(57)【要約】本開示は、一般に化学、生物学、および／または生化学リアクターチップおよび／またはマイクロリアクターシステムなどの反応システム、ならびにそのようなシステムを構成および使用する方法に関する。一部の場合には、湿度制御物質は、有益に高速度のガス交換を提供するために利用される。湿度制御物質は、所定の場合には少なくとも適正かつ所定の実施形態では優れた、小さな容積を有するシステムのためのガス交換を提供するために使用できる。一部の場合には、本発明の開示する物質には、所定のポリマー、例えば、ポリ（アルキルアセチレン）などのポリ（アセチレン）が含まれる。ポリマーは、一部の例では、少なくとも部分的にハロゲン化（例えば、フッ素化）され得る。
2008504845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
約２ｍＬ未満の容積を有する規定反応部位を含む基材；および
該規定反応部位に隣接して配置された物質であって、以下：
【化１】
2008504845.tif 000039
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１およびＲ２の各々は、同時にＲ１がメチルではなくＲ２がトリメチルシリルではないように、独立して１個の原子を含む、構造を含むポリマーを含む物質を備える、装置。
【請求項２】
前記規定反応部位が約１ｍＬ未満の容積を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記基材が少なくとも２つの規定反応部位を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも２つの規定反応部位が相互に流体連絡していない、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記が少なくとも６つの規定反応部位を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を維持するように構成および配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている哺乳動物細胞を維持するように構成および配置されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記物質が湿度制御物質である、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記物質が該規定反応部位の壁の中に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記物質が膜を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記膜が透明性または実質的に透明性である、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記膜が厚さ１０μｍ〜２ｍｍである、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記物質が細胞接着層を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
Ｒ１がアルキルである、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
Ｒ１がメチルである、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
Ｒ２がアルキルである、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
Ｒ２が直鎖状アルキルである、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
Ｒ２がメチルである、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
Ｒ２がエチルである、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
Ｒ２がプロピルである、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
Ｒ２がブチルである、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
Ｒ２がペンチルである、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
Ｒ２がヘキシルである、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
Ｒ２がヘプチルである、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
Ｒ２がオクチルである、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記規定反応部位とガス連絡しているガスヘッドスペースをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
前記ガスヘッドスペースが膜によって前記規定反応部位から分離されている、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
各々が前記規定反応部位と流体連絡している入口ポート、出口ポート、および少なくとも１つのマイクロ流体チャネルをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
前記入口および出口ポートの部分を規定するセルフシールのエラストマー物質をさらに含む、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記入口および出口ポートがどちらも前記基材の第１側からアクセス可能である、請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
前記規定反応部位が前記基材内の空隙によって規定される、請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
接着層が前記物質を前記基材へ結合する、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記接着層が感圧接着剤を含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
約２ｍＬ未満の容積を有する規定反応部位を含む基材；および
該規定反応部位に隣接して配置された物質であって、以下：
【化２】
2008504845.tif 000040
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４の各々は、同時にＲ１はＨではなく、Ｒ２はＨではなく、Ｒ３はＨではなく、そしてＲ４はＨでもなければ、以下：
【化３】
2008504845.tif 000041
ここで、ｍは０〜３を含む整数である構造を有してもいない、構造を含むポリマーを含む物質を備える、装置。
【請求項３５】
前記規定反応部位が約１ｍＬ未満の容積を有する、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記基材が少なくとも２つの規定反応部位を含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項３７】
前記基材が少なくとも６つの規定反応部位を含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項３８】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を維持するように構成および配置されている、請求項３４に記載の装置。
【請求項３９】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている哺乳動物細胞を維持するように構成および配置されている、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記物質が湿度制御物質である、請求項３４に記載の装置。
【請求項４１】
前記物質が前記規定反応部位の壁の中に配置されている、請求項３４に記載の装置。
【請求項４２】
前記物質が膜を含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項４３】
前記膜が透明性または実質的に透明性である、請求項３４に記載の装置。
【請求項４４】
前記膜が厚さ１０μｍ〜２ｍｍである、請求項３４に記載の装置。
【請求項４５】
前記物質が細胞接着層を含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項４６】
Ｒ１がアルキルである、請求項３４に記載の装置。
【請求項４７】
Ｒ１が直鎖状アルキルである、請求項３４に記載の装置。
【請求項４８】
Ｒ１がメチルである、請求項３４に記載の装置。
【請求項４９】
Ｒ１がエチルである、請求項３４に記載の装置。
【請求項５０】
Ｒ１がプロピルである、請求項３４に記載の装置。
【請求項５１】
Ｒ１がブチルである、請求項３４に記載の装置。
【請求項５２】
Ｒ１がペンチルである、請求項３４に記載の装置。
【請求項５３】
Ｒ１がヘキシルである、請求項３４に記載の装置。
【請求項５４】
Ｒ１がヘプチルである、請求項３４に記載の装置。
【請求項５５】
Ｒ１がオクチルである、請求項３４に記載の装置。
【請求項５６】
Ｒ２が水素である、請求項３４に記載の装置。
【請求項５７】
Ｒ３が水素である、請求項３４に記載の装置。
【請求項５８】
約２ｍＬ未満の容積を有する該規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を培養する工程であって、該細胞に近接する物質が、以下：
【化４】
2008504845.tif 000042
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１およびＲ２の各々は、同時にＲ１がメチルではなく、Ｒ２がトリメチルシリルではないように、独立して１個の原子を含む、構造を含むポリマーを含む、工程を包含する、方法。
【請求項５９】
前記規定反応部位が約１ｍＬ未満の容積を有する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を維持するように構成および配置されている、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている哺乳動物細胞を維持するように構成および配置されている、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記物質が湿度制御物質である、請求項５８に記載の方法。
【請求項６３】
前記物質が前記規定反応部位の壁の中に配置されている、請求項５８に記載の方法。
【請求項６４】
前記物質が膜を含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６５】
前記膜が透明性または実質的に透明性である、請求項５８に記載の方法。
【請求項６６】
前記膜が厚さ１０μｍ〜２ｍｍである、請求項５８に記載の方法。
【請求項６７】
前記物質が細胞接着層を含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６８】
前記細胞を少なくとも２４時間培養する工程を包含する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６９】
Ｒ１がアルキルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項７０】
Ｒ１がメチルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項７１】
Ｒ２がアルキルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項７２】
Ｒ２が直鎖状アルキルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項７３】
Ｒ２がメチルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項７４】
Ｒ２がエチルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項７５】
Ｒ２がプロピルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項７６】
Ｒ２がブチルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項７７】
Ｒ２がペンチルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項７８】
Ｒ２がヘキシルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項７９】
Ｒ２がヘプチルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項８０】
Ｒ２がオクチルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項８１】
約２ｍＬ未満の容積を有する規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を培養する工程であって、該細胞に近接する物質が、以下：
【化５】
2008504845.tif 000043
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４の各々は、同時にＲ１はＨではなく、Ｒ２はＨではなく、Ｒ３はＨではなく、そしてＲ４はＨでもなければ、以下：
【化６】
2008504845.tif 000044
ここで、ｍは０〜３を含む整数である構造を有してもいないように、１個の原子を独立して含む、構造を含むポリマーを含む、工程を包含する、方法。
【請求項８２】
前記規定反応部位が約１ｍＬ未満の容積を有する、請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を維持するように構成および配置されている、請求項８１に記載の方法。
【請求項８４】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている哺乳動物細胞を維持するように構成および配置されている、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記物質が湿度制御物質である、請求項８１に記載の方法。
【請求項８６】
前記物質が前記規定反応部位の壁の中に配置されている、請求項８１に記載の方法。
【請求項８７】
前記物質が膜を含む、請求項８１に記載の方法。
【請求項８８】
前記膜が透明性または実質的に透明性である、請求項８１に記載の方法。
【請求項８９】
前記膜が厚さ１０μｍ〜２ｍｍである、請求項８１に記載の方法。
【請求項９０】
前記物質が細胞接着層を含む、請求項８１に記載の方法。
【請求項９１】
前記細胞を少なくとも２４時間培養する工程を包含する、請求項８１に記載の方法。
【請求項９２】
Ｒ１がアルキルである、請求項８１に記載の方法。
【請求項９３】
Ｒ１が直鎖状アルキルである、請求項８１に記載の方法。
【請求項９４】
Ｒ１がメチルである、請求項８１に記載の方法。
【請求項９５】
Ｒ１がエチルである、請求項８１に記載の方法。
【請求項９６】
Ｒ１がプロピルである、請求項８１に記載の方法。
【請求項９７】
Ｒ１がブチルである、請求項８１に記載の方法。
【請求項９８】
Ｒ１がペンチルである、請求項８１に記載の方法。
【請求項９９】
Ｒ１がヘキシルである、請求項８１に記載の方法。
【請求項１００】
Ｒ１がヘプチルである、請求項８１に記載の方法。
【請求項１０１】
Ｒ１がオクチルである、請求項８１に記載の方法。
【請求項１０２】
Ｒ２が水素である、請求項８１に記載の方法。
【請求項１０３】
Ｒ３が水素である、請求項８１に記載の方法。
【請求項１０４】
約２ｍＬ未満の容積を有する規定反応部位を含む基材；および
該規定反応部位に隣接して配置された物質であって、以下：
【化７】
2008504845.tif 000045
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は各々、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、またはＲ４のうちの少なくとも１つがハロゲンを含む炭素含有部分であるように、独立して水素、ハロゲン、または炭素含有部分である、構造を含むポリマーを含む物質を備える、装置。
【請求項１０５】
前記規定反応部位が約１ｍＬ未満の容積を有する、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１０６】
前記基材が少なくとも２つの規定反応部位を含む、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１０７】
前記基材が少なくとも６つの規定反応部位を含む、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１０８】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を維持するように構成および配置されている、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１０９】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている哺乳動物細胞を維持するように構成および配置されている、請求項９４に記載の装置。
【請求項１１０】
前記物質が湿度制御物質である、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１１１】
前記物質が前記規定反応部位の壁の中に配置されている、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１１２】
前記物質が膜を含む、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１１３】
前記膜が透明性または実質的に透明性である、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１１４】
前記膜が厚さ１０μｍ〜２ｍｍである、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１１５】
前記物質が細胞接着層を含む、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１１６】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、またはＲ４のうちの少なくとも１つは、フッ素を含む炭素含有部分である、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１１７】
Ｒ１およびＲ２の各々が水素である、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１１８】
Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の各々が水素である、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１１９】
Ｒ４がハロゲン化アルキルである、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１２０】
Ｒ４が少なくとも１個のハロゲン原子を含む、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１２１】
Ｒ４がフッ素化アルキルである、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１２２】
Ｒ４が少なくとも１個のフッ素原子を含む、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１２３】
Ｒ４が少なくとも２個のフッ素原子を含む、請求項１２２に記載の装置。
【請求項１２４】
Ｒ４が構造：
【化８】
2008504845.tif 000046
ここで、ｍは０より大きいか０である整数であり、このとき該構造内の１個または複数の炭素原子はそれに結合したハロゲン原子を有する構造を含む、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１２５】
前記１個または複数の炭素原子に結合した少なくとも１個のハロゲン原子がフッ素である、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１２６】
前記構造内の１個または複数の炭素原子がそれに結合した少なくとも２個のフッ素原子を有する、請求項１２５に記載の装置。
【請求項１２７】
Ｒ４が以下：
【化９】
2008504845.tif 000047
ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、およびＡ９が独立して、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、またはＡ９のうちの少なくとも１つがハロゲンであるように、水素、ハロゲン、または炭素含有部分である構造を含む、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１２８】
前記Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、またはＡ９のうちの少なくとも１つがフッ素である、請求項１２７に記載の装置。
【請求項１２９】
前記Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、またはＡ９のうちの少なくとも２つが各々フッ素である、請求項１２８に記載の装置。
【請求項１３０】
約２ｍＬ未満の容積を有する規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を培養する工程であって、該細胞に近接する物質が、以下：
【化１０】
2008504845.tif 000048
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は各々、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、またはＲ４のうちの少なくとも１つがハロゲンを含む炭素含有部分であるように、独立して水素、ハロゲン、または炭素含有部分である、構造を含むポリマーを含む、工程を包含する、方法。
【請求項１３１】
前記規定反応部位が約１ｍＬ未満の容積を有する、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３２】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を維持するように構成および配置されている、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３３】
前記基材が、該規定反応部位内で少なくとも１個の生きている哺乳動物細胞を維持するように構成および配置されている、請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３４】
前記物質が湿度制御物質である、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３５】
前記物質が前記規定反応部位の壁の中に配置されている、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３６】
前記物質が膜を含む、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３７】
前記膜が透明性または実質的に透明性である、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３８】
前記膜が厚さ１０μｍ〜２ｍｍである、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３９】
前記物質が細胞接着層を含む、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１４０】
前記細胞を少なくとも２４時間培養する工程を包含する、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１４１】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、またはＲ４のうちの少なくとも１つは、フッ素を含む炭素含有部分である、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１４２】
Ｒ１およびＲ２の各々が水素である、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１４３】
Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の各々が水素である、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１４４】
Ｒ４がハロゲン化アルキルである、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１４５】
Ｒ４が少なくとも１個のハロゲン原子を含む、請求項１３０に記載の装置。
【請求項１４６】
Ｒ４がフッ素化アルキルである、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１４７】
Ｒ４が少なくとも１個のフッ素原子を含む、請求項１３０に記載の装置。
【請求項１４８】
Ｒ４が少なくとも２個のフッ素原子を含む、請求項１４７に記載の方法。
【請求項１４９】
Ｒ４が以下：
【化１１】
2008504845.tif 000049
ここで、ｍは０より大きいか０である整数であり、このとき該構造内の１個または複数の炭素原子はそれに結合したフッ素原子を有する構造を含む、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１５０】
前記１個または複数の炭素原子に結合した少なくとも１個のハロゲン原子がフッ素である、請求項１４９に記載の方法。
【請求項１５１】
前記構造内の１個または複数の炭素原子がそれに結合した少なくとも２個のフッ素原子を有する、請求項１５０に記載の方法。
【請求項１５２】
Ｒ４が以下：
【化１２】
2008504845.tif 000050
ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、およびＡ９が独立して、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、またはＡ９のうちの少なくとも１つがハロゲンであるように、水素、ハロゲン、または炭素含有部分である構造を含む、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１５３】
前記Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、またはＡ９のうちの少なくとも１つがフッ素である、請求項１５２に記載の方法。
【請求項１５４】
前記Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、またはＡ９のうちの少なくとも２つが各々フッ素である、請求項１５３に記載の方法。
【請求項１５５】
約２ｍＬ未満の容積を有する規定反応部位を含む基材；および
該規定反応部位に隣接して配置された物質であって、以下：
【化１３】
2008504845.tif 000051
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１およびＲ２は各々、独立してＲ１またはＲ２のうちの少なくとも１つがハロゲンを含む炭素含有部分であるように原子を含む、構造を含むポリマーを含む物質、を備える装置。
【請求項１５６】
前記規定反応部位が約１ｍＬ未満の容積を有する、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１５７】
前記基材が少なくとも２つの規定反応部位を含む、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１５８】
前記基材が少なくとも６つの規定反応部位を含む、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１５９】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を維持するように構成および配置されている、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１６０】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている哺乳動物細胞を維持するように構成および配置されている、請求項１５９に記載の装置。
【請求項１６１】
前記物質が湿度制御物質である、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１６２】
前記物質が該規定反応部位の壁の中に配置されている、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１６３】
前記物質が膜を含む、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１６４】
前記膜が透明性または実質的に透明性である、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１６５】
前記膜が厚さ１０μｍ〜２ｍｍである、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１６６】
該物質が細胞接着層を含む、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１６７】
Ｒ１またはＲ２のうちの少なくとも１つは、フッ素を含む炭素含有部分である、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１６８】
Ｒ１がアルキルである、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１６９】
Ｒ１がハロゲン化アルキルである、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１７０】
Ｒ１がフッ素化アルキルである、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１７１】
Ｒ１がメチルである、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１７２】
Ｒ２がケイ素を含む、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１７３】
前記ポリマーが以下：
【化１４】
2008504845.tif 000052
ここで、Ｒ１、Ｒ５、Ｒ６、およびＲ７の各々が独立して、Ｒ１、Ｒ５、Ｒ６、またはＲ７のうちの少なくとも１つがハロゲンを含むように１個の原子を含む構造を含む、請求項１５５に記載の装置。
【請求項１７４】
Ｒ５、Ｒ６、またはＲ７のうちの少なくとも１つは、フッ素を含む炭素含有部分である、請求項１７３に記載の装置。
【請求項１７５】
Ｒ５、Ｒ６、およびＲ７の各々がフッ素を含む、請求項１７３に記載の装置。
【請求項１７６】
約２ｍＬ未満の容積を有する規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を培養する工程であって、該細胞に近接する物質が、以下：
【化１５】
2008504845.tif 000053
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１およびＲ２は各々、独立してＲ１またはＲ２のうちの少なくとも１つがハロゲンを含む炭素含有部分であるように１個の原子を含む、構造を含むポリマーを含む、工程を包含する方法。
【請求項１７７】
前記規定反応部位が約１ｍＬ未満の容積を有する、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１７８】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を維持するように構成および配置されている、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１７９】
前記基材が、前記規定反応部位内で少なくとも１個の生きている哺乳動物細胞を維持するように構成および配置されている、請求項１７８に記載の方法。
【請求項１８０】
前記物質が湿度制御物質である、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１８１】
前記物質が前記規定反応部位の壁の中に配置されている、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１８２】
前記物質が膜を含む、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１８３】
前記膜が透明性または実質的に透明性である、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１８４】
前記膜が厚さ１０μｍ〜２ｍｍである、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１８５】
前記物質が細胞接着層を含む、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１８６】
前記細胞を少なくとも２４時間培養する工程を包含する、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１８７】
前記基材が少なくとも２つの規定反応部位を含む、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１８８】
前記基材が少なくとも６つの規定反応部位を含む、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１８９】
前記基材が少なくとも７つの規定反応部位を含む、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１９０】
Ｒ１またはＲ２のうちの少なくとも１つは、フッ素を含む炭素含有部分である、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１９１】
Ｒ１がアルキルである、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１９２】
Ｒ１がハロゲン化アルキルである、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１９３】
Ｒ１がフッ素化アルキルである、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１９４】
Ｒ１がメチルである、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１９５】
Ｒ２がケイ素を含む、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１９６】
Ｒ２が以下：
【化１６】
2008504845.tif 000054
ここで、Ｒ１、Ｒ５、Ｒ６、またはＲ７は各々、Ｒ１、Ｒ５、Ｒ６、またはＲ７のうちの少なくとも１つがハロゲンを含む炭素含有部分であるように独立して１個の原子を含む構造を含む、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１９７】
Ｒ５、Ｒ６、またはＲ７のうちの少なくとも１つは、フッ素を含む炭素含有部分である、請求項１９６に記載の方法。
【請求項１９８】
Ｒ５、Ｒ６、またはＲ７の各々がフッ素を含む、請求項１９６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、Ｒｏｄｇｅｒｓらによる「Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」という発明の名称の２００４年６月７日に出願された米国仮特許出願番号第６０／５７７，９８５号（本明細書中に参照として援用される）の利益を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、一般に化学、生物学、および／または生化学リアクターチップおよび／またはマイクロリアクターシステムなどの反応システムに関するが、特に、湿度制御物質を有する化学、生物学、および／または生化学リアクターチップに関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
化学的および／または生化学的反応の生成物を生成するために、多種多様な反応システムが公知である。触媒反応を含む化学プラント、生化学発酵槽、医薬品製造プラント、および他の多数のシステムは周知である。生化学的加工処理は、目的の物質を製造するために生きている微生物（例えば、細胞）の使用を含み得る。
【０００４】
細胞は、様々な理由のために培養される。ますます多く、細胞はそれらが産生するタンパク質または他の貴重な物質のために培養されている。多くの細胞は、制御された環境などの特定条件を必要とする。栄養素の存在、酸素および／または二酸化炭素などの代謝ガス、湿度、ならびに温度などの他の因子は細胞増殖に影響を及ぼす可能性がある。細胞は増殖するための時間を必要とし、その間は好都合の条件が維持されなければならない。特定の細菌細胞を用いるなどの一部の場合には、細胞培養は早ければ２４時間で成功を達成できる。特定の哺乳動物細胞などの他の場合には、培養に成功するには約３０日間以上を必要とすることがある。
【０００５】
代表的には、細胞培養は細胞増殖のために適合する上に必要な栄養素を含有する培地中で実施される。細胞は、一般には環境条件を制御できるインキュベーターなどの場所で培養される。インキュベーターのサイズは、伝統的には、少数の培養のための小型インキュベーター（例えば、約１立方フィート）から所望の環境条件を注意深く維持できる１部屋全体あるいは複数の部屋までの範囲に及ぶ。
【０００６】
最近、本明細書中に参照として援用される２００１年３月９日に出願されたＪｕｒｙらによる“Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ”と題する２００１年９月２０日に特許文献１として公開された、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／０７６７９の中で記載されるように、細胞は極めて小規模（すなわち、およそ２、３ｍＬ以下）でも培養されているため、その結果、とりわけ、多くの培養を平行して実施できる。だが当該分野において理解されているように、そのように小規模システムでの細胞生存性および増殖のために適切な培養条件を提供かつ維持することは極めて困難な可能性がある。そのような小規模バイオリアクターを製造するために利用される代表的な材料は、例えば、栄養ガス（例えば、Ｏ２および／またはＣＯ２）に対する低透過性、培養培地の液体量の損失を引き起こす水蒸気に対する高透過性ならびに浸透圧および溶存物質濃度などにおける付随する有害な変化などのために、所望の培養条件を確立かつ維持するために理想的には適合していない。
【特許文献１】国際公開第０１／６８２５７号パンフレット
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
本開示には、化学、生物学、および／または生化学リアクターチップおよび／または湿度制御物質を有するマイクロリアクターシステムなどの反応システムの詳細が含まれている。一部の場合には、湿度制御物質は、選択されたガスについての有益に高速度のガス交換を提供する。湿度制御物質は、所定の場合には、小さな容積を有するシステムのために少なくとも適正なガス交換を提供するために使用できる。本発明の内容は、一部の場合には、相互に関係のある生成物、特定の問題についての代替解決策、ならびに／あるいは１つまたは複数のシステムおよび／または物品の複数の相違する使用を含んでいる。
【０００８】
１セットの実施形態では、規定反応部位を含む基材、および該規定反応部位に隣接して配置された物質を備える装置が開示される。１つの実施形態では、その物質は、以下：
【０００９】
【化１７】
2008504845.tif 000003
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１およびＲ２は各々、独立して１個の原子を含む、構造を含むポリマーを含んでいる。所定の場合には、同時にＲ１はメチルではなく、Ｒ２はトリメチルシリルではない。
【００１０】
また別の実施形態では、その物質は、以下：
【００１１】
【化１８】
2008504845.tif 000004
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は各々、独立して１個の原子を含む構造を含むポリマーを含んでいる。所定の場合には、同時にＲ１はＨではなく、Ｒ２はＨではなく、Ｒ３はＨではなく、そしてＲ４はＨでもなければ、以下：
【００１２】
【化１９】
2008504845.tif 000005
ここで、ｍは０〜３を含むの整数である構造を有してもいない。
【００１３】
さらにまた別の実施形態では、その物質は、以下：
【００１４】
【化２０】
2008504845.tif 000006
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は各々、独立して水素、ハロゲン、または炭素含有部分である構造を含むポリマーを含んでいる。所定の場合には、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、またはＲ４のうちの少なくとも１つは、例えば、フッ素などのハロゲンを含む炭素含有部分である。
【００１５】
さらにまた別の実施形態では、その物質は、以下：
【００１６】
【化２１】
2008504845.tif 000007
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１およびＲ２は各々、独立して１個の原子を含む構造を含むポリマーを含んでいる。所定の場合には、Ｒ１またはＲ２のうちの少なくとも１つは、例えば、フッ素などのハロゲンを含む炭素含有部分であり得る。
【００１７】
一部の場合には、規定反応部位は、約１ｍＬ未満の容積を有することがある。特定の例では、基材は、規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を維持するように構成および配置することができる。所定の実施形態では、規定反応部位に隣接して配置された物質は、湿度制御物質を含んでいる。
【００１８】
また別のセットの実施形態では、一連の方法が開示される。１セットの実施形態では、本方法は以下：
【００１９】
【化２２】
2008504845.tif 000008
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１およびＲ２は各々、独立して１個の原子を含む構造を含むポリマーを含んでいる物質の近位で少なくとも１個の生きている細胞を培養する工程を含んでいる。所定の場合には、同時にＲ１はメチルではなく、Ｒ２はトリメチルシリルではない。
【００２０】
また別のセットの実施形態では、本方法は以下：
【００２１】
【化２３】
2008504845.tif 000009
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は各々、独立して１個の原子を含んでいる）を含むポリマーを含んでいる物質の近位で少なくとも１個の生きている細胞を培養する工程を含んでいる。一部の場合には、同時にＲ１はＨではなく、Ｒ２はＨではなく、Ｒ３はＨではなく、そしてＲ４はＨでもなければ、以下：
【００２２】
【化２４】
2008504845.tif 000010
ここで、ｍは０〜３を含む整数である構造を有してもいない。
【００２３】
さらにまた別のセットの実施形態では、本方法は以下：
【００２４】
【化２５】
2008504845.tif 000011
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は各々、独立して水素、ハロゲン、または炭素含有部分である構造を含むポリマーを含んでいる物質の近位で少なくとも１個の生きている細胞を培養する工程を含んでいる。所定の場合には、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、またはＲ４のうちの少なくとも１つは、例えば、フッ素などのハロゲンを含む炭素含有部分である。
【００２５】
さらにまた別のセットの実施形態では、本方法は構造：
【００２６】
【化２６】
2008504845.tif 000012
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１およびＲ２は各々、独立して１個の原子を含んでいる構造を含むポリマーを含んでいる物質の近位で少なくとも１個の生きている細胞を培養する工程を含んでいる。所定の場合には、Ｒ１またはＲ２のうちの少なくとも１つは、例えば、フッ素などのハロゲンを含む炭素含有部分である。
【００２７】
一部の場合には、規定反応部位は、約１ｍＬ未満の容積を有し得る。特定の例では、基材は規定反応部位内で少なくとも１個の生きている細胞を維持するように構成および配置することができる。所定の実施形態では、規定反応部位に隣接して配置された物質は、湿度制御物質を含んでいる。
【００２８】
さらに、例えば、本明細書に記載の任意の実施形態において記載したチップおよび／または反応システムを作製する方法も開示される。さらに、例えば、本明細書に記載の任意の実施形態において記載したチップおよび／または反応システムを使用する方法も開示される。さらに、例えば、本明細書に記載の任意の実施形態において記載したチップおよび／または反応システムを促進し、製造し、使用し、そして／または販売する方法も開示される。
【００２９】
本発明のその他の利点および新規な特徴は、添付の図面を結び付けて考察すると、本発明の様々な非限定的実施形態についての以下の詳細な説明から明白になる。本明細書および本明細書中に参照として援用された文書が相反し、そして／または矛盾する開示を含む場合は、本明細書が優先される。本明細書中に参照として援用された２つ（またはそれ以上）の特許出願が相互に相反し、そして／または矛盾する開示を含んでいる場合は、後から出願された特許出願が優先される。
【００３０】
以下では、略図であって縮尺で記載することは意図されていない添付の図面を参照しながら、本発明の非限定的実施形態について説明する。図面では、図示されている同一またはほぼ同一の構成要素は各々、代表的には単一の数字で表されている。当業者が本発明を理解するのに図示を必要としない場合は、明瞭にするために、各図面における全部の構成要素は表示されておらず、同様に図示した本発明の各実施形態の全部の構成要素は表示されていない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（詳細な説明）
本開示は、一般に化学、生物学、および／または生化学リアクターチップおよび／またはマイクロリアクターシステムなどの反応システム、ならびにそのようなシステムを構成および使用する方法に関する。一部の場合には、湿度制御物質は、有益に高速度のガス交換を提供するために利用される。湿度制御物質は、所定の場合には少なくとも適正な、および所定の実施形態では優れた、小さな容積を有するシステムのためのガス交換を提供するために使用できる。一部の場合には、現在開示する物質には、所定のポリマー、例えば、ポリ（アルキルアセチレン）などのポリ（アセチレン）が含まれる。ポリマーは、一部の例えば、少なくとも部分的にハロゲン化（例えば、フッ素化）されていてよい。所定の実施形態では、チップおよび／または反応システムは、その中での細胞増殖を促進できるように構築されてよい。一部の実施形態では、チップは、１個または複数の反応部位を含むことができる。反応部位は、例えば、約１ｍＬ未満の容積を備えるように、極めて小さくてよい。所定の実施形態では、反応システムは、１つまたは複数のセンサー、アクチュエーター、プロセッサ、および／または制御システムを使用することによって、温度、圧力、ＣＯ２濃度、Ｏ２濃度、相対湿度、ｐＨなどの、１個または複数の反応部位に関連する環境因子を検出し、測定し、そして／または制御することもできる。所定の実施形態では、本開示は、例えば、反応システムとともに使用するための、湿度および／またはガス制御を行う物質およびシステムを開示する。そのような材料は、高酸素透過性および／または低水蒸気透過性を有し得る。所定の実施形態では、開示した装置は、反応システムにおいて使用するために適合する光相互作用構成要素を使用できる。これらの構成要素は、導波管、光ファイバー、光源、光検出器、光学素子などを含むことができる。
【００３２】
本発明を実施するために有用または有用な可能性がある、関連する以下の主題および／または開示している方法および／または装置および／または物質に関する本願と同一所有権者による以下の各々の出願は、本明細書中に参照として援用される：２０００年１１月７日に出願されたＪｕｒｙらによる“Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ”と題する米国特許出願第０９／７０７，８５２号；２００１年９月２０日にＷＯ０１／６８２５７として公開されたＪｕｒｙらによる“Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ”と題する２００１年３月９日に出願された国際特許出願公開ＰＣＴ／ＵＳ０１／０７６７９；２００３年４月２４日に２００３／００７７８１７として公開されたＺａｒｕｒらによる“Ｍｉｃｒｏｆｅｒｍｅｎｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  細胞  Ｂａｓｅｄ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ”と題する２００２年４月１０日に出願された米国特許出願第１０／１１９，９１７号；２００４年３月２５日に２００４／００５８４３７として公開されたＲｏｄｇｅｒｓらによる“Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｈａｖｉｎｇ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ａｎｄ  Ｇａｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ”と題する２００３年６月５日に出願された米国特許出願第１０／４５７，０４９号；２００４年３月２５日に２００４／００５８４０７として公開されたＭｉｌｌｅｒらによる“Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｌｉｇｈｔ−Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ”と題する２００３年６月５日に出願された米国特許出願第１０／４５７，０１５号；２００４年７月８日に２００４／０１３２１６６として公開されたＭｉｌｌｅｒらによる“Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ａｎｄ／ｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ”と題する２００３年９月１６日に出願された米国特許出願第１０／６６４，０４６号；２００５年２月３日に２００５／００２６１３４として公開されたＭｉｌｌｅｒらによる“Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｐＨ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ”と題する２００３年９月１６日に出願された米国特許出願第１０／６６４，０６８号；２００５年２月１０日に２００５／００３２２０４として公開された  Ｒｏｄｇｅｒｓらによる“Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題する２００３年９月１６日に出願された米国特許出願第１０／６６４，０６７号；Ｒｏｄｇｅｒｓらによる“Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ”と題する２００４年６月７日に出願された米国特許出願第６０／５７７，９８５号；２００５年２月１７日に２００５／００３７４８５として公開されたＲｏｄｇｅｒｓらによる“Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ”と題する２００４年６月７日に出願された米国特許出願第１０／８６３，５８５号；２００５年１月２７日に２００５／００１９９０４として公開されたＺａｒｕｒらによる“Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ��ａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ”と題する２００４年６月７日に出願された米国特許出願第１０／８６３，５８４号；２００５年２月３日に２００５／００２６２７３として公開されたＺａｒｕｒらによる“Ｒｅａｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ”と題する２００４年６月７日に出願された米国特許出願第１０／８６３，６３６号；Ｒｏｄｇｅｒｓらによる“Ｇａｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｉｎ  ａ  Ｒｅａｃｔｏｒ”と題する２００４年６月７日に出願された米国特許出願第６０／５７７，９７７号；Ｊｏｈｎｓｏｎらによる“Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｍｉｘｉｎｇ”と題する２００４年６月７日に出願された米国特許出願第６０／５７７，９８６号；Ｚａｒｕｒらによる“Ｒｏｔａｔａｂｌｅ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題する２００４年８月２７日に出願された米国特許出願第１０／９２７，７８９号；およびＭｉｌｌｅｒらによる“Ｉｎｌｅｔ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｖｏｌｕｍｅ  ｉｎ  ａ  Ｒｅａｃｔｏｒ”と題する２００４年９月１４日に出願された米国特許出願第６０／６０９，７２１号。
【００３３】
所定の実施形態では、本開示は、その中のガスまたは湿度を制御できる、チップなどの装置に関する。一部の実施形態では、本明細書に開示した装置は、湿度制御装置をチップ、または例えば、化学的もしくは生化学的反応を実施し、そして／または細胞を培養するために使用される他の装置内へ受動的に組み込むことを可能にする。１つの実施形態では、湿度制御または維持は、任意で酸素透過性に比較して低い水透過性を備える湿度制御装置および／または被膜の形状で本装置に提供することができる。本明細書で使用する「湿度制御装置」は、酸素、二酸化炭素、および／または窒素などの所定のガスがチップ（または他の装置）に流入することを許容するが、チップ（または他の装置）内への水蒸気の通過は阻害する装置である。湿度制御装置は、チップ（または他の装置）内への少量の水蒸気の通過は許容する可能性があるが、上記に列挙したうちの１つまたは複数のガスのような少なくとも１つの他のガスほど多量の水蒸気がチップ内へ進入するのは許容しない。例には、膜および薄膜（例えば、２ｍｍ未満の厚さを有する薄膜）が含まれるが、それらに限定されない。一部の実施形態では、湿度制御装置は、チップもしくは他の装置の壁として、または反応基装置または反応部位の壁の内側のような壁の中に配置できる。他の実施形態では、湿度制御装置は、それが１個または複数の反応部位と流体連絡しているように配置されてよい。一部の実施形態では、チップ内の反応部位の各々は、湿度制御装置に隣接していてよいし、そして／または湿度制御装置と流体連絡していてよい。
【００３４】
本明細書に開示した湿度制御装置は、それを通るガスの通過を最大化し、そして／または水蒸気の通過を最小限に抑えるように設計された湿度制御物質を含むことができる。湿度制御物質は、酸素および／または二酸化炭素などの所定の所望のガスの通過を許容できるが、他方では例えば、水蒸気などの他のガスの通過を阻害する。本明細書に開示した湿度制御物質は、チップ、反応システム、または他の装置における湿度制御装置として使用するために適切であり得る；しかし、限定されないが、これらの物質は酸素および／または他のガスの通過を許容しながら、水蒸気または他の特定のガスを閉じ込めたり閉め出したりしなければならない任意の場所に使用することができる。例えば、本明細書に開示した湿度制御物質は、温室または創傷被覆材において有用であり得る。
【００３５】
１セットの実施形態では、湿度制御物質はポリマーを含んでいる。ポリマーは、例えば、ポリ（アセチレン）および／またはポリ（２−アルキルアセチレン）などのポリ（アルキルアセチレン）を含むことができる。ポリ（２−アルキルアセチレン）の例には、ポリ（２−ヘキシン）、ポリ（２−ヘプチン）、ポリ（２−オクチン）、ポリ（２−ノニン）、ポリ（２−デシン）、ポリ（２−ウンデシン）などが含まれるが、それらに限定されない。１つの実施形態では、ポリ（アセチレン）は、以下：
【００３６】
【化２７】
2008504845.tif 000013
ここで、ｎは少なくとも１である。Ｒ１およびＲ２は各々、独立して任意の原子および／または官能基、例えば、水素、ハロゲンもしくは擬ハロゲン、アルキル、アリール、アルキルアリール、アリールアルキル、環状基、水酸化物、アルコール、チオール、カルボン酸、シリルなどを含み得る構造を含んでいる。以下では、これらの一部について詳細に説明する。例えば、Ｒ１および／またはＲ２は、各々が独立して水素、または例えば、プロピル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシルなどの直鎖状アルキルであってよい。所定の場合には、ポリ（アセチレン）は、ポリ（１−トリメチルシリル−１−プロピン）以外である。すなわち、同時にＲ１はメチルではなく、Ｒ２はトリメチルシリルではない。所定の場合には、Ｒ１およびＲ２はどちらもＨではない。
【００３７】
また別の実施形態では、ポリマーは、以下：
【００３８】
【化２８】
2008504845.tif 000014
ここで、ｎは少なくとも１である。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は各々、例えば、上述したような任意の原子および／または官能基であり得る構造である。１つの特定の場合には、同時にＲ１はＨではなく、Ｒ２はＨではなく、Ｒ３はＨではなく、そしてＲ４はＨでもなければ、以下：
【００３９】
【化２９】
2008504845.tif 000015
ここで、ｍは０〜３を含む整数である構造を有してもいない。
【００４０】
一部の実施形態では、ポリマーは、例えば、フッ素のようにハロゲン化（すなわち、少なくとも１個のハロゲン原子を含む）されている。非限定的例には、フッ素化ポリ（アセチレン）、フッ素化ポリ（アルキルアセチレン）、塩素化ポリ（アセチレン）、塩素化ポリ（アルキルアセチレン）、フッ素化ポリ（アセチレン）および塩素化ポリ（アセチレン）、フッ素化ポリ（アルキルアセチレン）および塩素化ポリ（アルキルアセチレン）などが含まれる。ハロゲン化ポリマーは、例えば、フッ素化ポリマーの上昇した疎水性のために、例えば、湿度制御物質の水蒸気透過性を低下させるために有用であり得る。１個または複数のハロゲン原子を含んでいてよいポリ（２−アルキルアセチレン）の例には、ポリ（２−ヘキシン）、ポリ（２−ヘプチン）、ポリ（２−オクチン）、ポリ（２−ノニン）、ポリ（２−デシン）、ポリ（２−ウンデシン）などが含まれるが、それらに限定されない。１つの実施形態では、ポリマーは、以下：
【００４１】
【化３０】
2008504845.tif 000016
ここで、ｎは少なくとも１であり、そしてＲ１、Ｒ２、Ｒ３、またはＲ４のうちの少なくとも１つはハロゲン（単独で、または例えば、炭素含有部分のような他の原子と結び付いて）、例えば、フッ素、塩素、臭素などを含んでいる。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は各々、独立して任意の原子および／または官能基、例えば、水素、ハロゲンもしくは擬ハロゲン、アルキル、アリール、アルキルアリール、アリールアルキル、環状基、水酸化物、アルコール、チオール、カルボン酸、シリルなどを含む構造である。一部の場合には、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、またはＲ４のうちの１つまたは複数は、例えば、フッ素原子などのハロゲンで飽和され得る。
【００４２】
１つの例として、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４のうちの１つは構造：
【００４３】
【化３１】
2008504845.tif 000017
ここで、ｍは０より大きいか０に等しい整数であり、この構造内の１個または複数の炭素原子はそれに結合した１個または複数のハロゲン原子を有している。すなわち、ｍが０であれば、この構造は次のようになり、
【００４４】
【化３２】
2008504845.tif 000018
そしてＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、またはＡ９の少なくとも１つは、ハロゲン原子、例えば、フッ素、塩素、臭素などである。
【００４５】
また別の実施形態では、ポリマーは、以下：
【００４６】
【化３３】
2008504845.tif 000019
ここで、ｎは少なくとも１である。そしてＲ１およびＲ２の各々は、独立して、Ｒ１またはＲ２の少なくとも１つがハロゲン、またはハロゲン原子（単独で、または他の原子、例えば、炭素含有部分と結び付いて）、例えば、フッ素、塩素、臭素などを含む炭素含有部分であるような原子を含む構造である。Ｒ１およびＲ２は、独立して任意の原子および／または官能基、例えば、水素、ハロゲンもしくは擬ハロゲン、アルキル、アリール、アルキルアリール、アリールアルキル、環状基、水酸化物、アルコール、チオール、カルボン酸、シリルなどを含んでいてよい。一部の場合には、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、またはＲ４のうちの１つまたは複数は、例えば、フッ素原子などのハロゲンで飽和され得る。
【００４７】
１つの実施形態では、Ｒ１またはＲ２の少なくとも１つは、ケイ素原子を含んでいる。例えば、ポリマーは、以下：
【００４８】
【化３４】
2008504845.tif 000020
ここで、Ｒ１、Ｒ５、Ｒ６、またはＲ７のうちの少なくとも１つは、ハロゲン、例えば、フッ素、塩素、臭素などを含む構造である。例えば、Ｒ１、Ｒ５、Ｒ６、またはＲ７は、フッ素などのハロゲン、ハロゲン化アルキルなどのハロゲンを含む炭素含有部分などであってよい。
【００４９】
上述したポリマーの一部を形成するために有用なモノマーは、例えば、ＧＦＳ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．（オハイオ州パウェル）、あるいはＬａｎｃａｓｔｅｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｉｎｃ．（ニューハンプシャー州ウィンダム）から市販で入手可能である。モノマーを重合するために適切な技術は当業者には公知であるか、または公知の技術に慣例的な改変を加える必要はなく、例えば、Ｐｉｎｎａｕ  Ｉ．ら、“Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｓｉｄｅ−Ｃｈａｉｎ  Ｌｅｎｇｔｈ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｇａｓ  Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｐｏｌｙ（２−ａｌｋｙｌａｃｅｔｙｌｅｎｅｓ）”，  Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，３７（８）：２８２３−２８２８，２００４に記載されている。例えば、ＭｏＣｌ５および／またはＰｈ４Ｓｎを使用すると、上記に開示したポリマーを製造するために有用な所定の重合反応を触媒することができる。
【００５０】
本明細書で使用する用語「ハロゲン」、または同等の「ハロゲン原子」には、化学の分野で使用される通常の意味が与えられている。ハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、およびアスタチンであり、任意の荷電状態および／または電子配置を有していてよい。一部の実施形態では、ポリマーは、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素を含む１個または複数のハロゲン原子を含んでいる。所定の場合には、ポリマーは、フッ素、塩素、および臭素；フッ素および塩素；塩素および臭素、または単一型のハロゲン原子を含んでいる。
【００５１】
本明細書で使用する場合、「アルキル」には、有機化学の分野において使用される通常の意味が与えられている。本発明を実施するために有用なアルキル（すなわち、脂肪族）部分は、任意の広範囲の数の炭素原子、例えば、１〜２５個の炭素原子、１〜２０個の炭素原子、１〜１５個の炭素原子、１〜１０個の炭素原子、または１〜５個の炭素原子を含有していてよい。一部の場合には、アルキル部分は、少なくとも１個の炭素原子、少なくとも３個の炭素原子、少なくとも５個の炭素原子、または少なくとも１０個の炭素原子を含有している；他の場合には、アルキル部分は多くとも１０個の炭素原子、多くとも５個の炭素原子、または多くとも３個の炭素原子を含有する。
【００５２】
アルキル部分内の炭素原子は、アルキル部分内の任意の配置で、例えば、直鎖状（すなわち、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシルなどのｎ−アルキル）または分枝状，すなわち少なくとも３個の炭素原子（例えば、ｔ−ブチル部分、イソプロピル部分もしくはイソブチル部分などのイソアルキル部分）に共有結合している少なくとも１個の炭素原子が存在する鎖として配置され得る。アルキル部分は、単結合だけを含有していてよいか、または例えば、アルケン、アルキン、アルカジエン、アルカジイン、アルケニンなどのその構造内に１つまたは複数の二重および／または三重結合を含有していてよい。一部の場合には、アルキル部分は炭素および水素原子しか含有していない；しかし他の場合には、アルキル部分は１つまたは複数の置換基も含有していてよく、すなわち非炭素および非水素部分がアルキル部分内に存在していてよい。例えば、所定の場合には、アルキル部分は置換基としてのハロゲン、アルコキシ部分（例えば、メトキシもしくはエトキシ）、アミン部分（例えば、第１級、第２級、または第３級アミン）、カルボニル（例えば、アルデヒドおよび／またはケトン）または水酸化物を含んでいる。アルキル部分内に２つ以上の置換基が存在する場合は、それらの置換基は各々同一であっても相違していてもよい。
【００５３】
同様に、本明細書で使用する場合、「環状」部分には、有機化学の分野において使用される通常の定義が与えられている、すなわち、少なくとも１個の原子の環を含有する部分であり、そして２個以上の原子の環を含有し得る。すなわち、環状部分は、末端を有していない少なくとも１個の原子の鎖を有している。この鎖は、例えば、環内に配置された３、４、５、６、７、８、９、または１０個以上の原子を有していてよい。一部の場合には、環状部分は多くとも１０個の原子、多くとも８個の原子、または多くとも７個の原子の最大サイズを有している。一部の場合には、環状部分は炭素および水素原子だけを有し得る；しかし、他の場合には、原子は、炭素原子の他に、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、ケイ素原子、または少なくとも２個の相違する原子へ共有結合できる他の任意の原子（すなわち、「複素環」部分）も含み得る。環状部分が２つ以上の環を含有する場合は、環は相互に対して任意の方向に配置することができる。例えば、環は縮合（すなわち、少なくとも２個の環は、例えば、二環式部分、三環式部分などにおけるように２個以上の原子を共有している）、スピロ（すなわち、２個の環は１個の原子だけを共有している）であってよく、１つの環は他方の環上の置換基であってよく、２つ以上の環はアルキル部分などを介して結合されていてよい。
【００５４】
環状部分は、飽和環状部分（すなわち、シクロペンチル部分、シクロヘキシル部分、シクロヘプチル部分、シクロオクチル部分などの任意の二重もしくは三重結合を含有していない部分）または不飽和環状部分（すなわち、シクロアルケニル部分、シクロアルキニル部分、芳香族部分などの少なくとも１つの二重もしくは三重結合を含有する部分）であってよい。「芳香族」部分には、当技術分野において使用される通常の意味が与えられている、すなわち一部の電子が環の中で非局在化されている少なくとも１つの環を有する部分である。例えば、芳香族部分は、ベンゼン部分、ナフタレニル部分、アントラセニル部分、ピリジニル部分、フラニル部分などを含むことができる。同様に、「非芳香族」構造は、環状部分の芳香族性が存在していない構造である。例えば、非芳香族環状構造は、飽和環状構造、シクロペンテニル部分もしくはシクロヘキセニル部分などのシクロアルケニル部分、シクロオクチニル部分もしくはシクロデシニル部分などのシクロアルキニル部分であってよい。
【００５５】
環状部分は、所定の場合には、例えば、環状部分内の環へ結合した１つまたは複数の置換基を含むことができる。置換基は、アルキル部分、例えば、フッ素などのハロゲン、アルコキシ、アミン、カルボニル、水酸化物などと結び付けて上記で説明したような任意の置換基であってよい。所定の場合には、環状部分上の置換基は、上記で説明したアルキル部分（それ自体が他の環状部分を含む１つまたは複数の置換基を含んでいてよい）であってよい。
【００５６】
一部の場合には、湿度制御物質は、例えば、コポリマー、ポリマー混合物、少なくとも１つの層内に上述したポリマーを含む多層構造におけるように、上述したものに加えてモノマーまたはポリマーを含むことができる。湿度制御物質中に使用できるポリマーの非限定的例には、上述したポリマーに加えて、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＡＦなどの、例えば、デラウェア州ウィルミントンに所在するＤｕＰｏｎｔ社製のＴＥＦＬＯＮ（登録商標）の商標を付けて販売されている物質）もしくは所定の非晶質フルオロポリマーなどのポリフルオロ有機物質；ポリスチレン；ポリプロピレン（「ＰＰ」）；ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン；ポリスルホン；ポリカーボネート；ポリメチルアクリレートおよびポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂；高密度ポリエチレン（「ＨＤＰＥ」）、低密度ポリエチレン（「ＬＤＰＥ」）、直鎖状低密度ポリエチレン（「ＬＬＤＰＥ」）、超低密度ポリエチレン（「ＵＬＤＰＥ」）などのポリエチレン；ＰＥＴ；ポリ塩化ビニル（「ＰＶＣ」）物質；ナイロン；熱可塑性エラストマー；ポリ（１−トリメチルシリル−１−プロピン）（「ＰＴＭＳＰ」）；などが挙げられる。また別の例は、ポリ（４−メチルペンテン−ｌ）またはポリ（４−メチル−１−ペンテン）もしくはポリ（４−メチル−２−ペンチン）（「ＰＭＰ」）：
【００５７】
【化３５】
2008504845.tif 000021
である。
【００５８】
ＰＭＰの例には、Ｍｉｔｓｕｉ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ社（ニューヨーク州ホワイトプレーンズ）によりＴＰＸ（商標）を付けて市販されているものが挙げられる。さらにまた別の例として、湿度制御物質には、ポリ（４−メチルヘキセン−ｌ）、ポリ（４−メチルヘプテン−ｌ）、ポリ（４−メチルオクテン−ｌ）などが挙げられ得る。一部の場合には、これらの物質は共重合されてよいか、そして／または上述したポリマーと結び付けてポリマー混合物中にあってよい。
【００５９】
一部の場合には、湿度制御物質中に使用されたポリマー（またはポリマーの混合物）は、そのポリマーが水を保持できるように、すなわち水蒸気がそのポリマーを通して容易に輸送され得ないように十分に疎水性であってよい。例えば、疎水性ポリマーを通る水の透過性は、約１，０００（ｇ・μｍ／ｍ２・日）、９００（ｇ・μｍ／ｍ２・日）、８００（ｇ・μｍ／ｍ２・日）、６００（ｇ・μｍ／ｍ２・日）以下であってよい。ポリマーを通る水の実際の透過性は、さらにまた相対湿度の関数であってよい。所定の実施形態では、湿度制御物質中に使用されるポリマーは、それを通る酸素の輸送を容易に可能にするために十分に開放している分子構造を有していてよい。
【００６０】
また別のセットの実施形態では、湿度制御物質は、周囲条件下でそれを通る酸素の輸送を制限する構造をポリマーが容易に形成することを防止する嵩高い基を有するポリマーを含むことができる。本明細書で使用するポリマー上の「嵩高い基」は、周囲条件下で約２５０（ｃｍ３ＳＴＰ・ｍｍ／ｍ２・ａｔｍ・日）より大きいそれを通る酸素の輸送を許容する結晶構造をポリマーが形成するために十分に大きい部分である。一部の場合には、酸素の輸送は、約５００（ｃｍ３ＳＴＰ・ｍｍ／ｍ２・ａｔｍ・日）超、約１，０００（ｃｍ３ＳＴＰ・ｍｍ／ｍ２・ａｔｍ・日）超、または約２，０００（ｃｍ３ＳＴＰ・ｍｍ／ｍ２・ａｔｍ・日）超であり得る。嵩高い基は、例えば、ポリマーの主鎖の一部および／または側鎖の一部であってよい。嵩高い側基の非限定的例には、シクロペンチル部分、イソプロピル部分、シクロヘキシル部分、フェニル部分、イソブチル部分、ｔｅｒｔ−ブチル部分、シクロヘプチル部分、トリメチルシリルもしくは他のトリアルキルシリル部分などを含有する基が挙げられる。一部の場合には、この部分はハロゲン化、例えば、上述したようにフッ素化、塩素化などされていてよい。１セットの実施形態では、ポリマーは、以下：
【００６１】
【化３６】
2008504845.tif 000022
ここで、各Ｒは、独立して、少なくとも１個の原子を含み、Ｂｋは嵩高い基である、構造である。一部の場合には、各Ｒは、独立して水素、ハロゲン、またはアルキル基であってよい。一部の場合には、Ｂｋはハロゲン化されている。例えば、Ｂｋは、１個または複数のフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などを含んでいてよい。２個以上のハロゲン原子が存在する場合は、ハロゲン原子は同一であっても相違していてもよい。
【００６２】
当然ながら、ポリマーは、本明細書に記載した特徴のいくつか、または全部を有している可能性があることが理解されるべきである。例えば、ポリマーは、ポリマーが水分を保持できるように十分な疎水性を有し、それでもそれを通る十分な酸素透過性を許容するために十分に開放した分子構造を有するポリマー混合物またはコポリマーであってよい。湿度制御物質が複数の層を含む場合には、それらの層の一部または全部は、一部の実施形態では各々が物質の混合物を含んでいてよい。例えば、１つの層は、１つの物質を重量で少なくとも５０％を含み、残りは１つまたは複数の他の物質を含んでいてよい。また別の実施形態では、各層は本質的に単一物質からなる。
【００６３】
１セットの実施形態では、湿度制御物質は、それを通るガスおよび／または水蒸気の通過を制御するために選択された膜もしくは薄膜の形状で含むことができ、そして／または製造することができる。１つの実施形態では、湿度制御装置は、１つまたは複数のガスの所望の透過性を有する膜もしくは薄膜である。膜もしくは薄膜は、一部の様式で１個または複数の反応部位へ影響を及ぼすことのできるチップ内の任意の場所に配置できる。例えば、膜もしくは薄膜は、それが１個または複数の反応部位の表面を規定するように配置することができる。
【００６４】
１セットの実施形態では、本明細書に詳細に記載するように、膜もしくは薄膜は、例えば、複数の好気性呼吸細胞の細胞培養ができるようにそれを通る十分な酸素の輸送を許容しながら、約１０μｍ超、一部の場合には約２５μｍ超、一部の場合には約５０μｍ超、一部の場合には約７５μｍ超、一部の場合には、約１００μｍ超、一部の場合には約１５０μｍ超、一部の場合には、約２００μｍ超、一部の場合には約２５０μｍ超の厚さを有し得る。一部の場合には、約５０μｍ超の厚さを有する膜もしくは薄膜は、例えば、チップまたは他の反応システムの製造中に特に有用であり得る。所定の実施形態では、膜は、約２ｍｍ未満、約１ｍｍ未満、約７５０μｍ未満、約５００μｍ未満、約２５０μｍ未満、または約１００μｍ未満の厚さを有し得る。
【００６５】
一部の場合には、チップ、反応システム、もしくは他の装置の構造構成要素内へ湿度制御物質を組み込むこと、またはチップ、反応システム、もしくは他の装置の構造構成要素を湿度制御物質中に組み込むことが望ましい場合がある。湿度制御物質は、さらにまた湿度制御物質が支持体を提供もしくは補充することが意図されているか、またはそれ自体がさもなければ適正に支持されないであろう支持体層を含むこともできる。支持体層は、所望の支持体を提供する任意の１つまたは複数の物質を含むことができる。例えば、支持体層は、さもなければ透過性のために湿度制御物質中に含まれてよい層の１つを含んでいてよいか、または支持体層は、例えば、ガラス（例えば、ニューヨーク州コーニングに所在するＣｏｒｎｉｎｇ  Ｇｌａｓｓ社製のＰＹＲＥＸ（登録商標）ガラス、またはインジウム／スズ被覆ガラス）、ラテックス、ケイ素などの様々な物質を含んでいてよい。支持体層は、湿度制御物質中の任意の場所に、例えば、外層もしくは中間層として配置することができ、そして１つまたは複数の精巧な層を保護するために役立つように配置することができる。一部の実施形態では、支持体層の使用は、反応部位、リアクター、またはチップの大部分、もしくはほぼ全部は湿度制御物質から構築され得る。好ましくは、支持体層は、湿度制御物質の透過性に有意には影響を及ぼさないか、または透過性における変化を湿度制御物質を設計する際に考慮に入れることができる。
【００６６】
本発明のチップ、反応システム、または他の装置が、機能を損傷させるか、低下させるか、またはさもなければ湿度制御物質と反応する、もしくは劣化を引き起こす可能性がある反応物質などの物質とともに使用することが意図されている場合は、膜は保護層を含むことができる。保護層は、例えば、表面層として配置されてよいか、または湿度制御物質の感受性部分とそれに有害な影響を及ぼす可能性がある物質もしくは環境との間に挿入されてよい。例えば、保護層は、特に有害な物質がチップ内にある場合は湿度制御物質の内面上に、または特に有害な物質がチップの外側にある場合は湿度制御物質の外面上に配置されてよい。保護層は、さらにまた、それが保護機能を遂行できる限りは、他の層の間に配置されてもよい。好ましくは、保護層は、湿度制御物質の透過性に有意には影響を及ぼさない。一部の実施形態では、透過性における任意の変化は湿度制御物質を設計する際に考慮に入れることができる。
【００６７】
非限定的実施例として、本発明の１つの実施形態による湿度制御装置を含むチップ１４０は図６Ａに示されている。このチップは、反応部位１４２、入口１４４、出口１４６、および内壁１４８を含んでいる。内壁１４８は、湿度制御装置１５０によって一方の側面に規定されている。湿度制御装置１５０は、この実施形態では、第１層１５２および第２層１５４を有する膜を含んでいる。
【００６８】
湿度制御装置を含むチップ１４０のまた別の実施形態は、図６Ｂに示されている。この実施形態では、湿度制御装置１５０は、反応部位１４２の壁を規定し、そして入口および出口の壁も規定する多層膜を含んでいる。主として所望の透過性を提供するために提供される第１層１５２および第２層１５４に加えて、この膜はさらに第１層１５２および第２層１５４の間に配置された支持体層１５６も含んでいる。透過性制御層および支持体層のための他の配列も可能である。この特定の実施例におけるチップ１４０においては、そこでの細胞増殖を促進するが入口１４４および出口１４６では促進しない、反応部位１４２の内壁１４８上に配置された細胞接着層１５８もまた提供されている。他の実施形態では、細胞接着層は、湿度制御装置１５０の表面を越えて、または全体に伸長できる。図６Ａおよび６Ｂに示したチップ１４０の形状は例示するためだけに図示されており、特定の実施形態では多数の他の配列およびチップ形状が有用な可能性があることも理解されるべきである。
【００６９】
１セットの実施形態では、所定の透過性および／または所定の透過度を有する湿度制御物質が選択される。本明細書で使用する物質の「透過性」には、当該分野において使用される通常の意味が与えられている。すなわち一般にガスが物質を通過する能力を説明する内因性特性である。これとは対照的に、本明細書中で使用される物質の「透過度」は、物質のサンプルを通るガス輸送の実際速度、すなわち外因性特性である。サンプル物質の透過度は、材料の面積もしくは厚さ、材料の内外の圧力差などの因子によって影響を受ける。
【００７０】
酸素の制御は本明細書での例として使用されるが、その代わりに窒素もしくは二酸化炭素などの他のガスを上述した透過性で制御できるか、またはガスの組み合わせを制御できることを理解されたい。さらに、以下で詳述する細胞の例えば、酸素輸送の下限および水蒸気輸送の上限は代表的には他の用途、例えば、化学合成作業においては制御するのが好ましいことがあるが、他のパラメーター、例えば、酸素輸送の上限および水蒸気輸送の下限、または窒素もしくは二酸化炭素などの他のガスの下限および上限を制御するのが望ましいことがあることも理解されたい。
【００７１】
本明細書に開示した湿度制御物質は、多種多様な反応および相互作用において使用することができる。反応の１つの例は、例えば、細胞培養を維持するため、入手できる細胞または細胞タイプの数を増加させるため、および／または所望の細胞生成物を生成するための細胞培養である。一部の場合には、湿度制御物質は、例えば、好気性呼吸細胞の細胞増殖を支持するためにそれを通過する拡散によって十分な酸素が進入するのを許容できる。所定の場合には、湿度制御物質は、微生物にとって高度に不透過性であってよく、そして例えば、他の細胞が汚染するのを防止することもできる。好ましくは、物質は低毒性を有する。
【００７２】
本明細書に開示したチップ、反応システム、または他のシステムが細胞を培養する工程と結び付けて使用される実施形態では、培養される細胞および当業者には公知の他の要素に依存して、細胞培養は様々な長さの期間にわたって行われることがある。従って、チップの設計および湿度制御物質の性質は、培養期間に適合させることができる。例えば、チップもしくは湿度制御物質は、培養のために必要とされる時間にわたって所望の機能的特性を維持できるように設計することができ、そして湿度制御物質は好ましくは多数回にわたり再使用できるように設計される。様々な実施形態では、細胞培養は、２４時間、４８時間、１週間、２週間、４週間、６週間、３カ月間、１年間、継続的、または特定細胞培養のために必要とされる任意の他の時間にわたり実施することができる。
【００７３】
一部の場合には、所定の細胞、例えば、好気性細胞を培養するために容認できる範囲に対応する１つまたは複数のガスに対する透過性および／または透過度を有する湿度制御物質が選択される。例えば、湿度制御物質は、特定細胞タイプの細胞培養を許容するために、十分に高い酸素に対する透過性および／または透過度、ならびに／あるいは十分に低い水蒸気に対する透過性および／または透過度を有していてよい。そのような透過性の例には、上述した透過性が含まれる。当業者は、特定の細胞および細胞株、ならびに微生物細胞、哺乳動物細胞、組織、組織操作構築物などのより大きな細胞群の培養に成功するために適切な所定物質の透過性の特定範囲を同定することができる。
【００７４】
従って、１つの実施形態では、所定の細胞の酸素要件および湿度要件を同定する工程、細胞の酸素要件を満たすために十分に高い酸素透過性および細胞の湿度要件を満たすために十分に低い水蒸気透過性を有する物質を選択する工程と、およびそのような実施形態のためにチップ、反応システム、または反応部位を含む他の装置内で細胞を培養する工程を包含する。反応部位は、選択された物質から形成された少なくともその一部分を有する。
【００７５】
一部の実施形態では、湿度制御物質は細胞接着を促進しないが、広範囲の親水性、細胞親和性、および／または生物保存能物質のいずれかであってよい細胞接着層を含むことができる（または細胞接着層を物質上に提供できる）。湿度制御物質上の細胞接着層のために適合し得る物質の例には、ポリフルオロ有機物質、ポリエステル、ＰＤＭＳ、ポリカーボネート、ポリスチレン、および酸化アルミニウムが挙げられるが、それらに限定されない。また別の例として、湿度制御物質は、例えば、ＲＧＤペプチド配列を用いて、細胞接着を促進する物質でコーティングされた層を含むことができる。一部の実施形態では、例えば、付着、結合、浸漬、または他の処理によって細胞接着層の表面を修飾するのが望ましいことがある。細胞接着を促進する代表的分子には、フィブロネクチン、ラミニン、アルブミン、またはコラーゲンなどが挙げられるが、それらに限定されない。物質が細胞接着層を含む場合は、細胞接着層は膜の内層または表面層として配置でき、チップの内層などと接することができる。好ましくは、細胞接着層は、湿度制御物質の透過性または透過度に顕著には影響を及ぼさない。一部の場合には、透過性または透過度における任意の変化は湿度制御物質の設計において考慮に入れることができる。
【００７６】
湿度制御物質を形成するために使用される物質の一部、および一部の場合には、その層の一部は、例えば、上述したように、物質のガス透過性に基づいて選択することができる。当業者は、物質のガス透過性を決定する方法を認識している。１つの特定の方法として、公知の露出面積および厚さを有する物質（例えば、膜）のサンプルは、２つの区画内に配置することができ、そして１つの区画内にはガス（または液体）を配置できる。実験によって決定されたガス（または液体）がその物質を越えて他の区画へ拡散して適切な様式で検出するために要する時間は、標準的な周知の数学的輸送関係によって物質のガス（または液体）の透過性に関係付けることができる。（例えば、本明細書に開示した所定の装置の実施形態の製造および遂行に適用される所定のそのような数学的輸送関係の考察および適用については実施例４〜６を参照）。
【００７７】
一部の実施形態では、湿度制御物質、またはその層もしくは部分の面積および厚さを使用すると、所望の程度の透過度および／または透過性を選択できる。１つの例として、水蒸気透過性が高い物質ほどより厚く作製することができるか、または湿度制御が所望である区域もしくは領域に達し、そして／または区域もしくは領域から離れる水蒸気の量を減少させるためにその面積を減少させることができる。一部の場合には、物質は、それが約１０μｍ〜２ｍｍの厚さであるように設計できる。この範囲内で、物質の複数の層または部分内の層の相対厚さは変動してもよい。
【００７８】
１つの実施形態では、透過性の目標は、物質の２つの層または部分を結合することによって達成できる。これは、例えば、第１の高透過性の層、および第２の低透過性の層を含むことによって達成できる；他の実施形態では、多数の層もまた使用できる。相違する物質を結合し、それらの相対厚さを調整することによって、所望の酸素および水蒸気透過性を達成できる。湿度制御物質が２つの層または部分を含む１つの実施形態では、それらは同一または相違する物質のポリマーから形成することができる。例えば、湿度制御物質は、第１ポリマーもしくはコポリマーの重量で少なくとも約５５％を含む第１層ならびに第１ポリマーもしくはコポリマーの重量で約４５％以下を有する第２層を含むことができる。また別の例として、湿度制御物質は、第１ポリマーもしくはコポリマーの重量で少なくとも約６０％、約７０％、または約８０％を含む第１層および第１ポリマーもしくはコポリマーの重量で約４０％、約３０％、または約２０％以下を有する第２層を含むことができる。一部の実施形態では、第１ポリマーは約１００％の第１層を含んでおり、本質的に第２層を全く含んでいないことがある。一部の場合には、第１層の少なくとも一部分は第２層と共重合させることができる。
【００７９】
湿度制御物質が２つ以上の層を含む膜として構築されている場合は、２つ以上の層は、膜に十分な強度を提供する任意の様式で結合することができる。一部の場合には、２つ以上の層は十分に自己支持性であり、層を結合することが必要ではないことがあり、所望の場合にはそれらの間に空間が残されてよいことを意味する。他の実施形態では、膜を支持するために追加の層を使用できる。相互支持を提供するために２つ以上の層を結合することが所望である実施形態において、あるいは層を結合する容認可能な手段の例には、層を一緒に積層する工程、層を少なくとも部分的に混合する工程、および層を一緒に共重合する工程が含まれる。層を混合しなければならない場合は、各層を形成する樹脂は、膜を形成する前に部分的または完全に混合することができる。例えば、液体プレポリマーを混合し、次に硬化剤を添加することができるか、またはそれらの間に硬化剤を用いて２つの部分硬化層を結合して、層を一緒に硬化させることができる。
【００８０】
一部の実施形態では、本明細書に開示した湿度制御物質は光線がそれらを通過するのを許容する。これは、光線が、例えば、光触媒反応などの反応を促進するか、細胞増殖もしくは植物の成長を促進するか、生化学的変化が発生するのを誘発するなどのために光線が重要である場合にこれらの材料を使用することを許容する。これらの物質は、湿度制御物質によって保護されている、または湿度制御領域の背部に配置されている反応部位などの領域の観察を許容することもできる。１つの実施形態では、湿度制御物質は透光性であり、そして一部の場合には、少なくとも実質的に透明性である。当業者は、様々な程度の透光性および透明性があること、そして特定の用途に基づいて所望の特性を選択できることを認識する。
【００８１】
以下では、本発明の理解に役立つであろう様々な定義を提供する。以下の、図面の説明を含む、詳細な開示もまたこれらの定義とともに組み入れられる。以下の図面に示した構成要素は、一般に図１の層２と結び付けて使用できる。図１では、そして他の図面のすべてにおいて、反応部位の配列、反応部位の数、反応部位をアドレスするチャネルの配列、ポートなどは、本発明の全体に含まれる実施例として単に提供されていることを理解されたい。
【００８２】
本明細書で使用する「化学、生物学、または生化学リアクターチップ」（さらに、同等に、単純に「チップ」とも呼ばれる）は、１つまたは複数のリアクターを含む統合製品である。「統合製品」は、単一ピースの材料、または相互に一体的に接続された構成要素の組立体を意味する。本明細書で使用する用語「一体的に接続された」は、２つ以上の物体に関する場合は、通常の使用の経過中には相互から分離されることがない、すなわち手動で分離できない物体を意味する；分離は少なくとも工具の使用、および／または構成要素の少なくとも１つに対する破損を引き起こすこと、例えば分解させる、剥離させる（接着剤、工具などを介して一緒に締め付けられた構成要素を分離する）ことを必要とする。
【００８３】
チップは、全反応システム、例えば高スループットシステムを規定する大規模フレームワークに接続、または挿入することができる。このシステムは、主として、他のチップ、シャーシ、カートリッジ、カセット、および／または大規模機械または導管もしくはチャネルのセット、反応物質源、細胞タイプ、および／または栄養素、入口、出口、センサー、アクチュエーター、および／または制御装置によって規定できる。代表的には、チップは一般に、平坦もしくは平面状の物品（すなわち、他の寸法に比較して相当に小さい１つの寸法を有する）であってよい；しかし、一部の場合には、チップは非平面状の物品であってよい、例えば、チップは立方体の形状、湾曲平面、中実形もしくはブロック形などを有していてよい。
【００８４】
本明細書で使用する「膜」は、代表的には寸法の１つが実質的に他の寸法より小さい形状を有する、露出している、または露出できる環境において少なくとも１つの物質が透過性である物質の薄いシートである。一部の場合には、膜は、一般に柔軟性または非剛性であってよい。１つの例として、膜は、およそ数ｍｍ、数ｃｍ以上の長さおよび幅、ならびに１ｍｍ未満、および一部の場合には、１００μ未満、１０μｍ未満、または１μ以下の厚さを備える長方形または円形物質であってよい。膜は反応部位および／またはリアクターの一部分を規定できる、または膜は反応部位を実質的に同一または相違している容積または寸法を有していてよい２つ以上の部分に分割するために使用できる。膜が透過性であり得る物質の非限定的例には、水、Ｏ２、ＣＯ２などが含まれる。１つの例として、膜は水の約１，０００（ｇ・μｍ／ｍ２・日）、９００（ｇ・μｍ／ｍ２・日）、８００（ｇ・μｍ／ｍ２・日）、６００（ｇ・μｍ／ｍ２・日）以下の透過性を有し得る；膜を通る水の実際の透過性はさらにまた一部の場合には相対湿度の関数であり得る。
【００８５】
一部の膜は、少なくとも１つの種に関して膜が透過性であるが、しかし少なくとも１つの他の種に関しては容易に透過性ではないことを当業者が認識する半透過性膜であり得る。例えば、半透過性膜は酸素がそれを越えて透過することを許容するが、水蒸気が透過することは許容しない可能性があるか、または水蒸気がそれを越えて、しかし少なくとも酸素に対してよりも小さな程度である速度で透過することを許容する可能性がある。または、水がそれを越えて透過するのを許容するが、所定のイオンが透過するのを許容しない半透過性膜を選択することもできる。例えば、膜はカチオンには透過性であり、アニオンには実質的に不透過性であってよいか、またはアニオンには透過性であり、カチオンには実質的に不透過性であってよい（例えば、カチオン交換膜およびアニオン交換膜）。また別の例として、膜は約１キロダルトン超、１０キロダルトン超、または１００キロダルトン超の分子量を有する分子には実質的に不透過性であってよい。１つの実施形態では、膜は、細胞には不透過性であってよいが様々な選択された物質には透過性であるように選択できる；例えば、膜は、栄養素、タンパク質および細胞、老廃物などによって生成された他の分子には透過性であってよい。他の場合には、膜は、ガス不透過性であってよい。一部の膜は、特定の光線（例えば、赤外線、紫外線、または可視光線；膜を利用する装置が相互作用する波長の光線；他に特に記載していない場合は可視光線）には透明性であってよい。膜が実質的に透明性である場合は、５０％以下の光線を吸収する、または他の実施形態では、本明細書でより完全に記載するように、光線の２５％以下または１０％以下を吸収する。一部の場合には、膜は半透過性および実質的に透明性の両方であってよい。膜は、１つの実施形態では、第２部分、例えば、リザーバーから細胞培養を支持するために構成および配置された反応部位を分割するために使用できる。例えば、反応部位は、３つの部分、４つの部分、または５つの部分に分割できる。例えば、反応部位は、第１細胞培養部分および第１細胞培養部分に隣接する第２細胞培養部分、ならびに一方は膜によって第１細胞培養部分から分離され、他方は膜によって第２細胞培養部分から分離される２つの追加のリザーバー部分に分割することができる。当然ながら、当業者は、本明細書に記載したように様々な数の細胞培養部分、リザーバー部分などを有する他の配置を設計することができるであろう。
【００８６】
本明細書で使用する「実質的に透明性」の物質（例えば、膜）は、一部の場合にはその物質に入射した放射線の大半が変化せずにその物質を通過するように、そして一部の実施形態では少なくとも約７５％、他の実施形態では少なくとも約８０％、さらにまた他の実施形態では少なくとも約９０％、さらにまた他の実施形態では少なくとも約９５％、さらにまた他の実施形態では少なくとも約９７％、およびさらにまた他の実施形態では少なくとも約９９％の入射放射線が変化せずにその物質を通過できるように、電磁放射線を伝送できる物質である。所定の場合には、この物質は、例えば、上述したような反応部位内で発生する物理的、化学的、生化学的、および／または生物学的反応を促進および／または監視するために必要な程度まで、上述した波長範囲内の電磁放射線にとって少なくとも部分的に透明性である。他の実施形態では、この物質は反応部位内の細胞を監視し、観察し、促進し、そして／または制御するために必要な程度まで上述した波長範囲内で電磁放射線にとって透明性であり得る。一部の場合には、この物質は赤外線から紫外線（可視光線を含んでいる）範囲内、および特に約４００ｎｍ〜４１０ｎｍから約１，０００ｎｍの波長範囲の入射電磁放射線にとって実質的に透明性である。一部の場合には、この物質は約４００ｎｍ〜４１０ｎｍから約８００ｎｍの波長範囲内の電磁放射線にとって透明性であってよく、そして一部の実施形態では、この物質は約４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長の放射線にとって実質的に透明性であり得る。
【００８７】
本明細書で使用する「リアクター」は、一緒に、反応部位での生物学的、化学的、および／または生化学的反応、相互作用、操作、または実験を含み、促進し、そして／または監視するために作動そ、そしてチップの一部であり得る反応部位、任意のチャンバー（反応チャンバーおよび補助チャンバーを含む）、チャネル、ポート、入口および／または出口（すなわち、反応部位へ、または反応部位から通じている）、センサー、アクチュエーター、プロセッサ、制御装置、膜などを含む構成要素の組み合わせである。例えば、チップは少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも５００、または少なくとも１，０００個以上のリアクターを含むことができる。リアクターの例としては、化学もしくは生物学リアクターおよび細胞培養装置、ならびに本明細書中に参照として援用される２００１年９月２０日にＷＯ０１／６８２５７として公開されたＪｕｒｙらによる“Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ”と題する２００１年３月９日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／０７６７９に記載されたリアクターが含まれる。リアクターは、１個または複数の反応部位または区画を含むことができる。リアクターは、例えば、細胞増殖、医薬品製造、化学合成、危険な化学薬品製造、薬物スクリーニング、物質スクリーニング、新薬開発、戦争試薬の化学的改善などの任意の化学的、生化学的、および／または生物学的目的に使用することができる。例えば、リアクターを使用すると、細胞または組織の極めて小規模の培養を促進することができる。１セットの実施形態では、本発明のリアクターは、例えば、およそ数十もしくは数百μｍの寸法を備えるチャネルを含有する、数ｍｍ〜数ｃｍのサイズのマトリックスまたは基質を含んでいる。目的の試薬は、これらのチャネルを通って、例えば、反応部位へ、または様々な反応部位間を流動させることができ、そして試薬は何らかの方法で混合または反応させることができる。そのような反応の生成物は、所定の場合にはリアクターまたはチップ内で回収し、分離し、そして処理することができる。
【００８８】
本明細書で使用する「反応部位」は、リアクターの使用中に物理的、化学的、生化学的、および／または生物学的反応を生成させるために構成および配置されているリアクター内の部位であると規定されている。一部の場合には、リアクターまたはチップ内には２個以上の反応部位が存在することがあり、例えば、少なくとも１個の反応部位、少なくとも２個の反応部位、少なくとも３個の反応部位、少なくとも４個の反応部位、少なくとも５個の反応部位、少なくとも７個の反応部位、少なくとも１０個の反応部位、少なくとも１５個の反応部位、少なくとも２０個の反応部位、少なくとも３０個の反応部位、少なくとも４０個の反応部位、少なくとも５０個の反応部位、少なくとも１００個の反応部位、少なくとも５００個の反応部位、または少なくとも１，０００個以上の反応部位がリアクターまたはチップ内に存在することがある。反応部位は、反応が生じ得る領域であると規定できる；例えば、リアクターはチャネル内、１つまたは複数の区画内、２つ以上のチャネルの交点で反応を誘発させるために構成および配置することができる。反応は、例えば、混合または分離プロセス、２つ以上の化学薬品間の反応、光活性化もしくは光阻害反応、生物学的プロセスなどであってよい。一部の実施形態では、反応は化学変化を導かない光線との相互作用を含むことがあり、例えば、光線の光子は反応部位と結び付いている物質によって吸収され、熱エネルギーに転換されるか、または蛍光として再放射されることがある。所定の実施形態では、反応部位はさらにまた１つまたは複数の細胞および／または組織を含むこともできる。従って、一部の場合には、反応部位は細胞をリアクター内に配置できる場所を取り囲んでいる領域、例えば、リアクター内の細胞親和性領域であると規定できる。
【００８９】
一部の場合には、細胞を含有する反応部位は、反応部位が液体で完全に満たされていない場合は、ガスを含有する領域（例えば、「ガスヘッドスペース（ｇａｓ  ｈｅａｄ  ｓｐａｃｅ）」）を含むことができる。ガスヘッドスペースは、一部の場合には、ガス透過性もしくは半透過性膜を使用することにより、反応部位から部分的に分離することができる。一部の場合には、ガスヘッドスペースは、温度および／または他の反応条件を監視するための様々なセンサーを含むことができる。
【００９０】
本明細書に開示した装置の多数の実施形態および配置は、チップまたはリアクターを参照しながら記載しているが、当業者であれば、本明細書に開示した手段をその一方または両方に適用できることを理解する。例えば、チャネル配置は一方の文脈において説明されるが、その配置は他方の文脈において（または、代表的には両方：チップの一部であるリアクター）適用され得ることが理解されるべきである。本明細書の「チップ」または「リアクター」の定義の状況における配列の説明と矛盾しない限り、リアクターまたはチップの文脈において与えられる本明細書のすべての説明は他方の文脈に適用できると理解される。
【００９１】
本明細書で使用する用語「決定する工程」は、一般に、例えば、定量的もしくは定性的な（例えば、反応部位内の）物質の測定および／または分析、あるいは物質の存在もしくは非存在の検出に関する。「決定する工程」は、さらにまた例えば、定量的もしくは定性的な、２つ以上の物質間の相互作用の測定および／または分析、または相互作用の存在もしくは不在の検出にも関する。「決定する工程」に適合する技術の例には、重量分析、熱量測定、圧力もしくは温度測定、赤外線、吸収、蛍光、紫外線／可視光線、ＦＴＩＲ（「フーリエ変換赤外分光法」）、またはラマン分光法などの分光法；重量分析技術；偏光解析法；圧電測定法；免疫測定；電気化学的測定；光学密度測定などの光学的測定；円偏光二色性；準電気的（ｑｕａｓｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）光散乱法などの光散乱測定；旋光分析法；屈折率測定法；または比濁法を含む混濁度測定法が含まれるが、それらに限定されない。
【００９２】
以下では本明細書に開示した所定の装置の代表的な特徴をより詳細に説明する。図１を参照すると、１つの実施形態によるチップの一部分が略図で示されている。図示された部分は一連の空間を含んでいる層２であり、層２が２つの層（図示されていない、図１の平面に対して上層および下層）の間に配置されている場合は、一連の閉鎖チャネルおよび反応部位を規定する。層２の中の全体の配置は、チップを形成するために構築され得る、他の図面を参照して以下の説明からより明白に理解される。
【００９３】
図１は、６個の反応部位４（例えば、以下で説明する図３Ａの反応部位１２５、または図４Ａの反応部位１１２に類似する）を含む実施形態を表している。反応部位４は、所定の実施形態では、層２を規定する物質の比較的薄く、概して平面的な部分内で概して配置された細長い丸みを帯びた一連の長方形の空隙を規定することができる。反応部位４には、種を反応部位４へ送達するためのチャネル６および反応部位から種を除去するためのチャネル８を含む一連のチャネルによってアドレスすることができる。当然ながら、チャネルの任意の組み合わせを使用すると、反応部位から種を送達および／または除去することができる。例えば、チャネル８を使用すると反応部位へ種を送達することができ、他方チャネル６を使用すると種を除去することなどができる。図１においては線として示されているが、チャネル６および８は、他の層の上方および／または下方で被覆された場合は封鎖されたチャネルとなる層２内の空隙を規定すると理解できる。チャネル６および８の各々は、図１に示した実施形態では、ポート９によってアドレスされる。ポート９が入口チャネルに接続されている場合は、それは入口ポートを規定することができ、出口チャネルに流体接続されている場合は、それは出口ポートを規定することができる。図示した実施形態では、ポート９は、幅がチャネル６または８の幅より大きい空隙である。当業者は、ポート９にアクセスし、それらを利用して種をチャネル内に導入し、そして／またはそれらのポートによってアドレスされたチャネルから種を除去するための様々な技術を理解する。１つの例として、ポート９は、ポート９の少なくとも片側が、針がその物質を通して挿入されたり抜去されたりするとポートを介してチップ内へ導入されたり除去されたりする流体などの種にとって概して不透過性のシールを形成する物質の層（図示されていない）によって被覆された場合は、針（以下でより十分に説明する）によってアドレス可能な「セルフシール」ポートであってよい。
【００９４】
さらに図１には、任意の入口チャネル、出口チャネル、またはチップの反応部位と流体接続または接続可能でないと示される一連のポート１５が示されている。ポート１５は、層２内の空隙によって規定することができ、これらを使用するとチップの様々な層間および／または環境外部からチップへの流体接続を促進することができる。１つの例として、層２が様々な層内の複数の反応部位を含む多層チップの一部を形成する場合は、１セットの反応部位または導管を含む層２の片側（必要に応じて１つまたは複数の中間層によって分離された）にまた別の層を提供することができ、そして同様に所望であれば中間層によって分離された層２の反対側にまた別の層を提供することができ、そしてポート１５は層２の反対側のチップ層の反応部位および／または導管の間の流体接続のための通路もしくは経路を規定することができる。ポート１５は、さらにまた膜、例えば半透過性膜によって反応部位から分離された反応部位４を規定する区画と整列している区画と連絡しているチャネルに接続することもできる。この方法では、流体は独立して、一方または両方が区画および／または反応部位を規定する、膜の片側にあるスペース内へ流入し、スペースから流出し、そして／または通過することができる。
【００９５】
図１では、各反応部位４は、関連した流体接続（例えば、チャネル６およびチャネル８、ポート９およびポート１５）と一緒に、点線によって示されるようなリアクター１４を規定する。図１では、層２は、６つのそのようなリアクターを含有しており、各リアクターは実質的に同一形状を有する。他の実施形態では、リアクターは２個以上の反応部位、チャネル、ポートなどを含むことができる。さらに、チップ層は、実質的に同一形状を有していないリアクターを有していてもよい。
【００９６】
さらに図１には、チップが、層２をチップの他の層へ固定するために、そして／または層２と望ましくは結合されている他の層および／または他のシステムとの配置を確実にするために使用できる一連の装置１６が示されている。装置１６は、スクリュー、ポスト、くぼみ（すなわち、他の層もしくは装置の対応する突起部に適合する）などを規定できる。当業者は、層を本明細書に開示した他の層および／またはチップあるいはこれらのような装置を使用する他の構成要素またはシステムへ固定するために広範な適切な技術を知っている。
【００９７】
一部の実施形態では、チップまたはリアクターなどの装置の反応部位は、幾何学的な考慮によって規定できる。例えば、反応部位は、リアクター内の区画、チャネル、２つ以上のチャネルの交点、または何らかの（例えば、リアクターおよび／またはチップを規定できる基材内に形成またはエッチングする）方法で規定された他の場所として規定することができる。反応部位を規定する他の方法もまた可能である。一部の実施形態では、反応部位は、例えば、２種以上の流体の交点または結合（例えば、１つもしくは数個のチャネル内での）によって、または例えば、流体流れを拘束するための表面上の隆起もしくは隆線を用いて、表面上に流体を拘束することによって人工的に作製することができる。他の実施形態では、反応部位は電気、磁気、および／または光学システムを通して規定することができる。例えば、反応部位は、光線と流体チャネルとの交点として規定できる。
【００９８】
反応部位の容積は、所定の実施形態では極めて小さくてよい。詳細には、反応部位は、様々な実施形態では、１リットル未満、約１００ｍＬ未満、約１０ｍＬ未満、約５ｍＬ未満、約３ｍＬ未満、約２ｍＬ未満、約１ｍＬ未満、約５００μＬ未満、約３００μＬ未満、約２００μＬ未満、約１００μＬ未満、約５０μＬ未満、約３０μＬ未満、約２０μＬ未満または約１０μＬ未満の容積を有していてよい。反応部位は、所定の場合には約５μＬ未満、または約１μＬ未満の容積を有していてもよい。反応部位は、任意の便宜的サイズおよび／または形状を有していてよい。また別のセットの実施形態では、反応部位は深さ５００μｍ以下、深さ２００μｍ以下、または深さ１００μｍ以下の寸法を有していてよい。
【００９９】
一部の場合には、反応部位には細胞が存在していてよい。チップまたはリアクターと結び付けられたセンサーは、所定の場合には、細胞の数、細胞の密度、細胞の状況もしくは健康状態、細胞のタイプ、細胞の生理機能などを決定することができる。所定の場合には、リアクターは、例えば、化学反応または生きている細胞を支持できるような方法で、反応部位と結び付いている１つまたは複数の環境因子を維持または制御することができる。１セットの実施形態では、センサーは、反応部位内の環境因子における適切な変化をアクチュエーターおよび／またはマイクロプロセッサに接続することができる。アクチュエーターは外部ポンプに接続することができるか、アクチュエーターはリザーバーからの物質の放出を引き起こすことができるか、またはアクチュエーターは反応部位を加熱するか、あるいはそのエネルギーに対して感受性であるタイプの細胞を選択的に殺滅するための音波または電磁エネルギーを生成することができる。リアクターは、１つまたは２個以上の反応部位、および反応部位と結び付けられた１つまたは２つ以上のセンサー、アクチュエーター、プロセッサ、および／または制御システムを含むことができる。本明細書に開示した任意の反応部位またはセンサー技術は、他の反応部位およびセンサーの任意の組み合わせとの組み合わせで提供され得ることが理解される。
【０１００】
本明細書で使用する「チャネル」は、例えば、以下で詳述するように、詳細には１つの場所から他の場所へ、例えば、リアクターまたはチップの入口から反応部位へ、１つまたは複数の流体を輸送できるリアクターおよび／またはチップと結び付いている（反応部位内、反応部位に通じる、または反応部位から離れる）導管である。物質（例えば、流体、細胞、粒子など）は、チャネルを通って、継続的に、無作為に、間欠的等に流動することができる。チャネルは、閉鎖チャネル、または開放している、例えば、リアクターまたはリアクターを含有するチップを取り囲んでいる外部環境に開放しているチャネルであってよい。チャネルは、流体輸送に対する制御を促進できる特性、例えば、構造的特性（例えば、細長いくぼみ）、物理的／化学的特性（例えば、疎水性対親水性）および／またはチャネル内にあるときに流体に力（例えば、保持力）を発揮できる他の特性を含むことができる。チャネル内の流体は、部分的または完全にチャネルを満たすことができる。一部の場合には、流体は、何らかの方法で、例えば、表面張力（すなわち、流体が凹状もしくは凸状メニスカスなどのメニスカス内のチャネル内に保持されるように）を使用して、チャネル内またはチャネルの一部分の中に保持または閉じ込めることができる。チャネルは、流体輸送を可能にする任意の適切な断面形、例えば、四角形チャネル、環状チャネル、円形チャネル、長方形チャネル（例えば、任意の縦横比を有する）、三角形チャネル、不規則形チャネルなどを有していてよい。チャネルは、リアクターまたはチップ内の任意のサイズであってよい。例えば、チャネルは一部の場合には約１，０００μｍ未満、他の場合には約５００μｍ未満、他の場合には約４００μｍ未満、他の場合には約３００μｍ未満、他の場合には約２００μｍ未満、さらに他の場合には約１００μｍ未満、さらに他の場合には約５０もしくは２５μｍ未満の、チャネル内の流体の流動方向に垂直な最大寸法を有していてよい。一部の実施形態では、チャネルの寸法は、例えば、流体が細胞を含有する場合は、流体がチャネルを通して自由に流動できるように選択することができる。チャネルの寸法は、例えば、所定の場合には、チャネル内での流体の所定の体積もしくは線形流量を許容するように選択することもできる。１つの実施形態では、流体の流動方向に垂直な他の最大寸法の深さは、それにチャネルが流体連絡している反応部位の深さと類似であってよい。当然ながら、チャネルの数、チャネルの形状もしくは幾何学、およびチップ内のチャネルの配置は、当業者であれば決定することができる。
【０１０１】
本明細書に開示したチップなどの装置は、さらにまた１つまたは複数のリアクターおよび／または反応部位に向けて方向付けられた様々な任意の反応物質、生成物、および／または流体を受け入れ、そして／あるいは排出できる複数の入口および／または出口を含むことができる。一部の場合には、入口および／または出口は、化合物の無菌輸送を可能にする。複数の入口および／または出口の少なくとも一部分は、装置内の１個または複数の反応部位と流体連絡していてよい。一部の場合には、入口および／または出口は、以下で詳細に説明するように、１つまたは複数のセンサーをさらに含有していてよい。本質的に、装置またはチップは、１つまたは複数のリアクターおよび／または反応部位と流体連絡していてよい１〜数万個の任意の数の入口および／または出口を有していてよい。生物学的または生化学的反応などの所定の反応のためには、リアクターおよび／または反応部位には、５もしくは１０個未満の入口および／または出口を提供することができる。一部の場合には、各リアクターは約２５個の入口および／または出口、他の場合には約５０個の入口および／または出口、さらに他の場合には約７５個の入口および／または出口、またはさらに他の場合には約１００個の入口および／または出口を有することができる。
【０１０２】
１つの例として、１つまたは複数のリアクターおよび／または反応部位に方向付けられた装置の入口および／または出口は、ガスもしくは液体などの流体のため、例えば、老廃物流、反応物質流、生成物流、不活性ガス流などのための入口および／または出口を含んでいてよい。一部の場合には、装置は、リアクターおよび／または反応部位に流入または流出する流体がその中で発生する可能性がある反応を実質的に阻害しないように構成および配置することができる。例えば、流体は反応部位内で発生する化学的、生化学的、および／または生物学的反応における反応の速度に影響を及ぼさずに、または反応部位内に存在する可能性がある細胞を阻害および／または崩壊させずに、反応部位内に流入し、そして／または流出することができる。入口および／または出口ガスの例には、ＣＯ２、ＣＯ、酸素、水素、ＮＯ、ＮＯ２、水蒸気、窒素、アンモニア、酢酸などを含むことができるが、それらに限定されない。また別の例として、入口および／または出口流体は、その中に含有される液体および／または他の物質、例えば、水、生理食塩水、細胞、細胞培養培地、血液もしくは他の生体流体、抗体、ｐＨ緩衝剤、溶媒、ホルモン、炭水化物、栄養素、成長因子、治療薬（もしくは疑似治療薬）、消泡剤（例えば、泡および気泡の生成を防止するため）、タンパク質、抗体などが含まれてよいが、それらに限定されない。入口および／または出口流体は、一部の場合には代謝産物を含むことができる。本明細書で使用する「代謝産物」は、細胞によって代謝され得る任意の分子である。例えば、代謝産物は炭水化物もしくは糖などのエネルギー源、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、デンプン、コーンシロップなどであってよいか、またはそれらを含んでいてよい。他の代表的代謝産物には、ホルモン、酵素、タンパク質、シグナルペプチド、アミノ酸などが含まれる。
【０１０３】
入口および／または出口は、当業者に公知の任意の適切な方法、例えば、装置内またはチップの基材層などの装置の一部分の中にパンチング、ドリリング、モールディング、ミリングなどをされた穴もしくは開口部によって装置内に形成することができる。一部の場合には、入口および／または出口は、例えば、エラストマー物質を用いてライニングすることができる。所定の実施形態では、入口および／または出口は、一部の場合には再使用可能なセルフシール物質を用いて構築されてよい。例えば、入口および／または出口は、入口および／または出口が遮光性であることを可能にする物質から構築することができる（すなわち、入口および／または出口は外部駆動力を適用せずに液体がその中を通過することは許容しないが、所定条件下でその物質に貫通できる針もしくは他の機械的装置の挿入は許容できる）。一部の場合には、針もしくは他の機械的装置を除去すると、物質はその液密特性を取り戻せる（すなわち、「セルフシール」物質）。本発明とともに使用するために適合するセルフシール物質の非限定的例には、例えば、ポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）などのポリマー、天然ゴム、ＨＤＰＥ、または調製物ＲＴＶ  １０８、ＲＴＶ  ６１５、もしくはＲＴＶ  １１８（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社製、ニューヨーク州ニューヨーク）などのシリコーン物質が含まれる。
【０１０４】
一部の実施形態では、本明細書に開示した装置は、極めて小さな要素、例えば、１ミリメートル未満もしくはマイクロ流体要素を含むことができる。例えば、一部の実施形態では、装置は、例えば、１００ｍｍ以下、８０ｍ以下、５０ｍｍ以下、または１０ｍｍ以下の断面寸法を有する少なくとも１個の反応部位を含むことができる。一部の実施形態では、反応部位は、例えば、１００ｍｍ以下、８０ｍｍ以下、５０ｍｍ以下、または１０ｍｍ以下の最大断面を有していてよい。本明細書で使用する「断面」は、反応部位の２つの対向する境界間で測定した距離を意味しており、「最大断面」は、測定できる２つの対向する境界間の最大距離を意味する。他の実施形態では、反応部位の断面または最大断面は、５ｍｍ未満、２ｍｍ未満、１ｍｍ未満、５００μｍ未満、３００μｍ未満、１００μｍ未満、１０μｍ未満、または１μｍ以下であってよい。本明細書で使用する「マイクロ流体チップ」は、ミリメートル未満の断面を有する、すなわち１ｍｍ未満の断面を有する少なくとも１つの流体要素を含むチップである。１つの特定の非限定的例として、反応部位は、長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、および深さ５ｍｍを備えて概して長方形を有していてよい。
【０１０５】
１個の反応部位は本明細書に記載した少量の流体を保持および／または反応させることができるが、本発明に結び付いた技術は、さらにまた拡張化および平行化も可能である。スループットに関して、１つのチップもしくは他の装置内、または複数のチップもしくは他の装置内の多数のリアクターおよび／または反応部位のアレイは、より大きな能力を生み出すために並列で構築することができる。例えば、複数のチップ（例えば、少なくとも約１０個のチップ、少なくとも約３０個のチップ、少なくとも約５０個のチップ、少なくとも約７５個のチップ、少なくとも約１００個のチップ、少なくとも約２００個のチップ、少なくとも約３００個のチップ、少なくとも約５００個のチップ、少なくとも約７５０個のチップ、または少なくとも約１，０００個以上のチップ）は、例えば、チップを自動的に監視もしくは制御できるロボット工学の使用を通して、並列式で操作することができる。さらに、並列化によるスケールアップを用いて、代表的には実験室で実施される小規模の反応の生産能力を維持することによる利点を入手できる。多数の反応部位がチップのリアクター内および／または複数のチップ内に並列式で配列できることは所定の実施形態の特徴である。詳細には、所定の実施形態では、少なくとも５個の反応部位を並列式で作動するように構築することができ、または他の場合には少なくとも約７個、少なくとも約１０個、少なくとも約３０個、少なくとも約５０個、少なくとも約１００個、少なくとも約２００個、少なくとも約５００個、少なくとも約１，０００個、少なくとも約５，０００個、少なくとも約１０，０００個、少なくとも約５０，０００個、または約１００，０００個以上の反応部位さえ、例えば、高スループットシステム内で並列式で作動するように構築することができる。一部の場合には、反応部位の数は、所定量の種もしくは生成物を生成できるように、または所定量の反応物質を処理できるように選択することができる。所定の場合には、チップおよび／またはリアクターの並列化は、多数の化合物を同時にスクリーニングすること、または多数の相違する増殖条件および／または細胞株を同時に試験および／またはスクリーニングすることを可能にできる。当然ながら、リアクターまたはチップ内の反応部位の正確な場所および配置は、特定用途の相関的要素である。
【０１０６】
さらに、本明細書に記載した所定の実施形態は、最終的には１つまたは複数のリアクターおよび／またはチップの反応部位の出口に接続可能な収集チャンバーと結び付けて使用できるように構成できる。収集チャンバーは、１０ｍＬより多い、または一部の場合には１００ｍＬより多い容積を有していてよい。収集チャンバーは、他の場合には、１００Ｌもしくは５００Ｌより多い、または１Ｌ、２Ｌ、５Ｌ、もしくは１０Ｌより多い容積を有していてよい。リアクターおよび／または反応部位が１つまたは複数のチップ内で並列式で配置される場合は大容量が適切なことがあり、例えば、複数のリアクターおよび／または反応部位が収集チャンバーへ生成物を送達することができる。
【０１０７】
一部の実施形態では、反応部位および／または反応部位と流体連絡しているチャネルには、能動性混合素子が含まれていない。これらの実施形態では、チップのリアクターは、混合が所望である場合は、好ましくは能動混合を行わずに、流体の混合物を混合および／または送達できるように、入口および／または出口を通して提供される流体内で乱流を誘発できるような方法で構築することができる。詳細には、リアクターおよび／または反応部位は、例えば、図２における混合装置４２に示したように、混合するために流路を通して流体が流動するのを誘発する流体の流路における複数の障害物を含むことができる。これらの障害物は、本質的に任意の幾何学的配列、例えば、一連の柱から構成されてよい。本明細書で使用する「能動性混合素子」は、ブレード、スターラーなどの混合素子を規定することが意図されているが、これらは反応部位および／またはチャネル自体に対して可動性である、すなわち反応部位もしくはチャネルを規定するリアクターの部分に対して可動性である。
【０１０８】
所定の実施形態のチップは、チップがすべて一緒に積み重ねられた場合に規定方法で方向付けられる（例えば、すべてが同一方法で方向付けられる）ように、それらが他の類似のチップと規定の、事前に整列させた関係で積み重ねることができるように構成および配置することができる。チップが他の類似のチップと相互に積み重ねられるように設計される場合は、チップはしばしば、反応部位などのチップの少なくとも一部分が１つまたは複数の他のチップおよび／または他のチップ内の反応部位と流体連絡しているように、構成および配置することができる。この配置は、本明細書で考察するように、チップの並列化において利用されることがある。
【０１０９】
１セットの実施形態では、本明細書に開示したチップは、チップが、例えば、２００２  ＳＰＳ／ＡＮＳＩで提案された標準に規定されたように、マイクロプレートに安定性で接続できるように構成および配置される（例えば、おおよそ１２７．７６ｍｍ±０．５０ｍｍ×８５．４８ｍｍ±０．５０ｍｍの寸法を有するマイクロプレート）。本明細書で使用する「安定性に接続された」は、２つの構成要素が、２つの構成要素が相互から分離するために特定の運動もしくは力が必要であるように接続されているシステムに関しており、すなわち２つの構成要素は無作為の振動もしくは移動（例えば、偶発的に構成要素に軽度に衝突すること）によって取り外すことはできない。これらの構成要素は、ペグ、スクリュー、スナップ式構成要素、くぼみと隆起などの接合セットによって安定性に接続することができる。「マイクロプレート」もまた、ときどきは「マイクロタイター」プレート、「マイクロウェル」プレート、または当該分野において公知の他の類似用語で呼ばれることもある。マイクロプレートは、任意の数のウェルを含むことができる。例えば、代表的には市販で使用されるように、マイクロプレートは、６ウェルマイクロプレート、２４ウェルマイクロプレート、９６ウェルマイクロプレート、３８４ウェルマイクロプレート、または１，５３６ウェルマイクロプレートであってよい。ウェルは、任意の適切な形状、例えば、円筒形または長方形であってよい。マイクロプレートは、例えば、所定の特殊な用途では、さらに他のウェルの数および／または他のウェルの形状もしくは立体配置も有していてよい。
【０１１０】
図３Ａ〜３Ｃは、チップが他のチップおよび／またはマイクロプレートと安定性に接続されている場合は、チップの１個または複数の反応部位が化学的、生物学的、もしくは生化学的に連絡しているように配置もしくは配列されるように、あるいは他のチップの１個または複数の反応部位および／またはマイクロプレートの１つまたは複数のウェルと化学的、生物学的、もしくは生化学的に接続可能であるように、１個または複数の反応部位をチップと結び付けて配置できる１セットの実施形態を図示している。この文脈における「整列」は、また別の反応部位もしくはウェルに隣接する反応部位の側面の全面積が他の反応部位もしくはウェルを完全に覆うように、もしくはその逆である完全な整列、または反応部位の少なくとも一部分が隣接する反応部位もしくはウェルの少なくとも一部分を覆う部分配列を意味することができる。「化学的、生物学的、または生化学的に接続可能」は、反応部位が他の反応部位もしくはウェルと流体連絡している（すなわち、流体は一方から他方へ自由に流動できる）；または他の部位もしくはウェルへ流体接続可能であるか（例えば、２つは穿刺もしくは破裂させることのできる壁もしくは他の構成要素によって、あるいは開口され得る２つに接続可能な導管のバルブによって、相互から分離される）；または反応部位および他の部位もしくはウェルは、少なくとも一部の化学、生物学、もしくは生化学種が一方から他方へ、例えば、半透過性膜を越えて移動できるように配列されることを意味する。例として、チップは、チップがマイクロプレートと安定性に接続されている場合に６ウェルマイクロプレートの６個のウェルと整列されるように構成および配置されている６個の反応部位を有することができ、９６個の反応部位を有するチップは、チップがマイクロプレートと安定性に接続されている場合に９６ウェルマイクロプレートの９６個のウェルと整列されるなどのように構成および配置することができる。当然ながら、一部の場合には、チップは、チップの単一反応部位が２つ以上のマイクロプレートウェルおよび／またはマイクロプレートウェル上の２個以上の他の反応部位と整列するように、および／または２つ以上のマイクロプレートウェルおよび／または２個以上の他の反応部位がチップの単一反応部位と整列するように構成および配置することができる。
【０１１１】
本明細書に開示したチップは、さらにまたチップの少なくとも１個の反応部位および／またはリアクターが、マイクロプレートの少なくとも１個のウェルにアドレスするために構成および配置された装置（例えば、マイクロプレートのウェルへ種を添加する、および／またはマイクロプレートのウェルから種を除去し、そして／またはマイクロプレートのウェル内の種を試験することができる装置）へ流体連絡するように、そして／または化学的、生物学的、または生化学的に接続可能であるように構成および配置することもできる。この配置では、この装置はチップの反応部位へ／チップの反応部位から種を添加および／または除去し、そして／または反応部位で種を試験することができる。この実施形態では、反応部位は、代表的にはマイクロプレートのウェルと整列させて配列される。
【０１１２】
図３Ａおよび３Ｂを参照すると、チップ１２０を市販で入手できるマイクロプレート１２３と安定性に接続できる例が示されている。図３Ａでは、チップ１２０は、チップ１２０がマイクロプレート１２３と安定性に接続されている場合は、チップ１２０の反応部位１２５の少なくとも一部はマイクロプレート１２３のウェル１２７の少なくとも一部と整列し、そして／または接続可能であるように配置することができる。同様に、図３Ｂでは、チップ１２０は、マイクロプレート２３へ安定性に接続されている場合は、反応部位１２５の少なくとも一部はマイクロプレート１２３上のウェル１２７の少なくとも一部分と整列し、そして／または接続可能であるように構成および配置することができる。図３Ｃでは、チップ１３０、１３１、．．．１３２が、チップが相互に安定性に接続されているように構成および配置されているまた別の実施形態が示されている。一部の場合には、チップ１３０、１３１、．．．．１３２は、相互に安定性に接続されている場合に、チップ１３０の反応部位１３５が他のチップ上の１個または複数の他の反応部位と，例えば、チップ１３１内の反応部位１３６、および／またはチップ１３２内の反応部位１３７と整列するように、構成および配置される。
【０１１３】
本明細書に開示したチップは、１セットの実施形態では実質的に液密性であってよい。本明細書で使用する「実質的に液密性のチップ」または「実質的に液密性のリアクター」は、各々、チップもしくはリアクターが水などの液体で満たされている場合は、チップが使用するために組み立てられた場合にチップもしくはリアクターの方向付けとは無関係に、液体がチップもしくはリアクターの規定された入口および／または出口を通してのみチップもしくはリアクターに流入または流出できるように構成および配置されているチップもしくはリアクターである。このセットの実施形態では、チップは、チップもしくはリアクターに水が満たされて入口および／または出口がシールされた場合に、チップもしくはリアクターが約１００μＬ／日未満、約５０μＬ／日未満、または約２０μＬ／日未満の蒸発速度を有するように構成および配置される。所定の場合には、チップもしくはリアクターは、１日当たりゼロではないが測定できないほど少量の水の蒸発を示す。実質的に液密性のチップもしくはリアクターは、他の場合には、水のゼロの蒸発速度を有することができる。
【０１１４】
本明細書に開示したチップは、各々が１個または複数の反応部位を有する１つまたは複数のリアクターを有するチップを製造するための任意の適切な製造技術を用いて作製することができ、そしてチップは、少なくとも１個の反応部位を提供かつ規定するために必要な流体網（ｆｌｕｉｄｉｃ  ｎｅｔｗｏｒｋ）を支持することができる任意の物質または物質の組み合わせから構築することができる。所定の実施形態による所定のチップを作製するために利用できる超微細加工プロセスの非限定的例には、ウェットエッチング、化学蒸着、深反応性イオンエッチング、陽極ボンディング、射出成形、高温圧縮、およびＬＩＧＡが含まれる。例えば、チップは、シリコーンもしくは他の物質をエッチングもしくは成形する工程、例えば、標準リソグラフィー技術によって作製することができる。チップは、さらにまた超小型組み立てまたは微細機械加工、例えば、当業者に公知の立体リソグラフィー、レーザー化学三次元描画法、モジュラー組み立て法、レプリカ成形法、射出成形技術、ミリング技術などを使用して作製することもできる。チップは、例えば、以下で詳細に説明するように、基材（同一であっても相違していてもよい）上の複数の層をパターン化する工程によって、または様々な公知の迅速なプロトタイピングもしくはマスキング技術を用いる工程によって作製することもできる。チップを形成するために使用できる物質の例には、ポリマー、シリコーン、ガラス、金属、セラミック、無機物質、および／またはこれらの組み合わせが含まれる。この物質は、不透明性、半透明透光性、または透明性であってよく、そしてガス透過性、半透過性またはガス不透過性であってよい。一部の場合には、チップは、リアクター、反応部位および／またはチャネルを生成するためにエッチングできる物質から形成することができる。例えば、チップは、半導体、溶融石英、石英、または金属などの無機物質を含むことができる。半導体物質は、例えば、ケイ素、窒化ケイ素、ヒ化ガリウム、ヒ化インジウム、リン化ガリウム、リン化インジウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、他の第ＩＩＩ／Ｖ族化合物、第ＩＩ／ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ／Ｖ化合物、第ＩＶ族化合物などの、例えば、３種以上の元素を有する化合物であってよいがそれらに限定されない。半導体物質は、さらにまたこれらおよび／または当該分野において知られている他の半導体物質の組み合わせから形成することもできる。一部の場合には、半導体物質は、例えば、リソグラフィーなどの公知のプロセスによってエッチングすることができる。所定の実施形態では、半導体物質は、例えば、一般に半導体産業によって製造されるように、ウエハーの形状を有していてよい。
【０１１５】
一部の実施形態では、本明細書に開示したチップは、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ポリマー、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン、ポリ塩化ビニリデン、ビス−ベンゾシクロブテン（「ＢＣＢ」），ポリイミド、ポリイミドのフッ化誘導体などを含むがそれらに限定されないポリマーから形成されてよいか、または含んでいてよい。上述したものを含むポリマーを含有する組み合わせ、コポリマー、または混合物もまた使用できる。チップは、さらに複合物質、例えば、ポリマーと半導体物質の複合物から形成することもできる。
【０１１６】
一部の実施形態では、チップ、または少なくともその一部分は、チップが市販で入手できるマイクロプレート操作装置によって操作できるように十分に頑丈であるように、そして／またはチップが慣周的な使用後に変形させられないように剛性である。当業者であれば、特定チップが企図される使用のための他の仕様を満たしながら、この仕様を満たすチップ構造のための物質または物質の組み合わせを選択することができる。しかし他の実施形態では、チップは半剛性または柔軟性であってよい。
【０１１７】
所定の実施形態では、チップは、滅菌可能な物質を含んでいる。例えば、チップは、チップを使用または再使用する前に、その中の生物学的細胞（例えば、細菌）、ウイルスなどを殺滅、さもなければ不活化するための何らかの方法で滅菌可能である。例えば、チップは、化学薬品、放射線（例えば、紫外線および／または電離放射線を用いて）、熱処理などにより滅菌することができる。適切な滅菌技術およびプロトコールは、当該分野において公知である。例えば、１つの実施形態では、チップはオートクレーブ滅菌できる、すなわち、チップは、チップが滅菌後に実質的に変形しない、さもなければ使用不能にならないように、一般に使用されるオートクレーブ滅菌条件（例えば、しばしば少なくとも１気圧の圧力などの高圧力で、約１００℃もしくは約１２０℃より高い温度への曝露）に抵抗できる物質から構成および配置される。滅菌技術の他の例には、オゾン、アルコール、フェノール、ハロゲン、重金属（例えば、硝酸銀）、界面活性剤、第４級アンモニウム部分、酸化エチレン、ＣＯ２、アルデヒドなどへの曝露が含まれる。また別の実施形態では、チップは、例えば、短波長の電離放射線、例えば、γ線、電子線またはＸ線などの高強度放射線に抵抗することができる。一部の場合には、電離放射線は、核反応から、例えば、６０Ｃｏまたは１３７Ｃｓの崩壊から生成することができる。
【０１１８】
１セットの実施形態では、チップの少なくとも一部分は、接着性物質を使用せずに作製できる。例えば、チップの少なくとも２つの構成要素（例えば、チップが多層構造である場合はチップの２つの層、チップの１つの層もしくは基材と膜、２つの膜、チップの製品とマイクロ流体システムの構成要素、など）は、接着性物質を使用せずに一緒に結び付けることができる。例えば、構成要素は、ヒートシール、超音波溶接、感圧性物質の適用によるなどの方法を用いることによって接続できる。１つの実施形態では、構成要素は機械的に適所に保持できる。例えば、スクリュー、ポスト、カンチレバー、接合くぼみなどを使用すると、チップ（またはその一部分）を機械的に一緒に保持することができる。他の実施形態では、チップの２つの構成要素は、ヒートシール法（例えば、チップの１つまたは複数の構成要素は、他の構成要素に結合される前に、その構成要素のガラス転位温度または溶融温度より高い温度へ加熱することができる）、または超音波溶接技術（例えば、、構成要素を少なくとも部分的に液化または軟化させることを許容できるように、音波エネルギーなどの振動エネルギーをチップの１つまたは複数の構成要素に適用できる）を含むがそれらに限定されない技術を用いて結合することができる。
【０１１９】
所定の実施形態では、チップの２つの構成要素は、ヒートシール法によって結び付けることができる。例えば、チップの１つまたは複数の構成要素は、構成要素のガラス転位温度または溶融温度（すなわち、その構成要素が軟化するか、または液化し始める温度）より高い温度へ加熱することができる。構成要素は、相互に接触させて配置し、ガラス転位温度または溶融温度より下へ冷却させることができ、したがって構成要素を一緒に結び付けることができる。
【０１２０】
所定の実施形態では、２つの構成要素は超音波溶接技術によって結び付けることができる。１つの例として、振動エネルギー（例えば、音波エネルギー）をチップの１つまたは複数の構成要素に適用できる。適用された振動エネルギーは、構成要素、または構成要素の少なくとも一部分が少なくとも部分的に液化または軟化することを引き起こす。構成要素はその後、一緒に配置できる。次に振動エネルギーを停止させると、これらの構成要素を一緒に結び付けることができる。一部の場合には、構成要素は、構成要素のエネルギーディレクター領域だけが振動エネルギーの影響下で液化できるように、振動エネルギーを構成要素の所定領域（「エネルギーディレクター」領域）内に集中できるように設計できる。例えば、振動エネルギーを構成要素に適用すると、エネルギーディレクターの少なくとも一部分が軟化または液化できるように、エネルギーの実質的分画をエネルギーディレクター領域に集中させることができる。軟化および／または液化領域は、次にチップの他の構成要素に接続されると、チップの２つの構成要素が一緒に結び付けられるように硬化することができる。
【０１２１】
また別のセットの実施形態では、チップの２つ以上の構成要素は、接着性物質を使用して結合できる。本明細書で使用する「接着性物質」には、当技術分野において使用される通常の意味が与えられている、すなわち２つの他の物質を一緒に結び付けるか、または結合できる補助物質である。本発明とともに使用するために適切な接着性物質の非限定的例には、感圧性シリコーン系接着剤、ネオプレンを基剤とする接着剤、およびラテックスを基剤とする接着剤などのシリコーン系接着剤が挙げられる。接着剤は、液体または例えば、粘弾性固体などの半固体物質としてチップの構成要素へ接着剤を適用することによって、任意の適切な方法を用いてチップの１つまたは複数の構成要素へ適用することができる。例えば、所定の実施形態では、接着剤は、転写テープ（例えば、テープが構成要素に適用されると、テープが構成要素から取り除かれたときに接着剤、または接着剤の少なくとも一部分が構成要素に付着したままになるように、それに付着した接着性物質を有するテープ）を用いて構成要素へ適用することができる。１セットの実施形態では、接着剤は感圧性接着剤であってよい。すなわち、物質は通常、または実質的には接着性ではないが、例えば、約６ａｔｍもしくは約１３ａｔｍ（約１００ｐｓｉもしくは約２００ｐｓｉ）より高い圧力などの圧力の影響下では接着性、および／またはその接着強度を増加させる。感圧性接着剤の非限定的例には、ＡＲ  Ｃｌａｄ  ７８７６（ペンシルベニア州グレンロックに所在するＡｄｈｅｓｉｖｅｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．から入手できる）およびＴｒａｎｓ−Ｓｉｌ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  ＰＳＡ  ＮＴ−１００１（マサチューセッツ州ホールヨークに所在するＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社から入手できる）が挙げられる。
【０１２２】
所定の実施形態では、接着剤は溶媒結合系を用いてチップの少なくとも１つの構成要素へ適用できる。溶媒結合系では、チップの１つまたは複数の構成要素は溶媒蒸気が富裕な環境に配置される。すなわち、溶媒が適切な条件（例えば、圧力および／または温度が低下した場合）下で環境内に配置された構成要素へ凝縮できるように、構成要素が配置されている環境は溶媒で飽和もしくは超飽和している。構成要素は次に、一緒に環境と接触させ、例えば、環境（溶媒を含んでいる）が除去された場合に一緒に結び付けることができる。１つの特定の例として、本発明のチップの２つのポリカーボネート構成要素は、塩化メチレン環境内で一緒に結び付けることができる。例えば、溶媒、すなわち塩化メチレンなどの薄層を表面へ適用することができる。結合できる２つの表面は、次に結合を確実にするための圧力下で一緒に圧縮および／または締め付けることができる。
【０１２３】
一部の実施形態では、チップは、１個または複数の反応部位を、少なくとも一部には、上記で記載したように（すなわち、接着剤を用いて、または用いずに）一緒に締め付けた２つ以上の構成要素によって規定できるように構成および配置することができる。一部の場合には、反応部位は、反応部位を規定する１つまたは複数の表面に隣接する、さもなければ接触した任意の接着性物質を含んでいない可能性があり、そしてこれは例えば、接着剤がさもなければ反応部位で流体内に漏出する可能性がある場合には有益な可能性がある。当然ながら、接着剤は、チップ内のいずれかの場所、例えば、他の反応部位で使用することができる。同様に、所定の場合には、反応部位は、それが反応部位を規定する１つまたは複数の表面と隣接しているか、さもなければ接触したままになるように、反応部位を構築するために使用された接着性物質の少なくとも一部分がチップ内にとどまるように、接着性物質を用いて構築することができる。当然ながら、チップの他の構成要素は、上記で考察したように接着性物質を使用せずに構築することができる。
【０１２４】
ここで図２を参照すると、マイクロ流体チップ４０の１つの例が図示されている。チップ４０は、混合装置４２、加熱／分散装置４４、反応部位４６、および分離装置４８を備える、４種の一般的装置を備える。１つまたは複数のセンサー、プロセッサ、および／またはアクチュエーター（図示されていない）は、任意で、各々チップと感知または作動連絡させて含めることができる。本明細書で使用する「感知連絡」および「作動連絡」は、センサーまたはアクチュエーターが、各々、反応部位の環境および／または反応部位の内容物を決定および／または制御できるように任意の場所でチップと連絡させて配置されていることを意味する。センサーまたはアクチュエーターは、チップ内に含める、例えば、反応部位内に包埋するか、もしくは反応部位に一体的に接続する、チップ内もしくはチップ上に配置する、またはチップから遠く離れているが、反応部位内の因子を感知または作動させることができるように反応部位と物理的、電気的、および／または光学的に接続させて配置することができる。例えば、センサーはチップと任意の物理的接続を含んでいなくてよいが、反応部位に向けて方向付けられていて、その部位を通過しているか、または部位によって反射もしくは回折させられている赤外線、紫外線、または可視光線などの電磁放射線の相互作用の結果を検出できるように配置することができる。また別の例として、センサーはチップ上もしくはチップ内に配置することができ、そして導波管により反応部位へ光学的に接続されることによって反応部位で活性を感知することができる。チップは、同様に検出および作動を総合制御するためにネットワークもしくは制御システムへ直接的または間接的に接続することができる。感知および作動連絡は、反応部位および／または該部位の内容物の状態を感知できるように、反応部位がセンサーもしくはアクチュエーターと流体的、光学的もしくは視覚的、熱的、空気的、空気圧的、電気的などで連絡している場合にも提供することができる。１つの例として、センサーは出口の１つの下流に、またはセンサーから反応部位を分離している膜もしくは透明性カバーの背部に配置することができる。以下では感知および作動配列についての追加の考察を提供する。
【０１２５】
図４は、本明細書に開示したチップ装置のまた別の実施形態を示している。図４Ａはチップ１０５の平面図を示し、図４Ｂは側面図を示している。この実施形態では、チップ１０５は３層の物質、つまり上層１００（例示した実施形態では透明性である）、中間層１１５、および下層１１０から構成される。当然ながら、他の実施形態では、チップ１０５は、特定の用途に依存して、より多数またはより少数の物質（例えば、１層のみ含んでいる）を有していてよい。図４に示した実施形態では、中間層１１５は、以下で考察するように複数の規定反応部位を規定する１つまたは複数の空所１１２を有する。１つまたは複数のチャネル１１６、１１７は、さらにまた反応部位１１２と流体連絡している中間層１１５内に規定することもできる。一部の場合には、１つまたは複数のポート１１４、１１８は、例えば、上層１００を通してチャネルへの外部からのアクセスを許容できる。
【０１２６】
上層１００は、それにより部分的に反応部位１１２を規定できるように、中間層１１５を被覆する、または少なくとも部分的に被覆することができる。一部の場合には、上層１００は、例えば、ガスもしくは液体物質が上層１００を通して透過もしくは浸透することが許容される場合に、ガスもしくは液体にとって透過性であってよい。例えば、上層１００は、それを通しての検出可能もしくは測定可能なガス輸送を可能にするために十分に薄くてよい、上述したポリ（アセチレン）製湿度制御物質などのポリマーから形成されてよい。一部の場合には、上層１００を通してのガス輸送が可能であるが、他方上層１００を通しての液体の輸送は一般に合理的な時間枠内では不可能である。所定の場合には、上層１００は、例えば、反応を開始するため、またはプロセスを活性化するために光線が使用される実施形態では、実質的に透明性または透光性であってよい。一部の場合には、上層１００は、ガス状ｐＨ調整剤が透過することを可能にするポリマーから形成されてよい。所定の場合には、上層１００は、セルフシールである物質から形成されてよい。すなわち、この物質は固体物体によって貫通されてよいが、一般にそのような貫通後にその形状を回復する。例えば、上層１００は、針などの機械的装置によって貫通できるが、針もしくは他の機械的装置が抜去されると密封するように閉鎖するエラストマー物質から形成することができる。
【０１２７】
中間層１１５は、図４に例示した実施形態では４つの空所を含むことができる。当然ながら、他の実施形態では、より多数または小数の空所が中間層１１５内に存在していてよい。図４に例示した実施形態では、中間層１１５内の空所は、上層１００および下層１１０と一緒に、反応部位１１２を規定できる。図４の実施形態では、実質的に同一である４個の反応部位１１２が存在する；しかし他の実施形態では、より多数または小数の規定反応部位が存在していてよく、そしてこれらの反応部位は各々が同一であっても相違していてもよい。図示した実施形態では、各空所は実質的に同一であり、空所と連絡している２つの流体チャネル１１６、１１７を有する。当然ながら、他の実施形態では、チップ内を走るより多数または小数のチャネルが存在してよい。図４の実施形態では、流体チャネル１１６は層１１５内のポート１１８に接続されており、そして流体チャネル１１７は層１１５内のポート１１４に接続されている；他の実施形態では、当然ながら、流体チャネル１１６および１１８は、１個または複数の反応部位を相互に、１つまたは複数の流体ポートへ、および／またはチップ１０５内の１つまたは複数の他の構成要素へ流体接続することができる。ポート１１４および／または１１８は、一部の場合には流体または他の物質をチップへ導入する、またはチップから抜去するために使用できる。一部の実施形態では、反応部位１１２および／または１つまたは複数の流体チャネルを、例えばチップの１つまたは複数の層で、例えば、１つの層内だけで、２つの層間の接点で、３つの層などにまたがる空所内で規定することができる。
【０１２８】
ポート１１４および１１８は、１個または複数の反応部位１１２と流体連絡していてよい。ポート１１４および１１８は、一部の場合には、上層１００を通して針もしくは他の機械的装置を挿入することによってアクセスすることができる。例えば、一部の場合には、上層１００は貫通されてよいか、または上層１００内の空間は、ポート１１４および／または１１８への外部からのアクセスを可能にする。一部の場合には、上層１００は、一部の場合にはセルフシールであってよい、柔軟性またはエラストマー物質から構成されてよい。所定の場合には、上層１００はポート１１４および／または１１８への直接的または間接的アクセスを可能にするその中に形成された通路を有していてよいか、またはポート１１４および／または１１８は、上層１００内に形成されて層１００内に規定されたチャネルを通してチャネル１１６および１１７へ接続されてよい。
【０１２９】
下層１１０は、図４に示したチップ１０５の底面を形成する。上述したように、下層１１０の部分は、所定の場合には、一部には反応部位１１２を規定することができる。一部の場合には、下層１１０は、チップ１０５に相当に剛性の構造的支持を与えることのできる比較的硬質もしくは剛性の物質から形成されてよい。当然ながら、他の実施形態では、下層１１０は、柔軟性もしくはエラストマー物質（すなわち、非剛性）から形成されてよい。一部の場合には、下層１１０は、その中に規定された１つまたは複数のチャネルおよび／またはその中に規定された１つまたは複数のポートを含有していてよい。一部の場合には、下層１１０（または上層１００）などの反応部位の境界を規定する物質は、例えば、それらの物質が反応部位１１２に輸送させられるか、または近づけられる作用因子を生成するために何らかの方法で反応させられる場合には、塩および／または他の物質を含有していてよい。作用因子は、以前に考察した任意の作用因子、例えば、ガス、液体、酸、塩基、トレーサー化合物、低分子（例えば、約１，０００Ｄａ未満〜１，５００Ｄａの分子量を備える分子）、薬物、タンパク質などであってよく、そして輸送は任意の適切なメカニズム、例えば、拡散（自然の、もしくは促進された）または浸出によって発生してよい。１つの実施形態では、作用因子は、例えば、電流または光線（例えば、レーザーを用いて）を使用して、外部から開始できる熱分解反応によって生成される。他の所定の場合には、下層１１０または上層１００などの反応部位の境界を規定する物質は、反応部位１１２と流体接触していないが、作用因子が反応部位へ輸送されてよいか、または近づけられてよい場合には、リザーバーと反応部位との少なくとも１つの流体接続を作り出すことによって、１つまたは複数の作用因子のリザーバーを含有することができる。輸送は、外部から制御することができる、または一部の場合には、例えば、流体運動を方向付けるために電場もしくは磁場を使用して駆動することができる。当然ながら、さらに他の場合には、下層１１０および／または上層１００は、任意の作用因子または他のリザーバーを含有していなくてもよい。
【０１３０】
本明細書に開示したチップおよびリアクターは広範囲の様々な立体配置を有していてよいことが理解されるべきである。例えば、チップは、単一物質から形成されてよいか、またはチップは２つ以上のタイプのリアクター、リザーバーおよび／または作用因子を含有していてよい。一部の場合には、チップは、チップ内の１個または複数の反応部位内で１つまたは複数の環境因子を変化させることのできる２つ以上のシステムを含有していてよい。例えば、チップは、密封されたリザーバーとｐＨ非中性ガスがそれを越えて透過できない上層とを含有していてよい。
【０１３１】
本明細書に開示したチップは、例えば、センサーを用いて、リアクターの反応部位と関係付けられた１つまたは複数の環境条件を検出または決定できるように構成および配置することができる。一部の場合には、各反応部位は、独立して決定することができる。環境条件の検出は、例えば、反応部位内に配置できるか、または反応部位の近くに配置できる、すなわちセンサーが何らかの方法で反応部位と連絡しているように配置できるセンサーによって発生させることができる。一部の場合には、そのような検出はリアルタイムで行われてよい。センサーは、例えば、ｐＨセンサー、光学センサー、酸素センサー、基質の濃度を検出できるセンサーなどであってよい。以下では、センサーの他の例について詳細に説明する。センサーは、包埋してチップと一体的に接続することができるか（例えば、反応部位などと流体連絡しているチャネルに反応部位の少なくとも一部分を規定する構成要素内で）、または一部の場合にはチップから離れていてよい（例えば、感知連絡内で）。同様に、センサーは所定の実施形態では反応部位に一体的に接続されていても、反応部位から離れていてもよい。
【０１３２】
本明細書で使用する「環境因子」または「環境条件」は、温度または圧力などの反応部位内および／または反応部位と関連している環境の（例えば、センサーによって）検出可能および／または測定可能な条件である。因子または条件は、反応部位内、および／または反応部位に近い場所で、反応部位内の環境条件が明らかになり、そして／または制御されるように、検出および／または測定することができる。例えば、、環境因子は反応部位内または反応部位と関連しているガスまたは溶存ガスの濃度であってよい。ガスは、例えば、酸素、窒素、水（すなわち、相対湿度）、ＣＯ２などであってよい。環境因子は、一部の場合には物質の濃度であってよい。例えば、環境因子は、モル濃度、浸透圧モル濃度、塩分濃度、総イオン濃度、ｐＨ、色、光学密度などの総量であってよい。濃度は、反応部位内に存在する１つまたは複数の化合物の濃度、例えば、ナトリウム、カリウム、カルシウム、鉄、塩化物イオンなどのイオン濃度；またはタンパク質、脂質、もしくはグルコースなどの炭水化物源（例えば、糖）、グルタミン、ピルビン酸塩、アパタイト、アミノ酸もしくはオリゴペプチド、ビタミン、ホルモン、酵素、タンパク質、成長因子、血清などの生物活性化合物の濃度であってよい。一部の実施形態では、反応部位内の物質は、例えば、培地中で見いだされるような、または細胞からの老廃物として生成されるような１つまたは複数の代謝性インジケーターを含むことができる。細胞が存在する場合は、センサーは、全生存性、細胞密度、細胞運動性、細胞分化、細胞産生（例えば、タンパク質、脂質、低分子、薬物などの）などを決定するためのセンサーであってもよい。
【０１３３】
環境因子は、さらに流体の圧力、粘度、濁度、剪断率、攪拌度、または流量などの、反応部位内の流体の流体特性であってもよい。流体は、例えば、液体またはガスであってよい。１セットの実施形態では、環境因子は、例えば、反応部位内の流体もしくは他の物質の電気的状態、例えば、電荷、電流、電圧、電場の強さ、または抵抗もしくは導電性である。１セットの実施形態では、環境条件は温度または圧力である。所定の実施形態では、センサーは、レシオメトリックセンサー、すなわち例えば、測定値と対照シグナル、２つの測定値などの２つ（もしくは以上）のシグナル間の差または比率を決定できるセンサーであってよい。
【０１３４】
本明細書に開示した所定の装置の状況において有用または潜在的に有用なセンサーの非限定的例には、色素に基づく検出システム、親和性に基づく検出システム、微細加工された重量分析装置、ＣＣＤカメラ、光学検出器、光学顕微鏡システム、電気システム、熱電対およびサーミスター、圧センサーなどが含まれる。当業者は、他の適切なセンサーを同定できる。例えば、１セットの実施形態では、チップは、例えば、色素（または色素の組み合わせ）、蛍光分子などの１つまたは複数の環境因子に反応性の１つまたは複数の検出可能な化学物質を含むセンサーを含有していてよい。当業者であれば、特異的環境条件に感受性である１つまたは複数の色素、または蛍光もしくは色原性分子を選択できる。そのような色素、または蛍光もしくは色原性分子の非限定的例には、フェノールレッド、ブロモチモールブルー、クロロフェノールレッド、フルオレセイン、ＨＰＴＳ、５（６）−カルボキシ−２’，７’−ジメトキシフルオレセインＳＮＡＲＦ、およびフェノタレイン（ｐｈｅｎｏｔｈａｌｅｉｎ）などのｐＨ感受性色素；Ｆｕｒａ−２およびＩｎｄｏ−１などのカルシウムに感受性の色素；６−メトキシ−Ｎ−（３−スルホプロピル）−キノリニム（ｑｕｉｎｏｌｉｎｉｍ）およびルシゲニンなどの塩化物に感受性の色素；４−アミノ−５−メチルアミノ−２’，７’−ジフルオロフルオレセインなどの一酸化窒素に感受性の色素；トリス（４，４’−ジフェニル−２，２’−ビピリジン）塩化ルテニウム（ＩＩ）五水和物などの溶存酸素に感受性の色素、溶存ＣＯ２に感受性の色素；ＢＯＤＩＰＹ  ５３０標識グリセロホスホエタノールアミンなどの脂肪酸に感受性の色素；４−アミノ−４’−ベンズアミドスチルベン−２−２’−ジスルホン酸（血清アルブミンに感受性）、Ｘ−ＧａｌもしくはＮＢＴ／ＢＣＩＰ（所定の酵素に感受性）、ＴｂＣｌ３由来のＴｂ３＋（所定のカルシウム結合タンパク質に感受性）、ＢＯＤＩＰＹ  ＦＬファラシジン（アクチンに感受性）、またはＢＯＣＩＬＬＩＮ  ＦＬ（所定のペニシリン結合タンパク質に感受性）などのタンパク質に感受性の色素；グルコース、ラクトースもしくは他の構成要素に感受性の色素、またはプロテアーゼ、ラクターゼもしくは他の代謝副産物に感受性の色素、タンパク質、抗体、もしくはカルセインＡＭ、臭化エチジウム、またはレサズリン（生存性に感受性）などの他の細胞産物に感受性の色素が含まれる。
【０１３５】
１つの実施形態では、色素もしくは蛍光分子は、チップ内の１つまたは複数の壁、例えば、反応部位を規定する１つまたは複数の壁の中に固定化されてよい。また別の実施形態では、色素もしくは蛍光分子は、例えば、反応部位と流体連絡している、チップ内に配置されたゲル内に固定化されてよい。さらにまた別の実施形態では、色素もしくは蛍光分子は、例えば、反応部位を通過させられる媒質中に溶解させられてよい。色素もしくは蛍光分子は、１つまたは複数の環境因子の数値および／または当該の他の変量に概して比例する反応を有することがある。反応は、例えば、蛍光シグナル、吸光度シグナル、波長または周波数などとして測定できる。チップ内のリアクターおよび／または反応部位は、光線送達および／または他の光相互作用構成要素と結合することができる。例えば、光相互作用構成要素は、色素、蛍光分子などから発生した光線（例えば、規定波長を有する）を検出および／または測定できる検出システムを含むことができる。
【０１３６】
センサーは、一部の場合には、チップの外部にあってよいか、または所定の場合にはチップ内へ微細加工されてもよい比色検出システムを含むことができる。１つの実施形態では、比色検出システムはチップの外部にあってよいが、例えば、光ファイバーまたはチップ内に包埋できる他の光相互作用構成要素を用いて、反応部位と光学的に結合することができる（例えば、以下で説明するシステムなど）。比色検出システムの１つの例として、色素もしくは蛍光分子が使用される場合は、比色検出システムは、反応部位内の１つまたは複数の環境因子における変化もしくは移動に反応した色素もしくは蛍光分子の周波数および／または強度における変化もしくは移動を検出することができる。１つの特定の例として、Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｉｎｃ．（Ｄｕｎｅｄｉｎ  Ｆ．Ｏ．）は、ｐＨおよび溶存酸素濃度を測定するための光ファイバープローブおよび分光計を提供している。
【０１３７】
所定の実施形態では、任意の１つまたは複数の上述したチップは、チップ、または１個または複数の反応部位などのその一部分が、例えば制御システムを使用することにより、反応部位内の、もしくは反応部位と関連している環境条件内の変化に対応できるように、構成および配置することができる。一部の場合には、チップ内の各反応部位は、独立して何らかの方法で制御することができる。本明細書で使用する「制御システム」は、反応部位内の、もしくは反応部位と関連している１つまたは複数の環境因子を検出および／または測定できる、そして（例えば、所定値で環境条件を維持するために）反応部位内の、もしくは反応部位と関連している環境条件に対する対応または環境条件の変化を引き起こせる変化システムである。一部の場合には、制御システムは、リアルタイムで環境因子を制御できる。制御システムによって生成された応答は、所定の場合には環境因子に基づいていてよい。本明細書で使用する「能動型」制御システムは、環境条件の測定値に対する直接応答として反応部位と関連している環境因子における変化を引き起こすことのできるシステムである。能動型制御システムは、送達できるか、または反応から遊離され得る作用因子を提供できるが、この場合にはその作用因子は、反応部位と関連している条件を決定できるセンサーに反応して制御される。本明細書で使用する「受動型」制御システムは、環境条件の測定値を必要とせずに反応部位の環境条件を維持するか、またはその変化を引き起こすことのできるシステムである。受動型制御システムは、必ずしもセンサーまたは測定値に反応せずに反応部位内の環境因子を制御することができる。受動型制御システムは、能動型制御を行わずに作用因子が反応部位に流入したり流出したりするのを可能にする。例えば、受動型制御システムは、酸素膜、透水膜、および／または上述したような湿度制御膜を含むことができ、その場合に膜は、反応部位内の酸素および／または水蒸気含量を例えば、所定の規定限度内に維持することができる。制御システムは、反応部位内または反応部位と関連する１つまたは複数の条件を、任意の期間にわたり、一部の場合には例えば、１日間、１週間、３０日間、６０日間、９０日間、１年間、または無期限に制御することができる。
【０１３８】
制御システムは、多数の制御素子、例えば、アクチュエーターへ、および任意でプロセッサへ機能的に接続されたセンサーを備えることができる。制御システムの１つまたは複数の構成要素は、反応部位を含有するチップへ一体的に接続されていてよいか、またはチップから離れていてよい。一部の場合には、制御システムは、チップに統合されている構成要素およびチップから離れている他の構成要素を含んでいる。これらの構成要素は、反応部位（例えば、反応部位の上流または下流など）内またはその近くにあってよい。当然ながら、一部の実施形態では、制御システムは、用途ならびに検出、測定および／または制御すべき環境因子に依存して、２つ以上のセンサー、プロセッサ、および／またはアクチュエーターを含むことができる。制御システムの１つの例は、図５に示されており、その場合にはセンサー５２によって検出されるチップ１０５内の環境条件５０が、適切なプロセッシングのためにプロセッサ５４へ送信されるシグナル５１へ変換される。プロセッサ５４は、次にシグナル５３を生成し、これはアクチュエーター５６へ送信され、そこでこのシグナルは応答６０へ変換される。一部の実施形態では、制御システムは、刺激または刺激における変化に反応して環境因子における極めて迅速な変化（例えば、５秒未満、１秒未満、１００ミリ秒未満、１０ミリ秒未満、または１ミリ秒未満の時間での温度またはｐＨなどの環境因子における検出可能な変化）を生成することができる。
【０１３９】
本明細書で使用する「プロセッサ」または「マイクロプロセッサ」は、例えば、数式または電子回路もしくはコンピューター回路を用いることによって、１つまたは複数のセンサーからのシグナルを受信する、シグナルを記憶し、そして／または１つまたは複数のアクチュエーターに対する１つまたは複数の応答へシグナルを変換できる任意の構成要素または装置である。１つの実施形態では、プロセッサは、エキスパートシステムであってよい。シグナルは、センサーによって決定される環境因子を示す任意の適切なシグナル、例えば、空気シグナル、電子シグナル、光シグナル、機械的シグナルなどであってよい。プロセッサ５４は、シグナルへの応答を決定するために適切な任意の装置、例えば、機械装置または集積回路などの電子装置であってよい。プロセッサは、用途に依存して、反応部位またはチップに包埋したり一体的に接続されてよいか、または反応部位またはチップから離れていてもよい。１つの実施形態では、プロセッサは、例えば、センサーからの入力シグナルを受信して、そのシグナルをアクチュエーターのための適切なシグナルに変換できるプロセス制御アルゴリズムを用いてプログラミングされる。プロセッサ５４内では、例えば、ＰＩＤ制御システム、フィードバックもしくはフィードフォーワードシステム、ファジー論理制御システムなどの任意の適切なアルゴリズムを使用できる。プロセッサは、例えば、アクチュエーターの操作によって、反応部位内の環境条件を制御するようにプログラミング、さもなければ設計することができる。
【０１４０】
例えば、所定の実施形態では、プロセッサ５４は、例えば、その中での化学反応を促進するために、チップの規定反応部位内の一定の規定レベルで１つまたは複数の環境条件（例えば、温度または圧力）を維持することができる。所定の実施形態では、プロセッサ５４は、規定パターンによって、または特定条件に応答して、チップの１つまたは複数の規定反応部位内の１つまたは複数の環境条件を変化させることができる；例えば、プロセッサは、アクチュエーターが所定速度で規定反応部位内のｐＨを上昇させることを誘導できるか、プロセッサは、アクチュエーターが特定温度もしくは他の環境条件に達すると規定反応部位のｐＨを変化させることを誘導できるか、またはプロセッサは、アクチュエーターが物質もしくは作用因子の規定反応部位内への流れを許容もしくは防止するか、または流量を増加または減少させることを誘導できる。一部の実施形態では、プロセッサ５４は、規定反応部位内のいくつかの環境条件、例えば、少なくとも２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ以上の条件を、用途および制御の所望の程度に依存して、好ましくは同時またはほぼ同時に制御することができる。例えば、プロセッサ５４は、１つまたは複数のセンサーおよび／または１つまたは複数のアクチュエーターと連絡していてよい。
【０１４１】
所定の実施形態では、プロセッサ５４は、１個または複数の反応部位内の１つまたは複数の環境条件を維持するようにプログラミングもしくは設計することができる。例えば、、プロセッサ５４は、３個の反応部位内、７個の反応部位内、１０個の反応部位内などの１つまたは複数の環境条件を維持するようにプログラミングもしくは設計することができる。例えば、複数の反応部位が存在する場合は、１つのサブセットの反応部位が１つの温度で保持され、他方相違するサブセットの反応部位が相違する温度で保持されることがある。また別の例として、１つのサブセットの反応部位がそれに添加された第１化合物を有し、他方第２サブセットの反応部位がそれに添加された相違する化合物を有することがある。サブセットの組み合わせ、例えば、相違する化学物質、温度などを有する相違するサブセットもまた使用することができる。従って、多数の相違する環境条件を、１つのチップ内において相違する数値で同時に制御することができる。一部の場合には、反応部位を制御および監視するパターンは、適切な時期に、すなわち実験中に変化させることができる。従って、例えば、第１時点に適時に同時に監視および／または制御された２個の反応部位は、第２時点にも適時に個別に監視および／または制御することができる。制御および監視する工程は、事前に設定するか、自動化するか、または手動で決定することができる。
【０１４２】
１セットの実施形態では、プロセッサ５４は、細胞（例えば、細菌もしくは哺乳動物細胞）の代謝または増殖を指示するために適切な条件を維持するようにプログラミングもしくは設計することができる。例えば、プロセッサ５４は、チップの反応部位内の温度、相対湿度、圧力、酸素濃度、ＣＯ２濃度、血清濃度、栄養素濃度、剪断速度、またはｐＨのうちの１つまたは複数を制御することができる。他の細胞増殖を指示するために適切な他の環境因子については以下で説明するが、上記でも記載されている。
【０１４３】
本明細書で使用する「アクチュエーター」は、１個または複数の反応部位内もしくはその近位、または１個または複数の反応部位と流体連絡している入口もしくは出口内の環境に影響を及ぼすことのできる装置である（例えば、図４Ａにおけるチャネル１１６および１１７におけるように）。アクチュエーターは、反応部位またはチップから離れていてよいか、または一体的に接続されていてもよい。例えば、一部の実施形態では、アクチュエーターは、反応部位内もしくは反応部位外への物質もしくは作用因子、例えば、化学溶液、緩衝液（例えば、ｐＨ緩衝液）、ＣＯ２もしくはＯ２などのガス、栄養素溶液、生理食塩水、酸、塩基、炭素源、窒素源、阻害剤、プロモーター、ホルモン、成長因子、インデューサーなどを含有する溶液の流れを制御し、変化し、そして／または防止できる弁またはポンプ（微小弁またはマイクロポンプを含む）を含むことができる。輸送される物質は、特定の用途に依存する。一部の場合には、ポンプはチップの外部にあってよい。１つの例として、アクチュエーターは、ＣＯ２もしくはＯ２が反応部位へ流入するのを許容する弁を選択的に開放できる。他の場合には、ポンプはチップの内部にあってよい。例えば、ポンプは、ピエゾ圧電式ポンプまたは機械的作動型ポンプ（例えば、圧力、電気刺激などによって作動させられる）であってよい。１つの実施形態では、ポンプは、チップ内の流体の流動を誘導できるチップ内のガスを生成することによって作動させられる；例として、ガスは、ガス生成反応を開始させるようにレーザー光線などの光線を反応物質に方向付けることによって生成できる、またはガスは電流を反応物質に付加することによって生成することができる（例えば、電流を水に付加するとガスを生成できる）。また別の例として、アクチュエーターは、必要に応じて反応部位との流体接続を作り出せるポンピングシステムを含むことができる。１つの特定の例は、ガス透過性表面を有するチップをインキュベーターもしくは他の密閉環境に配置することができ、そしてインキュベーターもしくは他の環境内の雰囲気は、それによって反応部位内の環境条件を制御できるように制御することができる。
【０１４４】
さらにまた別の例として、アクチュエーターは、熱交換器（例えば、図２に示されている）、抵抗加熱器またはペルティエ冷却器などの加熱素子または冷却素子を含むことができる。他の実施形態では、アクチュエーターは、安定した電流、または反応部位内の安定した電場勾配を維持する電気システムなどの電気システムを含むことができる。少なくとも２つの流体流れが反応部位に流入したり流出したりするさらにまた別の例えば、アクチュエーターは、２つの流体流れ間の流量の比率を制御できる弁またはポンプを含むことができる。例えば、アクチュエーターは、シグナルに応答して、反応部位内の入口流量を増加させ、出口流量を減少させるように作動できる。
【０１４５】
１セットの実施形態では、アクチュエーターは、電磁エネルギー源、熱源、機械エネルギー源、または超音波源などのエネルギー源を含むことができる。一部の実施形態では、電磁放射線は光学もしくは可視範囲内の波長もしくは周波数（例えば、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長を有する）、赤外線波長（例えば、約３００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長を有する）、紫外線波長（例えば、約４００ｎｍ〜約１０ｎｍの波長を有する）などを有していてよい。一部の場合には、光線は、例えば、約３５０ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約１ｎｍ、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、または約５００ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲の周波数範囲にわたってよい。他の場合には、光線は、例えば、市販レーザーによって一般に生成される周波数、または蛍光物質が励起される周波数である、単色性（すなわち、単一周波数または狭い周波数分布を有する）であってよい。例えば、周波数は、およそ３６６ｎｍ、４０５ｎｍ、４３６ｎｍ、５４６ｎｍ、５７８ｎｍ、４５７ｎｍ、４８８ｎｍ、５１４ｎｍ、５３２ｎｍ、５４３ｎｍ、５９４ｎｍ、６３３ｎｍ、５６８ｎｍ、または６４７ｎｍに集まる周波数であってよい。単色光線は、狭い周波数分布を有している可能性がある。例えば、周波数の９０％もしくは９５％が平均周波数の±５ｎｍ以内または±３ｎｍ以内である可能性がある。所定の場合には、光線は偏光（例えば、直線偏光または円偏光）することができる、または光線の２つ以上の波長を例えば、連続的もしくは同時に使用することができる。一部の実施形態では、光相互作用構成要素が装置内の光線の波長を変化させることができる。
【０１４６】
所定の実施形態では、アクチュエーターは、好ましくは近くの、もしくは隣接する細胞に影響を及ぼすことなく、特定の細胞または細胞のタイプを選択的に殺滅もしくは不活化するように構成および配置することができる。例えば、アクチュエーターは、反応部位、または反応部位と流体連絡している入口または出口へ実質的に方向付けられたエネルギー源を含むことができる；センサーによって特定の細胞または細胞のタイプが検出されると、アクチュエーターは、例えば、細胞にエネルギーを方向付けることによって細胞を標的とし、細胞を殺滅する、さもなければ何らかの方法（例えば、複製を防止するために十分な程度にそのＤＮＡを損傷させることによって）で細胞を不活化することができる。細胞に向けて標的を定められるエネルギーは、細胞を不活化できる任意のエネルギー、例えば、電磁もしくは電離放射線、超音波、または熱エネルギーであってよい。
【０１４７】
所定の実施形態では、チップは、環境因子に影響を及ぼすことのできる作用因子、または因子に影響を及ぼすことのできる作用因子の前駆物質を反応部位内またはその近位へ輸送することによって、反応部位と関連している環境因子を制御するように（すなわち、それが反応部位内の環境因子に影響を及ぼすように）構成および配置することができる。所定の場合には、反応部位への作用因子（または前駆物質）の送達の制御を使用すると、環境因子を制御することができる。
【０１４８】
所定の実施形態では、反応部位内の、もしくは反応部位と関連している環境因子は、例えば、液体もしくはガスなどの外部の、もしくは未滅菌作用因子のような作用因子へ反応部位を直接的に接触させずに変化および／または制御することができる。例えば、反応部位は、無菌性および／または単離が必要とされる生物学的状況において使用するために生物学的標本もしくは物質を含有していることがある；または、反応部位は、例えば、液体もしくはｐＨ変化に感受性である反応、例えば、非湿性環境で実施されなければならない、作用因子と反応部位との直接接触が困難を提示する水感受性反応を含有することがある。
【０１４９】
所定の実施形態では、上記で考察したように、チップは、作用因子が反応部位へ透過する、または反応部位内へ拡散するのを許容するように構成および配置することができる。例えば、反応部位は、少なくとも一部には、それを通って作用因子が透過できるチップの壁または層などの構成要素によって規定することができる。作用因子は、その中の環境因子または湿度制御膜（例えば、上述したような）または作用因子がそれを越えて透過できる半透過性膜（例えば、作用因子に関して）の１つまたは複数を変化および／または制御することができる。一部の場合には、構成要素は、作用因子に関して化学的または物理的に不活性である。所定の場合には、作用因子の流れは構成要素の一方の側で発生することができる。一部の実施形態では、構成要素の一方の側での作用因子の流れは、例えば、作用因子と構成要素との接触時間を増加させるために、蛇行もしくは非直線状経路に沿って発生することができる。例えば、図２では、区画２０が区画４２からそれを通って作用因子が透過できる膜（図示されていない）によって分離されている場合は、作用因子の流れは、蛇行経路２８１に沿って発生することができる。
【０１５０】
所定の実施形態では、チップ内のどこかで生成された化学物質は、その中の環境因子を制御するために反応部位と相互作用させることができるか、またはチップ内またはチップの外部に貯蔵された作用因子が反応部位と接触する、さもなければ反応部位に影響を及ぼすことを許容する１つまたは複数の流体経路をチップ内に作製（例えば、開放）することができる。作用因子は、反応部位内の１つまたは複数の環境因子を変化および／または制御することができる任意の作用因子であってよい。例えば、作用因子は、以前に説明したようにｐＨ非中性組成物またはｐＨ調整剤であってよい。１つの例として、図４Ａでは、チップ１０５は、作用因子が反応部位へ透過する、または反応部位内へ拡散するのを許容するように構成および配置することができる。例えば、反応部位は湿度制御物質（例えば、上述したとおり）、壁（例えば、規定反応部位１１２の壁）またはそれを通って作用因子が透過して反応部位に影響を及ぼせるチップの１つまたは複数の層（例えば、上層１００）などの構成要素を含むことができる。また別の例として、作用因子が何らかの方法で透過できる構成要素には、作用因子がそれを越えて透過できる浸透圧膜または半透膜（作用因子に関して半透過性）などの膜を含むことができる、または膜によって規定できる。一部の場合には、構成要素は作用因子に関して化学的または物理的に不活性であってよい；例えば、構成要素は、構成要素を実質的に損傷させる、または変化させることなく酸性またはアルカリ性化合物がそれを越えて反応部位に透過することを許容できる。所定の場合には、作用因子の流れは構成要素の一方の側で発生することができる。一部の実施形態では、構成要素の一方の側での作用因子の流れは、例えば、作用因子と構成要素との接触時間を増加させるために、蛇行もしくは非直線状経路に沿って発生することができる。
【０１５１】
例えば、所定の実施形態では、チップは規定の反応部位および透過性上層を有していてよい。本実施例では、分注装置が用途に依存して所望の時間枠内、例えば数秒から数十秒間、数分間、または数時間内に反応部位に向かって透過して反応部位と相互作用できる作用因子を生成できるように、分注装置が反応部位の近くに配置されている。分注装置は、さらにまた１つまたは複数の化学物質源、例えば、ガスおよび／またはｐＨ調整剤の１つまたは複数の供給源と接続することができる。例として、これらの供給源は酸供給源およびアルカリ供給源であってよく、これらの供給源は各々が酸供給源またはアルカリ供給源であってよく、１つの供給源は細胞培地の供給源、またはグルコースもしくは生理食塩水の供給源であってよい。
【０１５２】
１つの例として、反応部位内または反応部位と関連している環境因子がｐＨである場合は、作用因子は、その中のｐＨを制御するために反応部位へ送達もしくは輸送する、または近づけることのできるｐＨ調整剤であってよい。本明細書で使用する「ｐＨ調整」剤は、反応部位内または反応部位と関連している環境のｐＨを変化させることのできる任意の作用因子、例えば、酸、塩基、または酸もしくは塩基を生成するために反応部位内または反応部位の近位で反応できる作用因子であってよい。一部の実施形態では、ｐＨ調整剤は、反応部位、および／またはチップの他の構成要素に対して不活性である。ｐＨ調整剤は、反応部位内または反応部位と関連している環境のｐＨを有意または測定可能な程度まで、必要とされる感受性および特定の用途に依存して、例えば、少なくとも０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．８、１、２、または３以上のｐＨ単位を変化させることができる。必要とされるｐＨ感受性は、当業者であれば容易に決定できる。例えば、反応を開始させるためにｐＨの変化を必要とする化学プロセスは大きなｐＨ変化を必要とすることがあるが、他方最適値に近い反応部位のｐＨを調節するプロセスはｐＨのより小さな変化に対する感受性を必要とすることがある。
【０１５３】
本明細書で使用する「酸」には、化学の分野において使用される通常の意味が与えられている。酸は、酸の強度に依存して、約６．９９未満、５未満、４未満、３未満、または２未満ｐＨ単位のｐＨを有する可能性がある。同様に、「塩基」または「アルカリ」にも、化学の分野において使用される通常の意味が与えられている。塩基またはアルカリは、少なくとも約７．０１、少なくとも約８、少なくとも約９、少なくとも約１１、または少なくとも約１２ｐＨ単位のｐＨを有する可能性がある。「非中性」または「ｐＨ非中性」の組成物は、酸性または塩基性いずれかの組成物である（すなわち、この組成物は、好ましくは少なくとも１もしくは２ｐＨ単位のように有意な量で７より大きいか小さいｐＨを有する）。ｐＨ非中性組成物は、固体、液体、または一部の場合にはガスであってよい。本明細書で使用する「ガス状」酸または塩基は、気相内にあるか、または概して揮発性（すなわち高い蒸気圧を有する）および容易に気相に流入する組成物である。例えば、ガス状酸または塩基は、少なくとも約３００ｍｍＨｇ、少なくとも約４００ｍｍＨｇ、少なくとも約５００ｍｍＨｇ、少なくとも約６００ｍｍＨｇ、または少なくとも約７００ｍｍＨｇの蒸気圧を有することがある。ガス状酸の非限定的例には、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、ピルビン酸、乳酸、ＳＯ２、ＣＯ２、ＣＯ、ＮＯ２、または酪酸が含まれる；ガス状塩基の非限定的例には、アンモニア、ホスフィン、またはアルシンが含まれる。
【０１５４】
一部の実施形態では、反応部位内の環境因子は、例えば、１つまたは複数の前駆物質から、チップ内で１つまたは複数の作用因子を生成することによって変化させることができる。これらの作用因子は、反応部位内の環境因子と相互作用できる、または何らかの方法で環境因子を変化させることができる。１つの実施形態では、作用因子は反応部位内で生成させることができる。また別の実施形態では、作用因子はチップ内のどこかで生成させ、何らかの方法、例えば、流体的に反応部位に向けて輸送することができる。例えば、化学物質をチップと関連している、または外部（例えば、リザーバー内におけるように）の様々な区画内で生成および／または保存し、例えば、チャネルもしくは他の流体接続を通して、または膜もしくは他の構成要素を越えて透過もしくは拡散させることによって、反応部位へ輸送することができる。１つの実施形態では、作用因子は反応部位に近い場所で生成できる。例えば、作用因子はそれを例えば、数秒間から数十秒間以内に反応部位へ容易に移動または輸送できる場所で生成できる。また別の実施形態では、作用因子は例えば、膜を通して、または区画と反応部位との液体連絡を防止する障壁を越えて反応部位へ輸送されるガスであってよいが、他方では非ガス生成物は反応部位へ流入することが防止される。所定の実施形態では、作用因子を生成する前駆物質の反応は外部で開始されてよい。例えば、レーザーなどの光源を前駆物質に適用できる、または電流もしくは熱などの他のエネルギー源を使用して前駆物質の反応を開始させることができる。さらにまた別の実施形態では、例えば、可逆的に、区画と反応部位との間の流体接続が作り出されてもよい。例えば、流体接続は、区画と反応部位とを分離している機械的弁もしくは微小機械的弁などの弁を開放することによって作り出すことができる。
【０１５５】
一部の場合には、例えば、前駆物質が分解または変性しないように、前駆物質が反応する能力を増強するため（例えば、触媒または酵素）、または前駆物質への入射エネルギーの吸収を増強するため、例えば、作用因子を生成する前駆物質の反応速度を上昇させるために、追加の化合物を前駆物質と結合することができる。一部の実施形態では、例えば、エネルギーの吸収を増強するために、暗色もしくは「黒色」物質などの入射電磁放射線を吸収できる物質を添加することができる。そのような物質の非限定的例には、石英、黒色ガラス、ケイ素、黒砂、カーボンブラックなどが含まれる。追加の化合物は、実質的に非反応性で、輸送可能（すなわち、チップの層または構成要素を通して輸送可能）な作用因子を生成できない、または追加の化合物は作用因子の生成もしくは反応部位と関連している環境因子の制御を妨害できない。
【０１５６】
所定の実施形態では、作用因子は、熱分解または変性反応のように、所定の温度で活性化される反応で生成できる。一部の場合には、作用因子を生成する反応は、前駆物質が例えば、少なくとも約２００℃、３００℃、４００℃、または５００℃の温度のように反応を活性化できる所定の温度に曝露させられると開始させることができる。反応を活性化するために必要な温度は、任意の適切な技術によって、例えば、前駆物質に光線エネルギー、熱、電気エネルギー（例えば、抵抗加熱）、発熱性化学反応などを曝露させると、前駆物質中で生成できる。
【０１５７】
一部の実施形態では、作用因子はそのように生成されたガス、例えば、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、ＮＯ２、ＨＣｌなどであってよい。一部の場合には、作用因子生成反応は、１つまたは複数のガスおよび／または１つまたは複数の非ガス生成物を生成することがある。一部の場合には、ガス状作用因子はその後、反応部位内または反応部位の近くへ輸送されるが（例えば、膜を通して、もしくは障壁を越えて）、他方非ガス生成物（液体もしくは固体など）は何らかの方法で反応部位に流入するのが防止され得る。
【０１５８】
所定の場合には、作用因子はｐＨ調整剤であってよい。一部の場合には、ｐＨ調整剤は、アンモニアなどの塩基であってよい。塩基は、前駆物質のアルカリ塩の熱分解反応を通してのような、アルカリ性物質を生成できる任意の適切な反応によって生成できる。例えば、アンモニアは、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、フッ化アンモニウムなどの前駆物質アンモニウム塩の熱分解を通して生成できる。他の場合には、ｐＨ調整剤は、酢酸またはギ酸などの酸であってよい。酸は、前駆物質の酸性塩の熱分解反応を通してのような、酸性物質を生成できる任意の適切な反応によって生成できる。例えば、酢酸は酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム、酢酸リチウム、酢酸マグネシウムの熱分解によって生成できる。同様に、ギ酸はギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、ギ酸カルシウム、ギ酸リチウム、ギ酸マグネシウムの熱分解によって生成できる。一部の場合には、ｐＨ調整剤は、酸または塩基ではないが、チップ内または反応部位内で酸または塩基に変換させることのできる形状にあってよい。例えば、ｐＨ調整剤は、チップ内または反応部位内で水と反応して酸または塩基を形成することができる。非限定的な例として、ＣＯ２などのガスは水と反応して炭酸、例えば：
【０１５９】
【数１−１】
2008504845.tif 000023
を生成できる。
【０１６０】
さらにまた別のセットの実施形態では、作用因子は反応部位と流体連絡していない区画内に存在していてよい；反応部位への作用因子の曝露がその中の環境因子を変化または制御するために所望である場合は、作用因子がその中へ流入できるか、さもなければ反応部位と相互作用できる流体経路が作り出されてよい。例えば、作り出される流体系路は新規経路、すなわち非先在経路、または以前には流体経路を含有していなかった領域内に作り出された経路であってよい；または作り出された流体経路は、流体連絡を防止するために変化させられている流体経路を以前に含有していた領域内に作り出されてもよい。一部の場合には、新規の経路は、反応部位を規定する層、膜、もしくは壁または反応部位と流体連絡しているチャネルなどの、チップの構成要素を除去するまたは損傷させることによってチップ内に作り出されてもよい。また別の例として、流体経路は、例えば、弁もしくはスイッチなどの所定の条件下で開放および／または修飾できる密閉式の先在する流体経路であってよい。１つの実施形態では、区画は密閉式区画、例えば、外部環境および／または反応部位にアクセスできない区画である。また別の実施形態では、区画は外部からアクセス可能であるが（すなわち、入口または出口を通して）、反応部位とは流体連絡していない。
【０１６１】
所定の本明細書に開示したチップは、反応部位から種を送達するため、または種を除去するための１つまたは複数の流体経路を含むことができる。一部の場合には、流体経路は、反応部位から区画を分離する、または反応部位と流体連絡している流体経路から区画を分離する構成要素（例えば、壁もしくは膜におけるように）を透過化もしくは損傷させることによってインサイチュー（チップの構築後、チップの拡大中および／またはチップの使用中）で作り出すことができる。例えば、本発明の所定の実施形態では、流体経路または流体連絡のための他の手段は、作用因子（および／または作用因子の前駆物質）を含有する区画を反応部位との流体連絡から分離するか、または区画をチャネルもしくは反応部位と流体連絡している他の流体経路から分離する。したがって区画と反応部位との間の流体接続を作り出す構成要素を透過化および／または損傷させる（可逆的または非可逆的）ことによって、流体経路または流体連絡のためのたの他の手段を作り出すことができる。例えば、構成要素は、化学物質の透過性を上昇させるために構成要素を加熱することによって、または構成要素が融解もしくは蒸発するのを誘発することによって透過化することができる。一部の場合には、構成要素の透過性は、１桁、２桁、または３桁以上増強することができる。所定の場合には、構成要素の透過性は、例えば、温度を低下させることによって、または非透過化剤を導入することによって、可逆性または少なくとも部分的可逆性であってよい。
【０１６２】
構成要素は、一部の場合には、反応部位との流体接続を作り出すために、反応、例えば、化学もしくは電気化学反応を通して損傷させるか、さもなければ変化もしくは透過化させることもできる。例えば、構成要素は、金、銀、銅などの、適切な電流を付加すると電気分解できる金属を含むことができる。さらにまた別の例として、構成要素は、例えば、反応性の種を用いて化学エッチングすることができる。
【０１６３】
所定の実施形態では、上記で考察した構成要素は、例えば、区画と反応部位との間に流体経路を作り出すために微細針を用いて構成要素に穴を開けることによって、機械的に変化および／または損傷させることができる。微細針または他の機械的装置は、チップ内にあってよい、または外部からであってもよい。１つの実施形態では、構成要素は可逆性ベースで変化させることができ、例えば、構成要素はセルフシールであってよく、そして／または再シール可能なエラストマー物質を含んでいてもよい。
【０１６４】
構成要素は、さらにまた一部の場合には機械的力もしくは化学薬品を使用せずに損傷させることもできる。例えば、それを損傷させるには表面にエネルギーを適用できる。一部の実施形態では、構成要素は、例えば、熱もしくは光線を使用して剥離できる。光線が使用される場合は、光線は一部の場合には表面へ導波管を通して導くことができる、または光線を表面へ直接的に適用できる。
【０１６５】
構成要素は、一部の実施形態では、流体経路の作製を増強できる物質を含むことができる。例として、強化物質は、光線もしくは他の形態のエネルギーの吸収を促進できるか、または化学反応もしくは輸送率を増加させることができる。例えば、１つの実施形態では、構成要素は、入射電磁放射線を吸収できる物質、すなわち石英、黒色ガラス、ケイ素、黒砂、カーボンブラックなどの暗色化もしくは「黒色」物質を含むことができる。他の例として、構成要素は、触媒、酵素、または透過増強剤を含むことができる。
【０１６６】
本明細書に開示したチップは、様々な他の構成要素を含むことができる。例えば、チップは、以下で詳細に説明するように、光源、流量計（例えば、ガスまたは液体の流体流量を測定するため）、集積回路などの回路、リザーバー（例えば、溶液のため）、微小機械的もしくはＭＥＭＳ（「微小電子機械システム」）構成要素、微小弁、マイクロポンプなどの構成要素を含むことができる。構成要素は、半導体を作製するために使用される技術に類似する、標準微細加工において使用される技術などの技術を用いてチップ上で作製できる（例えば、Ｍａｄｏｕ  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，  ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，  ＦＬ  １９９７；およびＭａｌｕｆ，  Ａｎ  Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｂｏｓｔｏｎ，  ＭＡ  ２０００を参照）。一部の実施形態では、少なくとも１つ、２つ、３つ以上の構成要素がチップへ一体的に接続されている。所定の実施形態では、構成要素の全部がチップへ一体的に接続されている。
【０１６７】
本発明とともに使用するために適切な構成要素の他の例には、チップ、リアクターおよび／または反応部位内での混合、チップ、リアクターおよび／または反応部位内での加熱、分離、および／または分散装置を増強するために流れの流路内に配置されるパイロン様閉塞物が含まれる。例えば、加熱装置が存在する場合は、加熱装置は、超小型の伝統的熱交換器であってよい。
【０１６８】
例えば、１セットの実施形態では、本明細書に開示した装置は、湿度を制御できる（例えば、上記で説明したように）および／または実質的に透明性であってよい膜などの膜を含むことができる。膜が存在する場合は、それはチップ内のリアクター内の任意の場所に配置できる。所定の実施形態では、膜は、それが１個または複数の反応部位の表面を規定し、そして／または反応部位を２つ以上の部分に分割するように配置されるが、それらの部分は同一または相違する寸法を有していてよい。例えば、図７Ａでは、湿度制御装置および／または実質的に透明性であってよい膜４１０は、反応部位４１１の表面を規定する。図７Ｂでは、膜４１０は反応部位４１１の表面および反応部位４１２の表面を規定する。また別の例として、膜は、それがチップの１個または複数の反応部位と流体連絡しているように配置することができる。一部の場合には、膜は、第１反応部位を第２反応部位と流体接続する経路が膜を越えるように配置することができる。また別の実施形態では、膜は、それがチップの１個または複数の反応部位と流体連絡しているように配置することができる。一部の場合には、膜は、第１反応部位を第２反応部位と流体接続する経路が膜を越えるように配置することができる。例えば、図７Ｃおよび７Ｄでは、膜４１０は反応部位４１１または４１２の表面を規定しないが、反応部位４１１と反応部位４１２とを流体接続している少なくとも１つの経路が膜４１０を越えるように配置されている。
【０１６９】
１つの例として、１つの実施形態では、膜は、例えば、約０．０３μｍより大きく約５μ未満の数平均孔径を有する多孔性膜であってよい。他の実施形態では、膜の孔径は、約４μｍ未満、約３μｍ未満、約２μｍ未満、約１．５μｍ未満、約１．０μｍ未満、約０．７５μｍ未満、約０．６μｍ未満、約０．５μｍ未満、約０．４μｍ未満、約０．３μｍ未満、約０．１μｍ未満、約０．０７μ未満、ならびに他の実施形態では、約０．０５μｍ未満であってよい。所定の場合には、孔径は０．０３μｍより大きいか、または０．０８μｍより大きい。一部の場合には、膜は、所定の細胞（例えば、細菌細胞、酵母細胞、哺乳動物細胞など）がそれを通過するのを防止するように選択できる。例えば、約０．２μｍの孔径を備える膜は細菌細胞の通過を防止でき、そして約１μｍの孔径を備える膜は哺乳動物細胞の通過を防止できる。所定の実施形態では、膜は、所定の分子、例えば、所定のサイズおよび／または電荷を有する微小分子の通過を防止または許容するように、すなわち電荷および／またはサイズ選択性の膜を選択できる。
【０１７０】
膜は、湿度制御装置として構成された場合は、上記で記載した物質から構築できる。上記で考察したようなこれらの、または他の実施形態では、膜は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、再生セルロース、ニトロセルロース、酸化アルミニウム、ガラス、繊維ガラスなどのポリマーまたは他の物質を含むことができる。所定の実施形態では、膜は、例えば、上述したように、実質的に透明性であってもよい。１つの実施形態では、膜は、例えば、Ｏｘｙｐｈｅｎ  Ｕ．Ｓ．Ａ．，Ｉｎｃ．（ニューヨーク州ニューヨーク）によって製造されたＲＯＴＲＡＣ（登録商標）キャピラリー膜のような、２μｍ以下の孔径を有する実質的に透明性のポリエチレンテレフタレート膜である。
【０１７１】
１セットの実施形態では、チップは、その中で（例えば、反応部位内で）発生させることが意図された反応または相互作用を促進するように適応させた構造を含むことができる。例えば、チップが細胞培養のための１つまたは複数のバイオリアクターとして機能することが意図されている場合は、チップは、細胞増殖を改善または促進できる構造を含むことができる。例えば、一部の場合には、反応部位の表面は、細胞結合または接着を促進できる表面であってよいか、またはチップ内のリアクターおよび／または反応部位は細胞接着層を含む構造を含むことができ、それらには広範囲の親水性、細胞親和性、および／または生物親和性物質のいずれかを含むことができる。例として、表面は、広範囲の親水性、細胞親和性、および／または生物親和性物質のいずれか、例えば、露出したカルボン酸基、アルコール基、および／またはアミノ基を有する物質を用いてイオン化、被覆（例えば、支持体物質を用いて）および／または微細パターン化することができる。細胞接着層のために適合する物質の例には、ポリフルオロ有機物質、ポリエステル、ＰＤＭＳ、ポリカーボネート、ポリスチレン、および酸化アルミニウムが含まれるが、それらに限定されない。また別の例として、この構造は、細胞接着を促進する物質を用いて被覆した層、例えば、ＲＧＤペプチド配列を含むことができるか、または構造は、それが細胞接着を促進できるような方法で処理できる。例えば、表面は、表面が相当により親水性、細胞親和性および／または生物親和性になるように処理することができる。一部の実施形態では、例えば、付着、結合、浸漬、または他の処理によって細胞接着を促進する物質で細胞接着層の表面を修飾するのが望ましいことがある。細胞接着を促進する代表的物質には、フィブロネクチン、ラミニン、アルブミン、またはコラーゲンなどが含まれるが、それらに限定されない。他の実施形態では、例えば、所定のタイプの細菌もしくは足場非依存性細胞を使用する場合は、表面は疎水性、細胞非親和性、および／または生物非親和性物質から形成されてよいか、または表面はそれをより疎水性、細胞非親和性、および／または生物非親和性にするための何らかの方法で、例えば、脂肪族炭化水素および／または過フッ化炭化水素を用いることで処理することができる。
【０１７２】
一部の実施形態では、チップは、「光相互作用構成要素」、すなわち、例えば、光線を生成し、光線に反応し、光線の特性における変化を誘発し、光線を方向付け、光線を変化させるなどによって光線と相互作用する構成要素を含むことができる。本明細書で使用する「光相互作用構成要素」は、チップおよび／またはリアクター機能に関連する何らかの方法で、例えば、光線を生成し、光線に反応し、光線の特性における変化を誘発し、光線を方向付け、光線を変化させるなどによって、チップもしくはリアクター内のサンプルに影響を及ぼし、そして／またはサンプルについて何か（サンプルの存在、サンプルの特性など）を決定する方法で、光線と相互作用する構成要素である。１つの実施形態では、構成要素は、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）またはレーザーなどのように光線を生成する。他の実施形態では、光相互作用構成要素は、光検出器または太陽電池セルなどの、光線に感受性、または光線に応答する構成要素であってよい。さらにまた別の実施形態では、光相互作用構成要素は、例えば、光線を集中もしくは視準するか、またはレンズにおけるように光線が発散するのを誘発し、または回折格子もしくはプリズムにおけるようにスペクトル的に光線を分散させるような何らかの方法で光線を操作するか、または変化させることができる。また別の実施形態では、光相互作用構成要素は、例えば、導波管または鏡におけるように、湾曲経路に沿って、または隅部の周囲で何らかの方法で光線を伝送する、もしくは方向を変更することができる。さらにまた別の実施形態では、光相互作用構成要素は、例えば、分極器もしくは干渉計におけるように、偏光度または周波数などの構成要素上の特性を変化させることができる。その他の装置、または装置の組み合わせもまた可能である。一般に、用語「光相互作用構成要素」は、空気、またはガラスもしくはプラスチックの平面（例えば、「窓」）などの有意な修飾、偏光、もしくは再方向付けを伴わずに受動的に光線を伝送する構成要素もしくは装置を含んでいない。用語「光相互作用構成要素」は、さらにまた一般に、不透光性物質に見いだされるような応答を伴わずに、本質的にすべての入射光線を受動的に吸収する構成要素も含んでいない。
【０１７３】
光相互作用構成要素がリアクターもしくはチップと結び付けて提供される実施形態では、それはリアクターもしくはチップ上または内の任意の場所に配置することができる。例えば、光相互作用構成要素は、反応部位内または反応部位に隣接して配置できる。一部の場合には、光相互作用構成要素は、概して例えば、反応部位の壁または表面として反応部位と一体的に接続されている。
【０１７４】
別の例として、光相互作用構成要素は、光相互作用構成要素に進入する光線の少なくとも一部分が反応部位と光学連絡しているように、本明細書に開示したチップ内のどこかに配置されてよいか、またはチップと一体的に接続されてよい。本明細書で使用する用語「光学連絡」は、一般に、可視光線などの電磁放射線の輸送を提供する任意の経路を意味する。光学連絡には、直接的な「照準線」連絡が含まれる。光学連絡は、例えば、レンズ、フィルター、光ファイバー、導波管、回折格子、鏡、ビームスプリッター、プリズムなどの光学装置の使用によって作製することもできる。一部の実施形態では、光相互作用構成要素は、２個以上の反応部位へ、または２個以上の反応部位から光線を方向付けることができる、または光相互作用構成要素は、２つ以上の光源から反応部位へ光線を方向付けることができる。所定の実施形態では、２つ以上の光相互作用構成要素が存在してよい。
【０１７５】
光相互作用構成要素は、一部の場合には導波管を含むことができる。本明細書で使用する用語「導波管」には、当技術分野における通常の意味が与えられており、光ファイバーを含むことができる。導波管は、一般に光線を受信してその光線の一部分を「照準線」連絡内ではない場所（導波管は照準線領域へ光線を伝送できるが）、例えば、実質的損失を伴わずに屈曲部、隅部、および類似の障害物の周囲へ誘導または伝送することができる。
【０１７６】
一部の実施形態では、導波管は、包埋されるか、または少なくとも部分的に、低い屈折率を有していてよい第２の「クラッディング」物質によって取り囲まれた物質の「コア」領域を含むことができる。コアは、任意の形状、例えば、物質のスラブ形、ストリップ形、または円筒形を有していてよい。
【０１７７】
導波管、または導波管の少なくとも一部分は、反応部位へ、または反応部位から光線を伝送できる任意の物質から作製されてよい。導波管は、実質的に透明性、または一部の場合には透光性であってよい。一部の実施形態では、導波管は、ケイ素をベースとする物質、例えば、ガラス、イオン注入ガラス、石英、ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ポリシリコン、被覆ガラス、電導性ガラス、インジウムスズ酸化物ガラスなどから形成されてよい。他の実施形態では、導波管は、他の透明性または透光性の有機または無機物質を含むことができる。例えば、所定の実施形態では、導波管は、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、イオン交換ポリマー、および上記のフッ化誘導体を含むがそれらに限定されないポリマーを含んでいてよい。組み合わせ、混合物、またはコポリマーもまた可能である。
【０１７８】
所定の実施形態では、導波管またはその一部分は、高度に反射性の物質、例えば、銀またはアルミニウムで取り囲まれてよいか、またはコーティングされてよい。また別の実施形態では、導波管は、それが第１屈折率を有する中心物質（例えば、コア）、ならびに第２屈折率を有する周囲の物質（例えば、クラッディング）を含むように作成されてよい。クラッディングは、中心物質の屈折率より低い屈折率を有していてよい。さらにまた別の実施形態では、コアまたはクラッディングの屈折率は、断面を越えて変動してよい。１つの例として、コアは、屈折率が一般に中心近くで最高であるグレーデッド型光ファイバーであってよい。
【０１７９】
これらの条件下では、中心物質を通って移動する光線の実質的部分は、この屈折率の差の結果として内部反射されてよい（「総内部反射」）。導波管の一端に進入する電磁放射線は、コア−クラッディング境界で総内部反射の現象に起因する中心領域へ限定することができる。光線は、クラッディング物質もしくは他の周囲物質によって有意に吸収されずに、それが導波管の端部、または光線がそれから出ていく導波管の規定領域に到達するまでコアを通って輸送されてよい。中心物質を通って移動する光線は、有意な強度の消失を伴わずに、約１０ｄｂ／ｃｍもしくは２０ｄｂ／ｃｍ未満の減衰係数で、隅部および他の障害物の周囲に方向付けられてよい。また別の実施形態では、導波管は２つ以上の中心物質または２つ以上の周囲物質を有していてよい。
【０１８０】
導波管の１つの例として、導波管を形成する中心物質および周囲物質の両方は、各々がガラスであってよい。また別の例として、導波管は、低い屈折率を備える物質が高い屈折率を備える物質を取り囲んでいるように、ポリマーおよびケイ素をベースとする物質から形成されてよい。さらにまた別の例として、導波管は、例えば、空気もしくは導波管より高い屈折率を有する、そこで導波管／空気または導波管／チップの界面で総内部反射が発生してよい状態を生じさせるようなチップの部分によって取り囲まれた単一物質から構築することができる。
【０１８１】
導波管は、例えば、ミリング、グラインディング、または機械加工（例えば、チップ基材内へのチャネルの切削もしくはエッチング、次に任意でシーラントを用いて、物質をチャネル内へ沈着させることによって）によるような、当業者に知られている任意の適切な技術によって構築することができる。導波管は、さらにまたチップ作製プロセス中に物質層を沈着させることによって形成することもできる。一部の場合には、沈着させられた物質は、周囲基材より高い屈折率を有していてよいため、したがって上述したように一般にコア−クラッディング構造を形成する。導波管は、さらにまた周囲物質に比較して屈折率を操作／変化させるような方法で、ガラスもしくはプラスチックなどのチップを形成する物質をレーザーエッチングする工程によって構築することもできる。一部の場合には、エッチングされた／エッチングされていない部分の屈折率は、コア−クラッディング構造を作製できるように制御することができる。
【０１８２】
一部の実施形態では、光相互作用構成要素は、光源であってよいか、または光源を含んでいてよい。光源は、反応部位と光学連絡している任意の光源であってよい。例えば、光源は、外部もしくは周囲光線、ＬＥＤにおいて作り出されるようなコヒーレント光線もしくは単色光線、または半導体レーザーもしくは量子井戸レーザーなどのレーザーであってよい。光源は、チップの一部として作製されたレーザーダイオード内のチップの一部分と一体的に接続されていてよい、または光源はチップから離れていて、それと一体的に接続されていないが、それでも反応部位との光学連絡を許容できるように配置されていてよい。光源は、単一波長もしくは実質的に単色の波長、または上述したように広範囲の波長を生成することができる。光源は、所定の実施形態では、化学反応または光子を生成する化学反応などの生物学的プロセス、例えば、ＧＦＰ（「緑色蛍光タンパク質」）もしくはルシフェラーゼを含む反応において、または蛍光もしくは燐光を通して生成することもできる。例えば、入射電子、電流、摩擦、熱、化学的もしくは生物学的反応は、例えば、反応部位内に配置されたサンプル内、または反応部位と光学連絡しているチップ内に位置する反応中心から光線を生成するように適用できる。
【０１８３】
所定の場合には、光相互作用構成要素は、フィルター、例えば、低域フィルター、高域フィルター、ノッチフィルター、空間フィルター、波長選択フィルターなどを含むことができる。フィルターは、例えば、入射光線の一部分を実質的に減少もしくは排除することができる。例えば、フィルターは、約３５０ｎｍ未満または約１，０００ｎｍを超える波長を有する光線を排除または実質的に減少させることができる。また別の実施形態では、フィルターは、入射光線内の雑音を減少させるか、または入射光線の信号雑音比を増加させることができる。さらにまた別の実施形態では、フィルターは、入射光線を例えば、直線偏光または円偏光することができる。
【０１８４】
一部の実施形態では、光相互作用構成要素は、反応部位と光学連絡している光学素子を含むことができる。本明細書で使用する「光学素子」は、例えば、光線を集束もしくは照準するか、または光線が発散することを引き起こすことによって光学素子に入射もしくは射出する光線の経路を変化させることのできる任意の素子もしくは装置を意味する。例えば、光学素子は入射光線を単一点もしくは小さな領域へ集束させることができる、または光学素子は平行光線もしくは集束光線を形成するために発散光線を視準する、または方向変更することができる。用語「集束する」は、一般に１つの点もしくは小さな領域へ光線が収束することを引き起こす能力を意味する。用語「視準する」は、一般に、必ずしも１つの点もしくは小さな領域にではなく、例えば、光線が無限遠点で集束するように、光線の収束を増加させる能力を意味する。１つの例として、発散光線は、平行光線に視準することができる。所定の実施形態では、光学素子は、例えば、発散レンズ内におけるように、光線を分散させることができるか、または光線が発散するのを引き起こすことができる。他の実施形態では、光学素子は、例えば、ビームスプリッター、光学コーティング（例えば、二色性、反射防止性、または反射性コーティング）、光学格子、回折格子などであってよい。
【０１８５】
１セットの実施形態では、光学素子は、レンズであってよい。レンズは、収束レンズまたは発散レンズなどの任意のレンズであってよい。レンズは、例えば、メニスカス、平凸レンズ、平凹レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、フレネルレンズ、球面レンズ、非球面レンズ、バイナリーレンズなどであってよい。光学素子は、平面鏡、曲面鏡、放物面鏡などの鏡であってもよい。他の実施形態では、光学素子は、例えば、回折格子もしくはプリズムにおけるように、光線が発散するのを引き起こすことができる。
【０１８６】
所定の場合には、相違する屈折率を有する物質を使用できる。例えば、光線が導波管を通って光学素子に到達する実施形態では、光学素子は、導波管とは相違する屈折率を有する物質であってよい。一部の場合には、光学素子の屈折率は、導波管の屈折率とほぼ同じか、それより大きい。
【０１８７】
一部の場合には、光学素子として分布屈折率を有する物質（「ＧＲＩＮ」物質）を使用できる。ＧＲＩＮ物質は、ＧＲＩＮ物質に達する光線に固有の発散量を最小限に抑えることができる。例えば、素子の断面に沿って屈折率を変化させることによってレンズとして機能する、厚さが一様な物質を作製することができる。１つの実施形態では、ＧＲＩＮ物質は、発散光線を平行配列へ方向を変更させることができる。また別の実施形態では、ＧＲＩＮ物質は必ずしも一様な厚さを有しておらず、物質の分布屈折率と物質の形状との組み合わせを使用して光線を集束または視準させることができる。
【０１８８】
光相互作用構成要素は、一部の実施形態では、光センサーもしくは光検出器、光電子増倍管、太陽電池、アバランシェフォトダイオードなどのフォトダイオード、フォトダイオードアレイ、ＣＣＤチップ（「電荷結合デバイス」）などの、光線を電気へ変換できる構成要素を含むことができる。一部の場合には、構成要素は、例えば、発光（蛍光もしくは燐光を含んでいる）、吸光、散乱、光学密度、偏光測定、またはヒトの目を含む他の測定を通して、反応部位内の物質の状況もしくは状態を決定することができる。
【０１８９】
所定の場合には、光相互作用構成要素は、例えば、反応部位もしくは反応部位の近くに位置する細胞もしくは他の物質の一部分を画像描出するため、または細胞が表面に付着しているかどうかを決定するための、画像化目的に使用できる。
【０１９０】
一部の場合には、光相互作用構成要素を使用すると電気を生成できる。１つの実施形態では、太陽電池は、半導体物質を含む１つまたは複数の層を用いて、チップ内で一体的に生成することができる。
【０１９１】
一部の実施形態では、光線は、例えば、化学反応を活性化もしくは阻害するために、反応部位に方向付けることができる。例えば、反応は活性化のための光線の使用を必要とすることがある、または感光性酵素は酵素に光線を適用することによって阻害することができる。所定の実施形態では、反応部位に方向付けられた光線は、プローブもしくはシグナル源として使用できる。光線は、所定の実施形態では、例えば、反応部位に到達する光線が特異的波長、偏光、または強度を有するように、反応部位へ制御された方法で送達することができる。
【０１９２】
一部の実施形態では、反応部位から発生した光線の一部分を検出および分析することができる。反応部位から発生した光線は、反射もしくは屈折光線、例えば、上述したように反応部位に方向付けられた光線であってよいか、または光線は物理的手段を通して、例えば、蛍光もしくは燐光を通して生成されてもよい。所定の実施形態では、光線は、上述したように反応部位内で生成することができる。反応部位からの光線は、任意の適切な分析技術、例えば、赤外線分光法、ＦＴＩＲ（「フーリエ変換赤外線分光法」）、ラマン分光法、吸収分光法、蛍光分光法、光学密度、円偏光二色性、光散乱法、偏光分析法、屈折率測定法、濁度測定法、準弾性光散乱、または任意の他の適切な技術を使用して分析することができる。また別の実施形態では、反応部位のイメージングは、例えば、光学イメージング、または赤外線イメージングを用いて実施できる。
【０１９３】
一部の実施形態では、チップ内のリアクターおよび／または反応部位は、１つまたは複数のタイプの生きている細胞の増殖を例えば、同時に促進する環境を維持するために構成および配置することができる。一部の場合では、反応部位には、生きている組織、例えば、それから細胞が作り出される組織の中で見いだされる条件に類似する流量、酸素、栄養素分布などの条件を提供することができる。従って、チップは、バッチ培養システムによって提供される条件よりインビボに近い条件を提供することもできる。１個または複数の細胞が反応部位内で使用される実施形態では、細胞は、任意の細胞もしくは細胞タイプ、例えば、原核細胞または真核細胞であってよい。例えば、細胞は細菌もしくは他の単細胞生物、植物細胞、昆虫細胞、真菌細胞または動物細胞であってよい。細胞が単細胞生物である場合、細胞は、例えば、原生動物、トリパノソーマ、アメーバ、酵母細胞、藻類であってよい。細胞が動物細胞である場合は、細胞は、例えば、脊椎動物細胞（例えば、ミバエ由来の細胞）、魚細胞（例えば、ゼブラフィッシュ細胞）、両生類細胞（例えば、カエル細胞）、爬虫類細胞、トリ細胞、または霊長類細胞、ウシ細胞、ウマ細胞、ブタ細胞、ヤギ細胞、イヌ細胞、ネコ細胞、またはラットもしくはマウスなどの齧歯類由来の細胞などの哺乳動物細胞であってよい。細胞が多細胞生物由来である場合は、細胞は生物の任意の部分由来であってよい。例えば、細胞が動物由来である場合は、細胞は、心臓細胞、線維芽細胞、角化細胞、肝細胞、軟骨細胞、神経細胞、骨細胞、筋細胞、血球、内皮細胞、免疫細胞（例えば、Ｔ細胞、Ｂ細胞、マクロファージ、好中球、好塩基球、マスト細胞、好酸球）、幹細胞などであってよい。一部の場合には、細胞は遺伝子組み換え細胞であってよい。所定の実施形態では、細胞は、チャイニーズハムスター卵巣（「ＣＨＯ」）細胞または３Ｔ３細胞であってよい。一部の実施形態では、２つ以上の細胞タイプ、例えば、線維芽細胞および幹細胞を同時に使用できる。所定の実施形態では、細胞単層、組織培養または細胞構築物（例えば、生きていない足場上に位置する細胞）などもまた反応部位において使用できる。特定の細胞タイプのために反応部位内において必要な精密な環境条件は、当業者であれば決定できる。
【０１９４】
一部の例では、細胞は例えば、ナノグラム、マイクログラム、ミリグラムまたはグラム以上の量で、当該の治療用および／または診断用の化学的または生物学的化合物を生成することができる。例えば、細胞はモノクローナル抗体、組み換えタンパク質などのタンパク質、アミノ酸、ホルモン、ビタミン、薬物もしくは医薬品、他の治療用分子、人工化学薬品、ポリマー、ＧＦＰ（「緑色蛍光タンパク質」）もしくはルシフェラーゼなどのトレーサーなどの生成物を生成することができる。１セットの実施形態では、細胞は、新薬発見および／または新薬開発のために使用できる。例えば、細胞は細胞と相互作用することが推測される作用因子に曝露させることができる。そのような作用因子の非限定的例には、癌原性もしくは突然変異原性化合物、合成化合物、ホルモンもしくはホルモンアナログ、ビタミン、トレーサー、薬物もしくは医薬品、ウイルス、プリオン、細菌などが含まれる。例えば、１つの実施形態では、本発明は、モノクローナル抗体および／または他の当該の化合物の高スループットプロセッシングを可能にするための全自動細胞培養において使用できる。また別の実施形態では、本明細書に開示した装置および方法を使用すると、例えば、自己生存性、自己生成率などを決定するために、細胞、細胞タイプ、細胞増殖条件などをスクリーニングすることができる。一部の場合には、本明細書に開示した装置および方法は、高スループットスクリーニング技術において使用できる。例えば、本明細書に開示した装置および方法は、１つまたは複数の選択した化合物が、細胞増殖、細胞もしくは細胞タイプの正常もしくは異常な生物学的機能、タンパク質または細胞によって生成された他の作用因子の発現などを評価するために使用できる。本明細書に開示した装置および方法は、さらにまた様々な環境因子が細胞増殖、細胞の生物学的機能、細胞生成物の産生に及ぼす作用を調査するために使用できる。
【０１９５】
所定の場合には、チップ内のリアクターおよび／または反応部位は、反応部位内の生きている細胞との化学的もしくは生化学的反応を防止し、促進し、そして／または決定するため（例えば、もしあれば、薬物、ホルモン、ビタミン、抗生物質、酵素、抗体、タンパク質、炭水化物などの作用因子が生きている細胞に及ぼす作用を決定するため）に構成および配置することができる。例えば、細胞と相互作用することができると推測される１つまたは複数の作用因子は、細胞を含有するリアクターおよび／または反応部位へ添加することができ、そして本発明のシステムおよび方法を用いて、作用因子への細胞の反応を決定することができる。
【０１９６】
一部の場合には、細胞は感光性であってよい。例えば、細胞は光線刺激に応答する、または光合成性である植物細胞である。また別の実施形態では、光線は、感光性の哺乳動物細胞、または植物細胞などの細胞を増殖させるために使用できる。さらにまた別の実施形態では、細胞は、光線に引きつけられるか、または光線によってはねつけられる細菌であってよい。また別の実施形態では、細胞は、光受容体もしくは他の光線シグナル応答を有する動物細胞、例えば、桿体細胞もしくは円錐細胞であってよい。さらにまた別の実施形態では、細胞は、光受容体もしくは別の感光性分子、例えば、光線に曝露すると反応性実体を分解もしくは形成するか、または生物学的プロセスが発生するのを刺激する、遺伝子組み換え細胞であってよい。他の場合には、細胞は非感光性であってよい；細胞を分析するため、例えば、検出、イメージング、計数、形態学的分析または分光分析のために、チップに適用された光線を使用することができる。さらに他の場合には、光線は、例えば、直接的に、またはアポトーシス反応を誘導することによって、細胞を殺滅するために使用できる。
【０１９７】
一部の実施形態では、チップは、例えば、細胞が増殖かつ分割できるように、チップ内の細胞を代謝的に活性な状態で維持できるように構成および配置することができる。例えば、チップは、例えば、一連のプレート中で１つまたは複数の追加の表面を反応部位に添加できるように構築できるか、または基材に付着させたまま、細胞が分割できるように構築することができる。一部の場合には、チップは、例えば、チップの出口を通して、または任意でチップ内に存在する他の細胞を実質的に阻害することなく、反応部位からの表面の除去によって、細胞をチップから採取もしくは除去できるように構築することができる。チップは、任意の適切な期間にわたって、例えば、１日間、１週間、３０日間、６０日間、９０日間、１年間、または一部の場合には無期限に細胞を代謝的に活性な状態で維持することができる。
【０１９８】
所定の実施形態では、上記のチップのいずれかは、任意でチップの使用説明書を含むキット内に包装することができる。すなわち、キットは、例えば、マイクロプレート、またはマイクロプレートを取り扱うために適合する装置とともに使用するための、チップの使用説明書を含むことができる。本明細書で使用する「取扱説明書」は、取扱説明書および／または販売促進の構成要素を規定することができ、代表的にはその上に書かれた、または本発明の包装と結び付けられた取扱説明書を含むことができる。取扱説明書は、チップの使用者が取扱説明書がチップと関連付けられなければならないことを明白に認識するような任意の方法で提供される任意の口頭もしくは電子式取扱説明書を含むことができる。さらに、キットは、特定の用途に依存して他の構成要素、例えば、容器、アダプター、シリンジ、ニードル、交換部品などを含むことができる。本明細書で使用する「販売促進された」は、教育、病院および他の臨床的指示、科学研究、新薬発見もしくは開発、学術研究、医薬品販売を含む製薬工業の活動、ならびに本発明と関連する任意の形状の文書、口頭および電子伝達を含む他の販売促進活動の方法を含む商業を営むすべての方法が含まれる。
【０１９９】
以下は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定され、本発明の全範囲を例示するものではない。
【実施例】
【０２００】
（実施例１）
本実施例では、概して図４Ａに例示したような代表的チップを調製する。その中で結び付けられた流体チャネル、ポート、区画、その他の反応部位などを有する第１チップ層は、アクリルもしくはポリカーボネートのストックシートから射出成形または機械加工される。この第１層は、機械加工もしくは射出成形された平底プレート（同様にアクリルもしくはポリカーボネート）へ感圧シリコーン接着剤（誘電ポリマー）によって付着させられる。湿度制御層／膜を形成するための上述した１つまたは複数の物質を含む湿度制御膜もまた、感圧シリコーン接着剤によって第１層の上側に付着させられる。
【０２０１】
その中で結び付けられた流体チャネル、ポート、区画、他の反応部位を有する第２チップ層（上面を含む）は、ＰＤＭＳを使用して型の中で鋳造される。この第２層は、第１チップ層と整列可能となるように作られる。第２層は第１チップ層内の区画と整列させられ、感圧シリコーン接着剤によって付着させると完成したチップを形成する。ＰＤＭＳ上面は隔膜として、もしくはそれ自体でセルフシール膜として機能できよう、または一部の場合には、感圧接着剤を使用してＰＤＭＳの追加の部分層をチップの入口または出口の上方に接着させることができる。
【０２０２】
（実施例２）
本実施例では、異なる物質からなる複数の層から形成された様々なチップを例示する。界面層を剛性細胞培養またはシール層へ固定するためには、含まれる物質に依存して様々な接着剤を使用できる。ＰＤＭＳをポリカーボネートへ接着させるために使用できる１種の接着剤は、未硬化ＰＤＭＳと混合された二部分系ウレタン／エポキシ接着剤である。剛性ポリカーボネート層を相互に接着するために使用する接着プロセスは、超音波溶接または加熱プレスのいずれかであってよい。本実施例では、反応部位は厚さ約２００ミクロンであるように設計されており、おおよそ２０μＬの容積を有していた。
【０２０３】
反応部位２４０を有するチップ２８０が作製されている。図８Ａに示したように、ポリカーボネート層２４４は、本発明の湿度制御物質２４２に取り付けられる。物質２４２内の間隙は、図８Ａに示したように、チップが組み立てられると反応部位２４０を規定する。物質２４２は、ポリカーボネート層２４４へ取り付けられる。
【０２０４】
図８Ｂには類似のチップが示されている。この図では、反応部位２４０は、ポリカーボネートの薄い剛性の層である層２４５によって規定されている。層２４２および２４５の間にあるのは、湿度制御層／膜を形成するための上述した１つまたは複数の物質を含む湿度制御物質２４６である。チップ８０の層２４４、２４５、２４６および２４２は、上述した接着プロセスを用いて結合させられる。
【０２０５】
（実施例３）
本実施例では、異なる物質からなる複数の層から形成された様々なチップを例示している。界面層を剛性細胞培養またはシール層へ固定するためには、含まれる物質に依存して様々な接着剤を使用できる。ＰＤＭＳをポリカーボネートへ接着させるために使用できる１つの接着剤の例は、未硬化ＰＤＭＳと混合された二部分系ウレタン／エポキシ接着剤である。剛性ポリカーボネート層を相互に接着するために使用する接着プロセスは、例えば、超音波溶接または加熱プレスであってよい。反応部位は、本実施例では、厚さ約２００ミクロンであるように設計されており、おおよそ２０μＬの容積を有していた。
【０２０６】
図９Ａおよび９Ｂに例示したチップの作製は、接着方法を含めて、実施例２に記載した作製に類似している。図９Ａでは、リザーバー層２４８はポリカーボネートから作製され、本発明の湿度制御物質２４６とポリカーボネート層２４４との間に配置された。リザーバー層２４８は、本実施例ではリザーバーであった反応部位５０を規定する間隙（すなわち、穴または部分的に空洞にされた空間）を有する。図９Ａでは、反応部位２４０は、間隙界面層２４２によって規定される。
【０２０７】
図９Ｂでは、ポリカーボネート層２４８が反応部位２５０を規定するために使用される。さらに、湿度制御層／膜を形成するために上述した１つまたは複数の物質を含む湿度制御膜２４９は、ポリカーボネート層２４５（反応部位２４０を規定する）とポリカーボネート層２４８との間に使用される。
【０２０８】
（実施例４）
本実施例では、膜によってシールされたチップが作製されるが、その膜は、生きている細胞の培養を可能にするために高度に十分な酸素の透過性を有する、湿度制御層／膜を形成するために上述した１つまたは複数の物質から形成することができる。本実施例において必要とされる酸素の量は、存在する細胞の数および細胞の代謝のための酸素要件の関数である。これを下記の方程式１〜３に例示する：
【０２０９】
【数１−２】
2008504845.tif 000024
これらの方程式では、Ｐは透過性（代表的にはｃｍ３ＳＴＰ・ｍｍ／ｍ２・ａｔｍ・日の単位で測定される）、Ａは面積（代表的にはｍ２で測定される）、ｐｉｎはチップ内の酸素分圧（代表的にはａｔｍで測定される）、ｐｏｕｔはチップ外の酸素分圧（代表的にはａｔｍで測定される）、ｌは膜厚（代表的にはμｍで測定される）、Ｖはチップの容積（代表的にはμＬで測定される）、ｄは細胞培養区画の深さ（代表的にはμｍで測定される）、ｎは細胞密度（代表的には細胞／ｍＬで測定される）、およびｒは１細胞当たりの比酸素必要量（代表的にはＯ２／細胞・時間で測定される）である。
【０２１０】
方程式３は、増殖中の培養によって消費される酸素を被膜を通しての拡散によって入手できる酸素に一致させるマスバランスを表している。方程式１は、区画に接触している膜の横断面積に等しい細胞培養区画の容積を確定する。したがって再配列は、膜厚と区画の深さの関数としての所定の集団密度と代謝速度の細胞を維持するために必要とされる最小酸素透過性を表している方程式２を生じさせる。
【０２１１】
Ｐの数値は、一般に、ポリマーおよび透過性システムに依存し、本実施例では、酸素についてはケイ素に対する３９，０００（ｃｍ３ＳＴＰ・ｍｍ／ｍ２・ａｔｍ・日）からエチレン酢酸ビニル（「ＥＶＡ」）に対する０．０１（ｃｍ３ＳＴＰ・ｍｍ／ｍ２・ａｔｍ・日）まで変動した；ｐｉｎは０．０５ａｔｍ〜０．２ａｔｍの間で変動し、ｐｏｕｔは０．２ａｔｍであると推定された。膜厚ｌは、１μｍ〜２ｍｍの間で変動した。Ｖは１ｍＬ未満に保持され、細胞培養深さｄは３０μｍ〜２ｍｍの範囲に及んだ。細胞密度ｎは、本実施例では、哺乳動物細胞については１０５細胞ｓ／ｍＬ〜１０７細胞ｓ／ｍＬであり、細菌については１０９細胞ｓ／ｍＬ〜１０１１細胞ｓ／ｍＬであると推定された。１細胞当たりの比酸素必要量の範囲は、０．５×１０−１２〜５×１０−１２ｍｏｌ・Ｏ２／細胞・時間であった。
【０２１２】
（実施例５）
本実施例は、本発明の１つの実施形態によって、膜によってシールされたチップの設計および作製において有用なｋｌａおよび比交換係数の計算を例示している。バイオリアクターの液相内への酸素の質量移動を説明するためしばしば使用される１つの方程式は以下の（４）：
【０２１３】
【数２】
2008504845.tif 000025
（式中、ｄｍ／ｄｔは酸素の質量流量であり、ｋｌは相境界での移動係数であり、移動は対流と拡散の混合である）である。この方程式では、ａはｍ−１の単位での比交換表面であり、物理的には総表面が液体の容積当たりのガス交換気泡の総表面であると解釈することができる。濃度駆動力は、（Ｃ＊−Ｃ）によって表されるが、このときＣ＊は相境界の液側の平衡ガス濃度を表し、Ｃは液体中のガス相種のバルク濃度を表す。液相の容積はＶによって表される。
【０２１４】
酸素流量は、方程式５：
【０２１５】
【数３】
2008504845.tif 000026
（式中、Ａはガス交換のための相境界の表面積、ＩＩはｇ・ｍｍ／（ｍ２・ａｔｍ・日）での膜の透過性、および（Ｐ＊−Ｐ）は、分圧に比した膜の下流もしくは湿潤側の分圧Ｐ、膜の上流もしくは乾燥側のＰ＊として表される大気圧中の濃度駆動力である）に示したような細胞培養チャンバーの壁を通しての拡散によって決定される。
【０２１６】
ヘンリーの法則の定数としてのＨを用いてガス溶解度にヘンリーの法則を適用して（方程式６）、Ｃ＊をＰ＊へ関連付け、方程式５において置換し、方程式４および５を同等に設定し、両方の方程式をＡ（容器断面積）で割ると、方程式７：
【０２１７】
【数４】
2008504845.tif 000027
（式中、ｄは容器の深さであり、ＰおよびＰ＊の用語はそれらのヘンリーの法則の関係に置き換えられている）が生じる。両辺を（Ｃ＊−Ｃ）で割ると濃度の用語が無効になり、Ｋｌａは物質の特性および形状だけの関数になる：
【０２１８】
【数５】
2008504845.tif 000028
温度によって指定されるＨの所定値については、Ｋｌａは、膜厚ｌ、区画の深さｄ、または膜の物質、したがって透過性を変化させることによって大きくも小さくもすることができる。
【０２１９】
特定の非限定的例として、ポリジメチルシロキサンを用いて３７℃についてヘンリーの法則の定数を評価すると次のようになる：
【０２２０】
【数６】
2008504845.tif 000029
３９，０００のＰＤＭＳ透過性（ｃｍ３ＳＴＰｍｍ／ｍ２・ａｔｍ・日）を置換し、区画の深さおよび膜厚をｍｍで表すと次のようになる：
【０２２１】
【数７】
2008504845.tif 000030
ｃｍ３ＳＴＰをモルへ変換すると次のようになる：
【０２２２】
【数８】
2008504845.tif 000031
従って：
【０２２３】
【数９】
2008504845.tif 000032
このため：
【０２２４】
【数１０】
2008504845.tif 000033
（式中、ｌおよびｄは、本実施例のＰＤＭＳシステムについてはｍｍで示されている）。
【０２２５】
（実施例６）
本実施例では、１つの実施形態による、反応部位を有するチップ内の溶存酸素レベルの計算および制御を例示する。バイオリアクターの液相上の酸素平衡は、以下の方程式１３として示される：
【０２２６】
【数１１】
2008504845.tif 000034
定数としての反応部位の容積Ｖを考慮に入れると、酸素濃度Ｃの経時的変化率は、反応部位の壁を通しての拡散によって入手できる酸素の供給（方程式の右辺の第１項）および生きている細胞による酸素の取り込み（方程式の右端の項）だけの関数である。反応部位の壁を通る拡散流量は、交換のために利用できる面積であるＡ、膜物質の透過性ＩＩ、および膜を越える酸素の濃度駆動力（Ｐ＊−Ｐ）に比例している（式中、Ｐ＊は外部酸素分圧、およびＰは被膜の下流上または湿潤側の分圧である）。透過性は、膜厚ｌに反比例している。酸素取り込みは、細胞集団密度ρ（細胞数（細胞ｓ）／容積）と比細胞消費速度Ｒおよび反応部位容積Ｖの積として表される。
【０２２７】
酸素レベルが安定性数値で維持されなければならない場合は、この系は、酸素取込み速度が反応部位の壁を通しての拡散によって到達する酸素流量と平衡する定常状態に達するはずである。すなわち、導関数は０に設定される。さらに、方程式１３の調査は、Ａ、ＩＩ、ｌ、およびＶがチップ構築の物質または形状の全パラメーターであり、したがって本実施例では定数として取り扱えることを示している。そこで、本実施例によると、比細胞酸素取込み速度Ｒおよび細胞集団ρは、Ｐ＊とＰとの差に影響を及ぼす唯一の時間依存性パラメーターである。コントロールスキームとしてモデルを作製すると、Ｐは制御された変量として、Ｐ＊は操作された変量として処理することができ、そしてそれらの間の関係もしくは利得は、１セットの定数パラメーターＡ、Ｐ、ｌ、Ｖ、および弱い時間依存性項Ｒおよびρによってほとんどが指示されるオフセットを備える統一性である。
【０２２８】
この関係を強調するために方程式１３を再配列すると、交換面積Ａが本実施例の反応部位の断面積の２倍であることを留意した後に、以下の方程式１４が得られる。Ｐ＊をＰａｔｍによって正規化すると、方程式１５：
【０２２９】
【数１２】
2008504845.tif 000035
に示した大気圧のフラクションとしての酸素レベルの表示を可能にする（式中、ｄは、反応部位の容積を断面積によって割った結果として生じる反応部位の深さである）。
【０２３０】
以下の表１は、数種のチップ設計についての細胞密度の関数（ｄｌの数値）としての％ＤＯを表している。Ｒは、本実施例では０．５ｐｍｏｌ／細胞／時である比酸素消費速度の代表的数値であると仮定されている。本実施例での桁推定量として、細胞培養反応部位内のＤＯは細胞培養反応部位内での１ｍＬ当たりの各１００万個の細胞についての外部設定点より５．９％下方である。
【０２３１】
【表１】
2008504845.tif 000036
同一分析は増殖細胞によって反応部位内で生成される二酸化炭素のレベルに適用でき、これはバッファー系がＣＯ２を吸収もしくは放出することによって酸化する可能性がある重炭酸イオンを含む可能性があるという事実を説明している。
【０２３２】
以下は、表１を作成するために使用した計算の例である。
【０２３３】
【数１３】
2008504845.tif 000037
ρのベースライン値は１０３細胞ｓ／ｍｍ３であり、Ｒのベースライン値は０．５×１０−１２ｍｏｌ／細胞／時である。そこで次のようになる：
【０２３４】
【数１４】
2008504845.tif 000038
酸素取込みのために使用される文献の数値は：０．０５〜５ｐｍｏｌ／細胞／時、０．４ｐｍｏｌ／細胞／時、０．３ｐｍｏｌ／細胞／時、０．０１８〜０．０３６ｐｍｏｌ／細胞／時、および０．１ｐｍｏｌ／細胞／時である。
【０２３５】
本明細書では本発明の数種の実施形態について記載かつ例示してきたが、当業者であれば、本明細書に記載した機能を実施し、そして／または結果および／または１つまたは複数の利点を入手するための様々な他の手段および／または構造を構想することができる。そして、そのような変更および／または改変の各々は、本発明の範囲内に含まれると見なされる。より一般的には、当業者は、本明細書に記載した全パラメーター、寸法、物質、および立体配置が代表的であり、実際のパラメーター、寸法、物質、および／または立体配置が、本発明の教示が使用される特定の用途に依存することを容易に理解する。当業者は、慣例の実験器具・装置を用いて本明細書に記載した本発明の特定の実施形態に対する多数の同等物を理解し、または確実にできる。このため、上記の実施形態は例示するためにだけ提示されていること、そして添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内で、本発明はさもなければ詳細に記載かつ特許請求されたように実践できることが理解される。本発明は、本明細書に記載した各々の個別の特徴、システム、製品、物質、キット、および／または方法に向けられる。さらに、２つ以上のそのような特徴、システム、製品、物質、キット、および／または方法の任意の組み合わせは、そのような特徴、システム、製品、物質、キット、および／または方法が相互に矛盾していなければ、本発明の範囲内に含まれる。
【０２３６】
本明細書に規定かつ使用したすべての定義は、辞書の定義、参照して組み込まれる文書内の定義、および／または規定された用語の通常の意味に優先されると理解されたい。
【０２３７】
本明細書および特許請求の範囲において本明細書で使用される不定冠詞「１つの」（「ａ」および「ａｎ」）は、他に明白に指示されない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解される。
【０２３８】
明細書および特許請求の範囲で使用する語句「および／または」は、要素の「いずれか、または両方」を意味する、つまり、一部の場合には結び付けて存在し、他の場合には択一的に存在する要素を意味すると理解されるべきである。他の要素は、詳細に同定された要素に関連しても、関連しなくても、任意で「および／または」節によって詳細に同定された要素以外として存在してよい。従って、非限定的例として、「Ａおよび／またはＢ」との言及は、「含む」などの制限のない言語と結び付けて使用される場合は、１つの実施形態ではＡだけ（任意でＢ以外の要素を含んでいる）；他の実施形態ではＢだけ（任意でＡ以外の要素をふくむ）；さらにまた別の実施形態では、ＡおよびＢの両方（任意で他の要素を含んでいる）；などを意味することができる。
【０２３９】
本明細書および特許請求の範囲において使用する「または」は、上記に規定した「および／または」と同一の意味を有すると理解されるべきである。例えば、リスト内の項目を分離する場合は、「または」または「および／または」は、包括的であると解釈すべきである。すなわち、少なくとも１つを含むが、さらに２つ以上の要素の数もしくはリスト、および、任意で、追加の列挙されていない項目を含むと解釈される。これとは反対に「唯一の」もしくは「正確に１つの」などの明白に指示された唯一という用語、または特許請求の範囲において使用された場合の「〜からなる」は、正確に１つの要素または要素の数もしくはリストを含むことを意味するであろう。一般に、本明細書で使用する用語「または」は、「いずれか」、「１つの」、「１つだけの」、または「正確に１つの」などの排他的な用語が先行する場合に排他的選択肢（すなわち、「一方もしくは他方であって両方ではない」）を指示すると解釈されなければならない。「本質的に〜からなる」は、特許請求の範囲で使用された場合は、特許法の分野において使用される通常の意味を有する。
【０２４０】
本明細書および特許請求の範囲で使用する、１つまたは複数の要素のリストに関連する語句「少なくとも１つ」は、要素のリスト内の任意の１つまたは複数の要素から選択された少なくとも１つの要素を意味するが、必ずしも要素のリスト内に詳細に列挙された各々および全部の要素の少なくとも１つを含むのもではなく、要素のリスト内の要素の任意の組み合わせを排除しないと理解される。この定義はさらに、語句「少なくとも１つの」が言及している要素のリスト内に詳細に同定された要素以外の他の要素が、詳細に同定された要素に関連していても関連していなくても、任意で存在してよいことも許容する。従って、非限定的例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（または、同等に、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」、または同等に「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」は、１つの実施形態では、Ｂが存在せずに任意で２つ以上を含む少なくとも１つのＡを含む（および任意でＢ以外の要素を含んでいる）；別の実施形態では、Ａが存在せずに任意で２つ以上を含む少なくとも１つのＢを含む（および任意でＡ以外の要素を含んでいる）；さらにまた別の実施形態では、任意で２つ以上を含む少なくとも１つのＡ、および任意で２つ以上を含む少なくとも１つのＢを含む（および任意で他の要素を含んでいる）ことなどを意味する。
【０２４１】
さらに、そうでないことを明白に指示しない限り、２つ以上の工程を含む本明細書に請求した任意の方法では、方法に含まれる工程の順序は、必ずしも本方法の工程が列挙されている順序には限定されない。特許請求の範囲ならびに上記の明細書では、「含む」、「包含する」、「持っている」、「有する」、「含有する」、「伴っている」、「保持する」などのすべての移行句は、制限がない、すなわち含んでいるがそれらに限定されないことを意味すると理解されたい。「〜からなる」および「本質的に〜からなる」という語句だけは、各々米国特許商標庁の特許審査手続きマニュアルのセクション２１１１．０３に規定されているように、指定もしくは半指定移行語句である。
【図面の簡単な説明】
【０２４２】
【図１】本発明の１つの実施形態による、複数の反応部位を含むマイクロ流体チップの一部分の略図である。
【図２】拡大図で示した、混合、加熱／分散、反応、および分離装置を含む、本発明と一緒に使用するためのマイクロ流体チップの１つの例である。
【図３Ａ】本発明のチップの様々な積み重ね可能な配列を示した図である。
【図３Ｂ】本発明のチップの様々な積み重ね可能な配列を示した図である。
【図３Ｃ】本発明のチップの様々な積み重ね可能な配列を示した図である。
【図４Ａ】本発明の１つの実施形態による、複数の層を有し、複数の反応部位を含むチップデバイスを示した図である。
【図４Ｂ】本発明の１つの実施形態による、複数の層を有し、複数の反応部位を含むチップデバイスを示した図である。
【図５】本発明の制御システムの１例のブロック図である。
【図６Ａ】本発明の所定の実施形態の断面図である。
【図６Ｂ】本発明の所定の実施形態の断面図である。
【図７Ａ】様々な反応部位と流体連絡している、本発明の所定の膜を示した図である。
【図７Ｂ】様々な反応部位と流体連絡している、本発明の所定の膜を示した図である。
【図７Ｃ】様々な反応部位と流体連絡している、本発明の所定の膜を示した図である。
【図７Ｄ】様々な反応部位と流体連絡している、本発明の所定の膜を示した図である。
【図８Ａ】本発明の１つの実施形態による様々なチップの部分の拡大図である。
【図８Ｂ】本発明の１つの実施形態による様々なチップの部分の拡大図である。
【図９Ａ】本発明のまた別の実施形態による様々なチップの部分の拡大図である。
【図９Ｂ】本発明のまた別の実施形態による様々なチップの部分の拡大図である。
【図１０】本発明のさらにまた別の実施形態によるチップの一部分の拡大図である。
【図１】
2008504845.tif 000055
【図２】
2008504845.tif 000056
【図３Ａ】
2008504845.tif 000057
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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