(57)【要約】本発明は、種々の液体の部分を単一の液滴に合体させ、したがって、異なる組成を伴う何百万もの液滴を生成することが可能な回転マイクロ流体デバイスを提供する。本発明は、種々の液体を、材料の一意の組み合わせをそれぞれ含有する、非常に多数の液滴に交雑合体させることが可能な機械デバイスを提供する。液体が異なる薬物または異なる濃度の薬物を含有する場合、本発明のデバイスは、液滴作製プロセス中にこれらの薬物を組み合わせることによって、薬物の一意の組み合わせを生成する。
2018529309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクスル部材を伴うプラットフォームであって、前記アクスル部材は、前記プラットフォームから延在する、プラットフォームと、
前記アクスル部材に係合され、前記プラットフォームに対する回転が可能なスロットホイールであって、前記スロットホイールは、実質的に平坦な円形上面を有する、スロットホイールと、
前記アクスル部材によって支持され、前記スロットホイールの周囲に配置される第１のリング部材であって、前記第１のリング部材は、上部において開放し、底部において開放分注ポートを有する、少なくとも１つのウェルを備える、第１のリング部材と、
前記スロットホイールの回転がシャトルの直線運動に変換するように、前記スロットホイールと係合されるシャトルであって、前記シャトルは、収集ポートを備え、前記シャトルの前記直線運動は、前記収集ポートを前記分注ポートと整合させ、液体を前記ウェルから前記収集ポートに流入させる、シャトルと、
を備える、マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記第１のリング部材は、前記プラットフォームおよび前記スロットホイールに対して回転するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
第２のリングをさらに備え、前記第２のリングは、前記第１のリングと同心状である、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記シャトルは、遠位部分および近接部分を有する、伸長本体を備え、前記近接部分は、ピンを備える、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記スロットホイールの前記平坦な円形上面は、前記ピンを受容するように少なくとも１つの曲線溝を含有する、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ピンは、前記スロットホイールの前記曲線溝内で摺動するように構成される、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記スロットホイールの回転を駆動するように少なくとも１つのモータをさらに備える、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記曲線溝は、前記スロットホイールの前記回転を前記シャトルの前記直線運動に変換するように構成される、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記ウェル底部の前記分注ポートは、任意の方向に１．０ｍｍ未満である開口部を有する、請求項５に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ウェル底部の前記分注ポートは、任意の方向に０．５ｍｍ未満である開口部を有する、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記リング部材は、複数のウェルを備える、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記シャトルの遠位領域はさらに、分注ポートを備える、請求項５に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記シャトルの前記収集ポートおよび前記分注ポートは、チャネルを通して液体連通する、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記分注ポートは、前記収集ポートの反対の表面上に位置する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記分注ポートは、前記プラットフォームの外側に位置する収集チャネルと整合するように構成され、整合されたとき、液体は、前記シャトルの前記分注ポートから前記収集チャネルに流入する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
作用物質を液滴に合体させるための方法であって、
第１のウェルの中に第１の液体を含有するステップであって、前記第１のウェルは、その底部に第１の開放ポートを備える、ステップと、
シャトルの収集ポートを前記第１の開放ポートと整合させ、前記第１の液体の第１のアリコートを、前記第１の開放ポートを介して前記第１のウェルから前記収集ポートに流入させるステップと、
前記シャトルを摺動させ、第２の液体を含有する第２のウェルの底部における第２の開放ポートと整合させ、それによって、前記第２の液体の第２のアリコートを前記収集ポートに流入させるステップと、
前記第１のアリコートおよび前記第２のアリコートを第１の液体パーティションに合併させるステップと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記第１の液体は、第１の作用物質を含有し、前記第２の液体は、第２の作用物質を含有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記シャトルの前記収集ポートを前記第１の開放ポートと整合させるステップは、前記シャトルの前記収集ポートと前記第１の開放ポートとの間に間隙を形成するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記合併させるステップは、前記シャトルを通って延在するチャネル内で起こり、前記チャネルは、前記収集ポートと液体連通する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の作用物質および前記第２の作用物質はそれぞれ、細胞、薬物、分子、タンパク質、ウイルス、病原体、細菌、および化合物から成る群から選択される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１５年６月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／１８４，５６０号の優先権および利益を主張するものであり、該米国仮特許出願の内容は、参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本発明は、概して、組み合わせ液滴ライブラリを生成するための回転機械デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
世界の人口の最大で３分の１が、結核を引き起こす細菌である結核菌（Ｍｔｂ）に感染しており、いくつかのＴＢ株は、薬物耐性である。しかしながら、薬物クラブラン酸と組み合わせて抗生物質メロペネムを用いた治療は、細菌を死滅させる。この新たに見出された薬物の組み合わせは、救命治療を何百万人もの患者に提供する。
【０００４】
多くの研究者らが、医学的利益を伴う薬物の組み合わせを探している。例えば、研究者らは、既存の治療が満足できないものであることが判明しているため、髄膜炎の最も一般的な原因であるクリプトコッカス・ネオフォルマンスに向けた溶菌活性を伴う薬物の組み合わせを見出そうとしている。クリプトコッカス・ネオフォルマンスは、結核（ＴＢ）を超える、全てのＨＩＶ／ＡＩＤＳ関連死亡の約３分の１を引き起こす。
【０００５】
疾患を治療することに有効である既存の薬物の組み合わせを見出すことは、様々な濃度における多数の化合物を何百万もの組み合わせに合体させ、これらの組み合わせのそれぞれの効果を試験することを要求し得る。既存の液体取扱ロボットは、流体液滴を作成するために使用されることができるが、非常に高価でもあり、液滴作成の一部として薬物を組み合わせるためのいかなる単純な機械的手段も有していない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、種々の液体を、材料の一意の組み合わせをそれぞれ含有する、非常に多数の液滴に交雑合体させることが可能な機械デバイスを提供する。液体が異なる薬物または異なる濃度の薬物を含有する場合、本発明のデバイスは、液滴作製プロセス中にこれらの薬物を組み合わせることによって、薬物の一意の組み合わせを生成する。各液滴は、次いで、検定のための媒介物として使用されることができる。例えば、細胞または標的分子を各液滴の中に導入することによって、各液滴は、その液滴の中の細胞または標的分子へのその薬物の組み合わせの影響について分析されることができる。したがって、薬物の非常に多数の新規組み合わせが、作製され、細胞または他の生物学的標的へのそれらの影響について分析されることができ、潜在的に貴重な治療効果を伴う薬物の新規組み合わせが発見され得る、プロセスおよび機構を提供する。本発明のいくつかの実施形態によるデバイスは、複数の液体コンパートメントとともに回転リングを使用する。各液体コンパートメントは、液体コンパートメントの底部上に位置する開放ポートを有する。薬物分子等の作用物質を含有する液体は、表面張力によって液体コンパートメント内で保持される。液体コンパートメントからの液体流は、ポートが整合され、チャネルに近接するときのみ起こる。チャネルは、液体コンパートメントの底部上に位置する種々のポートと整合するために摺動することができる。チャネルは、液体の一部が液体コンパートメントからチャネルに流入することを可能にするようにポートと整合する。チャネルは、液体コンパートメントの別の部分と整合し、液体の別の部分を取り上げるように摺動する。チャネル内で、液体部分は、単一の液滴に合体する。チャネルは、種々の液体の種々の部分を収集して単一の液滴を作成するように任意の数のポートと整合する。多数の回転同心リング上に位置する複数の液体コンパートメントがあると、チャネルは、種々の液体コンパートメントから液体部分を収集するように種々のポートと整合することができる。本発明が組み合わせ液滴ライブラリを作成するための機械的マイクロ流体デバイスを提供するため、本発明のデバイスは、生命を脅かす疾患を治療するための新しい治療および薬物の組み合わせを発見するために使用され得る。
【０００７】
ある側面では、本発明は、アクスル部材を伴うプラットフォームであって、該アクスル部材は、該プラットフォームから上向きに延在する、プラットフォームと、アクスル部材に係合され、プラットフォームに対する回転が可能なスロットホイールであって、実質的に平坦な円形上面を有する、スロットホイールと、アクスル部材によって支持され、スロットホイールの周囲に配置される、第１のリング部材であって、上部において開放し、底部において開放分注ポートを有する、少なくとも１つのウェルを備える、第１のリング部材と、スロットホイールの回転がシャトルの直線運動に変換するように、スロットホイールと係合されるシャトルであって、シャトルは、収集ポートを備え、シャトルの直線運動は、収集ポートを分注ポートと整合させ、液体をウェルから収集ポートに流入させる、シャトルとを含む、マイクロ流体デバイスを提供する。第１のリング部材は、プラットフォームおよび回転子に対して回転するように構成される。本デバイスは、例えば、第１のリングと同心状である、第２のリングを含んでもよい。好ましくは、シャトルは、遠位部分および近接部分を有する、伸長本体を備え、近接部分は、ピンを備える。スロットホイールの平坦な円形上面は、ピンを受容するように少なくとも１つの曲線溝を含有してもよい。シャトルのピンは、スロットホイールの曲線溝内で摺動するように構成されてもよい。
【０００８】
いくつかの実施形態では、本デバイスは、スロットホイールの回転を駆動するように少なくとも１つのモータを含む。曲線溝は、スロットホイールの回転をシャトルの直線運動に変換するように構成される。好ましくは、ウェル底部の分注ポートは、任意の方向に１．０ｍｍ未満である開口部を有する。好ましい実施形態では、ウェル底部の分注ポートは、任意の方向に０．５ｍｍ未満である開口部を有する。
【０００９】
好ましい実施形態では、リング部材は、複数のウェルを備える。シャトルの遠位領域は、分注ポートを含んでもよい。シャトルの収集ポートおよび分注ポートは、（例えば、分注ポートが収集ポートの反対の表面上に位置する状態で）チャネルを通して液体連通する。分注ポートは、整合されたとき、液体がシャトルの分注ポートから収集チャネルに流入するように、プラットフォームの外側に位置する収集チャネルと整合するように構成される。
【００１０】
いくつかの側面では、本発明は、作用物質を組み合わせるための方法を提供する。本方法は、第１のウェルの中に第１の液体を含有するステップであって、第１のウェルは、その底部に第１の開放ポートを備える、ステップと、シャトルの収集ポートを第１の開放ポートと整合させ、第１の液体の第１のアリコートを、第１の開放ポートを介して第１のウェルから収集ポートに流入させるステップと、シャトルを摺動させ、第２の液体を含有する第２のウェルの底部における第２の開放ポートと整合させ、それによって、第２の液体の第２のアリコートを収集ポートに流入させるステップと、第１のアリコートおよび第２のアリコートを第１の液体パーティションに合併させるステップとを含む。いくつかの実施形態では、第１の液体は、第１の作用物質を含有し、第２の液体は、第２の作用物質を含有する（例えば、それぞれ、細胞、薬物、分子、タンパク質、ウイルス、病原体、細菌、および化合物から成る群から選択される）。シャトルの収集ポートを第１の開放ポートと整合させるステップは、シャトルの収集ポートと第１の開放ポートとの間に間隙を形成するステップを含んでもよい。合併させるステップは、シャトルを通って延在するチャネル内で起こってもよく、チャネルは、収集ポートと液体連通する。
【００１１】
本発明の側面は、プラットフォームの中心部分から上向きに延在するアクスルを伴うプラットフォームを有する、マイクロ流体デバイスを提供する。アクスルは、プラットフォームに対する回転が可能である。回転子は、アクスルに係合し、アクスルの回転運動とともに回転することが可能である。回転子は、実質的に平坦な円形上面を有する。第１のリング部材は、プラットフォームによって支持され、回転子の周囲に配置される。第１のリング部材は、上部において開放し、底部において開放分注ポートを有する、少なくとも１つのウェルを備える。ウェルはまた、液体コンパートメントと称されてもよい。シャトルは、プラットフォームによって支持され、回転子の回転運動がシャトルの直線運動に変換するように、回転子に係合される。シャトルは、（チャネルとも称される）収集ポートを有し、シャトルの直線運動は、収集ポートを分注ポートと整合させ、液体をウェルから収集ポートに流入させる。
【００１２】
本発明の側面は、第１のリング部材と同心状である第２のリング部材を組み込む。各リングは、相互および回転子から独立して回転することができる。他の側面では、リングは、相互から独立して回転することができる、または１つのリングの回転運動が別のリングの回転運動に変換されるように相互に係合されてもよい。
【００１３】
いくつかの側面では、シャトルは、遠位領域および近接領域を有する、伸長本体を有してもよい。シャトルの本体から延在するピンは、シャトルの近接領域に位置する。回転子の平坦な円形上面は、ピンを受容するように少なくとも１つの曲線溝を含有する。いくつかの実施形態では、ピンは、回転子の曲線溝内で摺動するように構成される。力がアクスルに印加されてアクスルを回転させるとき、回転子も回転する。回転子が回転するとき、回転子の回転運動は、ピンを曲線溝の中で摺動させる。曲線溝の中で摺動するピンは、シャトルの直線運動を引き起こす。したがって、回転子の回転運動は、シャトルの直線運動を引き起こす。本発明のいくつかの側面では、曲線溝は、ピンを捕捉し、シャトルの直線移動を一時的に停止させるように、突出またはくぼみを備える。他の側面では、ピンは、曲線溝の長さに沿って前後に移動する。
【００１４】
いくつかの側面では、本発明のデバイスは、複数のリング部材を有する。リング部材は、相互と同心状であり得、ともに、または独立して回転してもよい。各リングは、複数のウェルまたは液体コンパートメントを備えてもよい。各液体コンパートメントは、コンパートメントの底部に開放ポートを有する。開放ポートは、本明細書では分注ポートと称されてもよい。分注ポートまたは開放ポートは、任意の方向に０．５ｍｍ未満または任意の方向に１．０ｍｍ未満である、任意の開口部を有してもよい。液体は、表面張力によって液体コンパートメントの中で保定され、液体は、チャネルまたは収集ポートが分注ポートと整合される場合にのみ分注ポートから流動する。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態では、シャトルの遠位領域は、収集ポートと、分注ポートとを備える。シャトルの収集ポートは、液体コンパートメントの分注ポートと整合する。シャトルの分注ポートは、チャネルまたは別のポートと整合することができる。いくつかの実施形態では、シャトルの分注ポートは、形成された液滴を送達するようにチャネルと整合する。いくつかの実施形態では、分注ポートおよび収集ポートは、液体連通する。いくつかの実施形態では、分注ポートおよび収集ポートは、チャネルによって接続される。いくつかの実施形態では、収集ポートは、収集ポートおよび分注ポートを接続するチャネルの中で保持される複数の液滴を収集する。いくつかの実施形態では、シャトルは、複数の液滴を送達するようにチャネルと整合する。チャネルは、デバイスに接続されてもよい、またはデバイスと関連付けられ得る。いくつかの実施形態では、分注ポートおよび収集ポートは、遠位領域においてチャネルの反対表面上に置かれる。
【００１６】
ある側面では、本発明は、作用物質を液滴に合体させるための方法を提供する。
【００１７】
第１の作用物質を備える第１の液体は、第１のウェル内に含有される。第１のウェルは、第１のウェルの底部に第１の開放分注ポートを有する。伸長部材上に位置する収集ポートは、第１の液体の一部が第１のウェルから収集ポートに流入するように、第１の開放分注ポートと整合する。伸長部材は、次いで、第２の作用物質を備える第２の液体を含有する、第２のウェルの第２の分注ポートと整合するように摺動される。第２の液体の一部は、収集ポートに流入する。第１および第２の液体は、単一の液滴に合併される。したがって、液滴は、第１および第２の作用物質を含有する。本プロセスはまた、第３の作用物質を備える第３の液体を含有する、第３のウェルも含み得る。いくつかの実施形態では、液滴は、本発明のデバイスによって形成される、液体の複数の部分を含有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明のマイクロ流体デバイスを示す。
【図２】図２は、図１のマイクロ流体デバイスの正面図を挙げる。
【図３】図３は、図１のマイクロ流体デバイスの上面図を挙げる。
【図４】図４は、図１のマイクロ流体デバイスの切断図を挙げる。
【図５】図５は、図１のマイクロ流体デバイスの駆動アセンブリを示す。
【図６】図６は、図１のマイクロ流体デバイスの第１のリング部材を示す。
【図７】図７は、図１のマイクロ流体デバイスの第１のリング部材を示す。
【図８】図８は、図１のマイクロ流体デバイスの基礎部材を示す。
【図９】図９は、図１のマイクロ流体デバイスのアクスル部材を示す。
【図１０】図１０は、図１のマイクロ流体デバイスの内側リングを示す。
【図１１】図１１は、図１のマイクロ流体デバイスの内側リングシャフトを示す。
【図１２】図１２は、図１のマイクロ流体デバイスのスロットホイールを示す。
【図１３】図１３は、スロットホイール基部に接続されたスロットホイールを示す。
【図１４】図１４は、図１のマイクロ流体デバイスのシャトルキャリアリングを示す。
【図１５】図１５は、図１のマイクロ流体デバイスを通した断面図を示す。
【図１６】図１６は、図１のマイクロ流体デバイスのための基礎構成要素を示す。
【図１７】図１７は、液体サンプルの組み合わせのためのマルチリングデバイスを示す。
【図１８】図１８は、図１７のマルチリングデバイスの切断図である。
【図１９】図１９は、図１７のマルチリングデバイスの拡大切断図を挙げる。
【図２０】図２０は、図１７のデバイスのシャトルおよびスロットホイールを示す。
【図２１】図２１は、図１７のマルチリングデバイスの動作を図示する略図である。
【図２２】図２２は、マルチウェルマイクロ流体デバイスを示す。
【図２３】図２３は、図２２のマルチウェルマイクロ流体デバイスの切断図を挙げる。
【図２４】図２４は、図２２のマルチウェルマイクロ流体デバイスの拡大図である。
【図２５】図２５は、図２２のマルチウェルマイクロ流体デバイスを通した断面図を挙げる。
【図２６】図２６は、図２２のマルチウェルマイクロ流体デバイスのスロットホイールを示す。
【図２７】図２７は、作用物質を組み合わせるための方法のステップを図で示す。
【図２８】図２８は、本発明のデバイスを使用して作製され得る組み合わせのチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、液体を異なる組み合わせの組み合わせライブラリに合体させるためのマイクロ流体デバイスを提供する。マイクロ流体デバイスは、液滴等の単一の液体体積に合体される液体の部分を取得するようにウェルと整合することができる、シャトルを有する。したがって、本発明の回転デバイスを使用して、多数の液体サンプルが、液体サンプルの全ての可能な交雑組み合わせを含有する体積に交雑合体されることができる。マイクロ流体デバイスは、液体を組み合わせ、したがって、何十億もの可能な組み合わせを生じるように、任意の数のウェルを含むことができる。
【００２０】
図１は、アクスル部材１２１を伴うプラットフォーム１４５であって、該アクスル部材は、該プラットフォームから上向きに延在する、プラットフォーム１４５と、アクスル部材１２１に係合されるスロットホイール１０７とを含む、マイクロ流体デバイス１０１を示す。スロットホイール１０７は、プラットフォーム１４５に対する回転が可能である。マイクロ流体デバイス１０１は、アクスル部材１２１によって支持され、スロットホイール１０７の周囲に配置される第１のリング部材１１３を含む。第１のリング部材１１３は、上部において開放している少なくとも１つのウェルをその中に含む。少なくとも１つのシャトル１１９は、スロットホイール１０７の回転がシャトル１１９の直線運動に変換するように、スロットホイール１０７と係合される。
【００２１】
スロットホイール１０７は、曲線溝１１０を備え、アクスル部材１２１によって回転されてもよい。本デバイスは、シャトル１１９を支持するようにシャトルキャリアリング１３１を備える。マイクロ流体デバイス１０１は、支持基部１４５を含む。リングおよびスロットホイールに接続された１つまたはそれを上回るモータを含むことによって、もしくは手動動作によって、マイクロ流体デバイス１０１は、多数の作用物質の組み合わせライブラリを含有する液体体積を形成するために使用されてもよい。
【００２２】
図２は、第１のリング部材１１３と、第２のリング１３７とを含む、リングアセンブリ１０５を示す、マイクロ流体デバイス１０１の正面図を挙げる。マイクロ流体デバイス１０１はまた、リングアセンブリ１０５を支持するようにアクスル部材１２１も含む。少なくとも第１のリング部材１１３は、プラットフォーム１４５、スロットホイール１０７、または両方に対して回転するように構成されてもよい。相互から独立してリングを回転させるために、本発明のシステムおよびデバイスは、複数のアクスル部材１２１を使用し得ることを理解されたい。加えて、本デバイスは、種々の速度でリングを旋回させるように駆動シャフトまたはアクスルに結合される複数の歯車を備えてもよい。リングは、同一の速度で、または様々な速度で旋回され得ることを理解されたい。マイクロ流体デバイス１０１はさらに、スロットホイール１０７を含む。
【００２３】
図３は、リングアセンブリ１０５の詳細、ならびにシャトル１１９のうちの４つを示す、マイクロ流体デバイス１０１の上面図を挙げる。アクスル部材１２１の端部は、第１のリング部材１１３を支持して見られることができる。また、第２のリング１３７の一部も可視である。好ましくは、第２のリング１３７は、第１のリング１１３と同心状である。本デバイスは、種々の速度で回転子およびリングを回転させるように、いくつかの駆動シャフトおよび歯車を備え得ることを理解されたい。単一のモータまたはいくつかのモータが、回転を達成するようにデバイスの回転子およびリングに結合される歯車に結合される、駆動シャフトを旋回させるために使用されてもよい。スロットホイール１０７は、シャトル１３０２のピンを受容するための曲線スロット３０９を備える。各リングは、少なくとも１つの液体ウェル１２５を備えてもよい。
【００２４】
図４は、マイクロ流体デバイス１０１の切断図を挙げる。デバイス１０１の上部に、アクスル部材１２１によって支持され、スロットホイール１０７の周囲に配置される、第１のリング部材１１３および第２のリング１３７を含む、リングアセンブリ１０５が位置する。第１のリング部材１１３は、上部において開放し、底部において開放分注ポート１２９を有する、少なくとも１つのウェル１２５を含む。シャトル１１９は、スロットホイール１０７の回転がシャトル１１９の直線運動に変換するように、スロットホイール１０７と係合される。シャトル１１９は、収集ポート１４９を有し、シャトル１１９の直線運動は、収集ポート１７９を分注ポート１２９と整合させ、液体をウェル１２５からシャトル１１９の収集ポート１４９に流入させる。
【００２５】
マイクロ流体デバイス１０１の基部１４５は、シャトルガイド１９３の位置付けを通してシャトル１１９の移動を補助するようにシャトルキャリアリング１３１を提示する。シャトル１１９が曲線溝１１０によってスロットホイール１０７の中心に向かって押動または引動されるとき、シャトルガイド１９３は、シャトル１１９がリングの下で前後に摺動するように、シャトルの全移動を拘束する。
【００２６】
シャトル１１９は、遠位部分４０７および近位部分４０９を有する、伸長本体を有する。シャトル１１９の近位部分４０９は、ピン１１５を有する。スロットホイール１０７の平坦な円形上面は、ピン１１５を受容するように少なくとも１つの曲線溝を含む。ピン１１５は、スロットホイール１０７の曲線溝内で摺動するように構成される。マイクロ流体デバイス１０１は、スロットホイール１０７の回転を駆動するように少なくとも１つのモータを含んでもよい。
【００２７】
好ましくは、スロットホイール１０７の曲線溝１１０は、スロットホイール１０７の回転をシャトル１１９の直線運動に変換するように構成される。いくつかの実施形態では、ウェル１２５の底部における分注ポート１２９は、任意の方向に１．０ｍｍ未満である開口部を有する。好ましい実施形態では、ウェル１２５の底部における分注ポート１２９は、任意の方向に０．５ｍｍ未満である開口部を有する。好ましくは、リング部材１１３は、複数のウェルを含む。図１−２０に示される実施形態では、リング部材１１３は、４つのウェルを有する。
【００２８】
シャトル１１９の近位部分４０７は、分注ポートを含んでもよい。シャトル１１９の収集ポート１４９および分注ポートは、（例えば、分注ポートが収集ポート１４９の反対の表面上に位置する状態で）シャトル１１９を通って延在するチャネルを通して液体連通する。分注ポートは、整合されたとき、液体がシャトルの分注ポートから収集チャネルに流入するように、プラットフォームの外側、またはリングアセンブリ１４５の外側のプラットフォーム上に位置する収集チャネルと整合するように構成されてもよい。
【００２９】
各リングおよびスロットホイールは、その独自のモータ、駆動シャフト、および係合表面によって駆動されてもよい。図４に示されるように、モータ４９５は、基部１４５に内蔵され、モータは、駆動シャフト４９１を旋回させる。駆動シャフト４９１は、係合表面４９９を介して内側基礎部材１０３３を旋回させる。係合表面４９９は、駆動シャフト４９１および内側基礎部材１０３３上の歯車をかみ合わせることによって提供されてもよい、または係合表面４９９は、摩擦によって提供されてもよい。第１のリング部材１１３およびスロットホイールは、基部１４５の周囲に配列されるそのような機構の他の事例によって駆動されてもよい。
【００３０】
図５は、マイクロ流体デバイス１０１の駆動アセンブリ５０１を示す。リングアセンブリ１０５は、スロットホイール１０７と関連してアクスル部材１２１によって支持される。スロットホイール１０７は、少なくとも１つの曲線溝１１０を含む。リングアセンブリ１０５は、第１のリング１１３と同心状の第２のリング１３７を含む。
【００３１】
図６は、アクスル部材１２１によって支持される第１のリング部材１１３を示す。アクスル部材１２１は、部材５３３を支持するフランジ６１１を含む。
【００３２】
図７は、マイクロ流体デバイスで使用するための第１のリング部材１１３を示す。第１のリング部材１１３は、金属またはプラスチック等の任意の好適な材料で形成されてもよい。例えば、第１のリング部材１１３（および他の構成要素）は、アルミニウム、鋼鉄、またはチタン等の鋳造、鍛造、もしくは成形金属で作製されてもよい、またはプラスチック、例えば、射出成形プラスチックで作製されてもよい。第１のリング部材１１３は、開放底部ポート１２９を伴う複数の液体コンパートメント１２５を含んでもよい。第１のリング部材１１３は、駆動シャフト、アクスル、または歯車を受容するように開口部を備えてもよい。第１のリング部材１１３は、１つまたはそれを上回る駆動シャフトもしくは歯車に結合して回転マイクロ流体デバイス内でリングの回転を達成するように、くぼみおよび突出を備えてもよい。また、リング構造は、リングを支持するように回転マイクロ流体デバイスの他の構成要素に結合され得ることも理解されたい。
【００３３】
図８は、基礎部材５３３を示す。
【００３４】
図９は、フランジ６１１を伴うアクスル部材１２１を示す。駆動シャフトおよび歯車を伴う１つまたはそれを上回るモータが、スロットホイールおよびリングを含むデバイスの種々の構成要素を回転させるように含まれてもよい。アクスルまたは駆動シャフトは、デバイスの歯車および構成要素に係合して回転を達成するようにくぼみまたは突出を備えてもよい。
【００３５】
図１０は、（実際にリングアセンブリ１０５内でアクスル部材１２１の周囲に延在する）内側リングシャフト１０２１によって内側基礎部材１０３３の上方に支持される、内側リング１３７を示す。
【００３６】
図１１は、リングアセンブリ１０５の中の内側リング１３３を支持するために使用される内側リングシャフト１０２１を示す。
【００３７】
図１２は、スロットホイール１０７を示す。スロットホイールは、実質的に平坦な円形上面１２１７と、その中の１つまたはそれを上回る曲線溝１１０とを有する。スロットホイール１０７は、シャトルのピンを受容するための曲線溝１１０を備える。スロットホイール１０７はまた、回転マイクロ流体デバイス内で回転子の回転を達成するように１つまたはそれを上回る駆動シャフトもしくは歯車を受容する、またはそれに結合するための開口部も備える。
【００３８】
図１３は、スロットホイール基部１３３３およびスロットホイールシャフト１３２１に結合されたスロットホイール１０７を示す。
【００３９】
図１４は、シャトルキャリアリング１３１を示す。シャトルキャリアリング１３１は、デバイスのシャトルの移動を支援して補助するように、回転マイクロ流体デバイスに結合されてもよい。構造は、シャトル１１９を支持するようにシャトルガイド１９３を備えてもよい。いくつかの実施形態では、シャトルキャリアリング１３１は、シャトル１１９が側方または直線的にのみ移動して、液体コンパートメントの開放底部ポートと整合するように、シャトル１１９の移動を限定するものである。
【００４０】
図１５は、マイクロ流体デバイス１０１の中央を通した断面図を示し、どのようにしてシャトルキャリアリング１３１が、アクスル部材１２１を全て囲繞するリングアセンブリ１０５の下でスロットホイール１０７の周囲に位置するかを示す。
【００４１】
図１６は、マイクロ流体デバイス１０１用の基部および／またはモータマウントとしての役割を果たす基礎構成要素を示す。
【００４２】
図１−１５では、マイクロ流体デバイス１０１は、それぞれ４つの液体ウェル１２５を伴う、第２のリング１３７と、第１のリング部材１１３とを含むものとして描写されている。したがって、マイクロ流体デバイス１０１は、８つのウェルを含む。
【００４３】
マイクロ流体デバイス１０１の構成要素は、シリコン、プラスチック、石英、ガラス、プラスチック、金属、ステンレス鋼、または他の好適な材料を含む、任意の好適な材料から構築されてもよい。また、回転マイクロ流体デバイスのサイズ、形状、および複雑性は、使用される材料ならびにこれらの材料に利用可能な加工プロセスに依存することを理解されたい。マイクロ流体デバイスの構築、形成、機械加工、および組立は、当技術分野で周知である。マイクロ流体デバイスの構成要素を形成するプロセスは、湿式化学エッチング、フォトリソグラフィ技法、制御された蒸着、射出成形、インクジェット技術、および基板の中へのレーザ穿孔を含むことができる。
【００４４】
重要なこととして、本発明のチャネルおよびポートは、別のチャネルまたはポートと整合されていないときに、その間に流体流がないように構成される。別のチャネルまたはポートと整合されたとき、液体は、チャネルまたはポートから他のチャネルもしくはポートに流入する。チャネルの整合は、完全または部分整合を含むことができる。完全整合では、２つのマイクロ流体チャネルの中心軸が整合される。部分整合では、中心軸は整合されないが、しかしながら、中心軸の間の距離が、２つのマイクロ流体チャネルの間の流動が起こるように十分に小さいように、第１および第２のチャネルの部分重複がある。完全整合では、チャネルの間の重複がなく、中心軸の間の距離は、２つのマイクロ流体チャネルの間の流動が起こらないように十分に大きい。本発明では、整合は、完全および部分整合を両方とも包含するように意図されている。本発明のデバイスは、部分整合の場合でさえも２つのマイクロ流体チャネルまたはポートの間で液体を流動させる。
【００４５】
本発明の側面では、チャネルまたはポートが別のチャネルもしくはポートと整合されるとき、間隙もしくは空隙が、その間に存在してもよい。例えば、空隙が、本発明の１つのポートと別のポートとの間に存在してもよい。本発明の側面では、空隙は、任意の温度および圧力において任意の既知のガスを備えてもよい。空隙は、大気圧にあり、空気から成ってもよい。しかしながら、空隙は、大気圧または空気に限定されない。いくつかの実施形態では、本発明のデバイスは、チャンバ内に完全または部分的に封入されてもよく、チャンバは、空気以外のガスで充填されてもよい。圧力は、大気圧を上回る、または下回ることができ、温度は、摂氏約３７度である室温である、上回る、または下回ることができる。特定の実施形態では、重力が、システム内で流動を生成して制御するために使用される。したがって、重力は、リング内の液体コンパートメントとシャトルを伴うチャネルとの間で流動を駆動する。
【００４６】
液体コンパートメントまたはチャネルは、液体のための境界を形成する。チャネルは、概して、少なくとも部分的に液体流を指向するシステム上または内の（ある時は基板上または内の）特徴を指す。ある場合には、チャネルは、少なくとも部分的に、単一の構成要素、例えば、エッチングされた基板または成形ユニットによって形成されてもよい。チャネルは、任意の断面形状、例えば、円形、卵形、三角形、不整形、正方形、または長方形（任意の縦横比を有する）、もしくは同等物を有することができ、被覆または非被覆（すなわち、チャネルを囲繞する外部環境に対して開放している）されることができる。
【００４７】
液体コンパートメントまたはチャネル内の液体は、部分的または完全に液体で充填されてもよい。ある場合には、液体は、例えば、表面張力を使用して、液体コンパートメントまたはチャネルもしくはポート内に保持されてもよい、または閉じ込められてもよい。チャネルまたはポートは、特定のサイズまたはそれ未満であってもよく、例えば、約５ｍｍ未満またはそれに等しい、約２ｍｍ未満またはそれに等しい、約１ｍｍ未満またはそれに等しい、約５００ミクロン未満またはそれに等しい、約２００ミクロン未満またはそれに等しい、約１００ミクロン未満またはそれに等しい、約６０ミクロン未満またはそれに等しい、約５０ミクロン未満またはそれに等しい、約４０ミクロン未満またはそれに等しい、約３０ミクロン未満またはそれに等しい、約２５ミクロン未満またはそれに等しい、約１０ミクロン未満またはそれに等しい、約３ミクロン未満またはそれに等しい、約１ミクロン未満またはそれに等しい、約３００ｎｍ未満またはそれに等しい、約１００ｎｍ未満またはそれに等しい、約３０ｎｍ未満またはそれに等しい、もしくは約１０ｎｍ未満またはそれに等しい、もしくはある場合にはそれ未満である、液体流と垂直な最大寸法を有する。当然ながら、ある場合には、より大きいチャネル、管等が、大量に液体を貯蔵する、および／または液体をチャネルに送達するために使用されることができる。本発明のデバイスのチャネルは、説明されるような任意の幾何学形状であることができる。しかしながら、デバイスのチャネルは、チャネルの内容物が、操作される、例えば、選別される、混合される、詰まりを防止する等のように、具体的幾何学形状を備えることができる。例えば、液滴を運搬するように構成されるチャネルに関して、デバイスのチャネルは、好ましくは、２ミクロン〜１ｍｍの直径を伴って正方形であり得る。本幾何学形状は、チャネルの中で規則正しい液滴流を促進する。いくつかの実施形態では、チャネルは、毛細管である。
【００４８】
チャネルおよびポートの寸法は、時間とともに、液体コンパートメントからシャトルに流入することができる液体の量または体積を制御する。チャネルの寸法はまた、例えば、チャネル内で液体のある体積または直線流速を可能にするように選定されてもよい。チャネルの数およびチャネルの形状は、当業者に公知である任意の方法によって変動されることができる。液体コンパートメントからシャトルに流入する液体の量はまた、シャトルの速度によって制御されることもできる。シャトルが液体コンパートメントの開放底部ポートと部分的および完全に整合される時間が長いほど、その間で流動する液体の体積が大きくなる。したがって、当業者は、液体コンパートメントからシャトルのポートまたはチャネルに流入する液体の量を制御するために、シャトルの速度が制御され得ることを理解するであろう。
【００４９】
物質（例えば、細胞および他の粒子または分子）が、チャネル、ポート、または液体コンパートメントの側面に付着することを防止するために、それらは、付着を最小限にするコーティングを有してもよい。そのようなコーティングは、デバイスが製造される材料に固有であり得る、またはチャネルの構造側面が加工された後に適用されてもよい。ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ，  Ｉｎｃ．から市販されているポリマー）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が、好適な表面性質を有するコーティングの実施例である。チャネル、ポート、または液体コンパートメントは、ＰＴＦＥまたはＰＴＦＥ含有材料から構築されてもよい。加えて、または代替として、チャネル、ポート、または液体コンパートメントは、ＰＴＦＥでコーティングされてもよい。本発明の好ましい実施形態では、マイクロ流体チャネルの内部の壁は、マイクロ流体チャネルの内部を疎水性にするように、ＰＴＦＥまたはＰＴＦＥを含有する材料から成る。
【００５０】
マイクロ流体システムのチャネル、ポート、または液体コンパートメントの表面は、分散相のための任意の湿潤防止もしくは遮断剤でコーティングされることができる。チャネル、ポート、または液体コンパートメントは、生物／化学サンプルの付着を防止するように任意のタンパク質でコーティングされることができる。例えば、一実施形態では、チャネルは、ＢＳＡ、ＰＥＧ−シラン、および／またはフルオロシランでコーティングされる。例えば、５ｍｇ／ｍｌのＢＳＡが、付着を防止し、詰まりを防止するために十分である。別の実施形態では、チャネル、ポート、または液体コンパートメントは、Ｃｙｔｏｐという商標の下でＡｓａｈｉ  Ｇｌａｓｓ  Ｃｏ．によって販売されているタイプ等のペルフルオロ（アルケニルビニルエーテル）の共重合によって取得される環化透明光学ポリマーでコーティングされることができる。そのような実施形態では、コーティングは、ＣＴ−Ｓｏｌｖ  １８０中のＣｙｔｏｐ  ＣＴＬ−８０９Ｍの０．１〜０．５重量％溶液から適用される。本溶液は、プラスチックシリンジを介してマイクロ流体デバイスのチャネル、ポート、または液体コンパートメントに注入されることができる。本デバイスは、次いで、２時間にわたって約９０℃まで加熱されることができ、その後に、さらに２時間にわたって２００℃において加熱が続く。別の実施形態では、チャネル、ポート、または液体コンパートメントは、Ａｑｕａｐｅｌという商標の下でＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．によって販売され、その特許が参照することによって本明細書に組み込まれる、米国特許第５，５２３，１６２号で開示されるタイプ（例えば、シリカプライマ層の使用と併せた、プラスチックおよびコーティングされたプラスチック基板表面のペルフルオロアルキルアルキルシラン表面処理）の疎水性コーティングでコーティングされることができる。チャネル、ポート、または液体コンパートメントの表面をフッ素化することによって、連続相は、チャネルを優先的に湿潤させ、デバイスを通した液滴の安定した生成および移動を可能にする。チャネル壁の低い表面張力は、それによって、粒子を詰まらせるチャネルの蓄積を最小限にする。
【００５１】
マイクロ流体デバイス内のチャネル、ポート、または液体コンパートメントの表面はまた、望ましくない湿潤挙動を防止するようにフッ素化されることもできる。例えば、マイクロ流体デバイスは、（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリクロロシランの開放ボトルを伴うポリカーボネート乾燥器の中に置かれることができる。乾燥器は、５分にわたって真空にされ、次いで、２０〜４０分にわたって密閉される。乾燥器は、次いで、空気で埋め戻され、除去される。本アプローチは、フルオロシランによるマイクロ流体デバイスのチャネルの容易な浸潤を可能にするために、単純な拡散機構を使用し、同時デバイスフッ素化のために容易に拡張されることができる。
【００５２】
本発明の液体コンパートメントは、任意のタイプの液体を含有し得ることを理解されたい。上記で議論されるように、本発明のマイクロ流体システムは、デバイス内の液体および実体の方向ならびに流動を制御することが可能である。流動という用語は、概して、デバイスを通した、または本発明の方法における、液体もしくは固体の任意の移動を指し、限定ではないが、任意の液体の流れ、および物質が流れによって運搬されるかどうかにかかわらず、流れとともに、その内側で、またはそれに対して移動する任意の物質を包含する。限定ではないが、圧力、毛管作用、電気浸透、電気泳動、誘電泳動、光ピンセット、重力、およびそれらの組み合わせを含む、任意の力の印加は、分子、細胞、またはビリオンが、本発明による検出、測定、もしくは選別のために指向される限り、任意の特定の作用理論または機構に関係なく、流動を提供するために使用されてもよい。具体的流動力は、本明細書でさらに詳細に説明される。
【００５３】
コンパートメントの液体中に種々の異なる実体および作用物質を含有することにより、本発明は、シャトルをウェル１２５のうちの異なるものと連続的に整合させるように動作することによって液体体積に分割された組み合わせライブラリを形成するために使用されることができる。加えて、液体のうちの１つまたはそれを上回るものは、ウェルのうちの１つの中の液体と非混合性であり得る、またはシャトルの中で調製される液体体積は、液体液滴を形成するように非混合性キャリア流体に送達されてもよい。本明細書で使用されるような液滴は、第２の液体によって実質的または完全に囲繞される第１の液体の単離された部分である。ある場合には、液滴は、球形または実質的に球形であり得るが、しかしながら、他の場合では、液滴は、非球形であり得、例えば、液滴は、例えば、外部環境に応じて、球状の塊または他の不規則な形状の外観を有してもよい。本明細書で使用されるように、第１の実体は、閉ループが第２の実体のみを通して第１の実体の周囲に描かれる、または理想化されることができる場合、第２の実体によって囲繞される。分散相液体は、生物／化学物質を含むことができる。生物／化学物質は、組織、細胞、粒子、タンパク質、抗体、アミノ酸、ヌクレオチド、小分子、および医薬品であることができる。生物／化学物質は、当技術分野で公知の１つまたはそれを上回る標識を含むことができる。実際に、任意のタイプの標識が、液滴に組み込まれることができる。標識は、ＤＮＡタグ、染料、または量子ドット、もしくはそれらの組み合わせであることができる。
【００５４】
本発明の他の実施形態は、さらに優れた速度および融通性を達成するために、類似原理を使用するが、他の数のリングまたはリングあたりのウェルとともに使用する。
【００５５】
ある実施形態では、本発明は、ウェルの下で整合し、それによって、これらのウェルから液体のアリコートをとるように、リングに対して半径方向に平行移動する、シャトルの使用を通して、液体のアリコートを組み合わせるためのマルチリングマイクロ流体デバイスを提供する。これは、複数の液体が単一の小さい体積に合体されることを可能にする。マイクロ流体デバイスが多数のリングまたはウェルを含んでもよいため、本デバイスは、多数の（例えば、何十億もの）可能なサンプルの組み合わせを形成してもよい。
【００５６】
図１７は、液体サンプルの組み合わせのためのマルチリングデバイス１７０１を示す。マルチリングデバイス１７０１は、少なくとも、全てプラットフォーム１７４５によって支持される、第１のリング１７０５と、第２のリング１７１１と、第３のリング１７１３とを含む。デバイス１７０１はまた、第４のリングも含む。各リングは、相互から独立して回転してもよい。第１のリング１７０５、第２のリング１７１１、および第３のリング１７１３はそれぞれ、１つまたはいくつかのウェル１７２５を含んでもよい。マルチリングデバイス１７０１は、第１のリング１７０５、第２のリング１７１１、および第３のリング１７１３の下で移動するように位置付けられるシャトル１７１９を含む。シャトル１７１９は、シャトル１７１９の半径方向平行移動を推進する、スロットホイール１７０７と係合する。
【００５７】
ウェル１７２５は、液体と、随意に、作用物質、薬物分子、ウイルス、核酸、分子、元素、細菌、化合物等のうちの１つまたはそれを上回るものとを含有することができる。
【００５８】
図１８は、マルチリングデバイス１７０１の切断図である。第１のリング１７０５、第２のリング１７１１、第３のリング１７１３、および第４のリングはそれぞれ、相互から独立して回転してもよい。また、各回転リングは、静止し得る、または別のリングとともに回転してもよい。第１のリング１７０５、第２のリング１７１１、および第３のリング１７１３は、任意の数のウェル１７２５を備えてもよい。各ウェル１７２５は、開放底部ポート１７２９を有する。開放底部ポート１７２９は、チャネルまたはポートと整合されたときに、液体が開放底部ポートのみから流動するように構成される。液体は、表面張力および他の力によって液体コンパートメントの中で保持される。開放底部ポート１７２９が別のチャネルまたはポートと整合するとき、その間の液体流が起こる。液体は、重力に起因して、またはポンプもしくは空気圧等の印加された力によって、またはそれらの組み合わせで、流動してもよい。
【００５９】
マルチリングデバイス１７０１は、第１のリング１７０５、第２のリング１７１１、および第３のリング１７１３の下で移動するように位置付けられるシャトル１７１９を含む。シャトル１７１９は、その中にチャネル１７３９を含む。チャネル１７３９は、シャトル１７１９の内側に沿って延在してもよい（例えば、シャトル１７１９は、中空棒であってもよい）。
【００６０】
チャネル１７３９が開放底部ポート１７２９と整合するとき、液体は、ウェル１７２５からチャネル１７３９に流入する。重要なこととして、チャネル１７３９が開放底部ポート１７２９と整合されていないとき、液体は、流動せず、液体は、液体コンパートメントの中で保定される。シャトル１７１９は、ピン１７１５を有する。ピン１７１５は、スロットホイール１７０７内の曲線溝１７１０の中で摺動することができる。スロットホイール７０７は、アクスル１７２１を中心として旋回する。マルチリングデバイス１７０１は、プラットフォーム１７４５によって支持される。
【００６１】
図１９は、シャトル１７１９、ウェル１７２５の開放底部ポート１７２９、およびシャトル１７１９上の収集ポート１７４９を示す、マルチリングデバイス１７０１の拡大切断図を挙げる。シャトル１７１９は、遠位端１７４１と、近接端１７４２とを有する。
【００６２】
図２０は、どのようにしてシャトル１７１９が、その近位端１７４２において、シャトル１７１９の半径方向平行移動を推進するスロットホイール１７０７と係合するかを示す。スロットホイール１７０７は、曲線溝１７１０を含む。曲線溝１７１０は、シャトル１７１９の下に延在するピン１７１５を受容するように構成される。スロットホイール１７３７は、アクスル１７２１上で旋回する。
【００６３】
スロットホイール１７０７は、駆動シャフト、歯車、およびモータによって駆動され得ることが、当業者によって理解されるはずである。スロットホイール１７０７が旋回するとき、ピン１７１５は、曲線溝１７１０のうちの１つの内側で摺動する。スロットホイール１７０７の本回転運動は、シャトル１７１９を側方または直線的に移動させる。シャトル１７１９の側方移動は、チャネル１７３９が液体コンパートメント２９１（ウェルとも称される）の種々の開放底部ポート２１０と整合することを可能にする。
【００６４】
図２１は、マルチリングデバイス１７０１の動作を図示する略図である。第１のリング１７０５、第２のリング１７１１、第３のリング１７１３、および第４のリング１７１５はそれぞれ、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、４ａ、４ｂ、４ｃ、および４ｄとして標識された、４つのウェルを含む。スロットホイール１７３７が回転すると、シャトル（図示せず）は、矢印によって示される、直線的に移動する。上記で解説されるように、回転子の曲線溝内のピンは、回転子の回転運動がシャトルの直線運動に変換されることを可能にする。したがって、シャトル内のチャネルは、液体を液体コンパートメントからシャトルのチャネルに流入させるように、液体コンパートメントの開放底部ポートと整合することができる。
【００６５】
各液体コンパートメントは、溶液中に薬物等の作用物質または実体を含有してもよい。薬液は、全ての「ａ」希釈が最内リングに位置付けられ、全ての「ｄ」希釈が外側リングに位置付けられた、４リング形式で配列されてもよい。２項係数式が、本配列から液滴の組み合わせの可能な総数を判定するために利用される（すなわち、１６Ｃ３）。
本式は、
Ｃ＝ｎ！／ｒ！（ｎ−ｒ）！
である。
【００６６】
式中、ｎは、薬物の総数＝１６であり、ｒは、サブセットの数＝３である。全ての成果液滴を生成するための移動の３つの可能な方法がある。
【００６７】
すなわち、円周方向のみ（Ｃ）−同一のリング内のみに位置する組み合わせ（実施例１ａ、２ａ、３ａ）、半径方向のみ（Ｒ）−異なるリングの半径に沿って位置する組み合わせ（実施例１ａ、２ｂ、３ｃ）、ならびに円周方向および半径方向（Ｃ＋Ｒ）−同一のリング上におよび異なるリングの半径に沿っての両方に位置する組み合わせ（実施例１ａ、２ａ、３ｂ）である。（Ｃ）移動対（Ｒ）移動対（Ｃ＋Ｒ）移動の数は、ある比率で生じる。本比率は、配列で使用される希釈の数、および生成されている液滴の組み合わせの数に応じて異なる。配列の中の薬物の数は、比率に影響を及ぼさない。論理的順序に従って、（Ｃ）移動は、最小量の組み合わせを有し、その後に、最大数の組み合わせを有する（Ｃ＋Ｒ）移動とともに（Ｒ）移動が続く。したがって、全ての（Ｃ）移動を最初に生成し、次いで、全ての（Ｒ）移動を生成し、最終的に、全ての（Ｃ＋Ｒ）移動を生成することが意図される。
【００６８】
したがって、図１７−２１は、アクスル部材１７２１を伴うプラットフォーム１７４５であって、該アクスル部材は、該プラットフォームから上向きに延在する、プラットフォーム１４５と、アクスル部材１７２１に係合され、プラットフォーム１７４５に対する回転が可能なスロットホイール１７０７であって、実質的に平坦な円形上面を有する、スロットホイール１７０７と、アクスル部材１７２１によって支持され、スロットホイール１７０７の周囲に配置される第１のリング部材１７０５であって、上部において開放し、底部において開放分注ポート１７２９を有する、少なくとも１つのウェル１７２５を備える、第１のリング部材１７０５と、スロットホイール１７０７の回転がシャトル１７１９の直線運動に変換するように、スロットホイール１７０７と係合されるシャトル１７１９であって、シャトル１７１９は、収集ポート１７４９を備え、シャトル１７１９の直線運動は、収集ポート１７４９を分注ポート１７１９と整合させ、液体をウェル１７２５から収集ポート１７４９に流入させる、シャトルと、を含む、マイクロ流体デバイス１７０１を示すことが分かる。
【００６９】
本発明の実施形態は、各リング上に多数のウェルを含んでもよい。
【００７０】
図２２は、マルチウェルマイクロ流体デバイス２２０１を示す。マルチウェルマイクロ流体デバイス２２０１は、第１のリング２２０５、第２のリング２２１１、および第３のリング２２１３等の複数の回転リングを含む。第１のリング２２０５、第２のリング２２１１、および第３のリング２２１３はそれぞれ、複数の液体ウェル２２２５を含む。複数の回転リングは、スロットホイール２２０７に対して支持され、スロットホイールは、複数の曲線溝２２１０を含む。マルチウェルマイクロ流体デバイス２２０１は、複数のシャトル２２１９を含む。
【００７１】
図２３は、マルチウェルマイクロ流体デバイス２２０１の切断図を挙げる。各シャトル２２１９は、スロットホイール２２０７上の曲線溝２２１０に係合するピン２２１５を有する。各シャトルはまた、基部２２４５に形成されたシャトルガイド２２９３によって拘束される。スロットホイール２２０７が回転されるとき、曲線溝２２１０は、ピン２２１５を押動し、シャトルガイド２２９３を通してシャトル２２１９を摺動させ、リングの外周の下で平行移動させる。
【００７２】
図２４は、マルチウェルマイクロ流体デバイス２２０１の切断図の拡大である。マルチウェルマイクロ流体デバイス２２０１は、それぞれ底部ポート２２１０を伴う、複数のウェル２２５を含む。本デバイスはまた、スロットホイール２２０７の曲線溝２２４５内で嵌合して摺動するように構成されるピン２０１５とともに、シャトル２２０２も備える。
【００７３】
シャトル２２０２は、ウェル２２２５の開放底部ポート２２２９と整合するように構成される、上部開放ポート２２４９を備える。上部開放ポート２２４９がウェル２２２５の開放底部ポート２２２９と整合するとき、液体は、液体コンパートメント２２２５から、シャトル２２１９内のチャネル２２３９の中への上部開放ポート２２４９に流入する。ウェル２２２５からの液体は、出口ポート２２１４を介してシャトル２２１９内のチャネル２２３９から退出することができる。出口ポート２２１４は、シャトル２２１９の底面側に位置してもよい。出口ポート２２１４は、収集チャネル２２３０と整合してもよい。収集チャネル２２３０は、マイクロ流体デバイス２２０１によって形成される液滴を受容するように、他のマイクロ流体構成要素と整合してもよい。シャトル２２１９の上部開放ポート２２４９は、いくつかの異なる液体アリコートを取り上げるように、種々のウェル２２２５と整合し得ることを理解されたい。異なる液体アリコートは、シャトル２２３９のチャネル２２３９内である体積に合体し、形成された体積は、次いで、収集チャネル２２３０の中へ堆積されてもよい。
【００７４】
図２５は、マルチウェルマイクロ流体デバイス２２０１を通した断面図を挙げる。ウェル２２２５はそれぞれ、開放底部ポート２２２９を有する。シャトル２２１９は、上部開放ポート２２４９と、出口ポート２２１４とを備える。シャトル２２１９の上部開放ポート２２４９がウェル２２５のうちの１つの開放底部ポート２２２９と整合されるとき、ウェル２２５からの液体は、シャトル２２１９内のチャネル２２３９に流入する。
【００７５】
図２６は、マルチウェルマイクロ流体デバイス２２０１のスロットホイール２２０７の詳細図である。マルチウェルマイクロ流体デバイス２２０１は、複数のシャトル２２１９を使用する。各シャトル２２１９は、スロットホイール２２０７の曲線溝２２１０内で摺動するように構成される、ピン２２１５を有する。スロットホイール２２０７が旋回するとき、ピン２２１５は、スロットホイール２２０７の曲線溝２２１０内で摺動し、シャトル２２１９を直線運動において移動させる。シャトル２２１９の直線運動は、液体を液体コンパートメントからシャトルに流入させるように、シャトルの上部開放ポートが液体コンパートメントの開放底部ポートと整合することを可能にする。
【００７６】
本明細書に説明されるデバイスを使用して、種々の方法およびマイクロ流体動作が行われてもよい。
【００７７】
図２７は、作用物質を液体パーティションに合体させるための方法２７０１のステップを図で示す。方法２７０１は、第１の液体を提供するステップ２７０７を含む。第１の液体は、好ましくは、第１の作用物質を含有する２７１３。例えば、第１の作用物質は、第１の液体中の溶液中の薬物であってもよい。第１の液体は、本明細書に示されるように、回転リングおよびシャトルを伴うマイクロ流体デバイスの第１のウェルの中に含有される２７２５。第２の作用物質を含む第２の液体が、提供される２７２９。第２の液体は、マイクロ流体デバイスの第２のリング内の第２のウェルの中に含有される２７３５。方法２７０１は、シャトルの収集ポートを第１の開放ポートと整合させ、第１の液体の第１のアリコートを、第１の開放ポートを介して第１のウェルからシャトルの収集ポートに流入させるステップ２７３９を含む。方法２７０１はさらに、シャトルを摺動させ、第２の液体を含有する第２のウェルの底部における第２の開放ポートと整合させ、それによって、第２の液体の第２のアリコートを収集ポートに流入させるステップ２７４５を含む。最終的に、方法２７０１は、第１のアリコートおよび第２のアリコートを第１の液体パーティションに合併させるステップ２７１５を含む。
【００７８】
好ましくは、シャトルの収集ポートを第１の開放ポートと整合させるステップは、シャトルの収集ポートと第１の開放ポートとの間に間隙を形成するステップを含む。いくつかの実施形態では、合併するステップ２７５１は、シャトルを通って延在するチャネル内で起こり、チャネルは、収集ポートと液体連通する。第１の作用物質および第２の作用物質はそれぞれ、細胞、薬物、分子、タンパク質、ウイルス、病原体、細菌、および化合物であってもよい。
【００７９】
好ましい実施形態では、マイクロ流体デバイスの出力は、乳剤中の液滴として複合液体体積を送達する。
【００８０】
乳剤という用語は、概して、第２の液体の本体内の小球（本明細書では滴または液滴とも称される）中に分布した１つの液体の調合液を指す。第１および第２の液体は、相互と非混合性である。例えば、不連続相は、水溶液であることができ、連続相は、油等の疎水性液体であることができる。これは、油中水乳剤と称される。代替として、乳剤は、水中油乳剤であってもよい。その実施例では、小球中に分散された第１の液体が、不連続相と称される一方で、第２の液体は、連続相または分散媒質と称される。連続相は、水溶液であることができ、不連続相は、油（例えば、デカン、テトラデカン、シリコン、またはヘキサデカン）等の疎水性液体である。水中油乳剤中の油の液滴または小球はまた、本明細書では「ミセル」とも称される一方で、油中水乳剤の小球は、「逆ミセル」と称されてもよい。
【００８１】
流体液滴はそれぞれ、実質的に同一の形状および／またはサイズであってもよい。代替として、第１のタイプの液滴は、第２のタイプの液滴よりも著しく大きくあり得る。形状および／またはサイズは、例えば、液滴の平均直径もしくは他の特徴的寸法を測定することによって、判定されることができる。複数または一連の液滴の平均直径は、液滴のそれぞれの平均直径の算術平均である。当業者は、例えば、レーザ光散乱、顕微鏡検査、または他の既知の技法を使用して、複数もしくは一連の液滴の平均直径（または他の特徴的寸法）を判定することができるであろう。液滴は、サイズが変動してもよく、第１のタイプの液滴は、第２のタイプの液滴よりも大きい。
【００８２】
液滴は、任意の液体を備えてもよい、または液体コンパートメントからの液体の多数の部分を備えてもよい。液体を形成する液滴は、典型的には、超純水（例えば、カラムクロマトグラフィによって取得される、１８メガオーム抵抗率）、１０ｍＭトリスＨＣｌおよび１ｍＭ  ＥＤＴＡ（ＴＥ）緩衝剤、リン酸弛緩生理食塩水（ＰＢＳ）、または酢酸緩衝剤等の水性緩衝溶液である。分析および／または選別される分子、細胞、もしくは粒子の集団と生理学的に適合する、任意の液体または緩衝剤が、使用されることができる。主要チャネルを通過し、液滴が形成される液体は、液体を形成する液滴と非混合性である。主要チャネルを通過する液体は、非極性溶媒、デカン（例えば、テトラデカンまたはヘキサデカン）、フッ化炭素油、シリコーン油、または別の油（例えば、鉱油）であることができる。
【００８３】
流体液滴は、実体の任意の組み合わせを含有してもよい。上記で議論されるように、液滴は、液体コンパートメント内の液体から形成される。液体コンパートメントは、任意のタイプの作用物質を含有してもよい。例えば、液体コンパートメントは、薬物分子、化学剤、元素、生物剤、核酸、タンパク質、細胞等を含有することができる。液滴は、シャトルのチャネルまたはポートを液体コンパートメントの開放底部ポートと整合させることによって形成される。ある事例では、本発明は、本質的に、その中の種の実質的に一様な数の実体（すなわち、分子、細胞、粒子等）から成る、液滴の生成を提供する。例えば、複数または一連の液滴の約９０％、約９３％、約９５％、約９７％、約９８％、もしくは約９９％、またはそれを上回るものはそれぞれ、特定の種の同数の実体を含有してもよい。例えば、上記で説明されるような、例えば、生成される相当数の流体液滴はそれぞれ、１個の実体、２個の実体、３個の実体、４個の実体、５個の実体、７個の実体、１０個の実体、１５個の実体、２０個の実体、２５個の実体、３０個の実体、４０個の実体、５０個の実体、６０個の実体、７０個の実体、８０個の実体、９０個の実体、１００個の実体等を含有してもよく、実体は、分子または巨大分子、細胞、粒子等である。ある場合には、液滴はそれぞれ、一連の実体、例えば、ある場合には、２０個未満の実体、１５個未満の実体、１０個未満の実体、７個未満の実体、５個未満の実体、または３個未満の実体を独立して含有してもよい。いくつかの実施形態では、液滴は、１００，０００，０００個の実体を含有してもよい。他の実施形態では、液滴は、１，０００，０００個の実体を含有してもよい。
【００８４】
そのうちがいくつかが着目種を含有し、そのうちのいくつかが着目種を含有しない、液体の液滴を含有する液体では、液体の液滴は、以下でさらに説明されるように（例えば、蛍光または上記で説明されるもの等の他の技法を使用して）、種を含有する液体のこれらの液滴について選抜または選別されてもよく、ある場合には、液滴は、例えば、以前に説明されたように、着目種の特定の数もしくは範囲の実体を含有する液体のこれらの液滴について選抜または選別されてもよい。したがって、ある場合には、そのうちのいくつかが種を含有し、そのうちのいくつかが含有しない、複数または一連の流体液滴は、種を含有する液滴の比率で濃縮（もしくは枯渇）されてもよい。
【００８５】
本発明のいくつかの側面では、液滴は、以下で議論されるサンプル液体を備えてもよい。サンプル液体は、液滴内で行われている生物または化学検定に応じて変動することを理解されたい。いくつかの実施形態では、液体コンパートメントは、同一のサンプル液体を含有するが、その中に含有される実体または作用物質が変動する。生物学的プロセスを伴う検定では、サンプル液体は、典型的には、超純水（例えば、カラムクロマトグラフィによって取得される、１８メガオーム抵抗率）、１０ｍＭトリスＨＣｌおよび１ｍＭ  ＥＤＴＡ（ＴＥ）緩衝剤、リン酸弛緩生理食塩水（ＰＢＳ）、または酢酸緩衝剤等の水性緩衝溶液である。核酸の増幅および検出を伴う検定では、核酸分子と生理学的に適合する任意の液体または緩衝剤が、使用されることができる。
【００８６】
細胞培養に関連する検定では、サンプル液体は、細胞培地を備えてもよい。細胞培地は、必要な栄養素、成長因子、および細胞成長のためのホルモンを提供するとともに、培養のｐＨおよび浸透圧を調整する。細胞培地は、このようにして培養されている細胞の成長を可能にして支援してもよい、または細胞培地は、維持培地である。成長は、少なくとも細胞培養のある周期中の生存細胞密度の増加として理解される。維持培地は、細胞生存を支援するが、細胞成長を促さない、細胞培地である。例えば、細胞培地関連特許、すなわち、１９７７年の米国特許第４，０３８，１３９号、２００７年の米国特許第７，２５８，９９８号、２０１０年の米国特許出願第１３／４９７，７０７号、２０１２年の米国特許第８，３３８，１７７号、および２０１１年の米国特許出願第１３／６９５，００２号を参照されたい。成長培地は、培養のｐＨを制御し、ｐＨの変動に対して培養下の細胞を緩衝する。本緩衝は、有機（例えば、ＨＥＰＥＳ）またはＣＯ２重炭酸塩系緩衝剤を含むことによって、達成されてもよい。ｐＨの制御は、培養下の細胞の成長および健全性を確実にするために必要とされる。殆どの正常な哺乳類細胞株は、ｐＨ７．４において良好に成長し、異なる細胞株の間の変動性が殆んどない。
【００８７】
キャリア流体は、サンプル液体と非混合性であるものである。本明細書で使用されるように、キャリア流体および非混合性液体は、同義的に使用されてもよい。キャリア流体は、非極性溶媒、デカン（例えば、テトラデカンまたはヘキサデカン）、フッ化炭素油、シリコーン油、または別の油（例えば、鉱油）であることができる。本発明の側面では、キャリア流体は、マイクロ流体チャネルの開放端において、表面張力によって引き起こされるメニスカスを形成する。メニスカスは、キャリア流体およびマイクロ流体チャネルの表面に応じて、凸面または凹面のいずれかであり得る。
【００８８】
ある実施形態では、キャリア流体は、非ニュートン表面張力を増加させる、低減させる、もしくは別様に生成する（界面活性剤）、および／または接触に応じて自発的合体に対して液滴を安定させる、作用物質等の１つまたはそれを上回る添加剤を含有する。界面活性剤は、Ｔｗｅｅｎ、Ｓｐａｎ、フッ素系界面活性剤、および水に対して油中で可溶性である他の作用物質を含むことができる。いくつかの用途では、第２の界面活性剤、またはポリマーもしくは他の添加剤等の他の作用物質をサンプル液体に添加することによって、性能が改良される。界面活性剤は、液滴のサイズ、流動、および一様性を制御または最適化することを補助することができる。さらに、界面活性剤は、合体からフッ素化油中の水性乳剤を安定させる役割を果たすことができる。
【００８９】
ある実施形態では、液滴は、界面活性剤または界面活性剤の混合物でコーティングされてもよい。キャリア流体に添加され得る、好ましい界面活性剤は、ソルビタンモノラウレート（Ｓｐａｎ  ２０）、ソルビタンモノパルミテート（Ｓｐａｎ  ４０）、ソルビタンモノステアレート（Ｓｐａｎ  ６０）、およびソルビタンモノオレート（Ｓｐａｎ  ８０）を含む、ソルビタン系カルボン酸エステル（例えば、「Ｓｐａｎ」界面活性剤、Ｆｌｕｋａ  Ｃｈｅｍｉｋａ）、ならびにペルフルオロ化ポリエーテル（例えば、ＤｕＰｏｎｔ  Ｋｒｙｔｏｘ  １５７  ＦＳＬ、ＦＳＭ、および／またはＦＳＨ）等の界面活性剤を含むが、それらに限定されない。使用され得る、非イオン性界面活性剤の他の非限定的実施例は、ポリオキシエチレン化アルキルフェノール（例えば、ノニル、ｐ−ドデシル、およびジノニルフェノール）、ポリオキシエチレン化直鎖アルコール、ポリオキシエチレン化ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレン化メルカプタン、長鎖カルボン酸エステル（例えば、天然脂肪酸のグリセリルおよびポリグリセリルエステル、プロピレングリコール、ソルビトール、ポリオキシエチレン化ソルビトールエステル、ポリオキシエチエレングリコールエステル等）、およびアルカノールアミン（例えば、ジエタノールアミン脂肪酸濃縮物およびイソプロパノールアミン脂肪酸濃縮物）を含む。
【００９０】
本発明の方法は、いくつかの液滴が、ゼロ、１つ、または複数の細胞等の実体を含有する、サンプル液滴を形成するステップを伴う。好ましい実施形態では、液滴内の実体（例えば、細胞）の分布は、ポアソン分布に従う。しかしながら、液滴の非ポアソン装填のための方法が、当業者に公知であり、レーザ誘起蛍光による、または受動１対１装填によるもの等の液滴の能動選別を含むが、それに限定されない。以下に続く説明は、液滴のポアソン装填を仮定するが、そのような説明は、非ポアソン装填を除外することを意図していない。
【００９１】
ある実施形態では、液滴は、非混合性キャリア流体によって囲繞される水性液滴である。他の実施形態では、液滴は、水連続相内の油液滴等の非混合性液体によって囲繞される非水性液滴である。そのような液滴を形成する方法は、例えば、それぞれの内容が参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、Ｌｉｎｋ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願第２００８／００１４５８９号、第２００８／０００３１４２号、および第２０１０／０１３７１６３号）、Ｓｔｏｎｅ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許第７，７０８，９４９号および米国特許出願第２０１０／０１７２８０３号）、およびＡｎｄｅｒｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．（ＲＥ４１，７８０として再発行された米国特許第７，０４１，４８１号）に示されている。
【００９２】
いくつかの実施形態では、サンプル液体は、培地を採用するとき等に水性である。サンプル液体は、典型的には、超純水（例えば、カラムクロマトグラフィによって取得される、例えば、１８メガオーム抵抗率）、１０ｍＭトリスＨＣｌおよび１ｍ  ＭＥＤＴＡ（ＴＥ）緩衝剤、リン酸弛緩生理食塩水（ＰＢＳ）、または酢酸緩衝剤等の水性緩衝溶液である。サンプルと生理学的に適合する任意の液体または緩衝剤が、使用されることができる。好ましい実施形態では、サンプル液体は、上記で議論されるように、細胞培地を備える。サンプル液体は、細胞の健全性および成長を確実にするための必要な成分を備える。上記で議論されるように、任意の研究室で生成された、または市販の細胞培地が、採用されてもよい。
【００９３】
上記で議論されるように、キャリア流体は、サンプル液体と非混合性であるものである。キャリア流体は、非極性溶媒、デカン（例えば、テトラデカンまたはヘキサデカン）、フッ化炭素油、シリコーン油、または別の油（例えば、鉱油）であることができる。発明の好ましい実施形態では、キャリア流体は、高い表面張力を有し、したがって、開放端におけるマイクロ流体チャネルの中で保定される。本発明の側面では、キャリア流体は、マイクロ流体チャネルの開放端において、表面張力によって引き起こされるメニスカスを形成する。メニスカスは、キャリア流体およびマイクロ流体チャネルの表面に応じて、凸面または凹面のいずれかであり得る。
【００９４】
液滴を処理するためにマイクロ流体チャネルを使用するための主要な要素は、正しい体積の液滴を生成することと、正しい頻度で液滴を生成することと、サンプル液滴の第１の流れの頻度がサンプル液滴の第２の流れの頻度に合致するような方法で、サンプル液滴の第１の流れをサンプル液滴の第２の流れと合わせることとを含む。本発明のいくつかの実施形態では、重力が、デバイス内の流速を制御する。
【００９５】
規則的頻度で一様な体積の液滴を生成するための方法が、当技術分野で周知である。１つの方法は、参照することによって組み込まれる、米国公開第ＵＳ２００５／０１７２４７６号で開示されるように、分散相液体および非混合性キャリア流体の流体力学的集束を使用して液滴を生成することである。キャリア流体および分散液体の注入速度についてのフィードバックは、サイズが一様であり、恣意的に長い時間期間にわたって固定頻度で生成される液滴を提供する。
【００９６】
したがって、本発明のシステムおよびデバイスを使用して、種々の作用物質を含有する液滴が生成される。例えば、図２５に示されるように、各ウェル２２２５は、異なる溶解薬物分子とともにサンプル液体を含有してもよい。例えば、１つのウェルは、溶解薬物Ａを含有してもよく、別のウェルは、溶解薬物Ｂを含有してもよく、第３のウェルは、溶解薬物Ｃを含有してもよい。シャトル２２１９は、上記で説明されるように、スロットホイールによって移動される。シャトル２２１９は、先へ摺動し、停止することなく、液体の一部が液体コンパートメントからシャトル２２１９上の上部収集ポート２２４９に流入するように、各ウェルと短期間に整合する。３つの液体アリコートは、単一のパーティションに合併する。
【００９７】
好ましい実施形態では、シャトル２２１９は、出口ポート２２１４がチャネル２２３０と整合し、液滴をチャネル２２３０の中へ分注するように、先へ摺動する。シャトル２２１６、収集ポート２２４９、およびウェル２２２５内のチャネルは、非混合性液体を備えてもよい、または液体コンパートメントの内容物が壁に付着することを防止する物質でコーティングされてもよい。また、チャネル９３０は、さらなる処理および分析のために、形成された液滴を他のマイクロ流体デバイスに、または他の格納デバイスに送達してもよい。また、シャトル２２１９は、（それぞれ原料の一意の組み合わせを伴って）付加的体積が形成され、出口チャネル９３０内で分注されることを確実にするように、その移動を継続する。
【００９８】
液体コンパートメントからの液体パーティションは、単一の液滴に合併してもよい。流体部分は、ある場合には、不均等なサイズであってもよい。ある場合には、１つまたはそれを上回る一連の部分はそれぞれ、その中の種の実質的に一様な数の実体（すなわち、分子、細胞、粒子等）から本質的に成ってもよい。流体液滴は、ある場合には、反応を開始するように、および／または反応を停止するように、合体されてもよい。例えば、反応は、液滴が合体した後に第１の液滴中の種が第２の液滴中の種に接触するときに開始されてもよい、または第１の液滴は、継続中の反応を含有してもよく、第２の液滴は、反応を阻止する種を含有してもよい。本発明の実施形態は、流体液滴の合体を助長するマイクロ流体チャネルの整合を対象とする。
【００９９】
液滴が細胞を含有しない実施形態では、液滴は、例えば、電場の印加に応じて合体してもよい。本発明の側面は、電場の印加を組み込む。印加された電場は、非混合性液体によって囲繞される流体液滴上で、電荷、または少なくとも部分電荷を誘導してもよい。例えば、電圧源を使用して電極を横断して電圧を生成することによる、電場の印加に応じて、液滴は、相互に最も近い表面上で反対電荷または電気双極子を帯びるように誘導され、液滴を合体させる。
【０１００】
本発明の別の側面では、液滴または液体部分は、２つの液体の間の電荷間相互作用に起因して起こり得る、液体を継合することによって融合してもよい。２つの液滴の間の液体の架橋の作成は、したがって、２つの液滴が物質を交換する、および／または１つの液滴に合体することを可能にする。したがって、いくつかの実施形態では、本発明は、そのような合体が、通常、例えば、サイズおよび／または表面張力等に起因して、起こることができないシステム内で、１つの合体液滴への２つの別個の液滴の合体を提供する。いくつかの実施形態では、１つの液滴は、別の液滴よりも著しく小さい。小さい方の液滴は、小さい方の液滴内の内圧を低下させるように、大きい方の液滴と合併または合体する。近接近している液滴は、受動的に合併してもよい。
【０１０１】
細胞を含有する液滴では、液滴を合併させるための電極または電場の使用は、回避される必要があり得る。電場の印加を伴わない液滴の合体は、参照することによって組み込まれる、Ｘｕ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，”  Ｍｉｃｒｏ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｓｙｓｔｅｍｓ，  ２０１１，  ３，  １３１−１３６によって説明されている。Ｘｕ  ｅｔ  ａｌ．によって説明される方法は、２つの液滴が相互と密接に接触することを可能にし、２つの液滴の液体に２つの液滴の間の細い架橋を形成させることによって、液滴を合併させる。Ｘｕ  ｅｔ  ａｌ．によって説明される方法は、受動的であり、外部エネルギー源が必要とされない。受動合併はまた、チャネル幾何学形状によって達成されることもできる。例えば、参照することによって組み込まれる、Ｇｕ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｉｎｔ  Ｊ  Ｍｏｌ  Ｓｃｉ．  ２０１１；  １２（４）：  ２５７２−２５９７を参照されたい。例えば、液滴合併は、より狭いチャネルが後に続く、拡大チャネルから成る。本幾何学形状では、液滴速度は、拡大チャネル内で減少し、その後に、より狭いチャネル内の進入に応じて再び増加する。近接近している液滴は、合併する。
【０１０２】
本発明の方法は、リポソームを組み込んでもよい。リポソームは、ラメラ相脂質二重層から成る人工的に調製された球形小胞である。リポソームは、多くの場合、ホスファチジルコリンが豊富なリン脂質から成り、また、卵ホスファチジルエタノールアミン等の界面活性剤性質を伴う混合脂質鎖を含有してもよい。リポソーム設計は、表面配位子を採用してもよい。リポソームは、疎水性膜の内側に水溶液の領域をカプセル化する。疎水性化学物質が、膜の中に溶解されることができ、したがって、リポソームは、疎水性分子および親水性分子の両方を運搬することができる。発明のいくつかの側面では、液体コンパートメントは、リポソームであってもよい、または液体コンパートメントは、リポソームを含有してもよい。
【０１０３】
リポソームは、（超音波処理によって等）生体膜を妨害することによって調製される。１つの形成方法では、リポソームは、薄い脂質薄膜または脂質固形物が水和され、液体結晶性二重層のスタックが液体になって膨張するときに、形成される。水和脂質シートは、撹拌中に脱離し、自己閉鎖して、縁における二重層の炭化水素コアとの水の相互作用を妨げる、大型マルチラメラ小胞（ＬＭＶ）を形成する。いったんこれらの粒子が形成すると、粒子のサイズを縮小することは、音響エネルギー（超音波処理）または機械エネルギー（押出）の形態でエネルギー入力を要求する。
【０１０４】
脂質調合物の性質は、組成（カチオン性、アニオン性、中性脂質種）に応じて変動し得るが、しかしながら、類似調製方法が、組成にかかわらず全ての脂質小胞に使用されることができる。例えば、“Ｌｉｐｏｓｏｍｅｓ  ｉｎ  Ｇｅｎｅ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，”  Ｄａｎｉｌｏ  Ｄ．  Ｌａｓｉｃ，  １９９７，  ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ  ＬＬＣを参照されたい。概して、手順は、水和のための脂質の調整、撹拌による水和、および小胞の均質分布への定寸を伴う。混合脂質組成を伴うリポソームを調製するとき、脂質は、脂質の均質な混合物を確実にするように、有機溶媒中に溶解されて混合される。いったん脂質が有機溶媒中で徹底的に混合されると、溶媒は、脂質薄膜を生じるように除去される。有機溶媒の小さい体積（＜１ｍＬ）に関して、溶媒は、ヒュームフード内で乾燥窒素またはアルゴン流を使用して蒸発させられてもよい。より大きい体積に関して、有機溶媒は、回転蒸発によって除去され、丸底フラスコの側面上に薄い脂質薄膜を生じる。脂質溶液は、コンテナに移され、ドライアイスの塊の上にコンテナを置くこと、またはドライアイスアセトンもしくはアルコール（エタノールまたはメタノール）槽の中でコンテナを旋回させることによって凍結される。乾燥脂質薄膜または固形物は、真空ポンプから除去されることができ、コンテナは、緊密に閉鎖してテープを貼られ、水和の準備ができるまで冷凍貯蔵されることができる。乾燥脂質薄膜／固形物の水和は、単純に、水性媒質を乾燥脂質のコンテナに添加し、撹拌することによって達成される。水和媒質の添加後、脂質懸濁液は、水和周期中にＴｃを上回って維持されるべきである。水和媒質は、概して、脂質小胞の用途によって判定される。好適な水和媒質は、蒸留水、緩衝溶液、生理食塩水、および糖溶液等の非電解質を含む。生理学的オスモル濃度（２９０ｍＯｓｍ／ｋｇ）が、生体内用途のために推奨される。概して、これらの条件を満たす、容認された溶液は、０．９％生理食塩水、５％デキストロース、および１０％スクロースである。水和中に、いくつかの脂質は、それらの構造に特有の錯体を形成する。水和の生成物は、大型マルチラメラ小胞（ＬＭＶ）である。いったん安定した水和ＬＭＶ懸濁液が生成されると、粒子は、超音波処理または押出を含む、種々の技法によって小型化されることができる。音響エネルギー（超音波処理）を使用するＬＭＶ懸濁液の妨害は、典型的には、１５〜５０ｎｍの範囲内の直径を伴う小型マルチラメラ小胞（ＳＵＶ）を生成する。
【０１０５】
第２世代リポソームが、本発明に組み込まれてもよい。第２世代リポソームまたは長期循環リポソームは、脂質組成、サイズ、および小胞の電荷を変調することによって取得される。リポソームの表面は、例えば、リポソーム組成に合成ポリマーであるポリ（エチエレングリコール）（ＰＥＧ）を組み込むことによって、修飾されてもよい。リポソームのキャリアの表面上のＰＥＧの存在は、単核食細胞系取り込みを低減させながら、血液循環時間を延長させることが示されている（ステルスリポソーム）。Ｉｍｍｏｒｄｉｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｔｅａｌｔｈ  Ｌｉｐｏｓｏｍｅｓ：  ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｂａｓｉｃ  ｓｃｉｅｎｃｅ，  ｒａｔｉｏｎａｌｅ，  ａｎｄ  ｃｌｉｎｉｃａｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，  ｅｘｉｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ，  Ｉｎｔ  Ｊ  Ｎａｎｏｍｅｄｉｃｉｎｅ．  Ｓｅｐ  ２００６；  １（３）：  ２９７−３１５を参照されたい。
【０１０６】
本発明の方法は、液体コロイド中に分散された界面活性剤分子の凝集体である、ミセルを組み込んでもよい。水溶液中の典型的ミセルは、周辺溶媒と接触している親水性「頭部」領域と凝集体を形成し、ミセル中心内の疎水性１本テール領域を隔離する。本相は、二重層内の１本テール脂質のパッキング挙動によって引き起こされる。脂質頭部基の水和によって分子上で強制される頭部基あたりの面積に適応しながら、二重層の内部の全体積を充填する困難は、ミセルの形成につながる。本タイプのミセルは、正常相ミセル（水中油ミセル）として公知である。逆ミセルは、外に延在するテールを伴って中心に頭部基を有する（油中水ミセル）。ミセルは、形状がほぼ球形である。楕円体、円筒、および二重層等の形状を含む、他の相も可能である。ミセルの形状およびサイズは、その界面活性剤分子の分子幾何学形状、ならびに界面活性剤濃度、温度、ｐＨ、およびイオン強度等の溶液条件の関数である。ミセルを形成するプロセスは、ミセル形成として公知であり、それらの多型に従って多くの脂質の相挙動の一部を形成する。
【０１０７】
本発明の方法は、乳剤または液滴を組み込んでもよい。乳剤または液滴は、実質的もしくは完全に第２の液体によって囲繞される第１の液体の単離された部分である。ある場合には、第１および第２の液体は、完全に第３の液体によって囲繞されてもよい。液体は、異なる液体であってもよい、または２つの液体は、同一であり得る。例えば、第１の液体は、水性液体であってもよく、第２の液体は、油であってもよく、第３の液体は、水性液体であってもよい。他の場合では、第１の液体は、油であってもよく、第２の液体は、水性液体であってもよく、第３の液体は、油であってもよい。例えば、液滴はまた、水中油中水（水／油／水）乳剤を含んでもよい。これらの液滴は、３つの層、すなわち、内部水相層、内側油相層、および外部水相層から成る。液滴は、外部油相層を含有してもよい。本実施形態では、外部油層は、２つの水性コンパートメントを包含する。いくつかの実施形態では、油相層は、内部および外部水相を分離する薄い層である。薄い油相層は、高い透過性を有し、２つの水性コンパートメントの間の薄い膜としての役割を果たす。油相層は、厚さ５０ミクロン未満、厚さ３０ミクロン未満、厚さ２０ミクロン未満、厚さ１０ミクロン未満、厚さ５ミクロン未満、または厚さ１ミクロン未満であることができる。別の実施形態では、外部油層は、複数の水性コンパートメントを含有し、各水性コンパートメントは、油層によって囲繞される。
【０１０８】
パーティションは、任意の生物または非生物剤を含有してもよい。いくつかの実施形態では、パーティションは、細胞を含有する。いくつかの実施形態では、パーティションは、少なくとも１つの分子、少なくとも１つの化合物、または少なくとも１つの元素を含有する。いくつかの実施形態では、パーティションは、ｉＰＳ細胞を含有する。いくつかの実施形態では、パーティションは、様々な細胞型に分化されるｉＰＳ細胞を含有する。１つのパーティションが、１つの細胞型を含有してもよい一方で、別のパーティションは、異なる細胞型を含有する。例えば、１つのパーティションが、心臓細胞を含有してもよい一方で、別のパーティションは、肺細胞を含有する。細胞は、細胞間通信または信号伝達を可能にするように近接し得る、もしくは細胞は、信号伝達または他の形態の細胞間通信を低減させるように分離されてもよい。
【０１０９】
ある実施形態では、本発明の方法は、多くの分野に関して、限定ではないが、ＤＮＡシークエンシング、マイクロアレイサンプル調製、遺伝子型決定、遺伝子発現、生物兵器防衛、食品監視、科学捜査、疾患モデル化、薬物研究、プロテオミクス、および細胞生物学等を含む、種々の技術分野内で、サンプル調製ならびに分析等の化学合成反応または生物もしくは化学検定に使用される。しかしながら、任意の物質または種が、パーティションに包まれ、本発明のデバイス内で処理され得ることを理解されたい。例えば、サンプルは、（ヒトを含む）動物から取得され、液体、固体、組織、およびガスを包含してもよい。生物学的サンプルは、限定ではないが、細胞およびその任意の成分、血漿、血清、および同等物等の血液生成物、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、ポリヌクレオチド、脂質、炭水化物、ならびにそれらの任意の組み合わせを含む。サンプルは、相互作用物質と相互作用するために使用される、有機または無機の化学物質を含んでもよい。環境サンプルは、表面物質、土、水、結晶、および工業サンプル等の環境物質を含む。
【０１１０】
本発明のシステムおよびデバイスは、細胞培養に関してもよい。細胞は、液体コンパートメント内に含有され、次いで、種々の作用物質および実体を含有する液体と合併されてもよい。細胞培養に関連する検定では、サンプル液体または任意の液体コンパートメント内の液体は、細胞培地を備えてもよい。細胞培地は、必要な栄養素、成長因子、および細胞成長のためのホルモンを提供するとともに、培養のｐＨおよび浸透圧を調整する。細胞培地は、このようにして培養されている細胞の成長を可能にして支援してもよい、または細胞培地は、維持培地である。成長は、少なくとも細胞培養のある周期中の生存細胞密度の増加として理解される。維持培地は、細胞生存を支援するが、細胞成長を促さない、細胞培地である。例えば、細胞培地関連特許、すなわち、それぞれ参照することによって組み込まれる、１９７７年の米国特許第４，０３８，１３９号、２００７年の米国特許第７，２５８，９９８号、米国公開第２０１３／００７１９２５号、２０１２年の米国特許第８，３３８，１７７号、および米国公開第２０１３／０１０２０３２号を参照されたい。成長培地は、培養のｐＨを制御し、ｐＨの変動に対して培養下の細胞を緩衝する。本緩衝は、有機（例えば、ＨＥＰＥＳ）またはＣＯ２重炭酸塩系緩衝剤を含むことによって、達成されてもよい。ｐＨの制御は、培養下の細胞の成長および健全性を確実にするために必要とされる。殆どの正常な哺乳類細胞株は、ｐＨ７．４において良好に成長し、異なる細胞株の間の変動性が殆んどない。
【０１１１】
本発明の方法は、任意のタイプの細胞を組み込むことができる。いくつかの実施形態では、幹細胞が使用されてもよい。多能性幹細胞または人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞もしくはｉＰＳＣとしても公知である）は、成熟細胞から直接生成されることができる、多能性幹細胞のタイプである。ｉＰＳＣは、典型的には、所与の細胞型の中に多能性関連遺伝子または「再プログラム化因子」の具体的セットを導入することによって、導出される。（山中因子とも呼ばれる）再プログラム化因子の元のセットは、遺伝子Ｏｃｔ４（Ｐｏｕ５ｆ１）、Ｓｏｘ２、ｃＭｙｃ、およびＫｌｆ４である。
【０１１２】
体細胞は、定義された転写因子の使用等の既知の方法を使用して、人工多能性幹細胞（ｉＰＳＣ）に再プログラム化されてもよい。ｉＰＳＣは、３つ全ての胚性生殖細胞層の誘導体に分化する、それらの発生能を保ちながら、培養下で無期限に増殖する、それらの能力によって特徴付けられる。ある実施形態では、線維芽細胞は、Ｔａｋａｈａｓｈｉ  ａｎｄ  Ｙａｍａｎａｋａ，  ２００６，  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｔ  ｓｔｅｍ  ｃｅｌｌｓ  ｆｒｏｍ  ｍｏｕｓｅ  ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ  ａｎｄ  ａｄｕｌｔ  ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔ  ｃｕｌｔｕｒｅｓ  ｂｙ  ｄｅｆｉｎｅｄ  ｆａｃｔｏｒｓ  Ｃｅｌｌ  １２６：６６３−６７６、およびＴａｋａｈａｓｈｉ，  ｅｔ  ａｌ．，  ２００７，  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｔ  ｓｔｅｍ  ｃｅｌｌｓ  ｆｒｏｍ  ａｄｕｌｔ  ｈｕｍａｎ  ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔｓ  ｂｙ  ｄｅｆｉｎｅｄ  ｆａｃｔｏｒｓ，  Ｃｅｌｌ  １３１：８６１−８７２で議論されるもの等の方法によって、ｉＰＳＣに変換される。
【０１１３】
成熟線維芽細胞からの多能性幹細胞の誘導は、ＥＳ細胞培養条件下で、４つの因子、すなわち、Ｏｃｔ３／４、Ｓｏｘ２、ｃ−Ｍｙｃ、およびＫｌｆ４を導入するステップを含む、方法によって行われることができる。ヒト皮膚線維芽細胞（ＨＤＦ）が、取得される。レトロウイルス含有ヒトＯｃｔ３／４、Ｓｏｘ２、Ｋｌｆ４、およびｃ−Ｍｙｃが、ＨＤＦの中に導入される。形質導入の６日後に、細胞は、トリプシン処理によって収穫され、マイトマイシンＣ処理ＳＮＬ支持細胞の上に固定される。例えば、ＭｃＭａｈｏｎ  ａｎｄ  Ｂｒａｄｌｅｙ，  １９９０，  Ｃｅｌｌ  ６２：１０７３−１０８５を参照されたい。約１日後、培地（１０％ＦＢＳを含有するＤＭＥＭ）は、４ｎｇ／ｍＬ塩基性線維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）が補充された霊長類ＥＳ細胞培地と交換される。Ｔａｋａｈａｓｈｉ，  ｅｔ  ａｌ．，  ２００７，  Ｃｅｌｌ  １３１：８６１を参照されたい。後に、ｈＥＳ細胞様コロニーが採集され、酵素消化を伴わずに小さい塊に機械的に凝集される。各細胞は、大きな核およびわずかな細胞質によって特徴付けられる、ヒトＥＳ細胞のものに類似する形態を呈するはずである。ＨＤＦの形質導入後の細胞は、ヒトｉＰＳ細胞である。ｉＰＳ細胞株がドナーに遺伝子学的に合致していることを検証するように、ＤＮＡ指紋法、シークエンシング、または他のそのような検定が、行われてもよい。
【０１１４】
本発明の方法は、特定の疾患をモデル化するようにｉＰＳ細胞が形質移入されることを可能にする。ｉＰＳ細胞はまた、感染症のモデル化で使用されることもできる。ヒト人工多能性幹細胞（ｉＰＳＣ）は、宿主特異的な分化細胞を生成する能力を提供し、したがって、感染症の研究を変換する潜在性を有し、感染症のｉＰＳＣモデルが説明されている。ｉＰＳＣに由来する肝細胞様細胞は、感染症への炎症反応を含む、Ｃ型肝炎ウイルスのライフサイクル全体を支援し、どのようにして宿主遺伝学がウイルス病原性に影響を及ぼすかという研究を可能にする。Ｓｃｈｗａｒｔｚ  ｅｔ  ａｌ．，  ２０１２，  ＰＮＡＳ  １０９（７）：２５４４−２５４８を参照されたい。
【０１１５】
具体的培養条件は、細胞型に応じて変動し得る。しかしながら、殆どの培養条件は、必須栄養素（アミノ酸、炭水化物、ビタミン、およびミネラル）、成長因子、ホルモン、およびガス（Ｏ２、ＣＯ２）を供給する基質または媒質を含有する、好適な容器から成る。さらに、物理化学的環境（ｐＨ、浸透圧、温度）が、調整されなければならない。細胞は、培地（懸濁培養）中に浮遊して成長されてもよい、または固体もしくは半固体基質（付着または単層培養）に付着したまま成長されてもよい。いくつかの実施形態では、本デバイスおよびシステムは、等温環境で保たれてもよい。
【０１１６】
細胞は、成長され、通常、細胞インキュベータの中で、適切な温度およびガス混合物（典型的には、哺乳類細胞については３７℃、５％ＣＯ２）において維持される。培養条件は、各細胞型のために幅広く変動し、特定の細胞型のための条件の変動は、異なる表現型をもたらし得る。例えば、羊水由来間充織幹細胞（ＡＦＭＳＣ）が、合流するように培養され、３週間にわたって骨形成培地（１０％ＦＢＳ、０．１μｍｏｌ／ｌデキサメタゾン、１０ｍｍｏｌ／ｌβ−グリセロールリン酸、５０μｍｏｌ／ｌアスコルビン酸塩が補充されたα−ＭＥＭ）および脂質生成培地（１０％ＦＢＳ、１μｍｏｌ／ｌデキサメタゾン、５μｇ／ｍｌインスリン、０．５ｍｍｏｌ／ｌイソブチルメチルキサンチン、および６０μｍｏｌ／ｌインドメタシンが補充されたα−ＭＥＭ）に移行された、Ｔｓａｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｕｍａｎ  ｍｕｌｔｉｐｏｔｅｎｔ  ｍｅｓｅｎｃｈｙｍａｌ  ｓｔｅｍ  ｃｅｌｌｓ  ｆｒｏｍ  ｓｅｃｏｎｄ−ｔｒｉｍｅｓｔｅｒ  ａｍｎｉｏｔｉｃ  ｌｉｑｕｉｄ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｎｏｖｅｌ  ｔｗｏ−ｓｔａｇｅ  ｃｕｌｔｕｒｅ  ｐｒｏｔｏｃｏｌ，”  Ｈｕｍ．  Ｒｅｐｒｏｄ．  （２００４）  １９  （６）：  １４５０−１４５６．  ｄｏｉ：  １０．１０９３／ｈｕｍｒｅｐ／ｄｅｈ２７９を参照されたい。神経細胞の分化に関して、ＡＦＭＳＣは、２４時間にわたって２０％ＦＢＳ、１ｍｍｏｌ／ｌ  β−メルカプトエタノール、５ｎｇ／ｍｌ  ｂＦＧＦ（Ｓｉｇｍａ，  Ｓｔ  Ｌｏｕｉｓ）が補充されたα−ＭＥＭを用いて培養され、次いで、５時間にわたって血清枯渇で処理された。
【０１１７】
細胞培地は、必要な栄養素、成長因子、および細胞成長のためのホルモンを提供するとともに、培養のｐＨおよび浸透圧を調整する。本発明による細胞培地は、このようにして培養されている動物細胞の成長を可能にして支援する培地である。成長は、少なくとも細胞培養のある周期中の生存細胞密度の増加として理解される。本発明によると、「成長培地」のそのような定義は、当技術分野ではその通常の意味において「維持培地」という用語とは対照的として理解されるものである。維持培地は、細胞生存を支援するが、細胞成長を促さない、細胞培地である。多くの場合、そのような維持培地は、トランスフェリン、インスリン、アルブミン、および同等物等の必須成長因子を含有しない。例えば、細胞培地関連特許、すなわち、それぞれ参照することによって組み込まれる、米国特許第４，０３８，１３９号、米国特許第７，２５８，９９８号、および米国特許第８，３３８，１７７号を参照されたい。
【０１１８】
成長培地は、培養のｐＨを制御し、ｐＨの変動に対して培養下の細胞を緩衝する。本緩衝は、有機（例えば、ＨＥＰＥＳ）またはＣＯ２重炭酸塩系緩衝剤を含むことによって、達成されてもよい。ｐＨの制御は、培養下の細胞の成長および健全性を確実にするために必要とされる。殆どの正常な哺乳類細胞株は、ｐＨ７．４において良好に成長し、異なる細胞株の間の変動性が殆んどない。しかしながら、いくつかの形質転換細胞株は、わずかにより酸性の環境（ｐＨ７．０〜７．４）においてより良好に成長することが示されており、いくつかの正常線維芽細胞株は、わずかにより塩基性の環境（ｐＨ７．４〜７．７）を好む。培地のｐＨが溶解二酸化炭素（ＣＯ２）および重炭酸塩（ＨＣＯ３）の繊細な平衡に依存するため、大気ＣＯ２の変化が、培地のｐＨを変化させ得る。したがって、特に、細胞が開放皿の中で培養される、または形質転換細胞株が高濃度で培養される場合に、ＣＯ２重炭酸塩系緩衝剤で緩衝された培地を使用するときに、外因性ＣＯ２を使用することが必要である。殆どの研究者は、通常、空気中の５〜７％ＣＯ２を使用するが、４〜１０％ＣＯ２が、殆どの細胞培養実験のために一般的である。しかしながら、各培地は、正しいｐＨおよびオスモル濃度を達成するように、推奨ＣＯ２張力および重炭酸塩濃度を有する。
【０１１９】
細胞培養のための最適温度は、細胞が単離された宿主の体温、および少ない程度に、温度の解剖学的変動に大きく依存する（例えば、皮膚の温度は、骨格筋の温度より低くあり得る）。過熱は、細胞培養にとって加熱不足よりも深刻な問題であり、したがって、多くの場合、インキュベータ内の温度は、最適温度よりもわずかに低く設定される。殆どのヒトおよび哺乳類細胞株は、最適成長のために３６℃〜３７℃で維持される。昆虫細胞は、最適成長のために２７℃で培養され、それらは、より低い温度および２７℃〜３０℃の温度において、よりゆっくりと成長する。３０℃を上回ると、昆虫細胞の生存は減少し、細胞は、２７℃に戻された後でさえも回復しない。鳥類細胞株は、最大成長のために３８．５℃を要求する。これらの細胞もまた、３７℃で維持されることができるが、よりゆっくりと成長するであろう。冷血動物（例えば、両生類、冷水魚）に由来する細胞株は、１５℃〜２６℃の広い温度範囲に耐える。特定の細胞型のために要求される培養条件から逸脱することの結果は、異常表現型の発現から細胞培養の完全な失敗にまで及び得る。
【０１２０】
二次培養または継代培養は、培地の除去および以前の培地から新鮮成長培地の中への細胞の移転であり、細胞系もしくは細胞株のさらなる増殖を可能にする手順である。従来、継続的成長のために最適密度で細胞を保つため、およびさらなる増殖を促すために、培養は、分割され、新鮮培地を供給される必要がある。例えば、二次培養は、ｐＨの低下が観察される場合に必要とされ得る。成長培地のｐＨの低下は、通常、細胞代謝の副産物である、乳酸の蓄積を示す。乳酸は、細胞にとって毒性であり得、減少したｐＨは、細胞成長のために準最適であり得る。
【０１２１】
細胞が、概して、培養下で分裂し続けると、概して、利用可能な面積または容積を充填するように成長する。これは、いくつかの問題、すなわち、成長培地内の栄養素枯渇、成長培地のｐＨの変化、および死細胞の蓄積を生成し得る。細胞間接触は、接触阻止として公知である、細胞周期停止を促し、細胞の分裂を停止させ得る。細胞間接触はまた、細胞分化も促し得る。遺伝学的およびエピジェネティック変化は、変化した細胞の自然淘汰とともに、減少した分化および増加した増殖能を伴う異常な培養適合細胞の過成長に潜在的につながる。したがって、有害な種の除去および細胞培地の補充を確実にする細胞の処理は、特定のプロトコルに応じて、１〜３日毎に必要とされる。
【０１２２】
従来、細胞生存は、トリパンブルーで細胞を染色することによって判定される。トリパンブルー染料が、非生存細胞または死細胞に透過性である一方で、これは、本染料には不透過性である。トリパン染料で細胞を染色し、血球計に装填し、生存細胞の割合を計算する。細胞生存は、血球計上のグリッド内の細胞の総数で除算された生存細胞の数として計算される。細胞がトリパンブルーを取り込む場合、それらは、非生存と見なされる。これは、トリパンブルーを含有する細胞の光学検出のために当業者によって理解されるであろう。
【０１２３】
本発明では、細胞は、細胞培地を含有するパーティションにカプセル化される。細胞は、本発明のマルチチャネルシステムを介して種々のチャンバから流動されることができる。マイクロ流体チャネルは、加湿器チャンバの中へのパーティションの流動を引き起こすように整合されることができる。例えば、哺乳類細胞は、細胞培養インキュベータの中で、３７℃および５％ＣＯ２において加湿雰囲気中で成長される。マイクロ流体チャネルは、密閉するマイクロ流体チャネルを整合することによって、または液体もしくはガスをチャンバに送達するように構成される入口マイクロ流体チャネルによって、ＣＯ２をマルチチャネルシステム内の加湿器チャンバに送達するように整合されることができる。本発明のマイクロ流体チャネルの整合は、ガスの輸送を可能にするように密閉され得ることを理解されたい。２〜３日毎に要求され得る、新鮮成長培地に細胞を補充または再懸濁するために、パーティションは、新鮮成長培地と合併もしくは合体されるようにチャンバからマイクロ流体チャネルに流入される。培養中に細胞を含有するパーティションは、本発明のマイクロ流体チャネルまたはチャンバ内で保定され得ることを理解されたい。新鮮成長培地と合併した、または合体された後に、パーティションは、マイクロ流体チャネル内で保定されてもよい、もしくは細胞は、チャンバに方向転換されてもよい。
【０１２４】
本発明の実施形態では、細胞は、２〜３日毎に補充される細胞培地内のナノリットル・マイクロリットルパーティションの中で成長される。いくつかの検定では、細胞は、２〜３日毎に分割を要求し得る。培地変更は、新鮮培地の１つまたはそれを上回るパーティションを培養細胞のパーティションに添加し、それによって、成長培地を部分的に補充することを伴う。パーティションの合併は、上記で議論される。細胞はさらに、複合パーティション内で、または複合パーティションを分割することによって生成される、より小さいパーティション内で培養される。細胞二次培養または分割は、培養細胞のパーティションおよび新鮮培地のパーティションを組み合わせ（合併および混合し）、複合パーティションを分割し、所望の細胞濃度に達するまで分割パーティションを使用して本手順を繰り返すことによって、培地変更に類似して達成される。最終パーティションが、次いで、培養される一方で、二次培養プロセスで生成される懸濁細胞の他のパーティションは、破棄される。培養は、デバイスのマイクロ流体チャネル内で、またはデバイスのチャンバの中で達成されることができる。１つまたはそれを上回る熱レギュレータが、適切な温度を確実にするために採用されることができる。
【０１２５】
多重化検定では、一種類または複数の種類の細胞を含有する、複数のパーティションが、１つもしくは複数の試薬を含有するパーティションに暴露され、上記で説明される検定と同様に分析される。多重デバイスもまた、細胞が成長され、複数のパーティション内で維持され得る、多重細胞培養に使用されることができる。
【０１２６】
本明細書で議論される方法を採用して、ｉＰＳ細胞は、細胞培地および関連成長因子を含有するパーティションに包まれる。ｉＰＳ細胞パーティションは、上記で議論される、または当技術分野で公知である、技法および方法によって培養される。ｉＰＳ細胞パーティションは、培養プロセス中に、維持培地、形質移入試薬等を含む、他の物質および反応物質と合併されることができる。例えば、幹細胞が、液体コンパートメント内の液滴内に含有されてもよい。シャトルは、幹細胞を含有する液滴を取り上げてもよく、液体の付加的部分を取り上げてもよい。幹細胞および他の液体パーティションを含有する液滴が、合併されてもよい。
【０１２７】
ｉＰＳ細胞パーティションは、標的化合物が本明細書に開示される方法によってパーティションの中に導入される、発現プロファイリングで使用されてもよい。疾患診断に発現分析を使用するために、発現の閾値が確立される。閾値は、文献を参照することによって、または疾患に苦しんでいることが把握されていない対象からの基準サンプルを使用することによって、確立されてもよい。発現は、基準と比較して過剰発現（すなわち、基準を上回る量）または基準と比較して過少発現（すなわち、基準未満の量）であってもよい。発現プロファイリングでは、ｉＰＳ細胞パーティションは、標的化合物を含有するパーティションと合併され、さらに培養することを可能にされ、これは、パーティションの分割、すなわち、細胞集団の分割と、パーティションの分割、すなわち、新鮮細胞培地の導入とを伴い得る。本発明の方法は、任意の疾患または複合効果を検出するために使用されてもよい。ｉＰＳ細胞パーティションは、流動され、異常を選抜するように検出器に渡されてもよい、または分析のために収集チャンバに方向転換されてもよい。
【０１２８】
図２８は、本発明のデバイスを使用して作製され得る組み合わせのチャートである。図２１を再び参照すると、リング上の液体ウェルは、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、４ａ、４ｂ、４ｃ、および４ｄと呼ばれ得る。シャトルが開放底部ポートと整合するとき、液体は、対応するウェルからシャトルのチャネルに流入する。したがって、シャトルがウェル１ａ、２ａ、および３ａと整合する場合、チャネルは、ウェル１ａ、２ａ、および３ａから液体のアリコートを取り上げ、これらの液体を単一の体積に合体させる。
【０１２９】
したがって、各ウェルが異なる試薬、薬物、分子、溶液等を含有する場合、シャトルのチャネル内で形成される体積は、これら３つのウェルからの作用物質を含有するであろう。図２８に示されるように、シャトルが円周方向から液体を組み合わせるにすぎない場合、シャトルは、液体１ａ、２ａ、３ａ；１ｂ、２ｂ、３ｂ；および１ｄ、２ｄ、３ｄを組み合わせ得る。シャトルが半径方向運動に基づいて液体を組み合わせる場合、１ａ、２ｂ、３ｃ；２ａ、３ｂ、４ｃ；３ａ、４ｂ、１ｃ；および４ａ、１ｂ、２ｃからの液体が組み合わせられるであろう。円周方向および半径方向運動の両方で液体を組み合わせることができることによって、液体の膨大な組み合わせが起こり得る。液体の終わりのない組み合わせが、本発明のシステムおよび方法を使用して達成され得ることを理解されたい。
（参照による組み込み）
【０１３０】
特許、特許出願、特許公開、定期刊行物、書籍、論文、ウェブコンテンツ等の他の文書の参照および引用が、本開示の全体を通して行われている。全てのそのような文書は、あらゆる目的のために参照することによってそれらの全体として本明細書に組み込まれる。
（均等物）
【０１３１】
本発明の種々の修正およびその多くのさらなる実施形態が、本明細書に示されて説明されるものに加えて、本明細書で引用される科学ならびに特許文献の参照を含む、本書の全内容から当業者に明白となるであろう。本明細書の主題は、その種々の実施形態およびその均等物において本発明の実践に適合されることができる、重要情報、例示、ならびに指針を含有する。
【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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【国際調査報告】
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