JP2010005621A - 流体種の電子的制御 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
1つの様態において、本発明は、例えば、電界、機械的変形、介在流体の添加等を用いて、液体に囲まれた流体の小滴を生成するシステム及び方法に関する。特定の例において、小滴の各々にほぼ均一の数の成分を含有させることができる。例えば、小滴各々の95%以上に同一数の特定種成分を含有させることができる。別の様態において、本発明は、例えば電荷及び/又は双極子と、電界との相互作用を通して、流体小滴を2つの小滴に分割するためのシステム及び方法に関する。また、本発明は、本発明の別の様態において、例えば電荷及び/又は双極子と電界との相互作用を通して、小滴を融合させるためのシステム及び方法に関する。特定の例において、小滴の融合によって、反応を開始させ又はこれを判別することができる。
【選択図】図5
Description
本出願は、2003年8月27日出願の米国仮特許出願番号第60/498,091号、Linkらによる発明の名称「Electronic Control of Fluidic Species」の利益を主張し、この出願は、本明細書に参考として援用される。
本発明は、一般に流体種制御のためのシステム及び方法に関し、具体的には流体種の電子的制御のシステム及び方法に関する。
流体の移送、製品製造、解析などの目的で所望の構成の流体流、不連続な流体流、小滴、粒子、散布等を形成するための流体処理は、比較的よく研究されている技術である。例えば、直径が100ミクロンより小さい高単分散ガス泡は、毛管流動集束と呼ばれる技法を用いて生成される。この技法では、ガスが毛管チューブから液体槽に押し出され、チューブは小さな開口部の上に置かれ、その開口部を通る外部液体の縮流が、ガスを細い噴流に集束し、続いて、毛管が不安定であるために、おむね同等なサイズの泡に分離する。関連する技法において、同様な処理方法を使って、空中に液滴を生成することができる。
本発明は、流体種の電子的制御のためのシステム及び方法に関する。特定の例において、本発明の主題は相互に関連する製品、特定の問題に対する代替解決方法、及び/又は、1つ以上のシステム及び/又は製品の複数の異なる用途に関連する。
(項目1)
マイクロ流体システムの中で、少なくとも2つの種を、制御された仕方で結合する方法であって、
一連の小滴を準備してマイクロ流体システムに流入させることと、
該一連の小滴から第一小滴を選択し、該第一小滴を、該一連の小滴の中の他の少なくとも一部の小滴から分離し、該第一小滴は約100ミクロンより小さな最大断面寸法を有し、化学的、生物学的、又は生化学的第一種を含有するものとすることと、
該一連の小滴から分離された第二小滴を準備し、該第二小滴は約100ミクロンより小さな最大断面寸法を有し、化学的、生物学的、又は生化学的第二種を含有するものとすることと、
該第一小滴及び/又は該第二小滴を、融合が可能な場所へ選択的に移動させ、該第一小滴と該第二小滴とが1つの結合小滴に融合できるようにすることと、
少なくとも、該第一小滴中の第一種と、該第二小滴中の第二種が関わる反応を判別することとを
含む方法。
(項目2)
マイクロ流体システム中で、制御された仕方で小滴をソートする方法であって、
一連の小滴を準備してマイクロ流体システムに流入させることと、
該一連の小滴から第一小滴を選択し、該第一小滴を上記一連の小滴中の他の少なくとも一部の小滴から分離し、該第一小滴は約100ミクロンより小さな最大断面寸法を有するものとすることとを
含む方法。
(項目3)
項目2に記載の方法であって、上記一連の小滴から第二小滴を選択し、該第二小滴を、該一連の小滴の中の他の少なくとも一部の小滴から分離し、該第二小滴は約100ミクロンより小さな最大断面寸法を有するものとすることとを
さらに含む方法。
(項目4)
項目2に記載の方法であって、上記第一小滴は、該小滴を形成する上記流体以外の化学的、生物学的、又は生化学的種を含有するものとする、方法。
(項目5)
項目2に記載の方法であって、上記第一小滴は、該小滴を形成する上記流体以外の化学的、生物学的、又は生化学的種を含有しないものとする、方法。
(項目6)
項目2に記載の方法であって、上記マイクロ流体システムに流入する複数の上記小滴を、該複数の小滴の各々について、含有されている特定の化学的、生物学的、又は生化学的種の量又は欠如を判別し、該小滴が第一量の上記種を含有するかあるいは種を含有しない場合には該小滴を第一チャンネルに導き、該小滴が第二量の該種を含有する場合には該小滴を第二チャンネルに導くことによって、ソートすることを含む方法。
(項目7)
マイクロ流体システムにおいて、1つ以上の小滴に対し電荷を与える方法であって、
マイクロ流体システム中に小滴を準備することと、
該小滴に双極子モーメントを与えることと、
該小滴を、双極子モーメントが存在する間に少なくとも2つのサブ小滴に分割し、該サブ小滴の少なくとも1つに、該最初の小滴に与えた上記双極子モーメントから生じた電荷を帯びさせることとを、
含む方法。
(項目8)
項目7に記載の方法であって、上記小滴は正味電荷を持たず、上記方法は、
該小滴を上記2つのサブ小滴に分割し、該サブ小滴の一方には正味負電荷を帯びさせ、他方には正味正電荷を帯びさせることを含む方法。
(項目9)
項目7に記載の方法であって、上記小滴を、チャンネルの交点において上記少なくとも2つのサブ小滴に分割することを含む方法。
(項目10)
項目7に記載の方法であって、上記小滴を、チャンネル内の障害物において上記少なくとも2つのサブ小滴に分割することを含む方法。
(項目11)
マイクロ流体システムの中で、少なくとも2つの小滴を結合させる方法であって、
マイクロ流体システム中に少なくとも2つの小滴を準備することと、
該小滴を電界に曝し、これにより該小滴内に双極子モーメントを誘起させることと、
該誘起された双極子モーメントによる小滴−小滴間の引力を、少なくとも一部は介して、該少なくとも2つの小滴を単一の小滴に融合することとを
含む方法。
(項目12)
項目11に記載の方法であって、上記電界誘起の双極子モーメントがなければ上記小滴は融合しないような条件の下で、上記小滴を融合させることを含む方法。
(項目13)
第二液状流体に囲まれた第一流体上に少なくとも10 −16 Cの電荷を生成する工程を含む方法。
(項目14)
項目13に記載の方法であって、上記電荷は少なくとも約10 −15 Cである、方法。
(項目15)
項目13に記載の方法であって、上記電荷は少なくとも約10 −14 Cである、方法。
(項目16)
項目13に記載の方法であって、上記電荷は少なくとも約10 −13 Cである、方法。
(項目17)
項目13に記載の方法であって、上記電荷は少なくとも約10 −12 Cである、方法。
(項目18)
項目13に記載の方法であって、上記第一流体は親水性である、方法。
(項目19)
項目13に記載の方法であって、上記第二液状流体は疎水性である、方法。
(項目20)
項目13に記載の方法であって、上記第一流体は導電性である、方法。
(項目21)
項目20に記載の方法であって、上記第二液状流体は、上記第一流体よりも低い導電性を有する、方法。
(項目22)
項目13に記載の方法であって、上記第一流体の特性を判別することをさらに含む方法。
(項目23)
項目22に記載の方法であって、上記特性には蛍光特性が含まれる、方法。
(項目24)
項目13に記載の方法であって、上記生成工程は、上記第一流体に対し少なくとも約0.01V/マイクロメータの電界を印加することを含む、方法。
(項目25)
項目13に記載の方法であって、上記生成工程は、上記第一流体に対し少なくとも約0.1V/マイクロメータの電界を印加することを含む、方法。
(項目26)
項目13に記載の方法であって、上記生成工程は、上記第一流体に対し少なくとも約1V/マイクロメータの電界を印加することを含む、方法。
(項目27)
項目13に記載の方法であって、上記第一流体はチャンネル内で処理される、方法。
(項目28)
項目13に記載の方法であって、上記第一流体はマイクロ流体チャンネル内で処理される、方法。
(項目29)
項目13に記載の方法であって、上記第一流体は少なくとも1つの細胞を含む、方法。
(項目30)
項目13に記載の方法であって、上記第一流体は小滴を含む、方法。
(項目31)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約200マイクロメータより小さい、方法。
(項目32)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約100マイクロメータより小さい、方法。
(項目33)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約75マイクロメータより小さい、方法。
(項目34)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約50マイクロメータより小さい、方法。
(項目35)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約25マイクロメータより小さい、方法。
(項目36)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約10マイクロメータより小さい、方法。
(項目37)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約1マイクロメータである、方法。
(項目38)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約2マイクロメータである、方法。
(項目39)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約5マイクロメータである、方法。
(項目40)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約10マイクロメータである、方法。
(項目41)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約15マイクロメータである、方法。
(項目42)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約20マイクロメータである、方法。
(項目43)
項目30に記載の方法であって、上記小滴の少なくとも一部は細胞を含む、方法。
(項目44)
項目43に記載の方法であって、少なくとも1つの細胞は被包されている、方法。
(項目45)
項目30に記載の方法であって、上記第一流体の特性に基づいて上記小滴の少なくとも一部をソートすることをさらに含む方法。
(項目46)
項目45に記載の方法であって、上記特性は蛍光特性を含む、方法。
(項目47)
項目45に記載の方法であって、少なくとも約10滴/秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
(項目48)
項目45に記載の方法であって、少なくとも約100滴/秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
(項目49)
項目45に記載の方法であって、少なくとも約1000滴/秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
(項目50)
項目45に記載の方法であって、少なくとも約10,000滴/秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
(項目51)
項目45に記載の方法であって、少なくとも約100,000滴/秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
(項目52)
少なくとも約10 −16 Cの電荷を持ち、第二流体液体に囲まれた第一流体小滴を含む製品。
(項目53)
項目52に記載の製品であって、上記電荷は約10 −15 Cである、製品。
(項目54)
項目52に記載の製品であって、上記電荷は約10 −14 Cである、製品。
(項目55)
項目52に記載の製品であって、上記電荷は約10 −13 Cである、製品。
(項目56)
項目52に記載の製品であって、上記電荷は約10 −12 Cである、製品。
(項目57)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の直径は約200マイクロメータより小さい、製品。
(項目58)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の直径は約100マイクロメータより小さい、製品。
(項目59)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の直径は約75マイクロメータより小さい、製品。
(項目60)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の直径は約50マイクロメータより小さい、製品。
(項目61)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の直径は約25マイクロメータより小さい、製品。
(項目62)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の直径は約10マイクロメータより小さい、製品。
(項目63)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の直径は少なくとも約1マイクロメータである、製品。
(項目64)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の直径は少なくとも約2マイクロメータである、製品。
(項目65)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の直径は少なくとも約5マイクロメータである、製品。
(項目66)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の直径は少なくとも約10マイクロメータである、製品。
(項目67)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の直径は少なくとも約15マイクロメータである、製品。
(項目68)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の直径は少なくとも約20マイクロメータである、製品。
(項目69)
項目52に記載の製品であって、上記第一流体は親水性である、製品。
(項目70)
項目52に記載の製品であって、上記第二液状流体は疎水性である、製品。
(項目71)
項目52に記載の製品であって、上記第一流体は導電性である、製品。
(項目72)
項目71に記載の製品であって、上記第二液状流体は、第一流体よりも低い導電性を有する、製品。
(項目73)
項目52に記載の製品であって、上記第一流体は、チャンネルに包含されている、製品。
(項目74)
項目52に記載の製品であって、上記第一流体は、マイクロ流体チャンネルに包含されている、製品。
(項目75)
項目52に記載の製品であって、上記第一流体は細胞を含む、製品。
(項目76)
項目52に記載の製品であって、上記小滴の少なくとも一部は細胞を含む、製品。
(項目77)
項目76に記載の製品であって、少なくとも1つの細胞は被包されている、製品。
(項目78)
マイクロ流体チャンネルと、
該マイクロ流体チャンネル内に少なくとも約0.01V/マイクロメータの電界を生成するため構築、配置された電界発生器とを
含む装置。
(項目79)
項目78に記載の装置であって、上記電界は少なくとも約0.1V/マイクロメータである、装置。
(項目80)
項目78に記載の装置であって、上記電界は少なくとも約1V/マイクロメータである、装置。
(項目81)
項目78に記載の装置であって、上記電界発生器は少なくとも1つの電極を含む装置。
(項目82)
項目78に記載の装置であって、上記マイクロ流体チャンネルと交差する少なくとも2つの出口チャンネルをさらに含む装置。
(項目83)
項目78に記載の装置であって、上記マイクロ流体チャンネル内に第二電界を生成するため構築、配置された第二電界発生器をさらに含む装置。
(項目84)
第二液状流体に囲まれた第一流体に少なくとも約10 −9 Nの電気力を印加することを含む方法。
(項目85)
項目84に記載の方法であって、上記力は少なくとも約10 −8 Nである、方法。
(項目86)
項目84に記載の方法であって、上記力は少なくとも約10 −7 Nである、方法。
(項目87)
項目84に記載の方法であって、上記力は少なくとも約10 −6 Nである、方法。
(項目88)
項目84に記載の方法であって、上記力は少なくとも約10 −5 Nである、方法。
(項目89)
項目84に記載の方法であって、上記第一流体は親水性である、方法。
(項目90)
項目84に記載の方法であって、上記第二液状流体は疎水性である、方法。
(項目91)
項目84に記載の方法であって、上記第一流体は導電性である、方法。
(項目92)
項目91に記載の方法であって、上記第二液状流体は第一流体よりも低い導電性を有する、方法。
(項目93)
項目84に記載の方法であって、上記第一流体の特性を判別することをさらに含む方法。
(項目94)
項目93に記載の方法であって、上記特性には蛍光特性が含まれる、方法。
(項目95)
項目84に記載の方法であって、上記第一流体はチャンネル内で処理される、方法。
(項目96)
項目84に記載の方法であって、上記第一流体はマイクロ流体チャンネル内で処理される、方法。
(項目97)
項目84に記載の方法であって、上記第一流体は細胞を含む、方法。
(項目98)
項目84に記載の方法であって、上記第一流体は小滴を含む、方法。
(項目99)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約200マイクロメータより小さい、方法。
(項目100)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約100マイクロメータより小さい、方法。
(項目101)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約75マイクロメータより小さい、方法。
(項目102)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約50マイクロメータより小さい、方法。
(項目103)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約25マイクロメータより小さい、方法。
(項目104)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約10マイクロメータより小さい、方法。
(項目105)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約1マイクロメータである、方法。
(項目106)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約2マイクロメータである、方法。
(項目107)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約5マイクロメータである、方法。
(項目108)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約10マイクロメータである、方法。
(項目109)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約15マイクロメータである、方法。
(項目110)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約20マイクロメータである、方法。
(項目111)
項目98に記載の方法であって、上記小滴の少なくとも一部は細胞を含む、方法。
(項目112)
項目111に記載の方法であって、少なくとも1つの細胞は被包されている、方法。
(項目113)
項目98に記載の方法であって、上記第一流体の特性に基づいて上記小滴の少なくとも一部をソートすることをさらに含む方法。
(項目114)
項目113に記載の方法であって、上記特性は蛍光特性を含む、方法。
(項目115)
項目113に記載の方法であって、少なくとも約10滴/秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
(項目116)
項目113に記載の方法であって、少なくとも約100滴/秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
(項目117)
項目113に記載の方法であって、少なくとも約1000滴/秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
(項目118)
項目113に記載の方法であって、少なくとも約10,000滴/秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
(項目119)
第一流体は第一小滴及び第二小滴を含み、該第一流体は第二液状流体に囲まれている第一流体において、方法は、
該第一及び第二小滴を、少なくとも約10滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目120)
項目119に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約100滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目121)
項目119に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約300滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目122)
項目119に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約1,000滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目123)
項目119に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約3,000滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目124)
項目119に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約10,000滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目125)
項目119に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約30,000滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目126)
項目119に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約100,000滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目127)
項目119に記載の方法であって、上記第一流体は親水性である、方法。
(項目128)
項目119に記載の方法であって、上記第二液状流体は疎水性である、方法。
(項目129)
項目119に記載の方法であって、上記第一流体は導電性である、方法。
(項目130)
項目129に記載の方法であって、上記第二液状流体は、上記第一流体よりも低い導電性を有する、方法。
(項目131)
項目119に記載の方法であって、上記第一流体の特性を判別することを含む方法。
(項目132)
項目131に記載の方法であって、上記特性には蛍光特性が含まれる、方法。
(項目133)
項目119に記載の方法であって、上記第一流体はチャンネル内で処理される、方法。
(項目134)
項目119に記載の方法であって、上記第一流体はマイクロ流体チャンネル内で処理される、方法。
(項目135)
項目119に記載の方法であって、上記第一流体は細胞を含む、方法。
(項目136)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約200マイクロメータより小さい、方法。
(項目137)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約100マイクロメータより小さい、方法。
(項目138)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約75マイクロメータより小さい、方法。
(項目139)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約50マイクロメータより小さい、方法。
(項目140)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約25マイクロメータより小さい、方法。
(項目141)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約10マイクロメータより小さい、方法。
(項目142)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約1マイクロメータである、方法。
(項目143)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約2マイクロメータである、方法。
(項目144)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約5マイクロメータである、方法。
(項目145)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約10マイクロメータである、方法。
(項目146)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約15マイクロメータである、方法。
(項目147)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約20マイクロメータである、方法。
(項目148)
項目119に記載の方法であって、上記小滴の少なくとも一部は細胞を含む、方法。
(項目149)
項目148に記載の方法であって、少なくとも1つの細胞は被包されている、方法。
(項目150)
項目119に記載の方法であって、上記第一小滴と第二小滴とを区別することを含む方法。
(項目151)
第二液状流体に囲まれた第一流体を含む小滴を含み、該小滴の少なくとも約90%は各々、そこに含まれている同一数の種の成分から成る、製品。
(項目152)
項目151に記載の製品であって、上記小滴各々の少なくとも約95%は、そこに含まれている同一数の種の成分から成る、製品。
(項目153)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の少なくとも約97%は各々、そこに含まれている同一数の種の成分から成る、製品。
(項目154)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の少なくとも約99%は各々、そこに含まれている同一数の種の成分から成る、製品。
(項目155)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は約200マイクロメータより小さい、製品。
(項目156)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は約100マイクロメータより小さい、製品。
(項目157)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は約75マイクロメータより小さい、製品。
(項目158)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は約50マイクロメータより小さい、製品。
(項目159)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は約25マイクロメータより小さい、製品。
(項目160)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は約10マイクロメータより小さい、製品。
(項目161)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約1マイクロメータである、製品。
(項目162)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約2マイクロメータである、製品。
(項目163)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約5マイクロメータである、製品。
(項目164)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約10マイクロメータである、製品。
(項目165)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約15マイクロメータである、製品。
(項目166)
項目151に記載の製品であって、上記第一流体は親水性である、製品。
(項目167)
項目151に記載の製品であって、上記第二液状流体は疎水性である、製品。
(項目168)
項目151に記載の製品であって、上記第一流体は導電性である、製品。
(項目169)
項目168に記載の製品であって、上記第二液状流体は、第一流体よりも低い導電性を有する、製品。
(項目170)
項目151に記載の製品であって、上記第一流体は、チャンネルに包含されている、製品。
(項目171)
項目151に記載の製品であって、上記第一流体は、マイクロ流体チャンネルに包含されている、製品。
(項目172)
項目151に記載の製品であって、上記成分は細胞である、製品。
(項目173)
項目151に記載の製品であって、上記成分は分子である、製品。
(項目174)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の各々はそこに含まれている10未満の成分で構成される、製品。
(項目175)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の各々はそこに含まれている5未満の成分で構成される、製品。
(項目176)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の各々はそこに含まれている3未満の成分で構成される、製品。
(項目177)
項目151に記載の製品であって、上記小滴の各々はそこに含まれている1成分で構成される、製品。
(項目178)
第二液状流体に囲まれた第一流体の小滴を準備し、該小滴は、該第一種を含有しない小滴に対する第一種を含有する小滴のある比率を有するものとすることと、
該小滴をソートして、該第一種を含有しない小滴に対する該第一種を含有する小滴の該比率を少なくとも約2倍に増加させることとを
含む方法。
(項目179)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10倍に増加する方法。
(項目180)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約30倍に増加する方法。
(項目181)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約100倍に増加する方法。
(項目182)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約300倍に増加する方法。
(項目183)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約1000倍に増加する方法。
(項目184)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10 4 倍に増加する方法。
(項目185)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10 5 倍に増加する方法。
(項目186)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10 6 倍に増加する方法。
(項目187)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10 7 倍に増加する方法。
(項目188)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10 8 倍に増加する方法。
(項目189)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10 9 倍に増加する方法。
(項目190)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10 10 倍に増加する方法。
(項目191)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10 11 倍に増加する方法。
(項目192)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10 12 倍に増加する方法。
(項目193)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10 13 倍に増加する方法。
(項目194)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10 14 倍に増加する方法。
(項目195)
項目178に記載の方法であって、上記比率を約10 15 倍に増加する方法。
(項目196)
項目178に記載の方法であって、上記第一流体は親水性である、方法。
(項目197)
項目178に記載の方法であって、上記第二液状流体は疎水性である、方法。
(項目198)
項目178に記載の方法であって、上記第一流体は導電性である、方法。
(項目199)
項目198に記載の方法であって、上記第二液状流体は、上記第一流体よりも低い導電性を有する、方法。
(項目200)
項目178に記載の方法であって、上記第一流体の特性を判別することを含む方法。
(項目201)
項目200に記載の方法であって、上記特性には蛍光特性が含まれる、方法。
(項目202)
項目178に記載の方法であって、上記第一流体はチャンネル内で処理される、方法。
(項目203)
項目178に記載の方法であって、上記第一流体はマイクロ流体チャンネル内で処理される、方法。
(項目204)
項目178に記載の方法であって、上記第一流体は細胞を含む、方法。
(項目205)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約200マイクロメータより小さい、方法。
(項目206)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約100マイクロメータより小さい、方法。
(項目207)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約75マイクロメータより小さい、方法。
(項目208)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約50マイクロメータより小さい、方法。
(項目209)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約25マイクロメータより小さい、方法。
(項目210)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約10マイクロメータより小さい、方法。
(項目211)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約1マイクロメータである、方法。
(項目212)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約2マイクロメータである、方法。
(項目213)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約5マイクロメータである、方法。
(項目214)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約10マイクロメータである、方法。
(項目215)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約15マイクロメータである、方法。
(項目216)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約20マイクロメータである、方法。
(項目217)
項目178に記載の方法であって、上記小滴の少なくとも一部は細胞を含む、方法。
(項目218)
項目217に記載の方法であって、少なくとも1つの細胞は被包されている、方法。
(項目219)
第一流体は第一小滴及び第二小滴を含み、該第一流体は第二液状流体に囲まれている第一流体において、方法は、
該第二液状流体の流速を大きく変えることなく該第一小滴と第二小滴とをソートすることを含む方法。
(項目220)
項目219に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約10滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目221)
項目219に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約100滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目222)
項目219に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約300滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目223)
項目219に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約1,000滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目224)
項目219に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約3,000滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目225)
項目219に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約10,000滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目226)
項目219に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約30,000滴/秒の速度でソートすることを含む方法。
(項目227)
項目219に記載の方法であって、上記第一流体は親水性である、方法。
(項目228)
項目219に記載の方法であって、上記第二液状流体は疎水性である、方法。
(項目229)
項目219に記載の方法であって、上記第一流体は導電性である、方法。
(項目230)
項目229に記載の方法であって、上記第二液状流体は、上記第一流体よりも低い導電性を有する、方法。
(項目231)
項目219に記載の方法であって、上記第一流体の特性を判別することを含む方法。(項目232)
項目231に記載の方法であって、上記特性には蛍光特性が含まれる、方法。
(項目233)
項目219に記載の方法であって、上記第一流体はチャンネル内で処理される、方法。
(項目234)
項目219に記載の方法であって、上記第一流体はマイクロ流体チャンネル内で処理される、方法。
(項目235)
項目219に記載の方法であって、上記第一流体は細胞を含む、方法。
(項目236)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約200マイクロメータより小さい、方法。
(項目237)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約100マイクロメータより小さい、方法。
(項目238)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約75マイクロメータより小さい、方法。
(項目239)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約50マイクロメータより小さい、方法。
(項目240)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約25マイクロメータより小さい、方法。
(項目241)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約10マイクロメータより小さい、方法。
(項目242)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約1マイクロメータである、方法。
(項目243)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約2マイクロメータである、方法。
(項目244)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約5マイクロメータである、方法。
(項目245)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約10マイクロメータである、方法。
(項目246)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約15マイクロメータである、方法。
(項目247)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約20マイクロメータである、方法。
(項目248)
項目219に記載の方法であって、上記小滴の少なくとも一部は細胞を含む、方法。
(項目249)
項目248に記載の方法であって、少なくとも1つの細胞は被包されている、方法。
(項目250)
項目219に記載の方法であって、上記第一小滴と第二小滴とを区別することを含む方法。
(項目251)
第二液状流体に囲まれた第一流体小滴を、電界を使って2つの小滴に分割することを含む方法。
(項目252)
項目251に記載の方法であって、上記2つの小滴はほぼ同一の質量を持つ、方法。
(項目253)
項目251に記載の方法であって、上記2つの小滴はほぼ同一の体積を持つ、方法。
(項目254)
項目251に記載の方法であって、上記電界は少なくとも約0.01V/マイクロメータの強度を持つ、方法。
(項目255)
項目251に記載の方法であって、上記電界は少なくとも約0.1V/マイクロメータの強度を持つ、方法。
(項目256)
項目251に記載の方法であって、上記電界は少なくとも約1V/マイクロメータの強度を持つ、方法。
(項目257)
項目251に記載の方法であって、上記第一流体は親水性である、方法。
(項目258)
項目251に記載の方法であって、上記第二液状流体は疎水性である、方法。
(項目259)
項目251に記載の方法であって、上記第一流体は導電性である、方法。
(項目260)
項目259に記載の方法であって、上記第二液状流体は第一流体よりも低い導電性を有する、方法。
(項目261)
項目251に記載の方法であって、上記第一流体はチャンネル内で処理される、方法。
(項目262)
項目251に記載の方法であって、上記第一流体はマイクロ流体チャンネル内で処理される、方法。
(項目263)
項目251に記載の方法であって、上記小滴の直径は約200マイクロメータより小さい、方法。
(項目264)
項目251に記載の方法であって、上記小滴の直径は約100マイクロメータより小さい、方法。
(項目265)
項目251に記載の方法であって、上記小滴の直径は約75マイクロメータより小さい、方法。
(項目266)
項目251に記載の方法であって、上記小滴の直径は約50マイクロメータより小さい、方法。
(項目267)
項目251に記載の方法であって、上記小滴の直径は約25マイクロメータより小さい、方法。
(項目268)
項目251に記載の方法であって、上記小滴の直径は約10マイクロメータより小さい、方法。(項目269)
項目251に記載の方法であって、上記小滴の直径は少なくとも約1マイクロメータである、方法。
(項目270)
項目251に記載の方法であって、上記小滴の直径は少なくとも約2マイクロメータである、方法。
(項目271)
項目251に記載の方法であって、上記小滴の直径は少なくとも約5マイクロメータである、方法。
(項目272)
項目251に記載の方法であって、上記小滴の直径は少なくとも約10マイクロメータである、方法。
(項目273)
項目251に記載の方法であって、上記小滴の直径は少なくとも約15マイクロメータである、方法。
本発明は、一般に、通常、液体(例、懸濁液)に囲まれた流体種の制御及び処理に関する。本発明のさまざまな様態は、流体小滴を形成すること、小滴を複数の小滴に分割すること、小滴上に電荷を生成すること、小滴に双極子を誘起すること、小滴を結合又は融合させること、小滴内で混和を生じさせること、小滴をソート及び/又は分離すること、ならびに/もしくは、小滴及び/又は小滴内の成分を感知及び/又は判別することに関する。また、これらの、及び/又は他の流体種を制御、処理するシステム及び方法の組み合わせも、例えば、リンクらにより2003年8月27日に出願された米国仮特許出願第60/498,091号、ストーンらにより2002年6月28日に出願された米国仮特許出願第60/392,195号;リンクらにより2002年11月5日に出願された米国仮特許出願第60/424,042号;1996年4月30日にクマーらに授与された米国特許第5,512,131号;ホワイトサイズらにより1996年6月26日に公表された国際特許公報WO96/29629号;2002年3月12日にキムらに授与された米国特許第6,355,198号;アンダーソンらにより2001年5月25日に国際特許出願第PCT/US01/16973号として出願され、2001年11月29日に公示されたWO01/89787号;ストーンらにより2003年6月30日に国際特許出願PCT/US03/20542号として出願され、2004年1月8日に公示されたWO2004/002627号;リンクらにより2004年4月9日に出願された国際特許出願第PCT/US2004/010903号;及びリンクらにより2003年4月10日に出願された米国仮特許出願第60/461,954号に描かれており、これらの各々は本明細書中に参考として援用される。
本発明の1つの様態は液体に囲まれた流体の小滴を生成するためのシステム及び方法に関する。流体と液体とは、多くの場合、対象となる時間幅(例、流体小滴が特定のシステム又は装置を通って搬送される時間幅)において基本的に不混和である。ある場合において、後記でさらに説明するように、小滴をほとんど同一の形状とサイズにすることができる。また、流体に他の種、例えば特定の分子種(例、後記で論じるように)、細胞、粒子等を含有させることができる。
別の様態において、本発明は、流体小滴を2つ以上の小滴に分割するためのシステム及び方法に関する。流体小滴を、例えば前記のように液体で囲むことができ、特定の例においては、流体と液体とは本質的に不混和である。元の小滴を分割するため用いた条件いかんによって、元の流体小滴を分割して生成された2つ以上の小滴の各々をほぼ同一の形状及び/又はサイズとすることができ、もしくは、これら2つ以上の小滴を異なった形状及び/又はサイズとすることができる。多くの例において、元の流体小滴を分割するために用いる条件を、特定の仕方、例えば手動又は自動で制御することができる(例、後記で説明するようにプロセッサを使って)。特定の例において、複数の又は一連の流体小滴中の各小滴を他と関係なく制御することができる。例えば、一部の小滴を、均等な部分に又は不均等な部分に分割し、他の小滴は分割しないでおくことができる。
さらに別の様態において、本発明は、2つ以上の流体小滴を1つの小滴に結合又は融合するためのシステム及び方法に関する。例として、実施形態の1つのセットにおいて、例えば、組成、表面張力、滴サイズ、界面活性剤の存在又は不在等に起因して、通常は2つ以上の小滴の結合又は融合することができない場合に、2つ以上の小滴(例、流体の不連続な流れにより発生)を1つの小滴に結合又は融合させることを可能にするシステムと方法とを提供する。ある種のマイクロ流体システムにおいて、小滴のサイズと関連して、小滴の表面張力により小滴の結合又は融合が妨げられる場合がある。
関連する様態において、本発明は、流体小滴内において生じる複数の流体の混和を可能にするシステムと方法とに関する。例えば、本発明のさまざまな実施形態において、前記のように、2つ以上の流体小滴の結合又は融合を可能にできるが、そこで、融合した小滴内の、2つ以上の元の流体小滴からの2つ以上の流体を混和させることができる。2つの小滴が結合又は融合した場合小滴内の完全な混和は直ちには生じないことに注意すべきである。そうでなく、例えば、図12Bに示すように、融合した小滴は、当初は、(第一小滴73からの)第一流体領域71、(第二小滴74からの)第二流体域72によって形成されている。しかして、特定の例において、流体領域は、例えば、流体小滴内の内部「反転運動」流(図12G中に小滴968で示し、方向を矢印977で示す)によって別個の領域のままになっており、図12Aに示すように、不均一な流体小滴75を生じる。
さらに別の様態で、本発明は、特定の例においては高い流速の、液体中の流体小滴を選別又はソートするためのシステムと方法とを提供する。例えば、小滴の特性を特定の方法(例、以下でさらに説明するような)で感知及び/又は判別することができ、そこで、例えばソート又は選別のために、装置の特定部位に導くことができる。
本発明の特定の様態において、流体小滴の1つ以上の特性、及び/又は流体小滴を包含する流体システムの一部(例、流体小滴を囲む液体)の特性を(流体小滴の1つ以上の特性を判別できるような方法で)、感知及び/又は判別することができるセンサを提供する。当業者には、小滴に関して判別可能で本発明で使えるような特性は明確であろう。このような特性の限定されない例には、蛍光特性、分光特性(例、光学、赤外線、紫外線等)、放射能、質量、体積、密度、温度、年度、pH、生体物質(例、たんぱく質、核酸等)のような物質の濃度、又は類似特性が含まれる。
ここで、本発明のさまざまな名様態の理解の上で助力となる各種の定義を提示する。以下に、また及び散在して組み入れた定義事項は、本発明をさらに十分に説明するための追加開示である。前記したように、本発明のさまざまな様態は、流体に囲まれた(例、懸濁された)流体の小滴に関する。特定の用途に応じて、小滴を、ほぼ同じ形状及び/又はサイズ、又は異なった形状及び/又はサイズにすることができる。本明細書で用いる「流体」という用語は、一般に、流れる性質、容器の輪郭に適合する性向をもつ物質、すなわち液体、ガス、粘弾性的流体等をいう。典型的には、流体は、静的剪断応力に耐えられない材料であり、剪断応力が加わると、流体は連続的にどこまでも変形する。流体は、「流れる」ことが可能な任意の妥当な粘度を持つことができる。2つ以上の流体が存在する場合、当業者は、流体間の関係を考慮しながら、基本的にはどのような流体(液体、ガス、及び類似)からでも、他の流体と関係なく、各々の流体を選定することができる。流体は相互に混和性又は不混和性である。例えば、流体の流れ形成の時間枠内、又は反応又は相互作用の時間枠内で、基本的に不混和であるような2つの流体を選定することができる。一部を相当に長い期間液体中にとどめるのであれば、それら流体は本質的に不混和であるべきである。接触及び/又は形成の後、分散した部分が、重合又は同様な作用ですばやく硬化するような場合には、流体は不混和である必要はない。当業者は、接触角測定などを使って適切な混和性又は不紺和性の流体を選択して、本発明の技法を実施することができる。
本発明の特定の様態による、さまざまな材料及び方法を使って、本発明システムの前記構成要素のいずれをも形成することができる。特定の例において、選定されたさまざまな材料を各種の方法に役立てることができる。例えば、本発明の各種構成要素を固体材料で形成することができ、マイクロマシニング、回転塗布及び化学気相蒸着のような成膜処理、レザー加工、写真平板技法、化学液又はプラズマ処理を含むエッチング、及び類似技法によって、チャンネルを形成することができる。例えば、「サイエンティフィック・アメリカン」248:44−455、1983年(エンジェルら)を参照すること。1つの実施形態において、流体システムの少なくとも一部は、シリコン・チップの必要部分をエッチングしたシリコンで形成される。シリコンから本発明の各種の流体システム及び装置を、高精度で効率的に加工するための技術はよく知られている。別の実施形態において、本発明のシステム及び装置のさまざまな構成要素をポリマー、例えば、ポリメチルシロキサン(「PDMS」)、ポリテトラフルオロエチレン(「PTFE」又はテフロン(登録商標))のようなエラストマー・ポリマー、又は類似材料で形成することができる。
図15Aは、前記の特質の一部を持つ流体システムの例を示す。この例において、流体小滴はシステム800(概略的に図15Aに示す)に取り入れられる。流体システム800は、取り入れ領域801(「a」で標示)、分岐領域802(「b」)、ポストを含む領域803(「c」)、及び回収領域804(「d」)を含む。取り入れ領域801は、液体815に包含された一連の小滴810を生成する。小滴は約20マイクロメータの平均直径を持つ。この例では、液体は水であり、流体小滴は、約3wt%のSPAN80(界面活性剤)を含むヘキサデカンを含有する。一連の小滴が図15Bに示されており、これは、図15Aに概略を示した取り入れ領域801の拡大図である。
この例において、マイクロ流体デバイスによる流体流れの高精度の操作を明らかにする。この技術は、微量の試薬を使いながら高処理能力の反応装置を可能にする。これらの反応装置はその規模が縮小するにつれ、表面吸収及び拡散による汚染の影響によって、使用可能最小量が制限されることがある。不混和性の搬送流体の中の小滴内に試薬を封じ込めることによってこのような制限を乗り越えることができるが、新しい流体処理技術が必要となる。電気的に取り扱える小滴の生成、高い効率の小滴融合、高い精度の小滴の分割及び再帯電、及び制御可能な小滴ソートを可能にする、帯電小滴と電界とに基づくプラットフォーム技術の例を提供する。
Claims (1)
- 本明細書に記載の方法。
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