(57)【要約】  本発明は、マイクロビーズを形成する方法及びシステム、それに従って形成されるマイクロビーズに関する。ポリマー溶液（２００）は、溶剤に溶解された粒子（２０６）及びポリマーを含む。ポリマー溶液のストリームが、チャンバーに流入する。集束流体（３００）が、チャンバー内において、ポリマーストリーム（２０２Ｃ）に接触し、集束させる。集束流体及び集束後のポリマーストリームは、単一な流れストリーム（４０２）としてチャンバーから流出する。垂れ下がり形の小滴が、単一の流れストリームの前端から分離し、マイクロビーズ（５００）を形成する。集束流体は、ポリマー溶液と反応し、マイクロビーズの表面に、バイオ認識分子と結合する官能基を形成する。システムの流れ集束装置が、上記チャンバーを有するように形作られた流れ集束部本体を含む。
2010530912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロビーズを形成する方法であって、
溶剤中に粒子及びポリマーを有するポリマー溶液のポリマーストリームを、流れ集束部本体の内部チャンバーに流入させる工程（ａ）と、
バイオ認識分子と結合するように構成された官能基を形成するように、ポリマー溶液と反応可能な集束流体を内部チャンバーに流入させる工程（ｂ）と、
集束流体を、内部チャンバー内のポリマーストリームと接触させてポリマーストリームを集束させるように差し向ける工程（ｃ）と、
集束流体及びそれによって集束されたポリマーストリームを、単一の流れストリームとして内部チャンバーから流出させる工程（ｄ）と、
垂れ下がり形の小滴を単一の流れストリームの前端部分から分離させ、マイクロビーズを形成する工程（ｅ）と、を有し、
マイクロビーズの各々は、粒子の識別可能な組を結合し、
集束流体は、ポリマー溶液と反応して、１つ又は２つ以上の官能基を、マイクロビーズの各々の表面に形成し、その結果、マイクロビーズは、バイオ認識分子と結合するように構成される、方法。
【請求項２】
集束流体は、単一の流れストリームにおいて、ポリマーストリームを実質的に包囲する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（ｄ）において、集束流体は、単一の流れストリームにおいて、ポリマーストリームを実質的に包囲する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
更に、工程（ｅ）の後に、マイクロビーズを、流体浴を収容する容器内に収集する工程（ｆ）を有する、請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
工程（ｆ）において、流体浴を撹拌させ、マイクロビーズを凝固させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
更に、工程（ｅ）の後に、マイクロビーズを凝固させて流体浴から回収する工程（ｇ）を有する、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
工程（ｇ）において、マイクロビーズを遠心法によって回収する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
流体浴は、集束流体を含む、請求項４〜７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
更に、工程（ａ）の前に、粒子及びポリマーを溶剤に溶解させることによって、ポリマー溶液を形成する準備工程を有する、請求項１〜８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
更に、工程（ａ）の前に、最初に、粒子を溶剤に溶解させ、次いで、ポリマーを溶剤の中に溶解させることによって、ポリマー溶液を形成する準備工程を有する、請求項１〜８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
工程（ａ）において、溶剤は有機溶剤を含む、請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
有機溶剤は、クロロホルム又はジクロロメタンを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
工程（ａ）において、ポリマーは、実質的に疎水性である、請求項１〜１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
工程（ａ）において、ポリマーは、ポリスチレン粉末又はその誘導体を含む、請求項１〜１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
工程（ａ）において、ポリマーは、ポリスチレン−無水酸コポリマーを含む、請求項１〜１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
工程（ａ）において、ポリスチレン−無水酸コポリマーは、ポリスチレン−無水マレイン酸コポリマーを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
官能基は、工程（ａ）において保護され、ポリマー溶液と集束流体の反応の後、脱保護される、請求項１〜１６の何れか１項に記載の方法。
【請求項１８】
官能基は、カルボン酸基を含む、請求項１〜１６の何れか１項に記載の方法。
【請求項１９】
カルボン酸基は、工程（ａ）において保護され、ポリマー溶液と集束流体の反応の後、脱保護される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
工程（ｂ）において、集束流体は水であり、カルボン酸基は、水との加水分解によって脱保護される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
集束流体は水である、請求項１〜１９の何れか１項に記載の方法。
【請求項２２】
工程（ａ）において、粒子は蛍光色素分子（フルオロフォア）を含む、請求項１〜２１の何れか１項に記載の方法。
【請求項２３】
工程（ａ）において、粒子はナノ粒子を含む、請求項１〜２１の何れか１項に記載の方法。
【請求項２４】
ナノ粒子は、半導体ナノ粒子、磁気ナノ粒子、金属導体ナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子、又は蛍光性ナノ粒子を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
工程（ａ）において、粒子は量子ドットを含む、請求項１〜２１の何れか１項に記載の方法。
【請求項２６】
工程（ａ）において、ポリマー溶液は、１つ又は２つ以上の種類の量子ドットの組合せを含み、マイクロビーズの各々によって結合された量子ドットの識別可能な組は、放射に続いて、１つ又は２つ以上の識別可能なスペクトル信号を、色及び／又は強度に基づいて生成するように構成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
工程（ａ）において、粒子は、量子ドットと磁気ナノ粒子の組合せを含む、請求項１〜２１の何れか１項に記載の方法。
【請求項２８】
工程（ｄ）において、単一の流れストリームは、内部チャンバーから流出し、集束オリフィスに流入し、
工程（ｅ）において、単一の流れストリームは、集束オリフィスから流出し、
マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径に直接的に依存する、請求項１〜２７の何れか１項に記載の方法。
【請求項２９】
マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、次の式
ｄｇ＝１．８９ｄｊ
に従って決定され、この式で、ｄｊは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
工程（ｄ）において、単一の流れストリームは、内部チャンバーから流出し、集束オリフィスに流入し、
工程（ｅ）において、単一の流れストリームは、集束オリフィスから流出し、
工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径ｄｊは、工程（ｅ）における集束オリファスの直径、工程（ａ）におけるポリマー溶液の密度及び流量、及び、工程（ｂ）における集束流体の密度及び流量に依存する、請求項１〜２７の何れか１項に記載の方法。
【請求項３１】
工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径ｄｊは、次の式
2010530912.tif 000010
によって決定され、この式で、Ｄは、工程（ｅ）における出口オリフィスの直径であり、ρ2は、工程（ｂ）における集束流体の密度であり、ρ1は、工程（ａ）におけるポリマー溶液の密度であり、Ｑ2は、工程（ｂ）における集束流体の流量であり、Ｑ1は、工程（ａ）におけるポリマー溶液の流量である、請求項３０項に記載の方法。
【請求項３２】
マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径に直接的に依存し、次の式
ｄｇ＝１．８９ｄｊ
に従って決定され、この式で、ｄｊは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径であり、
内部チャンバーに流入するポリマー溶液の流量Ｑ1が１時間当たり約１ミリリットル（１ｍＬ／ｈ）であり、チャンバーに流入する集束流体の流量Ｑ2が１時間当たり約１８０ミリリットル（１８０ｍＬ／ｈ）であるときに、方法が、約６マイクロメートル（μｍ）の直径のマイクロビーズを有効に形成するように、工程（ａ）におけるポリマー溶液の密度ρ1、工程（ｂ）における集束流体の密度ρ2、及び工程（ｅ）における出口オリフィスの直径Ｄを予め決定する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径に直接的に依存し、次の式
ｄｇ＝１．８９ｄｊ
に従って決定され、この式で、ｄｊは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径であり、
チャンバーに流入するポリマー溶液の流量Ｑ1が１時間当たり約０．５ミリリットル（１ｍＬ／ｈ）であり、チャンバーに流入する集束流体の流量Ｑ2が１時間当たり約１８０ミリリットル（１８０ｍＬ／ｈ）であるときに、方法が、約５マイクロメートル（μｍ）の直径のマイクロビーズを有効に形成するように、工程（ａ）におけるポリマー溶液の密度ρ1、工程（ｂ）における集束流体の密度ρ2、及び工程（ｅ）における出口オリフィスの直径Ｄを予め決定する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
工程（ａ）の前、重量で約０．０４（４重量パーセント（ｗｔ％））の濃度を有するポリマー溶液を形成する、請求項３２又は３３に記載の方法。
【請求項３５】
更に、工程（ａ）の前、ポリマーストリームの断面プロファイルを減少させる第１のポリマー狭め工程を有する、請求項１〜３４の何れか１項に記載の方法。
【請求項３６】
更に、第１のポリマー狭め工程の後、ポリマーストリームの断面プロファイルを更に減少させる第２のポリマー狭め工程を有する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
工程（ｂ）において、集束流体は、集束ストリームの形態で内部チャンバーに流入し、
更に、工程（ｂ）の前、集束ストリームの断面プロファイルを減少させる集束流体狭め工程を有する、請求項１〜３６の何れか１項に記載の方法。
【請求項３８】
請求項１〜３７の何れか１項に記載の方法に従って形成されたマイクロビーズ。
【請求項３９】
バイオ認識分子としての抗体又は抗原と有効に結合するように構成された、請求項３８に記載のマイクロビーズ。
【請求項４０】
抗体又は抗原と有効に結合するマイクロビーズは、１つ又は２つ以上の病気の検出のための多重診断テストにおいて、プローブとして使用されるように構成される、請求項３９に記載のマイクロビーズ。
【請求項４１】
病気は、ＨＩＶ、Ｂ型肝炎、Ｃ型肝炎、マラリア、デングウイルス、及び／又は鳥インフルエンザ（Ｈ５Ｎ１）である、請求項４０に記載のマイクロビーズ。
【請求項４２】
バイオ認識分子と有効に結合されたマイクロビーズは、１つ又は２つ以上の遺伝子表現因子の検出のための多重診断テストにおいて、プローブとして使用されるように構成される、請求項３８に記載のマイクロビーズ。
【請求項４３】
マイクロビーズを形成するためのシステムであって、
溶剤に溶解された粒子及びポリマーを含むポリマー溶液と、
バイオ認識分子と結合するように構成された官能基を形成するように、ポリマー溶液と反応可能な集束流体と、
流れ集束装置と、を有し、
流れ集束装置は、内部チャンバー及び出口開口を有するように形作られた流れ集束部本体を有し、内部チャンバーは、集束流体とポリマー溶液のポリマーストリームとを有効に受入れ、集束流体は、内部チャンバー内において、ポリマーストリームに有効に接触し且つそれを集束し、ポリマーストリームを集束させ、集束流体及びそれによって集束させられたポリマーストリームは、単一の流れストリームとして出口開口を通って内部チャンバーから流出し、
垂れ下がり形の小滴が、単一の流れストリームの前端部分から分離し、マイクロビーズを形成し、マイクロビーズの各々は、粒子の識別可能な組に結合し、
集束流体は、ポリマー溶液と有効に反応し、１つ又は２つ以上の官能基をマイクロビーズの各々の表面に形成し、その結果、マイクロビーズは、バイオ認識分子と結合するように構成される、システム。
【請求項４４】
流れ集束装置は、更に、ポリマー供給部サブアセンブリを有し、ポリマー供給部サブアセンブリは、第１のポリマーノズルを含み、第１のポリマーノズルは、入口開口を有するように形作られた入口部分と、先端孔を有するように形作られた出口部分と、入口開口と先端孔との間を延びる内部チャンネルを有するように形作られたネック部分とを有し、
ポリマーストリームは、入口開口に有効に流入し、内部チャンネルの中を通って、先端孔から内部チャンバーに向かって流出し、
第１のポリマーノズルは、その中をポリマーストリームが通行する間、ポリマーストリームの断面プロファイルを有効に減少させるように構成される、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
ポリマー供給部サブアセンブリは、更に、第１のポリマーノズルの後に直列に連結された第２のポリマーノズルを含み、
ポリマーストリームは、第１のポリマーノズルの先端孔から、第２のポリマーノズルの入口部分によって構成された入口開口に有効に流入し、第２のポリマーノズルのネック部分によって構成された内部チャンネルの中を通り、第２のポリマーノズルの出口部分によって構成された先端孔から内部チャンバーに向かって流出する、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
第２のポリマーノズルは、その出口部分に係合し且つその先端孔から外に延びるニードル部材を有し、ニードル部材は、内部ニードルチャンネル及びニードル先端孔を構成するように形作られ、
ポリマーストリームは、ニードルチャンネルの中を通って、第２のポリマーノズルの出口部分の先端孔から有効に流れ、ニードル先端孔から内部チャンバーに向かって流出する、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
第２のポリマーノズルは、その中を通行中のポリマーストリームの断面プロファイルを有効に更に減少させるように構成される、請求項４５又は４６に記載のシステム。
【請求項４８】
流れ集束部本体は、内部チャンバーに通じるポリマー供給開口を有するように形作られ、
ポリマー供給部サブアセンブリは、流れ集束部本体にしっかりと係合し、ポリマー供給部サブアセンブリの少なくとも一部分は、ポリマー供給開口内にしっかりと受入れられ、その結果、ポリマーストリームはポリマー供給部サブアセンブリから内部チャンバーに有効に流入する、請求項４４〜４７の何れか１項に記載のシステム。
【請求項４９】
流れ集束装置は、更に、集束流体供給ノズルを有し、集束流体供給ノズルは、入口開口を有するように形作られた入口部分と、先端孔を有するように形作られた出口部分と、集束流体供給ノズルの入口開口と集束流体供給ノズルの先端孔との間を延びる内部チャンネルを有するように形作られたネック部分とを有し、
集束流体の集束ストリームは、集束流体供給ノズルの入口開口に有効に流入し、集束流体供給ノズルの内部チャンネルの中を通って、集束流体供給ノズルの先端孔から内部チャンバーに向かって流出し、
集束流体供給ノズルは、その中を通行中の集束ストリームの断面プロファイルを有効に減少させるように構成される、請求項４３〜４８の何れか１項に記載のシステム。
【請求項５０】
流れ集束部本体は、内部チャンバーに通じる集束流体供給開口を有するように形作られ、
集束流体供給ノズルは、流れ集束部本体にしっかりと係合し、集束流体供給ノズルの少なくとも出口部分は、集束流体供給開口内にしっかりと受入れられ、その結果、集束流体ストリームは、集束流体供給ノズルから内部チャンバー内に有効に流入する、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
単一の流れストリームの前端部分から分離した後のマイクロビーズを有効に収集するために、更に、流体浴と、流体浴を収容する容器とを有する、請求項４３〜５０の何れか１項に記載のシステム。
【請求項５２】
流体浴は、集束流体を含む、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
溶剤は、有機溶剤を含む、請求項４３〜５２の何れか１項に記載のシステム。
【請求項５４】
有機溶剤は、クロロホルム又はジクロロメタンを含む、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
ポリマーは、実質的に疎水性である、請求項４３〜５４の何れか１項に記載のシステム。
【請求項５６】
ポリマーは、ポリスチレン粉末又はその誘導体を含む、請求項４３〜５５の何れか１項に記載のシステム。
【請求項５７】
ポリマーは、ポリスチレン−無水酸コポリマーを含む、請求項４３〜５５の何れか１項に記載のシステム。
【請求項５８】
ポリスチレン−無水酸コポリマーは、ポリスチレン−無水マレイン酸コポリマーを含む、請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
ポリマー溶液と集束流体の有効な反応の前、ポリマー溶液中において、官能基が保護され、
ポリマー溶液と集束流体の有効な反応の後、官能基は脱保護される、請求項４３〜５８の何れか１項に記載のシステム。
【請求項６０】
ポリマー溶液と集束流体の有効な反応の少なくとも後、官能基は、カルボン酸基を含む、請求項４３〜５８の何れか１項に記載のシステム。
【請求項６１】
ポリマー溶液と集束流体の有効な反応の前、ポリマー溶液中において、カルボン酸基は保護され、
ポリマー溶液と集束流体の有効な反応の後、カルボン酸基は脱保護される、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
集束流体は水であり、カルボン酸基は、水との加水分解によって脱保護される、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６３】
集束流体は水である、請求項４３〜６１の何れか１項に記載のシステム。
【請求項６４】
粒子は蛍光色素分子（フルオロフォア）を含む、請求項４３〜６３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項６５】
粒子はナノ粒子を含む、請求項４３〜６３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項６６】
ナノ粒子は、半導体ナノ粒子、磁気ナノ粒子、金属導体ナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子、又は蛍光性ナノ粒子を含む、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
粒子は量子ドットを含む、請求項４３〜６３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項６８】
ポリマー溶液は、１つ又は２つ以上の種類の量子ドットの組合せを含み、マイクロビーズの各々によって結合された量子ドットの識別可能な組は、放射に続いて、１つ又は２つ以上の識別可能なスペクトル信号を、色及び／又は強度に基づいて生成するように構成される、請求項６７に記載のシステム。
【請求項６９】
粒子は、量子ドットと磁気ナノ粒子の組合せを含む、請求項４３〜６３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項７０】
流れ集束装置は、更に、集束ゲートを有し、集束ゲートは、それを貫通する集束オリフィスを有するように形作られ、流れ集束部本体の出口開口を実質的に覆い、集束オリフィスは、内部チャンバーの外に通じ、その結果、単一の流れストリームは、集束オリフィスを通って内部チャンバーから有効に流出し、単一の流れストリームは、集束オリフィスから有効に流出する、請求項４３〜６９の何れか１項に記載のシステム。
【請求項７１】
単一の流れストリームが集束オリフィスから流出するとき、集束流体は、ポリマーストリームを実質的に包囲する、請求項７０に記載のシステム。
【請求項７２】
マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、集束オリフィスから出るポリマーストリームの直径に直接的に依存する、請求項７０又は７１に記載のシステム。
【請求項７３】
マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、次の式
ｄｇ＝１．８９ｄｊ
に従って決定され、この式で、ｄｊは、集束オリフィスから出るポリマーストリームの直径である、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７４】
集束オリフィスから流出するポリマーストリームの直径ｄｊは、ポリマーストリームが流出するときの集束オリフィスの直径、内部チャンバーに入るポリマー溶液の密度及び流量、及び、内部チャンバーに入る集束流体の密度及び流量に依存する、請求項７０又は７１に記載のシステム。
【請求項７５】
集束オリフィスから流出するポリマーストリームの直径ｄｊは、次の式
2010530912.tif 000011
に従って決定され、この式において、Ｄは、ポリマーストリームが集束オリフィスから出るときの集束オリフィスの直径であり、ρ2は、内部チャンバーに入る集束流体の密度であり、ρ1は、内部チャンバーに入るポリマー溶液の密度であり、Ｑ2は、内部チャンバーに入る集束流体の流量であり、Ｑ1は、内部チャンバーに入るポリマー溶液の流量である、請求項７４に記載のシステム。
【請求項７６】
マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、集束オリフィスから出るポリマーストリームの直径ｄｊに直接的に依存し、次の式
ｄｇ＝１．８９ｄｊ
に従って決定され、
内部チャンバーに流入するポリマー溶液の流量Ｑ1が１時間当たり約１ミリリットル（１ｍＬ／ｈ）であり且つ内部チャンバーに流入する集束流体の流量Ｑ2が１時間当たり約１８０ミリリットル（１８０ｍＬ／ｈ）であるときに、システムが直径約６マイクロメートル（μｍ）のマイクロビーズを有効に形成するように、上記式において、内部チャンバーに入るポリマー溶液の密度ρ1、内部チャンバーに入る集束流体の密度ρ2、及びポリマーが集束オリフィスから出るときの集束オリフィスの直径Ｄが予め決定される、請求項７５に記載のシステム。
【請求項７７】
マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、集束オリフィスから出るポリマーストリームの直径ｄｊに直接的に依存し、次の式
ｄｇ＝１．８９ｄｊ
に従って決定され、
内部チャンバーに流入するポリマー溶液の流量Ｑ1が１時間当たり約０．５ミリリットル（０．５ｍＬ／ｈ）であり且つ内部チャンバーに流入する集束流体の流量Ｑ2が１時間当たり約１８０ミリリットル（１８０ｍＬ／ｈ）であるときに、システムが直径約５マイクロメートル（μｍ）のマイクロビーズを有効に形成するように、上記式において、内部チャンバーに入るポリマー溶液の密度ρ1、内部チャンバーに入る集束流体の密度ρ2、及びポリマーが集束オリフィスから出るときの集束オリフィスの直径Ｄが予め決定される、請求項７５に記載のシステム。
【請求項７８】
ポリマー溶液は、重量で約０．０４（４重量パーセント（ｗｔ％））の濃度を有する、請求項７６又は７７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、診断ツールとして使用するための検出可能なポリマーマイクロビーズの分野に関し、更に詳細には、流体の流れを差し向け且つ制御することを利用して、識別可能な粒子をドープしたポリマーマイクロビーズを製造するためのシステム及び方法に関し、識別可能な粒子は、好ましくは、ナノ粒子であり、更に好ましくは、量子ドットである。
【背景技術】
【０００２】
ホスト（宿主）内の病気及び／又は疾患の検出及び／又は特性評価は、複雑なプロセスであることがあり、かかるプロセスは、典型的には、１つ又は２つ以上の原因物質（例えば、病原体）の識別を含む。１つ又は２つ以上の毒物、毒素及び／又は遺伝子表現ファクタを検出し、特性を評価し、及び／又は識別するための必要性及び／又は要望がしばしば存在していた。
【０００３】
識別可能なラベル及び／又はマーキングを有する実質的に球形の粒子（マイクロスフェア又はマイクロビーズとしても知られている）、所謂、「バーコード化されたマイクロビーズ」は、並行多重分析において、及び／又は、病気関連ターゲット、毒素関連ターゲット及び／又は遺伝子関連ターゲットの識別において使用されてきた。以前、バーコード化されたマイクロビーズは、バイオ認識分子（ＢＲＭ; biorecognition molecule）に、即ち、１つ又は２つ以上の特定のターゲットのための親和性及び／又はそれと相互作用する能力を備えた分子に共役されていた。種々のターゲットが、それに対応するＢＲＭに結合され、かかるＢＲＭは、バーコード化されたマイクロビーズに共役され、かかるマイクロビーズは、例えば、ターゲットを識別可能である。
【０００４】
以前、伝統的なマイクロアレイの可能性のある変形例として、染料ラベル型蛍光マイクロスフェアが考えられており、このことは、ターゲット選択における柔軟性の測定を含む多重色検出、結合速度のいくらかの改善、及び／又は生産コストの削減を可能にすることを考えてきた範囲内のものである。特定のバイオ分子に個々に結合された種々のビーズの個体数の識別を可能にするために、染料ラベル型蛍光マイクロビーズをベースとするアレイが、種々の大きさのマイクロビーズ及び／又は種々の色付きマイクロビーズを使用可能にすることが考えられてきた。しかしながら、今まで、染料ラベル型蛍光マイクロビーズをベースとするアレイの官能基は、使用されるマイクロスフェアの１つ又は２つ以上の特性（例えば、大きさ、安定性、一様性、及び／又は、蛍光染料を維持する能力）に大きく依存していた。
【０００５】
以前、ポリマー染料ラベル型蛍光マイクロスフェアは、もっとも広く使用されるマイクロスフェアシステムの１つであった。ポリマーマトリックスの利点は、マイクロスフェアの蛍光特性におそらくは全体的な影響を及ぼすことなしに、種々のコンパウンドとの共役のための表面反応官能基を設けながら、埋め込み染料を、外部消光、光退色、及び／又は溶剤の極性、ｐＨ及び／又はイオン強度の影響から保護したことである。
【０００６】
しかしながら残念なことに、一様な形状、均質な分布、及び／又は制御された蛍光特性を有するラベル型及び／又はマーク型のポリマーマイクロビーズの大規模な製造のための簡単な１ステップ方法は開発されていない。
【０００７】
更に、マイクロビーズが特定のターゲットに結合するように設計された多重診断分析において、ポリマーマイクロビーズをプローブとして使用することは、検出可能な様々な種類のマイクロビーズを使用することだけでなく、かかるマイクロビーズが互いに識別可能であることを必要とする。この種類のバーコード化は、量子ドット（ＱＤ）等のナノメートル大きさのフルオロフォア（蛍光色素分子）をマイクロビーズに埋込むことによって達成される。
【０００８】
ＱＤ（量子ドット）は、対称な及び／又は狭いバンド幅を有し且つ大きさ調整可能で化合物調整可能な蛍光放射を行う半導体ナノ粒子である。ＱＤは、典型的には、ばらばらの原子にも大量の固体にも普通見られない光特性及び／又は電気特性を有している。ＱＤのこれらの特性は、ＱＤの物理的寸法に帰属する（即ち、それらは、典型的には、励起子ボーア(Bohr)半径よりも小さい。）。その結果、量子の閉込めにより、ＱＤが、それらのいくらかの特有の（大きさ依存）特性を示すようにさせる。
【０００９】
本発明の作用に本質的ではないが、放射される光子のエネルギーと同じように、ＱＤが小さければ小さいほど、バンドギャップエネルギーが増大することが一般的に考えられる。例えば、青色光を放射するＱＤは、最も小さいものでないとすれば、可視光を放射する最も小さい大きさのＱＤの１つである。それとは逆に、ＱＤの大きさが大きければ大きいほど、バンドギャップエネルギーが小さくなる。従って、比較的大きいＱＤによって放射される蛍光の色は、一般的には、可視光スペクトルの赤の方の端部に向かうように位置する。
【００１０】
ＱＤの光調整能力に加えて、ＱＤは、広範な励起プロファイルを有し、且つ、狭い対称な放射スペクトルを有する。これらの特徴は、とりわけ、ＱＤを、光多重及び／又は光バーコード化技術に関連した使用に非常に適したものにする。
【００１１】
いくらかよく特徴付けられた広範囲のＱＤが、現在、入手可能である。最も普通のものは、周期律表のＩＩＢ〜ＶＩＢ族、ＩＩＩＢ〜ＶＢ族、及び／又はＩＶＢ〜ＩＶＢ族の元素の原子で構成される。ＱＤのコアは、しばしば、コアのバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する第２の半導体から形成されたキャップで被覆されるのがよい。例えば、ＩＩＢ〜ＶＩＢ族の元素の組合せが、ときどき、第２の半導体に適している。普通に使用される１つのＱＤは、ＺｎＳで被覆されたＣｄＳｅコアからなる。
【００１２】
ＱＤは、有機染料と同様の及び／又は僅かに低い量子収量しか有しない。ＱＤのこの特徴は、ＱＤのいくらか広い励起プロファイル、いくらか高い吸光係数、及び／又は大きく減少した光退色によって補償される。しかしながら、染料よりも好ましい使用を可能にするかもしれないＱＤの大きさ依存特性は、ＱＤを操作することを困難にすることがある。
【００１３】
有機染料の代わりとして、ＱＤをポリマーマイクロビーズの中に組込むことは、追加の製造課題を引き起こし、及び／又は、高品質、一様及び／又は安定なポリマービーズの要望を増大させる。
【００１４】
従って、ポリマーマイクロビーズの大規模な製造を可能にする方法及び／又はシステムを提供することが望ましく且つ／又は必要である。好ましくは、かかるシステム及び／又は方法は、ＱＤの組込みを可能にし且つ／又は種々のパラメータ、例えば、（ｉ）ビーズ直径、（ｉｉ）単分散の程度、（ｉｉｉ）ビーズ表面の形態、及び／又は（ｉｖ）生産速度、即ち、高生産量を制御可能にする。
【００１５】
予め形成されたポリスチレンマイクロビーズの中にＱＤを包囲するための従来技術の１つの方法は、マイクロビーズを有機溶剤の中でＱＤの存在下で膨張させることを含む。この方法では、ＱＤを、ポリマーマトリックスの中に拡散させることが可能である。引続いて、有機溶剤を蒸発させることによって、マイクロビーズを、その内側にＱＤを細くしたまま収縮させる。この従来技術の主な欠点は、ビーズ内側のＱＤ密度及びポリマーマトリックスからのＱＤの拡散を制御する際の難しさを含んでいたことである。
【００１６】
以前、ＱＤドープポリマーマイクロビーズの生産のための他の製造方法は、例えば、バッチ式重合合成を含んでいた。かかる技術では、重合、ＱＤの組込みと実質的に同時に行われていた。この種類の方法が出会う問題は、ビーズ直径の質の悪い制御及び／又は単分散の欠如を含んでいた。
【００１７】
流れ集束技術が、以前から、染料ラベル型蛍光ポリマーマイクロスフェアを作るのに使用されてきた（非特許文献１；A.M. Ganan-Calvo et al., International Journal of Pharmaceutics 324, (2006) 19-26）。多数の米国特許文献は、一般的には、染料ラベル型蛍光ポリマーマイクロスフェアを作るための流れ集束技術に関し、かかる米国特許文献は、特許文献１（米国特許第6,119,953号 Ganan-Calvo）、特許文献２（米国特許出願公開第10/649,376号 Ganan-Calvo）及び特許文献３（米国特許出願公開第11/615,732号 Ganan-Calvo）を含む。しかしながら、これまで、ナノ粒子（例えば、特にＱＤ及び／又は磁気ナノ粒子）を組込んだポリマーマイクロビーズを作るために、どのようにかかる流れ集束技術を、とりわけ１ステップ方法で適用するかについては、当業者に容易に明らかではなかった。
【００１８】
その代わり、これに関して、多数の課題が存在していた。かくして、特に、流れ集束方法は、ＱＤをポリマーマイクロビーズに組込むのに必要とされるいくつかの技術的考慮、例えば、選択された溶剤中におけるＱＤの溶解度及び安定性、ＱＤ／溶剤系におけるポリマーの溶解度及びそれとの相溶性、を完全には行っていなかった。
【００１９】
既存の流れ集束技術の１つの特に問題になる欠点は、次のＢＲＭへの共役のためにＱＤドープポリマーマイクロビーズがどのように設計されればよいかを説明するための一般的な欠如である。これに関して、選択されるポリマーは、ＱＤ／溶剤系に溶解可能でなければならず、ＱＤを溶液の外に沈殿させてはならないだけでなく、出来上ったマイクロビーズが適当な官能基を有する、即ち、ＢＲＭと共役される構造特性を有していなければならない。引続いてビーズに官能基を形成することをなくすことを助けるために、ビーズの表面に官能基を形成する１ステッププロセスを提供することも好ましく、そうでなければ、ビーズの最初の合成の後、引続いてビーズに官能基を形成することが必要とされる。
【００２０】
過去において、既存のマイクロビーズの表面は、引き続いて、カルボン酸基で官能基が形成されており、その理由は、カルボン酸基が、ＢＲＭのアミン基と結合するのに極めて適しており、それにより、ＢＲＭをマイクロビーズの表面に共有結合させるからである。しかしながら、繰返しユニット内にカルボン酸を有する従来技術のポリマーは、溶解度の課題を提供しており、その理由は、ポリマーが、ＱＤと相溶性である溶剤中に溶解するのに、あまりに親水性であるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第６，１１９，９５３号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第１０／６４９，３７６号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第１１／６１５，７３２号明細書
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】A.M. Ganan-Calvo et al., International Journal of Pharmaceutics 324, (2006) 19-26
【非特許文献２】L. Martin-Banderas et al, Adv. Mater. 2006, 18, 559-564
【非特許文献３】A.M. Ganan-Calvo, Physical Review Letters 1998, 80(2), 285
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
従って、本発明による１つの好ましい実施形態の目的は、マイクロビーズを形成する方法及び／又はシステムを提供することにある。
【００２４】
本発明による１つの好ましい実施形態の目的は、ポリマーマイクロビーズを形成する方法及び／又はシステムを提供することにある。
【００２５】
本発明による１つの好ましい実施形態の目的は、表面に官能基を有するポリマーマイクロビーズを形成する方法及び／又はシステムを提供することにある。
【００２６】
本発明による１つの好ましい実施形態の目的は、表面に官能基を有するバーコード化されたポリマーマイクロビーズを形成する方法及び／又はシステムを提供することにある。
【００２７】
本発明による１つの好ましい実施形態の目的は、表面に官能基を有するナノ粒子ドープポリマーマイクロビーズを形成する方法及び／又はシステムを提供することにある。
【００２８】
本発明による１つの好ましい実施形態の目的は、表面に官能基を有するＱＤドープポリマーマイクロビーズを形成する方法及び／又はシステムを提供することにある。
【００２９】
本発明による１つの好ましい実施形態の目的は、ポリマーマイクロビーズの大規模な製造と以前から関連している１つ又は２つ以上の問題を回避し且つ／又は解決するように、表面に官能基を有するポリマーマイクロビーズを形成する方法及び／又はシステムを提供することにある。
【００３０】
本発明による１つの好ましい実施形態の目的は、一様な形状、均質な分布及び／又は制御され且つ容易に識別可能な特性を有するバーコード化されたポリマーマイクロビーズを大規模に製造するための１ステップ方法及び／又はシステムを発展させることにある。
【００３１】
本発明の目的は、従来技術と関連した上記不利益の１つ又は２つ以上を予防し又は緩和し、及び／又は、本発明の上記目的の１つ又は２つ以上を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明により、マイクロビーズを形成する方法を提供する。この方法は、工程（ａ）、工程（ｂ）、工程（ｃ）、工程（ｄ）及び／又は工程（ｅ）を含む。工程（ａ）において、ポリマー溶液のポリマーストリームを、流れ集束部本体の内部チャンバーに流入させる。ポリマー溶液は、溶剤中に粒子及びポリマーを有する。工程（ｂ）において、集束流体を内部チャンバーに流入させる。集束流体は、バイオ認識分子と結合するように構成された官能基を形成するように、ポリマー溶液と反応可能である。工程（ｃ）において、集束流体を、内部チャンバー内のポリマーストリームと接触させてポリマーストリームを集束させるように差し向ける。工程（ｄ）において、集束流体及びそれによって集束されたポリマーストリームを、単一の流れストリームとして内部チャンバーから流出させる。工程（ｅ）において、垂れ下がり形の小滴を単一の流れストリームの前端部分から分離させ、マイクロビーズを形成する。マイクロビーズの各々は、粒子の識別可能な組を結合する。集束流体は、ポリマー溶液と反応して、１つ又は２つ以上の官能基を、マイクロビーズの各々の表面に形成し、その結果、マイクロビーズは、バイオ認識分子と結合するように構成される。
【００３３】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ｂ）を、工程（ａ）と実質的に同時に行う。
【００３４】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ｄ）において、集束流体は、単一の流れストリームにおいて、ポリマーストリームを実質的に包囲する。
【００３５】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、更に、工程（ｅ）の後に、工程（ｆ）を有する。工程（ｆ）において、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、マイクロビーズを、流体浴を収容する容器内に収集する。
【００３６】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ｆ）において、流体浴を撹拌させ、及び／又は、マイクロビーズを凝固させる。
【００３７】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、更に、工程（ｅ）の後に、工程（ｇ）を有する。工程（ｇ）において、マイクロビーズを、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、凝固させ、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、流体浴から回収する。
【００３８】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ｇ）において、マイクロビーズを遠心法によって回収する。
【００３９】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、更に、工程（ａ）の前に、ポリマー溶液を形成する準備工程を有し、この準備工程は、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、粒子及びポリマーを溶剤に溶解させることによって行われる。
【００４０】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、更に、工程（ａ）の前に、ポリマー溶液を形成する準備工程を有し、この準備工程は、最初に、必ずしも必要であるけではないが、好ましくは、粒子を溶剤に溶解させ、次いで、必ずしも必要であるけではないが、好ましくは、ポリマーを溶剤の中に溶解させることによって行われる。
【００４１】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ａ）において、溶剤は有機溶剤を含む。
【００４２】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ａ）において、ポリマーは、実質的に疎水性である。
【００４３】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ａ）において、ポリマーは、ポリスチレン粉末及び／又はその誘導体を含む。
【００４４】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ａ）において、ポリマーは、ポリスチレン−無水酸コポリマーを含む。
【００４５】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ａ）において、ポリスチレン−無水酸コポリマーは、ポリスチレン−無水マレイン酸コポリマーを含む。
【００４６】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、官能基は、工程（ａ）において保護される。官能基は、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマー溶液と集束流体の反応の後、脱保護される。
【００４７】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、官能基は、カルボン酸基を含む。
【００４８】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、カルボン酸基は、工程（ａ）において保護される。カルボン酸基は、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマー溶液と集束流体の反応の後、脱保護される。
【００４９】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ｂ）において、集束流体は水を含む。カルボン酸基は、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、水との加水分解によって脱保護される。
【００５０】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ａ）において、粒子は蛍光色素分子（フルオロフォア）を含む。
【００５１】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ａ）において、粒子はナノ粒子を含む。
【００５２】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ａ）において、粒子は量子ドットを含む。
【００５３】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ａ）において、ポリマー溶液は、１つ又は２つ以上の種類の量子ドットの組合せを含む。マイクロビーズの各々によって結合された量子ドットの識別可能な組は、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、放射に続いて、１つ又は２つ以上の識別可能なスペクトル信号を、色及び／又は強度に基づいて生成するように構成される。
【００５４】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ａ）において、粒子は、量子ドットと磁気ナノ粒子の組合せを含む。
【００５５】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ｄ）において、単一の流れストリームは、内部チャンバーから流出し、集束オリフィスに流入する。工程（ｅ）において、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、単一の流れストリームは、集束オリフィスから流出する。マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径に直接的に依存する。
【００５６】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、次の式１
ｄｇ＝１．８９ｄｊ  ・・・（式１）
に従って決定され、この式で、ｄｊは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径である。
【００５７】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ｄ）において、単一の流れストリームは、内部チャンバーから流出し、集束オリフィスに流入する。工程（ｅ）において、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、単一の流れストリームは、集束オリフィスから流出する。工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径ｄｊは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ｅ）における集束オリファスの直径、工程（ａ）におけるポリマー溶液の密度及び／又は流量、及び／又は、工程（ｂ）における集束流体の密度及び／又は流量に依存する。
【００５８】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径ｄｊは、次の式２
2010530912.tif 000003
によって決定され、この式で、Ｄは、好ましくは、工程（ｅ）における出口オリフィスの直径であり、ρ2は、好ましくは、工程（ｂ）における集束流体の密度であり、ρ1は、好ましくは、工程（ａ）におけるポリマー溶液の密度であり、Ｑ2は、好ましくは、工程（ｂ）における集束流体の流量であり、Ｑ1は、好ましくは、工程（ａ）におけるポリマー溶液の流量である。
【００５９】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径に直接的に依存する。マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、次の式３
ｄｇ＝１．８９ｄｊ・・・（式３）
に従って決定され、この式で、ｄｊは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径である。工程（ａ）におけるポリマー溶液の密度ρ1、工程（ｂ）における集束流体の密度ρ2、及び工程（ｅ）における出口オリフィスの直径Ｄを、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、予め決定する。内部チャンバーに流入するポリマー溶液の流量Ｑ1が１時間当たり約１ミリリットル（１ｍＬ／ｈ）であり、チャンバーに流入する集束流体の流量Ｑ2が１時間当たり約１８０ミリリットル（１８０ｍＬ／ｈ）であるときに、方法が、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、約６マイクロメートル（μｍ）の直径のマイクロビーズを形成する。
【００６０】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径に直接的に依存する。マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、次の式４
ｄｇ＝１．８９ｄｊ・・・（式４）
に従って決定され、この式で、ｄｊは、工程（ｅ）におけるポリマーストリームの直径である。工程（ａ）におけるポリマー溶液の密度ρ1、工程（ｂ）における集束流体の密度ρ2、及び工程（ｅ）における出口オリフィスの直径Ｄを、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、予め決定する。チャンバーに流入するポリマー溶液の流量Ｑ1が１時間当たり約０．５ミリリットル（１ｍＬ／ｈ）であり、チャンバーに流入する集束流体の流量Ｑ2が１時間当たり約１８０ミリリットル（１８０ｍＬ／ｈ）であるときに、方法が、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、約５マイクロメートル（μｍ）の直径のマイクロビーズを有効に形成する。
【００６１】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ａ）の前、重量で約０．０４（４重量パーセント（ｗｔ％））の濃度を有するポリマー溶液を形成する。
【００６２】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、更に、好ましくは、工程（ａ）の前、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマーストリームの断面プロファイルを減少させる第１のポリマー狭め工程を有する。
【００６３】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、更に、好ましくは、第１のポリマー狭め工程の後、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマーストリームの断面プロファイルを更に減少させる第２のポリマー狭め工程を有する。
【００６４】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、工程（ｂ）において、集束流体は、集束ストリームの形態で内部チャンバーに流入する。方法は、更に、好ましくは、工程（ｂ）の前、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、集束ストリームの断面プロファイルを減少させる集束流体狭め工程を有する。
【００６５】
本発明に従って、マイクロビーズを形成するためのシステムを開示する。システムは、ポリマー溶液と、集束流体と、流れ集束装置とを含んでいる。ポリマー溶液は、溶剤に溶解された粒子及びポリマーを含んでいる。集束流体は、バイオ認識分子と結合するように構成された官能基を形成するように、ポリマー溶液と反応可能である。流れ集束装置は、内部チャンバー及び出口開口を有するように形作られた流れ集束部本体を含んでいる。内部チャンバーは、集束流体と、ポリマー溶液のポリマーストリームを有効に受入れる。集束流体は、内部チャンバー内において、ポリマーストリームに有効に接触し且つそれを集束させ、ポリマーストリームを集束させる。集束流体及びそれによって集束させられたポリマーストリームは、単一の流れストリームとして出口開口を通って内部チャンバーから有効に流出する。垂れ下がり形の小滴が、単一の流れストリームの前端部分から分離し、マイクロビーズを形成する。マイクロビーズの各々は、粒子の識別可能な組に結合する。集束流体は、ポリマー溶液と有効に反応し、１つ又は２つ以上の官能基をマイクロビーズの各々の表面に形成し、その結果、マイクロビーズは、バイオ認識分子と結合するように構成される。
【００６６】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、流れ集束装置は、更に、ポリマー供給部サブアセンブリを有する。ポリマー供給部サブアセンブリは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、第１のポリマーノズルを含み、第１のポリマーノズルは、入口開口を有するように形作られた入口部分と、先端孔を有するように形作られた出口部分と、入口開口と先端孔との間を延びる内部チャンネルを有するように形作られたネック部分とを有する。ポリマーストリームは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、入口開口に有効に流入し、内部チャンネルの中を通って、及び／又は、先端孔から内部チャンバーに向かって流出する。第１のポリマーノズルは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、その中をポリマーストリームが通行する間、ポリマーストリームの断面プロファイルを有効に減少させるように構成される。
【００６７】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマー供給部サブアセンブリは、更に、第２のポリマーノズルを含み、第２のポリマーノズルは、好ましくは、第１のポリマーノズルの後に直列に連結される。ポリマーストリームは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、第１のポリマーノズルの先端孔から、第２のポリマーノズルの入口部分によって構成された入口開口に有効に流入し、第２のポリマーノズルのネック部分によって構成された内部チャンネルの中を通り、及び／又は、第２のポリマーノズルの出口部分によって構成された先端孔から内部チャンバーに向かって流出する。
【００６８】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、第２のポリマーノズルは、更に、その出口部分に係合し且つ／又はその先端孔から外に延びるニードル部材を有する。ニードル部材は、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、内部ニードルチャンネル及び／又はニードル先端孔を構成するように形作られる。ポリマーストリームは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ニードルチャンネルの中を通って、第２のポリマーノズルの出口部分の先端孔から有効に流れ、及び／又は、ニードル先端孔から内部チャンバーに向かって流出する。
【００６９】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、第２のポリマーノズルは、その中を通行中のポリマーストリームの断面プロファイルを有効に更に減少させるように構成される。
【００７０】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、流れ集束部本体は、内部チャンバーに通じるポリマー供給開口を有するように形作られる。ポリマー供給部サブアセンブリは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、流れ集束部本体にしっかりと係合する。ポリマー供給部サブアセンブリの少なくとも一部分は、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマー供給開口内にしっかりと受入れられる。ポリマーストリームは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマー供給部サブアセンブリから内部チャンバーに有効に流入する。
【００７１】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、流れ集束装置は、更に、集束流体供給ノズルを有する。集束流体供給ノズルは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、入口開口を有するように形作られた入口部分、先端孔を有するように形作られた出口部分、及び／又は、ネック部分を有し、ネック部分は、集束流体供給ノズルの入口開口と集束流体供給ノズルの先端孔との間を延びる内部チャンネルを有するように形作られ。集束流体の集束ストリームは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、集束流体供給ノズルの入口開口に有効に流入し、集束流体供給ノズルの内部チャンネルの中を通り、及び／又は、集束流体供給ノズルの先端孔から内部チャンバーに向かって流出する。集束流体供給ノズルは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、その中を通行中の集束ストリームの断面プロファイルを有効に減少させるように構成される。
【００７２】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、流れ集束部本体は、内部チャンバーに通じる集束流体供給開口を有するように形作られる。集束流体供給ノズルは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、流れ集束部本体にしっかりと係合する。集束流体供給ノズルの少なくとも出口部分は、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、集束流体供給開口内にしっかりと受入れられる。集束流体ストリームは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、集束流体供給ノズルから内部チャンバー内に有効に流入する。
【００７３】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、好ましくは単一の流れストリームの前端部分から分離した後のマイクロビーズを有効に収集するために、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、更に、流体浴と、流体浴を収容する容器とを有する。
【００７４】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、流体浴は、集束流体を含む。
【００７５】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、溶剤は、有機溶剤を含む。
【００７６】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、有機溶剤は、クロロホルム及び／又はジクロロメタンを含む。
【００７７】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマーは、実質的に疎水性である。
【００７８】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマーは、ポリスチレン粉末及び／又はその誘導体を含む。
【００７９】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマーは、ポリスチレン−無水酸コポリマーを含む。
【００８０】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリスチレン−無水酸コポリマーは、ポリスチレン−無水マレイン酸コポリマーを含む。
【００８１】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマー溶液と集束流体の有効な反応の前、ポリマー溶液中において、官能基が保護される。官能基は、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマー溶液と集束流体の有効な反応の後、官能基は脱保護される。
【００８２】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、好ましくは、ポリマー溶液と集束流体の有効な反応の少なくとも後、官能基は、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、カルボン酸基を含む。
【００８３】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマー溶液と集束流体の有効な反応の前、ポリマー溶液中において、カルボン酸基は保護される。ポリマー溶液と集束流体の有効な反応の後、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、カルボン酸基は脱保護される。
【００８４】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、集束流体は水を含む。カルボン酸基は、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、水との加水分解によって脱保護される。
【００８５】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、集束流体は水を含む。
【００８６】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、粒子は蛍光色素分子（フルオロフォア）を含む。
【００８７】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、粒子はナノ粒子を含む。
【００８８】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ナノ粒子は、半導体ナノ粒子、磁気ナノ粒子、金属導体ナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子、及び／又は蛍光性ナノ粒子を含む。
【００８９】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、粒子は量子ドットを含む。
【００９０】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマー溶液は、１つ又は２つ以上の種類の量子ドットの組合せを含む。マイクロビーズの各々によって結合された量子ドットの識別可能な組は、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、放射に続いて、１つ又は２つ以上の識別可能なスペクトル信号を、色及び／又は強度に基づいて生成するように構成される。
【００９１】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、粒子は、量子ドットと磁気ナノ粒子の組合せを含む。
【００９２】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、流れ集束装置は、更に、集束ゲートを有し、集束ゲートは、それを貫通する集束オリフィスを有するように形作られる。集束オリフィスは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、流れ集束部本体の出口開口を実質的に覆う。集束オリフィスは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、内部チャンバーの外に通じる。単一の流れストリームは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、集束オリフィスを通って内部チャンバーから有効に流出する。単一の流れストリームは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、集束オリフィスから有効に流出する。
【００９３】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、単一の流れストリームが集束オリフィスの中を通り及び／又はそれから流出するとき、集束流体は、ポリマーストリームを実質的に包囲する。
【００９４】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、集束オリフィスから出るポリマーストリームの直径に直接的に依存する。
【００９５】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、次の式５
ｄｇ＝１．８９ｄｊ・・・（式５）
に従って決定され、この式で、ｄｊは、好ましくは、集束オリフィスから出るポリマーストリームの直径である。
【００９６】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、集束オリフィスから流出するポリマーストリームの直径ｄｊは、ポリマーストリームが流出するときの集束オリフィスの直径、内部チャンバーに入るポリマー溶液の密度及び流量、及び／又は、内部チャンバーに入る集束流体の密度及び流量に依存する。
【００９７】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、集束オリフィスから流出するポリマーストリームの直径ｄｊは、次の式６
2010530912.tif 000004
に従って決定され、この式において、Ｄは、好ましくは、ポリマーストリームが集束オリフィスから出るときの集束オリフィスの直径であり、ρ2は、好ましくは、内部チャンバーに入る集束流体の密度であり、ρ1は、好ましくは、内部チャンバーに入るポリマー溶液の密度であり、Ｑ2は、好ましくは、内部チャンバーに入る集束流体の流量であり、Ｑ1は、好ましくは、内部チャンバーに入るポリマー溶液の流量である。
【００９８】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、集束オリフィスから出るポリマーストリームの直径ｄｊに直接的に依存する。マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、次の式７
ｄｇ＝１．８９ｄｊ・・・（式７）
に従って決定される。内部チャンバーに入るポリマー溶液の密度ρ1、内部チャンバーに入る集束流体の密度ρ2、及び／又は、ポリマーが集束オリフィスから出るときの集束オリフィスの直径Ｄが、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、予め決定される。内部チャンバーに流入するポリマー溶液の流量Ｑ1が１時間当たり約１ミリリットル（１ｍＬ／ｈ）であり且つ内部チャンバーに流入する集束流体の流量Ｑ2が１時間当たり約１８０ミリリットル（１８０ｍＬ／ｈ）であるとき、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、システムが直径約６マイクロメートル（μｍ）のマイクロビーズを有効に形成する。
【００９９】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、集束オリフィスから出るポリマーストリームの直径ｄｊに直接的に依存する。マイクロビーズの各々の湿り時の直径ｄｇは、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、次の式８
ｄｇ＝１．８９ｄｊ・・・（式８）
に従って決定される。内部チャンバーに入るポリマー溶液の密度ρ1、内部チャンバーに入る集束流体の密度ρ2、及び／又は、ポリマーが集束オリフィスから出るときの集束オリフィスの直径Ｄが、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、予め決定される。内部チャンバーに流入するポリマー溶液の流量Ｑ1が１時間当たり約０．５ミリリットル（０．５ｍＬ／ｈ）であり且つ内部チャンバーに流入する集束流体の流量Ｑ2が１時間当たり約１８０ミリリットル（１８０ｍＬ／ｈ）であるとき、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、システムが直径約５マイクロメートル（μｍ）のマイクロビーズを有効に形成する。
【０１００】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、ポリマー溶液は、重量で約０．０４（４重量パーセント（ｗｔ％））の濃度を有する。
【０１０１】
本発明によれば、任意の上述した方法及び／又はシステムに従って形成されたマイクロビーズも開示される。
【０１０２】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、マイクロビーズは、バイオ認識分子としての抗体又は抗原と有効に結合するように構成される。
【０１０３】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、抗体又は抗原と有効に結合するマイクロビーズは、１つ又は２つ以上の病気の検出のための多重診断テストにおいて、プローブとして使用されるように構成される。
【０１０４】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、病気は、ＨＩＶ、Ｂ型肝炎、Ｃ型肝炎、マラリア、デングウイルス、及び／又は鳥インフルエンザ（Ｈ５Ｎ１）である。
【０１０５】
本発明の好ましい１つの実施形態の側面によれば、必ずしも必要であるわけではないが、好ましくは、バイオ認識分子と有効に結合されたマイクロビーズは、１つ又は２つ以上の遺伝子表現因子の検出のための多重診断テストにおいて、プローブとして使用されるように構成される。
【０１０６】
本発明のその他の利点、特徴及び／又は特性、並びに、本発明の方法及びシステムの関連要素の作動方法及び／又は機能、及び／又は、工程、部品及び／又は製造経済の組合せは、以下に簡単に説明する添付図面を参照する以下の詳細な説明及び特許請求の範囲の考慮に基づき明らかになろう。
【０１０７】
構造、組織、使用、作動方法に関して特有であると考えられる本発明によるシステム及び方法の新規な特徴は、それらの更なる目的及び利点と共に、本発明の現在の好ましい実施形態を例示として示す添付図面からより良く理解されよう。しかしながら、図面は、図示と説明だけのためのものであり、本発明の制限を定義するものではないことを明確に理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の好ましい実施形態による、マイクロビーズを形成するためのシステムの流れ集束装置の分解正面図である。
【図２】流体浴及び容器と共に使用される、図１に示すソステムの流れ集束装置の組立正面図である。
【図３】仮想外形線内の領域３Ａを示す、図１に示す流れ集束装置の概略的な正面断面図である。
【図３Ａ】図３の領域３Ａの拡大図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態による共役結合マイクロビーズの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０９】
ここで、図１〜図３Ａを参照すると、本発明によるシステムの好ましい実施形態で使用される流れ集束装置１０が示されている。図２に最もよく示すように、流れ集束装置１０は、ポリマー供給チューブ４６と、ポリマー供給部サブアセンブリ２０と、集束流体供給チューブ８６と、集束流体供給ノズル７０と、流れ集束部本体１００と、集束ゲート１１４と、容器１５０とを含んでいる。好ましくは、図３Ａで最もよく分かるように、また、後でより詳細に説明するように、システムはまた、ポリマー溶液２００と、ポリマー溶液２００と反応可能な集束流体３００と、流体浴３０６とを含んでいる。
【０１１０】
図１で最もよくわかるように、ポリマー供給部サブアセンブリ２０は、好ましくは、第１のポリマーノズル３０と、第２のポリマーノズル５０とを含んでいる。
【０１１１】
第１のポリマーノズル３０は、入口部分３２と、ネック部分３８と、出口部分４０とを含んでいる。第１のポリマーノズル３０の入口部分３２は、図３で最もよく分かるように、入口開口３４を有するように形作られている。図１及び図２で最もよく分かるように、入口部分３２はまた、好ましくは、第１のポリマーノズル３０のためのグリップとして役立つように構成され、入口部分３２を、その代わりに、「グリップ部材」とも称する。
【０１１２】
第１のポリマーノズル３０の出口部分４０は、図１及び図３で最もよく分かるように、先端孔４２を有するように形作られ、ネック部分３８は、図３に示すように、第１のポリマーノズル３０の入口開口３４と先端孔４２との間を延びる内部チャンネル３６を有するように形作られている。好ましくは、ポリマー供給チューブ４６は、第１のポリマーノズル３０の入口開口３４を通るように延びている。ポリマー供給チューブ４６は、入口開口３４から内部チャンネル３６の中に延び、第１のポリマーノズル３０の先端孔４２と実質的に隣接したところまで延びている。
【０１１３】
第２のポリマーノズル５０は、好ましくは、第１のポリマーノズル３０の後に直列に連結されている。第２のポリマーノズル５０は、図１で最もよく分かるように、入口開口５４を有するように形作られた入口部分５２を含んでいる。入口部分５２はまた、第２のポリマーノズル５０のためのグリップとして役立つのがよく、そのため、入口部分５２を、その代わりに、「グリップ部材５２」とも称する。
【０１１４】
第２のポリマーノズル５０はまた、図１及び図３で最もよく分かるように、先端孔６２を有するように形作られた出口部分６０と、図３に示すように、第２のポリマーノズル５０の入口開口５４と先端孔６２との間を延びる内部チャンネル５６を有するように形作られたネック部分５８とを含んでいる。
【０１１５】
第２のポリマーノズル５０は、更に、第２のポリマーノズル５０の出口部分６０に係合し且つ先端孔６２から外に延びるニードル部材６４を含んでいる。ニードル部材６４は、内部ニードルチャンネル６６及びニードル先端孔６８を有するように形作られている。
【０１１６】
好ましくは、第１のポリマーノズル３０のネック部分３８及び出口部分４０は、第２のポリマーノズル５０の入口開口５４を通るように延びている。図３に示すように、第１のポリマーノズル３０の出口部分４０は、入口開口５４から第２のポリマーノズル５０の内部チャンネル５６の中に延び、ニードル部材６４に実質的に隣接したところまで延びている。
【０１１７】
図１で最もよく分かるように、第１のポリマーノズル３０のネック部分３８は、好ましくは、ねじ山を有し、そのため、ネック部分３８を、その代わりに、第１のポリマーノズル３０のねじ山付き部分３８とも称する。図１及び図２から最もよく認識されるように、第２のポリマーノズル５０の入口部分５２は、好ましくは、第１のポリマーノズル３０のねじ山付き部分３８と螺合するねじ山（図示せず）を入口開口５４に隣接したところに有し、その結果、第１のポリマーノズル３０及び第２のポリマーノズル５０は、図２に示すように、互いにしっかりと係合する。
【０１１８】
流れ集束部本体１００は、入口部分１０２と、ネック部分１０８と、出口部分１１０とを含んでいる。入口部分１０２は、ポリマー供給開口１０４Ａ及び集束流体供給開口１０４Ｂを有するように形作られている。出口部分１１０は、出口開口１１２を有するように形作られている。入口部分１０２及びネック部分１０８は、好ましくは、ポリマー供給開口１０４Ａ及び集束流体供給開口１０４Ｂと出口開口１１２との間を延びる内部チャンバー１０６を構成するように互いに形作られている。
【０１１９】
好ましくは、第２のポリマーノズル５０のネック部分５８、出口部分６０及びニードル部材６４は、流れ集束部本体１００のポリマー供給開口１０４Ａを通るように延びている。第２のポリマーノズル５０のニードル部材６４は、図３に示すように、ポリマー供給開口１０４Ａから内部チャンバー１０６の中に延び、流れ集束部本体１００の出口開口１１２に実質的に隣接したところまで延びている。
【０１２０】
図１で最もよく分かるように、第２のポリマーノズル５０のネック部分５８は、好ましくは、ねじ山を有し、そのため、ネック部分５８を、その代わりに、第２のポリマーノズル５０のねじ山付き部分５８とも称する。図１及び図２から最もよく認識されるように、流れ集束部本体１００の入口部分１０２は、好ましくは、第２のポリマーノズル５０のねじ山付き部分５８と螺合するねじ山（図示せず）をポリマー供給開口１０４Ａに隣接したところに有しており、その結果、図２に示すように、ポリマー供給部サブアセンブリ２０は、流れ集束部本体１００にしっかりと係合する。
【０１２１】
集束流体供給ノズル７０は、入口部分７２と、ネック部分７８と、出口部分８０とを含んでいる。集束流体供給ノズル７０の入口部分７２は、図３に最もよく示すように、入口開口７４を有するように形作られている。図１及び図２で最もよく分かるように、入口部分７２はまた、好ましくは、集束流体供給ノズル７０のためのグリップとして役立つように構成され、入口部分７２を、その代わりに、「グリップ部材」７２とも称する。
【０１２２】
集束流体供給ノズル７０の出口部分８０は、図１及び図３で最もよく分かるように、先端孔８２を有するように形作られ、ネック部分７８は、図３に示すように、集束流体供給ノズル７０の入口開口７４と先端孔８２との間を延びる内部チャンネル７６を有するように形作られている。好ましくは、集束流体供給チューブ８６は、集束流体供給ノズル７０の入口開口７４を通るように延びている。集束流体供給チューブ８６は、入口開口７４から、集束流体供給ノズル７０の内部チャンネル７６の中に延び、先端孔８２と実質的に隣接したところまで延びている。
【０１２３】
好ましくは、集束流体供給ノズル７０のネック部分７８及び出口部分８０は、流れ集束部本体１００の集束流体供給開口１０４Ｂを通るように延びている。集束流体供給ノズル７０の出口部分８０は、図３に示すように、集束流体供給開口１０４Ｂから内部チャンバー１０６の中に延び、流れ集束部本体１００の出口開口１１２に実質的に隣接したところまで延びている。
【０１２４】
図１に最もよく示すように、集束流体供給ノズル７０のネック部分７８は、好ましくは、ねじ山を有し、そのため、ネック部分７８を、その代わりに、集束流体供給ノズル７０のねじ山付き部分７８とも称する。図１及び図２から最もよく認識されるように、流れ集束部本体１００の入口部分１０２は、好ましくは、集束流体供給ノズル７０のねじ山付き部分７８と螺合するねじ山（図示せず）を集束流体供給開口１０４Ｂに隣接したところに有し、その結果、集束流体供給ノズル７０は、図２に示すように、流れ集束部本体１００にしっかりと係合する。
【０１２５】
集束ゲート１１４は、好ましくは、それを貫通する集束オリフィス１１６を有するように形作られている。集束ゲート１１４は、流れ集束部本体１００の出口開口１１２を実質的に覆う。集束オリフィス１１６は、好ましくは、流れ集束部本体１００の内部チャンバー１０６の外に通じている。集束オリフィス１１６は、オリフィス入口端部分１１８Ａと、オリフィス出口部分１１８Ｂとを含んでいる。
【０１２６】
ここで、本発明の好ましい実施形態に従い、流れ集束装置１０を使用してＱＤ（量子ドット）をドープしたポリマーマイクロビーズを形成する方法を簡潔に述べる。もちろん、本発明に従って以下に説明する方法を、上述した流れ集束装置１０と独立して採用してもよいことを認識すべきである。
【０１２７】
上記方法は、好ましくは、準備工程と、第１のポリマー狭め工程と、第２のポリマー狭め工程と、集束流体狭め工程と、工程（ａ）と、工程（ｂ）と、工程（ｃ）と、工程（ｄ）と、工程（ｅ）と、工程（ｅ）の後の工程（ｆ）と、工程（ｆ）の後の工程（ｇ）とを含んでいる。
【０１２８】
準備工程では、図４で最もよく分かるように、ポリマーマイクロビーズ５００に組込むための量子ドット５０６を選択し、特定の識別可能なバーコードを作るのがよい。好ましくは、異なる大きさを有するいずれのＱＤ（量子ドット）５０６Ａ、５０６Ｂをマイクロビーズ５００の中に組込むべきかを予め決定することによって、特定のバーコード、色コード及び／又は放射プロファイルを形成する（余談であるが、参照番号５０６、５０６Ａ、５０６Ｂが、全体的に、マイクロビーズ５００内のＱＤ、即ち、ポリマー溶液２００から組込まれた後のＱＤを示すことに注目するとよい。）。異なるＱＤ５０６Ａ、５０６Ｂの大きさがそれらの個々の蛍光スペクトルに直接関係するので、特定の組合せを選択することができる。マイクロビーズ５００の中に包囲されたＱＤ５０６Ａ、５０６Ｂの異なる組合せは、典型的には、特徴的で容易に識別可能な放射プロファイルを有している。
【０１２９】
それに加えて及び／又はそれに代えて、色プロファイル及び／又はバーコードを選択するために、蛍光強度を、異なる検出信号を識別するのに使用してもよい。ＱＤでコード化された２つ又は３つ以上のマイクロビーズ５００が実質的に同じスペクトルを放射するとき、マイクロビーズ５００の内側のＱＤ５０６の濃度を、可変強度の蛍光信号を形成するように調整するのがよい。バーコード化されることが強度だけによって達成される場合（図示せず）、種々のマイクロビーズの間の強度の相違は、典型的には蛍光ピーク強度と関連した測定誤差よりも大きいことが好ましい。
【０１３０】
バーコードのデザインに続いて、マイクロビーズを、後で説明するように製造することが好ましい。
【０１３１】
しかしながら、依然として準備工程において、好ましくは最初に、ＱＤ２０６をクロロホルム又はジクロロメタン等の適当な有機溶剤に溶解し、２つの異なるＱＤ色付き溶液を形成する。次いで、望ましいＱＤ色付き溶液を、望ましいバーコード放射スペクトルを発生させる適当な比で混合する。例えば、図３Ａに示すポリマー溶液２００を作る際、２つの異なるＱＤ色付き溶液の各々は、異なる種類のＱＤ２０６Ａ、２０６Ｂを含んでおり、２つのＱＤ色付き溶液を最初に混合する（余談であるが、参照番号２０６、２０６Ａ、２０６Ｂが、全体的に、ポリマー溶液２００内のＱＤ、即ち、任意のマイクロビーズ５００の中に組込まれる前のＱＤを示すことに注目するのがよい。）。その後、ポリマー粉末（例えば、ポリスチレン粉末及び／又はその１つ又は２つ以上の誘導体）を、好ましくは、組合わされたＱＤ溶液中に溶解させ、仕上げられたポリマー溶液２００を形成する。ポリマー溶液２００に加えられるポリマーの量は、望ましいマイクロビーズ５００の直径に応じて変化させるのがよい。
【０１３２】
また、準備工程において、好ましくは、ポリマー溶液と反応する能力を有する集束流体を選択する。本発明の好ましい実施形態によれば、集束流体は、水である。これに関して、好ましい集束流体３００（即ち、水）が、工程（ｂ）の後、ポリマーストリーム(stream)２０２Ａ中のポリマー溶液２００と反応可能であり、それにより、バイオ認識分子６００と結合するように構成された１つ又は２つ以上の官能基５０４を形成することが重要である。
【０１３３】
本発明による流れ集束製造方法を使用して作られた、ＱＤをドープしたポリマーマイクロビーズ５００は、種々の病気のための多重診断テストにおけるプローブとして使用するためのものであり、種々の病気は、マラリア、ＨＩＶ、Ｂ型肝炎、Ｃ型肝炎、デング熱、及び／又は鳥インフルエンザ（Ｈ５Ｎ１）を含む。バーコード化されたマイクロビーズ５００の表面５０２は、必要なＢＲＭ（バイオ認識分子）６００と結合する官能基が形成されなければならない。本発明の目的のために、望ましいＢＲＭ６００は、（毒物及び／又は毒素が生態系等の生物系内に存在する程度まで）毒物及び／又は毒素と結合可能な抗体、抗原、ヌクレオチド配列、ＤＮＡ／ＲＮＡ断片、及び分子を含む。以前は、最初に、（流れ集束以外の技術を使用して）バーコード化されたマイクロビーズ５００を合成し、次いで、マイクロビーズの表面５０２にカルボン酸官能基を追加することによって、それに官能基を形成していた。これらのカルボン酸官能基の存在により、ＢＲＭ６００の１級アミンが、ＥＤＣ（１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド）等の結合剤の使用によって、マイクロビーズ５００の表面５０２に共有結合することを可能にした。しかしながら、本発明による方法及びシステムを使用すれば、後で行われる余分な官能基形成工程をなくすことができる。
【０１３４】
準備工程では、ポリマー溶液２００を、とりわけ、カルボン酸基５０４を既に含んだ構造を有するポリマーを含有するように準備することが好ましい。従って、かかるポリマーから生じさせたマイクロビーズ５００は、ＱＤがドープされると共に、すでにその表面５０２にカルボン酸基５０４を支持し、ＢＲＭ６００に結合する準備ができている。
【０１３５】
次に、第１のポリマー狭め工程では、図１及び図３から最もよく認識されるように、ポリマー溶液２００が、ポリマーストリーム２０２Ａの形態で、ポリマー供給チューブ４６の中を通して、第１のポリマーノズル３０の入口開口３４に及び内部チャンネル３６に入る。その後、ポリマーストリーム２０２Ａは、先端孔４２から、内部チャンバー１０６の概略的な方向に流出する。
【０１３６】
第１のポリマー狭め工程では、図１から最もよく認識されるように、ポリマーストリーム２０２Ａの断面プロファイルを、第１のポリマーノズル３０の中を通行中に減少させる。変形例として、ポリマーストリーム２０２Ａの断面プロファイルを（例えば、図３の考慮から認識されるかもしれないように）第１のポリマーノズル３０から外への通行後に減少させてもよい。
【０１３７】
第２のポリマー狭め工程では、図１及び図３から最もよく認識されるように、ポリマーストリーム２０２Ａは、第２のポリマーノズル５０の内部チャンネル５６及びニードルチャンネル６６の中を流れる。第２のポリマー狭め工程では、図１及び図３から認識されるように、ポリマーストリーム２０２Ａの断面プロファイルを、第２のポリマーノズル５０の中を通行中に更に減少させる。その後、ポリマーストリーム２０２Ａは、ニードル先端孔６８から流出し、内部チャンバー１０６に流入する。
【０１３８】
第１のポリマー狭め工程及び第２のポリマー狭め工程を、好ましくは、工程（ａ）の前に行う。集束流体狭め工程を、好ましくは、工程（ｂ）の前に行う。
【０１３９】
集束流体狭め工程では、図１及び図３から最もよく認識されるように、集束流体３００は、集束流体ストリーム(stream)の形態で、集束流体供給チューブ８６の中を流れ、集束流体供給ノズル７０の入口開口７４及び内部チャンネル７６に流入する。その後、集束ストリームは、先端孔８２から流出し、内部チャンバー１０６に流入する。集束流体狭め工程では、図１から最もよく認識されるように、集束流体ストリームの断面プロファイルを、集束流体供給ノズル７０の中を通行中に減少させる。
【０１４０】
図３Ａは、種々のステージにおけるポリマー溶液２００及び集束流体３００をそれぞれ、ポリマーストリーム２０２Ａ、２０２Ｃ、２０２Ｄ、２０２Ｅ及び流体集束ストリーム３０２Ｃ、３０２Ｄの形態で示す。
【０１４１】
工程（ａ）では、図３Ａを参照すれば、ポリマーストリーム２０２Ａは、第２のポリマーノズル５０のニードル先端孔６８から流れ集束部本体１００の内部チャンバー１０６に流入する。本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、図３Ａに示すように、ポリマーストリーム２０２Ａは、好ましくは、２つの異なる種類の量子ドット２０６Ａ、２０６Ｂの組合せを含んでいる。
【０１４２】
好ましくは、工程（ｂ）を、工程（ａ）と実質的に同時に行う。工程（ｂ）では、図３から最もよく認識されるように、集束流体３００は、集束流体供給ノズル７０から流出し、内部チャンバー１０６に流入する。
【０１４３】
工程（ｃ）では、集束ストリーム３０２Ｃ内の集束流体３００を、流れ集束部本体１００の内部チャンバー１０６内のポリマーストリーム２０２Ｃと接触するように差し向け、ポリマーストリーム２０２Ｃを集束オリフィス１１６のオリフィス入口端部分１１８Ａに向かって集束させる。
【０１４４】
次いで、工程（ｄ）において、集束ストリーム３０２Ｄ内の集束流体３００及びそれによって集束されたポリマーストリーム２０２Ｄは、単一の流れストリーム４０２として、内部チャンバー１０６から流出し、集束オリフィス１１６のオリフィス入口端部分１１８Ａに流入する。
【０１４５】
この時点で、単一の流れストリーム４０２において、集束ストリーム３０２Ｄは、ポリマーストリーム２０２Ｄを実質的に包囲する。次いで、単一の流れストリーム４０２は、集束オリフィス１１６内をオリフィス出口端部分１１８Ｂに向かって流れる。
【０１４６】
工程（ｅ）において、単一の流れストリーム４０２は、集束オリフィス１１６のオリフィス出口端部分１１８Ｂから流出する。単一の流れストリーム４０２の前端部分４０４から、垂れ下がり形の小滴４０６が分離し、集束液体３００によって包囲された（依然として湿った）マイクロビーズ５００を形成する。
【０１４７】
工程（ｆ）において、図２から最もよく認識されるように、マイクロビーズ５００を、流体浴３０６を収容する容器１５０の底部分１５２の上に収集する。引き続いて、マイクロビーズ５００を凝固させ及び／又は乾燥させる。本発明による好ましい実施形態では、図２及び図３Ａで分かるように、集束オリフィス１１６を流体浴３０６内に浸す。好ましくは、流体浴３０６も、集束流体３００、即ち、好ましくは水溶液を含む。マイクロビーズ５００を凝固させるプロセスの間、流体浴３０６を撹拌状態（図示せず）に維持することが好ましい。
【０１４８】
工程（ｇ）では、マイクロビーズ５００を、流体浴３０６から回収する前に更に凝固させるのがよい。本発明による１つの実施形態では、マイクロビーズ５００を遠心法（図示せず）によって収集し且つ／又は回収するのがよい。
【０１４９】
本発明に従って生成された（即ち、図３Ａに示すような）湿ったマイクロビーズ５００の直径ｄｇは、湿ったマイクロビーズ５００がいったん乾いて出来上がるマイクロビーズ５００の大きさについての価値の高い情報を与える。例えば、非特許文献２（L. Martin-Banderas et al, Adv. Mater. 2006, 18, 559-564）及び非特許文献３（A.M. Ganan-Calvo, Physical Review Letters 1998, 80(2), 285）を参照すべきである。湿ったマイクロビーズ５００の直径ｄｇは、乾いたビーズの実際の直径に直接的には導かない。本発明の作用におそらく本質的ではないけれども、乾いたマイクロビーズの直径が湿ったマイクロビーズの直径ｄｇに、次の式９のように関連していることが一般的に考えられる。
乾いたマイクロビーズの直径＝ｄｇ＊（ｗｔ％／ポリマーの密度）1/3・・・（式９）
例えば、上述した関係を使用すれば、密度が１．０５で与えられ且つ重量パーセント（ｗｔ％）が４％（即ち、０．０４）で与えられるポリスチレンについて、乾いたマイクロビーズの直径は、湿ったマイクロビーズの直径ｄｇの約１／３になる。従って、かかる状況において、乾いたマイクロビーズ５００の直径は、いつも、湿ったマイクロビーズ５００の直径ｄｇ（図３Ａ参照）よりも小さくなる。湿ったマイクロビーズ５００の直径ｄｇは、乾いたマイクロビーズの大きさの上限を与えると考えられる。
【０１５０】
マイクロビーズ５００の各々の湿り時の直径ｄｇは、好ましくは、工程（ｅ）におけるポリマーストリーム２０２Ｅの直径ｄｊに直接的に依存する。マイクロビーズ５００の湿り時の直径ｄｇは、次の式１０に従って決定される。
ｄｇ＝１．８９ｄｊ・・・（式１０）
【０１５１】
工程（ｅ）におけるポリマーストリーム２０２Ｅの直径ｄｊは、工程（ｅ）における集束オリフィス１１６の直径Ｄと、工程（ｅ）におけるポリマーストリーム２０２Ａの密度ρ1及び流量Ｑ1と、工程（ｂ）における集束流体３００の密度ρ2及び流量Ｑ2とに依存する。
【０１５２】
従って、工程（ｅ）におけるポリマーストリーム２０２Ｅの直径は、次の式１１によって決定される。
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【０１５３】
流量Ｑ2及びＱ1を変化させ且つ他のすべてを一定にすることは、ポリマーストリーム２０２Ｅの大きさに直接的に影響を及ぼし、その結果、マイクロビーズ５００の湿り時の直径ｄｇに影響を及ぼす。
【０１５４】
マイクロビーズの望ましい湿り時の直径ｄｇのために、いったんＱ2及びＱ1を最適化したら、比Ｑ2／Ｑ1を一定に維持し、それに従ってＱ2及びＱ1の値を増大させることによって、増大した生産力（即ち、単位時間当たりのビーズの数）を達成することができる。例えば、必要とされる流量が、Ｑ2＝１８０ｍＬ／ｈ（１時間当たりミリリットル）であり、Ｑ1＝１ｍＬ／ｈであれば、比Ｑ2／Ｑ1の値は１８０になる。生産力を増大させるために、好ましくは、Ｑ2／Ｑ1の値を１８０に固定したまま、Ｑ2及びＱ1を両方とも増大させる。
【０１５５】
次の式１２と式１３は、集束流体の流量Ｑ1及びポリマーストリームの流量Ｑ2に影響を及ぼすいくつかのその他のパラメータを明らかにする。
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これらの式１２及び式１３で、Ｗｅは、ウエーバー数であり、ρ2は、工程（ｂ）における集束流体の密度であり、ρ1は、工程（ａ）におけるポリマー溶液の密度であり、σは、ポリマーストリームと集束流体との間の界面張力であり、Ｄは、工程（ｅ）における出口オリフィスの直径であり、ｄｇは、マイクロビーズの湿り時の直径である。
【０１５６】
ウエーバー数Ｗｅは、更に、次の式１４の中で定義される。
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この式１４で、Ｖ2は、集束流体３００の速度であり、他の項は、前に定義されている。
【０１５７】
集束流体３００の速度Ｖ2は、次の式１５に従ってＱ2に関連する。
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【０１５８】
ここで説明した流れ集束技術を使用して特定の直径のポリマーマイクロビーズ５００を製造することは、好ましくは、いくつかのパラメータを考慮することを必要とする。これらのパラメータは、好ましくは、（ｉ）流量、（ｉｉ）ポリマー濃度、（ｉｉｉ）ポリマーの種類、及び（ｖｉ）ポリマー溶剤（集束相）のうちの１つ又は２つ以上を含む。これらのパラメータの各々を、以下に詳細に説明する。
【０１５９】
前に説明したように、流れ集束部本体１００の内部チャンバー１０６に導入されるときの、工程（ａ）におけるポリマーストリーム２０２Ａの流量Ｑ1及び工程（ｂ）における集束流体３００の流量Ｑ2が重要である。これらの流量は、工程（ｅ）におけるポリマーストリーム２０２Ｅの直径ｄｊに影響を及ぼす。本発明の１つの実施形態では、ポリマー溶液２００をポリマー供給部サブアセンブリ２０から１ｍＬ／ｈ（１時間当たりミリリットル）の流量で導入し、集束流体３００（即ち、水）を１８０ｍＬ／ｈの流量で導入し、直径６ミクロン（マイクロメートル）のビーズを生成する。０．５ｍＬ／ｈのポリマー溶液２００及び１８０ｍＬ／ｈの集束流体３００を使用するとき、直径５ミクロンのビーズが得られる。ポリマー溶液２００及び集束流体３００の流量は、好ましくは、望ましい大きさ及び生産量のマイクロビーズ５００を生成するように調整されるのがよい。
【０１６０】
ポリマー溶液２００中に使用されるポリマーの濃度、並びに、使用されるポリマーの種類は、湿ったマイクロビーズ５００が乾燥して固体になるときにどのくらい湿り時の直径ｄｇが減少するかに影響を及ぼす。ポリマー溶液は、好ましくは、重量で約０．０４の重量濃度（重量パーセントで４ｗｔ％）を有するように形成されるのがよい。本発明の作用に本質的ではないけれども、ポリマーの濃度及び分子量が大きければ大きいほど、マイクロビーズの直径が大きくなると考えられる。
【０１６１】
マイクロビーズ５００が乾燥する速度は、それ自体ポリマーストリーム２０２の蒸気圧並びに集束流体３００への溶解性に依存するとともに、マイクロビーズ５００の元々の湿り時の直径ｄｇに対して形成されるマイクロビーズ５００の最終の大きさ及びマイクロビーズの表面５０２の滑らかさに大きな影響を及ぼす。本発明の作用におそらく本質的でないけれども、ポリマーストリーム２０２の溶解性及び蒸気圧が大きければ大きいほど、出来上がりのマイクロビーズの大きさ及び表面の粗さが大きくなることが、一般的に考えられる。
【０１６２】
この方法の現在の好ましい実施形態を、以下の例で説明する。
【０１６３】
〔例１〕
異なる色のＱＤ／クロロホルム溶液を適当な比率で混合することによって、１：２：３の比率を有する５２０ｎｍ、５８０ｎｍ、６３０ｎｍの望ましいバーコード放射スペクトルを発生させるバーコードを設計した。クロロホルム混合物の中に、市販のポリ（スチレン−コ−無水マレイン酸）のクメン法終了粉末（Aldrich社製）（又はその誘導体）を溶解させて、４％のポリマー溶液を生成した。次いで、市販のノズル（Ingeniatrics社製のAvant-1）の中に、出来たポリマー溶液をシリンジポンプ（World Precision Instruments社製のSPlOOI）を使用して１ｍＬ／ｈの流量で導入し、それと共に、集束流体としての水をデジタルギヤポンプ（Cole Parmer Instrument Company社製）を使用して１８０ｍＬ／ｈの流量で導入した。反応の間、ノズルを、撹拌されている水溶液の中に浸した。ビーズを、一晩撹拌することによって硬化させ、遠心法によって収集した。
【０１６４】
〔例２〕
この例では、５５５ｎｍ、５８０ｎｍ、６０５ｎｍの強度がそれぞれ１：２：１の比率を有する、ＱＤベースのバーコードを使用した。ポリ（スチレン−コ−無水マレイン酸）を使用し、例１と同じプロトコルを使用して、溶液を作った。
【０１６５】
〔例３〕
例１と同じプロトコルを使用したけれども、ＱＤを、クロロホルムに溶解させたマグネタイトナノ粒子（Ferrotec Corporation社製）で置き換えた。この例により、磁石に引きつけられる常磁性マイクロビーズを生じさせ、常磁性マイクロビーズは、磁場を除去するときにその磁力を失う。
【０１６６】
〔例４〕
例１と同じプロトコルを使用し、マグネタイトに対するＱＤの選択された比率を使用して、ＱＤとマグネタイトナノ粒子の混合物を形成する。この例により、例１及び例２による蛍光特性と例３による常磁性特性を組合せたマイクロビーズを生じさせる。
【０１６７】
図４を参照すれば、本発明の好ましい実施形態に従って作られたマイクロビーズ５００を含む共役が示されている。マイクロビーズ５００は、その中に包囲された粒子の組５０６、更に詳細には、２つの種類の量子ドット５０６Ａ、５０６Ｂの組５０６を含んでいる。マイクロビーズ５００の表面５０２は、バイオ認識分子６００と結合される官能基５０４を有しており、バイオ認識分子６００はそれ自体、ターゲット分子７００に結合される。
【０１６８】
量子ドット５０６Ａ、５０６Ｂの識別可能な組５０６は、放射に続いて、色及び／又は強度に基づく１つ又は２つ以上の識別可能なスペクトル信号を生じさせるように構成される。
【０１６９】
本発明によるその他の実施形態の設計及び製造において、本願の特許請求の範囲だけによって制限される本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに、その他の変更及び変形を採用してもよい。
【０１７０】
上述した方法をＱＤの内容で呈示したけれども、上述した方法は、その他のナノ粒子に等しく適用可能である。本発明による方法及びシステムと共に使用可能なタ種類のナノ粒子は、限定するわけではないが、好ましくは、硬質ナノ粒子、ポリマーナノ粒子、磁気ナノ粒子、金属導体ナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子、及び蛍光ナノ粒子を含む。
【０１７１】
更に、上述した方法を、表面に官能基が形成され且つＱＤがドープされたビーズを作るための構造的な溶解性の要求を有するポリマーの内容で呈示したけれども、上述した方法は、実質的に疎水性ポリマーであり且つ保護すべきカルボン酸基を含むポリマーに等しく適用可能であり、カルボン酸基は、加水分解により脱保護される。かかるポリマーは、ポリスチレン−無水酸コポリマー、更に詳細には、ポリスチレン−無水マレイン酸コポリマーによって例示される。これらのポリマーは、ＱＤに最も適当な溶剤（例えば、ジクロロメタン及びクロロホルム）に溶解可能であるのがよく、本発明の好ましい実施形態では集束流体３００である水と接触したときに必要なカルボン酸基を発生させるのがよい。
【０１７２】
上述した説明を例示の目的で呈示し、かかる説明は、本発明が包括的であるつもりでもないし、開示した正確な形態に制限するつもりでもない。多くの変更及び変化が、上述した教示に照らして可能であり、当業者に明らかである。本発明の範囲は、この記載によって制限されないが、特許請求の範囲によって制限される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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