JP2003507737A - Dilution in high throughput systems with a single vacuum source - Google Patents

Dilution in high throughput systems with a single vacuum source

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Abstract

(57)【要約】 チャネル(104)を備えたミクロ流体装置(100)における流量が、フローリダクションチャネル(106、110)による連続稀釈の実行後に調節される。 (57) Summary The flow rate in a microfluidic device (100) with a channel (104) is adjusted after performing a continuous dilution with a flow reduction channel (106, 110).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 関連出願の相互参照 35U.S.C.§119(e)及び他の適用可能な法令又は規則により、本出願は
、Kopf-Sill 他による1999年8月25日付け提出のUSSN60/150,
670「Dilutions in High Througput Systems with a Single Vacuum Source
」、Kopf-Sill 他による1999年10月12日付け提出のUSSN60/15
9,014「Dilutions in High Througput Systems with a Single Vacuum Sou
rce 」、及びKopf-Sill 他による2000年4月27日付け提出のUSSN60
/200,139「Dilutions in High Througput Systems with a Single Vacu
um Source 」の利益と優先権を主張する。
Cross Reference of Related Applications 35U. S. C. By § 119 (e) and other applicable statutes or regulations, this application is hereby filed by Kopf-Sill et al. In USSN 60/150, filed August 25, 1999,
670 "Dilutions in High Througput Systems with a Single Vacuum Source
USPF 60/15 filed Oct. 12, 1999 by Kopf-Sill et al.
9,014 "Dilutions in High Througput Systems with a Single Vacuum Sou
rce ", and USSN 60 filed April 27, 2000 by Kopf-Sill et al.
/ 200,139 "Dilutions in High Througput Systems with a Single Vacu
um Source's interests and priorities.

【0002】 発明の背景 化学又は生化学の分析、アッセイ、合成又は製造を行う際、アッセイすべき物
質又は成分について、測定、アリコート化、移送、稀釈、混合、分離、検出など
を含めて非常に多くの別々の操作を行う。ミクロ流体技術は、1又は少数のミク
ロ流体装置内で実行できるように、これらの操作を小規模化し統合する。 例えば、ミクロ流体装置において稀釈を行う方法は、ParceとKopf-Sillによる
米国特許第5,869,004号「Methods and Apparatus for in Situ Concen
tration and/or Dilution of Materials in Microfluidic Systems」に記載され
ている。これらの方法は、連続して物質を抜き出してミクロ流体チャネルに加え
、連続して物質を稀釈する。これらの方法により、微小規模での環境下で高精度
の稀釈を実行できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION In conducting chemical or biochemical analyses, assays, syntheses or manufactures, the substances or components to be assayed are very sensitive, including measuring, aliquoting, transferring, diluting, mixing, separating, detecting, etc. Do many separate operations. Microfluidic technology scales down and integrates these operations so that they can be performed in one or a few microfluidic devices. For example, a method of diluting in a microfluidic device is described by Parce and Kopf-Sill in US Pat. No. 5,869,004, "Methods and Apparatus for in Situ Concen".
tration and / or Dilution of Materials in Microfluidic Systems ”. These methods continuously withdraw material and add it to the microfluidic channel, continuously diluting the material. By these methods, highly accurate dilution can be performed in a microscale environment.

【0003】 いくつかのバイオアッセイでは、固定したアッセイ反応時間を維持するのに一
定流の物質が有効である。従って、ミクロ流体システムにおいて稀釈を行う際に
流量を調節し一定の培養及び反応時間を得る能力は、ミクロ流体アッセイの形式
での流体サンプル及び試薬の操作の統合に対して有効となる。また、例えば単一
の圧力源を備えたミクロ流体装置における一定の流量は、稀釈を行った後に試薬
を加えるので試薬の使用を抑えるのに役立つ。 ミクロ流体の形式への統合に有効な別の技術は、同時に異なる濃度のサンプル
を測定して同時に異なる濃度の反応を行う能力、及び/又は同時に異なる試薬の
パネルに対して1つのサンプルを試験する能力を有する。 従って、稀釈及び複数の濃度アッセイ中に流量を制御する改良方法は、特に高
スループットで低コストのミクロ流体システムの利点を有する望ましいものであ
る。本発明はこれら及びその他の特徴を与え、稀釈、試薬消費の低減、複数の濃
度測定及び以下の記載全体から明らかとなるであろう他の多くの特徴に資する高
スループットの微小規模システムを提示する。
In some bioassays, a constant flow of material is effective in maintaining a fixed assay reaction time. Thus, the ability to control flow rates and obtain constant incubation and reaction times during dilutions in microfluidic systems is useful for integrating fluid sample and reagent operations in the form of microfluidic assays. Also, a constant flow rate, eg, in a microfluidic device with a single pressure source, helps to reduce reagent usage as the reagent is added after dilution. Another technique useful for integration into microfluidic formats is the ability to simultaneously measure different concentrations of samples and perform different concentrations of reactions at the same time, and / or test one sample against a panel of different reagents at the same time. Have the ability. Thus, improved methods of controlling flow rates during dilution and multiple concentration assays are desirable, especially with the advantages of high throughput, low cost microfluidic systems. The present invention provides these and other features and presents a high throughput microscale system that contributes to dilution, reduced reagent consumption, multiple concentration measurements and many other features that will be apparent from the entire description below. .

【0004】 発明の概要 本発明は、ミクロ流体装置において流量を調節し且つ試薬消費を抑えるための
装置及び方法を提供する。一つの態様では、本発明は、構造的に主チャネルから
流体を抜き出す構成のフローリダクションチャネルを含むことで主チャネル中の
流量を低減する装置を提供する。 流量の調節に加えて、これらのチャネルは、サンプル物質の導入地点での物質
の流量を低減することにより、試薬消費も抑える。試薬消費の追加的な抑制は、
主チャネルより小さい断面寸法のフローリダクションチャネルを用いることによ
り適宜得られる。試薬消費の追加的な抑制のため、第2のフローリダクションチ
ャネルも適宜追加される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides devices and methods for regulating flow rates and reducing reagent consumption in microfluidic devices. In one aspect, the invention provides an apparatus for reducing flow in a main channel by structurally including a flow reduction channel configured to draw fluid from the main channel. In addition to regulating the flow rate, these channels also reduce reagent consumption by reducing the flow rate of material at the point of introduction of sample material. An additional control of reagent consumption is
It can be obtained by using a flow reduction channel having a cross-sectional size smaller than that of the main channel. A second flow reduction channel is also added as appropriate for additional suppression of reagent consumption.

【0005】 別の態様では、フローリダクションチャネルは、サンプルの連続(serial)稀釈
を行いかつ各稀釈レベルに対応する測定値を得る方法を提供する。フローリダク
ションチャネルは、各稀釈にて流量を増すことなくサンプルの連続稀釈を行う方
法を提供する。別法として、混合地点の下流のチャネルの断面積を変えることが
できる。各々のフローリダクションチャネルに検出領域が設けられ、各々の稀釈
レベルにて測定値が適宜得られる。
In another aspect, a flow reduction channel provides a method for performing serial dilutions of a sample and obtaining measurements corresponding to each dilution level. The flow reduction channel provides a way to perform continuous dilution of the sample without increasing the flow rate at each dilution. Alternatively, the cross-sectional area of the channel downstream of the mixing point can be varied. A detection region is provided in each flow reduction channel, and a measurement value is appropriately obtained at each dilution level.

【0006】 一つの態様では、本発明のミクロ流体装置は本体構造部と主圧力源とを含む。
本体構造部は、その中に配置された主チャネルを含み、主チャネルは主圧力源に
流動自在に連結される。また、本体構造部は、1又は2以上の交差地点にて主チ
ャネルと交差する1又は2以上のフローリダクションチャネルをも含む。構造上
、フローリダクションチャネルは、流体の流れが1又は2以上の交差地点を通過
する際に主チャネル中の流体の圧力又は速度を低減する構成をなす。また、本体
構造部は、1又は2以上のフローリダクションチャネルに流動自在に連結された
第1圧力源を含むことができる。第1圧力源は、第1圧力源に向かう流れの方向
にて1又は2以上の交差地点の下流にて、1又は2以上のフローリダクションチ
ャネルに配置される。好ましい実施態様では、第1圧力源と主圧力源は同じであ
り、一般にフローリダクションチャネルから下流の位置にて主チャネルに流動自
在に連結された単一の真空源である。
In one aspect, the microfluidic device of the present invention includes a body structure and a main pressure source.
The body structure includes a main channel disposed therein, the main channel being fluidly connected to a main pressure source. The body structure also includes one or more flow reduction channels that intersect the main channel at one or more intersections. Structurally, the flow reduction channel is configured to reduce the pressure or velocity of the fluid in the main channel as the fluid flow passes through one or more intersections. Also, the body structure can include a first pressure source fluidly coupled to one or more flow reduction channels. The first pressure source is arranged in the one or more flow reduction channels downstream of the one or more intersections in the direction of flow towards the first pressure source. In a preferred embodiment, the first pressure source and the main pressure source are the same, generally a single vacuum source fluidly connected to the main channel at a location downstream from the flow reduction channel.

【0007】 別の態様では、ミクロ流体装置は、本体構造部と一般に単一の圧力源である主
圧力源とを含む。本体構造部は、その中に配置され主圧力源に流動自在に連結さ
れた主チャネルを含む。また、本体構造部は、第1交差地点と第2交差地点で主
チャネルと交差する1又は2以上のフローリダクションチャネルを含み、バイパ
スのループを形成する。構造上、この1又は2以上のフローリダクションチャネ
ルは、流体流が第2交差地点に向かう方向に第1交差地点を通過する際に主チャ
ネル中の流体の圧力又は速度を低減する構成をなす。例えば、一般に主圧力源は
、主圧力源に向かう流れの方向にて1又は2以上のフローリダクションチャネル
から下流の位置にて、主チャネルに流動自在に連結される。 本発明の装置は、主チャネルに流動自在に連結した2又はそれより多いフロー
リダクションチャネルを一般に含むが、適宜、約3〜約4のフローリダクション
チャネル、約5〜約10のフローリダクションチャネル又は約10若しくは11
以上のフローリダクションチャネルを含む。フローリダクションチャネルの断面
寸法は、適宜、主チャネルの断面寸法より大きいか又は小さい。 また、1又は2以上のフローリダクションチャネルは、適宜、交差しないチャ
ネル又は交差したチャネルである。例えば、フローリダクションチャネルは、適
宜、試薬などの追加物質用のソース又はリザバーと交差する。一つの実施態様で
は、フローリダクションチャネルは、一般にフローリダクションチャネルより小
さい断面寸法の第2フローリダクションチャネルと交差する。
In another aspect, a microfluidic device includes a body structure and a main pressure source, which is generally a single pressure source. The body structure includes a main channel disposed therein and fluidly connected to a main pressure source. In addition, the main body structure portion includes one or more flow reduction channels that intersect the main channel at the first intersection and the second intersection, and forms a bypass loop. Structurally, the one or more flow reduction channels are configured to reduce the pressure or velocity of the fluid in the main channel as the fluid flow passes through the first intersection in a direction toward the second intersection. For example, typically the main pressure source is fluidly coupled to the main channel at a location downstream from one or more flow reduction channels in the direction of flow towards the main pressure source. The device of the present invention generally comprises two or more flow reduction channels fluidly connected to the main channel, but, where appropriate, about 3 to about 4 flow reduction channels, about 5 to about 10 flow reduction channels or about. 10 or 11
It includes the above flow reduction channels. The cross-sectional dimension of the flow reduction channel is larger or smaller than the cross-sectional dimension of the main channel, as appropriate. The one or more flow reduction channels are channels that do not intersect or channels that intersect as appropriate. For example, the flow reduction channel optionally intersects a source or reservoir for additional substances such as reagents. In one embodiment, the flow reduction channel intersects a second flow reduction channel that is generally smaller in cross-sectional dimension than the flow reduction channel.

【0008】 別の実施態様では、本発明の装置は、前記1又は2以上のフローリダクション
チャネル内又はその近傍にて1又は2以上の検出領域をさらに含む。本装置は、
適宜、1又は2以上の検出器から成る検出システムを含み、この検出器は、検出
領域の近傍又は主チャネルと前記1又は2以上のフローリダクションチャネルの
うちの少なくとも1つの両方の近傍に配置される。好ましくは、前記1又は2以
上のフローリダクションチャネルの各々における信号を同時に検出すべく、単一
の検出器が配置される。別法として、単一の検出器が種々のチャネルに亘って走
査する。コンピュータとソフトウエアは、適宜、検出システムにより検出される
信号を分析するための装置内に含まれる。例えば、ソフトウエアは、関心のある
成分やそれらの濃度などを検出する命令セットを含み得る。 別の実施態様では、本装置は、主チャネルに沿った第1位置にて主チャネルと
流動自在に連結した第1流体物質のソース、及び主チャネルに沿った第2位置に
て主チャネルと流動自在に連結した第2流体物質のソースをさらに含む。一般に
、これらの流体物質ソースは、前記1又は2以上のフローリダクションチャネル
のうちの少なくとも1つより上流にあり、流体物質を本装置に導入するのに使用
される。第1流体物質と第2流体物質は、適宜、同じ又は異なる物質であり、一
般にサンプル物質及び稀釈剤又は緩衝剤物質を含む。
In another embodiment, the device of the present invention further comprises one or more detection regions in or near said one or more flow reduction channels. This device
Optionally, it comprises a detection system consisting of one or more detectors, which detectors are arranged in the vicinity of the detection area or both of the main channel and at least one of said one or more flow reduction channels. It Preferably, a single detector is arranged to simultaneously detect the signals in each of the one or more flow reduction channels. Alternatively, a single detector scans over the various channels. Computer and software are optionally included in the device for analyzing the signals detected by the detection system. For example, the software may include a set of instructions that detect components of interest, their concentrations, and the like. In another embodiment, the device comprises a source of a first fluid substance in fluid communication with the main channel at a first position along the main channel and a flow with the main channel at a second position along the main channel. Further included is a freely connected source of second fluid material. Generally, these fluid substance sources are upstream of at least one of the one or more flow reduction channels and are used to introduce the fluid substance into the device. The first fluid material and the second fluid material are, where appropriate, the same or different materials and generally include the sample material and the diluent or buffer material.

【0009】 別の実施態様では、本装置の流体物質は、流体指示システムによりチャネルを
通して指示される。流体指示システムは、第1流体物質と第2流体物質の移動を
それらのソースから主チャネルに方向付け、それにより、第1流体物質と第2流
体物質を化合させて第3流体物質を形成する。また、流体指示システムは、第3
流体物質の第1部分の移動を主チャネルからフローリダクションチャネルに向け
る一方、第3流体物質の第2部分は主チャネル中に残す。次に、第3流体物質の
第2部分は、適宜、主チャネルを通して送られる。 本装置の動作中、第1流体物質(例えばサンプルは)、それが主チャネルを通
って流れる際に第1流量を有する。第2流体物質(例えば緩衝剤)を加えて第3
流体物質(例えば稀釈されたサンプル)を形成する際、主チャネル中の流量は増
大する。従って、第3流体物質又は稀釈されたサンプルは、第1流体物質又はサ
ンプルの流量より大きな第2流量を有する。第2流量は、第3流体物質の第1部
分が主チャネルからフローリダクションチャネル中に移動した後に減少する。一
つの実施態様における第2流量は、第1流量と実質的に同じレベルまで減少し、
その結果、本装置は実質的に一定の流量を維持する。
In another embodiment, the fluidic substance of the device is directed through the channel by a fluidic pointing system. The fluid-indicating system directs the movement of the first fluid substance and the second fluid substance from their sources into the main channel, thereby combining the first fluid substance and the second fluid substance to form a third fluid substance. . Also, the fluid indicating system is a third
The movement of the first portion of the fluid substance is directed from the main channel to the flow reduction channel, while the second portion of the third fluid substance remains in the main channel. The second portion of the third fluid material is then optionally routed through the main channel. During operation of the device, a first fluid material (eg, sample) has a first flow rate as it flows through the main channel. Add a second fluid material (eg, a buffer) and add a third
In forming the fluid material (eg, diluted sample), the flow rate in the main channel is increased. Thus, the third fluid material or diluted sample has a second flow rate that is greater than the flow rate of the first fluid material or sample. The second flow rate decreases after the first portion of the third fluid material has moved from the main channel into the flow reduction channel. The second flow rate in one embodiment is reduced to substantially the same level as the first flow rate,
As a result, the device maintains a substantially constant flow rate.

【0010】 別の実施態様では、本発明の装置は、前記1又は2以上のフローリダクション
チャネルのうちの少なくとも1つの下流にある第3位置にて、主チャネルと流動
自在に連結した第4流体物質のソースをさらに含む。流体指示システムは、第4
流体物質の移動をそのソースから主チャネルに向ける。一般に、第4流体物質は
、第3流体物質(例えば稀釈されたサンプル)と反応して生成物を作る試薬物質
である。1又は2以上の試薬物質(例えば基質物質と酵素)が、適宜、この方法
にて本装置に加えられる。本装置は、試薬物質が主チャネルに移動する前に第3
流体物質の流量を低減することにより試薬物質の消費を抑える。
In another embodiment, the apparatus of the invention comprises a fourth fluid in fluid communication with the main channel at a third position downstream of at least one of the one or more flow reduction channels. Further includes a source of material. The fluid indicating system is the fourth
Direct the movement of fluid material from its source to the main channel. Generally, the fourth fluid material is a reagent material that reacts with a third fluid material (eg, a diluted sample) to produce a product. One or more reagent substances (eg substrate substance and enzyme) are optionally added to the device in this manner. The device is designed to allow a third
Reducing the flow rate of the fluid substance reduces the consumption of the reagent substance.

【0011】 別法として、試薬物質がフローリダクションチャネルに加えられる。フローリ
ダクションチャネルが主チャネルより小さい断面寸法を有する構成の場合には、
試薬の消費はさらに抑えられる。また、第2フローリダクションチャネルが適宜
加えられてフローリダクションチャネルから流体を抜き出す。第2圧力チャネル
の小さい寸法によっても同様に試薬の消費が抑えられる。 ミクロ流体装置において流体の体積流量を調節する方法も与えられる。この方
法は、上述したような本体構造部を設けること、及び主チャネルを通して第1流
体物質を流すことを含む。第2流体物質を主チャネル中に流して第1流体物質と
化合させ、第3流体物質を得る。第3流体物質の第1部分をフローリダクション
チャネルに流し、第3流体物質の第2部分を主チャネルに流し、それにより、主
チャネル中及び1又は2以上のフローリダクションチャネル中の第3流体物質の
流量を調節する。適宜、これらの工程を反復して繰り返し、チャネル内の物質の
流量を実質的に増すことなく連続稀釈を行う。
Alternatively, the reagent substance is added to the flow reduction channel. For configurations where the flow reduction channel has a smaller cross-sectional dimension than the main channel,
The consumption of reagents is further reduced. Also, a second flow reduction channel is added as appropriate to draw fluid from the flow reduction channel. The small size of the second pressure channel likewise reduces reagent consumption. A method for adjusting the volumetric flow rate of a fluid in a microfluidic device is also provided. The method includes providing a body structure as described above and flowing a first fluid substance through the main channel. A second fluid material is flowed into the main channel to combine with the first fluid material to obtain a third fluid material. Flowing a first portion of a third fluid material into a flow reduction channel and a second portion of a third fluid material into a main channel, thereby causing a third fluid material in the main channel and in one or more flow reduction channels. Adjust the flow rate of. Where appropriate, these steps are repeated in series to effect continuous dilution without substantially increasing the flow rate of material in the channel.

【0012】 一つの実施態様では、本方法は、検出領域を通して第3流体物質を流すことを
さらに含む。この検出領域は、適宜、第4流体物質を主チャネルに加えて第3流
体物質と反応させる位置の下流にある。フローリダクションチャネルにより流量
を低減した後に第4物質を加えることにより、試薬の消費を減少させる。 また、本方法は、各フローリダクションチャネルの近傍に検出器を設けること
により、複数又は反復濃度にて単一サンプルの複数の測定値を、又は複数のアッ
セイを行った後の単一サンプルの複数の測定値を得る。別法として、チャネルは
、1つの検出器が各チャネルからの信号を検出することで同時に複数の濃度又は
アッセイ生成物を測定できるように構成される。 別の実施態様では、本発明は、ミクロ流体装置への自然注入(spontaneous inj
ection)から圧力の摂動を抑える方法及び装置を提供する。上述の装置は、適宜
、自然注入による圧力の摂動を抑えるのに使用される。外部のサンプルソース(
例えば1又は2以上のマイクロウェルプレート)からサンプルを吸って毛細管を
通ってミクロ流体装置に入れる際に、自然注入が生じる。
[0012] In one embodiment, the method further comprises flowing a third fluidic substance through the detection region. This detection region is optionally downstream of the position at which the fourth fluid material is added to the main channel to react with the third fluid material. Reagent consumption is reduced by adding a fourth substance after reducing the flow rate by the flow reduction channel. The method also provides multiple measurements of a single sample at multiple or repeated concentrations, or multiple single samples after multiple assays, by providing a detector near each flow reduction channel. Get the measured value of. Alternatively, the channels are configured so that one detector can measure multiple concentrations or assay products at the same time by detecting the signal from each channel. In another embodiment, the present invention provides a spontaneous infusion of a microfluidic device.
section and method for suppressing pressure perturbations. The devices described above are optionally used to suppress pressure perturbations due to spontaneous injection. External sample source (
Spontaneous injection occurs when sucking a sample from one or more microwell plates, for example, through a capillary into a microfluidic device.

【0013】 自然注入による圧力摂動を低減又は除去する方法は、毛細管の開放端をサンプ
ルソースに浸すことでサンプルソースからサンプルを抜き出して毛細管に入れる
ことを含む。一般に第1圧力に維持されている毛細管は、ミクロ流体装置に流動
自在に連結され、サンプルが毛細管から該装置に流される。本方法は、毛細管の
開放端をサンプルソースから引き出すことをさらに含む。サンプルの第1部分は
、この開放端に残り、毛細管に圧力を及ぼすサンプルの表面張力により毛細管に
自然に注入される。サンプルは毛細管からミクロ流体装置に流される。サンプル
の第2部分は、毛細管から第1交差地点にて毛細管と交差する主チャネルに流さ
れる。サンプルの第3部分は、第1交差地点又は第1交差地点の下流にて主チャ
ネルと交差するフローリダクションチャネル又は分路チャネルを通って流される
。サンプルの一部をフローリダクションチャネルに流すことにより、主チャネル
で必要な流量よりも大きな流量が毛細管において作られ、それにより、毛細管に
おいてより大きな圧力勾配が生じる。毛細管におけるこのより高い圧力勾配によ
り、毛細管の開放端での自然注入の圧力摂動の影響が抑えられ、それにより、主
チャネルにおける圧力摂動が抑制される。
A method of reducing or eliminating pressure perturbations due to natural injection involves extracting a sample from the sample source into the capillary by dipping the open end of the capillary into the sample source. A capillary, which is generally maintained at a first pressure, is fluidly coupled to a microfluidic device and a sample is flowed from the capillary to the device. The method further includes withdrawing the open end of the capillary tube from the sample source. The first portion of the sample remains at this open end and is naturally injected into the capillary by the surface tension of the sample exerting pressure on the capillary. The sample is flowed from the capillary into a microfluidic device. The second portion of the sample is flowed from the capillary into the main channel that intersects the capillary at the first intersection. A third portion of the sample is flowed through a flow reduction channel or a shunt channel that intersects the main channel at or downstream of the first intersection. By flowing a portion of the sample through the flow reduction channel, a larger flow rate is created in the capillary than is needed in the main channel, which results in a larger pressure gradient in the capillary. This higher pressure gradient in the capillaries reduces the effects of pressure perturbations of spontaneous injection at the open ends of the capillaries, thereby suppressing pressure perturbations in the main channel.

【0014】 自然注入を抑制する装置例では、毛細管は入口領域と出口領域とを含む。一般
に第1圧力(例えば大気圧)に維持された入口領域は、装置の動作中少なくとも
第1サンプルソースと、及びミクロ流体の本体構造部に流動自在に連結される。 一般に、本装置の本体構造部は、その中に配置された複数の微小規模のチャネ
ルを含む。微小規模のチャネルは、上流領域と下流領域とを有する主チャネルを
含む。主チャネルの上流領域は、第1交差地点にて毛細管の出口領域に流動自在
に連結される。主チャネルに加えて、本装置は、上述の分路チャネル又はフロー
リダクションチャネルを含む。分路チャネルは、主チャネルの少なくとも上流領
域に流動自在に連結され、適宜、同様に主チャネルの下流領域に流動自在に連結
される。一般に、流体指示システムは、流体を毛細管の出口領域から主チャネル
に送り、流体の一部を分路又はバイパスチャネルに振り分け、それにより、主チ
ャネルへの自然注入による主チャネルにおける圧力摂動を低減する。
In an example device for suppressing spontaneous injection, the capillary tube includes an inlet region and an outlet region. The inlet region, which is generally maintained at a first pressure (e.g., atmospheric pressure), is fluidly connected to at least a first sample source and to the microfluidic body structure during operation of the device. Generally, the body structure of the device includes a plurality of microscale channels disposed therein. Microscale channels include a main channel having an upstream region and a downstream region. The upstream region of the main channel is fluidly connected to the outlet region of the capillary at the first intersection. In addition to the main channel, the device comprises a shunt channel or a flow reduction channel as described above. The shunt channel is fluidly connected to at least an upstream region of the main channel and, where appropriate, also to a downstream region of the main channel. Generally, the fluid-indicating system directs fluid from the exit region of the capillary into the main channel and diverts some of the fluid to a shunt or bypass channel, thereby reducing pressure perturbations in the main channel due to spontaneous injection into the main channel. .

【0015】 発明の詳細な説明 本発明は、ミクロ流体チャネルシステムにおいて流量を調節するためのミクロ
流体方法及び装置を提供し、特に、チャネルを通る物質の流れが単一の圧力源に
より駆動される圧力誘導流(pressure induced flow)であるシステムを提供する
。本発明は、フローリダクションチャネルを含んだ装置を提供し、このフローリ
ダクションチャネルは、構造上、主チャネル中に物質が流れる際に装置の主チャ
ネルから物質を抜き出す構成をなし、それにより、主チャネルにおける圧力、体
積流量及び/又は速度を低減する。要するに、本発明は、物質の流れを複数の部
分に分割し、これら全てを単一の真空源により制御することで流量を制御する。 これらの方法は、例えば、吸引毛細管を含むミクロ流体装置において実行され
るとき、自然注入摂動を抑制するのにも有効である。例えば、サンプルは、一般
に、マイクロウェルプレートから吸引毛細管に流し、次にミクロ流体チャネル(
例えば主チャネル)に入れる。サンプルの一部を主チャネルからフローリダクシ
ョンチャネルに流すと、吸引毛細管と、フローリダクションチャネルと主チャネ
ルの交差地点との間に差圧が生じる。この差圧が、吸引毛細管の先端からミクロ
流体装置への流体の自然注入による圧力摂動を抑制する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a microfluidic method and apparatus for regulating flow rate in a microfluidic channel system, in particular, the flow of material through the channel is driven by a single pressure source. It provides a system that is pressure induced flow. The present invention provides a device that includes a flow reduction channel, the flow reduction channel being structurally configured to withdraw material from the main channel of the device as the material flows into the main channel, whereby the main channel Reduce the pressure, volumetric flow rate and / or velocity at. In essence, the present invention controls the flow rate by dividing the material flow into multiple parts, all controlled by a single vacuum source. These methods are also effective in suppressing spontaneous injection perturbations, for example, when performed in microfluidic devices that include suction capillaries. For example, a sample is typically run from a microwell plate into a suction capillary, and then the microfluidic channel (
For example, the main channel). Flowing a portion of the sample from the main channel into the flow reduction channel creates a pressure differential between the suction capillary and the intersection of the flow reduction channel and the main channel. This differential pressure suppresses pressure perturbations due to spontaneous injection of fluid from the tip of the suction capillary into the microfluidic device.

【0016】 また、本発明は、例えば、単一の検出領域内に集まったチャネルを設けること
により、種々のフローリダクションチャネル中の信号を同時に検出することによ
り、単一のサンプルについて複数の濃度測定値を同時に得るための方法を提供す
る。従って、本発明により、単一の真空源を備えたミクロ流体装置において、実
質的に流量を増やしたり試薬消費を増やしたりすることなく、連続稀釈と複数の
濃度測定値の取得が可能になる。 他の実施態様では、本発明の装置は、単一の試験化合物について同時に複数の
アッセイを行うのに使用される。例えば、単一のサンプルが、適宜、複数の部分
に分割され、複数の並列チャネルに流される。複数のチャネルの各々に流動自在
に連結された試薬ウェルが、サンプルの種々の部分を種々の試薬と接触させるの
に使用される。異なる反応又はアッセイ(例えば結合アッセイ(binding assay)
が、適宜、異なるチャネルの各々において実行される。別法として、例えば異な
る酵素イソフォーム(isoform)のみが相違点で、同じ反応が各チャネルで実行さ
れる。単一の検出領域に集中する複数のチャネルを設けることにより、種々のア
ッセイの結果が、適宜、同時に検出される。
The present invention also provides for multiple concentration measurements on a single sample by, for example, providing channels gathered within a single detection region to simultaneously detect signals in various flow reduction channels. It provides a way to get the values at the same time. Thus, the present invention allows for serial dilutions and acquisition of multiple concentration measurements in a microfluidic device with a single vacuum source, without substantially increasing flow rate or reagent consumption. In another embodiment, the device of the invention is used to perform multiple assays simultaneously on a single test compound. For example, a single sample can be divided into multiple portions and run in multiple parallel channels, as appropriate. Reagent wells fluidly coupled to each of the plurality of channels are used to contact different portions of the sample with different reagents. Different reactions or assays (eg binding assay)
Are performed in each of the different channels, as appropriate. Alternatively, the same reaction is carried out in each channel, with the only difference being, for example, the different enzyme isoforms. By providing multiple channels centered on a single detection region, the results of various assays are detected simultaneously, as appropriate.

【0017】 I.フローリダクションチャネルを含むミクロ流体装置 ミクロ流体装置においては、関心のあるサンプル物質の容積は極度に小さいが
、これらの物質の濃度を稀釈するために、より大きい容積の第2物質、例えば稀
釈剤や緩衝剤などがサンプル物質に加えられる。より大きな容積の流体をミクロ
流体システムに加えると、稀釈後のサンプルに加えられる試薬、例えば基質及び
酵素試薬が稀釈された抑制剤サンプルに加えられるので、試薬消費が増す。例え
ば、単一の真空源により流れが駆動される装置のチャネルについて容積を増せば
、流量が増し、このことが試薬消費を増大させる。本発明の装置は、稀釈が行な
われるチャネルから流体を抜き出してフローリダクションチャネルに入れること
によりこの問題を解決する。例えば、流体が主チャネルに加えられて例えばサン
プルを稀釈する際に、主チャネル中の流体の流量が増す。チャネル(例えばフロ
ーリダクションチャネルやバイパスループ)が流体の一部を主チャネルから取り
入れるべく配置されている場合、主チャネル中の流体の量が減ると、流量が例え
ばそのプレ稀釈レベル(pre-dilution level)まで減少する。従って、ミクロ流体
装置におけるチャネルの配置は、流体を主チャネルから除去することにより流量
を低減させる。追加的な流量の低減は、例えばフローリダクションチャネルから
流体を抜き出して第2フローリダクションチャネルに入れることにより、適宜実
現される。
I. Microfluidic Devices Containing Flow Reduction Channels In microfluidic devices, the volume of sample material of interest is extremely small, but in order to dilute the concentration of these materials, a larger volume of a second material, such as diluent or A buffer or the like is added to the sample material. Adding a larger volume of fluid to the microfluidic system increases reagent consumption as reagents added to the diluted sample, such as substrate and enzyme reagents, are added to the diluted inhibitor sample. For example, increasing the volume for the channels of a device whose flow is driven by a single vacuum source increases the flow rate, which increases reagent consumption. The device of the present invention solves this problem by withdrawing fluid from the channel in which it is diluted and entering the flow reduction channel. For example, as fluid is added to the main channel to dilute the sample, for example, the flow rate of the fluid in the main channel increases. If a channel (eg, a flow reduction channel or bypass loop) is arranged to draw a portion of the fluid from the main channel, the flow rate will decrease, for example, to its pre-dilution level as the amount of fluid in the main channel decreases. ). Thus, the arrangement of channels in a microfluidic device reduces the flow rate by removing fluid from the main channel. Additional flow reductions are conveniently achieved, for example, by withdrawing fluid from the flow reduction channel and entering it into the second flow reduction channel.

【0018】 フローリダクションチャネルがミクロ流体吸引装置(例えば外部吸引毛細管を
含む装置)において用いられて流体を主チャネルから分路するとき、吸引毛細管
に対する圧力勾配が生じる。この圧力勾配は、例えば毛細管がマイクロウェルプ
レートのウェルからウェルに移動する際に、吸引毛細管への流体の自然注入によ
る圧力摂動を低減させる。 流量を制御するべく本発明において使用されるフローリダクションチャネルの
構成は、複数の濃度アッセイ用の装置をも提供する。複数の濃度アッセイは、複
数のフローリダクションチャネルを含む装置において連続稀釈を行うことにより
実現される。各稀釈の後、流体の一部が主チャネルから抜き出されてフローリダ
クションチャネルに入れられる。複数の稀釈後に複数のフローリダクションチャ
ネルが使用されるとき、各々のフローリダクションチャネルは異なる濃度のサン
プル物質を含む。次に、1又は2以上の検出器により、複数の濃度にてサンプル
が検出される。 さらに、試薬をフローリダクションチャネルに加えることにより、フローリダ
クションチャネルにおいて反応を適宜起こさせる。このことにより、例えば高ス
ループットシステムにおいて酵素の反応機構(kinetics)を決めるために、種々の
サンプル濃度にて同時に反応を実行可能となる。
When a flow reduction channel is used in a microfluidic suction device (eg, a device that includes an external suction capillary) to shunt fluid from the main channel, a pressure gradient is created across the suction capillary. This pressure gradient reduces pressure perturbations due to spontaneous injection of fluid into the suction capillary as the capillary moves from well to well of a microwell plate. The flow reduction channel configuration used in the present invention to control the flow rate also provides an apparatus for multiple concentration assays. Multiple concentration assays are achieved by performing serial dilutions in a device containing multiple flow reduction channels. After each dilution, a portion of the fluid is withdrawn from the main channel and placed in the flow reduction channel. When multiple flow reduction channels are used after multiple dilutions, each flow reduction channel contains a different concentration of sample material. The sample is then detected at multiple concentrations by one or more detectors. Further, by adding a reagent to the flow reduction channel, a reaction is appropriately caused in the flow reduction channel. This allows reactions to be run simultaneously at various sample concentrations, for example to determine enzyme kinetics in a high throughput system.

【0019】 別法として、複数のアッセイは、例えば同一又は異なる濃度にてフローリダク
ションチャネル又は並列チャネル領域において実行される。例えば種々のフロー
リダクションチャネルにおいて複数のサンプルに分割された同一の化合物につい
て、異なるアッセイを行うべく異なる試薬が各チャネルに適宜加えられる。限定
的ではないが、応用例として、人間の血清アルブミン結合アッセイ、遺伝子型ア
ッセイ、高スループットターゲットスクリーン、例えば薬剤スクリーニング、例
えば異なる酵素又はアイソチームのパネルの選択性スクリーン、固有の薬剤蛍光
の測定などが含まれる。反復測定のために例えば異なる濃度又は同一濃度にて並
列チャネル領域の各々において同じアッセイが適宜繰り返される。 また、フローリダクションチャネルにより、流量の低減によりアッセイにおけ
る試薬消費が低減される。上述のフローリダクションチャネルは、一般にミクロ
流体装置に結合され、下記記載のように使用される。 一般に、本装置は本体構造部を含み、その中に微小規模のチャネルが配置され
る。例えば、本システムは、例えば主チャネル、1又は2以上のフローリダクシ
ョンチャネル、及び1又は2以上の第2フローリダクションチャネル又は反応チ
ャネルを一般に含む。これらのチャネルは、互いに、及び流体物質の種々のリザ
バー又は他のソースに流動自在に連結される。限定的ではないが、本発明で使用
される物質には、緩衝剤、稀釈剤、基質溶液、酵素溶液、及びサンプル溶液が含
まれる。また、チャネルは検出領域を適宜含む。
Alternatively, multiple assays are performed in flow reduction or parallel channel regions, eg at the same or different concentrations. For example, for the same compound divided into multiple samples in different flow reduction channels, different reagents are added to each channel as appropriate to perform different assays. Applications include, but are not limited to, human serum albumin binding assays, genotype assays, high throughput target screens such as drug screening, eg selectivity screens for panels of different enzymes or isozymes, measurement of intrinsic drug fluorescence, etc. Is included. For repeated measurements, the same assay is optionally repeated in each of the parallel channel regions, eg at different or the same concentration. The flow reduction channel also reduces reagent consumption in the assay due to the reduced flow rate. The flow reduction channel described above is typically coupled to a microfluidic device and used as described below. In general, the device includes a body structure in which microscale channels are located. For example, the system generally includes, for example, a main channel, one or more flow reduction channels, and one or more second flow reduction or reaction channels. These channels are fluidly connected to each other and to various reservoirs or other sources of fluid material. Materials used in the present invention include, but are not limited to, buffers, diluents, substrate solutions, enzyme solutions, and sample solutions. In addition, the channel appropriately includes a detection region.

【0020】 例えば、種々のチャネル及びチャネル領域がミクロ流体装置の至る所に配置さ
れる。一般に、本装置は主チャネルを含み、その中にサンプルが導入される。例
えば、関心のある酵素の潜在的な調節剤(modulator)又は活性剤を含んだサンプ
ルがチャネルに導入される。次に、酵素の反応速度についての調節剤(例えば活
性剤又は抑制剤)の効果を決めるアッセイが、調節剤の存在下で酵素が基質と反
応できるようにすることにより適宜実行される。運動(kinetic)パラメータへの
濃度の効果を決めるのに、しばしば、複数の濃度にて反応速度が調べられる。本
発明の装置により、流量を増すことなく試薬消費を最小にする一方で固定チャネ
ル長に対して一定の反応時間を維持して、ミクロ流体装置において連続稀釈を行
い得る。本発明では、複数の濃度測定を同時に行うための装置も提供される。
For example, various channels and channel regions are located throughout the microfluidic device. Generally, the device includes a main channel in which the sample is introduced. For example, a sample containing a potential modulator or activator of the enzyme of interest is introduced into the channel. An assay to determine the effect of the modulator (eg, activator or inhibitor) on the reaction rate of the enzyme is then optionally performed by allowing the enzyme to react with the substrate in the presence of the modulator. To determine the effect of concentration on kinetic parameters, the kinetics are often examined at multiple concentrations. The device of the present invention allows for continuous dilution in a microfluidic device while maintaining constant reaction time for a fixed channel length while minimizing reagent consumption without increasing flow rate. The present invention also provides an apparatus for making multiple concentration measurements simultaneously.

【0021】 フロー及び/又は圧力低減チャネルは、主チャネル又は別のフローリダクショ
ンチャネルにおいて圧力及び/又は流量を低減する構造上の構成をなしたチャネ
ルである。「圧力/流量を低減する構造上の構成をなした」チャネルは、所望の
流量を与える構成をなしたものである。チャネル中の流体の圧力、流量又は速度
を低減する構造上の構成をなしたチャネルを含む装置は、一般に、例えば真空源
や動電学的な力のような力の調整に基づくのとは対照的に、流体を運んでチャネ
ル中の圧力及び/又は速度を調整するチャネルの構造上の構成に基づいている。
流量を調節すべくチャネルを構成することにより、単一で一定の駆動力が、シス
テム全体(例えば単一の真空源)に亘って適宜加えられる。 例えば、複数のチャネルとサンプルソースが流動自在に連結されている場合、
単一の真空源は、該ソースから試薬を抜き出してチャネルに入れ、チャネルを通
してサンプルを移動させることができる。本発明においてチャネルがフローリダ
クションチャネルとして構成されている場合、真空は主チャネルのみならずフロ
ーリダクションチャネルを通しても流体を引張り、その流れを2つの部分に分割
して速度を低下させる。一般に、本発明のフローリダクションチャネルは、流れ
の一部がフローリダクションチャネル中に方向が変えられる前にアッセイ成分の
混合が完了するように、十分離して間隔を開けて配置される。
A flow and / or pressure reduction channel is a channel that is structurally configured to reduce pressure and / or flow in the main channel or another flow reduction channel. Channels that are "structurally configured to reduce pressure / flow rate" are those that are configured to provide the desired flow rate. Devices that include structurally configured channels that reduce the pressure, flow rate, or velocity of a fluid in the channel are generally based on regulation of forces, such as vacuum sources or electrokinetic forces, as opposed to In particular, it is based on the structural configuration of the channel that carries fluid to regulate pressure and / or velocity in the channel.
By configuring the channels to regulate the flow rate, a single, constant driving force is conveniently applied across the entire system (eg, a single vacuum source). For example, if multiple channels and sample sources are fluidly connected,
A single vacuum source can draw reagents from the source into the channel and move the sample through the channel. When the channel is configured as a flow reduction channel in the present invention, the vacuum pulls fluid through the flow reduction channel as well as the main channel, splitting the flow into two parts and reducing velocity. In general, the flow reduction channels of the present invention are spaced apart so that mixing of assay components is complete before a portion of the flow is diverted into the flow reduction channel.

【0022】 一般に、チャネルは、チャネル長又は断面を変えるか、又は流れ遅延マトリッ
クスを加えることにより構成される。チャネル構成におけるこれらの変化により
、チャネル中の流体の流れに対する抵抗が変わり、それにより流量が変化する。
例えば、チャネル幅を狭くすることにより、流れに対する抵抗が大きくなること
で流量は減少する。構造上、流体の流れを減少させるべくチャネルを構成する好
ましい方法は、1つのチャネル(例えば圧力及び/又はフローリダクションチャ
ネル)が別のチャネル(例えば主チャネル)から流体を引っ張ることで主チャネ
ル中の抵抗を減少させるように、複数のチャネルを設計又は配置することである
。よって、チャネル中の物質の流量は正確に調節され、試薬消費がフローリダク
ションチャネルの適当な構成により抑えられる。上述の方法のうち1つ又はそれ
より多くを用いることにより、所望の特定量だけ圧力又は流量を低減するように
適宜チャネルが構造上構成される。チャネル長及び寸法を用いて所望の流量のチ
ャネル構造を構成することの詳細は、例えば1999年1月28日付けのUSS
N09/238,467を参照されたい。
In general, channels are constructed by varying the channel length or cross section, or by adding a flow delay matrix. These changes in the channel configuration change the resistance to fluid flow in the channel, which in turn changes the flow rate.
For example, narrowing the channel width increases the resistance to flow and thus reduces the flow rate. Structurally, the preferred method of configuring the channels to reduce fluid flow is to create a channel in the main channel by pulling fluid from one channel (eg, pressure and / or flow reduction channel) from another channel (eg, main channel). Designing or arranging multiple channels to reduce resistance. Thus, the flow rate of the substance in the channel is precisely adjusted, and the reagent consumption is suppressed by the proper configuration of the flow reduction channel. By using one or more of the methods described above, the channels are structurally configured to reduce the pressure or flow rate by the desired specific amount. Details of constructing a channel structure with a desired flow rate using channel lengths and dimensions can be found, for example, in USS Jan. 28, 1999.
See N09 / 238,467.

【0023】 本発明では、流量及び/又は圧力の低減は、一般に、例えば圧力を抜く(tappi
ng off)ことにより主チャネルから流体を抜き出してフローリダクションチャネ
ル又は分路チャネルに入れることで実現される。第2フローリダクションチャネ
ルは、別のフローリダクションチャネルから流体を抜き出すフローリダクション
チャネルである。好ましくは、これらの第2フローリダクションチャネルは、流
体を抜き出すチャネルよりも小さい断面寸法を有する。この場合、チャネルは、
試薬物質のソースに流動自在に連結されている場合には反応チャネルとして適宜
機能する。この種の反応チャネルは試薬の消費を低減させる。というのは、流量
が低減され、チャネルの寸法が縮小され、その結果、関心のあるアッセイを実行
するのに必要な試薬の量がより少なくなるからである。
In the present invention, reducing the flow rate and / or pressure generally involves, for example, depressurizing (tappi
ng off) to extract the fluid from the main channel and put it in the flow reduction channel or the shunt channel. The second flow reduction channel is a flow reduction channel that draws fluid from another flow reduction channel. Preferably, these second flow reduction channels have a smaller cross-sectional dimension than the fluid withdrawal channels. In this case, the channel is
When fluidly connected to the source of the reagent substance, it functions appropriately as a reaction channel. This type of reaction channel reduces the consumption of reagents. Because the flow rate is reduced and the channel dimensions are reduced, resulting in less reagent needed to perform the assay of interest.

【0024】 別法として、本発明におけるチャネルは、例えば単一の化合物について複数の
アッセイを行うために、アッセイチャネルを設けるよう構成される。例えば、ミ
クロ流体装置は、適宜、複数の並列チャネルを設けるように構成される。単一の
サンプルが、適宜、並列チャネルに流動自在に連結された毛細管を通して該装置
に吸引される。サンプルは、適宜、部分に分割され、その各々が別々の並列チャ
ネル領域を通って流される。次に、異なるアッセイが、例えば異なるチャネルの
化学的作用を用いることにより、又は異なる試薬を各チャネルに加えることによ
り、適宜、サンプルの各部分に対して実行される。例えば、異なるチャネルには
、適宜、異なる化学的作用を伴う種々のビーズアレイ、又は異なる分離マトリッ
クスが充填される。別の実施態様では、個別のチャネルは、例えば各チャネルに
異なる化学的作用を与えるべく、異なる表面改質を含む。 用語「下流」は、チャネル又はミクロ流体装置における位置であって、選択さ
れたサイト(site)又は領域に対して流体又は物質の流れの選択された方向におい
てチャネル又は複数のチャネルに沿ってもっと遠い位置を意味する。例えば、圧
力源は、適宜、緩衝剤ウェル又はフローリダクションチャネルよりもチャネルシ
ステムにおける流れの方向に沿ってもっと遠い。従って、流体は主チャネルを下
って流れ緩衝剤ウェルを過ぎ、フローリダクションチャネルを過ぎ、圧力源に向
かう。この実施態様では、圧力源は一般に真空源である。
Alternatively, the channels in the present invention are configured to provide assay channels, eg, to perform multiple assays on a single compound. For example, the microfluidic device is optionally configured to provide multiple parallel channels. A single sample is optionally aspirated into the device through a capillary fluidly connected to parallel channels. The sample is conveniently divided into portions, each of which is flowed through a separate parallel channel region. Different assays are then performed on each portion of the sample, as appropriate, for example, by using different channel chemistries or by adding different reagents to each channel. For example, different channels are filled with different bead arrays with different chemistries, or different separation matrices, as appropriate. In another embodiment, the individual channels include different surface modifications, for example to impart different chemistries to each channel. The term "downstream" is a position in a channel or microfluidic device that is farther along a channel or channels in a selected direction of fluid or substance flow with respect to a selected site or region. Means position. For example, the pressure source is optionally farther along the direction of flow in the channel system than the buffer well or flow reduction channel. Thus, the fluid travels down the main channel past the flow buffer well, past the flow reduction channel and towards the pressure source. In this embodiment, the pressure source is typically a vacuum source.

【0025】 本装置の別の実施態様では、圧力源は、適宜、主チャネルの上流端に配置され
る。「上流」はチャネル又はチャネルシステムにおける位置であって、選択され
たサイト又は領域に対して流体の流れ又は物質流と反対の方向にてチャネル又は
複数のチャネルに沿ってもっと遠い位置を意味する。例えば、圧力源は、適宜、
検出領域より上流にある。圧力源は、適宜、サンプルウェルに配置され、ここで
サンプル物質がシステムに導入される。この場合、圧力源は、圧力源から離れる
方向であってチャネルの反対端(例えば検出領域又は廃棄ウェル)に向かう方向
にチャネルを通じて流体を押す。 リザバー又はウェルは、サンプル、成分、試薬などをアッセイすべく当該装置
に加える場所である。システムへのこれらの要素の導入は、下記のように行われ
る。一般に、リザバーは、サンプル又は試薬がそれが使用される場所より上流に
てシステムに加えられるように配置される。例えば、サンプルが試薬による反応
の前に稀釈されなけらばならないならば、稀釈緩衝剤が試薬ソースより上流で加
えられる。 この場合、一般に、稀釈緩衝剤はフローリダクションチャネルの上流にて主チ
ャネルに加えられ、その結果、緩衝剤物質を加えることによる流量の増加は、フ
ローリダクションチャネルによる圧力の低減により打ち消される。一方、試薬物
質は、より少ない量の試薬を加えるべく流量が低減された後に加えられるように
、一般にフローリダクションチャネルの下流で加えられる。
In another embodiment of the device, the pressure source is optionally located at the upstream end of the main channel. "Upstream" means a position in a channel or channel system that is farther along a channel or channels in a direction opposite a fluid or substance flow to a selected site or region. For example, the pressure source is
It is located upstream of the detection area. A pressure source is optionally placed in the sample well where sample material is introduced into the system. In this case, the pressure source pushes fluid through the channel in a direction away from the pressure source and toward the opposite end of the channel (eg, the detection region or waste well). A reservoir or well is a place where samples, components, reagents, etc. are added to the device for assaying. The introduction of these elements into the system is done as follows. Generally, the reservoir is arranged so that the sample or reagent is added to the system upstream of where it is used. For example, if the sample must be diluted prior to reaction with the reagent, a dilution buffer is added upstream of the reagent source. In this case, the dilution buffer is generally added to the main channel upstream of the flow reduction channel so that the increase in flow rate due to the addition of the buffer substance is offset by the reduction in pressure due to the flow reduction channel. On the other hand, the reagent substance is generally added downstream of the flow reduction channel so that it is added after the flow rate has been reduced to add a smaller amount of reagent.

【0026】 ある実施態様では、異なる試薬ウェル又は複数の試薬ウェルが、例えば並列チ
ャネル構成のフローリダクションチャネルの各々、又は各チャネル若しくはチャ
ネル領域に流動自在に連結される。この場合、例えば各チャネルにおいて異なる
アッセイを行うため、例えば単一のターゲットについて複数の結合サイトを同時
にアッセイするため、又は種々の酵素イソフォームをスクリーニングするため、
適宜、試薬ウェルを使用して異なる1つの試薬又は複数の試薬を各チャネルに加
える。 検出領域も本装置に含まれる。検出領域は、適宜、1つのチャネル又は空間に
おいて近接した複数のチャネルのサブユニットであり、それは、適宜、ミクロ流
体装置において複数のチャネルと流動自在に連結した別個のチャネルを含む。検
出領域は、適宜、主チャネルの近傍に配置される。例えば、図5において、検出
領域532は主チャネル504の近傍にある。別法として、検出領域は図6のよ
うに1又は2以上のフローリダクションチャネルの近傍に配置され、図6では、
検出領域634、636及び638がそれぞれフローリダクションチャネル61
2、610及び608の近傍にある。別の実施態様では、検出領域は、1又は2
以上の第2フローリダクションチャネルの近傍に配置される。例えば、検出領域
734、736及び738は第2フローリダクションチャネル742、744及
び746の近傍にある。
In certain embodiments, different reagent wells or multiple reagent wells are fluidly coupled to each of the flow reduction channels, eg, in a parallel channel configuration, or to each channel or channel region. In this case, for example, to perform different assays in each channel, for example to simultaneously assay multiple binding sites for a single target, or to screen for different enzymatic isoforms.
Where appropriate, reagent wells are used to add different reagent or reagents to each channel. The detection area is also included in the device. The detection region is optionally a channel or a sub-unit of channels in close proximity in space, which optionally comprises a separate channel in fluid communication with the channels in the microfluidic device. The detection region is appropriately arranged near the main channel. For example, in FIG. 5, the detection region 532 is near the main channel 504. Alternatively, the detection region is located near one or more flow reduction channels as in FIG. 6, and in FIG.
The detection regions 634, 636 and 638 are respectively flow reduction channels 61.
It is near 2, 610 and 608. In another embodiment, the detection area is 1 or 2
It is arranged in the vicinity of the above second flow reduction channel. For example, the detection areas 734, 736 and 738 are in the vicinity of the second flow reduction channels 742, 744 and 746.

【0027】 別法として、検出領域は、当該装置におけるフローリダクションチャネルの全
て及び主チャネルの近傍にある領域を含み得る。例えば、検出領域は、主チャネ
ルとフローリダクションチャネルの両方の近傍に位置すべく、主チャネル及びフ
ローリダクションチャネルの全ての下流地点に適宜配置される。このような装置
を図8に示す。フローリダクションチャネルと主チャネルが全て集中するように
構成される場合には、全ての近接チャネルからの信号を検出するには1つの検出
領域で十分である。例えば、複数のアッセイが、複数の並列チャネルにおいて例
えば異なるアッセイ条件下又は種々の濃度にて単一のサンプルについて適宜実行
され、その結果は、適宜、複数のチャネル領域の全てが集中する単一の検出領域
において同時に検出される。 一般に信号がモニターされる検出窓又は領域は透明なカバーを含み、視覚又は
光学的観測やアッセイ結果の検出、例えば比色定量又は蛍光光度計の信号又はラ
ベルの観測を可能にする。このような領域は、適宜、1又は2以上の検出器を含
む。検出領域において使用するのに適した検出器の例は、当業者には周知であり
、後に詳細に説明する。
Alternatively, the detection region may include all of the flow reduction channels in the device and the regions in the vicinity of the main channel. For example, the detection region is appropriately located at all downstream points of the main channel and the flow reduction channel so as to be located near both the main channel and the flow reduction channel. Such a device is shown in FIG. If the flow reduction channel and the main channel are all arranged to be concentrated, one detection area is sufficient to detect the signals from all adjacent channels. For example, multiple assays may be performed on multiple samples in parallel channels, eg, under different assay conditions or at different concentrations, as appropriate, with the result being that a single channel in which all of the multiple channel regions are concentrated. It is detected in the detection area at the same time. The detection window or area where the signal is typically monitored includes a transparent cover to allow visual or optical observation or detection of assay results, such as colorimetric or fluorometric signal or label observation. Such regions include one or more detectors, as appropriate. Examples of detectors suitable for use in the detection area are well known to those skilled in the art and are described in detail below.

【0028】 限定的ではないがフローリダクションチャネル、バイパスループ、検出領域及
びリザバーを含めた上述の要素は、流量の制御、試薬消費の抑制及び例えば単一
のサンプルについての複数の濃度測定又は複数のアッセイの実行において有効な
ミクロ流体装置に適宜結合される。チャネル構成の特定の例が下記説明する図面
に与えられる。実質的に同じ要素を用いた他の可能な構成も、本開示全体を参照
すれば明らかとなろう。
The above-mentioned elements, including, but not limited to, flow reduction channels, bypass loops, detection areas and reservoirs, control flow rates, reduce reagent consumption and provide multiple concentration measurements or multiple measurements, eg, on a single sample. It is optionally coupled to a microfluidic device that is effective in performing the assay. Specific examples of channel configurations are given in the figures described below. Other possible configurations with substantially the same elements will be apparent with reference to the entire disclosure.

【0029】 本発明の装置の一つの実施態様を図3に示す。図示されているように、本装置
はサンプルウェル302を含み、サンプル又は流体物質を本装置に導入するのに
使用される。サンプルウェル302から主チャネル304を通して流体物質が流
される。流体物質が主チャネル304を通って流れる際に追加物質が適宜この流
体物質に加えられる。例えば、流体物質を稀釈するために適宜緩衝剤が加えられ
る。また、適宜、試薬が流体物質に加えられ、試薬と反応して生成物を形成する
。例えば、主チャネルの下流端に適宜配置された圧力源306を用いて、流体物
質が本装置を通って流される。別法として、圧力源がサンプルウェル302に配
置される。図3に示した構成では、圧力源306は下流端にて主チャネル304
に流動自在に連結される。第2流体物質(例えば稀釈緩衝剤)が主チャネル30
4において流体物質に加えられると、主チャネル中の流体物質の流量が増す。主
チャネル中の流量を減少させるため、流体物質の第1部分がフローリダクション
チャネル308に流し込まれる。フローリダクションチャネル308は、流体を
主チャネル304から抜き出して主チャネル304中の圧力及び/又は速度を低
減させるように構成される。この実施態様では、フローリダクションチャネル3
08はその下流端にて圧力源306に流動自在に連結される。
One embodiment of the device of the present invention is shown in FIG. As shown, the device includes a sample well 302 and is used to introduce a sample or fluidic substance into the device. Fluid material is flowed from the sample well 302 through the main channel 304. Additional material is optionally added to the fluid material as it flows through the main channel 304. For example, an appropriate buffer is added to dilute the fluid material. Also, where appropriate, a reagent is added to the fluid material and reacts with the reagent to form a product. For example, a fluid source is flowed through the device using a pressure source 306 suitably located at the downstream end of the main channel. Alternatively, a pressure source is placed in sample well 302. In the configuration shown in FIG. 3, the pressure source 306 is at the downstream end of the main channel 304.
Fluidly connected to. The second fluid material (eg, dilution buffer) is the main channel 30.
When added to the fluid material at 4, the flow rate of the fluid material in the main channel increases. A first portion of fluid material is flowed into the flow reduction channel 308 to reduce the flow rate in the main channel. The flow reduction channel 308 is configured to draw fluid from the main channel 304 to reduce pressure and / or velocity in the main channel 304. In this embodiment, the flow reduction channel 3
08 is fluidly connected to the pressure source 306 at its downstream end.

【0030】 主チャネル304中の圧力又は速度の低減は、複数の目的に資する。一つの実
施態様では、この流量低減により、フローリダクションチャネル308の下流で
実行される任意の反応において主チャネル304に加えられなければならない試
薬についての体積流量を低減し、よってその量を低減する。例えば、流体物質を
用いたアッセイにおいて使用される試料が、適宜、試薬ウェル318を通して加
えられる。流体を抜き出してフローリダクションチャネル308に入れることに
より流量が低減された後には、試薬ウェル318からの必要な試薬の量はより少
なくなる。 別法として、このフロー低減により、同一のサンプル物質の複数の濃度を一つ
の装置において測定することが可能となる。例えば、適宜、稀釈緩衝剤が、サン
プルウェル302から導入されたサンプルに対して緩衝剤ウェル316から加え
られる。次に、得られた流体の第1部分が、主チャネル304から抜き出されて
フローリダクションチャネル308に入れられ、検出領域332において検出さ
れる。同時に、得られた流体の第2部分が主チャネル304を通して流され、そ
こで再度試薬ウェル318からの稀釈緩衝剤により稀釈され、サンプル物質の連
続稀釈が行なわれる。次に、この稀釈された物質が、主チャネル304及び検出
領域332を通して流され、そこで第1稀釈により同時に検出される。
Reducing the pressure or velocity in the main channel 304 serves multiple purposes. In one embodiment, this flow rate reduction reduces the volumetric flow rate and, thus, the amount, of reagents that must be added to the main channel 304 in any reaction performed downstream of the flow reduction channel 308. For example, the sample used in the assay with the fluid substance is added through reagent well 318, as appropriate. After the flow rate is reduced by withdrawing fluid into the flow reduction channel 308, less reagent is needed from the reagent well 318. Alternatively, this flow reduction allows multiple concentrations of the same sample material to be measured in a single device. For example, dilution buffer is optionally added from buffer well 316 to the sample introduced from sample well 302. The first portion of the resulting fluid is then withdrawn from the main channel 304 and placed in the flow reduction channel 308 and detected at the detection region 332. At the same time, a second portion of the resulting fluid is flowed through the main channel 304 where it is again diluted with the dilution buffer from the reagent well 318 to provide a continuous dilution of the sample material. This diluted material is then flowed through main channel 304 and detection region 332 where it is simultaneously detected by the first dilution.

【0031】 図4に示す別の実施態様では、フローリダクションチャネル408は、構造上
、主チャネル404を離れてバイパスループを形成することにより流体を主チャ
ネル404から抜き出すように構成される。この実施態様は、実質的に図3と同
じ方法にて作用する。例えば、流体はサンプルウェル402から主チャネル40
4に流れ込む。次に、追加の流体がリザバー416から加えられ、流体の一部が
主チャネル404から抜き出されてフローリダクションチャネル408に入れら
れ、それにより、主チャネル404中の圧力を低減しかつ流体の流量を減少させ
る。一般に、流体の流れは真空源406により制御されるが、適宜、流体を主チ
ャネル404から抜き出し又は入れる他の任意の種類の圧力制御システムにより
制御される。
In another embodiment, shown in FIG. 4, the flow reduction channel 408 is structurally configured to draw fluid from the main channel 404 by forming a bypass loop away from the main channel 404. This embodiment works in substantially the same way as in FIG. For example, fluid may flow from sample well 402 to main channel 40.
Pour into 4. Next, additional fluid is added from reservoir 416 and a portion of the fluid is withdrawn from main channel 404 into flow reduction channel 408, thereby reducing pressure in main channel 404 and fluid flow rate. To reduce. Generally, fluid flow is controlled by vacuum source 406, but is controlled by any other type of pressure control system that draws or admits fluid from main channel 404, as appropriate.

【0032】 図5は図4の装置の代わりの実施態様を示し、複数のフローリダクションチャ
ネルが装置に含まれる。例えば、サンプルが、サンプルウェル502を通して本
装置に導入され、主チャネル504を通して移される。この地点で、複数の稀釈
が、適宜、図5の装置において実行される。例えば、稀釈緩衝剤がリザバー51
6を通してサンプルに加えられて稀釈されたサンプルを生じ、この地点にて主チ
ャネル504中の流量及び/又は圧力が増大する。稀釈された流体の一部を抜き
出してフローリダクションチャネル508に入れることにより、圧力を低減させ
る。適宜、追加の稀釈が、稀釈緩衝剤をリザバー518から主チャネル中に加え
ることにより実行され、第2の稀釈されたサンプルが得られる。この地点で、主
チャネル504中の圧力が再度増すことで流量が増大する。従って、圧力を低減
するのにフローリダクションチャネル510(第2フローリダクションチャネル
又はバイパスループ)が用いられ、それにより主チャネル504中の流量が制御
される。適宜、追加のフローリダクションチャネルにより圧力を制御することに
より、この地点でさらなる稀釈が実行される。所望の稀釈濃度が得られた後、サ
ンプルは、適宜、リザバー520及び/又は522を通してサンプルに加え得る
種々の試薬と反応させられる。また、サンプルは、適宜、検出領域532の近傍
に配置された検出器により検出される。
FIG. 5 shows an alternative embodiment of the device of FIG. 4 in which multiple flow reduction channels are included in the device. For example, a sample is introduced into the device through sample well 502 and transferred through main channel 504. At this point, multiple dilutions are optionally performed in the apparatus of FIG. For example, the dilution buffer is reservoir 51
6 is added to the sample to produce a diluted sample, at which point the flow rate and / or pressure in the main channel 504 increases. The pressure is reduced by withdrawing a portion of the diluted fluid into the flow reduction channel 508. Optionally, an additional dilution is performed by adding dilution buffer from reservoir 518 into the main channel to obtain a second diluted sample. At this point, the pressure in the main channel 504 increases again and the flow rate increases. Therefore, a flow reduction channel 510 (second flow reduction channel or bypass loop) is used to reduce the pressure, which controls the flow rate in the main channel 504. If appropriate, further dilution is performed at this point by controlling the pressure with an additional flow reduction channel. After the desired dilution concentration is obtained, the sample is optionally reacted with various reagents that may be added to the sample through reservoirs 520 and / or 522. In addition, the sample is appropriately detected by a detector arranged near the detection region 532.

【0033】 図4の別な実施態様を示す図6は、アッセイが同じサンプルについて種々の濃
度にて適宜実行されかつ同時に検出される装置を示す。図6の装置は、(フロー
リダクションチャネル608及び610に加えた)フローリダクションチャネル
612の追加により可能な追加的な稀釈工程を用いて上述の図5の装置と同様に
作用する。また、図6の装置は、主チャネル604並びにフローリダクションチ
ャネル612、610及び608の近傍にそれぞれ配置された検出領域632、
634、636及び638を含む。よって、検出領域632、634、636及
び638の近傍に配置された検出器は、適宜、流体が主チャネル604及びフロ
ーリダクションチャネル608、610及び612を通って流れる際に該流体を
検出するのに使用される。これらフローリダクションチャネル608、610及
び612は、上述のように構成され動作する場合には、サンプルウェル602に
て注入又は吸引された種々の濃度のサンプル物質を含む。別法として、同じサン
プルについて異なるアッセイを行うのに、適宜、フローリダクションチャネル6
08、610及び612が使用され、該サンプルの一部が3つのチャネルの全て
を通って流される。各アッセイ用の試薬が、例えばリザバー622、624、6
26及び/又は628からフローリダクションチャネルに加えられる。 また、図6は、物質(例えば基質や酵素のような試薬)を主チャネル604及
びフローリダクションチャネル608、610、612中に加えるための追加の
リザバー622、624、626及び628を含む。従って、関心のあるアッセ
イが、適宜、フローリダクションチャネル中のサンプル物質の種々の濃度全てに
て実行される。また、フローリダクションチャネルにより流量を減少させること
で、試薬の使用が減少する。
FIG. 6, which illustrates an alternative embodiment of FIG. 4, shows a device in which the assay is suitably performed on the same sample at various concentrations and is detected simultaneously. The device of FIG. 6 operates similarly to the device of FIG. 5 above, with the additional dilution step possible by the addition of flow reduction channels 612 (in addition to flow reduction channels 608 and 610). The apparatus of FIG. 6 also includes a detection region 632 located near the main channel 604 and flow reduction channels 612, 610 and 608, respectively.
634, 636 and 638. Thus, the detectors located proximate the detection regions 632, 634, 636 and 638 are suitable for detecting the fluid as it flows through the main channel 604 and flow reduction channels 608, 610 and 612. used. These flow reduction channels 608, 610, and 612, when constructed and operative as described above, contain various concentrations of sample material injected or aspirated in the sample well 602. Alternatively, flow reduction channel 6 can be used to perform different assays on the same sample, as appropriate.
08, 610 and 612 are used and a portion of the sample is flowed through all three channels. The reagents for each assay may be, for example, reservoirs 622, 624, 6
26 and / or 628 to the flow reduction channel. FIG. 6 also includes additional reservoirs 622, 624, 626 and 628 for adding substances (eg reagents such as substrates and enzymes) into the main channel 604 and flow reduction channels 608, 610, 612. Therefore, the assay of interest is optionally run at all different concentrations of sample material in the flow reduction channel. Also, reducing the flow rate by the flow reduction channel reduces the use of reagents.

【0034】 本発明の別の実施態様では、関心のあるアッセイが実行されるチャネル寸法を
変えることにより、試薬の使用がもっと大きく低減する。例えば、図7が示す装
置では、より小さい寸法のフローリダクションチャネルがバイパスループとして
加えられている。例えば、第2フローリダクションチャネル742、744及び
746が、フローリダクションチャネル708、710及び712に流動自在に
連結されている。第2フローリダクションチャネルは、フローリダクションチャ
ネルから流体を抜き出すことによりフローリダクションチャネル708、710
及び712中の圧力及び/又は速度を低減すべく機能する。従って、第2フロー
リダクションチャネル742、744及び746は、チャネル中の流量を低減す
ることにより試薬の消費を減少させる。 また、第2フローリダクションチャネル742、744及び746は、反応チ
ャネルとして使用される場合には、試薬の消費をさらにもっと減少させる。反応
チャネルの場合、一般にそれらはフローリダクションチャネル(例えばフローリ
ダクションチャネル708、710及び712)より小さな断面寸法を有するよ
うに構成される。この実施態様では、リザバー722、724、726及び72
8は第2フローリダクションチャネル742、744及び746に流動自在に連
結され、それにより、より小さい寸法のチャネル中にリザバーから加えられる試
薬量はより少なくなる。また、検出領域732、734、736及び738は、
第2フローリダクションチャネル742、744及び746における物質の検出
のために、これらのチャネルの近傍に配置される。よって、関心のあるアッセイ
が、適宜、試薬消費を抑えるべく小容量で種々の稀釈レベルにて同時に実行され
、次にそれらのレベルにて同時に検出される。また、種々のフローリダクション
チャネルにおける検出領域が、1つの検出器を用いて全てのフローリダクション
チャネル及び主チャネルから同時に信号を検出できるように適宜構成される。
In another embodiment of the invention, the use of reagents is further reduced by varying the channel size in which the assay of interest is performed. For example, in the device shown in FIG. 7, a smaller size flow reduction channel has been added as a bypass loop. For example, second flow reduction channels 742, 744 and 746 are fluidly coupled to flow reduction channels 708, 710 and 712. The second flow reduction channels are flow reduction channels 708, 710 by withdrawing fluid from the flow reduction channels.
And 712 to reduce pressure and / or velocity. Thus, the second flow reduction channels 742, 744 and 746 reduce reagent consumption by reducing the flow rate in the channels. Also, the second flow reduction channels 742, 744 and 746, when used as reaction channels, further reduce reagent consumption. In the case of reaction channels, they are generally configured to have smaller cross-sectional dimensions than the flow reduction channels (eg, flow reduction channels 708, 710 and 712). In this embodiment, reservoirs 722, 724, 726 and 72
8 is fluidly connected to the second flow reduction channels 742, 744 and 746 so that less reagent is added from the reservoir into the smaller sized channels. Further, the detection areas 732, 734, 736 and 738 are
For detection of substances in the second flow reduction channels 742, 744 and 746, they are placed in the vicinity of these channels. Thus, the assays of interest are optionally run concurrently at various dilution levels in small volumes to reduce reagent consumption, and then simultaneously detected at those levels. Also, the detection regions in the various flow reduction channels are appropriately configured such that one detector can be used to detect signals from all flow reduction channels and the main channel simultaneously.

【0035】 図8のパネルA及びBは概略図であり、1つの可能なチャネル構成の実際的な
実施態様であり、種々のフローリダクションチャネル、第2フローリダクション
チャネル及び主チャネルにおける流体が同じ検出器により検出可能である。他の
構成も可能である。図8の装置は、主チャネル上に位置する毛細管取付地点80
2、802Bを与える。サンプルは、毛細管取付地点802、802Bにて装置
中に導入される。サンプルは、並列チャネル領域808、808B、810、8
10B、812、812B及び主チャネル領域804、804Bに流し込まれる
。これらのチャネルは、流体を主チャネル領域804、804Bから抜き出して
並列チャネル領域808、808B、810、810B及び812、812Bに
入れることにより主チャネル領域804、804B中の体積流量を減少させるよ
うに構造上構成されている点において、フローリダクションチャネルとして動作
する。チャネル領域808、808B、810、810B及び812、812B
中の流体は、チャネル領域808、808B、810、810B、812、81
2B、844、846、848、850及び852に流動自在に連結されたリザ
バー816、816B及び818、818Bからの物質を用いて適宜稀釈される
。稀釈後、圧力及び/又は流量が、適宜、第2フローリダクションチャネル(又
は反応チャネル)842、844、846、848、850及び852によりさ
らに低減される。利用可能な第2フローリダクションチャネル全てを利用するこ
とにより、複数の連続稀釈が、適宜、主チャネル領域804及び並列チャネル領
域808、810、812を通して流体の流量を有意に増大させることなく行わ
れる。所望の稀釈レベルに達した後、アッセイがチャネル領域804、804B
、808、808B、810、810B、812、812B、842、844及
び846において得られる複数の稀釈レベルにて適宜実行される。チャネル領域
804、804B、808、808B、810、810B、812、812B、
842、844及び846全てが廃棄ウェル806、806Bに達する前に検出
領域832、832B内に集中しているので、種々のアッセイ又は濃度レベルの
結果が同時に検出される。別の実施態様では、単一の圧力源が、適宜、チャネル
システムを通る流れを発生させるために廃棄ウェル806、806Bにて適用さ
れる。
Panels A and B of FIG. 8 are schematic illustrations, which are a practical implementation of one possible channel configuration, in which the fluids in different flow reduction channels, the second flow reduction channel and the main channel have the same detection. It can be detected by a container. Other configurations are possible. The device of FIG. 8 has a capillary attachment point 80 located on the main channel.
Give 2,802B. The sample is introduced into the device at capillary attachment points 802, 802B. The samples are parallel channel regions 808, 808B, 810, 8
10B, 812, 812B and main channel regions 804, 804B. These channels are configured to reduce volumetric flow in the main channel regions 804, 804B by drawing fluid from the main channel regions 804, 804B into the parallel channel regions 808, 808B, 810, 810B and 812, 812B. In terms of the above configuration, it operates as a flow reduction channel. Channel regions 808, 808B, 810, 810B and 812, 812B
The fluid therein is channel regions 808, 808B, 810, 810B, 812, 81.
2B, 844, 846, 848, 850 and 852, diluted appropriately with material from reservoirs 816, 816B and 818, 818B. After dilution, the pressure and / or flow rate is optionally further reduced by the second flow reduction channels (or reaction channels) 842, 844, 846, 848, 850 and 852. By utilizing all available second flow reduction channels, multiple serial dilutions are optionally performed without significantly increasing the fluid flow rate through main channel region 804 and parallel channel regions 808, 810, 812. Once the desired dilution level is reached, the assay is run through the channel regions 804, 804B.
, 808, 808B, 810, 810B, 812, 812B, 842, 844 and 846, as appropriate. Channel regions 804, 804B, 808, 808B, 810, 810B, 812, 812B,
Since all 842, 844 and 846 are concentrated within the detection area 832, 832B before reaching the waste well 806, 806B, different assay or concentration level results are detected simultaneously. In another embodiment, a single pressure source is optionally applied at waste wells 806, 806B to generate flow through the channel system.

【0036】 一つの実施態様では、図8Aと8Bの並列チャネル構成が、例えば同じ試験化
合物又は異なる試験化合物について複数のアッセイを行うのに用いられる。例え
ば、試験化合物(例えば単一の試験化合物)が毛細管(例えばマイクロウェルプ
レート)から図8Aに示されるミクロ流体装置に適宜吸引される。次に、化合物
は適宜4つの部分に分割される。1つの部分は並列チャネル領域804を通って
流される。第2部分は並列チャネル領域808を通って流され、第3部分はチャ
ネル領域810を通って流され、第4部分はチャネル領域812を通って流され
る。次に、各サンプル部分は適宜異なるアッセイが行われる。例えば、リザバー
820は、適宜、チャネル804において人間の血清アルブミン(HSA)アッ
セイにおいて結合サイトIを調べるアッセイに必要な試薬を加えるのに用いられ
る。リザバー822は、チャネル808においてHSAアッセイにおいて結合サ
イトIIを調べるのに必要な試薬を加えるのに用いられる。リザバー824及び
826も、適宜、チャネル810及び812への他のアッセイのために試薬を加
えるのに用いられる。別法として、リザバーが同じ試薬を各チャネルに加え、そ
れにより、反復測定(例えば4回)又は異なる濃度での同じアッセイを得るのに
同じアッセイが行われる。他の実施態様では、同一の反応が各チャネルにおいて
行われ、唯一異なるのは、例えば異なる酵素イソフォームである。次に、異なる
アッセイの結果は、適宜、検出窓832において同時に検出される。
In one embodiment, the parallel channel configurations of FIGS. 8A and 8B are used to perform multiple assays, eg, on the same test compound or different test compounds. For example, a test compound (eg, a single test compound) is optionally aspirated from a capillary tube (eg, a microwell plate) into the microfluidic device shown in FIG. 8A. The compound is then divided into four parts as appropriate. One portion is flowed through the parallel channel region 804. The second portion is flowed through parallel channel region 808, the third portion is flowed through channel region 810, and the fourth portion is flowed through channel region 812. Then, each sample portion is appropriately assayed differently. For example, reservoir 820 is optionally used to add the reagents necessary for the assay for binding site I in the human serum albumin (HSA) assay in channel 804. Reservoir 822 is used to add the reagents necessary to probe binding site II in the HSA assay in channel 808. Reservoirs 824 and 826 are also used to add reagents for other assays to channels 810 and 812, as appropriate. Alternatively, the reservoir adds the same reagent to each channel, thereby performing the same assay to obtain repeated measurements (eg, 4) or the same assay at different concentrations. In other embodiments, the same reaction is performed in each channel, the only different being, for example, different enzyme isoforms. The results of the different assays are then simultaneously detected in the detection window 832, as appropriate.

【0037】 種々のミクロ流体装置が、適宜、後に記載のフロー低減コンポーネントの付加
により本発明において使用すべく適応される。これらの装置は、米国特許第5,
699,157号(J. Wallace Parce)(1997年12月16日付け発行)、
米国特許第5,779,868号(J. Wallace Parce et al.)(1998年7月
14日付け発行)、米国特許第5,800,690号(Calvin Y. H. Chow et a
l.)(1998年9月1日付け発行)、米国特許第5,842,787号(Anne
R. Kopf-Sill et al.)(1998年12月1日付け発行)、米国特許第5,8
52,495号(J. Wallace Parce)(1998年12月22日付け発行)、米
国特許第5,869,004号(J. Wallace Parce et al.)(1999年2月9
日付け発行)、米国特許第5,876,675号(Colin B. Kennedy)(199
9年3月2日付け発行)、米国特許第5,880,071号(J. Wallace Parce
et al.)(1999年3月9日付け発行)、米国特許第5,882,465号(
Richard J. McReynolds)(1999年3月16日付け発行)、米国特許第5,8
85,470号(J. Wallace Parce et al.)(1999年3月23日付け発行)
、米国特許第5,942,443号(J. Wallace Parce et al.)(1999年8
月24日付け発行)、米国特許第5,948,227号(Robert S. Dubrow)(
1999年9月7日付け発行)、米国特許第5,955,028号(Calvin Y.
H. Chow)(1999年9月21日付け発行)、米国特許第5,957,579号
(Anne R. Kopf-Sill et al.)(1999年9月29日付け発行)、米国特許第
5,958,203号(J. Wallace Parce et al.)(1999年9月28日付け
発行)、米国特許第5,958,694号(Theo T. Nikiforov)(1999年9
月28日付け発行)、及び米国特許第5,959,291号(Morten J. Jensen
)(1999年9月28日付け発行)、並びに公開されたPCT出願、例えばW
O98/00231、WO98/00705、WO98/00707、WO98
/02728、WO98/05424、WO98/22811、WO98/45
481、WO98/45929、WO98/46438、及びWO98/495
48、WO98/55852、WO98/56506、WO98/56956、
WO99/00649、WO99/10735、WO99/12016、WO9
9/16162、WO99/19056、WO99/19516、WO99/2
9497、WO99/31495、WO99/34205、WO99/4343
2及びWO99/44217を含めて、本発明者及びかれらの協力者による種々
のPCT出願及び発行された米国特許に記載されている。
Various microfluidic devices are optionally adapted for use in the present invention by the addition of flow reduction components as described below. These devices are described in US Pat.
699,157 (J. Wallace Parce) (issued December 16, 1997),
US Pat. No. 5,779,868 (J. Wallace Parce et al.) (Issued July 14, 1998), US Pat. No. 5,800,690 (Calvin YH Chow et a.
l.) (issued September 1, 1998), US Pat. No. 5,842,787 (Anne
R. Kopf-Sill et al.) (Issued December 1, 1998), US Pat.
52,495 (J. Wallace Parce) (issued December 22, 1998), US Pat. No. 5,869,004 (J. Wallace Parce et al.) (February 9, 1999).
Issued date), US Pat. No. 5,876,675 (Colin B. Kennedy) (199
Issued March 2, 1997), US Pat. No. 5,880,071 (J. Wallace Parce
et al.) (issued March 9, 1999), US Pat. No. 5,882,465 (
Richard J. McReynolds) (issued March 16, 1999), US Pat.
No. 85,470 (J. Wallace Parce et al.) (Issued March 23, 1999)
U.S. Pat. No. 5,942,443 (J. Wallace Parce et al.) (1999 Aug.
Issued March 24), US Pat. No. 5,948,227 (Robert S. Dubrow) (
Issued September 7, 1999), US Pat. No. 5,955,028 (Calvin Y.
H. Chow) (issued September 21, 1999), US Pat. No. 5,957,579 (Anne R. Kopf-Sill et al.) (Issued September 29, 1999), US Pat. , 958,203 (J. Wallace Parce et al.) (Issued September 28, 1999), U.S. Pat. No. 5,958,694 (Theo T. Nikiforov) (September 1999).
Issued March 28), and US Pat. No. 5,959,291 (Morten J. Jensen)
) (Issued September 28, 1999) and published PCT applications, eg W
O98 / 00231, WO98 / 00705, WO98 / 00707, WO98
/ 02728, WO98 / 05424, WO98 / 22811, WO98 / 45.
481, WO98 / 45929, WO98 / 46438, and WO98 / 495.
48, WO98 / 55852, WO98 / 56506, WO98 / 56956,
WO99 / 00649, WO99 / 10735, WO99 / 12016, WO9
9/16162, WO99 / 19056, WO99 / 19516, WO99 / 2
9497, WO99 / 31495, WO99 / 34205, WO99 / 4343
2 and WO 99/44217, including various PCT applications and issued US patents by the inventor and their co-workers.

【0038】 例えば、細胞に基づいた微小規模のアッセイを行う草分け的な技術が、Parce
et al.による米国特許第5,942,443号"High Throughput Screening Ass
ay Systems in Microscale Fluidic Devices" 及びBurd Mehta et al. により1
999年4月4日に提出された第60/128,643号"Manipulation of Mic
roparticles In Microfluidic Systems"に記載されている。流体の取扱い、信号
の検出、サンプルの貯蔵及びサンプルへのアクセスを伴う完全な集積システムが
利用できる。例えば、米国特許第5,942,443号は、ミクロフルイディッ
クス(microfluidics)とサンプルの選択及び操作を統合するための草分け的技術
を提示する。 また、適宜、粒子セット、分離ゲル、抗体、酵素、基質などのような種々の他
の要素が装置に含まれる。これら任意に選んだ要素は、種々のアッセイを行う際
に使用される。例えば、キナーゼ反応において、生成物と基質は例えば分離ゲル
上にて一般に電気泳動的に分離される。細胞に基づいた微小規模のアッセイも、
適宜、本発明の装置において実行される。例えば細胞アッセイでは、一定の流量
が、細胞の培養時間を確かめて調節するためには重要である。細胞に基づいた微
小規模システムは、WO98/00231(Parce et al.、"High Throughput S
creening Assay Systems in Microscale Fluidic Devices" )及びMehta et al.
により1999年4月4日に提出された第60/128,643号"Manipulatio
n of Microparticles In Microfluidic Systems"に記載されている。 流体の取扱い、信号の検出、サンプルの貯蔵及びサンプルへのアクセスを伴う
完全な集積システムも利用できる。例えば、WO98/00231(上記)は、
ミクロフルイディックスとサンプルの選択及び操作を統合するための草分け的技
術を提示する。 サンプル物質、酵素及び基質のソースも、本発明の集積システムに含まれる。
これらの流体物質は、後に記載の方法により本装置に導入される。
[0038] For example, pioneering techniques for performing cell-based microscale assays are described in Parce
U.S. Pat. No. 5,942,443 "High Throughput Screening Ass by et al.
1 by ay Systems in Microscale Fluidic Devices "and Burd Mehta et al.
No. 60 / 128,643 "Manipulation of Mic, submitted April 4, 1999.
roparticles In Microfluidic Systems ". A fully integrated system with fluid handling, signal detection, sample storage and sample access is available. For example, US Pat. No. 5,942,443 A pioneering technique for integrating microfluidics and sample selection and manipulation is presented, and various other elements such as particle sets, separation gels, antibodies, enzymes, substrates, etc., where appropriate. These optional elements are used in performing various assays, eg, in a kinase reaction, product and substrate are typically electrophoretically separated, eg, on a separation gel. Microscale assays based on
Appropriately implemented in the apparatus of the present invention. For example, in cell assays, a constant flow rate is important to ascertain and regulate cell culture time. A cell-based microscale system is described in WO98 / 00231 (Parce et al., "High Throughput S.
creening Assay Systems in Microscale Fluidic Devices ") and Mehta et al.
No. 60 / 128,643 "Manipulatio filed April 4, 1999 by
n of Microparticles In Microfluidic Systems ". A fully integrated system with fluid handling, signal detection, sample storage and sample access is also available. For example, WO98 / 00231 (supra)
A groundbreaking technique for integrating microfluidics and sample selection and manipulation is presented. Sources of sample material, enzymes and substrates are also included in the integrated system of the present invention.
These fluid substances are introduced into the device by the method described below.

【0039】アッセイ成分のソース及びミクロ流体形式の統合 本発明では、緩衝剤、稀釈剤、基質、酵素、試薬などのソースとしてリザバー
又はウェルが設けられる。例えば、図3はサンプルウェル302、緩衝剤ウェル
316及び試薬ウェル318などのような種々のリザバーを示す。これらのリザ
バーは主チャネル304に流動自在に連結される。図6は、リザバー622、6
24、626及び628などの試薬ウェルの代わりの配置を示す。これらのリザ
バーは、フローリダクションチャネル608、610及び612に流動自在に連
結すべく配置される。例えば、図8Aでは、リザバー820、822、824及
び826の各々は、適宜、例えばチャネル804、808、810及び812に
おいて異なるアッセイを行うために異なる試薬を含む。別の実施態様では、各チ
ャネルにおいて異なるアッセイを行うべく、異なるアッセイチャネルが製造され
又は異なる試薬が事前に充填される。例えば、チャネル804、808、810
及び812は、各々、アッセイ前又はアッセイ中に異なる試薬にさらすか又は充
填される。例えば異なる特性を有する異なる試薬から成る例えばビーズ、例えば
ゲルのような分離マトリックス、及び/又はチャネル表面を改質又はそれと反応
する試薬を用いて、各チャネルにおいて異なる化学的作用が実現される。
Source of Assay Components and Integration of Microfluidic Format In the present invention, reservoirs or wells are provided as sources of buffers, diluents, substrates, enzymes, reagents and the like. For example, FIG. 3 illustrates various reservoirs such as sample well 302, buffer well 316 and reagent well 318. These reservoirs are fluidly connected to the main channel 304. FIG. 6 shows reservoirs 622, 6
Alternative arrangements of reagent wells such as 24, 626 and 628 are shown. These reservoirs are arranged to fluidly connect to flow reduction channels 608, 610 and 612. For example, in FIG. 8A, each of reservoirs 820, 822, 824 and 826 optionally contains different reagents, eg, to perform different assays in channels 804, 808, 810 and 812. In another embodiment, different assay channels are manufactured or pre-loaded with different reagents to perform different assays in each channel. For example, channels 804, 808, 810
And 812 are each exposed or filled with different reagents before or during the assay. Different chemistries are achieved in each channel, for example using beads, eg separation matrices such as gels, of different reagents with different properties and / or reagents which modify or react with the channel surface.

【0040】 サンプル、緩衝剤、試薬(例えば基質、酵素など)のソースが、ここに記載の
ミクロチャネルに任意の様々な方法にて流動自在に連結される。特に、Knapp et
al.の“Closed Loop Biochemical Analyzers"(WO98/45481;PCT
/US98/06723)及びParce et al.の“High Throughput Screening As
say Systems in Microscale Fluidic Device”(WO98/00231)及び例
えばMehta et al.により1999年4月4日に提出された第60/128,64
3号“Manipulation of Microparticles In Microfluidic Systems”に記載の物
質ソースを含んだシステムが適用できる。 これらのシステムでは、「ピペットチャネル」(その中で成分がソースから第
2チャネル又はリザバーのような微小規模の要素に移動し得るチャネル)が、一
時的又は永久的に物質のソースに連結される。このソースは、ピペットチャネル
を含んだミクロ流体装置の内部又は外部に配し得る。ソース例として、微小規模
装置自体及びその他の本体においてマイクロウェルプレート、膜又は凍結乾燥し
た成分、ウェル又はリザバーを含んだ他の固体基板が含まれる。
Sources of samples, buffers, reagents (eg, substrates, enzymes, etc.) are flowably coupled to the microchannels described herein in any of a variety of ways. In particular, Knapp et
al. "Closed Loop Biochemical Analyzers" (WO98 / 45481; PCT
/ US98 / 06723) and Parce et al. “High Throughput Screening As”
say Systems in Microscale Fluidic Device ”(WO98 / 00231) and for example 60 / 128,64 filed April 4, 1999 by Mehta et al.
A system including a substance source described in No. 3, “Manipulation of Microparticles In Microfluidic Systems” can be applied. In these systems, a "pipette channel", in which components can move from a source to a second channel or microscale element such as a reservoir, is temporarily or permanently connected to a source of material. . This source may be located inside or outside the microfluidic device containing the pipette channel. Examples of sources include microwell plates, other solid substrates containing membranes or lyophilized components, wells or reservoirs in the microscale device itself and other bodies.

【0041】 例えば、細胞タイプ、成分又は緩衝剤のソースは、例えば選択された細胞タイ
プ又は成分を備えた少なくとも1つのウェルを有して本体構造部の外部のマイク
ロウェルプレートとし得る。別法として、ソースは、本体構造部の表面上に配置
されたウェルであり、選択された細胞タイプ、成分又は試薬を含み、リザバーは
、本体構造部内に配置され、選択された細胞タイプ、成分、成分の混合物又は試
薬を含み、容器は、本体構造部の外部にあり、少なくとも1つの区画を含み、選
択された粒子タイプ、成分又は試薬を含み、又は固体位相構造は、選択された細
胞タイプ又は凍結乾燥若しくはその他の方法で乾燥された形態の試薬を含む。 装填チャネル領域は、適宜、本体構造部の外部のポートを有するピペットチャ
ネルに流動自在に連結される。装填チャネルは、本体構造部の外部のポートを有
する電気ピペットチャネル、本体構造部の外部のポートを有する圧力ベースのピ
ペットチャネル、本体構造部の内部のポートを有するピペットチャネル、本体構
造部の表面上のウェルに流動自在に連結された本体構造部内の内部チャネル、本
体構造部内のウェルに流動自在に連結された本体構造部内の内部チャネルなどに
連結し得る。
For example, the source of cell type, component or buffer may be a microwell plate external to the body structure, eg having at least one well with the selected cell type or component. Alternatively, the source is a well located on the surface of the body structure and contains the selected cell type, component or reagent, and the reservoir is located within the body structure and the selected cell type, component. , A mixture of components or reagents, the container being external to the body structure, containing at least one compartment, containing the selected particle type, components or reagents, or the solid phase structure containing the selected cell type. Or a reagent in lyophilized or otherwise dried form. The loading channel region is optionally fluidly connected to a pipette channel having a port external to the body structure. The loading channel is an electric pipette channel with a port outside the body structure, a pressure-based pipette channel with a port outside the body structure, a pipette channel with a port inside the body structure, on the surface of the body structure , The internal channel in the body structure that is fluidly connected to the well, the internal channel in the body structure that is fluidly connected to the well in the body structure, and the like.

【0042】 本発明の集積ミクロ流体システムは、適宜、評価されるべき試薬を貯蔵するた
めの非常に多様な貯蔵要素を含む。これらには、ウェルプレート、マトリックス
、膜などが含まれる。試薬は、液体(例えばミクロタイタープレート上のウェル
の中)にて又は凍結乾燥した形態(例えば膜上又は多孔性マトリックス内にて乾
燥)にて貯蔵され、また、従来のロボット工学を用いて又はミクロ流体システム
の一領域又はチャネルに流動自在に連結された電気ピペット又は圧力ピペットチ
ャネルを用いてミクロ流体装置におけるアレイコンポーネント、領域又はチャネ
ルに転送され得る。 後に記載する方法において、上述の装置、システム、特徴及びコンポーネント
が、例えば単一の圧力源のミクロ流体システムにおいて連続稀釈を行う際に、流
量を調節し、複数の濃度測定を行い、複数のアッセイを行い、試薬の消費を抑え
るのに使用される。
The integrated microfluidic system of the present invention optionally comprises a wide variety of storage elements for storing the reagents to be evaluated. These include well plates, matrices, membranes and the like. Reagents can be stored in liquids (eg in wells on microtiter plates) or in lyophilized form (eg dried on membranes or in porous matrices) and also using conventional robotics or Electropipettes or pressure pipette channels fluidly coupled to a region or channel of the microfluidic system may be used to transfer to array components, regions or channels in the microfluidic device. In the methods described below, the above-described devices, systems, features and components adjust flow rates, perform multiple concentration measurements, perform multiple assay measurements, for example, during serial dilutions in a single pressure source microfluidic system. Used to reduce reagent consumption.

【0043】 II.ミクロ流体装置を通る流体の移動 本発明では、例えばサンプル物質を稀釈し又はサンプル物質と試薬物質を反応
させるために、サンプル物質が主チャネルを通して流され、種々の物質が主チャ
ネルに加えられる。例えば、高スループットのスクリーニング用途では、装置に
入るサンプルを10、100、1000又は10,000倍のファクターだけ稀
釈することがしばしば有効である。真空駆動のフローシステムでは、このことは
、稀釈緩衝剤を装置に導入しかつ所望の稀釈に比例した流体力学的抵抗を有する
ように緩衝剤と化合物流体の通路を設計することにより達成できる。しかしなが
ら、体積流量は10〜10,000倍に上昇する。よって、後続の試薬の添加は
、稀釈のない場合に要求される容積よりも10〜10,000倍大きな容積とし
なければならない。 本発明は、流体をフローリダクションチャネル又はバイパスアームを通して引
くことにより主チャネル中の圧力、流量及び/又は速度を低減するフローリダク
ションチャネル又はバイパスアームを設ける。このようにして、装置を通る流体
の流量又は速度が抑えられる。チャネルは、適宜、稀釈剤が加えられる前には流
量が初期流量に等しくなるように、又は初期流量よりも少なくなるように流量を
低減すべく構成される。流量を低減することにより、次に行われる試薬の添加で
は、増加した流量の要求を満たすべく10〜10,000倍大きいことは要求さ
れない。
II. Movement of Fluid Through a Microfluidic Device In the present invention, sample material is flowed through the main channel and various materials are added to the main channel, eg, to dilute the sample material or to react the sample material with the reagent material. For example, in high throughput screening applications, it is often useful to dilute the sample entering the device by a factor of 10, 100, 1000 or 10,000. In a vacuum driven flow system, this can be accomplished by introducing a diluent buffer into the device and designing the buffer and compound fluid passages to have a hydrodynamic resistance proportional to the desired dilution. However, the volume flow rate increases 10 to 10,000 times. Therefore, subsequent reagent additions should be 10 to 10,000 times larger in volume than would be required without dilution. The present invention provides a flow reduction channel or bypass arm that reduces the pressure, flow rate and / or velocity in the main channel by drawing fluid through the flow reduction channel or bypass arm. In this way, the flow rate or velocity of fluid through the device is reduced. The channel is optionally configured to reduce the flow rate such that the flow rate is equal to or less than the initial flow rate before the diluent is added. By reducing the flow rate, subsequent reagent additions are not required to be 10 to 10,000 times greater to meet the increased flow rate requirements.

【0044】 一般に、本発明のミクロ流体装置を通る流体物質の移動は、圧力源により駆動
される。一般に、圧力源は主チャネルの下流の終点に適用される真空源である。
例えば、図4では、真空源406が主チャネル404の一方の端に適用される。
真空源406又は後の記載するような別の種類の圧力源が圧力を加え、主チャネ
ル404やフローリダクションチャネル408のような本装置のチャネルを通し
て流体を引き抜く、即ちポンピングする。これらの加えられた圧力又は真空が、
チャネル長に亘って差圧を発生させ、それらを通る流体の流れを駆動する。図4
に示したもののようにここに記載の相互連結されたチャネル網では、体積につい
ての差動流量は、適宜、異なる圧力又は真空を複数のポートに加えることにより
、又は好ましくは単一の真空を共通の廃棄ポートに加え且つ所望の流量を生じる
べく適当な抵抗を有する種々のチャネルを構成することにより実現される。例え
ば、図4のチャネルは、真空源406が主チャネル404の端部に適用される場
合に装置を通して流量を制御するように構成される。単一の真空源が主チャネル
404を通して流体を引き抜くのに使用され、追加の流体がリザバー416を通
して加えられるとき、流量はフローリダクションチャネルの構成により制御され
る。流体の一部が引き抜かれてフローリダクションチャネル408に入れられる
ことで、主チャネル404の圧力を低減する。
Generally, the movement of fluidic material through the microfluidic device of the present invention is driven by a pressure source. Generally, the pressure source is a vacuum source applied to an end point downstream of the main channel.
For example, in FIG. 4, vacuum source 406 is applied to one end of main channel 404.
A vacuum source 406, or another type of pressure source as described below, applies pressure to draw or pump fluid through the channels of the device, such as the main channel 404 and flow reduction channel 408. These applied pressures or vacuums
A pressure differential is created across the channel length, driving the flow of fluid therethrough. Figure 4
In the interconnected channel networks described herein, such as those shown in Figure 1, the differential flow rate over volume is determined by applying different pressures or vacuums to multiple ports, or preferably a single vacuum in common. In addition to the waste ports of the above, and by configuring various channels with appropriate resistance to produce the desired flow rate. For example, the channel of FIG. 4 is configured to control the flow rate through the device when vacuum source 406 is applied to the end of main channel 404. A single vacuum source is used to draw fluid through the main channel 404, and when additional fluid is added through the reservoir 416, the flow rate is controlled by the flow reduction channel configuration. A portion of the fluid is withdrawn and entered into the flow reduction channel 408, reducing the pressure in the main channel 404.

【0045】 微小規模要素に圧力の力を加えることで上述の流体の移動を達成するのに、種
々の技術が利用できる。流体の流れ(及び細胞又は他の粒子を含めて、流体内に
て懸濁又は可溶化した物質の流れ)が、適宜、ミクロ流体システムにおけるサイ
トにて液体を変位させかつ圧力を高め又は低めるべく、例えばピストン、圧力ダ
イヤフラム、真空ポンプ、プローブなどを用いた流体の変位に基づいた機構など
の圧力ベースの機構により規制される。圧力は、適宜、空圧式、例えば圧力ガス
を用い、又は水圧力、例えば圧力液体を使用し、別法として、チャネル又は他の
導管を通して物質に力を及ぼすための正変位機構、即ち物質リザバーに設けられ
たプランジャを用い、又はこれらの力の結合である。 他の実施態様では、真空源は、リザバー又は図8に示されたような廃棄ウェル
などのウェルに適用される。廃棄ウェル806、806Bは、チャネルシステム
の一方の端にて真空源を含み、懸濁液をチャネルから抜き出す。圧力又は真空源
は、適宜、装置又はシステム(例えばチャネルの入口又は出口に密封して取り付
けられた外部真空又は圧力ポンプ)に外部から供給され、又はそれらが装置(例
えば装置内に集積されかつチャネルに動作上リンクしたミクロ製造ポンプ)に内
部にて供給される。ミクロ製造ポンプの例は当該技術においては広く記載されて
いる。例えば公表された国際出願WO97/02357を参照されたい。
A variety of techniques are available for achieving the fluid movements described above by applying pressure forces to the microscale element. The flow of fluid (and the flow of substances suspended or solubilized in the fluid, including cells or other particles) will displace the liquid and increase or decrease the pressure at the sites in the microfluidic system, as appropriate. Regulated by a pressure-based mechanism such as a mechanism based on displacement of fluid using a piston, a pressure diaphragm, a vacuum pump, a probe, or the like. The pressure may be pneumatic, for example using a pressure gas, or water pressure, for example a pressure liquid, as appropriate, or alternatively to a positive displacement mechanism or substance reservoir for exerting a force on the substance through a channel or other conduit. With the provided plunger, or a combination of these forces. In other embodiments, a vacuum source is applied to the reservoir or a well, such as a waste well as shown in FIG. Waste wells 806, 806B contain a vacuum source at one end of the channel system to draw suspension from the channel. The pressure or vacuum source is externally supplied to a device or system (eg, an external vacuum or pressure pump that is hermetically attached to the inlet or outlet of the channel), or where appropriate, or they are integrated into the device (eg, channel and channel). Micro-manufacturing pump operatively linked to) is internally supplied. Examples of micromanufactured pumps are widely described in the art. See, for example, published international application WO 97/02357.

【0046】 本発明のシステムは、単一の真空源に関して記載されているが、装置の複数の
リザバー又はチャネルでの圧力源(だだしこれに限定されない)を含めて、動電
学的な流れ及び他の種類の圧力駆動流のような流体移動の他のソースを含み得る
。例えば、動電学的な技術は、適宜、流体を装置に注入するため、又は装置の1
つのチャネルからクロス注入にて別のチャネルに移すために使用される。以下の
技術が、流体制御の代替案をさらに与えるべく本発明の技術に関連して適宜使用
される。 装置におけるチャネル又は部分中の流れを制御するための別の方法は、細胞や
サンプル物質のような物質の流体流のための圧力を与えるべく流体静力学、ウイ
ッキング(wicking)及び毛細管の力の使用を伴う。例えば、Alajoki et al.の“
METHOD AND APPARATUS FOR CONTINUOUS LIQUID FLOW IN MICROSCALE CHANNELS U
SING PRESSURE INJECTION, WICKING AND ELECTROKINETIC INJECTION"、USSN
09/245,627、1999年2月5日提出、を参照されたい。これらの方
法では、吸着剤物質又は分岐毛細管構造が、圧力が加えられる領域に流動自在に
接触して配置され、それにより、吸着剤物質又は分岐毛細管構造に向かって流体
を移動させる。 細胞や他の物質を微小規模のフロー経路の中心に集めるための機構は、例えば
圧力ベースの流れにおいて流速を規制することによりアッセイのスループットを
高めるのに有効であり、H. Garrett Wada et al.による“FOCUSING OF MICROPAR
TICLES IN MICROFLUIDIC SYSTEMS" 、USSN60/134,472、1999
年5月17日提出、に記載されている。要するに、流体流を反対側のチャネルか
ら主チャネルに強制することにより、又は他の流体操作により、物質がチャネル
の中心に集められる。
Although the system of the present invention has been described with respect to a single vacuum source, it includes electrokinetic flow including, but not limited to, pressure sources at multiple reservoirs or channels of the device. And other sources of fluid movement such as other types of pressure driven flows. For example, electrokinetic techniques may be used to inject fluid into the device, or one of the devices, as appropriate.
Used to move from one channel to another in cross injection. The following techniques are optionally used in connection with the techniques of the present invention to provide further fluid control alternatives. Another method for controlling flow in channels or sections of the device is the use of hydrostatics, wicking and capillary forces to provide pressure for fluid flow of substances such as cells and sample substances. Accompanied by. For example, Alajoki et al.
METHOD AND APPARATUS FOR CONTINUOUS LIQUID FLOW IN MICROSCALE CHANNELS U
SING PRESSURE INJECTION, WICKING AND ELECTROKINETIC INJECTION ", USSN
09 / 245,627, filed February 5, 1999. In these methods, an adsorbent material or branched capillary structure is placed in fluid contact with an area to which pressure is applied, thereby displacing fluid toward the adsorbent material or branched capillary structure. Mechanisms for concentrating cells and other substances in the center of microscale flow pathways are effective in increasing assay throughput, for example by regulating flow rates in pressure-based flow, and H. Garrett Wada et al. By “FOCUSING OF MICROPAR
TICLES IN MICROFLUIDIC SYSTEMS ", USSN 60/134, 472, 1999
Filed on May 17, 2015. In essence, the substance is collected in the center of the channel by forcing the fluid flow from the opposite channel to the main channel or by other fluid manipulation.

【0047】 代わりの実施態様では、ミクロ流体システムは、遠心分離機において回転する
遠心分離機ローター装置に組み込み得る。流体と粒子は、重力及び求心/遠心圧
力により装置を通って進む。 ミクロ流体チャネルによる伝送を実現する別の方法は、動電学的な物質の伝送
による。ここで使用する「動電学的な物質の伝送システム」は、電場を物質に加
えることによりミクロチャネル及び/又は構造を含んだチャンバー内で物質を伝
送して方向付け、チャネル及び/又はチャンバーを通して及びその間にて物質を
移動させるシステムを含み、即ち、陽イオンは負電極に向かって移動する一方、
負イオンは正電極に向かって移動するシステムを含む。様々な動電学的なコント
ローラ及びシステムが、ここに記載の種々の文献のみならず、例えばRamseyのW
O96/04547、Parce et al.のWO98/46438及びDubrow et al.
のWO98/49548にも記載されている。本発明では、動電学的伝送又は電
気ポンピングが、適宜、圧力駆動される流れを導入するのに使用される。 上述の圧力駆動流は、チャネルシステムを通して流体物質を伝送して種々のア
ッセイを行うのに本システムにおいて使用される。種々のアッセイにおける流量
は、例えば試薬の消費を抑えるため、及び/又は反応時間を調節するために、後
に記載するチャネル構成により制御される。
In an alternative embodiment, the microfluidic system may be incorporated into a centrifuge rotor device that rotates in a centrifuge. Fluid and particles travel through the device due to gravity and centripetal / centrifugal pressure. Another way to achieve transmission by microfluidic channels is by transmission of electrokinetic materials. As used herein, "electrokinetic substance delivery system" refers to the transmission and orientation of a substance within a chamber containing microchannels and / or structures by the application of an electric field to the substance, through the channel and / or chamber. And a system for moving the substance therebetween, ie, the cations move towards the negative electrode,
The negative ions include a system that moves towards the positive electrode. A variety of electrokinetic controllers and systems are available, not only for the various references described herein, but also for example Ramsey W.
O96 / 04547, WO98 / 46438 of Parce et al. And Dubrow et al.
WO 98/49548. In the present invention, electrokinetic transmission or electric pumping is used to introduce pressure driven flow, as appropriate. The pressure driven flow described above is used in the system to transport fluidic substances through the channel system to perform various assays. Flow rates in various assays are controlled by the channel configurations described below, eg, to reduce reagent consumption and / or to regulate reaction times.

【0048】 III.バイパス・ループを用いた流量の調節 ミクロ流体装置における流体物質の流量は、チャネル中の流体の圧力及び/又
は速度若しくは流量が低減すべくチャネルを構成することにより、適宜調節され
る。ミクロ流体装置中、例えば主チャネル中での流量を減少させる種々のチャネ
ル構成例が、例えば図3〜10及び12に示される。 一つの実施態様では、フローリダクションチャネルは、バイパスループ、例え
ば図5に示すようなフローリダクションチャネル508であり、これは主チャネ
ル504と2つの地点で交差している。例えば図4では、フローリダクションチ
ャネル408は、第1位置及び第2位置にて主チャネル408と交差する。図4
の装置における流量は、次の方法により適宜調節される。サンプルはサンプルウ
ェル402から吸引される。緩衝剤、稀釈剤又は他の流体物質がリザバー416
からサンプルに加えられる。この追加の流体物質がサンプルに加えられる際、主
チャネルにおいて圧力が増し、流量が高まる。主チャネルから流体を抜き出して
フローリダクションチャネル408に入れることにより、圧力が減少して流量が
初期の流量に戻る。フローリダクションチャネルは、それが追加の流体物質の導
入地点より下流にて主チャネルと交差するように構成される。バイパスのための
交差の第2位置は、一般に第1位置よりも下流にある。反応又はアッセイのため
に追加の物質がサンプルに加えられるならば、第2位置は一般に反応地点又は試
薬物質の添加地点の下流にある。例えば、図4では、フローリダクションチャネ
ル408は、リザバー416の下流にある第1位置、及び試薬ウェル418及び
420の下流でかつ圧力源406の上流にある第2位置にて主チャネル404と
交差する。
III. Adjusting Flow Rate Using Bypass Loops The flow rate of fluidic material in a microfluidic device is adjusted accordingly by configuring the channel to reduce the pressure and / or velocity or flow rate of the fluid in the channel. Various example channel configurations that reduce the flow rate in a microfluidic device, such as in the main channel, are shown, for example, in Figures 3-10 and 12. In one embodiment, the flow reduction channel is a bypass loop, such as the flow reduction channel 508 as shown in FIG. 5, which intersects the main channel 504 at two points. For example, in FIG. 4, the flow reduction channel 408 intersects the main channel 408 at the first and second positions. Figure 4
The flow rate in the device is appropriately adjusted by the following method. The sample is aspirated from the sample well 402. Buffers, diluents or other fluid substances may
Added to the sample from. When this additional fluid substance is added to the sample, the pressure increases in the main channel and the flow rate increases. By withdrawing fluid from the main channel and entering it into the flow reduction channel 408, the pressure is reduced and the flow rate returns to the initial flow rate. The flow reduction channel is configured such that it intersects the main channel downstream of the point of introduction of the additional fluid material. The second location of the intersection for bypass is generally downstream of the first location. If additional material is added to the sample for the reaction or assay, the second location is generally downstream of the reaction point or the point of addition of the reagent material. For example, in FIG. 4, the flow reduction channel 408 intersects the main channel 404 at a first position downstream of the reservoir 416 and at a second position downstream of the reagent wells 418 and 420 and upstream of the pressure source 406. .

【0049】 別法として、フローリダクションチャネルは、追加の流体物質の交差地点より
上流にある主チャネル(例えば主チャネル408)と交差するように構成される
。この実施態様では、流体は例えば主チャネル408から抜き出されてフローリ
ダクションチャネルに入れられ、それにより、例えば緩衝剤、稀釈剤などの添加
の前に主チャネル中の流体の流量が低減される。次に行う例えば緩衝剤、稀釈剤
又は他の流体物質の添加により、流量が、例えばその元の値又は標準の値、即ち
流体が抜き出されてフローリダクションチャネルに入れられる前の流量に増やさ
れる。この実施態様では、チャネルは、フローリダクションチャネルが試薬又は
稀釈剤の導入チャネルよりも上流にあるように構成される。このように、流量は
例えば稀釈混合地点の前にて減少し、稀釈剤、緩衝剤などの導入後に標準値(増
大値とは対照的)に戻る。このことにより、試薬又は稀釈剤のサンプルへの混合
がもっと短い距離にて発生可能となる。
Alternatively, the flow reduction channel is configured to intersect a main channel (eg, main channel 408) upstream of the intersection of the additional fluid material. In this embodiment, fluid is for example withdrawn from the main channel 408 and placed in a flow reduction channel, which reduces the flow rate of the fluid in the main channel prior to addition of, for example, buffers, diluents and the like. Subsequent addition of, for example, buffers, diluents or other fluid substances will increase the flow rate to, for example, its original or standard value, i.e. the flow rate before the fluid is withdrawn and placed in the flow reduction channel. . In this embodiment, the channel is configured such that the flow reduction channel is upstream of the reagent or diluent introduction channel. Thus, the flow rate decreases, for example, before the dilution mixing point and returns to the standard value (as opposed to the increase value) after the introduction of diluents, buffers, etc. This allows mixing of reagents or diluents into the sample to occur at shorter distances.

【0050】 別の実施態様では、フローリダクションチャネルは1つの位置でのみ主チャネ
ルと交差するが、その下流端にて圧力源、一般には主チャネルの下流端に流動自
在に連結された同一の圧力源に連結される。このフローリダクションチャネルの
構成例としては、限定的ではないが、図3及び8の装置を含む。図3では、フロ
ーリダクションチャネル308が主チャネル304と交差し、圧力源306に流
動自在に連結される。図8では、チャネル領域808、808B、810、81
0B及び812、812Bが主チャネル領域804、804Bと交差し、圧力源
が適用される廃棄ウェル806、806Bに流動自在に連結される。 上述のフローリダクションチャネルを通して流体を送ることにより、ミクロ流
体装置における流量が、主チャネルへの物質の添加に応じて調節される。この流
量調節の別の利点は、連続的又は一定の流量を維持することに加えて、増大した
流量要求を満たすべく後続の試薬添加をより多量とする必要がないことである。
このことにより、ミクロ流体装置においてアッセイを実行するのに必要な試薬の
量が節約される。
In another embodiment, the flow reduction channel intersects the main channel at only one location, but at its downstream end is a pressure source, generally the same pressure fluidly connected to the downstream end of the main channel. Connected to the source. Examples of configurations for this flow reduction channel include, but are not limited to, the devices of FIGS. 3 and 8. In FIG. 3, a flow reduction channel 308 intersects the main channel 304 and is fluidly connected to the pressure source 306. In FIG. 8, channel regions 808, 808B, 810, 81
0B and 812, 812B intersect the main channel regions 804, 804B and are fluidly connected to waste wells 806, 806B to which a pressure source is applied. By directing the fluid through the flow reduction channel described above, the flow rate in the microfluidic device is adjusted in response to the addition of material to the main channel. Another advantage of this flow regulation is that, in addition to maintaining a continuous or constant flow rate, subsequent reagent additions need not be higher to meet the increased flow rate requirements.
This saves the amount of reagents needed to perform the assay in a microfluidic device.

【0051】 さらに試薬の消費を抑えるために、アッセイ用の試薬が、適宜、第2フローリ
ダクションチャネル又は反応チャネルに加えられる。第2フローリダクションチ
ャネルを含んだ装置を図7に示す。例えば、第2フローリダクションチャネル7
42、744及び746は、それぞれフローリダクションチャネル712、71
0及び708に流動自在に連結される。従って、流体は例えばフローリダクショ
ンチャネル708から抜き出されて第2フローリダクションチャネル746に入
れられ、それによりチャネル746中の物質の流量を減少させる。アッセイに必
要な基質、反応体又は酵素が、適宜、フローリダクションチャネル又は第2フロ
ーリダクションチャネルに加えられる。例えば、試薬がリザバー726又は72
8から反応チャネル742中に適宜加えられる。反応チャネル742がフローリ
ダクションチャネル712より小さな断面寸法を有するならば、試薬の消費は反
応チャネルのより小さな寸法ゆえにさらに抑えられる。別法として、それらは流
体の一部が抜き出されてフローリダクションチャネルに入れられた後に主チャネ
ル中に加えられる。両方の場合とも、流量及び/又はチャネル寸法が小さくなる
ので、アッセイを行うべく添加しなければならない試薬物質の量が少なくなる。
To further reduce reagent consumption, assay reagents are optionally added to the second flow reduction or reaction channels. An apparatus including a second flow reduction channel is shown in FIG. For example, the second flow reduction channel 7
42, 744 and 746 are flow reduction channels 712, 71, respectively.
0 and 708 are fluidly connected. Thus, fluid is withdrawn, for example, from flow reduction channel 708 and enters second flow reduction channel 746, thereby reducing the flow rate of material in channel 746. Substrates, reactants or enzymes required for the assay are added to the flow reduction channel or the second flow reduction channel as appropriate. For example, if the reagent is reservoir 726 or 72
8 to the reaction channel 742 as appropriate. If the reaction channel 742 has a smaller cross-sectional dimension than the flow reduction channel 712, reagent consumption is further suppressed due to the smaller size of the reaction channel. Alternatively, they are added into the main channel after a portion of the fluid has been withdrawn and placed in the flow reduction channel. In both cases, the smaller flow rates and / or channel dimensions reduce the amount of reagent material that must be added to perform the assay.

【0052】 IV.ミクロ流体装置における複数の濃度測定値の取得および複数のアッセイの
実行 ミクロ流体装置においてフローリダクションチャネルを用いることの別の利点
は、適宜これらのチャネルを使用し、1つのアッセイにおいて同じサンプル物質
について複数の測定値を得ることである。例えば、適宜、稀釈剤が加えられ、主
チャネルにおいてサンプル物質の10:1の稀釈が作られる。10:1に稀釈さ
れた物質の一部が主チャネルから抜き出されてフローリダクションチャネルに入
れられる際、フローリダクションチャネル内に位置する検出領域において適宜測
定値が得られる。このようにして得られた、例えば100:1、1000:1又
は10,000:1の付加的な稀釈レベル全てについて、分離した検出領域が、
適宜、フローリダクションチャネル内に配置されて信号が検出される。 例えば図6を参照されたい。検出器が各フローリダクションチャネル、例えば
608、610及び612の近傍に配置される。また、検出器が主チャネルの近
傍に配置される。一般に、アッセイが装置内で行われるとき、検出器が配置され
た検出領域は、試薬リザバー、例えばリザバー626、628、622及び62
4の下流に配置される。次に、アッセイが実行され、アッセイの結果に相関する
信号を検出するのに当該検出器が使用される。
IV. Acquiring Multiple Concentration Measurements and Performing Multiple Assays in a Microfluidic Device Another advantage of using flow reduction channels in a microfluidic device is the use of these channels, where appropriate, for multiple samples of the same sample material in one assay. Is to obtain the measured value of. For example, if appropriate, a diluent is added to make a 10: 1 dilution of sample material in the main channel. When a part of the 10: 1 diluted substance is extracted from the main channel and put into the flow reduction channel, appropriate measurement values are obtained in the detection region located in the flow reduction channel. For all additional dilution levels thus obtained, eg 100: 1, 1000: 1 or 10,000: 1, separate detection regions
Optionally, the signal is detected by being placed in the flow reduction channel. See, for example, FIG. A detector is located near each flow reduction channel, eg, 608, 610 and 612. Also, the detector is located near the main channel. Generally, when the assay is performed in the device, the detection area in which the detector is located is a reagent reservoir, such as reservoirs 626, 628, 622 and 62.
4 is arranged downstream. The assay is then run and the detector is used to detect the signal that correlates to the result of the assay.

【0053】 別の実施態様では、可動検出器が使用され、関心のある検出領域の各々から信
号を検出すべく検出領域間で移動させる。 別法として、単一の検出器が、フローリダクションチャネル全てから同時に信
号を検出するように配置される。このような構成を図8に示す。主チャネルとフ
ローリダクションチャネルは、単一の検出窓832、832Bにおいて集中する
並列チャネル領域804、804B、808、808B、810、810B及び
812、812Bを含む。 これらのチャネル構成を用いることで、1つのアッセイを使用して複数の濃度
にて単一のサンプルについての測定値を得ることができる。また、試薬リザバー
はフローリダクションチャネルに流動自在に連結されるように適宜配置されるの
で、反応又はアッセイは、適宜、連続稀釈から得られる種々の稀釈レベルにて実
行される。例えば、図6に示すように、リザバー622及び624は、フローリ
ダクションチャネル608及び610に流動自在に連結される。従って、反応又
はアッセイは、連続稀釈を行うために上述のように動作する際に異なる濃度のサ
ンプルを含んだフローリダクションチャネル608及び610において、適宜実
行される。
In another embodiment, moveable detectors are used to move between detection regions to detect a signal from each of the detection regions of interest. Alternatively, a single detector is arranged to detect signals from all flow reduction channels simultaneously. Such a configuration is shown in FIG. The main channel and flow reduction channel include parallel channel regions 804, 804B, 808, 808B, 810, 810B and 812, 812B centered at a single detection window 832, 832B. Using these channel configurations, one assay can be used to obtain measurements for a single sample at multiple concentrations. Also, because the reagent reservoirs are appropriately positioned to be fluidly connected to the flow reduction channels, the reaction or assay is optionally performed at various dilution levels resulting from serial dilutions. For example, as shown in FIG. 6, reservoirs 622 and 624 are fluidly coupled to flow reduction channels 608 and 610. Accordingly, reactions or assays are optionally performed in flow reduction channels 608 and 610 containing different concentrations of sample when operating as described above to perform serial dilutions.

【0054】 ここに記載のチャネル構成は、適宜、例えば同時に例えば複数のアッセイを実
行するか又は複数のサンプル測定するのに使用される。単一のサンプル又は試験
化合物が、適宜、例えばミクロ流体装置に流動自在に連結された毛細管を通して
該装置に導入される。試験化合物は、適宜、薬剤、潜在的薬剤、化合物、酵素、
蛋白質、核酸などである。サンプルは、適宜、n個の部分に分割される(nは約
2〜約100の範囲)。これらの部分は、適宜、それらの初期濃度にて使用され
るか又は後に記載のように稀釈される。 各部分はx個のアッセイチャネル(例えば並列アッセイチャネル)のうちの一
つを通って流される(xは約1〜約100の範囲)。ここで使用される「アッセ
イチャネル」とは、種々の化合物(例えば化学的又は生化学的な化合物)につい
てアッセイ、試験、スクリーニングなど(例えば生化学アッセイ)を行うのに使
用される例えば並列構成の微小規模チャネルをいう。本発明のフローリダクショ
ンチャネルは、適宜、アッセイチャネルとして使用される。サンプル又は試験化
合物の一部が、適宜、複数の同時アッセイを行うべくアッセイチャネル中に同時
に流し込まれる。
The channel configurations described herein are optionally used, for example, to simultaneously perform, eg, multiple assays or measure multiple samples. A single sample or test compound is optionally introduced into the device, for example through a capillary fluidly connected to the microfluidic device. The test compound may be any drug, potential drug, compound, enzyme,
Examples include proteins and nucleic acids. The sample is conveniently divided into n parts, where n ranges from about 2 to about 100. These portions are optionally used at their initial concentration or diluted as described below. Each portion is flowed through one of x assay channels (eg, parallel assay channels), where x ranges from about 1 to about 100. As used herein, "assay channel" refers to, for example, a parallel configuration used to perform assays, tests, screens, etc. (eg, biochemical assays) on various compounds (eg, chemical or biochemical compounds). Refers to microscale channels. The flow reduction channels of the present invention are optionally used as assay channels. A portion of the sample or test compound is optionally co-flowed into the assay channel to perform multiple simultaneous assays.

【0055】 一旦サンプル部分がアッセイチャネルに流し込まれると、1又は2以上の試薬
が各チャネルに加えられ、試薬とサンプル部分を化合させてアッセイが行われる
。異なる試薬が各アッセイチャネルに適宜加えられ、それによりx個のアッセイ
チャネルにおいてy個の異なるアッセイを行う(yは約1〜約100の範囲)。
適宜、これらのアッセイは同時に実行され、例えば種々のサンプル部分がチャネ
ルを通って同時に流され、1又は2以上の試薬(例えば異なる試薬)と同時に反
応する。これらの試薬は、適宜、HSA結合アッセイ、ターゲットスクリーニン
グ、薬剤スクリーニング、酵素アッセイ、蛍光アッセイ、ドーズ応答(dose-resp
onse)アッセイ、選択性スクリーニング、プロテアーゼアッセイ、結合アッセイ
などを実行するのに使用される。異なるアッセイの実行又は単一化合物に複数の
化学的作用を課する代替方法は、アッセイチャネルの各々において異なるチャネ
ル化学的作用を用いることを含む。 各アッセイはz個の生成物を生じる(zは約1〜約1000の範囲)。例えば
、各反応は1又は2以上の生成物を作り、y個のアッセイからx個のチャネルの
各々における生成物は、適宜、それらが検出領域(例えばx個のチャネル全ての
近傍にある検出領域)を通って流れる際に同時に検出される。このようにして、
本発明の装置及び方法を用いて、単一の試験化合物について複数のアッセイが同
時に実行される。
Once the sample portion is cast into the assay channel, one or more reagents are added to each channel and the assay is performed by combining the reagent and sample portion. Different reagents are added to each assay channel as appropriate, thereby performing y different assays in x assay channels (y ranging from about 1 to about 100).
Optionally, these assays are performed simultaneously, eg, different sample portions are simultaneously flowed through the channel and react simultaneously with one or more reagents (eg, different reagents). These reagents are suitable for HSA binding assay, target screening, drug screening, enzyme assay, fluorescence assay, dose-resp
onse) assay, selectivity screen, protease assay, binding assay, etc. An alternative method of performing different assays or imposing multiple chemistries on a single compound involves using different channel chemistries in each of the assay channels. Each assay yields z products, where z ranges from about 1 to about 1000. For example, each reaction produces one or more products, and the products in each of the x channels from the y assays are appropriately labeled such that they are in the detection region (eg, a detection region in the vicinity of all x channels). ) Is detected as it flows through. In this way
Using the apparatus and methods of the invention, multiple assays are run simultaneously on a single test compound.

【0056】 V.本発明の装置を用いて適宜実行されるアッセイ 例えば図8に示すような装置は、適宜、連続フロー酵素抑制アッセイにおいて
ターゲット酵素の抑制のために化合物を試験するのに使用される。例えば図8に
示すような装置は、サンプル注入ポートとして機能させるために毛細管取付地点
802、802Bにてミクロ流体本体構造部に取り付けられた毛細管、及び4つ
の並列な反応/処理チャネル、例えばチャネル領域804、804B、808、
808B、810、810B及び812、812Bを組み込む。チャネル領域は
、1又は2以上の固定稀釈ステージを組み込み、これは3オーダーの大きさの範
囲に亘って試験化合物の最終濃度を変える。また、4つの並列チャネル領域は、
化合物が酵素及び基質と混合されるアッセイ領域と検出窓832、832Bとを
含む。この検出窓832、832Bでは、4つのチャネル領域804、804B
、808、808B、810、810B及び812、812Bが近接して配置さ
れ、結果として得られる蛍光を画像化又は走査技術を用いて同時にモニターする
ことを容易にする。
V. Assays Optionally Performed Using Devices of the Invention Devices, such as those shown in Figure 8, are optionally used to test compounds for inhibition of target enzymes in a continuous flow enzyme inhibition assay. For example, a device such as that shown in FIG. 8 has a capillary attached to the microfluidic body structure at capillary attachment points 802, 802B to act as a sample injection port, and four parallel reaction / treatment channels, eg, channel regions. 804, 804B, 808,
808B, 810, 810B and 812, 812B are incorporated. The channel region incorporates one or more fixed dilution stages that alter the final concentration of test compound over a range of three orders of magnitude. Also, the four parallel channel regions are
It includes an assay region in which the compound is mixed with enzyme and substrate and detection windows 832, 832B. In the detection windows 832 and 832B, four channel regions 804 and 804B are provided.
, 808, 808B, 810, 810B and 812, 812B are placed in close proximity to facilitate simultaneous monitoring of the resulting fluorescence using imaging or scanning techniques.

【0057】 試験化合物は、廃棄ウェル806、806Bにて真空を適用することにより、
サンプル毛細管を介してミクロ流体装置に注入される。主チャネル領域たるチャ
ネル領域804、804Bにおいて、試験化合物が装置内に運ばれ、さらなる稀
釈なしで酵素及び基質と混合される。チャネル領域808、808Bは、濃度を
10倍小さくするために1つの稀釈ステージを組み込む。これは、リザバー81
6、816Bから追加のアッセイ緩衝剤を加え、成分の混合を可能にし、追加の
流体を抜き出して廃棄チャネルに入れて流量全体を一定に保持することで行われ
る。同様に、チャネル領域810、810B及び812、812Bは、2つ及び
3つの稀釈ステージをそれぞれ組み込み、試験化合物の濃度を100倍及び10
00倍低減させる。稀釈ステージからの廃棄流を図に示したように連結する代わ
りに分離したまま保持することにより、試験化合物は適宜オート蛍光(autofluor
escence)についてモニターされ(なぜなら、廃棄チャネルも画像化又は走査され
るから)、このデータは%抑制の計算の前にアッセイについての生の蛍光データ
を修正するのに適宜使用される。
The test compound was applied to the waste wells 806, 806B by applying a vacuum.
It is injected into the microfluidic device through the sample capillary. In the main channel regions, channel regions 804, 804B, the test compound is delivered into the device and mixed with the enzyme and substrate without further dilution. The channel regions 808, 808B incorporate one dilution stage to reduce the concentration by a factor of 10. This is the reservoir 81
6,816B with additional assay buffer to allow mixing of the components and withdrawal of additional fluid into the waste channel to maintain a constant total flow rate. Similarly, channel regions 810, 810B and 812, 812B incorporate two and three dilution stages, respectively, to increase test compound concentrations by a factor of 100 and 10.
It is reduced by 00 times. The test compounds are appropriately autofluorinated by keeping the waste streams from the dilution stage separated instead of ligating as shown.
luminescence) (since the waste channel is also imaged or scanned) and this data is optionally used to correct the raw fluorescence data for the assay prior to calculation of% inhibition.

【0058】 流量をさらに調節するために、チャネル寸法は、適宜、例えばループや曲がり
くねった特徴を組み込むことにより調節される。これは、幅や深さを変化させ、
所望の稀釈ファクター、流量及び混合時間を達成すべく相対的な流体力学的抵抗
を変化させるものである。サンプル注入回路は、適宜、試験化合物溶液が並列チ
ャネル領域に同時に到達するように調節される。同様に、並列チャネル領域(及
び望めば廃棄流)の全長は、適宜、サンプルが同期して検出窓に到達するように
調節される。同様の設計が、適宜、キナーゼアッセイ、結合アッセイ、細胞に基
づいたアッセイなどにおいて使用される。 別法として、本発明の装置は、複数のアッセイを同時に行うのに使用される。
例えば、部分に分割される単一のサンプルプラグ(sample plug)について、HS
Aアッセイ及び高スループットのターゲットスクリーニングが適宜組み合わされ
て実行される。この分割された部分は、本発明の種々のアッセイチャネルに流し
込まされ、各々は異なる反応の化学的作用を受ける。別法として、固有の薬剤蛍
光が高スループットターゲットスクリーニングと組み合わせれて測定され、又は
同様の酵素のパネルが選択性スクリーニングにおいて同時に評価される。他の実
施態様では、ドーズ応答の実験が、上述のようにインライン稀釈を用いて実行さ
れ、単一のサンプルについて解離定数の範囲全体を調べる。
To further adjust the flow rate, the channel dimensions are adjusted accordingly, for example by incorporating loops or serpentine features. This changes the width and depth,
It modifies the relative hydrodynamic drag to achieve the desired dilution factor, flow rate and mixing time. The sample injection circuit is optionally adjusted so that the test compound solution reaches the parallel channel regions simultaneously. Similarly, the total length of the parallel channel region (and waste stream if desired) is adjusted accordingly so that the samples arrive at the detection window synchronously. Similar designs are used in kinase assays, binding assays, cell-based assays, etc., as appropriate. Alternatively, the device of the invention is used to perform multiple assays simultaneously.
For example, for a single sample plug divided into parts, HS
The A assay and high throughput target screening are performed in an appropriate combination. This divided portion is cast into the various assay channels of the invention, each of which undergoes a different reaction chemistry. Alternatively, intrinsic drug fluorescence is measured in combination with a high throughput target screen, or a panel of similar enzymes is evaluated simultaneously in a selectivity screen. In another embodiment, dose response experiments are performed using in-line dilution as described above to study the entire range of dissociation constants for a single sample.

【0059】 別の実施態様では、同じ反応が各チャネルにおいて実行され、唯一の相違点は
例えば異なる酵素イソフォームである。例えば、単一のヌクレオチド多形(SN
P)は現在公知であり、かつ全ての酵素すなわち遺伝子生成物について急速に決
定されつつある。これらの酵素は、適宜、薬剤ターゲット、新陳代謝で重要な酵
素など、例えばP450酵素である。一般に、酵素は、例えば高スループット形
式にて潜在的薬剤又は薬剤化合物に対してスクリーニングされる。酵素の複数の
型に対して並列にスクリーニングを行うことは、一般に試薬の消費及び時間に関
して試験的である。個々の酵素、例えばp450酵素における差異は、異なる薬
剤−薬剤相互作用及び薬剤の副作用に大きな影響を与える重要なファクターとな
り得る。本発明の装置は、適宜、1つのサンプルを用いて並列にて酵素又は蛋白
質の所望のフォーム全てを同時にスクリーニングするのに使用される。このこと
により、例えば人間の被験者についての臨床試験を含めて次の高額の段階の前に
、例えば薬剤の発見プロセスの初期に個々の化合物間の重要なSNP差異を考慮
することが可能となる。また、このような方法は、高スループットのターゲット
スクリーニング及び非ターゲット依存の高スループットスクリーニングにおいて
有効である。
In another embodiment, the same reaction is carried out in each channel, the only difference being eg the different enzyme isoforms. For example, a single nucleotide polymorphism (SN
P) is now known and is being rapidly determined for all enzymes or gene products. These enzymes are drug targets, enzymes important in metabolism, etc., such as P450 enzymes, as appropriate. Generally, enzymes are screened against potential drugs or drug compounds, eg, in a high throughput format. Performing screening in parallel for multiple types of enzymes is generally tentative in terms of reagent consumption and time. Differences in individual enzymes, such as p450 enzymes, can be important factors that have a large impact on different drug-drug interactions and drug side effects. The device of the present invention is optionally used to simultaneously screen all desired forms of an enzyme or protein in parallel with one sample. This allows significant SNP differences between individual compounds to be taken into account, eg, early in the drug discovery process, before the next expensive steps, including clinical trials on human subjects, for example. Further, such a method is effective in high-throughput target screening and non-target-dependent high-throughput screening.

【0060】 例えば、上述のように複数の試薬ウェルを組み込んで異なる試薬を各チャネル
に加えることにより、同じ装置において異なる反応が同時に実行される。例えば
、リザバー822は、適宜、試薬をチャネル領域804に加え、リザバー820
はチャネル808に加え、リザバー826はチャネル810に加え、リザバー8
24はチャネル812に加える。複数の反応がフローリダクションチャネルなし
で装置において適宜実行されるので、チャネル842、844及び846は任意
選択できる。別法として、フローリダクションチャネルが、追加のアッセイチャ
ネルとして使用され、又は種々のアッセイに供する前にサンプル部分を稀釈する
のに使用される。
For example, different reactions can be performed simultaneously in the same device by incorporating multiple reagent wells and adding different reagents to each channel as described above. For example, reservoir 822 may optionally add a reagent to channel region 804 to cause reservoir 820 to
In addition to channel 808, reservoir 826 in addition to channel 810, reservoir 8
24 is added to channel 812. Channels 842, 844 and 846 are optional, as multiple reactions are optionally performed in the apparatus without flow reduction channels. Alternatively, flow reduction channels are used as additional assay channels or to dilute sample portions before subjecting to various assays.

【0061】 他の実施態様では、装置の種々のアッセイチャネルのチャネル寸法を変えるこ
とにより、例えば異なるアッセイチャネルにおいて異なるチャネルコーティング
、物質などを用いることにより、単一のサンプル又は試験化合物について単一の
装置において複数のアッセイが同時に実行される。例えば、1つのチャネルは、
分離マトリックスを適宜含み、又は機能化されたガラス、例えばシラン化(silan
ized)ガラスを適宜含む。ある実施態様では、異なる試薬、異なる試薬から成る
ビーズなどが、チャネルに事前に装填されて異なる化学的作用を与える。ポリマ
ー基質の表面改質は、適当に帯電した物質を有するコーティングを含めて種々の
異なる型を取り得、表面上に存在する分子を変性(derivatizing)させてその表面
上に帯電基を生じ、及び/又は帯電化合物を表面にカップリングする。チャネル
コーティングの適用及び使用についての説明については、例えばParce et al.に
よる米国特許第5,885,470号“Controlled Fluid Transport in Microf
abricated Polymeric Substrates”、及び同一人の公開されたPCT出願WO9
8/46438を参照されたい。
In another embodiment, a single sample or test compound is given a single sample by varying the channel dimensions of the various assay channels of the device, eg, by using different channel coatings, substances, etc. in different assay channels. Multiple assays are run simultaneously on the device. For example, one channel is
A glass optionally containing or functionalized with a separation matrix, such as silanized
ized) glass is included as appropriate. In some embodiments, different reagents, beads composed of different reagents, etc. are preloaded into the channels to provide different chemistries. Surface modification of polymeric substrates can take a variety of different forms, including coatings with suitably charged materials, derivatizing the molecules present on the surface to give charged groups on the surface, and / or Alternatively, the charged compound is coupled to the surface. For a description of the application and use of channel coatings, see, eg, Parce et al., US Pat. No. 5,885,470, “Controlled Fluid Transport in Microf.
abricated Polymeric Substrates ”and published PCT application WO 9 by the same person
See 8/46438.

【0062】 VI.ミクロ流体装置への自然注入による圧力摂動の抑制 一般に、自然注入は、例えばサンプルをサンプルプレートからミクロ流体装置
に移送するために外部毛細管を用いるミクロ流体システムにおいて発生する。こ
こで使用される用語「自然注入」は、外部からの力、例えば差圧や電場などが加
わらない状況で流体又は他の物質が所与の通路又は導管内に移動する動作をいう
。一般に、ここでも使用されるように、自然注入は、チャネル内での毛細管作用
、チャネル外部での流体の表面張力などの結果として流体が充填した毛細管チャ
ネルの先端にて流体がチャネル中に移動する動作をいう。よって、チャネル、チ
ャンバー又は他の導管に「自然注入」される流体又は他の物質は、外部から加え
られる起動力の助けなしで前記チャネル、チャンバー又は他の導管内に移動する
。 一般に、自然注入の減少は、毛細管チャネル及びチャネル先端の形状に依存し
て変わり得るサンプリングにおける一定の容積誤差(サンプリングされた容積に
は依存しない)を与えるので、毛細管電気泳動の適用において問題と見なされる
。この効果を低減又は除去するための方法が、例えばChow et al.によるUSS
N09/416,288“External Material Accession Systems"に記載されて
おり、これは、この現象を利用して改善されたサンプル取得を得るための方法、
例えば極度に小容量の流体をサンプリングするための方法をも与える。
VI. Suppression of Pressure Perturbations by Natural Injection into Microfluidic Devices In general, natural injection occurs in microfluidic systems that use external capillaries, eg, to transfer a sample from a sample plate to the microfluidic device. The term "spontaneous injection" as used herein refers to the movement of a fluid or other substance into a given passage or conduit in the absence of external forces, such as differential pressure or electric fields. In general, as also used here, spontaneous injection results in fluid migration into the channel at the tip of the fluid-filled capillary channel as a result of capillary action within the channel, surface tension of the fluid outside the channel, etc. Refers to operation. Thus, fluids or other substances that are "naturally injected" into channels, chambers or other conduits move into the channels, chambers or other conduits without the assistance of externally applied motive forces. In general, the reduction of spontaneous injection is considered a problem in capillary electrophoresis applications because it provides a constant volumetric error in sampling (independent of sampled volume) that may vary depending on the shape of the capillary channel and channel tip. Be done. Methods for reducing or eliminating this effect are described, for example, by Chow et al. By USS
N09 / 416,288 "External Material Accession Systems", which is a method for utilizing this phenomenon to obtain improved sample acquisition,
It also provides a method for sampling, for example, extremely small volumes of fluid.

【0063】 外部吸引毛細管を含むミクロ流体装置への自然注入も、圧力のような実質的に
一定の駆動力(例えば単一の真空源)の下で、又は動電学的に駆動される流れに
おける流量の摂動を起こすものとして公知である。吸引毛細管は流体リザバー(
例えばサンプルウェル)から揚げられる際、毛細管の端での液体の滴の曲率が、
毛細管の内側方向に追加の圧力を及ぼし、より大きな流量を生じる。流量の摂動
はアッセイ信号の摂動を生じさせ、これがアッセイの結果の定量分析を妨害し得
る。例えば図11を参照されたい。例えば、信号の摂動は、酵素の抑制反応にお
ける抑制を不明瞭にし得る。従って、流体の滴がミクロ流体装置中に自然に注入
される際に増大した流量による圧力摂動を最小にするのが望ましい。
Spontaneous injection into a microfluidic device that includes an external suction capillary can also be performed under a substantially constant driving force, such as pressure (eg, a single vacuum source), or electrokinetically driven flow. Is known to cause flow rate perturbations in. The suction capillary is a fluid reservoir (
When fried from a sample well, for example, the curvature of the drop of liquid at the end of the capillary
It exerts additional pressure inwardly of the capillaries, resulting in a higher flow rate. Perturbations in flow rate cause perturbations in the assay signal, which can interfere with the quantitative analysis of assay results. See, eg, FIG. For example, perturbation of the signal can obscure inhibition in the enzyme's inhibition reaction. Therefore, it is desirable to minimize pressure perturbations due to increased flow rate as drops of fluid spontaneously infuse into the microfluidic device.

【0064】 本発明は、ミクロ流体装置への自然注入による圧力摂動を抑制するための方法
を提示する。本方法は、一般に、毛細管の開放端をサンプルソース(例えばマイ
クロウェルプレート)に浸け、それによりサンプルソースからサンプルを引き抜
いて毛細管に入れることを含む。毛細管は、一般に、ミクロ流体装置に流動自在
に連結された外部吸引毛細管である。本方法は、サンプルソースから毛細管の開
放端を引っ込めることを含む。サンプルの第1部分は、開放端に残り、毛細管に
圧力を及ぼす表面張力により毛細管内に自然に注入される。サンプルの第2部分
は、第1交差地点又は圧力ノードにて毛細管と交差する主チャネル中に毛細管か
ら流される。サンプルの第3部分は、分路チャネルを通して流され、第1交差地
点又は圧力ノードと毛細管の開放端との間の差圧を作る。一般に、分路チャネル
は、第1交差地点又は第1交差地点の下流にて主チャネルと交差する。分路又は
バイパスチャネルを通る流体の流れが、第1交差地点にて圧力を変化させ、それ
により主チャネルにおける圧力摂動を抑制する。第1交差地点での圧力は、適宜
、毛細管の開放端での圧力(一般に大気圧)よりも大きい、又は小さい。
The present invention presents a method for suppressing pressure perturbations due to spontaneous injection into a microfluidic device. The method generally involves dipping the open end of the capillary into a sample source (eg, a microwell plate), thereby withdrawing the sample from the sample source into the capillary. Capillaries are generally external suction capillaries fluidly coupled to a microfluidic device. The method includes withdrawing the open end of the capillary from the sample source. The first portion of the sample remains at the open end and is naturally injected into the capillary by surface tension exerting pressure on the capillary. A second portion of the sample is flowed from the capillary into the main channel that intersects the capillary at the first crossing point or pressure node. A third portion of the sample is flowed through the shunt channel, creating a differential pressure between the first crossing point or pressure node and the open end of the capillary. Generally, the shunt channel intersects the main channel at or downstream of the first intersection. Fluid flow through the shunt or bypass channel changes the pressure at the first crossing point, thereby suppressing pressure perturbations in the main channel. The pressure at the first crossing point is suitably greater or less than the pressure at the open end of the capillary (typically atmospheric pressure).

【0065】 上述の方法は、吸引毛細管からバイパスチャネルに流体を流してシステムにお
ける圧力地点を変えることにより、自然注入の効果を小さくする。例えば、チッ
プ上の試薬が混合され、又は吸引毛細管からミクロ流体装置に導入された試薬若
しくはサンプルを合流する圧力ノードが、ミクロ流体装置における圧力摂動の程
度を決める。一般に、この圧力ノードが大気圧から離れれば離れる程、自然注入
の圧力摂動の効果は小さくなる。本発明のフローリダクションチャネル又は分路
チャネルは、この圧力ノード又は交差地点での圧力を成形し且つ圧力摂動を最小
にするのに使用される。また、分路チャネルは、適宜、差圧を増大又は減少させ
るべく適宜圧力が調節される制御自在チャネルである。例えば、コントローラに
連結された圧力源は、適宜、例えば分路チャネルに正又は負の圧力を加えること
により、分路チャネルに流動自在に連結されて分路チャネル中の圧力を制御する
。別法として、分路チャネルは、例えば幅、深さ、チャネルコーティングなどを
用いて特定の差圧を与えるように構成される。
The method described above diminishes the effect of spontaneous injection by flowing fluid from the suction capillary into the bypass channel to change the pressure point in the system. For example, the pressure nodes that mix the reagents on the chip or merge the reagents or samples introduced into the microfluidic device from the suction capillary determine the degree of pressure perturbation in the microfluidic device. In general, the further away this pressure node is from atmospheric pressure, the less effective the pressure perturbation of spontaneous injection becomes. The flow reduction or shunt channel of the present invention is used to shape the pressure at this pressure node or intersection and to minimize pressure perturbations. The shunt channel is also a controllable channel whose pressure is adjusted accordingly to increase or decrease the differential pressure. For example, a pressure source coupled to the controller is fluidly coupled to the shunt channel to control the pressure in the shunt channel, for example by applying positive or negative pressure to the shunt channel. Alternatively, the shunt channel is configured to provide a particular differential pressure, for example using width, depth, channel coating, etc.

【0066】 例えば、図9Aに示されたような分路チャネルのないミクロ流体装置では、内
部圧力ノードP1 は、流量Q1 、流体力学的な抵抗R1 及び加えられた圧力P0 により次のように決められる。 P1 =P0 +Q1 1 図9Bは、分路チャネル902を付加した装置を示す。流体が分路チャネル90
2に例えば毛細管904から流される際、例えば全ての外部圧力ノードP0 、P 2 及びP3 が変わらなければ、Q1 はQ1 ’に増加する。毛細管904、分路9
02及びサイドチャネル906の交差点での内部圧力ノードP1 は、次の通りで
ある。 P1 ’=P0 +Q1 ’R1 1 ’はQ1 より大きいので、P1 ’もP1 より大きい。この差圧により、図9
Bの装置はP0 (例えば交差地点908)での自然注入圧力摂動に対して図9A
の装置よりも大きい耐性を有する。分路設計の他の利点は、限定的ではないが、
毛細管を通るサンプルプラグの相対的な流体力学的分散のレベルが下げられるこ
と、及び毛細管を装置上のミクロチャネルに連結する吸引ジョイントを通るサン
プルプラグの最後部(tailing)が低減されることを含む。
[0066]   For example, in a microfluidic device without shunt channels as shown in FIG. 9A,
Part pressure node P1Is the flow rate Q1, Hydrodynamic resistance R1And the applied pressure P0 Is determined as follows.     P1= P0+ Q1R1 FIG. 9B shows a device with the addition of shunt channel 902. Fluid shunt channel 90
2 when, for example, flowing from the capillary 904, all external pressure nodes P0, P 2 And P3If does not change, Q1Is Q1’ Capillary tube 904, shunt 9
02 and side channel 906 at the internal pressure node P1Is as follows
is there.     P1’= P0+ Q1’R1 Q1’Is Q1Because it is larger, P1’P1Greater than Due to this pressure difference, FIG.
B device is P0FIG. 9A for spontaneous injection pressure perturbation (eg, at intersection 908).
It has a greater resistance than the other devices. Other benefits of shunt design include, but are not limited to,
The level of relative hydrodynamic dispersion of the sample plug through the capillary is reduced.
And through a suction joint that connects the capillary to the microchannel on the device.
Including that the tailing of the pull plug is reduced.

【0067】 VII.機器 ここに特定して説明した装置は、一般に少数の又は1つの特定操作の実行に関
して記載されているけれども、これらのシステムの柔軟性により別の操作をこれ
らの装置に容易に統合できることは本明細書から容易に分かるであろう。例えば
、記載された装置及びシステムは、適宜、ここに特定して説明した操作より上流
と下流の両方での任意数の操作を実際上実行するための構造、試薬及びシステム
を含む。このような上流での操作としては、サンプルの取扱い及び調製操作、例
えば細胞の活性化、ラベル付け反応、稀釈、アリコート化(aliquotting)などを
含む。同様に、下流での操作としては、例えばサンプル成分の分離、成分のラベ
ル付け、アッセイ・検出操作、粒子セットに接触した成分又は粒子セットから開
放された物質の動電学的又は圧力による注入などを含めて、同様の操作が含まれ
得る。
VII. Equipment Although the devices specifically described herein are generally described in terms of performing a few or one particular operation, it is herein noted that the flexibility of these systems allows other operations to be readily integrated into these devices. It will be easily understood from the calligraphy. For example, the described devices and systems optionally include structures, reagents and systems to perform virtually any number of operations both upstream and downstream of the operations specifically described herein. Such upstream operations include sample handling and preparation operations such as cell activation, labeling reactions, dilutions, aliquoting and the like. Similarly, downstream operations include, for example, separation of sample components, labeling of components, assay and detection operations, electrokinetic or pressure injection of components in contact with or released from particle sets. , And similar operations may be included.

【0068】 本発明では、細胞、蛋白質、抗体、酵素、基質、緩衝剤などのような物質は、
例えば関心のある成分の存在を検出できるように、化合物の活性を決めることが
できるように、又は例えば酵素の活性についての調節剤の効果を測定できるよう
に、適宜モニター及び/又は検出される。ラベル信号の測定値に依存して、次の
流体の操作、例えば運動(kinetic)情報を決めるために特定の成分を詳細にアッ
セイするか否かについて適宜決定される。 一般に、ここに記載のシステムは、装置内での流体の移送、流量及び方向を制
御するための別の機器、システムにより実行された操作の結果を検出又は感知す
るための検出機器、事前にプログラムされた命令により制御機器に命令を出し、
検出機器からデータを受け取り、該データを分析し、記憶し、解釈し、容易にア
クセスできる報告フォーマットにてデータ及び解釈を与えるためのプロセッサー
(例えばコンピュータ)と共に、上述のミクロ流体装置を含む。
In the present invention, substances such as cells, proteins, antibodies, enzymes, substrates, buffers, etc.
It is optionally monitored and / or detected so that, for example, the presence of the component of interest can be detected, the activity of the compound can be determined, or the effect of the modulator on, for example, the activity of the enzyme can be measured. Depending on the measured value of the label signal, subsequent fluid manipulations, such as whether or not to specifically assay a particular component to determine kinetic information, are appropriately determined. Generally, the system described herein includes another device for controlling the transfer, flow rate and direction of fluid within the device, a detection device for detecting or sensing the result of the operation performed by the system, a pre-programmed device. Command to the control device according to the command given,
It includes a microfluidic device as described above, with a processor (e.g., a computer) for receiving data from the detection instrument, analyzing, storing, interpreting the data, and providing the data and interpretation in an easily accessible reporting format.

【0069】流体指示システム 様々な制御機器が、例えば圧力ベース又は動電学的な制御により本発明の装置
内で流体物質及び/又は物質の伝送及び方向を制御するために、上述のミクロ流
体装置と共に適宜利用される。 本システムでは、流体指示システムが、ミクロ流体装置を通るサンプルの移送
、流れ及び/又は移動を制御する。例えば、流体指示システムは、主チャネル中
へのサンプルの移動及び主チャネルを通るサンプルの移動を適宜指示し、主チャ
ネルにて、サンプルが緩衝剤又は他の稀釈剤により適宜稀釈される。この流体指
示システムは、適宜、物質ソースから主チャネル中への緩衝剤又は他の稀釈剤の
移動を指示し、それにより第1の稀釈されたサンプルが得られる。該システムは
第1の稀釈されたサンプルの一部のフローリダクションチャネル中への移動をも
指示する一方、第1の稀釈されたサンプルの第2部分は主チャネルを流れたまま
である。また、流体指示システムは、連続稀釈を行って第2の稀釈されたサンプ
ルを作るために、緩衝剤の第2アリコートの主チャネル中への移動を適宜指示す
る。その後、流体指示システムは、第2の稀釈された物質の第1部分を第2フロ
ーリダクションチャネル中に送る一方、第2の稀釈された物質の第2部分は主チ
ャネルに残す。また、流体指示システムは、サンプル物質のさらなる連続稀釈を
行うべくこれらの移動を反復して繰り返し、流体物質の一部をフローリダクショ
ンチャネル中に送ることにより各稀釈後に主チャネルにおける圧力を低減する。
Fluid Directing System Various control devices, such as the pressure-based or electrokinetic controls, for controlling fluidic substances and / or the transmission and direction of substances within the device of the present invention, are microfluidic devices as described above. Is used together with. In the system, a fluid pointing system controls the transfer, flow and / or movement of the sample through the microfluidic device. For example, the fluid-indicating system optionally directs sample transfer into and through the main channel, where the sample is optionally diluted with a buffer or other diluent. The fluid-indicating system optionally directs the transfer of buffer or other diluent from the source of material into the main channel, thereby obtaining a first diluted sample. The system also directs the transfer of a portion of the first diluted sample into the flow reduction channel, while the second portion of the first diluted sample remains flowing in the main channel. The fluid-indicating system also optionally directs the transfer of a second aliquot of buffer into the main channel to effect a serial dilution to produce a second diluted sample. The fluid indicating system then sends a first portion of the second diluted substance into the second flow reduction channel while leaving a second portion of the second diluted substance in the main channel. The fluid-indicating system also repeats these movements to provide further successive dilutions of the sample material, sending a portion of the fluid material into the flow reduction channel to reduce the pressure in the main channel after each dilution.

【0070】 システムの種々のチャネルにおいて所望の稀釈レベルが得られた後、流体指示
システムは、適宜、試薬リザバーから主チャネル及び/又はフローリダクション
チャネルへの1又は2以上の試薬物質(例えば基質、酵素など)の移動を指示し
、サンプル物質及び/又は稀釈された物質と反応させる。試薬の使用を抑えるた
めに、流体指示システムは、適宜、フローリダクションチャネルから第2フロー
リダクションチャネル又は低減チャネルへの稀釈されたサンプルの移動を指示す
る。また、チャネルを通るサンプル物質及び稀釈された物質の(それらが検出さ
れる)検出領域中への移動も、流体指示システムにより制御される。
After the desired dilution levels have been obtained in the various channels of the system, the fluid-indicating system may optionally utilize one or more reagent substances (eg, substrate, (Eg, enzyme) to react with sample material and / or diluted material. To reduce reagent usage, the fluid-indicating system optionally directs the movement of the diluted sample from the flow reduction channel to the second flow reduction channel or reduction channel. The movement of sample material and diluted material through the channel into the detection area (where they are detected) is also controlled by the fluid indicating system.

【0071】 例えば単一のサンプルについて複数のアッセイを行うために、流体指示システ
ムは、サンプルをn個の部分に分割し、n個のサンプル部分をx個のアッセイチ
ャネル(例えば図8A及び8Bに示すような並列アッセイチャネル)に送る。ま
た、流体指示システムは、適宜、x個のチャネルの各々への種々の試薬の添加を
指示する。異なる試薬が、適宜、x個のチャネルの各々に加えられ、それにより
、サンプルの各部分を異なる化学的作用(例えば異なる反応やアッセイ)にさら
すことで、y個の異なるアッセイを行い、かつ、z個の異なる生成物を作る。一
般に、使用されるサンプル部分の数nは、約2〜約100の範囲である。一般に
、サンプル部分の数は、チャネルの数xに実質的に等しい。一般に、流体指示シ
ステムは、1つのサンプル部分を異なるチャネルの各々に送る。別法として、1
0個のチャネルを備えた装置が使用され、サンプルが2つの部分にのみ分割され
て2つのチャネルのみが使用される。他の実施態様では、異なるサンプルが10
個のチャネルの各々に送られる。一般に、チャネル数は約2〜約100の範囲で
ある。好ましくは、チャネル数は約2〜約20の範囲である。さらに好ましくは
、チャネル数は約4〜約10個のチャネルである。一旦サンプルがチャネル中に
存在すると、流体指示システムは、例えばy個の異なるアッセイを行うべく、種
々の試薬をリザバーからアッセイチャネルに送る。一般に、異なるアッセイの数
yは約2〜約100の範囲である。しかしながら、アッセイの数は、チャネル数
又はサンプル部分の数に等しくする必要はない。異なるアッセイが、適宜、x個
のチャネルの各々において実行される。例えば、いくつかの異なる酵素基質が、
適宜、本発明の異なるチャネルにおいて同時にスクリーニングされ、又はいくつ
かの異なる蛋白質結合サイトが、適宜、異なるチャネルにおいて各結合サイトを
調べることにより同時に探索される。別法として、1つのアッセイ(例えばサイ
トIHSA結合)がいくつかのチャネル(例えばチャネルの半分)にて実行され
、別のアッセイ(例えばサイトIIHSA結合)が残りのチャネルにて実行され
る。一般に、y個のアッセイはz個の異なる生成物を作る、例えば、各アッセイ
が1又は2以上の生成物を作る。従って、生成物の数は一般には少なくともアッ
セイの数に等しいが、しばしば、アッセイの数yよりも大きい。一般に、生成物
の数は約1〜約10,000の範囲であり、さらに一般には約2〜約1000の
範囲であり、最も一般的には約2〜約100の範囲である。一般に各々のアッセ
イは、1又は2以上の生成物を生じ、それを流体指示システムがアッセイチャネ
ルを通して検出領域に方向付け、単一の検出領域に集中しているアッセイチャネ
ルから検出(例えば同時検出、蛍光検出)を行う。
For example, to perform multiple assays on a single sample, the fluid-indicating system divides the sample into n portions and divides the n sample portions into x assay channels (eg, in FIGS. 8A and 8B). Parallel assay channels as shown). The fluid indicating system also directs the addition of various reagents to each of the x channels, as appropriate. Different reagents are suitably added to each of the x channels, thereby exposing each portion of the sample to a different chemistry (eg, different reaction or assay) to perform y different assays, and Make z different products. Generally, the number n of sample portions used ranges from about 2 to about 100. In general, the number of sample portions is substantially equal to the number of channels x. Generally, the fluid pointing system sends one sample portion to each of the different channels. Alternatively, 1
A device with 0 channels is used, the sample is split into only two parts and only two channels are used. In another embodiment, 10 different samples
Sent to each of these channels. Generally, the number of channels is in the range of about 2 to about 100. Preferably, the number of channels is in the range of about 2 to about 20. More preferably, the number of channels is from about 4 to about 10. Once the sample is in the channel, the fluid indicating system sends various reagents from the reservoir to the assay channel to perform, eg, y different assays. Generally, the number y of different assays will range from about 2 to about 100. However, the number of assays need not equal the number of channels or sample portions. Different assays are run in each of the x channels, as appropriate. For example, several different enzyme substrates
Optionally, they are screened simultaneously in different channels of the invention, or several different protein binding sites are probed simultaneously by examining each binding site in different channels, as appropriate. Alternatively, one assay (eg, site IHSA binding) is performed on some channels (eg, half of the channels) and another assay (eg site IIHSA binding) is performed on the remaining channels. Generally, y assays produce z different products, eg, each assay produces one or more products. Therefore, the number of products is generally at least equal to the number of assays, but is often greater than the number of assays y. Generally, the number of products will range from about 1 to about 10,000, more typically from about 2 to about 1000, and most commonly from about 2 to about 100. In general, each assay produces one or more products that the fluid-indicating system directs through the assay channel to the detection region and is detected from the assay channels that are concentrated in a single detection region (eg, simultaneous detection, Fluorescence detection).

【0072】 外部毛細管からミクロ流体装置への流体の自然注入により生じる圧力摂動を抑
制するために、(主チャネル、分路チャネル及び毛細管に流動自在に連結された
少なくとも1つの流体制御要素を含んだ)流体指示システムが、第1サンプルソ
ースから毛細管の入口領域へのサンプルの移動、及び毛細管の入口領域から毛細
管の出口領域へのサンプルの移動を指示する。次に、サンプルは毛細管の出口領
域から主チャネルの上流領域に送られる。上述のように、主チャネルの上流領域
からのサンプルの第1部分は分路チャネルに流され、サンプルの第2部分は主チ
ャネル中に残る。この流体の移動が、毛細管の入口領域の圧力とは異なる圧力に
て主チャネルと毛細管との交差点にて維持される。この圧力差により、自然注入
の圧力摂動の効果が抑えられる。
In order to suppress pressure perturbations caused by spontaneous injection of fluid from an external capillary into the microfluidic device (including at least one fluid control element fluidly connected to the main channel, the shunt channel and the capillary). ) A fluid-indicating system directs the movement of the sample from the first sample source to the inlet region of the capillary and the movement of the sample from the inlet region of the capillary to the outlet region of the capillary. The sample is then delivered from the exit region of the capillary to the upstream region of the main channel. As mentioned above, the first portion of the sample from the upstream region of the main channel is flowed into the shunt channel and the second portion of the sample remains in the main channel. This fluid movement is maintained at the intersection of the main channel and the capillary at a pressure different from the pressure in the inlet region of the capillary. Due to this pressure difference, the effect of pressure perturbation of natural injection is suppressed.

【0073】 一般に、例えば上記説明したようなミクロ流体装置における流体の移送及び方
向は、外部又は内部の圧力ソースを組み込んで流体流を駆動する圧力ベースのフ
ローシステムを用いて、全体的又は部分的に制御される。内部ソースは、ミクロ
製造されたポンプ、例えば、当該技術において記載されているダイヤフラム・ポ
ンプ、熱ポンプ、ラム波ポンプなどを含む。例えば、米国特許第5,271,7
24号、第5,277,556号、及び第5,375,979号、並びに公開さ
れたPCT出願第WO94/05414号及び第WO97/02357号を参照
されたい。上述のように、ここに記載のシステムは、動電学的な物質の方向付け
及び移送システムを利用することもできる。好ましくは、外部圧力源を使用し、
チャネル終点にてポートに加える。さらに好ましくは、主チャネルの終点にて単
一の圧力源を使用する。一般に、圧力源は、主チャネルの下流の終点に適用され
る真空源である。適用されるこれらの圧力又は真空が、チャネル長に亘って差圧
を発生し、チャネルを通して流体の流れを駆動する。ここに記載の相互連結され
たチャネルネットワークでは、異なる圧力又は真空を複数のポートに加えること
により、好ましくは単一の真空を共通の廃棄ポートに加え且つ所望の流量を生じ
るべく適当な抵抗を有する種々のチャネルを構成することにより、体積の異なる
流量が適宜実現される。システム例が、1999年1月28日付けのUSSN0
9/238,467に記載されている。
In general, fluid transfer and direction in microfluidic devices such as those described above may be performed in whole or in part using a pressure-based flow system that incorporates an external or internal pressure source to drive the fluid flow. Controlled by. Internal sources include microfabricated pumps, such as diaphragm pumps, heat pumps, Lamb wave pumps, etc. as described in the art. For example, US Pat. No. 5,271,7
24, 5,277,556, and 5,375,979, and published PCT applications WO 94/05414 and WO 97/02357. As mentioned above, the systems described herein may also utilize electrokinetic material directing and transfer systems. Preferably using an external pressure source,
Add to port at end of channel. More preferably, a single pressure source is used at the end of the main channel. Generally, the pressure source is a vacuum source applied to an end point downstream of the main channel. These applied pressures or vacuums create a differential pressure over the length of the channel, driving fluid flow through the channel. In the interconnected channel network described herein, different pressures or vacuums are applied to multiple ports, preferably with a single vacuum applied to a common waste port and with appropriate resistance to produce the desired flow rate. By configuring the various channels, flow rates with different volumes are realized appropriately. Example system is USSN0 dated January 28, 1999
9 / 238,467.

【0074】 一般に、コントローラシステムは、ここに記載のようにミクロ流体装置又はシ
ステム要素を受け入れ又はそれとインターフェースするように適切に構成される
。例えば、コントローラ及び/又は検出器は適宜ステージを含み、このステージ
上に本発明の装置が取り付けられてコントローラ及び/又は検出器と本装置との
適切なインターフェースを容易にする。一般に、このステージは、例えば嵌め合
せウェル、位置合わせピン及び/又は穴、(適切な装置の位置合わせを容易にす
るための)非対称エッジ構造などのような適当な取り付け/位置合わせの構造要
素を含む。これらの多くの構成がここに引用した文献に記載されている。 上述の制御機器も、動電学的な注入を与えること又は上流の流量を制御するた
めに関心のある領域の下流で物質を抜き出すことに適宜使用される。上述の同じ
機器及び技術も、流体を下流のポートに注入してフロー制御要素として機能させ
るために使用される。
In general, the controller system is suitably configured to receive or interface with microfluidic devices or system elements as described herein. For example, the controller and / or detector may optionally include a stage upon which the apparatus of the present invention may be mounted to facilitate a suitable interface between the controller and / or detector and the apparatus. Generally, the stage will include suitable mounting / alignment structural elements such as, for example, mating wells, alignment pins and / or holes, asymmetric edge structures (to facilitate proper device alignment), and the like. Including. Many of these configurations are described in the references cited herein. The control devices described above are also used as appropriate to provide electrokinetic injection or withdraw material downstream of the region of interest to control the upstream flow rate. The same equipment and techniques described above are also used to inject fluid into downstream ports to act as flow control elements.

【0075】検出器 ここでの装置は、例えば蛍光、燐光、放射能、pH、電荷、吸光度、ルミネセ
ンス、温度、磁性、色などを検出する信号検出器を適宜含む。蛍光及び化学ルミ
ネセンスの検出が特に好ましい。 検出器は、適宜、装置の1又は2以上の検出領域、例えば図3及び図8中の検
出領域332又は832、832Bから1つ又は複数の信号をモニターする。当
該1つ又は2以上の検出領域は、連続稀釈により達成された種々のサンプル濃度
、又はアッセイされている種々のサンプルに対応し得る。例えば、検出器は、例
えばラベル付けされた抗体や例えば検出領域832、832B中に位置する蛋白
質のようなラベル付けされた成分に対応する光信号を適宜モニターする。
Detector The device herein suitably includes, for example, a signal detector for detecting fluorescence, phosphorescence, radioactivity, pH, charge, absorbance, luminescence, temperature, magnetism, color and the like. Detection of fluorescence and chemiluminescence is particularly preferred. The detector optionally monitors one or more signals from one or more detection areas of the device, for example detection areas 332 or 832, 832B in FIGS. 3 and 8. The one or more detection regions may correspond to different sample concentrations achieved by serial dilution, or different samples being assayed. For example, the detector optionally monitors the optical signal corresponding to labeled components such as labeled antibodies or proteins located in the detection regions 832, 832B, for example.

【0076】 一つの実施態様では、検出領域は、複数の主チャネル及び/又はフローリダク
ションチャネルに及んでおり、全てのチャネルからの信号を同時に検出するのに
1つの検出器が使用される。例えば図8では、検出領域832、832Bは、例
えば未稀釈のサンプルを含んだ主チャネル領域804、804B並びに例えば1
:10の稀釈のサンプル物質、1:100の稀釈のサンプル物質及び1:100
0の稀釈のサンプル物質を含んだ並列領域808、808B、810、810B
及び812、812Bからの信号をモニターする。別法として、2又は3以上の
アッセイチャネル、例えば並列アッセイチャネル領域の各々に近接した単一の検
出器が、例えば2又は3以上のチャネルに分割して複数のアッセイを行った同一
サンプルについて実行される2又は3以上の異なるアッセイの結果を検出する。
例えば異なる生成物を作る複数の酵素アッセイの結果が、適宜、全ての関連のア
ッセイチャネルに近接して配置された検出器により同時に検出される。例えば、
サイトI及びサイトIIへのHSA結合の結果は、適宜、2つの異なるチャネル
において同時に探索されるとき同時に検出される。
In one embodiment, the detection region spans multiple main channels and / or flow reduction channels, and one detector is used to detect signals from all channels simultaneously. For example, in FIG. 8, the detection regions 832, 832B include, for example, the main channel regions 804, 804B containing undiluted sample as well as, for example, 1
: 10 dilution sample material, 1: 100 dilution sample material and 1: 100
Parallel regions 808, 808B, 810, 810B containing zero dilution of sample material
And monitor the signals from 812 and 812B. Alternatively, a single detector in proximity to each of two or more assay channels, eg, parallel assay channel regions, may be performed on the same sample, eg, divided into two or more channels to perform multiple assays. The results of two or more different assays performed are detected.
The results of multiple enzyme assays, eg, producing different products, are optionally simultaneously detected by detectors located in close proximity to all relevant assay channels. For example,
The consequences of HSA binding to Site I and Site II are optionally detected simultaneously when simultaneously probed in two different channels.

【0077】 別法として、フローリダクションチャネルが互いに近接していないならば、各
チャネルからの信号を検出するのに別々の検出器が適宜使用される。例えば、図
6では、チャネルは、検出器が互いに近接しないように適宜構成される。チャネ
ルがループ状となって検出器を互いに近接させるならば、単一の検出器で十分で
ある。単一の検出器が全ての信号を検出しないとき、又は異なる種類の検出が要
求されるとき、図6のチャネル構成が適宜使用される。検出器は、主チャネル6
04からの信号を検出するために検出器領域632の近傍に、フローリダクショ
ンチャネル612からの信号を検出するために検出領域634の近傍に、フロー
リダクションチャネル610からの信号を検出するために検出領域636の近傍
に、及びフローリダクションチャネル608からの信号を検出するために検出領
域638の近傍に配置される。別法として、単一の検出器が、検出領域632、
634、636及び638の間で移動される。 上記ケースでは、検出は適宜次の通り行われる。すなわち、未稀釈で未反応の
サンプルが検出領域632内で検出され、未稀釈で反応したサンプルが検出領域
634内で検出され、2倍に稀釈され反応したサンプルが検出領域636内で検
出され、一旦稀釈され試薬と反応したサンプルが検出領域638内で検出される
。一旦検出されると、チャネル中の細胞の流量と速度も、上述のように適宜測定
及び制御される。
Alternatively, if the flow reduction channels are not in close proximity to each other, then separate detectors are optionally used to detect the signal from each channel. For example, in FIG. 6, the channels are appropriately configured so that the detectors are not in close proximity to each other. A single detector is sufficient if the channels are looped and the detectors are in close proximity to each other. When a single detector does not detect all signals, or when different types of detection are required, the channel configuration of Figure 6 is used accordingly. The detector is the main channel 6
04 to detect the signal from the detector region 632, to detect the signal from the flow reduction channel 612 to detect the region 634, to detect the signal from the flow reduction channel 610 to detect the signal. Located near 636 and near the detection region 638 to detect the signal from the flow reduction channel 608. Alternatively, a single detector may be used in the detection area 632,
It is moved between 634, 636 and 638. In the above case, detection is appropriately performed as follows. That is, an undiluted unreacted sample is detected in the detection area 632, an undiluted reacted sample is detected in the detection area 634, and a double diluted and reacted sample is detected in the detection area 636, The sample once diluted and reacted with the reagent is detected in the detection region 638. Once detected, the flow rate and velocity of cells in the channel are also appropriately measured and controlled as described above.

【0078】 本発明において有効な検出システムの例は、光センサー、温度センサー、圧力
センサー、pHセンサー、導電性センサーなどを含む。これらの種類のセンサー
の各々が、ここに記載のミクロ流体システムに容易に組み込まれる。これらのシ
ステムでは、これらのセンサーは、検出器が本装置、チャネル又はチャンバーと
のセンサー通信(sensory communication)可能域内にあるように、本装置におけ
るミクロ流体装置又は1若しくは2以上のチャネル、チャンバー又は導管の内部
又はそれらの近傍に配置される。一般に、ここで使用している特定の要素又は領
域に対する用語「近傍」は、検出器がミクロ流体装置、ミクロ流体装置の一部又
はミクロ流体装置の一部の内容の特性(検出器が意図するもの)を検出できるよ
うな位置への検出器の配置を意味する。例えば、微小規模チャネルとセンサー通
信するよう配置されたpHセンサーは、そのチャネル中に配置された流体のpH
を決定できる。同様に、ミクロ流体装置の本体とセンサー通信するよう配置され
た温度センサーは、装置自体の温度を決定できる。
Examples of detection systems useful in the present invention include optical sensors, temperature sensors, pressure sensors, pH sensors, conductivity sensors and the like. Each of these types of sensors is easily incorporated into the microfluidic system described herein. In these systems, these sensors include a microfluidic device in the device or one or more channels, chambers, or the like, such that the detector is in sensory communication with the device, channel or chamber. Located inside or near the conduits. In general, the term “vicinity” as used herein with respect to a particular element or region is a property of the contents of the microfluidic device, the part of the microfluidic device or the part of the microfluidic device in which the detector is intended (detector is intended). The arrangement of the detector at a position where it can detect For example, a pH sensor arranged to be in sensor communication with a microscale channel may have a pH of a fluid arranged in that channel.
Can be determined. Similarly, a temperature sensor arranged in sensor communication with the body of the microfluidic device can determine the temperature of the device itself.

【0079】 特に好ましい検出システムは、ここに記載のミクロ流体システムに組み込まれ
るミクロ流体装置のチャネル及び/又はチャンバー内にて物質の光学特性を検出
するための光検出システムを含む。一般に、このような光検出システムは、ミク
ロ流体装置の微小規模チャネルに隣接して配置され、装置のチャネル又はチャン
バーを横切って配置された光検出窓を介してチャネルとセンサー通信する。光検
出システムは、物質の特性のみならずチャネル内の物質から放出された光、物質
の透過率又は吸光度を測定できるシステムを含む。検出器の例としては、光電子
増倍管、CCDアレイ、走査検出器、ガルボ(galvo)スキャナーなどが挙げられ
る。例えば、好ましい態様では、蛍光、化学ルミネセンス又は他の光学的な検出
器がアッセイ中に使用される。検出可能な信号を放出する蛋白質、抗体又は他の
成分が、流されて検出器を通過し、又は別法として検出器がアレイに対して移動
できて蛋白質の位置を決める(又は検出器が例えばCCDアレイ内のチャネル領
域に対応するいくつかの空間位置を同時にモニターできる)。
Particularly preferred detection systems include photodetection systems for detecting the optical properties of substances within the channels and / or chambers of microfluidic devices incorporated into the microfluidic systems described herein. Generally, such photodetection systems are placed adjacent to a microscale channel of a microfluidic device and are in sensor communication with the channel via a photodetection window located across the channel or chamber of the device. Photodetection systems include systems that can measure the properties of the material as well as the light emitted from the material in the channel, the transmittance or absorbance of the material. Examples of detectors include photomultiplier tubes, CCD arrays, scanning detectors, galvo scanners and the like. For example, in a preferred embodiment, fluorescence, chemiluminescence or other optical detectors are used during the assay. A protein, antibody or other component that emits a detectable signal is flowed past the detector, or alternatively the detector can be moved relative to the array to locate the protein (or Several spatial positions corresponding to the channel area in the CCD array can be monitored simultaneously).

【0080】 好ましい態様では、検出器は、例えば蛍光性又は化学ルミネセンス性の物質の
ような物質から放出される光の量を測定する。一般にそのようなものとして検出
システムは、検出窓を通して伝送される光に基づく信号を集め、その信号を適当
な光検出器に伝送するための収集光学系を含む。屈折力、フィールド径(field d
iameter)及び焦点距離を変える顕微鏡の対物レンズが、少なくともこの光学機器
列の一部として容易に利用される。光検出器は、適宜、アバランシェフォトダイ
オード、光電子増倍管、ダイオードアレイ又はある場合には電荷結合素子(CC
D)のような画像化装置である。好ましい態様では、フォトダイオードは少なく
とも部分的に光検出器として使用される。一般に検出システムは、検出された光
信号をコンピュータに伝送して分析、記憶及びデータ操作するために、アナログ
−デジタル又はデジタル−アナログ変換器を介してコンピュータ(後に詳細に説
明する)に連結される。
In a preferred embodiment, the detector measures the amount of light emitted from a substance, eg a fluorescent or chemiluminescent substance. Generally as such, detection systems include collection optics for collecting a signal based on the light transmitted through the detection window and transmitting the signal to a suitable photodetector. Refractive power, field diameter (field d
The objective of the microscope, which alters the iameter) and the focal length, is easily utilized at least as part of this optics train. The photodetector may be an avalanche photodiode, a photomultiplier tube, a diode array or in some cases a charge coupled device (CC), as appropriate.
An imaging device such as D). In a preferred embodiment, the photodiode is at least partially used as a photodetector. Generally, the detection system is coupled to a computer (described in detail below) via an analog-to-digital or digital-to-analog converter for transmitting the detected optical signal to the computer for analysis, storage and data manipulation. .

【0081】 ラベル付けされた細胞のような蛍光物質の場合、一般に検出器は、チャネル又
はチャンバーに含まれる物質に対して検出窓を通して光源を方向付ける光学系だ
けでなく、蛍光物質を活性化するのに適切な波長の光を作る光源を含む。この光
源は、レーザー、レーザーダイオード及びLEDを含めて、適当な波長を与える
幾つかの任意の光源とし得る。他の検出システムに対しては他の光源が要求され
る。例えば、一般に広帯域の光源は、光の散乱/透過率の測定などで使用される
。一般に光選択パラメータは当業者には周知である。 検出器は別々の装置として設け得るが、コントローラシステムと共に単一の機
器内に統合するのが好ましい。単一の装置へのこれらの機能の統合は、少数又は
単一の通信ポートを使用可能にしてコントローラ、検出器及びコンピュータ間で
情報を伝送することにより、これらの機器とコンピュータ(後に記載)との接続
を容易にする。一般に、検出システムとコンピュータシステムの統合は、検出器
の信号情報をアッセイの結果情報(例えば基質の濃度、生成物の濃度、関心のあ
る化合物の存在など)に変換するためのソフトウエアを含む。
In the case of fluorescent substances such as labeled cells, the detector generally activates the fluorescent substance as well as the optics that direct the light source through the detection window to the substance contained in the channel or chamber. Includes a light source that produces light of the appropriate wavelength. The light source can be any of several light sources that provide suitable wavelengths, including lasers, laser diodes and LEDs. Other light sources are required for other detection systems. For example, a broadband light source is generally used for measuring light scattering / transmittance. Light selection parameters are generally well known to those skilled in the art. The detector can be provided as a separate device, but is preferably integrated in a single instrument with the controller system. The integration of these functions into a single device allows these devices and computers (described below) to communicate with the controller, detector and computer by enabling a few or a single communication port. Facilitate connection. In general, the integration of a detection system with a computer system includes software for converting detector signal information into assay result information (eg, substrate concentration, product concentration, presence of the compound of interest, etc.).

【0082】コンピュータ 上述のように、流体指示システム及び/又は検出システムのどちらか又は両方
が、適当にプログラミングされたプロセッサー又はコンピュータに連結される。
このプロセッサー又はコンピュータは、事前にプログラミングされた又はユーザ
ーが入力した命令に従ってこれらの機器の動作を命令し、これらの機器からデー
タと情報を受け取り、この情報を解釈し、操作し、ユーザーに報告する。そのよ
うなものとして、一般に、コンピュータは、(必要ならば例えばアナログ−デジ
タル変換器又はデジタル−アナログ変換器を含めて)これらの機器の1つ又は両
方に適切に連結される。 一般に、コンピュータは、例えばGUIのセット・パラメータ・フィールドへ
のユーザー入力の形式で、又は事前にプログラミングされた命令(例えば様々な
異なる特定動作に対して事前にプログラミングされたもの)の形式でユーザー命
令を受け入れるための適当なソフトウエアを含む。次に、流体の方向付け・移送
コントローラの動作に命令して所望の動作を実行させるために、ソフトウエアが
これらの命令を適当な言語に変換する。例えば、ソフトウエアは流体指示システ
ムに適宜命令し、サンプルを主チャネルに移送させ、緩衝剤又は他の稀釈剤を主
チャネルに移送させ、サンプル又は稀釈されたサンプルの一部をフローリダクシ
ョンチャネルに移送させ、サンプル又は稀釈されたサンプルの一部を主チャネル
を通して移送させ、サンプル又は稀釈されたサンプルの一部を第2フローリダク
ションチャネル中に移送させ、試薬物質を主チャネル、フローリダクションチャ
ネル又は第2フローリダクションチャネル中に移送させ、また、関心のあるアッ
セイの実行及び/又は関心のある成分の検出に必要な他の移動を行わせる。
Computer As noted above, either or both of the fluid pointing system and / or the detection system are coupled to a suitably programmed processor or computer.
The processor or computer directs the operation of these devices according to pre-programmed or user-entered instructions, receives data and information from these devices, interprets this information, manipulates and reports to the user. . As such, a computer is typically suitably coupled to one or both of these devices (including, for example, analog-to-digital converters or digital-to-analog converters if necessary). Generally, the computer will, for example, in the form of user input to a GUI set parameter field, or in the form of pre-programmed instructions (eg, pre-programmed for various different specific actions). Includes suitable software for accepting. The software then translates these instructions into the appropriate language to direct the operations of the fluid directing and transfer controller to perform the desired operations. For example, the software may instruct the fluid indicating system to transfer the sample to the main channel, transfer buffer or other diluent to the main channel, transfer sample or a portion of the diluted sample to the flow reduction channel. And transferring a portion of the sample or diluted sample through the main channel, transferring a portion of the sample or diluted sample into the second flow reduction channel, and transferring the reagent substance to the main channel, the flow reduction channel or the second channel. It can be transferred into the flow reduction channel and can also carry out other transfers necessary to perform the assay of interest and / or detect the component of interest.

【0083】 次に、コンピュータは、システム内に含まれる1又は2以上のセンサー/検出
器からデータを受け取り、このデータを解釈し、それをユーザーが理解できる形
式で与えるか、又はそのデータを用いてプログラミングに従って別のコントロー
ラ命令を開始し、例えば流量、温度、印加圧力などのモニタリングや制御を行う
。 本発明では、一般にコンピュータはチャネル内での物質のモニタリング用のソ
フトウエアを含む。また、動電学的若しくは圧力調節された注入又は物質の引き
抜きを制御するのに、ソフトウエアが適宜使用される。この注入又は引き抜きは
、上述のように流量を調節するのに使用される。 また、コンピュータは、適宜、検出システムからの信号(単数又は複数)のデ
コンボリューション(deconvolution)用のソフトウエアを含む。例えば、このデ
コンボリューションは、例えば基質と生成物とが検出可能な異なるラベルを含む
ときに、両方とも検出された2つの検出可能な異なるスペクトル特性を識別する
The computer then receives data from one or more sensors / detectors contained within the system and interprets this data and provides it in a user-understandable format or uses that data. Program to initiate another controller command to monitor and control, for example, flow rate, temperature, applied pressure, etc. In the present invention, the computer typically includes software for monitoring the substance in the channel. Also, software is optionally used to control electrokinetic or pressure regulated injection or material withdrawal. This injection or withdrawal is used to regulate the flow rate as described above. The computer also optionally includes software for deconvolution of the signal (s) from the detection system. For example, this deconvolution distinguishes two detectable different spectral properties that were both detected, eg, when the substrate and product contained different detectable labels.

【0084】集積システム例 図1のパネルA、B及びC並びに図2は、ここに記載の方法を実施するのに適
宜使用される集積システムの例について、さらなる詳細を与える。図示されてい
るように、本体構造部102はその中に配置された主チャネル104を有する。
例えば、リザバー114(又はシステム内の別の地点)に真空を適用することに
より、又は適当な電圧勾配を加えることにより、サンプル又は成分の混合物がピ
ペットチャネル120からリザバー114に向かって適宜流される。別法として
、リザバー108、112にて又はピペットチャネル120を通して真空が適用
される。例えば緩衝剤溶液、基質溶液、酵素溶液などのような追加の物質が、上
述のように適宜、ウェル108又は112から流され、また、主チャネル104
中に流される。これらのウェルからの流れは、流体圧力を調節することにより、
又は上述のような動電学的なアプローチにより(又は両用により)、適宜実現さ
れる。流体が例えばリザバー108から主チャネル104に加えられる際、流量
は増大する。この流量は、流体の一部を主チャネル104からフローリダクショ
ンチャネル106又は110に流すことにより、適宜低減される。図1に示され
たチャネルの構成は、本発明において使用するのに適当かつ利用可能な多くのも
ののうち1つの可能な構成である。代替案が図3、4、5、6、7、8、9、1
0及び12に与えられる。例えば、ここに記載のミクロ流体要素(例えばフロー
リダクションチャネル)とここで参照した特許及び出願に記載された他のミクロ
流体装置を組み合わせることにより、別の代替案が考えられる。また、適宜、図
3、4、5、6、7、8、9、10及び/又は12の要素が組み替えられて代わ
りの構成を与える。
Integrated System Example Panels A, B and C of FIG. 1 and FIG. 2 provide further details on an example of an integrated system that may be suitably used to carry out the methods described herein. As shown, the body structure 102 has a main channel 104 disposed therein.
The sample or mixture of components is suitably flushed from the pipette channel 120 towards the reservoir 114, for example by applying a vacuum to the reservoir 114 (or another point in the system) or by applying an appropriate voltage gradient. Alternatively, a vacuum is applied at the reservoirs 108, 112 or through the pipette channel 120. Additional substances, such as buffer solutions, substrate solutions, enzyme solutions, etc., may be flushed from wells 108 or 112, as described above, and the main channel 104 may be used.
Shed inside. The flow from these wells is controlled by adjusting the fluid pressure.
Alternatively, it is appropriately realized by the electrokinetic approach as described above (or both purposes). The flow rate increases as fluid is added to the main channel 104, eg, from the reservoir 108. This flow rate is suitably reduced by flowing a portion of the fluid from the main channel 104 to the flow reduction channel 106 or 110. The channel configuration shown in FIG. 1 is one possible configuration among many suitable and available for use in the present invention. Alternatives are Figures 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1
Given to 0 and 12. Other alternatives are possible, for example, by combining the microfluidic elements described herein (eg, flow reduction channels) with other microfluidic devices described in the patents and applications referenced herein. Also, as appropriate, the elements of FIGS. 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, and / or 12 may be rearranged to provide alternative configurations.

【0085】 サンプル及び物質は、列挙されたウェルから、又は本体構造部の外部のソース
から適宜流される。図示されるように、本集積システムは、ミクロ流体システム
の外部の物質ソースにアクセスするために、例えば本体102から突出したピペ
ットチャネル120を適宜含む。一般に、外部ソースは、ミクロタイター皿(mic
rotiter dish)又は他の便利な貯蔵媒体である。例えば、図2に示されるように
、ピペットチャネル120はマイクロウェルプレート108にアクセスでき、こ
のマイクロウェルプレート108は、サンプル物質、緩衝剤、基質溶液、酵素溶
液などをプレートのウェル内に含む。 検出器206はチャネル104とセンサー通信し、例えば検出領域を通って流
れるレベル付き物質から生じる信号を検出する。検出器206は、検出が所望さ
れている装置におけるチャネル又は領域のいずれかと適宜連結される。検出器2
06はコンピュータ204に動作上連結され、このコンピュータ204は、例え
ば濃度、分子量又は識別性(identity)などを決めるために、例えば上述の命令の
いずれか、又は例えば他の任意の命令セットを用いて、検出器206により検出
された信号情報をデジタル化、記憶及び操作する。 流体指示システム202は、例えばシステムのウェルにて、若しくはシステム
のチャネルを通して、又はチャネル104若しくは上述の他のチャネルに流動自
在に連結された真空継手にて電圧、圧力又はその両方を制御する。適宜、コンピ
ュータ204は図示されたように流体指示システム202を制御する。実施態様
の一セットにおいては、コンピュータ204は、ミクロ流体システム用の別のパ
ラメータを選択すべく信号情報を使用する。例えば、マイクロウェルプレート2
08からのサンプル中における関心のある成分の存在を検出する際、コンピュー
タは、関心のある成分の潜在的な調節剤のシステム中への付加を適宜指令する。
Samples and materials are optionally flushed from the wells listed or from sources external to the body structure. As shown, the integrated system optionally includes a pipette channel 120, eg, protruding from the body 102, for accessing a substance source external to the microfluidic system. Generally, the external source is a microtiter dish (mic
a rotiter dish) or other convenient storage medium. For example, as shown in FIG. 2, pipette channel 120 provides access to microwell plate 108, which contains sample material, buffer, substrate solution, enzyme solution, etc. within the wells of the plate. The detector 206 is in sensor communication with the channel 104 and detects, for example, the signal resulting from the leveled material flowing through the detection region. The detector 206 is suitably coupled to either the channel or the region in the device where detection is desired. Detector 2
06 is operatively coupled to a computer 204, which may use, for example, any of the above-described instructions, or any other instruction set, for example, to determine concentration, molecular weight, or identity, etc. , Digitize, store and manipulate the signal information detected by the detector 206. The fluid-indicating system 202 controls voltage, pressure, or both, for example, in the wells of the system, or through channels in the system, or in vacuum fittings fluidly coupled to channels 104 or other channels described above. Optionally, computer 204 controls fluid indicating system 202 as shown. In one set of embodiments, the computer 204 uses the signal information to select another parameter for the microfluidic system. For example, microwell plate 2
Upon detecting the presence of the component of interest in the sample from 08, the computer will optionally direct the addition of a potential modulator of the component of interest into the system.

【0086】キット 一般に、ここに記載のミクロ流体装置はパッケージ化され、装置の好ましい機
能を実行するために試薬を含む。例えば、キットは、既述のミクロ流体装置のい
ずれかと共に、アッセイ成分、試薬、サンプル物質、蛋白質、抗体、酵素、基質
、制御物質などを含む。一般に、このようなキットは、該装置及び試薬を使用す
るための適当な命令をも含み、また、試薬が装置自体に事前に配置されていない
場合には、試薬を装置のチャネル及び/又はチャンバーに導入するための適当な
命令を有する。この後者の場合には、これらのキットは、物質をミクロ流体シス
テム中に導入するための特別の補助装置、例えば適当に構成されたスポイト(syr
inges)/ポンプなどを適宜含む(一つの実施態様では、装置自体が、装置内のチ
ャネル及びチャンバーに物質を導入するための電子ピペットなどのようなピペッ
ト要素を含む)。前者の場合には、一般に、このようなキットは、装置のチャネ
ル/チャンバー中に事前に配置された必要な試薬と共にミクロ流体装置を含む。 一般に、崩壊や引き延ばされた貯蔵中における例えばリークによるその他の損
失を防止するために、これらの試薬が安定化された形態にて与えられる。例えば
化学安定剤(即ち、酵素抑制剤、ミクロサイド(microcides)/静菌剤、抗凝固剤
)の混入、例えば固体サポートへの固定化による物質の物理的な安定化、マトリ
ックス(即ち、ゲル)中への閉じ込め、冷凍乾燥などのような試薬の貯蔵に対し
て、幾つかの安定化プロセスが広く使用される。 キットは、適宜、ミクロ流体装置、システム又は試薬要素を保持するためのパ
ッケージング物質又は容器をも含む。
Kits In general, the microfluidic devices described herein are packaged and contain reagents to perform the desired functions of the device. For example, a kit includes assay components, reagents, sample substances, proteins, antibodies, enzymes, substrates, regulatory substances, etc., along with any of the previously described microfluidic devices. In general, such kits will also include appropriate instructions for using the device and reagents, and, if the reagents have not been pre-positioned on the device itself, will place the reagents in the channels and / or chambers of the device. Have the appropriate instructions to install. In this latter case, these kits use special aids for introducing the substance into the microfluidic system, such as a suitably configured dropper (syr).
inges) / pumps, etc. (in one embodiment, the device itself includes pipette elements such as electronic pipettes for introducing substances into channels and chambers within the device). In the former case, such kits generally include a microfluidic device with the necessary reagents pre-placed in the channels / chambers of the device. Generally, these reagents are provided in a stabilized form to prevent disintegration and other losses during extended storage, such as by leakage. Incorporation of eg chemical stabilizers (ie enzyme inhibitors, microcides / bacteriostats, anticoagulants), eg physical stabilization of substances by immobilisation on solid supports, matrices (ie gels) Several stabilization processes are widely used for storage of reagents such as containment, lyophilization and the like. The kit also optionally includes packaging materials or containers for holding the microfluidic device, system or reagent elements.

【0087】 一般に、上述の説明は、請求の範囲に記載の本発明の特徴及び実施態様に適用
できる。 また、請求した本発明の精神と範囲から逸脱することなく、ここに記載の方法
及び装置を改変でき、また、本発明は以下のものを含めて幾つかの異なる使用に
供され得る。 ここに記載のアッセイを行うためのミクロ流体システムの使用。 ここに記載のような複数の濃度での測定値を得るためのミクロ流体システムの
使用。 ここに記載のような複数の濃度にてアッセイを行うためのミクロ流体システム
の使用。 ここに記載のように複数のアッセイを行うためのミクロ流体装置の使用。 ここに記載のように単一の試験化合物について複数のアッセイを同時に行うた
めのミクロ流体装置の使用。 ここに記載のように試薬消費を抑制するためのミクロ流体システムの使用。 サンプルの連続稀釈を行うための、ここに記載のミクロ流体システムの使用。 ここに記載のように流量を制御又は調節するためのミクロ流体システム又は装
置の使用。 ここに記載のように自然注入による圧力摂動を抑制するためのミクロ流体シス
テム又は装置の使用。 ここに記載のミクロ流体システム又は基板のうちの任意の一つを使用するアッ
セイ。
In general, the above description is applicable to the features and embodiments of the invention as claimed. Also, the methods and apparatus described herein may be modified without departing from the spirit and scope of the claimed invention, and the invention may be subject to several different uses, including the following. Use of a microfluidic system to perform the assay described herein. Use of a microfluidic system to obtain measurements at multiple concentrations as described herein. Use of a microfluidic system to perform an assay at multiple concentrations as described herein. Use of a microfluidic device to perform multiple assays as described herein. Use of a microfluidic device to perform multiple assays simultaneously on a single test compound as described herein. Use of a microfluidic system to suppress reagent consumption as described herein. Use of the microfluidic system described herein for making serial dilutions of a sample. Use of a microfluidic system or device to control or regulate a flow rate as described herein. Use of a microfluidic system or device to suppress pressure perturbations due to spontaneous injection as described herein. An assay using any one of the microfluidic systems or substrates described herein.

【0088】 VIII.例例1:ホスファターゼ・アッセイ ホスファターゼ・アッセイにおいてデータを得るために、図8Bに示されるチ
ャネルレイアウトを有するミクロ流体装置を使用した。一般のアッセイでは、ほ
ぼ60ミクロリットルの酵素溶液がウェル820b及び824bに充填される。
ウェル822b及び826b中に基質が加えられ、ウェル816b及び818b
に緩衝剤が充填される。主反応チャネルに送出された試薬の最終濃度は、サイド
チャネル及び反応チャネルにおける相対流量により決められる。検出地点を反応
チャネルに沿って異なる場所に移動させることにより、又は廃棄ウェル806b
に加えられる負の圧力を変化させることにより、チップ上における反応時間が変
えられる。
VIII. Examples Example 1: In order to obtain data in phosphatase assay Phosphatase assay, using microfluidic device having a channel layout shown in Figure 8B. In a typical assay, wells 820b and 824b are filled with approximately 60 microliters of enzyme solution.
Substrate is added in wells 822b and 826b to form wells 816b and 818b.
Is filled with buffer. The final concentration of reagent delivered to the main reaction channel is determined by the relative flow rates in the side and reaction channels. By moving the detection point to a different location along the reaction channel, or in the waste well 806b.
By varying the negative pressure applied to the, the reaction time on the chip can be altered.

【0089】試薬 種々の濃度の試薬(例えば市販されているホスファターゼ抑制剤)が、毛細管
取付地点802bにて取り付けられた吸引毛細管を通して装置中に装填すべくミ
クロタイタープレートに装填される。例えば、一般の抑制剤の濃度としては、1
mM、0.625mM、1.25mM、2.5mM、5mM及び10mMが挙げ
られる。 ホスファターゼ反応のために使用される一般の緩衝剤は、25mM Tris
−HCL(pH7.0)、50mM NaCl、2mM EDTA、0.01%
Brij35、5mM DTT、及び500 NDSBを含む。 酵素の場合、ホスファターゼの1:100の稀釈が作られ(ほぼ100nm)
一般にミクロ流体装置のウェル内に配置される。 100μMのホスファターゼ基質溶液が基質ウェルに配置される。 Beckman からのマーカー染料Cy5の1nM溶液が、抑制剤サンプルと共にミ
クロタイタープレート中に配置される。
Reagents Various concentrations of reagents (eg, commercially available phosphatase inhibitors) are loaded into the microtiter plate for loading into the device through the suction capillary attached at capillary attachment point 802b. For example, the concentration of a general inhibitor is 1
Examples include mM, 0.625 mM, 1.25 mM, 2.5 mM, 5 mM and 10 mM. Common buffers used for phosphatase reactions are 25 mM Tris
-HCL (pH 7.0), 50 mM NaCl, 2 mM EDTA, 0.01%
Brij35, 5 mM DTT, and 500 NDSB. In the case of enzymes, a 1: 100 dilution of phosphatase was made (near 100 nm).
Generally located within the well of a microfluidic device. 100 μM phosphatase substrate solution is placed in the substrate well. A 1 nM solution of the marker dye Cy5 from Beckman is placed in a microtiter plate with an inhibitor sample.

【0090】酵素抑制及びKi の決定 アッセイ中のホスファターゼに対して高い親和力を有する競合的なペプチッド
ホスファターゼ抑制剤を用いて、抑制剤の滴定実験を行った。一般に、ペプチッ
ドの濃度はミクロプレート中で0.625〜10mMの範囲である。パーセント
抑制値は、抑制剤の注入に対応する蛍光の減少、酵素+基質のベースライン、及
び測定された基質のみのバックグラウンドから計算した。このデータの分析(1
00%及び10%チャネルから10個の最も高い抑制剤の濃度は、ほぼ飽和応答
を示すので分析から除外した)により、ディクソン(Dixon)図を用いて分析した
場合には169.55μMのKi 値を得た。パーセント抑制に対する抑制剤の濃
度のグラフから、装置の基質ウェル中の基質濃度100μM及び50μMを用い
た場合に160及び200μMのIC50値を概算し、また、次式、 IC50=Ki * (1+[S]/Km ) を用いて、113μM及び109μMのKi値を計算した。2つの異なる基質濃
度を用いて4つの異なるアッセイチャネルにおいて測定した抑制剤滴定が図15
に示される。Ki を決定するのに用いられるディクソン図が、図16及び図17
に示され、これらはパーセント抑制に対してプロットした抑制剤チャネル濃度の
データを与える。
Enzyme Inhibition and K i Determination Inhibitor titration experiments were performed with competitive peptide phosphatase inhibitors having a high affinity for phosphatase in the assay. Generally, peptide concentrations range from 0.625 to 10 mM in microplates. Percent inhibition values were calculated from the decrease in fluorescence corresponding to the injection of inhibitor, the enzyme + substrate baseline, and the measured substrate-only background. Analysis of this data (1
The 10 highest inhibitor concentrations from the 00% and 10% channels showed an almost saturated response and were excluded from the analysis), resulting in a K i of 169.55 μM when analyzed using the Dixon diagram. Got the value. From the graph of inhibitor concentration versus percent inhibition, IC 50 values of 160 and 200 μM were estimated using substrate concentrations of 100 μM and 50 μM in the substrate wells of the device, and also the following equation: IC 50 = K i * ( 1+ [S] / K m ) was used to calculate Ki values of 113 μM and 109 μM. The inhibitor titration measured in 4 different assay channels with 2 different substrate concentrations is shown in FIG.
Shown in. The Dickson diagrams used to determine K i are shown in FIGS.
And gives the inhibitor channel concentration data plotted against percent inhibition.

【0091】例2:圧力摂動の抑制 一般に、図10に示すチャネルレイアウトを有するミクロ流体装置は、高スル
ープットのスクリーニングアッセイ、例えば蛍光原アッセイに対して使用される
。一般的な実験では、ウェル1004に酵素を配置し、ウェル1005に蛍光原
基質を配置する。潜在的抑制剤が、マイクロウェルプレートに配置され、毛細管
連結地点1008にて装置に取り付けられた毛細管を通して装置に送られる。上
述のように、毛細管がマイクロウェルプレートにおける1つのウェルから持ち上
げられて別のウェルに移される際に、自然注入が生じる。内部ウェル(例えばウ
ェル1004及び1005)から加えられる試薬に対する稀釈ファクターにおけ
る自然注入の効果は、装置上のウェル1004及び1005内の緩衝剤溶液中に
染料(例えば蛍光性染料)を入れること、及び同じ緩衝剤溶液を含んだ2つのミ
クロプレートウェルの間で毛細管を前後に移動させることにより特徴付けられる
。 図11は、廃棄ウェル1010に位置する真空が−1psiに設定された場合
に測定された対応する蛍光信号を与える。データにおける二重沈みの特徴は、毛
細管からミクロ流体装置中への緩衝剤の自然注入を原因とする定常状態の値に対
する摂動から生じる。この沈みの大きさは定常状態の値の約9%である。
Example 2: Suppression of Pressure Perturbation Generally, a microfluidic device having the channel layout shown in Figure 10 is used for high throughput screening assays, such as fluorogenic assays. In a typical experiment, the enzyme is placed in well 1004 and the fluorogenic substrate is placed in well 1005. Potential inhibitors are delivered to the device through a capillary placed in the microwell plate and attached to the device at a capillary junction 1008. As mentioned above, spontaneous injection occurs when a capillary tube is lifted from one well in a microwell plate and transferred to another well. The effect of spontaneous injection in dilution factor on reagents added from internal wells (eg, wells 1004 and 1005) is the same as placing a dye (eg, fluorescent dye) in the buffer solution in wells 1004 and 1005 on the device, and Characterized by moving the capillaries back and forth between two microplate wells containing buffer solution. FIG. 11 gives the corresponding fluorescence signal measured when the vacuum located in waste well 1010 was set to −1 psi. The double sinking feature in the data results from perturbations to the steady-state value due to the spontaneous injection of buffer from the capillary into the microfluidic device. The size of this sink is about 9% of the steady state value.

【0092】 図12に示すミクロ流体装置のチャネルレイアウトは、上述しかつ図11のデ
ータにより示された圧力摂動を抑制するのに適宜使用される変形を含む。チャネ
ル構成は、主チャネル1210から流体を引き抜くのに使用されるバイパス又は
分路チャネル1202を含む。蛍光原アッセイは、図10の装置に対して上記説
明したのと同じ方法にて図12の装置において適宜実行される。酵素及び基質が
、ウェル1204及び1205から主チャネル1210中に導入される。主チャ
ネル1210において、酵素と基質は、毛細管連結地点1208を介して外部毛
細管から送られたサンプルと接触する。毛細管連結地点1208での圧力は、流
体を主チャネル1210から分路チャネル1202に分路することにより制御さ
れる。 分路チャネル1204を通して流体を流すことにより、交差地点での圧力が変
えられ、自然注入の効果が抑えられる。例えば、図10の装置に対して上記説明
したように染料及び緩衝剤を用いて特徴付けられる場合には、図12の装置を用
いて作られた信号は、定常状態の値の3%のみの大きさを有する沈み込みを生じ
る。
The channel layout of the microfluidic device shown in FIG. 12 includes the variations described above and optionally used to suppress the pressure perturbations shown by the data in FIG. The channel configuration includes a bypass or shunt channel 1202 used to draw fluid from the main channel 1210. The fluorogenic assay is suitably performed in the device of Figure 12 in the same manner as described above for the device of Figure 10. Enzymes and substrates are introduced into the main channel 1210 from wells 1204 and 1205. In the main channel 1210, the enzyme and substrate come into contact with the sample sent from the external capillary via the capillary junction 1208. The pressure at capillary connection point 1208 is controlled by shunting fluid from main channel 1210 to shunt channel 1202. Flowing the fluid through the shunt channel 1204 alters the pressure at the intersection, reducing the effect of spontaneous injection. For example, if characterized using dyes and buffers as described above for the device of FIG. 10, the signal produced using the device of FIG. 12 will be only 3% of the steady state value. It produces a subduction having a size.

【0093】 図13及び14は、分路チャネルのない装置(図10)及び分路チャネルのあ
る装置(図12)をそれぞれ用いて実行される蛍光原酵素のアッセイデータを与
える。ホスファターゼ酵素のほぼ10nM溶液をウェル1204に配置し、10
0μMホスファターゼ基質をウェル1205に配置した。使用した緩衝剤は、5
0MM Bis−Tris(pH6.3)、50mM NaCl、0.075%
BSA、0.1%Brij−35、及び2%DMSOであった。ホスファターゼ
の抑制剤は10個の異なる濃度、即ち0.156、0.313、0.625、1
.25、5、10、20、40及び80μMにて与えた。マイクロウェルプレー
ト中に抑制剤サンプルを配置し、毛細管連結地点1208にて取り付けられた吸
引毛細管を介してマイクロウェルプレートから装置中に流した。加える圧力は、
廃棄リザバー1212にて−1.5psiに設定した。自然注入を原因とする定
常状態信号における周期的な揺れ又は沈み込みは、分路チャネルを含んだ装置に
おいて大きさが十分に抑えられた。
13 and 14 provide fluorogenic enzyme assay data performed with a device without a shunt channel (FIG. 10) and a device with a shunt channel (FIG. 12), respectively. Approximately 10 nM solution of phosphatase enzyme was placed in well 1204 and
0 μM phosphatase substrate was placed in well 1205. The buffer used was 5
0MM Bis-Tris (pH 6.3), 50 mM NaCl, 0.075%
BSA, 0.1% Brij-35, and 2% DMSO. Inhibitors of phosphatase have ten different concentrations: 0.156, 0.313, 0.625, 1,
. Giving at 25, 5, 10, 20, 40 and 80 μM. The inhibitor sample was placed in the microwell plate and flowed from the microwell plate into the device via an aspiration capillary attached at capillary connection point 1208. The applied pressure is
The waste reservoir 1212 was set to -1.5 psi. Periodic wobbling or subduction in the steady-state signal due to spontaneous injection was well suppressed in the device containing the shunt channel.

【0094】 明瞭にし理解する目的でいくらか詳細に上記発明を記載してきたが、本発明の
真の範囲から逸脱することなく形態及び詳細における種々の変化が可能であるこ
とは、この明細書を読めば当業者には明らかとなるであろう。例えば、上述した
技術及び装置の全てが種々の組み合わせにて使用できる。この出願において引用
された全ての刊行物、特許出願、特許及びその他の文献が、あたかも各個別の刊
行物又は特許文献が個別にそのように示すのと同程度にて全ての目的のためにそ
れら全体で参考として援用される。
While the above invention has been described in some detail for purposes of clarity and understanding, it should be understood that various changes in form and detail are possible without departing from the true scope of the invention. It will be apparent to those skilled in the art. For example, all of the techniques and apparatus described above can be used in various combinations. All publications, patent applications, patents and other references cited in this application are used for all purposes to the same extent as if each individual publication or patent document so indicated. Incorporated as a reference in its entirety.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 パネルA、B及びCは、本体構造部、ミクロ製造要素及びピペットチャネルを
含んだ本発明の集積システムの略図である。
1 Panels A, B and C are schematic representations of the integrated system of the present invention including a body structure, microfabrication elements and pipette channels.

【図2】 本発明の集積システムの略図であり、マイクロウェルプレート、コンピュータ
、検出器及び流体検出システムの結合を示す。集積システムは、適宜、図3、4
、5、6、7、8、9、10若しくは12の装置若しくは本体構造部又は他の適
当なミクロ流体装置のどちらかと使用される。
FIG. 2 is a schematic diagram of the integrated system of the present invention showing the combination of a microwell plate, a computer, a detector and a fluid detection system. The integrated system is shown in FIGS.
5, 6, 7, 8, 9, 10, or 12 devices or body structures or any other suitable microfluidic device.

【図3】 単一のフローリダクションチャネルを含むミクロ流体装置の略図である。[Figure 3]   1 is a schematic representation of a microfluidic device including a single flow reduction channel.

【図4】 バイパスループ構成の単一のフローリダクションチャネルを含むミクロ流体装
置の略図である。
FIG. 4 is a schematic representation of a microfluidic device including a single flow reduction channel in a bypass loop configuration.

【図5】 例えば単一のサンプルの連続稀釈や単一のサンプルの複数アッセイを行うのに
使用するために複数のフローリダクションチャネルを含んだミクロ流体装置の略
図である。
FIG. 5 is a schematic representation of a microfluidic device including multiple flow reduction channels for use in performing, for example, serial dilutions of a single sample or multiple assays of a single sample.

【図6】 例えば単一のサンプルについての複数の濃度測定値を得るためや単一のサンプ
ルに対する複数の試験化合物又は酵素をアッセイするために、複数のフローリダ
クションチャネル、複数の検出器及び複数の試薬ウェルを含んだミクロ流体装置
の略図である。
FIG. 6: Multiple flow reduction channels, multiple detectors and multiple detectors, eg, to obtain multiple concentration measurements for a single sample or to assay multiple test compounds or enzymes on a single sample. 1 is a schematic diagram of a microfluidic device including reagent wells.

【図7】 例えば単一のサンプルについての複数の濃度測定値を得るためや試薬の消費を
抑えるために、複数のフローリダクションチャネル及び第2フローリダクション
チャネルを含んだミクロ流体装置の略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram of a microfluidic device including multiple flow reduction channels and a second flow reduction channel, eg, to obtain multiple concentration measurements for a single sample and to reduce reagent consumption.

【図8A】 パネルAは、例えば種々の濃度又は異なるアッセイ条件にて単一のサンプルに
ついて複数の測定値を得るために、並列に構成されかつ単一の検出窓に流動自在
に連結された複数のフローリダクションチャネルを含んだミクロ流体装置の略図
である。
FIG. 8A shows a plurality of panels A configured in parallel and fluidly linked to a single detection window, eg, to obtain multiple measurements for a single sample at various concentrations or different assay conditions. 2 is a schematic diagram of a microfluidic device including the flow reduction channel of FIG.

【図8B】 パネルBは、パネルAの略図に対応したチャネル構成の1つの可能な実施態様
を示す。
8B shows one possible embodiment of the channel configuration corresponding to the schematic diagram of panel A. FIG.

【図9】 パネルAは、分路チャネルのないミクロ流体装置の略図であり、パネルBは、
分路チャネルを含んだミクロ流体装置の略図である。両装置とも吸引毛細管を含
む。
FIG. 9: Panel A is a schematic of a microfluidic device without shunt channels, Panel B:
1 is a schematic diagram of a microfluidic device including shunt channels. Both devices include suction capillaries.

【図10】 分路チャネルのないミクロ流体吸引装置のチャネル構成である。[Figure 10]   3 is a channel configuration of a microfluidic suction device without shunt channels.

【図11】 図10のミクロ流体装置を用いて観測された自然注入の摂動を示すデータであ
る。
FIG. 11 is data showing the perturbation of spontaneous injection observed using the microfluidic device of FIG.

【図12】 分路チャネルを含んだミクロ流体吸引装置のチャネル構成である。[Fig. 12]   3 is a channel configuration of a microfluidic suction device including a shunt channel.

【図13】 分路チャネルのない図10の装置を用いて得られた酵素抑制データである。[Fig. 13]   11 is enzyme inhibition data obtained using the device of FIG. 10 without the shunt channel.

【図14】 分路チャネルを含んだ図12の装置を用いて得られた酵素抑制データである。FIG. 14   13 is enzyme inhibition data obtained using the device of FIG. 12 including a shunt channel.

【図15】 2つの基質濃度を用いて図8Bに示した装置を用いて測定した抑制剤滴定であ
る。
FIG. 15 is an inhibitor titration measured using the device shown in FIG. 8B with two substrate concentrations.

【図16】 ディクソン図により決められたKi である。FIG. 16 is K i determined by a Dickson diagram.

【図17】 パーセント抑制に対する抑制剤チャネル濃度を示す酵素抑制アッセイデータで
ある。
FIG. 17 is enzyme inhibition assay data showing inhibitor channel concentration for percent inhibition.

【符合の説明】[Explanation of sign]

100 ミクロ流体装置 102 本体構造部 104 主チャネル 106 フローリダクションチャネル 108 リザバー 110 フローリダクションチャネル 112 リザバー 120 ピペットチャネル 202 流体指示システム 204 コンピュータ 206 検出器 208 マイクロウェルプレート 302 サンプルウェル 304 主チャネル 306 圧力源 308 フローリダクションチャネル 316 緩衝剤ウェル 318 試薬ウェル 332 検出領域 402 サンプルウェル 404 主チャネル 406 真空源 408 フローリダクションチャネル   100 Microfluidic device   102 body structure   104 Main channel   106 Flow reduction channel   108 reservoir   110 flow reduction channel   112 reservoir   120 pipette channels   202 fluid indicating system   204 computer   206 detector   208 Microwell plate   302 Sample well   304 Main channel   306 Pressure source   308 Flow reduction channel   316 buffer well   318 Reagent well   332 Detection area   402 sample well   404 Main channel   406 Vacuum source   408 flow reduction channel

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 60/200,139 (32)優先日 平成12年4月27日(2000.4.27) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN, YU,ZA,ZW (72)発明者 アンドレア・ダブリュー・チャウ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94024 ロス アルトス キュースタ ド ライヴ 670 (72)発明者 クラウディア・エル・ポグリッシュ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94086 サニーヴェール エス バーナー ド アヴェニュー ナンバー32 151 Fターム(参考) 2G058 DA07 GE02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (31) Priority claim number 60 / 200,139 (32) Priority date April 27, 2000 (April 27, 2000) (33) Priority claiming countries United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, C A, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM , DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, K E, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS , LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, R U, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM , TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Andrea W. Chow             United States California             94024 Los Altos Custa             Live 670 (72) Inventor Claudia El Poglish             United States California             94086 Sunnyvale S-Burner             Door Avenue Number 32 151 F-term (reference) 2G058 DA07 GE02

Claims (109)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (i)本体構造部であって、その中に配置された主チャネル
を含み、さらに、 (a)1又は2以上の交差地点にて主チャネルと交差する1又は2以上のフロー
リダクションチャネルであって、流体のが前記1又は2以上の交差地点を流れ過
ぎる際に主チャネル中の流体の流量を低減するように構造上構成されている前記
1又は2以上のフローリダクションチャネル、 (b)前記1又は2以上のフローリダクションチャネルに流動自在に連結された
第1圧力源であって、該第1圧力源に向かう流れの方向において前記1又は2以
上の交差地点の下流の前記1又は2以上のフローリダクションチャネルに配置さ
れる前記第1圧力源、 を含む前記本体構造部、及び (ii)主チャネルに流動自在に連結された主圧力源、 を含むミクロ流体装置。
1. A body structure including a main channel disposed therein, and further comprising: (a) one or more or more intersecting main channels at one or more intersections. A flow reduction channel, wherein the one or more flow reduction channels are structurally configured to reduce the flow rate of the fluid in the main channel as the fluid flows past the one or more intersections. (B) a first pressure source fluidly connected to the one or more flow reduction channels, the first pressure source being downstream of the one or more intersections in the direction of flow towards the first pressure source. A first pressure source disposed in the one or more flow reduction channels; a body structure including the first pressure source; and (ii) a main pressure source fluidly connected to the main channel. Fluidic device.
【請求項2】 第1圧力源と主圧力源が同一である請求項1記載の装置。2. The apparatus of claim 1, wherein the first pressure source and the main pressure source are the same. 【請求項3】 第1圧力源と主圧力源が単一の真空源からなる請求項1記載
の装置。
3. The apparatus of claim 1, wherein the first pressure source and the main pressure source comprise a single vacuum source.
【請求項4】 (i)本体構造部であって、その中に配置された主チャネル
を含み、さらに、第1交差地点と第2交差地点にて主チャネルと交差する1又は
2以上のフローリダクションチャネルを含み、この1又は2以上のフローリダク
ションチャネルは、流体が第2交差地点に向かう方向にて第1交差地点を流れ過
ぎる際に主チャネル中の流体の流量を低減するように構造上構成される、前記本
体構造部、及び (ii)主チャネルに流動自在に連結された主圧力源、 を含むミクロ流体装置。
4. (i) A main body structure part, which includes a main channel disposed therein, and further comprises one or more flows intersecting the main channel at a first intersection and a second intersection. A reduction channel, the one or more flow reduction channels being structurally configured to reduce the flow rate of fluid in the main channel as the fluid flows past the first intersection in a direction toward the second intersection. A microfluidic device comprising: the body structure; and (ii) a main pressure source fluidly connected to the main channel.
【請求項5】 前記1又は2以上のフローリダクションチャネルが、流体が
前記1又は2以上の交差地点を流れ過ぎる際に主チャネル中の流体の流量を低減
するように構造上構成されている、請求項1又は請求項4に記載の装置。
5. The one or more flow reduction channels are structurally configured to reduce the flow rate of fluid in the main channel as the fluid flows past the one or more intersections. The device according to claim 1 or claim 4.
【請求項6】 主チャネルに流動自在に連通した2又は3以上のフローリダ
クションチャネルを含む、請求項1又は請求項4に記載の装置。
6. The apparatus of claim 1 or claim 4 including two or more flow reduction channels in fluid communication with the main channel.
【請求項7】 主チャネルに流動自在に連通した約3〜約4のフローリダク
ションチャネルを含む、請求項1又は請求項4に記載の装置。
7. The apparatus of claim 1 or claim 4 including about 3 to about 4 flow reduction channels in fluid communication with the main channel.
【請求項8】 主チャネルに流動自在に連通した約5〜約10のフローリダ
クションチャネルを含む、請求項1又は請求項4に記載の装置。
8. The apparatus of claim 1 or claim 4 including from about 5 to about 10 flow reduction channels in fluid communication with the main channel.
【請求項9】 主チャネルに流動自在に連通した約10又は11以上のフロ
ーリダクションチャネルを含む、請求項1又は請求項4に記載の装置。
9. The apparatus of claim 1 or claim 4 including about 10 or 11 or more flow reduction channels in fluid communication with the main channel.
【請求項10】 前記主チャネルが第1断面寸法を有し、前記1又は2以上
のフローリダクションチャネルが第2断面寸法を有し、また、前記第1断面寸法
と前記第2断面寸法が同じである、請求項1又は請求項4に記載の装置。
10. The main channel has a first cross-sectional dimension, the one or more flow reduction channels have a second cross-sectional dimension, and the first cross-sectional dimension and the second cross-sectional dimension are the same. The device according to claim 1 or claim 4, wherein
【請求項11】 前記主チャネルが第1寸法を有し、前記1又は2以上のフ
ローリダクションチャネルが第2寸法を有し、また、前記第1寸法と前記第2寸
法が異なる、請求項1又は請求項4に記載の装置。
11. The main channel has a first dimension, the one or more flow reduction channels have a second dimension, and the first dimension and the second dimension are different. Or the apparatus according to claim 4.
【請求項12】 前記第2寸法が前記第1寸法よりも小さい、請求項11記
載の装置。
12. The apparatus of claim 11, wherein the second dimension is smaller than the first dimension.
【請求項13】 前記1又は2以上のフローリダクションチャネルが、交差
しないチャネルである、請求項1又は請求項4に記載の装置。
13. The apparatus of claim 1 or claim 4, wherein the one or more flow reduction channels are non-intersecting channels.
【請求項14】 前記1又は2以上のフローリダクションチャネルが、1又
は2以上の第2フローリダクションチャネルと交差し、この第2フローリダクシ
ョンチャネルが、前記1又は2以上のフローリダクションチャネルの断面寸法よ
りも小さい断面寸法を有する、請求項1又は請求項4に記載の装置。
14. The one or more flow reduction channels intersect with one or more second flow reduction channels, the second flow reduction channels having cross-sectional dimensions of the one or more flow reduction channels. An apparatus according to claim 1 or claim 4 having a smaller cross-sectional dimension.
【請求項15】 主圧力源が、主圧力源に向かう流れの方向において前記1
又は2以上のフローリダクションチャネルより下流の位置にて主チャネルに流動
自在に連結される、請求項1又は請求項4に記載の装置。
15. The main pressure source comprises the one in the direction of flow towards the main pressure source.
Alternatively, the apparatus of claim 1 or claim 4 fluidly coupled to the main channel at a location downstream of the two or more flow reduction channels.
【請求項16】 主圧力源が真空源である、請求項1又は請求項4に記載の
装置。
16. The apparatus according to claim 1 or 4, wherein the main pressure source is a vacuum source.
【請求項17】 主圧力源が単一の真空源である、請求項1又は請求項4に
記載の装置。
17. The apparatus according to claim 1 or 4, wherein the main pressure source is a single vacuum source.
【請求項18】 前記1又は2以上のフローリダクションチャネル内又はそ
の近傍にて1又は2以上の検出領域をさらに含む、請求項1又は請求項4に記載
の装置。
18. The apparatus of claim 1 or claim 4, further comprising one or more detection regions in or near the one or more flow reduction channels.
【請求項19】 検出システムをさらに含み、この検出システムは、主チャ
ネル及び前記1又は2以上のフローリダクションチャネルのうちの少なくとも1
つの両方の近傍に配置された1又は2以上の検出器を含む、請求項1又は請求項
4に記載の装置。
19. A detection system further comprising at least one of a main channel and said one or more flow reduction channels.
An apparatus according to claim 1 or claim 4 comprising one or more detectors located in proximity to both of the two.
【請求項20】 前記1又は2以上の検出器が単一の検出器からなり、この
検出器が前記1又は2以上のフローリダクションチャネルの各々において信号を
同時に検出する、請求項19記載の装置。
20. The apparatus of claim 19, wherein the one or more detectors comprises a single detector, which detector simultaneously detects signals in each of the one or more flow reduction channels. .
【請求項21】 検出システムにより検出された信号を分析するための装置
に動作上連結されたコンピュータ及びソフトウエアをさらに含む、請求項19記
載の装置。
21. The apparatus of claim 19, further comprising a computer and software operably coupled to the apparatus for analyzing the signal detected by the detection system.
【請求項22】 主チャネルに沿った第1位置にて主チャネルに流動自在に
連通した第1流体物質のソース、及び 主チャネルに沿った第2位置にて主チャネルに流動自在に連通した第2流体物
質のソース、 をさらに含む請求項1又は請求項4に記載の装置。
22. A source of first fluid material in fluid communication with the main channel at a first position along the main channel and a fluid source in fluid communication with the main channel at a second position along the main channel. The device of claim 1 or claim 4, further comprising a source of two-fluid material.
【請求項23】 前記第1位置及び第2位置が前記1又は2以上のフローリ
ダクションチャネルのうちの少なくとも1つより上流にある、請求項22記載の
装置。
23. The apparatus of claim 22, wherein the first and second positions are upstream of at least one of the one or more flow reduction channels.
【請求項24】 前記第1位置が、前記1又は2以上のフローリダクション
チャネルのうちの少なくとも1つより上流にあり、前記第2位置が、前記1又は
2以上のフローリダクションチャネルのうちの少なくとも1つより下流にある、
請求項22記載の装置。
24. The first position is upstream of at least one of the one or more flow reduction channels and the second position is at least one of the one or more flow reduction channels. Downstream from one,
23. The device of claim 22.
【請求項25】 前記第1位置と第2位置が、前記1又は2以上のフローリ
ダクションチャネルのうちの少なくとも1つより下流にある、請求項22記載の
装置。
25. The apparatus of claim 22, wherein the first and second positions are downstream of at least one of the one or more flow reduction channels.
【請求項26】 前記第1流体物質と第2流体物質が同じ物質である、請求
項22記載の装置。
26. The device of claim 22, wherein the first fluid material and the second fluid material are the same material.
【請求項27】 前記第1流体物質と第2流体物質が異なる、請求項22記
載の装置。
27. The device of claim 22, wherein the first fluid material and the second fluid material are different.
【請求項28】 前記第1流体物質がサンプル物質であり、前記第2流体物
質が稀釈剤物質である、請求項22記載の装置。
28. The device of claim 22, wherein the first fluid material is a sample material and the second fluid material is a diluent material.
【請求項29】 前記稀釈剤が緩衝剤である、請求項28記載の装置。29. The device of claim 28, wherein the diluent is a buffer. 【請求項30】 流体指示システムをさらに含み、この流体指示システムが
、 (a)第1流体物質を第1流体物質のソースから主チャネルに移動させ、第2流
体物質を第2流体物質のソースから主チャネルに移動させ、第1流体物質と第2
流体物質を化合させて第3流体物質を形成すること、 (b)第3流体物質の第1部分を主チャネルから前記1又は2以上のフローリダ
クションチャネルのうちの少なくとも1つに移動させ、第3流体物質の第2部分
は主チャネルに残すこと、及び (c)第3流体物質の第2部分を主チャネルを通して移動させること、 のうちの1つ又は2以上を指示する、請求項22記載の装置。
30. A fluid indicating system further comprising: (a) moving a first fluid substance from a source of the first fluid substance to a main channel and a second fluid substance of the source of the second fluid substance. From the main channel to the first fluid substance and the second
Combining fluid materials to form a third fluid material; (b) moving a first portion of the third fluid material from a main channel to at least one of the one or more flow reduction channels; 23. Indicating one or more of: leaving a second portion of the three-fluid material in the main channel; and (c) moving the second portion of the third-fluid material through the main channel. Equipment.
【請求項31】 装置の動作中、第1流体物質は第1流量を有し、第3流体
物質は第2流量を有し、また、第2流量は、第1流体物質が第2流体物質と化合
した後に増大して第1流量よりも大きな流量となり、さらにまた、第2流量は、
第3流体物質の第1部分が主チャネルから前記1又は2以上のフローリダクショ
ンチャネルのうちの少なくとも1つに移動した後に減少する、請求項30記載の
装置。
31. During operation of the device, the first fluid material has a first flow rate, the third fluid material has a second flow rate, and the second flow rate is such that the first fluid material is the second fluid material. And then increases to a flow rate greater than the first flow rate, and again, the second flow rate is
31. The apparatus of claim 30, wherein a first portion of a third fluid material decreases from a main channel after moving to at least one of the one or more flow reduction channels.
【請求項32】 装置の動作中、第3流体物質の第1部分が主チャネルから
前記1又は2以上のフローリダクションチャネルのうちの少なくとも1つに移動
した後に、第2流量は実質的に第1流量と同じまで、又は第1流量より少ない量
流まで減少する、請求項31記載の装置。
32. During operation of the device, the second flow rate is substantially second after the first portion of the third fluid material has moved from the main channel to at least one of the one or more flow reduction channels. 32. The device of claim 31, wherein the device is reduced to the same as one flow rate or to a flow rate less than the first flow rate.
【請求項33】 第3流体物質の第1部分が主チャネルから前記1又は2以
上のフローリダクションチャネルのうちの少なくとも1つ中に移動することによ
る圧力変化により、第3流体物質の流量が調節される、請求項30記載の装置。
33. A pressure change due to a first portion of a third fluid material moving from a main channel into at least one of the one or more flow reduction channels adjusts a flow rate of the third fluid material. 31. The apparatus of claim 30, wherein
【請求項34】 前記1又は2以上のフローリダクションチャネルの下流に
ある第3位置にて主チャネルと流動自在に連通する第4流体物質のソースをさら
に含み、また、前記流体指示システムが、第4流体物質のソースから主チャネル
中への第4流体物質の移動を指示する、請求項30記載の装置。
34. A source of a fourth fluid material in fluid communication with the main channel at a third location downstream of the one or more flow reduction channels, the fluid indicating system further comprising: 31. The device of claim 30, which directs transfer of a fourth fluid material from a source of the four fluid material into the main channel.
【請求項35】 前記第4流体物質が試薬物質である、請求項34記載の装
置。
35. The device of claim 34, wherein the fourth fluid substance is a reagent substance.
【請求項36】 前記システムが、主チャネル中への試薬物質の移動前に第
3流体物質の流量を低減することにより試薬物質の消費を低減する、請求項35
記載の装置。
36. The system reduces consumption of reagent material by reducing a flow rate of a third fluid material prior to transfer of the reagent material into the main channel.
The described device.
【請求項37】 前記第3位置の下流にある第4位置にて、主チャネル内の
検出領域、又は主チャネルに流動自在に連結された検出領域をさらに含む、請求
項34記載の装置。
37. The apparatus of claim 34, further comprising a detection region within the main channel or a detection region fluidly coupled to the main channel at a fourth position downstream of the third position.
【請求項38】 前記1又は2以上のフローリダクションチャネルに沿った
第1位置にて前記1又は2以上のフローリダクションチャネルに流動自在に連通
した第3流体物質のソース、及び 前記1又は2以上のフローリダクションチャネルに沿った第2位置にて前記第
1又は2以上のフローリダクションチャネルに流動自在に連通した第4流体物質
のソース、 をさらに含む、請求項22記載の装置。
38. A source of a third fluid material in fluid communication with said one or more flow reduction channels at a first location along said one or more flow reduction channels, and said one or more. 23. The apparatus of claim 22, further comprising a source of a fourth fluid material in fluid communication with the first or more flow reduction channels at a second location along the flow reduction channel of.
【請求項39】 前記第3流体物質と第4流体物質が試薬物質である、請求
項38記載の装置。
39. The device of claim 38, wherein the third fluid substance and the fourth fluid substance are reagent substances.
【請求項40】 前記第1流体物質がサンプル物質であり、前記第2流体物
質が緩衝剤物質であり、前記第3流体物質が基質物質であり、前記第4流体物質
が酵素物質である、請求項38記載の装置。
40. The first fluid material is a sample material, the second fluid material is a buffer material, the third fluid material is a substrate material, and the fourth fluid material is an enzyme material. 39. The device of claim 38.
【請求項41】 以下の事項、すなわち、 装置の動作中、第1流体物質を第1流体物質のソースから主チャネルに移動し
、第2流体物質を第2流体物質のソースから主チャネルに移動し、第1流体物質
と第2流体物質を化合させて稀釈された物質を形成すること、 装置の動作中、前記稀釈された物質の第1部分を主チャネルから前記第1又は
2以上フローリダクションチャネルのうちの少なくとも1つに移動させ、前記稀
釈された物質の第2部分は主チャネル中に残しておくこと、 装置の動作中、前記稀釈された物質の第2部分を主チャネルを通して移動させ
ること、 装置の動作中、第4流体物質を前記1又は2以上のフローリダクションチャネ
ルのうちの少なくとも1つ中に移動させること、 装置の動作中、第4流体物質を主チャネル中に移動させること、 装置の動作中、第5流体物質を前記1又は2以上のフローリダクションチャネ
ルのうちの少なくとも1つ中に移動させること、 装置の動作中、第5流体物質を主チャネル中に移動させること、 なる事項のうちの少なくとも1又は2以上を指示する流体指示システムをさらに
含む、請求項38記載の装置。
41. Moving the first fluid material from a source of a first fluid material to a main channel and the second fluid material from a source of a second fluid material to a main channel during operation of the device. And combining a first fluid material and a second fluid material to form a diluted material, wherein during operation of the device, a first portion of the diluted material is removed from the main channel by the first or more flow reductions. Moving to at least one of the channels, leaving the second portion of the diluted substance in the main channel, moving the second portion of the diluted substance through the main channel during operation of the device Moving a fourth fluidic substance into at least one of the one or more flow reduction channels during operation of the device; Moving a fifth fluid material into at least one of the one or more flow reduction channels during operation of the apparatus, and moving a fifth fluid material into the main channel during operation of the apparatus 39. The apparatus of claim 38, further comprising a fluid indicating system indicating at least one or more of:
【請求項42】 前記流体指示システムが、前記第4流体物質と第5流体物
質を前記1又は2以上のフローリダクションチャネルのうちの少なくとも1つ中
に移動させることを指示し、前記第4流体物質、第5流体物質及び前記稀釈され
た物質を化合させて反応物質を形成する、請求項41記載の装置。
42. The fluid indicating system directs movement of the fourth and fifth fluid substances into at least one of the one or more flow reduction channels, the fourth fluid substance. 42. The apparatus of claim 41, wherein a substance, a fifth fluid substance and the diluted substance are combined to form a reactant.
【請求項43】 以下の事項、すなわち (a)第1流体物質を第1流体物質のソースから主チャネル中に移動させること
、 (b)第1流体物質の第1部分を主チャネルから前記1又は2以上のフローリダ
クションチャネルのうちの少なくとも1つ中に移動させ、第1流体物質の第2部
分は主チャネル中に残しておくこと、 (c)第2流体物質を第2流体物質のソースから主チャネル中に移動させ、第2
流体物質と第1流体物質の第2部分を化合させて第3流体物質を形成すること、
及び (d)第3流体物質を主チャネルを通して移動させること、 の事項のうちの1つ又は2以上を指示する流体指示システムをさらに含む、請求
項22記載の装置。
43. The following items are provided: (a) moving a first fluid material from a source of the first fluid material into a main channel; (b) a first portion of the first fluid material from the main channel. Or moving into at least one of the two or more flow reduction channels, leaving a second portion of the first fluid material in the main channel, (c) a source of the second fluid material. To the main channel from the second
Combining a fluid material and a second portion of the first fluid material to form a third fluid material;
23. The apparatus of claim 22, further comprising: (d) moving a third fluid material through the main channel, the fluid indicating system indicating one or more of the following.
【請求項44】 装置の動作中、第1流体物質が第1流量を有し、第1流体
物質の第2部分が第2流量を有し、第3流体物質が第3流量を有し、また、第1
流体物質の第1部分が前記1又は2以上のフローリダクションチャネルのうちの
少なくとも1つ中に移動した後に第2流量が減少して第1流量よりも小さい流量
となり、また、第2流体物質と第1流体物質の第2部分とを化合させて第2流量
よりも大きい流量を生じる、請求項43記載の装置。
44. During operation of the device, the first fluid material has a first flow rate, the second portion of the first fluid material has a second flow rate, and the third fluid material has a third flow rate. Also, the first
The second flow rate decreases to a flow rate less than the first flow rate after the first portion of the fluid material has moved into at least one of the one or more flow reduction channels, and the second fluid material and 44. The apparatus of claim 43, which combines with the second portion of the first fluid material to produce a flow rate greater than the second flow rate.
【請求項45】 第3流量が第1流量に実質的に等しい流量まで増える、請
求項44記載の装置。
45. The apparatus of claim 44, wherein the third flow rate increases to a flow rate substantially equal to the first flow rate.
【請求項46】 請求項1に記載の装置であって、 主チャネルが、主圧力源とサンプル物質ソースとに流動自在に連結された第1並
列領域、第2並列領域、第3並列領域及び第4並列領域を含み、 前記1又は2以上のフローリダクションチャネルが、 第1並列領域に流動自在に連結した第1フローリダクションチャネル、 第2並列領域に流動自在に連結した第2フローリダクションチャネル、 第3並列領域に流動自在に連結した第3フローリダクションチャネル、 を含み、 第1圧力源と主圧力源が同じであり、そして 前記装置が、 第1並列領域、第2並列領域及び第3並列領域に流動自在に連通した稀釈剤物
質のソース、 第1並列領域、第2並列領域、第3並列領域及び第4並列領域に流動自在に連
通した1又は2以上の試薬物質の1又は2以上のソース、および 主チャネル、第1フローリダクションチャネル、第2フローリダクションチャ
ネル、第3フローリダクションチャネル、第1並列領域、第2並列領域及び第3
並列領域の近傍にある検出領域 を含む上記装置。
46. The apparatus according to claim 1, wherein the main channel is fluidly connected to the main pressure source and the sample substance source, a first parallel region, a second parallel region, a third parallel region, and A first flow reduction channel including a fourth parallel region, wherein the one or more flow reduction channels are fluidly connected to the first parallel region, a second flow reduction channel fluidly connected to the second parallel region, A third flow reduction channel fluidly connected to the third parallel region, wherein the first pressure source and the main pressure source are the same, and the device comprises a first parallel region, a second parallel region and a third parallel region. A source of diluent material in fluid communication with a region, one or more reagent substances in fluid communication with a first parallel region, a second parallel region, a third parallel region and a fourth parallel region 2 or more sources, and the main channel, the first flow reduction channel, second flow reduction channel, the third flow reduction channels, first parallel region, the second parallel region and the third
The above device comprising a detection region proximate to the parallel region.
【請求項47】 請求項4に記載の装置であって、 主チャネルが上流端と下流端とを含み、そして 前記1又は2以上のフローリダクションチャネルが、 第1位置及び第2位置にて主チャネルと交差する第1フローリダクションチャ
ネル、 前記第1位置と第2位置の間の主チャネル上に位置する第3位置及び第4位置
にて主チャネルと交差する第2フローリダクションチャネル、 前記第3位置と第4位置の間の主チャネル上に位置する第5位置及び第6位置
にて主チャネルと交差する第3フローリダクションチャネル、 を含み、 主圧力源が、前記下流端にて主チャネルに流動自在に連結した真空源であり、 前記装置が、 前記上流端にて主チャネルに流動自在に連結したサンプル物質のソース、 前記サンプル物質のソースと第1位置の間の第7位置にて主チャネルに流動自
在に連通した稀釈剤物質の第1ソース、 前記第1位置と第2位置の間の第8位置にて主チャネルに流動自在に連通した
稀釈剤物質の第2ソース、 前記第3位置と第5位置の間の第9位置にて主チャネルに流動自在に連通した
稀釈剤物質の第3ソース、 主チャネル及び前記1又は2以上のフローリダクションチャネルに流動自在に
連通した1又は2以上の試薬物質の1又は2以上のソース、および 第1フローリダクションチャネル、第2フローリダクションチャネル、第3フ
ローリダクションチャネル及び主チャネルの近傍にある検出領域、 をさらに含む上記装置。
47. The apparatus according to claim 4, wherein the main channel includes an upstream end and a downstream end, and wherein the one or more flow reduction channels are at the first position and the second position. A first flow reduction channel intersecting the channel, a second flow reduction channel intersecting the main channel at a third position and a fourth position located on the main channel between the first position and the second position, the third A third flow reduction channel intersecting the main channel at a fifth position and a sixth position located on the main channel between the position and the fourth position, the main pressure source being at the downstream end at the main channel. A fluently connected vacuum source, the apparatus comprising a source of sample material fluently connected to a main channel at the upstream end, between the source of sample material and a first position. A first source of diluent material in fluid communication with the main channel at position 7 and a second source of diluent material in fluid communication with the main channel at an eighth position between the first and second positions. A source, a third source of diluent material in fluid communication with the main channel at a ninth position between the third and fifth positions, a flow channel to the main channel and the one or more flow reduction channels. The apparatus further comprising one or more sources of one or more reagent substances in communication, and a first flow reduction channel, a second flow reduction channel, a third flow reduction channel and a detection region proximate the main channel. .
【請求項48】 前記1又は2以上のフローリダクションチャネルと交差す
る1又は2以上の反応チャネルをさらに含み、また、前記1又は2以上の試薬の
1又は2以上のソースが、前記1又は2以上の反応チャネルに流動自在に連通し
ている、請求項47記載の装置。
48. Further comprising one or more reaction channels intersecting said one or more flow reduction channels, wherein one or more sources of said one or more reagents are said 1 or 2 48. The apparatus of claim 47, which is in fluid communication with the reaction channel.
【請求項49】 前記1又は2以上の反応チャネルが第1断面寸法を有し、
前記1又は2以上のフローリダクションチャネルが第2断面寸法を有し、前記第
1断面寸法が前記第2断面寸法より小さい、請求項48記載の装置。
49. The one or more reaction channels have a first cross-sectional dimension,
49. The apparatus of claim 48, wherein the one or more flow reduction channels have a second cross sectional dimension, the first cross sectional dimension being less than the second cross sectional dimension.
【請求項50】 ミクロ流体システムのチャネル中の流体の体積流量を調節
するための方法であって、 (i)本体構造部を設けることであり、ここで、該本体構造部はその中に配置さ
れた複数の微小規模のチャネルを含み、前記複数の微小規模のチャネルは、 (a)主チャネル、及び (b)1又は2以上の交差地点にて主チャネルと交差する1又は2以上のフロ
ーリダクションチャネルであって、流体が前記1又は2以上の交差地点を流れ過
ぎる際に主チャネル中の流体の流量を低減するように構造上構成された前記1又
は2以上のフローリダクションチャネル、 を含み、 (ii)主チャネルを通して第1流体物質を流すこと、 (iii)主チャネル中に第2流体物質を流して第3流体物質を得ること、 (iv)前記1又は2以上のフローリダクションチャネルを通して第3流体物質
の第1部分を流すこと、及び (v)主チャネルを通して第3流体物質の第2部分を流し、それにより主チャネ
ル及び前記1又は2以上のフローリダクションチャネル中の第3流体物質の流量
を調節すること、 を含む前記方法。
50. A method for adjusting the volumetric flow rate of a fluid in a channel of a microfluidic system, comprising: (i) providing a body structure, wherein the body structure is disposed therein. A plurality of microscale channels, the plurality of microscale channels being (a) a main channel, and (b) one or more flows intersecting the main channel at one or more intersection points. A reduction channel, the flow reduction channel being one or more structurally configured to reduce the flow rate of fluid in the main channel as the fluid flows past the one or more intersections. (Ii) flowing a first fluid substance through the main channel, (iii) flowing a second fluid substance in the main channel to obtain a third fluid substance, (iv) the one or more flow Flowing a first portion of a third fluid material through the reduction channel, and (v) flowing a second portion of the third fluid material through the main channel, whereby a first channel in the main channel and the one or more flow reduction channels is Adjusting the flow rate of the three-fluid material.
【請求項51】 流体が前記1又は2以上の交差地点を流れ過ぎる際に主チ
ャネル中の流体の流量を低減するように、前記1又は2以上のフローリダクショ
ンチャネルを構造上構成することをさらに含む、請求項50記載の方法。
51. The one or more flow reduction channels are structurally configured to reduce the flow rate of the fluid in the main channel as the fluid flows past the one or more intersections. 51. The method of claim 50, including.
【請求項52】 請求項50記載の方法であって、前記本体構造部が、主チ
ャネルに流動自在に連通した2又は3以上のフローリダクションチャネルを含み
、前記方法がステップ(ii)〜(v)を反復して繰り返すことを含む、上記方
法。
52. The method of claim 50, wherein the body structure comprises two or more flow reduction channels in fluid communication with the main channel, the method comprising steps (ii)-(v). ) Iteratively repeating,
【請求項53】 主チャネルに流動自在に連通した約3〜約4のフローリダ
クションチャネルを含むように、本体構造部を構造上構成することをさらに含む
、請求項52記載の方法。
53. The method of claim 52, further comprising structurally configuring the body structure to include about 3 to about 4 flow reduction channels in fluid communication with the main channel.
【請求項54】 主チャネルに流動自在に連通した約5〜約10のフローリ
ダクションチャネルを含むように、本体構造部を構造上構成することをさらに含
む、請求項52記載の方法。
54. The method of claim 52, further comprising structurally configuring the body structure to include about 5 to about 10 flow reduction channels in fluid communication with the main channel.
【請求項55】 主チャネルに流動自在に連通した約10又は11以上のフ
ローリダクションチャネルを含むように、本体構造部を構造上構成することをさ
らに含む、請求項52記載の方法。
55. The method of claim 52, further comprising structurally configuring the body structure to include about 10 or 11 or more flow reduction channels in fluid communication with the main channel.
【請求項56】 第1寸法を有するように主チャネルを構造上構成し、第1
寸法とは異なる第2寸法を有するように前記1又は2以上のフローリダクション
チャネルを構造上構成しすることをさらに含む、請求項50記載の方法。
56. A main channel is structurally configured to have a first dimension, and
51. The method of claim 50, further comprising structurally configuring the one or more flow reduction channels to have a second dimension that is different than the dimension.
【請求項57】 前記第2寸法が前記第1寸法よりも小さい、請求項56記
載の方法。
57. The method of claim 56, wherein the second dimension is less than the first dimension.
【請求項58】 主チャネルに動作上連結された主圧力源を設けることをさ
らに含む、請求項50記載の方法。
58. The method of claim 50, further comprising providing a main pressure source operably coupled to the main channel.
【請求項59】 主圧力源が真空源からなる、請求項58記載の方法。59. The method of claim 58, wherein the main pressure source comprises a vacuum source. 【請求項60】 主圧力源が単一の真空源からなる、請求項58記載の方法
60. The method of claim 58, wherein the main pressure source comprises a single vacuum source.
【請求項61】 前記1又は2以上のフローリダクションチャネルに流動自
在に連結した第1圧力源と主チャネルに流動自在に連結した主圧力源とを設ける
ことをさらに含み、ここで、この第1圧力源は、第1圧力源に向かう流れ方向に
て前記1又は2以上の交差地点の下流にて前記1又は2以上のフローリダクショ
ンチャネル上に配置される、請求項50記載の方法。
61. The method further comprises providing a first pressure source fluidly connected to the one or more flow reduction channels and a main pressure source fluidly connected to the main channel, wherein the first pressure source is provided. 51. The method of claim 50, wherein a pressure source is disposed on the one or more flow reduction channels downstream of the one or more intersections in a flow direction towards a first pressure source.
【請求項62】 前記第1圧力源と主圧力源が同じである、請求項61記載
の方法。
62. The method of claim 61, wherein the first pressure source and the main pressure source are the same.
【請求項63】 前記第1圧力源と主圧力源が単一の真空源からなる、請求
項61記載の方法。
63. The method of claim 61, wherein the first pressure source and the main pressure source comprise a single vacuum source.
【請求項64】 前記第1流体物質と第2流体物質が同じである、請求項5
0記載の方法。
64. The first fluid material and the second fluid material are the same.
The method described in 0.
【請求項65】 前記第1流体物質と第2流体物質が異なる、請求項50記
載の方法。
65. The method of claim 50, wherein the first fluid material and the second fluid material are different.
【請求項66】 第1流体物質がサンプル物質であり、第2流体物質が稀釈
剤物質である、請求項50記載の方法。
66. The method of claim 50, wherein the first fluid material is a sample material and the second fluid material is a diluent material.
【請求項67】 前記第1流体物質がステップ(ii)後に第1流量を有し
、前記第3流体物質がステップ(iii)後に第2流量を有し、第3流体物質が
ステップ(iv)後に第3流量を有する、請求項50記載の方法。
67. The first fluid material has a first flow rate after step (ii), the third fluid material has a second flow rate after step (iii), and the third fluid material has step (iv). 51. The method of claim 50, having a third flow rate afterwards.
【請求項68】 前記第2流量が前記第3流量よりも大きい、請求項67記
載の方法。
68. The method of claim 67, wherein the second flow rate is greater than the third flow rate.
【請求項69】 前記第3流量が前記第1流量と実質的に等しい、請求項6
7記載の方法。
69. The third flow rate is substantially equal to the first flow rate.
7. The method according to 7.
【請求項70】 前記第3流量が前記第1流量よりも小さい、請求項67記
載の方法。
70. The method of claim 67, wherein the third flow rate is less than the first flow rate.
【請求項71】 前記1又は2以上の交差地点の少なくとも1つの下流にあ
る検出領域を通して、前記第3流体物質を流すことをさらに含む、請求項50記
載の方法。
71. The method of claim 50, further comprising flowing the third fluid material through a detection region downstream of at least one of the one or more intersections.
【請求項72】 前記1又は2以上の交差地点の少なくとも1つより下流に
ある第1位置にて、第4流体物質を主チャネルに加えて第3流体物質と化合させ
、第5流体物質を得ることをさらに含む、請求項50記載の方法。
72. At a first location downstream of at least one of the one or more intersections, a fourth fluid material is added to the main channel to combine with a third fluid material and a fifth fluid material is provided. 51. The method of claim 50, further comprising obtaining.
【請求項73】 前記第4流体物質が試薬物質である、請求項72記載の方
法。
73. The method of claim 72, wherein the fourth fluid substance is a reagent substance.
【請求項74】 試薬物質を主チャネルに加える前に主チャネル中の第3流
体物質の流量を低減することにより、試薬物質の消費を抑えることをさらに含む
、請求項72記載の方法。
74. The method of claim 72, further comprising reducing the consumption of the reagent substance by reducing the flow rate of the third fluid substance in the main channel prior to adding the reagent substance to the main channel.
【請求項75】 主チャネルに沿って第1位置の下流に位置する検出領域を
通して、第5流体物質を流すことをさらに含む、請求項72記載の方法。
75. The method of claim 72, further comprising flowing a fifth fluid substance through a detection region located downstream of the first position along the main channel.
【請求項76】 第1交差地点及び第2交差地点にて主チャネルと交差する
ように、前記1又は2以上のフローリダクションチャネルを構造上構成すること
をさらに含む、請求項50記載の方法。
76. The method of claim 50, further comprising structurally configuring the one or more flow reduction channels to intersect the main channel at a first intersection and a second intersection.
【請求項77】 前記第1交差地点と第2交差地点の間に位置する検出領域
を通して、第3流体物質を流すことをさらに含む、請求項76記載の方法。
77. The method of claim 76, further comprising flowing a third fluid material through a sensing region located between the first intersection and the second intersection.
【請求項78】 前記第1交差地点と第2交差地点の間にある第1位置にて
主チャネルに第4流体物質を加えて該第4流体物質と第3流体物質を化合させ、
第5流体物質を得ることをさらに含む、請求項76記載の方法。
78. A fourth fluid material is added to the main channel at a first position between the first intersection and the second intersection to combine the fourth fluid material and the third fluid material,
77. The method of claim 76, further comprising obtaining a fifth fluid substance.
【請求項79】 前記第1位置と第1交差又は第2交差地点の間に位置する
検出領域を通して、第5流体物質を流すことをさらに含む、請求項78記載の方
法。
79. The method of claim 78, further comprising flowing a fifth fluid substance through a detection region located between the first location and the first or second intersection.
【請求項80】 ミクロ流体システムのチャネル中の流体の体積流量を調節
するための方法であって、 (i)本体構造部を設けることであり、ここで、該本体構造部はその中に配置さ
れた複数の微小規模のチャネルを含み、前記複数の微小規模のチャネルは、 (a)主チャネル、及び (b)1又は2以上の交差地点にて主チャネルと交差する1又は2以上のフロ
ーリダクションチャネルであって、流体が前記1又は2以上の交差地点を流れ過
ぎる際に主チャネル中の流体の流量を低減するように構造上構成された前記1又
は2以上のフローリダクションチャネル、 を含み、 (ii)主チャネルを通して第1流体物質を流すこと、 (iii)前記1又は2以上のフローリダクションチャネルの少なくとも1つを
通して第1流体物質の第1部分を流すこと、及び (iv)主チャネルを通して第1流体物質の第2部分を流し、それにより主チャ
ネル及び前記1又は2以上のフローリダクションチャネルの少なくとも1つ中の
第1流体物質の体積流量を調節すること、 を含む前記方法。
80. A method for adjusting the volumetric flow rate of a fluid in a channel of a microfluidic system, comprising: (i) providing a body structure, wherein the body structure is disposed therein. A plurality of microscale channels, the plurality of microscale channels being (a) a main channel, and (b) one or more flows intersecting the main channel at one or more intersection points. A reduction channel, the flow reduction channel being one or more structurally configured to reduce the flow rate of fluid in the main channel as the fluid flows past the one or more intersections. (Ii) flowing a first fluid substance through a main channel, (iii) a first portion of a first fluid substance through at least one of the one or more flow reduction channels. And (iv) flowing a second portion of the first fluid material through the main channel, thereby increasing the volumetric flow rate of the first fluid material in the main channel and at least one of the one or more flow reduction channels. Adjusting.
【請求項81】 主チャネルを通して第2流体物質を流して第3流体物質を
得ることをさらに含む、請求項80記載の方法。
81. The method of claim 80, further comprising flowing a second fluid material through the main channel to obtain a third fluid material.
【請求項82】 ステップ(iv)後に主チャネルを通して第2流体物質を
流すことを含む、請求項81記載の方法。
82. The method of claim 81, comprising flowing a second fluid substance through the main channel after step (iv).
【請求項83】 前記第1流体物質が第1流量を有し、前記第3流体物質が
第2流量を有し、前記第1流量が前記第2流量に実質的に等しい、請求項81記
載の方法。
83. The first fluid material has a first flow rate, the third fluid material has a second flow rate, and the first flow rate is substantially equal to the second flow rate. the method of.
【請求項84】 請求項1又は請求項4の装置において複数のアッセイを行
う方法であって、 (i)試験化合物を用意すること、 (ii)試験化合物の第1部分を第1フローリダクションチャネルに流すこと、
(iii)試験化合物の第2部分を第2フローリダクションチャネルに流すこと
、 (iv)少なくとも第1試薬を第1フローリダクションチャネルに流して試験化
合物について第1アッセイを行い、少なくとも第1生成物を得ること、及び (v)少なくとも第2試薬を第2フローリダクションチャネルに流して試験化合
物について第2アッセイを行い、少なくとも第2生成物を得ること、 を含む上記方法。
84. A method of performing a plurality of assays in the apparatus of claim 1 or 4, comprising: (i) providing a test compound, (ii) a first portion of the test compound being a first flow reduction channel. Flowing to
(Iii) flowing a second portion of the test compound into the second flow reduction channel, (iv) flowing at least a first reagent into the first flow reduction channel to perform a first assay on the test compound and removing at least a first product. Obtaining, and (v) flowing at least a second reagent through a second flow reduction channel to perform a second assay on the test compound to obtain at least a second product.
【請求項85】 試験化合物が薬剤サンプル、化合物、酵素、蛋白質、核酸
又はそれらの組み合わせからなる、請求項84記載の方法。
85. The method of claim 84, wherein the test compound comprises a drug sample, compound, enzyme, protein, nucleic acid or combination thereof.
【請求項86】 前記第1試薬と第2試薬が異なる、請求項84記載の方法
86. The method of claim 84, wherein the first and second reagents are different.
【請求項87】 前記第1アッセイと第2アッセイが異なる、請求項84記
載の方法。
87. The method of claim 84, wherein the first assay and the second assay are different.
【請求項88】 前記第1アッセイと第2アッセイが、酵素アッセイ、HA
S結合アッセイ、ターゲットスクリーン、蛍光アッセイ、結合アッセイ、ドーズ
−応答アッセイ、遺伝子型アッセイ、及び選択性スクリーンのうちの1又は2以
上から選択される、請求項84記載の方法。
88. The first and second assays are enzymatic assays, HA
85. The method of claim 84, selected from one or more of an S-binding assay, target screen, fluorescence assay, binding assay, dose-response assay, genotype assay, and selectivity screen.
【請求項89】 ステップ(i)とステップ(ii)を同時に実行すること
を含む、請求項84記載の方法。
89. The method of claim 84, comprising performing step (i) and step (ii) simultaneously.
【請求項90】 ステップ(iii)とステップ(iv)を同時に実行する
ことを含む、請求項84記載の方法。
90. The method of claim 84, comprising performing step (iii) and step (iv) simultaneously.
【請求項91】 前記第1生成物が第1反応試験化合物であり、前記第2生
成物が第2反応試験化合物である、請求項84記載の方法。
91. The method of claim 84, wherein the first product is a first reaction test compound and the second product is a second reaction test compound.
【請求項92】 前記第1生成物と第2生成物を同時に検出することをさら
に含む、請求項84記載の方法。
92. The method of claim 84, further comprising simultaneously detecting the first product and the second product.
【請求項93】 試験化合物をn個の部分に分割すること、各部分をx個の
フローリダクションチャネルの1つに同時に流すこと、試験化合物についてy個
の異なるアッセイを行ってz個の生成物を得ること、及びz個の生成物を同時に
検出することを含む、請求項84記載の方法。
93. Dividing the test compound into n parts, flowing each part simultaneously into one of the x flow reduction channels, performing y different assays on the test compound to produce z products. 85. The method of claim 84, comprising: obtaining z and detecting z products simultaneously.
【請求項94】 nが約2〜約100の範囲にあり、xが約2〜約100の
範囲にあり、yが約1〜約100の範囲にあり、zが約1〜約1000の範囲に
ある、請求項93記載の方法。
94. n is in the range of about 2 to about 100, x is in the range of about 2 to about 100, y is in the range of about 1 to about 100, and z is in the range of about 1 to about 1000. 94. The method according to claim 93.
【請求項95】 ミクロ流体装置中への自然注入による圧力摂動を抑制する
方法であって、 (i)ミクロ流体装置に流動自在に連結されたサンプルソース中に毛細管の開放
端を浸け、サンプルソースからサンプルを引き出して毛細管に入れること、 (ii)毛細管の開放端をサンプルソースから抜き出し、その際、サンプルの第
1部分は開放端に残り、その第1部分が表面張力を有し、この表面張力が毛細管
に第1圧力を及ぼし、それにより第1部分を毛細管中に自然に注入すること、 (iii)第1交差地点にて毛細管と交差する主チャネル中に、毛細管からサン
プルの第2部分を流すこと、及び (iv)主チャネルと交差する分路チャネルを通してサンプルの第3部分を流し
、第1圧力とは異なる第2圧力にて第1交差地点を維持し、主チャネルにおける
圧力摂動を抑制すること、 を含む上記方法。
95. A method of suppressing pressure perturbations due to natural injection into a microfluidic device, comprising: (i) immersing an open end of a capillary tube in a sample source fluidly connected to the microfluidic device. (Ii) pulling the open end of the capillary from the sample source, leaving the first portion of the sample at the open end, the first portion of which has surface tension Tension exerts a first pressure on the capillary, thereby spontaneously injecting the first portion into the capillary, (iii) a second portion of the sample from the capillary into the main channel that intersects the capillary at the first intersection point. And (iv) flowing a third portion of the sample through a shunt channel that intersects the main channel, maintaining a first crossing point at a second pressure different from the first pressure, Suppressing pressure perturbations in the channel.
【請求項96】 前記サンプルソースがマイクロウェルプレートからなる、
請求項95記載の方法。
96. The sample source comprises a microwell plate
The method of claim 95.
【請求項97】 分路チャネルが、第1交差地点にて又は第1交差地点の下
流にて主チャネルと交差する、請求項95記載の方法。
97. The method of claim 95, wherein the shunt channel intersects the main channel at or downstream of the first intersection.
【請求項98】 前記第2圧力が前記第1圧力より大きい、請求項95記載
の方法。
98. The method of claim 95, wherein the second pressure is greater than the first pressure.
【請求項99】 前記第2圧力が前記第1圧力より小さい、請求項95記載
の方法。
99. The method of claim 95, wherein the second pressure is less than the first pressure.
【請求項100】 前記第1圧力が大気圧である、請求項95記載の方法。100. The method of claim 95, wherein the first pressure is atmospheric pressure. 【請求項101】 ステップ(iv)が、毛細管の開放端と第1交差地点の
間で圧力勾配を作る、請求項95記載の方法。
101. The method of claim 95, wherein step (iv) creates a pressure gradient between the open ends of the capillaries and the first intersection.
【請求項102】 第3圧力を前記分路チャネルに加え、前記第1交差地点
での第2圧力を変えることをさらに含む、請求項95記載の方法。
102. The method of claim 95, further comprising applying a third pressure to the shunt channel and varying a second pressure at the first intersection.
【請求項103】 前記第3圧力が負又は正の圧力である、請求項102記
載の方法。
103. The method of claim 102, wherein the third pressure is a negative or positive pressure.
【請求項104】 ミクロ流体装置中への自然注入による圧力摂動を抑制す
るためのミクロ流体装置であって、 (i)入口領域と出口領域とを含む毛細管であって、前記入口領域は装置の動作
中は少なくとも第1サンプルソースに流動自在に連結され、また、前記入口領域
は第1圧力に維持される、前記毛細管、 (ii)本体構造部であって、その中に配置された複数の微小規模のチャネルを
有し、この微小規模のチャネルは、 (a)上流領域及び下流領域を有する主チャネルであって、前記上流領域は第
1交差地点にて毛細管の出口領域に流動自在に連結される、前記主チャネル、 (b)主チャネルの少なくとも上流領域に流動自在に連結された分路チャネル
、 を含む前記本体構造部、及び (iii)ミクロ流体装置に流動自在に連結された流体指示システムであって、
主チャネル、分路チャネル、及び毛細管に流動自在に連結された少なくとも1つ
の流体制御要素を含み、該流体指示システムが、 (a)第1サンプルソースから毛細管の入口領域中へのサンプルの移動、 (b)毛細管の入口領域から毛細管の出口領域へのサンプルの移動、 (c)毛細管の出口領域から主チャネルの上流領域中へのサンプルの移動、及
び (d)主チャネルの上流領域から分路チャネル中へのサンプルの第1部分の移
動であり、サンプルの第2部分は主チャネルに残し、第1圧力とは異なる第2圧
力にて第1交差地点を維持すること、 を指示する上記流体指示システム、 を含む上記ミクロ流体装置。
104. A microfluidic device for suppressing pressure perturbations due to spontaneous injection into a microfluidic device, comprising: (i) a capillary including an inlet region and an outlet region, the inlet region of the device A capillary, (ii) a plurality of body structures disposed therein, the capillaries being fluidly coupled to at least a first sample source during operation, and wherein the inlet region is maintained at a first pressure; It has a microscale channel, which is (a) a main channel having an upstream region and a downstream region, said upstream region being fluidly connected to an outlet region of a capillary at a first intersection. A main channel comprising: (b) a shunt channel fluidly connected to at least an upstream region of the main channel; and (iii) fluidly connected to a microfluidic device. A fluid indicating system,
A main channel, a shunt channel, and at least one fluid control element fluidly coupled to the capillary, the fluid indicating system comprising: (a) movement of the sample from a first sample source into the inlet region of the capillary; (B) migration of the sample from the inlet region of the capillary to the outlet region of the capillary, (c) migration of the sample from the outlet region of the capillary into the upstream region of the main channel, and (d) shunting from the upstream region of the main channel. Fluid of the first portion of the sample into the channel, leaving the second portion of the sample in the main channel and maintaining the first crossing point at a second pressure different from the first pressure. An indicator system, the microfluidic device.
【請求項105】 少なくとも第1サンプルソースが1又は2以上のマルチ
ウェルプレートを含む、請求項104記載の装置。
105. The apparatus of claim 104, wherein at least the first sample source comprises one or more multiwell plates.
【請求項106】 前記第1圧力が大気圧に維持される、請求項104記載
の装置。
106. The apparatus of claim 104, wherein the first pressure is maintained at atmospheric pressure.
【請求項107】 分路チャネルが、主チャネルの上流領域及び主チャネル
の下流領域に流動自在に連結される、請求項104記載の装置。
107. The apparatus of claim 104, the shunt channel fluidly connected to an upstream region of the main channel and a downstream region of the main channel.
【請求項108】 少なくとも1つの流体制御要素が圧力源又は動電学的コ
ントローラを含む、請求項104記載の装置。
108. The device of claim 104, wherein the at least one fluid control element comprises a pressure source or an electrokinetic controller.
【請求項109】 前記第1圧力が前記第2圧力より大きいか又は小さい、
請求項104記載の装置。
109. The first pressure is greater than or less than the second pressure,
105. The device of claim 104.
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