(57)【要約】  液滴を分析することに関連して使用される技術が説明される。試料の１つ以上の液滴が、デジタルマイクロ流体デバイスの表面上に形成される。液滴は、前記１つ以上の液滴を用いる処理を実施して１つ以上の結果として生じる液滴を発生させるように操作される。１つ以上の結果として生じた液滴は、分析のためにマイクロ流体デバイスから別のデバイスに送られ得る。１つ以上の液滴はまた、さらに別のデバイスまたは分析装置からデジタルマイクロ流体デバイスに供給されてもよい。
2011514528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の１つ以上の液滴をデジタルマイクロ流体デバイスの表面上に形成することと、
前記１つ以上の液滴を用いる処理を実施して１つ以上の結果として生じる液滴を発生させるように前記１つ以上の液滴を操作することと、
前記１つ以上の結果として生じた液滴を、分析のために前記デジタルマイクロ流体デバイスから別のデバイスに送ることとを含む、液滴を分析する方法。
【請求項２】
前記別のデバイスが、質量分析法を実施する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記別のデバイスが、液体クロマトグラフィーを実施する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記操作することが、前記マイクロ流体デバイスの底部分内に位置するさまざまな制御電極に関連付けられた電圧を制御することによって実施され、前記１つ以上の液滴が、前記制御電極上方の前記底部分の表面上に位置する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記デジタルマイクロ流体デバイスが、先端部分を含み、
前記送ることが、
液滴を前記先端部分の端部に移動させることと、
前記デジタルマイクロ流体デバイスと前記別のデバイスの入口の間に、テイラーコーンの形成および前記液滴の電気スプレーイオン化を生じさせるのに十分な電場を作り出すこととを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記デジタルマイクロ流体デバイスの前記先端部分が、前記底部分の断面に位置する前記制御電極の１つを含み、前記液滴が、前記先端部分内の前記１つの制御電極およびエレクトロウェッティング原理に従って前記別の場所に関連付けられた１つ以上の他の制御電極の各々に対する電圧を設定することにより、前記先端部分に隣接する別の場所から前記先端部分に移動される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記デジタルマイクロ流体デバイスが、基準電極を含む上部分を含み、前記１つ以上の液滴が、前記底部分の表面上かつ前記上部分と前記底部分の間に位置決めされ、前記基準電極が、前記先端部分の端部方向に露出された前記基準電極の一部の領域を除いて、絶縁層またはコーティングで覆われる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記デジタルマイクロ流体デバイスが、基準電極を含む上部分を含み、前記１つ以上の液滴が、前記底部分の表面上かつ前記上部分と前記底部分の間に位置決めされ、前記基準電極が、疎水性および導電性または疎水性および電気絶縁性のうちの１つである絶縁層またはコーティングで覆われる、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記絶縁層またはコーティングが、疎水性および電気絶縁性であり、外側の導電性コーティングが、前記液滴と前記別のデバイスの入口の間の電場の発生に関連して前記先端部分内の液滴との電気接触をもたらすために先端部分に設けられる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記先端部分が、前記上部分と前記底部分の間に形成された、液滴が位置するギャップ層を含み、前記先端部分の側部が、前記ギャップ層において密閉されていない、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記先端部分が、前記上部分と前記底部分の間に形成された、液滴が位置するギャップ層を含み、前記先端部分の側部が、前記先端部分の前記端部の前の、前記先端部分内のある場所まで延びる前記デジタルマイクロ流体デバイスの縁から側壁を形成することによって前記ギャップ層において部分的に密閉されている、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記デジタルマイクロ流体デバイスの前記先端部分が、前記底部分の断面内に位置する前記制御電極の１つを含まず、前記デジタルマイクロ流体デバイスが、上部分を含み、前記１つ以上の液滴が、前記底部分の表面上かつ前記上部分と前記底部分の間に位置決めされ、前記底部分の前記表面および前記１つ以上の液滴に面する前記上部分の表面はそれぞれ、親水性表面を含む、請求項５に記載方法。
【請求項１３】
前記先端部分が、前記上部分内に基準電極を含み、前記基準電極が、少なくとも部分的に露出されて、前記先端部分内の液滴と電気接触する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記１つ以上の液滴に面する前記上部分の前記表面が、親水性および導電性である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記上部分が、基準電極を含まず、外側の導電性コーティングが、前記液滴と前記別のデバイスの入口の間の電場の発生に関連して前記先端部分内の液滴との電気接触をもたらすために、先端部分に設けられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記先端部分が、前記上部分と前記底部分の間に形成された、液滴が位置するギャップ層を含み、前記先端部分の側部が、前記ギャップ層において密閉されていない、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記先端部分が、前記上部分および前記底部分の間に形成された、液滴が位置するギャップ層を含み、前記先端部分の側部が、前記先端部分の前記端部の前の、前記先端部分内のある場所まで延びる前記デジタルマイクロ流体デバイスの縁から側壁を形成することによって前記ギャップ層において部分的に密閉されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記デジタルマイクロ流体デバイスが、前記デジタルマイクロ流体デバイスを収容する平面に対して垂直であるチューブに結合される、請求項４に記載の方法。
【請求項１９】
前記チューブが、前記デジタルマイクロ流体デバイスの前記底部分に接続され、方法が、
第１の電圧を前記底部分内の第１の制御電極に印加して、液滴を、前記チューブが接続される前記第１の制御電極上方のある場所に移動させることであって、前記液滴が、前記デジタルマイクロ流体デバイス上の前記場所から前記場所の前記底部分内の孔を通って移動し、前記液滴が、前記チューブを通って、中に開口部を含む前記チューブの先端部まで流れる、ことを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記チューブの前記先端部におけるテイラーコーンの形成および前記別のデバイスの入口に向けられた前記先端部から放出された液滴の電気スプレーイオン化を生じさせるのに十分である電場を、前記デジタルマイクロ流体デバイスの前記底部分内の制御電極に電圧を印加することによって作り出すことをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記チューブが、内側の親水性表面を有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記チューブが、導電性材料から作製され、チューブの前記先端部におけるテイラーコーンの形成および前記別のデバイスの入口に向けられた前記先端部から放出された液滴の電気スプレーイオン化を生じさせるのに十分である電場が、前記チューブに電圧を印加することによって作り出される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記チューブが、導電性でない材料から作製され、チューブの少なくとも先端部分が、導電性材料でコーティングされ、前記チューブの前記先端部におけるテイラーコーンの形成および前記別のデバイスの入口に向けられた前記先端部から放出された液滴の電気スプレーイオン化を生じさせるのに十分である電場が、前記導電性材料に電圧を印加することによって作り出される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記他のデバイスが、前記デジタルマイクロ流体デバイスと同じ平面内にある取付具を用いて前記デジタルマイクロ流体デバイスに結合される、請求項３に記載の方法。
【請求項２５】
前記取付具が、チューブに結合され、液滴が、制御電極上方の前記底部分の表面上のある場所に移され、負圧が前記他のデバイスのポンプにおいて加えられ、その結果、前記液滴が、前記デジタルマイクロ流体デバイスから、前記取付具および前記チューブを通って、前記他のデバイスの注入弁のポートに向けられる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記他のデバイスが、前記デジタルマイクロ流体デバイスの平面とは異なる平面内にある取付具を用いて前記デジタルマイクロ流体デバイスに結合される、請求項３に記載の方法。
【請求項２７】
前記取付具が、前記デジタルマイクロ流体デバイスの前記平面に対して垂直である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記操作することが、化学反応を実施するように処理することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記他のデバイスが、キャピラリー電気泳動デバイス、フォトスペクトロメータまたは他のタイプのスペクトロメータを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
デジタルマイクロ流体デバイスの表面上で使用される試料の前記１つ以上の液滴を分析装置から供給することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記分析装置が、液体クロマトグラフィー装置である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
１つ以上の制御電極上方の表面上に形成された液滴を操作するために使用される前記１つ以上の制御電極がその上に形成された底部分を含むデジタルマイクロ流体デバイスと、
流体の１つ以上の液滴を前記デジタルマイクロ流体デバイスに供給するための手段と、
前記１つ以上の液滴を用いる処理を実施して１つ以上の結果として生じる液滴を発生させるように前記１つ以上の液滴を操作するための手段と、
前記１つ以上の結果として生じた液滴を、分析のために前記デジタルマイクロ流体デバイスから別のデバイスに送るための手段とを備える、システム。
【請求項３３】
前記デジタルマイクロ流体デバイスが、基準電極が中に配置された上部分を含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記デジタルマイクロ流体デバイスの前記底部分が、その中に配置された基準電極を含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３５】
前記別のデバイスが、質量分析法を実施するために使用される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３６】
前記別のデバイスが、液体クロマトグラフィーを実施するために使用される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３７】
流体の１つ以上の液滴を前記デジタルマイクロ流体デバイスに供給するための手段が、分析装置を含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３８】
前記分析装置が、液体クロマトグラフィー装置である、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
１つ以上の電圧の印加を制御する命令を提供するための、その上に記憶されたコードを含むコンピュータ可読媒体であって、前記１つ以上の電圧が、前記デジタルマイクロ流体デバイス上での１つ以上の液滴の移動を容易にするために１つ以上の制御電極に対して使用される、コンピュータ可読媒体と、
前記コンピュータ可読媒体上に記憶された命令を実行するためのプロセッサとをさらに備える、請求項３２に記載のシステム。
【請求項４０】
前記コンピュータ可読媒体が、前記他のデバイスを制御すること、前記流体の前記１つ以上の液滴を前記デジタルマイクロ流体デバイスに供給すること、前記１つ以上の液滴を用いる処理を実施して１つ以上の結果として生じる液滴を発生させるように前記１つ以上の液滴を操作すること、および前記１つ以上の結果として生じた液滴を、分析のために前記デジタルマイクロ流体デバイスから別のデバイスに送ることのうちの１つ以上に対して、前記媒体上に記憶されたコードをさらに含む、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
試料の分析を実施する分析装置と、
１つ以上の制御電極上方の表面上に形成された液滴を操作するために使用される前記１つ以上の制御電極がその上に形成された底部分を含むデジタルマイクロ流体デバイスと、
前記試料の１つ以上の液滴を前記分析装置から前記デジタルマイクロ流体デバイスに供給するための手段とを備える、システム。
【請求項４２】
前記分析装置が、前記試料について液体クロマトグラフィーを実施する、請求項４１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その全体の内容が、参照により本明細書に組み込まれる、２００８年３月４日出願の米国特許仮出願第６１／０３３，５８６号明細書に対する優先権を主張するものとする。
【０００２】
本出願は、一般に、デジタルマイクロ流体デバイス（ＤＭＤ）と共に使用するための技術に関し、より詳細には、装置または他のデバイスをＤＭＤにインターフェースするための技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
液体試料は、多様な異なる目的および用途のために、研究所または他の環境において処理され得る。マイクロ流体工学は、幾何学的には小規模のものに限定される流体の挙動、制御および操作として特徴付けられ得る。連続流のマイクロ流体技術は、チャネルを通る連続的な流体の流れの操作に基づいている。連続流のマイクロ流体の代用として、デジタルまたは液滴ベースのマイクロ流体技術は、個々の小容量の液滴形態の流体の操作を提供する。前述のものは、バイナリ電気信号によって操作され得る流体の個々の容量に基づいて作動するため、デジタルマイクロ流体工学と称されることがある。個々の単位容積の液滴を使用することにより、マイクロ流体の作動は、一連の繰り返される基本作動、すなわち１単位の流体を距離１単位にわたって移動させるものとして定義され得る。液滴は、流体の表面張力特性を用いて形成され得る。液滴の動きは、液滴がその上に位置する底面の下方に置かれた電極によって発生した静電力の存在に基づいている。液滴の形状および動作を制御するために、さまざまなタイプの静電力が使用され得る。前述の静電力を作り出すために使用され得る１つの技術は、液滴と周囲の媒介物の間の電気誘電率の相違に依存し、高周波のＡＣ電場を利用することができる誘電泳動に基づいている。前述の静電力を作り出すために使用され得る別の技術は、電圧による液滴の接触角度の変化に依存し、直流電場または低周波の交流電場を利用することができるエレクトロウェッティングに基づいている。
【０００４】
エレクトロウェッティングは、デジタルマイクロ流体デバイス（ＤＭＤ）の実施に関連して使用されてきた。そのようなＤＭＤでは、液滴が、表面の下方に位置する電極を有する表面上に置かれる。液滴の形状および動作は、電極の電圧を切り替えることによって制御され得る。制御された方法で連続的に電極に通電し、かつ非通電にすることにより、１つ以上の液滴が、電極のパスまたはアレイの構成に沿って移動され得る。ＤＭＤを用いた１つ以上の液滴の処理に関連する検出または分析が、「オンチップ」（すなわちＤＭＤ自体の上）で、「オンチップ」電気検出および／または光学検出などを用いて実施される。使用され得る１つのそのような技術は、レーザー誘起蛍光法（ＬＩＦ）であり、ここでは、液滴がＤＭＤ上のある場所に移動され、レーザー光線が液滴上に向けられて、電磁放射の吸収によってより高いエネルギーレベルまで励起された分子からの光学放射を生じさせる。分子からの蛍光の放射は、特定の反応が起きたかどうかを検出するために使用され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，９１１，１３２号明細書
【特許文献２】米国特許第４，５３１，０５６号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／０１９４３３１号明細書
【特許文献４】米国特許第７，１４７，７６３号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ（１９６８年）、４９巻、Ｎｏ．５、ｐｐ．２２４０〜２２４９、Ｄｏｌｅらの「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍｓ  ｏｆ  Ｍａｃｒｏｉｏｎｓ」
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様によれば、液滴を分析する方法は、試料の１つ以上の液滴をデジタルマイクロ流体デバイスの表面上に形成することと、前記１つ以上の液滴を用いる処理を実施して１つ以上の結果として生じる液滴を発生させるように前記１つ以上の液滴を操作することと、前記１つ以上の結果として生じた液滴を、分析のために前記デジタルマイクロ流体デバイスから別のデバイスに送ることとを含む。別のデバイスは、質量分析法を実施することができる。別のデバイスは、液体クロマトグラフィーを実施することができる。操作するステップは、前記マイクロ流体デバイスの底部分に位置するさまざまな制御電極に関連付けられた電圧を制御することによって実施され得、前記１つ以上の液滴は、前記制御電極上方の前記底部分の表面上に位置することができる。デジタルマイクロ流体デバイスは、先端部分を含み、送るステップは、液滴を前記先端部分の端部に移動させることと、前記デジタルマイクロ流体デバイスと前記別のデバイスの入口の間に、テイラーコーンの形成および前記液滴の電気スプレーイオン化を生じさせるのに十分である電場を作り出すこととを含むことができる。前記デジタルマイクロ流体デバイスの先端部分は、前記底部分の断面内に位置する前記制御電極の１つを含むことができ、前記液滴は、前記先端部分内の前記１つの制御電極およびエレクトロウェッティング原理に従って前記別の場所に関連付けられた１つ以上の他の制御電極の各々に対する電圧を設定することにより、前記先端部分に隣接する別の場所から前記先端部分に移動され得る。デジタルマイクロ流体デバイスは、上部分を含むことができ、前記１つ以上の液滴は、前記底部分の表面上かつ前記上部分と前記底部分の間に位置決めされ得る。上部分は、基準電極を含むことができ、前記基準電極は、前記先端部分の端部方向に露出された前記基準電極の一部の領域を除いて、絶縁層またはコーティングで覆われ得る。デジタルマイクロ流体デバイスは、上部分を含むことができ、前記１つ以上の液滴は、前記底部分の表面上かつ前記上部分と前記底部分の間に位置決めされてもよく、前記上部分は、基準電極を含み、基準電極は、疎水性および導電性または疎水性および電気絶縁性のうちの１つである絶縁層またはコーティングで覆われている。絶縁層またはコーティングは、疎水性および電気絶縁性でもよく、外側の導電性コーティングが、前記液滴と前記別のデバイスの入口の間の電場の発生に関連して前記先端部分内の液滴との電気接触をもたらすために先端部分に設けられ得る。先端部分は、前記上部分と前記底部分の間に形成された、液滴が位置するギャップ層を含むことができ、前記先端部分の側部は前記ギャップ層においては密閉されていない。先端部分は、前記上部分と前記底部分の間に形成された、液滴が位置するギャップ層を含むことができ、前記先端部分の側部は、前記先端部分の前記端部の前の、前記先端部分内のある場所まで延びる前記デジタルマイクロ流体デバイスの縁から側壁を形成することによって前記ギャップ層において部分的に密閉されている。前記デジタルマイクロ流体デバイスの先端部分は、前記底部分の断面内に位置する前記制御電極の１つを含まなくてもよく、前記デジタルマイクロ流体デバイスは上部分を含むことができる。１つ以上の液滴は、前記底部分の表面上かつ前記上部分と前記底部分の間に位置決めされてもよく、前記底部分の表面および前記１つ以上の液滴に面する前記上部分の表面はそれぞれ、親水性表面を含むことができる。先端部分は、前記上部分内に基準電極を含むことができ、前記上部分内では、前記基準電極は、少なくとも部分的に露出されて、前記先端部分内の液体と電気接触する。前記１つ以上の液滴に面する前記上部分の表面は、親水性および導電性でもよい。上部分は、基準電極を含まなくてもよく、外側の導電性コーティングが、前記液滴と前記別のデバイスの入口の間の電場の発生に関連して前記先端部分内の液滴との電気接触をもたらすために先端部分に設けられ得る。先端部分は、前記上部分と前記底部分の間に形成された、液滴が位置するギャップ層を含むことができ、前記先端部分の側部は、前記ギャップ層においては密閉されていない。先端部分は、前記上部分と前記底部分の間に形成された、液滴が位置するギャップ層を含むことができ、前記先端部分の側部は、前記先端部分の前記端部の前の、前記先端部分内のある場所まで延びる前記デジタルマイクロ流体デバイスの縁から側壁を形成することによって前記ギャップ層において部分的に密閉されている。デジタルマイクロ流体デバイスは、前記デジタルマイクロ流体デバイスを収容する平面に対して垂直であるチューブに結合され得る。チューブは、前記デジタルマイクロ流体デバイスの前記底部分に接続されてもよく、方法は、第１の電圧を前記底部分内の第１の制御電極に印加して、液滴を、前記チューブが接続される前記第１の制御電極上方のある場所に移動させることであって、前記液滴が、前記デジタルマイクロ流体デバイス上の前記場所から前記場所の前記底部分内の孔を通って移動し、前記液滴が、前記チューブを通って中に開口部を含む前記チューブの先端部まで流れる、ことを含むことができる。方法はまた、前記チューブの前記先端部におけるテイラーコーンの形成および前記別のデバイスの入口に向けられた前記先端部から放出された液滴の電気スプレーイオン化を生じさせるのに十分である電場を、前記デジタルマイクロ流体デバイスの前記底部分内の制御電極に電圧を印加することによって作り出すことを含むこともできる。チューブは、内側の親水性表面を有することができる。チューブは、導電性材料から作製されてもよく、前記チューブの前記先端部におけるテイラーコーンの形成および前記別のデバイスの入口に向けられた前記先端部から放出された液滴の電気スプレーイオン化を生じさせるのに十分である電場が、前記チューブに電圧を印加することによって作り出されてもよい。チューブは、導電性でない材料から作製されてもよく、チューブの少なくとも先端部分は、導電性材料でコーティングされてもよい。前記チューブの前記先端部におけるテイラーコーンの形成および前記別のデバイスの入口に向けられた前記先端部から放出された液滴の電気スプレーイオン化を生じさせるのに十分である電場が、前記導電性材料に電圧を印加することによって作り出されてもよい。他のデバイスが、前記デジタルマイクロ流体デバイスと同じ平面内にある取付具を用いて前記デジタルマイクロ流体デバイスに結合され得る。取付具はチューブに結合されてもよく、液滴は、制御電極上方の前記底部分の表面上のある場所に移され得る。負圧が前記他のデバイスのポンプにおいて加えられてもよく、その結果、前記液滴は、前記デジタルマイクロ流体デバイスから、前記取付具および前記チューブを通って前記他のデバイスの注入弁のポートに向けられる。他のデバイスは、前記デジタルマイクロ流体デバイスの平面とは異なる平面内にある取付具を用いて前記デジタルマイクロ流体デバイスに結合され得る。取付具は、前記デジタルマイクロ流体デバイスの前記平面に対して垂直になり得る。操作するステップは、化学反応を実施するように処理することを含むことができる。他のデバイスは、キャピラリー電気泳動デバイス、フォトスペクトロメータ、または他のタイプのスペクトロメータのうちの１つを含むことができる。方法はまた、デジタルマイクロ流体デバイスの表面上で使用される試料の前記１つ以上の液滴を分析装置から提供することを含むこともできる。分析装置は、液体クロマトグラフィー装置でもよい。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、システムは、１つ以上の制御電極上方の表面上に形成された液滴を操作するために使用される１つ以上の制御電極がその上に形成された底部分を含むデジタルマイクロ流体デバイスと、流体の１つ以上の液滴を前記デジタルマイクロ流体デバイスに供給するための手段と、前記１つ以上の液滴を用いる処理を実施して１つ以上の結果として生じる液滴を発生させるように前記１つ以上の液滴を操作するための手段と、前記１つ以上の結果として生じた液滴を、分析のために前記デジタルマイクロ流体デバイスから別のデバイスに送るための手段とを備える。デジタルマイクロ流体デバイスは、基準電極がその中に位置する上部分を含むことができる。前記デジタルマイクロ流体デバイスの底部分は、その中に位置する基準電極を含むことができる。別のデバイスは、質量分析法を実施するために使用されてもよい。別のデバイスは、液体クロマトグラフィーを実施するために使用されてもよい。流体の１つ以上の液滴をマイクロ流体デバイスに供給するための手段は、分析装置を含むことができる。分析装置は、液体クロマトグラフィー装置でもよい。システムはまた、１つ以上の電圧の印加を制御する命令を提供するための、その上に記憶されたコードを含むコンピュータ可読媒体であって、前記１つ以上の電圧が、前記デジタルマイクロ流体デバイス上での１つ以上の液滴の移動を容易にするために１つ以上の制御電極に対して使用される、コンピュータ可読媒体と、前記コンピュータ可読な媒体上に記憶された命令を実行するためのプロセッサとを含むこともできる。コンピュータ可読媒体は、さらに、前記他のデバイスを制御することと、流体の前記１つ以上の液滴を前記デジタルマイクロ流体デバイスに供給することと、前記１つ以上の液滴を用いる処理を実施して１つ以上の結果として生じる液滴を発生させるように前記１つ以上の液滴を操作することと、前記１つ以上の結果として生じた液滴を、分析のために前記デジタルマイクロ流体デバイスから別のデバイスに送ることとのうち１つ以上に対して、媒体上に記憶されたコードを含むことができる。
【０００９】
本発明のさらに別の態様によれば、システムは、試料の分析を実施する分析装置と、１つ以上の制御電極上方の表面上に形成された液滴を操作するために使用される前記１つ以上の制御電極がその上に形成された底部分を含むデジタルマイクロ流体デバイスと、前記試料の１つ以上の液滴を前記分析装置から前記デジタルマイクロ流体デバイスに供給するための手段とを備える。分析装置は、前記試料について液体クロマトグラフィーを実施することができる。
【００１０】
本発明の特徴および利点は、添付の図を併用して、本発明の例示的実施形態の以下の詳細な説明からより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本明細書において説明された技術によるシステムの実施形態の例を示す図である。
【図２Ａ】質量分析法を実施する分析装置を含む図１のシステムの実施形態の例を示す図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＩ１−Ｉ２線に沿った、図２Ａからのデジタルマイクロ流体デバイス（ＤＭＤ）の例の側面または横面図である。
【図２Ｃ】ＤＭＤの実施形態の例の詳細な図である。
【図２Ｄ】エレクトロウェッティング原理を使用してＤＭＤを用いた作動を実施する図である。
【図２Ｅ】エレクトロウェッティング原理を使用してＤＭＤを用いた作動を実施する図である。
【図３Ａ】ＤＭＤの先端部分の実施形態の例を示す図である。
【図３Ｂ】ＤＭＤの先端部分の実施形態の例を示す図である。
【図３Ｃ】ＤＭＤの先端部分の実施形態の例を示す図である。
【図４】質量分析法を実施する分析装置を含む図１のシステムの別の実施形態の例を示す図である。
【図５】液滴中に含有された液体に対して液体クロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動または別のタイプの分析を実施する分析装置を含む、図１のシステムの第１の実施形態を示す例の図である。
【図６】液滴中に含有された液体に対して液体クロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動または別のタイプの分析を実施する分析装置を含む、図１のシステムの第１の実施形態を示す例の図である。
【図７】液体クロマトグラフィーを実施する分析装置を含む図１のシステムの第２の実施形態を示す例の図である。
【図８】基準電極および制御電極が底部分内に組み込まれた、本明細書の技術に関連して使用され得るＤＭＤデバイスの別の実施形態を示す例の図である。
【図９】液体が別のデバイスからＤＭＤに供給される、本明細書の技術を用いる実施形態を示す例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照すれば、本明細書において説明される技術によるシステムの実施形態の例が示されている。システム１０は、デジタルマイクロ流体デバイス（ＤＭＤ）２０と、分析装置またはデバイス２２と、コンピュータシステム２４とを含む。以下でより詳細に示されるように、要素３０は、１つ以上の液滴中に含有された流体をＤＭＤ２０から分析装置またはデバイス２２に送ることを表している。１つ以上の液滴を、ＤＭＤ２０から、１つ以上の液滴がさらに分析され得る分析装置またはデバイス２２まで送ることを容易にするために、ＤＭＤ２０を分析装置またはデバイス２２にインターフェースすることに関連して使用され得る技術が、本明細書において説明される。
【００１３】
ＤＭＤ２０は、デジタルまたは液滴ベースのマイクロ流体技術を利用して個々の小容量の液滴形態の液体の操作を提供するデバイスである。前述のものは、バイナリ電気信号によって操作され得る流体の個々の容積に基づいて作動するため、デジタルマイクロ流体工学と称され得る。液滴は、たとえば１０ｎｌから１０μｌのサイズの範囲内などの小規模のものとして特徴付けられ得る。個々の単位容積の液滴を使用することにより、マイクロ流体の作動は、一連の繰り返される基本作動、すなわち１単位の流体を距離１単位にわたって移動させるものとして定義され得る。以下でより詳細に説明されるように、液滴は、液体の表面張力特性を用いてＤＭＤ２０の表面上に形成され得る。液滴の動きは、液滴がその上に位置する表面の下方に置かれた電極によって発生した静電力の存在に基づいている。液滴の形状および動作を制御するために、さまざまなタイプの静電力が使用され得る。本明細書の技術に関連して使用され得るＤＭＤ２０の１つの実施形態は、直流電場または低周波の交流電場を利用する、電圧による液滴の接触角度の変化に依存するエレクトロウェッティング原理に基づいて、前述の静電力を作り出す。参照により本明細書に組み込まれる、２００５年６月２８日発行のＰａｍｕｌａらの米国特許第６，９１１，１３２号明細書（‘１３２特許）、ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＩＮＧ  ＤＲＯＰＬＥＴＳ  ＢＹ  ＥＬＥＣＴＲＯ−ＷＥＴＴＩＮＧ  ＢＡＳＥＤ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳは、図１のシステム１０において使用され得るさまざまなＤＭＤの実施形態の例を記載している。
【００１４】
‘１３２特許に記載されているエレクトロウェッティングベースのＤＭＤの実施形態では、液滴は、表面の下方に位置する制御電極を有する表面上に置かれる。液滴の形状および動作は、制御電極の電圧を切り替えることによって制御され得る。制御された方法で連続的に制御電極に通電し、かつ非通電にすることにより、１つ以上の液滴は、制御電極のパス、アレイ、または他の構成に沿って移動され得る。‘１３２特許にも説明されているように、さまざまな作動が液滴上で実施されてもよく、たとえば、液滴を移動させる、２つ以上の液滴を単一の液滴に合体または混合する、液滴を分割する（ＤＭＤ上で均一なサイズの液滴を維持するために、合体作動を実行した後に実施され得るなど）、液滴をＤＭＤの表面上に作り出す、などがある。
【００１５】
ＤＭＤ２０は、多様な異なる液体と共に任意の１つ以上のさまざまな用途および作動に対して使用され得る。たとえば、ＤＭＤ、およびより全般的には図１のシステムは、試料の事前処理、医療診断、食品および環境の監視および検査、薬物の発見、生物テロの検出、ポイントオブケア医療診断、化学反応、試薬、血清、生物学的液体標本を用いた生物的および／または化学的処理などに関連して使用され得る。より全般的には、ＤＭＤは、電解性の、分極性の、または別の形で電流を伝導することができる、あるいは帯電可能である試料の液滴と共に使用され得る。
【００１６】
１つの例として、化学反応が、ＤＭＤ２０を用いて誘発され得る。化学物質Ａを含有する液滴が、別の化学物質Ｂを含有する液滴と合体されて、結果として生じる生成物の化学物質Ｃを含有する単一の液滴を形成することができ、この生成物の化学物質Ｃは、ＡおよびＢの反応の生成物である。結果として生じる生成物Ｃを含有する液滴の分析、同定、および／または検出は、ＤＭＤ２０自体の上で「オンチップ」で実施され得るが、分析、同定、および／または検出に関連するさらなる処理のために、本明細書の技術を使用して、結果として生じた生成物Ｃを含有する液滴を外部の分析装置またはデバイス２２に「オフチップ」で送ることが望ましくなることがある。分析装置またはデバイス２２は、たとえば質量分析法（ＭＳ）、または液体クロマトグラフィー（ＬＣ）を実施するデバイスでもよい。別の例として、分析装置またはデバイス２２は、キャピラリー電気泳動デバイス、フォトスペクトロメータ、または分析、発見および／または同定に使用されるさまざまなタイプのスペクトロメータなどでもよい。
【００１７】
要素３０によって表されるように、ＤＭＤからの液滴は、分析装置またはデバイス２２に送られ得る。液滴をＤＭＤ２０から装置２２に送るために使用される技術および／または機器は、個々の装置２２によって変わり得る。以下の項および図では、装置２２はＭＳまたはＬＣデバイスでもよい、システム１０の構成要素のいくつかの例示的実施形態および変形例が説明される。しかしながら、特定の装置２２の選択は、ＤＭＤ２０の特定の用途および使用方法に従って変わり得ることが、当業者によって理解される。
【００１８】
システム１０にはまた、ＤＭＤ２０および／または装置２２に接続され得るコンピュータシステム２４が含まれる。コンピュータシステム２４は、一実施形態では、ＤＭＤ２０および／または装置２２を制御するために使用され得る。
【００１９】
図２Ａを参照すれば、ＤＭＤをＭＳデバイスにインターフェースすることに関連して使用され得るシステムの例となる実施形態が示される。例１００は、先端部分１０６を含むＤＭＤ１０２と、液滴１０４ａおよび１０４ｂと、電気スプレー１０８と、試料入口１２０と、ＭＳデバイスのＭＳ入口１１０とを含む。例１００の実施形態は、ＤＭＤ１０２と同じ平面内に位置する先端部分１０６を示している。ＤＭＤ１０２の実施形態は、隙間または空間をその間に備えた上部分および底部分を含むことができる。例１００では、ＤＭＤ１０２の図は、その上部分で見下ろすように示されている。例示のために、上部分および底部分は透明で示されて、ＤＭＤ１０２の底部分の表面の下方に位置する制御電極１３０のアレイの図を提供している。ＤＭＤ１０２はまた、ＤＭＤ１０２の縁から延びる先端部分１０６も含む。ＤＭＤ１０２の諸実施形態を含む上部分および底部分ならびに先端部に関する追加の詳細が、その後に続く図に関連してより詳細に説明される。
【００２０】
例示のために、２つの液滴１０４ａおよび１０４ｂは、ＤＭＤ１０２内に位置している。一方の液滴１０４ａは、ＤＭＤ１０２の内側の、ＤＭＤ１０２の上部分と底部分の間に位置しており、制御電極１３０の平面アレイの上側のＤＭＤ１０２の底部分の表面上にある。他方の液滴１０４ｂは、ＤＭＤの縁から延びる先端部分１０６に位置している。先端部分１０６と質量スペクトロメータの入口（「ＭＳ入口１１０」）との間に電場をかけた際、液滴１０４ｂは、先端部の端部に「テイラーコーン」と呼ばれる細長い円錐形状を形成する。当技術分野で知られているように、テイラーコーンは、帯電粒子の噴流がそこから発せられる電気スプレープロセスにおいて観察される円錐を示している。先端部分から供給され得る小量の導電性液体が電場に露出されるとき、液体の形状は、表面張力によって付与された形状から変形し始める。電場が、先端部分の端部でまたはその近くで電圧を増大させるなどによってより広くなっていくにつれ、液体の噴流が、先端部分の端部において形成されたテイラーコーンから放出され、電気スプレープロセスの開始となり、このプロセスでは、イオンは気相に送られ得る。このプロセスによる電気スプレー１０８の発生により、液滴は、蒸発し、より小さい液滴に分裂し、これらの液滴は、ＭＳデバイスによるさらなる分析のためにＭＳ入口１１０に入るイオンの発生をもたらす。前述の電気スプレープロセスを使用してＭＳデバイスによる質量スペクトル分析のためのイオンを発生させることは、たとえば、参照により本明細書に組み込まれる、１９８５年７月２３日発行の、Ｌａｂｏｗｓｋｙらの米国特許第４，５３１，０５６号明細書、ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＴＨＥ  ＭＡＳＳ  ＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＲＩＣ  ＡＮＡＬＹＳＩＳ  ＯＦ  ＳＯＬＵＴＩＯＮＳにおいて記載され、参照により本明細書に組み込まれる、Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ（１９６８年）、４９巻、Ｎｏ．５、ｐｐ．２２４０〜２２４９、Ｄｏｌｅらの、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍｓ  ｏｆ  Ｍａｃｒｏｉｏｎｓ」においても記載されるように、当技術分野において知られている。
【００２１】
先端部分の端部に形成されたテイラーコーンとＭＳとの間の距離は、たとえば０．１ｃｍから１０ｃｍで変わり得る。本明細書で説明された電気スプレーイオン化プロセスを使用すると、液体流が液滴に霧化したとき、液滴は、蒸発してプルーム（ｐｌｕｍｅ）を作り出す。液滴がテイラーコーンからＭＳ入口１１０まで進むにつれて、液滴は、蒸発し、正および／または負のイオンを形成し、これらのイオンは、ＭＳ入口１１０に進み、分析される。１つの実施形態では、ＭＳ入口１１０は、図示されるように円錐の形態でもよく、粒子を分析のためにＭＳ入口１１０内へと内方向に引き込むために、真空が使用されてもよい。液体の液滴のイオン化を実施するには高電場が必要とされるが、電場を作り出すのに使用される電圧は、所望のイオン化プロセスを達成するために、テイラーコーンとＭＳ入口の間の距離などの実施形態の詳細に従って変更され得る。
【００２２】
図２Ａのシステムの実施形態は、ＤＭＤをＭＳ入口１１０近くに組み込むことができ、それらの間の距離は実施形態によって変わり得る。ＭＳ入口１１０は、質量スペクトル分析を実施することができ、当技術分野で知られている標準的な構成要素を用いて実施され得る。たとえば、本明細書の技術を利用する実施形態は、ＭＳ入口１１０を有するＭＳデバイスを含むことができる。当技術分野で知られているように、市販の質量スペクトロメータは、イオンを生成するイオン源と、イオンを何らかの方法でイオンの質量によって分類する分析器と、さまざまな質量の相対強度を測定する検出器とを含むことができる。一般的なイオン源は、電気スプレー１０８の生成において本明細書において説明されたように電気スプレーイオン化を実施することができる。本明細書の技術を使用する実施形態は、ＤＭＤ１０２に結合された前述の分析器および検出器のための構成要素を含むことができ、それにより、ＤＭＤ１０２は、イオン源として本明細書において説明されたように使用される。実施形態は、１つの筺体内に例１００の構成要素、またはその一部を配置させることができる。たとえば、実施形態は、１つの筺体内で電気スプレー１０８が発生し、ＭＳ入口１１０に送られるような配置を利用することができる。
【００２３】
図２Ａの例１００は先端部分１０６をＭＳ入口１０の軸と共線的であるように示しているが、ＭＳ入口１１０に対する先端部分１０６の他の向きが可能であることに留意されたい。
【００２４】
本明細書の技術と共に配置内で使用され得る市販の質量スペクトロメータの例は、Ｍａｓｓｃｈｕｓｅｔｔｓ、Ｍｉｌｆｏｒｄ所在のＷａｔｅｒｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手可能なＬＣＴ  Ｐｒｅｍｉｅｒ（ＴＭ）ＸＥ質量分析デバイスおよびＱ−Ｔ  ｏｆ  Ｐｒｅｍｉｅｒ（ＴＭ）質量分析デバイスを含む。
【００２５】
液滴は、多様な異なる方法でＤＭＤ内に導入され得る。たとえば、試料液体は、試料入口１２０を用いて、上部分内の貫通穴を介してＤＭＤ１０２に導入されてもよい。試料入口１２０は、たとえば、液体を投入するのに使用されるピペット、毛細管、注射器などでもよい。試料入口１２０および液体を投入するために試料入口１２０に接続され得る他の手段は、所定の量ならびに液体の連続流で液体を投入することを実現することができる。ＤＭＤ１０２と共に使用される液体の導入は、手動および／または自動技術を用いて実施され得る。液体はまた、上部分内に存在し得る他の開口部および貫通穴によってＤＭＤ内の上部分と底部分の間に導入されてもよいことに留意されたい。液滴が電極１３０のアレイ上にどのように形成され得るかが、以下の項により詳細に説明され、‘１３２特許においても説明されている。また、液滴が、１０４ａに関連付けられたものなどの制御電極アレイ内の第１の位置から１０４ｂに関連づけられたものなどの第２の位置にどのように移動し得るかもまた、以下の項およびまた、‘１３２特許においてより詳細に説明されている。
【００２６】
先端部分１０６は、ＤＭＤ１０２の１つの側部に位置しているが、先端部分１０６は、ＤＭＤ１０２のいずれの側部にも位置することができることに留意されたい。また、ＤＭＤの実施形態は、ＤＭＤ１０２の任意の単一の側部および／または異なる側部に位置する２つ以上の先端部分を含むことができる。また、制御電極１３０の二次元アレイ配置は、制御電極が特定の形状の底層上にある状態で示されているが、前述のものに対する変形例が、当業者によって理解される。たとえば、制御電極１３０は、異なる形状および／またはサイズ（たとえば円形または他の形状の電極、同じサイズおよび形状のすべての電極、可変のサイズおよび／または形状の電極を含む電極配置）のものでもよく、図２Ａに示されたものとは異なる配置（たとえば単一の行または列、非線形構成）などを有する。
【００２７】
図２Ｂを参照すれば、図２Ａの線Ｉ１−Ｉ２に沿って切り取られた図２ＡのＤＭＤの側面または横面図が示されている。例２００は、ＤＭＤが上部分２０２と、底部分２０６と、それらの間の隙間２０４または空間を含むものとして示している。上部分２０２および底部分２０６は、水平面または他の向きに対して配置され得る。液滴２０８は、ＤＭＤの上部分と底部分の間に位置するように、底部分の内面上に位置することができる。液滴は、隙間２０４を形成する上部分２０２および底部分２０６の両方の内面と接触する。上部分２０２および底部分２０６は、互いに対して平行またはほぼ平行でもよい。上部分２０２は、基板層２１０を含み、連続接地または基準電極２１２がその中に組み込まれる、またはその上に形成されている。疎水性の絶縁を有する薄い層２１４もまた、基準電極２１４を覆うように施与され得る。底部分２１６は、基板２１６を含むことができ、制御電極２１８は、その上に組み込まれ、またはその上に形成され、疎水性の絶縁層２２０によって覆われている。基板２１０および２１６は、プリント基板（ＰＣＢ）材料、ガラス、または低温同時焼成されたセラミックから作製されてもよい。制御電極２１８および基準電極２１２は、材料および標準的微細加工技術を用いて形成され得る。疎水性の絶縁層２１４および２２０は、電極に対して電気絶縁をもたらし、疎水性の表面も作り出す。１つの実施形態では、疎水性の絶縁層２２０は、ＰＡＲＹＬＥＮＥ  Ｃの層、その後にＴＥＦＬＯＮのコーティングを用いて制御電極２１８上方およびその周りに形成され得る。層２１４は、ＴＥＦＬＯＮのコーティングを用いて形成され得る。２１４および２２０のＴＥＦＬＯＮコーティングは、隙間２０４に面する上部および底部の内面上に含まれる。前述のものに対する変形例として、実施形態は、電気絶縁を実施形態内にもたらすために、ＴＥＦＬＯＮコーティングの前にＰＡＲＹＬＥＮＥ  Ｃのコーティングで基準電極２１２をコーティングすることができる。隙間２０４は、たとえば０．０１から１．０ｍｍの範囲内でもよい。実施形態において電気絶縁をもたらすことに関連して使用され得る材料の例は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ＴＥＦＬＯＮなどを含むことができる。疎水性をもたらすコーティングまたは層を形成することに関連して使用され得る材料の例は、フッ化炭素、ＴＥＦＬＯＮなどを含む。全般的に、実施形態は、絶縁性および疎水性をもたらす材料ができるだけ薄くなるように、基準電極２１２を覆っておよび制御電極２１８の上方および／または周りに本明細書において説明されたコーティングを形成することができる。前述のものが厚くなるにつれ、エレクトロウェッティング効果を達成するのに必要な電圧が大きくなる。実施形態で使用され得る具体的な材料、厚さ、上部分と底部分の間の隙間の可能サイズ、制御電極間の間隔などに関する追加の詳細は、たとえば、‘１３２特許に記載されている。参照により本明細書に組み込まれる、Ｐａｍｕｌａらの２００６年８月３１日公開の米国特許出願公開第２００６／０１９４３３１号明細書、２００６年１月３０日出願の米国特許仮出願第１１／３４３，２８４号明細書、ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＥＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ���  ＦＯＲ  ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＩＮＧ  ＤＲＯＰＬＥＴＳ  ＯＮ  Ａ  ＰＲＩＮＴＥＤ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＢＯＡＲＤは、ＰＣＢ材料を用いたＤＭＤの作製方法を記載している。実施形態は、ＤＭＤの製造に関連して当技術分野で知られているさまざまな材料および技術を使用することができる。材料の例、ＤＭＤを製造および／または生産するための技術、および実施形態で使用され得る他の詳細が、そのすべてが参照により本明細書に組み込まれる‘１３２特許、米国特許出願公開第２００６／０１９４３３１号明細書、およびＥｌｒｏｄらの、２００６年１２月１２日、米国特許第７，１４７，７６３号明細書、ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＵＳＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＳＴＡＴＩＣ  ＦＯＲＣＥ  ＴＯ  ＣＡＵＳＥ  ＦＬＵＩＤ  ＭＯＶＥＭＥＮＴに記載されている。前述のものは、実施形態において使用され得る材料、技術などの一部の例であることに留意されたい。前述のものに対する変形例を含む追加の実施形態が、当業者によって理解される。
【００２８】
制御電極２１８のアレイまたは他の配置では、そのような制御電極のそれぞれは、電圧が各制御電極に独立的に印加され、それから除去され得るように独立的に処理され得る。図１に戻って参照すれば、実施形態は、コンピュータシステム２４を含むことができ、このコンピュータシステム２４は、ＤＭＤの制御電極の選択された１つを（たとえば電圧を増減させることによって）所定の順序に従ってアクティブおよび非アクティブにし、それによって液滴の混合または合体などの所望の作動を実施するように特定の電極に液滴を動かすための命令を用いてプログラムされる。１つの実施形態では、各制御電極は、それに印加された、接地から１２０Ｖ  ＤＣの範囲内の電圧を有することができるが、他の範囲ならびにＡＣ電源も使用され得る。基準電極２１２は、接地または基準電位に設定され得る。制御電極に対する電圧を閾値まで増大させることによって制御電極をアクティブにすることにより、制御電極を覆う底部分の領域は親水性になっていき、それにより、非アクティブにされた近接のまたは隣接する制御電極上の液滴は、アクティブにされた制御電極に関連付けられた領域に移動するようになる。たとえば、図２Ｂを参照すれば、制御電極２１８は、最初に接地状態にあるまたは浮動され得る（たとえば電圧が印加されていない）ように、最初「オフ」または非アクティブの状態になることができる。液滴２０８を右に移動させるために、液滴２０８の右の制御電極が、これに対する電圧を増大させることによってアクティブにされるまたは「オン」にされ得る。電圧は、閾値まで増大されてもよく、電圧が増大されるにつれて、液滴が移動する速さもまた増大することができる。閾値電圧、および電圧が制御電極内でさらに増大されるにつれて液滴が移動することができる速さは、液滴の組成によって変わり得る。
【００２９】
図２Ｃを参照すれば、図２ＡからのＤＭＤの展開図を示す例が示されている。例１５０は、ＤＭＤが上部分１５２と、スペーサ１５４と、底部分１５６とを含むものとして示している。要素１５２、１５４および１５６は、組み合わされて、矢印１５１によって示されるように、互いの上部に配置されて、たとえば図２Ｂに示されるようなＤＭＤ１０２を形成することができる。上部分１５２および底部分１５６は、上記で説明された通りでもよい。スペーサ１５４は、上部分と底部分の間に、液滴が中に位置する隙間または空間を作り出すために使用され得る。スペーサ１５４は、ポリマー材料製のものでもよい。図２Ｃおよび図２Ａなどの他の図に関連して、スペーサ１５４は、部分１５２と１５４の間にギャップ層を提供することに留意されたい。図は、ギャップ層が、ＤＭＤの１つの側部１５４ａ上の開口部および先端部分における開口部１５４を除いて密閉されているように示しているが、（１５４ａを含む）ギャップ層の全ての側部は、本先端部分における明細書において説明されたような開口部およびＤＭＤの表面または側部上に位置することができる１つ以上の入口ポート（たとえば入口ポートは、ＤＭＤに対して垂直である側部内に、および／またはＤＭＤの平面内に位置することができる）を有して密閉されてもよい。
【００３０】
実施形態で使用され得る液滴のサイズは、スペーサ１５４によって作り出されたギャップ層のサイズに従って変わる。１５２、１５４および１５６の配置は、クランプまたは図２Ｃに示されるように前述のものと結合し、かつ固定するための他の手段によって所定の位置に保持され得る。例１５０では、基準電極１６０は、電圧Ｕ０を有するものとして示されている。１６２の各制御電極は、ｉ＝１〜Ｎ（１およびＮを含む）であるＵ１（ｉ）の電圧を有するものとして表示されており、このとき、Ｎ個の制御電極が存在し、「ｉ」はＮ個の制御電極の特定の１つを表している。先端部分上に位置し、「先端電極」１６４とも称される制御電極は、電圧Ｕ１（Ｎ＋１）を有する「Ｎ＋１」制御電極として表示される。ＭＳ入口１６６は、Ｕ２として表示される、これに関連付けられた電圧を有する。
【００３１】
１つの実施形態では、印加され得る典型的な電圧の例は、Ｕ２＝接地、Ｕ０＝＋／−３ｋＶ、Ｕ１＝Ｕ０＋１００Ｖである。印加され得る他の典型的な電圧は、Ｕ２＝＋／−３ｋＶ、Ｕ０＝ＧＮＤ、Ｕ１＝１００である。Ｕｌは、「オン」またはアクティブ状態を達成するために制御電極に印加され得る電圧を表している。前述は、実施形態において使用され得る電圧を例示するものであるが、エレクトロウェッティング効果および電気スプレーを達成するのに十分な電圧差を作り出すために、他の電圧が使用されてもよいことが当業者によって理解される。たとえば、基準電極１６０と制御電極１６２の間の１０から２００Ｖの電圧差は、通常、エレクトロウェッティング効果を達成するのに十分になり得、基準電極１６０とＭＳ電圧１６６の間の１０００から５０００Ｖの電圧差は、通常、電気スプレーを作り出すのに十分になり得る。電圧が制御電極ｉにおいて印加されたとき、制御電極上方の表面は、本明細書において説明され、当技術分野ではエレクトロウェッティングとして知られているような現象に基づいて親水性になる。制御電極が、適切な順序で、これに十分なレベルの電圧を印加することによってアクティブにされるとき、液滴を移動させ、２つの液滴を合体させる、もしくは１つの液滴を２つの液滴に分割するなどの他の作動、および本明細書において説明される他の作動などを達成するために、接触角度の変更が用いられ得る。
【００３２】
図２Ｄを参照すれば、液滴を形成するためにどのように電圧が印加され得るかを示す例が示されている。例４５０には、制御電極Ｅｌ、Ｅ２ならびにＥ３が含まれる。要素４５２は、電極Ｅ１からＥ３の各々の最初のまたは開始状態を示している。例示のために、液体は、電極Ｅ１上方の入口チャネル４５１から所定の量で投入され得る。制御電極Ｅ１からＥ３は、各々に電圧を印加することによってアクティブにされて、流体を４５１から引き入れることができる。例として、１００Ｖの電圧がＥ１からＥ３の各々に印加されてもよく、それによって図４５２に示されるように、液体が引き入れられ、その表面上方に分散される。例示のために、制御電極の「オン」またはアクティブ状態は、それに１００Ｖの電圧を印加することに相当し得る。「オフ」状態は、いかなる電圧も制御電極にかけない、または基準もしくは接地電圧で保たれていることに相当し得る。Ｅ２は、次いで、非通電にされ、またはオフ状態で置かれてもよく、それによってＥ１からＥ３上方で分散された液体が分割される。Ｅｌ上方の液体の部分は、入口チャネル４５１内に引っ込められて戻り、４５４によって示されるようにＥ３上方で形成された部分が、新しく形成された液滴である。要素４５４に関連して、Ｅ３は、それに印加された１００Ｖを保つことによってアクティブまたはオンのままでいることができる。ＥｌおよびＥ２に印加された電圧は、除去され、または浮動させられ、ＥｌおよびＥ２をオフもしくは非アクティブ状態に移行させる。４５４に示されるように、その結果、液滴がＥ３上で形成され、たとえば次に図２Ｅに関連して説明されるようにさらに操作され得る。
【００３３】
図２Ｅを参照すれば、一連の線形に配置された制御電極にわたって液滴を移動させるために、どのように電圧が印加され得るかを示す例が示されている。例５００は、基本的な移動作動を示しているが、選択された制御電極を同様にアクティブにする、または非アクティブにすることによって他の作動が可能である。例５００は、図２Ｄでも示されるように、３つの電極Ｅ１からＥ３を含む。要素５１０は、制御電極Ｅ１からＥ３の各々の第１のまたは初期の状態を表している。この第１の状態では、Ｅｌは、通電され得、Ｅ２およびＥ３は接地状態または浮動状態にあり得る。液滴は最初、Ｅ１上方に存在する。５２０によって示される第２のステップでは、制御電極Ｅ２は、Ｅ１およびＥ３がオフ状態のままでありながらオン状態になるように制御電極Ｅ２に印加された電圧を有する。電圧の印加および５２０の制御電極の状態の結果、液滴がＥｌを覆う表面からＥ２の表面に移動する。第３のステップでは、５３０によって示されるように、制御電極Ｅ３は、ＥｌおよびＥ２がオフ状態のままでありながらオン状態になるように制御電極Ｅ３に印加された電圧を有する。電圧の印加および５３０の制御電極の状態の結果、液滴はＥ２を覆う表面からＥ３の表面に移動する。
【００３４】
図２Ｄおよび図２Ｅに示される前述のものに関連して、（図１の要素２４によって表されるコンピュータシステムなどの）コンピュータシステムは、ＤＭＤの選択された制御電極を所定の順序に従ってアクティブおよび非アクティブにし、それによって液滴の移動、混合または合体などの所望の作動および他の作動を実施するように液滴を特定の電極に動かすための命令を用いてプログラムされ得る。電圧を制御電極および基準電極などに供給することにおいて、ならびにそのような電圧の選択をコンピュータシステムによって制御する、もしくは他のプログラムされた制御デバイスが本明細書に説明されたように処理することを可能にするために、当技術分野で知られている適切な電気接続、スイッチ、電力供給または電源などが使用され得る。
【００３５】
電圧のエレクトロウェッティング現象および適切な優先順位付けに基づいて、実験または他の処理がＤＭＤ上で実施されて、液滴の形成がもたらされ得る。結果として生じる液滴は、先端部分内に位置する制御電極Ｎ＋１上方の表面上のＤＭＤの先端部分内に移動され得る。（先端部分内に位置する制御電極Ｎ＋１はまた、本明細書では「先端電極」とも称され得る）。この移動は、先端電極をアクティブにするまたはオンにすることによって、かつ近接の制御電極（たとえば液滴がチップ電極上方の先端部に引っ張られるように先端電極に隣接するそれらの制御電極）を非アクティブにするまたはオフにすることによって、液滴が先端電極上方の底部分の表面域内に位置するまで、選択された制御電極を適切にアクティブおよび非アクティブにすることによって実施され得る。たとえば、液滴は、電圧を説明された順序で制御することによって、図２Ｅに関連して説明されたように線形動作で引っ張られてもよい。先端電極は、たとえば電極Ｅ３でもよい。液滴が先端電極に到達すると、先端電極は、アクティブもしくはオンの状態、または浮動させられ得る。続いて、テイラーコーンを作り出し、電気スプレーおよび液滴に含有された化学種の分析を開始するために、電圧Ｕ２がＭＳ入口に印加され得る。
【００３６】
図３Ａを参照すれば、ＤＭＤの先端部の第１の実施形態を示す例がより詳細に示されている。例示を簡単にするために、先端部分に位置する液滴は、この例では示されていない。要素２５２、２５４、２５６、２５８、２６０および２６２は、本明細書の他所で説明された通りでもよい。開口部２６４は、先端部におけるギャップ層内の開口部に対応する。図示されるように、先端部分は、ＤＭＤから先端部分の端部に向かって延びる２つの側部が三角形状の先端部分を形成し、その２つの側部を完全に開いて、または別の形で密閉しない状態で形成される。先端電極２６０は、先端部分の縁または端部まで伸張されてもよい。先端部は、鋭くとがることができる。先端部分に関して、その上に位置する基準電極および先端電極の両方は、絶縁層によって覆われ得るが、先端部分内にあるときの液滴と電気接触する基準電極の小さい断面は除く。１つの実施形態では、先端部分は、Ｌ１からＬ２（たとえば先端の先の端部）まで測定して０．５から５ｍｍの長さでもよい。
【００３７】
本明細書に説明された先端部分に関連して、実施形態は、図示されたように、尖っている端部を有する先端部分を利用することができることに留意されたい。しかしながら、本明細書の技術はまた、より丸みのあるまたは鈍化した端部を有する先端部分と共に使用されてもよいが、テイラーコーンおよび電気スプレープロセスを達成するためには、電圧の変動が必要とされ得る。
【００３８】
図３Ａの配置に関連して、電圧は、先端部分内の液滴と電気接触する基準電極２５４に印加され得る。電圧は、液滴とＭＳ入口の間に、先端部分の端部におけるテイラーコーンおよび電気スプレーを作り出すのに十分な電場を発生させるために本明細書の技術に関連して印加され得る。図３Ａに関連して説明され図示されたものに対する第１の変形例として、基準電極２５４は、上部絶縁層２５６によって完全に覆われてもよい。この第１の変形例では、層２５６は、電圧が、前述の電場の発生において基準電極２５４または層２５６に印加され得るように、疎水性および導電性のものでもよい。第２の変形例として、電極２５４は、層２５６によって完全に覆われてもよく、層２５６は、疎水性および電気絶縁性のものでもよい。この第２の変形例では、電極を作り出し、液滴と電気接触するために、外側の金属層または他の導電材料が先端部分上に堆積されてもよい。外側の金属または導電層は、たとえばスパッタリングまたは蒸発によってなどの当技術分野で知られている多様な技術を用いて施与され得る。
【００３９】
図３Ｂを参照すれば、ＤＭＤの先端部分の第２の実施形態を示す例がより詳細に示されている。要素３０２および３０６は、本明細書の他所で説明された通りである。この実施形態では、ＤＭＤの先端部分内には先端電極は含まれない。したがって、図２Ａおよび図２Ｃに戻って参照すれば、制御電極Ｎ＋１は省略され得る。その代わりに、例３００における先端部分では、上部分の上部基板３０２は、親水性表面コーティングまたは層３０４で覆われる。同様に、底部分の底部基板３０６は、親水性表面コーティングまたは層３０４で覆われる。先端部分の親水性表面コーティングまたは層３０４は、たとえば先端部分内に位置する上部分および底部分の内面をセルロースポリマー、ポリアクリルアミド、二酸化ケイ素、もしくはチタン、アルミニウムでコーティングすることにより、または３０４が位置している内面を、ガスプラズマ処理、プラズマ重合、もしくはレーザー処理によって化学的に修飾することによって形成され得る。内面がコーティングされる場合では、コーティング層３０４の厚さは、たとえば、１０ｎｍから１００μｍの範囲内（１０ｎｍおよび１００μｍを含む）でもよい。例３００に示されたような先端部分に対する変形例を除いて、ＤＭＤの上部分および底部分は、図２Ｂと関連するような前の項において説明され、示された通りでもよいことに留意されたい。
【００４０】
先端部分に図３Ｂの前述の配置を使用することにより、先端部分において液滴と接触する表面は、液滴を、先端電極に隣接する制御電極上方の区域から先端部分まで引っ張るために局地的に親水性である。ＤＭＤ内の他所の底部基板および上部基板を覆う絶縁層は、本明細書において説明されたように依然として疎水性である。
【００４１】
図３Ａおよび図３Ｂに示されたような先端部分の実施形態では、先端部分は、開いた側壁である。言い換えれば、図示されたように上部分と底部分の間に形成されたギャップ層、たとえば図３Ａの開口部２６４および図３Ｂの開口部３０８では、先端部分の側部のいずれの部分も密閉されていない。前述のものに対する変形例として、実施形態が図３Ｃに示され、先端部分の側壁の密閉は、先端部分の端部において開口部３５４を残している。例３５０は、側壁の密閉部３５２を有する先端部分を示している。３５０内において示された図では示されていないが、先端部分の他の面も同様に、流体がそこから出ることができるように、先端部分の端部において小さい先端の開口部３５４だけを残している側壁の密閉を有することができる。側壁を使用する実施形態は、図３Ａに関連して説明されたような先端電極によって形成された先端部分を有することができる、または図３Ｂに関連して説明されたような先端部分によって形成された先端部分を有することができる。
【００４２】
要素３６０は、３６２ａおよび３６２ｂに沿って図示されるように線３６６まで延びる密閉側壁を有するＤＭＤの先端部分を表すことができる。要素３６４は、先端の開口部を表すことができる。１つの実施形態では、先端部分内の先端開口部３５４は、線３６６から先端部分の端部まで延びることができる。線３６６は、１つの実施形態では１０から１００ミクロンでもよい、先端開口部の幅を表すことができる。
【００４３】
図示されたように開いた側壁を有する図３Ｂの配置を使用する実施形態、または図３Ｃに示されたように密閉された側壁を有する図３Ｂの実施形態を参照すれば、テイラーコーンおよび電気スプレーを作り出すために本明細書において説明されたように電場を発生させるために、さまざまな技術が、その実施形態に電圧を印加することに関連して使用され得る。実施形態は、図３Ｂに示されたような配置を、第１の変形例を伴って開いたまたは閉じた側壁と共に利用することができる。この第１の変形例では、追加の電極が、先端部分、たとえば図３Ａの変形例に関連して上記で説明されたように金属層などの外側導電層の堆積によって先端部分において作り出される。
【００４４】
開いたまたは閉じた側壁を有する図３Ｂに示されたものからの第２の変形例として、上部分内の基準電極が、先端部分内に延ばされてもよく、その小さい部分は、電圧が基準電極に印加されたときに液滴と電気接触するように露出されている。この第２の変形例では、底部分が、図３Ａに示された上部分と組み合わせて図３Ｂに示される通りになり得るように、先端部分内には制御電極は存在しない。第３の変形例では、上部分および底部分は、前述の第２の変形例の通りでもよいが、上部の絶縁層２５６は、親水性および導電性の両方になり得る。一例として、上部分内の層２５６は、親水性の導電カーボンブラックでもよい。
【００４５】
図２Ａを参照して上記で説明されたように、例１００の実施形態は、電気スプレー１０８が発することができる先端部分１０６を示しており、このとき、先端部分１０６およびＭＳ入口１１０に対する適切な電圧設定が十分な電場を作り出している。１００の実施形態は、ＤＭＤ１０２と同じ平面内に位置する、またはほぼそのように位置決めされた先端部分１０６を有する。
【００４６】
追加の実施形態が、ＤＭＤ１０２が先端部分１０６を含まない図４を参照して以下の項で説明される。その代わりに、ＤＭＤ１０２が、電気スプレーが発生する先端を有するチューブに代替的に結合される配置が説明される。チューブは、ＤＭＤ１０２に対して面外に位置する。
【００４７】
図４を参照すれば、本明細書の技術を用いて使用され得るＤＭＤの別の実施形態の例が、ＭＳデバイスと共に示されている。上記で説明されたように、例４００は、ＤＭＤが、面外のチューブを用いてＭＳデバイスにインターフェースされる手段を提供する。例４００は、いくつかの変形例を有する、本明細書の他所で説明されたようなＤＭＤ４２０を含む。１つの変形例は、ＤＭＤの先端部分が存在しないので、制御電極Ｎ＋１または先端電極は省略され得る。例４００はまた、内側に先細になり、ＤＭＤ４２０の平面に対してほぼ垂直の配置で位置する端部の先端部を有するチューブ４０６も含む。液滴４０２は、制御電極Ｎ４０４の表面の上部に液滴を置くように本明細書の技術を用いて移動され得る。チューブ４０６が中に挿入される、ＤＭＤの底部分を貫通して形成された穴が存在し得る。液滴は、底部分内の穴を貫通してＤＭＤを出て、図示されるように電極アレイの平面に対して垂直であるチューブ４０６内に入る。チューブの第１の端部はＤＭＤ４２０に接続されてもよく、チューブ４０６の第２の反対側の端部は、内側に先細にされて、液滴が通って出る第２の端部の先端部において小さい開口部を中に形成する。チューブ４０６は、たとえば、液滴がそこから出るチューブ４０６の第２の端部の先端部に液滴が存在するときに、電極Ｎと液滴の間に十分な電気接触をもたらす金属または別の導電性材料から作製され得る。別の例として、チューブ４０６は、ポリマー材料から作製されてもよく、または牽引された溶融シリカ毛管からなることができる。チューブ４０６の第２の端部に位置する少なくとも先細にされた部分は、金属コーティングなどの導電性コーティングで外側がコーティングされて、これもまた制御電極Ｎとチューブ４０６の第２の端部の先端部にあるときの液滴との間の電気接触をもたらすことができる。前述の例のいずれにおいても、チューブ４０６の内側表面もまた親水性であり得る。本明細書において説明されたようにエレクトロウェッティング技術を用いて液滴が電極Ｎ４０４に移動されたとき、毛管現象によって、液滴を、ＤＭＤに接続された第１の端部にあるチューブ内にかつチューブの第２の反対側の端部に位置する先端部に向かって引き入れる。続いて、制御電極ＮとＭＳ入口４１０の間の電場の印加が、他の実施形態と関連して本明細書において説明されたように、チューブの（たとえば第２の端部に位置する）先端部においてテイラーコーン、および電気スプレー４０８を作り出す。１つの実施形態では、チューブは１から７ｃｍの長さでもよく、２５から２５０μｍの内径は、ＭＳ入口４１０に面する開口部を有する端部において５から５０μｍまで先細になる。
【００４８】
十分な電圧が制御電極Ｎに印加されたときに図４を参照してテイラーコーンおよび電気スプレーを作り出すための電場をもたらすことに関連して、液滴は、電極Ｎの露出された部分と電気接触することができる。図４の実施形態４００の変形例として、チューブ４０６は、その中に位置する１つ以上の電極を有することができ、それにより、テイラーコーンおよび電気スプレーを引き起こす電場が、制御電極Ｎ４０４ではなくチューブ４０６内の１つ以上の電極を用いて形成され得る。そのような場合、チューブ４０６内の液滴は、電圧が印加されるチューブ４０６内の電極と電気接触する。そのような電気接触は、たとえば、導電材料から形成されたチューブ４０６を有することにより、チューブの第２の端部において所定の位置にあるときの液滴との接触するためにチューブ４０６内の１つ以上の電極の一部分を露出させることにより、または液滴と、電圧が印加され、通電された電極との間に必要な電気接触をもたらすための他の手段によって行われてもよい。
【００４９】
前述以外にも、ＭＳ入口４１０と液滴の間の電場は、その一部が次に説明される他の方法で達成されてもよい。第１の例として、チューブ４０６は、金属層でもよく、または電位が制御電極Ｎではなく、チューブに直接的に印加され得るように、別の導電性材料を用いて形成されてもよい。第２の例として、チューブは、非導電性材料からなることができるが、チューブ、または少なくとも、ＭＳ入口に面する先細にされた端部によって形成されたチューブの先端部は、導電性材料で外側がコーティングされ、それに対して印加された電位を有することができる。たとえば、チューブが牽引された溶融シリカを用いて形成される場合、チューブは、金または十分な電圧が印加される他の金属コーティングの十分な層でコーティングされ得る。
【００５０】
チューブは、底部分内の１つの特定の場所から延びるように示されているが、実施形態は、別の制御電極に対して選択された底部分内の別の場所にある穴内に同様に挿入されたチューブを有することができることに留意されたい。加えて、例４００には、底部分内およびその中に挿入されるチューブ内の単一の穴のみが示されているが、実施形態はまた、液滴が、さらなる分析のためのＭＳ入口への移送のためにＤＭＤを出ることができる複数の場所を提供する複数の穴および関連付けられたチューブを備えた配置を有することもできる。
【００５１】
ＤＭＤの変形例、およびＤＭＤがさらなる分析のためにＭＳデバイスにインターフェースし、液滴をＭＳデバイスに送るために使用され得る関連付けられた手段および技術が上記で説明されている。図１に戻って参照すれば、次に、分析装置またはデバイス２２がＬＣデバイスである実施形態の例が説明される。
【００５２】
図５を参照すれば、ＤＭＤをＬＣデバイスにインターフェースすることに関連して使用され得るシステムの例となる実施形態が示されている。例５５０は、ＤＭＤ５５２と、取付具５５４と、チューブ５５８とを含む。また、ＬＣデバイス５８０内に含まれ得るポンプ５６０および注入弁５７０などの構成要素の部分も示されている。ＤＭＤ５５２は、Ｎ個の制御電極を有する実施形態を用いて本明細書の他所で説明された通りでもよい。取付具５５４は、ＤＭＤの側部の１つ内の開口部を貫通してＤＭＤに嵌合および結合されてもよく、それにより、電極Ｎの上側の底部分上に位置する液滴が、取付具５５４およびチューブ５５８内に送られて、液滴をＬＣデバイスに供給することができる。例５５０では、ＤＭＤからＬＣデバイスへの流体接続が、取付具５５４およびチューブ５５８を用いて形成される。チューブ５５８は、第１の端部で取付具５５４に接続し、チューブ５５８の他方の端部は、ＬＣデバイスの６ポート型弁のポート１に取り付けられる。液滴が制御電極Ｎ上方の底部分の表面上のある場所に移動されるとき、負圧が、ポート６に取り付けられたポンプにおいて加えられ得、その結果、液滴は、チューブ５５８内へと向けられ、注入弁５７０の試料ループ内に流れる。続いて、図６に示されたように、試料ループがＬＣ列の流路内にあるように、弁が（時計方向に回転させるなどで）切り替えられる。ポート３に接続されたポンプが、次いで、分析のために液体をポート４からＬＣデバイスの列内に押し出すために使用され得る。
【００５３】
チューブ５５８および取付具５５４は、ポリマー材料、金属または溶融シリカから作製されてもよい。チューブおよび取付具の内側は親水性でもよいが、液滴は本明細書において説明されたポンプによって吸引されるので、親水性でない内面を有することもできる。チューブの内径は、たとえば２５から３６０μｍでもよい。チューブは、ＤＭＤとＬＣデバイス５８０の間の物理的接続を容易にするのに十分な長さを有することができる。
【００５４】
図５および図６に示された実施形態は、面内取付具５５４およびチューブ５５８を利用して、液滴が、分析のためにそれによってＤＭＤからＬＣデバイスに送られ得る手段を提供する。図５および図６の配置は、分析装置がＬＣを実施する実施形態を示しているが、図５および６の配置は、代替的に、キャピラリー電気泳動、またはＤＭＤから送られた液滴内に含有された液体における別の分析を実施する分析装置を含むことができることに留意されたい。
【００５５】
図７を参照すれば、ＤＭＤをＬＣデバイスにインターフェースすることに関連して使用され得るシステムの別の実施形態の例が示されている。例６５０は、何らかの変形例を有する、図６で説明されたものに類似する構成要素を含む。例６５０では、取付具６５４が、ＤＭＤ６５２の平面に対して面外に位置している。例６５０では、取付具６５４が中に挿入されるＤＭＤの底部分内に位置する出口ポートまたは穴が存在する。例６５０では、取付具６５０は、ＤＭＤの平面に対して垂直、またはほぼ垂直である。図４の実施形態に関連して本明細書において説明されたように、ＤＭＤの底部分内に位置する穴が存在し得る。穴は、ＤＭＤの底部分全体を貫通して延びることができる。エレクトロウェッティング原理に基づいて本明細書において説明された技術を用いて、液滴は、穴が位置する底部分の制御電極の１つの上方のある表面場所に位置決めされ得る。液滴は、次いで、図６の実施形態に対して上記で説明されたように、取付具６５４およびそれに接続されたチューブ６５６内に引き入れられ得る。
【００５６】
本明細書の技術を用いて、液体試料がＤＭＤの底部分の表面上に注入され得る。試料は、本明細書において説明されたように電場の操作によって等分され得る。形成された液滴は、ＤＭＤが利用される実験または他の用途に合わせて１つ以上の処理を実施することによって操作され得る。液滴は、移動される、組み合わされるもしくは合体される、分割されるなどが行われ、１つ以上の制御電極上方の表面上に貯留され得る。本明細書で説明された技術を用いて、ＤＭＤを用いて実施された処理の生成物は、処理の結果として生成された液滴を１つ以上の他の分析装置に送ることによってさらに分析され得る。分析装置またはデバイスは、ＤＭＤに対して「オフチップ」分析を実施することに関連して使用され得る。
【００５７】
ＤＭＤをＭＳデバイスにインターフェースするのに使用される本明細書において説明された実施形態に関連して、ＤＭＤの先端部分の形状は、尖っている端部を有するものとして示されている。先端部分の端部は、より丸みのあるまたは鈍化した端部を形成するように先細にされてもよい。先端部分の端部の表面形状は、テイラーコーンの形成を容易にすることができるが、先端部分の端部が尖っている端部を形成する程度は、実施形態によって変わり得る。
【００５８】
図８を参照すれば、ＤＭＤの別の実施形態の例が示されている。この例７００では、ＤＭＤは、図２Ｂに関連して説明された両面のエレクトロウェッティング微細駆動機構とは対照的に片面のエレクトロウェッティング微細駆動機構を使用した。７００のＤＭＤの実施形態はまた、たとえば、いずれもが参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，９１１，１３２号明細書および米国特許出願公開第２００６／０１９４３３１号に記載されている。７００の実施形態では、基準電極７２２および制御電極７１８は、同一平面であり、いずれもが底部分７０６内に位置している。制御電極７１８は、液滴７１８および基準電極７２２から、誘電層７１６によって電気的に絶縁され、疎水性のコーティング７１４によって覆われ得る。図８には示されていないが、基準電極はまた、液滴と電気接触してもよい。実施形態はまた、誘電層７１６および／または疎水性のコーティング７１４によって覆われた基準電極７２２を有することもできる。特定の制御電極に通電することにより、液滴Ｄをその電極に向かって移動させる表面張力の勾配が作り出される。制御電極に印加された電圧を制御することにより、液滴は、所望のパターンおよび方向に従って移動することができる。制御電極に印加される電圧の優先順位付けは、たとえばプロセッサによって実行される命令を用いた所定の方法で、本明細書においても説明され、当技術分野で知られているように制御され得る。米国特許第６，９１１，１３２号明細書および米国特許出願公開第２００６／０１９４３３１号明細書は、７００に図示されたような前述のものに関する追加の詳細を記載している。
【００５９】
例７００の制御電極および基準電極は、多様な異なるパターンおよびアライメント内に配置され得ることに留意されたい。たとえば、制御電極は、上記で説明されたような二次元のグリッドを形成する制御電極の列を備えた配置内に含まれてもよい。列は、垂直および／または水平のアライメントでもよい。当業者によって理解されるように、それらの間の制御電極および基準電極の他の配置ならびに形状およびサイズも、本明細書の技術に関連して使用することが可能である。
【００６０】
図８の例７００に関連して、基準電極は、ＤＭＤの先端部分まで延び、液滴との電気接触を有し、液滴とＭＳ入口の間にテイラーコーンおよび電気スプレーを確立するのに必要な電場を作り出すことができる。代替策として、基準電極は、ＤＭＤの先端部分内に延びなくてもよく、液滴と接触しないでもよく、その代わりに外側電極が、たとえば、金属層を堆積することによって先端部分において形成され、電圧を液滴に印加するために使用される。
【００６１】
図４の配置を用いるときにＤＭＤが底部分内に基準電極を有する実施形態では、制御電極Ｎではなく、基準電極の露出された部分が、テイラーコーンおよび電気スプレーを作り出すようにそれに印加された電圧を有することができることに留意されたい。そのような実施形態では、チューブ４０６内の液滴は、上記で説明されたように制御電極Ｎではなく基準電極との電気接触することができる。
【００６２】
図９を参照すれば、流体が別のデバイスからＤＭＤに供給される、本明細書の技術を用いる実施形態の例が示されている。例９００では、要素２０、２２、２４および３０は、図１に関連して本明細書の他所で説明された通りでもよい。例９００はまた、流体をＤＭＤ２０への入力として提供するために使用され得る別の分析装置またはデバイス９０２も含む。要素９０２は、液体試料をＤＭＤ２０に供給する、液体クロマトグラフィー装置などのデバイスまたは分析装置を表すことができる。図１０の配置を用いて、ＤＭＤ２０は、別個の液滴に形成された液体クロマトグラフィー装置などの分析装置の溶離剤から、液体試料の分画を収集するために使用され得る。ＤＭＤは、液滴上で追加の分析および作動を実施するために使用され得る。ＤＭＤ上で実施された処理の生成物またはその結果は、（要素３０によって表されるように）前に説明されたように、別の分析装置またはデバイス２２に送られ得る。
【００６３】
本明細書の技術に関連して使用され得る図９の構成要素に関連する変形例として、実施形態は、要素３０および２２を省略することができる。そのような実施形態は、要素３０および２２を含む実施形態に関連して行われ得るように、結果として生じた液滴をＤＭＤから分析装置またはデバイス２２に送ることによってさらなる分析を実施するのではなく、ＤＭＤ上で分析および検出を実施することができる。ＤＭＤ上で実施され得る分析は、当技術分野で知られている多様な異なるタイプの任意の１つを含むことができる。図９に対する前述の変形例に関連して、さまざまな流体の液滴が、さまざまな流体リザーバおよび入口チューブを用いて慣習的に形成されることに留意されたい。図９の前述の変形例を用いて、ＬＣデバイスなどの分析装置またはデバイス２２は、ＤＭＤの単一の入口に接続されてもよく、ＤＭＤは、さまざまな時間において溶離剤の液滴を発生させ、それによって分析デバイス２２の溶離剤の分画を収集するために使用されてもよい。収集された分画は、操作され、ＤＭＤを用いてさらに分析され得る。検出は、たとえばレーザー誘起蛍光法を用いたＤＭＤ上のものでもよく、またはＤＭＤは、上記で説明されたように別の分析デバイスの入口に接続されてもよい。実施形態は、任意選択で検出を実施する前に液滴を処理してもよいことにも留意されたい。たとえば、液滴は、ＤＭＤを用いてオンチップ検出を実施する前に、検出感度を高めるための技術を用いて処理されてもよい。
【００６４】
実施形態はまた、本明細書において説明されたもの以外のＤＭＤの他の変形例を使用することもできることが当業者によって理解される。本明細書において説明された技術はまた、他の技術を利用して静電力を作り出してエレクトロウェッティング以外の他の原理に基づいて液滴を動かすＤＭＤに関連して使用されてもよい。一例として、本明細書の技術を利用する実施形態は、誘電泳動（ＤＥＰ）力を使用することができる。当技術分野で知られているように、ＤＥＰ力は、高周波のＡＣ電場を使用し、液滴と周囲の媒介物の間の誘電特性の違いに依存する。別の例として、実施形態は、静電クーロン力を利用することができる。
【００６５】
構成要素間の特定の向きが、本明細書において説明されてきたが、他の向きが可能になることに留意されたい。
【００６６】
本明細書において説明されたように、コンピュータシステムは、ＤＭＤの制御電極の選択された１つをアクティブおよび非アクティブにして液滴の移動を容易にするためにプロセッサによって実行される命令またはコードを用いてプログラムされてもよい。命令またはコードはまた、本明細書において説明された他の処理、たとえば質量分析を実施する装置と共に使用された際、電場を発生させてテイラーコーンおよび電気スプレーの形成を生じさせることに関連する適切な構成要素に対する電圧の制御印加を自動化するために使用されてもよい。命令またはコードはまた、液体クロマトグラフィーまたは本明細書の技術に関連して実施形態で使用され得る他のデバイスなどの他のデバイスを制御するのに使用されてもよい。命令またはコードは、任意の１つ以上のさまざまな形態のコンピュータ可読媒体上に記憶されてもよい。当業者によって理解されるように、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法または技術で使用される、揮発性および非揮発性、取り外し可能および取り外し不能の媒体を含む多様な異なる形態の任意のものを有することができる。本明細書の技術と共に使用するための、記憶するために使用され得るコンピュータ可読媒体は、それだけに限定されないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、または他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、（ＤＶＤ）または他の光学記憶デバイス、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、または所望の情報を記憶するために使用可能であり、プロセッサによってアクセス可能である任意の他の媒体を含む。
【００６７】
本発明が、図示され、詳細に説明された好ましい実施形態に関連して開示されてきたが、これらの改変形態およびそれに関する改良は、当業者により容易に明白になる。したがって、本発明の趣旨および範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されなければならない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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