(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーズをパーティション化するための方法であって、
（ａ）マイクロ流体デバイスを提供することであって、前記マイクロ流体デバイスは、
（ｉ）液滴生成合流部、および、前記液滴生成合流部に接続された第１のチャネルであって、前記第１のチャネルは、流れ調整器を含み、前記第１のチャネルは、ビーズの懸濁液を含む水性流体を受容するように構成されている、液滴生成合流部および第１のチャネルと、
（ｉｉ）前記液滴生成合流部に接続された第２のチャネルであって、前記第２のチャネルは、パーティション化する流体を受容するように構成されている、第２のチャネルと、
（ｉｉｉ）前記液滴生成合流部に接続された第３のチャネルと
を含み、前記流れ調整器の断面は、（ｉ）前記第１のチャネルに沿って前記液滴生成合流部に向かう流れの方向に沿って、流れが前記流れ調整器に進入する点に対して増加し、次いで減少し、（ｉｉ）前記流れ調整器の第１の端部において前記ビーズの懸濁液のビーズを受け入れかつ前記液滴生成合流部に前記ビーズを提供するような寸法になっている、ことと、
（ｂ）前記液滴生成合流部中へと、（ｉ）前記第１のチャネルに沿ってかつ前記流れ調整器を通して前記ビーズの懸濁液を含む前記水性流体を流し、（ｉｉ）前記第２のチャネルに沿って前記パーティション化する流体を流すことにより、前記パーティション化する流体内に前記水性流体の液滴の集団を形成することであって、前記液滴の集団は、前記第３のチャネルに沿って流れる、ことと
を含む、方法。
【請求項２】
前記マイクロ流体デバイスは、前記液滴の集団の５０％以下が前記ビーズの懸濁液のビーズによって占有されないように前記水性流体の流速を提供するように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マイクロ流体デバイスは、前記液滴の集団の２５％以下がビーズによって占有されないように流速を提供するように構成されている、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記マイクロ流体デバイスは、前記液滴の集団の１０％以下がビーズによって占有されないように流速を提供するように構成されている、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記液滴の集団の２５％未満が、１つを上回るビーズを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記液滴の集団の２０％未満が、１つを上回るビーズを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記液滴の集団の１５％未満が、１つを上回るビーズを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記液滴の集団の１０％未満が、１つを上回るビーズを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記液滴の集団の５％未満が、１つを上回るビーズを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記液滴の集団の少なくとも８０％が、単一のビーズを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記液滴の集団の少なくとも９０％が、単一のビーズを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記液滴の集団の少なくとも９５％が、単一のビーズを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
（ｂ）は、前記第１および第２のチャネルを横断する１つ以上の圧力差を提供することにより前記流速を提供することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ビーズの懸濁液のビーズは、平均断面寸法と、断面寸法における１０％以下の変動係数とを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ビーズは、ゲルビーズである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ビーズの懸濁液のうちの所定のビーズは、バーコード配列を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記バーコード配列は、前記所定のビーズに共有結合している、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ビーズの懸濁液のうちの所定のビーズは、化学的に開裂可能な結合を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記化学的に開裂可能な結合は、ジスルフィド結合である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ビーズの懸濁液のうちの所定のビーズは、架橋ポリマーネットワークを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記水性流体は、還元剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のチャネルは、前記流れ調整器の前記第１の端部に接続された第１の部分と、前記流れ調整器の第２の端部に接続された第２の部分とを含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（相互参照）
本出願は、２０１４年４月１０日に出願された米国仮特許出願番号第６１／９７７，８０４号に基づく利益を主張しており、その全体の開示は、すべての目的のために参考としてその全体が本明細書中に援用される。
【０００２】
（背景）
生命科学の分野は、過去２０年にわたって劇的な進歩を遂げている。組換えデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）技術に由来する製品の広い商業化から、研究、開発、および診断法の簡略化に至るまでが、ポリメラーゼ連鎖反応法、核酸アレイ技術、ロバスト核酸配列決定技術等の重要な研究ツール、および最近では、高処理量次世代配列決定技術の開発および商業化によって可能となっている。これらの向上の全てが組み合わせられ、生物学的研究、医学、診断法、農業バイオ技術、および無数の他の関連分野の分野を飛躍的に進歩させている。
【０００３】
これらの技術のいずれも、概して、隔絶された状態で存在せず、代わりに、試料集積および調製の上流成分と、データ集積、デコンボリューション、解釈、および最終的な利用の下流成分までを含む、より広いワークフロー中に統合されている。さらに、これらの進歩はそれぞれは、それらの分野の進歩のための大きなステップとなるが、分野の要求に適合するようにそれ自体発展しなければならない、ワークフローにおける重大な障壁をさらす傾向にある。例えば、ゲノム配列決定は、試料材料から核酸配列決定を開始することを可能にするためだけに、多くの場合では、複合的かつ人手がかかる試料調製プロセスを含む、重大なワークフロー問題によって両端で境界される。同様に、いったん配列データが得られると、配列データをベース要求にデコンボルーションし、次いで、判定された塩基配列を連続的配列データに組み立て、最終的に、その配列データを所定の生物に関する全ゲノムに整合させるために、複合的なバックエンドの情報科学要件が存在する。
【０００４】
これらの技術の多くに関する１つの重大な障壁は、膨大な量のデータを生成するそれらの能力にではなく、そのデータを複合試料の一部に、または多くの多重化試料中の所定の試料により具体的に帰属させる能力にある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（要旨）
本開示のデバイス、方法、およびシステムは、上記に説明される課題を含む、種々の分野における課題への解決策を提供する。本開示は、種々の用途において使用するための、カプセル化された試薬の生成ならびにこれらのカプセル化された試薬を含む多重化パーティションに関するデバイス、システム、および方法を提供する。
【０００６】
本開示のデバイス、システム、および方法は、それと関連付けられる生物学的試薬等の試薬を有し得る、マイクロカプセルまたはビーズの単分散集団の生成において、マイクロ流体システムを採用する。これらのマイクロカプセルまたはビーズを、さらなる反応および／または分析を実施する際に使用するためのエマルション内の液滴に選択的かつ制御可能にパーティション化するためのデバイス、システム、および方法もまた、提供される。本デバイスおよびシステムの種々の構成要素部分だけではなく、そのような構成要素間の相互作用を促進するためのインターフェース構成要素もまた、提供される。
【０００７】
本開示のある側面は、マイクロカプセルをパーティション化するための方法を提供する。本方法は、マイクロカプセルの懸濁液を含む、水性流体を提供するステップと、パーティション化する流体内に水性流体の液滴集団を形成するために、水性流体を、パーティション化する流体を含む液滴生成合流部中に流すステップとを含むことができる。水性流体の流速は、液滴集団の５０％を超えない液滴が、マイクロカプセルの懸濁液からのマイクロカプセルによって占有されないようにされ得る。
【０００８】
いくつかの実施形態では、流速は、液滴集団の２５％を超えない液滴が、マイクロカプセルによって占有されないようにされる。いくつかの実施形態では、流速は、液滴集団の１０％を超えない液滴のマイクロカプセルによって占有されないようにされる。いくつかの実施形態では、流速は、５０％、４５％、４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、５％、２％、または１％を超えない液滴集団が、マイクロカプセルによって占有されないようにされる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、液滴集団の２５％より少ない液滴が、１つを上回るマイクロカプセルを含む。いくつかの実施形態では、液滴集団の２０％より少ない液滴が、１つを上回るマイクロカプセルを含む。いくつかの実施形態では、液滴集団の１５％より少ない液滴が、１つを上回るマイクロカプセルを含む。いくつかの実施形態では、液滴集団の１０％より少ない液滴が、１つを上回るマイクロカプセルを含む。いくつかの実施形態では、液滴集団の５％より少ない液滴が、１つを上回るマイクロカプセルを含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では、液滴集団の液滴の少なくとも８０％が、単一のマイクロカプセル含む。いくつかの実施形態では、液滴集団の液滴の少なくとも９０％が、単一のマイクロカプセル含む。いくつかの実施形態では、液滴集団の液滴の少なくとも９５％が、単一のマイクロカプセル含む。いくつかの実施形態では、液滴集団の液滴の少なくとも７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９８％、または９９％が、単一のマイクロカプセル含む。
【００１１】
いくつかの実施形態では、液滴生成合流部は、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体チャネルネットワーク内にあり得る。いくつかの実施形態では、マイクロ流体チャネルネットワークは、マイクロカプセルの供給源を液滴生成合流部に流体接続する、第１のチャネル区分を備えることができる。マイクロ流体チャネルネットワークはまた、パーティション化する流体の供給源を液滴生成合流部に接続する、第２のチャネル区分と、液滴生成合流部に流体接続され、液滴生成合流部に出口を提供する、第３のチャネル区分とを備えることもできる。
【００１２】
いくつかの実施形態では、流速は、第１および第２のチャネル区分を横断する１つまたはそれを上回る圧力差を提供することによって、提供されることができる。いくつかの実施形態では、第１および／または第２のチャネル区分は、液滴集団の５０％を超えない液滴が、マイクロカプセルの懸濁液からのマイクロカプセルによって占有されないような流速を提供する断面寸法を有することができる。いくつかの実施形態では、マイクロ流体チャネルネットワークはさらに、第１のチャネル区分内に、上記流速を提供する１つまたはそれを上回る流れ制御構造を備えることができる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、マイクロカプセルの懸濁液のマイクロカプセルは、平均断面寸法と、断面寸法における１０％を上回らない変動係数とを有する。いくつかの実施形態では、マイクロカプセルの懸濁液のマイクロカプセルは、平均断面寸法と、断面寸法における１０％、８％、６％、４％、２％、または１％を上回らない変動係数とを有する。
【００１４】
本開示の付加的な側面は、マイクロカプセルをパーティション化するための方法を提供する。本方法は、マイクロカプセルの懸濁液を含む水性流体を、パーティション化する流体を含む液滴生成合流部中に流すステップを含むことができる。液滴生成時間の間、マイクロカプセルは、３０％を下回って変動する周波数において液滴生成合流部中に流れ得る。本方法はまた、液滴生成時間の間に、パーティション化する流体内でマイクロカプセルをパーティション化するステップを含むこともできる。いくつかの実施形態では、周波数は、５０Ｈｚを上回る。いくつかの実施形態では、周波数は、５００Ｈｚを上回る。いくつかの実施形態では、周波数は、１０００Ｈｚを上回る。いくつかの実施形態では、周波数は、５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、７５０Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１２５０Ｈｚ、１５００Ｈｚ、１７５０Ｈｚ、または２０００Ｈｚを上回る。
【００１５】
いくつかの実施形態では、液滴生成時間の間、マイクロカプセルは、２０％を下回って変動する周波数において液滴生成合流部中に流れる。いくつかの実施形態では、液滴生成時間の間、マイクロカプセルは、１０％を下回って変動する周波数において液滴生成合流部中に流れる。いくつかの実施形態では、液滴生成時間の間、マイクロカプセルは、５％を下回って変動する周波数において液滴生成合流部中に流れる。いくつかの実施形態では、液滴生成時間の間、マイクロカプセルは、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、５％、２％、または１％を下回って変動する周波数において液滴生成合流部中に流れる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、マイクロカプセルの懸濁液を含む水性流体を、パーティション化する流体を含む液滴生成合流部内に流すステップは、水性流体を、液滴生成合流部に流体接続されるマイクロ流体チャネルを通して流すことを含むことができる。マイクロ流体チャネルは、マイクロカプセルの流れ（例えば、流速）を調整する領域を含むことができる。
【００１７】
本開示の付加的な側面は、マイクロカプセルを生産するための方法を提供する。本方法は、水性流体内にゲル前駆体を提供するステップと、ゲル前駆体を有する水性流体を、パーティション化する流体を含む液滴生成合流部に流体接続される流体導管を通して流すステップとを含むことができる。パーティション化する流体は、ゲル活性化剤を含むことができる。本方法はまた、パーティション化する流体内に水性流体の液滴を形成するステップを含むこともでき、液滴内で、ゲル活性化剤は、ゲル前駆体に接触し、ゲルマイクロカプセルを形成する。いくつかの実施形態では、水性流体はまた、生物学的分子を含むこともでき、例えば、生物学的分子は、ゲルマイクロカプセル内に取り込まれた状態になることができる。
【００１８】
本開示の付加的な側面は、マイクロカプセルをパーティション化するための方法を提供する。本方法は、マイクロカプセルの単分散集団の懸濁液を含む水性流体を、液滴生成合流部中に流すステップを含むことができる。単分散集団は、平均断面寸法と、断面寸法における１０％を上回らない変動係数とを有することができる。本方法はまた、液滴生成合流部中にパーティション化する流体を導入するステップと、水性流体をパーティション化する流体内で液滴に分離させるステップであって、液滴は、１つまたはそれを上回るマイクロカプセルを含む、ステップとを含むこともできる。
【００１９】
本開示の付加的な側面は、マイクロ流体システムを提供する。マイクロ流体システムは、液滴生成合流部と流体連通する少なくとも第１、第２、および第３のチャネル区分を含むマイクロ流体チャネルネットワークを含むことができる。第１のチャネル区分は、水性流体を含む第１の流体を備える、第１の流体供給源に流体接続されることができる。水性流体は、その中に配置される複数のマイクロカプセルを含むことができる。さらに、第２のチャネル区分は、水性流体と不混和性である第２の流体を備える、第２の流体供給源に流体接続されることができる。マイクロ流体システムはまた、マイクロ流体チャネルネットワークに接続される、流れ制御システムを含むこともできる。流れ制御システムは、第１の流体および第２の流体が液滴生成合流部に流れるようにし、マイクロカプセルを含む液滴を生成することができ、そして、液滴の少なくとも７５％が少なくとも１つのマイクロカプセルを含み、液滴の２５％を下回るものが１つを上回るマイクロカプセルを含むように、液滴が第３のチャネル区分中に流れるようにできる。
【００２０】
本開示の付加的な側面は、マイクロ流体システムを提供する。マイクロ流体システムは、マイクロ流体チャネルネットワークを含むことができる。マイクロ流体チャネルネットワークは、マイクロカプセルの懸濁液を含む第１の水性流体の供給源に結合される、第１のチャネル区分と、第２の水性流体の供給源に結合され、第１および第２のチャネル区分が、第１の水性流体を第２の水性流体と接触させる第１の合流部において流体連通する、少なくとも１つの第２のチャネル区分と、第１の合流部に結合され、第２の合流部において少なくとも１つの第４のチャネル区分と交差する、第３のチャネル区分とを備えることができる。少なくとも１つの第４のチャネル区分は、第１および第２の水性流体と不混和性である流体の供給源に結合されることができる。さらに、第２の合流部は、第１および第２の水性流体を、流体内で液滴にパーティション化することができる。マイクロ流体システムはまた、マイクロ流体チャネルネットワークに動作可能に結合される、流れ制御システムを含むこともできる。流れ制御システムは、２０％を下回って変動する、少なくとも５０Ｈｚの周波数において、第１、第２、および第３の流体が、マイクロ流体チャネルネットワークを通して流れるようにし、流体内に第１および第２の水性流体を含む液滴を形成することができる。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
マイクロカプセルをパーティション化するための方法であって、
（ａ）マイクロカプセルの懸濁液を含む、水性流体を提供するステップと、
（ｂ）パーティション化する流体内に前記水性流体の液滴集団を形成するために、前記水性流体を、前記パーティション化する流体を含む液滴生成合流部中に流すステップを含み、
前記水性流体の流速は、前記液滴集団の５０％を超えない液滴が、前記マイクロカプセルの懸濁液からのマイクロカプセルによって占有されないようにされる、方法。
（項目２）
前記流速が、前記液滴集団の２５％を超えない液滴がマイクロカプセルによって占有されないようにされる、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記流速が、前記液滴集団の１０％を超えない液滴がマイクロカプセルによって占有されないようにされる、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記液滴集団の２５％より少ない液滴が、１つを上回るマイクロカプセルを含む、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記液滴集団の２０％より少ない液滴が、１つを上回るマイクロカプセルを含む、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記液滴集団の１５％より少ない液滴が、１つを上回るマイクロカプセルを含む、項目５に記載の方法。
（項目７）
前記液滴集団の１０％より少ない液滴が、１つを上回るマイクロカプセルを含む、項目６に記載の方法。
（項目８）
前記液滴集団の５％より少ない液滴が、１つを上回るマイクロカプセルを含む、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記液滴集団の少なくとも８０％液滴が、単一のマイクロカプセルを含む、項目１に記載の方法。
（項目１０）
前記液滴集団の少なくとも９０％液滴が、単一のマイクロカプセルを含む、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記液滴集団の液滴の少なくとも９５％が、単一のマイクロカプセルを含む、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
前記液滴生成合流部は、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体チャネルネットワーク内にある、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記マイクロ流体チャネルネットワークは、マイクロカプセルの供給源を前記液滴生成合流部に流体接続する、第１のチャネル区分と、パーティション化する流体の供給源を前記液滴生成合流部に接続する、第２のチャネル区分と、前記液滴生成合流部に流体接続され、前記液滴生成合流部に出口を提供する、第３のチャネル区分とを備える、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記（ｂ）は、前記流速を提供するために、前記第１および第２のチャネル区分を横断する１つまたはそれを上回る圧力差を提供することを含む、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記第１および／または第２のチャネル区分は、前記液滴集団の５０％を超えない液滴が前記マイクロカプセルの懸濁液からのマイクロカプセルによって占有されないような流速を提供する断面寸法を有する、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
前記マイクロ流体チャネルネットワークはさらに、前記第１のチャネル区分内に、前記流速を提供する１つまたはそれを上回る流れ制御構造を備える、項目１３に記載の方法。
（項目１７）
マイクロカプセルをパーティション化するための方法であって、
（ａ）マイクロカプセルの懸濁液を含む水性流体を、パーティション化する流体を含む液滴生成合流部中に流すステップであって、液滴生成時間枠の間、前記マイクロカプセルは、３０％を下回って変動する周波数において前記液滴生成合流部中に流れる、ステップと、
（ｂ）前記液滴生成時間枠の間に、前記パーティション化する流体内で前記マイクロカプセルをパーティション化するステップと、を含む、方法。
（項目１８）
前記液滴生成時間枠の間に、前記マイクロカプセルは、２０％を下回って変動する周波数において前記液滴生成合流部中に流れる、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記液滴生成時間枠の間に、前記マイクロカプセルは、１０％を下回って変動する周波数において前記液滴生成合流部中に流れる、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記液滴生成時間枠の間に、前記マイクロカプセルは、５％を下回って変動する周波数において前記液滴生成合流部中に流れる、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
前記（ａ）は、前記水性流体を、前記液滴生成合流部に流体接続されるマイクロ流体チャネルを通して流すことを含み、前記マイクロ流体チャネルは、前記マイクロカプセルの流れを調整する領域を備える、項目１７に記載の方法。
（項目２２）
前記周波数は、５０Ｈｚを上回る、項目１７に記載の方法。
（項目２３）
前記周波数は、５００Ｈｚを上回る、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記周波数は、１０００Ｈｚを上回る、項目２３に記載の方法。
（項目２５）
マイクロカプセルを生産するための方法であって、
（ａ）水性流体内にゲル前駆体を提供するステップと、
（ｂ）前記ゲル前駆体を有する水性流体を、パーティション化する流体を含む液滴生成合流部に流体接続される流体導管を通して流すステップであって、前記パーティション化する流体は、ゲル活性化剤を含む、ステップと、
（ｃ）前記パーティション化する流体内に前記水性流体の液滴を形成するステップであって、液滴内で、前記ゲル活性化剤は、ゲル前駆体に接触し、ゲルマイクロカプセルを形成する、ステップと、を含む、方法。
（項目２６）
前記水性流体はまた、生物学的分子を含み、前記生物学的分子は、前記ゲルマイクロカプセル内に取り込まれるようになる、項目２５に記載の方法。
（項目２７）
マイクロカプセルをパーティション化するための方法であって、
（ａ）マイクロカプセルの単分散集団の懸濁液を含む水性流体を、液滴生成合流部中に流すステップであって、前記単分散集団は、平均断面寸法と、断面寸法における１０％を上回らない変動係数とを有する、ステップと、
（ｂ）前記液滴生成合流部中にパーティション化する流体を導入するステップと、
（ｃ）前記水性流体を前記パーティション化する流体内で液滴に分離させるステップであって、前記液滴は、１つまたはそれを上回るマイクロカプセルを含む、ステップと、を含む、方法。
（項目２８）
マイクロ流体システムであって、
（ａ）液滴生成合流部と流体連通する少なくとも第１、第２、および第３のチャネル区分を含む、マイクロ流体チャネルネットワークと、
（ｂ）前記第１のチャネル区分に流体接続され、水性流体を含む第１の流体を含み、前記水性流体は、その中に配置される複数のマイクロカプセルを含む、第１の流体供給源と、
（ｃ）前記第２のチャネル区分に流体接続され、前記水性流体と不混和性である第２の流体を含む、第２の流体供給源と、
（ｄ）前記マイクロ流体チャネルネットワークに接続され、（ｉ）前記第１の流体および第２の流体に、前記液滴生成合流部への流れを受けさせ、マイクロカプセルを含む液滴を生成し、（ｉｉ）前記液滴の少なくとも７５％が少なくとも１つのマイクロカプセルを含み、そして前記液滴の２５％を下回るものが１つを上回るマイクロカプセルを含むように、前記液滴に、前記第３のチャネル区分への流れを受けさせる、流れ制御システムと、を備える、マイクロ流体システム。
（項目２９）
マイクロ流体システムであって：
（ａ）マイクロ流体チャネル網ネットワークであって、
（ｉ）マイクロカプセルの懸濁液を含む第１の水性流体の供給源に結合される、第１のチャネル区分と、
（ｉｉ）第２の水性流体の供給源に結合され、前記第１および第２のチャネル区分が、前記第１の水性流体を前記第２の水性流体と接触させる第１の合流部において流体連通する、少なくとも１つの第２のチャネル区分と、
（ｉｉｉ）前記第１の合流部に結合され、第２の合流部において少なくとも１つの第４のチャネル区分と交差し、前記少なくとも１つの第４のチャネル区分は、前記第１および第２の水性流体と不混和性である流体の供給源に結合され、前記第２の合流部は、前記第１および第２の水性流体を、前記流体内で液滴にパーティション化する、第３のチャネル区分と、を備える、マイクロ流体チャネルネットワークと、
（ｂ）前記マイクロ流体チャネルネットワークに動作可能に結合され、２０％を下回って変動する、少なくとも５０Ｈｚの周波数において、前記第１、第２、および第３の流体に、前記マイクロ流体チャネルネットワークを通して流れを受けさせ、前記流体内に前記第１および第２の水性流体を含む液滴を形成する、流体制御システムと、を備える、マイクロ流体システム。
（項目３０）
前記マイクロカプセルの懸濁液のマイクロカプセルは、平均断面寸法と、断面寸法における１０％を上回らない変動係数とを有する、項目１に記載の方法。
【００２１】
本開示の付加的な側面および利点が、本開示の例証的実施形態のみが示され、説明される、以下の詳細な説明から当業者に容易に明白となる。理解されるように、本開示は、他のおよび異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、全て本開示から逸脱することなく、種々の明白な点において修正が可能である。故に、図面および説明は、制限としてではなく、本質的に例証として見なされるべきである。
【００２２】
（参照による組み込み）
本明細書に言及される全ての公開、特許、および特許出願は、各個々の公開、特許、または特許出願が、具体的かつ個別に参照することによって組み込まれると示される場合、同程度が本明細書に参照することによって組み込まれる。参照することによって組み込まれる公開および特許または特許出願が本明細書に含有される開示と相反する限りにおいて、本明細書は、任意のそのような相反する資料に優先するか、そして／またはその上位にあることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、例示的パーティションまたは液滴生成流体チャネル合流部の概略図示を提供する。
【図１Ｂ】図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、例示的パーティションまたは液滴生成流体チャネル合流部の概略図示を提供する。
【図１Ｃ】図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、例示的パーティションまたは液滴生成流体チャネル合流部の概略図示を提供する。
【００２４】
【図２】図２は、マイクロカプセルおよび他の流体を油中水エマルション内の液滴にパーティション化するための、単純な例示的流体チャネルアーキテクチャを図式的に例証する。
【００２５】
【図３Ａ】図３Ａおよび３Ｂは、カプセル化された試薬をエマルション内の液滴にパーティション化するための、例示的流体チャネルアーキテクチャを図式的に例証する。
【図３Ｂ】図３Ａおよび３Ｂは、カプセル化された試薬をエマルション内の液滴にパーティション化するための、例示的流体チャネルアーキテクチャを図式的に例証する。
【００２６】
【図４】図４は、カプセル化された試薬をパーティション化する際に有用な例示的チャネルネットワークおよびマイクロ流体デバイスを図式的に例証する。
【００２７】
【図５】図５は、流体デバイス内のマイクロカプセル組成物の操作を増進するための、例示的リザーバ構造の側面図を図式的に例証する。
【００２８】
【図６】図６Ａおよび６Ｂは、例示的マイクロカプセル流れ調整構造を例証する。
【００２９】
【図７】図７Ａおよび７Ｂは、デバイス上の流体リザーバと界面接触する流体含有容器の実施例を図式的に例証する。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（詳細な説明）
（Ｉ．総則）
本開示は、例えば、核酸アレイ、核酸配列決定システム、ならびに核酸増幅および定量化システム等の高処理量核酸分析システムまたは同等物を含む、高処理量分析システムを使用する分析のための複合試料を管理する際に特に有用であるデバイス、システム、および方法を提供する。特に、本明細書に説明されるデバイス、システム、および方法は、カプセル化された試薬または試薬システムを提供し、さらなる反応および／または分析のために、これらの試薬を試料成分に同時パーティション化する際に特に有用である。試薬および試料成分のこの同時パーティション化は、例えば、試料の部分を異なるパーティションに分離することによって、試料材料の複雑性を低減させる際に使用されることができる。さらに、また、試薬を分離することによって、例えば、異なる試料成分への特有の識別子の適用、例えば、離散試料成分への離散バーコードまたはタグ付け試薬の取り付けを含む、各試料部分に異なる反応を受けさせることができる。
【００３１】
これらの同時パーティション化アプローチの特に簡潔な実施例が、公開済の国際特許出願第ＷＯ２０１４／０２８５３７号ならびに米国特許出願第１４／１０４，６５０号（２０１３年１２月１２日出願）、第１４／１７５，９３５号（２０１４年２月７日出願）、第１４／１７５，９７３号（２０１４年２月７日出願）、および第６１／９３７，３４４号（２０１４年２月７日出願）（そのそれぞれの全開示が、あらゆる目的のために、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に説明されている。
【００３２】
例として、１つの特に簡潔なアプローチは、マイクロカプセルに結着される核酸バーコード配列を含む、ポリマーマイクロカプセル組成物を提供し、所定のマイクロカプセルと関連付けられるバーコードは、実質的に同一のヌクレオチドの配列を有するが、異なる離散マイクロカプセルが、そのようなマイクロカプセルと関連付けられる異なるバーコード配列を有し得る。これらのマイクロカプセルはそれぞれ、次いで、試料材料からの鋳型核酸を含む試料流体等の試料流体の一部と接触される。鋳型核酸を含む試料材料とマイクロカプセルとの混合物は、次いで、マイクロカプセルおよび試料材料の一部が同一液滴内に含有されるように、油中水エマルション内の液滴等の小体積にパーティション化される。所望される数のマイクロカプセルを所定のパーティション内に提供するために、液滴生成プロセスを制御することに加えて、試料材料およびエマルションプロセスはまた、所望される量の試料材料、例えば、試料核酸材料を各パーティション内に提供するために、例えば、単一の鋳型分子もしくは所望されるレベルのゲノム範囲を所定のパーティション内に、または他の所望されるレベルの試料材料を提供するために制御され得る。
【００３３】
パーティション内で、バーコード配列は、試料材料、例えば、鋳型核酸と反応され、試料材料またはその一部を効率的にタグ付けする。例えば、バーコード配列を鋳型として、例えば、バーコード配列を伸長プライマとして使用する鋳型配列の増幅を通して反応させることによって、バーコード配列を複製または増幅された鋳型に効率的に「取り付ける」ことができる。同様に、伸長されたプライマの複製は、バーコードへの相補体とともに鋳型の相補体を生産し、再び、バーコードを鋳型に効率的に取り付ける。増幅された鋳型分子またはその相補体上またはそれへのバーコード配列またはその相補体の存在もしくは取付は、次いで、そのバーコードを含む配列読取値の、そのパーティションに元々割り当てられた、試料材料の同一部分、例えば、同一鋳型分子または同一試料成分へのあるレベルの帰属を可能にする。
【００３４】
多くの場合では、バーコード配列または複数の配列を含む分子はまた、増幅された鋳型配列の後続処理において使用される、機能性要素も含み得る。これらの機能性配列は、例えば、プライマ配列（例えば、標的またはユニバーサル）、プライマ認識配列、配列内に、または配列の複製に応じて二次構造を形成し得る配列、例えば、アフィニティ精製配列として使用される濃縮配列、固定化配列、プローブ配列、逆相補体もしくはヘアピン配列、または種々の他の機能性配列のいずれかを含む。
【００３５】
そのようなパーティション化およびバーコード化またはタグ付けプロセスに関する、多種多様な他の高価値用途が存在する。本開示は、有利なこととして、そのようなパーティション化された組成物またはその成分の生成を大幅に促進し得る、デバイス、システム、および方法を提供する。
【００３６】
（ＩＩ．カプセル化された試薬およびパーティション化された反応を生成するための流体システム）
本開示は、後続反応および／または分析において使用するための、カプセル化された試薬の生成ならびにそれらのカプセル化された試薬のパーティション化の両方において有用である、向上された流体システム、特に、向上されたマイクロ流体システムを提供する。本明細書で使用されるように、マイクロ流体システムは、典型的には、１０００ミクロンを下回る、２００ミクロンを下回る、１００ミクロンを下回る、およびある場合には、約５０ミクロンを下回る、またはさらに約２０ミクロンを下回る、１つまたはそれを上回る内部断面寸法、例えば、深さ、長さ、または幅を含む、１つまたはそれを上回る流体導管、チャネル、チャンバ、または同等物を採用する流体システムを表す。ある場合には、１つまたはそれを上回る断面寸法は、約２０ミクロンもしくはそれを下回るものまたは１０ミクロンもしくはそれを下回るものであってもよい。典型的には、これらのマイクロ流体チャネルまたはチャンバは、約１〜約１００ミクロンの少なくとも１つの断面寸法を有し得る。
【００３７】
理解され得るように、カプセル化された試薬への言及は、そのような試薬の範囲を完全に封入されたカプセルに限定することは意図されず、試薬を所定の粒子、ビーズ、または他の固体もしくは半固体粒子相と関連付ける種々の方法のいずれかを反映することが意図される。特に、カプセル化は、概して、固体もしくは半固体粒子、ビーズ、封入物、パーティション、または液滴を用いた特定の種の取り込みまたは他の取付け、結合、もしくは関連付けを指し、種がより大きい構造内に完全または部分的に封入される組成物には限定されない。
【００３８】
いくつかの側面では、カプセル化された試薬は、形状が略球状であるマイクロカプセルと関連付けられるが、それらは、細長いか、プラグ形状であるか、またはそれらの具体的形状において別様に変動してもよい。ある場合には、マイクロカプセルは、２００ミクロンを下回る、１５０ミクロンを下回る、または約１００ミクロンを下回る、１つまたはそれを上回る断面寸法を有し得る。ある場合には、本開示のマイクロカプセルは、約１０〜約２００ミクロン、約２０〜１５０ミクロン、約３０〜１２５ミクロン、多くの場合では、約４０〜約１００ミクロン、およびさらに他の場合では、約５０〜約７５ミクロンである、１つまたはそれを上回る断面寸法を有する。
【００３９】
マイクロカプセルの寸法は重要な考慮事項であり得るが、多くの用途では、それらの寸法の変動もまた、重要な考慮事項である。特に、例えば、マイクロ流体システムを通したマイクロカプセルの輸送は、そのマイクロカプセルのサイズによって有意に影響を受け得る。例えば、単純な流れ抵抗は、より小さいマイクロカプセルよりも、はるかに大きいマイクロカプセルについてより大きくあり得る。同様に、閉塞に関する傾向は、より小さいマイクロカプセルよりも、より大きいマイクロカプセルについてより大きくあり得る。いずれの事象でも、マイクロ流体システムを通したマイクロカプセルの流速は、マイクロカプセルのサイズによって大幅に影響を受け得る。故に、ある側面では、本明細書に説明されるマイクロカプセルは、実質的に単分散断面寸法を有するマイクロカプセル集団として提供されるであろう。断面寸法の観点では、実質的に単分散という用語は、平均断面寸法から、（例えば、変動係数として表され、パーセンテージとして記載される）５０％未満、４０％未満、３０％未満、２０％未満、またはある場合には、１０％未満だけ逸脱する集団を指す。
【００４０】
試薬の取り込み、またはカプセル化において使用するためのマイクロカプセルの生成または非水性液滴内の水性流体のパーティション化のいずれの文脈においても、本開示のデバイスおよびシステムは、類似するアーキテクチャ構造を採用することができる。簡略化された実施例では、本アーキテクチャは、第１のチャネル区分を第２のチャネル区分および第３のチャネル区分と流体接続する第１の合流部に流体接続される、第１のチャネル区分を含んでもよい。第２のチャネル区分は、不混和性流体流れ内に水性液滴の形成を可能にする、第１の水性流れと不混和性である油等の第２の流体を合流部に送達する。この第２の流体は、本明細書では分散流体と称され得、流体または同等物をパーティション化する。合流部を通した第３のチャネル区分中への第１および第２の流体の流れは、第１の流体の液滴が第３のチャネル区分内の第２の流体の流れ流中に分注されるように制御される。液滴形成をより良好に制御し、付加的な流体流れをもたらすために、この基本構造への種々の修正が、利用可能である。本明細書で使用されるように、流体流れの制御は、その流体流れを引き起こすために、より大きいまたはより小さい駆動力の両方の印加を通した流体流れの能動的制御を包含する。加えて、流れは、全体的または部分的に、流体の１つもしくはそれを上回るものの流れ特性および／またはそれらが流れる導管を制御することによって制御されてもよい。例えば、流体流れは、例えば、より高い粘度、より狭い導管寸法を提供することを通して、導管内により高い流れ抵抗を提供するか、または流体流れ内により大きいもしくはより小さいマイクロカプセルを提供するか、または前述の任意の組み合わせによって制御されてもよい。ある場合には、制御は、制御された駆動力、制御された導管寸法、および制御された流体性質、例えば、粘度または粒子組成物のいくつかを通して付与される。
【００４１】
図１Ａは、チャネル内に液滴を生成するための、例示的基本チャネルアーキテクチャの概略図示を提供する。示されるように、第１のチャネル区分１０２、第２のチャネル区分１０４、第３のチャネル区分１０６、および第４のチャネル区分１０８は全て、第１の合流部１１０において流体連通するように提供される。図１Ｂは、図１Ａのチャネルアーキテクチャ内の液滴形成を図式的に例証する。
【００４２】
示されるように、第１の水性流体１１２が、チャネル区分１０２を通して合流部１１０に向かって流される。第１の流体１１２と不混和性である第２の流体１１４が、チャネル区分１０４および１０６のそれぞれを介して、合流部１１０中に、かつ第４のチャネル区分１０８中に流される。第１の水性流体１１２が合流部１１０に到達する際、これは、チャネル区分１０４および１０６からの第２の流体１１４の流れによって挟持され、第１の水性流体１１２の個々の液滴１１６が、第４のチャネル区分１０８中に分注される。ある場合には、合流部１１０に近接する第４のチャネル区分１０８の一部が、第４のチャネル区分１０８内の液滴形成を促進するために、合流部ならびに／またはチャネル区分１０２、１０４、および１０６と比較して低減された断面（図示せず）を提供されてもよい。
【００４３】
以下により詳細に議論されるように、付加的なチャネル区分が、区分１０２内の第１の水性流体流れ、例えば、付加的な試薬、緩衝液、もしくは同等物、区分１０４および／もしくは１０６内のパーティション化する流体、またはチャネル区分１０８内の液滴含有流のいずれかの中への付加的な流体の送達を可能にするために、合流部１１０の上流、下流、または両方のいずれかに、チャネル区分１０２、１０４、１０６、または１０８のいずれかにおいて提供されてもよい。
【００４４】
理解され得るように、この基本チャネルアーキテクチャは、試薬のカプセル化のためのマイクロカプセルの生成、ならびにそれらのカプセル化された試薬の他の材料との最終パーティション化の両方において広く有用である。
【００４５】
１つの特定の実施例では、図１Ａおよび１Ｂを参照すると、ポリマー前駆体材料の上記の第１の水性溶液が、チャネル区分１０２に沿って合流部１１０中に水性流体１１２として輸送され得る一方、ポリマー前駆体と不混和性である第２の流体１１４が、チャネル区分１０４および１０６から合流部１１０に送達され、チャネル区分１０８中に流れるポリマー前駆体材料の離散液滴を生成する。いくつかの側面では、この第２の流体１１４は、結果として生じる液滴を安定させる、例えば、結果として生じる液滴の後続合体を阻害するためのフッ素系界面活性剤を含む、フッ化油等の油を含む。特に有用なパーティション化する流体およびフッ素系界面活性剤の例は、例えば、米国特許出願第２０１０−０１０５１１２号（その全開示が、あらゆる目的のために、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に説明されている。ポリマー前駆体材料は、重合性モノマー、直鎖状ポリマー、またはその他のうちの１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。
【００４６】
ゲルマイクロカプセルを調製する際、活性化剤もまた、チャネル１０２からの水性流れ１１２と組み合わせてもよい。いくつかの側面では、この活性化剤は、チャネル１０４および１０６のうちの１つまたはそれを上回るものにおける第２の流体流れ１１４内に配置され、同時の液滴形成および反応開始を可能にし、所望されるマイクロカプセル１１６を生成する。例えば、ポリマー前駆体材料が直鎖状ポリマー材料、例えば、直鎖状ポリアクリルアミド、ＰＥＧ、または他の直鎖状ポリマー材料を含む場合では、活性化剤は、架橋剤または第１流れ内で架橋剤を活性化させる化学物質を含んでいてもよい。同様に、重合性モノマーを含むポリマー前駆体に関して、活性化剤は、重合開始剤を含んでいてもよい。例えば、ある場合では、ポリマー前駆体がアクリルアミドモノマーとＮ，Ｎ’−ビス−（アクリロイル）シスタミン（ＢＡＣ）コモノマーの混合物を含む場合、テトラエチルメチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）等の作用剤が、チャネル区分１０４および１０６における第２の流体流れ内に提供されてもよく、これは、アクリルアミドおよびＢＡＣの架橋ポリマーネットワークまたはヒドロゲルへの共重合を開始する。
【００４７】
液滴形成における第１の流体流れ１１２と第２の流体流れ１１４の合流部１１０における接触の際に、ＴＥＭＥＤは、第２の流体１１４から、直鎖状ポリアクリルアミドを含む第１の水性流体１１２中に拡散し得、これは、液滴内のポリアクリルアミドの架橋を活性化し、固体または半固体ビーズもしくは粒子として、ゲル、例えば、ヒドロゲルマイクロカプセル１１６の形成をもたらし得る。
【００４８】
ポリアクリルアミドカプセル化の観点から説明されているが、他の「活性化可能」カプセル化組成物もまた、本開示の文脈において採用されてもよい。例えば、二価金属イオン、例えば、Ｃａ２＋への暴露が続くアルギン酸液滴の形成が、説明されるプロセスを使用するカプセル化プロセスとして使用されることができる。同様に、アガロース液滴もまた、温度ベースのゲル化、例えば、冷却に応じて、または同等物を通してカプセルに変形されてもよい。
【００４９】
本開示のいくつかの側面に従って、１つまたはそれを上回る試薬が、その形成時にマイクロカプセルと関連付けられてもよい。特に、１つまたはそれを上回る試薬は、試薬が、形成されたマイクロカプセル内に取り込まれるか、または別様にそれと関連付けられ得るように、マイクロカプセル、例えば、直鎖状ポリマーを構成するポリマーマトリクスへの前駆体試薬と関連付けられてもよい。例えば、試薬は、本明細書に説明されるプロセスを使用して、マイクロカプセル中に架橋される直鎖状ポリマー材料に結合され、形成および架橋されたゲルマイクロカプセルに結合されている試薬をもたらしてもよい。代替として、試薬は、前駆体流れ中または形成後のマイクロカプセル中のいずれかにおいて、試薬と相互作用する活性結合部位を含む、ポリマー前駆体と組み合わせられてもよい。さらに他の側面では、本明細書のいずれかに説明される架橋活性化剤のように、試薬成分が共有結合によって、または非共有結合によって会合し得るマイクロカプセルのポリマーマトリクス上の部位を活性化する活性剤もまた、ポリマー前駆体または形成されたマイクロカプセルと接触されてもよい。
【００５０】
マイクロカプセル中に組み込まれるべき試薬は、マイクロカプセルの最終使用、例えば、分析反応において有用な種々の異なる試薬または他の成分のいずれかを含んでもよい。そのような試薬は、標識群（例えば、蛍光染料分子、ＦＲＥＴ対、蛍光ナノ粒子、蛍光タンパク質、質量標識、電気化学標識、または同等物）を含んでもよい。これらの試薬は、核酸、核酸類似体、核酸模倣物、ポリヌクレオチドもしくは類似体、オリゴヌクレオチドもしくは類似体、酵素、基質、抗体もしくは抗体断片、抗原、エピトープ、受容体、および受容体結合成分、タンパク質、ポリペプチド、アミノ酸、多糖類、または事実上、多種多様な分析のいずれかにおいて有用な任意のタイプの生化学的試薬等の生物学的または生化学的試薬を含んでもよい。同様に、生物システムまたは生化学システムに作用する化合物、例えば、低分子の薬剤活性化合物、放射性化合物、生物的もしくは生化学的化合物の阻害剤もしくは開始剤、化学ライブラリ化合物、または同等物もまた、そのようなマイクロカプセル内に包含することが想定される。ある実施例では、これらの試薬は、核酸複製試薬（例えば、プライマ、ポリメラーゼ、ヌクレオチドもしくはヌクレオチド類似体、緩衝液、補助因子、または同等物）、特異的結合群（例えば、受容体、抗体もしくは抗体断片、結合性ペプチド）、または任意の他の試薬（例えば、酵素、基質、触媒／開始剤、基質、阻害剤、または同等物）等、最終的に生成されたパーティション内で実行されるべき所望される反応に適用可能である、多種多様な異なる試薬のいずれかを含んでもよい。
【００５１】
一実施例では、アクリダイト部分を有するポリヌクレオチドが、水性流体内に提供され、ポリヌクレオチドは、本明細書に説明されるようなビーズへのその架橋に先立って、ポリマー前駆体に結合される。このポリヌクレオチドは、プライマ配列、取り付け配列、ライゲーション配列、またはバーコード配列等の１つまたはそれを上回る機能性核酸配列を含み得る。例えば、米国特許出願第６１／９３７，３４４号（参照することによって本明細書に全体として組み込まれる）を参照されたい。
【００５２】
いったん生成されると、マイクロカプセルは、例えば、チャネル区分１０８の端部におけるリザーバまたは他の出口から収集されてもよい。収集されたマイクロカプセルは、次いで、架橋剤、非架橋ポリマー、エマルション油および界面活性剤、任意の他の非結合試薬、規格外のマイクロカプセルまたはそれらの一部、ならびに本明細書に説明される方法およびシステムの使用に潜在的に干渉し得る、それらの生成の間にマイクロカプセルに付与される任意の他の汚染物を除去するために洗浄されてもよい。いくつかの側面では、マイクロカプセルは、実質的に純粋なマイクロカプセル組成物を含み得る。実質的に純粋なマイクロカプセル組成物とは、上記に説明されるようなマイクロカプセルの単分散集集団、ならびにそれらの関連付けられた所望の緩衝液および試薬が、組成物の少なくとも９０％、組成物の少なくとも９５％、組成物の少なくとも９９％、および多くの場合では、組成物の少なくとも９９．９％を構成し得ることを意味する。いったん洗浄されると、これらのマイクロカプセルは、後続処理における使用のために、水性溶液、例えば、緩衝液および／または１つもしくはそれを上回る選択された試薬内で再懸濁されてもよい。上記に従って、種々の異なる洗浄プロトコルが、上記に説明される実質的に純粋なマイクロカプセルを生成する際に、連続してまたは代替的に使用されてもよい。例として、いくつかの場合には、洗浄は、単純な緩衝液交換洗浄を含んでもよく、マイクロカプセルは、例えば、沈降、遠心分離、濾過、または同等物を通して、それらの支持液体から分離され、次いで、元々マイクロカプセルを含有していたものと同一の緩衝液である場合もあり、そうでない場合もある新しい緩衝液溶液内で再懸濁される。このタイプの洗浄は、マイクロカプセルから遊離汚染物を除去するために、複数回繰り返されてもよい。代替または付加的洗浄ステップでは、より厳密な洗浄プロセスが、マイクロカプセルからある結合された種を除去するために採用されてもよい。例えば、マイクロカプセルが、核酸、タンパク質、または他の関連付けられる試薬を含む場合、変性洗浄ステップが、さらなる結合過剰なタンパク質、核酸、または同等物を除去するために採用されてもよい。例えば、いくつかの場合には、マイクロカプセルは、他の非共有結合によって結合された種、例えば、ハイブリダイズした核酸等を除去するために、高められた温度において、尿素等のカオトロピック剤を用いて洗浄されてもよい。さらに他の側面では、洗浄ステップは、マイクロカプセルの内部に取り込まれ得る種を除去するために、抽出技法と組み合わせられてもよい。例えば、ある場合には、これらの抽出プロセスは、マイクロカプセル内から非共有結合によって結合された種を引き込むために、電気泳動溶出、浸透溶出、または他の技法を含んでもよい。
【００５３】
多くの場合では、実質的に純粋なマイクロカプセル組成物は、凝集したマイクロカプセル、例えば、ともに接着される２つ、３つ、４つ、またはそれを上回るマイクロカプセルは実質的にない。凝集したマイクロカプセルの分離が、例えば、サイズまたは流れベース分離技法、例えば、濾過を含む種々の方法を通して実行されてもよい。
【００５４】
図１Ａおよび１Ｂに示されるチャネルアーキテクチャを参照して説明されているが、これらの構造およびアーキテクチャの変形例も、本開示の範囲内で実践され得ることを理解されたい。例えば、いくつかの場合には、パーティション化する流体と水性流体の界面接触は、上記に説明される具体的アーキテクチャとは異なり得る。特に、図１Ａに示されるように、チャネル区分１０４および１０６とチャネル区分１０２の交差部は、チャネル区分１０２内の水性流体流れとパーティション化する流体との間の界面接触を提供する。液滴は、水性流体が、その界面中に、そしてその接触を通じて、かつチャネル区分１０８中に押動される際に形成される。しかしながら、いくつかの場合には、界面は、界面がパーティション化する流体の「壁」として存在するように、流体デバイス内の開放空間、またはチャンバもしくはチャネル区分マニホールド内に存在し得る。このタイプの液滴生成合流部の例が図１Ｃに例証される。示されるように、第１のチャネル区分１２２が、液滴生成合流部の一部を形成する流体マニホールド１３２に流体接続される。マニホールド１３２は、より大きい、すなわち、第１のチャネル区分よりも大きい開放チャンバとして構築され、液滴分注チャネル１３４がマニホールドから退出し、形成された液滴１３８が分注チャネルまたは開口１３４を通してチャネル区分１３６中に排出される。いくつかの場合には、付加的な側方チャネル区分１２４および１２６もまた、チャネル区分１２８および１３０のように、マニホールド１３２に流体接続されるように提供される。動作時、第１の水性流体（例えば、図１Ｂを参照して説明されるような水性ポリマー前駆体流体または以下の図３Ｂを参照して説明されるマイクロカプセル含有水性流体）が、マニホールド１３２中に流される。不混和性流体が、側方チャネル１２８および１３０を通してマニホールド中に導入される。マニホールド１３２内で、不混和性流体は、マニホールド１３２を液滴分注ポートまで横断する界面（チャネル区分１２８および１３０から分注チャネル１３４に延在する破線として示される）を形成する。いくつかの場合には、さらなる水性流体が、側方チャネル１２４および１２６を通してマニホールド中に導入される。流体が液滴分注チャネル１３４を通して流れる際、凝集した水性流体、すなわち、チャネル区分１２２からの、およびいくつかの場合には、区分１２４および１２６からのものは、チャネル区分１２８および１３０からの不混和性流体によって取り囲まれ、不混和性流体エマルション内の水性流体の液滴１３８として、分注チャネル区分１３４を通してチャネル区分１３６中に排出される。理解されるように、これらのタイプの構造内での液滴形成速度ならびに液滴内に組み合わせられる流体の相対体積の制御は、基本的なチャネル交差に関して上記に説明されるのと同一機構の多くを通して遂行される。特に、制御された流れは、例えば、マニホールド中に導入されている流体の流速の制御、チャネルがマニホールド１３２に進入する際のチャネルの幾何学形状、例えば、チャネル形状、寸法（深さおよび／または幅）、交差部の輪郭および構造の制御、ならびに他のチャネルと比較したマニホールドからのセットバックを含むいくつかの機構を通して達成されてもよい。
【００５５】
加えて、液滴生成のための単一インターフェースとして図１Ａに例証されているが、本開示のデバイスおよびシステムは、典型的には、本明細書のいずれかに説明されるように、マイクロカプセル形成またはマイクロカプセルのパーティション化のための液滴を生産し得る処理量を増加させるために、多重液滴生成インターフェースを備え得ることが理解され得る。例えば、本開示のデバイスまたはシステムは、図１Ａおよび／または１Ｃに示されるアーキテクチャの複数の重複チャネルネットワークを含んでもよい。さらに、そのような多重デバイスまたはシステムに関して、重複チャネルネットワーク内の種々のチャネル区分のいくつかは、共通リザーバもしくは共通チャネルもしくは共通マニホールドの観点から、共通流体供給源を有してもよいか、または共通出口もしくはリザーバに供給されてもよい。同様に、代替アーキテクチャの場合では、複数の水性流体供給チャネル区分が、パーティション化する流体のチャンバと連通するように提供されてもよい。
【００５６】
図２は、上記に説明されるマイクロカプセルを生産するための、マイクロ流体デバイスまたはデバイスモジュールを図式的に例証する。示されるように、マイクロ流体デバイスは、典型的には、チャネル区分２０２、２０４、２０６、および２０８を含むチャネルネットワークをその内部部分に含む、本体構造２００を含む。これらのチャネル区分は全て、共通チャネル合流部２１０と連通する。デバイス本体構造はまた、試薬リザーバ２１２および２１４も含む。示されるように、試薬リザーバ２１２は、チャネル区分２０２に流体結合される一方、試薬リザーバ２１４は、チャネル区分２０４および２０６に流体結合される。第３の出口リザーバが、リザーバ２１６として示され、これは、チャネル区分２０８と流体連通するように提供される。理解されるであろうように、水性ポリマーゲル前駆体は、リザーバ２１２内に提供され得る一方、パーティション化する流体および活性化剤は、リザーバ２１４内に提供される。合流部２１０を通したこれらの流体の流れが、上記に説明されるようなマイクロカプセルを生成し、これは、リザーバ２１６中に流れ、それから採取される。
【００５７】
これらのマイクロ流体デバイスまたはデバイスモジュールは、種々の従来の方法のいずれかにおいて製作されてもよい。例えば、いくつかの場合には、本デバイスは、層状構造を含み、第１の層は、最終デバイスにおけるチャネルネットワークに対応する一連のチャネルまたは溝が配置される平坦な表面を含む。第２の層は、片側の平端な表面と、反対側の表面に画定される一連のリザーバとを含み、リザーバは、第２の層の平坦な表面が第１の層の平坦な表面と噛合されると、第２の層内に画定されたリザーバが第１の層上のチャネル区分の終端と流体連通するように位置付けられるように、通路として平坦な層まで連通する。代替として、リザーバおよび接続されるチャネル構造の両方が、単一部分に製作されてもよく、リザーバは、本構造の第１の表面上に提供され、リザーバの開口は、本構造の対向する表面まで延在する。チャネルネットワークは、この第２の表面における一連の溝および特徴として製作される。薄いラミネート層が、次いで、第２の表面上に提供されて密閉し、そしてチャネルネットワークの最終壁およびリザーバの底面を提供する。
【００５８】
これらの層状構造は、全体的または部分的に、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン、または同等物等のポリエチレンもしくはポリエチレン誘導体等のポリマー材料から加工されてもよく、またはそれらは、全体的または部分的に、シリコンまたは他のシリカ系材料、例えば、ガラス、石英、溶融シリカ、ホウケイ酸ガラス、もしくは同等物等の無機材料から製作されてもよい。
【００５９】
ポリマーデバイス構成要素は、画定されるチャネル構造だけではなく、他の構造、例えば、リザーバ、統合機能性構成要素等を含む層構成要素のエンボシング技法、マイクロ機械加工、例えば、レーザ機械加工、またはいくつかの側面では、射出成形を含む、いくつかのプロセスのいずれかを使用して加工されてもよい。いくつかの側面では、リザーバおよびチャネル構造を備える構造は、ポリマー構造を生産するために、例えば、射出成形技法を使用して製作されてもよい。そのような場合では、ラミネート層が、熱ラミネーション、溶剤ベースのラミネーション、音波溶接、または同等物を含む、容易に利用可能な方法を通して、成形された構造部分に接着されてもよい。
【００６０】
理解されるように、無機材料を含む構造もまた、公知の技法を使用して加工されてもよい。例えば、チャネルおよび他の構造が、標準フォトリソグラフィ技法を使用して、表面にマイクロ機械加工または表面にエッチングされてもよい。いくつかの側面では、マイクロ流体デバイスまたはその構成要素は、デバイスのチャネルもしくは他の構造および／またはそれらの離散構成要素を製作するために、３次元印刷技法を使用して製作されてもよい。
【００６１】
先に注記されたように、上記に説明されるチャネルアーキテクチャはまた、例えば、「油中水」（ＷＯ）エマルション系内等の不混和性流体内で生成される液滴内でカプセル化された試薬を含む、上記に説明されるマイクロカプセルのパーティション化においても容易に採用され得、水性溶液、特に、本明細書に説明されるカプセル化された試薬を含む水性溶液が、不混和性油等の不混和性分散またはパーティション化流体内でパーティション化される液滴として分与される。
【００６２】
図３は、カプセル化された試薬のパーティション化を図式的に例証する。示されるように、そして図１Ａに示される流体アーキテクチャを参照すると、少なくとも第１の試薬をカプセル化するビーズを含む第１の水性流体が、チャネル区分１０２を通してチャネル合流部１１０中に流される。分散流体は、側方チャネル区分１０４および１０６から合流部１１０中に流される。水性流体は、次いで、分散流体の流れ流内で液滴にパーティション化され、個々の液滴は、カプセル化された試薬を含み、いくつかの場合には、単一の試薬ビーズまたはカプセルのみを含む。
【００６３】
上記に説明されるチャネルアーキテクチャは、例えば、油中水エマルション系への試料材料とともに、例えば、カプセル化された試薬を含む、マイクロカプセルをパーティション化するための、図３Ａに示されるチャネルシステムの実施例内に含まれる。示されるように、第１のチャネル区分３０２は、第１のチャネル合流部３１０において、チャネル区分３０４、３０６、および３０８に流体接続されるように示される。第４のチャネル区分３０８が、第１のチャネル合流部３１０を第２のチャネル合流部３２２に流体接続し、これはまた、チャネル区分３２４、３２６、および３２８に流体結合される。
【００６４】
カプセル化された試薬をパーティション化する文脈において、図３Ａのチャネルシステムが、図３Ｂに示される。示されるように、カプセル化された試薬を含み得る、マイクロカプセル３５０（例えば、上記に説明されるように調製されたマイクロカプセル等）、ビーズ、または同等物を含む第１の水性流体３１２の第１の流れが、チャネル区分３０２を通してチャネル合流部３１０中に流される。第２の水性流体３５２および３５４の付加的な流れが、チャネル区分３０４および３０６からチャネル合流部３１０中に導入され、マイクロカプセル３５０を含む第１の水性流体３１２に合流する。チャネル区分３０４および３０６のそれぞれを通して添加される水性流体は、相互に、かつ水性流れ３１２の流体部分と同一であるか、または異なっていてもよい。理解されるように、種々のチャネル区分は、典型的には、それらのチャネル区分を通して流されるべき流体の供給源に流体結合され得る。そのような流体供給源は、デバイス内に統合されるか、またはデバイスと界面接触されるリザーバを含んでもよいか、または他の流体システム、例えば、シリンジ、ポンプ、流体ネットワーク、もしくは同等物との他の界面接触を含んでもよいか、または外部リザーバ、例えば、管、バイアル、ウェル、もしくは同等物から流体を引き込むための外部流体取得システム、またはさらに外部処理システム、例えば、増幅システム、試料材料抽出システム、濾過システム、分離システム、液体クロマトグラフィシステム、もしくは同等物と界面接触されてもよい。
【００６５】
いくつかの側面では、側方チャネル３０４および３０６を通して添加される付加的な水性流体は、マイクロカプセル内に含まれるカプセル化された試薬とともにパーティション化されるべき試料材料を含んでもよい。例えば、第２の水性流体は、バーコード配列、機能性配列、および同等物等、マイクロカプセル内に含まれる試薬とともに別個の液滴にパーティション化され得る、試料核酸を含んでもよい。付加的な試薬もまた、第２の水性流体内に添加されてもよい。ある場合には、例えば、カプセル化された試薬が、核酸複製または合成反応において採用されるべきである場合、付加的な流体は、ＤＮＡポリメラーゼ酵素、プライマ配列、ヌクレオチドまたはヌクレオチド類似体、反応補助因子、緩衝液、および同等物だけではなく、種々の他の試薬、例えば、染料、標識、キレート剤、阻害剤、開始剤、基質等のいずれか等のそのような反応のための試薬を含んでもよい。
【００６６】
ある場合には、添加される試薬は、結果として生じる液滴へのカプセル化された試薬の解放を刺激する試薬を含んでもよい。例えば、いくつかの場合には、試薬は、ジスルフィド結合または他の化学的に開裂可能な結合を通してマイクロカプセルと関連付けられてもよいか、またはマイクロカプセルは、ジスルフィド架橋または他の化学的に開裂可能な架橋剤によって、構造的にともに保持されてもよい。したがって、ジチオスレイトール（ＤＴＴ）等の還元剤の添加は、直接解放もしくはマイクロカプセルの分解のいずれかを通して、または両方を通して、マイクロカプセル上の試薬の最終的解放をもたらすことができる（例えば、米国特許出願第６１／９４０，３１８号（２０１４年２月１４日出願）（その全内容が、あらゆる目的のために、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）を参照されたい）。代替として、またはそれに加えて、他の開裂可能な結合も、マイクロカプセルを架橋するために使用されてもよい。そのような結合の例は、例えば、光開裂可能または化学的に開裂可能な結合もしくは架橋剤を含む。
【００６７】
例えば、流体３１２、３５２、および３５４から組み合わせられた水性流れが、チャネル区分３０８を通してチャネル合流部３２２中に流れる。チャネル区分３０８から流れる組み合わせられた水性流れと不混和性である、第３の流体３１４が、マイクロカプセル３５０ならびにある量の組み合わせられた水性流れを含む液滴３５６を形成するために、チャネル区分３２４および３２６のそれぞれからチャネル合流部３１２中に導入される。多くの場合では、この第３の不混和性流体は、安定化された結果として生じる液滴とともに油中水エマルションを形成するために好適である、上記に説明されるようなフッ素系界面活性剤を含むフッ化油等の油を含む。他の好適なエマルション系は、いくつかの場合には、シリコンおよび炭化水素油／界面活性剤系を含んでもよい。
【００６８】
上記に言及されるように、本明細書に説明されるデバイスは、不混和性流体において水性液滴内にマイクロカプセルを提供する際に有用である。理解されるように、いくつかの用途では、生成されるパーティション内に所望されるレベルのマイクロカプセル占有度を提供することが特に有益である。概して、これは、所望される数を上回るマイクロカプセルが所定のパーティション中に組み込まれている確率が許容可能に低いように、マイクロカプセルを含む水性流れと不混和性流体流れの組み合わせを制御することによって遂行される。これは、概して、パーティション化する区域、例えば、図３の合流点合流部３２２内にともに流入する他の流体の流れとともに、マイクロカプセルの流れの制御を通して達成されてもよく、パーティションあたりに所望される数のマイクロカプセルを実質的に提供するように制御されることができる。
【００６９】
多くの場合では、本デバイス、システム、および方法は、占有されるパーティション（例えば、１つまたはそれを上回るマイクロカプセルを含むパーティション）の圧倒的多数が、占有されるパーティションあたり１つを超えないマイクロカプセルを含むであろうことを確実にするために使用される。特に、いくつかの場合には、パーティション化プロセスは、占有されるパーティションの５０％を下回るものが１つを上回るマイクロカプセルを含有し、占有されるパーティションの４５％を下回るものが１つを上回るマイクロカプセルを含有し、占有されるパーティションの４０％を下回るものが１つを上回るマイクロカプセルを含有し、占有されるパーティションの３５％を下回るものが１つを上回るマイクロカプセルを含有し、占有されるパーティションの３０％を下回るものが１つを上回るマイクロカプセルを含有し、占有されるパーティションの２５％を下回るものが１つを上回るマイクロカプセルを含有し、および多くの場合では、占有されるパーティションの２０％を下回るものが１つを上回るマイクロカプセルを有する一方、ある場合には、占有されるパーティションの１０％を下回るものまたはさらに５％を下回るものがパーティションあたり１つを上回るマイクロカプセルを含むであろうように制御される。故に、多くの場合では、結果として生じるパーティションは、１つかつ１つのみのマイクロカプセル（すなわち、単一のマイクロカプセル）を含有する少なくとも５０％のパーティション、１つかつ１つのみのマイクロカプセルを含有する少なくとも５５％のパーティション、１つかつ１つのみのマイクロカプセルを含有する少なくとも６０％のパーティション、１つかつ１つのみのマイクロカプセルを含有する少なくとも６５％のパーティション、１つかつ１つのみのマイクロカプセルを含有する少なくとも７０％のパーティション、１つかつ１つのみのマイクロカプセルを含有する少なくとも７５％のパーティション、１つかつ１つのみのマイクロカプセルを含有する少なくとも８０％のパーティション、１つかつ１つのみのマイクロカプセルを含有する少なくとも８０％のパーティション、１つかつ１つのみのマイクロカプセルを含有する少なくとも８５％のパーティション、１つかつ１つのみのマイクロカプセルを含有する少なくとも９０％のパーティション、およびある場合には、１つかつ１つのみのマイクロカプセルを含有する少なくとも９５％のパーティションをもたらし得る。
【００７０】
加えて、または代替として、多くの場合では、過剰な数の空のパーティションの生成を回避することが所望される。これは、十分な数のマイクロカプセルをパーティション化区域中に提供することによって遂行され得るが、ポアソン分布によれば、複数のマイクロカプセルを含み得るパーティションの数を増加させ得ることが予期される。したがって、本開示の側面に従って、パーティション化区域中に指向されるマイクロカプセルの１つもしくはそれを上回るものまたは他の流体の流れは、多くの場合では、５０％を超えない生成されたパーティションが占有されない、すなわち、１つを下回るマイクロカプセルを含み、２５％を超えない生成されたパーティションまたは１０％を超えない生成されたパーティションが占有されないように制御される。さらに、いくつかの側面では、これらの流れは、単一の占有されるパーティションの非ポアソン分布を提示しながら、より低いレベルの占有されないパーティションを提供するように制御される。言い換えると、いくつかの側面では、上記に留意される占有されないパーティションの範囲は、上記に説明される単一の占有率の上記に説明されるいずれかを依然として提供しながら達成され得る。例えば、多くの場合では、本開示のデバイス、システム、および方法の使用は、２５％を下回る、２０％を下回る、１５％を下回る、１０％を下回る、および多くの場合では、５％を下回るものからの複数の占有率を有する一方、５０％を下回る、４０％を下回る、３０％を下回る、２０％を下回る、１０％を下回る、およびある場合には、５％を下回るものからの占有されないパーティションを有する、結果として生じるパーティションを生成する。チャネルネットワーク内で種々の流れを制御するための方法、システム、およびデバイス構成が、以下により詳細に説明される。
【００７１】
実質的に１つずつ占有されるパーティションを提供する観点から上記に説明されているが、ある場合では、例えば、単一のパーティション内に２つ、３つ、４つ、またはそれを上回るマイクロカプセルを含有する、複数に占有されるパーティションを提供することが所望される。故に、上記に留意されるように、流体を含有するマイクロカプセルおよびパーティション化する流体の流れ特性は、そのような複数に占有されるパーティションを提供するように制御されてもよい。特に、流れパラメータは、パーティションの５０％を上回る、７５％を上回る、およびある場合には、８０％、９０％、９５％、またはそれより高いものを上回るものにおける所望される占有率を提供するように制御されてもよい。
【００７２】
加えて、多くの場合では、単一のパーティション内の複数のマイクロカプセルは、その中にカプセル化される異なる試薬を含んでもよい。そのような場合では、異なるマイクロカプセルを、共通チャネルまたは液滴生成合流部中に異なるマイクロカプセル供給源から導入する、すなわち、異なるカプセル化された試薬を、異なるチャネル入口を通してそのような共通チャネルまたは液滴生成合流部中に含有することが有利であり得る。そのような場合では、チャネルまたは合流部中への異なるマイクロカプセルの流れおよび周波数は、各供給源からのマイクロカプセルの所望される比率を提供しながら、パーティション中へのそのようなマイクロカプセルの所望される対合または組み合わせを確実にするように制御されてもよい。
【００７３】
２つの合流部およびそれらの関連付けられるチャネル区分を用いて示されているが、付加的なチャネルが、付加的な成分を上記に説明される種々の流体、カプセル、およびパーティションに送達するために、本開示のデバイス内に提供され得ることを理解されたい。これらの付加的なチャネルは、それらのチャネル区分内で流れる種々の流体の任意の１つまたはそれを上回るものに種々の成分を添加するために、本明細書に説明される種々のチャネル区分のいずれかと、異なる位置において、異なる目的のために交差するように提供されてもよい。例えば、一側面では、１つまたはそれを上回る付加的な側方チャネルが、チャネル区分３２８内のパーティション化された流体中に新しい流体、試薬、または付加的なパーティション化する流体を導入することを目的として、上記に説明されるチャネル区分３２８と交差するように提供されてもよい。
【００７４】
同様に、付加的なチャネル区分が、パーティション化する流体を用いて流体流れを液滴に分離させることに先立って、その水性流れ中に付加的な流体を導入するために、チャネル区分３０２および／または３０８と交差するように提供されてもよい。加えて、さらに他のチャネル区分が、側方チャネル区分のいずれか、例えば、チャネル区分３０４、３０６、３２４、または３２６と、異なる流体をそれらのチャネル中に送達するために交差するように提供されることができる。そのようなシステムは、どの流体がそれぞれの側方チャネルを通して提供されるかを制御することによって、パーティション化流中に導入されている流体の改変をリアルタイムで可能にする、例えば、反応物を変化させるか、パーティション流体特性を変化させるか、または種々の他の条件のいずれかを可能にすることができる。
【００７５】
ある場合には、これらの付加的な流体は、パーティションに新しい試薬を導入することによって、パーティション内の異なる反応を刺激することを目的としてもよい。例えば、これらの付加的な流体は、パーティションまたはカプセルに、パーティション化に先立つか、またはそれに続く任意の段階において、１つまたはそれを上回る反応の開始を引き起こす、１つまたはそれを上回る活性化剤を提供してもよい。
【００７６】
そのような活性化剤は、いくつかの異なる形態のいずれかをとり得る。例えば、これらの活性化試薬は、例えば、マイクロカプセルと試薬との間の結合を開裂することによって、すなわち、マイクロカプセルの崩壊を刺激し、後続試薬解放によって、パーティションまたはカプセル内の試薬の解放を引き起こし、それを反応のために利用可能にし得る。代替として、またはそれに加えて、活性化試薬は、所望される反応のための欠損重要試薬等の所望される反応のための開始剤または同等物を含んでもよい。例証を目的とする実施例として、所望される反応が、核酸ポリメラーゼ媒介核酸複製を含む場合では、活性化試薬が、混合物から別様に欠如する１つもしくはそれを上回るヌクレオシド三リン酸、プライマ配列、またはポリメラーゼ反応に好適な１つもしくはそれを上回る反応補助因子、例えば、マグネシウムまたはマンガンのような二価金属イオン等の重要な欠損試薬を含んでもよい。多くの場合では、所定の反応の制御された開始を目的としたそのような欠損系または活性化可能試薬系の使用は、「ホットスタート」試薬と称され、これは、一般クラスとして、本開示のシステムと併せて有用である。
【００７７】
活性化試薬は、代替として、またはそれに加えて、パーティションまたはカプセル自体もしくは両方への反応を開始し、例えば、カプセルを崩壊させる、すなわち、それらのカプセルから試薬を解放させ、パーティションを安定化または不安定化させ、例えば、それぞれ、合体を低減または促進させる。種々の試薬系が、本開示のマイクロカプセルからの試薬の崩壊または解放において採用されてもよい。これらは、米国特許公開第２０１４／０３７８３４５号（参照することによって本明細書に全体として組み込まれる）に議論されるように、化学的架橋または分子付着を開裂するために、上記に説明される化学的刺激の使用を含む。
【００７８】
図４は、上記に説明されるようなカプセル化された試薬をパーティション化するための、全体的かつ例示的マイクロ流体デバイスまたはデバイスモジュールの概略図示を提供する。図４に示されるように、全体的デバイス４００は、パーティション化されたマイクロカプセル組成物を生成するための、１つまたはそれを上回るチャネルネットワークモジュール４５０を提供する。示されるように、チャネルネットワークモジュール４５０は、上記の図３Ｂに示されるものと類似する基本アーキテクチャを含む。特に、例証されるチャネルネットワークモジュールは、チャネル区分４０２、４０４、および４０６を結合する、第１のチャネル合流部４１０と、第１の合流部４１０を第２のチャネル合流部４２２に結合する、チャネル区分４０８とを含む。チャネル区分４２４、４２６、および４２８もまた、第２の合流部４２２に結合される。
【００７９】
例証されるように、チャネル区分４０２はまた、例えば、水性溶液内に懸濁される、１つまたはそれを上回るカプセル化された試薬を含み得るマイクロカプセルの供給源を提供する、リザーバ４３０に流体結合される。チャネル区分４０４および４０６はそれぞれ、例えば、マイクロカプセルとともにパーティション化されるべき試料材料ならびに他の試薬の供給源を提供し得る、流体リザーバ４３２に同様に流体結合される。先に留意されるように、チャネル区分４０４および４０６は両方とも同一のリザーバ４３２に結合されるように例証されているが、これらのチャネル区分は、マイクロカプセルとともにパーティション化されるべき異なる試薬または材料を導入するために、異なるリザーバに結合されてもよい。
【００８０】
チャネル区分４０２、４０４、および４０６はそれぞれ、受動流体弁４３６等の付加的な流体制御構造を提供されてもよい。これらの弁は、水性流体を本デバイス中に弁構造内のチャネル区分の拡張点において引き込む、毛細管力を遮断することによって、全体的デバイスの制御された充填を提供してもよい。簡潔には、水性流体が、最初に、本デバイス中にリザーバ４３０および４３２内に導入され、その点において、これらの流体は、毛細管作用によってそれらのそれぞれのチャネル区分中に引き込まれ得る。弁構造に到達すると、拡張されたチャネルは、毛細管力を遮断し、流体流れは、流体を弁構造の中にそれを通して駆動する外力、例えば、正圧または負圧による作用によって作動されるまで停止する。幅寸法におけるチャネルの拡張として例証されているが、受動弁構造は、チャネル領域の任意の１つまたはそれを上回る断面寸法において漸増部を含み得ることを理解される。例えば、受動弁は、弁領域において増加された段状深さのチャネルを増加させてもよい。再び、流体が、増加された断面のチャネル区分に到達すると、毛細管力が、流体をより浅いチャネル内に保定する。再び、留意されるように、断面寸法の増加は、任意の１つまたはそれを上回る断面寸法においてであり得、断面の少なくとも約５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％、またはさらにそれを上回るものの増加であってもよい。多くの場合では、これは、断面の約５％〜約１００％のより大きい断面、約５％〜約５０％、約５％〜約２０％の増加であり得る。特定のチャネル場所において例証されているが、これらの弁構造は、２つまたはそれを上回るチャネル区分の交差部において、または単一チャネル内を含む、マイクロ流体チャネルネットワーク内の任意のチャネル場所に沿って位置付けられ得ることもまた理解され得る。
【００８１】
チャネル区分４０２内に、マイクロカプセル漏斗状構造４５２もまた示され、これは、リザーバ４３０からのマイクロカプセルの効率的な集積と、（本明細書のいずれかにより詳細に説明されるような）マイクロカプセル流れの調整の両方だけではなく、チャネル閉塞に起因するシステム故障の低減も可能にする。また、示されるように、いくつかの場合には、リザーバ４３０とチャネル区分４０２の接続ならびにチャネル区分の１つまたはそれを上回るものまたは全ておよびそれらのそれぞれのリザーバの合流部は、濾過構造４５４、例えば、柱、支柱、蛇行した流路、または他の閉塞性構造等の付加的な機能性要素を提供され、望ましくない粒子状物がチャネル区分に進入するか、またそれを通して進行しないように防止してもよい。
【００８２】
合流部４１０が、第２の合流部４２２に流体結合される。チャネル合流部４２２に、チャネル区分４２４および４２６もまた結合され、これらは、順に、例えば、合流部４１０から流れる水性流体と不混和性であるパーティション化する流体を提供し得る、リザーバ４３８に流体結合される。再び、チャネル区分４２４および４２６は、同一のリザーバ４３８に結合されるように例証されているが、例えば、各チャネル区分が合流部４２２に異なる組成物、例えば、異なる試薬を含む、異なる構成を有するパーティション化する流体または同等物を送達することが所望される場合、それらは、異なるリザーバに結合されてもよい。
【００８３】
例示的動作時、リザーバ４３０内に提供されるマイクロカプセルは、チャネル区分４０２を通して第１のチャネル合流部４１０中に流される。マイクロカプセルは、弁４３６を通して流れ、これは、受動流体弁構造を提供することに加えて、また、以下により詳細に説明されるように、マイクロカプセル流れ調整器としても動作する。マイクロカプセル流れ調整器は、合流部４１０中への、およびそれを通した、チャネル区分４０８中へのマイクロカプセルのより一定の流れを確実にする。合流部４１０内で、水性マイクロカプセル溶液は、チャネル区分４０４および４０６によって導入されるようなリザーバ４３２からの水性流体と接触される。マイクロ流体チャネルネットワークの層流特性に起因して、動作の任意の特定の理論に拘束されるわけではないが、チャネル区分４０４および４０６からの水性流体は、第２の水性流体層を用いてマイクロカプセル組成物を被覆することができ、２つの流体間の主要相互作用は、単純な拡散を通して、すなわち、対流混合の実質的な欠如を用いてである。
【００８４】
水性流体流れは、次いで、チャネル区分４０８を通して第２の合流部４２２中に流される。チャネル合流部４２２内で、一定に離間して流れるマイクロカプセルを含む、チャネル区分４０８を通して流れる水性流体流れが、チャネル区分４２４および４２６から導入される不混和性のパーティション化する流体内で液滴に形成される。いくつかの場合には、パーティション化合流部、例えば、合流部４２２およびその合流部に結合されるチャネル区分の１つもしくはそれを上回るものの一方または両方がさらに、合流部、例えば、チャネル区分４０８、４２４、４２６および４２８におけるパーティション化プロセスを最適化するように構成されてもよい。
【００８５】
さらに、本明細書のいずれかに説明されるように、水性流体がチャネル区分４０８を通してパーティション化合流部４２２中に流れされ、チャネル区分４２４および４２６からの不混和性流体によってパーティション化され、チャネル区分４２８中に流される、十字チャネル交差部として例証されているが、本開示のマイクロ流体デバイス内のパーティション化構造は、いくつかの異なる構造を含んでもよい。
【００８６】
本明細書のいずれかにより詳細に説明されるように、合流部４２２中へのマイクロカプセルの流れ、およびある場合には、合流部４１０および４２２のそれぞれを通した他の水性流体および／またはパーティション化する流体の流速は、所望されるレベルのマイクロカプセルのパーティション化を提供するように制御され、例えば、各液滴内にパーティション化されるマイクロカプセルの数、各液滴内の試薬の量を制御し、本デバイスの全体的動作を制御し、例えば、閉塞または他の途絶等を防止する。
【００８７】
いったんマイクロカプセルがパーティション化されると、それらは、チャネル区分４２８を通して、それらが容易に採取され得る回収構造または区域中に流される。示されるように、回収区域は、例えば、出口リザーバ４３８を含む。代替として、回収区域は、管、ウェル、付加的な流体ネットワーク、または同等物との流体界面接触を含む、いくつかの異なる界面接触のいずれかを含んでもよい。いくつかの場合には、回収区域が出口リザーバを含む場合、出口リザーバは、そのリザーバ中に流れる流体の予期される体積よりも大きい体積を有するように構築され得る。その最も単純な意味では、出口リザーバは、いくつかの場合には、本システムのための入力リザーバ、例えば、リザーバ４３０、４３２、および４３４の組み合わせられた体積に等しい、またはそれを上回る体積容量を有してもよい。
【００８８】
理解され得るように、単一のマイクロ流体デバイスが、それぞれ、自己内蔵型流体供給源を有し得るか、または１つもしくはそれを上回る流体リザーバを共有し得る、複数の実質的に同じチャネルネットワークモジュールを含んでもよい。例えば、複数のチャネルネットワークモジュールを含む単一の多重デバイスが、パーティション化する流体、マイクロカプセル含有流体、１つまたはそれを上回る試薬流体、ならびに試料流体のうちの１つまたはそれを上回るものの単一の供給源を含んでもよい。したがって、複数のチャネルモジュールは、例えば、多重デバイス内の各モジュール４５０の対応するリザーバ内に流体の同一割当を提供することによって、大量の同一タイプのパーティション化されたマイクロカプセルを生成するように使用されることができる。しかしながら、ある側面では、異なるチャネルネットワークモジュールが、異なるパーティション化されたマイクロカプセルの生成において使用され得る。そのような異なるパーティション化された組成物は、パーティション化されたマイクロカプセルに割り当てられている異なる試料材料、同一または異なる試料材料に割り当てられている異なる初期マイクロカプセル、または同一もしくは異なる試料材料および／または異なるマイクロカプセルへの異なる試薬の適用を含み得る。上記に留意されるように、同一流体が異なるモジュールのチャネル区分中に導入されている場合、そのようなチャネル区分を同一リザーバに流体結合させることが効率的であり得る。これらのチャネル区分は、各モジュール内の同一の対応するチャネル区分であってもよいか、または所望される使用に応じて、それらは、異なるモジュール内の異なるチャネル区分であってもよい。
【００８９】
理解されるように、異なる流体が上記に説明されるチャネル構造内にともにもたらされる比率は、マイクロカプセル生成または離散パーティションもしくは液滴へのそれらの後続分離のいずれを目的としても、液滴の生成に影響を及ぼし得る。故に、ある側面では、本開示において使用されるデバイスは、統合チャネルネットワーク内の種々の流体流れの制御を提供する。チャネルネットワーク内の流体流れの制御は、種々の機構を通して遂行されてもよい。例えば、圧力が、そのチャネル区分内の流体流れを制御するために、異なるチャネル区分の起供給源に、例えば、リザーバに印加されてもよい。圧力ベースの流れを利用することによって、異なるチャネル区分内の流れを、独立して制御される圧力供給源を異なるチャネル区分に結合し、各チャネル区分を横断して異なる圧力勾配を印加することによって、独立して制御することが可能であり得る。そのような場合では、異なるチャネル区分内の流速は、流れ制御側面のフィードバックを提供し、流れの変調を可能にするために、例えば、光学検出器等のインターフェース検出システムを通して監視されてもよい。
【００９０】
代替として、単一の圧力供給源が、例えば、種々のチャネル区分起供給源またはリザーバに同時に接続するマニホールドに圧力供給源を結合することによって、全てのチャネル区分に同時に結合されてもよい。単一の圧力が複数のチャネルにわたって印加される場合、それらのチャネル内の流速は、流体粘度およびチャネル寸法（断面および長さ）に左右される各チャネル内の抵抗のレベルによって制御され得る。そのような場合では、流れ制御は、適切な寸法を伴うチャネル区分を提供することによって達成され、それを通過する流体の粘度を仮定すれば所望の流速が達成される。例として、同等の流速を達成するために、より高い粘性流体を流すために使用されるチャネルが、より低い粘度の流体を輸送するために使用されるチャネルよりも広いおよび／または短いチャネル区分を提供されてもよい。
【００９１】
チャネル起供給源に適用される圧力供給源として説明されているが、いくつかの側面では、圧力供給源は、チャネルネットワークのための出口ポート、例えば、末端リザーバ、すなわち、図４のリザーバ４４４のうちの１つまたはそれを上回るものに適用される、減圧（または負圧）供給源を含んでもよい。減圧の印加は、例えば、いくつかの入口点に対する統合チャネルネットワークの出口への単一接続点の提供、正圧システムにおいてチャネル入口閉塞につながり得るマイクロカプセル圧縮の欠如、および同等物を含む、正圧駆動システムに優るいくつかの利点を提供する。
【００９２】
いくつかの場合には、マイクロカプセルのパーティション化のために、減圧供給源は、パーティション化されたマイクロカプセルが採取され得る区域とは別個である、出口チャネル区分上の節点に適用されてもよい。特に、減圧供給源が末端リザーバ、例えば、図４のリザーバ４３８に適用される場合、供給源は、末端リザーバからパーティション化されたマイクロカプセルを採取するために、リザーバから切断されることができる。いくつかの場合には、チャネル区分との減圧供給源界面接触節点を、パーティション化されたマイクロカプセルが採取される区域から分離させることによって、減圧供給源を切断する必要性を不要にし、使用の容易さを向上させることができる。いくつかの場合には、減圧界面節点は、接続される減圧供給源を除去することなくパーティションの採取を可能にする、統合または離散パーティション採取区域と界面接触するためのインターフェース構成要素を用いて構成され得る、末端リザーバ、例えば、リザーバ４３８を含んでもよい。これらおよび他のインターフェース構成要素が、以下により詳細に説明される。
【００９３】
（ＩＩＩ．さらに改良されたマイクロ流体システム構成要素）
マイクロカプセルの精密な取扱いおよび操作は、それらの生成またはそれらの後続パーティション化のいずれかにおいて、マイクロ流体システムにおけるいくつかの新しい課題をもたらし、これらは、本開示の側面によって対処される。特に、流体、特にマイクロ流体システムにおけるマイクロカプセルの流れは、変動される流速もしくは分注周波数、チャネル閉塞、可変パーティション化、試料採取もしくは分注偏倚、または同等物を含む、その多くが上記に言及されているある変動を受け得る。本開示は、これらの問題の多くに対処するために、多数の向上された構成要素、デバイス、方法、およびシステムを提供する。
【００９４】
例えば、ある側面では、本開示は、例えば、リザーバ内のマイクロカプセルからの試料採取偏倚または変動に対処する。特に、いくつかの場合には、本明細書に説明されるシステムまたはデバイス内のマイクロカプセルが堆積される１つもしくはそれを上回るリザーバ、例えば、図４に示されるリザーバ４３０は、それらの接続されるチャネル区分中へのマイクロカプセルの流れを向上させるように構成される。
【００９５】
一実施例では、マイクロカプセルまたは他の試薬を提供するために使用されるリザーバは、リザーバに接続されるチャネル区分のための入口に向かうマイクロカプセルの漏斗流入を可能にするために、円錐形底面を提供されてもよい。これは、側方から視認されるリザーバ５００、５０２、５０４、および５０６の例を示す、図５Ａに図式的に例証される。示されるように、リザーバ５００は、マイクロ流体デバイス５０６の上面５１２から延在する、側壁５１０を含む。リザーバの内部空洞部分５０８は、マイクロ流体デバイス５０６中に延在し、流体チャネル５１６と連通するように提供される。示されるように、空洞部分５０８は、空洞５０８の収束する側壁５１８による、空洞５０８の狭化によって画定されるように、チャネル５１６の入口に向かうテーパまたは円錐形形状を保有する。
【００９６】
付加的な側面では、チャネル区分中に装填されるマイクロカプセルは、リザーバと接続される流体チャネルとの間に、拡大された界面接触領域、すなわち、入口の包含を通して増進されてもよい。この一実施例が、図４のチャネルネットワーク内に例証され、リザーバ４３０とチャネル区分４０２の界面接触は、漏斗状チャネル構造４５２を提供され、これは、チャネル区分中へのマイクロカプセルの導入を増進するだけではなく、チャネル区分中へのマイクロカプセルに対するいくつかの流れ調整特性も提供する。閉塞性構造４５４もまた、示され、これは、リザーバ内の汚染物であり得、本デバイスのチャネルを通した流体の流れを減損させ得る、より大きい粒子状物に対する障壁を提供する。理解され得るように、種々のリザーバのそれぞれまたは全てが、リザーバ内に配置されるべき流体に応じて、それらの中に同一または異なり得る、濾過もしくは粒子遮断要素を含んでもよい。例えば、いくつかの場合には、図４に示される柱構造（例えば、構造４５４）のような単純な構造的障壁が、マイクロカプセル含有リザーバとのチャネル界面接触において使用され得るが、水性溶液、例えば、試料材料または試薬を含有するそれらのリザーバに関して、より厳密なもしくはより厳密ではない濾過構成要素が、原位置でリザーバの含有物をより多くまたはより少なく濾過するために、その中に、例えば、リザーバの底部に統合されてもよい。例えば、膜フィルタ、フリット、または他の公知のフィルタタイプを含む、種々の濾過媒体が、本開示のデバイス内のリザーバ中に容易に組み込まれることができる。
【００９７】
上記に説明される拡大された界面接触と類似して、界面接触は、所定のリザーバからの複数の離散チャネル入口を含み、チャネル区分中へのそれを通したマイクロカプセルの流れが、より中断または閉塞しにくいことを確実にし、ならびにリザーバ内に配置されるマイクロカプセルが、単一の点またはチャネル入口においてではなく、複数の点においてアクセスされることを確実にしてもよい。特に、所定のリザーバに関して、マイクロ流体デバイス内でリザーバを単一チャネル区分（または以下により詳細に説明されるような流れ調整合流部）に流体接続する、複数のチャネル入口が、提供されてもよい。さらに、上記に説明されるように、複数のチャネル入口は、先に説明される機能性要素、例えば、漏斗状構造、柱、支柱、もしくは蛇行した経路等の濾過要素、または同等物のうちの１つまたはそれを上回るものを提供されてもよい。
【００９８】
上記のマイクロカプセルパーティション化の議論において留意されるように、マイクロカプセルの流れは、パーティション化区域、例えば、図３の合流部３２２内にともに流入する他の流体の流れとともに、パーティションあたり所望される数のマイクロカプセルを実質的に提供するように制御されることができる。多くの場合では、占有されるパーティション（例えば、１つまたはそれを上回るマイクロカプセルを含有するパーティション）の圧倒的多数は、占有されるパーティションあたり１つを上回らないマイクロカプセルを含む一方、いくつかの場合には、また、占有されないパーティションが生成される数を低減させる。
【００９９】
上記に説明されるように、本開示の方法、デバイス、およびシステムは、概して、液滴中へのマイクロカプセルおよびパーティション化または分散流体の制御された組み合わせを通して、例えば、マイクロカプセル流体デバイスの液滴生成合流部、すなわち、図３に示されるような合流部３１２中へのマイクロカプセルおよび油の流速を制御することを通して、パーティションへのマイクロカプセルの所望されるレベルの割当を遂行する。
【０１００】
リザーバからチャネルを通したチャネル合流部中へのマイクロカプセルの流れは、これらのマイクロカプセルが、マイクロカプセルがチャネル区分に進入するときの偶然性、およびそのチャネル区分を通したその流速によって定義されるものにおいて流れ得るため、かなりの変動を受け得る。故に、ある側面では、本開示のマイクロ流体システムは、液滴形成領域中に流れるそのようなマイクロカプセルをより定義された規則性において提供するために、適切なチャネル区分内にマイクロカプセル流れ調整器構成要素を含んでもよい。
【０１０１】
本明細書に説明されるチャネルシステム内に含まれるマイクロカプセル流れ調整器は、典型的には、比較的一定の周波数においてチャネル内を流れるマイクロカプセルを提供し得る。特に、液滴が生成されている所定の時間枠の間、例えば、１０秒時間枠、３０秒時間枠、１分時間枠、２分時間枠、３分時間枠、または定常状態動作の液滴生成実行全体（例えば、運転開始および運転停止を含まない）に亘って、これらのマイクロカプセルが流れる周波数は、典型的には、５０％を下回る、４０％を下回る、３０％を下回る、２０％を下回る、１０％を下回る、およびある場合には、５％を下回る変動係数を有し得る。理解され得るように、マイクロカプセルの流れ周波数は、１秒の期間以内に導管内の所定の点を過ぎて流れるマイクロカプセルの数を反映する。周波数測定は、典型的には、秒以下または１秒間隔に基づいてもよいが、また、本プロセスの特定の必要性に応じて、複数秒、複数分、またはより長い間隔に基づいてもよい。
【０１０２】
所定のプロセスでは、比較的安定した周波数においてマイクロカプセルを流すことが所望され得るが、いくつかの側面では、流れるマイクロカプセルに関する周波数は、所望される用途、流れされている流体の性質、および同等物に応じて異なり得る。しかしながら、概して、パーティション化または液滴生成合流部中に流れされているマイクロカプセルは、５０Ｈｚを上回って、１００Ｈｚを上回って、２５０Ｈｚを上回って、５００Ｈｚを上回って、７５０Ｈｚを上回って、１０００Ｈｚを上回って、１５００Ｈｚを上回って、２０００Ｈｚを上回って、またはさらに５０００Ｈｚもしくはさらに１０，０００Ｈｚを上回って流れされながら、依然として、所望される占有および他のプロセス目標を達成する。ある場合には、これらの流れ周波数は、パーティション化されたマイクロカプセルが液滴生成合流部から、少なくとも５０Ｈｚもしくはそれを上回る、少なくとも１００Ｈｚもしくはそれを上回る、少なくとも５００Ｈｚもしくはそれを上回る、少なくとも７５０Ｈｚもしくはそれを上回る、少なくとも１０００Ｈｚもしくはそれを上回る、少なくとも１５００Ｈｚもしくはそれを上回る、少なくとも２０００Ｈｚもしくはそれを上回る、またはさらに少なくとも５０００Ｈｚまたは１０，０００Ｈｚもしくはそれを上回る周波数において流れるように、パーティション化合流部の後に維持されてもよい。
【０１０３】
いくつかのアプローチが、本明細書に説明されるデバイスのマイクロ流体チャネル区分内のビーズ流れを調整するために採用されてもよい。例えば、いくつかの場合には、これらの調整器は、「集積区域」を含み、マイクロカプセルは、集積区域中に流れ、それから流れる前に集積し得る。これらの区域は、個々のマイクロカプセルの流れをより良好に計測するために、漏斗状構造またはチャネルプロフィールの包含を通して、マイクロカプセルの流れをより効率的に計測するように構成される。そのような構造の例が、上記に言及され、図４および６Ｂに示される。第１の例は、チャネル区分４０２およびリザーバ４３０の界面接触内に統合される漏斗状区域４５２として示される、チャネル界面接触を含む。
【０１０４】
類似する方式では、マイクロカプセル流れ調整器が、リザーバ、例えば、図４のリザーバ４３０との界面接触にではなく、チャネル区分自体、例えば、図４のチャネル区分４０２内に統合されてもよい。本構造の例は、図６Ａに例証される流れ調整器構造６００を含む。理解され得るように、マイクルカプセル流れ調整構造４６０はまた、上記のチャネル区分４０２、４０４、および４０６に対して説明されるように、本デバイスの充填の間に受動流体弁、例えば、弁４３６として機能してもよい。漏斗状構造４５２のように、流れ調整器６００は、領域６０４において（界面接触においてチャネル６０２ａとして示される）チャネル区分６０２の拡大された領域を含み、これは、領域６０６において、これが（界面接触において区分６０２ｂとして示される）チャネル区分６０２の出口部分の断面寸法に再合流するまで狭化する。マイクロカプセルが拡張された領域６０２に進入すると、対流が、複数のマイクロカプセルが全体的集積領域内に集積または凝集することを可能にし得る。いったん十分な数のマイクロカプセルが凝集されると、それらは、計測され、かつより制御された様式で、狭化された領域を通してチャネル区分６０４中に出るように流れ始め得る。これは、図６Ｂに図式的に例証され、マイクロカプセル流れ調整構造中に不規則な周波数で流れ、より規則的な周波数で調整器から流れるマイクロカプセルを示す。理解されるように、チャネルネットワークが、所定の流路、例えば、全体ネットワーク内の２点間の流体接続内に直列または並列に配列される、１つまたはそれを上回る流れ調整器を含んでもよい。これらの流れ調整器は、図６Ａおよび６Ｂに示されるような形状および構成を有するものを含んでもよいが、それらはまた、異なる形状および構成を含んでもよい。例えば、流れ調整器の拡大された領域は、図６Ａおよび６Ｂに示されるものと類似する三角形形状を含んでもよく、または細長い三角形形状を含んでもよい。同様に、流れ調整器の拡大された領域は、円形、楕円、または半円形もしくは半楕円形状を含んでもよいか、または本明細書のいずれかに説明されるチャネル界面接触のようなテーパ漏斗形状を含んでもよい。理解され得るように、これらの例示的流れ調整器の基本構造構成要素は、流れが後続チャネルまたはチャネルネットワーク中に進入する際に、流れが調整器中に進入する点において、テーパ状、狭化、または漏斗状部分を伴う、拡大されたチャネル領域である。これらの拡大された領域は、典型的には、拡大された領域中に流れるチャネル区分の断面の１．１倍〜２０倍広い断面を有し得る。いくつかの側面では、これらの拡大された領域は、進入するチャネル区分の断面の（同一の断面測定、例えば、幅対幅、深さ対深さ等と比較して）２倍〜１０倍のいずれかであり、いくつかの場合には、進入するチャネル区分の断面の２倍〜５倍である。いくつかの場合には、１つを上回る断面寸法が、入口チャネルを上回るように変動されてもよく、例えば、幅と深さの両方が、異なってもよい。さらに、いくつかの側面では、両方の寸法が変動される場合、それらは、入口チャネルのものよりも大きくなり得るが、流れ調整器を通した所望される流れ特性に応じて、いくつかの場合には、幅および深さのうちの少なくとも１つが増加されるという条件で、他の寸法は、減少されてもよい。
【０１０５】
他の例では、複数のマイクロカプセル含有チャネルが、より多い数のマイクロカプセルを合流部およびその接続される放流チャネル区分中にもたらすために、集積区域においてともにもたらされる。これは、あるチャネル内のマイクロカプセルの流れにおける隙間が、他のチャネルからその中に流れるマイクロカプセルによって充填されることを可能にする。これらのチャネル区分は、集積区域としてチャネルネットワーク内に提供される別個のチャネル区分を含んでもよく、または上記に留意されるように、それらは、マイクロカプセル含有リザーバに流体接続される複数の入口チャネル区分を備えてもよい。さらに、先に留意されるように、これらのチャネル区分は、単一供給源からのマイクロカプセルまたはマイクロカプセル集合を同一チャネル区分に送達してもよく、またはそれらは、異なる供給源、例えば、リザーバからのマイクロカプセルを共通チャネル区分に送達してもよく、そのような異なるマイクロカプセルは、異なる試薬を含む。
【０１０６】
上記に留意されるように、本開示のマイクロ流体デバイスおよびシステムは、本デバイスおよびシステムの動作において有用な向上されたインターフェース構成要素と、マイクロカプセル組成物およびパーティション化された組成物の取扱いおよび操作において特に有用であり得るインターフェース構成要素とを含んでもよい。
【０１０７】
マイクロカプセルおよびパーティション操作のために有用なインターフェースの例は、そのようなデバイスからの、またはそれへのそのような組成物の堆積および採取の一方または両方のために有用なものを含む。例えば、先に説明されるように、溶液内のマイクロカプセルの移動および輸送は、ある変動を受け得る。この変動は、いくつかの事例では、これらの溶液のそれらが生成されるシステムから他のシステムおよび／または容器、例えば、管、ウェル、バイアル、または同等物等の貯蔵容器中への輸送に、もしくはそれらを貯蔵容器、例えば、管、ウェル、バイアル、または同等物からそれらの後続処理のためのシステム、例えば、上記に説明されるもののようなマイクロ流体パーティション化システム中に輸送する際に持ち越され得る。一実施例では、マイクロカプセル溶液または懸濁液が、穿刺可能壁または基面を含む貯蔵容器内に提供される。対応する穿刺構造が、流体デバイス上のリザーバ内に提供されてもよい。リザーバ中に貯蔵容器を挿入することによって、穿刺可能壁は、穿刺構造によって貫通され、リザーバ中にマイクロカプセル懸濁液を解放する。
【０１０８】
このタイプの界面接触の実施例が、図７Ａおよび７Ｂに図式的に例証される。図７Ａに示されるように、管７０２等の貯蔵容器が、本明細書のいずれかに説明されるように、マイクロカプセル懸濁液７０４等の流体試薬を保持するために提供される。容器の表面、例えば、基面７０６が、穿刺可能層として提供される。穿刺可能層は、種々の異なる構成のいずれかにおいて提供されてもよい。例えば、それらは、単純に、容器の残部と同一の材料の壁を含んでもよいが、これは、穿刺を可能にするために十分に薄い。そのような壁は、容器における他の壁よりも薄くあり得る。代替として、穿刺可能表面は、穿刺可能隔壁（例えば、ニトロセルローズ、ＰＶＤＦ、ラテックス、または任意の他の同様に使用される材料）、フォイル表面、またはいくつかの他の穿刺可能膜のいずれか等、容器の残りのものとは異なる材料を含んでもよい。同様に、貯蔵容器の表面は、能動または受動であり得る弁構造を提供されてもよい。多くの場合では、圧力誘起逆止弁等の受動弁が、貯蔵容器の基面７０６において採用され得る。
【０１０９】
使用時、貯蔵容器は、図７Ｂに示されるように、デバイス７１０内のリザーバ７０８と噛合される。リザーバ７０８は、容器がリザーバ７０８中に挿入されると、貯蔵容器の基面７０６に接触し、それを貫通するように位置付けられる、穿刺構造７１２とともに構成される。いったん挿入されると、基面７０６は、破裂し、容器７０２内に含有されるマイクロカプセル懸濁液７０４は、リザーバ７０８中に排出することを可能にされる。いくつかの場合には、容器７０２は、容器から懸濁液を押勢するために、プランジャまたは他の加圧デバイス等、リザーバ中への懸濁液の駆動を促進するための付加的な構成要素を提供されてもよい。他の場合では、単純な重力流れが、懸濁液を移送するために使用されてもよい。いくつか場合には、穿刺構造および容器の壁または基部構成要素は、（例えば、穿刺された表面の残余物が容器からの懸濁液の流れを遮断し得る確率を低減させるために）容器上の疎水性内部コーティング、急激流入軽減穿刺構造の包含を通して、容器からリザーバへの懸濁液の移送を最適化するように構成されてもよい。代替側面では、溶解可能、分解可能、または別様に活性化可能障壁が、懸濁液の制御された分注を可能にするために提供されてもよい。そのような障壁は、例えば、刺激の適用に応じて懸濁液を分注するように分解され、溶解され、または十分に透過性にされる、溶解可能フィルムまたは膜を含む。そのような障壁は、具体的な化学的、熱的、電磁的、または他の刺激の適用に応じて分解され得る。
【０１１０】
上記に説明される界面接触に類似して、本デバイスからマイクロカプセルまたはパーティション化されたマイクロカプセルまたは他の材料のいずれかを採取するためのいくつかの場合には、そのようなインターフェース構成要素は、例えば、採取リザーバ、例えば、図２に示されるリザーバ２１６、または図４に例証されるデバイスのリザーバ４３８のための穿刺可能基層を含み、界面接触される減圧供給源を必ずしも除去することなく、末端リザーバへのアクセスおよびそれからのパーティション化されたマイクロカプセルの除去を可能にしてもよい。動作時、パーティション化動作の終わりに、末端リザーバの基部は、穿刺されてもよく、生成されたパーティションが、例えば、減圧供給源を逆転し、圧力をリザーバ４３８に印加し、パーティション化されたマイクロカプセルをリザーバの穿刺された基層を通して、または重力駆動流れを通して駆動させることによって、待受容器中に除去されるか、または排出もしくは流れることのいずれかを可能にされる。この待受容器は、パーティション化されたマイクロカプセルを受容するために、本デバイス中に統合される、またはマイクロ流体デバイスに隣接して位置付けられてもよい。
【０１１１】
他の例では、リザーバおよび貯蔵容器の一方または両方は、効率的な相互移送を提供するように構成されてもよい。例えば、いくつかの場合には、マイクロカプセル懸濁液を含む容器が、その含有物を効率的に移送するために、これが直接受容リザーバに噛合、接続、および／または結合されることを可能にする、インターフェース構成要素を提供されてもよい。いくつかの場合には、接続は、適切な駆動力が懸濁液に印加されるまで懸濁液の移動を防止するために、逆止弁によって境界されてもよい。
【０１１２】
流体界面接触に加えて、本明細書に説明されるデバイスおよびシステムはまた、種々の機械的または物理的インターフェース構成要素のうちの１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。そのような構成要素は、例えば、本デバイスの手動または自動移動および取扱いを促進するための取扱い構成要素と、器具、保持器、および同等物上の本デバイスの適切な載置および整合を確実にするための整合構成要素と、本デバイス内の試料材料の付加的な操作を可能にするための機能性構成要素とを含む。取扱い構成要素の実施例は、タブ、壁、または本デバイスの重要もしくは感受性表面から離れて位置付けられる他の表面（例えば、光学ウィンドウ、汚染しやすい表面等）、ならびに例えば、把持および制御を確実にするために十分なサイズおよび／または凹凸表面を伴う、手動または自動のいずれの取扱いも促進するように構成される表面を含む。
【０１１３】
整合構造の実施例は、他の装備上の相補的構造と噛合する、斜角、デバイス形状、および統合キー要素（例えば、タブ、スロット、支柱、または同等物）等、対応する器具または他の装備と本デバイスの整合を確実にする機械的要素を含む。そのような整合構成要素はまた、位置合わせマークもしくは基準、バーコードタグ、または本デバイス中に統合される、もしくはそれに取り付けられる他の機械可読構成要素等の光学的に検出される構成要素をも含む。
【０１１４】
例えば、本デバイスの動作のために重要であるそれらのインターフェース構成要素を含む、多種多様な機能性構成要素または機能性構成要素インターフェースもまた、想定される。そのようなインターフェース構成要素の例は、例えば、１つまたはそれを上回るリザーバの上面中に統合される、またはそれにわたって別個に載置され得る、ガスケット構造を含み、本明細書に説明されるデバイスへの圧力または減圧の密閉印加を確実にする。ある側面では、これらのガスケットは、器具汚染の確率を最小限にするために、本デバイス中に統合されるか、または器具に統合されるのではなく、別個の使い捨て構成要素として提供されるかのいずれかであろう。機能性インターフェース構成要素の他の実施例は、リザーバ内の構成要素を混合または撹拌するためのインターフェースを含む。そのような構成要素は、ある場合には、マイクロカプセル組成物の沈降を防止するために有用である。これらのインターフェースは、本デバイス中に統合される圧電、音響、もしくは機械的振動構成要素等の実際の撹拌構成要素を備えてもよい、またはそれらは、対応する器具システムもしくは他の装備上のこれらの構成要素のために好適である、もしくはそれらとインターフェースをとるように構成される、表面を備えてもよい。
【０１１５】
前述の発明は、明確化および理解を目的として多少詳細に説明されたが、形態および詳細における種々の変更が、本発明の真の範囲から逸脱することなく成され得ることが、本開示の読取から当業者に明確であり得る。例えば、上記に説明される全ての技法および装置は、種々の組み合わせにおいて使用されることができる。例えば、粒子送達は、説明されるようなアレイウェルサイズ決定方法を用いて実践されることができる。本願に引用される全ての公開、特許、特許出願、および／または他の文書は、各個々の公開、特許、特許出願、および／または他の文書が、あらゆる目的のために、個別かつ別個に参照することによって組み込まれると示される場合と同程度が、あらゆる目的のために、参照することによってその全体として組み込まれる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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