JP2003530566A

JP2003530566A - 保護層を組み込んだミクロ流体装置及びシステム

Info

Publication number: JP2003530566A
Application number: JP2001574851A
Authority: JP
Inventors: ロバート・エス．・ダブロウ; コリン・ビー．・ケネディー; ロバート・ネーグル; デイヴィッド・チャザン; エルンスト・シー．・ダブリュー．・リー; クッシュルー・ガンディー; カルヴィン・ワイ．・エイチ．・チャウ
Original assignee: カリパー・テクノロジーズ・コープ．
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: AU2001251340A1; CA2406707A1; WO2001077641A1; EP1269141A4; EP1269141A1; JP5124054B2; JP5046412B2; JP2012211914A

Abstract

(57)【要約】本発明は、本体構造を有するミクロ流体装置（１００）を提供し、この本体構造は該構造中に配置された少なくとも第１の微小規模チャネル網（１１４）を含む。本体構造は、該構造内に配置された複数のポート（１０６）を有し、各ポートは第１チャネル網中の１つ以上のチャネルと流動自在に連絡している。本装置は、保護層（２００）も含み、この保護層は、保護層を貫通して配置された複数の開口（２０６）を含む。保護層（２００）は本体構造に嵌まり、これにより、各開口（２０６）が複数のポートの中の個別の１つと整列する。また本装置は、導電性被膜及び膜も適宜含む。更に本発明は、ミクロ流体装置（１００）中への組成物質の配送を制御する方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】関連出願の相互参照：３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９及び／又は§１２０並びに他の適用可能な法令又は
規則により、本出願は、２０００年４月６日提出のＵＳＳＮ０９／５４４，７１
１の利益と優先権を主張し、その開示文献を援用する。

【０００２】発明の背景：エレクトロニクスやコンピュータ産業の場合と同様、分析化学や生化学の機器
の傾向も小型化の方向に向かっている。化学及び生化学の分析において、例えば
ミクロ流体システムにおいて達成されるような小型化は、要求される試薬が非常
に少ないこと、早いスループット、容易な自動化、及び多くの場合における改善
されたデータを含めて多くの利点をもたらす。例として、米国特許第５，４９８，３９２号及び第５，５８７，１２８号は、
微小規模のフローシステム及び／又は反応チャンバーを含んだミクロ製造装置に
おける増幅反応の性能を記載する。このようなシステムは、増幅反応で使用され
る高価な試薬の必要性を実質的に低減する。また、これらの装置の小さい規模に
より、加熱源と装置内の試薬との間の熱移動が促進される。同様に、米国特許第５，６３７，４６９号は、結合アッセイにより試料中のア
ナライトを検出するために極度に小さな内部寸法を有する装置の使用を記載する
。これも、このような装置の小さな規模により、小さな試薬容積という観点から
の利点が与えられる。

【０００３】共有の公開国際出願ＷＯ９８／００２３１は、高スループットのスクリーニン
グアッセイの実行におけるミクロ流体装置及びシステムの使用を記載する。これ
も、これらのシステムにより、潜在的に非常に高価な試験化合物、例えば薬剤候
補、ライブラリ化合物などの必要な容積が低減される。分析システムの小型化により実現される多くの利点にも関わらず、このような
小型化は、ユーザーの取扱い、試薬の配送又は濾過、及びこのような装置とのシ
ステムインターフェースを含めて該装置の使用において困難をもたらし得る。従って、このような小さな規模の装置に関連した問題を伴うことなく、極度に
小さな容積及び寸法に関連した利点を得るミクロ流体装置を提供することが望ま
れる。本発明は、これら及び他の種々の要求を満たす。

【０００４】発明の概要：本発明の一般的な目的は、改善された材料取扱い特性を有するミクロフルイデ
ィックスの利点と製造コストの低減とを結合したミクロ流体方法及び装置を提供
することである。本発明は、このことを本体構造を有するミクロ流体装置を提供
することにより一面において達成する。この本体構造は、その中に配置された第
１微小規模チャネル網を含む。本体構造は、本体構造の第１表面に配置された複
数のポートを含む。各ポートは、第１チャネル網における１つ以上のチャネルと
流動自在に連絡している。本装置は、保護層も含み、これは保護層の第１表面内
で該表面を貫通して配置された複数の開口を有する。保護層の第１表面は、開口
がポートに対して整列してポートと流動自在に連絡するように、本体構造の第１
表面に嵌まって（ｆｉｔ）いる。また、本装置は、保護層の第１表面の少なくと
も一部と本体構造の第１表面との間に配置された膜も含み、膜が少なくとも１対
の整列した開口とポートとの間に配置されるようにする。本発明の好ましい実施
態様では、膜（例えば半透膜部など）が膜上に固定化された材料を含み、例えば
材料の凝集（例えば細胞、分子などの固まり）をふるい分けし及び／又は種々の
試薬を装置に配送する。

【０００５】別の面では、本発明は、第１微小規模チャネル網を本体構造内に配置した該本
体構造を備えたミクロ流体装置に関する。本体構造は、該構造の第１表面に配置
された複数のポートを含む。各ポートは、第１チャネル網における１つ以上のチ
ャネルと流動自在に連絡している。また、複数のポートの各々は、リムと内側表
面とを含み、このリムは、本体構造の第１表面内の各ポートの周囲に配置され、
複数のポートの少なくとも１つについてのリムの少なくとも一部及び内側表面は
導電性被膜を含む。特に、本発明における導電性被膜の使用は、ミクロ流体装置
間の相互汚染を最小にする。本装置は、保護層も含み、これは保護層の第１表面
内において該表面を貫通して配置された複数の開口を備える。保護層の第１表面
は、これらの開口が前記ポートに対して整列し且つ流動自在に連絡するように、
本体構造の第１表面に嵌められる。特定の実施態様では、本装置は、膜（例えば
半透膜部など）も含み、この膜は、該膜が少なくとも１対の整列した開口とポー
トとの間に配置されるように、保護層の第１表面の少なくとも一部と本体構造の
第１表面との間に配置される。これらの実施態様では、前記少なくとも１対の整
列した開口とポートとの間に配置された膜の少なくとも一部が、前記導電性被膜
に導電的に接続される。

【０００６】また、本発明は、第１微小規模チャネル網を内部に配置した本体構造を備えた
ミクロ流体装置を提供する。本体構造は、該構造の第１表面内に配置された複数
のポートを含み、各ポートは、第１チャネル網における１つ以上のチャネルと流
動自在に連絡している。本装置も保護層を含み、この保護層は第１表面から、対
向する第２表面まで延びた複数の開口を含む。これら複数の開口の各々は、保護
層の第２表面における各開口の周囲に配置されたリムと内側表面とを更に含む。
前記複数の開口の少なくとも１つについてのリムの少なくとも一部及び内側表面
は、導電性被膜を含む。また、本装置は、膜（例えば半透膜部など）も適宜含み
、この膜は、該膜が少なくとも１対の整列した開口とポートとの間に配置される
ように、保護層の第１表面の一部と本体構造の第１表面との間に配置される。別
の選択肢として、少なくとも１対の整列した開口とポートとの間に配置された膜
の少なくとも一部が、導電性被膜と導電的に接続される。

【０００７】また別の面では、本発明は、第１微小規模チャネル網を内部に配置した本体構
造を含むミクロ流体装置に関する。本体構造は、該本体構造の第１表面内に配置
された複数のポートを有する。この各ポートは、第１チャネル網における１つ以
上のチャネルと流動自在に連絡している。また、本装置は、保護層も含み、これ
は該保護層の第１表面内に該表面を貫通して配置された複数の開口を含む。保護
層の第１表面は、開口がポートと整列し且つポートと流動自在に連絡するように
、本体構造の第１表面に嵌められる。また、本装置は、複数のリングを含む。こ
れらリングの各々は、保護層と本体構造との間で前記複数の開口の少なくとも１
つの周囲に且つ前記複数の開口の１つ以上に対して整列した複数のポートの少な
くとも１つの周囲に配置される。適宜、複数のリングの少なくとも１つが、本体
構造、保護層又はその両方（即ち本体構造と保護層）に一体化される。

【０００８】特定の実施態様では、本装置は、膜（例えば半透膜部など）も含み、この膜は
、該膜が少なくとも１対の整列した開口とポートとの間に配置されるように、保
護層の第１表面の少なくとも一部と本体構造の第１表面との間に配置され、その
際、前記複数のリングの少なくとも１つについての少なくとも１つの表面の少な
くとも一部が前記膜を含む。また、一般に、本発明の装置の各ウエル（例えば整
列した各ポート、リング及び開口）は、開口（例えば環状隆起など）内、リング
内、又はポート内のウエルの周囲に配置されたリム及び内側表面を含む。少なく
とも１つのウエルについてのリムの少なくとも一部及び内側表面は、導電性被膜
を適宜含む。別の実施態様では、本装置は膜（例えば半透膜部）を更に含み、こ
の膜は、該膜が少なくとも１対の整列した開口とポートとの間に配置されるよう
に、保護層の第１表面の一部と本体構造の第１表面との間に配置される。別の選
択肢として、複数のリングの少なくとも１つの一表面における少なくとも一部は
、膜を含み、少なくとも１対の整列した開口とポートとの間に配置された膜の少
なくとも一部は、導電性被膜に導電的に接続される。一般に、本発明の装置の保護層は、第１表面に対向した第２表面を含み、開口
が第１表面から第２表面に延びている。一般に、保護層は、第２表面上に配置さ
れた複数の立ち上がり環状隆起を含む。環状隆起は、開口の各々を取り囲む。膜
（例えば半透膜部など）は、第２表面上の開口を取り囲む少なくとも１つの環状
隆起上に適宜配置される。

【０００９】幾つかの実施態様では、保護層が、本発明の装置における本体構造の第１表面
に接着又は締結される。また、一般に、保護層は、保護層の第１表面上で本体構
造を整列させるための第１整列構造を含む。保護層は、コントローラ／検出器装
置上の整列構造と相補的な第２整列構造を適宜含み、コントローラ／検出器装置
においてミクロ流体装置を整列する。また、本発明は、ミクロ流体装置中に配送される組成物を制御する方法も含み
、材料（例えば粒子、試薬など）を含んだ溶液を装置の１つ以上のウエル中に配
置された半透膜部を通して流す工程を含む。また、本方法は、材料を装置中に配
送する前に半透膜上に材料を固定化する工程を適宜含む。関連する面では、本発明は、本発明によるミクロ流体装置を含んだミクロ流体
システムを提供し、その際、該装置はミクロ流体装置を収容するよう構成された
コントローラ／検出器装置上に更に取り付けられる。コントローラ／検出器装置
は、光学検出システムと材料輸送システムとを含む。これら検出システムと輸送
システムは、本装置をコントローラ／検出器上に取り付ける際、ミクロ流体装置
と操作可能にインターフェースされる。

【００１０】発明の詳細な説明：Ｉ．一般一般に、本発明は、ミクロ流体装置及びシステムの非常に小規模の性質を利用
すると共に、このようなシステムに関連した潜在的な問題の幾つかを解消したミ
クロ流体装置及び方法を提供する。特に、本発明のミクロ流体装置及びシステム
は、例えば本装置の基本的な本体構造に重ね合わせて取り付けられるミクロ流体
装置の一部として更に保護層を含む。一般に、本発明の装置において用いられる
保護層は、該層を貫通して配置される幾つかの開口を含み、これらの開口は、リ
ザーバー（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）の一部に嵌まり及び／又はそれを形成し、及び
／又はミクロ流体装置のポートにアクセスする。これらの保護層は、ミクロ流体
装置の操作及び製造において幾つかの利点を与える。

【００１１】ここで用いられているように、一般に、用語「微小規模」、「ミクロ製造され
た」又は「ミクロ流体」は、１つ以上の流体通路、チャンバー又は導管を指し、
これらは５００μｍより短く一般に約０．１μｍ〜約５００μｍである少なくと
も１つの内側断面寸法（例えば深さ、幅、長さ、直径など）を有する。本発明の
装置では、微小規模のチャネル又はチャンバーは、好ましくは約０．１μｍ〜２
００μｍ、更に好ましくは約０．１μｍ〜１００μｍ、しばしば約０．１μｍ〜
２０μｍの少なくとも１つの断面寸法を有する。従って、本発明によるミクロ流
体装置又はシステムは、一般に少なくとも１つの微小規模チャネル、通常は少な
くとも２つの交差した微小規模チャネル、しばしば単一本体構造内に設けられた
３以上の交差チャネルを含む。チャネルの交差については、十字交差、「Ｔ」交
差、又は少なくとも２つのチャネルが流動自在に連絡するような幾つかの他の構
造を含めて、多くの形式が存在し得る。

【００１２】ここに記載のミクロ流体装置の本体構造は、本体構造が少なくとも１つのミク
ロ流体チャネル要素を内部に設けるという条件で種々の形状及び／又は構造を採
り得る。例えば、ある場合には本体構造は、管状構造、例えば上述した微小規模
範囲の内側直径を有する溶融シリカ又はポリマー毛細管のような毛細管構造を有
する。また、本体構造は、装置が使用される用途に依存して一様でない形状及び
／又は構造を取り入れることもできる。好ましい面では、ミクロ流体装置の本体
構造は、平面又は「チップ」構造を取り入れる。ある場合には単一ピースの本体構造（例えば毛細管）が使用できるけれども、
一般にここに記載の装置は、２つ以上の別々の層の集合を含む。この層の集合は
、適切に嵌められ又は共に連結されると、例えばここに記載のチャネル及び／又
はチャンバーを含んだ本発明のミクロ流体装置の本体構造を形成する。一般に、
ここに記載のミクロ流体装置は、頂部、底部及び内部からなり、この内部が装置
のチャネル及びチャンバーを実質的に形成する。

【００１３】図１は、平面の層構造を取り入れたミクロ流体装置の本体構造の一例を示す。
図示のように、本体構造１００は、少なくとも２つの層、即ち上層１０２と下層
１１０を含む。下層１１０の上面１１２は、溝及び／又はウエル１１４を含むよ
うに製造される。次に、上層１０２の下面１０４が、下層１１０の上面１１２に
嵌められ、それにより溝及び／又はチャネルが、集合本体構造の内部でチャネル
又は導管及びチャンバーを形成する。底部として種々の基板材料を使用できる。一般に、装置はミクロ製造されるの
で、公知のミクロ製造技術、例えばフォトリソグラフィ、湿式化学エッチング、
レーザーアブレーション、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、空気研磨技術、
射出成形、ＬＩＧＡ法、金属電鋳、型押及びその他の技術との適合性に基づいて
基板材料が選択される。また、一般に、ｐＨ、温度、塩濃度及び印加電場の極限
を含めてミクロ流体装置が曝され得る条件の全範囲との適合性を持たせるため、
適切な基板材料が選択される。したがって、幾つかの好適な態様では、基板材料
としては、例えばヒ化ガリウムなどのような他の基板材料だけでなく、例えばガ
ラス、石英、シリコン又はポリシリコンなどのようなシリカベースの基板など、
このようなミクロ製造技術が通常使用される半導体産業と通常関連した材料が挙
げられる。半導体材料の場合には、基板材料の上に絶縁被膜又は層（例えば酸化
ケイ素）を設けることがしばしば望まれ、特に装置又はその内容物に電場を印加
するような用途においても同様である。好ましい態様では、ミクロ製造が容易で
あるばかりでなく上述した条件に対し不活性なので、本体構造を製造するのに使
用される基板は、シリカベースであり、更に好ましくはガラス又は石英である。

【００１４】別の好ましい態様では、基板材料は、ポリマー材料、例えばポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン（登録
商標ＴＥＦＬＯＮ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリジメチルシロキサン（Ｐ
ＤＭＳ）、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン
、ポリエチレン、ポリ弗化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｉｎｅｆｌｕ
ｏｒｉｄｅ）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレンコポリマー）など
のようなプラスチックからなる。このようなポリマー材料は、上述したような利
用可能なミクロ製造技術を用いて、又はミクロ製造された原型から周知の成形技
術（例えば射出成形、型押又はスタンピング）を用いて、又は金型内のポリマー
前駆体材料を重合することにより容易に製造される（米国特許第５，５１２，１
３１号参照）。また、最も極端な反応条件に対する一般的な不活性だけでなく製
造の容易さ、低コスト及び処分可能性にとっても、このようなポリマー基板材料
が好ましい。また、これらのポリマー材料は、例えば、あらゆる目的のために全
体をここで援用する米国特許第５，８８５，４７０号に記載のように、ミクロ流
体システムにおける有用性を増すために（例えば流体の方向性を強めるために）
、処理された表面（例えば誘導体化又は塗布された表面）であってもよい。

【００１５】図示された実施態様では、本体構造１００の上層１０２が、該層を貫通して設
けられる複数のポート１０６を含む。これらのポートは、上層と下層とを嵌める
時に集合本体構造においてチャネル又は溝の特定地点（例えば終点）と連通する
ように位置決めされる。ポート１０６は、流体が装置のチャネルにアクセスする
ように機能し、特定の態様では本体構造内のチャネルへの電気的なアクセスをす
るように機能する。後で議論するように、適宜、本体構造の上層の上面上の複数
のポートの中の１つ以上の周りに（即ち取り囲んで）リングを成形する。また、
ポートの少なくとも一部は、例えばポート内に直接電極を配置することなく装置
内で適宜電気的接続を得るため、導電性被膜も適宜含む。導電性被膜の使用につ
いても後に説明する。多くの実施態様では、ミクロ流体装置は、装置の１つ以上のチャネル及び／又
はチャンバーを横切って設けられた光学的検出窓１１６を含む。一般に、光学的
検出窓は、該窓が上に設けられているチャネル／チャンバーからの光信号を通す
ことができるように透明である。光学的検出窓は、例えばこの層はガラス若しく
は石英又は透明なポリマー材料（例えばＰＭＭＡ、ポリカーボネートなど）であ
る場合、単に本体構造の透明層の一領域とすることができる。また、装置を製造
する際に不透明な基板を使用する場合、上記材料から製造された透明な検出窓を
装置内に別々に製造することもできる。

【００１６】ミクロ流体装置は、例えば薬剤の発見における高スループットのスクリーニン
グアッセイ、免疫学的検定、診断、遺伝子分析などの実施を含めて、種々の用途
において使用し得る。従って、ここに記載の装置は、複数の試料の並列又は直列
導入及び分析のために複数の試料導入ポート又はリザーバーをしばしば含む。ま
た、これらの装置は、複数の試料を分析用装置に順次に導入する試料導入ポート
（例えばピペット）に連結し得る。このような試料導入システムの例は、例えば
米国特許第６，０４６，０５６号及び第５，８８０，０７１号に記載されており
、その各々をあらゆる目的のためそれ自体ここで援用する。後述するように、本
発明は、膜を利用する方法及び装置も含み、この膜は、材料の凝集（例えば細胞
、試薬又は他の粒子の固まり）をふるい分けし、さもなければ試薬又は他の材料
を装置のポートに配送するものである。好ましい態様では、本発明のミクロ流体装置は、動電学的材料輸送システムを
使用して装置のチャネルを通して材料を方向付け且つ輸送する。ここで用いてい
るように、一般に「動電学的材料輸送」とは、材料に電場を印加することにより
、構造を含んだ交差チャネル及び／又はチャンバー内で材料を輸送及び方向付け
するためのシステム及び方法に関する。電場の印加により、チャネル及び／又は
チャンバーを通してそれらの間で材料を移動させる、即ち、陽イオンは負の電極
に向かって移動する一方、陰イオンは正の電極に向かって移動する。

【００１７】このような動電学的材料輸送及び方向付けシステムは、該構造に印加された電
場内での荷電種（ｃｈａｒｇｅｄｓｐｅｃｉｅｓ）の電気泳動の移動度に基づ
いたシステムを含む。特に、このようなシステムは、電気泳動材料輸送システム
と云う。その他の動電学的材料方向付け・輸送システムは、チャネル又はチャン
バー構造内での流体及び材料の電気浸透流のみに基づき、又はそれと上述の電気
泳動力とが組み合わされる。この電気浸透流は、このような構造を横切って電場
を印加することにより生じる。要するに、荷電官能基保持表面、例えばエッチン
グされたガラスチャネル又はガラスミクロ毛細管におけるヒドロキシル基を有す
るチャネル中に流体が入っているとき、それらの基はイオン化し得る。ヒドロキ
シル官能基の場合、例えば中性ｐＨでのこのイオン化により、陽子が表面から放
出して流体に入り、流体／表面の界面近くに陽子を集中させ、チャネル中のバル
ク流体を取り囲む正に荷電したシースを作る。チャネル長を横切って電圧勾配を
与えることにより、陽子シースが電圧降下の方向に、即ち負電極に向けて移動す
る。反対方向の流れは、電圧勾配を逆にすることによるか、又は正荷電イオン化
可能基保持チャネル、例えばアミノ基などを与えることにより達成される。

【００１８】ここで用いられる「制御された動電学的材料輸送及び方向付け」とは、上述し
たような動電学的システムをいい、これは複数（即ち２つ以上）の電極に印加さ
れる電圧のアクティブ制御を用いる。言い換えると、このような制御された動電
学的システムは、少なくとも２つの交差チャネルを横切って印加された電圧勾配
を付随して規制する。制御された動電学的材料輸送については、Ｒａｍｓｅｙの
公開ＰＣＴ出願ＷＯ９６／０４５４７に記載されており、あらゆる目的のため全
体をここで援用する。特に、ここに記載の好適なミクロ流体装置及びシステムは
、少なくとも２つの交差したチャネル又は流体導管、例えば相互連結された封入
チャンバーを含んだ本体構造を備え、これらのチャネルは少なくとも３つの交差
していない終点を含む。２つのチャネルの交差点とは、互いに流動自在となって
いる２以上のチャネル地点をいい、「Ｔ」交差、十字交差、複数チャネルの「荷
馬車の車輪（ｗａｇｏｎｗｈｅｅｌ）」交差、又は２以上のチャネルがこのよ
うに流動自在に連絡している他の任意のチャネルジオメトリを含む。チャネルの
非交差終点は、別のチャネルとのチャネル交差（例えば「Ｔ」交差）の結果とし
てではなく、チャネルが終端する地点である。好ましい態様では、装置は、少な
くとも４つの非交差終点を備えた少なくとも３つの交差チャネルを含む。単一の
水平チャネルが単一の垂直チャネルと十字に交差している基本的な十字チャネル
構造では、制御された動電学的材料輸送が作用して、交差点において他のチャネ
ルから強制流を与えることにより交差点を通る材料流を制御自在に方向付ける。
例えば、一つには垂直チャネルとの交差点を横切って例えば左から右に水平チャ
ネルを通って第１材料を輸送することが望ましいと仮定する。交差点を横切るこ
の材料の単純な動電学的材料流は、水平チャネルの長さを横切って電圧勾配を印
加すること、即ちこのチャネルの左の終点に第１電圧を印加し、それより低い第
２電圧をこのチャネルの右の終点に印加すること、又は右の終点をフロートにす
ること（電圧を印加しないこと）により実現される。しかしながら、交差点を通
るこの種の材料流により、交差点での対流効果だけでなく、使用媒質中で輸送さ
れている材料の自然の拡散特性の両方によって交差点において相当量の拡散が生
じる。

【００１９】制御された動電学的な材料輸送において、交差点を越えて輸送される材料は、
サイドチャネル、例えば頂部及び底部チャネルからの低レベルフローにより拘束
される。このことは、例えば垂直チャネルの頂部又は底部終点から右の終点に向
かう材料フローの経路に沿って僅かな電圧勾配を印加することにより達成される
。その結果は、交差点での材料フローの「締め付け（ｐｉｎｃｈｉｎｇ）」とな
り、これにより材料の垂直チャネル中への拡散が妨げられる。交差点において締
め付けられた容積の材料は、垂直チャネルの長さを横切って、即ち頂部終点から
底部終点まで電圧勾配を加えることにより垂直チャネル中に注入できる。この注
入中に水平チャネルから材料がブリードするのを避けるために、低レベルのフロ
ーをサイドチャネル中に戻して交差点からの材料の「引き戻し（ｐｕｌｌｂａ
ｃｋ）を生じさせる。

【００２０】締め付けられた注入構成に加え、制御された動電学的材料輸送が、機械的又は
移動する部分を含まない実質的なバルブを作るのに容易に利用される。特に、上
述の十字の交差点に関し、１つのチャネル区分からもう一方への（例えば水平チ
ャネルの左アームから右アームへの）材料のフローは、垂直チャネルから（例え
ば垂直チャネルの底部アームから頂部アームへの）制御されたフローにより効率
的に規制され、停止され、再開される。特に、「オフ」モードでは、左及び頂部
の終点を横切って電圧勾配を加えることにより、材料が左アームから交差点を通
って頂部アームに輸送される。この経路に沿って（底部終点から頂部終点に）同
様の電圧勾配を加えることにより、拘束されたフローが底部アームから頂部アー
ムに送られる。次に、計量した量の材料が、印加電圧勾配を左：頂部から左：右
に切り替えることにより、水平チャネルの左アームから右アーム中に分配される
。時間量と印加される電圧勾配が、このように分配される材料の量を指示する。

【００２１】特に好ましい面においては、動電学的な材料の輸送は、チャネルを通る材料の
移動を伝えるためにシステムのチャネルを通して適当な電流を加えることにより
制御される。動電学的な材料の輸送システムにおける電流制御の使用は、共有の
米国特許第５，８００，６９０号及び公開ＰＣＴ出願第９８／００７０７号に詳
細に記載されており、その両方をここで援用する。要するに、動電学的な材料輸
送システムにおいては、チャネルの交差点での相対的な電位は、それらの交差点
での材料の移動の方向及び速度を指示する。一般に、これらの電位の制御は、交
差点での所望の電位に基づいて印加される電圧、及び交差点と電圧を印加する電
極の間のチャネルの抵抗の計算に基づく。電流をモニターして制御することによ
り、交差点での電位が所望のレベルに維持され、印加される電圧は自動調節され
る。４ウエイ十字交差点に関して説明する目的で記載したが、これらの制御された
動電学的な材料輸送システムは、一層複雑な相互連結されたチャネル網（例えば
相互連結された平行チャネル）に対して容易に適用できる。後に議論するように
、動電学的な材料輸送システムは、電気通信を実現するため導電性被覆の使用も
適宜伴う。

【００２２】Ａ．リザーバー／ポートの物理的及び電気的隔離前述のように、ミクロ流体システムのデザイン及び製造においては、基本的な
目標は、全体のシステムを小型化することである。これは通常、容積を減少させ
るか、操作速度を上げるか、或いは特定の操作を増やす、例えば装置が占める同
一ユニット空間内に多数の操作を導入するために行われる。しかし、これらの目
標を達成する際、所定のミクロ流体システムの機能空間を効果的に規定するチャ
ネル網は非常に小さくなる。同一ユニット空間内に小さくなったチャネル網又は
一層複雑な網が導入される結果、これらのチャネル網へのアクセスポイント同士
、例えばリザーバー、電気的アクセスポート同士などもますます密集して来る。これらのアクセスポート同士が密集して来ると、実用上、或るポートを他のポ
ートから隔離することは一層困難になる。例えば流体をシステムのチャネル網に
導入するのにアクセスポートを用いた場合は、ポート同士が近接するか、ポート
が小さくなるのに従って、複数の流体容量を別々に異なるポートに導入するのは
ますます困難になる。これは手動で、例えばピペットを用いて液体を導入する場
合や、自動的方法、例えば液体取扱ロボットシステムを用いて液体を導入する場
合も真実である。

【００２３】同様な問題については、アクセスポート同士を密接に配置する程、これらのポ
ートを電気的に隔離するのはますます困難になる。これは、前述のようにチャネ
ル網中で材料の搬送に使用される電気的感知システム、例えば電流測定（ａｍｐ
ｅｒｏｍｅｔｒｉｃ）、電位差測定（ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃ）などの、
及び／又は動電的材料搬送のような、チャネル網に操作可能に結合した電気的シ
ステムを利用するミクロ流体システムにおいて特に重要である。特に、システム
のポートを電気的アクセスに使用する場合は、例えば装置表面に付着した液体、
ごみ又は油のため装置表面上で、２つ以上の接近した、又は少なくとも近接した
電極間で電流を橋渡しする、即ち「ショート」する可能性が増大する。

【００２４】本発明は一般に、隣接する電極間での流体及び／又は電気的リンクの形成を防
止するため、隣接するリザーバー間に効果的なバリヤーを与える保護層を有する
ミクロ流体装置を提供することにより、これらの問題に取り組むものである。こ
のバリヤーは適宜、各リザーバーの周囲に隆起、例えば環状リザーバーを囲む環
状隆起を有する。隆起は、１つのウエルからの液体の「溢れ（ｓｐｉｌｌ−ｏｖ
ｅｒ）」が、他の近接するウエルに入るのを防ぐ効果がある。同様に隆起は、電
気的に橋渡しする電流、例えば短絡回路が渡らなければならない長い通路長を効
果的に作る。通常、これらの隆起は、保護層の表面から少なくとも０．１ｍｍ、
好ましくは少なくとも１ｍｍであり、ある場合は、保護層の上表面から少なくと
も２ｍｍ又はそれ以上である。多くの場合、バリヤー、例えば隆起構造により付
与されるバリヤーは本体構造中のリザーバーだけで付与されるバリヤーよりも、
少なくとも１．５倍、好ましくは少なくとも２倍、多くの場合、少なくとも３〜
５倍、有効通路長を増大させる。共有の米国特許第５，８７６，６７５号には、ミクロ流体装置用の個別の又は
一体化した保持構造を使用することが記載されている。この特許は、あらゆる目
的のためここに全体を援用する。隣接するリザーバー間に効果的なバリヤーを提供する他、ある場合は、上表面
は隣接するリザーバーを物理的又は電気的に汚染する可能性がある該表面上の液
体の付着／凝集を防止する疎水性材料を含有する。このような場合、疎水性材料
、例えばポリマーは保護層の表面に塗布する。しかし、以下に更に詳細に説明す
るように、保護層自体は、疎水性ポリマー材料から製造する。

【００２５】Ｂ．リザーバーの容量能力の増大本発明のミクロ流体装置の保護層成分は、これら装置のリザーバーの容量能力
を増大させる潜在能力も提供する。特に保護層に配置した開口は、これらリザー
バーを延長することにより、装置の流体リザーバーの合計深さを増大することが
できる。多くのミクロ流体の用途では、液体容量は臨界的に制限されないが、例
えば蒸発による流体容量の実質的変化は、特定の操作に影響を与える。これは通
常、流体内の１種以上の溶質、例えば塩、酵素などの濃縮によるものである。リ
ザーバーの液体容量能力を増大させることにより、蒸発率を低下させ、流体の部
分的蒸発から生じるいかなる影響も実質的に和らげることができる。保護層に配置される開口は通常、本体構造中のリザーバーの深さに付け加える
。そうする場合、開口の深さは通常、少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも
２ｍｍ、多くの場合は少なくとも５ｍｍである。これは通常、装置全体のリザー
バー、例えば本体構造中のポートと保護層中の開口との組合せから、少なくとも
５μｌ、好ましくは少なくとも１０μｌ、更に好ましくは少なくとも２０μｌ、
多くの場合は少なくとも５０μｌ、ある場合は少なくとも１００μｌの容量を有
するリザーバーで生じる。いずれにしても、装置全体のリザーバーの容量は通常
、約１〜約２００μｌ、好ましくは約２〜１００μｌ、更に好ましくは約５〜約
１００μｌ、なお更に好ましくは約５〜５０μｌである。

【００２６】ＩＩ．保護層の製造ここで説明したミクロ流体装置の保護層面は一般に、多数の各種方法を用いて
多数の各種材料のいずれからも製造することができる。例えば前記装置のミクロ
流体エレメントの製造において説明した材料及び方法も保護層の製造に採用でき
る。これらの方法は効果的であるが、好ましい面では、保護層の製造に、更に従
来の製造技術が使用される。特に保護層は、本発明装置のミクロ流体エレメント
の許容差まで製造する必要はないので、一般に更に精度が低く、更に安価な又は
時間がかからない方法を用い、しかも更に安い材料から製造することができる。２つのガラス層から製造する積層ミクロ流体装置では、一つの層において例え
ば穿孔又は空気摩耗技術によりポート又はリザーバーを製造するには、かなりの
時間がかかる可能性がある。更にこのような製造に要する時間は、基板を厚くさ
せながら、非直線的、例えば指数関数的に増大する。逆に基板を薄くすると、リ
ザーバーの製造に要する時間は指数関数的に減少する。最終のミクロ流体装置中
のリザーバーの容量の一部は、適宜保護層エレメントによって供給されるので、
ミクロ流体装置の本体構造の製造に使用される基板層は、実質的に一層薄くする
ことができる。即ち、リザーバーの所望とする全容量は、基板の厚さの関数であ
る。その結果、本体構造中のリザーバーの製造に伴う時間及び費用は、実質的に
減少する。

【００２７】保護層は通常、多数の各種製造可能ないずれかのプラスチックから製造した射
出成形ポリマー又はプラスチック部品からなる。例えば保護層は通常、ミクロ流
体装置の本体構造用の前述のようないずれかのポリマー材料、例えばポリメチル
メタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン
（登録商標ＴＥＦＬＯＮ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリジメチルシロキサ
ン（ＰＤＭＳ）、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリメチルペンテン、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン、ポリ弗化ポリビニリデン、ＡＢＳなどから製造される。
代わりの面では、保護層は適宜、非ポリマー材料、例えばガラス、石英、シリコ
ンのようなシリカをベースとする基板や、セラミック又は金属から製造される。装置の本体構造に保護層を取り付けるのも、接着剤結合、超音波溶着、溶剤溶
着、熱結合など、周知の方法によって行われる。好ましい面では、保護層は接着
材料を用いて装置の本体構造に付着させる。更に好ましくは、紫外線硬化性接着
剤を用いて保護層を本体構造と結合させる。このような接着剤は、例えば３Ｍコ
ーポレーションから一般に市販品として入手できる。特に好ましい面では、選択
した接着剤は、電気絶縁性、例えば非導電性、適用緩衝液に不溶及び／又は非浸
出性（ｎｏｎ−ｌｅａｃｈｉｎｇ）、低蛍光性などである。

【００２８】本発明の好ましい実施態様では、ミクロ流体装置は、保護層の下にあるミクロ
流体装置中のリザーバー又はポートの周りに配置されたリングを有する。リング
は適宜、保護層の第１表面上の開口の周りに成形され、保護層と一体的である。
或いはリングは、本体構造の第１表面中に配置されたポートの周りに成形され、
本体構造と一体的である。更に代わりの方法として、リングは保護層や本体構造
から離れている。本体構造に保護層を付着させると、リングは各ポートと整列し
た各開口間に配列されることになる。以下、更に議論するように、リングは適宜
、導電性被膜及び／又は膜を有する。リングは、接着剤、例えば紫外線硬化性接着剤（前述）がポートの中に入って
、ポート内にある何らかのアッセイ成分と接触するのを防止するように働く。従
って、リングは適宜、円形リング、或いはその他、機能的に同等の形状、例えば
長方形又は多角形の形状とする。リングについては、「厚い」及び／又は「厚さ
」という用語は、リングの内縁端から外縁端までの距離のことである。リングの
厚さは、円形リングのように１つであるか、或いは他のリング形状を選んだ場合
は複数である。しかし、各リングの厚さは、約１μＭ〜約１，０００μＭの範囲
である。例えばリングの厚さは適宜、約５０μＭ〜約７５０μＭの範囲、例えば
約５００μＭである。比較的大きいリングでは、通常、ポート及び／又は開口の
周りにボイドが形成される。比較的狭いリング、例えば約１００μＭ〜約５００
μＭの範囲のリングが一般に好ましい。

【００２９】リングは多数の各種材料から製造される。例えばリングが保護層又は本体構造
と一体化される場合は、これら２種のそれぞれの成分から同一の材料及び同一の
工程で作られる。上記に議論したとおり、これらの材料としては適宜、広範な各
種のポリマー又は非ポリマー材料がある。リングが保護層及び本体構造から離れ
ている場合は、上記に議論したような、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）
、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン（登録商標ＴＥＦＬＯＮ）、
ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリスルホ
ン、ポリスチレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ
弗化ビニリデン、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー
）、ガラス、石英、シリコン、ヒ化ガリウム、酸化シリコン、セラミック、金属
、ラテックス、又はシリコーンなどのいずれかのポリマー又は非ポリマー材料や
その他の材料から製造される。

【００３０】代わりの面では、本体構造は締結機構により保護層に取り付けられる。このよ
うな面では、本体構造の上表面と保護層の下表面との間に任意の可とう性ガスケ
ット、例えばラテックス、シリコーンなどを置く。可とう性ガスケットは適宜、
内部一体化成分として上記に議論したリングも有する。次に本体構造は、保護層
に対し圧縮力で締結し、封止接合構造を形成する。好適な締結機構は、本体構造
／保護層アッセンブリーから離れていてよい、即ち、スクリュークランプ、クリ
ップ型クランプ、例えば本体構造及び保護層の端部を締結するクランプなどでよ
い。或いは保護層の一部として、その中に本体構造をスナップ止め（ｓｎａｐ）
した一体化締結機構を供給する。このような締結システムは、図３Ｂを参照して
、以下に更に詳細に説明する。

【００３１】ＩＩＩ．膜及び／又は導電性被膜を取り入れたミクロ流体装置及び方法一般に操作可能で且つ商業的に価値のあるミクロ流体装置の開発プロセスには
通常、種々の技術的障害を乗り越えることが含まれる。例えば細胞をベースとす
る実用的なミクロ流体アッセイの開発における一つの技術的問題は、微小規模の
チャネルを塞いで操作不能にする細胞の塊又は凝集を除去することであった。他
の挑戦は、試薬が例えばサンプル中に溶解するように、試薬をミクロ流体装置内
にまとめて入れる（ｉｎｔｅｇｒａｔｅ）ための機能的な試薬配送システムを作
ることであった。別の問題は、複数の装置中で例えば電極を用いると、ミクロ流
体装置間で相互汚染が生じることであった。本発明はこれら全ての技術的問題に
対する各種解決法を提供する。これらの解決法は、同一装置中で適宜単独で又は
組合せて使用される。

【００３２】例えば本発明は、ミクロ流体装置中に配送される材料組成物を制御する方法を
提供する。これらの方法は、ミクロ流体装置中に配置されたチャネル網及び該チ
ャネル網と流動自在に連絡する少なくとも１つのウエルを供給する工程を有する
。ウエルは、ウエル内又は上に配置された半透膜部を有する。第１の選択肢とし
て、これらの方法は、材料（例えば粒子又は試薬など）を含む第１溶液を半透膜
部経由でウエル中に流入させる工程を有する。第２の選択肢は、前記材料を半透
膜部上に固定化する工程を有する。その後、第２の選択肢は、前記材料の少なく
とも若干量が第２溶液に溶解し、半透膜部を通ってミクロ流体装置に入るように
、第２溶液と前記半透膜部上に固定化した材料とを混合する工程を有する。この
混合工程は適宜、ミクロ流体装置を振動、渦動、遠心運動などにより、半透膜部
に付着した材料の少なくとも若干量を第２溶液に溶解する物理的技術を含む。ど
ちらの場合も、第１又は第２溶液をウエルに流入させる前に、チャネル網には、
少なくとも部分的に流体を満たすか、或いは第１又は第２溶液を少なくとも１つ
のウエルに流入させる前に、チャネル網は流体を含まない。

【００３３】選択した選択肢に関係なく、材料の凝集はふるい分けしてミクロ流体装置のチ
ャネル網に入るのを防止する。ここで用いた「材料の凝集」という表現は、細胞
の塊又は試薬分子などの材料の塊又は群れのことであり、これらがもし装置に入
ったならば、チャネル網を塞ぐ恐れがある。利用される半透膜は、大きさに基づ
いて材料の凝集を選択的に排除する。通常、半透膜部の細孔の大きさは、少なく
とも約０．１ｎｍである。好ましい実施態様では、半透膜部の細孔の大きさは、
少なくとも約１０μｍ〜約１００μｍの範囲であり、細胞の塊を排除する。膜は
適宜、ウエルの少なくとも一部分を覆い、且つ各ウエルを他のウエルから封止す
るように、本体構造と保護層との間に配置される。或いは膜は、ウエルの上又は
上方に置かれる。

【００３４】好適な半浸透膜部としては適宜、例えば織布メッシュ膜、ミクロろ過膜、ナノ
ろ過膜、透析膜、電気透析膜、予備蒸発（ｐｒｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）膜、逆
浸透膜、超ろ過膜、複合膜、荷電膜、導電塗工膜、親水膜、疎水膜、ポリマーベ
ースの膜、非ポリマーベースの膜、多孔質プラスチック母材膜（例えばＰＯＲＥ
Ｘ（登録商標）ＰｏｒｏｕｓＰｌａｓｔｉｃなど）、多孔質金属母材膜、ポリ
エチレン膜、二弗化ポリビニリデン膜、ポリアミド膜、ナイロン膜、セラミック
膜、ポリエステル膜、金属膜、ポリテトラフルオロエチレン（登録商標ＴＥＦＬ
ＯＮ）膜、ポリアラミド膜、ポリカーボネート膜、粉末状活性炭膜、ポリプロピ
レン膜、ガラス繊維膜、ガラス膜、ニトロセルロース膜、セルロース膜、硝酸セ
ルロース膜、酢酸セルロース膜、ポリスルホン膜、ポリエーテルスルホン膜又は
ポリオレフィン膜などがある。Ｃｈｅｒｙａｎ，Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏ
ｎａｎｄＭｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎＨａｎｄｂｏｏｋ（第２編）Ｔ
ｅｃｈｎｏｍｉｃＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，Ｌａｎｃａｓｔｅ
ｒ，ＰＡ（１９９８年），Ｍｕｌｄｅｒ，ＢａｓｉｃＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓ
ｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（第２編），Ｄｏｒｄｒｅｃｈ
ｔ；Ｋｌｕｗｅｒ（１９９６年），Ｈｏ及びＳｉｒｋａｒ（編）Ｍｅｍｂｒａｎ
ｅＨａｎｄｂｏｏｋＶａｎＮｏｓｔｒａｎｄＲｅｉｎｈｏｌｄ，Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ（１９９２年）など、膜についての多数の刊行物も有用である。

【００３５】本発明方法は種々の材料を含有する。好ましい態様では、材料としては、細胞
又は試薬分子などの粒子がある。ウエル中に流れる材料は通常、複数の細胞又は
複数組の細胞を有し、またウエルに流れる第１溶液の容積は適宜、約０．５〜２
０μｌであり、適宜約５〜１５μｌの範囲或いは例えば約１０μｌである。ウエ
ル中に装入されたこの範囲の細胞サンプルの容量は、通常、例えば従来の細胞ろ
過技術で使用される数百マイクロリッターよりも大幅に向上する。材料は適宜、
原子、一組の原子、分子、一組の分子、ビーズ、一組のビーズ、機能化したビー
ズ、一組の機能化したビーズ、抗原、一組の抗原、蛋白質、一組の蛋白質、ペプ
チド、一組のペプチド、酵素、一組の酵素、核酸、一組の核酸、脂質、一組の脂
質、炭水化物、一組の炭水化物、無機分子、一組の無機分子、有機分子、一組の
有機分子、薬剤、一組の薬剤、受容体、一組の受容体、配位子、一組の配位子、
抗体、一組の抗体、神経伝達物質、一組の神経伝達物質、サイトカイン、一組の
サイトカイン、ケモカイン（ｃｈｅｍｏｋｉｎｅ）、一組のケモカイン、ホルモ
ン又は一組のホルモンなどの試薬も含有する。

【００３６】前述のように、材料組成物の制御方法は適宜、材料をミクロ流体装置に配送す
る前に、材料（例えば標識した抗体、試薬、又はその他の粒子）を半透膜部上に
固定化する工程を有する。或いは材料は、種々の技術又は組合せ技術を用いて固
定化する。更に固定化工程は、半透膜部を少なくとも１つのウエル上に置く前に
適宜行われる。好ましい実施態様では、固定化工程は、材料の少なくとも若干量
が半透膜部に付着するように、半透膜部上で第１溶液を脱水する工程を有する。
この固定化方法は適宜、空気乾燥するか、加熱乾燥するか、凍結乾燥するか、又
は乾燥用試薬を用いるなどにより、第１溶液を脱水する工程を有する。前述のよ
うに、この技術は適宜、例えば１つ以上のウエルの上方に膜を置く前に、半透膜
部上に材料含有第１溶液を点在させ（ｓｐｏｔ）、脱水する工程を有する。

【００３７】別の実施態様では、半透膜部は、疎水性被膜を有するか、或いは疎水性物質で
構成され、また材料は、半透膜部上で疎水性引力によって固定化するように、疎
水性材料である。同様に、半透膜部は親水性被膜を有するか、或いは親水性物質
で構成され、また材料は、半透膜部上で親水性引力によって固定化するように、
親水性材料である。多数の疎水性及び親水性の被膜又は物質が公知であり、適宜
本発明の方法及び装置に使用される。例えば好適な疎水性の被膜又は物質として
は適宜、例えば疎水性ポリマー、フルオロカーボンポリマー、塩素化ポリシロキ
サン、ポリテトラフルオロエチレン（登録商標ＴＥＦＬＯＮ）、ポリグリシン、
ポリアラニン、ポリバリン、ポリロイシン、ポリイソロイシン、塩素末端ポリジ
メチルシロキサンテロマー、ビス（パーフルオロドデシル）末端ポリ（ジメチル
シロキサン−共ダイマー酸）、又はそれらの誘導体がある。一般にＴＥＦＬＯＮ
（登録商標）が好ましく、各種市場の供給源から容易に入手できる。適切な親水
性被膜及び物質としては適宜、例えば親水性ポリマー、ポリイミド、ポリエチレ
ンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリレート、親水性ポリサッカライ
ド、ヒアルロン酸、コンドロイチンサルフェート、又はそれらの誘導体などがあ
る。その他の固定化技術としては、例えば半浸透膜に正味（ｎｅｔ）電荷を含有さ
せる工程がある。一方、材料は、半透膜部上で静電引力によって固定化するよう
に、半透膜部とは逆の正味電荷を有する。

【００３８】本発明はミクロ流体装置にも関し、この装置は、少なくとも１対の整列した開
口とポートとの間に膜（例えば半透膜部）が配置されるように、保護層の第１表
面の少なくとも一部と本体構造の第１表面との間に膜を配置したものである。こ
の装置の一面は適宜、特に装置中に配送された材料（例えば試薬、細胞又はその
他の粒子）組成物を制御するために適宜利用される。使用される半透膜部の種類
は、前記大きさの細孔を有する他、適宜前述のいずれの種類も含む。前述のように、例えば複数のミクロ流体装置で電極を使用する際は、場合によ
ってはミクロ流体装置間で相互汚染が生じる。このような形状の汚染は通常、装
置のウエル中に位置する液体中に電極を直接置いた時に起こる。この問題に取り
組むため、本発明は適宜、乾燥した接触電極を用いてこの種の汚染を最小にする
導電性被膜を使用する。導電性被膜は適宜、例えばメッキ、電鋳又は蒸着などに
より付着させる。また導電性被膜は適宜、例えば該被膜が１つ以上のウエルの内
側表面の少なくとも一部を被覆すると共に、該ウエルの上部リムを越えて伸びる
ように、装置の１つ以上のウエル中に押し込んだ金属又は他の導電性材料のプレ
フォーム片を有する。導電性被膜は適宜、例えば装置のミクロチャネルと導電性
供給源との間に適宜導電的接続が作られるように、装置の１つ以上のウエル中に
押し込んだ導電性材料の薄いリング（又はその他の機能的に同等の形状）を有す
る。

【００３９】一実施態様では、複数のポートの各々は、本体構造の第１表面における各ポー
トの周囲に配置されたリム及び内側表面を有し、該複数のポートの少なくとも１
つについてのリムの少なくとも一部及び内側表面は導電性被膜を有する。この実
施態様では、例えば保護層を、ウエルとは流動自在に連絡しないが、ポートのリ
ム及び／又は内側表面に配置した導電性被膜とは導電的に連絡する導電性入口を
有するよう変形することにより、適宜導電性被膜と電極との間に導電性接触が作
られる。リムは通常、例えば少なくとも約１μｍの複数のポートの各々の縁端か
ら伸びる少なくとも１つの幅を有する。別の実施態様では、１対の整列した開口とポートとの間に膜（例えば半透膜部
）が配置されるように、保護層の内側表面の少なくとも一部と本体構造の第１表
面との間に膜も適宜配置される。１対の整列した開口とポートとの間に配置され
た膜の一部は適宜、導電性被膜と導電的に接続する。使用される半透膜部の種類
は、前記大きさの細孔を有する他、適宜前述のいずれの種類も含む。この実施態
様では保護層も適宜、導電性供給源（例えば電極）を導電性被覆と導電的に連絡
させる入口を有する。

【００４０】また本発明のミクロ流体装置は通常、第１表面に対向して第２表面を備えた保
護層を有し、保護層では複数の開口が第１表面から第２表面まで伸びている。こ
れら複数の開口は、保護層の第２表面及び内側表面内の各開口の周囲に配置され
たリムを有し、リムの少なくとも一部及び開口の少なくとも１つの内側表面は導
電性被膜を有する。このリムは一般に、例えば少なくとも１μｍの複数の開口の
各々の縁端から伸びる少なくとも１つの幅を有する。この実施態様では、膜が１
対の、整列した開口とポートとの間に配置されるように、保護層の第１表面の少
なくとも一部と本体構造の第１表面との間に膜が適宜配置される。更に、膜の少
なくとも一部も適宜、導電性被覆に導電的に接続する。上記に議論したとおり、本発明のミクロ流体装置は、接着剤（例えば紫外線硬
化性接着剤）がポートの中に入って、ポート内のアッセイ成分と接触するのを防
止するように働く複数のリングを有する。リングは適宜、保護層の第１表面上の
開口の周りに成形され、保護層と一体的である。或いはリングは、本体構造の第
１表面中に配置されたポートの周りに成形され、本体構造と一体的である。更に
代わりの方法として、リングは保護層や本体構造から離れている。いずれにして
も、装置は適宜、保護層の第１表面の少なくとも一部と本体構造の第１表面との
間に配置された膜（例えば半透膜部）を有する。膜は通常、複数のリングの少な
くとも１つの表面の少なくとも一部が膜を含むように、少なくとも１対の、整列
した開口及びポートの間に配置される。更に、使用される半透膜部の種類は、前
記大きさの細孔を有する他、適宜前述のいずれの種類も含む。

【００４１】導電性被覆を有する他の実施態様では、整列した、ポート、リング及び開口は
、保護層の第２表面及び内側表面上の環状隆起内のウエルの周囲に配置されたリ
ムを有するウエルを規定する。少なくとも１つのウエルのリム及び内側表面は適
宜、導電性被覆を有する。相互汚染を最小にするため、例えばウエル内の液体中
に電極を挿入する代わりに、ウエルの導電性被覆リムに電極を接触させることに
より、適宜簡単に導電的接続が達成する。リムは通常、例えば少なくとも１μｍ
の各ウエルの縁端から伸びる少なくとも１つの幅を有する。この実施態様では、保護層は適宜、導電性供給源（例えば電極）が導電性被覆
と導電的に連絡できるように入口を有する。この装置も適宜、保護層の第１表面
の少なくとも一部と本体構造の第１表面との間に膜（例えば半透膜部）を有する
。膜は適宜、リングの少なくとも１つの表面の少なくとも一部が膜を含むように
、例えば１対の、整列した開口及びポートの間に配置される。別の選択肢は、第
２表面上の少なくとも１つの開口を取り囲む少なくとも１つの環状隆起の上方に
膜を配置することである。使用される半透膜部の種類は、前記大きさの細孔を有
する他、適宜前述のいずれの種類も含む。更に、１対の整列した開口及びポート
の間に配置された膜の少なくとも一部は適宜導電性被膜に導電的に接続する。

【００４２】導電性被覆（例えば単一又は多層の被膜）を有する本発明のいずれの実施態様
においても、該被膜としては適宜、例えば熱導電性被膜及び／又は電気導電性（
例えば半導電性及び／又は超導電性など）被膜がある。本質的にはいかなる導電
性被膜も適宜使用され、例えば金属含有導電性被膜、メタロイド含有導電性被膜
及び／又は金属−メタロイド含有導電性被膜がある。前述のように、導電性被膜
は適宜、メッキ、電鋳又は蒸着などにより付着させる。これら及びその他の技術
は当該技術分野で公知である。導電性被膜用に好適な金属としては、例えばＬｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃ
ａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ
、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、
Ｓｎ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈ
ｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、ランタニド、アクチニド、及びそれ
らの化合物及び／又は組合せが挙げられる。例えばメタロイド含有導電性被膜に
使用されるメタロイド（又は半金属）としては適宜、例えばＡｌ、Ｇｅ、Ａｓ、
Ｐｏ、Ｂ、Ｓｉ、Ｔｅ、Ａｔ、及びそれらの化合物及び／又は組合せが挙げられ
る。或いは被膜は、金属及びメタロイドの両方（即ち金属−メタロイド含有導電
性被膜）を含む合金を含有する。また導電性被膜は適宜、例えばカーボン及びグ
ラファイト、金属の酸化物及び硫化物のような金属塩、金属水素化物、又は導電
性有機ポリマー（例えばポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチ
オフェン、それらの誘導体など）などを含有する。このような被膜は当該技術分
野で多数知られ、市場の供給源から容易に入手できる。

【００４３】ＩＶ．図示の実施態様本発明のミクロ流体装置と関連して使用される保護層の一面を図２の、上面図
（図２Ａ）、側面図（図２Ｂ）、下面図（図２Ｃ）、上部斜視図（図２Ｄ）及び
下部斜視図（図２Ｅ）で示す。図示のように、保護層２００は形状が平坦で、上
平面２０２及び下平面２０４を有する。また例えば上平面から下平面まで保護層
を貫通して配置された複数の開口２０６も有する。開口２０６は、本体構造が保
護層２００の下平面２０４に合体した時、（例えば図１に示すように）ミクロ流
体装置の本体構造中のポート／リザーバーと整列するよう保護層内に設けてある
。図示していないが、前述のように、接着剤、例えば紫外線硬化性接着剤がポー
トの中に入り、ポート内にあるアッセイ成分と接触するのを防止するため、上記
整列した開口及びポートの間にこれらを取り囲んでリングも適宜配置される。図
示していないが、更にここで議論したように、材料の凝集をふるい分けしてから
材料を装置に配送するなどにより装置内の材料組成物の制御に使用するため、上
記整列した開口及びポートの間に適宜、膜（例えば半透膜）が配置される。例え
ば装置間の相互汚染を最小にするため、導電性被膜も適宜使用される。

【００４４】図示するように、保護層２００中の開口２０６は、装置の本体構造上にあるポ
ートの格子状模様に合わせるため、同様な格子状模様で設けられる。通常、開口
及びポート（集合的に、リザーバー）の格子状配列は、通常のマルチウエル板、
例えば９６−ウエル、３８４−ウエル、１５３６−ウエルなどの間隔に合わせる
ため、規則的な中心上、例えば９ｍｍ、４．５ｍｍなど上に配置される。図示のように、環状隆起２０８は、各々別個の開口２０６を取り囲んで保護層
２００の上表面２０２上に設けられる。この隆起は、装置全体で隣接するリザー
バー間のバリヤーとなる上、得られた装置の各リザーバーの有効容積を増大させ
るように働く。更に、保護層中の開口２０６は適宜、上表面では広く、下表面で
は狭いテーパー壁２１０を備える。テーパー壁は、流体をミクロ流体装置のポー
トに導入する際、開口にロート様機能を与える。即ち、広い方の開口部は、流体
のリザーバーへの導入を容易にする。開口壁及び環状隆起に配置されたリムも適
宜、導電性被膜を有する。

【００４５】また図示のように、保護層２００の下平面２０４上には、ミクロ流体装置１０
０の本体構造（図１）を保証するため、整合用構造として働く一連の立ち上がり
隆起２１２が製造され、下平面は結合又は合体プロセス中、保護層に対し適切に
整列される。隆起として示したが、装置の本体構造を被覆層と整列させるため、
下平面上には多数の各種整合用構造を設けてよいことは理解されよう。例えば本
体構造に適合するように構成した凹み領域を使用して、本体構造を凹み領域に置
けば、本体構造が保護層中の開口と適切に整列する位置となる。或いは保護層と
適切に整列させる際、整合用ピンを下面から伸ばして設け、その上に本体構造を
載せてもよい。保護層２００の下面２０４上には、小さな高いスポット２１４がある。これら
の高いスポット又は隆起は、本体構造を保護層と合体させる際、本体構造を下面
２０４の僅かにずれた（ｓｅｔｏｆｆ）位置に維持する。高いスポット２１４
によるこの小さなずれは、本体構造を保護層に取り付けるため、結合用接着剤を
本体構造と保護層との間に挿入させるものである。

【００４６】図示のように、保護層２００は、下平面２０４から伸びて、効果的に中空の背
持たれ構造を作る側壁２１６を有する。この中空背持たれ構造は、保護層の全体
的な輪郭を変更することなく、ミクロ流体装置の本体構造を保護層の下面に取り
付けるもので、例えば組合せた装置−保護層を表面に平らに置いたり、或いは他
の同様な装置と重ねることができ、また製造、例えば成形部品の硬化などに有益
である。保護層は、被覆層に本体構造を取り付けるための整合用構造を提供する
他、図示のように、別の整合用構造２１８及び２２０も有する。これらの整合用
構造は、コントローラ／検出器のような適切なベースユニット（図示せず）中に
装置全体を適切に整列させるものである。特に、保護層を貫通して配置した整合
用孔２１８は、コントローラ／検出器（図示せず）上に設けられる整合用ピンに
相補的である。コントローラ／検出器のピンを装置全体上の孔と合わせることに
より、装置と前記機器の適当なエレメント、例えば電極、光学的検出器、熱障害
物などとの適切な整列が保証される。保護層２００は、整合用孔２１８の他、傾
斜コーナー２２０も有する。これは更に、装置のコントローラ／検出器中への適
切な整列を保証する。また同様な目的を達成するため、不規則な縁端、例えば傾
斜、垂れ下がりなどの縁端、整合用ピン、不均一な形状など、多数の各種整合用
構造が使用できる。

【００４７】図２Ａに示すように、保護層は都合の良い特徴を有する。例えば保護層と組立
装置とを手動で取り扱う握り表面を供給するため、側壁には型押模様（ｔｅｘｔ
ｕｒｅｄ）領域２２２を設けられる。また保護層を貫通して登録ポート２２４が
設けられる。コントローラ／検出器中に挿入されたミクロ流体装置の種類を登録
するため、保護層中には種々の数、大きさ及び／又は形状の登録ポートが適宜設
けられる。これは、適切なインターフェースの使用、及び／又は適切な制御プロ
グラムの走行を保証するものである。

【００４８】図３Ａは、保護層２００の下面と合体すると共に、前述のように、例えば接着
剤を用いて結合させた本体構造１００を有する完全組み立てミクロ流体装置３０
０を示す。前述のように、保護層及び本体構造の整列した開口及びポートを取り
囲んでそれらの間にはリングも適宜配置される。更に、整列した開口とポートと
の間には適宜膜も配置される。例えば図３Ａに示すような平坦な装置の寸法は、
装置の利用目的に応じて実質的に変えることができる。しかし完全に組み立てた
装置は通常、長方形を有し、また一辺（ｓｉｄｅ）は約５ｍｍ〜約２００ｍｍ、
好ましくは約１０ｍｍ〜約１００ｍｍ、更に好ましくは約２０ｍｍ〜約７０ｍｍ
の範囲、例えば約５０ｍｍである。例えば一辺が約５０ｍｍの正方形の装置を示
す。このような装置は、取り扱いが容易であり、またこの大きさの基板、即ち写
真用スライドを取り扱うために既に寸法合わせした機器に容易にアクセス可能で
ある。

【００４９】図３Ｂは、装置の保護層中に一体化した締結機構を示す。図示のように、特に
保護層２００（一部を示す）は、底面上にクリップタブ３１０を有する。これら
のクリップは曲がって本体構造１００を挿入し、次いでスナップ作動して、本体
構造１００を、係り３１２により保護層２００に対して所定の位置でロックする
。ガスケット３１４は、これら２つの構造間を封止すると共に、クリップで本体
構造と保護層とを圧縮力で締結するのに必要な可とう性を与える。ガスケット３
１４は適宜、ラテックス又はシリコーンなどの可とう性材料、又はポリテトラフ
ルオロエチレン（登録商標ＴＥＦＬＯＮ）、ポリプロピレンなどの半硬質材料か
ら製造される。ガスケットは適宜、内部一体成分として、上記に議論したリング
も有する。平坦な本体構造に取り付けた平坦な保護層として図示したが、適切な保護層は
適宜、平坦ではないミクロ流体装置、例えば管状キャピラリーなどに結合させる
。この場合、保護層中の開口はまた、ポート、例えばキャピラリーチャネルの入
口及び出口と整列するように製造する。

【００５０】本発明と関連して使用するために説明した保護層は、前記利点、例えばリザー
バーの隔離、リザーバー容量の増大などの他、適宜その他の有用な利点も有する
。例えば保護層中の開口の形状は適宜、充填（ｆｉｌｌｉｎｇ）装置、例えば注
入器又はポンプ上の相補的構造を収容するように構成する。即ち、ある場合は、
ミクロ流体装置のチャネル網を流体で満たすのを助けるため、正圧供給源を使用
することが望ましい。これは通常、充填溶液、例えばランニング緩衝液、分離母
材などに対し、キャピラリー動作によるチャネル網中への吸い上げ作用が粘度効
果のため遅い場合に有用である。操作中、ランニング緩衝液、分離母材などは、
ミクロ流体装置の１つのリザーバーに入れる。次いで、このリザーバーに正圧を
適用し、これにより流体をチャネル網全体に押し込める。

【００５１】正圧の適用は、実際に内部の流体に接触することなく、リザーバー全体に封止
可能に、嵌まる装置を用いて行うのが好ましい。このような装置の例を、保護層
上に適切に形成した開口も含めて、図２Ｆに示す。図示のように、充填装置２５
０は、注入器２５２及び硬質管２５４、例えば針を有する。硬質管／針は、ゴム
製、例えばラテックス、シリコーンなどのボールストッパー２５６を貫通して挿
入される。このボールストッパーは保護層２００中の開口２０６内に適切に、嵌
まるように選ばれる。開口２０６の円錐形により、ボールストッパー２５６は開
口２０６内に挿入できる。次いで、ストッパーの開口壁に対する圧縮力により、
正圧の（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）封止が生じる。更に、ボールストッパー２５６内に
は、リザーバー１０６内の流体に接触することなく、リザーバー１０６に加圧で
きるように、硬質管／針２５４が配置されている。特に管の長さがストッパーの
表面を殆ど又は全く越えないように、例えばストッパーの表面を越えて伸びる管
の長さが２ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満、更に好ましくは０．５ｍｍ未満で
ストッパーを貫通して管が挿入される。

【００５２】次に注入器２５２の作動により加圧すると、リザーバー１０６内の流体は、装
置１００のチャネル網（図示せず）中に押し込まれる。代わりの形状のストッパ
ー２５８及び２６０も、充填装置用として示した。好ましいストッパー２６０で
は、ストッパーのボール部分は開口内に入って、ボール部分の圧縮力が正圧封止
を供給する。このボールの形状によって、充填装置の封止能力に悪影響を与える
ことなく、充填装置を、普通の状態（ｎｏｒｍａｌ）から保護層２００の平面ま
での約１５°以下の角度で挿入可能である。或いは平坦な出っ張り２６４が開口
１０６を取り囲む保護層の上面に接触するまで、バールを挿入することができる
。これは、ボールストッパーの他に、充填装置用の第２の封止を供給する。注入
器として図示したが、外部ポンプ、ピペットなど、いかなる圧力供給源も実質的
に充填装置用として好適であることは理解されよう。ストッパーの頂部には適宜
、注入器２５２又はポンプ出口を収容するための凹み領域２６６がある。保護層により別の機能も適宜達成される。例えばある場合は、ミクロ流体装置
に導入されるサンプルに対する分離機能、例えばろ過、細胞分離、分子量分離、
親和性、電荷による（ｂａｓｅｄ）か又は疎水性相互反応型の分離を行うのが望
ましいことがある。従って、保護層上に開口内又は開口を亘って適切なろ過又は
分離媒体或いは膜を適宜設ける。保護層を装置の本体構造と一体化した場合、本
体構造へのサンプルの導入は、ろ過器又は膜の通過、並びに粒状成分及びポリマ
ー材料などの分離を必要とする。

【００５３】別の一面では、保護層中の開口が装置の本体構造上のリザーバーの２つ以上、
例えば２、３、４、５、１０又は更には２０の異なるリザーバーと連絡している
場合、保護層は流体の取り扱い及び方向付け機能、例えばマニホールド機能を行
う。このようなシステムでは、ミクロ流体装置の本体構造内で単一のサンプルに
対し複数の異なる分析を行う場合、例えば単一の患者サンプルに対し複数の診断
テストを行う場合の診断的利用に特に有用である。当該技術分野に精通する通常
の者ならば、その他、種々の変更が可能であることは明らかであろうし、これら
の変更は、付属の特許請求の範囲で述べたとおり、一般に本発明により包含され
る。或いは保護層は、例えば一体化した光学的エレメント、例えばレンズ、格子、
被膜、研磨した検出窓など、共有の米国特許第６，１００，５４１号（Ｎｅｇｌ
ｅなど、２０００年８月８日発行）に“ＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃＤｅｖｉｃ
ｅｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇＩｎｔｅｇｒａ
ｔｅｄＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｍｅｎｔｓ”と題して記載されるようなミクロ
流体装置及びシステムの操作に有用なその他の成分を含んでいてもよい。この特
許はあらゆる目的で全体をここに援用する。これらの成分は、外部検出システム
から光学的エレメントを補うか置換するものである。

【００５４】Ｖ．システムの説明上記から判るように、ここで説明したミクロ流体装置は一般に、コントローラ
装置と共同で操作する。通常のコントローラ装置は、ミクロ流体装置のチャネル
及びチャンバーの内部及び間の材料、例えば流体の移動に影響を与えるための材
料輸送システムを有する。例えば圧力による流体流を用いるか或いは圧力で作動
するミクロポンプ及びバルブを取り入れたたミクロ流体システムの場合、コント
ローラ装置は通常、圧力供給源や、ミクロ流体装置上の相補的ポートに適切な圧
力を配送するための適切なマニホールドを有する。次にコントローラ装置は、装
置のチャネルに制御状態でこれらの流体を通すため、圧力／真空を加えてポンプ
及びバルブを作動させ、或いは直接、流体に圧力／真空を加える。動電学的物質
輸送システムを採用したミクロ流体システムの場合、コントローラは通常、装置
をコントローラ中に取り付ける際、前述のように、ミクロ流体装置内のチャネル
の長さに亘って電圧勾配を配送できる電力源（ｓｕｐｐｌｙ）を有する。特定の
好ましい電力源は、例えば公開国際出願第ＷＯ９８／００７０７号に記載され
ている。この出願特許はあらゆる目的のため全体をここに援用する。

【００５５】従って、コントローラは通常、装置のチャネルに電圧勾配を配送するための適
切なインターフェースを有する。このようなインターフェースは一般に、共有の
米国特許第５，９８９，４０２号に詳細に記載されている。この特許はあらゆる
目的のため全体をここに援用する。要するに、このようなインターフェースは通
常、電力源から電気リードに操作可能に結合した多数の電極を有する。コントロ
ーラも通常、組み重ね（ｎｅｓｔｉｎｇ）領域、例えばウエル又はプラットホー
ムを有し、この上にミクロ流体装置を取り付ける。電極は、装置のチャネルと電
気的に接触するように配置する。好ましい一面では、このような配置は、装置の
頂部全体を閉じるように、組み重ね領域に丁番付けした「二枚貝の殻（ｃｌａｍ
ｓｈｅｌｌ）」蓋（ｌｉｄ）を供給することにより達成される。例えば図１〜
３に示すような装置は、上方に対面するリザーバーと共に、組み重ね領域上に取
り付けられる。次に上記貝殻蓋を閉じると、貝殻蓋の下面から突き出た電極は、
これらリザーバー中の流体と電気的に接触するように、ミクロ流体装置の上面上
のリザーバー中に入る。例えばミクロ流体装置が置かれる環境条件を最適レベルで維持するため、コン
トローラ装置には適宜、環境制御エレメントが含まれる。例えばコントローラは
適宜、熱制御エレメント、例えば加熱ブロック、ペルチエ（ｐｅｌｔｉｅｒ）装
置などを有する。

【００５６】好ましい面では、コントローラ装置は制御エレメントの他、ミクロ流体装置で
行った操作の結果を検出するための検出システムも有する。従って、コントロー
ラ装置はコントローラ／検出器装置とも云われる。特に好ましい検出システムは、蛍光検出システムを有する。通常、これら検出
システムは、コントローラ／検出器装置内にレーザー、レーザーダイオード、Ｌ
ＥＤ又は高強度ランプのような光源を有する。この検出器は通常、コントローラ
／検出器装置上に取り付けたミクロ流体装置の検出窓において光源を検出するた
めの適切な光学部品、例えばレンズ、ビームスプリッター、フィルター及びジク
ロイクス（ｄｉｃｈｒｏｉｃｓ）なども有する。これらの光学部品も装置のチャ
ネルから出る蛍光発光を集め、反射した励起光を選別し、次いで例えばフォトダ
イオード又は光電子増倍管（ＰＭＴ）を用いて蛍光発光を検出する。その他の光
学的検出システムは適宜、コントローラ／検出器装置中に例えば吸光度又は比色
検出システムなどとして入っている。蛍光による検出システムも吸光度による検
出システムも当該技術分野で周知である。コントローラ／検出器装置も通常、適当なプロッセッサー、例えば材料輸送シ
ステムの操作、例えば適用電圧、タイミングなどを指示する、適切にプログラム
されたコンピュータとインターフェースしている。プロセッサーも通常、コント
ローラ／検出器装置の検出システムに操作可能に接続しているので、コンピュー
タはこの検出システムから集めたデータを受け取り、蓄積し、処理することがで
きる。

【００５７】

【実施例】

ＶＩ．例Ａ．ミクロ流体装置での膜の使用ナイロンメッシュ膜片（細孔寸法４０μｍ）をＤＮＡ７５００ＬａｂＣｈ
ｉｐ（登録商標）保護層の第１表面上に置いた。次いで、ｎｓ８８チップを保護
層上に向け、更に紫外線硬化性ＤＹＭＡＸ（登録商標）接着剤を、標準の製造技
術を用いて塗布した。この接着剤は、チップの下で膜を通って吸い上がったが、
装置のウエル中に配置された膜の上では浸食しなかった。接着剤の硬化後、ウエ
ルの中の１つの膜上に５μｌの緩衝液を置いた。緩衝液は連続的に膜を通過して
チップのミクロチャネルを満たした。

【００５８】各刊行物又は特許出願を詳細に個別的に示して援用するのと同じ程度に全ての
刊行物及び特許出願をここに援用する。本発明は明確化及び理解の目的で図解及
び例示により若干詳細に説明したが、付属の特許請求の範囲内で或る種の変化及
び改良が実施できることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】平面層構造を取り入れたミクロ流体装置の本体構造を略示する。

【図２Ａ−Ｅ】本発明によりミクロ流体装置に組み込む保護層の具体例を幾つかの斜視図によ
り示す。

【図２Ｆ】本発明のミクロ流体装置と充填装置との相互作用を示す。

【図３Ａ】完全に組み立てたミクロ流体装置を示し、これは共に嵌まった図１の層状の本
体構造と図２の保護層を含む。

【図３Ｂ】完全に組み立てられた装置において本体構造を保護層に連結する別の機構を示
す。

【符号の説明】

１００‥‥ミクロ流体装置又は本体構造１０２‥‥上層１０４‥‥上層の下面１０６‥‥ポート又はリザーバー１１０‥‥下層１１２‥‥下層の上面１１６‥‥検出窓２００‥‥保護層２０２‥‥上平面２０４‥‥下平面２０６‥‥開口２０８‥‥環状隆起２１０‥‥テーパー壁２１２‥‥立ち上がり隆起２１４‥‥高いスポット２１６‥‥側壁２１８、２２０‥‥整合用構造２２２‥‥型押模様領域２２４‥‥登録ポート２５０‥‥充填器２５２‥‥注入器２５４‥‥硬質管又は針２５６、２５８、２６０‥‥ストッパー３１０‥‥クリップタブ３１２‥‥係り３１４‥‥ガスケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロバート・ネーグルアメリカ合衆国カリフォルニア州 94040 マウンテンヴュウバーバラアヴェニュー 1035 (72)発明者デイヴィッド・チャザンアメリカ合衆国カリフォルニア州 94306 パロアルトマンザナレーン 4040 (72)発明者エルンスト・シー．・ダブリュー．・リーアメリカ合衆国カリフォルニア州 94303 パロアルトニュウエルロード 1810 (72)発明者クッシュルー・ガンディーアメリカ合衆国カリフォルニア州 94086 サニーヴェイルブエナヴィスタアヴェニューナンバー402 243 (72)発明者カルヴィン・ワイ．・エイチ．・チャウアメリカ合衆国カリフォルニア州 94028 ポートラヴァリーミノカロード 455 Ｆターム(参考） 2G058 DA07 EA11 EA14 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ミクロ流体装置中に配置した少なくとも１つのチャネル網と
、該少なくとも１つのチャネル網と流動自在に連絡するウエルであって、ウエル
内又はウエル上に配置された少なくとも１つの半透膜部を有する少なくとも１つ
のウエルとを供給する工程；及び少なくとも１つの材料を含む少なくとも１つの第１溶液を前記少なくとも１つ
の半透膜部経由で前記少なくとも１つのウエル中に流入させる工程、又は前記少なくとも１つの材料を前記少なくとも１つの半透膜部上に固定化し、少
なくとも第２溶液をミクロ流体装置の前記少なくとも１つのウエルに流入させ、
次いで、前記少なくとも１つの材料の少なくとも若干量が第２溶液に溶解し、前
記少なくとも１つの半透膜部を通ってミクロ流体装置に入るように、前記第２溶
液と前記少なくとも１つの半透膜部上に固定化した少なくとも１つの材料とを混
合する工程、を含む、材料組成物のミクロ流体装置への配送を制御する方法。
【請求項２】前記第１又は第２溶液を少なくとも１つのウエルに流入させ
る前に、少なくとも１つの流体を前記少なくとも１つのチャネル網中に少なくと
も部分的に満たす請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記第１又は第２溶液を少なくとも１つのウエルに流入させ
る前に、前記少なくとも１つのチャネル網は流体を含まない請求項１に記載の方
法。
【請求項４】前記少なくとも１つの材料が、細胞又は一組の細胞からなる
少なくとも１つの粒子を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】前記少なくとも１つの材料が、原子、一組の原子、分子、一
組の分子、ビーズ、一組のビーズ、機能化したビーズ、一組の機能化したビーズ
、抗原、一組の抗原、蛋白質、一組の蛋白質、ペプチド、一組のペプチド、酵素
、一組の酵素、核酸、一組の核酸、脂質、一組の脂質、炭水化物、一組の炭水化
物、無機分子、一組の無機分子、有機分子、一組の有機分子、薬剤、一組の薬剤
、受容体、一組の受容体、配位子、一組の配位子、抗体、一組の抗体、神経伝達
物質、一組の神経伝達物質、サイトカイン、一組のサイトカイン、ケモカイン、
一組のケモカイン、ホルモン、及び一組のホルモンよりなる群から選ばれた少な
くとも１種の試薬である請求項１に記載の方法。
【請求項６】混合工程が更に、ミクロ流体装置を振動、渦動、又は遠心運
動させて、前記少なくとも１つの半透膜部に付着した少なくとも１つの材料の少
なくとも若干量を第２溶液に溶解する物理的技術を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】前記少なくとも１つの半透膜部を少なくとも１つのウエル上
に配置する前に固定化工程を行う請求項１に記載の方法。
【請求項８】前記少なくとも１つの半透膜部が疎水性被膜からなり、前記
少なくとも１つの材料が疎水性材料からなり、前記少なくとも１つの材料は前記
少なくとも１つの半透膜部上で疎水性引力によって固定化している請求項１に記
載の方法。
【請求項９】前記少なくとも１つの半透膜部が親水性被膜からなり、前記
少なくとも１つの材料が親水性材料からなり、前記少なくとも１つの材料は前記
少なくとも１つの半透膜部上で親水性引力によって固定化している請求項１に記
載の方法。
【請求項１０】前記少なくとも１つの半透膜部が正味電荷を有し、前記少
なくとも１つの材料が前記少なくとも１つの半透膜部とは逆の正味電荷を有し、
前記少なくとも１つの材料は前記少なくとも１つの半透膜部上で静電引力によっ
て固定化している請求項１に記載の方法。
【請求項１１】固定化工程が、前記少なくとも１つの材料の少なくとも若
干量が前記少なくとも１つの半透膜部に付着するように、少なくとも１つの材料
を含む第１溶液を、少なくとも１つの半透膜部上で脱水する工程からなる請求項
１に記載の方法。
【請求項１２】空気乾燥するか、加熱乾燥するか、凍結乾燥するか、或い
は乾燥用試薬を用いて、第１溶液を脱水する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】内部に少なくとも第１微小規模のチャネル網を配置してな
る本体構造であって、該本体構造は、該構造の少なくとも第１表面に配置された
複数のポートを有し、各ポートは第１チャネル網中の１つ以上のチャネルと流動
自在に連絡している前記本体構造と、保護層の少なくとも第１表面を貫通して該表面内に複数の開口を配置してなる
保護層であって、該開口が前記ポートと流動自在に整列するように、該保護層の
第１表面は前記本体構造の第１表面に嵌まっている前記保護層と、少なくとも１対の整列した開口とポートとの間に少なくとも１つの膜部が配置
されるように、前記保護層の第１表面の少なくとも一部と前記本体構造の第１表
面との間に配置された前記少なくとも１つの膜と、を有するミクロ流体装置。
【請求項１４】前記保護層が更に、前記本体構造を保護層の第１表面上に
整列させるための少なくとも第１整合用構造を有する請求項１３に記載のミクロ
流体装置。
【請求項１５】前記少なくとも１つの膜が、少なくとも１つの半透膜部か
らなる請求項１３に記載のミクロ流体装置。
【請求項１６】内部に少なくとも第１微小規模のチャネル網を配置してな
る本体構造であって、該本体構造は、該構造の少なくとも第１表面に配置された
複数のポートを有し、各ポートは、第１チャネル網中の１つ以上のチャネルと流
動自在に連絡し、該複数のポートの各々は、前記本体構造の第１表面内の各ポー
トの周囲に配置されたリムと内側表面とを有し、該複数のポートの少なくとも１
つについてのリムの少なくとも一部及び内側表面は導電性被膜を有する前記本体
構造と、保護層の少なくとも第１表面を貫通して該表面内に複数の開口を配置してなる
保護層であって、該開口が前記ポートと整列し且つ流動自在に連絡するように、
該保護層の第１表面は前記本体構造の第１表面に嵌まっている前記保護層と、を
有するミクロ流体装置。
【請求項１７】前記保護層が更に、前記本体構造を保護層の第１表面上に
整列させるための少なくとも第１整合用構造を有する請求項１６に記載のミクロ
流体装置。
【請求項１８】更に、少なくとも１対の整列した開口とポートとの間に少
なくとも１つの膜部が配置されるように、前記保護層の第１表面の少なくとも一
部と前記本体構造の第１表面との間に配置された前記少なくとも１つの膜を有し
、前記少なくとも１対の整列した開口とポートとの間に配置された少なくとも１
つの膜の少なくとも一部は前記導電性被膜に導電的に接続している請求項１６に
記載のミクロ流体装置。
【請求項１９】前記少なくとも１つの膜が、少なくとも１つの半透膜部で
ある請求項１８に記載のミクロ流体装置。
【請求項２０】内部に少なくとも第１微小規模のチャネル網を配置してな
る本体構造であって、該本体構造は、該構造の少なくとも第１表面内に配置され
た複数のポートを有し、各ポートは第１チャネル網中の１つ以上のチャネルと流
動自在に連絡している前記本体構造と、第１表面から、対向する第２表面まで伸びた複数の開口を有する保護層であっ
て、該複数の開口の各々は更に、前記保護層の少なくとも第２表面の各開口の周
囲に配置された少なくとも１つのリムと内側表面とを有し、該複数の開口の少な
くとも１つについての少なくとも１つのリムの少なくとも一部及び内側表面は導
電性被膜を有する前記保護層と、を有するミクロ流体装置。
【請求項２１】前記保護層が更に、前記本体構造を保護層の第１表面上に
整列させるための少なくとも第１整合用構造を有する請求項２０に記載のミクロ
流体装置。
【請求項２２】更に、少なくとも１対の整列した開口とポートとの間に少
なくとも１つの膜部が配置されるように、前記保護層の第１表面の少なくとも一
部と前記本体構造の第１表面との間に配置された前記少なくとも１つの膜を有す
る請求項２０に記載のミクロ流体装置。
【請求項２３】前記少なくとも１つの膜が、少なくとも１つの半透膜部で
ある請求項２２に記載のミクロ流体装置。
【請求項２４】前記少なくとも１対の整列した開口とポートとの間に配置
された少なくとも１つの膜の少なくとも一部が、前記導電性被膜に導電的に接続
している請求項２２に記載のミクロ流体装置。
【請求項２５】内部に少なくとも第１微小規模のチャネル網を配置してな
る本体構造であって、該本体構造は、該構造の少なくとも第１表面に配置された
複数のポートを有し、各ポートは第１チャネル網中の１つ以上のチャネルと流動
自在に連絡している前記本体構造と、保護層の少なくとも第１表面を貫通して該表面内に複数の開口を配置してなる
保護層であって、該開口が前記ポートと流動自在に整列するように、該保護層の
第１表面は前記本体構造の第１表面に嵌まっている前記保護層と、複数のリングの各々が前記保護層と前記本体構造との間に、前記複数の開口の
少なくとも１つの周囲に、且つ前記複数の開口の１つ以上と整列した前記複数の
ポートの少なくとも１つの周囲に配置された前記複数のリングと、を有するミクロ流体装置。
【請求項２６】前記複数のリングの少なくとも１つが、本体構造、保護層
又はそれら両方と一体化している請求項２５に記載のミクロ流体装置。
【請求項２７】各リングの厚さが約１μＭ〜約１，０００μＭである請求
項２５に記載のミクロ流体装置。
【請求項２８】前記保護層が更に、前記本体構造を保護層の第１表面上に
整列させるための少なくとも第１整合用構造を有する請求項２５に記載のミクロ
流体装置。
【請求項２９】更に、少なくとも１対の整列した開口とポートとの間に少
なくとも１つの膜が配置されるように、前記保護層の第１表面の少なくとも一部
と前記本体構造の第１表面との間に配置された前記少なくとも１つの膜を有し、
前記複数のリングの少なくとも１つについての少なくとも１つの表面の少なくと
も一部が、前記少なくとも１つの膜を有する請求項２５に記載のミクロ流体装置
。
【請求項３０】前記少なくとも１つの膜が、少なくとも１つの半透膜部で
ある請求項２９に記載のミクロ流体装置。
【請求項３１】前記保護層が更に、前記第１表面に対向する第２表面を有し、前記開口が該第１表面から該第２表
面まで伸びている前記第２表面と、前記第２表面上に配置され、前記開口の各々を取り囲む複数の立ち上がり環状
隆起と、を有する請求項２５に記載のミクロ流体装置。
【請求項３２】更に、前記第２表面上の少なくとも１つの開口を取り囲む
少なくとも１つの環状隆起の上に配置された少なくとも１つの膜を有する請求項
３１に記載のミクロ流体装置。
【請求項３３】前記少なくとも１つの膜が、少なくとも１つの半透膜部で
ある請求項３２に記載のミクロ流体装置。
【請求項３４】各々整列したポート、リング及び開口がウエルからなる請
求項２５に記載のミクロ流体装置。
【請求項３５】各ウエルが更に、前記開口、リング又はポート中のウエル
の周囲に配置された少なくとも１つのリムと内側表面とを有し、該少なくとも１
つのウエルについての少なくとも１つのリムの少なくとも一部及び内側表面は、
導電性被膜を有する請求項３４に記載のミクロ流体装置。
【請求項３６】更に、少なくとも１対の整列した開口とポートとの間に少
なくとも１つの膜が配置されるように、前記保護層の第１表面の少なくとも一部
と前記本体構造の第１表面との間に配置された前記少なくとも１つの膜を有し、
前記複数のリングの少なくとも１つについての少なくとも１つの表面の少なくと
も一部が、前記少なくとも１つの膜を有し、前記少なくとも１対の整列した開口
とポートとの間に配置された少なくとも１つの膜の少なくとも一部は前記導電性
被膜に導電的に接続している請求項３５に記載のミクロ流体装置。
【請求項３７】前記少なくとも１つの膜が少なくとも１つの半透膜部であ
る請求項３６に記載のミクロ流体装置。
【請求項３８】前記保護層が更に、前記第１表面に対向する第２表面を有し、前記開口が該第１表面から該第２表
面まで伸びている前記第２表面と、前記第２表面上に配置され、前記開口の各々を取り囲む複数の立ち上がり環状
隆起と、を有する請求項１３又は１６に記載のミクロ流体装置。
【請求項３９】請求項１３、１６、２０又は２５に記載のミクロ流体装置
と、前記ミクロ流体装置を収容するように構成したコントローラ／検出器装置であ
って、光学的検出システム及び材料輸送システムを有し、該検出システム及び該
輸送システムは前記ミクロ流体装置と操作可能にインターフェースしている前記
コントローラ／検出器装置と、を有するミクロ流体システム。
【請求項４０】前記保護層が、前記本体構造の第１表面に接着又は締結し
た請求項１３、１６、２０又は２５に記載のミクロ流体装置。
【請求項４１】前記保護層が、コントローラ／検出器装置においてミクロ
流体装置を整列させるため、該コントローラ／検出器装置上の整合用構造に相補
的な少なくとも第２整合用構造を有する請求項１４、１７、２１又は２８に記載
のミクロ流体装置。
【請求項４２】前記少なくとも１つの半透膜部が、該膜部上に固定化され
た少なくとも１つの材料からなる請求項１５、１９、２３、３０、３３又は３７
に記載のミクロ流体装置。
【請求項４３】前記保護層は更に、少なくとも１つの導電供給源が前記導
電性被膜と導電的に連絡できるように、少なくとも１つの入口を有する請求項１
６、１８、３５又は３６に記載のミクロ流体装置。
【請求項４４】前記導電性被膜が、電気的に導電性の被膜である請求項１
６、２０、２４又は３５に記載のミクロ流体装置。
【請求項４５】前記導電性被膜が、金属含有導電性被膜、メタロイド含有
導電性被膜、及び金属−メタロイド含有導電性被膜よりなる群から選ばれる請求
項１６、２０、２４又は３５に記載のミクロ流体装置。