(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）マイクロキャリアのコード付のための、マイクロキャリアのコード付がマイクロキャリア上にコードを書くことにより行われるか、またはコード付されたマイクロキャリアがマイクロキャリア上に書かれたコードを含んでなる、コード付されたマイクロキャリアの検出のための識別用ステップ、及び、
（ｂ）位置決めと方向決めのステップが（ｂ．１）一層系内のマイクロキャリア分布及び（ｂ．２）マイクロキャリアの位置と向きに関する知識により書込み手段がコードを発生でき、その後に、そのコードを読取り手段が、コードを書かれたマイクロキャリアの位置と方向に関する上記知識を用いて信頼できる解明を行えるように、書込み手段と読取り手段を用いてマイクロキャリアの位置決めと方向決めを行うためのマイクロキャリアの回転運動の制限を含んでなる、上記識別用ステップの前又はその間の位置決め及び方向決めのステップ、
のステップから成る、マイクロキャリアの識別用操作のための方法であって、
ここで、分布ステップが、液体、気体又は半固体の環境内での層流パターンに基づくマイクロキャリアの輸送により生じ、
ここで、マイクロキャリアの回転運動の制限が、マイクロキャリアに電界又は磁界を作用することにより行われるか、又はマイクロキャリアの非球形形状もしくは質量分布の異方性の利益をとることにより行われ、そして、
ここで、マクロキャリアが正味電荷、電気的双極子モーメンタム又は磁気的双極子モーメンタムを含み、又は、マイクロキャリアがそれ自体強磁性体、フェリ磁性体又は常磁性体であり、その形状の異方性、その質量分布の異方性を持ち、又は、マイクロキャリアがこれらの特性の組合わせを有する、
上記方法。
【請求項２】
（ａ）コード付されたマイクロキャリアがマイクロキャリア上に書かれたコードを含んでなる、コード付されたマイクロキャリアの検出のための識別用ステップ、及び、
（ｂ）位置決めと方向決めのステップが（ｂ．１）一層系内のマイクロキャリア分布及び（ｂ．２）マイクロキャリアの位置と向きに関する知識により書込み手段がコードを発生でき、その後に、そのコードを読取り手段が、コードを書かれたマイクロキャリアの位置と方向に関する上記知識を用いて信頼できる解明を行えるように、書込み手段と読取り手段を用いてマイクロキャリアの位置決めと方向決めを行うためのマイクロキャリアの回転運動の制限を含んでなる、上記識別用ステップの前又はその間の位置決め及び方向決めのステップ、
のステップから成る、マイクロキャリアの識別用操作のための方法であって、
ここで、分布ステップが、液体、気体又は半固体の環境内での層流パターンに基づくマイクロキャリアの輸送により生じ、
ここで、マイクロキャリアの回転運動の制限が、マイクロキャリアに電界又は磁界を作用することにより行われるか、又はマイクロキャリアの非球形形状もしくは質量分布の異方性の利益をとることにより行われ、そして、
ここで、マクロキャリアが正味電荷、電気的双極子モーメンタム又は磁気的双極子モーメンタムを含み、又は、マイクロキャリアがそれ自体強磁性体、フェリ磁性体又は常磁性体であり、その形状の異方性、その質量分布の異方性を持ち、又は、マイクロキャリアがこれらの特性の組合わせを有する、
上記方法。
【請求項３】
マイクロキャリアの識別用操作の方法であって、
ａ）上記マイクロキャリアの位置決め及び方向決め、
ｂ）その上にコードを書き込むことによる上記マイクロキャリアのコード付け、
ｃ）上記マイクロキャリアの上又は中でターゲット検体に反応を行わせること、
ｄ）上記マイクロキャリアの位置決め及び方向決め、及び、
ｅ）上記マイクロキャリアの識別、
のステップからなり、
ここで、ステップ（ｃ）からステップ（ａ）に進んでも良く、
ここで、位置決め及び方向決めのステップが、一層系内のマイクロキャリア分布；及びマイクロキャリアの回転運動の制限を含んでなり、
ここで，分布ステップが、液体、気体又は半固体の環境内での層流パターンに基づくマイクロキャリアの輸送により生じ、
ここで、マイクロキャリアの回転運動の制限が、マイクロキャリアに電界又は磁界を作用することにより行われ、そして、
ここで、マイクロキャリアが正味電荷、電気的双極子モーメンタム又は磁気的双極子モーメンタムを含み、又は、マイクロキャリアがそれ自体強磁性体、フェリ磁性体又は常磁性体であり、その形状の異方性、その質量分布の異方性を持ち、又は、マイクロキャリアがこれらの特性の組合わせを有する、
上記方法。
【請求項４】
光学的識別手段を用いて識別ステップが行われる、請求項１−３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
光学的識別手段が、レーザービーム、透過顕微鏡、共焦点顕微鏡および蛍光顕微鏡の１つを含んでなる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
マイクロキャリア上へのコードの書きこみが、フォトクロミック作用、化学エッチング、材料を堆積すること、光漂白、および、レーザー、ランプ、又は、Ｘ線、α及びβ線、イオン・ビーム又は電磁放射線を発する線源へマイクロキャリアを曝すこと、からなる群から選択される方法を用いて行われる、請求項１又は３に記載の方法。
【請求項７】
マイクロキャリア上へのコードの書きこみが、マイクロキャリアの内部又はその外面上に生じた空間的変調により行われる、請求項１−３のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
空間的変調がそのマイクロキャリアの内部又は表面上に位置する有限数の識別可能な体積要素の既知の配置である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
空間的変調が、
（ｉ）    個々の体積要素内の物質の１以上の特性を変化すること、または
（ｉｉ）  個々の体積要素から物質を除去すること、または
（ｉｉｉ）個々の体積要素上に物質を堆積すること、または
（ｉｖ）  個々の体積要素を変化させないこと、または
その組合わせ、により発生することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
一層系内のマイクロキャリアの分布が、２寸法（Ｘ、Ｙ）を有する面構成をもたらす、請求項１−３のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
一層系内のマイクロキャリアの分布が、線構成をもたらす、請求項１−３のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
層流パターンが毛細管内で与えられる、請求項１−３のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
位置決め及び方向決めのステップがフローセル内で生じる、請求項１−３のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
マイクロキャリアが、非球形、長円体又は円筒の形状を有する、請求項１−１３の何れかに記載の方法。
【請求項１５】
（ａ）  識別用手段が顕微鏡を含んでなり、ラベル付け手段がレーザー、ランプ、又は、Ｘ線、α及びβ線、イオン・ビーム、又は電磁放射線を発する線源を含んでなる、識別用手段およびラベル付け手段の少なくとも一つ、
（ｂ）  マイクロキャリアの位置決め及び方向決め用の手段が回転制限手段を含んでなり、ここで回転制限手段が磁界及び電界の少なくとも一つにより提供される、マイクロキャリアの位置決め及び方向決め用の手段を含んでなる、
マイクロキャリアの識別用操作のための装置。
【請求項１６】
マイクロキャリアの位置決め及び方向決め用の手段が、少なくとも１個のマイクロキャリアと回転制限手段とを収容するためのいくつかのウエルを含む固体サポートを含んでなる、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
毛細管内で層流パターンを生じさせるために毛細管と差圧発生手段とに接続できるリザーバーであって、マイクロキャリアの集団を収容するためのリザーバーをさらに含んでなる、請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［産業上の利用分野］
本発明はマイクロキャリアの識別用操作に関する、より特定すれば、それらの上にコードを書き込むマイクロキャリア操作に関するが、それに限定しない。これらのマイクロキャリアの一例は以前に提出したが、優先権主張時点では公開されていない特許出願書PCT/EP00/03280に記載されている。上記出願書は本出願書に参考用として包含されている。マイクロキャリア「上」に書かれたコードに関するこの開示での言及には、マイクロキャリアの表面上に書かれたコードだけでなくマイクロキャリア内の深部に書かれたコードが含まれている。識別の目標は、例えば、マイクロキャリアの読取りないし検出及びラベル付けないしコード付けである。
【０００２】
［従来の技術及びその課題］
化学及び生物の分野での薬物発見及び薬物スクリーニングには通常非常に多数の化合物ないし分子のアッセイを実施することが含まれている。これらの分析には一般的に、対象化合物に関する化学文献のスクリーニング、テスト・サンプル内の特定ターゲット分子のスクリーニング、分子間の対象とする化学的・生物学的相互作用に対する全般的試験が含まれる。上記のアッセイには多くの場合数千に及ぶ個々の化学的ないし生物学的反応を実施することが必要である。例えば、薬物発見のアッセイには特定ターゲット検体に対して数千の化合物を検査することが含まれる。ターゲット検体との反応、結合又は他の相互作用を観察された化合物は、その観察された相互作用が重要だと信じられるいくつかの用途に対して有望になる。
【０００３】
上記アッセイに必要な多数の個別相互作用を処理するのには、いくつかの実際的問題が存在する。多分、最も重要な問題は、各反応にラベル付けをし、追跡することの必要性である。例えば、対象反応が数千の反応を持つグループ内でただ１個で観察された場合、研究者は数千の最初の化合物ないし分子の中でどのひとつがその反応を生じたかを決定できなければならない。
【０００４】
反応の独自性を追跡するための従来方法は、高密度配列内の個々の反応容器内に各反応を物理的に分離すること、及び、各容器内で用いられた個々の検体の独自性の記録を維持することによる。それゆえ、例えば、対象反応が１０００個の中の５番目としてラベルを付けられた容器内で観察されたとき、研究者はその容器内で用いられた反応物質の記録を参照でき、対象反応を生じた特定反応物質が存在する容器Ｎｏ．５の記録から情報を得る。上記の高密度配列の例は３８３個、８６４個、１，５３６個、３，４５６個、９，６００個のウエル(well)を持つマイクロ滴定プレート型容器であり、この場合、マイクロ滴定プレートの各ウエルは小型反応容器である。小型反応ウエルは、スペースを縮小し、速度を高め、アッセイに用いられる試薬コストを低減できるので用いられている。
【０００５】
しかしながら、化学的及び生物学的なアッセイでマイクロ滴定プレート型容器を用いることにはいくつかの短所がある。例えば、プレートを使用するには、ひとつの反応容器内で、自由に、かつ、多くの場合、より便利になるように全反応を行わせる代わりに非常に多数の個別反応容器を注意深く分離する必要がある。さらに、反応ボリュームを空間的に分離するという要件は使用するマイクロ滴定プレートに物理的な制約を、それゆえ、そのプレート上で実施できる反応件数に制約を加える。
【０００６】
マイクロ滴定プレートを使用する場合の上記の制約に対して、大量処理アッセイで個別反応を追跡する他の手段を開発するために、いくつかの試みが行われた。これらの方法では、反応を空間的に分離するというコンセプトをあきらめて、代わりに、他の手段により個別の反応を追跡している。例えば、担体としてのマイクロキャリア上でアッセイと反応の大量処理を実施する方法を開発している。各マイクロキャリアの表面には反応物質として機能する１個の特定リガンドを結合させている。そして、そのマイクロキャリアはそのマイクロキャリアを特定する「コード」を追加的に含み、それゆえ、その表面に結合した特定リガンドを識別できる。これらの上記の方法により、「ランダム処理」を行える。このことは数千の独自コードを持つマイクロキャリアのそれぞれがその表面に結合したリガンドを持ち、全てを混ぜ合わせて、同時にアッセイできることを意味している。添付リガンドとターゲット検体の間で対象となる好ましい反応を示したマイクロキャリアについて、そのコードを読取り、それにより好ましい反応を生じたリガンドを識別する。
【０００７】
従来技術の主要な問題は、識別用としては、マイクロキャリアの位置がランダムであり、それゆえ、コード付けと識別の効率が良くないことである。サポート上でコード付けされたマイクロキャリアを位置決めするだけでは、コード付けと識別を効率的に行うのには不十分である。いくつかの文献が固体サポート上での位置決めを開示している。上記のランダム処理の実施には各マイクロキャリアの正確な個別コード付けが必要であり、そのコードの正確で、信頼できて、一貫性のある識別を必要とする。ランダム処理を用いたアッセイはその結果を得るためにマイクロキャリアのコード付けに著しく依存している。アッセイの質は信頼性、判読性、独自コード、コード件数、マイクロキャリア上のコードの正確な寸法と判読性に大きく依存している。マイクロキャリアにコード付けする試みは、依然として、差別的色付け(Dye-Trak microspheres)、蛍光性標識付け(Fluorospheres; Nu-flow)、いわゆるメモリー付き遠隔プログラマブル・マトリックス(IRORI; 米国特許第5,751,629号)、オリゴヌクレオチドと小型ペプチドのような取外し可能なタグ（米国特許第5,565,324号、米国特許第5,721,099号、米国特許第5,789,172号）、トランスポンダー付き固相粒子（米国特許第5,736,332号）に限定されている。WO 98/40726は、光ファイバー・バンドルのセンサーである固体サポートを示している。その中で、異なる化学的機能を持つ個別微小球体がバンドル内の各ファイバー又はファイバー・グループに光学的に結合している。その機能は蛍光色素を用いて各微小球体上にコード付けされていて、バンドル端部にエッチングで掘ったウエルに固定されている。上記の特許の開示内容は参考用として本出願書に含まれている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第一の側面で、位置と方向の改善が得られるマイクロキャリアの操作方法を提供している。その最も広い範囲で、本発明は以下のステップを含むマイクロキャリアの識別用操作の方法を提供している：
（ａ）マイクロキャリアの識別用のステップ、及び、
（ｂ）その識別用のステップの前又はステップ中の位置決め及び方向決めのステップ。
この方法は、識別用ステップの前又はステップ中の位置決め及び方向決めの両方のステップを必要としているけれども、本発明は驚くほど良好で効率が高く、信頼性が高い識別用ステップになる。主な理由はマイクロキャリアの位置の自由度でランダム性が無いことである。
【０００９】
本発明はマイクロキャリアの上でコードを読み又は書くことを可能にするのに特に適当であり、マイクロキャリアの内部又は外面の上に空間的変調(spatial modulation)を生じることによりコードを発生する。この空間的変調とは、マイクロキャリアの内部又は表面に位置している有限数の識別可能な体積要素(distinct volume element)の既知の配置として定義しうる。識別可能な体積要素の既知の配置を生じるのは、（ｉ）個々の体積要素内の物質の１以上の特性を変化することにより、又は、（ｉｉ）個々の体積要素から物質を除去することにより、又は、（ｉｉｉ）個々の体積要素上に物質を堆積することにより、又は、（ｉｖ）個々の体積要素を変化させないことにより、又は、上記の可能性の組合わせにより可能になる。例えば、この既知の配置はこれらの体積要素が、線配置上ないし面内のような１以上の次元上にあるようにしうる。それで、本発明の主要目的は、マイクロキャリアの位置と向きに関する知識により、有限数の識別可能な体積要素の既知の配置を造ることにより、書込み手段がコードを発生でき、その後に、そのコードを読取り手段が、コードを書かれたマイクロキャリアの位置と方向に関する上記知識をを用いて信頼できる解明を行えるように、書込み手段と読取り手段を用いてマイクロキャリアの位置決めと方向決めを行うことである。コードの解明はマイクロキャリアの内部又はマイクロキャリアの表面に位置していて一緒になってコードを構成する体積要素（複数）の特性を測定することにより行われる。方向決めは体積要素の配置の対称性により１軸、２軸又は３軸全部を基準に行える。この既知の配置が１以上の軸の回りで対称になるように設計されている場合、マイクロキャリアはこれらの軸の回りの回転を基準として方向決めをする必要はない。
【００１０】
本発明は、（ａ）マイクロキャリアの識別用のステップ、及び、（ｂ）識別用のステップの前又はステップ中の位置決めと方向決めのステップの各ステップを含むマイクロキャリアの識別用操作をするための方法を提供している。一実施例に基づくと、識別用のステップは識別可能な又はコード付けされたマイクロキャリアの検出のための検出ステップである。他の実施例に基づくと、識別用のステップは識別可能な又はコード付けされたマイクロキャリアを得るためのラベル付けステップである。
【００１１】
他の実施例で、本発明はマイクロキャリアの識別用操作のための方法を提供していて、その場合、上記マイクロキャリアはそのマイクロキャリア上に書かれたコードによりコード付けされたコード付けされたマイクロキャリアである。さらに、別の実施例に基づくと、上記マイクロキャリアは、空間分解能が高い光源にマイクロキャリアを露光することによりそのマイクロキャリア上に書かれたコードによりコード付けをされている。
【００１２】
本発明に基づく方法の実施例は、マイクロキャリア集団の識別用操作をするための方法で、それによる位置決めと方向決めのステップはさらに、
（ｂ．１）一層系内のマイクロキャリア集団の分布、及び、
（ｂ．２）マイクロキャリアの回転運動の制限、
から成っている。
【００１３】
本発明に基づく他の実施例は、ステップｂ．１の分布により二次元（Ｘ，Ｙ）を持つ平面構成となる方法である。
【００１４】
本発明に基づく他の実施例は、ステップｂ．１の分布により線構成になる方法である。一次元構成により高速検出を行える。
【００１５】
本発明に基づく他の実施例は、好ましくは、液体・気体又は半固体の環境での層流パターンに基づくマイクロキャリアの輸送による分布ステップを生じさせる方法である。マイクロキャリアの輸送により、検出手段が固定位置を持つことが可能になり、さらにそれにより、検出速度をさらに高められ、その検出手段の校正を不要にする。
【００１６】
本発明に基づく他の実施例は、液体環境内での層流パターンを毛細管内で生じさせる方法である。層流パターン以外にも、他の流動パターンが可能である。
【００１７】
本発明に基づく別の実施例は、半液体又は液体のサポート内でマイクロキャリアを位置決めすることにより、分布ステップが行われ、上記の半液体又は液体のサポートの粘度又は密度に差を生じている半液体又は液体、又は、粘度又は密度が異なった２以上の半液体又は液体の層から構成できる方法である。そこで、マイクロキャリアは粘度又は密度の変化の境界でサポートの上又はサポートの中に浮遊又は位置している。その位置はマイクロキャリアの密度に基づいて変化する。上記のマイクロキャリアの分布内で流れが無いことにより、検出手段を可動にできる。
【００１８】
本発明に基づく別の実施例は、その位置決め及び方向決めのステップを、マイクロキャリアの上又は付近の物理的、機械的、化学的又は生物学的相互作用により得られる方法である。例として、化学的相互作用は、共有結合又はファンデルワールス型相互作用のような任意の種類の相互作用としうる。生物学的相互作用はマイクロキャリアのサポートないしキャリアへの直接ないし間接の結合を、例えば、アビジン／ビオチン、抗体／抗原、抗体／ハプテン、レセプター／リガンド、蔗糖／レクチン、相補核酸（ＲＮＡ又はＤＮＡ又はその組合わせ）、酵素／基質、酵素／コファクター、酵素／インヒビター、及び（又は）、免疫グロブリン／ブドウ球菌プロテインＡの相互作用を介して達成できる。
【００１９】
本発明に基づく他の実施例は、マイクロキャリアに加えられる磁界の結果として位置決めと方向決めのステップがマイクロキャリアの回転運動を制限する方法である。
【００２０】
本発明に基づく他の実施例は、マイクロキャリアに加えられる電界の結果として位置決めと方向決めのステップがマイクロキャリアの回転運動を制限する方法である。
【００２１】
本発明に基づく他の実施例は、位置決め及び方向決めのステップが、非球形のマイクロキャリア、より特定すれば長円体又は円筒の形状のマイクロキャリアにより得られる方法である。
【００２２】
本発明の第二の側面は、光学的手段、電子的手段、物理的手段、化学的手段及び磁気手段のような読取又は検出又は識別用の手段、又は、空間分解能が高い光源のようなラベル付け手段、及び、マイクロキャリアの位置決めと方向決めのための手段を含むマイクロキャリアの識別用操作をするための装置に関する。
【００２３】
一実施例で、本発明は、顕微鏡のような識別用手段、又は、空間分解能の高い光源のようなラベル付け手段及びマイクロキャリアの位置決めと方向決めのための手段から成るマイクロキャリアの識別用操作をするための装置に関する。
【００２４】
本発明に基づく一実施例は、マイクロキャリアの位置決めと方向決めの手段が、それぞれのウエルが少なくとも１個のマイクロキャリアと回転制限手段を収容するのに適当ないくつかのウエルを含む固体サポートで構成された装置である。
【００２５】
本発明に基づく一実施例は、マイクロキャリアの位置決めと方向決めの手段が、半液体又は液体のサポート及び回転制限手段から成る装置である。他の実施例に基づくと、上記の半液体又は液体のサポートは粘度又は密度に差があるもので良く、又は異なる粘度又は密度を持つ２以上の半液体又は液体の層から構成できる。それで、異なる粘度又は密度の境界面でのサポート上又は中でマイクロキャリアを浮遊させ、又は、位置決めと方向決めを行える。その位置と方向はマイクロキャリアの密度に基づいて違って良い。
【００２６】
本発明に基づく別の実施例では、回転制限手段が磁界及び（又は）電界により提供されている装置である。
【００２７】
本発明に基づく他の実施例は、さらに、マイクロキャリアの集団を収容するのに適当なリザーバーを含み、そのリザーバーを、毛細管内で層流パターンを生じさせるように毛細管と差圧発生手段に接続できる装置である。
【００２８】
本発明に基づく別の実施例は、さらに、マイクロキャリアの回転制限のために磁界及び(又は)電界を用いる装置である。
【００２９】
本発明の第三の側面では、マイクロキャリアのコード付けをマイクロキャリア上に書かれたコードにより行う第一の側面の方法で有用なマイクロキャリアを用いている。
【００３０】
本発明に基づく実施例は、コード付けされたマイクロキャリアが、そのマイクロキャリアを空間分解能が高い光源で露光することによりそのコードを書き込むことを特徴とするマイクロキャリアである。
【００３１】
本発明に基づく実施例は、コード付けされたマイクロキャリアが、上記マイクロキャリアの表面又は深い内部に材料の堆積をすることによりそのコードを書き込むことを特徴とするマイクロキャリアである。
【００３２】
本発明に基づく別の実施例では、さらに、正味電荷、電気双極子モーメンタム、又は磁気双極子モーメンタムを含むマイクロキャリアである。さらに、そのマイクロキャリアは強磁性体、フェリ磁性体、常磁性体等で良く、又は、形状の異方性、質量分布の異方性又はこれらの特性の組合わせを有するものでも良い。
【００３３】
一定方法でマイクロキャリアをどのように位置決め及び方向決めを行えるかとう実施例を論じる前に、本発明の第三の側面、即ち、種々のタイプのマイクロキャリアを使用できることを示すことが必要である。
【００３４】
ここで用いる場合、「マイクロキャリア」は「微小球体」「ビーズ」「微粒子」とも呼んでいて、反応体積、又は、例えば高処理量のスクリーニング技術及び診断で日常的に用いられる材料から造られたサポートに関連している。例えば、マイクロキャリアは液体、半固体、又は、固体と半固体の組合わせで造ることができ、また、化学的及び生物学的アッセイ及び合成のような場合のサポートとすることができる。以下に限定しないが、これらの材料の例には、セルローズ、カルボキシメチル・セルローズ、ヒドロキシル・セルローズ、寒天、有孔ガラス、シリカゲル、ポリスチレン、臭素化ポリスチレン、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリロレイン、ポリブタジエン、ポリカプロラクトン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリジメチルシロキサン、ポリイソプレン、ポリウレタン、ポリビニールアセテート、ポリビニールクロライド、ポリビニールピリジン、ポリビニールベンジルクロライド、ポリビニールトルエン、ポリビニリデンクロライド、ポリジビニルベンゼン、ポリメチルメタクリレート、ポリラクチド、ポリグリコリド、ポリ（ラクチド・コ・グリコリド）、ポリアンヒドライド、ポリオルソエステル、ポリホスファゼン、ポリホソファゼン、ポリスルフォン、ポリエチレン・グリコール／ポリスチレンのようなグラフト共重合体、架橋結合のデキストラン、メチルスチレン、ポリプロピレン、アクリル重合体、常磁性体、カーボン、グラファイト、ポリカーボネート、ポリペプチド、ヒドロゲル、リポソーム、タンパク質の重合体、二酸化チタン、ラテックス、樹脂、脂質、セラミック、木炭、金属、ベントナイト、カオリナイト、ゴム、ポリアクリルアミド、ラテックス、シリコン、例えば、ポリジメチルジフェニル・シロキサン、ジメチルアクリルアミド等が含まれ、又は、その組合わせも容認されている。
【００３５】
好ましい材料には、ラテックス、ポリスチレン及び架橋結合のデキストランが含まれる。さらに、マイクロキャリアは原核細胞又は真核細胞または一部のウイルスでも良い。上記のマイクロキャリアはコード付け、位置決め及び方向決め、及びさらに、その識別のために適当な任意の形状及びサイズで良い。例えば、マイクロキャリアは球形又は必ずしも球形で無いビードの形状で良い。例えば、マイクロキャリアは円筒でも長円体でも良い。例えば、球形の場合、マイクロキャリアは０．５から３００μｍの直径で良い。さらに、マイクロキャリアは１から２００μｍで良い。他の例での上記マイクロキャリアの適当なサイズは１０から９０μｍの範囲にできる。
−マイクロキャリアは正味電荷又は電気双極子モーメンタムを持つことができる。
−マイクロキャリアは磁性体にでき、又は磁気双極子モーメンタムを持つことができる。
−マイクロキャリアの形状に一定の異方性を与えることができる。例えば、マイクロキャリアを、例えば、棒状、長円体又は円筒のような軸対称形にできる。
−マイクロキャリアの質量分布を一定の異方性としうる。例えば、粒子の一領域の密度を高くして、片側を別の側よりも重くできる。さらに、マイクロキャリアが非対称の形状である時、これは非対称の質量分布によっても反映される。
−コード付けされたマイクロキャリアはPCT/EP00/03280の教示に基づく。
−マイクロキャリアを上記特徴の一部又は全部の組合わせとしうる。
【００３６】
マイクロキャリアは、光透過性、強磁性のような種々の特性を持てて、かつ、蛋白のようなリガンドを結合するための表面に官能基を持つことができる。さらに、マイクロキャリアには蛍光体、発光体等のような１以上の色素又はその組合わせを含めて良い。強磁性材料の現場堆積又は強磁性微小粒子を含むポリマーを塗布することにより強磁性を導入できる。強磁性材料の例には、Cr2O3、Fe2O3、Fe3O4、ニッケル及びコバルト金属、他の金属酸化物及び金属が含まれるが、それに限定しない。化合物は、マイクロキャリアの調製中に、又は、浸漬又は塗布のような事後変更ステップで導入できる。強磁性材料は上記マイクロキャリア内に、重量で０．１から５０％の濃度範囲で、又は、０．５から４０％の濃度範囲で、又は、例えば、１から３０％の濃度範囲で存在できる。
【００３７】
PCT/EP00/03280の教示に基づいてマイクロキャリアに書かれたコードは、マイクロキャリアで読み書きができる任意の形状、デザイン又はシンボルとしうる。例えば、コードを数字又は文字として、又は、シンボル、絵、バーコード、リングコード又は三次元コードの形のコードして書いて良い。リングコードはバーコードに類似しているが、直線の代わりに同心円を用いる。例えば、１個のリングには１本のバーと同じ情報を含めて良い。コードはマイクロキャリアの表面又はマイクロキャリアの深い内部に書いて良い。例えば、コードをマイクロキャリアの深い内部に、より特定すれば、マイクロキャリアの中心面に書いて良い。マイクロキャリアの形状により、中心面は、書くために最大の表面積を利用できるので、コードを書くのに好ましい位置になる。さらに、マイクロキャリアが曲面を有している場合、その曲面の代わりに深い内部にコードを書く方が有利な場合がある。これは、多くの場合、曲面よりも平面の方がコードの書込み・読取りに便利なことによる。
【００３８】
例えば、レーザー、ランプ、又は、Ｘ線、α線及びβ線、イオン・ビーム又は任意の形の電磁放射線を発する線源のような空間分解能が高い光源を用いることによりマイクロキャリア上にコードを書くことができる。さらに、フォトクロミック作用(photochroming)又は化学エッチングによりマイクロキャリア上にコードを書くことができる。コードを書くのに便利な方法は、空間分解能が高い光源を用いること、特に共焦点顕微鏡と組合わせたレーザー又はランプを用いることによる。さらに、コードを上記の方法を用いてマイクロキャリアの深い内部に書くことができる。
【００３９】
さらに、上記のマイクロキャリアの上又は中に材料を堆積することによりコードを書くことができる。堆積方法の例には、レーザー堆積と電気化学的堆積が含まれるが、それらに限定されない。上記堆積に利用できる材料の例には、任意の有機の化合物又は材料；無機の化合物又は材料；材料又は複合材料の粒子層；重合材料；結晶質又は非結晶質の材料；アモルファスの材料又はガラス；例えば、グラファイト粒子又はカーボン・ナノチューブのような炭質材料；例えば、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、プラチナ、コバルト、ロジウム、イリジウムのようなメタリック材料；任意のメタル・カルコゲニド；例えば、酸化第二銅、二酸化チタンのような金属酸化物；硫化金属、セレン化金属、テルル化金属、金属アロイ、窒化金属、リン化金属、アンチモン化金属、半導体、半金属を含むがそれに限定されない。上記の材料はマイクロ粒子又はナノ粒子のような粒子の形で堆積できる。例えば、その粒子はナノ粒子、即ち、一般に１０ｎｍから１０００ｎｍのサイズ範囲にある粒子である。
【００４０】
マイクロキャリアの位置と方向を知ることは、関連する上記コードの書き込み及び（又は）読取りを容易にするのに必須である。特に、これらの識別用ステップが高処理量の用途で実施されるときに必須である。マイクロキャリアの位置と方向を知ることは識別用のステップを改善することにもなる。
【００４１】
マイクロキャリアには感光物質を含めて良い。例えば、例えば、マイクロキャリアに漂白可能物質を含められる。また、マイクロキャリア上のコードはマイクロキャリアの漂白可能部分内での漂白済みパターンの形で良い。マイクロキャリア「上」の物質を漂白する(bleaching)というこの出願書での言及には、マイクロキャリア表面の漂白だけでなく、マイクロキャリアの深い内部での漂白が含まれている。好ましい漂白可能物質には漂白可能な蛍光又は電磁放射線の吸収物質が含まれる。マイクロキャリアには漂白可能な発光体を含めて良い。使用できる発光体の例には、蛍光剤(fluorescer)、燐光剤(phosphorescer)又はシンチレーター(scintillator)が含まれる。漂白可能な化学的発光剤、生物的発光剤又は色付き物質を使用して良い。以下に限らないが、漂白可能物質の例を以下に示す：３−ヒドロキシピレン  ５，８，１０−トリスルホン酸, ５−ヒドロキシ  トリプタミン（5-Hydroxy Tryptamine）, ５−ヒドロキシトリプタミン（5-Hydroxy Tryptamine）(5-HT), アシッド  フシン（Acid Fuhsin）, アクリジン  オレンジ（Acridine Orange）, アクリジン  レッド（Acridine Red）, アクリジン  イエロー（Acridine Yellow）,アクリフラビン（Acriflavin）, AFA (アクリフラビン  フェウルゲン  ＳＩＴＳＡ(Acriflavin Feulgen SITSA)), アリザリン  コンプレクソン(Alizarin Complexon), アリザリン  レッド(Alizarin Red), アロフィコシアニン(Allophycocyanin）, ACMA, アミノアクチノマイシン  Ｄ(Aminoactinomycin D）, アミノクマリン, ステアリン酸アンスロイル, アリール−もしくはヘテロアリール−置換ポリオレフィン, アストラゾン  ブリリアント  レッド  ４Ｇ(Astrazon BrilliantRed 4G),  アストラゾン  オレンジ  Ｒ(Astrazon Orange R), アストラゾン  レッド  ６Ｂ（Astrazon Red 6B）, アストラゾン  イエロー  ７  ＧＬＬ(Astrazon Yellow 7 GLL), アタブリン(Atabine), アウラミン(Auramine), アウロフォスフィン(Aurophosphine), アウロフォスフィン  Ｇ(Aurophosphine G), BAO 9(ビスアミノフェニルオキサジアゾール), BCECF, ベルベリン  サルフェート(Berberine Sulphate), ビスベンズアミド, BOBO 1, ブランコフォル  ＦＦＧ  溶液(Blancophor FFG Solution), ブランコフォル  ＳＶ(Blancophor SV), ボジピ  Ｆ１(Bodipy F1), BOPRO 1, ブリリアント  スルホフラビン  ＦＦ(Brilliant Sulphoflavin FF), カルシエン  ブルー(Calcien Blue), カルシウム  グリーン(Calcium Green), カルコフルオル  ＲＷ  溶液(Calcofluor RW Solution), カルコフルオル  ホワイト(Calcofluor White), カルコフォル  ホワイト  ＡＢＴ  溶液(Calcophor White ABT Solution), カルコフォル  ホワイト  標準溶液(Calcophor White Standard Solution), カルボシアニン(Carbocyanine), カルボスチリル(Carbostyryl), カスケード  ブルー(Cascade Blue), カスケード  イエロー(Cascade Yellow), カテコールアミン(Catecholamine), キナクリン(Chinacrine), コリフォスフィン  Ｏ(Coriphosphine O), クマリン, クマリン−ファロイジン(Coumarin-Phalloidin), CY3.18, CY5.18, CY7, ダンス(Dans)(１−ジメチルアミノナファリン５スルホン酸)(1-Dimethyl Amino Naphaline 5 Sulphonic Acid), ダンサ(Dansa)(ジアミノナフチルスルホン酸), ダンシル  ＮＨ−ＣＨ３(Dansyl NH-CH3), DAPI, ジアミノフェニルオキシジアゾール(DAO), ジメチルアミノ−５−スルホン酸, ジピロメテンボロン  ジフルオリド(Dipyrrometheneboron Difluoride), ジフェニル  ブリリアント  フラビン  ７ＧＦＦ(Diphenyl BrilliantFlavine 7GFF), ドーパミン, エオシン, エリトロシン  ＩＴＣ, エチジウム  ブロミド, ユークリシン, FIF (ホルムアルデヒド誘導蛍光), フラゾ  オレンジ(Flazo Orange), フルオ  ３(Fluo 3), フルオレスカミン(Fluorescamine), フルオレセイン  イソチオシアナート(fluorescein isothiocyanate)("FITC"), フラ−２(Fura-2), ゲナクリル  ブリリアント  レッド  Ｂ(Genacryl BrilliantRed B), ゲナクリル  ブリリアント  イエロー  １０ＧＦ(Genacryl BrilliantYellow 10GF), ゲナクリル  ピンク  ３Ｇ(Genacryl Pink 3G), ゲナクリル  イエロー  ５ＧＦ(Genacryl Yellow 5GF), グロキサリン酸(Gloxalic Acid), グラニュラー  ブルー(Granular Blue), ヘマトポルフィリン, ホーヒスト  ３３２５８(Hoechst 33258), インド−１(Indo-1), イントラホワイト  Ｃｆ  液(Intrawhite Cf Liquid), ロイコフォル  ＰＡＦ(Leucophor PAF), ロイコフォル  ＳＦ(Leucophor SF), ロイコフォル  ＷＳ(Leucophor WS), リサミン  ローダミン  Ｂ２００(Lissamine RhodamineB200)(RD200), ルシフェル  イエロー  ＣＨ(Lucifer Yellow CH), ルシフェル  イエロー  ＶＳ(Lucifer Yellow VS), マグダラ  レッド(Magdala Red), マリナ  ブルー(Marina Blue), マクシロン  ブリリアント  フラビン  １０ＧＦＦ(Maxilon BrilliantFlavin 10 GFF), マクシロン  ブリリアント  フラビン  ８ＧＦＦ(Maxilon BrilliantFlavin 8 GFF), MPS (メチル  グリーン  ピロニン  スチルベン(Methyl Green Pyronine Stilbene)), ミトラマイシン(Mithramycin), NBD アミン, ナイル  レッド(Nile Red), ニトロベンズオキサジドール(Nitrobenzoxadidole), Ｎ−（７−ニトロベンズ−２−オキサ−１，３−ジアゾール−４−イル）ジエチルアミン(ＮＯＤＤ), ノルアドレナリン,ヌクレアー  ファースト  レッド(Nuclear Fast Red), ヌクレアー  イエロー(Nuclear Yellow), ナイロサン  ブリリアント  フラビン  Ｅ８Ｇ(Nylosan BrilliantFlavin E8G), オレゴン  グリーン(Oregon Green), オキサジン, オキサゾール, オキサジアゾール, パシフィック  ブルー(Pacific Blue), パラロサニリン(Pararosaniline) (フェウルゲン(Feulgen)), フォルウィテ  ＡＲ  溶液(Phorwite AR Solution), フォルウィテ  ＢＫＬ(Phorwite BKL), フォルウィテ  Ｒｅｖ(Phorwite Rev), フォルウィテ  ＲＰＡ(Phorwite RPA), フォスフィン  ３Ｒ(phospine  3R), フタロシアニン, フィコエリトリン類, フィコエリトリン  Ｒ, ポリアザインダセン  ポントクロム  ブルー  ブラック(Polyazaindacene Pontochrome Blue Black), ポルフィリン, プリムリン(Primuline), プロシオン  イエロー(Procion Yellow), プロピジウム  ヨーダイド(Propidium Iodide), ピロニン(Pyronine), ピロニン  Ｂ(Pyronine B), ピロザル  ブリリアント  フラビン  ７ＧＦ(Pyrozal BrilliantFlavin 7GF), キナクリン  マスタード(Quinacrine Mustard), ローダミン  １２３(Rhodamine 123), ローダミン  ５  ＧＬＤ(Rhodamine 5 GLD), ローダミン  ６Ｇ(Rhodamine 6G), ローダミン  Ｂ(Rhodamine B), ローダミン  Ｂ  ２００(Rhodamine B 200), ローダミン  Ｂ  エクストラ(Rhodamine B Extra), ローダミン  ＢＢ(Rhodamine BB), ローダミン  ＢＧ(Rhodamine BG), ローダミン  ＷＴ(Rhodamine WT), ローズ  ベンガル(Rose Bengal), セロトニン, セブロン  ブリリアント  レッド  ２Ｂ(Sevron BrilliantRed 2B), セブロン  ブリリアント  レッド  ４Ｇ(Sevron BrilliantRed 4G), セブロン  ブリリアント  レッド  Ｂ(Sevron BrilliantRed B), セブロン  オレンジ(Sevron Orange), セブロン  イエロー  Ｌ(Sevron Yellow L), SITS (プリムリン(Primuline)), SITS (スチルベン  イソチオスルホン酸), スチルベン, スナーフ  １(Snarf 1), スルホ  ローダミン  Ｂ  Ｃａｎ  Ｃ(sulpho RhodamineB Can C), スルホ  ローダミン  Ｇ  エクストラ(Sulpho RhodamineG Extra), テトラサイク��ン, テキサス  レッド(Texas Red), チアジン  レッド  Ｒ(Thiazine Red R), チオフラビン  Ｓ(Thioflavin S), チオフラビン  ＴＣＮ(Thioflavin TCN), チオフラビン  ５(Thioflavin 5), チオライト(Thiolyte), チオゾル  オレンジ(Thiozol Orange), チノポル  ＣＢＳ(Tinopol CBS), TOTO 1, TOTO 3, トルー  ブルー(True Blue), ウルトラライト(Ultralite), ウラニン  Ｂ(Uranine B), ユビテックス  ＳＦＣ(Uvitex SFC), キシレン  オレンジ(Xylene Orange), XRITC, YO PRO 1, 又はその組合わせ。選択肢として、そのような漂白可能な物質は、活性エステル、イソチオシアネート、アミン、ヒドラジン、ハロゲン化物、酸、アジド、マレイミド(maleimides)、アルコール、アクリルアミド、ハロアセトアミド、フェノール、チオール、アルデヒド、ケトンを含む生物学的分子又はポリマー内に一般に発見される官能基を持つ安定した蛍光物質を形成できる官能基を含む。マイクロキャリア内で漂白できる物質の体積に関しては、そのような体積の一例では、マイクロキャリアの０．０１立方ナノメートルから０．０１立方ミリメートルの間である。そのような体積の別の例では、１立方ナノメートルから１００，０００立方マイクロメートルの間である。そのような体積の別の例では、０．０１立方マイクロメートルから１０００立方マイクロメートルの間である。漂白可能物質は、漂白したとき、コードが少なくとも、そのマイクロキャリアの使用を希望し、そのコードの読取りを必要とする期間マイクロキャリア上に残っているように選択すべきである。上記コードは少なくともそのマイクロキャリアを使用しているアッセイの期間中は保存すべきである。このコードの有効期間は実施するアッセイにより数分から数ヶ月、場合によっては数年間になることがある。それゆえ、一定量の未漂白の分子が漂白済み領域に拡散することはそのコードの有用性が保存される場合に限って容認される。以後で用いる場合、蛍光色素(fluorescent dye)、蛍光剤(fluorescer)、蛍光色素(fluorochrome)又は蛍光体(fluorophore)は互換的に使用され、同等の意味を持つ。
【００４２】
さらに、マイクロキャリア内で漂白されたコードはそのマイクロキャリア内の漂白済み領域内で異なる強度の蛍光性又は色で書かれていて良い。例えば漂白されたコードはいくつかの異なる程度の漂白を含み、それにより、全体として漂白済み領域内でいくつかの異なる強度の蛍光性を持たせて良い。それゆえ、マイクロキャリアは、そのマイクロキャリア上で漂白されるパターンの形状によるだけでなく、そのパターン内で異なる蛍光強度を用いることによってもコード付けできる。
【００４３】
コードは、走査マイクロ光分解("SCAMP")の使用によりマイクロキャリア上に書いて良い。ＳＣＡＭＰの技術的特徴はJournal of Microscopy, vol. 176, pp.23-32 (1994)の"Scanning microphotolysis: a new photobleaching technique based on fast intensity modulation of a scanned laser beam and confocal imaging" P.Wedekind et al. に最初に示されていた。その内容は参考用として本出願書に組込まれている。光漂白(photobleaching)はよく知られた現象で、一定の色素上に照射した一定波長の光がその色素分子を共振させ、結果的に分解するという事実による色の消去を意味している。さらに、このことが、特定波長の強力なレーザー・ビームにより励起されたとき、しばしば、蛍光分子が漂白される傾向を持つ理由である。コードは通常の（非走査の）光学顕微鏡を用いて光漂白をして良い。その場合、漂白処理中、静止（レーザー）光ビームをサンプル上に焦点を合わせる。漂白プロセス中の（レーザー）光ビームの静止位置が円形形状を持つ光漂白領域になる。非走査の光顕微鏡は技術的に直径２μｍ以下の照射領域を生じるけれども、その漂白スポットの拡大が、しばしば、その静止レーザー・ビームにより生じる。この結果、１μｍから３５μｍの大きな円形漂白スポットに、一般的には直径１０μｍから２０μｍに、場合によっては１５μｍから３５μｍにまで大きくなる。レーザー光走査顕微鏡を利用できたことで、マイクロ光分解法の新しい機会が開かれた。光分解、ビーム走査、共焦点顕微鏡の組合わせによりＳＣＡＭＰが開発された。ＳＣＡＭＰでは、音響・光変調器（”ＡＯＭ”）のような強度制御装置を用いてマイクロ秒未満でレーザーを低強度のモニタリングと高強度の光漂白の間を切替えることにより、サンプル走査中に漂白を行う。ＡＯＭは極端に短い漂白用のパルスを生じるので、走査中の漂白とＡＯＭの使用の組合わせにより漂白スポットの拡大を防げる。漂白スポットの拡大は従来のマイクロ光分解では光漂白時間が長いことと静止レーザー・ビームにより生じる。ＳＣＡＭＰにより漂白スポットを使用する対物レンズの解像度限界まで行える。
【００４４】
さらに、マイクロキャリア上にコードを書くことには、そのマイクロキャリアを漂白して、その漂白されたコード内に異なるレベルの強度を生じさせることを含めて良い。コード自体のデザイン内で情報を伝えることに加えて、漂白したパターン内の種々の強度により情報を伝えることもできる。種々の強度でマイクロキャリアにコード付けする能力は、マイクロキャリア上のコードを小さくできるのでスペースを節約するが、それでも、マイクロキャリアにコード付けするために同数以上のユニークな識別子を伝えられる。一例として、ビード内に４種類の強度で漂白できる。これは、いくつかの方法で、例えば、ビードの一部分を他よりも漂白を多く繰り返すことにより、又は、ＡＯＭ内に種々のレベルの音響出力を送り込み、複数の異なるレーザー出力を生じて、そのコードの各部分に用いたレーザー光の出力に基づく種々の強度を持つ漂白パターンを生じさせることにより達成できる。
【００４５】
さらに、コードをフォトクロミック作用により書くことができる。対象とするフォトクロミック材料に電磁放射線により誘発させた光吸収の不可逆変化を生じさせる。最も一般的な用途では、可視光線又は紫外線による露光に対して色又は透明性の不却逆変化が用いられている。多くの場合、これは、可視スペクトラム(400-700ｎｍ）内の変化として見られていて、高速又は非常に低速としうる。そこで、フォトクロミック用色素を含んでいるビードの内側に焦点を絞った紫外線を用いてコードを書くことができる。２種の大分類のフォトクロミック材料：有機と無機がある。無機タイプの例は銀ハロゲン化物である。有機のフォトクロミック系は反応のタイプにより細分できる。フォトクロミック化合物は、ヘキサン、トルエン、アセトン及びＤＭＳＯのような通常の有機溶媒に溶解できる。以下に限定されないが、例としては、９９％濃度のポリスチレン内での分散使用がある。さらに、上記化合物は低ｐＨでも高ｐＨでも安定していて、広範囲の温度でも安定している。対象のフォトクロミック化合物は不可逆性である。この場合、照明が無くなったときに、色の変化は逆転しない。対象化合物の多くは熱的に不可逆である。即ち、それらは室温で最初の無色の状態に戻らない。便利なフォトクロミック色素は最初の状態に漂白で戻すことはできないものである。以下に限定しないが、対象のフォトクロミック化合物の例には、フラン、インドール、チオフェン、セレノフェン、チアゾール・アリル基のような複素環式アリル基を持つジアリルエタンの誘導体、上記化合物の単量体と重合体の形状を含む。化合物の例には：１，２−ジシアノ−１，２−ビス（２，４，５−トリメチルチオフェン−３−イル）エテン、２，３−ビス（２，４，５−トリメチルチオフェン−３−イル）マレイン酸無水物、１，２−ビス（２，４−ジメチル−５−フェニルチオフェン−３−イル）ペルフルオロシクロペンテン、１，２−ビス（３−メチル−２−チエニル）ペルフルオロシクロペンテン、１，２−ジ（２−ジメチル−５−フェニルチオフェン−３−イル）ペルフルオロシクロペンテン、１，２−ビス（２−メチル−３−チエニル）ペルフルオロシクロペンテン、１，２−ビス（２，５−ジメチル−３−チエニル）ペルフルオロシクロペンテン、２−（１−オクチル−２−メチル−３−インドリル）−３−（２，３，５−トリメチル−３−チエニル）マレイン酸無水物、２−（２’−メトキシベンゾ［ｂ］チオフェン−３−イル）−３−（２−ジメチル−３−インドリル）マレイン酸無水物、１，２−ビス（２−メチル−５−フェニル−３−チエニル）−ペルフルオロシクロペンテン、１，２−ビス（２，４−ジメチル−５−フェニル−３−チエニル）ペルフルオロシクロペンテン、１，２−ビス（２−メチル−６−ニトロ−１−ベンゾチオフェン−３−イル）ペルフルオロシクロペンテン、１，２−ビス（２−メトキシ−５−フェニル−３−チエニル）ペルフルオロシクロペンテン等が含まれる。フォトクロミック化合物を０．１から１００％の範囲の量で微小球体に添加できる。他の実施例では、フォトクロミック化合物を０．１から８０％の範囲の量で微小球体に添加できる。さらに、別の実施例では、フォトクロミック化合物を０���１から５０％の範囲の量で微小球体に添加できる。さらに、フォトクロミック化合物を１から３％の範囲の量で微小球体に添加できる。フォトクロミック化合物は蛍光色素の漂白よりも潜在的に高速で、制御が容易である。なぜなら、変色は通常入射した入力にリニアになっているからである。透明な背景上でコードを示すイメージを十分にとれるので、読取りが簡単になる。他方、蛍光ビード内の局部的漂白により書かれたパターンはそれを検出するのに共焦点顕微鏡を必要とする。フォトクロミック作用により毎秒数万個までのマイクロキャリアのコード付けが可能になる。
【００４６】
コードを書き込むためには、屈折率を変化させることにより、又は、選択スペクトルによる光漂白によりコードを書き込むような他の方法も使用できる。スペクトルによる光漂白の場合、マイクロキャリアは１以上の異なる色素を含む、各色素が独特のスペクトル特性を有し、１以上のこれらの色素を異なる強度で漂白しうる。
【００４７】
さらに、そのマイクロキャリアを機能化しうる。即ち、上記マイクロキャリアには、そのマイクロキャリアの表面に結合した１以上のリガンド又は機能ユニットを含む。広範囲の化学的・生物学的機能を上記マイクロキャリアにリガンドとして添付できる。これらの機能には、高処理量のスクリーニング技術及び診断に通常使用される全ての機能が含まれる。リガンドの選択は、ターゲットになる検体に基づいて異なる。例えば、そのリガンドは単一分子又は分子の集合体のような有機物で良い。機能性の例には、抗体又は抗体断片への多くの場合リンカーを介して、オリゴヌクレオチドへの、又は、検出可能なタグへの結合が含まれる。ある実施例では、マイクロキャリアは複数の機能を持つことができる。ここで用いる場合、機能ユニットの用語は上記マイクロキャリアの表面に変更し、塗布し、追加し、塗布し、又は、共有又は非共有の結合をする種を定義することを意味している。ここでの定義によると、機能化には、有機、無機、有機金属又は複合の単層、多層、フィルム、ポリマー、ガラス、セラミック、金属、半金属、半導体、金属酸化物、メタル・カルコゲニド又はその組合わせとの共有結合又は非共有結合の変更、派生又は他の形での付着のようなマイクロキャリアの表面への変更が含まれる。そのような機能化はマイクロキャリアの外面にごく普通に行われるけれども、多孔質又は中空のマイクロキャリアが該当するようにマイクロキャリアの内面に生じうる。マイクロキャリアに結合したリガンドに対するターゲット検体の例には、抗原、抗体、レセプター、ハプテン、酵素、蛋白、ペプチド、核酸、薬物、ホルモン、病原、毒素又は他の対象となる化学物質又は分子が含まれる。リガンド又は機能ユニットを、共有結合により及び直接結合又はリンカーによる結合を含めて、全体としてマイクロキャリアにリガンドを結合するのに通常用いられる手段によりマイクロキャリアの結合しうる。さらに、無機又は有機の官能基に最初の反応物質を結合できる種々の方法で機能化できる。これには以下が含まれるが、それに限定されない：酸、アミン、チオール、エーテル、エステル、チオエステル、チオエーテル、カルバメート、アミド、チオ炭酸、ジチオ炭酸、イミン、アルケン、アルカン、アルキン、芳香族、アルコール、複素環式、シアネート、イソシアネート、ニトリル、イソニトリル、イソチオシアネート、有機シアニド又はその組合わせ；2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9-配位化合物を含むがそれに限定されない任意の配位化合物；１以上の金属−カーボン、金属−シリコン又は金属−窒素の結合を含む種を含むがそれに限定されない任意の有機金属錯体。
【００４８】
他の実施例では、マイクロキャリアの機能ユニット又は機能化には取外し可能なタグが含まれる。取外し可能なタグには、検出、識別、計数、追跡、位置決め、位置の三角測量及び(又は)定量化に使用できる種である。そのような測定は、１以上の光子の吸収、放射、発生及び(又は)散乱；１以上の粒子の吸収、放射、発生及び(又は)散乱；質量；電荷；ファラデー型又は非ファラデー型電気化学特性、電子の親和性、陽子の親和性、中性子の親和性、又は、溶解、分極化、融点、沸点、三重点、双極子運動、磁気運動、サイズ、形状、酸度、塩基度、等電位点、拡散係数又は沈降係数を含むがそれに限定されない他の物理的又は化学的特性に基づいて達成できる。そのような分子タグはそのような特性の１以上の組合わせにより検出又は識別できる。
【００４９】
さらに、本発明は、マイクロキャリアの識別用操作の方法に関していて、以下のステップが含まれている：
ａ）上記マイクロキャリアの位置決め及び方向決め、及び、
ｂ）その上にコードを書き込むことによる上記マイクロキャリアのコード付け、
ｃ）上記マイクロキャリアの上又は中でターゲット検体に反応を行わせること、
ｄ）上記マイクロキャリアの位置決め及び方向決め、及び、
ｅ）上記マイクロキャリアの識別、
この場合、ステップ（ｃ）はステップａ）にも進める。
【００５０】
上記の方法には、特に関心のあるターゲット検体の反応を生じているマイクロキャリアを選択的に識別するステップも都合良く含めて良い。例えば、対象とするターゲット検体の反応を持つマイクロキャリアを残りのマイクロキャリアから分離する、そして、それらのマイクロキャリアに上記方法のステップｄ）及びｅ）を実施する。
【００５１】
他の実施例に基づくと、本発明は、位置決めと方向決めのステップが上記のマイクロキャリアの上又は付近での物理的、機械的、化学的又は生物学的相互作用から得られる方法に関する。本発明に基づく別の実施例は、位置決め及び方向決めのステップがそのマイクロキャリアに加えられる磁界の結果としてマイクロキャリアの回転運動を制限する方法である。本発明の別の実施例は、位置決め及び方向決めのステップがそのマイクロキャリアに加えられる電界又は磁界の結果としてマイクロキャリアの回転運動を制限する方法である。本発明に基づく別の実施例は位置決め及び方向決めのステップがマイクロキャリアの非球形形状から得られる方法である。より特定すれば、マイクロキャリアの長円体又は円筒による。本発明に基づく別の実施例は、位置決め及び方向決めのステップがマイクロキャリアの質量分布の異方性から得られる方法である。そのような場合、重力及び遠心力による軸方向の位置決め及び方向決めが得られる。本発明に基づく他の実施例は、位置決めと方向決めのステップが上記特徴の１以上の組み合わせから得られる方法である。例えば、磁気力と形状の異方性の組み合わせ、磁気力と重量の異方性の組み合わせ等である。
【００５２】
別の実施例に基づくと、位置決めと方向決めのステップをフローサイトメーター(flow cytometer)内のフロー・セルで行うことができる。ここで用いているフローサイトメーターの用語は流体内に単一縦列の粒子の流れを作って、その粒子からの蛍光を測定する装置に関係している。サンプル流体を狭い流動チャンネル内に又は保護流体(sheath fluid)内に流体力学的絞り作用(hydrodynamic focussing)により拘束できる。例えば、流れの中の粒子の位置決めと方向決めをするために、いわゆる保護フローセル(sheath flow cell)又はチャンバーの中で流体力学的絞り作用の原理を用いることができる。収束ノズルの前にある高速周辺流：保護流れ(sheath flow)の中心に粒子を含むサンプル流体を注入できる。液体が収束部を通過して、観察領域に向かうと共に、サンプル・フローは観察システムの焦点を通過するように、加速され、引き伸ばされ、集中する。流体は空気、水、溶剤、緩衝液等で良い。種々のタイプのフロー・セルを使用でき、ここで引用している例に限定されないが、蛍光、散乱又は光の消滅の検出に使用できる閉鎖的オプティカル・チャンバーを持つセル、開放端を持ち、流れを分けて帯電液滴にして、例えばその蛍光信号に基づいて粒子を分類するために電界により容器内に屈曲させることができるフロー・セル、非対称ノズルを持つことができ、又は、非球形粒子をその光軸上で方向決めをするためにフロー・チャンバー内で非対称拘束をさせることができるフロー・セルがある。他の例には、米国特許第5,690,895号に示されていて、本出願書に参考用として組込まれているフロー・セル装置が含まれている。
【００５３】
他の実施例に基づくと、位置決めと方向決めのステップがマイクロキャリアの誘電運搬ケージング(dielectrophoretic caging)によっても行われる。液中に懸濁されたポリスチレン・マイクロキャリアのような誘電粒子をマイクロ電極ケージ内の高周波電界により操作できる。例えば、マイクロキャリアをいくつかの電極を用いて、電界の振幅、周波数及び位相を変更することにより特別設計のフロー・セル内に運べて、そのマイクロキャリアの位置決めと方向決めを行える。
【００５４】
他の実施例に基づくと、マイクロキャリアの位置決めと方向決めを半液体又は液体サポート内でも行える。この場合、上記の半液体又は液体サポートは粘度又は密度に差を持たせることができ、又は、異なる粘度又は密度を持つ２以上の半液体又は液体の層で構成することができる。そこで、マイクロキャリアは粘度が変化する境界面で、サポートの上又は中で浮遊し、又は、位置することができる。その位置と方向はそのマイクロキャリアの密度に基づき変化する。そのマイクロキャリアの上記分布内に流れが無いことにより検出手段を動かせる可能性を生じる。
【００５５】
他の実施例に基づくと、位置決め及び方向決めのステップは、例えば、強く絞ったレーザー・ビーム、いわゆる「レーザー毛抜き(laser tweezers)」内にマイクロキャリアを捕捉することによっても行える。位置決めと方向決めのステップは、マイクロキャリアを液体の定常波内に捕捉する超音波トラッピングのような音響波を用いて行える。紫外線レーザーにより粒子の形状を変更するのに通常用いられる「マイクロ旋盤」も識別ステップのためにマイクロキャリアの位置決めと方向決めをするのにも使用できる。
【００５６】
他の実施例に基づくと、位置決め及び方向決めのステップは、位置決め及び方向決めのための上記方法の２以上の組合わせを用いて行える。
【００５７】
一実施例に基づくと、コード付けステップは、マイクロキャリアの説明で行った上記のように行える。それゆえ、コード付けプロセスはフォトクロミック作用、化学的エッチング、材料堆積、光漂白、又は、紫外線レーザーのような空間分解能が高い光源による上記マイクロキャリアの露光を含むグループから選択できる。他の実施例に基づくと、コード付けステップはフォトクロミック作用により行われる。他の実施例に基づくと、コード付けステップは光漂白により行われる。
【００５８】
一実施例に基づくと、コード付けは、マイクロキャリアの内側又は外面上に生じた空間的変調によりコードを発生させることによりマイクロキャリア上にコードを書き込むことから成っている。さらに他の実施例に基づくと、上記の空間的変調は、マイクロキャリアの内側又は表面上に位置している有限数の識別可能な体積要素についての既知の配置である。他の実施例に基づくと、上記の空間的変調は、（ｉ）個々の体積要素内の１以上の材料特性の変更、（ｉｉ）個々の体積要素からの材料の除去，（ｉｉｉ）個々の体積要素上への材料の堆積、又は、（ｉｖ）個々の体積要素を変化させない、又は、その組合わせから成る１以上のステップにより発生できる。
【００５９】
一実施例に基づくと、ターゲット検体の反応ステップは、上記検体を含む溶液とコード付けされたマイクロキャリアに結合した上記検体又はマイクロキャリアと相互作用をする分子、種又は材料を含む組成との接触で構成され、かつ、相互作用を生じているかどうかをさらに検出する識別ステップの中に存在しうる。さらに、上記ステップには、ガス、蒸気、半液体又は固体の相の中の検体に対しターゲット検体の反応を行えることも含まれている。
【００６０】
別の実施例に基づくと、本発明は、以下を含むが、それに限定されない物理的又は化学的問い合せ手段により識別ステップを実行する方法に関していて、含まれている問い合せ手段には、電磁的、磁気的、光学的、分光分析的、分光器的及び機械的手段である。識別ステップはマイクロキャリア内のコード付けされた情報の解釈に関係し、「問い合せ手段」又は「読取り手段」又は「差別化手段」とも言える。識別ステップは以下を含むが、それに限定されない識別手段を用いて行われる：視覚的検査手段、デジタル（ＣＣＤ）カメラ、ビデオカメラ、写真フィルム、又は、最新計測器例えばレーザー走査装置、蛍光光度計、照度計、フォトダイオード、量子カウンター、プレート読取り機、エピ蛍光顕微鏡、走査顕微鏡、共焦点顕微鏡、毛細管電気泳動法検出器、又は、信号増幅のための他の手段による、例えば、蛍光信号の存在、位置、強度、励起と発光スペクトル、蛍光偏光、蛍光寿命、及び、他の物理的特性を検出できる光電子増倍管その他の光検出器である。
【００６１】
他の実施例では、識別ステップは光学的識別手段を用いて行われる。コードの読取りは、そのコードがマイクロキャリアの表面にある場合は、又は、そのマイクロキャリアがそのマイクロキャリアの深い内部で十分に透明な場合は、通常顕微鏡により行える。コードの読取りは共焦点顕微鏡、透過顕微鏡、蛍光顕微鏡を用いて行える。特に、コードの読取りは、水性環境内にマイクロキャリアを懸濁し、そのマイクロキャリアを２枚のガラス・スライドの間に置き、又は、それらをマイクロ毛細管内に置き、顕微鏡又は共焦点顕微鏡によりコードを観察することにより行える。さらに、読取りはレーザー・ビーム走査計器を用いることによっても行える。さらに、読取りをフロー・セル内で行える。無数の光源と光検出器がフローサイトメーター技術で知られている。
【００６２】
他の実施例に基づくと、識別ステップ中で、個々のウエル内でマイクロキャリアの三次元の位置決めを、全てのマイクロキャリアが識別手段の静止走査ビームを連続的に通過するようにして行える。マイクロキャリア自体が走査ビームを通過する場合、読取り速度も向上できる。そのような場合、限られた要因は、検出器の応答時間と解読アルゴリズムが必要とする時間である。例えば、半径を直線的に増加させていく渦巻き状にウエルをディスク上に配置できる。それゆえ、ディスクは一定角速度で回転するだけで良く、その間にスキャナーが半径方向に一定速度で移動し、マイクロキャリアは１個ずつ走査ビームを通過する。
【００６３】
上記方法は、ターゲット検体アッセイを行うのに有用になりうる。ターゲット検体アッセイの例には、ＤＮＡハイブリダイゼーション、酵素ベースのアッセイ、免疫アッセイ、コンビナトリアル・ケミストリー(combinatorial chemistry)のアッセイ、サンプル内の特定化合物をスクリーニングするために行うアッセイ、及び、それらのサンプルから化合物を検出し、分離するためのアッセイも含まれるが、それらに限定されない。
【００６４】
さらに、本発明はマイクロキャリアのコード付けの方法に関する。その場合、そのコード付けはそのマイクロキャリアの内側に、又は、その外面上に生じた空間的変調によりコードを発生させるマイクロキャリアへのコード書込みから成っている。一実施例に基づくと、空間的変調は、そのマイクロキャリアの内側又は表面上に位置する有限数の識別可能な体積要素の既知の配置である。さらに、別の実施例に基づくと、上記の空間的変調は以下を含む１以上のステップにより発生できる：（ｉ）個々の体積要素内の材料の１以上の特性を変更すること、（ｉｉ）個々の体積要素から材料を除去すること、（ｉｉｉ）個々の体積要素上に材料を堆積すること、又は、（ｉｖ）個々の体積要素を変化させないこと、又は、その組合わせ。
【００６５】
さらに、本発明は上記の方法により得られたコード付けされたマイクロキャリアに関していて、その場合、上記のコード付けされたマイクロキャリア上のコードはそのマイクロキャリアの内側又はその外面上で生じた空間的変調により発生する。一実施例に基づくと、その空間的変調はそのマイクロキャリアの内側又はその表面上に位置している有限数の識別可能な体積要素の既知の配置である。さらに別の実施例に基づくと、上記の空間変調は以下を含む１以上のステップにより発生できる：（ｉ）個々の体積要素内の材料の１以上の特性を変更すること、（ｉｉ）個々の体積要素から材料を除去すること、（ｉｉｉ）個々の体積要素上に材料を堆積すること、又は、（ｉｖ）個々の体積要素のを変化させないこと、又は、その組合わせ。
【００６６】
さらに、本発明は高処理量のスクリーニング・アッセイ内でここに示したマイクロキャリアを用いることと関係している。例えば、アッセイにはサンプル内の１以上のターゲット検体の有無を検出することが含まれている。上記のアッセイにはマイクロキャリアに結合したリガンドを少なくとも１個の検体と接触させ、その検体がそのリガンドと反応又は結合したかどうかを検出し、反応又は結合を生じたマイクロキャリアのコードを読みとることが含まれている。上記のアッセイには、１以上の検体と結合又は反応する１以上のリガンドを選択すること、そのリガンドを複数のマイクロキャリアに結合すること、そのリガンドを結合したマイクロキャリア上のコードとそのリガンドの特性を関連付けること、その１以上の検体をそのリガンドと結合しているマイクロキャリアに接触させること、その検体がそのマイクロキャリアに結合したリガンドと結合又は反応しているマイクロキャリアを観察すること、及び、そのマイクロキャリア上のコードを読みとって、１以上の検体と反応したリガンドを識別し、それによって１以上の検体の有無を決定すること、が含まれる。上記のコード付けされたマイクロキャリアを用いた高処理量のスクリーニング・アッセイは、水中、溶媒中、緩衝液中又は何らかの生物学的流動体中で行える。前記生物学的流動体には、尿、脳脊髄液、胸膜液、滑液、腹膜液、羊膜液、胃液、血液、血清、血漿、リンパ液、間質液、組織ホモジネート、細胞抽出液、唾液、痰、大便、生理的分泌液、涙、鼻汁、汗、ミルク、精液、膣液、潰瘍その他の表面発疹からの液、水疱、膿瘍、及び、正常・悪性・容疑の組織のバイオプシーを含む組織抽出液、又は、対象検体に含められる他の身体成分のような分離又は未濾過の生物学的流体が含まれる。細胞又は組織培養又は培養ブロスのような他の類似の標本も対象になる。代わりに、サンプルは、土壌、水又は空気のような環境の源泉から、又は、廃棄物の流れ、水源、供給ライン又は生産ロットから採取したような産業の源泉から得られる。産業の源泉には、バイオ・リアクターから又は醸造のような食品発酵プロセスからのような発酵媒体；又は、食肉、狩猟肉、農産物又は酪農製品のような食品がある。テスト・サンプルは、血液からの血漿調製、粘液の希釈等のような使用前の前処理をしうる。処理方法には濾過、蒸留、濃縮、干渉性化合物の不活性化、及び、試薬の添加を含めることができる。
【００６７】
さらに、本発明には上記の高処理量アッセイから得られた情報から成る報告が含まれる。
【００６８】
さらに、本発明は上記マイクロキャリア上にコードを書き込むステップを含めた上記のコード付けされたマイクロキャリアの調製方法に関する。上記コードを書き込むためのプロセスの例には、フォトクロミック作用、化学エッチング、材料堆積、光漂白又は上記マイクロキャリアに空間分解能が高い光源で露光することが含まれる。実施例に基づくと、上記コードはフォトクロミック作用により書かれている。他の実施例に基づくと、上記コードは光漂白により書かれている。
【００６９】
他の側面に基づくと、本発明は、ここで示したマイクロキャリアを用いた高処理量のターゲット検体アッセイを監視するためのコンピューターに関する。この場合、上記のコンピューターは上記の装置にリンクしている。
【００７０】
実施例に基づくと、本発明は、さらに、上記アッセイと上記装置を監視するためのコンピューターを含む高処理量のターゲット検体アッセイ用装置に関する。その装置はマイクロアレイ(microarray)と識別手段を含んでいる。識別手段の例には、光学手段、電子手段、物理的手段、化学的手段、磁気的手段が含まれるがそれに限定されない。通常、マイクロアレイは複数の異なる要素を含んでいる。理論的には、１個の要素のみで良いが、１０5と多くなることがある。要素数は通常１０5を超えないけれども、個々のコード付けされたマイクロキャリアの使用数はかなり大きい。
【００７１】
マイクロアレイ内のコード付けされたマイクロキャリアを軌道内に配置しうる。位置を定義するためにヘッダー(header)を設けて、特定の相互作用を迅速に検出できる。特に、ディスクは円形軌道を有していて、ヘッダーがその軌道上の位置を定義しているので、ヘッダーが示す情報に対して肯定的(positive)信号を解釈できる。好ましくは、円形軌道は同心であり、５から５０００μｍの範囲又は例えば１００から１０００μｍ又は５００から２０００μｍの範囲の断面を持つ。アッセイ用ディスクに取付けられる事前調製されたセグメントのような種々の修正が可能である。
【００７２】
本発明の上記及び他の目的、特徴、利点は添付図面と関連させた以下の説明から容易に理解されよう。図１−３は断面図である。
【００７３】
【実施例】
当該分野の技術者が本発明の実際について理解しやすくするために、本発明の例を以下に示すが、例示用であって、限定するためのものではない。
【００７４】
１．固体サポートを用いたマイクロキャリアの位置決めと方向決めの例
上記のような好ましいマイクロキャリアを用いて、マイクロキャリアの位置決めと方向決めのための好ましい実施例２件を開示している。最初に、マイクロキャリアは固体サポート上に集められ、それにより輸送される。第二の好ましい実施例では、マイクロキャリアは流体又は半固体の流れにより輸送される。
【００７５】
固体サポートは特定方向を得られるように特定の又は限定された方法でのみマイクロキャリアが適合する形を持つウエルを有している。そのウエルは一定の方法で磁性マイクロキャリアの位置決めと方向決めを行うために磁性を持つことができる。ひとつの構成が図１に例示されている。他の可能性として、固体サポートとマイクロキャリアの間の化学的及び（又は）生物学的相互作用がある。
【００７６】
さらに、サポート内のウエルにはマイクロキャリアを所定位置に保持するために真空チャンネルを設けることができる。磁化／帯電したマイクロキャリアのみを集めることが必要であれば、サポートは平坦で、磁化／帯電したものにできる。マイクロキャリアは上記の可能性を組合わせたものにできる。上記のウエルは、固体サポート上に一定パターン、例えば、一列、二次元配列、スパイラル、同心リング等に整列できる。
【００７７】
ウエルは非球形例えば円錐又は長円体にして、非球形のマイクロキャリアを特定の方向でウエル内に収容することもできる。
【００７８】
２．流体の流れのような輸送手段を用いてマイクロキャリアの位置決めと方向決めをする例
マイクロキャリアは流路例えば毛細管を流れる流体により輸送できる。文献（参考文献１−６）では、流路を流れるとき、球体又は長円体の粒子を一定深さに位置決めすることを二次元コンピューター・シミュレーションにより理論的に示している。さらに、長円体粒子が正確な環境に基づいて正確な方向決めされることを理論的に示している。例えば、正しい直径の毛細管内を流れる正しい楕円率の長円体粒子が、流れに平行な長軸により、中心線上又はその付近に位置決めされることは可能である。その方法で、残されている唯一の自由な運動は長軸回りである。
【００７９】
次の項では、流体の流れによりマイクロキャリアの位置決めと方向決めを行う方法の好ましい実施例について詳細に説明している。
【００８０】
長円体粒子に長軸と垂直な双極子モーメンタムが追加された場合、流動方向に垂直な電界又は磁界を加えているとき、この軸回りの回転の自由も無くせる。
【００８１】
球形マイクロキャリアが流体内で輸送される場合、通常、回転する。この回転は磁気又は電気の双極子モーメントを持つマイクロキャリアを使用し、適当な磁界／電界を加えることにより無くすことができる。このことは図２に示されている。磁気双極子モーメンタムを持つ球状マイクロキャリアは毛細管を通る流体により輸送される。その流れに対する運動により、回転力がそのキャリアに作用する。そのキャリアが２個のコイルの間の領域を通過するとき、図示されているように双極子モーメンタムに作用し、そのマイクロキャリアの位置決めをしようとする磁気力により、その回転力が補償される。（双極子モーメンタムは磁界Ｂに対し逆である）。それゆえ、球形マイクロキャリアは流れにより位置決めされ、磁界により方向決めされて、双極子の軸回りに回転する自由のみが残される。
【００８２】
上記の状況には、重力又は遠心力を使用して最後の自由度である回転を無くすために非対称の質量分布を追加できる。
【００８３】
毛細管を通る流体例えば水の中を流れる球状マイクロキャリアの位置決めに関する実験的調査：
検出手段として共焦点顕微鏡を用いて、本発明者は毛細管内の層流の中で粒子の運動を試験した。
【００８４】
蒸留水に懸濁された直径１５μｍの（この第一の実験部分では磁気は無い）蛍光性のラベルを付けた球状ポリスチレン微粒子を用いて、そのような蛍光性粒子を容易に見ることができる共焦点顕微鏡により画像処理を行った。
【００８５】
その共焦点顕微鏡上に適合するように毛細管系が作られた。毛細管自体はガラスで作られ、正方形である。内側寸法は８０μｍ×８０μｍである。外側寸法は１８０μｍ×１８０μｍである。図３では、この装置の略図を示している。毛細管は両端でリザーバーに接続している。懸濁された微粒子をこのリザーバー内に入れることができる。一定圧力をリザーバーに加えられるので、懸濁液を他の側に流すことができる。好ましくは、その毛細管内に層流を生じさせるために、低圧（＜０．２ａｔｍ）を使用する。
【００８６】
レーザー走査共焦点顕微鏡の対物レンズを通過するときに、その粒子に画像処理が行われる。この最初の実験では、電界又は磁界を加えていない。用いた対物レンズは開口数が０．４５で、１０倍の倍率である。このレンズは大きな視野を持つために用いた。
【００８７】
粒子が流れているとき、一定の時間的間隔で、一般的には約１分間で画像を取得して、ひとつの時間系列を得た。その後、これらの画像を一緒にして、その時間的間隔の間に通過した全粒子を示す１枚の図面にした。この方法で、マイクロキャリア（複数）が同じ経路に沿って流れているかどうかを見ることができる。
【００８８】
これらの実験では、二次元コンピューター・シミュレーションにより予想されたように、毛細管内の層流によって輸送されるとき、実際に粒子は一定経路に沿って位置決めされることを示している。もちろん、潜在的変動の大きさを試験するには高分解能での試験を多くすることが必要である。粒子サイズの変化の影響を見るのに多くの実験を必要とする。
【００８９】
別の実験で、磁気双極子モーメンタムを有するマイクロキャリアを前記の装置で使用した。そして、輸送されたマイクロキャリアにヘルムホルツ型の２個のコイルにより磁界Ｂを加えた（図３）。その磁界は毛細管に平行に伸びている。図２に示したように回転の制限が観察された。
【００９０】
これらの実験は、本発明の方法により、マイクロキャリアの特に定義した位置を識別用に使用できることを証明している。
【００９１】
３．磁気マイクロキャリアの例
強磁性体のコーティング（ＣｒＯ2）を塗布された４０μｍの緑色蛍光性微小球体を用いた。前記のように流れに平行な外部磁界を用いることにより、流体の流れの中で正しい方向にするのには、強磁性の微小球体又はマイクロキャリアが第一候補になる。この実験は、中心面を「見る」のに、又、例えば、光漂白により内部にパターンを書き込むのに十分な程度に上記マイクロキャリアが依然として透明であるかどうかを決定する。
【００９２】
この実験で、強磁性の微小球体は脱イオン水内に懸濁され、顕微鏡スライド上に堆積させ、カバースリップでカバーした。それで、粒子はBio-Red MRC 1024 UV共焦点顕微鏡を用いて画像観察された。用いた対物レンズはNikon Plan Apochromat 60×開口数14の水浸漬レンズであった。緑色蛍光性微小球体を励起するための光源はSpectra Physics Stabilite 2017 Ar-ionレーザーで４８８ｎｍ線に調整されていた。
【００９３】
図８は強磁性体を塗布された微小球体の上部に焦点を合わせた共焦点画像を示している。塗布はその微小球体の表面に堆積させた一層のＣｒＯ2のサブミクロン粒子から成っていることを見ることができる。そのＣｒＯ2粒子は非蛍光性で、不透明なので、明るい蛍光性微小球体に対して暗い斑点として示されている。
【００９４】
強磁性粒子を塗布した微小球体の透明性を評価するために、ある微小球体の中心面での共焦点画像を撮った（図９）。中心面の画像は非常に明確で、塗布された微小球体が依然として透明であることを示していた。塗布されない微小球体と比較すると、記録された蛍光信号は中心面全体に亘る均一性が低くなっていた。
【００９５】
次ぎに、強磁性体を塗布した微小球体への光漂白によるコード付けを評価した。顕微鏡の焦点は塗布された微小球体の中心面に合わせた。そして、漂白実験用に特に設計された専用ソフトウエアを用いて基本的幾何形状の漂白パターンを描いた。サンプル内の光の出力は約２０ｍＷであった。実験の目的は塗布された粒子を依然として漂白できるかどうかをチェックすることだけだったので、漂白パターンの形状はこの実験では重要ではない。図１０は塗布された微小球体の内部にパターンを容易に書けることを示している。
【００９６】
結論として、４０μｍの緑色蛍光性ポリスチレン微小球体に強磁性ＣｒＯ2粒子を塗布できた。これらの強磁性粒子が不透明であるにもかかわらず、塗布された微小球体は依然として透明であることが判明した。塗布していない粒子と比較して、その微小球体の表面にある強磁性粒子が光路の一部を遮断しているので、記録された蛍光は均一性が低い。しかしながら、強磁性粒子の濃度は変更できるので、記録された蛍光の均一性を改善できる。位置決め装置を通るマイクロキャリアの方向決めをするのに必要な磁力により、最低濃度を決定できる。強磁性微小球体はその中心面でパターンを漂白することにより容易にコード付けされた。
【００９７】
４．フォトクロミック作用によるマイクロキャリアの例
光漂白によるコード付けに代わる方法は、フォトクロミック作用によるコード付けである。ポリスチレン微小球体にフォトクロミック化合物1,2-Bis(2-mehoxy-5-phenil-3-thienyl)perfluorocyclopentene(Extraordinary Low Cycloreversion Quantum Yields of Photochromic Diarylethenes with Methoxy Substituents, Shibata K, Kobatake S, Irie M, Chem. Lett. (2001), vol. 7, 618-619)を添加した。これは当初可視範囲での吸収は無かったが、紫外線照射後に約４５０ｎｍから７５０ｎｍに伸びている吸収帯を生じ、６００ｎｍ付近で吸収が最大になっている。
【００９８】
結果として、添加された微小球体は最初は透明で、紫外線照射後に青に変わった。
【００９９】
フォトクロミック作用による微小球体のコード付けは、主としてコードを読みやすくすることと位置決め装置の正確性について厳しい条件が少ないので、光漂白によるコード付けの代替策として考えられている。事実、漂白によるコードを用いるとき、全体的に蛍光性を持つマイクロキャリアの中のごく小さな領域が無信号になっている。結果として、上記のコード付けされた微小球体の識別には共焦点顕微鏡の使用を必要とし、かつ、コードの漂白が行われた平面に正確に焦点を合わせる必要がある。フォトクロミック作用によりコード付けする場合、完全に透明なマイクロキャリアを入手して、その中に色付きパターンを書き込む。この検出は非常に容易で、それゆえ、共焦点顕微鏡は不要で、標準の光学顕微鏡で十分である。さらに、同じレーザー出力を用いても、光漂白よりもフォトクロミックのプロセスの方が高速である。
【０１００】
この例として、ポリスチレン微小球体にフォトクロミック化合物を添加する。それに続く最初の試みはフォトクロミック微小球体内にパターンを書き込むことである。
【０１０１】
全ての実験が暗室状態で行われた。無添加で透明な２８μｍポリスチレン微小球体（５％の架橋結合度）にフォトクロミック化合物1,2-Bis (2-methoxy-5-phenyl-3-thienyl) perfluorocyclopenteneを添加した。まず、５ｍｇの乾燥微小球体をＣＨ2Ｃｌ2内のフォトクロミック化合物の２％(w/v)溶液に懸濁して、一晩放置した。次ぎに、懸濁液を５分間12000ｒｐｍで遠心分離にかけた。遠心分離後、下にある液を除去することにより浮遊している球体を分離した。次ぎに球体を脱イオン水に懸濁して、顕微鏡で観察するために顕微鏡スライド上に塗布した。
【０１０２】
その顕微鏡を例３に示すようにセットアップした。さらに、微小球体を変色するためにCoherent Enterpriseのレーザーを用いた（３５７ｎｍの紫外線）。又、６４７ｎｍラインのBio-Rad Ar/Krレーザーを微小球体の画像処理に用いた。赤色光は青色領域により吸収されて青色領域が暗くなり、透明領域が輝くグレー・スケール画像になるので、赤色光を用いた。透過光検出器を用いることにより、その画像は透過光モードで記録した。
【０１０３】
コード付けパターンを設計するために、紫外線を用いてその領域にズーミングをし、通常の画像走査を行うことにより、微小球体の部分領域を走査した。これにより正方形を書き込んだ（下記参照）。図１１は透過光モードで赤色レーザー・ライン（６４７ｎｍ）を用いて画像処理をした２８μｍフォトクロミック微小球体を示している。この段階では、微小球体は紫外線照射を受けていなかった。エッジに沿って暗いのは水（屈折率１．３３）の中に懸濁された球形微小球体（屈折率１．５９）のレンズ効果による。
【０１０４】
微小球体の中心面の小領域（３×３μｍ）にズーミングをした後で、０．５ｍＷの３５７ｎｍの紫外線を用いて走査を行った。次ぎに、赤色レーザー・ラインを用いて画像を取得した（図１２）。暗い正方形が明確に見えて、その微小球体に問題なく添加されたフォトクロミック色素が紫外線照射により青色に変わったことを示している。青色の正方形は透明な周辺部と比較して、赤色光を５０％しか通さない。図１２に示すように、紫外線照射で、微小球体は紫外線照射前よりも暗くなった（図１１）。比較のために、図１３に２個の微小球体を示していて、1個は紫外線照射後に完全な変色（暗い球）になっていて、第二の球は紫外線にさらされていない。
【０１０５】
結論として、微小球体には問題なくフォトクロミック化合物が添加された。光漂白と比較した場合、上記微小球体を変色するのに必要なレーザー出力は低かった（〜４０Ｘ）。このコード付けの方法の利点は、コードを高速で書き込めることである。
【０１０６】
５．蛍光マイクロキャリアの例
位置決め・方向決め装置の実施例に基づくと、マイクロキャリアは流体の流れにより輸送され、書込みビームを１回だけ、かつ、１方向でのみ通過する。それゆえ、好ましいコードは、バーコード（これも一次元のコードではあるが、二次元で書かれる）よりも一次元の「点コード」である。この実験では、４０μｍ微小球体の中心面に光漂白によりそのような「点コード」を書くべきかどうかを決定し、かつ、その漂白プロセスが１回だけの走査によりコードを書くのに十分な高速であるかどうかチェックをしている。
【０１０７】
この実験では、２８μｍのポリスチレン微小球体（５％の架橋結合度）に高速漂白用緑色蛍光色素ＮＯＤＤ(N-(7-Nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)diethyl amine)を添加したものを用いた。
【０１０８】
書込みビームを通過する微小球体の流れをシミュレートするために、微小球体を共焦点顕微鏡の下に置き、その焦点を上記微小球体の中心面に合わせた。次ぎに、計器をその球体を通る１線のみ走査するようにセットして、静止書込みビームを通過する位置決めされた微小球体をシミュレートした。専用ソフトウエアを用いて、「点コード」を得るために線走査の間にレーザー出力のオン・オフを１回ずつ切替えるようにその計器のプログラムを行った。
【０１０９】
走査線は５１２画素から成り、この実験では、１画素が０．０３８μｍに相当する。１回の線走査には１．２ｍｓかかるが、それは１．６５μｍ／ｍｓの走査速度を意味している。この実験では、微小球体が静止書込みビームを１６．３５μｍ／ｍｓの速度で、即ち、最大毎秒５８４個の球体（２８μｍ）が通過する状況をシミュレートしている。専用ソフトウエアを用いて、各点滅間に８画素（即ち０．３０４μｍ）から８０画素の間でレーザーを５回２０ｍＷ（サンプル内）に切替えるようにプログラムされている。得られた１個のコードは３．０４μｍ離れた５個の点から成っている。その結果は図１４に微小球体の中央に点線として示されている。使用した条件に基づいて、約５５％の漂白が得られた。上と下の線はそれぞれ４０画素と１６画素を漂白することにより得られていて、漂白度は８０％と７０％である。
【０１１０】
結論として、２０ｍＷのサンプル内レーザー出力は、ＮＯＤＤを添加した微小球体の中心面に「点コード」を生じ、その漂白度を５０％以上にするのに十分である。走査速度は１６．３５μｍ／ｍｓであった。この実験は、１本の線走査を用いて光漂白をすることにより、点コードのコード付けが実行可能であることを実証している。さらに、サンプル内のレーザー出力を高めることにより、走査速度を高めても同量の漂白を得ることができる。
【０１１１】
実験中の次のステップは、蛍光性マイクロキャリア内で漂白されたコードの安定性を溶媒状態で、より特定すればマイクロキャリアがＤＭＳＯ（ジメチルスルフォキシド）溶液内に懸濁された時にチェックすることを内容としている。
【０１１２】
以前の実験のＮＯＤＤを添加した２８μｍ微小球体を用いた。まず、それらを脱イオン水内に懸濁した。次ぎにこの懸濁液一滴を顕微鏡のカバースリップに加えて、空気で乾燥し、球体がカバースリップに付着したままにしておいた。次ぎにその微小球体を一滴のＤＭＳＯ（＞９９．７％）でカバーし、共焦点顕微鏡の下に置いた。
【０１１３】
微小球体の中心面で簡単なパターンの漂白を行い、かつ、その微小球体の蛍光性とその漂白したパターンに違いがあるかどうかをチェックするために、３時間後に再び画像観察を行った。共焦点顕微鏡の焦点をＤＭＳＯで囲まれた微小球体の中心面に合わせた。３本の線から成る簡単なパターンを漂白した。３時間後、パターンの画像観察を再び行った。結果を図１５に示す。蛍光性又は漂白パターンのどちらにも差は見られなかった。左の画像はパターン上の僅かな誤焦点により鮮明度が劣っている。
【０１１４】
３時間９９．７％ＤＭＳＯ内に懸濁した後で、微小球体の蛍光性にも、漂白パターンにも差を発見できなかった。このことは、アッセイの条件とは無関係に、書かれたパターンの安定性が高いことを実証している。
【０１１５】
６．液体又は半液体のサポート内でのマイクロキャリアの位置決めと方向決めの例
図１６は半液体又は液体のサポート内に位置するマイクロキャリアを示している。その場合、上記の半液体又は液体のサポートは異なる密度を持つ２種類の半液体又は液体の媒体から成っている。マイクロキャリアは２種の媒体の境界に位置している。２個のコイルが設けられていて、磁界を発生できる。コイル内で、磁界がそれ自体に逆行する双極子モーメンタムを配置しようとする。それで、マイクロキャリアを特定の方法で位置決めし、それにより、コードを容易に検出するようになる。マイクロキャリアの上記分布の中に流れが無いことにより検出手段を動かす可能性を生じる。
【０１１６】
７．種々のタイプのコードの例
薬物発見及び薬物スクリーニングで、非常に多数の化合物又は分子についてビード・ベースのアッセイを行うには、その表面に結合した特定リガンドに基づく各マイクロキャリアへのラベル付けを必要とする。これにより、独自のコード付けをしたマイクロキャリアをさらに混合し、それらのアッセイを同時に行うことができる。そして、付着したリガンドとターゲット検体との間で対象となる好ましい反応を示すマイクロキャリアについてそのコードを読取り、それにより、その好ましい反応を示すリガンドを識別する。マイクロキャリアをコード付けする２種類の方法がここで示され、事実上無制限の量の独自コードを提供している。
【０１１７】
光漂白：第一の方法に基づくと、均一な蛍光色素で色付けしたマイクロキャリアに光漂白によってパターンを書き込む。これは、蛍光分子がその蛍光特性を失って色が消える光学的プロセスである。これは、まず、マイクロキャリア内の特定深度に共焦点レーザー走査顕微鏡（ＣＬＳＭ）の焦点を合わせることにより専用ソフト内に設計された書こうとしているパターンを描ける。ＣＬＳＭの制御は、マイクロキャリアに達するレーザー光の出力を制御している高速光スイッチと組合わせた強力レーザーを加えることにより行える。低出力は画像観察のみなのに対して、高出力は高速漂白に用いられる。装置の構成は図１７に概略的に示されている。
【０１１８】
後で、レーザー光をラスター・パターンで走査することにより、画像観察を行うけれども、専用ソフトウエアは光スイッチを制御して、設計したパターンに基づいて低出力と高出力のレーザー光がその微小球体に達するようにする。蛍光分子はそのマイクロキャリアのマトリックス内で事実上動かないので、漂白領域は静止していて、明るい背景と暗い恒久的漂白をされたパターンが得られる。図１８は４５ミクロンのポリスチレン蛍光微小体の中心面で３種類の幅と２種類の強度を用いて漂白したバーコードの共焦点画像を示している。図１９はポリスチレン蛍光微小体の中心面に８種類の強度で漂白したバーコードの共焦点画像（左）、及び、中央のコードにより測定された正規化強度プロフィール（右）を示す。
【０１１９】
第二の方法は、光漂白の代わりに、フォトクロミックのプロセスを用いていることを除いて、同じ技術を用いている。ここでは、適当な波長を持つ光の照射で色を変えるフォトクロミック化合物を用いて、マイクロキャリアを均一に染めている。例えば、マイクロキャリアを最初は無色透明とするが、基本的に上記と同じ器具を用いて照射した後で、一定深さに色付きパターンを生じる。
【０１２０】
コードの量は以下のいくつかの要素による：書込みビームの分解能、使用する強度の値、マイクロキャリア内で利用できるスペース、コード・デザインの寸法等である。例えば、６０倍、開口数１．４の対物レンズを用いる場合、２種類の幅と４種類の強度を用いて一次元コードだけであれば、僅か１６ミクロンの長さに亘って少なくとも２６３,１０６ 個のコードを発生できることを証明した（結果は図示せず）。このコードは３０ミクロンの微小球体の中心面に容易に書くことができた。例えば、大きな微小球体を用いる場合、又は、コード・デザインが２ないし３スペースの寸法に拡大された場合、多くのコードを発生できる。例を図２０に示しているが、例えば、文字又は数字のような異なる形状のバーコードを２個の微小球体の上で漂白している。それゆえ、この技術を用いて発生できるコードの量は事実上無制限であると述べることは妥当である。
【０１２１】
８．フローセル内の流体中を流れる強磁性蛍光ビードの位置決めと方向決めの実験的調査
この例で、４０ミクロンの強磁性の蛍光ビードをフローセル内に流した。流動速度は約６ｍ／ｓであった。圧力は０．３０バールから０．２４バールの間であった。上記ビードの画像は図２１に示されている。蛍光ビードを励起する光源は４８８ｎｍラインに調整されたレーザーである。用いた対物レンズは２０倍であった。流したビードはシャッター時間５０ミリ秒のカメラを用い、２５マイクロ秒ごとに流れを１マイクロ秒の光パルスで照射して画像観察をした。この設定により、流した各ビードを各画像内で２ないし３回見ることができる。図２１では、下方右側にシャッターが開いている間に２回通過したビードの画像がある。上記画像上のイメージは２個のビードのクラスターを示している。
【０１２２】
９．上記ビードの光漂白によるビードのコード付けと別の位置決めと方向決め
蛍光ビードは顕微鏡の下での光漂白によりコード付けできる。Ｚ軸を顕微鏡の光軸に平行にして、書込み／読取りビームの焦点をＸ、Ｙ、Ｚ軸に沿って走査することにより、情報を三次元で書ける。１軸に沿って最大６０ビットの情報を見いだせるが、実際には３２ビットであることを想定すると、これは４×１０9種類のコードを書く可能性を提供している。
【０１２３】
そこで、最初の書込み位置でビードの方向決めと位置決めをするための機構が提供されている。ビードが球形で対称的な場合、コードを同じレベルの漂白により同心球体として書ける。そのビードの中心を通る線を読みとると、同じ情報が得られる。
【０１２４】
ビードが円筒対称のビード（Ｚ’に沿った回転対称）であるとき、Ｚ’軸回りの円内でコードを書ける。これにより、読取りと書込みを基本的に一次元（極座標でφ角度）にできる。図２２に示すようにコードの初めを示す制御パターンを追加できる。
【０１２５】
図２３に示すように、コード・ビットを球状ビードの対称軸に沿って書くことができる。ビードの方向が決まれば、この軸は独自に定義される。それゆえ、読取りをこのラインに沿ってのみ行える。ビードのＺ’軸は顕微鏡の光軸に平行でも垂直でも良い。Ｚ’軸に垂直な鏡面対称が無い場合（磁気ビード、質量の異方性・・・）、そのラインを１方向でのみ読むことができる。さらに、コード・ビットの初めと終わりの両方にマークすることも可能である。
【０１２６】
読取りを一次元の面内で行うとき、以下のパラメーターに適合すれば、毎秒１０００個のビードを読むことができる：ビード当たり５０ビット、ビット当たり５位置を測定、これで、コード当たり２５０の測定になる。１行５１４ポイントを１．２ｍｓで測定できる（Bio-Rad MRC 1024共焦点顕微鏡の仕様に基づく）。これにより、ビード１個のコードを読みとるのが０．６ｍｓになる。そこで、読取りプロセスが時間を制限要因としていれば、毎秒１６６７個のビードを読みとれる。
【０１２７】
ビードを供給すること、及び、レーザー・ビームの焦点によりそれらを走査することを同じ定常運動で行える。その定常運動を種々の方法で実現できる。ビードを毛細管を通る流体と共に運搬できる。代わりに、ビードと（インデックスを一致させた）流体を含む毛細管を、その焦点を通る並進ステージにより動かすことができる。
【０１２８】
図２４は毛細管を流れる流体と共に運搬され、その顕微鏡の光軸に垂直な方向でレーザー・ビームの焦点を通過する磁気ビードを示している。コイルに電流が流れると磁界を生じて、運動方向に沿ったビードの方向付けを行う。運動中にビード上のコードへの書込み又は読取りを行える。さらに、ビードの運動磁界がコイル内に電流を生じるので、コイルはビード到着のインジケーターとして、又、速度メーターとしても役立つ。それで、コイルからの信号を用いてビードの読取り／書込みを開始でき、又、ビードの流れを制御するためのフィードバック信号としても使える。
【０１２９】
ビードの重心が図心と一致していないとき、流動チューブを垂直に取付ければ、ビードをその運動と平行な対称軸により方向付けできる。さらに、ビードの運動を光学的に監視できる。定常流であること、及び、正確な速度を知ることの必要性を低減するために、各コードの初めと終わりに制御パターンを追加できる。種々の光漂白レベル、例えば、０％漂白、３３％漂白、６６％漂白、１００％漂白を用いることにより、読取り／書込み位置の数も低減できる。このシステムにより、流動速度を高めることができ、焦点設定及び正確な位置決めと方向決めへの制約要因を低減できる。４種類の強度を用いたコード付け体系の例を図２５に示すが、これに限定されない。各強度は色及び０から３までの数字により示されている。このコード付け体系は２８キャラクターを有していて、ローマ字のアルファベット２６文字と２個の句読点により象徴的に示されている。各キャラクターは、その２文字がお互いに隣り合っている時でなくても、２個の同じ要素がお互いに追随しないという追加条件が付けた４コード付け要素（即ち４種の可能な強度（又は色））から成っている。
【０１３０】
１０．流動方向に平行な可変磁界に曝されて、毛細管内を流れるビードの位置決めと方向決めの例
この実験のビードは、小さな閉導体を含んでいる。ビードが通過する毛細管は図２６に示すようにコイル内に置かれている。適当な電流値がコイルを通過すると、均一磁界Ｂを発生する。電流が変動すると、磁界Ｂが変動する。
【０１３１】
高くなった磁界中をビードが流れると、電流が小さな導体中で発生して、ビード内に磁界Ｂ’を発生する。これが外部磁界の変化に反するように機能する。磁界Ｂ’が発生するので、力の組合わせはＢ’がＢに逆行する向きになるようにする。それにより、ビードの軸方向の位置決めと方向決めは磁界Ｂとこれの方向に基づいて得られ、永久磁界の結果としてビード同士が付着するという不利な影響を生じない。ビードの移動はこの方向付けの方法では必要がない。
【０１３２】
１１．流動方向に垂直な磁界に曝されて、毛細管内を流れるビードの位置決めと方向決めの例
この実験のビードには小さな導体が含まれている。この場合、毛細管は２枚の極板の間に配置される。極板は図２７に示すように均一な磁界Ｂを発生する。図２７に示すように磁界Ｂ内でビードは毛細管を速度ｖで移動する。ローレンツ力Ｆがビード内の小さな導体の電子に作用し、それにより電子は導体の一方に向けて移動する。その力はビードが流れを続けている限り存在し続ける。それで、その小さな導体の面はＦと平行に引張られる。ビードの軸方向の位置決めと方向決めはＦの方向に基づいて得られる。この例では、この実験設定で機能する力の単純化した図面を示している。
【０１３３】
１２．強磁性微小球体の方向決めと位置決めの例
これらの実験では、強磁性の４０μｍ微小球体を外部磁界内で磁化し、方向決めできることを示した。これらの実験では、磁化した強磁性微小球体の中心面でパターンを漂白している。その一方で上記微小球体を外部磁界に曝して、方向決めをしている。次ぎに、その球体を移動する外部磁界に曝しながら、パターンの画像観察を行った。微小球体のランダムな動きの後で、上記微小球体を再び元の磁界に再び曝した時に、（漂白したパターンから判明している）最初の方向を再び見いだせるかどうか試験をした。
【０１３４】
直径４０μｍの緑色蛍光性で、強磁性のポリスチレン微小球体を調製した。脱イオン水内のＮＰ４０（中性洗剤）の０．０１％ｖ／ｖ溶液を作り、その微小球体の０．１％懸濁液を作るのに用いた。中性洗剤はポリマー・ビードとガラス製顕微鏡用カバーガラス（下記参照）との相互作用を最小限にするために添加した。
【０１３５】
直径０．５ｃｍのプラスチック円筒を顕微鏡用カバーガラス上に接着することによりリザーバーを作った。そのリザーバーに８０μｌの微小球体懸濁液を充填して、微小球体をカバーガラス上に沈殿させた。次ぎにリザーバーを強力な永久磁石の上に１分間置いて、微小球体を磁化させた。次ぎに、底部のカバーガラスを通してビードを見るために、ニコン６０Ｘ水中浸漬レンズを使用できる倒立顕微鏡に取付けられたBio-Rad MRC 1024共焦点顕微鏡の上にリザーバーを置いた。ビードの磁極性を変化しないでビードの方向決めをするため、強力な永久磁石をリザーバーから２０ｃｍの距離で置いた（図２８）。
【０１３６】
最初の強力磁石による外部磁界により方向付けした強磁性微小球体の中心面に矢印を漂白した。それで、その最初の方向を示している（図２９ａ）、次ぎに、各画像の間隔を１．２秒にして５０枚の一連の画像を撮影するように共焦点顕微鏡をセットした。この一連の画像を撮影する間、第二の磁石を用いて、リザーバーの回りで動かした。最初、一方に９０°、次ぎに第一の磁石を依然として置きながら、反対方向に１８０°回した（図２９ｂ−ｉ）。最後に、第二の磁石を除去して、微小球体が元の方向に戻ったことが観察された（図２９ｊ−ｌ）。図２９の画像は１．２秒間隔で撮影して、微小球体の運動を記録した一連の５０枚の画像から選択した。一部の画像では、第二の磁界を動かしている間に元の中心面を傾斜させたことにより、又、共焦点顕微鏡が光のセクションを作るという事実により明確には見えていない。
【０１３７】
次の実験で、前の実験と同じ微小球体を用いた。最初、その微小球体を第一の磁石の磁界内で方向決めを行った（図３０ａ）。この磁石の位置を注意深くマークした後で、磁石をリザーバーの回りに３６０°回すことにより微小球体を回転するのに用いた（図３０ｂ−ｊ）。そして、最後にそれを元の位置に置いた。その微小球体は、ポリマー・ビードとガラス製カバースリップの間の比較的強い相互作用により元の方向に戻らなかった。第二の磁石を用いて、リザーバーの近くで１回迅速に動かすことにより、微小球体を自由にした。その微小球体が正確な最初の方向に直ちに戻ることが観察された（図３０ｋ−ｌ）。
【０１３８】
強磁性体を塗布した粒子は強力な磁石を用いて容易に磁化できた。微小球体を外部磁界内で方向決めできた。一定の外部磁界内での微小球体の方向は、球体をランダムに動かした後で、最初の磁界を再び加えたときに、正確に再現できた。画素の精度（０．７μｍ／画素）内で、方向の差を観察できなかった。
【０１３９】
１３．識別用、即ち、フローセル内でのコード付け及び読取りのための単一の対称軸を持つ球状マイクロキャリアの使用例
識別用の方向決めと位置決めの必要性をここで解明する。上記球状マイクロキャリアの上にコードを対称軸に沿って書込み、それによりコードのコード付け（書込み）又は識別（読取り）を、空間分解能が高い光源により、より特定すれば蛍光体の漂白を用いることにより行う。
【０１４０】
球状マイクロキャリアの方向付けを流れに沿ったその対称軸により行う。蛍光体の漂白のためのレーザービームは共焦点顕微鏡内に静止位置を有している。そして、上記マイクロキャリア上のコードは対称軸に沿って書かれる。流れ自体が対称軸に沿った走査運動として役立っている。（対称軸に沿った）上記で書かれたコードは静止位置にあるレーザービームにより読みとられる。図３１ａ、３１ｂ、３１ｉ、３１ｊは顕微鏡の対物レンズの前を流れるマイクロキャリアについて概略的視野を示している。図３１ａ、３１ｉは、コードの読取り／書込みのために焦点を合わせたレーザービームにマイクロキャリアが到達する前の視野を示している。
【０１４１】
静止している書込み／読取り用レーザービームで、かつ、マイクロキャリアが正確に流れている場合、図３１ｃに示すように、マイクロキャリアの対称軸に沿ってコードの書込み／読取りを行える。しかしながら、顕微鏡の焦点に対して、流れの再現性が十分でなく、コードが対称軸より下で書込み／読取りされている場合、図３１ｆに示すようにコードを正しく読みとれない。
【０１４２】
図３１ｄ、３１ｇに示されているように、補助レーザービームを用いて、通過するマイクロキャリアを照明できる。この場合、マイクロキャリアの後に上記のマイクロキャリアによる部分的吸収又は反射により、陰影効果が観察される。２個の分離したセルから成るフォトダイオード（２セル型光検出器）が陰影効果を測定するためにフローセルの両側に位置している。図３１ｄで、球状マイクロキャリアの中心が顕微鏡の光軸と交差するので、２個のセルは同量の光を集める。そして、２セル型光検出器が測定した信号の差はゼロに等しく、ビードが正しい高さで通過していることを示している。図３１ｇでは、球状マイクロキャリアの中心は顕微鏡の光軸と交差しないので、２セル型光検出器が測定した信号の差はゼロとは異なっていて、マイクロキャリアの流路が高すぎることを示している。結果として、フォトダイオードを用いることにより流れの中でのマイクロキャリアの位置決め不良を検出できて、上記マイクロキャリアの流れが光軸に対して高すぎるか低すぎるかを示している。
【０１４３】
このフォトダイオード・システムは、上記マイクロキャリアが書込み／読取り用レーザービームの焦点に到着する前にマイクロキャリアの位置を測定するのに使用しうる。この場合、発生した位置不良の信号は読取り／書込み用ビームの焦点調節に利用できる。図３１ｅで、測定された位置不良の信号はゼロだったので、ビームの焦点位置を変更しなかった。図３１ｈでは、この場合、エラー信号が測定されていて、ビームの焦点位置が上に移動している。レーザービームの焦点調節はその顕微鏡対物レンズへの書込み／読取りビームの入射方向を変更することで行える。レーザービームの方向を迅速に最適化できる装置として、音響・光学的ビーム偏向器を使用できる。Ｚ軸即ち顕微鏡の光軸の位置不良信号を発生するのに同じ技術を使用できる。２セル型光検出器での信号差のみなので、その信号差をマイクロキャリア到着を検出するのに使用でき、かつ、読取り／書込みの指令にも使用できる。
【０１４４】
明らかに、上記の教示に基づいて、本発明に多くの修正と変形を行うことは可能である。それゆえ、添付請求項の範囲内でここに特に示した以外でも本発明を実施しうることを理解すべきである。
【０１４５】
【参考文献】
Direct simulation of initial value problems for the motion of solid bodies in a Newtonian Fluid. Part 2. Couette and Poiseuille flows. J. Feng, H.H. Hu, D.D. Joseph, J. Fluid Mech (1994), vol. 277, pp. 271-301.
Direct simulation of initial value problems for the motion of solid bodies in a Newtonian Fluid. Part 2. Sedimentation. J. Feng, H.H. Hu, D.D. Joseph, J. Fluid Mech (1994), vol. 261, pp. 95-134.
The turning couples on an elliptic particle settling in a vertical channel. Peter Y. Huang, Jimmy Feng, Daniel D. Joseph, J. Fluid Mech (1994), vol. 271, pp. 1-16.
Direct Simulation of the motion of solid particles in Couette and Poiseuille fiows of viscoelasticfiuids. P.Y. Huang, J. Feng, H.H. Hu, D.D. Joseph, J. Fluid Mech (1997), vol. 343, pp. 73-94.
Dynamic simulation of the motion of capsules in pipelines. J. Feng, P.Y. Huang, D.D. Joseph, J. Fluid Mech (1995), vol. 286, pp. 201-227.
The unsteady motion of solid bodies in creeping flows. J. Feng, D.D. Joseph, J. Fluid Mech (1995), vol. 303, pp. 83-102.
【図面の簡単な説明】
【図１】  内部の磁気材料による磁気双極子モーメンタムを有する球形マイクロキャリアを示している。コイルにより生じた磁界がマイクロキャリアの位置と方向を同時に保持している。示されているように、磁気材料がマイクロキャリアの中心外に位置しているとき、重力と磁気的吸引により完全な三次元の方向決めが得られる。
【図２】  速度ｖで毛細管を通過する流体により運ばれていて、磁気双極子モーメンタムを有する球形マイクロキャリアを示している。毛細管に平行な磁界を発生できるように２個のコイルを設けている。磁界の外側で、流体摩擦によりキャリアが回転する。コイルの内側で、磁界がその双極子モーメンタムをそれ自体に逆行して配置しようとするので、その粒子の運動方向で回転を無くす。
【図３】  共焦点顕微鏡を用いていて、毛細管内の層流により輸送されるマイクロキャリアの位置決めを検査するのに用いられる毛細管系の略図を示す。
【図４】  毛細管内を流れる１個の粒子を用いた共焦点画像を示す。右側の矢印は毛細管の内部寸法：８０μｍを示している。毛細管と水は蛍光を発しないので、暗黒になっている。視野は０．９２ｍｍ×０．１０ｍｍである。粒子の速度と共焦点画像がたどる特別な経路により、実際のディスクの代わりに、１個の粒子が１セットになった３本の分離された線として示されている。
図４は全体的時間系列の図面のひとつであり、図５はその時間系列からの全ての図をを１枚の図に加えたものなので、図４の粒子は実際に図５内で同じ位置に示されている。図５から、毛細管を通る層流により輸送されるとき、その粒子が実際に特定位置にあることが明らかになっている（圧力は約０．０５ａｔｍで、ここで示されている場合はプラス・マイナス１５％である）。粒子は毛細管壁面から一定距離で１本の直線をたどる（直線が傾斜しているように見えるが、それは毛細管自体が視野内でそのように位置しているからである）。
【図５】  ひとつの時間系列内の全ての個別図面の合成図を示す。その中で、（圧力約０．０５ａｔｍで）その期間内に通過した全粒子が示されている。粒子全部が毛細管の（中心ではなく）壁面から一定距離で一直線に沿って動いていることは明らかである。
【図６及び７】  ２系列の時間系列からの合成図が示されている。図６では、高い圧力（約０．１ａｔｍ）で同じ位置決めの合成図を示している。図７では、より高い圧力（約０．１５ａｔｍ）で同じ位置決めの合成図を示している。図５、６、７の間の唯一の違いは、加えられた圧力（それぞれ、約０．０５、０．１、０．１５ａｔｍ）、それゆえ、流体速度である。それゆえ、高い圧力でも位置決めは有効である。
【図８】  強磁性体ＣｒＯ2粒子を塗布した緑色蛍光性の４０μｍ微小球体の上部の共焦点画像を示している。
【図９】  強磁性体を塗布した４０μｍ緑色蛍光性粒子の中心面の共焦点画像を示している。
【図１０】  強磁性体を塗布した粒子の中心面で漂白された単純パターンの共焦点画像を示す。
【図１１】  透過光モードの赤色光を用いた（紫外線照射前の）２８μｍフォトクロミック微小球体の画像を示す。顕微鏡は中心面に焦点を合わせている。
【図１２】  上記微小球体内の３μｍ平方のフォトクロミック作用の後で、その微小球体の透過画像を示す。
【図１３】  完全に色付きで、、透明な微小球体の透過画像を示す。
【図１４】  ３個の「点コード」の微小球体の共焦点画像（左）と中央のコードにより測定された正規化強度プロフィール（右）を示す。画像の軸に沿った各区画は２μｍである。
【図１５】  ＤＭＳＯで光漂白した微小球体の共焦点画像（左）を示す。右側の第二の画像は３時間後に撮られている。
【図１６】  異なる密度の２種の液体又は半液体から成るサポート内の強磁性体マイクロキャリアの略図を示す。磁界を発生できる２個のコイルが設けられている。コイルの内側で、磁界がその双極子モーメンタムをそれ自体に逆行するように配置しようとするので、マイクロキャリアの位置決めと方向決めを指定した方法で行う。
【図１７】  高速光スイッチと結合した強力レーザーに接続した共焦点レーザー走査顕微鏡（ＣＬＳＭ）から成る装置の略図を示す。使用した光源は、Spectra Physics Stabilite 2017アルゴン・イオン・レーザーで、単一波長例えば４８８ｎｍに調整されている。ＡＯＭはそのレーザー光を回折させて多数のビームにする。そして、一次ビームを光ファイバーに接続する。ＡＯＭはＰＣと専用ソフトウエアにより制御され、その一次ビームの強度を２レベル：弱い画像観察ビームと強い漂白ビームの間で切替える。その光ファイバーの端部を「二重ファイバー継手」に接続して、そのファイバーからの光を他のレーザーからの光と結合できる（しかし、漂白実験には用いない）。最後にその光が共焦点走査レーザー顕微鏡（ＣＳＬＭ）に入り、サンプル上に焦点を合わせる。漂白パターンは専用ソフトウエア内で設計できる。画像取得はラスター・パターンでレーザー光を走査することにより行われるが、その画像を取得している間、専用ソフトウエアが光スイッチを制御して、低出力と高出力のレーザー光が設計されたパターンに基づいてそのサンプルに達する。
【図１８】  漂白されたバーコードの共焦点画像を示すが、４５ミクロンポリスチレンの蛍光微小球体の中心面内で３種類の幅と２段階の強度レベルを用いている。
【図１９】  漂白したバーコードの共焦点画像を示していて、ポリスチレンの蛍光性微小球体の中心面内での８種類の強度レベルを用いている（左）。又、中央のコードにより測定された正規化強度プロフィール（右）を示す。
【図２０】  種々の形状のバーコード例えば文字又は数字を漂白した微小球体の２枚の共焦点画像を示している。
【図２１】  フローセル内を流れる４０ミクロンの強磁性で蛍光性のビードの画像を示す。
【図２２】  Ｚ’軸回りの円内で、コードの始まりを示す制御パターンを用いてコードを書かれた円筒対称のビードを示す。
【図２３】  上記のビードの対称軸に沿ってコード・ビットを書かれた球状ビードを示す。
【図２４】  毛細管を通り、レーザー・ビームの焦点を通過する磁気ビードを示す。電流が流れているコイルが磁界を発生し、ビードをその運動方向に向けている。
【図２５】  各強度を１色と０から３の数字により示した４種類の強度を用いたコード付け体系の例を示す。このコード付け体系は、ローマ字のアルファベット２６文字と２個の句読点により象徴的に表示された２８文字を有している。各文字は４個のコード付け要素（４種の可能な強度（又は色））から成り、２個の同一要素は、その２文字がお互いに隣り合っている時でなくても、お互いに追随しないという追加条件が付けられている。
【図２６】  可変磁界Ｂを発生するコイルにより囲まれた毛細管と磁界Ｂが強くなる時に平行になる磁界Ｂ’を生じる閉導体を含むビードを示している。
【図２７】  ２枚の磁気プレートの間に置かれた毛細管内を流れていて、かつ、流れの方向に垂直な磁界を受けている閉導体を含むビードを示している。
【図２８】  強磁性で緑色蛍光性の懸濁微小球体を含むリザーバーが、底部の顕微鏡スライドを通してビードを見るために、ニコン６０Ｘ水中浸漬対物レンズを使用できる倒立顕微鏡に取付けられたBio-Rad MRC 1024共焦点顕微鏡の上に置かれている実験装置の略図を示している。その微小球体は４８８ｎｍレーザー・ビームにより照明されている。その微小球体はリザーバーから２０ｃｍの位置にある強力永久磁石による外部磁界Ｂにより方向決めをされている。
【図２９】  強磁性微小球体の画像を示していて、上記微小球体の中心面で矢印が漂白されている。画像（ａ）では、微小球体は磁石の外部磁界内で方向決めされている。画像（ｂ−ｉ）では、微小球体は第二の移動する外部磁界内で方向決めされている。画像（ｊ−ｌ）では、第二の磁石を外した後で、微小球体は最初の方向に戻っている。
【図３０】  上記微小球体の中心面で矢印が漂白されている強磁性の微小球体の画像を示す。画像（ａ）では、微小球体は磁石の外部磁界内で方向決めされている。画像（ｂ−ｊ）では、同じ磁石をリザーバーの回りで３６０°動かすことによりその微小球体を回転するのに用いていて、それを最初に位置に正確に戻している。画像（ｊ）はポリマーとガラスの比較的強い相互作用により微小球体が最初の向きに戻らなかったことを示している。画像（ｋ−ｌ）では、リザーバーの近くで第二の磁石を迅速に動かすことにより微小球体が自由になり、最初の向きにほぼ戻ったことが観察されている。
【図３１】  図面（ａ、ｂ、ｉ、ｊ）が顕微鏡の対物レンズの前を流れるマイクロキャリアの概略の視野を示している。図面（ａ、ｉ）は、マイクロキャリアがコードの読取り／書込みをするためのレーザー・ビームの焦点に到達する前の視野を示している。図面（ｂ、ｊ）はマイクロキャリアが焦点位置にあるときの視野を示している。図面（ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ）はフローセルの前に置かれた顕微鏡対物レンズの側面図を示す。図面（ｃ）は読取り／書込み用レーザー・ビームの焦点がマイクロキャリアの対称軸に沿って走査する場合を示している。図面（ｆ）は読取り／書込み用レーザー・ビームの焦点がマイクロキャリアの対称軸の下を走査している場合を示している。図面（ｄ、ｇ）は補助レーザー・ビームがマイクロキャリアを照明し、上記マイクロキャリアの他の側に陰影効果を生じている場合を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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