(57)【要約】  液滴ベースのアッセイに適した液滴を発生させるための、方法および装置を含むシステム。開示されるシステムは、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴のエマルジョンを形成するために、水性のサンプル含有流体に油などのバックグラウンドエマルジョン流体を混合することによってサンプル含有液滴を形成するように構成された、単体型または多数構成型の液滴発生構成要素を含むことができる。ある場合には、開示されるシステムは、後続のアッセイステップを行うことができるように、サンプル含有液滴を出口領域に輸送するように構成された、チャネルまたはその他の適切なメカニズムを含むことができる。
2013524171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックグラウンド流体に懸濁された複数のサンプル含有液滴を形成するためのシステムであって、
基板と、
少なくとも１つが前記基板に一体的に形成されている、サンプルウェルと、バックグラウンド流体ウェルと、ピペットチップおよび液滴ウェルからなる群から選択される液滴出口領域と、
前記基板に形成され、前記サンプルウェル、前記バックグラウンド流体ウェル、および前記液滴出口領域を流体によって相互接続する、チャネルネットワークと、
前記チャネルネットワークによって画定され、前記バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を発生するように構成された、液滴発生領域と、
を含み、
前記液滴発生領域は、第１のチャネル、第２のチャネル、および第３のチャネルの交差部によって画定され、
前記第１のチャネルは、サンプル含有流体を前記サンプルウェルから前記液滴発生領域に輸送するように構成され、前記第２のチャネルは、バックグラウンド流体を前記バックグラウンド流体ウェルから前記液滴発生領域に輸送するように構成され、前記第３のチャネルは、サンプル含有液滴を前記液滴発生領域から前記液滴出口領域に輸送するように構成されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記基板が実質的に平面状であり、前記基板の底面に隣接して配置されるように構成され、かつ前記基板の底面と実質的に流体耐密な封止を形成するように構成された実質的に平面状の封止部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記液滴出口領域が液滴ウェルであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記液滴出口領域がピペットチップであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のチャネルが、サンプル含有流体が毛管作用によって前記第１のチャネルを通って不意に引き出されるのを防止するように構成された空気トラップを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２のチャネルが、前記第１のチャネルおよび前記第３のチャネルと十字形交差領域を形成するように２つの異なる方向から前記第１のチャネルと交差する、２つのバックグラウンド流体サブチャネルを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記２つのバックグラウンド流体サブチャネルが、実質的に等しい水圧耐性を有することを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記基板、前記サンプルウェル、前記バックグラウンド流体ウェル、前記液滴出口領域、および前記チャネルネットワークが、全て、単一射出成形プロセスで形成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記液滴発生領域が、０．１ｎＬ〜１０ｎＬの範囲の体積を有するサンプル含有液滴を発生させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記基板の底面に隣接して配置されるように構成され、かつ前記基板の底面に実質的に流体耐密な封止を形成するように構成された封止部材をさらに含み、前記サンプルウェル、前記バックグラウンド流体ウェル、および前記液滴出口領域の少なくとも１つが前記封止部材に一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を発生させる方法であって、
サンプル含有流体を、基板に取着されたサンプルウェル内に輸送するステップと、
バックグラウンド流体を、前記基板に取着されたバックグラウンド流体ウェル内に輸送するステップと、
サンプル含有流体を、前記基板に形成された第１のチャネルを通って前記サンプルウェルから液滴発生領域に輸送するステップと、
バックグラウンド流体を、前記基板に形成された第２のチャネルを通って前記バックグラウンド流体ウェルから前記液滴発生領域に輸送するステップと、
前記液滴発生領域で、前記バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を発生させるステップと、
前記サンプル含有液滴を、前記基板に形成された第３のチャネルを通って、前記液滴発生領域から、前記基板に一体的に取着された液滴出口領域に輸送するステップと、
を含み、
前記サンプルウェル、前記バックグラウンド流体ウェル、および前記液滴出口領域の少なくとも１つが前記基板に一体的に形成され、前記液滴出口領域がピペットチップおよび液滴ウェルからなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記液滴出口領域が液滴ウェルであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記液滴出口領域がピペットチップであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
サンプル含有流体を前記第１のチャネルを通って輸送するステップが、前記サンプル含有流体を、前記サンプル含有流体が前記液滴発生領域に不意に輸送されるのを防止するように構成された空気トラップ領域を通って輸送するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
バックグラウンド流体を前記第２のチャネルを通って輸送するステップが、前記バックグラウンド流体を、前記第１のチャネルおよび前記第３のチャネルと十字形交差領域を形成するよう２つの異なる方向から前記第１のチャネルと交差する２つのバックグラウンド流体サブチャネルを通って輸送するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記２つのバックグラウンド流体サブチャネルが、実質的に同じ水圧耐性を有するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
サンプル含有液滴を発生させるステップが、０．１ｎＬ〜１０ｎＬの範囲の体積を有する液滴を発生させるステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
液滴発生システムを製造する方法であって、
（ｉ）基板を形成するステップと、
（ｉｉ）サンプルウェルを形成するステップと、
（ｉｉｉ）バックグラウンド流体ウェルを形成するステップと、
（ｉｖ）液滴出口領域を形成するステップと、
（ｖ）前記サンプルウェル、前記バックグラウンド流体ウェル、および前記液滴出口領域を流体によって相互接続するチャネルネットワークを形成するステップと、
（ｖｉ）前記サンプルウェルと流体接続されている第１のチャネル、前記バックグラウンド流体ウェルと流体接続されている第２のチャネル、および前記液滴出口領域と流体接続されている第３のチャネルの交差部によって画定された液滴発生領域を形成するステップと、
を含み、
前記基板と、前記チャネルネットワークと、前記サンプルウェル、前記バックグラウンド流体ウェル、および前記液滴出口領域の少なくとも１つとが一体的に形成され、前記液滴出口領域がピペットチップおよび液滴ウェルからなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記基板が実質的に平面状であり、前記基板の底面と実質的に流体耐密な封止を形成するように構成された実質的に平面状の封止部材を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板の底面に前記封止部材を取着するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記基板、前記サンプルウェル、前記バックグラウンド流体ウェル、前記液滴出口領域、および前記チャネルネットワークを形成するステップが、射出成形によって実現されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権出願の相互参照］
本出願は、あらゆる目的でその全体が参照により本明細書に組み込まれている２０１０年３月２５日に出願した米国仮特許出願第６１／３４１，２１８号の、米国特許法第１１９条第ｅ項（３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ））による利益に基づくものでありかつその利益を主張するものである。
【０００２】
［その他の資料の相互参照］
本出願は、下記の資料、すなわち、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２０１０／０１７３３９４号；およびＪｏｓｅｐｈ  Ｒ．  Ｌａｋｏｗｉｃｚ、ＰＲＩＮＣＩＰＬＥＳ  ＯＦ  ＦＬＵＯＲＥＳＣＥＮＣＥ  ＳＰＥＣＴＲＯＳＣＯＰＹ  （第２版、１９９９）を、あらゆる目的で、その全体を参照により組み込む。
【０００３】
多くの生物医学的応用は、試薬と組み合わせたサンプルのハイスループットアッセイに依拠する。例えば、研究および臨床の応用では、標的特異的な試薬を使用するハイスループット遺伝子検査によって、創薬、バイオマーカーの発見、および臨床診断に関するサンプルの高品質情報をとりわけ提供することができる。別の例として、感染性疾患の検出は、高信頼性の結果をもたらすように、多数の遺伝的標的に関するサンプルのスクリーニングをしばしば必要とする。
【背景技術】
【０００４】
この傾向は、体積の減少およびより多くの標的を検出する方向に向かっている。しかし、より小さい体積を作製し混合するには、より複雑な機器が必要になる可能性があり、コストが増大する。したがって、より高速で、より低いコストで、かつ／または機器の複雑さが低減された状態で、より多くの数のサンプルとサンプルおよび試薬の組合せとの試験を可能にする、改善された技術が求められている。
【０００５】
エマルジョンには、ハイスループットアッセイを変革させるかなりの見込みがある。乳化技法は、生化学反応のための独立した反応チャンバとして機能する何十億もの水性液滴を作製することができる。例えば水性サンプル（例えば、２００μＬ）は、個々の小成分（例えば、細胞、核酸、タンパク質）を、大規模なハイスループット的手法で個別に処置し、加工し、かつ研究することが可能になるように、液滴（例えば、それぞれ５０ｐＬの４百万個の液滴）に分配することができる。
【０００６】
サンプルを液滴に分割することにより、数多くの利点が提供される。小さな反応体積（ｐＬからｎＬ）を利用することができ、反応速度を速めることによってかつより濃縮された生成物を形成することによって、より早い検出が可能になる。また、μＬ規模で行われた従来のバルク体積反応と比べた場合、非常に多くの数の独立した測定（何千から何百万）を、サンプルに行うことができる。このように、サンプルは、より正確（すなわち、同じ試験をより多く反復し）かつ徹底的（すなわち、非常に数多くの異なる試験）に分析することができる。さらに、小さな反応体積では、試薬をそれほど使用せず、それによって消耗品の１試験当たりのコストが低下する。さらに、マイクロ流体技術は、反復可能な液滴ベースの測定が実現されるように、液滴の発生、混合、インキュベーション、分割、選別、および検出に使用されるプロセスの制御を行うことができる。
【０００７】
水性液滴は、油中水エマルジョン（Ｗ／Ｏ）が作製されるように、油に懸濁させることができる。エマルジョンは、加熱、冷却、および輸送中に液滴が合体するのを低減させまたは防止するように、界面活性剤で安定化させることができ、それによって熱サイクリングを行うことが可能になる。したがってエマルジョンは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を使用して液滴中で核酸標的分子の単一コピー増幅を行うのに使用されてきた。
【０００８】
エマルジョンの液滴における核酸標的の単一分子のコンパートメント化は、より大きなサンプル体積の増幅で遭遇する課題を軽減する。特に液滴は、各液滴におけるサンプルの複雑さが低減されるので、複合不均質核酸集団を含有するサンプルからの標的の、より効率的かつ均一な増幅を促進させることができる。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バイアスをもたらす要因の影響は、液滴のコンパートメント化によって最小限に抑えることができる。非バイアス増幅は、複合臨床サンプル中の高濃度のバックグラウンド種によってその存在がマスクされ得る病原体や癌細胞などの珍しい種を検出するのに、極めて重要となる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
エマルジョンをベースにしたアッセイは、その魅力にも関わらず、何十、何百、何千、または何百万もの個々のサンプル、およびサンプル／試薬の組合せの作製を必要とする可能性がある、ハイスループット試験の技術的課題を提示する。このように、液滴を発生させ、混合し、インキュベートし、分割し、選別し、かつ検出するための改善された技法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の開示は、液滴ベースのアッセイに適した液滴を発生させるための、方法および装置を含むシステムを提供する。開示されるシステムは、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴のエマルジョンを形成するために、水性のサンプル含有流体を油などのバックグラウンドエマルジョン流体と組み合わせることによってサンプル含有液滴を形成するように構成された、単体型または多数構成型の液滴発生構成要素を含んでいてもよい。ある場合には、開示されたシステムは、後続のアッセイステップを行うことができるように、チャネル、またはサンプル含有液滴を出口領域に輸送するように構成されたその他の適切なメカニズムを、含んでいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の開示の態様による、例示的な液滴発生器の平面図である。
【図２】本発明の開示の態様による、別の例示的な液滴発生器の平面図である。
【図３】本発明の開示の態様による、別の例示的な液滴発生器の平面図である。
【図４】本発明の開示の態様による、例示的な液滴発生領域の概略平面図である。
【図５】本発明の開示の態様による、別の例示的な液滴発生領域の概略平面図である。
【図６】本発明の開示の態様による、別の例示的な液滴発生領域の概略平面図である。
【図７】本発明の開示の態様による、様々な十字型液滴発生器同士の関係を例示する、４つの異なる液滴発生器の等角図である。
【図８】本発明の開示の態様による、平面形態の液滴発生システムの上面の、等角図である。
【図９】図８の液滴発生システムの底面の、等角図である。
【図１０】図９に示される液滴発生システムの底面の一部の、拡大図である。
【図１１】本発明の開示の態様による、平面形態の液滴発生システムとの使用に適した空気トラップ領域の、拡大図である。
【図１２】本発明の開示の態様による、平面形態の液滴発生システムとの使用に適した別の空気トラップ領域の、拡大図である。
【図１３】本発明の開示の態様による、別の例示的な液滴発生システムの、半透明平面図である。
【図１４】本発明の開示の態様による、さらに別の例示的な液滴発生システムの、半透明平面図である。
【図１５】本発明の開示の態様による、さらに別の例示的な液滴発生システムの、平面図である。
【図１６】図１５の液滴発生システムの底面図である。
【図１７】図１５の線１７−１７に沿って得られた断面図である。
【図１８】本発明の開示の態様による、さらに別の例示的な液滴発生システムの平面図である。
【図１９】図１８の液滴発生システムの、拡大部分の等角図である。
【図２０】本発明の開示の態様による、さらに別の例示的な液滴発生システムの平面図である。
【図２１】図２０の液滴発生システムの、拡大部分の等角図である。
【図２２】本発明の開示の態様による、さらに別の例示的な液滴発生システムの平面図である。
【図２３】図２２の液滴発生システムの、拡大部分の等角図である。
【図２４】本明細書に記述されるその他のシステムのいくつかと併せて使用するのに適したチャネルネットワークを示す、本発明の教示による液滴発生システムの一部の底面図である。
【図２５】本発明の教示の態様による、液滴発生チューブの等角図である。
【図２６】本発明の教示の態様による、別の液滴発生システムの組立て分解等角図である。
【図２７】図２６の液滴発生システムの組立て図である。
【図２８】本発明の教示の態様による、さらに別の液滴発生システムの一部の部分透明等角図である。
【図２９】液滴発生ハウジングと共に組み立てた図２８に示される液滴発生システムの一部の、部分透明等角図である。
【図３０】本発明の教示の態様による、さらに別の液滴発生システムの正面図である。
【図３１】図３０の液滴発生システムの一部の拡大断面図である。
【図３２】本発明の教示の態様による、別の液滴発生システムの、組立て分解等角図である。
【図３３】本発明の教示の態様による、さらに別の液滴発生システムの組立て分解等角図である。
【図３４】図３３の液滴発生システムの一部の組立て分解等角図である。
【図３５】本発明の教示の態様による、さらに別の液滴発生システムの組立て分解等角図である。
【図３６】図３５の液滴発生システムの一部の拡大断面図である。
【図３７】図３５の液滴発生システムの別の部分の拡大断面図である。
【図３８】図３５の液滴発生システムの別の部分の拡大平面図である。
【図３９】本発明の教示の態様による、さらに別の液滴発生システムの部分透明等角図である。
【図４０】図３９の液滴発生システムの断面図である。
【図４１】本発明の教示の態様による、さらに別の液滴発生システムの部分透明等角図である。
【図４２】図４１の液滴発生システムの断面図である。
【図４３】本発明の教示の態様による、別の液滴発生システムの部分透明等角図である。
【図４４】図４３の液滴発生システムの一部の拡大断面図である。
【図４５】本発明の教示の態様による、さらに別の液滴発生システムの部分透明等角図である。
【図４６】図４５の液滴発生システムの一部の拡大断面図である。
【図４７】図４５の液滴発生システムのディスクスタックの組立て分解等角図である。
【図４８】本発明の教示の態様による、別の液滴発生システムの様式化断面図である。
【図４９】本発明の教示の態様による、さらに別の液滴発生システムの様式化断面図である。
【図５０】本発明の教示の態様による、さらに別の液滴発生システムの様式化断面図である。
【図５１】本発明の教示の態様による、サンプル含有液滴を発生させる方法を示す、フローチャートである。
【図５２】本発明の教示の態様による、サンプル含有液滴を発生させる別の方法を示す、フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の開示は、液滴ベースのアッセイに適した液滴を発生させるための、装置および方法を含んだシステムを提供する。本発明の教示による液滴発生システムは、サンプル中の１つまたは複数の標的分子の存在に関して試験をするように構成された、全アッセイシステムの一部であってもよい。全システムは、（Ａ）分析用に、臨床または環境サンプルなどのサンプルを調製し、（Ｂ）このサンプルを、それぞれがほぼ１種の成分しか含有していない（核酸標的または目的とするその他の分析物の単一コピーなど）液滴またはその他の分配物（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ）に分配することによって、サンプルの成分を分離し、（Ｃ）これらの成分を、液滴内で増幅させまたはその他の手法で反応させ、（Ｄ）増幅されもしくは反応した成分、またはその特性を検出し、かつ／あるいは（Ｅ）得られたデータを分析するための、方法および装置を含んでいてもよい。このように複合サンプルは、バックグラウンドおよびアッセイ時間の低下を伴う、より単純でより容易に分析された複数のサンプルに変換することができる。
【００１３】
本発明の教示による液滴発生システムは、液滴発生の下記の４つの形態、すなわち、（Ａ）平面形態の液滴発生、（Ｂ）連続形態の液滴発生、（Ｃ）２部形態の液滴発生、および（Ｄ）単一ホール形態の液滴発生をとりわけ含んでいる。各形態による液滴発生システムは、サンプルに曝されるシステムの部分が使い捨て可能に構成されているのに対してこのシステムのその他の部分は多数の異なるサンプルに再使用可能となり得る、という特性を共有する。様々な形態の特徴ならびに各形態に対応する例示的な実施形態について、以下のセクション、すなわち、（Ｉ）定義、（ＩＩ）液滴発生の一般原理、（ＩＩＩ）平面形態の実施例、（ＩＶ）連続形態の実施例、（Ｖ）２部形態の実施例、（ＶＩ）単一ホール形態の実施例、（ＶＩＩ）操作方法、および（ＶＩＩＩ）例示的な番号付きパラグラフで詳述する。
【００１４】
Ｉ．定義
この開示で使用される技術用語は、当業者により一般に認識される意味を有する。しかし下記の用語は、以下で述べるように追加の意味を有していてもよい。
【００１５】
エマルジョン  −  やはり液体である非混和性担体流体中に配置された、液状の液滴を含む組成物。担体流体は、バックグラウンド流体とも呼ばれ、担体相、担体、および／またはバックグラウンド相と呼ぶことができる連続相を形成する。液滴（例えば、水性液滴）は、液体でありかつ液滴相（分散相または不連続相と呼んでもよい。）を形成する、フォアグラウンド流体とも呼ばれる少なくとも１種の液滴流体により形成される。液滴相は、連続相に対して非混和性であり、これは液滴相（すなわち、液滴）および連続相（すなわち、担体流体）が、均質性が実現されるように混合されないことを意味する。液滴は、連続相によって互いに単離され、連続相によってカプセル封入される（すなわち、包封され／取り囲まれる。）。
【００１６】
エマルジョンの液滴は、連続相において任意の均一なまたは不均一な分布を有していてもよい。不均一な場合、液滴の濃度は、連続相において、より高い液滴密度の１つまたは複数の領域を提供するようにかつより低い液滴密度の１つまたは複数の領域を提供するように、様々である可能性がある。例えば液滴は、連続相内に沈みまたは浮くことができ、チャネルに沿って１つまたは複数のパケットに集まることができ、または流動の流れの中心もしくは周辺に向かって集中することなどができる。液滴が、「バックグラウンド流体に懸濁される」と言われる場合は、これらの可能性の全てを包含するものとする。
【００１７】
本明細書に開示されるエマルジョンのいずれも、単分散性、すなわち、少なくともおおむね均一なサイズの液滴からなるものであってもよく、または多分散性、すなわち、様々なサイズの液滴からなるものであってもよい。単分散性の場合、エマルジョンの液滴は、例えばその体積が、平均液滴体積の約±１００％、５０％、２０％、１０％、５％、２％、または１％の標準偏差で変化してもよい。オリフィスから発生した液滴は、単分散性でも多分散性でもよい。
【００１８】
エマルジョンは、任意の適切な組成を有していてもよい。エマルジョンは、主要な液体化合物によって、または各相内の液体化合物のタイプによって、特徴付けることができる。エマルジョン中の主要な液体化合物は、水および油であってもよい。「油」は、水に対して非混和性でありかつ多量の炭素を有する任意の液体化合物または液体化合物の混合物である。ある場合には、油は、とりわけ多量の水素、フッ素、ケイ素、酸素、またはこれらの任意の組合せを有していてもよい。例えば、本明細書に開示されるエマルジョンのいずれも、油中水（Ｗ／Ｏ）エマルジョン（すなわち、連続油相中の水性液滴）であってもよい。油は、例えば、とりわけ少なくとも１種のシリコーン油、鉱油、フルオロカーボン油、植物油、またはこれらの組合せであってもよく、またはこれらを含んでいてもよい。任意のその他の適切な成分は、少なくとも１種の界面活性剤、試薬、サンプル（すなわち、その分配物）、その他の添加剤、標識、粒子、またはこれらの任意の組合せなど、エマルジョン相のいずれかに存在していてもよい。
【００１９】
標準的なエマルジョンは、充填状態にある（例えば、各液滴が、隣接する液滴の近くにある。）場合に加熱されると（例えば、約６０℃よりも高い温度に）不安定になるが、それは熱が一般に界面張力を低下させ、そのため液滴の合体をもたらす可能性があるからである。このように、標準的な充填型エマルジョンは、エマルジョンの液滴が互いに接触するのを防がない限りまたは安定性の条件（例えば、界面張力、粘度、立体障害など）を修正するのに添加剤（例えば、その他の油ベース、界面活性剤など）を使用しない限り、ＰＣＲなどの高温反応中にその完全性を維持しない。例えば液滴は、ＰＣＲを行うために熱サイクリングが可能になるように、単一ファイルに並べることができかつチャネルに沿って互いに間隔を空けて配置することができる。しかしこの手法の後、標準エマルジョンを使用することによって高密度の液滴が得られなくなり、それによって液滴をベースにしたアッセイにおけるスループットが実質的に制限される。
【００２０】
本明細書に開示される任意のエマルジョンは、熱安定性エマルジョンであってもよい。熱安定性エマルジョンは、少なくとも５０℃に加熱した場合に合体し難くなる任意のエマルジョンである。熱安定性エマルジョンは、（例えば、デジタルＰＣＲの性能を可能にするために）ＰＣＲの熱サイクリング全体を通して合体し難いエマルジョンである、ＰＣＲ安定性エマルジョンであってもよい。したがって、ＰＣＲ安定性エマルジョンは、とりわけ少なくとも８０℃または９０℃に加熱された場合に合体し難くなる可能性がある。熱安定性により、ＰＣＲ安定性エマルジョンは、標準的なエマルジョンとは対照的に、熱サイクリング全体を通して実質的に単分散性であり続ける液滴中でＰＣＲアッセイを行うことが可能になる。したがって、ＰＣＲ安定性エマルジョンを用いたデジタルＰＣＲアッセイは、標準的なエマルジョンを用いた場合よりも実質的により定量的になる可能性がある。エマルジョンは、例えば、とりわけ担体流体および界面活性剤の適正な選択によって、ＰＣＲ安定であるとして配合することができる。フロースルーアッセイ用のＰＣＲ安定性エマルジョンを発生させる例示的な油配合物は、下記の通りである：（１）Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  ５２２５Ｃ配合助剤（デカメチルシクロペンタシロキサン中、１０％活性成分）−２０％ｗ／ｗ、２％ｗ／ｗ最終濃度活性成分、（２）Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  ７４９流体（デカメチルシクロペンタシロキサン中、５０％活性成分）−５％ｗ／ｗ、２．５％ｗ／ｗ活性成分、および（３）ポリ（ジメチルシロキサン）Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  ２００（登録商標）流体、粘度５．０ｃＳｔ（２５℃）−７５％ｗ／ｗ。バッチアッセイ用のＰＣＲ安定性エマルジョンを発生させる例示的な油配合物は、下記の通りである：（１）Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  ５２２５Ｃ配合物助剤（デカメチルシクロペンタシロキサン中、１０％活性成分）−２０％ｗ／ｗ、２％ｗ／ｗ最終濃度活性成分、（２）Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  ７４９流体（デカメチルシクロペンタシロキサン中、５０％活性成分）−６０％ｗ／ｗ、３０％ｗ／ｗ活性成分、および（３）ポリ（ジメチルシロキサン）Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  ２００（登録商標）流体、粘度５．０ｃＳｔ（２５℃）−２０％ｗ／ｗ。
【００２１】
分配物  −  バルク体積の、分離された部分。分配物は、バルク体積を形成する、調製されたサンプルなどのサンプルから発生させたサンプル分配物であってもよい。バルク体積から発生させた分配物は、そのサイズが実質的に均一であってもよく、または全く異なるサイズを有していてもよい（例えば、２種以上の別々の、均一なサイズの、何組かの分配物）。例示的な分配物は、液滴である。分配物は、所定のサイズ分布またはランダムなサイズ分布によって、そのサイズが連続的に変化してもよい。
【００２２】
液滴  −  エマルジョンの連続相など、非混和性流体によりカプセル封入された、典型的には球形である小体積の液体。エマルジョン中の液滴の体積、および／または液滴の平均体積は、例えば、とりわけ約１μＬ未満（すなわち、「マイクロ液滴」）（または約１μＬと１ｎＬとの間、もしくは約１μＬと１ｐＬとの間）、約１ｎＬ未満（または約１ｎＬと１ｐＬとの間）、あるいは約１ｐＬ未満（または約１ｐＬと１ｆＬとの間）であってもよい。液滴（またはエマルジョンの液滴）は、とりわけ約１０００μｍ、１００μｍ、もしくは１０μｍ未満の、または約１０００μｍ〜１０μｍの直径（または平均直径）を有していてもよい。液滴は、球状でも非球状でもよい。液滴は、単純な液滴でも複合した液滴、すなわち、少なくとも１つの液滴が少なくとも１つのその他の液滴をカプセル封入している液滴であってもよい。
【００２３】
界面活性剤  −  界面活性剤が溶解している液体の表面張力、および／または別の相との界面張力を減じることが可能な、界面活性剤。洗浄剤および／または湿潤剤として同様にまたは代替として記述することができる界面活性剤は、親水性部分および疎水性部分の両方を組み込んでおり、これらはまとめて、２重の親水性−親油性特性を界面活性剤に与える。界面活性剤は、界面活性剤の親水性をその親油性と比較した尺度である親水性−親油性バランス（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｅ−Ｌｉｐｏｐｈｉｌｅ  Ｂａｌａｎｃｅ）（ＨＬＢ）値により特徴付けることができる。ＨＬＢ値は０〜６０に及び、水および油に対する界面活性剤の相対親和性を定義する。非イオン性界面活性剤は、一般に０〜２０に及ぶＨＬＢ値を有し、イオン性界面活性剤は、最高６０のＨＬＢ値を有することができる。親水性界面活性剤は、約１０よりも大きいＨＬＢ値を有し、かつ油よりも水に対して高い親和性を有する。親油性界面活性剤は、約１０未満のＨＬＢ値を有し、かつ水よりも油に対して高い親和性を有する。本明細書に開示されるエマルジョンおよび／またはその任意の相は、少なくとも１種の親水性界面活性剤、少なくとも１種の親油性界面活性剤、またはこれらの組合せを含んでいてもよい。あるいは、またはさらに、本明細書に開示されるエマルジョンおよび／またはその任意の相は、少なくとも１種の非イオン性（および／またはイオン性）洗浄剤を含んでいてもよい。さらに、本明細書に開示されるエマルジョンおよび／またはその任意の相は、とりわけポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、またはＴｗｅｅｎ  ２０を含めた界面活性剤を含んでいてもよい。
【００２４】
パケット  −  連続相の、同じ連続体積または体積領域に配置された、一組の液滴またはその他の単離された分配物。このようにパケットは、例えば、エマルジョンの液滴の全てを構成してもよく、またはチャネルに沿った位置でそのような液滴の隔離された画分を構成してもよい。典型的にはパケットは、部分的にまたは全体的に分析した場合、液滴の初期パケットが作製される元となる全出発サンプルの性質に関する予測が定量的に行われるように、統計的に関連あるサンプリングをもたらす液滴の収集物を指す。液滴のパケットは、チャネル内のパケットの最初と最後の液滴の間の空間的近接性も示す。
【００２５】
情報技術との類似性として、各液滴は、出発サンプル中の標的分析物からの配列特異的情報を含有してもよい、情報の「ビット」として働く。次いで液滴のパケットは、情報のこれらの「ビット」全ての合計であり、出発サンプルからの目的とする分析物に関して統計的に関連ある情報を一緒に提供する。バイナリコンピュータと同様に、液滴のパケットは、意味のある計算を適用することができるバイナリデータの最小単位を含む、ビットの連続配列に類似している。液滴のパケットは、やはり連続相（流動の流れなど）に配置されたその他のパケットに対して時間的および／もしくは空間的にコード化することができ、かつ／またはその他のパケットに対してこのパケットを一意的に特定するその他のコード化情報（光、磁気など）を加えることによって、コード化することができる。
【００２６】
試験  −  サンプルを特徴付けるのに使用される手順および／または反応と、手順および／または反応から得られる任意のシグナル、値、データ、および／または結果。試験は、アッセイと記述してもよい。例示的な液滴をベースにしたアッセイは、水性アッセイ混合物を使用した生化学アッセイである。より具体的には、液滴をベースにしたアッセイは、とりわけ酵素アッセイおよび／または結合アッセイである。酵素アッセイは、例えば、個々の液滴が、酵素に関する基質分子（例えば、核酸標的）のコピーおよび／または酵素分子のコピーを含有するか否かを決定することができる。これらのアッセイ結果に基づいて、サンプル中の基質および／または酵素の濃度および／またはコピー数を、評価することができる。
【００２７】
反応  −  化学反応、結合反応、表現型の変化、またはこれらの組合せであって、一般に、反応の出現および／または反応の出現の程度を示す検出可能なシグナル（例えば、蛍光シグナル）を提供するもの。例示的な反応は、基質から生成物への酵素触媒変換を含む酵素反応である。
【００２８】
任意の適切な酵素反応は、本明細書に開示される液滴をベースにしたアッセイで行うことができる。例えば、反応は、キナーゼ、ヌクレアーゼ、ヌクレオチドシクラーゼ、ヌクレオチドリガーゼ、ヌクレオチドホスホジエステラーゼ、ポリメラーゼ（ＤＮＡまたはＲＮＡ）、プレニルトランスフェラーゼ、ピロホスパターゼ、レポーター酵素（例えば、アルカリホスファターゼ、β−ガラクトシダーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ、グルクロニダーゼ、ホースラディッシュペルオキシダーゼ、ルシフェラーゼなど）、逆転写酵素、トポイソメラーゼなどによって触媒されてもよい。
【００２９】
サンプル  −  任意の適切な供給源からの、目的とする化合物、組成物、および／または混合物。サンプルは、このサンプル中に存在し得る少なくとも１種の分析物に関連した態様など、サンプルの態様を分析する試験のための、目的とする一般対象である。サンプルは、例えば、とりわけ貯蔵、保存、抽出、溶解、希釈、濃縮、精製、濾過、１種もしくは複数の試薬との混合、前置増幅（例えば、ＰＣＲの前に、サンプルに対して限られたサイクル（例えば、＜１５）のＰＣＲを行うことによって、標的エンリッチメント（ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ）を実現するため）、アンプリコンの除去（例えば、先に発生したアンプリコンによる持越し汚染が全て排除されるような、ＰＣＲ前のウラシル−ｄ−グリコシラーゼ（ＵＤＧ）での処理（すなわちアンプリコンは、ｄＴＴＰの代わりにｄＵＴＰで発生するので、ＵＤＧによって消化可能である。））、分配、またはこれらの任意の組合せの後、その天然の状態で、収集して、かつ／または変性状態で分析することができる。臨床サンプルは、とりわけ鼻咽頭洗浄液、血液、血漿、無細胞血漿、軟膜、唾液、尿、便、痰、粘液、創傷スワブ、組織バイオプシー、乳、流体吸引液、スワブ（例えば、鼻咽頭スワブ）、および／または組織を含んでいてもよい。環境サンプルは、とりわけ水、土壌、エアロゾル、および／または空気を含んでいてもよい。研究サンプルは、培養細胞、初代細胞、細菌、胞子、ウイルス、小生物、または上記列挙した臨床サンプルなどを含んでいてもよい。追加のサンプルは、食材、武器の構成要素、生物脅威物質について試験がなされる生物防御サンプル、および疑わしい汚染物質などを含んでいてもよい。
【００３０】
サンプルは、診断目的（例えば、感染性物質などの臨床分析物の定量測定）でまたはモニターする目的（例えば、生物脅威物質などの目的とする環境分析物が、所定の閾値を超えたことを決定するため）で収集することができる。
【００３１】
分析物  −  試験で分析されるサンプルの成分または潜在的成分。分析物は、試験で目的とする特定の対象であり、この場合サンプルは、目的とする一般対象である。分析物は、例えば、とりわけ核酸、タンパク質、ペプチド、酵素、細胞、細菌、胞子、ウイルス、オルガネラ、高分子アセンブリ、薬物候補、脂質、炭水化物、代謝物、またはこれらの任意の組合せであってもよい。分析物は、サンプルおよび／またはその分配物におけるこの分析物の存在、活性、および／またはその他の特性について、試験することができる。分析物の存在は、サンプル中またはその１つもしくは複数の分配物中の分析物の、絶対的なまたは相対的な数、濃度、または２元的評価（例えば、存在または不在）などに関係する可能性がある。いくつかの実施例では、サンプルは、分析物のコピーが分配物の全てに存在しないように、例えば１つの分配物当たり約０．０００１から１０，０００、０．００１から１０００、０．０１から１００、０．１から１０、または１個のコピーという平均濃度で分配物中に存在するように、分配されていてもよい。
【００３２】
試薬  −  サンプルに対して特定の試験を行うために、サンプルと組み合わされた化合物、一組の化合物、および／または組成物。試薬は、試験における特定の標的または分析物の検出に対して特異性を与える任意の試薬組成物である、標的特異的試薬であってもよい。試薬は、任意選択で、試験用の化学反応物および／または結合パートナーを含んでいてもよい。試薬は例えば、少なくとも１種の核酸、タンパク質（例えば、酵素）、細胞、ウイルス、オルガネラ、高分子アセンブリ、潜在的薬物、脂質、炭水化物、無機物質もしくはこれらの任意の組合せを含んでいてもよく、またはとりわけ水性組成物であってもよい。例示的な実施形態では、試薬は、核酸標的を増幅するための少なくとも１種のプライマーまたは少なくとも１対のプライマー、増幅の検出を可能にするための少なくとも１種のプローブおよび／または色素、ポリメラーゼ、ヌクレオチド（ｄＮＴＰおよび／またはＮＴＰ）、２価のマグネシウムイオン、塩化カリウム、緩衝液、またはこれらの任意の組合せをとりわけ含むことができる増幅試薬であってもよい。
【００３３】
核酸  −  ヌクレオチドモノマーの鎖を含む化合物。核酸は、とりわけ１本鎖または２本鎖（すなわち、別の核酸と塩基対をなす）であってもよい。核酸の鎖は、とりわけ少なくとも約１０または１００などの、任意の適切な数のモノマーからなるものであってもよい。一般に、核酸鎖の長さはその供給源に対応し、合成核酸（例えば、プライマーおよびプローブ）は典型的にはより短く、生物学的／酵素的に発生した核酸は典型的にはより長い状態にある。
【００３４】
核酸は、天然もしくは人工構造またはこれらの組合せを有していてもよい。天然構造を有する核酸、すなわちデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）およびリボ核酸（ＲＮＡ）は、一般に、ペントース糖基とリン酸基とが交互に配された主鎖を有する。各ペントース基は、核酸塩基（例えば、プリン（アデニン（Ａ）またはグアニン（Ｔ）など）またはピリミジン（シトシン（Ｃ）、チミン（Ｔ）、またはウラシル（Ｕ）など））に結合されている。人工構造を有する核酸は、天然核酸の類似体であり、例えば、天然主鎖のペントースおよび／またはリン酸基に変化させることによって作製することができる。例示的な人工核酸は、グリコール核酸（ＧＮＡ）、ペプチド核酸（ＰＮＡ）、ロックされた核酸（ＬＮＡ）、およびトレオース核酸（ＴＮＡ）などを含む。
【００３５】
核酸の配列は、核酸塩基が主鎖に沿って並んでいる順序によって定義される。この配列は一般に、核酸が、水素結合によってパートナー鎖に特異的に結合する（または分子内２重鎖を形成する）能力を決定する。特に、アデニンはチミン（またはウラシル）と対をなし、グアニンはシトシンと対をなす。その他の核酸とのそのような塩基対の連続ストリングを形成することによって、逆平行で別の核酸に結合することができる核酸を、「相補的」と呼ぶ。
【００３６】
複製  −  核酸またはそのセグメントのコピー（すなわち、直接コピーおよび／または相補的コピー）を形成するプロセス。複製は一般に、ポリメラーゼおよび／またはリガーゼなどの酵素をとりわけ含んでいる。複製された核酸および／またはセグメントは、複製用の鋳型（および／または標的）である。
【００３７】
増幅  −  複製が時間と共に繰り返し生じて、鋳型分子の少なくとも１つのセグメントの多数のコピーを形成する反応。増幅は、増幅が進行するにつれ、コピーの数に指数関数的なまたは線形の増加をもたらしてもよい。典型的な増幅は、コピー数および／またはシグナルに１，０００倍超の増加をもたらす。本明細書に開示される液滴をベースにしたアッセイでの例示的な増幅反応は、それぞれが熱サイクリングによって推進されるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）またはリガーゼ連鎖反応を含んでいてもよい。液滴をベースにしたアッセイは、同様にまたは代わりに、分岐−プローブＤＮＡアッセイ、カスケード−ＲＣＡ、ヘリカーゼ依存性増幅、ループ媒介型等温増幅（ｌｏｏｐ−ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）（ＬＡＭＰ）、核酸ベースの増幅（ＮＡＳＢＡ）、切断酵素増幅反応（ＮＥＡＲ）、ＰＡＮ−ＡＣ、Ｑ−βレプリカーゼ増幅、ローリングサークル複製（ＲＣＡ）、自律的配列複製、および鎖置換増幅など、等温的に行うことができるその他の増幅反応を使用してもよい。増幅は、線形または円形の鋳型を利用してもよい。
【００３８】
増幅は、任意の適切な試薬を用いて行ってもよい。増幅は、存在する場合には組成物中で核酸標的分子の多数のコピーを発生させることが可能な任意の組成物である、増幅混合物中で、行うことができまたはその出現を試験することができる。増幅混合物は、とりわけ、少なくとも１種のプライマーまたはプライマー対、少なくとも１種のプローブ、少なくとも１種の複製酵素（例えば、少なくとも１種のＤＮＡおよび／またはＲＮＡポリメラーゼなどの少なくとも１種のポリメラーゼ）、およびデオキシヌクレオチド（および／またはヌクレオチド）３リン酸（ｄＮＴＰおよび／またはＮＴＰ）の任意の組合せを含んでいてもよい。同じ液滴中の２つ以上の標的種の多重増幅および検出を可能にするアッセイ混合物および検出ストラテジーのさらなる態様は、とりわけセクションＸなどの本明細書のその他の部分に記述されている。
【００３９】
ＰＣＲ  −  複製を連続して何回も行うための、加熱と冷却が交互に行われるサイクル（すなわち、熱サイクリング）に依拠する核酸増幅。ＰＣＲは、とりわけ、より高い融解（変性）温度およびより低いアニーリング／伸長温度などの２つ以上の温度設定点の間、またはより高い融解温度、より低いアニーリング温度、および中間伸長温度などの３つ以上の温度設定点の間の熱サイクリングによって行うことができる。ＰＣＲは、とりわけ、Ｔａｑ  ＤＮＡポリメラーゼ（例えば、野生型酵素、Ｓｔｏｆｆｅｌ断片、ＦａｓｔＳｔａｒｔポリメラーゼなど）、Ｐｆｕ  ＤＮＡポリメラーゼ、Ｓ−Ｔｂｒポリメラーゼ、Ｔｔｈポリメラーゼ、Ｖｅｎｔポリメラーゼ、またはこれらの組合せなどの、熱安定性ポリメラーゼを用いて行ってもよい。ＰＣＲは一般に、連続サイクル中の生成物アンプリコンの量に指数関数的な増加をもたらす。
【００４０】
任意の適切なＰＣＲ法または方法の組合せは、とりわけ、アレル特異的ＰＣＲ、アセンブリＰＣＲ、非対称ＰＣＲ、デジタルＰＣＲ、エンドポイントＰＣＲ、ホットスタートＰＣＲ、ｉｎ  ｓｉｔｕ  ＰＣＲ、配列間特異的ＰＣＲ、逆ＰＣＲ、指数関数後線形ＰＣＲ（ｌｉｎｅａｒ  ａｆｔｅｒ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ  ＰＣＲ）、ライゲーション媒介型ＰＣＲ、メチル化特異的ＰＣＲ、ミニプライマーＰＣＲ、多重ライゲーション依存性プローブ増幅、多重ＰＣＲ、ネステッドＰＣＲ、重複伸長ＰＣＲ、ポリメラーゼサイクリングアセンブリ、定性ＰＣＲ、定量ＰＣＲ、リアルタイムＰＣＲ、ＲＴ−ＰＣＲ、単一細胞ＰＣＲ、固相ＰＣＲ、熱非対称インターレースＰＣＲ、タッチダウンＰＣＲ、またはユニバーサルファストウォーキングＰＣＲ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｆａｓｔ  ｗａｌｋｉｎｇ  ＰＣＲ）など、本明細書に開示される液滴をベースにしたアッセイに利用することができる。
【００４１】
デジタルＰＣＲ  −  どのくらい多くのサンプル部分が標的の増幅を支援するかに基づいて、サンプル中の核酸標的の存在／不在、濃度、および／またはコピー数を決定するためにサンプルの部分で行われたＰＣＲ。デジタルＰＣＲは、エンドポイントＰＣＲとして行っても（行わなくても）よい。デジタルＰＣＲは、分配物のそれぞれに関するリアルタイムＰＣＲとして行っても（行わなくても）よい。
【００４２】
ＰＣＲは、理論上、サンプルからの核酸配列（分析物）の指数関数的増幅をもたらす。増幅の閾値レベル（リアルタイムＰＣＲなどで）を実現するのに必要な増幅サイクルの数を測定することによって、核酸の出発濃度を理論上計算することができる。しかし実際には、増幅効率の変化、出発核酸の少ないコピー数、およびバックグラウンド汚染物質核酸との競合など、ＰＣＲプロセスを非指数関数的にする多くの要因がある。デジタルＰＣＲは、ＰＣＲプロセスが指数関数的であるという仮定に依拠しないので、一般にこれらの要因に対して非感受性である。デジタルＰＣＲでは、個々の核酸分子が初期のサンプルから分配物に分離され、次いで検出可能なレベルに増幅される。次いで各分配物は、各分配物中に個々の核酸分子のそれぞれが存在するのか存在しないのかに関するデジタル情報を提供する。この技法を使用して十分な分配物が測定される場合、デジタル情報は、サンプル中の核酸標的（分析物）に関する出発濃度の統計上関連ある尺度が得られるように、統合することができる。
【００４３】
デジタルＰＣＲの概念は、核酸に加えてその他のタイプの分析物にまで広げることができる。特にシグナル増幅反応は、個々の液滴における分析物の分子の単一コピーの検出を可能にするために、セクションＶＩＩに記述されるような手法で（例えば、ポアソン統計に基づいたアルゴリズムを使用して）、その他の分析物に関する液滴シグナルのデータ分析を可能にするために、利用してもよい。液滴中のその他のタイプの分析物の単一コピーの検出を可能にする、例示的なシグナル増幅反応は、酵素反応を含む。
【００４４】
定性ＰＣＲ  −  一般に標的の存在のいかなる実質的な定量もなしに、標的がサンプル中に存在するか否かを決定する、ＰＣＲベースの分析。例示的な実施形態では、定性的なデジタルＰＣＲは、液滴のパケットが少なくとも所定のパーセンテージの正の液滴（正のサンプル）を含有するのか含有しないのか（負のサンプル）を決定することによって、行うことができる。
【００４５】
定量ＰＣＲ  −  サンプル中の標的の濃度および／またはコピー数を決定する、ＰＣＲベースの分析。
【００４６】
ＲＴ−ＰＣＲ（逆転写−ＰＣＲ）  −  ＲＮＡの逆転写によって生成された相補的ＤＮＡ鋳型を利用するＰＣＲ。ＲＴ−ＰＣＲは、（１）逆転写酵素を用いるなどしてＲＮＡの相補的ＤＮＡコピーを形成し、（２）鋳型として相補的ＤＮＡを使用してＰＣＲ増幅を行うことによって、ＲＮＡサンプルの分析を可能にする。いくつかの実施形態では、Ｔｔｈポリメラーゼなどの同じ酵素を、逆転写およびＰＣＲに使用することができる。
【００４７】
リアルタイムＰＣＲ  −  反応の最終熱サイクルの前に１回または複数回の熱サイクルを終了させた後など、反応中にアンプリコン形成が測定される、ＰＣＲベースの分析。リアルタイムＰＣＲは、一般に、標的増幅の動力学に基づいて標的の定量を行う。
【００４８】
エンドポイントＰＣＲ  −  アンプリコン形成が、熱サイクリングの終了後に測定される、ＰＣＲベースの分析。
【００４９】
アンプリコン  −  増幅反応の生成物。アンプリコンは、１本鎖もしくは２本鎖、またはこれらの組合せであってもよい。アンプリコンは、核酸標的の任意の適切なセグメントまたは全長に対応する。
【００５０】
プライマー  −  核酸鋳型の複製のプライミングが可能な、かつ／またはこのプライミングに使用される、核酸。このようにプライマーは、より長い鋳型に相補的な、より短い核酸である。複製中、プライマーは、鋳型配列に基づいて伸長されて、鋳型の相補的コピーであるより長い核酸を生成する。プライマーは、ＤＮＡ、ＲＮＡ、これらの類似体（すなわち、人工核酸）、またはこれらの任意の組合せであってもよい。プライマーは、少なくとも約１０、１５、２０、または３０ヌクレオチドなど、任意の適切な長さを有していてもよい。例示的なプライマーは、化学的に合成される。プライマーは、少なくとも１つの核酸標的を増幅するための、少なくとも１対のプライマーとして供給されてもよい。１対のプライマーは、得られるアンプリコンの対向端部（したがって長さ）をまとめて画定するセンスプライマーおよびアンチセンスプライマーであってもよい。
【００５１】
プローブ  −  少なくとも１種の色素など、少なくとも１種の標識に接続された核酸。プローブは、核酸標的および／またはアンプリコンの配列特異的結合パートナーであってもよい。プローブは、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）に基づいて標的増幅の検出が可能になるように、設計することができる。本明細書に開示される核酸アッセイ用の例示的なプローブは、互いに近接している場合に蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）をまとめて示す１対の色素に接続された、１種または複数の核酸を含む。この１対の色素は、とりわけ、第１および第２のエミッター、またはエミッターおよびクエンチャーを提供することができる。この１対の色素からの蛍光放出は、プライマー伸長中のプローブの切断によってなど、色素が互いに分離されたとき（例えば、ＴＡＱＭＡＮプローブを用いるなどする５ヌクレアーゼアッセイ）、またはプローブがアンプリコンにハイブリダイズしたとき（例えば、分子ビーコンプローブ）に変化する。
【００５２】
プローブの核酸部分は、任意の適切な構造または起点（ｏｒｉｇｉｎ）を有していてもよく、例えばこの部分は、ロックされた核酸またはユニバーサルプローブライブラリのメンバーなどであってもよい。その他の場合には、プローブとプライマー対のプライマーの１つとを、同じ分子内で組み合わせてもよい（例えば、ＡＭＰＬＩＦＬＵＯＲプライマーまたはＳＣＯＲＰＩＯＮプライマー）。例として、プライマー−プローブ分子は、その３末端にプライマー配列を、またその５末端に分子状ビーコン型プローブを含んでいてもよい。この配置構成によれば、異なる色素で標識された関連あるプライマー−プローブ分子は、単一ヌクレオチドだけ異なっている（１塩基多型（ＳＮＰ））標的配列を定量するための、同じ逆方向プライマーを用いた多重化アッセイで使用することができる。液滴をベースにした核酸アッセイのための別の例示的なプローブは、Ｐｌｅｘｏｒプライマーである。
【００５３】
標識  −  化合物、生物学的粒子（例えば、細胞、細菌、胞子、ウイルス、またはオルガネラ）、または液滴などの任意の実体に接続されまたは組み込まれた、同定しかつ／または区別するマーカーまたは識別子。標識は、例えば、この実体を光学的に検出可能にかつ／または光学的に区別可能にする色素であってもよい。標識に使用される例示的な色素は、蛍光色素（フルオロフォア）および蛍光クエンチャーである。
【００５４】
レポーター  −  反応の程度など、状態を報告する化合物または一組の化合物。例示的なレポーターは、蛍光色素もしくはエネルギー伝達対などの少なくとも１種の色素、および／または少なくとも１種のオリゴヌクレオチドを含む。核酸増幅アッセイの例示的なレポーターは、プローブおよび／または挿入色素（例えば、ＳＹＢＲグリーン、臭化エチジウムなど）を含んでいてもよい。
【００５５】
コード  −  ある組の全く異なるメンバーを差別化するためのメカニズム。異なるタイプの液滴を差別化する例示的なコードは、とりわけ、異なる液滴サイズ、色素、色素の組合せ、１種もしくは複数の色素の量、包封されたコード粒子、またはこれらの任意の組合せを含んでいてもよい。コードは、例えば、とりわけ液滴の異なるパケットまたはパケット内の異なるタイプの液滴を区別するのに使用してもよい。
【００５６】
結合パートナー  −  互いに結合する１対のメンバーの、１つのメンバー。各メンバーは、とりわけ、化合物または生物学的粒子（例えば、細胞、細菌、胞子、ウイルス、またはオルガネラなど）であってもよい。結合パートナーは、互いに特異的に結合することができる。特異的結合は、約１０−４、１０−６、１０−８、または１０−１０Ｍ未満の解離定数によって特徴付けることができる。例示的な特異的結合パートナーは、ビオチンおよびアビジン／ストレプトアビジン、センス核酸および相補的アンチセンス核酸（例えば、プローブおよびアンプリコン）、プライマーおよびその標的、抗体および対応する抗原、受容体およびそのリガンドなどを含む。
【００５７】
チャネル  −  流体移動のための通路。チャネルは一般に、流体がチャネルに進入する少なくとも１つの入口と、流体がチャネルから出ていく少なくとも１つの出口とを含む。入口および出口の機能は入れ替えることができ、すなわち流体はチャネルを通って１方向にのみ流れることができ、または反対方向に、一般には異なる時間で流れることができる。チャネルは、入口と出口との間に通路を画定し包封する壁面を含むことができる。チャネルは、例えば、とりわけチューブ（例えば、毛管）によって、平面構造（例えば、チップ）中もしくは上に、またはこれらの組合せで形成されてもよい。チャネルは、分岐状であってもなくてもよい。チャネルは、線形であっても非線形であってもよい。例示的な非線形チャネルは、平面流路（例えば、蛇行チャネル）、非平面流路（例えば、螺旋流路を提供する螺旋チャネル）に沿って延びるチャネルを含む。本明細書に開示されるチャネルのいずれも、約１ｍｍ未満の特徴的な横寸法（例えば、チャネルの平均直径）を有するチャネルである、マイクロ流体チャネルであってもよい。チャネルは、また、開放された出口を必要とすることなく流体が進入し／出ていくことを可能にする、１つまたは複数のベントメカニズムを含んでいてもよい。ベントメカニズムの例は、チャネルの一部を構成しまたは存在する場合には出口を遮断するための、疎水性ベント開口または多孔質材料の使用を含むが、これらに限定するものではない。チャネルは、細長くでもそうでなくてもよい。例えば、細長いチャネルは、四方が壁のコンジットの形をとることができ、細長くないチャネルは、２つの平行なディスクの間で半径流の形をとることができる。例えば、バテッドチューブ液滴発生器での油の流れは、バテッドチューブのディスク形状面によって画定されたチャネル内を、内側に向かって半径方向に流れることができる。
【００５８】
フルイディクスネットワーク  −  一般にアセンブリのコンパートメント間で流体を移送することによって、かつ／あるいは、アセンブリによって画定された１つもしくは複数の流路に沿ってかつ／または流路を通って流体の流れを推進させることによって、流体を操作するアセンブリ。フルイディクスネットワークは、とりわけ１つまたは複数のチャネル、チャンバ、リザーバ、弁、ポンプ、熱制御デバイス（例えば、加熱器／冷却器）、センサ（例えば、温度、圧力、流れなどを測定するため）、またはこれらの任意の組合せなど、任意の適切な構造を含んでいてもよい。
【００５９】
ＩＩ．液滴発生の一般原理
とりわけＤＮＡ増幅システムなどのシステムでは、部分的にまたは完全に使い捨て可能な装置を使用して、サンプル含有液滴を発生させることが望ましいと考えられる。これは、とりわけ溶解、精製、および濃縮も含んでいてもよい一連のサンプル調製ステップの一部として液滴を発生させるように構成された、使い捨て可能なカートリッジにより実現することができる。しかし、その他の場合には、実質的な追加のサンプル調製ステップを行うことなく液滴発生を行うように構成された、部分的にまたは完全に使い捨て可能な装置を提供することが望ましいと考えられる。これは例えば、ＤＮＡ増幅システムが、典型的には別の場所で調製されまたは施術者によって調製されたサンプルを分析するように構成される場合、望ましいと考えられる。これらの状況下、専用の液滴発生システムは、最も単純で最も経済的な解決策と考えられる。
【００６０】
本明細書に記述される液滴発生システムの構成要素は、例えば、基板、ウェル（すなわち、リザーバ）、チャネル、およびチューブなどを含んでいてもよい。これらの構成要素は、当技術分野で公知の任意の適切な方法、例えば射出成形および／または機械加工などにより製造することができる。ある場合には、本発明の教示により開示された液滴発生システムの構成要素の全ては、独自開発したものであってもよい。その他の場合には、開示されたシステムの１つまたは複数の構成要素は、既製品として入手可能と考えられ、これは、修正を加えてまたは加えずにその他の構成要素と一体化させてもよい。
【００６１】
液滴発生器の多くの構成は、本発明の教示による液滴発生システムの構成要素として適していると考えられる。例えば、適切な液滴発生器は、とりわけバテッドチューブ、交差するチャネルが掘られたチューブ、その他のチューブの内側に部分的にまたは完全に挿入されたチューブ、および多数のアパーチャを有するチューブを含み、この「チューブ」は、任意の断面形状である細長い中空構造を意味する。適切な流体リザーバは、とりわけピペットチップ、スピンカラム、ウェル（個々にまたはプレートアレイ内で）、チューブ、およびシリンジを含む。このセクションは、本発明の教示に適用される、液滴発生のいくつかの一般原理について記述し、それらの原理を具体化している液滴発生器の２〜３の特定の実施例を提供する；図１〜７を参照されたい。
【００６２】
一般に、本発明の教示により発生させた液滴は、油などのバックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴になる。このタイプの液滴を、「油中水」液滴と呼んでもよい。「サンプル含有」は、そこから液滴が形成される水性流体が、１つまたは複数の標的分子の存在について分析がなされるサンプル材料を含有することを意味する。液滴は、サンプル材料以外の追加の構成成分を含有していてもよい。例えば液滴発生は、バルクアッセイ混合物が形成されるようにサンプルと１種または複数の試薬とを混合することによりサンプルを修正した後に、行うことができる。
【００６３】
液滴発生は、サンプル流体またはバルクアッセイ混合物を、介在する非混和性担体流体によって、それぞれの液滴において互いから単離された複数の分配混合物（したがって、サンプル分配物）に分割することができる。液滴は、サンプルから逐次発生させてもよく、例えば１つのオリフィスおよび／または１つの液滴発生器（エマルジョン発生器と呼んでもよい。）などから発生させてもよい。あるいは液滴は、サンプルから並行して発生させてもよく、例えば、同じサンプルと流体連絡している（かつ／または同じサンプルによって供給される）２つ以上のオリフィスおよび／または２つ以上の液滴発生器から発生させてもよい。別の実施例として、液滴は、オリフィスのアレイを画定する穿孔プレートから、並行して発生させることができる。いくつかの実施例では、液滴は、とりわけ撹拌または超音波処理などによって大量に発生させることができる。いくつかの実施例では、複数のエマルジョンを、複数のサンプルから逐次または並行して発生させることができる。
【００６４】
様々な例示的な液滴発生構成は、サンプルおよび試薬の混合物を含有する油中水液滴を発生させるのに適していると考えられる。次いで発生した液滴は、ＰＣＲ増幅のために熱サイクリング機器に輸送することができる。示された構成のそれぞれは、エマルジョンの連続生成に、かつ少なくとも圧力制御されたポンプ送出、真空制御されたポンプ送出、遠心分離、重力により推進される流れ、および容積式ポンプ送出を含めた任意の適切なポンプ送出法に適合可能である。本発明の開示による液滴発生器または液滴発生構成は、相補的ＰＣＲ機器に位置付けられた圧力／ポンプ源に接続することができ、または液滴発生を容易にするのに必要な任意のポンプおよび／または圧力源を含むことができる。
【００６５】
図１〜６の液滴構成のそれぞれは、カートリッジなどの使い捨て可能なデバイスにおいて、ハイスループット液滴発生（１秒当たり約１，０００個の液滴）を可能にすることができる。各構成は、いくつかの異なる方法で構築することができる。例えば流体チャネルは、材料の単一射出成形小片に形成することができ、次いでこれを、フィーチャのない被膜またはその他の材料層などの封止部材で封止する。あるいは流体チャネルは、相補的な半球状の溝により形成された円筒状チャネルなど、１つになってチャネルを形成する材料の２層を射出成形することによって形成してもよい。図１〜６に示される液滴発生構成の流体チャネルは、とりわけ５０、１００、１５０、２００、または２５０μｍなどの様々なチャネル深さを有していてもよい。さらに、図１〜６の例示的な液滴発生器に適用される液滴発生の原理は、カートリッジをベースにした構成以外の多くの液滴発生構成に適用される。これらの代替構成のいくつかを、この開示で記述する。
【００６６】
図１は、３ポートクロス液滴発生構成１００を示し、第１の流体ウェル（またはチャンバ）１０２からの油は、流体チャネルセクション１０４の２つの類似した分岐を通って移送される。ウェル１０２からの油は、流体チャネルセクション１０８に沿って一般に１１０で示される交差領域に移送される第２の流体チャンバ１０６からの水性流体と、交差する。ウェル１０２からの油は、２つの異なるかつ実質的に反対の方向から交差部１１０に到達し、それに対して水性溶液は、到達する油の両方の移動方向に実質的に直角な単一経路のみに沿って交差部に到達する。その結果、交差部１１０では、油のバックグラウンド中にある水性液滴（すなわち、油中水エマルジョン）が生成され、流体チャネルセクション１１２に沿って第３のチャンバ１１４に移送され、そこでエマルジョンを一時的に貯蔵することができかつ／または熱サイクリング機器に移送することができる。
【００６７】
図２は、図１に示される液滴発生構成１００に多くの点で類似している、構成１１５を示す。特に、液滴発生構成１１５では、第１の流体チャンバ１１６からの油が、流体チャネルセクション１１８の２つの類似した分岐を通って移送される。流体チャネルセクション１１８は、一般に１２４で示される交差領域で、第２の流体チャンバ１２０から水性流体を移送する流体チャネルセクション１２２と交差する。構成１００におけるように、チャンバ１１６からの油は２つの異なる方向から交差部１１０に到達するが、構成１００とは異なって、この油は実質的に反対（逆平行）の方向から到達するものではない。そうではなく、チャネルセクション１１８はそれぞれが、図４８Ｂで約６０度と示される直角ではない角度でチャネルセクション１２２と交差する。一般に、構成１１５は、１つまたは複数の任意の所望の角度で水性流体チャネルと交差する油流体チャネルを含んでいてもよい。チャネルセクション１１８を通って流れる油およびチャネルセクション１２２を通って流れる水性溶液は組み合わされて、油のバックグラウンドに懸濁した水性液滴の油中水エマルジョンを形成する。構成１００の場合のように、次いで液滴は、流体チャネルセクション１２６に沿って第３の流体チャンバ１２８に移送することができ、そこで貯蔵されかつ／または熱サイクリング機器に移送される。
【００６８】
図３は、２つの個別の油ウェルまたはチャンバを含む、４ポート液滴発生構成１２９を示す。第１の油チャンバ１３０は、油を貯蔵しかつ油を流体チャネルセクション１３２を通って一般に１４２で示されるチャネル交差点に向かって移送するように構成される。第２の油チャンバ１３４は、油を貯蔵しかつ流体チャネルセクション１３６を通って交差点に向かって移送するように、同様に構成される。水性流体チャンバ１３８は、サンプル／試薬混合物などの水性流体を貯蔵するように、かつ水性流体を流体チャネルセクション１４０を通って交差点１４２に向かって移送するように構成される。流体チャネルセクション１３２および１３６内を移動する油が、流体チャネルセクション１４０を通って移動する水性流体と交差するとき、油に懸濁した水性液滴の油中水エマルジョンが発生する。流体チャネル１４０は、直角に流体チャネル１３２および１３６のそれぞれと交差するように示されるが、一般にチャネルは、図２の液滴発生構成１１５に関して既に述べたように、任意の所望の角度で交差してもよい。交差部１４２で発生したエマルジョンは、送出流体チャネルセクション１４４を通ってエマルジョンチャンバ１４６に向かって移動し、そこでエマルジョンを一時的に保持して、熱サイクリング機器などの機器に移送することができる。
【００６９】
図４〜６は、いくつかのその他の可能性がある液滴発生構成の流体チャネル交差領域を、概略的に示しており、示される流体チャネル内の矢印は、各チャネル内を流れる流体の方向を示している。油、水、および任意の発生したエマルジョンを受容しかつ／または貯蔵するための流体チャンバは、図４〜６に示されていないが、これらのチャンバまたは油および水性流体の少なくともいくつかの供給源は、示される構成のいずれかを含有するカートリッジに存在することができる。流体チャネルおよび任意の関連あるチャンバは、前述のような熱可塑性の相補的セクションを射出成形するなどの任意の適切な方法により形成することができる。
【００７０】
図４は、「単一のＴ」構成１５０を示し、油チャネル１５２内を移動する油が、流体チャネル交差部１５６で水性チャネル１５４内を移動する水性流体と交差して、送出流体チャネル１５８を通って移動する油中水エマルジョンを生成する。この構成は、油が単一方向のみから油／水の交差部に到達する点で、図１〜３の構成とは異なる。したがって液滴は、油が２方向から到達する構成とはわずかに異なる物理的メカニズムによって、形成することができる。例えば、図４の単一のＴ構成で形成された液滴は、主に圧縮メカニズムによって形成されるのではなく、主に剪断メカニズムによって形成することができる。しかし、液滴形成の物理的過程は、完全には理解されておらず、チャネル直径、流体速度、および流体粘度を含めた多くの要因に依存するようである。
【００７１】
図５は、「２重のＴ」構成１６０を示し、油チャネル１６２内を移動する油は、第１の交差部１６６で第１の水性チャネル１６４内を移動する水性流体と交差して、中間流体チャネル１６８を通って移動する油中水エマルジョンを生成する。チャネル１６８は、第２の交差部１７２で第２の水性チャネル１７０と交差して、エマルジョン内に追加の油中水液滴を発生させる。この幾何形状は、水中油中水液滴の２重エマルジョンを発生させるのに、かつ／または異なる組成を有する液滴の２つの集団を発生させるのに使用してもよい。
【００７２】
いずれの場合も、発生した液滴の全てはその後、送出流体チャネル１７４を通って移動する。この構成はやはり、油が単一方向のみから油／水の交差部に到達する点で、図１〜３の構成とは異なる。さらに、構成１６０は、２つの油／水の交差部が存在するので、図４に示される単一Ｔ構成１５０とは異なる。これは、ただ１つの油／水の交差部を含む構成１５０によるエマルジョン発生よりも、構成１６０により発生させた油中水エマルジョンにおいて、液滴の大きな密度をもたらす可能性がある。
【００７３】
図６は、油チャネル１８２内を移動する油が、交差部１８８で、第１および第２の水性チャネル１８４および１８６内を移動する水性流体と交差する、液滴発生構成１８０を示す。この構成では、水性流体は、チャネル１８２内の油の移動方向に対してどちらも実質的に直角な２つの反対方向から、交差部に到達する。さらに一般には、水性流体は、任意の所望の角度で油と交差することができる。少なくとも様々なチャネルのサイズ、油および水性流体の流量、水性流体チャネルと油チャネルとの交差角度に応じて、このタイプの構成は、水中油エマルジョンまたは油中水エマルジョンのどちらかを生成するのに適していると考えられる。どちらの場合も、エマルジョンは、送出流体チャネル１９０を通って交差部１８８から離れるように移動することになる。
【００７４】
図７は、単一小片の材料から形成されていることによって特徴付けられる様々な連続液滴発生器と、これらの間の関係を示す。より具体的には、図７は、内部軸チャネルと交差した単一の横チャネルを含む第１の連続液滴発生器２００、内部軸チャネルと交差した２つの横チャネルを含む第２の連続液滴発生器２４０、内部軸チャネルと交差した３つの横チャネルを含む第３の連続液滴発生器２６０、および以下に示すように典型的には連続液滴発生器として特徴付けることができないバテッドチューブ液滴発生器２８０を示す。内部軸チャネルと交差した４つ以上の横チャネルを有する発生器、またはチューブがその断面の一部に沿って互いに接続されたままである部分的なバテッド型発生器など、これらの実施例に類似したその他の連続液滴発生器が可能である。
【００７５】
液滴発生器２００は、交差領域２０６で交差する中空チャネル２０２、２０４を含む。液滴を発生させるため、これらのチャネルの１つは、一般に、１方向から領域２０６に向かってフォアグラウンド流体を運ぶことになり、一方もう１つのチャネルは、両方向から交差領域２０６に向かってバックグラウンド流体を運ぶ。典型的には、チャネル２０２は、サンプル含有溶液などのフォアグラウンド流体を運ぶことになり、チャネル２０４は、油などのバックグラウンド流体を運ぶことになるが、この逆も可能である。いずれの場合も、エマルジョンは交差領域２０６で作製されることになり、上記にて詳述したように、フォアグラウンド流体が移動する方向でチャネル２０２を通って移動し続けることになる。
【００７６】
液滴発生器２４０は、交差領域２４８で交差する３つの中空チャネル２４２、２４４、および２４６を含む。液滴を発生させるため、チャネル２４２は、単一方向から交差領域２４８に向かってサンプル含有溶液などのフォアグラウンド流体を典型的には運ぶことになり、チャネル２４４、２４６のそれぞれは、２つの反対方向から交差領域２４８に向かって油などのバックグラウンド流体を典型的には運ぶことになる。その場合、エマルジョンは、交差領域２４８で作製されることになり、フォアグラウンド流体の移動方向にチャネル２４２を通って移動し続けることになる。チャネル２４４、２４６のそれぞれは、単一方向から交差領域２４８に向かってフォアグラウンド流体を運ぶことも可能であり、チャネル２４２は、２つの反対方向から交差領域２４８に向かってバックグラウンド流体を運ぶことも可能である。その場合、交差領域２４８で作製されたエマルジョンは、両方のチャネル２４４および２４６を通って、これらチャネルのそれぞれにおけるフォアグラウンド流体の当初の移動方向に移動する可能性がある。このように液滴発生器２４０は、２つの個別のチャネルから生じる液滴を生成するように働くことができる。
【００７７】
同様に、液滴発生器２６０は、交差領域２５０で、バックグラウンド流体中にフォアグラウンド流体の液滴があるエマルジョンを発生させるように交差する、４つのチャネル２６２、２６４、２６６、２６８を含む。液滴発生器２４０の３つのチャネル構成に類似して、液滴発生器２６０の４つのチャネル構成は、チャネル２６２を通って移動する単一エマルジョンを発生させるように、またはチャネル２６４、２６６、および２６８を通って移動する異なるエマルジョンを発生させるように、使用することができる。
【００７８】
液滴発生器２８０は、中空チューブ２８２の第１のセクションと、中空チューブ２８４の第２のセクションとを含む、バテッドチューブ発生器である。チューブセクション２８２は流体チャネル２８６を含み、チューブセクション２８４は流体チャネル２８８を含む。これらのチューブセクションは、短い距離だけ切り離されており、チューブ間に交差領域２９０を形成する。したがって、フォアグラウンド流体がチャネル２８６を通って交差領域２９０に向かって流れ、バックグラウンド流体がチューブの外側の領域から交差領域２９０に向かって内向き半径方向に流れる場合、エマルジョンが作製され、チャネル２８８内に流れることができる。
【００７９】
液滴発生器２００から液滴発生器２８０を経た進行は、これらの様々な液滴発生器の間の関係を示す。特に、チューブ内の交差領域で縦方向の流体チャネルと交差する半径方向の流体チャネルの数を表すのに変数ｎが選択される場合、液滴発生器２００は、「ｎ＝１」十字型液滴発生器と特徴付けることができ、液滴発生器２４０は、「ｎ＝２」十字型液滴発生器と特徴付けることができ、液滴発生器２６０は、「ｎ＝３」十字型液滴発生器と特徴付けることができ、液滴発生器２８０は、「ｎ＝∞」十字型液滴発生器と特徴付けることができるが、これはチューブ２８２と２８４との間の隙間が、単一の細長いチューブの周辺の周りを連続的に延びる無限数の半径方向の流体チャネルから形成されると見なすことができるからである。液滴発生器２８０は、材料の２つの個別の小片から形成されるので、典型的には連続または連続形態の液滴発生器と特徴付けることができない。
【００８０】
ＩＩＩ．平面形態の実施例
このセクションは、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を発生させかつ実質的に平面内に輸送する「平面形態」液滴発生器の実施例について記述する；図８〜２４を参照されたい。本明細書で使用される「実質的に平面内」または「実質的に平面状」は、その内部で液滴が発生し輸送されるスペースの曲率半径が、そこを通って液滴が作製され輸送されるチャネルの断面寸法よりも非常に大きく、その曲率はチャネルの水力学的機能を実質的に変化させないことを意味する。
【００８１】
ある場合には（例えば、図８〜１７参照）、サンプル含有流体、バックグラウンド流体、および液滴用の、ウェルの突出部を、液滴発生器の実質的に平面状の基板と一体的に形成することができる。その他の場合には（例えば、図１８〜２４参照）、ウェルを１つまたは複数の個別の構成要素として形成し、液滴発生器の実質的に平面状の基板に対して実質的に流体耐密な封止または界面が形成されるように構成することができる。中間的な場合、いくつかのウェルを基板と一体的に形成することができ、いくつかは１つまたは複数の個別の構成要素として形成することができる。図は、ウェルが、平面状基板に対して全体的に一体的に形成されており、または全体的に別々に形成されている場合に焦点を当てているが、これらの中間的な可能性も、本発明の教示によって企図される。
【００８２】
図８は、本発明の開示の態様による、一般に３００で示される平面形態の液滴発生器の上面の斜視図である。図９は、図８の液滴発生器３００の底面の斜視図である。液滴発生器３００は、上面３０４および底面３０６を有する実質的に平面状の基板３０２を含む。図８の実施形態では、サンプルウェル３０８、バックグラウンド流体ウェル３１０、および液滴出口領域（この実施例では、液滴ウェル３１２の形をとる。）が、基板３０２と一体的に形成されている。一般に３１４で示されるチャネルネットワークは、基板３０２の底面３０６に形成され、サンプルウェル、バックグラウンド流体ウェル、および液滴出口領域を流体によって相互接続する。液滴発生器３００では、ウェルおよびチャネルの８つの同一の組が示されている、より一般的には、任意の所望の数のウェルおよびチャネルを、基板３０２で形成することができる。同じ原理は、セクションＩＩＩに記述される平面形態の液滴発生器の全てに当てはまる。
【００８３】
封止部材３１６（図８に示す）は、基板３０２の底面に隣接して配置されるように構成され、基板の底面と、したがってチャネルネットワーク３１４と実質的に流体耐密な封止が形成される。封止部材３１６は、フィーチャのない、実質的に平面状の部材として図８に示されるが、ある場合には、チャネルネットワークを、基板３０２内に排他的にではなく封止部材に部分的にまたは全体的に形成してもよい。チャネルネットワークが基板に排他的に、封止部材に排他的に、またはこれらの構成要素のそれぞれに部分的に形成されているか否かに関わらず、チャネルの流体耐密ネットワークは、基板および封止部材が一緒になったときに形成されることになる。さらに封止部材は、基材に結合されていないときに非平面構成をとることができる変形可能な被膜にすることができる。
【００８４】
以下により詳細に記述されるように、液滴発生器３００で液滴を発生させるため、圧力源は一般に、少なくともサンプルウェル３０８およびバックグラウンド流体ウェル３１０に、またおそらくは液滴ウェル３１２にも適用されることになる。したがって、ウェル３０８、３１０、および３１２は、圧力が加えられたときに予測される横力、ならびにポンプ送出ユニットと一体化する力、輸送中および取扱い中に予測される力などのその他の予測される力に耐えるように、構成されるべきである。したがってウェル３０８、３１０、および３１２は、約０．２０ｉｎの厚さの壁面を有することができる。より一般的には、ウェルの壁面は、予測される力および液滴発生器３００が構築される材料に応じて、０．０４ｉｎ〜０．４０ｉｎの厚さの近似範囲の厚さを有していてもよい。
【００８５】
図１０は、基板３０２の底面３０６の一部の拡大図であり、チャネルネットワーク３１４のさらなる詳細を示している。チャネルネットワーク３１４は、３２０で示される液滴発生領域を画定し、この領域は、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴が発生するように構成される。より具体的には、液滴発生領域３２０は、第１のチャネル３２２、第２のチャネル３２４、および第３のチャネル３２６の交差部によって画定される。第１のチャネル３２２は、サンプル含有流体をサンプルウェル３０８から液滴発生領域３２０に輸送するように構成され、第２のチャネル３２４は、バックグラウンド流体をバックグラウンド流体ウェル３１０から液滴発生領域３２０に輸送するように構成され、第３のチャネル３２６は、サンプル含有液滴を液滴発生領域３２０から液滴ウェル３１２に輸送するように構成される。液滴は、既に述べた原理に従い液滴発生領域３２０で形成される；例えば、図１および付随する上記考察を参照されたい。
【００８６】
チャネルネットワーク３１４は、液滴発生器３００により実現される液滴発生に影響を及ぼすように、選択しまたは変化させることができる様々なフィーチャを含む。例えば、バックグラウンド流体をバックグラウンド流体ウェル３１０から液滴発生領域３２０に輸送する第２のチャネル３２４は、２つの異なる方向から第１のチャネル３２２に交差する２つのバックグラウンド流体サブチャネル３２４ａ、３２４ｂを含んでいてもよい（図９〜１０に示すように）。サブチャネル３２４ａ、３２４ｂと第１のチャネル３２２および第３のチャネル３２６との交差の結果、液滴発生領域３２０は、十字形交差領域として形成される。
【００８７】
２つのバックグラウンド流体サブチャネルを使用する場合、これら２つのサブチャネルは、実質的に等しい水圧耐性を有するように構成することができ、したがって各サブチャネルを通るバックグラウンド流体の流量は、実質的に同じになる。これは、例えばサブチャネルにほぼ等しい長さを与えることによって、またはこれらの直径および／または内面特性などのサブチャネルのその他のパラメータを調節することによって、実現することができる。さらに、２つのサブチャネルは、液滴発生領域に隣接する各サブチャネルの一部に、拡大された部分３２８ａ、３２８ｂを含んでいてもよい。これらの拡大チャネル部分は、例えば、発生する液滴のサイズに影響を及ぼす可能性がある。より一般的には、十字部分から離れたチャネルのサイズは、各チャネルでの流れに対する抵抗、したがって流量を制御するために、より大きくまたはより小さくすることができる。２つの油チャネルは、それらの流量が実質的に等しくなるように、同じ抵抗をもたらすようサイズ（幅、深さ、長さ）が決められる。油およびサンプルチャネルの相対的なサイズは、所望のサンプルから油への流量が得られるように選択される。
【００８８】
図１０が示すように、チャネルネットワーク３１４は、サンプルウェル３０８と液滴発生領域３２０との間で第１のチャネル３２２に沿って配置された、空気トラップ３３０も含む。様々な形をとることができる空気トラップ３３０は、一般に、サンプル含有流体が毛管作用またはその他の力によって第１のチャネル３２２を通って不意に引き出されないように構成される。本質的に空気トラップ３３０は、簡単な弁として機能して、所望の時間まで、第１のチャネル３２２を通るサンプル含有流体の流れを止める。このフィーチャは、制御されていないエマルジョン形成を避けるのに望ましいと考えられる。
【００８９】
より一般的には、本発明の教示による空気トラップは、１つまたは複数の寸法でチャネル断面が突然増大する場所で、液体／空気界面をピンニングする（ｐｉｎｎｉｎｇ）ことによって機能する。これには、液体／チャネル壁面の界面の有効接触角を、９０度よりも大きい値に局所的に増大させる作用があり、その結果、液体がさらに移動するのを止める局所的な力が得られる。したがってデバイスの操作は、油が導入される前に乾燥デバイス内にサンプルを導入することからなる。サンプルは、そのチャネルを通って空気トラップまで流れ（重力に加えて毛管作用によって）、その点でのチャネル拡大により流れが停止する。次いで油が導入され、そのチャネルを通って十字部分まで流れる（重力に加えて毛管作用によって）。油が十字部分に到達すると、空気トラップ内（さらに、空気トラップと十字部分との間のチャネル）に残された空気が全て、サンプルと油との間にトラップされ、２種の流体が早期に接触するのを防止する。一部の油は空気トラップに向かって流れる可能性があり、毛管力によってチャネルの隅に沿って引き出され；これはトラップされた空気を迂回する。空気トラップ内の縮小／拡大フィーチャは、チャネル寸法が拡大していると毛管力が減じられることから、この油の前進を遅くする。最終的な結果は、流体推進力が加えられるまで、空気トラップがサンプルおよび油を実質的に切り離したまま保持する。このフィーチャは、油およびサンプルが早期に混合された場合に生じ得る制御されていないエマルジョン形成を避けるのに望ましい。
【００９０】
図１１〜１２は、本発明の教示の態様による、液滴発生器３００などの液滴発生システムと共に使用するのに適する可能性のある、例示的な空気トラップの実施形態を示す。より具体的には、図１１は、チャネルネットワーク３１４の部分を示し、第１のチャネル３２２、第２のチャネル３２４のサブチャネル３２４ａ、３２４ｂ、第３のチャネル３２６、およびチャネル３２２に沿って配置された例示的な空気トラップ３３０が含まれている。図１１に示される実施例では、プライム付き符号により表される構成要素は、図１０で対応する非プライム付き符号により表された対象に類似した機能を発揮するように構成される。空気トラップ３３０は、３つのセクション３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃを含み、そのそれぞれは、少なくとも１つのベント角３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃを含み、その周りをサンプル含有流体は、空気トラップ３３０の全体を通過するために通らなければならない。チャネルの幅および深さが変化するこれらの場所は、上述の毛管ピンニングメカニズムによって流体の流れを止めるための、追加の部位を作製する。
【００９１】
図１２は、チャネルネットワーク３１４”の部分を示し、第１のチャネル３２２”、第２のチャネル３２４”のサブチャネル３２４ａ”、３２４ｂ”、第３のチャネル３２６”、およびチャネル３２２”に沿って配置された例示的な空気トラップ３３０”を含んでいる。図１２に示される実施例において、ダブルプライム付き符号により表された構成要素は、図１０の、対応する非プライム付き符号により表された対象に類似した機能を発揮するように構成される。空気トラップ３３０のように、空気トラップ３３０”は、３つのセクション３３０ａ”、３３０ｂ”、３３０ｃ”を含む。しかし、ベント角を含むよりもむしろ、空気トラップ３３０”の３つのセクションは、１対の狭小頚部領域（ｎａｒｒｏｗｅｄ  ｎｅｃｋ  ｒｅｇｉｏｎｓ）  ３３２ａ”、３３２ｂ”によって互いに切り離される。空気トラップ３３０のベント角のように、これらの頚部領域は、サンプル含有流体が不意に流れるのをより良好に防止するため、毛管のピンニングによって流体の流れを止めるための、追加の部位を作製する働きをする。空気トラップの多くの構成が可能であり、毛管流に対する所望の抵抗量が得られるように、精密な構成を選択することができる。さらに、「空気トラップ」という用語を使用してきたが、これは、空気を全ての状況下で実際にトラップしなければならないことを示唆するものではない。ある場合には、空気トラップの形状は、たとえ「空気トラップ」に空気がトラップされていない場合であっても、望ましくない流体の流れを防止する働きをすることができる。
【００９２】
図１３は、本発明の開示の態様による、一般に３５０で示される別の例示的な液滴発生器の、半透明平面図である。液滴発生器３５０は、上面３５４および底面３５６を有する実質的に平面状の基板３５２を含む。サンプルウェル３５８およびバックグラウンド流体ウェル３６０は、基板３５２と一体的に形成されている。この実施例ではピペットチップ３６２の形をとる液滴出口領域は、基板３５２と一体的に形成されていてもよく、またはある場合には以下により詳細に述べるように、基板とは別々に形成され一体化されてもよい。一般に３６４で示されるチャネルネットワークは、基板３５２の底面３５６に形成され、かつサンプルウェル、バックグラウンド流体ウェル、およびピペットチップを流体によって相互接続する。
【００９３】
本明細書で使用される「ピペット」および「ピペットチップ」という用語は、図１３またはその他の図のいずれかに示される構造を限定しようとするものではない。より一般的には、これらの用語は、液滴を液滴発生器から蓄積容器に搬送することが可能な液滴出口領域を、またはある場合には、サンプル含有流体をサンプルウェルもしくはサンプル入口チャネルに搬送することが可能なサンプル入口領域を意味するものとする。ピペットチップは、チャネルの形をとることができる。ピペットチップは、基板などの液滴発生器ハウジングとは別々に形成することができ、その場合ピペットチップは、液滴を液滴発生器から別の容器に搬送するために、またはサンプル流体を液滴発生器に搬送するために、基板に嵌合することができる。ピペットチップは、図１３にあるように、液滴発生器と一体的に形成することもできる。ピペットと併せて使用するのに適した蓄積容器は、液滴を蓄積するのに適した任意の容器にすることができる。特に、蓄積容器は、マイクロタイタープレートまたはＰＣＲプレートのウェルにすることができる。この開示で使用されるピペットチップは、例えば手持ち式のまたは自動化されたピペッタと共に使用されるチップにすることもできる。
【００９４】
前述の液滴発生器３００の場合のように、実質的に平面状の封止部材（図示せず。）は、基板の底面、したがってチャネルネットワーク３６４と実質的に流体耐密な封止を形成するため、基板３５２の底面に隣接して配置されるように構成することができる。封止部材は、フィーチャのない平面状の部材であってもよく、またはチャネルネットワークは、基板３５２に排他的にではなく、封止部材に部分的にまたは全体的に形成されてもよい。いずれの場合も、チャネルの流体耐密ネットワークは、基板および封止部材が一緒になったときに形成されることになる。さらに、ある場合には、チャネルネットワーク３６４を、流体耐密になる手法で基板３５２内に一体的に形成しかつ／または封止することができ、その場合は封止部材を設けなくてもよい。
【００９５】
ウェル３５８および３６０は、圧力が加えられたとき、液滴発生器がポンプ送出ユニットと一体的になったとき、および液滴発生器が取り扱われかつ消費者またはその他の行き先に輸送されるときに予測される力に耐えるように構成される。したがって、ウェル３５８および３６０は、前述のウェル３０８、３１０、および３１２とそれらの特性が類似していると考えられ、すなわちウェル３５８および３６０は、予測される力および液滴発生器３５０が構築される材料に応じて、０．０４ｉｎ〜０．４０ｉｎの厚さの近似範囲の厚さを有することができる。同様にピペットチップ３６２は、これらの同じ力に耐えるように、一般に構成されることになる。前述のように、ある場合には、ピペットチップ３６２は、例えば射出成形プロセスで、基板３５２と一体的に形成されてもよい。その他の場合には、基板は、流体耐密になる手法で、適切に修正が加えられた標準的なピペットチップを受容するように構成された、適切なアパーチャまたはその他の接続構造（図１３には示していない。）を備えて形成されていてもよい。
【００９６】
チャネルネットワーク３６４は、３７０で示される液滴発生領域を画定し、この領域は、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を発生させるように構成される。前述の液滴発生領域３２０の場合のように、各液滴発生領域３７０は、サンプル含有流体をサンプルウェル３５８から液滴発生領域３７０に輸送するように構成された第１のチャネル３７２、バックグラウンド流体をバックグラウンド流体ウェル３６０から液滴発生領域３７０に輸送するように構成された第２のチャネル３７４、およびサンプル含有液滴を液滴発生領域３７０からピペットチップ３６２に輸送するように構成された第３のチャネル３７６の交差部によって画定される。液滴は、上記にて詳細に記述してきた原理に従い、領域３７０で形成される。
【００９７】
やはり前述のように、第２のチャネル３７４は、２つのバックグラウンド流体サブチャネル３７４ａ、３７４ｂを含み、これらは２つの異なる方向から第１のチャネル３７２と交差して、十字形の液滴発生領域を形成する。サブチャネル３７４ａ、３７４ｂは、ほぼ等しい長さを有し、したがってこれらのチャネルは実質的に等しい水圧耐性を有し、各サブチャネルを通るバックグラウンド流体の流量は実質的に同じである。さらに、空気トラップ３８０が、サンプルウェル３５８と液滴発生領域３７０との間で第１のチャネル３７２に沿って配置されており、サンプル含有流体が毛管作用またはその他の力によって第１のチャネル３７２を通って不意に引き出されないように構成されている。したがって液滴は、適切な圧力がサンプルウェル、バックグラウンド流体ウェル、および／またはピペットチップに加えられたときのみ形成されることになり、その場合、形成された液滴は、チャネル３７６を通ってピペットチップ３６２に輸送され、ピペットチップに形成されたアパーチャ３８２から放出されることになる。次いで放出されたサンプル含有液滴は、収集されかつ／またはさらに、熱サイクリングなどの追加の処理ステップに向かって輸送されてもよい。
【００９８】
図１４は、本発明の開示の態様による、一般に３５０で示されるさらに別の例示的な液滴発生器の、半透明平面図である。液滴発生器３５０は、多くの点に関して液滴発生器３５０に実質的に類似している。したがって、図１４のプライム付き符号は、図１３の非プライム付き対応物と実質的に同じ構成要素を表し、それらの構成要素についてはここで再度記述しない。しかし、図１４の液滴発生器３５０は、下記の点で図１３の液滴発生器３５０とは異なる。
【００９９】
ピペットチップ３６２および対応するアパーチャ３８２よりもむしろ、液滴発生器３５０の第３のチャネル３７６がサンプル含有液滴を液滴ウェル３９０に輸送し、そこで液滴発生器３００の液滴ウェル３１２に類似した手法で液滴を収集する。このように、液滴発生器３５０および３５０は、互いを僅かに変形させたものと見なすことができ、そのそれぞれは、特定の適用例または適用例のクラスに最も良く適している。さらにこれらの実施例は、本明細書に記述されるその他の平面形態の液滴発生器の実施形態のいずれかの液滴ウェルを、適切な状況下でピペットチップに置き換えてもよいことを示す。
【０１００】
図１５は、本発明の開示の態様による、一般に４００で示される、さらに別の例示的な平面形態の液滴発生器の平面図であり、図１６は、液滴発生器４００の底面図である。図１７は、図１５の線１７−１７に沿って得られた、液滴発生器４００の断面図である。液滴発生器４００は、液滴発生器３００の同じ一般的な構成要素を含み、図１５〜１６で４００から始まる符号は、図８〜１０の３００から始まるそれらの対応物と実質的に同じ構成要素を表す。液滴発生器３００に含まれておらずまたは液滴発生器３００の記述で論じられていない、液滴発生器４００のフィーチャは別にして、それらの構成要素についてはここに再度記述しない。
【０１０１】
液滴発生器４００のいくつかのフィーチャは、本明細書に記述される平面形態の液滴発生器のいずれにも採用することができるフィーチャを例示する。特に図１５は、各ウェルの最上部付近に長円形の断面を有するようなバックグラウンド流体ウェル４１０および液滴ウェル４１２を示し、それに対してサンプルウェル４０８は、円形の断面を有する。長円形は、円形の上部断面とは対照的に、ポンプインターフェースなど、ウェルと、全アッセイシステムのその他の構成要素との間の流体耐密接続を、容易にすることができる。長円形の使用は、単なる例示である。一般に、各ウェルの上部には、液滴発生器とアッセイシステムのその他の部分との一体化を最も容易にするため、特定の液滴発生器で任意の所望の形状を与えることができる。
【０１０２】
さらに、図１７で最も良く見ることができるように、本発明の教示による液滴発生器のウェルの１つまたは複数は、この場合液滴ウェル４１２であるが、ウェルが底面に向かって段階的に狭くなるようなステップ付き垂直断面を有することができる。一方、やはり図１７に示されるように、サンプルウェル４０８およびバックグラウンド流体ウェル４１０などのその他のウェルは、やはりウェルの底部に向かって狭くなっている、滑らかなテーパ状の垂直断面を有していてもよい。ステップ付きおよび／または滑らかなテーパ状の垂直ウェル断面の使用は、射出成形された平面形態の液滴発生器の製造を容易にすることができる。
【０１０３】
示される断面は、下記のような、その他の利点も有していてもよい。ウェル底面のステップまたはその他のフィーチャは、ピペットチップなどの流体定量吐出器を、デバイスの中および外への液体移送に最適なウェル内の位置までガイドすることができる。そのようなフィーチャがないと、ピペットチップは例えば、液体添加中に液体がチャネル内に直接射出されるように、挿入される可能性がある。同様に、液滴ウェルのフィーチャは、ピペットチップをウェル底面から固定距離に都合よく位置決めするのを可能にし、ピペットチップとウェル底面との間の「ピンチ」を通って流れながら損傷を受けることなく液滴が吸引されるようになる。
【０１０４】
滑らかなテーパ状のウェル壁面は、ウェル底面に向かうサンプルの排水を容易にするのを助けることができ、その結果ウェルに残留するサンプルは少なくなり、サンプルから液滴への変換効率が上昇する。サンプルは、しばしば貴重であり、高いサンプル変換効率は価値のあるフィーチャである。滑らかなテーパ状の壁面の使用は、０．５μＬ未満またはさらに０．３ｎＬ未満のサンプル損失をもたらす可能性がある。したがって２０μＬのサンプルの場合、変換効率は９５％を超える。
【０１０５】
図１６は、液滴発生器３０３の、対応するネットワーク３１４とは僅かに異なる、流体チャネルネットワーク４１４を示す。特に、サンプル含有流体をサンプルウェル４０８から液滴発生領域４２０に輸送するように構成された第１のチャネル４２２は、空気トラップを含まない。前述のように、空気トラップは、ある場合には、サンプルウェルから液滴発生領域への望ましくない流体輸送の防止を助けるのに使用することができる。しかし、図１６に示されるように、空気トラップは必ずしも必要ではないと考えられる。これは例えば、サンプルウェルと液滴発生領域との間のチャネルに、望ましくない流体の流れを防止するのに十分は水圧耐性が与えられた場合にも言えることである。液滴発生器４００のチャネル４２２に関して示されるように、これはチャネルが、その水圧耐性を所望のレベルに上げるのに十分な長さ、十分大きな数のベンド、十分小さな直径、および／または所与のその他の特性（適切にコーティングされた内面など）を有する場合に実現することができる。
【０１０６】
サンプル含有流体の望ましくない輸送を避けるのに十分な水圧耐性をチャネル４２２に与えることとは別に、図１６は、ネットワーク４１４の様々なチャネルに対して所望の速度の液滴生成をもたらす水圧耐性をどのように与えることができるかも示す。より具体的には、チャネル４２２、４２４（サブチャネル４２４ａ、４２４ｂを含む。）、および４２６のそれぞれは、それらのチャネルに所望の長さおよび／またはその他の適切に選択された特性を与えることによって、任意の所望の水圧耐性を有するように構成することができる。このように、チャネルネットワーク４１４の全体的な水圧耐性は、所与の一組の印加圧力に関して液滴ウェル４１２へのサンプル含有液滴の所定の流量をもたらすように、任意の所望のレベルに調整することができる。これらの同じ原理は、本発明の教示による任意の液滴発生システムに適用することができる。
【０１０７】
図１８、１９、および２４は、一般に５００で示される平面形態の液滴発生器の、第１の実施例を示し、平面状の基板およびウェル容器が個別の構成要素として形成されている。この設計の利益は、様々なウェルサイズを、単一の液滴発生器のベースで使用できることである。この設計は例えば、サンプルおよび油のウェルを、それらの液体を含有するシリンジポンプに置き換えてもよい。これにより、例えば、典型的なμＬ規模に対してｍＬ規模での「バルク」液滴発生が可能になる。
【０１０８】
図１８は、液滴発生器５００の平面図であり、図１９は、液滴発生器の一部の拡大斜視図である。液滴発生器５００は、上面５０４および底面５０６を有する実質的に平面状の基板５０２と、基板５０２に接続するように構成された個別のウェル容器５０８とを含んで、機能的液滴発生器を形成する。示される実施例では、液滴発生器に関連付けられた流体ウェルの全てがウェル容器に形成されているが、本発明の教示により企図される代替の構成では、サンプルウェル、バックグラウンドウェル、および液滴ウェルの１つまたは複数を、基板と一体的に形成してもよく（前述の実施形態のように）、一方、ウェルの残りはウェル容器に含まれる。
【０１０９】
接続をウェル容器５０８に適応させるため、基板５０２の上面５０４は、ウェル容器の相補的な部分を受容するように構成された様々なポートを含む。特に、サンプルポート５１０、１対のバックグラウンド流体ポート５１２ａ、５１２ｂ、および液滴出口ポート５１４は、全てが基板５０２の上面５０４に形成される。液滴発生器５００では、これらのポートのそれぞれが実質的に円筒状のアパーチャの形をとるが、任意の所望の形状を、これらのポートに使用してもよい。ウェル容器５０８は、サンプルポート５１０と実質的に流体耐密な接続を作るように構成されたサンプルウェル５１６、バックグラウンド流体ポート５１２ａ、５１２ｂと実質的に流体耐密な接続を作るように構成されたバックグラウンド流体ウェル５１８ａ、５１８ｂ、および液滴出口ポート５１４と実質的に流体耐密な接続を作るように構成された液滴出口ウェル５２０を含む。
【０１１０】
各ウェルとそれに関連付けられたポートとの間の流体耐密接続を実現するために、各ウェルは、対応するポート内に確実にかつ流体耐密的手法で嵌合するように構成された円筒状取着突起５２２を含む。ポートに円筒状以外の形状が与えられた場合、ウェル容器の取着突起には、適切な相補的形状が与えられることになる。さらに、本発明の教示によれば、ポートとウェルとの間の取着は、多くの異なる方法で行うことができる。例えば、図１８〜１９に示される内容とは対照的に、ウェルのいくつかまたは全てに関し、取着メカニズムの「オス」部分（すなわち、突起）をポートに関連付けてもよく、取着メカニズムの「メス」部分（すなわち、相補的アパーチャ）をウェルに関連付けてもよい。いずれの場合も、基板とウェル容器との間の流体耐密接続を容易にするために、ポートおよび／またはウェルに、ｏリング、圧縮プレート、または弾性アパーチャなどの様々な要素を設けることができる。例えば、フランスのＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから販売されている長さの短いＴｙｇｏｎ弾性チュービングは、任意の取着メカニズムの「オス」部分の外側に、滑り嵌めすることができる。
【０１１１】
図２４は、液滴発生器の底面を示すが、可能性がある封止部材（以下に記述する。）は、わかり易くするために省いている。図２４の中心部に示されるように、一般に５３０で示されるチャネルネットワークは、基板５０２の底面５０６に形成される。ネットワーク５３０は、サンプルポート５１０、バックグラウンド流体ポート５１２ａ、５１２ｂ、および液滴出口ポート５１４を流体によって相互接続するように構成される。液滴発生領域５３２は、チャネルネットワーク５３０によって画定され、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を発生するように構成される。より具体的には、液滴発生領域５３２は、サンプルチャネル５３４、１対のバックグラウンド流体チャネル５３６ａ、５３６ｂ、および液滴チャネル５３８の交差部によって画定される。サンプルチャネル５３４は、サンプル含有流体をサンプルポート５１０から液滴発生領域５３２に輸送するように構成され、バックグラウンド流体チャネル５３６ａ、５３６ｂは、バックグラウンド流体をそれぞれバックグラウンド流体ポート５１２ａ、５１２ｂから液滴発生領域５３２に輸送するように構成され、液滴チャネル５３８は、サンプル含有液滴を液滴発生領域５３２から液滴出口ポート５１４に輸送するように構成される。
【０１１２】
図１９に示されるように、実質的に平面状の封止部材５４０には、液滴発生器５００を設けることができる。その他の平面形態の実施形態の場合のように、封止部材５４０は、チャネルネットワーク５３０を流体耐密にするために、圧縮、接着、ヒートシール、または任意のその他の適切な取着メカニズムによって基板５０２に取着することができる。また、前述のように、ある場合には、チャネルネットワークは、基板の底面にではなく封止部材に部分的にまたは全体的に形成してもよい。さらに、上述のような液滴発生のタイミングおよび速度を制御するために、長いチャネル長、チャネルの直径および／または断面の変化、またはサンプルポートと液滴発生領域との間に配置された空気トラップなど、任意のその他の所望のフィーチャをチャネルネットワーク５３０に導入してもよい。
【０１１３】
図２０〜２１は、一般に５５０で示される平面形態の液滴発生器の、別の実施例を示し、平面基板およびウェル容器は、個別の構成要素として形成されている。図２０は、液滴発生器５５０の平面図であり、図２１は、液滴発生器の一部の拡大斜視図である。液滴発生器５５０は、図１８〜１９に示される液滴発生器５００に多くの点で類似しており、したがって液滴発生器５５０および液滴発生器５００の共通するフィーチャのいくつかは、再び詳細に記述しない。
【０１１４】
液滴発生器５５０は、上面５５４および底面５５６を有する実質的に平面状の基板５５２と、基板５５２に接続するように構成された個別のウェル容器５５８とを含んで、機能的液滴発生器を形成する。しかしこの実施例では、ウェル容器５５８は、液滴発生器５００の場合のように４つではなく、３つのウェルしか有していない。接続をウェル容器５５８に適応させるため、基板５５２の上面５５４は、ウェル容器に相補的な部分を受容するように構成されたポートを含む。具体的には、サンプルポート５６０、バックグラウンド流体ポート５６２、および液滴出口ポート５６４が、基板５５２の上面５５４に全て形成される。これらのポートのそれぞれは、実質的に円筒状のアパーチャの形をとるが、任意の所望の形状を使用してもよい。
【０１１５】
ウェル容器５５８は、サンプルポート５６０と実質的に流体耐密な接続を作るように構成されたサンプルウェル５６６、バックグラウンド流体ポート５６２と実質的に流体耐密な接続を作るように構成されたバックグラウンド流体ウェル５６８、および液滴出口ポート５６４と実質的に流体耐密な接続を作るように構成された液滴出口ウェル５７０を含む。液滴発生器５００の場合のように、ポートの形状とは無関係に、各ウェルは、対応するポート内に確実にかつ流体耐密的手法で嵌合するように構成された、相補的な突起５７２を含む。さらに、ポートとウェルとの間の接続は、液滴発生器５００に関して既に述べたように、多くの異なる方法で作ることができ、流体耐密接続を容易にするように構成された様々な構成要素を含んでいてもよい。
【０１１６】
図２１に示されるように、実質的に平面状の封止部材５７４に、液滴発生器５５０を設けてもよい。その他の平面形態の実施形態の場合のように、封止部材５７４は、任意の適切な取着メカニズムによって基板５５２に取着することができる。また、前述のように、サンプルポート、バックグラウンド流体ポート、および液滴出口ポートを流体によって相互接続するために、チャネルネットワーク（図示せず。）は基板に形成されていてもよく、または封止部材に部分的にもしくは全体的に形成されていてもよい。チャネルのこのネットワークは、一般に、バックグラウンド流体中にサンプル含有液滴を発生させるように構成された液滴発生領域を提供することになり、本明細書に記述されるその他のチャネルネットワークの任意の適切な特性を含むことができる。
【０１１７】
図２２〜２４は、一般に６００で示される平面形態の液滴発生器の、さらに別の実施例を示し、平面状の基板およびウェル容器は個別の構成要素として形成されている。図２２は、液滴発生器６００の平面図であり、図２３は、液滴発生器の一部の拡大斜視図である。図２４は、液滴発生器の底面を示し、わかり易くするために平面状の封止部材は省いている。液滴発生器６００は、いくつかの点で、図２０〜２１に示される液滴発生器５５０に実質的に類似しており、したがって液滴発生器６００と液滴発生器５５０との間の類似点のいくつかについては、以下に詳細に記述しない。
【０１１８】
液滴発生器６００は、上面６０４および底面６０６を有する実質的に平面状の基板６０２と、基板６０２に接続するように構成された個別のウェル容器６０８とを含む。液滴発生器５５０の場合のように、ウェル容器６０８は、液滴発生器５００の場合のように４つではなく３つのウェルしか有していない。基板６０２の上面６０４は、サンプルポート６１０、バックグラウンド流体ポート６１２、および液滴出口ポート６１４を含み、全ては基板６０２の上面６０４に形成されている。これらのポートのそれぞれは、実質的に円筒状のアパーチャの形をとるが、前述のように、任意の所望の形状を使用してもよい。
【０１１９】
ウェル容器６０８は、サンプルウェル６１６、バックグラウンド流体ウェル６１８、および液滴出口ウェル６２０を含み、それぞれは、基板に関連付けられたポートに実質的に流体耐密な接続を作るように構成されている。液滴発生器５００および５５０の場合のように、ポートの形状とは無関係に、各ウェルは、対応するポートに確実にかつ流体耐密的手法で嵌合するように構成された相補的な突起６２２を含む。さらに、ポートとウェルとの間の接続は、液滴発生器５００および５５０に関して既に述べたように、多くの異なる方法で作ることができ、流体耐密接続を容易にするように構成された様々な構成要素を含んでいてもよい。
【０１２０】
液滴発生器６００と液滴発生器５５０との間の主な相違は、サンプルウェル６１６とバックグラウンド流体ウェル６１８との間のスペーシングである。図２２〜２３に示されるように、液滴発生器６００の場合、これらのウェルは、液滴発生器５５０の場合のように基板の隣接ポートに嵌合するように構成されておらず、むしろ別の未使用のポートによって互いに切り離されているポート内に嵌合するように構成されている。このスペーシングは、以下に記述されるように、液滴発生器に対してある特定の可能性がある利点をもたらす。
【０１２１】
図２４の非中心部に示されるように、一般に６３０で示されるチャネルネットワークは、基板６０２の底面６０６に形成される。ネットワーク６３０は、サンプルポート６１０、バックグラウンド流体ポート６１２、および液滴出口ポート６１４を流体によって相互接続するように構成される。液滴発生領域６３２は、チャネルネットワーク６３０によって画定され、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を発生させるように構成される。より具体的には、液滴発生領域６３２は、サンプルチャネル６３４、１対のバックグラウンド流体サブチャネル６３６ａ、６３６ｂ、および液滴チャネル６３８の交差部によって画定される。サンプルチャネル６３４は、サンプル含有流体をサンプルポート６１０から液滴発生領域６３２に輸送するように構成され、バックグラウンド流体サブチャネル６３６ａ、６３６ｂは、バックグラウンド流体をバックグラウンド流体ポート６１２から液滴発生領域６３２に輸送するように構成され、液滴チャネル６３８は、サンプル含有液滴を液滴発生領域６３２から液滴出口ポート６１４に輸送するように構成される。
【０１２２】
図２４に示されるように、バックグラウンド流体サブチャネル６３６ａ、６３６ｂは、バックグラウンド流体をバックグラウンド流体ウェル６１８から輸送するバックグラウンド流体チャネル６３６によってそれぞれ供給される。次いでサブチャネル６３６ａ、６３６ｂは、バックグラウンド流体が２つの異なる方向から液滴発生領域に到達して十字形の（または位相的に等価な）液滴発生領域を形成するように、バックグラウンド流体を液滴発生領域６３２に輸送する。先の平面状液滴発生器の実施形態に関して述べたように、サブチャネル６３６ａ、６３６ｂは、例えばサブチャネルを実質的に同じ長さにすることによって、実質的に同じ水圧耐性を有するように構成されていてもよく、したがってバックグラウンド流体は、各サブチャネルにおいて実質的に同じ流量で液滴発生領域６３２に到達する。
【０１２３】
さらに、サンプル含有流体の経路に沿って配置された空気トラップ６４０と、液滴発生領域６３２付近のサブチャネル６３６ａ、６３６ｂの直径により示されるような様々なチャネル直径の領域を含めた、その他のフィーチャをチャネルネットワーク６３０に設けてもよい。さらに、ある場合には、チャネルネットワークの全てまたは一部を含んでいてもよい平面状の封止部材６４２を設けてもよい。これらのフィーチャは、前述のような目的に適うものである。
【０１２４】
ＩＶ．連続形態の実施例
このセクションは、単一小片の材料から製造される「連続形態」の液滴発生器の実施例について記述し；図７および２５〜３３を参照されたい。いくつかの特定の実施例に関して以下により詳細に述べるように、この単一小片設計の利点は、液滴発生器の幾何形状を形成するのに多数の部品を精密に位置合わせする必要がないことである。
【０１２５】
連続形態の液滴発生器の１つのタイプは、チューブの壁面に１つまたは複数の穴が貫通形成されて中空チャネルに交差している、中空チューブをベースにする。例えば、既に述べた図７は、このタイプのいくつかの異なる液滴発生器幾何形状を示す。具体的には、液滴発生器２００、２２０、および２４０は全て、単一小片の材料から形成されているので、連続形態の液滴発生器チューブとして特徴付けることができる。対照的に、図７の液滴発生器２６０は、慎重な位置合わせを必要とする２つの個別のバテッドチューブで形成され、したがって連続形態の液滴発生器として特徴付けることはできない。
【０１２６】
図２５は、一般に７００で示されるさらに別のタイプの連続形態の液滴発生器を示し、いくつかの点で図７の液滴発生器２００、２２０、および２４０に類似している。液滴発生器７００は、その長さに沿って走るチャネル７０４を有する中空液滴発生器チューブ７０２を含む。スリット７０６が、チューブの側面に部分的に切り込まれてチャネル７０４と交差し、チャネルを、２つの位置合わせされたセクション７０４ａおよび７０４ｂに分割する。スリット７０６は、バックグラウンド流体の流れに関して半径流チャネルも形成する。したがって、サンプル含有流体がチャネルセクション７０４ａを通って輸送され、バックグラウンド流体がスリット７０６内に輸送される場合、サンプル含有液滴が作製されかつバックグラウンド流体に懸濁され、結果的に得られるエマルジョンは、チャネルセクション７０４ｂを通って輸送されてもよい。
【０１２７】
図２６〜２７は、一般に７５０で示される、別の完全連続形態の液滴発生器システムの実施例を示す。図２６は、液滴発生器システム７５０の組立て分解正面図であり、図２７は、液滴発生器システムの組立て正面図である。液滴発生器システム７５０は、サンプルウェル７５２、チューブ状液滴発生器７５４、油供給コネクタ７５６、およびハウジングベース７５８を含み、全ては液滴発生ハウジング７６０内に確実に嵌合するように構成される。圧縮プレート７６２は、ハウジングの底部に流体耐密な面が形成されるように、ハウジング７６０に対してハウジングベース７５８を圧縮するのに使用される。圧縮は、圧縮プレート内の対応するアパーチャ７６６ａ、７６６ｂに嵌合する１対の圧縮スクリュ７６４ａ、７６４ｂによって引き起こされる。ハウジングベースおよびハウジング内の位置合わせされたアパーチャ（図示せず。）は、圧縮スクリュを受容し、ハウジングベースをハウジング内に圧縮させることが可能になる。
【０１２８】
中空のステンレス鋼チュービング７６８のセグメントは、ハウジングベースおよび圧縮プレートの、位置合わせされた中心アパーチャ７７０、７７２内にそれぞれ嵌合し、ハウジング７６０内に延びる。液滴発生器７５４は、チュービング７６８を通ってハウジング７６０の内部に、かつサンプルウェル７５２の遠位アパーチャ７７３内に挿入されてもよい。より具体的には、液滴発生器は、サンプルウェル７５２の遠位アパーチャ内に挿入されて、（使い捨て可能な）サンプル取扱いアセンブリを形成する。サンプル取扱いアセンブリは、（使い捨て可能ではない）ハウジングアセンブリに挿入される。使用後、サンプル取扱いアセンブリは、サンプルで汚染されている可能性があり、廃棄することができる。サンプル取扱いアセンブリは、相互汚染が低減するように各サンプルと共に使用してもよい。
【０１２９】
この実施例では、サンプルウェル７５２は、サンプルウェルとハウジングとの間に実質的に漏れのない接続を形成するために、ハウジング７６０の対応する「メス」ルアー嵌合部分に嵌合するように構成されたルアーテーパ７７４を含む。アパーチャ７７３は、テーパ７７４の遠位端に配置され、液滴発生器７５４を確実に受容するように構成される。同様に、油供給コネクタ７５６は、ハウジング７６０の対応するアパーチャに嵌合するように構成されたルアーテーパ（図示せず。）も含んでいてもよく、したがって、油または何らかのその他のバックグラウンド流体をハウジングに進入させるためのバックグラウンド流体入力チャネルが提供される。
【０１３０】
サンプルウェル７５２は、サンプル含有液滴を形成するのに使用されるサンプル含有流体を受容するように構成された、リザーバ部分７７６も含む。リザーバ部分の近位アパーチャ７７８は、標準化されたまたは独自に開発された流体継手および／または圧力継手を受容するように構成されていてもよい。これは、サンプル含有流体のサンプルウェルへの移送、および／またはサンプル含有流体への圧力の印加を容易にして、サンプル含有液滴の形成を引きこすことができる。同様に、油供給コネクタの近位アパーチャ７７９は、加圧された油または何らかのその他のバックグラウンド流体の、ハウジング７６０内への移送を容易にするために、標準的なまたは独自に開発された流体継手および／または圧力継手を受容するように構成されていてもよい。
【０１３１】
液滴発生器７５４は、チューブ状液滴発生器２００、２２０、２４０、または７００などの前述のチューブ状液滴発生器のいずれかに類似していてもよい。より具体的には、この実施例において、液滴発生器７５４は、チューブの長さに沿った中間位置に形成されたスリット７８０を有する、連続中空チューブである。スリット７８０は、液滴発生器チューブの長さに対して実質的に直角に向いており、液滴発生器チューブ内に十分延びて、チューブの中心チャネルと交差する。より一般的には、液滴発生器の外周から進入してその中心チャネルと交差するスリットおよび／またはチャネルは、任意の所望の角度を向いていてもよい。さらに、これらのスリットおよび／またはチャネルは、液滴発生器チューブの周辺からその中心チャネルに向かって線形に通る必要はなく、任意の所望の軌道を有するように構成することができる。このため、例えば、サンプル含有液滴の生成速度を制御する手法として、バックグラウンド流体チャネルの水圧耐性を所望の値に調整することが可能になる。
【０１３２】
液滴発生器７５４がチュービング７６８内に挿入され、ハウジング７６０の内部を通過しかつサンプルウェル７５２の遠位アパーチャ７７３内に入る場合、スリット７８０は、ハウジング７６０の内部に存在する任意の流体に曝されることになる。サンプル含有流体が、サンプルウェル７５２から液滴発生器７５４のチューブ内に輸送される場合、サンプル含有流体は最終的にはスリット７８０に到達し、そこでは、ハウジングのバックグラウンド流体入力チャネルを介してハウジング７６０内に輸送された、加圧されたバックグラウンド流体に遭遇する。バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴は、スリット付近で作製され、液滴発生器のさらに下方に輸送され、最終的には、液滴発生器チューブの遠位端により画定された液滴出口領域７８２に到達する。
【０１３３】
図２８〜２９は、一般に８００で示される連続形態の液滴発生システムの、別の実施例を示す。液滴発生システム８００は、サンプルウェル８０２、サンプルウェルからサンプル含有流体を受容するように構成された液滴発生器８０４、および液滴発生器を選択的に受容するように構成された外部ハウジング８０６を含む。ある場合には、サンプル含有材料と直接接触するサンプルウェルおよび液滴発生器は、使い捨て可能な構成要素として構成されていてもよく、それに対してサンプル含有材料と直接接触しないハウジングは、再使用可能な構成要素として構成されていてもよい。液滴発生器は、サンプルウェルと一体的に形成されていてもよく、またはサンプルウェルと別々に形成され選択的に一体化されていてもよい。
【０１３４】
システム８００では、液滴発生器８０４は、前述のタイプの、液滴発生チューブの形をとる。より具体的には、液滴発生器８０４は、チューブの長さに沿った中間位置に形成されたスリット８１０を有する、連続中空チューブ８０８である。液滴発生器の一端は、サンプルウェル８０２と流体連絡をとる。この連絡は、サンプルウェルおよび液滴発生器の形成中に起こる可能性があり、これらが一体的に形成される場合または液滴発生器およびサンプルウェルが別々に形成される場合、液滴発生器は、ウェルの下方出口アパーチャに対して確実に位置決めすることによって、サンプルウェルと流体連絡を取る状態で選択的に配置することができる。液滴発生器の他方の端部は、液滴発生器の液滴発生領域内で発生させたサンプル含有液滴を受容するように構成された、液滴出口領域８１２を画定する。液滴発生器およびサンプルウェルは、外部ハウジング８０６の、対応するアパーチャ８１６内に確実に嵌合するように構成された、実質的にフラストコニカルな（ｆｒｕｓｔｏｃｏｎｉｃａｌ）内部ハウジング８１４内に配置される。
【０１３５】
フラストコニカルな内部ハウジング８１４は、サンプルウェル８０２がハウジング８０６の上方面８１８にまたはその上方に配置されるように、一方、液滴出口領域８１２がハウジング８０６の下方面８２０にまたはその下方に配置されるように、サイズが決められる。内部ハウジング８１４は、液滴発生器チューブ８０８のスリット８１０を、スリット８２２に進入する任意の流体に曝すスリット８２２を含む。内部ハウジング８１４が、ハウジング８０６内に適正に配置される場合、スリット８２２および８１０は、ハウジング８０６内に形成されかつバックグラウンド流体をバックグラウンド流体供給源から液滴発生器に供給するように構成された、１対のバックグラウンド流体入力チャネル８２４ａ、８２４ｂに位置合わせされることになる。１対の弾性ｏリング８２６またはその他の適切な構成要素を、漏れのない手法でかつ適正な場所に、外部ハウジング８０６内に内部ハウジング８１４を固定するのに使用してもよい。サンプル含有流体がサンプルウェル８０２から液滴発生器８０４内に輸送される場合、この流体は最終的には、スリット８１０とバックグラウンド流体入力チャネル８２４ａ、８２４ｂとの交差領域に到達し、その点で、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴が発生し、液滴出口領域８１２に向けられ、そこで収集されかつ／または後続のアッセイステップに輸送することができる。
【０１３６】
図３０〜３１は、一般に８５０で示される連続タイプの液滴発生システムの、さらに別の実施例を示す。図３０は、システム８５０の概略正面図であり、図３１は、システムの一部の拡大断面図である。液滴発生システム８５０は、サンプルウェル８５２と、一体化された液滴発生器８５４とを含み、これらはまとめて、一般に８５６で示されるように修正されたピペットの形をとる。液滴発生システム８５０は、ピペット８５６を選択的に受容するように構成されたハウジング８５８も含む。
【０１３７】
ピペット８５６は、サンプル含有流体を、ピペットのサンプルウェル部分８５２から図３０〜３１の下方に輸送する中心チャネル８６０を含む。液滴発生器８５４は、中心チャネル８６０と交差する１対の水平チャネル８６２ａ、８６２ｂをピペットチップ内に形成することによって、ピペット８５６内に設けられる。このように、液滴発生器８５４は、液滴発生器がピペットの周辺からその中心チャネルに延びるチャネルを含む中空チューブから形成される、前述の実施例に類似している。その他の場合には、本発明の実施例の液滴発生器は、前述のように、ピペットの周辺からその中心チャネルに延びるスリットを使用して形成することができる。
【０１３８】
ピペットを受容するために、ハウジング８５８は、第１のテーパ状のボアセクション８６４および第２の円筒状のボアセクション８６６からなる一般に８６０で示されるキャビティを含む。ピペット８５６は、チャネル８６２ａ、８６２ｂ付近に、円筒状のボアセクション内に配置されたピペットの一部の周りに少量のオープンスペースを残す状態で、テーパ状のボアセクションに確実に嵌合する。ハウジング８５８は、円筒状のボアセクション８６６と交差しかつそれを超える、水平ボア８６８も含む。水平ボア８６８（図３１の左手側）に隣接して、内部にねじ山が付けられたアパーチャ８７０があり、これはバックグラウンド流体入力デバイス８７２を受容するように構成されている。
【０１３９】
バックグラウンド流体入力デバイスは、加圧されたバックグラウンド流体を水平ボア８６８に供給するのに使用することができる。流体入力デバイスにより供給されるバックグラウンド流体は、水平ボア８６８および円筒状のボアセクション８６６を満たし、液滴発生器の水平チャネル８６２ａ、８６２ｂに進入することになり、そこで、チャネル８６０を下向きに通過するサンプル含有流体と交差することになる。したがって前述の原理によれば、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴のエマルジョンが生成されることになり、ピペット８５６の遠位アパーチャによって画定された液滴出口領域８７４に到達するまでチャネル８６０をさらに下向きに移動することになる。
【０１４０】
図３２は、一般に９００で示される、連続タイプの液滴発生システムの、さらに別の実施例の組立て分解図を示す。液滴発生器システム９００は、サンプルウェル９０２、液滴発生器９０４、およびハウジング９０６を含む。サンプルウェル９０２は、サンプル含有流体を保持するように構成された円錐状の内部９０８を含む。アパーチャ９１０により、流体は、以下により詳細に記述するように、サンプルウェルから液滴発生器９０４内に通ることが可能になる。液滴発生器９０４は、中心流体チャネル９１２と、中心チャネルに交差する横スリット９１４とを含む、前述のタイプのチューブ状液滴発生器である。液滴発生器９０４は、サンプルウェル９０２の底面に形成された相補的アパーチャ（図示せず。）に確実に嵌合するように構成され、したがって液滴発生器は、サンプルウェルに流体によって接続されることになり、液滴発生器（スリット９１４を含む。）の一部はサンプルウェルの下まで延びている。
【０１４１】
ハウジング９０６は、サンプルウェル９０２を受容するように構成された中心アパーチャ９１６と、中心アパーチャの下に延びかつ液滴発生器９０４の下部を受容するように構成された円筒状のボア９１８とを含む。複数のアライメントフィーチャ９２０が、中心アパーチャ９１６の内部に設けられ、サンプルウェル９０２と液滴発生器９０４とをハウジング９０６内の所望の位置に位置合わせするように構成される。より具体的には、サンプルウェル９０２および液滴発生器９０４がハウジング９０６内に正しく位置合わせされる場合、液滴発生器のスリット９１４は、アライメントフィーチャ９２０の下方にかつ円筒状のボア９１８の上方に配置されることになる。同時に、サンプルウェル９０２の上部は、ハウジング９０６の上部にほぼ位置合わせされることになるが、場合によっては、ウェル９０２およびハウジング９０６の上部は、所望の所定量だけずらしてもよい。
【０１４２】
ハウジング９０６は、油などのバックグラウンド流体を受容するように構成され、したがってバックグラウンド流体ウェルとして機能する。具体的には、バックグラウンド流体は、少なくとも、アライメントフィーチャ９２０の下方にありかつ円筒状のボア９１８の上方にある中心アパーチャ９１６の部分に配置することができる。したがって、サンプルウェル９０２および液滴発生器９０４がハウジング９０６内に正しく位置合わせされるように、システム９００が組み立てられる場合、液滴発生器９０４のスリット９１４は、バックグラウンド流体中に没することになる。次いで圧力源（図示せず。）は、サンプルウェル内のサンプル含有流体とハウジング内のバックグラウンド流体との両方に圧力を加えるため、ハウジング９０６の上方面に、またある場合には、サンプルウェル９０２の上方面に接続してもよい。
【０１４３】
圧力源から圧力を加えると、サンプル含有流体およびバックグラウンド流体は、中心チャネル９１２とスリット９１４との交差部によって画定される液滴発生領域で交差することになり、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴が発生することになる。次いでこの液滴のエマルジョンは、液滴発生器９０４の下部を通って、液滴発生器の遠位出口により画定された液滴出口領域９２２に向かって輸送されることになる。そこからサンプル含有液滴は、収集されかつ／または熱サイクリングなどの後続のアッセイステップに向かって輸送されてもよい。
【０１４４】
図３３〜３４は、一般に９５０で示される、例示的なマルチサンプル連続形態液滴システムを示す。図３３は、組み立てられた状態のシステム９５０を示し、図３４は、システム９５０の一部の組立て分解図である。液滴発生器システム９５０は、液滴発生器アセンブリ９５２と、液滴発生器アセンブリにより発生させたサンプル含有液滴を受容するように構成された液滴ウェルプレート９５４とを含む。
【０１４５】
液滴発生器アセンブリ９５２は、いくつかの点で、図２６〜２７に示される液滴発生器システム７５０に類似している。具体的には、液滴発生器アセンブリ９５２は、それぞれが関連付けられたチューブ状の液滴発生器９５８を備える、一般に９５６で示される複数のサンプルウェルと、油供給コネクタ９６０と、ハウジングベース９６２とを含み、全てはハウジング９６４内に確実に嵌合するように構成されている。圧縮プレート９６６は、ハウジングの底部に流体耐密な面が形成されるように、ハウジング９６４に対してハウジングベース９６２を圧縮するのに使用される。圧縮プレートは、例えば、ハウジングに対してハウジングベースを圧縮するために圧縮スクリュ（図示せず。）を利用してもよく、または圧縮プレートを事前に投入し次いで任意の手法でハウジングに接着してもよい。中心アパーチャ９７０を有するガスケット封止９８６は、ハウジングベース９６２と圧縮プレート９６６との間に配置されて、ハウジングからの漏れをさらに防止する。
【０１４６】
中空のステンレス鋼チュービング９７２のセグメントは、ガスケット封止、ハウジングベース、および圧縮プレートの、それぞれ位置合わせされた中心アパーチャ９７０、９７４、９７６内に嵌合し、チュービングセグメント９７２は、ハウジング９６４内を部分的に延びる。システム９５０を組み立てる場合、液滴発生器９７８はチュービングセグメント９７２を通ってハウジング９６４の内部に延び、さらにサンプルウェル９５６の遠位アパーチャ９８０内に延びる。サンプルウェル９５６は、サンプルウェルとハウジングとの間に実質的に漏れのない接続を形成するために、ハウジング９６４の、対応する「メス」ルアー嵌合部分に嵌合するように構成されたルアーテーパ９８２を含んでいてもよい。アパーチャ９８０は、テーパ９８２の遠位端に配置され、液滴発生器９７８を確実に受容するように構成される。同様に、油供給コネクタ９６０は、ハウジング９６４の対応するアパーチャに嵌合するように構成され、したがって油またはその他のバックグラウンド流体をハウジングに進入させるバックグラウンド流体入力チャネルを提供するように構成された、ルアーテーパ９８４も含んでいてもよい。
【０１４７】
サンプルウェル９５６は、サンプル含有液滴の形成に使用されるサンプル含有流体を受容するように構成された、一般に９８６で示されるリザーバ部分も含む。各リザーバ部分の近位アパーチャ９８８は、標準化されたまたは独自に開発された流体継手および／または圧力継手を受容するように構成されていてもよい。これは、サンプルウェルへのサンプル含有流体の移送、および／またはサンプル含有流体への圧力の印加を容易にして、サンプル含有液滴の形成を引き起こすことができる。同様に、油供給コネクタの近位アパーチャ９９０は、加圧された油または何らかのその他のバックグラウンド流体の、ハウジング９６４への移送を容易にするために、標準のまたは独自に開発された流体継手および／または圧力継手を受容するように構成することができる。
【０１４８】
液滴発生器９７８は、チューブ状液滴発生器２００、２２０、２４０、または７００など、前述のチューブ状液滴発生器のいずれかに類似していてもよい。より具体的には、この実施例では、液滴発生器９７８はそれぞれが、チューブの長さに沿った中間位置に形成されたスリット９９２を有する連続中空チューブの形をとる。スリット９９２は、チューブの中心チャネルと交差するように、関連付けられた液滴発生器チューブ内に十分延びる。液滴発生器９７８がチュービングセグメント９７２内に挿入され、かつハウジング９６４の内部を通過してサンプルウェル９５６の遠位アパーチャ９８０内に入る場合、各スリット９９２は、ハウジング９６４の内部に存在するバックグラウンド流体に曝されることになる。
【０１４９】
このように、サンプル含有流体が各サンプルウェル９５６から液滴発生器チューブ９７８内に輸送される場合、サンプル含有流体は、最終的にはスリット９９２に到達し、そこで、ハウジングのバックグラウンド流体入力チャネルを介してハウジング９６４内に輸送された加圧されたバックグラウンド流体に遭遇する。バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴は、スリット付近で作製され、液滴発生器のさらに下に輸送され、そこで最終的には、関連付けられた液滴発生器チューブの遠位端により画定された液滴出口領域の１つに到達する。
【０１５０】
Ｖ．２部形態の実施例
このセクションは、２部形態の液滴発生システムの実施例を提供し、このシステムの第１の部分は、サンプル含有流体を液滴発生領域に輸送するためのサンプルチャネルを含有し、このシステムの第２の部分は、サンプル含有液滴が液滴発生領域から離れるように輸送するための液滴チャネルを含有する；図３５〜４２を参照されたい。バックグラウンド流体を液滴発生領域に輸送するためのバックグラウンド流体チャネルは、システムの第１もしくは第２の部分のどちらかに含まれていてもよく、または個別の部分に含まれていてもよい。ある場合には、サンプル含有流体に直接接触するシステムの第１の部分は、使い捨て可能な構成要素として構成することができ、サンプル含有流体に直接接触しないシステムの第２の部分は、再使用可能な構成要素として構成することができる。さらに、「２部」という用語は、限定を意味するものではなく；ある場合には、この形態によるシステムは、３つ以上の個別の構成要素を使用してもよい。
【０１５１】
図３５〜３８は、本発明の教示の態様による、一般に１０００で示される２部液滴発生システムの第１の実施例を示す。図３５に示されるように、システム１０００は、実質的に平面状の液滴発生器基板１００２と、この実施例ではピペットチップ１００４の形をとるサンプル容器とを含む。基板１００２は、液滴発生ウェル１００６とエマルジョンウェル１００８とを含む。基板に形成された液滴チャネル１０１０は、液滴発生ウェルとエマルジョンウェルと流体によって相互接続する。基板１００２およびピペットチップ１００４のさらなる詳細を、図３６〜３８に示す。
【０１５２】
図３６は、ピペットチップ１００４の端部の拡大断面図である。図３６が示すように、ピペットチップ１００４は、サンプルウェル部分１０１２とサンプルチャネル１０１４とを含み、このチャネルを通って、サンプル含有流体をサンプルウェル部分１０１２から基板１００２の液滴発生ウェル１００６まで輸送させることができる。
【０１５３】
図３７は、液滴発生ウェル１００６の拡大断面図であり、図３８は、液滴発生ウェル１００６の平面図である。図３８に示されるように、液滴発生ウェルは、上方ウェル部分１０１６と、プラス形下方ウェル部分１０１８とを含む。基板１００２に形成されたエマルジョン出口チャネル１０２０は、下方ウェル部分１０１８と液滴チャネル１０１０とを流体によって相互接続する。チャネル１０１０および１０２０を封止するために、したがって液滴発生ウェル１００６とエマルジョンウェル１００８との間に漏れのない流体チャネルを提供するために、封止部材１０２６を、基板１００２の底面に沿って配置してもよい。封止部材１０２６は、例えば、基板の底部に接着できる可撓性フィルムの形をとってもよく、または、熱可塑性材料など基板そのものの材料に類似した材料から構築される、比較的非可撓性の部材であってもよい。後者の場合、チャネル１０１０の全てまたは一部は、基板１００２ではなく封止部材１０２６に形成されてもよい。
【０１５４】
油などのバックグラウンド流体に懸濁させたサンプル含有液滴のエマルジョンを発生させるため、サンプル含有流体を、ピペットチップ１００４のサンプルウェル部分１０１２に導入し、バックグラウンド流体を、液滴発生ウェル１００６に導入する。次いでピペットチップ１００４の遠位端部１０２２を、液滴発生ウェル内に、部分的にはプラス形下方ウェル部分１０１８内に配置する。遠位端部１０２２の外径は、ステップ状のフィーチャ１０１９が存在するので、プラス形下方ウェル部分１０１８の上方開口内に嵌合するのには十分小さいが、プラス形ウェル部分の下方出口内に嵌合するには大き過ぎる。したがって、液滴発生ウェル１００６内に完全に挿入されると、ピペットチップはステップ状のフィーチャ１０１９の最上部に載せられるが、油は端部１０２２の外周の周りを通ることができ、ピペットチップのサンプルチャネル１０１４の出口１０２４に到達する。さらに、ステップ状のフィーチャ１０１９には、任意の所望の厚さを与えることができ、ピペットチップの遠位端部１０２２を、エマルジョン出口チャネル１０２０から任意の所望の距離だけ空けることができる。
３４１１０６０７０  その２  一本杉  みどり
【０１５５】
したがって、ピペットチップ１００４およびエマルジョン出口チャネル１０２０はバテッドチューブ型液滴発生器を形成し、ピペットチップ１００４とチャネル１０２０との間の隙間は、プラス形下方ウェル部分１０１８の深さによって設定されている。例えば、図７の液滴発生器２８０およびそれに付随する上記考察を参照されたい。エマルジョンを形成するには、エマルジョンウェル１００８に陰圧を加え、サンプル含有流体をピペットチップ１００４から引き出し、バックグラウンド流体も液滴発生ウェル１００６から引き出す。サンプル含有液滴は、サンプル含有流体およびバックグラウンド流体がそれぞれプラス形下方ウェル部分１０１８を通過するときに形成される。次いで得られたエマルジョンは、エマルジョン出口チャネル１０２０および液滴チャネル１０１０を通過して、エマルジョンウェル１００８に到達する。
【０１５６】
図３９〜４０は、本発明の教示の態様による、一般に１０５０で示される２部液滴発生システムの、別の実施例を示す。図３９は、システム１０５０の等角図であり、図４０は、図３９の線４０−４０に沿って得られた断面図である。システム１０５０は、入力ハウジング１０５２と、サンプルカートリッジとも呼ぶことができる液滴発生器ハウジング１０５４と、出力ハウジング１０５６とを含む。入力ハウジング１０５２は、サンプル圧力源１０５８およびバックグラウンド流体供給源１０６０を受容するためのねじ山付きアパーチャなどの構造を含み；圧力源１０５８を受容するためのねじ山付きアパーチャ１０６２は、図４０に見ることができる。下方アパーチャ１０６４は、入力ハウジング１０５２の底面に形成され、液滴発生器ハウジング１０５４の上部を受容するように構成されている。サンプルリザーバ１０６６は、サンプル圧力源１０５８の遠位端部と流体連絡するように構成される。
【０１５７】
入力ハウジング１０５２は、バックグラウンド流体供給源１０６０から入力ハウジングを通って液滴発生器ハウジング１０５４内にバックグラウンド流体を輸送するように構成された、一般に１０６８で示されるバックグラウンド流体チャネルも含む。特に、バックグラウンド流体チャネル１０６８は、バックグラウンド流体を、入力ハウジング１０５２内のバックグラウンド流体供給源１０６０から、バックグラウンド流体を入力ハウジング１０５２から液滴発生器ハウジング１０５４のサブチャネル１０６８ｃ内に輸送するように構成された第２のサブチャネル１０６８ｂに、輸送するように構成された第１のサブチャネル１０６８ａを含む。
【０１５８】
液滴発生器ハウジング１０５４は、入力ハウジング１０５２が液滴発生器ハウジング１０５４と正しく位置合わせされている場合にチャネル１０６８ｂの継続部（ｃｏｎｔｉｎｕａｔｉｏｎ）として働く、バックグラウンド流体チャネル１０６８ｃを含む。液滴発生器ハウジング１０５４は、中空シリンダ１０７０および下方アパーチャ１０７２も含む。ある場合には、シリンダ１０７０は、液滴発生器ハウジング１０５４に一体的に形成されていてもよい。その他の場合には、図４０に示されるように、液滴発生器は、シリンダ１０７０を受容するように構成された円筒状のボア１０７４を含んでいてもよい。どちらの場合も、シリンダ１０７０の軸方向のサンプル含有流体チャネル１０７６は、システム１０５０が組み立てられたときにサンプルリザーバ１０６６の遠位端部に接触して配置されることになる。
【０１５９】
出力ハウジング１０５６は、ステップ付き円筒状アパーチャ１０７８を含む。アパーチャ１０７８は、流体耐密な封止が液滴発生器と出力ハウジングとの間で形成されるような手法で、液滴発生器ハウジング１０５４の下方の外側部分を受容するように構成される。さらに、システム１０５０を組み立てたとき、シリンダ１０７０のサンプル含有流体チャネル１０７６は、出力ハウジング１０５６に形成された液滴出口チャネル１０８０と実質的に位置合わせされることになる。したがって、シリンダ１０７０および出力ハウジング１０５６は、前述のように、バテッドチューブ型液滴発生器を形成する。
【０１６０】
油などのバックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴のエマルジョンは、下記の通りシステム１０５０で発生させる。サンプルを、サンプルリザーバ１０６６に置く。システム１０５０を組み立てる。油または何らかのその他のバックグラウンド流体を、バックグラウンド流体供給源１０６０を介して供給するが、これらの流体は、下方アパーチャ１０７２とシリンダ１０７０との間の管腔スペースを部分的に満たす。圧力を、圧力源１０５８を介して供給し、サンプルを、液滴発生領域１０８２に流動させる。液滴を、液滴出口チャネル１０８０を介して収集する。中空シリンダ１０７０およびハウジング１０５４を含むシステム１０５０のサンプル接触部分は、エマルジョン作製後に使い捨て可能に構成される。
【０１６１】
図４１〜４２は、一般に１１００で示される２部形態の液滴発生システムの、さらに別の実施例を示す。液滴発生システム１１００は、一般に１１０２で示される液滴発生器プレートと、取り外し可能なサンプルモジュール１１０４とを含む。ある場合には、液滴発生器プレートは、再使用可能な構成要素として構成されることになり、それに対してサンプルモジュールは、使い捨て可能な構成要素として構成されることになる。
【０１６２】
液滴発生器プレート１１０２は、基板の両側から基板の中心に向かって延びる１対のバックグラウンド流体チャネル１１０８、１１１０を有する実質的に平面状の基板１１０６を含む。さらに具体的には、各バックグラウンド流体チャネルは、それぞれ対になっているサブチャネル１１０８ａ、１１０８ｂ、および１１１０ａ、１１１０ｂを含み、それぞれの側のサブチャネルの一方は、基板１１０６の平面状の上面および底面に平行であり、それぞれの側の他方のサブチャネルは、基板の平面に直交している。垂直サブチャネル１１０８ｂ、１１１０ｂのそれぞれは、基板１１０６に形成された水平バックグラウンド流体チャネル１１１２と流体連絡をとり、このチャネル１１１２は、基板の幾何学的中心にまたがっており、また同様に基板に形成されている垂直液滴出口チャネル１１１４と交差する。液滴発生器プレート１１０２は、以下に記述するような円筒状のサンプルチューブを受容するように構成された、中心円筒状ボア１１１５をさらに画定する。
【０１６３】
サンプルモジュール１１０４は、サンプル含有流体を垂直サンプル流体チャネル１１１８に供給する、サンプルモジュールの上部に形成されたサンプルウェル部分１１１６を含む。サンプル流体チャネル１１１８は、サンプルモジュール内に挿入されまたはサンプルモジュールと一体的に形成された円筒状のチューブ１１２０に形成されていてもよく、これはサンプルモジュール１１０４の底面１１２２の下に、所定の距離延びている。この距離は、サンプルモジュールのプラス形スペーシングフィーチャ１１２３の厚さによって決定される。チューブ１１２０は、プラス形フィーチャ１１２３により画定されたアパーチャ内を挿通することができず、したがってプラス形フィーチャに接触したときに停止する。その結果、サンプルチューブ１１２０は、チューブ１１２０の底部と液滴出口チャネル１１１４の最上部との間に僅かな隙間が残るように、中心円筒状ボア１１１５内に延びて、一般に１１２４で示される液滴発生領域により画定されたバテッドチューブ型液滴発生器を形成し、そこではチャネル１１１２によって輸送されたバックグラウンド流体が、チャネル１１１８によって輸送されたサンプル流体と交差している。
【０１６４】
システム１１００でサンプル含有液滴のエマルジョンを形成するには、サンプル含有流体をサンプルウェル１１１６に置き、サンプルモジュール１１０４を液滴発生器プレート１１０２と組み合わせる。バックグラウンド流体は、両側から液滴発生器プレート１１０２内に輸送され、圧力は、サンプルウェルおよびバックグラウンド流体チャネルへの陽圧の形で、または液滴出口チャネルへの陰圧の形で、システムに加えられる。どちらの場合も、サンプル含有流体は、サンプル流体チャネル１１１８を通って液滴発生領域１１２４に輸送され、バックグラウンド流体は、バックグラウンド流体チャネル１１１２を通って液滴発生領域１１２４に輸送される。次いでバックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴が、液滴発生領域で形成され、この液滴がそこから液滴出口チャネル１１１４を通って液滴出口１１２６に輸送される。
【０１６５】
ＶＩ．単一ホール形態の実施例
このセクションは、連続した材料層内を通して単一のチャネルアパーチャを作製することにより、サンプル流体チャネルおよび液滴出口チャネルが形成されることによって特徴付けられる、単一ホール形態の液滴発生システムの実施例について記述する。これは、サンプル流体チャネルと液滴出口チャネルとの実質的に完全な位置合わせを、自動的にもたらす。
【０１６６】
図４３〜４４は、一般に１１５０で示される単一ホール形態の液体発生システムの、第１の実施例を示す。液滴発生システム１１５０は、基板または液滴発生器プレート１１５２を含み、その上にはサンプルウェル１１５４およびバックグラウンド流体ウェル１１５６が配置されている。「基板」および「液滴発生器プレート」という用語は、本発明の教示において同義に使用することができる。サンプルウェルおよびバックグラウンド流体ウェルは、例えば射出成形によって基板と一体的に形成されていてもよく、またはある場合には、別々に形成され、次いで基板に取着させてもよい。さらに、基板１１５２は、図３３〜３４に示されるように、実質的に平面状であってもよく、または僅かに湾曲した円筒状のもしくは球状の形状など、任意のその他の所望の形状を有していてもよい。同様に、「実質的に平面状」と本明細書に記述されるその他の基板の全ては、本発明の教示によるその他の代替の形をとってもよい。
【０１６７】
図４４に最も良く見られるように、基板１１５２は、積層された３つの材料層１１５８、１１６０、１１６２を含む。これらの材料層は、とりわけ溶剤結合、接着、またはヒートシールなど、任意の適切な方法によって１つに結合されていてもよい。中間層１１６０は、この実施例では長円形状を有するが一般に任意の所望の２次元形状を与えることができ、または実質的に線形のもしくは非線形のチャネルの形をとってもよい、中心アパーチャ１１６４を含む。中心アパーチャ１１６４の重要なフィーチャは、サンプルウェル１１５４の下の領域とバックグラウンド流体ウェル１１５６の下の領域との間に延びている状態である。
【０１６８】
バックグラウンド流体ウェル１１５６は、上方材料層１１５８を完全に通って延びるアパーチャ１１６６を有するように構成され、したがってバックグラウンド流体ウェル１１５６は、材料層１１５８、１１６０、および１１６２が１つに積層された場合、中心アパーチャ１１６４に自動的に流体接続されることになる。サンプルウェル１１５４は、上方材料層１１５８を部分的にではあるが完全には通って延びていないアパーチャ１１６８を有するように構成される。チャネル１１７０は、アパーチャ１１６８の下方に形成されて、サンプルウェル１１５４と中心アパーチャ１１６４とを流体によって相互接続する。チャネル１１７０は、材料層１１５８、１１６０、および１１６２が一緒に組み立てられた後、穿孔操作などの単一操作で形成されてもよい。このように、チャネル１１７０は、必然的に互いに実質的に完全な位置合わせ状態となるサンプルチャネル１１７０ａおよび液滴チャネル１１７０ｂを画定する。あるいは、チャネル１１７０ａは、個別の操作で形成され、次いで組立て中に液滴チャネル１１７０ｂと位置合わせされてもよい。
【０１６９】
中心アパーチャ１１６４は、一般に１１７２で示される液滴発生領域を画定するために、サンプルチャネル１１７０ａおよび液滴チャネル１１７０ｂと交差するバックグラウンド流体チャネルを画定する。システム１１５０でサンプル含有液滴のエマルジョンを作製するには、サンプル含有流体をサンプルウェル１１５４に置き、バックグラウンド流体をバックグラウンド流体ウェル１１５６に置く。陽圧を、サンプルウェルおよびバックグラウンド流体ウェルの上部に加え、かつ／または陰圧を、システムの液滴出口領域１１７４に加える。次いでバックグラウンド流体を、中心アパーチャ１１６４によって画定されたバックグラウンド流体チャネルを通って輸送し、サンプル含有流体を、サンプルチャネル１１７０ａを通って輸送する。これらの流体は、液滴発生領域１１７２で交差して、前述の原理によりバックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を形成する。得られたエマルジョンは、液滴チャネル１１７０ｂを通って液滴出口領域１１７４に輸送され、そこで収集されかつ／または望みに応じてさらに輸送される。
【０１７０】
図４５〜４７は、一般に１２００で示される、単一ホール形態の液滴発生システムの別の実施例を示す。システム１２００は、いくつかの点でシステム１１５０に類似している。具体的には、システム１２００は、基板１２０２を含み、その上に、サンプルウェル１２０４およびバックグラウンド流体ウェル１２０６が配置される。システム１１５０の場合のように、システム１２５０のサンプルウェルおよびバックグラウンド流体ウェルは、基板と一体的に形成されていてもいなくてもよく、システム１２５０の基板は、実質的に平面状であってもなくてもよい。
【０１７１】
システム１１５０とは僅かに異なって、システム１２００の基板１２０２は、３層ではなく２つの積層された主要な材料層１２０８、１２１０を含む。これらの材料層はやはり、任意の適切な方法によって１つに結合されていてもよい。層１２０８、１２１０の１つ、この実施例では上層１２０８は、バックグラウンド流体チャネル１２１４によって接続された１対の円形凹部１２１２ａ、１２１２ｂを含む。チャネル１２１４は、２次元の長方形の形状で示されるが、線形または非線形の細長い、実質的に１次元のチャネルを含めた任意の所望の形をとることができる。
【０１７２】
バックグラウンド流体ウェル１２０６は、上方材料層１２０８を通って延びてバックグラウンド流体ウェル１２０６と円形凹部１２１２ａ、したがってバックグラウンド流体チャネル１２１４とを流体接続する、アパーチャ１２１６を有する。同様に、サンプルウェル１２０４は、上方材料層１２０８を通って延びるアパーチャ１２１８を有する。さらに、相補的な液滴出口チャネル１２１９は、下方材料層１２１０を通って延びる。材料層１２０８と１２１０との間に挟まれ、かつ円形凹部１２１２ａ内に配置されているのは、一般に１２２０で示されるディスクスタックである。ディスクスタック１２２０は、１つに積層されかつ融接または接着などの任意の適切な方法によって接続された、３枚のディスク１２２０ａ、１２２０ｂ、１２２０ｃを含む。
【０１７３】
システム１２００を組み立てる場合、ディスクスタック１２２０は、下記のように液滴発生領域を画定する。上方ディスク１２２０ａは、サンプル含有流体をアパーチャ１２１８ａからディスク１２２０ａを通って輸送するように構成された、サンプル入口ホール１２２２を含む。中間ディスク１２２０ｂは、バックグラウンド流体チャネル１２１４と流体によって相互接続するように構成された、バックグラウンド流体入口部分１２２４と、サンプル入口ホール１２２２によって放出されたサンプル含有流体がバックグラウンド流体入口１２２４を通って輸送されたバックグラウンド流体と交差してバックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を形成する、液滴発生領域１２２６とを含む。下方ディスク１２２０ｃは、サンプル入口ホール１２２２と位置合わせされる液滴出口ホール１２２８を含む。
【０１７４】
ある場合には、サンプル入口ホール１２２２および液滴出口ホール１２２８は、ディスクスタック１２２０を組み立てた後に穴を開けるなどの単一操作で形成されてもよく、その場合、穴は、同じサイズを有することになり、自動的に、実質的に完全に位置合わせされることになる。しかし、その他の場合には、例えばシステム１２００により液滴形成の速度を制御するために、サンプル入口ホールおよび液滴出口ホールに異なる直径および／または幾何形状を与えることが望ましいと考えられる。これらの場合、サンプル入口ホール１２２２および液滴出口ホール１２２８は、ディスクスタック１２２０を組み立てる前に別々に形成され、次いでディスクスタックの組立ての前に互いに位置合わせしてもよい。
【０１７５】
図４８〜５０は、単一ホール形態の液滴発生システムとして特徴付けることができる追加の実施例の、様式化断面図を示す。以下に、より詳細に記述されるように、これらシステムのそれぞれは、単一操作で形成することができるサンプル流体チャネルおよび液滴出口チャネルと迅速にかつ容易に１つに接合することができる単一構成要素としてまたは１対の構成要素として一体的に形成することができる、複数のウェルおよびチャネルを含む。
【０１７６】
図４８は、先のパラグラフに記述されるタイプのシステムの、第１の実施例の様式化断面図である。具体的には、図４８は、材料の２つのセクション１２５２および１２５４から形成される、一般に１２５０で示される液滴発生システムを示す。セクション１２５２、１２５４のそれぞれは、射出成形されてもよく、所望の位置合わせで１つにスナップ嵌めされまたはその他の手法により嵌合されるように構成されてもよい。あるいは、類似する例示的なシステムは、例えば射出成形によって、単一小片の材料から形成され、次いで機能的液滴発生システムになるように適切に加工されてもよい。
【０１７７】
いずれの場合も、組み立てられたシステム１２５０は、サンプルウェル１２５６、バックグラウンド流体ウェル１２５８、および液滴ウェル１２６０を含む。図４８が示すように、サンプルウェル１２５６が材料セクション１２５２に形成されるのに対し、バックグラウンド流体ウェル１２５８および液滴ウェル１２６０は、セクション１２５２および１２５４のそれぞれによって部分的に形成される。材料セクション１２５２は、例えば穿孔またはレーザスクライビングによってセクション１２５２に形成されていてもよい、サンプル含有流体チャネル１２６２も画定する。材料セクション１２５２および１２５４が、流体チャネル１２６２が形成される前に１つに接合される場合、そのチャネルがセクション１２５２および１２５４の自然界面によって形成されないときには、第１の液滴チャネルセグメント１２６４ａを形成するのに同じ形成操作を使用してもよい。
【０１７８】
セクション１２５２および１２５４の一体化は、バックグラウンド流体出口アパーチャ１２６６、バックグラウンド流体チャネル１２６８、一般に１２７０で示される液滴発生領域、第２の液滴チャネルセグメント１２６４ｂ、および液滴出口アパーチャ１２７２の形成ももたらす。記述されるチャネルの全ては、一まとめになって、サンプルウェル、バックグラウンド流体ウェル、および液滴ウェルを流体によって相互接続するように、かつ液滴発生領域１２７０を画定するように構成された、チャネルの一体化されたネットワークを形成する。したがって、陽圧がサンプルウェル１２５６およびバックグラウンド流体ウェル１２５８に加えられ、かつ／または陰圧が液滴ウェル１２６０に加えられる場合、サンプル含有流体およびバックグラウンド流体はそれぞれ液滴発生領域１２７０に移動し、そこで、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴が発生することになる。次いで得られたエマルジョンは、液滴ウェル１２６０に移動しかつこのウェルに収集されることになる。
【０１７９】
図４９は、一般に１３００で示される単一ホール液滴発生システムとして特徴付けることができる、別の実施例の様式化断面図を示す。システム１３００は、多くの点でシステム１２５０に類似している。先の実施例のように、システム１３００は２つの材料セクション１３０２および１３０４を含み、これらは一まとめになって、サンプルウェル１３０６、バックグラウンド流体ウェル１３０８、液滴ウェル１３１０、サンプル含有流体チャネル１３１２、液滴チャネル１３１４、バックグラウンド流体出口アパーチャ１３１６、バックグラウンド流体チャネル１３１８、および一般に１３２０で示される液滴発生領域を画定する。しかしシステム１３００では、液滴ウェル１３１０は、サンプルウェルおよびバックグラウンド流体ウェルの下に配置され（図４９の向きで）、したがってキャッチウェル（ｃａｔｃｈ  ｗｅｌｌ）として特徴付けることができる。したがってシステム１３００は、システムのスピンに伴う慣性力によって流体移送および液滴発生を引き起こすために、遠心分離と併せて操作することができる。
【０１８０】
図５０は、一般に１３５０で示される、単一ホール液滴発生システムとして特徴付けることができるさらに別の実施例の様式化断面図を示す。システム１３５０は、多くの点でシステム１２５０および１３００に類似している。先の実施例のように、システム１３５０は、２つの材料セクション１３５２および１３５４を含み、これらは一まとめになって、サンプルウェル１３５６、バックグラウンド流体ウェル１３５８、液滴ウェル１３６０、サンプル含有流体チャネル１３６２、液滴チャネル１３６４、バックグラウンド流体出口アパーチャ１３６６、バックグラウンド流体チャネル１３６８、および一般に１３７０で示される液滴発生領域を画定する。
【０１８１】
しかしシステム１３５０は、システムが図５０に示される向きとは反対になる間、かつ材料セクション１３５４がセクション１３５２に一体化する前に、サンプル含有流体およびバックグラウンド流体がそれぞれサンプルウェル１３５６およびバックグラウンド流体ウェル１３５８に置かれるように構成される。材料セクション１３５４が、サンプルウェルおよびバックグラウンド流体ウェルを覆うように位置決めされた後、次いでシステム１３５０を反対にして図５０の向きにすることができ、その点で、材料セクション１３５２および１３５４を一緒に圧縮することにより、サンプルウェル１３５６およびバックグラウンド流体ウェル１３５８内に圧力が生じることになり、したがって液滴が発生しかつ液滴ウェル１３６０内に輸送される。
【０１８２】
ＶＩＩ．例示的な操作方法
このセクションは、本発明の教示の態様による上述のシステムの少なくともいくつかを含む液滴発生システムを操作する例示的な方法について記述する；図５１〜５２を参照されたい。
【０１８３】
図５１は、本発明の教示の態様によるバックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を発生させる、一般に１４００で示される例示的な方法を示すフローチャートである。方法１４００は、図８〜２４に示されかつそれに付随する上記文章に記述されるシステムのいずれかを少なくとも含む、本発明の教示により記述された様々な液滴発生システムで使用するのに、一般に適していると考えられる。
【０１８４】
ステップ１４０２で、サンプル含有流体は、基板に取着されたサンプルウェル内に輸送される。ステップ１４０４で、バックグラウンド流体は、基板に取着されたバックグラウンド流体ウェル内に輸送される。ステップ１４０６で、サンプル含有流体は、基板に形成された第１のチャネルを通ってサンプルウェルから液滴発生領域に輸送される。ステップ１４０８で、バックグラウンド流体は、基板に形成された第２のチャネルを通ってバックグラウンド流体ウェルから液滴発生領域に輸送される。ステップ１４１０で、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴は、液滴発生領域で発生する。ステップ１４１２で、サンプル含有液滴は、基板に形成された第３のチャネルを通って、液滴発生領域から、基板に取着された液滴出口領域に輸送される。
【０１８５】
方法１４００は、これまで記述してきた基本的なステップよりも詳細なステップを含んでいてもよい。例えば、サンプル含有流体を第１のチャネルを通って輸送するステップは、サンプル含有流体を、このサンプル含有流体が液滴発生領域に不意に輸送されるのを防止するように構成された空気トラップ領域を通って、輸送するステップを含んでもよい。さらに、バックグラウンド流体を第２のチャネルを通って輸送するステップは、バックグラウンド流体を、第１のチャネルおよび第３のチャネルと十字形交差領域を形成するように２つの異なる方向から第１のチャネルと交差する２つのバックグラウンド流体サブチャネルを通って、輸送するステップを含んでもよい。さらに、サンプル含有液滴を発生させるステップは、０．１ｎＬ〜１０ｎＬの範囲の体積を有する液滴を発生させるステップを含んでいてもよい。開示された液滴発生システムと矛盾のない任意のその他の詳細を、方法１４００のステップで使用してもよい。
【０１８６】
方法１４００のステップにおけるさらなる詳細とは別に、様々な追加のステップを行ってもよい。例えば方法１４００は、一般にステップ１４０９で示されるように、様々なチャネルを通した流体の輸送を引き起こし、したがって液滴発生を引き起こすように、液滴ウェルに陰圧を加えかつ／またはサンプルウェルおよびバックラウンド流体ウェルの１つもしくは複数に陽圧を加えるステップを含んでもよい。前述のように、圧力は、少なくとも圧力制御されたポンプ送出、真空制御されたポンプ送出、遠心分離、重力により推進される流れ、および容積式ポンプ送出を含めた、任意の適切な手段によって加えることができる。
【０１８７】
図５２は、本発明の教示の態様によるバックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を発生させるための、一般に１４５０で示される別の方法を示すフローチャートである。以下に記述するように、方法１４５０は、液滴発生システムの少なくとも２つの構成要素を互いに一体化するステップを含み、したがって、２つ以上の個別の構成要素を含む前述のシステムのいずれかと使用するのに適していると考えられる。ステップ１４５２で、サンプル含有流体はサンプルウェル内に輸送される。ステップ１４５４で、バックグラウンド流体はバックグラウンド流体ウェル内に輸送される。
【０１８８】
ステップ１４５６で、サンプルウェルまたはバックグラウンド流体ウェルの少なくとも１つは、ある場合には基板の形をとることができる液滴発生器ハウジングと一体化される。ステップ１４５８で、サンプル含有流体は、ハウジングに形成された第１のチャネルを通って、サンプルウェルから液滴発生領域に輸送される。ステップ１４６０で、バックグラウンド流体は、ハウジングに形成された第２のチャネルを通って、バックグラウンド流体ウェルから液滴発生領域に輸送される。ステップ１４６２で、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴は、液滴発生領域で発生する。ステップ１４６４で、サンプル含有液滴は、基板に形成された第３のチャネルを通って、液滴発生領域から、基板に取着された液滴出口領域に輸送される。
【０１８９】
方法１４００の場合のように、方法１４５０は、上述の基本的なステップよりも詳細なステップを含んでいてもよい。例えば、サンプル含有流体を第１のチャネルを通って輸送するステップは、サンプル含有流体を、このサンプル含有流体が液滴発生領域に不意に輸送されるのを防止するように構成された空気トラップ領域を通って輸送するステップを含んでいてもよく、バックグラウンド流体を第２のチャネルを通って輸送するステップは、バックグラウンド流体を、第１のチャネルおよび第３のチャネルと十字形交差領域を形成するように２つの異なる方向から第１のチャネルに交差する２つのバックグラウンド流体サブチャネルを通って輸送するステップを含んでいてもよく、サンプル含有液滴を発生させるステップは、０．１ｎＬ〜１０ｎＬの範囲の体積を有する液滴を発生させるステップを含んでいてもよい。開示された液滴発生システムと矛盾のない任意のその他の詳細を、方法１４５０のステップで使用してもよい。
【０１９０】
やはり方法１４００の場合のように、方法１４５０の様々な追加のステップを行ってもよい。例えば、一般にステップ１４６１で示されるように、方法１４５０は、様々なチャネルを通した流体の輸送を引き起こすように、したがって液滴発生を引き起こすように、液滴ウェルに陰圧を加えかつ／またはサンプルウェルおよびバックグラウンド流体ウェルの１つもしくは複数に陽圧を加えるステップを含んでいてもよい。前述のように、圧力は、少なくとも圧力制御されたポンプ送出、真空制御されたポンプ送出、遠心分離、重力により推進される流れ、および容積式ポンプ送出を含めた任意の適切な手段によって加えることができる。
【０１９１】
ＶＩＩＩ．例示的な番号付きパラグラフ
このセクションは、一連の番号付きパラグラフとして、限定することなく提示される、液滴ベースのアッセイのための液滴発生の追加の態様および特徴について記述する。
【０１９２】
プロトタイプ（２片）平面形態
１．バックグラウンド流体に懸濁された複数のサンプル含有液滴を形成するためのシステムであって、（Ａ）上面および底面を有する基板と；（Ｂ）基板の上面に形成されたサンプルポートと；（Ｃ）基板の上面に形成されたバックグラウンド流体ポートと；（Ｄ）基板の上面に形成された液滴出口ポートと；（Ｅ）基板の底面に形成され、かつサンプルポート、バックグラウンド流体ポート、および液滴出口ポートを流体によって相互接続するように構成された、チャネルネットワークと；（Ｆ）チャネルネットワークによって画定され、かつバックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を発生させるように構成された、液滴発生領域と；（Ｇ）サンプルポートと実質的に流体耐密な接続を作るように構成されたサンプルウェル、バックグラウンド流体ポートと実質的に流体耐密な接続を作るように構成されたバックグラウンド流体ウェル、および液滴出口ポートと実質的に流体耐密な接続を作るように構成された液滴出口ウェルを含むウェル容器とを含み；この液滴発生領域は、少なくとも第１のチャネル、第２のチャネル、および第３のチャネルの交差部によって画定され、この第１のチャネルは、サンプル含有流体をサンプルポートから液滴発生領域に輸送するように構成され、第２のチャネルは、バックグラウンド流体をバックグラウンド流体ポートから液滴発生領域に輸送するように構成され、第３のチャネルは、サンプル含有液滴を液滴発生領域から液滴出口ポートに輸送するように構成されたシステム。
【０１９３】
連続形態
２．バックグラウンド流体に懸濁された複数のサンプル含有液滴を形成するためのシステムであって、（Ａ）サンプルウェルと；（Ｂ）サンプルウェルからサンプル含有流体を受容するように構成された液滴発生器と；（Ｃ）液滴発生器からサンプル含有液滴を受容するように構成された液滴出口領域と；（Ｄ）液滴発生器を選択的に受容するように構成され、バックグラウンド流体供給源から液滴発生器にバックグラウンド流体を供給するように構成されたバックグラウンド流体入力チャネルを含むハウジングとを含み；この液滴発生器は、バックグラウンド流体に懸濁されたサンプル含有液滴を発生させるように、かつ液滴を液滴出口領域に向けるように構成されたシステム。
【０１９４】
３．液滴発生器および液滴出口領域の少なくとも１つがサンプルウェルと一体的に形成される、パラグラフ２のシステム。
【０１９５】
２部形態
４．バックグラウンド流体に懸濁された複数のサンプル含有液滴を形成するためのシステムであって、（Ａ）サンプルウェルと、（Ｂ）サンプル含有流体をサンプルウェルから液滴発生領域に輸送するように構成されたサンプルチャネルと、（Ｃ）サンプルチャネルを選択的に受容するように構成されたハウジングと、（Ｄ）ハウジングと一体的に形成され、かつバックグラウンド流体をバックグラウンド流体供給源から液滴発生領域に輸送するように構成された、バックグラウンド流体チャネルと、（Ｅ）ハウジングと一体的に形成され、かつサンプル含有液滴を液滴発生領域から液滴出口に輸送するように構成された、液滴チャネルと含み；この液滴発生領域は、ハウジング内に配置され、かつサンプルチャネル、バックグラウンド流体チャネル、および液滴チャネルの交差領域によって画定されたシステム。
【０１９６】
５．サンプルチャネルがサンプルウェルと一体的に形成されている、パラグラフ４のシステム。
【０１９７】
単一ホール形態
６．バックグラウンド流体に懸濁された複数のサンプル含有液滴を形成するためのシステムであって、（Ａ）液滴発生器プレートと、（Ｂ）液滴発生器プレートに取着されたサンプルウェルと、（Ｃ）液滴発生器プレートに取着されたバックグラウンド流体ウェルと、（Ｄ）液滴発生器プレート内に形成された液滴発生領域と、（Ｅ）液滴発生器プレート内に形成され、かつバックグラウンド流体をバックグラウンド流体ウェルから液滴発生領域に輸送するように構成された、バックグラウンド流体チャネルと、（Ｆ）サンプル含有流体をサンプルウェルから液滴発生領域に移送するように構成されたサンプルチャネルと、（Ｇ）サンプル含有液滴を、液滴発生領域から、液滴発生器プレートに形成された液滴出口に輸送するように構成された液滴出口チャネルとを含み、このサンプル入口チャネルおよび液滴出口チャネルは、バックグラウンド流体チャネルによって切り離された、１対の位置合わせされたアパーチャから、一体的に形成されているシステム。
【０１９８】
７．サンプル入口チャネルおよび液滴出口チャネルが、それぞれ液滴発生器プレートに形成されている、パラグラフ６のシステム。
【０１９９】
８．サンプル入口チャネルおよび液滴出口チャネルが、液滴発生器プレートの２つの堅固に取着された平面を通過する単一穿孔操作によって一体的に形成されている、パラグラフ７のシステム。
【０２００】
９．サンプル入口チャネルおよび液滴出口チャネルが、それぞれ、液滴発生器プレート内に配置されるように構成された挿入可能な液滴発生器部材に形成されている、パラグラフ６のシステム。
【０２０１】
１０．サンプル入口チャネルおよび液滴出口チャネルが、液滴発生器部材の２つの堅固に取着された平面を通過する単一穿孔操作によって一体的に形成されている、パラグラフ９のシステム。
【０２０２】
１１．サンプルウェルおよびバックグラウンド流体ウェルの少なくとも１つが、液滴発生器プレートに一体的に形成されている、パラグラフ６のシステム。
【０２０３】
上述の開示は、独立した有用性を備えた多数の異なる発明を包含することもできる。これらの発明のそれぞれを、その好ましい形について開示してきたが、本明細書に開示され例示されたその特定の実施形態は、数多くの変形例が可能であることから限定を意味するものではないと見なされる。本発明の主題は、本明細書に開示されている様々な要素、特徴、機能、および／また性質の全ての新規なかつ非自明の組合せおよび下位組合せを含む。下記の特許請求の範囲は、新規であり非自明であると見なされるある組合せおよび下位組合せを、特に指摘している。特徴、機能、要素、および／または性質のその他の組合せおよび下位組合せで具体化された発明は、このまたは関連ある出願の優先権を主張して出願において特許請求の範囲に記載してもよい。そのような特許請求の範囲は、異なる発明を対象としても同じ発明を対象としても、また当初の特許請求の範囲に対してその範囲より広く、より狭く、均等であり、または異なっていてもいなくても、本発明の開示の本発明の主題に含まれると見なす。
【符号の説明】
【０２０４】
３００  液滴発生器
３０２  基板
３０８  サンプルウェル
３１０  バックグラウンド流体ウェル
３１２  液滴ウェル
３１４  チャネルのネットワーク
３２０  液滴発生領域
３２２  第１のチャネル
３２４  第２のチャネル
３２４ａ  バックグラウンド流体サブチャネル
３２４ｂ  バックグラウンド流体サブチャネル
３２６  第３のチャネル
３３０  空気トラップ
３５６  基板の底面
３６２  液滴出口領域、ピペットチップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【国際調査報告】
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