(57)【要約】流体を処理する方法及び装置。流体を処理する方法は、２つ以上の別個の流れを共通流れに結合するステップと、その後共通流れを分割して異なった特性を有する新しい一組の別個の流れとするステップとを含む。別個の流れを結合して、濃度勾配又は剪断勾配等の勾配を生成することができる。本発明の装置は流体チャネルのネットワークを提供し、このネットワークは、流体を操作して、例えば勾配又は様々な濃度で物質を含有する一連の溶液を生成するのに使用できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
少なくとも２つの第１世代（ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）チャネルを備える第１世代と、
該少なくとも２つの第１世代チャネル間を連通する共通チャネルと、
少なくとも３つの第２世代チャネルを備える第２世代にして、各第２世代チャネルが第１端部及び第２端部を有し、各第２世代チャネルの該第１端部が該共通チャネルと連通する、前記第２世代とを備える装置。
【請求項２】
請求項１の装置において、一つの世代内のすべてのチャネルが流体流通に対しほぼ等しい抵抗を提供できる、装置。
【請求項３】
請求項１の装置において、該チャネルの少なくとも１つが弁と連通する、装置。
【請求項４】
請求項１の装置において、一つの第１世代チャネルの少なくとも一部が幅約１ｍｍに満たない、装置。
【請求項５】
請求項４の装置において、一つの第１世代チャネルの少なくとも一部が幅約１００μｍに満たない、装置。
【請求項６】
請求項５の装置において、一つの第１世代チャネルの少なくとも一部が幅約５０μｍに満たない、装置。
【請求項７】
請求項１の装置において、該チャネルのすべてが幅１ｍｍに満たない、装置。
【請求項８】
請求項１の装置において、該第２世代が該第１世代より少なくとも１つチャネルを多く備える、装置。
【請求項９】
請求項１の装置において、第３世代をさらに備え、該第３世代が該第２世代より少なくとも１つチャネルを多く備え、各第３世代チャネルが第１端部及び第２端部を有し、各第３世代チャネルの該第１端部が各第２世代チャネルの該第２端部と連通する、装置。
【請求項１０】
請求項１の装置において、各第２世代チャネルの該第２端部がその他の第２世代チャネルと連通する、装置。
【請求項１１】
請求項９の装置において、追加の世代をさらに備え、各連続世代が直前の世代より１つ多くチャネルを備える、装置。
【請求項１２】
請求項１の装置において、２つの隣接する第２世代チャネルの夫々の該第１端部が該第１世代チャネルの１つからほぼ等距離である、装置。
【請求項１３】
請求項１の装置において、該第２世代チャネルが渦巻状である、装置。
【請求項１４】
請求項１の装置において、該共通チャネルが該第１及び第２世代チャネルより流れに対し少ない抵抗を提供できる、装置。
【請求項１５】
請求項１の装置において、該第２世代チャネルの少なくとも２つが別個の受け容器と流体連通する、装置。
【請求項１６】
請求項１５の装置において、該第２世代チャネルのすべてが別個の受け容器と流体連通する、装置。
【請求項１７】
請求項１の装置において、第２共通チャネルを備え、該第２共通チャネルが該第２世代チャネルの少なくとも１つの該第２端部と流体連通する、装置。
【請求項１８】
請求項１７の装置において、該第２共通チャネルの幅が該第２共通チャネルの長さの少なくとも一部にわたって変化する、装置。
【請求項１９】
請求項９の装置において、複合チャネルを備え、該複合チャネルが該第３世代チャネルの少なくとも１つの該第２端部と流体連通する、装置。
【請求項２０】
請求項１１の装置において、複合チャネルを備え、該複合チャネルが最終世代チャネルの少なくとも１つの該第２端部と流体連通する、装置。
【請求項２１】
請求項２０の装置において、該最終世代チャネルのすべてが該複合チャネルと流体連通する、装置。
【請求項２２】
請求項１乃至２１の装置を２つ以上備えたネットワーク。
【請求項２３】
勾配の形成方法であって、
第１チャネル内に第１流体を流すステップと、
第２チャネル内に第２流体を流すステップと、
該第１流体及び該第２流体を共通チャネルにおいて合流させるステップと、
該共通チャネルからの流体を少なくとも３つの追加のチャネル内へと流すステップと、
該３つの追加のチャネルからの該流体を実質的に層流の条件下で単一のチャネル内へと再結合して複合流体を生成するステップとを備える、方法。
【請求項２４】
請求項２３の方法において、該流体が液体である、方法。
【請求項２５】
請求項２３の方法において、該流体が気体である、方法。
【請求項２６】
請求項２３の方法において、少なくとも該第１流体を追加のステージ（ｓｔａｇｅ）の追加のチャネル内に流すステップをさらに備える、方法。
【請求項２７】
請求項２３の方法において、該再結合流体を４つの追加のチャネル内へと分割するステップをさらに備える、方法。
【請求項２８】
請求項２３の方法において、第３チャネル内に第３流体を流すステップと、該第３流体を該共通チャネルにおいて該第１及び第２流体と合流させるステップとをさらに備える、方法。
【請求項２９】
請求項２３の方法において、少なくとも該第１流体の流量を調整するステップをさらに備える、方法。
【請求項３０】
請求項２３の方法において、該再結合流体における勾配プロフィールを平滑化するステップをさらに備える、方法。
【請求項３１】
請求項３０の方法において、実質的な拡散が該再結合流体における層流流れ間に生じるのを許容するステップをさらに備える、方法。
【請求項３２】
請求項３１の方法において、少なくとも該第１流体の流速を変更することによって拡散量を変更するステップをさらに備える、方法。
【請求項３３】
流体流れであって、
流体の流通の方向と実質的に直交する方向に濃度が変化する第１物質と、
該流体の流通の方向と実質的に直交する方向に濃度が変化する第２物質と、
該第１物質の濃度勾配が該第２物質の濃度勾配と異なるプロフィールである、流体流れ。
【請求項３４】
請求項３３の流体流れにおいて、該流体が液体である、流体流れ。
【請求項３５】
請求項３３の流体流れにおいて、該流体が気体である、流体流れ。
【請求項３６】
請求項３３の流体流れにおいて、該第１物質の該濃度勾配を表すプロフィールが二次又はより高次の多項式によって表すことができる、流体流れ。
【請求項３７】
請求項３３の流体流れにおいて、第３物質をさらに備え、該第３物質の濃度が流通の方向と実質的に直交する方向に変化する、流体流れ。
【請求項３８】
請求項３４の流体流れにおいて、該物質が生化学物質である、流体流れ。
【請求項３９】
請求項３８の流体流れにおいて、該生化学物質がペプチドである、流体流れ。
【請求項４０】
ｎ次多項式の濃度勾配であって、ｎが２より大きいか又は等しい、濃度勾配。
【請求項４１】
請求項４０の濃度勾配において、該勾配の横幅が１ｃｍに満たない、濃度勾配。
【請求項４２】
請求項４１の濃度勾配において、該勾配の横幅が１ｍｍに満たない、濃度勾配。
【請求項４３】
請求項４０の濃度勾配において、該勾配が流体中にあり、少なくとも約１０秒間安定である、濃度勾配。
【請求項４４】
請求項４０の濃度勾配において、該勾配が面上にある、濃度勾配。
【請求項４５】
請求項４４の濃度勾配において、該勾配が化学物質又は生化学物質勾配である、濃度勾配。
【請求項４６】
請求項４５の濃度勾配において、該勾配の幅が約１ｃｍに満たない、濃度勾配。
【請求項４７】
請求項４６の濃度勾配において、該勾配の幅が約１ｍｍに満たない、濃度勾配。
【請求項４８】
請求項４６の面において、該面が蛋白質チップである、面。
【請求項４９】
面であって、
面の一部に配置された第１化学又は生化学勾配と、
該面の該一部に配置された第２化学又は生化学勾配と、
該面の該一部に配置された第３化学又は生化学勾配とを備え、各勾配が互いに異なる、面。
【請求項５０】
請求項４９の面において、該勾配の少なくとも１つの幅が約１ｍｍに満たない、面。
【請求項５１】
請求項４９の面において、該面が蛋白質チップであり、かつ該化学又は生化学物質の少なくとも１つがペプチドである、面。
【請求項５２】
請求項４９の面において、少なくとも該第１化学又は生化学物質がマトリックスに組み込まれる、面。
【請求項５３】
請求項５１の面において、該マトリックスがゲルである、面。
【請求項５４】
面処理方法であって、
実質的に層流の条件下で面の一部に沿って流体を流すステップにして、該流体が少なくとも１つの物質の濃度勾配を備え、該濃度勾配が流通の方向と実質的に直交しかつ実質的に該流体の横方向全体に連続する、ステップと、
該物質の異なった濃度に露された該面の該一部の複数の箇所を差別的に処理するステップとを備える、方法。
【請求項５５】
請求項５４の方法において、該面の該一部が幅１０ｃｍに満たない、方法。
【請求項５６】
請求項５５の方法において、該面の該一部が幅１ｃｍに満たない、方法。
【請求項５７】
請求項５６の方法において、該面の該一部が幅１ｍｍに満たない、方法。
【請求項５８】
請求項５４の方法において、該物質が触媒である、方法。
【請求項５９】
請求項５４の方法において、該処理が該面を硬化させるステップを備える、方法。
【請求項６０】
請求項５４の方法において、該処理が該面に該物質を堆積させるステップを備える、方法。
【請求項６１】
請求項６０の方法において、該面の該一部の幅が１ｃｍに満たない、方法。
【請求項６２】
請求項５４の方法において、該処理が該面にトポロジー（ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ）勾配を形成するステップを備える、方法。
【請求項６３】
請求項６２の方法において、該処理が該面から材料を除去するステップを備える、方法。
【請求項６４】
請求項６３の方法において、該面の該一部の幅が１ｃｍに満たない、方法。
【請求項６５】
流体希釈方法であって、
第１入口に高濃度流体を供給するステップと、
第２入口に低濃度流体を供給するステップと、
該第１入口からの該流体及び該第２入口からの該流体を第１世代共通チャネル内へと流すステップと、
該共通チャネルの該流体を少なくとも３つの第２世代チャネル内へと分割するステップと、
該少なくとも３つの第２世代チャネルからの該流体を第２世代共通チャネル内へと再結合するステップと、
該第２世代共通チャネルの該流体を複数の第３世代チャネル内へと分割するステップと、
該複数の第３世代チャネルの少なくとも１つから流体を集めるステップとを備える、方法。
【請求項６６】
２つの異なった濃度勾配プロフィールを示す流体の生成方法であって、
少なくとも第１出発流体を第２出発流体と結合させて結合流を形成するステップにして、該第１出発流体が実質的に該第２流体に存在しない第１物質を備える、ステップと、
該結合流を一連の第２ステージ流に分割するステップと、
該第２ステージ流の少なくとも２つを合流させて複合流を形成するステップにして、該複合流が該第１物質及び第２物質に関し異なった濃度勾配プロフィールを示す、ステップとを備える、方法。
【請求項６７】
一連の溶液の生成方法であって、
物質の濃厚溶液と該物質のより低濃度溶液とを接触させて結合流体を形成するステップと、
該結合流体を膜を使用せずに複数の別個の流れに分離するステップにして、該別個の流れの少なくとも１つが該別個の流れの別の流れにおける該物質の濃度と実質的に異なる濃度で該物質を含む、ステップとを備える、方法。
【請求項６８】
請求項６７の方法において、該別個の流れの１つにおける該物質の濃度が該濃厚溶液又は該より低濃度溶液のいずれかにおける該物質の濃度とほぼ等しい、方法。
【請求項６９】
請求項６７の方法において、第２物質を含む第３溶液を該結合流体と接触させるステップをさらに備える、方法。
【請求項７０】
請求項６９の方法において、該別個の流れの少なくとも１つが該第１物質及び該第２物質を、該別個の流れの少なくとも他の１つにおける該第１物質及び該第２物質の比と異なる濃度比で含有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、単数又は複数の流体の組成を操作する方法及び装置、より詳細には流体勾配を生成する方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
産業、化学及び生物学上の用途のための流体の送出は、様々なポンプ及びピペット技術を使用して極端に少量又は大量の流体を正確に送出できる段階まで発展してきた。加えて、非常に精密な量で、かつ特定の位置において面を浸食し、また面に化学物質を適用する技術が開発されてきた。これらの技術は、面に正確かつ均一に溶液及び懸濁液を適用してばらつきのない表面化学物質密度を提供するのに使用できる。しかしながら、溶液又は化学物質を均一に導入又は堆積させるのではなく、面の一部分における適用材料の密度が面の別の部分の密度より大きい勾配として導入又は堆積させることが望ましい用途が存在する。
【０００３】
伝統的に、濃度が距離との関係で変化する線状濃度勾配は、高濃度の点から物質を低濃度で含有する材料中に溶質を拡散させることよって形成できる。物質をある時間拡散させた後、濃度勾配が点状源から拡がって展開する。点状源から様々な距離において流体をサンプリングでき、一般に点状源からの距離が増加するにつれて次第に低くなる濃度が検出される。しかしながら、溶液中の材料は濃度がより低い領域に拡散し続けるので、任意の一点における物質の濃度は時間とともに変化し、任意の２点間における勾配も変化する。したがって、安定した勾配を必要とする実験又は作業を進めることは困難である。この問題は、急な勾配は一般に傾斜の緩い勾配より速く崩壊するので、急な勾配が求められるときはよりひどいものとなる。
【０００４】
面上の勾配は交差拡散（ｃｒｏｓｓ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）、光固定及び電気化学脱着を含む自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を使用する方法によって生成されてきた。しかしながら、生成できる面上勾配プロフィールの種類、使用できる物質及び勾配の大きさはすべて制限されている。
【０００５】
加えて、公知の流体勾配は、濃度がある距離にわたって一定量で減少又は増加する線状勾配に限られる。しばしば、直線的に増加又は減少するのでなく、例えば２次、３次又は対数関数として増加する勾配を採用することが有用である。しかしながら、公知の点状源及び線状源拡散技術はこれらのプロフィールを示す勾配を生成できるとは知られていない。
【０００６】
【発明の概要】
１つの態様において、本発明は、装置であって、少なくとも２つの第１世代（ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）チャネルを有する第１世代と、少なくとも２つの第１世代チャネル間を連通する共通チャネルと、少なくとも３つの第２世代チャネルを備える第２世代にして、各第２世代チャネルが第１端部及び第２端部を有し、各第２世代チャネルの第１端部が共通チャネルと連通する、第２世代とを備える装置を提供する。
【０００７】
他の態様において、本発明は、勾配の形成方法であって、第１チャネル内に流体を流すステップと、第２チャネル内に第２流体を流すステップと、第１流体及び第２流体を共通チャネルにおいて合流させるステップと、共通チャネルからの流体を少なくとも３つの追加のチャネル内へと流すステップと、３つの追加のチャネルからの流体を実質的に層流の条件下で単一のチャネル内へと再結合するステップとを備える、方法を提供する。
【０００８】
他の態様において、本発明は、流体流れであって、流体の流通の方向と実質的に直交する方向に濃度が変化する第１物質を備え、流体の流通の方向と実質的に直交する方向に濃度が変化する第２物質を含み、第１物質の濃度勾配が第２物質の濃度勾配と異なるプロフィールである、流体流れを提供する。
【０００９】
他の態様において、本発明は、ｎ次多項式の濃度勾配であって、ｎが２より大きいか又は等しい、濃度勾配を提供する。
他の態様において、本発明は、面であって、面の一部に配置された第１化学又は生化学勾配と、面の一部に配置された第２化学又は生化学勾配と、面の一部に配置された第３化学又は生化学勾配とを備え、各勾配が互いに異なる、面を提供する。
【００１０】
他の態様において、本発明は、面処理方法であって、実質的に層流の条件下で面の一部に沿って流体を流すステップにして、流体が少なくとも１つの物質の濃度勾配を備え、濃度勾配が流通の方向と実質的に直交しかつ実質的に流体の横方向全体に連続する、ステップと、物質の異なった濃度に露された面の一部の複数の箇所を差別的に処理するステップとを備える、方法を提供する。
【００１１】
他の態様において、本発明は、流体希釈方法であって、第１入口に高濃度流体を供給するステップと、第２入口に低濃度流体を供給するステップと、第１入口からの流体及び第２入口からの流体を第１世代共通チャネル内へと流すステップと、共通チャネルの流体を少なくとも３つの第２世代チャネル内へと分割するステップと、少なくとも３つの第２世代チャネルからの流体を第２世代共通チャネル内へと再結合するステップと、第２世代共通チャネルの流体を複数の第３世代チャネル内へと分割するステップと、複数の第３世代チャネルの少なくとも１つから流体を集めるステップとを備える、方法を提供する。
【００１２】
他の態様において、本発明は、２つの異なった濃度勾配プロフィールを示す流体の生成方法であって、少なくとも第１出発流体を第２出発流体と結合させて結合流を形成するステップにして、第１出発流体が実質的に第２流体に存在しない第１物質を備える、ステップと、結合流を一連の第２ステージ流に分割するステップと、第２ステージ流の少なくとも２つを合流させて複合流を形成するステップにして、複合流が第１物質及び第２物質に関し異なった濃度勾配プロフィールを示す、ステップとを備える、方法を提供する。
【００１３】
他の態様において、本発明は、一連の溶液の生成方法であって、物質の濃厚溶液と物質のより低濃度溶液とを接触させて結合流体を形成するステップと、結合流体を膜を使用せずに複数の別個の流れに分離するステップにして、別個の流れの少なくとも１つが別個の流れの別の流れにおける物質の濃度と実質的に異なる濃度で物質を含む、ステップとを備える、方法を提供する。
【００１４】
本発明の他の利点、新規な特徴及び目的は、以下の発明の詳細な説明を添付図面と共に考慮することにより明らかとなろう。添付図面は略図的なものであり、また一律の縮尺に従うものではない。図中、各同一又はほとんど同一の構成部品は単一の番号によって表した。簡明化のため、すべての構成部品にすべての図において符号を付することはせず、また図示が当業者が本発明を理解するため必要でない場合は本発明の各実施の形態のすべての構成部品を示すことはしていない。
【００１５】
【詳細な説明】
本発明は液体を結合及び分配する装置及び方法を提供する。本発明は特に液体中に又は面上に勾配を生成するのに有用である。本発明の方法は、濃度勾配、トポロジー（ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ）勾配及び剪断勾配を含む多くの種類の勾配を生成する手だてとなる。本発明は、小規模の勾配、例えば全長が約１０ｃｍ未満の勾配を生成するのに特に有用である。本方法及び装置は線状並びにより高次の勾配プロフィールを提供し、これらの勾配は薬学、生物学、組合せ化学、プロテオミクス（ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ）及びチップ生産等の分野に有用である。本方法は、各勾配が同一又は異なった機能を発揮する２つ以上の勾配を同時に提供することができる。加えて、本発明はまた複雑な形状がある時間にわたって維持できる勾配の発生を提供する。
【００１６】
本発明は様々なプロフィールを示す勾配、例えば多項式方程式によってモデル化できる任意の勾配を提供する。伝統的な点状源又は線状源勾配生成技術は釣鐘形の勾配を提供できるのみであり、勾配は短期間で崩壊しやすい。層流流れを利用し、また層流流れ間の拡散を通じて流れの内容物を混合することにより、本発明はより安定した勾配を提供できる。
【００１７】
層流は、一定の特徴（低レイノルズ数）を有する２つ以上の流れがやはり低レイノルズ数を備えた単一の流れへと合流し、乱流混合せず互いに平行に流れるようにされたときに生じる。キャピラリ内の液体の流通はしばしば層流である。層流及びレイノルズ数の議論については、Ｋｏｖａｃｓ，Ｇ．Ｔ．Ａ．，Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ　Ｓｏｕｒｃｅｂｏｏｋ（ＷＣＢ／ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，ボストン，１９９８）、Ｂｒｏｄｙ，Ｊ．Ｐ．，Ｙａｇｅｒ，Ｐ．，Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ，Ｒ．Ｅ．及びＡｕｓｔｉｎ，Ｒ．Ｈ．，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｔ　Ｌｏｗ　Ｒｅｙｎｏｌｄｓ　Ｎｕｍｂｅｒｓ，Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｊ．，７１，３４３０−３４４１（１９９６）、Ｖｏｇｅｌ，Ｓ．，Ｌｉｆｅ　ｉｎ　Ｍｏｖｉｎｇ　Ｆｌｕｉｄｓ（Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，プリンストン，１９９４）、及びＷｅｉｇｌ，Ｂ．Ｈ．及びＹａｇｅｒ，Ｐ．，Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−ｂａｓｅｄ　Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，Ｓｃｉｅｎｃｅ　２８３，３４６−３４７（１９９９）を参照されたい。
【００１８】
本発明の勾配は、細胞表面相互作用、多数の細胞を使用するハイスループットスクリーニング（ｈｉｇｈ−ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ　ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）等の勾配濃度に依存する生物学的現象の研究、及び細胞系バイオセンサーに有用である。特に、化学走性、走化性運動（ｈａｐｔｏｔａｘｉｓ）及び移行性に関する研究にとって、本発明により達成できる比較的コンパクトで安定した勾配は有利である。走化性細胞は細胞の前部及び後部間のわずか２％ほどの濃度差に感応するので、単一の細胞（１０−１００μｍ、１００μｍ当たり２−２０％）のオーダーの解像度を備える勾配は有用である。本発明は、蛋白質、表面特性、並びに成長因子、毒素、酵素、薬剤及び他の種類の生物関連分子を含有する流体流れの勾配を発生させる能力を提供する。加えて、化学誘引（ｃｈｅｍｏａｔｔｒａｃｔａｎｔ）又は化学反発（ｃｈｅｍｏｒｅｐｅｌｌｅｎｔ）特性を有する拡散性物質の勾配は生物パターン形成に重要な役割を演じることができ、脈管形成及び軸索開拓は勾配を使用できるプロセスの例である。本発明はまた、より高等な有機体を研究する際に異なった物質の（類似の又は非類似の）勾配の重畳を提供する。本発明の鋸歯状勾配は生物学的プロセスを研究する際にも使用できる。
【００１９】
本発明の１つの態様において、気体又は液体等の２つ以上の流体を微量流体ネットワークを使用して合流、混合及び分割できる。微量流体ネットワークは流体を選択的に混合及び再分配して、多項式方程式で表すことができる濃度勾配を生成できる。得られた濃度勾配をその後、例えば化学物質又は生化学物質を送出し、面を処理し、又は化学物質又は生化学物質を面上に堆積させて静止勾配を生成するのに使用できる。いかなる混合も乱流を通じてでなく拡散を通じて生じるのが好ましく、流体ネットワークは流体流通を適用すべき速度での層流に制限するよう構成される。乱流混合に固有の変動を回避することにより、全ネットワークを通じて生じる混合を正確にモデル化することが可能であり、したがって得られる勾配のプロフィールを予測することが可能である。さらにまた、隣接する小さい大きさの層流間の物質拡散を正確に予測して、特定の空間勾配を生成する勾配発生器を設計する技術を提供できる。そのような予測可能性は、ＣＡＤシステム等の設計プログラムとインターフェースさせて高度の勾配発生器を生産するときに特に有用である。
【００２０】
１つの態様において、入口及び出口が一連のステージ（ｓｔａｇｅ）又は世代（ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）によって接続された微粒流体ネットワークを使用できる。各世代はいくつかの流体チャネルを含むことができ、１つのステージの流体チャネルは共通チャネルを介して次のステージの流体チャネルと連通でき、該共通チャネルは１つのステージのチャネルから流体を受け、次のステージのチャネルに流体を送出する。共通チャネルは、２つの別個の流体流れの少なくとも一部が互いに接触するネットワーク中の任意の領域でよい。共通チャネルは任意の大きさ又は形状でよく、また図１及び２ａに示すように例えば任意の隣り合う世代のチャネルと実質的に直交する別個のチャネルでよい。他の実施の形態において、共通チャネルは単に、図２ｂ及び２ｃに示すように１つの流体流れの一部が異なる流体流れの一部と接触する２つの世代の接点の領域でもよい。図２ｂに示すのと同様な設計は、様々な流れを一連の内壁が分離する１つの大きなチャネルでネットワーク全体を形成しようとするときに好ましい。
【００２１】
次の世代は前の世代より多くの流体チャネルを包含できる。そのような構成はピラミッド形又はクリスマスツリー形の設計をもたらし、流体流れはピラミッドの頂部から出発し、各世代が前の世代より多くの流体チャネルを含む一連の世代を滝のように落ちてピラミッドを下って行く。
【００２２】
ネットワークの最終世代の個々の流体チャネルを合流させて複合流を形成し、各々のチャネルからの流体が複合流において層状に流れるようにすることができる。個々の流れを一つの平面上に存在させ、せいぜい各流れが２つの他の流れと接触するようにできる。あるいは、複合流はチャネル内の他の流れの上又は下を走る流れをも含んで、任意の流れがいくつかの隣接する流れと接触する３次元構成となるようにすることもできる。
【００２３】
１つの態様において、ネットワークは、分割流を適切に合流させ、分割し、場合によっては複合流へと再結合させるのに役立つ任意の設計及び大きさのものでよい。ネットワークの形態は、特定の又は特定の等級の勾配を生成するよう適合させることができる。ネットワークは２以上の流体、例えば純水及び塩溶液を用い、これら溶液を結合し、これら溶液を分割し、これら溶液を再合流させて複合流体を形成することによって機能できる。異なった濃度の一つの物質を含有する２つの溶液が互いに接触すると、物質は濃度の高い溶液からより低い溶液中へと拡散する。例えば、塩溶液の塩は、塩溶液から隣接する水だけを含む溶液に移動する。したがって、互いに接触する２つの流体流れは、各流体流れにおける材料の相対的な濃度により材料を互いに交換できる。これは、２つの流体流れが結合して単一の均質な流れを形成する乱流混合とは明らかに異なる混合技術である。
【００２４】
２つの以上の溶液であって、そのうちの少なくとも２つが一つの物質を異なった濃度で含有する溶液から出発して、本発明のネットワークは、各流体が該物質を異なった濃度で含有する様々な新しい流体を生成できる。各濃度はネットワークの構造及びネットワークを動作させる条件により予測可能である。例えば、２つの別個の流体を２つの入口を通じてネットワークに注入でき、２つの流体は共通チャネルにおいて互いに接触できる。もし接触が層流条件下で行われ、ほとんど又は全く乱流がないとすれば、２つの流体間に生じる混合は主として拡散を通じてのものである。したがって、共通チャネルでの接触時間が最小化されれば、接触する流れの間にほとんど又は全く移動は生じず、各流れはその特有の同一性及び組成を保持できる。
【００２５】
さらにまた、各入口からの流体が“Ｔ”交差点で共通チャネルに合流すると、“Ｔ”交差点に進入する溶液の一部は左に流れ、溶液の一部は右に流れる。“Ｔ”で各方向に流れる各入口流体の成分は、下流へと流れる各方向において流体が受ける流れ抵抗の関数といえる。一たび共通チャネルに入ると、一方の入力流れから発生した流体流通の一部は他方の入力流れからの流体流通の一部と接触して、２つの隣接する層流の結合流通をもたらすことができる。共通チャネルがその後別の一連の新たな独立チャネルに通じていれば、２つの出発流体（各流体の割合は共通チャネルにおける特定の位置による）は、それぞれの新たな独立流体チャネルが示す相対的な流体抵抗に従って共通チャネルから新たな独立チャネル内に（別の“Ｔ”交差点で）送出される。したがって、ネットワークを配列して、第１入力からの流体流通の１／３が独立の第１チャネルに流れ込み、２／３が独立の第２チャネルへと流れるようにすることができる。独立の第１チャネルに流れ込む流体を異なった入口から発生した追加の流体と合流させることができる。これによって、独立のチャネルに、例えば第１入力流れからの５０％の流体と、第２入力流れからの５０％の流体とにより構成される結合流体を形成できる。２つの隣接する層流の流れから成る結合流体が独立チャネル内で拡散混合する十分な時間を与えられると、出てくる流体は均質な溶液となることができ、例えば各入力流れにおける原濃度の平均の濃度で物質を含有する。
【００２６】
ネットワークは、任意の数の入口、各世代が１つ以上のチャネルを備えるいくつかの相互接続されたチャネル、及び１つ以上の出口を含むことができる。一般に、より多くの入口を用いると、より複雑な濃度又は濃度勾配が生成される。１つの実施の形態において、生成される勾配プロフィールは（ｎ−１）次多項式によってモデル化できることが実験上わかっており、ここでｎは流体ネットワークに供給する入口の数である。例えば、３乗の勾配が所望であれば、４つの入口を用いる勾配発生器を使用するのが好ましいといえる。線状勾配（１次多項式と考えることができる）は、例えば２つの入口で達成できる。本発明の装置は流体流れを分割、結合及び再結合する手だてとなるので、例えばネットワークの交点での分割比がネットワーク全体を通じて１：１のとき二項分配が得られる。分割比が１：１以外であれば、多項分配がもたらされる。一般に、分割交点からネットワークの対称軸までの距離が大きいほど、また分岐系が高次で、より多くの世代を含むほど、より多くの流体がネットワークの外側部分に送られる。
【００２７】
１つの態様において、２つ以上のピラミッド形流体ネットワークを結合させることにより周期勾配（反復プロフィールを示す勾配）を生成できる。各ネットワークは入口を共有でき、平行に動作でき、各ネットワークの出力は別の単数又は複数のネットワークの出力と合流される。あるいは、多くの入口を備えた単一のネットワークにより周期勾配を発生させることもできる。
【００２８】
本発明の１つの態様において、溶質等の、異なった濃度の一つの物質を含有する２つ以上の流体を結合、混合及び分割して多様な勾配タイプを生成できる。これは図１に示すような装置を使用して実行できる。図１は、３つの入口１，２及び３と、４及び５等の一連の蛇行縦チャネルとを含む系の略図を提供する。蛇行チャネルは、例えば９０ｏを超える多数の折り返しをなして曲進するチャネルである。したがって、蛇行チャネルは微量流体ネットワークにおけるような小さい領域内に比較的長い流路を設けるのに有用である。蛇行チャネルは６及び７等の横共通チャネルによって互いに連結させることができる。一列の蛇行チャネルは世代と呼ばれる組、例えば８又は９に包含される。世代は、好ましくは蛇行形の一般に並行動作する少なくとも２つのチャネルを含むことができる。各世代は図１に示すピラミッド形設計等任意の形状とすることができる。微量流体ネットワークはまたいくつかの分岐点１０を、縦チャネルが共通チャネルと交差する位置に有する。ネットワークはまた複合チャネル１１を含み、該チャネルは最終世代に包含された各縦チャネルに接続できる。微量流体ネットワークに使用されるチャネルは、任意のサイズでよいが、好ましくは直径１ミリ未満、最も好ましくは直径約１００ミクロン未満、そして最も好ましくは直径５０ミクロン未満である。チャネルの高さは幅と等しいか又は異なってもよく、好ましくは高さ約１００ミクロン未満である。
【００２９】
動作時、異なった濃度の複数の物質を包含する流体を任意の数の入口に導入できる。ポンプ、例えばシリンジポンプを使用して流体を適切なフラックス、圧力及び速度とすることができる。各入口でのフラックスを変化させて異なった種類の勾配を生成でき、簡明化のため、図１のネットワークの使用は、３つの異なった流体が同一の圧力及び複数の速度で導入される場合について説明する。入口１，２又は３に進入する流体は、共通チャネル６に分配され、そして第１世代の蛇行チャネル、例えば蛇行チャネル４に供給される。この実施の形態における蛇行チャネルはほぼ同一の形状及び長さであり、それ故同一の流れ抵抗を示す。３つの入口の夫々に等しい量の流体が導入され、全流体量がその後個々の４つの蛇行チャネルに分配されるので、各蛇行チャネル内の流量は各入口から受ける流量の３／４に等しい。同様に、流体は次の世代へと前進し、ステージ２の５つの蛇行チャネルの組に流れ込むので、ステージ２の各蛇行チャネルの流れ抵抗が等しいと仮定すると、ステージ２の各蛇行チャネルにおける流量はステージ１の各蛇行チャネルを流れる流量の４／５となる。
【００３０】
微量流体ネットワークの出力を予測して、特定の単数又は複数の勾配を形成できるようネットワークを製作することは有利である。任意のネットワークの出力は、ネットワーク内の各分岐点での分割比が正確にモデル化できればより容易に予測できる。ピラミッド形微量流体ネットワークを使用する場合、ネットワークの出力を予測する１つの方法は以下の手続を使用することである。
【００３１】
図１を参照すると、世代例えば８又は９はｎ個の縦チャネルを包含し、したがって第ｎ次分岐系（Ｂ＝ｎ）と呼ぶことができる。世代又は分岐系内の各縦チャネルはＶ＝０，Ｖ＝１，Ｖ＝２．．．Ｖ＝Ｂ−１と名づけることができる。系内の流体がたどることができる様々な流路は、系全体の様々なチャネルの抵抗に部分的に依存する。
【００３２】
図１に示すように微量流体ネットワークを生産した場合、４及び５等の縦チャネルは６及び７等の横流通チャネルよりかなり大きな流れ抵抗を与える。そのようなネットワークに関する正確な流量予測は、横チャネルの抵抗が縦チャネルの抵抗に較べて無視できるものと仮定することによって行える。チャネル内の抵抗は様々な要素、例えば長さ、幅及び形状を含むチャネルの形態、チャネルの壁部の構造、及び１つ以上のチャネル内に弁又はその他の絞りを含ませることによって制御できる。寸法が等しいチャネルに関し、流れ抵抗はポアズイユの流れによりチャネルと長さと共に直線的に増大し、したがって横チャネルが縦チャネルよりかなり短ければ、例えば長さが１／２０であれば、横チャネルの流れ抵抗は縦チャネルのそれのほぼ１／２０となる。図１に示す単純なケースにおいて、各縦チャネルの抵抗はほぼ同一であり、したがって流量を決定するのに必要な計算を単純化する。一つの世代内の各縦チャネルを流れる全量は等しく、そしてさらに分析を単純化することに、夫々の前の世代からの全流量は、さらに流量を追加又は削減することなく次の世代に流れ込む。図１に示すネットワークのように左右対称のネットワークにおいて、各分岐点での分割比は以下の比によって近似化できる。縦チャネルからの流通が横チャネルに入る分岐点において、左への流量は［Ｂ−Ｖ］／［Ｂ＋１］と近似化でき、分岐点の右への流量は［Ｖ＋１］／［Ｂ＋１］と定義できる。分割比を図２ａに示すが、該図は前の世代の３つの縦チャネルがなす次の世代の複数の縦チャネルの２つに対する寄与率を示す。図２ａ中、Ｃｐ、Ｃｑ及びＣｒはそれぞれ、ひとつの世代の隣接する３つの縦チャネル５０、５１及び５２を流れる流通を表す。したがって、Ｃｐから右へ流れる流通成分はと定義される。同様に、中央の分岐点で右に流れるＣｑの流通成分はと定義される。Ｃｑで表される流通から左に流れる流通成分はと等しく、流通Ｃｒから左に流れる流通成分はと定義できる。この実施の形態において、縦チャネル６０に進入する流量は、右へ流れるＣｐの流通成分と、左へ流れるＣｑの流通成分との合計と定義できる。同様に、縦チャネル６１にもたらされる流量は、右へ流れるＣｑの流通成分と、左に流れるＣｒの流通成分との合計と定義できる。
【００３３】
図３は２入口系の略図を提供し、特別なケース、すなわち二つの入口の夫々が第１ステージに等しい流量を与え、各縦チャネルの抵抗が同等であり、かつ連続する各世代がその前の世代より１つ多い縦チャネルを含むケースにおける各横及び縦チャネルの実際の流量の内訳を提供する。各ステージ又は世代の全流量は図３に示す分数によって表すことができる。
【００３４】
入口ステージ１００からの流体流通が第１世代１０１に進むと、もとは２つの入口で等分された流通は第１世代１０１において３つの縦チャネル間で３等分される（各縦チャネルは等しい流れ抵抗）。したがって、第１世代１０１の各縦チャネルは全流量の１／３を運ぶ。第１世代１０１の各チャネルがステージ１００の２つの入口のいずれより少ない流量を運ぶので、外側チャネル８０への全流量は縦チャネル７０から流出する流体によって供給され、外側縦チャネル８１への全流量は縦チャネル７１によって供給される。それ故、縦チャネル７０によって送出された流量の２／３がもっぱら縦チャネル８０によって受け取られ、縦チャネル７０から受ける流量の１／３（全流量の１／６）が縦チャネル７０から縦チャネル８２に流れる。縦チャネル８２の流量は縦チャネル７０及び７１からの流量の二つの部分によって等しく供給され、それ故縦チャネル７１の全流量の１／３が縦チャネル８２に受け取られる。したがって、完全な混合の後、縦チャネル８２は縦チャネル７０を流れる流体の５０％及び縦チャネル７１を流れる流体の５０％を包含する。縦チャネル８１への全流量（全流量の１／３）は縦チャネル７１から流出する流量から得られるので、縦チャネル８１を流れる流体はもっぱら、前のステージで縦チャネル７１を流れた流体である。同様に、縦チャネル８０に供給されるすべての流体（全流量の１／３）はもっぱら縦チャネル７０から供給される。したがって、各外側縦チャネル８０及び８１はそれぞれ縦チャネル７０及び７１に見出されるのと等しい組成の流体を包含し、中央縦チャネル８２は縦チャネル７０及び７１によって供給される２つの流体の５０／５０混合物（ｖ／ｖ）を包含する。流体が世代１０１から１０２へと流れて次の世代に流れ込むとき、世代１０２の中央に位置する縦チャネルにおいて追加の分割が生じるが、外側チャネル９０及び９１は再びもっぱらチャネル７０又は７１のいずれかによって供給された流体を包含する。このようにして、多数のステージを微量流体ネットワークに追加でき、連続する各ステージの縦チャネルの数を１つ以上増加させても、各外側チャネルはもっぱら最初の２つの入口の一方から引かれた流体を包含する。このようにして、組成が２つの出発流体と同等な終点を含む全濃度スペクトルを展開させることができる。
【００３５】
図１に示すもの等の任意の微量流体ネットワークへの流れは、ネットワーク内の液体の流れを電子回路内の電気の流れになぞらえることによって正確にモデル化できる。図４は、各チャネル内の流れに対する相対抵抗を反映する適当な抵抗器によってどのように各縦及び横チャネルを表すことができるかを示す。その結果、電気回路を設計するのに使用される技術は本発明の流体ネットワークを設計するのにも有用である。例えば、電気回路の設計に適用可能なソフトウエアを本発明の流体ネットワークの設計に使用できる。
【００３６】
流体ネットワークの様々な構成部品の形態は、中でも予定される流体ネットワークの容量によって大きく変化する。好ましくは、一つのステージ内のチャネルの長さは、チャネルに入る２つ以上の流体の９０％を上回る混合をもたらすのに十分なものとし、最も好ましくは、流体が任意のチャネルを離れる前に９９％を上回る流体の混合をもたらすことができる長さとする。拡散混合は時間の関数であるので、隣接する流体流れの滞留時間はネットワークの構成部品の大きさを定める際に重要となりうる。任意のチャネル内の滞留時間は、他の変数の中でもとりわけ流体速度の関数であり、チャネル寸法は特定の用途のため予定される流速が決定された後に決定するのが好ましい。１乃至１００ｍｍ／ｓの流速がよい結果をもたらすことが分かっている。
【００３７】
１つの実施の形態において、流体混合チャネルは長さ約１センチであり、他の実施の形態においては長さがほぼ１ミリである。長さが１０センチ以上の流体チャネルは、大量の流体を利用するネットワークに、又は例えば特に高速の流体流通が好ましいときに適用可能である。流体チャネルの直径も変えることができ、好ましくは直径約１ミリ未満である。最も好ましくは、流体チャネルは直径が約１００ミクロンであり、他の実施の形態では直径が５０ミクロン未満、また１０ミクロン大きさであってもよい。直径の小さいチャネルは高速の層流をもたらすことができるので、さらに小さい直径のチャネルが望まれることもあり、大きさは生産技術が何を生産できるかによってのみ制限されうる。流体ネットワークの形態は特定の用途のため最適化でき、ネットワーク内の縦チャネルを蛇行形又は渦巻き状として比較的長いチャネルを小さい領域内に包含できるようにすることも好ましい。加えて、流体チャネルを立体ループ状にし、流体ネットワークの占める全面積を最小化することもできる。
【００３８】
流体チャネルの断面は流体を運ぶのに適当な任意の形状とすることができる。例えば、流体チャネルの断面は円形、正方形、楕円形又は長方形とすることができる。チャネルの壁部は親水性（水性用途に関し）又は親油性（水不溶性用途に関し）材料でコーティング又は製作して境界効果を最小にすることができる。
【００３９】
流体ネットワーク内のステージ又は世代の数は、流体ネットワークを配置する基板の大きさによってのみ制限される。世代の数が多ければ多いほど、得られる勾配プロフィールはそれだけ微細化されうる。３、９、１０、２０、又は５０を上回る世代を含むネットワークは次第により精巧となる勾配を生成するのに使用できる。
【００４０】
本発明の流体ネットワークは、成形及び機械加工を含むいくつかの方法で製作できる。加えて、一連のチューブ又は微小チューブを接合して所望の構成とすることによりネットワークを迅速に生産できる。加えて、流体ネットワークは、予め製作した異なった部品を接合してネットワークを作るようにしてモジュール式に生産することができる。
【００４１】
本発明の１つの態様において、微量流体ネットワークは、高速プロトタイピング及び軟リソグラフィを使用してポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）で製作できる。例えば、高解像度レーザプリンタを使用して、ＣＡＤファイルから流体ネットワークを構成するチャネルを表すマスクを発生させることができる。マスクは、フォトレジスト、例えばＳＵ−８フォトレジスト（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社）と接触させてシリコンウェーハ上にフォトレジストのネガ型マスターを生産できる透明画でよい。ＰＤＭＳのポジ型レプリカは、マスターによりＰＤＭＳを成形するという当業者に公知の技術により製作できる。流体ネットワークを完成させるため、平らな基板、例えばスライドガラス又はシリコンウェーハをＰＤＭＳ面に当て、ファンデルワールス力によりそこで保持するか、又は接着剤を使用してＰＤＭＳに固定できる。ネットワークに流体を導入し、ネットワークから流体を受けることを考慮して、適当な大きさの針を使用してＰＤＭＳに孔（例えば直径１ミリ）を形成することができる。流体ネットワークを流体源と連通させるため、例えばポリエチレン製のチューブを孔と連通させた状態で封止し流体接続を形成できる。漏れを防止するため、接続箇所をエポキシ糊等のシーリング材又は接着剤で封止できる。
【００４２】
図５は本発明の装置の実施の形態を示す。３つの入口２２０及び一つの出口２３０を含むＰＤＭＳ製レプリカ２１０をシリコンウェーハ２００と接触させて封止流体ネットワークを形成する。図６は図５の実施の形態の側部破断図であり、入口２２０、出口２３０、及び入口２２０を出口２３０に接続する流体ネットワーク２４０を示す。
【００４３】
他の態様において、本発明は、距離との関係で流体内の物質の濃度に変化を示す濃度勾配を提供する。勾配は気体及び液体を含む任意の流体に形成でき、例えば流体に溶解又は懸濁される物質の濃度を表すことができる。濃度勾配は、流体内又は面上の様々な位置における特定の物質の濃度又は状態を示すプロフィールによって表すことができる。図７は、物質の濃度がどのように任意の点から距離とともに変化しうるかを示す濃度勾配プロフィールを図示する。１つの態様において、濃度勾配は流体の流通と直交する方向に生成される。そのような濃度勾配を安定させて、流体流れの横方向の任意の位置において一定又は比較的一定の濃度を実現することができ、例えば特定の勾配を流体流れ中に１秒、１０秒又は１分間保つことができ、あるいは濃度勾配を時間とともに変化するよう動的なものとすることができる。
【００４４】
１つの態様において、濃度勾配は層流条件下で２つ以上の流体流れを合流させることによって形成することができる。隣り合う２つの流れが層流条件下で合流すると、２つの流れの間の主たる材料移動モードは拡散メカニズムを通じてのものである。したがって、２つの流れが合流すると、より濃度の高い流れの物質は正確に予測できる速度にてより濃度の低い流れの中に拡散する。例えば、一方がある物質を高濃度で含有し、他方が同一の物質を低濃度で含有する２つの層流が互いに流体接触すると、両方の隣接する流れにおける物質の濃度はついには等しくなる。しかしながら、濃度、流体速度、温度及び流体流れの大きさ等のパラメータを制御することにより、２つの隣接する流れの間の濃度勾配を流路に沿った任意の選択点において一定のプロフィールに保つことができる。したがって、非常に急な二段プロフィールを示す濃度勾配が２つの流体流れの接触直後に実現でき、そして濃度勾配プロフィールは、２つの隣接する流れが進行するにつれ徐々に滑らかにされ、ついには濃度勾配プロフィールが平坦化され、両方の流れの物質濃度が等しくなる点に到達できる。完全な平衡のために要する時間は、有限媒体における一次元拡散方程式を、特定のケースに関する初期分配を考慮して解くことにより見積もることができる。この問題の分析解は式１によって与えられる。
【００４５】
【数１】
2004508571.tif 000002
ここで、Ｃ（ｔ，ｘ）は時間ｔ及び点ｘにおける濃度であり、Ｄはｃｍ２／ｓでの拡散係数であり、ｔは秒での時間、ｌはチャネルの幅、ｈは初期分配の幅、及びＣ０はチャネル内の初期濃度である。合計（ｎ＝−１０〜＋１０、Ｄ＝５ｘ１０−６ｃｍ２／ｓ、幅５０μｍ、初期分配幅２５μｍ）における最初の２１項（ｔｅｒｍ）を使用した数値評価は、９７％の拡散混合が１秒後になされたことを示す。我々は幅ｌのチャネルの横方向の及び時間ｔにおける混合パーセントを、
【００４６】
【数２】
2004508571.tif 000003
と定義する。
【００４７】
ここで、Ｃ（ｔ）、Ｃ（∞）及びＣ（０）は、それぞれ時間ｔ、ｔ＝∞及びｔ＝０におけるチャネルの幅方向の濃度プロフィールである。
所望のプロフィールを、全く拡散が生じていない点及び完全な相互混合が生じた点、における又は間のスペクトルの任意の点において選択できる。そのうえ、このプロフィールはこれらの同一の条件下で正確かつ確実に再現できる。任意の数の流体流れを合流でき、そしてより精密な濃度勾配を発生させようとするときは、より細い流体流れを使用することが好ましい。加えて、細い流体流れはそれだけ乱流となりにくく、したがってより細い流れはより安定した反復可能な勾配を提供できる。
【００４８】
隣接する流れは、単一の位置で互いに合流させることもでき、又はずらして複合流の流通に沿った様々な点で複合流に合流させることもできる。このようにして、新たな物質、又は高又は低濃度の原物質を、複合流内で初期の拡散がすでに生じた後の複合流に導入できる。隣接する流体流れは、複合流を構成する他の流れと大きさが等しい必要はない。細い流れは、一般により滑らかな勾配が得られるので太い流れに比べ好ましい。加えて、細い流れは、断面積がより大きい等速の流体流れより乱流となりにくい（流体流通は約２，０００以上のレイノルズ数で乱流と考えられる）。乱流混合を最小にして濃度勾配に生じうる変動を減らすことが好ましい。したがって、１００ミクロンの幅を有する流体流れは１ミリの幅を有する流体流れに比べ好ましく、同様に後者は１センチの幅を有する流体流れに比べ好ましいといえる。
【００４９】
混合メカニズムを主として拡散に制限することにより、複合流の流通と直交する方向に比較的安定な濃度勾配を維持することが可能となる（式２参照）。したがって、隣接する流れの間の拡散を止めることはできないが、隣接する流れの動的な流通は流路に沿った任意の特定の点において一定の勾配を提供する。もちろん、所望により、任意の数のパラメータ、例えば流れの濃度、流れの流速及び各々の流れの組成を変えることにより濃度勾配を任意の特定の点で徐々に変更することができる。
【００５０】
１つの態様において、複数の濃度勾配を単一の複合流に形成できる。例えば、図８は複合流に沿った同一位置での２つの異なった物質の仮説濃度勾配プロフィールを提供する。プロフィール３００及び３１０は２つの異なった物質に関する２つの異なった濃度勾配を表す。プロフィール３００は、物質の濃度が流れの中央近くで最も集中し、両縁部に向かって減少する濃度勾配を示す。プロフィール３１０は、濃度が一方の縁部でゼロであり、反対の縁部で高濃度に増加し、増加率が初期には相当高く、第１縁部からの距離が増加するにしたがって平らになる濃度勾配を示す。
【００５１】
他の態様において、流体中又は面上の濃度勾配は、複合流の流速を調整することにより変化させることができる。例えば、２つ以上の流れを結合して層流とし、個々の流れの一方から隣接する流れへと少なくとも多少の拡散を生じさせ、その後複合流の流速を調整して特定の濃度勾配が実現される流れ沿いの位置を変更することにより勾配を動的に変更できる。図９は３つの異なった速度で流れる同一の流体流れの３つの異なった顕微鏡写真である。これらの顕微鏡写真は、複合流に結合された９つの個々の流れから構成された複合流を撮ったものである。顕微鏡写真を撮った位置は、上述の勾配発生器の図１に示す位置１１と同じである。３つの蛍光顕微鏡写真の夫々の頂部の白い点線は、各々のチャネルの終端を表し、９つの異なった個々の枝路が合併して複合流を形成する箇所を示す。図９に示す実施の形態において、９つの枝路チャネルの夫々はほぼ幅５０ミクロン、高さ１００ミクロンであり、枝路は結合されて幅９００ミクロン、高さ１００ミクロンのチャネルにおける複合流を形成する。（原色顕微鏡写真はＮｏｏ　Ｌｉ　Ｊｅｏｎ、Ｓｔｅｐｈａｎ　Ｋ．Ｗ．Ｄｅｒｔｉｎｇｅｒ、Ｄａｎｉｅｌ　Ｔ．Ｃｈｉｕ、Ｉｎｓｕｎｇ　Ｓ．Ｃｈｏｉ、Ａｂｒａｈａｍ　Ｄ．Ｓｔｒｏｏｋ及びＧｅｏｒｇｅ　Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、Ｌａｎｇｍｕｉｒ　２０００、１６、８３１１−８３１６で見ることができる。）様々な濃度のイソチオシアン酸フルオレセイン（ＦＩＴＣ）を含有する溶液を９つの異なったチャネルの夫々に流した。より高濃度の領域は蛍光顕微鏡写真においてより明るい、より緑がかった領域として現れた（提供した白黒のフォトコピーにおいてより明るい、中央よりの領域）。出口チャネルにおける流速は、各図９ａ、ｂ及びｃにおいてそれぞれ毎秒．１ｍｍ／ｓ、毎秒１．０ｍｍ／ｓ、毎秒１０．０ｍｍ／ｓと変化させた。９つの個々の流れは、図１に示す勾配発生器を用い、５重量％ＦＩＴＣ水溶液を入口番号２に導入し、純水を両入口１及び３に導入して生成した。各顕微鏡写真の底部近くの白い水平の点線は、９つの独立の流れの接点から５００ミクロン下流の点に対応する。溶液の蛍光強度は出発溶液について正規化され、濃度によって表された。
【００５２】
図９の各顕微鏡写真の下に示すグラフは、接点から５００ミクロン下流の点（白い水平の点線）でのチャネルの横方向の蛍光強度を提供する。各グラフの黒い点は、各枝路チャネルで完全な混合が生じたとしたら各枝路チャネルに存在すると計算された濃度を表す。これらの値は、上述のように得られた、流通における初期ＦＩＴＣ濃度を使用し分割比を使用して得られた。
【００５３】
図９ａ及び９ｂを見ると、最大のＦＩＴＣ濃度は複合チャネルの中央に見出され、その領域で５７％のＦＩＴＣを示す。同じチャネルの外側領域は０％のＦＩＴＣ、又は基本的に入口１及び３（図１参照）に加えたままの純水を示す。添付の他の図面におけると同様、観察された蛍光（黒い線）及び計算上の蛍光（黒い点）の両方をグラフに示す。図９ａも９ｂも、計算値とよく一致する濃度を示す蛍光を表し、したがって各々のチャネルで流れの完全な混合が生じたことを示す。図９ａにおいて、９つの別個の流れが合流する点の５００ミクロン内でかなりの拡散が生じた。この拡散は、９つの個々の層流の夫々の間の境界がぼやけていることから明らかである。
【００５４】
しかしながら、図９ｂ（毎秒１．０ｍｍ／ｓの流速）はぼやけがずっと少なく、図９ａの滑らかな勾配に対し段階的な勾配を提供する。したがって、毎秒１．０ｍｍ／ｓの流通（図９ｂ）では、完全な混合（９９％を上回る）は勾配発生器の各々の混合チャネルにおいては明らかに生じているが、この流速では、５００ミクロンは、十分な拡散が生じて図９ａのグラフに見られる段階的な勾配を滑らかにするのに十分な長さ又は滞留時間を提供するものではない。
【００５５】
しかしながら、図９ｃは１０．０ｍｍ／ｓの速度での同じ実験の結果を示す。この顕微鏡写真は、不完全な拡散が複合チャネルにおいて生じたのみでなく、不完全な拡散が勾配発生器の少なくともいくつかの混合チャネルにおいても生じたことを示す。したがって、この比較的速い流速では、勾配発生器の様々な枝路の蛇行チャネルの長さはこれら溶液を完全に混合させるには十分でなかった。
【００５６】
図１０は、本発明を使用して勾配を動的に変化させることができる実施の形態を示す。例えば、動的勾配は、流体ネットワークの１つ以上の入力の流速を独立に調整することによって生成できる。一つの入力の流通を増加又は減少させると、入力フラックスの変化により、得られる勾配形状に対する個々の入力の影響が増加又は減少し得られる勾配が動的に変わりうる。図９におけると同様、図１０の顕微鏡写真は、微量流体ネットワークを流れるＦＩＴＣ溶液及び水の個々の流れから形成された複合流から得られた。図９におけると同様、３つの入口が使用され、左の入口は純水を運び、中央の入口は５％（ｗ／ｗ）ＦＩＴＣ溶液を運び、右の入口は純水を運んだ。図１０に示す出力を生成するのに使用したネットワークは、図９の装置で使用された９つの枝路チャネルではなく、合計１５の枝路チャネルを有した。各チャネルはほぼ幅５０ミクロン、高さ１００ミクロンであった。
【００５７】
図１０ｂにおいて、３つの入口の夫々は１ｍｍ／ｓの定速度でネットワークに流通を供給した。はっきりとした連続的な勾配が図１０ｂに明らかであり、この勾配は、最高濃度領域が中央部にあり、より低い濃度領域が両側に明らかなので図９ａに示す勾配と類似する。
【００５８】
図１０ａの顕微鏡写真は、左の入口の流通を０に減らし、中央及び右手の入口の流通を共に毎秒１ミリに維持したときに形成されたＦＩＴＣの勾配を撮ったものである。その結果、蛍光性ＦＩＴＣ溶液の左への移動が明らかであり、１つの入口の流通を調整することにより勾配を変えられることを示す。
【００５９】
図１０ｃの顕微鏡写真は、左の入口の流速を３ｍｍ／ｓに増加し、一方中央及び右手の入口の流通を１ｍｍ／ｓに維持したときの結果を示す。最大蛍光が勾配の右側に移動したことは明らかであり、おそらく左の入口からの流通が増加した結果である。したがって、ただ１つの入口の流通を変えることにより勾配を左又は右に移動させることができる。複数の入口の流通を変えることにより、様々な勾配プロフィールを得ることができる。
【００６０】
図１０はまた、流体が流れるチャネルの形態を変えることによりどのように勾配プロフィールを圧縮又は拡大できるかを示す。各図１０ａ、ｂ及びｃにおいて（及び他の提供図において）、流通の方向は頂部から底部である。７５０ミクロンの断面寸法を、出口チャネルの幅を変化させることによって５０％減らし３７５ミクロンとした。したがって、各々の流れは勾配に対し最初約５０ミクロンの幅だけ寄与するが、原幅の５０％に絞った後は、各々の流れは幅に対し約２５ミクロン寄与する。したがって、複合流の流通を絞ることによってよりコンパクトな勾配を得ることができる。全体のフラックスは一定のままであるので、流通が絞られると速度は必然的に増加する。同様に、チャネルを拡大して勾配を広げることができ、多数の絞り及び拡大を任意のチャネルに使用することができる。加えて、これらの絞り及び拡大のオプションを３次元微量流体ネットワークと結合させることにより、追加の制御レベルが提供されてユーザがより多様な勾配を作成するのを可能とする。
【００６１】
図１１ａ、ｂ及びｃに示す各勾配は、各ネットワークが２つの入口及び８つの出口を有する３つの微量流体ネットワークの出力を結合して得られたものである。各図１１ａ、ｂ及びｃの頂部の百分率は、各々のネットワークの各入口に供給される各溶液中のＦＩＴＣ濃度を示す。１００％は５％ＦＩＴＣ水溶液を表す。各図１１ａ、ｂ及びｃの点Ｌ１は、個々の流れが合流して複合流を形成する点の直下のチャネルの点である。Ｌ２はＬ１から８００ミクロン下流の点を表す。各図において、Ｌ１に濃度プロフィールの個々の段が顕微鏡写真から直接観察でき、各図の底部のグラフにも明らかである。この得られる段階的な勾配は、拡散混合が隣接する個々の流れの境界を横切ってほとんど又は全く生じなかったときに生じる。対照的に、Ｌ２（毎秒５１４ミクロンの流速で８００ミクロン下流、合流後１．５６秒）にかなりの量の拡散が生じ、勾配プロフィールを滑らかにしている。段はもはや顕微鏡写真を見ても、又は各顕微鏡写真の下に示すグラフによっても明らかではない。Ｄ＝２．６ｘ１０−６ｃｍ２の値を拡散係数（構造的にＦＩＴＣに類似し、同等の分子量を備えるローダミン６Ｇの拡散係数）として使用すると、プロフィールが９０ミクロンの周期を有し、約１．５秒後に崩壊すると予測される。このことは顕微鏡写真で実験的に確認される。図１１ａは、ピーク振幅も各々の線状勾配の傾斜も左から右に減少する鋸歯状勾配を示す。図１１ａにおいて、周期勾配は、３つのネットワークの夫々の入口の１に純水を、及び左から右の順に各々のネットワークに１００％、７５％及び２５％ＦＩＴＣ水溶液を流すことによって発生した。図１１ｂは、１００％及び５０％、７５％及び２５％、及び５０％及び０％の溶液を３つのネットワークの夫々に入力すると得られる周期勾配を示す。図１１ｃは、ネガ型及びポジ型両方の傾斜線状勾配を使用して形成できる周期勾配を示す。そのような勾配は、１００％及び５０％、０％及び５０％、及び１００％及び５０％の濃度のものを３つのネットワークのそれぞれに入力して得られた。各グラフは、各々の流れがチャネルの幅方向の様々な点で表す濃度パーセントを示す。ｘ軸は、左から右へチャネル内で各読み取りが行われた点を提供する。位置は複合チャネルの左側からミクロンで表される。
【００６２】
図１２は、３つのネットワークを結合して勾配を生成したときに得られた実験結果を示し、各ネットワークは３つの入口を有する。３つの入口を使用して、放物線状勾配プロフィール（二次多項式）を構成でき、図１２ａにどのように３つの放物線状勾配を接合して独特な複合勾配を形成できるかを示す例を図示する。図１２ｂは、２つの線状勾配を放物線状勾配と結合させて線状及び二次の両プロフィールから成る複合勾配を発生させた例を示す。両図１２ａ及び１２ｂに、流れ収束点（Ｌ１）及び点（Ｌ１）から８００ミクロン下流（Ｌ２）で予想され、かつ検出された蛍光量を示す。図１１におけると同様、より大量の拡散が点Ｌ２で生じ、段階的な勾配を滑らかにして連続的な勾配としている。
【００６３】
図１３は、３つの入口及び９つの出口を有する微量流体ネットワークによって得られるいくつかのプロフィールを示す。各図１３ａ、ｂ及びｃは、ｐＨ８．３の１００ｍＭＮａＨＣＯ３緩衝液中に１００％、５０％及び０％のフルオレセイン（正規化された）を含む３つの異なった溶液の順序を入口で入れ替えて得られたものである。各々の入口に入力された溶液を各図ａ、ｂ及びｃの頂部に示す。発生した各プロフィールは二次多項式で説明できる。各図の底部のグラフの暗線は計算上の勾配プロフィールを示す。下側の各グラフの灰色の線及び点は各々の入口からのフルオレセイン寄与率を示す。図１３ａは、同じ流体内の２つの二次勾配を重畳することにより線状勾配が得られる興味あるケースを示す。
【００６４】
他の態様において、本発明は面トポグラフィ（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）を形成するのに使用できる。本発明により提供される勾配は、面に対し材料を除去又は追加することにより面を形成するのに使用できる。例えば、面上を流れる流体中の材料又は関連材料の濃度に比例して面に該材料を堆積させることができる。あるいは、面上を流れる流体が面から材料を除去する物質を含有し、それが流体中の該物質の濃度に比例して材料を除去するようにすることができる。それ故、面を横切って流れる流体に勾配を発生させることができれば、流体中の濃度勾配に応じて又はこれを反映してその面のトポグラフィを変更できる。面を増大させるのに使用できる材料には、例えば金属、ポリマー、塩、リガンド及び生物材料が含まれる。面を部分的に除去するのに使用できる材料には、例えば酸、塩基、エッチング剤及び生物材料が含まれる。
【００６５】
図１４は、シリコンウェーハ上に配置されたシリコンダイオード層に弗化水素酸溶液を流すことによってどのようにトポロジー勾配を形成できるかを示す。図１４ａはＨＦ溶液を分配するのに使用された微量流体ネットワークを示す。図１４ｂは、図１４ａに示すネットワークの部分拡大図であり、２つの別個の流れが共通チャネルで合流し、次の世代の個々の混合チャネルに供給される分岐点を示す。ネットワーク内の各蛇行チャネルは長さ約１０ミリであり、各チャネル内の流体がもっぱら拡散のメカニズムを通じて混合するのに十分な滞留時間を与える。ネットワークの各微量流体チャネルは幅約５０μｍ、高さ約１００μｍである。左から右に向かって、水を含有する溶液を第１入口に注入し、５％ＨＰ水溶液を第２入口に注入し、水を右の入口に注入した。各入口流れの流通は毎秒０．１ミリメートルに保たれた。ＨＰ溶液はＳＩＯ２をエッチングすることが知られており、高濃度のＨＰはより大量のＳＩＯ２をより迅速にエッチングする。図１４ｂの顕微鏡写真は、微量流体ネットワークに刻まれた異なる深さを示す。図１４ｂの左上よりのチャネルは、鮮明な青色（フォトコピーのチャネルの最暗部として出現）を示し、シリコン基板上に厚さ約３１０ｎｍのシリコンダイオードを表す。右上方のチャネルは、オレンジ色（フォトコピーのより明るい領域として出現）を示し、シリコンダイオード層の約４５０ｎｍの厚さを示す。図１４ｂの下半分の蛇行チャネルで結合されると、チャネルは薄緑色となり（フォトコピーのより明るい領域）、結合流体を包含するチャネルにおける約３４０ｎｍの深さを示す。したがって、強及び弱溶液の結合により、個々の強及び弱溶液によってなされる割合の中間の割合でもって材料が除去された。図１４ｃは拡大図であり、９つの出口流れと接触する面の様々な位置から除去された材料の量を視覚的に示す。下のグラフに示す各チャネルの深さは、表面プロフィルメータースキャンの結果を示し、該スキャンは、９つの個々のチャネルを単一の複合チャネルに結合する点の直前でそれらのチャネルを横切るように行った。したがって、エッチングされたチャネルの色（青、オレンジ又は緑）から推測できるＳｉＯ２層の厚みは表面プロフィルメータのデータと一致する。これらの結果は、微量流体ネットワークを予測設計して所望のトポロジー勾配を生成できることを示している。
【００６６】
他の態様において、異なった形状を同時に生成して単一の結合流に複数の勾配を生成できる。図１５は、夫々２つの入口及び９つの出口を有する２つのネットワークの出力をどのように使用して２つの鋸歯状勾配を結合できるかを示す。各ネットワークの各入口対には同じ一対の溶液を供給した。左の入口には１００％ＦＩＴＣ（緑）エタノール溶液を供給し、右の入口には１００％テトラメチローダミンエチルエステル（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｒｈｏｄａｍｉｎｅ　ｅｔｈｙｌｅｓｔｈｅｒ）、ＴＭＲＥ（赤）を含有するエタノール溶液を供給した。したがって、各寄与ネットワークは各蛍光染料の線状勾配（左から右へ緑から赤）を提供し、一方の染料の勾配は他方の勾配の鏡像となっている。これらのミラーリング線状勾配を次に図１５に示すように結合し、得られる勾配に追加の複雑さのレベルを与えることができる。
【００６７】
図１６はカラー顕微鏡写真の白黒フォトコピーであり、３つの入口及び９つの出口を有する本発明の微量流体ネットワークの拡大図を示し、９つの出口は合流して複合チャネルを形成している。シリンジポンプを使用して、緑の染料（ＦＩＴＣ）を左の入口に注入し、赤の染料（ＴＭＲＥ）を右の入口に注入し、両染料の１／１の混合物を中央の入口に注入した。各溶液を毎秒１．２ミリメートルの流速の同一の速度及びフラックスで入力した。染料の流れがネットワークを下るにつれて、流れは交点で分割され、隣り合う流れと様々な比で結合し、その後蛇行チャネルにおいて拡散により混合したことが顕微鏡写真から明らかである。ネットワーク内のすべての流通は層流であった。各世代の最外チャネルは、左と右の入力チャネルに入力された流体の鮮やかな色（左側に緑、右側に赤）を保持し、したがって得られた勾配は左側の１００％ＦＩＴＣを含む溶液から右側の１００％ＴＭＲＥに及んだ。９つの個々の出口を合流させて複合流を形成した後、拡散により段階的な勾配はぼやけ、図１６の底部に示すようなより滑らかな勾配となった。フォトコピー中、複合流の右よりの明るい領域は赤であり、左よりの中密度の領域は緑であり、暗い中央部分は赤と緑の結合であった。
【００６８】
図１７ａは、拡散のメカニズムを通じてチャネルの下流の３つの異なる位置の濃度プロフィールに沿って生じうるぼやけを示す。拡散による崩壊は一次元拡散方程式、δｃ／δｔ＝Ｄ（δ２ｃ／δｘ２）によって説明でき、ここでＤは拡散係数であり、ｃは物質の濃度であり、ｘは流体流通の方向と直交する座標である。フルオレセインの拡散係数を２．６ｘ１０−６ｃｍ２／ｓと仮定し、チャネル内の流体の流速を考慮すれば、濃度プロフィールはＦＴＣＳ（Ｆｏｒｗａｒｄ　Ｔｉｍｅ　Ｃｅｎｔｅｒｅｄ　Ｓｐａｃｅ）差分方式を使用して計算できる。理論上の計算値は実験的に観察されたプロフィールとよく一致する。計算結果を図１７ｂに掲げる。プロフィール内のぼやけ率は、例えば勾配の形状に依存し、一般に最も大きな変化は勾配の曲率が最も大きな領域で生じる。図１７に示す例で、この最も大きなぼやけはプロフィールの線状及び放物線状部分の接点で生じている。形状の鋭さがより少ない領域はより長い時間プロフィールの形状を保持できる。
【００６９】
他の態様において、本発明は異なった剪断値の流体流れを生成する方法及び装置を提供できる。例えば、一つの流体又は流体群を図１に示すような微量流体ネットワークに入力でき、ネットワーク内の異なったチャネルが異なった流れ抵抗を有するようにできる。それ故、出口の任意の１つを流れる流体の速度はその特定の全流路で受ける抵抗によって変化する。このようにして、弁又は他の絞りを使用してネットワーク内のチャネルの抵抗を変えて、流体を供給する単一のポンプを備えた単一のネットワークにより異なった速度、したがって異なった剪断値の複数の流体流れを実現できる。
【００７０】
他の態様において、本発明は流体溶液を作成、分配又は希釈するのに使用できる。例えば、図１８を参照すると、３つの異なった溶液を流体ネットワークの３つの入口に入力でき、５つの出口が別個の受け容器に別々に供給できる。そのような系を使用して、一つの濃厚溶液を１つ以上の入口にポンプ送りし、一つの希薄溶液を１つ以上の他の入口にポンプ送りできる。各入口に関し適切なネットワーク形態及びフラックス速度を選択することにより、５つの出口の夫々において異なったかつ予測可能な溶液が生成される。したがって、任意の溶液を、連続的に希釈液を作成する多数のステップを通じてでなく、単に異なった濃度の物質を含有する２つの溶液を結合させることによって作成することができる。この方法によれば、物質は最低量ですみ、したがって高価な化学物質及び試薬を節約でき、ムダを減らすことができる。加えて、異なった濃度の各溶液を正確かつ同時に等量で生成できる。
【００７１】
さらにまた、例えば入口の数を増やすことにより、追加の物質をネットワークに導入でき、２つ以上の物質を異なった、けれども予測可能な量で含有する溶液をもたらすことができる。したがって、２つ以上の物質を異なった、けれども厳密な量で含有する微量の溶液を連続ベースで生成できる。例えば、試薬を含有する溶液を１つの入口に、緩衝剤を含有する溶液を第２入口に、そして酸を含有する溶液を第３入口にポンプ送りできる。このようにして、様々なｐＨで様々な濃度の試薬を含有する個々の流体流れを生成できる。各流れの出力は、微量流体ネットワークの構造によって、及び各入口で採用するフラックス速度によって予測できる。
【００７２】
他の実施の形態において、同一の装置を使用して滴定流体を供給し、流体の１つ以上の特性を各出口間で変えることができる。例えば、それぞれ異なる量の滴定剤を含有する様々な溶液に対し一つの物質を同時に滴定できる。あるいは、溶液中の成分の１つを各出力溶液に関し一定に保ちながら他の成分を変えることができる。もちろん、多数のネットワークを並行に使用して、各ネットワークからの異なった出力を合流させ特有の複数の溶液を生成することもできる。そのような系を改良して、時間、材料及び労働集約型の連続的な希釈技術によってしか作られないような任意の組合せの溶液を生成することもできる。加えて、例えば、ネットワーク内に弁又は入口に可変速ポンプを用いて出力を動的に変えることができる。
【００７３】
他の態様において、材料を面上に堆積させて静止勾配を形成できる。例えば、図１に示すような勾配発生器を使用して流体中に化学物質又は生化学物質の勾配を形成し、化学物質又は生化学物質を堆積させる面上にこの溶液を流すことができる。これにより、変化の規模が非常に小さい複数の濃度で様々な化合物を面に固着させることが可能となる。この技術を使用して流体中に懸濁又は溶解できる任意の物で面を誘導体化できる。流体をその後図１に示すような装置に供給し、所望の濃度勾配を生成できる。面を濃度勾配と接触させ、面が流体に含まれた材料に対し親和力を有すれば、材料は接触点におけるその溶液中の濃度に比例して面に堆積される。さらにまた、２以上の成分を含有する溶液を操作して、各成分が異なった濃度勾配の面を提供できる。例えば、１つの成分を左から右に増加する線状勾配で堆積させ、一方第２成分を面に放物線状に適用することができる。さらにまた、２つの物質を同じ流体を使用して面に同時に適用できる。面に適用できる材料の例には、ペプチド及びリガンド、ポリマー及びプレポリマー、及び特定の反応性基を示す化合物等の生化学物質及び化学物質が含まれる。例えば、混合ＳＡＭを所望の勾配で面に堆積できる。面には、例えばガラス、シリコン、金等の金属及びゲルが含まれる。加えて、これらの成分のいずれも、線状勾配はもちろん二次又はより高次の勾配で面に施すことができる。関連の態様において、面に付着した材料は、面に付着した材料に対し親和力のある物質の勾配を含む流体を流すことにより優先的に除去できる。
【００７４】
当業者であれば、ここに列記したすべてのパラメータが代表的なものであり、実際のパラメータが本発明の方法及び装置を使用する特定の用途に依存するものであることは容易に認識するであろう。それ故、上述の実施の形態は例示としてのみ提示されたものであり、添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲内で、本発明を詳細に説明したのとは別様に実施しうることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
３つの入口と、９つの出口と、一連の蛇行チャネルを含む流体ネットワークの略図である。
【図２】
図２ａは、図１の流体ネットワークの分岐点でどのように流通が分配されるかを示す略図であり、図２ｂは、他の実施の形態においてどのように流通が分配されるかを示す略図であり、図２ｃはさらに他の実施の形態においてどのように流通が分配されるかを示す略図である。
【図３】
２つの入口と、連続的な各世代に１つの追加の縦チャネルを有する対称的な流体ネットワークにおいてどのように全流量が分配されるかを示す略図である。
【図４】
電気抵抗を使用して流体流通に対する抵抗を表すことによってネットワークをモデル化できることを示す流体ネットワークの説明図である。
【図５】
勾配発生器の上面図である。
【図６】
図５の勾配発生器の側部破断図である。
【図７】
理論上の濃度勾配をグラフで示す図である。
【図８】
重畳された２つの濃度勾配をグラフで示す図である。
【図９】
図９ａ、９ａ及び９ｃは、複合流体流れにおける蛍光濃度勾配を、蛍光顕微鏡写真の白黒フォトコピーと共にグラフで示す図である。
【図１０】
図１０ａ、１０ｂ及び１０ｃは、異なった条件下で同一の装置により発生した３つの異なった濃度勾配を、蛍光顕微鏡写真の白黒フォトコピーと共に示す図である。
【図１１】
図１１ａ、１１ｂ及び１１ｃは、各ネットワークが２つの入口と８つの出口とを有する３つの流体ネットワークの出力を結合して発生した周期濃度勾配を、蛍光顕微鏡写真の白黒フォトコピーと共にグラフで示す図である。
【図１２】
図１２ａ及び１２ｂは、各ネットワークが３つの入口と８つの出口とを有する３つの流体ネットワークの出力を結合して発生した周期濃度勾配を、蛍光顕微鏡写真の白黒フォトコピーと共にグラフで示す図である。
【図１３】
図１３ａ、１３ｂ及び１３ｃは、３つの入口と９つの出口とを有する個々の流体ネットワークによって発生した単一の成分の濃度勾配を、蛍光顕微鏡写真の白黒フォトコピーと共にグラフで示す図である。
【図１４】
図１４ａ、１４ｂ及び１４ｃは、ネットワーク及びＳｉＯ２面にエッチング剤を分配したトポロジー結果を示す略図、グラフ図及び光学顕微鏡写真の白黒フォトコピーである。
【図１５】
２つの化学物質勾配を結合して形成された複合勾配であって、各勾配が、２つの入口及び９つの出口を有するネットワークと、各ネットワークの異なった入口に供給した２つの異なった蛍光溶液とによって発生した、複合勾配を示す蛍光顕微鏡写真の白黒フォトコピーである。
【図１６】
３つの入口、６つの世代及び９つの出口を有するネットワークの左右の入口に２つの異なった溶液を流し、中央の入口に結合溶液を流したときに生じる拡散混合の光学顕微鏡写真の白黒フォトコピーである。
【図１７】
図１７ａ及び１７ｂは、ＦＩＴＣを含有する複数の流体から形成された複合勾配の流路に沿った様々な点での拡散混合のため生じるぼやけをグラフで示す図と、光学顕微鏡写真の白黒フォトコピーである。
【図１８】
３つの入口、５つの出口の微量流体ネットワークを示し、層流における隣接する流体流れの間に生じるぼやけを示し、複合流を形成する前に個々の流れをサンプリングできる点（Ａ）を示す略図である。
【符号の説明】
１　入口　　　　　　　　　　　　　　　　　２　入口
３　入口　　　　　　　　　　　　　　　　　４　縦チャネル
５　縦チャネル　　　　　　　　　　　　　　６　共通チャネル
７　共通チャネル　　　　　　　　　　　　　８　世代
９　世代　　　　　　　　　　　　　　　　　１０　分岐点
１１　複合チャネル　　　　　　　　　　　　５０　縦チャネル
５１　縦チャネル　　　　　　　　　　　　　５２　縦チャネル
７０　縦チャネル　　　　　　　　　　　　　７１　縦チャネル
８０　縦チャネル　　　　　　　　　　　　　８１　縦チャネル
８２　縦チャネル　　　　　　　　　　　　　９０　外側チャネル
９１　外側チャネル　　　　　　　　　　　　１００　入口ステージ
１０１　第１世代　　　　　　　　　　　　　１０２　世代
２００　シリコンウェーハ　　　　　　　　　２１０　ＰＤＭＳ製レプリカ
２２０　入口　　　　　　　　　　　　　　　２３０　出口
２４０　流体ネットワーク　　　　　　　　　３００　プロフィール
３１０　プロフィール
【図７】
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【図８】
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【図９】
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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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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