JP2003075407A - 電子ピペッタおよび電気泳動バイアスのための補償手段 - Google Patents

電子ピペッタおよび電気泳動バイアスのための補償手段

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 対象物質を電気浸透力で移動させる微小流体
システムと適合する電子ピペッタを提供すること。 【解決手段】 電子ピペッタは、チャネルを有するキャ
ピラリーを備える。電極は、キャピラリーの外部の長さ
に沿って取り付けられ、キャピラリーの端部で電極リン
グの形態で終結する。キャピラリーの端部が物質ソース
に配置されるときにチャネルが流体連通される標的リザ
バーでの電極上の電圧および電極を操作することによっ
て、物質は、動電学的にチャネルに誘導される。一列の
対象物質領域、高および低イオン濃度緩衝剤またはスペ
ーサ領域は、微小流体システム内に容易に導入されるよ
うにチャネル内に形成され得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】関連出願との相互参照本願は、1996年６月
28日付けで出願された米国特許出願シリアルNo.08/671,
986 号の一部継続出願である1996年12月６日付けで出願
された米国特許出願シリアルNo.08/760,446 号の、一部
継続出願である。これら全ての出願の全体を、本明細書
において参考のためあるゆる目的で援用する。
【０００２】
【従来の技術】化学的および生化学的情報の取得のため
の、微小流体(microfluidic)システムの製造および使用
に対する関心が高まってきている。通常は半導体エレク
トロニクス産業に関連する、フォトリソグラフィー、ウ
ェット化学エッチングなどの技術が、これらの微小流体
システムの製造にも用いられている。「微小流体」の用
語は、一般にはミクロンまたはミクロン以下の規模で
（例えば少なくとも１つの断面寸法が約０．１μｍから
約５００μｍの範囲を有するような）、チャネルおよび
チャンバを有するシステムまたはデバイスを指す。微小
流体システムの製造のための平面チップ技術の使用の初
期的な考察が、ManzらのTrends in Anal．Chem.(1990)
10(5):144-149 および、ManzらのAvd. in Chromatog.(1
993) 33:1-66に記載されている。これらは、シリコンお
よびグラス基板における、上述のような流体デバイス、
特に微小キャピラリーデバイスの製造を記載している。
【０００３】微小流体システムの応用例は無数にある。
例えば、1996年２月15日付けで公開された国際特許出願
WO 96/04547 は、キャピラリー電気泳動、液体クロマト
グラフィー、フロー注入分析、ならびに化学反応および
合成に微小流体システムを使用することを記載してい
る。1996年６月28日付けで提出された米国特許出願シリ
アルNo.08/671,987 号（本明細書において参考のために
援用する）は、化学系、そして好ましくは生化学系にお
いて多数の化合物の影響を素早くアッセイする際の、微
小流体システムの幅広いアプリケーションを開示してい
る。「生化学系」の語句は、生きた生物体中に一般に見
られるタイプの分子に関わる化学的相互作用を一般に指
す。そのような相互作用には、酵素的反応、結合反応、
シグナル伝達反応(signaling reaction)およびその他の
反応を含む、生存している系の中で起こる多様な異化お
よび同化反応が含まれる。特に関心の高い生化学系は、
例えば、レセプター−リガンド相互作用、酵素−基質相
互作用、細胞シグナル伝達経路、生体利用性スクリーニ
ングのためのモデルバリヤ系（例えば細胞または膜画分
など）を包含する輸送反応、および様々な他の一般的な
系である。
【０００４】これらの微小流体システムまたはデバイス
内におけるサンプル、分析物、緩衝剤および試薬などの
流体の輸送および方向付けに関して、多くの方法の記載
がある。１方法においては、微小製造されたデバイス内
の流体を、デバイス内の機械的微小ポンプおよび弁によ
り移動させる。公開されている英国特許出願第2 248891
号(10/18/90)、公開されている欧州特許出願第568902
号(5/2/92)、ならびに米国特許第5,271,724 号(8/21/9
1) および第5,277,556 号(7/3/91)を参照のこと。ま
た、Miyazakiらの米国特許第5,171,132 号(12/21/90)も
参照のこと。別の方法においては、音響エネルギーを用
いて、音響ストリーム(acoustic streaming)効果によ
り、デバイス内の流体サンプルを移動させる。公開され
ているNorthrupおよびWhite のPCT 出願第94/05414号を
参照のこと。率直な方法としては、外圧を加えることに
よりデバイス内の流体を移動させる。例えば、Wilding
らの米国特許第5,304,487 号における説明を参照のこ
と。
【０００５】さらに別の方法では、電界を用いることに
より微小流体システムのチャネルを通って流体物質を移
動させる。例えば、公開されているKovacsの欧州特許出
願第376 611 号(12/30/88)、HarrisonらのAnal．Chem.
(1992)64:1926-1932 およびManzらのJ. Chromatog.(199
2)593:253-258、ならびにSoane の米国特許第5,126,022
号を参照のこと。動電力は、直接制御、高速応答およ
び単純性の利点を有する。しかし、依然としていくつか
の欠点を有する。効率を最大にするためには、対象物質
がなるべく一緒に輸送されることが望ましい。しかし物
質は、他の輸送される物質からの相互汚染なしに輸送さ
れるべきである。さらに、ある微小流体システム中のあ
る位置に存在するある状態の物質は、その微小流体シス
テム中の別の位置に移動された後にも同じ状態を保つべ
きである。これらの条件により、所望のときおよび場合
において、化合物物質の試験、分析および反応を制御す
ることが可能になる。物質が動電力によって移動される
微小流体システムにおいて、対象物質領域中およびこれ
らの対象物質領域を分離する領域中にある帯電された分
子およびイオンが様々な電界に曝されることにより、流
体フローを起こす。
【０００６】しかしこれらの電界が印加された際、対象
物質中の異なって帯電された種は、異なる電気泳動移動
度を示す。すなわち、正に帯電された種は負に帯電され
た種とは異なった速度で移動する。過去においては電界
に曝されたサンプル中の異なる種の分離は問題とは考え
られていなく、実際、例えばキャピラリー電気泳動など
においては望まれた結果であった。しかし、単純な流体
輸送が望まれる場合、これらの変動する移動度は、対象
物質中に望ましくない変化あるいは「電気泳動バイア
ス」をもたらし得る。相互汚染を回避するための考慮お
よび手段なしには、微小流体システムは対象物質を広く
分離するか、最悪の場合、物質を一度につき１つずつシ
ステムを通って移動させなければならない。いずれの場
合でも微小流体システムの効率は大きく減少する。さら
に、輸送される物質の状態が輸送中において維持されな
いとすると、物質がある場所に不変のままで到達するこ
とを要求する多くのアプリケーションを避けなければな
らない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、動電学的輸
送の有するこれらの問題を解決あるいは実質的に緩和す
る。本発明を用いれば、微小流体システムは、効率的か
つ輸送される物質中に望ましくない変化を起こさずに、
物質を移動させることができる。本発明は、化学、生化
学、バイオテクノロジー、分子生物学、および他の多く
の分野などの幅広い範囲のアプリケーションにおいて、
微小流体システムのチャネルを通る物質の移動に関して
直接的、高速かつ率直な制御を有する、高スループット
の微小流体システムを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、「対象物質領
域」とも呼ばれる流体スラグ内のチャネルに沿って、対
象物質を微小流体システムの第１の点から第２の点に電
気浸透によって移動させる微小流体システムを提供す
る。高イオン濃度の第１のスペーサ領域は、少なくとも
１つの側で各対象物質領域と接触し、低イオン濃度の第
２のスペーサ領域は、対象物質の対象物質領域、および
第１または高イオン濃度のスペーサ領域と共に配置さ
れ、少なくとも１つの低イオン濃度領域は、常に、第１
の点と第２の点との間にあり、電圧降下および２つの点
の間で得られる電界のほとんどが低イオン濃度領域をわ
たることを確実にする。本発明はまた、対象物質を電気
浸透力で移動させる微小流体システムと適合する電子ピ
ペッタを提供する。電子ピペッタは、チャネルを有する
キャピラリーを備える。電極は、キャピラリーの外部の
長さに沿って取り付けられ、キャピラリーの端部で電極
リングの形態で終結する。キャピラリーの端部が物質ソ
ースに配置されるときにチャネルが流体連通される標的
リザバーでの電極上の電圧および電極を操作することに
よって、物質は、動電学的にチャネルに誘導される。一
列の対象物質領域、高および低イオン濃度緩衝剤または
スペーサ領域は、微小流体システム内に容易に導入され
るようにチャネル内に形成され得る。
【０００９】本発明はさらに、対象物質が、微小流体シ
ステムのチャネルに沿って動電学的に輸送される際の電
気泳動バイアスを補償する。１つの実施態様において、
微小流体システムの２つの点間のチャネルは、反対の表
面電荷の側壁を備えた２つの部分を有する。電極は、２
つの部分の間に配置されている。２つの点における電圧
が実質的に等しく、２つの部分の間の中間電極が異なっ
て設定されるとき、電気泳動力は、２つの部分において
反対の方向になり、電気浸透力は同じ方向になる。対象
物質が１つの点から他の点に輸送されるとき、電気泳動
バイアスは、電気浸透力がチャネルを通して流体物質を
移動させる間に補償される。他の実施態様において、チ
ャンバは、微小流体システムのチャネルの交差部におい
て形成される。チャンバは、交差するチャネルの側壁を
接続する側壁を有する。対象物質領域が交差部で１つの
チャネルから他のチャネルに向けられるとき、チャンバ
側壁は、対象物質領域を第２のチャネルに向かって幅を
狭める（funnel）。第２のチャネルは、拡散によって、
対象物質が第１のチャネルに沿って移動するときに対象
物質領域において電気泳動によって付勢されたすべての
対象物質が混合されるような幅である。
【００１０】さらに他の実施態様において、本発明は、
少なくとも２つの交差チャネルを有する微小流体デバイ
ス内の流体ストリームを制御可能に送達するための微小
流体システムおよびこのシステムを用いる方法を提供す
る。システムは、少なくとも２つの交差チャネルが内部
に設けられた基板を有する。この点において、チャネル
の１つは、他のチャネルよりも深い。システムはまた、
電気浸透流体方向システムを有する。システムは、流体
ストリームが異なるイオン強度を有する少なくとも２つ
の流体領域を含む場合に特に有用である。本発明はま
た、本発明の電子ピペッタを用いるサンプル抽出システ
ムを提供する。サンプル抽出システムは、サンプル基板
を有し、サンプル基板には、複数の異なるサンプルが固
定されている。また、電子ピペッタをサンプル基板に対
して移動させるための移行システムも含まれる。本発明
は、上記のように、複数の異なる用途に使用され、その
用途自体が進歩的であり、例えば、以下の通りである。
【００１１】少なくとも第１の対象物質を少なくとも第
１の位置から第２の位置にチャネルに沿って輸送し、印
加電圧によりチャネルに沿って輸送される低イオン濃度
の少なくとも１つの領域を用いる際の、チャネルを有す
る基板の使用。１つの領域のイオン濃度が、対象物質の
イオン濃度よりも実質的に低い上記発明の使用。複数の
対象物質が輸送され、高イオン濃度スペーサ領域によっ
て分離される、上記発明の使用。少なくとも第１の対象
物質が輸送され得るチャネルを有する基板の電気泳動バ
イアス補償における使用であって、チャネルが第１およ
び第２の部分に分割され、チャネルの１つまたはそれ以
上の壁が反対に帯電し、第１の部分における輸送による
少なくとも１つの対象物質上の電気泳動バイアスが、第
２の部分における輸送による電気泳動バイアスによって
実質的に補償される、使用。第１の電極が第１の部分の
遠位端に配置され、第２の電極が第１の部分と第２の部
分との間の交差部に配置され、第３の電極が第２の部分
の遠位端に配置されている、上記発明の使用。基板が微
小流体システムである上記発明の使用。基板が電子ピペ
ッタである、上記発明の使用。電子ピペッタが、対象物
質を輸送するための主要なチャネル、および主要なチャ
ネルに流体連通されている少なくとも１つの他のチャネ
ルを有し、この他のチャネルから、主要なチャネルに沿
って輸送される他の物質が得られる、上記発明の使用。
他の物質が、複数の個別の対象物質のそれぞれの間の緩
衝領域として主要チャネルに導入される、上記発明の使
用。流れ条件を最適化する際に異なる深さを有するチャ
ネルと交差する、少なくとも第１および第２の流体チャ
ネルを有する微小流体システムの使用。１つのチャネル
が、他のチャネルよりも２から１０倍の間深い、上記発
明の使用。電気泳動補償における、第１のチャネルと第
１のチャネルと交差する第２のチャネルとを有する微小
流体システムの使用であって、チャネル間の交差が、第
１のチャネルに沿って第２のチャネルに輸送される流体
が交差部で混合され、流体内の電気泳動バイアスが拡散
されるような形状になっている、使用。
【００１２】
【発明の実施の形態】Ｉ．微小流体システムの一般的構
成 図１は、本発明による微小流体システム１００例の代表
図である。図示のように、デバイス全体１００は、平面
状基板１０２内に製造される。適切な基板材料は一般的
に、デバイスによって行われるべき特定の動作中におい
て存在する条件に対する適合性に基づいて選択される。
そのような条件は、pHの極値、温度、イオン濃度、およ
び電界の印加を含み得る。また、基板材料も、システム
によって行われる分析または合成の重要成分に対して不
活性性であるように選択される。有用な基板材料は例え
ば、ガラス、石英およびシリコン、ならびに例えばプラ
スチックなどの高分子基板を含む。導電性または半導電
性基板の場合、基板上に絶縁層が必要である。これは後
述のように、デバイスが例えば電気的流体指向システム
やセンサなどの電気的要素を備えている場合、あるいは
電気浸透力を用いて物質をシステムにおいて移動させる
場合に特に重要である。高分子基板の場合、使用目的に
依存して基板材料は剛体、準剛体または非剛体、不透
明、半透明または透明であり得る。例えば、光学的また
は視覚的検出要素を有するデバイスは一般に、検出を可
能にするか少なくとも容易にするために、少なくとも一
部は透明材料から製造される。あるいは、これらのタイ
プの検出要素のために、例えばガラスまたは石英からな
る透明窓をデバイスに備えてもよい。さらに、高分子材
料は直鎖状または分岐鎖状骨格を有していてもよく、架
橋されていてもされていなくてもよい。特に好適な高分
子材料の例としては、例えば、ポリジメチルシロキサン
(PDMS)、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル(PVC) 、ポリス
チレン、ポリスルホン、ポリカーボネートなどがある。
【００１３】図１に示すシステムは、基板１０２の表面
内に製造された一連のチャネル１１０、１１２、１１４
および１１６を有している。「微小流体」の定義におい
て述べられるように、これらのチャネルは典型的には非
常に小さい断面寸法、好ましくは約０．１μｍから約１
００μｍの範囲の断面寸法を有している。後述する特定
のアプリケーションにおいては、約１０μｍの深さおよ
び約６０μｍの幅を有するチャネルが効果的に動作する
が、これらの寸法からはずれることもまた可能である。
これらのチャネルおよび他の微小スケール要素を基板１
０２の表面内に製造することは、任意の数の当該分野で
周知の微小製造技術を用いて行い得る。例えば、半導体
製造産業において周知の方法とともにリソグラフィー技
術を用いてガラス、石英またはシリコン基板を製造して
もよい。フォトリソグラフィーマスキング、プラズマエ
ッチングまたはウェットエッチング、およびその他の半
導体プロセス技術は、基板内または基板上に微小スケー
ルの要素を規定する。あるいは、レーザドリリング、微
小ミリング(micromilling)などの微小機械加工法を用い
てもよい。同様に、高分子基板に対しても、周知の製造
技術が用いられ得る。これらの技術は、例えばローリン
グスタンプを用いて微小スケールの基板の大きなシート
を作成することにより多数の基板を作成し得る射出成形
技術またはスタンプ成形法、または、基板を微小製造鋳
型内で重合する高分子微小鋳造技術を含む。
【００１４】基板１０２に加え、微小流体システムはチ
ャネルを作成した基板１０２に重なる追加的な平面状要
素（図示せず）を有することにより、様々なチャネルを
封じ(enclose) かつ流体的に密閉して導管を形成する。
平面状カバー要素は、熱接合、接着剤、あるいは、ガラ
スまたは準剛体および非剛体高分子基板の場合には、２
つの構成要素間の自然な癒着などを含む様々な手段によ
り、基板に取り付けられ得る。特定のスクリーニングに
必要な様々な流体要素を導入するためのアクセスポート
および／またはレザバー(reservoir) を、平面状カバー
要素にさらに設けてもよい。
【００１５】図１に示すシステム１００はまた、チャネ
ル１１４、１１６および１１０の端部にそれぞれ位置し
かつ流体連通された、レザバー１０４、１０６および１
０８を有する。図示のようにサンプルチャネル１１２を
用いて、複数の異なる対象物質をデバイスに導入する。
このようにチャネル１１２は多数の別々の対象物質のソ
ースに流体連通され、多数の別々の対象物質は、個々に
サンプルチャネル１１２中に導入された後、別のチャネ
ル１１０中に導入される。図示のように、チャネル１１
０は電気泳動により対象物質を分析するために用いられ
る。「対象物質」の用語は単に、問題とする化合物また
は生物学的化合物などの物質を指すことに留意せよ。対
象化合物は、化合物、化合物の混合物（例えば多糖
類）、小さい有機分子または無機分子、生物学的マクロ
分子（例えばペプチド、タンパク質、核酸、あるいは細
菌、植物、菌類、または動物細胞もしくは組織などの生
物学的物質から作成された抽出物）、天然に生じる組成
物または合成組成物などを含む、広範な異なる化合物を
含み得る。
【００１６】システム１００は、各レザバーに選択され
た電圧レベル（接地を含む）を同時に印加する能力を有
する電圧コントローラから供給された動電力により、物
質をチャネル１１０、１１２、１１４および１１６を通
って移動させる。そのような電圧コントローラは、複数
の電圧分割器および複数のリレーを用いて選択的な電圧
レベルを得ることによって実現することができる。ある
いは、複数の独立な電圧源を用いてもよい。電圧コント
ローラは、複数のレザバーのそれぞれ内に位置するある
いは製造された電極を介して、各レザバーに電気的に接
続される。例えば、公開されているRamseyの国際特許出
願WO 96/04547 を参照せよ。この文献全体を本明細書に
おいて参考のためあるゆる目的で援用する。
【００１７】ＩＩ．動電輸送 Ａ．概説 システム１００のチャネル中の流体物質への動電力は、
電気浸透力および電気泳動力に分けることができる。本
発明のシステム中に用いられる流体制御システムは、電
気浸透力を用いて、基板１０２の表面上にある様々なチ
ャネルおよび反応チャンバ内の流体を移動、配向、およ
び混合する。つまり、適切な流体を、表面に官能基が存
在するチャネルまたは他の流体導管に入れると、これら
の基はイオン化し得る。例えば、チャネルの表面がその
表面に水酸官能基を含むとき、プロトンがチャネルの表
面を離れて、流体へ入り得る。このような条件下では、
特にチャネル表面と流体との界面近くに局在して、表面
は実質的に負電荷を有し、流体は過剰なプロトンまたは
正電荷を有する。
【００１８】チャネルの長さ方向にわたって電界を印加
することによって、カチオンが負電極に向かって流れ
る。流体中の正に荷電された種が動くと、溶媒もこれら
の種と一緒に動く。このような流体運動の定常状態速度
は、概ね以下の等式によって与えられる。 但し、ｖは溶媒の速度、εは流体の誘電率、ξは表面の
ゼータ電位、Ｅは電界強度、そしてηは溶媒の粘度を表
す。よって、この等式から容易に判るように、溶媒の速
度は、ゼータ電位および印加電界に正比例している。電
気浸透力に加えて、システム１００のチャネルを介して
移動する際に荷電した分子に影響を与える電気泳動力も
存在する。システム１００中の１点から他の１点へ対象
物質を輸送する場合、対象物質の組成が輸送中に影響を
受けることなく残っていること、すなわち、対象物質が
輸送中に電気誘導的に分別されないことが所望であるこ
とが多い。
【００１９】本発明によると、対象物質は複数の流体ス
ラグ（以後、「対象物質領域」と呼ぶ）としてチャネル
を移動する。これらの対象物質領域は、高いイオン濃度
を有し、これにより、特定の領域内の対象物質にかかる
電気泳動力を最少化する。対象物質領域内の電気泳動力
の影響を最少化するために、スペーサ流体領域（「第１
スペーサ領域」）がスラグのいずれか一方の側面に配置
される。このような第１スペーサ領域は、以下に説明す
るように高いイオン濃度を有し、これにより、これらの
領域中の電界を最少化するので、対象物質が微小流体シ
ステム中のある場所から他の場所へ輸送されることによ
って実質的に影響されない。対象物質は、対象物質を含
有する領域とは異なるイオン強度を持つ他の領域と共
に、あるイオン強度を持つ領域内のシステム１００の代
表的なチャネル１１０、１１２、１１４、１１６を介し
て輸送される。
【００２０】特定の構成を図２Ａに示す。図２Ａは、対
象物質領域２００が微小流体システム１００のチャネル
に沿って点Ａから点Ｂへ輸送されているところを示す。
対象物質領域２００のいずれの側にも、高イオン強度流
体の第１スペーサ領域２０１がある。さらに、低イオン
濃度流体の第２スペーサ領域２０２は、対象物質領域２
００と第１スペーサ領域２０１との配置を一定周期で離
す。低いイオン濃度のため、点Ａと点Ｂとの間の電圧降
下のほとんどは、第２スペーサ領域２０２で生じる。対
象物質領域２００および第１スペーサ領域２０１がチャ
ネルを介して電気浸透的にポンピングされるときに、第
２の低濃度スペーサ領域２０２が点Ａおよび点Ｂ間に常
に少なくとも１つはあるように、対象物質領域２００お
よび第１スペーサ領域２０１の配置の間に第２の低濃度
スペーサ領域２０２を散在させる。これによって、電圧
降下のほとんどが、対象物質領域２００および第１スペ
ーサ領域２０１ではなく、第２スペーサ領域２０２内で
生じることを確実にする。言い換えると、点Ａと点Ｂと
の間の電界は第２スペーサ領域２０２に集中し、対象物
質領域２００および第１スペーサ領域２０１には低い電
界（および低い電気泳動力）がかかる。よって、対象物
質領域２００、第１スペーサ領域２０１および第２スペ
ーサ領域すなわち低イオン濃度スペーサ領域２０２内の
相対的なイオン濃度に依存して、対象物質領域２００お
よび第１と第２スペーサ領域２０１ならびに２０２の他
の配置が形成され得る。
【００２１】例えば、図２Ｂは、第２スペーサ領域すな
わち低イオン濃度スペーサ領域２０２が、第１スペーサ
領域２０１／対象物質領域２００／第１スペーサ領域２
０１のそれぞれの組み合わせの間に一定に間隔をあけら
れた配置を示す。このような配置は、点Ａと点Ｂとの間
に少なくとも１つの第２スペーサ領域すなわち低濃度ス
ペーサ領域２０２が常にあることを確実にする。さら
に、図面は対象物質領域２００、第１スペーサ領域すな
わち高濃度スペーサ領域２０１および第２スペーサ領域
すなわち低濃度スペーサ領域２０２の可能な組み合わせ
の相対的な長さを示すために、一定の尺度で描かれてい
る。図２Ｂの実施例では、対象物質領域２００は対象物
質を１５０ｍＭの高いイオン濃度のＮａＣｌ中で保持し
ている。対象物質領域２００は、チャネル中で１ｍｍ長
である。２つの第１スペーサ領域２０１はイオン濃度１
５０ｍＭのＮａＣｌを有する。各第１スペーサ領域２０
１は、１ｍｍ長である。第２スペーサ領域２０２は、２
ｍｍであり、イオン濃度５ｍＭのホウ酸塩緩衝剤を有す
る。この特定の構成は、緩衝領域２０１および対象物質
領域２００内の迅速に電気泳動する化合物を維持し、且
つ化合物が微小流体システムの複数のチャネルを介して
移動するように設計されている。例えば、これらの方法
を使用すれば、例えば安息香酸を含む対象物質領域が過
剰な電気泳動バイアスを被らずに微小流体システム内を
上向きに７２秒間流れ得る。
【００２２】より一般化すると、微小流体システムのチ
ャネル内の流体の流れの速度ＶEoFを決定することが可
能であり、測定によって対象物分子がチャネル内を移動
する合計距離ｌt を決定することが可能である。よっ
て、対象物分子が合計距離を移動する移動時間ｔTrは、 ｔTr＝ｌT ／ＶEoF である。対象物分子ｘを、対象物質領域２００に隣接す
る第１スペーサ領域２０１内に含むためには、第１スペ
ーサ領域２０１の長さｌg は、第１スペーサ領域２０１
内の対象物分子ｘの電気泳動速度Ｖgxに運搬時間を乗算
した値よりも大きくなるはずである。 ｌg ＞（Ｖgx）（ｔTr） 電気泳動速度は、第１スペーサ領域２０１の電界に比例
しているので、本発明によって、微小流体システムチャ
ネルを介した運送中に対象物質を含み得るようにＶgxを
制御することが可能になる。
【００２３】図２Ａおよび図２Ｂの配置では、第１スペ
ーサ領域すなわち高イオン濃度スペーサ領域２０１は、
対象物質領域２００の近傍に対象物質の位置を維持する
ことを助長する。対象物質の電荷極性にかかわらず、対
象物質領域２００のいずれの側にもある第１スペーサ領
域２０１によって、対象物質領域２００を離れる対象物
質が、第１スペーサ領域２０１の比較的高いイオン濃度
のために低い電界にしかさらされない。対象物質の極性
が既知である場合は、対象物質の分子にかかる電気泳動
力の方向も既知である。
【００２４】図３Ａは、対象物質領域２００中の全ての
対象物質の電荷が、対象物分子にかかる電気泳動力が電
気浸透流の方向と同一方向になるような電荷である実施
例を示す。よって、第１スペーサ領域２０１は、流れの
方向において対象物質領域よりも前にある。対象物質領
域２００の後には第１スペーサ領域２０１はない。なぜ
ならば、電気泳動力が、対象物質が対象物質領域２００
からその方向へ逃げるのを防ぐためである。第１スペー
サ領域２０１の半分を除去することによって、対象物質
を有する対象物質領域２００をチャネル長毎に、より多
く運ぶことが可能になる。このことは、微小流体システ
ムの輸送効率を高める。第２スペーサ領域すなわち低イ
オン濃度スペーサ領域２０２は、高い電界が第２スペー
サ領域にかかり、対象物質領域２００および第１スペー
サ領域２０１の電界（および電気泳動力）が低く保たれ
るように、対象物質領域２００および第１スペーサ領域
すなわち高イオン濃度スペーサ領域２０１に対して構成
される。
【００２５】図３Ｂでは、第１スペーサ領域２０１が、
電気浸透流の方向において対象物質領域２００の後にあ
る。この実施例では、対象物質領域２００中の全ての対
象物質の電荷は、対象物分子にかかる電気泳動力が電気
浸透流の方向と反対の方向になるような電荷である。よ
って、対象物質は対象物質領域の境界から逃げて、事実
上、対象物質領域２００の後に残され得る。対象物質領
域２００の後にある第１スペーサ領域２０１は、対象物
質が対象物質領域２００から遠くに移動しすぎるのを防
ぐ。同様に、第２スペーサ領域すなわち低イオン濃度ス
ペーサ領域２０２は、高い電界が第２スペーサ領域２０
２にかかり、対象物質領域２００および第１スペーサ領
域２０１の電界は低く保たれるように、対象物質領域２
００および第１スペーサ領域すなわち高イオン濃度スペ
ーサ領域２０１と共に構成される。
【００２６】第１および第２スペーサ領域２０１および
２０２に対して、所望の電気導電性を有する溶液を生成
するように、様々な高いイオン強度および低いイオン強
度の溶液が選択される。水溶液に導電性を与える特定の
イオンは、無機塩（例えば、ＮａＣｌ、ＫＩ、ＣａＣｌ
2 、ＦｅＦ3 、（ＮＨ4)2 ＳＯ4 など）、有機塩（例え
ば、安息香酸ピリジニウム、ラウリン酸べンザルコニウ
ム）または無機／有機混合塩（例えば安息香酸ナトリウ
ム、デオキシル硫酸ナトリウム、ベンジルアミンヒドロ
クロライド）などから誘導し得る。これらのイオンは、
微小流体システム内でおこる化学反応および分離などに
適合するように選択される。水性の溶媒に加えて、ＤＭ
ＳＯの低濃度水溶液などの水性／有機溶媒の混合液が、
対象物分子の可溶化を援助するために使用され得る。Ｃ
ＨＣｌ3 ：ＭｅＯＨなどの有機溶媒の混合もまた、例え
ば、ホスホリパーゼ活動の分析を促進する目的に使用さ
れ得る。一般に、水性溶媒が使用される場合、水溶液の
導電性は無機イオンを使用して調節される。極性のより
低い溶媒が使用される場合、有機または無機／有機の混
合イオンが典型的に使用される。２つの混合不可能な溶
媒（例えば、水とデカンなどの炭化水素）が同時に存在
し得、電流が必ず一方の溶媒から他方の溶媒へ流れる場
合、イオン透過孔（例えば、バリノマイシン、ノナクチ
ン、様々なクラウンエーテルなど）およびそれらの適切
なイオンを用いて、電流を無極性溶媒を介して流すこと
が可能である。
【００２７】Ｂ．圧力に基づいた流れ(pressure based
flow）の動電制御 本明細書中に記載の動電流システム(electrokinetic fl
ow system)では、差動的に移動可能な(differentially
mobile) （例えば、特定のシステムで異なる動電移動度
を有する）流体がチャネル内に存在すると、システム内
のチャネル長に沿って複数の異なる圧力が生じ得る。例
えば、これらの動電流システムは、所与のチャネル内
に、低イオン濃度流体および高イオン濃度流体の一連の
領域（例えば、第１および第２スペーサ領域ならびに対
象物質の対象物質領域）を典型的に用い、これにより、
電気浸透流を生じさせると共に、同時に、対象物質領域
を含む対象物質内の電気泳動バイアスの影響を防止す
る。チャネル内の低イオン濃度領域は、最も大きい印加
電圧を領域長にわたって降下させる傾向にあるので、流
体をチャネルを通して押し流す傾向がある。逆に、チャ
ネル内の高イオン濃度流体領域は比較的小さい電圧降下
を領域長にわたって与え、粘性抵抗によって流体の流れ
を減速させる傾向にある。
【００２８】このような押流し(pushing) や抵抗(dragg
ing)の影響の結果、圧力のばらつきは概ね、流体で充填
されたチャネル長に沿って生成され得る。最高圧力は、
低イオン濃度領域（例えば、第２スペーサ領域）の前側
または先端で典型的に見られ、最低圧力は低イオン強度
流体領域の後縁または後端で典型的に見られる。このよ
うな圧力格差は、直線型チャネルシステムにおいては概
ね無関係であるが、これらの影響は、交差型チャネル配
置を用いた微小流体装置、すなわち、先に援用した米国
特許出願シリアル番号０８／６７１，９８７に記載のシ
ステムにおける流体方向および操作の制御を低減する結
果になり得る。例えば、第２チャネルが、イオン強度が
異なる複数の流体領域を含む第１チャネルと交差するよ
うに構成されている場合、上述の圧力変動は、これらの
異なる流体領域が交差点を通り過ぎて移動するときに流
体を交差する第２チャネルに流出入させ得る。この変動
する流れは、第２チャネルからの定量的電気浸透で駆動
された流体の流れを潜在的に顕著に乱し(disturb) 、お
よび／またはチャネル内の様々な流体領域を乱し(pertu
rb) 得る。
【００２９】交差するチャネル、例えば第２チャネルの
深さを第１チャネルすなわちメインチャネルに対して低
減することによって、流体の流れの変動が実質的に排除
され得る。特に、所与の電圧勾配に対する電気浸透流体
の推進または方向において、流速（容積／時間）は、概
ね、＞１０のアスペクト比（幅：深さ）を有するチャネ
ルのチャネルの深さの逆数として変動する。小さく些細
な誤差が多少あるとしても、このようなおおよその比は
例えば、＞５のアスペクト比等の低いアスペクト比につ
いても成り立つ。逆に、同一のチャネルに対する圧力誘
発流は、チャネル深さの逆数の３乗として変化する。よ
って、異なるイオン強度の流体領域が同時に存在するこ
とによるチャネル中の圧力の増大は、チャネルの深さの
逆数の平方として変化する。
【００３０】従って、交差する第２チャネルの深さを第
１チャネルすなわちメインチャネルの深さに対して、Ｘ
分の１に低減することによって、圧力誘発流を、例えば
Ｘ3分の１に顕著に低減し得るが、電気浸透的に誘発さ
れた流れは、例えば若干Ｘ分の１にしか低減し得ない。
例えば、第２チャネルの深さを第１チャネルに対してオ
ーダの大きさを１減少させる場合、圧力誘発流は１００
０分の１に低減されるが、電気浸透的に誘発される流れ
は１０分の１にしか低減されない。従って、いくつかの
局面では、本発明は、本明細書に概略的に記載される微
小流体装置を提供する。この装置は、例えば装置内に配
置される、第１チャネルが第２チャネルよりも深い、少
なくとも第１および第２交差するチャネルを有する。一
般的に、チャネルの深さは、所望の用途に対して最適な
流れの状態を得るように変化され得る。このように、用
途に依存して、第１チャネルは第２チャネルよりも約２
倍よりも深く、約５倍よりも深く、および約１０倍より
もずっと深くなり得る。圧力の影響を抑えるための使用
に加えて、様々な異なるチャネル深さを用いて、同一装
置の異なるチャネル内に流体を差動的に(differentiall
y)流す、例えば、異なる供給源からの異なる割合の流体
を混合することなどが可能である。
【００３１】ＩＩＩ．電子ピペッタ 上記したように、いずれの対象物質も、対象物質領域２
００内または近傍の微小流体システム１００を介して効
率的に輸送される。第１および第２のスペーサ領域２０
１および２０２により、対象物質は、システムのチャネ
ルを移動するにつれて局在化される。対象物質の、微小
流体システムへの効率的な導入のために、本発明はさら
に、対象物質を、対象物質領域２００並びに第１および
第２のスペーサ領域２０１および２０２の組み合わせの
同一の直列的ストリームで微小流体システムに導入する
電子ピペッタを提供する。
【００３２】Ａ．構造および動作 図４Ａに示すように、電子ピペッタ２５０は中空のキャ
ピラリーチューブ２５１により形成されている。キャピ
ラリーチューブ２５１は、微小流体システム１００のチ
ャネルのディメンションを有するチャネル２５４を有
し、チャネル２５４は微小流体システム１００に流体連
通している。図４Ａに示すように、チャネル２５４は、
１〜１００μｍの範囲の断面直径を有する円筒であり、
直径は約３０μｍが好適である。電極２５２は、キャピ
ラリーチューブ２５１の外壁に沿って下降し、管２５１
の端部の周囲のリング電極２５３となる。対象物質領域
２００並びに緩衝剤領域２０１および２０２内の対象物
質を電子ピペッタチャネル２５４に引き出すために、電
極２５２は、チャネル２５４に流体連通しているターゲ
ットリザバー（図示せず）の電圧に対する電圧まで駆動
される。ターゲットリザバーは、すでにチャネル２５４
内にある対象物質領域２００並びに緩衝剤領域２０１お
よび２０２が電子ピペッタからシステム１００に直列的
に移送されるように、微小流体システム１００内にあ
る。
【００３３】手順としては、電子ピペッタ２５０のキャ
ピラリーチャネル端部が対象物質のソースに入れられ
る。ターゲットリザバー内の電極に対して電極２５２に
電圧が印加される。リング電極２５３は対象物質ソース
に接して載置されており、ソースに電気的バイアスをか
けることにより、対象物質ソースとターゲットリザバー
との間の電圧降下を生成する。実際には、対象物質ソー
スおよびターゲットリザバーが微小流体システムにおい
て、すなわち図２Ａに示すように、点Ａおよび点Ｂにな
る。対象物質は動電学的にキャピラリーチャネル２５４
に導入されることにより、対象物質領域２００を形成す
る。電極２５２への電圧は、その後、オフにされて、キ
ャピラリーチャネル端部が、高イオン濃度を有する緩衝
剤物質のソースに入れられる。再び、ターゲットリザバ
ー電極に対して電極２５２に電圧が印加され、その結
果、第１のスペーサ領域２０１は、対象物質領域２００
に隣接するキャピラリーチャネル２５４に動電学的に導
入される。その際に、第２のスペーサ領域すなわち低イ
オン濃度スペーサ領域２０２が電子ピペッタチャネル２
５４内で所望である場合、キャピラリーチャネル２５４
の端部が、低イオン濃度緩衝剤物質のソースに挿入さ
れ、電極２５２に電圧が印加される。電子ピペッタ２５
０はその後、対象物質の別のソースに移動することによ
り、チャネル２５４内に別の対象物質領域２００を形成
する。
【００３４】上記の工程を反復することにより、第１お
よび第２のスペーサ領域２０１および２０２により分離
された、異なる対象物質を有する複数の対象物質領域２
００は、キャピラリーチャネル２５４および微小流体シ
ステム１００に動電学的に導入される。対象物質および
緩衝剤物質（低および高イオン濃度を有する）のソース
がそれ自体の電極を有する場合、電極２５２は必要でな
い。ターゲットリザバーとソース電極との間の電圧が電
子ピペッタを動作させる。あるいは、電極２５２は、キ
ャピラリーチューブ２５１と固定関係にあるがキャピラ
リーチューブ２５１とは分離していることがあり得、そ
れにより、管２５１の端部がリザバーに接触すると、電
極２５２もまたリザバーに接触する。動作は、図４Ａの
電子ピペッタに関して記載したものと同一である。
【００３５】図４Ｂは、図４Ａの電子ピペッタ２５０の
変形例を示す。この変形例において、電子ピペッタ２７
０は、ピペッタ内に第１および第２のスペーサ領域２０
１および２０２を形成するために、対象物質ソースと緩
衝剤物質ソースとの間を移動する必要はない。電子ピペ
ッタ２７０は、３つのキャピラリーチャネル２７４、２
７５および２７６を有する本体２７１を有する。メイン
チャネル２７４は、既に述べた電子ピペッタ２５０のチ
ャネル２５４と同一に動作する。しかし、２つの補助キ
ャピラリーチャネル２７５および２７６は一端で、緩衝
剤ソースリザバー（図示せず）と流体連通しており、チ
ャネル２７５および２７６の他端は、メインチャネル２
７４と流体連通している。一方のリザバー（すなわち、
補助チャネル２７５に連通している）は、高イオン濃度
を有する緩衝剤物質を保持し、他方のリザバー（すなわ
ち、チャネル２７６に連通している）は、低イオン濃度
を有する緩衝剤物質を保持する。リザバーの全ては、電
子ピペッタ２７０の動作のために、これらのリザバーに
電気的バイアスをかける電極に接続している。電子ピペ
ッタ２７０はさらに、本体２７１の壁に沿った電極２７
２を有し得る。電極２７２は、メインチャネル２７４の
端部のリング電極２７３となる。電極２７２（およびリ
ング電極２７３）に電圧を印加してチャネル２７４、２
７５および２７６に沿った電圧降下を生成することによ
り、対象物質が対象物質ソースからメインチャネル２７
４に引き込まれ得るのみならず、高および低イオン濃度
を有する緩衝剤物質もまた補助チャネル２７５および２
７６からメインチャネル２７４に引き込まれ得る。
【００３６】電子ピペッタ２７０を電極２７２により動
作させるために、メインキャピラリーチャネル２７４の
端部は対象物質のソース２８０内に入れられる。ターゲ
ットリザバー内の電極に対して電極２７２に電圧が印加
されることにより、対象物質ソース２８０とターゲット
リザバーとの間に電圧降下を引き起こす。対象物質は、
キャピラリーチャネル２７４に動電学的に引き込まれ
る。その後、キャピラリーチャネル端部は、対象物質ソ
ース２８０から除去され、チャネル２７４に連通するタ
ーゲットリザバーとチャネル２７５に連通するリザバー
との間に電圧降下が生成される。第１のスペーサ領域す
なわち高イオン強度スペーサ領域２０１は、チャネル２
７４内に形成される。緩衝剤物質が補助チャネル２７５
から引き込まれるため、毛細作用が、チャネル２７４へ
の空気の導入を阻止する。その際に、第２のスペーサ領
域又は低イオン濃度スペーサ領域２０２がメインチャネ
ル２７４で所望である場合、ターゲットリザバーおよび
低イオン濃度緩衝剤物質を有するリザバー内の電極に電
圧が印加される。第２のスペーサ領域２０２はその後、
第２の補助チャネル２７６からキャピラリーチャネル２
７４に動電学的に導入される。その後、電子ピペッタ２
７０もまた、対象物質の別のソースに移動することによ
り、チャネル２７４内に別の対象物質領域２００を形成
する。
【００３７】上記の工程を反復することにより、第１お
よび第２のスペーサ領域２０１および２０２により分離
された、異なる対象物質を有する複数の対象物質領域２
００がキャピラリーチャネル２７４および微小流体シス
テム１００に動電学的に導入される。対象物質のソース
をリング電極２７３からの酸化／還元反応に曝すことが
望まれない場合、電子ピペッタは電極２７２なしで動作
し得る。電気浸透流は、より高いイオン強度を有する溶
液内においてより遅いため、チャネル２７４に連通する
リザバーからチャネル２７５に連通するリザバーに電位
（−〜＋）を印加することは、チャネル２７４および２
７５が交差する点に真空を形成するという結果になる。
この真空は、対象物質のソースからチャネル２７４にサ
ンプルを引き込む。このモードで動作するとき、対象物
質はチャネル２７５および２７６内で溶液によりある程
度希釈される。この希釈は、チャネル２７４に対する、
チャネル２７６および２７５の相対的寸法を減少させる
ことにより軽減され得る。
【００３８】第１および第２のスペーサ領域２０１およ
び２０２をキャピラリーチャネル２７４に導入するため
に、電子ピペッタ２７０は上記したように動作する。キ
ャピラリーチャネル端部は、対象物質ソース２８０から
除去され、チャネル２７４用のターゲットリザバーと選
択されたチャネル２７５または２７６に連通するリザバ
ーとの間に電圧降下が生成される。概して２つの補助チ
ャネルおよびメインチャネルを有することに照らして述
べたが、追加の流体、緩衝剤、希釈液、および試薬など
をメインチャネルに導入するためには、追加の補助チャ
ネルも供給され得ることが理解される。微小流体装置、
例えば、チップ内の交差するチャネルに関して上記した
ように、異なるピペッタチャネル内の異なる移動流体の
結果得られる圧力差もまた、ピペッタチャネル内の流体
の流れの制御に影響を与える。従って、上記したよう
に、流体制御を最適化するために互いに変化するチャネ
ル深さを有する、様々なピペッタもまた供給され得る。
【００３９】Ｂ．電子ピペッタの製造方法 電子ピペッタは、図４Ａに関して上記したように中空の
キャピラリーチューブから形成され得る。しかし、より
複雑な構造の場合、電子ピペッタは最適には、上記した
微小チャネルシステムの基板物質と同一の基板物質から
形成される。電子ピペッタチャネル（およびリザバー）
は、微小流体システム用の微小チャネルと同一の様式で
基板内に形成され、チャネルを有する基板が、これも上
記した平面カバー要素によって覆われる。基板およびカ
バー要素のエッジは、その後、必要に応じて、ピペッタ
の、特に端部の、適切な水平ディメンションに整形され
得る。エッチング、エアーアブレーション（粒子および
強制的に供給された空気を表面に吹き付ける）、粉砕、
およびカッティングなどの技術が用いられ得る。その
後、電極が基板の表面上、および可能性としては必要に
応じてカバー上に形成される。あるいは、基板およびカ
バー要素のエッジは、取り付けられる前に整形され得
る。この製造方法は、図４Ｂを参照して直前に述べ且つ
図８を参照して以下に述べるマルチチャネル電子ピペッ
タに特に適している。
【００４０】ＩＶ．サンプリングシステム 上記したように、上記した方法、システム、および装置
は、概して、様々な分野において広範囲の利用性を見い
出す。例えば、既に述べたように、これらの方法および
システムは、例えば、１９９６年６月２８日に出願され
既に参考のため援用している、同時係属中の米国特許出
願シリアル番号０８／６７１，９８７号に記載されてい
るような薬物送達に適用される、高スループット化学ス
クリーニングというタスクに特に適している。 Ａ．サンプルマトリクス 本発明のピペッティングおよび流体輸送システムは、概
して、液体サンプル、すなわちマルチウェルプレートか
らのサンプルの数に関して記載される。しかし、多くの
例において、サンプリングされるべき液体ベースのサン
プルの数および性質は、サンプル取り扱い上の問題を発
生させ得る。例えば、化学スクリーニングまたは薬物送
達に適用される、スクリーニング用化合物のライブラリ
ーの数は、数千〜数万又はさらには数十万から数百万、
数千万にも及び得る。その結果、このようなライブラリ
ーは、非常に多数のサンプルプレートを要し、そのこと
が、ロボティックシステムの助けを借りても、サンプル
の保存、操作、および識別に数しれない困難性を作り出
す。さらに、いくつかの場合には、特定のサンプル化合
物が、液状で保存された場合、劣化、複合化、又はそう
でなければ比較的短い活性半減期を有し得る。このこと
は、潜在的に、サンプルがスクリーニング前に長期間、
液状で保存されるときに疑わしい結果を引き起こし得
る。
【００４１】従って、本発明は、サンプリングされるべ
き化合物を固定化された形態で提供することにより、こ
れらの更なる問題点に取り組むサンプリングシステムを
提供する。「固定化された形態」とは、サンプルを、与
えられたロケーションに維持する固定されたマトリク
ス、すなわち多孔性マトリクス、チャージされたマトリ
クス、疎水性または親水性マトリクスのいずれかへの組
み込みにより、サンプル材料が固定された位置に供給さ
れることを意味する。あるいは、このような固定化され
たサンプルは、与えられたサンプルマトリクス上にスポ
ットされ且つ乾燥したサンプルを含む。好適な局面にお
いて、スクリーニングすべき化合物は、乾燥した形態で
サンプルマトリクス上に提供される。典型的には、この
ようなサンプルマトリクスは、例えば、セルロース、ニ
トロセルロース、ＰＶＤＦ、ナイロン、およびポリスル
ホンなどの膜を含む物質のスポッティングまたは固定化
において用いられ得る多数の材料のいずれをも含む。典
型的には、容易な保存および取り扱いのために、多くの
異なるサンプル化合物を固定化された状態で有するサン
プルマトリクスの折り畳み又は巻き込みを可能にするた
めに、フレキシブルなサンプルマトリクスが好適であ
る。
【００４２】概して、サンプルは、多くの周知の方法の
いずれかによってサンプルマトリクスに適用され得る。
例えば、サンプルライブラリーは、多数の化合物のスポ
ッティングを可能にするロボティックピペッティングシ
ステムを用いて、サンプルマトリクスのシート上にスポ
ットされ得る。あるいは、サンプルマトリクスは、サン
プル局在化用の所定の領域、例えば、凹部を有するウェ
ル、疎水性バリアに囲まれた親水性領域、または親水性
バリアに囲まれた疎水性領域（例えば、サンプルが元々
疎水性溶液中にある場合）を提供するように処理され得
る。このような領域において、スポットされた材料は、
乾燥プロセス中、保持される。このような処理はその
後、米国特許第５，４７４，７９６号に記載されている
ような、より進んだサンプル適用方法の使用を可能にす
る。上記特許において、液体サンプルを表面に向けるた
めに、圧電ポンプおよびノズルシステムが用いられてい
る。しかし、概して、’７９６号特許に記載された方法
は、追加の液体サンプルとの後の反応のために、液体サ
ンプルを表面に適用することに関する。しかし、これら
の方法は、乾燥しスポットされたサンプルを基板上に供
給するように容易に改変され得る。
【００４３】他の固定化またはスポッティング方法が同
様に用いられ得る。例えば、サンプルが液体形態におい
て安定である場合、サンプルマトリクスは、過剰な拡散
または蒸発などを許容することなく液体サンプルを保持
するが、所望であればサンプル材料の少なくとも一部の
抜き取りを可能にする、多孔性層、ゲルまたは他のポリ
マー材料を含み得る。サンプルをピペッタに引き込むた
めに、ピペッタは、例えば、マトリクスの分解、イオン
交換、およびサンプルの希釈などにより、サンプルの一
部をマトリクスから遊離させる。
【００４４】Ｂ．再可溶化ピペッタ 上記したように、本発明のサンプリングおよび流体輸送
方法およびシステムは、スクリーニング、アッセイ、又
はそれ以外には、これらのサンプルフォーマットで固定
化されたサンプルを処理することに容易に適用可能であ
る。例えば、サンプル材料がサンプルマトリクス上に乾
燥した形態で供給された場合、エレクトロピペッティン
グシステムがマトリクスの表面に適用され得る。電子ピ
ペッタはその後、マトリクス表面上の既に乾燥したサン
プルを可溶化する（保持マトリクスを分解するか、また
は固定化支持体からサンプルを溶出する）少量の液体を
逃がすように動作する。このことは、例えば、ピペッタ
に印加される電界の極性を反転させるか、または上記し
たように低イオン濃度緩衝剤リザバーから高イオン濃度
緩衝剤リザバーに電位を印加することによって行われ
る。サンプルが一旦再可溶化されると、ピペッタはその
後、典型的前方フォーマットで動作することにより、既
に述べたように、可溶化したサンプルをピペッタチャネ
ルに引き込む。
【００４５】上記の機能を実行するのに有用な電子ピペ
ッタおよびその動作の１つの実施形態の概略図を、図８
に示す。簡単に述べれば、（図示するような）ピペッタ
８００の上端８０２は、一般に、アッセイシステム、例
えば微小流体チップに、電圧がピペッタの３つのチャネ
ル８０４、８０６および８０８に個別に供給され得るよ
うに接続される。チャネル８０４および８０８は、典型
的には、それぞれイオン濃度が低いおよび高い流体を含
む緩衝剤レザバーに流体接続される。動作においては、
ピペッタの先端８１０が、固定された（例えば乾燥）サ
ンプル８１４が位置するサンプルマトリクス１２の表面
に接触する。電圧は、低イオン濃度緩衝剤チャネル８０
４から高イオン濃度緩衝剤チャネル８０８に印加され、
これにより、緩衝剤はピペッタ先端部から押し出され
て、サンプルに接触しこれに溶解する。図示するよう
に、ピペッタ先端８１６は、窪み領域すなわち「サンプ
ルカップ」８１８を含み、これにより、ピペッタ先端と
マトリクス表面との間に放出された溶液を維持し得る。
場合によっては、例えば、有機サンプルをスクリーニン
グする場合は、サンプルの溶解を確実にするために、適
切な濃度の受容可能な溶媒、例えばＤＭＳＯを低イオン
濃度緩衝剤と共に含んでもよい。次に高イオン濃度緩衝
剤チャネルからサンプルチャネル８０６に電圧が印加さ
れて、サンプルをサンプルプラグ８２０の形態でピペッ
タに吸引する。サンプルがサンプルカップからピペッタ
に完全に吸引されると、サンプルチャネルに空気が入っ
て表面張力が高くなるため、サンプルの吸引は終了し、
高イオン濃度の緩衝剤溶液がサンプルチャネルへの流入
を開始して、サンプルに続いて第１のスペーサ領域８２
２を形成する。次に、低イオン濃度緩衝剤チャネル８０
４からサンプルチャネル８０６に電圧を印加することに
よって、低イオン濃度緩衝剤溶液が、サンプルチャネル
に、第２のスペーサ領域８２４として注入され得る。マ
トリクス上の次のサンプル位置を提示する前にまたは提
示中に、高イオン濃度緩衝剤チャネルとサンプルチャネ
ルとの間に電圧を印加することによって、第１のまたは
高イオン濃度のスペーサ領域８２２がサンプルチャネル
に導入され得る。前述のように、スクリーニングされる
何千または何十万もの異なる化合物を有するサンプルマ
トリクスの単数または多数のロール、シート、プレート
がこのようにして提示され得、これにより、適切な装置
またはシステムでの連続スクリーニングが可能となる。
【００４６】Ｖ．電気泳動バイアスの除去 上述のように、微小流体システム１００のチャネルを通
して対象物質を輸送するために動電力が用いられる。対
象物質が溶液中で帯電されている場合は、これは電気浸
透力だけではなく、電気泳動力も受ける。従って、対象
物質は、微小流体システムのチャネルに沿って１つの地
点から別の地点に移動するとき電気泳動を受ける傾向が
ある。よって、開始地点での対象物質領域２００内の対
象物質の混合または帯電の異なる種の配置は、到着地点
での混合または配置とは異なる傾向がある。さらに、第
１のスペーサ領域２０１が存在するにもかかわらず、到
着地点で対象物質が対象物質領域２００内にいないとい
う可能性がある。
【００４７】従って、本発明の別の局面は、対象物質が
微小流体システム１００を通って輸送されるとき、電気
泳動バイアスを補償する。電気泳動バイアスを補償する
１つの方法を図５に示す。上述の微小流体システム１０
０では、チャネル１１０、１１２、１１４および１１６
のそれぞれは、その長さに沿った単一構造(unitary str
ucture）であるとみなした。図５では、一例としてのチ
ャネル１４０は２つの部分１４２および１４４に分割さ
れる。各チャネル部分１４２および１４４の側壁は、反
対極性の表面電荷を有する。２つのチャネル部分１４２
および１４４は、ガラスフリットまたはゲル層などの塩
橋１３３によって物理的に接続されている。塩橋１３３
は、チャネル１４０内の流体を、塩橋１３３によって一
部が規定されるレザバー１３５内のイオン流体から分離
する一方で、イオンが塩橋１３３を通過するのは可能に
する。従って、レザバー１３５は、チャネル１４０と電
気的な連通状態にはあるが、流体連通の状態にはない。
【００４８】地点ＡおよびＢ間のチャネル１４０に沿っ
て電気浸透力および電気泳動力を与えるために、地点Ａ
およびＢにそれぞれ電極１３２および１３４が配置され
る。さらに、第３の電極１３７が、２つの部分１４２お
よび１４４の接合部のレザバー１３５内に配置される。
電極１３２および１３４は同じ電圧に維持され、電極１
３７は別の電圧に維持される。図５に示す例では、２つ
の電極１３２および１３４は負の電圧であり、電極１３
７、従って２つの部分１４２および１４４の接合部はゼ
ロ電圧、すなわち接地電圧である。よって、電圧は降下
し、このため部分１４２および１４４内での電界は正反
対の方向を向く。具体的には、電界は互いから離れる方
向を指す。従って、特定の帯電する分子に働く電気泳動
力は、チャネル部分１４２内とチャネル部分１４４内と
では方向が反対である。２つの部分１４２および１４４
を通過した後は、対象物質への電気泳動バイアスはすべ
て補償される。しかし、両部分１４２および１４４内の
電気浸透力は依然として同じ方向である。例えば、図５
に示すように、チャネル部分１４２の側壁が正の表面電
荷を有し、溶液中の負のイオンを引きつけ、チャネル部
分１４４の側壁が負の表面電荷を有し、溶液中の正のイ
オンを引きつけると仮定すると、両部分１４２および１
４４内の電気浸透力は図面の右側に向かう。従って、電
気泳動力が、一方の部分１４２と他方の部分１４４とで
は正反対の方向である一方、対象物質は、電気浸透力の
下に地点Ａから地点Ｂに輸送される。
【００４９】正または負の表面電荷を有する側壁をもつ
チャネルを形成するためには、チャネルの一方または両
方の部分を、ポリマーなどの、表面電荷を有する絶縁膜
物質でコーティングする。例えば、微小流体システム１
００では、基板１０２およびチャネルはガラスにより形
成され得る。各チャネルの一部が、例えばポリリジンな
どの、反対の表面電荷を有するポリマーによりコーティ
ングされるか、または、例えばアミノプロピルトリクロ
ロシランなどの、アミノ官能基を含むシラン化剤により
化学的に修飾される。さらに、両方のチャネル部分の表
面電荷密度および体積はほぼ同じにして、電気泳動バイ
アスが補償されるようにすべきである。チャネルは、固
体の平面基板内に形成されるのではなく、２つのキャピ
ラリーチューブにより形成され得る。キャピラリーチュ
ーブは、イオン性流体レザバーをキャピラリーチューブ
内の流体から分離する塩橋により接合される。この場合
もイオン性流体レザバー内に電極が配備される。一方の
キャピラリーチューブは負の表面電荷を有し、他方のキ
ャピラリーチューブは正の表面電荷を有する。得られる
キャピラリーチャネルは上述のように作動する。
【００５０】図６Ａ〜６Ｄは本発明の別の実施形態を示
す。ここでは、対象物質が地点Ａから地点Ｂに移動する
際に誘引される電気泳動バイアスの効果が補償される。
この実施形態では、図１に示したように、対象物質は、
２つのチャネル間の交差部である地点Ｂで混合される。
図６Ａ〜図６Ｄは、チャンバ１６０がチャネル１５０、
１５２、１５４および１５６の交差部に形成されている
様子を示す。チャンバ１６０は、４つの側壁１６２、１
６４、１６６および１６８を有する。側壁１６２は、チ
ャネル１５２の側壁をチャネル１５０の側壁に接続す
る。側壁１６４は、チャネル１５４の側壁をチャネル１
５２の側壁に接続する。側壁１６６は、チャネル１５６
の側壁をチャネル１５４の側壁に接続する。そして側壁
１６８は、チャネル１５６の反対の側壁をチャネル１５
０の反対の側壁に接続する。チャネル１５２を通ってチ
ャネル１５６に向かう物質の流れについてみると、側壁
１６２および１６８は、物質がチャネル１５０の方に反
れる場合は漏斗を形成する。側壁１６２および１６８の
寸法は、チャネル１５２に沿って移動する対象物質プラ
グ２００の長さに適応する。側壁１６２および１６８
は、プラグ２００をチャネル１５０の幅へと漏斗状に流
し入れる。チャネル１５０の幅は、対象物質がチャネル
１５０の幅を横断して拡散するような、すなわち、混合
が生じて、チャネル１６２に沿って移動する対象物質領
域２００内で生成された対象物質の電気泳動バイアスが
除去されるような大きさとされる。例えば、チャネル１
５０の幅が５０μｍである場合は、チャネルを横断する
拡散は、拡散定数が１×１０-5ｃｍ2 ／秒の分子では約
１秒で行われる。
【００５１】図６Ａでは、カチオン性対象物質のプラグ
２００が、チャネル１５２に沿ってチャネル１５６に向
かって移動している。プラグ２００がチャンバ１６０に
到着するまでに対象物質は電気泳動を受け、このため物
質は対象物質領域２００の前方端により多く集中してい
る。これは図６Ｂに示される。次に、チャネル１５２お
よび１５６に沿って与えられた電圧降下は終わり、チャ
ネル１５４および１５０に沿った電圧降下が生成され、
これにより対象物質領域２００がチャネル１５０に吸引
される。チャンバ１６０の側壁１６２および１６８が、
電気泳動によりバイアスされた対象物質を有する対象物
質領域２００を漏斗に導く。これは図６Ｃに示される。
拡散によって、対象物質は、対象物質がチャネル１５０
に沿って有意の距離だけ移動する前に、チャネル１５０
の幅を横断して広がる。対象物質領域２００内の対象物
質は混合され、微小流体システム１００での次の動作ス
テップへの準備が完了する。単一サンプル内の電気泳動
バイアスを訂正するために使用するのに加えて、図６に
示す構造は、微小流体装置内の流体要素、例えば２つの
別個の対象物質、緩衝剤、試薬などを混合するのに有用
で有り得る。
【００５２】
【実施例】実施例１ − 電子ピペッタ型フォーマット
での、帯電の異なる種の強制共同移動 電気泳動バイアスを除去または低減するために使用され
る方法の効力を示すために、２つの反対に帯電された種
をキャピラリーチャネル内に動電学的に吸引して、単一
サンプルプラグ内で共同移動させた。ベックマンキャピ
ラリーチューブ電気泳動システムを用いて、キャピラリ
ーチャネル内の電気泳動力をモデル化した。簡単に述べ
れば、この実験では、低イオン濃度（または「低塩」）
（５ｍＭホウ酸塩）かまたは高イオン濃度（または「高
塩」）（５００ｍＭホウ酸塩）の緩衝剤、ｐＨ８．６中
にベンジルアミンおよび安息香酸を含有するサンプルを
用いた。安息香酸は、ベンジルアミンの約２倍の濃度で
存在させた。すべての注入を０．１７分間とした。注入
プラグの長さは、注入電圧８または３０ｋＶによって決
定した。低塩および高塩緩衝剤は上述の通りとした。
【００５３】第１の実験では、低塩緩衝剤を満たしたキ
ャピラリーチューブに、低塩緩衝剤中のサンプルを連続
して３回注入した。注入は８ｋＶで行い、３０ｋＶでの
低塩の注入を間に挟んだ。これらの注入から得られたデ
ータを図７Ａに示す。これらのデータは、１回目および
２回目の注入からのベンジルアミン（より低い濃度の結
果、短いピークとして識別可能）が、１回目の注入から
の安息香酸のピーク（高いピーク）に先行していること
が分かる。さらに、３回目の注入からのベンジルアミン
のピークは１回目の安息香酸のピークとほとんど同時に
発生する。従って、この実験は電気泳動バイアスの効
果、つまり、サンプルピークは、キャピラリーチャネル
に入ったのと同じ順序で退出しないことがあり得るとい
うことを示している。明瞭に示されるように、このよう
な分離は、実質的には、単一サンプルの特性に干渉する
か、もっと悪い場合では、既に導入されたかまたは続い
て導入されるサンプルを犠牲にし(compromize)得る。
【００５４】第２の実験では、キャピラリーチューブを
低塩緩衝剤で満たした。先ず高塩緩衝剤を８ｋＶでキャ
ピラリーチューブに導入／注入することによって（第１
スペーサ領域１）、サンプルを注入した。これに続い
て、高塩緩衝剤中のサンプルを８ｋＶで注入し、続い
て、高塩緩衝剤の２回目の注入を８ｋＶで行った（第１
スペーサ領域２）。このようにして３つのサンプルを注
入し、３０ｋＶで低塩緩衝剤を注入することによって間
隔を開けた。図７Ｂに見られ得るように、サンプル中に
含まれる両化合物が、同じサンプルプラグ内でキャピラ
リーチャネルを通って強制的に共同移動させられ、これ
らは各注入からの単一のピークによって表される。これ
は、電気泳動による移動度に関係なく、サンプルが整合
されていることを示している。サンプルのサイズに対し
て、サンプル間の低塩スペーサプラグのサイズを小さく
することによって、各サンプル注入の成分の部分溶解が
実現され得る。これは、続いて注入されるか既に注入さ
れたサンプルを犠牲にせずに、動電学的なポンピング中
にサンプルのいくらかの分離が所望される場合には有用
であり得る。これは、３０ｋＶではなく、８ｋＶで低塩
スペーサプラグを注入することによって実行された。こ
の実施例からのデータを図７Ｃに示す。
【００５５】実施例２ − 対象物質の電子ピペッタを
通って微小流体システム基板に至る移動 図９Ａ〜９Ｃは、上述のような、対象物質、すなわちサ
ンプルを電子ピペッタを通して微小流体システムの基板
に導入する実験試験の結果を示す。サンプルは、燐酸塩
緩衝化生理食塩水ｐＨ７．４中のローダミンＢである。
また、燐酸塩緩衝化生理食塩水ｐＨ７．４から高イオン
濃度（「高塩」）緩衝剤を形成した。低イオン濃度
（「低塩」）緩衝剤は、５ｍＭのＮａホウ酸塩ｐＨ８．
６溶液から形成した。試験では、蛍光ローダミンＢを含
む対象物質領域を、微小流体システムの基板に接続され
る電子ピペッタのキャピラリーチャネルに定期的に注入
した。高塩および低塩緩衝剤もまた、上述のように対象
物質領域間に注入した。図９Ａは、キャピラリーチャネ
ルに沿った基板のチャネルとの接合部近くの地点でモニ
タされたローダミンＢの蛍光強度の時間に対するプロッ
トである。（ちなみに、図９Ａ〜図９Ｃおよび図１０の
蛍光強度軸の数字は、絶対値ではなく比較参照のための
ものであることに注意されたい。）注入サイクル時間は
７秒であり、対象物質領域を電子ピペッタを通って移動
させる電界は１０００ボルト／ｃｍであった。ホトダイ
オードがキャピラリーチャネルからの光をモニタする総
和時間は１０ミリ秒に設定した。図９Ａのプロットか
ら、光強度スパイクは７秒間隔で現れ、これは蛍光ロー
ダミンＢの注入サイクル時間に一致することが明らかで
あろう。
【００５６】別の実験では、同じ緩衝剤をローダミンＢ
サンプルと共に用いた。モニタ地点を、電子ピペッタに
接続された基板のチャネル内とした。注入サイクル時間
は１３．１秒に設定し、ローダミンＢを含むソースレザ
バーと基板内の目的レザバーとの間の電圧を−３０００
ボルトに設定した。ホトダイオードによるモニタの総和
時間は４００ミリ秒であった。図９Ｂに示すように、蛍
光強度スパイクは、ローダミンＢの注入サイクル時間に
極めて一致する。第３の実験試験の結果を図９Ｃに示
す。この実験では、電子ピペッタを基板から形成し、空
気侵食によって形状を決定(shaping) した。モニタ地点
は、基板（および平面カバー）内に形成されたキャピラ
リーチャネルに沿った位置である。この場合は、サンプ
ル物質は、ＰＢＳの緩衝剤、ｐＨ７．４中の１００μＭ
のローダミンＢである。ＰＢＳの高塩緩衝剤溶液、ｐＨ
７．４、および５ｍＭのＮａホウ酸塩の低塩緩衝剤溶
液、ｐＨ８．６もまた使用した。この場合も、蛍光強度
の定期的なスパイクは、ローダミンＢの電子ピペッタへ
の周期的な注入に一致する。
【００５７】図１０は、本発明の電子ピペッタへの別の
対象物質の周期的な注入の結果を示す。この実験では、
サンプルは、燐酸塩緩衝化生理食塩水、ｐＨ７．４中の
１％ＤＭＳＯを有する１００μＭの低分子化合物であっ
た。同じ燐酸塩緩衝化生理食塩水の高塩緩衝剤、ｐＨ
７．４、および５ｍＭのＮａホウ酸塩の低塩緩衝剤、ｐ
Ｈ８．６もまた使用した。対象物質領域を電子ピペッタ
を通して移動させるための印加電圧は−４０００ボルト
とし、ホトダイオードがキャピラリーチューブチャネル
からの光をモニタする総和時間は４００ミリ秒に設定し
た。上述のように、サンプルを電子ピペッタに定期的に
注入した。前回の結果と同様に、図１０のプロットか
ら、低分子化合物に対して、電子ピペッタはサンプルを
均等に間隔を開けた時間（および空間）間隔で移動させ
ることが分かる。
【００５８】以上、本発明を明瞭および理解のために幾
分か詳細に記載したが、本発明の精神および範囲から逸
脱することなく、形態および詳細において様々な変更が
なされ得ることは、本開示を読むことにより当業者には
自明で有り得る。例えば、上述の技術すべては様々な組
み合わせで使用され得る。本出願で引用したすべての出
版物および特許書類は、各出版物または特許書類が個別
に示されるのと同じ程度まですべての目的のためにそれ
ぞれの全体が参考として援用されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 微小流体システムの一実施形態の概略図であ
る。
【図２】 図２Ａは、本発明の一実施形態に基づく、図
１の微小流体システムの１つのチャネル中を移動する流
体領域の構成を示す。図２Ｂは、本発明による微小流体
システムの１つのチャネル中を移動する異なる流体領域
の別の構成の、一定の縮尺による図である。
【図３】 図３Ａは、微小流体システムの１つのチャネ
ル中を移動する対象物質領域の前に高イオン濃度スペー
サ領域を有する、別の構成である。図３Ｂは、 微小流
体システムの１つのチャネル中を移動する対象物質領域
の後に高イオン濃度スペーサ領域を有する構成を示す。
【図４】 図４Ａは、本発明による電子ピペッタの一実
施形態の概略図である。図４Ｂは、本発明による別の電
子ピペッタの概略図である。
【図５】 本発明による微小流体システムにおける、反
対に帯電された側壁を有する部分を備えたチャネルの概
略図である。
【図６】 図６Ａ〜６Ｄは、本発明による微小流体シス
テム中のチャネルの交差点における漏斗状側壁(funneli
ng sidewalls) の混合作用を示す。
【図７Ａ】 低塩緩衝剤中の２つの反対に帯電された化
学種からなるサンプル流体を、低塩緩衝剤で満たしたキ
ャピラリー内へ３回注入した結果を示す。
【図７Ｂ】 サンプルが高塩緩衝剤中にあり、サンプル
領域の両端においてガードバンドとして機能するよう高
塩緩衝剤流体が注入され、低塩緩衝剤を満たしたキャピ
ラリー内でサンプル／ガードバンドを泳走(run) させた
場合の、３回のサンプル注入の結果を示す。
【図７Ｃ】 図７Ｂと同様な３回のサンプル注入の結果
を示すが、ただしサンプル／高塩スペーサ（ガードバン
ド）間の低塩スペーサ領域のサイズを小さくすることに
より、サンプル要素が後のサンプルまたは以前のサンプ
ルを犠牲にする(compromise)ことなくサンプル内の種の
部分的な分解(resolution)を可能にしている。
【図８】 基材シートまたはマトリクス上に例えば乾燥
などにより固相化されたサンプルを用いるサンプル抽出
システムとともに用いられる、電子ピペッタの概略図を
示す。
【図９Ａ】 本発明に基づき電子ピペッタに定期的に注
入されその中を移動されるテスト化学種からなるサンプ
ル流体の移動を示す、蛍光対時間のプロットである。
【図９Ｂ】 異なるパラメータ下において、電子ピペッ
タに接続された微小流体基板を通る化学種を有するサン
プル流体の移動を示す、別のプロットである。
【図９Ｃ】 空気摩耗(air abraded) 基板から形成され
た電子ピペッタを通るサンプル流体および化学種の移動
を示す、プロットである。
【図１０】 本発明に基づき電子ピペッタに定期的に注
入されたサンプル流体中の化学種の移動を示すプロット
である。この実験における種は低分子化合物である。
【符号の説明】
２００ 対象物質領域 ２０１、２０２ スペーサ領域（緩衝剤領域） ２５０ 電子ピペッタ ２５１ キャピラリーチューブ ２５２ 電極 ２５３ リング電極 ２５４ キャピラリーチャネル ２７０ 電子ピペッタ ２７１ 本体 ２７２ 電極 ２７３ リング電極 ２７４ メインキャピラリーチャネル ２７５ 補助キャピラリーチャネル ２７６ 補助キャピラリーチャネル ２８０ 対象物質ソース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナップ， マイケル アール. アメリカ合衆国 カリフォルニア 94062, レッドウッド シティ， グレンメーレ ウェイ 738 Ｆターム(参考） 2G042 AA01 CB03 HA01 HA03

Claims (53)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 微小流体システムに流体連通された、物
    質を該微小流体システムに導入するための電子ピペッタ
    であって、 該物質の少なくとも１つのソースに接触するための端部
    を有するキャピラリーチャネルと、 該キャピラリーチャネルの端部が該物質の該１つのソー
    スに接触するとき、該１つのソースからの物質が該微小
    流体システムに向かって該電子ピペッタに動電学的に導
    入されるように、該物質の該１つのソースと該微小流体
    システムにおける第２の電極との間に電圧を印加するた
    めの電圧ソースと、 を有する電子ピペッタ。
  2. 【請求項２】 前記キャピラリーチャネルは、約１０か
    ら１００（μｍ)2の断面積を有する、請求項１に記載の
    電子ピペッタ。
  3. 【請求項３】 前記電圧ソースが、前記第２の電極に対
    して負電圧を前記第１の電極に印加する、請求項１に記
    載の電子ピペッタ。
  4. 【請求項４】 前記キャピラリーチャネルが、基板にお
    いておよび該基板上のカバー要素によって規定される、
    請求項１に記載の電子ピペッタ。
  5. 【請求項５】 微小流体システムに流体連通された、対
    象物質を微小流体システムに導入するための電子ピペッ
    タであって、 該対象物質の少なくとも１つのソースと接触するための
    第１の端部および該微小流体システムにおいて終結する
    第２の端部を有する第１のキャピラリーチャネルと、 該第１のキャピラリーチャネルの該第１の端部付近で終
    結する第１の端部および第１のスペーサ物質のソースに
    おいて終結する第２の端部を有する第２のキャピラリー
    チャネルと、 該１つの対象物質のソースからの対象物質および該第１
    のスペーサ物質のソースからのスペーサ物質が、該微小
    流体システムに向かって該電子ピペッタに動電学的に導
    入されるように、該少なくとも１つの対象物質のソース
    と該微小流体システムとの間、および該第１のスペーサ
    物質のソースと該微小流体システムとの間に電圧を印加
    する電圧ソースと、 を有する電子ピペッタ。
  6. 【請求項６】 前記第１のキャピラリーチャネルの前記
    第１の端部付近で終結する第１の端部および第２のスペ
    ーサ物質のソースで終結する第２の端部を有する第３の
    キャピラリーチャネルをさらに有し、 該第２のスペーサ物質のソースからの対象物質が、前記
    微小流体システムに向かって前記電子ピペッタに動電学
    的に導入されるように、該電圧ソースが、該第２のスペ
    ーサ物質のソースおよび該微小流体システムに電圧を印
    加する、請求項５に記載の電子ピペッタ。
  7. 【請求項７】 前記第１のスペーサ物質のソースが、前
    記第２のスペーサ物質のソースのイオン濃度よりも数桁
    大きいイオン濃度のスペーサ物質を保持する、請求項６
    に記載の電子ピペッタ。
  8. 【請求項８】 前記第１のキャピラリーチャネルの端部
    が、前記対象物質の少なくとも１つのソースに配置され
    るとき、前記電極が、前記対象物質のソースに接触し、
    前記電圧ソースが、該電極に接続され、該少なくとも１
    つの対象物質のソースと、前記微小流体システムとの間
    に電圧を印加するように、該第１のキャピラリーチャネ
    ルに沿って配置された電極をさらに有する、請求項５に
    記載の電子ピペッタ。
  9. 【請求項９】 前記第１および第２のキャピラリーチャ
    ネルが、前記基板内において、および基板上のカバー部
    材によって規定される、請求項５に記載の電子ピペッ
    タ。
  10. 【請求項１０】 複数のソースから微小流体（microflu
    idic）システムに物質を導入する方法であって、該微小
    流体システムは、端部を有するキャピラリーチャネル
    と、電圧電位を該微小流体システムの電極に印加するた
    めの電圧ソースとを有し、該方法は、 該キャピラリーチャネルの端部を対象物質ソースに接触
    させる工程と、 該ソースからの該対象物質が、該微小流体システムに向
    かって該キャピラリーチャネル内に動電学的に導入され
    るように、該電極に関して該対象物質ソースに電圧を印
    加する工程と、 所定のイオン濃度を有するスペーサ物質のソースを選択
    する工程と、 該スペーサ物質が、該対象物質の次に、該キャピラリー
    チャネル内に動電学的に導入されるように、該電極に関
    して該スペーサ物質ソースに電圧を印加する工程と、 スペーサ物質によって分離される複数の異なる物質が、
    該異なる物質間で混合することなく、該キャピラリーチ
    ャネル内に動電学的に導入され、該微小流体システムに
    向かって輸送されるように、異なる物質ソースを用いて
    上記工程を繰り返す工程とを包含する、方法。
  11. 【請求項１１】 前記スペーサ物質が、高イオン強度の
    溶液を含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記スペーサ物質が、実質的に混合不
    可能な流体を含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記スペーサ物質が、イオン透過孔を
    含む、請求項１０に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記キャピラリーチャネルが、約１０
    〜１０００（μｍ)2の断面積を有する、請求項１０に記
    載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記キャピラリーチャネルの端部を前
    記対象物質ソースに接触させる前記工程と、前記スペー
    サ物質が該キャピラリーチャネル内に動電学的に導入さ
    れるように、前記第１の電極に関して前記スペーサ物質
    ソースに電圧を印加する前記工程とが、 該キャピラリーチャネルの端部を第１のスペーサ物質の
    ソースに配置する工程と、 該第１のスペーサ物質が、該キャピラリーチャネル内に
    動電学的に導入されるように、該電極に関して該第１の
    スペーサ物質のソースに電圧を印加する工程と、 該キャピラリーチャネルの端部を第２のスペーサ物質の
    ソースに配置する工程と、 該第２のスペーサ物質が、該キャピラリーチャネル内に
    動電学的に導入されるように、該電極に関して該第２の
    スペーサ物質のソースに電圧を印加する工程と、 複数の異なる対象物質が該第１、第２および第１のスペ
    ーサ物質の領域によって分離されるように、上記工程の
    うちの最初の２工程を繰り返す工程とをさらに包含す
    る、請求項１０に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記第１のスペーサ物質が、高イオン
    強度の溶液を含み、前記第２のスペーサ物質が、低イオ
    ン強度の溶液を含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記キャピラリーチャネルの端部が前
    記物質またはスペーサソースに接するときに前記第２の
    電極がソースに接するように、該第２の電極を該キャピ
    ラリーチャネルから該キャピラリーチャネルの端部に沿
    って配置する工程をさらに包含し、前記電圧印加工程
    が、前記微小流体システムの電極と、前記第２の電極と
    の間に電圧差を作り出す工程を包含する、請求項１０に
    記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記電圧印加工程が、前記微小流体シ
    ステムの電極に関して、前記対象物質またはスペーサソ
    ースに負の電圧を印加する工程を包含する、請求項１０
    に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 複数の対象物質を、チャネルに沿って
    第１の場所から第２の場所に移動させるための微小流体
    システムであって、該微小流体システムが、 該第１の位置および該第２の位置に電圧差を作り出すた
    めのソースと、 該チャネルにある複数の対象物質領域であって、高イオ
    ン強度の第１のスペーサ領域と、低イオン濃度の少なく
    とも１つの第２のスペーサ領域とによって分離される複
    数の対象物質領域とを含む、システム。
  20. 【請求項２０】 複数の対象物質領域を、チャネル上の
    第１の点から第２の点に輸送するための微小流体システ
    ムであって、該微小流体システムが、 各対象物質領域の両側にある一対の第１のスペーサ領域
    であって、高イオン濃度を有する第１のスペーサ領域
    と、 少なくとも１つの第２のスペーサ領域であって、低イオ
    ン濃度を有する第２のスペーサ領域とを含む、システ
    ム。
  21. 【請求項２１】 前記第２のスペーサ領域が、前記第１
    のスペーサ領域よりも少なくとも２桁（two orders）小
    さい大きさのイオン濃度を有する、請求項２０に記載の
    システム。
  22. 【請求項２２】 前記第２のスペーサ領域が、１〜１０
    ｍＭの範囲のイオン濃度を有し、前記第１のスペーサ領
    域が、１００〜１０００ｍＭの範囲のイオン濃度を有す
    る、請求項２１に記載の微小流体システム。
  23. 【請求項２３】 該基板に配置される少なくとも第１の
    チャネルおよび少なくとも第２のチャネルを有する基板
    であって、該少なくとも第２のチャネルは該第１のチャ
    ネルと交差しており、該第１のチャネルは、該第２のチ
    ャネルよりも深い基板と、 電気浸透流体方向付けシステムとを含む、微小流体シス
    テム。
  24. 【請求項２４】 前記少なくとも第１のチャネルが、前
    記第２のチャネルよりも少なくとも２倍深い、請求項２
    ３に記載の微小流体システム。
  25. 【請求項２５】 前記少なくとも第１のチャネルが、前
    記第２のチャネルよりも少なくとも５倍深い、請求項２
    ３に記載の微小流体システム。
  26. 【請求項２６】 前記少なくとも第１のチャネルが、前
    記第２のチャネルよりも少なくとも約１０倍深い、請求
    項２３に記載の微小流体システム。
  27. 【請求項２７】 電気浸透流体方向付けシステムにおい
    て、流体ストリームを第１のチャネルに沿って制御可能
    に送達する方法であって、前記第１のチャネルが、少な
    くとも第２のチャネルと交差し、該流体ストリームが、
    異なるイオン強度を有する少なくとも２つの流体領域を
    含み、該方法が、該第１のチャネルに、該第２のチャネ
    ルよりも大きい深さを与える工程を包含する、方法。
  28. 【請求項２８】 微小流体チャネル内で流体サンプルを
    輸送する方法であって、 少なくとも、第１のイオン強度を有する第１の流体物質
    のプラグを、該チャネルに導入する工程と、 少なくとも第１のサンプル流体プラグを該チャネルに導
    入する工程と、 少なくとも、該第１のイオン強度を有する第２の流体物
    質プラグを、該チャネルに導入する工程と、 少なくとも、第２のイオン強度を有する第３の流体物質
    プラグを導入する工程とを包含し、該第２のイオン強度
    は、該第１のイオン強度よりも低く、 該チャネルに電圧を印加する工程をさらに包含する、方
    法。
  29. 【請求項２９】 前記少なくとも第１の流体物質プラ
    グ、前記少なくともサンプル流体プラグ、前記少なくと
    も第２の流体物質プラグ、および前記少なくとも第３の
    流体物質プラグを導入する前記工程が、 前記チャネルの端部を、該少なくとも第１の流体物質の
    ソースと接触させて、該少なくとも第１の流体物質のソ
    ースから該チャネルに電圧を印加し、それにより、該第
    １の流体物質が、該チャネルに導入される工程と、 該チャネルの端部を、該少なくとも第１のサンプル流体
    のソースと接触させて、該少なくとも第１のサンプル流
    体の該ソースから該チャネルに電圧を印加し、それによ
    り、該第１のサンプル流体が、該チャネルに導入される
    工程と、 該チャネルの端部を、該少なくとも第２の流体物質のソ
    ースと接触させて、該少なくとも第２の流体物質の該ソ
    ースから該チャネルに電圧を印加し、それにより、該第
    ２の流体物質が、該チャネルに導入される工程と、 該チャネルの端部を、該少なくとも第３の流体物質のソ
    ースと接触させて、該少なくとも第３の流体物質の該ソ
    ースから該チャネルに電圧を印加し、それにより、該第
    ３の流体物質が、該チャネルに導入される工程とを包含
    する、請求項２８に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 請求項６に記載の電子ピペッタと、 複数の異なるサンプルが固定されるサンプル基板と、 該電子ピペッタを該サンプル基板に対して移動させるた
    めの並進システムとを含む、サンプル抽出システム。
  31. 【請求項３１】 前記第１のキャピラリーチャネルの前
    記第１の端部と、前記第２のキャピラリーチャネルの前
    記第１の端部とが、前記電子ピペッタの先端の流体保持
    壁で終結する、請求項３０に記載のサンプル抽出システ
    ム。
  32. 【請求項３２】 前記複数の異なるサンプルが、前記サ
    ンプル基板の表面上で乾燥され、前記電子ピペッタが、
    前記サンプル基板上の前記サンプルを再溶解させるため
    の流体量を放出することができる、請求項３０に記載の
    サンプル抽出システム。
  33. 【請求項３３】 前記サンプルが、流体の形態で前記サ
    ンプル基板表面に塗布され、該基板表面が、複数の流体
    局在領域を含む、請求項３２に記載のサンプル抽出シス
    テム。
  34. 【請求項３４】 前記流体局在領域が、比較的疎水性の
    領域によって囲まれる比較的親水性の領域を含む、請求
    項３３に記載のサンプル抽出システム。
  35. 【請求項３５】 前記流体局在領域が、比較的親水性の
    領域によって囲まれる比較的疎水性の領域を含む、請求
    項３３に記載のサンプル抽出システム。
  36. 【請求項３６】 前記流体局在領域が、前記サンプル基
    板の前記表面上に窪みを含む、請求項３３に記載のサン
    プル抽出システム。
  37. 【請求項３７】 チャネルを有する基板の使用であっ
    て、少なくとも第１の対象物質を、該チャネルに沿って
    少なくとも第１の場所から第２の場所に輸送する際に、
    印加電圧のために該チャネルに沿って輸送される少なく
    とも１つの低イオン濃度領域を用いる、使用。
  38. 【請求項３８】 前記１つの領域のイオン濃度が、前記
    対象物質のイオン濃度よりも低い、請求項３７に記載の
    使用。
  39. 【請求項３９】 高イオン濃度のスペーサ領域によって
    分離される複数の対象物質が輸送される、請求項３７ま
    たは３８に記載の使用。
  40. 【請求項４０】 前記基板が、微小流体システムであ
    る、請求項３７から３９のいずれかに記載の使用。
  41. 【請求項４１】 前記基板が、電子ピペッタである、請
    求項３７から３９のいずれかに記載の使用。
  42. 【請求項４２】 前記電子ピペッタが、前記対象物質の
    輸送のための主チャネルと、該主チャネルに流体連通さ
    れる少なくとも１つの別のチャネルとを有し、該別のチ
    ャネルから、該主チャネルに沿って輸送される別の物質
    が得られる、請求項４１に記載の使用。
  43. 【請求項４３】 前記別の物質が、複数の別個の対象物
    質の各々の間の緩衝領域として、前記主チャネルに引き
    込まれる、請求項４２に記載の使用。
  44. 【請求項４４】 流れ状態を最適にする際の微小流体シ
    ステムの使用であって、該微小流体システムが、少なく
    とも第１および第２の流体チャネルを有し、該チャネル
    が、異なる深さを有する、使用。
  45. 【請求項４５】 一方のチャネルが、他方のチャネルよ
    りも２倍〜１０倍深い、請求項４４に記載の使用。
  46. 【請求項４６】 チャネルを有する基板を含む微小流体
    システムであって、印加電圧のために該チャネルに沿っ
    て輸送される少なくとも１つの低イオン濃度領域を用い
    て、少なくとも第１の対象物質が該チャネルに沿って少
    なくとも第１の場所から第２の場所に輸送される、微小
    流体システム。
  47. 【請求項４７】 前記１つの領域のイオン濃度が、前記
    対象物質のイオン濃度よりも実質的に低い、請求項４６
    に記載のシステム。
  48. 【請求項４８】 高イオン濃度のスペーサ領域によって
    分離される複数の対象物質が輸送される、請求項４６ま
    たは４７に記載のシステム。
  49. 【請求項４９】 請求項４６〜４８のいずれかに記載の
    システムを含む電子ピペッタ。
  50. 【請求項５０】 前記対象物質の輸送のための主チャネ
    ルと、該主チャネルに流体連通される少なくとも１つの
    別のチャネルとを有し、該別のチャネルから、該主チャ
    ネルに沿って輸送される別の物質が得られる、請求項４
    ９に記載の電子ピペッタ。
  51. 【請求項５１】 前記別の物質が、複数の別個の対象物
    質の各々の間の緩衝領域として、前記主チャネルに引き
    込まれる、請求項５０に記載の電子ピペッタ。
  52. 【請求項５２】 流れ状態を最適にするために、互いに
    交差する少なくとも第１および第２の流体チャネルを有
    し、該チャネルが、異なる深さを有する、微小流体シス
    テム。
  53. 【請求項５３】 一方のチャネルが、他方のチャネルよ
    りも２倍〜１０倍深い、請求項５２に記載のシステム。
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