測定した、得られた蛍光シグナルを示す。得られた濃度勾配は50μM〜500μMの範囲であった。
【０１３８】
本発明は例示的な態様に関して記載されている。本発明の範囲から逸脱することなく、ある種の変更を上記の構成に加えることができるので、上記の説明に含有されるか、または添付の図面に示される、全ての事柄は例示的であると解釈され、限定する意味のものではないことが意図される。
【０１３９】
特許請求の範囲は、本明細書に記載される本発明の一般的な特徴および特定の特徴の全て、ならびに文言上それらの間に属すると言われる可能性のある、本発明の範囲の記述全てを含むべきであることも理解されるべきである。
【０１４０】
本発明を記載したとき、新規であり、特許証によって保護されると主張されるものは、特許請求の範囲において記載される。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の例示的な態様を実施するのに好適なマイクロ流体システムの略図である。
【図２ａ】本発明の教示に従い、マイクロチャネルに第1の流体を充填をするための、マイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポートを有するマイクロチャネル構造の平面図である。
【図２ｂ】マイクロチャネルの長手方向の、図2aのマイクロチャネルの断面図である。
【図３】図3aおよび3bは、第1の流体の液滴を、流体相互接続ポートを介して導くことによって、図2aのマイクロチャネルに第1の流体を充填する段階を例示する。
【図４ａ】本発明の別の態様により、マイクロチャネルの内側に配置された疎水性パッチをさらに含む図2aおよび2bのマイクロチャネルを例示する。
【図４ｂ】疎水性パッチが流体相互接続ポートと同軸上に配置されている、本発明の教示内容によるマイクロチャネルの別の態様を例示する。
【図５ａ】本発明の教示に従い、マイクロチャネル内に第1の流体を充填させるための充填用開口部および栓孔を含む、一態様によるマイクロチャネルの平面図である。
【図５ｂ】マイクロチャネルの充填過程を例示する、図5aに示すマイクロチャネルの長手方向の断面図である。
【図６】マイクロチャネルの側壁に配置された複数の充填用開口部を使用することにより、2つの異なる流体をマイクロチャネルに充填する段階を例示する。
【図７ａ】本発明の一態様により、充填用開口部に封入剤の液滴を形成し、分注することによって、図2a〜6の充填用開口部を閉鎖する過程を例示する。
【図７ｂ】本発明の別の態様により、被覆層を使用して充填用開口部を閉鎖する過程を例示する。
【図８】充填用開口部を介するマイクロチャネル内への液滴の導入が、マイクロチャネル内の流動を誘発するように、マイクロチャネルの閉鎖端に近接して配置された充填用開口部を有するマイクロチャネルを例示する。
【図９ａ】液体の液滴をマイクロチャネル内に受け入れるための流体相互接続ポートを含む、マイクロチャネルの断面側面図である。
【図９ｂ】ピンを使用した液滴の挿入を例示する、図9aのマイクロチャネルの流体相互接続ポートの位置における垂直方向の断面図である。
【図９ｃ】液滴を受け入れ直後のマイクロチャネル内部の液体の組成を例示する、本発明の教示による仮想的な壁を有するマイクロチャネルの断面図である。
【図９ｄ】第1の液体に第2の液体を注入直後（第1および第2の液体は非混和性である）、本発明の教示内容による仮想的な壁を有するマイクロチャネルを例示する。
【図９ｅ】本発明の別の態様による仮想的な壁を有するマイクロチャネルの断面図である。
【図９ｆ】本発明の別の態様による仮想的な壁を有するマイクロチャネルの断面図である。
【図９ｇ】被覆層を含む、本発明の別の態様による仮想的な壁を有するマイクロチャネルの断面図である。
【図９ｈ】仮想的な壁を形成する一連の開口部を有するマイクロチャネルの断面図である。
【図９ｉ】図9hに示すマイクロチャネル内への液体の導入を例示する。
【図１０ａ】本発明の一態様に従い、マイクロチャネルの幅方向に放射状に配置された複数の仮想的な壁を有するマイクロチャネルを例示する。
【図１０ｂ】本発明の一態様に従い、マイクロチャネルの軸長方向に沿って配置された複数の仮想的な壁を有するマイクロチャネルを例示する。
【図１１ａ】本発明の教示に従い、選択されたマイクロチャネル内に選択された液滴を電気的に案内する試料導入システムを代表する、ブロック略図である。
【図１１ｂ】本発明の教示に従い、マイクロチャネルが選択的に荷電されて選択された液滴を誘引または忌避することができる、本発明の図4aのマイクロチャネルアレイの断面図である。
【図１１ｃ】本発明の教示に従い、選択されたマイクロチャネル内に選択された液滴を案内するために、一連の環状電極を使用した図11aのマイクロチャネルアレイの断面図である。
【図１２ａ】電場を使用して仮想的な壁を介してマイクロチャネルから液体を排出するための、本発明の一態様の略図である。
【図１２ｂ】液体に圧力パルスを適用することによって、仮想的な壁を介してマイクロチャネルから液体を排出するための、本発明の別の態様の略図である。
【図１２ｃ】図12bの圧力パルス発生装置の一態様を例示する。
【図１２ｄ】動作中の図12cの圧力パルス発生装置を例示する。
【図１２ｅ】液体にガス圧力パルスを適用することによって、仮想的な壁を介してマイクロチャネルから液体を排出するための、本発明のさらに別の態様の略図である。
【図１２ｆ】ガス気泡によって仮想的な壁を介してマイクロチャネルから液体を排出するための、本発明のさらに別の態様の略図である。
【図１２ｇ】ピン組立物を使用して、仮想的な壁を介してマイクロチャネルから液体を排出するための別の手段の略図である。
【図１３ａ】マイクロチャネル内部の液体が仮想的な壁を介して光学的に検証される、1つの仮想的な壁を有するマイクロチャネルの断面図である。
【図１３ｂ】2つの同軸上の仮想的な壁が正反対にあるマイクロチャネルの断面図であり、両方の仮想的な壁を使用する光学的な検出を実証する。
【図１４】分離を実施するための仮想的な壁を有するマイクロチャネルの用途を例示する、本発明の一態様の平面図である。
【図１５】多段階化学実験を実施するために複数の仮想的な壁を使用する、本発明の一態様の断面図である。
【図１６】仮想的な壁を有するマイクロチャネルが、動電学的作動式マイクロ流体システムの一部である、本発明の一態様の断面略図である。
【図１７】仮想的な壁を有する複数のマイクロチャネルが、動電学的作動式マイクロ流体システムに適用される、本発明による一態様の斜視図を示す。
【図１８】マイクロ流体システムを質量分析計に相互接続するための、例示的な態様の仮想的な壁の相互接続ポートの用途を例示する。
【図１９ａ】本発明の教示に従い製造されたマイクロ流体チップの組立分解図である。
【図１９ｂ】図19aのマイクロ流体チップの平面図である。
【図１９ｃ】図19aのマイクロ流体チップの側面図である。
【図２０】図20a〜20cは、本発明の一態様により、仮想的な壁を形成するのに好適な開口部を有するマイクロチャネルを製造する段階を例示する。
【図２１】図21a〜21cは、本発明の別の態様により仮想的な壁の相互接続ポートを有するマイクロチャネルを製造する段階を例示する。
【図２２】図22a〜22cは、本発明の別の態様により流体相互接続ポートとしての仮想的な壁を有するマイクロチャネルを製造する段階を例示する。
【図２３ａ】疎水性パッチがマイクロチャネル内に配置される、仮想的な壁を有するマイクロチャネルの斜視図である。
【図２３ｂ】図２３ａに図示する仮想的な壁を有するマイクロチャネルの用途を示す。
【図２４】仮想的な壁の形成を促進するために、マイクロチャネル内の流体相互接続ポートの内壁に疎水性コーティングを適用する段階を例示する。
【図２５】仮想的な壁を有するマイクロチャネルの試料によって形成される蛍光シグナルを示すグラフである。
【図１】
2005514187.tif 000002
【図２】
2005514187.tif 000003
【図３】
2005514187.tif 000004
【図４】
2005514187.tif 000005
【図５】
2005514187.tif 000006
【図６】
2005514187.tif 000007
【図７】
2005514187.tif 000008
【図８】
2005514187.tif 000009
【図９ａ】
2005514187.tif 000010
【図９ｂ】
2005514187.tif 000011
【図９ｃ】
2005514187.tif 000012
【図９ｄ】
2005514187.tif 000013
【図９ｅ】
2005514187.tif 000014
【図９ｆ】
2005514187.tif 000015
【図９ｇ】
2005514187.tif 000016
【図９ｈ】
2005514187.tif 000017
【図９ｉ】
2005514187.tif 000018
【図１０】
2005514187.tif 000019
【図１１】
2005514187.tif 000020
【図１２ａ】
2005514187.tif 000021
【図１２ｂ】
2005514187.tif 000022
【図１２ｃ】
2005514187.tif 000023
【図１２ｄ】
2005514187.tif 000024
【図１２ｅ】
2005514187.tif 000025
【図１２ｆ】
2005514187.tif 000026
【図１２ｇ】
2005514187.tif 000027
【図１３】
2005514187.tif 000028
【図１４】
2005514187.tif 000029
【図１５】
2005514187.tif 000030
【図１６】
2005514187.tif 000031
【図１７】
2005514187.tif 000032
【図１８】
2005514187.tif 000033
【図１９】
2005514187.tif 000034
【図２０】
2005514187.tif 000035
【図２１】
2005514187.tif 000036
【図２２ａ】
2005514187.tif 000037
【図２２ｂ】
2005514187.tif 000038
【図２２ｃ】
2005514187.tif 000039
【図２３】
2005514187.tif 000040
【図２４】
2005514187.tif 000041
【図２５】
2005514187.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月25日(2004.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するために、マイクロチャネルの側壁に形成される流体相互接続ポートであって、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するように、約25μmと約100μmとの間の径を有する流体相互接続ポート
を含む、マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
マイクロチャネルが径を有し、かつ流体相互接続ポートの径がマイクロチャネルの径と実質的に等しい、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
流体相互接続ポートが、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して忌避性の材料を含む内壁を有する、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
材料が疎水性材料を含む、請求項3記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
マイクロチャネルの側壁の内側面が、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して誘引性である、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
側壁の内側面が親水性材料で形成される、請求項5記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
流体相互接続ポートを被覆するために、流体相互接続ポート上に配置された被覆層をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
被覆層が、マイクロチャネルの内側に配置された流体と非混和性である被覆流体を含む、請求項7記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
被覆層が非気化性液体を含む、請求項7記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
マイクロチャネルの側壁に形成される第2の流体相互接続ポートをさらに含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が第2の流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
流体相互接続ポートが、試料を受け入れ、かつマイクロチャネルの内側に試料を通過させるための注入ポートを形成し、第2の流体相互接続ポートが、マイクロチャネルから試料を排出するための排出ポートを形成する、請求項10記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
流体の液滴を形成し、かつ流体相互接続ポートを介してチャネルに液滴を導入するための液滴生成装置システムをさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
液滴生成システムが、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む、請求項12記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４】
液滴搬送要素が、仮想的な壁と接触することによって液滴を流体相互接続ポートに導入するためのピンを含む、請求項12記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５】
流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して、流体を光学的に検出するために、流体相互接続ポートに対して配置された光学的検出装置をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１６】
複数の仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含み、一連の流体相互接続ポートが、外側に適用された第2の液体をマイクロチャネル内に毛管移動させる、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１７】
流体相互接続ポートが円柱形状または円錐形状を有する、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１８】
チャネルの内側に配置され、かつ流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する第1の流体をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９】
流体相互接続ポートが、流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルと流体を双方向的に交換することを可能にするように適合される、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２０】
マイクロチャネルが、非線形である、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２１】
マイクロチャネルが実質的にU字形である、請求項20記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２２】
マイクロチャネルに配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２３】
疎水性パッチが、流体相互接続ポートと実質的に同軸に配列される、請求項22記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２４】
マイクロチャネルが、基材に形成された半開チャネル構造を含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２５】
密閉されたマイクロチャネルを形成するために、半開チャネル構造を被覆するための被覆をさらに含み、密閉されたマイクロチャネルは、側壁によって囲まれた内側を形成し、側壁は基材と被覆によって形成される、請求項24記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２６】
流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項25記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２７】
マイクロチャネル内に配置された流体の液滴を、相互接続ポートの仮想的な壁を介して排出するために、マイクロチャネルに連結された排出装置をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２８】
排出装置が、流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するために、流体に圧力パルスを適用するための圧力パルス発生装置、ガス加圧装置、電圧発生装置、および仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するガス気泡を産生するために流体を加熱するための、仮想的な壁の向かい側に配置された加熱装置、の少なくとも一つを含む、請求項27記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２９】
側壁によって囲まれた内側を規定するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するために、マイクロチャネルの側壁に形成される流体相互接続ポート
を含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成し、ここで流体相互接続ポートが1ナノリッター未満のデッドボリュームを有する、マイクロ流体デバイス。
【請求項３０】
流体相互接続ポートのデッドボリュームが約1ピコリッター未満である、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３１】
マイクロチャネルが、第1の流体相互接続ポートの向かい側の位置の側壁に形成される、同軸上に配置された第2の流体相互接続ポートを含まない、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３２】
マイクロチャネルおよび流体相互接続ポートが径を有し、流体相互接続ポートの径がマイクロチャネルの径と実質的に等しい、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３３】
流体相互接続ポートの径が約25μmと約150μmとの間である、請求項32記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３４】
流体相互接続ポートの径が約50μmと約100μmとの間である、請求項33記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３５】
流体相互接続ポートが、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して忌避性である材料を含む内壁を有する、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３６】
材料が疎水性材料を含む、請求項35記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３７】
マイクロチャネルの側壁の内側面が、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して誘引性である、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３８】
側壁の内側面が親水性材料で形成される、請求項37記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３９】
流体相互接続ポートを被覆するために、流体相互接続ポート上に配置される被覆層をさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４０】
被覆層が、マイクロチャネルの内側に配置された流体と非混和性である被覆流体を含む、請求項39記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４１】
被覆層が非気化性液体を含む、請求項39記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４２】
マイクロチャネルの側壁に形成される選択された他の流体相互接続ポートをさらに含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が選択された他の流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４３】
流体相互接続ポートが、試料を受け入れ、かつ試料をマイクロチャネルの内側に通過させるための注入ポートを形成し、選択された他の流体相互接続ポートが、マイクロチャネルから試料を排出するための排出ポートを形成する、請求項42記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４４】
流体の液滴を形成し、流体相互接続ポートを介してチャネルに液滴を導入するための液滴生成装置システムをさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４５】
液滴生成システムが、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む、請求項44記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４６】
液滴搬送要素が、仮想的な壁に接触することによって流体相互接続ポートに液滴を導入するためのピンを含む、請求項45記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４７】
流体相互接続ポートに形成された仮想的な壁を介して流体を光学的に検出するために、流体相互接続ポートに対して配置された光学的検出装置をさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４８】
複数の仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含み、一連の流体相互接続ポートが外側に適用された第2の液体をマイクロチャネル内に毛管移動させる、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４９】
流体相互接続ポートが円柱形状または円錐形状を有する、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５０】
チャネルの内側に配置され、流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する第1の流体をさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５１】
流体相互接続ポートが、流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルと流体を双方向的に交換することを可能にするように適合される、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５２】
マイクロチャネルが非線形である、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５３】
マイクロチャネルが実質的にU字形である、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５４】
マイクロチャネルに配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５５】
疎水性パッチが、流体相互接続ポートと実質的に同軸上に配列されている、請求項54記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５６】
マイクロチャネルが、基材に形成された半開チャネル構造を含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５７】
密閉されたマイクロチャネルを形成するために、半開チャネル構造を被覆するための被覆をさらに含み、密閉されたマイクロチャネルが側壁によって囲まれた内側を形成し、側壁が基材および被覆によって形成される、請求項56記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５８】
流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項57記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５９】
流体相互接続ポート内の仮想的な壁を介して、マイクロチャネル内に配置された流体の液滴を排出するために、マイクロチャネルに接続された排出装置をさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６０】
排出装置が、流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するために、流体に圧力パルスを適用するための圧力パルス発生装置、ガス加圧装置、電圧発生装置、および仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するガス気泡を産生するために流体を加熱するための、仮想的な壁の向かい側に配置された加熱装置、の少なくとも1つを含む、請求項59記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６１】
液滴を生成する液滴生成装置システム；および
液滴を受け入れるための、マイクロチャネル内に配置された流体によって流体相互接続ポートに形成された仮想的な壁
を含む、流体システムのマイクロチャネル内に液滴を注入するための、液体容量注入システム。
【請求項６２】
仮想的な壁の方向に液滴を導くための液滴案内システムをさらに含む、請求項61記載のシステム。
【請求項６３】
液滴生成装置がノズル組立物を含む、請求項61記載のシステム。
【請求項６４】
ノズル組立物が、液滴が形成される離脱点を含み、かつ離脱点において液滴を荷電するために、荷電回路および液滴電極を含む液滴荷電装置をさらに含む、請求項63記載のシステム。
【請求項６５】
液滴案内システムが、液滴を荷電し、液滴電極を備えるための、液滴荷電装置を含む、請求項62記載のシステム。
【請求項６６】
液滴荷電装置が、液滴電極に接続された液滴荷電回路をさらに含む、請求項65記載のシステム。
【請求項６７】
液滴荷電装置が、荷電された液滴を案内するための接地電極をさらに含む、請求項65記載のシステム。
【請求項６８】
液滴案内システムが、液滴を仮想的な壁の方向に導くための電場を確立するための、1つまたは複数の電気制御式偏向板を含む、請求項62記載のシステム。
【請求項６９】
各流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含む、請求項61記載のシステム。
【請求項７０】
液滴案内システムが、マイクロチャネルに荷電を選択的に提供するためのチャネル荷電回路を含む、請求項62記載のシステム。
【請求項７１】
チャネル荷電回路が、荷電された液滴を誘引するために、流体チャネルを荷電する、請求項70記載のシステム。
【請求項７２】
チャネル荷電回路が、荷電された液滴を忌避するために、隣接する流体チャネルを荷電する、請求項71記載のシステム。
【請求項７３】
液滴案内システムが、荷電された液滴を仮想的な壁へ導くための、仮想的な壁に近接する標的用電極を含む、請求項62記載のシステム。
【請求項７４】
標的用電極を荷電するための標的用電極荷電回路をさらに含む、請求項73記載のシステム。
【請求項７５】
側壁、および側壁に形成された流体相互接続ポートとを有し、流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する流体を収容するためのマイクロチャネル；
マイクロチャネルの第1の末端に接続された第1の電極を含む第1の貯蔵器；
マイクロチャネルの第2の末端に接続された第2の電極を含む第2の貯蔵器；ならびに
第1の電極と第2の電極との間に電場を確立し、それによってマイクロチャネルを通じた第1の流体の運動を誘発するための電圧発生装置
を含む、動電学的作動式マイクロ流体システム。
【請求項７６】
仮想的な壁を介してマイクロチャネル内に導入される液体容量を含有する液滴を生成するための、液滴生成装置システムをさらに含む、請求項75記載のシステム。
【請求項７７】
マイクロチャネル内に適用される電場が、液体容量の個々の構成成分への電気泳動的分離を実施する、請求項76記載のシステム。
【請求項７８】
マイクロチャネル内の液体容量の個々の構成成分を検出するための、マイクロチャネルに連結された検出装置をさらに含む、請求項77記載のシステム。
【請求項７９】
検出装置のための光学的検出窓を形成するための、マイクロチャネル内に形成された第2の流体相互接続ポートに形成された第2の仮想的な壁をさらに含む、請求項78記載のシステム。
【請求項８０】
第1および第2の貯蔵器に接続された複数のマイクロチャネルをさらに含む、請求項75記載のシステム。
【請求項８１】
マイクロチャネルから流体を排出するための、マイクロチャネル内の第2の流体相互接続ポートに形成された第2の仮想的な壁をさらに含む、請求項75記載のシステム。
【請求項８２】
第1および第2の貯蔵器が基部基材に形成される、請求項75記載のシステム。
【請求項８３】
マイクロチャネルが基部基材に形成され、第1の貯蔵器と第2の貯蔵器の間に延伸し、第1および第2の貯蔵器と流体的に連絡している、請求項82記載のシステム。
【請求項８４】
第1の貯蔵器と第2の貯蔵器との間の基部基材の中空部分に配置された、マイクロチャネル組立物をさらに含む、請求項82記載のシステム。
【請求項８５】
マイクロチャネル組立物が、
1つまたは複数のマイクロチャネルが形成された第1のチャネル基材、ならびに
該第1のチャネル基材を積み重ねた第2のチャネル基材とを含み、それによってマイクロチャネルを規定し、ここで流体相互接続ポートが、第2のチャネル基材に形成され、かつマイクロチャネルの1つまたは複数に登録（in registration with）されている、請求項84記載のシステム。
【請求項８６】
第2のチャネル基材が被覆を含む、請求項85記載のシステム。
【請求項８７】
マイクロチャネル組立物が複数の平行なマイクロチャネルを含む、請求項84記載のシステム。
【請求項８８】
マイクロチャネル内で化学反応を実施するために、該マイクロチャネルに沿って配置された1つまたは複数のマイクロリアクターをさらに含む、請求項75記載のシステム。
【請求項８９】
側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成される流体相互接続ポートであって、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められる、流体相互接続ポート；
マイクロチャネルからの廃棄物を回収するために、マイクロチャネルと連絡し、かつ横断している、少なくとも一つの廃棄チャネル
を含む、マイクロ流体デバイス。
【請求項９０】
マイクロチャネルが、流体相互接続ポートの上流に配置され、かつ第1の径を有する洗浄媒体用流入口を有する、請求項89記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９１】
マイクロチャネルが、廃棄チャネルの下流に配置され、かつ第2の径を有する排出口を有する、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９２】
マイクロチャネルの内側を通じて流動する洗浄媒体をさらに含む、請求項91記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９３】
仮想的な壁を介して洗浄媒体内に導入される試料が洗浄媒体内に拡散し、試料の成分がサイズによって分離される、請求項92記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９４】
廃棄チャネルが、試料中の第1の選択されたサイズを有する粒子を回収するようにサイズが決められ、かつ位置づけられる、請求項93記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９５】
排出口が、第2の選択されたサイズを有する粒子を回収するようにサイズが決められ、かつ位置づけられる、請求項94記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９６】
排出装置がピン組立物を含む、請求項27または請求項59記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９７】
ピン組立物が、液体容量を受け入れるための毛細管を規定するために、第1のピンおよび第1のピンから間隔をおいて配置された第2のピンを含む、請求項96記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９８】
圧力パルス発生装置が、流体相互接続ポートの向かい側に配置され、かつマイクロチャネルの内側と連絡している円錐形状の圧力チャンバー、および圧力チャンバーに接続された圧力発動膜を含む、請求項28または請求項60記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９９】
液体から液滴を形成する段階；および
マイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポートにおける、第1の流体によって形成される仮想的な壁に、液滴を導く段階
を含む、マイクロチャネル内に液体容量を注入する方法。
【請求項１００】
液滴形成後、液滴を荷電する段階をさらに含む、請求項99記載の方法。
【請求項１０１】
導く段階が、荷電された液滴を仮想的な壁へ案内するために、静電場を確立する段階を含む、請求項100記載の方法。
【請求項１０２】
荷電された液滴を誘引するために、マイクロチャネルを荷電する段階をさらに含む、請求項100記載の方法。
【請求項１０３】
マイクロチャネルを荷電する段階が、マイクロチャネルを電極およびチャネル荷電回路に接続する段階を含む、請求項102記載の方法。
【請求項１０４】
隣接するマイクロチャネルを荷電する段階をさらに含む、請求項102記載の方法。
【請求項１０５】
マイクロチャネルと反対の電荷で、隣接するマイクロチャネルを荷電する段階をさらに含む、請求項104記載の方法。
【請求項１０６】
導く段階が、液滴を仮想的な壁へ案内するために、仮想的な壁に近接して配置された標的電極を荷電する段階を含む、請求項100記載の方法。
【請求項１０７】
液体の1つまたは複数の液滴を形成する段階；および
液滴が流体相互接続ポートを横断して内側に流入するように、マイクロチャネルの内側部分と連絡している、マイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポートに、液滴を導く段階
を含む、マイクロチャネルを液体で充填する方法。
【請求項１０８】
流体相互接続ポートが充填用開口部である、請求項107記載の方法。
【請求項１０９】
液体を第1の方向に押し込むために、マイクロチャネル内に圧力障壁を形成する段階をさらに含む、請求項107記載の方法。
【請求項１１０】
圧力障壁を形成するために、マイクロチャネルの側壁に栓孔を提供する段階をさらに含む、請求項109記載の方法。
【請求項１１１】
圧力障壁を形成するために、マイクロチャネルの内側内に疎水性パッチを配置する段階をさらに含む、請求項109記載の方法。
【請求項１１２】
空気をマイクロチャネルから排出することを可能にするために、マイクロチャネルの側壁に通気孔を提供する段階をさらに含む、請求項107記載の方法。
【請求項１１３】
形成する段階および導く段階が、マイクロチャネルが液体で充填されるまで繰り返される、請求項107記載の方法。
【請求項１１４】
マイクロチャネルが液体で充填された後、流体相互接続ポートを閉鎖する段階をさらに含む、請求項107記載の方法。
【請求項１１５】
閉鎖する段階が、
封入剤の液滴を形成する段階；および
流体相互接続ポートを閉鎖するために、流体相互接続ポート上に封入剤の液滴を分注する段階
を含む、請求項114記載の方法。
【請求項１１６】
閉鎖する段階が、流体相互接続ポートを被覆層で閉鎖する段階を含む、請求項115記載の方法。
【請求項１１７】
流体相互接続ポートの上部において、被覆層をマイクロチャネルに接着する段階をさらに含む、請求項116記載の方法。
【請求項１１８】
基材、および第1の流体を収容するために基材に形成されたマイクロチャネルを含む、マイクロ流体システムであって、マイクロチャネル内の第1の流体が、複数の流体相互接続ポートの各々において仮想的な壁を形成するように、該マイクロチャネルが、側壁、内側、および複数の流体相互接続ポートを含む、マイクロ流体システムを提供する段階；
該仮想的な壁を介して、マイクロチャネル内の第1の液体に第2の液体を注入する段階；ならびに
第2の液体および第1の液体に化学的手技を実施し、反応した流体を形成する段階
を含む、液体を処理する方法。
【請求項１１９】
反応した流体を、仮想的な壁を介して排出する段階をさらに含む、請求項118記載の方法。
【請求項１２０】
反応した流体を排出する段階が、反応した流体を仮想的な壁を介して誘引するための電場を確立する段階を含む、請求項119記載の方法。
【請求項１２１】
電場を確立する段階が、
第1の電極をマイクロチャネル内に配置し、第2の電極をマイクロチャネルの外側に、仮想的な壁の1つに近接して配置する段階、および
電場を形成するために、第1の電極と第2の電極との間に電位差を適用する段階
を含む、請求項120記載の方法。
【請求項１２２】
反応した流体を排出する段階が、反応した流体に圧力パルスを適用する段階を含む、請求項118記載の方法。
【請求項１２３】
反応した流体を排出する段階が、反応した流体にガス圧力パルスを適用する段階を含む、請求項118記載の方法。
【請求項１２４】
ガス圧力パルスが、第2の仮想的な壁と実質的に同軸に配置された、マイクロチャネル内の第3の仮想的な壁によって生成される、請求項123記載の方法。
【請求項１２５】
反応した流体を排出する段階が、反応した流体に熱を適用する段階を含む、請求項118記載の方法。
【請求項１２６】
反応した流体を検出する段階をさらに含む、請求項118記載の方法。
【請求項１２７】
検出する段階が、光線ビームを光学的要素で合焦する段階を含み、該光線は、仮想的な壁を介してマイクロチャネル内の流体に影響を与える、請求項126記載の方法。
【請求項１２８】
仮想的な壁の1つを介して、マイクロチャネル内に第3の液体を注入する段階をさらに含む、請求項118記載の方法。
【請求項１２９】
化学的手技が、分析物に対する反応を含む、請求項118記載の方法。
【請求項１３０】
化学的手技が標識操作を含む、請求項129記載の方法。
【請求項１３１】
サイズに従って試料を異なる成分に分離する方法であって、
側壁によって囲まれた内側、マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポート、およびマイクロチャネルの内側に配置され、流体相互接続ポートにおいて仮想的な壁を形成する流体洗浄媒体を有する、マイクロチャネルを提供する段階、
洗浄媒体において流動を誘発する段階、
試料の液滴を形成する段階、
試料の成分が、異なる拡散速度で洗浄媒体内に拡散することによって分離し、ここで成分の拡散速度は粒子サイズによって決定されるように、流動する洗浄媒体内に仮想的な壁を介して液滴を注入する段階
を含む方法。
【請求項１３２】
拡散した成分を回収する段階をさらに含む、請求項131記載の方法。
【請求項１３３】
試料がDNAおよび不純物を含み、試料の液滴を洗浄媒体内に注入する段階により、不純物をDNAから分離することによってDNAを精製する、請求項131記載の方法。
【請求項１３４】
マイクロ流体システムにおいて流体相互接続ポートを形成する方法であって、
マイクロチャネルの少なくとも一部を基材に形成する段階、および
マイクロチャネルが液体で充填されたときに、マイクロチャネル内に仮想的な壁を形成する、好適な寸法を有する流体相互接続ポートを、チャネルの長手方向に沿って形成する段階
を含む方法。
【請求項１３５】
マイクロチャネルを形成する段階が、
開いた上部を有する、部分的に開いたチャネルを形成する段階、および
部分的に開いたチャネルを被覆して、マイクロチャネルを形成する段階
を含む、請求項134記載の方法。
【請求項１３６】
部分的に開いたチャネルを被覆するための、被覆を提供する段階をさらに含む、請求項135記載の方法。
【請求項１３７】
流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項136記載の方法。
【請求項１３８】
部分的に開いたチャネルを被覆するための被覆、および基材を共に積み重ね、マイクロチャネルを有するマイクロ流体構造を形成する段階をさらに含む、請求項135記載の方法。
【請求項１３９】
第2の仮想的な壁を形成する好適な寸法を有する、第2の流体相互接続ポートを形成する段階をさらに含む、請求項134記載の方法。
【請求項１４０】
流体相互接続ポートのアレイを形成する段階をさらに含む、請求項134記載の方法。  
【請求項１４１】
マイクロチャネル内に疎水性パッチを提供する段階をさらに含む、請求項134記載の方法。
【請求項１４２】
疎水性パッチを提供する段階が、流体相互接続ポートと実質的に同軸であるチャネル内の位置に、疎水性パッチを配置する段階を含む、請求項141記載の方法。
【請求項１４３】
疎水性パッチを提供する段階が、疎水性材料を流体相互接続ポートを介して導入する段階を含む、請求項142記載の方法。
【請求項１４４】
複数のマイクロチャネルを基材に形成する段階をさらに含む、請求項134記載の方法。
【請求項１４５】
非線形マイクロチャネルを基材に形成する段階をさらに含む、請求項134記載の方法。
【請求項１４６】
少なくとも部分的に1つまたは複数のマイクロチャネルを基材に形成する段階、
第2の基材に1つまたは複数の貯蔵器を形成する段階、
第2の基材に基材を配置する段階、
マイクロチャネルを形成するために基材上に被覆を配置する段階、および
被覆内に1つまたは複数の流体相互接続ポートを形成する段階
をさらに含む、請求項134記載の方法。
【請求項１４７】
流体相互接続ポートが、被覆の一部を除去することによって形成される、請求項146記載の方法。
【請求項１４８】
請求項134記載の方法に従って形成される、マイクロ流体システム。
【国際調査報告】
2005514187.tif 000043
2005514187.tif 000044
2005514187.tif 000045
2005514187.tif 000046
2005514187.tif 000047