(57)【要約】【課題】膜のアレイの形成およびそのための装置の提供【解決手段】  極性媒体含有容積部のアレイを形成するための装置であって、前記装置は、内側部分および外側部分を含む隔壁を含んだ支持体を備え、前記内側部分は、内側リセス部間に隙間を持たないよう前記内側リセス部を画定し、前記内側リセス部は、隣接する内側リセス部に含有され得る極性媒体含有容積部が互いに接触するのを防止することができ、前記外側部分は、前記内側部分から外向きに延びかつ基材にわたり無極性媒体を流すのを可能にする隙間を有し、前記内側部分および前記外側部分のうちの１つまたは両方は、無極性媒体を保持するように配置構成されたパターニングを有する表面を持つ、前記装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極性媒体含有容積部のアレイを形成するための装置であって、
前記装置は、内側部分および外側部分を含む隔壁を含んだ支持体を備え、
前記内側部分は、内側リセス部間に隙間を持たないよう前記内側リセス部を画定し、前記内側リセス部は、隣接する内側リセス部に含有され得る極性媒体含有容積部が互いに接触するのを防止することができ、
前記外側部分は、前記内側部分から外向きに延びかつ基材にわたり無極性媒体を流すのを可能にする隙間を有し、
前記内側部分および前記外側部分のうちの１つまたは両方は、無極性媒体を保持するように配置構成されたパターニングを有する表面を持つ、前記装置。
【請求項２】
前記外側部分は、前記内側部分から延びる支柱である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記外側部分は、開口に向かって見たときに、前記内側リセス部の縁部から後退している、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記内側リセス部は、無極性媒体を保持するように配置構成されたパターニングを有する表面を持つ、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記パターニングは、前記内側リセス部から外向きに延びる複数の刻み目を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記外側部分は、無極性媒体を保持するように配置構成されたパターニングを有する表面を持つ、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記パターニングは、前記区画の前記内側部分から外向きに延びる複数の刻み目を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記隔壁の外側端部が、共通平面内で延びている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記内側リセス部は、０．４ｐＬから４００ｎＬの範囲の平均体積を有する極性媒体含有容積部を含有することが可能である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記外側部分と前記内側リセス部の高さの比が、３０：９０と３０：１２０の間にある、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記支持体は、前記内側リセス部の各々内にそれぞれ、前記内側リセス部内の極性媒体含有容積部に電気接触する電極を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記内側リセス部の各々内の前記電極は、前記内側リセス部の各々のベース部に位置する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記支持体は、共通電極をさらに有し、前記共通電極は、前記支持体にわたり拡がる極性媒体含有層に電気接触するように配置構成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記内側リセス部は、極性媒体のそれぞれの容積部を含有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記極性媒体含有容積部に接触し前記支持体にわたり拡がる無極性媒体含有層をさらに含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
無極性媒体が前記隔壁の前記外側部分の周りにありかつ前記極性媒体の層が前記極性媒体含有容積部に接触した状態にある、前記支持体にわたり拡がる極性媒体含有層をさらに含み、両親媒性分子を含む膜が、前記極性媒体含有層と前記極性媒体含有容積部との間の界面に形成されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記両親媒性分子は重合体である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記膜は両親媒性分子の二重層を有する請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記膜は、膜タンパク質を含む両親媒性分子を有する、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記膜タンパク質は、イオンチャネルまたは細孔である、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記支持体内の開口にわたり拡がる前記極性媒体含有層は、前記開口から見たときに、前記内側リセス部の縁部と接触していない、かつ／または、前記内側リセスの各々内の極性媒体含有容積部は、前記外側部分が後退している前記内側リセス部の縁部と接触していない、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
いくつかの態様では、本発明は、極性媒体の容積部のアレイを使用した、両親媒性分子を含む膜のアレイの形成に関する。他の態様は、膜のアレイを形成するのに適切な装置に関する。その他の態様では、本発明は、極性媒体の容積部のアレイの形成に関する。そのような極性媒体の容積部のアレイは、両親媒性分子を含む膜の形成を含めたある範囲の適用例で使用されてもよい。
【背景技術】
【０００２】
ナノリットルからピコリットルの範囲の小体積の流体の、空間的に画定されたアレイは、広範な生物学的、薬学的、およびその他の分析的適用例で使用されてもよい。液滴アレイは、小体積の個々の液滴または液滴の群のハイスループット処理を容易にする機会を提供し、例えば区画化反応、細胞選別、およびスクリーニングの適用例、例えばタンパク質結晶化、血液または脊髄液の分析、および廃棄物処理などに使用されてもよい。アレイ中の流体の容積部に対処し置き換える能力は、例えば容積部上で反応を実施しかつアレイを満たすための重要な態様である。マイクロ流体静的液滴アレイは、Lab Chip, 2011, 11, 3949に開示されている。
【０００３】
脂質二重層は、脂質分子２層から形成された薄い極性膜である。脂質二重層は、ほとんどの生体の細胞膜に見出され、通常はリン脂質から構成される。これらの層は、ほとんどの親水性分子およびイオンを透過させず、イオンポンプとして公知の膜貫通タンパク質を使用して脂質二重層の端から端までイオンをポンプ送出することにより細胞の塩濃度およびｐＨを調節することが可能になる。脂質二重層またはより一般には両親媒性分子の二重層は、実験研究の範囲で優れたプラットフォームとしても働く。Holden et al, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8650-8655は、液滴間に設けられた脂質二重層を含む、水性液滴の機能性バイオネットワークの形成を開示する。そのようなネットワークは、ポンプ、チャネル、および細孔を二重層に組み込むことにより、光センサ、バッテリー、および電気部品として働くことができる。Sackmann, Science, New Series, Vol 271, No.5245 (Jan 5, 1996), pp. 43-48は、電気光学バイオセンサでの、支持された脂質タンパク質二重層の使用も含めたこれら二重層の科学的および実用的な適用例の検討を行う。Jung et al, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (3), 1006-1014は、支持された二重層に結合するタンパク質配位子を検出するための光学アッセイを開発した。
【０００４】
油などの疎水性媒体中の水性溶液の２つの液滴間に両親媒性分子の膜を形成する能力は、ＷＯ−２００８／０１２５５２で実証されている。各液滴は、親水性媒体を被包する両親媒性分子の層を含み、液滴は、疎水性媒体中に提供される。液滴は、それらの間に両親媒性分子の膜が形成されるように、接触する。電極は、二重層の端から端までのイオン流を測定するために、各液滴の親水性内部に設けられる。液滴アレイは、個々の液滴が内部に置かれていてもよい微細加工された窪みのアレイを有する容器内に設けられてもよい。
【０００５】
ＷＯ−２００９／０２４７７５に開示される別の適用例は、アレイ内の親水性媒体の容積部と、親水性媒体の容積部に接触する水和支持体によって形成された親水性媒体の層との間に、両親媒性分子の膜を形成することである。この文書は、液滴界面二重層を生成するための方法を開示しており、液滴は、油／脂質溶液と水性溶液とを接触させることによって調製され、得られた水性溶液の液体を水性アガロースゲル支持層に接触させる。
【０００６】
膜タンパク質を保持するのに、両親媒性分子の膜を使用することが望ましい。ＤＮＡ検出のために高抵抗両親媒性二重層にイオンチャネルナノ細孔を設けることは、既に十分に記述されている。水性溶液は、両親媒性二重層の両面に提供され、ナノ細孔を通るイオン流が電位勾配の下で生じる。ＤＮＡは細孔を転位させる可能性があり、細孔内でのＤＮＡの転位中のイオン流の変化は、そのヌクレオチド配列を決定するために測定することができる。脂質二重層は、パッチクランプまたは塗布などの当技術分野で周知の方法により、アパーチャの端から端まで懸架してもよい。代替例として、ＷＯ−２００９／０７７７３４は、マイクロウェルアパーチャのアレイの端から端まで形成された、複数の個々に対処可能な脂質二重層を開示し、各マイクロウェルは、電極と、脂質二重層に接触している水性媒体とを含有する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、両親媒性分子を含む膜のアレイの、都合の良い効果的な形成に関する。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、両親媒性分子を含む膜のアレイを形成する方法であって：
内部を通って極性媒体が導入され得る開口を有する区画のアレイを画定する、支持体を含む装置を用意するステップと；
支持体上に極性媒体および無極性媒体を配置して、極性媒体含有容積部が、隣接する区画内の極性媒体含有容積部と接触しないようにそれぞれの区画内に極性媒体含有容積部と、極性媒体含有容積部に接触する支持体の開口の端から端まで拡がる無極性媒体含有層とを設けるステップと；
支持体の開口の端から端まで極性媒体を流して、無極性媒体を変位させ、極性媒体含有容積部に接触する支持体の開口の端から端まで拡がる極性媒体含有層と、極性媒体含有層と極性媒体含有容積部との界面に両親媒性分子を含む膜とを形成するステップと
を含む方法が提供される。
【０００９】
そのような方法は、両親媒性分子を含む膜のアレイを形成する都合の良い効果的な手法を提供する。開口を有する区画のアレイを画定する支持体を含む装置の使用は、極性媒体含有容積部のアレイを、開口を通してそれぞれの区画内に配置できるようにする。その結果、極性媒体含有容積部は、隣接する区画内の極性媒体含有容積部に接触するのが防止され、それによって極性媒体の容積部を独立して使用できるようになり、ある範囲のアレイをベースにした適用例が容易になる。そのような装置は、任意の選択されたサイズの容積部に順応するように作製されてもよい。典型的には、極性媒体含有容積部は、０．４ｐＬから４００ｎＬの範囲の平均体積を有していてもよい。
【００１０】
両親媒性分子を含む膜を形成するために、極性媒体含有容積部に接触する支持体の開口の端から端まで拡がる無極性媒体含有層が提供される。極性媒体は、支持体の開口の端から端まで流れて、無極性媒体を変位させ、極性媒体含有容積部に接触する支持体の開口の端から端まで拡がる極性媒体含有層を形成する。両親媒性分子を含む膜は、極性媒体含有層と極性媒体含有容積部との間の界面に形成される。一般に、以下にさらに記述されるように、両親媒性分子は、支持体の開口の端から端まで流れる無極性媒体および／または極性媒体含有層で提供される。
【００１１】
これは膜を形成する都合の良い効果的な手法を提供する。極性媒体による無極性媒体の変位により、膜は信頼性ある状態で形成される。
【００１２】
次に、膜のアレイを形成する様々な方法について記述する。
【００１３】
いくつかの異なる方法を、それぞれの区画内に極性媒体含有容積部を配置するのに適用してもよい。使用される特定の方法は、１つには支持体の構造と、個々の極性媒体の容積部が支持体に添加される前に予め形成されるのかまたは支持体に引き続き極性媒体を添加した後に形成されるのかに依存する。支持体は、区画の間に隙間を含んでいてもよく、あるいは支持体は、区画の間に隙間が設けられなくてもよい。第１および第２のタイプの可能性ある方法について、次に記述する。
【００１４】
それぞれの区画内に極性媒体含有容積部を配置させるための、可能性ある方法の第１のタイプでは、容積部は、区画内に配置する前に、予め形成される。このためのいくつかの可能性ある技法は、下記の通りである。
【００１５】
１つの可能性ある技法では、極性媒体および無極性媒体は、無極性媒体中の極性媒体含有容積部のエマルジョンを形成し、エマルジョンを支持体上に流すことによって、支持体上に配置されてもよい。この場合、無極性媒体中の極性媒体含有容積部は、開口を通して区画内に導入される。これは、区画を直接的な手法で満たすことを可能にする。極性媒体の個々の容積部の寸法、ならびに区画の寸法は、単一の極性媒体の容積部が区画ごとに提供されるように選択されてもよい。
【００１６】
支持体の隔壁は、より詳細に以下に記述するように、区画間に無極性媒体を流すことが可能な隙間を含んでいてもよい。隙間は、区画内に極性媒体の容積部を拘束するように、それに対して無極性媒体を隙間の間に流すことができるサイズとなるように選択される。
【００１７】
エマルジョンは、両親媒性分子をさらに含んでいてもよい。これは極性媒体含有層が形成されるように支持体の開口の端から端まで極性媒体を流すとき、膜の形成を容易にする。両親媒性分子の存在は、エマルジョンも安定化させる。
【００１８】
典型的にはエマルジョンは、区画の数よりも多い極性媒体含有容積部を含有する。過剰な極性媒体含有容積部は、区画の適度に大きい割合を満たすのを助ける。したがって、過剰な極性媒体含有容積部を除去するには、支持体を無極性媒体で洗浄してもよい。この洗浄を行って、区画内に極性媒体含有容積部を残し、極性媒体含有容積部に接触する支持体の開口の端から端まで拡がる無極性媒体の層として、洗浄するために使用される無極性媒体の層を残してもよい。
【００１９】
別の可能性ある技法では、極性媒体含有容積部を、例えば音響液滴噴射によって個々の区画内に直接吐出してもよい。この技法によれば、吐出は、極性媒体含有容積部の正確な数は、過剰な容積部を除去する必要なく吐出されるように、制御することができる。
【００２０】
極性媒体含有容積部が予め形成される場合、それらは水性緩衝溶液の液滴であってもよい。そのような液滴は、形成し取り扱うことが容易である。
【００２１】
極性媒体含有容積部が予め形成される場合、それらは水性ゲルのビーズであってもよい。そのようなビーズは、やはり形成し取り扱うのが容易であり、望み通りに成形することができる。
【００２２】
有利には、水性ゲルは比較的硬質なビーズであってもよく、これは極性媒体含有容積体を取り扱う際の利点をもたらすものである。区画を満たす際の利点は、ビーズのエマルジョンまたは懸濁液を、正圧下で支持体上に流すことによって得ることができる。圧力に抗するビーズの使用は、比較的高い正圧の使用を可能にする。
【００２３】
可能性ある方法の第２のタイプでは、極性媒体が開口を通って区画内に進入するように、かつ無極性媒体含有層が引き続き例えば支持体の端から端まで無極性媒体を流すことによってまたは噴霧などの別の技法によって設けられるように、支持体上に極性媒体を配置することによって、それぞれの極性媒体含有容積部をそれぞれの区画に提供してもよい。
【００２４】
極性媒体は、支持体の端から端まで極性媒体を流すことによって、支持体上に配置されてもよい。過剰な極性媒体は、後で排出させてもよく、区画には個別の極性媒体含有容積部が残される。一実施例では、気体を基材の端から端まで流して、極性媒体を流すステップと無極性媒体を流すステップとの間で過剰な極性媒体を排出させる。別の実施例では、無極性媒体含有基材層の端から端まで無極性媒体を流し、この流れそのものが、過剰な極性媒体を変位させる。
【００２５】
あるいは極性媒体は、個別の極性媒体含有容積部を区画に注入することにより、支持体上に配置してもよい。
【００２６】
このように個々の極性媒体の容積部を提供する利点とは、極性媒体を、両親媒性分子が不在の状態で支持体に添加してもよいことである。
【００２７】
支持体は、それぞれの極性媒体含有容積部をそれぞれの区画に配置する前に、前処理無極性媒体で前処理してもよい。極性媒体が、支持体の端から端まで極性媒体を流すことによって支持体上に配置される場合、有利には、支持体の隔壁が、より詳細には以下に記述されるように区画間に無極性媒体を流すのを可能にする隙間を含んでいてもよい。この場合、前処理は、それぞれの区画を接続する隙間にある程度の封止を行ってもよく、それによって、隙間の間での極性媒体の流れを制限して、極性媒体が開口を通って区画内に進入するようにする。これは、隣接する区画の容積部が互いに接触する傾向を低減させることにより、個別の極性媒体含有容積部の最終的な形成を助ける。これは、容積部が互いに接触する場合には容易に集束し得るので、両親媒性分子が、区画のアレイ内に提供された極性媒体の容積部中に最初に存在しない場合に特に有益である。
【００２８】
前処理の付加は、前処理した支持体材料と、区画内に配置された極性媒体の容積部との接触角を変更するのに使用されてもよい。前処理は、例えば、極性媒体に対する支持体の疎性を増大させるのに使用してもよく、また、極性媒体の容積部と極性媒体の層との間の界面での膜形成を最適化するために、より凸状の形状を有する容積部を提供するのに使用してもよい。支持体の疎性を所望のレベルに変えるための前処理の使用によって、支持体の作製でより多くの種類の材料の使用を考えることが可能になる。これは例えば、特定の材料が、製造の観点から望ましいが極性および無極性媒体に関して適正な性質を持たない場合に、役立てることができる。無極性媒体含有層は、両親媒性分子をさらに含んでもよい。これは、極性媒体含有層が形成されるように支持体の開口の端から端まで極性媒体を流す場合に、膜の形成を容易にする。
【００２９】
一実施例では、無極性媒体は、無極性媒体の層を支持体に付加する前に、両親媒性分子を含んでいてもよい。あるいは、支持体に層を付加した後に、両親媒性分子を無極性媒体の層に添加してもよい。
【００３０】
無極性媒体含有層が両親媒性分子をさらに含む場合、極性媒体含有容積部に接触する支持体の開口の端から端まで拡がる無極性媒体含有層を設けるステップと支持体の開口の端から端まで流すステップとの間に、装置は、無極性媒体含有層と極性媒体含有容積部との間の界面に両親媒性分子を移行させるために、ある時間にわたってそのままの状態にしてもよい。
【００３１】
別の実施例では、支持体の開口の端から端まで流れる極性媒体は、両親媒性分子をさらに含んでもよい。これは同様に、極性媒体含有層が形成されるように支持体の開口の端から端まで極性媒体を流すときに、膜の形成を容易にする。
【００３２】
さらに別の実施例では、無極性媒体の前処理は、極性媒体含有層が形成されるように支持体の開口の端から端まで極性媒体を流すステップの後、両親媒性分子を含む膜が形成されるように、両親媒性分子をさらに含んでいてもよい。
【００３３】
両親媒性分子を含む膜は、膜界面での分析物の検出、膜界面の性質の決定、または１つもしくは複数の膜界面を横断する分析物の通過など、ある範囲の適用例で使用されてもよい。いくつかの適用例では、膜は、分析物を含むサンプル、例えば生体サンプルを分析するのに使用されてもよい。
【００３４】
適用例の１つのタイプでは、両親媒性分子を含む膜に挿入されたイオンチャネルまたは細孔などの、膜タンパク質を使用してもよい。膜タンパク質は、最初に、極性媒体含有容積部にまたは極性媒体含有層に含有されてもよい。あるいは、膜タンパク質を無極性媒体中に提供してもよい。膜タンパク質は、典型的には自発的に、両親媒性分子を含む膜内に挿入される。膜内への膜タンパク質の挿入は、例えば膜の両端の電位差の印加などの手段によって必要に応じて、助けることができる。
【００３５】
いくつかの適用例は、膜の両端の電気的性質、例えばイオン電流の測定を使用してもよい。そのような測定を行うために、支持体はさらに、各区画にそれぞれの電極を含んで、極性媒体含有容積部との電気接触を作製してもよい。その他のタイプの測定、例えば蛍光測定およびＦＥＴ測定などの光学測定を実施してもよい。光学測定および電気測定は、同時に実施してもよい（Heron AJ et al., J Am Chem Soc. 2009;131(5):1652-3）。
【００３６】
装置がそれぞれの電極を各区画内に含む場合、前処理が使用されるときには、この前処理は、好ましくは電極表面を覆わず、支持体上の他の場所に局在化される。
【００３７】
装置は、開口上の支持体の端から端に及ぶように配置されたときに極性媒体含有層との電気接触を共通電極がもたらすように、配置構成された共通電極をさらに含んでいてもよい。
【００３８】
装置は、共通電極と各区画内のそれぞれの電極との間に接続された電気回路をさらに含んでいてもよく、この電気回路は、電気測定を行うように配置構成されている。そのような電気測定は、両親媒性分子を含む膜でまたはこの膜を通して生じるプロセスに依存してもよい。
【００３９】
無極性媒体中の極性媒体含有容積部のエマルジョンが形成されかつ支持体上を流れる、膜のアレイを形成する実施形態では、極性媒体の容積部が互いに混合しないようにするために安定なエマルジョンが必要である。容積部の混合は、区画内に収容することができずかつ広い範囲の容積部のサイズももたらす、より大きい容積部をもたらす。混合される液滴は、極性媒体の容積部が両親媒性分子の層で効果的に被覆されるようにエマルジョンを形成する前に、両親媒性分子を無極性媒体または極性媒体に添加することによって、防止されまたは最小限に抑えることができる。しかし、これはある状況において、両親媒性分子で被覆されている電極により、電極と極性媒体の容積部との間に高い電気抵抗をもたらす可能性がある。極性媒体の個々の容積部を両親媒性分子の添加前にそれぞれの区画に提供する、膜のアレイを形成する代替の実施形態では、極性媒体の容積部は、電極表面に直接接触することができる。
【００４０】
支持体は、様々な有利な構成を有していてもよい。
【００４１】
支持体は、ベース部と、このベース部から延びる隔壁であって区画を画定しかつ極性媒体含有容積部が隣接する区画内の極性媒体含有容積部に接触しないようにする隔壁とを含んでいてもよい。
【００４２】
支持体の構成の第１の可能性あるタイプでは、隔壁が内側部分および外側部分を含み、内側部分は、間に隙間のない区画の内側リセス部を画定し、極性媒体含有容積部は、それぞれの区画の内側リセス部内に配置され、外側部分は、区画の外側部分を画定する内側部分から外向きに延び、そこでは区画間に無極性媒体を流すのを可能にする隙間が形成される。効果的に、隔壁内の隙間はベース部に途中まで延びる。この構成には、膜の信頼性ある制御された形成を行うことができるという利点がある。
【００４３】
装置が、各区画内に設けられたそれぞれの電極を含む場合、電極は、ベース部に設けてもよい。
【００４４】
極性媒体含有容積部は、内側リセス部を満たしてもよい。外側部分の間の隙間は、内側リセス部の充填を助ける。したがってメニスカスは、内側リセス部の端から端まで形成され得る。特定の利点は、極性媒体を支持体の端から端まで流すことによって極性媒体がそれぞれの区画内に配置される場合に実現され、過剰な極性媒体は、気体であってもよくまたは層が形成されるように基材の端から端まで流れる無極性媒体であってもよい変位流体によって、排出される。この場合、外側部分の間の隙間は、基材の端から端まで変位流体を流すのを助け、したがって無極性媒体が内側リセス部を満たす。
【００４５】
外側部分の間の隙間は、極性媒体がリセス部内の極性媒体に接触するときに、区画間で無極性媒体を変位させる膜の形成を助ける。
【００４６】
隔壁の内側リセス部および外側部分は、内側リセス部の端から端までメニスカスを形成するために極性媒体含有容積部に関して選択された寸法を有していてもよく、極性媒体含有層は、外側部分の端から端までメニスカスを形成していてもよい。それらのメニスカスは、極性媒体含有層を極性媒体含有容積部に接触させる程度まで、互いに対して延びる。したがって幾何形状が、形成の信頼性をもたらす膜の形成を制御する。これは両親媒性分子を含む膜のサイズおよび安定性の制御も可能にする。
【００４７】
外側部分は、開口から見た場合、内側リセス部の縁部から後退している。必須ではないが、これは、極性媒体による内側リセス部の充填と、外側部分の端から端までメニスカスを形成する極性媒体含有層とを助ける上述の機能を助ける。
【００４８】
外側部分は、内側部分から延びる支柱であってもよい。
【００４９】
支持体は、両親媒性分子を含む膜の形成が容易になるように、下記の通り設計されてもよい。
【００５０】
有利には、隔壁の外側端部が共通平面内で拡がっていてもよい。これは、極性媒体含有層と支持体との接着を改善し、したがって、両親媒性分子を含む膜の形成の安定性を改善する。
【００５１】
隔壁の外側端部の縁部は、支持体に対する極性媒体含有層のピニングを提供する。有利には、そのようなピニングを助けるため、隔壁は、共通平面における隔壁の外側端部の縁部の区画当たりの全長が、区画内に収容することができる最大限の観念上の球の最大円周よりも大きくなるように設計されてもよい。
【００５２】
内側リセス部および／または外側部分は、無極性媒体を保持するように配置構成されたパターニング、例えば区画から外向きに延びる複数の刻み目、または一般には任意の微細加工された表面形体を有する面を有していてもよい。無極性媒体の保持は、有利には、例えば膜が形成される適用例で膜の形成を制御するために、基材の表面特性を変えるのに使用されてもよい。
【００５３】
パターニングにより保持される、提供された無極性媒体は、極性媒体の容積部と支持体との間の接触角を変えるように働いてもよい。これは、いくつかの実施形態において、極性媒体に対する支持体の疎性を増大させることができ、より凸状の外面を有する極性媒体の容積部を提供することができる。これは引き続き、極性媒体の容積部と極性媒体の層との間の界面に形成された、より小さい膜をもたらしてもよい。区画のベース部は、典型的には微細加工された表面形体を持たず、その結果、装置に加えられる無極性媒体のいかなる前処理も局在化し、隔壁に保持されるようになる。したがって、各区画のベース部におけるそれぞれの電極の間の接触は、それが存在する場合に、また前処理は、それが存在する場合に、最小限に抑えられる。
【００５４】
本発明の第２の態様によれば、極性媒体含有容積部のアレイを形成するための装置であって、内側部分および外側部分を含む隔壁を含んだ支持体を含み、この内側部分は、隣接する内側リセス部に含有され得る極性媒体含有容積部が互いに接触するのを防止することが可能な、間に隙間を持たない内側リセス部を画定し、外側部分は、内側部分から外向きに延びかつ基材の端から端まで無極性媒体を流すのを可能にする隙間を有するものである、上記装置が提供される。
【００５５】
本発明の第２の態様による装置は、本発明の第１の態様の装置として使用されてもよい。
【００５６】
支持体の構成の第２の可能性あるタイプでは、隔壁は、ベース部に延びて区画間に無極性媒体を流すのを可能にする隙間を有していてもよい。これは隙間によって、予め区画に進入し得る無極性媒体を排出させることが可能であるので、極性媒体含有容積部での区画の充填を容易にする。
【００５７】
支持体の構成の第３の可能性あるタイプでは、隔壁は、区画間に無極性媒体を流すのを可能にする隙間を持たなくてもよい。このタイプの構成には、区画の電気分離を最大限にするという利点がある。
【００５８】
本発明の第３の態様によれば、極性媒体含有容積部を保持するための装置であって：
ベース部、およびこのベース部から延びて無極性媒体を含有する区画のアレイを画定する隔壁を含む支持体と；
隔壁によって、隣接する区画内の極性媒体含有容積部に接触するのが防止される、無極性媒体中に極性媒体含有容積部も含有する区画の少なくともいくつかと
を含む装置が提供される。
【００５９】
本発明の第２および第３の態様による装置は、上記にて論じたように、広範な生物学的、薬学的、または工業的適用例で、液滴アレイとして使用されてもよい。
【００６０】
本発明の第３の態様による装置は、本発明の第１の態様の装置として使用されてもよく、または：
ベース部、およびこのベース部から延びて区画のアレイを画定する隔壁を含む、支持体を設けるステップと；
区画内に無極性媒体を配置し、区画の少なくともいくつかに、無極性媒体中に極性媒体含有容積部を配置して、それぞれの区画内の極性媒体含有容積部が、隔壁によって、隣接する区画内の極性媒体含有容積部に接触するのを防止するようにするステップと
を含む、極性媒体含有容積部のアレイを形成する方法が提供される、本発明の第４の態様の装置として使用されてもよい。
【００６１】
そのような支持体は、無極性媒体中に極性媒体含有容積部のアレイを保持する、都合の良い効果的な手法を提供する。隔壁は、それぞれの区画内の極性媒体含有容積部が、隣接する区画内の極性媒体含有容積部に接触するのを防止し、それによって、個々の容積部であってもよい極性媒体の容積部を独立して使用することが可能になり、ある範囲のアレイをベースにした適用例を容易にする。そのような装置は、任意の選択されたサイズの容積部を収容するように作製されてもよい。典型的には、極性媒体含有容積部は、５μｍから５００μｍの範囲の平均直径、または０．４ｐＬから４００ｎＬの範囲の平均体積を有していてもよい。
【００６２】
支持体は、極性媒体含有容積部で満たすことが容易である。１つの可能性ある技法では、極性媒体含有容積部は、無極性媒体中の極性媒体含有容積部のエマルジョンを形成し、かつそのエマルジョンを支持体上に流すことによって、区画内に配置されてもよい。これは、直接的な手法で区画を満たすことを可能にする。典型的には、エマルジョンは、区画の数よりも多い極性媒体含有容積部を含有する。過剰な極性媒体含有容積部は、区画の適度に大きい割合を満たすのを助ける。したがって、過剰な極性媒体含有容積部を除去するには、支持体を、無極性媒体で洗浄してもよい。この洗浄を行って、極性媒体含有容積部を区画内に残してもよい。
【００６３】
別の技法では、極性媒体含有容積部は、例えば音響液滴噴射によって個々の区画内に直接吐出されてもよい。この技法によれば、吐出は、正しい数の極性媒体含有容積部が、過剰な容積部を除去する必要なしに吐出されるように、制御されてもよい。
【００６４】
支持体は、極性媒体含有容積部と極性媒体含有層との間に両親媒性分子を含む膜を形成するのに使用されてもよい。すなわち、極性媒体含有層は、区画の開口上で支持体の端から端まで延びて、かつ両親媒性膜を介して極性媒体含有容積部の少なくともいくらかに接触して、配置されてもよい。両親媒性分子を含む膜は、極性媒体含有層と極性媒体含有容積部との間の界面に形成される。
【００６５】
実施形態では、両親媒性分子は、極性媒体含有層を設ける前に、区画内に配置された極性媒体含有容積部の周りに両親媒性分子を含む層を設けるために、極性媒体および／または無極性媒体含有容積部中に提供されてもよい。
【００６６】
例えば極性媒体含有容積部が、無極性媒体中の液状の液滴の形で提供される場合、容積部の周りの両親媒性分子の層の存在は、容積部が互いに混合する傾向を低減させる。したがって、両親媒性分子は、無極性媒体中に液滴が形成される前に、無極性媒体、または極性媒体含有容積部のいずれかに添加されることが好ましい。個々の液滴が、区画内に導入される前に互いに接触しない場合、極性媒体の液滴は、両親媒性分子が存在しない状態で無極性媒体中に提供されてもよい。後者の場合、両親媒性分子は、無極性媒体中に提供された極性媒体含有容積部の周りに両親媒性分子の層を設けるために、例えば極性媒体含有層に引き続き添加されてもよい。
【００６７】
両親媒性分子を含む膜は、膜界面での分析物の検出、膜界面の性質の決定、または１つもしくは複数の膜界面を横断する分析物の通過など、ある範囲の適用例に使用されてもよい。いくつかの適用例では、膜は、分析物を含むサンプル、例えば生体サンプルを分析するのに使用されてもよい。
【００６８】
適用例の１つのタイプでは、両親媒性分子を含む膜に挿入されるイオンチャネルまたは細孔などの膜タンパク質が使用されてもよい。膜タンパク質は、最初は、極性媒体含有容積部にまたは極性媒体含有層に含有されていてもよい。あるいは膜タンパク質は、無極性媒体中に提供されてもよい。このため膜タンパク質は、両親媒性分子を含む膜の形成後に自発的に挿入される。
【００６９】
いくつかの適用例は、膜の端から端までの電気的特性、例えばイオン電流の測定を使用してもよい。そのような測定を行うために、支持体はさらに、各区画内にそれぞれの電極を含んで、極性媒体含有容積部との電気接触を作製してもよい。その他のタイプの測定、例えば蛍光測定およびＦＥＴ測定などの光学測定を実施してもよい。光学測定および電気測定は、同時に実施してもよい（Heron AJ et al., J Am Chem Soc. 2009;131(5):1652-3）。
【００７０】
区画は、極性媒体の単一の容積部を含有していてもよい。あるいは、区画は、極性媒体の複数の容積部、例えば２容積部を含んでいてもよい。極性媒体含有容積部は、他の容積部の最上部に設けられてもよい。両親媒性分子を含む膜は、極性媒体含有層と極性媒体含有容積部との間の界面に形成されてもよい。膜タンパク質は、電極と親水性層との間にイオンまたは分析物輸送経路が設けられるように、極性媒体含有容積部の間の界面に設けられてもよい。
【００７１】
アレイの区画は、様々な手法で、例えば正方形充填、長方形充填、または六方充填配置構成として、配置構成されてもよい。
【００７２】
装置は、開口上で支持体の端から端まで延びるように配置されたときに極性媒体含有層に電気接触するように配置構成された共通電極を、さらに含んでいてもよい。
【００７３】
装置は、共通電極と各区画内のそれぞれの電極との間に接続された電気回路をさらに含んでいてもよく、この電気回路は、電気測定を行うように配置構成されている。そのような電気測定は、両親媒性分子を含む膜でまたはこの膜を通して生じるプロセスに依存してもよい。
【００７４】
支持体は、様々な有利な構成を有していてもよい。
【００７５】
構成の第１の可能性あるタイプにおいて、隔壁は、区画間に無極性媒体を流すのを可能にする隙間を有していてもよい。これは、隙間によって、予め区画に進入し得る無極性媒体を排出させるので、極性媒体含有容積部での区画の充填が容易になる。
【００７６】
隙間を有する構成では、第１の可能性は、ベース部まで延びる隙間に関する。この構成には、無極性媒体の流れが区画間で生じ得るという利点がある。
【００７７】
隙間を有する構成では、第２の可能性は、ベース部の途中まで延びる隙間に関する。例えば、隔壁が、間に隙間を持たない区画の内側部分を画定する内側部分と、区画の内側部分を画定する内側部分から外向きに延びる外側部分とを含んでいる構成であって、前記隙間が形成されている構成を支持体が有していてもよい。この構成には、区画の電気分離が改善され、その一方で区画間の無極性媒体の流れが依然として可能であるという利点がある。
【００７８】
構成の、第２の可能性あるタイプでは、隔壁は、区画間に無極性媒体を流すのを可能にする隙間を持たなくてもよい。このタイプの構成には、区画の電気分離を最大限にするという利点がある。
【００７９】
構成の、この第２の可能性あるタイプでは、隔壁は、支持体を横断して見たときに、個々の区画の周りに、極性媒体の容積部と内側隔壁表面との接触を低減させるように働く１つまたは複数の突出部分を含むプロファイルを有していてもよい。接触表面積のこの低減は、極性媒体の容積部と内側隔壁表面との間の表面張力を低減させ、この容積部を、より容易に区画内で移動させることができ、例えば、電極表面に接触するために区画のベース部に移動させることができる。区画の内側隔壁の表面の周りに設けられた突出部分の寸法および数は、変えてもよい。液滴と内側隔壁表面との接触の低減は、通常ならそのような突出部分が存在しない状態で可能であると考えられるよりも大きい液滴を組み込むことができるようになる。
【００８０】
隔壁は、区画内への極性媒体の容積部の進入によって変位させた無極性媒体の流出を可能にするチャネルを提供する、１つまたは複数の凹入部分を含んでいてもよい。そのようなプロファイルは、凹入部分によって、予め区画に進入し得る無極性媒体の排出が可能になるので、極性媒体含有容積部での区画の充填に有利である。チャネルの寸法は変えてもよい。無極性媒体は、より大きい断面積を有するチャネルを通して、より容易に排出される。隔壁は、１つまたは複数の突出部分と１つまたは複数の凹入部分との両方を含んでいてもよい。１つまたは複数の凹入部分の寸法は、極性媒体の容積部と内側隔壁表面との表面接触の程度を決定してもよい。
【００８１】
支持体は、両親媒性分子を含む膜の形成が容易になるように、下記の通り設計されてもよい。
【００８２】
有利には、隔壁の外側端部は、共通平面内で拡がっていてもよい。これは、支持体に対する、極性媒体含有層の接着を改善し、したがって、両親媒性分子を含む膜の形成の安定性を改善する。
【００８３】
隔壁の外側端部の縁部は、支持体に対する、極性媒体含有層のピニングを提供する。有利には、そのようなピニングを助けるため、隔壁は、共通平面内の隔壁の外側端部の縁部の区画当たりの全長が、区画内に収容することができる最大限の観念上の球の最大円周よりも大きくなるように設計されてもよい。
【００８４】
区画の開口の寸法は、極性媒体含有層が開口上の支持体の端から端まで延びるように設けられた場合、極性媒体含有層が、極性媒体含有容積部の少なくともいくらかに接触する程度まで、極性媒体含有層が区画内を延びるメニスカスを形成するように、選択されてもよい。これは、両親媒性分子を含む膜のサイズおよび安定性の制御を可能にする。隙間が、内側および外側部分を画定するベース部の途中まで下に延びる構成では、外側部分の配置構成および寸法は、メニスカスが外側部分または内側部分にピニングされたか否かを決定することになる。
【００８５】
極性および無極性媒体に関する下記のコメントは、本発明の全ての態様に適用される。
【００８６】
極性媒体は、親水性媒体であってもよい。無極性媒体は、疎水性媒体であってもよい。特定の実施形態では、極性媒体の単一の容積部は、区画内に提供される。
【００８７】
極性媒体含有容積部は、典型的には、水性媒体、例えば水性緩衝溶液を含む容積部である。
【００８８】
区画内に提供されたそれぞれの容積部の極性媒体は、同じでも異なっていてもよい。容積部は、それぞれ、異なる物質を含んでいてもよく、または同じ物質を異なる濃度で含んでいてもよい。例えば、極性媒体含有容積部は様々な量の物質Ａを含有していてもよく、極性層は物質Ｂを含んでいてもよく、この場合、検出可能な相互作用または反応がＡとＢとの間に生じ得る。このように、物質Ｂは、イオンチャネルを通過して、それぞれの極性媒体含有容積部に入ってもよい。個々の相互作用または反応、例えば蛍光シグナルを検出することにより、多数のイオンチャネル実験を例えば同時に実施してＢとＡとの間の最適な反応または相互作用を決定してもよい。
【００８９】
極性媒体含有層は、典型的には、水性媒体、例えば水性緩衝溶液を含んでいてもよい。
【００９０】
層の極性媒体は、区画内に提供されるそれぞれの容積部と同じまたは異なる極性媒体であってもよい。これらの媒体は、異なる物質を含んでいてもよく、または同じ物質を異なる濃度で含んでいてもよい。
【００９１】
次に本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら非限定的な例を用いて記述する。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】極性媒体の容積部のアレイを保持する装置を、平面からみた画像である。
【図２】図１の装置の支持体の、部分平面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って得られた、支持体の単一区画の断面図である。
【図４】区画を画定する隔壁の支柱に関する、代替パターンの等角投影図である。
【図５】図４のパターンの支柱の、平面図である。
【図６】支柱に関するその他の代替パターンの等角投影図である。
【図７】支柱に関するその他の代替パターンの等角投影図である。
【図８】支柱に関するその他の代替パターンの平面図である。
【図９】支柱に関するその他の代替パターンの平面図である。
【図１０】区画を画定する隔壁の、支柱に関する代替パターンの等角投影図である。
【図１１】図１０のパターン内の支柱の、平面図である。
【図１２】隔壁に関する第１の代替構成の、等角投影図である。
【図１３】図１２の隔壁の平面図である。
【図１４】隔壁が第２の代替構成を有する、装置の支持体の単一区画の断面図である。
【図１５】隔壁に関する第２の代替構成の、等角投影図である。
【図１６】図１５の隔壁の平面図である。
【図１７】隔壁に関して修正された構成の、等角投影図である。
【図１８】図１７の隔壁の平面図である。
【図１９】隔壁に関して修正された構成の、等角投影図である。
【図２０】図１９の隔壁の平面図である。
【図２１】隔壁に関して修正された構成の、等角投影図である。
【図２２】図２１の隔壁の平面図である。
【図２３】隔壁に関して修正された構成の、等角投影図である。
【図２４】図２３の隔壁の平面図である。
【図２５】隔壁に関して修正された構成の、等角投影図である。
【図２６】図２５の隔壁の平面図である。
【図２７】アレイを組み込むフローセルアセンブリの図である。
【図２８】マイクロ流体フロー接合により作製された、水性溶液の液滴の画像である。
【図２９】区画から突出するビーズを含有する装置の、概略断面図である。
【図３０】親水性媒体の複数の容積部を含有する装置の、概略断面図である。
【図３１】極性媒体の層が設けられた装置の部分の、断面図である。
【図３２ａ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３２ｂ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３２ｃ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３２ｄ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３２ｅ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３２ｆ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３２ｇ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３２ｈ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３２ｉ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３２ｊ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３２ｋ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３２ｌ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３３ａ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３３ｂ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３３ｃ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３３ｄ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３３ｅ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３３ｆ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３３ｇ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３３ｈ】方法の連続ステップにおける、区画の一組の概略側面図である。
【図３４ａ】前処理無極性媒体が付着された区画の、概略側面図である。
【図３４ｂ】前処理無極性媒体が付着された区画の、概略側面図である。
【図３５】コンピュータシミュレーションの開始点での、区画の側面図である。
【図３６ａ】コンピュータシミュレーション中の、区画の側面図である。
【図３６ｂ】コンピュータシミュレーション中の、区画の側面図である。
【図３６ｃ】内側リセス部が極性媒体の容積部で充填された区画の、共焦点画像である。
【図３７】コンピュータシミュレーション中の、異なるサイズの区画の側面図である。
【図３８ａ】内側リセス部が極性媒体の容積部で満たされている、図２１の構成における支持体の一組の画像である。
【図３８ｂ】内側リセス部が極性媒体の容積部で満たされている、図２１の構成における支持体の一組の画像である。
【図３９ａ】内側リセス部が極性媒体の容積部で満たされている、図１９の構成における支持体の画像である。
【図３９ｂ】内側リセス部が極性媒体の容積部で満たされている、図１９の構成における支持体の画像である。
【図４０ａ】膜のアレイの形成後の、図１９の構成における支持体の画像である。
【図４０ｂ】膜のアレイの形成後の、図１９の構成における支持体の画像である。
【図４０ｃ】形成された膜を有する区画の、概略側面図である。
【図４１】ＭｓｐＡナノ細孔を通るイオン電流の測定で得られた電気データを示す、時間に対する電流のグラフである。
【図４２】装置の電気回路を示す線図である。
【図４３】極性媒体の様々な容積部に関する、サイズに対する寿命のグラフである。
【図４４ａ】区画内の異なるサイズの液滴の、概略側面図である。
【図４４ｂ】区画内の異なるサイズの液滴の、概略側面図である。
【図４４ｃ】区画内の異なるサイズの液滴の、概略側面図である。
【図４５】図１５および１６に示されるタイプの装置の、概略断面図である。
【図４６】図１５および１６に示されるタイプの装置の、概略断面図である。
【図４７】区画の開口の端から端まで形成されたメニスカスの、側面図である。
【図４８ａ】１８０ｍＶの印加電位の下、トリブロックコポリマーに挿入された、ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）ナノ細孔を通るヘリカーゼ制御ＤＮＡ運動を示す、ｍｓを単位とした時間の関数としての電流トレースを示す図であり、ＡおよびＢは、ＭｓｐＡナノ細孔を通る、２つのヘリカーゼ制御ＤＮＡ転位の例を示す。
【図４８ｂ】１８０ｍＶの印加電位の下、トリブロックコポリマーに挿入された、ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）ナノ細孔を通るヘリカーゼ制御ＤＮＡ運動を示す、ｍｓを単位とした時間の関数としての電流トレースを示す図であり、ＡおよびＢは、ＭｓｐＡナノ細孔を通る、２つのヘリカーゼ制御ＤＮＡ転位の例を示す。
【図４９】トロンビンの存在（ブロック標識２）および不在（ブロック標識１）に対応した特性ブロックレベルを示す、電流トレースを示す図である。
【図５０】ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）（配列番号１）ナノ細孔に曝されたチップの明視野画像を示す。
【図５１】ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）（配列番号１）ナノ細孔に曝されていないチップの明視野画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００９３】
本明細書は、下記のような様々な配列に言及する。
【００９４】
配列番号１は、ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）のアミノ酸配列を示す。ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）のアミノ酸配列は、下記の変異Ｇ７５Ｓ／Ｇ７７Ｓ／Ｌ８８Ｎ／Ｑ１２６Ｒを有する配列番号２の変種である。
【００９５】
配列番号２は、ＭｓｐＡモノマーのＭＳ−Ｂ１変異体の成熟型の、アミノ酸配列を示す。この変異体は、シグナル配列が欠けており、下記の変異：Ｄ９０Ｎ、Ｄ９１Ｎ、Ｄ９３Ｎ、Ｄ１１８Ｒ、Ｄ１３４Ｒ、およびＥ１３９Ｋを含む。
【００９６】
配列番号３は、実施例５で使用されるポリヌクレオチド配列の１つを示す。その３’末端が、４つのスペーサー単位を介して配列番号４の５’末端に接続されている。
【００９７】
配列番号４は、実施例５で使用されるポリヌクレオチド配列の１つを示す。その５’末端が、４つのスペーサー単位を介して配列番号３の３’末端に接続されている。
【００９８】
配列番号５は、α−ヘモリシン−Ｅ１１１Ｎ／Ｋ１４７Ｎ（α−ＨＬ−ＮＮ）；（Stoddart, D. S., et al., (2009), Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106, p7702-7707）の１つのサブユニットをコードするポリヌクレオチド配列を示す。
【００９９】
配列番号６は、α−ＨＬ−ＮＮの１つのサブユニットのアミノ酸配列を示す。
【０１００】
以下に示される配列番号７は、アプタマーのポリヌクレオチド配列であり、Ｘは、脱塩基部位である。ＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＡＡＡＡＡＡＡＧＧＴＴＧＧＴＧＴＧＧＴＴＧＧ。この配列はＷＩＰＯ  ＳＴ．２５に従っておらず、したがって配列表に含まれていない。
【０１０１】
配列番号８は、ＤＮＡのストランドのポリヌクレオチド配列を示す。ストランドは、配列中の位置１のチミンに結合されたＢＨＱ１標識と、配列中の位置１５のチミンに結合されたＦＡＭ標識とを有する。
【０１０２】
配列番号９は、ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）変異体ＭｓｐＡモノマーをコードするポリヌクレオチド配列を示す。ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）のアミノ酸配列は、下記の変異Ｇ７５Ｓ／Ｇ７７Ｓ／Ｌ８８Ｎ／Ｑ１２６Ｒを有する配列番号２の変種である。
【０１０３】
配列番号１０は、ＭｓｐＡモノマーのＭＳ−Ｂ１変異体をコードするポリヌクレオチド配列を示す。この変異体は、下記の変異：Ｄ９０Ｎ、Ｄ９１Ｎ、Ｄ９３Ｎ、Ｄ１１８Ｒ、Ｄ１３４Ｒ、およびＥ１３９Ｋを含む。
【０１０４】
図１は、無極性媒体中に極性媒体含有容積部２のアレイを保持する装置１を示す。装置１は、区画４のアレイを提供する支持体３を含む。使用中、全ての区画４は無極性媒体を含有する。区画４の少なくともいくつかは（この実施例では、区画４のほとんど）、無極性媒体中に極性媒体の単一の容積部２を含有する。
【０１０５】
支持体３の構成を、図２および３に、より詳細に示す。支持体３は、ベース部５と、ベース部５から延びる隔壁６とを含む。隔壁６は、図３に示されるように、ベース部５から外に、この実施例では垂直に延びる複数の支柱７を含む。区画４は、支柱７の遠位端に設けられた開口を有する。これらの開口は、区画４から、支持体３に隣接する空間内への連通をもたらし、極性媒体の容積部は、開口を通して区画４内に導入され得る。
【０１０６】
支柱７は、規則的な正方形のアレイ状の区画４が画定されるように、図２に示されるような異なる形状を有していてもよい。支柱７は、区画４内の極性媒体の容積部２が、隣接する区画内の極性媒体含有容積部２に接触しないように、成形される。この実施例では、支柱７は、区画４内に突出するアームを有する十字形支柱７ａを区画４の隅に含み、区画４の各辺に沿って支柱７ｂをさらに含み、十字形支柱７ａとその他の支柱７ｂとの間には隙間８がある。区画４は、極性媒体の容積部２が物理的に互いに分離するように配置構成される。これは、極性媒体の容積部２が互いに混合しまたは接触するのを防止して、界面を形成する。これは、長時間にわたって貯蔵される可能性のある極性媒体の容積部２の、非常に安定したアレイを提供する。ここで、「内側」および「外側」という用語は、外側端部の開口から内側端部のベース部５に向かう、区画４内の相対的な位置付けについて記述する。
【０１０７】
支柱７は、それらの間に隙間８を有する。この実施例において、隙間８は、開口からベース部５までの距離全体に延びる。隙間８は、区画４内の極性媒体の容積部２の分離を維持しつつ、区画４の間に無極性媒体を流すのに十分なサイズのものである。隙間８を設けることにより、無極性媒体を区画４の間に流すことが可能になる。このようにすると、無極性媒体は、開口を通って区画４に進入する極性媒体の容積部２によって排出され得るので、区画４の充填の著しい助けとなる。隙間８は、支持体３における無極性媒体のレベルを制御しかつアレイ全体を通して均等にすることも可能にする。支柱７の間の隙間８は、極性媒体の容積部２が、区画４の間の隙間８を移動しないように、または隣接する区画内の極性媒体含有容積部２に接触しないようにするものである。
【０１０８】
任意選択で、無極性媒体による支持体３の周縁の充填を助けるダム１０が、支持体３の周辺を巡って設けられてもよい。無極性媒体が支持体３から導入されまたは排出され得る１つまたは複数のチャネル１１を、ダム１０に設けてもよい。
【０１０９】
支持体３は、限定するものではないが非ドープ型結晶質シリコン（すなわち、シリコンウエハ）、ＳＵ８、ポリカーボネート、および／またはポリエステル含み、かつこれらまたはその他の材料の任意の組合せを含む、高い電気抵抗を有するある範囲の種々の材料から作製されてもよい。支持体３は、そのような材料に用いられる従来の技法であって、堆積および除去技法、例えばエッチングまたはレーザ加工を含むがこれらに限定することのない技法を使用して製造されてもよい。
【０１１０】
図３に示されるように、ベース部５は基材１２を含む。基材１２は、各区画４内に電極１３を支持する。この実施例において、電極１３は、基材１２のリセス部に置かれた状態が示されるが、電極は、代替例として、基材１２の露出面上に外層として堆積することもできる。電極１３は、区画４に含有される極性媒体の容積部２と電気接触するように設けられ、より詳細に以下に論じる。
【０１１１】
基材１２は、任意選択の表面コーティング１４を含んでいてもよい。表面コーティング１４は、高抵抗外層を提供してもよい。ベース部５に関する１つの可能性ある材料の組合せは、ベース部が非ドープ型結晶質シリコン（すなわち、シリコンウエハ）で作製され、かつコーティング１４がＳＵ８で作製されることである。図２に示される実施例では、表面コーティング１４が基材１２の最上部に設けられ、したがって電極１３に位置合わせされたアパーチャ１５を有することにより、電極１３と極性媒体の容積部２との電気接触が可能になる。代替例として、電極１２は、表面コーティング１４と同じ層にまたは表面コーティング１４の最上部にパターニングすることができる。
【０１１２】
隔壁６は、支持体３のベース部１２と同じまたは異なる材料で作製されてもよく、同じまたは異なる表面特性を有していてもよい。隔壁６は、典型的には無極性であり、例えばＰｅｒｍｅｘから作製されてもよい。隔壁６は、任意選択で、その電気的および／または物理的性質を修正するために表面コーティング（図示せず。）を含んでいてもよい。
【０１１３】
図２に示される支柱７の特定の形状および配置構成は、必須のものではなく、支柱７は、区画４内の極性媒体の容積部２が隣接する区画内の極性媒体含有容積部２に接触しないように、区画４を画定する様々な異なる形状を有していてもよい。例として、図４から８は、下記の通り、支柱７に関する代替の形状および配置構成のいくつかの実施例を示す。
【０１１４】
図４および５は、隔壁６が、図２に類似した配置構成で十字形支柱７ａとその他の支柱７ｂとを含んだ支柱７を含む、支持体３を示す。このように支柱７は、短いおよび長いピッチで組み合わされ、その結果、極性媒体の容積部２の混合を防止し、支柱の安定性を改善する。
【０１１５】
図６から９は、支柱７が修正された形状およびパターンを有する、その他の支持体３を示す。それぞれの場合において、支柱７は、開口からベース部５までの距離全体を延びる隙間８を有する。支柱７は、支柱７が互いに広く間隔を空けて配置される支持体３の領域で、区画４を画定するパターンに配置構成される。支柱７の間の隙間８は、極性媒体の容積部２が区画４の間を移動しないように、または隣接する区画内の極性媒体含有容積部２に接触しないようにするものである。図６では、隔壁６は、円形支柱７ｄのアレイを含む。
【０１１６】
図７では、隔壁６は、三つ星形支柱７ｇのアレイを含む。三つ星形支柱７ｇは、湾曲した凹入面と拡大された端部とを有する３つのアームを有する。三つ星形支柱７ｇは、複数の区画４を画定し、３つの三つ星形支柱７ｇが各区画の周りに等間隔で配置されている。図８および９において、隔壁６は、複数の区画４を画定する十字形支柱７ｈおよびＴ字形支柱７ｉのアレイをそれぞれ含む。十字形支柱７ｇおよびＴ字形支柱７ｈは凹入面を有する。
【０１１７】
図７から９のこれらの実施例では、区画４を設けるのに必要な支柱７の数は、例えば図２または６の配置構成よりも少ない。少ない数の支柱７を設けることにより、アレイの製作をより容易にし、個々の支柱の機械的弾性が増大する。
【０１１８】
図６に示される円形支柱は、特に高さが１００μｍ程度であり支柱の幅が２５μｍ程度の支柱７に関し、例えば図４または図７から９のより構造的に弾性のある支柱よりも、機械的弾性が低く、より潰れ易くまたは歪み易いことがわかった。したがって、幅：高さの比がより高い支柱７が好ましい。
【０１１９】
図１１および１２は、隔壁６が、十字形支柱７ａおよびその他の支柱７ｂの表面６２が下記の通りパターニングによってマイクロパターニングされた修正点以外、図４と同じ全体配置構成を有する十字形支柱７ａとその他の支柱７ｂとを含んだ支柱７を含む、支持体３を示す。特に、それらの表面６２には、十字形支柱７ａおよびその他の支柱７ｂの全長に沿って、区画４から外向きに延びる複数の刻み目６３によって刻み目が付けられている。この実施例では、刻み目６３は、その断面が長方形である。
【０１２０】
刻み目６３の間の表面６２は、区画４の周りに延びる共通湾曲平面内にある。これらの表面６２は、極性媒体の容積部２を区画４内に物理的に拘束する。このように、表面６２の寸法は、区画４に収容され得る極性媒体の容積部２のサイズを制御する。
【０１２１】
刻み目６３は、極性媒体の容積部２に接触する隔壁６の表面積を低減させる、無極性媒体を保持する。これは支柱７の表面特性を修正し、極性媒体を弾き、したがって、区画４内に保持される極性媒体の容積部２を拘束しかつ極性媒体が区画内に進入するのを助ける。一般に、パターニングは、この効果を発揮させるためにその他の表面形体を含むことができる。
【０１２２】
刻み目６３および表面６２は、区画４内に保持される極性媒体の容積部２の体積のサイズに比べて小さい幅を有する。刻み目６３および表面６２は、好ましくは最大で２０μｍ、より好ましくは最大で１０μｍの幅を有する。例えば、区画４の寸法が、区画４内に収容することができる最大限の観念上の球の直径ｄに関して特徴付けられる場合、刻み目６３および表面６２は、最大で０．１ｄ、好ましくは最大で０．０５ｄの幅を有する。直径ｄが１４０μｍである典型的な実施例では、刻み目６３および表面６２は、５μｍの幅を有する。刻み目６３の深さは、チャネルが無極性媒体を保持できるように選択される。図１１および１２の実施例では、チャネルは５μｍの深さを有し、アスペクト比１：１が得られる。しかし、より深い刻み目６３は、無極性媒体のより効果的な保持を行う。
【０１２３】
図に示される全ての構成において、支柱７は、図３に示されるように、支柱７の外側端部９が共通平面内で拡がるように同じ高さを有し、その結果、支持体３にはブラシ状の平坦上面が設けられる。同じ高さを有する支柱を設けることが好ましい構成であるが、異なる高さの支柱を有する構成を設けてもよい。
【０１２４】
次に、ベース部５までの距離全体に延びる支柱７および隙間８を持たない、隔壁６に関するいくつかの代替構成について記述する。一般に、隔壁のあらゆる隙間の深さを低減させることにより、例えば無極性媒体が電極１３間に導電性経路を設けるよう十分に水和した場合、区画４間の電気分離を増大させることができかつ異なる区画４の電極１３間のオフセット電流の傾向を低減させることができる。隔壁６の代替構成とは別に、支持体２は、通常なら上述と同じ構成を有する。
【０１２５】
隔壁に関する第１の代替構成を、図１２および１３に示し、下記のように配置構成される。第１の代替構成では、隔壁６は、区画４の間に無極性媒体を流すのを可能にする隙間を持たない。特に、隔壁６は、それらの区画４の間に隙間を持たない区画４を画定するリセス部３０を有する。隔壁６は、ベース部５から延びる共通本体３１によって形成されてもよい。その場合、ベース部５は、区画４の内側端部を形成する平坦面を有する。共通本体３１は、ベース部５に積層された分離層として形成されてもよいが、代わりにベース部５に一体化されてもよく、リセス部３０は、材料を除去することによって形成されてもよい。
【０１２６】
この実施例では、隔壁６は、支持体３を横断して見たときに、第２の代替構成における隔壁の内側部分２０のプロファイルと同じプロファイルを有する。すなわち、プロファイルは波形であり、個々の区画４の周りに、区画４内に突出する複数の突出部分３２と、区画４が隔壁６に突出している複数の凹入部分３３とを含む。
【０１２７】
突出部分３２は、区画４内に極性媒体の容積部２を拘束するよう物理的に配置構成される。このように、突出部分３２の寸法は、区画４に収容され得る極性媒体の容積部２のサイズを制御する。
【０１２８】
凹入部分３３は、区画４に収容される極性媒体の容積部２の外側に延びるチャネルを提供する。したがって、凹入部分３３は、区画４内への極性媒体の容積部２の進入によって変位させた無極性媒体を流出させる。
【０１２９】
この波形構造は、極性媒体の容積部２に接触する隔壁６の表面積も低減させる。これは極性媒体の容積部２が区画４のベース部に移動するように働き、それによって、電極１３と電気接触するのを助ける。
【０１３０】
原則として、３、４、５、６個などの任意の数の凹入部分３３を、原則として設けることができる。しかし、突出部分３２の数と、極性媒体の容積部２に関する接触表面とのバランスをとる必要があると考えられる。
【０１３１】
図１２に示される突出部分３２は、丸みの付いた縁部を有する。あるいは突出部分３２は、鋭い縁部を有していてもよい。そのような鋭い縁部は、区画４の縁部と極性媒体の容積部２との間の接触の程度をさらに低減させ得る。逆に言えば、鋭い縁部は、両親媒性分子の層を穿刺する可能性がある。極性媒体の容積部２と区画４の内面との接触の程度を低減させることが有利である。突出部分３２があることにより、より大きい極性媒体の容積部２は、区画４の所与の容積に使用できるようになる。
【０１３２】
図１２からわかるように、凹入部分３３の寸法および形状は、極性媒体の容積部２に接触することが可能な表面積を決定する。突出部分３２および凹入部分３３は、一般に、凹入部分３３の断面の幅が大きくなるほど区画４の壁の表面積の低減が大きくなるという点が、相関的である。
【０１３３】
このように、上述の構成と比較すると、第１の代替構成では、隔壁６は、極性媒体の容積部２を拘束しかつそれらが接触しまたは混合するのを防止するという同じ機能を発揮するが、区画４間の電気分離は、隔壁６の隙間が存在しないことにより増大する。隔壁６に隙間がないことにより、区画４の間に無極性媒体を流すことができるという有益な効果も低減するが、これは、極性媒体の容積部２の挿入を助ける、変位された無極性媒体の流出を可能にするチャネルを提供する凹入部分３３により区画４を充填するときに、ある程度まで緩和される。これは、最大サイズの極性媒体の容積部２の挿入を可能にし、その運動は突出部分３２により制約を受ける。
【０１３４】
隔壁６は、図１２に示されるように、隔壁６の外側端部３４が共通平面内で拡がるよう同じ高さを有し、その結果、支持体３にはブラシ状の平坦上面が設けられる。
【０１３５】
次に、隔壁６に関するいくつかの代替構成について記述するが、ここで隔壁６は、それらの間に隙間を持たない区画の内側リセス部を画定する内側部分と、区画の間に無極性媒体を流すのを可能にする隙間を持つ区画の外側部分を画定する、内側部分から外向きに延びる外側部分とを含む。このように、効果的に、隙間はベース部５の途中まで延びる。隔壁６の代替構成とは別に、下記の支持体２は通常なら上述と同じ構成を有する。
【０１３６】
隔壁に関する第２の代替構成を、図１４、１５、および１６に示し、下記のように配置構成する。
【０１３７】
無極性媒体中に極性媒体の容積部２があるアレイを保持するための装置１は、区画４のアレイを設ける支持体３を含む。使用中、全ての区画４は無極性媒体を含有し、区画４の少なくともいくつかは、無極性媒体中に含まれる極性媒体の単一の容積部２を含有する。
【０１３８】
支持体３は、ベース部５と、ベース部５から延びる隔壁６とを含む。ここで「内側」および「外側」という用語は、外側端部の開口から内側端部のベース部５に向かう区画４内の相対的な位置付けについて記述する。
【０１３９】
以下に、より詳細に記述するように、隔壁６は、隔壁６の遠位端に開口が設けられた区画４を画定する。これらの開口は、区画４から、支持体３に隣接する空間への連通を提供し、極性媒体の容積部は、開口を通って区画４内に導入することができる。区画４は、極性媒体の容積部２が互いに物理的に分離するように配置構成される。これは極性媒体の容積部２が互いに混合しまたは接触して界面を形成するのを防止する。これにより、長期にわたり貯蔵することが可能な、極性媒体の容積部２の非常に安定なアレイが設けられる。
【０１４０】
任意選択で、支持体３の周縁に無極性媒体を充填するのを助けるダム（図１に示される形をとる。）を、支持体３の周辺を巡って設けてもよい。１つまたは複数のチャネル、すなわちその内部を通って無極性媒体が導入されまたは支持体３から排出することができるチャネルを、ダムに設けてもよい。
【０１４１】
支持体３は、限定するものではないが非ドープ型結晶質シリコン（すなわち、シリコンウエハ）、ＳＵ８、ポリカーボネート、および／またはポリエステル含み、かつこれらまたはその他の材料の任意の組合せを含む、高い電気抵抗を有するある範囲の種々の材料から作製されてもよい。支持体３は、そのような材料に用いられる従来の技法であって、堆積および除去技法、例えばエッチングまたはレーザ加工を含むがこれらに限定することのない技法を使用して製造されてもよい。
【０１４２】
ベース部５は基材１２を含む。基材１２は、各区画４内に電極１３を支持する。この実施例において、電極１３は、基材１２のリセス部に置かれた状態が示されるが、電極は、代替例として、基材１２の露出面上に外層として堆積することもできる。電極１３は、区画４に含有される極性媒体の容積部２と電気接触するように設けられ、より詳細に以下に論じる。
【０１４３】
基材１２は、任意選択で表面コーティングを含んでいてもよい。表面コーティングは、高抵抗外層を提供してもよい。ベース部５に関する１つの可能性ある材料の組合せは、ベース部５が非ドープ型結晶質シリコン（すなわち、シリコンウエハ）で作製され、かつコーティングがＳＵ８で作製されることである。そのような表面コーティングは基材１２の最上部に設けられ、電極１３に位置合わせされたアパーチャがあることにより、電極１３と極性媒体の容積部２との電気接触が可能になる。代替例として、電極１２は、表面コーティングと同じ層にまたは表面コーティングの最上部にパターニングすることができる。
【０１４４】
隔壁６は、支持体３のベース部１２と同じまたは異なる材料で作製されてもよく、同じまたは異なる表面特性を有していてもよい。隔壁６は、典型的には無極性であり、例えばＰｅｒｍｅｘから作製されてもよい。隔壁６は、任意選択で、その電気的および／または物理的性質を修正するために表面コーティング（図示せず。）を含んでいてもよい。
【０１４５】
図１５および１６は、隔壁６の特定の配置構成を示すが、これは必須ではなく、隔壁６は、区画４内の極性媒体の容積部２が隣接する区画内の極性媒体含有容積部２に接触しないように、区画４を画定する様々な異なる配置構成を有していてもよい。
【０１４６】
図１５および１６の配置構成では、隔壁６は、内側部分２０と外側部分２１とを含む。
【０１４７】
隔壁６の内側部分２０は、区画４のそれら内側部分の間に隙間を持たない区画４の内側部分を形成する、内側リセス部２２を画定する。隔壁６の内側部分２０は、ベース部５から延びる共通本体によって形成されてもよい。その場合、ベース部５は、区画４の内側端部を形成する平坦面を有する。内側部分２０は、内側リセス部５になるアパーチャを形成するために材料を除去した後、ベース部５に積層された分離層として形成されてもよい。あるいは内側部分２０は、ベース部５に一体化されてもよく、リセス部２２は、一体化部材の材料を除去することによって形成されてもよい。
【０１４８】
この実施例では、隔壁６の内側部分２０は、支持体３を横断して見たときに、個々の区画４の周りの円形のプロファイルを有する。
【０１４９】
隔壁６の外側部分２１は、内側部分２０から外向きに延び、区画４の外側部分を画定する。この実施例では、隔壁６の外側部分２１は、図４および５に示された隔壁６の構成の支柱７に類似したパターンで、この実施例では垂直に、図１５に示されるように隔壁６の内側部分２０から外に延びる複数の支柱２３を含む。特に、区画４に向かってアームが延びる区画４の隅の十字形支柱２３ａと、区画４の各辺に沿った複数のその他の支柱２３ｂであり、十字形支柱２３ａとその他の支柱２３ｂとの間に隙間２４があり、かつその他の支柱２３ｂの間にも隙間２４がある。
【０１５０】
支柱２３は、それらの間に隙間２４を有する。この実施例では、隙間２４は隔壁の内側部分２０に延び、したがってベース部５の途中までしか延びていない。隙間２４は、区画４内の極性媒体の容積部２の分離を維持しながら、区画４の間に無極性媒体を流すのに十分なサイズのものである。隙間２４を設けることにより、区画４の間に無極性媒体を流すことが可能になる。これは、無極性媒体を、区画４に進入する極性媒体の容積部２で変位させることができるので、区画４の充填を助ける。これに関するさらなる記述を以下に示す。隙間２４は、支持体３の無極性媒体のレベルを制御しかつアレイ全体にわたって均等にすることも可能にする。このように、上述の構成と比較すると、第２の代替構成では、隔壁４は、極性媒体の容積部２を拘束しかつそれらが接触しまたは混合されるのを防止するという同じ機能を発揮し、隙間２４は、区画４の間に無極性媒体を流すという同じ機能を隙間８にもたらす。しかし区画４間の電気分離は、内側部分２０に隙間がないので増大する。
【０１５１】
支柱２３は、それらの内側リセス部２２の開口から見た場合、内側リセス部２２の縁部から離して設けられる。これは、任意の所与の支柱２３と、隣接する内側リセス部２２との間で、隔壁６の内側部分２０の上面にステップを生成する。
【０１５２】
支柱２３は、図１５に示されるように、支柱２４の外側端部２５が共通平面内で拡がるよう同じ高さを有し、その結果、支持体３にはブラシ状の平坦上面が設けられる。
【０１５３】
隔壁６の内側部分２０と外側部分２１との相対的な高さは、様々であってもよい。１つの典型的な実施形態では、内側部分２０はその高さが９０μｍであり直径が１７０μｍであり、外側部分２１は高さが６０μｍである。
【０１５４】
この実施例では、隔壁の内側部分はさらに、２つの凹入部分２８を含む。図１５および１６からわかるように、凹入部分の寸法は、区画４の内面に比べて比較的小さい。
【０１５５】
隔壁の修正された構成を、図１７および１８に示す。これは、下記の修正点以外、図１５および１６の構成に類似している。
【０１５６】
まず、隔壁６の内側部分２０によって形成された内側リセス部２２は、支持体３を横断して区画４の開口から見たときに、円形ではないプロファイルを有する。特に、プロファイルは波打っており、個々の区画４の周りに、区画４内に突出する複数の突出部分２６と、区画４が隔壁６内に突出する複数の凹入部分２７とを含む。
【０１５７】
突出部分２６は、区画４内に極性媒体の容積部２を拘束するように物理的に配置構成される。このように、突出部分２６の寸法は、区画４に収容され得る極性媒体の容積部２のサイズを制御する。
【０１５８】
凹入部分２７は、区画４に収容される極性媒体の容積部２の外側に延びるチャネルを提供する。したがって効果的に、隔壁６の内側部分２０は、内側リセス部２２から外向きに延びる複数のチャネルが刻まれた表面を有する。したがって、凹入部分２７は、区画４内への極性媒体の容積部２の進入によって変位された無極性媒体を流出させる。
【０１５９】
この波形構造は、極性媒体の容積部２に接触する隔壁６の表面積も低減させる。これは、極性媒体の容積部２が区画４のベース部に移動するように働き、それによって電極１３に電気接触するのを助ける。
【０１６０】
原則として、３、４、５、６個などの任意の数の凹入部分２７を、原則として設けることができる。しかし、突出部分２６の数と、極性媒体の容積部２に関する接触表面とのバランスをとることが必要と考えられる。
【０１６１】
第２に、隔壁６の外側部分２１の支柱２３は、異なるパターンを有する。特に、区画４の辺に沿った方向にアームが延びている、区画４の隅の十字形支柱２３ｃと、区画４の各辺に沿った１対のその他の支柱２３ｃとがあり、十字形支柱２３ｃとその他の支柱２３ｄとの間には隙間２４があり、かつその他の支柱２３ｄの間にも隙間２４がある。これは、支柱２３を内側部分２０に適合させることが可能になるが、支柱２３は同じ機能および効果を発揮する。
【０１６２】
図１７に示される突出部分２６は、丸みの付いた縁部を有する。あるいは突出部分２６は、より鋭い縁部を有していてもよい。極性媒体の容積部２と区画４の内面とが接触する程度を低減させることが有利である。突出部分２６があることによってより大きい、極性媒体の容積部２を、区画４の所与の容積で使用することが可能になる。
【０１６３】
図１７からわかるように、凹入部分２７の寸法および形状は、極性媒体の容積部２に接触することが可能な表面積を決定する。突出部分２６および凹入部分２７は、一般に、凹入部分２７の断面の幅が大きくなるほど区画４の壁の表面積の低減が大きくなるという点が、相関的である。
【０１６４】
隔壁６の修正された構成を、図１９および２０に示す。これは、内側リセス部２２の表面６４と支柱２３の表面６６とが以下にさらに記述されるパターニングを有するという修正点以外、図１５の構成に類似している。
【０１６５】
隔壁６のさらにその他の修正された構成を、図２１および２２に示す。これはパターニングのサイズ以外、図１９の構成と同じである。
【０１６６】
隔壁６に関するさらにその他の修正された構成を、図２３および２４に示す。これは、内側リセス部２２の表面６４（しかし支柱２３の表面６６ではない。）が以下に記述されるパターニングを有するという修正点以外、図１５の構成と同じである。
【０１６７】
隔壁６に関するさらにその他の修正された構成を、図２５および２６に示す。
【０１６８】
次に図１９から２６に示される区画４の様々な表面のパターニングについて、より詳細に記述する。
【０１６９】
特に、内側リセス部２２の表面６４には、内側リセス部２２の全長に沿って、内側リセス部２２から外向きに、したがって区画４から外向きに延びる、複数の刻み目６５が刻まれる。この実施例では、刻み目６５の断面が長方形である。同様に、支柱２３の表面６６には、区画４から外向きに延びる複数の刻み目６７が刻まれる（図１５の構成に示されるもの以外）。この実施例では、刻み目６７の断面が長方形である。
【０１７０】
刻み目６５の間の各内側リセス部２２の表面６４は、内側リセス部２２の周りに延びる共通湾曲平面内にある。これらの表面６４は、極性媒体の容積部２を内側リセス部２２内に物理的に拘束する。このように、表面６４の寸法は、内側リセス部２２に収容され得る極性媒体の容積部２のサイズを制御する。
【０１７１】
刻み目６５は、極性媒体の容積部２に接触する隔壁６の表面積を低減させる、極性媒体を保持する。これは支柱７の表面特性を修正し、極性媒体を弾き、したがって、内側リセス部２２に保持される極性媒体の容積部２を拘束しかつ内側リセス部２２内に極性媒体を進入させるのを助ける。一般に、パターニングは、この効果を発揮させるその他の表面形体を含むことができる。
【０１７２】
無極性媒体７０の初期の前処理は、以下に記述されるように適用される。刻み目６５および６７は、無極性媒体７０の前処理を基材３上に逃すことによって拡げるのを助ける。
【０１７３】
隔壁６に加えられた無極性媒体７０の前処理は、極性媒体に対する隔壁６の疎性、したがって極性媒体の容積部２と隔壁６との間の接触角を増大させるように働く表面張力／毛管現象により、刻み目６５内で保たれる。これは、極性媒体の容積部２のメニスカスの形状を画定するのを助ける。高い毛管現象を有する刻み目６５は、無極性媒体をより効果的に保持しかつ電極１２の表面上への無極性媒体の流れを防止しまたは妨げるので好ましい。このように、区画に引き続き加えられる極性媒体は、電極１３に直接接触することができる。
【０１７４】
刻み目６５および表面６４は、好ましくは最大で２０μｍ、より好ましくは最大で１０μｍの、実施形態による幅を有する。刻み目６５および表面６４は、内側リセス部２２に保持される極性媒体の容積部２の体積のサイズに比べ、小さい幅を有する。例えば、内側リセス部２２の寸法が、内側リセス部２２内に収容することができる最大限の観念上の球の直径ｄに関して特徴付けられる場合、刻み目６５および表面６４は、好ましくは最大で０．１ｄ、より好ましくは最大で０．０５ｄの幅を有する。例として、内側リセス部２２が９０μｍの深さを有し、外側部分２３が３０μｍの高さを有し、直径ｄが１４０μｍである場合、刻み目６５および表面６４は５μｍの幅を有していてもよい。同様に、図１９の構成では、刻み目６５および表面６４は、５μｍの幅を有する。
【０１７５】
刻み目６５の深さは、チャネルが極性媒体を保持するように選択される。例として、図１９の構成では、刻み目６５は５μｍの深さを有し、アスペクト比１：１を提供する。
【０１７６】
しかし、より深い刻み目６５は、極性媒体のより効果的な捕獲および保持を行う。例として、図２５および図２１の構成では、刻み目６５が５０μｍの深さを有し、アスペクト比１０：１を提供する。これはより高い毛管現象に起因して、チャネル内に、より効果的に油を捕獲し保持する。利用可能な液滴の直径ｄは、１００μｍである。より高いアスペクト比の追加の利益は、より小さい液滴の直径が得られることであり、それがより小さい両親媒性膜面積を提供することである。
【０１７７】
刻み目６７の間の支柱２３の表面６６は、内側リセス部２２の周りに延びる共通湾曲平面にある。刻み目６７は、無極性媒体を弾く極性媒体を保持する。隔壁６に加えられる無極性媒体７０の前処理は、極性媒体に対する隔壁６の疎性を増大させるように働く表面張力／毛管現象により、刻み目６５内で保たれ、それによって、内側リセス部２２の充填を助ける。
【０１７８】
刻み目６７および表面６６は、好ましくは最大で２０μｍ、より好ましくは最大で１０μｍの幅を有する。刻み目６７および表面６６は、内側リセス部２２に保持される極性媒体の容積部２の体積のサイズに比べ、小さい幅を有する。例えば、内側リセス部２２の寸法が、内側リセス部２２内に収容することができる最大限の観念上の球の直径ｄに関して特徴付けられる場合、刻み目６５および表面６４は、好ましくは最大で０．１ｄ、より好ましくは最大で０．０５ｄの幅を有する。例として、内側リセス部２２が９０μｍの深さを有し、外側部分２３が３０μｍの高さを有し、直径ｄが１４０μｍである場合、刻み目６５および表面６４は５μｍの幅を有していてもよい。しかし、より深い刻み目６７は、極性媒体をより効果的に保持するが、限定された空間であることに起因して、より高いアスペクトの刻み目６７をもたらすことが難しい。
【０１７９】
下記のコメントは、上述の構成のいずれかを持つ支持体３に適用される。
【０１８０】
支持体３は、任意の数の区画４を含んでいてもよい。支持体３は、例えば、２から１０6個の範囲の数の区画４を含んでいてもよいが、典型的には１００から１００，０００個の範囲であってもよい。
【０１８１】
個々の区画４は、隔壁６と、隔壁６の高さによって画定された観念上の容積との間の間隔によって画定された、観念上の断面積を有する。観念上の容積は、典型的にはアレイの全ての区画４に関して同じである。
【０１８２】
上記実施例のように、区画４は、支持体３を横断して見たときに、不規則に成形された周辺を有していてもよい。区画４の形状とは無関係に、区画が単一の極性媒体の容積部を含有する場合には、区画４の寸法は、区画４内に収容することができる最大限の観念上の球に関して特徴付けてもよい。寸法は、極性媒体の容積部２が球である（必須ではない。）場合に収容することができる最大限の極性媒体の容積部２程度のサイズである。事実、極性媒体の容積部が液体である場合、容積部は、区画の寸法および支持体の表面特性に応じて変形することができる。そのようなサイズは、典型的には５０μｍから５００μｍの間、より典型的には７０μｍから２００μｍの間であってもよい。
【０１８３】
アレイは、典型的には、実質的に類似するサイズの極性媒体の容積部２を含有することになる。
【０１８４】
区画４の寸法は、含有される極性媒体の容積部２のサイズに応じて選択されてもよい。極性媒体の容積部２は、典型的には、５μｍから５００μｍの範囲の平均直径または０．４ｐＬから４００ｎＬの範囲の平均体積を有する。したがって、支持体３における区画４の密度は、極性媒体の容積部２のサイズおよび隔壁６の特定の配置構成に依存する。
【０１８５】
上記実施例において、隔壁６は、区画４が支持体３の全体にわたって同じサイズおよび形状を有しかつ規則的なアレイに配置構成されるように、規則的に反復するパターンを有する。これは必須ではない。隔壁６および区画４は、代替として支持体３の全体にわたり異なる形状および／またはサイズを有していてもよく、かつ／または区画４は、不規則なアレイに配置構成されてもよい。
【０１８６】
極性媒体の容積部２の極性媒体の性質は、下記の通りである。
【０１８７】
極性媒体は、親水性媒体であってもよい。親水性媒体は、例えば水性媒体を含んでいてもよい。
【０１８８】
一実施例では、容積部２の極性媒体は、水性緩衝溶液である。緩衝溶液は、支持電解質を含んでいてもよい。
【０１８９】
アレイには、図２７に示されるようなフローセルアセンブリを使用することによって、エマルジョンを充填してもよくまたは無極性容積部および極性容積部を充填してもよい。図２７において、ＡＳＩＣ／ＰＣＢ  １０５に取着されるアレイ１０１は、アレイ保持器１０２に挿入される。保護ガスケット１０７をアレイの表面に配置し、アレイを、ねじ１０９を使用して流体素子モジュール１０３に固定する。区画を充填するために、流体を、アレイの表面上に流してもよい。フローセルを流体的に封止するために、弁ロータ１１０を回転させてもよい。流体は、矢印で示されるように、流体リザーバ（図示せず。）からフローセルに進入し、フローセルから出て行く。
【０１９０】
容積部２が、区画内に配置される前に予め形成される実施例では、容積部２は、水性緩衝溶液の液滴であってもよい。その場合、容積部は、例えば、極性媒体を含有する第１のフローチャネル４１と無極性媒体を含む第２のフローチャネル４２とを含む図２８に示されるマイクロ流体フローＴ接合４０を使用して、従来の手法で作製されてもよい。２つのフローチャネル４１および４２はＴ接合で交差し、自発的に液滴４３を形成してそれがＴ接合から下流に流れ、無極性媒体中に液滴４３が含まれるエマルジョンとして容器４４に収集されてもよい。液滴４３のサイズは、極性および無極性流体の流量ならびにそれぞれのフローチャネル４１および４２のアパーチャの幅によって決定される。図２８は、Ｔ接合４０により形成された液滴４３も示す。
【０１９１】
例えば、Ｔ接合で交差する前に共通フローチャネルが形成されるよう、第１のチャネルと交差する第１のフローチャネルへの、異なる極性媒体を含有する第３のフローチャネルを設けることによって、異なる量の物質を有する液滴が提供されてもよい。第３および第１のフローチャネルの流量は、成分の様々な比を有する液滴が得られるように、様々に変えてもよい。
【０１９２】
区画に配置される前に容積部２が予め形成される別の実施例では、極性媒体の容積部２は、アガロースゲルなど水性ゲルのビーズであってもよい。ゲルは、液相として水性緩衝溶液を含んでいてもよい。緩衝溶液は、支持電解質を含んでいてもよい。そのような例は、非架橋または架橋ヒドロゲル、例えばアガロースまたはセファロースである。ビーズは、例えば冷却またはＵＶによる架橋によって、液滴からその場で形成されてもよい。無極性媒体中に導入されるビーズは、例えば融解によって液滴を形成してもよい。極性媒体の容積部は、多孔質プラスチックまたはガラスビーズ内に提供されてもよい。
【０１９３】
極性媒体の容積部２が水性ゲルのビーズである場合、容積部は、区画から突出するのに十分な剛性を有していてもよい。図２９は、この実施例の装置を示す。この実施例では、ビーズが隔壁６の高さよりも上に突出し、メニスカス５２が図示されるように形成される。
【０１９４】
極性媒体の容積部２が水性ゲルのビーズである場合、区画４間の漏れ電流は低減されると言える。ゲルビーズは、Ｔ継手液滴メーカで従来の手法により作製することができ、すなわち高温の流れ液体ゲルを無極性媒体の流れに合流させ、冷却し、それによって、無極性媒体中のゲルのビーズのエマルジョンが形成される。ゲルビーズは、ウェル内のスパイク電極上に位置付けることもより容易と考えられ、一般に、より寸法安定性がある。
【０１９５】
ゲルを使用する場合、球状以外の形状、例えば深いリセス部で用いることができる細長い煙草形状の構造を生成してもよい（したがって、極性媒体の容積部２の内部容積が最大限になる。）。これには、例えば酸化還元メディエータが極性媒体の容積部２内に含有される場合、極性媒体の容積部２の寿命が延びる利点があると考えられる。
【０１９６】
水性ゲルは、架橋ゲルであってもよい。これらは、母材が架橋されたゲルであり、ゲルの硬度が増し、架橋していないゲルよりも高い構造的完全性が得られる。例えば、アガロースゲルは架橋されてもよい。架橋したゲルのビーズは市販されており、無極性媒体と混合して、無極性媒体中のゲルのビーズのエマルジョンを形成してもよい。１つの可能性は、粒度が１６０μｍでありアガロース含量が６．８〜７．２％の、架橋アガロースビーズであり（例えば、ＷｏｒｋＢｅａｄｓＴＭ２００ＳＥＣ、ＢｉｏＷｏｒｋｓから入手可能）、これは多孔質の程度が高く物理的に安定である。ビーズは、製造業者から供給されてもよく、両親媒性分子を含有する無極性媒体中にビーズを導入することによって、両親媒性層で被覆されてもよい。これは、そのような極性媒体の容積部２を製造する、より容易な方法も可能にする。
【０１９７】
架橋ゲルは、以下に記述されるように、装置１の製造中に、区画４内に極性媒体の容積部２を挿入するという利点を提供することもできる。
【０１９８】
上記実施例では、単一の極性媒体の容積部２が個々の区画に含有されるが、代替例として、複数の極性媒体の容積部２を、１つの区画４内に含有することができる。この例として、図３０は、２つの極性媒体の容積部２が単一の区画４内に提供された装置１を示す。極性媒体の容積部２は互いの上に位置決めされ、極性媒体の容積部２の１つに接触して設けられたその他の極性媒体含有層５０を、有していてもよい。両親媒性分子を含む膜を、極性媒体の容積部２の間の任意の界面に、ならびに極性媒体の容積部２の１つと極性媒体の層５０との間の界面に設けてもよい。イオンチャネルは、任意のそのような膜に設けられてもよい。例えば図３０に示されるように、区画４内に極性媒体の複数の容積部２を設けることにより、区画４の容積に対する極性媒体の有効量を増大させることができる。これは、より大量のメディエータを供給することができるなどの利点を提供する。
【０１９９】
無極性媒体の性質は、下記の通りである。
【０２００】
無極性媒体は、疎水性媒体であってもよい。
【０２０１】
無極性媒体は、炭化水素または油またはこれらの混合物を含んでいてもよい。適切な油には、シリコーン油、ＡＲ２０、またはヘキサデカンが含まれる。無極性媒体は、容積部２の極性媒体に対して実質的に不混和性であってもよい。
【０２０２】
支持体３に極性媒体の容積部２のアレイを保持する装置１には、上述のように、広範な生物学的、薬学的、およびその他の分析的適用例があってもよい。それによって、小さい容積部２または容積部２の群のハイスループット処理を容易にする機会が提供され、例えば、区画化反応、細胞選別、およびスクリーニングの適用例、例えばタンパク質結晶化、血液または脊髄液の分析、および廃棄物処理に使用されてもよい。アレイ内の極性媒体の容積部２に対処し置き換える能力は、例えば容積部２の反応を実施しアレイの補充を行うのに重要な態様である。
【０２０３】
いくつかの適用例において、上述のような支持体３に極性媒体の容積部２のアレイを保持する装置１には、図３１に示されるように（例として、極性媒体の容積部２が無極性媒体中の液滴である場合を示す。）、極性媒体の層５０を設けてもよい。極性媒体の層５０は、区画４の開口上を、支持体３の端から端まで延びる。このように極性媒体の層５０は、隔壁６上に置かれる。極性媒体の層５０は、極性媒体の容積部２の少なくともいくらか、好ましくはその全てにも接触する。両親媒性分子を含む膜は、極性媒体の層５０と極性媒体の容積部２との間の界面５１に形成される。
【０２０４】
両親媒性分子を含む膜を形成するために、両親媒性分子は、最初に極性媒体の容積部２、無極性媒体の層、または極性媒体の層５０のいずれか１つまたは複数に提供されてもよい。これらの場合のいずれかにおいて、膜は、極性媒体の層５０が支持体３の端から端まで流れるときに形成されてもよい。両親媒性分子が極性媒体の容積部２内に設けられる場合、区画４内に配置される極性媒体の容積部２は、極性媒体の層５０を設ける前に、その表面の周りに両親媒性分子の層を含んでいてもよい。両親媒性分子が極性媒体の層５０内に設けられる場合、極性媒体の層５０は、極性媒体の容積部２に接触するようになる表面に両親媒性分子の層を含んでいてもよい。
【０２０５】
両親媒性分子を含む膜は、極性媒体の層５０および極性媒体の容積部２が接触するようになるときに、界面５１に形成される。両親媒性分子を含む膜は、極性媒体の層５０と極性媒体の容積部２とを分離する。
【０２０６】
層５０の極性媒体は、極性媒体の容積部２と同じまたは異なる材料であってもよい。層５０の極性媒体は、親水性媒体であってもよい。親水性媒体は、例えば、水性媒体を含んでいてもよい。一実施例では、層５０の親水性媒体は、水性緩衝溶液を含む。緩衝溶液は、支持電解質を含んでいてもよい。
【０２０７】
両親媒性分子の性質は、下記の通りである。
【０２０８】
両親媒性分子は、極性媒体の層５０と極性媒体の容積部２との間の界面５１で膜を形成することが可能な、任意のタイプのものであってもよい。
【０２０９】
本発明の方法および装置は、数多くの種々のタイプの両親媒性分子と共に使用するのに適している。
【０２１０】
一実施例では、両親媒性分子は、脂質二重層を形成するときの従来のように、単一の成分または成分の混合物を有していてもよい脂質を含んでいてもよい。
【０２１１】
脂質二重層を形成する任意の脂質を使用してもよい。脂質は、表面電荷、膜タンパク質を支持する能力、充填密度、または機械的性質などの、必要な特性を有する脂質二重層が形成されるように、選択される。脂質は、１種または複数の異なる脂質を含むことができる。例えば、脂質は、最大１００の脂質を含有することができる。脂質は、好ましくは１から１０の脂質を含有する。脂質は、天然に生じる脂質および／または人工脂質を含んでいてもよい。
【０２１２】
脂質は、典型的には、頭部、界面部分、および同じでも異なっていてもよい２つの疎水性尾部を含む。適切な頭部には、ジアシルグリセリド（ＤＧ）およびセラミド（ＣＭ）などの中性頭部；ホスファチジルコリン（ＰＣ）、ホスファチジルエタノールアミン（ＰＥ）、およびスフィンゴミエリン（ＳＭ）などの両性イオン頭部；ホスファチジルグリセロール（ＰＧ）、ホスファチジルセリン（ＰＳ）、ホスファチジルイノシトール（ＰＩ）、リン酸（ＰＡ）、およびカルジオリピン（ＣＡ）などの負に帯電した頭部；およびトリメチルアンモニウム−プロパン（ＴＡＰ）などの正に帯電した頭部が含まれるが、これらに限定するものではない。適切な界面部分には、グリセロールをベースにした、またはセラミドをベースにした部分など、天然に生じる界面部分が含まれるが、これらに限定するものではない。適切な疎水性尾部には、ラウリン酸（ｎ−ドデカノン酸）、ミリスチン酸（ｎ−テトラデコノン酸）、パルミチン酸（ｎ−ヘキサデカン酸）、ステアリン酸（ｎ−オクタデカン酸）、およびアラキジン酸（ｎ−エイコサン酸）などの飽和炭化水素鎖；オレイン酸（ｃｉｓ−９−オクタデカン酸）などの不飽和炭化水素鎖；およびフィタノイルなどの分枝状炭化水素鎖が含まれるが、これらに限定するものではない。不飽和炭化水素鎖における、鎖の長さならびに二重結合の位置および数は、様々に変えることができる。分枝状炭化水素鎖における、鎖の長さとメチル基などの分枝の位置および数は、様々に変えることができる。疎水性尾部は、エーテルまたはエステルとして界面部分に結合することができる。
【０２１３】
脂質は、化学的に修飾することもできる。脂質の頭部または尾部が、化学的に修飾されてもよい。その頭部が化学的に修飾された適切な脂質には、１，２−ジアシル−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホエタノールアミン−Ｎ−［メトキシ（ポリエチレングリコール）−２０００］などのＰＥＧ修飾脂質；１，２−ジステアロイル−ｓｎ−グリセロ−３ホスホエタノールアミン−Ｎ−［ビオチニル（ポリエチレングリコール）２０００］などの官能化ＰＥＧ脂質；ならびに１，２−ジオレオイル−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホエタノールアミン−Ｎ−（スクシニル）および１，２−ジパルミトイル−ｓｎグリセロ−３−ホスホエタノールアミン−Ｎ−（ビオチニル）など、複合用に修飾された脂質が含まれるが、これらに限定するものではない。その尾部が化学的に修飾された適切な脂質には、１，２−ビス（１０，１２−トリコサジイノイル）−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリンなどの重合性脂質；１−パルミトイル−２−（１６−フルオロパルミトイル）−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリンなどのフッ素化脂質；１，２−ジパルミトイル−Ｄ６２−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリンなどの重水素化脂質；および１，２−ジ−Ｏ−フィタニル−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリンなどのエーテル結合脂質が含まれるが、これらに限定するものではない。適切な脂質の例には、１，２−ジフィタノイル−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリン（ＤＰｈＰＣ）および１，２−ジフィタノイル−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホエタノールアミン（ＤＰｈＰＥ）などのフィタノイル脂質が含まれるが、これらに限定するものではない。しかし、そのような天然に生じる脂質は、例えばタンパク質または界面活性剤により生分解し易く、高電圧に耐えることができない。好ましくは、両親媒性層は、天然に生じるものではない。両親媒性ポリマー膜は、より高い電圧に耐えるその能力のため、脂質膜よりも好ましい。
【０２１４】
別の実施例では、両親媒性分子は、第１の外側親水性基、疎水性コア基、および第２の外側親水性基を含む両親媒性化合物を含んでいてもよく、ここで第１および第２の外側親水性基のそれぞれは疎水性コア基に結合している。
【０２１５】
いくつかのそのような両親媒性化合物は、参照により本明細書に組み込まれる「液滴界面（Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ）」［ＯＮＴ  Ｒｅｆ：ＯＮＴ  ＩＰ  ０３９］という名称の、本出願と同日に出願された国際特許出願に開示されている。
【０２１６】
その他のそのような両親媒性化合物は、参照により本明細書に組み込まれかつ平坦両親媒性膜として装置１に用いることができるいくつかのポリマー材料を開示する、ＵＳ−６，９１６，４８８に開示されている。特に、トリブロックコポリマー、例えばポリ（２−メチルオキサゾリン）−ブロック−ポリ（ジメチルシロキサン）−ブロック−ポリ（２−メチルオキサゾリン）（ＰＭＯＸＡ−ＰＤＭＳ−ＰＭＯＸＡ）などのケイ素トリブロックコポリマー膜が開示されている。
【０２１７】
本発明での、両親媒性膜としてのそのようなトリブロックコポリマーの使用は、高電圧に耐えるそれらの能力、それらの堅牢性、ならびに界面活性剤およびタンパク質からの生分解に耐えるそれらの能力により、特に好ましい。生分解に耐えるそれらの能力は、アレイに対して、例えば血液または血清などの生体サンプルを直接適用し測定することを可能にする。上面に付着される極性層は、決定がなされるサンプルであってもよい。用いてもよいシリコーントリブロックポリマーの例は、７−２２−７  ＰＭＯＸＡ−ＰＤＭＳ−ＰＭＯＸＡ、６−４５−６  ＰＭＯＸＡ−ＰＥ−ＰＭＯＸＡ、および６−３０−６  ＰＭＯＸＡ−ＰＤＭＳ−ＰＭＯＸＡであり、命名法は、サブユニットの数に言及する。例えば６−３０−６  ＰＭＯＸＡ−ＰＤＭＳ−ＰＭＯＸＡは、３０個のＰＤＭＳモノマー単位と６個のＰＭＯＸＡモノマー単位から構成される。
【０２１８】
両親媒性分子の性質に応じて、膜は、両親媒性分子の二重層であってもよく、または両親媒性分子の単層であってもよい。
【０２１９】
装置１の容積部２のアレイを形成するいくつかの可能性ある方法は、下記の通りである。
【０２２０】
まず、上述のように配置構成された支持体３を含む装置１を提供する。
【０２２１】
方法の第１のタイプでは、極性媒体の容積部２は、区画に配置される前に、無極性媒体中に予め形成される。次に、最初に無極性媒体中に極性媒体の容積部２が含まれるエマルジョンが上述の方法を使用して作製される、このタイプの方法の実施例について記述する。
【０２２２】
両親媒性分子は、極性媒体の容積部２または無極性媒体に提供されてもよい。これは単に、両親媒性分子をエマルジョンに添加し、その後、極性媒体の容積部２と無極性媒体との間の界面に移行させることによって、実現させてもよい。あるいは、両親媒性分子を無極性媒体に添加した後に、エマルジョンを形成してもよい。
【０２２３】
支持体３上に極性媒体および無極性媒体を配置するために、エマルジョンを支持体３上に流す。これは、無極性媒体が区画４内に流入しかつ無極性媒体中のそれぞれの極性媒体の容積部２がさらに開口を通して区画４の少なくとも一部に流入するという効果を発揮する。これは、上述の支持体３のデザインにより助けられる状態で、エマルジョンが支持体３の上面を流れるときに自然に生じることがわかった。無極性媒体、および極性媒体の容積部２は、毛管力によってアレイ内に引き込まれる。区画４間に隙間を持つ支持体２に加え、無極性媒体は、隙間を通って区画の間を流れる。
【０２２４】
エマルジョンは、区画４の比較的大きい割合に確実に極性媒体の容積部２が取り込まれるように、典型的には区画の数よりも多い極性媒体の容積部２を含有する。過剰な極性媒体の容積部２は、支持体３を無極性媒体で洗浄することによって除去されてもよい。洗浄によって、区画内に極性媒体の容積部２が残り、極性媒体の容積部２に接触する開口の端から端まで延びる無極性媒体の層として、洗浄に使用される無極性媒体の層が残る。
【０２２５】
この方法では、エマルジョンはさらに、両親媒性分子を含んでもよい。これは以下に記述されるように、極性媒体含有層を形成するのに極性媒体が支持体の開口を端から端まで流れるときに、膜の形成を容易にする。両親媒性分子の存在は、エマルジョンも安定化させる。
【０２２６】
容積部２の極性媒体と、無極性媒体との相対的な粘度は、支持体３上にエマルジョンを流す極性媒体の容積部２が、支持体３から離れて無極性媒体の表面に浮遊しないように、十分類似するように選択されてもよい。しかし、典型的には極性媒体の容積部２は、毛管力によって区画４内に引き込まれ保持され、その結果、極性媒体の容積部２より高い密度の無極性媒体が使用される場合であっても、極性媒体の容積部２は電極表面で無極性媒体中に残る傾向があることに留意されたい。
【０２２７】
この方法は本質的に、エマルジョンの無極性媒体である、区画４内の極性媒体の容積部２に接触する区画４の開口の端から端まで延びる無極性媒体、または支持体３を洗浄するのに使用された無極性媒体含有層も提供する。
【０２２８】
色素を、極性媒体の容積部２に組み込んで、アレイ内の液滴の存在がより容易に視覚化され得るようにしてもよい。好ましくは、極性媒体の容積部２に添加されたものと異なる色の着色色素を無極性媒体に添加して、支持体３の全体にわたって無極性媒体の分布をより容易に視覚化してもよい。極性媒体の容積部２および／または無極性媒体への色素の組込みは、区画４に極性媒体の容積部２が十分取り込まれかつ／または無極性媒体が適正に分布することが確実になるように、製作中に品質管理検査として用いてもよい。
【０２２９】
極性媒体の容積部２が水性架橋ゲルのビーズである場合、エマルジョンは、正圧下で支持体３上を流れてもよい。これは架橋ゲルがより硬質であり、かつ架橋ゲルの機械的性質を考慮して選択された圧力に耐えることができるので、可能である。対照的に、ゲルのビーズおよび溶液の液滴は、加圧下で変形し融合する傾向がより大きくなる可能性がある。そのような正圧の使用は、区画４の充填を助ける。これは、一般に言って充填するのがより難しい第１の代替構成または区画間に隙間を持たないその他の構成を有する支持体を使用する場合、特に有利である。
【０２３０】
極性媒体の容積部２が無極性媒体中で予め形成される方法の第１のタイプの別の実施例では、極性媒体含有容積部を、例えば音響液滴噴射によって個々の区画内に直接吐出してもよい。この技法により、吐出は、正しい数の極性媒体含有容積部が過剰な容積部を除去する必要なく吐出されるように、制御することができる。この技法の一実施形態では、基材３は、隔壁に隙間のない区画４を含み、この場合、極性媒体の容積部２の幅は、区画４の開口の幅未満であることが望ましい。容積部２は、極性媒体からなるものであってもよく、無極性媒体中に極性媒体を含んでいてもよい。別の実施形態では、基材３は、隔壁６に隙間８を持つ区画４を含み、この隙間８は、開口から支持体３のベース部５まで完全に延びる。さらにその他の実施形態では、基材３は、隔壁６に隙間８を持つ区画４であって、隙間が開口からベース部５まで部分的に延びていてもよい区画４を含む。隙間が開口から支持体のベース部まで完全に延びる場合、前処理は、液滴を拘束しそれらが合流するのを防止するために、容積部を添加する前に支持体に有利に加えられてもよい。
【０２３１】
方法の第２のタイプでは、極性媒体の容積部２は、セルに流入したより大量の極性媒体から、区画４内で形成される。次にそのような方法の実施例を、この方法の連続ステップにおける支持体３を示す、図３２から３４の概略流れ図を参照しながら記述する。図３２において、支持体３は上述のタイプのものであり、隔壁６が、隙間のない内側リセス部２１を画定する内側部分２０と、隙間２３のある外側部分２１とを含む。図３２では、支持体３を概略的に示し、例えば上述の第２から第１１の代替構成のいずれかにすることができる。
【０２３２】
最初に、支持体３を、図３２（ａ）に示されるように用意する。
【０２３３】
支持体３を、図３２（ｂ）に示すように、前処理無極性媒体７０で前処理する。前処理無極性媒体７０は、以下に記述されるように引き続き付着される無極性媒体の層と同じまたは異なる材料のものであってもよい。
【０２３４】
前処理無極性媒体７０（溶媒中に希釈されてもよい。）を基材３に添加し（例えば、ピペットによって）、毛管現象によって基材全体に拡げる。前処理無極性媒体７０を、内側リセス部２２の隅の内側および外側部分２１の支柱２３の周りで、特に支柱２３と、内側部分２０の上面との間の隅で収集する。
【０２３５】
次に、極性媒体７１および無極性媒体７４を、下記の通り支持体３上に配置する。
【０２３６】
極性媒体７１を、図３２（ｃ）に示すように、この極性媒体７１が開口を通って区画４内に進入するように、支持体３の端から端まで流す。このようにする１つの手法は、装置１の一端をフローセル６０に取着することである。電極１３の少なくとも一部には無極性媒体がなく、したがって、極性媒体の容積部２は電極１３と電気接触する。
【０２３７】
極性媒体の容積部２と無極性媒体が、例えばエマルジョンに含まれて一緒に支持体３上に配置される方法の第１のタイプとは対照的に、ここでは無極性媒体の層が後で設けられる。
【０２３８】
過剰な極性媒体７１は、支持体３の端から端まで、極性媒体とは異なる相を有する変位流体を流すことによって除去され、区画４内に極性媒体含有容積部２が残される。これに関する２つの代替手法について記述する。
【０２３９】
第１の手法を、図３２（ｄ）および（ｅ）に示す。第１の手法では、変位流体は、図３２（ｄ）に示されるように、基材３の端から端まで流れる無極性媒体７４である。極性媒体７１のクリッピングを、図３２（ｅ）に示されるように内側部分の外縁で行う。極性媒体の容積部の緩和を図３２（ｊ）に示すように行って、区画４内に極性媒体含有容積部２を残す。この第１の手法は、極性媒体含有容積部２に接触する、区画４の開口の端から端まで延びる無極性媒体含有層７３を残す。
【０２４０】
第２の手法は、図３２（ｆ）から（ｉ）に示され、これらのステップは図３２（ｄ）および（ｅ）の代わりに行われる。第２の手法では、変位流体は、図３２（ｆ）に示されるように基材３の端から端まで流れる気体７２である。極性媒体７１のクリッピングは、図３２（ｇ）に示されるように、内側部分の外縁で行われ、図３２（ｈ）に示されるように、区画４内の極性媒体含有容積部２と、極性媒体含有容積部２に接触する区画４の開口の端から端まで拡がる気体７２の層とが残される。気体７２は、好ましくは不活性であり、空気または任意のその他の気体であってもよい。
【０２４１】
その後、無極性媒体７４を、図３２（ｉ）に示されるように基材３の端から端まで流し、気体７２を変位させて、図３２（ｊ）に示されるように極性媒体含有容積部２に接触する区画４の開口の端から端まで延びる無極性媒体含有層７３を設ける。流す代替例として、無極性媒体７４の層７３を、噴霧などのいくつかのその他の技法を使用して基材３全体に設けることができる。
【０２４２】
第１および第２の手法のそれぞれにおいて、変位流体は、外側部分２３の隙間を通って支持体３の端から端まで流れ、したがって、区画４の開口の端から端まで掻把して、過剰な極性媒体を変位させまたはクリップする。このように、外側部分２３および内側リセス部２２の幾何形状および物理的性質は、存在する場合には刻み目６５の作用も含め、内側リセス部２２内に極性媒体の容積部２を配置するプロセスを制御する。極性媒体の容積部２の、クリッピングの有効性および最終的な形状は、外側部分２３および内側リセス部２０の相対的な高さ、内側リセス部２０のアスペクト比など、いくつかの要因によって決定される。隔壁６の内側リセス部２２および外側部分２３の寸法は、極性媒体含有容積部２が、図３２（ｈ）および（ｊ）に示されるように内側リセス部２２の端から端までメニスカスを形成するように、理想的に選択される。
【０２４３】
反例として、図３３（ａ）は、図３２の場合に比べて支柱の高さと内側リセス部の深さとのより大きな比を持つ支持体３であること以外、図３２の場合に対応する方法のステップを示す。支柱の高さが大きいので、流体７４を変位させることによる極性媒体のクリッピングは、図３３（ｅ）に示されるように、内側リセス部の外縁１０とは対照的に、支柱の外縁１５で行われる。この結果、極性媒体のより大きい容積部が、図３３（ｆ）に示されるように区画４内に保持される。区画内の極性媒体の容積部が大きいことにより、支持体上に極性媒体を流した後に、図３３（ｈ）に示されるように、より広い界面が形成される。一般に、膜界面が狭いほど、ノイズおよび電気抵抗は低くなる。このように、図３２の方法で示された膜界面は、図３３の方法で示される膜界面より好ましい。
【０２４４】
幾何形状の特定の寸法に関し、最適な寸法は、基材３、無極性媒体、および極性媒体の材料のそれぞれの表面エネルギーを含めた材料系に非常に大きく依存することに留意すべきである。また充填は動的プロセスであるので、基材３の端から端までの流量にも、ある程度依存する。このように、好ましい寸法は、材料系に依存する。本明細書での特定の寸法に関するあらゆる言及は、基材３がエポキシ樹脂ＴＭＭＳであり、無極性媒体がシリコーン油ＡＲ２０であり、極性媒体が１Ｍ  ＫＣｌである、材料系にも当てはまる。
【０２４５】
支持体を横断して区画４内に極性媒体７１を流し、次いで変位流体を流すことによって過剰な極性媒体を除去する代替例として、例えば印刷技法を使用して、極性媒体の個別の容積部２を空気に通して区画４内に注入することにより、容積部２を支持体上に配置することができる。その場合、無極性媒体７４が後で引き続き支持体上に配置される。
【０２４６】
前処理無極性媒体７０には、極性媒体の容積部２の形成においても有益な役割がある。
【０２４７】
第１に、間に隙間を持つ区画４の場合、前処理無極性媒体７０は隙間の中にあり、極性媒体の流れに対して封止する。これは隣接する区画内の容積部が接触し混合する傾向を低減させることによって、極性媒体の個別の容積部を形成するのを助ける。
【０２４８】
第２に、前処理無極性媒体７０は、支持体３を被覆するように働いてもよく、有益な手法で表面特性を変化させてもよい。支持体３の表面特性および前処理無極性媒体７０の性質に応じて、前処理無極性媒体７０の添加は、支持体３と区画内に配置された極性媒体の容積部との間の接触角を変化させてもよい。前処理無極性媒体７０は、例えば極性媒体に対する支持体３の疎性を増大させ、より凸状の形状を有する容積部を提供するのに使用してもよい。所望のレベルまで支持体３の疎性を変化させるために前処理を使用することによって、より広範な数の材料の使用を、支持体３の作製で考慮することが可能になる。これは例えば、特定の材料が製造の観点から望ましいが適切な材料特性を持たない場合に、役立てることができる。
【０２４９】
内側リセス部２２のアスペクト比は、重要な考慮事項である。大き過ぎるアスペクト比（長さ：幅）は、図３４（ｂ）に示すように、電極１３に跨って形成される前処理無極性媒体７０のメニスカスをもたらす可能性がある。アスペクト比（深さｄ：幅ｗ）が小さ過ぎる場合、クリッピングによって、区画から極性媒体が除去される可能性がある。望ましくは内側リセス部２２は、内側リセス部の幅が、内側リセス部２２内に収容することができる最大限の観念上の球の直径として定義される、深さ対幅の比、すなわち少なくとも１：３、好ましくは少なくとも２：３の比を有する。望ましくは内側リセス部２２は、内側リセス部の幅が、内側リセス部内に収容することができる最大限の観念上の球の直径として定義される、深さ対幅の比、すなわち最大で３：１、好ましくは最大で３：２の比を有する。
【０２５０】
極性媒体の容積部の、クリッピングの有効性および最終的な形状は、図３４（ａ）に示されるように、外側部分の高さ（ｈ）の相対的な値、内側リセス部の深さ（ｄ）、内側リセス部の幅（ｗ）、およびそれぞれの外側部分と区画の内側リセス部との間の長さ（ｌ）など、いくつかの要因によって決定される。アレイを形成するための最適な寸法は、支持体、無極性媒体、および極性媒体の材料の相対的な表面エネルギーなどの要因にも依存する。アレイを形成するためのプロセスは、支持体の端から端までの無極性および極性媒体の流量にも依存する。
【０２５１】
次に、第２の手法のコンピュータシミュレーションについて記述する。
【０２５２】
図３５は、コンピュータシミュレーションの開始点を示し、基材３が、前処理無極性媒体７０で、この実施例では油で前処理され、次いで極性媒体７１、この実施例では水性緩衝溶液が充填されている。図３５は、基材３の端から端まで流す前の、その開始点における無極性媒体７４の正面も示す。
【０２５３】
図３６（Ａ）および（Ｂ）は、無極性媒体７４が基材３の端から端まで流れた後のコンピュータシミュレーションを示し、図３６（Ａ）は初期状態を示し、図３６（Ｂ）は、系が緩和された後の定常状態を示す。図３６（Ｂ）は、極性媒体の容積部２が内側リセス部２２の表面にピニングされた状態を示す。
【０２５４】
図３６（Ｃ）は、極性媒体の容積部２を含有する基材の区画４の共焦点画像を示す。コンピュータシミュレーションによって予測されるように、極性媒体の容積部２は、内側リセス部２２の表面にピニングされている。
【０２５５】
図３７は、幅が１３０μｍ、１１０μｍ、および９０μｍでありその全てが内側リセス部２２の表面への極性媒体の容積部２のピニングを示す、内側リセス部２２に関するシミュレーションにおける、図３６（Ａ）および（Ｂ）の場合と同様の初期から定常状態への緩和を示す。これらの結果は、極性媒体の容積部２のメニスカスが、その無極性媒体との界面で、内側リセス部２２の縁部よりも上方に突出しないことも示し、それが膜のサイズの制御を実現するのを助ける。
【０２５６】
図３８（Ａ）および（Ｂ）は、図２１の構成における、極性媒体、この場合は水性緩衝溶液の容積部２の形成を示す画像である。極性媒体の均一な容積部２が観察され、これらは内側リセス部２２の表面にピニングされた。
【０２５７】
図３９（Ａ）および（Ｂ）は、図１９の構成における、極性媒体、この場合は水性緩衝溶液の容積部２の形成を示す画像である。極性媒体の均一な容積部２が観察され、これらは内側リセス部２２の表面にピニングされた。
【０２５８】
前処理無極性媒体７０は両親媒性分子を含んでいてもよいが、これは電極１３の両端に電気絶縁層を提供する両親媒性分子をリスクに曝し、したがって前処理無極性媒体７０は両親媒性分子を含まないことが好ましい。
【０２５９】
無極性媒体含有層７３は、両親媒性分子を含んでいてもよい。基材３の端から端まで流れる無極性媒体７４は、両親媒性分子を含んでいてもよい。あるいは、基材３の端から端まで流れる無極性媒体７４は、最初に設けられた層７３が同様に両親媒性分子を含まないように、両親媒性分子を含まなくてもよく、その場合、両親媒性分子は後で、無極性媒体含有層７３に添加してもよい。
【０２６０】
それらの場合のいずれかにおいて、無極性媒体含有層７３の形成後、装置１は、無極性媒体含有層７３と極性媒体含有容積部２との間の界面に両親媒性分子が移行可能になるような期間にわたって静置される。典型的には装置１は、３０分程度の時間にわたってインキュベートされてもよい。
【０２６１】
別の代替例として、両親媒性分子を、以下に記述されるように後で支持体３の端から端まで流す極性媒体７５中に提供してもよい。装置１を使用して膜のアレイを形成する方法は、上述の方法により容積部２のアレイを形成し、次いで下記のステップを行うことによって、実施される。これらのステップは、極性媒体の容積部２のアレイを形成する方法に関する図３２に示されるが、一般に、本明細書に記述される極性媒体の容積部２のアレイを形成する方法のいずれかに適用可能である。
【０２６２】
極性媒体７５は、図３２（ｋ）に示されるように、支持体３の端から端まで流れて区画の開口を覆う。極性媒体は、無極性媒体含有層７３の無極性媒体を変位させて、図３２（ｌ）に示されるように、支持体３の開口の端から端まで延びる極性媒体含有層７６を形成する。図４０（Ｃ）は、より詳細な図を示す。極性媒体含有層７５は、極性媒体含有容積部２に接触するようになり、極性媒体含有容積部２のそれぞれと界面７７を形成する。
【０２６３】
両親媒性分子が既に存在する場合、両親媒性分子を含む膜７８がそれらの界面７７に形成される。これは極性媒体７５を支持体３上に流すだけで引き起こされる。
【０２６４】
あるいは、両親媒性分子は、後で支持体３の端から端まで流される極性媒体７５中に提供されてもよい。その場合、極性媒体含有層７５の形成後、装置１は、極性媒体含有層７５と極性媒体含有容積部２との間の界面７７に両親媒性分子が移行可能になるような期間にわたって静置され、それによって膜７８が形成される。典型的には装置１は、３０分程度の時間にわたってインキュベートされてもよい。図３１は、極性媒体の容積部２が、上述のエマルジョンを使用して区画４内に導入された無極性媒体に含まれた液滴である場合に均等な実施例を示すが、同じように支持体３の端から端まで極性媒体を流すことによって形成された極性媒体の層５０を示している。
【０２６５】
外側部分２３の幾何形状および物理的性質は、存在する場合には刻み目６７の作用も含め、支持体３の端から端まで延びる極性媒体含有層７５の幾何形状を制御する。隔壁６の内側リセス部２２および外側部分２３の寸法は、極性媒体含有容積部２が、図３２（ｌ）に示されるように外側部分２３の端から端までメニスカスを形成するように、内側リセス部２２の寸法を考慮して選択される。極性媒体含有容積部２のメニスカス、および極性媒体含有層７５は、それらが接触するようになる程度まで互いに向かって延びる。このように、幾何形状は膜７８の形成を制御し、その形成に信頼性を提供する。これは両親媒性分子を含む膜７８のサイズおよび安定性の制御も可能にする。
【０２６６】
したがって、内側リセス部に対する支柱の相対的な高さは、設計上の考慮事項である。基材２がエポキシ樹脂ＴＭＭＳで作製され、無極性媒体がシリコーン油ＡＲ２０であり、極性媒体が１Ｍ  ＫＣｌである、特定の材料系の場合、支柱の高さが６０μｍであり内側リセス部の高さが９０μｍ（１：１．５）であるときには、極性媒体の容積部２のクリッピングが隔壁６の上縁に生じ、その結果、内側リセス部から突出する極性媒体の容積部２が得られた。この結果、膜面積が広い（広い界面）「マフィン」形状の液滴が得られた。この膜は機能することができるが、より広い膜はより漏れ易くなり、より高いキャパシタンスを有し、かつしばしば電気的にさらにノイズが高くなるために、理想的な形状ではない。上述の材料系の場合、支柱の高さと内側リセス部との比が３０：９０および３０：１２０であるものが、有効であると示された。
【０２６７】
例として、図４０（Ａ）および４０（Ｂ）は、図１９の構成を有する支持体３の画像であり、膜は、極性媒体が水性緩衝溶液である場合に形成されたものである。
【０２６８】
装置１は、貯蔵中、または製造施設から装置１の使用地点までの輸送中に、極性媒体の層７５がある状態またはない状態に保たれてもよい。極性媒体の層５０は、予め存在していない場合、そのような貯蔵または輸送後に付着されてもよい。
【０２６９】
極性媒体の容積部２がエマルジョン中の液滴として予め形成されている、極性媒体の容積部２を形成する方法の第１のタイプでは、液滴を区画４に組み込むために、液滴をサイズ分布の非常に狭い範囲内で提供することが必要であり、したがってエマルジョンは安定である必要がある。安定なエマルジョンの形成は、液滴と無極性媒体との間に界面を形成する両親媒性分子の存在によって実現されてもよい。両親媒性分子が存在しない状態では、エマルジョンが不安定である。これは液滴のある程度の合流をもたらして、区画４内に正しく適合することができない、より大きい液滴を形成する傾向がある。
【０２７０】
しかし安定なエマルジョンを提供する方法に潜在的な欠点は、区画４を充填するプロセス中に、無極性媒体が、各区画４に設けられた電極１３の表面を被覆する傾向があり、その結果、電極１３と極性媒体の容積部２との間に電気抵抗のある層が得られることである。電極１３と極性媒体の容積部２との間の電気接触は、膜を横断するイオン流などの電気信号を感知することが望まれる場合の必要な要件であってもよい。電極１３の両端における層内での両親媒性分子の存在は、電気接触が不十分であるという問題をさらに悪化させる。無極性および極性基が共に存在することにより、電極１３の表面からその表面特性を修正することによって両親媒性分子を変位させることが難しい。
【０２７１】
方法の第２のタイプは、両親媒性分子が存在しない状態で区画４内に極性媒体の個々の容積部２を集合させることにより、電気接触が不十分であるという問題を低減させるのに適用されてもよい。基材３に添加される無極性媒体は、隔壁６の表面でかつ電極１３から離れて広く局在化されている。このように前処理無極性媒体７０は、支持体３の端から端まで極性媒体８を流して無極性媒体を変位させかつ極性媒体の層を形成するステップの後、両親媒性分子を含む膜が形成されるように、両親媒性分子をさらに含んでいてもよい。
【０２７２】
しかし、前処理無極性媒体７０が両親媒性分子を含まない場合、極性媒体の容積部２は、安定した両親媒性分子が存在しない状態で集合し、したがって隣接する区画の間で容積部が混合することが、さらに大きな課題となる。したがって、個々の容積部がウェル内に閉じ込められることにより、半閉鎖構造が好ましい（隔壁を含む構造は、ウェルの表面に隙間が全くなくまたは少ししかない。）。しかし方法は、前処理無極性媒体７０が支柱間の離間に応じて隔壁間の隙間を部分的に拡がることができ、したがって半閉鎖構造を効果的に提供することにより、開放構造（区画の高さまで延びる隙間を持つ支柱）でもある程度まで機能することになる。
【０２７３】
装置１は、界面５１で形成された両親媒性分子を含む膜に挿入された、膜タンパク質を有していてもよい。膜タンパク質は、イオンチャネルまたは細孔であってもよい。
【０２７４】
両親媒性分子を含む膜に挿入することが可能な、そのような膜タンパク質は、最初に極性媒体の層５０および極性媒体の容積部２のいずれかまたは両方に提供され、その後、極性媒体の層５０および極性媒体の容積部２を接触させてもよい。いくつかの材料系では、極性媒体の層５０および極性媒体の容積部２を接触させて両親媒性分子を含む膜を形成することにより、膜タンパク質を自発的に膜に挿入させてもよい。膜内への膜タンパク質の挿入は、例えば膜２の両端での電位差の印加などの手段によって、必要に応じて助けることができる。
【０２７５】
あるいは、膜タンパク質は、無極性媒体中に提供されてもよい。
【０２７６】
膜タンパク質は、極性媒体の層５０内のサンプルの分析を行うのに使用されてもよい。
【０２７７】
これを容易にするために、極性媒体の層５０は、最初に添加されるときに、分析されることになるサンプルを、含んでいてもよい。代替例として、極性媒体の層５０は、分析がなされるサンプルなしで、上述の通り設けられてもよい。この結果、装置を使用する前の貯蔵および輸送に合わせて作製することが可能になる。その場合、分析を行う前に、分析がなされるサンプルを含む極性媒体のその他の層によって、極性媒体の層５０を変位させるステップが実施されてもよい。
【０２７８】
イオンチャネルである膜タンパク質は、イオンチャネルの両端に印加された電位差の下で電流を測定することにより、イオンチャネルを経た分析物の転位を測定するのに使用されてもよい。膜自体は非常に抵抗性があり、典型的には約１ＧΩ以上の抵抗を有する。このようにイオン流は、実質的にイオンチャネルを通してのみ生じる。例として、図４１は、細孔挿入を示す、ＭｓｐＡナノ細孔を経たイオン電流の測定で得られた電気データを示す。
【０２７９】
イオンチャネルは、ポリヌクレオチドの配列を決定するためのナノ細孔であってもよい。電流は測定することができるが、各電流エピソードの大きさおよび持続時間は配列を決定するために使用することができる。アレイは、ナノ細孔を経たポリヌクレオチドの転位を制御するための酵素を含んでいてもよい。
【０２８０】
イオンチャネルは、極性媒体の容積部２の外の、極性媒体の層５０に設けられてもよい。複数のイオンチャネルを膜に挿入してもよく、または全くなくてもよいことが可能である。実際には、膜におけるイオンチャネルのポアソン分布が存在することになる。イオンチャネルの挿入後、どの膜が単一イオンチャネルを含有するのか決定するために、膜を、例えばチャネル内を通るイオン流を測定することによって、測定してもよい。単一チャネルを含有する液滴は、その他の実験に合わせて選択されてもよい。単一イオンチャネルを含有する液滴界面のパーセンテージは、極性媒体中のイオンチャネルの濃度を変化させることによって、最適化されてもよい。
【０２８１】
あるいは、イオンチャネルは、無極性媒体中に設けてもよい。膜内でのイオンチャネルの形成は、例えば液滴の極性内部に蛍光体を提供しかつ極性メニスカス層に消光剤を提供することにより、光学的に検査されてもよい。イオンチャネルが界面５１で膜内に存在する場合、消光剤および蛍光体は互いに極めて近接するようになり、蛍光シグナルを消す。
【０２８２】
イオン流の大きさは、イオンチャネルの両端に印加された電位差に依存し、したがって安定な参照電位を提供することが望ましい。酸化還元対の両方の部材は、安定な参照電位を得るために必要である。しかし、一方の部材を設け、かつ他方の部材は例えば存在する酸化還元部材の酸化または還元によってその場で生成してもよい。
【０２８３】
電気測定は、下記の通り行ってもよい。
【０２８４】
装置１は、図３１に示されるように支持体３の上方に配置構成された共通電極６０をさらに含み、共通電極６０は、一旦設けられると極性媒体の層５０に電気接触するようになされている。
【０２８５】
図４２に示されるように、装置１はさらに、共通電極６０と各区画４内のそれぞれの電極１３との間に接続された電気回路６１を含む。電気回路１３は、電気測定を行うように配置構成され、例えば参照により本明細書に組み込まれるＷＯ−２００９／０７７７３４でより詳細に論じられるように従来の構成を有していてもよい。
【０２８６】
電気回路６１は、膜でまたは膜を通して生じるプロセスに応じて電気測定を行うように構成される。分析物を含有するサンプルが、例えば極性媒体の層中に提供される場合、プロセスはサンプルを分析してもよい。支持体３に付着される層５０の極性媒体は、例えば分析がなされる液体サンプルであってもよい。このサンプルは、血液、血清、尿、間質液、涙、または精液などの生体サンプルであってもよい。液体サンプルは、固体または半固体サンプルから誘導されてもよい。サンプルは、農業、環境、または工業由来であってもよい。法医学的サンプルであってもよい。
【０２８７】
電気化学測定装置は、典型的には作用電極、対電極、および参照電極を含み、ポテンシオスタットは、作用電極と参照電極との間の電位差を測定し、作用電極と対電極との間の電流を測定する。電流は参照電極を通して生じないので、一定の電位差が参照電極と作用電極との間に維持される。あるいは、装置１の場合のように２電極システムを用いてもよく、電位が対電極と対／参照電極との間に与えられ、イオン流はこれらの電極間に生じる。しかしこれは、印加される電位の極性に応じて酸化還元対の一方または他方の部材の消費をもたらす。酸化還元部材の消費率は、イオン流の大きさに依存する。
【０２８８】
ポリヌクレオチドの転位の測定の場合、ポリヌクレオチドは、細孔の両端に印加された正電位の下で細孔を転位させる。正電位の印加は、酸化還元対の一方の部材の酸化をもたらし、最終的には枯渇することになる。酸化還元部材の枯渇が生じると、参照電位がドリフトし始めることになり、したがって測定の寿命が限定される。酸化還元対の一方または両方の部材が液滴中に設けられる場合、測定の寿命は酸化還元対の還元部材の量に依存し、したがって酸化還元部材の濃度および液滴の体積に依存する。
【０２８９】
装置１は、極性媒体の容積部２の安定なアレイを提供し、その上に、膜がその場で形成されてもよい。そのようなアレイには、アパーチャの端から端まで懸架された両親媒性膜が設けられている個々のアパーチャのアレイを含む装置に勝る利点がある。後者の装置の場合、時間と共に膜縁部で漏れが生じる可能性がある。対照的に、無極性媒体に含有される極性媒体の容積部２は、極めて安定である。トリブロックコポリマーから形成された両親媒性膜は、非常に安定であり、生分解に対して抵抗性がある。しかし、ＷＯ２００９／０７７７３４に記述されるような方法によって、マイクロウェルアパーチャのアレイの端から端までトリブロックコポリマー、特にケイ素トリブロックコポリマーから作製された両親媒性膜を設けることは、非常に難しいことが証明された。対照的に、ケイ素トリブロック液滴を調製することは、比較的容易である。これは、非常に安定な膜を有しかつ生物学的侵襲に対する感受性が低い、ナノ細孔アレイを設けることを可能にする。これはまた、両親媒性膜に、生体サンプルなどのサンプルを直接付着させることも可能にする。
【０２９０】
装置１は、典型的には単回使用と考えられる。その後、装置１の成分、すなわち生体サンプル、極性媒体の容積部２、および無極性媒体を支持体３から単に除去してもよく、支持体３を清浄化し、極性媒体の容積部２および無極性媒体を再集合させてもよい。これは、アレイチップの高価な構成要素であるケイ素チップとアレイおよび電極を含む電極アレイとの再使用を可能にする。それは、酸化還元対の補充も可能にする。
【０２９１】
特定の適用例は、装置１が、ラップトップなどの演算手段と共に使用される単回使用の手持ち式デバイスに収容されることである。データは、デバイスによって生成され、ＵＳＢまたはその他の伝送手段によって演算手段に伝送される。演算手段は、典型的には、事象および塩基呼出しデータが生成される記憶アルゴリズムを含むと考えられる。
【０２９２】
あるいは装置１は、再使用可能なデバイスに収容することができ、このデバイスは、搭載流体リザーバに貯蔵された溶液を一気に流すことによってアレイを清浄化することが可能な、流れコンジットを含む。
【０２９３】
電気的要件を考慮して、電極１３を下記の通り配置構成してもよい。
【０２９４】
電極１３は、極性媒体の容積部２との電気接触をもたらし、両親媒性分子の膜の両端に電位差が得られるように使用されてもよい。電気接続は、電極１３から支持体３を経て電気回路に延びてもよい。
【０２９５】
電極１３は、任意の形状、例えば円形のものであってもよい。個々の電極１３は、区画４の全幅の端から端まで、またはその部分幅の端から端まで延びてもよい。一般に、電極１３は、ベース部５の上方に突出してもよく、またはベース部５に一体化していてもよい。
【０２９６】
区画４の一部または全ての面は、区画４内の隔壁６の外面も含めて疎水性であってもよい。これは電極１３上での極性媒体の容積部２の位置決めを助け、それによって電気接触の作製が容易になる。
【０２９７】
電極１３は、極性媒体の容積部２との電気接触を作製するのを助ける、その他の形体を含んでいてもよい。
【０２９８】
１つの選択肢は、電極１３の露出面を、例えばＰｔ電極上にＰｔブラックの層を設けることによって粗くしてもよいことである。
【０２９９】
別の選択肢は、電極１３が、区画４内に突出して極性媒体の容積部に貫入するスパイク１６を含むことである。スパイク１６による極性媒体の容積部２の貫入の後、電極の周りに再形成されて極性媒体の容積部２を効果的に再封止する傾向がある。
【０３００】
電極１３の露出面は親水性であってもよく、かつ／または電極１３の周りの区画４の面、例えば表面コーティング１４の露出面は疎水性であってもよい。これは無極性媒体が電極の露出面を被覆する傾向を低減させ、それによって電気絶縁層として作用することができる。
【０３０１】
電極１３は、対電極に対して安定な参照電位を設けるために、Ａｇ／ＡｇＣｌなどの参照電極であってもよい。あるいは電極１３は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、またはＣなど、電気化学的に不活性な材料であってもよく、電極の電位は、液滴の極性内部に位置付けられた酸化還元対の一方または両方の部材によって提供されてもよい。用いてもよい酸化還元対のタイプは、例えばＦｅ（ＩＩ）／Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩＩ）／Ｒｕ（ＩＩ）、およびフェロセン／フェロシニウムである。用いてもよい酸化還元対の特定の例は、フェリ／フェロシアン化物、ルテニウムヘキサミン、およびフェロセンモノカルボン酸である。
【０３０２】
図４３は、酸化還元対としてのフェロ／フェリシアン化物の様々な液滴直径に関する液滴の寿命を示す。グラフからわかるように、２００μｍの直径の液滴に含まれる２００ｍＭ濃度のフェロシアン化物は、１００ｐＡの電流に関して約１４０時間の寿命を有する。
【０３０３】
支持体３は、両親媒性分子の膜の形成を助けるために、下記の通り設計される。
【０３０４】
図３１に示されるように、極性媒体の層５０は、区画４内に突出して極性媒体の容積部２に接触するメニスカス５７を形成する。上述の支持体３の全ての構成は、隔壁６の上面がメニスカス５２の形成およびピニングを助けるという利点をもたらす。特に、隔壁６の上面の様々な回旋形状は、メニスカス５２を形成するための、極性媒体の層５０のピニング点を提供する。
【０３０５】
ウェル構造の従来の正方形タイプに形成されたメニスカスは、ウェルの縁部の周りに均一にピニングされない。したがって、メニスカスに対する応力が、ウェルの隅で生成される。ウェル型構造でのメニスカス形成を最適化するために、極性層をピニングするためのその他の形体をウェルに設けることが有益である。上述の支持体３の全ての構成は、そのような形体、例えば様々な支柱７および２３の回旋形状と、リセス部３０の周りの共通本体３１の波型形状を提供する。メニスカス５２は、これらの波形の周りにピニングされて、区画４内に、より分布されたピニング済みメニスカス５２を効果的に生成してもよい。
【０３０６】
大まかに言えば、そのようなピニングは、それぞれの場合において共通平面内の隔壁６の外側端部の縁部の区画４当たりの全長が、区画４内に収容することができる最大限の観念上の球の最大円周よりも大きいので、上述の支持体３の構成で実現される。
【０３０７】
極性媒体の層５０は、区画４内に延びる隔壁６とメニスカス５２を形成し、膜を形成するように内部に提供された極性媒体の容積部２に接触する。区画４は、付着されたときの極性媒体の層が、極性媒体の層５０と極性媒体の容積部２の少なくとも一部とが接触するような程度まで区画４内に延びるメニスカス５２を形成することになるように、開口が選択された寸法を有する状態で設計される。
【０３０８】
膜を形成する能力は、区画４内の極性媒体の容積部２の高さと、メニスカス５２が区画４内に延びる程度とに依存する。この能力は、隔壁６、極性媒体、および無極性媒体の間の表面相互作用、ならびに隔壁６によって画定された区画４の寸法および形状に依存する。これらのパラメータ、および／または極性媒体の容積部２のサイズは、支持体３の上面に付着された極性媒体が極性媒体の容積部２を含む膜を自発的に形成することになるように、選択されてもよい。
【０３０９】
これは、極性媒体の容積部２が無極性媒体に含まれた液滴である場合に関して、図４４（ａ）から（ｃ）に概略的に示される。図４４（ａ）は、極性媒体の容積部２が小さ過ぎかつ／またはメニスカス５２が区画４内に十分延びていないことにより膜が形成されないように、極性媒体の層５０と極性媒体の容積部２との間に接触がない場合を示す。
【０３１０】
図４４（ｂ）は、極性媒体の容積部２およびメニスカス５２が互いにちょうど接触している場合を示す。しかし、膜のサイズは不十分と考えられる。また膜の形成は、その他のパラメータの影響を受ける可能性がある。極性媒体の容積部２のサイズは温度依存性があり、温度の小さな降下は、極性媒体の容積部２の収縮をもたらして、膜の形成が行われなくなる可能性がある。さらに、極性媒体の容積部２は、そのサイズが実質的に類似するように設計されるが、液滴サイズに小さいばらつきが生じる可能性があり、その結果、信頼性のない膜形成が行われる。
【０３１１】
図４４（ｃ）は、極性媒体の容積部２がより大きく作製され、かつ／またはメニスカス５２が、実質的な液滴界面が形成されるように区画４内にさらに延びる場合を示す。これは、膜が形成されなくなる機会を低減させ、それと共にイオンチャネル挿入のための広い表面積をもたらす。
【０３１２】
図４５および４６は、極性媒体の容積部２が無極性媒体に含まれた液滴である場合の、図１５から１８に示されるタイプの装置１の概略断面図であり、隔壁６は、内側部分２０と、間に隙間２４を有する支柱２３を含む外側部分２１とを含んでいる。図４５および４６は、メニスカス５２のピニングに対する支柱２３の高さおよび密度の影響を示す。
【０３１３】
図４５では、メニスカス５２が、支柱２３ではなく内側部分２０の縁部でピニングされる。追加の無極性媒体は、支柱２３と内側部分２０のリセス部２２の縁部との界面でピニングされる。したがって支柱２３は、無極性媒体の分布を制御するように、しかしリセス部２２により制御されるメニスカス５２の形成に影響を及ぼさないように働く。
【０３１４】
図４６において、支柱２３の配置構成は、メニスカス５２が内側部分２０のリセス部２２ではなく支柱２３そのものによって決定されるようなものである。図４６では、二組の支柱２３が、隔壁４の内側部分２３で隣接する区画４の間に設けられる。あるいは、例えば図１に示されるものよりも高い単一の支柱を設けてもよい。
【０３１５】
メニスカス５２が図４５または４６の場合に従い形成されるか否かは、外側部分２１の支柱２３および内側部分２０のリセス部２２の配置構成および相対的な寸法に依存することになる。
【０３１６】
隔壁６の間に隙間を持たない区画４は、無極性媒体で溢れる傾向がある。これは親水性媒体の２つの容積部２の間で膜界面の形成を妨げるので、欠点である。
【０３１７】
図４７は、支持体３の表面で極性液体により形成されたメニスカス５２を示す。支持体３の上面に付着された極性媒体の層５０のメニスカス５２のサイズおよび弧度は、広い範囲にわたって制御することができる。メニスカス５２の曲率は、極性液体と隔壁６との間の接触角によって決定されることになるが、これは極性媒体、無極性媒体の材料系の性質であり、隔壁６の表面特性である。また曲率は、表面にメニスカス５２が形成される区画４の開口の端から端までの寸法と、隔壁６の高さとによっても決定されることになる。
【０３１８】
例えば、隔壁６の間の幅ｂ、高さｃ、および支柱の表面とメニスカス５２との間の接触角θを有する区画４の場合、メニスカス５２は：
【０３１９】
【数１】
2019134704.tif 000003
の場合、区画のベース部の上方に形成されることになる。
【０３２０】
メニスカス５２が区画内に延びる距離ｈは、決定することができ、極性媒体の容積部２のサイズと組み合わせて制御することができ、その結果、メニスカス５２のサイズが制御される。概念上、直径ｄの極性媒体の完全に球状の容積部２を想定すると、直径ｄ≧ｃ−ｈの場合に界面がメニスカス５２と極性媒体の容積部２との間に形成されることになる。直径ｄが１５０μｍであり、Ｐｅｒｍｅｘが隔壁６の材料であり、層５０の極性媒体が１Ｍ  ＨＥＰＥＳである場合、ｂおよびｃに関する適切な値は、ｂ＝１５０μｍ、ａ＝３０μｍ、ｃ＜１７０μｍである。
【０３２１】
支柱アレイの場合、メニスカス５２が隔壁６上に形成され、これは超疎水性またはＦａｋｉｒ状態として公知のものである。Ｆａｋｉｒ状態は、
【０３２２】
【数２】
2019134704.tif 000004
（式中、ａは支柱の太さであり、Φsは液体に接触する固体の割合に等しい無次元項である。）
の場合に生じる。
【０３２３】
上記実施例は、理解を容易にするために極性媒体の完全に球状の容積部２を想定して示したが、必ずしもそうである必要はない。ゲルの場合、極性媒体の容積部２は、その他の形状を有するように設計されてもよい。さらに、区画４に進入する前の形状が球形である場合であっても、支持体３および／または電極１３の表面との相互作用の性質に応じてある程度まで変形する可能性があり、したがって極性媒体の容積部２は区画４に収容された後にその高さが変化する可能性がある。この要因も、膜を自発的に形成できるようにするために極性媒体の容積部２の高さを評価するときに考慮する必要がある。
【０３２４】
区画４の幅および高さは、下記の通り選択されてもよい。この目的で、支持体３の端から端に至る区画４の種々のプロファイルを考慮すると、区画４の幅は、区画４内に収容することができる最大限の観念上の球の直径と定義される。
【０３２５】
区画４の幅は、極性媒体の複数の容積部２が望む場合には区画４内に並んだ状態で含有され得る可能性を回避するために、極性媒体の容積部の平均直径の２倍未満の値になるように選択されてもよい。極性媒体の容積部が液状の液滴である場合、区画の幅は、液滴が変形する可能性があり、したがってその平均幅が低減する可能性があることを考慮して、幅の２倍未満、例えば１．７５倍の値を有していてもよい。
【０３２６】
極性媒体の容積部２が無極性媒体に含まれた液滴である場合、区画４の幅はさらに、極性媒体の容積部２が区画４内に自由に挿入され得るように、その容積部２の平均直径よりも大きい値になるように選択されてもよい。この目的のため、幅は、典型的には極性媒体の容積部２の平均直径の少なくとも１．０５倍になる。幅は、典型的には極性媒体の容積部２の平均直径の最大でも１．５倍になる。これよりも大きい幅は、極性媒体の容積部２が区画４内に移動し得る可能性をもたらす。理想的には、極性媒体の容積部２は、区画４内に密接に充填された配置構成で提供される。
【０３２７】
区画４の高さは、隔壁６の高さによって決定される。区画４の高さは、極性媒体の容積部２のサイズと、極性液体で膜を形成する能力とに応じて選択される。支柱の高さは、典型的には液滴ゾーン内の液滴の高さの１．１から１．３倍の間である。区画４は、極性媒体の容積部の平均直径の、少なくとも１．１倍の高さを有していてもよい。区画４は、極性媒体の容積部の平均直径の、最大でも１．３倍の高さを有していてもよい。極性媒体の容積部がビーズである特定の実施形態では、この容積部は、隔壁の高さを超えて拡がる可能性がある。
【０３２８】
次に、上述の装置１を使用して行われる実験のいくつかの実施例を示す。様々な実施例において、装置１は、アレイチップとして形成した。
【０３２９】
第１の実施例は、下記の通りである。
【０３３０】
極性媒体が無極性媒体に含まれる液滴は、下記の通り調製されてもよい。６−３０−６  ＰＭＯＸＡ−ＰＤＭＳ−ＰＭＯＸＡトリブロックコポリマー２ｍｇ／ｍｌを、ＡＲ２０ケイ素油に溶解して、無極性媒体を用意した。極性媒体は、６２５ｍＭ  ＮａＣｌ、７５ｍＭフェロシアン化カリウム、および２５ｍＭフェリシアン化カリウムを１００ｍＭ  ＨＥＰＥＳに加えたものからなる。液滴は、幅３００μｍの２つの交差チャネルを有するマイクロ流体Ｔ接合（チップタイプ：ドロマイト、部品番号３０００１５８）で調製した。チャネルは交差点に向かって狭くなり、その交差点ではチャネル幅が１０５μｍになる。極性および無極性溶液を、それぞれの溶液の流量３〜４ｕｌ／分および１５〜１７ｕｌ／分でチャネルに沿って流して、液滴サイズが１５０〜１６０μｍの間の液滴を得た。
【０３３１】
流量は、異なる寸法の液滴が得られるように変えることができる。
【０３３２】
２００μｍ×２２５μｍで間隔を空けて配置されたＰｔコネクタのアレイを有するシリコンウエハを、ＳＵフォトレジストの２〜３μｍの層で被覆した。Ｐｅｒｍｅｘ支柱は、非架橋Ｐｅｒｍｅｘ前駆体をベース部に付着させかつこの前駆体をパターニングされたマスクを通してＵＶ光で露光することにより架橋する、標準的なフォトリソグラフィプロセスによってベース部支持体に付加した。非架橋前駆体を、その後、洗い流すことによって、支柱構造を出現させた。得られたアレイは、図２による支柱形状を持つ３８×１２８液滴ゾーンであった。支柱高さは１６０μｍであった。直径１４５μｍの液滴を、上述のようにＡＲ２０油／液滴エマルジョンの形でアレイに付加した。
【０３３３】
エマルジョンをアレイの上面に付着させ、油および液滴を、毛管作用によってアレイに引き込んだ。過剰な液滴を、アレイ上にＡＲ２０ケイ素油を流すことによって除去した。液滴を、表面張力によってアレイに保持した。
【０３３４】
アレイをフローセル内に配置し、ＭｓｐＡタンパク質ナノ細孔を含有する極性媒体をアレイの表面上に流して、液滴界面にイオンチャネルを設けた。
【０３３５】
単一ＭｓｐＡナノ細孔を含有する液滴界面は実験に合わせて選択し、ＤＮＡの測定は、ＤＮＡの転位中に個々のナノ細孔を通るイオン流を測定することによって実施した。
【０３３６】
第２の実施例は、下記の通りである。
【０３３７】
装置は、下記の一般的な方法に従い作製した。
【０３３８】
アレイチップをクリーンルーム施設で製作した。１μｍの熱酸化物を有する６インチのＳｉウエハ（ＳｉＭａｔ）をベース部支持体に使用した。ウエハを、最初に２００ＷのＯ２プラズマを用いてプラズマ処理器（Ｏｘｆｏｒｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）内で処理し、次いでホットプレート（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｉｃｒｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｌｔｄ）で、１５０℃で１５分間の脱水ベークに供した。ウエハを、ＳＵ−８２フォトレジスト（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ  Ｃｏｒｐ．）の１μｍの層で、スピン塗布機（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｉｃｒｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｌｔｄ、３０００ｒｐｍを３０秒間）により被覆し、６５℃でソフトベークし、９５℃で２分間、ホットプレートでベークし、ＵＶマスクアライナ（Ｑｕｉｎｔｅｌ  Ｃｏｒｐ．）でフラッド露光し（１１０ｍＪ／ｃｍ２）、次いでポスト露光ベーク（ＰＥＢ）を６５℃で１分間行い、その後、ホットプレートで９５℃で２分間ベークした。次いでウエハを、ＳＵ−８  ３０５０の１２０μｍの厚さの層でスピンコートし（１２５０ｒｐｍで３０秒間）、６５℃で５分間ソフトベークした後、レベルホットプレートで、９５℃で２．５時間ベークする。冷却後、マイクロ流体ネットワークでパターニングされたフォトマスクを使用して、マスクアライナで露光する（２６０ｍＪ／ｃｍ２）。次いでＰＥＢを実施する：６５℃で２分および９５℃で１５分。チャネル形体は、適切なサイズのビーカ内で、ウエハをＭｉｃｒｏｐｏｓｉｔ  ＥＣ溶媒（Ｒｈｏｍ  Ｈａａｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）に浸漬し、１０分間振盪させ、最後に濯ぐことによって現像される。チャネルが形成されたら、ウエハを２００Ｗで１分間、Ｏ２プラズマで処理することにより、上層とＳＵ−８レジストの接着を促進させる。
【０３３９】
チャネルを、上部ローラが４５℃に設定されかつ圧力を１ｍｍの厚さになるよう設定し、速度が５０ｃｍ／分である、Ｅｘｃｌａｍ−Ｐｌｕｓラミネータ（ＧＭＰ）を使用して、１００μｍの厚さの被膜積層レジスト、ＳＵＥＸ（ＤＪ  ＤｅｖＣｏｒｐ）の層で封止する。次いで６５℃で３分のポスト積層ベークを実施した。冷却後、ＳＵＥＸ層を、流体ポートマスクを使用して露光（１４００ｍＪ／ｃｍ２）した。積層体上の保護ポリマー層は残すことに留意すべきである。ＰＥＢは６５℃で３分間であり、その後、９５℃で７分間であり、この場合も保護被膜はそのままであった。次いでウエハを、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を使用して１０分間現像し、イソプロパノールで完全に濯ぎ、全ての残留する現像液をチャネルの内部から濯ぎ出すのを確実にする。ウエハを、最後に１５０℃で１時間、ハードベークし、個々のアレイチップに切断する。
【実施例１】
【０３４０】
この実施例は、アレイ上の相互接続液滴ゾーンを満たすのに使用された、トリブロックコポリマー液滴を生成するのに使用される方法について記述する。
【０３４１】
材料および方法
Ｔ接合チップは、流体インターフェースとしてナノポートアセンブリ（Ｕｐｃｈｕｒｃｈ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）を固定することによって、液滴発生用に作製した。
【０３４２】
Ｔ接合での液滴発生メカニズムは、文献に十分記載されている［Garstecki et al., Lab Chip, 2006, 6, 437-446およびThorsen et al., Physical Review Letters, 2001, 86, 18, 4163-4166］。選択されたＴ接合幾何形状に関与する試薬の流体粘度を考慮すると、チャネル幅は両方の場合（油および緩衝液）に５０μｍであった。
【０３４３】
１．１−液滴試薬
油に含まれる水相液滴を作製するために、緩衝液は分散相として使用し、一方、ケイ素油（例えば、ＡＲ２０）は連続相として使用した。緩衝液と、トリブロックコポリマー含有油とは共に、以下に記述されるように調製した。
【０３４４】
緩衝液の溶液（緩衝液１）は、ＫＣｌ（純度９９．９９％、Ｓｉｇｍａ）２９８ｍｇを脱気ＤＩ水１０ｍＬに添加することによって調製した。この溶液に、２−アミノ−２−（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール（９９．９％、Ｓｉｇｍａ）３０．３５ｍｇを添加した。溶液を、少量のＨＣｌおよびＮａＯＨを使用してｐＨ８に緩衝させた。Ｋ２［Ｆｅ（ＣＮ）６］（９９．９％、Ｓｉｇｍａ）３１６．５ｍｇ、およびＫ３［Ｆｅ（ＣＮ）６］（９９．９％、Ｓｉｇｍａ）８２．３ｍｇを溶液に添加し、溶解するまで撹拌した。
【０３４５】
油−トリブロックコポリマー溶液は、ポリマー（６−３３−６、ＰＭＯＸＡ−ＰＤＭＳ−ＰＭＯＸＡ、ＰｏｌｙｍｅｒＳｏｕｒｃｅ）２０ｍｇをＡＲ２０（９９％、Ｓｉｇｍａ）１ｍＬに添加することによって、調製した。ポリマーは、ポリマーの全てが溶解するまで２４時間、油中で撹拌したままにした。
【０３４６】
１．２−液滴発生装置
液滴発生装置は、２つのシリンジポンプ（Ｅｌｉｔｅ、Ｈａｒｖａｒｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ）、２つの気密シリンジ（Ｈａｍｉｌｔｏｎ）、ピークチューブ（Ｕｐｃｈｕｒｃｈ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、および特別仕様のＴ接合マイクロ流体チップからなるものであった。シリンジに油および緩衝液が投入され、シリンジポンプに取り付けたら、ピークチューブを使用して、チップ上のポートへの流体接続を確立した。油シリンジを連続相チャネル入力に接続し、一方、緩衝液は、分散相チャネル入力に接続した。
【０３４７】
両方のシリンジポンプを、１０μＬ／分の流量で注入するように設定し、平均液滴サイズ（直径）１２９．４６μｍが標準偏差１０．８７μｍで生成された。次いで液滴をバイアルに収集した。
【実施例２】
【０３４８】
この実施例は、いくつかの異なるトリブロックコポリマーが異なる油に含まれたものを使用して、液滴−界面−二重層（ＤＩＢ）を生成するのに使用される方法について記述する。二重層を形成し生物学的ナノ細孔（ＭｓｐＡの変異体など）を挿入する能力についても調査した。
【０３４９】
材料および方法
実験２．１、２．３、および２．４を、トリブロックコポリマーと油との下記の組合せに対して実施した。
１−  ６−３３−６（ＰＭＯＸＡ−ＰＤＭＳ−ＰＭＯＸＡ）ＰｏｌｙｍｅｒＳｏｕｒｃｅ（２０ｍｇ／ｍＬ）をＡＲ２０油（ポリフェニル−メチルシロキサン、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）に加えたもの。
２−  ６−３３−６（ＰＭＯＸＡ−ＰＤＭＳ−ＰＭＯＸＡ）ＰｏｌｙｍｅｒＳｏｕｒｃｅ（２０ｍｇ／ｍＬ）をＰＤＭＳ−ＯＨ  ６５ｃＳｔ油（ポリ（ジメチルシロキサン）、ヒドロキシル末端、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）に加えたもの。
３−  ６−４５ＰＥ−６（ＰＭＯＸＡ−ＰＥ−ＰＭＯＸＡ、但しＰＥ＝ポリエルエチレン炭化水素鎖、約４５個炭素原子の長さ）ＰｏｌｙｍｅｒＳｏｕｒｃｅ（２０ｍｇ／ｍＬ）をヘキサデカン（９９．９％、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）に加えたもの。
４−  ６−３２−６（ＰＭＯＸＡ−ＰＤＭＳ−ＰＭＯＸＡ）ＨｉｇｈＦｏｒｃｅ（２０ｍｇ／ｍＬ）をＡＲ２０油（ポリフェニル−メチルシロキサン、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）に加えたもの。
【０３５０】
２．１−液滴安定性実験
液滴の安定性を、緩衝液およびトリブロックＡＢＡポリマーを様々な油に加えた溶液を調製することにより、オフラインで測定した。小さい０．５ｃｍ2のトレイを、ポリカーボネートおよびスライドガラスを使用して作製した。トレイに油を満たした。油に、緩衝液滴１μＬを添加し、２４時間モニタした。小さい合流の程度しか示さない液滴を、電気ＤＩＢ試験に進ませた。
【０３５１】
２．２−実験装置
実験システムは、下記の通りであった。７００Ｂ  ａｘｏｐａｔｃｈを、２つのマイクロマニピュレータが入っている遮蔽箱内に接続した。ファラデーケージ全体を、倒立顕微鏡（Ｎｉｋｏｎ）上に配置して、下からの液滴の取扱いを見ることが可能になるようにした。これはファラデーケージを開放せずに液滴を移動させることができた。
【０３５２】
ファラデーケージ内では、７００Ｂ  ａｘｏｐａｔｃｈの電極を、純金（Ａｕ）ワイヤを介して接続した。
【０３５３】
Ａｕは、ワイヤが、小さい金のビーズを形成するように、端部に炎を当てることによって、液滴装置で使用するために調製した。Ａｕワイヤを、濃ＨＮＯ3に３０秒間浸漬し、ＤＩ水で完全に洗浄することによって、清浄化した。次いでボールエンドワイヤを、緩衝液（５重量％低融解アガロース、Ｌｏｎｚａ／Ｂｕｆｆｅｒ  ４００ｍＭ  ＫＣｌ、７５ｍＭ  Ｋ２［Ｆｅ（ＣＮ）６］（９９．９％、Ｓｉｇｍａ）、および２５ｍＭ  Ｋ３［Ｆｅ（ＣＮ）６］（９９．９％、Ｓｉｇｍａ）、１０ｍＭ  Ｔｒｉｓ）から調製された液体アガロース溶液中で繰り返し移動させた。小さいビーズが端部に形成されたら、アガロースを冷まし、平衡にするためにワイヤを過剰な緩衝溶液中に保存した。
【０３５４】
液滴チャンバを、ファラデーケージ内のステージ上に取り付け、電極を取り付けて、共にチャンバの中央セクション内に含まれるようにした。マニピュレータを、ＸおよびＹ方向の運動の全範囲が両方の電極によってチャンバの面積上で実現可能になるように、据え付けた。次いでチャンバを、縁までＡＲ２０トリブロックコポリマー溶液で満たし、数分間静置した。緩衝液１μＬを、アガロース先端Ａｕワイヤのそれぞれに直接ピペットで分取し、両方の電極をＡＲ２０／トリブロックコポリマー溶液下に直接移動させた。液滴を溶液下で３０秒間そのままにした後に、移動させた。
【０３５５】
２．３−二重層の形成
液滴の対を持つ膜を形成するために、１８０ｍＶのバイアス電圧に加えて±２０ｍＶの波形を電極に印加した。電流応答を、容量性膜の形成の指標としてモニタした。液滴を、２つの緩衝液容積部の間に接触が生じるように、慎重に集めた。液滴を、膜が形成されるまでこの状態のままにした。膜の成長が非常に遅い状況では、液滴はＸＹ方向に移動し、それが液滴間からＡＲ２０／トリブロックコポリマーを強制的に排除して、膜の成長を促した。
【０３５６】
２．４−ナノ細孔挿入実験
膜全体に膜貫通細孔を挿入するために、ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）（配列番号１および９）の０．０００５ｍｇ／ｍｌ溶液を緩衝液に添加して分析物を形成した。細孔の挿入は、電流の瞬間的な増大によって観察した。これは波形がない状態で、しかしバイアス電位を印加した状態で行った。
【０３５７】
結果
調査をした種々のトリブロックコポリマーと油との組合せを、以下の表１に示す。
【０３５８】
【表１】
2019134704.tif 000005
【０３５９】
容量性膜の成長および細孔挿入を、試験をしたトリブロックコポリマー／油の全てに関して観察した。膜の成長およびＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）（配列番号１および９）細孔挿入は、ＡＲ２０シリコーン油と共に使用した６−３３−６ＰｏｌｙｍｅｒＳｏｕｒｃｅトリブロックコポリマーに関して観察した。膜の成長および細孔挿入は、ＰＤＭＳ中心コア構造を持たないトリブロックコポリマーの例として、ヘキサデカンと共に使用される６−４５ＰＥ−６ＰｏｌｙｍｅｒＳｏｕｒｃｅに関して観察した。
【実施例３】
【０３６０】
この実施例は、パターニングされた相互接続液滴ゾーンと共に組み立てられる、アレイチップを生成するのに使用される方法について記述する。
【０３６１】
材料および方法３．１−アレイチップの形成
３．１．１  アレイチップの製作
アレイチップをクリーンルームの施設で製作した。１μｍの熱酸化物を有する６インチのＳｉウエハ（ＳｉＭａｔ）を、支持体用のベース部として使用した。ウエハを、最初に２００Ｗ、Ｏ2プラズマで、プラズマ処理器（Ｏｘｆｏｒｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）内で処理し、次いでホットプレート（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｉｃｒｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｌｔｄ）で、１５０℃で１５分間、脱水ベークに供した。ウエハを、スピン塗布機（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｉｃｒｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｌｔｄ、３０００ｒｐｍで３０秒間）で、ＳＵ−８  ２フォトレジスト（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ  Ｃｏｒｐ．）の１μｍの層で被覆し、６５℃でソフトベークし、９５℃で２分間ホットプレートでベークし、ＵＶマスクアライナ（Ｑｕｉｎｔｅｌ  Ｃｏｒｐ．）でフラッド露光し（１１０ｍＪ／ｃｍ2）、次いで６５℃で１分間ポスト露光ベーク（ＰＥＢ）した後に、ホットプレートで９５℃で２分間ベークした。次いでウエハを、ＳＵ−８  ３０５０の１２０μｍの厚さの層でスピンコートし（１２５０ｒｐｍで３０秒間）、６５℃で５分間ソフトベークした後に、レベルホットプレートで９５℃で２．５時間ベークした。冷却後、マイクロ流体ネットワークでパターニングしたフォトマスクを使用して、マスクアライナで露光した（２６０ｍＪ／ｃｍ2）。次いでＰＥＢを実施した：６５℃で２分間、および９５℃で１５分間。チャネル形体は、ウエハを、適切なサイズのビーカ内でＭｉｃｒｏｐｏｓｉｔ  ＥＣ溶媒（Ｒｈｏｍ  Ｈａａｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）中に浸漬し、１０分間振盪させ、最後に濯ぐことによって現像した。チャネルが形成されたら、ウエハをＯ2プラズマで１分間、２００Ｗで処理して、上層とＳＵ−８レジストとの接着を促進させた。
【０３６２】
チャネルを、上部ローラを４５℃に設定しかつ圧力定を１ｍｍの厚さとなるよう設定し、速度が５０ｃｍ／分の、Ｅｘｃｌａｍ−Ｐｌｕｓラミネータ（ＧＭＰ）を使用して、１００μｍの厚さの被膜積層体レジスト、ＳＵＥＸ（ＤＪ  ＤｅｖＣｏｒｐ）の層で封止した。次いで６５℃で３分間のポスト積層ベークを実施した。冷却後、ＳＵＥＸ層を、流体ポートマスクを使用して露光した（１４００ｍＪ／ｃｍ2）。積層体上の保護ポリマー層はそのままであることに留意すべきである。ＰＥＢを６５℃で３分間行った後９５℃で７分間行い、この場合も保護被膜はそのままであった。次いでウエハを、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を使用して１０分間現像し、イソプロパノールで完全に濯ぎ、全ての残留現像液がチャネル内部から濯ぎ出されるのを確実にした。ウエハを最後に１５０℃で１時間ハードベークし、個々のチップに切断した。
【０３６３】
３．１．２  開放構造アレイチップの製作
機能性構造のアレイチップを、クリーンルームの施設で製作した。バイアスおよび電極を含有する６インチのＳｉウエハ（Ｓｉｌｅｘ）を、基材として使用した。ウエハを、最初に２００Ｗ、Ｏ2プラズマで、プラズマ処理器（Ｏｘｆｏｒｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）内で処理し、次いでホットプレート（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｉｃｒｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｌｔｄ）で、１５０℃で１５分間、脱水ベークに供した。ウエハを、スピン塗布機（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｉｃｒｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｌｔｄ、３０００ｒｐｍで３０秒間）で、ＳＵ−８  ２フォトレジスト（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ  Ｃｏｒｐ．）の１μｍの層で被覆し、６５℃でソフトベークし、９５℃で２分間ホットプレートでベークし、シード層マスクを用いてＵＶマスクアライナ（Ｑｕｉｎｔｅｌ  Ｃｏｒｐ．）で露光した（１１０ｍＪ／ｃｍ2）。次いでウエハを６５℃で１分間ポスト露光ベーク（ＰＥＢ）した後に、ホットプレートで９５℃で２分間ベークし、ＥＣ溶媒中で１分間現像した。シード層の機能は、高いアスペクト比の接着を改善するためのものであり、電極の所望の面積のみ溶液に曝されることも確実にした。
【０３６４】
乾燥被膜レジストＴＭＭＦ  ２０３０（東京応化工業（株））の層を、上部ロール温度が８５℃のＥｘｃｅｌａｍ−Ｐｌｕｓロールラミネータ（ＧＭＰ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．）を使用して、ウエハに付着させた。次いでプロセスを５回繰り返して、１５０μｍの厚さを実現した。次いでウエハを、Ｐｉｌｌａｒ構造マスクを使用したマスクアライナで、ＵＶ露光した。９５℃でのＰＥＢを、ホットプレートで１０分間実施し、その後に、ＥＣ溶媒中で１２分間、レジストを現像した。次いでウエハを、２００ＷのＯ2プラズマで処理し、炉内で、２００℃で１時間ハードベークした。
【０３６５】
この段階で、形成された支柱構造を有するウエハを個々のデバイスに切断し、ＡＳＩＣ搭載ＰＣＢに実装した。
【０３６６】
３．１．３  閉鎖構造アレイチップの製作
このタイプの機能的構造を、開放構造アレイチップ製作と同じベース部基材、すなわちバイアスおよび電極を含有するＳｉｌｅｘウエハで製作した。シード層を、先のセクションで記述したものと同じ手法で形成した。次いでウエハに、上述と同じプロセスパラメータで、４層のＴＭＭＦ  ２０３０乾燥被膜レジストを積層した。次いで全体の厚さが１２０μｍであるこれら４層を、Ｗｅｌｌｓマスクを使用して露光した。ウエハに、その後、第５の層のＴＭＭＦ  ２０３０を積層し、Ｐｉｌｌａｒｓマスクを使用して露光した。次いで９５℃で１０分間のＰＥＢに供したウエハを、ＥＣ溶媒中で１２分間現像し、２００Ｗで２分間のＯ2プラズマ処理を行い、２００℃で１時間のハードベークを行った。
【０３６７】
この段階で、形成されたウェルおよび支柱構造を有するウエハを個々のデバイスに切断し、ＡＳＩＣ搭載ＰＣＢに実装した。
【実施例４】
【０３６８】
この実施例は、実施例１で詳述した方法を使用して形成されたトリブロックコポリマー液滴を用い、パターニングされた相互接続液滴ゾーンと共に組み立てられた、アレイチップを集合させるために使用される方法について記述する。
【０３６９】
材料および方法
４．１−開放構造アレイでの膜の形成
液滴を相互接続液滴ゾーンのアレイ上に吐出するために、１０００μＬのマイクロピペット（Ｇｉｂｓｏｎ）を使用した。ピペットチップを１ｍｍ切断してオリフィスを拡大し、剪断応力によって液滴が合流するのを防止した。次いで液滴を、相互接続液滴ゾーンの表面上にゆっくり吐出し、確実に全面積が大過剰に覆われるようにした。次いで過剰な液滴溶液の大部分を、液滴ゾーンで捕獲されなかった過剰な液滴を重力で除去するために、アレイを傾けることによって除去した。この時点で、アレイの全面積に適合するのに十分大きいフローセルを、その最上部に配置し、封止し、次いで油で満たした。このステップは、液滴が互いに粘着する可能性があるのでかつ油でフローセルを一気に洗浄することによって残りの液滴が捕獲アレイの最上部から除去されるので、実施した。最後にトリブロックコポリマー膜を、大量の油を一気に流し去りかつそれを水相、すなわち緩衝液１の代わりに用いることによって、個々の液滴それぞれと共通の水性容積部との間に形成した。油はフローセルから変位させられたので、水性溶液が捕獲構造の最上部ならびに各液滴の上部と接触するようになった。自己組織化トリブロックコポリマー層は、２つの水相が合流するのを防ぎ；但し液滴が大量の水性溶液に接触するのに十分大きいことを前提とした。装置１の断面は、図３１に示した通りである。
【実施例５】
【０３７０】
この実施例は、トリブロックコポリマー液滴（６−３３−６ＰｏｌｙｍｅｒＳｏｕｒｃｅ液滴がＡＲ２０（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）に含まれたもの）へのＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）（配列番号１および９）細孔の挿入と、ヘリカーゼで制御されたＤＮＡの、ナノ細孔内での移動について記述する。これらの実験で使用された液滴は、ＡＲ２０シリコーン油に含まれるトリブロックコポリマーで被覆された、架橋アガロースビーズ（Ｂｉｏ−Ｗｏｒｋｓ）（１４０〜１５０μｍ）で作製した。
【０３７１】
材料および方法
５．１−アガロースビーズの調製
広範なサイズ（１３０〜２５０μｍ）の架橋アガロースビーズをＢｉｏ−Ｗｏｒｋｓから得た。次いで液滴を、フィルタを使用して篩いにかけ、サイズ範囲が１４０〜１５０μｍのビーズを得て、純水中に貯蔵した。次いでビーズを遠心分離にかけ、緩衝液を少なくとも５回交換した（６２５ｍＭ  ＫＣｌ、７５ｍＭフェロシアン化カリウム、２５ｍＭフェリシアン化カリウム、１００ｍＭ  ＣＡＰＳ、ｐＨ  １０．０）。最後の緩衝液の交換および遠心分離ステップ（過剰な水を除去するため）の直後、ビーズを抽出し、ＡＲ２０シリコーン油に加えた１０ｍｇ／ｍＬの６−３３−６ＰｏｌｙｍｅｒＳｏｕｒｃｅトリブロックコポリマー中に浸漬した。ビーズを油中で３０秒間、手短に渦動させ、１時間そのまま静置した。
【０３７２】
５．２−膜の形成
６−３３−６ＰｏｌｙｍｅｒＳｏｕｒｃｅトリブロックコポリマー／ＡＲ２０に架橋アガロースビーズを含めたものを、アレイに添加し、手作業で相互接続液滴ゾーンに挿入した。充填直後、少量の１０ｍｇ／ｍＬの６−３３−６ＰｏｌｙｍｅｒＳｏｕｒｃｅトリブロックコポリマー／ＡＲ２０（約５０ｕＬ）をアレイの表面に添加して、ビーズを油中に浸漬し、保持した。それらをこの状態で５分間インキュベートした。この後、チップを組み立て、緩衝液（６２５ｍＭ  ＫＣｌ、７５ｍＭフェロシアン化カリウム、２５ｍＭフェリシアン化カリウム、１００ｍＭ  ＣＡＰＳ、ｐＨ  １０．０）を直ぐに内部に流した。次いでアレイを、試験に用いることができる状態にした。
【０３７３】
５．３−細孔挿入と、ヘリカーゼで制御されたＤＮＡの移動
細孔をトリブロックコポリマーに挿入するために、ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）（配列番号１および９）を有する緩衝溶液（６２５ｍＭ  ＫＣｌ、７５ｍＭフェロシアン化カリウム、２５ｍＭフェリシアン化カリウム、１００ｍＭ  ＣＡＰＳ、ｐＨ  １０．０）をアレイ上に流した。保持電位＋１８０ｍＶを印加し、少なくとも１０％の占有率が実現されるまで細孔を二重層に進入させた。細孔が挿入されたら、次いでＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）（配列番号１および９）を含有しない緩衝溶液（６２５ｍＭ  ＫＣｌ、７５ｍＭフェロシアン化カリウム、２５ｍＭフェリシアン化カリウム、１００ｍＭ  ＣＡＰＳ、ｐＨ  １０．０）をその後アレイ上に流して、さらなる細孔がトリブロックコポリマーに挿入されないようにした。ヘリカーゼで制御されたＤＮＡの移動を観察するために、ＤＮＡ（配列番号４に４つのスペーサー基を介して接続された配列番号３；１ｎＭ）、ヘリカーゼ酵素（１００ｎＭ）、ｄＴＴＰ（５ｍＭ）、Ｍｇ２＋（１０ｍＭ）を緩衝液（６２５ｍＭ  ＫＣｌ、７５ｍＭフェロシアン化カリウム、２５ｍＭフェリシアン化カリウム、１００ｍＭ  ＣＡＰＳ、ｐＨ  １０．０）に溶かした溶液を、アレイ上に流した。保持電位＋１８０ｍＶを印加し、ヘリカーゼで制御されたＤＮＡの移動を観察した。
【０３７４】
結果
トリブロックコポリマーで覆われたアガロース液滴をＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）ナノ細孔に曝した後、トリブロックコポリマーへの細孔の挿入を観察した。ＤＮＡ（配列番号４に４つのスペーサー基を介して接続された配列番号３；１ｎＭ）およびヘリカーゼ酵素を系に添加したら、ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）ナノ細孔を通る、ヘリカーゼで制御されたＤＮＡの転位を観察した。アガロース液滴に挿入されたナノ細孔を経た、ヘリカーゼで制御されたＤＮＡの移動を示す２つの例の電流トレースを、図４８ＡおよびＢに示す。
【実施例６】
【０３７５】
この実施例は、α−ヘモリシン−（Ｅ１１１Ｎ／Ｋ１４７Ｎ）7（配列番号５および６）細孔の、トリブロックコポリマー液滴（６−３３−６ＰｏｌｙｍｅｒＳｏｕｒｃｅ液滴がＡＲ２０（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）に含まれたもの）への挿入と、この系が、タンパク質トロンビンの存在を検出するためにどのように使用されたかについて、記述する。これらの実験で使用される液滴は、低融解アガロースで作製した。
【０３７６】
材料および方法
６．１−アガロースビーズの調製
液滴発生装置は、２つのシリンジポンプ（Ｅｌｉｔｅ、Ｈａｒｖａｒｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ）、２つの気密シリンジ（Ｈａｍｉｌｔｏｎ）、ピークチューブ（Ｕｐｃｈｕｒｃｈ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、および特別仕様のＴ接合マイクロ流体チップからなるものであった。シリンジに、６−３３−６トリブロックコポリマーをＡＲ２０油に含めたものを、１および２％の低融解アガロース（Ｌｏｎｚａ）を緩衝液（６２５ｍＭ  ＫＣｌ、７５ｍＭフェロシアン化カリウム、２５ｍＭフェリシアン化カリウム、１００ｍＭ  ＣＡＰＳ、ｐＨ  １０．０）に溶かしたものに入れて、他の場所で投入し、シリンジポンプに取り付けたら、ピークチューブを使用して、チップ上のポートへの流体接続を確立させた。油シリンジを連続相チャネル入力に接続し、一方、緩衝液は、分散相チャネル入力に接続した。アガロース液滴を作製するために、装置を５０℃の炉内に配置して、液滴発生プロセス中はアガロース溶液が流体のままであるようにした。
【０３７７】
両方のシリンジポンプは、アガロースを緩衝液に加えたものが１０μＬ／分の流量で、６−３３−６をＡＲ２０油に加えたものが２５μＬ／分の流量で注入されるように設定し、５μｍの標準偏差で１５０μｍの平均液滴サイズ（直径）を生成した。次いで液滴をバイアルに収集した。
【０３７８】
６．２−膜の形成
トリブロックコポリマー膜を、実施例５で記述したように形成した。
【０３７９】
６．３−細孔挿入およびタンパク質トロンビンの検出
細孔をトリブロックコポリマーに挿入するために、α−ヘモリシン−（Ｅ１１１Ｎ／Ｋ１４７Ｎ）7（配列番号５および６）を含む緩衝溶液（６２５ｍＭ  ＫＣｌ、７５ｍＭフェロシアン化カリウム、２５ｍＭフェリシアン化カリウム、１００ｍＭ  ＣＡＰＳ、ｐＨ  １０．０）を、アレイ上に流した。＋１８０ｍＶの保持電位を印加し、少なくとも１０％の占有率が実現されるまで細孔を二重層に進入させた。細孔が挿入されたら、次いでα−ヘモリシン−（Ｅ１１１Ｎ／Ｋ１４７Ｎ）7（配列番号５および６）を含有しない緩衝溶液（６２５ｍＭ  ＫＣｌ、７５ｍＭフェロシアン化カリウム、２５ｍＭフェリシアン化カリウム、１００ｍＭ  ＣＡＰＳ、ｐＨ  １０．０）をその後アレイ上に流して、さらなる細孔がトリブロックコポリマーに挿入されないようにした。アプタマーに結合するトロンビンを観察するために、アプタマー（配列番号７、１μＭ）およびトロンビン（１μＭ）を緩衝液（６２５ｍＭ  ＫＣｌ、７５ｍＭフェロシアン化カリウム、２５ｍＭフェリシアン化カリウム、１００ｍＭ  ＣＡＰＳ、ｐＨ  １０．０）中に含有する溶液を、アレイ上に流した。＋１８０ｍＶの保持電位を印加し、トロンビンの存在および不在に対応した特徴的なブロックレベルを検出した。
【０３８０】
結果
トリブロックコポリマーで覆われたアガロース液滴を、α−ヘモリシン−（Ｅ１１１Ｎ／Ｋ１４７Ｎ）7（配列番号５および６）ナノ細孔に曝した後、トリブロックコポリマーへの細孔の挿入を観察した。トロンビンおよびアプタマー（配列番号７）を系に添加して、トロンビンの存在および不在に対応した特徴的なブロックレベルを観察した。図４９に示されるように、結合トロンビンが不在（１）の状態およびトロンビンが存在（２）する状態で生成されたブロックを示す、電流トレースが得られたが、この図は、存在（ブロックラベル２）および不在（ブロックラベル１）に対応した特徴的なブロックレベルを示す電流トレース（低域濾波された）である。
【実施例７】
【０３８１】
この実施例は、ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）（配列番号１および９）細孔がトリブロックコポリマー液滴に挿入されたか否かを決定するのに、光学測定をどのように使用したかについて記述する。
【０３８２】
材料および方法
７．１−液滴の形成
ＥｘｏＩ／ＤＮＡ緩衝液１（９６２．５μＭ  ＫＣｌ、７．５ｍＭフェロシアン化カリウム、２．５ｍＭフェリシアン化カリウム、１００ｍＭ  ＣＡＰＳ（ｐＨ１０）、５０μＭ  ＥＤＴＡ、５０ｎＭ  Ｅｃｏ  ＥｘｏＩ、５μＭ  ＦＡＭ／ＢＨＱ１標識ＰｏｌｙＴ  ３０ｍｅｒ（配列番号８））、およびトリブロックコポリマー（６−３０−６）をＡＲ２０油に溶かしたものを、個別の１ｍＬのＨａｍｉｌｔｏｎシリンジに入れて用い、それぞれ、ドロマイトＴ部品内を１６μＬ／分（緩衝液１）および４μＬ／分（トリブロックコポリマーを油に加えたもの）で流すことによって、液滴を調製した。
【０３８３】
７．２−アレイの集合化および細孔挿入
端部が切断された２００μＬピペットチップを使用して、液滴２００μＬを４つの清浄なアレイ上にピペット分取した。過剰な液滴を、２ｍｇ／ｍＬのトリブロック６−３０−６を油に加えたもので洗い流した。次いで緩衝液２（９６２．５μＭ  ＫＣｌ、７．５ｍＭフェロシアン化カリウム、２．５ｍＭフェリシアン化カリウム、１００ｍＭ  ＣＡＰＳ（ｐＨ１０）、５０μＭ  ＥＤＴＡ）５００μＬを、４つのアレイのそれぞれに流して、液滴を覆うようにした。各アレイの明視野画像が、蛍光顕微鏡を使用して得られた。
【０３８４】
次いで緩衝液３および４を、下記の表２に示されるように調製した。緩衝液３（ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）ナノ細孔を含有）（５００μＬ）を２つのアレイ上に流し、緩衝液４（対照としてナノ細孔を含有しない。）を他の２つのアレイ上に流した。緩衝液３および４を、アレイ上で３０分間そのままにし、その後、Ｍｇ２＋含有緩衝液（緩衝液５−０．５Ｍ  ＭｇＣｌ2、１００ｍＭ  ＣＡＰＳ、ｐＨ１０、７．５ｍＭフェロシアン化カリウム、２．５ｍＭフェリシアン化カリウム）を、４つ全てのアレイ全体に流した。次いでアレイを室温で一晩そのままにし、その後、５倍レンズを使用して、各アレイの明視野およびＦＩＴＣ（２秒露光）画像を獲得した。
【０３８５】
【表２】
2019134704.tif 000006
【０３８６】
結果  この実施例は、ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）（配列番号１および９）細孔がトリブロックコポリマー液滴に挿入されたか否かを決定するのに、光学測定をどのように使用することができるかについて記述する。ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）（配列番号１および９）細孔は、ＥｘｏＩ酵素および蛍光体／消光剤標識ＤＮＡ基質（配列番号８）を含有するトリブロックコポリマー液滴への挿入が可能になった。その後、Ｍｇ2+含有緩衝液を液滴の最上部に端から端まで流すことにより、挿入されたナノ細孔を経た液滴へのＭｇ2+陽イオンの流れは、ＥｘｏＩを活性化し、蛍光体／消光剤ＤＮＡを消化させ、その結果、蛍光が増大した。緩衝液（緩衝液３）を含有するＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）（配列番号１および９）で処理したアレイは、図５０に示されるように、アレイ上に明るいスポットを示したが、これは細孔が液滴に挿入されたことを示す。図５１は、ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）（配列番号１および９）（緩衝液４）を含有しない緩衝液を使用した対照実験を示す。明るいスポットの不在は、対照条件下（ＭｓｐＡ−（Ｂ２Ｃ）ナノ細孔の不在）で、Ｍｇ2+がトリブロックコポリマーに浸透できず、したがって酵素の活性化および蛍光の増大が妨げられたことを示す。図５０および図５１を比較することにより、ナノ細孔を含有する緩衝液に曝された液滴は、トリブロックコポリマーへのナノ細孔の挿入に対応した明るいスポットを示したことが明らかである。
【実施例８】
【０３８７】
この実施例は、パターニングされた相互接続液滴ゾーンと共に組み立てられたアレイを存在させるのに使用される方法について記述する。
【０３８８】
材料および方法
８．２  半閉鎖構造アレイ上の膜形成
マイクロピペットを使用して、１５０μＬ  ＡＲ２０／１ｍｌヘキサンの混合物５０μＬを、温度１００℃の乾燥アレイの表面に吐出し、１時間そのままにして、毛管現象によって油をアレイ表面内に分布させかつヘキサンを蒸発させた。アレイをアレイホルダ上に取り付け、その上に１．５ｍｍの厚さのガスケットを配置し、アレイが完全に開放され取り囲まれるように位置合わせした。次いで個々のウェルのそれぞれを満たすことが意図される緩衝液を、アレイの最上部に吐出し（７００μＬ）；ガスケットは、緩衝液容積部を含有すべきである。次いでアレイを真空チャンバ内に配置し、ポンプ動作により１分間で２５ｍｂａｒに低下させて、緩衝液の容積部がウェル内に提供されるようにした。次いで真空チャンバからアレイを取り出し、フローセルアセンブリクランプ上に配置し、そこでフローセルをホルダに位置合わせしかつクランプ留めしてアセンブリを封止した。次いでＡＲ２０流頭（７００μＬ）を、ピペットによりフローセル内でゆっくりと押し；このステップでは、ウェル内に含有される個々の水性容積部がバルクから分離し、油中に被包された。このステップの後、５ｍＬの空気流頭により、過剰な油がフローセルから外に変位させられた。次いでフローセルのクランプ留めを解除し、分解して、１０ｍｇ／ｍＬ濃度のトリブロックコポリマー（ＴＢＣＰ）を含む油３０μＬを、アレイの最上部に吐出させ、そのままで２０分間インキュベートした。インキュベーションステップ後、アレイを９０°に配置することによって過剰な油を除去し、アレイから流出させて、アレイを組織と共に乾燥できるようにした。この段階で、水性容積部は、ＴＢＣＰ膜の形成に用いることができる状態になった。
【０３８９】
ウェルが水性で満たされ、ＴＢＣＰが系に導入されたら、その後、アレイをアッセイフローセルに組み立て、次いでそこに緩衝液を導入した。緩衝液流頭がアレイ上を移動するにつれ、残された過剰な油全てが変位させられ、バルク緩衝液容積部でＴＢＣＰ膜を形成することが可能になった。
【実施例９】
【０３９０】
この実施例は、図２１および２２に示される場合に従いかつ図３２に概略的に示されるように、極性および無極性媒体の容積部を含むアレイを集合させるのに使用される方法について記述する。
【０３９１】
油の前処理
アレイを、少量のＡＲ−２０シリコーン油による油の事前調整に供して、ウェルのマイクロパターニングを満たし、薄い油被膜の支柱および表面を覆った。Ｈａｒｖａｒｄシリンジポンプの１ｍＬシリンジバレルを、ＡＲ−２０油でプライム処理し、吐出速度を２μｌ／秒に設定した。ＡＲ２０シリコーン油１．７μｌを、２００μｍのピッチで間隔を空けて配置された２０４８個の区画を有し、ウェルの高さが９０μｍであり、支柱の高さが３０μｍである、寸法６．０４ｍｍ×１４．４７ｍｍの六方最密充填アレイの中心に吐出し、アレイ全体に拡張させた。次いでアレイを、炉内で３０分間１００℃に供し、その後、取り出して冷ました。アレイを検査して、使用前に油がアレイの縁部に到達したことを確実にした。
【０３９２】
緩衝液の充填
緩衝液（６００ｍＭ  ＫＣｌ、１００ｍＭ  Ｈｅｐｅｓ、７５ｍＭフェロシアン化カリウム（ＩＩ）、２５ｍＭフェリシアン化カリウム（ＩＩＩ）、ｐＨ８）１０ｍｌを脱気し、フローセルリザーバに投入した。アレイを、図２７に示されるようにフローセル内に配置し、アレイを真空中（約３５ｍＢａｒ）で緩衝液で満たすことにより、区画内に緩衝液の容積部が得られた。
【０３９３】
油の充填
緩衝液充填ステップの直後、１０ｍｇ／ｍｌのＴＢＣＰ／ＡＲ−２０  ５μｌをフローセルに添加し、真空中でアレイの最上部に流した。これをそのまま約５分間インキュベートして、ＴＢＣＰがアレイ全体を確実に覆うようにした。過剰な緩衝液を非アレイ面積から除去し、過剰な油を真空中でアレイから除去した。
【０３９４】
緩衝層の付加
油充填ステップ後、さらなる量の緩衝液をアレイ上に流して、緩衝層／ＴＢＣＰ／緩衝液容積部の界面が得られるようにした。緩衝液の層は、区画内での緩衝液容積部からの水の蒸発も最小限に抑える。
【実施例１０】
【０３９５】
この実施例は、相互接続液滴ゾーンの均一な集合状態および膜形成を示す共焦点顕微鏡法画像を生成するために、実施例８で記述されたアレイを集合させるのに使用した方法をどのように修正したかについて記述する。画像は、膜のサイズの制御をもたらした、ウェルの壁にピニングされた水性容積部を示す。
【０３９６】
材料および方法
上述の様々な画像は、共焦点撮像によって撮影した。実験に関与する材料を、共焦点顕微鏡法で区別できるようにするために、蛍光色素を試薬で希釈した。油（ＡＲ２０）をＢＯＤＩＰＹ  ４９３／５０３（緑）で染色し、個別の容積部を形成した緩衝溶液を、スルホローダミンＢ（赤）で染色した。残りの材料は染色せず、したがって共焦点画像では暗色領域として現れた。膜形成実験（図３９および４０に示される。）では、１０ｍｇ／ｍＬのＴＢＣＰを含むインキュベーション油も、ＢＯＤＩＰＹ  ４９３／５０３で染色した。第１の水性容積部が内側ウェルの壁にピニングされた後に、アレイ上に流されたバルク緩衝液は、染色しなかった。共焦点顕微鏡法サンプルは、先のセクション（実施例８）で記述された方法を使用して、上記試薬を用いて調製し、次いでＮｉｋｏｎ  Ａ１共焦点顕微鏡を使用して撮像した。
【符号の説明】
【０３９７】
１  装置
２  極性媒体の容積部
３  支持体
４  区画
５  ベース部
６  隔壁
７  支柱
８  隙間
１０  ダム
１１  チャネル
１２  基材
１３  電極
１４  表面コーティング
２０  内側部分
２１  外側部分
３０  リセス部
【図１】
2019134704.tif 000007
【図２】
2019134704.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019134704.tif 000011
【図６】
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【図７】
2019134704.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019134704.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019134704.tif 000019
【図１４】
2019134704.tif 000020
【図１５】
2019134704.tif 000021
【図１６】
2019134704.tif 000022
【図１７】
2019134704.tif 000023
【図１８】
2019134704.tif 000024
【図１９】
2019134704.tif 000025
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2019134704.tif 000031
【図２６】
2019134704.tif 000032
【図２７】
2019134704.tif 000033
【図２８】
2019134704.tif 000034
【図２９】
2019134704.tif 000035
【図３０】
2019134704.tif 000036
【図３１】
2019134704.tif 000037
【図３２ａ】
2019134704.tif 000038
【図３２ｂ】
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【図３２ｃ】
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【図３２ｄ】
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【図３２ｅ】
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【図３２ｆ】
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【図３２ｇ】
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【図３２ｈ】
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【図３２ｉ】
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【図３２ｊ】
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【図３２ｋ】
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【図３２ｌ】
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【図３３ａ】
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【図３３ｂ】
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【図３３ｃ】
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【図３３ｄ】
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【図３３ｅ】
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【図３３ｆ】
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【図３３ｇ】
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【図３３ｈ】
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【図３４ａ】
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【図３４ｂ】
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【図３５】
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【図３６ａ】
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【図３６ｂ】
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【図３６ｃ】
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【図３７】
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【図３８ａ】
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【図３８ｂ】
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【図３９ａ】
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【図３９ｂ】
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【図４０ａ】
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【図４０ｂ】
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【図４０ｃ】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４ａ】
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【図４４ｂ】
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【図４４ｃ】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８ａ】
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【図４８ｂ】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【配列表】
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