(57)【要約】      （修正有）【課題】微小流体システムに物質を導入する方法の提供。【解決手段】  複数のソースから微小流体システムに物質を導入する方法であって、該微小流体システムは、端部を有するキャピラリーチャネルと、電圧電位を該微小流体システムの電極に印加するための電圧ソースとを有し、該方法は、該キャピラリーチャネルの端部を対象物質ソースに接触させる工程と、該電極に関して該対象物質ソースに電圧を印加する工程と、所定のイオン濃度を有するスペーサ物質のソースを選択する工程と、該電極に関して該スペーサ物質ソースに電圧を印加する工程と、スペーサ物質によって分離される複数の異なる物質が、該異なる物質間で混合することなく、該キャピラリーチャネル内に動電学的に導入され、該微小流体システムに向かって輸送されるように、異なる物質ソースを用いて上記工程を繰り返す工程とを包含する、方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のソースから微小流体システムに物質を導入する方法であって、該微小流体システムは、端部を有するキャピラリーチャネルと、電圧電位を該微小流体システムの電極に印加するための電圧ソースとを有し、該方法は、
該キャピラリーチャネルの端部を対象物質ソースに接触させる工程と、
該ソースからの該対象物質が、該微小流体システムに向かって該キャピラリーチャネル内に動電学的に導入されるように、該電極に関して該対象物質ソースに電圧を印加する工程と、
所定のイオン濃度を有するスペーサ物質のソースを選択する工程と、
該スペーサ物質が、該対象物質の次に、該キャピラリーチャネル内に動電学的に導入されるように、該電極に関して該スペーサ物質ソースに電圧を印加する工程と、
スペーサ物質によって分離される複数の異なる物質が、該異なる物質間で混合することなく、該キャピラリーチャネル内に動電学的に導入され、該微小流体システムに向かって輸送されるように、異なる物質ソースを用いて上記工程を繰り返す工程とを包含する、方法。
【請求項２】
前記スペーサ物質が、高イオン濃度の溶液を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スペーサ物質が、実質的に混合不可能な流体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記スペーサ物質が、イオン透過孔を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記キャピラリーチャネルが、約１０〜１０００（μｍ)2の断面積を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記キャピラリーチャネルの端部を前記対象物質ソースに接触させる前記工程と、前記スペーサ物質が該キャピラリーチャネル内に動電学的に導入されるように、前記第１の電極に関して前記スペーサ物質ソースに電圧を印加する前記工程とが、
該キャピラリーチャネルの端部を第１のスペーサ物質のソースに配置する工程と、
該第１のスペーサ物質が、該キャピラリーチャネル内に動電学的に導入されるように、該電極に関して該第１のスペーサ物質のソースに電圧を印加する工程と、
該キャピラリーチャネルの端部を第２のスペーサ物質のソースに配置する工程と、
該第２のスペーサ物質が、該キャピラリーチャネル内に動電学的に導入されるように、該電極に関して該第２のスペーサ物質のソースに電圧を印加する工程と、
複数の異なる対象物質が該第１、第２および第１のスペーサ物質の領域によって分離されるように、上記工程のうちの最初の２工程を繰り返す工程とをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のスペーサ物質が、高イオン濃度の溶液を含み、前記第２のスペーサ物質が、低イオン濃度の溶液を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記キャピラリーチャネルの端部が前記物質またはスペーサソースに接するときに第２の電極がソースに接するように、該第２の電極を該キャピラリーチャネルから該キャピラリーチャネルの端部に沿って配置する工程をさらに包含し、前記電圧印加工程が、前記微小流体システムの電極と、前記第２の電極との間に電圧差を作り出す工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記電圧印加工程が、前記微小流体システムの電極に関して、前記対象物質またはスペーサソースに負の電圧を印加する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
複数の対象物質を、チャネルに沿って第１の場所から第２の場所に移動させるための微小流体システムであって、該微小流体システムが、
該第１の位置および該第２の位置に電圧差を作り出すためのソースと、
該チャネルにある複数の対象物質領域であって、高イオン濃度の第１のスペーサ領域と、低イオン濃度の少なくとも１つの第２のスペーサ領域とによって分離される複数の対象物質領域とを含む、システム。
【請求項１１】
複数の対象物質領域を、チャネル上の第１の点から第２の点に輸送するための微小流体システムであって、該微小流体システムが、
各対象物質領域の両側にある一対の第１のスペーサ領域であって、高イオン濃度を有する第１のスペーサ領域と、
少なくとも１つの第２のスペーサ領域であって、低イオン濃度を有する第２のスペーサ領域とを含む、システム。
【請求項１２】
前記第２のスペーサ領域が、前記第１のスペーサ領域よりも少なくとも２桁小さい大きさのイオン濃度を有する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２のスペーサ領域が、１〜１０ｍＭの範囲のイオン濃度を有し、前記第１のスペーサ領域が、１００〜１０００ｍＭの範囲のイオン濃度を有する、請求項１２に記載の微小流体システム。
【請求項１４】
基板に配置される少なくとも第１のチャネルおよび少なくとも第２のチャネルを有する該基板であって、該少なくとも第２のチャネルは該第１のチャネルと交差しており、該第１のチャネルは、該第２のチャネルよりも深い基板と、
電気浸透流体方向付けシステムとを含む、微小流体システム。
【請求項１５】
前記少なくとも第１のチャネルが、前記第２のチャネルよりも少なくとも２倍深い、請求項１４に記載の微小流体システム。
【請求項１６】
前記少なくとも第１のチャネルが、前記第２のチャネルよりも少なくとも５倍深い、請求項１４に記載の微小流体システム。
【請求項１７】
前記少なくとも第１のチャネルが、前記第２のチャネルよりも少なくとも約１０倍深い、請求項１４に記載の微小流体システム。
【請求項１８】
電気浸透流体方向付けシステムにおいて、流体ストリームを第１のチャネルに沿って制御可能に送達する方法であって、前記第１のチャネルが、少なくとも第２のチャネルと交差し、該流体ストリームが、異なるイオン濃度を有する少なくとも２つの流体領域を含み、該方法が、該第１のチャネルに、該第２のチャネルよりも大きい深さを与える工程を包含する、方法。
【請求項１９】
微小流体チャネル内で流体サンプルを輸送する方法であって、
少なくとも、第１のイオン濃度を有する第１の流体物質のプラグを、該チャネルに導入する工程と、
少なくとも第１のサンプル流体プラグを該チャネルに導入する工程と、
少なくとも、該第１のイオン濃度を有する第２の流体物質プラグを、該チャネルに導入する工程と、
少なくとも、第２のイオン濃度を有する第３の流体物質プラグを導入する工程とを包含し、該第２のイオン濃度は、該第１のイオン濃度よりも低く、
該チャネルに電圧を印加する工程をさらに包含する、方法。
【請求項２０】
前記少なくとも第１の流体物質プラグ、前記少なくともサンプル流体プラグ、前記少なくとも第２の流体物質プラグ、および前記少なくとも第３の流体物質プラグを導入する前記工程が、
前記チャネルの端部を、該少なくとも第１の流体物質のソースと接触させて、該少なくとも第１の流体物質のソースから該チャネルに電圧を印加し、それにより、該第１の流体物質が、該チャネルに導入される工程と、
該チャネルの端部を、該少なくとも第１のサンプル流体のソースと接触させて、該少なくとも第１のサンプル流体の該ソースから該チャネルに電圧を印加し、それにより、該第１のサンプル流体が、該チャネルに導入される工程と、
該チャネルの端部を、該少なくとも第２の流体物質のソースと接触させて、該少なくとも第２の流体物質の該ソースから該チャネルに電圧を印加し、それにより、該第２の流体物質が、該チャネルに導入される工程と、
該チャネルの端部を、該少なくとも第３の流体物質のソースと接触させて、該少なくとも第３の流体物質の該ソースから該チャネルに電圧を印加し、それにより、該第３の流体物質が、該チャネルに導入される工程とを包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
チャネルを有する基板の使用であって、少なくとも第１の対象物質を、該チャネルに沿って少なくとも第１の場所から第２の場所に輸送する際に、印加電圧のために該チャネルに沿って輸送される少なくとも１つの低イオン濃度領域を用いる、使用。
【請求項２２】
前記１つの領域のイオン濃度が、前記対象物質のイオン濃度よりも低い、請求項２１に記載の使用。
【請求項２３】
高イオン濃度のスペーサ領域によって分離される複数の対象物質が輸送される、請求項２１または２２に記載の使用。
【請求項２４】
前記基板が、微小流体システムである、請求項２１から２３のいずれかに記載の使用。
【請求項２５】
流れ状態を最適にする際の微小流体システムの使用であって、該微小流体システムが、少なくとも第１および第２の流体チャネルを有し、該チャネルが、異なる深さを有する、使用。
【請求項２６】
一方のチャネルが、他方のチャネルよりも２倍〜１０倍深い、請求項２５に記載の使用。
【請求項２７】
チャネルを有する基板を含む微小流体システムであって、印加電圧のために該チャネルに沿って輸送される少なくとも１つの低イオン濃度領域を用いて、少なくとも第１の対象物質が該チャネルに沿って少なくとも第１の場所から第２の場所に輸送される、微小流体システム。
【請求項２８】
前記１つの領域のイオン濃度が、前記対象物質のイオン濃度よりも実質的に低い、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
高イオン濃度のスペーサ領域によって分離される複数の対象物質が輸送される、請求項２７または２８に記載のシステム。
【請求項３０】
流れ状態を最適にするために、互いに交差する少なくとも第１および第２の流体チャネルを有し、該チャネルが、異なる深さを有する、微小流体システム。
【請求項３１】
一方のチャネルが、他方のチャネルよりも２倍〜１０倍深い、請求項３０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本願は、1996年６月28日付けで出願された米国特許出願シリアルNo.08/671,986 号の一部継続出願である1996年12月６日付けで出願された米国特許出願シリアルNo.08/760,446 号の、一部継続出願である。これら全ての出願の全体を、本明細書において参考のためあるゆる目的で援用する。
【背景技術】
【０００２】
化学的および生化学的情報の取得のための、微小流体(microfluidic)システムの製造および使用に対する関心が高まってきている。通常は半導体エレクトロニクス産業に関連する、フォトリソグラフィー、ウェット化学エッチングなどの技術が、これらの微小流体システムの製造にも用いられている。「微小流体」の用語は、一般にはミクロンまたはミクロン以下の規模で（例えば少なくとも１つの断面寸法が約０．１μｍから約５００μｍの範囲を有するような）、チャネルおよびチャンバを有するシステムまたはデバイスを指す。微小流体システムの製造のための平面チップ技術の使用の初期的な考察が、ManzらのTrends in Anal．Chem.(1990) 10(5):144-149 および、ManzらのAvd. in Chromatog.(1993) 33:1-66に記載されている。これらは、シリコンおよびグラス基板における、上述のような流体デバイス、特に微小キャピラリーデバイスの製造を記載している。
【０００３】
微小流体システムの応用例は無数にある。例えば、1996年２月15日付けで公開された国際特許出願WO 96/04547 は、キャピラリー電気泳動、液体クロマトグラフィー、フロー注入分析、ならびに化学反応および合成に微小流体システムを使用することを記載している。1996年６月28日付けで提出された米国特許出願シリアルNo.08/671,987 号（本明細書において参考のために援用する）は、化学系、そして好ましくは生化学系において多数の化合物の影響を素早くアッセイする際の、微小流体システムの幅広いアプリケーションを開示している。「生化学系」の語句は、生きた生物体中に一般に見られるタイプの分子に関わる化学的相互作用を一般に指す。そのような相互作用には、酵素的反応、結合反応、シグナル伝達反応(signaling reaction)およびその他の反応を含む、生存している系の中で起こる多様な異化および同化反応が含まれる。特に関心の高い生化学系は、例えば、レセプター−リガンド相互作用、酵素−基質相互作用、細胞シグナル伝達経路、生体利用性スクリーニングのためのモデルバリヤ系（例えば細胞または膜画分など）を包含する輸送反応、および様々な他の一般的な系である。
【０００４】
これらの微小流体システムまたはデバイス内におけるサンプル、分析物、緩衝剤および試薬などの流体の輸送および方向付けに関して、多くの方法の記載がある。１方法においては、微小製造されたデバイス内の流体を、デバイス内の機械的微小ポンプおよび弁により移動させる。公開されている英国特許出願第2 248 891 号(10/18/90)、公開されている欧州特許出願第568902号(5/2/92)、ならびに米国特許第5,271,724 号(8/21/91) および第5,277,556 号(7/3/91)を参照のこと。また、Miyazakiらの米国特許第5,171,132 号(12/21/90)も参照のこと。別の方法においては、音響エネルギーを用いて、音響ストリーム(acoustic streaming)効果により、デバイス内の流体サンプルを移動させる。公開されているNorthrupおよびWhite のPCT 出願第94/05414号を参照のこと。率直な方法としては、外圧を加えることによりデバイス内の流体を移動させる。例えば、Wilding らの米国特許第5,304,487 号における説明を参照のこと。
【０００５】
さらに別の方法では、電界を用いることにより微小流体システムのチャネルを通って流体物質を移動させる。例えば、公開されているKovacsの欧州特許出願第376 611 号(12/30/88)、HarrisonらのAnal．Chem.(1992)64:1926-1932 およびManzらのJ. Chromatog.(1992)593:253-258、ならびにSoane の米国特許第5,126,022 号を参照のこと。動電力は、直接制御、高速応答および単純性の利点を有する。しかし、依然としていくつかの欠点を有する。効率を最大にするためには、対象物質がなるべく一緒に輸送されることが望ましい。しかし物質は、他の輸送される物質からの相互汚染なしに輸送されるべきである。さらに、ある微小流体システム中のある位置に存在するある状態の物質は、その微小流体システム中の別の位置に移動された後にも同じ状態を保つべきである。これらの条件により、所望のときおよび場合において、化合物物質の試験、分析および反応を制御することが可能になる。
物質が動電力によって移動される微小流体システムにおいて、対象物質領域中およびこれらの対象物質領域を分離する領域中にある帯電された分子およびイオンが様々な電界に曝されることにより、流体フローを起こす。
【０００６】
しかしこれらの電界が印加された際、対象物質中の異なって帯電された種は、異なる電気泳動移動度を示す。すなわち、正に帯電された種は負に帯電された種とは異なった速度で移動する。過去においては電界に曝されたサンプル中の異なる種の分離は問題とは考えられていなく、実際、例えばキャピラリー電気泳動などにおいては望まれた結果であった。しかし、単純な流体輸送が望まれる場合、これらの変動する移動度は、対象物質中に望ましくない変化あるいは「電気泳動バイアス」をもたらし得る。
相互汚染を回避するための考慮および手段なしには、微小流体システムは対象物質を広く分離するか、最悪の場合、物質を一度につき１つずつシステムを通って移動させなければならない。いずれの場合でも微小流体システムの効率は大きく減少する。さらに、輸送される物質の状態が輸送中において維持されないとすると、物質がある場所に不変のままで到達することを要求する多くのアプリケーションを避けなければならない。
【特許文献１】国際特許出願WO 96/04547
【特許文献２】米国特許出願シリアルNo.08/671,987 号
【特許文献３】英国特許出願第2 248 891 号
【特許文献４】欧州特許出願第568902号
【特許文献５】米国特許第5,271,724 号
【特許文献６】米国特許第5,277,556 号
【特許文献７】米国特許第5,171,132 号
【特許文献８】PCT 出願第94/05414号
【特許文献９】米国特許第5,304,487 号
【特許文献１０】欧州特許出願第376 611 号
【特許文献１１】米国特許第5,126,022 号
【非特許文献１】ManzらのTrends in Anal．Chem.(1990) 10(5):144-149
【非特許文献２】ManzらのAvd. in Chromatog.(1993) 33:1-66
【非特許文献３】HarrisonらのAnal．Chem.(1992)64:1926-1932
【非特許文献４】ManzらのJ. Chromatog.(1992)593:253-258
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、動電学的輸送の有するこれらの問題を解決あるいは実質的に緩和する。本発明を用いれば、微小流体システムは、効率的かつ輸送される物質中に望ましくない変化を起こさずに、物質を移動させることができる。本発明は、化学、生化学、バイオテクノロジー、分子生物学、および他の多くの分野などの幅広い範囲のアプリケーションにおいて、微小流体システムのチャネルを通る物質の移動に関して直接的、高速かつ率直な制御を有する、高スループットの微小流体システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、「対象物質領域」とも呼ばれる流体スラグ内のチャネルに沿って、対象物質を微小流体システムの第１の点から第２の点に電気浸透によって移動させる微小流体システムを提供する。高イオン濃度の第１のスペーサ領域は、少なくとも１つの側で各対象物質領域と接触し、低イオン濃度の第２のスペーサ領域は、対象物質の対象物質領域、および第１または高イオン濃度のスペーサ領域と共に配置され、少なくとも１つの低イオン濃度領域は、常に、第１の点と第２の点との間にあり、電圧降下および２つの点の間で得られる電界のほとんどが低イオン濃度領域をわたることを確実にする。
本発明はまた、対象物質を電気浸透力で移動させる微小流体システムと適合する電子ピペッタを提供する。電子ピペッタは、チャネルを有するキャピラリーを備える。電極は、キャピラリーの外部の長さに沿って取り付けられ、キャピラリーの端部で電極リングの形態で終結する。キャピラリーの端部が物質ソースに配置されるときにチャネルが流体連通される標的リザバーでの電極上の電圧および電極を操作することによって、物質は、動電学的にチャネルに誘導される。一列の対象物質領域、高および低イオン濃度緩衝剤またはスペーサ領域は、微小流体システム内に容易に導入されるようにチャネル内に形成され得る。
【０００９】
本発明はさらに、対象物質が、微小流体システムのチャネルに沿って動電学的に輸送される際の電気泳動バイアスを補償する。１つの実施態様において、微小流体システムの２つの点間のチャネルは、反対の表面電荷の側壁を備えた２つの部分を有する。電極は、２つの部分の間に配置されている。２つの点における電圧が実質的に等しく、２つの部分の間の中間電極が異なって設定されるとき、電気泳動力は、２つの部分において反対の方向になり、電気浸透力は同じ方向になる。対象物質が１つの点から他の点に輸送されるとき、電気泳動バイアスは、電気浸透力がチャネルを通して流体物質を移動させる間に補償される。
他の実施態様において、チャンバは、微小流体システムのチャネルの交差部において形成される。チャンバは、交差するチャネルの側壁を接続する側壁を有する。対象物質領域が交差部で１つのチャネルから他のチャネルに向けられるとき、チャンバ側壁は、対象物質領域を第２のチャネルに向かって幅を狭める（funnel）。第２のチャネルは、拡散によって、対象物質が第１のチャネルに沿って移動するときに対象物質領域において電気泳動によって付勢されたすべての対象物質が混合されるような幅である。
【００１０】
さらに他の実施態様において、本発明は、少なくとも２つの交差チャネルを有する微小流体デバイス内の流体ストリームを制御可能に送達するための微小流体システムおよびこのシステムを用いる方法を提供する。システムは、少なくとも２つの交差チャネルが内部に設けられた基板を有する。この点において、チャネルの１つは、他のチャネルよりも深い。システムはまた、電気浸透流体方向システムを有する。システムは、流体ストリームが異なるイオン強度を有する少なくとも２つの流体領域を含む場合に特に有用である。
本発明はまた、本発明の電子ピペッタを用いるサンプル抽出システムを提供する。サンプル抽出システムは、サンプル基板を有し、サンプル基板には、複数の異なるサンプルが固定されている。また、電子ピペッタをサンプル基板に対して移動させるための移行システムも含まれる。
本発明は、上記のように、複数の異なる用途に使用され、その用途自体が進歩的であり、例えば、以下の通りである。
【００１１】
少なくとも第１の対象物質を少なくとも第１の位置から第２の位置にチャネルに沿って輸送し、印加電圧によりチャネルに沿って輸送される低イオン濃度の少なくとも１つの領域を用いる際の、チャネルを有する基板の使用。
１つの領域のイオン濃度が、対象物質のイオン濃度よりも実質的に低い上記発明の使用。
複数の対象物質が輸送され、高イオン濃度スペーサ領域によって分離される、上記発明の使用。
少なくとも第１の対象物質が輸送され得るチャネルを有する基板の電気泳動バイアス補償における使用であって、チャネルが第１および第２の部分に分割され、チャネルの１つまたはそれ以上の壁が反対に帯電し、第１の部分における輸送による少なくとも１つの対象物質上の電気泳動バイアスが、第２の部分における輸送による電気泳動バイアスによって実質的に補償される、使用。
第１の電極が第１の部分の遠位端に配置され、第２の電極が第１の部分と第２の部分との間の交差部に配置され、第３の電極が第２の部分の遠位端に配置されている、上記発明の使用。
基板が微小流体システムである上記発明の使用。
基板が電子ピペッタである、上記発明の使用。
電子ピペッタが、対象物質を輸送するための主要なチャネル、および主要なチャネルに流体連通されている少なくとも１つの他のチャネルを有し、この他のチャネルから、主要なチャネルに沿って輸送される他の物質が得られる、上記発明の使用。
他の物質が、複数の個別の対象物質のそれぞれの間の緩衝領域として主要チャネルに導入される、上記発明の使用。
流れ条件を最適化する際に異なる深さを有するチャネルと交差する、少なくとも第１および第２の流体チャネルを有する微小流体システムの使用。
１つのチャネルが、他のチャネルよりも２から１０倍の間深い、上記発明の使用。
電気泳動補償における、第１のチャネルと第１のチャネルと交差する第２のチャネルとを有する微小流体システムの使用であって、チャネル間の交差が、第１のチャネルに沿って第２のチャネルに輸送される流体が交差部で混合され、流体内の電気泳動バイアスが拡散されるような形状になっている、使用。
【発明の実施をするための最良の形態】
【００１２】
Ｉ．微小流体システムの一般的構成
図１は、本発明による微小流体システム１００例の代表図である。図示のように、デバイス全体１００は、平面状基板１０２内に製造される。適切な基板材料は一般的に、デバイスによって行われるべき特定の動作中において存在する条件に対する適合性に基づいて選択される。そのような条件は、pHの極値、温度、イオン濃度、および電界の印加を含み得る。また、基板材料も、システムによって行われる分析または合成の重要成分に対して不活性性であるように選択される。
有用な基板材料は例えば、ガラス、石英およびシリコン、ならびに例えばプラスチックなどの高分子基板を含む。導電性または半導電性基板の場合、基板上に絶縁層が必要である。これは後述のように、デバイスが例えば電気的流体指向システムやセンサなどの電気的要素を備えている場合、あるいは電気浸透力を用いて物質をシステムにおいて移動させる場合に特に重要である。高分子基板の場合、使用目的に依存して基板材料は剛体、準剛体または非剛体、不透明、半透明または透明であり得る。例えば、光学的または視覚的検出要素を有するデバイスは一般に、検出を可能にするか少なくとも容易にするために、少なくとも一部は透明材料から製造される。あるいは、これらのタイプの検出要素のために、例えばガラスまたは石英からなる透明窓をデバイスに備えてもよい。さらに、高分子材料は直鎖状または分岐鎖状骨格を有していてもよく、架橋されていてもされていなくてもよい。特に好適な高分子材料の例としては、例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル(PVC) 、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリカーボネートなどがある。
【００１３】
図１に示すシステムは、基板１０２の表面内に製造された一連のチャネル１１０、１１２、１１４および１１６を有している。「微小流体」の定義において述べられるように、これらのチャネルは典型的には非常に小さい断面寸法、好ましくは約０．１μｍから約１００μｍの範囲の断面寸法を有している。後述する特定のアプリケーションにおいては、約１０μｍの深さおよび約６０μｍの幅を有するチャネルが効果的に動作するが、これらの寸法からはずれることもまた可能である。
これらのチャネルおよび他の微小スケール要素を基板１０２の表面内に製造することは、任意の数の当該分野で周知の微小製造技術を用いて行い得る。例えば、半導体製造産業において周知の方法とともにリソグラフィー技術を用いてガラス、石英またはシリコン基板を製造してもよい。フォトリソグラフィーマスキング、プラズマエッチングまたはウェットエッチング、およびその他の半導体プロセス技術は、基板内または基板上に微小スケールの要素を規定する。あるいは、レーザドリリング、微小ミリング(micromilling)などの微小機械加工法を用いてもよい。同様に、高分子基板に対しても、周知の製造技術が用いられ得る。これらの技術は、例えばローリングスタンプを用いて微小スケールの基板の大きなシートを作成することにより多数の基板を作成し得る射出成形技術またはスタンプ成形法、または、基板を微小製造鋳型内で重合する高分子微小鋳造技術を含む。
【００１４】
基板１０２に加え、微小流体システムはチャネルを作成した基板１０２に重なる追加的な平面状要素（図示せず）を有することにより、様々なチャネルを封じ(enclose) かつ流体的に密閉して導管を形成する。平面状カバー要素は、熱接合、接着剤、あるいは、ガラスまたは準剛体および非剛体高分子基板の場合には、２つの構成要素間の自然な癒着などを含む様々な手段により、基板に取り付けられ得る。特定のスクリーニングに必要な様々な流体要素を導入するためのアクセスポートおよび／またはレザバー(reservoir) を、平面状カバー要素にさらに設けてもよい。
【００１５】
図１に示すシステム１００はまた、チャネル１１４、１１６および１１０の端部にそれぞれ位置しかつ流体連通された、レザバー１０４、１０６および１０８を有する。図示のようにサンプルチャネル１１２を用いて、複数の異なる対象物質をデバイスに導入する。このようにチャネル１１２は多数の別々の対象物質のソースに流体連通され、多数の別々の対象物質は、個々にサンプルチャネル１１２中に導入された後、別のチャネル１１０中に導入される。図示のように、チャネル１１０は電気泳動により対象物質を分析するために用いられる。「対象物質」の用語は単に、問題とする化合物または生物学的化合物などの物質を指すことに留意せよ。対象化合物は、化合物、化合物の混合物（例えば多糖類）、小さい有機分子または無機分子、生物学的マクロ分子（例えばペプチド、タンパク質、核酸、あるいは細菌、植物、菌類、または動物細胞もしくは組織などの生物学的物質から作成された抽出物）、天然に生じる組成物または合成組成物などを含む、広範な異なる化合物を含み得る。
【００１６】
システム１００は、各レザバーに選択された電圧レベル（接地を含む）を同時に印加する能力を有する電圧コントローラから供給された動電力により、物質をチャネル１１０、１１２、１１４および１１６を通って移動させる。そのような電圧コントローラは、複数の電圧分割器および複数のリレーを用いて選択的な電圧レベルを得ることによって実現することができる。あるいは、複数の独立な電圧源を用いてもよい。電圧コントローラは、複数のレザバーのそれぞれ内に位置するあるいは製造された電極を介して、各レザバーに電気的に接続される。例えば、公開されているRamseyの国際特許出願WO 96/04547 を参照せよ。この文献全体を本明細書において参考のためあるゆる目的で援用する。
【００１７】
ＩＩ．動電輸送
Ａ．概説
システム１００のチャネル中の流体物質への動電力は、電気浸透力および電気泳動力に分けることができる。本発明のシステム中に用いられる流体制御システムは、電気浸透力を用いて、基板１０２の表面上にある様々なチャネルおよび反応チャンバ内の流体を移動、配向、および混合する。つまり、適切な流体を、表面に官能基が存在するチャネルまたは他の流体導管に入れると、これらの基はイオン化し得る。例えば、チャネルの表面がその表面に水酸官能基を含むとき、プロトンがチャネルの表面を離れて、流体へ入り得る。このような条件下では、特にチャネル表面と流体との界面近くに局在して、表面は実質的に負電荷を有し、流体は過剰なプロトンまたは正電荷を有する。
【００１８】
チャネルの長さ方向にわたって電界を印加することによって、カチオンが負電極に向かって流れる。流体中の正に荷電された種が動くと、溶媒もこれらの種と一緒に動く。このような流体運動の定常状態速度は、概ね以下の等式によって与えられる。
ｖ＝  εξＥ
４πη
但し、ｖは溶媒の速度、εは流体の誘電率、ξは表面のゼータ電位、Ｅは電界強度、そしてηは溶媒の粘度を表す。よって、この等式から容易に判るように、溶媒の速度は、ゼータ電位および印加電界に正比例している。
電気浸透力に加えて、システム１００のチャネルを介して移動する際に荷電した分子に影響を与える電気泳動力も存在する。システム１００中の１点から他の１点へ対象物質を輸送する場合、対象物質の組成が輸送中に影響を受けることなく残っていること、すなわち、対象物質が輸送中に電気誘導的に分別されないことが所望であることが多い。
【００１９】
本発明によると、対象物質は複数の流体スラグ（以後、「対象物質領域」と呼ぶ）としてチャネルを移動する。これらの対象物質領域は、高いイオン濃度を有し、これにより、特定の領域内の対象物質にかかる電気泳動力を最少化する。対象物質領域内の電気泳動力の影響を最少化するために、スペーサ流体領域（「第１スペーサ領域」）がスラグのいずれか一方の側面に配置される。このような第１スペーサ領域は、以下に説明するように高いイオン濃度を有し、これにより、これらの領域中の電界を最少化するので、対象物質が微小流体システム中のある場所から他の場所へ輸送されることによって実質的に影響されない。対象物質は、対象物質を含有する領域とは異なるイオン強度を持つ他の領域と共に、あるイオン強度を持つ領域内のシステム１００の代表的なチャネル１１０、１１２、１１４、１１６を介して輸送される。
【００２０】
特定の構成を図２Ａに示す。図２Ａは、対象物質領域２００が微小流体システム１００のチャネルに沿って点Ａから点Ｂへ輸送されているところを示す。対象物質領域２００のいずれの側にも、高イオン強度流体の第１スペーサ領域２０１がある。さらに、低イオン濃度流体の第２スペーサ領域２０２は、対象物質領域２００と第１スペーサ領域２０１との配置を一定周期で離す。低いイオン濃度のため、点Ａと点Ｂとの間の電圧降下のほとんどは、第２スペーサ領域２０２で生じる。対象物質領域２００および第１スペーサ領域２０１がチャネルを介して電気浸透的にポンピングされるときに、第２の低濃度スペーサ領域２０２が点Ａおよび点Ｂ間に常に少なくとも１つはあるように、対象物質領域２００および第１スペーサ領域２０１の配置の間に第２の低濃度スペーサ領域２０２を散在させる。これによって、電圧降下のほとんどが、対象物質領域２００および第１スペーサ領域２０１ではなく、第２スペーサ領域２０２内で生じることを確実にする。言い換えると、点Ａと点Ｂとの間の電界は第２スペーサ領域２０２に集中し、対象物質領域２００および第１スペーサ領域２０１には低い電界（および低い電気泳動力）がかかる。よって、対象物質領域２００、第１スペーサ領域２０１および第２スペーサ領域すなわち低イオン濃度スペーサ領域２０２内の相対的なイオン濃度に依存して、対象物質領域２００および第１と第２スペーサ領域２０１ならびに２０２の他の配置が形成され得る。
【００２１】
例えば、図２Ｂは、第２スペーサ領域すなわち低イオン濃度スペーサ領域２０２が、第１スペーサ領域２０１／対象物質領域２００／第１スペーサ領域２０１のそれぞれの組み合わせの間に一定に間隔をあけられた配置を示す。このような配置は、点Ａと点Ｂとの間に少なくとも１つの第２スペーサ領域すなわち低濃度スペーサ領域２０２が常にあることを確実にする。さらに、図面は対象物質領域２００、第１スペーサ領域すなわち高濃度スペーサ領域２０１および第２スペーサ領域すなわち低濃度スペーサ領域２０２の可能な組み合わせの相対的な長さを示すために、一定の尺度で描かれている。図２Ｂの実施例では、対象物質領域２００は対象物質を１５０ｍＭの高いイオン濃度のＮａＣｌ中で保持している。対象物質領域２００は、チャネル中で１ｍｍ長である。２つの第１スペーサ領域２０１はイオン濃度１５０ｍＭのＮａＣｌを有する。各第１スペーサ領域２０１は、１ｍｍ長である。第２スペーサ領域２０２は、２ｍｍであり、イオン濃度５ｍＭのホウ酸塩緩衝剤を有する。この特定の構成は、緩衝領域２０１および対象物質領域２００内の迅速に電気泳動する化合物を維持し、且つ化合物が微小流体システムの複数のチャネルを介して移動するように設計されている。例えば、これらの方法を使用すれば、例えば安息香酸を含む対象物質領域が過剰な電気泳動バイアスを被らずに微小流体システム内を上向きに７２秒間流れ得る。
【００２２】
より一般化すると、微小流体システムのチャネル内の流体の流れの速度ＶEoF を決定することが可能であり、測定によって対象物分子がチャネル内を移動する合計距離ｌtを決定することが可能である。よって、対象物分子が合計距離を移動する移動時間ｔTrは、
ｔTr＝ｌT ／ＶEoF 
である。対象物分子ｘを、対象物質領域２００に隣接する第１スペーサ領域２０１内に含むためには、第１スペーサ領域２０１の長さｌg は、第１スペーサ領域２０１内の対象物分子ｘの電気泳動速度Ｖgxに運搬時間を乗算した値よりも大きくなるはずである。
ｌg ＞（Ｖgx）（ｔTr）
電気泳動速度は、第１スペーサ領域２０１の電界に比例しているので、本発明によって、微小流体システムチャネルを介した運送中に対象物質を含み得るようにＶgxを制御することが可能になる。
【００２３】
図２Ａおよび図２Ｂの配置では、第１スペーサ領域すなわち高イオン濃度スペーサ領域２０１は、対象物質領域２００の近傍に対象物質の位置を維持することを助長する。対象物質の電荷極性にかかわらず、対象物質領域２００のいずれの側にもある第１スペーサ領域２０１によって、対象物質領域２００を離れる対象物質が、第１スペーサ領域２０１の比較的高いイオン濃度のために低い電界にしかさらされない。対象物質の極性が既知である場合は、対象物質の分子にかかる電気泳動力の方向も既知である。
【００２４】
図３Ａは、対象物質領域２００中の全ての対象物質の電荷が、対象物分子にかかる電気泳動力が電気浸透流の方向と同一方向になるような電荷である実施例を示す。よって、第１スペーサ領域２０１は、流れの方向において対象物質領域よりも前にある。対象物質領域２００の後には第１スペーサ領域２０１はない。なぜならば、電気泳動力が、対象物質が対象物質領域２００からその方向へ逃げるのを防ぐためである。第１スペーサ領域２０１の半分を除去することによって、対象物質を有する対象物質領域２００をチャネル長毎に、より多く運ぶことが可能になる。このことは、微小流体システムの輸送効率を高める。第２スペーサ領域すなわち低イオン濃度スペーサ領域２０２は、高い電界が第２スペーサ領域にかかり、対象物質領域２００および第１スペーサ領域２０１の電界（および電気泳動力）が低く保たれるように、対象物質領域２００および第１スペーサ領域すなわち高イオン濃度スペーサ領域２０１に対して構成される。
【００２５】
図３Ｂでは、第１スペーサ領域２０１が、電気浸透流の方向において対象物質領域２００の後にある。この実施例では、対象物質領域２００中の全ての対象物質の電荷は、対象物分子にかかる電気泳動力が電気浸透流の方向と反対の方向になるような電荷である。よって、対象物質は対象物質領域の境界から逃げて、事実上、対象物質領域２００の後に残され得る。対象物質領域２００の後にある第１スペーサ領域２０１は、対象物質が対象物質領域２００から遠くに移動しすぎるのを防ぐ。同様に、第２スペーサ領域すなわち低イオン濃度スペーサ領域２０２は、高い電界が第２スペーサ領域２０２にかかり、対象物質領域２００および第１スペーサ領域２０１の電界は低く保たれるように、対象物質領域２００および第１スペーサ領域すなわち高イオン濃度スペーサ領域２０１と共に構成される。
【００２６】
第１および第２スペーサ領域２０１および２０２に対して、所望の電気導電性を有する溶液を生成するように、様々な高いイオン強度および低いイオン強度の溶液が選択される。水溶液に導電性を与える特定のイオンは、無機塩（例えば、ＮａＣｌ、ＫＩ、ＣａＣｌ2 、ＦｅＦ3 、（ＮＨ4)2ＳＯ4 など）、有機塩（例えば、安息香酸ピリジニウム、ラウリン酸べンザルコニウム）または無機／有機混合塩（例えば安息香酸ナトリウム、デオキシル硫酸ナトリウム、ベンジルアミンヒドロクロライド）などから誘導し得る。これらのイオンは、微小流体システム内でおこる化学反応および分離などに適合するように選択される。水性の溶媒に加えて、ＤＭＳＯの低濃度水溶液などの水性／有機溶媒の混合液が、対象物分子の可溶化を援助するために使用され得る。ＣＨＣｌ3 ：ＭｅＯＨなどの有機溶媒の混合もまた、例えば、ホスホリパーゼ活動の分析を促進する目的に使用され得る。
一般に、水性溶媒が使用される場合、水溶液の導電性は無機イオンを使用して調節される。極性のより低い溶媒が使用される場合、有機または無機／有機の混合イオンが典型的に使用される。２つの混合不可能な溶媒（例えば、水とデカンなどの炭化水素）が同時に存在し得、電流が必ず一方の溶媒から他方の溶媒へ流れる場合、イオン透過孔（例えば、バリノマイシン、ノナクチン、様々なクラウンエーテルなど）およびそれらの適切なイオンを用いて、電流を無極性溶媒を介して流すことが可能である。
【００２７】
Ｂ．圧力に基づいた流れ(pressure based flow）の動電制御
本明細書中に記載の動電流システム(electrokinetic flow system)では、差動的に移動可能な(differentially mobile) （例えば、特定のシステムで異なる動電移動度を有する）流体がチャネル内に存在すると、システム内のチャネル長に沿って複数の異なる圧力が生じ得る。例えば、これらの動電流システムは、所与のチャネル内に、低イオン濃度流体および高イオン濃度流体の一連の領域（例えば、第１および第２スペーサ領域ならびに対象物質の対象物質領域）を典型的に用い、これにより、電気浸透流を生じさせると共に、同時に、対象物質領域を含む対象物質内の電気泳動バイアスの影響を防止する。チャネル内の低イオン濃度領域は、最も大きい印加電圧を領域長にわたって降下させる傾向にあるので、流体をチャネルを通して押し流す傾向がある。逆に、チャネル内の高イオン濃度流体領域は比較的小さい電圧降下を領域長にわたって与え、粘性抵抗によって流体の流れを減速させる傾向にある。
【００２８】
このような押流し(pushing) や抵抗(dragging)の影響の結果、圧力のばらつきは概ね、流体で充填されたチャネル長に沿って生成され得る。最高圧力は、低イオン濃度領域（例えば、第２スペーサ領域）の前側または先端で典型的に見られ、最低圧力は低イオン強度流体領域の後縁または後端で典型的に見られる。
このような圧力格差は、直線型チャネルシステムにおいては概ね無関係であるが、これらの影響は、交差型チャネル配置を用いた微小流体装置、すなわち、先に援用した米国特許出願シリアル番号０８／６７１，９８７に記載のシステムにおける流体方向および操作の制御を低減する結果になり得る。例えば、第２チャネルが、イオン強度が異なる複数の流体領域を含む第１チャネルと交差するように構成されている場合、上述の圧力変動は、これらの異なる流体領域が交差点を通り過ぎて移動するときに流体を交差する第２チャネルに流出入させ得る。この変動する流れは、第２チャネルからの定量的電気浸透で駆動された流体の流れを潜在的に顕著に乱し(disturb) 、および／またはチャネル内の様々な流体領域を乱し(perturb) 得る。
【００２９】
交差するチャネル、例えば第２チャネルの深さを第１チャネルすなわちメインチャネルに対して低減することによって、流体の流れの変動が実質的に排除され得る。特に、所与の電圧勾配に対する電気浸透流体の推進または方向において、流速（容積／時間）は、概ね、＞１０のアスペクト比（幅：深さ）を有するチャネルのチャネルの深さの逆数として変動する。小さく些細な誤差が多少あるとしても、このようなおおよその比は例えば、＞５のアスペクト比等の低いアスペクト比についても成り立つ。逆に、同一のチャネルに対する圧力誘発流は、チャネル深さの逆数の３乗として変化する。よって、異なるイオン強度の流体領域が同時に存在することによるチャネル中の圧力の増大は、チャネルの深さの逆数の平方として変化する。
【００３０】
従って、交差する第２チャネルの深さを第１チャネルすなわちメインチャネルの深さに対して、Ｘ分の１に低減することによって、圧力誘発流を、例えばＸ3 分の１に顕著に低減し得るが、電気浸透的に誘発された流れは、例えば若干Ｘ分の１にしか低減し得ない。例えば、第２チャネルの深さを第１チャネルに対してオーダの大きさを１減少させる場合、圧力誘発流は１０００分の１に低減されるが、電気浸透的に誘発される流れは１０分の１にしか低減されない。従って、いくつかの局面では、本発明は、本明細書に概略的に記載される微小流体装置を提供する。この装置は、例えば装置内に配置される、第１チャネルが第２チャネルよりも深い、少なくとも第１および第２交差するチャネルを有する。一般的に、チャネルの深さは、所望の用途に対して最適な流れの状態を得るように変化され得る。このように、用途に依存して、第１チャネルは第２チャネルよりも約２倍よりも深く、約５倍よりも深く、および約１０倍よりもずっと深くなり得る。
圧力の影響を抑えるための使用に加えて、様々な異なるチャネル深さを用いて、同一装置の異なるチャネル内に流体を差動的に(differentially)流す、例えば、異なる供給源からの異なる割合の流体を混合することなどが可能である。
【００３１】
ＩＩＩ．電子ピペッタ
上記したように、いずれの対象物質も、対象物質領域２００内または近傍の微小流体システム１００を介して効率的に輸送される。第１および第２のスペーサ領域２０１および２０２により、対象物質は、システムのチャネルを移動するにつれて局在化される。対象物質の、微小流体システムへの効率的な導入のために、本発明はさらに、対象物質を、対象物質領域２００並びに第１および第２のスペーサ領域２０１および２０２の組み合わせの同一の直列的ストリームで微小流体システムに導入する電子ピペッタを提供する。
【００３２】
Ａ．構造および動作
図４Ａに示すように、電子ピペッタ２５０は中空のキャピラリーチューブ２５１により形成されている。キャピラリーチューブ２５１は、微小流体システム１００のチャネルのディメンションを有するチャネル２５４を有し、チャネル２５４は微小流体システム１００に流体連通している。図４Ａに示すように、チャネル２５４は、１〜１００μｍの範囲の断面直径を有する円筒であり、直径は約３０μｍが好適である。電極２５２は、キャピラリーチューブ２５１の外壁に沿って下降し、管２５１の端部の周囲のリング電極２５３となる。対象物質領域２００並びに緩衝剤領域２０１および２０２内の対象物質を電子ピペッタチャネル２５４に引き出すために、電極２５２は、チャネル２５４に流体連通しているターゲットリザバー（図示せず）の電圧に対する電圧まで駆動される。ターゲットリザバーは、すでにチャネル２５４内にある対象物質領域２００並びに緩衝剤領域２０１および２０２が電子ピペッタからシステム１００に直列的に移送されるように、微小流体システム１００内にある。
【００３３】
手順としては、電子ピペッタ２５０のキャピラリーチャネル端部が対象物質のソースに入れられる。ターゲットリザバー内の電極に対して電極２５２に電圧が印加される。リング電極２５３は対象物質ソースに接して載置されており、ソースに電気的バイアスをかけることにより、対象物質ソースとターゲットリザバーとの間の電圧降下を生成する。実際には、対象物質ソースおよびターゲットリザバーが微小流体システムにおいて、すなわち図２Ａに示すように、点Ａおよび点Ｂになる。対象物質は動電学的にキャピラリーチャネル２５４に導入されることにより、対象物質領域２００を形成する。電極２５２への電圧は、その後、オフにされて、キャピラリーチャネル端部が、高イオン濃度を有する緩衝剤物質のソースに入れられる。再び、ターゲットリザバー電極に対して電極２５２に電圧が印加され、その結果、第１のスペーサ領域２０１は、対象物質領域２００に隣接するキャピラリーチャネル２５４に動電学的に導入される。その際に、第２のスペーサ領域すなわち低イオン濃度スペーサ領域２０２が電子ピペッタチャネル２５４内で所望である場合、キャピラリーチャネル２５４の端部が、低イオン濃度緩衝剤物質のソースに挿入され、電極２５２に電圧が印加される。電子ピペッタ２５０はその後、対象物質の別のソースに移動することにより、チャネル２５４内に別の対象物質領域２００を形成する。
【００３４】
上記の工程を反復することにより、第１および第２のスペーサ領域２０１および２０２により分離された、異なる対象物質を有する複数の対象物質領域２００は、キャピラリーチャネル２５４および微小流体システム１００に動電学的に導入される。
対象物質および緩衝剤物質（低および高イオン濃度を有する）のソースがそれ自体の電極を有する場合、電極２５２は必要でない。ターゲットリザバーとソース電極との間の電圧が電子ピペッタを動作させる。あるいは、電極２５２は、キャピラリーチューブ２５１と固定関係にあるがキャピラリーチューブ２５１とは分離していることがあり得、それにより、管２５１の端部がリザバーに接触すると、電極２５２もまたリザバーに接触する。動作は、図４Ａの電子ピペッタに関して記載したものと同一である。
【００３５】
図４Ｂは、図４Ａの電子ピペッタ２５０の変形例を示す。この変形例において、電子ピペッタ２７０は、ピペッタ内に第１および第２のスペーサ領域２０１および２０２を形成するために、対象物質ソースと緩衝剤物質ソースとの間を移動する必要はない。電子ピペッタ２７０は、３つのキャピラリーチャネル２７４、２７５および２７６を有する本体２７１を有する。メインチャネル２７４は、既に述べた電子ピペッタ２５０のチャネル２５４と同一に動作する。しかし、２つの補助キャピラリーチャネル２７５および２７６は一端で、緩衝剤ソースリザバー（図示せず）と流体連通しており、チャネル２７５および２７６の他端は、メインチャネル２７４と流体連通している。一方のリザバー（すなわち、補助チャネル２７５に連通している）は、高イオン濃度を有する緩衝剤物質を保持し、他方のリザバー（すなわち、チャネル２７６に連通している）は、低イオン濃度を有する緩衝剤物質を保持する。
リザバーの全ては、電子ピペッタ２７０の動作のために、これらのリザバーに電気的バイアスをかける電極に接続している。電子ピペッタ２７０はさらに、本体２７１の壁に沿った電極２７２を有し得る。電極２７２は、メインチャネル２７４の端部のリング電極２７３となる。電極２７２（およびリング電極２７３）に電圧を印加してチャネル２７４、２７５および２７６に沿った電圧降下を生成することにより、対象物質が対象物質ソースからメインチャネル２７４に引き込まれ得るのみならず、高および低イオン濃度を有する緩衝剤物質もまた補助チャネル２７５および２７６からメインチャネル２７４に引き込まれ得る。
【００３６】
電子ピペッタ２７０を電極２７２により動作させるために、メインキャピラリーチャネル２７４の端部は対象物質のソース２８０内に入れられる。ターゲットリザバー内の電極に対して電極２７２に電圧が印加されることにより、対象物質ソース２８０とターゲットリザバーとの間に電圧降下を引き起こす。対象物質は、キャピラリーチャネル２７４に動電学的に引き込まれる。その後、キャピラリーチャネル端部は、対象物質ソース２８０から除去され、チャネル２７４に連通するターゲットリザバーとチャネル２７５に連通するリザバーとの間に電圧降下が生成される。第１のスペーサ領域すなわち高イオン強度スペーサ領域２０１は、チャネル２７４内に形成される。緩衝剤物質が補助チャネル２７５から引き込まれるため、毛細作用が、チャネル２７４への空気の導入を阻止する。その際に、第２のスペーサ領域又は低イオン濃度スペーサ領域２０２がメインチャネル２７４で所望である場合、ターゲットリザバーおよび低イオン濃度緩衝剤物質を有するリザバー内の電極に電圧が印加される。第２のスペーサ領域２０２はその後、第２の補助チャネル２７６からキャピラリーチャネル２７４に動電学的に導入される。その後、電子ピペッタ２７０もまた、対象物質の別のソースに移動することにより、チャネル２７４内に別の対象物質領域２００を形成する。
【００３７】
上記の工程を反復することにより、第１および第２のスペーサ領域２０１および２０２により分離された、異なる対象物質を有する複数の対象物質領域２００がキャピラリーチャネル２７４および微小流体システム１００に動電学的に導入される。
対象物質のソースをリング電極２７３からの酸化／還元反応に曝すことが望まれない場合、電子ピペッタは電極２７２なしで動作し得る。電気浸透流は、より高いイオン強度を有する溶液内においてより遅いため、チャネル２７４に連通するリザバーからチャネル２７５に連通するリザバーに電位（−〜＋）を印加することは、チャネル２７４および２７５が交差する点に真空を形成するという結果になる。この真空は、対象物質のソースからチャネル２７４にサンプルを引き込む。このモードで動作するとき、対象物質はチャネル２７５および２７６内で溶液によりある程度希釈される。この希釈は、チャネル２７４に対する、チャネル２７６および２７５の相対的寸法を減少させることにより軽減され得る。
【００３８】
第１および第２のスペーサ領域２０１および２０２をキャピラリーチャネル２７４に導入するために、電子ピペッタ２７０は上記したように動作する。キャピラリーチャネル端部は、対象物質ソース２８０から除去され、チャネル２７４用のターゲットリザバーと選択されたチャネル２７５または２７６に連通するリザバーとの間に電圧降下が生成される。
概して２つの補助チャネルおよびメインチャネルを有することに照らして述べたが、追加の流体、緩衝剤、希釈液、および試薬などをメインチャネルに導入するためには、追加の補助チャネルも供給され得ることが理解される。
微小流体装置、例えば、チップ内の交差するチャネルに関して上記したように、異なるピペッタチャネル内の異なる移動流体の結果得られる圧力差もまた、ピペッタチャネル内の流体の流れの制御に影響を与える。従って、上記したように、流体制御を最適化するために互いに変化するチャネル深さを有する、様々なピペッタもまた供給され得る。
【００３９】
Ｂ．電子ピペッタの製造方法
電子ピペッタは、図４Ａに関して上記したように中空のキャピラリーチューブから形成され得る。しかし、より複雑な構造の場合、電子ピペッタは最適には、上記した微小チャネルシステムの基板物質と同一の基板物質から形成される。電子ピペッタチャネル（およびリザバー）は、微小流体システム用の微小チャネルと同一の様式で基板内に形成され、チャネルを有する基板が、これも上記した平面カバー要素によって覆われる。基板およびカバー要素のエッジは、その後、必要に応じて、ピペッタの、特に端部の、適切な水平ディメンションに整形され得る。エッチング、エアーアブレーション（粒子および強制的に供給された空気を表面に吹き付ける）、粉砕、およびカッティングなどの技術が用いられ得る。その後、電極が基板の表面上、および可能性としては必要に応じてカバー上に形成される。あるいは、基板およびカバー要素のエッジは、取り付けられる前に整形され得る。この製造方法は、図４Ｂを参照して直前に述べ且つ図８を参照して以下に述べるマルチチャネル電子ピペッタに特に適している。
【００４０】
ＩＶ．サンプリングシステム
上記したように、上記した方法、システム、および装置は、概して、様々な分野において広範囲の利用性を見い出す。例えば、既に述べたように、これらの方法およびシステムは、例えば、１９９６年６月２８日に出願され既に参考のため援用している、同時係属中の米国特許出願シリアル番号０８／６７１，９８７号に記載されているような薬物送達に適用される、高スループット化学スクリーニングというタスクに特に適している。
Ａ．サンプルマトリクス
本発明のピペッティングおよび流体輸送システムは、概して、液体サンプル、すなわちマルチウェルプレートからのサンプルの数に関して記載される。しかし、多くの例において、サンプリングされるべき液体ベースのサンプルの数および性質は、サンプル取り扱い上の問題を発生させ得る。例えば、化学スクリーニングまたは薬物送達に適用される、スクリーニング用化合物のライブラリーの数は、数千〜数万又はさらには数十万から数百万、数千万にも及び得る。その結果、このようなライブラリーは、非常に多数のサンプルプレートを要し、そのことが、ロボティックシステムの助けを借りても、サンプルの保存、操作、および識別に数しれない困難性を作り出す。さらに、いくつかの場合には、特定のサンプル化合物が、液状で保存された場合、劣化、複合化、又はそうでなければ比較的短い活性半減期を有し得る。このことは、潜在的に、サンプルがスクリーニング前に長期間、液状で保存されるときに疑わしい結果を引き起こし得る。
【００４１】
従って、本発明は、サンプリングされるべき化合物を固定化された形態で提供することにより、これらの更なる問題点に取り組むサンプリングシステムを提供する。「固定化された形態」とは、サンプルを、与えられたロケーションに維持する固定されたマトリクス、すなわち多孔性マトリクス、チャージされたマトリクス、疎水性または親水性マトリクスのいずれかへの組み込みにより、サンプル材料が固定された位置に供給されることを意味する。あるいは、このような固定化されたサンプルは、与えられたサンプルマトリクス上にスポットされ且つ乾燥したサンプルを含む。好適な局面において、スクリーニングすべき化合物は、乾燥した形態でサンプルマトリクス上に提供される。典型的には、このようなサンプルマトリクスは、例えば、セルロース、ニトロセルロース、ＰＶＤＦ、ナイロン、およびポリスルホンなどの膜を含む物質のスポッティングまたは固定化において用いられ得る多数の材料のいずれをも含む。典型的には、容易な保存および取り扱いのために、多くの異なるサンプル化合物を固定化された状態で有するサンプルマトリクスの折り畳み又は巻き込みを可能にするために、フレキシブルなサンプルマトリクスが好適である。
【００４２】
概して、サンプルは、多くの周知の方法のいずれかによってサンプルマトリクスに適用され得る。例えば、サンプルライブラリーは、多数の化合物のスポッティングを可能にするロボティックピペッティングシステムを用いて、サンプルマトリクスのシート上にスポットされ得る。あるいは、サンプルマトリクスは、サンプル局在化用の所定の領域、例えば、凹部を有するウェル、疎水性バリアに囲まれた親水性領域、または親水性バリアに囲まれた疎水性領域（例えば、サンプルが元々疎水性溶液中にある場合）を提供するように処理され得る。このような領域において、スポットされた材料は、乾燥プロセス中、保持される。このような処理はその後、米国特許第５，４７４，７９６号に記載されているような、より進んだサンプル適用方法の使用を可能にする。上記特許において、液体サンプルを表面に向けるために、圧電ポンプおよびノズルシステムが用いられている。しかし、概して、’７９６号特許に記載された方法は、追加の液体サンプルとの後の反応のために、液体サンプルを表面に適用することに関する。しかし、これらの方法は、乾燥しスポットされたサンプルを基板上に供給するように容易に改変され得る。
【００４３】
他の固定化またはスポッティング方法が同様に用いられ得る。例えば、サンプルが液体形態において安定である場合、サンプルマトリクスは、過剰な拡散または蒸発などを許容することなく液体サンプルを保持するが、所望であればサンプル材料の少なくとも一部の抜き取りを可能にする、多孔性層、ゲルまたは他のポリマー材料を含み得る。サンプルをピペッタに引き込むために、ピペッタは、例えば、マトリクスの分解、イオン交換、およびサンプルの希釈などにより、サンプルの一部をマトリクスから遊離させる。
【００４４】
Ｂ．再可溶化ピペッタ
上記したように、本発明のサンプリングおよび流体輸送方法およびシステムは、スクリーニング、アッセイ、又はそれ以外には、これらのサンプルフォーマットで固定化されたサンプルを処理することに容易に適用可能である。例えば、サンプル材料がサンプルマトリクス上に乾燥した形態で供給された場合、エレクトロピペッティングシステムがマトリクスの表面に適用され得る。電子ピペッタはその後、マトリクス表面上の既に乾燥したサンプルを可溶化する（保持マトリクスを分解するか、または固定化支持体からサンプルを溶出する）少量の液体を逃がすように動作する。このことは、例えば、ピペッタに印加される電界の極性を反転させるか、または上記したように低イオン濃度緩衝剤リザバーから高イオン濃度緩衝剤リザバーに電位を印加することによって行われる。サンプルが一旦再可溶化されると、ピペッタはその後、典型的前方フォーマットで動作することにより、既に述べたように、可溶化したサンプルをピペッタチャネルに引き込む。
【００４５】
上記の機能を実行するのに有用な電子ピペッタおよびその動作の１つの実施形態の概略図を、図８に示す。簡単に述べれば、（図示するような）ピペッタ８００の上端８０２は、一般に、アッセイシステム、例えば微小流体チップに、電圧がピペッタの３つのチャネル８０４、８０６および８０８に個別に供給され得るように接続される。チャネル８０４および８０８は、典型的には、それぞれイオン濃度が低いおよび高い流体を含む緩衝剤レザバーに流体接続される。動作においては、ピペッタの先端８１０が、固定された（例えば乾燥）サンプル８１４が位置するサンプルマトリクス１２の表面に接触する。電圧は、低イオン濃度緩衝剤チャネル８０４から高イオン濃度緩衝剤チャネル８０８に印加され、これにより、緩衝剤はピペッタ先端部から押し出されて、サンプルに接触しこれに溶解する。図示するように、ピペッタ先端８１６は、窪み領域すなわち「サンプルカップ」８１８を含み、これにより、ピペッタ先端とマトリクス表面との間に放出された溶液を維持し得る。場合によっては、例えば、有機サンプルをスクリーニングする場合は、サンプルの溶解を確実にするために、適切な濃度の受容可能な溶媒、例えばＤＭＳＯを低イオン濃度緩衝剤と共に含んでもよい。次に高イオン濃度緩衝剤チャネルからサンプルチャネル８０６に電圧が印加されて、サンプルをサンプルプラグ８２０の形態でピペッタに吸引する。サンプルがサンプルカップからピペッタに完全に吸引されると、サンプルチャネルに空気が入って表面張力が高くなるため、サンプルの吸引は終了し、高イオン濃度の緩衝剤溶液がサンプルチャネルへの流入を開始して、サンプルに続いて第１のスペーサ領域８２２を形成する。次に、低イオン濃度緩衝剤チャネル８０４からサンプルチャネル８０６に電圧を印加することによって、低イオン濃度緩衝剤溶液が、サンプルチャネルに、第２のスペーサ領域８２４として注入され得る。マトリクス上の次のサンプル位置を提示する前にまたは提示中に、高イオン濃度緩衝剤チャネルとサンプルチャネルとの間に電圧を印加することによって、第１のまたは高イオン濃度のスペーサ領域８２２がサンプルチャネルに導入され得る。前述のように、スクリーニングされる何千または何十万もの異なる化合物を有するサンプルマトリクスの単数または多数のロール、シート、プレートがこのようにして提示され得、これにより、適切な装置またはシステムでの連続スクリーニングが可能となる。
【００４６】
Ｖ．電気泳動バイアスの除去
上述のように、微小流体システム１００のチャネルを通して対象物質を輸送するために動電力が用いられる。対象物質が溶液中で帯電されている場合は、これは電気浸透力だけではなく、電気泳動力も受ける。従って、対象物質は、微小流体システムのチャネルに沿って１つの地点から別の地点に移動するとき電気泳動を受ける傾向がある。よって、開始地点での対象物質領域２００内の対象物質の混合または帯電の異なる種の配置は、到着地点での混合または配置とは異なる傾向がある。さらに、第１のスペーサ領域２０１が存在するにもかかわらず、到着地点で対象物質が対象物質領域２００内にいないという可能性がある。
【００４７】
従って、本発明の別の局面は、対象物質が微小流体システム１００を通って輸送されるとき、電気泳動バイアスを補償する。電気泳動バイアスを補償する１つの方法を図５に示す。上述の微小流体システム１００では、チャネル１１０、１１２、１１４および１１６のそれぞれは、その長さに沿った単一構造(unitary structure）であるとみなした。図５では、一例としてのチャネル１４０は２つの部分１４２および１４４に分割される。各チャネル部分１４２および１４４の側壁は、反対極性の表面電荷を有する。２つのチャネル部分１４２および１４４は、ガラスフリットまたはゲル層などの塩橋１３３によって物理的に接続されている。塩橋１３３は、チャネル１４０内の流体を、塩橋１３３によって一部が規定されるレザバー１３５内のイオン流体から分離する一方で、イオンが塩橋１３３を通過するのは可能にする。従って、レザバー１３５は、チャネル１４０と電気的な連通状態にはあるが、流体連通の状態にはない。
【００４８】
地点ＡおよびＢ間のチャネル１４０に沿って電気浸透力および電気泳動力を与えるために、地点ＡおよびＢにそれぞれ電極１３２および１３４が配置される。さらに、第３の電極１３７が、２つの部分１４２および１４４の接合部のレザバー１３５内に配置される。電極１３２および１３４は同じ電圧に維持され、電極１３７は別の電圧に維持される。図５に示す例では、２つの電極１３２および１３４は負の電圧であり、電極１３７、従って２つの部分１４２および１４４の接合部はゼロ電圧、すなわち接地電圧である。よって、電圧は降下し、このため部分１４２および１４４内での電界は正反対の方向を向く。具体的には、電界は互いから離れる方向を指す。従って、特定の帯電する分子に働く電気泳動力は、チャネル部分１４２内とチャネル部分１４４内とでは方向が反対である。２つの部分１４２および１４４を通過した後は、対象物質への電気泳動バイアスはすべて補償される。
しかし、両部分１４２および１４４内の電気浸透力は依然として同じ方向である。例えば、図５に示すように、チャネル部分１４２の側壁が正の表面電荷を有し、溶液中の負のイオンを引きつけ、チャネル部分１４４の側壁が負の表面電荷を有し、溶液中の正のイオンを引きつけると仮定すると、両部分１４２および１４４内の電気浸透力は図面の右側に向かう。従って、電気泳動力が、一方の部分１４２と他方の部分１４４とでは正反対の方向である一方、対象物質は、電気浸透力の下に地点Ａから地点Ｂに輸送される。
【００４９】
正または負の表面電荷を有する側壁をもつチャネルを形成するためには、チャネルの一方または両方の部分を、ポリマーなどの、表面電荷を有する絶縁膜物質でコーティングする。例えば、微小流体システム１００では、基板１０２およびチャネルはガラスにより形成され得る。各チャネルの一部が、例えばポリリジンなどの、反対の表面電荷を有するポリマーによりコーティングされるか、または、例えばアミノプロピルトリクロロシランなどの、アミノ官能基を含むシラン化剤により化学的に修飾される。さらに、両方のチャネル部分の表面電荷密度および体積はほぼ同じにして、電気泳動バイアスが補償されるようにすべきである。
チャネルは、固体の平面基板内に形成されるのではなく、２つのキャピラリーチューブにより形成され得る。キャピラリーチューブは、イオン性流体レザバーをキャピラリーチューブ内の流体から分離する塩橋により接合される。この場合もイオン性流体レザバー内に電極が配備される。一方のキャピラリーチューブは負の表面電荷を有し、他方のキャピラリーチューブは正の表面電荷を有する。得られるキャピラリーチャネルは上述のように作動する。
【００５０】
図６Ａ〜６Ｄは本発明の別の実施形態を示す。ここでは、対象物質が地点Ａから地点Ｂに移動する際に誘引される電気泳動バイアスの効果が補償される。この実施形態では、図１に示したように、対象物質は、２つのチャネル間の交差部である地点Ｂで混合される。
図６Ａ〜図６Ｄは、チャンバ１６０がチャネル１５０、１５２、１５４および１５６の交差部に形成されている様子を示す。チャンバ１６０は、４つの側壁１６２、１６４、１６６および１６８を有する。側壁１６２は、チャネル１５２の側壁をチャネル１５０の側壁に接続する。側壁１６４は、チャネル１５４の側壁をチャネル１５２の側壁に接続する。側壁１６６は、チャネル１５６の側壁をチャネル１５４の側壁に接続する。そして側壁１６８は、チャネル１５６の反対の側壁をチャネル１５０の反対の側壁に接続する。チャネル１５２を通ってチャネル１５６に向かう物質の流れについてみると、側壁１６２および１６８は、物質がチャネル１５０の方に反れる場合は漏斗を形成する。
側壁１６２および１６８の寸法は、チャネル１５２に沿って移動する対象物質プラグ２００の長さに適応する。側壁１６２および１６８は、プラグ２００をチャネル１５０の幅へと漏斗状に流し入れる。チャネル１５０の幅は、対象物質がチャネル１５０の幅を横断して拡散するような、すなわち、混合が生じて、チャネル１６２に沿って移動する対象物質領域２００内で生成された対象物質の電気泳動バイアスが除去されるような大きさとされる。例えば、チャネル１５０の幅が５０μｍである場合は、チャネルを横断する拡散は、拡散定数が１×１０-5ｃｍ2 ／秒の分子では約１秒で行われる。
【００５１】
図６Ａでは、カチオン性対象物質のプラグ２００が、チャネル１５２に沿ってチャネル１５６に向かって移動している。プラグ２００がチャンバ１６０に到着するまでに対象物質は電気泳動を受け、このため物質は対象物質領域２００の前方端により多く集中している。これは図６Ｂに示される。次に、チャネル１５２および１５６に沿って与えられた電圧降下は終わり、チャネル１５４および１５０に沿った電圧降下が生成され、これにより対象物質領域２００がチャネル１５０に吸引される。チャンバ１６０の側壁１６２および１６８が、電気泳動によりバイアスされた対象物質を有する対象物質領域２００を漏斗に導く。これは図６Ｃに示される。拡散によって、対象物質は、対象物質がチャネル１５０に沿って有意の距離だけ移動する前に、チャネル１５０の幅を横断して広がる。対象物質領域２００内の対象物質は混合され、微小流体システム１００での次の動作ステップへの準備が完了する。
単一サンプル内の電気泳動バイアスを訂正するために使用するのに加えて、図６に示す構造は、微小流体装置内の流体要素、例えば２つの別個の対象物質、緩衝剤、試薬などを混合するのに有用で有り得る。
【実施例】
【００５２】
実施例１  −  電子ピペッタ型フォーマットでの、帯電の異なる種の強制共同移動
電気泳動バイアスを除去または低減するために使用される方法の効力を示すために、２つの反対に帯電された種をキャピラリーチャネル内に動電学的に吸引して、単一サンプルプラグ内で共同移動させた。ベックマンキャピラリーチューブ電気泳動システムを用いて、キャピラリーチャネル内の電気泳動力をモデル化した。
簡単に述べれば、この実験では、低イオン濃度（または「低塩」）（５ｍＭホウ酸塩）かまたは高イオン濃度（または「高塩」）（５００ｍＭホウ酸塩）の緩衝剤、ｐＨ８．６中にベンジルアミンおよび安息香酸を含有するサンプルを用いた。安息香酸は、ベンジルアミンの約２倍の濃度で存在させた。すべての注入を０．１７分間とした。注入プラグの長さは、注入電圧８または３０ｋＶによって決定した。低塩および高塩緩衝剤は上述の通りとした。
【００５３】
第１の実験では、低塩緩衝剤を満たしたキャピラリーチューブに、低塩緩衝剤中のサンプルを連続して３回注入した。注入は８ｋＶで行い、３０ｋＶでの低塩の注入を間に挟んだ。これらの注入から得られたデータを図７Ａに示す。これらのデータは、１回目および２回目の注入からのベンジルアミン（より低い濃度の結果、短いピークとして識別可能）が、１回目の注入からの安息香酸のピーク（高いピーク）に先行していることが分かる。さらに、３回目の注入からのベンジルアミンのピークは１回目の安息香酸のピークとほとんど同時に発生する。従って、この実験は電気泳動バイアスの効果、つまり、サンプルピークは、キャピラリーチャネルに入ったのと同じ順序で退出しないことがあり得るということを示している。明瞭に示されるように、このような分離は、実質的には、単一サンプルの特性に干渉するか、もっと悪い場合では、既に導入されたかまたは続いて導入されるサンプルを犠牲にし(compromize)得る。
【００５４】
第２の実験では、キャピラリーチューブを低塩緩衝剤で満たした。先ず高塩緩衝剤を８ｋＶでキャピラリーチューブに導入／注入することによって（第１スペーサ領域１）、サンプルを注入した。これに続いて、高塩緩衝剤中のサンプルを８ｋＶで注入し、続いて、高塩緩衝剤の２回目の注入を８ｋＶで行った（第１スペーサ領域２）。このようにして３つのサンプルを注入し、３０ｋＶで低塩緩衝剤を注入することによって間隔を開けた。図７Ｂに見られ得るように、サンプル中に含まれる両化合物が、同じサンプルプラグ内でキャピラリーチャネルを通って強制的に共同移動させられ、これらは各注入からの単一のピークによって表される。これは、電気泳動による移動度に関係なく、サンプルが整合されていることを示している。
サンプルのサイズに対して、サンプル間の低塩スペーサプラグのサイズを小さくすることによって、各サンプル注入の成分の部分溶解が実現され得る。これは、続いて注入されるか既に注入されたサンプルを犠牲にせずに、動電学的なポンピング中にサンプルのいくらかの分離が所望される場合には有用であり得る。これは、３０ｋＶではなく、８ｋＶで低塩スペーサプラグを注入することによって実行された。この実施例からのデータを図７Ｃに示す。
【００５５】
実施例２  −  対象物質の電子ピペッタを通って微小流体システム基板に至る移動
図９Ａ〜９Ｃは、上述のような、対象物質、すなわちサンプルを電子ピペッタを通して微小流体システムの基板に導入する実験試験の結果を示す。サンプルは、燐酸塩緩衝化生理食塩水ｐＨ７．４中のローダミンＢである。また、燐酸塩緩衝化生理食塩水ｐＨ７．４から高イオン濃度（「高塩」）緩衝剤を形成した。低イオン濃度（「低塩」）緩衝剤は、５ｍＭのＮａホウ酸塩ｐＨ８．６溶液から形成した。
試験では、蛍光ローダミンＢを含む対象物質領域を、微小流体システムの基板に接続される電子ピペッタのキャピラリーチャネルに定期的に注入した。高塩および低塩緩衝剤もまた、上述のように対象物質領域間に注入した。図９Ａは、キャピラリーチャネルに沿った基板のチャネルとの接合部近くの地点でモニタされたローダミンＢの蛍光強度の時間に対するプロットである。（ちなみに、図９Ａ〜図９Ｃおよび図１０の蛍光強度軸の数字は、絶対値ではなく比較参照のためのものであることに注意されたい。）注入サイクル時間は７秒であり、対象物質領域を電子ピペッタを通って移動させる電界は１０００ボルト／ｃｍであった。ホトダイオードがキャピラリーチャネルからの光をモニタする総和時間は１０ミリ秒に設定した。図９Ａのプロットから、光強度スパイクは７秒間隔で現れ、これは蛍光ローダミンＢの注入サイクル時間に一致することが明らかであろう。
【００５６】
別の実験では、同じ緩衝剤をローダミンＢサンプルと共に用いた。モニタ地点を、電子ピペッタに接続された基板のチャネル内とした。注入サイクル時間は１３．１秒に設定し、ローダミンＢを含むソースレザバーと基板内の目的レザバーとの間の電圧を−３０００ボルトに設定した。ホトダイオードによるモニタの総和時間は４００ミリ秒であった。図９Ｂに示すように、蛍光強度スパイクは、ローダミンＢの注入サイクル時間に極めて一致する。
第３の実験試験の結果を図９Ｃに示す。この実験では、電子ピペッタを基板から形成し、空気侵食によって形状を決定(shaping) した。モニタ地点は、基板（および平面カバー）内に形成されたキャピラリーチャネルに沿った位置である。この場合は、サンプル物質は、ＰＢＳの緩衝剤、ｐＨ７．４中の１００μＭのローダミンＢである。ＰＢＳの高塩緩衝剤溶液、ｐＨ７．４、および５ｍＭのＮａホウ酸塩の低塩緩衝剤溶液、ｐＨ８．６もまた使用した。この場合も、蛍光強度の定期的なスパイクは、ローダミンＢの電子ピペッタへの周期的な注入に一致する。
【００５７】
図１０は、本発明の電子ピペッタへの別の対象物質の周期的な注入の結果を示す。この実験では、サンプルは、燐酸塩緩衝化生理食塩水、ｐＨ７．４中の１％ＤＭＳＯを有する１００μＭの低分子化合物であった。同じ燐酸塩緩衝化生理食塩水の高塩緩衝剤、ｐＨ７．４、および５ｍＭのＮａホウ酸塩の低塩緩衝剤、ｐＨ８．６もまた使用した。対象物質領域を電子ピペッタを通して移動させるための印加電圧は−４０００ボルトとし、ホトダイオードがキャピラリーチューブチャネルからの光をモニタする総和時間は４００ミリ秒に設定した。上述のように、サンプルを電子ピペッタに定期的に注入した。前回の結果と同様に、図１０のプロットから、低分子化合物に対して、電子ピペッタはサンプルを均等に間隔を開けた時間（および空間）間隔で移動させることが分かる。
【００５８】
以上、本発明を明瞭および理解のために幾分か詳細に記載したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において様々な変更がなされ得ることは、本開示を読むことにより当業者には自明で有り得る。例えば、上述の技術すべては様々な組み合わせで使用され得る。本出願で引用したすべての出版物および特許書類は、各出版物または特許書類が個別に示されるのと同じ程度まですべての目的のためにそれぞれの全体が参考として援用されている。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】微小流体システムの一実施形態の概略図である。
【図２】図２Ａは、本発明の一実施形態に基づく、図１の微小流体システムの１つのチャネル中を移動する流体領域の構成を示す。図２Ｂは、本発明による微小流体システムの１つのチャネル中を移動する異なる流体領域の別の構成の、一定の縮尺による図である。
【図３】図３Ａは、微小流体システムの１つのチャネル中を移動する対象物質領域の前に高イオン濃度スペーサ領域を有する、別の構成である。図３Ｂは、  微小流体システムの１つのチャネル中を移動する対象物質領域の後に高イオン濃度スペーサ領域を有する構成を示す。
【図４】図４Ａは、本発明による電子ピペッタの一実施形態の概略図である。図４Ｂは、本発明による別の電子ピペッタの概略図である。
【図５】本発明による微小流体システムにおける、反対に帯電された側壁を有する部分を備えたチャネルの概略図である。
【図６】図６Ａ〜６Ｄは、本発明による微小流体システム中のチャネルの交差点における漏斗状側壁(funneling sidewalls) の混合作用を示す。
【図７Ａ】低塩緩衝剤中の２つの反対に帯電された化学種からなるサンプル流体を、低塩緩衝剤で満たしたキャピラリー内へ３回注入した結果を示す。
【図７Ｂ】サンプルが高塩緩衝剤中にあり、サンプル領域の両端においてガードバンドとして機能するよう高塩緩衝剤流体が注入され、低塩緩衝剤を満たしたキャピラリー内でサンプル／ガードバンドを泳走(run) させた場合の、３回のサンプル注入の結果を示す。
【図７Ｃ】図７Ｂと同様な３回のサンプル注入の結果を示すが、ただしサンプル／高塩スペーサ（ガードバンド）間の低塩スペーサ領域のサイズを小さくすることにより、サンプル要素が後のサンプルまたは以前のサンプルを犠牲にする(compromise)ことなくサンプル内の種の部分的な分解(resolution)を可能にしている。
【図８】基材シートまたはマトリクス上に例えば乾燥などにより固相化されたサンプルを用いるサンプル抽出システムとともに用いられる、電子ピペッタの概略図を示す。
【図９Ａ】本発明に基づき電子ピペッタに定期的に注入されその中を移動されるテスト化学種からなるサンプル流体の移動を示す、蛍光対時間のプロットである。
【図９Ｂ】異なるパラメータ下において、電子ピペッタに接続された微小流体基板を通る化学種を有するサンプル流体の移動を示す、別のプロットである。
【図９Ｃ】空気摩耗(air abraded) 基板から形成された電子ピペッタを通るサンプル流体および化学種の移動を示す、プロットである。
【図１０】本発明に基づき電子ピペッタに定期的に注入されたサンプル流体中の化学種の移動を示すプロットである。この実験における種は低分子化合物である。
【符号の説明】
【００６０】
２００    対象物質領域
２０１、２０２    スペーサ領域（緩衝剤領域）
２５０    電子ピペッタ
２５１    キャピラリーチューブ
２５２    電極
２５３    リング電極
２５４    キャピラリーチャネル
２７０    電子ピペッタ
２７１    本体
２７２    電極
２７３    リング電極
２７４    メインキャピラリーチャネル
２７５    補助キャピラリーチャネル
２７６    補助キャピラリーチャネル
２８０    対象物質ソース
【図２】
2005049357.tif 000003
【図３】
2005049357.tif 000004
【図４】
2005049357.tif 000005
【図５】
2005049357.tif 000006
【図６】
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【図１】
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【図７Ａ】
2005049357.tif 000009
【図７Ｂ】
2005049357.tif 000010
【図７Ｃ】
2005049357.tif 000011
【図８】
2005049357.tif 000012
【図９Ａ】
2005049357.tif 000013
【図９Ｂ】
2005049357.tif 000014
【図９Ｃ】
2005049357.tif 000015
【図１０】
2005049357.tif 000016