JP2005506198A - 水滴のマイクロ分配のための方法及び器具 - Google Patents

Abstract

表面内にターゲット領域（ＴＡ^１）を含むディスクの形態のマイクロシステムに液体水滴を分配するための方法である。その方法は、ｉ）（Ａ）ターゲット領域が分離しておりトリガマークが存在するディスクと、（Ｂ）ディスペンサ構成とを提供するステップであって、該ディスペンサ構成が、ａ）軸周りにディスクを回すスピナと、ｂ）水滴をＴＡ^１に分配できる水滴ディスペンサと、ｃ）ディスク外部の固定されたトリガ位置と、ｄ）分配信号により、トリガ位置を通過するトリガマークの関数としてＴＡ^１の中への水滴の分配をトリガできるコントローラとを含む、ステップと、ｉｉ）ディスクをスピナ内に配置し、水滴の分配をＴＡ^１に与える分配パラメータのための値をコントローラにプログラムするステップと、ｉｉｉ）ディスクがスピンする間に、水滴を分配するステップを含むことを特徴とする。ディスクは複数の離散ターゲット領域を含む。ターゲット領域は、一つ又は複数のマイクロチャネル構造の一部であってもよく、液体の入口ポートとして機能してもよい。本発明は、ディスペンサ構成も同様に含む。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスク表面上の一つ又はそれ以上のターゲット領域（ＴＡ^１、ＴＡ^２、ＴＡ^３などのターゲット領域のアレイ）への、液体小滴を分配することに関わる、マクロとミクロの間のインターフェースに関する。ディスクを伴うターゲット領域は、マイクロフォーマット内で液体標本を処理するためのマイクロシステムを規定する。
【背景技術】
【０００２】
増大する数のマイクロシステムが、この１０年間提示されている。マイクロスケールの主な焦点はこれらマイクロシステムの分析上の及び／又は予備的な実施に向けられており、実際には、周辺のマクロ世界とこれらミクロ世界とのインターフェースには殆ど関心は向けられなかった。本発明は、インターフェースの解を提示するものであり、一つ、二つ又はそれ以上のターゲット領域を含むマイクロシステムへの液体の分配に関するものである。
【０００３】
従来のマイクロ流体システムは、通常、液体が輸送され処理される一つ、二つ又はそれ以上のマイクロチャネル構造を含む。液体の流れを構造内部で動かすため対称軸周りで回転する形態が、従来提案されており、例えば、対称軸を有する円形や他の種類のディスク構成がある。
【０００４】
従来のインクジェット技術の改良が提案されており、マイクロシステムでのターゲット領域への液体分配が実施されている。たいていの場合、分配ユニットは液体貯蔵部に連結されている（Ｓｚｉｅｌｅなど、“Ａｄａｐｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｍｉｃｒｏｄｒｏｐｉｎｊｅｃｔｏｒ ｔｏ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｉｎ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ”， Ｊ． Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ． Ａ ６６９ （１９９４） ２５４− ２５７； Ｓｃｈｏｂｅｒなど、“Ａｃｃｕｒａｔｅ ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｏｆ ｖｅｒｙ ｓｍａｌｌ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓａｍｐｌｅｓ”， Ｂｉｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ １５ （１９９３） ２； Ｎｉｌｓｓｏｎなど、“Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ ｉｍｍｕｎｏａｆｆｎｉｔｙ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ ｗｉｔｈ ｂａｒ ｃｏｄｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃ−ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｒｏｔｅｉｎ”， Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ６７ （１９９５） ３０５１−３０５６； Ｗａｌｌａｃｅなど、“Ｉｎｋ−ｊｅｔ ｂａｓｅｄ ｆｌｕｉｄ ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”， Ｌａｂ． Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｎｅｗｓ １ （５） （１９９６） ６−９； Ｌｅｍｍｏなど、“Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｉｎｋｊｅｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｅｎｓｅｒ ｆｏｒ ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ ｌｉｂｒａｒｙ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ”Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ６９ （１９９７） ５４３−５５１）。数年前、マイクロシステムへ分配するように調整され得る可転性スルーフローチャネルマイクロディスペンサが提示され（Ｌａｕｒｅｌｌなど、“Ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｃｅｌｌ ａｎｄ ｕｓｅ ｔｈｅｒｅｏｆ”ＵＳ ６，１９２， ７６８， Ｇｙｒｏｓ ＡＢ）、後に更に開発された（Ｌａｕｒｅｌｌなど、 “Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｓｉｌｉｃｏｎｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ ｄｉｓｐｅｎｓｅｒ ｆｏｒ ｏｎ−ｌｉｎｅ ｐｉｃｏｌｉｔｒｅ ｓａｍｐｌｅ ｈａｎｄｌｉｎｇ”， Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ． ９ （１９９９） ３６９−３７６；Ｔｈｏｒｎｅｌｌなど、“Ｄｅｓｋ ｔｏｐ ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ−Ｉｎｉｔｉａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ａ ｐｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃ”， ９ （１９９） ４３４−４３７； Ｔｏｒｍｏｄなど、“Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ ｄｒｏｐｌｅｔｓ”， ＷＯ ０１３０５００， Ｇｙｒｏｓ ＡＢ；Ｓｔｊｅｒｎｓｔｒｏｍなど、“Ａ ｍｕｌｔｉ−ｎｏｚｚｌｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｅｎｓｅｒ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｄｒｏｐｌｅｔｓ” Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＬＵ−ＴＡＳ ２０００ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ １４−１８ Ｍａｙ， ２０００， Ｅｎｓｃｈｅｄｅ， ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ， Ｅｄｓ． ｖａｎ ｄｅｎ Ｂｅｒｇ ｅｔａｌ．， Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ）。
【０００５】
従来、マイクロリットル（μｌ）での液体標本は、静止するディスクの個々のターゲット領域に分配される。スピニング（遠心力）が、液体の移動を構造に向けて且つ構造内で制御するために、利用された。特にスピニングの前に多数のマイクロ構造に供給しなければならないならば、この分配の手順は煩雑なものであり多数の欠点がある。ｎｌやｐｌの容積の分配に進むにつれ、多数の欠点がより目立ってくる。
【０００６】
ケロッグ（Ｋｅｌｌｏｇｇ）その他（ＷＯ９９７９２８５）、ケロッグ（Ｋｅｌｌｏｇｇ）その他（ＷＯ０１８７４８５）、ミアン（Ｍｉａｎ）その他（ＷＯ９７２１０９０）、及び多くの他出願が、従って、回転可能なマイクロ流体ディスクと、スピンするマイクロ流体ディスクに対して水滴を分配しターゲットするのに必要な予防措置をとることなく手動と自動のピペットに特に重きを置く流体ローディングを、提示している。液体の転移は、通常、ディスクが停止しているときに為される。ケロッグ（Ｋｅｌｌｏｇｇ）その他（ＷＯ９８０７０１９、ページ６、ライン１３−１５、及びページ１２、ライン２３−２６）；ケロッグ（Ｋｅｌｌｏｇｇ）その他（ＷＯ０１８７４８５、ページ５、ライン５−６）；ケロッグ（Ｋｅｌｌｏｇｇ）その他（ＷＯ９９７９８２５、ページ８、ライン３−４）；カルバルホ（Ｃａｒｖａｌｈｏ）その他（ＷＯ０１８７４８６、ページ８、ライン３０−３１）を参照されたい。
【０００７】
（前述の）ローレル（Ｌａｕｒｅｌｌ）その他により開発されたフロースルーサンプリングセルが、水滴をマイクロ流体ディスクに分配するために提案されている（Ｅｋｓｔｒａｎｄなど、“Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ ｉｎ ａ ｒｏｔａｔｉｎｇ ＣＤ” Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ μ−ＴＡＳ ２０００ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ １４−１８ Ｍａｙ， ２０００， Ｅｎｓｃｈｅｄｅ， ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ， Ｅｄｓ ｖａｎ ｄｅｎ Ｂｅｒｇなど、Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ）。
【０００８】
マイクロシステムがスピンする間に分配することには、多数のターゲット領域に供給するというポテンシャルがあると共に、多数のターゲット領域を相互接続する問題を解決する。相互接続は煩雑であり、標準的なマイクロ製作手順では未だ達成されていない（Ｅｌｌｉｓ Ｍｅｎｇなど、“Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ ｆｌｕｉｄｉｃ ｃｏｕｐｌｅｒｓ”； Ａｎｉｒｕｄｄｈａ Ｐｕｎｔａｍｂｅｋａｒなど、“Ｓｅｌｆａｌｉｇｎｉｎｇ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｄｅａｄ ｖｏｌｕｍｅ”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ μ−ＴＡＳ ２０００ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ １４−１８ Ｍａｙ， ２０００， Ｅｎｓｃｈｅｄｅ， ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ， Ｅｄｓ ｖａｎ ｄｅｎ Ｂｅｒｇなど、Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ）。
【０００９】
水滴ディスペンサを利用してスピンするマイクロ流体ディスクに水滴を分配することが、本発明の優先日以降に提示されている。ジェソンとアンダーソン（Ｊｅｓｓｏｎ＆Ａｎｄｅｒｓｓｏｎ）“Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ ａｔｎａｎｏｌｉｔｒｅ ｓｃａｌｅ ｕｓｉｎｇ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｅｌｕｔｉｏｎ”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ μ−ＴＡＳ ２００１ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ， Ｏｃｔｏｂｅｒ ２１−２５，２００１， Ｍｏｎｔｅｒｅｙ， ＵＳＡ， Ｅｄｓ． Ｒａｍｓｅｙ ａｎｄ Ｖａｎ ｄｅｒ Ｂｅｒｇ （２０００１） Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ．を参照されたい。ポスターは、ｗｗｗ．ｇｖｒｏｓ．ｃｏｍ．からダウンロード可能である。
【００１０】
継続してスピンするディスク上の所定のターゲット領域に液体部分標本を分配する際には、多数の問題点が発生する。例えば、
ａ）ピペットが適切ではない、
ｂ）転移が水滴を経由するとき、液体密度、ターゲット領域の動作、転移されるべき液体の速度などが、液体がディスク表面に命中するように複雑に決定される、
ｃ）遠心力は、ターゲット領域に転移された液体をターゲット領域の外へ動かしディスクを置き去りにする傾向がある、
ｄ）その他、
などである。
【００１１】
液体の体積の精度が結果の正確さに影響するアッセイ内で、転移された液体及びその内容斑が利用されるのならば、蒸発は潜在的な問題となる。ターゲット領域を含むディスクをスピンすることは、蒸発を促進する。
【００１２】
分配が異なるターゲット領域に向かう場合、特にターゲット領域が相互に異なる角距離に配置されていれば、これらの問題点が顕著になる。
【００１３】
ＥＰ６０１７１４のイシカワＭ（Ｉｓｈｉｋａｗａ Ｍ）が、回転ディスクに対して一定の間隔で水滴をターゲットを定めず分配することにつき、記述している。水滴は、蒸発の際にディスクに吸着する蛍光物質を含む。そのように形成された乾燥した蛍光スポットは、続いてトレースされ分析される。
【００１４】
キド（Ｋｉｄｏ）その他（ＵＳ６３４２３９５、ＵＳ６３４２３９５、及びＡｎａｌｙｔｉｃ Ｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ４１１（２０００）１−１１）は、免疫測定で続いて利用するための抗体のスポットのマイクロアレイを形成するため、円盤表面に分配することを記述する。ステップモータがディスクを回転するのに利用される。
【００１５】
発明の目的
第１の目的は、
（ａ）ターゲット領域を分配装置に物理的に相互接続する必要、
（ｂ）ディスクの静止の間に、液体がロードされるターゲット領域からの差動の蒸発により生じる変化、
これら（ａ）（ｂ）無しに、ディスク形状のマイクロシステムの個別のターゲット領域に液体水滴を分配できる、器具セットアップ（構成）及び方法を提供することである。
【００１６】
第２の目的は、マイクロシステムをスピンさせ、且つ上記問題点を受け入れ可能な程度に減少させつつ、ディスク形状のマイクロシステムのターゲット領域に水滴を分配できる、器具セットアップ（構成）及び方法を提供することである。適切なスピン速度は０ｒｐｍより大きく、例えば２５ｒｐｍより大きいものであり、５０ｒｐｍや１００ｒｐｍや１０００ｒｐｍより大きいものであればよく、通常は、１５０００ｒｐｍ以上２００００ｒｐｍ以下である。水滴サイズは一つに対して一様であるべきであり、同じ液体であるべきである。適切なサイズは、１０^−６−１０^０μｌの範囲であり、例えば、１０^−５−１０^−１μｌの範囲、及び／又は、１０^−１μｌ以下若しくは１０^−２μｌ以下若しくは１０^−３μｌ以下若しくは１０^−４μｌ以下である。
【００１７】
第３の目的は、（クロマトグラフィシステム、電気泳動システムなどの）液体分離／分析装置、若しくは（発酵器のような）時間と共に進展する液体システムと、ディスク形態のスピンのマイクロシステムとをインターフェースさせることができる、器具セットアップ（構成）及び方法を提供することである。
【００１８】
第４の目的は、ディスク、好ましくはマイクロ流体ディスクの形態のマイクロシステムの個別のターゲット領域の中に、マクロ世界で形成される勾配を転移できる、器具セットアップ（構成）及び方法を提供することである。この目的は、マイクロシステム内部で実施される実験に、転移された勾配を付加することも、含む。“液体の勾配”という用語は、液体の構成が時間の関数として変化することを意味する。実験は、以下の“マイクロ流体ディスク及び実施処理”という標題で論じられているものと同種のものである。
【００１９】
第５の目的は、回転自在なマイクロシステム上に存在するターゲット領域に液体を分配するための器具セットアップ（構成）及び方法であって、液体を制御せず且つ／若しくは有意に蒸発させることなく、液体を更に処理する、器具セットアップ（構成）及び方法を提供することである。更なる処理は、液体の中に存在する反応体が“マイクロシステム内部での実施処理”という標題で以下に論じられているように利用される、ということを含んでもよい。更なる処理は、ターゲット領域内に或いはターゲット領域がマイクロディスクの一部である場合には種々のマイクロチャネル部分内に存在し得る、例えば、固体位相や他の面のような、物質の洗浄や再生で、かような液体が利用されるということも、含んでもよい。
【００２０】
発明者は、個々の水滴のための独立のターゲット領域を含むスピン面に対してオリフィスを介して発せられる一連の水滴の軌跡経路に影響を与え得るパラメータを、注意深く評価した。発明者は、上述の目的に適合する水滴分配器を利用することの利点、及び、非制御の方法でターゲット領域から分配される液体を移動させる傾向にあるファクタをいかに処理するかを、認識している
【００２１】
図１ａに示されるシステム構成（１００）は、マイクロ流体ディスクに関する発明概念を図示する。
【００２２】
ｘの個別マイクロチャネル構造（１０２）の入口ポート（１０１）（ＴＡ^１、ＴＡ^２、ＴＡ^３など）は、αラジアンの角度によりマイクロ流体ディスク（１０３）上に分離される。入口は、ディスク中心から半径距離ｒのところにあり、ｎｒｐｍで回転する（図１ｂ）。ディスクの角速度ωは次の式で決定される。
［式１］
ω＝２πｎ／６０ （ｒａｄ／秒）
【００２３】
ディスク上のトリガマーク（１０４）が固定のトリガ位置（１０５）にて検出器を通過するとき、ｆヘルツ周波数の所定数の分配パルスを含む分配信号（１０６）が、分配アクチュエータ（１０７）に送られる。パルス数は、続きの回転に対して水滴が分配されるべき構造ｘの数と等しい（ターゲット領域当たり一つの水滴）。アクチュエータ（１０７）はフロースルーチャネル（１０９）の壁と繋がり、水滴（１１１）がｆヘルツ周波数でディスク（１０３）の表面（１１２）に向かって垂直に出射され得るように図１ａではディスペンサ（１１０）のオリフィス（１０８）に対向して配置される。固定されたトリガ位置（１０５）と、最初の水滴が入れられなければならない第１の表面とは、βラジアンの角度で分離される。ディスペンサ（１１０）のオリフィス（１０８）は、表面（１１２）上方の、トリガ位置（１０５）からγラジアンの距離に配置される。ディスクにおけるオリフィスの角位置は、通常、入口ポート（ＴＡ^１、ＴＡ^２、ＴＡ^３など）（１０１）に対するのと同じである。トリガマークが固定のトリガ位置を通過する時間と、所定の入口ポートがオリフィスの前を通過する時間との間の時間_ｔｒｉｇを、以下の式により決定することができる。
［式２］
Ｔ_ｔｒｉｇ＝［（β＋γ）／ω］＋［２π・ｐ／ω］ （秒）
【００２４】
ディスペンサは、ディスク上の固定の点ｈメートル（通常０．５センチメートルより小さい）に配置される。水滴は速度ｖで発射され、その速度ｖは、振幅及び周波数ｆを含むパルス形状と液体特性とに依存する。システムには通常、トリガマークがトリガ位置の前を通過する時間と、（回転時の）分配信号により起動される最初の水滴の実際の発射との間の遅延Ｔ_ｅｌｅｃが生じる。Ｔ_ｅｌｅｃは、システムに固有な、従って一定である部分と、オペレータにより制御される、従って変動自在である選択的部分とを含む。発射された水滴がマイクロ構造に入り込むのに必要な水滴速度Ｖ_ｈｉｔは、次の式で決定されうる。
［式３ａ］
Ｖ_ｈｉｔ＝ｈ／［Ｔ_ｔｒｉｇ−Ｔ_ｅｌｅｃ］ （ｍ／秒）
［式３ｂ］
Ｖ_ｈｉｔ＝ｈ／［（（β＋γ）／ω）＋（２π・ｐ／ω）−Ｔ_ｅｌｅｃ］ （ｍ／秒）
【００２５】
水滴の軌跡を通してｖが一定であると想定すると、連続する入口ポート（ＴＡ^１、ＴＡ^２、ＴＡ^３など）に個々の水滴が到達するのに要求される分配周波数ｆは、次の式で決定される。
［式４］
ｆ＝ω／α （ヘルツ）
【００２６】
液体の構成が分配の間に変化する場合、液体の物理化学特性も変化し得る。このことは、水滴がディスペンサのオリフィスを離れる速度に影響を与え得、式３に示すように、他のパラメータが変化しないとすれば水滴の実際のターゲットを変化させる。実験記述部分の実験２を参照されたい。そのような場合、本発明に対して記述されるように、パラメータを調整することにより分配を固定することが必要である。
【００２７】
発明者は、ターゲット領域が、化学及び／又は物理バリアにより輪郭取りされる、即ち疎水性バリア及び／又はある種の物理的壁により親水状に輪郭取りされるということを意味する、ターゲット領域が離散的であることが、重要であることも認識している。ターゲット領域が凹部の形態である場合、ディスク表面又は内部壁で立ち上がる縁は、物理的壁／バリアを示す。このような場合、科学及び／又は物理バリアは、ターゲット領域の周辺側部及び対向側部と、連なってもよい。ターゲット領域は完全にまわりを輪郭取りされてもよいということになる。
【００２８】
親水性であり且つ／若しくは凹部の形態であるターゲット領域を、被覆された親水性のマイクロチャネル構造につなげることにより、分配された水滴をマイクロチャネル構造の中に素早く移動させることができる。このマイクロチャネル構造では、ディスクのスピンにより生じる遠心力によるターゲット領域からの所望されない蒸発や制御の無い移動を原因とする損失から、分配された水滴を保護する。これらの形態では、中心から近位にある側部の疎水性バリアは、ターゲット領域を輪郭取りするのが好ましい。この疎水性バリアは通常、ターゲット領域の同じ側部にて物理的バリアと結合する。
【００２９】
ターゲット領域は通常円形であるが、領域に垂直なｎ本（ｎは３以上であり、５、６、７より大きくてもよい）の対称軸を有する形状を含む他のまるい形状を有してもよく、または、矩形、若しくは方形を含む他の矩形状の形態でもよい。
【００３０】
第１の実施形態
本発明の第１の実施形態は、表面にターゲット領域（ＴＡ^１）を含むディスクの形態のマイクロシステムに液体を分配するための方法である。ディスクは、構造のターゲット領域（ＴＡ^１）であり入口ポートを伴うマイクロチャネル構造を含むマイクロ流体ディスクであるのが好ましい。上記方法は、以下のステップ（ｉ）−（ｉｉｉ）を含むことを特徴とする。
【００３１】
ステップ（ｉ）では、
（１）一つ又はそれ以上の分離したターゲット領域と、ディスクの他のあらゆる部分の角位置が定義される起点となるトリガマークとを有する、本明細書の他の箇所で定義されるディスクと、
（２）本明細書で記述される斬新なディスペンサ構成とを提供する。
【００３２】
ステップ（ｉｉ）では、ディスクを構成内に配置し、構成の制御部に対して分配パラメータの値をプログラムする。このことにより、上記ターゲット領域（ＴＡ^１）への水滴の分配が保証される。ディスクが構成内に配置される前に又は後に、プログラミングが為され得る。
【００３３】
ステップ（ｉｉｉ）では、例えば開始ボタンを押すことにより、構成が分配の動作へ進む。
【００３４】
構成は、例えば、ディスペンサのオリフィス下のディスクの下方へ、ディスペンサのオリフィス上のディスクの上方へ、ディスクに垂直に平行に等、様々な方向への分配に向けて設定され得る。分配の方向は、ディスクに垂直であるのが好ましい。
【００３５】
本発明の特徴は、マイクロ流体ディスクに関連して説明される。概略の原理は、非流体のマイクロシステムを含むディスクにも利用可能である。但しこれらのシステムには、液体がターゲット領域から排出されるマイクロチャネルが無いから、非流体マイクロシステムの内部で実行されるプロセスは流れの状況下で実行され得ないということが、重要な例外である。
【００３６】
分配される液体は、均一溶液でも懸濁液でもよく、エマルジョンでもディスパージョンでもよい。分散された／懸濁された粒子は生物的なものでもよく、例えば、粒子形態の細胞やウイルス若しくはそれらの部分でもよく、“ステップ（ｉ）のマイクロシステム（ディスク）”の項に記述される特定形態の固体相でもよい。マイクロチャネル構造内部でパックされた床を形成するため、特定形態の固体相は通常、分散される。
【００３７】
ステップ（ｉ）のマイクロシステム（ディスク）
“マイクロシステム”という用語は、水滴分配のためのターゲット領域がディスク表面に存在するシステムを含む。上記用語は、マイクロ流体システムと、ターゲット領域がどの流体システムの一部でもないシステムとを含む。
【００３８】
他に示すものがないとすると、“ターゲット領域”という用語は、新しいディスペンサ構成で利用されるディスク上の所定の離散領域が意図されている。ターゲット領域は、半径及び角度の位置に関して特徴があり、上述の意味で離散状にある。本発明では、ターゲット領域は上述のように化学的及び／又は物理的バリアにより囲まれる。分配された液体が、ターゲット領域内部で、及び／又はターゲット領域に結合する即ちターゲット領域と流路連絡するマイクロチャネル構造内で、処理されるということも、この用語は含む。従って、マイクロ流体システムに対して、ターゲット領域（ＴＡ）は通常、マイクロチャネル構造の入口ポートを意味する。この種類のターゲット領域は、分配された液体の迅速な浸透を促進するため、底部にてマイクロチャネルの内向きに縁若しくは溝を有してもよい。更にＷＯ２０７４４３８（ＧｙｒｏｓＡＢ）を参照されたい。マイクロ形態の分離されたウエルの形のターゲット領域のアレイは、非流体のマイクロシステムの例である。
【００３９】
通常個別のターゲット領域は、２．５×１０^１ｍｍ^２以下のサイズであり、例えば、１０^０ｍｍ^２以下でも、１０^−１ｍｍ^２以下でも、１０^−２ｍｍ^２以下でも、１０^−３ｍｍ^２以下でもよい。通常下限は、１０^−５ｍｍ^２以上であり、例えば、１０^−４ｍｍ^２以下でも、１０^−３ｍｍ^２以下でも、１０^−２ｍｍ^２以下でもよい。正確な可能性あるインターバルは、分配パラメータの精度により決定される。
【００４０】
“マイクロ流体ディスク”、“マイクロ流体システム”、“流体マイクロシステム”などの用語はディスクを意味し、一つ又は複数の液体の部分標本（水滴）が種々の種類のマイクロキャビティ（反応マイクロキャビティ）内で移送され且つ／又は処理される少なくとも一つのマイクロチャネル構造を含む。処理の結果は、対応する検出領域を経由する一つ又は複数の検出マイクロキャビティ内で計測され、それら検出マイクロキャビティはディスク表面の片方若しくは両方に配置される。反応マイクロキャビティ及び検出マイクロキャビティは、一致してもよい。マイクロチャネル構造の内側は、入口及び／又は出口開口部及び／又は孔を介して、周囲の大気と繋がる。構造の他の部分は、ディスクの部材により、周囲の大気との直接の接触から通常分離されている。マイクロ流体ディスク／システムのマイクロチャネル構造の入口ポートは、ターゲット領域のアレイを画定する。
【００４１】
デバイス内部で移送される液体部分標本が、例えば、１００μｌ以下や５０μｌ以下などの１０００μｌ以下のμｌ範囲の体積を持つことを、マイクロフォーマットは意味し、５００ｎｌ以下や１００ｎｌ以下や５０ｎｌ以下や１０ｎｌ以下などのｎｌ範囲（ナノフォーマット）を含む。
【００４２】
ディスクの概念は、円形ディスク、ｎが自然数３、４、５、６若しくはそれ以上であるｎ本の対称軸（Ｃｎ）を備えるディスク、及び、平坦面とディスクの反対側の非平坦面とを有する本体を、含む。
【００４３】
本発明で利用されるディスクは、トリガマーク（１０４）を含み、該トリガマークは、ディスクの周辺と関連するのが好ましい、例えば縁又は縁に近い環状ゾーンなどの、ディスクの回転部分の明確な位置にある。
【００４４】
通常、マイクロ流体ディスクは、１０以上若しくは５０以上若しくは１００以上というような、一つ、二つ若しくはそれ以上のマイクロチャネル構造を含む。複数の構造が中に存在するディスクに対して、例えば、構造の少なくとも一つが他のものと異なるというように、構造が同一でもよいし異なってもよい。本発明に従い分配のために利用されるべき入口ポート（ＴＡ）は、通常、一つ以上のマイクロチャネルに対して同じ半径距離に配置される。ディスク内のマイクロチャネル構造は、一つのサブグループ内の全てのＴＡが同じ半径距離にあるが異なるサブグループでは異なる半径距離にあるというように、サブグループによって配置されてもよい。ターゲット領域は、ディスクの対称軸周りに螺旋状に配置されてもよい。
【００４５】
構造が１０^３μｍ以下、好ましくは１０^２μｍ以下の断面寸法を有するキャビティ／チャンバ及び／又はチャネルを含むことを、“マイクロチャネル構造”という用語は想定している。キャビティ／チャンバの体積は、５００ｎｌ以下や１００ｎｌ以下や５０ｎｌ以下や２５ｎｌ以下のように、通常１０００ｎｌ以下であるが、５μｌまでや１０μｌまでや５０μｌまでのような、μｌ範囲であってもよい。特にｎｌ範囲が、検出及び／又は反応キャビティに適用される。例えば、サンプル及び／又は洗浄液を付加するように意図されているマイクロチャンバ／マイクロキャビティのような、液体のために入口ポートに直接繋がるチャンバ／キャビティは、ｎｌ範囲よりも相当に大きくてもよい。
【００４６】
マイクロチャネル構造内部の液体の移送は、例えば、遠心力、動電力、毛管力、静水力のような慣性力などの、種々の力により駆動され得る。種々の種類のポンプが利用され得る。通常入口ポートでは遠心力及び／又は毛管力が利用される。
【００４７】
ディスクは、プラスチック部材、ガラス、シリコンなどの、種々の部材から形成され得る。ポリシリコンはプラスチック部材に含まれる。製造の観点からは、プラスチック部材が何倍も好ましい。なぜならこの種類の部材は通常廉価であり、例えば複製により大量生産が容易に為され得る。複製技術の典型例は、エンボスやモールディングなどである。例えばＷＯ９１１６９６６（Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ ＡＢ，Ｏｈｍａｎ＆Ｅｋｓｔｒｏｎ）を参照されたい。通常、複製処理は、中間生成物として開口のマイクロチャネルを作る。その中間生成物は続いて、例えばＷＯ０１５４８１０（Ｇｙｒｏｓ ＡＢ，Ｄｅｒａｎｄなど）に提示される手順に従い、若しくは本明細書で引用される文献で示される方法により、ふたで覆われる。親水性／疎水性の適切なバランスは、ＷＯ００５６８０８（Ｇｙｒｏｓ ＡＢ，Ｌａｒｓｓｏｎなど）及びＷＯ０１４７６３７（Ｇｙｒｏｓ ＡＢ，Ｄｅｒａｎｄなど）に示される原理によって得られるのが好ましい。３つ全てのＷＯ公開公報は、参照の上本明細書に統合される。言い換えると、マイクロチャネル構造の内側面は、通常、複製部分及び／又はふたから引き出される表面の水接触角が少なくとも９０°以下であるという意味で、親水性である。親水表面は、４０°以下や３０°以下や２０°以下のような５０°以下の水接触角を有することが好ましい。これらの限界はターゲット領域の親水性にも適用される。マイクロチャネル構造は、例えばバルブ機能のような疎水性の内側面を有してもよい。以下を参照されたい。親水性で兄面は疎水性である。マイクロシステム内で流路接続し、製造時の複製が当てにされないマイクロチャネル及びターゲット領域にも、同じ範囲が適用される。
【００４８】
実験例の実験４−５で利用されるマイクロチャネル構造（２００）が、図２に示される。矢印（２０１）は上方方向を示し、構造が配置されるディスクの中心に向けられている。実験で利用される完全な構造は、入口ポート（２０３）及び平行溝／縁（２０５）付きの入口マイクロキャビティ（２０４）を伴う共通配布チャネル（２０２）を含む。配布チャネル（２０２）に沿って、複数のＹ形状構造（マイクロチャネル構造）（２００）が存在しており、上向きのシャンクの一つ（２０８）は配布チャネル（２０２）に接続し、他方の上向きシャンク（２０９）は入口ポート（２０３）と同じ種類の入口ポート（２１０）を含む。Ｙ形状構造の下向きシャンク（２１１）は、周囲の大気に開口する出口ポート（２１２）を含み、浅い部分（２１３）と深い部分（２１４）とを有する。浅い部分の深さより大きい直径を有する粒子を含む液体が構造を経由して移送されるならば、浅い部分２１３の直ぐ上流の深い部分（２１４）内でパックされた床として粒子は結集する、ということを２つの深さは意味する。共通配布チャネル（２０２）は、個別のマイクロチャネル構造の間の周囲大気への孔（２１５）を含む。これらの孔の内側表面は、液体漏洩を防ぐために疎水化されている。個々のマイクロチャネル構造と共通配布チャネルとの間に、内側面が疎水化されたバルブ（２１６）が備わる。
【００４９】
実験例の実験４及び実験５では、パックされた床（２１４）に占められる部位は、反応マイクロキャビティ及び／又は検出マイクロキャビティに対応する。共通配布チャネルの上の構造の部位は、実験１及び実験２では利用されておらず従って更には記述しない。
【００５０】
ステップ（ｉ）で与えられるディスペンサ構成（器具セットアップ）
上記構成は、本発明の第２の実施形態である。
ディスペンサ構成は、
ａ）ディスク（１０３）を軸周りに回転するスピナ（１１３）と、
ｂ）ディスペンサオリフィス（１０８）を経由してターゲット領域（ＴＡ^１、ＴＡ^２、ＴＡ^３など）に水滴を分配し得る水滴ディスペンサ（１１０）と、
ｃ）検出部に伴う固定のトリガ位置（１０５）と、
ｄ）トリガ位置（１０５）を通過するトリガマーク（１０４）の機能として分配信号によりターゲット領域（ＴＡ）の中に水滴を分配することを始め得るコントローラ（１１４）を含む。
【００５１】
構成の種々の部分の説明
ａ）スピナ
スピナ（１１３）は、モータ（１１５）と、ディスクを軸周りに回転するシャフト（１１７）を伴うディスクホルダ（１１６）を含む。エンコーダ（１１８）はシャフトに連結され、例えば、２００００以上の階調や３００００以上の階調のように、１００００以上の階調に、回転を小部分に分ける。他方で、エンコーダはディスクと結合してもよい。
【００５２】
スピナは、“発明の目的”の項で示すインターバルの少なくとも一部の範囲内で調整され得るスピンを為すのが好ましく、徐々にシャフトとディスクの回転を為す。
【００５３】
ｂ）水滴ディスペンサと、ディスペンサへの及びディスペンサを経由する液体移送
水滴ディスペンサ（１１０）は、制御可能な周波数で、制御可能な体積と速度（ｍ／ｓ）で、ディスペンサオリフィス（１０８）を経由して、水滴をターゲット領域（ＴＡ）に分配することができる。
【００５４】
水滴ディスペンサは、水滴が分配され得るオリフィスに液体を移送するチャネル（１０９）を含む。通常の場合、インクジェットプリンタで利用される水滴ディスペンサが、適切な修正を為されれば、本発明でも利用され得る。“背景技術と文献”の項での議論を比較されたい。
【００５５】
一つの種類の適切な水滴ディスペンサは、フロースルーチャネルを伴うヘッド、フロースルーチャネルの壁の分配オリフィス、及び、分配オリフィスと繋がる、例えばオリフィスと完全に対向するチャネルの壁と繋がる分配アクチュエータを含む。例えば、図１ａに示されるディスペンサを参照されたい。通常、アクチュエータは、圧力パルス及び／又は電気パルスに感応する。これは、十分な大きさの個々のパルスがオリフィスを介して水滴を射出するということを意味する。好適な実施形態では、アクチュエータは、水滴の分配のために明確且つ短い分配パルスを発する圧電素子を含む。この種類の水滴ディスペンサは、公知である。Ｌａｕｒｅｌｌ等、Ｔｈｏｒｎｅｌｌ等、Ｔｏｒｍｏｄ、Ｓｔｊｅｒｎｓｔｒｏｍ等、Ｅｋｓｔｒａｎｄ等の名の上述の文献を参照されたい。
【００５６】
別のディスペンサの形態は、ディスペンサオリフィス内で終端する液体移送チャネルと、オリフィスに対して上流位置のチャネルに繋がる分配アクチュエータを含む。アクチュエータは、リング形状で、チャネルを介して流れる液体流を全体若しくは一部取り囲むのが好ましい。水滴形成のために電気パルスが利用される場合、リングは圧電部材を含んでもよい。この種類の水滴ディスペンサは、Ｃａｒｔｅｓｉａｎ（イングランド）のものが利用可能であり、適切に改良されれば本発明で利用可能である。他の形態のディスペンサは、例えばＯｌｉｖｅｔｔｉ（イタリア）により開発されたバブルジェット原理に基づくのであり、又は、ＭｉｃｒｏＦａｂ（ＵＳＡ）のもので入手可能な圧電性変換器若しくはスピーカに基づくのであり、更に／又は、レイリー崩壊原理に従って動作する連続モードインクジェットに基づくのであり、更に／又は、水滴が偏向フィールド下で差し向けされるものである。
【００５７】
フロースルーディスペンサは、液体の構成が容易に偏向され得るという利点がある。（徐々に変わる）異なる構成の別々の一連の液体、即ち、連続する勾配が、チャネルを通過するようにし、コントローラを適切にプログラミングすることによって、上記のことが為される。ある構成の十分な量の水滴が分配されると、所望の構成の液体が分配位置に到達するまで、分配は停止され得る。フロースルーディスペンサを利用することで、液体の置換が促進される。前述のディスペンサの形態は、通常、分配する液体を置換するために、若しくは電場で水滴を偏向させるために（水滴を荷電させる必要があるから）、より複雑な設計、及び／又はより面倒な手続きを必要とする。
【００５８】
水滴ディスペンサは、同じ又は異なる液体を含む一つ又は複数の貯蔵部（１２０）からチャネルを介して液体を駆動するためのポンプ（１１９）に接続してもよい。貯蔵部からくるコンジットの接合点にバルブを設けることにより、徐々に変動する勾配が形成され、ターゲット領域に分配され得る。勾配ポンプ（１１９）を接合点に繋ぐことにより、連続の及び／又は徐々に変動する勾配が形成され得る。
【００５９】
通常、勾配は、塩分濃度、塩の種類、ｐＨ、溶媒の構成、及び／又は、マイクロシステム好ましくはマイクロ流体装置内部で実行される生物学的な若しくは化学的な実験を干渉する他の要素における、変動として定義される。
【００６０】
マイクロ流体ディスク内の受容構造（ＴＡ）と、例えばマイクロ流体ディスクなどのマイクロシステム内部で実行されるべき処理の種類とに依存するが、水滴は、例えば、１０^−５−１０^−１μｌの範囲のような、１０^−６−１０^０μｌのインターバルの範囲の体積を有する。水滴の周波数は通常、マイクロチャネル構造が回転毎に一水滴を受ける、若しくは、毎秒に受ける、若しくは、３回転毎に受ける、若しくは、より希に受ける、というようなものである。別の可能な実施形態では、例えばディスペンサのアレイを利用して、同じ若しくは別の構造により、回転毎に数水滴を分配する。
【００６１】
ディスペンサのオリフィスを離れるときの水滴の最適速度は、多くのファクタに左右されるが、経験則上、１−１０ｍ／秒のような、０．５−２５ｍ／秒の範囲であるべきである。
【００６２】
ディスペンサは、トリガ位置（１０５）に対して固定の角位置に保持するため（図１ａ図１ｂには示されないが）フレーム上に配置される。ディスペンサは、全体構成内に配置されたディスクに平行な平面にて、側方に移動しうる。側方の動きは、モータ（１１５）のシャフト（１１７）に対して内向きでも外向きでもよい（放射移動）。ディスペンサが放射移動などの側方の動きを為し得る構成であれば、水滴を、ディスクの中心から異なる半径距離に配置されたターゲット領域に分配できる。スピンの間にディスペンサを放射方向に連続して動かすことにより、螺旋状に構成されたターゲット領域に分配することが可能である。
【００６３】
一つ以上のディスペンサを備える構成でもよい。複数のディスペンサは、ディスク上の複数のターゲット領域に同時に分配するためのアレイとして構成されてもよく、等位の分配の他の方法でもよい。同じ構成に２つ又はそれ以上のディスペンサが存在するのであれば、それらは互いに独立して機能してもよい。
【００６４】
ｃ）トリガ位置
トリガ位置（１０５）は、トリガマーク（１０４）がトリガ位置を通過する毎にディスク（１０３）上のトリガマーク（１０４）を検出し得る検出器を含む。トリガマークが通過すると、通常はコントローラにより、分配信号が開始され得る。通過と実際の分配との間の所与の遅延（Ｔ_ｅｌｅｃ）のためにシステムが提示されてもよい。この遅延は調整可能となり得る。
【００６５】
ｄ）コントローラ
コントローラ（１１４）は、例えば、オペレータのインタフェースとソフトウエアを伴う電子工学のプログラム可能な制御のための手段であり、ここではこれ以上は説明しない。コントローラは、構成の範囲内の独立の物理的部位でもよく、及び／若しくは、信号を送受信して通信するユニットと物理的に結合する部位を有していてもよい。コントローラ（１１４）は、スピナ（１１３）、水滴ディスペンサ（１１０）、及び／又は、例えばトリガ位置（１０５）の検出器と結合する。
【００６６】
コントローラは、トリガ位置（１０５）からトリガ信号を受信した後に分配信号（１０６）を開始することができる。分配信号の特性は、例えば製造者によりプリセットされる値を含むステップ（ｉｉ）でプログラムされ必要であればステップ（ｉｉｉ）の間にもプログラムされる値により、定義される。コントローラは、分配信号（１０６）がディスペンサに送られるとき、即ち実際の分配が為されるときもコントロールする。水滴がターゲット領域に命中する位置にターゲット領域がある時を、分配信号が水滴を実際の計測に射出するのに連結するのが、より好ましい。エンコーダが上述のようにスピンの動作に繋がるのであれば、エンコーダ信号は、ターゲット領域（ＴＡ）が正しい位置にある時を決定しオリフィスを介して水滴の現実の出射が最適なタイミングで為されるように調整するのに、利用される。エンコーダが高解像度であり、前に提案したように利用されるのであれば、分配は、タイミングに関して高い精度で為され得る。エンコーダは、互いに様々な各距離で離れているターゲット領域への分配も、促進する。
【００６７】
一方で、分配信号が与えられるタイミングは、ディスクの予めプログラムされた角速度に連結される。即ち、オリフィスとトリガ位置との間、及びトリガマークとターゲット領域との間の、角速度及び角距離は、それぞれ分配信号がディスペンサを作動するタイミングを計算するのに利用される。分配を制御するこの方法は、例えばエンコーダの形態のような従前の形態よりも正確さが低い。なぜなら、プリセットのスピン速度に対して通常発生する形態の説明とならないからである。
【００６８】
ステップ（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）
ステップ（ｉｉ）対して、プログラムされるべき主要な分配のパラメータは、上述の式により定義され、更に／又は、液体の物理化学特性に依存する。これらパラメータは、以下のものを含む。
（ａ）ディスクの回転の速度（角速度ω）、
（ｂ）分配が発生すべき回転、及び／又は、ターゲット領域（ＴＡ）への水滴の分配の周波数ｆ’、
（ｃ）例えば大きさなどの、分配信号の形状、及び／又は分配パルスの周波数ｆ、
（ｄ）トリガ位置からの信号と水滴の実際の分配との間の遅延Ｔ_ｅｌｅｃ、
（ｅ）ディスペンサオリフィスとディスクとの間の距離ｈ、
（ｆ）放射動作、及び／又は、ディスペンサオリフィスの放射位置。
パラメータ（ａ）−（ｆ）の値は、予め選択されたターゲット領域（ＴＡ）に水滴を分配するために、選択される。
【００６９】
上記の“プログラムされた”という用語は、ユーザがコントローラをプログラムすること、及び／又は、製造者が幾つかのパラメータを予めプログラムすることを含む。
【００７０】
以下の実験２は、液体の物理化学特性における変化が、ディスペンサオリフィスを離れる水滴の速度に影響し得ることを示す。式２は、そのような変化が、前に記した変数（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）のうちの一つ又はそれ以上を変更することにより、補償され得ることを示す。例えば、分配信号のパルスの大きさにおける変化が速度の変更を補償し得ることを示す例３を、参照されたい。
【００７１】
液体の構成が変化する（傾斜する）とき変化し得る表面張力、密度、粘性などが、物理化学特性である。種々のパラメータが水滴速度に与える影響の決定は、例えば図２に示されるような独立の実験から、又は、例えば、勾配を含む液体に対して水滴分配の間に水滴がディスク表面に当たるパターンから、解明される。分配パルスの形状の適切な変化は、実験例の実験３に示されるように、経験的に決定され得る。補償の機能即ちかように見出される別個の値、若しくは補償の機能即ち式２から導出される値は、ステップ（ｉｉ）にて、適宜ステップ（ｉｉｉ）の間にて、コントローラにプログラムされ得る。器具がこのために設計されれば、ステップ（ｉｉｉ）の間に、水滴の速度若しくは軌跡を手動で調整することが実行され得る。
【００７２】
マイクロ流体ディスクが水滴が分配されるべき複数のターゲット領域を含む場合、分配信号は、式４に示されるように、入口ポート／ターゲット領域の間の角距離（α）とディスクの角速度（ω）とにより決定される周波数ｆの複数のパルスを含み得る。パルス数は、一つの分配信号に対して形成される水滴数に等しく、水滴が分配されるターゲット領域数にも等しい。従って、この場合にも、コントローラは、分配信号によりオリフィスを介して出射される個々の水滴が意図される入口ポートそれぞれに当たるように相互に調和するパラメータに対する値にセットされる。通常、分配パラメータは、上記の（ａ）−（ｆ）から選択される。
【００７３】
ステップ（ｉｉ）は、利用するマイクロ流体ディスクの特性をプログラムすることも含む。そのような特性は、ターゲット領域数とそれらの角位置であり、ディスペンサが構成内に配置されたディスク状を放射方向に移動し得るならば、放射方向位置も含まれる。ユーザが利用しようとするディスクの種類のみをユーザがプログラムすれば良いように、製造者は、ディスク特有の特性をプログラムするのが好ましい。
【００７４】
マイクロシステムの範囲内で実行される処理
生化学、化学、生物物理学、微生物学、医学、動物学、分子生物学などを含む化学及び生物学フィールドの範囲内で、種々の微細化された化学及び生物学の実験、即ちアッセイプロトコル、合成プロトコル、細胞培養プロトコルなどを実施するために、個々のマイクロチャネル及び／又はターゲット領域で液体が処理される。処理は、種々の化学反応及び／又は生物化学反応及び／又は生物学反応などが発生する、ということを含む。通常のプロトコルは、互いに相互の親和性を有する反応体の間の特有の反応を利用する。そして以下のものが形成される。
（ａ）検出及び／又は反応マイクロキャビティ内で固体相に固定される親和性複合体の形成、又は、
（ｂ）検出マイクロキャビティ内の溶解性若しくは非溶解性の一つ又は複数の反応生成物。
通常の検出原理は、例えば、対応する属性を与えるグループ、若しくはこれらのグループの一つに変容され得るグループを提示する反応体を利用することにより、放射能、蛍光発光、化学ルミネセンス、生物ルミネセンス、酵素活性、クロモゲン、光散乱（タービジメトリ）などを基にする。
【００７５】
本明細書の通常の反応体は、以下のような親和ペアの個々の要素である。（ａ）抗原／付着体と抗体活性破片を含む対応する抗体、（ｂ）レクチンと対応する炭水化物構造、（ｃ）天然リガンドと対応する天然レセプタ、（ｄ）合成オリゴヌクレオチドのような合成変体を含む相補的ヌクレオチドと混成物（例えば、ＰＮＡｓ）を擬態し得る変体、（ｅ）ｌｇ（Ｆｃ）−ｂｉｎｄｉｎｇプロテインと、プロテインＡ、プロテインＧ及び他のｌｇ（Ｆｃ）―レセプタ、（ｆ）反対電荷のイオンペア、酵素及び酵素とバインドできる対応する基質、抑制体、共同因子、コエンザイムなど、（ｇ）リガンド及び細胞表面相互作用などに必要とされるレセプタ。天然親和ペアのメンバを多かれ少なかれ擬態する合成変体も含まれる。
【００７６】
反応マイクロキャビティは、有機及び／又は無機化合物を合成するため、一つ又はそれ以上の反応を実行するのに利用されても良い。
【００７７】
反応マイクロキャビティは、塗布の状況下で床にバインドされ得る少なくとも一つの物質を含むサンプル液が通過する多孔床の形態の分離媒体を含んでも良い。通過の間には、前記物質がバインドし、バインドしない物質が通過する。その次に、上記の少なくとも一つの物質が床からリリースされるように、溶離剤が床を経由して加えられてもよい。更なる処理工程が床の通過後にバインドしない物質の一つ又はそれ以上に為されてもよく、且つ／又は、床にバインドする若しくは床からリリースする一方で前記の少なくとも一つの物質の一つ又はそれ以上に更なる工程が為されてもよい。サンプル液体の後溶離剤の前に、床を経由して一つ又はそれ以上の洗浄液が通されてもよい。この種類のプロトコル内で利用される種々の液体は、同じ入口ポート／ターゲットを介して加えられてもよいし、異なる入口ポート／ターゲットを介して加えられてもよい。液体の少なくとも一つは、本発明に係る入口ポートに分配される。溶離剤は、本明細書の別の箇所で説明した種類の連続の即ち徐々に勾配するものの形態でもよい。
【００７８】
更なる処理工程が、床にバインドされる物質、若しくは床を通過するバインドしない物質の検出であってもよい。
【００７９】
前述の多孔床は、多孔モノリスや、多孔粒子や非多孔粒子のパックされた床であればよい。床を画定する粒子の個体群はビーズ形態であればよく、且つ／又は、モノサイズ（単分散）でもポリサイズ（多分散）でもよい。モノサイズという用語は、粒子の９５％が、平均粒子サイズの±５％の範囲内にあることを意味する。多の粒子分布を有する個体群はポリサイズである。
【００８０】
反応マイクロキャビティは、有機無機化合物の合成などにおいて、細胞基底アッセイの細胞の成長のための“発酵体”として利用してもよい。細胞の成長は、アンカー又は非アンカーの従属細胞の細胞培養と、組織培養を含む。分配する新たな方法は、細胞、試薬などを反応マイクロキャビティに付加するために利用されてもよい。反応マイクロキャビティ内の既存の液体を徐々に置換するのに利用されてもよい。
【００８１】
上述のマイクロ流体ディスク内の反応キャビティのためのものは、非流体マイクロシステムのターゲット領域に付加されてもよい。
【００８２】
本明細書の一部である発明の請求項において本発明は更に定義される。本発明は実験例で更に示される。
【００８３】
実験例
利用されるマイクロ流体ディスクは注入モールディングにより透明プラスチック部材で製造され、“マイクロ流体ディスク及び実行される処理”の項で示されたようにふたで覆われた。
【００８４】
実験１．ポンプとディスペンサの間で生じるフロープロファイル変形の調査
【００８５】
実験内容：
水滴がマイクロ流体装置内で集められなかったこと以外は、実験セットアップは図１のものである。水性のチバクロンダイ（ブリリアントレッド４Ｂ−Ｅ、チバ）による比色定量分析が、異なる流速（０．１及び０．５ｍｌ／分）の（水から、１、２又は３分以上利用された７０％のチバクロン溶液までの）勾配を調査するため、利用された。５００水滴を所定の間隔で収集し収集サンプルの色強度を計測することにより、処理がモニタされた。
【００８６】
結果：
図３はディスペンサから得られた４つの勾配を示す。示される結果は、０．３ｍｌ／分の流速で１分の勾配の再生を照明している。勾配が９０秒後に得られ、流れ構成の内部で３０秒のラグタイムを示唆することを、このグラフは示している。
【００８７】
実験２．一定パルスを伴う勾配の関数としての水滴の速度
【００８８】
実験内容：
水滴がマイクロ流体装置内で集められなかったこと以外は、実験セットアップは図１のものである。アセトニトリルの勾配（０−８０％）若しくは塩の勾配２５０ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ ｐＨ８（０−１．５Ｍ ＮａＣｌ）の、水滴速度ｖ（ｍ／秒）の変動が行われた。インクジェットプリントヘッドの評価のために開発されたコンピュータＩＲカメラシステム（Ｓｙｄａｔ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，スエーデン）を利用して、速度が計測された。
【００８９】
結果：
図４を参照されたい。分配された液体の物理的属性は、勾配プロファイルと共に変動し、調整不良を起こすような、水滴の速度への明確な影響を与える。しかしながら、この調整不良は種々のパラメータを調節することにより補償され得る。例えば、トリガ遅延又はディスク角速度（式２及び式３参照）が変更可能である。但し、角速度を調節するとフロー制御に影響し得る（図５も参照されたい）。
【００９０】
１５００ｒｐｍでディスクが回転するときの補償のために、中心から３０ｍｍの距離のディスク上の点の速度は、４．７ｍ／秒である。
【００９１】
実験３．パルスの大きさの関数としての水滴の速度
【００９２】
実験内容：
水滴がマイクロ流体装置内で集められなかったこと以外は、実験セットアップは図１のものである。水滴速度ｖ（ｍ／秒）が、通常の高塩分緩衝剤溶液のための、パルス大きさの関数として実施された。
【００９３】
結果：
パルス大きさを調整することにより、水滴速度を調節し、調整不良問題を解決することが可能になる。
【００９４】
実験４．ディスク上のナノリットルコラムからのＣｙ５がラベルされたアンギオテンシンの段階的溶離
【００９５】
実験内容：
（３０及び３５ナノリットル体積の）コラムが、ディスクマイクロ構造への遠心分離により、ＳＯＵＲＣＥ １５ＲＰＣ（Ａｍｅｒｓｈａｍ Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ、スエーデン）をパックされた。利用されたマイクロチャネル構造は図２で示される。ビーズ部材の懸濁液を入口ポート（２１０）の中に詰めることによって、パックは完了した。遠心分離において、ビーズは、Ｙ形状構造の下方シャンク（２１４９のより深い部分に収集する。ペプチド（アンギオテンシンＩ ＩＩ）は、Ｃｙ３又はＣｙ５のラベルキット（Ａｍｅｒｓｈａｍ Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ、スエーデン）を利用して、ラベルされた。コラムは、２×５００ｎｌ ５０％アセトニトリル、０．１％ＴＦＡを塗布することでコンディションされ、入口ポート（２０３）を介して共通配布チャネル（２０２）を充填し各々の溶液につきスピンすることにより、制御されたスピン（１５００ｒｐｍ）条件の下で０．１％ＴＦＡの５００ｎｌで洗浄された。Ｃｙ５ラベルのアンギオテンションＩ（１１０ｎＭ−Ｓｉｇｍａ）とＣｙ３ラベルのアンギオテンションＩＩ（８８０ｎＭ−Ｓｉｇｍａ）の５００ｎｌの混合物が、入口ポート（２０３）を介して共通配布チャネル（２０２）にロードされ、スピン速度が段階的に増加する。バインドされた成分は、１２．５−３７．５％アセトニトリルの間の段階的勾配で溶離された。アセトニトリルの濃度の増加に対応する部分は、ピペットにより共通配布チャネル（２０２）に充填され、ディスクの回転によりコラムを通された。アセトニトリル濃度は、それぞれの２００ｎｌの段階で２．５％増加し、制御されたスピンフローで付加された。コラム内の分離は、蛍光発光マイクロスコープを利用して、モニタされた。
【００９６】
結果：
ラベルされたペプチドとフリーダイの分離が、ディスク上の同時処理の１６コラム上でうまく再生された（結果は示さない）。この結果は、ピペットによる溶液の分配とは関連しない。入口ポート（２１０）へ水滴を分配することにより本発明に係る分配も生じうることも想定できる。
【００９７】
実験５．ディスク内のナノリットルコラムの段階的溶離
【００９８】
実験内容：
実験セットアップは図１に従った。（３４及び３８ナノリットル体積の）コラムが、実験４で記したようにパックされコンディションされた。Ｃｙ３（７００ｎＭ）／Ｃｙ５（３００ｎＭ）混合物が、スピン速度の段階的な増加によりロードされた。連続勾配の溶離が、直径６０μｍのノズルと、幅１ｍｍ深さ５０μｍのフロースルーチャネルとを備えるディスペンサを利用して、なされる。勾配の分配は本発明に係る入口ポート（２１０）を介して為された。１ｋＨｚの周波数と２５００〜１８００ｒｐｍのスピンのディスペンサを利用して、種々の溶離プロファイルがテストされた。分離は、蛍光発光マイクロスコープによりコラム内でモニタされた。
【００９９】
結果：
１分以上勾配０−４０％アセトニトリル、０．１％ＴＦＡを利用したＣｙ３とＣｙ５ダイの分離の開始を、結果は示した。他の実験は、水、アセトニトリル混合物、トリス緩衝剤などの種々の液体を利用して１４のマイクロ構造の中にスピンして、勾配を分配する可能性を示した。
【０１００】
反応及び／又は検出キャビティ内の反応を検出できる検出器が全体構成に繋がり反応の進行をモニタするのに利用されることを、この例は示している。この場合、分離媒体に対して、吸着／脱着反応となる。利用される検出器は、２００１年９月１７日に出願し本明細書に参照の上統合される共同係属出願中の我々の特許出願ＳＥ０１０３１１８−６（Ｇｙｒｏｓ ＡＢ、Ｍａｇｎｕｓ Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍなど）で概説されるのと同じ種類のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１ａ】本発明の器具セットアップ（構成）及び方法の形態を示す。
【図１ｂ】本発明の器具セットアップ（構成）及び方法の形態を示す。分配位置は、オリフィスの位置に対応する。
【図２】実験５で利用されるディスクのマイクロ流体構造である。
【図３】実験１に対して得られた結果である。
【図４】実験２に対して得られた結果である。
【図５】実験３に対して得られた結果である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０１・・・ターゲット領域、１０３・・・ディスク、１０４・・・トリガマーク、１０５・・・トリガ位置、１０８・・・ディスペンサオリフィス、１１３・・・スピナ、１１５・・・モータ、１１８・・・エンコーダ、２００・・・マイクロチャネル構造、２０３・・・入口ポート。

Claims (26)

1. マイクロシステムを画定するディスク表面内に存在するターゲット領域ＴＡ^１に液体を分配するための方法であって、
   上記ディスクが、ＴＡ^１である入口ポートの形態でターゲット領域を伴うマイクロチャネル構造を含むマイクロ流体ディスクであり、
   ｉ）（Ａ）ターゲット領域が分離しており周辺にトリガマークが存在するディスクと、（Ｂ）ディスペンサ構成とを提供するステップであって、該ディスペンサ構成が、ａ）軸周りにディスクを回すスピナと、ｂ）水滴を上記ターゲット領域ＴＡ^１に分配できる水滴ディスペンサと、ｃ）ディスク外部の固定されたトリガ位置と、ｄ）分配信号により、トリガ位置を通過するトリガマークの関数としてＴＡ^１の中への水滴の分配をトリガできるコントローラとを含む、ステップと、
   ｉｉ）ディスクをスピナ内に配置し、水滴の分配をＴＡ^１に与える分配パラメータのための値をコントローラにプログラムするステップと、
   ｉｉｉ）ディスクがスピンする間に、水滴を分配するステップを含むことを特徴とする方法。
2. （ａ）ディスク回転速度（各速度ω）と、
   （ｂ）分配が発生する回転、及び／又は、水滴をターゲット領域ＴＡ^１に分配する周波数ｆ’と、
   （ｃ）例えば大きさなどの分配信号の形状、及び／又は分配パルスの周波数ｆと、
   （ｄ）トリガ位置からの信号と水滴の実際の分配との間の遅延Ｔ_ｅｌｅｃと、
   （ｅ）ディスペンサオリフィスとディスクの間の距離ｈと、
   （ｆ）ディスペンサオリフィスの放射方向動作、及び／又は放射方向位置
   から、上記パラメータが選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 液体が、成分の少なくとも一つに関して勾配を含み、該勾配が連続の勾配か、又は、例えば一つ、二つ若しくはそれ以上の段階などの段階的勾配であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. パラメータ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）のうちの少なくとも一つのための値が、勾配により生ずる水滴速度の変化を補償するために分配の間に調整され、その調整はコントローラにより処理されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. ディスクが、マイクロ流体ディスクであり、
   上記マイクロチャネル構造が、ＴＡ^１である入口ポートと、ＴＡ^１下流に配置され化学的又は生物学的実験を実行するのに利用されるマイクロキャビティとを、含むことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一つに記載の方法。
6. 上記液体が、塩分濃度、塩の種類、ｐＨ、溶媒の構成、及び／又は、マイクロキャビティ内で実行される実験を干渉する他の要素における、変動として定義される勾配を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか一つに記載の方法。
7. ビーズ形態、且つ／又は、モノサイズ（単分散）でもポリサイズ（多分散）であり、例えば、多孔モノリス、多孔粒子や非多孔粒子のパックされた床である多孔性床の形態の分離媒質を、マイクロキャビティが含むことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の方法。
8. ａ）液体サンプル（液体１）を上記マイクロチャネル構造のサンプル入口ポートに分配するステップであって、サンプルが床を通過するときに床にバインドし得る少なくとも一つの物質を含むステップと、
   ｂ）分離媒質から上記物質の少なくとも一部をリリースするため、溶離剤（液体２）を上記マイクロチャネル構造の入口ポートに続いて分配するステップを含み、
   ・上記入口ポートの少なくとも一つがＴＡ^１であり、
   ・分配パラメータに対する上記のプログラムされた値を利用して、上記水滴ディスペンサを介して水滴として、液体１及び／又は液体２がＴＡ^１に分配されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 溶離剤が成分の一つに関して勾配を含み、分配パラメータに対する上記のプログラムされた値を利用して上記水滴ディスペンサを介して水滴としてＴＡ^１に分配されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. ａ）スピナが、回転毎に少なくとも１００００階調を与えるエンコーダに繋がり、
    ｂ）分配信号が与えられるタイミングが、トリガマークとトリガ位置との間のエンコーダ階調数により決定されることを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか一つに記載の方法。
11. 分配信号が与えられるタイミングが、回転速度（角速度）と、トリガマークがトリガ位置を通過するタイミングとから計算されることを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか一つに記載の方法。
12. 分配信号に従い動作される圧電駆動アクチュエータが水滴ディスペンサを駆動することを特徴とする請求項１から請求項１１のうちのいずれか一つに記載の方法。
13. 水滴ディスペンサがフロースルーディスペンサであることを特徴とする請求項１から請求項１２のうちのいずれか一つに記載の方法。
14. ディスクが、ディスク中心から同じ半径距離にある２つ又はそれ以上の離散ターゲット領域ＴＡ^１、ＴＡ^２、ＴＡ^３を含み、コントローラが、これらターゲット領域に水滴の分配を与える分配パラメータに対する値をプログラムされていることを特徴とする請求項１から請求項１３のうちのいずれか一つに記載の方法。
15. ディスクが２つ又はそれ以上のマイクロチャネル構造Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩを含むマイクロ流体ディスクであり、マイクロチャネル構造の各々は、構造Ｉに対してＴＡ^１、構造ＩＩに対してＴＡ^２、構造ＩＩＩに対してＴＡ^３の入口ポートを有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 相互に隣接して位置するターゲット領域ＴＡ^１、ＴＡ^２、ＴＡ^３の間の角距離が同じ若しくは異なることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の方法。
17. 分配信号の形状が、各々が水滴の出射を生じるパルスの波数を含むようにプログラムされ、残りのパラメータ（ａ）−（ｆ）のための値が、分配信号につきターゲット領域の中に回転当たりせいぜい多くとも１水滴を、好ましくはせいぜい多くとも１水滴を上記ターゲット領域ＴＡ^１、ＴＡ^２、ＴＡ^３の各々に分配するようにプログラムされていることを特徴とする請求項１４から請求項１８のうちのいずれか一つに記載の方法。
18. 上記水滴ディスペンサが、コントローラのコントロール下にある水滴ディスペンサのアレイの一部であることを特徴とする請求項１から請求項１７のうちのいずれか一つに記載の方法。
19. 表面に一つ又は複数の離散ターゲット領域ＴＡ^１、ＴＡ^２、ＴＡ^３を含むディスクの形態のマイクロシステムの一部である上記離散ターゲット領域に液体を分配する構成であって、
    上記ディスクは一つ又はそれ以上のマイクロチャネル構造Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩを含むマイクロ流体ディスクであり、そのマイクロチャネル構造の各々は、構造Ｉに対してＴＡ^１、構造ＩＩに対してＴＡ^２、構造ＩＩＩに対してＴＡ^３の入口ポートを有する、構成において、
    ａ）軸周りにディスクを回すスピナと、
    ｂ）水滴をＴＡ^１、ＴＡ^２、ＴＡ^３に分配できる水滴ディスペンサと、
    ｃ）ディスク外部に配置され、ディスクがスピナ内に配置され回転するときにトリガ位置を通過するトリガマークを検出し得る検出器を含む、固定されたトリガ位置と、
    ｄ）分配信号により、トリガ位置を通過するトリガマークの関数としてＴＡ^１、ＴＡ^２、ＴＡ^３の中への水滴の分配をトリガできるコントローラとを含むことを特徴とする構成。
20. ａ）スピナが、回転毎に少なくとも１００００階調を与えるエンコーダに繋がり、
    ｂ）分配信号が水滴ディスペンサに送られるタイミングが、トリガマークとトリガ位置との間のエンコーダ階調数により決定されることを特徴とする請求項１９に記載の構成。
21. 上記の一つ又は複数の分配信号が水滴ディスペンサに送られるタイミングが、回転速度（角速度）と、トリガマークがトリガ位置を通過するタイミングとから計算され得ることを特徴とする請求項１９に記載の構成。
22. 分配信号に従い動作される圧電駆動アクチュエータがディスペンサを駆動することを特徴とする請求項１９から請求項２１のうちのいずれか一つに記載の構成。
23. ディスペンサがフロースルーディスペンサであることを特徴とする請求項１９から請求項２２のうちのいずれか一つに記載の構成。
24. 水滴ディスペンサが、コントローラのコントロール下にある水滴ディスペンサのアレイの一部であることを特徴とする請求項１９から請求項２３のうちのいずれか一つに記載の構成。
25. コントローラが、
    ａ）各々が水滴ディスペンサから一つ又はそれ以上の水滴の出射を生じるパルスの波数を含む分配信号を送ることができ、
    ｂ）分配信号につきターゲット領域の中に回転当たりせいぜい多くとも１水滴を、好ましくは回転当たりせいぜい多くとも１水滴を上記ターゲット領域ＴＡ^１、ＴＡ^２、ＴＡ^３の各々に分配する分配パラメータのための値をプログラムされていることを特徴とする請求項１９から請求項２３のうちのいずれか一つに記載の構成。
26. 水滴ディスペンサが、構成内に配置されたディスクに平行な平面にて、側方に移動し得ることを特徴とする請求項１９から請求項２５のうちのいずれか一つに記載の構成。

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