JP2013503742A - ジャンクションを使用して生成された多重エマルジョン - Google Patents

Abstract

本発明は一般に、エマルジョンに関し、より具体的には多重エマルジョンに関する。一態様では、多重エマルジョンは、共通の交差部で出会うマイクロ流体チャネルなどの複数のチャネルを用いて形成させる。いくつかの実施形態では、多重エマルジョンを形成させるために多重のチャネル交差部が必要とされる従来の他の技術のシステムとは異なり、多重エマルジョンを単一の共通の交差部で形成させることができる。例えば、一連の実施形態では、３つ、４つまたはそれ以上のマイクロ流体チャネルを、入口として働く２つまたは３つおよび出口として働く１つで、共通の交差部で交差させることができる。いくつかの実施形態では、第１流体チャネルは相対的に疎水性であってよいが、第２流体チャネルは相対的に親水性である。存在する場合、第３チャネルは、用途に応じて相対的に親水性であっても疎水性であってもよい。

Description

政府の財政的支援
本発明の種々の態様を導く研究は、ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎの助成金番号ＤＭＲ０２１３８０５、ＤＭＲ０６０２６８４、およびＤＭＲ０６４９８６５により、少なくとも部分的に後援された。米国政府は本発明における一定の権利を有し得る。

関連出願
本出願は、２００９年９月２日に出願された米国仮特許出願第６１／２３９，４０２号（発明の名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」、Ｗｅｉｔｚら）の利益を主張する。この出願の各々は、本明細書において参照として援用される。

発明の分野
本発明は一般にエマルジョン、より具体的には多重エマルジョンに関する。

背景
エマルジョンは、第１流体が、一般にその第１流体と非混和性である第２流体中に分散されている場合に存在する流体状態である。一般的なエマルジョンの例は、水中油型および油中水型のエマルジョンである。多重エマルジョンは、３つ以上の流体、または典型的な二流体エマルジョンより複雑な様式で配置された２つ以上の流体によって形成されるエマルジョンである。例えば、多重エマルジョンは、油中水中油型（「ｏ／ｗ／ｏ型」）であっても水中油中水型（「ｗ／ｏ／ｗ型」）であってもよい。薬剤送達、塗料、インクおよびコーティング、食品および飲料、化学的分離ならびに健康用品および化粧品などの分野における最近の潜在的な用途のため、多重エマルジョンは特に興味のあるものである。

一般に、別の液滴の内部の液滴の多重エマルジョンは、せん断力をかけるか、または乳化過程で形成される液滴のサイズを小さくするための混合による乳化などの二段階乳化法を用いて作製される。例えば多孔質ガラス膜を用いた膜乳化法などの他の方法も、水中油中水型エマルジョンを生成するために用いられている。マイクロ流体法も、２つ以上の段階を含む手順を用いて、液滴の内部に液滴を生成するために用いられている。例えば、２００４年１０月２８日に特許文献１として公開のＬｉｎｋらによる「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」という表題の２００４年４月９日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０９０３；または２００４年１月８日に特許文献２として公開のＳｔｏｎｅらによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｌｕｉｄ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」という表題の２００３年６月３０日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／２０５４２を参照されたい。これらのそれぞれを参照により本明細書に組み込む。

国際公開第２００４／０９１７６３号 国際公開第２００４／００２６２７号

発明の要旨
本発明は一般に、エマルジョン、より具体的には多重エマルジョンに関する。本発明の主題は、いくつかの場合、相互に関係のある生成物、特定の課題に対する代替溶液、および／または１つもしくは複数のシステムおよび／または物品の複数の異なる使用を含む。

一態様では、本発明はデバイスを対象とする。一連の実施形態によれば、そのデバイスは、共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルを含む。いくつかの場合、その第１流体チャネルは相対的に疎水性であり、第２流体チャネルは相対的に親水性であり、第４流体チャネルは、相対的に親水性である少なくとも１つの部分および相対的に親水性である少なくとも１つの部分を含む。

他の一連の実施形態では、そのデバイスは、それぞれ共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２および第３流体チャネルを含む。いくつかの場合、チャネルの少なくとも１つは、相対的に親水性である少なくとも１つの部分および相対的に親水性である少なくとも１つの部分を含む。

さらに他の一連の実施形態では、そのデバイスは、それぞれ共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２および第３流体チャネルの配置を含む。一実施形態では、その配置は、流体チャネルの少なくとも１つを含む親水性部分および流体チャネルの少なくとも１つを含む疎水性部分を含む。

他の態様では、本発明は一般に方法を対象とする。一連の実施形態によれば、その方法は、第１、第２および第３流体を、共通の交差部の方へその交差部に近接して流し、その第１流体が第２流体を取り囲み、その第２流体が第３流体を取り囲んで多重エマルジョンを形成させるようにする動作を含む。いくつかの場合、その第１流体および第２流体は相対的に非混和性であり、一実施形態では、第２流体および第３流体は相対的に非混和性である。

他の態様では、本発明は、本明細書で説明する実施形態の１つまたは複数、例えば多重エマルジョンを作製する方法を対象とする。他の態様では、本発明は、本明細書で説明する実施形態の１つまたは複数、例えば多重エマルジョンを使用する方法を対象とする。

本発明の他の利点および新規な特徴は、添付の図面と合わせて考慮すれば、本発明の様々な非限定的実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになろう。本明細書と、参照により組み込まれた文献とが相反する、および／または一致しない開示を含む場合、本明細書が優先されるものとする。参照により組み込まれた２つ以上の文献が互いに相反する、および／または一致しない開示を含む場合、より遅い発効日を有する文献が優先されるものとする。

本発明の非限定的実施形態を、略図であり、縮尺通りに描かれていない添付の図面を例として参照して説明することとする。図面において、例示されたそれぞれの同一またはほぼ同一のコンポーネントは、一般に単一の数字で表される。明確にする目的で、当業者が本発明を理解するのに例示が必要でないところでは、すべてのコンポーネントがすべての図において標識付けされているわけではなく、また、本発明のそれぞれ実施形態のすべてのコンポーネントが示されているわけではない。

図１は、本発明の一実施形態によるデバイスの概略図である。 図２は、本発明の実施形態のデバイスの顕微鏡写真である。 図３は、本発明の実施形態によって生成された多重エマルジョンの顕微鏡写真である。 図４は、本発明のさらに他の実施形態によるデバイスの概略図である。 図５は、本発明の他の実施形態によるデバイスの概略図である。

詳細な説明
本発明は一般に、エマルジョンに関し、より具体的には多重エマルジョンに関する。一態様では、多重エマルジョンは、共通の交差部で出会うマイクロ流体チャネルなどの複数のチャネルを用いて形成される。いくつかの実施形態では、多重エマルジョンを生成させるために多重のチャネル交差部が必要とされる従来の他の技術のシステムとは異なり、多重エマルジョンを単一の共通の交差部で生成させることができる。例えば、一連の実施形態では、３つ、４つまたはそれ以上のマイクロ流体チャネルを、入口として働く２つまたは３つおよび出口として働く１つを有する共通の交差部で交差させることができる。いくつかの実施形態では、第１流体チャネルは相対的に疎水性であり、一方第２流体チャネルは相対的に親水性である。存在する場合、第３チャネルは、用途に応じて相対的に親水性であっても疎水性であってもよい。出口チャネルは疎水性であっても親水性であってもよく、また、相対的に親水性の少なくとも１つの部分および相対的に親水性の少なくとも１つの部分を含むこともできる。チャネルの親水性および疎水性部分を通る流体の流れを制御することによって、多重エマルジョンを、共通の交差部に入る流体間の交差により、共通の交差部に近接して形成させることができる。他の実施形態では、異なるパターンの親水性または疎水性チャネルを使用することができる。本発明の他の態様は一般に、そうしたシステム、そうしたシステムを含むキット、そうしたシステムを用いて生成されたエマルジョンなどを作製および使用する方法を対象とする。

したがって、特定の実施形態では、本発明は一般に、多重エマルジョンを含むエマルジョン、およびそうしたエマルジョンを作製するための方法および装置に関する。本明細書で用いる「多重エマルジョン」は、その中に１つまたは複数のより小さい液滴を含むより大きな液滴を表す。二重エマルジョンでは、より大きな液滴は、次に、より小さい液滴内の流体と同じであっても異なっていてもよい別の流体内に含まれ得る。特定の実施形態では、多重エマルジョン内でのより大きな度合いのネスティングが可能である。例えば、エマルジョンは、その中により小さい液滴を含む液滴を含むことができ、そのより小さい液滴の少なくとも一部はさらに小さい液滴をその中に含むことができる等である。多重エマルジョンは、薬剤、細胞、化学物質などの種を封入するのに有用であり得る。以下で説明するように、特定の実施形態において、多重エマルジョンをほぼ正確な再現性で形成させることができる。

エマルジョンまたは多重エマルジョンが有用であることが分かり得る分野には、例えば、食品、飲料、健康用品および化粧品、塗料およびコーティングならびに薬物および薬物送達が含まれる。例えば、正確な量の薬物、医薬または他の剤をエマルジョン中に含めることができ、また、いくつかの場合、細胞を液滴中に含めることができ、その細胞を貯蔵および／または送達することができる。貯蔵および／または送達することができる他の種には、例えば、ｓｉＲＮＡ、ＲＮＡｉおよびＤＮＡなどの核酸、タンパク質、ペプチドまたは酵素などの生化学的種が含まれる。本発明のエマルジョン中に取り込むことができる他の種には、これらに限定されないが、ナノ粒子、量子ドット、香料、タンパク質、インジケーター、色素、蛍光種、化学物質、薬物などが含まれる。特定の場合では、エマルジョンを、化学反応を制御するため、またはインビトロでの転写および翻訳のため例えば指向性進化技術のためなどの反応容器として働くこともできる。

いくつかの実施形態では、本明細書で説明する方法およびデバイスを用いて、一貫性のある液滴のサイズおよび／または数を有するエマルジョンを生成することができ、そして／あるいは、外部液滴のサイズおよび／または数と内部液滴のそれとの一貫性のある比（または他のそうした比）を有するエマルジョンを、多重エマルジョンを含む場合に生成することができる。例えば、いくつかの場合、予測可能なサイズの外部液滴内の単一の液滴を用いて、特定量の薬物を提供することができる。さらに、化合物または薬物の組合せを、液滴中に貯蔵、輸送または送達することができる。例えば、液滴が親水性部分と疎水性部分の両方を含むことができるので、疎水性および親水性の種を、単一の多重エマルジョン液滴中に送達することができる。これらの部分のそれぞれの量および濃度は、多重エマルジョン液滴中に２つ以上の種の予測可能で一貫性のある比を提供できる本発明の特定の実施形態にしたがって一貫して制御することができる。

以下の文献、すなわち：２００８年１０月９日にＷＯ２００８／１２１３４２として公開のＣｈｕらによる「Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」という表題の２００８年３月２８日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００４０９７；２００６年９月１４日にＷＯ２００６／０９６５７１として公開のＷｅｉｔｚらによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」という表題の２００６年３月３日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００７７７２およびＷｅｉｔｚらによる「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｅａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」という表題の２００９年３月１３日出願の米国仮出願番号第６１／１６０，０２０号をそれぞれ参照により本明細書に組み込む。Ｗｅｉｔｚらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」という表題の２００９年９月２日出願の米国仮出願番号第６１／２３９，４０５号；Ｗｅｉｔｚらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」という表題の２０１０年６月９日出願の米国仮出願番号第６１／３５３，０９３号およびＷｅｉｔｚらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」という表題の２００９年９月２日出願の米国仮出願番号第６１／２３９，４０２号もやはり参照により本明細書に組み込まれる。

本発明の一態様では、共通の交差部で交差する複数のチャネルを用いて多重エマルジョンを生成させる。チャネルの１つまたは複数はマイクロ流体チャネルであってよい。本明細書で論じるように、多重エマルジョンは二重エマルジョン、三重エマルジョン、四重エマルジョン等であってよい。例えば、二重エマルジョンは共通の交差部で交差する３つの流体チャネルを用いて形成させることができ、三重エマルジョンは共通の交差部で交差する４つの流体チャネルを用いて形成させることができ、四重エマルジョンは共通の交差部で交差する５つの流体チャネルを用いて形成させる等である。チャネルはすべて同一平面上にある、すなわち共通平面内で交差するか、またはチャネルの１つもしくは複数は他の非平面方向で共通の交差部に接近してよい。共通の交差部において、チャネルは対称的に分配されていても（例えば、４つのチャネルについて直角で、５つのチャネルについて７２°で、６つのチャネルについて６０°等で）、またいくつかの場合非相称的に分配されていてもよい。

共通の交差部において、チャネルは一緒になってそれらのチャネルの中心軸が共通ポイントですべて交差するようにできるが、必ずしもそうである必要はない。一実施形態では、例えば共通の交差部で、チャネルの１つまたは複数が他のチャネルに対してずれていてよい。しかし、成長している多重エマルジョンに次の液滴ネスティングが加えられる前に本質的にエマルジョン液滴が完全に形成されている従来技術のシステムとは異なり、一般に、共通の交差部でのチャネルは、多重エマルジョン液滴の生成が種々のチャネル間の流体相互作用に起因して起こるように配置される。

一連の実施形態では、入口チャネルは、異なる親水性（または疎水性）を有することができる。表面の親水性は、当業者に公知の技術、例えば水を用いた接触角測定法などを用いて判定することができる。例えば、親水性表面は水が約６０°未満の接触角を形成するものであってよく、一方、疎水性表面は水が約６０°を超える接触角を形成するものであってよい。いくつかの場合、チャネルの親水性は互いに対して規定される。例えば、第１チャネルは第２チャネルに対して相対的に疎水性であってよく、次いで第２チャネルは第１チャネルに対して相対的に親水性であってよい。相対的親水性は、適切な任意の技術を用いて、例えば水接触角を互いに比較することによって判定することができる。表面がより親水性になればなるほど、より小さい水接触角測定値を有する表面となる。

代替の非限定的な例として、一連の実施形態では、デバイスは共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルを含むことができる。ここで、図１で例示した例を参照すると、デバイス１０において、チャネルは第１流体チャネル１１が相対的に疎水性であり、第２および第３流体チャネル１２および１３が相対的に親水性であるように構成されている。第４流体チャネル１４は、相対的に親水性の少なくとも１つの部分および相対的に親水性の少なくとも１つの部分を有することができる。いくつかの場合、これらの部分は入口チャネルにおいても同じ親水性または疎水性を有することができる。例えば図１では、領域２５はデバイス１０内の相対的に親水性の領域に相当し、一方、領域２０はデバイス内の相対的に疎水性の領域に相当する。

図１において、第１流体チャネル１１は第２流体チャネル１２に対してほぼ直角方向に共通の交差部に入り、この第２流体チャネル１２は第３流体チャネル１３に対してほぼ直角方向に共通の交差部に入り、順に、この第３流体チャネル１３は第４流体チャネル１４（これもやはり第１チャネル１１に対して実質的に直角方向である）に対してほぼ直角方向であるように示されている。しかし、本発明の他の実施形態において他の配置も可能であることに留意すべきである。例えば、共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルの１つまたは複数を、実質的に直角でない角度で出会わせることができる。他の実施形態では、４つ未満のチャネルでも４つより多くのチャネルでも使用することができる。

図１では、第４チャネルの疎水性が交差部から遠ざかる方向で増大する実施形態が例示されている。ここに示されているように、具体的には、疎水性である第４チャネルの相当部分は共通の交差部から遠ざかる方向で増大する。そうした系では、油／水／油型二重エマルジョンを形成させるために、相対的に疎水性の流体（例えば、油）を第１チャネル１１を通して流し、相対的に親水性の流体（例えば、水または水溶液）を第２チャネル１２を通して流し、相対的に疎水性の流体（例えば、第１チャネルの油と同じであっても異なっていてもよい油）を第３チャネル１３を通して流す。共通の交差部を通って第４チャネルに入ると、第１チャネルの相対的に疎水性の流体はチャネルの疎水性の領域と接触したまま概ね残留するが、第２チャネル中の相対的に親水性の流体は親水性の領域と接触したまま概ね残留する。しかし、第３チャネル中の相対的に疎水性の流体は、共通の交差部に入ると相対的に親水性の流体によって捕捉され、第１チャネル中の流体と物理的に接触するのを阻害される。したがって、流体が共通の交差部を出ると、第３チャネルからの流体は、外部液滴（相対的に親水性の流体）で取り囲まれた内部液滴を形成し、次いでこれは、搬送流体（第１チャネルからの相対的に疎水性の流体）で取り囲まれ、それによって二重エマルジョンが形成される。

上記したように、このプロセスは例として示すに過ぎない。他の実施形態では、デバイスにおいて親水性の他のパターンが存在することができる。例えば、一実施形態では、図１を参照して考察した疎水性および親水性のパターンを逆にすることができる。これは、水／油／水型二重エマルジョン（すなわち、領域１１が相対的に親水性であり、一方、領域１２が相対的に疎水性であってよい）を生成させるのに有用であり得る。他の実施形態では、第３流体チャネルが相対的に疎水性であり、共通の交差部および／または第４流体チャネルで疎水性部分が終わってもよい。図４において、非限定的な例を、相対的に親水性の領域２５ならびに相対的に疎水性の領域２０および３０で例示する。この図では、相対的に親水性の領域２５は共通の交差部内で終わる。さらに他の実施形態では、入口または出口チャネルの１つまたは複数は、第１の相対的に親水性部分および第２の相対的に疎水性部分を有していてよい。いくつかの場合、共通のチャネルに入る流体に応じて、２つ以上のレベルの親水性がチャネルの１つまたは複数に存在してよい。

さらに、本発明の他の実施形態では、このシステムを５つ、６つまたはそれより多くのチャネルに拡張することができ、これは、三重またはより高次のエマルジョンの生成に有用であり得る。例えば、三重エマルジョンは共通の交差部で交差する４つの流体チャネルを用いて形成させることができ、四重エマルジョンは共通の交差部で交差する５つの流体チャネルを用いて形成させることができる等である。いくつかの場合、親水性および／または疎水性コーティングの交互のアーク（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ａｒｃｓ）を用いて、多重エマルジョンを規定する様々な液滴を生成させることができる。他の実施形態では、３つのみのチャネルを使用することができる。

したがって、本発明の一実施形態では、二重エマルジョン、すなわち、第１内部流体が、第２外部流体で取り囲まれ、これが次いで搬送流体で取り囲まれた、第１内部流体を含むエマルジョンを生成させる。いくつかの場合、その搬送流体と第１流体は同じであってよい。これらの流体はしばしば、疎水性の差に起因して混和性が変化するものとなる。例えば、内部流体が水溶性であり、外部流体が油溶性であり、搬送流体が水溶性であってよい。この配置はしばしばｗ／ｏ／ｗ型多重エマルジョン（「水／油／水型」）と称される。他の多重エマルジョンは、油溶性の内部流体、水溶性の外部流体および油溶性の搬送流体を含むことができる。この種の多重エマルジョンはしばしばｏ／ｗ／ｏ型多重エマルジョン（「油／水／油型」）と称される。上記用語において「油」という用語は単に、当業界で公知であるような、概ねより疎水性であり、水に混和しない流体を指すことに留意すべきである。したがって、いくつかの実施形態ではその油は炭化水素であってよいが、他の実施形態では、その油は他の疎水性流体を含むことができる。水は純粋である必要はなく、それは水溶液、例えば緩衝液、溶解塩を含む溶液などであってもよいことも理解すべきである。

より具体的には、本明細書で用いるように、エマルジョンが生成される温度および条件下で、一方が少なくとも１０重量％のレベルで他方に溶解しないとき、２つの流体は非混和性である、すなわち互いに混和性でない。例えば、２つの流体を、流体液滴形成のタイムフレーム内で非混和性であるように選択することができる。いくつかの実施形態では、多重エマルジョンを形成させるのに用いる流体は同じであっても異なっていてもよい。例えば、いくつかの場合、２つ以上の流体を用いて多重エマルジョンを生成させることができ、特定の例では、これらの流体の一部またはすべてが非混和性であってよい。いくつかの実施形態では、多重エマルジョンを形成させるのに用いる２つの流体は相溶性であるすなわち混和性であるが、２つの流体の間に含まれる中間の流体は、これらの２つの流体と非相溶性である、すなわち非混和性である。しかし、他の実施形態では、３つすべての流体は互いに非混和性であり得、特定の場合では、その流体のすべてが必ずしもすべて水溶性でなければならないということはない。

本発明の他の実施形態では、３つ以上の流体を使用することができる。したがって本発明の特定の実施形態は一般に、いくつかの場合、さらにその液滴の中により小さい液滴を含む等が可能である１つまたは複数のより小さい液滴をその中に含むより大きい流体液滴を含む多重エマルジョンを対象とする。任意の数のネスト化した流体を生成することができる。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、追加の第３、第４、第５、第６等の流体を加えて、液滴内にますます複雑化した液滴を生成することができる。これらの流体のすべてが必ずしも区別できる必要はないことを理解すべきである。例えば、２つの油相が同じ組成を有する、および／または２つの水相が同じ組成を有する油／水／油／水または水／油／水／油を含む四重エマルジョンを調製することができる。

一連の実施形態では、単分散エマルジョンを生成することができる。流体液滴の形状および／またはサイズは、液滴の平均径または他の特徴的寸法を測定することによって決定することができる。複数または一連の液滴の「平均径」は、液滴のそれぞれの平均径の算術平均である。当業者は、例えばレーザー光散乱法、顕微鏡検査法または他の公知の技術を用いて複数または一連の液滴の平均径（または他の特徴的寸法）を決定できよう。非球形液滴状の単一液滴の平均径は、その非球形液滴と同じ体積を有する完全な球の直径である。液滴の（および／または複数または一連の液滴の）平均径は、いくつかの場合、例えば約１ｍｍ未満、約５００μｍ未満、約２００μｍ未満、約１００μｍ未満、約７５μｍ未満、約５０μｍ未満、約２５μｍ未満、約１０μｍ未満または約５μｍ未満であってよい。平均径は、特定の場合、少なくとも約１μｍ、少なくとも約２μｍ、少なくとも約３μｍ、少なくとも約５μｍ、少なくとも約１０μｍ、少なくとも約１５μｍまたは少なくとも約２０μｍであってもよい。

本明細書で用いる「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」という用語は一般に、ある種を、例えば定量的または定性的に分析または測定すること、および／またはその種の存在または非存在を検出することを指す。「決定する」という用語は、２つ以上の種の間の相互作用を、例えば定量的もしくは定性的に、またはその相互作用の存在もしくは非存在を検出することによって分析または測定することも指す。適切な技術の例には、これらに限定されないが、赤外分光法、吸収分光法、蛍光分光法、ＵＶ／可視分光法、ＦＴＩＲ分光法（「フーリエ変換赤外分光法」）もしくはラマン分光法などの分光法；重量法；偏光解析法；圧電測定法；免疫学的検定法；電気化学的測定法；光学密度測定法などの光学測定法；円偏光二色性分析法；準電気的光散乱法などの光散乱測定法；偏光分析法；屈折率測定法または濁度測定法が含まれる。

様々な実施形態において、液滴は、具体的な用途に応じて同じ形状および／またはサイズ（すなわち、「単分散の」）のものであっても異なる形状および／またはサイズであってもよい。本明細書で用いる「流体」という用語は一般に、流動し、その容器の輪郭に適合する傾向のある物質、すなわち液体、ガス、粘弾性流体等を指す。一般に、流体は、せん断応力をかけたとき、静的せん断応力に耐えることができない物質であり、その流体は、持続的な永久歪を受ける。流体は、流動を許容する適切な任意の粘度を有することができる。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て、各流体を本質的に任意の流体（液体、ガスなど）の中から独立に選択することができる。いくつかの場合、その液滴を搬送流体、例えば液体中に含めることができる。しかし、本発明は多重エマルジョンのみに限定されないことに留意すべきである。いくつかの実施形態では、単一のエマルジョンも生成することができる。

本明細書で用いる「液滴」は、第２流体で取り囲まれた第１流体の孤立した部分である。液滴は必ずしも球形ではなく、例えば外部環境に応じて他の形状も想定できることに留意すべきである。一実施形態では、その液滴は、その中に液滴が位置する流体の流れと直角方向のチャネルの最大寸法と実質的に等しい最小断面寸法を有する。いくつかの場合、液滴は直径の均一な分布を有する、すなわち液滴は、液滴の約１０％、約５％、約３％、約１％、約０．０３％または約０．０１％以下が、液滴の平均径の約１０％、約５％、約３％、約１％、約０．０３％または約０．０１％より大きい平均径を有するような直径の分布を有することができ、したがって、出口チャネル内の液滴は同じかまたは類似した直径の分布を有することができる。そうした均一な直径の分布を生じるための手法もやはり、参照により本明細書に組み込まれている２００４年１０月２８日にＷＯ２００４／０９１７６３として公開のＬｉｎｋらによる「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」という表題の２００４年４月９日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０９０３および本明細書で説明するような他の文献に開示されている。

液滴の生成速度は、多くの条件下で約１００Ｈｚ〜５，０００Ｈｚの間で変化し得る液滴形成周波数で判定することができる。いくつかの場合、液滴の生成速度は、少なくとも約２００Ｈｚ、少なくとも約３００Ｈｚ、少なくとも約５００Ｈｚ、少なくとも約７５０Ｈｚ、少なくとも約１，０００Ｈｚ、少なくとも約２，０００Ｈｚ、少なくとも約３，０００Ｈｚ、少なくとも約４，０００Ｈｚまたは少なくとも約５，０００Ｈｚ等であってよい。さらに、大量の液滴の生成は、いくつかの場合、複数のデバイスを並行使用することによって容易にすることができる。いくつかの場合、比較的数多くのデバイスを並行して使用することができる。例えば少なくとも約１０個のデバイス、少なくとも約３０個のデバイス、少なくとも約５０個のデバイス、少なくとも約７５個のデバイス、少なくとも約１００個のデバイス、少なくとも約２００個のデバイス、少なくとも約３００個のデバイス、少なくとも約５００個のデバイス、少なくとも約７５０個のデバイスまたは少なくとも約１，０００個もしくはそれ以上のデバイスを並行して動作させることができる。デバイスは異なるチャネル、オリフィス、マイクロ流体等を含むことができる。いくつかの場合、そうしたデバイスの配列は、デバイスを水平および／または垂直に重ねることによって形成することができる。デバイスは共通的に制御するかまたは別個に制御することができ、用途に応じて、共通的なまたは別個の流体の供給源を備えることができる。そうしたシステムの例は、Ｒｏｍａｎｏｗｓｋｙらによる「Ｓｃａｌｅ−ｕｐ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ」という表題の２００９年３月１３日出願の米国仮出願番号第６１／１６０，１８４号にも記載されている。これを参照により本明細書に組み込む。

流体は、その周囲に対して内部液滴が離散した形で留まるように選択することができる。非限定的な例として、第２流体液滴を含む第１流体液滴を含む搬送流体を有する流体液滴を生成することができる。いくつかの場合、外部流体と第２流体は同じかまたは実質的に同じであってよい。しかし、他の場合、外部流体、第１流体および第２流体を、本質的に互いに非混和性であるように選択することができる。本質的に互いに非混和性の３つの流体を含む系の非限定的な１つの例は、シリコーン油、鉱油および水溶液（すなわち、水あるいはその中に溶解および／または懸濁されている１つもしくは複数の他の種を含む水、例えば塩溶液、生理食塩水、粒子もしくは細胞を含む水の懸濁液など）である。系の他の例は、シリコーン油、フルオロカーボン油および水溶液である。系のさらに他の例は、炭化水素油（例えば、ヘキサデカン）、フルオロカーボン油および水溶液である。適切なフルオロカーボン油の非限定的な例にはＨＥＦ７５００、オクタデカフルオロデカヒドロナフタレン：

または１−（１，２，２，３，３，４，４，５，５，６，６−ウンデカフルオロシクロヘキシル）エタノール：

が含まれる。

本明細書での説明において、多重エマルジョンはしばしば３相系、例えば、外部流体、第１流体および第２流体を有する系として説明される。しかし、これは例に過ぎず、他の系では、多重エマルジョン液滴内に追加の流体が存在してもよいことに留意すべきである。したがって、種々の流体の説明は、プレゼンテーションを容易にするためであり、本明細書での説明は、追加の流体を含む系、例えば四重エマルジョン、五重エマルジョン、六重エマルジョン、七重エマルジョン等に容易に拡張できることを理解されたい。

流体粘度は液滴形成に影響を及ぼすので、いくつかの場合、粘度調節を助けることができる希釈剤などの成分を加えるか除くことによって、流体液滴中の流体のいずれかの粘度を調節することができる。例えば、いくつかの実施形態では、第１流体の粘度と第２流体の粘度は等しいかまたは実質的に等しい。これは、例えば、第１および第２流体の中での液滴形成の周波数または速度を同等にするのに寄与し得る。他の実施形態では、第１流体の粘度は、第２流体の粘度と等しいかまたは実質的に等しくてよい、および／または内部流体の粘度は、第２流体の粘度と等しいかまたは実質的に等しくてよい。さらに他の実施形態では、外部流体は、第１流体とは実質的に異なった粘度を示すことができる。粘度の実質的な差は、２つの流体間の粘度の差を統計的に有意な根拠に基づいて測定できることを意味する。液滴内での流体粘度の他の分布も可能である。例えば、第２流体は、第１流体の粘度より高いかまたは低い粘度を有することができ（すなわち、２つの流体の粘度は実質的に異なっていてよい）、第１流体は、外部流体の粘度より高いかまたは低い粘度を有することができる等である。例えば４つ、５つ、６つまたはそれ以上の流体を含むより高次の液滴では、粘度を、具体的な用途に応じて要望通り独立して選択することもできることに留意すべきである。

したがって、本発明の特定の実施形態では、流体液滴（またはその部分）は、追加の実体または種、例えば他の化学的、生化学的または生物学的実体（例えば、流体中に溶解または懸濁されている）、細胞、粒子、ガス、分子、薬剤、薬物、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、香料、反応剤、殺生物剤、殺菌剤、防腐剤、化学物質などを含むことができる。例えば、細胞を流体エマルジョン中に懸濁させることができる。したがって、その種は、エマルジョンの任意の部分に含めることができる任意の物質であってよい。その種は、例えば内部液滴内、外部液滴内等の任意の流体液滴中に存在することができる。例えば、１つまたは複数の細胞および／または１つまたは複数の細胞種類を液滴中に含めることができる。

論じたように、本発明の様々な態様では、多重エマルジョンを、２つ、３つまたはそれ以上の流体を様々な導管またはチャネルに通して流すことによって形成させる。チャネルの１つまたは複数（またはすべて）がマイクロ流体であってもよい。本明細書で用いる「マイクロ流体」は、約１ミリメートル（ｍｍ）未満の断面寸法、および、いくつかの場合少なくとも３：１の長さと最大断面寸法の比を有する少なくとも１つの流体チャネルを含むデバイス、装置またはシステムを指す。そのシステムの１つまたは複数のチャネルは毛細管であってよい。いくつかの場合、複数のチャネルが提供される。チャネルは、マイクロ流体サイズの範囲であってよく、例えば、約１ｍｍ未満、約３００μｍ未満、約１００μｍ未満、約３０μｍ未満、約１０μｍ未満、約３μｍ未満または約１μｍ未満の平均内径または内径を有する部分を有し得、それによって同程度の平均径を有する液滴を提供することができる。チャネルの１つまたは複数は、断面において、同じポイントで、その幅と実質的に同じ高さを有することができる（しかし必ずというわけではない）。断面において、チャネルは、長方形であっても円形または楕円形などのように実質的に非長方形であってもよい。

本明細書で用いる「チャネル」は、流体の流れを少なくとも部分的に導く物品（基材）上またはその中のフィーチャを意味する。そのチャネルは任意の断面形状（円形、卵形、三角形、不規則な形、正方形もしくは長方形など）を有することができ、覆われていても覆われていなくてもよい。それが完全に覆われていている複数の実施形態では、チャネルの少なくとも１つの部分は完全に取り囲まれた断面をもつことができるか、またはそのチャネル全体は、その入口および／または出口を除いてその長さ全体に沿って完全に取り囲まれていてよい。チャネルは、少なくとも２：１、より一般的には少なくとも３：１、５：１、１０：１、１５：１、２０：１またはそれ以上の縦横比（長さ対平均断面寸法）を有することもできる。開放チャネルは一般に、流体輸送の制御を容易にする特徴、例えば構造的特徴（長いギザギザ（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ））および／または物理的または化学的性質（疎水性対親水性）または流体に対して力（例えば、封じ込め力（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｏｒｃｅ））を及ぼすことができる他の特徴を含む。チャネル内の流体は、そのチャネルを部分的にまたは完全に満たすことができる。開放チャネルを使用するいくつかの場合、流体を、例えば表面張力（すなわち、凹形または凸形のメニスカス）を用いてチャネル内に保持することができる。

チャネルは、例えば流体の流れに対して約５ｍｍもしくは２ｍｍ未満または約１ｍｍ未満あるいは約５００μｍ未満、約２００μｍ未満、約１００μｍ未満、約６０μｍ未満、約５０μｍ未満、約４０μｍ未満、約３０μｍ未満、約２５μｍ未満、約１０μｍ未満、約３μｍ未満、約１μｍ未満、約３００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約３０ｎｍ未満または約１０ｎｍ未満の垂直最大寸法を有する任意のサイズのものであってよい。いくつかの場合、流体が、物品または基材を通して自由に流れることができるようにチャネルの寸法を選択することができる。チャネルの寸法は、例えば、チャネルにおいて流体の特定の体積流速または線流速が可能になるように選択することもできる。もちろん、チャネルの数およびチャネルの形状は、当業者に公知の任意の方法で変えることができる。いくつかの場合、２つ以上のチャネルまたは毛細管を用いることができる。例えば、それらが、互いに内側に位置する、互いに隣接して位置する、互いに交差するように位置する等の場合、２つ以上のチャネルを用いることができる。

論じたように、本明細書で説明するものなどの多重エマルジョンを、種々の態様にしたがって、多重エマルジョンを形成させるために用いられるチャネルの親水性および／または疎水性を制御することによって調製することができる。一連の実施形態では、チャネルの親水性および／または疎水性は、チャネルの少なくとも一部にゾル−ゲルをコーティングすることによって制御することができる。例えば、一実施形態では、相対的に親水性の部分および相対的疎水性の部分は、それらに相対的疎水性を付与するゾル−ゲルをチャネル表面上に塗布することによって生成することができる。ゾル−ゲルは、光開始剤などの開始剤を含むことができる。部分（例えば、チャネルおよび／またはチャネルの部分）は、親水性部分（例えば、アクリル酸）を含む溶液でチャネルを満たし、その部分を開始剤に適したトリガー（例えば、光開始剤の場合、光または紫外線）に曝すことによって、相対的親水性を付与することができる。例えば、その部分は、反応が望ましくない部分を遮へいするためのマスキングを用いることによって、反応が望ましい部分に光または熱の集束ビームを当てることなどによって曝露させることができる。曝露された部分では開始剤は親水性部分のゾル−ゲルとの反応（例えば、重合）を引き起こし、それによって、これらの部分に相対的親水性を付与することができる（例えば、上記の例におけるゾル−ゲルコーティングの表面にポリ（アクリル酸）がグラフト化されるようにすることによって）。

当業者に公知であるように、ゾル−ゲルはゾルまたはゲル状態であることができる材料であり、一般にポリマーを含む。ゲル状態は通常液相を含むポリマーネットワークを含み、例えば乾燥または加熱技術でゾルから溶媒を除去することによってゾル状態から生成することができる。いくつかの場合、以下で論じるように、例えばゾル内でいくらか重合を起こさせることによって、使用前にゾルを前処理することができる。

いくつかの実施形態では、ゾル−ゲルコーティングは、特定の特性を有する、例えば特定の疎水性を有するように選択することができる。コーティングの特性は、ゾル−ゲルの組成を制御することによって（例えば、ゾル−ゲル内で特定の材料またはポリマーを用いることによって）、および／またはそのコーティングを改変する、例えば、以下で論じるように、そのコーティングに重合反応を施してあるポリマーをゾル−ゲルコーティングに反応させることによって制御することができる。

例えば、ゾル−ゲルコーティングは、ゾル−ゲルの中に疎水性ポリマーを取り込むことによってより疎水性にすることができる。例えば、ゾル−ゲルは、１つまたは複数のシラン、例えばヘプタデカフルオロシランなどのフルオロシラン（すなわち、少なくとも１個のフッ素原子を含むシラン）、またはメチルトリエトキシシラン（ＭＴＥＳ）、または１つもしくは複数の脂質鎖を含むシラン、例えばオクタデシルシランまたは他のＣＨ_３（ＣＨ_２）_ｎ−シラン（ｎは適切な任意の整数であってよい）などの他のシランを含むことができる。例えば、ｎは１、５または１０より大きく、約２０、２５または３０より小さくてよい。シランは、アルコキシド基などの他の基、例えば、オクタデシルトリメトキシシランも任意選択で含むことができる。一般に、大部分のシランはゾル−ゲルで用いることができ、具体的なシランは疎水性などの所望の特性をもとにして選択される。本発明の他の実施形態において、所望の相対的疎水性または親水性などの因子に応じて、他のシラン（例えば、より短いまたはより長い鎖長を有する）を選択することもできる。いくつかの場合、シランは、ゾル−ゲルをより親水性にする他の基、例えばアミンなどの基を含むことができる。非限定的な例には、ジアミンシラン、トリアミンシランまたはＮ−［３−（トリメトキシシリル）プロピル］エチレンジアミンシランが含まれる。シランを反応させてゾル−ゲル内でオリゴマーまたはポリマーを形成させることができ、重合度（例えば、オリゴマーまたはポリマーの長さ）は、反応条件、例えば温度、存在する酸の量などを制御することによって制御することができる。いくつかの場合、２つ以上のシランがゾル−ゲル中に存在してよい。例えば、ゾル−ゲルは、得られるゾル−ゲルがより高い疎水性を示すようにするフルオロシラン、およびポリマーの生成を容易にする他のシラン（または他の化合物）を含むことができる。いくつかの場合、重合を容易にするためのＳｉＯ_２化合物を生成できる材料、例えばＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）が存在していてよい。

ゾル−ゲルは、シランだけを含むことに限定されず、シランに加えてまたはそれに代わって他の材料が存在していてよいことを理解すべきである。例えば、コーティングは、ＳｉＯ_２、バナジア（Ｖ_２Ｏ_５）、チタニア（ＴｉＯ_２）および／またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの１つまたは複数の金属酸化物を含むことができる。

いくつかの場合、マイクロ流体チャネルは、ゾル−ゲルを受け入れるのに適した材料、例えばガラス、金属酸化物またはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）および他のシロキサンポリマーなどのポリマーで存在する。例えば、いくつかの場合、マイクロ流体チャネルは、その中にケイ素原子を含むものであってよく、特定の例では、マイクロ流体チャネルを、シラノール（Ｓｉ−ＯＨ）基を含むように選択することができ、あるいは改変してシラノール基を有するようにすることができる。例えば、マイクロ流体チャネルを、酸素プラズマ、酸化剤または強酸に曝してマイクロ流体チャネルにシラノール基の形成をもたらすようにすることができる。

ゾル−ゲルはマイクロ流体チャネル上のコーティングとして存在することができ、そのコーティングは任意の適切な厚さを有することができる。例えば、そのコーティングは、約１００μｍ以下、約３０μｍ以下、約１０μｍ以下、約３μｍ以下または約１μｍ以下の厚さを有することができる。いくつかの場合、例えば、より高い耐薬品性が望ましい用途では、より厚いコーティングが望ましい。しかし、他の用途、例えば比較的小さいマイクロ流体チャネル内ではより厚いコーティングが望ましい。

一連の実施形態では、ゾル−ゲルコーティングの疎水性を、例えば、ゾル−ゲルコーティングの第１部分が相対的に疎水性になり、ゾル−ゲルコーティングの第２部分が相対的に親水性になるように制御することができる。コーティングの疎水性は、当業者に公知の技術を用いて、例えば本明細書で論じるものなどの接触角測定法を用いて決定することができる。例えば、いくつかの場合、マイクロ流体チャネルの第１部分は水より有機溶媒に好都合な疎水性を有し、他方、第２部分は有機溶媒より水に好都合な疎水性を有することができる。

ゾル−ゲルコーティングの疎水性は、例えば、ゾル−ゲルコーティングの少なくとも一部を重合反応にかけてポリマーをゾル−ゲルコーティングと反応させることによって改変することができる。ゾル−ゲルコーティングと反応させるポリマーは適切な任意のポリマーであってよく、特定の疎水特性をもつように選択することができる。例えば、ポリマーを、マイクロ流体チャネルおよび／またはゾル−ゲルコーティングより疎水性かまたはより親水性になるように選択することができる。例として、使用できる親水性ポリマーはポリ（アクリル酸）である。

ポリマーは、ポリマーをモノマー（またはオリゴマー）形態でゾル−ゲルコーティング（例えば、溶液で）に提供して、モノマーとゾル−ゲルの間に重合反応を起こさせることによって、ゾル−ゲルコーティングに付加させることができる。例えば、フリーラジカル重合を用いて、ポリマーのゾル−ゲルコーティングとの結合をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、フリーラジカル重合などの反応は、任意選択で、光に曝してフリーラジカルを生成できる（例えば、分子開裂によって）光開始剤の存在下で、反応物を熱および／または紫外線（ＵＶ）などの光に曝露することによって開始させることができる。当業者はそうした多くの光開始剤を認識しているであろう。Ｉｒｇａｃｕｒ２９５９（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）または２−ヒドロキシ−４−（３−トリエトキシシリルプロポキシ）−ジフェニルケトン（ＳＩＨ６２００．０、ＡＢＣＲ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ）などのその多くは市販されている。

光開始剤は、ゾル−ゲルコーティングに加えるポリマーと一緒に含めることができ、またいくつかの場合、光開始剤はゾル−ゲルコーティング中に存在していてもよい。例えば、光開始剤をゾル−ゲルコーティング中に含有させ、光に曝露して活性化させることができる。光開始剤は、ゾル−ゲルコーティングの成分、例えばシランとコンジュゲートまたは結合させることもできる。例として、Ｉｒｇａｃｕｒ２９５９などの光開始剤を、ウレタン結合によってシラン−イソシアネートとコンジュゲートさせることができる。そこで、光開始剤の第一アルコールは、ウレタン結合を生成できるイソシアネート基との求核付加に関与することができる。

本発明のいくつかの実施形態では、ゾル−ゲルコーティングの一部だけをポリマーと反応させることができることに留意すべきである。例えば、モノマーおよび／または光開始剤を、マイクロ流体チャネルの一部だけに曝露させるか、または重合反応をマイクロ流体チャネルの一部だけにおいて開始させることができる。具体的な例として、マイクロ流体チャネルの一部を光に曝露し、他方、例えば、マスクまたはフィルターを用いるかまたは光の集束ビームを用いることによって他の部分を光への曝露から保護することができる。したがって、マイクロ流体チャネルのあらゆるところで重合が起こるわけではないので、マイクロ流体チャネルの異なる部分が異なる疎水性を示すことができる。別の例として、マイクロ流体チャネルを、露出パターンの縮小画像をマイクロ流体チャネル上に投影することによってＵＶ光に曝露することができる。いくつかの場合、投影法によって小さい分解能（例えば、１μｍまたはそれ以下）を達成することができる。

本発明の他の態様は、そうしたゾル−ゲルを、マイクロ流体チャネルの少なくとも一部にコーティングするためのシステムおよび方法を対象とする。一連の実施形態では、マイクロ流体チャネルをゾルに曝露し、次いでこれを処理してゾル−ゲルコーティングを形成させる。いくつかの場合、ゾルを前処理して部分重合をもたらすこともできる。余分なゾル−ゲルコーティングは任意選択でマイクロ流体チャネルから取り除くことができる。いくつかの場合、論じたように、例えば、そのコーティングをモノマーおよび／またはオリゴマーを含む溶液に曝露することによってコーティングの一部を処理してその疎水性（または他の特性）を変え、モノマーおよび／またはオリゴマーとそのコーティングの重合が起こるようにすることができる。

ゾルを、上記したものを含む光開始剤などの他の化合物も含む溶媒中に含めることができる。いくつかの場合、そのゾルは、１つまたは複数のシラン化合物を含むこともできる。適切な任意の技術を用いて、例えば、熱などの化学的または物理的手法を用いて溶媒を除去することによって、ゾルを処理してゲルを形成させることができる。例えば、ゾルを、溶媒の少なくとも一部を追い出すまたは蒸発させるのに用いることができる、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃または少なくとも約２５０℃の温度に曝すことができる。具体的な例として、ゾルを、少なくとも約２００℃または少なくとも約２５０℃の温度に達するように設定したホットプレートにかけ、ゾルをホットプレートにかけることによって溶媒の少なくとも一部を追い出すまたは蒸発させるようにすることができる。しかし、いくつかの場合、ゾル−ゲル反応は、熱をかけないで、例えば室温で進行させることもできる。したがって、例えば、ゾルをしばらく（例えば、約１時間、約１日等）を放置する、および／または空気または他のガスをゾル上に通してゾル−ゲル反応を進行させることができる。

いくつかの場合、依然として存在するゲル化されていないゾルを、マイクロ流体チャネルから除去することができる。ゲル化されていないゾルを、例えば物理的にマイクロ流体チャネルに圧力をかけるかまたは化合物を添加する等によって能動的に除去するか、または、いくつかの場合、ゲル化されていないゾルを受動的に除去することができる。例えば、いくつかの実施形態では、マイクロ流体チャネル内に存在するゾルを加熱して溶媒を蒸発させ、マイクロ流体チャネル内に気体状態をもたらし、それによってマイクロ流体チャネル内の圧力を上昇させることができる。いくつかの場合、圧力は、ゲル化されていないゾルの少なくとも一部をマイクロ流体チャネルから除去する、すなわち「放出」するのに十分な圧力にすることができる。

特定の実施形態では、マイクロ流体チャネルに曝露させる前にゾルを前処理して部分重合を起こさせることができる。例えば、ゾルを、ゾル内で部分重合が起こるように処理することができる。ゾルは、例えばゾルを少なくとも一部のゲル化を起こさせるのに十分な酸または温度に曝露することによって処理できる。いくつかの場合、その温度は、マイクロ流体チャネルに加えられたときゾルが曝露される温度より低くてよい。ゾルの重合がいくらか起こる可能性があるが、例えば温度を下げることによって重合が完了する前に重合を停止させことができる。したがって、ゾル内で、オリゴマーが一部形成される（これは、長さに関して必ずしも十分特性評価されていない）が、完全な重合はまだ起こっていない。次いで部分処理したゾルを、上記で論じたように、マイクロ流体チャネルに加えることができる。

特定の実施形態では、コーティングがマイクロ流体チャネルに導入された後に、コーティングの一部を処理してその疎水性（または他の特性）を変えることができる。いくつかの場合、そのコーティングをモノマーおよび／またはオリゴマーを含む溶液に曝露し、次いでこれを、上記で論じたようにして重合してそのコーティングと結合させる。例えば、コーティングの一部を、フリーラジカル重合反応を開始して重合を起こさせるのに用いることができる熱、または紫外線（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｒｉｇｈｔ）などの光に曝露することができる。任意選択で、光開始剤を、例えばゾル−ゲルコーティング内に含めてこの反応を容易にすることができる。

そうしたコーティングおよび他のシステムのさらなる詳細は、Ａｂａｔｅらによる「Ｓｕｒｆａｃｅｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌｓ， Ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｗｅｔｔｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」という表題の２００８年３月２８日出願の米国仮出願番号第６１／０４０，４４２号およびＡｂａｔｅらによる「Ｓｕｒｆａｃｅｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌｓ， Ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｗｅｔｔｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」という表題の２００９年２月１１日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０００８５０に見ることができる。そのそれぞれを参照により本明細書に組み込む。

本発明の特定の態様による様々な材料および方法を用いて、本明細書で説明する多重液滴を生成することができるシステム（上記したものなど）を形成させることができる。いくつかの場合、選択された様々な材料はそれ自体様々な方法に役に立つ。例えば、本発明の様々なコンポーネントは、チャネルをマイクロマシニング、スピンコーティングおよび化学蒸着などの膜蒸着プロセス、レーザー加工、フォトリソグラフィー技術、湿式化学プロセスまたはプラズマプロセスを含むエッチング法などによって形成される固体材料から形成させることができる。例えば、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ、２４８巻：４４〜５５頁、１９８３年（Ａｎｇｅｌｌら）を参照されたい。一実施形態では、流体システムの少なくとも一部は、シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ）チップにフィーチャをエッチングすることによりシリコンで形成される。シリコンからの本発明の様々な流体システムおよびデバイスの正確で効率的な加工技術は公知である。他の実施形態では、本発明のシステムおよびデバイスの様々なコンポーネントは、例えばポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」またはＴｅｆｌｏｎ（登録商標））などの弾性ポリマーなどのポリマーで形成させることができる。

異なるコンポーネントを、異なる材料で組み立てることができる。例えば、底壁および側壁を含む底部をシリコンまたはＰＤＭＳなどの不透明材料で組み立てることができ、流体プロセスを観察および／または制御するために、頂部を、ガラスまたは透明なポリマーなどの透明または少なくとも部分的に透明な材料で組み立てることができる。ベース支持材料が正確な所望の官能性を有さない内側のチャネル壁と接触する流体に、所望の化学官能基を曝すようにコンポーネントをコーティングすることができる。例えば、コンポーネントを、例示したように、別の材料でコーティングされた内側のチャネル壁で組み立てることができる。本発明のシステムおよびデバイスの様々なコンポーネントを組み立てるために使用する材料、例えば流体チャネルの内壁をコーティングするために使用する材料は、流体システムを通って流れる流体に悪影響を及ぼさない、またはそれによって影響を受けない材料、例えばデバイス内で使用される流体の存在下で化学的に不活性な材料の中から選択することが望ましい。そうしたコーティングの非限定的な例はすでに論じたところである。

一実施形態では、本発明の様々なコンポーネントを、ポリマー材料および／または可撓性のある材料および／またはエラストマー材料で組み立て、硬化性流体で好都合に形成させ、成形法（例えば、レプリカ成形法、射出成形法、注型成形法等）による加工を容易にすることができる。硬化性流体は、固化するように誘発させるかまたは自発的に固化させて、流体ネットワークにおいて使用しかつそれを用いて使用することを考慮した、流体を含む、および／または輸送することができる固体にすることができる、本質的に任意の流体であってよい。一実施形態では、硬化性流体は、ポリマー液体または液体ポリマー前駆体（すなわち、「プレポリマー」）を含む。適切なポリマー液体は、例えば、その融点を超えて加熱した熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマーまたはそうしたポリマーの混合物を含むことができる。別の例としては、適切なポリマー液体は、適切な溶媒中に、例えば蒸発によって溶媒を除去すると固体ポリマー材料を形成する１つまたは複数のポリマー溶液を含むことができる。例えば溶融状態から固化させるまたは溶媒蒸発によって固化させることができるそうしたポリマー材料は当業者に周知である。その多くがエラストマーである様々なポリマー材料が適しており、それらはまた、モールドマスターの一方または両方がエラストマー材料でできている実施形態のためにモールドまたはモールドマスターを形成させるのにも適している。そうしたポリマーの例の非限定的リストには、シリコーンポリマー、エポキシポリマーおよびアクリレートポリマーの一般部類のポリマーが含まれる。エポキシポリマーは、エポキシ基、１，２−エポキシドまたはオキシランと一般に称される三員環状エーテル基の存在を特徴とする。例えば、芳香族アミン、トリアジンおよび脂環式主鎖をベースとした化合物に加えて、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルを使用することができる。他の例には周知のＮｏｖｏｌａｃポリマーが含まれる。本発明にしたがって使用するのに適したシリコーンエラストマーの非限定的な例には、メチルクロロシラン、エチルクロロシラン、フェニルクロロシラン等のクロロシランを含む前駆体から形成されるものが含まれる。

一連の実施形態においてシリコーンポリマー、例えばシリコーンエラストマーポリジメチルシロキサンが好ましい。ＰＤＭＳポリマーの非限定的な例には、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｍｉｄｌａｎｄ、ＭＩからＳｙｌｇａｒｄ、特にＳｙｌｇａｒｄ１８２、Ｓｙｌｇａｒｄ１８４およびＳｙｌｇａｒｄ１８６という商標で販売されているものが含まれる。ＰＤＭＳを含むシリコーンポリマーは、本発明のマイクロ流体構造の加工を容易にするいくつかの有益な特性を有している。例えば、そうした材料は、安価で容易に入手することができ、熱による硬化によってプレポリマー液体から固化させることができる。例えば、ＰＤＭＳは一般に、プレポリマー液体を、例えば約１時間の曝露時間、例えば約６５℃〜約７５℃の温度にかけることによって硬化させることができる。また、ＰＤＭＳなどのシリコーンポリマーは弾性があり、したがって、本発明の特定の実施形態において必要な比較的高い縦横比を有する非常に小さいフィーチャを形成させるのに有用であり得る。可撓性のある（例えば、弾性がある）モールドまたはマスターはこの関連で有利である可能性がある。

ＰＤＭＳなどのシリコーンポリマーから本発明のマイクロ流体構造などの構造を形成させることの１つの利点は、そうしたポリマーを、例えば空気プラズマなどの酸素含有プラズマに曝露させることによって酸化させることができ、その結果、その酸化された構造がその表面に、他の酸化シリコーンポリマー表面または様々な他のポリマーおよび非ポリマー材料の酸化表面と架橋できる化学基を含むことである。したがって、コンポーネントを、加工し次いで酸化し、別個の接着剤または他の密閉手段を必要とすることなく、他のシリコーンポリマー表面または酸化されたシリコーンポリマー表面と反応性のある他の基材の表面に本質的に不可逆的にシールすることができる。大抵の場合、シーリングは、酸化されたシリコーン表面を単に別の表面に接触させることによって、補助的な圧力をかけてシールを形成させる必要なく、完了させることができる。すなわち、予め酸化されたシリコーン表面は、適切なあわせ面に対して接触接着剤として作用する。具体的には、それ自体に不可逆的にシール可能であることに加えて、酸化されたＰＤＭＳなどの酸化されたシリコーンは、ＰＤＭＳ表面と同様の様式で酸化されている（例えば、酸素含有プラズマに曝露することによって）、例えばガラス、シリコン、酸化ケイ素、石英、窒化ケイ素、ポリエチレン、ポリスチレン、ガラス状炭素およびエポキシポリマーを含むそれ自体以外のある範囲の酸化された材料に不可逆的にシールすることもできる。本発明の関連で有用な酸化およびシーリング方法ならびに全般的な成形技術は、当技術分野で、例えば表題「Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ」、Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．、７０巻：４７４〜４８０頁、１９９８年（Ｄｕｆｆｙら）（これを参照により本明細書に組み込む）という論文に記載されている。

いくつかの実施形態では、本発明の特定のマイクロ流体構造（または内側の流体接触表面）は、特定の酸化シリコーンポリマーから形成させることができる。そうした表面は弾性ポリマーの表面より親水性であってよい。したがって、そうした親水性チャネル表面は、水溶液でより簡単に満たし、かつ湿潤させることができる。

一実施形態では、本発明のマイクロ流体デバイスの底壁は、１つもしくは複数の側壁または頂部壁あるいは他のコンポーネントと異なる材料で形成されている。例えば、底壁の内面は、シリコンウエハーもしくはマイクロチップまたは他の基材の表面を含むことができる。上記したように、他のコンポーネントをそうした代替の基材にシールすることができる。シリコーンポリマー（例えば、ＰＤＭＳ）を含むコンポーネントを、異なる材料でできた基材（底壁）にシールするのが望まれる場合、その基材は、それに酸化されたシリコーンポリマーを不可逆的にシールできる材料の群（例えば酸化されている、ガラス、シリコン、酸化ケイ素、石英、窒化ケイ素、ポリエチレン、ポリスチレン、エポキシポリマーおよびガラス状炭素表面）から選択することができる。あるいは、これらに限定されないが、別個の接着剤の使用、ボンディング、溶媒ボンディング、超音波溶着等を含む当業者に明らかな他のシーリング技術を用いることができる。

以下の出願をそれぞれ参照により本明細書に組み込む：Ｋｕｍａｒらによる「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｓｔａｍｐｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｎｄ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ Ａｒｔｉｃｌｅｓ」という表題の１９９３年１０月４日出願の米国特許出願番号第０８／１３１，８４１号（現在は１９９６年４月３０日発行の米国特許第５，５１２，１３１号である）；Ｋｉｍらによる「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｖｉａ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｍｉｃｒｏｍｏｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ」という表題の１９９８年１月８日出願の米国特許出願番号第０９／００４，５８３号（現在は２００２年３月１２日発行の米国特許第６，３５５，１９８号である）；１９９６年６月２６日にＷＯ９６／２９６２９として公開のＷｈｉｔｅｓｉｄｅｓらによる「Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｎｄ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ Ａｒｔｉｃｌｅｓ」という表題の１９９６年３月１日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９６／０３０７３；２００１年１１月２９日にＷＯ０１／８９７８７として公開のＡｎｄｅｒｓｏｎらによる「Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ Ａｒｒａｙｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」という表題の２００１年５月２５日出願の国際特許出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ０１／１６９７３；２００６年７月２７日に米国特許出願公開番号第２００６／０１６３３８５号として公開のＬｉｎｋらによる「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」という表題の２００５年１０月７日出願の米国特許出願番号第１１／２４６，９１１号；２００５年８月１１日に米国特許出願公開番号第２００５／０１７２４７６号として公開のＳｔｏｎｅらによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｌｕｉｄ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」という表題の２００４年１２月２８日出願の米国特許出願番号第１１／０２４，２２８号；２００６年９月１４日にＷＯ２００６／０９６５７１として公開のＷｅｉｔｚらによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」という表題の２００６年３月３日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００７７７２；２００７年１月４日に米国特許出願公開番号第２００７／０００３４２号として公開のＬｉｎｋらによる「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」という表題の２００６年２月２３日出願の米国特許出願番号第１１／３６０，８４５号およびＧａｒｓｔｅｃｋｉらによる「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」という表題の２００６年３月３日出願の米国特許出願番号第１１／３６８，２６３号。Ｃｈｕらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」という表題の２００７年３月２８日出願の米国仮出願番号第６０／９２０，５７４号；Ｗｅｉｔｚらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」という表題の２００９年９月２日出願の米国仮出願番号第６１／２３９，４０５号およびＷｅｉｔｚらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」という表題の２０１０年６月９日出願の米国仮出願番号第６１／３５３，０９３号も参照により本明細書に組み込む。さらに、Ｗｅｉｔｚらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」という表題の２００９年９月２日出願の米国仮出願番号第６１／２３９，４０２号も参照により本明細書に組み込む。

以下の実施例は、本発明の特定の実施形態を例示しようとするものであるが、本発明の全範囲を例示するものではない。

（実施例１）
この実施例は、略図と実験の両方で、二重エマルジョンを作製するマイクロ流体デバイスを例示する。とりわけ、この具体的な実施例において、完全な二重エマルジョンが、単一の共通の交差部において形成される。これは、表面化学の特定の非対称パターンを用いて形成される。このデバイスのデザインを図１に略図で示す。この図では、デバイス１０は、すべて共通の交差部１５で出会う、第１チャネル１１、第２チャネル１２、第３チャネル１３および第４（または出口）チャネル１４を含む。この実施例では、チャネルは直角に出会うが、他の実施形態ではそうである必要はない。第１チャネル１１、第２チャネル１２および第３チャネル１３は、矢印１７で示すように、それぞれ入口チャネルである。

図１に陰影付き領域２５も示す。陰影付き領域２５は親水性コーティングでコーティングされており、これは内部油ストリームを中間水ストリーム中で液滴へと破壊し、水の流線を外部油から離れるように導く。これは、内部油液滴が外部油ストリームと合体するのを防止する助けとなる。陰影を付けていない領域２０は疎水性コーティングでコーティングされており、これは、外部油ストリームによって湿潤され、中間水ストリームがピンチオフされて二重エマルジョン液滴を形成できるようにする。

図１に示すデバイスは、二段階プロセスを用いて形成することができる。手短に述べると、デバイスを、すべてのチャネル表面上に疎水性層を残す光開始剤分子も含むゾル−ゲルプロセスで処理する。次いで、チャネルをアクリル酸を含むモノマー溶液で満たし、例えば集束ビームによってまたはフォトマスクを通して紫外線に曝露することによって、親水性ポリマーポリ（アクリル酸）のグラフト重合を示された領域で進行させる。すると、曝露された領域は親水性になり、曝露されていない領域は疎水性のままで残る。このプロセスの詳細は、Ａｂａｔｅらによる「Ｓｕｒｆａｃｅｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌｓ， Ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｗｅｔｔｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」という表題の２００８年３月２８日出願の米国仮出願番号第６１／０４０，４４２号およびＡｂａｔｅらによる「Ｓｕｒｆａｃｅｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌｓ， Ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｗｅｔｔｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」という表題の２００９年２月１１日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０００８５０に記載されている。そのそれぞれを参照により本明細書に組み込む。

上記のようにして作製したデバイスの顕微鏡写真を図２に例示し、このデバイスを用いて生成した代表的な二重エマルジョン生成物を図３に示す。生成されたように、このデバイスは、油／水／油型二重エマルジョンを調製するのに使用することができるが、親水性の領域と疎水性の領域を交換することによって、水／油／水型二重エマルジョンも調製することができる。

さらに、このデバイスを、例えば同じ交差部で終わる１つまたは複数の追加のチャネルを加え、親水性および疎水性コーティングの対応する交互のアークを加えることによって、三重またはより高次のエマルジョンに拡張することができる。この例を図５に示す。この図では、デバイス３０は、共通の交差部３８で出会う５つのチャネル：第１チャネル３１、第２チャネル３２、第３チャネル３３、第４チャネル３４および第５（出口）チャネル３５を含む。最初の１チャネル３１、３３および３４は相対的に親水性であり、第２のチャネル３２は相対的に疎水性である。図５に示すように、出口チャネル３５は、相対的に親水性の部分および相対的に疎水性の部分を有する（陰影付き部分４０は親水性であり、一方、白色部分４１は疎水性である）。水はチャネル３２および３４を通して導入することができ、一方、油はチャネル３１および３３を通して導入することができる。

このデバイスを用いて、最も内側の相に水を有し連続相に油を有するｗ／ｏ／ｗ／ｏ型三重エマルジョンを生成させることができる。また、このデバイスの相対的に親水性の部分と相対的に疎水性部分を逆にし、かつ油の入口と水の入口を逆にすることによって、ｏ／ｗ／ｏ／ｗ型エマルジョンを形成させることができる。このデバイスにおける他の配置、例えば異なるチャネル角度、相対的に親水性の部分と相対的に疎水性の部分の異なるパターン等も可能である。

本発明の複数の実施形態を本明細書で説明し、例示してきたが、当業者は、機能を実行する、および／または本明細書で説明する結果および／または利点の１つもしくは複数を得るための様々な他の手段および／または構造を容易に想定されよう。そうした変更形態および／または改変形態のそれぞれは本発明の範囲内にあるものとする。より一般的には、当業者は、本明細書で説明するすべてのパラメーター、寸法、材料および構造は例示のためのものであり、実際のパラメーター、寸法、材料および／または構造は、そのために本発明の教示が用いられる具体的な１つまたは複数の用途に依存することになることを容易に理解されよう。当業者は、若干の慣行的な実験、本明細書で説明する本発明の具体的な実施形態の多くの均等物を用いて認識する、または確認することができよう。したがって、上記実施形態は例として示したのに過ぎず、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で、本発明を具体的に説明し特許請求したのと別の様式で実施できることを理解されたい。本発明は、本明細書で説明するそれぞれの個別のフィーチャ、システム、物品、材料、キットおよび／または方法を対象とする。さらに、２つ以上のそうしたフィーチャ、システム、物品、材料、キットおよび／または方法の任意の組合せは、そうしたフィーチャ、システム、物品、材料、キットおよび／または方法が互いに矛盾していない場合、本発明の範囲内に包含される。

本明細書で定義され使用されるすべての定義は、辞書の定義、参照により本明細書に組み込まれた文献の定義および／または定義された用語の通常の意味より優先されるものと理解すべきである。

本明細書および特許請求の範囲で使用される不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、それとは反対に明確に指示されていない限り、「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」と理解されるべきである。

本明細書および特許請求の範囲で使用される「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」という語句は、そのように等位結合された要素、すなわち、ある場合は接続法的に存在し、他の場合は離接的に存在する要素の「一方かまたは両方」を意味することを理解すべきである。「および／または」で挙げられた複数の要素は、同じ様式で、すなわち、そのように等位結合された要素の「１つまたは複数」と解釈されるべきである。「および／または」の節で具体的に特定された要素以外の他の要素も、具体的に特定されている要素に関係しても関係しなくても、任意選択で存在してよい。したがって、非限定的な例として、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの非限定的（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）用語と一緒に使用される場合、「Ａおよび／またはＢ」への言及は、一実施形態ではＡだけ（任意選択でＢ以外の要素を含む）；他の実施形態ではＢだけ（任意選択でＡ以外の要素を含む）；さらに他の実施形態ではＡとＢの両方（任意選択で他の要素を含む）等を指すことができる。

本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、「または」は、上記定義の「および／または」と同じ意味を有すると理解されるべきである。例えば、リストにおいて項目を分ける場合、「または」または「および／または」は、包含的である、すなわち、少なくとも１つを含むが、また、ある数またはリストの要素および任意選択でリストに挙げられていない追加の項目の２つ以上も含むと解釈されるべきである。それとは反対に「のうちの１つだけ（ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」もしくは「のうちの正確に１つ（ｅｘａｃｔｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」などの明確に指示されている、だけ（Ｏｎｌｙ）という用語、または特許請求の範囲で使用される場合の「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」は、ある数またはリストの要素のうちの正確に１つの要素を含むことを指すものとする。一般に、「のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ）」、「のうちの１つ（ｏｎｅ ｏｆ）」、「のうちの１つだけ（ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」または「のうちの正確に１つ（ｅｘａｃｔｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」などの排他性の用語によって先行されている場合、本明細書で用いる「または」という用語は、排他的代替物（ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ）（すなわち、「一方または他方であって両方ではない（ｏｎｅ ｏｒ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｂｕｔ ｎｏｔ ｂｏｔｈ）」）だけを指すと解釈されるべきである。特許請求の範囲で使用される場合、「本質的に〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」は、特許法の分野で用いられるその通常の意味を有するものとする。

本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、１つまたは複数の要素のリストに関連した「少なくとも１つ」という語句は、要素のリストの中の要素の任意の１つまたは複数から選択される少なくとも１つの要素を意味するが、要素のリストの中に具体的に挙げられている要素の１つ１つ（ｅａｃｈ ａｎｄ ｅｖｅｒｙ）の少なくとも１つを必ずしも含むものではなく、また、要素のリスト中の要素の任意の組合せを排除するものでもないことを理解すべきである。この定義はまた、語句「少なくとも１つ」が指す要素のリストの中で具体的に特定されている要素以外の要素が、具体的に特定されている要素に関係しても関係しなくても、任意選択で存在することも可能にする。したがって、非限定的な例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（または等価的に「ＡまたはＢの少なくとも１つ」または等価的に「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、Ｂが存在しない、任意選択で２つ以上を含む少なくとも１つのＡ（および任意選択でＢ以外の要素を含む）を指し；他の実施形態では、Ａが存在しない、任意選択で２つ以上を含む少なくとも１つのＢ（および任意選択でＡ以外の要素を含む）を指し；さらに他の実施形態では、任意選択で２つ以上を含む少なくとも１つのＡおよび任意選択で２つ以上を含む少なくとも１つのＢ（および任意選択で他の要素を含む）等を指すことができる。

それとは反対に明確に指示されていない限り、２つ以上のステップまたは動作を含む本明細書で特許請求される任意の方法において、その方法のステップまたは動作の順序は、その方法のステップまたは動作が言及されている順序に必ずしも限定されないことも理解すべきである。

特許請求の範囲ならびに上記明細書において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「担持する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「保持する（ｈｏｌｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ）」などのすべての移行句は非限定的である、すなわち、それを含むがそれに限定されないものと理解すべきである。「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」および「本質的に〜からなる」という移行句だけは、米国特許局の特許審査手続便覧（Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ）、セクション２１１１．０３に示されているように、それぞれ閉鎖型（ｃｌｏｓｅｄ）または半閉鎖型移行句であるものとする。

政府の財政的支援
本発明の種々の態様を導く研究は、ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎの助成金番号ＤＭＲ０２１３８０５、ＤＭＲ０６０２６８４、およびＤＭＲ０６４９８６５により、少なくとも部分的に後援された。米国政府は本発明における一定の権利を有し得る。

関連出願
本出願は、２００９年９月２日に出願された米国仮特許出願第６１／２３９，４０２号（発明の名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」、Ｗｅｉｔｚら）の利益を主張する。この出願の各々は、本明細書において参照として援用される。

発明の分野
本発明は一般にエマルジョン、より具体的には多重エマルジョンに関する。

背景
エマルジョンは、第１流体が、一般にその第１流体と非混和性である第２流体中に分散されている場合に存在する流体状態である。一般的なエマルジョンの例は、水中油型および油中水型のエマルジョンである。多重エマルジョンは、３つ以上の流体、または典型的な二流体エマルジョンより複雑な様式で配置された２つ以上の流体によって形成されるエマルジョンである。例えば、多重エマルジョンは、油中水中油型（「ｏ／ｗ／ｏ型」）であっても水中油中水型（「ｗ／ｏ／ｗ型」）であってもよい。薬剤送達、塗料、インクおよびコーティング、食品および飲料、化学的分離ならびに健康用品および化粧品などの分野における最近の潜在的な用途のため、多重エマルジョンは特に興味のあるものである。

一般に、別の液滴の内部の液滴の多重エマルジョンは、せん断力をかけるか、または乳化過程で形成される液滴のサイズを小さくするための混合による乳化などの二段階乳化法を用いて作製される。例えば多孔質ガラス膜を用いた膜乳化法などの他の方法も、水中油中水型エマルジョンを生成するために用いられている。マイクロ流体法も、２つ以上の段階を含む手順を用いて、液滴の内部に液滴を生成するために用いられている。例えば、２００４年１０月２８日に特許文献１として公開のＬｉｎｋらによる「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」という表題の２００４年４月９日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０９０３；または２００４年１月８日に特許文献２として公開のＳｔｏｎｅらによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｌｕｉｄ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」という表題の２００３年６月３０日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／２０５４２を参照されたい。これらのそれぞれを参照により本明細書に組み込む。

国際公開第２００４／０９１７６３号 国際公開第２００４／００２６２７号

発明の要旨
本発明は一般に、エマルジョン、より具体的には多重エマルジョンに関する。本発明の主題は、いくつかの場合、相互に関係のある生成物、特定の課題に対する代替溶液、および／または１つもしくは複数のシステムおよび／または物品の複数の異なる使用を含む。

一態様では、本発明はデバイスを対象とする。一連の実施形態によれば、そのデバイスは、共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルを含む。いくつかの場合、その第１流体チャネルは相対的に疎水性であり、第２流体チャネルは相対的に親水性であり、第４流体チャネルは、相対的に親水性である少なくとも１つの部分および相対的に疎水性である少なくとも１つの部分を含む。

他の一連の実施形態では、そのデバイスは、それぞれ共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２および第３流体チャネルを含む。いくつかの場合、チャネルの少なくとも１つは、相対的に親水性である少なくとも１つの部分および相対的に疎水性である少なくとも１つの部分を含む。

さらに他の一連の実施形態では、そのデバイスは、それぞれ共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２および第３流体チャネルの配置を含む。一実施形態では、その配置は、流体チャネルの少なくとも１つを含む親水性部分および流体チャネルの少なくとも１つを含む疎水性部分を含む。

他の態様では、本発明は一般に方法を対象とする。一連の実施形態によれば、その方法は、第１、第２および第３流体を、共通の交差部の方へその交差部に近接して流し、その第１流体が第２流体を取り囲み、その第２流体が第３流体を取り囲んで多重エマルジョンを形成させるようにする動作を含む。いくつかの場合、その第１流体および第２流体は相対的に非混和性であり、一実施形態では、第２流体および第３流体は相対的に非混和性である。

他の態様では、本発明は、本明細書で説明する実施形態の１つまたは複数、例えば多重エマルジョンを作製する方法を対象とする。他の態様では、本発明は、本明細書で説明する実施形態の１つまたは複数、例えば多重エマルジョンを使用する方法を対象とする。

本発明の他の利点および新規な特徴は、添付の図面と合わせて考慮すれば、本発明の様々な非限定的実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになろう。本明細書と、参照により組み込まれた文献とが相反する、および／または一致しない開示を含む場合、本明細書が優先されるものとする。参照により組み込まれた２つ以上の文献が互いに相反する、および／または一致しない開示を含む場合、より遅い発効日を有する文献が優先されるものとする。

本発明の非限定的実施形態を、略図であり、縮尺通りに描かれていない添付の図面を例として参照して説明することとする。図面において、例示されたそれぞれの同一またはほぼ同一のコンポーネントは、一般に単一の数字で表される。明確にする目的で、当業者が本発明を理解するのに例示が必要でないところでは、すべてのコンポーネントがすべての図において標識付けされているわけではなく、また、本発明のそれぞれ実施形態のすべてのコンポーネントが示されているわけではない。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
（項目１）
共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルを含むデバイスであって、前記第１流体チャネルが相対的に疎水性であり、前記第２流体チャネルが相対的に親水性であり、そして前記第４流体チャネルが、相対的に親水性の少なくとも１つの部分および相対的に親水性の少なくとも１つの部分を含むデバイス。
（項目２）
それぞれ共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２および第３流体チャネルを含むデバイスであって、前記チャネルの少なくとも１つが、相対的に親水性の少なくとも１つの部分および相対的に親水性の少なくとも１つの部分を含むデバイス。
（項目３）
少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルを含む、項目２に記載のデバイス。
（項目４）
それぞれ共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２および第３流体チャネルの配置を含むデバイスであって、前記配置が、前記流体チャネルの少なくとも１つを含む親水性部分および前記流体チャネルの少なくとも１つを含む疎水性部分を含むデバイス。
（項目５）
前記配置が、少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルを含む、項目４に記載のデバイス。
（項目６）
前記流体チャネルの少なくとも１つがマイクロ流体チャネルである、項目１から５のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目７）
前記流体チャネルのそれぞれがマイクロ流体チャネルである、項目１から６のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目８）
前記第２および第３流体チャネルがそれぞれ相対的に親水性である、項目１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目９）
前記第１および第３流体チャネルがそれぞれ相対的に疎水性である、項目１から８のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目１０）
相対的に親水性である前記第４流体チャネルの前記少なくとも１つの部分が、前記第２流体チャネルと実質的に同じ親水性を有する、項目１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目１１）
相対的に疎水性である前記第４流体チャネルの前記少なくとも１つの部分が、前記第１流体チャネルと実質的に同じ疎水性を有する、項目１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目１２）
前記第１流体チャネルが、前記第１流体チャネル上の疎水性コーティングによって相対的疎水性を付与される、項目１から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目１３）
前記第２流体チャネルが、前記第２流体チャネル上の親水性コーティングによって相対的親水性を付与される、項目１から１２のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目１４）
前記第２流体チャネルが、ポリ（アクリル酸）の表面コーティングを含む、項目１から１３のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目１５）
前記第１流体チャネルが、ゾル−ゲルの表面コーティングを含む、項目１から１４のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目１６）
前記第１流体チャネルと前記第２流体チャネルがほぼ直角に交差する、項目１から１５のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目１７）
前記第２流体チャネルと前記第３流体チャネルがほぼ直角に交差する、項目１から１６のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目１８）
前記第１流体チャネルと前記第４流体チャネルがほぼ直角に交差する、項目１から１７のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目１９）
前記第１、第２、第３および第４流体チャネルが共通の交差部で直角に交差する、項目１から１８のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目２０）
前記少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルが同一平面上にある、項目１から１９のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目２１）
前記共通の交差部で４つのみの流体チャネルを含む、項目１から２０のいずれか一項に記載のデバイス。
（項目２２）
第１、第２および第３流体を共通の交差部の方へ流すステップであって、前記第１流体および前記第２流体が相対的に非混和性であり、そして前記第２流体および前記第３流体が相対的に非混和性であるステップと；そして
前記交差部に近接して、前記第１流体が前記第２流体を取り囲み、前記第２流体が前記第３流体を取り囲むようにして多重エマルジョンを形成させるステップと
を含む方法。
（項目２３）
前記流体の少なくとも１つがマイクロ流体チャネル内に含まれている、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記流体のそれぞれがマイクロ流体チャネル内に含まれている、項目２２または２３に記載の方法。
（項目２５）
少なくとも１つのマイクロ流体チャネルが相対的に親水性である、項目２２から２４のいずれか一項に記載の方法。
（項目２６）
少なくとも１つのマイクロ流体チャネルが相対的に疎水性である、項目２３から２５のいずれか一項に記載の方法。

図１は、本発明の一実施形態によるデバイスの概略図である。 図２は、本発明の実施形態のデバイスの顕微鏡写真である。 図３は、本発明の実施形態によって生成された多重エマルジョンの顕微鏡写真である。 図４は、本発明のさらに他の実施形態によるデバイスの概略図である。 図５は、本発明の他の実施形態によるデバイスの概略図である。

詳細な説明
本発明は一般に、エマルジョンに関し、より具体的には多重エマルジョンに関する。一態様では、多重エマルジョンは、共通の交差部で出会うマイクロ流体チャネルなどの複数のチャネルを用いて形成される。いくつかの実施形態では、多重エマルジョンを生成させるために多重のチャネル交差部が必要とされる従来の他の技術のシステムとは異なり、多重エマルジョンを単一の共通の交差部で生成させることができる。例えば、一連の実施形態では、３つ、４つまたはそれ以上のマイクロ流体チャネルを、入口として働く２つまたは３つおよび出口として働く１つを有する共通の交差部で交差させることができる。いくつかの実施形態では、第１流体チャネルは相対的に疎水性であり、一方第２流体チャネルは相対的に親水性である。存在する場合、第３チャネルは、用途に応じて相対的に親水性であっても疎水性であってもよい。出口チャネルは疎水性であっても親水性であってもよく、また、相対的に親水性の少なくとも１つの部分および相対的に疎水性の少なくとも１つの部分を含むこともできる。チャネルの親水性および疎水性部分を通る流体の流れを制御することによって、多重エマルジョンを、共通の交差部に入る流体間の交差により、共通の交差部に近接して形成させることができる。他の実施形態では、異なるパターンの親水性または疎水性チャネルを使用することができる。本発明の他の態様は一般に、そうしたシステム、そうしたシステムを含むキット、そうしたシステムを用いて生成されたエマルジョンなどを作製および使用する方法を対象とする。

したがって、特定の実施形態では、本発明は一般に、多重エマルジョンを含むエマルジョン、およびそうしたエマルジョンを作製するための方法および装置に関する。本明細書で用いる「多重エマルジョン」は、その中に１つまたは複数のより小さい液滴を含むより大きな液滴を表す。二重エマルジョンでは、より大きな液滴は、次に、より小さい液滴内の流体と同じであっても異なっていてもよい別の流体内に含まれ得る。特定の実施形態では、多重エマルジョン内でのより大きな度合いのネスティングが可能である。例えば、エマルジョンは、その中により小さい液滴を含む液滴を含むことができ、そのより小さい液滴の少なくとも一部はさらに小さい液滴をその中に含むことができる等である。多重エマルジョンは、薬剤、細胞、化学物質などの種を封入するのに有用であり得る。以下で説明するように、特定の実施形態において、多重エマルジョンをほぼ正確な再現性で形成させることができる。

エマルジョンまたは多重エマルジョンが有用であることが分かり得る分野には、例えば、食品、飲料、健康用品および化粧品、塗料およびコーティングならびに薬物および薬物送達が含まれる。例えば、正確な量の薬物、医薬または他の剤をエマルジョン中に含めることができ、また、いくつかの場合、細胞を液滴中に含めることができ、その細胞を貯蔵および／または送達することができる。貯蔵および／または送達することができる他の種には、例えば、ｓｉＲＮＡ、ＲＮＡｉおよびＤＮＡなどの核酸、タンパク質、ペプチドまたは酵素などの生化学的種が含まれる。本発明のエマルジョン中に取り込むことができる他の種には、これらに限定されないが、ナノ粒子、量子ドット、香料、タンパク質、インジケーター、色素、蛍光種、化学物質、薬物などが含まれる。特定の場合では、エマルジョンを、化学反応を制御するため、またはインビトロでの転写および翻訳のため例えば指向性進化技術のためなどの反応容器として働くこともできる。

いくつかの実施形態では、本明細書で説明する方法およびデバイスを用いて、一貫性のある液滴のサイズおよび／または数を有するエマルジョンを生成することができ、そして／あるいは、外部液滴のサイズおよび／または数と内部液滴のそれとの一貫性のある比（または他のそうした比）を有するエマルジョンを、多重エマルジョンを含む場合に生成することができる。例えば、いくつかの場合、予測可能なサイズの外部液滴内の単一の液滴を用いて、特定量の薬物を提供することができる。さらに、化合物または薬物の組合せを、液滴中に貯蔵、輸送または送達することができる。例えば、液滴が親水性部分と疎水性部分の両方を含むことができるので、疎水性および親水性の種を、単一の多重エマルジョン液滴中に送達することができる。これらの部分のそれぞれの量および濃度は、多重エマルジョン液滴中に２つ以上の種の予測可能で一貫性のある比を提供できる本発明の特定の実施形態にしたがって一貫して制御することができる。

以下の文献、すなわち：２００８年１０月９日にＷＯ２００８／１２１３４２として公開のＣｈｕらによる「Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」という表題の２００８年３月２８日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００４０９７；２００６年９月１４日にＷＯ２００６／０９６５７１として公開のＷｅｉｔｚらによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」という表題の２００６年３月３日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００７７７２およびＷｅｉｔｚらによる「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｅａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」という表題の２００９年３月１３日出願の米国仮出願番号第６１／１６０，０２０号をそれぞれ参照により本明細書に組み込む。Ｗｅｉｔｚらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」という表題の２００９年９月２日出願の米国仮出願番号第６１／２３９，４０５号；Ｗｅｉｔｚらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」という表題の２０１０年６月９日出願の米国仮出願番号第６１／３５３，０９３号およびＷｅｉｔｚらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」という表題の２００９年９月２日出願の米国仮出願番号第６１／２３９，４０２号もやはり参照により本明細書に組み込まれる。

本発明の一態様では、共通の交差部で交差する複数のチャネルを用いて多重エマルジョンを生成させる。チャネルの１つまたは複数はマイクロ流体チャネルであってよい。本明細書で論じるように、多重エマルジョンは二重エマルジョン、三重エマルジョン、四重エマルジョン等であってよい。例えば、二重エマルジョンは共通の交差部で交差する３つの流体チャネルを用いて形成させることができ、三重エマルジョンは共通の交差部で交差する４つの流体チャネルを用いて形成させることができ、四重エマルジョンは共通の交差部で交差する５つの流体チャネルを用いて形成させる等である。チャネルはすべて同一平面上にある、すなわち共通平面内で交差するか、またはチャネルの１つもしくは複数は他の非平面方向で共通の交差部に接近してよい。共通の交差部において、チャネルは対称的に分配されていても（例えば、４つのチャネルについて直角で、５つのチャネルについて７２°で、６つのチャネルについて６０°等で）、またいくつかの場合非相称的に分配されていてもよい。

共通の交差部において、チャネルは一緒になってそれらのチャネルの中心軸が共通ポイントですべて交差するようにできるが、必ずしもそうである必要はない。一実施形態では、例えば共通の交差部で、チャネルの１つまたは複数が他のチャネルに対してずれていてよい。しかし、成長している多重エマルジョンに次の液滴ネスティングが加えられる前に本質的にエマルジョン液滴が完全に形成されている従来技術のシステムとは異なり、一般に、共通の交差部でのチャネルは、多重エマルジョン液滴の生成が種々のチャネル間の流体相互作用に起因して起こるように配置される。

一連の実施形態では、入口チャネルは、異なる親水性（または疎水性）を有することができる。表面の親水性は、当業者に公知の技術、例えば水を用いた接触角測定法などを用いて判定することができる。例えば、親水性表面は水が約６０°未満の接触角を形成するものであってよく、一方、疎水性表面は水が約６０°を超える接触角を形成するものであってよい。いくつかの場合、チャネルの親水性は互いに対して規定される。例えば、第１チャネルは第２チャネルに対して相対的に疎水性であってよく、次いで第２チャネルは第１チャネルに対して相対的に親水性であってよい。相対的親水性は、適切な任意の技術を用いて、例えば水接触角を互いに比較することによって判定することができる。表面がより親水性になればなるほど、より小さい水接触角測定値を有する表面となる。

代替の非限定的な例として、一連の実施形態では、デバイスは共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルを含むことができる。ここで、図１で例示した例を参照すると、デバイス１０において、チャネルは第１流体チャネル１１が相対的に疎水性であり、第２および第３流体チャネル１２および１３が相対的に親水性であるように構成されている。第４流体チャネル１４は、相対的に親水性の少なくとも１つの部分および相対的に疎水性の少なくとも１つの部分を有することができる。いくつかの場合、これらの部分は入口チャネルにおいても同じ親水性または疎水性を有することができる。例えば図１では、領域２５はデバイス１０内の相対的に親水性の領域に相当し、一方、領域２０はデバイス内の相対的に疎水性の領域に相当する。

図１において、第１流体チャネル１１は第２流体チャネル１２に対してほぼ直角方向に共通の交差部に入り、この第２流体チャネル１２は第３流体チャネル１３に対してほぼ直角方向に共通の交差部に入り、順に、この第３流体チャネル１３は第４流体チャネル１４（これもやはり第１チャネル１１に対して実質的に直角方向である）に対してほぼ直角方向であるように示されている。しかし、本発明の他の実施形態において他の配置も可能であることに留意すべきである。例えば、共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルの１つまたは複数を、実質的に直角でない角度で出会わせることができる。他の実施形態では、４つ未満のチャネルでも４つより多くのチャネルでも使用することができる。

図１では、第４チャネルの疎水性が交差部から遠ざかる方向で増大する実施形態が例示されている。ここに示されているように、具体的には、疎水性である第４チャネルの相当部分は共通の交差部から遠ざかる方向で増大する。そうした系では、油／水／油型二重エマルジョンを形成させるために、相対的に疎水性の流体（例えば、油）を第１チャネル１１を通して流し、相対的に親水性の流体（例えば、水または水溶液）を第２チャネル１２を通して流し、相対的に疎水性の流体（例えば、第１チャネルの油と同じであっても異なっていてもよい油）を第３チャネル１３を通して流す。共通の交差部を通って第４チャネルに入ると、第１チャネルの相対的に疎水性の流体はチャネルの疎水性の領域と接触したまま概ね残留するが、第２チャネル中の相対的に親水性の流体は親水性の領域と接触したまま概ね残留する。しかし、第３チャネル中の相対的に疎水性の流体は、共通の交差部に入ると相対的に親水性の流体によって捕捉され、第１チャネル中の流体と物理的に接触するのを阻害される。したがって、流体が共通の交差部を出ると、第３チャネルからの流体は、外部液滴（相対的に親水性の流体）で取り囲まれた内部液滴を形成し、次いでこれは、搬送流体（第１チャネルからの相対的に疎水性の流体）で取り囲まれ、それによって二重エマルジョンが形成される。

上記したように、このプロセスは例として示すに過ぎない。他の実施形態では、デバイスにおいて親水性の他のパターンが存在することができる。例えば、一実施形態では、図１を参照して考察した疎水性および親水性のパターンを逆にすることができる。これは、水／油／水型二重エマルジョン（すなわち、領域１１が相対的に親水性であり、一方、領域１２が相対的に疎水性であってよい）を生成させるのに有用であり得る。他の実施形態では、第３流体チャネルが相対的に疎水性であり、共通の交差部および／または第４流体チャネルで疎水性部分が終わってもよい。図４において、非限定的な例を、相対的に親水性の領域２５ならびに相対的に疎水性の領域２０および３０で例示する。この図では、相対的に親水性の領域２５は共通の交差部内で終わる。さらに他の実施形態では、入口または出口チャネルの１つまたは複数は、第１の相対的に親水性部分および第２の相対的に疎水性部分を有していてよい。いくつかの場合、共通のチャネルに入る流体に応じて、２つ以上のレベルの親水性がチャネルの１つまたは複数に存在してよい。

さらに、本発明の他の実施形態では、このシステムを５つ、６つまたはそれより多くのチャネルに拡張することができ、これは、三重またはより高次のエマルジョンの生成に有用であり得る。例えば、三重エマルジョンは共通の交差部で交差する４つの流体チャネルを用いて形成させることができ、四重エマルジョンは共通の交差部で交差する５つの流体チャネルを用いて形成させることができる等である。いくつかの場合、親水性および／または疎水性コーティングの交互のアーク（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ａｒｃｓ）を用いて、多重エマルジョンを規定する様々な液滴を生成させることができる。他の実施形態では、３つのみのチャネルを使用することができる。

したがって、本発明の一実施形態では、二重エマルジョン、すなわち、第１内部流体が、第２外部流体で取り囲まれ、これが次いで搬送流体で取り囲まれた、第１内部流体を含むエマルジョンを生成させる。いくつかの場合、その搬送流体と第１流体は同じであってよい。これらの流体はしばしば、疎水性の差に起因して混和性が変化するものとなる。例えば、内部流体が水溶性であり、外部流体が油溶性であり、搬送流体が水溶性であってよい。この配置はしばしばｗ／ｏ／ｗ型多重エマルジョン（「水／油／水型」）と称される。他の多重エマルジョンは、油溶性の内部流体、水溶性の外部流体および油溶性の搬送流体を含むことができる。この種の多重エマルジョンはしばしばｏ／ｗ／ｏ型多重エマルジョン（「油／水／油型」）と称される。上記用語において「油」という用語は単に、当業界で公知であるような、概ねより疎水性であり、水に混和しない流体を指すことに留意すべきである。したがって、いくつかの実施形態ではその油は炭化水素であってよいが、他の実施形態では、その油は他の疎水性流体を含むことができる。水は純粋である必要はなく、それは水溶液、例えば緩衝液、溶解塩を含む溶液などであってもよいことも理解すべきである。

より具体的には、本明細書で用いるように、エマルジョンが生成される温度および条件下で、一方が少なくとも１０重量％のレベルで他方に溶解しないとき、２つの流体は非混和性である、すなわち互いに混和性でない。例えば、２つの流体を、流体液滴形成のタイムフレーム内で非混和性であるように選択することができる。いくつかの実施形態では、多重エマルジョンを形成させるのに用いる流体は同じであっても異なっていてもよい。例えば、いくつかの場合、２つ以上の流体を用いて多重エマルジョンを生成させることができ、特定の例では、これらの流体の一部またはすべてが非混和性であってよい。いくつかの実施形態では、多重エマルジョンを形成させるのに用いる２つの流体は相溶性であるすなわち混和性であるが、２つの流体の間に含まれる中間の流体は、これらの２つの流体と非相溶性である、すなわち非混和性である。しかし、他の実施形態では、３つすべての流体は互いに非混和性であり得、特定の場合では、その流体のすべてが必ずしもすべて水溶性でなければならないということはない。

本発明の他の実施形態では、３つ以上の流体を使用することができる。したがって本発明の特定の実施形態は一般に、いくつかの場合、さらにその液滴の中により小さい液滴を含む等が可能である１つまたは複数のより小さい液滴をその中に含むより大きい流体液滴を含む多重エマルジョンを対象とする。任意の数のネスト化した流体を生成することができる。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、追加の第３、第４、第５、第６等の流体を加えて、液滴内にますます複雑化した液滴を生成することができる。これらの流体のすべてが必ずしも区別できる必要はないことを理解すべきである。例えば、２つの油相が同じ組成を有する、および／または２つの水相が同じ組成を有する油／水／油／水または水／油／水／油を含む四重エマルジョンを調製することができる。

一連の実施形態では、単分散エマルジョンを生成することができる。流体液滴の形状および／またはサイズは、液滴の平均径または他の特徴的寸法を測定することによって決定することができる。複数または一連の液滴の「平均径」は、液滴のそれぞれの平均径の算術平均である。当業者は、例えばレーザー光散乱法、顕微鏡検査法または他の公知の技術を用いて複数または一連の液滴の平均径（または他の特徴的寸法）を決定できよう。非球形液滴状の単一液滴の平均径は、その非球形液滴と同じ体積を有する完全な球の直径である。液滴の（および／または複数または一連の液滴の）平均径は、いくつかの場合、例えば約１ｍｍ未満、約５００μｍ未満、約２００μｍ未満、約１００μｍ未満、約７５μｍ未満、約５０μｍ未満、約２５μｍ未満、約１０μｍ未満または約５μｍ未満であってよい。平均径は、特定の場合、少なくとも約１μｍ、少なくとも約２μｍ、少なくとも約３μｍ、少なくとも約５μｍ、少なくとも約１０μｍ、少なくとも約１５μｍまたは少なくとも約２０μｍであってもよい。

本明細書で用いる「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」という用語は一般に、ある種を、例えば定量的または定性的に分析または測定すること、および／またはその種の存在または非存在を検出することを指す。「決定する」という用語は、２つ以上の種の間の相互作用を、例えば定量的もしくは定性的に、またはその相互作用の存在もしくは非存在を検出することによって分析または測定することも指す。適切な技術の例には、これらに限定されないが、赤外分光法、吸収分光法、蛍光分光法、ＵＶ／可視分光法、ＦＴＩＲ分光法（「フーリエ変換赤外分光法」）もしくはラマン分光法などの分光法；重量法；偏光解析法；圧電測定法；免疫学的検定法；電気化学的測定法；光学密度測定法などの光学測定法；円偏光二色性分析法；準電気的光散乱法などの光散乱測定法；偏光分析法；屈折率測定法または濁度測定法が含まれる。

様々な実施形態において、液滴は、具体的な用途に応じて同じ形状および／またはサイズ（すなわち、「単分散の」）のものであっても異なる形状および／またはサイズであってもよい。本明細書で用いる「流体」という用語は一般に、流動し、その容器の輪郭に適合する傾向のある物質、すなわち液体、ガス、粘弾性流体等を指す。一般に、流体は、せん断応力をかけたとき、静的せん断応力に耐えることができない物質であり、その流体は、持続的な永久歪を受ける。流体は、流動を許容する適切な任意の粘度を有することができる。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て、各流体を本質的に任意の流体（液体、ガスなど）の中から独立に選択することができる。いくつかの場合、その液滴を搬送流体、例えば液体中に含めることができる。しかし、本発明は多重エマルジョンのみに限定されないことに留意すべきである。いくつかの実施形態では、単一のエマルジョンも生成することができる。

本明細書で用いる「液滴」は、第２流体で取り囲まれた第１流体の孤立した部分である。液滴は必ずしも球形ではなく、例えば外部環境に応じて他の形状も想定できることに留意すべきである。一実施形態では、その液滴は、その中に液滴が位置する流体の流れと直角方向のチャネルの最大寸法と実質的に等しい最小断面寸法を有する。いくつかの場合、液滴は直径の均一な分布を有する、すなわち液滴は、液滴の約１０％、約５％、約３％、約１％、約０．０３％または約０．０１％以下が、液滴の平均径の約１０％、約５％、約３％、約１％、約０．０３％または約０．０１％より大きい平均径を有するような直径の分布を有することができ、したがって、出口チャネル内の液滴は同じかまたは類似した直径の分布を有することができる。そうした均一な直径の分布を生じるための手法もやはり、参照により本明細書に組み込まれている２００４年１０月２８日にＷＯ２００４／０９１７６３として公開のＬｉｎｋらによる「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」という表題の２００４年４月９日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０９０３および本明細書で説明するような他の文献に開示されている。

液滴の生成速度は、多くの条件下で約１００Ｈｚ〜５，０００Ｈｚの間で変化し得る液滴形成周波数で判定することができる。いくつかの場合、液滴の生成速度は、少なくとも約２００Ｈｚ、少なくとも約３００Ｈｚ、少なくとも約５００Ｈｚ、少なくとも約７５０Ｈｚ、少なくとも約１，０００Ｈｚ、少なくとも約２，０００Ｈｚ、少なくとも約３，０００Ｈｚ、少なくとも約４，０００Ｈｚまたは少なくとも約５，０００Ｈｚ等であってよい。さらに、大量の液滴の生成は、いくつかの場合、複数のデバイスを並行使用することによって容易にすることができる。いくつかの場合、比較的数多くのデバイスを並行して使用することができる。例えば少なくとも約１０個のデバイス、少なくとも約３０個のデバイス、少なくとも約５０個のデバイス、少なくとも約７５個のデバイス、少なくとも約１００個のデバイス、少なくとも約２００個のデバイス、少なくとも約３００個のデバイス、少なくとも約５００個のデバイス、少なくとも約７５０個のデバイスまたは少なくとも約１，０００個もしくはそれ以上のデバイスを並行して動作させることができる。デバイスは異なるチャネル、オリフィス、マイクロ流体等を含むことができる。いくつかの場合、そうしたデバイスの配列は、デバイスを水平および／または垂直に重ねることによって形成することができる。デバイスは共通的に制御するかまたは別個に制御することができ、用途に応じて、共通的なまたは別個の流体の供給源を備えることができる。そうしたシステムの例は、Ｒｏｍａｎｏｗｓｋｙらによる「Ｓｃａｌｅ−ｕｐ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ」という表題の２００９年３月１３日出願の米国仮出願番号第６１／１６０，１８４号にも記載されている。これを参照により本明細書に組み込む。

流体は、その周囲に対して内部液滴が離散した形で留まるように選択することができる。非限定的な例として、第２流体液滴を含む第１流体液滴を含む搬送流体を有する流体液滴を生成することができる。いくつかの場合、外部流体と第２流体は同じかまたは実質的に同じであってよい。しかし、他の場合、外部流体、第１流体および第２流体を、本質的に互いに非混和性であるように選択することができる。本質的に互いに非混和性の３つの流体を含む系の非限定的な１つの例は、シリコーン油、鉱油および水溶液（すなわち、水あるいはその中に溶解および／または懸濁されている１つもしくは複数の他の種を含む水、例えば塩溶液、生理食塩水、粒子もしくは細胞を含む水の懸濁液など）である。系の他の例は、シリコーン油、フルオロカーボン油および水溶液である。系のさらに他の例は、炭化水素油（例えば、ヘキサデカン）、フルオロカーボン油および水溶液である。適切なフルオロカーボン油の非限定的な例にはＨＥＦ７５００、オクタデカフルオロデカヒドロナフタレン：

または１−（１，２，２，３，３，４，４，５，５，６，６−ウンデカフルオロシクロヘキシル）エタノール：

が含まれる。

本明細書での説明において、多重エマルジョンはしばしば３相系、例えば、外部流体、第１流体および第２流体を有する系として説明される。しかし、これは例に過ぎず、他の系では、多重エマルジョン液滴内に追加の流体が存在してもよいことに留意すべきである。したがって、種々の流体の説明は、プレゼンテーションを容易にするためであり、本明細書での説明は、追加の流体を含む系、例えば四重エマルジョン、五重エマルジョン、六重エマルジョン、七重エマルジョン等に容易に拡張できることを理解されたい。

流体粘度は液滴形成に影響を及ぼすので、いくつかの場合、粘度調節を助けることができる希釈剤などの成分を加えるか除くことによって、流体液滴中の流体のいずれかの粘度を調節することができる。例えば、いくつかの実施形態では、第１流体の粘度と第２流体の粘度は等しいかまたは実質的に等しい。これは、例えば、第１および第２流体の中での液滴形成の周波数または速度を同等にするのに寄与し得る。他の実施形態では、第１流体の粘度は、第２流体の粘度と等しいかまたは実質的に等しくてよい、および／または内部流体の粘度は、第２流体の粘度と等しいかまたは実質的に等しくてよい。さらに他の実施形態では、外部流体は、第１流体とは実質的に異なった粘度を示すことができる。粘度の実質的な差は、２つの流体間の粘度の差を統計的に有意な根拠に基づいて測定できることを意味する。液滴内での流体粘度の他の分布も可能である。例えば、第２流体は、第１流体の粘度より高いかまたは低い粘度を有することができ（すなわち、２つの流体の粘度は実質的に異なっていてよい）、第１流体は、外部流体の粘度より高いかまたは低い粘度を有することができる等である。例えば４つ、５つ、６つまたはそれ以上の流体を含むより高次の液滴では、粘度を、具体的な用途に応じて要望通り独立して選択することもできることに留意すべきである。

したがって、本発明の特定の実施形態では、流体液滴（またはその部分）は、追加の実体または種、例えば他の化学的、生化学的または生物学的実体（例えば、流体中に溶解または懸濁されている）、細胞、粒子、ガス、分子、薬剤、薬物、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、香料、反応剤、殺生物剤、殺菌剤、防腐剤、化学物質などを含むことができる。例えば、細胞を流体エマルジョン中に懸濁させることができる。したがって、その種は、エマルジョンの任意の部分に含めることができる任意の物質であってよい。その種は、例えば内部液滴内、外部液滴内等の任意の流体液滴中に存在することができる。例えば、１つまたは複数の細胞および／または１つまたは複数の細胞種類を液滴中に含めることができる。

論じたように、本発明の様々な態様では、多重エマルジョンを、２つ、３つまたはそれ以上の流体を様々な導管またはチャネルに通して流すことによって形成させる。チャネルの１つまたは複数（またはすべて）がマイクロ流体であってもよい。本明細書で用いる「マイクロ流体」は、約１ミリメートル（ｍｍ）未満の断面寸法、および、いくつかの場合少なくとも３：１の長さと最大断面寸法の比を有する少なくとも１つの流体チャネルを含むデバイス、装置またはシステムを指す。そのシステムの１つまたは複数のチャネルは毛細管であってよい。いくつかの場合、複数のチャネルが提供される。チャネルは、マイクロ流体サイズの範囲であってよく、例えば、約１ｍｍ未満、約３００μｍ未満、約１００μｍ未満、約３０μｍ未満、約１０μｍ未満、約３μｍ未満または約１μｍ未満の平均内径または内径を有する部分を有し得、それによって同程度の平均径を有する液滴を提供することができる。チャネルの１つまたは複数は、断面において、同じポイントで、その幅と実質的に同じ高さを有することができる（しかし必ずというわけではない）。断面において、チャネルは、長方形であっても円形または楕円形などのように実質的に非長方形であってもよい。

本明細書で用いる「チャネル」は、流体の流れを少なくとも部分的に導く物品（基材）上またはその中のフィーチャを意味する。そのチャネルは任意の断面形状（円形、卵形、三角形、不規則な形、正方形もしくは長方形など）を有することができ、覆われていても覆われていなくてもよい。それが完全に覆われていている複数の実施形態では、チャネルの少なくとも１つの部分は完全に取り囲まれた断面をもつことができるか、またはそのチャネル全体は、その入口および／または出口を除いてその長さ全体に沿って完全に取り囲まれていてよい。チャネルは、少なくとも２：１、より一般的には少なくとも３：１、５：１、１０：１、１５：１、２０：１またはそれ以上の縦横比（長さ対平均断面寸法）を有することもできる。開放チャネルは一般に、流体輸送の制御を容易にする特徴、例えば構造的特徴（長いギザギザ（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ））および／または物理的または化学的性質（疎水性対親水性）または流体に対して力（例えば、封じ込め力（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｏｒｃｅ））を及ぼすことができる他の特徴を含む。チャネル内の流体は、そのチャネルを部分的にまたは完全に満たすことができる。開放チャネルを使用するいくつかの場合、流体を、例えば表面張力（すなわち、凹形または凸形のメニスカス）を用いてチャネル内に保持することができる。

チャネルは、例えば流体の流れに対して約５ｍｍもしくは２ｍｍ未満または約１ｍｍ未満あるいは約５００μｍ未満、約２００μｍ未満、約１００μｍ未満、約６０μｍ未満、約５０μｍ未満、約４０μｍ未満、約３０μｍ未満、約２５μｍ未満、約１０μｍ未満、約３μｍ未満、約１μｍ未満、約３００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約３０ｎｍ未満または約１０ｎｍ未満の垂直最大寸法を有する任意のサイズのものであってよい。いくつかの場合、流体が、物品または基材を通して自由に流れることができるようにチャネルの寸法を選択することができる。チャネルの寸法は、例えば、チャネルにおいて流体の特定の体積流速または線流速が可能になるように選択することもできる。もちろん、チャネルの数およびチャネルの形状は、当業者に公知の任意の方法で変えることができる。いくつかの場合、２つ以上のチャネルまたは毛細管を用いることができる。例えば、それらが、互いに内側に位置する、互いに隣接して位置する、互いに交差するように位置する等の場合、２つ以上のチャネルを用いることができる。

論じたように、本明細書で説明するものなどの多重エマルジョンを、種々の態様にしたがって、多重エマルジョンを形成させるために用いられるチャネルの親水性および／または疎水性を制御することによって調製することができる。一連の実施形態では、チャネルの親水性および／または疎水性は、チャネルの少なくとも一部にゾル−ゲルをコーティングすることによって制御することができる。例えば、一実施形態では、相対的に親水性の部分および相対的疎水性の部分は、それらに相対的疎水性を付与するゾル−ゲルをチャネル表面上に塗布することによって生成することができる。ゾル−ゲルは、光開始剤などの開始剤を含むことができる。部分（例えば、チャネルおよび／またはチャネルの部分）は、親水性部分（例えば、アクリル酸）を含む溶液でチャネルを満たし、その部分を開始剤に適したトリガー（例えば、光開始剤の場合、光または紫外線）に曝すことによって、相対的親水性を付与することができる。例えば、その部分は、反応が望ましくない部分を遮へいするためのマスキングを用いることによって、反応が望ましい部分に光または熱の集束ビームを当てることなどによって曝露させることができる。曝露された部分では開始剤は親水性部分のゾル−ゲルとの反応（例えば、重合）を引き起こし、それによって、これらの部分に相対的親水性を付与することができる（例えば、上記の例におけるゾル−ゲルコーティングの表面にポリ（アクリル酸）がグラフト化されるようにすることによって）。

当業者に公知であるように、ゾル−ゲルはゾルまたはゲル状態であることができる材料であり、一般にポリマーを含む。ゲル状態は通常液相を含むポリマーネットワークを含み、例えば乾燥または加熱技術でゾルから溶媒を除去することによってゾル状態から生成することができる。いくつかの場合、以下で論じるように、例えばゾル内でいくらか重合を起こさせることによって、使用前にゾルを前処理することができる。

いくつかの実施形態では、ゾル−ゲルコーティングは、特定の特性を有する、例えば特定の疎水性を有するように選択することができる。コーティングの特性は、ゾル−ゲルの組成を制御することによって（例えば、ゾル−ゲル内で特定の材料またはポリマーを用いることによって）、および／またはそのコーティングを改変する、例えば、以下で論じるように、そのコーティングに重合反応を施してあるポリマーをゾル−ゲルコーティングに反応させることによって制御することができる。

例えば、ゾル−ゲルコーティングは、ゾル−ゲルの中に疎水性ポリマーを取り込むことによってより疎水性にすることができる。例えば、ゾル−ゲルは、１つまたは複数のシラン、例えばヘプタデカフルオロシランなどのフルオロシラン（すなわち、少なくとも１個のフッ素原子を含むシラン）、またはメチルトリエトキシシラン（ＭＴＥＳ）、または１つもしくは複数の脂質鎖を含むシラン、例えばオクタデシルシランまたは他のＣＨ_３（ＣＨ_２）_ｎ−シラン（ｎは適切な任意の整数であってよい）などの他のシランを含むことができる。例えば、ｎは１、５または１０より大きく、約２０、２５または３０より小さくてよい。シランは、アルコキシド基などの他の基、例えば、オクタデシルトリメトキシシランも任意選択で含むことができる。一般に、大部分のシランはゾル−ゲルで用いることができ、具体的なシランは疎水性などの所望の特性をもとにして選択される。本発明の他の実施形態において、所望の相対的疎水性または親水性などの因子に応じて、他のシラン（例えば、より短いまたはより長い鎖長を有する）を選択することもできる。いくつかの場合、シランは、ゾル−ゲルをより親水性にする他の基、例えばアミンなどの基を含むことができる。非限定的な例には、ジアミンシラン、トリアミンシランまたはＮ−［３−（トリメトキシシリル）プロピル］エチレンジアミンシランが含まれる。シランを反応させてゾル−ゲル内でオリゴマーまたはポリマーを形成させることができ、重合度（例えば、オリゴマーまたはポリマーの長さ）は、反応条件、例えば温度、存在する酸の量などを制御することによって制御することができる。いくつかの場合、２つ以上のシランがゾル−ゲル中に存在してよい。例えば、ゾル−ゲルは、得られるゾル−ゲルがより高い疎水性を示すようにするフルオロシラン、およびポリマーの生成を容易にする他のシラン（または他の化合物）を含むことができる。いくつかの場合、重合を容易にするためのＳｉＯ_２化合物を生成できる材料、例えばＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）が存在していてよい。

ゾル−ゲルは、シランだけを含むことに限定されず、シランに加えてまたはそれに代わって他の材料が存在していてよいことを理解すべきである。例えば、コーティングは、ＳｉＯ_２、バナジア（Ｖ_２Ｏ_５）、チタニア（ＴｉＯ_２）および／またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの１つまたは複数の金属酸化物を含むことができる。

いくつかの場合、マイクロ流体チャネルは、ゾル−ゲルを受け入れるのに適した材料、例えばガラス、金属酸化物またはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）および他のシロキサンポリマーなどのポリマーで存在する。例えば、いくつかの場合、マイクロ流体チャネルは、その中にケイ素原子を含むものであってよく、特定の例では、マイクロ流体チャネルを、シラノール（Ｓｉ−ＯＨ）基を含むように選択することができ、あるいは改変してシラノール基を有するようにすることができる。例えば、マイクロ流体チャネルを、酸素プラズマ、酸化剤または強酸に曝してマイクロ流体チャネルにシラノール基の形成をもたらすようにすることができる。

ゾル−ゲルはマイクロ流体チャネル上のコーティングとして存在することができ、そのコーティングは任意の適切な厚さを有することができる。例えば、そのコーティングは、約１００μｍ以下、約３０μｍ以下、約１０μｍ以下、約３μｍ以下または約１μｍ以下の厚さを有することができる。いくつかの場合、例えば、より高い耐薬品性が望ましい用途では、より厚いコーティングが望ましい。しかし、他の用途、例えば比較的小さいマイクロ流体チャネル内ではより厚いコーティングが望ましい。

一連の実施形態では、ゾル−ゲルコーティングの疎水性を、例えば、ゾル−ゲルコーティングの第１部分が相対的に疎水性になり、ゾル−ゲルコーティングの第２部分が相対的に親水性になるように制御することができる。コーティングの疎水性は、当業者に公知の技術を用いて、例えば本明細書で論じるものなどの接触角測定法を用いて決定することができる。例えば、いくつかの場合、マイクロ流体チャネルの第１部分は水より有機溶媒に好都合な疎水性を有し、他方、第２部分は有機溶媒より水に好都合な疎水性を有することができる。

ゾル−ゲルコーティングの疎水性は、例えば、ゾル−ゲルコーティングの少なくとも一部を重合反応にかけてポリマーをゾル−ゲルコーティングと反応させることによって改変することができる。ゾル−ゲルコーティングと反応させるポリマーは適切な任意のポリマーであってよく、特定の疎水特性をもつように選択することができる。例えば、ポリマーを、マイクロ流体チャネルおよび／またはゾル−ゲルコーティングより疎水性かまたはより親水性になるように選択することができる。例として、使用できる親水性ポリマーはポリ（アクリル酸）である。

ポリマーは、ポリマーをモノマー（またはオリゴマー）形態でゾル−ゲルコーティング（例えば、溶液で）に提供して、モノマーとゾル−ゲルの間に重合反応を起こさせることによって、ゾル−ゲルコーティングに付加させることができる。例えば、フリーラジカル重合を用いて、ポリマーのゾル−ゲルコーティングとの結合をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、フリーラジカル重合などの反応は、任意選択で、光に曝してフリーラジカルを生成できる（例えば、分子開裂によって）光開始剤の存在下で、反応物を熱および／または紫外線（ＵＶ）などの光に曝露することによって開始させることができる。当業者はそうした多くの光開始剤を認識しているであろう。Ｉｒｇａｃｕｒ２９５９（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）または２−ヒドロキシ−４−（３−トリエトキシシリルプロポキシ）−ジフェニルケトン（ＳＩＨ６２００．０、ＡＢＣＲ
ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ）などのその多くは市販されている。

光開始剤は、ゾル−ゲルコーティングに加えるポリマーと一緒に含めることができ、またいくつかの場合、光開始剤はゾル−ゲルコーティング中に存在していてもよい。例えば、光開始剤をゾル−ゲルコーティング中に含有させ、光に曝露して活性化させることができる。光開始剤は、ゾル−ゲルコーティングの成分、例えばシランとコンジュゲートまたは結合させることもできる。例として、Ｉｒｇａｃｕｒ２９５９などの光開始剤を、ウレタン結合によってシラン−イソシアネートとコンジュゲートさせることができる。そこで、光開始剤の第一アルコールは、ウレタン結合を生成できるイソシアネート基との求核付加に関与することができる。

本発明のいくつかの実施形態では、ゾル−ゲルコーティングの一部だけをポリマーと反応させることができることに留意すべきである。例えば、モノマーおよび／または光開始剤を、マイクロ流体チャネルの一部だけに曝露させるか、または重合反応をマイクロ流体チャネルの一部だけにおいて開始させることができる。具体的な例として、マイクロ流体チャネルの一部を光に曝露し、他方、例えば、マスクまたはフィルターを用いるかまたは光の集束ビームを用いることによって他の部分を光への曝露から保護することができる。したがって、マイクロ流体チャネルのあらゆるところで重合が起こるわけではないので、マイクロ流体チャネルの異なる部分が異なる疎水性を示すことができる。別の例として、マイクロ流体チャネルを、露出パターンの縮小画像をマイクロ流体チャネル上に投影することによってＵＶ光に曝露することができる。いくつかの場合、投影法によって小さい分解能（例えば、１μｍまたはそれ以下）を達成することができる。

本発明の他の態様は、そうしたゾル−ゲルを、マイクロ流体チャネルの少なくとも一部にコーティングするためのシステムおよび方法を対象とする。一連の実施形態では、マイクロ流体チャネルをゾルに曝露し、次いでこれを処理してゾル−ゲルコーティングを形成させる。いくつかの場合、ゾルを前処理して部分重合をもたらすこともできる。余分なゾル−ゲルコーティングは任意選択でマイクロ流体チャネルから取り除くことができる。いくつかの場合、論じたように、例えば、そのコーティングをモノマーおよび／またはオリゴマーを含む溶液に曝露することによってコーティングの一部を処理してその疎水性（または他の特性）を変え、モノマーおよび／またはオリゴマーとそのコーティングの重合が起こるようにすることができる。

ゾルを、上記したものを含む光開始剤などの他の化合物も含む溶媒中に含めることができる。いくつかの場合、そのゾルは、１つまたは複数のシラン化合物を含むこともできる。適切な任意の技術を用いて、例えば、熱などの化学的または物理的手法を用いて溶媒を除去することによって、ゾルを処理してゲルを形成させることができる。例えば、ゾルを、溶媒の少なくとも一部を追い出すまたは蒸発させるのに用いることができる、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃または少なくとも約２５０℃の温度に曝すことができる。具体的な例として、ゾルを、少なくとも約２００℃または少なくとも約２５０℃の温度に達するように設定したホットプレートにかけ、ゾルをホットプレートにかけることによって溶媒の少なくとも一部を追い出すまたは蒸発させるようにすることができる。しかし、いくつかの場合、ゾル−ゲル反応は、熱をかけないで、例えば室温で進行させることもできる。したがって、例えば、ゾルをしばらく（例えば、約１時間、約１日等）を放置する、および／または空気または他のガスをゾル上に通してゾル−ゲル反応を進行させることができる。

いくつかの場合、依然として存在するゲル化されていないゾルを、マイクロ流体チャネルから除去することができる。ゲル化されていないゾルを、例えば物理的にマイクロ流体チャネルに圧力をかけるかまたは化合物を添加する等によって能動的に除去するか、または、いくつかの場合、ゲル化されていないゾルを受動的に除去することができる。例えば、いくつかの実施形態では、マイクロ流体チャネル内に存在するゾルを加熱して溶媒を蒸発させ、マイクロ流体チャネル内に気体状態をもたらし、それによってマイクロ流体チャネル内の圧力を上昇させることができる。いくつかの場合、圧力は、ゲル化されていないゾルの少なくとも一部をマイクロ流体チャネルから除去する、すなわち「放出」するのに十分な圧力にすることができる。

特定の実施形態では、マイクロ流体チャネルに曝露させる前にゾルを前処理して部分重合を起こさせることができる。例えば、ゾルを、ゾル内で部分重合が起こるように処理することができる。ゾルは、例えばゾルを少なくとも一部のゲル化を起こさせるのに十分な酸または温度に曝露することによって処理できる。いくつかの場合、その温度は、マイクロ流体チャネルに加えられたときゾルが曝露される温度より低くてよい。ゾルの重合がいくらか起こる可能性があるが、例えば温度を下げることによって重合が完了する前に重合を停止させことができる。したがって、ゾル内で、オリゴマーが一部形成される（これは、長さに関して必ずしも十分特性評価されていない）が、完全な重合はまだ起こっていない。次いで部分処理したゾルを、上記で論じたように、マイクロ流体チャネルに加えることができる。

特定の実施形態では、コーティングがマイクロ流体チャネルに導入された後に、コーティングの一部を処理してその疎水性（または他の特性）を変えることができる。いくつかの場合、そのコーティングをモノマーおよび／またはオリゴマーを含む溶液に曝露し、次いでこれを、上記で論じたようにして重合してそのコーティングと結合させる。例えば、コーティングの一部を、フリーラジカル重合反応を開始して重合を起こさせるのに用いることができる熱、または紫外線（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｒｉｇｈｔ）などの光に曝露することができる。任意選択で、光開始剤を、例えばゾル−ゲルコーティング内に含めてこの反応を容易にすることができる。

そうしたコーティングおよび他のシステムのさらなる詳細は、Ａｂａｔｅらによる「Ｓｕｒｆａｃｅｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌｓ， Ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｗｅｔｔｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」という表題の２００８年３月２８日出願の米国仮出願番号第６１／０４０，４４２号およびＡｂａｔｅらによる「Ｓｕｒｆａｃｅｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌｓ， Ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｗｅｔｔｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」という表題の２００９年２月１１日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０００８５０に見ることができる。そのそれぞれを参照により本明細書に組み込む。

本発明の特定の態様による様々な材料および方法を用いて、本明細書で説明する多重液滴を生成することができるシステム（上記したものなど）を形成させることができる。いくつかの場合、選択された様々な材料はそれ自体様々な方法に役に立つ。例えば、本発明の様々なコンポーネントは、チャネルをマイクロマシニング、スピンコーティングおよび化学蒸着などの膜蒸着プロセス、レーザー加工、フォトリソグラフィー技術、湿式化学プロセスまたはプラズマプロセスを含むエッチング法などによって形成される固体材料から形成させることができる。例えば、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ、２４８巻：４４〜５５頁、１９８３年（Ａｎｇｅｌｌら）を参照されたい。一実施形態では、流体システムの少なくとも一部は、シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ）チップにフィーチャをエッチングすることによりシリコンで形成される。シリコンからの本発明の様々な流体システムおよびデバイスの正確で効率的な加工技術は公知である。他の実施形態では、本発明のシステムおよびデバイスの様々なコンポーネントは、例えばポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」またはＴｅｆｌｏｎ（登録商標））などの弾性ポリマーなどのポリマーで形成させることができる。

異なるコンポーネントを、異なる材料で組み立てることができる。例えば、底壁および側壁を含む底部をシリコンまたはＰＤＭＳなどの不透明材料で組み立てることができ、流体プロセスを観察および／または制御するために、頂部を、ガラスまたは透明なポリマーなどの透明または少なくとも部分的に透明な材料で組み立てることができる。ベース支持材料が正確な所望の官能性を有さない内側のチャネル壁と接触する流体に、所望の化学官能基を曝すようにコンポーネントをコーティングすることができる。例えば、コンポーネントを、例示したように、別の材料でコーティングされた内側のチャネル壁で組み立てることができる。本発明のシステムおよびデバイスの様々なコンポーネントを組み立てるために使用する材料、例えば流体チャネルの内壁をコーティングするために使用する材料は、流体システムを通って流れる流体に悪影響を及ぼさない、またはそれによって影響を受けない材料、例えばデバイス内で使用される流体の存在下で化学的に不活性な材料の中から選択することが望ましい。そうしたコーティングの非限定的な例はすでに論じたところである。

一実施形態では、本発明の様々なコンポーネントを、ポリマー材料および／または可撓性のある材料および／またはエラストマー材料で組み立て、硬化性流体で好都合に形成させ、成形法（例えば、レプリカ成形法、射出成形法、注型成形法等）による加工を容易にすることができる。硬化性流体は、固化するように誘発させるかまたは自発的に固化させて、流体ネットワークにおいて使用しかつそれを用いて使用することを考慮した、流体を含む、および／または輸送することができる固体にすることができる、本質的に任意の流体であってよい。一実施形態では、硬化性流体は、ポリマー液体または液体ポリマー前駆体（すなわち、「プレポリマー」）を含む。適切なポリマー液体は、例えば、その融点を超えて加熱した熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマーまたはそうしたポリマーの混合物を含むことができる。別の例としては、適切なポリマー液体は、適切な溶媒中に、例えば蒸発によって溶媒を除去すると固体ポリマー材料を形成する１つまたは複数のポリマー溶液を含むことができる。例えば溶融状態から固化させるまたは溶媒蒸発によって固化させることができるそうしたポリマー材料は当業者に周知である。その多くがエラストマーである様々なポリマー材料が適しており、それらはまた、モールドマスターの一方または両方がエラストマー材料でできている実施形態のためにモールドまたはモールドマスターを形成させるのにも適している。そうしたポリマーの例の非限定的リストには、シリコーンポリマー、エポキシポリマーおよびアクリレートポリマーの一般部類のポリマーが含まれる。エポキシポリマーは、エポキシ基、１，２−エポキシドまたはオキシランと一般に称される三員環状エーテル基の存在を特徴とする。例えば、芳香族アミン、トリアジンおよび脂環式主鎖をベースとした化合物に加えて、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルを使用することができる。他の例には周知のＮｏｖｏｌａｃポリマーが含まれる。本発明にしたがって使用するのに適したシリコーンエラストマーの非限定的な例には、メチルクロロシラン、エチルクロロシラン、フェニルクロロシラン等のクロロシランを含む前駆体から形成されるものが含まれる。

一連の実施形態においてシリコーンポリマー、例えばシリコーンエラストマーポリジメチルシロキサンが好ましい。ＰＤＭＳポリマーの非限定的な例には、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｍｉｄｌａｎｄ、ＭＩからＳｙｌｇａｒｄ、特にＳｙｌｇａｒｄ１８２、Ｓｙｌｇａｒｄ１８４およびＳｙｌｇａｒｄ１８６という商標で販売されているものが含まれる。ＰＤＭＳを含むシリコーンポリマーは、本発明のマイクロ流体構造の加工を容易にするいくつかの有益な特性を有している。例えば、そうした材料は、安価で容易に入手することができ、熱による硬化によってプレポリマー液体から固化させることができる。例えば、ＰＤＭＳは一般に、プレポリマー液体を、例えば約１時間の曝露時間、例えば約６５℃〜約７５℃の温度にかけることによって硬化させることができる。また、ＰＤＭＳなどのシリコーンポリマーは弾性があり、したがって、本発明の特定の実施形態において必要な比較的高い縦横比を有する非常に小さいフィーチャを形成させるのに有用であり得る。可撓性のある（例えば、弾性がある）モールドまたはマスターはこの関連で有利である可能性がある。

ＰＤＭＳなどのシリコーンポリマーから本発明のマイクロ流体構造などの構造を形成させることの１つの利点は、そうしたポリマーを、例えば空気プラズマなどの酸素含有プラズマに曝露させることによって酸化させることができ、その結果、その酸化された構造がその表面に、他の酸化シリコーンポリマー表面または様々な他のポリマーおよび非ポリマー材料の酸化表面と架橋できる化学基を含むことである。したがって、コンポーネントを、加工し次いで酸化し、別個の接着剤または他の密閉手段を必要とすることなく、他のシリコーンポリマー表面または酸化されたシリコーンポリマー表面と反応性のある他の基材の表面に本質的に不可逆的にシールすることができる。大抵の場合、シーリングは、酸化されたシリコーン表面を単に別の表面に接触させることによって、補助的な圧力をかけてシールを形成させる必要なく、完了させることができる。すなわち、予め酸化されたシリコーン表面は、適切なあわせ面に対して接触接着剤として作用する。具体的には、それ自体に不可逆的にシール可能であることに加えて、酸化されたＰＤＭＳなどの酸化されたシリコーンは、ＰＤＭＳ表面と同様の様式で酸化されている（例えば、酸素含有プラズマに曝露することによって）、例えばガラス、シリコン、酸化ケイ素、石英、窒化ケイ素、ポリエチレン、ポリスチレン、ガラス状炭素およびエポキシポリマーを含むそれ自体以外のある範囲の酸化された材料に不可逆的にシールすることもできる。本発明の関連で有用な酸化およびシーリング方法ならびに全般的な成形技術は、当技術分野で、例えば表題「Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ」、Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．、７０巻：４７４〜４８０頁、１９９８年（Ｄｕｆｆｙら）（これを参照により本明細書に組み込む）という論文に記載されている。

いくつかの実施形態では、本発明の特定のマイクロ流体構造（または内側の流体接触表面）は、特定の酸化シリコーンポリマーから形成させることができる。そうした表面は弾性ポリマーの表面より親水性であってよい。したがって、そうした親水性チャネル表面は、水溶液でより簡単に満たし、かつ湿潤させることができる。

一実施形態では、本発明のマイクロ流体デバイスの底壁は、１つもしくは複数の側壁または頂部壁あるいは他のコンポーネントと異なる材料で形成されている。例えば、底壁の内面は、シリコンウエハーもしくはマイクロチップまたは他の基材の表面を含むことができる。上記したように、他のコンポーネントをそうした代替の基材にシールすることができる。シリコーンポリマー（例えば、ＰＤＭＳ）を含むコンポーネントを、異なる材料でできた基材（底壁）にシールするのが望まれる場合、その基材は、それに酸化されたシリコーンポリマーを不可逆的にシールできる材料の群（例えば酸化されている、ガラス、シリコン、酸化ケイ素、石英、窒化ケイ素、ポリエチレン、ポリスチレン、エポキシポリマーおよびガラス状炭素表面）から選択することができる。あるいは、これらに限定されないが、別個の接着剤の使用、ボンディング、溶媒ボンディング、超音波溶着等を含む当業者に明らかな他のシーリング技術を用いることができる。

以下の出願をそれぞれ参照により本明細書に組み込む：Ｋｕｍａｒらによる「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｓｔａｍｐｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｎｄ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ Ａｒｔｉｃｌｅｓ」という表題の１９９３年１０月４日出願の米国特許出願番号第０８／１３１，８４１号（現在は１９９６年４月３０日発行の米国特許第５，５１２，１３１号である）；Ｋｉｍらによる「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｖｉａ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｍｉｃｒｏｍｏｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ」という表題の１９９８年１月８日出願の米国特許出願番号第０９／００４，５８３号（現在は２００２年３月１２日発行の米国特許第６，３５５，１９８号である）；１９９６年６月２６日にＷＯ９６／２９６２９として公開のＷｈｉｔｅｓｉｄｅｓらによる「Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｎｄ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ Ａｒｔｉｃｌｅｓ」という表題の１９９６年３月１日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９６／０３０７３；２００１年１１月２９日にＷＯ０１／８９７８７として公開のＡｎｄｅｒｓｏｎらによる「Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ Ａｒｒａｙｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」という表題の２００１年５月２５日出願の国際特許出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ０１／１６９７３；２００６年７月２７日に米国特許出願公開番号第２００６／０１６３３８５号として公開のＬｉｎｋらによる「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」という表題の２００５年１０月７日出願の米国特許出願番号第１１／２４６，９１１号；２００５年８月１１日に米国特許出願公開番号第２００５／０１７２４７６号として公開のＳｔｏｎｅらによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｌｕｉｄ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」という表題の２００４年１２月２８日出願の米国特許出願番号第１１／０２４，２２８号；２００６年９月１４日にＷＯ２００６／０９６５７１として公開のＷｅｉｔｚらによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」という表題の２００６年３月３日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００７７７２；２００７年１月４日に米国特許出願公開番号第２００７／０００３４２号として公開のＬｉｎｋらによる「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」という表題の２００６年２月２３日出願の米国特許出願番号第１１／３６０，８４５号およびＧａｒｓｔｅｃｋｉらによる「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」という表題の２００６年３月３日出願の米国特許出願番号第１１／３６８，２６３号。Ｃｈｕらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」という表題の２００７年３月２８日出願の米国仮出願番号第６０／９２０，５７４号；Ｗｅｉｔｚらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」という表題の２００９年９月２日出願の米国仮出願番号第６１／２３９，４０５号およびＷｅｉｔｚらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」という表題の２０１０年６月９日出願の米国仮出願番号第６１／３５３，０９３号も参照により本明細書に組み込む。さらに、Ｗｅｉｔｚらによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」という表題の２００９年９月２日出願の米国仮出願番号第６１／２３９，４０２号も参照により本明細書に組み込む。

以下の実施例は、本発明の特定の実施形態を例示しようとするものであるが、本発明の全範囲を例示するものではない。

（実施例１）
この実施例は、略図と実験の両方で、二重エマルジョンを作製するマイクロ流体デバイスを例示する。とりわけ、この具体的な実施例において、完全な二重エマルジョンが、単一の共通の交差部において形成される。これは、表面化学の特定の非対称パターンを用いて形成される。このデバイスのデザインを図１に略図で示す。この図では、デバイス１０は、すべて共通の交差部１５で出会う、第１チャネル１１、第２チャネル１２、第３チャネル１３および第４（または出口）チャネル１４を含む。この実施例では、チャネルは直角に出会うが、他の実施形態ではそうである必要はない。第１チャネル１１、第２チャネル１２および第３チャネル１３は、矢印１７で示すように、それぞれ入口チャネルである。

図１に陰影付き領域２５も示す。陰影付き領域２５は親水性コーティングでコーティングされており、これは内部油ストリームを中間水ストリーム中で液滴へと破壊し、水の流線を外部油から離れるように導く。これは、内部油液滴が外部油ストリームと合体するのを防止する助けとなる。陰影を付けていない領域２０は疎水性コーティングでコーティングされており、これは、外部油ストリームによって湿潤され、中間水ストリームがピンチオフされて二重エマルジョン液滴を形成できるようにする。

図１に示すデバイスは、二段階プロセスを用いて形成することができる。手短に述べると、デバイスを、すべてのチャネル表面上に疎水性層を残す光開始剤分子も含むゾル−ゲルプロセスで処理する。次いで、チャネルをアクリル酸を含むモノマー溶液で満たし、例えば集束ビームによってまたはフォトマスクを通して紫外線に曝露することによって、親水性ポリマーポリ（アクリル酸）のグラフト重合を示された領域で進行させる。すると、曝露された領域は親水性になり、曝露されていない領域は疎水性のままで残る。このプロセスの詳細は、Ａｂａｔｅらによる「Ｓｕｒｆａｃｅｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌｓ， Ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｗｅｔｔｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」という表題の２００８年３月２８日出願の米国仮出願番号第６１／０４０，４４２号およびＡｂａｔｅらによる「Ｓｕｒｆａｃｅｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌｓ， Ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｗｅｔｔｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」という表題の２００９年２月１１日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０００８５０に記載されている。そのそれぞれを参照により本明細書に組み込む。

上記のようにして作製したデバイスの顕微鏡写真を図２に例示し、このデバイスを用いて生成した代表的な二重エマルジョン生成物を図３に示す。生成されたように、このデバイスは、油／水／油型二重エマルジョンを調製するのに使用することができるが、親水性の領域と疎水性の領域を交換することによって、水／油／水型二重エマルジョンも調製することができる。

さらに、このデバイスを、例えば同じ交差部で終わる１つまたは複数の追加のチャネルを加え、親水性および疎水性コーティングの対応する交互のアークを加えることによって、三重またはより高次のエマルジョンに拡張することができる。この例を図５に示す。この図では、デバイス３０は、共通の交差部３８で出会う５つのチャネル：第１チャネル３１、第２チャネル３２、第３チャネル３３、第４チャネル３４および第５（出口）チャネル３５を含む。最初の１チャネル３１、３３および３４は相対的に親水性であり、第２のチャネル３２は相対的に疎水性である。図５に示すように、出口チャネル３５は、相対的に親水性の部分および相対的に疎水性の部分を有する（陰影付き部分４０は親水性であり、一方、白色部分４１は疎水性である）。水はチャネル３２および３４を通して導入することができ、一方、油はチャネル３１および３３を通して導入することができる。

このデバイスを用いて、最も内側の相に水を有し連続相に油を有するｗ／ｏ／ｗ／ｏ型三重エマルジョンを生成させることができる。また、このデバイスの相対的に親水性の部分と相対的に疎水性部分を逆にし、かつ油の入口と水の入口を逆にすることによって、ｏ／ｗ／ｏ／ｗ型エマルジョンを形成させることができる。このデバイスにおける他の配置、例えば異なるチャネル角度、相対的に親水性の部分と相対的に疎水性の部分の異なるパターン等も可能である。

本発明の複数の実施形態を本明細書で説明し、例示してきたが、当業者は、機能を実行する、および／または本明細書で説明する結果および／または利点の１つもしくは複数を得るための様々な他の手段および／または構造を容易に想定されよう。そうした変更形態および／または改変形態のそれぞれは本発明の範囲内にあるものとする。より一般的には、当業者は、本明細書で説明するすべてのパラメーター、寸法、材料および構造は例示のためのものであり、実際のパラメーター、寸法、材料および／または構造は、そのために本発明の教示が用いられる具体的な１つまたは複数の用途に依存することになることを容易に理解されよう。当業者は、若干の慣行的な実験、本明細書で説明する本発明の具体的な実施形態の多くの均等物を用いて認識する、または確認することができよう。したがって、上記実施形態は例として示したのに過ぎず、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で、本発明を具体的に説明し特許請求したのと別の様式で実施できることを理解されたい。本発明は、本明細書で説明するそれぞれの個別のフィーチャ、システム、物品、材料、キットおよび／または方法を対象とする。さらに、２つ以上のそうしたフィーチャ、システム、物品、材料、キットおよび／または方法の任意の組合せは、そうしたフィーチャ、システム、物品、材料、キットおよび／または方法が互いに矛盾していない場合、本発明の範囲内に包含される。

本明細書で定義され使用されるすべての定義は、辞書の定義、参照により本明細書に組み込まれた文献の定義および／または定義された用語の通常の意味より優先されるものと理解すべきである。

本明細書および特許請求の範囲で使用される不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、それとは反対に明確に指示されていない限り、「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」と理解されるべきである。

本明細書および特許請求の範囲で使用される「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」という語句は、そのように等位結合された要素、すなわち、ある場合は接続法的に存在し、他の場合は離接的に存在する要素の「一方かまたは両方」を意味することを理解すべきである。「および／または」で挙げられた複数の要素は、同じ様式で、すなわち、そのように等位結合された要素の「１つまたは複数」と解釈されるべきである。「および／または」の節で具体的に特定された要素以外の他の要素も、具体的に特定されている要素に関係しても関係しなくても、任意選択で存在してよい。したがって、非限定的な例として、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの非限定的（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）用語と一緒に使用される場合、「Ａおよび／またはＢ」への言及は、一実施形態ではＡだけ（任意選択でＢ以外の要素を含む）；他の実施形態ではＢだけ（任意選択でＡ以外の要素を含む）；さらに他の実施形態ではＡとＢの両方（任意選択で他の要素を含む）等を指すことができる。

本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、「または」は、上記定義の「および／または」と同じ意味を有すると理解されるべきである。例えば、リストにおいて項目を分ける場合、「または」または「および／または」は、包含的である、すなわち、少なくとも１つを含むが、また、ある数またはリストの要素および任意選択でリストに挙げられていない追加の項目の２つ以上も含むと解釈されるべきである。それとは反対に「のうちの１つだけ（ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」もしくは「のうちの正確に１つ（ｅｘａｃｔｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」などの明確に指示されている、だけ（Ｏｎｌｙ）という用語、または特許請求の範囲で使用される場合の「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」は、ある数またはリストの要素のうちの正確に１つの要素を含むことを指すものとする。一般に、「のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ）」、「のうちの１つ（ｏｎｅ ｏｆ）」、「のうちの１つだけ（ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」または「のうちの正確に１つ（ｅｘａｃｔｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」などの排他性の用語によって先行されている場合、本明細書で用いる「または」という用語は、排他的代替物（ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ）（すなわち、「一方または他方であって両方ではない（ｏｎｅ ｏｒ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｂｕｔ ｎｏｔ ｂｏｔｈ）」）だけを指すと解釈されるべきである。特許請求の範囲で使用される場合、「本質的に〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」は、特許法の分野で用いられるその通常の意味を有するものとする。

本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、１つまたは複数の要素のリストに関連した「少なくとも１つ」という語句は、要素のリストの中の要素の任意の１つまたは複数から選択される少なくとも１つの要素を意味するが、要素のリストの中に具体的に挙げられている要素の１つ１つ（ｅａｃｈ ａｎｄ ｅｖｅｒｙ）の少なくとも１つを必ずしも含むものではなく、また、要素のリスト中の要素の任意の組合せを排除するものでもないことを理解すべきである。この定義はまた、語句「少なくとも１つ」が指す要素のリストの中で具体的に特定されている要素以外の要素が、具体的に特定されている要素に関係しても関係しなくても、任意選択で存在することも可能にする。したがって、非限定的な例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（または等価的に「ＡまたはＢの少なくとも１つ」または等価的に「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、Ｂが存在しない、任意選択で２つ以上を含む少なくとも１つのＡ（および任意選択でＢ以外の要素を含む）を指し；他の実施形態では、Ａが存在しない、任意選択で２つ以上を含む少なくとも１つのＢ（および任意選択でＡ以外の要素を含む）を指し；さらに他の実施形態では、任意選択で２つ以上を含む少なくとも１つのＡおよび任意選択で２つ以上を含む少なくとも１つのＢ（および任意選択で他の要素を含む）等を指すことができる。

それとは反対に明確に指示されていない限り、２つ以上のステップまたは動作を含む本明細書で特許請求される任意の方法において、その方法のステップまたは動作の順序は、その方法のステップまたは動作が言及されている順序に必ずしも限定されないことも理解すべきである。

特許請求の範囲ならびに上記明細書において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「担持する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「保持する（ｈｏｌｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ）」などのすべての移行句は非限定的である、すなわち、それを含むがそれに限定されないものと理解すべきである。「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」および「本質的に〜からなる」という移行句だけは、米国特許局の特許審査手続便覧（Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ）、セクション２１１１．０３に示されているように、それぞれ閉鎖型（ｃｌｏｓｅｄ）または半閉鎖型移行句であるものとする。

Claims (26)

1. 共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルを含むデバイスであって、前記第１流体チャネルが相対的に疎水性であり、前記第２流体チャネルが相対的に親水性であり、そして前記第４流体チャネルが、相対的に親水性の少なくとも１つの部分および相対的に親水性の少なくとも１つの部分を含むデバイス。
2. それぞれ共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２および第３流体チャネルを含むデバイスであって、前記チャネルの少なくとも１つが、相対的に親水性の少なくとも１つの部分および相対的に親水性の少なくとも１つの部分を含むデバイス。
3. 少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルを含む、請求項２に記載のデバイス。
4. それぞれ共通の交差部で交差する少なくとも第１、第２および第３流体チャネルの配置を含むデバイスであって、前記配置が、前記流体チャネルの少なくとも１つを含む親水性部分および前記流体チャネルの少なくとも１つを含む疎水性部分を含むデバイス。
5. 前記配置が、少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルを含む、請求項４に記載のデバイス。
6. 前記流体チャネルの少なくとも１つがマイクロ流体チャネルである、請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイス。
7. 前記流体チャネルのそれぞれがマイクロ流体チャネルである、請求項１から６のいずれか一項に記載のデバイス。
8. 前記第２および第３流体チャネルがそれぞれ相対的に親水性である、請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 前記第１および第３流体チャネルがそれぞれ相対的に疎水性である、請求項１から８のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 相対的に親水性である前記第４流体チャネルの前記少なくとも１つの部分が、前記第２流体チャネルと実質的に同じ親水性を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
11. 相対的に疎水性である前記第４流体チャネルの前記少なくとも１つの部分が、前記第１流体チャネルと実質的に同じ疎水性を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
12. 前記第１流体チャネルが、前記第１流体チャネル上の疎水性コーティングによって相対的疎水性を付与される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
13. 前記第２流体チャネルが、前記第２流体チャネル上の親水性コーティングによって相対的親水性を付与される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のデバイス。
14. 前記第２流体チャネルが、ポリ（アクリル酸）の表面コーティングを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のデバイス。
15. 前記第１流体チャネルが、ゾル−ゲルの表面コーティングを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のデバイス。
16. 前記第１流体チャネルと前記第２流体チャネルがほぼ直角に交差する、請求項１から１５のいずれか一項に記載のデバイス。
17. 前記第２流体チャネルと前記第３流体チャネルがほぼ直角に交差する、請求項１から１６のいずれか一項に記載のデバイス。
18. 前記第１流体チャネルと前記第４流体チャネルがほぼ直角に交差する、請求項１から１７のいずれか一項に記載のデバイス。
19. 前記第１、第２、第３および第４流体チャネルが共通の交差部で直角に交差する、請求項１から１８のいずれか一項に記載のデバイス。
20. 前記少なくとも第１、第２、第３および第４流体チャネルが同一平面上にある、請求項１から１９のいずれか一項に記載のデバイス。
21. 前記共通の交差部で４つのみの流体チャネルを含む、請求項１から２０のいずれか一項に記載のデバイス。
22. 第１、第２および第３流体を共通の交差部の方へ流すステップであって、前記第１流体および前記第２流体が相対的に非混和性であり、そして前記第２流体および前記第３流体が相対的に非混和性であるステップと；そして
    前記交差部に近接して、前記第１流体が前記第２流体を取り囲み、前記第２流体が前記第３流体を取り囲むようにして多重エマルジョンを形成させるステップと
    を含む方法。
23. 前記流体の少なくとも１つがマイクロ流体チャネル内に含まれている、請求項２２に記載の方法。
24. 前記流体のそれぞれがマイクロ流体チャネル内に含まれている、請求項２２または２３に記載の方法。
25. 少なくとも１つのマイクロ流体チャネルが相対的に親水性である、請求項２２から２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 少なくとも１つのマイクロ流体チャネルが相対的に疎水性である、請求項２３から２５のいずれか一項に記載の方法。

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