(57)【要約】本発明は、概して、エマルジョンに関し、より具体的には、二重および他の多重エマルジョンに関する。本発明のある側面は、概して、マイクロ流体チャネルの共通接合部における、二重エマルジョンおよび他の多重エマルジョンの生成を対象とする。ある場合には、共通接合部におけるマイクロ流体チャネルは、実質的に同一の疎水性を有してもよい。一式の実施形態では、デバイスは、６つ以上のチャネルの共通接合部を含んでもよく、第１の流体は、１つのチャネルを通って流動し、第２の流体は、２つのチャネルを通って流動し、第３または搬送流体は、２つ以上のチャネルを通って流動することによって、第１の流体の第１の液滴の二重エマルジョンは、第２の流体の第２の液滴内に含有され、さらに、搬送流体によって含有され、共通接合部から第６のチャネルを通って流動する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体デバイスであって、該デバイスは、
マイクロ流体チャネルの第１の接合部を備え、
該第１の接合部は、流体連通する少なくとも第１、第２、および第３のマイクロ流体チャネルを備え、該第１の接合部は、界面においてマイクロ流体チャネルの第２の接合部と流体連通し、該第２の接合部は、流体連通する少なくとも第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルを備え、該第１、第２、および第３のマイクロ流体チャネルの各々は、該第１の接合部において、それぞれの断面積を有し、該第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルの各々は、該第２の接合部において、それぞれの断面積を有し、該界面は、該第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルの最小断面積よりも小さい断面積を有する、マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記第６のマイクロ流体チャネルは、中心軸を画定し、前記界面は、実質的に該第６のマイクロ流体チャネルの中心軸上に中心点を有する、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記第１のマイクロ流体チャネルは、第１の中心軸を画定し、第６のマイクロ流体チャネルは、第６の中心軸を画定し、該第１の中心軸と該第６の中心軸とは、実質的に平行である、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記第１のマイクロ流体チャネルの中心軸と第６のマイクロ流体チャネルの中心軸とは、実質的に共線である、請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記第１、第２、および第３の断面積の断面積は各々、前記第４、第５、および第６のチャネルの最小断面積よりも小さい、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記第１のチャネルの断面積は、前記第２および第３のチャネルの最小断面積よりも小さい、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記第１のチャネル、前記第２のチャネル、および前記第３のチャネルの断面積は全て、実質的に同一である、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記第２のチャネルの断面積は、前記第３のチャネルの断面積と実質的に等しい、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
前記第４のチャネルの断面積は、前記第５のチャネルの断面積と実質的に等しい、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
前記第１、第２、および第３のマイクロ流体チャネルの断面積の平均は、前記第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルの断面積の平均の約８０％未満である、請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
前記第１、第２、および第３のマイクロ流体チャネルの断面積の平均は、前記第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルの断面積の平均の約５０％未満である、請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
前記界面は、前記第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルの平均断面積の８０％未満である面積を有する、請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
前記界面は、前記第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルの平均断面積の５０％未満である面積を有する、請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４】
前記第１、第２、および第３のマイクロ流体チャネルの平均高さは、前記第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルの平均高さの８０％未満である、請求項１〜１３のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５】
前記第１、第２、および第３のマイクロ流体チャネルの平均幅は、前記第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルの平均幅の８０％未満である、請求項１〜１４のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１６】
前記第２のチャネルは、９０°未満の角度で前記第１のチャネルと交差する、請求項１〜１５のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１７】
前記第３のチャネルは、９０°未満の角度で前記第１のチャネルと交差する、請求項１〜１６のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１８】
前記第２のチャネルは、９０°を上回る角度で前記第１のチャネルと交差する、請求項１〜１７のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９】
前記第３のチャネルは、９０°を上回る角度で前記第１のチャネルと交差する、請求項１〜１８のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２０】
前記第２のチャネルと前記第１のチャネルとの角度と、前記第３のチャネルと該第１のチャネルの角度とは、実質的に同一である、請求項１〜１９のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２１】
前記第４のチャネルは、９０°未満の角度で前記第１のチャネルと交差する、請求項１〜２０のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２２】
前記第５のチャネルは、９０°未満の角度で前記第１のチャネルと交差する、請求項１〜２１のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２３】
前記第４のチャネルは、９０°を上回る角度で前記第１のチャネルと交差する、請求項１〜２２のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２４】
前記第５のチャネルは、９０°を上回る角度で前記第１のチャネルと交差する、請求項１〜２３のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２５】
前記第４のチャネルと前記第１のチャネルとの角度と、前記第５のチャネルと前記第１のチャネルとの角度は、実質的に同一である、請求項１〜２４のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２６】
前記第４のチャネルと前記第１のチャネルとの角度は、前記第２のチャネルと前記第１のチャネルとの角度を上回る、請求項１〜２５のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２７】
前記第２のチャネルに対する界面からの寸法の漸次変化が存在するように、前記界面に隣接する前記第２の接合部内に配置された妨害部分をさらに備える、請求項１〜２６のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２８】
マイクロ流体デバイスであって、該デバイスは、
マイクロ流体チャネルの接合部を備え、
該マイクロ流体チャネルの接合部は、流体連通する少なくとも第１、第２、第３、第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルを備え、該第１、第２、第３、第４、第５、および第６のチャネルの各々は、該接合部において、断面積を有し、該第２の断面積と第３の断面積とは、実質的に同一であり、該第４の断面積と第５の断面積とは、実質的に同一であり、該接合部における該第１、第２、および第３のチャネルの断面積は各々、該接合部における該第４、第５、および第６のチャネルの最小断面積よりも小さい、マイクロ流体デバイス。
【請求項２９】
前記第１、第２、第３、第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルのうちの少なくとも１つは、長方形断面を有する、請求項２８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３０】
前記物品は、ポリ（ジメチルシロキサン）を含む、請求項２８または２９のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３１】
前記接合部における前記第１、第２、第３、第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルの各々は、実質的に同一の親水性を有する、請求項２８〜３０のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３２】
前記第１のチャネルの断面積は、前記第２および第３のチャネルの最小断面積よりも小さい、請求項２８〜３１のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３３】
前記第１のチャネル、前記第２のチャネル、および前記第３のチャネルの断面積は全て、実質的に同一である、請求項２８〜３２のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３４】
前記第２のチャネルの断面積は、前記第３のチャネルの断面積に実質的に等しい、請求項２８〜３３のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３５】
前記第４のチャネルの断面積は、前記第５のチャネルの断面積に実質的に等しい、請求項２８〜３４のうちのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３６】
二重エマルジョンを生成する方法であって、該方法は、
第１の流体を第２の流体で包囲し、同時に、該第１および第２の流体を、マイクロ流体チャネルの第１の接合部とマイクロ流体チャネルの第２の接合部との間の界面を通して第３の流体中へと通過させることを含み、それにより、該第１および第２の流体を包囲し、該第３の流体内に含有された、該第２の流体の液滴によって包囲された該第１の流体の液滴を含む二重エマルジョン液滴を産生する、方法。
【請求項３７】
前記第１の流体と前記第２の流体とは、実質的に非混和性である、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第２の流体と前記第３の流体とは、実質的に非混和性である、請求項３６または３７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記二重エマルジョン液滴は、体積当たり約５％以下の前記第２の流体および体積当たり少なくとも約９５％の前記第１の流体を含む、請求項３６〜３８のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
前記二重エマルジョン液滴は、体積当たり約１０％以下の前記第２の流体および体積当たり少なくとも約９０％の前記第１の流体を含む、請求項３６〜３９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記二重エマルジョン液滴は、体積当たり約２０％以下の前記第２の流体および体積当たり少なくとも約８０％の前記第１の流体を含む、請求項３６〜４０のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記二重エマルジョン液滴は、体積当たり約３０％以下の前記第２の流体および体積当たり少なくとも約７０％の前記第１の流体を含む、請求項３６〜４１のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
複数の二重エマルジョン液滴を産生することを含み、各二重エマルジョン液滴は、前記第３の流体内に含有された、前記第２の流体の液滴によって包囲された前記第１の流体の液滴を含む、請求項３６〜４２のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
産生された液滴のうちの少なくとも約９５％が二重エマルジョン液滴であるように、前記複数の二重エマルジョン液滴を産生することを含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
二重エマルジョンを生成する方法であって、該方法は、
二重エマルジョンをマイクロ流体チャネルの共通接合部において生成することを含み、該共通接合部における該マイクロ流体チャネルの各々は、実質的に同一の疎水性を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、Ｒｏｔｅｍらの米国仮特許出願第６１／４８９，２１１号（２０１１年５月２３日出願、名称「Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ，Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」）の利益を主張し、この出願は、参照することによって本明明細書に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、エマルジョンに関し、より具体的には、二重および他の多重エマルジョンに関する。
【背景技術】
【０００３】
エマルジョンは、第１の流体が、典型的には、第１の流体と非混和性である第２の流体中に分散されるときに存在する流体状態である。一般的エマルジョンの実施例は、水中油型および油中水型エマルジョンである。多重エマルジョンは、３つ以上の流体、または典型的な二流体エマルジョンよりも複雑な様式で配列される２つ以上の流体で形成されるエマルジョンである。例えば、多重エマルジョンは、油中水中油型（「ｏ／ｗ／ｏ」）、または水中油中水型（「ｗ／ｏ／ｗ」）であってもよい。多重エマルジョンは、医薬品送達、塗料、インクおよびコーティング、食料および飲料、化学分離、ならびに健康および美容補助等の分野において、目下のおよび潜在的な用途があるので、特に、着目に値する。
【０００４】
典型的には、別の液滴の内側に液滴がある多重エマルジョンは、乳化プロセスの間に形成される液滴のサイズを縮小させるために、剪断力の印加または混合を介した乳化等、二段階乳化技法を使用して作製される。例えば、多孔性ガラス膜を使用する膜乳化技法等の他の方法もまた、水中油中水型エマルジョンを産生するために使用されている。マイクロ流体技法はまた、２つ以上のステップを含む手順を使用して、液滴の内側に液滴を産生するためにも使用されている。例えば、２００４年１０月２８日に特許文献１として公開のＬｉｎｋらの国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０９０３号（２００４年４月９日出願、名称「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｐｅｃｉｅｓ」）、または２００４年１月８日に特許文献２として公開のＳｔｏｎｅらの国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／２０５４２号（２００３年６月３０日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」）（それぞれ、参照することによって本明細書に組み込まれる）を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００４／０９１７６３号明細書
【特許文献２】国際公開第２００４／００２６２７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、概して、エマルジョンに関し、より具体的には、二重および他の多重エマルジョンに関する。本発明の主題は、ある場合には、相互関連製品、特定の問題に対する代替解決策、および／または１つ以上のシステムおよび／または物品の複数の異なる使用を含む。
【０００７】
一側面では、本発明は、概して、マイクロ流体デバイスを対象とする。一式の実施形態では、マイクロ流体デバイスは、流体連通する、少なくとも第１、第２、および第３のマイクロ流体チャネルを備えるマイクロ流体チャネルの第１の接合部を含む。第１の接合部は、流体連通する、少なくとも第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルを備えるマイクロ流体チャネルの第２の接合部との界面において、流体連通してもよい。ある場合には、第１、第２、および第３のマイクロ流体チャネルはそれぞれ、第１の接合部において個別の断面積を有し、第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルはそれぞれ、第２の接合部において個別の断面積を有し、界面は、第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルの最小断面積よりも小さい断面積を有する。
【０００８】
マイクロ流体デバイスは、別の一式の実施形態では、流体連通する、少なくとも第１、第２、第３、第４、第５、および第６のマイクロ流体チャネルを備えるマイクロ流体チャネルの接合部を含む。いくつかの実施形態では、第１、第２、第３、第４、第５、および第６のチャネルはそれぞれ、接合部においてある断面積を有し、第２および第３の断面積は実質的に同一であって、第４および第５の断面積は実質的に同一であり、接合部における第１、第２、および第３のチャネルの断面積はそれぞれ、接合部における第４、第５、および第６のチャネルの最小断面積よりも小さい。
【０００９】
別の側面では、本発明は、概して、二重または他の多重エマルジョンを生成する方法を対象とする。ある一式の実施形態によると、本方法は、第１の流体を第２の流体で包囲しながら、同時に、第１および第２の流体を、マイクロ流体チャネルの第１の接合部とマイクロ流体チャネルの第２の接合部との間の界面を通って第３の流体中へと通過させ、第１および第２の流体を包囲し、第２の流体の液滴によって包囲され、第３の流体内に含有される第１の流体の液滴を含む二重エマルジョン液滴を産生する作用を含む。
【００１０】
別の一式の実施形態では、本方法は、マイクロ流体チャネルの共通接合部において、二重エマルジョンを生成する作用を含み、共通接合部におけるマイクロ流体チャネルはそれぞれ、実質的に同一の疎水性を有する。
【００１１】
別の側面では、本発明は、本明細書に説明される実施形態のうちの１つ以上、例えば、二重および他の多重エマルジョンを生成するためのデバイスを作製する方法を包含する。さらに別の側面では、本発明は、本明細書に説明される実施形態のうちの１つ以上、例えば、二重および他の多重エマルジョンを生成するためのデバイスを使用する方法を包含する。
【００１２】
本発明の他の利点および新規特徴は、付随の図と併せて検討されることによって、本発明の種々の非限定的実施形態の以下の発明を実施するための形態から明白となるであろう。参照することによって組み込まれる本明細書および文書が、矛盾および／または非一貫した開示を含む場合、本明細書が、優先されるものとする。参照することによって組み込まれる２つ以上の文書が、相互に対して、矛盾および／または非一貫した開示を含む場合、より遅い発効日を有する文書が、優先されるものとする。
【００１３】
本発明の非限定的実施形態が、一例として、付随の図（概略であって、正確な縮尺で描かれることを意図しない）を参照して説明される。図中、図示されるそれぞれ同じまたはほぼ同じ構成要素は、典型的には、単一数字によって表される。明確性の目的のため、全ての構成要素が、全ての図において標識されるわけではなく、例証が、当業者に本発明を理解させるために必要ない場合も、本発明の各実施形態の全ての構成要素が示されない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】１Ａ−１Ｂは、本発明のある実施形態による、種々のチャネル構成を図示する。
【図１Ｂ】１Ａ−１Ｂは、本発明のある実施形態による、種々のチャネル構成を図示する。
【図２−１】２Ａ−２Ｅは、本発明の別の実施形態における、デバイス内の層の整列を図示する。
【図２−２】２Ａ−２Ｅは、本発明の別の実施形態における、デバイス内の層の整列を図示する。
【図３】３Ａ−３Ｅは、本発明のある実施形態における、二重エマルジョンの産生を図示する。
【図４】図４は、本発明の別の実施形態による、マイクロ流体デバイスを図示する。
【図５】図５は、本発明のさらに別の実施形態における、マイクロ流体デバイスを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、概して、エマルジョンに関し、より具体的には、二重および他の多重エマルジョンに関する。本発明のある側面は、概して、マイクロ流体チャネルの共通接合部における二重エマルジョンおよび他の多重エマルジョンの生成を対象とする。ある場合には、共通接合部におけるマイクロ流体チャネルは、実質的に同一の疎水性を有してもよい。一式の実施形態では、デバイスは、６つ以上のチャネルの共通接合部を含んでもよく、第１の流体は、１つのチャネルを通って流動し、第２の流体は、２つのチャネルを通って流動し、第３または搬送流体は、２つ以上のチャネルを通って流動することによって、第１の流体の第１の液滴の二重エマルジョンは、第２の流体の第２の液滴内に含有され、さらに、搬送流体によって含有され、共通接合部から離れるように第６のチャネルを通って流動する。本発明の他の側面は、概して、そのようなシステムを作製および使用する方法を対象とし、キットは、そのようなシステム、そのようなシステムを使用して生成されたエマルジョン等を含む。
【００１６】
本発明の一側面は、概して、マイクロ流体チャネルの共通接合部において、二重エマルジョンおよび他の多重エマルジョンを生成するためのシステムおよび方法を対象とする。一非限定的実施例が、マイクロ流体システム１０とともに、図１Ａに図示される。本実施例では、マイクロ流体システム１０は、第１のチャネル１１、第２のチャネル１２、第３のチャネル１３、第４のチャネル１４、第５のチャネル１５、および第６のチャネル１６を含む。第１のチャネル１１、第２のチャネル１２、および第３のチャネル１３は、第１の接合部部分１８において合流する。第２のチャネル１２および第３のチャネル１３は、任意の好適な角度で第１のチャネル１１と合流してもよい。例えば、第２のチャネル１２および第３のチャネル１３は、比較的に鋭角または比較的に浅い角度であってもよく、あるいは、相互から１８０ｏであってもよい。第２のチャネル１２および第３のチャネル１３は、例えば、９０°未満または９０ｏを上回る角度で第１のチャネル１１と合流してもよい。加えて、第２のチャネル１２および第３のチャネル１３は、第１のチャネル１１に対して、同一または異なる角度であってもよく、すなわち、第２のチャネル１２および第３のチャネル１３は、第１のチャネル１１を中心として、対称的または非対称的に配列されてもよい。さらに、以下に論じられるように、他の実施形態では、他の数のチャネルが、存在してもよい。
【００１７】
また、図１Ａに示されるのは、第４のチャネル１４、第５のチャネル１５、および第６のチャネル１６であり、これらは第２の接合部部分１９において合流する。前述と同様に、第４のチャネル１４および第５のチャネル１５は、任意の好適な角度で第６のチャネル１６と合流してもよい。例えば、第４のチャネル１４および第５のチャネル１５は、比較的に鋭角または比較的に浅い角度であってもよく、あるいは、相互から１８０ｏであってもよい。第４のチャネル１４および第５のチャネル１５は、例えば、９０°未満または９０ｏを上回る角度で第１のチャネル１１と合流してもよい。加えて、第４のチャネル１４および第５のチャネル１５は、第６のチャネル１６に対して、同一または異なる角度であってもよく、すなわち、第４のチャネル１４および第５のチャネル１５は、第６のチャネル１６を中心として対称的または非対称的に配列されてもよい。他の実施形態では、他の数のチャネルが、存在してもよい。図１に示されるように、第１のチャネル１１と第６のチャネル１６とは、実質的に相互に共線であるように配置される、すなわち、第１のチャネル１１によって画定される中心軸および第６のチャネル１６によって画定される中心軸は、本質的に同一の線上にある。しかしながら、他の実施形態では、第１のチャネル１１と第６のチャネル１６とは、共線である必要はない。
【００１８】
次に、第１の接合部部分１８と第２の接合部部分１９との交差について、図１Ｂに関連して論じられる。本図から分かるように、第１の接合部部分１８と第２の接合部部分１９とは、界面２０を介して流体連通する。本図では、界面２０は、実質的に第１のチャネル１１と同一の断面積であるが、第６のチャネル１６よりも小さい断面積を有するが、他の実施形態では、界面２０は、第１のチャネル１１の断面積よりも小さいかまたは大きくてもよい。加えて、界面２０は、図１Ｂに示されるように、正方形または長方形であるか、あるいはそれらの本明細書に説明されるもの等の他の形状を有してもよい。界面２０は、実質的に、第６のチャネル１６についての中心にあるように配置される、例えば、界面２０の中心点または幾何学的中線は、実質的に第６のチャネル１６によって画定される軸上に位置する。
【００１９】
本システムでは、種々の流体は、第１のチャネル１１、第２のチャネル１２、第３のチャネル１３、第４のチャネル１４、および第５のチャネル１５を通って流入し、第６のチャネル１６を通って流出する。第１の接合部部分１８に流入する流体は、界面２０を通って第２の接合部部分１９内へと通過する。故に、第１の接合部部分１８と第２の接合部部分１９とは、相互に流体連通し、第１のチャネル１１、第２のチャネル１２、第３のチャネル１３、第４のチャネル１４、第５のチャネル１５、および第６のチャネル１６のより大きい交差点の一部とみなされてもよい。
【００２０】
次に、マイクロ流体システム１０の使用の一実施例が、図１Ｂを参照して説明される。第１（内側）流体２１は、第１のチャネル１１を通って流入する一方、第２（外側）流体２２は、第２のチャネル１２および第３のチャネル１３を通って流入する。第１および第２の流体は、混和性または非混和性であってもよい。第１の接合部部分１８では、第２の流体は、実質的に、第１および第２の流体が界面２０を通って第２の接合部部分１９内へと通過するにつれて、第１の流体を包囲する。第３の（搬送）流体２３もまた、第４のチャネル１４および第５のチャネル１５を通って、第２の接合部部分１９に流入する。第２の接合部部分１９への流入に応じて、第３の流体は、第１の流体を包囲する第２の流体を包囲する。界面２０を通って第２の接合部部分１９に流入する第１および第２の流体は、次いで、第３の流体内に含有される隔離液滴を形成するように閉じ込められ、それによって、第２の流体２２の液滴内に含有され、搬送流体２３内に含有される第１の流体２１の二重エマルジョン液滴２５を形成し、第６のチャネル１６を通って接合部から流出する。
【００２１】
故に、本発明の種々の側面は、概して、マイクロ流体チャネルの共通接合部（前述のように、例えば、相互に隣接または流体連通する２つ以上の部分を含んでもよい）において、二重エマルジョンおよび他の多重エマルジョンを生成するシステムおよび方法を対象とする。「多重エマルジョン」は、本明細書で使用されるように、中に１つ以上のより小さい液滴を含有するより大きい液滴を指す。二重エマルジョンにおいては、より大きい液滴が、次に、より小さい液滴内の流体と同一または異なり得る別の流体内に含有されてもよい。ある実施形態では、多重エマルジョン内においてより大きい程度の入れ子が可能である。例えば、エマルジョンは、中により小さい液滴を含有する液滴を含有してもよく、より小さい液滴の少なくともいくつかは、中にさらにより小さい液滴を含有する等となる。多重エマルジョンは、薬剤、細胞、化学物質等の種を封入するために有用であり得る。以下に説明されるように、多重エマルジョンは、ある実施形態では、概して、精密な再現性を伴って形成されることができる。
【００２２】
エマルジョンまたは多重エマルジョンが有用であると証明され得る分野として、例えば、食料、飲料、健康および美容補助、塗料およびコーティング、ならびに薬物および薬物送達が挙げられる。例えば、精密な数量の薬物、医薬品、または他の薬剤が、エマルジョン内に含有されることができ、または、いくつかの事例では、細胞が液滴内に含有されることができ、細胞が貯蔵および／または送達されることができる。貯蔵および／または送達されることができる他の種として、例えば、ｓｉＲＮＡ、ＲＮＡｉ、およびＤＮＡ等の核酸、タンパク質、ペプチド、または酵素、あるいは同等物等の化学種が挙げられる。本発明のエマルジョン内に組み込まれることができる付加的な種として、ナノ粒子、量子ドット、香料、タンパク質、インジケータ、染料、蛍光種、化学物質、薬物等が挙げられるが、それらに限定されない。エマルジョンはまた、ある場合には、化学反応を制御するため、またはインビトロ転写および変換のため、例えば、指向型進化技術のため等、反応容器としての役割を果たすことができる。
【００２３】
本発明のある一式の実施形態では、二重エマルジョンが産生される、すなわち、搬送流体、次に、中に第１の流体液滴を含有する第２の流体液滴を含有する。ある場合には、搬送流体と第１の流体とは、同一であってもよい。流体は、例えば、疎水性の差に起因して、可変の混和性であってもよい。例えば、第１の流体は、水可溶性であり、第２の流体油は、可溶性であり、および搬送流体は、水可溶性であってもよい。この配列は、多くの場合、ｗ／ｏ／ｗ多重エマルジョン（「水／油／水」）と称される。別の二重エマルジョンは、油可溶性である第１の流体、水可溶性である第２の流体、および油可溶性である搬送流体を含んでもよい。このタイプの二重エマルジョンは、多くの場合、ｏ／ｗ／ｏ二重エマルジョン（「油／水／油」）と称される。前述の専門用語における用語「油」は、当技術分野において公知のように、単に、概して水により疎水性であって、混和性ではない、流体を指すことに留意されたい。したがって、油は、いくつかの実施形態では、炭化水素であってもよいが、他の実施形態では、油は、他の疎水性流体を含んでもよい。また、水は、純粋である必要はないことを理解されたい。すなわち、水溶液、例えば、緩衝液、溶解された塩を含有する溶液等であってもよい。
【００２４】
より具体的には、本明細書で使用されるように、２つの流体は、エマルジョンが産生される温度および条件下において、重量当たり少なくとも１０％のレベルまで、一方が他方中に可溶性ではないとき、非混和性である、すなわち、相互に混和性ではない。例えば、２つの流体は、流体液滴の形成の時間枠内において、非混和性であるように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、二重エマルジョンまたは他の多重エマルジョンを形成するために使用される流体は、同一または異なってもよい。例えば、ある場合には、２つ以上の流体は、二重エマルジョンまたは他の多重エマルジョンを生成するために使用されてもよく、ある事例では、これらの流体の一部または全部が、非混和性であってもよい。いくつかの実施形態では、二重エマルジョンまたは他の多重エマルジョンを形成するために使用される２つの流体は、相溶性、すなわち、混和性である一方、２つの流体間に含有される中間流体は、これらの２つの流体と非相溶性または非混和性である。しかしながら、他の実施形態では、全３つの流体は、相互に非混和性であってもよく、ある場合には、流体の全てが、必ずしも、水可溶性である必要はない。
【００２５】
３つ以上の流体が、本発明の他の実施形態において、使用されてもよい。故に、本発明のある実施形態は、概して、より大きい流体液滴を含み、中に１つ以上のより小さい液滴を含有し、ある場合には、中にさらにより小さい液滴を含有し得る等の多重エマルジョンを対象とする。任意の数の入れ子にされた流体が産生されることができ、故に、付加的な第３、第４、第５、第６等の流体が、本発明のいくつかの実施形態において、種々の多重エマルジョンを画定するために、液滴内にますます複雑な液滴を産生するように添加されてもよい。これらの流体の全てが、必ずしも、区別可能である必要はないことを理解されたい。例えば、油／水／油／水または水／油／水／油を含有する三重エマルジョンが、調製されてもよく、その場合、２つの油相は、同一の組成物を有するか、および／または２つの水相は、同一の組成物を有する。
【００２６】
前述のように、本発明のある側面は、概して、それぞれ、２つ以上のチャネルの交差点によって画定される種々の接合部部分を含み得る共通接合部において合流または交差するチャネルのある配列を対象とする。典型的には、接合部において、チャネルは、同一の場所において接続または交差し、接合部内において相互に流体連通する。チャネルは、例えば、マイクロ流体チャネルの共通接合部において、例えば、二重エマルジョンまたは他の多重エマルジョンを産生するために使用されてもよい。例えば、そのような配列を使用して、第１の流体は、第２の流体で包囲されてもよい一方、第１および第２の流体は、界面を通って第１および第２の流体を包囲する第３の流体の中へと通過し、第２の流体の液滴によって包囲され、第３の流体内に含有される第１の流体の液滴を含む二重エマルジョンを産生する。
【００２７】
ある特定の非限定的実施例として、６つのチャネルが存在してもよく、それぞれ、前述のように、共通接合部で合流するが、他の実施形態では、より多くまたはより少ないチャネルが共通接合部に存在してもよい。いくつかの実施形態では、少なくとも３つの流入チャネルが存在してもよく、それぞれ、第１、第２、および第３の流体を含有し、それぞれ、共通接合部において合流する。しかしながら、他の実施形態では、共通接合部内へと入る１つ以上の流体を含有する２つ以上のチャネルが存在してもよい。非限定的実施例として、一実施形態では、第１の流体を含有する第１のチャネル、第２の流体を含有する第２および第３のチャネル、ならびに第３の流体を含有する第４のチャネルが存在してもよい。別の実施形態では、第１の流体を含有する第１のチャネル、第２の流体を含有する第２および第３のチャネル、ならびに第３の流体を含有する第４および第５のチャネルが存在してもよい。さらに別の実施形態では、第１の流体を含有する第１および第２のチャネル、第２の流体を含有する第３および第４のチャネル、ならびに第３の流体を含有する第５および第６のチャネルが存在してもよい。なおも別の実施形態では、第１の流体を含有する第１のチャネル、第２の流体を含有する第２および第３のチャネル、第３の流体を含有する第４および第５のチャネル、ならびに第４の流体を含有する第６および第７のチャネルが存在してもよい。
【００２８】
共通接合部はまた、共通接合部から流体を搬送するための１つ以上の出口チャネルを有することができる。典型的には、出口チャネルは、例えば、単一エマルジョンとして、あるいは二重または他の多重エマルジョンとして、共通接合部に流入する流体のエマルジョンを搬送する。
【００２９】
前述のように、いくつかの実施形態では、共通接合部は、１つ以上の接合部部分を含んでもよい。各接合部部分は、中において交差する少なくとも２つのチャネルによって画定される。例えば、図１Ｂに関連して前述のように、第１の接合部部分１８は、３つのチャネル（第１のチャネル１１、第２のチャネル１２、および第３のチャネル１３）の交差点によって画定される一方、第２の接合部部分１９は、３つの異なるチャネル（第４のチャネル１４、第５のチャネル１５、および第６のチャネル１６）の交差点によって画定されるが、第１の接合部部分１８および第２の接合部部分１９は、例えば、界面を介して相互に隣接し、それによって、第１のチャネル１１、第２のチャネル１２、第３のチャネル１３、第４のチャネル１４、第５のチャネル１５、および第６のチャネル１６がそれぞれ交差する接合部を画定する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、第１の接合部部分を画定するチャネルは、第２の接合部部分を画定するチャネルよりも小さくてもよい。例えば、第１の接合部部分を画定するチャネルの最大断面積（例えば、チャネル内の流体流れに垂直な方向に画定される）は、第２の接合部部分を画定するチャネルの最小断面積よりも小さくてもよい。いくつかの実施形態では、第１の接合部部分を画定するチャネルの最大断面積は、第２の接合部部分を画定するチャネルの最小断面積の約９０％未満か、約８０％未満か、約７０％未満か、約６０％未満か、約５０％未満か、約４０％未満か、約３０％未満か、約２０％未満か、約１０％未満か、または約５％未満であってもよい。ある事例では、これは、チャネル全てが、実質的に同一の高さ（または、幅）であるが、異なる幅（または、高さ）を有する実施形態において達成されてもよい。他の実施形態では、これは、異なる高さおよび幅、異なるサイズ、異なる形状、異なる断面積等を有するチャネルを使用して達成されてもよい。
【００３１】
前述のように、接合部または接合部部分に流入するチャネルは、相互に対して、任意の好適な角度であってもよく、接合部を中心とするチャネルの全体的配列は、対称または非対称であってもよい。例えば、共通接合部に流入するチャネルは、すなわち、接合部を、本質的に相互に鏡像である２つの半体に切断することができる平面が存在するように、左右対称を呈してもよい。いくつかの実施形態では、例えば、チャネルは、それらの一部または全部が、９０ｏ未満の角度で合流するように配列されてもよい。例えば、ある配列では、接合部への入力チャネルはそれぞれ、それらによって画定される最大角度が、１８０ｏ以下であるように、または共通接合部に流入する２つの入力チャネルが、９０°未満の角度において合流するように、配置されてもよい。ある場合には、共通接合部に流入する入力チャネルは全て、各対の隣接する入力チャネルが、９０°未満の角度で合流するように合流してもよい。しかしながら、他の場合には、これらの角度は、例えば、図４に示されるように、９０ｏを上回ってもよい。出口チャネルは、ある場合には、例えば、出力チャネルによって画定される軸と入力チャネルのうちの１つによって画定される軸とが、実質的に平行であるか、または、ある実施形態では、さらに、実質的に共線であるように入力チャネルのうちの１つの反対側に配置されてもよい。
【００３２】
例えば、次に、図４を参照すると、本図におけるマイクロ流体システム１０は、第１のチャネル１１、第２のチャネル１２、第３のチャネル１３、第４のチャネル１４、第５のチャネル１５、および第６のチャネル１６を含む。第１のチャネル１１、第２のチャネル１２、および第３のチャネル１３は、第１の接合部部分１８で合流し、第４のチャネル１４、第５のチャネル１５、および第６のチャネル１６は、第２の接合部部分１９で合流する。しかしながら、図１Ａと異なり、第４のチャネル１４および第５のチャネル１５はそれぞれ、図４では、９０ｏを上回る角度でチャネル１１に合流する。
【００３３】
接合部内における接合部部分間の界面は、任意のサイズおよび／または形状を有することができる。例えば、界面は、正方形、長方形、三角形、円形、卵形、不整形等であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の接合部部分と第２の接合部部分との間の界面は、チャネル寸法（例えば、高さ、幅、形状等）の差であってもよい。例えば、第１の接合部部分と第２の接合部部分との間の界面は、２つの部分間のオリフィスまたは狭窄であってもよく、または界面は、第１の接合部部分を画定するチャネルと同一のサイズ（または、より小さい）、かつ第２の接合部部分を画定するチャネルよりも小さいサイズまたは断面積を有してもよい。したがって、例えば、界面は、第１の接合部部分および第２の接合部部分のより小さい方と同一のサイズまたはより小さくてもよい。例えば、界面は、界面の両側の接合部部分の断面積のより小さい方の約９０％未満、約８０％未満、約７０％未満、約６０％未満、約５０％未満、約４０％未満、約３０％未満、約２０％未満、約１０％未満、または約５％未満の断面積を有してもよい。界面はまた、入口または出口チャネルのうちの１つ以上と整列させられるように配置されてもよい。例えば、ある実施形態では、界面は、界面の中心点または幾何学的中線が、実質的に、出口チャネルの中心軸上に位置するように配置されることができる。
【００３４】
ある場合には、第１の接合部部分は、第１の断面積（例えば、第１の接合部部分を形成するチャネルによって画定される）を有してもよく、第２の接合部部分は、第２の断面積（例えば、第２の接合部部分を形成するチャネルによって画定される）を有してもよく、第１の断面積は、第２の断面積よりも小さい。例えば、第１の断面積は、第２の断面積の約９０％未満、約８０％未満、約７０％未満、約６０％未満、約５０％未満、約４０％未満、約３０％未満、約２０％未満、約１０％未満、または約５％未満であってもよい。
【００３５】
いくつかの実施形態では、その中の流体が、他の流体と容易に混合しない、例えば、共通接合部内の流体流れによって生じる渦または同等物のため捕捉される「死角」の形成を防止または少なくとも減少させる、チャネルの付加的「リップ」または他の部分が存在してもよい。これの実施例は、図５Ａにおいて、マイクロ流体システム４０に見られ得る。本図では、第１に、内側流体５１が点線によって示されるように、第１のチャネル４１を通って接合部部分４８に向かって流入する。第２に、外側流体５２が、同様に点線によって示されるように、接合部部分４８に向かって第２のチャネル４２および第３のチャネル４３を通って流動する。第１のチャネル４１、第２のチャネル４２、および第３のチャネル４３の交差点において、接合部部分４８内への第１のチャネル４１の入口の上方および下方のリップ部分３７が、第２の流体５２が接合部部分内への第１および第２の流体の流動のため捕捉され得る「死角」の生成を阻止および防止する。本実施例では、リップ部分は、接合部部分４８内への第２のチャネル４２および第３のチャネル４３の壁の延在部として存在するが、他の実施形態では、リップ部分は、接合部部分４８内の流体の「死角」の生成を防止または少なくとも減少させるために好適な他の形状を有してもよい。
【００３６】
本発明のある側面では、共通接合部におけるマイクロ流体チャネルはそれぞれ、実質的に同一の疎水性を有してもよい（但し、他の実施形態では、種々のチャネルは、異なる疎水性を有してもよい）。例えば、マイクロ流体チャネルを形成する壁は、実質的に、未処理であるか、または同一のコーティングで処理されてもよい。マイクロ流体チャネルをコーティングするためのシステムおよび方法の実施例は、以下に詳細に論じられる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、デバイスは、デバイスのチャネルを形成する壁への「汚染」または物質の体積が、殆どまたは全く生じないように構築および配列されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、多重エマルジョン液滴の最内流体となる流体等の流体は、流体が壁と接触するとき、チャネルの壁に堆積し得る物質を含有し得る。したがって、多重エマルジョン液滴の形成前および／または形成後の流体とチャネルの壁との接触を防止することによって、チャネル内の汚染の量は低減または排除さえされ得る。
【００３８】
例えば、一式の実施形態では、共通接合部において、第１のチャネル（例えば、図１Ａのチャネル１１）を通って流動する流体は、共通接合部に流入し、他のチャネル（例えば、図１Ａのチャネル１２、１３、１４、１５）を通って流入する流体によって包囲されてもよい。したがって、他のチャネルを通って流入する他の流体の存在に起因して、第１の接合部１１内の流体は、チャネルの壁に接触不可能となり得、したがって、この流体内に存在する種は、チャネルの壁に接触せず、それによって、それらの壁に堆積またはそれを汚染することができない。
【００３９】
包囲流体は、この流体が、種々の技法を使用して、チャネルの壁に接触しないように防止してもよい。例えば、流入チャネルの位置および／または流体の流速が、内側流体を包囲するために使用されてもよい。ある場合には、そのような制御は、それらの本明細書に説明されるもの等、任意のコーティング技法を要求せずに達成されてもよい。しかしながら、他の実施形態では、種々の流体の疎水性もまた、例えば、流体が、チャネルの壁と相互作用するように使用されてもよい。例えば、チャネル壁は、優先的に、内側流体以外の異なる流体を誘引し、内側流体が、壁によって比較的に拒絶または反発されるような疎水性を有してもよい。ある場合には、これらの組み合わせが、使用されてもよい。例えば、デバイスは、内側流体が、デバイス幾何学形状およびチャネルの壁との相互作用の組み合わせによって、チャネルの壁に接触しないように防止されるように、構築および配列されてもよい。
【００４０】
前述のように、いくつかの側面において、単分散エマルジョンが、そのようなデバイスを使用して産生されてもよい。流体液滴の形状および／またはサイズは、例えば、液滴の平均直径または他の特性寸法を測定することによって決定されることができる。複数または一連の液滴の「平均直径」は、液滴のそれぞれの平均直径の算術平均である。当業者は、例えば、レーザ光散乱、顕微鏡検査、または他の公知の技法を使用して、複数または一連の液滴の平均直径（または、他の特性寸法）を決定可能であろう。非球状液滴内の単一液滴の平均直径は、非球状液滴と同一の体積を有する完全球体の直径である。液滴（および／または複数あるいは一連の液滴）の液滴の平均直径は、ある場合には、例えば、約１ｍｍ未満、約５００マイクロメートル未満、約２００マイクロメートル未満、約１００マイクロメートル未満、約７５マイクロメートル未満、約５０マイクロメートル未満、約２５マイクロメートル未満、約１０マイクロメートル未満、または約５マイクロメートル未満であってもよい。平均直径はまた、ある場合には、少なくとも約１マイクロメートル、少なくとも約２マイクロメートル、少なくとも約３マイクロメートル、少なくとも約５マイクロメートル、少なくとも約１０マイクロメートル、少なくとも約１５マイクロメートル、または少なくとも約２０マイクロメートルであってもよい。
【００４１】
したがって、本明細書に説明される方法およびデバイスを使用して、いくつかの実施形態では、一貫したサイズおよび／または数の液滴を有するエマルジョンが、産生されることができ、および／または内側液滴（または、他のそのような比率）に対して、一貫した比率のサイズおよび／または数の外側液滴が、多重エマルジョンを伴う例に対して産生されることができる。例えば、ある場合には、予測可能サイズの外側液滴内の単一液滴は、特定の数量の薬物を提供するために使用することができる。加えて、化合物または薬物の組み合わせが、液滴内において貯蔵、輸送、または送達されてもよい。例えば、疎水性および親水性種は、液滴が、親水性および疎水性部分の両方を含むことができるため、単一の多重エマルジョン液滴内で送達されることができる。これらの部分のそれぞれの量および濃度は、本発明のある実施形態に従って、一貫して制御されることができ、予測可能および一貫した比率の２つ以上の種を多重エマルジョン液滴内に提供することができる。
【００４２】
用語「決定」は、本明細書で使用されるように、概して、例えば、定量的または定質的、種の分析または測定、および／または種の有無の検出を指す。「決定」はまた、例えば、定量的または定質的、あるいは相互作用の有無を検出することによる、２つ以上の種間の相互作用の分析または測定を指してもよい。好適な技法の実施例として、赤外線、吸収、蛍光、ＵＶ／可視光、ＦＴＩＲ（「フーリエ変換赤外線分光法」）、またはラマン法等の分光法、重量法、偏光解析法、圧電測定法、免疫測定法、電気化学測定法、光学密度測定等の光学測定法、円偏光二色性法、擬電場光散乱法等の光散乱測定法、偏光分析法、屈折率測定法、または濁度測定法が挙げられるが、それらに限定されない。
【００４３】
液滴の産生の速度は、多くの条件下において、約１００Ｈｚと５，０００Ｈｚとの間を変動し得る液滴形成周波数によって決定されてもよい。ある場合には、液滴産生の速度は、少なくとも約２００Ｈｚ、少なくとも約３００Ｈｚ、少なくとも約５００Ｈｚ、少なくとも約７５０Ｈｚ、少なくとも約１，０００Ｈｚ、少なくとも約２，０００Ｈｚ、少なくとも約３，０００Ｈｚ、少なくとも約４，０００Ｈｚ、または少なくとも約５，０００Ｈｚ等であってもよい。液滴は、「滴下」または「噴出」条件下において、産生されてもよい。加えて、大量の液滴の産生は、いくつかの事例では、複数のデバイスの並行使用によって促進されることができる。ある場合には、比較的に多くの数のデバイスは、並行して使用されてもよく、例えば、少なくとも約１０のデバイス、少なくとも約３０のデバイス、少なくとも約５０のデバイス、少なくとも約７５のデバイス、少なくとも約１００のデバイス、少なくとも約２００のデバイス、少なくとも約３００のデバイス、少なくとも約５００のデバイス、少なくとも約７５０のデバイス、または少なくとも約１，０００以上のデバイスが並行して動作させられてもよい。デバイスは、異なるチャネル、オリフィス、マイクロ流体等を備えてもよい。ある場合には、そのようなデバイスのアレイが、デバイスを水平および／または垂直に積層することによって形成されてもよい。デバイスは、全体的に制御されるか、または別個に制御されてもよく、用途に応じて、共通または別個の流体源を具備することができる。そのようなシステムの実施例はまた、２０１０年９月１６日に国際公開第２０１０／１０４５９７号として公開のＲｏｍａｎｏｗｓｋｙらの国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０００７５３号（２０１０年３月１２日出願、名称「Ｓｃａｌｅ―ｕｐ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」）にも説明され、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００４４】
流体は、液滴が、その包囲に対して、離散したままであるように選定されてもよい。非限定的実施例として、流体液滴は、第１の流体液滴を含有する第２の流体液滴を含有する搬送流体を有するように生成されてもよい。ある場合には、搬送流体と第１の流体とは、同じかまたは実質的に同じであってもよい。しかしながら、他の場合には、搬送流体、第１の流体、および第２の流体は、本質的に相互に非混和性であるように選定されてもよい。３つの本質的に相互に非混和性である流体を有する系のある非限定的実施例は、シリコーン油、鉱物油、および水溶液（すなわち、水、あるいはその中に溶解および／または懸濁される１つ以上の他の種を含有する水、例えば、塩溶液、生理食塩水溶液、粒子または細胞を含有する水の懸濁液等）である。システムの別の実施例は、シリコーン油、フッ化炭素油、および水溶液である。システムのさらに別の実施例は、炭化水素油（例えば、ヘキサデカン）、フッ化炭素油、および水溶液である。好適なフッ化炭素油の非限定的実施例は、ＨＦＥ７５００、オクタデカフルオロデカヒドロナフタレン：
【００４５】
【化１】
2014518768.tif 000003
または１−（１，２，２，３，３，４，４，５，５，６，６−ウンデカフルオロシクロヘキシル）エタノール：
【００４６】
【化２】
2014518768.tif 000004
を含む。
【００４７】
本明細書における説明において、多重エマルジョンは、多くの場合、３相系を参照して、すなわち、外側または搬送流体、第１の流体、および第２の流体を有するように説明される。しかしながら、これは、一例にすぎず、他の系においては、付加的な流体が、多重エマルジョン液滴内に存在してもよいことに留意されたい。故に、搬送流体、第１の流体、および第２の流体等の説明は、提示を容易にするためであって、本明細書における説明は、付加的流体、例えば、三重エマルジョン、四重エマルジョン、五重エマルジョン、六重エマルジョン、七重エマルジョン等を伴う系に容易に拡張可能であることを理解されたい。
【００４８】
流体粘度は、液滴形成に影響を及ぼし得るので、ある場合には、流体液滴内の流体のいずれかの粘度は、粘度の調節を補助することができる希釈剤等の構成要素を添加または除去することによって調節されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第１の流体と第２の流体の粘度とは、等しいかまたは実質的に等しい。これは、例えば、第１および第２の流体内における液滴形成の同等の頻度または速度を補助し得る。他の実施形態では、第１の流体の粘度は、第２の流体の粘度に等しいかまたは実質的に等しくてもよく、および／または第１の流体の粘度は、搬送流体の粘度に等しいかまたは実質的に等しくてもよい。さらに別の実施形態では、搬送流体は、実質的に第１の流体と異なる粘度を呈してもよい。粘度の実質的な差は、２つの流体間の粘度の差が、統計的有意性に基づいて測定され得ることを意味する。液滴内の流体粘度の他の分布もまた、可能である。例えば、第２の流体は、第１の流体の粘度を上回るかまたはそれ未満の粘度を有してもよい（すなわち、２つの流体の粘度は、実質的に異なってもよい）、第１の流体は、搬送流体の粘度を上回るかまたはそれ未満の粘度を有してもよい等である。また、例えば、３つ、４つ、５つ、６つ以上の流体を含有する、より高次の液滴中においては、粘度はまた、特定の用途に応じて、所望に応じて、独立して選択されてもよいことに留意されたい。
【００４９】
本発明のある実施形態では、流体液滴（または、その一部）は、付加的実体または種、例えば、他の化学物質、生化学物質、または生物学的実体（例えば、流体中に溶解または懸濁される）、細胞、粒子、ガス、分子、薬剤、薬物、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、香料、反応剤、殺生物剤、殺菌剤、保存料、化学物質等を含有してもよい。細胞は、例えば、流体エマルジョン中に懸濁されることができる。したがって、種は、エマルジョンの任意の部分内に含有され得る任意の物質であってもよい。種は、任意の流体液滴中、例えば、内側液滴内、外側液滴内等に存在してもよい。例えば、１つ以上の細胞および／または１つ以上の細胞タイプが、液滴内に含有されることができる。
【００５０】
本発明のある側面では、非常に薄い「シェル」を有する多重エマルジョン液滴が、産生されることができる。例えば、そのような液滴では、第１の内側流体と１つ以上の包囲流体との間の体積比は、少なくとも約１：１、少なくとも約２：１、少なくとも約３：１、少なくとも約５：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約１５：１、少なくとも約２０：１、少なくとも約２５：１、少なくとも約３０：１、少なくとも約４０：１、少なくとも約５０：１等であるか、あるいは内側流体が、多重エマルジョン液滴の体積の残りを形成する包囲流体を有する多重エマルジョン液滴の体積の少なくとも約５０％、少なくとも約５５％、少なくとも約６０％、少なくとも約６５％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、または少なくとも約９５％を備えるようなものであってもよい。
【００５１】
液滴を包囲する流体「シェル」は、２つの界面、すなわち、第１の流体と第２の流体との間の第１の界面と、第２の流体と搬送流体との間の第２の界面であるように画定されてもよい。界面は、約１ｍｍ以下、約３００マイクロメートル以下、約１００マイクロメートル以下、約３０マイクロメートル以下、約１０マイクロメートル以下、約３マイクロメートル以下、約１マイクロメートル以下等である、平均分離距離（液滴にわたる平均として決定される）を有してもよい。ある場合には、界面は、液滴の平均寸法に対して画定される平均分離距離を有してもよい。例えば、平均分離距離は、液滴の平均寸法の約３０％未満、約２５％未満、約２０％未満、約１５％未満、約１０％未満、約５％未満、約３％未満、約２％未満、または約１％未満であってもよい。
【００５２】
本発明のある側面は、概して、それらの前述のもの等、チャネルを含有するデバイスを対象とする。ある場合には、チャネルのうちのいくつかは、マイクロ流体チャネルであってもよいが、ある事例では、チャネルの全てがマイクロ流体ではない。デバイス内に、マイクロ流体チャネルを含め、任意の数のチャネルが存在することができ、チャネルは、任意の好適な構成で配列されてもよい。チャネルは全て、相互接続されてもよく、または２つ以上のチャネル網が存在することもできる。チャネルは、独立して、直線、湾曲、屈曲等であってもよい。ある場合には、デバイス内に、比較的に多数のおよび／または比較的に長いチャネルが存在してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、デバイス内のチャネルは、ともに加算されると、ある場合には、少なくとも約１００マイクロメートル、少なくとも約３００マイクロメートル、少なくとも約５００マイクロメートル、少なくとも約１ｍｍ、少なくとも約３ｍｍ、少なくとも約５ｍｍ、少なくとも約１０ｍｍ、少なくとも約３０ｍｍ、少なくとも５０ｍｍ、少なくとも約１００ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、少なくとも約５００ｍｍ、少なくとも約１ｍ、少なくとも約２ｍ、または少なくとも約３ｍの全体長さを有し得る。別の実施例として、デバイスは、少なくとも１チャネル、少なくとも３チャネル、少なくとも５チャネル、少なくとも１０チャネル、少なくとも２０チャネル、少なくとも３０チャネル、少なくとも４０チャネル、少なくとも５０チャネル、少なくとも７０チャネル、少なくとも１００チャネル等を有することができる。
【００５３】
いくつかの実施形態では、デバイス内のチャネルのうちの少なくともいくつかは、マイクロ流体チャネルである。「マイクロ流体」は、本明細書において使用されるように、約１ｍｍ未満の断面寸法を有する少なくとも１つの流体チャネルを含むデバイス、物品、またはシステムを指す。チャネルの「断面寸法」は、チャネル内の正面流体流れの方向に垂直に測定される。したがって、例えば、デバイス内の流体チャネルの一部または全部は、約２ｍｍ未満、ある場合には、約１ｍｍ未満の最大断面寸法を有することができる。一式の実施形態では、デバイス内の全流体チャネルは、マイクロ流体であって、および／または約２ｍｍ以下または約１ｍｍ以下の最大断面寸法を有する。ある実施形態では、流体チャネルは、部分的に、単一構成要素（例えば、エッチングされた基板または成形されたユニット）によって形成されてもよい。当然ながら、より大きいチャネル、管、チャンバ、リザーバ等を使用して、例えば、前述のように、本発明の他の実施形態では、流体を貯蔵するか、および／または流体を種々の要素またはシステムに送達することができる。一式の実施形態では、デバイス内のチャネルの最大断面寸法は、５００マイクロメートル未満、２００マイクロメートル未満、１００マイクロメートル未満、５０マイクロメートル未満、または２５マイクロメートル未満である。
【００５４】
「チャネル」は、本明細書で使用されるように、少なくとも部分的に、流体の流動を指向させるデバイスまたは基板の上あるいは中の特徴を意味する。チャネルは、任意の断面形状（円形、卵形、三角形、不整形、正方形または長方形等）を有することができ、被覆されるか、または被覆されないこともできる。完全に被覆される実施形態では、チャネルの少なくとも１つの部分は、完全に封入された断面を有することができ、またはチャネル全体が、その全長に沿って、その入口および／または出口あるいは開口部を除き、完全に封入されてもよい。チャネルはまた、少なくとも、２：１、より典型的には、少なくとも、３：１、４：１、５：１、６：１、８：１、１０：１、１５：１、２０：１以上のアスペクト比（長さ対平均断面寸法）を有してもよい。開放チャネルは、概して、流体輸送の制御を促進する特性、例えば、構造特性（細長いくぼみ）、および／または物理的あるいは化学的特性（疎水性対親水性）、もしくは流体に力（例えば、抑制力）を付与することができる他の特性を含むであろう。チャネル内の流体は、部分的または全体的に、チャネルを充填してもよい。開放チャネルが使用される場合には、流体は、例えば、表面張力（すなわち、凹状または凸状メニスカス）を使用して、チャネル内に保持されてもよい。
【００５５】
チャネルは、任意のサイズであり、例えば、約５ｍｍまたは２ｍｍ未満、あるいは約１ｍｍ未満、約５００ミクロン未満、約２００ミクロン未満、約１００ミクロン未満、約６０ミクロン未満、約５０ミクロン未満、約４０ミクロン未満、約３０ミクロン未満、約２５ミクロン未満、約１０ミクロン未満、約３ミクロン未満、約１ミクロン未満、約３００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約３０ｎｍ未満、もしくは約１０ｎｍ未満の正味流体流れに垂直な最大寸法を有してもよい。ある場合には、チャネルの寸法は、流体が、デバイスまたは基板を通って自由に流動可能であるように選定される。チャネルの寸法はまた、例えば、チャネル内の流体のある体積または線形流速を可能にするように選定されてもよい。当然ながら、チャネルの数およびチャネルの形状は、当業者に公知の任意の方法によって変動させられることができる。ある場合には、２つ以上のチャネルが使用されてもよい。例えば、２つ以上のチャネルが使用されてもよく、その場合、相互に隣接または近接して配置され、相互に交差するように配置される等となる。
【００５６】
ある実施形態では、デバイス内のチャネルのうちの１つ以上は、約１０ｃｍ未満の平均断面寸法を有してもよい。ある事例では、チャネルの平均断面寸法は、約５ｃｍ未満、約３ｃｍ未満、約１ｃｍ未満、約５ｍｍ未満、約３ｍｍ未満、約１ｍｍ未満、５００マイクロメートル未満、２００マイクロメートル未満、１００マイクロメートル未満、５０マイクロメートル未満、または２５マイクロメートル未満である。「平均断面寸法」は、チャネル内の正味流体流れに垂直な平面において測定される。チャネルが非円形である場合、平均断面寸法は、チャネルの断面積と同一の面積を有する円形の直径として求められてもよい。したがって、チャネルは、任意の好適な断面形状、例えば、円形、卵形、三角形、不整形、正方形、長方形、四角形等を有してもよい。いくつかの実施形態では、チャネルは、チャネル内に含有される１つ以上の流体の層流を生じさせるように寸法設定される。
【００５７】
チャネルはまた、任意の好適な断面アスペクト比を有してもよい。「断面アスペクト比」は、チャネルの断面形状に対する、断面形状上で相互に直交して行われる２つの測定値の最大可能比率（大対小）である。例えば、チャネルは、約２：１未満、約１．５：１未満、または、ある場合には、約１：１（例えば、円形または正方形の断面形状の場合）の断面アスペクト比を有してもよい。他の実施形態では、断面アスペクト比は、比較的に大きくてもよい。例えば、断面アスペクト比は、少なくとも約２：１、少なくとも約３：１、少なくとも約４：１、少なくとも約５：１、少なくとも約６：１、少なくとも約７：１、少なくとも約８：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約１２：１、少なくとも約１５：１、または少なくとも約２０：１であってもよい。
【００５８】
前述のように、チャネルは、デバイス内において、任意の好適な構成で配列されることができる。様々なチャネル配列が使用され、例えば、チャネル内の流体、液滴、および／または他の種を操作してもよい。例えば、デバイス内のチャネルは、液滴（例えば、離散液滴、単一エマルジョン、二重エマルジョン、または他の多重エマルジョン等）を生成し、流体および／または液滴あるいはその中に含有される他の種を混合し、流体および／または液滴あるいはその中に含有される他の種を選別もしくは分類し、流体および／または液滴を分裂あるいは分割し、反応を生じさせる（例えば、２つの流体間で、第１の流体および第２の流体によって搬送される種間で、または２つの流体によって搬送される２つの種間で生じさせる）等を行うように配列されることができる。
【００５９】
流体、液滴、および／または他の種を操作するためのシステムの非限定的実施例は、以下に論じられる。好適な操作システムの付加的実施例はまた、２００６年７月２７日に米国特許出願公開第２００６／０１６３３８５号として公開のＬｉｎｋらの米国特許出願第１１／２４６，９１１号（２００５年１０月７日出願、名称「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｐｅｃｉｅｓ」）、２０１０年５月４日発行の現在米国特許第７，７０８，９４９号のＳｔｏｎｅらの米国特許出願第１１／０２４，２２８号（２００４年１２月２８日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」）、２００９年５月２１日に米国特許出願公開第２００９／０１３１５４３として公開のＷｅｉｔｚらの米国特許出願第１１／８８５，３０６号（２００７年８月２９日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」）、および２００７年１月４日に米国特許出願公開第２００７／０００３４４２号として公開のＬｉｎｋらの米国特許出願第１１／３６０，８４５号（２００６年２月２３日出願、名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｐｅｃｉｅｓ」）に見られ得、それぞれ参照することによって全体として本明細書に組み込まれる。
【００６０】
流体は、１つ以上の流体源を介して、デバイス内のチャネル中に送達されてもよい。任意の好適な流体源が使用されることができ、ある場合には、２つ以上の流体源が使用される。例えば、ポンプ、重力、毛細管作用、表面張力、電気浸透、遠心力等を使用して、流体源から、デバイス内の１つ以上のチャネル中に流体を送達してもよい。ポンプの非限定的実施例として、注入ポンプ、蠕動ポンプ、加圧流体源等が挙げられる。デバイスは、それと関連付けられた任意の数の流体源、例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０以上等の流体源を有することができる。流体源は、同一のチャネル中に流体を送達するために使用される必要はなく、例えば、第１の流体源は、第１の流体を第１のチャネルに送達することができる一方、第２の流体源は、第２の流体を第２のチャネルに送達することができる等となる。ある場合には、２つ以上のチャネルが、１つ以上の交差点で交差するように配列される。任意の数の流体チャネル交差点、例えば、２、３、４、５、６以上等の交差点が、デバイス内に存在してもよい。
【００６１】
本発明のある側面によると、種々の材料および方法を使用して、本明細書に説明されるもの等、例えば、マイクロ流体チャネル等のチャネル、チャンバ等のデバイスまたは構成要素を形成することができる。例えば、種々のデバイスまたは構成要素は、固体材料から形成されることができ、チャネルは、微細機械加工、スピンコーティングおよび化学蒸着等のフィルム蒸着プロセス、レーザ加工、フォトリソグラフィック技法、湿潤化学またはプラズマプロセスを含むエッチング方法、および同等物を介して、形成されることができる。例えば、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ａｍｅｒｉｃａｎ、２４８：４４−５５、１９８３（Ａｎｇｅｌｌら）を参照されたい。
【００６２】
一式の実施形態では、本明細書に説明されるデバイスの種々の構造または構成要素は、ポリマー、例えば、ポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」またはＴｅｆｌｏｎ（登録商標））、あるいは同等物等のエラストマーポリマーから形成されることができる。例えば、一実施形態によると、マイクロ流体チャネルは、ＰＤＭＳまたは他のソフトリソグラフィ技法を使用して、流体システムを別個に加工することによって実装されてもよい（本実施形態に好適なソフトリソグラフィ技法の詳細は、１９９８年にＡｎｎｕａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅから出版されたＹｏｕｎａｎ  ＸｉａおよびＧｅｏｒｇｅ  Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ著「Ｓｏｆｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」（Ｖｏｌ．２８、１５３―１８４ページ）、および２００１年にＡｎｎｕａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇから出版されたＧｅｏｒｇｅ  Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、Ｅｍａｎｕｅｌｅ  Ｏｓｔｕｎｉ、Ｓｈｕｉｃｈｉ  Ｔａｋａｙａｍａ、Ｘｉｎｇｙｕ  Ｊｉａｎｇ、およびＤｏｎａｌｄ  Ｅ．Ｉｎｇｂｅｒ著「Ｓｏｆｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｉｎ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」（Ｖｏｌ．３、３３５―３７３ページ）の参考文献に論じられ、これらの参考文献はそれぞれ、参照することによって本明細書に組み込まれる）。
【００６３】
潜在的に好適なポリマーの他の実施例として、テレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）、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、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ポリマー、シリコーン、例えば、ポリジメチルシロキサン、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等が挙げられるが、それらに限定されない。前述のものを含むポリマーを有する組み合わせ、コポリマー、または混成物もまた、想定される。デバイスはまた、複合材材料、例えば、ポリマーおよび半導体材料の複合材から形成されてもよい。
【００６４】
いくつかの実施形態では、デバイスの種々の構造または構成要素は、ポリマーおよび／または可撓性および／またはエラストマー材料から加工され、硬化性流体から便宜的に形成され、成形（例えば、レプリカ成形、射出成形、鋳込成形等）を介して、加工を促進することができる。硬化性流体は、本質的に、流体網内およびそれをともに使用するために想定される流体を含有および／または輸送可能な固体に固化するように誘導される、あるいは自発的に固化し得る、任意の流体であることができる。一実施形態では、硬化性流体は、ポリマー液体または液体ポリマー前駆体（すなわち、「プレポリマー」）を含む。好適なポリマー液体は、例えば、その融点を上回って加熱される、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、ワックス、金属、あるいはその混合物または複合材を含むことができる。別の実施例として、好適なポリマー液体は、溶液が、溶媒の除去に応じて、例えば、蒸発によって、固体ポリマー材料を形成する、好適な溶媒中の１つ以上のポリマーの溶液を含んでもよい。例えば、溶融状態から、または溶媒蒸発によって、固化され得る、そのようなポリマー材料は、当業者に周知である。その多くがエラストマーである種々のポリマー材料が好適であって、また、鋳型マスタの一方または両方が、エラストマー材料から構成される実施形態の場合、鋳型または鋳型マスタを形成するためにも好適である。そのようなポリマーの実施例の非限定的リストとして、シリコーンポリマー、エポキシポリマー、およびアクリレートポリマーの一般的種類のポリマーが挙げられる。エポキシポリマーは、一般に、エポキシ基と称される、３員環エーテル基、１，２−エポキシド、またはオキシランの存在を特徴とする。例えば、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルが、芳香族アミン、トリアジン、および脂環式骨格系の化合物に加え、使用されることができる。別の実施例として、公知のＮｏｖｏｌａｃポリマーが挙げられる。本発明による使用に好適なシリコーンエラストマーの非限定的実施例として、メチルクロロシラン、エチルクロロシラン、フェニルクロロシラン等のクロロシランを含む、前駆体から形成されるものが挙げられる。
【００６５】
シリコーンポリマー、ある実施形態では、例えば、シリコーンエラストマーポリジメチルシロキサンが使用される。ＰＤＭＳポリマーの非限定的実施例として、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）によって、商標名Ｓｙｌｇａｒｄで販売されているもの、特に、Ｓｙｌｇａｒｄ  １８２、Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４、およびＳｙｌｇａｒｄ  １８６が挙げられる。ＰＤＭＳを含むシリコーンポリマーは、本発明の種々の構造の加工を単純化する、いくつかの有益な特性を有する。例えば、そのような材料は、安価で、容易に利用可能であって、かつ熱による硬化を介して、プレポリマー液体から固化されることができる。例えば、ＰＤＭＳは、典型的には、例えば、約１時間の暴露時間の間、例えば、約６５ｏＣ〜約７５ｏＣの温度にプレポリマー液体を暴露することによって、硬化可能である。また、ＰＤＭＳ等のシリコーンポリマーは、エラストマーであることができ、したがって、本発明のある実施形態において必要である、比較的に高アスペクト比を伴う、非常に小さい特徴を形成するために有用であり得る。可撓性（例えば、エラストマー）鋳型またはマスタは、この点において、有利であり得る。
【００６６】
ＰＤＭＳ等のシリコーンポリマーから、マイクロ流体構造またはチャネル等の構造を形成する利点の１つは、酸化された構造が、その表面に、他の酸化されたシリコーンポリマー表面または種々の他のポリマーおよび非ポリマー材料の酸化された表面に架橋結合可能な化学基を含有するように、例えば、空気プラズマ等の酸素含有プラズマへの暴露によって、酸化されるそのようなポリマーの能力である。したがって、構造が、加工され、次いで、酸化され、本質的に、別個の接着剤または他の封止手段の必要なく、他のシリコーンポリマー表面、あるいは酸化されたシリコーンポリマー表面と反応する他の基板の表面に不可逆的に封止されることができる。ほとんどの場合、封止は、補助圧力を印加し、封止を形成する必要なく、単純に、酸化されたシリコーン表面を別の表面に接触させることによって、完了されることができる。すなわち、事前に酸化されたシリコーン表面は、好適な嵌合表面に対して、接触接着剤として作用する。具体的には、それ自体に不可逆的に封止可能であることに加え、酸化されたＰＤＭＳ等の酸化されたシリコーンはまた、例えば、ＰＤＭＳ表面に類似方式において酸化された（例えば、酸素含有プラズマへの暴露を介して）ガラス、シリコン、シリコン酸化物、石英、シリコン窒化物、ポリエチレン、ポリスチレン、ガラス状炭素、およびエポキシポリマーを含む、ある範囲のそれ自体以外の酸化された材料に不可逆的に封止されることができる。本発明の状況において有用な酸化および封止方法ならびに全体的成形技法は、当技術分野において、例えば、記事「Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ」、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，７０：４７４−４８０，１９９８（Ｄｕｆｆｙら）（参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されている。
【００６７】
酸化されたシリコーンポリマーからチャネルまたは他の構造（または、内部流体接触表面）を形成する別の利点は、これらの表面が、典型的エラストマーポリマーの表面より遥かに親水性であり得ることである（親水性内部表面が所望される場合）。そのような親水性チャネル表面は、したがって、典型的非酸化エラストマーポリマーまたは他の疎水性材料から構成される構造より容易に水溶液で充填および湿潤されることができる。
【００６８】
いくつかの側面では、そのようなデバイスは、２つ以上の層または基板、例えば、ＰＤＭＳの２つ以上の層を使用して産生されてもよい。例えば、複数の高さを伴うチャネルを有するデバイスおよび／または本明細書に説明されるように配置される界面を有するデバイスは、２つ以上の層または基板を使用して産生されてもよく、これは、次いで、例えば、プラズマ接合を使用して、組み立てられる、またはともに接合され、最終デバイスを産生してもよい。いくつかの実施形態では、層のうちの１つ以上は、例えば、関鍵方式において、層を適切に整列させるように整列させられる、１つ以上の嵌合突出および／またはくぼみを有してもよい。例えば、第１の層は、突出（任意の好適な形状を有する）を有してもよく、第２の層は、突出を受容し、それによって、２つの層を相互に対して適切に整列させることができる、対応するくぼみを有してもよい。
【００６９】
いくつかの側面では、チャネルの１つ以上の壁または部分は、例えば、光活性コーティング材料を含むコーティング材料でコーティングされてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、共通接合部におけるマイクロ流体チャネルはそれぞれ、実質的に同一の疎水性を有してもよいが、他の実施形態では、種々のチャネルは、異なる疎水性を有してもよい。例えば、共通接合部における、第１のチャネル（または、一式のチャネル）は、第１の疎水性を呈してもよい一方、他のチャネルは、第１の疎水性と異なる第２の疎水性を呈してもよく、例えば、第１の疎水性を上回るまたはそれ未満の疎水性を呈する。例えば、ゾルゲルコーティングで、マイクロ流体チャネルをコーティングするためのシステムおよび方法の非限定的実施例は、２００９年１０月１日に国際公開第２００９／１２０２５４号として公開のＡｂａｔｅらの国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０００８５０号（２００９年２月１１日出願、名称「Ｓｕｒｆａｃｅｓ，Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ，Ｗｉｔｈ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｗｅｔｔｉｎｇ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」）、および２００９年２月１２日に国際公開第２００９／０２０６３３号として公開のＷｅｉｔｚらの国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００９４７７号（２００８年８月７日出願、名称「Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ  ｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ」）に見られ得、それぞれ、参照することによって全体が本明細書に組み込まれる。
【００７０】
前述のように、ある場合には、チャネルの一部または全部が、コーティングされてもよく、あるいは、別様に入口および娘チャネルを含むチャネルの一部または全部が、それぞれ、実質的に同一の親水性を有するように処理されてもよい。コーティング材料は、ある事例では、チャネルの壁の疎水性を制御および／または改変するために使用することができる。いくつかの実施形態では、ゾルゲルは、マイクロ流体チャネル等の壁等の基板上のコーティングとして形成されることができるように提供される。ゾルゲルの１つ以上の部分は、ある場合には、その疎水性を改変するように反応されることができる。例えば、ゾルゲルの一部は、ゾルゲル内において、その疎水性を改変する、化学反応を誘発するために使用され得る、紫外線光等の光に暴露されてもよい。ゾルゲルは、光への暴露に応じて、ラジカルを産生する、光開始剤を含んでもよい。随意に、光開始剤は、シランまたはゾルゲル内の他の材料に共役される。そのように産生されたラジカルは、凝縮または重合反応をゾルゲルの表面上で生じさせ、したがって、表面の疎水性を改変するために使用されてもよい。ある場合には、種々の部分は、例えば、光への暴露を制御することによって（例えば、マスクを使用して）、反応されてもよく、または反応されずに残されてもよい。
【００７１】
したがって、本発明の一側面では、チャネルの壁上のコーティングは、ゾルゲルであってもよい。当業者に公知のように、ゾルゲルは、ゾルまたはゲル状態にあり得る、材料である。ある場合には、ゾルゲル材料は、ポリマーを含んでもよい。ゾル状態は、化学反応によって、ゲル状態に変換されてもよい。ある場合には、反応は、例えば、乾燥または加熱技法を介して、ゾルから溶媒を除去することによって促進されてもよい。したがって、ある場合には、例えば、後述されるように、ゾルは、例えば、ある程度の凝縮をゾル内で生じさせることによって、使用される前に処理されてもよい。ゾルゲル化学性質は、一般に、重合に類似するが、シランの一連の加水分解であって、シラノールおよびこれらのシラノールの後続凝縮をもたらし、シリカまたはシロキサンを形成する。
【００７２】
例えば、ゾルゲルコーティングは、疎水性ポリマーをゾルゲル中に組み込むことによって、より疎水性にされてもよい。例えば、ゾルゲルは、１つ以上のシラン、例えば、ヘプタデカフルオロシランまたはヘプタデカフルオロオクチルシラン等のフルオロシラン（すなわち、少なくとも１個のフッ素原子を含有するシラン）、あるいはメチルトリエトキシシラン（ＭＴＥＳ）等の他のシラン、もしくはオクタデシルシランまたは他のＣＨ３（ＣＨ２）ｎ−シラン（ｎは、任意の好適な整数であることができる）等の１個以上の脂質鎖を含有するシランを含有してもよい。
【００７３】
ゾルゲルは、基板上のコーティングとして存在してもよく、コーティングは、任意の好適な厚さを有してもよい。例えば、コーティングは、約１００マイクロメートル以下、約３０マイクロメートル以下、約１０マイクロメートル以下、約３マイクロメートル以下、または約１マイクロメートル以下の厚さを有してもよい。
【００７４】
ゾルゲルコーティングの疎水性は、例えば、ゾルゲルコーティングの少なくとも一部を凝縮または重合反応に暴露し、ポリマーをゾルゲルコーティングに反応させることによって修飾されることができる。ゾルゲルコーティングに反応されるポリマーは、任意の好適なポリマーであってもよく、ある疎水性特性を有するように選定されてもよい。例えば、ポリマーは、基板および／またはゾルゲルコーティングより疎水性またはより親水性であるように選定されてもよい。
【００７５】
故に、本発明のいくつかの側面は、概して、そのようなゾルゲルを基板の少なくとも一部上にコーティングするためのシステムおよび方法を対象とする。一式の実施形態では、マイクロ流体チャネル等の基板が、ゾルに暴露され、次いで、ゾルゲルコーティングを形成するように処理される。ある場合には、ゾルはまた、部分的凝縮または重合を生じさせるように事前に処理されることができる。
【００７６】
ある実施形態では、コーティングの一部は、コーティングが基板に導入された後、その疎水性（または、他の特性）を改変するように処理されてもよい。ある場合には、コーティングは、モノマーおよび／またはオリゴマーを含有する溶液に暴露され、次いで、前述のように、凝縮または重合化され、コーティングに接合される。例えば、コーティングの一部は、フリーラジカル重合反応を開始し、重合を生じさせるために使用され得る、熱または紫外線光等の光に暴露されてもよい。
【００７７】
以下の文書：Ｗｅｉｔｚらの米国特許出願第１１／８８５，３０６号（２００７年８月２９日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」）、米国特許出願公開第２００９／０１３１５４３号（２００９年５月２１日出願）、Ｃｈｕらの米国特許出願第１２／０５８，６２８号（２００８年３月２８日出願、名称「Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」）であって、現在は米国特許第７，７７６，９２７号（２０１０年８月２７日発行）、Ｗｅｉｔｚらの国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０００７６３号（２０１０年３月１２日出願、名称「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｒｅａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」）であって、国際公開第２０１０／１０４６０４号（２０１０年９月１６日公開）、Ｗｅｉｔｚらの国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４７４５８号（２０１０年９月１日出願、名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ  Ｃｒｅａｔｅｄ  Ｕｓｉｎｇ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」）、Ｗｅｉｔｚらの国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４７４６７号（２０１０年９月１日出願、名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ  Ｃｒｅａｔｅｄ  Ｕｓｉｎｇ  Ｊｅｔｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」）は、参照することによって本明細書に組み込まれる。また、米国仮特許出願第６１／４８９，２１１号（２０１１年５月２３日出願、名称「Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ，Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」）は、その全体が参照することによって本明細書に援用される。
【００７８】
以下の実施例は、本発明のある実施形態を図示することを意図するが、本発明の全範囲を例示するものではない。
【００７９】
（実施例１）
フォトリソグラフィは、マイクロメートル尺度のデバイスを加工するための正確、再現可能、かつ容易な方法である。しかしながら、そのようなデバイス内で二重エマルジョンを産生するのは容易ではない。二重乳化のためのある溶液は、局所ベースでデバイスの湿潤親和性を制御する。例えば、水／油／水エマルジョン（ｗ／ｏ／ｗ）は、第１の乳化ステップが、局所疎水性であって、第２の乳化ステップが、局所親水性であるように調製され得る。例えば、Ｗｅｉｔｚらの国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４７４５８号（２０１０年９月１日出願、名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ  Ｃｒｅａｔｅｄ  Ｕｓｉｎｇ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」）（参照することによって本明細書に組み込まれる）を参照されたい。
【００８０】
そのようなデバイス内の湿潤制約を克服するための別の方法は、乳化ステップの幾何学形状を制御することによるものである。より拡張された液滴生成接合部を作製することによって、連続流体は、分散された流体の周囲に流動させ、壁から遮蔽させ、デバイスの壁を湿潤させないように防止し、したがって、元々の制約された幾何学形状内で存在していた湿潤の問題を排除し得る。
【００８１】
フォトリソグラフィック暴露は、多層デバイスを作製するために繰り返されることができるが、図１におけるもの等のいくつかのトポロジは、時として、複数回の暴露を使用して達成することが困難である可能性があり、加工後、デバイスを積層する相補的方法を要求し得る。マイクロメートル尺度のデバイスの積層を整列させる方法の１つは、デバイスの固有の部分である、合致する「関鍵」に依拠する（図２）。図２Ａは、フォトリソグラフィを使用して調製された２つの層状マスタを示す。２つの層の整列は、２つのＰＤＭＳ半体の整列を決定する（図２Ｃ）。図２Ｂは、半体に切断された２つの層状デバイスを示し、図２Ｃは、例えば、プラズマ接合を使用して、相互に対向して接合された２つの半体を示す。図２Ｄおよび２Ｅは、ともに嵌着し、２つの半体の自己整列を果たすように、デバイスの一方の半体上に突出し、対向する半体上にエンボス加工された整列構造を示す。水による接触表面の潤滑は、整列プロセス後、焼成するまで、一時的に、プラズマ接合を無効にするために使用されてもよい。
【００８２】
ある場合には、単一ステップ乳化は、そのような２つの厚さのデバイスで達成されてもよい。例えば、疎水性デバイスを使用して、流体間の接触点において、油中水を乳化させてもよい。第２の乳化部位に近接して、本接触点を設計することによって、単一ステッププロセスをもたらすことができる。本プロセスはまた、いくつかの実施形態では、例えば、１：２５シェル／内側相の体積分率を伴う非常に薄いシェルによって、二重エマルジョンを産生することができる（図３）。本図は、左図における１：１の内側：シェル体積分率から右図における２５：１の内側：シェル体積分率への異なる体積分率によって形成されるｗ／ｏ／ｗ二重エマルジョンのための単一ステップの２つの厚さデバイスを示す。
【００８３】
本発明のいくつかの実施形態が、本明細書に説明および図示されたが、当業者は、本明細書に説明される機能を果たし、および／または結果および利点のうちの１つ以上を得るための種々の他の手段および／または構造を容易に想起するであろうが、そのような変形例および／または修正はそれぞれ、本発明の範囲内であると見なされる。より一般的には、当業者は、本明細書に説明される全パラメータ、寸法、材料、および構成が、例示であることが意図され、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成が、本発明の教示が使用される具体的用途または複数の用途に依存するであろうことを容易に理解するであろう。当業者は、本明細書に説明される本発明の具体的実施形態に対する多くの均等物を認識する、または通常程度の実験を使用して、解明可能であろう。したがって、前述の実施形態は、一例として提示されるにすぎず、添付の請求項およびその均等物の範囲内において、本発明は、具体的に説明されるおよび請求されるものと別様に実践されてもよいことを理解されたい。本発明は、本明細書に説明される各個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法を対象とする。加えて、２つ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法の任意の組み合わせも、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法が、相互に矛盾しない場合、本発明の範囲内に含まれる。
【００８４】
本明細書で定義および使用される全定義は、辞書定義、参照することによって組み込まれる文書内の定義、および／または定義される用語の通常の意味に優先するものと理解されたい。
【００８５】
不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、本明細書および請求項で使用されるように、そうでないことが明白に示されない限り、「少なくとも１つ」を意味するものと理解されたい。
【００８６】
語句「および／または」は、本明細書および請求項で使用されるように、そのように結合された要素の「一方または両方」、すなわち、要素は、ある場合には、結合して存在し、他の場合には、分離して存在することを意味するものと理解されたい。「および／または」で列挙された複数の要素も、同じ方式で、すなわち、そのように結合された要素の「１つ以上」であると解釈されたい。具体的に識別されたそれらの要素に関連するかどうかに関わらず、「および／または」節によって具体的に識別される要素以外の他の要素も、随意に、存在してもよい。したがって、非限定的実施例として、「Ａおよび／またはＢ」の言及が、「備える」等の非限定的用語と併用されるとき、一実施形態では、Ａのみ（随意に、Ｂ以外の要素を含む）、別の実施形態では、Ｂのみ（随意に、Ａ以外の要素を含む）、さらに別の実施形態では、ＡおよびＢの両方（随意に、他の要素を含む）を指す等となり得る。
【００８７】
本明細書および請求項で使用されるように、「または」は、前述のような「および／または」と同じ意味を有すると理解されたい。例えば、リスト内のアイテムを分離するとき、「または」または「および／または」は、包含として、すなわち、少なくとも１つの含有であるが、また、要素の数またはリストのうちの２つ以上と、随意に、付加的列挙されないアイテムを含むと解釈されるものとする。「のうちの１つのみ」または「のうちの正確に１つ」、あるいは、請求項において使用されるときの「から構成される」等のそうではないことが明確に示される用語のみ、要素の数またはリストのうちの正確に１つの要素の含有を指すであろう。一般に、用語「または」は、本明細書で使用されるように、「一方」、「のうちの１つ」、「のうちの１つのみ」、または「のうちの正確に１つ」等の排他性の用語によって先行されるときのみ、排他的代替（すなわち、「一方または他方であるが、両方ではない」）を示すように解釈されるものとする。「本質的に、から構成される」は、請求項で使用されるとき、特許法の分野において使用されるその通常の意味を有するものとする。
【００８８】
本明細書および請求項で使用されるように、１つ以上の要素のリストの言及における語句「少なくとも１つ」は、要素のリスト内の要素のうちの任意の１つ以上から選択される少なくとも１つの要素を意味するが、必ずしも、要素のリスト内に具体的に列挙されるあらゆる要素のうちの少なくとも１つを含むわけではなく、要素のリスト内の要素の任意の組み合わせを排除するわけでもないことを理解されたい。この定義はまた、随意に、具体的に識別されたそれらの要素に関連するかどうかに関わらず、語句「少なくとも１つ」が指す要素のリスト内で具体的に識別された要素以外の要素が存在し得ることを可能にする。したがって、非限定的実施例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（または、同等に、「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」、あるいは、同等に「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、少なくとも１つであり、随意に、２つ以上であり、Ａを含むが、Ｂが存在しない（および、随意に、Ｂ以外の要素を含む）、別の実施形態では、少なくとも１つであり、随意に、２つ以上であり、Ｂを含むが、Ａが存在しない（および、随意に、Ａ以外の要素を含む）、さらに別の実施形態では、少なくとも１つであり、随意に、２つ以上であり、Ａを含み、かつ少なくとも１つであり、随意に、２つ以上であり、Ｂを含む（および、随意に、他の要素を含む）等を指すことができる。
【００８９】
また、そうでないことが明確に示されない限り、本明細書で請求される任意の方法では、２つ以上のステップまたは作用を含み、方法のステップまたは作用の順序は、必ずしも、方法のステップまたは作用が列挙される順序に限定されないことを理解されたい。
【００９０】
請求項ならびに前述の明細書では、「備える」、「含む」、「担持する」、「有する」、「含有する」、「伴う」、「保持する」、「構成される」等の全ての移行句は、非限定的であると理解される、すなわち、それを含むが、それに限定されないことを意味する。移行句「から構成される」および「本質的に、から構成される」のみが、それぞれ、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｏｆｆｉｃｅ  Ｍａｎｕａｌ  ｏｆ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，Ｓｅｃｔｉｏｎ  ２１１１．０３に記載されるように、限定的または半限定的移行句であるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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