JP2016224057A - 液滴を分裂させるためのシステムおよび方法 - Google Patents

液滴を分裂させるためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、概して流体およびマイクロ流体に関し、特に親液滴を２つ以上の液滴に分裂されるデバイスおよび方法を提供する。
【解決手段】親液滴を障害物に付勢することにより、親液滴を分裂させることによって、２つ以上の液滴に分裂させるためのシステムおよび方法を対象とする。ある場合には、親液滴は、少なくとも第１と第２の液滴とに分裂させられ、それぞれ、別個のチャネルに指向される。ある場合には、チャネルは、第１と第２の液滴との液滴速度が、親液滴の速度と実質的に同一であるように、構築および配列されてもよい。ある場合には、そのような液滴は、繰り返し分裂させられてもよく、例えば、親液滴は、２つの娘液滴に分割され、次いで、各液滴は、再び、分裂させられる等となり、例えば、１つの親液滴が、２２、２３、２４、２５、２６等の娘液滴に最終的に分裂させられ得る。ある場合には、娘液滴は、実質的に単分散性であってもよい。
【選択図】図２

Description

（関連出願）
本願は、Ａｂａｔｅらによる米国仮特許出願第６１／４４０，１９８号（２０１１年２月７日出願、名称「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ Ｄｒｏｐｌｅｔｓ」）の利益を主張し、この出願は、参照することによって本明細書に援用される。
（政府基金）
本発明の様々な局面に至る研究は、ＮＳＦ助成金番号ＤＭＲ−０６０２６８４、およびＭＲＳＥＣ助成金番号ＤＭＲ−０８２０４８４によって少なくとも部分的に支援された。アメリカ政府は本発明に特定の権利を有する。
（発明の分野）
本発明は、概して、流体およびマイクロ流体に関し、特に、流体システム内における液滴の生成に関する。
流体送達、生成物製造、分析、および同等物の目的のための所望の構成、断続流体流、液滴、粒子、分散等の流体流を形成するための流体の操作は、比較的よく研究されている分野である。例えば、１００マイクロメートル未満の直径の高度に単分散性の液滴は、一般に、流動集束と称される技法を使用して、生成されている。この技法では、流体は、キャピラリーチューブから液体の槽中へと付勢され、そこで、チューブは、小オリフィスの上方に設置され、このオリフィスを通る外部液体の圧縮流動が、気体を薄い噴流へと集束させ、これが、続いて、キャピラリーの不安定性を介して、等サイズの液滴に分解する。類似配列は、空気中の液体液滴を生成するために使用することができる。
流体液滴はまた、例えば、流体液滴を２つの液滴に分裂させることによって、操作されることができる。実施例は、Ｓｔｏｎｅらによる米国特許出願第１１／０２４，２２８号（２００４年１２月２８日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｌｕｉｄ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」）（現在は、２０１０年５月４日に発行された特許文献１）、またはＬｉｎｋらによる米国特許出願第１１／３６０，８４５号（２００６年２月２３日出願、名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」）（２００７年１月４日に特許文献２として公開）（両者のそれぞれは、参照することによって全体が本明細書に組み込まれる）に開示されるもの等、液滴を障害物に向かって指向することによる液滴の分裂を含む。しかしながら、そのような技法は、例えば、単一開始（または、「親」）液滴から、多数の液滴を生成するためには、有用ではない。そのようなシステムでは、多数のチャネルが、一般的には、要求され、対応して、そのようなチャネルを充填するために要求される、多数の流体をもたらす。多数の要求される流体は、そのようなシステムが、単一デバイス内で反復されるのを制限する（例えば、親液滴が、３回、４回、５回等、分裂させられることができるように）。加えて、そのようなシステムを通る流体流速は、多くの場合、下流チャネル数の増加のため、一定ではなく、したがって、そのようなシステム内の流体流動は、制御が容易ではない。故に、液滴を分裂させるためのデバイスおよび方法における改良が、必要とされる。
米国特許第７，７０８，９４９号明細書 米国特許出願公開第２００７／０００３４４２号明細書
本発明は、概して、流体およびマイクロ流体に関し、特に、流体システム内における液滴の生成に関する。本発明の主題は、ある場合には、相互関連生成物、特定の問題に対する代替解決策、および／または１つ以上のシステムおよび／または物品の複数の異なる使用を伴う。
一側面では、本発明は、概して、２つ以上の液滴に分裂させる方法を対象とする。一組の実施形態によると、本方法は、入口マイクロ流体チャネル内を初期速度で流動する親液滴を提供し、親液滴を少なくとも第１の液滴と第２の液滴とに分裂させ、第１の液滴を第１のマイクロ流体チャネル中に、第２の液滴を第２のマイクロ流体チャネル中に付勢する作用を含み、第１の液滴は、第１のマイクロ流体チャネル内を第１の速度で流動し、第２の液滴は、第２のマイクロ流体チャネル内を第２の速度で流動する。第１の速度と第２の速度とは、同一または異なることができる。いくつかの実施形態では、初期、すなわち、第１の速度および第２の速度の最速と最遅との間の速度の差は、初期速度の約４０％以下である。
別の一組の実施形態では、本方法は、２つ以上の液滴に分裂させる方法である。いくつかの実施形態では、本方法は、初期キャピラリー数において、入口マイクロ流体チャネル内を流動する親液滴を提供し、親液滴を少なくとも第１の液滴と第２の液滴とに分裂させ、第１の液滴を第１のマイクロ流体チャネル中に、第２の液滴を第２のマイクロ流体チャネル中に付勢する作用を含み、第１の液滴は、第１のキャピラリー数において、第１のマイクロ流体チャネル内を流動し、第２の液滴は、第２のキャピラリー数において、第２のマイクロ流体チャネル内を流動する。第１のキャピラリー数と第２のキャピラリー数とは、同一または異なることができる。ある場合には、初期、すなわち、第１および第２のキャピラリー数の最大と最小との間のキャピラリー数の差は、初期キャピラリー数の約２０％以下である。
本方法は、さらに別の一組の実施形態では、二重エマルション液滴を分裂させる方法である。ある実施形態によると、本方法は、外側流体によって囲まれる内側流体を備える、マイクロ流体チャネル内を流動する親二重エマルション液滴を障害物に向かって提供し、親二重エマルション液滴を、障害物との衝突を介して、少なくとも第１の二重エマルション液滴および第２の二重エマルション液滴に分裂させる作用を含む。
さらに別の一組の実施形態では、本方法は、比較的に均一液滴を生成する方法である。いくつかの実施形態では、本方法は、親液滴を複数回分割し、少なくとも２４娘液滴を生成する作用を含む。ある事例では、娘液滴は、約２０％以下の体積の変動係数を有する。
本方法は、さらに別の一組の実施形態によると、比較的に均一液滴を生成する方法である。ある場合には、本方法は、親液滴を複数回分割し、少なくとも２４娘液滴を生成する作用を含む。ある事例では、娘液滴は、娘液滴の少なくとも約９０％が、娘液滴の平均直径と約２０％以下だけ異なる直径を有するような体積分布を有する。
別の側面では、本発明は、概して、液滴を分裂させるためのマイクロ流体デバイスを対象とする。デバイスは、一組の実施形態によると、少なくとも２つの娘マイクロ流体チャネルとの交差点で終端する入口マイクロ流体チャネルを含み、入口マイクロ流体チャネルは、ある断面積を有し、少なくとも２つの娘マイクロ流体チャネルはそれぞれ、ある断面積を有する。入口マイクロ流体チャネルと少なくとも２つの娘マイクロ流体チャネルの断
面積の合計との間の断面積の差は、少なくともある場合には、入口マイクロ流体チャネルの断面積の約４０％以下であってもよい。
いくつかの実施形態では、デバイスは、少なくとも２つの娘マイクロ流体チャネルとの交差点で終端する入口マイクロ流体チャネルを含み、入口マイクロ流体チャネルは、ある高さおよび幅を有し、娘マイクロ流体チャネルはそれぞれ、ある高さおよび幅を有し、入口マイクロ流体チャネルの高さおよび娘マイクロ流体チャネルはそれぞれ、実質的に、等しく、入口マイクロ流体チャネルの幅は、実質的に、娘マイクロ流体チャネルの幅の合計に等しい。
ある側面では、本発明は、概して、マイクロ流体液滴を生成するためのデバイスを対象とする。デバイスは、ある実施形態では、入口チャネル内に含有される複数の親液滴を生成可能な液滴製造機と、入口チャネルから液滴を受容する、チャネルのネットワークとを備える。複数の親液滴は、いくつかの実施形態では、平均体積少なくとも約０．０１ｍｍ３／液滴を有する。ある場合には、チャネルのネットワークは、少なくとも４世代を備える。いくつかの実施形態では、世代の一部または全部は、少なくとも２つの娘チャネルとの交差点で終端する入口チャネルを備える。
別の側面では、本発明は、本明細書に説明される実施形態のうちの１つ以上、例えば、マイクロ流体システム内で液滴を分裂させるためのデバイスを作製する方法を包含する。さらに別の側面では、本発明は、本明細書に説明される実施形態のうちの１つ以上、例えば、マイクロ流体システム内で液滴を分裂させるためのデバイスの使用方法を包含する。
本発明の他の利点および新規特徴は、付随の図と併せて検討されることによって、本発明の種々の非限定的実施形態の以下の発明を実施するための形態から明白となるであろう。本明細書および参照することによって組み込まれる文書が、矛盾および／または非一貫した開示を含む場合、本明細書が、優先するものとする。参照することによって組み込まれる２つ以上の文書が、相互に対して、矛盾および／または非一貫した開示を含む場合、より最新の発効日を有する文書が、優先するものとする。
本発明の非限定的実施形態は、概略され、正確な縮尺で描かれることを意図しない添付図を参照して、一例として説明される。図中、図示される各同じまたは略同じ構成要素は、一般的には、単一数字で表される。明確性の目的のため、当業者が本発明を理解するために、例示が必要ではない場合、全構成要素が、全図において標識されるわけではなく、また、本発明の各実施形態の全構成要素が、示されるわけでもない。
図１Ａは、本発明の一実施形態による、デバイスを図示する。 図１Ｂは、比較実施例を図示する。 図２は、本発明の別の実施形態による、分裂させる接合点の複数の世代を有する、デバイスを図示する。 図３Ａ−３Ｂは、本発明のさらに別の実施形態における、障害物を伴う、種々のデバイスを図示する。 図４Ａ−４Ｂは、本発明の種々の実施形態による、液滴を分裂させるための種々のデバイスを図示する。 図５は、本発明の別の実施形態による、二重エマルション液滴が分裂させられる様子を図示する。 図６Ａ−６Ｂは、本発明のある実施形態による、単一および二重エマルション液滴の長さのグラフである。 図７Ａ−７Ｄは、本発明の種々の実施形態による、単一および二重エマルションの比較的に狭いサイズ分布を図示する。
本発明は、概して、流体およびマイクロ流体に関し、特に、流体システム内における液滴の生成に関する。いくつかの側面では、本発明は、概して、例えば、親液滴を障害物に向かって付勢し、親液滴を分裂させることによって、２つ以上の液滴に分裂させるためのシステムおよび方法を対象とする。ある場合には、親液滴は、少なくとも第１と第２の液滴とに分裂させられ、それぞれ、別個のチャネルに指向される。ある場合には、チャネルは、第１および第２の液滴の液滴速度が、実質的に、親液滴の速度と同一であるように、構築および配列されてもよい。ある場合には、そのような液滴は、繰り返し分裂させられてもよく、例えば、親液滴は、２つの娘液滴に分裂させられ、次いで、例えば、１つの親液滴が、最終的に、２２、２３、２４、２５、２６等の娘液滴に分裂させられ得るように、各液滴は、再び、分裂させられる等となる。ある場合には、娘液滴は、実質的に、単分散性であってもよい。
本発明の一側面は、概して、２つ以上の液滴に分裂させるためのシステムおよび方法を対象とする。例えば、図１Ａの実施例に示されるように、マイクロ流体システム１０では、入口チャネル１５は、交差点１９において、第１のチャネル１１と第２のチャネル１２とに分裂させる。第１のチャネル１１と第２のチャネル１２とは、任意の好適な角度で入口チャネル１５から離れる方向に進行し得る。例えば、第１のチャネル１１と第２のチャネル１２とは、比較的に鋭角または比較的に浅い角度であってもよく、あるいは相互から１８０°（例えば、入口チャネル１５と「Ｔ」接合点を形成する）でさえあってもよい。加えて、第１のチャネル１１と第２のチャネル１２とは、入口チャネル１５に対して、同一または異なる角度であってもよく、すなわち、第１のチャネル１１と第２のチャネル１２とは、入口チャネル１５に対して、対称的または非対称的に配列されてもよい。さらに、以下に論じられるように、他の実施形態では、他の数のチャネルが、例えば、親液滴を３、４、またはそれ以上の液滴に分裂させるために、存在してもよい。
入口チャネル１５内には、親液滴２０がある。親液滴２０は、単一液滴またはネスティングにされた液滴（例えば、二重エマルション）であってもよい。親液滴２０は、障害物１８に向かって、入口チャネル１５内の流体流動によって付勢される。この図では、障害物１８は、第１のチャネル１１と第２のチャネル１２との交差点によって規定されるが、他の実施形態では、障害物は、別個の構造、例えば、ペグ(peg)であってもよい。障害物１８との衝突に応じて、親液滴２０は、第１の液滴２１と第２の液滴２２とに分割されてもよい。第１の液滴２１は、次いで、第１のチャネル１１の中へ流動し、第２の液滴２２は、次いで、第２のチャネル１２の中へ流動する。ある場合には、第１の液滴２１と第２の液滴２２とへの親液滴２０の分割は、例えば、以下に論じられるように、オームの法則に類似する様式において、例えば、第１のチャネル１１と第２のチャネル１２との相対的な流体力学的流体抵抗を制御することによって制御されてもよい。いくつかの実施形態では、第１のチャネル１１と第２のチャネル１２との流体抵抗は、例えば、図１Ａに示されるように、第１の液滴２１と第２の液滴２２との体積もまた、実質的に等しくなるように、実質的に等しくてもよい。
入口チャネル１５、第１のチャネル１１、および第２のチャネル１２は、図１Ａに示されるように、入口チャネル１５の断面積が、第１のチャネル１１と第２のチャネル１２との断面積の合計に実質的に等しくなるように構築および配列されることに留意されたい。入口チャネル１５を通る体積流速は、第１のチャネル１１および第２のチャネル１２を通る体積流速の合計に等しくなければならないため（交差点１９への全流体流動が、交差点１９からの全流体流動と等しくなければならないため）、面積を実質的に等しく維持することによって、入口チャネル１５、第１のチャネル１１、および第２のチャネル１２内の線形流速もまた、実質的に等しく維持されることができる。図１Ａでは、入口チャネル１５の高さ３５は、実質的に、それぞれ、第１のチャネル１１および第２のチャネル１２の高さ３１、３２と同一である。しかしながら、第１のチャネル１１および第２のチャネル１２の幅４１、４２は、入口チャネルの断面積が、第１と第２のチャネルとの断面積の合計に実質的に等しくなるように、入口チャネル１５の幅４５より小さい。
しかしながら、第１の液滴および第２の液滴への親液滴の分裂を制御する他の方法も存在することに留意されたい。例えば、チャネルは、入口チャネル内ならびに第１および第２のチャネル内の流体流動のキャピラリー数がすべて、実質的に等しくなるように構築および配列されてもよく、またはチャネルのいくつかはまた、異なる高さを有してもよい。これらの実施例は、以下により詳細に論じられる。
対照的に、図１Ｂでは、比較実施例が、図示されており、入口チャネルの断面積は、第１および第２のチャネルの断面積のそれぞれに実質的に等しく、第１と第２のチャネルとは、実質的に同一の寸法を有する（すなわち、図１Ａにおけるように、第１のチャネルと第２のチャネルとの断面積の合計に等しい代わりに）。したがって、図１Ｂでは、それぞれ、入口チャネル１５の高さは、実質的に、第１のチャネル１１および第２のチャネル１２の高さ３１、３２に等しく、入口チャネル１５の幅は、実質的に、第１のチャネル１１および第２のチャネル１２の幅４１、４２のそれぞれに等しい。入口チャネル１５を通る体積流速は、前述のように、第１のチャネル１１および第２のチャネル１２を通る体積流速の合計に等しくなければならないため（交差点１９への全流体流動は、交差点１９からの全流体流動に等しくなければならないため）、第１のチャネル１１および第２のチャネル１２内の線形流速はそれぞれ、入口チャネル１５内の流速の半分でなければならない。言い換えると、交差点１９からの流体流動の断面積は、交差点１９への流体流動の断面積の２倍であって、交差点１９を通る体積流体流速は、一定でなければならないため、したがって、交差点１９から流出する線形流体流速は、それらの流入する交差点１９に流入するものの半分でなければならなくなる。そのようなシステムは、前述の参考文献において論じられているが、複数の分岐が使用されるシステム内を含め、そのようなシステムを通る体積流速および線形流速の両方を同時に制御する方法として、そのような交差点から流出するチャネルのサイズの変更を提案したものはない。
ある実施形態では、娘チャネル自体が、図２に示されるように、下流交差点の入口チャネルとしての役割を果たしてもよい。このように、単一入口チャネルは、娘チャネル、孫娘チャネル、曾孫娘チャネル等を生じさせてもよい。図２では、入口チャネル５０は、２つの娘チャネル５１、５２に分裂させられる。前述のように、娘チャネル５１、５２はそれぞれ、入口チャネル５０から任意の好適な角度で進行してもよい。加えて、娘チャネルの断面積の合計は、実質的に、少なくとも一部の実施形態では、入口チャネルの断面積に等しくてもよい。
娘チャネル５１、５２はそれぞれ、次に、入口チャネルとして取り扱われ、それによって、孫娘チャネル６１、６２、６３、６４を生じさせてもよい。前述のように、各対の孫娘チャネル６１、６２および６３、６４の断面積の合計は、実質的に、その個別の入口娘チャネル５１、５２の断面積に等しくてもよい。故に、孫娘チャネル６１、６２、６３、６４の全部の断面積の合計はまた、娘チャネルの断面積の合計に実質的に等しくてもよく、これは、次に、実質的に、前述のように、入口チャネルの断面積に等しい。
このパターンは、例えば、曾孫娘チャネル７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８を伴う、図２に示されるように、任意の好適な回数だけ繰り返されてもよい。したがって、例えば、この分裂は、用途に応じて、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０回以上、継続されてもよい。故に、例えば、各交差点において、入口チャネルが、２つの娘チャネルに分裂させられる場合、初期入口チャネルからの２、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、または２１０以上のチャネル分裂があってもよい。用語によって含意されるように、２つ以上の娘チャネルへの入口チャネルの各「分裂」は、世代と称されてもよい。したがって、初期チャネルから延在するチャネルのネットワーク内には、任意の数の「世代」が存在してもよく、例えば、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、または１０以上の世代が、デバイス内に存在してもよい。故に、図２に示されるようなデバイスでは、チャネル５０に流入する親液滴５５は、すなわち、元の液滴が、デバイス内に存在する世代の数に応じて、２、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、または２１０液滴等に分裂させられるように、各交差点において分割され、２つの娘液滴、４つの孫娘液滴、８つの曾孫娘液滴等への世代を規定してもよい。加えて、２つの娘チャネルへの入口チャネルの分割は、一例にすぎないことを理解されたい。他の実施形態では、世代は、異なる数のチャネル（例えば、３チャネル、４チャネル、５チャネル等）に分裂させられてもよく、デバイス内の各世代および／または各交差点は、独立して、同一または異なる数の娘チャネルを有してもよい。
故に、本発明の一側面は、概して、分岐チャネルを使用して、２つ以上の液滴に分裂させるシステムおよび方法を対象とし、チャネルを通る線形流速および／またはチャネル内の流体キャピラリー数は、制御される。「キャピラリー数」とは、チャネルを通して流動する流体の粘性力対表面張力の相対的効果を表す。これは、以下のように定義することができる。

式中、μ（ミュー）は、流体の動的粘度であって、Ｖは、流体の速度（または、線形流速）であって、γ（ガンマ）は、チャネルの表面との流体の表面または界面張力である。
一組の実施形態では、入口チャネルは、交差点に流入し、交差点において、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上のチャネル（「娘チャネル」）に分裂させられる。３つの娘チャネルを伴う、そのような実施形態の例示的非限定的実施例が、図３Ｂに図示される。「入口」（「入口チャネル」におけるように）は、この場合、交差点に対して規定され、すなわち、流体は、入口チャネルから、交差点に向かって流動する。流体は、次いで、交差点から、娘チャネルを通して流動する。いくつかの事例では、本明細書に論じられるように、これは、繰り返され、例えば、孫娘チャネル、曾孫娘チャネル等を生成してもよい。ある場合には、また、２つ以上の入口チャネルが存在してもよい。
入口チャネルを通って交差点に流入する流体は、ある場合には、１つ以上の液滴（「親液滴」）を含有してもよい。２つ以上の液滴が存在する場合、液滴は、例えば、以下に論じられるように、同一または異なるサイズであってもよい。液滴は、交差点に流入し、分裂させられ、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の娘液滴を生成してもよく、これは、次いで、娘チャネルを通して、交差点から流出してもよい。娘液滴は、同一または異なるサイズあるいは直径であってもよい。例えば、親液滴は、第１の液滴および第２の液滴を生成するように分裂させられてもよい。いくつかの実施形態では、第１の液滴は、第１の娘チャネルに流入し、第２の液滴は、第２の娘チャネルに流入する。しかしながら、他の実施形態では、２つ以上の液滴が、特定の娘チャネルを通して流入してもよい。
任意の好適な技法が、交差点において、親液滴を分裂させるために使用されてもよい。例えば、Ｌｉｎｋらによる米国特許出願第１１／２４６，９１１号（２００５年１０月７
日出願、名称「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」、（２００６年７月２７日に米国特許出願公開第２００６／０１６３３８５号として公開））、または、Ｌｉｎｋらによる米国特許出願第１１／３６０，８４５号（２００６年２月２３日出願、「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」、（２００７年１月４日に米国特許出願公開第２００７／０００３４４２として公開））（それぞれ、参照することによって、本明細書に組み込まれる）に論じられるように、例えば、電荷または誘起双極子を使用して、親液滴を分裂してもよい。本発明のある実施形態において使用され得る、他の分裂技法もまた、これらの参考文献に論じられている。ある実施形態では、親液滴は、親液滴を娘液滴に分裂させるために使用されることができる、障害物に衝突されてもよい。ある場合には、１つ以上の障害物が、使用され、例えば、親液滴を３、４、５、またはそれ以上の娘液滴に分裂させてもよい。
障害物は、例えば、少なくとも部分的にチャネルの中へ突出する任意の構造であってもよく、またはある場合には、障害物は、入口チャネル内の２つ以上の娘チャネルの交差点または接合点であってもよい。非限定的実施例として、障害物は、２つの平面、例えば、それぞれ、チャネル１１および１２の一部として規定される、図１Ａにおける平面３７と３９との間の角度として規定されてもよい。他の実施例として、障害物は、例えば、支柱またはペグにおけるように、チャネル中に突出する構造であってもよく、障害物は、任意の好適な形状、例えば、円筒形、長方形、ピラミッド形、円錐形、球状、非晶質等を有してもよい。障害物は、チャネル中に一部突出する、または完全にチャネルを横断してもよい（例えば、チャネルの２つの対向する壁に接触するように）。種々の障害物の非限定的実施例は、図１Ａおよび３に示される。図１Ａは、親液滴２０を２つの別個の娘液滴２１、２２に分裂させるために使用される障害物１８が、第１のチャネル１１と第２のチャネル１２との接合点である実施形態を図示する。しかしながら、図３Ａでは、別個の障害物２７を使用して、入口チャネル１５内の親液滴２０を、それぞれ、第１のチャネル１１および第２のチャネル１２の中へ流動する２つの別個の娘液滴２１、２２に分裂させる。本実施例では、障害物２７は、円筒形支柱である。図３Ｂは、２つの障害物２７、２８を使用して、入口チャネル１５内の親液滴２０を、それぞれ、第１のチャネル１１、第２のチャネル１２、および第３のチャネル１３の中へ流動する３つの別個の娘液滴２１、２２、２３に分裂させる別の実施例を図示する。
述べられたように、ある実施形態では、チャネルを通る流体および／または液滴の線形流速（または、同等なものとして、「速度」）が制御されてもよい。例えば、親液滴は、第１の線形流速（または、速度）において、入口チャネルを通して流動してもよく、少なくとも第１と第２の（娘）液滴とに分裂させられてもよく、それぞれ、例えば、第１の液滴が、第１のチャネル内を第１の速度で流動し、第２の液滴が、第２のマイクロ流体チャネル内を第２の速度で流動するように、第１および第２のチャネルに流入する。第１の速度と第２の速度とは、同一または異なることができ、ある場合には、以下に論じられるように制御されることができる。
一組の実施形態では、入口チャネルの中での親液滴の速度および娘チャネルの中での娘液滴の速度は、親液滴が交差点を通過し、娘液滴に分裂させられるにつれて、全体的速度に有意な変更がないように制御されてもよい。例えば、親および／または娘液滴の速度は、全速度の最速と最遅との間の速度の差が、親液滴の初期速度の約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約３％以下、または約１％以下であるように制御されてもよい。一組の実施形態では、娘チャネル内の娘液滴の速度は、相互に実質的に等しく、および／または入口チャネル内の親液滴の速度に実質的に等しい。
いくつかの事例では、入口チャネル内の親液滴のキャピラリー数および娘チャネル内の娘液滴のキャピラリー数は、親液滴が、交差点を通過し、娘液滴に分裂させられるにつれて、キャピラリー数に有意な変更がないように制御されてもよい。例えば、キャピラリー数は、種々のマイクロ流体チャネル内の親および／または娘液滴の全キャピラリー数の最速と最遅との間の速度の差が、親液滴のキャピラリー数の約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約３％以下、または約１％以下であるように制御されてもよい。一組の実施形態では、娘チャネル内の娘液滴のキャピラリー数は、実質的に、相互に等しく、および／または実質的に、入口チャネル内の親液滴のキャピラリー数に等しい。
しかしながら、別の一組の実施形態では、娘チャネル内の娘液滴の速度および／またはキャピラリー数は、必ずしも、同一でなくてもよい。例えば、種々の娘チャネル間の流体力学的流体抵抗の差は、異なる娘液滴への親液滴の分配の差を生じさせ得、および／または流体力学的流体抵抗における差は、娘チャネル内の娘液滴の速度および／またはキャピラリー数の差を生じさせ得る。これは、オームの法則に類似すると考えられ得、生成される液滴の相対的体積は、電流に相当し、種々の娘チャネルの相対的流体力学的流体抵抗は、電気抵抗に相当し、電圧は、流体流動を生じさせるために必要とされる圧力降下に相当する。故に、入口チャネルが同一の流体力学的流体抵抗を有する２つの娘チャネルに分割される場合、前述のように、親液滴を分裂させることによって生成される娘液滴は、同一の体積を有し得る。しかしながら、別の非限定的実施例として、第１の娘チャネルが第２の娘チャネルの抵抗の２倍の抵抗を有する場合、各個別のチャネルの中へ流動するために、第１と第２の液滴とに分裂させられた親液滴は、第１の液滴の体積が第２の液滴の体積の半分となるように分裂させられ得る。加えて、この制御は、親液滴の２つの娘液滴への分裂だけに限定されず、また、３つの娘液滴、４つ娘液滴等も考えられる。いくつかの事例では、親液滴が、娘液滴に分裂させられる程度または量（例えば、親液滴に対する娘液滴の体積）は、種々の娘チャネルの相対的流体力学的流体抵抗およびオームの法則の応用を使用して容易に推定され得る。
故に、娘チャネルの流体力学的流体抵抗を制御することによって、親液滴を分裂させることによって生成される娘液滴の体積またはサイズは、容易に制御され得ることを理解されたい。娘チャネルの流体力学的流体抵抗は、例えば、娘チャネルの寸法を制御する（例えば、長さ、高さ、幅、断面積等を制御することによって）、娘チャネルのうちの１つ以上にコーティングを塗布する、娘チャネルのうちの１つ以上内の弁を開閉する（例えば、Ａｂａｔｅらによる国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００３０２４号（２００９年５月１５日出願、名称「Ｖａｌｖｅｓ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ
Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」）、（２００９年１１月１９日に国際公開第０９／１３９８９８号として公開））（参照することによって本明細書に組み込まれる）を参照されたい）等によって、それによって、種々の娘チャネルの流体力学的流体抵抗を制御することによって、制御されてもよい（いくつかの実施形態では、抵抗は、独立して制御されてもよい）。ある場合には、チャネルの流体力学的流体抵抗は、例えば、液滴生成が生じている間、能動的に制御され、デバイス内で生成されている娘液滴の体積を制御してもよい。ある実施形態では、抵抗は、例えば、液滴生成を開始する前に、受動的に制御されてもよい。例えば、娘チャネルは、実質的に同一の流体力学的流体抵抗、または異なる流体抵抗を有するように設計されてもよい。これらのおよび／または他の技法の組み合わせが、ある場合には、使用されてもよい。
述べられたように、一側面では、娘チャネルの流体力学的流体抵抗は、例えば、娘チャネルの寸法を制御することによって、制御されてもよい。例えば、娘チャネルの長さ、高さ、幅、形状、断面積等が、制御されてもよい。一組の実施形態では、例えば、娘チャネルの面積は、入口チャネルとの交差点におけるその断面積の合計が、その交差点における入口チャネルの断面積と実質的に同一であるように制御されてもよい。例えば、入口チャネルと娘チャネルの断面積の合計との間の断面積の差は、入口チャネルの断面積の約５０％以下、約４５％以下、約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約３％以下、または約１％以下であってもよい。加えて、ある実施形態では、娘チャネルの２つ以上は、実質的に同一の断面積および／または形状を有してもよい。
面積は、ある実施形態では、チャネルの高さのみ、幅のみ、または高さおよび幅の両方を変更または制御することによって制御されてもよい。他の実施形態では、他の技法もまた、本明細書に論じられるように、使用され、例えば、チャネルの形状を変更または制御してもよい。例えば、チャネルは、実質的に同一の高さであるが、異なる幅（例えば、娘チャネルの幅の合計が、実質的に、入口チャネルの幅と等しくなるように）を有してもよい。またはチャネルは、実質的に同一の幅であるが、異なる高さ（例えば、娘チャネルの高さの合計が、入口チャネルの高さと実質的に等しくなるように）を有してもよい。これらのおよび／または他の技法の組み合わせを含む、他の方法もまた、使用され、面積を変更または制御してもよい（例えば、チャネルのうちの１つ以上の形状を変更または制御する）。
具体的非限定的実施例として、一組の実施形態では、娘チャネルのうちの１つ以上は、実質的に、入口チャネルと同一高さを有してもよいが、娘チャネルは、異なる幅を有してもよい。そのような制御は、例えば、チャネルがポリマー基質等の基質内に規定され、チャネルが、概して、基質内の平面に配設される実施形態において、特に、有用であり得る。例えば、一組の実施形態では、１つ以上の交差点に対して、入口チャネルの幅（または、高さ）の合計と娘チャネルの幅（または、高さ）の合計との間の差は、入口チャネルの幅（または、高さ）の約５０％以下、約４５％以下、約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約３％以下、または約１％以下であってもよい。
いくつかの実施形態では、流体チャネルは、分裂させる接合点に到達すると、若干、狭くなってもよい。例えば、チャネルの高さおよび／または幅は、分裂接合点に到達すると、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、少なくとも約３５％、少なくとも約４０％、少なくとも約４５％、または少なくとも約５０％だけ狭くなってもよい。例えば、図５を参照されたい。そのような狭小化は、ある実施形態では、実施例４で論じられたように、液滴の分裂を補助するために有用であり得る。
述べられたように、娘チャネルのうちの１つ以上の流体力学的流体抵抗を制御することによって、２つ以上の娘液滴への親液滴の分裂は、制御され得る。したがって、本発明の別の側面では、親液滴は、所望に応じて、２つ以上の液滴に分裂させられてもよい。例えば、一組の実施形態では、親液滴は、実質的に同一の体積および／またはサイズを有する２つの液滴に分裂させられてもよい。例えば、前述のように、流体力学的流体抵抗を制御することによって、娘液滴、孫娘液滴、曾孫娘液滴等への親液滴の分裂が、生成される液滴の集合が、約５０％以下、約４５％以下、約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約３％以下、または約１％以下の体積および／またはサイズの変動係数を有するように、達成されてもよい。いくつかの実施形態では、親液滴は、第１の液滴と第２の液滴の間の体積の差が、第１および第２の液滴の体積の大きい方の約５０％以下、約４５％以下、約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約３％以下、または約１％以下であるように、少なくとも第１および
第２の液滴に分裂させられてもよい。
ある場合には、液滴は、液滴の少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９７％、または少なくとも約９９％が、液滴の平均直径または体積と約１０％以下だけ異なる、約７％以下だけ異なる、約５％以下だけ異なる、約４％以下だけ異なる、約３％以下だけ異なる、約２％以下だけ異なる、または約１％以下だけ異なる直径または体積を有するような直径または体積の分布を有してもよい。非球状液滴の直径は、非球状液滴と同一の体積を有する完全な数学的球形の直径としてみなされ得る。
いくつかの実施形態では、単一の液滴は、複数の単分散性液滴を形成するように分裂させられてもよい。例えば、単一液滴は、少なくとも２、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、または２１０、あるいはそれ以上の単分散性液滴、もしくは本明細書に説明されるもの等の特性を有する他の液滴に分裂させられてもよい。加えて、以下に論じられるように、単分散性の複数の親液滴の液滴はそれぞれ、複数の単分散性液滴または本明細書に説明されるもの等の特性を有する他の液滴を形成するように分裂させられてもよい。
娘液滴は、任意の形状またはサイズであってもよい。例えば、形成される液滴の平均直径は、約１ｃｍ未満であってもよい。ある実施形態では、非限定的実施例として、液滴の平均直径はまた、約１ｍｍ未満、約５００マイクロメートル未満、約２００マイクロメートル未満、約１００マイクロメートル未満、約７５マイクロメートル未満、約５０マイクロメートル未満、約２５マイクロメートル未満、約２０マイクロメートル未満、約１５マイクロメートル未満、約１０マイクロメートル未満、約５マイクロメートル未満、約３マイクロメートル未満、約２マイクロメートル未満、約１マイクロメートル未満、約５００ｎｍ未満、約３００ｎｍ、約１００ｎｍ未満、または約５０ｎｍ未満であることができる。液滴の平均直径はまた、ある場合には、少なくとも約３０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約１００ｎｍ、少なくとも約３００ｎｍ、少なくとも約５００ｎｍ、少なくとも約１マイクロメートル、少なくとも約２マイクロメートル、少なくとも約３マイクロメートル、少なくとも約５マイクロメートル、少なくとも約１０マイクロメートル、少なくとも約１５マイクロメートル、または少なくとも約２０マイクロメートルであってもよい。液滴の集合の「平均直径」は、液滴の直径の数学的平均である。
前述のように、本発明の一側面によると、娘チャネル自体が、下流交差点の入口チャネルとしての役割を果たしてもよい。そのようなシステムはさらに、娘液滴を孫娘液滴、曾孫娘液滴等に分裂させるために使用されてもよい。述べられたように、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の娘チャネルへの入口チャネルの各「分裂」は、「世代」と称されてもよい。したがって、デバイスは、親液滴を分裂させるために、任意の数の世代を含んでもよい。例えば、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、または１０、あるいはそれ以上の世代が、種々の実施形態によると、親液滴を分裂させるために、デバイス内に存在してもよい。例えば、デバイスは、入口チャネルから液滴を受容するチャネルのネットワークを含んでもよく、チャネルのネットワークは、分裂接合点の少なくとも１世代、少なくとも２世代、少なくとも３世代、少なくとも４世代、少なくとも５世代、少なくとも６世代等を含んでもよい。世代が、少なくとも２つの娘チャネルとの交差点で終端する入口チャネルである場合、そのようなネットワークは、例えば、２、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、または２１０、あるいはそれ以上の娘液滴を親液滴から発生させるために使用されることができる。
ある場合には、各世代に対して、液滴は、前述のように、分裂させられてもよい。したがって、非限定的実施例として、親液滴は、２つの単分散性娘液滴に分裂させられてもよく、これは、４（２２）つの単分散性孫娘液滴、８（２３）つの単分散性曾孫娘液滴等（または、以前に説明されるように、他の数の娘液滴）に分裂させられてもよい、親液滴は、前述のように、約５０％以下、約４５％以下、約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下等の体積および／またはサイズの変動係数を有する、任意の数の液滴に分裂させられてもよい、親液滴は、各世代の各分裂に対して、第１の液滴と第２の液滴の間の体積の差は、第１および第２の液滴の体積の大きい方の約２５％以下、約２０％以下等であるように（前述のように）、任意の数の液滴に分裂させられてもよい、親液滴は、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％等が、約１０％以下だけ異なる、約７％以下だけ異なる、約５％以下だけ異なる、約３％以下だけ異なる、約１％以下だけ異なる等、液滴の平均直径または体積と異なる（前述のように）直径または体積を有する、直径または体積の分布を液滴が有し得るように、任意の数の液滴に分裂させられてもよい等となる。
本発明のいくつかの側面では、液滴を形成する流体は、第２の、すなわち、搬送流体内に含有される。これらの流体は、混和性または非混和性であることができる。例えば、流体は、流体の流れの形成の時間枠内（例えば、液滴を形成する時間枠内）において、あるいはチャネル内の反応または相互作用の時間枠内において、非混和性であってもよい。本明細書で使用されるように、２つの流体は、流体が相互に暴露される温度において、および条件下において、重量あたり少なくとも１０％のレベルまで、一方が、他方の中おいて可溶性ではない時、「非混和性」である、すなわち、相互に混和性ではない。
流体は、親水性または疎水性であってもよい。例えば、一組の実施形態では、第１の流体は、親水性であってもよく、第２の流体は、疎水性であってもよく、第１の流体は、疎水性であってもよく、第２の流体は、親水性であってもよく、または両流体はそれぞれ、親水性または疎水性等であってもよい。２つを超える流体が、いくつかの実施形態では、使用されることができる。疎水性流体は、概して、純水中において、非混和性である一方、親水性流体は、概して、純水中において、混和性である（当然ながら、水は、それ自体の中において、混和性であって、したがって、水は、親水性流体である）。
本明細書で使用されるように、用語「流体」は、概して、流動し、容器の輪郭に同化する傾向がある物質を指す。一般的には、流体は、静的剪断応力に耐えることができない材料であって、剪断応力が印加されると、流体は、継続的かつ恒久的歪曲を受ける。流体は、流体の少なくともある程度の流動を可能にする任意の好適な粘度を有することができる。流体の非限定的実施例は、液体および気体を含むが、また、自由流動固体粒子、粘弾性材料、および同等物を含んでもよい。
ある場合には、液滴内の流体のうちの１つ以上は、化学物質、生化学物質、または生物学的実体、細胞、粒子、ビーズ、気体、分子、農薬、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、または同等物等の種を含有してもよい。存在し得る種の付加的非限定的実施例として、例えば、核酸、例えば、ｓｉＲＮＡ、ＲＮＡｉ、およびＤＮＡ、タンパク質、ペプチド、または酵素等の生化学種が挙げられる。種のさらに他の実施例として、ナノ粒子、量子ドット、香料、タンパク質、指示薬、染料、蛍光種、化学物質、または同等物が挙げられるが、それらに限定されない。したがって、種は、流体中に含有されることができ、種を含有する流体から区別されることができる、任意の物質であることができる。例えば、種は、流体内に溶解または懸濁されてもよい。流体が、液滴を含有する場合、種は、液滴の一部または全部に存在することができる。
一側面では、デバイス内において、「流動集束」構成に配列される１つ、２つ、３つ、またはそれ以上のチャネルが存在してもよく、例えば、第１のチャネル内の第１の流体は、第１の流体に、第２の流体内に含有される離散液滴を形成させるために、付加的チャネル（例えば、第２のチャネル、時として、第３のチャネルまたは付加的チャネル）を使用して送達される第２の流体によって被覆または囲まれる。第１の流体および第２の流体は、混和性または非混和性であることができる。そのような離散液滴を生成するためのチャネル構成は、例えば、Ｓｔｏｎｅらによる米国特許出願第１１／０２４，２２８号（２００４年１２月２８日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｌｕｉｄ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」、（現在は、２０１０年５月４日発行の米国特許第７，７０８，９４９号））（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）に見出され得る。チャネルは、いくつかの実施形態では、マイクロ流体チャネルであってもよい。しかしながら、他の実施形態では、より大きなチャネルが使用され、例えば、より大きな液滴を生成してもよい。例えば、一組の実施形態では、１つ以上の親液滴は、ある場合には、少なくとも約０．００１ｍｍ３／液滴、少なくとも約０．００３ｍｍ３／液滴、少なくとも約０．００５ｍｍ３／液滴、少なくとも約０．０１ｍｍ３／液滴、少なくとも約０．０３ｍｍ３／液滴、少なくとも約０．０５ｍｍ３／液滴、少なくとも約０．１ｍｍ３／液滴、少なくとも約０．３ｍｍ３／液滴、少なくとも約０．５ｍｍ３／液滴、少なくとも約１ｍｍ３／液滴、少なくとも約３ｍｍ３／液滴、少なくとも約５ｍｍ３／液滴、少なくとも約１０ｍｍ３／液滴、少なくとも約３０ｍｍ３／液滴、少なくとも約５０ｍｍ３／液滴、または少なくとも約１００ｍｍ３／液滴の体積を有するように生成されてもよい。より大きな親液滴は、そのような液滴がより多くの娘液滴に分裂させられ、例えば、生成される液滴の全体的正味処理量を増加させ、および／または娘液滴間の組成物中の均一性を助長することができるため、ある場合には、有用であり得る。
ある場合には、複数の親液滴は、例えば、前述の流動集束技法等の技法を使用して、実質的に単分散性であるように生成されてもよい。例えば、複数の親液滴は、約５０％以下、約４５％以下、約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約３％以下、または約１％以下の体積および／またはサイズの変動係数を有してもよい。いくつかの実施形態では、複数の親液滴は、液滴の少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９７％、または少なくとも約９９％が、親液滴の平均直径または体積と約１０％以下だけ異なる、約７％以下だけ異なる、約５％以下だけ異なる、約４％以下だけ異なる、約３％以下だけ異なる、約２％以下だけ異なる、または約１％以下だけ異なる直径または体積を有するような直径または体積の分布を有してもよい。複数の親液滴は、次いで、例えば、少なくとも複数の第１の液滴と複数の第２の液滴とに分裂させられてもよい。ある場合には、複数の第１の液滴は、実質的に単分散性であってもよく、および／または複数の第２の液滴は、実質的に単分散性であってもよく、あるいは複数の第１および／または第２の液滴は、前述のもの等の体積および／またはサイズの変動係数を有してもよい。
流動集束構成の非限定的実施例として、開口部を有する第１のチャネルと、それぞれ、共通交差点において第１のチャネルと交差する第２および第３のチャネルとが存在してもよい（本発明の他の実施形態では、より多いまたはより少ない付加的チャネルが存在してもよい）。第２および第３のチャネル内の流体は、共通の流体源または２つの異なる流体源から生じることができ、第２と第３とのチャネル内の流体は、同一または異なることができる。第２のチャネルおよび第３のチャネルの一方または両方はそれぞれ、実質的に直角または別の好適な角度において、第１のチャネルにぶつかってもよい。ある場合には、第２のチャネルおよび第３のチャネルは、実質的に、相互に反対に、第１のチャネルにぶつかってもよいが、他の場合には、チャネルは、同一交差点において、すべて交差しなくてもよい。
ある側面では、二重エマルション液滴または他の多重エマルション液滴が、形成され、次いで、分裂させられてもよい。二重エマルション液滴は、一般的には、外側流体液滴によって囲まれる内側流体液滴を含み、これは、次に、第３の、すなわち、搬送流体によって囲まれる。二重または他の多重エマルションを生成するための構成の非限定的実施例は、Ｗｅｉｔｚらによる米国特許出願第１１／８８５，３０６号（２００７年８月２９日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」、（２００９年５月２１日に米国特許出願公開第２００９／０１３１５４３として公開））、またはＣｈｕらによる米国特許出願第１２／０５８，６２８号（２００８年３月２８日出願、名称「Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」、（現在は、２０１０年８月１７日発行の米国特許第７，７７６，９２７号））に見られ得、それぞれが参照することによって、その全体が本明細書に組み込まれる。二重エマルションを調製するための他の好適な技法は、Ｗｅｉｔｚらによる国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０００７６３号（２０１０年３月１２日出願、名称「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｅａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」、（２０１０年９月１６日に国際公開第１０／１０４６０４号として公開））、または、Ｗｅｉｔｚらによる国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４７４５８号（２０１０年９月１日出願、名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ Ｃｒｅａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」）に開示されており、それぞれが参照することによって、その全体が本明細書に組み込まれる。
いくつかの実施形態では、二重または他の多重エマルションは、例えば、障害物を使用して、分裂させられてもよい。ある場合には、驚くことに、二重エマルションは、例えば、各娘液滴が、実質的に同一のサイズおよび組成物を有する、すなわち、実質的に同一の体積の内側流体および外側流体を含むように、２つの娘液滴に比較的に均一に分裂させられてもよい。例えば、二重エマルション液滴は、例えば、親二重エマルション液滴内の内側流体の約５０％が第１の液滴に分裂させられ、内側流体の約５０％が第２の液滴に分裂させられ、および／または親二重エマルション液滴内の外側流体の約５０％が第１の液滴に分裂させられ、外側流体の約５０％が第２の液滴に分裂させられるように、第１の二重エマルション液滴と第２の二重エマルション液滴とに分裂させられてもよい。しかしながら、他の実施形態では、二重エマルション液滴の他の体積分裂が、例えば、液滴を形成するために使用される、チャネルの相対的流体力学的流体抵抗を制御することによって、生じてもよい。加えて、さらに他の実施形態では、二重エマルション液滴は、３つ、４つ、またはそれ以上の娘液滴に、ある場合には、内側流体および外側流体がまた、娘液滴の間で実質的に均等に分裂させられるように分裂させられてもよい。
本発明のある側面は、概して、本明細書に説明されるもの等のチャネルおよびチャネルの世代を含有するデバイスを対象とする。ある場合には、チャネルのいくつかは、マイクロ流体チャネルであってもよいが、ある事例では、チャネルの全部が、マイクロ流体ではない。例えば、一組の実施形態では、１つ以上の親液滴は、少なくとも約０．００１ｍｍ３、少なくとも約０．０１ｍｍ３、少なくとも約０．１ｍｍ３、または少なくとも約１ｍｍ３／液滴の体積を有するように生成されてもよい。そのような液滴は、マイクロ流体チャネルではないチャネル内に生成されてもよい。液滴は、例えば、本明細書に論じられるように、複数回、分裂させられ、マイクロ流体チャネル内に含有され、および／またはマイクロ流体直径を有する娘液滴を生成してもよい。
したがって、デバイス内に、マイクロ流体チャネルを含む任意の数のチャネルが存在することができ、チャネルは、任意の好適な構成に配列されてもよい。チャネルはすべて、相互接続されてもよく、またはチャネルの２つ以上のネットワークが存在することができる。チャネルは、独立して、直線、湾曲、屈曲等であってもよい。ある場合には、比較的に多数のおよび／または比較的に長いチャネルが、デバイス内に存在してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、デバイス内のチャネルは、ある場合には、ともに追加されると、総長少なくとも約１００マイクロメートル、少なくとも約３００マイクロメートル、少なくとも約５００マイクロメートル、少なくとも約１ｍｍ、少なくとも約３ｍｍ、少なくとも約５ｍｍ、少なくとも約１０ｍｍ、少なくとも約３０ｍｍ、少なくとも５０ｍｍ、少なくとも約１００ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、少なくとも約５００ｍｍ、少なくとも約１ｍ、少なくとも約２ｍ、または少なくとも約３ｍを有することができる。別の実施例として、デバイスは、少なくとも１チャネル、少なくとも３チャネル、少なくとも５チャネル、少なくとも１０チャネル、少なくとも２０チャネル、少なくとも３０チャネル、少なくとも４０チャネル、少なくとも５０チャネル、少なくとも７０チャネル、少なくとも１００チャネル等を有することができる。
いくつかの実施形態では、デバイス内のチャネルの少なくとも一部は、マイクロ流体チャネルでる。「マイクロ流体」は、本明細書で使用されるように、約１ｍｍ未満の断面寸法を有する、少なくとも１つのチャネルを含む、デバイス、物品、またはシステムを指す。チャネルの「断面寸法」は、チャネル内の正味流体流動の方向に垂直に測定される。したがって、例えば、デバイス内のチャネルの一部または全部は、約２ｍｍ未満、ある場合には、約１ｍｍ未満の最大断面寸法を有することができる。一組の実施形態では、デバイス内のチャネルの全部が、マイクロ流体である、および／または約２ｍｍまたは約１ｍｍ以下の最大断面寸法を有する。ある実施形態では、チャネルの一部または全部は、単一構成要素（例えば、エッチングされた基質または成形されたユニット）によって、部分的に形成されてもよい。当然ながら、より大きなチャネル、チューブ、チャンバ、リザーバ等を使用して、例えば、前述のように、本発明の他の実施形態では、流体を貯蔵する、および／または種々の要素またはシステムに流体を送達することができる。一組の実施形態では、デバイス内のチャネルの最大断面寸法は、約５００マイクロメートル未満、約２００マイクロメートル未満、約１００マイクロメートル未満、約５０マイクロメートル未満、または約２５マイクロメートル未満である。しかしながら、他の実施形態では、より大きなチャネルもまた、存在してもよい。
「チャネル」は、本明細書で使用されるように、少なくとも部分的に、流体の流動を指向するデバイスまたは基質上または内の特徴を意味する。チャネルは、任意の断面形状（円形、卵形、三角形、不整形、正方形または長方形、または同等物）を有することができ、被覆されるか、または被覆されないこともできる。完全に被覆される実施形態では、チャネルの少なくとも１つの部分は、完全に封入される、断面を有することができる、またはチャネル全体が、その入口および／または出口あるいは開口部を除き、完全に、その全長に沿って封入されてもよい。チャネルはまた、少なくとも２：１、より一般的には、少なくとも３：１、４：１、５：１、６：１、８：１、１０：１、１５：１、２０：１、またはそれ以上のアスペクト比（長さ対平均断面寸法）を有してもよい。開放チャネルは、概して、流体輸送の制御を促進する特徴、例えば、構造的特性（伸長くぼみ）および／または物理的あるいは化学的特性（疎水性対親水性）、もしくは流体に力（例えば、含有力）を付与することができる、他の特性を含むであろう。チャネル内の流体は、部分的または完全に、チャネルを充填してもよい。ある場合には、開放チャネルが使用される場合、流体は、例えば、表面張力（すなわち、凹状または凸状メニスカス）を使用して、チャネル内に保持されてもよい。
チャネルは、任意のサイズであって、例えば、約５ｍｍまたは２ｍｍ未満、あるいは約１ｍｍ未満、約５００ミクロン未満、約２００ミクロン未満、約１００ミクロン未満、約６０ミクロン未満、約５０ミクロン未満、約４０ミクロン未満、約３０ミクロン未満、約２５ミクロン未満、約１０ミクロン未満、約３ミクロン未満、約１ミクロン未満、約３００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約３０ｎｍ未満、または約１０ｎｍ未満の正味流体流動に垂直な最大寸法を有してもよい。ある場合には、チャネルの寸法は、流体が、デバイスまたは基質を通って自由に流動可能であるように選択される。チャネルの寸法はまた、例えば、チャネル内の流体である体積または線形流速を可能にするように選択されてもよい。当然ながら、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によって変動されることができる。ある場合には、２つ以上のチャネルが、使用されてもよい。例えば、隣接して、または相互に近接して設置される、相互に交差して設置される等のように、２つ以上のチャネルが使用されてもよい。
ある実施形態では、デバイス内のチャネルのうちの１つ以上は、約１０ｃｍ未満の平均断面寸法を有してもよい。ある事例では、平均断面チャネルの寸法は、約５ｃｍ未満、約３ｃｍ未満、約１ｃｍ未満、約５ｍｍ未満、約３ｍｍ未満、約１ｍｍ未満、５００マイクロメートル未満、２００マイクロメートル未満、１００マイクロメートル未満、５０マイクロメートル未満、または２５マイクロメートル未満である。「平均断面寸法」は、チャネル内の正味流体流動に垂直な平面で測定される。チャネルが、非円形である場合、平均断面寸法は、チャネルの断面積と同一面積を有する円形の直径とみなされてもよい。したがって、チャネルは、任意の好適な断面形状、例えば、円形、卵形、三角形、不整形、正方形、長方形、四辺形、または同等物を有してもよい。いくつかの実施形態では、チャネルは、チャネル内に含有される１つ以上の流体の積層流動を生じさせるように定寸される。
チャネルはまた、任意の好適な断面アスペクト比を有してもよい。「断面アスペクト比」は、チャネルの断面形状の場合、断面形状上で相互に直交して行われる２つの測定の最大可能比率（大対小）である。例えば、チャネルは、断面アスペクト比約２：１未満、約１．５：１未満、またはある場合には、約１：１（例えば、円形または正方形断面形状の場合）を有してもよい。他の実施形態では、断面アスペクト比は、比較的に大きくてもよい。例えば、断面アスペクト比は、少なくとも約２：１、少なくとも約３：１、少なくとも約４：１、少なくとも約５：１、少なくとも約６：１、少なくとも約７：１、少なくとも約８：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約１２：１、少なくとも約１５：１、または少なくとも約２０：１であってもよい。
述べられたように、チャネルは、デバイス内で任意の好適な構成に配列されることができる。異なるチャネル配列は、例えば、チャネル内の流体、液滴、および／または他の種を操作するために使用されてもよい。例えば、デバイス内のチャネルは、液滴（例えば、離散液滴、単一エマルション、二重エマルション、または他の多重エマルション等）を生成する、流体および／または液滴あるいはその中に含有される他の種を混合する、流体および／または液滴あるいはその中に含有される他の種を精選または分類する、流体および／または液滴を分裂または分割する、反応を生じさせる（例えば、２つの流体の間、第１の流体および第２の流体によって搬送される種の間、または２つの流体によって搬送される２つの種の間で生じさせる）等のために配列されることができる。ある場合には、２つ以上のチャネルは、１つ以上の交差点において交差するように配列される。デバイス内には、任意の数の流体チャネル交差点、例えば、２、３、４、５、６等、またはそれ以上の交差点が、存在してもよい。
流体、液滴、および／または他の種を操作するためのシステムの非限定的実施例は、以下に論じられる。好適な操作システムの付加的実施例はまた、Ｌｉｎｋらによる米国特許出願第１１／２４６，９１１号（２００５年１０月７日出願、名称「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」、（２００６年７月２７日発行の米国特許出願公開第２００６／０１６３３８５号として公開））、Ｓｔｏｎｅらによる米国特許出願第１１／０２４，２２８号（２００４年１２月２８日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｌｕｉｄ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」、（現在は、２０１０年５月４日発行の米国特許第７，７０８，９４９号））、Ｗｅｉｔｚらによる米国特許出願第１１／８８５，３０６号（２００７年８月２９日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」、（２００９年５月２１日に米国特許出願公開第２００９／０１３１５４３号として公開））、およびＬｉｎｋらによる米国特許出願第１１／３６０，８４５号（２００６年２月２３日出願、名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」、（２００７年１月４日に米国特許出願公開第２００７／０００３４４２号として公開））に見られることができ、それぞれが参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
流体は、１つ以上の流体源を介してデバイス内のチャネルの中へ送達されてもよい。任意の好適な流体源が、使用されることができ、ある場合には、２つ以上の流体源が、使用される。例えば、ポンプ、重力、毛細管作用、表面張力、電気浸透、遠心力等が、流体源から、デバイス内の１つ以上のチャネル中に流体を送達するために使用されてもよい。ポンプの非限定的実施例として、注射器ポンプ、蠕動ポンプ、加圧流体源、または同等物が挙げられる。デバイスは、例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０等、またはそれ以上の流体源と関連付けられた任意の数の流体源を有することができる。流体源は、同一のチャネルの中に流体を送達するために使用される必要はなく、例えば、第１の流体源は、第１の流体を第１のチャネルに送達することができる一方、第２の流体源は、第２の流体を第２のチャネル等に送達することができる。
種々の材料および方法が、本発明のある側面によると、本明細書に説明されるもの等のデバイスまたは構成要素、例えば、マイクロ流体チャネル等のチャネル、チャンバ等を形成するために使用されることができる。例えば、種々のデバイスまたは構成要素は、固体材料から形成されることができ、チャネルは、微細機械加工、スピンコーティングおよび化学蒸着等の膜蒸着プロセス、レーザ加工、フォトリソグラフィー技法、湿式化学またはプラズマプロセスを含むエッチング法、および同等物を介して形成されることができる。例えば、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ，２４８：４４−５５，１９８３（Ａｎｇｅｌｌ，ｅｔ ａｌ）を参照されたい。
一組の実施形態では、本明細書で説明されるデバイスの種々の構造または構成要素は、ポリマー、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））、あるいは同等物等のエラストマーポリマーから形成されることができる。例えば、いくつかの実施形態によると、マイクロ流体チャネルは、ＰＤＭＳまたは他のソフトリソグラフィ技法を使用して、流体システムを別個に加工することによって実装されてもよい（好適なソフトリソグラフィ技法の詳細は、参考文献「Ｓｏｆｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」（Ｙｏｕｎａｎ Ｘｉａ ａｎｄ
Ｇｅｏｒｇｅ Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ著、Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８，Ｖｏｌ．２８，ｐａｇｅｓ１５３−１８４に公開）、および「Ｓｏｆｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｉｎ Ｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ
Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」（Ｇｅｏｒｇｅ Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ，Ｅｍａｎｕｅｌｅ Ｏｓｔｕｎｉ，Ｓｈｕｉｃｈｉ Ｔａｋａｙａｍａ，Ｘｉｎｇｙｕ Ｊｉａｎｇ
ａｎｄ Ｄｏｎａｌｄ Ｅ．Ｉｎｇｂｅｒ著、ｔｈｅ Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１，Ｖｏｌ．３，ｐａｇｅｓ３３５−３７３に公開）に論じられており、これらの参考文献はそれぞれ、参照することによって本明細書に組み込まれる）。
潜在的に、好適なポリマーの他の実施例として、テレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリマー、ポリジメチルシロキサン等のシリコーン、塩化ビニリデン、ビスベンゾシクロブテン（「ＢＣＢ」）、ポリイミド、ポリイミドのフッ素化誘導体、または同等物が挙げられるが、それらに限定されない。前述のものを含むポリマーおよび／または他のポリマーを伴う、組み合わせ、コポリマー、または混成物もまた、想定される。デバイスはまた、複合材材料、例えば、ポリマーおよび半導体材料の複合材から形成されてもよい。
いくつかの実施形態では、デバイスの種々の構造または構成要素は、ポリマーおよび／または可撓性および／またはエラストマー材料から加工され、便宜上、硬化性流体から形成され、成形（例えば、複製成形、射出成形、注入成形等）を介して、加工を容易にすることができる。硬化性流体は、本質的に、流体ネットワーク内およびそれとともに使用するために想定される流体を含有および／または輸送可能な固体に、固化するように誘発され得る、または自発的に固化する、任意の流体であることができる。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」）を備える。好適なポリマー液体として、例えば、その融点を超えて加熱される、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、ワックス、金属、あるいはその混合物または複合材が挙げられ得る。別の実施例として、好適なポリマー液体は、好適な溶媒中の１つ以上のポリマーの溶液を含んでもよく、その溶液は、例えば、蒸発によって、溶媒の除去に応じて、固体ポリマー材料を形成する。例えば、溶融状態から、または溶媒蒸発によって、固化されることができる、そのようなポリマー材料は、当業者に公知である。その多くが、エラストマーである、種々のポリマー材料が、好適であって、また、金型原版の一方または両方が、エラストマー材料から構成される、実施形態のための金型あるいは金型原版を形成するためにも好適である。そのようなポリマーの実施例の非限定的リストとして、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的種類のポリマーが挙げられる。エポキシポリマーは、一般に、エポキシ基、１，２−エポキシ化合物、またはオキシランと称される、三員環状エーテル基の存在によって特徴付けられる。例えば、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルが、芳香族アミン、トリアジン、および脂環骨格に基づく化合物に加え、使用されることができる。別の実施例として、公知のＮｏｖｏｌａｃポリマーが挙げられる。本発明による使用に好適なシリコーンエラストマーの非限定的実施例として、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を含む。
シリコーンポリマーが、ある実施形態において、使用されるが、これは、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またはＰＤＭＳである。ＰＤＭＳポリマーの非限定的実施例として、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（Ｍｉｄｌａｎｄ、ＭＩ）製の商標名Ｓｙｌｇａｒｄで販売されているもの、特に、Ｓｙｌｇａｒｄ １８２、Ｓｙｌｇａｒｄ １８４、およびＳｙｌｇａｒｄ １８６が挙げられる。ＰＤＭＳを含む、シリコーンポリマーは、本発明のある実施形態において有用な種々の構造の加工を単純化する、いくつかの有益な特性を有する。例えば、そのような材料は、安価、かつ容易に利用可能であって、熱による硬化を介して、プレポリマー液体から固化されることができる。例えば、ＰＤＭＳは、一般的には、暴露時間、例えば、約１時間、例えば、約６５℃から約７５℃の温度へのプレポリマー液体の暴露によって硬化可能である。また、ＰＤＭＳ等のシリコーンポリマーは、エラストマーであることができ、したがって、例えば、本発明のある実施形態では、比較的に高いアスペクト比を有する非常に小さい特徴を形成するために有用であり得る。可撓性（例えば、エラストマー）金型または原版は、この点において、有利であり得る。
ＰＤＭＳ等のシリコーンポリマーから、マイクロ流体構造またはチャネル等の構造を形成する利点の１つは、例えば、酸化構造は、その表面に、他の酸化シリコーンポリマー表面または種々の他のポリマーおよび非ポリマー材料の酸化表面に架橋結合可能な化学物質を含有するように、空気プラズマ等の酸素含有プラズマへの暴露によって酸化される、そのようなポリマーの能力である。したがって、構造は、加工され、次いで、いくつかの実施形態では、別個の接着剤または他の密閉手段の必要性を伴わずに、酸化され、および／または本質的に、他のシリコーンポリマー表面に、または酸化シリコーンポリマー表面と反応する他の基質の表面に不可逆的に密閉されることができる。ある場合には、密閉は、補助圧力を印加し、密閉を形成する必要なく、単に、酸化シリコーン表面を別の表面に接触させることによって、完成されることができる。すなわち、酸化前シリコーン表面は、好適な噛合表面に対して、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密閉可能であることに加え、酸化ＰＤＭＳ等の酸化シリコーンはまた、例えば、ＰＤＭＳ表面と同様に酸化された（例えば、酸素含有プラズマへの暴露を介して）ガラス、シリコン、シリコン酸化物、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材料に不可逆的に密閉されることができる。本発明に照らして有用な酸化および密閉方法ならびに全体的成形技法は、当技術分野において、例えば、記事「Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｏｆ
Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ」（Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，７０：４７４−４８０，１９９８（Ｄｕｆｆｙ
ｅｔ ａｌ．））に説明されており、参照することによって本明細書に組み込まれる。
酸化シリコーンポリマーから、チャネルまたは他の構造（または、内部、流体接触表面）を形成する別の利点は、これらの表面が、少なくとも一部の実施形態では、一般的エラストマーポリマーの表面より遥かに親水性であることができることである（親水性内部表面が所望される場合）。そのような親水性チャネル表面は、したがって、一般的非酸化エラストマーポリマーまたは他の疎水性材料から成る構造が可能であるよりも容易に水性溶液で充填および湿潤されることができる。
ある側面では、マイクロ流体チャネルを含むチャネルを含有する２つ以上の物品が、使用されてもよく、ある場合には、物品は、異なる高さまたは他の寸法のチャネルを有してもよい。そのような物品は、例えば、比較的に大きなサイズのチャネルから比較的に小さなサイズのチャネルへと縮尺変化のため、有用であり得る。例えば、第１の物品は、分裂接合点の１つ以上の世代を含有してもよい一方、第２の物品は、より小さなチャネルと、随意に、分裂接合点の付加的世代とを含有してもよい。そのような様式では、比較的に大きな液滴が、複数（例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０以上）回、断面積に減少遷移を有する、種々の物品内のチャネルを使用することによって、分裂させられてもよい。具体的実施例として、入口マイクロ流体チャネルは、ある高さを有してもよく、娘マイクロ流体チャネルはそれぞれ、ある高さを有してもよく、入口マイクロ流体チャネルと娘マイクロ流体チャネルの高さの平均との間の高さの差は、入口マイクロ流体チャネルの高さの約１０％超、約１５％超、約２０％超、または約２５％超である。
具体的非限定的実施例として、第１の物品は、チャネルの第１のネットワークを含有してもよく、チャネルの一部または全部は、チャネルの第２のネットワークを含有する第２の物品に指向される、またはそれと流体連通してもよい。ある場合には、第１の物品内のチャネルは、第１の高さにあってもよい一方、第２の物品内のチャネルは、第２の高さにあってもよく、第１および第２の高さは、同一または異なってもよい。ある場合には、第１の物品と第２の物品との間の高さの差は、第１の物品のチャネルの高さの約１０％超、約１５％超、約２０％超、または約２５％超であってもよい。
いくつかの側面では、チャネルの１つ以上の壁または部分は、例えば、コーティング材料でコーティングされてもよい。例えば、ゾルゲルコーティングまたは光活性コーティング材料によって、マイクロ流体チャネルをコーティングするためのシステムおよび方法の実施例は、Ａｂａｔｅらによる国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０００８５０号（２００９年２月１１日出願、名称「Ｓｕｒｆａｃｅｓ，Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌｓ，Ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｗｅｔｔｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」、（２００９年１０月１日に国際公開第０９／１２０２５４号として公開））、およびＷｅｉｔｚらによる国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００９４７７号（２００８年８月７日出願、「Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｃｏａｔｉｎｇ ｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅｓ」、（２００９年２月１２日に国際公開第０９／０２０６３３号として公開））に見られ得、それぞれ、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
ある場合には、チャネルの一部または全部は、入口および娘チャネルを含む、チャネルの一部または全部がそれぞれ、実質的に同一の親水性を有するようにコーティングまたは別様に処理されてもよい。コーティング材料は、ある事例では、チャネルの壁の疎水性を制御および／または改変するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、ゾルゲルは、マイクロ流体チャネル等のチャネルの壁等の基質上に、コーティングとして形成されるように提供される。ゾルゲルの１つ以上の部分は、ある場合には、その疎水性を改変するように反応されることができる。例えば、ゾルゲルの一部は、その疎水性を改変する、ゾルゲル中における化学反応を誘発するために使用されることができる、紫外線光等の光に暴露されてもよい。ゾルゲルは、光への暴露に応じて、ラジカルを生成する、光開始剤を含んでもよい。随意に、光開始剤は、ゾルゲル内のシランまたは他の材料に共役される。そのように生成されたラジカルは、縮合または重合化反応をゾルゲルの表面上で生じさせるために使用され、したがって、表面の疎水性を改変してもよい。ある場合には、種々の部分は、反応される、または、例えば、光への暴露を制御することによって（例えば、マスクを使用して）、反応されないまま残されてもよい。
したがって、本発明の一側面では、チャネルの壁上のコーティングは、ゾルゲルであってもよい。当業者に公知のように、ゾルゲルは、ゾルまたはゲル状態にあることができる、材料である。ある場合には、ゾルゲル材料は、ポリマーを備えてもよい。ゾル状態は、化学反応によって、ゲル状態に変換されてもよい。ある場合には、反応は、溶媒をゾルから除去することによって、例えば、乾燥または加熱技法を介して、促進されてもよい。したがって、ある場合には、例えば、以下に論じられるように、ゾルは、例えば、ある縮合をゾル内で生じさせることによって、使用される前に調製されてもよい。ゾルゲル化学的性質は、一般に、重合化に類似するが、シラノールをもたらすシランの一連の加水分解と、シリカまたはシロキサンを形成するためのこれらのシラノールの後続縮合である。
いくつかの実施形態では、ゾルゲルコーティングは、ある特性を有する、例えば、ある疎水性を有するように選択されてもよい。コーティングの特性は、本明細書に論じられるように、ゾルゲルの組成物を制御することによって（例えば、ゾルゲル内である材料またはポリマーを使用することによって）、および／またはコーティングを修飾することによって、例えば、コーティングを縮合または重合化反応に暴露し、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、制御されてもよい。
例えば、ゾルゲルコーティングは、ゾルゲル内に疎水性ポリマーを組み込むことによって、より疎水性にされてもよい。例えば、ゾルゲルは、１つ以上のシラン、例えば、フルオロシラン（すなわち、少なくとも１つのフッ素原子を含有するシラン）、例えば、ヘプタデカフルオロシランまたはヘプタデカフルオロオクチルシラン、または他のシラン、例えば、メチルトリエトキシシラン（ＭＴＥＳ）または１つ以上の脂肪鎖を含有するシラン、例えば、オクタデシルシランまたは他のＣＨ３（ＣＨ２）ｎ−シラン（ｎは、任意の好適な整数であることができる）を含有してもよい。例えば、ｎは、１、５、または１０超、ある場合には、約２０、２５、または３０未満であってもよい。シランはまた、随意に、他の基、例えば、アルコキシド基、例えば、オクタデシルトリメトキシシランを含んでもよい。好適なシランの他の実施例として、アルコキシシラン、例えば、エトキシシランまたはメトキシシラン、ハロシラン、例えば、クロロシラン、またはシリコン原子上の加水分解性部分、例えば、水酸化物部分を含有する、他のシリコン含有化合物を含む。一般に、ほとんどのシランは、ゾルゲルにおいて使用されることができ、特定のシランは、疎水性等の所望の特性に基づいて選択される。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）もまた、本発明の他の実施形態では、所望される相対的疎水性または親水性等の要因に応じて、選択されてもよい。ある場合には、シランは、ゾルゲルをより親水性にするであろう、他の基、例えば、アミン等の基を含有してもよい。非限定的実施例として、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挙げられる。シランは、ゾルゲル内のネットワークを形成するように反応されることができ、縮合の程度は、反応条件を制御することによって、例えば、温度、存在する酸または塩基の量、または同等物を制御することによって、制御されてもよい。
ある場合には、２つ以上のシランが、ゾルゲル内に存在する。例えば、ゾルゲルは、結果として生じるゾルゲルにより疎水性にするためのフルオロシランと、ポリマーの生成を促進する他のシラン（または、他の化合物）とを含むことができる。ある場合には、ＳｉＯ２化合物を生成し、縮合または重合化を促進可能な材料が、存在してもよく、例えば、ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）である。いくつかの実施形態では、シランは、それに結合された最大４つの化学部分を有してもよく、ある場合には、部分のうちの１つは、シランが、金属酸化物ベースのネットワーク中に組み込まれることができるように、ＲＯ−部分であってもよく、Ｒは、例えば、アルコキシドまたは他の化学部分である。加えて、ある場合には、シランのうちの１つ以上は、加水分解され、対応するシラノールを形成することができる。
加えて、ゾルゲルは、シランのみを含有することに限定されず、他の材料も、シランに加え、またはその代わりに、存在してもよいことを理解されたい。例えば、コーティングは、１つ以上の金属酸化物、例えば、ＳｉＯ２、バナジア（Ｖ２Ｏ５）、チタニア（ＴｉＯ２）、および／またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含んでもよい。他の実施例として、ゾルゲルは、二重結合を含有する部分を備えてもよく、または別様に、任意の重合化反応内において反応性であって、例えば、ラジカル重合化に関与するためのチノールである。
ゾルゲルは、チャネルの基質または壁上のコーティングとして存在してもよく、コーティングは、任意の好適な厚さを有してもよい。例えば、コーティングは、約１００マイクロメートル以下、約３０マイクロメートル以下、約１０マイクロメートル以下、約３マイクロメートル以下、または約１マイクロメートル以下の厚さを有してもよい。より厚いコーティングは、ある場合には、例えば、より高い化学抵抗が所望される用途では、望ましくあり得る。しかしながら、より薄いコーティングは、他の用途では、例えば、比較的に小さいマイクロ流体チャネル内で望ましくあり得る。
一組の実施形態では、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第１の部分が比較的に疎水性であって、ゾルゲルコーティングの第２の部分が、第１の部分より比較的に疎水性であるか、またはあまり疎水性ではないように、制御されることができる。コーティングの疎水性は、当業者に公知の技法を使用して、例えば、本明細書で論じられるもの等の接触角測定を使用して、決定されることができる。例えば、ある場合には、（例えば、マイクロ流体チャネル、例えば、壁内の）基質の第１の部分は、水より有機溶媒に有利に働く疎水性を有することができる一方、第２の部分は、有機溶媒より水に有利に働く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縮合または重合化反応に暴露し、ポリマーとゾルゲルコーティングを反応させることによって、修飾されることができる。ゾルゲルコーティングに対して反応されるポリマーは、任意の好適なポリマーであってもよく、ある疎水性特性を有するように選択されてもよい。例えば、ポリマーは、基質および／またはゾルゲルコーティングより疎水性または親水性であるように選択されてもよい。実施例として、使用され得る親水性ポリマーは、ポリ（アクリル酸）である。
ポリマーは、モノマー（または、オリゴマー）形態におけるポリマーをゾルゲルコーティング（例えば、溶液中）に供給し、縮合または重合化反応をポリマーとゾルゲルとの間で生じさせることによって、ゾルゲルコーティングに添加されてもよい。例えば、遊離ラジカル重合化は、ゾルゲルコーティングへのポリマーの結合を生じさせるために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、遊離ラジカル重合化等の反応は、随意に、光への暴露に応じて、遊離ラジカルを生成可能な（例えば、分子分裂を介して）光開始剤の存在下、反応物を熱および／または光、例えば、紫外線（ＵＶ）光に暴露することによって、開始されてもよい。当業者は、多くのそのような光開始剤を認識するであろうが、その多くは、市販されており、例えば、Ｉｒｇａｃｕｒ ２９５９（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）、アミノベンゾフェノン、ベンゾフェノン、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）である。
光開始剤は、ゾルゲルコーティングに添加されたポリマーとともに含まれてもよく、またはある場合には、光開始剤は、ゾルゲルコーティング内に存在してもよい。光開始剤はまた、いくつかの実施形態では、コーティングステップ後、ゾルゲルコーティング内に導入されることができる。例えば、光開始剤は、ゾルゲルコーティング内に含有され、光への暴露に応じて、活性化されてもよい。光開始剤はまた、ゾルゲルコーティングの成分、例えば、シランに共役または結合されてもよい。非限定的実施例として、Ｉｒｇａｃｕｒ ２９５９等の光開始剤は、ウレタン結合を介して、シラン−イソシアネートに共役されることができる（光開始剤上の第一級アルコールは、ウレタン結合を生成し得る、イソシアネート基との求核付加に関与し得る）。
ゾルは、同様に、前述のものを含む、光開始剤等の他の化合物を含有することができる溶媒内に含有されてもよい。ある場合には、ゾルはまた、１つ以上のシラン化合物を備える。ゾルは、任意の好適な技法を使用して、例えば、熱等の化学または物理的技法を使用して、溶媒を除去することによって、ゲルを形成するように処理されてもよい。例えば、ゾルは、少なくとも約５０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃、または少なくとも約２５０℃の温度に暴露されることができ、これは、溶媒の少なくとも一部を排除または蒸発させるために使用されてもよい。具体的実施例として、ゾルは、少なくとも約２００℃または少なくとも約２５０℃の温度に到達するように設定されたホットプレートに暴露されてもよく、ホットプレートへのゾルの暴露は、溶媒の少なくとも一部を排除または蒸発させてもよい。しかしながら、ある場合には、ゾルゲル反応は、熱の不在下、例えば、室温においてさえ生じてもよい。したがって、例えば、ゾルは、しばらくの間（例えば、約１時間、約１日等）、そのまま放置されてもよく、および／または空気または他の気体、あるいは液体が、ゾル上を通過され、ゾルゲル反応を生じさせてもよい。
他の実施形態では、開始の他の技法が、光開始剤の代わりに、またはそれに加え、使用されてもよい。実施例として、レドックス開始、例えば、デバイスの一部を加熱することによってトリガされる熱分解（例えば、これは、ある温度を有する、または酸化または還元化学物質を含有する、液体流によって行われることができる）が挙げられるが、それらに限定されない。別の実施形態では、例えば、表面が、反応に関与することができる、反応基を含有する場合、表面の官能化が、重付加および／または重縮合反応によって達成されてもよい。所望の官能性を含有するシランもまた、ある場合には、添加されることができ、例えば、ＣＯＯＨ部分、ＮＨ２部分、ＳＯ３Ｈ部分、ＳＯ４Ｈ部分、ＯＨ部分、ＰＥＧ鎖、または同等物を含有するシランである。
ある場合には、依然として存在する任意の非ゲル状ゾルは、基質から除去されることができる。非ゲル状ゾルは、例えば、圧力の印加または基質への化合物の添加等によって、物理的に、能動的に除去されてもよく、または非ゲル状ゾルは、ある場合には、受動的に除去されてもよい。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は、溶媒を蒸発させるように加熱され、これは、マイクロ流体チャネル内において、ガス状態で蓄積し、それによって、マイクロ流体チャネル内の圧力を増加させる。圧力は、ある場合には、非ゲル状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または「噴流」させるために十分であり得る。
ある実施形態では、コーティングの一部は、コーティングが、基質に導入された後、その疎水性（または、他の特性）を改変するように処理されてもよい。ある場合には、コーティングは、モノマーおよび／またはオリゴマーを含有する溶液に暴露され、これは、前述のように、次いで、縮合または重合化され、コーティングに結合する。例えば、コーティングの一部は、遊離ラジカル重合化反応を開始し、重合化を生じさせるために使用され得る、熱または紫外線光等の光に暴露されてもよい。随意に、光開始剤が、例えば、ゾルゲルコーティング内に存在し、この反応を促進する。いくつかの実施形態では、光開始剤はまた、モノマーおよび／またはオリゴマーが、ゾルゲルコーティングに共有結合されることができるように、二重結合、チオール、および／または他の反応基を含有することができる。
次の文書は、参照することによって、その全体が本明細書に組み込まれる：Ｌｉｎｋらによる米国特許出願第１１／２４６，９１１号（２００５年１０月７日出願、名称「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」、（米国特許出願公開第２００６／０１６３３８５号（２００６年７月２７日公開）））；Ｓｔｏｎｅらによる米国特許出願第１１／０２４，２２８号（２００４年１２月２８日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｌｕｉｄ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」、（現在、米国特許第７，７０８，９４９号（２０１０年５月４日発行））；Ｗｅｉｔｚらによる米国特許出願第１１／８８５，３０６号（２００７年８月２９日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」、米国特許出願公開第２００９／０１３１５４３号（２００９年５月２１日公開））、およびＬｉｎｋらによる米国特許出願第１１／３６０，８４５号（２００６年２月２３日出願、名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」、米国特許出願公開第２００７／０００３４４２号（２００７年１月４日公開））。
Ａｂａｔｅらによる米国仮特許出願第６１／４４０，１９８号（２０１１年２月７日出願、名称「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ Ｄｒｏｐｌｅｔｓ」）もまた、その全体が参照することによって本明細書に援用される。
以下の実施例は、本発明のある実施形態を図示することを意図するが、本発明の全範囲を例示するものではない。
（実施例）
（実施例１）
二重エマルションは、内側により小さな付加的液滴を含有する液滴である。その小寸法およびコアシェル構造のため、これらは、食品、化粧品、および医薬品を含む、マイクロカプセル化を要求する用途に有用である。マイクロ流体デバイスによって、二重エマルション液滴は、制御された寸法および体積分率を含む、制御された特性とともに形成されることができる。対照的に、バルク法が、活性材料の１０％未満のカプセル化を達成するのに対し、液滴はまた、活性材料で効率的に充填されることができる、すなわち、一般的には、１００％効率のカプセル化が達成されることができる。それでもなお、このアプローチに対する不利点が存在する。重要な実施例は、デバイスの小寸法から生じるものであって、これは、液滴が非常に低速で形成されることにつながる。二重エマルションは、一般的には、１時間あたり数ミリリットルでのみ形成され、これは、いくつかの用途では、遅過ぎ得る。
処理量を増加させるための方法の１つは、デバイスを並列化することである。少量の液滴を生成する単一デバイスではなく、多くのデバイスが、同時に、使用され、遥かに多くの量を生成することができる。しかしながら、二重エマルション合成の並列化は、そのようなデバイスの複雑性のため、困難である。単一エマルションが、例えば、単純Ｔ字形接合点のみ使用して形成されることができるが、二重エマルションは、多くの場合、時として、空間的にパターン化された界面湿潤性を伴って、カスケード式Ｔ字形または交差チャネル接合点等のより複雑なシステムを要求する。
本実施例は、最大数桁の規模まで、マイクロ流体デバイスによる多重エマルションの生成率を増加させるためのあるシステムおよび方法を図示する。この戦略は、デバイスが液滴を形成することができる最大体積率が、液滴製造機ノズルの寸法に伴って増減するという認識に基づく。ノズルが大きいほど、単位時間あたり、より大量の多重エマルションをもたらす。しかしながら、寸法増加はまた、より大きな液滴をもたらし、これは、いくつかの用途では、望ましくない場合がある。より小さなサイズの液滴を生成するために、本実施例では、より大きな液滴が、分裂アレイを使用して、小液滴に分裂させられる。液滴が分裂を通して流動する度に、２つの等しい部分に二分される（但し、他の分裂比も、他の場合には、使用されてもよい）。付加的回数分裂させることによって、さらにより小さいが、依然として実質的に単分散性である液滴が、形成される。分裂はまた、単一および多重エマルションにも適用可能である。
いかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、デバイスが単分散性液滴を形成する最大率は、滴下から噴流への遷移を決定することによって決定され得る。これは、内側相流動速度ｖｉｎの最大値の場合、生じ得る。しかしながら、エマルションの生成率は、ｖｉｎではなく、体積流速Ｕｉｎ＝ｖｉｎＡによって増減する（Ａは、液滴製造機またはチャネルの断面積である）。したがって、固定の流動速度の場合でも、処理量は、Ａを増加させることによって増加させられることができる。しかしながら、閉塞効果が重要である液滴形成の場合、Ｖｄｒｏｐ＝ｗＡ（１−αＵｉｎ／Ｕｏｕｔ）（Ｖｄｒｏｐは、液滴体積であり、ｗは、液滴製造機ノズルの断面積であり、α（アルファ）は、１に近い幾何学的パラメータであって、Ｕｏｕｔは、外側相の流速である）であるため、これはまた、より大きな液滴の生成をもたらし得る。これに基づいて、Ｄｓｐｈｅｒｅ〜（ｗＡ）１／３となる。所望の小サイズの液滴を達成するために、液滴は、本実施例では、分裂アレイを使用して、小さい実質的に単分散性である液滴に分裂させられる。
この分裂アレイは、それぞれ、数回、２つのチャネルに分割する一連のチャネルを含む。液滴が分裂接合点のうちの１つに遭遇すると、粘着力および圧力が、各分岐において、それを下方に牽引する。流動条件、チャネル寸法、および流体の界面張力に応じて、液滴は、一方の経路を選択し、無傷のままであるか、または両経路を辿り、２つに分裂させるかのいずれかとなり得る。液滴が分裂させる場合、得られた液滴のサイズは、分裂接合点後の分岐の流体力学的抵抗に依存し得る。等抵抗の場合、液滴は、等しく分裂させられ、元の体積の半分の２倍の液滴を含有する、実質的に単分散性であるエマルションをもたらし得る。付加的分裂接合点または「世代」が、追加され、より小さな液滴を生成することができる。各分裂または世代は、３つの分割毎に、有効径を半分にするように、体積を半分にする。これは、分裂接合点または世代の数を選択することによって、最終液滴サイズの選択を可能にする。さらに、分裂の比率は、各分裂によって、チャネルが追加されるため、液滴の最終サイズによって制限される。これは、本質的に、並列化の形態であるが、並列化は、液滴が形成された後に生じる。
生成増加のために、分裂の使用を図示するために、本実施例では、実質的に、単分散性である単一エマルションが、高処理量で生成された。水が、液滴相のために使用され、ＨＦＥ−７５００（３Ｍ）が、フルオロカーボンオイルとして、連続相のために、界面活性剤として、１．８重量％におけるＫｒｙｔｏｘ（登録商標） １５７ ＦＳＬ（ＤｕＰｏｎｔ）のアンモニウム塩とともに使用された。油中水型液滴の生成を可能にするために、デバイスチャネルは、Ａｑｕａｐｅｌ（登録商標）（ＰＰＧ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）で処理することによって、疎水性にされた。これは、本実施例では、数秒間、デバイスにＡｑｕａｐｅｌ（登録商標）を流し、空気で洗い流し、次いで、２０分間、デバイスを６５℃で焼成することによって、達成された。
水および油が、デバイス中に注入され、交差チャネル接合点で合流し、そこで、水噴流が形成され、単一エマルションデバイスを示す、図４Ａの上側部分に示されるように形成される。デバイスは、本明細書に論じられるように、ソフトリソグラフィの技法を使用して、ポリ（ジメチルシロキサン）中で加工された。単一エマルションデバイスは、従来の液滴製造機より約１０倍高速である処理量において、動作させた。流速は、滴下から噴流への遷移に近似するため、噴流は、不安定であって、液滴に分解しつつあるその界面に波紋を有していた。通常、噴流は、ランダムに分解し、多分散液滴を生成するであろう。しかしながら、下流に狭窄を追加することによって、噴流は、この図に示されるように、実質的に、単分散性液滴に分解されるように誘発された。ノズルの寸法、高さ５０マイクロメートルおよび幅１２０マイクロメートルのため、得られた液滴は、比較的に大きく、球体として扱われる場合、直径約８８マイクロメートルを伴っていた。所望の３５マイクロメートルの直径またはサイズの液滴を生成するために、大きな液滴は、（８８マイクロメートル／３５マイクロメートル）３〜４回、２４＝１６の等しい部分に分裂させられた。このデバイスの最大生成率は、したがって、約７，０００マイクロリットル／時であった。このサイズの液滴を直接生成することは、一般的には、約６００マイクロリットル／時以下の最大率を有する、高さ２５マイクロメートルおよび幅２５マイクロメートルの寸法のノズルを要求するであろう。
（実施例２）
分裂はまた、二重エマルション液滴の生成率を増加させるために使用されることができる。本実施例では、分裂アレイが、例えば、実施例１に論じられるように、大きな液滴製造機の終端に追加されたが、今度は、二重エマルション製造機であった。二重エマルションデバイスは、図４Ｂおよび図５の図の上列に示されるように、直列に接続された２つの交差チャネル接合点を含んでいた。デバイスは、本明細書に論じられるように、ソフトリソグラフィの技法を使用して、ポリ（ポリジメチルシロキサン）中で加工された。二重エマルションデバイスは、従来の液滴製造機より約５倍の速度で動作させた。実施例１のデバイスと比較して、二重エマルションデバイスの速度が遅いのは、分裂接合点の数が少ないことによるものであった。
図５は、１ステップ二重エマルション化を使用して形成され（上列）、分裂接合点を使用してより小さな液滴に分裂させられる（下列）、二重エマルションの画像シーケンスを図示する。デバイスは、二重エマルションを、３回、元の親液滴の１／８の体積を伴う娘液滴に二分した。分裂接合点は、各段階後、狭小化し、より小さな液滴の効果的分裂を可能にした。最終液滴は、球体として扱われる場合、直径約４３マイクロメートルであった。
二重エマルションを作製するために、オクタノール、１重量％においてＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）を伴う水、および１．８重量％においてＫｒｙｔｏｘ（登録商標）界面活性剤を伴うＨＦＥ−７５００が、それぞれ、２００マイクロリットル／時、５００マイクロリットル／時、および１０００マイクロリットル／時において、内側、中央、および連続相入口中に注入された。これは、第１の接合点において、水中でオクタノールの安定噴流を形成し、これは、第２の接合点に流入し、そこで、油が添加された。これは、水の被覆によって囲まれたオクタノールの同軸噴流を生成し、それ自体が、油によって囲まれた。
同軸噴流が、第２の接合点に流入するにつれて、不安定となり、外側界面を狭小化させ、オクタノール噴流を圧搾した。同軸噴流が、不安定幅に到達すると、はじき飛ばされ、図５の上列に示されるように、オクタノールコアを有する水液滴の二重エマルションを生成した。この「１ステップ」分断は、内側液滴の生成が、外側液滴の分断によって引き起こされるため、二重エマルションを形成するために使用される通常の２ステッププロセスと異なる。例えば、Ｗｅｉｔｚらによる国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０００７６３号（２０１０年３月１２日出願、名称「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｅａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」、（２０１０年９月１６日に国際公開第１０／１０４６０４号として公開））（参照することによって本明細書に組み込まれる）を参照されたい。このデバイスの大きな寸法のため、二重エマルションは、比較的に大きく、球体として扱われる場合、直径約１１０マイクロメートルであった。
二重エマルションを分裂させ、所望のサイズの液滴を生成するために、分裂アレイが、図４Ｂに示されるように使用された。二重エマルションが分裂接合点のうちの一方に流入すると、図５の第２列におけるｔ＝０〜１．００ｍｓの場合に示されるように、分裂接合点の各分岐に１つずつ、２つの裂片が発生した。二重エマルション液滴が前進し続けるにつれて、裏面界面が、分裂接合点の頂点に接近した。裂片は、伸張し、最終的に、狭小同軸細流のみによって接続されたままとなる。細流は、図５の第２列におけるｔ＝１．５０ｍｓの場合に示されるように、略全体的に、水の被覆によって囲まれたオクタノールから形成されていた。細流が狭小化するにつれて、外側界面は、図５に示されるように、オクタノールを圧搾し、それを狭小化し、最終的にはじき飛ばし、二重エマルション液滴を２つに分割した。これらの二重エマルションは、図５の下列における時間シーケンスに示されるように、類似プロセスにおいて、次の２つの分裂接合点によって、さらにより小さな液滴に分裂させられた。
（実施例３）
本実施例では、分裂の動態を定量化するために、その中心軸に沿った液滴の長さが、時間の関数として測定された。それぞれ、その裏面界面から、分裂接合点における分裂の頂点まで測定された、時間の関数としての単一および二重エマルション液滴の長さ（Ｌ／ｗ）を示す、図６Ａおよび６Ｂを参照されたい。長さは、接合点へとつながる、チャネルの幅によって正規化された。二重エマルションの場合、外側液滴（Ｌｏｕｔ）および内側液滴（Ｌｉｎ）両方の長さが、提供される。実験はまた、標識されるように、異なるキャピラリー数で行われた。
これらの実験では、単一エマルション液滴は、最初に、狭小入口チャネル内に閉じ込められるため、ソーセージ形状を有するように見える、分裂接合点に流入した。分裂接合点に流入するにつれて、２つの裂片が、液滴のそれぞれにおいて発生した。液滴は、最初は、チャネルを完全に閉塞しなかったが、周囲連続相をそれらの間に通過させた。この時間の間、液滴長は、図６Ａ左に示されるように、ゆっくりと減少した。裂片が、十分なサイズに成長すると、裂片は、チャネルを閉塞可能となった。これは、連続相流体の経路を制限し、この場合、チャネルの角における「溝」および裂片と壁との間の薄い潤滑層を通して、移動しなければならない。これは、連続相に対するチャネルの抵抗を増加させ、液滴の背後における流体圧力を増加させる。これは、その長さが、図６Ａ左中央に示されるように、より急激に減少するように、分裂接合点中により高速に液滴を促進した。これ以降、減少は、図６Ａ右に示されるように、分断の時点まで、時間の関数として、略線形となった。
二重エマルション液滴の分裂は、類似プロセスを追従すると考えられたが、二重エマルション液滴を形成する外側および内側液滴の分裂に対応する、２つの減衰を含んでいた。外側液滴の場合、２ステップ減衰が、観察された。図６Ｂに示されるように、裂片が発生するのに伴って、低速初期減衰の後、高速減衰が続いた。興味深いことに、内側液滴の場合もまた、２ステップ減衰が存在したが、第２のステップまで、内側液滴の長さは、外側液滴のものと略等しかった。これは、裂片を接続する細流が、図５における列２−４の場合のｔ＝１．５０ｍｓに示されるように、略全体的に、中央流体の薄層によって被覆される、内側流体であったことを示唆した。外側界面は、図６Ｂにおける両細流の同時狭小化によって実証されるように、内側液滴の狭小化を引き起こすと考えられた。細流が、臨界幅を達成すると、図６Ｂに示されるように、不安定となり、はじき飛び、二重エマルションを２つに分割した。
このデータはまた、２つの種類の分裂プロセスが存在することを示した。すなわち、細流の連続狭小化と、断続狭小化である。いかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、これらは、チャネル内の流体の流動のキャピラリー数（Ｃａ）に依存すると考えられる。これは、分裂と関連付けられた時間的尺度を考慮することによって、説明されることができる。分裂は、２つのプロセスを含む。すなわち、接合点中に押動されるにつれた液滴の初期歪曲と、裂片を接続する細流の最終分断である。初期歪曲は、チャネル幾何学形状、界面張力、および／または分裂接合点を介した圧力降下によって左右され、したがって、流動速度に依存するが、最終分解は、Ｒａｙｌｅｉｇｈ−Ｐｌａｔｅａｕ不安定性によって生じ、流動速度から独立する。したがって、低Ｃａでは、流動速度が低速であるので、形状歪曲は、分断と比較して低速である。これは、分断が他の動態と比較して突然である、断続細流発生をもたらす。対照的に、流動速度が高速である、高Ｃａでは、歪曲の速度は、分断のものと匹敵し、細流の連続発生をもたらす。
（実施例４）
これらの技法を実装時、堅調で、かつ等しく堅調な分裂を確実にするために考慮されるべき種々の要因が存在する。液滴を分割する接合点の能力は、液滴のものに対する、接合点の直径に依存し得る。すなわち、液滴が大きい場合、裂片は、下流チャネルを閉塞し、良好な分裂をもたらすことができる。これらの実験では、より堅調な分裂のために、裂片が、下流チャネルをより効果的に閉塞することを可能にするため、接合点より前の狭小狭窄が、ある場合には、これを補助することができることが分かった。分裂接合点後のチャネル長もまた、重要であり得る。長さは、液滴より数倍長いように選択されることができる。長さが短過ぎる場合、液滴による、これらのチャネルの抵抗への寄与は、有意となり、並列チャネル間にフィードバックをもたらし、不規則な液滴流動を生じさせ、それによって、分裂に干渉し得る。例えば、これは、液滴を１つのみの経路を通して移動させ、他のチャネルを空のまま残すことができる。すなわち、経路は、時として、また、電子フリップフロップと同様に、小摂動に応答して、自発的に切り替わることができる。しかしながら、これらのチャネルの長さを増加させることによって、その抵抗は、増加し、液滴による寄与を最小にし、そのようなフィードバック効果を防止し得る。
流動のＣａ（キャピラリー数）もまた、ある場合には、重要であり得る。最適分裂のために、Ｃａは、低過ぎもせず、高過ぎもしないように選択されるべきである。低過ぎる場合、液滴は、分裂し得ず、または内側液滴は、中央層を通して、破裂し、ある場合には、連続相と合体し得る。比較的に高Ｃａで動作させることによって、これらの効果は、２つの方法で抑制されることができる。内側相流体と連続相流体との間には、内側液滴を中央液滴内に固着させ得る、中央相流体の薄潤滑膜がある。潤滑分析から、膜厚は、Ｃａ２／３に伴って、増減すると考えられる。Ｃａを増加させることは、したがって、膜をより厚くすることができ、これは、安定性を向上させ得る。Ｃａを増加させることはまた、分裂接合点において、液滴が費やす時間を最小にし、膜の放出を制限し得、これはまた、裂開
を最小にし得る。しかしながら、比較的に高Ｃａはまた、ある場合には、「従属」液滴の生成につながり得るため、問題となり得る。従属液滴は、細流の最終分断の間に形成される。細流が狭小化し、界面が内向きに圧搾するにつれて、流体は、細流から、裂片に押し流され得る。しかしながら、Ｃａが、比較的に大きい場合、粘着効果は、界面力より優勢となる。液体の粘度は、したがって、分断に抵抗し、いくつかの流体を細流内に捕捉させ、従属液滴となり得る。
Ｃａの最適値は、ある場合には、固定流動速度の場合に生じる、分裂のために必要とされるものを僅かに上回るように選択されてもよい。しかしながら、単一分裂接合点のための最良Ｃａ値の選択は単純であるが、複数の分裂接合点の場合、分裂接合点が追加されるにつれて、流体が、漸増数のチャネルに分割されるため、これを行うことはより困難であり得る。解決策の１つは、単に、総流速を増加させ、Ｃａが、全分裂接合点のために十分に高くなるように確実にすることである。しかしながら、これは、早期または第１の分裂接合点において、Ｃａを高くさせ得、これは、ある場合には、前述のように、従属液滴につながり得る。別の解決策は、分裂接合点が追加されるにつれて、Ｃａが、比較的に一定に維持されるように、チャネル寸法を変動させることである。これは、例えば、分裂接合点が追加されるにつれて、チャネルを徐々に狭小化しチャネルの総断面積を比較的に一定に維持することによって、達成されることができる。故に、分裂アレイと連結された大型液滴製造機は、比較的に高速において、小液滴を生成するために効果的であり得る。
（実施例５）
本実施例は、種々の用途に有用であり得る、比較的に単分散性の液滴の生成を図示する。本実施例では、液滴の試料のサイズ分布が決定された。前述のような単一エマルションデバイスの場合、液滴は、１６の部分（２４）に分裂させられ、最終平均直径約３５マイクロメートルを伴う液滴を生成し、図７Ａおよび７Ｃに示されるように、変動係数（ＣＶ）５％を伴う、狭分布であった。前述のような二重エマルションの場合、液滴は、８つの（２３）等部分に分裂させられ、それぞれ、平均内径および外径約２８マイクロメートルと約４３マイクロメートルを伴う、最終液滴を生成し、図７Ｂおよび７Ｄに示されるように、それぞれ、狭サイズ分布、例えば、ＣＶ６％であった。
分裂は、したがって、比較的に単分散性の単一および二重エマルション液滴を生成するために使用されることができる。相対的単分散性液滴に見られるサイズのＣＶは、分裂プロセスにおける制限制御ではなく、不完全デバイス加工の結果であると考えられる。不均等分裂の観察から、非対称分裂が、一般的には、同一分裂接合点において生じることが分かり、固定幾何学的特性が原因であることを示唆する。分裂接合点の分岐が、非均等流体力学的抵抗を有する時に、不均等分裂が、生じることは、公知である。すなわち、より低い抵抗を伴う支流は、常時、より大きな液滴を形成する。このデバイスでは、チャネル寸法における均一性は、約１マイクロメートルであった。
いかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、積層流動条件下、長方形断面のチャネルは、以下の流体力学的抵抗
を有すると考えられる。式中、ｈおよびｗは、それぞれ、チャネルの高さおよび幅であって、μ（ミュー）は、それを通して流動する流体の粘度である。加工の制限された分解能は、したがって、約１５％のチャネル抵抗の変動をもたらすと予期される。実験観察から、分裂後の液滴の体積は、Ｖｌ／Ｖｒ〜Ｒｒ／Ｒｌであって、式中、ＶｌおよびＶｒは、液滴の体積であって、ＲｒおよびＲｌは、それぞれ、左および右の分岐に対する流体力学的抵抗である。このことから、液滴直径の変動は、約８％であると推定され、これは、観察された多分散性に近似した。これは、観察された多分散性の増加が、非常に小さいが、主として、デバイス加工の制限された精度の結果であることを示唆した。故に、多分散性を低減させるための単純方法の１つは、加工精度を増加させることであって、これは、より高い分解能フォトマスクを使用して、容易に達成可能である。別の好適なアプローチは、分裂後、チャネルを長くすることであろう。これは、より均一な抵抗のために、断面寸法の変動をチャネルの長さにわたって平均化し、多分散性を低下させることを可能にするはずである。
本発明のいくつかの実施形態を本明細書で説明および図示したが、当業者であれば、本明細書で説明される機能を果たし、および／または、結果および／または利点のうちの１つ以上を得るための種々の他の手段および／または構造を容易に想定し、そのような変形例および／または修正のそれぞれは、本発明の範囲内であると見なされる。より一般的には、当業者であれば、本明細書で説明される全パラメータ、寸法、材料、および構成は、例示的となるように意図されており、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、本発明の教示が使用される、１つまたは複数の具体的用途に依存することを、容易に理解するであろう。当業者であれば、日常的にすぎない実験を使用して、本明細書で説明される本発明の具体的実施形態の多くの同等物を認識するか、または確認することができるであろう。したがって、前述の実施形態は、一例のみとして提示され、添付の請求項およびその同等物の範囲内で、具体的に説明および請求される以外の方法で本発明が実践されてもよいことを理解されたい。本発明は、本明細書で説明される、各個別特徴、システム、部品、材料、キット、および／または方法を対象とする。加えて、そのような特徴、システム、部品、材料、キット、および／または方法が相互に矛盾していなければ、２つ以上のそのような特徴、システム、部品、材料、キット、および／または方法の任意の組み合わせが、本発明の範囲内に含まれる。
全定義は、本明細書で定義および使用されるように、辞書的定義、参照することによって組み込まれた文書中の定義、および／または定義された用語の通常の意味に優先するものと理解されたい。
本明細書および本請求項で使用されるような、「１つの」という不定冠詞は、明確にそれとは反対に示されない限り、「少なくとも１つの」を意味すると理解されたい。
本明細書および本請求項で使用されるような、「および／または」という語句は、そのように結合される要素、すなわち、ある場合では接合的に存在し、他の場合では離接的に存在する要素の「いずれか一方または両方」を意味すると理解されたい。「および／または」を用いて記載される複数の要素は、同じ方式で構成される、例えば、要素のうちの１つ以上がそのように結合されるべきである。明確にそれとは反対に示されない限り、「および／または」という節によって具体的に識別される要素と関係するか、無関係であるかにかかわらず、それらの具体的に識別される要素以外に、他の要素が随意で存在してもよい。したがって、非限定的な例として、「Ａおよび／またはＢ」の参照は、「〜を備える」等の非制約的な用語と併せて使用されると、一実施形態では、ＢのないＡ（随意でＢ以外の要素を含む）を指し、別の実施形態では、ＡのないＢ（随意でＡ以外の要素を含む）を指し、さらに別の実施形態では、ＡおよびＢの両方（随意で他の要素を含む）等を指す。
本明細書および本請求項で使用されるような、「または」は、上記で定義されるような「および／または」と同じ意味を有すると理解されたい。例えば、一覧中のアイテムを分
離するときに、「または」あるいは「および／または」は、包括的であるとして解釈されるものであり、すなわち、少なくとも１つを含むが、多数の要素または要素の一覧のうちの２つ以上と、随意で、付加的な非記載アイテムも含む。「〜のうちの１つのみ」または「〜のうちの正確に１つ」等の、明確にそれとは反対に示される用語のみ、または、請求項で使用されるときに、「〜から成る」が、多数の要素または要素の一覧のうちの正確に１つの包含を指す。一般に、本明細書で使用されるような「または」という用語は、「いずれか一方」、「〜のうちの１つ」、「〜のうちの１つのみ」、または「〜のうちの正確に１つ」等の、排他性の用語が先行すると、排他的代替物（すなわち、「一方または他方であるが、両方ではない」）としてのみ解釈されるものである。「本質的に〜から成る」は、請求項で使用されると、特許法の分野で使用されるような、その通常の意味を有するものである。
本明細書および本請求項で使用されるような、１つ以上の要素の一覧を参照した「少なくとも１つ」という語句は、要素の一覧中の要素のうちのいずれか１つ以上から選択される、少なくとも１つの要素を意味するが、要素の一覧内で具体的に記載される、あらゆる要素のうちの少なくとも１つを必ずしも含むとは限らず、要素の一覧中の要素の任意の組み合わせを除外しないことを理解されたい。この定義はまた、「少なくとも１つ」という語句が指す要素の一覧内で具体的に識別される要素と関係するか、無関係であるかにかかわらず、それらの具体的に識別される要素以外の要素が随意で存在してもよいことも許容する。したがって、非限定的な例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（または同等に、「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」、または同等に、「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、Ｂが存在しない、随意で２つ以上を含む、少なくとも１つのＡ（随意でＢ以外の要素を含む）を指し、別の実施形態では、Ａが存在しない、随意で２つ以上を含む、少なくとも１つのＢ（随意でＡ以外の要素を含む）を指し、さらに別の実施形態では、随意で２つ以上を含む、少なくとも１つのＡ、および、随意で２つ以上を含む、少なくとも１つのＢ（随意で他の要素を含む）等を指すことができる。
また、明確にそれとは反対に示されない限り、２つ以上のステップまたは作用を含む、本明細書で請求される任意の方法では、方法のステップまたは作用の順序は、必ずしも、方法のステップまたは作用が列挙される順序に限定されないことを理解されたい。
請求項ならびに上記の明細書では、「〜を備える」、「〜を含む」、「〜を担持する」、「〜を有する」、「〜を含有する」、「〜を伴う」、「〜を保持する」、「〜から成る」および同等物等の全移行句は非制約的である、すなわち、「〜を含むがそれらに限定されない」を意味すると理解されたい。「〜から成る」および「本質的に〜から成る」という移行句のみが、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，Ｓｅｃｔｉｏｎ ２１１１．０３に規定されているように、それぞれ、制約的または半制約的な移行句となるものである。

Claims (44)

  1. 親液滴を２つ以上の液滴に分裂させる方法であって、
    入口マイクロ流体チャネルの中で初期速度で流動する親液滴を提供することと、
    該親液滴を少なくとも第１の液滴と第２の液滴とに分裂させることと、
    該第１の液滴を第１のマイクロ流体チャネルの中へ、該第２の液滴を第２のマイクロ流体チャネルの中へ付勢することであって、該第１の液滴は、該第１のマイクロ流体チャネル内を第１の速度で流動し、該第２の液滴は、該第２のマイクロ流体チャネル内を第２の速度で流動し、該第１の速度と該第２の速度とは、同一または異なるものであることができることとを含み、
    該初期、第１および第２の速度についての最速と最遅との間の速度の差は、該初期速度の約４０％以下である、該方法。
  2. 前記親液滴を少なくとも第１の液滴と第２の液滴とに分裂させることは、該親液滴の第１の部分を前記第１のマイクロ流体チャネルの中へ付勢し、該親液滴の第２の部分を前記第２のマイクロ流体チャネルの中へ付勢することを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記速度の差は、前記初期速度の約２５％以下である、請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
  4. 前記速度の差は、前記初期速度の約１５％以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記速度の差は、前記初期速度の約１０％以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記速度の差は、前記初期速度の約５％以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記速度の差は、前記初期速度の約１％以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記親液滴を障害物に向かって付勢することを備え、それにより、該親液滴を少なくとも前記第１の液滴と前記第２の液滴とに分裂させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記障害物は、前記第１のマイクロ流体チャネルと前記第２のマイクロ流体チャネルとの接合点である、請求項８に記載の方法。
  10. 前記障害物は、２つの平面の間の角度を含む、請求項８に記載の方法。
  11. 前記親液滴は、第２の流体の中に含有される第１の流体によって規定される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記第１の流体は、前記第２の流体の中において非混和性である、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記第１の流体は、第１の液体であり、前記第２の流体は、第２の液体である、請求項１１または１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記第１の流体は、水中において混和性である、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記親液滴は、約１００マイクロメートル未満の平均断面寸法を有する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記親液滴は、初期キャピラリー数において前記入口マイクロ流体チャネルの中を流動し、前記第１の液滴は、第１のキャピラリー数において前記第１のマイクロ流体チャネルの中を流動し、前記第２の液滴は、第２のキャピラリー数において前記第２のマイクロ流体チャネルの中を流動し、前記初期、第１のキャピラリー数および第２のキャピラリー数についての最大と最小との間のキャピラリー数の差は、該初期キャピラリー数の約２０％以下である、請求項１〜１５に記載の方法。
  17. 前記入口マイクロ流体チャネルは、ある断面積を有し、前記第１のマイクロ流体チャネルは、ある断面積を有し、前記第２のマイクロ流体チャネルは、ある断面積を有し、該入口マイクロ流体チャネルと、該第１のマイクロ流体チャネルと該第２のマイクロ流体チャネルの断面積の合計との間の断面積の差は、該入口マイクロ流体チャネルの断面積の約２０％以下である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記第１の液滴は、ある体積を有し、前記第２の液滴は、ある体積を有し、該第１の液滴と該第２の液滴との間の体積の差は、該第１および第２の液滴の体積のうちの大きい方の約２０％以下である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記入口マイクロ流体チャネルは、ある高さを有し、前記第１のマイクロ流体チャネルおよび前記第２のマイクロ流体チャネルの各々は、ある高さを有し、該入口マイクロ流体チャネルと、該第１および第２のマイクロ流体チャネルの高さの平均との間の高さの差は、該マイクロ流体入口チャネルの高さの約２０％を上回る、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記親液滴は、前記障害物に向かって前記入口マイクロ流体チャネルの中を流動する複数の親液滴のうちの１つである、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記複数の親液滴は、実質的に単分散性である、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記複数の親液滴は各々、複数の第１の液滴と複数の第２の液滴とに分裂させられる、請求項２０または２１のいずれか一項に記載の方法。
  23. 前記複数の第１の液滴は、実質的に単分散性であり、前記複数の第２の液滴は、実質的に単分散性である、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の方法。
  24. 前記入口マイクロ流体チャネルと前記第１のマイクロ流体チャネルと前記第２のマイクロ流体チャネルとは各々、実質的に同一の親水性を有する、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
  25. 前記親液滴は、外側流体によって囲まれた内側流体を備える、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
  26. 前記親液滴は、少なくとも第１の二重エマルション液滴と第２の二重エマルション液滴とに分裂させられる、請求項２５に記載の方法。
  27. 前記第１の二重エマルション液滴と前記第２の二重エマルション液滴とは、実質的に同じである、請求項２５または２６のいずれか一項に記載の方法。
  28. 液滴を分裂させるためのマイクロ流体デバイスであって、
    少なくとも２つの娘マイクロ流体チャネルとの交差点において終端する入口マイクロ流体チャネルであって、該入口マイクロ流体チャネルはある断面積を有し、該少なくとも２つの娘マイクロ流体チャネルは各々、ある断面積を有する、該入口マイクロ流体チャネルを備え、
    該入口マイクロ流体チャネルと、該少なくとも２つの娘マイクロ流体チャネルの断面積の合計との間の断面積の差は、該入口マイクロ流体チャネルの断面積の約４０％以下である、デバイス。
  29. 前記入口マイクロ流体チャネルと、前記少なくとも２つの娘マイクロ流体チャネルの断面積の合計との間の断面積の差は、該入口マイクロ流体チャネルの断面積の約２０％以下である、請求項２８に記載のマイクロ流体デバイス。
  30. 前記少なくとも２つの娘マイクロ流体チャネルの各々は、少なくとも２つの孫娘マイクロ流体チャネルとの第２の交差点で終端する、請求項２８または２９のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
  31. 前記孫娘マイクロ流体チャネルの各々は、断面積を有し、前記入口マイクロ流体チャネルと、該孫娘マイクロ流体チャネルの断面積の合計との間の断面積の差は、該入口マイクロ流体チャネルの断面積の約２０％以下である、請求項３０に記載のマイクロ流体デバイス。
  32. 前記少なくとも２つの孫娘マイクロ流体チャネルの各々は、実質的に同一の断面積を有する、請求項３０または３１のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
  33. 前記入口マイクロ流体チャネルは、ある高さを有し、前記娘マイクロ流体チャネルの各々は、ある高さを有し、該入口マイクロ流体チャネルと、該娘マイクロ流体チャネルの高さの平均との間の高さの差は、該入口マイクロ流体チャネルの高さの約２０％を上回る、請求項２８〜３２のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
  34. 前記入口マイクロ流体チャネルは、ある高さおよび幅を有し、前記娘マイクロ流体チャネルの各々は、ある高さおよび幅を有し、該入口マイクロ流体チャネルと、該娘マイクロ流体チャネルの各々との高さは、実質的に等しく、該入口マイクロ流体チャネルの幅は、該娘マイクロ流体チャネルの幅の合計に実質的に等しい、請求項２８〜３３のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
  35. 前記入口マイクロ流体チャネルと前記少なくとも２つの娘マイクロ流体チャネルとは各々、実質的に同一の親水性を有する、請求項２８〜３４のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
  36. 液滴を分裂させるためのマイクロ流体デバイスであって、
    少なくとも２つの娘マイクロ流体チャネルとの交差点で終端する入口マイクロ流体チャネルであって、該入口マイクロ流体チャネルは、ある高さおよび幅を有し、該娘マイクロ流体チャネルの各々は、ある高さおよび幅を有する、該入口マイクロ流体チャネルを備え、
    該入口マイクロ流体チャネルと該娘マイクロ流体チャネルの各々との高さは、実質的に等しく、該入口マイクロ流体チャネルの幅は、該娘マイクロ流体チャネルの幅の合計に実質的に等しい、該デバイス。
  37. マイクロ流体液滴を生成するためのデバイスであって、
    入口チャネル内に含有される複数の親液滴を生成することが可能である液滴製造機であって、該複数の親液滴は、液滴当たり少なくとも約０．０１ｍｍ３の平均体積を有する、該液滴製造機と、
    該入口チャネルから液滴を受容するチャネルのネットワークであって、該チャネルのネットワークは、少なくとも４世代を含み、各世代は、少なくとも２つの娘チャネルとの交差点で終端する該入口チャネルを備える、チャネルのネットワークとを含む、該デバイス。
  38. 前記複数の親液滴の少なくとも約９０％は、該複数の親液滴の平均体積と約２０％以下だけ異なる体積を有する、請求項３７に記載のデバイス。
  39. 前記チャネルのネスティングは、少なくとも５世代を含む、請求項３７または３８のいずれか一項に記載のデバイス。
  40. 前記チャネルのネスティングは、少なくとも６世代を含む、請求項３７〜３９のいずれか一項に記載のデバイス。
  41. 前記液滴製造機は、第１のチャネル、第２のチャネル、および第３のチャネルの交差点を含む、請求項３７〜４０のいずれか一項に記載のデバイス。
  42. 前記チャネルの世代の少なくとも一部は、マイクロ流体チャネルを含む、請求項３７〜４１に記載のデバイス。
  43. 前記複数の親液滴は、液滴当たり少なくとも約０．１ｍｍ３の平均体積を有する、請求項３７〜４２のいずれか一項に記載のデバイス。
  44. 前記複数の親液滴は、液滴当たり少なくとも約１ｍｍ３の平均体積を有する、請求項３７〜４３のいずれか一項に記載のデバイス。
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