(57)【要約】  本教示の流体デバイスの様々な実施形態および方法は、標準的な実験室用液体取り扱い機器によって提供され得る圧力を使用して、例示的な実施形態において液滴とされる、流体試料の正確なデバイス上充填、ならびに流体試料の融合、混合、および分割を提供することができる。本教示の流体デバイスの様々な実施形態は、流体試料の充填から流体試料の分割までの各工程について、ピコリットルからナノリットルのスケールで、正確かつ精密な流体体積のデバイス上の操作を提供することができる。本教示の流体要素の様々な実施形態、例えば、これに限定されないが、本教示の流体トラップの様々な実施形態は、制約された測定可能な幾何学形状を有することができ、デバイス上の液体取り扱いプロセスを通して、各流体試料体積の正確かつ精密な調整を可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体構成要素であって、
基板内に形成されている流体回路であって、
少なくとも２つの試料捕捉セクションを備える試料捕捉分岐であって、各試料捕捉セクションが、
試料捕捉狭窄チャネルを介して、試料捕捉バルブの出口端部と流れ連通している出口端部を備える試料捕捉トラップ、
前記試料捕捉トラップの入口端部と流れ連通している第１の端部、ならびに前記試料捕捉バルブの入口端部と流れ連通している第２の端部を有する試料充填バイパスチャネル、
第１の試料充填チャネルを介して前記試料充填バイパスチャネルの前記第１の端部と流れ連通している第１の試料充填チャンバ、ならびに第２の試料充填チャネルを介して前記バイパスチャネルの前記第２の端部と流れ連通している第２の試料充填チャンバを備える、試料捕捉分岐と、
前記試料捕捉分岐の前記少なくとも２つの試料捕捉セクションと流れ連通している試料合流分岐であって、前記試料合流分岐が、
前記少なくとも２つの試料捕捉セクションの各試料捕捉トラップと流れ連通している試料収束チャネルであって、各試料収束チャネルが、試料収束入口チャンバと流れ連通している、試料収束チャネル、
前記試料収束入口チャンバと流れ連通している試料合流トラップ、を備える、試料合流分岐と、
前記試料合流分岐と流れ連通している流量制御分岐であって、前記流量制御分岐が、
前記試料合流トラップおよび流量制御一次チャネルと流れ連通している流量制御バイパスチャネルであって、前記流量制御一次チャネルが、流量制御一次チャネルチャンバと流れ連通している、流量制御バイパスチャネル、および
前記流量制御一次チャネルと、かつ流量制御バルブ狭窄チャネルと流れ連通している流量制御バルブを備える、流量制御分岐と、を備える、流体回路を備える、流体構成要素。
【請求項２】
前記流量制御分岐と流れ連通している試料サブアリコット分岐をさらに備え、前記試料サブアリコット分岐が、
少なくとも２つの分裂トラップセクションと流れ連通している試料サブアリコットチャネルを備え、各分裂トラップセクションが、
前記試料サブアリコットチャネルと流れ連通している入口端部、および試料分裂トラップ狭窄チャネルと流れ連通している出口端部を有する試料分裂トラップと、
試料分裂トラップ出口チャンバ狭窄チャネルを通して、前記試料分裂トラップ狭窄チャネルと流れ連通している試料分裂トラップ出口チャンバと、
前記試料サブアリコットチャネルと流れ連通している試料サブアリコットチャンバと、を備える、請求項１に記載の流体構成要素。
【請求項３】
前記試料合流分岐および前記試料サブアリコット分岐と流れ連通している試料混合チャネルをさらに備え、前記試料混合チャネルが、
前記試料合流トラップおよび前記流量制御バルブ狭窄チャネルと流れ連通している第１の試料混合チャネルセクションと、
少なくとも２つの完全な蛇行コイルを有する第２の試料混合チャネルセクションであって、前記第２の試料混合チャネルセクションが、前記第１の試料混合チャネルセクションの第２の端部と流れ連通している第１の端部を有する、第２の試料混合チャネルセクションと、
前記第２の試料混合チャネルセクションの第２の端部と流れ連通している第１の端部、および前記試料サブアリコットチャネルと流れ連通している第２の端部を有する、第３の試料混合チャネルセクションと、を備える、請求項２に記載の流体構成要素。
【請求項４】
前記少なくとも２つの分裂トラップセクションの各々が、前記試料サブアリコットチャネル、および分裂トラップチャンバチャネルを通じて前記試料分裂トラップの前記入口端部と流れ連通している分裂トラップチャンバをさらに備える、請求項２に記載の流体構成要素。
【請求項５】
前記流量制御一次チャネルと流れ連通している流量制御二次チャネルをさらに備え、前記流量制御二次チャネルが、流量制御二次チャネルチャンバと流れ連通している、請求項２に記載の流体構成要素。
【請求項６】
前記少なくとも２つの試料捕捉セクションの各試料捕捉狭窄チャネルが、疎水性である、請求項１に記載の流体構成要素。
【請求項７】
前記少なくとも２つの試料捕捉セクションの各々に関して、前記試料捕捉トラップが、画定された試料体積を提供する測定可能幾何学形状を有し、前記試料捕捉バルブが、画定されたバルブ体積を提供する測定可能な幾何学形状を有する、請求項１に記載の流体構成要素。
【請求項８】
前記少なくとも２つの試料捕捉セクションの各々について、前記試料捕捉トラップの前記試料体積の、前記試料捕捉バルブの前記バルブ体積に対する比が、２：１である、請求項７に記載の流体構成要素。
【請求項９】
前記試料合流トラップが、前記少なくとも２つの試料捕捉セクションの各試料捕捉トラップについて各画定された試料体積に対する容量を有する、画定された体積を提供する測定可能な幾何学形状を有するように構成されている、請求項１に記載の流体構成要素。
【請求項１０】
各試料分裂トラップが、前記試料合流トラップ体積の画定された部分体積を提供する測定可能な幾何学形状を有する、請求項２に記載の流体構成要素。
【請求項１１】
流体デバイスであって、
第１の表面および第２の表面を有する基板であって、前記基板が、前記第１の表面上に形成されている流体回路を有し、前記流体回路が、
少なくとも２つの試料捕捉セクションを備える試料捕捉分岐であって、各試料捕捉セクションが、
試料捕捉狭窄チャネルを介して試料捕捉バルブと流れ連通している試料捕捉トラップ、および
前記第２の表面から前記基板を通して形成されている第１および第２の試料充填ポートであって、前記第１および前記第２の試料充填ポートが、前記試料捕捉トラップおよび前記試料捕捉バルブと流れ連通している、試料充填ポートを備える、試料捕捉分岐と、
前記試料捕捉分岐の前記少なくとも２つの試料捕捉セクションと流れ連通している試料合流分岐であって、前記試料合流分岐が、前記少なくとも２つの試料捕捉セクションの各試料捕捉トラップについて各画定された試料体積に対する容量を有する体積を有するように構成されている試料合流トラップを備える、試料合流分岐と、
前記試料合流分岐と流れ連通している流量制御分岐であって、前記流量制御分岐が、
流量制御一次チャネルと流れ連通している前記第２の表面から前記基板を通して形成されている流量制御ポートであって、前記流量制御一次チャネルが、前記試料合流トラップと流れ連通している、流量制御ポート、および
前記流量制御一次チャネルおよび流量制御流体バルブ狭窄チャネルと流れ連通している流量制御バルブを備える、流量制御分岐と、
前記流量制御分岐と流れ連通している試料サブアリコット分岐であって、前記試料サブアリコット分岐が、
試料サブアリコットチャネルと流れ連通している前記第２の表面から前記基板を通して形成されている試料サブアリコットポートであって、前記試料サブアリコットチャネルが、前記流量制御一次チャネルと流れ連通している、試料サブアリコットポート、
少なくとも２つの分裂トラップであって、前記少なくとも２つの分裂トラップの各々が、前記試料合流トラップ体積の画定された部分体積である、分裂トラップを備える、試料サブアリコット分岐と、
前記基板の前記第１の表面上に形成されているカバーと、を備える、基板を備える、流体デバイス。
【請求項１２】
前記流体デバイスが、前記流体回路のアレイを備え、各前記流体回路が、前記試料合流分岐および前記試料サブアリコット分岐と流れ連通している試料混合チャネルをさらに備え、前記試料混合チャネルが、少なくとも２つの完全な蛇行コイルを備える、請求項１１に記載の流体デバイス。
【請求項１３】
流体回路内で試料を処理するための方法であって、
第１の試料捕捉トラップおよび第１の試料捕捉バルブに第１の流体試料を充填し、第２の流体試料捕捉トラップおよび第２の試料捕捉バルブに第２の流体試料を充填することであって、前記第１の試料捕捉トラップおよび前記第２の試料捕捉トラップが、試料合流トラップと流れ連通している、充填することと、
前記第１の流体試料および前記第２の流体試料を、前記試料合流トラップに引き込み、それにより、結合試料を形成することと、
前記結合流体試料を少なくとも２つの分裂トラップに引き込み、それによって前記結合試料を少なくとも２つの分裂トラップ試料にサブアリコットすることと、を含む、方法。
【請求項１４】
前記第１の流体試料および前記第２の流体試料を前記試料合流トラップに引き込んだ後、混合チャネルを通して前記結合流体試料を引き出すことをさらに含み、前記結合流体試料が、液滴である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記試料合流トラップが、各試料捕捉トラップについて画定された結合試料体積に対する容量を有する体積を有するように構成されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの分裂トラップの各々について、前記分裂トラップが、画定された分裂トラップ試料体積を提供する測定可能な幾何学形状を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の流体試料および前記第２の流体試料が、前記試料合流トラップと流れ連通している流量制御一次チャネルチャンバに圧力を加えることによって、前記試料合流トラップに引き込まれて、合流液滴を形成する、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記圧力が、標準的な実験室用液体取り扱いデバイスを使用して加えられる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記標準的な実験室用液体取り扱いデバイスが、ピペットである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記標準的な実験室用液体取り扱いデバイスが、シリンジポンプである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
１トール〜約４０トールの減圧が、前記流量制御一次チャネルチャンバに加えられている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
流体回路を備える流体構成要素であって、前記流体回路が、
少なくとも２つの試料捕捉セクションを備える試料捕捉分岐であって、各試料捕捉セクションが、試料捕捉トラップを備え、各試料捕捉トラップが、試料捕捉バルブ、試料捕捉狭窄チャネル、試料充填バイパスチャネル、および第１の試料充填チャンバと関連付けられている、試料捕捉分岐と、
前記少なくとも２つの試料捕捉セクションの各々の前記試料捕捉トラップと流れ連通している試料合流トラップを備える、試料合流／流量制御分岐であって、前記試料合流トラップが、流量制御バルブ、流量制御バルブ狭窄チャネル、流量制御バイパスチャネル、および流量制御一次チャネルチャンバと関連付けられている、試料合流／流量制御分岐と、を備える、流体構成要素。
【請求項２３】
前記流体回路が、前記流量制御一次チャネルチャンバに圧力を加えることにより、圧力差を前記試料捕捉分岐に加えることができるように構成されている、請求項２２に記載の流体構成要素。
【請求項２４】
圧力差が前記試料捕捉トラップおよび前記試料捕捉バルブに加えられるとき、少なくとも９０％の前記流体が前記試料捕捉トラップから強制的に出されるが、１０％未満の前記流体が前記試料捕捉バルブから強制的に出されるように、前記試料捕捉分岐が構成されている、請求項２２または２３に記載の流体構成要素。
【請求項２５】
前記試料捕捉トラップと前記試料合流トラップとの間の流路に付加的なトラップがない、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の流体構成要素。
【請求項２６】
前記流体回路が、１つ以上のトラップ、関連付けられるバルブ、およびその中の流体チャネル内の狭窄チャネルのいずれかに静水圧差を加えることができるように構成されており、そのため流体が、前記静水圧差の適用の際、前記トラップから強制的に出されている、請求項２２に記載の流体構成要素。
【請求項２７】
流体回路を備える流体構成要素であって、前記流体回路が、
少なくとも２つの試料捕捉セクションを備える試料捕捉分岐であって、各試料捕捉セクションが、試料捕捉トラップを備える、試料捕捉分岐と、
試料合流分岐であって、
ａ）前記少なくとも２つの試料捕捉セクションの各々の前記試料捕捉トラップと流れ連通している合流トラップ、
ｂ）前記試料捕捉トラップの各々と流体連通している、少なくとも２つの試料チャネル、任意に、試料収束チャネル、
ｃ）前記少なくとも２つの試料チャネルの各々と流れ連通している試料収束入口チャンバ、および
ｄ）試料合流トラップであって、前記収束入口チャンバが、収束入口チャンバ入口から前記試料合流トラップと流体連通している出口狭窄チャネルまで幅が収束する、試料合流トラップを備える、試料合流分岐と、を備える、流体構成要素。
【請求項２８】
前記流体回路が、前記試料合流トラップと流れ連通している試料サブアリコット分岐をさらに備え、前記試料サブアリコット分岐が、少なくとも２つの分裂トラップセクションを備え、各分裂トラップセクションが、試料分裂トラップ狭窄チャネルと関連付けられている試料分裂トラップ、および試料分裂トラップ出口チャンバを備える、請求項２２〜２７のいずれかに記載の流体構成要素。
【請求項２９】
前記流体回路が、前記試料合流分岐および前記試料サブアリコット分岐と流れ連通している、試料混合チャネルをさらに備える、請求項２８のいずれかに記載の流体構成要素。
【請求項３０】
前記試料混合チャネルが、少なくとも２つの完全な蛇行コイルを有する、請求項２９に記載の流体構成要素。
【請求項３１】
前記試料サブアリコット分岐が、試料サブアリコットチャンバをさらに備える、請求項２８〜３０のいずれか一項に記載の流体構成要素。
【請求項３２】
前記試料チャネルが、２〜６の屈曲、ループ、またはターンを備えている、試料収束チャネルであり、前記試料合流分岐が、試料捕捉トラップ内の各試料のほぼ同時の、および任意に同時の前記試料合流トラップへの移送を提供する、請求項２２〜３１のいずれか一項に記載の流体構成要素。
【請求項３３】
前記試料合流トラップが、前記試料収束入口チャンバの出口狭窄チャネルを通じて前記試料収束入口チャンバに接続された漏斗形状の入口端部を有し、前記漏斗形状の入口端部の最も狭い端部が、前記出口狭窄チャネルに直接接続されている、請求項２２〜３２のいずれか一項に記載の流体構成要素。
【請求項３４】
前記流体構成要素が、マイクロ流体構成要素である、請求項１〜１０、または２２〜３３のいずれか一項に記載の流体構成要素。
【請求項３５】
請求項１〜１０もしくは２２〜３４のいずれかに記載の流体構成要素、または請求項１１もしくは１２のいずれかに記載の流体デバイスを使用する流体処理のための方法。
【請求項３６】
請求項１〜１２または２２〜３４のいずれかに記載の流体構成要素のアレイを備える流体デバイス。
【請求項３７】
前記流体回路が、請求項１〜１２または２２〜３４に記載のいずれかの流体構成要素の流体回路である、請求項１３〜２１のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１７年１１月１０日に出願された、米国特許第６２／５８４，７１０号、発明の名称「ＩＮＴＥＲＧＲＡＴＥＤ  ＦＬＵＩＤＩＣ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥ  ＦＯＲ  ＤＲＯＰＬＥＴ  ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＴＨＥＲＥＯＦ」の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、概して、流体取り扱い、生物試験法を実行すること、または流体デバイスを使用する試料加工のための流体デバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ピコリットルからナノリットルのスケールで、精密かつ測定可能な体積の液滴操作を容易にする技術進歩により、様々な分析プラットフォーム、例えば、生物学的アッセイプラットフォームおよび医薬品試験プラットフォームに関する強化された有用性を提供することができる。例えば、かかるスケールでの精密かつ測定可能な液滴操作のいくつかの例示的な利点は、試薬および試料体積の低減、ならびに分析時間の短縮化を含み、それにより処理能力の増加の可能性を提供する。その点に関して、自動化システムに容易に統合することができる、ピコリットルからナノリットルのスケールでの液滴操作の技術により、候補医薬物質のスクリーニング、および次世代シーケンシング用ライブラリの準備などの高処理能力用途に使用することができる大規模な多重化を実行する能力が利用可能になる。このため、そのような技術は、人間の病気を治療するための重要な新薬の発見、および人間の病気の検出、予後、監視に役立てるための、重要な新規の診断試験の開発を促進するのに役立ち得る。
【０００４】
ピコリットルからナノリットルのスケールでのデバイス上の合流および液滴の分割を実現するための様々な現行アプローチでは、電気、磁気、または音響源を統合して、デバイス上の液体取り扱いを実現するための駆動力を加えるため、システムの複雑化を必要とする場合がある。さらに、高処理能力分析プラットフォームに適合可能となり得るスケールでの、液滴の液体取り扱いに関する他の様々な現行アプローチは、非混和性流体プラグを利用して、デバイス上の様々な液体を分離することができる。かかるアプローチは、精密な液体取り扱いシステムを必要とし、液滴の効果的な分離を提供する非混和性流体を見つけるための課題を提示し、分離プラグを提供するために選択された、液体または気体、もしくはそれらの組み合わせの流体取り扱いに関する付加的な必要性により、流体取り扱いの複雑化を増加させる可能性がある。
【０００５】
信頼性の高い分析における、ナノリットルスケールでの精密液体取り扱いの衝撃を考慮して、液体の相互汚染を最小限に抑え、高処理能力分析に適合可能であり、一貫した分析結果を提供する精密液体取り扱いが当技術分野で必要である。本教示の流体デバイスおよび方法の様々な実施形態は、標準的な実験室液体取り扱い機器によって提供され得る圧力を使用して、液滴の充填、融合、混合、および分割を含む、精密なデバイス上の液体の取り扱いを提供し得る。
【発明の概要】
【０００６】
本教示の例示的な態様は、例えば、ナノリットルスケールでの精密な液体の取り扱いなどの液体取り扱いに効果的であり、受動的液滴合流およびかかる合流液滴の分裂における第２相非混和性流体としての油の必要性を軽減し、このため、油自体からの汚染の可能性を緩和し、ならびに受動的な液滴合流および分裂中に必要な複雑さ、時間、およびリソースを低減させる。本明細書で提供される流体構成要素、回路、およびデバイスの例示的な態様は、制御された汚染物質のない環境で、外部の電気、磁気、または音響駆動力を使用せずに、２ピコリットルおよび／またはナノリットルスケールの液滴を融合することが可能である。さらに、例示的な実施形態に含まれる受動流体バルブは、液滴の適切な制御および操作のための外部バルブの導入の複雑さを低減させる。
【０００７】
例示的な態様では、本明細書で提供されるのは、液滴を操作する（例えば、液滴の充填、融合、混合、および／または分割、ならびにそれらの様々な組み合わせ）ために効果的な、流体回路、流体構成要素、またはそれらを備える流体デバイス、もしくは流体回路、流体構成要素、または流体デバイスを使用する方法である。例示的な実施形態では、流体構成要素、流体回路、もしくはそれらを備える流体デバイス、またはそれらを使用する方法は、第１の液体試料の一部分および第２の液体試料の一部分を、例示的な実施形態において合流液滴とされる、合流試料に融着させるために有効および／または適合される。さらに、ある実施形態では、流体回路、流体構成要素、流体デバイス、またはそれらを使用する方法は、合流試料（例えば、合流液滴）を混合することに有効および／もしくは適合し、ならびに／または合流試料（例えば合流液滴）を複数のサブアリコットへ分離することに有効および／もしくは適合している。
【０００８】
この開示から当業者によって理解されるように、他の態様および実施形態もまた企図される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示の特徴および利点のより良い理解は、本教示を限定するのではなく、例示することが意図される添付の図面を参照することによって得られるであろう。
【００１０】
【図１】図１は、本教示の流体回路の概略上面図である。
【図２】図２は、本教示の流体回路の試料捕捉分岐の拡大上面概略図である。
【図３】図３は、本教示の流体回路の試料合流分岐の拡大上面概略図である。
【図４】図４は、本教示の流体回路の試料合流分岐および流量制御分岐の拡大上面概略図である。
【図５】図５は、本教示の流体回路の試料混合チャネルおよび試料サブアリコット分岐の拡大上面概略図である。
【図６】図６は、本教示の液滴の精密な液体取り扱いのための流体デバイスの斜視図を図示する。
【図７】図７は、本教示の流体回路の拡大斜視図であり、流体回路に外部からアクセス可能なポートとの流れ連通を図示する。
【図８Ａ】図８Ａは、本教示のデバイス上に複数の試料を充填することを図示する。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本教示のデバイス上に複数の試料を充填することを図示する。
【図９Ａ】図９Ａは、本教示のデバイス上で複数の試料を融合して、結合試料を形成することを図示する。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本教示のデバイス上で複数の試料を融合して、結合試料を形成することを図示する。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本教示のデバイスの流量制御分岐の液体バルブの充填を図示する。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本教示のデバイスの流量制御分岐の液体バルブの充填を図示する。
【図１１Ａ】図１１Ａは、試料合流トラップ内の合流試料（すなわち、結合試料）を、混合チャネルを通して、複数の分裂トラップに混合および移送し、サブアリコット分岐内に分裂試料を作成するための本教示の例示的な方法を図示する。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、試料合流トラップ内の合流試料（すなわち、結合試料）を、混合チャネルを通して、複数の分裂トラップに混合および移送し、サブアリコット分岐内に分裂試料を作成するための本教示の例示的な方法を図示する。
【図１２Ａ】図１２Ａは、サブアリコット分岐を充填および洗浄するための本教示の例示的な方法を図示する。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、サブアリコット分岐を充填および洗浄するための本教示の例示的な方法を図示する。
【図１３】図１３は、本教示に従って実行することができる例示的な分析のためのアッセイワークフロー図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態は、標準的な実験室用液体取り扱い機器によって外部から作動され得る圧力を使用して、液滴の精密なデバイス上の充填、融合、混合、および分割を提供することができる。本教示の流体デバイスの様々な実施形態は、液滴の充填から液滴の分割までの各工程について、ピコリットルからナノリットルのスケールで、正確かつ精密な液滴体積のデバイス上の操作を提供することができる。本教示の流体要素の様々な実施形態、例えば、これに限定されないが、本教示の流体トラップの様々な実施形態は、制約された測定可能な幾何学形状を有することができ、デバイス上の液体取り扱いプロセスを通して、各液滴体積の正確かつ精密な調整を可能にする。
【００１２】
本教示に従って、デバイス上の液体取り扱いは、固体または液体置換を利用する手動または自動ピペッティングシステムなどの、手動または自動標準実験室用液体取り扱い機器を使用して、手動または自動モードで外部から作動させることができ、これは約７２０トール〜約８００トールの圧力を提供することができ、１つの標準気圧から約＋／−４０トールである。本明細書でより詳細に開示されるように、本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態に従い、ポートまたはポート間に加えられる圧力は、例えば、流体回路の１つの分岐から流体回路の別の分岐に液体を移動させるための原動力として使用することができる。本教示に従い、デバイス上の液体取り扱いのための原動力は、ポートもしくはポート間に低減された、もしくは負圧を加えることにより、またはポートもしくはポート間に増加した、もしくは正圧を加えることにより、外部から作動され得る。
【００１３】
図１は、本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態に従う、例示的な流体回路１００を図示し、これは、様々な製造プロセスで、多くの異なる材料において形成することができる。本明細書でより詳細に開示されるように、図１の流体回路の様々な実施形態は、液滴のデバイス上での液体取り扱いを提供し、様々な試料調製方法、ならびに様々な分析方法に必要な液滴操作を容易にすることができる。本明細書で使用されるように、別様に指定がない限り、試料は、図１の流体回路１００などの、本教示の構成要素の実施形態を利用するデバイスなど、デバイス上に充填できる任意の液体であり得る。いくつかの例示的な試料液体は、標的分析のための試験試料、例えば、緩衝液、希釈剤などの試料調製を含む分析で使用される試薬、もしくはイオン強度またはｐＨなどの分析条件を調整するために使用される試薬、ならびに、例えば検出に使用される任意の試薬などの、分析に使用される任意の試料液体であり得る。例示的な試験試料は、細胞培養試料、ならびに被験者からの組織試料、腫瘍試料、または血液（もしくは血清または血漿などのその任意の画分）試料を含むことができる。
【００１４】
図１の流体回路１００は、少なくとも２つの試料捕捉セクションを有することができる試料捕捉分岐１０を有することができ、それらのうちの２つは、第１の試料捕捉セクション２０および第２の試料捕捉セクション３０として図１に図示されている。本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態は、例えば、１〜約１０の付加的な試料捕捉セクションのような、付加的な試料捕捉セクションを利用することができる。
【００１５】
図１および図２の第１の試料捕捉セクション２０は、試料捕捉狭窄チャネル２７を介して、試料捕捉バルブ２８の出口端部２８ｏと流れ連通する出口端部２６ｏを伴う試料捕捉トラップ２６を有することができる。試料捕捉トラップ２６および試料捕捉バルブ２８に加えて、試料捕捉セクションは、試料捕捉トラップ２６の入口端部２６ｉと流れ連通する第１の端部、および試料捕捉バルブ２８の入口端部２８ｉと流れ連通する第２の端部を有することができる試料充填バイパスチャネル２５を有することができる。第１の試料捕捉セクション２０の試料充填に関して、第１の試料充填チャンバ２１は、第１の試料充填チャネル２２を介してバイパスチャネル２５の第１の端部と流れ連通することができる。付加的に、第１の試料捕捉セクション２０は、第２の試料充填チャンバ２３を有することができ、これは第２の充填チャネル２４を介してバイパスチャネル２５の第２の端部と流れ連通することができる。
【００１６】
類似の様式で、図１および図２の第２の試料捕捉セクション３０は、試料捕捉狭窄チャネル３７を介して、試料捕捉バルブ３８の出口端部３８ｏと流れ連通する出口端部３６ｏを伴う試料捕捉トラップ３６を有することができる。試料捕捉トラップ３６および試料捕捉バルブ３８に加えて、第２の試料捕捉セクション３０は、試料捕捉トラップ３６の入口端部３６ｉと流れ連通する第１の端部、および試料捕捉バルブ３８の入口端部３８ｉと流れ連通する第２の端部を有することができる試料充填バイパスチャネル３５を有することができる。第２の試料捕捉セクション３０の試料充填に関して、第１の試料充填チャンバ３１は、第１の試料充填チャネル３２を介してバイパスチャネル３５の第１の端部と流れ連通することができる。付加的に、第２の試料捕捉セクション３０は、第２の試料充填チャンバ３３を有することができ、これは第２の充填チャネル３４を介してバイパスチャネル３５の第２の端部と流れ連通することができる。
【００１７】
本明細書でより詳細に開示されるように、第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉バルブ２８および第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉バルブ３８は、それぞれ、試料捕捉トラップ２６から試料収束チャネル４１へ、および試料捕捉トラップ３６から試料収束チャネル４３への試料液滴移送のプロセスを支援することができる。本明細書でさらに詳細に付加的に開示されるように、第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉トラップ２６に試料を充填するための充填工程、または第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉トラップ３６に試料を充填することにおいて、第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉バルブ２８および第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉バルブ３８もまた、充填またはプライミングされることに留意すべきである。
【００１８】
図１の流体回路１００は、試料捕捉分岐１０と流れ連通する試料合流分岐４０を有することができる。図２に図示されるように、第１の試料収束チャネル４１は、第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉トラップ２６の出口端部２６ｏと流れ連通することができ、一方で第２の試料収束チャネル４３は、第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉トラップ３６の出口端部３６ｏと流れ連通することができる。第１の試料収束チャネル４１および第２の試料収束チャネル４３は、試料収束入口チャンバ４２と流れ連通することができる。試料収束入口チャンバ４２は、試料合流トラップ４４と流れ連通する。
【００１９】
図１に図示されるように、試料捕捉分岐１０および試料合流分岐４０に加えて、本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態は、試料合流分岐４０および試料のサブアリコット分岐９０と流れ連通することができる流量制御分岐５０を有することができる。本明細書でより詳細に開示されるように、図１の流量制御分岐５０などの流量制御分岐は、試料を各試料捕捉セクションから試料合流分岐の試料合流トラップに移送するプロセス、ならびに合流試料を試料サブアリコット分岐内の各分裂トラップに移送するプロセスの両方で利用することができる。
【００２０】
図１の流量制御分岐５０は、流量制御バイパスチャネル４５を含むことができ、これは試料合流トラップ４４と流れ連通する。プリセットの教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態では、流量制御一次チャネル５２は、流量制御一次チャネルチャンバ５１、ならびに流量制御二次チャネル５４と流れ連通することができる。図１に図示されるように、流量制御二次チャネル５４は、流量制御二次チャネルチャンバ５３と流れ連通することができる。図１の流量制御分岐５０は、流量制御バルブ５６を含むことができ、これは、流量制御一次チャネル５２および流量制御バルブ狭窄チャネル５５と流れ連通する。流量制御バルブ５６および流量制御バルブ狭窄チャネル５５は、合流試料が画定された体積にサブアリコットされ得る、試料サブアリコット分岐に合流試料を移送するプロセスにおいて、流体抵抗を提供することができる。
【００２１】
その点に関して、本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態では、図１の試料サブアリコット分岐９０は、試料サブアリコットチャネル９２を介して、流量制御バルブ５６および流量制御バルブ狭窄チャネル５５と流れ連通することができる。試料サブアリコット分岐９０は、少なくとも２つの分裂トラップセクションを有することができ、図１には、第１の分裂トラップセクション７０および第２の分裂トラップセクション８０として図示される。図５に図示されるように、第１の分裂トラップセクションは、試料サブアリコットチャネル９２と流れ連通する入口端部７２ｉを有する試料分裂トラップ７２を有することができる。第１の分裂トラップセクション７０の試料分裂トラップ７２は、試料分裂トラップ狭窄チャネル７１と流れ連通する出口端部７２ｏを有することができる。第１の分裂トラップセクション７０の試料分裂トラップ出口チャンバ７４は、試料分裂トラップ出口チャンバ狭窄チャネル７３を通して、分裂トラップ狭窄チャネル７１と流れ連通することができる。同様の様式で、図５に図示されるような第２の分裂トラップセクション８０は、試料サブアリコットチャネル９２と流れ連通する入口端部８２ｉを有する試料分裂トラップ８２を有することができる。第２の分裂トラップセクション８０の試料分裂トラップ８２は、試料分裂トラップ狭窄チャネル８１と流れ連通する出口端部８２ｏを有することができる。第２の分裂トラップセクション８０の試料分裂トラップ出口チャンバ８４は、試料分裂トラップ出口チャンバ狭窄チャネル８３を通して、分裂トラップ狭窄チャネル８１と流れ連通することができる。
【００２２】
本明細書でさらに詳細にこの後開示されるように、第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉トラップ２６、第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉トラップ３６、試料合流分岐４０の試料合流トラップ４４、第１の分裂トラップセクション７０の試料分裂トラップ７２および第２の分裂トラップセクション８０の試料分裂トラップ８２は、画定された既知の確度および精度の試料体積を提供する測定可能な幾何学形状を有することができる。画定された既知の確度および精度の試料体積を提供するかかる測定可能な幾何学形状は、本教示の様々な構成要素およびデバイスを製造するために使用される、材料およびプロセスの少なくとも一部の機能であり得る。付加的に、本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態は、以前に開示されたもの以外の他の流体的特徴を有することができる。例示的な実施形態における試料捕捉トラップは、１ピコリットル（ｐｌ）〜１００マイクロリットル（ｕｌ）、１ｐｌ〜１ｕｌ、１０ｐｌ〜１ｕｌ、１０ｐｌ〜１００ナノリットル（ｎｌ）、１００ｐｌ〜１００ｎｌ、１ｎｌ〜１ｕｌ、１ｎｌ〜１００ｎｌ、１０ｎｌ〜１ｕｌ、１０ｎｌ〜２５０ｎｌ、または１０ｎｌ〜１００ｎｌを保持することができる。このため、本明細書で提供される方法では、これらの体積を、試料捕捉トラップに充填することができる。例示的な実施形態における試料合流トラップは、試料捕捉トラップの体積の２倍〜１０倍、または２倍〜５倍を保持することができる。例示的な実施形態における試料合流トラップは、１ピコリットル（ｐｌ）〜２５０マイクロリットル（ｕｌ）、２ｐｌ〜２００ｕｌ、２ｐｌ〜２ｕｌ、２０ｐｌ〜２ｕｌ、２０ｐｌ〜２００ｎｌ、２００ｐｌ〜２００ｎｌ、２ｎｌ〜２ｕｌ、２ｎｌ〜２００ｎｌ、２０ｎｌ〜２ｕｌ、２０ｎｌ〜５００ｎｌ、または２０ｎｌ〜２００ｎｌを保持することができる。例示的な実施形態における試料分裂トラップは、１／２〜１／１００、または１／２〜１／２０、または１／２〜１／１０、または１／２〜１／５、または１／５〜１／２０の試料捕捉トラップの体積を保持することができる。例示的な実施形態における試料合流トラップは、１ピコリットル（ｐｌ）〜１００マイクロリットル（ｕｌ）、または１ｐｌ〜１ｕｌ、２ｐｌ〜５０ｕｌ、または１０ｐｌ〜１ｕｌ、または１０ｐｌ〜１００ｎｌ、または１００ｐｌ〜１００ｎｌ、または１ｎｌ〜１ｕｌ、または１ｎｌ〜１００ｎｌ、または１０ｎｌ〜１ｕｌ、または１０ｎｌ〜５０ｎｌ、または１０ｎｌ〜１００ｎｌを保持することができる。
【００２３】
例えば、図１の流体回路１００は、入口端部で試料合流分岐４０および流量制御バルブ狭窄チャネル５５と、ならびに出口端部で試料サブアリコットチャネル９２と流れ連通している混合チャネル６０を備えて図示される。本教示の構成要素、デバイス、および方法のいくつかの実施形態に関して、合流した試料が少なくとも２つの分裂トラップでアリコットに分裂される、試料合流トラップおよび試料サブアリコット分岐への試料の移送において、試料混合を効果的に行うことができる。本教示の構成要素、デバイス、および方法の代替的な実施形態では、合流した試料を少なくとも２つの分裂トラップにおいてアリコットに分割される前に、合流した試料を混合チャネルに流すことにより、試料混合を実行することができる。
【００２４】
その点に関して、本教示の流体回路の様々な実施形態に関して、試料捕捉分岐１０、試料合流分岐４０、流量制御分岐５０、試料混合チャネル６０、および試料サブアリコット分岐９０などの流体分岐の様々な組み合わせは、基板内に製造することができる。例えば、流体回路の様々な実施形態は、試料捕捉分岐１０、試料合流分岐４０、および流量制御分岐５０を含む流体回路で、試料充填ならびに合流を提供することができる。流体回路の他の様々な例示的な実施形態は、試料合流分岐４０、流量制御分岐５０、および試料サブアリコット分岐９０を含む流体回路で、試料サブアリコットを提供することができる。さらに、流体回路の様々な例示的な実施形態は、試料捕捉分岐１０、試料合流分岐４０、流量制御分岐５０、および試料混合チャネル６０を含む流体回路で、試料合流および試料混合を提供することができる。したがって、本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態は、例示的実施形態では液滴である流体の充填、合流、混合、および分割、ならびにそれらの様々な組み合わせを含むことができる精密なオンデバイス液体取り扱いを提供し得る。
【００２５】
図２は、図１の流体回路１００などの本教示の流体回路の試料捕捉分岐の拡大上面概略図を図示する。先に本明細書に開示されるように、第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉バルブ２８および第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉バルブ３８は、それぞれ、第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉トラップ２６から第１の試料収束チャネル４１へ、および第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉トラップ３６から第２の試料収束チャネル４３への流体試料（例えば、液滴）移送のプロセスを支援することができる。第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉バルブ２８は、試料捕捉狭窄チャネル２７と流れ連通することができる。同様に、第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉バルブ３８は、試料捕捉狭窄チャネル３７と流れ連通することができる。
【００２６】
本教示に従い、試料捕捉バルブと狭窄チャネルとの組み合わせは、第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉トラップ２６の出口端部の２６ｏ、および第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉トラップ３６の出口端部の３６ｏなどの、各試料トラップの出口端部において均一な低圧力を提供するように支援することができる。各試料トラップの出口端部に均一な低圧力を提供することは、試料トラップに充填された各試料を試料合流トラップに同時に移送できるように支援することができる。さらに、第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉バルブ２８および第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉バルブ３８などの、充填またはプライミングされたバルブによって提供される流体抵抗は、試料捕捉トラップの画定された体積に対する比率として、試料捕捉バルブの画定された体積によって調整することができる。付加的に、プライミングされた試料捕捉トラップによって提供される流体抵抗と連動して、流体抵抗はまた、第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉狭窄チャネル２７および第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉狭窄チャネル３７などの、試料捕捉狭窄チャネルによって提供される。第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉狭窄チャネル２７および第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉狭窄チャネル３７などの試料捕捉狭窄チャネルの流体抵抗は、チャネルの寸法を調整することによって調整することができる。
【００２７】
例えば、図１の第１の試料捕捉セクション２０または第２の試料捕捉セクション３０などの例示的な試料捕捉セクションでは、１８０μ（ミクロン）の一定の高さで形成される流体特徴について、試料捕捉トラップは、約５２０μ（ミクロン）の幅、約１ｍｍの長さであり得、一方で試料捕捉バルブは、約５２０μ（ミクロン）の幅、約５２０μ（ミクロン）の長さであり得る。そのため、例示的な試料捕捉セクションに関して、試料捕捉トラップ体積の試料捕捉バルブ体積に対する比は、約２：１であり得る。そのような例示的な試料捕捉セクションでは、試料捕捉狭窄チャネルは、約８０μ（ミクロン）の幅、および約７ｍｍの長さであり得る。本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態では、試料捕捉トラップ体積の試料捕捉バルブ体積に対する比は、上限で約５：１から下限で約１：１の範囲であり得る。本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態では、試料捕捉狭窄チャネルは、約１５μ（ミクロン）〜約１００μ（ミクロン）の幅、約２ｍｍ〜約１０ｍｍの長さであり得る。原則として、例示的な試料捕捉セクションによって与えられる流体抵抗を提供する、試料捕捉トラップ、試料捕捉バルブ、および試料捕捉狭窄チャネルの寸法における任意の変化は、本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態に従って機能すべきある。本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態において処理することができる液体の動的粘度範囲は、２０℃で、約１．０×１０−３Ｐａｓ  ｓ〜約６．０×１０−３Ｐａｓ秒の範囲であり得ることに留意されたい。
【００２８】
図２の第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉トラップ２６および第２の試料捕捉セクション３０の試料捕捉トラップ３６などの試料捕捉トラップは、試料充填バイパスチャネルと流れ連通することができる。第１の試料充填バイパスチャネル２５および第２の試料充填バイパスチャネル３５は、４２０μ（ミクロン）〜約６２０μ（ミクロン）の幅、約５ｍｍ〜約７ｍｍの長さであり得る。試料充填バイパスチャネルは、第１の試料捕捉セクション２０の第１の試料充填チャネル２２および第２の充填チャネル２４、および第２の試料捕捉セクション３０の第１の試料充填チャネル３２および第２の充填チャネル３４などの、第１の試料充填チャネルおよび第２の試料充填チャネルと流れ連通することができ、これは３２０μ（ミクロン）〜約４８０μ（ミクロン）の幅、約１．８ｍｍ〜約２．７ｍｍの長さであり得る。各試料充填チャネルは、第１の試料捕捉セクション２０の第１の試料充填チャンバ２１および第２の充填チャンバ２３、および第２の試料捕捉セクション３０の第２の試料充填チャンバ３１および第２の充填チャンバ３３などの、試料充填チャンバと流れ連通することができ、これは、例えば、約５００μ（ミクロン）〜約１ｍｍの直径を有することができる。
【００２９】
本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態に従って、本教示の試料捕捉分岐の流体特徴の幾何学形状の確度および精度に対する許容差は、１０％以内であり得、例示的な実施形態では、５％以内であり得る。
【００３０】
図３は、図１の流体回路１００などの、本教示の流体回路の試料合流分岐４０の拡大上面概略図を図示する。図３に図示されるように、第１の試料収束チャネル４１は、第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉トラップ２６の出口端部２６ｏと流れ連通し、第２の試料収束チャネル４３は、第１の試料捕捉セクション３０の試料捕捉トラップ３６の出口端部３６ｏと流れ連通する。第１の試料収束チャネル４１の入口端部において、第１の試料収束チャネル入口狭窄セクション４１ｒｉ、および第１の試料収束チャネル入口セクション４１ｉがあり、第１の試料収束チャネル中央セクション４１ｍが続き、次いで第１の試料収束チャネル出口セクション４１ｏがある。同様に、第２の試料収束チャネル４３の入口端部において、第２の試料収束チャネル入口狭窄セクション４３ｒｉ、および第２の試料収束チャネル入口セクション４３ｉがあり、第２の試料収束チャネル中央セクション４３ｍが続き、次いで第２の試料収束チャネル出口セクション４３ｏがある。各収束チャネルは、試料収束入口チャンバ４２と流れ連通することができる。試料収束入口チャンバ４２は、試料収束入口チャンバ入口端部４２ｉおよび試料収束入口チャンバにおいて試料収束入口チャンバの出口狭窄チャネル４２ｒｏを有することができる。例示的な実施形態では、図３に図示されるように、試料収束チャネルは、１〜１２の、または例示的な実施形態では、２〜６の屈曲、ループ、またはターンを有することができる。
【００３１】
本教示に従って、試料合流分岐４０は、試料捕捉トラップ内の各試料を、図３の試料合流トラップ４４などの試料合流トラップに、ほぼ同期、同期、ほぼ同時に、または同時の移送を提供することができる。第１の試料収束チャネル入口狭窄セクション４１ｒｉおよび第２の試料収束チャネル入口狭窄セクション４３ｒｉは、各試料トラップ内に充填された試料に対して初期流体抵抗を提供することができる。第１の試料収束チャネル入口狭窄セクション４１ｒｉおよび第２の試料収束チャネル入口狭窄セクション４３ｒｉは、５０μ（ミクロン）〜約１５０μ（ミクロン）、例示的な実施形態では、６５μ（ミクロン）〜約１００μまたは９５μ（ミクロン）の幅、約１００μ（ミクロン）〜約２５０μ（ミクロン）、および例示的な実施形態では、１２０μυ（ミクロン）〜１８０μ（ミクロン）の長さであり、長さは通常幅よりも大きいが、試料収束チャネルの全長は、約２．５〜約１０ｍｍ、または例示的な実施形態では、４．５ｍｍ〜５．５ｍｍである。付加的に、試料収束チャネルは、約１００μ（ミクロン）〜約２００μ（ミクロン）の幅で先細りになり得、例示的な実施形態では、試料収束チャネルの入口セクションにおいて１３０μμ（ミクロン）〜１６０μ（ミクロン）、約５０μ（ミクロン）〜約１５０μ（ミクロン）、例示的な実施形態では、試料収束チャネル中央セクションにおいて９５μ（ミクロン）〜１４５μ（ミクロン）、最後に、約２５μ（ミクロン）〜約１２５μ（ミクロン）、および例示的な実施形態では、試料収束チャネル出口セクションにおいて６５μ（ミクロン）〜９５μ（ミクロン）である。試料収束チャネルのこのような先細りは、特に、各試料が、図３の試料収束入口チャンバ入口端部４２ｉなどの、入口端部で試料収束入口チャンバに入る際、試料収束トラップを通して試料捕捉トラップから各試料を同時に移送することを提供することができ、同時に、試料収束入口チャンバの均一な充填を提供することができる。
【００３２】
試料収束入口チャンバ４２は、約５００μ（ミクロン）〜約１．５ｍｍの幅、例示的な実施形態では、試料収束入口チャンバ入口端部４２ｉの基部において約８００μ（ミクロン）〜１．２ｍｍ、から約２５μ（ミクロン）〜約７５μ（ミクロン）の幅、例示的な実施形態では、収束入口チャンバ入口４２ｉの最も狭い部分において、３０μ（ミクロン）〜５０μ（ミクロン）を有することができる。同様に、収束入口チャンバ入口４２ｉの最も狭い部分と流れ連通している出口狭窄チャネル４２ｒｏは、約２５μ（ミクロン）〜約７５μ（ミクロン）の幅を有し、例示的な実施形態では、３０μ（ミクロン）〜５０μ（ミクロン）であり、および約４００μ（ミクロン）〜約６００μ（ミクロン）の長さ、または約４２５μ（ミクロン）〜約５００μ（ミクロン）、例示的な実施形態では、４５０μ（ミクロン）〜４７０μ（ミクロン）を有することができる。試料収束入口チャンバ４２の全高は、約１ｍｍ〜５ｍｍであり得、例示的な実施形態では、２．５ｍｍ〜３．５ｍｍであり得、そのうち、試料収束入口チャンバ出口狭窄チャネルは、約２５０μ（ミクロン）〜約７５０μ（ミクロン）の長さ、例示的な実施形態では、３５０μ（ミクロン）〜５５０μ（ミクロン）であり得る。本教示の図３の流体特徴の幾何学形状の許容差は、１０％以内、または例示的な実施形態では、５％以内であり得る。
【００３３】
図４は、本教示の流体回路の試料合流分岐および流量制御分岐の拡大上面概略図を図示する。本教示に従って、流量制御分岐は、試料捕捉分岐の各試料を合流トラップに移送するプロセスで使用することができ、合流試料を試料サブアリコット分岐に移送するプロセスで使用することができる。
【００３４】
図４に図示されるように、試料合流トラップ４４は、漏斗状の試料合流トラップ入口端部４４ｉおよび試料合流トラップ出口端部４４ｏにおいて、試料合流トラップ狭窄チャネル４４ｒｏを有することができる。試料合流トラップ出口端部４４ｏは、第１の試料混合チャネルセクション入口端部６２ｉと流れ連通することができる（図５も参照）。混合チャネルを利用しない本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態について、試料合流トラップ出口端部４４ｏは、試料サブアリコットチャネルと流れ連通することができる。最も幅の広い部分において、試料合流トラップ入口端部４４ｉは、約２５０μ（ミクロン）〜約６００μ（ミクロン）の幅、例示的な実施形態では、３２０μ（ミクロン）〜４８０μ（ミクロン）であり、試料収束入口チャンバ出口狭窄チャネル４２ｒｏの幅に向かって漏斗部分で先細りになり得、約１０μ（ミクロン）〜約７５μ（ミクロン）の幅、または例示的な実施形態では、３０μ（ミクロン）〜５０μ（ミクロン）である。漏斗形状の試料合流トラップ入口端部４４ｉの長さは、約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍ、または１．０〜１．５ｍｍ、例示的な実施形態では、１．１ｍｍ〜１．２ｍｍであり得る。試料合流トラップ４４は、約５００μ（ミクロン）〜約２ｍｍの幅、例示的な実施形態では、８００μ（ミクロン）〜約１．２ｍｍ、および約０．７５ｍｍ〜約２．０ｍｍの長さ、例示的な実施形態では、１．１ｍｍ〜１．５ｍｍの長さを有することができる。試料合流トラップ入口端部４４ｉは、流量制御バイパスチャネル４５と流れ連通することができ、約１００μ（ミクロン）〜約３００μ（ミクロン）の幅、例示的な実施形態では、１９０μ（ミクロン）〜２１０μ（ミクロン）、および約２．５ｍｍ〜約５．０ｍｍの長さ、例示的な実施形態では、３．２ｍｍ〜３．８ｍｍの長さを有することができる。試料合流トラップ出口端部４４０は、試料合流トラップ狭窄路４４ｒｏと流れ連通することができ、約５０μ（ミクロン）〜約２００μ（ミクロン）の初期の幅を有し、例示的な実施形態では、１００μ（ミクロン）〜１４０μ（ミクロン）であり得、約２０μ（ミクロン）〜約６０μ（ミクロン）の幅に、例示的な実施形態では、３０μ（ミクロン）〜４０μ（ミクロン）に先細りし得、１５０μ（ミクロン）〜約２５０μ（ミクロン）の長さ、および例示的な実施形態では、１８０μ（ミクロン）〜２２０μ（ミクロン）を有することができる。本教示の図４の流体特徴の幾何学形状の許容差は、１０％以内であり得、例示的な実施形態では、５％以内であり得る。
【００３５】
図４の流量制御分岐５０の流体特徴の寸法に関して、流量制御バイパスチャネル４５は、約３９０μ（ミクロン）〜約４１０μ（ミクロン）の幅、約３ｍｍ〜約５ｍｍの長さを有することができる、流量制御一次チャネル５２と流れ連通している。流量制御一次チャネル５２は、約４５０μ（ミクロン）〜約５１０μ（ミクロン）の幅および約１ｍｍ〜約２ｍｍの長さを有することができる、流量制御二次チャネル５４と流れ連通することができる。流量制御一次チャネルチャンバ５１および流量制御二次チャネルチャンバ５３は、約５００μ（ミクロン）〜約１ｍｍの直径を有することができる。流量制御一次チャネル５２は、約２７０μ（ミクロン）〜約３３０μ（ミクロン）の幅および長さを有する、流量制御バルブ５６と流れ連通することができる。流量制御バルブ５６は、約１５μ（ミクロン）〜約１００μ（ミクロン）の幅および約２ｍｍ〜約５ｍｍの長さを有することができる流量制御バルブ狭窄チャネル５５と流れ連通することができる。流量制御バルブ狭窄チャネル出口端部５５ｏは、第１の試料混合チャネルセクション入口端部６２ｉと流れ連通することができる。流量制御バルブ狭窄チャネル出口端部５５ｏと試料合流トラップ出口端部４４ｏとの間の距離は、約４８０μ（ミクロン）〜約７２０μ（ミクロン）とすることができる。本教示の流量制御分岐の幾何学形状に対する許容差は、１０％以内であり得、例示的な実施形態では、５％以内であり得る。
【００３６】
図５は、本教示の流体回路の試料混合チャネルおよび試料サブアリコット分岐の拡大上面概略図を図示する。試料混合チャネル６０は、第１の試料混合チャネルセクション６２、第２の試料混合チャネルセクション６４、および第３の試料混合チャネルセクション６６を有することができる。第１の試料混合チャネルセクション６２は、第１の試料混合チャネルセクション入口端部６２ｉおよび第１の試料混合チャネルセクション出口端部６２ｏを有することができる。第１の試料混合チャネルセクション入口端部６２ｉは、試料流体が混合チャネルに徐々に入るように先細りになっており、これにより、試料混合チャネル内での混合および試料サブアリコット分岐９０内での試料流体のトラッピングが、一貫する。第１の試料混合チャネルセクション入口端部６２ｉは、初期に、第１の試料混合チャネルセクション６２の先細り端部で約３５μ（ミクロン）〜約４５μ（ミクロン）の幅で先細りになっている。試料混合チャネル６０は、先細り部分の後約１３５μ（ミクロン）〜約１６５μ（ミクロン）の幅、および約５ｍｍ〜約１５ｍｍの全長を有することができる。試料混合チャネル６０内の蛇行コイルの数は、約２〜約６コイルであり得る。本教示の試料混合チャネルの幾何学形状の許容差は、１０％以内であり得、例示的な実施形態では、５％以内であり得る。
【００３７】
試料混合チャネル６０は、試料サブアリコットチャネル９２と流れ連通することができる。試料サブアリコットチャネル９２は、約１９０μ（ミクロン）〜約２１０μ（ミクロン）の幅、および約７ｍｍ〜約８ｍｍの長さを有することができる。図５に図示されるように、試料サブアリコットチャネル９２と流れ連通しているのは、第１の分裂トラップセクション７０および第２の分裂トラップセクション８０である。第１の分裂トラップセクション７０は、第１の分裂トラップ７２を有することができ、第２の分裂トラップセクション８０は、第２の分裂トラップ８２を有することができ、各分裂トラップは、３１５μ（ミクロン）〜約３８５μ（ミクロン）の幅であり、約４５０μ（ミクロン）〜約５５０μ（ミクロン）の長さであり得る。第１の分裂トラップ７２および第２の分裂トラップ８２は、それぞれ、第１の分裂トラップ入口端部７２ｉ、および第２の分裂トラップ入口端部８２ｉを有することができ、各入口端部は、約２１５μ（ミクロン）〜約２３５μ（ミクロン）の幅を有することができる。第１の分裂トラップ７２および第２の分裂トラップ８２は、それぞれ、第１の分裂トラップ狭窄チャネル７１および第２の分裂トラップ狭窄チャネル８１と流れ連通することができ、各分裂トラップ狭窄チャネルは、７０μ（ミクロン）〜約９０μ（ミクロン）の幅、および約１９０μ（ミクロン）〜約２３０μ（ミクロン）の長さであり得る。第１の分裂トラップ狭窄チャネル７１および第２の分裂トラップ狭窄チャネル８１は、それぞれ、第１の試料分裂トラップ出口チャンバ狭窄チャネル７３および第２の試料分裂トラップ出口チャンバ狭窄チャネル８３と流れ連通しており、各試料分裂トラップ出口チャンバ狭窄チャネルは、２０μ（ミクロン）〜約３０μ（ミクロン）の幅、および約７５０μ（ミクロン）〜約１．７５ｍｍの長さであり得る。第１の分裂トラップチャンバ９３、第２の分裂トラップチャンバ９５、第１の試料分裂トラップ出口チャンバ７４、第２の試料分裂トラップ出口チャンバ８４、および試料アリコットチャンバ９７は、約５００μ（ミクロン）〜約１ｍｍの直径を有することができる。第１の分裂トラップチャンバ９３および第２の分裂トラップチャンバ９５は、それぞれ、第１の分裂トラップチャンバチャネル９４および第２の分裂トラップチャンバチャネル９６と流れ連通しており、各第１の分裂トラップチャンバチャネルは、１９０μ（ミクロン）〜約２１０μ（ミクロン）の幅、および約１ｍｍ〜約２ｍｍの長さであり得る。本教示の試料サブアリコット分岐の流体特徴の幾何学形状の許容差は、１０％以内であり得、例示的な実施形態では、５％以内であり得る。
【００３８】
本教示に従って、図２〜図５の様々な流体要素について開示される例示的な寸法について、例示的な高さ寸法は、約１６０μ（ミクロン）〜約２００μ（ミクロン）であり得、許容誤差は１０％以内であり得、例示的な実施形態では、５％以内であり得る。任意の図の任意の要素を含む、任意の要素について本明細書で提供される任意の寸法は、ある実施形態では１０％以内、例示的な実施形態では、指示された測定値の５％以内、または測定範囲の上限もしくは下限の許容範囲を有することができる。
【００３９】
図１の流体回路１００の様々な実施形態、およびその様々な分岐の組み合わせを使用して導出された流体回路の様々な実施形態は、例えば、これらに限定されるものではないが、様々なソフトリソグラフィーマイクロエンボス技術を使用して製造することができる。本教示によるデバイスの様々な実施形態では、図１の基板１５などの基板は、光学的に透過性のポリマーであり得、例えば、約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長範囲にわたる少なくとも約８５％〜９０％の光透過などの良好な光透過を提供する。本教示の流体回路の様々な実施形態の製造のための良好な光透過特性を有するポリマー材料の例は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリスチレンポリマー、ポリカーボネートポリマー、およびアクリレートポリマーなどの有機ケイ素ポリマーを含む。本教示に従って、例えば、限定されるものではないが、マイクロミリング、マイクロスタンピング、およびマイクロモールディングを利用する様々な製造マイクロフォーミング方法が、基板材料特性に適合させることができる。
【００４０】
図６は、本教示の流体（例えば、液滴）の精密な液体取り扱いのための流体デバイスの斜視図を図示する。図６の流体回路１００Ａ１などの流体回路は、線形または２次元アレイなどの様々な配置でパターン化することができる。図６の流体デバイス２００について図示されるように、流体回路は、１００Ａ１から１００Ｆ１によって画定される行などの、行および１００Ａ１から１００Ａ４によって画定される列などの、列によって画定される二次元アレイで図示される。このようなアレイは、様々なマイクロタイタープレートフォーマットなど、生物学的試験でよく知られている他のフォーマットとの統合に役立ち得るが、いずれのタイプの実験プロトコルのために基板上の流体チャンバのいずれの配置も、製造することができる。例えば、アレイは、本明細書で提供される４〜２５６、４〜１２８、４〜６４、８〜４８、１２〜４８、または２４の流体回路を含むことができる。基板２１５は、第１の表面を有することができ、その上に、図６の流体デバイス２００のカバー２２０などの、光透過カバーを使用して覆うことができる流体チャンバが製造され、これが光学検出を容易に可能にし得る。「カバー」は、流体デバイスの下部または上部にあり得、このため、デバイスは、図６に示されるようであり得るか、またはカバーが上部にあるように裏返され得ることに注目すべきである。様々な光透過カバーが、図１の流体回路１００の基板１５および図６の流体デバイス２００の基板２１５の光透過と少なくとも同じ光透過を有することができ、光透過は、約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長範囲にわたって、少なくとも約８５％〜９０％であり得る。図６のカバー２２０などの様々なカバーは、ガラススライドなどの様々なガラス材料から選択することができ、または図１の流体回路１００の基板１５および図６の流体デバイス２００の基板２１５に対して好適な、任意の例示的ポリマー材料などの、ポリマー材料であり得、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリスチレンポリマー、ポリカーボネートポリマー、およびアクリレートポリマーなどの有機ケイ素ポリマーを含むことができる。図１の流体回路１００および図６の流体デバイス２００の様々な実施形態の基板の厚さは、約７００μ（ミクロン）〜約１３００μ（ミクロン）であり得る。
【００４１】
本教示の流体回路の様々な実施形態を形成することができる第１の基板表面の反対側で、図６の第２の基板表面２１２が、基板の本体を通して製造された、様々なポートを有することができ、図６の代表的な流体回路１００Ａ１で図示されるように、本教示の流体回路の様々な下部構造体に外部流れ連通を提供し、その中の、図１の流体回路１００などの代表的な流体回路が、図７に拡大斜視図で示されている。例えば、図１の試料捕捉分岐１０などの試料分岐のための外部流れ連通に関して、図６および図７の第１の試料捕捉セクション充填ポート１２１は、図１の第１の試料捕捉セクション２０の第１の試料充填チャンバ２１に外部流れ連通を提供することができ、一方で図６および図７の第１の試料充填ポート１３１は、図１の第２の試料捕捉セクション３０の第１の試料充填チャンバ３１に外部流れ連通を提供することができる。同様に、図６および図７の第２の試料充填ポート１２３は、図１の第１の試料捕捉セクション２０の第２の試料充填チャンバ２３に外部流れ連通を提供することができ、一方で図６および図７の第２の試料充填ポート１３３は、図１の第２の試料捕捉セクション３０の第２の試料充填チャンバ３３に外部流れ連通を提供することができる。図１の流量制御分岐５０などの流量制御分岐のための外部流れ連通に関して、図６および図７の流量制御ポート１５１は、図１の流量制御分岐５０の流量制御一次チャネルチャンバ５１に外部流れ連通を提供することができ、それにより流量制御一次チャネル５２に外部流れ連通を提供する。同様に、図６および図７の流量制御ポート１５３は、図１の流量制御分岐５０の流量制御二次チャネルチャンバ５３に外部流れ連通を提供することができ、それにより流量制御二次チャネル５４に外部流れ連通を提供する。図１の試料サブアリコット分岐９０などの試料サブアリコット分岐のための外部流れ連通に関して、分裂トラップチャンバポート１９３は、図１の試料サブアリコット分岐９０の第１の分裂トラップチャンバ９３に外部流れ連通を提供することができる。同様に、分裂トラップチャンバポート１９５は、図１の試料サブアリコット分岐９０の第２の分裂トラップチャンバ９５に外部流れ連通を提供することができる。最終的に、試料アリコットポート１９７は、図１の試料アリコット分岐９０の試料アリコットチャンバ９７に外部流れ連通を提供することができる。さらに、図には示されていないが、分裂トラップ出口チャンバポート１７４および１８４は、それぞれ、分裂トラップ出口チャンバ７４および８４に外部流れ連通を提供することができる。
【００４２】
本教示に従って、デバイス上の液体取り扱いは、標準的な実験室用液体取り扱い機器を使用して、手動または自動モードで外部から作動させることができる。本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態に従って、ポートに、またはポート間に加えられる圧力は、例えば、流体回路の１つの分岐から流体回路の別の分岐に液体を移動させるための原動力として使用することができる。本教示に従い、デバイス上の液体取り扱いのための原動力は、ポートまたはポート間に低減された、または負圧を加えることにより、もしくはポートまたはポート間に増加した、または正圧を加えることにより、外部から作動され得る。定義による完全な真空が、圧力の欠如、例えば０トールであり、１つの標準気圧が、例えば７６０トールであるとすると、負圧が、例えば７６０トール未満の減少した圧力であり、正圧が、例えば７６０トールを超える増加した圧力である。その点に関して、本教示の構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態のデバイス上の液体取り扱いは、固体または液体置換を利用する手動または自動ピペッティングシステムなどの、手動または自動標準実験室液体取り扱い機器を使用して、外部から作動させることができ、これは約７２０トール〜約８００トールの圧力を提供することができ、１つの標準気圧から約＋／−４０トールである。
【００４３】
図８Ａ〜図１２Ｂは、概して、本教示の流体構成要素およびデバイスの実施形態を使用するための様々な例示的な方法を示す。図８Ａ〜図１２Ｂについて、黒いチャンバは、開いている外部ポートと流れ連通しているチャンバを表現し、白いチャンバは、閉じている外部ポートと流れ連通しているチャンバを表現する。
【００４４】
図８Ａおよび図８Ｂは、概して、その中で試料捕捉セクションの試料捕捉トラップおよび試料捕捉値が、充填される、試料充填に関する本教示の例示的な方法を示す。図８Ａでは、第１の試料は、第１の試料捕捉セクション２０の第１の試料充填チャンバ２１または第１の試料捕捉セクション２０の第２の試料充填チャンバ２３のいずれかに送達され、第１の試料充填バイパスチャネル２５を完全に充填し、ならびに第１の試料捕捉トラップ２６および第１の試料捕捉バルブ２８を充填することができる。同様に、第２の試料は、第２の試料捕捉セクション３０の第１の試料充填チャンバ３１または第２の試料捕捉セクション３０の第２の試料充填チャンバ３３に送達され、第２の試料充填バイパスチャネル３５を完全に充填し、ならびに第２の試料捕捉トラップ３６および第２の試料捕捉バルブ３８を充填することができる。図８Ｂでは、試料捕捉トラップが充填され、試料捕捉バルブが充填またはプライミングされたまま、過剰な試料が、バイパスチャネルから除去され得る。その点に関して、過剰な第１の試料は、第１の試料捕捉トラップ２６が充填され、第１の試料捕捉バルブ２８が充填またはプライミングされたまま、第１の試料捕捉セクション２０の第１の試料充填チャンバ２１または第１の試料捕捉セクション２０の第２の試料充填チャンバ２３のいずれかを通して、第１試料捕捉セクション２０の第１の試料充填バイパスチャネル２５から除去することができる。同様に、過剰な第２の試料は、第２の試料捕捉トラップ３６が充填され、第２の試料捕捉バルブ３８が充填またはプライミングされたまま、第２の試料捕捉セクション３０の第１の試料充填チャンバ３１または第２の試料捕捉セクション３０の第２の試料充填チャンバ３３のいずれかを通して、第２の試料捕捉セクション３０の第２の試料充填バイパスチャネル３５から除去することができる。前述のように、試料捕捉トラップおよび試料捕捉バルブを充填するためのすべての工程は、手動または自動モードで実行でき、第１または第２の充填チャンバからの試料の順次または同時の充填または除去を提供する。
【００４５】
図９Ａおよび図９Ｂは、概して、図８Ａおよび図８Ｂについて本明細書で先に開示されたように充填された第１および第２の試料から合流試料を形成するための本教示の例示的な方法を示す。図９Ａでは、他のすべての外部ポートを閉じた状態で、約１トール〜約４０トールの減圧または負圧を、他のすべての外部ポートを閉じた状態で図７の流量制御ポート１５１に加えることができ、第１の試料捕捉トラップ２６からの第１の試料を第１の試料収束チャネル４１に引き込み、および第２の試料捕捉トラップ３６からの第２の試料を第２の試料収束チャネル４３に引き込み、次いで試料収束入口チャンバ４２に引き込む。第１の試料捕捉バルブ２８および第１の試料捕捉狭窄チャネル２７は、第１の試料収束チャネル４１と流れ連通している。同様に、第２の試料捕捉バルブ３８および第２の試料捕捉狭窄チャネル３７は、第２の試料収束チャネル４３と流れ連通している。本明細書で先に開示されたように、試料捕捉バルブおよび試料捕捉狭窄チャネルは、第１の試料収束チャネルを通る、第１の試料捕捉トラップからの第１試料、および第２の試料収束チャネルを通る第２の試料捕捉トラップからの第２試料の、試料収束入口チャンバへの同時移送のプロセスを支援する流体抵抗を提供することができる。図９Ｂでは、第１の試料および第２の試料から形成された合流試料は、試料収束入口チャンバ４２から試料合流トラップ４４に完全に移送されたところが示される。
【００４６】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、概して、図１０Ａおよび図１０Ｂの流量制御バルブ５６などの流量制御バルブをプライミングするための本教示の例示的な方法を示す。図１０Ａでは、例えば、限定されるものではないが、脱イオン水、緩衝液、または他の希釈剤などのプライミング液を用いて、流量制御二次チャネル５４に流れ込むまで、流量制御一次チャネルチャンバ５１および流量制御一次チャネル５２に充填することができる。図１０Ｂでは、過剰なプライミング液が流量制御一次チャネル５２および流量制御二次チャネル５４から除去された後、流量制御分岐５０は、試料合流トラップ４４内の合流試料をサブアリコット分岐に移送するプロセスのために有効にされる。
【００４７】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、概して、試料合流トラップ内の合流試料を、混合チャネルを通してサブアリコット分岐に移送するための本教示の例示的な方法を示す。図１１Ａに図示されるように、図１０Ａおよび図１０Ｂについて記載されたように流量制御バルブ５６がプライミングされた後、約１トール〜約４０トール増加した圧力または正圧が、図７の試料サブアリコットポート１９７に加えられ得、一方で図７の流量制御ポート１５１は開き、他のすべての外部ポートが閉じて、合流トラップ４４内の合流試料を試料混合チャネル６０の第１の試料混合チャネルセクション６２、および第２の試料混合チャネルセクション６４に引き込む。本明細書で先に開示されたように、流体構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態では、合流分岐で起こり得る混合が、十分であり得る一方で、流体構成要素、デバイス、および方法の他の実施形態では、混合チャネル６０は、均質な合流試料を提供する必要があり得る。図１１Ａには示されていないが、試料サブアリコット分岐を通して試料サブアリコットチャンバに引き込まれた合流試料は、サブアリコット分岐の各試料分裂トラップを充填することができ、ならびに試料のサブアリコットチャネルの少なくとも一部を充填することができる。図１１Ｂに図示されるように、過剰な合流試料のすべてを試料サブアリコットチャネル９２から除去した後、試料分裂トラップ７２および試料分裂トラップ８２は、合流試料の画定された部分で充填される。
【００４８】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、概して、サブアリコット分岐を充填および洗浄するための本教示の例示的な方法を示す。図１２Ａでは、図７の試料サブアリコットポート１９７および図７の分裂トラップチャンバポート１９３が開いた状態で、試験試料、検出試薬などの試薬溶液、または洗浄溶液、例えばリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）などの緩衝液は、試料サブアリコットポート１９７を通して送達されて、分裂トラップチャンバ９３と試料サブアリコットチャンバ９７との間のサブアリコット分岐９０のセクションを充填することができる。図１２Ｂでは、約１トール〜約４０トールの減圧または負圧が、図７の試料サブアリコットポート１９７に加えられ得、一方で図７の分裂トラップチャンバポート１９３が開き、他の全ての外部ポートが閉じられ、サブアリコット分岐９０から充填または洗浄溶液を引き込み、第１の分裂トラップセクション７０の分裂トラップ７２および第２の分裂トラップセクション８０の分裂トラップ８２を、充填または洗浄溶液で充填したままとする。図１２Ａおよび図１２Ｂは、分裂トラップチャンバ９３と試料サブアリコットチャンバ９７との間のサブアリコット分岐９０からのセクション全体の充填および洗浄を図示するが、第１の分裂トラップセクション７０の分裂トラップ７２および第２の分裂トラップセクション８０の分裂トラップ８２などの各分裂トラップは、別個に充填または洗浄され得る。例えば、第１の分裂トラップセクション７０の分裂トラップ７２は、図７の分裂トラップチャンバポート１９３および分裂トラップチャンバポート１９５を使用して、図１２Ａおよび図１２Ｂに開示される例示的な方法を適用することによって、充填または洗浄することができる。同様に、第２の分裂トラップセクション８０の分裂トラップ８２は、図７の分裂トラップチャンバポート１９５およびサブアリコットポート１９７を使用して、図１２Ａおよび図１２Ｂに開示される例示的な方法を適用することによって、充填または洗浄することができる。
【００４９】
図８Ａ〜図１２Ｂによって例示される様々な液体取り扱いプロセスに加えて、本教示の流体構成要素、デバイス、および方法の様々な実施形態は、様々な生物学的アッセイおよび製薬分析に使用することができる。
【００５０】
生物学的および生化学的用途
【００５１】
本明細書で提供される流体デバイスは、２つの試料が合流され、および／または試料（例えば、合流した試料）が、サブアリコットされる、任意の生物学的または生化学的方法で使用することができる。当業者は、そのような方法が多数存在することを認識するであろう。したがって、本明細書で提供される流体デバイスの試料捕捉トラップおよび／または試料分裂トラップに多数の試料を送達することができる。かかる試料は、核酸試料、タンパク質試料、炭水化物試料、緩衝液、試薬、小さい有機候補薬物化合物などの有機化合物、またはこれらと他の生化学物質の混合物である生物学的試料などの組み合わせを含むことができる。かかる生物学的試料は、非限定的な例として、例えば、血漿または血清、組織、腫瘍生検、痰、脳脊髄液、および細胞培養上清などの血液またはその断片を含むことができる。加えて、かかる生物学的または生化学的方法で使用される試薬も含む。かかる生物学的または生化学的方法は、例えば、サンドイッチイムノアッセイ、試料調製法、核酸の単離および／または精製、細胞培養および画像化、核酸アッセイ、医薬品候補試験、または抗薬物抗体（ＡＤＡ）アッセイを含む、イムノアッセイ（例えば、ＥＬＩＳＡ）などの免疫学的方法を含むことができる。
【００５２】
ある実施形態では、本明細書で提供される流体デバイスを使用する生物学的アッセイの実施のために、光学検出システムなどの検出システムは、試料分裂トラップと光学的に連通することができる。かかる実施形態の場合、光学検出システムが光学的に連通しているデバイスカバーは、理想的には透明、例えば、透明なガラスまたは透明なプラスチックである。
【００５３】
ある実施形態では、第１の分裂トラップおよび第２の分裂トラップを充填することができ、かかるトラップの表面は、第１の試験試料および第２の試験試料でコーティングされる。標的抗体または抗原が、例えば、そのような第１の試験試料または第２の試験試料中に存在する場合、第１の分裂トラップおよび第２の分裂トラップの表面をコーティングすることができる。次いで、コーティングされた分裂トラップを、任意に、ＰＢＳなどの緩衝液、またはイムノアッセイで使用される任意の緩衝液ですすぐことができ、その後分裂トラップの表面を、当技術分野で既知のイムノアッセイ遮断試薬で遮断することができる。次いで、第１の被験者からの血液（またはその一部、例えば、血漿または血清）などの第１の試験試料、および第２の被験者からの血液試料であり得る、または非限定的な例では、制御試料であり得る、第２の試験試料は、コーティングされた分裂トラップに送達され、インキュベートされ得る。任意に、別の後退が、コーティングされた分裂トラップに送達され、インキュベートされる場合もある。次いで、コーティングされた抗体または抗原に結合した試験試料内の構成要素（存在する場合）に結合する抗体または抗原が、コーティングされた分裂トラップに送達される。図１１Ｂおよび図１２に示されるように、分裂トラップおよび関連付けられた流体トラップセクション内のこの流体処理は、分裂トラップチャンバを通して分裂トラップに試料を送達することによって達成することができる。
【００５４】
別の非限定的な例として、本明細書に提供される流体装置を使用して、ＡＤＡアッセイを実施することができる。当業者は、本明細書に提供される流体デバイスが、ＡＤＡアッセイを実行するために様々な方法で使用され得ることを理解するであろう。非限定的な例として、生物療法用抗体などの生物療法用薬物が、第１の分裂トラップに送達され得、対照抗体が、分裂トラップポートを通して、本明細書で提供されたマイクロ流体デバイス上のマイクロ流体回路のアレイの各分裂トラップチャンバに試料を送達することにより、第２の分裂トラップに送達され得る。生物療法用抗体および対照抗体（使用する場合）は、分裂トラップ内でインキュベートされて、生物療法用抗体および対照抗体が、分裂トラップの表面をコーティングすることを可能にし得る。
【００５５】
ＡＤＡアッセイのさらなる工程として、生物療法用抗体が投与された被験者からの血清試料は、ＡＤＡアッセイで理解されるように、各々酸性試薬と混合され、酸性化された血清試料は、各々第１の試料充填ポートを通して、第１の試料充填チャンバに酸性化された血清試料を送達することにより、マイクロ流体デバイス上の異なるマイクロ流体回路の第１の試料捕捉トラップに送達される。生物医薬品抗体を認識する蛍光標識抗体を備えるｐＨ中和試薬は、検出試薬と称され、第２の試料充填ポートを通して、第２の試料充填チャンバに検出試薬を送達することにより、第２の試料捕捉トラップの各々に加えられる。試料捕捉トラップは、図８Ａおよび図８Ｂで、本明細書で提供されるような方法工程を使用して、充填される。各第１の試料捕捉トラップ内の捕捉された酸性化血清試料液滴および各第２の試料捕捉トラップ内の検出試薬の捕捉された液滴は、試料合流トラップに送達され、そこで合流して、図９Ａおよび図９Ｂに提供される方法工程を使用して、合流試料液滴を形成する。次いで、各流量制御バルブは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示される方法を使用してプライミングされる。次いで、各合流試料液滴は、試料混合チャネルに移動され、図１１Ａに示されるように、そこで混合され、混合された合流試料液滴は、上記のように、それぞれ、生物医薬品抗体および対照抗体でコーティングされた第１の分裂トラップと第２の分裂トラップにサブアリコットされる。第１の分裂トラップおよび第２の分裂トラップに到達する前に、合流した試料液滴のｐＨは、抗体が、酸性化した血清の試料液滴とｐＨ中和をする検出試薬の混合に起因して、それらの同種抗原と結合するｐＨまで増加される。抗薬物抗体が被験者の血清試料中に存在する場合、それは、第１の分裂トラップの分裂トラップ表面上に固定化された生物療法抗体に結合するが、第２の分裂トラップの対照抗体でコーティングされた表面には結合しないはずである。次いで、分裂トラップを、すすぎ、緩衝液で補充する。次いで、光源からの光が、流体回路のアレイの第１の分裂トラップおよび第２の分裂トラップに、スキャン方式か、または同時のいずれかで通され、蛍光検出器によって蛍光が検出される。対照抗体でコーティングされた試料分裂トラップではなく、生物医薬品でコーティングされた試料分裂トラップからの正の蛍光は、そのマイクロ流体回路に加えられた被験者試料中の抗薬物抗体の存在を示す。
【００５６】
別の非限定的な例では、本明細書で提供されるマイクロ流体デバイスは、次世代（すなわち、大規模並列）シーケンスワークフローで１つ以上の試料調製工程を実行するために使用され得る。例えば、複数の試料は、各々、本明細書で提供されるマイクロ流体デバイス上のアレイとしてパターン化された、本明細書で提供される異なるマイクロ流体回路内で別々に処理することができる。例えば、異なる被験者からの核酸試料が、断片化され、リン酸化される。次いで、核酸試料は、各々、第１の試料充填ポートを通して第１の試料充填チャンバに核酸試料を送達することにより、マイクロ流体デバイス上の異なるマイクロ流体回路の第１の試料捕捉トラップに送達される。Ｙアダプタライゲーション試薬と称される、核酸Ｙアダプタおよびライゲーション試薬を含む試薬が、第２の試料充填ポートを通して、第２の試料充填チャンバにＹアダプタライゲーション試薬を送達することにより、第２の試料捕捉トラップの各々に加えられる。試料捕捉トラップは、図８Ａおよび図８Ｂで、本明細書で提供されるような方法工程を使用して、充填される。各第１の試料捕捉トラップ内の捕捉された核酸試料液滴および各第２の試料捕捉トラップ内のＹアダプタライゲーション試薬の捕捉された液滴は、試料合流トラップに送達され、そこで合流して、図９Ａおよび図９Ｂに提供される方法工程を使用して、合流試料液滴を形成する。次いで、各流量制御バルブは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示される方法を使用してプライミングされる。次いで、各合流試料液滴は、試料混合チャネルに移動され、そこで図１１Ａに示されるように混合され、混合された合流試料液滴は、各々が標的増幅のためのプライマー対の異なるセットを含有する複数の分裂トラップにサブアリコットされて、分裂トラップの各々内に複数の標的増幅反応混合物を作成する。次いで、標的の増幅反応混合物は、ピペッタを使用して、トラップから引き出すことによって、分裂トラップから除去されて、典型的には流体デバイス上の他のすべてのポートを閉じた後に、分裂トラップの各々と流れ連数する出口チャンバ（例えば、図１の分裂トラップ出口チャンバ７４および８４）と流れ連通するポートを通して負圧差を作り出すことができる。かかる方法は、各分裂トラップ内の流体体積を引き出すのに十分に小さいピペットを使用することによって促進され、これは例示的な実施形態では、３５ｎｌであり、例えば、２０ｎｌ〜２５０ｎｌ、２５ｎｌ〜２００ｎｌ、３０ｎｌ〜１００ｎｌ、または３０ｎｌ〜５０ｎｌであり得る。増幅反応混合物（または分裂トラップ内に捕捉された任意の液体）をデバイスから除去する方法の別の例として、分裂トラップ内の液体の体積よりも大きい最小容量を有するピペッタの場合の実施例において、分裂トラップ出口チャンバ（例えば、７４、８４など）と流れ連通しているポート、および分裂トラップチャンバ９３と流れ連通しているポートを除いて、図１の流体デバイス上の全てのポートを閉じて、分裂トラップ７２から内容物を除去し、もしくは分裂トラップチャンバ９５またはサブアリコット出口チャンバ９７と流れ連通するポートを閉じて、分裂トラップ８４から内容物を除去し、デバイスにピペットで移された内容物が他のサブアリコットトラップと混合しないことを確実とするのに役立てることができる。次いで、緩衝液または水などの少量（例えば、１ｕｌ、２ｕｌ、５ｕｌ、１ｕｌ〜５ｕｌ、または１ｕｌ〜１０ｕｌ）の液体を、分裂トラップと流れ連通している出口チャンバと流れ連通するポートを通して、ピペッタで分裂トラップに加えて、分裂トラップの流体内容物と混合することができ、次いで、加えられた液体および分裂トラップ内容物の混合物は、ピペッタを使用して同じポートを通してデバイスから引き出すことができる。一度デバイスから引き出されると、増幅反応混合物は、次いで、マイクロタイタープレートのウェルにピペットで移して、処理された試料上でシーケンス反応を実行する前に、増幅反応および／または他の次世代シーケンス処理を実行することができる。代替的に、等温増幅反応を、分裂トラップ内で実行してから、増幅産物を、上記のように分裂トラップから除去して、次世代（例えば、大規模多重化）シーケンスワークフローでさらに処理することができる。
【００５７】
さらなる考察および実施形態
【００５８】
本教示の例示的な実施形態は、受動的液滴合流およびかかる合流液滴の分裂における第２相非混和性流体としての油の必要性を軽減し、このため、油自体からの汚染の可能性を緩和し、ならびに受動的な液滴合流および分裂中に必要な複雑さ、時間、およびリソースを低減させる。本明細書で提供される流体構成要素、回路、およびデバイスの例示的な実施形態は、制御された汚染物質のない環境で、外部の電気、磁気、または音響駆動力を使用せずに、２ピコリットルおよび／またはナノリットルスケールの液滴を融合することが可能である。さらに、例示的な実施形態に含まれる受動流体バルブは、液滴の適切な制御および操作のための外部バルブの導入の複雑さを低減させる。
【００５９】
例示的な態様では、本明細書で提供されるのは、液滴を操作する（例えば、液滴の充填、融合、混合、および／または分割、ならびにそれらの様々な組み合わせ）ために効果的な、流体回路、流体構成要素、またはそれらを備える流体デバイス、もしくは流体回路、流体構成要素、または流体デバイスを使用する方法である。例示的な実施形態では、流体構成要素、流体回路、もしくはそれらを備える流体デバイス、またはそれらを使用する方法は、第１の液体試料の一部分および第２の液体試料の一部分を、合流試料に融着させるために有効および／または適合される。さらに、ある実施形態では、流体回路、流体構成要素、流体デバイス、またはそれらを使用する方法は、合流試料を混合することに有効および／もしくは適合し、ならびに／または合流試料を複数のサブアリコットへ分離することに有効および／または適合している。
【００６０】
したがって、合流およびサブアリコット機能を含む実施形態に関して、かかる構成要素、回路、およびデバイスは、それぞれ、液滴合流および分裂構成要素、回路、またはデバイスと称することができる。本明細書で提供されるかかる流体構成要素、流体回路、または流体デバイスは、非混和性相（例えば、油を含む非混和性相）を使用せずに、融着および分離（典型的にはサブアリコット）を行うのに典型的には効果的である。図１〜図６は、そのような流体構成要素および流体回路の非限定的な例を示す。図６〜図７は、そのような流体デバイスの非限定的な実施例を示す。図１〜図７に示される要素のいずれかについての特定の構造、ならびにそれらの構造に対して開示された例示的な寸法および関連付けられた体積は、限定されるものではないが、直下のセクション内のような、任意の図を明示的に表さない章において、本明細書に提供された例示的な実施形態および態様内で提供される構成要素、回路、およびデバイスの他の構造に対するより一般的な教示のいずれかと別個に組み合わせることができる。
【００６１】
本明細書で提供される例示的な実施形態では、流体回路、およびそれを備える流体構成要素または流体デバイスは、例えば、電子ピペッタまたはシリンジポンプであり得る、例えば、標準的な実験室用マイクロピペッタなどの、標準的な実験室用液体取り扱い機器によって提供されるものなどの静水圧差によって駆動され得る、少なくとも１つ、典型的には複数のバルブを含む。したがって、例示的な実施形態では、電気的、磁気的、または音響的方法などの外力駆動方法は、流体構成要素、流体回路、または流体デバイス内で液滴を移動させるために使用されず、流体構成要素の例示的な実施形態、本明細書の流体回路および流体デバイスの実施形態では、これらのタイプの力駆動型の方法を実行するための特殊な構造は含まれない。むしろ、静水圧差は、例示的な実施形態で使用される。さらに、例示的な実施形態では、外部バルブは、流体構成要素、流体回路、または流体デバイス内に含まれない。
【００６２】
したがって、本明細書の１つの例示的な態様は、少なくとも２つの試料捕捉セクションを含む試料捕捉分岐であって、各試料捕捉セクションは、試料捕捉トラップを備え、任意に、各試料捕捉トラップは、試料捕捉バルブ、試料捕捉狭窄チャネル、試料充填バイパスチャネル、および第１の試料充填チャンバと関連付けられる、試料捕捉分岐と、少なくとも２つの試料捕捉セクションの各々の試料捕捉トラップと流れ連通している合流トラップを備える試料合流／流量制御分岐であって、任意で、試料合流トラップは、流量制御バルブ、流量制御バルブ狭窄チャネル、流量制御バイパスチャネル、および流量制御一次チャネルチャンバと関連付けられる、試料合流／流量制御分岐と、を含む、流体回路（およびそれを含む流体構成要素と流体装置）を提供する。
【００６３】
流体構成要素のある実施形態では、流体回路は、流量制御一次チャネルチャンバに圧力を加えることにより、圧力差を試料捕捉分岐に加えることができるように構成される。ある実施形態では、試料捕捉分岐は、圧力差が、試料捕捉トラップ、試料捕捉バルブ、関連付けられた試料捕捉狭窄チャネルに加えられると、少なくとも８０％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、もしくは９９．９％の流体が流出し、および／または試料捕捉トラップから強制的に出され、および／または押出され、ある例示的な実施形態では、１０％、５％、１％、または０．１％未満の流体が流出し、および／または試料捕捉バルブから強制的に出され、および／または押出される。ある実施形態では、試料捕捉トラップと試料合流トラップとの間の流路に付加的なトラップはない。ある実施形態では、流体回路は、１つ以上のトラップ、関連付けられた狭窄チャネル、および流体チャネル内のバルブのいずれかに静水圧差を加えることができるように構成されており、そのため流体が、静水圧差の適用の際、トラップから強制的に出される。ある実施形態では、流体回路は、液滴合流（すなわち、液滴融合）効率が、少なくとも９０％、９５％、９８％、９９％、９９．５％、９９．９％、または１００％、もしくは９０％〜１００％、９５％〜１００％、９５％〜９９％、９８％〜９９％、または９９％〜１００％であるように構成される。
【００６４】
ある流体構成要素の実施形態では、流体回路は、試料合流トラップと流れ連通する試料サブアリコット分岐をさらに備え、試料サブアリコット分岐が、少なくとも２つの分裂トラップセクションを備え、各分裂トラップセクションが、試料分裂トラップを備える。例示的な実施形態では、各試料分裂トラップは、試料分裂トラップ狭窄チャネルと関連付けられ、さらなる実施形態では、試料分裂トラップ出口チャンバと関連付けられる。例示的な実施形態では、試料サブアリコット分岐は、試料サブアリコットチャンバをさらに備える。ある実施形態では、流体回路は、サブアリコット（すなわち、分割）効率が、少なくとも９０％、９５％、９６％、９７％、または９８％、もしくは９０％〜９８％、９５％〜９８％、または９６％〜９８％であるように構成される。
【００６５】
流体構成要素のある実施形態では、流体回路は、試料合流分岐および試料サブアリコット分岐と流れ連通している、試料混合チャネルをさらに備える。例示的な実施形態では、試料混合チャネルは、例えば、２〜１２の蛇行コイルなど、少なくとも２つの完全な蛇行コイルを有する。ある実施形態では、流体回路は、分割効率が９０％または９１％、もしくは、少なくとも７５％、８０％、８５％、９０％、または９１％、もしくは８０％〜９０％、８０％〜９１％、８５％〜９０％、９０％〜９１％であるように構成される。
【００６６】
本明細書の流体デバイスの例示的な実施形態は、直前の流体回路態様を含み、流体デバイスは、流体チャネルの１つ以上のチャンバと流れ連通する１つ以上のポートをさらに備える。例示的な実施形態では、流体デバイスは、複数のポートを備え、各ポートは、流体回路内のチャンバの１つと流れ連通している。
【００６７】
さらなる例示的な実施形態では、流体回路、およびそれを備える流体構成要素ならびに流体デバイスは、それらの変形であり、例えば、任意の個々の要素内で組み合わされ得、または、例えば直前のセクションにおける態様および実施形態を含む、本明細書の他の態様を有する要素の組み合わせは、第１および第２の液体試料をそれぞれ受容するために、第１および第２の試料捕捉セクションの各々の第１の試料充填チャンバを含む。典型的には、本明細書の流体デバイスでは、かかる試料充填チャンバは、ポートを通して充填される。試料充填チャンバは、一連の流体トラップの入口と流れ連通しており、各流体トラップは、狭窄チャネルの入口（毛細血管狭窄チャネルとも称される場合があり、典型的に直径が、接続されているトラップの直径の半分未満であり、特定の例示的な実施形態では、疎水性である）、バイパスチャネル、流体バルブ、およびチャンバと関連付けられ、流れ連通する。トラップおよび関連付けられた狭窄チャネルならびにバルブの構造は、トラップおよび関連付けられたバルブが流体で充填されるとき、トラップの抵抗が関連付けられたバルブおよび関連付けられた狭窄チャネルの合計抵抗よりもはるかに小さくなるようになっている。このため、圧力差がトラップおよび関連付けられたバルブならびに狭窄チャネルに加えられるとき、流体は、トラップから引き出されるが、バルブからは引き出されない（および典型的に、関連付けられたチャンバを有する流体構成要素または回路の次のトラップに引き込まれ、それを通してより低い圧力差が加えられる）。ある実施形態では、流体構成要素、流体回路、または流体デバイスの動作中に異なるチャンバが開閉されて、液滴の移動を強制するために、異なるトラップおよびバルブで圧力差を生成することが可能である。各試料充填チャンバの出口は、試料捕捉トラップの入口と隣接して流れ連通しており、各試料捕捉トラップの出口は、同じ試料合流トラップの同じ入口と隣接して流れ連通している。「隣接する流れ連通」にあると言われるトラップ間の流体経路内に位置付けられる付加的なトラップはない。例示的な実施形態では、収束チャネルは、試料捕捉トラップと試料合流トラップとを接続する。さらなる例示的な実施形態では、収束チャネルは、蛇行構成を有する。ある例示的な実施形態では、収束チャネルと試料合流トラップとの間に、本明細書の図に示されているような、試料収束入口チャンバがある。例示的な実施形態における収束チャネルは、本明細書の図に示される構成を有する。
【００６８】
ある例示的な実施形態では、本明細書の図に示されるように、試料合流トラップは、関連付けられた流量制御バルブ、流量制御バルブ狭窄チャネル、流量制御一次チャネルチャンバ、および流量制御バイパスチャネルを有する。ある例示的な実施形態では、流体構成要素、流体回路、およびそれらを備える流体デバイスは、各々が試料分裂トラップを含む、少なくとも２つの分裂トラップセクションをさらに含み、その各々は、典型的に試料サブアリコットチャネルを通して、試料合流トラップの出口で試料合流トラップと流れ連通している。サブアリコットチャネルは、典型的に、試料合流トラップに最も近い端部の反対側のサブアリコットチャネルの端部において試料サブアリコットチャンバを含む。試料分裂トラップは、各々典型的に、関連付けられた試料分裂トラップ狭窄チャネル、試料分裂トラップ出口、および試料分裂トラップチャンバを有する。しかしながら、分裂トラップは、典型的に関連付けられたバルブは含まない。
【００６９】
ある例示的な実施形態では、流体回路、または流体構成要素、またはそれらを備える流体デバイスは、混合チャネルの入口を通る試料合流トラップの出口、および混合チャネルの出口端部を通る試料分裂トラップの入口の両方と流れ連通し、典型的には、隣接して流れ連通する混合チャネルをさらに含む。混合チャネルは、典型的には直線チャネル以外で構成される試料混合セクションを含み、そのため乱流を作り出し、それによりそこを通過する液体の混合を作り出す。例示的な実施形態では、試料混合セクションは、蛇行構成を有し、例えば、少なくとも２つの完全な蛇行コイルを含むことができる。
【００７０】
ある例示的な実施形態において、流体回路は、合流、混合、および／またはサブアリコットが５秒以内に実行することができるように構成される。いくつかの実施形態では、流体回路は、混合が、５、４、３、または２秒以内に実行することができるように構成される。いくつかの実施形態では、流体回路は、サブアリコット（すなわち、分割）が、５、４、３、２、または１秒以内に起こり得るように構成される。
【００７１】
別の態様では、本明細書で提供されるのは、流体回路を備える流体構成要素であって、
ａ．少なくとも２つの試料捕捉セクションを備える試料捕捉分岐であって、各試料捕捉セクションが、試料捕捉トラップを備える、試料捕捉分岐と、
ｂ．試料合流分岐であって、
ｉ．少なくとも２つの試料捕捉セクションの各々の試料捕捉トラップと流れ連通している合流トラップ、
ｉｉ．試料捕捉トラップの各々と流体連通している、少なくとも２つの試料チャネル、任意に、試料収束チャネル、
ｉｉｉ．少なくとも２つの試料チャネルの各々と流れ連通している試料収束入口チャンバ、および
ｉｖ．試料合流トラップであって、収束入口チャンバが、収束入口チャンバ入口から試料合流トラップと流体連通している出口狭窄チャネルまで幅が収束する、試料合流トラップを備える、試料合流分岐と、を備える、流体構成要素。
【００７２】
流体回路を含む、本明細書で提供される多くの態様に関するいくつかの実施形態では、流体回路が、試料合流トラップと流れ連通している試料サブアリコット分岐をさらに備え、任意に試料サブアリコット分岐が、少なくとも２つの分裂トラップセクションを備え、各分裂トラップセクションが、試料分裂トラップ狭窄チャネルと関連付けられている試料分裂トラップ、および試料分裂トラップ出口チャンバを備える。
【００７３】
流体回路を含む、本明細書で提供される多くの態様に関するいくつかの実施形態では、流体回路は、試料合流分岐および試料サブアリコット分岐と流れ連通している、試料混合チャネルをさらに備える。
【００７４】
流体回路を含む、本明細書で提供される多くの態様のいくつかの実施形態では、試料混合チャネルは、少なくとも２つの完全な蛇行コイル、または例えば２〜１０の蛇行コイルを有する。流体回路を含む、本明細書で提供される多くの態様に関するいくつかの実施形態では、試料サブアリコット分岐は、試料サブアリコットチャンバをさらに備える。
【００７５】
試料合流分岐の一部として１つ以上の試料チャネルを含む、本明細書で提供される多くの態様に関するいくつかの実施形態では、試料チャネルは、任意に２〜６の屈曲、ループ、またはターンを含む、試料収束チャネルであり、例示的な実施形態では、試料合流分岐は、試料捕捉トラップ内の各試料のほぼ同時の、および任意に同時の試料合流トラップへの移送を提供する。
【００７６】
試料合流分岐を含む、本明細書で提供される多くの態様に関するいくつかの実施形態では、試料合流トラップは、試料収束入口チャンバの任意の出口狭窄チャネルを通して、試料収束入口チャンバに接続された漏斗形状の入口端部を有する。例示的な実施形態では、漏斗形状の入口端部の最も狭い端部は、出口狭窄チャネルに直接接続される。
【００７７】
本明細書のある例示的な実施形態では、流体回路、またはそれを備える流体構成要素および／または流体デバイスは、マイクロメートル以下のスケールでほとんどのチャネル幅寸法を有し、このため、マイクロ流体回路、マイクロ流体構成要素、またはマイクロ流体デバイスと見なされる。本明細書のある例示的な実施形態では、流体回路、またはそれを備える流体構成要素および／または流体デバイスは、マイクロメートル以下のスケールですべてのチャネル幅寸法を有する。
【００７８】
いくつかの実施形態では、流体デバイスは、流体構成要素のアレイを備えて本明細書で提供される。
【００７９】
別の態様では、本明細書で提供されるのは、流体回路における試料処理のための方法であって、
ａ．第１の試料捕捉トラップおよび第１の試料捕捉バルブに第１の流体試料および第２の流体試料捕捉トラップを充填し、第２の試料捕捉バルブに第２の流体試料を充填することであって、第１の試料捕捉トラップおよび第２の試料捕捉トラップが、試料合流トラップと流れ連通している、充填することと、
ｂ．第１の流体試料および第２の流体試料を、試料合流トラップに引き込み、それにより、結合試料を形成することと、
ｃ．結合流体試料を少なくとも２つの分裂トラップに引き込み、それによって結合試料を少なくとも２つの分裂トラップ試料にサブアリコットすることと、を含む。
【００８０】
本明細書で提供される任意の方法の態様のいくつかの実施形態では、第１の流体試料および第２の流体試料を試料合流トラップに引き込んだ後、結合流体試料は、混合チャネルを通して引き込まれる。例示的な実施形態では、結合流体試料は、液滴である。
【００８１】
本明細書で提供される任意の方法の態様のいくつかの実施形態では、試料合流トラップは、各試料捕捉トラップについて画定された、結合試料体積に対する容量を有する体積を有するように構成される。本明細書で提供される任意の方法の態様のいくつかの実施形態では、少なくとも２つの分裂トラップの各々について、分裂トラップは、画定された分裂トラップ試料体積を提供する測定可能な幾何学形状を有する。
【００８２】
本明細書で提供される任意の方法態様のいくつかの実施形態では、第１の流体試料および第２の流体試料は、試料合流トラップと流れ連通している流量制御一次チャネルチャンバに圧力を加えることによって、試料合流トラップに引き込まれて、合流液滴を形成する。例えば、圧力は、ピペットまたはシリンジポンプなどの標準的な実験室用液体取り扱いデバイスを使用して加えることができる。本明細書で提供される任意の方法の態様のいくつかの実施形態では、１トール〜約４０トールの減圧が、流量制御一次チャネルチャンバに加えられる。
【００８３】
別途記載のない限り、本明細書で使用される用語および語句は、当業者によって同じと理解されると理解されるべきである。例えば、本明細書で使用される用語および語句は、例えば、Ｔｅｎｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｒｒｉａｍ  Ｗｅｂｓｔｅｒ’ｓ  Ｃｏｌｌｅｇｉａｔｅ  Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ（１９９７）などの標準的な辞書によって提供される定義と一致して使用することができる。「約」、「およそ」などの用語は、数値または範囲のリストが先にある場合、リストまたは範囲内の各個々の値は、独立して、リストまたは範囲内の各個々の値がその用語の直前にあるように表す。同じものに対して参照する値は、正確に、それに近い、またはそれに類似している（例えば、互いに約１〜約１０パーセント以内）。本明細書では、範囲は、約１つの特定の値から、および／または約別の特定の値までとして表すことができる。そのような範囲が表現されるとき、別の態様は、１つの特定の値からおよび／または他の特定の値までを含む。同様に、値が近似値として表されるとき、約またはおよそという前置詞を使用することにより、特定の値が別の態様を形成することが理解されよう。さらに、各範囲の端点は、他の端点との関係でも、他の端点とは無関係でも重要であることは理解されよう。範囲（例えば、９０〜１００％）は、各値が個別にリストされているかのように、範囲自体ならびに範囲内の各独立した値を含むことを意味する。この開示内で引用されたすべての参考文献は、参照によりその全体が本出願に組み込まれる。
【００８４】
ある実施形態は、以下の実施例においてさらに開示される。これらの実施形態は、例としてのみ提供され、決して特許請求の範囲を限定することを意図していない。
【実施例】
【００８５】
実施例１例示的なプロトタイプ流体デバイス
【００８６】
プロトタイプのマイクロ流体チャネルおよびデバイスを作製し、試験する。図６によるプロトタイプ流体デバイスは、ソフトリソグラフィー技術を使用して作製される。ＳＵ−８  ２１００フォトレジストを、シリコンウエハ上に５００ＲＰＭで１０秒間、１７５０ＲＰＭで３０秒間、スピンコーティングする。次いで、ホットプレート上で、６５℃で７分間、さらに９５℃で３７分間焼く。次いで、フォトマスクを使用して、ウエハとフォトマスクを、１分間ＵＶ光に露光する。露光後、再び６５℃で５分間、さらに９５℃で１５分間焼く。次に、それをホットプレートから取り除き、約５分間冷却した後、ＳＵ−８現像液とともにガラス皿に入れ、Ｂｅｌｌｙ  Ｄａｎｃｅｒ  ｓｈａｋｅｒで１５分間攪拌する。古い現像液を除去しかつ交換し、同じプロセスを、１５分間繰り返す。完全に現像されたウエハを、イソプロパノールで洗浄し、すべての現像液およびイソプロパノールが除去されるまで、強制空気で乾燥させる。完全に現像され、乾燥したデザインを、デシケーター内に設置し、シラン処理して、２時間表面を機能化する。最後に、１０：１の割合でＰＤＭＳを注ぎ、７５℃で２時間焼く。次いで、ＰＤＭＳ金型を切り取り、入口／出口ポートに穴を開け、デバイスをガラススライドに固定して試験する。
【００８７】
プロトタイプ流体デバイスの液滴融着機能を、トラップされた内容物の効果的な融合を確実とするために、蒸留水中の食用色素の溶液を使用して最適化する。融合能力を判定するために、一方の一次トラップを、フルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）で充填し、他方のトラップをＰＢＳで充填する。次いで、標準として使用する２つの一次トラップの強度を測定する。したがって、第１のＦＩＴＣトラップは、１００％に正規化され、ＰＢＳを使用したトラップには信号がないため、ゼロである。一度２つの液滴が融合されると、合流トラップの強度を測定する。これを、実施例の直前に示されているように作製された１６の同一のプロトタイプ流体デバイスで試験する。
【００８８】
混合を測定するために、合流液滴の測定された強度を、サブアリコットされた液滴の強度と比較する。これを、同じ１６のプロトタイプ流体デバイス上で行う。分割を、２つの三次トラップの体積比で測定する。最後に、サブアリコット分岐の洗浄能力を、サブアリコット後の試料分裂（すなわち、三次）トラップのＦＩＴＣを測定し、次いで、洗浄を実行した直後にＦＩＴＣを測定することによって分析する。様々な工程のタイミングを、ストップウォッチを使用して測定する。
【００８９】
融合能力、混合、および液滴の分割、分離、またはサブアリコットのためのマイクロ流体チャネルの様々な構成の能力の試験に基づいて、図６および図７に示される機能を備えたプロトタイプマイクロ流体デバイスを設計し、上記の発明を実施するための形態で提供された範囲内の寸法で、本実施例内において上記で提供されるように作成する。試料捕捉セクションを、約１８０ミクロンの高さで形成し、試料トラップが、約５２０ミクロンの幅および約１ｍｍの長さであり、試料捕捉バルブが、約５２０ミクロンの幅、約５２０ミクロンの長さである。バイパスチャネルは、約５２０ミクロンの幅、約６．２５ｍｍの長さを有し、充填チャネルは、約４００ミクロンの幅、および約２．２５ｍｍの長さを有する。充填チャンバ２３、３３は、直径１ｍｍである。混合チャネルおよび他の構造は、例示的な実施形態についての詳細な説明のセクションで提供される寸法内で、図１に示される構造を有する。
【００９０】
プロトタイプ流体デバイスを試験し、表１に報告される性能を得た。液滴融合に関して、図８Ａおよび図８Ｂに提供される方法を使用して、ＦＩＴＣを有する液滴を、第１の試料捕捉セクションの第１の試料捕捉トラップに引き込み、ＰＢＳの液滴を、第２の試料捕捉セクションの第１の試料捕捉トラップに送達する。ＦＩＴＣは、１００％の正規化強度が与えられ、ＰＢＳは強度０％を有する。試料捕捉トラップ内のＰＢＳおよびＦＩＴＣの液滴を、本明細書で提供される方法（図９Ａおよび図９Ｂ）を使用して、合流トラップに融合し、元のＦＩＴＣ液滴の強度の５０％の測定値を生じさせる。このため、液滴を融合するために使用するデバイスおよび方法は、液滴を１００％またはほぼ１００％で融合する効率を備え、非常に効果的である。
【００９１】
混合効率を測定するために、合流ＦＩＴＣ／ＰＢＳ液滴は、本明細書で提供される方法を使用して混合チャネルを通して送達される（図１１Ａ）。サブアリコット液滴の測定強度は、合流液滴の強度と比較して９１％である。したがって、効果的な混合がデバイスで行われている。しかしながら、強度のいくらかの損失が、試料のサブアリコットチャネル９２から吸引された過剰な流体において、観察される。理論に制限されるものではないが、これは混合チャネル内の拡散時間が不足しているためであると考えられる。したがって、蛇行コイルが多いほど、このプロセスの効率はさらに高くなる。
【００９２】
混合液滴を、図１１Ｂに提供された方法を使用して、サブアリコット（すなわち、分割）する。分割を、２つのサブアリコットトラップの体積比で測定する。１つの試料の分裂トラップの体積が、他の体積の９８％である。つまり、一方の試料の分裂トラップの体積が、３５ｎｌで、他方の試料の分裂トラップの体積が、３４．３ｎｌである。
【００９３】
最後に、図１２Ａおよび図１２Ｂに従って実行された洗浄と洗浄効率を、サブアリコット後の試料分裂トラップのＦＩＴＣを測定し、次いで、洗浄を実行した直後にＦＩＴＣを測定することによって分析する。第１の洗浄後、洗浄された分裂トラップ内の試料からの信号は、開始強度が１００を有し、８の強度を有する。これを２回目の洗浄後に再試験し、値０（洗浄効率１００％）を生じさせる。
【００９４】
表１プロトタイプのマイクロ流体デバイスの性能
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【００９５】
実施例２プロトタイプ流体デバイスを使用する例示的なＥＬＩＳＡアッセイ
【００９６】
図６のデバイス２００による流体デバイスを作製し、ＥＬＩＳＡアッセイで試験する。この実験的記述は、図１３を参照し、図１３は、本教示に従って実行することができる例示的なＥＬＩＳＡ分析のための例示的なアッセイワーク流量３００を図示する。実行される例示的なＥＬＩＳＡ分析では、マウスＩＬ−６抗原標準を、０．５μｇ／ｍｌ（マイクログラム／ｍｌ）および１μｇ／ｍｌ（マイクログラム／ｍｌ）のマウスＩＬ−６抗原で調製することをのぞき、ＢｉｏＬｅｇｅｎｄ  ＥＬＩＳＡ  ＭＡＸ（商標）マウスＩＬ−６キットの試薬を使用し、キットに付属の説明書に記載されているように調製する。ワークフロー３００は、図６の流体デバイス２００など、本教示の例示的なデバイスを利用することができる。
【００９７】
図１２Ａおよび図１２Ｂについて本明細書で前述したように、各分裂トラップを充填または洗浄するための例示的な方法を使用して、図１３に図示されるようなアッセイワークフロー３００の工程３１０について、０．５μｇ／ｍｌのマウスＩＬ−６抗原標準の試料を、図５の第１の分裂トラップセクション７０などの第１の分裂トラップに、図６の流体回路１００Ａ１〜流体回路１００Ｆ１の各々などの流体回路の各々について充填する。同様に、１．０μｇ／ｍｌのマウスＩＬ−６抗原標準の試料を、図６の流体回路１００Ｆ２を通る各流体回路１００Ａ２などの各流体回路について、図５の第１の分裂トラップセクション７０などの第１の分裂トラップに充填する。図５の第２の分裂トラップセクション８０などの第２の分裂トラップの各々に、アッセイで使用される各流体回路について、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）を対照として充填する。アッセイワークフロー３００の工程３２０について図１３に図示されるように、デバイスを、室温で２時間インキュベートし、その後３７℃で２０分間インキュベートする。試料のインキュベーションが完了した後、図１２Ａおよび図１２Ｂについて本明細書で前述されるように、各分裂トラップを充填または洗浄するための例示的方法を使用して、第１の分裂トラップおよび第２の分裂トラップを、Ｔｗｅｅｎ−２０を有する５μｌ（マイクロリットル）のＰＢＳで２回洗浄する。アッセイワークフロー３００の工程３１０および工程３２０が完了した後、各第１の分裂トラップを、マウスＩＬ−６抗原標準の標的溶液を使用してコーティングし、ＰＢＳを使用して対照として調製された第２の分裂トラップに近接させる。
【００９８】
アッセイワークフロー３００の工程３３０で図１３に図示されるように、図８Ａおよび図８Ｂについて本明細書で前述した試料充填に関する例示的な方法を使用して、図１の第１の試料捕捉セクション２０の試料捕捉トラップ２６などの第１の試料トラップセクションの各試料捕捉トラップは、アッセイ内で使用されるすべての流体回路に、ＰＢＳで１：２００に希釈されたマウスＩＬ−６検出抗体試薬の溶液を充填する。同様に、図１の第２の試料捕捉（すなわち、トラップ）セクション３０の試料捕捉トラップ３６などの、第２の試料捕捉セクションの各試料捕捉トラップは、アッセイ内で使用されるすべての流体回路に対して、ＰＢＳで１：１０００に希釈された溶液アビジン−ＨＲＰ試薬を充填する。アッセイワークフロー３００の工程３４０について図１３に図示されるように、アッセイ内で使用される各流体回路の各試料捕捉セクションの各試料捕捉トラップ内の各試薬を、図９Ａおよび図９Ｂについて本明細書で前述したように、合流試料を形成するための例示的な方法を使用して、図１の試料合流トラップ４４などの、アッセイ内で使用される各流体回路のそれぞれの試料合流トラップに移送する。デバイスを、室温で２０分間インキュベートして、アッセイ内で使用される各流体回路の試料合流トラップで抗体−ＨＲＰコンジュゲート試薬を形成させる。
【００９９】
アッセイワークフロー３００の工程３５０について図１３に図示されるように、抗体−ＨＲＰコンジュゲート試薬を、図１１Ａおよび図１１Ｂについて本明細書で前述したように、試料合流トラップ内の合流試料を、混合チャネルを通して、サブアリコット分岐に移送するための例示的な方法を使用して、アッセイ内で使用される各流体回路の各分裂トラップに移送する。デバイスを、室温で２０分間インキュベートする。試料のインキュベーションが完了した後、アッセイで使用される各流体回路の試料サブアリコット分岐を、図１２Ａおよび図１２Ｂについて本明細書で前述したように、サブアリコット分岐を充填および洗浄するための例示的な方法を使用して、５μｌ（マイクロリットル）のＰＢＳで２回洗浄する。アッセイワークフロー３００の工程３３０から工程３５０が完了した後、アッセイ内で使用される各流体回路の各分裂トラップ内の各試験試料および各対照を、工程３４０で調製された抗体−酵素コンジュゲート試薬と反応させる。
【０１００】
図１３に図示されるようなアッセイワークフロー３００の工程３５０について、図１２Ａおよび図１２Ｂについて本明細書で前述したように、サブアリコット分岐を充填および洗浄するための例示的な方法を使用して、アッセイ内で使用される各流体回路の各分裂トラップに、ＢｉｏＬｅｇｅｎｄ  ＥＬＩＳＡ  ＭＡＸ（商標）マウスＩＬ−６キットで提供される３．３‘、５．５’−テトラメチルベンジジン（ＴＭＢ）基質溶液を充填し、デバイスを室温で２分間インキュベートさせる。図１３に図示されるように、アッセイワークフロー３００の工程３６０について、例えば、ＣＣＤカメラを使用して、各組の試験および対照分裂トラップに対して光学的検出を実行することができる。予想通り、０．５μｇ／ｍｌマウスＩＬ−６抗原標準を使用した各試験試料は、１．０μｇ／ｍｌマウスＩＬ−６抗原標準を使用した各試験試料よりも低い色の強度を示し、一方で各対照は検出可能な色の強度を表示しない。
【０１０１】
ある実施形態を例示的な実施形態に関して説明してきたが、変形および修正が当業者に生じるであろうことが理解される。したがって、添付の特許請求の範囲は、以下の特許請求の範囲に含まれるすべてのかかる同等の変形をカバーすることが意図されている。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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