(57)【要約】一態様では、本発明は、混合物の複数の成分が、チップを通して流れるセグメント間の混合が最小になることを保証しながら、連続フローマイクロ流体システム内で完全に混合されることを保証するための方法、デバイス、及びシステムを提供する。幾つかの実施形態では、本発明は、混合物がマイクロ流体デバイスに導入される前に、ピペットの先端において維持される液滴内で流体を混合することを含む。別の態様では、本発明は、液体の全体積までを含む液滴が、完全なままでピペット先端から懸垂するのに十分な表面積を提供する、外径と内径との比を有するピペット先端を提供する。更に別の態様では、本発明は、ドッキングレセプタクル、アクセス管、及びリザーバーを備えるマイクロ流体チップに反応混合物を送出するための方法、デバイス、及びシステムを提供する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロピペット内で少なくとも２つの流体を混合するための方法であって、
（ａ）第１の体積の第１の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れる工程、
（ｂ）第２の体積の第２の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れる工程、
（ｃ）任意に、１つ又は複数の体積の１つ又は複数の他の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れる工程、
（ｄ）前記マイクロピペットから少なくとも前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体を含む液滴を吐出する工程であって、前記液滴の体積は、前記マイクロピペット内の混合用流体の全体積の半分より大きい、工程、
（ｅ）前記液滴を前記マイクロピペット内に戻るように引入れる工程、及び
（ｆ）任意に、工程（ｄ）及び（ｅ）を繰返すこ工程、
を含む方法。
【請求項２】
工程（ｄ）にて吐出される前記液滴の体積は、前記マイクロピペット内の混合用流体の全体積にほぼ等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（ｄ）及び（ｅ）は、２回以上繰返される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
工程（ｄ）及び（ｅ）は、３回繰返される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
工程（ｄ）及び（ｅ）は、前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体が均等に混合されるまで繰返される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
（ｇ）前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体を均等に混合された状態でマイクロ流体チップに送出する工程、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ピペットを洗浄すること、並びに、少なくとも第３の混合用流体及び第４の混合用流体について工程（ａ）〜（ｆ）を繰返すことを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
工程（ｃ）は、第３の体積の第３の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れることを含み、
前記吐出される液滴は、前記第３の混合用流体を更に含み、前記吐出される液滴の体積は、前記第１の体積、前記第２の体積、及び前記第３の体積の和の半分より少なくとも大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
工程（ｄ）にて吐出される前記液滴の体積は、前記第１の体積、前記第２の体積、及び前記第３の体積の和に少なくともほぼ等しい、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の混合用流体、前記第２の混合用流体、及び前記第３の混合用流体のうちの１つの混合用流体は、プライマー流体であり、前記第１の混合用流体、前記第２の混合用流体、及び前記第３の混合用流体のうちの別の混合用流体は、試薬であり、前記第１の混合用流体、前記第２の混合用流体、及び前記第３の混合用流体のうちの更に別の混合用流体は、被検体サンプルである、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の混合用流体、前記第２の混合用流体、及び前記第３の混合用流体を均等に混合された状態でマイクロ流体チップに送出することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
工程（ｃ）にて吐出される前記液滴は、前記液滴を前記マイクロピペット内に戻るように引入れるまで、前記マイクロピペットから分離されない、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
工程（ｃ）にて吐出される前記液滴は、前記液滴を前記マイクロピペット内に戻るように引入れるまで、前記マイクロピペットから分離されない、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記マイクロピペット内の混合用流体の全体積は約０μＬ〜約４．０μＬである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記マイクロピペット内の混合用流体の全体積は約４．０μＬである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記マイクロピペット内で少なくとも２つの流体を混合するための方法の工程は、自動化システムによって実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記マイクロピペット内で少なくとも２つの流体を混合するための方法の工程は、ロボットシステムによって実施される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
工程（ｃ）は、４つ以上の体積の４つ以上の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れることを含み、
前記吐出される液滴は、前記４つ以上の混合用流体を含み、前記吐出される液滴の体積は、前記４つ以上の体積の和の半分より少なくとも大きい、請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
工程（ｄ）にて吐出される前記液滴の体積は、前記４つ以上の体積の和に少なくともほぼ等しい、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ピペット先端であって、
外部表面、
或る体積の液体を受容するように構成された内部キャビティ、
近位端、及び
ピペッターに取付けられるように構成された遠位端、
を備え、
前記近位端において、前記先端は内径と外径とを有し、前記外径は前記内径より大きく、
前記外径と前記内径との比は、前記液体の全体積までを含む液滴が、完全なままで前記ピペット先端から懸垂するのに十分な表面積を提供する、ピペット先端。
【請求項２１】
前記近位端に取付けられたディスクを更に備える、請求項２０に記載のピペット先端。
【請求項２２】
前記ディスクは、前記先端の前記近位端に更なる表面積を提供する、請求項２１に記載のピペット先端。
【請求項２３】
ドッキングレセプタクル、アクセス管、及びリザーバーを備えるマイクロ流体チップに反応混合物を送出するための方法であって、
前記反応混合物を含み、ドッキングフィーチャーを有するピペット先端を、前記マイクロ流体チップのドッキングレセプタクルを介して前記マイクロ流体チップのリザーバーに係合させる工程、
前記ピペット先端から前記反応混合物のビードを生成する工程であって、前記ビードは、前記マイクロ流体チップの前記アクセス管に接触する、工程、
前記ビード内の前記反応混合物の少なくとも一部分を前記マイクロ流体チップの前記アクセス管に引き入れる工程、及び
前記反応混合物を、前記マイクロ流体チップの前記リザーバー内ではなく、前記アクセス管の内部だけに残しながら、前記ビードを、前記マイクロ流体チップの前記アクセス管との接触から取除く工程、
を含む方法。
【請求項２４】
前記ピペット先端は、ドッキングフィーチャーを備え、送出される前記反応混合物を含み、前記マイクロ流体チップはドッキングレセプタクルを備え、前記方法は、前記ピペット先端を、前記マイクロ流体チップの前記ドッキングレセプタクルを介して前記マイクロ流体チップの前記リザーバーに係合させることを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記マイクロ流体チップの前記リザーバーとの係合から、前記ピペット先端の前記ドッキングフィーチャーを外すことを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記マイクロ流体チップの前記リザーバーとの係合から、前記ピペット先端の前記ドッキングフィーチャーを外すことに続いて、前記アクセス管内に気泡が形成されない、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ピペット先端の前記ドッキングフィーチャー及び前記マイクロ流体チップの前記ドッキングレセプタクルは、前記ピペット先端を前記マイクロ流体チップの前記アクセス管に整列させる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記アクセス管は、５０ミクロン以上でかつ２００ミクロン以下の径を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記アクセス管は、１００ミクロンの径を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記反応混合物を、前記マイクロ流体チップの前記リザーバー内ではなく、前記アクセス管の内部だけに残しながら、前記ビードを、前記マイクロ流体チップの前記アクセス管との接触から外すことは、前記アクセス管に引き入れられなかった前記反応混合物の前記ビードを前記ピペット内に引き込むことを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
複数の流体セグメントを連続してマイクロ流体チャネルに送出するための方法であって、
（ａ）第１の反応混合物を、マイクロ流体デバイスのインターフェースチップのマイクロ流体チャネル内に、前記インターフェースチップの入口ポートを介して引入れる工程、
（ｂ）前記第１の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから反応チップのマイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記マイクロ流体デバイスの前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で第１の流体セグメントを生成する工程、
（ｃ）第２の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れる工程、及び
（ｄ）前記第２の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で第２の流体セグメントを生成する工程、
を含む方法。
【請求項３２】
前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内の前記第２の流体セグメントは、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内の前記第１の流体セグメントに隣接する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に前記第２の反応混合物を引入れる工程は、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内の前記第１の流体セグメントを移動させない、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記第２の反応混合物は、前記第１の反応混合物と異なる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
第３の反応混合物を、前記インターフェースチップの入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れる工程、及び
前記第３の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で第３の流体セグメントを生成する工程、を更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の反応混合物は、前記第３の反応混合物と同じである、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の反応混合物、前記第２の反応混合物、及び前記第３の反応混合物は、異なる反応混合物である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記第３の流体セグメントは前記第２の流体セグメントに隣接する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に前記第１の反応混合物を引入れる工程は、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルを前記第１の反応混合物で満たすことを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に前記第２の反応混合物を引入れる工程は、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルを前記第２の反応混合物で満たすことを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
気泡が前記第１の流体セグメントと前記第２の流体セグメントとの間に形成されない、請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
工程（ａ）〜（ｄ）を、１回又は複数回繰返して、前記マイクロ流体デバイスの前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で、前記第１の反応混合物と前記第２の反応混合物とで交互に替わる流体セグメントを生成することを更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
３つ以上の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れる工程、及び
前記３つ以上の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で３つ以上の流体セグメントを生成する工程、を更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４４】
前記３つ以上の反応混合物を引入れる工程、及び、前記３つ以上の流体セグメントを、１回又は複数回、生成する工程を繰返すことを更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４５】
ランダムアクセスマイクロ流体反応デバイスであって、
マイクロ流体デバイスであって、
入口ポート及びマイクロ流体チャネルを有するインターフェースチップ、及び、
マイクロ流体チャネルを有する反応チップ
を含むマイクロ流体デバイスと、
フローコントローラーと、を備え、該フローコントローラーは、
（ａ）第１の反応混合物を前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れ、
（ｂ）前記第１の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で第１の流体セグメントを生成し、
（ｃ）第２の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れ、
（ｄ）前記第２の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で第２の流体セグメントを生成する、
ように構成されたランダムアクセスマイクロ流体反応デバイス。
【請求項４６】
マイクロピペットを含むピペッターシステムを更に備え、該ピペッターシステムは、前記反応混合物を前記インターフェースチップに送出するように構成される、請求項４５に記載のランダムアクセスマイクロ流体反応デバイス。
【請求項４７】
前記ピペッターシステムは、前記反応混合物を混合状態で前記インターフェースチップに送出するように構成される、請求項４６に記載のランダムアクセスマイクロ流体反応デバイス。
【請求項４８】
前記ピペッターシステムは、
（ｉ）第１の体積の第１の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れ、
（ｉｉ）第２の体積の第２の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れ、
（ｉｉｉ）前記マイクロピペットから前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体を含む液滴を吐出し、前記液滴の体積は、前記マイクロピペット内の混合用流体の全体積の半分より大きく、
（ｉｖ）前記液滴を前記マイクロピペット内に戻るように引入れ、
（ｖ）任意に、工程（ｉｉｉ）及び（ｉｖ）を繰返し、
（ｖｉ）前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体を前記インターフェースチップに送出する
よう、前記マイクロピペットを制御するように構成され、
前記第１の反応混合物又は前記第２の反応混合物は、前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体を含む、請求項４６に記載のランダムアクセスマイクロ流体反応デバイス。
【請求項４９】
前記ピペッターシステムは、３つ以上の体積の３つ以上の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れるよう、前記マイクロピペットを制御するように更に構成され、前記吐出される液滴は、前記３つ以上の混合用流体を更に含み、前記吐出される液滴の体積は、少なくとも前記３つ以上の体積の和の半分より大きく、
前記第１の反応混合物又は前記第２の反応混合物は、前記３つ以上の混合用流体を含む、請求項４８に記載のランダムアクセスマイクロ流体反応デバイス。
【請求項５０】
前記第１の反応混合物は、前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体を含み、
前記ピペッターシステムは、
前記マイクロピペットを洗浄し、
第３の混合用流体及び第４の混合用流体について工程（ｉ）〜（ｖｉ）を繰返し、
前記第３の混合用流体及び前記第４の混合用流体を前記インターフェースチップに送出する
よう、前記マイクロピペットを制御するように構成され、
前記第２の反応混合物は、前記第３の混合用流体及び前記第４の混合用流体を含む、請求項４８に記載のランダムアクセスマイクロ流体反応デバイス。
【請求項５１】
前記マイクロピペットはドッキングフィーチャーを含み、
前記インターフェースチップの前記入口は、ドッキングレセプタクル及びリザーバーを含み、前記インターフェースチップの前記ドッキングレセプタクルは、前記マイクロピペットの前記ドッキングフィーチャーに係合し、前記マイクロピペットを前記インターフェースチップの前記リザーバーに整列させるように構成され、それにより、前記マイクロピペットによって生成される反応混合物のビードは、前記マイクロピペットに付着したままでありながら、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルに接触する、請求項４６に記載のランダムアクセスマイクロ流体反応デバイス。
【請求項５２】
前記フローコントローラーは、第１のポンピングシステム及び第２のポンピングシステムを備え、前記第１のポンピングシステムは、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内の流体セグメントの移動を制御するように構成され、前記第２のポンピングシステムは、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内の流体セグメントの移動を制御するように構成される、請求項４５に記載のランダムアクセスマイクロ流体反応デバイス。
【請求項５３】
前記フローコントローラーは、３つ以上の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れ、
前記３つ以上の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で３つ以上の流体セグメントを生成する
ように構成される、請求項４５に記載のランダムアクセスマイクロ流体反応デバイス。
【請求項５４】
前記フローコントローラーは、工程（ａ）〜（ｄ）を、１回又は複数回、繰返すように更に構成される、請求項４５に記載のランダムアクセスマイクロ流体反応デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を混合し、流体をマイクロ流体デバイスに提供するための方法、デバイス、及びシステムに関する。より詳細には、本発明の態様は、流体を混合し、流体をマイクロ流体インターフェースチップ内に送出し、マイクロ流体チップを通して移動する流体セグメントを、セグメント間の混合が最小の状態で生成するための方法、デバイス、及びシステムに関する。
【０００２】
［関連出願に対する相互参照］
本出願は、その全体の開示を引用することにより本明細書の一部をなすものとする、２０１０年８月３１日に出願された米国仮出願第６１／３７８，７２２号に対する優先権の利益を主張する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロ流体の分野において、「ラブオンチップ（lab-on-a-chip）」等の小型化分析システム（miniaturized total analysis system）（μ−ＴＡＳ）は、化学的検知のために頻繁に使用される。μ−ＴＡＳは、化学的分析で実施される工程、すなわちサンプリング、前処理、及び測定等の工程の多くを、単一の小型化デバイスに集積し、従来のセンサーと比較して選択性及び検出限界（複数の場合もある）の改善をもたらす。ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）分析、たんぱく質分離、イムノアッセイ、並びに細胞内分析及び細胞間分析を含む一般的な分析的アッセイを実施するための構造は、サイズが低減され、センチメートルスケールのチップで作製される。こうした分析的プロセスを実施するための構造のサイズの低減は、より迅速な分析、各分析に必要とされるより少ないサンプル量、及びより小さい全体の計装サイズを含む多くの利点を有する。
【０００４】
ラブオンチップシステムの利点のうちの１つは、試薬の混合がチップ上で起こる可能性である。しかし、マイクロ流体システムでは、層流が支配的なフローモードであるため、連続フローシステムにおいて流体を完全に混合することは難しい。完全に混合された流体は、例えば、拡散による混合のための時間を増加させることによって達成され得る。これは、チャネル長を増加させること、流量を遅くすること等によって達成され得る。層流を乱す構造をチャネル内に導入することもできる。例えば、特許文献１を参照されたい。しかし、連続フローシステムでは、流体サンプル（例えば、分析物の液滴、スラグ、若しくはプラグ又はブランキング流体）内で層状流体の混合の程度を増加させることはまた、チャネルを通して移動する流体セグメントのシリーズ内の流体間の混合の増加をもたらす。すなわち、サンプル内の流体のオンチップインターミキシング又はインチャネルインターミキシングを増加させるアプローチはまた、サンプル間の流体のイントラミキシング（intramixing）を増加させる傾向があることになる。そのため、チップを通って移動する流体のセグメントの長さは、セグメント間の界面又は境界における混合が分析結果に影響を及ぼさないように十分に大きくなければならない。
【０００５】
現行のμ−ＴＡＳ及び他のマイクロ流体デバイスに関する別の問題は、デバイスの外の世界のマクロ環境とデバイスのマイクロ構成要素との間の接続である。デバイスのこの態様は、マクロ−マイクロインターフェース、インターコネクト、又は世界−チップインターフェース（world-to-chip interface）と呼ばれることが多い。困難さは、サンプル及び試薬が、通常、マイクロリットル（μＬ）〜ミリリットル（ｍＬ）の量で移行され、一方、マイクロ流体デバイスが、通常、反応チャンバ及び反応チャネル（通常、マイクロメートルオーダーの寸法を有する）のサイズのせいで、サンプル又は試薬のナノリットル（ｎＬ）又はピコリットル（ｐＬ）だけを消費することに起因する。
【０００６】
マイクロ流体システム内に流体を導入するための１つの方法は、単に、マイクロ流体チャネルに直接接続するウェルをマイクロ流体デバイス上に形成し、マイクロ流体ピペッティングデバイスを使用してウェル内に流体を留置することである。例えば、特許文献２及び特許文献３を参照されたい。この方法の１つの欠点は、異なる流体のシリーズが同じチャネル内に導入されることを容易に可能にしないことである。これは、高スループット又は連続フローデバイスの有効性を低減し得る。
【０００７】
マイクロ流体システム内に流体を導入するための別の方法は、チップ内に液体を引入れるために使用され得る、チップに直接取付けられた毛細管（当技術分野で「シッパー（sipper）」として知られている）の使用を含む。例えば、特許文献４を参照されたい。この方法は、異なる流体が同じチャネル内にシリアルに引入れられることを可能にする。この方法の欠点は、液体のフローを遮断する空気もまたシッパ内に引入れられる可能性があることである。さらに、シッパ内の液体のカラムの長さは、チップ内に液体を引入れるために克服されなければならない静水圧を付加する。シッパ内に空気を引入れることなくフローが生成されるように、圧力を平衡に維持することはデバイス設計を複雑化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００６７３２３号
【特許文献２】米国特許第５，８５８，１９５号
【特許文献３】米国特許第５，９５５，０２８号
【特許文献４】米国特許第６，１５０，１８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、流体を混合し、流体をマイクロ流体デバイスに提供するための改良された方法、デバイス、及びシステムを提供することについての必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様では、本発明は、混合物の複数の成分が、チップを通して流れるセグメント間の混合が最小になることを保証しながら、連続フローマイクロ流体システム内で完全に混合されることを保証するための方法、デバイス、及びシステムを提供する。幾つかの非限定的な実施形態では、本発明は、流体がマイクロ流体デバイスに導入される前に、ピペットの先端で維持される液滴内で流体を混合することを含む。
【００１１】
一態様では、本発明は、マイクロピペット内で少なくとも２つの流体を混合するための方法を提供する。前記方法は、
（ａ）第１の体積の第１の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れる工程、
（ｂ）第２の体積の第２の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れる工程、
（ｃ）任意に、１つ又は複数の体積の１つ又は複数の他の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れる工程、
（ｄ）前記マイクロピペットから少なくとも前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体を含む液滴を吐出する工程、及び
（ｅ）前記液滴を前記マイクロピペット内に戻るように引入れることと、
（ｆ）任意に、工程（ｄ）及び（ｅ）を繰返す工程、を含むことができる。
【００１２】
様々な実施の形態によれば、工程（ｄ）にて吐出される前記液滴の体積は、前記マイクロピペット内の混合用流体の全体積に少なくともほぼ等しい。工程（ｄ）及び（ｅ）は、２回以上繰返すことができる。工程（ｄ）及び（ｅ）は、３回繰返すことができる。工程（ｄ）及び（ｅ）は、前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体が均等に混合されるまで繰返することができる。
【００１３】
一実施の形態では、（ｇ）前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体を均等に混合された状態でマイクロ流体チップに送出する工程を更に含むことができる。前記方法は、前記ピペットを洗浄すること、並びに、少なくとも第３の混合用流体及び第４の混合用流体について工程（ａ）〜（ｆ）を繰返すことを更に含むことができる。
【００１４】
一実施の形態によれば、工程（ｃ）は、第３の体積の第３の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れることを含むことができる。前記吐出される液滴は、前記第３の混合用流体を更に含むことができ、前記吐出される液滴の体積は、前記第１の体積、前記第２の体積、及び前記第３の体積の和の半分より少なくとも大きいとすることができる。工程（ｄ）にて吐出される前記液滴の体積は、前記第１の体積、前記第２の体積、及び前記第３の体積の和に少なくともほぼ等しいとすることができる。前記第１の混合用流体、前記第２の混合用流体、及び前記第３の混合用流体のうちの１つの混合用流体は、プライマー流体とすることができ、前記第１の混合用流体、前記第２の混合用流体、及び前記第３の混合用流体のうちの別の混合用流体は、試薬とすることができ、前記第１の混合用流体、前記第２の混合用流体、及び前記第３の混合用流体のうちの更に別の混合用流体は、被検体サンプルとすることができる。前記方法は、前記第１の混合用流体、前記第２の混合用流体、及び前記第３の混合用流体を均等に混合された状態でマイクロ流体チップに送出することを更に含むことができる。工程（ｃ）にて吐出される前記液滴は、前記液滴を前記マイクロピペット内に戻るように引入れるまで、前記マイクロピペットから分離されないとすることができる。別の実施の形態では、工程（ｃ）は、４つ以上の体積の４つ以上の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れることを含むことができ、前記吐出される液滴は、前記４つ以上の混合用流体を含み、前記吐出される液滴の体積は、前記４つ以上の体積の和の半分より少なくとも大きい。この実施の形態では、工程（ｄ）にて吐出される前記液滴の体積は、前記４つ以上の体積の和に少なくともほぼ等しい。
【００１５】
幾つかの実施の形態によれば、前記マイクロピペット内の混合用流体の全体積は約０μＬ〜約４．０μＬとすることができる。前記マイクロピペット内の混合用流体の全体積は約４．０μＬとすることができる。前記マイクロピペット内で少なくとも２つの流体を混合するための方法の工程は、自動化システムによって実施することができる。前記マイクロピペット内で少なくとも２つの流体を混合するための方法の工程は、ロボットシステムによって実施することができる。
【００１６】
本発明の別の態様は、ピペット先端であって、
外部表面、
或る体積の液体を受容するように構成された内部キャビティ、
近位端、及び
ピペッターに取付けられるように構成された遠位端、を備えることができる、ピペット先端である。
前記近位端において、該先端は内径と外径とを有することができ、前記外径は前記内径より大きい。
前記外径と前記内径との比は、前記液体の全体積までを含む液滴が、完全なままで該ピペット先端から懸垂するのに十分な表面積を提供することができる。
【００１７】
様々な実施の形態によれば、前記ピペット先端は、前記近位端に取付けられたディスクを更に備えることができる。前記ディスクは、前記先端の前記近位端に更なる表面積を提供することができる。
【００１８】
本発明の別の態様は、マイクロ流体チップに反応混合物を送出するための方法である。マイクロ流体チップは、ドッキングレセプタクル、アクセス管、及びリザーバーを備えることができる。前記方法は、
前記反応混合物を含み、ドッキングフィーチャーを有するピペット先端を、前記マイクロ流体チップのドッキングレセプタクル(docking receptacle)を介して前記マイクロ流体チップのリザーバーに係合させる工程、
ピペット先端から前記反応混合物のビードを生成する工程であって、前記ビードは、前記マイクロ流体チップの前記アクセス管に接触する、工程、
前記ビード内の前記反応混合物の少なくとも一部分を前記マイクロ流体チップの前記アクセス管に引き入れる工程、及び
反応混合物を、前記マイクロ流体チップの前記リザーバー内ではなく、前記アクセス管の内部だけに残しながら、前記ビードを、前記マイクロ流体チップの前記アクセス管との接触から取除くこととを含むことができる。
【００１９】
様々な実施の形態によれば、前記ピペット先端は、ドッキングフィーチャー(docking feature)を備えることができ、送出される前記反応混合物を含むことができ、前記マイクロ流体チップはドッキングレセプタクルを備えることができ、前記方法は、前記ピペット先端を、前記マイクロ流体チップの前記ドッキングレセプタクルを介して前記マイクロ流体チップの前記リザーバーに係合させることを更に含むことができる。前記方法は、前記マイクロ流体チップの前記リザーバーとの係合から、前記ピペット先端の前記ドッキングフィーチャーを外すことを更に含むことができる。前記マイクロ流体チップの前記リザーバーとの係合から、前記ピペット先端の前記ドッキングフィーチャーを外すことに続いて、前記アクセス管内に気泡が形成されないとすることができる。前記ピペット先端の前記ドッキングフィーチャー及び前記マイクロ流体チップの前記ドッキングレセプタクルは、前記ピペット先端を前記マイクロ流体チップの前記アクセス管に整列させることができる。
【００２０】
幾つかの実施の形態では、前記アクセス管は、５０ミクロン以上でかつ２００ミクロン以下の径を有することができる。前記アクセス管は、１００ミクロンの径を有することができる。反応混合物を、前記マイクロ流体チップの前記リザーバー内ではなく、前記アクセス管の内部だけに残しながら、前記ビードを、前記マイクロ流体チップの前記アクセス管との接触から外すことは、前記アクセス管に引き入れられなかった前記反応混合物の前記ビードを前記ピペット内に引き込むことを含むことができる。
【００２１】
別の態様では、本発明は、マイクロ流体チップを通して移動する流体セグメントを、セグメント間の混合が最小の状態で生成するための方法、デバイス、及びシステムを提供する。或る特定の非限定的な実施形態では、本発明は、インターフェースチップ及び反応チップを通して流れるセグメントを生成することを含み、インターフェースチップ及び反応チップは、別個のフロー制御メカニズムを有し、セグメント間の最小の混合を生成する。
【００２２】
一態様では、本発明は、複数の流体セグメントを連続してマイクロ流体チャネルに送出するための方法を提供する。前記方法は、
（ａ）第１の反応混合物を、マイクロ流体デバイスのインターフェースチップのマイクロ流体チャネル内に、前記インターフェースチップの入口ポートを介して引入れる工程、
（ｂ）前記第１の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから反応チップのマイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記マイクロ流体デバイスの前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で第１の流体セグメントを生成する工程、
（ｃ）第２の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れる工程、及び
（ｄ）前記第２の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で第２の流体セグメントを生成する工程、を含むことができる。
【００２３】
幾つかの実施の形態では、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内の前記第２の流体セグメントは、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内の前記第１の流体セグメントに隣接することができる。前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に前記第２の反応混合物を引入れることは、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内の前記第１の流体セグメントを移動させないとすることができる。前記第２の反応混合物は、前記第１の反応混合物と異なるとすることができる。
【００２４】
一実施の形態では、前記方法は、第３の反応混合物を、前記インターフェースチップの入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れる工程、及び
前記第３の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で第３の流体セグメントを生成する工程、を更に含むことができる。前記第１の反応混合物は、前記第３の反応混合物と同じであることができる。前記第１の反応混合物、前記第２の反応混合物、及び前記第３の反応混合物は、異なる反応混合物であることができる。前記第３の流体セグメントは前記第２の流体セグメントに隣接することができる。
【００２５】
幾つかの実施の形態では、前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に前記第１の反応混合物を引入れる工程は、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルを前記第１の反応混合物で満たすことを含むことができる。前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に前記第２の反応混合物を引入れる工程は、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルを前記第２の反応混合物で満たすことを含むことができる。気泡が前記第１の流体セグメントと前記第２の流体セグメントとの間に形成されないことが可能である。前記方法は、工程（ａ）〜（ｄ）を、１回又は複数回、繰返すことで、前記マイクロ流体デバイスの前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で、前記第１の反応混合物と前記第２の反応混合物とで交互に替わる流体セグメントを生成する工程を含むことができる。
【００２６】
幾つかの実施の形態では、本発明の方法は、３つ以上の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れる工程、
前記３つ以上の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で３つ以上の流体セグメントを生成する工程を含む。前記方法は、前記３つ以上の反応混合物を引入れる工程、前記３つ以上の流体セグメントを、１回又は複数回、生成することとを繰返す工程を含むことができる。
【００２７】
本発明の別の態様は、ランダムアクセスマイクロ流体反応デバイスである。ランダムアクセスマイクロ流体反応デバイスは、マイクロ流体デバイス及びフローコントローラーを備えることができる。マイクロ流体デバイスは、インターフェースチップ及び反応チップを備えることができる。インターフェースチップは、入口ポート及びマイクロ流体チャネルを有することができ、反応チップは、マイクロ流体チャネルを有することができる。該フローコントローラーは、
（ａ）第１の反応混合物を前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れ、
（ｂ）前記第１の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で第１の流体セグメントを生成し、
（ｃ）第２の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れ、
（ｄ）前記第２の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で第２の流体セグメントを生成する
ように構成することができる。
【００２８】
幾つかの実施の形態では、ランダムアクセスマイクロ流体反応デバイスは、マイクロピペットを含むピペッターシステムを備えることができる。前記ピペッターシステムは、前記第１の反応混合物及び第２の反応混合物を前記インターフェースチップに送出するように構成されることができる。前記ピペッターシステムは、前記第１の反応混合物及び第２の反応混合物を混合状態で前記インターフェースチップに送出するように構成される。ピペッターシステムは、
（ｉ）第１の体積の第１の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れ、
（ｉｉ）第２の体積の第２の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れ、
（ｉｉｉ）前記マイクロピペットから前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体を含む液滴を吐出し、
（ｉｖ）前記液滴を前記マイクロピペット内に戻るように引入れ、
（ｖ）工程（ｉｉｉ）及び（ｉｖ）を繰返し、
（ｖｉ）前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体を前記インターフェースチップに送出する
よう、前記マイクロピペットを制御するように構成されることができる。前記液滴の体積は、前記第１の体積及び前記第２の体積の和の半分より大きいとすることができる。前記第１の反応混合物又は前記第２の反応混合物は、前記第１の混合用流体及び前記第２の混合用流体を含むことができる。
【００２９】
幾つかの実施の形態では、ピペッターシステムは、３つ以上の体積の３つ以上の混合用流体を前記マイクロピペット内に引入れるよう、前記マイクロピペットを制御するように更に構成することができる。前記吐出される液滴は、前記３つ以上の混合用流体を更に含むことができ、前記吐出される液滴の体積は、前記３つ以上の体積の和の半分より少なくとも大きいとすることができる。前記第１の反応混合物又は前記第２の反応混合物は、前記第１の混合用流体、前記第２の混合用流体及び前記第３の混合用流体を含む。前記第１の反応混合物は、前記第１の反応混合物及び前記第２の反応混合物を含むことができる。前記ピペッターシステムは、
前記マイクロピペットを洗浄し、
第３の混合用流体及び第４の混合用流体について工程（ｉ）〜（ｉｖ）を繰返し、
前記第３の混合用流体及び前記第４の混合用流体を前記インターフェースチップに送出する
よう、前記マイクロピペットを制御するように構成することができる。前記第２の反応混合物は、前記第３の混合用流体及び前記第４の混合用流体を含むことができる。
【００３０】
幾つかの実施の形態では、前記マイクロピペットはドッキングフィーチャーを含むことができる。前記インターフェースチップの前記入口は、ドッキングレセプタクル及びリザーバーを含むことができる。前記インターフェースチップの前記ドッキングレセプタクルは、前記マイクロピペットの前記ドッキングフィーチャーに係合し、前記マイクロピペットを前記インターフェースチップの前記リザーバーに整列させるように構成されることができ、それにより、前記マイクロピペットによって生成される反応混合物のビードは、前記マイクロピペットに付着したままでありながら、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルに接触する。前記フローコントローラーは、第１のポンピングシステム及び第２のポンピングシステムを備えることができる。前記第１のポンピングシステムは、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内の流体セグメントの移動を制御するように構成されることができ、前記第２のポンピングシステムは、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内の流体セグメントの移動を制御するように構成されることができる。
【００３１】
幾つかの実施の形態では、前記ランダムアクセスマイクロ流体反応デバイスの前記フローコントローラーは、３つ以上の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記入口ポートを介して前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れ、
前記３つ以上の反応混合物を、前記インターフェースチップの前記マイクロ流体チャネルから前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内に引入れることによって、前記反応チップの前記マイクロ流体チャネル内で３つ以上の流体セグメントを生成する
ように構成される。前記フローコントローラーは、工程（ａ）〜（ｄ）を、１回又は複数回、繰返すように構成することができる。
【００３２】
本発明の上記の態様及び特徴並びに他の態様及び特徴並びに本発明の種々の実施形態の構造及び用途は、添付図面を参照して以下で述べられる。
【００３３】
本明細書に組み込まれて、本明細書の一部をなす添付図面は、本発明の様々な実施形態を示す。図面中、同様の参照符号が同一の要素又は機能が類似する要素を示す。さらに、参照符号の一番左側の数字は、その参照符号が最初に現れた図面を識別する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の態様を具現化するマイクロ流体デバイスを示す図である。
【図２】本発明の態様を具現化するマイクロ流体デバイスを使用するためのシステムの機能ブロック図である。
【図３Ａ】本発明の態様を具現化するマイクロピペット先端を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の態様を具現化するマイクロピペット先端を示す図である。
【図４】本発明の態様を具現化するマイクロピペット先端を示す図である。
【図５Ａ】本発明の態様を具現化するマイクロピペット及びマイクロ流体デバイスを示す図である。
【図５Ｂ】本発明の態様を具現化するマイクロピペット及びマイクロ流体デバイスを示す図である。
【図６】本発明の態様による２つ以上の混合用流体を混合するためのプロセスを示す図である。
【図７Ａ】本発明の態様を具現化するマルチチャネルマイクロピペット組立体を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の態様を具現化するマルチチャネルマイクロピペット組立体を示す図である。
【図８】本発明の態様を具現化するマイクロ流体システムを示す図である。
【図９】本発明の態様によるマイクロ流体デバイスを通して流体セグメントを移動させるためのプロセスを示す図である。
【図１０Ａ】本発明の態様によるマイクロ流体デバイスを通して流体セグメントが移動することを示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の態様によるマイクロ流体デバイスを通して流体セグメントが移動することを示す図である。
【図１０Ｃ】本発明の態様によるマイクロ流体デバイスを通して流体セグメントが移動することを示す図である。
【図１０Ｄ】本発明の態様によるマイクロ流体デバイスを通して流体セグメントが移動することを示す図である。
【図１０Ｅ】本発明の態様によるマイクロ流体デバイスを通して流体セグメントが移動することを示す図である。
【図１１】本発明の態様を具現化するＰＣＲシステムを示す図である。
【図１２】本発明の態様によるランダムアクセスＰＣＲを実施するための例示的なプロセスを示す図である。
【図１３】本発明の態様によるマイクロ流体デバイスを通した流体送出及び移動のためのタイミング図である。
【図１４】本発明の態様によるマイクロ流体デバイス内への流体セグメントの移動を追跡及び制御するためのプロセスを示す図である。
【図１５】本発明の態様によるデバイス内での流体の移動を制御するためのフロー制御システムの構成要素を示す図である。
【図１６】本発明の態様によるマイクロ流体デバイスを通して流体セグメントを移動させるためのフロー制御システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明の態様を具現化するマイクロ流体デバイス１００を示す。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイス１００は、反応チップとすることができる。示す実施形態では、マイクロ流体デバイス１００は、基板１０１にわたって延在する幾つかのマイクロ流体チャネル１０２を含む。各チャネル１０２は、１つ又は複数の入口ポート１０３（示す実施形態は、チャネル１０２について２つの入口ポート１０３を示す）及び１つ又は複数の出口ポート１０５（示す実施形態は、チャネル１０２について１つの出口ポート１０５を示す）を含む。例示的な実施形態では、各チャネルは、ＰＣＲ熱ゾーン１０４（以下で述べる）を通して延在する第１の部分及び熱融解ゾーン１０６（以下で述べる）を通して延在する第２の部分に細分されることができる。
【００３６】
或る実施形態では、マイクロ流体デバイス１００は、マイクロ流体チャネル１０２に関連する薄膜抵抗加熱器１１２の形態の熱制御素子を更に含む。１つの非限定的な実施形態では、薄膜抵抗加熱器１１２は、その抵抗が、それらの各温度を制御するために測定されるプラチナ抵抗加熱器とすることができる。図１に示す実施形態では、各加熱器素子１１２は、２つの加熱器セクション、すなわち、ＰＣＲゾーン１０４内のＰＣＲ加熱器１１２ａセクション及び熱融解ゾーン１０６内の熱融解加熱器セクション１１２ｂを備える。
【００３７】
一実施形態では、マイクロ流体デバイス１００は、種々の薄膜加熱器１１２ａ及び１１２ｂに接続された複数の加熱器電極１１０を含む。非限定的な実施形態では、加熱器電極１１０は、ＰＣＲセクションリード線１１８、１つ又は複数のＰＣＲセクション共通リード線１１６ａ、熱融解セクションリード線１２０、及び１つ又は複数の熱融解セクション共通リード線１１６ｂを含むことができる。本発明の一実施形態によれば、別個のＰＣＲセクションリード線１１８が、薄膜ＰＣＲ加熱器１１２ａのそれぞれに接続され、別個の熱融解セクション共通リード線１１６ｂが、薄膜熱融解加熱器１１２ｂのそれぞれに接続される。
【００３８】
図２は、一実施形態による、マイクロ流体デバイス１００を使用するためのシステム２００の機能ブロック図を示す。ＤＮＡサンプルは、調製ステージ２０２からマイクロ流体チップ１００に注入（input）される。本明細書で述べるように、調製ステージ２０２は、ピペッターシステムとして交換可能に呼ばれることもできる。調製ステージ２０２は、サンプル２０４を調製し、１つ又は複数の試薬２０６をサンプルに添加するための適切なデバイスを備えることができる。サンプルが、例えば注入ポート１０３にて、マイクロ流体チップ１００内に注入されると、サンプルは、チャネル１０２を通って、ＰＣＲが起こるＰＣＲゾーン１０４に流入する。すなわち、以下でより詳細に述べるように、サンプルがＰＣＲゾーン１０４を通ってチャネル１０２内に流れるため、サンプルは、ＰＣＲ温度サイクルに複数回暴露されて、ＰＣＲ増幅をもたらす。次に、サンプルは、高分解能熱融解プロセスが起こる熱融解ゾーン１０６内に流入する。マイクロ流体チップ１００内へのサンプルのフローは、フローコントローラー２０８によって制御され得る。フローコントローラーは、システム２００の制御システム２５０の一部とすることができる。制御システム２５０は、フローコントローラー２０８、ＰＣＲゾーン温度コントローラー２１０、ＰＣＲゾーンフローモニター２１８、熱融解ゾーン温度コントローラー２２４、及び／又は熱融解ゾーン蛍光測定システム２３２を備えることができる。幾つかの実施形態では、制御システム２５０はまた、熱融解ゾーンフローモニター及び／又はＰＣＲゾーン蛍光測定システムを備えることができる。相応して、幾つかの実施形態では、熱融解ゾーンにおけるフロー制御は、融解ゾーンフローモニタリングによって行われることができる。同様に、フローコントローラー２０８は、ＰＣＲゾーンと熱融解ゾーンとの両方におけるフローを同時に又は交互に制御する単一ユニットを備えることができるか、又は、フローコントローラー２０８は、ＰＣＲゾーンと熱融解ゾーンとにおけるフローを独立に制御する、ＰＣＲゾーンフローコントローラー及び別個の熱融解ゾーンフローコントローラーを備えることができる。
【００３９】
ＰＣＲゾーン１０４内の温度は、ＰＣＲゾーン温度コントローラー２１０によって制御され得る。プログラム式コンピュータ若しくは他のマイクロプロセッサ又はアナログ温度コントローラーとすることができるＰＣＲゾーン温度コントローラー２１０は、温度センサー２１４（例えば、ＲＴＤ若しくは薄膜サーミスタ又は薄膜熱電対温度計等）によって決定された温度に基づいて加熱器デバイス２１２（例えば、ＰＣＲ加熱器１１２ａ）に信号を送出する。こうして、ＰＣＲゾーン１０４の温度が、所望のレベルに維持され得るか、又は、規定されたシーケンスを通してサイクルされ得る。本発明の幾つかの実施形態によれば、ＰＣＲゾーン１０４はまた、ＰＣＲゾーン温度コントローラー２１０によって同様に制御されることができる冷却デバイス２１６によって（例えば、９５℃から５５℃までチャネル温度を迅速に下げるために）冷却されることができる。一実施形態では、冷却デバイス２１６は、例えば、ペルチエデバイス、ヒートシンク、又は強制対流空気冷却デバイスであり得る。
【００４０】
マイクロ流体チャネル１０２を通るサンプルのフローは、ＰＣＲゾーンフローモニタリングシステム２１８によって測定され得る。一実施形態では、フローモニタリングシステムは、引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする２００６年８月１７日に出願された米国特許出願第１１／５０５，３５８号に示されている蛍光色素画像化及び追跡システムとすることができる。本発明の一実施形態によれば、ＰＣＲゾーン内のチャネルは、励起デバイス２２０によって励起されることができ、サンプルから蛍光として発せられた光は、検出デバイス２２２によって検出されることができる。画像化システムの一部を形成する考えられる１つの励起デバイス及び検出デバイスの例は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする米国特許出願公開第２００８／０００３５９３号及び米国特許第７，６２９，１２４号に示されている。
【００４１】
熱融解ゾーン温度コントローラー２２４、例えばプログラム式コンピュータ若しくは他のマイクロプロセッサ又はアナログ温度コントローラーは、熱融解ゾーン１０６の温度を制御するために使用され得る。ＰＣＲゾーン温度コントローラー２１０の場合と同様に、熱融解ゾーン温度コントローラー２２４は、例えばＲＴＤ若しくは薄膜サーミスタ又は薄膜熱電対であり得る温度センサー２２８によって測定される温度に基づいて加熱構成要素２２６（例えば、熱融解加熱器１１２ｂ）に信号を送出する。さらに、熱融解ゾーン１０６は、冷却デバイス２３０によって独立に冷却されることができる。サンプルの蛍光シグネチャ(signature)は、熱融解ゾーン蛍光測定システム２３２によって測定され得る。蛍光測定システム２３２は、励起デバイス２３４によってサンプルを励起し、サンプルの蛍光は、検出デバイス２３６によって検出され得る。考えられる１つの蛍光測定システムの例は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする米国特許出願公開第２００８／０００３５９３号及び米国特許第７，６２９，１２４号に示されている。
【００４２】
本発明の態様によれば、薄膜加熱器１１２は、加熱器と温度検出器との両方として機能することができる。そのため、本発明の一実施形態では、それらの加熱素子２１２及び２２６並びに温度センサー２１４及び２２８の機能は、薄膜加熱器１１２によって達成され得る。
【００４３】
一実施形態では、システム２００は、ＰＣＲゾーン温度コントローラー２１０又は熱融解ゾーン温度コントローラー２２４によって送出される制御信号に基づいて薄膜加熱器１１２ａ及び／又は１１２ｂに電力を送出し、それにより、加熱器を加熱させる。制御信号は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号であり得る。加熱器２１２を制御するためにＰＷＭ信号を使用することの利点は、ＰＷＭ制御信号によって、加熱器の両端の同じ電位が、必要とされる種々の温度の全てについて使用されることができることである。別の実施形態では、制御信号は、振幅変調又は交流を利用し得る。加熱器２１２を制御するために振幅変調される制御信号を使用することが有利とすることができる。その理由は、大きな電圧工程ではなく、電圧の連続した緩やかな変化が、スルーレート限界を回避し、セトリングタイムを改善するからである。振幅変調の更なる論議は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする米国特許出願公開第２０１１／００４８５４７号に見出され得る。別の実施形態では、制御信号は、所望の温度に基づいて定常状態電力を送出し得る。幾つかの実施形態では、加熱器についての所望の温度は、制御信号のデューティサイクルを変更することによって達せられる。例えば、１つの非限定的な実施形態では、ＰＣＲ加熱器において９５℃を達成するための制御信号のデューティサイクルは約５０％とすることができ、ＰＣＲ加熱器において７２℃を達成するための制御信号のデューティサイクルは約２５％とすることができ、ＰＣＲ加熱器において５５℃を達成するための制御信号のデューティサイクルは約１０％とすることができる。
【００４４】
マイクロ流体デバイス１００及びシステム２００は、本発明の態様とともに使用され得る。例えば、本発明の態様に従って、複数の試薬が得られ、複数の試薬が混合され、それらがマイクロ流体デバイス（例えば、インターフェースチップ）に送出され、フローコントローラー２０８が利用されて、マイクロ流体デバイス１００を通して流れる流体セグメントが、流体セグメント間の混合が最小である状態で生成されることができる。
【００４５】
本発明の非限定的な実施形態では、２つ以上の混合用流体が、例えば正空気変位マイクロピペット等のマイクロピペットを利用して混合され得る。しかし、例えば圧力駆動式マイクロピペット等の他のタイプのマイクロピペットが同様に使用されることができる。同様に、毛細管が、代替的に使用されることができる。混合は、ピペット先端自体によって行うことができ、混合用流体は、混合状態で、例えばマイクロ流体インターフェースチップ内に埋め込まれたアクセスチューブに送出されることができる。
【００４６】
図３Ａは、本発明の態様を具現化するピペット先端３００を示す。幾つかの実施形態では、ピペット先端３００は、外部表面３０１及び内部キャビティ３０３を有することができる。内部キャビティ３０３は、或る体積の液体を受容するように構成されることができる。ピペット先端３００は、内径３０６及び外径３０４を有することができる。外径３０４は、内径３０６より大きいとすることができる。ピペット先端３００は、近位端３０５及び遠位端を備えることができる。遠位端は、ピペッターに取付けられるように構成されることができる。例えば、図４の遠位端４０７を参照されたい。ピペット先端３００は、混合用流体が先端の端部上にビード３０２を残し、混合用流体がピペット先端の側面において上に移動しないように構成されることができる。幾つかの好ましい実施形態では、ピペット先端の外径３０４とピペット先端の内径３０６との比は、内径３０６が、１μＬ未満の流体を正確に収集するのに十分に小さく、一方、ビード３０２が先端の外側に形成されるときに液体がピペット先端の外側において上にウィッキングすることを防止するのに外径３０４が十分に大きいように、ピペット先端のオリフィスにおいて十分に大きいとすることができる。さらに、好ましい実施形態では、外径３０４と内径３０６との比は、流体ビード３０２が表面張力又は他の固着手段によって付着するための十分な表面積を提供することができる。換言すれば、幾つかの実施形態では、外径３０４と内径３０６との比は、液体の全体積までを含む液滴が、完全なままでピペット先端から懸垂するのに十分な表面積を提供することができる。幾つかの実施形態では、図３Ｂに示すように、ピペット先端３００は、ピペット先端３００の近位端３０５に取付けられたディスク３０８を備えることができる。一実施形態では、ピペット先端３００は、ディスク３０８がピペット先端３００の近位端３０５に取付けられた状態で１０μＬの先端を備え得る。１つの好ましい実施形態では、ディスクは、２．２ｍｍ径を有し、０．４ｍｍ厚である。ディスク３０８は、先端３００の近位端３０５に更なる表面積を提供することができる。更なる表面積は、ビードがピペット先端３００の外側において上に上ることを防止しながら、流体ビード（例えば、流体ビード３０２）が付着するのに十分であるとすることができる。
【００４７】
図４は、本発明の態様を具現化するピペット先端４００を示す。幾つかの実施形態では、ピペット先端４００は、外部表面４０１及び内部キャビティ４０３を有することができる。内部キャビティ４０３は、或る体積の液体を受容するように構成されることができる。ピペット３００のように、ピペット先端４００は、内径及び外径を有することができ、外径は、内径より大きいとすることができる。ピペット先端４００は、近位端４０５及び遠位端４０７を備えることができる。遠位端４０７は、ピペッターに取付けられるように構成されることができる。幾つかの実施形態では、近位端４０５は、図３Ａ又は図３Ｂに示すように構成されることができる。図４に示すように、幾つかの実施形態では、ピペット先端４００は、フィルター（図示せず）を格納するためのフィルター受取り部４０２を含む。幾つかの実施形態では、フィルターは、ピペット先端を超える汚染を最小にするために（すなわち、使い捨てピペット先端内の流体がピペット組立体６００を汚染することを防止するために）フィルター受取り部４０２内に位置し得る。
【００４８】
幾つかの実施形態では、ピペット先端４００はまた、装填及び取出しインターフェース４０４を含む。インターフェース４０４は、例えばロボット制御システムを使用してピペット先端の自動的な装填及び取外しを容易にするために使用され得る。
【００４９】
幾つかの実施形態では、ピペット先端４００はまた、ドッキングフィーチャー４０６を含む。ドッキングフィーチャー４０６は、複数の先端と複数のアクセス管（例えば、毛細管又は他の管）との自動的な整列を、例えばピペット先端がアクセス管に向かって移動されるとき（例えば、マイクロ流体デバイスのアクセス管に流体を送出するとき）に各ピペット先端をそのアクセス管に整列させることによって可能にするために使用され得る。ドッキングフィーチャー４０６の例は、図５Ａ及び図５Ｂに示される。図５Ａは、ドッキングレセプタクル５０１及びアクセス管５０３を有するマイクロ流体チップのリザーバー又はウェル５０２の上に配置されたドッキングフィーチャー４０６を有するピペット先端４００を示す。図５Ａは、ドッキングフィーチャー４０６及びドッキングレセプタクル５０１を介してリザーバー又はウェル５０２と係合しているピペット先端４００を示す。ドッキングレセプタクル５０１に係合すると、ピペット先端４００とアクセス管５０３の近接性によって、流体ビード３０２が、ピペット先端４００に付着したままでありながら、アクセス管５０３に接触することが可能になる。幾つかの実施形態では、アクセス管５０３は、５０ミクロン以上でかつ２００ミクロン以下の径を有することができる。非限定的な実施形態では、アクセス管５０３は１０００ミクロンの径を有することができる。しかし、他の実施形態は、代替的に、５０ミクロンより小さい又は２００ミクロンより大きい径を含む異なる径を使用することができる。
【００５０】
一実施形態では、流体の混合は、大部分（例えば、半分より多い）の流体をピペットから押出して、ピペット先端にビードを形成し、ビードをピペット先端内に戻るように引っ込めることによって達成され得る。幾つかの実施形態では、これは、例えば４回等の複数回、繰返される。表面張力は、ビードがピペット先端から落ちることを防止する。このビードが、複数回、押出され次に引っ込められるため、流体は、ともに渦を巻き混合する。幾つかの実施形態では、液体のビードがピペット先端から分離しないことを保証するために、少量（例えば、１０μＬ未満）の流体が使用される。
【００５１】
図６は、複数の混合用流体（例えば、試薬流体）を得て、それらを完全に混合し、それらをマイクロ流体チップに送出するためのプロセス６００を示す。プロセス６００は、例えば１つ又は複数のロボット（すなわち、サンプルを収集し、混合し、送出するためのマイクロピペットの自動化コントローラー）の制御下で実施されることができる。ロボットは、例えばＰＣＲロボット（すなわち、ＰＣＲサンプルを収集し、混合し、送出するためのマイクロピペットの自動化コントローラー）とすることができる。ロボットは、フローコントローラー２０８とともに動作する場合があるか、又は、動作しない場合がある。
【００５２】
プロセス６００は、ピペットが、或る量の第１の混合用流体を収集する工程６０２で始まることができる。第１の混合用流体は、例えば試薬流体とすることができるが、これは必須ではない。第１の混合用流体の量は、例えば３μＬとすることができる。しかし、他の量の（例えば、３μＬより多いか又は少ない）第１の混合用流体がピペットによって収集されることができる。当業者によって理解されるように、これは、例えばマルチウェルプレートからピペット先端内に第１の混合用流体を引上げることを含み得る。
【００５３】
工程６０４にて、同じピペットは、或る量の第２の混合用流体を収集する。第２の混合用流体は、例えばプライマー流体又は試薬流体とすることができるが、第２の混合用流体の量は、例えば３μＬとすることができる。しかし、他の量の（例えば、３μＬより多いか又は少ない）第２の混合用流体がピペットによって収集されることができる。当業者によって理解されるように、これは、例えばマルチウェルプレートからピペット先端内に第２の混合用流体を引上げることを含み得る。更なる混合用流体が吸引されることができる。
【００５４】
工程６０６にて、混合用流体はピペット内で混合される。上述したように、工程６０６は、ピペット先端にビード（例えば、約６μＬのビード）を形成するために、ピペットから混合用流体の液滴を吐出すること、すなわち大部分の混合用流体を押出すこと、及び、その後、ビードをピペット先端内に戻るように引入れることを含み得る。幾つかの実施形態では、吐出される液滴は、ピペットによって収集された混合用流体の体積にほぼ等しい体積を有する。１つの非限定的な例では、工程６０６にて、３μＬの第１の混合用流体と３μＬの第２の混合用流体がピペットによって収集された場合、ピペットは、６μＬにほぼ等しい体積を有する液滴を吐出することができる。幾つかの実施形態では、工程６０６における流体の混合は、必要とされる場合にだけ実施されることができる。
【００５５】
幾つかの実施形態では、工程６０６は、混合用流体が均等に混合されることを保証するために、複数回、繰返されることができる。例えば、幾つかの実施形態では、ビードは、２回、３回、又は４回、又はそれより多い回数、マイクロピペットから出るようにまたマイクロピペットに入るようにサイクルされ得る。１つの非限定的な実施形態では、均等な混合を保証するために必要とされるサイクルの数は、実験的試験を通して決定され、サイクルの数は、前もって設定される。しかし、サイクルの数は、前もって設定される必要はない。代替的には、システム２００は、光学的手段、導電的手段、音響的手段、又は他の手段によって混合をモニタリングすることができ、サイクルの数、サイクルの速度、サイクルのタイミング等は、混合の程度に関するフィードバックに基づいて変えることができる。更なる代替法として、システム２００は、所定の数のサイクルが実施され、その後、完全に混合したかどうかを判定するためのフィードバックが得られる組合せを使用することができる。
【００５６】
工程６０８にて、混合用流体は、混合状態でマイクロ流体チップに送出される。幾つかの実施形態では、インターフェースチップ内に導入される各流体混合物（すなわち、反応混合物）について、ピペットは、小さな（例えば、約１μＬ〜４μＬの）流体のビードを生成し、ビードを、マイクロ流体チップ内のアクセス管（例えば、毛細管又は他の管）の上部に接触させる。この接触が行われた後、チップ内の圧力が（例えば、フローコントローラー２０８によって）下げられて、流体をチップの１つ又は複数のチャネル内に引入れることができる。ピペッターは、ビードがチップ内に吸引されるときに、ビード内に更なる流体（すなわち、反応混合物）を分注することができる。
【００５７】
工程６１０にて、ピペット先端は、マイクロ流体チップから取外される。幾つかの実施形態では、これは、アクセス管との接触からビードを取除くことを含み得る。ピペット先端がアクセス管から取外されると、ビードとなって（in the bead）残っている残留流体（すなわち、アクセス管内に引入れられなかったビードとなった流体）が、アクセス管に対して先端上の表面張力が高いためにピペット先端に付いて残り、したがって、アクセス管の内部だけに流体を残す。これは、アクセス管のエリアに残留流体を残すことなく、流体がチップ内に移されることを可能にする。
【００５８】
幾つかの実施形態では、アクセス管の内径は、液体をチップ内に移動させるために使用される負圧が、アクセス管の口部内の表面張力のせいで、背圧を超えないように十分に小さく作られる。換言すれば、幾つかの実施形態では、アクセス管は、ビードが除去されるときに気泡が吸引されないようなサイズに作られる。その理由は、制御システムの圧力が、アクセス管の遠位端における表面張力作用を克服するのに十分に低くないからである。そのため、フローを遮断する気泡をアクセス管内にもたらす空気がアクセス管に入ることができない。この特徴は、気泡が、アクセス管を介してマイクロ流体チップに入ることを防止できる。
【００５９】
工程６１２にて、ピペット先端は、混合された流体（すなわち、反応混合物）の任意の残留物を除去するために洗浄される。しかし、幾つかの実施形態では、工程６１２におけるピペット先端の洗浄は、必要とされる場合にだけ実施されることができる。工程６１２の後に、プロセス６００は、工程６０２に戻って、混合しマイクロ流体デバイスに送出するための新しい流体を得ることを始めることができる。
【００６０】
本発明の他の実施形態では、ビードは、図６に関連して上述したビードサイズより小さいか又は大きいサイズに作られ得る。さらに、混合用流体が、マルチウェルプレートから引上げられるものとして述べられるが、両方の混合用流体が同じマルチウェルプレートから引上げられることは必要ではない。混合用流体は、代わりに、異なるマルチウェルプレートから引上げられることができる。同様に、混合用流体は、例えば単一ウェルプレート、単一管、流動性の又は固定の流体リザーバー、ジャグ、又は液体を保持することが可能な任意の適した構造等の他の供給源からピペット先端内に引上げられることができる。
【００６１】
先に示したシステム及び方法は、２つの混合用流体及び１つのピペットを利用する非限定的な方法において述べられている。他の実施形態では、本発明は、１つのピペット内で３つ以上の混合用流体を同時に混合するように構成され得る。例えば、プロセス６００は、工程６０４にて、ピペットが、或る量の第２の混合用流体を収集した後で、かつ、工程６０６にて、混合用流体がピペット内で混合される前に、１つ又は複数の更なる混合用流体を収集する工程６０５を含むことができる。ピペット内で混合される混合用流体の全てが収集される前に、１つ又は複数の中間混合工程が同様に存在することができる。例えば、図６に示すように、幾つかの実施形態では、工程６０６にて、ピペット内で２つ以上の混合用流体を混合した後に、プロセス６００は、１つ又は複数の更なる混合流体が収集される工程６０５に進むことができる。したがって、例えば（ｉ）２つ、３つ、４つ、又はそれより多い混合用流体を一度で混合すること、及び、（ｉｉ）最初に混合用流体の或るサブセットを混合し、次に更なる混合用流体を添加し、再混合することを含む、任意の方法で、混合が行われ得る。流体を混合する他の方法は、もちろん可能であり、本発明の実施形態によって実施されることができる。ＰＣＲの場合、本発明は、一実施形態において、例えば、マスタ混合物、ＤＮＡサンプル、及び１つ又は複数のプライマーを混合するように構成されることができる。
【００６２】
更なる実施形態では、本発明は、複数のピペット内で３つ以上の混合用流体を同時に混合するように構成され得る。例えば、一実施形態では、図７Ａは、８チャネルマイクロピペット７００、すなわち、例えばロボットコントロール（示さず）によってｘ方向、ｙ方向、又はｚ方向（又はその任意の組合せ）にユニットとして移動できる８個のマイクロピペット７０２の組立体を示す。幾つかの好ましい実施形態では、８チャネルマイクロピペット７００は、各マイクロピペット７０２が、流体の送出及び／又は取出しのために個々に伸張できる（例えば、ｚ方向に起動できる）ように構成される。例えば、図７では、８つのピペット７０２のうちの２つが伸張する。この特徴は、任意の特定の試薬が、８つの異なる被検体サンプルのうちの任意のサンプルと混合され得る実施形態を提供する。しかし、他のマルチチャネルマイクロピペットが使用されることができる。例えば、一実施形態では、図７Ｂに示す８チャネルマイクロピペット７００’が、代替的に、使用されることができる。さらに、マイクロピペットが８チャネルを有することは必要ではない。他の数のチャネルを有するマイクロピペットが、同様に使用されることができる。
【００６３】
図８は、本発明の幾つかの実施形態による、マイクロ流体チップを通して移動する流体セグメントを、シリアルセグメント間の混合が最小である状態で提供するためのマイクロ流体チップシステム８００を示す。図８の非限定的な例示的な実施形態では、マイクロ流体チップシステム８００は、インターフェースチップ８０２及び反応チップ８０４を含む。幾つかの実施形態では、インターフェースチップ８０２は、異なる反応混合物（すなわち、流体）が、上述したプロセス６００等によってマイクロ流体システム内に連続して入ることを可能にするアクセス管（例えば、毛細管又は他の管）又はウェル８０３を含み得る。幾つかの実施形態では、反応チップ８０４は、ＰＣＲ及び熱融解等の反応化学を実行するより小さなチップである。幾つかの実施形態では、反応チップ８０４は、マイクロ流体デバイス１００等のマイクロ流体デバイスとすることができる。
【００６４】
図９は、本発明の実施形態によるマイクロ流体チップ（例えば、マイクロ流体デバイス１００又は反応チップ８０４）を通してシリアルに流体セグメントを移動させるためのプロセス９００を示す。プロセス９００は、インターフェースチップ８０２及び反応チップ８０４に関してプロセス９００の工程を示す図１０Ａ〜図１０Ｅを更に参照して以下に述べられる。工程９０２（図１０Ａ）にて、第１の反応混合物（図１０Ａ〜図１０Ｅにおいて斜めクロスハッチで示す）は、マイクロ流体チャネル８１２を満たすように、インターフェースチップ８０２のマイクロ流体チャネル８１２内に第１のポンピングシステムによって引入れられる。例えば、幾つかの実施形態では、第１の反応混合物は、個々のＰＣＲ反応用の流体等の、プロセス６００を参照して上述した、混合されインターフェースチップ８０２に提供される流体を含むことができる。幾つかの実施形態では、工程９０２は、フローコントローラー２０８によって実施されることができる。図１０Ａは、インターフェースチップのマイクロ流体チャネル８１２のそれぞれに引入れられる同じ第１の反応混合物を示すが、これは必須ではない。マイクロ流体チャネル８１２のうちの任意の１つに引入れられる第１の反応混合物は、他のマイクロ流体チャネル８１２のうちの任意の１つに引入れられる第１の反応混合物と異なるとすることができる。
【００６５】
工程９０４（図１０Ｂ）にて、第２のポンピングシステムは、流体のセグメントを、インターフェースチップ８０２のマイクロ流体チャネル８１２から反応チップ８０４のマイクロ流体チャネル８１４内に移動させる。幾つかの実施形態では、工程９０４は、フローコントローラー２０８によって実施されることができる。幾つかの実施形態では、同じフローコントローラーが、第１のポンピングシステムと第２のポンピングシステムとの両方を独立に制御することができ、幾つかの実施形態では、別個のフローコントローラー２０８が、各ポンピングシステムを制御することができる。
【００６６】
工程９０６（図１０Ｃ）にて、第２の反応混合物（図１０Ａ〜図１０Ｅにおいて垂直クロスハッチで示す）は、第２の反応混合物でマイクロ流体チャネル８１２を満たすように、インターフェースチップ８０２のマイクロ流体チャネル８１２内に第１のポンピングシステムによって引入れられる。例えば、幾つかの実施形態では、第２の反応混合物は、ＰＣＲ反応間のスペーサー（すなわち、ブランキング）流体等の、プロセス６００を参照して上述した、インターフェースチップ８０２に提供される異なる流体の混合物とすることができる。幾つかの好ましい実施形態では、第２の反応混合物をマイクロ流体チャネル８１２内に引入れることは、すでにマイクロ流体チャネル８１２内にある第１の反応混合物の流体セグメントを移動させない。幾つかの実施形態では、工程９０２は、１つ又は複数のフローコントローラー２０８によって実施されることができる。図１０Ｃは、インターフェースチップのマイクロ流体チャネル８１２のそれぞれに引入れられる同じ第２の反応混合物を示すが、これは必須ではない。マイクロ流体チャネル８１２の任意の１つに引入れられる第２の反応混合物は、他のマイクロ流体チャネル８１２の任意の１つに引入れられる第２の反応混合物と異なるとすることができる。
【００６７】
工程９０８（図１０Ｄ）にて、第２のポンピングシステムは、第２の反応混合物の流体セグメントを、インターフェースチップ８０２のマイクロ流体チャネル８１２から反応チップ８０４のマイクロ流体チャネル８１４内に移動させる。図１０Ｄに示すように、反応チャネルのマイクロ流体チャネル８１４内の第２の反応混合物の流体セグメントは、反応チャネルのマイクロ流体チャネル８１４内の第１の反応混合物の流体セグメントに隣接するとすることができる。幾つかの実施形態では、第２の反応混合物がマイクロ流体チャネル８１４内に引入れられるときに、マイクロ流体チャネル８１４内の第１の反応混合物の流体セグメントは、反応チップ８０４のマイクロ流体チャネル８１４内に更に引入れられる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体チャネル８１４内で第１の反応混合物のセグメントと第２の反応混合物のセグメントとの間に気泡は存在しない。幾つかの実施形態では、工程９０８は、フローコントローラー２０８によって実施されることができる。
【００６８】
第２の反応混合物の流体セグメントが反応チップ８０４のマイクロ流体チャネル８１４に提供された後に、より多くの流体セグメントが反応チップ８０４のために所望される場合、プロセス９００は、工程９０２に戻り、第１の反応混合物の別の流体セグメントをインターフェースチップ８０２に提供することができる。こうして、プロセス９００は、例えば第１の反応混合物と第２の反応混合物とで交互に替わる流体セグメントを生成するために使用されることができる（図１０Ｅ）。
【００６９】
プロセス９００は、２つの反応混合物とで交互に替わる流体セグメントを生成するものとして上述された。当業者によって理解されるように、幾つかの実施形態では、上述した方法は、マイクロ流体デバイス（例えば、反応チップ８０４）を通してシリアルに流れる３つ以上の異なる反応混合物のセグメントを生成するために容易に適合され得る。例えば、工程９０８の終了後に、プロセス９００は、工程９０２に戻るが、第３の反応混合物を第１の反応混合物と置換できる。さらに、第４の反応混合物が、第２の反応混合物と置換されることができる、等である。
【００７０】
試薬選択、混合、及びチップへの送出のために先の方法を使用して、完全にランダムなアクセスのマイクロ流体反応デバイスが構築されることができ、それにより、被検体サンプルが、診断試験試薬の任意のうちの１つの試薬を使用してアッセイされ得る。図１１は、本発明の態様によるランダムアクセスＰＣＲシステム１１００の実施形態を示す。幾つかの実施形態では、システム１１００は、サンプルトレイ１１１０、１つ又は複数のマイクロピペット１１２０（例えば、８チャネルマイクロピペット７００）、インターフェースチップ８０２、及び反応チップ８０４（例えば、マイクロ流体デバイス１００）を含む。更なる実施形態では、ランダムアクセスＰＣＲシステム１１００は、フローコントローラー２０８、温度コントローラー２１０及び２２４、並びに蛍光データを記録するための光学システム（例えば、ＰＣＲゾーンフローモニター２１８及び熱融解ゾーン蛍光測定ユニット２３２）等の、システム２００の１つ又は複数の更なるフィーチャーを含むことができる。
【００７１】
図１２は、本発明の一実施形態による、ランダムアクセスＰＣＲアッセイを実施するためのプロセス１２００を示す。プロセス１２００は、１つ又は複数のマイクロピペット１１２０が、例えばサンプルトレイ１１１０からプライマー液体１１１２を収集する工程１２０２で始まることができる。幾つかの実施形態では、各ピペット先端は、異なるプライマー液体１１１２を収集するために独立に起動され得る。
【００７２】
工程１２０４にて、各マイクロピペット１１２０は、試薬１１１４を収集する。
【００７３】
工程１２０６にて、各マイクロピペット１１２０は、被検体サンプル１１１６を収集する。例えば、被検体サンプル１１１６は、インターフェースチップ８０２上のウェルに格納され得る。
【００７４】
工程１２０８にて、各マイクロピペット１１２０は、３つの混合用流体をその内部において混合する。幾つかの実施形態では、これは、上述したプロセス６００の工程６０６に従って達成されることができる。
【００７５】
工程１２１０にて、混合された流体は、インターフェースチップ８０２に送出される。幾つかの実施形態では、これは、上述したプロセス６００の工程６０８に従って達成されることができる。
【００７６】
図１３は、本発明の幾つかの実施形態による、加熱及び光学処理のタイミングに加えて、２つのチップ（例えば、インターフェースチップ８０２及び反応チップ８０４）を通した流体送出及び流体移動の非限定的な例についてのタイミング図を示す。図１３に示すタイミングは、ＰＣＲ増幅と熱融解分析との両方を可能にするセグメント化された流れを反応チップ（例えば、反応チップ８０４）においてストップアンドゴー式で（in stop and go mode）生成するために使用され得る。
【００７７】
一実施形態では、時間Ｔ０にて、ＰＣＲロボット（すなわち、ＰＣＲサンプルを収集し、混合し、送出するためのマイクロピペットの自動化コントローラー）は、試験サンプルを構築し始める。幾つかの実施形態では、これは、マイクロピペット先端を洗浄すること、サンプル流体１１１６を装填すること、試薬１１１４及び選択されたプライマー１１１２を装填すること、及び装填された流体を混合することを含む。好ましい実施形態では、装填された流体は、プロセス６００によって混合されることができる。
【００７８】
同様に、Ｔ０にて、ブランキングロボット（すなわち、ＰＣＲサンプルを収集し、混合し、送出するためのマイクロピペットの自動化コントローラー）は、ブランキングロボットのマイクロピペット内に既に存在するブランク流体セグメントを送出し始めることができる。幾つかの実施形態では、これは、ブランキングロボットのマイクロピペットをインターフェースチップ８０４のアクセス管まで移動させること、マイクロピペットからブランキング反応混合物又は流体１１１８のビードを分注すること、及びアクセス管と接触状態で接触流体（contact fluid）のビードを保持することを含む。幾つかの実施形態では、ブランキング流体は、水、緩衝液、ガス、オイル、又は非水溶性液体とすることができる。ブランキング流体は、ブランキング溶液が追跡されることを可能にする色素を含む場合があるか又は含まない場合がある。幾つかの実施形態では、ブランク流体は、非ブランキング溶液として同じ溶質濃度を有する場合があるか又は有さない場合がある。幾つかの実施形態では、内部に色素を有する試験スラグは、追跡のために使用され、ブランク流体は、液滴の分離のために使用されるだけである。ＰＣＲロボット及びブランキングロボットは、図１３において、ともに「ピペッター（Pipettor）」と呼ばれる。一実施形態では、２つのロボットが、タイミングをとるために使用されることができる。換言すれば、他方のロボットが流体をインターフェースチップに投与している間に、一方のロボットが、流体を引上げることができる。しかし、幾つかの実施形態では、１つのロボットが、ブランキング流体とＰＣＲ試薬との両方を提供するために使用される。複数の実施形態では、１つのロボットを使用すること、流体間でピペットを切換えることは必要ではない。
【００７９】
同様に、Ｔ０にて、フローコントローラー２０８は、サンプルセグメントをインターフェースチップ８０２から反応チップ８０４へ移動させることができる。
【００８０】
時間Ｔ１にて、ＰＣＲロボットは、次の試験サンプルを構築し続けることができる。
【００８１】
時間Ｔ１までに、ブランキングロボットからのブランキングビードは、インターフェースチップ８０２（図１３の「インターフェースチップ（Interface Chip）」）のアクセス管内に引入れられる準備ができているとすることができる。したがって、時間Ｔ１にて、ブランキングロボットは、ブランキング流体のビードをアクセス管に維持することができ、フローコントローラー（例えば、フローコントローラー２０８）は、ブランキング流体を、アクセス管を通ってインターフェースチップ８０２のマイクロ流体チャネル８１２内に流れさせることができ、一方、幾つかの実施形態では、サンプル流体が、反応チップ８０４（図１３の「反応チップ（Reaction Chip）」）のマイクロ流体チャネル内に移動しないようにすることができる。幾つかの実施形態では、システムは、インターフェースチップのマイクロ流体チャネルがいつ満たされるかを判定するモニターを含むことができる。これらの実施形態では、ブランキングロボットは、他の活動を実施できるように、マイクロ流体チャネル８１２がブランキング流体で満たされたときに信号を受信することができる。
【００８２】
時間Ｔ２にて、ＰＣＲロボットは、試験サンプルを構築することを終了（すなわち、流体を混合することを終了）し、サンプルのビードを送出するためにインターフェースチップ８０２のアクセス管まで移動することができる。
【００８３】
同様に時間Ｔ２にて、ブランキングロボットは、更なるブランクを構築する（すなわち、より多くのブランキング流体を生成する）ことができる。幾つかの実施形態では、これは、必要に応じてだけ実施されることができる。
【００８４】
同様に時間Ｔ２にて、フロー制御システムは、ブランキング流体を反応チップ８０４のマイクロ流体チャネル８１４内に引入れながら（反応チップ８０４においてブランキングセグメントを生成しながら）、インターフェースチップ８０２のマイクロ流体チャネル内でブランキング流体を保持することができる。
【００８５】
時間Ｔ３までに、ＰＣＲロボットからのビードは、インターフェースチップ８０２のアクセス管内に引入れられる準備ができているとすることができる。したがって、時間Ｔ３にて、ＰＣＲロボットは、サンプルビードをアクセス管に維持することができ、フローコントローラー（例えば、フローコントローラー２０８）は、サンプル流体（すなわち、サンプル反応混合物）を、アクセス管を通ってインターフェースチップ８０２のマイクロ流体チャネル８１２内に流れさせ、一方、ブランキング流体が、反応チップ８０４のマイクロ流体チャネル内に移動しないようにすることができる。幾つかの実施形態では、システムは、インターフェースチップのマイクロ流体チャネルがいつ満たされるかを判定するモニターを含むことができる。これらの実施形態では、ＰＣＲロボットは、他の活動を実施できるように、マイクロ流体チャネル８１２がサンプル流体で満たされたときに信号を受信することができる。
【００８６】
幾つかの実施形態では、ＰＣＲゾーン温度コントローラー２１０は、図１３に示す期間を通して迅速なＰＣＲ加熱サイクルを実施し続けることができる。さらに、幾つかの実施形態では、熱融解ゾーン温度コントローラー２２４は、上記の期間のうちの１つの期間中に熱融解ランプを実施することができる。すなわち、反応チップ８０４内の流体セグメントの数に応じて、幾つかの実施形態では、サンプル流体セグメントは、上述した期間のうちの１つ又は複数の期間中に反応チップ８０４の熱融解ゾーン（例えば、マイクロ流体デバイス１００の熱融解ゾーン１０６）内にあることになる。したがって、熱融解ゾーンランプは、サンプル流体セグメントが、その間、熱融解ゾーン内にある期間のうちの１つの期間中に、熱融解ゾーン温度コントローラーによって提供されることができる。
【００８７】
さらに、画像処理は、熱融解分析のために流体セグメントの正確な位置情報及び正確なデータを得るために必要に応じて行われることができる。図１４において、一実施形態による、流体セグメントの場所及び移動を追跡するために画像処理を利用するためのプロセスが提供される。工程１４０１にて、フローコントローラー（例えば、フローコントローラー２０８）は、スラグを、速度Ｖｍで所望の方向に強制的に移動させるための初期圧力Ｐｃを計算することができる。工程１４０２にて、フローコントローラー２０８は、ポンプを駆動し、圧力センサーが所望の圧力Ｐｃを測定するまで圧力センサーをモニターする。工程１４０３にて、ピクチャートリガーが、送出されることができ、カメラ２２２又は２３６は、スラグの画像を戻す。工程１４０４にて、スラグの特徴を見出し、スラグの場所を決定するために、画像が分析されることができる。工程１４０５にて、フローコントローラー２０８は、時間の関数としてのスラグ位置（すなわち、ターゲット速度）が高過ぎるか低過ぎるかを判定することができ、プロセスを、工程１４０６又は工程１４０７に移動させる。所望の速度と比較してターゲット速度が高過ぎる場合、フローコントローラー２０８は、工程１４０６に移動することができる。所望の速度と比較してターゲット速度が低過ぎる場合、フローコントローラー２０８は、工程１４０７に移動することができる。工程１４０６にて、工程１４０５の分析が、所望の速度と比較してスラグがあまりにも速く移動していると判定しており、次にフローコントローラー２０８は、圧力設定点Ｐｃを減少させることができる。工程１４０７にて、工程１４０５の分析が、所望の速度と比較してスラグがあまりにも遅く移動していると判定しており、次にフローコントローラー２０８は、圧力設定点Ｐｃを増加させる。工程１４０８にて、システムコントローラー２５０は、スラグが所望の位置に位置するかどうかを判定することができる。所望の位置に位置する場合、移動プロセスが完了し、そうでなければ、システムコントローラー２５０は、工程１４０３によってプロセスを継続することになる。システムコントローラーは、スラグを所望の位置に維持するために、この時点で異なる制御モードに入ることができる。図１４に示す幾つかのプロセスは、フローコントローラー２０８又はシステムコントローラー２５０の機能であるとして述べられたが、これらの工程を実装する実際のコントローラーは、図１５に関して以下で述べるようなことを含む、プログラミング及びシステムアーキテクチャにおける変形に応じて変わる場合があることが想定される。
【００８８】
同様に、幾つかの実施形態では、流体セグメントが移動するたびに、各流体セグメントが（例えば、ＰＣＲゾーンフローモニター２１８によって）検証されることができる。１つの非限定的な実施形態では、任意の流体セグメントが、そのターゲット場所の、例えば、２５％等の指定されたパーセンテージ内にない場合、影響を受けたチャネルが、更なる試験についてディセーブルされる。他のパーセンテージが同様に使用され得る。
【００８９】
図１５は、図１４に示すプロセス又は本発明の他の実施形態において使用され得るフロー制御システムのブロック図である。システムコントローラー２５０は、カメラ１５０２（例えば、カメラ２２２又は２３６）にインターフェースされて、画像トリガーを送出し、応答してピクチャーを受信することができる。システムコントローラー２５０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）を使用して実装されることができる圧力コントローラー１５０４から圧力の読みを要求することができ、所望の圧力設定点値を、圧力コントローラー１５０４の１つ又は複数のポンプ１５０６に送出する。圧力コントローラー１５０４は、ローカル制御ループを実行して、１つ又は複数のポンプ１５０６に、システムコントローラー２５０によって送出される所望の圧力を維持させることができる。圧力コントローラー１５０４は、圧力を検出するために圧力変換器１５０８を使用することができる。ポンプチュービング１５１０は、液体を所望の方向に強制的に流すために、マイクロ流体チップ１５１４（例えば、マイクロ流体デバイス１００又は反応チップ８０４）上の流体ウェル又はリザーバー１５１２（例えば、リザーバー又はウェル５０２）に接続されることができる。
【００９０】
図１６は、本発明の実施形態による、システム内で流体（すなわち、反応混合物）の流れを制御するためのメカニズムの図を提供する。毛細管又はシッパ５０３が、大気圧でインターフェースチップ１６０２（例えば、インターフェースチップ８０２）内に存在し、流体の液滴が端部に位置する。液滴は、図５Ａ及び図５Ｂに示すもの、及び本明細書で述べるものを含む、本発明の方法及びシステムによって適用されることができる。システムコントローラー２５０は、ベントウェルに負圧を設定して、流体に、毛細管５０３から、反応チップ１６０４上のインターフェースチップ１６０２（例えば、マイクロ流体デバイス１００又は反応チップ８０４）を通り、また、反応チップ内に存在する「Ｔ字」継手１６０６を通って流れさせる。圧力は、フローコントローラー（ＰＩＤコントロール）２０８によって制御されるポンプによって制御されることができる。流体は、その後、反応チップからインターフェースチップ上に、そして、ベントウェル１６０８まで戻るように流れる。「Ｔ字」継手１６０６及びインターフェースチップ１６０２の周囲エリアが流体内に装填されると、システムコントローラー２５０は、インターフェースチップ１６０２内の流体フローを停止する。システムコントローラー２５０は、その後、スラグを所望の場所に移動させるために、反応チップ１６０４内の流体フローを開始する。スラグが所望の場所に達すると、システムコントローラー２５０は、流体フローを、反応チップ１６０４内で停止させ、また、システムコントローラー２５０は、ピペットシステム２０２が、毛細管５０３上に流体の新しい液滴を留置するようにさせることができる。システムコントローラー２５０は、その後、全ての所望のスラグが生成されるまで、プロセスを、開始させループさせることができる。
【００９１】
本発明の一態様では、インターフェースチップと反応チップとの間のＴ字継手は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする米国特許出願公開第２０１１／００９１８７７号に記載されるように、スラグ間の拡散量を減少させながら、複数の流体（すなわち、反応混合物）の交互のスラグを生成するために利用され得る。したがって、本発明は、或るチャネル内に順次に存在する２つ以上の混和流体の連続フローから、そのチャネル内に存在する他の混和流体による汚染が実質的にない１つ又は複数のサンプルを収集する方法を含むことができる。一実施形態では、方法は、ａ．第１のチャネル内で第１の混和流体の未汚染部分と第２の混和流体の未汚染部分との間の拡散領域の位置を特定しモニターすること、ｂ．拡散領域を第２のチャネルに入るようにそらせること、及び、ｃ．第２の混和流体に隣接する任意の混和流体による汚染が実質的にない第２の混和流体の部分を収集することを含むことができる。
【００９２】
図１５及び図１６は、本発明の実施形態で使用されることができる流体のフローを制御するためのフロー制御システム及びフロー制御メカニズムの例をそれぞれ示すが、図１５及び図１６に示す特定のシステム及びメカニズムの使用は、必須ではなく、他のシステム及びメカニズムが使用されることができる。
【００９３】
例証的な例
マイクロピペット、試薬溶液、及びブランキング溶液を使用して、混合試験のセットが、上述したシステム及びプロセスに従って実施された。当業者によって理解されるように、ブランキング溶液及びプライマー溶液は、組成が同様であり、したがって、試薬溶液とプライマー溶液とを混合すると、同様な結果が予想されることになる。青色素（キシレンシアノール）が、ブランキング溶液に添加されて、可視光スペクトルにおける混合の容易な可視化が可能になった。各試験について、３μＬの試薬と３μＬのブランキング溶液が、３８４ウェルプレートからマイクロピペット先端内に引上げられ、この初期状態を示す写真が撮られた。流体は、その後、ピペット先端から押出され、６μＬのビードを形成し、その後、引っ込められた。この状態の写真が撮られた。ビードは、更に３回サイクルされ、別のピクチャーが、各サイクル後に撮られた。全部で４回の混合サイクルが試験された。さらに、この全体のプロセスが、結果の再現性を検証するために、４回繰返された。
【００９４】
ブランキング溶液は、第２の流体としてピペット先端内に引上げられたため、試薬流体の中心を通って押し上げられた。１回の混合サイクル後、流体は、かなり混合されたが、より明るい領域が、ピペット先端の中心に見られた。２回の混合サイクル後、より明るい領域は明白でなくなった。３回目の混合サイクル後、流体は、完全に混合されたように見えた。４回の混合サイクルは、流体が完全に混合されるという保証を提供することになる。４回の混合サイクルは、２秒ほどの少ない時間で完了し得る。したがって、十分な混合が、適度の数の混合サイクルで得られ得る。
【００９５】
上述したシステム及びプロセスの別の例示的な実施形態では、マイクロ流体デバイスのアクセス管に流体サンプルを提供するために、特別注文のピペット先端が使用された。ピペット先端は、２．２ｍｍ径を有する通常の１０μＬの先端、この先端の端部上に接着された０．４ｍｍ厚のディスクから構成された。この追加されたディスクは、ビードが、ピペット先端の外側において上に登ることを防止しながら、付着するための十分な表面積を提供する。
【００９６】
この実施形態を使用して、透明な流体（ＰＣＲマスター混合物）と青（キシレンシアノール）に染めた流体（ブランキングマスター混合物）とで交互する、４０の連続する流体ビードが、アクセス管に送出された。全てのビードは、かなりの振動がシステムにもたらされても、アクセス管に正しく接続した。実際には、システムは、非常に再現性があるため、撮られた複数の写真の間に差を認めることが難しかった。
【００９７】
本発明の実施形態を、図面を参照して上記で十分に説明した。本発明は、これらの好ましい実施形態に基づいて説明されたが、或る特定の変更、変形、及び代替の構造を、本発明の趣旨及び範囲内で、説明された実施形態に対して実施できることが当業者には明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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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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【国際調査報告】
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