(57)【要約】微小電気機械システムベースの熱量測定装置は、第一及び第二マイクロ混合器と、熱的に隔離された第一及び第二マイクロチャンバーとを含む。試料と試薬とを含む第一溶液が、前記第一マイクロ混合器を介して前記第一マイクロチャンバーに導入され、試料と緩衝液とを含む第二溶液が、前記第二マイクロ混合器を介して前記第二マイクロチャンバーに導入される。サーモパイルは、前記第一マイクロチャンバーと前記第二マイクロチャンバーとの間の温度差を測定し、この差を示す電圧を出力する。出力電圧を用い、反応パラメーターを計算することができる。
2015526720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体分子相互作用のキャラクタリゼーション用の、微小電気機械システムベースの熱量測定装置であって、
第一マイクロ混合器と
第二マイクロ混合器と
前記第一マイクロ混合器と流体接触する、熱的に隔離された反応チャンバーと、
前記第二マイクロ混合器と流体接触する、熱的に隔離された参照チャンバーと、
前記反応チャンバー及び前記参照チャンバーに関する少なくとも一つの温度値を測定する熱電センサーと、を含む微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項２】
前記第一マイクロ混合器は、受動マイクロカオス混合器を含む、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項３】
前記受動マイクロカオス混合器は、蛇行チャンネルを含む、請求項２に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項４】
前記蛇行チャンネルは、杉綾状の稜部を含む、請求項３に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項５】
前記第一マイクロ混合器とそれぞれ流体接触する第一導入口と第二導入口とを更に含む、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項６】
前記反応チャンバーは、ポリジメチルシロキサンマイクロチャンバーを含む、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項７】
前記参照チャンバーは、ポリジメチルシロキサンマイクロチャンバーを含む、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項８】
前記反応チャンバーは、蛇行チャンバーを含む、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項９】
前記参照チャンバーは、蛇行チャンバーを含む、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項１０】
前記反応チャンバーの基部として機能するポリイミド膜板を更に含む、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項１１】
前記熱電センサーは、サーモパイルを含む、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項１２】
前記サーモパイルは、アンチモン−ビスマスサーモパイルを含む、請求項１１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項１３】
第一サーモパイル接点が前記反応チャンバーの第一の側に位置する、請求項１１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項１４】
第二サーモパイル接点が前記参照チャンバーの第一の側に位置する、請求項１３に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項１５】
前記反応チャンバーは空気空洞によって囲まれた、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項１６】
前記空気空洞は蛇行チャンネルを含む、請求項１５に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項１７】
前記参照チャンバーは空気空洞によって囲まれた、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項１８】
前記反応チャンバーはチャンバー温度センサーを含む、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項１９】
前記反応チャンバーは、ヒーターを更に含む、請求項１８に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項２０】
前記少なくとも一つの温度値は、前記反応チャンバーと前記参照チャンバーとの間の温度差を含む、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの温度値は、前記反応チャンバーの温度と前記参照チャンバーの温度とを含む、請求項１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項２２】
第一溶液と第二溶液との間の生体分子相互作用のキャラクタリゼーション用の、微小電気機械システムベースの方法であって、前記方法は
前記第一溶液と前記第二溶液とを混合し反応液を作ることと、
前記第一溶液と緩衝液とを混合し参照溶液を作ることと、
前記反応液を含む反応チャンバーと、前記参照溶液を含む参照チャンバーとの間の温度差を、前記微小電気機械システムベースの熱量測定装置上でサーモパイルによって測定することと、を含む微小電気機械システムベースの方法。
【請求項２３】
前記第一溶液と前記第二溶液とを混合することは、前記微小電気機械システムベースの装置上のマイクロ混合器を用いることを含む、請求項２２に記載の微小電気機械システムベースの方法。
【請求項２４】
前記第一溶液と前記緩衝液とを混合することは、前記微小電気機械システムベースの装置上のマイクロ混合器を用いることを含む、請求項２２に記載の微小電気機械システムベースの方法。
【請求項２５】
前記温度差に少なくとも部分的に基づいて電力差を算出することを更に含む、請求項２２に記載の微小電気機械システムベースの方法。
【請求項２６】
前記電力差に少なくとも部分的に基づいて少なくとも一つの熱力学反応パラメーターを計算することを更に含む、請求項２５に記載の微小電気機械システムベースの方法。
【請求項２７】
前記少なくとも一つの熱力学反応パラメーターは、平衡結合定数、化学量論比、及びモルエンタルピー変化からなる群より選択される、請求項２６に記載の微小電気機械システムベースの方法。
【請求項２８】
前記反応液及び前記参照溶液の導入よりも前に、前記サーモパイルによって、前記反応チャンバーと前記参照チャンバーとの間のベースライン温度差を測定することを更に含む、請求項２２に記載の微小電気機械システムベースの方法。
【請求項２９】
前記温度差から前記ベースライン温度差を差し引くことを更に含む、請求項２８に記載の微小電気機械システムベースの方法。
【請求項３０】
前記微小電気機械システムベースの装置を、オンチップヒーターを用いて較正することを更に含む、請求項２２に記載の微小電気機械システムベースの方法。
【請求項３１】
生体分子相互作用のキャラクタリゼーション用の、微小電気機械システムベースの熱量測定装置であって、
第一溶液と第二溶液とを混合する第一混合手段と、
前記第一溶液と緩衝液とを混合する第二混合手段と、
前記第一混合手段と流体接触する、熱的に隔離された反応チャンバーと、
前記第二混合手段と流体接触する、熱的に隔離された参照チャンバーと、
前記反応チャンバーと前記参照チャンバーとの間の温度差を測定する検出手段と、を含む微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項３２】
前記温度差に少なくとも部分的に基づいて電力差を算出する算出手段を更に含む、請求項３１に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【請求項３３】
前記電力差に少なくとも部分的に基づいて少なくとも一つの熱力学反応パラメーターを計算する計算手段を更に含む、請求項３２に記載の微小電気機械システムベースの熱量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年７月２４日に出願された米国仮出願第６１／６７５，０２５号及び２０１３年２月２６日に出願された米国仮出願第６１／７６９，５９１に基づくものであり、それらの優先権を主張する。これらの米国仮出願は、あらゆる目的について参照により本明細書に援用される。
【０００２】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
本発明は、アメリカ国立科学財団により授与された助成金ＤＢＩ−０６５００２０及びＣＢＥＴ−０８５４０３０のもと政府の支援によりなされたものである。米国政府は本発明について一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
等温滴定熱量測定（Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ  Ｔｉｔｒａｔｉｏｎ  Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ、ＩＴＣ）においては、生化学反応によって発生する熱が、反応物質のモル比の関数として直接測定される。この測定においては、一連の実験における全結合パラメーターを同時に決定でき、従って、効率的、高精度、且つ非標識な、生体分子反応キャラクタリゼーション方法が提供される。ＩＴＣは、創薬及びバイオ医薬品開発のみならず、基礎科学における用途にも用いることができる。
【０００４】
しかしながら、ＩＴＣ機器によっては、構造設計の複雑さ、熱応答の遅さ、及び大きな試料及び試薬組成による制約がある場合があった。これらの問題は、微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＭＥＭＳ）技術による小型化によって対処できる可能性がある。ＭＥＭＳベースの熱量測定装置は、従来の機器に対して、試料の消費量の少なさ、時間応答の速さ、及び処理量の改善といった独自の利点を有し得る。ＭＥＭＳ技術は、生体分子相互作用のキャラクタリゼーションのための生体熱量測定を改善できる可能性を有しているが、この可能性は十分に探られたとは言い難い。ＭＥＭＳ熱量測定装置の問題の一つは、液体生化学試料のハンドリング能力が不十分であることであり、これは装置が一般に、固相又は気相試料に用いられること又は流体閉じ込め無しに又はオフチップ外付けフローセルを組み込むこと無しに、液相試料に用いられることを表している。
【０００５】
ミクロ流体機能とＭＥＭＳベースの熱変換とを組み合わせることにより、液体試料を最小限の量で感度良く検出することを特徴としたミクロ流体熱量計が開発されている。このような装置における熱量検出は、ＩＲサーモグラフィー、機械的共鳴、又は例えば抵抗器又はサーモパイル等の集積薄膜熱センサーによって実現可能である。ミクロ流体のハンドリングに関し、概して２種類のミクロ流体熱量計がある。これらは、試料溶液を連続フローとして導入しつつマイクロチャンバー又はチャンネルを生物学的反応器として用いるフロースルー熱量計と、独立した試料液滴を生成し熱検出のための表面に移送する液滴ベースの熱量計とである。しかしながら、フロースルー熱量計を生体分子相互作用のキャラクタリゼーションのために用いる場合、多量の試料が消費され、測定は量が明確でないまま行われ、反応に伴う質的な情報を得ることが困難である。一方、液滴ベースの熱量計においては、液滴の生成と操作がオンチップで行われるため設計が複雑となることがあり、蒸発によるエネルギーの散逸により影響を受けることがある。
【０００６】
更に、ミクロ流体熱量計に組み込まれた滴定機能、即ち、反応物を制御されたモル比で導入することを用いた、ＭＥＭＳ装置における生化学相互作用の統合ＩＴＣ測定が試みられている。フローフォーカシング接点への反応物のモル比を変化させながらの連続インチャンネル配送により、化学反応時の熱フラックスを測定でき、エンタルピー変化の計算に用いることができる。堆積することにより独立した液滴を形成した反応物溶液の濃度を変えることにより、反応熱を反応物のモル比の関数として測定できる。また、一反応物を含む小液滴の、他の反応物を含むより大きな液滴への連続した注入により、注入毎の反応熱をリアルタイムで測定できる。しかしながら、一般に、これらの装置においては、反応を測定する環境を正確に制御することが困難である。
【発明の概要】
【０００７】
開示した主題は、生体分子相互作用のキャラクタリゼーション用の、微小電気機械システムベースの熱量測定装置を提供する。例示的実施形態における装置は、第一のマイクロ混合器と、第二マイクロ混合器と、熱的に隔離された反応チャンバーと、熱的に隔離された参照チャンバーと、熱電センサーとを含む。熱的に隔離された反応チャンバーは、第一マイクロ混合器と流体接触している。熱的に隔離された参照チャンバーは、第二マイクロ混合器と流体接触している。熱電センサーは、反応チャンバー及び参照チャンバーに関する少なくとも一つの温度値を測定するように構成されている。
【０００８】
第一及び第二マイクロ混合器は、受動マイクロカオス混合器であってもよい。例えば、第一及び第二マイクロ混合器は、天井部に杉綾状の稜部を有する蛇行チャンネルから形成してもよい。上記装置は更に、第一マイクロ混合器とそれぞれ流体接触した第一導入口及び第二導入口と、第二マイクロ混合器とそれぞれ流体接触した第三導入口及び第四導入口とを含んでもよい。
【０００９】
反応チャンバー及び参照チャンバーは、例えばポリジメチルシロキサンマイクロチャンバー等のマイクロチャンバーであってもよい。反応チャンバー及び参照チャンバーは、蛇行チャンバーであってもよい。反応チャンバー及び参照チャンバーは、これらのチャンバー用の基部として機能する、例えばポリイミド膜板等の膜板上に設けてもよい。
【００１０】
開示した主題の他の例示的実施形態において、熱電センサーはサーモパイルであってもよい。サーモパイルは、例えばアンチモン−ビスマスサーモパイルであってもよい。第一サーモパイル接点は、反応チャンバーの第一の側に位置していてもよく、第二のサーモパイルは、参照チャンバーの第一の側に位置していてもよい。
【００１１】
反応チャンバー及び参照チャンバーは、空気空洞によって囲まれていてもよい。開示した主題の他の例示的実施形態において、空気空洞は、蛇行チャンネルを含んでもよい。上記装置は更に、温度センサーと、反応チャンバー及び参照チャンバー用のヒーターと、を含んでもよい。
【００１２】
開示した主題の他の例示的実施形態において、少なくとも一つの温度値は、反応チャンバーと参照チャンバーとの間の温度差であってもよい。他の実施形態において、少なくとも一つの温度値は、反応チャンバーの温度及び参照チャンバーの温度であってもよい。
【００１３】
開示した主題は更に、微小電気機械システムベースの、第一溶液と第二溶液との間の生体分子相互作用のキャラクタリゼーション方法を提供する。一例における方法は、第一溶液と第二溶液とを混合し反応液を作ることと、第一溶液と緩衝液とを混合し参照溶液を作ることと、反応液を含む反応チャンバーと参照溶液を含む参照チャンバーと間の温度差を測定することとを含む。温度差は、例えば微小電気機械システムベースの装置上のサーモパイル等の熱電センサーを用いて測定できる。
【００１４】
開示した主題の他の例示的実施形態において、微小電気機械システムベースの装置上のマイクロ混合器（例えば受動マイクロカオス混合器）は、第一及び第二溶液の混合のために用いてもよい。
【００１５】
この方法は更に、前記温度差に少なくとも部分的に基づいて電力差を算出することを含んでもよい。少なくとも一つの熱力学反応パラメーターを、電力差に少なくとも部分的に基づいて計算してもよい。熱力学反応パラメーターは、例えば平衡結合定数、化学量論比、又はモルエンタルピー変化であってもよい。
【００１６】
反応チャンバーと参照チャンバーと間のベースライン温度差は、反応液及び参照溶液の導入の前に測定してもよい。ベースライン温度差を、誤差修正のために前記温度差から差し引いてもよい。上記装置は、オンチップヒーターを用いて較正してもよい。
【００１７】
開示した主題は更に、生体分子反応のキャラクタリゼーション用の、微小電気機械システムベースの熱量測定装置を提供する。例示的実施形態における装置は、第一溶液と第二溶液とを混合する第一混合手段と、第一溶液と緩衝液とを混合する第二混合手段と、第一混合手段と流体接触している熱的に隔離された反応チャンバーと、第二混合手段と流体接触している熱的に隔離された参照チャンバーと、反応チャンバーと参照チャンバーとの間の温度差を測定する検出手段とを含む。上記装置は更に、温度差に少なくとも部分的に基づいて電力差を算出する算出手段と、電力差に少なくとも部分的に基づいて少なくとも一つの熱力学反応パラメーターを計算する計算手段とを含んでもよい。
【００１８】
添付の図面は、本開示に組み込まれ本開示の一部を構成し、これらは開示した主題の種々の例示的実施形態を示し、主題の原理を説明するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】図１Ａは、開示した主題に係る熱量計の例示的実施形態を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの熱量計の断面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａの熱量計の他の図を示す。
【図２】図２は、図１Ａの熱量計のフロー経路の簡略図を示す。
【図３】図３は、開示した主題に係る熱量計の第二例示的実施形態を示す。
【図５】図５は、開示した主題の一実施形態に係る、測定した温度差に基づいて反応の熱力学性質を計算するシステムを示す。
【図６Ａ】図６Ａは、開示した主題の一実施形態に係る、熱量計の製造方法を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、開示した主題の一実施形態に係る、熱量計の製造方法を示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、開示した主題の一実施形態に係る、熱量計の製造方法を示す。
【図６Ｄ】図６Ｄは、開示した主題の一実施形態に係る、熱量計の製造方法を示す。
【図６Ｅ】図６Ｅは、開示した主題の一実施形態に係る、熱量計の製造方法を示す。
【図７】図７は、開示した主題に係る熱力学反応パラメーターの計算方法の例示的実施形態を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図８Ａは、開示した主題の他の例示的実施形態に係る熱量計における特定の素子を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、開示した主題の他の例示的実施形態に係る熱量計における特定の素子を示す。
【図９】図９は、開示した主題の実施形態における、反応チャンバーに４ｍＭ  ＢａＣｌ２及び５ｍＭ  １８−Ｃ−６（それぞれ０．５μＬ）を導入した際の時間分解サーモパイル電圧測定値と、滅菌水及び５ｍＭ  １８−Ｃ−６（それぞれ０．５μＬ）を導入した際の信号との比較を示す。
【図１０】図１０は、開示した主題の一実施形態における、生化学反応のキャラクタリゼーション用の装置のベースライン減算装置出力を示す。
【図１１】図１１は、開示した主題の一実施形態における、出力電圧測定から導出される計算反応熱を示す。
【図１２】図１２は、開示した主題の実施形態において得られた反応パラメーターと、市販の熱量計を用いて得られた反応パラメーターを表す公表データとの比較を示す。
【図１３】図１３は、開示した主題の実施形態における、モル比を変化させた場合の、各モル比に対応する滴定依存スパイクを表す装置出力を示す。
【図１４】図１４は、開示した主題の実施形態において得られた反応パラメーターと、市販の熱量計を用いて得られた反応パラメーターを表す公表データとの第二の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
開示した主題は、微小電気機械システムベースの熱量計及びその装置を用いる方法を提供する。
【００２１】
開示した主題に係る装置の第一の例示的実施形態を図１Ａ〜１Ｃに示す。図１Ａに示すように、装置１００は、２個のチャンバーである参照チャンバー１０２及び反応チャンバー１０４を含む。図１Ａにおける参照チャンバー１０２及び反応チャンバー１０４ は、円形を有するものとして示されている。しかしながら、開示した主題においては、多種多様な幾何学的構成を用いることができる。参照チャンバー１０２及び反応チャンバー１０４は、マイクロチャンバーであってもよい。微細加工及び熱的隔離に適した種々の材料を用いてチャンバーを構築できる。例えば、対象温度範囲（例えば−１０℃〜９０℃）内で十分な熱的安定性を有し、基板表面との結合が適度に強く、高分子（例えば、タンパク質）の吸着が極力抑えられた材料を用いることができる。マイクロチャンバーは、例えばＳＵ−８、パリレン、ポリカーボネート、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のポリマーから形成してもよい。開示した主題の他の例示的実施形態において、マイクロチャンバーはポリジメチルシロキサンから形成してもよい。
【００２２】
各マイクロチャンバーは、熱的に隔離されていてもよい。例えば、マイクロチャンバー１０２及び１０４は、効果的な熱的隔離のため空気空洞１０６によって囲まれている。空気空洞１０６もポリジメチルシロキサンから形成されている。開示した主題の他の実施形態において、マイクロチャンバーは、例えば、熱伝導率の低い高分子材料等の材料から構築された自立型構造内に設けることにより熱的に隔離してもよい。マイクロチャンバーを周囲環境から更に隔離するために、装置１００を、サーマルエンクロージャーで囲んでもよい（例えば、装置１００を真空中に置き周囲環境への熱エネルギーの散逸を最小としてもよい）。
【００２３】
この装置は更に、熱電センサーを含んでもよい。図１Ａに示す実施形態において、熱電センサーはサーモパイル１０８である。サーモパイル１０８は、熱接点及び冷接点を含む。参照チャンバー１０２と反応チャンバー１０４との間の熱電力差を測定するため、サーモパイル１０８の熱接点及び冷接点は、マイクロチャンバー１０２及び１０４の下に位置している。例えば、サーモパイル１０８は、異種材料からなる複数の細長いセグメントを含んでもよく、材料が異なる隣接セグメント同士は端部において接合され、熱電対接点が形成される。各チャンバーの下にある熱電対接点は、各チャンバーの中心軸に沿って並んでいてもよい。熱電センサーは、各熱電対あたり８０μＶ／℃の熱電感度を有し得る。
【００２４】
例えば、図１Ｂに示すように、サーモパイル１０８は、マイクロチャンバー１０２及び１０４の下に位置する層内に埋め込まれていてもよい。特に、マイクロチャンバー１０２及び１０４は上層１１０と下層１１２とを含む膜板上に位置していてもよい。膜板におけるこれらの層は一体化されているが、図示の目的のため図１Ｂにおいては別個の層として示されている。上層１１０及び下層１１２は、繰り返し行われる熱量測定において必要な熱サイクルに耐えうる熱的及び機械的安定性のみならず、良好な熱的隔離特性を有する、熱的に安定な電気的絶縁物質から形成してもよい。特定の実施形態において、膜板は、ガラス転移点が１５０℃よりも高く、熱分解点が２５０℃よりも高い材料で作製してもよい。例えば、ポリイミド、パリレン、ポリエステル、ＳＵ−８、ＰＤＭＳ、及びポリテトラフルオロエチレン等のポリマーを用いて膜板を製造してもよい。開示した主題の一実施形態において、上層１１０及び下層１１２はポリジメチルシロキサン層であってもよい。他の実施形態において、その優れた機械的剛性（ヤング率：２．５ＧＰａ）と熱的安定性（ガラス転移点：２８５℃）のため、ポリイミドが膜板材料として選択される。
【００２５】
開示した主題のいくつかの実施形態において、マイクロチャンバーと膜板との間の接合層１４０は、例えば、ポリイミドとＰＤＭＳとの混合物等、マイクロチャンバー１０２及び１０４の材料と上層１１０及び下層１１２の材料の混合物から作られていてもよい。
【００２６】
膜板は、例えば、シリコンウェファー等、別の固体基板１４２上に位置していてもよい。熱的隔離の向上のため、マイクロチャンバー１０２及び１０４の断面に対応する、固体基板における膜板の下側の部分は、膜板におけるマイクロチャンバー１０２及び１０４の下の部分が固体基板１４２と接触しないように（即ち、最良の熱的絶縁体と考えられている空気のみと接触するように）、除去してもよい。
【００２７】
サーモパイル１０８は、上層１１０と下層１１２との間に位置していてもよい。種々の材料を用いてサーモパイル１０８を形成できる。例えば、開示した主題の一実施形態において、サーモパイル１０８は、薄膜アンチモン−ビスマスサーモパイルである。サーモパイル１０８の材料は、高い導電率、低い熱伝導率、及び高いゼーベック係数を有するように選択してもよい。また例えば、サーモパイル１０８の材料は、高い熱電効率を与える複数組の材料、例えばｎ型及びｐ型テルル化ビスマス、及びｎ型及びｐ型テルル化アンチモン、を含んでもよい。クロム、ニッケル、ビスマス、アンチモン、テルル化ビスマス、及びテルル化アンチモンをはじめとする多数の金属、半導体、及びそれらの化合物をサーモパイル１０８の製造に用いることができる。
【００２８】
開示した主題の他の実施形態において、熱電センサーは、反応チャンバー熱電センサーと参照チャンバー熱電センサーとを含んでもよく、これらは対応するマイクロチャンバーにおける反応の絶対温度を測定するものである。従って、熱電センサーによって測定した温度の差を計算することにより、温度差を求めることができる。
【００２９】
開示した主題に係る装置は更に、一つ以上の混合器を含んでもよい。混合器は、例えば、受動マイクロカオス混合器であってもよい。図２には、開示した主題に係る装置２００の簡略図が示されている。装置２００は、蛇行チャンネル状のマイクロ混合器２２２Ａ及び２２２Ｂを含む。しかしながら、他の構成をマイクロ混合器に用いてもよい。マイクロ混合器２２２Ａ及び２２２Ｂは、蛇行チャンネルの天井部に突起２２４を含み、流入する複数の流れを混合するようなカオス的なフローパターンを生成する。突起は、例えば、図２に示すように、杉綾状の稜部であってもよい。
【００３０】
装置２００は更に、試料、試薬、緩衝液等をマイクロ混合器２２２Ａ及び２２２Ｂに導入するための導入口２２６Ａ〜２２６Ｄを含んでもよい。導入口２２６Ａ〜２２６Ｄは、多種の構成で提供できる。導入口２２６Ａ〜２２６Ｄは、試料、試薬、 緩衝液等を導入口からマイクロ混合器２２２Ａ及び２２２Ｂに輸送するチャンネルに接続してもよい。試料、試薬、緩衝液等は、開示の方法の例示的実施形態に関連し以下に説明するように導入してもよい。
【００３１】
装置２００は更に、試料、試薬、緩衝液等をマイクロチャンバー２０２及び２０４から取り出すための廃物排出口２２８含んでもよい。
【００３２】
図３には、開示した主題に係る装置の第二実施形態が示してある。装置３００は、蛇行参照チャンバー３０２と蛇行反応チャンバー３０４とを含む。参照チャンバー３０２及び反応チャンバー３０４は、空気空洞３０６によって熱的に隔離されている。また、サーモパイル３０８も示されている。蛇行マイクロチャンバー３０２及び３０４を使用すると、より多くのサーモパイル接点に対応でき、また熱的隔離を改善できる。
【００３３】
図１Ａを更に参照すると、この装置は更に、一つ以上の接触パッド１３０及び１３２を含んでもよい。接触パッドは、装置と種々の電子回路との間のインターフェースを提供できる。例えば、接触パッド１３０はサーモパイル１０８に連結される。特に、サーモパイル１０８の端部は、接触パッド１３０を部分的に覆うように設計してもよい。サーモパイル１０８の端部と接触パッド１３０との接着は、粗面化又は化学修飾によって高めることができる。フリップチップボンディング法によって設計外装を提供することもできる。サーモパイル１０８の出力は、参照チャンバー１０２と反応チャンバー１０４との間の温度差を示す電圧である。接触パッド１３０は、出力電圧を測定し解析する電子回路に連結してもよい。本明細書における用語「連結」は、直接電気的接続（例えば、はんだ付けされたワイヤー又はワニ口クリップを介した接続）等の直接連結、更にはワイヤレス通信を介した間接結合を含む。
【００３４】
開示した主題の一実施形態に係る接触パッド１３０に連結できる電子回路を図５に示す。接触パッド５０２は、熱量計と一つ以上の電子回路５００との間のインターフェースとして機能する。接触パッド５０２は、電圧計５０４に結合される。本明細書における用語「電圧計」は、電圧計やマルチメーターをはじめとする、直接又は間接電圧測定に用いることができる任意の機器を包含することを意図している。電圧計５０４は少なくとも一つのプロセッサーを含んでもよい。
【００３５】
電圧計５０４は、計算装置５０６に連結してもよい。計算装置は、一つ以上の電子回路により構成される一つ以上のプロセッサーを含む。計算装置５０６は、記憶装置５０８に連結してもよい。
【００３６】
計算装置５０６、同様にその各構成要素は、従来技術で知られた種々の方法によって提供できる。例えば、計算装置の各構成要素は、単一の集積プロセッサーを用いて提供できる。又は、各構成要素は、別個のプロセッサー上に提供できる。計算装置５０６の一つ以上の構成要素は、独立した装置ではなく、電圧計５０４と組み合わされてもよい。
【００３７】
少なくとも一つのプロセッサーは、一つ以上の電子回路を含んでもよい。一つ以上の電子回路は、開示した主題をハードウェアのみを用いて実現するように設計してもよい。又は、プロセッサーは、記憶装置５０８に記憶されたコンピューターコードにより規定される命令を実行するように設計してもよい。記憶装置５０８は、ハードディスク、リムーバブル記憶媒体、又は任意の他の非一時的記憶媒体であってもよい。このような非一時的コンピューター可読媒体は、実行時に少なくとも一つのプロセッサーに本明細書に開示の方法を実行させる命令を記憶できる。
【００３８】
計算装置５０６は、出力電圧をそのベースラインに基づいて調整する調整要素５１０、出力電圧に基づいて熱電力差を求める熱電力差要素５１２、熱電力差に基づいて熱力学反応パラメーターを計算する反応キャラクタリゼーション要素５１４をはじめとする多数の構成要素を含んでもよい。
【００３９】
図１Ａを更に参照すると、接触パッド１３２を、センサー１３４及びヒーター１３６に接続してもよい。センサー１３４及びヒーター１３６は、温度のその場監視及びオンチップでのデバイス較正に用いることができる。センサー１３４及びヒーター１３６は、単一の一体化ユニットであってもよい。例えば、この装置は、一体化された薄膜マイクロ抵抗温度センサー／ヒーターを含んでもよい。センサー１３４は、チャンバー温度をリアルタイムで監視でき、ヒーター１３６は、熱量測定の較正のために、チャンバーに熱を与え一定の電力差を生成できる。センサー１３４及びヒーター１３６は、例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて作製できる薄膜抵抗体であってもよい。実際、ジュール熱は、電流をヒーター１３６に通じることにより生成できる。従って、局所的な温度は、温度と電気抵抗との間の較正された関係に基づき、センサー１３４により決定できる。
【００４０】
ヒーター１３６は、温度調節に用いることもできる。例えば、開示した主題の実施形態において、時間周期的な変動、即ち交流変調熱を、サーマルエンクロージャーの加熱の際に参照及び試料材料に導入してもよい。これにより、生体分子の熱緩和を可能とする温度変調がもたらされ、更に、生化学反応信号を広帯域バックグラウンドノイズにおける変調周波数において容易に抽出可能となる。ヒーター１３６は、オンチップ加熱用の種々の周波数、振幅、及び他のパラメーターを提供できる波形発生器によって制御してもよい。
【００４１】
マイクロヒーターの材料は、例えば、クロム／金（Ｃｒ／Ａｕ）等の種々の金属又は金属合金から選択できる。接触パッド１３２は、本明細書に開示の温度監視機能及びオンチップ装置較正機能を実行するために、図５に関連して説明した回路に類似した電子回路に接続してもよい。
【００４２】
図６には、開示した主題に係る装置の製造方法の例が示されている。この方法は、シリコンウェファー等の基板６０２から始める。ポリイミド層６０４を６（ａ）における基板６０２に積層する。ポリイミド層はスピンコーティングによって基板に被覆してもよい。また、一対の空洞を、固体基板の裏面の、熱量測定チャンバーに対応する領域に、ＴＭＡＨによるエッチングにより形成してもよい。ポリイミド層を硬化後、マイクロヒーター及び温度センサーを、例えばＣｒ／Ａｕ等の金属又は金属合金の熱蒸着により積層してもよい。次いで、接触パッド６０６を、６（ｂ）におけるポリイミド層６０４の上に積層してもよい。接触パッドは、クロム、金、それらの混合物をはじめとする種々の材料から形成できる。次いで、サーモパイル６０８を、熱蒸着により装置に追加し、標準的なリフトオフプロセスを用いてパターン化してもよい。サーモパイル６０８は、アンチモン−ビスマスサーモパイルであってもよい。次いで、上層６１０を、例えばスピンコーティングによって６（ｃ）におけるサーモパイル６０８の上に形成してもよい。上層６１０は、ポリイミド−ＰＤＭＳ混合物から形成してもよい。次いで、ＰＤＭＳ層６１２を、６（ｄ）における上層６１０の上に配置してもよい。ＰＤＭＳ層６１２は、マイクロチャンバー及びマイクロ混合器を含んでもよい。特に、マイクロ成形技術を用い、マイクロチャンバー及びマイクロ混合器を上層６１０の上に形成してもよい。最後に、導入口及び排出口６１４を６（ｅ）の装置上に配置してもよい。
【００４３】
開示した主題の実施形態に係る、温度差を測定し反応のキャラクタリゼーションを行う例示的方法を図７０２に示す。おおまかに、本方法は、装置を較正することと、装置の出力のベースラインを測定することと、試料と反応物とを混合することと、試料と緩衝液とを混合することと、温度差を測定することと、熱電力を求めることと、熱力学反応パラメーターを計算することとを含んでもよい。
【００４４】
最初に、７０２において熱量測定装置を較正する。例えば、従来知られた較正手法が、ビン・ワン（Ｂｉｎ  Ｗａｎｇ）及びシャオ・リン（Ｑｉａｏ  Ｌｉｎ）による、生体分子の熱力学的キャラクタリゼーション用ＭＥＭＳ示差走査熱量センサー、Ｊ．  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ２１：５，１１６５−１１７１（Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０１２）に記載されており、この文献の全体を、あらゆる目的について参照により本明細書に援用する。
【００４５】
次いで７０４において、装置の出力のベースラインを測定してもよい。例えば、サーモパイルを用いて温度差を測定する場合、反応が無い場合のサーモパイルの出力電圧を測定してもよい。これは、試料と緩衝液との混合物を各チャンバーに導入することにより行ってもよい。装置出力のベースラインは、後の使用のために、図５に示すような記憶装置５０８に記憶してもよい。
【００４６】
次いで７０６において、試料と反応物とを混合してもよい。実質的に平行して、７０８において、試料と緩衝液とを混合してもよい。混合は、図２に示す混合器のような受動カオス混合器を用いて行ってもよい。装置２００を用いる際、試料を導入口２２６Ａ及び２２６Ｃに導入し、緩衝液を導入口２２６Ｂに導入し、反応物を導入口２２６Ｄに導入する。試料と反応物とは、混合器２２２Ａにおいて受動的に混合され、反応チャンバー２０４に投入される。試料と緩衝液とは、混合器２２２Ｂにおいて受動的に混合され、参照チャンバー２０２に投入される。等温滴定熱量測定（ＩＴＣ）に用いられる任意の従来の滴定手法を用いてもよい。
【００４７】
開示した主題の実施形態において、ＭＥＭＳ装置における滴定は、一連の個別の反応について行ってもよく、各反応において反応物は特定のモル比とする。反応物の導入には、液体カートリッジセグメント用いてもよい。例えば、濃度の異なる結合試薬を調製し、試料は濃度を一定として調製する。それゆえ、モル比は、試料及び結合試薬の体積を同一（例えば、０．５μＬ）に保った状態で変化させることができる。試料及び結合試薬はそれぞれ、空気によって順次分離された長尺のアクセスチューブに（モル比が反応物セグメントの並びに沿って変化するように）装填してもよい。アクセスチューブはマルチポートシリンジポンプによって駆動される。各モル比において、シリンジポンプは、正確な量の試料及び試薬を熱測定用の反応チャンバーに送ることができ、同様に試料及び緩衝液も参照チャンバーに送ることができる。チャンバー又は混合器を洗浄する目的で、緩衝液セグメントを、二個の連続する反応物セグメントの間に加えてもよい。
【００４８】
図７を更に参照すると、７１０において反応の温度差を測定する。測定は、サーモパイル等の熱電センサーを用いて行ってもよい。サーモパイルは温度差を示す電圧を出力できる。次いで、出力電圧は、７０４において測定した装置出力のベースラインに基づいて調整してもよい。
【００４９】
次いで７１２において、温度差を用いて反応に関する熱電力を求めてもよい。熱電力差ΔＰは以下のように計算できる。
【数１】
2015526720.tif 000003
ここで、ΔＵは、熱電センサーからの出力であり、Ｓは熱電感度、即ち単位熱電力差により生成される出力電圧である。
【００５０】
次いで７１４において、熱電力差を用いて熱力学反応パラメーターを計算してもよい。通常、試料分子Ｍと結合試薬Ｘとの間の生化学反応は以下のように表すことができる。
【数２】
2015526720.tif 000004
ここで、反応により生成物ＭＸが生じ、エンタルピー変化ΔＨが伴う。ＩＴＣにおいて、結合試薬Ｘを滴定し、即ち既知量の結合試薬Ｘが連続して加えられ、反応熱を測定する。反応熱が測定される。反応熱を用いて、平衡結合定数ＫＢ＝［ＭＸ］／［Ｘ］［Ｍ］（［・］は化学種の平衡濃度を表す）、化学量論比Ｎ＝ｎ１／ｎ２、及びモルエンタルピー変化ΔＨを含む、反応の熱力学的性質を計算する。特に、反応熱は、熱電力差に基づいて計算できる。生化学反応は以下のように表すことができる。
【数３】
2015526720.tif 000005
ここで、Ｑはモル比ｒ＝Ｘｔ／Ｍｔで発生する生化学反応熱、Ｖ０は反応の有効体積、Ｍｔは体積Ｖ０の反応セルにおける試料の総濃度（遊離＋結合）、Ｘｔは試料溶液に滴定した試薬の総濃度である。
【００５１】
熱力学反応パラメーターを計算するために、熱電力差の積分を算出する。得られた値を、生化学反応熱として用いる。異なるモル比を採用した多数の試験での測定電圧値に基づき、多数のデータポイントを収集できる。次いで、熱力学反応パラメーターを計算するために、得られたデータを式（３）にフィットさせる。フィッティングは、定められた用途のための任意の従来のフィッティング法を用いて行ってもよい。
【実施例】
【００５２】
カオス混合器及び熱量測定チャンバーを、多重積層ＳＵ−８成形に基づいたＰＤＭＳ複製手法を用いて、一枚のシート内に製造した。微細加工された装置には、５０接点Ｓｂ−Ｂｉサーモパイルと、中心間離隔距離が４ｍである２個の０．７５μＬ熱量測定チャンバーとが一体化されている。熱量測定チャンバーはシリンダー形状であり、高さは１５０μｍ、直径は２．５ｍｍであった。カオス混合器は、蛇行マイクロチャンネル（幅：２００μｍ、高さ１５０μｍ、長さ：約１５ｍｍ）であり、幅４０μｍ、高さ５０μｍ、チャンネルの側壁に対する配向角が６０°の杉綾状の稜部を天井部に複数有しており、隣接する稜部の端部間距離は３０μｍであった。一体化抵抗マイクロヒーター及び温度センサーの公称抵抗値はそれぞれ４０Ωと５５Ωであった。埋め込みサーモパイル８０２及びカオス混合器８０６を備えた熱量測定チャンバー８０４を含む熱基板及びＰＤＭＳ構造における特定の要素を図８に示す。
【００５３】
ＭＥＭＳ−ＩＴ装置を試験するため、サーマルエンクロージャーを専用に作製して装置を収容し、周囲からの熱的擾乱を遮蔽し、また装置に導入される溶液の温度が均一に制御されるようにした。サーマルエンクロージャーは、ベースから試料ステージを吊り下げることによる更なる熱的隔離、質量の大きなベースとゴム緩衝層とによる振動絶縁、及び装置への複数ポートミクロ流体貫通接続によって改良した。サーマルエンクロージャーの温度制御は、市販の温度調節器（Ｌａｋｅｓｈｏｒｅモデル３３１）によって実行した。装置をサーマルエンクロージャー内の試料ステージ上に置く前に、まず、電気的相互接続ワイヤー及び流体相互接続チューブを用いてパッケージ化した。
【００５４】
装置の較正に用いるオンチップマイクロヒーターは、ＤＣ電源（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｅ３６３１Ａ）によって制御し、熱量測定チャンバーに一定の加熱電力差を生じさせた。デジタルマルチメーター（Ａｇｉｌｅｎｔ  ３４１０Ａ）によって、熱量測定チャンバーの温度のその場監視に用いられるオンチップ温度センサーのデータを得た。サーモパイルの出力電圧（チャンバー間の温度差に比例）はナノ電圧計（Ａｇｉｌｅｎｔ  ３４４２０Ａ）によって測定した。熱量測定チャンバーの温度監視及び熱電測定は、ＬａｂＶＩＥＷベースのプログラムによりパーソナルコンピューターを用いて自動化した。生物学試料及び緩衝液は、自家製真空チャンバーで脱ガスし、計量し、マルチ注入シリンジポンプ（ＫＤ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、ＫＤＳ２２０）を用いてＭＥＭＳ−ＩＴＣ装置に導入した。
【００５５】
最初に、オンチップマイクロヒーターによって生成された電力差に対する定常及び過渡応答を測定することにより、装置を較正した。ＩＴＣ測定の前に、装置の出力のベースライン、即ち、反応が起こらない場合のサーモパイル出力電圧を、試料と緩衝液とを熱量測定チャンバーに導入して測定した。ＩＴＣ測定の間、サーマルエンクロージャーにより、反応温度が制御されたものとなり、バイオ熱電力差を示すサーモパイル出力をリアルタイムで検出し、更に一体化マイクロ温度センサーにより熱量測定チャンバーの温度を監視した。注入毎のリガンドと試料の体積は、０．５μＬに固定したが、注入するリガンドの濃度を変えることによりモル比を調節した。装置出力のベースラインは、生体分子の熱力学的性質を求めるための測定信号から常に差し引いた。
【００５６】
ＭＥＭＳ−ＩＴＣ装置の熱時定数は、最初に９０μＷの電力段差をかけて次いで装置の出力が平衡に達した後にオフにすることにより較正した。装置の出力電圧は、電力差をかけてその後取り除いた際に、それぞれ一次の指数的成長関数及び一次の指数的減衰関数にフィットすることが分かり、熱時定数は、約１．５秒と求められた。更に、装置の定常応答を、異なる電力差に対して較正し、一定の熱電感度Ｓ＝４．９ｍＶ／ｍＷを示す線形関係が観察された。装置の感度も、（サーマルエンクロージャーによってもたらされる）２０℃〜４５℃の制御器温度で較正し、感度の相対標準偏差が３％より小さく殆ど変化しないことが分かった。
【００５７】
次いで、ベースライン安定性及び検出特異性を、ともに滅菌水中で調製された１８−Ｃｒｏｗｎ−６（１８−Ｃ−６）と塩化バリウム（ＢａＣｌ２）との標準化学反応を用いて試験した（これらの薬品はＳｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈから入手した）。５０μＬ／ｍｉｎの流量で、これらの溶液を熱量測定チャンバーに１秒以内で注入した。データ取得レートを２ｓ−１として装置の出力をリアルタイムで監視したが、注入後には認め得る減衰は観察されなかった。これは、反応物が完全に混合されたことを意味している。図９に、反応チャンバーに４ｍＭ  ＢａＣｌ２及び５ｍＭ  １８−Ｃ−６（各０．５μＬ）を導入した際の時間分解サーモパイル電圧と滅菌水及び５ｍＭ  １８−Ｃ−６（各０．５μＬ）を導入した際の信号との比較を示す。これらの測定において、参照チャンバーには滅菌水及び５ｍＭ  １８−Ｃ−６を注入し、より低いバックグラウンドノイズの機器構成のため、データ取得レート０．２ｓ−１を用いた。装置のベースラインは測定の間には安定しており、１８−Ｃ−６とＢａＣｌ２との結合の発熱特性に起因する反応特有スパイクを示した。反応は約２０〜３０秒で完了し、その間における、溶液の注入及び混合による干渉は通常無視できる。
【００５８】
次いで、ＭＥＭＳ−ＩＴＣ装置を生体分子相互作用のキャラクタリゼーションに用いた。ＢａＣｌ２−１８−Ｃ−６反応を用い、ＩＴＣ測定を検証した。モル質量比（ＭＢＡＣｌ２／Ｍ１８−Ｃ−６）を０．１から２まで変えると、ベースライン減算装置出力は、滴定反応に見合ったスパイクを示した。ベースライン減算装置出力を図１０に示す。市販のＩＴＣ機器で行われるような、１８−Ｃ−６の単一試料へＢａＣｌ２を数回に分けて加えることにより生じる熱を測定するのではなく、本ＩＴＣ実験は、それぞれ濃度範囲を限定されたＢａＣｌ２（０．５〜１０ｍＭ）と一定の濃度の１８−Ｃ−６（５ｍＭ）を用いた複数の個別の測定として行った。各測定は、約５分で完了した。
【００５９】
サーモパイル電圧を用い、式１に基づいてバイオ熱電力を計算した。次いで、バイオ熱電力を用い、プロセス中のバイオ熱電力の積分により、反応熱を計算した。
【００６０】
１８−Ｃ−６とＢａＣｌ２との反応の結合等温式及びフィッティング曲線を図１１に示す。エラーバーは各モル比における３回の測定の標準偏差を示す。なおここで、この特定のＢａＣｌ２−１８−Ｃ−６系において、本装置の検出可能試料濃度は、従来の機器の検出可能試料濃度（約１ｍＭ）に匹敵するものであるが、試料の体積は３桁ほど少なかった。
【００６１】
ＩＴＣ測定は、１８−Ｃ−６とＢａＣｌ２との生化学反応について温度が２３℃及び３５℃に制御されて行われ、得られた結合等温式を用いて温度依存の熱力学的性質Ｎ，ＫＢ、及びΔＨを算出した。特に、温度を２３℃から３５℃に上げると、Ｎは１．００から１．０５へと若干上昇し、ＫＢは約６．０×１０−３から２．０×１０−３Ｍ−１に減少し、ΔＨは３０．０から２７．８ｋＪ／ｍｏｌへと減少し、温度による若干の結合の弱体化の傾向を示した。図１２に示すように、これらの性質及び適切な測定により得られたそれらの温度依存性は、市販の熱量計を用いた公表データと適度に一致している。
【００６２】
更に、ＭＥＭＳ−ＩＴＣ装置を、シチジン２’−モノ燐酸塩（２’ＣＭＰ）とリボヌクレアーゼＡ（ＲＮａｓｅ  Ａ）との例証的な系を用い、例えばリガンド−タンパク質結合等の生体分子相互作用のキャラクタリゼーションに対して適用した。２’ＣＭＰは、ＲＮａｓｅ  Ａの活性部位に結合する基質の強い抑制剤として知られている。両試薬は、ｐＨ５．５の５０ｍＭ酢酸カリウム緩衝液中で調製した。この場合も同様に、モル比（２’ＣＭＰ／ＲＮａｓｅ  Ａ）を０．１から２へと変えていくと、装置出力は、図１３に示すように、モル比に対応した滴定依存スパイクを示した。温度を２３℃と３５℃とに制御して、２’ＣＭＰ−ＲＮａｓｅ  Ａ結合のＩＴＣ測定も行い、各モル比における３回の測定のエラーバーを用いた。次いで、生体分子相互作用に関連した温度依存熱力学的性質を、式３に説明したモデルへの実験データのフィッティングにより求めた。図１４に示すように、この場合も結果は、市販のＩＴＣ機器を用いた公表データと適度に一致した。２’ＣＭＰ−ＲＮａｓｅ  Ａ相互作用に関し、ＲＮａｓｅ  Ａの妥当に検出可能な濃度は２ｍＭ程度に低くできる。これらの結果は、本ＭＥＭＳ−ＩＴＣ装置の、様々な生体分子相互作用の効率的なキャラクタリゼーションに対する有用性を示している。
【００６３】
上述のものは開示した主題の原理を示すものにすぎない。上述の実施形態に対する様々な修正や変更は、本発明者らによる本明細書の教示に鑑み、当業者には明らかである。既存の微小電気機械又は熱量測定システムの特徴は、開示した主題の例示的実施形態または類似のシステムに、シームレスに組み込むことができる。従って、当業者は、本明細書には明示的に示されも記載されてもいないが、開示した主題の原理を具現化し、従って開示した主題の精神と範囲内にある多数のシステム及び方法を考案できるこことは言うまでも無い。
【図１Ａ】
2015526720.tif 000006
【図１Ｂ】
2015526720.tif 000007
【図１Ｃ】
2015526720.tif 000008
【図２】
2015526720.tif 000009
【図３】
2015526720.tif 000010
【図５】
2015526720.tif 000011
【図６Ａ】
2015526720.tif 000012
【図６Ｂ】
2015526720.tif 000013
【図６Ｃ】
2015526720.tif 000014
【図６Ｄ】
2015526720.tif 000015
【図６Ｅ】
2015526720.tif 000016
【図７】
2015526720.tif 000017
【図９】
2015526720.tif 000018
【図１０】
2015526720.tif 000019
【図１１】
2015526720.tif 000020
【図１２】
2015526720.tif 000021
【図１３】
2015526720.tif 000022
【図１４】
2015526720.tif 000023
【図８Ａ】
2015526720.tif 000024
【図８Ｂ】
2015526720.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月10日(2015.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
開示した主題の実施形態に係る、温度差を測定し反応のキャラクタリゼーションを行う例示的方法を図７に示す。おおまかに、本方法は、装置を較正することと、装置の出力のベースラインを測定することと、試料と反応物とを混合することと、試料と緩衝液とを混合することと、温度差を測定することと、熱電力を求めることと、熱力学反応パラメーターを計算することとを含んでもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
次いで７０６において、試料と反応物とを混合してもよい。実質的に平行して、７０８において、試料と緩衝液とを混合してもよい。混合は、図２に示す混合器のような受動カオス混合器を用いて行ってもよい。装置２００を用いる際、試料を導入口２２６Ａ及び２２６Ｃに導入し、緩衝液を導入口２２６Ｂに導入し、反応物を導入口２２６Ｄに導入する。試料と反応物とは、混合器２２２Ｂにおいて受動的に混合され、反応チャンバー２０４に投入される。試料と緩衝液とは、混合器２２２Ａにおいて受動的に混合され、参照チャンバー２０２に投入される。等温滴定熱量測定（ＩＴＣ）に用いられる任意の従来の滴定手法を用いてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
カオス混合器及び熱量測定チャンバーを、多重積層ＳＵ−８成形に基づいたＰＤＭＳ複製手法を用いて、一枚のシート内に製造した。微細加工された装置には、５０接点Ｓｂ−Ｂｉサーモパイルと、中心間離隔距離が４ｍｍである２個の０．７５μＬ熱量測定チャンバーとが一体化されている。熱量測定チャンバーはシリンダー形状であり、高さは１５０μｍ、直径は２．５ｍｍであった。カオス混合器は、蛇行マイクロチャンネル（幅：２００μｍ、高さ１５０μｍ、長さ：約１５ｍｍ）であり、幅４０μｍ、高さ５０μｍ、チャンネルの側壁に対する配向角が６０°の杉綾状の稜部を天井部に複数有しており、隣接する稜部の端部間距離は３０μｍであった。一体化抵抗マイクロヒーター及び温度センサーの公称抵抗値はそれぞれ４０Ωと５５Ωであった。埋め込みサーモパイル８０２及びカオス混合器８０６を備えた熱量測定チャンバー８０４を含む熱基板及びＰＤＭＳ構造における特定の要素を図８に示す。
【国際調査報告】
2015526720.tif 000026
2015526720.tif 000027