(57)【要約】【課題】液滴生成などによる、流体を処理するための、方法および装置を含む、マイクロ流体システムが実現される。【解決手段】いくつかの実施形態では、システムは、ウェルおよびウェルに取り付けられたチャネル構成要素を備えることができる。チャネル構成要素は、（ａ）本体部と、（ｂ）本体部の底面から突き出て、投入ウェル内に配設された開放底端部を有する投入チューブ（「流体ピックアップ」）と、（ｃ）マイクロチャネルと、（ｄ）投入チューブおよび本体部を貫通しウェルをマイクロチャネルに接続する通路とを備え得る。システムは、ウェル内に試料含有流体を受け入れ、通路を介して、またマイクロチャネルを通じてウェルから試料含有流体の少なくとも一部を追い出す圧力差が生じるまで、通路の上端よりも下に試料含有流体を保持するように構成され得る。【選択図】図１１
2019069439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体処理のためのシステムであって、
ウェルと、
チャネル構成要素であって、（ａ）前記ウェルに取り付けられた底面と、その中に形成されたマイクロチャネルを有する頂面とを含む本体部と、（ｂ）前記本体部の前記底面から前記ウェル内に突き出ている投入チューブと、（ｃ）前記投入チューブおよび前記本体部を貫通する通路とを含むチャネル構成要素とを備え、
前記システムは、前記ウェル内に試料含有流体を受け入れて、前記試料含有流体が、前記通路の底端部と接触し、前記試料含有流体の少なくとも一部を前記通路を介して前記ウェルから推進し、且つ前記マイクロチャネルに通す圧力差が生じるまで、前記通路の頂端部の下に、前記マイクロチャネルと接触しないように、重力の助けを借りて保持されているように構成されている、流体処理のためのシステム。
【請求項２】
前記ウェルは、投入ウェルであり、前記チャネル構成要素の下に配設された排出ウェルをさらに備え、システムは、前記圧力差が前記試料含有流体の少なくとも一部を前記投入ウェルから前記排出ウェルに推進するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記投入ウェルおよび前記排出ウェルは、互いに一体に、前記本体部および前記投入チューブから分離して、形成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記本体部および前記投入チューブは、一体成形品として成形され、前記投入ウェルおよび前記排出ウェルは、別の単一成形品として成形されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記チャネル構成要素は、前記本体部の前記頂面に形成されたチャネルネットワークを有し、前記チャネルネットワークは、前記試料含有流体の少なくとも一部を受け入れ、前記排出ウェル内で捕集するための試料含有液滴を生成するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
複数の投入ウェルおよび複数の排出ウェルをさらに備え、前記チャネル構成要素は、前記複数の投入ウェル内に配設された少なくとも１つの試料含有流体から複数のエマルジョンを形成し、前記複数のエマルジョンを前記複数の排出ウェルに導くように構成されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
各エマルジョンは、前記エマルジョンの連続相を形成する同じキャリア流体を含み、前記チャネルネットワークは、各エマルジョンに対して同じキャリア流体を供給するマニホールドを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記チャネル構成要素は、前記チャネルネットワークに接続されたキャリアポートであって、前記圧力差に応答して前記チャネル構成要素の上から前記キャリアポート内に入るキャリア流体を受け入れるように構成されたキャリアポートを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記チャネル構成要素は、前記本体部の前記頂面上に配設されたカバーを含み、前記カバーを穿孔し、前記穿孔されたカバーを通して真空または圧力を前記チャネル構成要素に印加し、前記試料含有流体の流れを前記ウェルから推進して前記マイクロチャネルに通すように構成された器具をさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記本体部および前記投入チューブは、互いに一体に、前記ウェルから分離して、形成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記チャネル構成要素は、前記試料含有流体を前記ウェル内に導入するための前記通路から分離している、前記ウェルの上の試料ポートを画成している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記チャネル構成要素は、前記本体部の前記頂面に流体密封シールで取り付けられ、前記マイクロチャネル用の頂部壁を提供するカバーを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記チャネル構成要素は、前記カバーによって覆われ、前記カバーを穿孔することによってアクセスされるように構成された少なくとも１つのポートを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記チャネル構成要素は、前記本体部および前記投入チューブを含む基部を含み、並びに前記基部上に配設された、前記基部によって画成され各々前記マイクロチャネルに流体的に接続される複数のポートの各々を少なくとも部分的に覆う、カバーも含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
流体を処理する方法であって、
チャネル構成要素の試料ポートを通して試料含有流体をウェル内に分注するステップであって、前記チャネル構成要素は、（ａ）前記ウェルに取り付けられた底面と、その中に形成されたマイクロチャネルを備える頂面とを有する本体部と、（ｂ）前記本体部の前記底面から前記ウェル内に突き出ている投入チューブと、（ｃ）前記投入チューブおよび前記本体部を貫通する通路とを含み、前記分注される試料含有流体は、前記通路の底端部と接触し、前記通路の頂端部の下に、前記マイクロチャネルと接触しないように、重力の助けを借りて保持される、ステップと、
前記試料含有流体の少なくとも一部を前記ウェルから前記通路を介して推進し、前記マイクロチャネルに通す圧力差を発生させるステップと、を備えた流体を処理する方法。
【請求項１６】
圧力差を発生させる前記ステップは、前記試料含有流体の少なくとも一部が下方に移動して前記本体部を通り前記本体部の下にある別のウェルによって捕集されることを引き起こす、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記本体部は、前記頂面に形成されたチャネルネットワークを有し、圧力差を発生させる前記ステップは、試料含有液滴のエマルジョンが前記チャネルネットワーク内で生成されることを引き起こす、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
圧力差を発生させる前記ステップは、前記エマルジョンの少なくとも一部が前記本体部の下にある別のウェル内に捕集されることを引き起こす、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
試料含有流体を分注する前記ステップは、少なくとも１つの試料含有流体を前記本体部の下に配設された複数の投入ウェルの各々の中に分注するステップを含み、圧力差を発生させる前記ステップは、複数のエマルジョンが前記本体部の下に配設された複数の排出ウェル内に捕集されることを引き起こす、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記チャネル構成要素は、前記本体部の前記頂面上に配設され、前記マイクロチャネルの頂部壁を形成する、カバーを含み、圧力差を発生させる前記ステップは、真空または圧力を前記カバーによって画成された開口部のところで前記チャネル構成要素に印加するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数のエマルジョンの各々が、同じチャネルネットワークの異なる領域内に形成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
各エマルジョンの液滴は、前記エマルジョンの連続相を形成するキャリア流体内に配設され、並びに前記キャリア流体の少なくとも一部は、前記チャネル構成要素のキャリアポートであって、前記圧力差に応答して前記キャリアポートの上にある位置から前記キャリア流体を受け入れるキャリアポートから前記チャネルネットワークに供給される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
圧力差を発生させる前記ステップは、前記本体部の前記頂面上に配設されたカバーを穿孔して前記カバー内に開口部を形成するステップと、真空または圧力を前記開口部のところで前記チャネル構成要素に印加するステップと、を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
圧力差を発生させる前記ステップは、前記試料含有流体の少なくとも一部が排出ウェル内に捕集されることを引き起こし、さらに、前記排出ウェルと連通する１つまたは複数のチャネルを変形して、前記排出ウェル内に捕集された試料含有流体の前記少なくとも一部を流体的に絶縁させるステップと、前記排出ウェル内に捕集された前記試料含有流体の前記少なくとも一部を熱サイクリングするステップと、を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
流体処理のためのマイクロ流体システムであって、
ウェルを含むウェル構成要素と、
チャネル構成要素であって、（ａ）前記ウェル構成要素に取り付けられた底面と、その中に形成されたマイクロチャネルを有する頂面とを有する本体部と、（ｂ）前記本体部の前記底面から前記ウェル内に突き出ている投入チューブと、（ｃ）ポートとを含む、チャネル構成要素とを備え、
前記本体部および前記投入チューブは一緒に、前記投入チューブの開放端部から上方に進み、前記投入チューブおよび前記本体部を通り、前記頂面まで延在する通路を画成し、
前記システムは、前記チャネル構成要素の上から前記ポートを介して前記ウェル内に試料含有流体を受け入れ、前記試料含有流体の少なくとも一部を前記通路を介して前記ウェルから追い出し、且つ前記マイクロチャネルに入れる圧力差が生じるまで、重力の助けを借りて、前記通路の頂端部よりも下に前記試料含有流体を保持するように構成されている、流体処理のためのマイクロ流体システム。
【請求項２６】
前記ウェルは、投入ウェルであり、前記チャネル構成要素の下に配設された排出ウェルをさらに備え、システムは、前記圧力差が前記試料含有流体の少なくとも一部を前記投入ウェルから前記排出ウェルに推進するように構成されている、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記通路は、投入通路であり、前記チャネル構成要素は、前記本体部に取り付けられ、その前記底面から前記排出ウェル内に突き出ている排出チューブを含み、前記本体部および前記排出チューブは一緒に、前記試料含有流体が移動し前記排出ウェル内に捕集される際に通る排出通路を画成している、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記ウェルは、投入ウェルであり、前記ウェル構成要素は、排出ウェルを含み、前記本体部は、前記頂面に形成されたチャネルネットワークを有し、前記チャネルネットワークは、前記マイクロチャネルを含み、前記試料含有流体の少なくとも一部を前記通路を介して前記投入ウェルから受け入れ、およびキャリア流体内に配設された、前記排出ウェル内で捕集するための試料含有液滴のエマルジョンを生成するように構成されている、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２９】
前記ウェル構成要素は、キャリア流体を前記チャネルネットワークに供給するためのキャリアウェルを含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記チャネル構成要素は、前記チャネル構成要素の上から前記チャネルネットワークに対するキャリア流体を受け入れるように構成されたキャリアポートを含み、これにより、前記キャリア流体は、前記ウェル構成要素と接触することなく前記キャリアポートから前記チャネルネットワーク内に導入される、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
前記本体部は、前記頂面に形成されたチャネルネットワークを有し、前記チャネルネットワークは、前記試料含有流体の少なくとも一部を前記通路を介して前記ウェルから受け入れ、キャリア流体中に配設される試料含有液滴を生成するように構成されている、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３２】
前記ウェル構成要素は、複数の試料を保持するため複数の試料ウェルを含み、前記チャネルネットワークは、前記複数の試料の各々から試料含有液滴を生成するためのキャリア流体を供給するマニホールドを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記チャネル構成要素は、真空供給源に接続されるように構成された真空ポートを含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３４】
前記本体部の前記頂面に流体密封シールで取り付けられ、前記マイクロチャネルの頂部壁を形成するカバーをさらに備える、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３５】
前記本体部は、前記カバーによって覆われ、前記カバーを穿孔することによって少なくとも一部は真空供給源に接続されるように構成された真空ポートを画成している、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記ウェル構成要素および前記チャネル構成要素を含むデバイスをさらに備え、並びに前記真空供給源を含み、複数のエマルジョンが前記デバイス内に形成され、且つ前記ウェル構成要素の異なるウェル内に捕集されるように前記カバーを穿孔し、真空を前記デバイスに印加するように構成された、器具をなおもさらに備えている、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記複数のエマルジョンが、前記デバイスの同じチャネルネットワーク内に形成され、前記器具は、キャリア流体が前記ウェル構成要素と接触する前に前記チャネルネットワーク内に導入されるように、前記チャネルネットワークに前記キャリア流体を供給するように構成されている、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記本体部は、前記カバー内の開口部を通してキャリア流体を受け入れるように構成されているキャリアポートを画成している、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３９】
前記投入チューブ、および前記チャネル構成要素の前記本体部は、互いに一体に形成されている、請求項２５に記載のシステム。
【請求項４０】
流体を処理する方法であって、
試料含有流体をチャネル構成要素によって画成されたポートを介してウェル構成要素のウェル内に分注するステップであって、前記チャネル構成要素は、（ａ）前記ウェル構成要素に取り付けられた底面と、その中に形成されたマイクロチャネルを有する頂面とを有する本体部と、（ｂ）前記本体部に取り付けられ、前記本体部の前記底面から前記ウェルの下側内側領域に突き出る投入チューブと、を含み、前記チャネル構成要素は前記投入チューブの開放底端部から前記本体部の頂面まで延在する通路を画成し、前記試料含有流体は、前記開放底端部と接触し、重力の助けを借りて前記通路の頂端部の下に保持される、ステップと、
前記試料含有流体の少なくとも一部を前記ウェルから前記通路を介して追い出し、前記マイクロチャネルに入れる圧力差を発生させるステップと、を備えた流体を処理する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先出願の相互参照
本出願は、すべての目的に関して参照により本明細書に組み込まれている、２０１３年６月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／８３８，０６３号に基づき、また米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく利益を主張するものである。
【０００２】
他の資料の相互参照
本出願は、すべての目的に関して全体として参照により以下の資料も組み込む。２００６年５月９日に発行された米国特許第７，０４１，４８１号、２０１０年７月８日に公開された米国特許出願公開第２０１０／０１７３３９４Ａ１号、２０１１年９月８日に公開された米国特許出願公開第２０１１／０２１７７１１Ａ１号、２０１２年６月２１日に公開された米国特許出願公開第２０１２／０１５２３６９Ａ１号、２０１２年７月２６日に公開された米国特許出願公開第２０１２／０１９００３２Ａ１号、２０１４年１月２３日に公開された米国特許出願公開第２０１４／００２４０２３Ａ１号、およびＪｏｓｅｐｈ  Ｒ．  Ｌａｋｏｗｉｃｚ著「ＰＲＩＮＣＩＰＬＥＳ  ＯＦ  ＦＬＵＯＲＥＳＣＥＮＣＥ  ＳＰＥＣＴＲＯＳＣＯＰＹ  （２ｎｄ  Ｅｄ．  １９９９）」。
【背景技術】
【０００３】
多くの生物医学的応用が、試薬と組み合わされた試料のハイスループットアッセイに依存している。例えば、研究および臨床応用では、標的特異性試薬を使用したハイスループット遺伝子検査（ｈｉｇｈ−ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ  ｇｅｎｅｔｉｃ  ｔｅｓｔｓ）は、とりわけ、創薬、バイオマーカ探索、および臨床検査薬のための試料に関する高品質な情報を提供し得る。別の例として、感染性疾患検出は、多くの場合、信頼性の高い結果を得るために複数の遺伝的標的に対して試料のスクリーニングを行うことを必要とする。
【０００４】
傾向として、体積を減らし、より多くの標的を検出することに向かっている。しかしながら、より小さい体積を形成し、混合するには、より複雑な器具を必要とし、コストを増大させ得る。したがって、より多くの試料ならびに試料と試薬との組合せを、より高速に、より安価に、および／または器具の複雑さを低減して、試験することを可能にする改善された技術が要求される。
【０００５】
エマルジョンは実質的にハイスループットアッセイに革命をもたらすものとして有望である。乳化技法は、生化学的反応のための独立した反応チャンバとして機能する、数百万個の水性液滴を作り出すことができる。例えば、水性試料（例えば、２００マイクロリットル）を液滴（例えば、それぞれ５０ピコリットルの４００万個の液滴）に区画化することによって、超ハイスループット方式で個別の部分構成要素（例えば、細胞、核酸、タンパク質）を個別に操作し、処理し、研究することができる。
【０００６】
試料を液滴に分割することは、多数の利点をもたらす。小反応体積（例えば、ピコリットルからナノリットル）を利用することができ、これは、反応速度を増大させ、より濃縮された生成物を形成することで、より早い検出を可能にし得る。また、マイクロリットルスケールで実施される従来のバルク体積反応と比較したときに、かなり多数の独立した測定（例えば、数千から数百万）が試料に対して行われ得る。したがって、試料は、より正確に（すなわち、同じ検査のより多くの繰り返し）、より深く（すなわち、より多数の異なる検査）分析され得る。それに加えて、小反応体積では、より少ない試薬を使用し、それによって、消耗品の１検査当たりの費用を低減する。さらに、マイクロ流体技術は、液滴の生成、混合、インキュベーション、分割、分類、および検出のために使用されるプロセスを制御し、これにより繰り返し可能な液滴ベースの測定を達成することができる。
【０００７】
水性液滴を油の中に懸濁させて、油中水エマルジョン（Ｗ／Ｏ）を生成することができる。エマルジョンは、界面活性剤を用いて安定化させることによって、加熱、冷却、および輸送の間の液滴の合体を低減または防止することができ、それによって熱サイクリングを実施することを可能にする。したがって、エマルジョンは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を使用して、液滴中の核酸標的配列の単一コピー増幅を実施するのに使用されてきた。
【０００８】
エマルジョンの液滴中の核酸標的の単一コピーを区分することは、より大きい試料体積の増幅において遭遇する問題を軽減する。特に、液滴は、各液滴中の試料の複雑さが低減されるので、複雑で不均一な核酸集団を含む試料からの、標的のより効率的で均一な増幅を促進することができる。増幅効率、Ｇ＋Ｃ含量、およびアンプリコンアニーリングなどの、バルク増幅においてバイアスを引き起こす要因の影響は、液滴の区分によって最小限度に抑えられ得る。バイアスされない増幅は、病原体または癌細胞などの稀有な種の検出において極めて重要となる場合があり、その存在は、複雑な臨床試料中の高濃度のバックグラウンド種によって隠される可能性がある。
【０００９】
その魅力にもかかわらず、エマルジョンベースのアッセイは、数十、数百、数千、さらには数百万の個別の試料および試料／試薬の組合せの作製を必要とし得る、ハイスループット検査に関して技術的課題を提起する。特に、液滴生成は、特別な難題を課す。現在の液滴生成器は、適切な圧力環境が確立され、油が液滴生成点に導入されるまで液滴生成の地点から試料を抑制するための機構を必要とする。以前には、これは、主に試料管路内に空気トラップを導入することによって行われており、これは水性試料のウィッキングを数分程度遅らせることを必要とすることがある。また、これは、マイクロ流体管路内に弁を導入することによって行われてきたが、製造と操作の容易さの両方を複雑にする。さらに、現在の液滴生成器は、試料処理が完了した後に生成された液滴を通じて気泡を生み出すが、これは液滴を損傷するものとして知られる現象である。そのため、液滴を生成するための改善されたアプローチが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示は、液滴生成などによる、流体を処理するための、方法および装置を含む、マイクロ流体システムを実現する。いくつかの実施形態では、システムは、ウェルおよびウェルに取り付けられたチャネル構成要素（ｃｈａｎｎｅｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を備えることができる。チャネル構成要素は、（ａ）本体部と、（ｂ）本体部の底面から突き出て、投入ウェル（ｉｎｐｕｔ  ｗｅｌｌ）内に配設された開放底端部を有する投入チューブ（ｉｎｐｕｔ  ｔｕｂｅ）（「流体ピックアップ（ｆｌｕｉｄ  ｐｉｃｋｕｐ）」）と、（ｃ）マイクロチャネルと、（ｄ）投入チューブおよび本体部を貫通しウェルをマイクロチャネルに接続する通路とを備え得る。システムは、ウェル内に試料含有流体を受け入れ、通路を介して、またマイクロチャネルを通じてウェルから試料含有流体の少なくとも一部を追い出す圧力差が生じるまで、通路の上端よりも下に試料含有流体を保持するように構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の態様による、投入ウェル内に突き出る投入チューブを有するマイクロ流体デバイスを含み、投入チューブは投入ウェルに収容される流体試料と接触し、投入ウェルより上に配設されるマイクロチャネルと連通し、流体試料は重力の助けを借りてウェル内に保持される、流体処理のための例示的なマイクロ流体システムの選択された態様の概略断面図である。
【図２】本開示の態様による、投入チューブおよびマイクロチャネルを介して流体試料を投入ウェルから排出ウェル（ｏｕｔｐｕｔ  ｗｅｌｌ）に送る、圧力差がマイクロ流体デバイスへの真空の印加によって発生した後に取られた、図１のマイクロ流体システムの選択された態様の別の概略断面図である。
【図２Ａ】本開示の態様による、図１と同様に取られた、チャネル構成要素のキャップの底面内に形成された１つまたは複数のマイクロチャネルを有する、図１のマイクロ流体システムの異なるバージョンの選択された態様の概略断面図である。
【図２Ｂ】本開示の態様による、図１と同様に取られた、２層キャップを備えるチャネル構成要素を有する、図１のマイクロ流体システムの別のバージョンの選択された態様の概略断面図である。
【図３】本開示の態様による、エマルジョン生成ユニットのアレイを有し、ウェル構成要素に取り付けられてウェル構成要素の上に載るチャネル構成要素を備え、チャネル構成要素はキャップによってカバーされた基部を備え、キャップは基部から分解されている、液滴生成デバイスとして構成された図１のマイクロ流体デバイスの例示的な一実施形態の部分分解図である。
【図４】キャップがない状態の、デバイスの単一のエマルジョン生成ユニットを示す、図３の直線４−４に沿って一般的に取られた、図３のデバイスの分解断面図である。
【図５】図４の単一のエマルジョン生成ユニットの周りで取られた、図３のデバイスのチャネル構成要素の基部の部分平面図である。
【図６】反対方向からであることを除き図５として取られた図３のデバイスのチャネル構成要素の基部の部分底面図である。
【図７】単一のエマルジョン生成ユニットを通る図５の直線７−７に沿って一般的に取られた、図３のデバイスの基部およびウェル構成要素の部分断面図である。
【図８】単一のエマルジョン生成ユニットを通る図５の直線８−８に沿って一般的に取られた、図３のデバイスの基部およびウェル構成要素の別の部分断面図である。
【図９Ａ】本開示の態様による、各ステップの実行前のデバイスの断片部分が断面として示されている、図３のデバイスにより液滴を生成する方法において実行され得る例示的なステップを示す流れ図である。
【図９Ｂ】本開示の態様による、各ステップの実行後のデバイスの断片部分が断面として示されている、図３のデバイスにより液滴を生成する方法において実行され得る例示的なステップを示す流れ図である。
【図１０】本開示の態様による、エマルジョン生成ユニットのアレイを有し、ウェル構成要素に取り付けられてウェル構成要素の上に載るチャネル構成要素を備える、液滴生成デバイスとして構成された図１のマイクロ流体デバイスの別の例示的な一実施形態の等軸測視図である。
【図１１】図１０のマイクロ流体デバイスの分解等軸測視図である。
【図１２】図１０のデバイスのウェル構成要素の平面図である。
【図１３】チャネル構成要素のキャップがない状態で取られた、図１０のデバイスのチャネル構成要素の基部の平面図である。
【図１４】キャップがない状態で図１３において「１４」で指示されている領域の周りで一般的に取られた、図１０のデバイスの単一のエマルジョン生成ユニットの部分平面図である。
【図１５】キャリアマニホールド（ｃａｒｒｉｅｒ  ｍａｎｉｆｏｌｄ）とキャリアマニホールドから一対のエマルジョン生成ユニットまで延在する一対のキャリアチャネル（ｃａｒｒｉｅｒ  ｃｈａｎｎｅｌ）を通る図１４（ただし、鏡像対称である）の直線１５−１５に沿って一般的に取られた、図１０のデバイスのチャネル構成要素の部分断面図である。
【図１６】本開示の態様による、デバイスのキャリアポートを通る図１４の直線１６−１６に沿って一般的に取られた、チャネル構成要素の底側を通過することなくデバイスのチャネルネットワーク内へのキャリア流体の流れの経路を示す、キャリア流体の供給源に接続された図１０のデバイスのチャネル構成要素の部分断面図である。
【図１７】キャップが存在する状態の図１４の直線１７−１７に沿って一般的に取られた、図１０のデバイスの単一のエマルジョン生成ユニットの断面図である。
【図１８】キャップが存在する状態の図１４の直線１８−１８に沿って一般的に取られた、図１０のデバイスの単一のエマルジョン生成ユニットの別の断面図である。
【図１９】本開示の態様による、デバイスが立面図で示され、器具が図１０のデバイスを保持しているがデバイスにまだ流体的に接続されていない状態で取られた、図１０のデバイス内の液滴生成のため流体流を推進するための例示的な器具の概略図である。
【図２０】図１９の直線２０−２０に沿って一般的に取られた、図１９の器具のヘッドの底面図である。
【図２１】図２０のように取られた、図１９の器具に対する別の例示的なヘッドの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示は、液滴生成などによる、流体を処理するための、方法および装置を含む、マイクロ流体システムを実現する。いくつかの実施形態では、システムは、ウェルおよびウェルに取り付けられたチャネル構成要素を備えることができる。チャネル構成要素は、（ａ）本体部と、（ｂ）本体部の底面から突き出て、投入ウェル内に配設された開放底端部を有する投入チューブ（「流体ピックアップ」）と、（ｃ）マイクロチャネルと、（ｄ）投入チューブおよび本体部を貫通しウェルをマイクロチャネルに接続する通路とを備え得る。システムは、ウェル内に試料含有流体を受け入れ、通路を介して、またマイクロチャネルを通じてウェルから試料含有流体の少なくとも一部を追い出す圧力差が生じるまで、通路の上端よりも下に試料含有流体を保持するように構成され得る。
【００１３】
本開示は、液滴ベースのアッセイに適した液滴を生成するための、方法および装置を含む、システムを実現する。システムは、（Ａ）液滴を形成するためのチャネル構成要素（例えば、液滴生成構成要素）と、（Ｂ）液滴を生成する前に試料を保持し、液滴を生成した後に生成された試料含有液滴を保持するためのウェル構成要素と、（Ｃ）液滴生成の前に試料をチャネル構成要素内に導入するための（および適宜、さらなる処理および／または分析を適宜予想して、液滴生成の後にウェル構成要素のそれぞれのウェル内に生成された液滴を堆積させて戻すための）チャネル構成要素とウェル構成要素との間に動作可能に配設された投入チューブ（および適宜、排出チューブ）とを備えることができる。システム内への、システム内の、およびシステムからの流れは、例えば、適当な真空を印加することによって、差圧を発生させることで制御され得る。
【００１４】
システムは、一体成形のデバイス（すなわち、デバイスは一体であるか、またはモノリシックであり得る）、または２つまたはそれ以上の個別要素（例えば、デバイスはモジュール式であり得る）を備え得る。後者の場合、デバイスの構成要素は、スナップ式取り付けまたは接着などの好適な機構を介して結合され、完全なデバイスを形成し得る。チャネル構成要素は、使用されているウェル構成要素の上に、および／または覆うように位置決めされるものとしてよく、ピックアップチューブは間に配設される。次いで、試料含有流体（「試料」、「試料流体」、または「流体試料」と言い換え可能）、キャリア流体、およびエマルジョンは、少なくとも部分的に重力によってそれぞれのウェル内に保持され得る。次いで、それに加えて、試料含有流体（および適宜、キャリア流体）は、１つまたは複数の投入チューブを通して試料ウェル（および適宜、キャリア流体ウェル）から重力に抗して引き上げられ、チャネル構成要素内で液滴を形成するように処理され、次いで、重力の方向に、および場合によっては重力の助けで、排出チューブを通してエマルジョンウェル内に堆積されて戻され得る。システムは、全体が使い捨てであるか、または部分的に使い捨てであってもよい（特に試料と接触し、それによりその後の試料を汚染に曝すであろうシステムの部分）。
【００１５】
液滴生成構成要素として構成されたチャネル構成要素は、液滴を形成するのに適している機構を備えることができる。典型的には、これは、水性の試料含有流体を油などのキャリア流体と合わせて、キャリア流体中に懸濁された試料含有水性液滴のエマルジョンを形成することによって試料含有液滴を形成することを伴う。チャネルは、試料含有流体とキャリア流体および試料含有液滴を液滴生成構成要素内に輸送するように用意され得る。いくつかの実施形態では、液滴生成構成要素は、少なくとも実質的に平面状であってよく、液滴は液滴生成「チップ構成要素」内に配設された実質的に平面状のチャネルネットワーク内で生成される。
【００１６】
ウェル構成要素は、それぞれの流体および液滴を保持するのに適した貯槽の集合体を備えることができる。試料をおよびエマルジョン用のウェル、ならびに適宜、キャリア流体および／または真空アクセスは、無関係に、好適なサイズおよび形状のものであってよい。与えられた実施形態におけるウェルは、互いに関して、同じまたは異なるサイズおよび／または形状であるものとしてよい。例えば、他の可能性もあるがとりわけ、キャリア流体およびエマルジョン用のウェルは、最も大きく最も深いものであってよく、試料用のウェルは、最も小さく最も浅いものであってよく、真空アクセス用のウェルは、中間のサイズおよび深さのものであってよい。
【００１７】
投入および排出（またはピックアップおよび堆積（または送達（または堆積）））チューブは、液滴生成構成要素と、上で説明されているピックアップおよび堆積機能と整合しているウェル構成要素との間の好適な流体接続部を備え得る。特に、これらは、特定のウェルから流体を取り出し、および／または流体をチャネルを通して他のウェルに送達するための流体ピックアップまたは「シッパー」として働く、液滴生成構成要素内のチャネルとウェル構成要素内の流体ウェルとの間の中空流体接続部を形成し得る。ウェルのような、チューブは、無関係に、好適なサイズ（長さ、内径、および外径）ならびに形状のものとしてよい。さらに、与えられた実施形態において、チューブは、互いに関して、同じまたは異なるサイズおよび形状であるものとしてよい。試料チューブ、および適宜、キャリア流体チューブは、システムが使用されている間に、それぞれ試料およびキャリア流体との連続的接触を維持するように構成され得る（例えば、長さ方向のサイズを有する）。液滴またはエマルジョンチューブは、対照的に、エマルジョンウェル内に堆積された後液滴との接触を回避するように構成され得る（例えば、エマルジョンを液滴チューブから分離させ、エマルジョンウェル内に滴らし、または落下させることによって）。これにより、キャリア流体およびエマルジョンウェルが、同じまたは匹敵するサイズのものである場合、互いに関して、キャリア流体チューブは長くてもよく、エマルジョンウェルは短くてもよい。チューブは、液滴生成構成要素のチャネルネットワークへの試料およびキャリア流体の毛細管運動を低減するか、または妨げるのに十分な内径を有し得る。それらの内径は、流体に、またチューブ（の流体接触部分）の組成物に応じて、変わり得る。さまざまなチューブおよび液滴生成構成要素が、一体品として、または連結されている分離している個別要素から形成され得る。
【００１８】
システムは、意図された用途、対象使用者、などに応じて、異なるフォーマットで事前構成され得る。例えば、システムは、キャリア流体を事前装填されるものとしてよく、したがって、使用者は、試料および真空（または圧力）供給源を追加するだけでよい。システムは、穿孔可能なカバーを備えることができ、これは汚染を減らすために、試料の導入直前に、または試料導入と同時に穿孔され得る。システムは、また、例えば、マイクロプレートフットプリント上に複製されるものとしてよく、これにより、複数の試料および／または単一試料の複数の複製の同時処理を可能にする。
【００１９】
システムは、現行のシステムに勝る著しい利点をもたらし得る。例えば、試料の投入チューブは、チャネル構成要素への試料の充填を重力で制限させるように構成され、毛管作用に打ち勝ち、試料をチャネル構成要素から遠ざけて保持することによって空気トラップおよび／または弁の必要性を低減するか、または回避することができる。代替的に、またはそれに加えて、チャネル構成要素からの処理された流体（例えば、エマルジョン）を排出するための排出チューブは、処理された流体が受入ウェル内に滴ることを可能にし、処理された流体を通る空気による泡立ちを低減または防止することができる。システムの追加の特徴は、ワークフローを軽減し得る。第１に、チャネル構成要素内の開いているチャネルは、「熱かしめ」と称される、溶融プロセスを通じて流体処理（例えば、液滴生成）後に再封止できるように中央の場所に通され得る。第２に、ウェル構成要素のウェルは、例えば、マイクロチャネルに流体的に接続され、これにより、両方のウェルをチャネル構成要素の突き抜け可能なカバーの１回の穿孔で通気させることを可能にし得る。第３に、真空チューブ、またはドリッパーは、もし存在すれば、オーバーフローがあるとしても、真空界面が汚染される可能性を低減し得る。
【００２０】
本開示による液滴生成システムは、試料中の標的（例えば、標的分子または標的配列）の存在の検査を行うように構成された総合アッセイシステムの一部であり得る。それらの総合システムは、（Ａ）分析のため、臨床または環境試料などの、試料を調整するステップ、（Ｂ）試料を液滴に区画化することによって標的のコピーを分離するステップであって、それぞれの液滴は標的のコピーを含まないか、または標的の１つまたは複数のコピー（核酸標的または注目する他の検体の単一のコピーなど）を含むステップ、（Ｃ）液滴内で標的を増幅するか、または他の何らかの形で反応させるステップ、（Ｄ）増幅もしくは反応した標的、またはその特性を検出するステップ、および／または（Ｅ）結果として得られるデータを分析するステップのための方法および装置を含み得る。このようにして、複雑な試料は、複数のより単純な、より分析しやすい試料に変換され、しかもそれに付随して、バックグラウンドおよびアッセイ時間を短縮することができる。例示的なシステム（例示的な液滴生成器を含む）は、参照により本明細書に組み込まれている、相互参照の項目にある上に列挙されている特許文献において説明されている。
【００２１】
本開示、さらには例示的な実施形態による流体処理システムの追加の特徴は、（Ｉ）流体処理のためのマイクロ流体システムの概要および（ＩＩ）実施例の節において説明される。
【００２２】
Ｉ．流体処理のためのマイクロ流体システムの概要
この節では、投入ウェルおよび投入ウェル内に貫入する投入チューブを介して投入ウェルと流体的に連通しているマイクロチャネルとを備える、流体を処理するためのマイクロ流体システムの概要を述べる。
【００２３】
図１は、流体処理のための例示的なマイクロ流体システム５０の選択された態様を示している。システムは、流体を保持し、流体流を導くためのマイクロ流体デバイス５２と、流体をデバイス５２に導入し、および／または流体をデバイス５２から取り除くための流体移送デバイス５４と、デバイス内の流体流を推進させるための、少なくとも１つのポンプを備え得る、少なくとも１つの真空／圧力供給源５６とを備え得る。
【００２４】
デバイス５２は、流体処理部分６０に取り付けられるか、または取り付け可能である流体保持部分５８を備え得る。流体処理部分、特に、そのマイクロ流体領域は、流体処理部分の上に、また適宜、流体処理部分を覆うように配設され得る。
【００２５】
流体保持部分５８は、少なくとも１つの試料含有流体６４、キャリア流体（キャリアと言い換え可能）、キャリア内に配設される試料含有液滴（試料液滴と言い換え可能）を含むエマルジョン、またはとりわけこれらの組合せなどの、１つまたは複数の流体を保持するための１つまたは複数の貯槽６２を備え得る。各流体は、液体を含むか、または液体であってよく、流体が流体処理部分に導入され、および／または流体が流体処理部分から受け入れられる前および／または後の変わり得る／望ましい時間の間、流体保持部材内に保持され得る。
【００２６】
流体保持部分は、少なくとも１つのウェルを用意した少なくとも１つのウェル構成要素６６を備え得る。例えば、ウェル構成要素６６は、流体処理部分６０内に導入する流体を保持するための少なくとも１つの投入ウェル６８と、流体処理部分を介して１つまたは複数の投入ウェルから受け入れた流体を収集し保持するための少なくとも１つの排出ウェル７０とを備え得る。いくつかの実施形態では、投入ウェルおよび排出ウェルは、個別ウェル構成要素によって形成されるものとしてよく、排出ウェルは、流体処理部分に取り付けられず、および／または流体処理部分から取り外し可能であるものとしよい。例えば、排出ウェルは、核酸増幅を推進する熱サイクリングなどの、さらなる処理のために流体処理部分から取り外し可能である、チューブなどの、レセプタクルによって備えられ得る。いくつかの実施形態では、ウェル構成要素６６は、射出成形などにより一体成形品として成形され得る。ウェル構成要素は、プラスチックなどのポリマーから形成され得る。
【００２７】
流体処理部分６０は、１つまたは複数のチャネル７４を備えるチャネル構成要素７２を備えることができる。いくつかの実施形態では、チャネル構成要素は、液滴生成構成要素として記述され得る。各チャネル７４は、チャネル構成要素７２によって、少なくともその端部の間に、囲まれ得る。少なくとも１つのチャネル７４は、「マイクロチャネル」（「マイクロ流体チャネル」とも称される）、すなわち、１ミリメートル未満の特徴的な横断方向の寸法（例えば、直径）を有する任意のチャネルであってよい。「マイクロ流体デバイス」および「マイクロ流体システム」は各々、少なくとも１つのマイクロチャネルを有する。
【００２８】
各チャネルは、マイクロ流体であろうとなかろうと、その端部の間に周方向で囲まれるか（すなわち、境界のあるチャネル）、または一方の側が開いているものとしてよい（例えば、両側面の下、および両側面で囲まれるが、上に開いている溝（すなわち、境界のない、またはキャップされていないチャネル））。同じチャネルは、概念的に（または文字通りに）境界のない形態（例えば、チャネル構成要素の基部（またはキャップ）内に形成された溝）および境界のある形態（例えば、基部（またはキャップ）に取り付けられたキャップ（または基部）によって覆われた溝）を有するものとして記述され得る。
【００２９】
いくつかの実施形態では、チャネル構成要素は、チャネルネットワークを形成する複数の流体的に接続されているチャネルを備えることができる。チャネルネットワークは、２つまたはそれ以上のチャネルが交わるチャネル交差点を備え、これにより、液滴生成器（液滴生成部位と言い換え可能）を実現することができる。チャネルネットワークおよび／または１つまたは複数のチャネル７４は、平面状であってもよい。１つまたは複数のマイクロチャネルなどの、チャネルネットワークおよび／または１つまたは複数のチャネル７４は、水平であってもよい。
【００３０】
チャネル構成要素７２は、一体成形品として一体化して形成され得るか、または別々に形成され、その後互いにくっつけられる２つまたはそれ以上の個別要素からなるものとしてよい。例えば、チャネル構成要素７２は、下側部材７６（基部と言い換え可能）と、上側部材７８（キャップまたはカバーと言い換え可能）とを備えることができる。基部７６は、本体部８０および、少なくとも１つの投入チューブ８２および／または少なくとも１つの排出チューブ８４などの、１つまたは複数のチューブを備えることができる。いくつかの実施形態では、基部７６は、射出成形などにより一体成形品として成形され得る。基部は、プラスチックなどのポリマーから形成され得る。
【００３１】
各チューブは、本体部８０に取り付けられ得る。チューブは、本体部と一体に形成されるか、または別々に形成され、その後本体部に取り付けられるものとしてよい。いずれの場合も、チューブは、本体部に永久的に取り付けられ、本体部に関して位置を固定され得る。投入チューブは、ストロー、シッパー、またはピックアップと言い換え可能である。排出チューブは、ドリッパーと言い換え可能である。
【００３２】
本体部は、好適な任意の構造を有することができる。本体部は、基材、チップ、またはチップ構成要素とも記述され得る。本体部は、平面状であってよい。本体部の底面８６は、本体部とウェブ構成要素の１つまたは複数のウェル（および／または各ウェル）との間に流体密封シールを形成するなどのために、ウェル構成要素６６に取り付けられ得る。本体部およびウェルは、まとめて、流体を保持するためのチャンバを形成することができ、本体部８０および／またはチャネル構成要素７２はチャンバの天井および／またはウェルのカバーを形成する。本体部８０は、各チャネル７４を少なくとも部分的に囲み得る。本体部の頂面８８は、中に形成される各チャネル７４の少なくとも下側部分を有することができる。例えば、チャネル７４の底壁および対向する側面壁（または下側側壁領域）は、頂面８８に形成され得る。いくつかの実施形態では、キャップの底面は、代替的に、またはさらに、中に形成される１つまたは複数のチャネルを有することができる（以下参照）。頂面と底面とは各々、実質的に平面状であるものとしてよい。
【００３３】
本体部８０および投入チューブ８２は、まとめて、投入ウェル６８の内側をチャネル７４に流体的に接続する通路９０を形成し得る。通路は、投入チューブ８２の開いている底端部９２からチャネルへ上方に延在し、本体部８０を通して開口を結合する投入チューブ８２を通る穴によって形成されるものと考えられ得る。したがって、通路は、底部側から基部の頂部側へ基部７６を貫通し得る。通路は、垂直または少なくとも一般的に垂直であり得（あり得ず）、少なくとも１つのチャネル７４および／またはチャネル７４によって形成されるチャネルネットワークを横断する（例えば、実質的に直交する）ように配置構成され得る。投入チューブ８２の底端部９２は、投入ウェルからの流体の取り込み量を最大化するように、投入ウェル６８の底部の近くに位置決めされ得る。
【００３４】
本体部８０および排出チューブ８４は、排出ウェル７０を少なくとも１つのチャネル７４に流体的に接続する通路９４を画成し得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、排出チューブは、排出ウェルの上側領域にのみ貫入し得る（または完全に省かれ得る）。
【００３５】
チャネル構成要素７２は、投入ポート９６および排出ポート９８などの、１つまたは複数のポートも画成し得る。投入ポート９６は、投入ウェルを覆うように形成されて、それらと隣接するものとしてよく、試料６４を導入するための投入ウェル６８の内部へのアクセスをもたらす。したがって、投入ポートは、流体移送デバイスが試料を投入ウェル内に分注する前に、または分注するとともに流体移送デバイス５４の底端部分を受け入れるように寸法を定められ得る。排出ポート９８は、投入ポートのような構造を有するものとしてよく、別の流体移送デバイス５４による流体の取り出しを可能にするように排出ウェル７０の内部へのアクセスをもたらす。ここで図示されているポートは、その頂面と底面との間で本体部８０を貫通するスルーホールである。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の他のポートは、本体部の頂面に形成されたチャネルに隣接する本体部内の止まり穴として製作され得る（実施例２参照）。
【００３６】
キャップ７８は、流体密封シールで本体部８０の頂面８８に取り付けられ得る。キャップは、カバー、封止部材、またはキャッピング部材とも称され、実質的に平面状であってよい。キャップは、各チャネル７４を少なくとも部分的に囲み得る。キャップは、各チャネルの頂部壁を、またいくつかの実施形態では、各チャネルの側壁もしくは少なくとも側壁領域を形成し得る。キャップは、１つの層としてのみ形成されたカバーであるか、または２つまたはそれ以上の重なり合う（または重なり合わない）材料の層として形成され得る。カバーが、２つまたはそれ以上の層からなる場合、層は、同時に、または順次、本体部に接続され得る。例えば、カバーは、本体部の頂面に直接取り付けられた（例えば、接着された）第１の層と、後から付けられる第２の層（例えば、第１の層によって画成される１つまたは複数の開口部を覆うため）とを備えることができる。カバーは、本体部の厚さの２０％未満、１０％、または５％など、本体部よりも実質的に薄いものとしてよい（または薄くないものとしてよい）。いくつかの実施形態では、カバーは、本体部よりも厚くてもよい。
【００３７】
キャップは、本体部の頂面に形成された好適な開口部を覆うものとしてよい。例えば、キャップは、各通路９０、９４の頂部端部を覆い、また各ポート９６、９８を覆う場合も、覆わない場合もある。いくつかの実施形態では、キャップは、システムの使用時に１つまたは複数のポートのところで穿孔されるように構成され得る。したがって、ポートはどれも、下にあるウェルへのアクセスを得るために、および／または１つまたは複数のチャネル７４との流体的連通を形成するために実行され得る、キャップを穿孔することによって使用者（および／または器具）によって開かれ得る閉じられたポートとして実現され得る。ポートは開かれ、通気口および／または流体移送点を形成し得る。
【００３８】
流体を保持するためのウェルまたはウェル突起部は、チャネル構成要素７２の本体部８０から最初は分離している、実質的な流体密封シールを形成するか、または本体部と接合するように構成されている、１つまたは複数のウェル構成要素６６として形成され得る。他の場合には、ウェルのうちのいくつか、またはすべてが、本体部と一体化するように形成され得る。ウェル構成要素および本体部（および／またはチャネル構成要素）は、嵌合するように構成され得る。いくつかの場合において、ウェル構成要素および本体部（および／またはチャネル構成要素）は、使用者によって、または製造時に封止して合わされ、実質的な流体密封接続部を形成することができる。さらに、以下でより詳しく説明されているように、ウェル構成要素および本体部（および／またはチャネル構成要素）の一方または両方は、１つのシステム内で２つまたはそれ以上の（または多数の）異なる試料が処理される（例えば、液滴を生成するために使用される）ことを可能にするように、マイクロプレートフォーマットなどの、図１に示されているのよりも大きいフォーマットまたは「フットプリント」を有し得る。システムの構成要素は連携して、（Ａ）試料ウェルから試料をピックアップし、（Ｂ）キャリア貯槽からキャリア流体を導入し、（Ｂ）それらの構成要素を一緒にして液滴を生成し、（Ｄ）それらの液滴をエマルジョンウェルに分注することができる。
【００３９】
流体移送デバイス５４は、流体を分注し、および／またはピックアップすることができる任意のデバイス、またはデバイスのセットであってよい。デバイス５４は、ピペット、注射器、または同様のものであってよい。デバイスは、手動で、または自動で操作され得る。
【００４０】
圧力供給源５６は、デバイス５２内で差圧を発生させることができる任意のデバイスまたはデバイスのセットであってよい。圧力供給源５６は、圧力（陽圧）をデバイスに印加して流体を押し、および／または真空（吸引とも称される）をデバイスに印加して流体を引くものとしてよい。圧力供給源は、ガスケット１００および／またはとりわけキャップ７８を穿孔する少なくとも１つの穿孔要素１０２を介するなどして、デバイス５２との封止接続または封止係合を形成することができるものとしてよい。システムは、さらに、または代替的に、システムを通気する、アクセスする、またはポートに具体的に接続する、または同様のことなど、他のポート上に動作可能に位置決めされるか、または位置決め可能である１つまたは複数の他の穿孔要素１０２を備え得る。穿孔要素は、穿孔要素が適所にとどまっている間に穿孔されたキャップを通して流体を流せるように中空である（例えば、先の尖っているチューブである）ものとしてよい。
【００４１】
図１は、試料流体６４の体積を収容する投入ウェル６８内に貫入する基部７６の投入チューブ８２を示している。この配置構成では、重力により試料流体を閉じ込めることができる。チューブが、貯槽（例えば、ウェル６８）内の流体（例えば、試料流体６４）と接触しているときに、重力は、流体がチューブを遡る能力を制限し得る。毛細管上昇高さＨは、以下の公式により、チューブの内側半径ｒ、液体空気界面における流体の表面張力γ、流体の密度ρ、およびチューブの表面上の流体の接触角度θに依存する。
【００４２】
【数１】
2019069439.tif 000003
【００４３】
毛細管上昇高さは、ウェル内の流体とウェルの上のチャネル７４との間の高さの差より小さい場合に、重力は、圧力差などの推進力の印加なしでは流体がチャネルに到達し得ないことを確実にする。したがって、流体は、推進力が印加されるまでウェル内に保持される。
【００４４】
例示のみを目的とする、より具体的な例において、チャネル７４は、ウェルの底部から６ｍｍ上の位置にあり、ウェル内の流体の高さが３ｍｍであると仮定する。ＰＣＲの例示的な試料に対する毛細管上昇は、１ｍｍの内径のチューブに対して約１．３ｍｍと計算され得る。この配置構成は、チャネル７４よりも１．７ｍｍ下のところのチューブの内側に試料メニスカスを位置決めする。
【００４５】
いくつかの場合において、チューブが貫入する体積（例えば、ウェル）は、穴をあけられる代わりに閉じられ、上で説明されている構造の保持力を高めることができる。毛細管上昇は、閉じられている体積内の逆圧の増大による反対の作用を受け、上のチャネル７４からウェル内の流体をさらに隔てる。
【００４６】
図２は、圧力供給源５６により真空をデバイス５２に印加することによって圧力差が生じた後に取られたシステム５０を示している。圧力差は、１０４の矢印で指示されているように、デバイス５２内への空気圧流（投入ウェル内への空気の流れなど）、および１０６の矢印で指示されているように、デバイス５２からの空気流（排出ウェルからの空気の流れなど）を発生し得る。圧力差は、試料流体６４が投入チューブ８２の底端部から、１０８の矢印で指示されているように、投入通路９０を重力の力に抗して上昇することを引き起こす。試料流体は投入通路９０を出て、１１０の矢印で指示されているように、少なくとも１つのチャネル７４を通って流れ、次いで、１１２の矢印で指示されているように、重力の方向に、下方に進み、排出通路９４を通り、排出ウェル７０内に入る。排出される流体１１４は、排出ウェル内に捕集される。図示されている実施形態では、空気は、投入ウェル６８の上の位置でデバイス５２内に入り、排出ウェル７０の上の位置でデバイスを出る。他の実施形態では、空気は、水平方向にオフセットされた通気ポートまたは真空ポートを介して、上にあるが、対応するウェルの上ではない位置でデバイスに入り、および／または出ることができる。
【００４７】
いくつかの実施形態では、圧力差は、キャリア流体供給源から、１１８の矢印で指示されているように、キャリア流体１１６を推進する。供給源は、デバイス５２内にあるか、またはデバイスの外部にあってもよい（例えば、キャリア貯槽１２０から出る）。キャリア流体の供給源は、試料流体６４およびキャリア流体１１６が複数のチャネル６４が交わるところに形成されたチャネル交差点１２２を通して推進されるように１つまたは複数のチャネル７４に流体的に接続され得る。キャリア流体１１６（連続相）内に配設された試料含有液滴１２４は、チャネル交差点１２２で形成され、排出レベル７０内で捕集され得る（例えば、実施例１および２参照）。
【００４８】
チャネル構成要素は、投入ウェルから排出レベルへの流体流に対する開放経路を画成し得る。この経路は、投入ウェルが試料を装填されるときに、投入ウェルが重力の助けを借りて装填された試料を保持している間、および試料が排出ウェルに送られるときに、開いたままであってよい（遮るものがない）。したがって、チャネル構成要素および／または流路は、弁なしである、および／または弁なしマイクロ流体を有すると記述され得る。
【００４９】
図２Ａは、図１のマイクロ流体システム５０の異なるバージョンを示している。図２Ａのシステムは、液滴生成のための少なくとも１つのマイクロチャネルおよび／またはチャネルネットワークなどの、１つまたは複数のチャネル７４が、チャネル構成要素７２のキャップ７８の底面１２６内に少なくとも部分的に形成されることを除き、図１のものと類似している。底面は、実質的に平面であるものとしてよい。システムのデバイス５２の各チャネル７４は、基部７６の頂面８８の代わりにキャップ７８の底面１２６内に形成され得る。頂面も、実質的に平面であるものとしてよい。基部７６は、各チャネル７４の底壁を形成し得る。
【００５０】
図２Ｂは、図１のマイクロ流体システム５０の別のバージョンを示している。図２Ｂのシステムは、キャップ７８が、下側層１３０（例えば、材料の下側シート）に取り付けられた上側層１２８（例えば、材料の上側シート）などの、複数の層からなることを除き、図２Ａのものに類似している。上側層１２８は、図１のキャップ７８に類似するか、または同一であってよい。上側層は、実質的に平面状であってよく、および／または１つまたは複数のチャネル７４の頂部壁を形成する実質的に平面状の底面を有し得る。下側層１３０は、実質的に平面状であってよく、上側層１２８と基部７６との間に挟装され得る。下側層は、各チャネル７４の側壁を形成し得るが、各チャネルの頂部壁も底部壁も形成し得ない。基部７６は、各チャネル７４の底壁を形成し得る。
【００５１】
とりわけ、マイクロ流体デバイス、液滴生成器、試料、キャリア流体、液滴、エマルジョン、液滴ベースのアッセイ、液滴生成を推進し、制御するための器具、液滴生成の方法を含む、本発明の流体処理システムに適しているものとしてよい例示的な液滴生成システムのさらなる態様は、参照により本明細書に組み込まれている、上述の「相互参照」の節で列挙されている特許文献において説明されている。
【００５２】
ＩＩ．（実施例）
この節では、流体処理および／または液滴生成のためのシステムおよび方法に関係する本開示の選択された態様および実施形態について説明する。これらの実施例は、例示のみを意図されており、本開示の範囲全体を制限または定義すべきでない。
【００５３】
（実施例１）
試料およびキャリアに対する流体ピックアップを用いる液滴生成デバイス
【００５４】
この実施例では、エマルジョンのアレイを生成するように構成されている流体処理システム５０（図１、図２、図２Ａ、および図２Ｂ参照）のためのマイクロ流体デバイス５２の例示的な一実施形態１５２について説明し、また、デバイス１５２を使用してエマルジョンを生成し、処理する例示的な方法についても説明するが、これについては図３〜図９を参照されたい。エマルジョンは、固定された専用のピックアップチューブを介して、ウェルからチャネルに輸送される試料およびキャリア流体により生成される。
【００５５】
デバイス１５２は、液滴生成器と併せて中空突起部または「流体ピックアップ」を使用し、キャリア流体中に懸濁されている試料含有液滴が生成され、実質的に平面内で輸送される液滴生成器の特定の実施例を取りあげる。
【００５６】
本明細書で使用されているように、液滴生成に関する「実質的に平面内で」または「実質的に平面状の」は、液滴が生成され輸送される空間の曲率半径が、液滴が生成され輸送される際に通るチャネルの断面寸法よりもかなり大きく、曲率はチャネルの液圧機能を実質的に変えないことを意味する。
【００５７】
図３は、デバイス１５２の部分分解図である。デバイスは、チャネル構成要素７２に取り付けられ、チャネル構成要素７２の下にあるウェル構成要素６６を有する。チャネル構成要素は、ウェルの各々の頂部の周のところで流体密封周シールを形成するためにウェル構成要素６６のウェルに取り付けられている基部７６を有する。チャネル構成要素７２のキャップ７８は、基部７６から分解されているように図示されているが、キャップは、典型的には、デバイス１５２の製造時など、使用前に基部７６の頂面８８に事前に取り付けられる。
【００５８】
デバイス１５２は、エマルジョン生成ユニット１５４のアレイを形成する。図示されている実施形態は、ユニット１５４の２×４のアレイを有するが、デバイスは、好適な任意の数のユニットを有することができる。エマルジョン生成ユニットは、エマルジョンを並列に、この場合、８つのエマルジョンのセットを並列に生成し得る。エマルジョン生成ユニットは、互いの複製であってよく、ユニット１５４の各行および列に沿って、とりわけ、１８、９、４．５、２．２５、または１．１２５ｍｍ毎に繰り返されるユニットなどで、ＳＢＳコンパチブルアレイとして配置構成され得る。
【００５９】
図４は、キャップ７８がない状態のエマルジョン生成ユニット１５４の１つを示している。チャネル構成要素７２は、平面状本体部８０の頂面８８内に形成され、各チャネルがその長さに沿って周上に境界を有するようにキャップ７８でキャップされるチャネル７４のチャネルネットワーク１５６を備える。複数のチューブ、すなわち、試料チューブ１５８、キャリアチューブ１６０、液滴チューブ１６２、および真空チューブ１６４が本体部の底面８６から突き出る。チューブ１５８および１６０は、投入チューブ８２であり、チューブ１６２は、排出チューブ８４であり（図１および図２参照）、チューブ１６４は、真空界面をエマルジョンからさらに分離するためのオプションの排出チューブのようなチューブである。チューブ１５８、１６０、１６２、および１６４の各々は、ウェル構成要素６６のそれぞれのウェル内に貫入する、すなわち、チューブ１５８は試料ウェル１６６（投入ウェル６８）内に、チューブ１６０はキャリアウェル１６８（別の投入ウェル６８）内に、チューブ１６２はエマルジョンウェル１７０（排出ウェル７０）内に、チューブ１６４は真空ウェル１７２内に貫入する。他の実施形態では、チャネルは、キャップ７８の底面内に形成され得る（例えば、図２Ａおよび図２Ｂ参照）。
【００６０】
図５は、チャネルネットワーク１５６を平面図で示している。ネットワークは、試料チャネル１７４、複数のキャリアチャネル１７６および１７８、ならびに液滴チャネル１８０を備え、これらは液滴が生成されるチャネル接合部１８２（液滴生成部位とも言い換え可能）で交差する。（チャネルは、小さすぎて図６〜図９の断面図に示せない。）試料チャネル１７４は、試料流体を接合部１８２に運び、キャリアチャネル１７６および１７８は、キャリア流体を接合部に運び、液滴チャネル１８０は、キャリア流体中の試料流体の液滴を接合部から運ぶ。他の実施形態では、ユニット１５４毎にただ１つのキャリアチャネルが存在する。
【００６１】
基部７６は、複数の開口を画成し、各開口は基部を通り基部の頂部側から底部側に貫通する（図５〜図８参照）。各開口は、本体部８０のみを貫通するか、または本体部とチューブ１５８、１６０、１６２、または１６４のうちの１つを貫通し得る。
【００６２】
本体部のみを貫通する開口によって形成されるポートは、試料ポート１８４（投入ポート９６）、キャリアポート１８６（別の投入ポート９６）、エマルジョンポート１８８（排出ポート９８）、および真空ポート１９０である。本体部８０の頂面に形成される通気チャネル１９２は、試料ポートとキャリアポートを接続して、いずれかのポートが他方のポートを通気するようにできる。同様に形成された別のチャネル１９４は、真空通路２０２を介してエマルジョンポート１８８を真空ポート１９０と流体的に接続することを補助する。
【００６３】
試料ポート１８４は、試料を、典型的には流体形態で受け入れるように構成される。例えば、試料含有流体は、ピペットを用いて、手動で、または自動化システムの一部としてのいずれかで試料ポート１８４内に挿入され得る。ウェル構成要素６６の試料ウェル１６６は、図６および図７に示されているように、試料ポート１８４の真下に配設され、これにより、試料ポート内に挿入された流体は、試料ウェル内に入る。
【００６４】
キャリアポート１８６は、油または他の何らかキャリア流体を受け入れるように同様に構成される。例えば、試料含有流体の場合のように、キャリア流体は、ピペットを用いて、手動で、または自動化システムの一部としてのいずれかで、キャリアポート１８６内に挿入され得る。キャリアウェル１６８は、図６および図７に示されているように、キャリアポート１８６の真下に配設され、これにより、キャリアポート内に挿入されたキャリア流体は、キャリアウェル内に入る。
【００６５】
エマルジョンポート１８８は、真空ポート１９０における真空圧力の印加の結果生じるエマルジョンを抽出するため使用され得る、針、ピペット、または注射器の先端部などの、エマルジョン抽出器を受け入れるように構成される。エマルジョンウェル１７０は、エマルジョンポート１８８の真下に配設され、以下で詳しく説明される方式で試料含有液滴のエマルジョンを受け入れるように構成される。
【００６６】
真空ポート１９０（真空界面と言い換え可能）は、真空導管の端部などの、真空接続部を受け入れ、陰圧を真空ポートに印加するように構成される。以下でより詳しく説明されるように、真空ポート１９０に真空圧力を印加することは、キャリア流体中に懸濁されている試料含有液滴のエマルジョンの形成を引き起こし、エマルジョンをエマルジョンウェル１７０に輸送する。真空ウェル１７２は、真空ポート１９０の真下に配設され得る。
【００６７】
チューブを貫通する開口によって形成され得る通路は、試料通路１９６（投入通路９０）、キャリア通路１９８（別の投入通路９０）、液滴通路２００（排出通路９４）、および真空通路２０２である。
【００６８】
通路１９６、１９８、２００、および２０２は、各々、図５に示されているように、チャネルネットワーク１５６のチャネルのうちの１つと直接流体的に連通する。この構成は、以下で説明されているように、チャネルネットワーク１５６とウェル構成要素６６のウェルとの間に流体および圧力の連通をもたらす。
【００６９】
試料通路１９６は、試料チューブ１５８を貫通し、これは「試料シッパー」とも称され得る。ウェル構成要素６６および基部７６（および／またはチャネル構成要素７２）が、連結されたときに、試料チューブ１５８は、試料ウェル１６６内に嵌合するように構成され、これにより、試料チューブが後で試料ウェルから試料含有流体をピックアップまたは「啜る」ことができ、試料含有流体を試料通路１９６の頂部に、したがってチャネルネットワーク１５６に輸送することができる。試料チューブの内径は、チューブの外側のウェル内の試料のレベルよりもかなり高いレベルまで試料が毛細管運動で著しく移動するのを防ぐ十分な大きさであるものとしてよい。図７に示されているように、試料チューブ１５８は、試料ウェル１６６の底部の近くの位置まで延在し、これにより、試料通路１９６の底端部は、少なくともウェル内の試料の大部分をピックアップすることができる。
【００７０】
キャリア通路１９８は、キャリアチューブ１６０を貫通し、これは「キャリアシッパー」とも称され得る。ウェル構成要素６６および基部７６（および／またはチャネル構成要素７２）が、連結されたときに、キャリアチューブ１６０は、キャリアウェル１６８内に嵌合し、これにより、キャリアチューブが後でキャリアウェルからキャリア流体をピックアップまたは「啜る」ことができ、キャリア流体をキャリア通路１９８の頂部に、したがってチャネルネットワーク１５６に輸送することができる。キャリアチューブの内径は、チューブの外側のキャリアウェル内のキャリア流体のレベルよりもかなり高いレベルまでキャリア流体が毛細管運動で著しく移動するのを防ぐ十分な大きさであるものとしてよい。図７に示されているように、キャリアチューブ１６０は、キャリアウェル１６８の底部の近くの位置まで延在し、これにより、キャリアチューブ１６０の底端部は、少なくともウェル内のキャリア流体の大部分をピックアップすることができる。
【００７１】
液滴通路２００は、液滴チューブ１６２を貫通し、これは「液滴シッパー」と称され得る。液滴チューブは、エマルジョンウェル１７０内に嵌合し、キャリア流体中に懸濁されている試料含有液滴のエマルジョンをチャネルネットワーク１５６（およびより具体的には液滴チャネル１８０）からエマルジョンウェル１７０内に輸送するように構成され、そのエマルジョンウェル１７０からエマルジョンが前に説明されているように抽出され得る。チャネルネットワークから液滴ドリッパー内への、次いでエマルジョンウェル内への液滴の輸送は、真空ポート１９０に陰圧が印加される結果である。図８に示されているように、エマルジョンの一部をエマルジョンポート１８８、チャネル１９４、および真空チューブ１６４を介して真空ウェルに引き込む可能性を低減するために、液滴チューブ１６２は、エマルジョンウェルの下側部分には延在しない。
【００７２】
真空通路２０２は、真空チューブ１６４を貫通し、これは「真空ドリッパー」とも称され得る。真空チューブは、真空ウェル１７２内に嵌合し、チャネル１９４およびエマルジョンポート１８８を介して真空ウェルとエマルジョンウェルとの間の圧力連通をもたらすように構成される。こうして真空ポート１９０に導入される真空圧力は、真空ドリッパー１６４およびチャネルネットワーク１５６を通じて試料シッパー１５８およびキャリアシッパー１６０に伝達されるものとしてよく、これは、試料含有流体およびキャリア流体が試料シッパーおよびキャリアシッパーを通じてそれぞれチャネルネットワーク内に引き込まれることを引き起こす。
【００７３】
一次キャップ（キャップ７８など）および／または二次キャップ（一次キャップ上に置かれている別の層など）は、本体部８０の頂面上に、および／または頂面を覆うように置かれ、これにより、本体部単独で、または１つまたは複数のチューブと組み合わせて画成される開口の好適な組合せの頂部を封止することができる。例えば、キャップは、チャネルネットワーク１５６またはその一部（試料チャネル１７４、キャリアチャネル１７６および１７８、ならびに液滴チャネル１８０の任意の組合せなど）、１つまたは複数のポート（試料ポート１８４、キャリアポート１８６、エマルジョンポート１８８、および／または真空ポート１９０など）、および１つまたは複数の通路（試料通路１９６、キャリア通路１９８、液滴通路２００、および／または真空通路２０２など）を封止することができる。各キャップは、底部側を接着剤で適宜処理され、適宜実質的に特徴のない底面を有する、実質的に平面状のシートであってよい。製造時に少なくとも１つのキャップが付けられ、および／または少なくとも１つのキャップが、使用者によって付けられるように構成され得る。
【００７４】
キャップは、とりわけ、専用器具または工具、注射器、および／またはピペット先端部によって穿孔され得る。キャップを穿孔することで、とりわけ、試料ポート１８４および／またはキャリアポート１８６などの、ポート用の空気取入孔、またはエマルジョンポート１８８用の空気流出孔（流体流を推進させるために圧力が使用される場合）を形成することができる。代替的に、またはそれに加えて、キャップを穿孔することで、とりわけ、試料を試料ウェルに追加する、またはキャリア流体をキャリアウェルに追加する、またはエマルジョンウェルからエマルジョンも取り出すためのアクセスポイントを形成し得る。
【００７５】
他の場合において、キャップを穿孔することで、真空ポート１９０などの、真空ポートの上に開口部を形成することができる。例えば、開口は、真空導管の端部をカバー（例えば、とりわけ、一次キャップのみ、一次キャップ、および二次キャップ、または両方）に押し通し、真空ポート内に入れことによって、または他の好適な方法によって形成され得る。いずれの場合も、開口部は、真空圧力をデバイスに印加するための真空供給源のアクセスポイントをもたらし得る。以下で詳しく説明されるように、これは、キャリア流体中に懸濁されている試料含有液滴のエマルジョンを形成すること、さらにはエマルジョンを試料シッパー１５８に通し、エマルジョンウェル１７０に輸送することも引き起こす。
【００７６】
図９は、デバイス１５２を用いてエマルジョンを形成し処理する方法で実行され得る例示的なステップを示す流れ図を示している。デバイスは、ここでは、概略断面図として示され、チューブ１５８および１６０ならびにポート１８４および１８６を同じ平面内に置き、チューブ１６２および１６４ならびにポート１８８および１９０を同じ平面内に置いている。試料ポート１８４は、図示されているように頂部において開いており、デバイス１５２の上から試料ウェル１６６へのアクセスをもたらし得るか、またはキャップ７８が穿孔され、そのアクセスをもたらし得る。
【００７７】
試料６４は、２２０の矢印で示されているように、デバイス１５２内に導入され得る。試料６４は、試料ポート１８４を通して試料ウェル１６６に分注されるものとしてよく、次いで、ポートは、適宜、カバー要素２２２で覆われ得る。例示的な実施形態において、カバー要素は、使用者が貼り付ける接着フィルム（例えば、粘着テープ）であり、キャップ７８内の好適な数の開口部を覆うことができる。カバー要素は、試料の封じ込めを確実にし、エマルジョン生成ユニット間で異なる試料による二次汚染の発生確率を低減する。図示されているように、試料６４は、試料ウェルの頂部および試料通路１９６の頂部よりも実質的に下にあるレベルまで加えられる。重力が試料をこの位置に保持し、液滴生成を続ける前にデバイスの試料ウェルの各々に試料を装填することができる。
【００７８】
キャリア流体１１６は、２２４の矢印で示されているように、デバイス１５２内に導入され得る。キャリア流体は、試料が試料ウェル内に分注される前または後に、キャリアポート１８６を通してキャリアウェル１６８内に分注され得る。デバイスは、頂部のところで開いているキャリアポート１８６を用いて使用者に対して供給されるか（例えば、キャリアポートを覆うキャップ７８で画成される開口部２２６により）、またはキャップ７８は、穿孔されて（使用者によって手動で、または器具を用いて自動的に）、キャップを通してキャリア流体を導入するためにキャリアポートを開く開口部を形成することができる。試料と類似する、キャリア流体は、圧力差によってキャリアウェルから追い出されるまで、重力によってキャリアウェル内に、また通路の内側のキャリア通路１９８の頂部の下に保持され得る。代替的に、デバイスは、キャリア流体が圧力差なしでチャネルネットワークに流れるように構成され得る。他の実施形態では、キャリア流体は、基部７６を通過することなく、（例えば、外部貯槽から）キャップ７８を通してデバイスのチャネルネットワーク内により直接的に導入され得る（実施例２参照）。言い換えれば、キャリアウェル１６８は、デバイスから省かれ得る。
【００７９】
２２８の矢印で指示されているように、真空が印加され得る。真空は、試料６４およびキャリア流体１１６を上方に推進し、それぞれの通路１９６、１９８に通してチャネルネットワーク内に送り込み、そのチャネル交差点に通して、液滴を形成し、下方に推進して液滴通路２００に通し、エマルジョンウェル１７０内にエマルジョン２３０として捕集する圧力差を発生する。真空の印加は、デバイス１５２のエマルジョン生成ユニット１５４上で並列に実行され、各ユニットで液滴群を形成し、各ユニットからエマルジョンを並列に捕集することができる。
【００８０】
各エマルジョンウェルは、２３２で指示されているように封止され得る。エマルジョンウェルは、例えば、チャネルネットワークの一部で熱かしめ２３４を行うことによってウェルと連通する各チャネルをブロックすることによって封止され得る。熱かしめ２３４は、例えば、流体がチャネルを通過しなくなるようにチャネルを溶融するか、または他の何らかの形で変形させることによって、それが配設されるチャネルを封止する（すなわち、閉鎖する（ブロックする））。したがって、熱かしめ２３４は、エマルジョンウェルを大気から、また他のウェルおよびチャネルネットワークの残り部分の流体内容物などの、システムの残り部分から流体的に絶縁する働きをする。同様に、熱かしめ２３４は、真空ポート、真空ウェル、および真空ドリッパーをシステムの残り部分から流体的に絶縁する。さらに、熱かしめは、試料ポート、試料ウェル、および試料シッパーを部分的に流体的に絶縁する。システムの他の部分へのシステムのそれらの試料関係の構成要素の唯一の残っている流体接続は、チャネルネットワークを通してキャリアウェルへ行われる。
【００８１】
上で説明されているような熱かしめを通じて、または他の手段によって、システムのさまざまな構成要素を互いから流体的に絶縁することは、システムを使用して試料含有液滴のエマルジョンを生成した後に実行され、エマルジョンがエマルジョンウェル内に残り、チャネルネットワーク内に引き戻されるか、または他の何らかの形で輸送されて戻ることのないようにすることができる。さらに、試料含有流体は、真空ホースまたは他のフィッティングを潜在的に汚染する可能性のある真空ポートに偶発的に入り得る状況を引き起こさず、潜在的に、これらの構成要素を毎回の使用後に破棄するのではなく再利用することを可能にする。流体的絶縁の別の目的は、エマルジョンを蒸発を引き起こすのに十分な温度に曝す可能性のある熱サイクリングにおいてキャリア流体または試料流体（例えば、水）などの流体がエマルジョンから喪失することを防ぐことであるものとしてよい。
【００８２】
各エマルジョンは、２３６の矢印で指示されているように、熱サイクリングされ得る（「ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｃｙｃｌｅｄ」は「ｔｈｅｒｍｏｃｙｃｌｅｄ」とも書かれ、「熱サイクリング」と言う）。熱かしめまたはエマルジョンウェルを流体的に絶縁する他の形態のステップの後に、デバイス１５２は、サーモサイクラ内に置かれて熱サイクリングされ、エマルジョンウェル内のエマルジョン中に存在する標的の増幅を引き起こし得る。最後に、エマルジョンポートを覆う、エマルジョンウェルの上のキャップ７８内に開口部が形成され、エマルジョンポートを開き、エマルジョンウェル内のエマルジョンへのアクセスをもたらし得る。これは、ピペット、針、または注射器先端部などの、エマルジョン抽出具がエマルジョンウェル内に挿入され、熱サイクリングされエマルジョンを抽出することを可能にする。
【００８３】
エマルジョンウェルからの抽出後に、エマルジョンは、例えば、液滴によって放出される蛍光放射線を検出することによって、エマルジョンの液滴中の標的の増幅を検出するように構成された検出システムまたは領域に輸送され得る。いくつかの場合において、試料含有エマルジョンは、熱サイクリングの後ではなく熱サイクリングの前にエマルジョンウェルから抽出されるものとしてよく、その場合、エマルジョンは、抽出器具内に配設されている間、または別の好適な容器内に置かれた後に熱サイクリングされる可能性がある。
【００８４】
次の説明では、液滴生成システムを操作するさらなる例示的な方法を提示する。これらの方法は、少なくとも図１〜図９に示され、上記の随伴する本文および以下の実施例２において説明されているシステムを含む、本明細書で説明されているさまざまな液滴生成システムとともに使用するのに一般的には適しているものとしてよい。以下に、また別のところに提示されるステップは、好適な任意の順序で、好適な任意の組合せ（ステップのサブセットからなる部分組合せを含む）で実行され得る。いくつかの実施形態では、ステップは、繰り返され得る。さらに、これらのステップは、本開示の他の好適なステップ、態様、および／または特徴と組み合わされ、および／または修正され得る。次の説明では図３〜図９を参照し、開示されている方法のさまざまなステップが実行された後の例示的な液滴生成システムの状態を指示し、本発明の方法と併用され得る好適なチャネルネットワークのいくつかの詳細について説明する。
【００８５】
試料含有流体は、チャネル構成要素（例えば、チャネル構成要素７２）の試料ポートを通して試料ウェル（例えば、試料ウェル１６６、図９Ａのステップ２２０参照）に導入され得る。いくつかの実施形態では、試料含有流体は、チャネル構成要素（および／または、基部７６などの、その基部）がウェル構成要素と結合される前に、試料ウェルに直接加えられ、これにより、試料ポートをバイパスすることができる。試料は、キャップ（例えば、キャップ７８）をチャネル構成要素の基部に取り付ける前または後に加えられ得る。
【００８６】
キャリア流体は、チャネル構成要素のキャリアポートを通してキャリアウェルに輸送され得る（例えば、図９Ａのステップ２２４参照）。いくつかの実施形態では、キャリア流体は、チャネル構成要素がウェル構成要素と結合される前に、キャリアウェルに直接加えられ、これにより、キャリアポートをバイパスすることができる。キャリア流体は、キャップを取り付ける前または後に加えられ得る。
【００８７】
キャップは、チャネル構成要素の基部の頂面を覆うように配設されるか、または付けられ、開口の頂部（例えば、ポートおよび通路）、および基部の頂面に形成されたチャネルネットワークを封止することができる。いくつかの場合において、チャネルネットワークの頂部はすでに、第１のキャップで封止されるものとしてよく、その場合、第２のキャップは、少なくとも１つの試料ポートなどの、１つまたは複数の開口を覆い、および／または封止するように付けられ得る。キャップは穿孔されて、チャネル構成要素内のキャリアポートを開き、これにより、キャリアウェル内への空気の流入を許すことができる。キャップは穿孔されて、チャネル構成要素内の真空ポートを開き、および／または流体的に接続し得る。
【００８８】
真空供給源は、真空ポートに接続され得る。いくつかの場合において、接続は、真空ポートに被さるキャップを穿孔することによって少なくとも一部は達成され得る。いくつかの場合において、真空導管の端部が、キャップを穿孔し、真空ポートにアクセスするために使用され得る。
【００８９】
陰圧が、真空供給源によって真空ポートに印加され得る（例えば、図９Ｂのステップ２２８参照）。これは、図９Ｂに示されている真空チューブ１６４などの、チャネル構成要素の反転真空ドリッパー内に、したがって、図５に示されている真空チャネル１９４などの、チャネルネットワークの真空チャネル内に、陰圧を引き起こす。図５〜図８を再び参照しつつより詳しく説明されるように、エマルジョンポート１８８の頂部は封止されているので、これは、図９Ｂに示されている液滴チューブ１６２などのチップ構成要素の液滴ドリッパー内に、したがって、液滴生成器のチャネル内に陰圧を発生する。
【００９０】
液滴チューブ１６２内の陰圧は、次のように試料シッパー１５８とキャリアシッパー１６０の両方に陰圧を引き起こす。図９Ａのステップ２２４において開かれた、露出されているキャリアポート１８６は、空気がキャリアポートを通り、キャリアウェル１６８内に流入することを許し、キャリア流体をチャネル構成要素の反転キャリアシッパー１６０に強制的に通し、チャネルネットワーク内に送り込む。さらに、試料通気チャネル１９２は、キャリアポートと試料ポートとの間の流体的連通をもたらし、空気が試料ポートを通して流入することを許し、試料含有流体を強制的に反転試料シッパーチューブに通し、チャネルネットワーク内に送り込む。
【００９１】
より具体的には、試料シッパー１５８内の陰圧は、試料含有流体が試料シッパーから試料通路１９６の頂部領域内に引き込まれ、そこからチャネルネットワークの試料チャネル１７４内に引き込まれることを引き起こす（図５および図６参照）。同様に、キャリアシッパー１６０内の陰圧は、キャリア流体がキャリアシッパーからキャリア通路１９８の頂部領域内に引き込まれ、そこからチャネルネットワークのキャリア流体チャネル１７６、１７８の対の中に引き込まれることを引き起こす。試料含有流体およびチャネルネットワーク内に引き込まれたキャリア流体は、チャネル接合部１８２によって形成される、十字型の液滴生成領域で交わる。
【００９２】
キャリア流体中に懸濁されている試料含有流体の液滴が、すでに説明されている方式で、液滴生成領域のところに生成される。図５に示されている十字型液滴生成領域は、単なる例にすぎない。いくつかの場合において、同じ数、または異なる数の交差するチャネルの他の構成が、液滴を生成するために使用されるものとしてよく、そのような構成はすべて、本開示の範囲内にある。
【００９３】
生成された液滴のエマルジョンは、チャネルネットワークの液滴チャネル１８０を通して液滴通路２００に輸送され、液滴ドリッパー１６２内に、そしてエマルジョンウェル１７０内に送り込まれ得る。
【００９４】
エマルジョンウェルへ延在する１つまたは複数のチャネルは、エマルジョンウェルを流体的に絶縁するように変形され得る。例えば、熱かしめが、チャネル構成要素のチャネルネットワークに施され、エマルジョンウェルを流体的に絶縁することができる（例えば、図９Ｂのステップ２３２参照）。それと同等のことであるが、このステップをチャネルネットワークの適切な領域を「熱かしめ」すると記述することも可能である。例えば、熱かしめは、液滴チャネル１８０、試料通気チャネル１９２、および真空チャネル１９４上に施され、エマルジョンウェルを液滴生成システムの他の部分と流体的に連通しないように封止することができる（例えば、チャネル位置について図５参照）。すでに説明されているように、これは、生成された液滴がチャネルネットワーク内に逆流すること、したがって生成された液滴がその後の検出ステップのために検出システムに到達できないことを、また生成された液滴が液滴生成システムの他の再利用可能な部分を潜在的に汚染することを防ぐ。熱かしめは、熱サイクリングにおいて液滴および／またはキャリア流体を蒸発減から保護することも行う。
【００９５】
生成された液滴は、適宜、熱サイクリングされ、液滴内に含有され得る１つまたは複数の標的の個別のコピーを増幅する（例えば、図９Ｂのステップ２３６参照）。代替的に、液滴は、エマルジョンウェルから取り出され、別の容器内で熱サイクリングされる（または他の何らかの形で処理される）ものとしてよい。
【００９６】
生成された液滴は、エマルジョンウェルから適宜取り出され、検出領域に輸送され、検出システムは、液滴中の１つまたは複数の特定の標的の存在の痕跡としてフォトルミネッセンス（蛍光などの）を検出するように構成され得る。すでに説明されているように、いくつかの場合において、液滴は、液滴生成システムのエマルジョンウェル内にまだ配設されている間に熱サイクリングされ、および／または液滴システムに輸送され得るが、他の場合には、液滴は、熱サイクリングの前、または熱サイクリングの後の検出ステップの前に、エマルジョンウェルから抽出され得る。
【００９７】
上で一般的に説明され、図３〜図９に示されているマイクロ流体デバイス１５２の多くのバリエーションが可能であり、本開示の範囲内に収まる。例えば、ウェル構成要素は、とりわけ、３２、９６、または３８４個のウェルなど、望ましい数のウェルを備え、これにより、８、２４、または９６個の試料をそれぞれ単一のシステムで液滴形態に処理することができる。同様に、いくつかの場合において、チャネル構成要素は、望ましい数のポートおよびチャネルネットワークを備えることができ、これにより複数の試料を単一のチャネル構成要素で取り扱うことができる。さらに、液滴生成システムの開口、ウェル、チャネルネットワーク、および他の要素の正確な寸法および形状は、使いやすさおよび性能に関して選択され、システムの異なる用途に合わせて異なり得る。
【００９８】
（実施例２）
流体ピックアップおよびキャリアマニホールドを用いる液滴生成デバイス
【００９９】
この実施例では、流体処理システム５０（図１、図２、図２Ａ、および図２Ｂ参照）のためのマイクロ流体デバイス５２の例示的な一実施形態２５２について説明する。デバイス２５２は、各エマルジョンの試料に対して固定された専用ピックアップチューブを使用してエマルジョンのアレイを生成するように構成される。デバイスは、デバイス２５２に流体的に接続されているデバイスから外れている（外部）キャリア貯槽からエマルジョンのすべてに対するキャリア流体を受け入れるキャリアマニホールドを有する。図１０〜図１８参照。
【０１００】
図１０および図１１は、デバイス２５２のそれぞれの組み立て図および分解図を示している。デバイスは、第１節および／または実施例１における上述の特徴の任意の組合せを有することができる。例えば、デバイス１５２について上で説明されているように、デバイス２５２は、試料保持部分、すなわち、複数のウェルを画成するウェル構成要素６６を備える。デバイスは、流体処理部分、すなわち、ウェル構成要素に取り付けられ、ウェルに流体的に接続されるマイクロチャネルなどの複数のチャネルを画成するチャネル構成要素７２も備える。デバイス１５２の要素に機能的におよび／または構造的に対応するデバイス２５２の要素は、一般的に、デバイス１５２の場合と同じ参照番号を使用して識別される。
【０１０１】
チャネル構成要素７２は、基部７６および基部に被さるキャップ７８を有する。キャップは、基部に取り付けられ、基部はウェル構成要素６６に取り付けられ、これは好適な任意の順序であってよい。言い換えれば、チャネル構成要素７２は、基部７６がウェル構成要素６６に取り付けられる前、または取り付けられた後に組み立てられ得る。チャネル構成要素７２は、流体的に接続されているエマルジョン生成ユニット１５４のアレイをもたらす。図示されている実施形態において、デバイスは、ＳＢＳコンパチブルグリッドにおいてユニット１５４の２×８のアレイを有する。
【０１０２】
キャップ７８は、試料含有エマルジョンが形成される前にデバイスに試料を装填するため試料流体がデバイス２５２の頂部側から導入され得る際に通る複数の事前形成された開口２５４を画成する。各開口２５４は、ウェル構成要素６６の異なる試料ウェル１６６と位置合わせされ、基部７６によって画成され、試料ウェルと位置合わせされた試料ポート１８４に対する開口部を形成する。開口２５４は、試料が試料ウェル内に導入された後にカバーで閉鎖され得る（例えば、デバイス１５２については上の図９を参照）。
【０１０３】
キャップ７８は、基部７６およびウェル構成要素６６によってそれぞれ画成される対をなす片方のアセンブリ開口部２５８、２６０を有する１つまたは複数のアセンブリ開口部２５６も画成し得る。異なる部分のアセンブリ開口部は、製造されるときの組み立て時に、または最終使用者によって、部分の位置合わせを円滑にするように互いに位置合わせされ得る。開口部は、さらに、または代替的に、デバイス２５２の複数のコピーを開口部が置かれ得るペグまたは他の突起部を有するホルダ内に配列することを可能にし得る。ホルダは、デバイスのコピーを、互いに関してコピーの、したがってコピーのすべての試料ウェル（およびエマルジョンウェル）の、定められた位置および間隔を有するアレイ内に位置決めし得る。
【０１０４】
図１２は、ウェル構成要素６６の上面図を示している。ウェル構成要素は、各エマルジョン生成ユニット１５４の下に試料ウェル１６６およびエマルジョンウェル１７０を画成する（図１１も参照）。各ウェルは、好適な任意の形状を有することができる。例えば、図示されている実施形態において、各試料ウェルは、水平方向に細長く、各エマルジョンウェルは、円錐形である。ウェルは、流体密封シールで基部７６に取り付けるため平面状頂面であってよい、ウェル構成要素６６の頂面２６２内に形成される。デバイス２５２のウェル構成要素６６は、キャリアウェルを有しない（図３〜図９のデバイス１５２と比較した場合）。
【０１０５】
図１３〜図１５は、基部７６のさまざまな視点の図である。基部は、基部の頂面２６５に形成されたチャネルネットワーク２６４を有する。他の実施形態では、チャネルネットワークは、キャップ７８の底面内に形成され得る（例えば、図２Ａおよび図２Ｂ参照）。チャネルネットワーク２６４は、エマルジョン生成ユニット１５４を流体的に相互接続されたセットとして形成する。（エマルジョン生成ユニットの１つが、図１４に示されている。）デバイス２５４のユニット１５４の流体的相互接続は、実施例１のデバイス１５２とは対照的であり、流体的に絶縁されたチャネルネットワーク１５６のアレイをもたらす（実施例１参照）。より具体的には、デバイス２５２のエマルジョン生成ユニットは、各々チャネルネットワーク２６４のキャリアマニホールド２６６に流体的に接続される。図示されている実施形態において、キャリアマニホールドは、エマルジョン生成ユニット１５４の２つの行の間で、基部７６の頂面上で長手方向に延在するチャネルネットワークのより大きい（より広い／より深い）供給チャネル２６８を備える。キャリアマニホールドは、その長さに沿って、チャネルネットワークの横方向分岐チャネル、すなわち、各エマルジョン生成ユニット１５４の一対のキャリアチャネル１７６、１７８を接続する（図１４参照）。他の実施形態では、ただ１つのキャリアチャネル（または３つまたはそれ以上のキャリアチャネル）が、キャリアマニホールドから各エマルジョン生成ユニットに延在し得る。他の実施形態では、キャリアマニホールドは、分岐が各々デバイスのキャリアチャネルのサブセットに接続される分岐供給チャネル構成を備えることができる。
【０１０６】
キャリアマニホールド２６６は、少なくとも１つのキャリアポートを介してキャリア流体の外部供給源に接続可能である。図示されている実施形態において、キャリアマニホールド２６６の反対側端部は、キャリアポート２７０ａ、２７０ｂを形成する（図１３参照）。しかしながら、キャリアマニホールドは、キャリアマニホールドに沿った好適な任意の位置で好適な任意の数のキャリアポートを形成し得る。さらに、デバイスは、好適な任意の数の明確に区別できる、および／または分離しているキャリアマニホールドを有し得る。
【０１０７】
キャリアポートは、好適な方法で使用され得る。いくつかの実施形態では、キャリアポートのうちのただ１つが、デバイス２５２により液滴を形成する方法の実行中にキャリア流体の供給源に接続され得る。使用者は、キャリア流体をデバイス２５２に導入するためにどのキャリアポートが利用されるかを選択することを許され得る。他のキャリアポートは、閉鎖されたままにされ、液滴生成を推測することなくトラップされた空気が捕集することができる領域をもたらし得る。代替的に、第１のキャリアポートは、キャリア流体の供給源に接続されるものとしてよく、第２のキャリアポートは、キャリア流体をキャリアマニホールドに事前装填することを許すように開いているか、または開くことができる。この場合、キャリア流体は、第１のキャリアポートを介してキャリアマニホールド内に受け入れられ、空気および／または過剰なキャリア流体は、第２のキャリアポートを介してキャリアマニホールドから出るものとしてよい。第２のキャリアポートは、事前装填の操作の後、および真空または液滴生成を推進する圧力を印加する前に封止され得る。いくつかの実施形態では、２つまたはそれ以上のキャリアポートは、キャリア流体の同じ供給源に接続されるものとしてよく、これにより、２つまたはそれ以上の明確に区別できるキャリアポートを介してキャリア流体がチャネルネットワークに入ることを許すことができる。
【０１０８】
図１６は、キャリア流体１１６の外部供給源２７２に流体的に接続されているキャリアポート２７０ａの断面図を示している。ポートは、基部７６の頂面内に形成され、キャリアマニホールドの供給チャネル２６８と横方向に連通する止まり穴２７４を備えることができる。止まり穴２７４は、供給チャネル２６８よりも広くおよび／または深いものとしてよい。他の実施形態では、供給チャネル２６８は、その長さに沿った好適な位置で広くなるか、または深くなり、１つまたは複数のキャリアポートを形成することができ、および／または供給チャネルは、キャリアポートを構成するためにその長さに沿った任意の位置でアクセスされ得る。キャリアポートを含む、キャリアマニホールド２６６は、キャップ７８により頂部のところで封止され得る。キャップは、導管２７７などを介して、キャリア流体の外部供給源に流体的に接続されている中空穿孔要素２７６を用いてキャリアポートの上でいつでも穿孔され得る。穿孔要素２７６は、穿孔要素の周りにキャップ７８で流体密封シールを形成することができるガスケット２７８に接続され、および／またはそれにより一体形成され得る。結果として、キャリア流体の外部供給源は、キャリアポート２７０ａを介してキャリアマニホールド２６６に流体的に接続され、これにより、２７９の流れの矢印によって指示されているように、キャリア流体をキャリアマニホールド内に押し込み、および／または引き込むことができる。
【０１０９】
図１４は、エマルジョン生成ユニット１５４のうちの１つのチャネルおよび開口を示している。ユニットは、デバイス１５２のものと似たチャネル構造を有する（例えば、図５参照）。液滴生成のための部位として機能するチャネル接合部１８２は、試料チャネル１７４およびキャリアチャネル１７６、１７８が液滴チャネル１８０と交わる場所に形成される。デバイス１５２内にあるような、ユニットは、また、試料を試料ウェルに加えるための試料ポート１８４、およびエマルジョンがエマルジョンウェル内に捕集された後にエマルジョンウェルからエマルジョンを取り出すためのエマルジョンポート１８８を有し、各ポートは基部７６内のスルーホールとして形成される。しかしながら、ユニットは、対応するキャリアポートを有していない。その代わりに、キャリア流体が接続されている、デバイスから離れている供給源から供給される。さらに、デバイス１５２内にあるような、エマルジョン生成ユニットは、下にある試料ウェルから試料チャネル１７４へ試料を上方に導く試料通路１９６、およびキャリア流体内の液滴を液滴チャネル１８０から下方に下にあるエマルジョンウェルへ導く液滴通路２００を有する。
【０１１０】
図１７は、デバイス２５２の試料ウェル１６６およびエマルジョンウェル１７０を通るように取られた断面図を示している。（チャネルは、小さすぎてこの図に示せない。）液滴チューブ１６２は、基部７６の本体部８０からエマルジョンウェル１７０内に突き出る。液滴チューブは、非常に短く、捕集されたエマルジョンが液滴チューブ内に再入する可能性を最小にする。液滴通路２００は、チューブ１６２を通り上方に進みチャネルネットワークまで延在する。
【０１１１】
図１８は、試料ウェル１６６を通るように取られた断面図を示している。試料ウェルは、非対称的形状を有し、左側の端部で深く、右側の端部で浅くなっている。試料チューブ１６２は、そのより深い端部における試料ウェルの底部の近くの位置まで下方に延在する。ここで図示されているように、試料ウェルを比較的広く、浅く構成することで、試料チューブ１６２をより短く、太いものにすることができる。その結果、試料チューブは、基部７６の残り部分と一体になるように射出成形され得る。
【０１１２】
試料ポート１８４およびエマルジョンポート１８８は、各々、関連付けられているポート、すなわち、通気ポート２９０および真空ポート２９２にそれぞれ接続される（図１４および図１８参照）。ポート２９０および２９２の各々は、基部７６の頂面内に形成され、それぞれのチャネル２９８または３００によってポート１８４または１８８に接続されるそれぞれの止まり穴２９４、２９６によって作製される。
【０１１３】
通気ポート２９０は、ウェルが装填され、開口２５４がカバーで封止された後に試料ウェル１６６を通気するための部位をもたす（図１０および図１１も参照）。キャップ７８は、穿孔要素により通気ポート２９５上で穿孔され、ポートを開き、それによりエマルジョン形成が開始する前に試料ウェルを通気する。通気ポート２９０は、チャネル２９８によって試料ポート１８４から隔てられ、試料ウェルが通気されるときに穿孔要素が試料で汚染される可能性を低減する。
【０１１４】
真空ポート２９２は、通気ポート２９０と構造が類似しており、エマルジョンポート１８８を介して真空供給源を下にあるエマルジョンウェルに接続するための部位をもたらす。真空ポートは、チャネル３００によってエマルジョンポート１８８から隔てられ、真空供給源をデバイス２５２に接続するためにキャップが真空ポート２９２の上で穿孔されるときに、および／または真空が印加されるときに、真空システムをエマルジョンで汚染する可能性を低減する。チャネル３００は、また、熱および適宜圧力の印加を通じて熱かしめを介するなどしてチャネル変形を通じてチャネル３００を閉鎖することによって、エマルジョンが生成された後に、エマルジョンウェルを封止することを可能にする。チャネル１８０および３００は、互いの近くまで延在し、これにより、両方のチャネルを横切って延在する熱かしめ領域３０２などにおいて、１回の操作で同時にそれらに熱かしめをすることを可能にし、それによって、エマルジョン生成の後、および熱サイクリングの前にエマルジョンウェルを完全に封止する。代替的に、チャネル１８０および３００は、同時に、または異なるときに別々に熱かしめされ得る。熱かしめ領域３０２においてチャネル１８０および３００を熱かしめすることは、図９Ｂに示されている最後の構成について上で説明されている熱かしめ２３４に類似している。
【０１１５】
（実施例３）
マイクロ流体デバイスと接合する例示的な器具
【０１１６】
この実施例では、マイクロ流体デバイス２５２に流体的に接続されるように構成されている例示的な器具３１０、およびこの器具を使用してエマルジョンを生成する例示的方法について説明する。図１９〜図２１参照。
【０１１７】
図１９および図２０は、デバイス２５２内の流体流を推進し、制御するためのマイクロ流体システム５０の器具３１０を示している。器具３１０は、本明細書で開示されているマイクロ流体デバイスのどれかとともに使用するように構成され得る。器具３１０によって自動的に実行される操作のどれか、またはすべては、代替的に、使用者によって手動で実行され得る。
【０１１８】
器具３１０は、少なくとも１つの処理ヘッド３１４に関してデバイス２５２を保持し、位置決めするための支持体３１２を備え得る。処理ヘッド３１４は、デバイス２５２の上に、デバイスと位置合わせされ、位置決めされるか、または位置決め可能であり、デバイス２５２の頂部側と接合するように構成される。図１９に示されている構成において、処理ヘッドは、流体処理が開始される前、処理ヘッド３１４がまだデバイスと接触していない状態で、デバイス２５２の上の前処理する、準備のできている位置にある。処理ヘッドは、推進機構３１６（「ドライバ」）、キャリア流体１１６を収容するキャリア流体貯槽３１８、および真空ポンプ３２２（または真空もしくは圧力の他の供給源）を含む真空供給源３２０に動作可能に接続され得る。フレームが、器具の他の構造の取り付け、編成、および／または指示のための部位をもたらし得る。
【０１１９】
処理ヘッド３１４は、本体部３２６と、本体部に接続された複数の穿孔要素とを有する（図１９および図２０参照）。穿孔要素は、デバイス２５２のさまざまなポートと垂直に位置合わせされるか、または位置合わせ可能であるものとしてよく、これにより、穿孔要素はポートの上のカバーを穿孔することができる。通気口を形成するか、またはポートをキャリア流体貯槽３１８もしくは真空供給源３２０に流体的に接続するなどのために、カバーを穿孔して、ポートを開く。
【０１２０】
穿孔要素は、要素によって開かれるポートのタイプに応じて、明確に区別できるタイプとして、すなわち、キャリア穿孔要素３２８ａ、通気穿孔要素３２８ｂ、および真空穿孔要素３２８ｃとして分類され得る。これらのタイプの１つまたは複数は、図１３および図１４を図２０と比較することによって示されるように、デバイス２５２の対応するポートの配置構成とマッチするように配列され得る。少なくとも１つのキャリア穿孔要素３２８ａは、少なくとも１つのキャリアポート２７０ａまたは２７０ｂと位置合わせされるか、または位置合わせ可能であるものとしてよい（ポート２７０ｂは、この例では位置合わせされている）。複数の通気穿孔要素３２８ｂは、対応する複数の通気ポート２９０と位置合わせされるか、または位置合わせ可能であるものとしてよい。（この例では、通気穿孔要素のすべてが、すべての通気ポートと位置合わせされる。）複数の真空穿孔要素３２８ｃは、対応する複数の真空ポート２９２と位置合わせされるか、または位置合わせ可能であるものとしてよい。（この例では、真空穿孔要素のすべてが、真空ポートのすべてと位置合わせされる。）したがって、処理ヘッド３１４およびデバイス２５２は、同時に２つまたはそれ以上のタイプのポートを穿孔するように互いに関して垂直に移動され得る。いくつかの実施形態では、２つまたはそれ以上のタイプのポートは、異なるときに穿孔され得る。例えば、通気ポートは、真空ポートおよび／またはキャリアポートの前または後などに、異なるときに穿孔され得る。別の例として、穿孔ポートは、真空ポートと異なるときに穿孔され得る（例えば、キャリアマニホールドにキャリア流体を事前装填するため）。さらに、与えられたタイプのポートは、異なるときに２つまたはそれ以上のセットとして穿孔され得る。ポートは、例えば、とりわけ、より少ない穿孔要素を備える水平方向位置決め可能処理ヘッド、２つまたはそれ以上の処理ヘッド（例えば、通気ポートと真空ポートとで異なるヘッド）、またはポートのうちのいくつか（例えば、通気ポート）を手動で穿孔するための別個の工具を使用して異なるときに穿孔され得る。
【０１２１】
穿孔要素３２８ａ、３２８ｂ、および３２８ｃは、器具の同じ処理ヘッド３１４または異なる処理ヘッド３１４上にあるものとしてよい。いくつかの実施形態では、穿孔要素のセットのうちの１つまたは複数は、デバイスのポートのすべてまたはサブセットによって画成されるアレイとマッチするアレイに配置構成され得る。例えば、穿孔要素３２８ｂは、デバイスの２つまたはそれ以上の通気ポート２９０の配置構成とマッチするアレイに配置構成され得る。いくつかの実施形態では、穿孔要素３２８ｂは、デバイスの各通気ポート２９０など、複数の通気ポート２９０を、同時に穿孔するように構成され得る。穿孔要素３２８ｃは、デバイスの２つまたはそれ以上の真空ポート２９４の配置構成とマッチするアレイに配置構成され得る。いくつかの実施形態では、穿孔要素３２８ｃは、デバイスの各真空ポート２９４など、複数の真空ポート２９４を、同時に穿孔するように構成され得る。いくつかの実施形態では、穿孔要素３２８ｂおよび３２８ｃは、複数の通気ポート２９０および複数の真空ポート２９４を同時に穿孔するように配置構成され得る。いくつかの実施形態では、穿孔要素３２８ａおよび３２８ｃは、少なくとも１つのキャリアポート２７０ａまたは２７０ｂおよび複数の真空ポートを同時に穿孔するように配置構成され得る。
【０１２２】
各穿孔要素はガスケット３３０に関連付けられていてもよく、これはその穿孔要素専用であるか、または２つまたはそれ以上の穿孔要素の間で共有され得る（以下参照）。各穿孔要素は、中空または中実であってよい。
【０１２３】
キャリア穿孔要素３２８ａは、３３２の矢印で示されているように、キャリア流体供給源３１８に接続され得る。したがって、各キャリア穿孔要素３２８ａは、穿孔要素３２８ａがキャリアポート内に入ったときにキャリア流体供給源をキャリアマニホールド２６６に流体的に接続し得る。
【０１２４】
通気穿孔要素３２８ｂは、大気との流体的連通を発生させ得る。したがって、各通気穿孔要素３２８ｂは、穿孔要素３２８ｂが通気ポートを開いたときに（例えば、試料ポートがカバーされた後に）、デバイスの外側の周囲空気を通気ポート２９０およびその関連付けられている試料ウェルと接続するように機能し得る。
【０１２５】
真空穿孔要素３２８ｃは、３３４の矢印で示されているように、真空供給源３２０に接続され得る。したがって、各穿孔要素３２８ｃは、穿孔要素が真空ポート内に入ったときに真空ポンプを真空ポート（およびその関連付けられているエマルジョンウェル）に流体的に接続し得る。ヘッド３１２は、真空穿孔要素が真空供給源と連通する際に使用する真空マニホールド３３６を備え得る。
【０１２６】
推進機構３１６は、支持体３１２およびヘッド３１４を互いに関して移動する。図示されている実施形態において、推進機構は、支持体３１２が静止したままである間にヘッド３１４が移動することを引き起こす。他の実施形態では、推進機構は、とりわけ、ヘッド３１４が静止たままである間に支持体３１２が移動することを引き起こし得る。推進機構は、ヘッドがデバイス上の１つの位置で機能のすべてを実行できる場合などにおいて、ヘッド３１４を１つの次元でのみ、すなわち、垂直軸に沿って移動し得る。代替的に、推進機構は、３４０で指示されているように、２つまたは３つの次元でヘッド３１４を移動することができ、これは、ヘッドを複数回デバイス上に位置決めすることを可能にし、これにより異なる機能を実行し、および／またはエマルジョン生成ユニットの異なるサブセットに対して同じ機能を複数回実行することができる（例えば、ユニットの異なるサブセットからエマルジョンを順に生成する）。
【０１２７】
器具は、また、熱かしめなどによって、デバイス２５２のチャネルを変形し、チャネルを通る流体の通路をブロックするように構成され得る。例えば、器具は、エマルジョン形成の後にデバイス２５２の頂部側に押し当てられてチャネル１８０およびエマルジョンウェルに関連付けられているチャネル３００をブロックすることによって各エマルジョンウェルを封止することができる１つまたは複数の加熱要素を有することができる（図１４参照）。したがって、加熱要素は、エマルジョン生成ユニットの間隔とマッチするアレイに、およびより具体的には、チャネルの対１８０および３００によって画成された熱かしめ領域３０２のアレイとマッチし、位置合わせ可能であるアレイに配置構成され得る（図１４参照）。加熱要素は、ヘッド３１４または器具の異なるヘッド上に存在し得るか、または異なる器具によってもたらされ得る。いずれの場合も、エマルジョンは、チャネル変形によってエマルジョンウェル内で流体的に絶縁され、次いでウェル内で熱サイクリングされ得る。いくつかの実施形態では、チャネルを変形するためにレーザーが使用され得る。
【０１２８】
キャリア流体貯槽３１８は、真空ポンプ３２２で貯槽からデバイス２５２内にキャリア流体を引き込むことができるように通気され得る。代替的に、またはそれに加えて、キャリア流体貯槽は、適宜真空供給源３２０からの補助を受けて、キャリア流体１１６を推進させ貯槽からデバイス内に送るオプションのキャリアポンプ３４２に接続され得る。キャリアポンプは、一般に、真空供給源で真空を印加する前にキャリア流体をデバイス内に事前装填するために使用されない限り必要ではない。
【０１２９】
器具３１０は、さらに、とりわけ、推進機構３１６、真空ポンプ３２２、および／または弁および／またはそのための圧力計、および／またはキャリアポート３４２の任意の組合せと通信するプロセッサ３４４（コントローラと言い換え可能）を備えることができる。プロセッサは、デバイス２５２内の流体処理を制御し、調整することができる。
【０１３０】
図２１は、器具３１０のための別の例示的な処理ヘッド３１４ａを示している。ヘッド３１４ａは、複数の真空穿孔要素３２８ｃによって各々共有されるガスケット３３０ａ、３３０ｂを有するという点でヘッド３１４と異なる。いくつかの実施形態では、ガスケットは、１つまたは複数の穿孔要素と一体に形成され得る。
【０１３１】
エマルジョンは、次のようにデバイス２５２により調製され得る。以下で提示されるステップは、好適な順序および組合せで実行され、各々、説明されているように、使用者または器具３１０によって実行され得る。特定のステップにかかわる構造を示す図が、以下で参照されている。
【０１３２】
試料は、試料ウェル１６６の各々に装填され得る（図１０および図１１を参照）。同じまたは異なる試料の複製が、ウェル内に装填され得る。各試料は、キャップ７８の開口２５４と基部７６および／または本体部８０の試料ポート１８４とを通して試料ウェル内に導入され得る（図１０、図１１、および図１４参照）。
【０１３３】
試料ポート１８４は、少なくとも１つのカバーを付けることによって覆われるものとしてよい。１つまたは複数のカバーは、試料ポートの上に置かれ、これはキャップ７８に取り付けられ（取り付けられず）、また各試料ポートを封止する（または封止しない）ものとしてよい。各試料ポートを覆うことで、試料ウェル間の二次汚染の発生の可能性を低減することができる。いくつかの実施形態では、試料ポートは、とりわけ、覆われないままにされるか、緩く覆われるか、または事前穿孔されたカバーで覆われるものとしてよく、試料ウェル用に通気ポートを穿孔する必要がないようにできる。
【０１３４】
デバイス２５２は、器具３１０の支持体３１２上に置かれるものとしてよい。いくつかの実施形態では、通気ポート２９０は、デバイスが支持体に置かれる前に穿孔され得る（例えば、別個の工具を用いて）。いくつかの実施形態では、通気ポートは、使用者に供給されるときに開いていてもよい（例えば、製造業者によって穿孔されるか、または製造されるとき覆われていないままにされる）。
【０１３５】
処理ヘッド３１４およびデバイス２５２は互いに関して移動され、ポートの上にあるカバー（１つまたは複数の層からなる）を穿孔するものとしてよく、これはキャリア貯槽３１８などのキャリア流体の供給源を１つまたは複数のキャリアポートに接続し、および／または真空供給源３２０を１つまたは複数の真空ポートに接続し得る。
【０１３６】
エマルジョン形成を推進するために、真空供給源３２０を用いて真空がデバイス２５２に印加され得る。真空は、例えば、真空供給源の弁を開いて真空ポンプおよび／または真空チャンバをデバイス２５２の各真空ポートに接続することによって印加され得る。真空が印加されると、キャリア流体をキャリアマニホールド２６６内に引き込み、また各エマルジョン生成ユニット１５４のキャリアチャネル１７６、１７８の各々の中に引き込む（図１４参照）。真空が印加されると、各試料ウェルから試料流体を試料チャネル１７４に引き込むことも行われる。チャネルネットワークは、キャリア流体が最初にチャネル接合部に到達するように、チャネル接合部へのキャリア流体移動に比べて各チャネル接合部１８２への試料移動に対する流体インピーダンスが大きくなるように設計される。この配置構成は、十分なキャリア流体がチャネル接合部に供給される場合に、エマルジョン中の試料のすべてが、キャリア流体によってカプセル化されることを確実にする。その結果得られる、各エマルジョン生成ユニット１５４によって形成されるエマルジョンは、それぞれのエマルジョンウェル１７０内に捕集される（図１１から図１４参照）。各エマルジョンは、キャップ７８を穿孔した後にエマルジョンポートを介してエマルジョンウェルから取り出され得るか、またはエマルジョンポートがエマルジョン形成時に覆われていない場合にエマルジョンポートを穿孔することが不要になり得る。
【０１３７】
本開示の流体処理システムに適しているものとしてよい液滴生成を推進し制御するための例示的な器具およびそのような液滴生成の例示的な方法のさらなる態様は、参照により本明細書に組み込まれている、上述の「相互参照」の節で列挙されている特許文献において説明されている。
【０１３８】
（実施例４）
選択された実施形態Ｉ
【０１３９】
この節では、一連の番号を振られた段落として制限なく提示されている、液滴生成のためのシステムおよび方法のさらなる実施形態について説明する。
【０１４０】
１．液滴を生成するためのシステムであって、（Ａ）試料ウェル、キャリア流体ウェル、およびエマルジョンウェルを備えるウェル構成要素と（Ｂ）ウェル構成要素に取り付けられるように構成されたチップ構成要素であって、チップ構成要素がウェル構成要素に取り付けられるときに試料ウェルへのアクセスをもたらすように構成された試料ポートと、チップ構成要素がウェル構成要素に取り付けられるときにキャリア流体ウェルへのアクセスをもたらすように構成されたキャリア流体ポートと、チップ構成要素がウェル構成要素に取り付けられるときにエマルジョンウェルへのアクセスをもたらすように構成された液滴ポートと、チップ構成要素がウェル構成要素に取り付けられるときに試料ウェル内に貫入するように構成された第１の中空突起部内に入る第１の開口と、チップ構成要素がウェル構成要素に取り付けられるときにキャリア流体ウェル内に貫入するように構成された第２の中空突起部内に入る第２の開口と、チップ構成要素がウェル構成要素に取り付けられるときにエマルジョンウェル内に貫入するように構成された第３の中空突起部内に入る第３の開口と、第１の中空突起部を介して試料ウェルから試料含有流体を受け入れ、第２の中空突起部を介してキャリア流体ウェルからキャリア流体を受け入れ、キャリア流体中に懸濁されている試料含有液滴のエマルジョンを生成し、第３の中空突起部を介してエマルジョンをエマルジョンウェルに輸送するように構成されたチャネルネットワークとを備えるチップ構成要素とを具備するシステム。
２．チップ構成要素の頂面の上に付けられるように構成された貫通可能カバーをさらに備える段落１に記載のシステム。
３．ウェル構成要素は、真空ウェルをさらに備え、チップ構成要素は、チップ構成要素がウェル構成要素に取り付けられるときに真空ウェルへのアクセスをもたらすように構成された真空ポートと、チップ構成要素がウェル構成要素に取り付けられるときに真空ウェル内に貫入するように構成された第４の中空突起部内に入る第４の開口とをさらに備え、チャネルネットワークは、真空ポートに印加され、第４の中空突起部を介してチャネルネットワークに伝達される陰圧に応答してエマルジョンを生成するように構成される、段落１に記載のシステム。
４．真空ポート内に嵌合し、陰圧をチャネルネットワークに印加するように構成された真空供給源をさらに備える段落３に記載のシステム。
５．チャネルネットワークは、真空ウェルから真空圧力をエマルジョンウェルに伝達するように構成された真空チャネルを備える段落３に記載のシステム。
６．チップ構成要素は、実質的に平面状の基材を備え、チャネルネットワークは、実質的に平面状であり、基材内に配設される段落１に記載のシステム。
７．チャネルネットワークは、キャリア流体ポートから試料ウェルへの空気の通路を形成するように構成された試料通気チャネルを備える段落６に記載のシステム。
８．ウェル構成要素および液滴生成構成要素は、レギュラーアレイを形成するように繰り返され、ウェル構成要素と垂直方向に隣接する液滴生成構成要素とからなる対が明確に区別できる液滴群を生成することができる段落１から段落７のいずれか一項に記載のシステム。
９．レギュラーアレイは、マイクロプレートフットプリントである段落８に記載のシステム。
１０．液滴を生成する方法であって、（Ａ）試料含有流体を処理してウェル構成要素の試料ウェル内に入れる（または試料含有流体をウェル構成要素の試料ウェルに加える）ステップと、（Ｂ）試料含有流体を処理してウェル構成要素のキャリア流体ウェル内に入れる（またはキャリア流体をウェル構成要素のキャリア流体ウェルに加える）ステップと、（Ｃ）封止部材を、ウェル構成要素に取り付けられている液滴生成チップ構成要素の頂面の上に付けるステップと、（Ｄ）封止部材を穿孔して、チップ構成要素内に形成されているキャリア流体ポートを露出させ、キャリア流体ウェルへのアクセスをもたらすステップと、（Ｅ）封止部材を穿孔して、チップ構成要素内に形成されている真空ポートを露出させるステップと、（Ｆ）真空供給源を真空ポート内に挿入するステップと、（Ｇ）真空供給源を用いて陰圧を真空ポートに印加し、それにより、チップ構成要素から試料ウェル内に貫入する第１の中空突起部を介して試料含有流体が試料ウェルからチップ構成要素のチャネルネットワーク内に入ることを引き起こし、チップ構成要素からキャリア流体ウェル内に貫入する第２の中空突起部を介してキャリア流体がキャリア流体ウェルからチャネルネットワーク内に入ることを引き起こすステップと、（Ｈ）チップ構成要素の液滴生成領域内でキャリア流体中に懸濁されている試料含有流体の液滴を生成するステップと、（Ｉ）液滴を処理してウェル構成要素のエマルジョンウェルに送るステップとを含む方法。
１１．液滴は、チップ構成要素からエマルジョンウェル内に貫入する第３の中空突起部を介してチップ構成要素からエマルジョンウェルに輸送される段落１０に記載のシステム。
１２．真空ポートは、ウェル構成要素の真空ウェルへのアクセスをもたらし、真空ポートに印加される陰圧は、チップ構成要素から真空ウェル内に貫入する第４の中空突起部を介してチップ構成要素に伝達される段落１１に記載のシステム。
１３．液滴を処理してエマルジョンウェルに送った後に、エマルジョンウェルをウェル構成要素の他のウェルから流体的に絶縁するステップをさらに含む段落１０に記載のシステム。
１４．エマルジョンウェルを流体的に絶縁するステップは、チャネルネットワークの一部に熱かしめを施すステップを含む段落１３に記載のシステム。
１５．液滴に熱サイクリングを行って液滴中に存在する標的分子の増幅を行わせるステップと、増幅された標的分子によって放出される蛍光放射線を検出するステップとをさらに含む段落１３に記載のシステム。
１６．封止部材を穿孔して真空ポートを露出させるステップは、真空供給源によって実行される段落１０に記載のシステム。
１７．試料を試料ウェルに加えるステップは、封止部材を付けるステップの後に実行される段落１０に記載のシステム。
１８．試料を加えるステップは、封止部材を穿孔して試料ウェルへのアクセスを得るステップを含む段落１７に記載のシステム。
１９．液滴を生成する方法であって、（Ａ）液滴を生成するための液滴生成構成要素と、試料含有流体を試料ウェル内に、キャリア流体をキャリアウェル内に、液滴をエマルジョンウェル内に保持するためのウェル構成要素とを備えるシステムを選択するステップであって、液滴生成構成要素は、ウェル構成要素の上に位置決めされ、試料ウェル内に試料含有流体が、キャリアウェル内にキャリア流体がある、ステップと、（Ｂ）試料含有流体およびキャリア流体を、重力に抗して、試料ウェルおよびキャリアウェルから、それぞれ、液滴生成構成要素に引き上げるステップと、（Ｃ）液滴生成構成要素を用いて試料含有流体およびキャリア流体から液滴を生成するステップと、（Ｄ）液滴を、下へ、重力の方向に、エマルジョンウェル内に堆積するステップとを含む方法。
２０．試料含有流体およびキャリア流体は、それぞれの投入チューブによって、適宜、真空の印加により、液滴生成構成要素まで引き上げられる段落２０に記載の方法。
２１．液滴は、排出チューブを通して下に向かいエマルジョンウェル内に堆積される段落１９または段落２０に記載の方法。
２２．液滴チューブは、エマルジョンウェルの上に配設され、液滴がエマルジョンウェル内にいったん堆積されると液滴チューブが液滴と接触しないように寸法を決められる段落２１に記載の方法。
２３．試料含有流体およびキャリア流体用の投入チューブは、試料含有流体およびキャリア流体の上に配設され、液滴の生成中に試料含有流体およびキャリア流体との接触を維持するように寸法を決められる段落１９から段落２２のいずれか一項に記載の方法。
２４．液滴は、エマルジョンウェル内に滴るか、または落下する段落１９から段落２３のいずれか一項に記載の方法。
２５．システムは、段落１から段落９のいずれか一項に記載のシステムを備える段落１９から段落２４のいずれか一項に記載の方法。
【０１４１】
（実施例５）
選択された実施形態ＩＩ
【０１４２】
この節では、一連の番号を振られた段落として制限なく提示されている、流体処理および／または液滴生成のためのシステムおよび方法のさらなる実施形態について説明する。
【０１４３】
１．流体処理のためのシステムであって、（Ａ）ウェルと、（Ｂ）チャネル構成要素であって、（ｉ）ウェルに取り付けられる底面と、その中に形成されたマイクロチャネルを有する頂面とを備える本体部と、（ｉｉ）本体部の底面からウェル内に突き出る投入チューブと、（ｉｉｉ）投入チューブおよび本体部を貫通する通路とを備えるチャネル構成要素とを具備し、ウェル内に試料含有流体を受け入れて、試料含有流体が、通路の底端部と接触し、試料含有流体の少なくとも一部を通路を介しウェルから推進し、マイクロチャネルに通す圧力差が生じるまで、通路の頂端部の下に、マイクロチャネルと接触しないように、重力の助けを借りて保持されているように構成される、システム。
２．ウェルは、投入ウェルであり、チャネル構成要素の下に配設された排出ウェルをさらに備え、圧力差が試料含有流体の少なくとも一部を投入ウェルから排出ウェルに推進するように構成される段落１に記載のシステム。
３．投入ウェルおよび排出ウェルは、互いに一体に、本体部および投入チューブから分離して、形成される段落２に記載のシステム。
４．本体部および投入チューブは、一体成形品として成形され、投入ウェルおよび排出ウェルは、別の単一成形品として成形される段落２または段落３に記載のシステム。
５．チャネル構成要素は、本体部の頂面に形成されたチャネルネットワークを有し、チャネルネットワークは、試料含有流体の少なくとも一部を受け入れ、試料含有液滴を生成し排出ウェル内で捕集するように構成される段落２から段落４のいずれか一項に記載のシステム。
６．複数の投入ウェルおよび複数の排出ウェルをさらに備え、チャネル構成要素は、複数の投入ウェル内に配設された少なくとも１つの試料含有流体から複数のエマルジョンを形成し、複数のエマルジョンを複数の排出ウェルに導くように構成される段落５に記載のシステム。
７．各エマルジョンは、エマルジョンの連続相を形成する同じキャリア流体を含み、チャネルネットワークは、各エマルジョンに対して同じキャリア流体を供給するマニホールドを備える段落６に記載のシステム。
８．チャネル構成要素は、チャネルネットワークに接続され、圧力差に応答してチャネル構成要素の上からキャリアポート内に入るキャリア流体を受け入れるように構成されたキャリアポートを備える段落１から段落７のいずれか一項に記載のシステム。
９．チャネル構成要素は、本体部の頂面上に配設されたカバーを備え、カバーを穿孔し、穿孔されたカバーを通して真空または圧力をチャネル構成要素に印加し、試料含有流体の流れをウェルから推進してマイクロチャネルに通すように構成された器具をさらに備える段落１から段落８のいずれか一項に記載のシステム。
１０．本体部および投入チューブは、互いに一体に、ウェルから分離して、形成される段落１から段落９のいずれか一項に記載のシステム。
１１．チャネル構成要素は、試料含有流体をウェル内に導入するための通路から分離している、ウェルの上の試料ポートを画成する段落１から段落１０のいずれか一項に記載のシステム。
１２．チャネル構成要素は、本体部の頂面に流体密封シールで取り付けられ、マイクロチャネル用の頂部壁を形成するカバーを備える段落１から段落１１のいずれか一項に記載のシステム。
１３．チャネル構成要素は、カバーによって覆われ、カバーを穿孔することによってアクセスされるように構成された少なくとも１つのポートを備える段落１２に記載のシステム。
１４．チャネル構成要素は、本体部および投入チューブを含む基部を備え、基部上に配設された、基部によって画成され各々マイクロチャネルに流体的に接続される複数のポートの各々を少なくとも部分的に覆う、カバーも備える段落１から段落１３のいずれか一項に記載のシステム。
１５．流体を処理する方法であって、（Ａ）チャネル構成要素の試料ポートを通して試料含有流体をウェル内に分注するステップであって、前記チャネル構成要素は、（ｉ）ウェルに取り付けられる底面と、その中に形成されたマイクロチャネルを備える頂面とを有する本体部と、（ｉｉ）本体部の底面からウェル内に突き出る投入チューブと、（ｉｉｉ）投入チューブおよび本体部を貫通する通路とを備え、分注される試料含有流体は、通路の底端部と接触し、通路の頂端部の下に、マイクロチャネルと接触しないように、重力の助けを借りて保持される、ステップと、（Ｂ）試料含有流体の少なくとも一部をウェルから通路を介して推進し、マイクロチャネルに通す圧力差を発生するステップとを含む方法。
１６．圧力差を発生するステップは、試料含有流体の少なくとも一部が下方に移動して本体部を通り本体部の下にある別のウェルによって捕集されることを引き起こす段落１５に記載の方法。
１７．本体部は、頂面に形成されたチャネルネットワークを有し、圧力差を発生するステップは、試料含有液滴のエマルジョンがチャネルネットワーク内で生成されることを引き起こす段落１５または段落１６に記載の方法。
１８．圧力差を発生するステップは、エマルジョンの少なくとも一部が本体部の下にある別のウェル内に捕集されることを引き起こす段落１５から段落１７のいずれか一項に記載の方法。
１９．試料含有流体を分注するステップは、少なくとも１つの試料含有流体を本体部の下に配設される複数の投入ウェルの各々の中に分注するステップを含み、圧力差を発生するステップは、複数のエマルジョンが本体部の下に配設される複数の排出ウェル内に捕集されることを引き起こす段落１７または段落１８に記載の方法。
２０．チャネル構成要素は、本体部の頂面上に配設され、マイクロチャネルの頂部壁を形成する、カバーを備え、圧力差を発生するステップは、真空または圧力をカバーによって画成される開口部のところでチャネル構成要素に印加するステップを含む段落１５から段落１９のいずれか一項に記載の方法。
２１．複数のエマルジョンの各々が、同じチャネルネットワークの異なる領域内に形成される段落１９または段落２０に記載の方法。
２２．各エマルジョンの液滴は、エマルジョンの連続相を形成するキャリア流体内に配設され、キャリア流体の少なくとも一部は、圧力差に応答してキャリアポートの上にある位置からキャリア流体を受け入れるチャネル構成要素のキャリアポートからチャネルネットワークに供給される段落１９から段落２１のいずれか一項に記載の方法。
２３．圧力差を発生するステップは、本体部の頂面上に配設されるカバーを穿孔してカバー内に開口部を形成するステップと、真空または圧力を開口部のところでチャネル構成要素に印加するステップとを含む段落１５から段落２２のいずれか一項に記載の方法。
２４．圧力差を発生するステップは、試料含有流体の少なくとも一部が排出ウェル内に捕集されることを引き起こし、排出ウェルと連通する１つまたは複数のチャネルを変形して、１つまたは複数のチャネルを通る流体流をブロックし、排出ウェル内に捕集される試料含有流体の少なくとも一部を流体的に絶縁するステップと、オプションにより、排出ウェル内に捕集された試料含有流体の少なくとも一部を熱サイクリングするステップとをさらに含む段落１５から段落２３のいずれか一項に記載の方法。
２５．流体処理のためのマイクロ流体システムであって、（Ａ）ウェルを含むウェル構成要素と、（Ｂ）チャネル構成要素であって、（ｉ）ウェル構成要素に取り付けられる底面と、その中に形成されたマイクロチャネルを有する頂面とを有する本体部と、（ｉｉ）本体部の底面からウェル内に突き出る投入チューブと、（ｉｉｉ）ポートとを備え、本体部および投入チューブは一緒に、投入チューブの開放端部から上方に進み、投入チューブおよび本体部を通り、頂面まで延在する通路を画成し、システムは、チャネル構成要素の上からポートを介してウェル内に試料含有流体を受け入れ、試料含有流体の少なくとも一部を通路を介してウェルから追い出しマイクロチャネルに入れる圧力差が生じるまで、重力の助けを借りて、通路の頂端部よりも下に試料含有流体を保持するように構成される、チャネル構成要素とを備えるマイクロ流体システム。
２６．ウェルは、投入ウェルであり、チャネル構成要素の下に配設された排出ウェルをさらに備え、圧力差が試料含有流体の少なくとも一部を投入ウェルから排出ウェルに推進するように構成される段落２５に記載のシステム。
２７．通路は、投入通路であり、チャネル構成要素は、本体部に取り付けられ、その底面から排出ウェル内に突き出る排出チューブを備え、本体部および排出チューブは一緒に、試料含有流体が移動し排出ウェル内に捕集される際に通る排出通路を画成する段落２６に記載のシステム。
２８．ウェルは、投入ウェルであり、ウェル構成要素は、排出ウェルを備え、本体部は、頂面に形成されたチャネルネットワークを有し、チャネルネットワークは、マイクロチャネルを備え、試料含有流体の少なくとも一部を通路を介して投入ウェルから受け入れ、キャリア流体内に配設される試料含有液滴のエマルジョンを生成し排出ウェル内で捕集するように構成される段落２５から段落２７のいずれか一項に記載のシステム。
２９．ウェル構成要素は、キャリア流体をチャネルネットワークに供給するためのキャリアウェルを備える段落２５から段落２８のいずれか一項に記載のシステム。
３０．チャネル構成要素は、チャネル構成要素の上からチャネルネットワークに対するキャリア流体を受け入れるように構成されたキャリアポートを備え、これにより、キャリア流体は、ウェル構成要素と接触することなくキャリアポートからチャネルネットワーク内に導入される段落２５から段落２９のいずれか一項に記載のシステム。
３１．本体部は、頂面に形成されたチャネルネットワークを有し、チャネルネットワークは、試料含有流体の少なくとも一部を通路を介してウェルから受け入れ、キャリア流体中に配設される試料含有液滴を生成するように構成される段落２５から段落３０のいずれか一項に記載のシステム。
３２．ウェル構成要素は、複数の試料を保持するため複数の試料ウェルを備え、チャネルネットワークは、複数の試料の各々から試料含有液滴を生成するためのキャリア流体を供給するマニホールドを備える段落２５から段落３１のいずれか一項に記載のシステム。
３３．チャネル構成要素は、真空供給源に接続されるように構成された真空ポートを備える段落２５から段落３２のいずれか一項に記載のシステム。
３４．本体部の頂面に流体密封シールで取り付けられ、マイクロチャネルの頂部壁を形成するカバーをさらに備える段落２５から段落３３のいずれか一項に記載のシステム。
３５．本体部は、カバーによって覆われ、カバーを穿孔することによって少なくとも一部は真空供給源に接続されるように構成された真空ポートを画成する段落３４に記載のシステム。
３６．ウェル構成要素およびチャネル構成要素を備えるデバイスをさらに具備し、真空供給源を備える、複数のエマルジョンがデバイス内に形成され、ウェル構成要素の異なるウェル内に捕集されるようにカバーを穿孔し、真空をデバイスに印加するように構成された、器具をなおもさらに具備する段落２５から段落３５のいずれか一項に記載のシステム。
３７．複数のエマルジョンが、デバイスの同じチャネルネットワーク内に形成され、器具は、ウェル構成要素と接触する前にキャリア流体がチャネルネットワーク内に導入されるようにチャネルネットワークにキャリア流体を供給するように構成される段落３６に記載のシステム。
３８．本体部は、カバー内の開口部を通してキャリア流体を受け入れるように構成されているキャリアポートを画成する段落２５から段落３７のいずれか一項に記載のシステム。
３９．投入チューブ、およびチャネル構成要素の本体部は、互いに一体に形成される段落２５から段落３８のいずれか一項に記載のシステム。
４０．流体処理のためのシステムであって、（Ａ）ウェルと、（Ｂ）チャネル構成要素であって、ウェルに取り付けられている底面を含む本体部と、（ｉｉ）本体部の底面からウェル内に突き出る投入チューブと、（ｉｉｉ）投入チューブおよび本体部を貫通する通路と、（ｉｖ）マイクロチャネルとを備える、チャネル構成要素とを具備し、ウェル内に試料含有流体を受け入れて、試料含有流体が、通路の底端部と接触し、試料含有流体の少なくとも一部を通路を介しウェルから推進し、マイクロチャネルに通す圧力差が生じるまで、通路の頂端部の下に、マイクロチャネルと接触しないように、重力の助けを借りて保持されているように構成される、システム。
４１．本体部は、平面を画成し、マイクロチャネルは、平面に平行である段落４０に記載のシステム。
４２．マイクロチャネルは、本体部の頂面に形成される段落４０または段落４１に記載のシステム。
４３．チャネル構成要素は、本体部の頂面に取り付けられたキャップを備え、マイクロチャネルは、キャップの底面に形成される段落４０または段落４１に記載のシステム。
４４．キャップは、材料の単一のシートによって形成される段落４３に記載のシステム。
４５．キャップは、マイクロチャネルの頂部壁を形成する上側シートと、マイクロチャネルの側壁を形成する下側シートとを備え、本体部は、マイクロチャネルを底部壁を形成する段落４３に記載のシステム。
４６．ウェルは、投入ウェルであり、チャネル構成要素の下に配設された排出ウェルをさらに備え、圧力差が試料含有流体の少なくとも一部を投入ウェルから排出ウェルに推進するように構成される段落４０から段落４５のいずれか一項に記載のシステム。
４７．投入ウェルおよび排出ウェルは、互いに一体に、本体部および投入チューブから分離して、形成される段落４６に記載のシステム。
４８．本体部および投入チューブは、一体成形品として成形され、投入ウェルおよび排出ウェルは、別の単一成形品として成形される段落４６または段落４７に記載のシステム。
４９．チャネル構成要素は、チャネルネットワークを備え、チャネルネットワークは、試料含有流体の少なくとも一部を受け入れ、試料含有液滴を生成し排出ウェル内で捕集するように構成される段落４６から段落４８のいずれか一項に記載のシステム。
５０．チャネルネットワークは、本体部の頂面に形成される段落４９に記載のシステム。
５１．複数の投入ウェルおよび複数の排出ウェルをさらに備え、チャネル構成要素は、複数の投入ウェル内に配設された少なくとも１つの試料含有流体から複数のエマルジョンを形成し、複数のエマルジョンを複数の排出ウェルに導くように構成される段落４９または段落５０に記載のシステム。
５２．各エマルジョンは、エマルジョンの連続相を形成する同じキャリア流体を含み、チャネルネットワークは、各エマルジョンに対して同じキャリア流体を供給するマニホールドを備える段落５１に記載のシステム。
５３．流体が少なくとも１つのチャネルを通過し得ないように投入ウェルと排出ウェルとの間に連通をもたらすチャネル構成要素の少なくとも１つのチャネルの領域を変形するステップをさらに含む段落４６から段落５２のいずれか一項に記載のシステム。
５４．変形するステップは、少なくとも１つのチャネルの領域の上でチャネル構成要素に圧力を印加するステップを含む段落５３に記載のシステム。
５５．変形するステップが、少なくとも１つのチャネルの領域の上でチャネル構成要素に熱を印加するステップを含むときの段落５３または段落５４に記載のシステム。
５６．変形するステップが、少なくとも１つのチャネルの領域でチャネル構成要素を溶融するステップを含むときの段落５３から段落５５のいずれか一項に記載のシステム。
５７．変形するステップが、チャネルがつぶされる少なくとも１つのチャネルの長手方向領域を形成するステップを含む段落５３から段落５６のいずれか一項に記載のシステム。
５８．変形するステップが、流体が２つまたはそれ以上のチャネルのうちのどれかを通過し得ないように２つまたはそれ以上のチャネルの各々の領域を同時に変形するステップを含む段落５３から段落５７のいずれか一項に記載のシステム。
５９．２つまたはそれ以上のチャネルの各々は、同じ排出ウェルから延在する段落５８に記載のシステム。
６０．変形するステップは、排出ウェルが流体的に絶縁されるように排出ウェルから延在する各チャネルの領域を変形するステップを含む段落５９に記載のシステム。
６１．変形するステップは、複数の排出ウェルを並行して流体的に絶縁するステップを含む段落５３から段落６０のいずれか一項に記載のシステム。
６２．変形するステップは、各排出ウェルに対するチャネル構成要素の分離している領域を変形するステップを含む段落５３から段落６１のいずれか一項に記載のシステム。
６３．変形するステップの後に排出ウェル内で流体の熱サイクリングを行うステップをさらに含む段落５３から段落６１のいずれか一項に記載のシステム。
６４．流体を熱サイクリングするステップは、流体中の核酸の増幅を引き起こす段落６３に記載のシステム。
６５．流体を熱サイクリングするステップは、システムの排出ウェルに収容される複数の別個のエマルジョンを熱サイクリングするステップを含む段落６３または段落６４に記載のシステム。
６６．チャネル構成要素は、チャネルネットワークに接続され、圧力差に応答してチャネル構成要素の上からキャリアポート内に入るキャリア流体を受け入れるように構成されたキャリアポートを備える段落４０から段落６５のいずれか一項に記載のシステム。
６６．チャネル構成要素は、本体部の頂面上に配設されたカバーを備え、カバーを穿孔し、穿孔されたカバーを通して真空または圧力をチャネル構成要素に印加し、試料含有流体の流れをウェルから推進してマイクロチャネルに通すように構成された器具をさらに備える段落４０から段落６５のいずれか一項に記載のシステム。
６７．本体部および投入チューブは、互いに一体に、ウェルから分離して、形成される段落４０から段落６６のいずれか一項に記載のシステム。
６８．チャネル構成要素は、試料含有流体をウェル内に導入するための通路から分離している、ウェルの上の試料ポートを画成する段落４０から段落６７のいずれか一項に記載のシステム。
６９．チャネル構成要素は、本体部の頂面に流体密封シールで取り付けられ、マイクロチャネル用の頂部壁を形成するカバーを備える段落４０から段落６８のいずれか一項に記載のシステム。
７０．チャネル構成要素は、カバーによって覆われ、カバーを穿孔することによってアクセスされるように構成された少なくとも１つのポートを備える段落６９に記載のシステム。
７１．チャネル構成要素は、本体部および投入チューブを含む基部を備え、基部上に配設された、基部によって画成され各々マイクロチャネルに流体的に接続される複数のポートの各々を少なくとも部分的に覆う、カバーも備える段落４０から段落７０のいずれか一項に記載のシステム。
７２．流体を処理する方法であって、（Ａ）試料含有流体をチャネル構成要素によって画成されるポートを介してウェル構成要素のウェル内に分注するステップであって、前記チャネル構成要素は、（ｉ）ウェル構成要素に取り付けられる底面と、その中に形成されたマイクロチャネルを有する頂面とを有する本体部と、（ｉｉ）本体部に取り付けられ、本体部の底面からウェルの下側内側領域に突き出る投入チューブとを備え、チャネル構成要素は投入チューブの開放底端部から本体部の頂面まで延在する通路を画成し、試料含有流体は、開放底端部と接触し、重力の助けを借りて通路の頂端部の下に保持される、ステップと、（Ｂ）試料含有流体の少なくとも一部をウェルから通路を介して追い出し、マイクロチャネルに入れる圧力差を発生するステップとを含む方法。
【０１４４】
上で述べた開示は、他に依存しない有用性を有する複数の異なる発明を包含することができる。これらの発明のそれぞれは、好ましい形態で開示されているけれども、本明細書で開示され、例示されているようなその特定の実施形態は、多くの変更形態が可能であるため、限定的に考えるべきではない。発明の主題は、本明細書で開示されているさまざまな要素、特徴、機能、および／または特性のすべての新規性のある、また非自明である、組合せおよび部分的な組合せを含む。以下の請求項では、新規性があり、非自明であるものとみなされるいくつかの組合せおよび部分的な組合せを指摘する。特徴、機能、要素、および／または特性の他の組合せおよび部分的な組合せで具現化される発明は、本出願、または関連出願からの優先権を主張する出願において請求され得る。このような請求項も、異なる発明を対象としようと、同じ発明を対象としようと、また元の請求項への範囲が広かろうと、狭かろうと、等しかろうと、異なろうと、本開示の発明の主題の範囲内に含まれるものとみなされる。さらに、識別された要素に対する第１、第２、または第３などの序数は、要素同士を区別するために使用され、特に断りのない限りそのような要素の特定の位置または順序を示すものではない。
【符号の説明】
【０１４５】
５０  マイクロ流体システム
５２  マイクロ流体デバイス
５４  流体移送デバイス
５６  真空／圧力供給源
５８  流体保持部分
６０  流体処理部分
６２  貯槽
６４  試料含有流体
６６  ウェル構成要素
６８  投入ウェル
７０  排出ウェル
７２  チャネル構成要素
７４  チャネル
７６  下側部材、基部
７８  上側部材
８０  本体部
８２  投入チューブ
８４  排出チューブ
８６  底面
８８  頂面
９０  通路
９２  底端部
９４  通路
９６  投入ポート
９８  排出ポート
１００  ガスケット
１０２  穿孔要素
１１６  キャリア流体
１２０  キャリア貯槽
１２２  チャネル交差点
１２４  試料含有液滴
１２６  底面
１２８  上側層
１３０  下側層
１５２  デバイス
１５４  ユニット
１５６  チャネルネットワーク
１５８  試料チューブ、試料シッパー
１６０  キャリアチューブ、キャリアシッパー
１６２  液滴チューブ
１６４  真空チューブ、真空ドリッパー
１６６  試料ウェル
１６８  キャリアウェル
１７０  エマルジョンウェル
１７２  真空ウェル
１７４  試料チャネル
１７６、１７８  キャリアチャネル
１８０  液滴チャネル
１８２  チャネル接合部
１８４  試料ポート
１８６  キャリアポート
１８８  エマルジョンポート
１９０  真空ポート
１９２  通気チャネル
１９４  チャネル
１９６  試料通路
１９８  キャリア通路
２００  液滴通路
２０２  真空通路
２２２  カバー要素
２３０  エマルジョン
２３４  熱かしめ
２５２  デバイス
２５４  開口
２５６  アセンブリ開口部
２５８、２６０  アセンブリ開口部
２６４  チャネルネットワーク
２６６  キャリアマニホールド
２６８  供給チャネル
２７０ａ、２７０ｂ  キャリアポート
２７２  外部供給源
２７４  止まり穴
２７６  中空穿孔要素
２７７  導管
２７８  ガスケット
２９０  通気ポート
２９２  真空ポート
２９４、２９６  止まり穴
２９５  通気ポート
２９８、３００  チャネル
３０２  熱かしめ領域
３１０  器具
３１２  支持体、ヘッド
３１４  処理ヘッド
３１４ａ  処理ヘッド
３１６  推進機構
３１８  キャリア流体貯槽
３２０  真空供給源
３２２  真空ポンプ
３２６  本体部
３２８ａ  キャリア穿孔要素
３２８ｂ  通気穿孔要素
３２８ｃ  真空穿孔要素
３３０  ガスケット
３３０ａ、３３０ｂ  ガスケット
３３６  真空マニホールド
３４２  キャリアポンプ
３４４  プロセッサ
【図１】
2019069439.tif 000004
【図２】
2019069439.tif 000005
【図２Ａ】
2019069439.tif 000006
【図２Ｂ】
2019069439.tif 000007
【図３】
2019069439.tif 000008
【図４】
2019069439.tif 000009
【図５】
2019069439.tif 000010
【図６】
2019069439.tif 000011
【図７】
2019069439.tif 000012
【図８】
2019069439.tif 000013
【図９Ａ】
2019069439.tif 000014
【図９Ｂ】
2019069439.tif 000015
【図１０】
2019069439.tif 000016
【図１１】
2019069439.tif 000017
【図１２】
2019069439.tif 000018
【図１３】
2019069439.tif 000019
【図１４】
2019069439.tif 000020
【図１５】
2019069439.tif 000021
【図１６】
2019069439.tif 000022
【図１７】
2019069439.tif 000023
【図１８】
2019069439.tif 000024
【図１９】
2019069439.tif 000025
【図２０】
2019069439.tif 000026
【図２１】
2019069439.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月19日(2018.12.19)
【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】
エマルジョンを形成するためのシステムであって、
チャネル構成要素に結合されたウェル構成要素を含むマイクロ流体デバイスであって、前記ウェル構成要素が投入ウェルおよび排出ウェルを含む、マイクロ流体デバイスを備え、
前記チャネル構成要素は、（ａ）水平のマイクロチャネルを画定する平面状本体部と、（ｂ）前記平面状本体部の底面から前記投入ウェル内に突き出ている投入チューブとを含み、
前記マイクロ流体デバイスは、前記投入ウェル内の試料含有流体を受け入れるように構成されており、前記試料含有流体の少なくとも一部を前記投入チューブを介して前記投入ウェルから推進させて、前記マイクロチャネルに通す圧力差が生じるまで、前記試料含有流体は、前記投入チューブの底端部と接触するが、前記マイクロチャネルと接触しないように、およびキャリア流体によりカプセル化された試料含有流体の液滴が前記チャネル構成要素内で形成され、前記排出ウェル内で捕集されるように構成されている、システム。
【請求項２】
前記平面状本体部は、前記マイクロチャネルが形成される頂面を有しており、前記チャネル構成要素は、前記平面状本体部の前記頂面に結合されて、前記マイクロチャネルの頂部壁を形成するカバーを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記カバーを穿孔し、前記穿孔されたカバーを通して真空または圧力を前記チャネル構成要素に印加し、前記試料含有流体の流れを前記投入ウェルから前記排出ウェルへ推進するように構成された器具をさらに備えている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記器具は、複数のエマルジョンが前記ウェル構成要素の種々の排出ウェル内に捕集されるように、真空を前記マイクロ流体デバイスに印加するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記平面状本体部および前記投入チューブは、互いに一体に形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記投入ウェルおよび前記排出ウェルは、互いに一体に形成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記チャネル構成要素は前記平面状本体部の頂面に形成されたチャネルネットワークを含み、前記チャネルネットワークは前記液滴が形成されるチャネル接合部を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記チャネル構成要素は、前記チャネルネットワークに接続され、および前記圧力差に応答して前記マイクロ流体デバイスの外側から前記チャネルネットワークに入るキャリア流体を受け入れるように構成されたキャリアポートを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記試料含有流体を前記投入ウェル内に装填するための試料ポートが、前記投入ウェルの上に配置され、および前記投入ウェルから上方に進み前記マイクロ流体デバイスの頂面まで延在している、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
試料ポートが、前記投入ウェルから上方に進み前記チャネル構成要素の頂面まで延在している、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【外国語明細書】
2019069439000001.pdf