(57)【要約】  本発明は一般に、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステム、ならびにそれを含む方法およびキットに関係する。本発明のシステムは、少なくとも１つのマイクロ流体チャネルと、１つ以上の注入チャネルと、１つ以上の注入チャネルのそれぞれに付随した注入入口と、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムと、を含み、少なくとも１つのマイクロ流体チャネルは、内部を流れる１つ以上の液滴を含み、１つ以上の注入チャネルのそれぞれは、内部に少なくとも１つの流体および／またはエマルジョンを含む。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのマイクロ流体チャネルと、１つ以上の注入チャネルと、１つ以上の注入チャネルのそれぞれに付随した注入入口と、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムと、を含み、少なくとも１つのマイクロ流体チャネルが、内部を流れる１つ以上の液滴を含み、１つ以上の注入チャネルのそれぞれが、内部に少なくとも１つの流体および／またはエマルジョンを含む、液滴内に複数の容量を注入するためのシステム。
【請求項２】
少なくとも１つのマイクロ流体チャネルが、１つ以上の注入チャネルの各注入入口と交差している、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
少なくとも１種のマイクロ流体チャネルが、注入界面と呼ばれる領域で、１つ以上の注入チャネルの各注入入口と交差している、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
マイクロ流体チャネルが、注入界面で１つ以上の注入チャネルのそれぞれの内部に含まれる各注入入口ならびに流体および／またはエマルジョンに連絡している、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
複数の実質的に制御された容量が、各液滴内に、または各液滴から注入される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
少なくとも１つ以上の注入チャネルの１つ以上が、１つ以上のサブチャネルを更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
１つ以上のサブシステムが、内部に流体および／またはエマルジョンを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するメカニズムが、少なくとも一対の電極である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するメカニズムが、前記システムの局在化された領域の温度を変化させるためのメカニズムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムの局在化された領域の温度を変化させるためのメカニズムが、レーザである、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
レーザが、注入界面上にレーザスポットを形成するように焦点を合わせられる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するメカニズムが、音圧波である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するメカニズムが、少なくとも１つのマイクロ流体チャネル内の局在化された比較的親水性の領域である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するメカニズムが、少なくとも１種のマイクロ流体チャネル内のポスト、バルブ、または変形から選択される流体の流れの破壊である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のシステムを含む、液滴内に複数の容量を注入するための方法。
【請求項１６】
請求項１５による方法を実施するためのキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願および参照による組み入れ
本願は、２０１１年３月３０日出願の米国特許仮出願第６１／４６９，５２８号への優先権を主張するものである。
【０００２】
前述の出願、およびそれに引用された、またはその特許審査の間の全ての文書(出願引用文書)、および出願引用文書内で引用または参照された全ての文書、および本明細書内で引用または参照された全ての文書（本明細書引用文書）、および本明細書の引用文書内で引用または参照された全ての文書は、本明細書に列挙された、または本明細書に参照により組み入れられた任意の文書内の任意の製造業者の使用説明書、記述、製品仕様書、およびプロダクトシートと共に、参照により本明細書に組み入れられ、本発明の実践において用いることができる。より具体的には、個々の文書が参照により組み入れられていることを具体的かつ個別に示されているのと同程度に、全ての参照される文書が参照により組み入れられる。
【０００３】
発明の分野
本発明は、マイクロ流体の技術分野のものである。より詳細には本発明は、液滴内への、または液滴からの複数の容量の注入のためのマイクロ流体デバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
発明の背景
マイクロ流体プロセスでは、化学的または生物学的反応を実施するための反応器として、液滴を利用する場合がある。液滴マイクロ流体学と呼ばれることの多いそのようなプロセスにおいて、必要となる試薬は、液滴に封入されていなければならず、起こるべき反応に必要であればマイクロ流体デバイスにより処理されなければならない。多くの適用例において、複数の容量を、特定の順序で組み合わせなければならない。既存の方法では、複数の容量を別個に乳化し、液滴を相互に組み合わせ、液滴を接触させて、液滴が融合して容量を混和し得るようにすることにより、この結果を実現するよう試みている。しかし、液滴の融合が複数の液滴対で実証されたが、そのプロセスは制御が困難であり、信頼性のある作業ではなかった。
【０００５】
注入は、圧縮チャネルに液滴を通過させて電場を利用した液滴中への容量の注入を誘発することにより、容量が液滴中に導入されるマイクロ流体プロセスである。しかし注入の一欠点は、１回で１つの液滴に１つの流体を添加することしかできないことである。つまり、追加の容量を液滴に添加する必要があるならば、追加のピコインジェクターを使用しなければならず、そのそれぞれが、液滴に定期的に間隔が入れられる必要があり、電極および他の支持構成部品が、マイクロ流体デバイス上に組み立てられている必要がある。こうして注入を利用する伝統的マイクロ流体デバイスは、複雑で間隔的に（ｓｐｃｅｗｉｓｅ）不十分であり、操作および制御が両者とも困難である。
【０００６】
したがって、効率化されていてコンパクトであり、操作および制御が容易である、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムが、必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステム、方法およびキットを提供する。
【０００８】
本願における任意の文書の引例または識別は、そのような文書が本発明の先行技術として入手されることの承認ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の概要
本発明は一般に、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムに関係する。該システムは、液滴が流れるマイクロ流体チャネルと、１つ以上の流体および／またはエマルジョンを含み得る１つ以上の注入チャネルと、各注入チャネルに付随し得る注入入口と、を含んでいてもよい。マイクロ流体チャネルは、１つ以上の注入チャネルのそれぞれに付随した注入入口と交差していてもよく、それにより各注入入口ならびに各注入チャネル内の流体および／またはエマルジョンが、注入界面（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）と呼ばれる領域でマイクロ流体チャネルに連絡していてもよい。一実施形態において、各注入チャネルは、１つ以上のサブチャネルを更に含んでいてもよく、各サブチャネルは、流体および／またはエマルジョンを含んでいてもよく、各サブチャネルは、特定のサブチャネルを含む注入チャネルに付随した各注入入口でマイクロ流体チャネルと交差していてもよく、各サブチャネルは、注入界面でマイクロ流体チャネルと連通していてもよい。本発明のシステムは、注入チャネル内の流体またはエマルジョンとマイクロ流体チャネル内を流れる液滴の界面の少なくとも一部を破壊するためのメカニズムを更に含んでいてもよく、それにより液滴内への、または液滴からの比較的制御された容量の注入、つまり注入前に関して液滴の量の各増加または減少をもたらしてもよい。したがって液滴がマイクロ流体チャネルを流れると、実質的に制御された容量が、１つ以上の注入チャネルのそれぞれに付随した各注入入口を通して各液滴内に、もしくは液滴から注入されてもよい。
【００１０】
本発明は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入のための方法にも関係する。一実施形態において、該方法は、液滴が流れるマイクロ流体チャネルと、１つ以上の流体および／またはエマルジョンを含む１つ以上の注入チャネルと、各注入チャネルに付随した注入入口と、を含むシステムの使用を含んでいてもよい。マイクロ流体チャネルは、１つ以上の注入チャネルのそれぞれに付随した注入入口と交差していてもよく、それにより各注入入口ならびに各注入チャネル内の流体および／またはエマルジョンが、注入界面と呼ばれる領域でマイクロ流体チャネルに連絡していてもよい。一実施形態において、各注入チャネルは、１つ以上のサブチャネルを更に含んでいてもよく、各サブチャネルは、流体および／またはエマルジョンを含んでいてもよく、各サブチャネルは、特定のサブチャネルを含み得る注入チャネルに付随した各注入入口でマイクロ流体チャネルと交差していてもよく、各サブチャネルは、注入界面としてマイクロ流体チャネルと連通していてもよい。本発明のシステムは、注入チャネル内の流体またはエマルジョンとマイクロ流体チャネル内を流れる液滴の界面の少なくとも一部を破壊するためのメカニズムを更に含んでいてもよく、それにより液滴内への、または液滴からの比較的制御された容量の注入、つまり注入前に関して液滴の量の各増加または減少をもたらしてもよい。したがって液滴がマイクロ流体チャネルを流れると、実質的に制御された容量が、１つ以上の注入チャネルのそれぞれに付随した各注入入口を通して各液滴内に、もしくは液滴から注入されてもよい。
【００１１】
本発明は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するために必要となるシステムおよび試薬を含むキットにも関係する。一実施形態において、キットは、液滴が流れるマイクロ流体チャネルと、１つ以上の流体および／またはエマルジョンを含み得る１つ以上の注入チャネルと、各注入チャネルに付随し得る注入入口と、を含み得るシステムを含んでいてもよい。マイクロ流体チャネルは、１つ以上の注入チャネルのそれぞれに付随し得る注入入口と交差していてもよく、それにより各注入入口ならびに各注入チャネル内の流体および／またはエマルジョンが、注入界面と呼ばれる領域でマイクロ流体チャネルに連絡していてもよい。一実施形態において、各注入チャネルは、１つ以上のサブチャネルを更に含んでいてもよく、各サブチャネルは、流体および／またはエマルジョンを含んでいてもよく、各サブチャネルは、特定のサブチャネルを含み得る注入チャネルに付随した各注入入口でマイクロ流体チャネルと交差していてもよく、各サブチャネルは、注入界面としてマイクロ流体チャネルと連通していてもよい。本発明のシステムは、注入チャネル内の流体またはエマルジョンとマイクロ流体チャネル内を流れる液滴の界面の少なくとも一部を破壊するためのメカニズムを更に含んでいてもよく、それにより液滴内への、または液滴からの比較的制御された容量の注入、つまり注入前に関して液滴の量の各増加または減少をもたらしてもよい。したがって液滴がマイクロ流体チャネルを流れると、実質的に制御された容量が、１つ以上の注入チャネルのそれぞれに付随した各注入入口を通して各液滴内に、もしくは液滴から注入されてもよい。この実施形態によるキットは、本明細書に記載されたシステムを用いて各液滴内への、または液滴からの実質的に制御された容量の注入を実施するのに必要となる試薬を更に含んでいてもよい。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、任意の過去に知られている製品、その製品を生成するプロセス、またはその製品を使用する方法を本発明に包含しておらず、そのため本出願人は、任意の過去に知られている製品、プロセス、または方法の権利を留保し、権利放棄をここに開示する。本発明が、ＵＳＰＴＯ（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第一段落）またはＥＰＯ（ＥＰＣの第８３条）の記載事項および実施可能要件に適わない任意の製品、プロセス、または製品の生成、または製品を用いる方法を本発明の範囲内に包含しないものとし、そのため本出願人は、任意のこれまで知られている製品、その製品を生成するプロセス、またはその製品を使用する方法の権利を留保し、権利放棄をここに開示することに、更に留意されたい。
【００１３】
本発明の開示および詳細には特許請求の範囲および／または段落において、「含む」、「含まれた」、「含んでいる」などの用語は、米国特許法においてそれに帰属する意味を有することができ、例えばそれらは、「包含する」、「包含された」、「包含している」などを意味すること、ならびに「本質的に〜からなっている」および「本質的に〜からなる」は、米国特許法でのそれらに基づく意味を有し、例えばそれらは明白に引用されていない要素を容認し、先行技術において見出された要素または本発明の基本的もしくは新規な特徴に影響を及ぼす要素を除外することに留意されたい。
【００１４】
これらおよび他の実施形態は、以下の詳細な説明に開示されるか、またはそれから明白となり、それに包含される。
【００１５】
例として示された以下の詳細な説明は、本発明を記載された特定の実施形態のみに限定するものではなく、添付の図面と併せれば最良に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの一実施形態の例の図解である。
【図２】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解である。
【図３】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解である。
【図４】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解である。
【図５】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解である。
【図６】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解である。
【図７】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解である。
【図８】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解である。
【図９】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの一実施形態の三次元構造の例の図解である。
【図１０】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解である。
【図１１】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解である。
【図１２】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解である。
【図１３】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解である。
【図１４】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解であり、より具体的には注入の双方向性を示している。
【図１５】注入界面に存在する液滴がない場合、または液滴と流体および／もしくはエマルジョンの界面の破壊のために存在するためのメカニズムがない場合に、注入チャネル内への、または液滴からの注入チャネルからの正味の負の流れまたは正の流れが存在しないことを実証する、本発明による２つのシステムの例の図解である。
【図１６Ａ】本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の明視野像である。
【図１６Ｂ】図１６Ａのシステムの操作から得られたデータのプロットである。
【図１６Ｃ】染料１について得られた同じデータをヒストグラム形態で示したグラフである。
【図１６Ｄ】染料２について得られた同じデータをヒストグラム形態で示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
発明の詳細な説明
本発明は一般に、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステム、ならびにそれを含む方法およびキットに関係する。本発明のシステムは、陽圧または陰圧の供給源、例えば圧縮もしくは排気式の空気だめ、シリンジポンプ、重力または求心力により作動されることにより液滴が流れるマイクロ流体チャネルを含み、圧力供給源は、非限定的に任意の気体もしくは気体の組み合わせ（例えば、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴンなど）、または任意の液体もしくは液体の組み合わせ（例えば、水、緩衝液、油など）をはじめとする任意の流体または流体の組み合わせを含み、そのため液滴はマイクロ流体チャネルを通って流れ、または流動し（ｓｔｒｅａｍ）、本明細書では「流れる液滴」または「流動する液滴」と呼ぶ。
【００１８】
該システムは、１つ以上の流体および／またはエマルジョンを含む１つ以上の注入チャネルと、各注入チャネルに付随した注入入口と、を更に含む。マイクロ流体チャネルは、１つ以上の注入チャネルのそれぞれに付随した注入入口と交差しているため、注入入口ならびに各注入チャネル内の流体および／またはエマルジョンは、注入界面と呼ばれる領域でマイクロ流体チャネルに連絡している。一実施形態において、各注入チャネルは、１つ以上のサブチャネルを更に含んでいてもよく、各サブチャネルは、流体および／またはエマルジョンを含み、各サブチャネルは、特定のサブチャネルを含む注入チャネルに付随した各注入入口でマイクロ流体チャネルと交差しており、各サブチャネルは、注入界面でマイクロ流体チャネルと連通している。
【００１９】
本明細書において用いられる「流体」は、自由に流れることが可能な任意の水相または親油相である。２つ以上の流体は、各流体の流れがシステムの操作の範囲または時間規模内で同じ方向に層状であるが実質的に混合されないように、「共流動（ｃｏ−ｆｌｏｗｅｄ）」と呼ばれる手法で流れていてもよい。液滴内に、もしくは液滴から注入された流体および／またはエマルジョンは、細胞（非限定的にヒト、動物、植物、真菌、細菌、ウイルス、原生動物、酵母、カビ、藻類、リケッチア、およびプリオンから選択される細胞をはじめとする任意の真核または原核細胞など）；蛋白質、ペプチド、核酸配列、オリゴヌクレオチドプローブ、ポリメラーゼ酵素、緩衝液、ｄＮＴＰ、有機および無機化学薬品、ならびに蛍光染料から選択される、該当する１つ以上の試薬、反応成分または試料を更に含んでいてもよい。
【００２０】
本明細書で用いられる「液滴」は、任意の形状、例えば非限定的に円筒形、球状および楕円形、ならびに平坦、伸長または不規則な形状などを有する連続相内の分離された水相または親油相を意味する。本発明による１つ以上の液滴は、非限定的に、化学反応を実施するための反応器として働く；非限定的にオリゴヌクレオチドプローブのライブラリーをはじめとする要素のライブラリーを集合的に包含する、といった様々な機能を実施するために、または光学的適用のためにレーザを焦点合わせするためのレンズとして用いてもよい。本発明の一実施形態において、１つ以上の液滴が、エマルジョンに含まれる。本発明の別の実施形態において、１つ以上の液滴が、マイクロ流体デバイス内のエマルジョンに含まれる。
【００２１】
本明細書で用いられる「エマルジョン」は、少なくとも２つの非混和性または部分非混和性液の安定した混合物である。一般に非混和性液は、２つの別個の層に分離する傾向がある。したがって界面活性剤を添加して、少なくとも２つの非混和性もしくは部分非混和性液の間の表面張力を低下させて、および／または界面を安定化させることにより、エマルジョンを安定化させてもよい。例えば、本発明のシステム、方法およびキットによるエマルジョンは、例えば液滴サイズが約０．５〜約５０００ミクロン径の範囲内である非混和性油、例えばフルオロカーボン油、シリコン油または炭化水素油（非限定的に石油および鉱物油など）を含んでいてもよい。
【００２２】
本発明の一実施形態において、１つ以上の液滴が、マイクロ流体デバイス内のマイクロ流体チャネル内のエマルジョンに含まれる。本明細書で用いられる「マイクロ流体デバイス」は、典型的には例えばミリリットル（ｍＬ）、マイクロリットル（μＬ）、ナノリットル（ｎＬ）、ピコリットル（ｐＬ）、またはフェムトリットル（ｆＬ）容量および／または物理的スケール、例えばミリメートル（ｍＭ）、マイクロメートル(μｍ)、ナノメートル（ｎｍ）、ピコメートル（ｐｍ）、またはフェムトメートル（ｆｍ）などの容量で測定される、小スケールの液体または気体流体上で確定的機能を実行する手段を可能にするデバイスである。機能としては、混合、分割、分類、加熱などを挙げることができる。マイクロ流体デバイスは、１つの位置から別の位置へ液滴、流体、および／またはエマルジョンを移し替える手段としてマイクロ流体チャネルを含んでいてもよく、典型的にはｍｍ、μｍまたはｎｍスケールで均一な断面のものである。
【００２３】
本発明の１つ以上の実施形態において、各液滴内に、もしくは液滴から注入される容量は、当業者に認識および理解される通り、実施形態に応じた任意の適切な量であってもよい。例えば、各液滴内に、もしくは液滴から注入される容量は、約１０μＬ未満、約１μＬ未満、約１００ｎＬ未満、約１０ｎＬ未満、約１ｎＬ未満、約１００ｐＬ未満、約１０ｐＬ未満、約１ｐＬ未満、約１００ｆＬ未満、約１０ｆＬ未満、約１ｆＬ未満などであってもよい。
【００２４】
本発明の１つ以上の実施形態において、注入入口は、非限定的に円形、楕円形、三角形、長方形などの任意の形状であってもよい。注入入口は、約１００μｍ未満、約１０μｍ未満、約１μｍ未満、約１００ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、約１００ｐｍ未満、約１０ｐｍ未満、約１ｐｍ未満、約１００ｆｍ未満、約１０ｆｍ未満、約１ｆｍ未満などの平均断面径を有していてもよい。注入入口は、マイクロ流体チャネルと同一平面上であってもよく、あるいはマイクロ流体チャネル内に突出してもよい。
【００２５】
該システムは、マイクロ流体チャネル内を流れる液滴と、注入チャネル内の流体および／またはエマルジョンの界面の少なくとも一部を破壊するためのメカニズムを更に含むため、液滴内への、または液滴からの比較的制御された容量の注入、つまり注入前に関して液滴の容量の各増加または減少をもたらす。液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を参照する場合に本明細書で用いられる「界面」は、２つの非混和性または部分非混和性の相（例えば、液滴と、流体またはエマルジョン）が互いに相互作用し得る、１つ以上の領域である。界面の破壊の際、特定の注入チャネルに付随した注入入口を介した、注入チャネルから液滴へ、または液滴から注入チャネルへの容量の相対的流れが存在する。液滴が注入入口を通過し続けると、液滴と流体および／またはエマルジョンとの接触を崩壊するせん断力が存在し、その後、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面が回復して容量の流れが終了する。
【００２６】
当業者に知られ認識される通り、非限定的に液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズム（以下に更に議論される）；液滴の曲率および／または速度；互いに関する注入チャネルおよび／またはマイクロ流体チャネル内の圧力；液滴の表面張力；流体および／またはエマルジョンの表面張力；注入入口の幾何学的配置などをはじめとする液滴、流体、エマルジョン、および／またはシステム構成部品の様々な因子を制御することにより、容量の方向および速度を制御してもよい。先の因子は、幾つかの例において、以下に記載される通り本発明のシステムで作用する力となり得る。
【００２７】
例えば、液滴がマイクロ流体チャネル内に存在せず注入界面と直接接触していなければ、そしてマイクロ流体チャネル内の液滴と注入チャネル内の流体および／またはエマルジョンの間で容量の注入を助長する十分な活性化エネルギーが存在しなければ、注入チャネル内の流体および／またはエマルジョンによるマイクロ流体チャネル内への流れを実質的に防ぐためにシステムの圧力が均衡を保ち得るように、注入入口が構成されていなければならない。したがって、注入界面と直接接触する液滴が存在しない場合、または注入界面と直接接触する液滴は存在するが、液滴と流体および／もしくはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムが存在しない例では、注入チャネルから液滴に容量を押し出す力が、液滴から注入チャネルに容量を押し出す力と実質的に均衡を保っているため、液滴内への、もしくは液滴からの容量、または注入チャネル内への、もしくは液滴からの容量の正味の正の流れまたは正味の負の流れが実質的に存在しない。したがって、本発明のシステムは、注入界面と直接接触する液滴が存在しない場合、または注入界面と直接接触する液滴は存在するが、液滴と流体および／もしくはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムが存在しない例では、注入チャネルからマイクロ流体チャネル内への流体および／またはエマルジョンの滴下を実質的に防ぐように構築されている。
【００２８】
液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムは、当業者に知られ認識された任意の受動的もしくは能動的方法、またはそれらの組み合わせから選択されてもよい。全体が参照により本明細書に組み入れられたＸｕ，  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”，  Ｍｉｃｒｏ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｓｙｓｔｅｍｓ  （２０１１）  ｖｏｌ．  ３，  ｎｏ．  ２，  ｐｐ．１３１−１３６には、液滴融合に関連する多くの界面破壊メカニズムが記載されているが、当業者に知られ理解および認識される通り、同じことが液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入にあてはまる。
【００２９】
界面を破壊する受動的方法は、外部エネルギーを必要とせず、主としてマイクロ流体チャネル、ならびに付随する注入チャネルおよび各注入入口の構造および表面特性に依存する。界面を破壊する受動的方法としては、非限定的に、流れの捕捉および表面修飾が挙げられ、それらはＸｕらにより更に記載されており、当業者に知られ認識されている。
【００３０】
界面を破壊する受動的方法の例としては、非限定的に、マイクロ流体チャネル内の局在化された親水性領域の使用が挙げられ、その場合のマイクロ流体チャネルは、疎水性壁を含み、その内部を流れる連続油相中に水性の液滴を含む。マイクロ流体チャネルの疎水性壁は、液滴の湿潤を防ぎ、液滴とマイクロ流体チャネル表面の間の連続相の薄層の存在を促進する。しかし、マイクロ流体チャネルが、比較的親水性である局所領域を更に含む場合には、それらがこの局所領域を通過すると液滴の湿潤が起こり、それまで安定していた界面が破壊されて、液滴内に、もしくは液滴から流体および／またはエマルジョンが注入される。液滴がこの局所領域を通過すると、連続相がマイクロ流体チャネルの壁を自然に再湿潤し、こうして液滴と流体および／またはエマルジョンの界面の再形成および安定化が促進される。非限定的に、紫外（ＵＶ）光により開始され得る表面化学的性質を有する材料によりマイクロ流体チャネルを構築し、それにより局所領域にＵＶ光をあてて前記表面化学的性質を誘導して、比較的疎水性から比較的親水性への領域の材料表面特性の変化をもたらすなど、当業者に知られ認識された様々な方法により、局在化された親水性領域が、疎水性マイクロ流体チャネル内に生成されてもよい。
【００３１】
界面を破壊する受動的方法の他の例としては、液滴がマイクロ流体チャネルの特定の領域を通過すると、液滴へのせん断力を増加するよう意図されている液滴通路内のポスト（ｐｏｓｔ）または他の破壊を生成すること、あるいはマイクロ流体チャネルの壁にバルブまたは変形を組み込むことにより、液滴を物理的に捕捉して界面の少なくとも一部の不安定化を促進すること、が挙げられる。これらの方法のそれぞれが、比較的不安定な界面をもたらし、先に記載された通り液滴が破壊の領域を通過すると再形成して安定化する。
【００３２】
界面を破壊する能動的方法は、外界により発生されたエネルギーを必要とする。界面を破壊する能動的方法としては、非限定的に、レーザおよび音圧法の利用をはじめとする、電気的融合（ｅｌｅｃｔｒｏｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ）（即ち、例えば１つ以上の電極対の使用により、電場をあてること）および誘電泳動（ＤＥＰ）、温度および含気的に作動させる方法が挙げられ、それらの多くは、Ｘｕらにより記載されており、当業者に知られ認識されている。
【００３３】
界面を破壊する能動的方法の例としては、非限定的に、システムの局所領域の温度を変化させて、温度による粘度および表面張力の変化をもたらし、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面の破壊に影響を及ぼすことが挙げられる。例えばレーザで、液滴が注入入口と交差し、特に注入界面を取り囲む、マイクロ流体チャネルの領域に焦点を合わせてもよい（「レーザスポット」の形態）。レーザスポット周辺の温度のそのような空間的変化は、液滴の表面張力の空間的不均衡を促進して、界面へのサーモキャピラリー効果、つまり界面の不安定化をもたらす。別の例において、音圧波を利用して、液滴の表面を破壊しても、液滴の湿潤性を変化させても、または液滴の位置を操作してもよい。過去に議論された方法と同様に、これらの方法のそれぞれは、比較的不安定な界面をもたらし、先に記載された通り、液滴が破壊の領域を通過すると再形成して安定化する。
【００３４】
本発明の１つ以上の実施形態において、液滴と流体および／またはエマルジョン流体の界面を破壊するためのメカニズムは、少なくとも一対の電極から選択される。そのような実施形態において、少なくとも一対の電極は、マイクロ流体チャネルに対して実質的に直交するように配置されていてもよい。１つ以上の実施形態の幾つかの態様において、少なくとも一対の電極は、１つ以上の注入チャネルに実質的に向かい合って配置されていてもよい。少なくとも一対の電極は、１つ以上の注入チャネルの１つ以上の注入入口に電場をあてる。幾つかの例において、電極が１つ以上の注入入口内に、または少なくとも注入入口の付近に、最大に電場を生成するように、少なくとも一対の電極が配置されていてもよい。
【００３５】
先に記載された通り、少なくとも一対の電極が液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムとして利用される実施形態において、電極は、システムの他の構成部品に対して様々な構成で配置されていてもよい。例えば、少なくとも一対の電極の第一の電極および第二の電極が、マイクロ流体チャネルの上または下に配置されていてもよい。幾つかの例において、少なくとも一対の電極の第一の電極および第二の電極が、本質的にマイクロ流体チャネルの反対側に配置されていてもよい。他の例において、少なくとも一対の電極の第一の電極および第二の電極が、本質的にマイクロ流体チャネルおよび１つ以上の注入チャネルの両方の反対側に配置されていてもよい。更に別の例において、少なくとも一対の電極の第一の電極および第二の電極は、両電極に一平面が交差するように配置されていてもよい。更に別の例において、少なくとも一対の電極の第一の電極および第二の電極が、マイクロ流体チャネルと同一平面上になるように、および／または１つ以上の注入チャネルと同一平面上になるように、および／または１つ以上の注入入口と同一平面上になるように配置されることで、一平面がこれらのそれぞれと交差するように電極が配置されていてもよい。この実施形態の更に別の態様において、特定の電極対における電極の１つだけが、局在化される必要がある。例えば大きな接地面は、多くの個別の局在化電極として作用することができる。別の例において、連続相の流体は、一対の電極の一方として作用することができる。
【００３６】
電極は、任意の適切な材料から組み立てられていてもよく、それは当業者により理解および認識される。例えば電極は、非限定的に金属、メタロイド、半導体、グラファイト、導電性ポリマー、および非限定的にイオン溶液、導電性懸濁液、液体金属などの液体をはじめとする材料から組み立てられていてもよい。電極は、当業者に理解および認識される通り、電場をあてるのに適した任意の形状を有していてもよい。例えば電極は、主として長方形の形状を有していてもよい。この例において、電極は、細長くてもよく、マイクロ流体チャネルと１つ以上の注入チャネルとの交差に最も近い電極の領域として定義されたチップを有していてもよい。最大電場が、過去に記載された通り前記交差において、または実質的に交差の付近で生成されるように、電極チップが構築されている。
【００３７】
一対を超える電極が用いられる幾つかの例において、電極は、例えば第一の界面とは異なる場所に配置された第二の界面を電場に暴露することを意図した電極で電場への第一の界面の非意図的暴露を最小にすることにより、１つ以上の電極と１つ以上の注入チャネルの界面を最小限にするように構築されてもよい。幾つかの態様において、これは、１つ以上の界面が電場に非意図的に暴露さることなく、および／または比較的低い電場強度に暴露されるように、電極チップのサイズを減少させて電極チップによる電場のより集中的な適用を可能にすることにより遂行されてもよい。別の態様において、注入チャネルおよび各注入入口を含む領域は、例えば注入入口の周囲で電場を局在化および強化する目的で小さな隆起または他の修飾の形態で寸法を加えることにより、修飾してもよい。例えばマイクロ流体デバイスの一部として複数の注入チャネルおよび各注入入口に付随された、複数のマイクロ流体チャネルの間の距離を減少させるのが望ましい例では、本発明のそのような態様は有利となり得る。
【００３８】
ここで図１を参照すると、本発明により液滴内に、または液滴から複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの一実施形態の例が、示されている。この例において、システム１００は、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムとして、一対の電極１２６〜１２７を含む。しかし、過去に記載された液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムのいずれかを、本明細書に開示されたこの図または任意の他の図に示されたシステムの別の態様または実施形態として、一対の電極の代わりに用いてもよい。一対の電極１２６〜１２７は、負電極１２６および正電極１２７を含み、そのそれぞれはマイクロ流体チャネル１２２の実質的に同じ側にある。
【００３９】
システム１００は、２つの共流動する流体（あるいはエマルジョン）Ｓ１およびＳ２ならびに第一の注入入口１０２を含む第一の注入チャネル１０１と；３つの共流動する流体（またはエマルジョン）Ｓ３、Ｓ４およびＳ５ならびに第二の注入入口１０３を含む第二の注入チャネル１０４と；１つの流体（あるいはエマルジョン）Ｓ６および第三の注入入口１０５を含む第三の注入チャネル１０６と、を更に含む。各注入チャネル１０１、１０４および１０６は、注入界面（それぞれ第一の界面１１０Ａ、第二の界面１１０Ｂ、および第三の界面１１０Ｃ）を横切るマイクロ流体チャネル１２２に連絡した注入入口（それぞれ１０２、１０３および１０５）を含む。システム１００の注入チャネル１０１、１０４および１０６は、互いに関してマイクロ流体チャネル１２２の実質的に同じ側にあり、一対の電極１２６〜１２７に関してマイクロ流体チャネルの実質的に反対側にある。注入界面１１０Ａ、１１０Ｂ、および１１０Ｃのうちの１つ以上のマイクロ流体チャネル１２２中に存在する液滴がない場合、各注入入口１０２、１０３および１０５を介した各注入チャネル１０１、１０４および１０６からマイクロ流体チャネル１２２への流体の容量の流れは、実際的または実質的に存在しない。
【００４０】
図１に示された例において、液滴１２１は、示された方向でマイクロ流体チャネル１２２を流れている。液滴１２１は、第一の注入チャネル１０１の第一の注入入口１０２を通過すると、共流動される流体Ｓ１およびＳ２のそれぞれの実質的に制御された容量が、液滴１２１内に注入されて切り落とされ、液滴１０７が得られる。液滴１０７が、第二の注入チャネル１０４の第二の注入入口１０３を通過すると、共流動される流体Ｓ３、Ｓ４およびＳ５のそれぞれの実質的に制御された容量が、液滴１０７内に注入されて、液滴１０８が得られる。液滴１０８が、第三の注入チャネル１０６の第三の注入入口１０５を通過すると、流体Ｓ６の実質的に制御された容量が、液滴１０８内に注入されて切り落とされ、液滴１０９が得られる。液滴内への実質的に制御された容量の注入後には液滴と注入された容量の間に実際的または実質的に仕切りまたは境界が存在しないため、個々の注入容量と液滴の元々の内容物との識別を示すためだけに、注入された容量１３１の形状および設計特性を図１で用いている。この例に示されたシステム１００により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例において図示および記載されたシステム１００は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００４１】
ここで図２を参照すると、本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの一実施形態の例が、示されている。この例において、システム２−１２０は、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムとして、一対の電極１２６〜１２７を含む。しかし、過去に記載された液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムのいずれかを、本明細書に開示されたこの図または任意の他の図に示されたシステムの別の態様または実施形態として、一対の電極の代わりに用いてもよい。一対の電極１２６〜１２７は、実質的に互いに向かい合っていて、マイクロ流体チャネル１２２の実質的に反対側にある、負電極１２６および正電極１２７を含む。
【００４２】
システム２−１２０は、示された方向で流れる流体（あるいはエマルジョン）および第一の注入入口１２４を含む第一の注入チャネル１２３と；示された方向で流れる流体（またはエマルジョン）および第二の注入入口１２９を含む第二の注入チャネル１２８と、を更に含む。各注入チャネル１２３および１２８は、注入界面（それぞれ第一の注入界面１１０Ａおよび第二の注入界面１１０Ｂ）を横切るマイクロ流体チャネル１２２に連絡した注入入口（それぞれ１２４および１２９）を含む。第一の注入チャネル１２３および第二の注入チャネル１２８は、マイクロ流体チャネル１２２の実質的に同じ側に配設され、第一の注入入口１２４および第二の注入入口１２９は、マイクロ流体チャネル１２２に連絡している。
【００４３】
図２に図示された例において、液滴１２１は、示された方向でマイクロ流体チャネル１２２を流れている。液滴１２１は、第一の注入チャネル１２３の第一の注入入口１２４を通過すると、流体の実質的に制御された容量が、液滴１２１内に注入されて、液滴１２５が得られる。液滴１２５が、第二の注入チャネル１２８の第二の注入入口１２９を通過すると、流体の実質的に制御された容量が、液滴１２５内に注入されて、液滴１３０が得られる。この例に示されたシステム２−１２０により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例に図示および記載されたシステム２−１２０は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００４４】
図３は、図２に示されたシステムの別の実施形態の例であり、エマルジョンが、少なくとも１つの注入チャネル（この例では第二の注入チャネル１１３）内に明白に示されている。この例に示されたシステム３−１２０により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例に図示および記載されたシステム３−１２０は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００４５】
図４は、図２に示されたシステム２−１２０の別の実施形態の例であるシステム４−１２０を示しており、一対の電極１２６〜１２７の各電極がマイクロ流体チャネル１２２の実質的に反対側に存在し、実質的に互いに向かい合っており、一対の電極１２６〜１２７の一方の電極（この例では正電極１２７）は、実質的に、第一の注入チャネル１２３および第二の注入チャネル１２８の間に存在する。この例に示されたシステム４−１２０により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例に図示および記載されたシステム４−１２０は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００４６】
ここで図５を参照すると、本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの一実施形態の例が、示されている。この例において、システム１４０は、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムとして、一対の電極１２６〜１２７を含む。しかし、過去に記載された液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムのいずれかを、本明細書に開示されたこの図または任意の他の図に示されたシステムの別の態様または実施形態として、一対の電極の代わりに用いてもよい。一対の電極１２６〜１２７は、負電極１２６および正電極１２７を含み、そのそれぞれはマイクロ流体チャネル１２２の実質的に反対側にあり、実質的に互いに対角の方向にある。
【００４７】
システム１４０は、示された方向で流れる流体（あるいはエマルジョン）および第一の注入入口１２４を含む第一の注入チャネル１２３と；示された方向で流れる流体（またはエマルジョン）および第二の注入入口１２９を含む第二の注入チャネル１２８と、を更に含む。各注入チャネル１２３および１２８は、注入界面（それぞれ第一の注入界面１１０Ａおよび第二の注入界面１１０Ｂ）を横切るマイクロ流体チャネル１２２に連絡した注入入口（それぞれ１２４および１２９）を含む。第一の注入チャネル１２３および第二の注入チャネル１２８は、それぞれ第一の注入入口１２４および第二の注入入口１２９と共に、マイクロ流体チャネル１２２の実質的に反対側に、そして実質的に互いに対角の方向に配列されている。第一の注入チャネル１２３は、負電極１２６と実質的に向かい合い、マイクロ流体チャネル１２２の、正電極１２７と実質的に同じ側に配設されている。第二の注入チャネル１２８は、正電極１２７と実質的に向かい合い、マイクロ流体チャネル１２２の、正電極１２６と実質的に同じ側に配設されている。図５の例におけるシステム１４０の構成部品の配列は、互いにより緊密な構成で配列させるために、それぞれ第一の注入入口１２４および第二の注入入口１２９と共に、第一の注入チャネル１２３および第二の注入チャネル１２８に提供されている。
【００４８】
図５に示された例において、液滴１２１は、示された方向でマイクロ流体チャネル１２２を流れている。液滴１２１は、第一の注入チャネル１２３の第一の注入入口１２４を通過すると、それは最初、第一の注入チャネル１２３の第一の注入入口１２４のみと連通し、その間に流体（あるいはエマルジョン）の実質的に制御された容量は、液滴１２１に注入され始める。液滴１２１が、マイクロ流体チャネル１２２を流れ続けると、それは第一の注入チャネル１２３の第一の注入入口１２４および第二の注入チャネル１２８の第二の注入入口１２９と同時に連通するようになり、その間に第一の注入チャネル１２３からの流体の実質的に制御された容量の注入が完了され、流体（あるいはエマルジョン）の実質的に制御された容量が、第二の注入入口１２９から液滴１２１内に注入され始め、この全体的プロセスの結果として液滴１２５が形成される。液滴１２５が、マイクロ流体チャネル１２２を流れ続けると、それは第二の注入チャネル１２８の第二の注入入口１２９のみに連絡するようになり、その間に注入入口１２９からの流体の実質的に制御された容量の注入が完了されて、液滴１３０が得られる。この例に示されたシステム１４０により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例に図示および記載されたシステム１４０は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００４９】
ここで図６を参照すると、本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの一実施形態の例が、示されている。この例において、システム１５０は、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムとして、一対の電極１２６〜１２７を含む。しかし、過去に記載された液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムのいずれかを、本明細書に開示されたこの図または任意の他の図に示されたシステムの別の態様または実施形態として、一対の電極の代わりに用いてもよい。一対の電極１２６〜１２７は、負電極１２６および正電極１２７を含み、そのそれぞれはマイクロ流体チャネル１２２の実質的に同じ側にある。
【００５０】
システム１５０は、示された方向で流れる流体（あるいはエマルジョン）および第一の注入入口１２４を含む第一の注入チャネル１２３と；示された方向で流れる流体（またはエマルジョン）および第二の注入入口１２９を含む第二の注入チャネル１２８と、を更に含む。各注入チャネル１２３および１２８は、注入界面（それぞれ第一の注入界面１１０Ａおよび第二の注入界面１１０Ｂ）を横切るマイクロ流体チャネル１２２に連絡した注入入口（それぞれ１２４および１２９）を含む。第一の注入チャネル１２３および第二の注入チャネル１２８は、それぞれ第一の注入入口１２４および第二に注入入口１２９と共に、マイクロ流体チャネル１２２の実質的に反対側に、そして実質的に互いに向かい合って配列されている。
【００５１】
図６に示された例のシステム１５０の構成部品の配列は、液滴内への複数の実質的に制御された容量の実質的に同時の注入を提供する。液滴１２１が、示された方向でマイクロ流体チャネル１２２を流れると、第一の注入入口１２４および第二の注入入口１２９が、液滴１２１と実質的に同時に連通して、液滴１３０が得られる。この例に示されたシステム１５０により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例に図示および記載されたシステム１５０は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００５２】
図７は、図６に示されたシステムの別の実施形態を示し、一対の電極１２６〜１２７の電極は、マイクロ流体チャネル１２２の実質的に反対側に、そして互いに実質的に対角の方向に配列されている。この例に示されたシステム１６０により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例に図示および記載されたシステム１６０は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００５３】
ここで図８を参照すると、本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの一実施形態の例が、示されている。この例において、システム１７０は、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムとして、一対の電極１２６〜１２７を含む。しかし、過去に記載された液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムのいずれかを、本明細書に開示されたこの図または任意の他の図に示されたシステムの別の態様または実施形態として、一対の電極の代わりに用いてもよい。一対の電極１２６〜１２７は、負電極１２６および正電極１２７を含み、そのそれぞれはマイクロ流体チャネル１２２の実質的に反対側に、そして実質的に対角の方向にある。
【００５４】
システム１７０は、示された方向で流れる流体（あるいはエマルジョン）および第一の注入入口１２４を含む第一の注入チャネル１２３と；示された方向で流れる流体（またはエマルジョン）および第二の注入入口１２９を含む第二の注入チャネル１２８と、を更に含む。各注入チャネル１２３および１２８は、注入界面（それぞれ第一の注入界面１１０Ａおよび第二の注入界面１１０Ｂ）を横切るマイクロ流体チャネル１２２に連絡した注入入口（それぞれ１２４および１２９）を含む。第一の注入チャネル１２３および第二の注入チャネル１２８は、それぞれ第一の注入入口１２４および第二に注入入口１２９と共に、マイクロ流体チャネル１２２の実質的に同じ側に配設されていて、実質的に互いに平行に配列されている。
【００５５】
図８に示された例において、液滴１２１は、示された方向でマイクロ流体チャネル１２２を流れており、液滴内への実質的に制御された容量の注入は、過去に記載された通り図５において行われている。この例に示されたシステム１７０により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例に図示および記載されたシステム１７０は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００５６】
ここで図９を参照すると、本発明による液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの一実施形態の例が、示されている。この例において、システム１８０は、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムとして、一対の電極１２６〜１２７を含む。しかし、過去に記載された液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムのいずれかを、本明細書に開示されたこの図または任意の他の図に示されたシステムの別の態様または実施形態として、一対の電極の代わりに用いてもよい。一対の電極１２６〜１２７は、実質的に互いに向かい合っていて、マイクロ流体チャネル１２２の実質的に反対側にある、負電極１２６および正電極１２７を含む。
【００５７】
システム１８０は、示された方向で流れる流体（あるいはエマルジョン）および第一の注入入口１２４を含む第一の注入チャネル１２３と；示された方向で流れる流体（またはエマルジョン）および第二の注入入口１２９を含む第二の注入チャネル１２８と、を更に含む。各注入チャネル１２３および１２８は、注入界面（それぞれ第一の注入界面１１０Ａおよび第二の注入界面１１０Ｂ）を横切るマイクロ流体チャネル１２２に連絡した注入入口（それぞれ１２４および１２９）を含む。第一の注入チャネル１２３および第二の注入チャネル１２８は、それぞれ第一の注入入口１２４および第二に注入入口１２９と共に、マイクロ流体チャネル１２２の実質的に反対側に、そして実質的に互いに平行に配列されている。
【００５８】
図９に示されたこの例において、液滴１２１は、示された方向でマイクロ流体チャネル１２２を流れている。液滴１２１が、第一の注入チャネル１２３の第一の注入入口１２４を通過すると、流体の実質的に制御された容量が、液滴１２１内に注入され、液滴１２５が得られる。液滴１２５が、第一の注入チャネル１２８の第一の注入入口１２９を通りすぎると、流体の実質的に制御された容量は、液滴１２５に注入され、液滴１３０が得られる。この例に示されたシステム１８０により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例に図示および記載されたシステム１８０は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００５９】
ここで図１０を参照するが、それの目的は、本発明による液滴内への、または液滴からの複数の制御された容量の注入を実施するためのシステムの実施形態の図解の三次元タイプを提供することである。この例において、システム１９０は、示された方向の液滴の流れを提供するマイクロ流体チャネル１２２を含む。システム１９０は、マイクロ流体チャネル１２２の実質的に同じ側に配設された一対の電極１２６〜１２７を更に含む。システム１９０は、示された方向で流れる流体（またはエマルジョン）と、マイクロ流体チャネル１２２に連絡した第一の注入入口１２４と、を含む第一の注入チャネル１２３を更に含む。システム１９０は、示された方向で流れる流体（またはエマルジョン）と、マイクロ流体チャネル１２２に連絡した第二の注入入口１２９と、を含む第二の注入チャネル１２８を更に含む。この例に示されたシステム１９０により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例に図示および記載されたシステム１９０は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００６０】
ここで、図１１を参照するが、それは本発明による液滴内への、または液滴からの複数の制御された容量の注入を実施するためのシステムの一実施形態の例の図解である。この例におけるシステム２００は、図４に示されたものと実質的に同一であるが、注入チャネル１２３および１２８ならびに注入入口１２４および１２９は、互いに比較的緊密な構成で配列されており、電極１２６〜１２７は、得られた電場の力線が第一の注入界面１１０Ａおよび第二の注入界面１１０Ｂと交差するように構成されている。この例に示されたシステム２００により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例に図示および記載されたシステム２００は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００６１】
ここで、図１２を参照するが、それは本発明による液滴内への、または液滴からの複数の制御された容量の注入を実施するためのシステムの一実施形態の例の図解である。この例におけるシステム２０２は、図４および１１に示されたものと実質的に同一であるが、過去に記載された通り液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊する別のメカニズムとして、一対の電極ではなくレーザを用いている。この例において、レーザ（図示しない）は、第一の注入界面１１０Ａおよび第二の注入界面１１０Ｂとの領域を包含するマイクロ流体チャネル１２２の領域上に「レーザスポット」２０３の形態で焦点を合わせてもよい。図１２に示されたレーザスポット２０３は、特定のサイズを知らせる意図はなく、示されたよりも大きなまたは小さな任意のサイズであってもよい。レーザスポット２０３の周りの温度において得られた空間的変動は、液滴の表面張力の空間的不均衡を促進し、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面へのサーモキャピラリー効果、つまり界面の不安定化をもたらし、液滴内への、または液滴からの実質的に制御された容量の注入に必要なエネルギーを更に提供する。この例に示されたシステム２０２により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例に図示および記載されたシステム２０２は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００６２】
ここで、図１３を参照するが、それは本発明による液滴内への、または液滴からの複数の制御された容量の注入を実施するためのシステムの一実施形態の例の図解である。この例におけるシステム２０６は、図４および１１に示されたものと実質的に同一であるが、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊する別のメカニズムとして、図４および１１と同様の一対の電極ではなくマイクロ流体チャネル１２２内の局在化された親水性領域２０７を利用している。
【００６３】
この例において、マイクロ流体チャネル１２２は、実質的に疎水性の壁を含んでいて、液滴の湿潤を予防し、液滴とマイクロ流体チャネル１２２の表面の間の連続相の薄層の存在を促進する。しかし、この例におけるマイクロ流体チャネル１２２は、局在化された親水性領域２０７を更に含んでいて、液滴がこの局在化された親水性領域２０７を通過すると液滴の湿潤を促進し、その結果、液滴と流体および／またはエマルジョンとのそれまでの安定した界面を破壊する。したがって液滴１２１が、第一の注入界面１１０Ａおよび第二の注入界面１１０Ｂのそれぞれに遭遇すると、それまで安定していた界面が、第一の注入チャネル１２３および第二の注入チャネル１２８のそれぞれにおいて、液滴１２１と各流体（あるいはエマルジョン）との間で破壊され、液滴１２１が第一の注入入口１２４および第二の注入入口１２９により通過すると、実質的に制御された容量の注入が容易になり、それぞれ液滴１２５および１３０が得られる。図１３に示された局在化された親水性領域２０７は、特定のサイズを知らせる意図はなく、示されたよりも大きなまたは小さな任意のサイズであってもよい。任意の特定の液滴が、この局在化された親水性領域を通過すると、連続相がマイクロ流体チャネルの壁を自然に再湿潤し、こうして特定の液滴と流体および／またはエマルジョンの界面の再形成および安定化を促進する。この例に示されたシステム２０６により実施される方法は、過去に記載された通り少なくとも１つの液滴から実質的に制御された容量を注入する別の方法を提供するように改良されてもよい。したがって、この例に図示および記載されたシステム２０６は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００６４】
ここで、図１４を参照するが、それは本発明により、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するためのシステムの別の実施形態の例の図解であり、より具体的には本発明による注入の双方向性を示す。この例において、システム２０８は、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムとして、一対の電極１２６〜１２７を含む。しかし、過去に記載された液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムのいずれかを、本明細書に開示されたこの図または任意の他の図に示されたシステムの別の態様または実施形態として、一対の電極の代わりに用いてもよい。一対の電極１２６〜１２７は、負電極１２６および正電極１２７を含み、そのそれぞれはマイクロ流体チャネル１２２の実質的に同じ側にある。
【００６５】
システム２０８は、示された方向で流れる流体（あるいはエマルジョン）および第一の注入入口２１２を含む第一の注入チャネル２２０と；示された方向で流れる流体（またはエマルジョン）および第二の注入入口２１３を含む第二の注入チャネル２２１と；示された方向で流れる流体（あるいはエマルジョン）および第三の注入入口２１４を含む第三の注入チャネル２２２と；示された方向で流れる流体（あるいはエマルジョン）および第四の注入入口２１５を含む第四の注入チャネル２２３と、を更に含む。各注入チャネル２２０〜２２３は、注入界面（それぞれ第一の注入界面２１６、第二の注入界面２１７、第三の注入界面２１８、第四の注入界面２１９）を横切るマイクロ流体チャネル１２２に連絡した注入入口（それぞれ２１２〜２１５）を含む。注入チャネル２２０〜２２３は、マイクロ流体チャネル１２２の実質的に同じ側に配設されており、注入入口２１２〜２１５は、マイクロ流体チャネル１２２に連絡している。
【００６６】
図１４に示された例において、液滴１２１は、示された方向でマイクロ流体チャネル１２２を流れている。液滴１２１が、第一の注入チャネル２２０の第一の注入入口２１２を通過すると、流体の実質的に制御された容量が、液滴１２１から注入されて、液滴２１０が得られる。液滴２１０が、第二の注入チャネル２２１の第二の注入入口２１３を通過すると、流体の実質的に制御された容量が、液滴２１０から注入され、そこで前記液滴が第三の注入チャネル２２２の第三の注入入口２１４を通過し、その間に実質的に制御された容量が液滴内に注入され、そこで液滴が更に前進して第四の注入チャネル２２３の第四の注入入口２１５を通過し、その間に実質的に制御された容量が液滴内に注入されて、液滴２１１が得られる。液滴内への実質的に制御された容量の注入後には液滴と注入された容量の間に実際的または実質的に仕切りまたは境界が存在しないため、個々の注入容量と液滴の元々内容物との識別を示すためだけに、注入された容量の形状および設計特性を図１４で用いている。したがって、この例に図示および記載されたシステム２０８は、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施することができる。
【００６７】
実施例１５に示された例において、注入界面と直接接触する液滴が存在しない場合、または注入界面と直接接触する液滴は存在するが、液滴と流体および／もしくはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムが存在しない例では、注入チャネルから液滴に容量を押し出す力が、液滴から注入チャネルに容量を押し出す力と実質的に均衡を保っているため、液滴内への、もしくは液滴からの容量、または注入チャネル内への、もしくは液滴からの容量の正味の正の流れまたは正味の負の流れが実質的に存在しない、ということを実証するために、２つのシステムが示されている。
【００６８】
システム２３０において、注入チャネル２３４は、マイクロ流体チャネル２３２中を流れる液滴に注入入口２３３を介して注入され得る流体を含む（この例で示された通りであるが、過去に議論されたエマルジョンを含み得る）。しかし、この例が示す通り、液滴はマイクロ流体チャネル２３２を流れておらず、それゆえ直前にまたは過去に記載された力の均衡の結果として、流体はマイクロ流体チャネル内に注入または滴下されず、注入チャネル２３４から容量を押し出す力が、注入チャネル２３４内に容量を押し出す力と実質的に均衡を保っている。そのような例において、注入界面２３６に膨張が存在しても、または存在しなくてもよい。同じ力の均衡がそのような例において起こる追加的時点を示すために、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムが、この例のシステム２３０において示されていないことに、留意しなければならない。したがって、注入界面と直接接触する液滴が存在しない場合、または液滴と流体および／もしくはエマルジョンの界面を破壊する活性メカニズムが存在しない場合には、本発明のシステム２３０は、注入チャネルからマイクロ流体チャネルへの流体および／またはエマルジョンの滴下を実質的に防ぐように構築されている。
【００６９】
図１５に示されたシステム２３１において、注入チャネル２３５は、マイクロ流体チャネル２３２を流れる液滴から注入入口２３３を介して注入され得る流体を含む（この例で示された通りであるが、過去に議論されたエマルジョンを含み得る）。しかし、この例が示す通り、液滴はマイクロ流体チャネル２３２を流れておらず、それゆえ直前にまたは過去に記載された力の均衡の結果として、流体は注入チャネル２３５内に注入または滴下されず、注入チャネル２３４に容量を押し出す力が、注入チャネル２３５から容量を押し出す力と実質的に均衡を保っている。そのような例において、注入界面２３７に膨張が存在しても、または存在しなくてもよい。同じ力の均衡がそのような例において起こる追加的時点を示すために、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムが、この例のシステム２３１において示されていないことに、留意しなければならない。したがって、注入界面と直接接触する液滴が存在しない場合、または直接接触している液滴と流体および／もしくはエマルジョンの界面を破壊する活性メカニズムが存在しない場合には、本発明のシステム２３１は、注入チャネルからマイクロ流体チャネルへの流体および／またはエマルジョンの滴下を実質的に防ぐように構築されている。
【００７０】
本発明によるシステムの別の実施形態において、液滴は、エマルジョン中に存在する。本発明によるシステムの更に別の実施形態において、液滴は、マイクロ流体デバイス内のエマルジョン中に存在する。本発明の更に別の実施形態において、該システムは、複数の注入チャネルを付随した複数のマイクロ流体チャネルを含み、該システムは、マイクロ流体デバイス内に含まれる。
【００７１】
本発明の別の実施形態は、先に記載されたシステムを含む液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施する方法にも関係する。
【００７２】
本発明の別の実施形態は、先に記載された通り、液滴内への、または液滴からの複数の実質的に制御された容量の注入を実施するのに必要となるシステムおよび試薬を含むキットに関係する。
【００７３】
本発明およびその利点を詳細に記載したが、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の主旨および範囲を逸脱することなく、様々な交換、置換および変更を施し得ることが理解されなければならない。
【００７４】
本発明を、以下の実施例に更に示すが、それは例示を目的とするに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００７５】
実施例
実施例１
この実施例は、本発明によるシステムを用いた液滴内への２種の実質的に制御された容量の注入を実証する。それぞれ染料１および染料２と称し、異なる波長（それぞれ５２５ｎｍおよび６１０ｎｍ）の蛍光の形態で発光する蛍光染料フルオレセインおよびローダミンＢを、油中水エマルジョンを含む液滴に注入した。液滴を、染料１および染料２の両方の注入後に回収し、その後、マイクロ流体デバイスに通し、続いて油により間隔をとってマイクロ流体チャネル内に流したが、マイクロ流体チャネルは、液滴が一列縦隊で通過するよう十分に狭かった。レーザビームを用いて、吸収スペクトルにより液滴を励起して、染料１および染料２の両方のスペクトルの蛍光強度を、染料の発光ピークに対応するフィルターを具備した光電子倍増管（ＰＭＴ）システムにより検出した。合計でおよそ１０００個の液滴を、分析した。
【００７６】
図１６Ａは、この例のシステム２１０の操作を示しており、システム２１０は、染料１を含む流体および／またはエマルジョンならびに第一の注入入口１２４を含む第一の注入チャネル１２３と；染料２を含む流体および／またはエマルジョンならびに第二の注入入口１２９を含む第二の注入チャネル１２８と、を含む。注入チャネル１２３および１２８は、各注入入口１２４および１２９と共に、マイクロ流体チャネル１２２の実質的に同じ側に配列されている。
【００７７】
システム２１０は、液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムとして、一対の電極１２６〜１２７を更に含む。しかし、過去に記載された液滴と流体および／またはエマルジョンの界面を破壊するためのメカニズムのいずれかを、この実施例に示されたシステムの別の態様または実施形態として、一対の電極の代わりに用いてもよい。一対の電極１２６〜１２７は、負電極１２６および正電極１２７を含み、そのそれぞれはマイクロ流体チャネル１２２の実質的に同じ側にあり、一対の電極は、互いにマイクロ流体チャネル１２２の実質的に同じ側にあり、そして注入チャネル１２３および１２８、ならびに各注入入口１２４および１２９に実質的に向かい合う、負電極１２６および正電極１２７を含む。
【００７８】
液滴１２１が、第一の注入チャネル１２３の第一の注入入口１２４を通過すると、染料１を含む実質的に制御された容量が、液滴１２１内に注入されて、液滴１２５が得られる。液滴１２５が、第二の注入チャネル１２８の第二の注入入口１２９を通過すると、染料２を含む実質的に制御された容量が、液滴１２５内に注入されて、液滴１３０が得られる。
【００７９】
図１６Ｂは、図１６Ａのシステムの操作から得られる蛍光強度のデータのプロットである。プロットは、強度を各染料の絶対単位で示している。図１６Ｃは、染料１について得られた同じデータを、強度分布を示すヒストグラム形態で示したグラフである。図１６Ｄは、染料２について得られた同じデータを、強度分布を示すヒストグラム形態で示したグラフである。
【００８０】
こうして、本発明の好ましい実施形態を詳細に記載したが、本発明の主旨または範囲から逸脱することなく多くの明白な変更が可能であり、先のグラフにより定義された発明が先の記載に示された特定の詳述に限定されないことが理解されなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【国際調査報告】
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