JP2003524193A - 高い位置に配置されたサンプル表面を有するチップ - Google Patents

高い位置に配置されたサンプル表面を有するチップ

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fluid
dispenser
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ピエール エフ インダーミュール
フランク ジー ゾウグ
ピーター ワグナー
ステファン ノック
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ザイオミックス インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、非サンプル表面であるベースと、ピラーから成るサンプル構造体を有する試験器具を提供する。本発明の一実施形態であるチップは、非サンプル表面を有するベース（２２）と、少なくとも１つの構造体（２５(ａ)，２５(ｂ)）と、を有する。各構造体（２５(ａ)，２５(ｂ)）は、ピラー（２０(ａ)，２０(ｂ)）と、非サンプル表面に対して高い位置に配置されたサンプル表面（２４(ａ)，２４(ｂ)）と、を有する。サンプル表面（２４(ａ)，２４(ｂ)）は、サンプルをディスペンサから受け取るようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 〔関連出願の引照〕 本願は、２０００年２月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／１８４，
３８１号及び２０００年８月１６日に出願された米国仮特許出願第６０／２２５
，９９９号の権益主張出願である。本願は又、ポール・ジェドゥルゼジェウスキ
ー氏等により同日に米国非仮特許出願（発明の名称：Microfluidic Devices and
Methods）（代理人事件番号第０２０１４４−００１５１０）としても出願され
ている（なお、本出願時点では、当該出願番号は付与されていない）。上記米国
仮特許出願及び非仮特許出願の全ての開示内容全体を本明細書の一部を形成する
ものとして引用し、これら特許技術文献は全て、本願と同一譲渡人に譲渡されて
いる。
【０００２】 〔発明の背景〕 新薬の発見にあたり、潜在的な薬物候補は、化合物を所望の特性で同定するこ
とにより得られる。これら化合物は、「先行（リード）化合物（lead compound(
s)」と呼ばれる場合がある。先行化合物をいったん発見すると、先行化合物の変
種を作り、潜在的な薬物候補として評価することができる。
【０００３】 有用な薬物候補の発見と関連した時間を短縮するためハイスループットスクリ
ーニング（high throughput screening ：ＨＴＳ）法が、従来の先行化合物同定
法に取って代わりつつある。ハイスループットスクリーニング法は、多数の潜在
的に所望の化合物を含むライブラリーを利用する。ライブラリー中の化合物は、
夥しい数にのぼり、化学的プロセスの組合せによって作ることができる。ＨＴＳ
法では、化合物を１又は２以上のアッセイ（検定装置：assay）でスクリーニン
グして所望の特徴的な活性を呈するライブラリーメンバー（特に化学種又はサブ
クラス）を同定する。このように同定された化合物は、従来の「先行化合物」と
して役立つ場合があり、或いは、これらは治療に役立つ場合がある。
【０００４】 従来のＨＴＳ法は、多くのウェル（窪み）を有するマルチウェルプレートを用
いている。例えば、代表的なマルチウェルプレートは、９６のウェルを有する場
合がある。ウェルは各々、分析すべき互いに異なる液体サンプルを収容すること
ができる。マルチウェルプレートを用いて、多数の種々の液体サンプルを実質的
に同時に分析することができる。
【０００５】 図１は、ベース１７及びリム１５を備えたマルチウェルプレート１０の一部を
示している。リム１５は、ウェル１６を構成するようベース１７から上方に延び
ている。マイクロピペット１１が、ウェル１６の上方に位置し、液体サンプル１
３から成る液滴をウェル１６内へ、そしてサンプル表面１２上へ小出しする。液
滴は、表面“Ｓ”を有する場合がある。リム１５は、液体サンプル１３がウェル
１６内にある間、これをサンプル表面１２に閉じ込めてこれを分析できるように
する。
【０００６】 マルチウェルプレート内のウェルの容積を減少させてプレート上のウェルの密
度を増大させることが望ましい。このようにすることにより、プレート上により
多くのウェルを形成存在させることができ、より多くの反応を実質的に同時に分
析することができる。また、ウェルの容積を減少させると、液体サンプル容積が
減少する。液体サンプル容積を減少させることにより、ＨＴＳ法で必要な試薬の
量が減少する。使用する試薬の量を減少させることにより、ＨＴＳ法に要する費
用を減少させることができる。また、液体サンプル、例えば、生物学的流体（例
えば、血液）のサンプルは、いつでも容易に得られるとは限らない。少ないサン
プルしか利用できない場合にアッセイ内のサンプルの量を最小に抑えることが望
ましい。
【０００７】 マルチウェルプレートのウェルの密度を増大させることが望ましいが、ウェル
の密度は、リムがウェルに存在することにより制限される。リムを除去すると、
サンプル表面を互いに密接させ、かくして、サンプル表面の密度を増大させるこ
とができる。しかしながら、リムを除去することにより、隣り合うサンプル表面
相互間には物理的なバリヤ又は障壁が存在しないことになる。これにより、隣り
合うサンプル表面上の液体サンプルが互いに混じり合い、互いに汚染する恐れが
増大する。
【０００８】 また、液体サンプル容積を減少させると問題が生じる場合がある。アッセイの
サイズを１ミリリットル未満の容積に減少させると、サーフェースボリューム比
（surface-to-volume ratio ：Ｓ／Ｖ比）が実質的に増大する。Ｓ／Ｖ比を増大
させると、液体サンプル中の分析物又は捕捉剤が変質し、かくして、分析物又は
捕捉剤を用いる分析又は反応に影響を及ぼす恐れが増大する。例えば、液体サン
プル中のタンパク質は、液固界面及び液気界面のところで変性しがちである。タ
ンパク質を含む液体サンプルを液滴の形態にすると、液滴は、液滴中のタンパク
質の量に対して広い表面積を有する場合がある。液体サンプル中のタンパク質が
液気界面に接触すると、タンパク質は変性して不活性状態になる。さらに、液体
サンプルのＳ／Ｖ比が増大すると、液体サンプルが蒸発する恐れも増大する。容
積がマイクロリットル未満の液体は、空気に接触すると直ぐに蒸発する傾向があ
る。例えば、多くのマイクロリットル未満の量の液体は数秒から数分以内に蒸発
する場合がある。これにより、かかる液体を分析し又は処理することは困難にな
る。加うるに、液体サンプルがタンパク質を含む場合、液体サンプルの液体成分
の蒸発は、タンパク質に悪影響を及ぼす（例えば、これを変性させる）場合があ
る。
【０００９】 本発明の実施形態は、上記問題及び他の問題を解決する。
【００１０】 〔発明の概要〕 本発明の一実施形態は、ａ）非サンプル表面を有するベースと、ｂ）少なくと
も１つの構造体と、を有し、各構造体は、ピラーと、非サンプル表面に対して高
い位置配置され且つサンプルをディスペンサから受け取るようになったサンプル
表面とを有していることを特徴とするチップに関する。
【００１１】 本発明の別の実施形態は、流体を処理するようになったアセンブリであって、
ａ）本体と、本体内に形成されていて且つ各々が流体を１又は２以上のサンプル
表面に小出しするようになった少なくとも１つの流体チャネルとを備えたディス
ペンサと、ｂ）チップと、を有し、このチップは、（ｉ）非サンプル表面を有す
るベースと、（ｉｉ）少なくとも１つの構造体と、を有し、各構造体は、ピラー
と、非サンプル表面に対して高い位置に配置され且つサンプルをディスペンサか
ら受け取るようになったサンプル表面とを有していることを特徴とするアセンブ
リに関する。
【００１２】 本発明の別の実施形態は、流体を処理する方法であって、ａ）流体をディスペ
ンサ内に設けられた流体チャネルに供給する段階と、ｂ）流体をチップのベース
上に設けられた１又は２以上の構造体上に小出しする段階と、を有し、各構造体
は、ピラーを有し、各構造体は、非サンプル表面に対して高い位置に配置された
サンプル表面を含んでいることを特徴とする方法に関する。
【００１３】 本発明の別の実施形態は、流体を処理する方法であって、ａ）複数の液体をデ
ィスペンサ内のそれぞれの流体チャネルに供給する段階を有し、流体チャネルは
各々、受動弁を有し、各流体チャネル内の各液体の流れは、受動弁のところで止
まり、ｂ）更に、複数の構造体のサンプル表面を複数の流体チャネルに整列させ
る段階を有し、各構造体は、ピラーを有し、ｃ）更に、サンプル表面が流体チャ
ネル内に位置する状態又はサンプル表面が流体チャネルの端部のところに位置決
めされた状態で、サンプル表面と流体チャネル内の液体とを接触させる段階を有
していることを特徴とする方法に関する。
【００１４】 本発明の別の実施形態は、ａ）非サンプル表面を有するベースと、ｂ）ベース
上にアレイ状に配置された複数の構造体と、を有し、各構造体は、ピラーと、非
サンプル表面に対して高い位置に配置されたサンプル表面とを有し、サンプル表
面は、サンプル表面上に位置している間に処理又は分析すべきサンプルをディス
ペンサから受け取るようになっていることを特徴とするチップに関する。
【００１５】 本発明の別の実施形態は、アセンブリであって、ａ）チップを有し、チップは
、ｉ）非サンプル表面を有するベースと、ｉｉ）ベース上にアレイ状に配置され
た複数の構造体と、を有し、各構造体は、ピラーと、非サンプル表面に対して高
い位置に配置されたサンプル表面とを有し、サンプル表面は、サンプル表面上に
位置している間に処理又は分析すべきサンプルをディスペンサから受け取るよう
になっており、ｂ）アセンブリは、更に、複数の流体チャネルを有するディスペ
ンサを有し、各流体チャネルは、受動弁を有していることを特徴とするアセンブ
リに関する。
【００１６】 上記実施形態及び他の実施形態について以下に詳細に説明する。 上記図は、本発明の実施形態を説明するために単純化されており、或いは、或
る場合には縮尺通りではない特徴を有している場合がある。例えば、図２（ａ）
は、２つのピラーを備えたチップを示しているが、本発明の実施形態のサンプル
チップは、任意適当な数のピラーを有することができる。例えば、実施形態によ
っては、１つのチップに付き１００本以上のピラーが設けられる。
【００１７】 〔詳細な説明〕 本発明の実施形態を任意の数の互いに異なる分野で用いることができる。例え
ば、本発明の実施形態は、製薬用途、例えば、ターゲット発見及び／又は妥当性
検査のためのプロテオミック(proteomic)(等)の研究及びステージング（staging ）又は病気の推移又は経過に関する臨床的セッティングでの診断に用いること
ができる。また、本発明の実施形態は、汚染要因物の追跡及び識別のための環境
分析に用いることができる。学術研究環境では、本発明の実施形態を生物学的又
は医学的研究に用いることができる。また、本発明の実施形態は、研究及び臨床
用マイクロアレイシステム及び装置に用いてもよい。
【００１８】 本発明の実施形態では、２又は３以上の成分相互の結合、結合抑止、反応又は
触媒反応のような事象を分析することができる。例えば、本発明の実施形態を用
いて液体サンプル中の分析物とピラー（注状体）の表面に結合された捕捉剤との
相互作用を分析できる。具体的に説明すると、本発明の実施形態を用いて、次の
成分、即ち、抗体／抗原、抗体／ハプテン、エンザイム（酵素）／基質、担体タ
ンパク質／基質、レクチン／炭水化物、レセプタ／ホルモン、レセプタ／エフェ
クタ、タンパク質／ＤＮＡ、タンパク質／ＲＮＡ、レプレッサ／インデューサ、
ＤＮＡ／ＤＮＡ等相互間の相互作用を分析することができる。 Ｉ．ピラーを備えたチップ 本発明の一実施形態は、チップに関する。チップは、非サンプル表面を含むベ
ースと、ピラーを有する少なくとも１つの構造体とを有するのがよい。少なくと
も１つの構造体は、代表的には、チップのベース上にアレイをなしている。各構
造体は、チップの非サンプル表面に対して高いところに位置した（以下、「高位
置」という表現を用いる場合がある）サンプル表面を有している。構造体のサン
プル表面は、ピラーの頂面に一致するのがよい。他の実施形態では、サンプル表
面は、ピラー上のコーティングの上面に一致する場合がある。
【００１９】 各サンプル表面は、サンプル表面上に位置している間に処理又は分析すべきサ
ンプルを受け入れるようになっている。サンプルは、サンプル表面上に結合され
、吸着され、吸収され、これと反応を生じるようになる成分であってもよく、こ
れを含んでいてもよい。例えば、サンプルは、分析物及び液状媒体を含む液体で
あってもよい。別の例では、サンプルは、分析物それ自体であってもよい。多数
のサンプル表面が各チップ上に設けられているので、本発明の実施形態では、多
くのサンプルを並行して処理し又は分析することができる。
【００２０】 サンプルは、サンプル表面に接触する際、液体の形態をしていてもよい。液体
サンプルは、それがサンプル表面上に位置する場合、別個独立の付着物の形態を
していてもよい。任意適当な量の液体をサンプル表面上に付着させることができ
る。例えば、サンプル表面上に付着した液体サンプルは、約１マイクロリットル
以下のオーダであってもよい。
【００２１】 他の実施形態では、サンプル表面上の液体サンプルは、約１０ナノリットル以
下（例えば、１００ピコリットル以下）のオーダであってもよい。さらに別の実
施形態では、液体の別個独立の付着物をサンプル表面上に残しておく必要はない
。例えば、捕捉剤及び液状媒体を含む液体がサンプル表面に接触してもよい。捕
捉剤は、サンプル表面に結合し、実質的に液状媒体の全てをサンプル表面から除
去し、後にサンプル表面のところに捕捉剤だけが残ってもよい。したがって、本
発明の或る実施形態では、液状媒体を、ディスペンサからの液体がサンプル表面
に接触した後、サンプル表面上に保持する必要はない。
【００２２】 液体サンプルを生物学的流体、例えば、血液及び尿から得ることができる。或
る実施形態では、生物学的流体は、オルガネラ（細胞器官）、例えば、細胞又は
分子、例えばタンパク質及び核酸ストランド（鎖）を含む場合がある。チップを
用いて生物学的流体又は生物学的分子を分析し、製造し又は処理する場合、チッ
プは、「バイオチップ（生体素子）」と呼ばれる場合がある。
【００２３】 ディスペンサによって得られる液体は、任意適当な液状媒体及び任意適当な成
分を含む場合がある。適当な成分としては、分析物、捕捉剤（例えば、不動化タ
ーゲット）及び反応体が挙げられる。適当な分析物又は捕捉剤は、性状が有機又
は無機であってよく、そして、生物学的分子、例えば、ポリペプチド、ＤＮＡ、
ＲＮＡ、ｍＲＮＡ、抗体、抗原等であってもよい。他の適当な分析物は、潜在的
な候補薬剤である化合物であってもよい。反応体としては、サンプル表面上の他
の成分と反応を起こすことができる試薬が挙げられる。適当な試薬としては、サ
ンプル表面のところの成分を処理できる生物学的又は化学的実体（又は分子的実
体）が挙げられる。例えば、試薬は、サンプル表面のところのタンパク質を展開
し、その結合を切り又は派生させるエンザイム又は他の物質であるのがよい。適
当な液状媒体としては、例えば、緩衝剤（例えば、酸性、中性、塩基性）、水、
有機溶剤等が挙げられる。
【００２４】 サンプルが載せられる高位置サンプル表面は、選択された特性を有するのがよ
い。或る実施形態では、サンプル表面を親液性にしてサンプル表面が液体サンプ
ルを受け入れて保持しやすくするのがよい。例えば、サンプル表面を親水性にす
るのがよい。変形例として又は追加例として、サンプル表面は、サンプル表面上
に付着した液体サンプル中の成分と結合し、これに吸着し、吸収し又は反応でき
る分子を有するのがよい。例えば、サンプル表面は、液体サンプル中の分析物と
反応を起こすことができる１又は２以上の捕捉剤を含むのがよい。別の例では、
サンプル表面は、捕捉剤それ自体を受け入れて結合できる層を有するのがよい。
したがって、本発明の実施形態では、サンプル表面の性状は、サンプル構造体の
変化に応じて様々であってよい。
【００２５】 サンプル表面を非サンプル表面に対して高い位置にすることにより多くの利点
が得られる。例えば、サンプル表面を高い位置にすることにより、隣り合う構造
体上の液体サンプル相互の潜在的な液体クロス汚染（交差汚染）が最小に抑えら
れる。サンプル表面上の液体サンプルは、隣のサンプル表面に容易には流れない
。というのは、サンプル表面は、凹みで分離されているからである。或る実施形
態では、隣り合うサンプル表面上のサンプル相互間のクロス汚染は、液体サンプ
ルをサンプル表面に閉じ込めるリムが設けられていなくても、軽減される。サン
プルをこれらのそれぞれのサンプル表面に閉じ込めるのにリムは不要なので、隣
り合うサンプル表面相互間の間隔を減少させることができ、かくしてサンプル表
面の密度が増大する。その結果、従来方法よりもチップ１個当たりより多くの液
体サンプルを処理すると共に（或いは）分析することができる。加うるに、本発
明の実施形態では、僅かな液体サンプル容積を用いて使用される試薬の量を減少
させることもでき、かくして、結果的に費用が安上がりになる。
【００２６】 或る実施形態では、構造体の側面の側部又は一部は、サンプル表面と同一の選
択された性質又はサンプル表面とは異なる選択された性質を備えるのがよい。例
えば、チップのピラーの側面を、疎水性にし、ピラーのサンプル表面を親水性に
してもよい。ピラーの親水性サンプル表面は、液体サンプルを引き付け、これに
対しピラーの疎水性の側面は、液体サンプルがピラーの側部を流下するのを阻止
する。したがって、或る実施形態では、液体サンプルをウェルのリムを設けない
でピラーのサンプル表面に閉じ込めることができる。その結果、本発明の実施形
態では、隣り合うサンプル表面相互のクロス汚染を最小に抑えると共にサンプル
表面の密度を増大させることができる。
【００２７】 本発明の実施形態のチップをどのように利用できるかについての例では、第１
のディスペンサは、それぞれ互いに異なるタンパク質を含む多数の液体サンプル
をチップのベース上の複数のピラーのサンプル表面上に付着させることができる
。第１のディスペンサは、「受動弁（passive valve ）」形ディスペンサである
のがよい。受動弁形ディスペンサについては以下に詳細に説明する。この場合、
互いに異なるタンパク質（これらは捕捉剤であるのがよい）は、それぞれ互いに
異なるピラーの互いに異なるサンプル表面上に結合することができる。第２のデ
ィスペンサ（これは、第１のディスペンサと同一のものであってもよく、或いは
これとは異なるものであってよい）は、分析物を含む流体をピラーのサンプル表
面上に小出しすることができる。流体は、所定の期間にわたってサンプル表面と
接触状態のままであるのがよく、したがって、流体中の分析物はサンプル表面上
のタンパク質と相互作用（例えば、結合、反応）する時間を有することができる
ようになる。所定の期間は、約３０秒以上（例えば、約１分以上）であるのがよ
い。しかしながら、この時間は、生じる特定の相互作用に応じて様々であってよ
い。所定期間の経過後、ピラーのサンプル表面を未結合の分析物又は反応生成物
を除去するために洗浄すると共に（或いは）洗浄又は試薬液にさらすのがよい。
洗浄及び（又は）試薬液は、各ピラーを、別個独立に又はまとめて、或いは、例
えばフラッディングにより液体源に当てることにより取り扱うことができる。次
に、サンプル表面を分析して流体中の分析物のうちどれが（もしあれば）結合タ
ンパク質と相互作用したかどうかを判定することができる。
【００２８】 分析は、任意適当な方法を用いて行うことができ、定量的であってもよく、或
いは定性的であってもよい。サンプル表面を分析すると、例えばどの分析物がサ
ンプル表面と結合したか及び（又は）どれほどの量の分析物がサンプル表面に結
合されたかを判定することができる。一実施形態では、蛍光性タグを流体中の分
析物に取り付けるのがよく、他方サンプル表面に結合されたタンパク質は、タグ
が無く、或いは、別のタグを有する。分析物と結合タンパク質との結合状態は、
例えば、蛍光法、蛍光偏光法、表面プラズモン共鳴法（ＳＰＲ）、画像化ＳＰＲ
、偏光解析法又は画像化偏光解析法により観察でき又は検出できる。
【００２９】 本発明の実施形態のチップをどのように利用できるかという別の例では、潜在
的な薬剤候補及び複数の潜在的な薬剤候補を実質的に同時に検定することができ
る。例えば、合成有機化合物を、これらが互いに異なるサンプル表面上に不動化
されたレセプタ族に対して抑制剤として働くことができるかどうかについて試験
することができる。レセプタのための合成化合物及び結合リガンド(ligand)は、
チップのサンプル表面上に付着された液体サンプル内に存在している場合がある
。リガンドに対応するレセプタをサンプル表面上に不動化するのがよい。液体サ
ンプルをサンプル表面上に付着させた後、潜在的な相互作用がリガンドとレセプ
タとの間で生じることができるように或る期間を置くのがよい。次に、サンプル
表面を分析してリガンドがレセプタに結合しているかどうかを確認するのがよい
。液体サンプル中の結合リガンドが不動化されたレセプタに結合していない場合
、リガンドが省略された有機化合物は、リガンドとレセプタとの間の相互作用を
抑制することができる。すると、この有機化合物を潜在的な薬剤候補として同定
することができる。
【００３０】 別の例では、タンパク質を含む液体サンプルをチップのサンプル構造体のサン
プル表面上に付着させるのがよい。サンプル表面が液体サンプルを受け取ると、
サンプル表面は、ディスペンサの流体チャネル内又はその近くに位置することが
できる。この時点において、各流体チャネルは、反応が生じることができる反応
室として働くことができる。例えば、チップのサンプル表面が流体チャネル内又
はその近くに位置している状態で、液体サンプル中の種々の他の試薬を先に付着
されたサンプル上に付着させるのがよい。試薬は、先に付着された液体サンプル
中のタンパク質の結合を展開し、その結合を切り又はタンパク質を派生させるこ
とができる。液体サンプル中のタンパク質を、これらが（１）サンプル表面上に
位置している間、（２）サンプル表面上の液滴中にある間、或いは（３）サンプ
ル表面が流体チャネル内又はその近くにある間、処理することができる。次に、
処理済みのタンパク質を分析装置、例えば、質量分析計に移送するのがよい。他
の実施形態では、付着状態の液体サンプル中のタンパク質の結合を例えば、後で
試薬を付着させないで展開し又は切ることができる。例えば、付着状態の液体サ
ンプル中のタンパク質がもし所定期間にわたってサンプル表面上に残されていれ
ばその結合を展開し、切り又はこれを変化させることができる。
【００３１】 この例及び他の例では、タンパク質について言及したが、他の化合物が反応体
、触媒又はエンザイムとして働くことができる。サンプル表面に結合される成分
は、反応体、触媒又はエンザイムに相当するものであってもよい。タンパク質は
、例示のサンプル及び成分として本明細書において記載されており、本発明の実
施形態は、タンパク質の処理又は分析には限定されない。本発明の実施形態では
、任意の２つの成分相互間の相互作用を分析することができる。
【００３２】 図２（ａ）は、本発明の実施形態のチップの断面図である。図示のチップは、
ベース２２及びピラー２０（ａ），２０（ｂ）から成るサンプル構造体２５（ａ
），２５（ｂ）を有している。ベース２２及びピラー２０（ａ），２０（ｂ）は
、同一材料から作られた一体形構造体を形成するのがよい。変形例として、ベー
ス２２及びピラー２０（ａ），２０（ｂ）は、別個独立のものであってもよく、
しかも異種材料で形成してもよい。各ピラー２０（ａ），２０（ｂ）は、単一の
材料（例えば、シリコン）から成っていてもよく、或いは、互いに異なる材料の
２又は３以上の部分から成っていてもよい。
【００３３】 チップのベース２２は、任意適当な特性を有するのがよい。例えば、チップの
ベース２２の横方向寸法は、任意適当であってよい。例えば、或る実施形態では
、ベース２２の横方向寸法は、四方が約２インチ（５．０８ｃｍ）以下である。
他の実施形態では、ベース２２の横方向寸法は、四方が２インチ以上である。ベ
ース２２の非サンプル表面は全体として平らであるのがよい。しかしながら、或
る実施形態では、ベース２２の表面は、平らでなくてもよい。例えば、ベース２
２は、１又は２以上のトラフを有していてもよい。サンプル表面及びピラーを有
する構造体は、トラフ内に位置してもよい。ベース２２に任意適当な材料を用い
ることができる。適当な材料としては、ガラス、シリコン又は高分子材料が挙げ
られる。好ましくは、ベース２２は、微細加工可能な材料、例えばシリコンから
成る。
【００３４】 ピラー２０（ａ），２０（ｂ）をベース２２に対して実質的に垂直の向きに配
置するのがよい。ピラー２０（ａ），２０（ｂ）はそれぞれ、サンプル表面２４
（ａ），２４（ｂ）及び側面１８（ａ），１８（ｂ）を有している。ピラー２０
（ａ），２０（ｂ）の側面１８（ａ），１８（ｂ）はそれぞれ、ピラー２０（ａ
），２０（ｂ）のサンプル表面２４（ａ），２４（ｂ）を構成することができる
。サンプル表面２４（ａ），２４（ｂ）は、ピラー２０（ａ），２０（ｂ）の頂
面と一致するのがよく、チップの非サンプル表面２３に対して高い位置に配置さ
れている。非サンプル表面２３及びサンプル表面２４（ａ），２４（ｂ）は、同
一のコーティング又は性質を有していてもよく、或いは異なるコーティング又は
異なる性質を有していてもよい。隣り合うサンプル表面２４（ａ），２４（ｂ）
は、隣り合うピラー２０（ａ），２０（ｂ）及び非サンプル表面２３によって形
成された凹み２７によって分離されている。
【００３５】 ピラー２０（ａ），２０（ｂ）は任意適当な幾何学的形状のものであってよい
。例えば、ピラーの断面（例えば、半径又は幅に沿う形状）は、円形であっても
よく、多角形であってもよい。ピラー２０（ａ），２０（ｂ）はそれぞれ細長い
ものであるのがよい。細長い度合いは様々であってよいが、或る実施形態では、
ピラー２０（ａ），２０（ｂ）のアスペクト比は、約０．２５以上であるのがよ
い（例えば、０．２５〜４０）。他の実施形態では、ピラーのアスペクト比は、
約１．０以上であるのがよい。アスペクト比は、各ピラーの高さＨとピラーの最
も小さな幅Ｗの比として定義できる。好ましくは、各ピラーの高さは、約１ミク
ロン以上であるのがよい。例えば、各ピラーの高さは、約１〜１０ミクロン、又
は約１０〜２００ミクロンである。各ピラーの幅は、任意適当なものであってよ
く、かかる幅としては、約０．５ｍｍ以下（例えば、１００ミクロン以下）であ
る。
【００３６】 液体（図示せず）は、液体の別個独立の容量の形態をなし、ピラー２０（ａ）
，２０（ｂ）のそれぞれのサンプル表面２４（ａ），２４（ｂ）上に存在するの
が良い。液体サンプルを任意適当な方法で、任意適当なディスペンサ（図示せず
）を用いてサンプル表面２４（ａ），２４（ｂ）上に付着させることができる。
ディスペンサの流体チャネル内には１又は２以上の受動弁を設けるのがよい。受
動弁を備えたディスペンサについて以下に詳細に説明する。
【００３７】 液体サンプルは、分析され、反応が引き起こされ、或いはサンプル表面２４（
ａ），２４（ｂ）上に付着される成分（例えば、分析物、ターゲット、捕捉剤）
を含むのがよい。変形例として又は追加例として、液体サンプルは、後で行われ
る分析、検定又は処理のためにピラー２０（ａ），２０（ｂ）の表面上に付着さ
れるべき成分を含んでもよい。例えば、ピラー２０（ａ），２０（ｂ）上の液体
サンプルは、タンパク質を含むのがよい。液体サンプル中のタンパク質は、サン
プル表面２４（ａ），２４（ｂ）に結合することができる。次に、サンプル表面
２４（ａ），２４（ｂ）上のタンパク質を分析し、処理すると共に（或いは）後
で検定し或いは分析物を捕捉するための捕捉剤として用いることができる。例え
ば、タンパク質をサンプル表面２４（ａ），２４（ｂ）に結合させた後、結合状
態のタンパク質を捕捉剤として用いることができる。捕捉剤に押し付けられてお
り且つ検定すべき分析物を含む液体は、表面２４（ａ），２４（ｂ）に接触する
ことができる。次に、サンプル表面を分析して分析物がタンパク質捕捉剤に結合
しているかどうかを確認することができる。
【００３８】 隣り合うサンプル表面２４（ａ），２４（ｂ）上の液体サンプルは、隣り合う
構造体相互間の凹み２７によって互いに分離されている。例えば、液体サンプル
がサンプル表面２４（ａ）から流れ出ると、液体サンプルは、隣り合う構造体相
互間の凹み２７に流入し、この場合、隣り合うサンプル表面２４（ｂ）上のサン
プルに接触して汚染することはない。サンプルをサンプル表面２４（ａ），２４
（ｂ）上に保持するのを助けるため、ピラー２０（ａ），２０（ｂ）の側面１８
（ａ），１８（ｂ）を疎液性にするのがよく、或いは、本来的に疎水性であるの
がよい。例えば、側面１８（ａ），１８（ｂ）を疎水性材料で被覆するのがよく
、或いは、本来的に疎水性であるのがよい。他の実施形態では、ピラーの側面１
８（ａ），１８（ｂ）も又、耐分析物結合性の材料（例えば、アルカンチオール
又はポリエチレングリコール）で被覆するのがよい。非サンプル表面２３も又、
耐分析物結合性であるのがよく、又は、疎液性であってもよく、或いは一部又は
全部がサンプル表面２４（ａ），２４（ｂ）と同一材料から成っていてもよい。
【００３９】 或る実施形態では、ピラーは、ベース上の１又は２以上のピラーを全体的に又
は部分的に包囲する１又は２以上のチャネルを有するのがよい。かかるチャネル
の例が、米国特許出願第０９／３５３，５５４号に記載されており、かかる米国
特許出願は、本願と同一の譲受人に譲渡されており、かかる米国特許出願の開示
内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。この米国特許
出願は、本発明の実施形態に用いることができる表面処理方法及び化合物表示方
法も又記載している。
【００４０】 サンプル構造体２５（ａ），２５（ｂ）の頂部領域は、１又は２以上の材料層
を有するのがよい。例えば、図２（ｂ）は、ピラー２０（ａ），２０（ｂ）の頂
面１９（ａ），１９（ｂ）上に第１の層２６及び第２の層２９が設けられたチッ
プの断面図である。この例では、構造体２５（ａ），２５（ｂ）のサンプル表面
２４（ａ），２４（ｂ）は、第２の層２９の上面に一致するのがよい。或る実施
形態では、構造体２５（ａ），２５（ｂ）の頂部領域は、本来的に親水性である
のがよく、或いはこれらを親水性にしてもよい。以下に詳細に説明するように、
親水性表面は、構造体２５（ａ），２５（ｂ）の頂部領域のところに位置するタ
ンパク質に悪影響を及ぼしにくい。
【００４１】 第１の層２６及び第２の層２９は、任意適当な厚さを持つ任意適当な材料で構
成されたものであってよい。第１の層２６及び第２の層２９は、無機材料から成
るのがよく、しかも金属又は酸化物のうち少なくとも一方、例えば金属酸化物か
ら成るのがよい。例えば第２の層２９に用いられる材料の選択（又は、任意の他
の層又はピラーの頂部のところの材料の選択）は、第２の層２９に結合される分
子で決まる場合がある。例えば、例えばプラチナ、金及び銀のような金属は、結
合剤、例えば硫黄含有結合剤（例えば、アルカンチオール又はジスルフィド結合
剤）に用いるのに適しており、他方、例えば酸化シリコン又は酸化チタンのよう
な酸化物は、例えばシランを主成分とする結合剤のような結合剤に用いるのに適
している。結合剤を用いると、例えば捕捉剤のような実体をピラーに結合するこ
とができる。
【００４２】 例示として挙げると、第１の層２６は、付着性金属、例えばチタンから成るの
がよく、厚さが約５ナノメートル以下であるのがよい。第２の層２９は、貴金属
、例えば金から成るのがよく。厚さが約１００〜約２００ナノメートルであるの
がよい。別の実施形態では、第１の層２６は、酸化物、例えば酸化シリコン又は
酸化チタンから成ってもよく、他方第２の層２９は、金属（例えば貴金属）、例
えば金又は銀から成ってもよい。図２（ｂ）に示す例は、ピラー２０（ａ），２
０（ｂ）の頂面１９（ａ），１９（ｂ）上に２つの材料層を示しているが、頂面
１９（ａ），１９（ｂ）は、これらの上に３以上又は２よりも少ない数の層（例
えば、１つの層）を有していてもよい。さらに、第１の層２６及び第２の層２９
を特定の材料から成るものとして説明したが、第１の層２６及び第２の層２９は
、材料の任意適当な組合せを有していてもよい。
【００４３】 任意適当な方法を用いてピラー上に層を被着させることができる。例えば、上
述の層を、種々の方法、例えば、電子ビーム又は熱ビーム蒸発法、化学的気相成
長法、又はスパッタリング、又は当該技術分野で知られている任意他の適当な方
法で被着することができる。
【００４４】 本発明の実施形態では、アフィニティ（親和性）構造体が、単独で又は他の層
と組み合わせた状態でピラー上に位置するのがよい。例えば、アフィニティ構造
体は、ピラー上の酸化物又は金属層上に位置してもよく、或いは、介在層を設け
ないでピラー上に位置してもよい。好ましくは、アフィニティ構造体は、有機材
料から成る。或る実施形態では、アフィニティ構造体は、特定の分析物（例えば
、タンパク質）に結合可能な分子を含む単一の層から成るのがよい。例えば、ア
フィニティ構造体は、ピラー上の例えば金属又は酸化物層の表面に結合された捕
捉剤の単一の層から成るのがよい。捕捉剤は例えば、抗体、抗体フラグメント、
ポリペプチド、レセプタ、ＤＮＡ鎖又はフラグメント、ＲＮＡ鎖又はフラグメン
ト、アプタマー（aptamer）等から成るのがよい。捕捉剤は、共有結合又は非共
有結合のメカニズムにより液状媒体中の成分に結合することができる。アフィニ
ティ構造体（及びアフィニティ構造体の種々の要素）を用いると、ピラーの頂面
（例えば、シリコン表面）とピラーの頂面に取り付けられたタンパク質との間隔
を増大させることができる。この間隔は、取り付けられたタンパク質が例えばサ
ンプル構造体の固体面に接触することにより非活性化状態になる恐れを減少させ
ることができる。
【００４５】 他の実施形態では、アフィニティ構造体は、有機薄膜、アフィニティタグ、ア
ダプタ分子及び捕捉剤を単独で、或いは任意適当な組合せで有することができる
。これらのうちの任意のものを一緒に用いる場合、有機薄膜、アフィニティタグ
、アダプタ分子及び捕捉剤をアフィニティ構造体中の２又は３以上の副層（subl
ayer）の状態で、存在するのがよい。例えば、アフィニティ構造体は、それぞれ
が有機薄膜、アフィニティタグ及びアダプタ分子から成る３つの副層を有するの
がよい。
【００４６】 有機薄膜、アフィニティタグ及びアダプタ分子は、任意適当な特性を有するも
のであってよい。「有機薄膜」は、通常は有機分子から成る薄い層であり、これ
は代表的には厚さが約２０ナノメートル以下である。好ましくは、有機薄膜は、
単層の形態である。「単層」は、厚さが１分子分の分子の層である。或る実施形
態では、単層中の単層を分子が結合されている表面に対して垂直に又は角度をな
して差し向けるのがよい。単層は、「カーペット」状の分子に似ている。単層中
の分子は、比較的密に充填されていて、単層上に位置するタンパク質が単層の下
に位置する層に接触しないようになっている。分子を単層中に互いに充填するこ
とにより、単層上のタンパク質が単層を通ってサンプル構造体の固体面に接触す
る恐れが減少する。「アフィニティタグ」は、例えばタンパク質のような成分を
直接又は間接的に不動化することができる機能的成分である。アフィニティタグ
としては、有機薄膜中の分子に付いた別の官能基と官能基を有するポリペプチド
が挙げられる。適当なアフィニティタグとしては、アビジン及びストレプトアビ
ジンが挙げられる。「アダプタ」は、アフィニティタグをピラーに直接又は間接
的に結合する実体であるのがよい。或る実施形態では、アダプタは、アフィニテ
ィタグと捕捉剤との間接又は直接的結合手段となるのがよい。変形例として又は
追加例として、アダプタはピラーとアフィニティタグ又は捕捉剤との間接又は直
接的リンクとなってもよい。捕捉剤は好ましくは、タンパク質を液体サンプルか
ら捕捉することができる。さらに別の実施形態では、アダプタは、ピラー又はピ
ラー上の層に直接結合することができ、そして液体サンプル中の成分、例えば分
析物に結合することができる。適当なアダプタの例はビオチンである。有機薄膜
、アフィニティタグ、アダプタ及び捕捉剤の他の例は、米国特許出願第０９／１
１５，４５５号、第０９／３５３，２１５号及び第０９／３５３，５５５号に記
載されており、これら米国特許出願の開示内容全体を本明細書の一部を形成する
ものとしてここに引用する。なお、これら米国特許出願は、本願の譲受人に譲渡
されている。これら米国特許出願は、本発明の実施形態ではピラー上に位置する
のがよい種々の層状構造体を記載している。
【００４７】 アフィニティタグの使用により幾つかの利点が得られる。例えば、アフィニテ
ィタグは、タンパク質の改善された結合又は反応特性を下に位置する有機薄膜に
与えることができる。例えば、タンパク質の安定性又は機能に悪影響を与えない
過酷な反応条件を必要としない方法でタンパク質を不動化することができる。
【００４８】 アフィニティ構造体及びこれらの副層を任意適当な方法を用いることにより形
成することができ、かかる方法としては、化学吸着、物理吸着又は化学選択的結
紮法が挙げられる。副層の材料は、共有結合又は非共有結合のメカニズムにより
、他の副層材料、ピラー又はピラー上の層に結合することができる。
【００４９】 ピラー上にアフィニティ構造体を有するチップ構造体の例が図３及び図４に示
されている。図３は、高位置サンプル表面を備えたサンプル構造体の断面図であ
る。サンプル構造体は、ピラー６０を有している。酸化物、例えば酸化シリコン
から成る中間層６１が、ピラー６０の頂面のところに位置している。中間層６１
は、コーティング層６２をピラー６０に結合するのに用いることができる。コー
ティング層６２は、別の酸化物、例えば酸化チタンから成るのがよい。アフィニ
ティ構造体６９が、コーティング層６２上に位置している。アフィニティ構造体
６９は、有機分子、例えばポリリジン又はポリエチレングリコールを有する単層
６４を含むのがよい。或る実施形態では、単層６４中の分子は、コーティング層
６２の表面に全体ほぼ垂直又はこれと角度をなす向きに配置された線状分子であ
る。単層６４中の有機分子は各々、分子の両端部を他の分子に結合できるように
する官能基を両端部に備えるのがよい。第１のアダプタ分子６５、例えばビオチ
ンを含む１組の分子と、アフィニティタグ６６、例えばアビジン又はストレプト
アビジンと、第２のアダプタ分子６７、例えばビオチンと、捕捉剤６８、例えば
抗体とが互いに結合されている。１組の分子は、単層６４に結合されている。こ
の例では、捕捉剤６８は、ピラー６０上に位置した液体サンプル中の分析物を受
け入れて捕捉するようになっている。説明を簡単にするために、図３には１組の
分子しか示されていない。しかしながら、本発明の実施形態では、単層６４上に
多くのかかる組をなす分子が存在してもよいことは理解されよう。
【００５０】 図３に示す実施形態は、多数の副層を有するアフィニティ構造体を有している
。本発明の他の実施形態で用いられるアフィニティ構造体は、これよりも多い数
又は少ない数の単層を有してもよい。例えば、図３は、これよりも少ない数の単
層を備えたアフィニティ構造体を有する別のサンプル構造体の断面図である。図
４に示す構造体は、ピラー７０を有している。例えば二酸化シリコンのような材
料を含む中間層７１が、ピラー７０の頂面上に位置している。例えば金属酸化物
（例えば、酸化チタン）を含むコーティング層７２が中間層７１上に位置するの
がよい。アフィニティ構造体７８が、コーティング層７２上に位置するのがよい
。アフィニティ構造体７８は、単層７３とアフィニティタグ７４とアダプタ分子
７５とを有するのがよい。アフィニティタグ７４は、単層７０上に位置するのが
よく、アダプタ分子７５を単層７３に結合することができる。アダプタ分子７５
は、分析物７６、例えばタンパク質をアフィニティタグ７４に結合することがで
きる。
【００５１】 アフィニティ構造体の成分は、サンプル表面をピラーの頂面から分離している
。上述のように、タンパク質が或る特定の固体表面に接触するとタンパク質は非
活性化する場合がある。アフィニティ構造体は、ピラーと捕捉すべき液体サンプ
ル中の任意の成分との間のバリヤ又は障壁として働くことができる。これにより
、ピラーの頂面はピラー上の液体サンプル中のタンパク質を非活性化する恐れが
減少する。例えば、図３及び図４に示すように、結合分析物７６及び結合捕捉剤
６８は恐らくは、固体表面（例えば、コーティング層６２，７２の表面）に接触
することはない。その結果、アフィニティ構造体６９，７８が存在していること
により、接触に弱い分子、例えばタンパク質が固体表面との接触によって悪影響
を受ける恐れが減少する。この恐れを一段と減少させるため、アフィニティ構造
体の材料は、タンパク質を非活性化させにくい物質を含むのがよい。
【００５２】 ピラーは、チップのベース上にアレイ状に存在するのがよい。ピラーのアレイ
の一例が図５に示されている。ピラーアレイは、規則的であってもよく、不規則
であってもよい。例えば、アレイは、ピラーの規則的なアレイを形成するピラー
の偶数番目の列を有するのがよい。アレイ中のピラーの密度は、様々であってよ
い。例えば、ピラーの密度は、１平方センチメートル当たり約２５個又はそれよ
り多い（例えば、１０，０００又は１００，０００／ｃｍ2又はそれより多い）
ピラーであるのがよい。チップは任意適当な数のピラーを有してもよいが、或る
実施形態では、チップ１個当たりのピラーの数は、１１以上、１０１以上又は１
，００１以上であるのがよい。ピラーのピッチ（即ち、隣り合うピラー相互間の
中心間距離）は、５００ミクロン以下（例えば、１５０ミクロン）であるのがよ
い。
【００５３】 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、幾つかのピラーの実施形態の断面図である。図
６（ａ）は、下に位置するベース２２に一体に形成されたピラー２４を示してい
る。かかる実施形態では、ベース２２は、ピラー２４と同一の材料から成るのが
よい。図６（ｂ）は、ベース２２上に位置したピラー２４を示している。ピラー
２４は例えば、多孔質材料、例えばヒドロゲル材料を含むのがよい。本発明の実
施形態では、ピラーの全て又は一部、或いは部分部分は、多孔性が同一あっても
よく異なっていてもよい（例えば、多孔度が同一又は異なっていてもよい）。例
えば、ピラー内の互いに異なる層は、多孔性であって互いに異なる性質を有する
のがよい。多孔質材料を用いることにより、液体サンプルは、多孔質材料中に入
り込むことができ、ピラー２４は、ピラー２４が非多孔質である場合に可能な場
合よりも多くの液体サンプルを保持することができる。その結果、横断面寸法が
同一の非多孔質ピラーよりも多孔質ピラー中により多くの液体サンプルが存在す
ることができる。液体サンプルが例えば蛍光材料を含む場合、非多孔質ピラーの
場合よりも多くの蛍光材料がピラーによって保持されることになろう。品質の高
い信号（例えば、強い信号）をピラーの頂面上に蛍光材料を備えるにすぎない非
多孔質ピラーと比較して、多孔質ピラー中の蛍光材料の量の増加の結果として生
じさせることができる。
【００５４】 他の適当なピラーの形状が、図６（ｃ）〜図６（ｋ）に示されている。図６（
ｉ）に示された実施形態は、ピラーの頂面のところに凹みを有している。この実
施形態では、サンプル表面は、ピラーの最も上に位置する部分の下に位置するの
がよい。
【００５５】 図６（ｊ）及び図６（ｋ）は、凹状部分を備えたピラーを示している。図６（
ｊ）に示す実施形態では、ピラー４１０，４２０はそれぞれ、２つの非凹状部分
４００，４０２を有し、一方の部分４００は、頂部の近くに位置し、もう一方の
部分４０２は底部の近くに位置している。この例では、各非凹状部分４００，４
０２の側面は、ピラーの頂面４０６に実質的に垂直である。凹状部分４０４は、
２つの非凹状部分４００と４０２との間に位置している。各ピラーは、凹状部分
４０４の起点及び終点である幾何学的形状の急変部分を有している。凹状部分４
００，４０２を、例えば反応性イオンエッチング法を用いて形成するのがよい。
図６（ｋ）は、ピラーの頂面で始まり、ピラーの底面で終端する凹状側面を備え
たピラーを示している。
【００５６】 凹状部分及び構造の急変部分を備えたピラーを用いることは有利である場合が
ある。例えば、凹状部分をピラーに設けることにより、隣り合うピラー相互間の
領域により多くの空き空間が得られる。例えば、図６（ｊ）を参照すると、隣り
合うピラー４１０と４２０との間の容積Ｖは、ピラー４１０，４２０のサンプル
表面から流れ出る場合のある液体サンプルを収容するのに使用できる。凹状部分
を備えたピラー４１０と４２０との間の容積Ｖは、実質的に互いに平行な側面を
有する隣り合うピラー間の容積Ｖよりも大きい（例えば、図６（ａ）に示すピラ
ーを比較参照されたい）。その結果、ピラーのサンプル表面から不用意に流れ出
る場合のある液体を収容する広い空間が得られる。さらに、図６（ｊ）に示すピ
ラー４１０の上方非凹状部分４００は、２つの構造的に異なる縁部Ｅ１，Ｅ２を
有している。以下に詳細に説明するように、構造的急変部分を備えたピラー（例
えば、図６（ｊ）に示す）を用いる場合、これら構造的急変部分は、協働的構造
の流体チャネルを備えたディスペンサと関連して用いられると２つの受動弁を形
成することができる。２つの受動弁は、液体サンプルがピラー４１０，４２０の
側部を流下するのを防止するのに役立つ。さらに、液体サンプルがピラー上のサ
ンプル表面から流れ出ると、ピラーの凹状表面は、液体サンプルが内方に流れて
隣のサンプル表面から遠ざかるようにする経路となることができる。これにより
、隣り合うサンプル表面相互間の潜在的な液体クロス汚染の恐れも減少する。
【００５７】 或る実施形態では、流体通路をチップのピラーに更に設けるのがよい。例えば
、図６（ｌ）は、ベース２９０上のピラー２９９を示している。流体通路２９４
が、ベース２９０とピラー２９９の両方を貫通して延びている。流体２９２、例
えばガスが、流体通路２９４を通ってピラー２９９上のサンプル表面に向かって
流れ、それによりサンプル表面から物質を除去することができる。対応関係にあ
るアパーチュアを備えたカバーチップ２９１を、ピラー２９９内の流体通路２９
４上に配置してアパーチュアがサンプル表面上に位置するようにするのがよい。
ガスは、流体通路２９４を通って流れてピラー２９９の上面上の処理済みサンプ
ル２９５を分析装置、例えば質量分析計に運ぶことができる。
【００５８】 図６（ｌ）に示すアセンブリの代表的な使用方法では、ディスペンサ（図示せ
ず）からの液体は、サンプルチップのピラー上のサンプル表面に接触することが
できる。液体は、ピラー上のサンプル表面上の物質を処理することができる。例
えば、液体は、サンプル表面上のタンパク質を処理する試薬から成るのがよい。
処理後、チップをディスペンサから分離し、カバーチップ２９１をピラー２９９
を備えたサンプルチップ上に配置する。カバーチップ２９１のアパーチュアは、
それぞれサンプル表面上に位置し、ガスは、ピラー２９９を通って延びる流体通
路２９４を通って流れる。ガスは、処理済みの物質をサンプル表面から除去し、
処理済みの物質をカバーチップ２９１のアパーチュアを通り、分析装置、例えば
質量分析計に運ぶ。
【００５９】 図６（ｌ）に示すサンプルチップは、他の方法で使用することができる。例え
ば、本発明の他の実施形態では、液体は、流体通路２９４を通って上方に流れて
もよく、そして、サンプルチップのサンプル表面上（即ち、ピラー上）に付着す
ることができる。さらに別の実施形態では、流体通路２９４を用いると、サンプ
ル表面のところの成分を水和状態に維持することができる。水和ガス又は液体（
例えば、水）は、流体通路２９４を通って流れてサンプル表面上の成分を水和状
態に保つことができる。例えば、サンプル表面上のタンパク質を水和状態に維持
することにより、タンパク質は変性しにくくなる。或る実施形態では、流体通路
２９４を例えば液体をサンプル表面に供給する液体リザーバとして働くのに役立
つピラーの副層多孔質領域に結合してもよい。
【００６０】 チップのピラーを任意適当な方法で且つ任意適当な材料を用いて製作すること
ができる。例えば、ピラーをチップのベース上に形成するのに、エンボス法、エ
ッチング法又は成形法を用いることができる。例えば、ピラーの頂面が形成され
るべき場所で、シリコン基材をフォトレジストを用いてパターニングすることが
できる。次に、エッチング法、例えば強反応性イオンエッチング法を行ってシリ
コン基材中に深いプロフィールをエッチングすると共に複数のピラーを形成する
ことができる。ピラーの側部プロフィールを変えるには、プロセスパラメータ、
例えば反応性イオンエッチング法で用いられるイオンエネルギを調整するのがよ
い。所望ならば、成形後のピラーの側面を、例えば疎水性材料のような材料で被
覆してもよく、他方ピラーの頂面をフォトレジストで被覆する。被覆後、フォト
レジストをピラーの頂面から除去するのがよい。ピラーを製作する方法は、半導
体分野及びＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）業界では周知で
ある。 II．アセンブリ 本発明の他の実施形態は、流体アセンブリに関する。本発明の実施形態の流体
アセンブリは、サンプルチップ及び１又は２以上の流体をチップのサンプル表面
上に小出しすることができるディスペンサを有するのがよい。或る実施形態では
、複数の液体をディスペンサ内の流体チャネルに供給することができる。互いに
異なる流体チャネルに供給される液体は、同一のものであってもよく、或いは異
なるものであってもよく、更に、かかる液体は、同一の成分を含有していてもよ
く、或いは異なる成分を含有していてもよい。例えば、それぞれの流体チャネル
内の液体の各々は、検定すべき種々の分析物を含むのがよい。それぞれの流体チ
ャネル内の液体は、サンプルチップのピラーに結合すべき互いに異なる捕捉剤を
含有してもよい。ディスペンサは、液体をサンプル表面に並行して提供すること
ができる。
【００６１】 アセンブリに用いられるチップは、上述のチップと同一のものであってもよい
し、或いは、これと異なるものであってよい。例えば、アセンブリ中のチップは
、高位置サンプル表面及びピラーを備えた構造体を有するのがよい。
【００６２】 ディスペンサは、任意適当な特性を有するのがよく、液体をサンプルチップ上
に小出しする際、ディスペンサをサンプルチップ上に配置することができる。液
体を小出しするのに圧力を液体に加えるのがよい。液体の流れを制御するため、
ディスペンサは、受動又は能動弁を有するのがよい。
【００６３】 液体能動弁は、当該技術分野において周知である。これら弁は、物理的パラメ
ータを能動的に変えることにより液体の流れ又は場所を制御する。幾つかの例は
次の通りであり、１）液体の場所を制御するのに用いることのできるポリマーの
親液性を熱又は光によって変えること、２）電位を用いて動電学的流れを誘起さ
せること、３）ＭＥＭＳ構造体を用いて流体チャネルを遮断し、又は開放するこ
とができるということ、４）チャネル内の磁性粒子又は特徴部分の運動が液体の
挙動に影響を及ぼすことができるということである。
【００６４】 或る実施形態では、ディスペンサは、流体チャネル１つ当たり少なくとも１つ
の受動弁を有する。好ましくは、ディスペンサは、複数のノズルを有する。複数
のノズルは、互いに異なる成分を含む互いに異なる液体をピラーの互いに異なる
サンプル表面に実質的に同時に提供することができる。例えば、アレイ状に配置
された１００個のサンプル表面がチップ上に設けられている場合、ディスペンサ
は、サンプル表面のアレイに類似したパターンに配列された１００個のサンプル
ノズルを有するのがよい。他の実施形態では、ディスペンサは、液体を互いに異
なるサンプル表面上に連続して提供する１又は２以上のノズルを有していてもよ
い。本発明の実施形態に使用できるディスペンサの例としては、リング−ピン形
ディスペンサ、マイクロピペット、毛管形ディスペンサ、インク−ジェット形デ
ィスペンサ、ヒドロゲルスタンパ、受動弁を備えたディスペンサが挙げられる。
或る実施形態では、ディスペンサは、複数の流体チャネルを備えたチップの形態
をしているのがよい。これら実施形態では、流体チャネルは各々、ディスペンサ
チップの底面で終端する端部を有するのがよい。ディスペンサ中の流体チャネル
の寸法形状は様々であってよい。例えば、ディスペンサ内の流体チャネルの断面
寸法は、約１．０〜約５００ミクロン（例えば、約１．０〜約１００ミクロン）
であるのがよい。
【００６５】 本発明の実施形態で用いられるディスペンサは、当該技術分野で知られた任意
他の方法を用いて製作することができる。例えば、ディスペンサは、例えば、３
Ｄ立体リソグラフィ、機械的穿孔、イオンエッチング、又は反応性イオンエッチ
ング法により製作することができる。
【００６６】 アセンブリの或る実施形態では、チップのサンプル構造体を、ディスペンサ内
の流体チャネルに嵌まり込むように協働的に構成するのがよい。サンプル構造体
及びこれらと対応関係にあるサンプル表面を流体チャネルと整列させるのがよい
。整列後、サンプル表面を流体チャネル内又は流体チャネルの端部のところに位
置決めするのがよい。すると、流体チャネル内の流体は、構造体のサンプル表面
に接触することができる。例えば、圧力（例えば、空気圧力、電気泳動力又は電
気湿潤力）を流体チャネル中の液体に加えて流体が流れて流体チャネル中のサン
プル表面に接触するようにするのがよい。他の実施形態では、サンプル表面と流
体チャネル内の液体との距離は、これらが互いに接触するまで減少することがで
きる。チップ及び（又は）ディスペンサは、互いに近づいてサンプル表面と流体
チャネル内の液体との間隔を減少させることができる。これら実施形態では、圧
力を流体チャネル内の液体に加えてもよいし、加えなくてもよい。
【００６７】 ディスペンサ内の流体チャネルは、互いに異なる相互作用、例えば反応又は結
合事象をそれぞれ封じ込めることができる反応室（又は、相互作用室）として働
くことができる。各サンプル表面及びこれと対応関係にある流体チャネルの壁は
、反応室を形成することができる。代表的なアセンブリでは、個々の反応室はそ
れぞれ、異なる事象（例えば、異なる反応又は結合事象）を封じ込めることがで
きる。他の実施形態では、互いに異なる反応室は、同一タイプの事象を封じ込め
ることができる。
【００６８】 例を挙げると、ディスペンサは、液体をチップ構造体のサンプル表面に提供す
ることができる。液体は、チップのサンプル表面に結合された分子と相互作用す
る分子を含んでもよいし、或いは、上記分子と相互作用しない分子を含んでもよ
い。第１に、サンプル表面を含むサンプル構造体を流体チャネルに整列させるの
がよい。整列後、サンプル表面を流体チャネル内に挿入してもよいし、或いは、
その近くに位置決めしてもよい。サンプル表面が流体チャネル内にあるとき又は
この近くにある状態で、ディスペンサの流体チャネル内の液体は、流れてサンプ
ル表面に接触する。これにより、サンプル表面に結合された分子と液体中の分子
は、ほぼ密閉環境内で互いに反応し又は相互作用することができる。かかる相互
作用又は反応は、ガス状環境、例えば空気へのサンプル表面上の液体サンプルの
暴露を最小に抑えた状態で起こることができる。その結果、液体サンプルは蒸発
する恐れが減少する。所定期間経過後、サンプル表面を流体チャネルから引っ込
めると共に（或いは）チップとディスペンサを互いに分離するのがよい。次に、
チップのサンプル表面を濯ぎ洗いするのがよい。反応又は相互作用の生成物は、
サンプルの表面上に位置したままであるのがよい。次に、サンプル表面のところ
の生成物を分析して、例えば反応が起こったかどうかを判定するのがよい。変形
例又は追加例として、サンプル表面上の生成物を更に処理してもよく、或いは、
チップから分離してサンプル表面の下流側に移して更に処理し又は分析してもよ
い。他の実施形態では、サンプル表面のところの生成物は、液体中の分析物を捕
捉するのに用いることのできる捕捉剤であってもよい。
【００６９】 本発明の実施形態を用いると、捕捉剤、分析物等を含む液体を液滴を形成しな
いでチップのサンプル表面に移送することができる。例えば、液体をディスペン
サからチップに移送する場合、液体をガス状媒体（例えば、空気）を通る必要は
ない。これにより、大きなＳ／Ｖ比で液体容積部の生成が最小に抑えられる。本
発明の実施形態では、少量の液体をチップに移送し、移送された液体中の成分の
変質（例えば、タンパク質の変性）を最小に抑えた状態でチップ上で処理するこ
とができる。
【００７０】 アセンブリの或る実施形態を図７乃至図９を参照して説明することができる。
図７は、ディスペンサ１１０を示し、図８はチップ１０５を示している。チップ
１０５は、ベース１０５ａ上に位置した複数のピラー１０１を有している。各ピ
ラー１０１は、サンプル頂面１０３及び側面１０４を有している。サンプル表面
１０３は、ベース１０５ａの非サンプル表面に対して高い位置に配置されている
。
【００７１】 ディスペンサ１１０は、本体１１１を有し、本体１１１内には、少なくとも１
つの流体チャネル１１２が形成されている。この例では、流体チャネル１１２は
実質的に鉛直である。上述のように、流体チャネル１１２は、化学的又は生物学
的反応又は相互作用を閉じ込めることができる反応室を構成することができる。
流体チャネル１１２の少なくとも一部をディスペンサ１１０の本体１１１によっ
て構成されるｘｙ平面に対してｚ方向に差し向けるのがよい。この例では、図７
に示す流体チャネル１１２は鉛直であり、本体１１１の上面のところで終端する
一端部及び本体１１１の底面のところで終端する他端部を有している。
【００７２】 ディスペンサの他の実施形態では、流体チャネル１１２は、水平方向部分及び
鉛直方向部分を有するのがよい。例えば、流体チャネルの一端部は、本体の上面
のところで始まり、本体の上面を水平方向に横切って延びるのがよい。本体上の
或る所定の箇所では、流体チャネルの向きは、水平方向の向きから鉛直方向の向
きに変わり、流体チャネルはディスペンサの本体の底面で終端している。さらに
、ディスペンサ内の流体チャネル１１２の数は、図７及び図８に示すアセンブリ
のピラー１０１の数に等しいものであるように図示されているが、流体チャネル
の数及びチップのピラーの数は、他の実施形態では異なっていてもよい。
【００７３】 流体チャネル１１２を構成する壁及びディスペンサ１１０の底面１１３を流体
チャネル１１２中の液体の挙動（例えば、湿潤）に影響を及ぼす種々の材料で被
覆するのがよい。例えば、流体チャネルの壁を、流体チャネルの壁と流体チャネ
ル内の液体との相互作用の度合いを増加させたり減少させたりする材料で被覆す
るのがよい。例えば、流体チャネル１１２を構成する壁を親水性材料で被覆する
のがよい。例えば、タンパク質は、これらが非親水性表面と接触する場合よりも
親水性表面と接触する場合に変性しにくい。
【００７４】 ディスペンサ１１０内の流体チャネル１１２を、ピラー１０１を受け入れるよ
う協働的に構成するのがよい。例えば、図８に示すように、チップ１０５のピラ
ー１０１をディスペンサ１１０の本体内の流体チャネル１１２内へ挿入可能であ
る。この点に関し、ディスペンサ１１０内の流体チャネル１１２の各々の軸方向
断面積は、ピラー１０１の軸方向断面積よりも大きいのがよい。ピラー１０１を
ディスペンサ１１０内の流体チャネル１１２中へ挿入すると、ピラー１０１のサ
ンプル表面１０３は、それぞれ対応関係にある流体チャネル１１２内に位置する
ことができる。流体チャネル１１２及びピラー１０１の頂面１０３で構成される
容積部は、反応が起こることができる反応室となる。
【００７５】 チップ１０５及びディスペンサ１１０はそれぞれ、これらを互いに整列させる
と共にピラーを流体チャネルに整列させることができる１又は２以上の整列即ち
位置合わせ部材を有するのがよい。位置合わせ部材は、位置合わせマーク又は位
置合わせ構造体であるのがよい。代表的な位置合わせ構造体は、例えば、ピン及
びこれと対応関係をなす穴であるのがよい。例えば、チップ１０５の縁部は、ピ
ラー１０１よりも長い１以上のピン（図示せず）を有するのがよい。これらピン
をディスペンサ１１０の縁部のところの対応関係をなす穴（図示せず）に挿入し
てチップ１０５とディスペンサ１１０を整列させ、その結果ピラー１０１を流体
チャネル１１２と整列させることができる。位置合わせ部材は、光学的、機械的
又は磁気的なものであってもよい。例えば、或る実施形態では、位置合わせ部材
は、チップとディスペンサを操作的に位置合わせしたときに、光を通過させるこ
とができる高アスペクト比の直線状チャネルであるのがよい。変形例として、磁
気領域を用いてこれにより、チップとディスペンサをいったん操作的に整列させ
ると、検出器内に信号を誘起させてもよい。
【００７６】 アセンブリの実施形態は、検定を実行するのに使用できる。例を挙げると、生
物学的分子、例えばタンパク質をピラー１０１の頂面１０３に結合させる。次に
、ピラー１０１をディスペンサ１１０の流体チャネル１１２に整列させると、互
いに異なる潜在的な候補薬剤を含む液体が互いに異なる鉛直方向流体チャネル１
１２を通ってピラー１０１のサンプル表面に至る。互いに異なる候補薬剤とタン
パク質の潜在的な相互作用又は反応が、ピラー１０１及び流体チャネル１１２に
よって形成されたこれら反応室内で起こる。反応又は相互作用が起こることがで
きるようにするのに所定長さの期間が経過するようにする。或る実施形態では、
この期間は、１分以上である。他の実施形態では、この経過期間は、３０秒以上
である場合がある。反応又は相互作用が生じた後、チップ１０５とディスペンサ
１１０を互いに分離するのがよい。チップ１０５をディスペンサ１１０から分離
したあと、別個独立の液体サンプルがチップ１０５の頂面１０３上に存在する場
合がある。次に、ピラー１０１のサンプル表面１０３を洗浄するのがよい。次に
サンプル表面１０３を分析して、潜在的な候補薬剤の何れが（もしあれば）ピラ
ー１０１の頂面１０３上のタンパク質に結合したかを判定することができる。候
補薬剤を同定するのを助けるため、候補薬剤は、サンプル表面１０３上に位置す
る前に、これらに結合された互いに異なる蛍光性タグを有するのがよい。
【００７７】 別の実施形態では、流体チャネル１１２は、ピラー１０１の頂面に結合される
捕捉剤を含む液体を有するのがよい。ピラー１０１を流体チャネル１１２内へ導
入し、それにより、流体チャネルの内壁と協働して小さな反応室を形成するのが
よく、それにより、液体中の分子に反応又は結合する機会を与える（例えば、ピ
ラー上にはっきりとした液体の付着物を残さないで）。変形例として、液体をピ
ラー１０１上に付着させてもよく、捕捉剤はピラー１０１の頂面１０３に結合す
ることができる。ディスペンサ１１０とチップ１０５を互いに分離してもよく、
すると頂面に結合された捕捉剤を用いて分析物を分析のために捕捉することがで
きる。
【００７８】 アセンブリは、１又は２以上の受動弁を含むのがよい。受動弁は、毛管又は微
小チャネルの特性が変わる、例えば、毛管又はチャネルの断面が急変すると生じ
る又は流体チャネルを構成する構造体の材料が急変すると生じる毛管圧力バリヤ
を用いて毛管の内部又はその端部のところの液体の流れを止める。受動弁は、Ｐ
．Ｆ．マン氏等著“Microfabricated Capillary-Driven Stop Valve and Sample
Injector”IEEE 11th Annual Int. MEMS Workshop, Santa Clara, California,
Sept. 1999, pp.45-50 及びＭ．Ｒ．マクニーリー氏等著“Hydrophobic Microf
luidics”SPIE Conf. on Microfluidic Devices and Systems II, Santa Clara,
California, Sept. 1999, vol. 3877, pp.210-220 に記載されている。これら
刊行物の内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。受動弁は
、流体チャネルを物理的障害物で完全に閉鎖する能動弁とは異なっている。
【００７９】 受動弁付きのアセンブリをどのように用いるかについての例において、チップ
の構造体をディスペンサ内のそれぞれ対応関係にある流体チャネル中に挿入する
のがよい。各流体チャネルは、１、２、３又は４以上の受動弁を有するのがよい
。例えば、各流体チャネルは、流体チャネルの幾何学的形状の構造的急変部分に
よって形成される受動弁を有するのがよい。例えば、流体チャネルの壁は、段付
き構造体を形成するのがよい。液体が所定の圧力で段付き構造体に遭遇すると、
液体の流れが止まる。
【００８０】 サンプル表面を含む構造体が流体チャネル内にあるとき、又はこれらの端部の
ところに配置されているとき、受動弁を形成することもできる。例えば、ピラー
を流体チャネル内に挿入して流体チャネル内に位置するピラーの側面とピラーの
周りの流体チャネル壁との間に空間が生じるようにしてもよい。ピラーが位置す
る流体チャネルの部分は、環状の形態をしているのがよい。液体がピラーに向か
って流れると、流体チャネルの幾何学的形状は、円筒形の形状から環状の形状に
変わる。所定の圧力状態では、液体は、この幾何学的形状変化部のところで流れ
が止まる。液体がこの幾何学的形状変化部を越えて流れるようにするには追加の
圧力が必要である。差圧を及ぼして流体チャネル内での各々を越える流体の流れ
が開始するようにするのがよい。例えば、２つの互いに異なる圧力レベルを流体
チャネル内の流体に及ぼして液体が２つの互いに異なる受動弁を越えて流れるよ
うにするのがよい。
【００８１】 １又は２以上の受動弁を用いるディスペンサを備えたアセンブリの特定の一例
では、ピラーを有するチップが、複数の流体チャネルを有するディスペンサと共
に用いられる。ピラーを流体チャネルに挿入しチップをディスペンサに接触させ
る。挿入の前後において、第１の圧力を流体チャネル内の流体に及ぼして流体サ
ンプルを押して第１の受動弁に至らせるが、実質的にはこれを越えないようにす
る。次に、第２の圧力を流体サンプルに及ぼし、流体サンプルを第１の受動弁の
先へ押しやって液体がピラーと接触するようにする。流体サンプルは、ピラー及
びチャネル壁によって構成されている第２の受動弁を越えることはない。流体チ
ャネル内の液体がサンプル表面に接触した後、液体に加えられている圧力を減少
させる。次に、ディスペンサとチップを互いに分離してサンプル表面を流体チャ
ネル内の液体の大部分から分離する。この段階の際、ピラーを流体チャネルから
引き出し、流体サンプルがサンプル表面上に位置したままになるのがよい。ピラ
ーを流体チャネルから引き出すことにより、サンプル表面のところで起こってい
るかもしれない任意の事象を停止させる。変形例として、ピラーを流体チャネル
から引き出した後、反応が依然として起こる場合があり、反応は、洗浄段階を行
った後にその停止が可能である。液体サンプルをサンプル表面に移送した後、例
えば蒸発及び気液界面の生成のようなプロセスは液体サンプル中の付着成分に対
する悪影響がほとんどないか、或いは全くないであろう。サンプル表面上の残留
溶剤又は物質を濯いで落とし、サンプル表面上に後に所望の成分が残るようにす
ることができる。
【００８２】 他の実施形態では、構造体をそれぞれ対応関係にある流体チャネル内の液体と
接触するまで流体チャネルに挿入するのがよい。これらの実施形態では、流体チ
ャネル内の流体を構造体のサンプル表面に接触させるのに流体チャネル内の流体
に追加の圧力を及ぼす必要はない。
【００８３】 本発明の実施形態のディスペンサは、多くの利点を有している。例えば、従来
のリング−ピン形ディスペンサとは異なり、本発明の実施形態は多くの数の液体
をサンプル表面に並行して送り出すことができる。例えば、本発明の実施形態で
は、１０，０００以上の流体チャネルを用いて１０，０００個の液体サンプルを
小出しすることができる。比較すると、従来型リング−ピン形ディスペンサは、
アセンブリ１つ当たり約３０のリング−ピンを有しているに過ぎない。また、サ
ンプル表面に潜在的に物理的に接触し、かくしてディスペンサ及びサンプル表面
を潜在的に損傷させる場合のある毛管ピン形ディスペンサとは異なり、上述のタ
イプのディスペンサの実施形態の多くは、サンプル表面には接触しない。さらに
、多くの従来型ディスペンサとは異なり、本発明のアセンブリ実施形態は、気液
界面を形成する恐れを減少させることができる。というのは、液体をディスペン
サからチップに移送するときに液滴が形成されないからである。液滴の量が小さ
いと、液滴のＳ／Ｖ比が大きくなり、その結果、サンプル表面に移送される液体
中の分子と液滴の気液界面の問題を引き起こす相互干渉が生じる。本発明の実施
形態では、液滴を形成する必要はなく、かくして、高いＳ／Ｖ比を持つ気液界面
を備えた液体サンプルの生成が最小に抑えられる。
【００８４】 受動弁を用いるアセンブリの特定の例を図１０乃至図１４を参照して説明する
。図１０及び図１１を参照すると、液体２７０が、ディスペンサ１１８内の流体
チャネル１１２内に存在している。第１のディスペンサ部分１２０（ａ）は、親
水性材料から成るのがよく、第２のディスペンサ部分１２０（ｂ）は、疎水性材
料から成るのがよい。次に、流体チャネル１１２をチップ１００のベース１０５
ａ上のピラー１０１に整列させ、ピラー１０１を流体チャネル１１２に挿入する
。図１１に示すように、ディスペンサ１１０及びチップ１００は、ピラー１０１
を流体チャネル１１２に挿入すると互いに接触する。流体チャネル１１２へのピ
ラー１０１の挿入の前後において、第１の圧力を液体２７０に及ぼす。第１の圧
力は、大気圧よりも大きいのがよい。液体２７０は、流体チャネル１１２内に形
成されている第１の受動弁１１４まで流れるが、これを越えることはない。受動
弁１１４は、流体チャネル１１２の断面領域中の急変部分で形成されたものであ
るのがよい。変形例又は追加例として、受動弁１１４を、流体チャネルの壁の材
料（例えば、親水性又は疎水性）の急変部分で形成してもよい。受動弁１１４の
とる特定の形態とは無関係に、受動弁１１４は、液体２７０がＰ１で流体チャネ
ル１１２から流れ出るのを阻止する。
【００８５】 図１２を参照すると、ピラー１０１を流体チャネル１１２に挿入した後、圧力
Ｐ２を液体２７０に加えるのがよい。圧力Ｐ２は、圧力Ｐ１よりも大きいのがよ
い。加えた圧力Ｐ２により、液体２７０は、第１の受動弁１１４を越えて流れ、
ピラー１０１の頂面１０３のところの材料に達し、そしてピラー１０１の頂面１
０３及び流体チャネル１１２の周囲の壁によって構成された第２の受動弁１１５
に至る。
【００８６】 図１３を参照すると、幾何学的形状の急変部は、ピラー１０１の頂面１０３の
近くで流体チャネル領域１０９のところに生じている。この例では、流体チャネ
ル１１２のこの領域１０９は、ピラー１０１が設けられていることに起因して環
状の形状になっている。液体２７０は、ピラー１０１の頂面１０３上の物質と反
応を起こす。変形例として、液体２７０及び液体２７０中の成分は、単にピラー
１０１の頂面１０３上に付着してもよい。
【００８７】 液体２７０がピラー１０１の頂面１０３上に位置した後、液体２７０の大部分
をピラー１０１から離すのがよい。例えば、図１４を参照すると、圧力Ｐ２より
も低い圧力（例えば、大気圧よりも低い圧力）を液体２７０に加えて液体２７０
の大部分が、その１部をピラー１０１上に残したままで上方に流れるようにする
。他の実施形態では、チップ１０５とディスペンサ１１０を互いに分離して液体
２７０の大部分をピラー１０１上に付着された液体から分離してもよい。ピラー
１０１を流体チャネル１１２から引き出して、液体２７０の大部分を分離したデ
ィスペンサ１１０の流体チャネル１１２内に保持するのがよい。或る実施形態で
は、ピラー１０１を流体チャネル１１２から分離することにより、液体とピラー
１０１の頂面のところの物質との相互作用が停止する場合がある。これらの実施
形態では、流体２７０の大部分をピラー１０１から分離するのに圧力Ｐ２よりも
低い圧力を必要としない。ディスペンサ１１０をチップから分離した後、ピラー
１０１の頂面を別の液体で濯ぎ洗いし、又は流し去るのがよい。濯ぎ洗い又は流
し去り段階は、チップ１０５とディスペンサ１１０の先の分離が起こっている相
互作用を停止させない場合、液体とピラー１０１の頂面のところの物質との相互
作用を停止させることができる。
【００８８】 図１５は、受動弁を備えたディスペンサを有するアセンブリの実施形態を示し
ている。ディスペンサ１１０は、第１のチャネル部分１１２ａが第２のチャネル
部分１１２ｂと連通した流体チャネル１１２を有している。第１のチャネル部分
１１２ａは、第２のチャネル部分１１２ｂよりも幅が広い。この例では、第１の
チャネル部分１１２ａと第２のチャネル部分１１２ｂの両方は、第１のチャネル
部分１１２ａと第２のチャネル部分１１２ｂとの間に絞り部を形成する肩部１１
３で終端している。この絞り部（又は、液体２７０の流れを阻止する阻止手段）
は、受動弁１１４として機能する。チャネル１１２の内壁は、疎水性表面２３０
を有するのがよい。ピラー１０１の頂面１０３は、親水性表面２３４であるのが
よい。
【００８９】 図１５に示す実施形態では、液体２７０を、図１０〜図１４を参照して説明し
た方法と同一又は異なる方法でピラー１０１に付着させることができる。例えば
、ピラー１０１をディスペンサ１１０の流体チャネル１１２の端部（即ち、流体
チャネルの端部のちょうどのところ又は流体チャネルの端部のすぐ外側）に挿入
し又はその端部に位置決めしてもよい。ディスペンサ１１０は、液体をピラー１
０１上に付着させる工程の実施中、チップ１０５に接触してもよいし、或いはこ
れに接触しなくてもよい。液体２７０の流れを第１の受動弁のところで停止させ
たとき、液体２７０は圧力Ｐ1の状態にあるのがよい。次に、第１の圧力Ｐ1より
も大きな第２の圧力Ｐ2を液体２７０に加え、液体２７０が流体チャネル１１２
内に位置するピラー１０１の親水性表面２３４に接触するまで第１の受動弁１１
４を通して液体２７０をこの先へ押しやる。ピラー１０１の上方部分及びその周
りの流体チャネル１１２は、第２の受動弁を形成する第２の絞り部を形成するの
がよい。変形例として、ピラー１０１の頂面１０３の親水性表面２３４は、第２
のチャネル部分１１２ｂの壁及びピラー１０１の側部１０４の疎水性表面２３０
と組み合わさって第２の受動弁として機能する。両方の場合において、流体２７
０の流れは、ピラー１０１の上面のところで停止する。チップのベース１０５ａ
の頂面も又、疎水性表面２３０であるのがよい。ディスペンサ１１０の底面も又
、疎水性表面２３０であるのがよい。
【００９０】 親水性表面２３４を、任意適当な方法で作ることができ、かかる親水性表面は
任意適当な材料から成ってよい。例えば、酸化シリコン（例えば、ＳｉＯ2）及
び親水基（たとえば、ＯＨ又はＣＯＯＨ）を末端基とする。ポリマーを用いて親
水性表面２３４を形成することができる。ピラー１０１の頂部上の親水性表面２
３４を、米国特許出願第０９／１１５，３９７号に開示されている方法に従って
作ることができ、かかる米国特許出願は、本発明と同一譲受人に譲渡されており
、かかる米国特許出願の開示内容の全体を本明細書の一部を形成するものとして
ここに引用する。
【００９１】 図１６は、別のアセンブリの実施形態を示している。この実施形態は、図１５
に示す実施形態と類似している。しかしながら、この例では、第２のチャネル部
分１１２ｂは第１のチャネル部分１１２ａの頂部に位置し、液体２７０は、第１
のチャネル部分１１２ａに入る前に第２のチャネル部分１１２ｂを通って流れる
。この例におけるチャネル１１２の壁は、親水性表面２３４を有している。第１
の圧力Ｐ1を液体２７０に加えて、液体２７０を第２のチャネル部分１１２ｂの
中を通して第１の受動弁２４０にまで押しやるが、これを越えないようにする。
図１６では、急に拡大した部分が第１の受動弁２４０を構成している。この急変
拡大部は、流体チャネル１１２の幅が急に増加した部分であり、これは肩部１１
３を構成する。次に、第１の圧力Ｐ1よりも高いのがよい第２の圧力Ｐ2を液体２
７０に加え、それにより液体２７０を第１の受動弁２４０からそれを越えるよう
に押して、ピラー１０１の親水性表面２３４に接触させる。液体２７０は、ピラ
ー１０１がチャネル１１２内に位置しているとき、ピラー１０１によって構成さ
れる絞り部に遭遇する。この絞り部は、第２の受動弁として機能することができ
る。変形例として又は追加例として、頂面１０３及び第１のチャネル部分１１２
ａの内壁の親水性表面２３４は、ピラー１０１の側部１０４の疎水性表面を含む
ピラーチップ１０５の疎水性表面２３０と組み合わさって、第２の受動弁として
機能することができる。絞り部により、液体２７０の流れが流体チャネル１１２
から出てピラーチップ１０５上に至るのが阻止される。
【００９２】 図１７（ａ）〜図１７（ｄ）は、凹状側面を有するピラーを備えたチップを含
むアセンブリ組立体の断面図である。液体サンプルをピラーのサンプル表面上に
付着させるのに用いることができる一連の段階を図１７（ａ）〜図１７（ｄ）を
参照して説明する。
【００９３】 図１７（ａ）は、チップのベース３２０上に位置するピラー３２２を示してい
る。ピラー３２２は、サンプル表面３２２（ａ）及び上側非凹状部分と下側非凹
状部分との間に位置する凹状部分３２２（ｂ）を含む側部を有している。第１の
縁部３２２（ｃ）及び第２の縁部３２２（ｄ）が、上側非凹状部分を構成してい
る。ディスペンサ３０１がチップの上に位置し、ディスペンサ３０１内に設けら
れた流体チャネル３４１が、ピラー３２２の上に位置した状態でこれと整列して
いる。液体３４０は、流体チャネル３４１内にあり、段付き構造体３０３が、ピ
ラー３２２へ液体３４０が流れるのを阻止する。段付き構造体３０３は、圧力Ｐ
１で液体の流れを止める第１の受動弁として機能することができる。
【００９４】 図１７（ｂ）は、液体３４０がピラー３２２のサンプル表面３２２（ａ）に接
触した状態を示している。この例では、圧力Ｐ２を液体３４０に加えて液体サン
プルがディスペンサ３０１の段付き構造体３０３を越えて流れるようにする。こ
の例では、圧力Ｐ２は、圧力Ｐ１よりも大きい。圧力Ｐ２では、液体３４０は、
これが上側非凹状部分の縁部表面３２２（ｃ），３２２（ｄ）に遭遇するまで流
れることができる。図１７（ｂ）に示すように、液体３４０の流れは、ピラーの
上縁部３２２（ｃ）で停止することができる。縁部３２２（ｃ）及び流体チャネ
ル３４１を構成する壁の一部は、液体３４０が圧力Ｐ２で縁部３２２（ｃ）を越
えて流れるのを阻止する第２の受動弁を形成することができる。
【００９５】 変形例として又は追加例として、図１７（ｃ）に示すように、液体３４０の流
れは圧力Ｐ３を液体３４０に加えると、ピラー３２２の上側非凹状部分の底縁部
３２２（ｄ）のところで停止することができる。縁部３２２（ｄ）及びその周り
の壁は、液体３４０は縁部３２２（ｄ）を越えて流れるのを阻止する第３の受動
弁を形成することができる。圧力Ｐ３は、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２よりも高いのが
よい。圧力が図１７（ｂ）及び図１７（ｃ）に示す例では液体３４０に加えられ
るが、他の実施形態では、液体３４０をピラー３２２のサンプル表面３２２（ａ
）に接触させるのにこれよりも高い圧力を液体３４０に加える必要はない。例え
ば、ピラー３２２及び（又は）ディスペンサ３０１はこれらが互いに接触するま
で互いに近づくことができる。したがって、或る実施形態では、サンプル表面及
び第１のチャネル内の液体は、追加の圧力を液体３４０に加えないで互いに接触
することができる。
【００９６】 有利には、図１７（ｂ）及び図１７（ｃ）に示すピラー３２２は、それが流体
チャネル内にあるときピラー３２２の上方部分の近くに２つの受動弁を形成する
ことができる。ピラー３２２の頂部のところで液体の流れを止めるために１つで
はなく２つの受動弁を設けることにより、相当多くの量の液体３４０がピラー３
２２の側部を流下しないようになる。ピラー３２２の側部を流下する液体３４０
の流れは一段と最小に抑えられ、液体サンプルが隣のサンプル表面に流れる恐れ
も又最小に抑えられる。これにより、互いに異なるサンプル表面上のサンプル相
互間のクロス汚染の恐れが一段と減少する。
【００９７】 図１７（ｄ）を参照すると、液体３４０がピラー３２２のサンプル表面３２２
（ａ）に接触した後、液体３４０の一部３２７は、サンプル表面３２２（ａ）上
に付着することができ、液体３４０の大部分は、サンプル表面から分離可能であ
る。これは、低い圧力を液体３４０に加えることにより達成できる。例えば、圧
力Ｐ２，Ｐ３よりも低いのがよい圧力Ｐ４を液体３４０に加えるのがよい。低い
圧力により、液体３４０は流体チャネル３４０内へ上方に流れる。変形例として
又は追加例として、ディスペンサ３０１とチップを互いに引き離すには、チップ
及び（又は）ディスペンサを互いに遠ざけるのがよい。液体サンプルの一部３２
６がサンプル表面に付着しない場合、これは隣のピラー３３３上の液体サンプル
３２７に流れないで、ピラー３２２の側部を流下することができる。かくして、
隣り合う表面上のサンプル相互間のクロス汚染が最小に抑えられる。
【００９８】 本発明の実施形態で用いられるディスペンサは、任意適当な形態をしていても
よい。例えば、図１８〜図２３は、種々のタイプのディスペンサの部分の断面図
である。図１８は、インクジェットに類似した液滴を小出しするノズルを示して
いる（微小液滴ディスペンサ）。図１９は、液体をピラー上に小出しする金属ピ
ンを示している。図２１及び図２３は、ネック８０１付きのディスペンサを示し
ている。ネック８０１は、流体チャネルの端部に相当し、サンプル表面上に位置
する液滴の外面を穴あけするのに使用できる。液体サンプルをディスペンサに設
けられたネックを通し、そして液滴の内部に送り込むことができる。これにより
、ディスペンサ内の液体と空気の接触が最小に抑えられる。ネック８０１は、デ
ィスペンサ内の隣り合う流体チャネル内の液体相互間のクロス汚染を最小に抑え
るバリヤとしても使用できる。
【００９９】 図１８、図１９及び図２３に示すように、或る実施形態では、ピラー３０６の
近くに位置したディスペンサの流体チャネルの部分は、ピラー３０６の断面領域
よりも小さいのがよく、したがってピラー３０６はディスペンサの流体チャネル
内に嵌まり込むことができないようになっている。しかしながら、図２２及びそ
れ以前の多くの図に示すように、ディスペンサの流体チャネルの部分は、ピラー
よりも広い断面領域を有するのがよく、したがってピラーは流体チャネルに着脱
自在に挿入できるようになる。
【０１００】 図２４及び図２５は、細長いピラー１３２を有するチップ１３１に用いられる
ディスペンサ１３０を示している。ディスペンサ１３０は、細長いピラー１３２
に係合し又はこれと協働する細長い（例えば、ｘ方向又はｙ方向）ディスペンサ
ノズル１３３を有している。細長いディスペンサノズル１３３は各々、隣り合う
ノズル１３３間のクロス汚染を防止するのに用いることができるネックを有して
いる。チャネル１３４は、チャネルを形成する壁１３５によってチップ１３１に
設けられている。チップ１３１の壁１３５は、これがチップ１３１上に位置して
いるとき、ディスペンサ１３０に接触してこれを支持することができる。
【０１０１】 図２６及び図２７は、特定タイプのディスペンサを備えたアセンブリを示して
いる。ディスペンサを、流体配送アダプタ装置１３０と称する。アダプタ装置１
４０は、流路１４４を介して流体チャネル１４３（壁１６０によって形成されて
いる）と連通する流体貯蔵ウェル１４２を有するのがよい。流体流路１４４は、
アダプタ装置１４０内で水平方向に延びている。チップ１５８上のピラー１６４
を、流体チャネル１４３を構成する底壁に設けられた穴１４５と整列させてこれ
に挿入することができる。ピラー１６４の上方領域は、ピラーの穴１４５から突
き出るのがよい。上述の実施形態の多くの場合と異なり、流体チャネル１４３を
通って流れる液体は、水平方向に流れることができ、そしてピラー１６４の頂面
に接触することができる。というのは、頂面が流路中の流体にさらされているか
らである。互いに異なる流体が、それぞれ互いに異なる貯蔵ウェル１４２から流
れることができる。これら互いに異なる流体は、互いに異なる流体チャネル１４
３を通って流れることができ、そしてピラーのサンプル頂面に接触することがで
きる。ピラー１６４のサンプル表面に接触した後、ピラー１６４の下流側に流れ
る液体は、流体出口１４１に流れることができる。本発明の実施形態を、マイク
ロフルイディクス（microfluidics）装置、例えば、「ラボ・オン・ア・チップ
（lab on a chip ）」型装置に用いることができる。
【０１０２】 さらに、ディスペンサ又は別の装置を、他の外部装置、例えば質量分析計と関
連して用いることができる。外部装置、例えばこれらの装置を用いると、サンプ
ル表面のところの反応又は相互作用を分析することができる。かかる外部装置は
サンプル表面の下流側に位置するのがよい。かかる外部装置を備えたアセンブリ
の使用法に関するそれ以上の説明は、ポール・ジェドゥルゼジェウスキー氏等に
より同日に米国非仮特許出願（発明の名称：Microfluidic Devices and Methods
）（代理人事件番号第０２０１４４−００１５１０）にある。かかる米国特許出
願の開示内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用し、かかる
米国特許出願は、本発明と同一の譲受人に譲渡されている。
【０１０３】 図２８は、「干渉防止アダプタ（anti-interference ）」１７２と呼ぶことが
できる別のタイプのディスペンサを示している。干渉防止アダプタ１７２は、ア
ダプタ１７２の底面のところに複数の穴１８０を有するのがよい。或る実施形態
では、干渉防止アダプタ１７２は、半透明であってもよく、透明であってもよい
。図２９に示すように、チップ１７０のピラー１７８を穴１８０に挿入するのが
よく、そしてチップ１７０に隣接して位置するのがよい。アダプタ１７２は、流
れ室の形態をした流体チャネル、流体入口１７４及び流体出口１７６を有するの
がよい。流体室は、チップ１７０のピラー１７８のサンプル頂面に接触する液体
を収容している。流れ室内の液体は、水平方向に流れ、複数のサンプル表面に実
質的に同時に接触する。フローセル（flow-cell）アダプタ１７２を用いること
により、分析物がある又は分析物の無い流体を迅速に多数のサンプル表面に導入
することができる。ピラー１７８の側部への分析物の非特定的な結合は、流体が
主としてピラー１７８の頂部領域に接触するので最小に抑えられる。ピラー１７
８のサンプル表面が流体に接触した後、干渉防止アダプタ１７２は、サンプル表
面上のサンプルの特性を検出しながらチップ１７０に隣接したままでいることが
できる。
【０１０４】 外部装置（図示せず）、例えば光学装置を用いると、室を通って流れる物質と
ピラー１７８の頂面上の物質の化学的反応を検出することができる。例えば、光
信号１８０をピラー１７８の表面上のサンプルに差し向けるのがよく、そして反
射信号を検出して反応がサンプル表面のところで起きているかどうかを判定する
ことができる。
【０１０５】 図３１（ａ）は、別のアセンブリ実施形態を示している。図３１（ａ）を参照
すると、この実施形態は、ベース１９２を備えたチップ１９１を有しており、こ
のベース１９２は、支持体１９６によって互いに分離されたトラフ１９８を有し
ている。多数のピラー１９０が、トラフ１９８の底面上に位置している。ピラー
１９０は各々、これを収納したトラフ１９８の深さＤに実質的に等しい高さを有
するのがよい。他の実施形態では、ピラーは、これらが収納されたトラフの深さ
Ｄよりも小さい高さを有するのがよい。カバー１９４が、チップ１９１のベース
１９２上に位置し、トラフ１９８は、ピラー１９０のサンプル表面に接触する流
体、例えば液体又はガスを収容するのがよい。この例では、２つのトラフが設け
られ、各トラフは互いに異なる流体を収容するのがよい。他の実施形態では、３
以上又は１つのトラフが設けられる。例えば、或る実施形態では、１トラフに２
５０（又はそれよりも多い）のピラーが設けられた６つ（又はそれよりも多い）
のトラフが設けられる。
【０１０６】 図３１（ｂ）は、図３１（ａ）に示すアセンブリ実施形態の平面図であり、ト
ラフ１９８を構成する側壁は、見ることができず、線で示されている。流体をト
ラフ１９８の第１の端部のところでカバー１９４に設けられた流体入口１９７（
ａ）を通って導入するのがよい。カバー１９４をディスペンサと考えることがで
きる。というのは、流体はピラー１９０のサンプル表面上に小出しされているか
らである。次に、流体は、トラフ１９８を通って反対側の端部に流れ、そしてカ
バー１９４の流体出口１９７（ｂ）から流出する。他の実施形態では、流体で入
口（又は）流体出口をベース１９２に設けてもよい。流体がトラフ１９８を通っ
て流れると、流体は、ピラー１９０のサンプル頂面及びこれらサンプル頂面のと
ころの物質に接触する。流体がピラー１９０のサンプル頂面に接触した後、サン
プル頂面を分析すると、相互作用又は反応が起きたかどうかを判定することがで
きる。分析は、カバー１９４をベース１９２に取り付けて、又は取り付けないで
実施できる。
【０１０７】 図３１（ａ）及び図３１（ｂ）に示す実施形態は、多くの利点を有している。
例えば、上述の実施形態のうちの幾つかとは異なり、チップ１９１上のピラー１
９０をディスペンサの穴に整列させる必要はない。流体を正確な位置合わせ又は
整列段階を実施しないでピラー１９０のサンプル頂面に導入することができる。
互いに異なる成分を含有した液体又はガスは、複数のサンプル表面に実施的に同
時に接触することができる。したがって、例えば検定のような手順を例えば図３
１（ａ）及び図３１（ｂ）に示す実施形態を用いて迅速に行うことができる。
【０１０８】 上述のディスペンサとサンプルチップの組合せのうちの任意のものを単一のプ
ロセスで一緒に利用することができる。例えば、例示の一実施形態では、受動弁
を有するディスペンサ（例えば、図１０〜図１７に示されている）を用いると、
互いに異なる捕捉剤をサンプルチップのピラーの頂面上に付着させることができ
る。捕捉剤をピラーの頂面に結合した後、例えば図２６〜図３０に示すディスペ
ンサを用いて分析物含有液体を小出ししてこれら液体がピラーの頂面に結合され
た捕捉剤に接触するようにするのがよい。
【０１０９】 本明細書で用いた用語及び表現は、説明のためであって限定するものではなく
、かかる用語及び表現の使用において、開示した特徴の均等例及びその一部を排
除するものではなく、種々の設計変更が、特許請求の範囲に記載された本発明の
範囲内で想到できると考えられる。さらに、本発明の範囲から逸脱しないで、本
発明の実施形態の任意の１以上の特徴を本発明の任意他の実施形態の任意の１以
上の他の特徴と組み合わせることができる。例えば、図２〜図６の具体的に説明
したサンプル構造体の実施形態を、本発明の範囲から逸脱することなく図８〜図
３１に示すアセンブリに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１（ａ）】 マイクロピペット及びマイクロウェルプレートの断面図である。
【図１（ｂ）】 マイクロピペット及びマイクロウェルプレートの断面図である。
【図２（ａ）】 ピラーを含むチップの断面図である。
【図２（ｂ）】 ピラーを含むチップの断面図である。
【図３】 アフィニティ（親和性）構造体を有するピラーの断面図である。
【図４】 アフィニティ構造体を有するピラーの断面図である。
【図５】 アレイ状に配置されたピラーの斜視図である。
【図６（ａ）】 ピラーの断面図である。
【図６（ｂ）】 ピラーの断面図である。
【図６（ｃ）】 チップのベース上に設けることができる一タイプのピラーの斜視図である。
【図６（ｄ）】 チップのベース上に設けることができる別のタイプのピラーの斜視図である。
【図６（ｅ）】 チップのベース上に設けることができる別のタイプのピラーの斜視図である。
【図６（ｆ）】 チップのベース上に設けることができる別のタイプのピラーの斜視図である。
【図６（ｇ）】 チップのベース上に設けることができる別のタイプのピラーの斜視図である。
【図６（ｈ）】 チップのベース上に設けることができる別のタイプのピラーの斜視図である。
【図６（ｉ）】 ピラーの断面図である。
【図６（ｊ）】 ピラーの断面図である。
【図６（ｋ）】 ピラーの断面図である。
【図６（ｌ）】 流体通路が貫通しているピラーを備えたチップの断面図である。
【図７】 ディスペンサの斜視図である。
【図８】 チップ実施形態の斜視図である。
【図９】 アセンブリ実施形態の斜視図である。
【図１０】 アセンブリ実施形態の断面図である。
【図１１】 アセンブリ実施形態の断面図である。
【図１２】 アセンブリ実施形態の断面図である。
【図１３】 ピラーのサンプル表面上の液体サンプルの拡大図である。
【図１４】 アセンブリ実施形態の断面図である。
【図１５】 アセンブリ実施形態の断面図である。
【図１６】 アセンブリ実施形態の断面図である。
【図１７（ａ）】 凹状側面を有するピラーが設けられたチップを有するアセンブリ実施形態の断
面図である。
【図１７（ｂ）】 凹状側面を有するピラーが設けられたチップを有するアセンブリ実施形態の断
面図である。
【図１７（ｃ）】 凹状側面を有するピラーが設けられたチップを有するアセンブリ実施形態の断
面図である。
【図１７（ｄ）】 凹状側面を有するピラーが設けられたチップを有するアセンブリ実施形態の断
面図である。
【図１８】 一形態のディスペンサの断面図である。
【図１９】 別の形態のディスペンサの断面図である。
【図２０】 別の形態のディスペンサの断面図である。
【図２１】 別の形態のディスペンサの断面図である。
【図２２】 別の形態のディスペンサの断面図である。
【図２３】 別の形態のディスペンサの断面図である。
【図２４】 アセンブリ実施形態の斜視図である。
【図２５】 図２４に示すアセンブリの実施形態の一部の切除斜視図である。
【図２６】 アセンブリ実施形態の分解図である。
【図２７】 図２６に示すアセンブリ実施形態の一部の切除部分斜視図である。
【図２８】 アセンブリ実施形態の分解図である。
【図２９】 図２８に示すアセンブリ実施形態の部分断面図である。
【図３０】 図２８に示すアセンブリ実施形態の部分断面図である。
【図３１（ａ）】 アセンブリ実施形態の断面図である。
【図３１（ｂ）】 図３１（ａ）に示すアセンブリ実施形態の平面図であり、トラフが単なる線で
示されている図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，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，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ワグナー ピーター アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94002 ベルモント ヴィレッジ コート 2211 アパートメント ＃７ (72)発明者 ノック ステファン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94062 レッドウッド シティー グレン ウッド アベニュー 3625 Ｆターム(参考） 2G058 AA09 CC00 ED19 GB10

Claims (63)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 チップであって、 ａ）非サンプル表面を有するベースと、 ｂ）少なくとも１つの構造体と、を有し、各構造体は、ピラーと、非サンプル
    表面に対して高い位置に配置され且つサンプルをディスペンサから受け取るよう
    になったサンプル表面と、を有していることを特徴とするチップ。
  2. 【請求項２】 複数の構造体を有していることを特徴とする請求項１記載の
    チップ。
  3. 【請求項３】 複数の構造体は、アレイとして配列されてことを特徴とする
    請求項２記載のチップ。
  4. 【請求項４】 チップは、シリコン、酸化シリコン、ポリマー材料又はガラ
    スのうち少なくとも１つから成ることを特徴とする請求項１記載のチップ。
  5. 【請求項５】 各構造体は、ピラー上に設けられた金属、金属酸化物、ポリ
    マー材料又は金を更に有していることを特徴とする請求項１記載のチップ。
  6. 【請求項６】 各構造体は、ピラー上に設けられたアフィニティ構造体から
    成ることを特徴とする請求項１記載のチップ。
  7. 【請求項７】 各構造体は、ピラー上に設けられた単層から成ることを特徴
    とする請求項１記載のチップ。
  8. 【請求項８】 サンプルを更に有し、サンプルは、液体サンプルであること
    を特徴とする請求項１記載のチップ。
  9. 【請求項９】 サンプルを更に有し、サンプルは、液体サンプルであり、液
    体サンプルは、サンプル表面と相互作用することを特徴とする請求項１記載のチ
    ップ。
  10. 【請求項１０】 各構造体の側部は、疎水性であることを特徴とする請求項
    １記載のチップ。
  11. 【請求項１１】 各構造体の側部は、親水性であることを特徴とする請求項
    １記載のチップ。
  12. 【請求項１２】 ピラーは、凹状部分を有していることを特徴とする請求項
    １記載のチップ。
  13. 【請求項１３】 ピラーのアスペクト比は、約０．２５以上であることを特
    徴とする請求項する記載のチップ。
  14. 【請求項１４】 ピラーを通って軸方向に延びる流体通路が設けられている
    ことを特徴とする請求項１記載のチップ。
  15. 【請求項１５】 ピラーの幅は、約１．０ｍｍ以下であることを特徴とする
    請求項１記載のチップ。
  16. 【請求項１６】 ベースは、壁及び底部によって構成されたトラフを更に有
    し、各構造体は、トラフの底部から延びていることを特徴とする請求項１記載の
    チップ。
  17. 【請求項１７】 ベースは、壁及び底部によって構成されたトラフを更に有
    し、各構造体は、トラフの底部から延びていて、トラフの深さよりも小さい又は
    これに等しい高さを有していることを特徴とする請求項する記載のチップ。
  18. 【請求項１８】 非サンプル表面は、サンプル表面とは異なる特性を有して
    いることを特徴とする請求項１記載のチップ。
  19. 【請求項１９】 非サンプル表面は、サンプル表面と同一の特性を有してい
    ることを特徴とする請求項１記載のチップ。
  20. 【請求項２０】 流体を処理するようになったアセンブリであって、 ａ）本体と、本体内に形成されており且つ流体を１又は２以上のサンプル表面
    に小出しするようになった少なくとも１つの流体チャネルと、を備えたディスペ
    ンサと、 ｂ）チップと、を有し、このチップは、（ｉ）非サンプル表面を有するベース
    と、（ｉｉ）少なくとも１つの構造体と、を有し、各構造体は、ピラーと、非サ
    ンプル表面に対して高い位置に配置され且つサンプルをディスペンサから受け取
    るようになったサンプル表面と、を有していることを特徴とするアセンブリ。
  21. 【請求項２１】 各流体チャネルは、チップの１又は２以上の構造体を受け
    入れるよう協働的に構成されていることを特徴とする請求項２０記載のアセンブ
    リ。
  22. 【請求項２２】 各流体チャネルは、受動弁を有していることを特徴とする
    請求項２０記載のアセンブリ。
  23. 【請求項２３】 各流体チャネルは、第１のチャネル部分及び第２のチャネ
    ル部分によって形成された受動弁を有し、第１のチャネル部分は、第２のチャネ
    ル部分よりも幅が広いことを特徴とする請求項２０記載のアセンブリ。
  24. 【請求項２４】 第１のチャネル部分は、第２のチャネル部分の上方に位置
    していることを特徴とする請求項２３記載のアセンブリ。
  25. 【請求項２５】 ディスペンサは、インクジェットタイプのディスペンサで
    あることを特徴とする請求項２０記載のアセンブリ。
  26. 【請求項２６】 少なくとも１つの流体チャネルは水平であり、チップの構
    造体は、少なくとも１つの流体チャネルを構成する底壁に設けられた穴に挿入可
    能であることを特徴とする請求項２０記載のアセンブリ。
  27. 【請求項２７】 ベースは、壁及び底部によって構成されたトラフを更に有
    し、各構造体は、トラフの底部から延びていて、トラフの深さよりも小さく又は
    これに等しい高さを有していることを特徴とする請求項２０記載のアセンブリ。
  28. 【請求項２８】 流体を処理する方法であって、 ａ）流体をディスペンサ内に設けられた流体チャネルに供給する段階と、 ｂ）流体をチップのベース上に設けられた１又は２以上の構造体に小出しする
    段階と、を有し、各構造体は、ピラーを有し、且つ、非サンプル表面に対して高
    い位置に配置されたサンプル表面を含むことを特徴とする方法。
  29. 【請求項２９】 ディスペンサは、複数の流体チャネルを有し、流体を供給
    する前記段階は、複数の液体を、ディスペンサ内の前記複数の液体と対応関係に
    ある複数の流体チャネルに供給する段階から成ることを特徴とする請求項２８記
    載の方法。
  30. 【請求項３０】 ディスペンサは、複数の流体チャネルを有し、流体を供給
    する前記段階は、互いに異なる成分を含有した複数の互いに異なる液体を、ディ
    スペンサの前記液体と対応関係にある複数の流体チャネルに供給する段階から成
    ることを特徴とする請求項２８記載の方法。
  31. 【請求項３１】 互いに異なる成分は、それぞれ互いに異なる分析物又は互
    いに異なる捕捉剤であることを特徴とする請求項３０記載の方法。
  32. 【請求項３２】 流体は、試薬から成ることを特徴とする請求項２８記載の
    方法。
  33. 【請求項３３】 ディスペンサは、複数の流体チャネルを有し、流体を供給
    する前記段階は、互いに異なる成分を含有した複数の互いに異なる液体を、ディ
    スペンサのそれぞれ対応関係にある複数の流体チャネルに供給する段階から成り
    、前記方法は、互いに異なる成分をサンプル表面に結合させる段階を更に有して
    いることを特徴とする請求項２８記載の方法。
  34. 【請求項３４】 ディスペンサは、複数の流体チャネルを有し、流体を供給
    する前記段階は、複数の液体をディスペンサ内のそれぞれ対応関係にある複数の
    流体チャネルに供給する段階から成り、前記方法は、前記小出し後、複数の液体
    サンプルをチップのサンプル表面上に付着させる段階を更に有していることを特
    徴とする請求項２８記載の方法。
  35. 【請求項３５】 ディスペンサは、複数の流体チャネルを有し、流体を供給
    する前記段階は、複数の液体をディスペンサ内の前記複数の液体と対応関係にあ
    る複数の流体チャネルに供給する段階から成り、前記小出し段階は、第１の圧力
    をディスペンサの流体チャネル内の複数の液体に及ぼして液体を流体チャネル内
    の第１の受動弁まで押しやる段階と、チップの１以上のサンプル表面を流体チャ
    ネル内又は流体チャネルの端部のところに配置し、ディスペンサをチップに係合
    させる段階と、前記第１の圧力よりも大きな第２の圧力を流体チャネル内の複数
    の液体に及ぼして液体を第１の受動弁の先へ押しやってサンプル表面に接触させ
    る段階と、前記第２の圧力よりも小さな第３の圧力を流体チャネル内の複数の液
    体に及ぼす段階とから成ることを特徴とする請求項２８記載の方法。
  36. 【請求項３６】 小出しは、液滴を生じさせないで行われることを特徴とす
    る請求項２８記載の方法。
  37. 【請求項３７】 流体を処理する方法であって、 ａ）複数の液体をディスペンサ内の流体チャネルにそれぞれ供給する段階を有
    し、流体チャネルは各々、受動弁を有し、各流体チャネル内の各液体の流れは、
    受動弁のところで止まり、 ｂ）更に、複数の構造体のサンプル表面を複数の流体チャネルに整列させる段
    階を有し、各構造体は、ピラーを有し、 ｃ）更に、サンプル表面が流体チャネル内に位置する状態又は流体チャネルの
    端部のところに位置決めされた状態で、サンプル表面と流体チャネル内の液体を
    接触させる段階を有していることを特徴とする方法。
  38. 【請求項３８】 前記方法は、圧力を流体チャネル内の液体に及ぼして液体
    を前記受動弁の先へ押しやる段階を更に有していることを特徴とする請求項３７
    記載の方法。
  39. 【請求項３９】 互いに異なる流体チャネル内の液体は、それぞれ互いに異
    なる捕捉剤を含有していることを特徴とする請求項３７記載の方法。
  40. 【請求項４０】 各ピラーのアスペクト比は、約０．２５以上であることを
    特徴とする請求項３７記載の方法。
  41. 【請求項４１】 構造体は、チップ内に存在し、前記方法は、段階ｄ）の実
    施後、サンプル表面が所定期間にわたって流体チャネル内又は流体チャネルの端
    部のところに位置することができるようにする段階と、チップとディスペンサを
    分離する段階とを更に有していることを特徴とする請求項３７記載の方法。
  42. 【請求項４２】 構造体は、チップ内に存在し、流体チャネル内の液体は、
    それぞれ互いに異なる成分を含有していることを特徴とする請求項３７記載の方
    法。
  43. 【請求項４３】 前記方法は、前記段階ａ）の実施前に、複数の捕捉剤をサ
    ンプル表面に結合させる段階を更に有していることを特徴とする請求項３７記載
    方法。
  44. 【請求項４４】 段階ｄ）の実施後にサンプル表面上のサンプルを分析する
    段階を更に有していることを特徴とする請求項３７記載の方法。
  45. 【請求項４５】 前記方法は、段階ｄ）の実施後、付着した液体サンプルを
    用いてサンプル表面上の物質を処理する段階と、サンプル表面とディスペンサを
    分離する段階と、複数の流体通路を有するカバーチップをサンプル表面上にこれ
    と整列した状態で配置する段階と、カバーチップの流体通路を通して処理済みの
    物質を分析装置に移送する段階とを更に有していることを特徴とする請求項３７
    記載の方法。
  46. 【請求項４６】 チップであって、 ａ）非サンプル表面を有するベースと、 ｂ）ベース上にアレイ状に配置された複数の構造体と、を有し、各構造体は、
    ピラーと、非サンプル表面に対して高い位置に配置されたサンプル表面と、を有
    し、サンプル表面は、サンプル表面上に位置している間に処理又は分析すべきサ
    ンプルをディスペンサから受け取るようになっていることを特徴とするチップ。
  47. 【請求項４７】 チップは、サンプル表面に結合された複数のタンパク質を
    更に有していることを特徴とする請求項４６記載のチップ。
  48. 【請求項４８】 チップは、サンプル表面上に位置した複数の液体サンプル
    を更に有していることを特徴とする請求項４６記載のチップ。
  49. 【請求項４９】 各構造体は、ピラー上に設けられたアフィニティ構造体か
    ら成ることを特徴とする請求項４６記載のチップ。
  50. 【請求項５０】 ピラー及びベースは、シリコンから成ることを特徴とする
    請求項４６記載のチップ。
  51. 【請求項５１】 各構造体の側部は、疎水性であることを特徴とする請求項
    ４６記載のチップ。
  52. 【請求項５２】 アセンブリであって、 ａ）チップを有し、チップは、ｉ）非サンプル表面を有するベースと、ｉｉ）
    ベース上にアレイ状に配置された複数の構造体と、を有し、各構造体は、ピラー
    と、非サンプル表面に対して高い位置に配置されたサンプル表面と、を有し、サ
    ンプル表面は、サンプル表面上に位置している間に処理又は分析すべきサンプル
    をディスペンサから受け取るようになっており、 ｂ）更に、複数の流体チャネルを有するディスペンサを有し、各流体チャネル
    は、受動弁を有していることを特徴とするアセンブリ。
  53. 【請求項５３】 各流体チャネルは、チップの構造体をディスペンサの流体
    チャネルに整列させると、２以上の受動弁を有することを特徴とする請求項５２
    記載のアセンブリ。
  54. 【請求項５４】 受動弁は、流体チャネルの幾何学的形状の急変部によって
    構成されていることを特徴とする請求項５２記載のアセンブリ。
  55. 【請求項５５】 流体チャネルを構成する壁の少なくとも一部は、疎水性で
    あることを特徴とする請求項５２記載のアセンブリ。
  56. 【請求項５６】 流体チャネルを構成する壁の少なくとも一部は、親水性で
    あることを特徴とする請求項５２記載のアセンブリ。
  57. 【請求項５７】 各ピラーのアスペクト比は、約０．２５以上であることを
    特徴とする請求項５２記載のアセンブリ。
  58. 【請求項５８】 各構造体は、ピラー上に設けられたアフィニティ構造体か
    ら成ることを特徴とする請求項５２記載のアセンブリ。
  59. 【請求項５９】 各構造体は、ピラー上に被着された金属層又は酸化物層を
    有することを特徴とする請求項５２記載のアセンブリ。
  60. 【請求項６０】 ピラーのアスペクト比は、約１以上であることを特徴とす
    る請求項５２記載のアセンブリ。
  61. 【請求項６１】 液体サンプルは、タンパク質を含むことを特徴とする請求
    項５２記載のアセンブリ。
  62. 【請求項６２】 ピラーは、シリコンから成ることを特徴とする請求項５２
    記載のアセンブリ。
  63. 【請求項６３】 ディスペンサは、半透明又は透明な材料から成ることを特
    徴とする請求項５２記載のアセンブリ。
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