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Structures for applying pressure to the elastomeric microfluidic device


Publication number
JP4565026B2 JP2008190329A JP2008190329A JP4565026B2 JP 4565026 B2 JP4565026 B2 JP 4565026B2 JP 2008190329 A JP2008190329 A JP 2008190329A JP 2008190329 A JP2008190329 A JP 2008190329A JP 4565026 B2 JP4565026 B2 JP 4565026B2
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エル. ハンセン カール
エム. バーガー ジェイムズ
アール. クエイク ステファン
Original Assignee
カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー
ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア
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本出願は、2001年4月6日出願の米国非仮特許出願第09/826,583号および2001年6月22日出願の米国非仮特許出願第09/887,997号の一部継続出願である。 This application is a continuation-in-part application of US non-provisional patent application Ser. No. 09 / 887,997, filed Jun. 22, 2001 April 6, US non-provisional patent application Ser. No. 09 / 826,583 and 2001 it is. この特許出願はまた、2001年9月17日出願の米国仮特許出願第60/323,524号から優先権を主張する。 This patent application also claims priority from US Provisional Patent Application No. 60 / 323,524, filed Sep. 17, 2001. これらの先の特許出願は、全ての目的のために、本明細書中において参考として援用される。 Patent application of these earlier, which are incorporated for all purposes by reference herein.

(連邦政府から資金供給された研究開発のもとで行われた研究に対する権利に関する声明) (Statement of rights for the work carried out under the research and development that are funded from the federal government)
本明細書中に記載された研究は、国立衛生研究所の助成金HG−01642−02によって、一部援助されている。 The studies described herein, by the National Institutes of Health grants HG-01642-02, are some assistance. それ故に、米国政府は、本発明において特定の権利を有し得る。 Therefore, the United States Government may have certain rights in this invention.

(発明の背景) (Background of the Invention)
結晶化は、生物学的分野および化学分野に対する重要な技術である。 Crystallization is an important technique to the biological field and chemical arts. 具体的には、標的化合物の高質結晶は、標的の正確な三次元構造を製造するために、X線回折技術によって分析され得る。 Specifically, high quality crystals of the target compound, to produce a precise three-dimensional structure of the target may be analyzed by X-ray diffraction techniques. 次いで、この三次元構造情報は、標的の機能性および挙動を予測するために利用され得る。 Then, the three-dimensional structure information can be utilized to predict functionality and behavior of the target.

理論上、結晶化プロセスは単純である。 In theory, the crystallization process is simple. 純粋な形態の標的化合物は、溶媒に溶解される。 Target compound in pure form is dissolved in a solvent. 次いで、溶解した標的物質の化学環境が変更されて、その結果、この標的は不溶性となり、結晶形態にある固相に転じる。 Then, the chemical environment of the dissolved target material is changed, as a result, the target become insoluble, turn to the solid phase in the crystalline form. 化学環境におけるこの変化は、代表的には、標的物質を不溶性にする結晶化剤を導入することによって達成されるが、温度および圧力における変化はまた、標的物質の溶解度に影響を及ぼし得る。 This change in chemical environment, typically is achieved by introducing a crystallizing agent to the target substance to an insoluble, changes in temperature and pressure can also affect the solubility of the target substance.

しかし、実際には、高質結晶の形成は、一般に困難で時折不可能であり、研究者の一部に、多くの試行および誤りおよび忍耐を必要とする。 However, in practice, the formation of high-quality crystal is generally difficult it is impossible sometimes, to some researchers, requires a lot of trial and error and patience. 具体的には、単純な生物学的化合物ですら、その高度に複雑な構造は、それらが高度に秩序立った結晶構造を形成するのに敏感ではない。 Specifically, even simple biological compounds, their highly complex construction, not sensitive to form them stood highly ordered crystal structure. それ故に、研究者は、実際に結晶が多少なりとも得られ得る場合、高質結晶を得るために、結晶化のための多数の条件を用いて実験し、サンプル濃度、溶媒型、対溶媒型、温度、および持続時間のようなパラメーターを変更するよう、忍耐強くかつ几帳面でなければならない。 Therefore, researchers if may actually crystals were obtained more or less, in order to obtain a high quality crystal, and experiments using a number of conditions for crystallization, sample concentration, solvent type, countersolvent type , temperature, and to change the parameters such as duration, it must be patience and scrupulous.

従って、標的物質の結晶化の高スループットスクリーニングを実施するための方法および構造が、当該分野で必要とされる。 Thus, methods and structures for performing high throughput screening of crystallization of target material is needed in the art.

(発明の要旨) Summary of the Invention
本発明は、標的物質の結晶化の高スループットスクリーニングを実施するための方法よおび構造を記載する。 The present invention describes a method by submited structure for performing high-throughput screening of crystallization of target material. 再結晶化によって小サンプルを精製するための方法および構造もまた、提供される。 The method and structure for purifying a small sample by recrystallization also provided.

標的物質の結晶化の高スループットスクリーニングは、微細製作された流体デバイスの複数のチャンバ内に既知濃度の標的物質の溶液を同時に導入することによって達成される。 High throughput screening of crystallization of target material is accomplished by simultaneously introducing a solution of a target substance with a known concentration into a plurality of chambers of microfabricated fluidic device. 次いで、この微細製作された流体デバイスは、チャンバの各々において溶媒濃度を変更するように操作され、それによって、多くの結晶化環境を同時に提供する。 Then, the fluid device this is microfabricated is operated to change the solvent concentration in each of the chambers, thereby providing a number of crystallization environments simultaneously. 荷電した溶媒条件上の制御は、種々の技術から生じ得、この技術として、チャンバからの容積の排除を通して結晶化剤を計測すること、ミクロ流体デバイスの寸法によって決定されるような正確に制御された容積の結晶化剤の捕捉、または、直交フローチャネルを交差することによって規定される接合点のアレイへの交差チャネル注入が挙げられるが、これらに限定されない。 Control of the charged solvent conditions may result from a variety of techniques, as this technique, by measuring the crystallization agent through elimination of the volume of the chamber, it is precisely controlled as determined by the dimensions of the microfluidic device capture of the crystallization agent volume, or, including but intersecting channels injection into an array of junctions defined by intersecting orthogonal flow channels, but are not limited to.

本発明に従って結晶化を促進するために一定容積の結晶化剤を計測する方法の1実施形態は、エラストマー膜によって制御リセスから分離されたエラストマーブロック内に一定容積を有するチャンバを提供する工程、およびその膜がチャンバ内に変形しそしてその容積が較正された量によって減少するように、制御リセスに圧力を供給し、それによって較正された一定容積の結晶化サンプルをチャンバから除外する工程、を包含する。 1 embodiment of the method of measuring the crystallization agent constant volume to promote crystallization in accordance with the present invention comprises providing a chamber having a constant volume in an elastomeric block separated from a control recess by an elastomeric membrane, and as the film is reduced by an amount deformed and its volume is calibrated in the chamber to supply pressure to the control recess, comprising the step excludes from the chamber the crystallization sample constant volume calibrated whereby to. この方法は、このチャンバの開口に第2の流体を提供する工程、および膜が元の位置に弛緩(relax)し、そして較正された容積の結晶化剤がチャンバ内に引き込まれるように圧力の適用をなくす工程を、さらに包含する。 The method comprises providing a second fluid into the opening of the chamber, and the film is relaxed to its original position (relax), and crystallizing agent calibrated volume of the pressure to be drawn into the chamber the step of eliminating application further encompasses. この方法はまた、異なる較正された容積を有する複数のチャンバの平行化をさらに包含する。 The method also further includes collimation of the plurality of chambers having different calibrated volume.

本発明に従って標的物質を結晶化するためのシステムの1実施形態は、一定容積の標的物質の溶液を含むように構成された微細製作チャンバを備えるエラストマーブロック、およびチャンバと流体連絡した微細製作フローチャネル、一定容積の結晶化剤をチャンバ内に導入するフローチャネルを備える。 1 embodiment of a system for crystallizing a target material in accordance with the present invention, an elastomeric block with a configured microfabricated chamber to contain a solution of a target substance fixed volume, and the chamber in fluid communication with microfabricated flow channels comprises a flow channel for introducing a crystallizing agent fixed volume within the chamber. この結晶化システムは、フローチャネルが一定容積の結晶化剤を受容する際にフローチャネルからチャンバを選択的に単離し、次いで、チャンバ内の溶液条件を変更するために、チャンバをフローチャネルと接触させて配置するように構成された単離構造をさらに備える。 The crystallization system, the flow channel is selectively isolated chamber from the flow channel when receiving a crystallizing agent constant volume, then to change the solution conditions in the chamber, in contact with the flow channel of the chamber further comprising an isolated structure configured for placement by. あるいは、この結晶化システムは、チャンバ上に配置され、膜によってチャンバから分離された制御チャネルをさらに含み得、この膜は、較正された容積のサンプル溶液をチャンバから排除するようにチャンバ内に変形可能であり、その結果、この膜の弛緩は、較正された容積の結晶化剤をチャンバ内に引き込む。 Alternatively, the crystallization system is disposed on the chamber further include a control channel separated from the chamber by a membrane, the membrane deforms the sample solution calibrated volume in the chamber so as to exclude from the chamber It is possible, as a result, relaxation of the film, drawn into the chamber the crystallization agent of the calibrated volume. さらにあるいは、この結晶化システムは、標的物質と流体連絡した複数の第1の平行フローチャネル、および複数の接合点を作製するために第1のフローチャネルに直交しそして交差する複数の第2の平行フローチャネルを備え得、この第2のフローチャネルは、結晶化剤と流体連絡し、その結果、溶液環境のアレイが接合点において作製され得る。 Further alternatively, the crystallization system, the target substance in fluid communication with a plurality of first parallel flow channels, and orthogonal to the first flow channel to produce a plurality of junctions and a plurality of second crossing comprise a parallel flow channels, the second flow channel, in fluid communication with the crystallization agent, as a result, an array of the solution environment can be produced at the junction. 溶液環境のアレイが接合点で形成され得るように、結晶化剤と流体連絡した第2のフローチャネルを含み得る。 As the array of the solution environment can be formed at the junction may include the second flow channel in fluid communication with the crystallization agent.

本発明に従って、標的物質を結晶化するためのシステムの別の実施形態は、一定容積の標的物質の溶液を含むように構成された微細製作チャンバを備えるエラストマーブロック、および透析膜を通して微細製作チャンバと流体連絡した結晶化剤リザバであって、この透析膜が、結晶化剤リザバ内への標的物質のフローを妨げるように構成されている、結晶化剤リザバを備える。 In accordance with the present invention, another embodiment of a system for crystallizing a target material comprises a microfabricated chamber through an elastomeric block, and dialysis membrane comprises a configured microfabricated chamber to contain a solution of a target substance fixed volume a crystallizing agent reservoir in fluid communication, the dialysis membrane is configured to prevent the flow of target material to crystallizing agent in reservoir comprises a crystallizing agent reservoir. この結晶化剤リザバは、第2のエラストマーブロック内に形成され得、この透析膜は、エラストマーブロック内に存在し得、そしてこの透析膜は、チャンバとリザバとの間に導入され、次いで架橋に供されるポリマーを備え得る。 The crystallizing agent reservoir may be formed on the second elastomeric block, the dialysis membrane may be present in the elastomeric block, and the dialysis membrane, it is introduced between the chamber and the reservoir, then the cross-linking It may comprise a polymer to be subjected.

本発明に従って標的物質を結晶化するための方法の1実施形態は、微細製作エラストマーブロックのチャンバを一定容積の標的物質の溶液で充填する工程;およびこのチャンバの溶媒環境を変化させるために一定容積の結晶化剤をチャンバに導入する工程を包含する。 1 embodiment of a method for crystallizing a target material in accordance with the present invention, the step of filling with a solution of a target substance chamber a constant volume of microfabricated elastomeric block; constant volume for varying the and solvent environment of the chamber the crystallization agent comprising introducing into the chamber. この容積の結晶化剤は、チャンバからその容積のサンプルを排除するためにチャンバ上に配置されるエラストマー膜を変形させ、続いて、膜を弛緩させその容積の周囲の結晶化剤をチャンバ内に流入させることによって、チャンバ内に導入され得る。 Crystallizing agent of this volume, it deforms the elastomer layer disposed on the chamber in order to eliminate sample of the volume from the chamber, followed by a crystallization agent surrounding the volume in the chamber to relax membrane by flowing, it can be introduced into the chamber. あるいは、この容積の結晶化剤は、一定容積の結晶化剤をチャンバ付近に捕捉し、次いで、チャンバと結晶化剤との間に配置されたエラストマーバルブを開放して、チャンバへの結晶化剤の拡散を可能にすることによって、チャンバ内に導入され得る。 Alternatively, the crystallization agent in the volume, the crystallization agent constant volume captured in the vicinity of the chamber, then release the placement elastomeric valve between the chamber and the crystallizing agent, crystallization agent into the chamber by allowing the diffusion, it may be introduced into the chamber. さらにあるいは、この容積の結晶化剤は、透析膜を横たわる拡散によってチャンバ内に導入され得る。 Further alternatively, the crystallization agent of this volume may be introduced into the chamber by diffusion lying dialysis membrane.

なおさらにあるいは、このチャンバは、第2のフローチャネルと直交した第1のフローチャネルと、第2のフローチャネルとの間の接合点によって規定され得、ここで、このサンプルは第1のフローチャネルを通して流れ、そして結晶化剤は第2のフローチャネルを通って流れる。 Or, even more, the chamber comprises a first flow channel which is orthogonal to the second flow channel, obtained is defined by the junction point between the second flow channel, wherein the sample first flow channel It flows through, and crystallizing agent flows through the second flow channel. このようなチャンバのアレイは、第2の組の平行フローチャネルと直交した第1の組の平行フローチャネルと、第2の組の平行フローチャネルとの間の接合点によって規定され得、サンプルは第1のフローチャネルを通って流れ、結晶化剤は第2のフローチャネルを通って流れ、溶液状態のアレイを作製する。 Such an array of chambers, a first set of parallel flow channels orthogonal to the second set of parallel flow channels, resulting is defined by the junction point between the second set of parallel flow channels, sample flows through the first flow channel, crystallizing agent flows through the second flow channel, to produce an array of solution.

標的物質を結晶化するための方法の1実施形態は、標的物質の結晶の形成のためのテンプレートとして役立つように計算されたモルフォロジーを有する表面の存在下で、標的物質溶液に結晶化剤を導入する工程を包含する。 1 embodiment of a method for crystallizing a target material in the presence of a surface having a calculated morphology to serve as templates for the formation of crystals of the target substance, introducing crystallization agent to the target substance solution comprising the step of. 特定の実施形態において、このモルフォロジーは、鉱物表面の規則正しいモルフォロジーの形態、またはリソグラフィーによってパターン化された半導体基板の輪郭をとり得る。 In certain embodiments, the morphology may take a regular morphology form or patterned semiconductor substrate delineated by lithography, the mineral surfaces.

本発明に従って蒸気拡散によって標的物質を結晶化するための方法の1実施形態は、微細製作チャンバ内に標的物質溶液を提供する工程、および微細製作チャンバと流体連絡した再結晶化剤を提供する工程、を包含する。 Step 1 embodiment of a method for crystallizing a target material by the vapor diffusion in accordance with the present invention, to provide a process, and a microfabricated chamber in fluid communication with the re-crystallizing agent to provide a target material solution microfabricated chamber It encompasses. 空気ポケットは、チャンバと再結晶化剤との間に設けられ、その結果、結晶化剤は、気相中で、空気ポケットを横切って、標的物質溶液内に拡散する。 Air pockets are provided between the chamber and re-crystallizing agent, as a result, the crystallization agent is in the vapor phase, across an air pocket, it diffuses into a target substance solution. 特定の実施形態において、この空気ポケットは、ミクロ接触印刷技術を利用する疎水性材料の形成を通して、適切な位置に固定され得る。 In certain embodiments, the air pockets, through the formation of hydrophobic material utilizing microcontact printing techniques, may be fixed in position.

本発明は、さらに以下を提供する。 The present invention further provides the following.
(項目1) (Item 1)
2つの溶液間の相互作用を促進するための方法であって、該方法は、以下: A method for promoting interaction between two solutions, the method comprising:
第1ミクロ流体チャンバを規定する、工程; Defining a first microfluidic chamber, process;
該第1ミクロ流体チャンバを第1溶液でプライミングする、工程; Priming said first microfluidic chamber in a first solution, step;
第2ミクロ流体チャンバを規定する、工程; Defining a second microfluidic chamber, process;
該第2ミクロ流体チャンバを第2溶液でプライミングする、工程; Priming the second microfluidic chamber in a second solution, step;
該第1ミクロ流体チャンバを該第2ミクロ流体チャンバと流体連絡するように位置づけて、該第1溶液と該第2溶液との間のミクロ流体自由界面を規定する、工程;および 該第1溶液と該第2溶液とを相互作用させるように、該第1溶液と該第2溶液との間で拡散を生じさせる、工程、 Position the first micro-fluid chamber to fluid communication with said second microfluidic chamber, defining a microfluidic free interface between the first solution and the second solution,; and the first solution and as to interact with said second solution, causing diffusion between the first solution and the second solution, step,
を包含する、方法。 Encompassing, way.
(項目2) (Item 2)
項目1に記載の方法であって、ここで: The method of claim 1, wherein:
前記第1溶液が、結晶化標的物質溶液を含有し; The first solution, contains a crystallized target material solution;
前記第2溶液が、結晶化剤溶液を含有し;そして 前記相互作用が、該標的物質の結晶化を促進するために、該標的物質の溶媒環境の変更を包含する、 The second solution, containing a crystallization solution; encompasses and the interaction, in order to promote crystallization of the target substance, a change in solvent environment of the target substance,
方法。 Method.
(項目3) (Item 3)
項目1に記載の方法であって、ここで: The method of claim 1, wherein:
前記第1溶液が、サンプル溶液を含有し; The first solution, contains a sample solution;
前記第2溶液が、試薬溶液を含有し;そして 前記相互作用が、該サンプルと該試薬との間の化学反応を包含する、 The second solution contains a reagent solution; and the interaction comprises a chemical reaction between the sample and the reagent,
方法。 Method.
(項目4) (Item 4)
項目1に記載の方法であって、ここで、前記第1チャンバおよび前記第2チャンバを規定する工程が、第1パターン凹部を下側の表面上に有するエラストマーブロックを、実質的に平面な基材と接触するように位置づける工程を包含する、方法。 The method of claim 1, wherein the step of defining said first chamber and said second chamber, the elastomeric block having a first pattern depression below the surface, substantially planar base comprising the step of positioning in contact with product, method.
(項目5) (Item 5)
項目1に記載の方法であって、ここで、前記第1チャンバおよび前記第2チャンバが、エラストマーブロックの実質的に平面な下側の表面を、第1パターン凹部を有する基材と接触するように位置づける工程を包含する、方法。 The method of claim 1, wherein said first chamber and said second chamber, a substantially planar lower surface of the elastomeric block, to contact with a substrate having a first pattern depression process encompassing, how to position the.
(項目6) (Item 6)
項目1に記載の方法であって、ここで、前記第1チャンバおよび前記第2チャンバが、第1パターン凹部を下側の表面上に有するエラストマーブロックを、第2パターン凹部を有する基材と接触するように位置づける工程を包含し、該第1パターン凹部は、該第2パターン凹部と整列する、方法。 The method of claim 1, wherein the first chamber and the second chamber, the elastomeric block having a first pattern depression below the surface, in contact with a substrate having a second pattern depression comprising the step of positioning manner that, first pattern recess is aligned with the second pattern depression method.
(項目7) (Item 7)
項目1に記載の方法であって、ここで: The method of claim 1, wherein:
前記エラストマー材料が、ガス透過性であり; It said elastomeric material is located in the gas-permeable;
前記第1ミクロ流体チャンバをプライミングする工程が、前記第1溶液を圧力下で該第1ミクロ流体チャンバに導入して、該第1チャンバを以前に占めていたガスを周囲の該エラストマー中に移し、それによって、該第1チャンバを実質的に完全に充填することを可能にする工程を包含し;そして 前記第2ミクロ流体チャンバをプライミングする工程が、前記第2溶液を圧力下で該第2ミクロ流体チャンバに導入して、該第2チャンバを以前に占めていたガスを周囲の該エラストマー中に移し、それによって、該第2チャンバを実質的に完全に充填することを可能にする工程を包含する、 The step of priming the first microfluidic chamber, the first solution is introduced into the first microfluidic chamber under pressure, transferred to gas accounted for the first chamber previously in the elastomer surrounding thereby, comprising the step of allowing substantially completely fill the first chamber; and the step of priming the second microfluidic chamber, said second under pressure said second solution was introduced into a microfluidic chamber, transferred to gas accounted for the second chamber previously in the elastomer surrounding, thereby the step of allowing substantially completely fills the second chamber including,
方法。 Method.
(項目8) (Item 8)
項目1に記載の方法であって、ここで、前記第1チャンバおよび前記第2チャンバが、前記エラストマーブロックと前記基材との間に規定されるミクロ流体フローチャネルを通って流体連絡するように位置づけられる、方法。 The method of claim 1, wherein, as the first chamber and the second chamber is in fluid communication through a microfluidic flow channel defined between the substrate and the elastomeric block It is positioned, method.
(項目9) (Item 9)
項目8に記載の方法であって、ここで、前記チャンバが、前記ミクロ流体フローチャネルに存在するバルブの作動を介して、流体連絡するように位置づけられる、方法。 The method of claim 8, wherein said chamber, through the operation of the valve present in the microfluidic flow channel is positioned so as to contact fluid.
(項目10) (Item 10)
項目9に記載の方法であって、ここで、前記チャンバが、通常開いているバルブ構造の作動停止によって流体連絡するように位置づけられ、その結果、前記エラストマーブロック内の前記フローチャネルの上を横切るコントロール凹部への減圧の適用によって、該コントロール凹部と該フローチャネルとの間に規定されるエラストマー膜が、該フローチャネルから外へ弛緩して、前記ミクロ流体自由界面を規定する、方法。 The method of claim 9, wherein the chamber is positioned to contact the fluid by the operation stop of the valve structure is normally open, as a result, across the top of the flow channel in the elastomer block by application of reduced pressure to the control recess, elastomeric membrane defined between the control recess and the flow channel, to relax out of the said flow channel, defining the microfluidic free interface method.
(項目11) (Item 11)
項目9に記載の方法であって、ここで、前記チャンバが、通常閉じているバルブ構造の作動によって流体連絡するように位置づけられ、その結果、前記エラストマーブロック内の前記フローチャネルの上を横切るコントロール凹部への減圧の適用によって、該コントロール凹部と該フローチャネルとの間に規定されるエラストマー膜が、該フローチャネルから外に反って、前記ミクロ流体自由界面を規定する、方法。 Control The method of claim 9, wherein the chamber is positioned to contact the fluid by the actuation of the valve structure is normally closed, as a result, across the top of the flow channel in the elastomer block by application of reduced pressure to the recess, elastomeric membrane defined between the control recess and the flow channel, warped out of the flow channel, define the microfluidic free interface method.
(項目12) (Item 12)
結晶成長および結晶分析を容易にするミクロ流体構造であって、該構造は、以下: A microfluidic structure facilitating crystal growth and crystal analysis, the structure is the following:
エラストマーブロック; Elastomeric block;
基材であって、該エラストマーブロックの下側の表面と接触して、第1ミクロ流体チャンバ、第2ミクロ流体チャンバ、および第3ミクロ流体チャンバを規定し、該第1ミクロ流体チャンバ、該第2ミクロ流体チャンバ、および該第3ミクロ流体チャンバは、該エラストマーブロックと該基材との間に規定されるフローチャネルを通して流体連絡し、それによって、該第1チャンバは標的物質溶液でプライムされ得、該第2チャンバは結晶化剤でプライミングされ得、そして該第3チャンバは寒剤でプライミングされ得、その結果、該結晶化剤および該標的溶液の拡散によって該構造内に形成される結晶が、該寒剤の導入によって与えられる温度の減少によって保存され得る、基材、 A substrate in contact with the lower surface of the elastomeric block, a first microfluidic chamber, defining a second microfluidic chamber, and a third microfluidic chamber, the first microfluidic chamber, said 2 microfluidic chambers, and third microfluidic chambers in fluid communication through a flow channel defined between the elastomeric block and the substrate, whereby the first chamber is primed with a target material solution obtained , the second chamber is obtained primed with a crystallizing agent, and the third chamber is obtained primed with a cryogen, resulting in crystals formed in the structure by diffusion of the crystallizing agent and the target solution, may be saved by reducing the given temperature by the introduction of 該寒 agent, base material,
を備える、ミクロ流体構造。 It comprises a micro fluidic structure.
(項目13) (Item 13)
項目12に記載のミクロ流体構造であって、前記第1チャンバ、第2チャンバ、および第3チャンバが、一列に位置づけられ、その結果、該第1チャンバが、前記フローチャネルの第1部分を通して該第2チャンバと流体連絡し、そして該第2チャンバが、該フローチャネルの第2部分を通して該第3チャンバと流体連絡する、ミクロ流体構造。 A microfluidic structure according to claim 12, wherein the first chamber, second chamber, and third chamber, positioned in a row, as a result, the first chamber, said through the first portion of the flow channel the second contact chamber and fluid, and said second chamber, said third communication chamber in fluid through the second portion of the flow channel, a microfluidic structure.
(項目14) (Item 14)
項目13に記載のミクロ流体構造であって、さらに、以下: A microfluidic structure of claim 13, further comprising:
前記第1フローチャネル部分を通る流体連絡を制御する第1バルブであって、該第1バルブが、該第1フローチャネル部分の上を横切る第1コントロールラインによって規定され、該第1コントロールラインと該第1フローチャネル部分との間の第1エラストマー膜が、該第1フローチャネル部分へと作動可能である、第1バルブ;および 前記第2フローチャネル部分を通る流体連絡を制御する第2バルブであって、該第2バルブが、該第2フローチャネル部分の上を横切る第2コントロールラインによって規定され、該第2コントロールラインと該第2フローチャネル部分との間の第2エラストマー膜が、該第2フローチャネル部分へと作動可能であり、該第1バルブおよび該第2バルブが、最初に、前記標的物質溶液と前記結晶化剤との A first valve for controlling fluid communication through the first flow channel portion, the first valve is defined by a first control line crossing over the first flow channel portion, and the first control line first elastomer layer between the first flow channel portion is operable to first flow channel portion, the first valve; a second valve for controlling fluid communication through and the second flow channel portion a is, the second valve is defined by a second control line crossing over the second flow channel portion, the second elastomer layer between the second control line and the second flow channel portion, is operable to the second flow channel portion, said first valve and said second valve is first, and the crystallizing agent and the target substance solution 間での拡散を可能にして結晶を形成し、次いで、寒剤の拡散を可能にするように作動可能である、第2バルブ、 Diffusible in to the form crystals between, then, is operable to permit the diffusion of the cryogen, the second valve,
を備える、ミクロ流体構造。 It comprises a micro fluidic structure.
(項目15) (Item 15)
項目12に記載のミクロ流体構造であって、ここで、前記第1チャンバ、第2チャンバ、および第3チャンバが、三角形に位置づけられて、その結果、該第1チャンバが、前記フローチャネルの第1部分を通して該第2チャンバと流体連絡し、該第2チャンバが、該フローチャネルの第2部分を通して該第3チャンバと流体連絡し、そして第1チャンバが、該フローチャネルの第3部分を通して該第3チャンバと流体連絡する、ミクロ流体構造。 A microfluidic structure according to claim 12, wherein the first chamber, second chamber, and third chamber, positioned in a triangle, as a result, the first chamber, the second of the flow channels second contact chamber and fluid through the first portion, said second chamber, and third chamber in fluid communication through a second portion of said flow channel, and the first chamber, said through third portion of the flow channels the third chamber and in fluid communication, microfluidic structures.
(項目16) (Item 16)
項目12に記載のミクロ流体構造であって、さらに、以下: A microfluidic structure of claim 12, further comprising:
前記第1フローチャネル部分を通る流体連絡を制御する第1バルブであって、該第1バルブが、該第1フローチャネル部分の上を横切る第1コントロールラインによって規定され、該第1コントロールラインと該第1フローチャネル部分との間の第1エラストマー膜が、該第1フローチャネル部分へと作動可能である、第1バルブ;および 前記第2フローチャネル部分を通る流体連絡を制御する第2バルブであって、該第2バルブが、該第2フローチャネル部分の上を横切る第2コントロールラインによって規定され、該第2コントロールラインと該第2フローチャネル部分との間の第2エラストマー膜が、該第2フローチャネル部分へと作動可能である、第2バルブ;および 前記第3フローチャネル部分を通る流体連絡を制御する第3バ A first valve for controlling fluid communication through the first flow channel portion, the first valve is defined by a first control line crossing over the first flow channel portion, and the first control line first elastomer layer between the first flow channel portion is operable to first flow channel portion, the first valve; a second valve for controlling fluid communication through and the second flow channel portion a is, the second valve is defined by a second control line crossing over the second flow channel portion, the second elastomer layer between the second control line and the second flow channel portion, it is operable to the second flow channel portion, the second valve; third bar to control fluid communication through and the third flow channel portion ブであって、該第3バルブが、該第3フローチャネル部分の上を横切る第3コントロールラインによって規定され、該第3コントロールラインと該第3フローチャネル部分との間の第3エラストマー膜が、該第3フローチャネル部分へと作動可能であり、該第1バルブ、該第2バルブ、および該第3バルブが、最初に、該標的物質溶液と該結晶化剤との間での拡散を可能にして結晶を形成し、次いで、寒剤の拡散を可能にするように独立して作動可能である、第3バルブ、 A blanking, third valve is defined by a third control line crossing over the third flow channel portion, the third elastomer layer between the third control line and the third flow channel portion is operable to third flow channel portion, said first valve, said second valve, and the third valve is first, the diffusion between the target material solution and the crystallizing agent possible to form a crystalline, then is operable independently to allow diffusion of the cryogen, the third valve,
を備える、ミクロ流体構造。 It comprises a micro fluidic structure.
(項目17) (Item 17)
項目12に記載のミクロ流体構造であって、ここで、前記エラストマー材料および前記基材のうちの少なくとも1つの厚みが、前記チャンバ近くにまで減少されて、X線ビームによる該チャンバの内容物の直接的検査を可能にする、ミクロ流体構造。 A microfluidic structure according to claim 12, wherein at least one of the thickness of said elastomeric material and said substrate, said reduced to near the chamber, the contents of the chamber by the X-ray beam to allow direct inspection, microfluidic structures.
(項目18) (Item 18)
項目12に記載のミクロ流体構造であって、前記基材が、前記エラストマーブロックとは異なる材料から形成され、そして、前記エラストマー部分の第1凹部、第2凹部および第3凹部それぞれと整列した、第1凹部、第2凹部、および第3凹部を備えて、前記チャンバの容積を規定する、ミクロ流体構造。 A microfluidic structure according to claim 12, wherein the substrate, the said elastomeric block formed from different materials, and the first recess of the elastomeric portion, aligned with the second recess and a third recess, respectively, first recess, a second recess and a third recess, defines the volume of the chamber, microfluidic structures.
(項目19) (Item 19)
エラストマーミクロ流体デバイスに圧力を適用するための構造物であって、該構造物は、以下: The elastomeric microfluidic device The structure for applying pressure, said structure comprises:
第1ホルダー部分であって、該第1ホルダーが、該第1ホルダーの下側の表面上に連続した高くなったリムを備え、該高くなったリムは、該ミクロ流体デバイスの上表面と接触してそこに位置づけられる複数の材料を取り囲むように構成され、該高くなったリムと該ミクロ流体デバイスの上表面との間の接触が、該材料のウェルの上にチャンバを規定し、該チャンバと流体連絡するオリフィスが、該ウェルの内容物を該ミクロ流体デバイスの活性領域へと駆動するために、該チャンバへの陽圧の適用を可能にする、第1ホルダー、 A first holder portion, the contact first holder is provided with a rim raised continuous on the lower surface of the first holder, the raised rim, a top surface of the microfluidic device It is configured so as to surround the plurality of material positioned therein, and contact between the raised rim and the microfluidic device on the surface, to define a chamber over the material well, the chamber an orifice in fluid communication is, the contents of the wells in order to drive into the active region of the microfluidic device, which allows the application of positive pressure to the chamber, the first holder,
を備える、構造物。 Comprises, structure.
(項目20) (Item 20)
項目19に記載の構造物であって、第2部分をさらに備え、該第2部分は、凹部を備え、この凹部は、前記ミクロ流体デバイスを受容し、そして該ミクロ流体デバイスの上側表面および下側表面のうちの少なくとも1つの一部を露出したままにするように構成される、構造物。 The structure of claim 19, further comprising a second portion, said second portion comprises a recess, the recess is to receive the microfluidic device, and the upper surface and below the microfluidic device configured to remain exposed at least a portion of one of the side surfaces, the structure.
(項目21) (Item 21)
項目20に記載の構造物であって、ここで、前記第1部分および前記第2部分が、ネジを使用する該第1部分および該第2部分の嵌合可能な係合を可能にするように整列されたネジ穴を備える、構造物。 The structure of claim 20, wherein, as said first portion and said second portion, to allow mating engagement of the first portion and second portion using the screws It comprises aligned threaded holes in the structure thereof.
(項目22) (Item 22)
項目19の構造物であって、ここで、前記第1部分が、第2の連続した高くなったリムを備え、前記リムが、該ミクロ流体デバイスの前記表面と接触して該ミクロ流体デバイスの上表面に位置づけられる第2の複数の材料のウェルを取り囲むように構成され、該第2の高くなったリムと該エラストマーの上表面との間の接触が、該第2の複数の材料のウェルの上に第2のチャンバを規定し、該第2のチャンバと連絡する第2部分の第2オリフィスが、該第2チャンバへの陽圧の適用を可能にする、構造物。 The structure of item 19, wherein said first portion comprises a second continuous raised rim were the rim, of the microfluidic device in contact with the surface of the microfluidic device is configured to surround the second well of the plurality of materials to be located above the surface, the contact between the upper surface of the raised rim and the elastomer of said second, wells of materials of the second a second chamber defined over the second orifice of the second portion in communication with the second chamber, to allow the application of positive pressure to the second chamber, structure.
(項目23) (Item 23)
項目20に記載の構造物であって、第3部分をさらに備え、該第3部分が、前記第1部分と嵌合可能に係合するように構成され、該第3部分の上側表面が、連続した高くなったリムを備え、該リムは、前記ミクロ流体デバイスの下表面に位置づけられる複数の開口部を取り囲む前記エラストマーの表面へと圧するように構成され、該高くなったリムと該ミクロ流体デバイスの上表面との間の接触が、該開口部のうえに第2チャンバを規定し、該第2チャンバと連絡する前記第3チャンバ内のオリフィスが、該第2チャンバへの陽圧の適用を可能にする、構造物。 The structure of claim 20, further comprising a third portion, said third portion being configured to engage so as to be fitted with the first portion, the upper surface of the third portion, comprising a raised rim continuous, said rim is configured to press into the surface of the elastomer surrounding the plurality of openings positioned beneath the surface of the microfluidic device, the raised rim and said microfluidic contact between the upper surface of the device, defining a second chamber on top of the opening, the orifice of the third chamber in communication with said second chamber, the application of positive pressure to the second chamber to allow, structures.
(項目24) (Item 24)
項目19に記載の構造物であって、付勢部材をさらに備え、該付勢部材が、前記第1部分と接触し、そして前記ミクロ流体デバイスの上側表面と接触するように該第1部分を圧するように構成される、構造物。 The structure of claim 19, further comprising a biasing member, biasing member, a first portion in contact with said first portion and in contact, and the microfluidic device of the upper surface configured to press, structures.
(項目25) (Item 25)
項目19に記載の構造物であって、ここで、前記高くなったリムが可撓性エラストマー材料を備え、そして前記ミクロ流体デバイスの表面が剛性である、構造物。 The structure of claim 19, wherein, with the raised rim flexible elastomeric material, and the surface rigidity of the microfluidic device, structure.
(項目26) (Item 26)
項目19に記載の構造物であって、ここで、前記高くなったリムが剛性材料を備え、そして、前記ミクロ流体デバイスの表面が可撓性である、構造物。 The structure of claim 19, wherein the raised rim comprising a rigid material, and the surface of the microfluidic device is a flexible, construction.
(項目27) (Item 27)
ミクロ流体デバイスを液体材料でプライミングする方法であって、該方法は、以下: The microfluidic device to a method of priming a liquid material, the method comprising:
ミクロ流体デバイスの上側表面の上の複数のウェルに液体材料を装填する、工程; Loading a liquid material into a plurality of wells on the upper surface of the microfluidic device, step;
ホルダーピースを該上側表面に対して、該ホルダーピースの連続した高くなったリムが該ウェルを取り囲む該上側表面を押すように付勢する工程であって、その結果、その結果、チャンバが、該ウェルの上に作製される、工程;および 陽圧を該チャンバに適用して、該材料を該ウェルからエラストマーミクロ流体構造物の活性領域へと駆動する、工程、 The holder piece against said upper surface, raised rim successive of said holder piece comprising the steps of urging to press the upper surface surrounding the well, as a result, so that chamber, said is fabricated on top of the well, the process; the and positive pressure applied to the chamber to drive the material into the active region of the elastomeric microfluidic structure from the wells, process,
を包含する、方法。 Encompassing, way.
(項目28) (Item 28)
項目27に記載の方法であって、ここで、前記高くなったリムが、前記上側表面と係合するように変形する、方法。 The method of claim 27, wherein the raised rim is deformed to engage the upper surface, the method.
(項目29) (Item 29)
項目27に記載の方法であって、ここで、前記上側表面が、前記高くなったリムと係合するように変形する、方法。 The method of claim 27, wherein said upper surface is deformed into engagement with rim said raised method.
(項目30) (Item 30)
ミクロ流体エラストマーデバイス内のバルブを作動させる方法であって、該方法は、以下: A method of operating a valve in the microfluidic elastomer device, the method comprising:
連続して高くなったリムを有するホルダーピースを、複数のコントロールライン出口を有するミクロ流体デバイスの表面に対して適用して、該出口の上にチャンバを作製する工程;および 陽圧または負圧を該チャンバに適用して、該コントロールライン内の圧力を制御し、それによって、該コントロールラインと連絡する該ミクロ流体デバイスのエラストマーバルブ膜を作動させる、工程、 The and positive pressure or negative pressure; the holder piece having a rim raised continuously, by applying to the surface of a microfluidic device having a plurality of control lines exit step to produce a chamber above the outlet is applied to the chamber to control the pressure in the control line, thereby activating the elastomer valve membrane of the microfluidic device in communication with said control line, step,
を包含する、方法。 Encompassing, way.
(項目31) (Item 31)
項目30に記載の方法であって、ここで、前記高くなったリムが、弾性であり、そして前記表面と係合するように変形する、方法。 The method of claim 30, wherein the raised rim is a resilient, and deformed into engagement with said surface, the method.
(項目32) (Item 32)
項目30に記載の方法であって、ここで、前記表面が、弾性であり、そして前記高くなったリムと係合するように変形する、方法。 The method of claim 30, wherein said surface is a resilient and deforms to engage rim said raised method.
(項目33) (Item 33)
2つの流体間の拡散に対する時間的制御を実行する方法であって、該方法は、以下: A method of performing temporal control for diffusion between two fluids, the method comprising:
ミクロ流体フローチャネルをエラストマー材料内に提供する工程であって、該エラストマー材料の膜部分が、該フローチャネル内に位置づけられて、バルブを規定する、工程; The microfluidic flow channel comprising the steps of providing in the elastomeric material, membrane portion of the elastomeric material, is positioned in the flow in the channel, defining a valve, process;
該膜の1つの側面上の該フローチャネルの第1部分を、第1流体でプライミングする工程; A first portion of said flow channel on one side of the membrane, the step of priming the first fluid;
該フローチャネルの反対側面上のフローチャネルの第2部分を第2流体でプライミングする、工程;および 該エラストマー膜を該フローチャネルの内へそして該フローチャネルの外へと、ある時間にわたって繰り返し動かして、該バルブを通って該第1流体と該第2流体との間での拡散を可能にする、工程、 Priming a second portion of the flow channels on opposite sides of the flow channel in the second fluid,; and the said elastomer film out of and said flow channel to the inside of the flow channel, moving repeatedly over time to permit diffusion between the first fluid and the second fluid through the valve, step,
を包含する、方法。 Encompassing, way.
(項目34) (Item 34)
項目33に記載の方法であって、ここで、前記エラストマー膜が、該膜に近接して前記エラストマー材料内に位置づけられるコントロール凹部内での減圧に応答して、該フローチャネルの内へそして該フローチャネルの外へと移動する、方法。 The method of claim 33, wherein said elastomeric film, in response to reduced pressure in a control recess which is close to the membrane positioned within said elastomeric material, and said to among the flow channels It moves out of the flow channel.
(項目35) (Item 35)
項目33に記載の方法であって、ここで、前記第1流体が結晶化剤であり、そして前記第2流体が結晶化標的溶液であり、その結果、前記エラストマー膜が、前記フローチャネルの溶液環境を変更して標的物質の結晶化を促進するように繰り返し移動する、方法。 The method of claim 33, wherein the first fluid is a crystallizing agent, and the second fluid is a crystallized target solution, resulting in the elastomeric film, the solution of the flow channels repeatedly moved so as to promote crystallization of a target material by changing the environment, methods.
(項目36) (Item 36)
項目33に記載の方法であって、ここで、前記第1流体および前記第2流体の合わせた容積が、50nL以下である、方法。 The method of claim 33, wherein the combined volume of the first fluid and the second fluid is less than or equal to 50 nL, method.
(項目37) (Item 37)
2つの流体間の濃度勾配を捕獲する方法であって、該方法が、以下: A method of capturing a concentration gradient between the two fluids, said method comprising:
ミクロ流体フローチャネル内に存在するエラストマー膜の第1側面上に第1流体を提供する、工程; Providing a first fluid on a first side of the elastomer film present microfluidic flow within the channel, step;
該エラストマー膜の第2側面上に第2流体を提供する、工程; Providing a second fluid on a second side of the elastomeric membrane, step;
該エラストマー膜を該流体フローチャネルから移動させて、該第1流体と該第2流体との間のミクロ流体自由界面を規定する、工程; By moving the elastomeric membrane from the fluid flow channels to define a microfluidic free interface between the first fluid and the second fluid, the process;
該第1流体および該第2流体を、該ミクロ流体自由界面を通って拡散させる、工程;および 該ミクロ流体自由界面から増加する距離で該フローチャネルに沿って位置づけられる一群のエラストマーバルブを作動させて、一連のチャンバを規定する工程であって、該チャンバの該第1流体および該第2流体の相対濃度は、拡散の時間を反映する、工程、 The first fluid and the second fluid, to diffuse through the microfluidic free interface, step; at increasing distances from and the microfluidic free interface is activated a group of elastomeric valve positioned along the flow channels Te, comprising the steps of: defining a series of chambers, the relative concentration of the first fluid and the second fluid of the chamber reflects the time of the diffusion step,
を包含する、方法。 Encompassing, way.
(項目38) (Item 38)
項目37に記載の方法であって、ここで、前記第1流体が結晶化剤であり、そして前記第2流体結晶化標的溶液であり、その結果、複数の結晶化条件が、前記一連のチャンバ内で作り出される、方法。 The method of claim 37, wherein the first fluid is a crystallizing agent, and a second fluid crystallization target solution, resulting in a plurality of crystallization conditions, the series of chambers produced is, way at the inner.
(項目39) (Item 39)
ミクロ流体デバイスを製造する方法であって、該方法は、以下: A method of manufacturing a microfluidic device, the method comprising:
基材の上表面に複数のウェルを形成する、工程; Forming a plurality of wells on the upper surface of the substrate, step;
下表面が、パターン化した凹部を有するように、エラストマーブロックを成形する、工程;および 該成形されたエラストマーブロックの下表面を、該基材の上表面と接触させるように位置づけ、その結果、該パターン化した凹部が、該ウェルと整列して、該ウェルの間にミクロ流体フローチャネルを形成する、工程、 The lower surface, so as to have a recess which is patterned, forming the elastomeric block, process, and the lower surface of the molded elastomer blocks, positioned so as to contact with the upper surface of the substrate, as a result, the patterned recesses, aligned with the wells, to form a microfluidic flow channel between the wells, process,
を包含する、方法。 Encompassing, way.
(項目40) (Item 40)
項目39に記載の方法であって、さらに以下: The method of claim 39, further following:
第2エラストマーブロックの下表面が第2パターン凹部を有するように、第2エラストマーブロックを成形する、工程; A lower surface of the second elastomeric block is to have a second pattern depression, forming the second elastomeric block, process;
該第2エラストマーブロックの下表面を、前記第1エラストマーブロックの上表面と接触させるように配置し、その結果、該第2パターン凹部が、前記第1パターン凹部を通って、それによって、複数の介在するエラストマー膜バルブを規定する、工程、 Under surface of the second elastomeric block, arranged so as to contact with the upper surface of the first elastomeric block, a result, the second pattern recesses, through said first pattern recess, whereby, a plurality of defining the elastomeric membrane valve interposed, step,
を包含する、方法。 Encompassing, way.
(項目41) (Item 41)
項目39に記載の方法であって、ここで、前記凹部が、シリコン基材またはガラス基材の等方性のエッチングまたは異方性のエッチングによって、前記基材中に形成される、方法。 The method of claim 39, wherein the recess, the isotropic etching of the etching or anisotropic silicon substrate or a glass substrate, is formed in said substrate, method.
(項目42) (Item 42)
項目39に記載の方法であって、ここで、前記凹部は、プラスチック基材の射出成形または熱エンボス加工によって、前記基材中に形成される、方法。 The method of claim 39, wherein the recess by injection molding or hot embossing of a plastic substrate, are formed in said substrate, method.
(項目43) (Item 43)
ミクロ流体デバイスを製造する方法であって、該方法は、以下: A method of manufacturing a microfluidic device, the method comprising:
下表面がパターン凹部を有するように、エラストマーブロックを成形する、工程;および 該成形されたエラストマーブロックの下表面を、実質的に平面な基材と接触させて位置づけ、その結果、該パターン化した凹部が、複数のフローチャネルを通って流体連絡する複数のチャンバを規定する、工程、 As the lower surface has a pattern depression, molding the elastomeric block, process, and the lower surface of the molded elastomeric block, positioned in contact with the substantially planar substrate, as a result, and the patterned recess, defines a plurality of chambers in fluid communication through a plurality of flow channels, step,
を包含する、方法。 Encompassing, way.
(項目44) (Item 44)
ミクロ流体デバイスを製造する方法であって、該方法は、以下: A method of manufacturing a microfluidic device, the method comprising:
基材の上表面に陥凹状のチャネルによって連絡される複数のウェルを形成する、工程;および エラストマーブロックの下表面を、該基材の上表面と接触させて位置づけて、フローチャネルによって連絡された、複数の囲まれたミクロ流体チャンバを規定する、工程、 Forming a plurality of wells that are contacted by the recessed shaped channel on the top surface of the substrate,; and the lower surface of the elastomeric block, it is positioned in contact with the top surface of the substrate, which is contacted by a flow channel defines a plurality of enclosed microfluidic chambers, process,
を包含する、方法。 Encompassing, way.
(項目45) (Item 45)
項目44に記載の方法であって、ここで、前記ウェルおよび凹部が、シリコン基材またはガラス基材の等方性のエッチングまたは異方性のエッチングによって、前記基材中に形成される、方法。 The method of claim 44, wherein the well and recess, the isotropic etching of the etching or anisotropic silicon substrate or a glass substrate, is formed in the substrate, the method .
(項目46) (Item 46)
項目44に記載の方法であって、ここで、前記ウェルおよび凹部が、プラスチック基材の射出成形または熱エンボス加工によって、前記基材中に形成される、方法。 The method of claim 44, wherein the well and recess, by injection molding or hot embossing of a plastic substrate, are formed in said substrate, method.
(項目47) (Item 47)
標的物質の結晶を形成するための方法であって、該方法は、以下: A method for forming a crystal of a target substance, the method comprising:
エラストマーミクロ流体デバイスの第1チャンバを、第1所定容積の標的物質溶液でプライミングする、工程; A first chamber of an elastomeric microfluidic device, primed with a target material solution at the first predetermined volume, step;
エラストマーミクロ流体デバイスの第2チャンバを、第2所定容積の結晶化剤でプライミングする、工程;および 該第1チャンバを該第2チャンバと流体接触するように位置づけて、該標的物質と該結晶化剤との間の拡散を可能にし、その結果、該標的物質の環境が、結晶の形成を引き起こすように変更される、工程、 A second chamber of an elastomer microfluidic device is primed with a crystallizing agent in the second predetermined volume; and said first chamber positioned to said second chamber and the fluid contact, the target substance and the crystallization diffuse to allow, as a result, environmental of the target material is changed to cause formation of crystals, the process between the agent,
を包含する、方法。 Encompassing, way.
(項目48) (Item 48)
項目47に記載の方法であって、ここで、前記第1容積および前記第2容積が、前記第1チャンバの寸法および前記第2チャンバの寸法によって予め決定されている、方法。 The method of claim 47, wherein said first volume and said second volume is predetermined by the size and dimensions of the second chamber of the first chamber, the method.
(項目49) (Item 49)
項目47に記載の方法であって、さらなる結晶化スクリーニングのための種結晶として使用するために、前記ミクロ流体デバイスから前記結晶を収集する工程をさらに包含する、方法。 The method of claim 47, for use as seed crystals for further crystallization screening, further comprising the step of collecting the crystals from the microfluidic device, the method.
(項目50) (Item 50)
項目47に記載の方法であって、前記結晶の三次元構造を決定するために、前記ミクロ流体デバイス内の該結晶を、X線照射で照射する工程をさらに包含する、方法。 The method of claim 47, in order to determine the three-dimensional structure of the crystal, further comprising the step of the crystals in the microfluidic device, is irradiated with X-ray irradiation method.
(項目51) (Item 51)
項目47に記載の方法であって、前記結晶を照射する前に、前記ミクロ流体デバイスに寒剤を送達する工程をさらに包含する、方法。 The method of claim 47, before irradiating the crystal, further comprising the step of delivering a cryogen to the microfluidic device, the method.
(項目52) (Item 52)
項目47に記載の方法であって、ここで: The method of claim 47, wherein:
前記第1チャンバおよび前記第2チャンバ内の物質の濃度および容積が、前記ミクロ流体デバイス内の複数の結晶化条件のうちの1つを表し;そして 該方法が、該複数の結晶化条件のうちの1つに関連する1セットの条件下で、第2ミクロ流体チップ上で第2結晶化スクリーニングを実行する工程をさらに包含する、 Concentration and volume of material of said first chamber and said second chamber is, represents one of a plurality of crystallization conditions in the microfluidic device; and wherein the method, of the crystallization conditions of the plurality of in one set conditions related to one of the, further comprising the step of performing a second crystallization screens on second microfluidic chip,
方法。 Method.

本発明のこれらの実施形態および他の実施形態、ならびにその利点および特徴は、以下の本文および添付の図面と組み合わせてより詳細に記載される。 These and other embodiments of the present invention, as well as its advantages and features, are described in more detail in conjunction with the text below and the accompanying drawings.

(発明の詳細な説明) (Detailed Description of the Invention)
(I.微細製作(microfabrication)の概説) (For a review of I. microfabricated (microfabrication))
以下の考察は、米国特許出願09/826,585号(2001年4月6日出願)、同第09/724,784号(2000年11月28日出願)、および同第09/605,520号(2000年6月27日出願)に一般的に記載される、エラストマー材料を利用した、微細製作された流体デバイスの形成に関する。 The following discussion, US patent application Ser. No. 09 / 826,585 (April 6, 2001 application), the No. 09 / 724,784 (November 28, 2000 application), and the same No. 09 / 605,520 No. (June 27, 2000 filed) to be generally described, utilizing elastomeric material, it relates to the formation of microfabricated fluidic device. これらの特許出願は、本明細書中に参考として援用される。 These patent applications are herein incorporated by reference.

(1.製造方法) (1. Manufacturing Method)
本発明の例示的な製造方法を本明細書中に提供する。 It provides an exemplary production process of the present invention herein. 本発明は、これらの方法のうちの1つまたは他のものによる製造に限定されないことが理解されるべきである。 The present invention is to be understood that it is not limited to fabrication by one one or other of these methods. むしろ、本発明の微細構造の他の適切な製造方法(本発明を改変することを含む)もまた意図される。 Rather, (including modifying the present invention) other suitable method for producing a fine structure of the present invention are also contemplated.

図1〜図7Bは、本発明の微細構造(これは、ポンプまたはバルブとして用いられ得る)の第一の好ましい製造方法の連続工程を図示する。 FIGS. 7B, the microstructure of the present invention (which are may be used as a pump or valve) illustrate sequential steps of a first preferred method of manufacturing. 7C 〜図7Gは、本発明の微細構造(これもまた、ポンプまたはバルブとして用いられ得る)の第二の好ましい製造方法の連続工程を図示する。 Figure 7C ~ FIG. 7G, the microstructure of the present invention (which may also be be employed as a pump or valve) illustrate successive steps of a second preferred method of manufacturing.

説明するように、図1〜図7Bの好ましい方法は、集められて結合される事前硬化エラストマー層を用いることを含む。 As will be explained, the preferred method of FIGS. 7B involves using pre-cured elastomer layer bonded are collected. 代替方法では、エラストマーの各層は、「適所で」硬化され得る。 In an alternative method, each layer of elastomer may be cured "in place". 以下の説明では、「チャネル」とは、エラストマー構造中の、流体または気体の流れを含み得る溝をいう。 In the following description "channel", the elastomeric structure refers to a groove that may include a flow of fluid or gas.

図1を参照して、第一の微細加工鋳型10が提供される。 Referring to FIG. 1, the first micromachined mold 10 is provided. 微細加工鋳型10は、多数の従来のシリコン加工方法(写真平板、イオンミリングおよび電子ビームリソグラフィーを含むがこれらに限定されない)によって製造され得る。 Micromachined mold 10 may be prepared by a number of conventional silicon processing methods (photolithography, including ion milling and electron beam lithography are not limited to).

見られ得るように、微細加工鋳型10は、それに沿って延びる、隆起線または突出部11を有する。 As can be seen, micro-machined mold 10 extends therealong has a raised line or protrusion 11. 第一エラストマー層20は、示されるように、第一溝21(溝21は、突出部11に寸法が対応する)が、エラストマー層20の下表面に形成されるように、鋳型10の上部に鋳造される。 The first elastomeric layer 20, as shown, the first grooves 21 (groove 21 is dimensioned to correspond to the protrusion 11), as formed under the surface of the elastomeric layer 20, on top of the mold 10 It is cast.

図2に見られ得るように、それに沿って延びる隆起した突出部13を有する第二の微細加工鋳型12もまた提供される。 As can be seen in FIG. 2, the second micromachined mold 12 having a raised protrusion 13 extending therealong is also provided. 第二エラストマー層22は、溝23が、突出部13の寸法に対応するその下表面に形成されるように、示されるように、鋳型12の上部に鋳造される。 Second elastomeric layer 22, the groove 23, as formed on the lower surface corresponding to the dimensions of the projecting portion 13, as shown, is cast on top of mold 12.

図3および図4に図示した連続工程において見られ得るように、次いで、第二エラストマー層22は鋳型12から取り出され、そして第一エラストマー層20の上部に配置される。 As can be seen in a continuous process illustrated in FIGS. 3 and 4, then the second elastomeric layer 22 is removed from the mold 12 and placed on top of the first elastomeric layer 20. 見られ得るように、第二エラストマー層22の下表面に沿って延びる溝23は、フローチャネル32を形成する。 As can be seen, the grooves 23 extending along the lower surface of the second elastomeric layer 22 will form a flow channel 32.

図5を参照して、次いで、別個の第一エラストマー層20および第二エラストマー層22(図4)は、一緒に結合されて、一体型(すなわち、モノリシック)エラストマー構造24が形成される。 Referring to FIG. 5, then separate the first elastomeric layer 20 and second elastomeric layer 22 (FIG. 4) is coupled together, integrated (i.e., monolithic) elastomeric structure 24 is formed.

図6および図7Aの連続工程において見られ得るように、次いで、エラストマー構造24は、鋳型10から取り出され、そして平面基板14の上部に配置される。 As can be seen in a continuous process of FIG. 6 and FIG. 7A, then, elastomeric structure 24 is removed from the mold 10 and positioned on top of the planar substrate 14. 図7Aおよび図7Bにおいて見られ得るように、エラストマー構造24がその下表面で平面基板14に対してシールされた場合、溝21は、フローチャネル30を形成する。 As can be seen in FIGS. 7A and 7B, when elastomeric structure 24 has been sealed to the planar substrate 14 at its lower surface, the groove 21 forms a flow channel 30.

本発明のエラストマー構造は、ほぼ任意の平滑平面基板と可逆的気密シールを形成する。 Elastomeric structures of the present invention forms a nearly any smooth planar substrate and reversible hermetic seal. このようにしてシールを形成することに対する利点は、エラストマー構造が、はがされ得、洗浄され得、そして再使用され得ることである。 Advantage to forming this way seal the elastomer structure, stripped been obtained, washed to obtain, and is to be reused. 好ましい局面では、平面基板14はガラスである。 In preferred aspects, planar substrate 14 is glass. ガラスを使用することのさらなる利点は、ガラスは透明であって、エラストマーチャネルおよび容器の光学的な取り調べ(optical interrogation)を可能にすることである。 A further advantage of using glass, glass is to enable a transparent, optical interrogation of elastomer channels and container (optical interrogation). あるいは、エラストマー構造は、上記と同じ方法によって平坦なエラストマー層へと結合されて、永続的かつ高強度の結合を形成し得る。 Alternatively, the elastomeric structure may be bonded to a flat elastomer layer by the same method as described above, to form a bond lasting and high strength. これは、より高い背圧が用いられる場合の利点を証明し得る。 This may prove advantages of higher back pressure is used.

図7Aおよび図7Bにおいて見られ得るように、フローチャネル30およびフローチャネル32は好ましくは、フローチャネル30の上部をフローチャネル32の下部と分離する、基板24の小さな膜25と、互いにある角度で配置される。 As can be seen in FIGS. 7A and 7B, flow channels 30 and 32 is preferably separated from the lower portion of the flow channel 32 the upper portion of the flow channel 30, a small membrane 25 of substrate 24, at an angle to one another It is placed.

好ましい局面では、平面基板14はガラスである。 In preferred aspects, planar substrate 14 is glass. ガラスを用いることの利点は、本発明のエラストマー構造がはがされ得、洗浄され得、そして再使用され得ることである。 The advantage of using glass is obtained elastomeric structure stripped of the present invention, the washed obtained, and is to be reused. ガラスを用いることのさらなる利点は、光学検知が用いられ得ることである。 A further advantage of using glass is that optical sensing may be employed. あるいは、平面基板14は、より高い背圧が用いられる場合、有益であると判明し得る、エラストマー自体であり得る。 Alternatively, planar substrate 14, when higher back pressures are used, may prove to be beneficial, it may be an elastomer itself.

ここに記載した製造方法は、デバイスのチャネルの壁を形成する材料とは異なるエラストマー材料から構成される膜を有する構造を形成するように改変され得る。 Manufacturing methods described herein, the material forming the walls of the channels of the device may be modified to form a structure having a membrane composed of different elastomeric materials. この異なる製造方法を図7C〜図7Gに図示する。 To illustrate this different manufacturing method in FIG 7C~ Figure 7G.

図7Cを参照して、第一微細加工鋳型10が提供される。 Referring to FIG. 7C, a first micro-machined mold 10 is provided. 微細加工鋳型10は、それに沿って延びた、隆起線または突出部11を有する。 Micromachined mold 10 has extending along it, a raised line or protrusion 11. 図7Dでは、第一エラストマー層20は、第一エラストマー層20の上部が隆起線または突出部11の上部で洗い流されるように、第一の微細加工鋳型10の上部に鋳造される。 In FIG. 7D, first elastomeric layer 20, so that the top of the first elastomeric layer 20 is washed away at the top of the ridges or protrusions 11, it is cast on top of the first micromachined mold 10. これは、鋳型10上に吐出されるエラストマー材料の容積を、隆起線11の既知の高さに対して、注意深く制御することによって達成され得る。 This causes the volume of elastomeric material discharged onto the mold 10, with respect to the known height of raised line 11 may be accomplished by carefully controlling. あるいは、所望の形状が、射出成形によって形成され得る。 Alternatively, the desired shape can be formed by injection molding.

図7Eでは、それに沿って延びた隆起した突出部13を有する第二の微細加工鋳型12もまた提供される。 In Figure 7E, the second micromachined mold 12 having a raised protrusion 13 extending therealong is also provided. 第二エラストマー層22は、溝23が、突出部13の寸法に対応するその下表面に形成されるように、示されるように第二鋳型12の上部に鋳造される。 Second elastomeric layer 22, the groove 23 is so formed on the bottom surface corresponding to the dimensions of the projecting portion 13 is cast on top of second mold 12 as shown.

図7Fでは、第二エラストマー層22は、鋳型12から取り出され、そして第三エラストマー層222の上部に配置される。 In Figure 7F, the second elastomeric layer 22 is removed from the mold 12 and placed on top of the third elastomeric layer 222. 第二エラストマー層22は、第三エラストマー層20に結合されて、以下に詳細に記載される技術を用いて、一体型エラストマーブロック224が形成される。 Second elastomeric layer 22 is coupled to a third elastomeric layer 20, using the techniques described in detail below, the integral elastomeric block 224 is formed. このプロセスのこの点では、隆起線13によって以前は占められていた溝23が、フローチャネル23を形成する。 The In this regard the process, a groove 23 which was previously occupied by ridges 13 to form a flow channel 23.

図7Gでは、エラストマーブロック224は、第一微細加工鋳型10および第一エラストマー層20の上部に配置される。 In Figure 7G, elastomeric block 224 is placed on top of the first micromachined mold 10 and the first elastomeric layer 20. 次いで、エラストマーブロックおよび第一エラストマー層20は一緒に結合されて、別のエラストマー層222から構成される膜を有する一体型(すなわち、モノリシック)エラストマー構造24を形成する。 Then, the elastomeric block and the first elastomeric layer 20 are combined together, integral with the membrane composed of a separate elastomeric layer 222 (i.e., monolithic) to form the elastomeric structure 24.

エラストマー構造24が、その下表面で、図7Aに関して上記で記載した様式で平面基板にシールされている場合、隆起線11によって以前占められていた溝は、フローチャネル30を形成する。 Elastomeric structure 24, at its lower surface, when it is sealed to the planar substrate in the manner described above with respect to FIG. 7A, the grooves formerly occupied by the raised line 11 will form flow channel 30.

図7C〜図7Gに関連して上記で図示した別の製造方法は、膜部分が、その構造の残部のエラストマー材料とは別の材料から構成されるのを可能にするという利点を提供する。 Another manufacturing method illustrated above in conjunction with FIG 7C~ Figure 7G, the membrane part, it offers the advantage that the elastomeric material of the remainder of the structure to enable the are composed of another material. これは、重要である。 This is important. なぜなら、膜の厚さおよび弾性特性は、デバイスの操作において重要な役割を果たすからである。 This is because the thickness and elastic properties of the membrane are from a key role in operation of the device. さらに、この方法は、別のエラストマー層が、エラストマー構造に取り込まれる前にコンディショニングに容易に供されるのを可能にする。 Furthermore, the method, another elastomer layer enables being easily subjected to conditioning prior to incorporation into the elastomer structure. 以下に詳細に考察するように、潜在的に望ましい条件の例としては、膜の作動および/またはその弾性を変更するための膜へのドーパントの導入を可能にする磁気伝導種または電気伝導種の導入が挙げられる。 As discussed in detail below, examples of potentially desirable condition, magnetically conductive species or the electrical conductivity type to allow the introduction of dopant into the membrane in order to change the operation and / or elasticity of the film introduction, and the like.

上記の方法は、微細加工鋳型の上部での複製成形によって形成される種々の成形エラストマー層を形成することに関して例示されたが、本発明は、この技術に限定されない。 The above method has been illustrated with respect to forming various shaped elastomeric layers formed by replication molding on top of micromachined mold, the present invention is not limited to this technique. 他の技術を用いて、一緒に結合されるべき成形エラストマー材料の個々の層を形成し得る。 Using other techniques to form the individual layers of the molding elastomeric material to be bonded together. 例えば、エラストマー材料の成形層は、レーザー切断もしくは射出成形によって、または第二の例示的な方法に関連して以下に考察されるとおりの化学エッチングおよび/もしくは犠牲材料を利用する方法によって、形成され得る。 For example, molded layer of elastomeric material, by methods utilizing chemical etching and / or sacrificial materials as discussed below in connection with the laser cutting or injection molding or second exemplary method, are formed obtain.

代替的な方法は、エラストマー材料内にカプセル化されたフォトレジストの現像を利用する、パターン形成エラストマー構造を製造する。 An alternative method utilizes the development of encapsulated photoresist in the elastomeric material, to produce a patterned elastomer structure. しかし、本発明による方法は、フォトレジストを利用することに限定されない。 However, the method according to the present invention is not limited to utilizing photoresist. 他の材料(例えば、金属)もまた、周囲のエラストマー材料に対して選択的に除去されるべき犠牲材料として役立ち得、そしてこの方法は、本発明の範囲内にある。 Other materials (e.g., metal) can also can serve as a sacrificial material to be removed selective to the surrounding elastomer material, and the method are within the scope of the present invention. 例えば、金金属は、適切な化学混合物を利用してRTV 615エラストマーに対して選択的にエッチングされ得る。 For example, gold metal may be utilizing the appropriate chemical mixture is selectively etched with respect to RTV 615 elastomer.

(2.層およびチャネルの寸法) (Dimensions 2 layer and the channel)
微細製作されたとは、本発明の実施形態に従って製造されたエラストマー構造の特徴の大きさをいう。 The finely fabricated, refers to the size of features of an elastomeric structure fabricated in accordance with embodiments of the present invention. 一般に、微細製作された構造の少なくとも1つの寸法におけるバリエーションは、ミクロンレベルまで制御され、少なくとも1つの寸法は、微視的(すなわち、1000μm未満)である。 In general, variations in at least one dimension of microfabricated structures is controlled to the micron level, at least one dimension is a microscopic (i.e., less than 1000 .mu.m).

微細製作は代表的に、顕微鏡レベルの特徴寸法を生じるために設計された、半導体またはMEMS製造技術(例えば、写真平板および回転被覆(spincoating))を含み、微細製作された構造の寸法の少なくともいくつかは、この構造を合理的に解明/画像化するために顕微鏡を必要とする。 Fine fabrication typically designed to produce a characteristic dimension of the microscopic level, semiconductor or MEMS fabrication techniques (e.g., photolithography and spin coating (spincoating)) comprises a number of at least the dimension of the microfabricated structure or require a microscope to reasonably elucidated / imaging the structure.

好ましい局面では、フローチャネル30、 および32は好ましくは、約10:1の幅:深さ比を有する。 In a preferred aspect, flow channels 30, and 32 are preferably from about 10: having a depth ratio: 1 width. 本発明の実施形態に従った幅:深さ比の他の範囲の非限定的リストは、0.1:1〜100:1、より好ましくは1:1〜50:1、より好ましくは2:1〜20:1、そして最も好ましくは3:1〜15:1である。 Width in accordance with an embodiment of the present invention: non-limiting list of other ranges of depths ratio 0.1: 1 to 100: 1, more preferably 1: 1 to 50: 1, more preferably 2: 20: 1, and most preferably 3: 1 to 15: 1. 例示的な局面では、フローチャネル30、 および32は、約1〜1000ミクロンの幅を有する。 In an exemplary aspect, flow channels 30 and 32, has a width of about 1 to 1000 microns. 本発明の実施形態に従ったフローチャネルの幅の他の範囲の非限定的リストは、0.01〜1000ミクロン、より好ましくは0.05〜1000ミクロン、より好ましくは0.2〜500ミクロン、より好ましくは1〜250ミクロン、そして最も好ましくは10〜200ミクロンである。 A nonexclusive list of other ranges of widths of flow channels in accordance with embodiments of the present invention, 0.01 to 1000 microns, more preferably from 0.05 to 1000 microns, more preferably 0.2 to 500 microns, more preferably 1 to 250 microns and most preferably 10 to 200 microns. 例示的なチャネル幅としては、以下が挙げられる:0.1μm、1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μmおよび250μm。 Exemplary channel widths, the following can be mentioned: 0.1μm, 1μm, 2μm, 5μm, 10μm, 20μm, 30μm, 40μm, 50μm, 60μm, 70μm, 80μm, 90μm, 100μm, 110μm, 120μm, 130μm, 140μm , 150μm, 160μm, 170μm, 180μm, 190μm, 200μm, 210μm, 220μm, 230μm, 240μm and 250μm.

フローチャネル30、 および32は、は、約1〜100ミクロンの深さを有する。 Flow channels 30 and 32, is has a depth of about 1 to 100 microns. 本発明の実施形態に従ったフローチャネルの深さの他の範囲の非限定的リストは、0.01〜1000ミクロン、より好ましくは0.05〜500ミクロン、より好ましくは0.2〜250ミクロン、そしてより好ましくは1〜100ミクロン、より好ましくは2〜20ミクロン、そして最も好ましくは5〜10ミクロンである。 Non-limiting list of other ranges of depths of flow channels in accordance with embodiments of the present invention, 0.01 to 1000 microns, more preferably 0.05 to 500 microns, more preferably 0.2 to 250 microns , and more preferably 1 to 100 microns, more preferably 2 to 20 microns, and most preferably 5 to 10 microns. 例示的なチャネル深さとしては、以下が挙げられる:0.01μm、0.02μm、0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、7.5μm、10μm、12.5μm、15μm、17.5μm、20μm、22.5μm、25μm、30μm、40μm、50μm、75μm、100μm、150μm、200μm、および250μm。 Exemplary channel depths, the following can be mentioned: 0.01μm, 0.02μm, 0.05μm, 0.1μm, 0.2μm, 0.5μm, 1μm, 2μm, 3μm, 4μm, 5μm, 7. 5μm, 10μm, 12.5μm, 15μm, 17.5μm, 20μm, 22.5μm, 25μm, 30μm, 40μm, 50μm, 75μm, 100μm, 150μm, 200μm, and 250 [mu] m.

フローチャネルは、上記で与えたこれらの特定の寸法範囲および例に限定されず、そして、図1および7Bに関連して以下に詳細に考察したとおりに膜を反らせるために必要な大きさの力に影響を与えるために幅が変化し得る。 Flow channel is not limited to a specific size range and examples thereof given above, and the force of the size required to deflect the membrane as discussed in detail below in connection with FIGS. 1 and 7B width can be varied to affect the. 例えば、0.01μmの桁の幅を有する極めて狭いフローチャネルは、以下に詳細に考察したとおり、光学的適用および他の適用において有用であり得る。 For example, extremely narrow flow channels having a width of digits of 0.01μm, as discussed in detail below, may be useful in optical and other applications. 上記よりもさらに大きな幅のチャネルを有する部分を含むエラストマー構造もまた、本発明によって意図され、そしてこのようなより幅の広いフローチャネルを利用する適用の例としては、流体容器およびチャネル構造の混合が挙げられる。 Elastomeric structures which include portions having channels of even greater width than described above are also contemplated by the present invention, and examples of applications that utilize a wide flow channel width than such, mixing of the fluid container and the channel structure and the like.

エラストマー層は、機械的安定性のために厚く鋳造され得る。 Elastomeric layers may be cast thick for mechanical stability. 例示的な実施形態では、図1のエラストマー層22は、50ミクロン〜数センチメートルの厚さであり、そしてより好ましくは約4mmの厚さである。 In an exemplary embodiment, the elastomeric layer 22 of FIG. 1 is a thickness of 50 microns to several centimeters, and more preferably a thickness of about 4 mm. 本発明の他の実施形態に従ったエラストマー層の厚さの範囲の非限定的リストは、約0.1ミクロン〜10cm、1ミクロン〜5cm、10ミクロン〜2cm、100ミクロン〜10mmの間である。 Non-limiting list of thickness in the range of another embodiment the elastomer layer in accordance with embodiments of the present invention is about 0.1 microns ~10Cm, 1 micron to 5 cm, 10 microns 2 cm, is between 100 microns ~10mm .

従って、図7Bの、フローチャネル30とフローチャネル32とを分離する膜25は、約0.01ミクロンと約1000ミクロンとの間、より好ましくは0.05〜500ミクロン、より好ましくは0.2〜250、より好ましくは1〜100ミクロン、より好ましくは2〜50ミクロン、そして最も好ましくは5〜40ミクロンの間の代表的厚さを有する。 Thus, in FIG. 7B, film 25 for separating the flow channel 30 and flow channel 32, between about 0.01 microns and about 1000 microns, more preferably 0.05 to 500 microns, more preferably 0.2 250, more preferably 1 to 100 microns, more preferably 2 to 50 microns, and most preferably has a typical thickness of between 5 and 40 microns. その結果、エラストマー層22の厚さは、エラストマー層20の厚さの約100倍である。 As a result, the thickness of elastomeric layer 22 is about 100 times the thickness of elastomeric layer 20. 例示的な膜の厚さとしては、以下が挙げられる:0.01μm、0.02μm、0.03μm、0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm、5μm、7.5μm、10μm、12.5μm、15μm、17.5μm、20μm、22.5μm、25μm、30μm、40μm、50μm、75μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、400μm、500μm、750μm、および1000μm。 The thickness of the exemplary membrane, include the following: 0.01μm, 0.02μm, 0.03μm, 0.05μm, 0.1μm, 0.2μm, 0.3μm, 0.5μm, 1μm, 2μm , 3μm, 5μm, 7.5μm, 10μm, 12.5μm, 15μm, 17.5μm, 20μm, 22.5μm, 25μm, 30μm, 40μm, 50μm, 75μm, 100μm, 150μm, 200μm, 250μm, 300μm, 400μm, 500μm , 750μm, and 1000μm.

(3.ソフトリソグラフィー結合) (3. soft lithography bond)
好ましくは、エラストマー層は、パターン形成エラストマー層を含むポリマーに固有である化学を用いて化学的に一緒に結合される。 Preferably, the elastomeric layer is bonded together chemically by chemical is specific to the polymer containing patterning elastomeric layer. 最も好ましくは、結合は、二成分「添加硬化(addition cure)」結合を含む。 Most preferably, the linkage comprises a two-component "addition cure (Addition, cure)" binding.

好ましい局面では、エラストマーの種々の層は、層が異なる化学的性質を有する不均一結合で一緒に結合される。 In a preferred aspect, the various layers of elastomer are bound together in a heterogeneous bond with chemistry layer is different. あるいは、全ての層が同じ化学的性質のものである均一結合が用いられ得る。 Alternatively, all layers can uniformly bound is used is of the same chemical nature. 第三に、それぞれのエラストマー層は、必要に応じて、その代わりに、接着剤によって一緒に貼り付けられ得る。 Thirdly, the respective elastomer layers as needed, instead, may be affixed together by an adhesive. 第四の局面では、エラストマー層は、加熱によって一緒に結合される熱硬化性エラストマーであり得る。 In a fourth aspect, the elastomeric layers may be thermoset elastomers bonded together by heating.

均一結合の1つの局面では、エラストマー層は、同じエラストマー材料から構成され、1つの層における同じ化学実体は、他の層における同じ化学実体と反応して、これらの層を一緒に結合する。 In one aspect of homogeneous bonding, the elastomeric layers are composed of the same elastomeric material, the same chemical entity in one layer reacting with the same chemical entity in another layer, combining these layers together. 1つの実施形態では、同様のエラストマー層のポリマー鎖の間の結合は、光、熱または別個の化学種との化学反応に起因した架橋剤の活性化から生じ得る。 In one embodiment, the binding between the polymer chains of like elastomer layers, the light, may result from activation of a crosslinking agent due to chemical reaction with heat or separate species.

あるいは、不均質な局面では、エラストマー層は、異なるエラストマー材料から構成され、1つの層における第一の化学実体は、別の層における第二の化学実体と反応する。 Alternatively, a heterogeneous aspect, the elastomeric layers are composed of different elastomeric materials, the first chemical entity in one layer reacting with a second chemical entity in another layer. 1つの例示的な不均一局面では、それぞれのエラストマー層を一緒に結合するために用いられる結合プロセスは、RTV 615シリコーンの2つの層を一緒に結合することを含み得る。 In one exemplary non-uniform aspect, the bonding process used to bind respective elastomeric layers together may comprise bonding two layers of RTV 615 silicone together. RTV 615シリコーンは、二部添加硬化シリコーンゴムである。 RTV 615 silicone is a two-part addition cured silicone rubber. A部は、ビニル基および触媒を含む;B部は、水素化ケイ素(Si−H)基を含む。 A unit includes a vinyl group and a catalyst; B section includes a silicon hydride (Si-H) groups. RTV 615についての従来の比は、10A:1Bである。 Conventional ratio for RTV 615 is, 10A: a 1B. 結合に関して、1つの層は、30A:1B(すなわち、過剰なビニル基)で作製され得、そして他方は、3A:1B(すなわち、過剰なSi−H基)で作製され得る。 For binding, one layer, 30A: 1B (i.e. excess vinyl groups) obtained are prepared by, and the other, 3A: 1B (i.e. excess Si-H groups) may be made of. 各層は、別々に硬化される。 Each layer is cured separately. この2つの層を接触させて、高温で加熱した場合、これらは、不可逆的に結合して、モノリシックエラストマー基板を形成する。 The two layers in contact, when heated at a high temperature, it is irreversibly attached, form a monolithic elastomeric substrate.

本発明の例示的な局面では、Sylgard 182、184もしくは186、または脂肪族ウレタンジアクリレート(例えば、UCB ChemicalからのEbecryl 270またはIrr 245(しかしこれらに限定されない))を利用して、エラストマー構造が形成される。 In an exemplary aspect of the present invention, Sylgard 182, 184 or 186, or aliphatic urethane diacrylates (e.g., Ebecryl 270 or Irr 245 from UCB Chemical (but not limited to)), by utilizing the elastomeric structure It is formed.

本発明に従った1つの実施形態では、純粋なアクリレート化Urethane Ebe In one embodiment in accordance with the present invention, pure acrylated Urethane Ebe
270から2層エラストマー構造を製造した。 270 was prepared a two-layer elastomeric structures from. 薄い下層を、8000rpmで15秒間、170℃で回転被覆した。 A thin bottom layer, 15 seconds at 8000 rpm, and spin coating at 170 ° C.. 上層および下層を、Electrolite corporationによって製造されるModel ELC 500デバイスを利用して、紫外光下で窒素下にて10分間、最初に硬化させた。 The upper and lower layers, using a Model ELC 500 device manufactured by Electrolite corporation, 10 minutes under nitrogen under UV light and cured first. 次いで、組立てられた層を、さらに30分間かけて硬化させた。 Then, a layer assembled and cured for further 30 minutes. 反応は、Ciba−Geigy Chemicalsによって製造されたIrgacure 500の0.5% vol/vol混合物によって触媒された。 Reaction was catalyzed by a 0.5% vol / vol mixture of Irgacure 500 manufactured by Ciba-Geigy Chemicals. 得られたエラストマー材料は、中程度の弾性およびガラスへの接着を示した。 The resulting elastomeric material exhibited adhesion to moderate elasticity and glass.

本発明に従った別の実施形態では、2層エラストマー構造は、薄い下層については25% Ebe 270/50% Irr245/25%イソプロピルアルコール、そして上層としての純粋なアクリレート化Urethane Ebe 270の組合せから製造された。 In another embodiment according to the present invention, two-layer elastomeric structures are produced from a combination of 25% Ebe 270/50% Irr245 / 25% isopropyl alcohol and pure acrylated Urethane Ebe 270 as a top layer, for thin lower layer It has been. 薄い下層を、紫外光下で窒素下にて、Electrolite corporationによって製造されるModel ELC 500デバイスを利用して、最初に5分間かけて硬化させ、そして上層を最初に10分間かけて硬化させた。 A thin lower layer, under nitrogen under ultraviolet light, using a Model ELC 500 device manufactured by Electrolite corporation, cured for first 5 minutes, and initially cured for 10 minutes the upper layer. 次いで、組立てられた層を、さらに30分間かけて硬化させた。 Then, a layer assembled and cured for further 30 minutes. 反応は、Ciba−Geigy Chemicalsによって製造されたIrgacure 500の0.5% vol/vol混合物によって触媒された。 Reaction was catalyzed by a 0.5% vol / vol mixture of Irgacure 500 manufactured by Ciba-Geigy Chemicals. 得られたエラストマー材料は、中程度の弾性を示し、そしてガラスへ接着した。 The resulting elastomeric materials exhibit elastic medium, and were adhered to the glass.

あるいは、例えば、接触して配置した場合にエラストマー層/基板が結合するように、プラズマ曝露によってエラストマー表面を活性化することを含め、他の結合方法を用い得る。 Alternatively, for example, an elastomeric layer / substrate when placed in contact with such binding, including activating the elastomer surface by plasma exposure may use other bonding methods. 例えば、同じ材料から構成されるエラストマー層を一緒に結合するための1つの可能なアプローチは、本明細書中に参考として援用される、Duffyら,「Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane)」、Analytical Chemistry(1998),70,4974−4984によって示される。 For example, one possible approach for coupling together constituted elastomeric layer of the same material, which is herein incorporated by reference, Duffy et al, "Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly (dimethylsiloxane)" , Analytical Chemistry (1998), indicated by 70,4974-4984. この論文は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)層を酸素プラズマに曝露することが、表面の酸化を引き起こし、2つの酸化層が接触するように配置された場合、不可逆的結合が生じると考察する。 This paper, exposing polydimethylsiloxane (PDMS) layers to oxygen plasma causes oxidation of the surface, when the two oxidized layers are placed in contact, consider the irreversible binding occurs.

エラストマーの連続層を一緒に結合するためのなお別のアプローチは、未硬化エラストマーの接着特性を利用することである。 Yet another approach to coupling a continuous layer of elastomer together is to utilize the adhesive properties of uncured elastomer. 特に、未硬化のエラストマー(例えば、RTV 615)の薄層は、第一の硬化エラストマー層の上部に適用される。 In particular, a thin layer of uncured elastomer (e.g., RTV 615) is applied on top of the first cured elastomer layer. 次に、第二の硬化エラストマー層は、未硬化のエラストマー層の上部に配置される。 Next, a second cured elastomeric layer is placed on top of the elastomeric layer of uncured. 次いで、未硬化のエラストマーの薄い中間層を硬化させて、モノリシックエラストマー構造が生成される。 Then, curing the thin intermediate layer of uncured elastomer, the monolithic elastomeric structure is created. あるいは、未硬化のエラストマーは、第一の硬化エラストマー層の下に適用され得、第一の硬化エラストマー層は、第二の硬化エラストマー層の上に配置される。 Alternatively, uncured elastomer may be applied under the first cured elastomer layer, a first cured elastomeric layer is placed on the second cured elastomer layer. ここでも、中間の薄いエラストマー層を硬化させることは、モノリシックエラストマー構造の形成をもたらす。 Again, curing the intermediate thin elastomeric layer results in the formation of a monolithic elastomeric structure.

犠牲層のカプセル化を用いて、エラストマー構造を製造する場合、連続エラストマー層の結合は、予め硬化されたエラストマー層およびその上にパターン形成された任意の犠牲材料上に未硬化のエラストマーを注ぐことによって達成され得る。 Using encapsulation of the sacrificial layer, when manufacturing the elastomeric structure, binding of the continuous elastomer layer, pouring the pre-cured elastomer layer and uncured elastomer on any sacrificial material patterned thereupon It can be achieved by. エラストマー層間の結合は、未硬化のエラストマー層のポリマー鎖と硬化エラストマー層のポリマー鎖との相互浸透および反応に起因して生じる。 Binding of the elastomer layers occurs due to interpenetration and reaction of the polymer chains of the elastomeric layer of uncured and polymer chains of a cured elastomer layer. エラストマー層のその後の硬化は、エラストマー層の間に結合を作製し、そしてモノリシックエラストマー構造を作製する。 Subsequent curing of the elastomeric layer, to produce a bond between the elastomeric layers and create a monolithic elastomeric structure.

図1〜図7Bの第一方法を言及して、第一エラストマー層20は、微細製作された鋳型12にRTV混合物を2000rpmで30秒間にわたって回転被覆して、約40ミクロンの厚みを生じることによって作製され得る。 Mention the first method of FIGS. 7B, first elastomeric layer 20, the mold 12 is microfabricated with RTV mixture was spin-coating for 30 seconds at 2000 rpm, by producing a thickness of about 40 microns It can be produced. 第二エラストマー層22は、微細製作された鋳型11上にRTV混合物を回転被覆することによって作製され得る。 Second elastomeric layer 22 may be fabricated by spin coating the RTV mixture on the mold 11 which is microfabricated. 層20および層22は両方とも、約80℃で1.5時間かけて別々に焼かれ得るかまたは硬化され得る。 Both layers 20 and layer 22 may be or curing may be burned separately over 1.5 hours at about 80 ° C.. 第二エラストマー層22は、第一エラストマー層20上に約80℃で約1.5時間かけて結合され得る。 Second elastomeric layer 22 may be bonded over about 1.5 hours at about 80 ° C. over the first elastomeric layer 20.

微細加工鋳型10および12は、シリコンウェーハ上のパターン形成フォトレジストであり得る。 Micromachined mold 10 and 12 may be patterned photoresist on silicon wafers. 例示的な局面では、Shipley SJR 5740フォトレジストを、2000rpmで回転させ、マスクとして高解像度の透明フィルムを用いてパターン形成され、次いで現像されて、約10ミクロンの高さの逆チャネルが得られた。 In an exemplary aspect, a Shipley SJR 5740 photoresist was spun at 2000 rpm, is patterned using a transparent film of high resolution as a mask and then developed, the reverse channel height of about 10 microns was obtained . 約200℃で約30分間かけて焼かされた場合、フォトレジストは再度流動し、そして逆チャネルが丸くなる。 When Yakasa over about 30 minutes at about 200 ° C., the photoresist flows again, and the reverse channel are rounded. 好ましい局面では、鋳型は、シリコーンゴムの接着を防止するために、各使用の前にトリメチルクロロシラン(TMCS)蒸気で約1分間かけて処理され得る。 In a preferred aspect, the mold in order to prevent adhesion of silicone rubber, can be processed over a period of about 1 minute trimethylchlorosilane (TMCS) vapor before each use.

(4.適切なエラストマー材料) (4. Suitable elastomeric materials)
Allcockら、Contemporary Polymer Chemistry、第2版は、エラストマーを、それらのガラス転移温度と液化温度との間の温度で存在するポリマーとして一般的に記載する。 Allcock et al, Contemporary Polymer Chemistry, Second Edition, elastomer, generally described as polymers existing at a temperature between their glass transition temperature and liquefaction temperature. エラストマー材料は、弾性特性を示す。 Elastomeric materials exhibit elastic properties. なぜなら、ポリマー鎖は、力に応答して骨格鎖のほぐれを可能にするねじれ運動を容易に受け、この力の非存在下では骨格鎖は巻き戻されて以前の形状をとるからである。 Because polymer chains undergo torsional movement in response to a force to allow loose the backbone easily, in the absence of this force backbone is because taking rewound by the previous shape. 一般に、エラストマーは、力がかけられた場合に変形するが、次いで、その力が取り除かれたときはその元の形状に戻る。 In general, the elastomer will be deformed when a force is applied, then when the force is removed returns to its original shape. エラストマー材料によって示される弾性は、ヤング率によって特徴付けられ得る。 Elasticity exhibited by elastomeric materials may be characterized by a Young's modulus. 約1Pa〜1TPaの間、より好ましくは約10Pa〜100GPaの間、より好ましくは約20Pa〜1GPaの間、より好ましくは約50Pa〜10MPaの間、そしてより好ましくは約100Pa〜1MPaの間のヤング率を有するエラストマー材料は、本発明に従って有用であるが、これらの範囲外のヤング率を有するエラストマー材料もまた、特定の適用の必要性に依存して利用され得る。 Between about 1Pa~1TPa, more preferably between about 10Pa~100GPa, more preferably between about 20Pa~1GPa, more preferably between about 50Pa~10MPa, and more preferably a Young's modulus between about 100Pa~1MPa elastomeric materials with are useful in accordance with the present invention, the elastomeric material having a Young's modulus outside of these ranges can also be utilized depending on the needs of a particular application.

本発明のシステムは、広範な種々のエラストマーから製造され得る。 The system of the present invention can be prepared from a wide variety of elastomers. 例示的な局面では、エラストマー層は、好ましくはシリコーンゴムから製造され得る。 In an exemplary aspect, elastomeric layers may preferably be manufactured from silicone rubber. しかし、他の適切なエラストマーもまた使用され得る。 However, other suitable elastomers may also be used.

本発明の例示的な局面では、本発明のシステムは、エラストマーポリマー(例えば、GE RTV 615(調合物)(ビニルシラン架橋(型)シリコーンエラストマー(ファミリー))から製造される。しかし、本発明のシステムは、この1つの処方にも、型にも、このファミリーのポリマーにさえ制限されない;むしろ、ほぼ任意のエラストマーポリマーが適切である。本発明のミクロバルブの製造の好ましい方法についての重要な必要条件は、複数の層のエラストマーを一緒に結合する能力である。複数層ソフトリソグラフィーの場合、エラストマーの層を別々に硬化させ、次いで一緒に結合させる。このスキームは、硬化された層が、一緒に結合するに充分な反応性を有することを必要とする。いずれかの層は、同じ型のものであり得 In an exemplary aspect of the present invention, the system of the present invention, the elastomeric polymer (e.g., GE RTV 615 (formulation) (prepared from vinylsilane crosslinked (type) silicone elastomer (family)). However, the system of the present invention also in this one formulation, type also not limited even polymers of this family;. rather, virtually any elastomeric polymer is suitable important requirement for the preferred method of fabrication of the micro valve of the present invention is the ability to bind the elastomer of the plurality of layers together. If multiple layers soft lithography, layers of elastomer is cured separately and then be joined together. this scheme, cured layer, together required to have a sufficient reactivity to bond. any of the layers are of the same type obtained そしてそれら自体を結合し得るか、または2つの異なる型のものであり得、そして互いに結合し得る。他の可能性としては、層の間での接着剤の使用および熱硬化性エラストマーの使用が挙げられる。 And either capable of binding themselves, or two different types that is is obtained for, and include. Another possibility that may bind to each other, the use of the use of adhesives and thermosetting elastomer between layers and the like.

ポリマーの化学的性質、前駆体、合成方法、反応条件および潜在的添加剤の途方もなく大きな多様性を考慮すると、モノリシックエラストマーミクロバルブおよびポンプを作製するために用いられ得る、莫大な数の可能なエラストマーシステムが存在する。 Chemical nature of the polymer, precursors, synthetic methods, considering the tremendously large without any diversity of reaction conditions and potential additives, monolithic elastomeric micro may be used to produce valves and pumps, a huge number of possible elastomer systems exist such. 用いられる材料におけるバリエーションは、特定の材料の特性(すなわち、溶剤耐性、剛性、気体透過性または温度安定性)についての必要性によって支配される可能性が最も高い。 Variations in materials used, the characteristics of the particular material (i.e., solvent resistance, stiffness, gas permeability, or temperature stability) is most likely to be governed by the need for.

非常に多くの種類のエラストマーポリマーが存在する。 Very many types of elastomeric polymers are present. 比較的「標準的な」ポリマーを用いてさえ、結合についての多くの可能性が存在することを示すことを意図して、最も一般的なクラスのエラストマーの簡単な説明を本明細書中に提示する。 Even with relatively "standard" polymers, intended to show that there are many possibilities for binding, it presents a brief description of the elastomer of the most common classes herein to. 一般的なエラストマーポリマーとしては、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリイソブチレン、ポリ(スチレン−ブタジエン−スチレン)、ポリウレタン、およびシリコーンが挙げられる。 Common elastomeric polymers include polyisoprene, polybutadiene, polychloroprene, polyisobutylene, poly (styrene - butadiene - styrene), polyurethanes, and silicone.

(ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン:) (Polyisoprene, polybutadiene, polychloroprene :)
ポリイソプレン、ポリブタジエン、およびポリクロロプレンは全て、ジエンモノマーから重合され、それゆえ、重合した場合に1つのモノマーあたり1つの二重結合を有する。 All polyisoprene, polybutadiene, and polychloroprene are polymerized from diene monomers, and therefore have one double bond per monomer when polymerized. この二重結合は、このポリマーが、加硫(本質的に、硫黄を用いて、加熱によって二重結合の間に架橋が形成される)によってエラストマーへと変換されるのを可能にする。 This double bond, the polymer is vulcanized (essentially with sulfur, cross-linking between the double bond is formed by heating) to permit being converted into an elastomer by. これは、層の不完全な加硫によって均一な複数層ソフトリソグラフィーが結合されるのを容易に可能にする;フォトレジストカプセル化は、類似の機構によって可能である。 This facilitates to allow the uniform multilayer soft lithography is bound by incomplete vulcanization of the layers; photoresist encapsulation is possible by a similar mechanism.

(ポリイソブチレン:) (Polyisobutylene :)
純粋なポリイソブチレンは、二重結合を有さないが、エラストマーとして使用するために、少量(約1%)のイソプレンを重合時に含めることによって架橋される。 Pure polyisobutylene has no double bonds, for use as an elastomer is crosslinked by including isoprene small amount (about 1%) during polymerization. イソプレンモノマーは、ポリイソブチレン骨格にペンダント二重結合を与え、次いで、これは、上記のとおりに加硫され得る。 Isoprene monomers give pendant double bonds on the polyisobutylene backbone, then this can be vulcanized as above.

(ポリ(スチレン−ブタジエン−スチレン):) (Poly (styrene - butadiene - styrene) :)
ポリ(スチレン−ブタジエン−スチレン)は、活発(living)アニオン重合(すなわち、反応中に天然の鎖終結工程は存在しない)によって生成され、それゆえ、「活発な」ポリマー末端が、硬化したポリマー中に存在し得る。 Poly (styrene - butadiene - styrene) is active (living) anionic polymerization (i.e., naturally occurring chain termination process not present in the reaction) is produced by, therefore, "active" polymer ends, the cured polymer It may be present in. これにより、このポリマーは、本発明のフォトレジストカプセル化システムについての天然の候補となり、ここで、硬化した層の上に注がれた液体層中に多数の未反応モノマーが存在する。 Thus, this polymer becomes a natural candidate for the photoresist encapsulation system of the present invention, wherein a number of unreacted monomers present in the liquid layer poured on top of the cured layer. 不完全硬化は、均一な複数層ソフトリソグラフィー(AとAとの結合)を可能にする。 Incomplete curing would allow homogeneous multilayer soft lithography (A bound to a A). この化学的性質もまた、(不均質な複数層ソフトリソグラフィーについては)過剰なブタジエンおよびカップリング剤を有する1つの層(「A」)およびブタジエン不足を有する他の層(「B」)が作製されるのを容易にする。 This chemistry also (for heterogeneous multilayer soft lithography) one layer with the excess butadiene and a coupling agent ( "A") and another layer having a butadiene deficiency ( "B") is prepared to facilitate is for the difference. SBSは、「熱硬化性エラストマー」であり、特定の温度より上では、これが溶けて(弾性とは対照的に)可塑性になり;温度を下げると、このエラストマーが再度得られることを意味する。 SBS is a "thermoset elastomer", above a certain temperature, which melts (the elastic contrast) becomes plastic; Lowering the temperature, which means that the elastomer is obtained again. 従って、層は、加熱によって一緒に結合され得る。 Thus, layers can be bonded together by heating.

(ポリウレタン) (Polyurethane)
ポリウレタンは、ジ−イソシアネート(di−isocyanates)(A−A)およびジ−アルコール(di−alcohols)またはジ−アミン(di−amines)(B−B)から生成される;非常に種々のジ−イソシアネートおよびジ−アルコール/アミンが存在するため、異なるタイプのポリウレタンの数は膨大である。 Polyurethanes, di - isocyanate (di-isocyanates) (A-A) and di - alcohol (di-alcohols) or di - amine (di-amines) (B-B) is produced from; large variety of di - isocyanates and di - for alcohol / amine is present, the number of different types of polyurethanes is huge. しかし、ポリマーのA対Bの性質により、このポリウレタンは、ちょうどRTV 615のように、一方の層において過剰のA−Aを、そして他方の層において過剰のB−Bを使用することにより、不均一多層軟質リゾグラフィーについて有用になる。 However, the nature of A to B of the polymer, the polyurethane is, just like RTV 615, excess A-A in one layer, and by using an excess of B-B in the other layer, not It is useful for uniform multilayer soft lyso chromatography.

(シリコーン) (silicone)
シリコーンポリマーは、おそらく、最も多くの構造多様性を有し、そしてほとんどが必ず、最多数の市販の処方物を有する。 Silicone polymers, perhaps, most have structural diversity, and most always, have the lowest number of commercially available formulations. ビニル−(Si−H)架橋のRTV 615(これは不均一多層軟質リゾグラフィーおよびフォトレジストカプセル化の両方を可能にする)は、すでに議論されているが、これは、シリコーンポリマー化学において使用されるいくつかの架橋方法のうちのわずか1つである。 Vinyl - (Si-H) crosslinking of RTV 615 (which allows both heterogeneous multilayer soft lyso Photography and photoresist encapsulation) has been previously discussed, which is used in the silicone polymer chemistry it is just one of the Ruikutsu or the method of cross-linking.

(5.デバイスの操作) (Operation 5. device)
図7Bおよび7Hは、共に、第2のフローチャネルを加圧することにより第1のフローチャネルを閉じることを示し、図7B(対応する図7Aにおけるフローチャネル32を通して切られた前断面図)は、開いている第1のフローチャネル30を示し、図7Hは、第2のフローチャネル32を加圧することにより閉じられた第1のフローチャネル30を示す。 7B and 7H are both shown that closing the first flow channel by pressurizing a second flow channel, FIG. 7B (prior was cut through the flow channel 32 in corresponding Fig. 7A sectional view) is, open shows a first flow channel 30 and, FIG. 7H illustrates a first flow channel 30 closed by pressurizing the second flow channel 32.

図7Bを参照すると、第1のフローチャネル30および第2のフローチャネル32が示される。 Referring to FIG. 7B, first flow channel 30 and second flow channel 32 are shown. 膜25は、フローチャネルを分離し、第1のフローチャネル30の上部および第2のフローチャネル32の底部を形成する。 Membrane 25 separates the flow channels, forming the bottom of the top and second flow channels 32 of the first flow channel 30. 見られ得るように、フローチャネル30は、「開いて」いる。 As can be seen, flow channel 30, are "open".

図7Hにおいて見られ得るように、フローチャネル32の加圧(その中に導入された気体または液体のいずれかによって)は、膜25を下向に反らせ、それによりフローチャネル30を通過する流れFを締める。 As can be seen in FIG. 7H, the flow pressure of the channel 32 (either by gas or liquid introduced therein) may deflect the membrane 25 to the downward flow F it by passing through the flow channel 30 tighten the. 従って、チャネル32内の圧力を変更することにより、直線的に作動可能なバルブシステムが提供され、その結果、フローチャネル30は、膜25を必要に応じて動かすことにより、開閉され得る。 Therefore, by changing the pressure in the channel 32, is provided linearly actuable valve system, as a result, the flow channel 30, by moving as required film 25 can be opened and closed. (例示目的のみのために、図7Gのチャネル30は、「完全に閉じられた」位置ではなく「ほとんど閉じられた」位置で示される。) (For illustrative purposes only, channel 30 in Fig. 7G is shown in a position "is almost closed" instead of the "fully closed" position.)
このようなバルブは、チャネル自体のルーフを移動(すなわち、膜25を移動)させることにより作動されるので、この技術により製造されるバルブおよびポンプは、正確にゼロの死容積を有し、そしてこの技術により作製される切り換えバルブは、バルブの有効容積にほぼ等しい死容積(例えば、約100×100×10μm=100pL)を有する。 Such valves are moved roof channels themselves (i.e., the membrane 25 moves) because it is operated by, valves and pumps produced by this technique, having exactly zero dead volume, and switching valves made by this technique, we have approximately equal dead volume effective volume of the valve (e.g., about 100 × 100 × 10μm = 100pL). 膜を移動することにより消費されるこのような死容積および面積は、公知の従来のマイクロバルブよりも約2オーダー小さい。 Such dead volumes and areas consumed by the moving membrane are approximately two orders smaller than known conventional microvalves. より小さいバルブおよび切り換えバルブならびにより大きいバルブおよび切り換えバルブが、本発明において意図され、そして死容積の範囲の非限定的な列挙としては、1aL〜1μL、100aL〜100nL、1fL〜10nL、100fL〜1nL、および1pL〜100pLが挙げられる。 Smaller valves and switching valves and larger valves and switching valves are contemplated in the present invention, and as a non-limiting list of ranges of dead volume, 1aL~1μL, 100aL~100nL, 1fL~10nL, 100fL~1nL , and 1pL~100pL and the like.

本発明に従うポンプおよびバルブにより送達され得る非常に小さい容積は、実質的な利点を示す。 Very small volumes capable of being delivered by pumps and valves according to the present invention show substantial advantages. 詳細には、手動で測定可能な流体の最小の既知の容積は、約0.1μlである。 Specifically, the smallest known volumes of manually measurable fluid is about 0.1 [mu] l. 自動化システムにより測定可能な最小の既知の容積は、約10倍大きい(1μl)。 Minimum of known volume can be measured by automated systems is about ten times greater (1 [mu] l). 本発明に従うポンプおよびバルブを使用すると、10nl以下の液体の容積が、慣用的に測定され得、そして分配され得る。 With pumps and valves according to the present invention, the volume of liquid of 10nl is routinely measured to obtain, and may be distributed. 本発明により可能にされる非常に小さい容積の流体の正確な測定は、多数の生物学的用途(診断試験およびアッセイを含む)において非常に価値がある。 Accurate measurement of very small volume fluid enabled by the present invention is of great value in many biological applications (including diagnostic tests and assays).

式1は、均一な厚みを有する矩形で線形の弾性の等方性のプレートの、適用された圧力による変形の非常に単純化された数学的モデルを表す: Equation 1, isotropic plate of linear elastic rectangular having a uniform thickness, represents a highly simplified mathematical model of deformation by an applied pressure:
(1)w=(BPb )/(Eh (1) w = (BPb 4 ) / (Eh 3)
ここで、 here,
w=プレートの変形; Deformation of w = plate;
B=形状係数(長さ対幅、およびプレートの縁部の支持に依存する); B = shape factor (length to width, and on the support of the edge of the plate);
P=適用される圧力; P = applied pressure;
b=プレートの幅 E=ヤング率;および h=プレートの厚み。 b = width E = Young's modulus of the plate; and h = plate thickness.

従って、この非常に単純化された式においてでさえ、圧力に応答するエラストマー膜の変形は、以下の関数である:この膜の長さ、幅および厚み、この膜の可撓性(ヤング率)、ならびに適用される作動力。 Therefore, even in this very simplified equation, the deformation of the elastomeric membrane that respond to pressure, are the following functions: the length of the membrane, width and thickness, the flexibility of the membrane (Young's modulus) , as well as the applied actuation force. これらのパラメーターの各々は、本発明に従う特定のエラストマーデバイスの実施の寸法および物理的組成に依存して大きく異なるので、広範な膜の厚みおよび弾性、チャネル幅、および作動力が、本発明によって意図される。 Each of these parameters is different greatly depending on the dimensions and physical composition of the implementation of a particular elastomeric device in accordance with the present invention, a wide range of film thickness and elasticity, channel widths, and actuation forces are contemplated by the present invention It is.

一般的に、膜は均一な厚みを有さず、膜厚は長さおよび幅と比較して小さい必要はなく、そして変形は、この膜の長さ、幅または厚みと比較して小さい必要はないので、すぐ上で示された式は近似に過ぎないことが理解されるべきである。 Generally, film does not have a uniform thickness, the film thickness is not less necessary as compared to the length and width, and deformation, the length of the film, the smaller must be compared to the width or thickness since there was shown immediately above equation is to be understood that only an approximation. それにもかかわらず、この式は、変形 対 適用される力の所望の応答を達成するために有用なパラメーターを調整するための有用なガイドとしてはたらく。 Nevertheless, this equation serves as a useful guide for adjusting the useful parameters to achieve the desired response of the force applied deformation pairs.

図8Aおよび8Bは、100μm幅の第1のフローチャネル30、および50μm幅の第2のフローチャネル32についてのバルブ開口 対 適用される圧力を例示する。 8A and 8B illustrate a pressure that is the valve opening vs. applied for the second flow channel 32 of the first flow channel 30, and 50μm width of 100μm width. このデバイスの膜を、約30μmの厚みおよび約750kPaのヤング率を有するGeneral Electric Silicones RTV 615の層により形成した。 The membrane of this device was formed by a layer of General Electric Silicones RTV 615 having a thickness and Young's modulus of about 750kPa to about 30 [mu] m. 8Aおよび8Bは、バルブの開口の程度が適用される圧力の範囲のほとんどにわたって実質的に直線的であることを示す。 8A and 8B show that it is substantially linear over most of the range of the pressure degree of opening of the valve is applied.

空気圧を、外径0.025インチおよび内径0.013インチのステンレス鋼皮下チューブの25mmの部品に取り付けられた外径0.025インチを有するプラスチックチューブの10cm長の部品を通して、このデバイスの膜に適用した。 Air pressure, through parts of 10cm length of plastic tubing having an outer diameter 0.025 inches, which is attached to 25mm part of an outer diameter of 0.025 inches and an inner diameter 0.013 inches of stainless steel hypodermic tubing, the membrane of the device the applied. このチューブを、制御チャネルに対して垂直な方向で、エラストマーブロックに挿入することによって、この制御チャネルと接触させた。 The tubes, in a direction perpendicular to the control channel by insertion into the elastomeric block, were contacted with the control channel. 空気圧を、Lee Co. The air pressure, Lee Co. 製の外部LHDA小型ソレノイドバルブから皮下チューブに適用した。 It was applied to hypodermic tubing from manufacturing external LHDA solenoid valve.

デバイスを通る材料の流れの制御は、従来、適用される気体圧を使用することが記載されているが、他の流体は使用できなかった。 Control of the flow of material through the device, conventionally, there has been described the use of applied gas pressure, other fluids could not be used.

例えば、空気は、圧縮可能であり、従って、外部ソレノイドバルブによる圧力の適用の時間とこの圧力が膜により経験される時間との間にある程度の有限の遅れを被る。 For example, air is compressible, therefore, suffer some finite delay between the time and the time and the pressure of application of pressure by the external solenoid valve is experienced by the membrane. 本発明の代替の実施形態において、圧力は、外部供給源から非圧縮可能流体(例えば、水または水硬性油)に適用され得、その結果、膜に適用された圧力のほぼ即時の伝達が生じる。 In an alternative embodiment of the present invention, the pressure is, the non-compressible fluid (e.g., water or hydraulic oil) from an external source obtained is applied to, is a result, near-instantaneous transfer of applied pressure to the membrane occurs . しかし、バルブの移動流体が大きいかまたは制御チャネルが狭い場合、より高い粘度の制御流体が、作動の遅延に寄与し得る。 However, when the moving fluid is large or the control channel of the valve is narrow, control fluid higher viscosity may contribute to the delay of the operation. 従って、圧力を伝達するために最適な媒体は、特定の用途およびデバイスの構成に依存し、そして気体媒体および液体媒体の両方が、本発明により意図される。 Therefore, the optimal medium for transferring pressure, depending on the configuration of the particular application and device, and both gaseous media and liquid media are contemplated by the present invention.

上記のような外部適用圧力は、圧力調整器および外部小型バルブを介してポンプ/タンクシステムにより適用されるが、外部圧力を適用する他の方法(ガスタンク、圧縮機、ピストンシステムおよび液体のカラム)もまた本発明において意図される。 External applied pressure such as described above is applied by a pump / tank system through a pressure regulator and external miniature valve, other methods of applying external pressure (gas tanks, compressors, piston systems, and columns of liquid) also contemplated in the present invention. 例えば、生きた生物内に見出されるような天然に存在する圧力供給源(例えば、血圧、胃圧、能脊髄液に存在する圧力、眼内空間に存在する圧力、および通常の湾曲の間の筋肉により及ぼされる圧力)の使用もまた、意図される。 For example, the pressure naturally occurring sources, such as found in a living organism (e.g., blood pressure, gastric pressure, the pressure present in the cerebrospinal fluid, muscles between the pressure existing in the eye space, and normal curvature the use of pressure) exerted by also contemplated. 外部圧力を調節する他の方法(例えば、小型バルブ、ポンプ、巨視的蠕動ポンプ、ピンチバルブおよび当該分野で公知の他のタイプの流体調節機器)の使用もまた意図される。 Other methods of regulating external pressure (e.g., small valve, pump, macroscopic peristaltic pumps, pinch valves and fluid regulating device known other type in the art) the use of also contemplated.

見られ得るように、本発明の実施形態に従うバルブの応答は、最小のヒステリシスで、その移動範囲の大部分にわたってほとんど完全な線形であることが実験的に示されている。 As can be seen, the response of valves in accordance with an embodiment of the present invention, with minimal hysteresis, it is shown experimentally is almost perfectly linear over a large portion of its range of movement. 従って、本発明のバルブは、ミクロ流体測定および流体制御のために理想的に適している。 Accordingly, the present valves are ideally suited for microfluidic measurement and fluid control. バルブ応答の線形性は、個々のバルブが、フックの法則のバネとして十分にモデリングされていることを示す。 Linearity of valve response demonstrates that the individual valves are well modeled as spring Hooke's Law. さらに、フローチャネル内の高圧(すなわち、背圧)は、単に作動圧力を増加することによって打ち勝たれ(countered)得る。 Furthermore, the high pressure in the flow channel (i.e., back pressure) is simply overcome by increasing the operating pressure to obtain (Countered). 実験的に、本発明者らは、70kPaの背圧でバルブの閉鎖を達成したが、より高い圧力もまた意図される。 Experimentally, the present inventors have achieved valve closure at back pressures of 70 kPa, it is also contemplated higher pressures. 以下は、本発明により包含される圧力範囲の非排他的な列挙である:10Pa〜25MPa;100Pa〜10MPa、1kPa〜1MPa、1kPa〜300kPa、5kPa〜200kPa、および15kPa〜100kPa。 The following are non-exclusive listing of pressure ranges encompassed by the present invention: 10Pa~25MPa; 100Pa~10MPa, 1kPa~1MPa, 1kPa~300kPa, 5kPa~200kPa, and 15KPa~100kPa.

バルブおよびポンプは、開閉するために線形作動を必要としないが、線形応答により、バルブは、測定デバイスとしてより容易に使用され得る。 Valves and pumps do not require linear actuation to open and close, the linear response, the valves can be more easily used as a measuring device. 本発明の一実施形態において、バルブの開放は、公知の閉鎖の程度まで部分的に作動されることによって、流速を制御するために使用される。 In one embodiment of the present invention, opening of the valve by being partially actuated to the extent known closure, it is used to control the flow rate. 線形バルブ作動により、バルブを所望の閉鎖の程度まで閉じるのに必要な作動力の量を決定することが容易になる。 The linear valve actuation makes it easier to determine the amount of required operating force to close the valve until the desired degree of closure. 線形作動の別の利点は、バルブの作動に必要な力が、フローチャネル内の圧力から容易に決定され得ることである。 Another advantage of linear actuation is that the force required for operation of the valve can be easily determined from the pressure in the flow channel. 作動が線形である場合、フローチャネル内の圧力の増加は、同じ圧力(単位面積あたりの力)をバルブの作動部分に加えることにより、打ち勝たれ得る。 If actuation is linear, increased pressure in the flow channel, by adding the same pressure (force per unit area) to the actuated portion of the valve may be overcome.

バルブの線形性は、構造、組成およびバルブ構造の作動方法に依存する。 Linearity of valve structure depends on the operating method of the composition and the valve structure. さらに、線形性がバルブにおける所望の特徴であるか否かは、用途に依存する。 Furthermore, linearity is whether the desired characteristics of the valve depends on the application. 従って、線形および非線形の作動可能バルブが、本発明において意図され、そしてバルブが線形作動可能である圧力範囲は、特定の実施形態に伴って変化する。 Accordingly, linear and non-linear actuatable valves are contemplated in the present invention, and valve pressure range can be linear operation will vary with the particular embodiment.

図9は、上記のように、チップから空気圧式バルブに接続された10cm長の空気チューブを有する100μm×100μm×10μmのRTVマイクロバルブの時間応答(すなわち、適用される圧力の変化に応答する時間の関数としてのバルブの閉鎖)を例示する。 9, as described above, the time response of the RTV microvalve 100μm × 100μm × 10μm with an air tube 10cm length connected to pneumatic valve from the chip (i.e., time to respond to changes in the applied pressure illustrate the closing of the valve as a function).

デジタル制御シグナルの2つの期間、チューブの末端における実際の空気圧およびバルブの開口が、図9に示される。 Two periods of digital control signal, actual air pressure and the opening of the valve at the end of the tube is shown in FIG. コントロールラインに適用される圧力は、100kPaであり、これは、バルブを閉鎖するのに必要な約40kPaよりも実質的に高い。 The pressure applied to the control line is 100 kPa, which is substantially higher than about 40kPa required to close the valve. 従って、閉鎖する場合、バルブは、必要な圧力よりも60kPa高い圧力で、押し閉じられる。 Thus, when closing, the valve is a 60kPa pressure higher than the required pressure, closed press. しかし、開く場合、バルブは、そのバネ直(40kPa以下)によりその静止位置まで戻される。 However, if you open the valve is returned to its rest position by its spring straight (40 kPa or less). 従って、τ closeは、τ openよりも小さいことが予想される。 Accordingly, tau close The is less it is expected than tau open. 圧力を制御するために使用される小型バルブの制限に起因して、制御シグナルと制御圧力応答との間のずれもまた存在する。 Due to the limitations of the miniature valve used to control the pressure, displacement between the control pressure response to the control signals may also be present. このようなずれをt、1/e時間定数をτと呼ぶと、値は、t open =3.63ms、τ open =1.88ms、t close =2.15ms、τ close =0.51msである。 When such a deviation is referred to as t, 1 / e time constants tau, values, t open = 3.63ms, τ open = 1.88ms, t close = 2.15ms, is τ close = 0.51ms . 3つのτの各々が、開閉を可能にする場合、このバルブは、水溶液で満たされた場合、75Hzにおいて最適に作動する。 Each of the three τ is the case to allow for opening and closing, the valve, when filled with an aqueous solution, optimally operating at 75 Hz.

開口および閉鎖のずれを受けなかった別の作動方法を使用する場合、このバルブは、約375Hzで作動する。 When using a different operating method that did not receive the deviation of the opening and closing, the valve is operated at about 375 Hz. 膜厚を変えることによってバネ定数が調節され得ることもまた注意のこと。 It is also noted that the spring constant can be adjusted by changing the film thickness. これは、速い開口および速い閉鎖の最適化を可能にする。 This allows optimization of the fast opening and fast closing. バネ定数はまた、膜にドーパントを導入することによってまたは膜として働く異なるエラストマー材料を使用することによって(図7C〜7Hと共に上で示される)とおそらく同様に、膜の弾性(ヤング率)を変えることによって調節され得る。 The spring constant is also probably similar to the use of different elastomeric materials that act as or membrane by introducing a dopant into the film (indicated above in conjunction with FIG. 7C~7H), changing the elasticity (Young's modulus) of the membrane It can be adjusted by.

図9に例示されるように、バルブ特性を実験的に測定する場合、バルブの開口を蛍光によって測定した。 As illustrated in Figure 9, when measuring the valve properties experimentally to measure the opening of the valve by fluorescence. この実験において、フローチャネルを、緩衝液(pH≧8)中のフルオレセインイソチオシアネート(FITC)の溶液で満たし、そして、チャネルの中心の約3分の1を占めるある平方面積の蛍光を、10kHzのバンド幅を有する光電子増倍管を備えるエピ蛍光顕微鏡でモニタリングする。 In this experiment, the flow channel was filled with a solution of buffer fluorescein isothiocyanate (pH ≧ 8) in (FITC), and the fluorescence of the square area that accounts for about one third of the center of the channel, 10 kHz for monitored by epifluorescence microscope with a photomultiplier tube with a band width. この圧力を、ほとんど同じ空気圧式接続を介するコントロールラインと同時に加圧される、Wheatstone−bridge圧力センサ(SenSymSCC15GD2)を用いてモニタリングした。 The pressure, almost be pressed simultaneously pressurized with the control line through the same pneumatic connection was monitored using a Wheatstone-bridge pressure sensor (SenSymSCC15GD2).

(6.フローチャネルの断面) (6. Flow channel cross-section)
本発明のフローチャネルは、必要に応じて、異なる断面サイズおよび形状で設計され得、それらの所望の用途に依存して、異なる利点を与える。 Flow channels of the present invention may optionally be designed with different cross sectional sizes and shapes, depending on their desired use, provide different advantages. 例えば、下部フローチャネルの断面形状は、その長さ全体に沿ってかまたは上部交差チャネルの下に配置される領域中に湾曲上部表面を有し得る。 For example, the cross-sectional shape of the lower flow channel may have a curved upper surface in the region disposed under along its entire length or upper intersecting channels. このような湾曲上部表面は、以下のように、バルブのシーリングを容易にする。 Such curved upper surface, as follows, to facilitate sealing of the valve.

図10を参照すると、フローチャネル30および32を通る断面図(図7Bの断面図と類似)が示される。 Referring to FIG. 10, a cross-sectional view through the flow channels 30 and 32 (similar to the sectional view of FIG. 7B) is shown. 見られ得るように、フローチャネル30は、矩形の断面形状である。 As can be seen, flow channel 30 has a rectangular cross-sectional shape. 本発明の代替の好ましい局面において、図10に示されるように、フローチャネル30の断面は、上部湾曲表面を有する。 In an alternative preferred aspect of the present invention, as shown in Figure 10, the flow channel 30 cross-section has an upper curved surface.

最初に図10を参照すると、フローチャネル32が加圧される場合、フローチャネル30および32を分離しているエラストマーブロック24の膜部分25は、破線25A、25B、25C、25Dおよび25Eにより示される連続的な部分に向かって下向きに動く。 Referring first to FIG. 10, if the flow channel 32 is pressurized, membrane portion 25 of elastomeric block 24 separating flow channels 30 and 32 are shown dashed 25A, 25B, 25C, the 25D and 25E It moves downwardly towards a continuous part. 見られ得るように、おそらく、不完全なシーリングが、平面基材14に隣接するフローチャネル30の縁部において生じ得る。 As can be seen, perhaps, incomplete sealing can may occur at the edges of flow channel 30 adjacent to the planar substrate 14.

図11の代替の好ましい実施形態において、フローチャネル30aは、湾曲上部壁25Aを有する。 In an alternative preferred embodiment of FIG. 11, the flow channel 30a has a curved upper wall 25A. フローチャネル32が加圧される場合、膜部分25は、破線25A2、25A3、25A4および25A5により示される連続した位置まで下向きに動き、膜の縁部分は、最初にフローチャネルに向かって動き、次いで、上部膜部分に向かって動く。 If the flow channel 32 is pressurized, membrane portion 25 will move downwardly until successive positions shown by the dashed line 25A2,25A3,25A4 and 25A5, the edge portion of the film, initially moves toward the flow channel, followed by , it moves toward the upper layer portion. このような湾曲上部表面を膜25Aにおいて有することの利点は、より完全なシールが、フローチャネル32が加圧される場合に提供されることである。 The advantage of having such a curved upper surface at membrane 25A is more complete seal is that the flow channel 32 is provided when pressurized. 詳細には、フローチャネル30の上部壁は、平面基材14に対して連続的に接触する縁部を提供し、それにより、壁25と図10に示されるフローチャネル30の底部との間に見られる接触の「島(island)」を回避する。 In particular, the upper wall of the flow channel 30 provides an edge which continuously contacts the planar substrate 14, thereby, between the bottom of the flow channel 30 shown in walls 25 and 10 to avoid "island (island)" of contact seen.

湾曲上部フローチャネル表面を膜25Aにおいて有することの別の利点は、この膜が、作動に応答して、フローチャネルの形状および容積により容易に適合し得ることである。 Another advantage of having a curved upper flow channel surface at membrane 25A, this film is, in response to actuation, is to be easily adapted to the shape and volume of the flow channel. 詳細には、矩形のフローチャネルが用いられる場合、全周囲(2×フローチャネルの高さ+フローチャネルの幅)が、このフローチャネルに押しつけられなければならない。 In particular, if the rectangular flow channel is employed, the entire periphery (2 × flow channel height + flow channel width) must be pressed to the flow channel. しかし、アーチ形のフローチャネルが使用される場合、材料のより小さい周囲(半円のアーチ形部分のみ)が、このチャネルに押しつけられなければならない。 However, if the arched flow channel is used, (arched portion of the semicircular only) smaller than the surrounding material, must be pressed to this channel. このように、膜は、作動のために周囲の小さい変化しか必要とせず、従って、フローチャネルをブロックするために適用される作動力により応答性である。 Thus, films, small changes in ambient requires only for actuation and is therefore responsive actuation force applied to block the flow channel.

代替の局面(図示せず)、フローチャネル30の底部は丸く、その結果、この湾曲した表面は、上記の図20において見られるように、湾曲上部壁25Aと一致する。 Alternate aspect (not shown), the bottom of flow channel 30 is rounded such that the curved surface, as seen in the above Figure 20, consistent with the curved upper wall 25A.

まとめると、作動時に膜により受ける実際の構造変化は、特定のエラストマー構造の構成に依存する。 In summary, the actual conformational change experienced by the film during operation depends on the configuration of the particular elastomeric structure. 詳細には、この構造変化は、膜の長さ、幅および厚みのプロフィール、その残りの構造への付着、フローチャネルおよび制御チャネルの高さ、幅および形状、ならびに使用されるエラストマーの材料特性に依存する。 In particular, the structural changes, the length of the film, the width and thickness profile, its attachment to the rest of the structure, the flow and control channels of the height, width and shape, as well as the material properties of the elastomer used Dependent. この構造変化はまた、適用される圧力に応答する膜の作動が、磁力または静電力に応答する作動とは幾分か異なる場合に、作動方法に依存する。 This structural change also, operation of the film in response to applied pressure, the operation responsive to magnetic forces or electrostatic forces if somewhat different, depending on the method of operation.

さらに、膜における所望の構造変化はまた、エラストマー構造についての特定の用途に依存して変わる。 Moreover, the desired conformational change in the membrane will also vary depending on the particular application for the elastomeric structure. 上記の最も単純な実施形態において、バルブは、バルブの閉鎖の程度を制御するために、測定しながら開かれるかまたは閉じられるかのいずれかであり得る。 In the simplest embodiments described above, the valve, in order to control the degree of closure of the valve can be either either or closed opened while measuring. しかし、他の実施形態において、より複雑な流れの調節を達成するために、膜および/またはフローチャネルの形状を変更することが望まれ得る。 However, in other embodiments, to achieve a regulation of more complex flow, it may be desirable to modify the shape of the membrane and / or flow channels. 例えば、このフローチャネルに、膜部分の下の隆起した突出部が設けられ得、その結果、作動時において、この膜は、フローチャネルを通る流れのある割合のみを遮断し、適用された作動力に非感受性の流れの割合がブロックされる。 For example, this flow channel, resulting raised protrusions beneath is provided a film portion, as a result, during operation, the membrane actuation force to block the only percentage of the flow through the flow channel, are applied the proportion of the non-sensitive flow is blocked.

多くの膜圧プロフィールおよびフローチャネルの断面(矩形、台形、円形、楕円形、放物線形、双曲線形および多角形、ならびに上記の形状の部分を含む)が、本発明によって意図される。 Many membrane pressure profile and flow channel cross-section (rectangular, trapezoidal, circular, elliptical, parabolic, hyperbolic and polygonal, as well as part of the shape) are contemplated by the present invention. より複雑な断面形状(例えば、すぐ上で議論された突出物を有する実施形態またはフローチャネル中に凹部を有する実施形態)もまた、本発明により意図される。 More complex cross-sectional shapes (e.g., embodiments has a recess in the embodiment or flow channel having projections discussed immediately above), are also contemplated by the present invention.

さらに、本発明は、フローチャネルの壁部および天井部がエラストマーから形成され、そしてこのチャネルの床部が下にある基材から形成されている実施形態と共に、主に上で記載されているが、本発明は、この特定の配向に限定されない。 Furthermore, the present invention is, walls and ceiling of the flow channel is formed from an elastomer and with the embodiments floor of the channel is formed from the underlying substrate has been described above mainly the present invention is not limited to this particular orientation. チャネルの壁部および床部はまた、下にある基材中に形成され得、フローチャネルの天井部のみがエラストマーから構築される。 Walls and floor of the channel can also be formed on a substrate in the underlying, only the ceiling of the flow channel is constructed from an elastomer. このエラストマーフローチャネルの天井部は、適用される作動力に応答して、チャネルに向かって下向きに突出し、それにより、このフローチャネルを通る材料の流れを制御する。 Ceiling of the elastomeric flow channels in response to an applied actuation force, protrudes downward toward the channel, thereby controlling the flow of material through the flow channel. 一般に、本願の他の場所で記載されるようなモノリシックエラストマー構造は、ミクロ流体用途に好ましい。 In general, monolithic elastomer structures as described elsewhere in this application, preferred for microfluidic applications. しかし、このような配置が利点を提供する場合、基材中に形成されたチャネルを用いることが有用であり得る。 However, if such an arrangement provides the advantage, it is used a channel formed in the substrate may be useful. 例えば、光導波管を備える基材が構築され、その結果、この光導波管は、光を、特にミクロ流体チャネルの側面に方向付ける。 For example, the substrate provided with the optical waveguide is constructed such that the optical waveguide, the light, especially direct on the side surface of the microfluidic channel.

(7.代替のバルブ作動技術) (7. alternative valve actuation technology)
上記の圧力ベースの作動システムに加えて、任意の静電的作動システムおよび磁気的作動システムもまた、以下のように、意図される。 In addition to the pressure based actuation systems, any electrostatic actuation system and magnetic actuation systems are also as follows are intended.

静電的作動は、反対の電荷の電極(これは、電圧差がこれに適用された場合に、互いに引きつけ合う傾向がある)を、モノリシックエラストマー構造に直接形成することによって達成され得る。 Electrostatic actuation is the opposite charge electrodes (which, if the voltage difference is applied thereto, tends to attract each other), and can be achieved by directly forming a monolithic elastomeric structure. 例えば、図7Bを参照すると、任意の第1の電極70(想像線で示される)は、膜25の上(または中)に配置され得、そして任意の第2の電極(これもまた想像線で示される)は、平面基材14の上(または中)に配置され得る。 For example, referring to FIG. 7B, (shown in phantom) optional first electrode 70 may be disposed on the film 25 (or medium), and an optional second electrode (which is also imaginary line in indicated by) may be disposed on the planar substrate 14 (or medium). 電極70および72が、反対の極性で荷電される場合、この2つの電極の間の引力が、膜25を下向きに反らせ、それにより、「バルブ」を閉じる(すなわち、フローチャネル30を閉じる)。 If electrodes 70 and 72, which are charged with opposite polarities, attraction between the two electrodes, deflecting the membrane 25 downward, thereby closing the "valve" (i.e., closing the flow channel 30).

静電的作動を支持するのに十分導電性であるが、バルブの動きを妨害するには機械的にそれほど堅くない膜電極について、十分に可撓性の電極が、膜25の中または上に設けられるべきである。 Is sufficient conductivity to support electrostatic actuation, for mechanically not very stiff film electrode to interfere with the movement of the valve, a sufficiently flexible electrode, in the membrane 25 or above It should be provided. このような電極は、ポリマーを導電性材料でドープするか、または導電性材料から表面層を作製する、金属化薄層により提供され得る。 Such electrodes, or to dope the polymer with conductive material, or making the surface layer of a conductive material, may be provided by metallization thin layer.

例示的な局面において、変形膜に存在する電極は、例えば、20nmの金の様な金属の薄層をスパッタリングすることにより提供され得る金属化薄層により提供され得る。 In an exemplary aspect, the electrode present in the modified membrane may be provided, for example, by metallization thin layer that may be provided by sputtering a thin layer of metal such as 20nm gold. スパッタリングによる金属化膜の形成に加えて、他の金属化アプローチ(例えば、化学エピタクシー、蒸発、電気メッキおよび無電解めっき)もまた有用である。 In addition to the formation of metallized film by sputtering, other metallization approaches (e.g., chemical epitaxy, evaporation, electroplating and electroless plating) is also useful. 金属を、この金属が付着しにくい平面基材に蒸発させ、次いでこのエラストマーをこの金属上にめっきし、そしてこの基材からこの金属を剥離することによる、エラストマー表面への金属層の物理的移動もまた、有用である。 The metal is evaporated on the metal adheres hardly planar substrate, then plated with the elastomer on this metal, and by peeling off the metal from the substrate, the physical movement of the metal layer to the elastomeric surface it is also useful.

導電性電極70はまた、エラストマー表面にカーボンブラック(すなわち、Cabot Conductive electrode 70 may also carbon black elastomeric surface (i.e., Cabot
Vulcan XC72R)を蒸着することによって、乾燥粉末をふき取ることによってまたはエラストマーの膨潤が生じる溶液(例えば、PDMSの場合、塩素化溶媒)中のカーボンブラックの懸濁液にエラストマーを曝露することによってのいずれかで、形成され得る。 By depositing Vulcan XC72R), a solution swelling occurs or elastomer by wiping dry powder (for example, in the case of PDMS, any by exposing the elastomer to a suspension of carbon black in a chlorinated solvent) in or in, it can be formed. あるいは、電極70は、導電性材料(すなわち、カーボンブラックまたは微細に分割された金属粒子)をドープされたエラストマーから層20全体を構成することによって、形成され得る。 Alternatively, the electrode 70 is a conductive material (i.e., carbon black or finely divided metal particles) by configuring the entire layer 20 from a doped elastomer can be formed. なおさらにあるいは、この電極は、静電蒸着、または炭素を生成する化学反応によって、形成され得る。 Or, even more, the electrode, electrostatic deposition, or by a chemical reaction that produces carbon, may be formed. 本発明により実施される実験において、導電性は、5.6×10 −16 〜約5×10 −3 (Ω・cm) −1のカーボンブラック濃度で増加することが示された。 In experiments conducted by the present invention, conductivity was shown to increase with carbon black concentration of 5.6 × 10 -16 ~ about 5 × 10 -3 (Ω · cm ) -1. 下部電極72(これは、動く必要がない)は、上記のようなしなやかな電極であり得るか、または従来の電極(例えば、蒸発させた金、金属プレート、またはドープした半導体電極)のいずれかであり得る。 (This, is not necessary to move) the lower electrode 72, either can be a flexible electrode as described above, or a conventional electrode (e.g., gold evaporated, a metal plate or doped semiconductor electrode) It can be in.

フローチャネルの磁気的作動は、磁気的に分極可能な材料(例えば、イオン)または永久的に磁化された材料(例えば、分極したNdFeB)を有するフローチャネルを分離する膜を製造することによって、達成され得る。 Magnetic actuation of the flow channels are magnetically polarizable material (e.g., ions) by producing membrane separating the flow channels with or permanently magnetized material (e.g., polarized NdFeB), achieved It may be. 本発明により実施される実験において、磁気シリコーンを、鉄粉(約1μmの粒径)を20重量%鉄まで加えることによって、作製した。 In experiments conducted by the present invention, a magnetic silicone, by adding iron powder (particle size of about 1 [mu] m) up to 20 wt% of iron were prepared.

膜が磁気的に分極可能な材料で製造される場合、この膜は、適用される磁場に応答する引力により作動され得る。 If the film is produced by magnetically polarizable material, the membrane can be actuated by attraction in response to an applied magnetic field. この膜が、永久磁化を維持し得る材料で製造される場合、この材料は、最初に、十分に高い磁場に曝露することによって磁化され得、次いで、適用された不均一な磁場の極性に応答する引力および斥力のいずれかにより作動され得る。 This film, when it is made of a material capable of maintaining permanent magnetization, the material is first obtained is magnetized by exposure to a sufficiently high magnetic field, then, in response to the polarity of the applied inhomogeneous magnetic field It may be actuated by any of attraction and repulsion to.

膜の磁場誘導性作動は、種々の方法により生じ得る。 Magnetic field-induced activation of the membrane can occur by a variety of methods. 一実施形態において、磁場は、エラストマー膜の中またはその近位に形成される非常に小さな誘導性コイルにより生じる。 In one embodiment, the magnetic field is caused by among elastomeric membrane or very small inductive coil formed in its proximal. このような磁気コイルの作動効果は、局在し、個々のポンプおよび/またはバルブ構造の作動を可能にする。 Actuation effect of such a magnetic coil is localized, allowing actuation of individual pump and / or valve structures. あるいは、磁場は、より大きくより強力な供給源により生じ得、この場合、作動は、全体的であり、そして複数のポンプおよび/またはバルブ構造を同時に作動する。 Alternatively, the magnetic field can result by more powerful sources than larger, this case, operation is entirely, and operates a plurality of pumps and / or the valve structure at the same time.

熱膨張または液体からの気体の生成によってのいずれかにより、熱エネルギーの適用に基づいて制御チャネル中に流体の流れを生じることによって、デバイスを作動することもまた可能である。 By any of the generation of gas from thermal expansion or liquid, by producing a flow of fluid in the control channel based on the application of thermal energy, it is also possible to operate the device. 例えば、本発明に従う1つの代替の実施形態において、流体のポケット(例えば、流体で満たされた制御チャネルの中)が、フローチャネルの上に配置される。 For example, in one alternative embodiment according to the present invention, a fluid pocket (e.g., in the control channel filled with fluid) is placed on top of the flow channel. このポケット中の流体は、温度変動システム(例えば、ヒーター)と連絡し得る。 Fluid in the pocket can communication with a temperature variation system (e.g., heater). 流体の熱膨張、または液相から気相への物質の変換は、圧力の増加を生じ、隣接するフローチャネルを閉じる。 Thermal expansion of the fluid, or conversion of material from the liquid phase to the gas phase, resulting in an increase in pressure, closing the adjacent flow channel. 続く流体の冷却は、圧力を解放し、そしてフローチャネルを開き得る。 Cooling subsequent fluid releases the pressure, and may open the flow channel.

(8.相互接続システム) (8. interconnect system)
図12Aおよび12Bは、上記のシステム(例えば、図7Aにおけるシステム)と同一の、単一オン/オフバルブの図を示す。 12A and 12B, the above system (e.g., system in FIG. 7A) of the same and shows a diagram of a single on / off valve. 図13Aおよび13Bは、図12において見られるように、複数の単一アドレス可能オン/オフバルブから構成されるが、一緒に相互接続された蠕動ポンプシステムを示す。 13A and 13B, as seen in FIG. 12, is comprised of a plurality of the single addressable on / off valves, illustrating the interconnected peristaltic pumping system together. 図14は、図13の蠕動ポンプシステムについての実験的に達成されるポンプ速度 対 振動数を示すグラフである。 Figure 14 is a graph showing the number of pump speed versus vibration experimentally achieved for the peristaltic pumping system of Fig. 13. 図15Aはおよび15Bは、単一コントロールラインにより制御可能な複数のフローチャネルの概略図を示す。 Figure 15A and 15B show a schematic diagram of a controllable multiple flow channels by a single control line. このシステムはまた、一緒に多重化された図12の複数の単一アドレス可能オン/オフバルブから構成されるが、図12のシステムとは異なる配置である。 The system also is together comprised of a plurality of the single addressable on / off valves of the multiplexed 12 to a different arrangement from the system of Figure 12. 図16は、選択したチャネルを通る流体の流れを可能にするよう適合された多重化システムの概略図であり、これは、一緒に連結または相互接続された、図12の複数の単一オン/オフバルブから構成される。 Figure 16 is a schematic diagram of an adapted multiplexed system to permit the flow of fluid through the selected channel, which has been coupled or interconnected together, a plurality of single-On 12 / It consists off valve.

図12Aおよび12Bを初めに参照すると、フローチャネル30および32の概略が示される。 Referring initially to FIGS. 12A and 12B, schematic flow channels 30 and 32 are shown. フローチャネル30は、好ましくは、これを通る流体(または気体)の流れFを有する。 Flow channel 30 preferably has a flow F of a fluid (or gas) therethrough. フローチャネル32(これは、本明細書中ですでに説明されたように、フローチャネル30の上を横切る)は、加圧され、その結果、このフローチャネルを分離する膜25は、説明されたように、フローチャネル30の通路に押し下げられ得、そこを通る流れFの通路を遮断する。 (This, as already described herein, across the top of the flow channel 30) the flow channel 32 is pressurized, as a result, membrane 25 separating the flow channels have been described as such, the resulting depressed in the path of flow channel 30, shutting off the passage of flow F therethrough. このように、「フローチャネル」32はまた、「コントロールライン」とも呼ばれ得、これは、フローチャネル30中の単一バルブを作動する。 Thus, "flow channel" 32 can also be obtained is also referred to as "control line", which operates a single valve in flow channel 30. 図12〜15において、複数のこのようなアドレス可能バルブが、種々の配置で一緒に連結または相互接続されて、蠕動ポンピング可能なポンプ、および他の流体理論的適用を生成する。 In Figure 12-15, a plurality of such addressable valves are coupled or interconnected together in various arrangements to produce a peristaltic pumpable pumps and other fluid theoretical applications.

図13Aおよび13Bを参照すると、蠕動ポンピングのためのシステムが、以下のように提供される。 Referring to FIGS. 13A and 13B, a system for peristaltic pumping is provided as follows. フローチャネル30は、その上を通過する複数のほぼ平行なフローチャネル(すなわち、コントロールライン)32A、32Bおよび32Cを有する。 Flow channel 30 has a plurality of generally parallel flow channels (i.e., control line) 32A, 32B and 32C passing thereover. コントロールライン32Aを加圧することによって、フローチャネル30を通る流れFは、コントロールライン32Aおよびフローチャネル30の交差部において、膜25Aの下で遮断される。 By pressurizing control line 32A, flow F through flow channel 30, at the intersection of control line 32A and flow channel 30 is shut off under membrane 25A. 同様に、(図示しないが)コントロールライン32Bを加圧することによって、フローチャネル30を通る流れFは、コントロールライン32Bおよびフローチャネル30の交差部において膜25Bの下で遮断される。 Similarly, (although not shown) by pressurizing control line 32B, flow F through flow channel 30 is shut off under membrane 25B at the intersection of control line 32B and flow channel 30. 以下同様である。 And so forth.

各コントロールライン32A、32Bおよび32Cは個別にアドレス可能である。 Each control line 32A, 32B and 32C are individually addressable. 従って、蠕動は、32Aおよび32Cを一緒に作動させる様式によって作動され得、32Aによって作動され、32Aおよび32Bによって一緒に作動され、32Bによって作動され、32BおよびCによって一緒に作動される、などがある。 Therefore, peristalsis may be actuated by a manner of operating the 32A and 32C together, actuated by 32A, is actuated together by 32A and 32B, actuated by 32B, it is actuated together by 32B and C, and is there. このことは、継続的な「101、100、110、010、011、001」の様式に一致し、この場合、「0」は「バルブ開」を示し、そして「1」は「バルブ閉」を示す。 This is consistent with the mode of ongoing "101,100,110,010,011,001", where "0" indicates "valve open" and "1" is "valve closed" show. この蠕動様式はまた、120°様式として知られる(3つのバルブ間の作動のフェーズ角度に関連している)。 The peristaltic manner also (associated with the phase angle of actuation between three valves) that known as 120 ° manner. 他の蠕動様式は等価的に可能であり、60°および90°の様式を含む。 Other peristaltic manner is equivalently possible, including mode of 60 ° and 90 °.

本発明者らによって実施された実験において、2.35nL/sのポンプ速度は、作動圧力40kPaの下で100×100×10μmのバルブを有する細管(内径0.5mm)中の1カラムの水が移動する距離を測定することによって、測定される。 In experiments conducted by the present inventors, the pump speed of 2.35nL / s is one column of water in thin tube having a valve 100 × 100 × 10 [mu] m under operating pressure 40 kPa (internal diameter 0.5 mm) is by measuring the distance traveled is measured. このポンプ速度は、約75Hzまでの作動周波数に伴って増加し、それから約200Hz以上までほぼ一定であった。 The pump speed is increased with the operating frequency of up to about 75 Hz, was almost constant then to about 200Hz or higher. バルブおよびポンプはまた、かなり耐久性があり、そしてエラストマー膜も制御チャンネルもボンドも、全く破損が観察されなかった。 Valves and pumps are also are quite durable and the elastomer membrane nor be bonded control channel was not at all damaged observed. 本発明者らによって実施された実験において、本明細書中に記載される蠕動ポンプの全てのバルブは、400万回以上の作動後に摩耗の徴候も消耗の徴候も全く示さない。 In experiments conducted by the present inventors, all valves of the peristaltic pump described herein, nor even not show signs of exhaustion signs of wear after actuation of more than 400 million times. これらの耐久性に加えて、これらはまた軟質性でもある。 In addition to these durability, but also they are also softness. チャンネルを通って汲み出され、そして生存率が試験されたE. Is pumped through the channels, and the survival rate was tested E. coli溶液は、94%の生存率を示した。 coli solution showed a survival rate of 94%.

図14は、図13の蠕動ポンプシステムについて、実験的に達成された蠕動速度 対 蠕動周波数を示すグラフである。 14, the peristaltic pumping system of Fig. 13 is a graph showing the peristaltic rate versus peristaltic frequency achieved experimentally.

図15Aおよび図15Bは、図12のアドレス可能な複数のバルブの、別の組み立て方法を図示する。 15A and 15B, the addressable plurality of valves 12, illustrates another assembly process. 具体的には、複数の並行なフローチャンネル30A、30Bおよび30Cが提供される。 Specifically, a plurality of parallel flow channels 30A, 30B and 30C are provided. フローチャンネル(すなわち、コントロールライン)32は、フローチャンネル30A、30Bおよび30Cを横断して通じる。 Flow channel (i.e., control line) 32 communicates across the flow channel 30A, 30B and 30C. コントロールライン32の加圧は、コントロールライン32ならびにフローチャンネル30A、30Bおよび30Cの交差部分に位置する膜25A、25Bおよび25Cを押し下げることによって、フローF1、F2およびF3を同時に閉じる。 Pressurization of control line 32, the film 25A which is located at the intersection of control line 32 and flow channels 30A, 30B and 30C, by depressing the 25B and 25C, at the same time closing the flow F1, F2 and F3.

図16は、以下のように、流体が選択されたチャンネルを通って選択的に流れ得るように適合された、多重化システムの模式図である。 Figure 16 is as follows, the fluid is adapted to be selectively flow through the channel selected is a schematic diagram of a multiplexing system. 膜(例えば、図15Aおよび図15B中の膜25A、25Bおよび25C)上を通過するコントロールラインからそれぞれのフローチャンネルを分ける膜の下向きの偏向は、膜の大きさに強く依存する。 Membrane (e.g., membrane 25A in FIGS. 15A and 15B, 25B and 25C) the downward deflection of the film separating the respective flow channels from a control line passing over is strongly dependent on the size of the film. 従って、図15Aおよび15B中のフローチャンネルコントロールライン32の幅を変化することによって、コントロールラインを複数のフローチャンネルを越えて通過させ得、さらに所望のフローチャンネルのみを作動(すなわち、遮断)させ得る。 Thus, by varying the width of the flow channel control line 32 in FIGS. 15A and 15B, resulting passed over a plurality of flow channels control line, may be further activated only the desired flow channel (i.e., blocked) . 図16は、以下の通り、このようなシステムの概略図を示す。 16, as follows, it shows a schematic diagram of such a system.

複数の並行フローチャンネル30A、30B、30C、30D、30Eおよび30Fは、複数の並行コントロールライン32A、32B、32C、 および32Dの下に配置される。 A plurality of parallel flow channels 30A, 30B, 30C, 30D, 30E and 30F are disposed a plurality of parallel control lines 32A, 32B, 32C, and under the 32D. コントロールチャンネル32A、32B、32C、 および32Dは、上記の任意のバルブシステムを使用して、以下の変形を備える、並行フローチャンネル30A、30B、30C、30D、30Eおよび30Fを通過する流体フローF1、F2、F3、F4、F5およびF6を遮断するように適合される。 Control channels 32A, 32B, 32C, and 32D, using the arbitrary valve system comprises the following modifications, parallel flow channels 30A, 30B, 30C, 30D, fluid flow through the 30E and 30F F1, F2, F3, are adapted to block F4, F5 and F6.

各コントロールライン32A、32B、32C、 および32Dは、幅広部分および狭部分の両方を有する。 Each control line 32A, 32B, 32C, and 32D has both wide portion and narrow portion. 例えば、コントロールライン32Aは、フローチャンネル30A、30Cおよび30Eの上方に配置される位置で広がる。 For example, control line 32A is spread position the flow channel 30A, is disposed above the 30C and 30E. 同様に、コントロールライン32Bは、フローチャンネル30B、30Dおよび30Fの上方に配置される位置で広がり、そしてコントロールライン32Cは、フローチャンネル30A、30B、30Eおよび30Fの上方に配置される位置で広がる。 Similarly, control line 32B is spread at a position disposed above the flow channel 30B, 30D and 30F, and control line 32C is spread position disposed flow channels 30A, 30B, above the 30E and 30F.

それぞれのコントロールラインが広がる位置において、そのコントロールラインの加圧はフローチャンネルとコントロールラインとを分ける膜(25)がフローチャンネル内へと有意に押し下げさせて、これによってその場所を通るフローの通過を妨げる。 In the position each of the control lines is widened, the pressure of the control line is allowed depressed significantly to the flow channel and the membrane separating the control line (25) flows in the channel, whereby the passage of flow through the location prevent. 対照的に、それぞれのコントロールラインが狭い位置において、膜(25)もまた狭い。 In contrast, in each of the control line is narrow position, membrane (25) will also be narrow. 従って、同程度の加圧では、膜(25)がフローチャンネル(30)内へ押し下がることを生じない。 Accordingly, the same degree of pressure, membrane (25) does not occur that the down push into the flow channel (30). 従って、流体のその場所の通過は、妨げられない。 Thus, the passage of the place of the fluid is not impeded.

例えば、コントロールライン32Aが加圧される場合、これはフローチャンネル30A、30Cおよび30Eの中のフローF1、F3およびF5を妨げる。 For example, if the control line 32A is pressurized, which prevents the flow F1, F3 and F5 in flow channels 30A, 30C and 30E. 同様に、コントロールライン32Cが加圧される場合、これはフローチャンネル30A、30B、30Eおよび30Fの中のフローF1、F2、F5およびF6を妨げる。 Similarly, when control line 32C is pressurized, which prevents the flow channels 30A, 30B, the flow F1, F2, F5 and F6 in 30E and 30F. 理解され得るように、1本より多いコントロールラインは同時に作動され得る。 As can be appreciated, more control lines than one may be operated simultaneously. 例えば、コントロールライン32Aおよび32Cは加圧されて、F4を除く全ての流体フローを同時に妨げる(32AがF1、F3およびF5を妨げ、そして32CがF1、F2、F5およびF6を妨げる)。 For example, pressurized control lines 32A and 32C, block all fluid flow except F4 simultaneously (32A can interfere with the F1, F3 and F5, and 32C prevents F1, F2, F5 and F6).

異なるコントロールライン(32)を、一緒に、そして様々な順序の両方で選択的に加圧することによって、大規模(degree)な流体フローコントロールを達成し得る。 The different control lines (32), together, and by selectively pressurizing both in various orders, can achieve large scale (degree) fluid flow control. さらに、本システムを6より多い並行フローチャンネル(30)および4より多い並行フローチャンネル(32)に拡張することによって、そしてコントロールラインの幅広領域および狭領域の位置を変化させることによって、非常に複雑な流体フローコントロールシステムを組み立て得る。 Furthermore, by expanding the present system concurrent flows channel (30) greater than 6 and more than 4 parallel flow channels (32), and by changing the position of the wide region and narrow region of the control line, very complex It may assemble a fluid flow control system. このようなシステムの特徴は、2(log n)本のみのコントロールラインを有するn本のフローチャンネルのうちの任意の1つのフローチャンネルを作動させることが可能であることである。 Feature of these systems is 2 (log 2 n) that any one flow channel out of n number of flow channels having a control line of the present only it is possible to operate.

(9.フローラインに沿った、選択的にアドレス可能な反応チャンバー) (9. along flow line, selectively addressable reaction chambers)
図17A、17B、17Cおよび17Dにおいて図示される、本発明のさらなる実施形態において、フローラインに沿って配置される、1つより多くの複数の反応チャンバーへと流体フローを選択的に導くためのシステムを提供する。 Figure 17A, 17B, is shown in 17C and 17D, in a further embodiment of the present invention, it is disposed along a flow line, for directing fluid flow selectively to more than one of the plurality of reaction chambers to provide a system.

図17Aは、フローラインに沿って配置される複数の反応チャンバー80Aおよび80Bを有するフローチャンネル30の上面図を示す。 Figure 17A shows a top view of a flow channel 30 having a plurality of reaction chambers 80A and 80B which are arranged along the flow line. 好ましくは、フローチャンネル30ならびに反応チャンバー80Aおよび80Bは一緒になって、エラストマーの第1層100の底部表面への凹部として形成される。 Preferably, the flow channel 30 and reaction chambers 80A and 80B together, is formed as a recess in the bottom surface of the first layer 100 of elastomer.

図17Bは、別のエラストマー層110の底面図を示し、2本のコントロールライン32Aおよび32Bはそれぞれ全体的に細いが、エラストマー層110の凹部として形成される幅広拡大部分33Aおよび33Bを有する。 Figure 17B shows a bottom view of another elastomeric layer 110, two control lines 32A and 32B are generally thin, respectively, having a wider enlarged portions 33A and 33B are formed as concave portions of the elastomeric layer 110.

図17Cの分解図および図17Dの組み立て図において見られるように、エラストマー層110はエラストマー層100の上側に配置される。 As seen in the assembly view of exploded view and FIG. 17D of Figure 17C, the elastomeric layer 110 is disposed on the upper side of the elastomeric layer 100. 次いで、層100および110は一緒に結合され、そして統合されたシステムは、以下の通りに、反応チャンバー80Aおよび80Bのどちらか一方または両方の中へと流体フローFを(フローチャンネル30を通って)選択的に導くように操作する。 Then, the layers 100 and 110 are coupled together and integrated system, as follows, through and into the either or both of reaction chambers 80A and 80B the fluid flow F (the flow channel 30 ) engineered to selectively direct. コントロールライン32Aの加圧により膜25(すなわち、拡大部分33Aの下方かつ反応チャンバー80Aの領域82Aの上方に位置するエラストマー層100の薄い部分)が押し下げられ、これによって領域82Aにおいて流体フローの流通を遮断し、フローチャンネル30からの反応チャンバー80を効果的に封鎖する。 Film 25 by the pressure of the control line 32A (i.e., a thin portion of elastomer layer 100 located above the region 82A of the lower and the reaction chamber 80A of the enlarged portion 33A) is pushed down, whereby the flow of the fluid flow in the region 82A blocked, sequester reaction chamber 80 from flow channel 30 effectively. また示されるように、拡大部分33Aはコントロールライン32Aの残部よりも幅広い。 As also shown, enlarged portion 33A is wider than the remainder of control line 32A. このようにして、コントロールライン32Aの加圧は、コントロールライン32Aがフローチャンネル30を閉じることを生じない。 In this way, the pressure of the control line 32A is the control line 32A is not caused to close the flow channel 30.

理解され得るように、コントロールライン32Aおよび32Bのどちらか一方または両方は、同時に作動され得る。 As can be appreciated, either or both of control lines 32A and 32B can be actuated at the same time. コントロールライン32Aおよび32Bの両方が一緒に加圧される場合、フローチャンネル30内のサンプルのフローは、反応チャンバー80Aにも80Bにも入らない。 When both control lines 32A and 32B are pressurized together, the flow of the sample in the flow channel 30, do not fall into 80B on the reaction chamber 80A.

フローラインに沿って配置される種々のアドレス可能な反応チャンバー(図17A〜17D)の中への流体の導入を選択的に制御する概念は、1本以上の複数の並行フローラインを通って流体フローを選択的に制御する概念(図16)と結び付けられて、流体サンプルが反応チャンバーのアレイの中の任意の特定の反応チャンバーへと送られ得るシステムを形成し得る。 Concept for selectively controlling the introduction of fluid into the various addressable reaction chamber (FIG. 17A-17D) passes through more than one of the plurality of parallel flow lines fluids disposed along a flow line tied to the concept (FIG. 16) for selectively controlling the flow to form a system in which fluid sample may be sent to any particular reaction chamber in an array of reaction chambers. このようなシステムの例は図18中に提供され、この図において拡大部分34を有する並行コントロールチャンネル32A、32Bおよび32C(全て幻像で示される)は、上記に説明されるように、任意のアレイの反応ウェル80A、80B、80Cまたは80Dの中へ流体フローF1およびF2を選択的に導くが、コントロールライン32Cおよび32Dの加圧はそれぞれフローF2およびF1を選択的に遮断する。 Examples of such systems are provided in Figure 18, as the parallel control channels 32A having an enlarged portion 34 in FIG., (Represented by all phantom) 32B and 32C are described above, any array reaction wells 80A, 80B, selectively directing fluid flow F1 and F2 into the 80C or 80D, but the pressure of the control lines 32C and 32D selectively block flow F2 and F1, respectively.

なお別の新規の実施形態において、並行フローチャンネルの間の流体の通行が可能である。 In yet another novel embodiment, it is possible passage of fluid between the parallel flow channels. 図19を参照して、コントロールライン32Aまたは32Dのどちらか一方または両方を減圧して、その結果、後方の通路35(並行フローチャンネル30Aと30Bとの間)を通る流体フローを可能とする。 Referring to FIG. 19, and vacuum either or both of control lines 32A or 32D, as a result, to allow fluid flow through the rear of the passage 35 (between parallel flow channels 30A and 30B). 本発明のこの局面において、コントロールライン32Cおよび32Dの加圧は、後方通路35Aと35Bとの間のフローチャンネル30Aを遮断し、そしてまた後方通路35Bを遮断する。 In this aspect of the invention, the pressurization of control lines 32C and 32D, preventing the flow channel 30A between the rear passage 35A and 35B, and also to block the backward path 35B. このように、フローF1のようなフローの流入は、30A、35Aを通って連続的に移動し、そしてフローF4として30Bを残す。 Thus, the inflow of the flow such as flow F1, 30A, 35A continuously move through and leave 30B as flow F4.

(10.切り換え可能なフローアレイ) (10. switchable flow array)
なお別の新規な実施形態において、流体の通行は2つの直交方向のどちらか一方に流れるように選択的に導かれ得る。 In yet another novel embodiment, passage of the fluid may be selectively directed to flow in either the two orthogonal directions. このような「切り換え可能なフローアレイ」システムの例を、図20A〜20Dに提供する。 An example of such a "switchable flow array" system is provided in FIG 20A to 20D. 図20Aは、固体支柱92のアレイ(各支柱はその周りにフローチャンネルを通過させる)によって規定されるフローチャンネルグリッドを形成する凹部の様式で底部表面を有する、エラストマー90(または任意の他の適切な基材)の第1層の底面図を示す。 20A is an array of solid posts 92 (each strut is thereby passed through the flow channel around it) has a bottom surface in the manner of recesses forming a flow channel grid defined by an elastomer 90 (or any other suitable It shows a bottom view of a first layer of a base material).

好ましい局面において、エラストマーのさらなる層を、層90の表面上に結合して、その結果、流体フローが方向F1または直行方向F2のどちらかに移動するよう選択的に導かれ得る。 In a preferred aspect, the additional layer of elastomer bonded to the surface of the layer 90, as a result, may be selectively directed so that the fluid flow is moving in either direction F1 or perpendicular direction F2. 図20は、エラストマー95の第2層の底部表面の底面図であり、交互性の「垂直」コントロールライン96および「水平」コントロールライン94の形に形成された凹部を示す。 Figure 20 is a bottom view of the bottom surface of the second layer of elastomer 95, showing a recess formed in the shape of alternating the "vertical" control lines 96 and "horizontal" control lines 94. 「垂直」コントロールライン96は、エラストマー層に沿って同じ幅を有するが、一方で「水平」コントロールライン94は、示されるように、交互性の幅広部分および狭部分を有する。 "Vertical" control lines 96 have the same width along the elastomeric layer, while the "horizontal" control lines 94, as shown, has a wide portion and a narrow portion of the alternating.

エラストマー層95は、エラストマー層90の上方に位置し、その結果、「垂直」コントロールライン96は図20C中に示されるように支柱92の上方に配置され、そして「水平」コントロールライン94は、図20D中に示されるように、支柱92の間に幅広部分を用いて配置される。 Elastomeric layer 95 is positioned above the elastomeric layer 90 such that "vertical" control lines 96 are positioned above the support 92 as shown in FIG. 20C, and "horizontal" control lines 94, FIG. as shown in 20D, it is arranged with a wide portion between the struts 92.

図20C中に示されるように、「垂直」コントロールライン96が加圧される場合、領域98において層90と95との間に初期配置されるエラストマー層によって形成される統合構造体の膜は、フローチャンネルのアレイの上方で、下方向に歪められ、その結果、示されるように、流入フロー(flow in)はフロー方向F2(すなわち、垂直方向)でのみ通過し得る。 As shown in Figure 20C, when "vertical" control lines 96 are pressurized, the membrane of the integrated structure formed by the elastomeric layer initially positioned between layers 90 and 95 in the region 98, above the flow channels of the array, distorted downward, as a result, as shown, inlet flow (flow in) may pass only a flow direction F2 (i.e., vertical direction).

図20D中に見られ得るように、「水平」コントロールライン94が加圧される場合、領域99において層90と95との間に初期配置されるエラストマー層によって形成される統合構造体の膜は、フローチャンネルのアレイの上方で(しかし、それらが最も幅広い領域でのみ)、下方向に歪められ、その結果、示されるように、流入フローはフロー方向F1(すなわち、水平方向)でのみ通過し得る。 As can be seen in Figure 20D, when "horizontal" control lines 94 are pressurized, the membrane of the integrated structure formed by the elastomeric layer initially positioned between layers 90 and 95 in the region 99 , above the flow channels of the array (but they only broadest region), distorted downward, as a result, as shown, the inlet flow passes only a flow direction F1 (i.e., horizontal direction) obtain.

図20中に示される設計によって、切り換え可能なフローアレイが、異なるエラストマー層においてコントロールライン間に通じる垂直の偏向(vias)を全く必要とせずに、2つのみのエラストマー層から構築され得る。 The design shown in FIG. 20, a switchable flow array without any need deflection of the vertical communicating between the control line (vias) in different elastomeric layers may be constructed from only two elastomeric layers. 全ての垂直フローコントロールライン94が接続される場合、これらのラインは1つの入力から加圧され得る。 If all vertical flow control lines 94 are connected, these lines may be pressurized from one input. すべての水平フローコントロールライン96についても、同じことが成立する。 For all horizontal flow control lines 96 also, the same is true.

(11.通常は閉じたバルブ構造体) (11. Normally closed valve structure)
上記の図7Bおよび7Hは、エラストマー膜が第1の弛緩位置から第2の作動位置(この位置でフローチャンネルがブロックされる)に移動可能であるバルブ構造を図示する。 7B and 7H above, the elastomeric film is shown a valve structure is movable from a first relaxed position to a second operating position (flow channel in this position is blocked). しかし、本発明はこの特定のバルブ構成に限定されない。 However, the invention is not limited to this particular valve configuration.

図21A〜21Jは、エラストマー膜が、フローチャンネルを妨げる第1の弛緩位置から、負の制御圧を利用してフローチャンネルを開放する第2の作動位置に移動可能である、通常は閉じたバルブ構造の種々の図面を示す。 FIG 21A~21J the valve elastomer film, from a first relaxed position to prevent the flow channel is movable using a negative control pressure in the second operating position to open the flow channel, which normally closed It shows various drawing structures.

非作動状態の通常は閉じたバルブ4200について、図21Aは平面図を示し、そして図21Bは線42B〜42B'に沿った断面図を示す。 Normally the valve 4200 closed unactuated, FIG 21A is a plan view, and FIG 21B is a cross-sectional view taken along line 42B~42B '. フローチャンネル4202およびコントロールチャンネル4204は、基材4205の上を覆うエラストマーブロック4206において形成される。 Flow channel 4202 and control channel 4204 are formed in elastomeric block 4206 overlying the substrate 4205. フローチャンネル4202は、仕切り部分4208によって分けられる第1部分4202aおよび第2部分4202bを備える。 Flow channel 4202 includes a first portion 4202a and second portion 4202b separated by a partition portion 4208. コントロールチャンネル4204は、仕切り部分4208の上を覆う。 Control channel 4204, covers the top of the partition part 4208. 21B中に示されるように、弛緩した非作動位置において、仕切り部分4208は、フローチャンネル部分4202aと4202bとの間に依然として配置され、フローチャンネル4202を妨げる。 As shown in FIG. 21B, in the non-actuated position relaxed, the partition portion 4208 is still disposed between the flow channel section 4202a and 4202B, impede flow channel 4202.

図21Cは、バルブ4200の断面図を示し、ここで、仕切り部分4208は作動位置にある。 Figure 21C shows a sectional view of the valve 4200, wherein the partition portion 4208 is in the operating position. コントロールチャンネル4204内の圧力が低減されて(例えば、減圧ポンプによって)フローチャンネル中の圧力を下回る場合、仕切り部分4208は作動力を受けて仕切り部分4208をコントロールチャンネル4204の中へと引き出す。 It is reduced the pressure in the control channel 4204 (e.g., by vacuum pump) if below the pressure in the flow channel, the divider portion 4208 draws and into the control channel 4204 the partition portion 4208 receives the actuating force. この作動力の結果、膜4208はコントロールチャンネル4204の中に突出して、これによってフローチャンネル4202を通る材料の流れに対する妨げを除去し、そして通路4203を形成する。 The result of this actuation force membrane 4208 projects into control channel 4204, thereby removing the obstructed to the flow of material through the flow channel 4202, and a passage 4203. コントロールチャンネル4204内での圧力上昇の際に、仕切り部分4208は本来の位置に配置され、フローチャンネル4202の中への戻りを緩和し、そしてフローチャンネル4202を遮断する。 Upon pressure increase in the control channel 4204, the partition portion 4208 is arranged in situ, relieve back into the flow channel 4202, and to block the flow channels 4202.

作動力に応じた膜の挙動は、上に位置するコントロールチャンネルの幅を変化させることによって変更され得る。 Behavior of films in accordance with the actuation force may be changed by varying the width of the control channel located above. 従って、図21D〜 21Eは、コントロールチャンネル4207が仕切り部分4208よりも実質的に幅広い場合の、通常は閉じたバルブ4201の代替的な実施形態の、平面図および断面図を示す。 Accordingly, FIG. 21D~ 21E shows control channel 4207 when substantially wider than the partition portion 4208, of an alternative embodiment of a valve 4201 which normally closes, a plan view and a cross-sectional view. 図21Dの線42E−42E'の線に沿った図21E〜Fの断面図中に示されるように、エラストマー材料のより大きな範囲が作動中に移動されることが必要とされるので、適用に必要な作動力は低減される。 As it is shown in cross section in FIG 21E~F along line the line 42E-42E 'of FIG. 21D, since a greater range of elastomeric material is required to be moved during operation, to apply required actuating force is reduced.

図21GおよびHは、図21Dの線40G−40G'に沿った断面図を示す。 Figure 21G and H show a cross-sectional view taken along line 40G-40G 'of Fig. 21D. 図21G中に示される非作動のバルブ構成と比較して、図21Hは、より幅広なコントロールチャンネル4207内で低減された圧力が、特定の状況下で、上に位置するエラストマー材料4206を牽引して基材4205から離すという所望されない効果を有し得、これによって所望されない気泡4212を生成し得る。 Compared to the valve arrangement of the non-working shown in FIG. 21G, FIG. 21H is reduced pressure wider control channel within 4207, under certain circumstances, lead the elastomeric material 4206 located above can have undesirable effect of releasing from the substrate 4205 Te, thereby to produce a bubble 4212 is not desirable.

従って、仕切り部分4208に重なるセグメント4204a中を除いて最小限の幅を有するコントロールライン4204を特徴として有することによってこの問題を回避する、バルブ構造体4220について、図21Iは平面図を示し、そして図21Jは図21Iの線21J−21J'に沿った断面図を示す。 Therefore, to avoid this problem by having the control line 4204 with a minimum width except in segment 4204a overlapping the partition portion 4208 as a feature, the valve structure 4220, FIG. 21I shows a plan view, and FIG. 21J is a cross-sectional view along line 21J-21J 'of Fig. 21I. 図21J中に示されるように、作動条件下ですら、コントロールチャンネル4204のより狭い断面は、上に位置するエラストマー材料4206上の引力を低減させて、これによって、このエラストマー材料が基材4205から引き剥がされること、および所望されない気泡を生成することを妨げる。 As shown in Figure 21J, even under operating conditions, the narrower the cross-section of the control channel 4204, thereby reducing the attractive force on the elastomeric material 4206 located above, whereby the elastomeric material from the substrate 4205 peeled is possible, and prevent the generating unwanted bubbles.

圧力に応じて作動される、通常は閉じられるバルブ構造体は、図21A〜21J中に示されるが、本発明に従う通常は閉じられるバルブは、この構成に限定されない。 Is activated in response to pressure, the valve structure normally closed is shown in Figure 21a to 21j, the valve normally according to the present invention is closed is not limited to this configuration. 例えば、フローチャンネルを遮断する仕切り部分は、代替的に、上記で頻繁に記載されるように、電場または磁場によって操作され得る。 For example, a partition portion that blocks the flow channel could alternatively, as is frequently described above, can be manipulated by electric or magnetic fields.

(12.側方作動(side−activated)バルブ) (12. laterally-operative (side-activated) valve)
上記の説明は、コントロールチャンネルが下に位置するフローチャンネルから、介在エラストマー膜の上方に配置され、そして介在エラストマー膜によって分けられる、微細製作されたエラストマーバルブ構造体に着目したが、本発明はこの構造に限定されない。 The above description, from the flow channel to control channel is located below, is disposed above the intervening elastomeric membrane, and separated by intervening elastomeric membrane has been focused on the elastomeric valve structure which is microfabricated, the present invention is the but it is not limited to the structure. 図22Aおよび22Bは、本発明の1つの実施形態に従う、側方作動バルブ構造体の1つの実施形態の平面図を示す。 22A and 22B in accordance with one embodiment of the present invention shows a plan view of one embodiment of a lateral actuating valve structure.

図22Aは、非作動位置における側方作動バルブ構造体4800を示す。 Figure 22A shows a side-actuated valve structure 4800 in a non-actuated position. フローチャンネル4802は、エラストマー層4804中に形成される。 Flow channel 4802 is formed in elastomeric layer 4804. フローチャンネル4802に接しているコントロールチャンネル4806もまた、エラストマー層4804中に形成される。 Control channel 4806 is in contact with the flow channel 4802 is also formed in elastomeric layer 4804. コントロールチャンネル4806は、エラストマー膜部分4808によってフローチャンネル4802から分けられる。 Control channel 4806 is separated from the flow channel 4802 by elastomeric membrane portion 4808. 第2のエラストマー層(示さず)は底面のエラストマー層4804の上に結合されて、フローチャンネル4802およびコントロールチャンネル4806を閉塞する。 Second elastomeric layer (not shown) is coupled to the top of the elastomeric layer 4804 of the bottom to close the flow channel 4802 and control channel 4806.

図22Bは、作動位置における側方作動バルブ4800を示す。 Figure 22B shows a side-actuated valve 4800 in an actuated position. コントロールチャンネル4806内の圧力の増進に応じて、膜4808はフローチャンネル4802の中へと変形して、フローチャンネル4802を遮断する。 Depending on the enhancement of the pressure in the control channel 4806, membrane 4808 deforms and into the flow channel 4802, blocking flow channel 4802. コントロールチャンネル4806内の圧力の開放に際して、膜4808は弛緩してコントロールチャンネル4806内へと戻り、そしてフローチャンネル4802を開く。 Upon release of the pressure in the control channel 4806, membrane 4808 returns to the control channel 4806 to relax and open a flow channel 4802.

圧力に応じて作動される側方作動バルブ構造体は図22Aおよび図22B中に示されるが、本発明に従う側方作動バルブはこの構造に限定されない。 Although the side-actuated valve structure actuated in response to pressure is shown in FIG. 22A and FIG. 22B, the lateral actuated valve according to the present invention is not limited to this structure. 例えば、隣接するフローチャンネルとコントロールチャンネルとの間に位置するエラストマー膜部分は、代替的に、上記で頻繁に記載されるように、電場または磁場によって操作され得る。 For example, the elastomeric membrane portion located between the adjacent flow channels and control channels could alternatively, as is frequently described above, can be manipulated by electric or magnetic fields.

(13.複合構造体) (13. composite structure)
本発明の微細製作されたエラストマー構造体は、非エラストマー材料と組み合わされて複合構造体を形成し得る。 Microfabricated elastomeric structure of the present invention may form a composite structure in combination with non-elastomeric material. 図23は、本発明に従う複合構造体の1つの実施形態の断面図を示す。 Figure 23 shows a cross-sectional view of one embodiment of a composite structure according to the present invention. 図23は、内部に形成されるチャンネル5706を有する半導体型の基材5704に重なる第1の薄いエラストマー層5702を備える、複合バルブ構造体5700を示す。 Figure 23 includes a first thin elastomer layer 5702 overlying the semiconductor-type substrate 5704 having channel 5706 formed therein, illustrating a composite valve structure 5700. 第2のより薄いエラストマー層5708は、第1エラストマー層5702に重なる。 The second thinner elastomeric layer 5708 overlaps the first elastomeric layer 5702. チャンネル5706内へと駆動するための第1エラストマー層5702の作動は、複合構造体5700をバルブとして機能させる。 Operation of the first elastomeric layer 5702 to drive into the channel 5706, to function composite structure 5700 as a valve.

図24は、この主題に対する多様性の断面図を示し、ここで、薄いエラストマー層5802は、2つの硬い半導体基材5804と5806との間に挟まれ、チャンネル5808を特徴付けるより下方の基材5804を備える。 Figure 24 shows a cross-sectional view of the diversity to this subject, where the thin elastomeric layer 5802 is sandwiched between the two rigid semiconductor substrate 5804 and 5806, below the characterizing channel 5808 substrate 5804 equipped with a. さらに、チャンネル5808内へと駆動するための薄いエラストマー層5802の作動は、複合構造体5810をバルブとして機能させる。 Further, operation of the thin elastomer layer 5802 to drive into the channel 5808, to function composite structure 5810 as a valve.

図23または24中に示される構造体は、上記の多層柔軟リソグラフィー技術またはカプセル化技術のどちらか一方を利用して組み立てられ得る。 Structure shown in Figure 23 or 24 may be assembled utilizing either of the above multi-layer flexible lithography or encapsulation techniques. 多層柔軟リソグラフィー方法において、エラストマー層を形成して、次いでチャンネルを有する半導体基材上に配置される。 In the multilayer flexible lithography method, to form the elastomer layer, then placed on a semiconductor substrate having a channel. カプセル化方法において、そのチャンネルは最初に半導体基材中に形成され、次いでそのチャンネルは感光性耐食膜(photoresist)のような犠牲材料で満たされる。 In the encapsulation method, the channel is formed in the first semiconductor substrate and then the channel is filled with a sacrificial material such as photoresist composition (Photoresist). 次いでこのエラストマーを基材上に適切に形成し、犠牲材料の除去でエラストマー膜によって重ねられるチャンネルを形成する。 Then properly form the elastomer on a substrate to form a channel to be overlaid by the elastomer membrane removal of the sacrificial material. エラストマーの他の型の材料への接着と組み合わせについて以下に詳細に考察されるように、カプセル化アプローチは、エラストマー膜成分と上に重なる非エラストマー基材成分との間のより強固な接着を生じ得る。 As will be discussed in detail below for other adhesive and a combination of types to the material of the elastomer, the encapsulation approach results in a more firm adhesion between the non-elastomeric substrate component overlying the elastomeric membrane component obtain.

図23および24中に示されるように、本発明の実施形態に従う複合構造体は、チャンネルのような透過性特徴を有する硬い基材を含み得る。 As shown in FIGS. 23 and 24, the composite structure according to an embodiment of the present invention may include a rigid substrate having a permeable features such as channels. しかし、本発明はこのアプローチに限定されず、そして上に重ねられる硬い基材は、凹部を有するエラストマー成分と相互作用する活性の特徴を有し得る。 However, the present invention is not limited to this approach, and rigid substrate is overlaid on may have a characteristic activity that interacts with an elastomer component having a recess. このことは、図25中に示され、ここで、複合構造体5900は、壁5906および天井5908を有する凹部5904を備えるエラストマー成分5902を備える。 This is shown in Figure 25, wherein the composite structure 5900 includes elastomer component 5902 having a recess 5904 having walls 5906 and ceiling 5908. 天井5908は、可撓性膜部分5909を形成する。 Ceiling 5908 forms flexible membrane portion 5909. エラストマー成分5902は、活性化デバイス5912を備える、実質的に平面な非エラストマー成分5910に対してシールされる。 Elastomeric component 5902 comprises an activation device 5912 is sealed against substantially planar nonelastomeric component 5910. 活性デバイス5912は、凹部5904および/または可撓性膜部分5909に存在する材料と相互作用し得る。 Active device 5912 may materials interact present in recess 5904 and / or flexible membrane portion 5909.

多くの型の活性構造体が、非エラストマー基材に存在する. Activity structure of many types, present in the non-elastomer substrate. 重なっている硬い基材において存在し得る活性構造体としては、レジスタ、キャパシタ、フォトダイオード、トランジスタ、化学電界効果トランジスター(chem FET)、電流的/電量的電気化学センサー、光ファイバー、光ファイバー相互接続、光励起ダイオード、レーザーダイオード、鉛直空洞表面励起レーザー(VCSEL)、微細鏡(micromirror)、加速度計、圧力型、流量計、CMOS画像化アレイ、CCDカメラ、電子論理回路、マイクロプロセッサ、サーミスタ、ペルチェクーラー、導波管、抵抗型ヒーター、化学センサー、歪みゲージ、インダクター、アクチュエーター(静電気的、磁性、電磁的、異種金属性、圧電的、形状記憶合金ベース、およびその他を含む)、コイル、磁石、電磁石、磁場センサ( The active structures may be present in the hard base material overlapping, resistors, capacitors, photodiodes, transistors, chemical field effect transistors (chem FET), galvanically / coulometric electrochemical sensors, fiber optics, fiber optic interconnects, light excitation diodes, laser diodes, vertical cavity surface excitation laser (VCSEL), a fine mirror (micromirror), accelerometers, pressure-type flow meters, CMOS imaging arrays, CCD cameras, electronic logic, microprocessors, thermistors, Peltier coolers, guide Namikan, resistive heaters, chemical sensors, strain gauges, inductors, actuators (electrostatic, magnetic, electromagnetic, heterologous metallic, piezoelectric, shape memory alloys based, and others), coils, magnets, electromagnets, magnetic field sensor ( ハードドライブ、超伝導量子干渉デバイス(SQUID)および他の型において使用されるセンサ)、無線周波数ソースおよびレシーバー、マイクロ波周波数ソースおよびレシーバー、電磁スペクトルの他の領域についてのソースおよびレシーバー、放射活性粒子カウンター、ならびに電位計が挙げられるが、これらに限定されない。 Hard drives, superconducting quantum interference device (SQUID) and sensors used in other types), radio frequency sources and receivers, microwave frequency sources and receivers, sources and receivers for other regions of the electromagnetic spectrum, radioactive particle counter, as well as electrometer but not limited thereto.

当該分野で周知の通り、多くの種々の技術を使用して、半導体および他の型の硬い基材において能動的特徴を組み込み得、プリント回路基板(PCB)技術、CMOS、表面微細加工、バルク微細加工、プリント可能なポリマーエレクトロニクス、ならびにTFTおよびその他アモルファス/多結晶技術(ラップトップディスプレイおよび平面スクリーンディスプレイに組み込むために使用される)が挙げられるが、これらに限定されない。 As it is well known in the art, using a number of different techniques to obtain the embedded active features in rigid substrate of semiconductor and other types, printed circuit board (PCB) technology, CMOS, surface micromachining, bulk micro processing, printable polymer electronics, and TFT and other amorphous / polycrystalline techniques (used for incorporation into the laptop displays and flat screen displays) include, but are not limited to.

種々のアプローチが非エラストマー基材に対してエラストマー構造体を封着するために使用され得、これらのアプローチは、複合構造体について、エラストマー成分と非エラストマー成分との間のファンデルワールス結合の形成から、エラストマー成分と非エラストマー成分との間の共有結合またはイオン結合の形成までの範囲に渡る。 Obtained is used for various approaches to seal the elastomeric structure against the nonelastomeric substrate, formation of these approaches, van der Waals bond between the composite structure, the elastomer component and the non-elastomeric component from ranging up covalent bonds or formation of ionic bonds between the elastomeric component and the non-elastomeric component. これら成分を一緒にシールするための例示的なアプローチは、以下に考察され、大抵は強度を向上させることを目的とする。 Exemplary approaches for sealing these components together are discussed below, usually for the purpose of improving the strength.

第1アプローチは、実質的に平坦なエラストマー層を配置して、より硬い非エラストマー材料の実質的に平坦な層と接触する場合に形成されるファンデルワールス力から生じる、簡単なハーメチックシールに依存することである。 The first approach is to place a substantially flat elastomer layer, resulting from Van der Waals forces formed when in contact with harder substantially planar layer of non-elastomeric material, depending on the simple hermetic seal It is to be. 1つの実施形態において、RTVエラストマーのガラス基材への接着は、約3〜4psiの圧力まで耐え得る複合構造体を形成した。 In one embodiment, the adhesion to the glass substrate of RTV elastomer to form a composite structure capable of withstanding up to a pressure of about 3-4 psi. このことは、多くの潜在的な適用について十分であり得る。 This may be sufficient for many potential applications.

第2のアプローチは、液体層を利用して結合を補助することである。 The second approach is to assist the binding using a liquid layer. このことの1つの例は、エラストマーを硬質ガラス基材に結合させることに関し、ここで、弱酸溶液(H O中に5μlのHCl、pH2)をガラス基材に適用する。 One example of this is elastomer relates be attached to a hard glass substrate, wherein the applied to a glass substrate (5 [mu] l of HCl, pH 2 in H 2 in O) weak acid solution. 次いでエラストマー成分を配置してガラス基材と接触させ、そしてその複合構造体を37℃でベーキングして水分を除去する。 Then placing the elastomer component is contacted with the glass substrate, and that the composite structure baked at 37 ° C. to remove water. これより、約20psiの圧力に耐え得るエラストマーと非エラストマーとの間の結合が生じる。 From this results the bond between the elastomer and non-elastomer to withstand the pressure of about 20 psi. この場合、酸はガラス表面上に存在するシラノール基を中和し得、このことはエラストマーおよび非エラストマーを、互いに良好なファンデルワールス接触を可能にし得る。 In this case, acid is obtained by neutralizing the silanol groups present on the glass surface, this means that elastomer and non-elastomeric, may allow a good van der Waals contact with each other.

エタノールへの曝露もまた、デバイス成分を一緒に接着させ得る。 Exposure to ethanol can also be adhered to the device components together. 1つの実施形態において、RTVエラストマー材料およびガラス基材をエタノールで洗浄し、次いで窒素雰囲気下で乾燥させる。 In one embodiment, the RTV elastomeric material and a glass substrate was washed with ethanol and then dried under a nitrogen atmosphere. ついで、このRTVエラストマーを配置してガラスと接触させ、そしてこの組み合わせを80℃で3時間ベーキングする。 Then, this RTV elastomer arranged to be contacted with the glass, and 3 hours baking at the combination 80 ° C.. 必要に応じて、このRTVをまた真空に曝して、スライドとRTVとの間に閉じ込められた全ての気泡を取り除き得る。 If necessary, the RTV also be exposed to vacuum, it may remove any air bubbles trapped between the slide and the RTV. この方法を使用したエラストマーとガラスとの間の結合強度は、過剰の35psiの圧力に耐えた。 Bond strength between the elastomer and glass using this method has withstood the pressure of excess 35 psi. この方法を使用して形成された接着は、永続的ではなく、そしてエラストマーはガラスから剥離され得、洗浄してそしてガラスに再シールされ得る。 Adhesive formed using this method, rather than permanently, and the elastomer may be resealed obtained is peeled from the glass, washed, and the glass. このエタノール洗浄アプローチをまた使用して、エラストマーの良好な層を互いに十分な強度で結合させて、30psiの圧力に耐え得た。 The ethanol washed approach to also use a good layer of elastomer is bound with sufficient strength to each other, and withstand a pressure of 30 psi. 代替の実施形態において、他のアルコールまたはジオールのような化学物質を使用して、層の間の接着を増進し得る。 In an alternative embodiment, using chemicals such as other alcohols or diols may promote adhesion between the layers.

本発明に従う、微細製作される構造体の層の間の接着を増進させる方法の実施形態は、第1成分層の表面を化学物質に曝す工程、第2成分層の表面を化学物質に曝す工程、および第1成分層の表面を配置して第2のエラストマー層の表面と接触させる工程を包含する。 According to the present invention, an embodiment of a method of enhancing the adhesion between the layers of the structure to be microfabricated, the exposing step of exposing the surface of the first component layer to a chemical substance, the surface of the second component layer to the chemical , and comprising the step of contacting the surface of the second elastomeric layer to the surface of the first component layer arranged.

第3のアプローチは、エラストマー成分と非エラストマー成分の表面上に導入された官能基との間の共有化学結合を形成することである。 A third approach is to form a covalent chemical bond between the functional groups introduced onto the surface of the elastomer component and the non-elastomeric component. このような官能基を生成するための、非エラストマー基材表面の誘導体化の例は、ガラス基材をビニルシランまたはアミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)のような薬剤に曝露する工程を含み、このことは、シリコーンエラストマー材料およびポリウレタンエラストマー材料それぞれに対するこのガラス基材の結合を可能とするために、有用であり得る。 For producing such functional groups, examples of derivatives of non-elastomeric substrate surface includes the step of exposing the glass substrate to agents such as vinyl silane or aminopropyltriethoxysilane (APTES), this in order to allow binding of the glass substrate for each silicone elastomeric materials and polyurethane elastomer materials, it may be useful.

第4のアプローチは、エラストマー成分と、非エラストマー成分の表面に元から在る官能基との間の共有化学結合を形成することである。 A fourth approach is to form the elastomeric component, a covalent chemical bond between the functional groups present from the original to the surface of the non-elastomeric component. 例えば、RTVエラストマーは、その表面に過剰のビニル基を有して形成され得る。 For example, RTV elastomer can be formed with an excess of vinyl groups on its surface. これらのビニル基は、硬基材材料の外面上に存在する、対応する官能基と反応させられ得、例えば、エッチングによって元から在る酸素の除去後に単一シリコン結晶基材の表面上に一般的に在るSi−H結合が挙げられる。 These vinyl groups are present on the outer surface of Katamotozai material, it is reacted with a corresponding functional group, for example, generally on the surface of a single silicon crystal substrate after removal of oxygen from the source by etching Si-H bonds located on basis thereof. この例において、エラストマー成分と非エラストマー成分との間に形成される結合の強度は、エラストマー成分の材料強度を越えることが観察された。 In this example, the strength of the bond formed between the elastomer component and the non-elastomeric component, exceed the material strength of the elastomer component is observed.

(14.セルペン/セルケージ) (14. cell cage / cell cage)
本発明のなおさらなる適用において、エラストマー構造体を利用して、生物体または他の生物学的な材料を操作し得る。 In yet a further application of the present invention, by utilizing the elastomeric structure may operate organisms or other biological materials. 図26A〜26Dは、本発明に従うセルペン構造体の1つの実施形態の平面図を示す。 FIG 26A~26D shows a plan view of one embodiment of a cell pen structure in accordance with the present invention.

セルペンアレイ(cell pen array)4400は、直交に配向されたフローチャネル4402のアレイを特徴とし、交互したフローチャネルの交差点にて、細長「ペン」構造4404を有する。 Serupen'arei (cell pen array) 4400 is characterized by an array of flow channels 4402 oriented orthogonally at alternating the flow channels of the intersection, with an elongated "pen" structure 4404. バルブ4406が、各ペン構造4404の入口および出口に配置される。 Valve 4406 is positioned at the entrance and exit of each pen structure 4404. 蠕動ポンプ構造4408が、各水平フローチャネルおよびセルペン構造を欠く垂直フローチャネル上に配置される。 Peristaltic pump structures 4408 are positioned on the vertical flow channels lacking a respective horizontal flow channels and cell pen structure.

図26Aのセルペンアレイ4400は、先に区別したセルA〜Hを装填している。 Serupen'arei 4400 of Figure 26A is loaded with cell A~H that distinguished above. 図26B〜26Cは、個々に貯蔵されたセルCの、以下の1)〜3)によるアクセスおよび除去を示す:1)隣接したペン4404aおよび4404bのいずれかの側へバルブ4406を操作する、2)水平フローチャネル4402aをポンピングして、セルCとGとを置換する、次いで、3)垂直フローチャネル4402bをポンピングして、セルCを除去する。 FIG 26B~26C the cell C stored individually, the following 1) to 3) by accessing and removal: 1) to either side of adjacent pens 4404a and 4404b for operating the valves 4406, 2 ) by pumping horizontal flow channel 4402a, replacing the cell C and G, then 3) pumping vertical flow channel 4402b, to remove the cells C. 図26Dは、水平フローチャネル4402aを通る液体の流れの方向を反転させることによって、第二セルGがセルペンアレイ4400の以前の位置に戻ることを示している。 Figure 26D, by reversing the direction of flow of liquid through the horizontal flow channel 4402a, the second cell G indicates a return to the previous position of Serupen'arei 4400.

上記のセルペンアレイ4404は、アクセスできるような、選択されたアドレス可能な位置内で材料を貯蔵し得る。 Additional Serupen'arei 4404, such as access, can store the material in the addressable selected position. しかしながら、細胞のような生存生体は、生存可能なままでいるために、食物の連続的な取り込みおよび廃棄物の排出を必要とし得る。 However, survival biometric such as a cell, in order to remain viable, may require discharge of continuous uptake and waste food. 従って、図27Aおよび27Bは、本発明に従うセルケージ構造の1つの実施形態の、それぞれ平面図および(線45B−45B'に沿った)断面図を示す。 Accordingly, FIGS. 27A and 27B are of one embodiment of a cell cage structure in accordance with the present invention, (along line 45B-45B ') plan view and respectively a sectional view.

セルケージ4500は、基材4505と接触して、エラストマーブロック4503内でフローチャネル4501の細長部分4500aとして形成される。 Cell cage 4500, in contact with the substrate 4505 is formed as an elongated portion 4500a of flow channel 4501 in the elastomeric block 4503. セルケージ4500は、セルケージ4500の端部4500bおよび4500cが内部領域4500aを完全には閉鎖していないことを除いては、図26A〜26Dにおいて上記のような個々のセルペンと類似している。 Cell cage 4500, except that the end portions 4500b and 4500c of cell cage 4500 do not close completely the interior region 4500a, similar to the individual cell pen as described above in FIG. 26A-26D. むしろ、ケージ4500の端部4500aおよび4500bは、格納可能な複数のピラー4502により形成されている。 Rather, ends 4500a and 4500b of cage 4500 are formed by a plurality of pillars 4502 can be stored. ピラー4502は、図21A〜21Jとともに広範に上記したように、通常は閉鎖されたバルブ構造の膜構造体の一部であり得る。 Pillars 4502, as broadly described above in conjunction with FIG. 21a to 21j, usually can be part of a membrane structure of the closed valve structure.

詳細には、コントロールチャネル4504が、ピラー4502を覆っている。 In particular, control channel 4504, it covers the pillar 4502. コントロールチャネル4504の圧力が減少された場合、エラストマーピラー4502は、コントロールチャネル4504内に上向きに引き込まれ、それによって、セルケージ4500の端4500bが開き、細胞が侵入するのを可能にする。 If the pressure of the control channel 4504 is reduced, elastomeric pillars 4502 are drawn upward into control channel 4504, thereby opening the end 4500b of cell cage 4500, it allows cells to invade. コントロールチャネル4504の圧力が上昇した場合、ピラー4502は、基材4505に対して下向きに緩み、細胞がケージ4500から出るのを防止する。 If the pressure of the control channel 4504 is increased, the pillars 4502, loose downwardly to the substrate 4505, the cells are prevented from leaving the cage 4500.

エラストマーピラー4502は、ケージ4500から細胞が移動するのを防止するのに十分な大きさおよび数のものであるが、貯蔵される細胞を維持するためにケージ内部4500a内への栄養素の流動を可能にするギャップ4508もまた備える。 Elastomeric pillars 4502, but those from the cage 4500 of sufficient size and number to the cell is prevented from moving, it allows the flow of nutrients into cage interior 4500a in order to sustain cell is stored gap 4508 to also prepare for. 対向する端部4500c上のピラー4502は、第二のコーティングチャネル4506の下に同様に配置され、ケージの開口および所望の細胞の取り出しを可能にする。 Pillars on opposite ends 4500c 4502 is likewise positioned below the second coating channel 4506 to permit removal of the opening and the desired cells of the cage.

図26A〜26Dに示される、例示される直交流チャネルアーキテクチャを使用して、まさに記載されるセルペン以外の機能を達成し得る。 It is shown in FIG. 26A-26D, using the cross-flow channel architecture illustrated to achieve the functions other than cell pen as described just. 例えば、この直交硫チャネルアーキテクチャは、混合適用の際に利用される。 For example, the straight 交硫 channel architecture is used in mixing applications.

これは、図28A〜Bに示されており、この図は、本発明の別の実施形態に従う微細製作(microfabricated)構造によって達成される混合工程の平面図を示す。 This is illustrated in Figure 28A-B, this figure shows a plan view of the mixing step is achieved by microfabrication (microfabricated) structure according to another embodiment of the present invention. 詳細には、微細製作混合構造の一部7400は、第二フローチャネル7404と直交しかつこのチャネルと交差した、第一フローチャネル7402を備える。 In particular, some 7400 of a microfabricated mixing structure is orthogonal to the second flow channel 7404 and intersects with this channel, comprising a first flow channel 7402. コントロールチャネル7406が、フローチャネル7402および7404を覆い、そして各交差点7412を取り囲むバルブ対7408a〜bおよび7408c〜dを形成する。 Control channel 7406 is, covering the flow channel 7402 and 7404 and form valve pairs 7408a~b and 7408c~d surround each intersection 7412.

図28Aに示されるように、バルブ対7408c〜dを閉めたままバルブ対7408a〜bを最初に開くと、流体サンプル7410は、フローチャネル7402を通って交差点7412に流れる。 As shown in Figure 28A, the first open valve pair 7408a~b while closing the valve pairs 7408C~d, fluid sample 7410 is flowed to intersection 7412 through flow channel 7402. 次いで、バルブ対7408c〜dを作動させ、交差点7412にて流体サンプル7410を捕捉する。 Then, by operating the valve pair 7408C~d, capturing the fluid sample 7410 at intersection 7412.

次に、図28Bに示されるように、バルブ対7408a〜bおよび7408c〜dを開くと、その結果、流体サンプル7410は、交差点7412から、流体の直交流を運搬する流体チャネル7404内に注入される。 Next, as shown in Figure 28B, when opening the valve pairs 7408a~b and 7408C~d, As a result, the fluid sample 7410 from the intersection 7412, is injected into the fluid channel 7404 for carrying the cross fluid that. 図28A〜Bに示されるプロセスは、任意の数の流体サンプルを直交流チャネル7404に正確に分配するように繰り返され得る。 The process shown in FIG 28A~B can be repeated a fluid sample any number to accurately distribute the cross channel 7404. 図44は、本発明に従う直交流注入システムの1つの実施形態についての、Log(R/B) Figure 44, for one embodiment of the cross-flow injection system according to the present invention, Log (R / B)
対 注入されたスラグ数のプロットである。 It is a plot of the number of slugs that are paired infusion. 粘性のようなプロセスパラメータから、直交流注入によって測定される再現性および相対的な独立性は、図82によってさらに証明され、これは、種々の流動条件下での交差チャネル流動注入についての、注入容積 対 注入サイクル数のプロットである。 From the process parameters such as viscosity, reproducibility and relative independence as measured by cross-flow injection is further demonstrated by Figure 82, which, for cross-channel flow injection under various flow conditions, injection it is a plot of volume to the injection cycle number. 図82は、直交流注入技術によって測定された容積が、一連の注入サイクルにわたって線形基準で増加することを示す。 Figure 82 shows the volume measured by the cross-flow injection technique, increases in a linear basis over a series of injection cycles. 用量と注入サイクル数との間のこの線形関係は、上昇した流体粘度のような粘性パラメータ(25%グリセロールを加えることによって与えられる)、およびフローチャネルの長さ(1.0〜2.5cm)から相対的に独立している。 The linear relationship, the viscosity parameters such as elevated fluid viscosity (given by the addition of 25% glycerol), and flow channel length between the dose and the number of injected cycles (1.0~2.5Cm) It is relatively independent from.

図28A〜28Bとともに上で示され記載された実施形態は、フローチャネル交差点の対向する側に連結バルブ対を使用しているが、これは、本発明に必要ではない。 Embodiments shown and described above in conjunction with FIG. 28A~28B is, the use of the connected valve pairs on opposite sides of the flow channel crossing, this is not necessary in the present invention. 他の配置(交差点の隣接したバルブの連結を含む)、または交差点周辺の各バルブの独立した作動は、所望の流動特性を提供するのを可能にする。 Other arrangements (including linking of adjacent valves intersection), or an independent actuation of each valve near the intersection enables to provide the desired flow characteristics. しかしながら、この独立したバルブの作動アプローチを用いると、各バルブのために別個のコントロール構造が使用され、デバイスの設計を複雑にすることが認識されるべきである。 However, using the operation approaches the independent valves, separate control structure for each valve is used, it should be recognized that complicate the device design.

(15.容積排除による測定) (15. measured by volume exclusion)
多くの高スループットスクリーニングおよび診断適用は、反応チャンバ内での異なる試薬の正確な組み合わせを必要とする。 Many high-throughput screening and diagnostic applications require precise combination of different reagents in the reaction chamber. 流体の流れを確実にするためにマイクロ流体デバイスのチャネルをプライム(prime)することがしばしば必要とされる場合、混合溶液が、サンプルを導入する前に反応チャンバの含有量によって希釈も汚染もされないことを確実にすることは、困難であり得る。 If the prime (prime) the channel of the microfluidic device in order to ensure the flow of fluid is often required, the mixed solution is not also be contaminated diluted depending on the content of the reaction chamber prior to introducing the sample ensuring that can be difficult.

容積排除は、反応チャンバ内への流体の導入の正確な測定を可能にする、1つの技術である。 Positive displacement allows for accurate measurement of fluid introduction into the reaction chamber, one technique. このアプローチにおいて、反応チャンバは、サンプルを注入する前に、完全に空であっても部分的に空であってもよい。 In this approach, the reaction chamber, before injecting the sample, may be entirely empty also partially be empty. この方法は、チャンバ含有量の残りの含有量からの汚染を減少させ、そして、反応チャンバ内への溶液の導入を正確に測定するために使用され得る。 This method reduces contamination from the remaining content of the chamber contents, and may be used to accurately measure the introduction of the solution into the reaction chamber.

詳細には、図29A〜29Dは、反応チャンバの断面図を示し、ここにおいて、容積排除は、反応物を測定するために用いられる。 In particular, FIG. 29A~29D shows a cross-sectional view of a reaction chamber, wherein the volume exclusion is employed to measure the reaction. 図29Aは、マイクロ流体デバイスの一部6300の断面図を示し、このデバイスは、第一のエラストマー層6302を備え、この層は、第二のエラストマー層6304を覆っている。 Figure 29A shows a cross-sectional view of a portion of the microfluidic device 6300, the device is provided with a first elastomer layer 6302, the layer covers the second elastomer layer 6304. 第一のエラストマー層6302は、コントロールチャネル(図示せず)と流体連絡したコントロールチャンバ6306を含む。 First elastomer layer 6302 includes control chamber 6306 in fluid communication with the control channel (not shown). コントロールチャンバ6306は、膜6310と重なり合い、そしてこの膜6310によって第二のエラストマー層6304の終端反応チャンバ6308から分離されている。 Control chamber 6306, overlaps the film 6310, and is separated from the end reaction chamber 6308 of second elastomer layer 6304 by membrane 6310. 第二のエラストマー層6304は、終端反応チャンバ6308まで導くフローチャネル6312をさらに含む。 Second elastomer layer 6304 further comprises flow channel 6312 leading to the end reaction chamber 6308.

図29Bは、コントロールチャンバ6306内の圧力増加の結果を示す。 Figure 29B shows the result of the pressure increase in the control chamber 6306. 詳細には、コントロールチャンバ圧の増加により、膜6310が反応チャンバ6308内に下向きに曲げられ、容積Vによって、反応チャンバ6308の有効容積が減少される。 In particular, by increasing the control chamber pressure, film 6310 is bent downwardly into the reaction chamber 6308, the volume V, the effective volume of the reaction chamber 6308 is reduced. 次いで、これは、反応チャンバ6308からの等容積Vの反応物を排除し、その結果、容積Vの第一反応物Xが、フローチャネル6312から出力される。 Then, this is a reaction product of equal volume V from the reaction chamber 6308 was eliminated, resulting in the first reactant X volume V is output from the flow channels 6312. コントロールチャンバ6306の圧力増加とフローチャネル6312からの材料出力容積との間の正確な相関が、正確に較正され得る。 The exact correlation between the material output volume from the pressure increase and flow channel 6312 of the control chamber 6306 can be precisely calibrated.

図29Cに示されるように、上昇圧は、コントロールチャンバ6306内で維持されるが、容積V'の第二反応物Yは、フローチャネル6312および反応チャンバ6308と接触して配置される。 As shown in FIG. 29C, top boost is maintained within control chamber 6306, a second reactant Y volume V 'is placed in contact with the flow channel 6312 and reaction chamber 6308.

図29Dに示される次の工程において、コントロールチャンバ6306内の圧力は、元のレベルまで減少される。 In the next step shown in FIG. 29D, the pressure in the control chamber 6306 is reduced to the original level. 結果として、膜6310は緩み、そして反応チャンバ6308の有効容積が増加する。 As a result, membrane 6310 relaxes and the effective volume of the reaction chamber 6308 increases. 容積Vの第二反応物Yが、このデバイス内に吸い込まれる。 The second reactant Y of volume V is drawn into the the device. 反応チャンバおよびコントロールチャンバの相対サイズを変更することによって、特定の相対濃度での溶液の正確な混合が可能である。 By changing the relative size of the reaction chamber and the control chamber, it is possible to accurately mix solutions at a specified relative concentration. デバイス内に吸い込まれた第二反応物Yの量が、排除された容積Vにのみ依存し、フローチャネルの開口状態にて入手可能になったYの容積V'とは無関係であることに注目する価値がある。 Note that the amount of the second reactant Y that is sucked into the device, depends only on the excluded volume V, it is independent of volume V 'of Y became available in the open state of the flow channel it is worth.

図29A〜29Dは、単一反応チャンバを含む本発明の単純な実施形態を示しているが、より複雑な実施形態において、数百または数千の反応チャンバの並列構造は、単一コントロールラインにおける圧力増加によって作動され得る。 FIG 29A~29D, while indicating a simple embodiment of the present invention comprising a single reaction chamber, in more complex embodiments, the parallel structure of the reaction chamber of the hundreds or thousands, in a single control line It may be actuated by a pressure increase.

さらに、上の記載は、コントロールチャンバおよび反応チャンバのサイズによって決定される相対濃度にて組み合わされた2種の反応物を記載しているが、容積排除技術は、単一反応チャンバにおいて種々の濃度にて、数種の試薬を組み合わせて用いられ得る。 Further, the above description has been described in the two reactants combined at a relative concentration that is determined by the size of the control chamber and the reaction chamber, the volume exclusion technique, various in a single reaction chamber concentration at may be used in combination of several reagents. 1つの可能なアプローチは、各反応チャンバについて、別個にアドレス可能な数種のコントロールチャンバを使用することである。 One possible approach is for each reaction chamber is to separate use several control chamber addressable. このアーキテクチャの例は、単一コントロールチャンバの代わりに、10個の別個のコントロールラインを有することであり、これにより、10個の等容積が押し出されるかまたは吸い込まれる。 An example of this architecture, instead of a single control chamber, is to have 10 separate control lines, thereby, ten equal volume is or drawn extruded.

別の可能なアプローチは、反応チャンバ全体を覆う単一コントロールチャンバを使用し、この反応チャンバの有効容積は、コントロールチャンバの圧力を変化させることによって調節される。 Another possible approach is to use a single control chamber overlying the entire reaction chamber, the effective volume of the reaction chamber is adjusted by varying the pressure in the control chamber. この様式において、反応チャンバの有効容積を越えるアナログコントロールが可能である。 In this manner, it is possible analog control over the effective volume of the reaction chamber. 次いで、アナログ容積コントロールは、不定な相対濃度にて、多数の溶液反応物の組み合わせを可能にする。 Then, the analog volume control at indefinite relative concentrations allows the combination of multiple solutions reactants.

本発明に従って流体の容積を測定する方法の実施形態は、エラストマー膜によってコントロール溝から分離されたエラストマーブロックの容積を有するチャンバを提供する工程、およびこの膜がチャンバ内に曲げられそしてこの容積が較正量だけ減少されるように、このコントロール溝に圧力を与え、それにより、このチャンバから流体の較正容積を排除する工程、を包含する。 Embodiment of a method of measuring the volume of the fluid in accordance with the present invention comprises providing a chamber having a volume of elastomeric block separated from a control groove by an elastomeric membrane, and the membrane is bent into the chamber and this volume calibration as reduced by an amount to give a pressure to the control groove comprises thereby, the step of eliminating the calibrated volume of fluid from the chamber.

(II.結晶化構造および結晶化方法) (II. Crystallization structure and crystallization process)
標的物質の結晶化の高スループットスクリーニング、または結晶化による標的物質の少量のサンプルの精製は、既知の濃度で、標的物質の溶液を、微細製作流体デバイスの複数のチャンバに同時に導入することによって達成される。 Purification of a small sample of the target substance by high-throughput screening or crystallization, the crystallization of the target substance is achieved in a known concentration, by the solution of the target substance, it is introduced simultaneously into a plurality of chambers of a microfabricated fluidic device It is. 次いで、この微細製作流体デバイスは、チャンバ内の溶液条件を変化するように操作され、それによって、多数の結晶化環境が同時に提供される。 Then, the microfabricated fluidic device is operated to change the solution conditions in the chamber, thereby, a large number of crystallization environments are provided simultaneously. 溶媒条件の変化したコントロールは、種々の技術から生じ得、これらとしては、以下が挙げられるがこれらに限定されない:容積排除によってか、微細製作構造の寸法によって決定される液体容積の捕捉によってか、または直交したフローチャネルが交差することによって規定される交差点のマトリクス内への交差チャネル注入によって、チャンバ内での結晶化因子の容積を測定する技術。 Altered control of solvent conditions may result from a variety of techniques, as these include, but are not limited to, either by positive displacement, or by the capture of the liquid volume being determined by the dimensions of the microfabricated structure, or by cross-channel injection into the intersection in the matrix of orthogonal flow channels are defined by intersecting a technique for measuring the volume of the crystallization agent in the chamber.

本発明の実施形態によって結晶化を生じる結晶は、X線結晶学に用いられ、三次元分子構造が決定され得る。 Crystals causing crystallization by embodiments of the present invention is used in X-ray crystallography, three-dimensional molecular structure can be determined. あるいは、本発明の実施形態に従う高スループットスクリーニングが直接X線結晶学に十分なサイズの結晶を生成しない場合、結晶は、さらなる結晶化実験用の核結晶として用いられ得る。 Alternatively, if the high throughput screening in accordance with an embodiment of the present invention does not produce crystals of sufficient size for direct X-ray crystallography, crystallization may be used as a nucleus crystals for further crystallization experiments. 見込みのあるスクリーニング結果もまた、標準化された低密度マトリクス技術を使用するのと類似の様式で、狭いスペクトルの結晶化条件に焦点を当てたさらなるスクリーニングのための基準として使用され得る。 Promising screening results also in a manner similar to using standardized low density matrix techniques, may be used as the basis for further screening focusing on crystallization conditions a narrow spectrum.

本発明の実施形態に従うシステムおよび方法は、より大きい生物学的高分子またはその凝集体(例えば、タンパク質、核酸、ウイルス、およびタンパク質/リガンドの複合体)を結晶化するのに特に適している。 The systems and methods according to embodiments of the present invention are particularly suitable larger biological macromolecules or aggregates thereof (e.g., proteins, nucleic acids, viruses, and complexes of protein / ligand) for crystallizing. しかしながら、本発明に従う結晶化は、任意の特定の型の標的物質に制限されない。 However, crystallization in accordance with the present invention is not limited to any particular type of target material.

以下の考察において用いられるように、用語「結晶化剤」は、標的物質の溶液に導入され、この標的物質の溶解度を低下させ、それによって結晶形成を誘導する、物質を記載する。 As used in the following discussion, the term "crystallization agent" is introduced into a solution of the target substance, to reduce the solubility of the target substance, thereby inducing crystal formation, describes the substance. 結晶化剤としては、代表的に、標的が溶解度の減少を示す対溶媒(countersolvent)が挙げられるが、溶液のpHに影響を及ぼす材料、またはポリエチレングリコールのような、標的物質に利用可能な溶媒の容積を効果的に減少させる材料もまた記載し得る。 The crystallizing agent, typically, although solvent to showing the target reduction in solubility (countersolvent) and the like, affecting material on the pH of the solution or such as polyethylene glycol, a solvent available for the target substance material to reduce the volume effectively be also described. 用語「対溶媒」は、「結晶化剤」と相互交換可能に使用される。 The term "counter solvent" is used interchangeably with "crystallization agent".

(1.容積排除による結晶化) (1. crystallization by volume exclusion)
図30は、先の図29A〜Dとともに記載された容積排除技術を用いて、質量結晶化の試行を可能にする結晶化システムの1つの実施形態の平面図を示す。 Figure 30 uses the by volume exclusion technique described in conjunction with previous figures 29A-D, shows a plan view of one embodiment of the crystallization system that allows trial mass crystallization.

結晶化システム7200は、コントロールチャネル7202、ならびにフローチャネル7204a、7204b、7204cおよび7204dを備える。 Crystallization system 7200 comprises control channel 7202, and flow channels 7204a, 7204b, the 7204c and 7204D. 各フローチャネル7204a、7204b、7204cおよび7204dは、終端チャンバ7206を特徴とし、これは、結晶化のための部位として働く。 Each flow channel 7204a, 7204b, 7204c and 7204d are characterized termination chamber 7206, which serves as a site for crystallization. コントロールチャネル7202は、膜7208に重なり合い、そしてコントロールチャンバ7205と同じ幅を有する膜7208によってチャンバ7206から分離されている、幅が変化したコントロールチャンバ7205のネットワークを特徴とする。 Control channel 7202, membrane 7208 overlap to and is separated from the chamber 7206 by a membrane 7208 having the same width as the control chamber 7205, and wherein the network control chamber 7205 having a width changed. 図面には明確に示されていないが、膜の二次ネットワークを特徴とする第二のコントロールは、終端チャンバ7206の開口部を選択的に開閉するための停止バルブを作製するために用いられる。 Although not explicitly depicted in the drawings, the second control, wherein the secondary network of the membrane is used to make a stop valve for selectively opening and closing the opening of the terminal chamber 7206. このような停止バルブの機能および役割の十分な記載は、図31とともに以下に提供される。 Adequate description of the functions and roles of such stop valves is provided below in conjunction with FIG. 31.

結晶化システム7200の操作は、以下の通りである。 Operation of crystallization system 7200 is as follows. 最初に、標的タンパク質を含有する水溶液を、各フローチャネル7204a、7204b、7204cおよび7204dを通して流し、各終端チャンバ7206を満たす。 First, an aqueous solution containing the target protein, flushed each flow channel 7204a, 7204b, through 7204c and 7204D, fill each end chamber 7206. 次に、コントロールチャンバ7202に高圧を付与して、膜7208を下にあるチャンバ7206内に曲げ、このチャンバ7206から所定容積を排除し、そしてチャンバ7206から、最初のタンパク質溶液のこの排除容積を流す。 Next, by applying a high pressure to the control chamber 7202, bending in a chamber 7206 with a film 7208 underneath, to eliminate a predetermined volume from the chamber 7206, and from the chamber 7206 flows the displacement volume of the first protein solution .

次に、圧力をコントロールチャネル7202内で維持しながら、異なる対溶媒を、各フローチャネル7204a、7204b、7204cおよび7204d内に流す。 Then, while maintaining in the control channel 7202 pressure, different to solvent flows each flow channel 7204a, 7204b, in 7204c and 7204D. 次いで、圧力を、コントロールライン7202内に解放し、膜7208が緩まってそれらの元の位置に戻り、以前に排除された容積の対溶媒がチャンバ7206に入り、元のタンパク質溶液と混合するのを可能にする。 Then, pressure was released in the control line 7202, return to their original position Yuruma' membrane 7208, the pair solvents previously excluded the volume enters the chamber 7206, it is mixed with the original protein solution to enable the. コントロールチャンバ7205と下にある膜7208の幅は異なっているので、種々の容積の対溶媒が、このプロセスの間にチャンバ7206に入る。 Since the width of a film 7208 under the control chamber 7205 are different, to solvent of various volume, enters the chamber 7206 during this process.

例えば、システム7200の最初の2列のチャンバ7206aは、対溶媒を全く受け入れない。 For example, the first two rows of chambers 7206a system 7200 does not accept any pair solvent. なぜなら、重なり合った膜によって容積が排除されないからである。 This is because the volume by overlapping film is not excluded. システム7200の第二の2列のチャンバ7206bは、元のタンパク質溶液と1:5である対溶媒の容積を受容する。 The second two rows chamber system 7200 7206B, the original protein solution and 1: receiving a volume of 5 and is to solvent. システム7200の第三の2列のチャンバ7206cは、元のタンパク質溶液と1:3である対溶媒の容積を受容する。 Third two rows of chambers 7206c system 7200, the original protein solution and 1: receiving a volume of 3 and is to solvent. システム7200の第四の2列のチャンバ7206dは、元のタンパク質溶液と1:2である対溶媒の容積を受容し、そしてシステム7200の第五の2列のチャンバ7206eは、元のタンパク質溶液と4:5である対溶媒の容積を受容する。 The fourth two rows of chambers 7206d system 7200, the original protein solution and 1: fifth two rows of chambers 7206e of 2. It to volume of the solvent was receiving, and the system 7200, the original protein solution 4: receiving a volume of 5 and is to solvent.

一旦、対溶媒がチャンバ7206内に導入されると、対溶媒は、コントロールライン7202に高圧を再度付与して、このチャンバ内へ膜を曲げることによって、その環境に対して再閉塞され得る。 Once the countersolvent is introduced into the chamber 7206, to solvent, by applying a high voltage to control line 7202 again, by bending the film into the chamber, it can be re-closed against the environment. 再閉塞は、結晶化が起こるのに数日または数週間のオーダーを必要とする場合に、必要であり得る。 Re-occlusion, if the crystallization requires a few days or a few weeks of the order to occur, it may be necessary. チャンバの可視検査により、高品質の結晶の存在が明らかになり、この結晶は、使い捨て可能なエラストマーシステムのチャンバから物理的に取り出され得る。 By visual inspection of the chamber, the presence of high-quality crystals revealed, the crystals can be physically removed from the chamber of the disposable elastomer system.

(2.容積エントラップメントによる結晶化) (2. crystallization by volume entrapment)
上の記述は、対溶媒の変化量を測定するために、容積排除に頼る結晶化システムを記載しているが、本発明は、この特定の実施形態に限定されない。 The above description, in order to measure the amount of change to solvent, has been described crystallization system relying on positive displacement, the present invention is not limited to this particular embodiment. 従って、図31は、代替の結晶化システムの平面図を示し、ここで、異なる容積の対溶媒の測定は、フローチャネルの形成の間の光リソグラフィー(photolithography)によって決定される。 Thus, Figure 31 shows a plan view of an alternative crystallization system, wherein the measurement of the to solvent of different volumes is determined by photolithography during formation of the flow channel (Photolithography).

結晶化システム7500は、フローチャネル7504a、7504b、7504cおよび7504dを備える。 Crystallization system 7500 comprises flow channels 7504a, 7504B, and 7504c and 7504D. 各フローチャネル7504a、7504b、7504cおよび7504dは、終端チャンバ7506を特徴とし、これは、再結晶化のための部位として働く。 Each flow channel 7504a, 7504b, 7504c and 7504d are characterized termination chamber 7506, which serves as the site for recrystallization.

システム7500は、2つのセットのコントロールチャネルをさらに備える。 System 7500 further comprises a control channel of the two sets. コントロールチャネルの第一のセット7502は、チャンバ7506の開口部に重なり、そして作動された場合、チャンバ7506への接近をブロックする停止バルブ7503を規定する。 First set 7502 of control channels overlapping the opening of the chamber 7506, and when it is actuated, defines a stop valve 7503 to block access to the chamber 7506. 第二のコントロールチャネル7505は、フローチャネル7504a〜dに重なり、そして作動された場合、フローチャネル7404の異なるセグメント7514間の流れをブロックするセグメントバルブ7507を規定する。 The second control channel 7505 overlies the flow channel 7504A~d, and when it is actuated, to define a segment valve 7507 to block flow between different segments 7514 of flow channel 7404.

結晶化システム7500の操作は、以下の通りである。 Operation of crystallization system 7500 is as follows. 最初に、標的タンパク質を含有する水溶液を、各フローチャネル7504a、7504b、7504cおよび7504dを通して流し、終端チャンバ7506を満たす。 First, an aqueous solution containing the target protein, flushed each flow channel 7504a, 7504B, through 7504c and 7504D, it satisfies the termination chamber 7506. 次に、コントロールチャネル7502に高圧を付与して、停止バルブ7503を作動させ、それによって、流体のチャンバ7506への出入りを防止する。 Next, by applying a high voltage to the control channel 7502 to actuate stop valves 7503, thereby preventing the entry and exit of the chamber 7506 of the fluid.

停止バルブ7503の閉鎖を維持しながら、次いで、各フローチャネル7504a〜dを、異なる対溶媒で満たす。 While maintaining the closure of the stop valve 7503, then each flow channel 7504A~d, filled with different pairs solvent. 次に、第二のコントロールライン7505を加圧して、セグメント7514へとフローチャネル7504a〜dを分離し、そして異なる容積の対溶媒を捕捉する。 Then, pressurize the second control line 7505, to separate the flow channels 7504a~d to segment 7514, and to capture pairs of different volume solvent. 詳細には、図31に示されるように、セグメント7514は、不等な容積のセグメントである。 Specifically, as shown in FIG. 31, the segment 7514 is a segment of unequal volume. ソフトリソグラフィーによってタンパク質結晶化構造7500を形成する間、異なる幅7514aおよび長さ7514bのセグメント7514を有するフローチャネル7504a〜dを規定する技術が用いられ得る。 During the formation of protein crystallization structure 7500 by soft lithography, a technique for defining a flow channel 7504a~d having segments 7514 of different widths 7514a and lengths 7514b may be used.

従って、圧力が第一コントロールライン7502から解放されて、停止バルブ7503が開く場合、種々のセグメント7514からの異なる容積の対溶媒が、チャンバ7506内に拡散され得る。 Accordingly, the pressure is released from the first control line 7502, when opening the stop valve 7503, to solvent of different volumes from the various segments 7514 can be diffused into the chamber 7506. この様式において、光リソグラフィーによって規定される正確な寸法を使用して、フローチャネルセグメント内に捕捉される対溶媒の容積を決定し、次いでタンパク質溶液に導入し得る。 In this manner, by using the exact dimensions defined by photolithography, to determine the volume of countersolvent trapped in the flow channel segments and then be introduced into the protein solution. 次いで、対溶媒のこの容積が、タンパク質の結晶化のための環境を設定する。 Then, the volume of the pair solvent, to set the environment for crystallization of proteins.

図31とともに記載される結晶化システムは、結晶化チャンバ内に導入される対溶媒の容積を決定するために、そのフローチャネルの寸法を用いるが、本発明は、このアプローチに限定されない。 Crystallization system described in conjunction with Figure 31, to determine the volume of countersolvent that is introduced into the crystallization chamber, but using the dimensions of the flow channel, the present invention is not limited to this approach.

図32は、微細製作結晶化システムを示しており、ここで、再結晶化チャンバについて測定された対溶媒の容積は、下にあるフローチャネルに対するコントロールチャネルの配向角度によって決定される。 Figure 32 shows a microfabricated crystallization system, wherein the volume of countersolvent measured for recrystallization chamber is determined by the orientation angle of the control channel for the flow channel underneath. 詳細には、微細製作結晶化システム8000は、隣接した蛇行フローチャネル8002aおよび8002bを備え、これらチャネルは、一連の架橋チャネル8004を介して接続される。 In particular, microfabricated crystallization system 8000 is provided with a serpentine flow channels 8002a and 8002b adjacent, the channels are connected through a series of cross-channel 8004. 第一のコントロールライン8006は、架橋チャネル8004の上にあり、それによって、蛇行チャネル8002aおよび8002bを互いから分離するバルブ8008を形成する。 The first control line 8006 is located on the cross channel 8004, thereby forming a valve 8008 separating the serpentine channel 8002a and 8002b from one another. 第二のコントロールライン8010は、バルブ8020を規定する、第一の蛇行チャネル8002aの一部にわたる突起を備える。 Second control line 8010, defines the valve 8020 includes a projection over a portion of the first serpentine channel 8002a.

最初に、第二のコントロールライン8010および第三のコントロールライン8012は開いたままで、第一のコントロールライン8006を閉じる。 First, while the second control line 8010 and the third control line 8012 is open, closing the first control line 8006. 第一の蛇行チャネル8002aは、入口8014を通る標的物質溶液で満たされる。 The first serpentine channel 8002a is filled with a target substance solution through the inlet 8014. 図31の第一の蛇行チャネル8002aは、出口8015を有するように示されているが、チャネル8002aはまた、終端であり得る。 The first serpentine channel 8002a of Figure 31 is shown as having an outlet 8015, the channel 8002a may also be a termination. 第二の蛇行チャネル8002bは、標的物質溶液と混合されるべき対溶媒で満たされる。 The second serpentine channel 8002b is filled with to solvent to be mixed with the target substance solution. 第一の蛇行チャネル8002aを用いる場合、第二の蛇行チャネル8002bはまた、出口かまたは終端にて終結し得る。 When using the first serpentine channel 8002a, a second serpentine channel 8002b may also terminate at the exit or end.

次に、第二のコントロールチャネル8010は、バルブ8020を閉じるように作動し、それによって、領域8022内に捕捉された、等容積の標的溶液が分離される。 Next, the second control channel 8010 is operated to close the valve 8020, thereby trapped within region 8022, a target solution equal volumes are separated. 第三のコントロールチャネル8012もまた、バルブ8024を閉じるように作動し、それによって、領域8026b内に捕捉された対溶媒が分離される。 The third control channel 8012 is also operated to close the valve 8024, whereby the solvent pair trapped in the area 8026b are separated. しかしながら、第三のチャネル8012は、第二の蛇行チャネル8002bを斜めに横切って延びているので、バルブ8008と8024との間で捕捉される対溶媒の容積は、等しくなくそして次第に小さくなる。 However, the third channel 8012, so extend across the second serpentine channel 8002b diagonally, the volume of countersolvent trapped between the valve 8008 and 8024, not equal and becomes gradually smaller.

次に、第一のコントロールチャネル8006が作動され、バルブ8008が開く。 Next, the first control channel 8006 is activated, the valve 8008 is opened. ここで、領域8026内に捕捉された対溶媒容積は、領域8022内に捕捉されたサンプル容積中には拡散せず、それぞれの混合比は、第三のコントロールチャネル8012の相対的な角配向によって決定される。 Here, been to solvent volume entrapped within the region 8026 does not diffuse into the sample volume during trapped within region 8022, each of the mixing ratios, the relative angular orientation of the third control channel 8012 It is determined.

図32の結晶化システムは、単一の蛇行チャネルを通ってサンプルに導入されるべき対溶媒の1つの型を可能にする。 Crystallization system of Figure 32 allows for one type of pair solvent to be introduced into the sample through a single serpentine channel. しかしながら、高スループット結晶化状態を容易にするために、通常のサンプル供給源を共有する、図32に示されるような一連の結晶化システムが基材上に作製され得、異なる対溶媒が各システムに提供される。 However, in order to facilitate a high-throughput crystallization conditions, sharing the normal sample source, a series of the resulting crystallization system is fabricated on a substrate, different pairs solvents each system as shown in FIG. 32 It is provided to.

さらに、捕捉による対溶媒容積の測定を用いる結晶化システムの実施形態の他のバリエーションもまた、可能である。 Furthermore, other variations of the embodiment of the crystallization system using the measurement of the pair solvent volume by trapping also possible. 例えば、1つの代替の実施形態において、相対的なサンプル容積は、そのサンプルと重なり合う第二のコントロールチャネルの配向角度によって決定され得る。 For example, in one alternative embodiment, the relative sample volume can be determined by the orientation angle of the second control channel overlapping with the sample. さらに、架橋チャネルのいずれかの側のフローチャネルの形状は、連続バルブ間にさらなる容積を提供するように改変され得る。 Furthermore, the shape of either side of the flow channel cross channels may be modified to provide additional volume between successive valves. リソグラフィーによって決定される他の寸法(例えば、フローチャネルの深さおよび幅)もまた、対溶媒およびサンプルの相対容積に影響を及ぼすように制御され得る。 Other dimensions determined by lithography (e.g., depth and width of the flow channel) may also be controlled to affect the relative volumes of countersolvent and sample.

図43は、容積エントラップメントを用いる本発明に従う再結晶化システムの代替の実施形態の平面図である。 Figure 43 is a plan view of an alternative embodiment of a recrystallization system in accordance the present invention using a volume entrapment. 図43のシステムは、より多数のフローチャネルを備えること以外は、図31のシステムと類似しており、これらのチャネルの下で材料の流れにわたる制御を増強させる、いくつかの特徴を有する。 The system of Figure 43, except that with a larger number of flow channels is similar to the system of Figure 31, to enhance the control over the flow of the material under these channels has several features.

結晶化システム9000は、フローチャネル9004a、9004b、9004c、9004d、9004e、9004f、9004gおよび9004hを備える。 Crystallization system 9000 comprises flow channels 9004a, 9004b, 9004c, 9004d, 9004e, 9004f, and 9004g, and 9004H. 各フローチャネル9004a〜hは、終端チャンバ9006を特徴とし、これは、再結晶のための部位として働く。 Each flow channel 9004a~h features a termination chamber 9006, which serves as the site for recrystallization. 本発明のこの実施形態において例示されるタンパク質結晶化構造は、1μL未満のサンプルを使用し得ると同時に、64の1nLの再結晶化環境を作製する。 Protein crystallization structure illustrated in this embodiment of the present invention, at the same time may be used a sample of less than 1 [mu] L, to produce a recrystallized environment 64 1 nL of.

各フローチャネル9004a〜hの下での材料の流れは、数個のバルブおよびポンプ構造によって制御される。 Material flow under each flow channel 9004a~h is controlled by several valves and pumps structure. ゲートバルブ9024の最初のセットは、それぞれのフローチャネル9004a〜hの上流部分より上方のゲートコントロールチャネル9026の重ね合わせによって形成される。 The first set of gate valve 9024 is formed from an upstream portion of each flow channel 9004a~h by the superposition of the upper gate control channel 9026.

コントロールチャネルの第一のセット9002は、チャンバ9006の開口部に重なり、そして作動された場合、チャンバ9006への近接をブロックする停止バルブ9003を規定する。 First set 9002 of control channels overlapping the opening of the chamber 9006, and when it is actuated, defines a stop valve 9003 to block proximate to the chamber 9006. 第二のコントロールチャネル9005は、フローチャネル9004a〜hに重なり、そして作動された場合、フローチャネル9004の異なるセグメント9014間の流れをブロックするセグメントバルブ9007を規定する。 The second control channel 9005 overlies the flow channel 9004A~h, and when it is actuated, to define a segment valve 9007 to block flow between different segments 9014 of flow channel 9004.

システム9000の操作は、図31のシステムについて上記された操作と類似しており、サンプル容積とともにチャンバおよびセグメントが荷電され、続いて対溶媒の容積が導入される。 Operation of the system 9000 is similar to the operation mentioned above for the system of Figure 31, with a sample volume charged the chamber and segments, the volume of then to solvent is introduced. しかしながら、全てのフローチャネル8604を通るサンプルまたは対溶媒の同時流れを使用するのではなく、システム9000は、そのフローチャネルの出力側にマルチプレクサ構造9020を備える。 However, rather than using the simultaneous flow of sample or to solvent through all of the flow channels 8604, the system 9000 includes a multiplexer structure 9020 on the output side of the flow channel. 詳細には、幅が変化した、蠕動のポンピングコントロールチャネル9020a〜fは、各フローチャネル9004a〜hの下流端上にある。 Specifically, the width is changed, the pumping control channel 9020a~f peristaltic is on the downstream end of each flow channel 9004A~h. ポンピングコントロールチャネル9020a〜f内の圧力の選択操作によって、サンプルまたは対溶媒は、各フローチャネル9004a〜hの下で、独立して流され得る。 By selective manipulation of the pressure in the pumping control channel 9020A~f, sample or to solvent, under each flow channel 9004A~h, be flowed independently.

このシステムのフローチャネルの下での、材料の流れにわたる制御における精度の向上は、多くの利点を提供する。 Under the flow channel of the system, improving the accuracy of control over the flow of material provides a number of advantages. 1つの利点は、相互汚染の危険性を低減させる。 One advantage reduces the risk of cross-contamination. フローチャネルは独立して制御され、かつマルチプレクサ構造9020の下流のみで互いに接触するので、フローチャネル間に生じる偶発的な圧力差は、フローチャネル間の材料の望ましくない逆流を生じない。 Flow channels is controlled independently, and therefore contact each other only at the downstream of the multiplexer structure 9020, accidental pressure differential occurring between the flow channel does not result in undesired backflow of material between the flow channels.

(3.交差チャネル注入による結晶化) (3. crystallization by intersecting channels infusion)
先の図26A〜26Dに例示される直交流チャネルアーキテクチャを使用して、標的物質の高スループットの結晶化を行い得る。 Use crossflow channel architecture illustrated in the previous figures 26A-26D, it may perform crystallization of high-throughput target substance. このアプローチは、図33に示され、これは、本発明に従う結晶化構造の代替の実施形態を例示する。 This approach is shown in Figure 33, which illustrates an alternative embodiment of the crystal structures according to the present invention.

図33の微細製作交差チャネルの高スループット結晶化構造は、交差注入交差点8102の5×5のアレイ8100を備え、この交差注入交差点は、平行な水平フローチャネル8104および平行な垂直フローチャネル8106の交差によって形成される。 High throughput crystallization structure microfabrication intersecting channels in FIG. 33 comprises an array 8100 of 5 × 5 cross injection intersection 8102, the intersection injection intersection, the intersection of parallel horizontal flow channels 8104 and parallel vertical flow channels 8106 It is formed by. アレイ8100は、全体で5×5=25の同時結晶化状態に関して、各サンプルS1〜S5の、各対溶媒C1〜C5との混合およびこれらのサンプルの貯蔵を可能にする。 Array 8100, with respect to co-crystallized state a total of 5 × 5 = 25, for each sample S1-S5, allowing the mixing and storage of these samples with each pair solvents C1 to C5. 水平フローチャネル8104に沿った流体の移動は、コントロールチャネル8110を重ねることによって形成される蠕動ポンプ8108によって、平行に制御される。 Movement of fluid along the horizontal flow channel 8104 by peristaltic pump 8108 formed by overlapping control channel 8110, in parallel with the control. 垂直フローチャネル8106に沿った流体の移動は、コントロールチャネル8114を重ねることによって形成される蠕動ポンプ8112によって、平行に制御される。 Movement of fluid along the vertical flow channels 8106 by peristaltic pump 8112 formed by overlapping control channel 8114, in parallel with the control. 先の図28A〜Bに示されるように、 カラムバルブ8116およびロウバルブ8118は、水平流動ライン8104および垂直流動ライン8106の交差によって形成される各交差注入交差点8102を取り囲む。 As shown in the previous figures 28A-B, column valves 8116 and row valves 8118 surrounds each intersection injection intersection 8102 formed by the intersection of the horizontal flow line 8104 and a vertical flow line 8106.

垂直方向の流れを遮断するカラムバルブ(column valve)8116は、単一のコントロールライン8120により制御される。 Column Valve (column valve) 8116 for blocking the vertical flow is controlled by a single control line 8120. 水平方向の流れを遮断するロウバルブ(row valve) 8118は、単一のコントロールライン8122により制御される。 Roubarubu (row valve) 8118 to block the horizontal direction of flow is controlled by a single control line 8122. 例示の目的のために、コントロールライン8120および8122の第1の部分のみを図33に示すが、全てのロウバルブおよびカラムバルブが、これらのコントロールラインにより制御されることが理解されるべきである。 For purposes of illustration, only shows a first portion of the control lines 8120 and 8122 in FIG. 33, all Roubarubu and column valves, it should be controlled by these control lines are understood.

結晶化の間に、水平フローチャネル8104は、5つの異なる濃度の標的物質のサンプルを、 交差注入交差点 8102に導入し、一方垂直フローチャネル8106は、 交差注入交差点 8102に、5つの異なる濃度および/または組成の対溶媒(countersolvent)を導入する。 During the crystallization, the horizontal flow channels 8104, samples of five different concentrations of the target substance, is introduced to the intersection injection intersection 8102, whereas the vertical flow channels 8106, the intersection injection intersection 8102, five different concentrations and / or introducing to solvent composition (countersolvent). 図34A〜34Cと関連して以下に記載される計量技術により、可能な5×5=25個すべての、サンプルと対溶媒との組合せが、アレイ8100の5×5=25個の交差注入交差点 8102にて記録される。 The metering techniques described below in connection with FIG. 34A-34C, the 5 × 5 = 25 or all possible combinations of the samples and to solvent is, 5 × 5 = 25 amino intersection injection intersection array 8100 It is recorded in 8102.

図34A〜34Cは、図33のアレイ8100の隣接する合流点の拡大平面図を示す。 FIG 34A~34C shows an enlarged plan view of adjacent confluence of the array 8100 of FIG. 33. 例示の目的のために、コントロールラインを、図34A〜34Cでは省略する。 For illustrative purposes, the control lines are omitted in FIG. 34A-34C. また、合流点間の横方向の距離は、かなり短くされており、そして実際には、これらの合流点は、交差汚染を防ぐために、相当な距離で分離されている。 Further, the lateral distance between the confluence is quite short, and in fact, these meeting points, in order to prevent cross-contamination, are separated by a considerable distance.

図34Aに示される第1の工程において、カラムバルブ8116は、閉じており、そして所定の濃度の標的物質のサンプルは、最初に水平フローチャネル8104の各々に流れる。 In a first step shown in FIG. 34A, column valves 8116 are closed and, and a sample of a target substance of a given concentration, initially flowing in each of the horizontal flow channels 8104. 図34Aに拡大して示されるアレイの部分において、横行間バルブ領域8126は、それによりサンプル物質S1で充填される。 In the portion of the array shown enlarged in FIG. 34A, rampant between valve region 8126 is thereby filled with the sample material S1.

次に、図34Bに示されるように、 ロウバルブ8118は、閉じており、そしてカラムバルブ8116は、開いている。 Next, as shown in FIG. 34B, row valves 8118 are closed and, and column valves 8116 are open. 異なる濃度および/または組成の対溶媒は、垂直フローチャネル8106の各々に流れる。 To solvent in different concentrations and / or composition flows into each of the vertical flow channels 8106. 図34Bに拡大して示されるアレイの部分において、合流点8102は、これにより対溶媒C1およびC2で充填される。 In the portion of the array shown enlarged in FIG. 34B, the confluence 8102, thereby being filled with countersolvent C1 and C2.

図34Cに示されるように、カラムバルブ8116は、閉じており、そしてロウバルブ8118は、開いている。 As shown in FIG. 34C, column valves 8116 are closed and then Roubarubu 8118, is open. アレイの周辺蠕動ポンプで汲み出すことにより、バルブ間領域8126中のサンプルおよび合流点8102の対溶媒の両方が合流点8102およびバルブ間領域8126に流入するにつれて、バルブ間領域8126中のサンプルは、合流点8102の対溶媒と混ざる。 By pumping in an array around the peristaltic pump, as both to solvent sample and confluence 8102 during the valve between the regions 8126 to flow into the confluence 8102, and the valve between the region 8126, the sample in the valve between the region 8126 is mixed with to solvent of confluence 8102. 次いで、ロウバルブ8118が閉じられ、カラムバルブ8116は、結晶化部位間の交差汚染を防ぐために、閉じたままにされている。 Then, Roubarubu 8118 is closed, column valves 8116, in order to prevent cross-contamination between the crystallization sites are to remain closed. 次いで、図34Cに拡大して示されるアレイの部分において、溶媒環境S1C1およびS1C2において結晶化が起こり得る。 Then, in the portion of the array shown in the enlarged view of FIG. 34C, crystallization may occur in a solvent environment S1C1 and S1C2.

本発明の代替の実施形態において、別々のコントロールラインを使用して。 In an alternative embodiment of the present invention, using a separate control line. 交互のロウバルブの作動を制御し得る。 It may control the operation of the alternating Roubarubu. このような実施形態において、図34Aおよび34Bに上記されるように、一旦、横行間領域および合流点がサンプルおよび対溶媒で充填されると、第3の工程において、交互ロウバルブが開かれ、その結果、ロウバルブ間領域中のサンプルが、拡散により合流点における対溶媒と混合する。 In such embodiments, as described above in FIGS. 34A and 34B, once the transverse region between and merging point is filled with the sample and to solvent, in the third step, alternating Roubarubu is opened, the results, samples in Roubarubu between regions, mixed with to solvent in converging by diffusion. この代替の実施形態は、ポンプによるくみ出し(pumping)を必要とせず、そして交互のロウバルブの他方の組が閉鎖した状態であることにより、交差汚染が防止される。 This alternative embodiment does not require pumping the (pumping) by the pump and by the other set of alternating Roubarubu is in a state of being closed, cross-contamination is prevented.

本発明に従う高スループット結晶化スクリーニングを実行するための構造のなお別の代替の実施形態において、単一のコントロールラインを利用して、複数の結晶化スクリーニングチャンバを規定するために交互のロウバルブを制御し得る。 In yet another alternative embodiment of the structure for performing high-throughput crystallization screening according to the present invention, utilizing a single control line, control the alternating Roubarubu to define a plurality of crystallization screening chambers It can be. この実施形態は、図81A〜81Bに示される。 This embodiment is illustrated in FIG 81A~81B.

図81Aは、本発明の代替の実施形態に従う1つのフローチャネルの一部の拡大図を示す。 Figure 81A shows an enlarged view of a portion of one flow channel in accordance with an alternate embodiment of the present invention. 図81Bは、図81Aの拡大したフローチャネルの部分の線B−B'に沿った断面図を示し、これは、交互のロウバルブを使用停止(deactuation)にして、隣接するチャンバ中の結晶化剤と標的物質との間の拡散を可能にする前である。 Figure 81B shows a cross-sectional view taken along line B-B 'of the portion of the enlarged flow channel of FIG. 81A, which is to use the alternate Roubarubu stop (deactuation), crystallizing agent in adjacent chambers but before that it allows diffusion between the target material. 図81Cは、図81Aの拡大したフローチャネル部分の線B−B'に沿った断面図を示し、これは、交互のロウバルブを使用停止にして隣接するチャンバ中の結晶化剤と標的物質との間の拡散を可能にした後である。 Figure 81C shows a cross-sectional view taken along line B-B 'of the enlarged flow channel portion of Fig. 81A, which is the crystallizing agent and target material in adjacent chambers, which in the inactive alternating Roubarubu it was to allow diffusion between.

コントロールライン8150は、フローチャネル8104のいずれかの側に位置付けられた平行な分岐8150aおよび8150bを備える。 Control line 8150 is provided with parallel branches 8150a and 8150b positioned on either side of the flow channel 8104. 分岐8150a〜bは、交互に配置される幅広の交差部分8152および狭い交差部分8154により接続されており、それにより大バルブ8156および小バルブ8158をそれぞれ規定する。 Branch 8150a~b are connected by wide intersection 8152 and narrow intersection 8154 it disposed alternately, thereby defining the large valves 8156 and small valves 8158, respectively. 異なる幅の交差部分8152および8154に起因して、バルブ8156および8158のエラストマー膜8160aおよび8160bは、異なる圧力がコントロールライン8150に加えられた場合に、それぞれ使用停止にされかつ作動される。 Due to the intersection 8152 and 8154 of different widths, the elastomeric film 8160a and 8160b of valves 8156 and 8158 are different pressures when applied to control line 8150, it is to and actuated each inactive.

詳細には、コントロールライン8150に最も高い圧力を加えることにより、エラストマー膜8160aおよび8160bの両方が下にあるフローチャネル8104中に撓み、大バルブ8156および小バルブ8158の両方を閉じる。 In particular, by adding the highest pressure in the control line 8150, the deflection in the flow channel 8104 both elastomeric film 8160a and 8160b is below, close both large valves 8156 and small valves 8158. コントロールライン8150に最も低い圧力を加えることにより、エラストマー膜8160aおよび8160bの両方は、下にあるフローチャネル8104から緩和して、大バルブ8156および小バルブ8158の両方を開く。 By adding the lowest pressure in the control line 8150, both of the elastomeric film 8160a and 8160b is relaxed from the flow channel 8104 beneath, open both large valves 8156 and small valves 8158.

それらの増大した面積に起因して、幅広の膜8160aは、幅の狭い膜8160bよりも作動させるのが容易である。 Due to their increased area, wide film 8160a is easier to operate than the narrow film 8160b width. 従って、中間の圧力をコントロールライン8150に加えることにより小バルブ構造8158の幅の狭い膜8160bが、使用停止にされてバルブを開きながら、大バルブ構造8156の幅広の膜8160aのみを作動したままにさせる。 Therefore, leaving narrow film 8160b of the small valve structure 8158 by applying pressure intermediate the control line 8150 is, while being decommissioned opening the valve, operated only wide film 8160a of large valve structures 8156 make. 加えられた圧力に対するこの異なる応答は、複数の結晶化スクリーニングチャンバを規定するためにコントロールラインを1つだけ使用することを可能にし、次いで、水平フローチャネルに沿った交互のバルブを緩和させて、標的物質および結晶化剤の拡散を可能にする。 This differential response to applied pressure makes it possible to use only one control line to define a plurality of crystallization screening chambers, then allowed to relax the alternating valve along a horizontal flow channel, to allow diffusion of the target material and the crystallizing agent.

図81A〜Cに示されるミクロ流体構造の操作の間、図34A〜Bに関連して上記したように、図81A〜Bにおいて、高圧および低圧をコントロールライン8150に適用することにより、フローチャネル合流点8102は、結晶化剤で満たされ、そしてバルブ間領域8126は、標的サンプルで満たされる。 During operation of a microfluidic structure shown in FIG 81A~C, as described above in connection with FIG. 34A~B, in FIG 81A~B, by applying the high and low pressure to the control line 8150, flow channels merge point 8102 is filled with the crystallization agent, and the valve between the regions 8126 are filled with the target sample.

図81Cに示されるように、中間の圧力がコントロールライン8150に加えられる場合、隣接する結晶化部位間の交差汚染を防ぐために、大バルブ構造8156の幅広膜8160aがフローチャネル8104内に残ったまま、小バルブ構造8158の幅の狭い膜8160aは、フローチャネル8104から緩和する。 As shown in FIG. 81C, when the pressure of the intermediate is added to the control line 8150, in order to prevent cross-contamination between the crystallization sites adjacent, while the wide film 8160a of large valve structures 8156 remained in the flow channel 8104 narrow film 8160a width of the small valve structure 8158 relaxes from the flow channel 8104.

(4.拡散/透析を利用する結晶化) (4. crystallized to use the diffusion / dialysis)
結晶化への1つの従来のアプローチは、遅い拡散により結晶化剤を導入すること、または透析と関連した遅い拡散により、標的溶液状態における逐次的変化をもたらすことである。 One conventional approach to crystallization, introducing a crystallizing agent by slow diffusion, or by slow diffusion associated with dialysis, it is to bring about sequential changes in the target solution. 例えば、タンパク質の結晶化において、サンプルと結晶化剤との間に透析膜を介在させることにより、タンパク質サンプルの濃度が減少することのない、タンパク質溶液への結晶化剤の拡散を生じる。 For example, in the crystallization of proteins, by interposing a dialysis membrane between the sample and crystallizing agent, without the concentration of the protein sample is reduced, resulting in diffusion of crystallizing agent into the protein solution.

遅い拡散および/または透析を利用する、本発明の実施形態に従う結晶化の方法および構造は、種々の技術を使用し得る。 Utilizing slow diffusion and / or dialysis, methods and structures of the crystallization in accordance with embodiments of the present invention may use a variety of techniques. いくつかの可能なアプローチを、以下に記載する。 Several possible approaches are described below.

図35に示される第1の実施形態において、微細製作(microfabricate)されたエラストマー構造8200は、種々の容積のチャンバ8202を特徴とし、これらのチャンバは、ポンプ/バルブネットワークにより最初にサンプルで充填され得る。 In the first embodiment shown in FIG. 35, an elastomeric structure 8200 that is microfabricated (microfabricate) is characterized by a chamber 8202 of various volumes, these chambers are initially filled with the sample by the pump / valve network obtain. チャンバ8202はまた、構造8200の表面8200aと流体連絡している。 Chamber 8202 also has a surface 8200a and the fluid communication structure 8200. 透析膜8204は、面8200aに固定され、次いで、微細製作された構造8200全体が、示されるようにバルク対溶媒容器8206に浸漬される。 Dialysis membrane 8204 is secured to the face 8200A, then, the overall microfabricated structure 8200 is immersed in the bulk to solvent container 8206 as shown. 時間が経過するにつれて、 容器 8206からの対溶媒は、膜8204を横切って、チャンバ8202中へと拡散し、そしてサンプルからの溶媒は、膜8204を横切って容器 8206中に拡散する。 Over time, to solvent from the vessel 8206, across the membrane 8204, it diffuses into the chamber 8202, and the solvent from the sample diffuses into the container 8206 across the membrane 8204. 膜8204により、このサンプルのタンパク質が拡散するのを防ぐ。 The membrane 8204, a protein of the sample is prevented from spreading. 所望の溶液状態が達成された場合、結晶がチャンバ8202内で形成され得る。 If desired the solution state was achieved, the crystal can be formed in the chamber 8202.

結晶化へのこのアプローチの利点は、一旦サンプルで充填されると、この微細製作されたエラストマー構造が単に対溶媒中につけられるという点において単純である。 The advantage of this approach to crystallization, once filled with the sample, a simple in that the microfabricated elastomeric structure is simply immersed in pairs in a solvent. このアプローチはまた、溶液の状態を直接モニタリングすることを可能にする。 This approach also makes it possible to monitor the state of solution directly. なぜなら、バルク対溶媒容器のpH、温度および他の局面は、従来の検出方法を使用して、変化をモニタリングされ得るからである。 This is because, pH of the bulk to solvent vessel, the temperature and other aspects, using conventional detection methods, because can be monitored changes. さらに、本発明の代替の実施形態において、溶解した標的物質の連続的な供給は、透析膜を通過して流れて、大きな結晶の成長のために適切な供給を確実にし得る。 Furthermore, in an alternative embodiment of the present invention, the continuous supply of dissolved target material, flows through the dialysis membrane, may ensure an adequate supply for the growth of large crystals.

本発明に従う実施形態はまた、二重透析と関連して実施され得、ここで標的溶液の状態における変化の速度は、第2の透析膜および中間溶液を、結晶化剤と第1の透析膜との間に介在させることにより遅くなる。 Embodiment according to the present invention can also be practiced in conjunction with a double dialysis, wherein a rate of change in the state of the target solution, a second dialysis membrane and the intermediate solution, crystallizing agent in the first dialysis membrane It slowed by interposing between. このようなアプローチにおいて、この中間溶液は、結晶化剤の拡散から生じる標的溶液における変化を緩衝するように作用する。 In such an approach, the intermediate solution acts to buffer the changes in the target solution resulting from the diffusion of crystallizing agent. 直前に記載した技術において、二重透析は、ミクロ流体構造および付随した透析膜を、第2の透析膜を通して結晶化剤容器と流体連絡した中間溶液に浸漬することにより達成され得る。 In techniques described immediately above, the double dialysis, the microfluidic structure and concomitant dialysis membrane may be achieved by immersing the intermediate solution in communication crystallizing agent container and the fluid through a second dialysis membrane.

透析技術を使用する本発明の第2の実施形態は、図36に例示される。 Second embodiment of the present invention using a dialysis technique is illustrated in Figure 36. このアプローチは、対向する、微細製作されたエラストマー構造8302および8304の間に挟まれた透析膜8300を利用する。 This approach is opposed utilizes a dialysis membrane 8300 which is sandwiched between the elastomeric structure 8302 and 8304 that are microfabricated. この構造の組み立てならびに対向する構造8302および8304のそれぞれのチャンバ/チャネル8306の適切な配置の際に、構造8302の容器 8308からの対溶媒は、膜8300を横切って、構造8304の対応する結晶化チャンバ8310中に拡散する。 When proper placement of the respective chambers / channels 8306 of the structure 8302 and 8304 to assembly and facing the structure to solvent from the container 8308 of the structure 8302, across the membrane 8300, the corresponding crystallization structure 8304 It diffuses into the chamber 8310. 結晶化チャンバ8310からの溶媒は、同様に、膜8300を横切って、第1の構造8302の容器 8308中に拡散する。 The solvent from the crystallization chamber 8310 is similarly across the membrane 8300, it diffuses into the container 8308 of the first structure 8302. しかし、膜8300は、結晶化チャンバ8310中のタンパク質が同様に拡散するのを防ぎ、従って、このタンパク質は、溶液環境が変化する場合にチャンバ8310中に保持される。 However, the film 8300 prevents the protein in the crystallization chamber 8310 are diffused in the same manner, therefore, the protein is retained in the chamber 8310 when the solution environment changes.

図36の構造と同様の構造を使用する二重透析は、結晶化チャンバと第1の透析膜との間に中間チャンバを設け、次いで、この中間チャンバを緩衝溶液で満たすことにより達成され得る。 Double dialysis using a structure similar to that of FIG. 36, an intermediate chamber provided between the crystallization chamber and first dialysis membrane can then be achieved by filling the intermediate chamber with a buffer solution. 第2の透析膜は、以下で図37において記載されるように、架橋ポリマーのプラグの形態で中間チャンバと結晶化チャンバとの間の微細製作された構造に導入され得る。 The second dialysis membrane, as described in FIG. 37 below, may be introduced into the microfabricated structure between the intermediate chamber and crystallization chamber a plug of the form of the crosslinked polymer.

図35および36に直前に記載される実施形態は、微細製作された構造の表面全体への、透析膜の大規模な結合を使用する。 Embodiments described immediately in FIGS. 35 and 36, to the entire surface of the microfabricated structure, using a large coupling of the dialysis membrane. しかし、他の実施形態は、微細製作された構造の局所的領域内の透析膜の挿入または配置を利用し得る。 However, other embodiments may utilize insertion or placement of a dialysis membrane of a local region of the microfabricated structure. これは、図36に示され、ここで透析膜は、ポリアクリルアミドゲルの形態で微細製作された構造内に作製される。 This is shown in Figure 36, wherein the dialysis membrane is fabricated in microfabricated structure in the form of a polyacrylamide gel.

詳細には、図37の再結晶化構造8400は、水平フローチャネル8406を通して閉鎖末端チャンバ8404と流体連絡している第1のチャンバ8402を備える。 Specifically, recrystallization structure 8400 in FIG. 37 comprises a first chamber 8402 in fluid communication with the closed end chamber 8404 through the horizontal flow channels 8406. 水平フローチャネル8406および垂直フローチャネル8408の挿入は、合流点8410を生じる。 Insertion of horizontal flow channels 8406 and the vertical flow channels 8408 results in a confluence 8410. 第1のバルブセット8412は、合流点8410の反対の側における、第1の制御チャネおよび水平フローチャネル8406の部の重なりにより規定される。 The first valve set 8412 is on the opposite side of the confluence 8410, are defined by part partial overlap of the first control channel and horizontal flow channels 8406. 第2のバルブセット8416は、合流点8410の反対側における第2の制御チャネおよび垂直フローチャネル8408の部の重なりにより規定される。 The second valve set 8416 is defined by the overlap of parts of the second control channels and vertical flow channels 8408 at the opposite side of the confluence 8410.

この実施形態の操作は以下の通りである。 Operation of this embodiment is as follows. 第2のバルブセット8416は、第1のバルブセット8412が開いている間は閉じている。 The second valve set 8416 is, while the first valve set 8412 is open and closed. 閉鎖末端チャンバ8404は、水平フローチャネル8406を通してサンプルで充填される。 Closed end chamber 8404 is filled with the sample through the horizontal flow channels 8406.

次に、第2のバルブセット8416が開かれ、そして第1のバルブセット8412が閉じられる。 Next, the second valve set 8416 is opened, and the first valve set 8412 is closed. 垂直フローチャネル8408は、ポリアクリルアミドゲルのような架橋可能なポリマー8420で充填される。 Vertical flow channels 8408 is filled with a crosslinkable polymer 8420 such as polyacrylamide gel. 次いで、垂直フローチャネル内でのこのポリマーの架橋が、例えば、フローチャネルの照射により、または遅延作用性架橋化学物質とこのポリマーとを垂直フローチャネルにゲルで充填する前もしくは充填する間に混合することにより、誘導される。 Then, this polymer crosslinking in the vertical flow channels, for example, mixed during the previous or filled filling by irradiation of the flow channel, or a delayed action crosslinking chemicals and polymer gel in a vertical flow channel by, it is induced. 一旦、ポリマーの所望の量の架橋が起これば、拡散に対する選択的バリア(すなわち、透析膜)として作用する。 Once it happens crosslinking desired amount of polymer, which acts as a selective barrier (i.e., dialysis membrane) to diffusion.

最後に、第2のバルブセット8416は、閉じられ、そして第1のバルブセット8412は、再び開けられ、そして第1のチャンバ8402は、対溶媒で充填される。 Finally, the second valve set 8416 is closed, and the first valve set 8412 is opened again, and the first chamber 8402 is filled with to solvent. この対溶媒は、架橋されたポリマー膜8420を横切って拡散し、閉鎖末端チャンバ8404中の溶液状態を変更する。 This to solvent diffuses across the polymer film 8420 which is crosslinked, changes the state of the solution in a closed end chamber 8404.

標的物質溶液の状態における経時的な変化をさらに媒介するための二重透析は、微細製作されたチャンバおよび第2のポリアクリルアミドプラグ中間体を、結晶化チャンバおよび結晶化剤を含有するチャンバに導入することによりもたらされ得る。 Double dialysis for further mediates temporal change in the state of the target substance solution, a microfabricated chamber and a second polyacrylamide plug intermediates, into the chamber containing the crystallization chamber and crystallizing agent It can be brought about by.

上記の二重透析の実施形態のいずれかにおいて、第2の透析膜は、除外され得、そして中間溶液を横切る結晶化剤の拡散は、標的物質溶液の状態における遅い変化に依存する。 In any of the above embodiments of the dual dialysis, second dialysis membrane, diffusion of the excluded obtained and crystallizing agent across the intermediate solution is dependent on the slow change in the state of the target substance solution. 中間溶液を横切る結晶化剤の拡散速度は、介在する構造の物理的寸法(すなわち、長さ、断面)(例えば、微細製作されたチャンバ/チャネルまたは微細製作された構造が浸漬された容器を接続するキャピラリもしくはより大きな直径の管)により制御され得る。 The diffusion rate of the crystallization agent across an intermediate solution, the physical dimensions of the intervening structures (i.e., length, cross-section) (e.g., connecting a microfabricated chamber / channel or microfabricated structure is immersed container It may be controlled by the capillary or more tubes of a larger diameter) to.

他の実施形態において、微細製作されたエラストマー構造は、垂直に(しばしば、好ましくは、チャネルの断面に沿って)分割され得る。 In another embodiment, the elastomeric structure microfabricated is vertically (often preferably along a channel cross section) may be divided. 本発明の実施形態に従って、非エラストマー成分は、このような切断により開かれたエラストマー構造中に挿入され得、次いでこのエラストマー構造は、再密閉される。 In accordance with an embodiment of the present invention, the non-elastomeric component can be inserted into the elastomer structure that has been opened by such cleavage, then the elastomer structure is re-sealed. このようなアプローチの一例は、図38A〜38Cに示され、これらは、内部に位置付けられた膜を有するフローチャネルを形成するためのプロセスの断面図を例示する。 An example of such an approach is shown in Figure 38A to 38C, they illustrate cross-sectional views of a process for forming a flow channel having a membrane positioned therein. 詳細には、図38Aは、フローチャネル6204に重なるエラストマー膜6202、およびエラストマー基板6206を備えるデバイス6200の一部の断面を示す。 Specifically, FIG. 38A shows a portion of a cross section of a device 6200 comprising an elastomeric film 6202, and elastomer substrate 6206 overlaps the flow channel 6204.

図38Bは、フローチャネル6204の長さにそって延びる垂直線6208に沿ってデバイス6200をカットした結果を示し、その結果、半分6200aおよび6200bが形成される。 Figure 38B shows the results of cutting device 6200 along vertical line 6208 extending along the length of the flow channel 6204, as a result, half 6200a and 6200b are formed. 図38Cは、半分6200aと半分6200bとの間の浸透膜要素6210の挿入、次いで、半分6200aおよび6200bの浸透膜6210への装着を示す。 Figure 38C is inserted in the osmosis membrane element 6210 between halves 6200a and half 6200b, then, it shows the mounting of the permeable membrane 6210 half 6200a and 6200b. この構成の結果として、このデバイスのフローチャネルは、実際には、浸透膜6210で分離されたチャネル部分6204aおよび6204bを備える。 As a result of this arrangement, the flow channel of the device actually comprises a separate channel portion 6204a and 6204b in osmotic membrane 6210.

図38Cの構造は、種々の適用において利用され得る。 Structure of Figure 38C may be utilized in a variety of applications. 例えば、この膜は、透析を実行するために使用され得、フローチャネル内のサンプルの塩濃度を変更する。 For example, the membrane may be used to perform dialysis, changing the salt concentration of the sample in the flow channel. これは、結晶化された標的物質の溶液環境の変化を生じる。 This results in a change in the solution environment of the crystallized target substance.

これまでに考察した本発明の実施形態は、液相における結晶化剤の拡散を利用するが、蒸気拡散は、結晶形成を誘導するために使用されている別の技術である。 Embodiments of the invention discussed so far, but utilizes diffusion of crystallizing agent in the liquid phase, vapor diffusion, is another technique that has been used to induce crystal formation. 従って、図39〜41は、本発明の実施形態に従う蒸気拡散構造のいくつかの実施形態の平面図を示す。 Thus, Figure 39-41 shows a plan view of some embodiments of the vapor diffusion structure according to an embodiment of the present invention.

図39は、蒸気拡散構造8600の単純な実施形態を示し、ここで、入り口8602aおよび出口8602bを有する第1の微細製作されたチャンバ8602、ならびに入口8604aおよび出口8604bを有する第2の微細製作されたチャンバ8604は、交差フローチャネル8606により接続される。 Figure 39 shows a simple embodiment of the vapor diffusion structure 8600, wherein a first microfabricated chamber 8602 having an inlet 8602a and outlet 8602B, and second microfabricated with inlet 8604a and outlet 8604b chamber 8604 are connected by a cross-flow channels 8606. 最初に、全体構造8600は、空気で満たされる。 First, the entire structure 8600 is filled with air. 次いで、交差バルブ8608は、交差フローチャネル8606内に空気を捕捉するように作動される。 Then, cross valve 8608 is actuated so as to trap air in the cross-flow channels 8606. 次いで、標的溶液は、入口8602aを通して第1のチャンバ8602に導入され、置換された空気は、出口8602bを通って抜ける。 Then, the target solution is introduced into the first chamber 8602 through the inlet 8602A, air that has been substituted, it exits through the outlet 8602B. 結晶化剤は、入り口8604aを通して第2のチャンバ8604に導入され、置換された空気は、出口8604bを通って抜ける。 Crystallizing agent is introduced into the second chamber 8604 through the inlet 8604A, air that has been substituted, it exits through the outlet 8604B.

次いで、交差バルブ8608が開かれ、その結果、空気は、サンプルと結晶化剤との間で交差フローチャネル8606内に捕捉されたままになる。 Then, cross valve 8608 is opened, as a result, air will remain trapped in the cross-flow channel 8606 between the sample and crystallizing agent. 次いで、溶媒および結晶化剤の蒸気拡散が、交差フローチャネル8606のエアポケットを横切ってゆっくりと起こり、溶液の状態を変化させ、それにより、第1のチャンバ8602における結晶の形成を誘導する。 Then, vapor diffusion of the solvent and crystallization agent occurs slowly across the air pocket of the cross flow channels 8606, changing the state of a solution, thereby inducing the formation of crystals in the first chamber 8602. 構造8600は、このプロセスの間にバルブ8610により外側の環境に対して密閉され得る。 Structure 8600 can be sealed against the outside environment by a valve 8610 during this process.

上記の実施形態は、機能的であるが、液体が満たされるチャンバの間に捕捉されたエアポケットは、環境の状態に応じて移動または変形し得、標的物質溶液と結晶化剤との間の望ましくない直接の流体接触を可能にする。 The above embodiments have functionally the air pockets trapped between the chamber in which the liquid is filled, move or deform in response to the state of the environment obtained between the target material solution and the crystallizing agent to allow direct fluid contact undesirable. 従って、このエアポケットを、微細製作された構造内の特定の場所に係留することが望ましい。 Therefore, the air pocket, it is desirable to anchor to a specific location within the microfabricated structure.

従って、図40は、蒸気拡散により結晶化を実行するための構造の代替の実施形態を示す。 Thus, Figure 40 shows an alternative embodiment of the structure for performing crystallization by vapor diffusion. 詳細には、構造8700は、第1の末端8702aにおいて第1の入口8704を有し、第2の末端8702bにおいて第2の入口8706を有し、そして中間部分8702cにおいてベント8707を有するチャンバ8702を備える。 In particular, the structure 8700 is in the first end 8702a has a first inlet 8704, in the second end 8702b has a second inlet 8706 and the chamber 8702 with a vent 8707 at the intermediate portion 8702c provided. チャンバ8702の中間部分8702cは、疎水性領域8712含み、これは、微小接触印刷(microcontact printing)により形成され得る。 The intermediate portion 8702c of the chamber 8702 includes a hydrophobic region 8712, which may be formed by micro-contact printing (microcontact printing). 微小接触印刷技術は、Anderssonらにより、「Consecutive Microcontact Printing−Ligands for Asymmetric Catalysis in Silicon Channels」、Sensors and Actuators B,39971〜7頁(2001)(あらゆる目的のために参考として援用される)に詳細に記載される。 Micro-contact printing technology, by Andersson et al., "Consecutive Microcontact Printing-Ligands for Asymmetric Catalysis in Silicon Channels", Sensors and Actuators B, pp. 39971-7 (2001) (which is incorporated by reference for all purposes) in detail It described.

詳細には、構造8700の製造の間に、下にある基板は、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)のパターン8710をスタンプされ得る。 Specifically, during the manufacture of the structure 8700, the underlying substrate may be stamped pattern 8710 of octadecyltrichlorosilane (OTS). パターン8710上への微細製作されたエラストマーチャンバ8702の続く配置は、中央疎水性領域8712を形成する。 Pattern 8710 disposed subsequent the elastomeric chamber 8702 that is microfabricated to above, to form a central hydrophobic region 8712.

最初に構造8700は、空気で満たされる。 First structure 8700 is filled with air. 次いで、水性標的溶液は、第1の入口8706を通して注意深く導入され、空気はチャンバ8702からベント8707を通して置換される。 Then, the aqueous target solution is carefully introduced through the first inlet 8706, air is replaced through vent 8707 from the chamber 8702. 疎水性チャンバ領域8712の存在に起因して、チャンバ8702の標的溶液での充填は、この溶液が領域8712に当たる場合に停止する。 Due to the presence of the hydrophobic chamber region 8712, filling in the target solution chamber 8702, the solution is stopped when striking the region 8712. 同様に、疎水性結晶化剤は、第2の入口8706を通してチャンバ8702に注意深く導入され、疎水性領域8712において停止する。 Similarly, hydrophobic crystallizing agent is carefully introduced into the chamber 8702 through the second inlet 8706, and stops in the hydrophobic region 8712. 結晶化剤でチャンバ8702を満たすことにより置換される空気は、ベント8707を通ってチャンバ8702を出る。 The air is replaced by filling the chamber 8702 in the crystallization agent exits the chamber 8702 through vent 8707. このようにして、下にあるパターン付けされた疎水性領域8712により適所に固定されて、中央領域8712におけるエアポケットは、標的サンプル中への結晶化剤の遅い蒸気拡散を可能にして、チャンバ8702の右側における結晶形成を誘導する。 In this way, the patterned hydrophobic region 8712 underneath is secured in place, the air pockets in the central region 8712, thereby enabling the slow vapor diffusion of crystallizing agent into the target sample in the chamber 8702 to induce crystal formation in the right side. 周囲のバルブ8714は、このプロセスの間にこの構造を単離するように作動され得る。 Around the valve 8714 can be actuated to isolate the structure during this process.

有用であるが、図40に関連して直前に記載される蒸気拡散構造の実施形態は、下にある基板上のパターン付けされた疎水性領域に対する、微細製作されたエラストマーチャネルの配置を必要とする。 Although useful, the embodiment of vapor diffusion structures described immediately in connection with FIG. 40, for a patterned hydrophobic regions on the substrate beneath, require the arrangement of microfabricated elastomer channel to. この配置プロセスは、本発明の実施形態に従う構造の小さな特徴サイズを考慮すると、困難であり得る。 This arrangement process, considering the small feature sizes of the structures according to embodiments of the present invention, can be difficult. さらに、製造プロセスの間、この疎水性物質は、下にある基板上のみに形成されて、チャネルの壁には形成されないようである。 Moreover, during the manufacturing process, the hydrophobic material is formed only on the underlying substrate, the wall of the channel is not formed.

従って、図41は、蒸気拡散により標的物質の結晶化を実行するための構造のさらに別の実施形態を示し、これは、配置工程を必要としない。 Accordingly, FIG. 41, the vapor diffusion shows yet another embodiment of the structure for performing crystallization of target material, which does not require the placement process. 詳細には、再結晶構造8800は、交差フローチャネル8806により第2のチャンバ8804に接続された第1のチャンバ8802を備える。 Specifically, recrystallization structure 8800 comprises a first chamber 8802 which is connected to the second chamber 8804 by the intersection flow channel 8806. 第2のフローチャネル8808は、交差フローチャネル8806と交差し、合流点8810を形成する。 Second flow channel 8808 intersects with intersecting flow channels 8806 to form the confluence 8810. 交差フローチャネル8806に沿って合流点8810を横切る流れは、第1のバルブ対8812により制御される。 Flow across the confluence 8810 along the intersecting flow channels 8806 is controlled by a first pair of valves 8812. 第2のフローチャネル8808に沿って合流点8810を横切る流れは、第2のバルブ対8814により制御される。 Flow across the confluence 8810 along the second flow channels 8808 is controlled by a second pair of valves 8814.

最初に、第1のチャンバ8802は、標的物質溶液で充填され、そして第2のチャンバ8804は、結晶化剤で充填される。 First, the first chamber 8802 is filled with a target substance solution, and the second chamber 8804 is filled with the crystallization agent. 次に、第1のバルブ対8812は閉じられ、そして第2のバルブ対8814は開かれ、そして疎水性物質(例えば、OTS)は、第2のフローチャネル8808から合流点8810に流れる。 Next, the first valve pair 8812 is closed, and a second pair of valves 8814 are opened, and the hydrophobic material (e.g., OTS) flows to the confluence point 8810 from the second flow channel 8808. この物質の流れの結果として、疎水性残部8816は、基板上、そしておそらく合流点8810にけるフローチャネル壁上に残る。 As a result of this material flow, hydrophobicity balance 8816 are on the substrate, and possibly remain in the flow channel on the wall takes the confluence 8810.

次に、空気が、第2のフローチャネル8808中に導入され、そして第2のバルブ対8814が閉じられる。 Then, air is introduced into the second flow channel 8808, and a second pair of valves 8814 are closed. 次いで、第1のバルブ対8812は開けられて、空気を満たされた合流点8810を横切る、チャンバ8802中の標的物質溶液中への、チャンバ8804中の結晶化剤の蒸気拡散を可能にする。 Then, the first valve pair 8812 is opened, across the confluence 8810 filled with air, to a target substance solution in the chamber 8802 to allow vapor diffusion of crystallizing agent in the chamber 8804. この蒸気拡散プロセスの間、エアポケットは、閉じられたバルブ対8814および疎水性残部8816の存在により合流点8810に固定される。 During this vapor diffusion process, an air pocket is secured at the confluence 8810 due to the presence of the closed valve pairs 8814 and hydrophobic balance 8816. バルブ8818は、外側の環境に対して構造8800を完全に密閉するように閉じられ得る。 Valve 8818 may be closed so as to completely seal the structure 8800 relative to the outer environment.

上記の実施形態は、蒸気拡散の間エアポケットを適所に固定するための疎水性部分の微小接触印刷に焦点を合わせたが、本発明は、このアプローチに限定されない。 The above embodiment has focused on microcontact printing of a hydrophobic portion for fixing the air pockets between the vapor diffusion in place, the present invention is not limited to this approach. 本発明に従う微細製作された結晶化構造の部分に選択的に導入される疎水性領域は、疎水性油の形態で拡散に対するバリアまたは障害物を適所に固定するために代替的に利用され得る。 Hydrophobic region is introduced selectively in the portion of the microfabricated crystallized structure according to the invention may alternatively be utilized to secure in place a barrier or obstacle to diffusion in the form of a hydrophobic oil.

疎水性油物質はまた、本発明の実施形態に従う微細製作されたエラストマー構造の外表面をコーティングするために利用され得る。 Hydrophobic oil materials can also be used to coat the outer surface of the microfabricated elastomeric structure in accordance with an embodiment of the present invention. このようなコーティングは、エラストマーからの蒸気の外拡散(outdiffusion)に対して不浸透性であり得、それにより、長くなる可能性のある結晶化期間の間この構造の脱水を防止する。 Such coatings are impermeable to outdiffusion (outdiffusion) of steam from the elastomer obtained, whereby, during the crystallization period that may be longer to prevent dehydration of this structure. あるいは、このコーティング油は、水または他の気体にある程度浸透性であり得、それにより、水または気体の遅い制御された外拡散を、結晶化に有利な構造状態内に生じさせることを可能にする。 Alternatively, the coating oil is obtained to some extent permeable to water or other gases, thereby the outer diffusion is slow control with water or gas, to allow to produce in a favorable structural states for crystallization to.

(5.結晶化に影響を及ぼす他の要因に対する制御) (5. Control to other factors affecting the crystallization)
上記の結晶化構造は、多量の適切な結晶化剤の導入により標的物質の環境を変更することを記載するが、多くの他の要因が、結晶化に関連する。 The above crystallization structure is described altering the environment of a target substance by the introduction of a large amount of a suitable crystallizing agent, many other factors related to crystallize. このようなさらなる要因としては、温度、圧力、溶液中の標的物質の濃度、平衡力学、および種物質の存在が挙げられるが、これらに限定されない。 Such additional factors, temperature, pressure, concentration of the target substance in a solution, equilibrium dynamics, and the presence of a seed material include, but are not limited to.

本発明の特定の実施形態において、結晶化の間の温度制御は、以前に記載した複合エラストマー/ケイ素構造を利用して達成され得る。 In certain embodiments of the present invention, the temperature control during crystallization can be achieved by utilizing the composite elastomer / silicon structures described previously. 詳細には、Peltier温度制御構造は、下にあるケイ素基板に作製され得、エラストマーは、結晶化チャンバがPeltierデバイスの付近にあるようにケイ素に対して配置される。 In particular, Peltier temperature control structure may be fabricated in the silicon substrate below, the elastomer, the crystallization chamber is positioned with respect to the silicon to be in the vicinity of the Peltier device. Peltierデバイスに適切な極性および大きさの電圧を印加することにより、チャンバ内の溶媒および対溶媒の温度が制御され得る。 By applying a voltage of appropriate polarity and magnitude to the Peltier device, the temperature of the solvent and to solvent in the chamber can be controlled.

あるいは、Wuらにより「MEMS Flow Sensors for Nano−fluidic Applications」、Sensors and Actuators A89 152−158(2001)に記載されるように、結晶化チャンバは、オーム加熱を生じる、微細機械加工された抵抗構造に対して電流を選択的に印加することにより、加熱および冷却され得る。 Alternatively, Wu et al. By "MEMS Flow Sensors for Nano-fluidic Applications", as described in Sensors and Actuators A89 152-158 (2001), the crystallization chamber, resulting in ohmic heating, micromachined resistive structure by selectively applying current to be heated and cooled. さらに、結晶化の温度は、経時的に加熱器の抵抗をモニタリングすることにより検出され得る。 Furthermore, the temperature of the crystallization can be detected by monitoring the resistance of over time the heater. Wuらの文献は、あらゆる目的のために本明細書中に参考として援用される。 Wu et al is incorporated by reference herein for all purposes.

本発明に従う微細製作されたエラストマー結晶化構造を横切る温度勾配を確立することもまた有用であり得る。 Also it may be useful to establish a temperature gradient across the microfabricated elastomeric crystallized structure according to the present invention. このような温度勾配は、結晶化の間の広範な温度スペクトルに標的物質を供し、結晶化に最適な温度の非常に正確な決定を可能にする。 Such temperature gradients, provided the target substance to broad temperature spectrum during crystallization, allows very accurate determination of the optimum temperature for crystallization.

結晶化の間の圧力の制御に関して、容積排除による対溶媒の計量を使用する本発明の実施形態は、特に有利である。 Regard control of the pressure during crystallization, embodiments of the present invention using a metering counter solvent by volume exclusion is particularly advantageous. 詳細には、一旦チャンバが適切な容積の溶媒および対溶媒で充填されると、チャンバ入口バルブは、このチャンバの上にある膜が作動されている間閉鎖して維持され得、それにより、チャンバ内の圧力を増加させる。 In particular, once the chamber is filled with a solvent and to solvent suitable volume, the chamber inlet valve, resulting membrane above this chamber is maintained closed during being operated, whereby the chamber the pressure of the inner increase. 容積排除以外の技術を使用する本発明に従う構造は、結晶化チャンバに隣接してフローチャネルおよび付随する膜を備えることにより圧力制御を及ぼし得、そして詳細にはチャネル内の圧力を制御する。 Structure according to the present invention using techniques other than volume exclusion obtained exerts pressure control by providing adjacent flow channels and associated membrane crystallization chamber, and more particularly to control the pressure in the channel.

結晶化に影響を及ぼす別の要因は、溶液中で利用可能な標的物質の量である。 Another factor affecting the crystallization is the amount of target material available in solution. 結晶が形成する場合、この結晶は、溶液中に残っている標的物質の量が、連続した結晶成長を持続するのに不適切になり得る時点まで、溶液中で利用可能な標的物質に対してシンクとして作用する。 If crystals are formed, the crystals, the amount of target material remaining in solution, to the point that may become inadequate to sustain continuous crystal growth, the target substance available in solution to act as a sink. 従って、十分に大きな結晶を成長させるために、結晶化プロセスの間にさらなる標的物質を提供することが必要であり得る。 Therefore, in order to grow a sufficiently large crystals, it may be necessary to provide additional target material during the crystallization process.

従って、図27A〜27Bに関連して以前に記載したセルペン構造は、成長した結晶をチャンバ内に制限するために、本発明の実施形態に従う結晶化構造において有利に使用され得る。 Therefore, cell pen structure described previously in connection with FIG. 27A~27B, in order to limit the grown crystal in the chamber, may advantageously be used in the crystallization structure according to an embodiment of the invention. このことは、成長している結晶を、さらなる標的物質を提供しているフローチャネルに洗い流して、成長している結晶を廃液に損失する危険性を未然に防ぐ。 This prevent growing crystals, rinse the flow channels which provide additional target material, the risk of loss of growing crystals in liquid waste.

さらに、図27A〜27Bのセルケージ構造はまた、結晶同定のプロセスの間有用であり得る。 Furthermore, cell cage structure in FIG 27A~27B may also be useful during the process of crystal identification. 詳細には、塩がしばしばサンプルまたは対溶媒中に存在し、そしてこれらの塩は、結晶化の試みの間に結晶を形成し得る。 In particular, the salt is present often in the sample or in pairs in a solvent, and these salts may form crystals during the crystallization attempts. 塩の結晶の成長と目的の標的結晶とを区別する1つの一般的な方法は、Hampton Research of Laguna Niguel,California製のIZIT TMのような染色色素への曝露による。 General methods growth purposes and target crystal distinguish one crystalline salt, Hampton Research of Laguna Niguel, by exposure to such staining dye as California made Izit TM. このIZIT TM色素は、タンパク質結晶を青色に染色するが、塩結晶は染色しない。 The Izit TM dye is staining the protein crystal blue, salt crystals will not stain.

しかし、このIZIT TM色素を、結晶を保持している結晶化チャンバに流すプロセスにおいて、この結晶は、取り除かれ得、洗い流され得、そして失われ得る。 However, this Izit TM dye, in the process flow in the crystallization chamber that holds the crystal, the crystal is removed to obtain can flushed obtained, and lost. 従って、セルペン構造は、染色プロセスの間結晶を適所に固定するために、本発明に従う結晶化構造および方法においてさらに使用され得る。 Therefore, a cell pen structure in order to fix the crystal during the dyeing process in place, may further be used in the crystallization structures and methods in accordance with the present invention.

図42は、セルケージ概念(cell cage concept)に基づく結晶の分類デバイスの実施形態を示す。 Figure 42 shows an embodiment of a classification device of the crystal based on the cell cage concept (cell cage concept). 詳細には、種々のサイズの結晶8501が、分類デバイス8500の上流のフローチャネル8502に形成され得る。 In particular, crystal 8501 of various sizes can be formed on the upstream of the flow channel 8502 of the classification device 8500. 分類デバイス8500は、異なる距離で間隔を空けたピラの連続したロを備える。 Classification device 8500 is provided with a continuous b c Pila over spaced at different distances. ブランチチャネル8510の入は、ロウ前面に位置付けられる。 Enter the mouth of the branch channel 8510 is positioned in front of the row. 結晶8501がチャネル8502を下流に流れる場合、ピラのロウ遭遇する。 If the crystal 8501 flows through the channel 8502 to the downstream, it encountered Pila over the row. 最も大きな結晶は、第1のロのピラの間のギャップYの間を通過することが出来ず、そしてロの前面に蓄積する。 The biggest crystals is unable to pass between the gap Y between the first b c Pila chromatography, and accumulates in front of B c. より小さなサイズの結晶は、ピラーの間により小さな連続する間隔を有する連続したロウの前面に集められる。 Crystals of smaller size is collected in front of the continuous row have a spacing of small contiguous with between pillars. 一旦、上記の様式で分類されると、種々のサイズの結晶が、以前に記載したように、蠕動ポンプ8514を利用して、流体をブランチチャネル8510にポンプで通すことにより、チャンバ8512中に収集され得る。 Once classified in the manner described above, the crystals of various sizes, as previously described, using a peristaltic pump 8514, by passing and pump the fluid into the branch channels 8510, collected in a chamber 8512 It may be. 分類構造により収集されたより大きな結晶は、X−線による結晶学的な分析に供され得る。 Larger crystals are collected by the classification structure can be subjected to crystallographic analysis by X- line. 分類構造により収集されたより小さな結晶は、さらなる結晶化の試みにおける種(seed)結晶として利用され得る。 Smaller crystals than collected by the classification structure can be utilized as a seed (seed) crystals in an attempt of further crystallization.

結晶成長に影響する別の因子は、シーディング(seeding)である。 Another factor that affects the crystal growth is a seeding (seeding). 標的溶液へのシード結晶の導入は、溶液中の分子が整列し得るテンプレートを提供することにより、結晶形成を非常に増大させ得る。 Introducing seed crystals into the target solution by providing a template molecule in solution can be aligned, it may very increased crystal formation. シード結晶が利用可能はでない場合、本発明に従うミクロ流体結晶化法およびミクロ流体結晶化システムの実施形態は、他の構造を利用して、類似の機能を実行し得る。 If the seed crystal does not is available, embodiments of microfluidic crystallization methods and microfluidic crystallization system according to the present invention utilizes the other structures may perform a similar function.

例えば、上で議論されるように、本発明に従う構造のフローチャネルおよびチャンバは、代表的には、微細製作した特徴を含むエラストマー層を下にある基材(例えば、ガラス)と接触して配置することにより規定される。 For example, as discussed above, the flow channels and chambers of the structures according to the present invention is typically a substrate with an elastomeric layer comprising a microfabricated was characterized under (e.g., glass) in contact with the placement It is defined by. この基材は、平面である必要はなく、むしろ、結晶形成を誘導するように計算されたサイズおよび/または形状の突起または窪みを含み得る。 The substrate need not be planar, but rather, may include the size calculated to induce crystal formation and / or shape projections or depressions. 本発明の1つの実施形態に従って、下にある基材は、規則正しい所望の形態を示す無機物マトリクスであり得る。 In accordance with one embodiment of the present invention, the substrate underneath can be a inorganic matrix shown a regular desired form. あるいは、下にある基材は、結晶形成を誘導するように計算された所望の形態または形態のスペクトルを示すようにパターン化され得る(すなわち、従来の半導体リソグラフィー技術によりパターン化され得る)。 Alternatively, the substrate underneath can be patterned as shown the spectrum of the calculated desired form or forms to induce crystal formation (i.e., may be patterned by conventional semiconductor lithographic techniques). このような基材表面の形態の最適な形状は、標的結晶の既知の知見により決定され得る。 The optimal shape in the form of such a substrate surface can be determined by known knowledge of the target crystal.

本発明に従う結晶化構造および方法の実施形態は、従来のアプローチを越える多数の利点を提供する。 Embodiments of crystallization structures and methods according to the present invention provides numerous advantages over prior approaches. 1つの利点は、極めて小さな容積(ナノリットル/ナノリットル以下)のサンプルおよび結晶化剤によって、広範な種々の再結晶条件が比較的少量のサンプルを利用して用いられ得ることである。 One advantage is that it can very by the sample and crystallizing agent small volume (hereinafter nanoliters / nanoliter), a wide variety of recrystallization conditions used by utilizing a relatively small amount of sample.

本発明の実施形態に従う結晶化構造および方法の別の利点は、小さなサイズの結晶化チャンバによって、結晶化の試みが、数百、さらには、数千の異なるセットの条件下で、同時に行われ得ることである。 Another advantage of crystallization structures and methods in accordance with embodiments of the present invention, the crystallization chamber of smaller size, attempts crystallization hundreds, further, under the conditions of different sets of thousands performed simultaneously it is to obtain. 再結晶化に用いられる少ない容積のサンプルおよび結晶化剤はまた、貴重な精製された標的物質の最小限の浪費を生じる。 Sample and crystallizing agent less volume used for recrystallization also produces minimal waste of valuable purified target substance.

本発明の実施形態に従う結晶化のさらなる利点は、操作の比較的簡単さである。 A further advantage of the crystallization in accordance with embodiments of the present invention is the relatively simplicity of the operation. 詳細には、並行作動(parallel actuation)を利用する流れの制御は、数本のコントロールラインのみの存在を必要とし、そして微細製作デバイスの操作により自動的に実施される結晶化剤およびサンプルの導入は、多数のサンプルについて非常に迅速な調製時間を可能にする。 In particular, the control of the flow utilizing the parallel operation (parallel actuation), require the presence of only a few control lines, and the introduction of automatically implemented are crystallizing agent and sample by the operation of microfabricated devices allows a very rapid preparation times for multiple samples.

本発明の実施形態に従う結晶化システムのなおさらなる利点は、溶液平衡化速度の制御を制御する能力である。 A still further advantage of the crystallization system in accordance with an embodiment of the present invention is the ability to control the control solution equilibration rate. 結晶成長は、しばしば、非常に遅く、そして結晶は、溶液が、最適な濃度で、平衡状態への道のりを迅速に通過する場合に、形成される。 Crystal growth is often very slow, and crystals, the solution is, in optimum concentration, in the case of rapidly passing through the road to equilibrium, it is formed. 従って、平衡化の速度を制御して、それにより、中間の濃度で結晶成長を促進させることは有利であり得る。 Thus, by controlling the rate of equilibration, thereby be promoted crystal growth at intermediate concentrations may be advantageous. 結晶化に対する従来のアプローチでは、ペースの遅い平衡が、蒸気拡散、低速透析、および非常に小さい物理的界面(very small physical interface)のような技術を用いて達成される。 In conventional approaches to crystallization, pace slow equilibrium, vapor diffusion is achieved using such techniques slow dialysis, and very small physical interface (very small physical interface).

しかし、本発明に従う結晶化は、溶液平衡化の速度に対する先例のない制御を可能にする。 However, crystallization in accordance with the present invention allows for unprecedented control over the rate of solution equilibration. 容積排除により結晶化剤を計測するシステムにおいて、重なった膜は、繰返し変形され得、各々の変形は、さらなる結晶化剤の導入を生じる。 A system for measuring a crystallizing agent by volume exclusion, overlapping film may be repeatedly deformed, each of the variations, resulting in the introduction of additional crystallization agent. 容積エントラップメント(volume entrapment)により結晶化剤を計測するシステムにおいて、サンプルを結晶化剤から分離するバルブは、短時間解放され得、部分的に拡散性の混合を可能にし、次いで、閉鎖されてチャンバを中間の濃度で平衡化させる。 A system for measuring a crystallizing agent by volume entrapment (volume entrapment), the valve separating the sample from the crystallization agent is briefly freed obtained, to allow mixing of partially diffusive then it is closed equilibrating the chamber at an intermediate concentration Te. このプロセスは、最終濃度に達するまで繰り返される。 This process is repeated until a final concentration. 容積排除または容積エントラップメントのアプローチのいずれかは、中間の濃度の全範囲を、単一の反応チャンバ利用して、一回の実験でスクリーニングすることを可能にする。 Either approach volume exclusion or volume entrapment is the full range of intermediate concentration, using a single reaction chamber, allows the screened in a single experiment.

経時的な溶液平衡状態の操作はまた、高分子(例えば、タンパク質) 対 ずっとより小さい結晶化剤(例えば、塩)の様々な拡散速度を開発する。 Over time of the solution equilibrium operation The polymer (e.g., a protein) to much smaller crystallizing agent (e.g., salt) to develop a variety of diffusion rate of. 大きなタンパク質分子は、塩よりもずっとより遅く拡散するので、迅速な解放界面バルブおよび閉鎖界面バルブは、結晶化剤の濃度を、著しく変更することを可能にする一方、同時に、非常に小さなサンプルを、大容積の結晶化剤への拡散により失わせる。 Large protein molecules, so diffuses slower than much more salt, rapid release surface valve and closing the interface valve, while allowing the concentration of the crystallization agent, significantly change, at the same time, a very small sample , causing lost by diffusion into the crystallizing agent large volume. さらに、上記のように、記載される多くの結晶化構造は、異なる結晶化剤を、異なる時間で、同じ反応チャンバへと導入することを容易に可能にする。 Further, as described above, many crystal structures described are different crystallization agents, at different times, to readily possible to introduce into the same reaction chamber. このことは、経時的に変化した溶媒条件を規定する結晶化プロトコルを可能にする。 This allows the crystallization protocol that defines the change over time and solvent conditions.

(6.実験結果) (6. experimental results)
現在のタンパク質結晶化チップを利用する結晶化の結果と、タンパク質結晶化の2つの現在普及している肉眼的な方法(懸滴蒸気拡散およびマイクロバッチ)から得られた結果を比較するために、多数の実験を行った。 To compare the results of the crystallization and the use of the current protein crystallization chip, the results obtained from macroscopic way that two current spread of protein crystallization (hanging drop vapor diffusion and microbatch), a large number of experiments were performed. 結果を以下で議論する。 The results are discussed below.

モデルタンパク質を、これらの入手可能性および結晶化に対する困難性に基づいて選択した。 The model protein, were selected based on the difficulty for these availability and crystallization. タンパク質結晶化の困難性を、蒸気拡散技術またはマイクロバッチ技術を用いて、タンパク質を結晶化するために、販売業者Hampton Research(Laguna Nigel,CA)により主張される条件の数として規定した。 The difficulty of protein crystallization, using vapor diffusion techniques or micro-batch technique, in order to crystallize the protein was defined as the number of conditions that are claimed by the merchant Hampton Research (Laguna Nigel, CA). 容易、中間、および困難の困難性のレベルは、48個の内10個よりも多い条件が結晶化を生じるタンパク質、5個と10個の間の条件が結晶化を生じるタンパク質、および5個未満の条件が結晶化を生じるタンパク質に割り当てられる。 Easy, intermediate, and the level of difficulty of the difficulties, the protein more conditions than 10 out of 48 results in a crystallization, protein 5 and 10 conditions during results crystallization, and less than 5 condition is assigned to proteins resulting crystallization. 容易なタンパク質および困難なタンパク質の両方を選択した。 Select both easy protein and difficult proteins.

結晶化が困難なタンパク質を選択して、チップに対してストリンジェントな試験を適用し、このチップが非常に特異的な結晶化条件を必要とするタンパク質を結晶化し得るか、さらに、標準的な結晶化技術を使用して検出可能ではない結晶化条件を検出し得るかを示した。 Crystallization selects difficult proteins, to apply a stringent test to the chip, or the chip can crystallize the protein requiring very specific crystallization conditions, further, standard It shows how can detect not detectable using crystallization techniques crystallization conditions. 容易タンパク質を選択して、チップと従来の技術との間の挙動の差異をより良く理解し、そしてどの条件がチップと不適合性であるのかを発見する。 Select facilitate protein, to better understand the differences in behavior between the chip and the prior art, and which conditions are to discover whether a chip incompatible. この研究に用いられるモデルタンパク質は、グルコースイソメラーゼ(中間)プロテイナーゼK(容易)、ウシ肝臓カタラーゼ(困難)、ウシ膵臓トリプシン(中間)、リゾチーム(容易)、およびキシラナーゼ(中間)、およびトポイソメラーゼVIのBサブユニット(中間、これまで結晶化されていない)であった。 Model proteins used in this study, glucose isomerase (intermediate) proteinase K (easy), bovine liver catalase (difficult), bovine pancreatic trypsin (intermediate), lysozyme (easy), and xylanase (middle), and topoisomerase VI B It was subunits (intermediate, non-crystallized so far).

本発明の実施形態は、従来の結晶化法に対して実行可能な代替を提供する。 Embodiments of the present invention, provides a viable alternative to conventional crystallization methods. ミクロ流体デバイスは、従来の方法と比較して、タンパク質の使用の節減、より簡単かつより迅速な実験の組み立て、および貯蔵空間の所要量の減少を提供する。 Microfluidic device, as compared with conventional methods, saving the use of proteins, providing a reduction in higher assembling easy and more rapid experiments, and the required amount of storage space. 下で議論するように、ほぼ全てのタンパク質モデルにおいて、チップは、従来の方法よりもより多くのヒットを生じる。 As discussed below, in almost all protein models, the chip produces more hits than conventional methods. 大きく高品質の結晶が、チップ中で成長され得、そしてこれらの結晶をチップから直接回収することが可能であることがさらに示されている。 Large high quality crystals, it has been further shown that obtained are grown in the chip, and these crystals can be recovered directly from the chip.

収集のための、チップからX線までのいくつかの経路が、提案されており、これは、チップからの結晶の直接的収集を含む。 For collection, several routes from the chip to the X-ray have been proposed, which includes a direct collection of crystals from the chip. チップと従来の方法との間での約50〜80%の一致が決定される(一致のレベルは、従来の方法の間でほぼ同じである)。 About 50-80% of the match is determined between the tip and the conventional method (the level of matching is substantially the same between the conventional manner). チップ平衡の分析は、マクロ自由界面拡散(macro free interface diffusion)は、チップを良好にエミュレートすることを示唆する。 Analysis of the chip equilibrium, macro free interface diffusion (macro free interface diffusion), suggests that better emulate tip. この分析は、さらに、チップが相空間の大きな領域をサンプリングし、従って、都合の良い結晶化条件に遭遇する傾向が高いことを示す。 This analysis further chip samples the larger region of the phase space, therefore, indicative of an increased tendency to encounter favorable crystallization conditions.

チップのPDMS材料の透過性は、結晶化において有意な因子であるが、結晶を生じたHamptonスクリーンにおけるほぼ全ての条件は、標的スクリーニングの過程にわたりヒットする。 Permeability of the chip of the PDMS material is a significant factor in the crystallization, almost all the conditions in Hampton screen resulted crystal is hit over the course of target screening. チップ条件に対応する肉眼的方法の開発における透過性材料の使用は、マイクロバッチの場合に示されているように、有益であり得る。 The use of permeable material in the development of macroscopic method corresponding to chip conditions, as shown in the case of micro-batch, it may be beneficial.

(a.試薬およびタンパク質) (A. Reagents and proteins)
Crystal Screen Kit 1、Izit色素、グリースを塗ったLinbroプレート、およびシリコーン処理したカバーガラスを、Hampton Researchから購入した。 Crystal Screen Kit 1, Izit dye, Linbro plates greased, and siliconized coverslips were purchased from Hampton Research. Coster96ウェル丸底プレートを、VWR(West Chester,PA)から購入した。 The Coster96 well round-bottom plates were purchased from VWR (West Chester, PA). HEPESを、Fluka(St.Louis,MO)から購入した。 The HEPES, was purchased from Fluka (St.Louis, MO). 塩化カルシウム、PMSF、ベンズアミジン塩酸塩、および鉱油を、Sigma Aldrich(St.Louis,MO)から得た。 Calcium chloride, PMSF, benzamidine hydrochloride, and mineral oil, were obtained from Sigma Aldrich (St.Louis, MO).

グルコースイソメラーゼを、Hampton Researchから得、そして蒸留した脱イオン水中で、4℃にて一晩透析した。 Glucose isomerase, obtained from Hampton Research, and in distilled deionized water and dialyzed overnight at 4 ° C.. タンパク質濃度は、約30mg/mLであった。 Protein concentration was about 30 mg / mL. タンパク質を1mLのサンプルにアリコート化し、液体窒素中でスナップ凍結し、そして−20℃で保存した。 The protein was aliquoted into sample 1 mL, snap frozen in liquid nitrogen and stored at -20 ° C..

プロテイナーゼKを、Worthington Biochemicals(Lakewood,NJ)から得、1mM塩化カルシウム、25mM HEPES緩衝液(pH7.0)中で、4℃で、5〜6時間透析し、0.22 mシリンジフィルターを通してろ過し、100 Lのサンプルにアリコート化し、そして−20℃で凍結保存した。 Proteinase K, obtained from Worthington Biochemicals (Lakewood, NJ), 1mM calcium chloride, in 25 mM HEPES buffer (pH 7.0), at 4 ° C., and dialyzed for 5-6 hours, filtered through 0.22 m syringe filter , aliquoted 100 L of the sample and stored frozen at -20 ° C.. プロテイナーゼKは、約20mg/mLであり、そしてインヒビターPMSFを、いくつかの実験に使用する前に、最終濃度1mMで添加した。 Proteinase K is about 20 mg / mL, and the inhibitor PMSF, prior to use in some experiments, was added to a final concentration of 1 mM.

ウシ肝臓カタラーゼを、Sigma−Aldrichから購入し、25mM HEPES(pH7.0)中で4℃にて一晩透析し、1mLのサンプルにアリコート化し、液体窒素中でスナップ凍結し、そして−20℃で保存した。 Bovine liver catalase were purchased from Sigma-Aldrich, dialyzed overnight at 4 ° C. in 25 mM HEPES (pH 7.0), aliquoted into sample 1 mL, snap frozen in liquid nitrogen and at -20 ° C. saved. ウシ肝臓カタラーゼは、約30mg/mLであり、そして使用の前に12,000rpmにて5分間遠心分離して、溶液を濃褐色からわずかに色が付いた溶液へと変化させた。 Bovine liver catalase is about 30 mg / mL, and centrifuged for 5 minutes at 12,000rpm before use, was changed to a solution with a slight color solution from dark brown.

リゾチームを、Sigma−Aldrichから購入し、50mg/mLの最終濃度まで、0.2Mの酢酸ナトリウム(pH4.7)に溶解した。 Lysozyme, were purchased from Sigma-Aldrich, final concentration of 50 mg / mL, was dissolved in sodium acetate 0.2 M (pH 4.7). 次いで、この溶液を4℃にて10分間エッペンドルフ遠心管中で遠心分離した(16000g)。 Then, the solution was centrifuged for 10 min Eppendorf centrifuge tubes at 4 ° C. The (16000 g).

キシラナーゼを、Hampton Researchから購入した。 Xylanase, it was purchased from Hampton Research. 結晶化実験の前に、36mg/mLのタンパク質、43%のグリセロール、および0.18MのMa/Kホスフェートを含むストック溶液を、脱イオン水の半分で希釈した。 Before crystallization experiments, 36 mg / mL protein, 43% glycerol, and stock solution containing Ma / K phosphate 0.18 M, was diluted with half of deionized water.

ウシ膵臓トリプシンを、10mM塩化カルシウム、25mM HEPES緩衝液(pH7.0)中で、4℃にて5〜6時間透析し、0.22μmシリンジフィルターを通してろ過し、100μLのサンプルにアリコート化し、そして−20℃で凍結保存した。 Bovine pancreatic trypsin, 10 mM calcium chloride, in 25 mM HEPES buffer (pH 7.0), and dialyzed for 5-6 hours at 4 ° C., filtered through a 0.22μm syringe filter, aliquoted into 100μL samples, and - and stored frozen at 20 ℃. ウシ膵臓トリプシンは、約60mg/mLであり、そして10mg/mLのインヒビターであるベンズアミジン塩酸塩を含んでいた。 Bovine pancreatic trypsin is about 60 mg / mL, and contained benzamidine hydrochloride, an inhibitor of 10 mg / mL. 未公開の構造を有する、1つのさらなるタンパク質をまた、チップで評価した。 Having the structure unpublished, one further protein was also evaluated in the chip. トポイソメラーゼVIのBサブユニットは、50KDa、ATPに結合する、強制的に生成させた、古細菌のIIB型トポイソメラーゼ複合体のサブユニットである。 B subunit of topoisomerase VI is, 50 KDa, bind to ATP, is forcibly generated, a subunit of type IIB topoisomerase complex archaeal. このタンパク質を、12mg/mLの濃度で、20mM TRISを用いてpH7.0で緩衝化した、NaClの100mM溶液中で調製した。 The protein, at a concentration of 12 mg / mL, buffered with pH7.0 with 20 mM TRIS, prepared in 100mM solution of NaCl.

タンパク質を含まないネガティブコントロールの緩衝液を、塩結晶とタンパク質結晶との間の差異を決定するのを補助するために、チップ上に配置した。 Buffer negative control without protein, to assist in determining the difference between the salt crystals and protein crystals, it was placed on the chip. チップ上で、タンパク質なしのコントロールは、20mM塩化カルシウム、25mM HEPES(pH7.0に緩衝化)を含む1つのチップおよび20mM塩化カルシウム、1mM HEPES(pH7.0に緩衝化)を含む1つのチップを含んだ。 On the chip, control without protein, 20mM calcium chloride, one chip and 20mM calcium chloride containing (buffered to pH 7.0) 25 mM HEPES, one chip containing the (buffered to pH 7.0) 1 mM HEPES Inclusive. キシラナーゼ、リゾチーム、グルコースイソメラーゼ、およびトポイソメラーゼVIのBサブユニットについて個々のタンパク質なしのコントロールを、上記の特定の緩衝液を用いて行った。 Xylanase, lysozyme, a control without individual protein for B subunit of glucose isomerase, and topoisomerase VI, was performed using a specific buffer solution described above. コントロールをまた、1mM塩化カルシウム、25mM HEPES(pH7.0)、および蒸留した脱イオン水と共にマイクロバッチ中に配置した。 The control was placed 1mM calcium chloride, 25 mM HEPES (pH 7.0), and with distilled deionized water in microbatch.

(c.懸滴を利用する結晶化) (C. Crystallization using the hanging drop)
従来の懸滴技術は、液滴(ドロップ)(代表的には、より高い濃度の結晶化剤混合物)よりも、より高い浸透ポテンシャルを有するいくつかの型の流体のウェルを覆って、標的分子/結晶化剤混合物(「液滴と呼ばれる」)を密閉シールして、この液滴中の標的分子および結晶化剤の両方の濃度の同時増加と共に、液滴のゆっくりとした脱水を誘導することを伴う。 Conventional hanging drop technique (typically, more crystallized mixture of higher concentration) droplets (drop) than covers several types of fluid wells with higher osmotic potential, the target molecule / crystallization agent mixture ( "called droplet") is hermetically sealed, with simultaneous increase in the concentration of both the target molecule and the crystallization agent of the droplets, to induce a slow dehydration of a droplet the associated. この濃縮プロセスが生じる場合、標的は、液相から固相(望ましくは、結晶形態)へとゆっくりと進む。 If this concentration process occurs, the target (preferably, crystalline form) solid from the liquid phase proceeds slowly to.

懸滴実験を、グリースを塗ったLinbro24ウェルプレート中で行った。 The hanging drop experiments were carried out in Linbro24 well plates greased. 500μLのHampton Crystal Screen 1−48をウェルの底に置いた。 Put 500μL of Hampton Crystal Screen 1-48 to the bottom of the well. 1μLのタンパク質および1μLの結晶スクリーンを、シリコーン処理したカバーガラスの中央へ合わせた。 1μL of proteins and 1μL of the crystal screen, combined to a central cover glass treated with silicone. カバーガラスを、0.5mLのスクリーン溶液を含むウェルを覆ってシールし、そしてプレートを2週間にわたり周囲温度で維持した。 Coverslips were sealed over the well containing the screen solution 0.5 mL, and the plates were kept at ambient temperature for two weeks. プレートを、1〜2週間の期間にわたり結晶成長についてモニターした。 The plates were monitored for crystal growth over a period of one to two weeks of the period. 二連にするため、両方の液滴を、同じ試薬ウェルを覆う単一のカバーガラス上に置いた。 To duplicate, both of the droplets were placed on a single coverslips covering the same reagent well.

(d.マイクロバッチを利用する結晶化) (D. Crystallization utilizing micro batch)
マイクロバッチは、別の従来の結晶化アプローチである。 Micro batch is another conventional crystallization approach. マイクロバッチは、上記の懸滴技術に類似するが、「液滴」をいくつかの型の非浸透性または半浸透性蒸気バリア(例えば、油)の下に配置することを伴う。 Micro batch is similar to the hanging drop technique, the "drop" some types of non-permeable or semi-permeable vapor barrier (eg, oil) involves placing under. 経時的に、懸滴において生じる蒸気拡散に類似する様式で、結晶化試薬は、標的の凝集を、再び、好ましくは、結晶段階で促進する。 Over time, in a manner similar to vapor diffusion occurring in hanging drop crystallization reagent, the coagulation of the target, again, preferably, promotes the crystal phase.

マイクロバッチ実験を、96ウェルプレート中で行った。 A micro-batch experiments were performed in 96-well plates. 100μLの鉱油を、各ウェルへとピペットで移した。 The 100μL of mineral oil was pipetted into each well. 1μLのHampton Crystal Screen 1−48、次いで、1μLのタンパク質を、各ウェルに添加し、そしてこのプレートを1000rpmにて5分間遠心分離して、油層の下の2つの液滴を混合した。 1μL of Hampton Crystal Screen 1-48, then the 1μL of protein, was added to each well and the plates were centrifuged for 5 minutes at 1000 rpm, and mixing the two droplets under oil layer. このプレートを周囲温度で2週間まで維持し、そして結晶成長についてモニターした。 The plates were maintained for up to two weeks at ambient temperature and monitored for crystal growth.

(e.チップ上での結晶化) (E. Crystallize on the chip)
実験で利用される結晶化チップについての特定の設計を、図45A〜Cに示す。 Specific design for the crystallization chip utilized in the experiments are shown in FIG 45A~C. 図45Aは、チップの代替の実施形態の単純化した平面図を示す。 Figure 45A shows a simplified plan view of an embodiment of a chip alternatives. 図45Bは、1組の3化合物ウェルの単純化した拡大平面図を示す。 Figure 45B shows an enlarged plan view simplified set of 3 compounds wells. 図45Cは、線C−C'に沿った図45Bのウェルの単純化した断面図を示す。 Figure 45C shows a simplified cross-sectional view of the well of Figure 45B taken along line C-C '. このチップ設計は、ボリュームエントラップメント技術を利用する標的溶液および結晶化剤の計測を用いた。 The chip design was used to measure the target solution and crystallizing agent utilizing volume entrapment techniques.

具体的には、各チップ9100は、1チップあたり合計144のアッセイに関して、48の異なるスクリーン条件の各々について、3化合物ウェル9102を備える。 Specifically, each chip 9100 with respect assay 1 chip per total 144, for each of the different screen conditions of 48, provided with a 3 compound wells 9102. 化合物ウェル9102は、ガラス基材9104中にエッチングされ、そしてマイクロチャネル9106を介して流体接触する、2つの隣接するウェル9102aおよび9102bからなる。 Compound well 9102 is etched in a glass substrate 9104, and the fluid contact through the microchannel 9106, consisting of two adjacent wells 9102a and 9102B. 化合物ウェル9102の各々において、タンパク質溶液を、隣接するウェル9102a−bの相対的サイズにより規定される割合で、スクリーン溶液と合わされる。 In each compound wells 9102, a protein solution, at a ratio defined by the relative sizes of adjacent wells 9102a-b, is combined with a screen solution. 図45A〜Cに示される特定の実施形態において、3つの比率(タンパク質:溶液)は、4:1、1:1、および1:4である。 In the particular embodiment shown in FIG 45A~C, 3 one ratio (protein: solution), 4: 1, 1: 1, and 1: 4. スクリーン溶液を含む各アッセイの総容積は、約25nLである。 The total volume of each assay including screen solution is about 25 nL. しかし、本発明は、任意の特定の容積または容積の範囲に制限されない。 However, the present invention is not limited to the scope of any particular volume or volume. 本発明に従う代替の実施形態は、10nL未満、5nL未満、2.5nL未満、1.0nL未満、および0.5nL未満の総アッセイ容積を利用し得る。 Alternative embodiments according to the present invention is less than 10 nL, less than 5 nL, less than 2.5 NL, may utilize less than 1.0 nL, and the total assay volume of less than 0.5 nL.

マイクロチャネル 9106は、界面コントロールライン9108、封じ込めコントロールライン9110および2つの安全コントロールライを備える。 Micro Channel 9106 includes an interface control line 9108, the containment control line 9110 and two safety control line. コントロールライン9108、9110、および安全コントロールラインを、チップ内の湿潤環境を維持し、そして結晶化が行われるフローチャネルおよびチャンバの脱水を防ぐため、空気よりむしろ水で満たす。 Control lines 9108,9110, and safety control line, to maintain a moist environment in the chip, and to prevent dehydration of the flow channels and chambers crystallization is performed, satisfies rather water than air.

界面バルブ9114は、化合物ウェル9102を二等分し、ローディングの完了まで、タンパク質をスクリーンから分離する。 Interface valve 9114, the compound wells 9102 bisects, until completion of the loading, to separate the protein from the screen. 封じ込めバルブ9116は、各化合物ウェル9102のポートをブロックし、実験の間、各条件を隔離する。 Containment valve 9116 blocks the ports of each compound well 9102, during the experiments, isolates each condition. 2つの安全バルブ9118は、タンパク質ローディングの間、作動され、そして界面バルブが故障した場合、タンパク質溶液の流出を防ぐ。 Two safety valves 9118 during the protein loading, are actuated, and when the interface valve fails, preventing the outflow of the protein solution.

実験で利用されるミクロ流体デバイスの組み立てを、標準的な多層ソフトリソグラフィー技術により調製し、そしてエッチングしたスライドガラスに、80℃にて5時間以上ベーキングすることによりシールした。 The assembly of the microfluidic devices utilized in the experiments was prepared by standard multilayer soft lithography techniques, and the etched glass slide was sealed by baking for more than 5 hours at 80 ° C.. ガラス基材を、5740フォトレジストの16μmの層でマスクし、そして標準的な光リソグラフィーを用いてパターン形成した。 The glass substrate, masked with a layer of 16μm in 5740 photoresist and patterned using standard photolithography. 次いで、ガラス基材を、1:1:1(BOE:H O:2N HCl)の溶液中で、60分間、エッチングして、約80μmの最大深さを有するマイクロウェルを作製した。 Then, a glass substrate, 1: 1: 1 (BOE : H 2 O: 2N HCl) in a solution of 60 minutes, and etching to prepare the micro-wells with maximum depth of approximately 80 [mu] m.

直前に記載したチップ組み立てのプロトコルは、本発明の可能な実施形態の単に1つの例である。 Chip assembly protocol just described is merely one example of possible embodiments of the present invention. 代替の実施形態に従って、結晶化チャンバおよびフローチャネルは、平面基材とエラストマー部分のより低い表面の全体に形成された凹のパターンとの間に規定され得る。 According an alternative embodiment, the crystallization chambers and flow channels may be defined between the concave pattern formed on the entire lower surface of the planar substrate and the elastomer portion. なおさらなる代替として、結晶化チャンバおよびフローチャネルは、平面(エラストマー部分の特徴のないより低い表面)と、基材の全体に形成された凹のパターンとの間に規定され得る。 As yet a further alternative, the crystallization chambers and flow channels, the plane (low surface than featureless the elastomeric portion) may be defined between the concave pattern formed on the entire substrate.

チップ上の結晶化を、以下のように準備した。 The crystallization on the chip was prepared as follows. チップ制御層9106中の全てのコントロールラインは、15〜17psiの圧力で水を用いてローディングされる。 All control lines in the chip control layer 9106 is loaded with water at a pressure of 15~17Psi. 一旦、このコントロールラインが満たされ、そしてバルブ9114および9116が、完全に作動されると、封じ込めバルブ9116が解放され、そしてタンパク質が、約5〜7psiを用いて9120を介して中央を通ってロードされる。 Once the control line is satisfied, and the valve 9114 and 9116, when fully actuated, containment valves 9116 are released, and the protein through the central through 9120 with about 5~7psi load It is. タンパク質溶液は、各化合物ウェル9102のタンパク質側を充填する。 Protein solution fills the protein side of each compound well 9102. 存在する場合、故障したバルブが識別され、そして真空グリースが、引き続いての加圧および残りの条件の可能な汚染を防ぐため、対応するスクリーンバイアを覆って配置される。 If present, it identifies the failed valve and vacuum grease, to prevent possible contamination of the pressure and the remaining conditions of the subsequently disposed over the corresponding screen via. 次いで、2.5〜4μLの低密度マトリクススクリーン(代表的には、Hampton Crystal Screen I,1−48)が、スクリーンバイア9122へとピペットで入れられる。 Then, (typically, Hampton Crystal Screen I, 1-48) low density matrix screen 2.5~4μL is is pipetted to the screen via 9122. 安全バルブ9118は解放され、そして特別に設計されたチップホルダー(以下に記載される)を用いて、48個全てのスクリーンバイア9122を覆う加圧(5〜7psi)シールを作製する。 Safety valve 9118 is released, and specially with the designed chip holder (described below), to produce a pressure (5~7Psi) seal over all 48 screens via 9122. このスクリーン溶液を、デットエンドロードし、各化合物ウェルのスクリーン面を充填する。 The screen solution, and dead-end load, to fill the screen surface of each compound well. タンパク質および結晶スクリーン試薬は、全てのウェルがロードされるまで、界面バルブとの分離を維持し、ロードされた時点で、封じ込めバルブが閉鎖され、そして界面バルブが解放されて、化合物ウェル9102の2つの半分に存在する流体容積の間での拡散を可能にする。 Protein and crystal screens reagent until all wells are loaded, maintaining a separation between the interface valve, when it is loaded, the containment valve is closed, and the interface valve is released, the second compound wells 9102 One of allowing diffusion between fluid volume present in half.

(f.チップ性能) (F. Chip performance)
チップ性能は、実験の間で変化した。 Chip performance was varied between experiments. 最初に、チップは、約30%のバルブ故障率を示した。 First, the chip showed a valve failure rate of approximately 30%. しかし、後の実験は、代表的に、48の条件のうち、約3〜10の故障を有した。 However, after the experiment, typically of 48 conditions, we had a failure of about 3-10. 合計9個のチップが、100%の成功率を有した。 Total of nine chips had a 100% success rate.

タンパク質メニスカスをトラッキングすることにより測定された、1つのチップあたりに用いられる平均タンパク質溶液容積は、約3μLであった。 Was measured by tracking the protein meniscus, the average protein solution volume to be used per one chip was about 3 [mu] L.

これらの実験について、実験を準備する(コントロールラインを充填することを含む)のに費やした平均時間は、約35分であり、最も早い実験では、準備するまでにわずか20分しかかからなかった。 For these experiments, the average time spent to prepare the experiment (including filling the control line) is about 35 minutes, at the earliest experiments, it took only 20 minutes to prepare . この準備時間は、図80と組合わせて以下で議論されるように、チップに対する溶液のロボット化ピペッティングの使用を通してか、または送達される溶液のロードおよびプライムのための圧力の使用を通して、なおさらに、潜在的に減少され得る。 The preparation time, as will be discussed below in conjunction with FIG. 80, through the use of pressure for the load and prime the solution or through the use of robotic pipetting of the solution to the chip, or delivered, even more to be potentially reduced.

(g.一般的結晶成長観察およびデータ分析) (G. General crystal growth observation and data analysis)
懸滴、マイクロバッチ、およびチップ実験を、2週間までヒットについて観察した。 Hanging drop, microbatch, and chip experiments was observed for the hit to 2 weeks. 他で指摘しない限り、ヒットとは、単一の結晶、針状結晶、板状結晶、棒状結晶、球晶、または沈殿として定義される。 Unless indicated otherwise, the hit, single crystal, needle-like crystals, platy crystals, rod-shaped crystals, is defined as the spherulites or precipitation. 相分離または油滴は、ヒットとして計数されない。 Phase separation or oil droplet is not counted as a hit. いくつかの場合において、結晶を、塩結晶を染色しないIzit色素を用いる染色によりタンパク質結晶であることを確認した。 In some cases, the crystals were confirmed to be a protein crystals staining with Izit dye does not stain salt crystals. Izit色素を、対応する結晶スクリーンにおいて1/20に希釈し、そして1μLを結晶滴に添加する。 The Izit dye, diluted 1/20 in the corresponding crystal screen, and adding 1μL crystal droplets. タンパク質結晶をまた、結晶を結晶プローブでプロービングすることにより確認した。 The protein crystal was also confirmed by probing the crystal crystal probe.

技術の間での結晶の成長パターンに対する比較は、ヒットを生じる条件における類似性に基づく。 Comparison to the crystal growth patterns between the techniques is based on the similarity in conditions that allow hit. 二連および三連の試験について、比較をして、その結果、二連の一方または両方が両方の技術においてヒットを生じた場合、2つの技術は、同じ成長パターンを有すると考えられる(例えば、チップ1またはチップ2がヒットを生じ、そしてマイクロバッチ1またはマイクロバッチ2がヒットを生じる場合、チップおよびマイクロバッチは、類似の成長パターンを有すると考えられる)。 The test duplicate and triplicate, by comparison, so that if one or both of the duplicate is produced hits in both techniques, two techniques are considered to have the same growth pattern (e.g., If the chip 1 or chip 2 has produced hits and microbatch 1 or microbatch 2 results in a hit, chips and micro batch is considered to have similar growth pattern).

(h.グルコースイソメラーゼの結晶化) (H. Crystallization of glucose isomerase)
グルコースイソメラーゼの結晶化を、1つの懸滴実験、2つのマイクロバッチ実験、および6つの別個のチップにおいて準備した。 The crystallization of glucose isomerase, one hanging drop experiment, two microbatch experiments, and were prepared at six separate chip. 懸滴実験を、1週間の間毎日、次いで、第2の1週間の間一日おきにモニタリングし、マイクロバッチプレートを、2週間観察し、そしてチップを9日までモニタリングした。 The hanging drop experiment, daily for 1 week, then monitoring the second every other day for one week, the micro batch plate, observed 2 weeks, and to monitor the chip to 9 days. 結果は、他の因子(バルブ故障、タンパク質のロードの失敗または結晶スクリーンの失敗)を考慮にいれた場合、チップの間で一致した。 The results, when taking into account other factors (valve failure, failure of the failure or crystal screen loading of proteins) were consistent between the chips.

これらの実験の結果を、図46に示されるヴェン図形に要約する。 The results of these experiments are summarized in the Venn graphic shown in Figure 46. 1つの結晶スクリーン(試薬番号33)は、いずれかの実験において結晶または沈殿の生成に失敗した。 One crystal screen (Reagent No. 33) failed to produce crystals or precipitate in any of the experiments. 48のスクリーンのうち33が、懸滴実験においてヒットを生じ;48のうち28が、マイクロバッチ法においてヒットを生じ、そして48のうち47は、チップにおいてヒットを生じた。 33 of the screen 48, produced hits in hanging drop experiments; 28 out of 48 produced hits in microbatch, and 47 out of 48, were produced hits in the chip. マイクロバッチと懸滴実験との間に有意な一致が存在した:マイクロバッチ結果の81%は、懸滴結果と一致し、ここで13の条件が、いずれの技術においてもヒットを生じず、そして26の条件が、両方の技術において結晶または沈殿を生じた。 Significant match between the microbatch and hanging drop experiments were present: 81% of the micro-batch results are consistent with the results hanging drop, where 13 conditions are also not produced hits in either technique, and 26 conditions, resulted crystals or precipitate in both techniques.

チップ結果とマイクロバッチ結果との間(60%の一致)でも、チップ法と懸滴法との間(71%)でもあまり一致がなかった。 But between the chip results and microbatch results (60% identity), it was not very consistent even between the chip method and the hanging drop method (71%). 12の条件が、チップにおいてヒットを生じるが、他の方法ではヒットを生じなかった。 12 conditions, but results in a hit in the chip did not produce a hit in any other way. 表1は、3つの技術におけるグルコースイソメラーゼ結晶化の結果を示す。 Table 1 shows the results of glucose isomerase crystallization in three techniques.

Figure 0004565026

Figure 0004565026
結晶の成長が、マイクロバッチおよび懸滴法において観察された場合、これらの結晶を結晶プローブで突くことによって、これらの結晶がタンパク質であることを確認した。 Crystal growth, when observed in microbatch and hanging drop methods, by poking these crystals crystal probe, it was confirmed that these crystals is a protein. 図47A〜Bに示されるように、圧力下で崩れる結晶(図47B)は、タンパク質であるはずである。 As shown in FIG 47A~B, crystal collapse under pressure (Fig. 47B) should be protein. 崩れも砕けもしない結晶(図47A)は、塩結晶である。 Collapse the crystal not be broken (Fig. 47A) is a salt crystal. 図48A〜Bに示されるように、大きな高品質の結晶が、チップを利用して生成された。 As shown in FIG 48A~B, a large high-quality crystals, generated by using the chip.

マイクロバッチに対する、チップ上でのグルコースイソメラーゼの結晶化もまた、別のセットの実験において評価した。 For microbatch crystallization of glucose isomerase on the chip it was also evaluated in a laboratory of another set. グルコースイソメラーゼを、31mg/mLの最終濃度まで、脱イオン水に対して透析した。 Glucose isomerase, until a final concentration of 31 mg / mL, it was dialyzed against deionized water. これらの実験におけるヒットを、結晶、微結晶、針状晶、板状晶、柱状晶(rod)、または球晶として規定し、一方で沈澱物はヒットとして計数しなかった。 The hits in these experiments, crystals, microcrystals, needles, plate-like crystals, defined as columnar crystals (. Rod), or spherulites, while precipitation was not counted as a hit. マイクロバッチ実験を2週間行い、一方でチップ実験を3日間行った。 The microbatch experiment performed 2 weeks, while subjected to chip experiment 3 days. これらの日の最後に、封じ込めコントロール管内の不十分な水に起因して、チップは脱水された。 At the end of these days, due to the insufficient water containment control tube, the chip has been dehydrated. これらの実験の結果を、図49に示されるベン図に要約する。 The results of these experiments are summarized in the Venn diagram shown in FIG. 49.

結晶の同定、およびその結果の再現性を、以下の実験において調べた。 Identification of the crystal, and the reproducibility of the results was examined in the following experiments. 最初のスクリーンからのヒット(Hampton条件3、4、6、9、10、14、15(三連)、17、18、20、22、28、30、32、38、39、42、43、および46(二連))を、単一のチップ上に再度設定した。 Hits from the first screen (Hampton conditions 3,4,6,9,10,14,15 (triplicate), 17,18,20,22,28,30,32,38,39,42,43, and 46 (duplicate)), were again set on a single chip. 同じチップ上に、タンパク質対水の2つのコントロール、および水対スクリーンの完全なセットのコントロールを設定した。 On the same chip, two control proteins to water, and was set a complete set control of water to the screen. 22の条件の全てが、再度ヒットを得た。 All of the 22 conditions to obtain a hit again. タンパク質対水と、24個全ての水対スクリーンのコントロールの両方が、透明であった(いくらかの相分離を除く)。 (Excluding some phase separation) and protein to water, both 24 all water to screen controls, were clear. 二連の条件の46のウェルが、mpms(中くらいのタンパク質:中くらいの溶液)およびspls(少量のタンパク質:多量の溶液)のウェルにおいて、類似の結晶を示し、形態は、タンパク質対溶液の比に依存した。 46 wells of duplicate conditions, mpms (moderate protein: solution much middle) and spls: In wells of a (small amounts of the protein quantity of solution), showed a similar crystal forms, the protein to the solution It was dependent on the ratio. lpss(多量のタンパク質:少量の溶液)のウェルは、両方の場合において透明であった。 LPSS (multimeric proteins: a small amount of the solution) of wells, both were clear in the case of. 三連の条件15は、すべてのmpms条件およびspls条件において結晶を示し、そしてlpss条件において透明であった。 Triplicate condition 15, in all mpms conditions and spls condition indicates crystal, and was clear in lpss conditions. 全てのspls条件の形態は同一であったが、mpms条件のうちの1つは、異なる形態を示した。 Although all forms of spls conditions were the same, one of the mpms conditions showed different forms.

条件15の3つの比較の結果を、図50に示す。 The results of the three comparison conditions 15, shown in FIG. 50. 結晶の多くは大きく、そしてX線回折の品質であり、150μmより大きな最大寸法および約30μmの最小寸法を示した。 Many crystal is large, and a quality of X-ray diffraction showed the smallest dimension larger maximum dimension, and about 30μm than 150 [mu] m. 最初の結晶は、インキュベーションの4時間後に現れ、そして結晶の約80%が、1日後に現れた。 The first crystals appeared after 4 hours of incubation, and about 80% of the crystals appeared after one day. これらの写真のより抜きの集合を、図51に示す。 The set of Yorinuki of these pictures, shown in Figure 51. 全ての結晶を、インキュベーションの1日後で示す。 All of the crystal is shown after one day of incubation.

(i.プロテイナーゼK) (I. Proteinase K)
プロテイナーゼKを、2つのマイクロバッチ実験、2つの懸滴実験、および3つのミクロ流体チップ実験において、結晶化した。 Proteinase K, two microbatch experiments, two hanging drop experiments, and in three microfluidic chip experiments were crystallized. 2つのマイクロバッチ実験および2つの懸滴実験を、7日間モニタリングした。 Two microbatch experiments and two hanging drop experiments were monitored for 7 days. 3つのチップ実験を、1つについて5日間、別のものについて6日間、そして第三のものについて7日間モニタリングした。 Three chip experiments, five days for one, 6 days for those of another, and then the third monitoring 7 days for those. プロテインキナーゼKを結晶化させることの困難性に起因して、2つの条件(インヒビターPMSFを含むプロテイナーゼKおよびインヒビターPMSFを含まないプロテイナーゼK)を使用した。 The proteinase K due to the difficulty in crystallizing, using two conditions (Proteinase K containing no proteinase K and inhibitors PMSF comprising an inhibitor PMSF).

図52は、観察の最後の日の結晶化の結果を要約するベン図である。 Figure 52 is a Venn diagram summarizing the results of the crystallization of the last day of observation. これらの結果は、プロテイナーゼKのタンパク質結晶化が、技術ごとに比較的不一致であることを示す。 These results indicate that protein crystallization of proteinase K is relatively mismatch for each technology. 48の条件のうちの15の条件(すなわち、31%)のみが、3つ全ての技術にわたって類似の結果を与えた。 15 conditions of 48 conditions (i.e., 31%) only, gave similar results across all three techniques. 3つ全ての技術においてヒットを生じた5つの条件、および結晶化も沈澱も見出されない10の条件が存在した。 All three techniques five conditions that produced hits in, and the conditions of 10 to crystallize are found neither precipitate was present. 8つの条件が、チップのみにおいてヒットを生じ、10の条件が、マイクロバッチにおいてのみヒットを生じ、そして4つの条件が、懸滴のみにおいてヒットを生じた。 Eight conditions, produced hits in the chip only, condition 10, produced hits only in micro batch, and four conditions, resulted in hits in only hanging drop. 38のヒットまたは非ヒット(チップおよび懸滴における合計28のヒットならびに両方の方法における10の非ヒット)のうちの18のみは、チップおよび懸滴において共通であった(47%)。 38 hit or non hit only 18 of the (non-hits 10 in the hit and both the method of total 28 in the chip and hanging drop) were common to the chip and hanging drop (47%). 44のヒットおよび非ヒットのうちの20は、チップおよびマイクロバッチにおいて共通であった(45%)。 20 of the hit and non-hit 44, were common in the chip and microbatch (45%). 40のヒットまたは非ヒットのうちの18は、懸滴およびマイクロバッチにおいて共通であった(45%)。 18 of the hit or non hits 40, were common in hanging drop and micro batch (45%). 表2は、これら3つの技術におけるプロテイナーゼKの結晶化の、実際の結果を示す。 Table 2, the crystallization of proteinase K in these three techniques, shows the actual results.

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これらの結果は、結晶化が確率的事象であり、技術、核生成、および他の変数に依存することを示す。 These results are the crystallization is stochastic event, indicating that the dependent technologies, nucleation, and other variables. ヒットは、いくつかの技術において見られたが、他の技術においては見られなかった。 Hit, but was seen in some of the technology, in other technology was observed. ヒットはまた、1つの二連において見られたが、他のものでは見られなかった。 Hit also was seen in one duplicate, in others was observed. 懸滴における二連が同じカバーガラス上の同じウェル中に設定される場合、ヒットは、1つの液滴において見られたとしても隣の液滴においては見られず、これは、特定のタンパク質の結晶化に対する変則的な結果ではない。 If duplicates in hanging drop is set to the same well on the same cover glass, hit, not seen in a droplet next even seen in one droplet, which is a specific protein not an anomalous result for crystallization. また、技術の間のヒットの多くの重なりが存在するが、ヒットの型は変化する。 Although there is an overlap of a number of hits during the technical hit type is changed. マイクロバッチによって生じる多くのヒットは、単結晶であり、懸滴によって生じるヒットのいくつかは、結晶および大部分が沈澱物であり、そしてチップにおいて生じるヒットは、針状晶または沈澱物のいずれかである傾向がある。 Many hits caused by the micro-batch, a single crystal, several hits caused by hanging drop, crystalline and most are precipitate and hits occurring in the chip may be any needle crystals or precipitate there is a trend is.

図53Aは、マイクロバッチにおいて観察されたプロテイナーゼKの結晶を示す。 Figure 53A shows crystals of proteinase K observed in microbatch. 図53Aは、チップ上で観察された針状晶を示す。 Figure 53A shows the needles observed on the chip. 試薬30は、ヒットの型の変動の良い例である。 Reagent 30 is a good example of variation of the hit type. マイクロバッチにおいて、結晶が1つの二連において形成し、そして針状晶が他方において生成され、沈澱が懸滴において見出され、そして1つのチップは沈澱を生じ、一方で他のものは針状晶を生じた。 In microbatch, crystals formed in one duplicate, and needles are produced in the other, precipitation is found in hanging drop, and one chip is a precipitate, while others in the needle resulting in a crystal.

チップは、酸性緩衝剤(pH5.6またはpH4.6)、塩基性緩衝剤(pH8.5)、およびイソプロピルアルコールをさえ含む条件において、ヒットを生じ得た。 Chips, acidic buffer (pH 5.6 or pH 4.6), the basic buffer (pH 8.5), and the conditions, including even isopropyl alcohol, have resulted hit. さらに、懸滴またはマイクロバッチにおいてヒットを生じたがチップにおいては生じなかった17の条件において、試薬は、有機物またはポリマーの沈澱剤から塩の沈澱剤まで、高塩から無塩まで、そして酸性緩衝剤から塩基性緩衝剤までの範囲であった。 Further, under the condition that hanging drop or resulted in a hit in the micro batch did not occur in the chip 17, the reagent from precipitant organic or polymeric until precipitant salt, to salt-free from high salt and an acidic buffer It ranged from agent to a basic buffering agent. これらの結果は、チップが、Hampton結晶化スクリーンにおいて使用される酸性物質、塩基性物質、および有機性物質に耐え得ることを示す。 These results indicate that the chip can withstand acidic substance used in Hampton crystallization screens, the basic substance, and an organic material.

本発明の特定の実施形態において利用されるPDMSエラストマー材料は、一般に、タンパク質の結晶化において使用されるほとんどの溶媒と適合性である。 PDMS elastomer materials utilized in certain embodiments of the present invention are generally, most of the solvent compatible to be used in the crystallization of proteins. PDMSと適合性ではない溶媒の非排他的な列挙は、濃厚な酸(例えば、フッ化水素酸、硝酸、硫酸、および王水)、ならびにベンズアルデヒド、ベンゼン、四塩化炭素、クロロベンゼン、クロロホルム、クロロヘキサン、エーテル、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル(isopopyl ether)、メチルケトン、エチルケトン、塩化メチレン、石油エーテル、テトラヒドロフラン、トルエン、トリクロロエチレン、アセテート、およびキシレンを含む。 Nonexclusive enumeration of PDMS and not compatible solvent, concentrated acids (e.g., hydrofluoric acid, nitric acid, sulfuric acid, and aqua regia), and benzaldehyde, benzene, carbon tetrachloride, chlorobenzene, chloroform, chloro hexane , ethers, diethyl ether, isopropyl ether (isopopyl ether), methyl ketone, ethyl ketone, methylene chloride, petroleum ether, tetrahydrofuran, toluene, trichlorethylene, acetate, and xylene. このような物質が、本発明の実施形態に従うPDMSに基づくミクロ流体デバイスと組み合わせて利用される場合、PDMSの表面コーティングまたは改変が必要とされ得る。 Such materials, when utilized in conjunction with microfluidic devices based on PDMS according to an embodiment of the present invention, may be required surface coating or modification of PDMS. あるいは、PDMSは、適切な溶媒適合性を有する異なるエラストマー材料で置換され得る。 Alternatively, PDMS can be replaced with a different elastomeric material having a suitable solvent compatibility. 代替の可能な多数のエラストマー材料が、以前に議論されている。 Numerous elastomeric material capable of alternatives have been discussed previously.

(j.ウシ肝臓カタラーゼの結晶化) (J. Crystallization of bovine liver catalase)
ウシ肝臓カタラーゼを、2つのチップ、2つの懸滴、および1つのマイクロバッチの実験において、結晶化させた。 Bovine liver catalase, two chips, two hanging drop, and in one of the micro-batch experiments were crystallized. 結晶スクリーン1〜48(6を除く)を、懸滴において二連で試験し、そして7日間実施した。 The crystal screens 1-48 (except 6), were tested in duplicate in hanging drop, and carried 7 days. 結晶スクリーン25〜36を、チップにおいて二連で3日間試験し、そして結晶スクリーン1〜48を、別のチップに設定し、そして7日間モニタリングした。 The crystal screens 25-36, were tested for 3 days in duplicate in the chip, and a crystal screen 1-48, set to a different chip, and monitored for 7 days. マイクロバッチにおける結晶スクリーン1〜48を、7日間観察した。 The crystal screen 1-48 in the micro batch was observed for 7 days. 図54に示されるように、いくつかの場合において、結晶は、十分な脱水を受けたウェル中で成長した。 As shown in FIG. 54, in some cases, crystals were grown in receiving adequate dewatering wells. 表3は、ウシ肝臓カタラーゼの結晶化の結果を示す。 Table 3 shows the results of crystallization of bovine liver catalase.

Figure 0004565026

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ウシ肝臓カタラーゼは、従来の懸滴技術においてより、チップにおいて、より確実な条件を示す。 Bovine liver catalase are more in the conventional hanging drop technique, at chip, showing a more reliable conditions. 図55のベン図に示されるように、条件は、懸滴における36およびマイクロバッチにおける28に対して、チップにおいて、ヒットを生じた。 As shown in the Venn diagram of FIG. 55, the condition for 28 at 36 and the micro-batch in hanging drop, in the chip, resulting in a hit. 2つのみの条件が、3つの技術のいずれにおいてもヒットを生じなかった。 Only two conditions, did not produce a hit in any of the three techniques. このことは、Hamptonの研究が48のスクリーンのうちの2つのみにおいて結晶を報告したような、ウシ肝臓カタラーゼが結晶化が困難なタンパク質であるという予測に反する。 This is contrary to the expectation that Hampton Research of as reported crystals in only two of the 48 screen, beef liver catalase has a difficult protein to crystallize.

最初に、チップは、懸滴よりもマイクロバッチの条件を模倣することを仮定した。 First, the chip was assumed to mimic the conditions of the micro-batch than hanging drop. しかし、チップは、マイクロバッチよりも懸滴により類似した結果を生じた。 However, chips yielded similar results by hanging drop than microbatch. 48のヒットまたは非ヒットのうちの36が、チップおよび懸滴において共通であった(75%)。 36 of the hit or non hits 48, were common in the chip and hanging drop (75%). 47のうちの29(62%)、および41のうちの27(66%)が、それぞれチップとマイクロバッチとの間、およびマイクロバッチと懸滴との間で共通であった。 29 out of 47 (62%), and 27 (66%) of 41, were common between the between the chip and the micro-batch, respectively, and the micro-batch and hanging drop.

図56Aは、従来のマイクロバッチ技術により得られたウシ肝臓カタラーゼ結晶(図56B)が、チップにおいて形成した結晶に類似の形態を生じたことを示す。 Figure 56A shows that conventional microbatch techniques bovine liver catalase crystals obtained (FIG. 56B) is yielded similar form to the crystal formed in the chip. チップにおいて針状晶であった17のヒットのうちの8つもまた、マイクロバッチにおいて針状晶であった。 8 Tsumomata of hits needles and which was 17 in the chip were needles in the micro batch.

(k.ウシ膵臓トリプシンの結晶化) (K. Crystallization of the bovine pancreatic trypsin)
ウシ膵臓トリプシンを、一旦、懸滴、マイクロバッチ、およびチップにそれぞれ設定した。 Bovine pancreatic trypsin, once hanging drops were set respectively microbatch, and chip. 条件1〜24を1つのチップに設定し、そして条件25〜48を、第二のチップに設定した。 Set condition 1-24 on one chip, and the conditions 25 to 48, set in the second chip. 条件25〜48を含むチップは、4日目に内容物を失ったが、4日後に、これらの条件において、変化がほとんどまたは全く予測されない。 Chip including the conditions 25 to 48, which lost the contents to 4 days, 4 days later, in these conditions, changes little or not at all predictable. マイクロバッチおよび懸滴の実験を7日間観察し、そしてマイクロバッチの結晶(グルコースイソメラーゼに類似)を、結晶プローブを用いて確認した。 Observing the micro batch and hanging drop experiments 7 days and crystals micro batch (similar to glucose isomerase), it was confirmed using crystal probe. 表4は、この実験からのデータを要約する。 Table 4 summarizes the data from this experiment.

Figure 0004565026

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表4に見られるように、28の条件は、3つの方法のいずれにおいてもヒットを与えず、そして3つのみの条件が、3つ全ての技術においてヒットを与えた。 As seen in Table 4, the conditions of 28, also not give hits in any of the three methods, and only three conditions gave hits in all three techniques. 7つの条件が、チップのみにおいてヒットを生じ、そして7つの別の条件は、懸滴のみにおいてヒットを生じた。 Seven conditions, produced hits in the chip only, and seven different conditions were produced hits in hanging drop only. いずれの条件も、マイクロバッチに独特ではなかった。 Any of the conditions as well, it was not unique to the micro batch. チップおよび懸滴における独特のヒットにもかかわらず、これら3つの方法の間に良好な一致が存在する。 Despite the unique hits in chip and hanging drop, good agreement exists between these three methods. 48の条件のうちの32が、チップと懸滴との両方においてヒットを生じ(67%)、そして41の条件のうちの32が、チップおよびマイクロバッチにおいてヒットを生じ(78%)、そして41の条件のうちの31が、マイクロバッチおよび懸滴においてヒットを生じた(76%)。 32 of the conditions of 48 produced hits in both the chip and hanging drop (67%), and 32 of the conditions of 41 produced hits in the chip and microbatch (78%), and 41 31 of the conditions resulted in hits in microbatch and hanging drop (76%).

図58Aは、マイクロバッチにおいて観察されたウシ膵臓トリプシン結晶を示す。 Figure 58A shows the observed bovine pancreatic trypsin crystals in micro batch. 図58Bは、チップから観察されたウシ膵臓トリプシン結晶を示す。 Figure 58B shows the observed bovine pancreatic trypsin crystals from the chip.

(l.リゾチームの結晶化) (L. Crystallization of lysozyme)
リゾチームの結晶化を、チップ、マイクロバッチ、および懸滴において評価した。 Crystallization of lysozyme, the chip was evaluated in micro batch, and hanging drop. これらの実験におけるヒットを、結晶、微結晶、針状晶、板状晶、柱状晶、または球晶として規定し、一方で沈澱物は、ヒットとして計数しなかった。 The hits in these experiments, crystals, microcrystals, needles, plate-like crystals is defined as the columnar grain, or spherulites, while the precipitate was not counted as a hit. マイクロバッチ実験を2週間実施し、一方でチップ実験を7日間実施した。 The microbatch experiment was performed 2 weeks, whereas were conducted chip experiment 7 days. プレートが直射日光中に放置されることから生じる温度の変動に起因して、懸滴実験を、3日後に終えた。 Plates due to variations in temperature resulting from being left in direct sunlight, the hanging drop experiments were terminated after 3 days. 懸滴実験を続けたならば、さらなる結晶化条件がおそらく明らかになった。 If continued the hanging drop experiment, further crystallization conditions has probably become clear. これらの実験の結果を、図59に示すベン図に要約する。 The results of these experiments are summarized in the Venn diagram shown in FIG. 59.

図59を調べると、チップがほとんどの結晶化条件を明らかにしたこと、およびこれらの結晶化条件のうちの約40%が、従来の技術を使用してもまた観察されたことが示される。 Examining Figure 59, the chip revealed most of the crystallization conditions, and about 40% of these crystallization conditions, the use of conventional techniques also to have been observed are shown. この一致は、懸滴実験を早期に終えなければ、改善されたかもしれない。 This agreement, if completed at an early stage the hanging drop experiment, may have been improved. リゾチームは代表的に、非常に結晶化しやすいタンパク質であると考えられ、そしてチップと懸滴との両方において多くのヒットを与えたが、マイクロバッチの実験においては4つのヒットのみを示したこともまた、注目される。 Lysozyme typically considered to be very easily crystallized protein and gave many hits both in chip and hanging drop, also in the micro batch experiments showing only four hits also, it is noted.

グルコースイソメラーゼの結果(ここでは、結晶化がチップにおいて加速された)とは対照的に、リゾチームの結晶化は、チップにおいて、より遅かった。 Results of glucose isomerase (here, was accelerated crystallization in the chip) in contrast to the crystallization of lysozyme, in the chip, it was slower. 1日で懸滴において63%のヒットおよびマイクロバッチにおいて75%のヒットを明らかにしたが、23のチップのうちの1のみのヒットが、インキュベーションの最初の24時間以内に起こった。 Revealed hits 75% in 63% of the hits and microbatch in hanging drop in one day, it hits only one of the 23 chips, occurred within the first 24 hours of incubation.

3つ全ての方法が、X線回折品質の大きな単結晶を生成した。 All methods three to produce a large single crystal X-ray diffraction quality. 図60A〜Bは、それぞれチップおよびマイクロバッチにおいて形成した結晶の比較を示す。 FIG 60A~B shows a comparison of the respective crystals formed in the chip and microbatch.

(m.キシラナーゼの結晶化) (M. Crystallization of xylanase)
キシラナーゼの結晶化を、チップ、マイクロバッチ、および懸滴において評価した。 Crystallization of xylanase, the chip was evaluated in micro batch, and hanging drop. これらの実験におけるヒットを、結晶、微結晶、針状晶、板状晶、柱状晶、および球晶として規定し、一方で沈澱物は、ヒットとして計数しなかった。 The hits in these experiments, crystals, microcrystals, needles, plate-like crystals, columnar crystals, and defined as spherulites, while the precipitate was not counted as a hit. マイクロバッチの実験を2週間実施し、一方でチップの実験を10日間実施した。 The microbatch experiment was performed 2 weeks, whereas were performed chip experiment 10 days. プレートが直射日光中に放置されることから生じる温度の変動に起因して、懸滴実験を、3日後に終えた。 Plates due to variations in temperature resulting from being left in direct sunlight, the hanging drop experiments were terminated after 3 days. 懸滴実験を続けたならば、さらなる結晶化条件がおそらく明らかになった。 If continued the hanging drop experiment, further crystallization conditions has probably become clear. これらの実験の結果を、図61に示すベン図に要約する。 The results of these experiments are summarized in the Venn diagram shown in FIG. 61.

図61を調べると、チップにおけるヒットの75%が、懸滴またはマイクロバッチにおいて再生されたことが示される。 Examining Figure 61, 75% of the hits in the chip is shown to have been reproduced in the hanging drop or micro batch. チップとマイクロバッチとの両方における最高品質の結晶は、条件14を使用して形成された。 Crystal of the highest quality in both the chip and the micro-batch, was formed using conditions 14. 図62A〜Bは、それぞれマイクロバッチおよびチップにおいて成長したこれらの結晶の比較を示す。 FIG 62A~B shows a comparison of these crystals grown in micro batch and the chip, respectively. 7つのマイクロバッチのうちの6つのヒットが、インキュベーションの初日のうちに起こったが、8つのチップのうちの7のヒットが、48時間を超えたインキュベーション時間で起こった。 Six hits of the seven micro-batch, but occurred within the first day of incubation, 7 hits of the eight chips, occurred at incubation times greater than 48 hours. 条件14は、引き続く実験において、6倍の冗長性で再生され、そして7日間のインキュベーションの間に2つのみのヒット(72時間目で起こる)を示した。 Condition 14, in a subsequent experiment, play in 6-fold redundancy, and showed only two hits (occurring at 72 hours) during the 7 days of incubation. これらの結晶は、一晩で、完全な大きさ(約100μm)に成長した。 These crystals overnight were grown to full-sized (approximately 100 [mu] m). 結晶の形成のための長い時間、一致しない結果、および急速に続く結晶の成長は、核生成が、チップにおけるキシラナーゼの結晶化の律速段階であることを示唆する。 Long time for formation of crystals, inconsistent results, and growth of rapidly succeeding crystals suggests that nucleation is the rate limiting step of the crystallization of xylanase in the chip.

Hamptonの研究によって提供される情報は、キシラナーゼが、7〜8.2のpH範囲、および0.6Molと1.4Molとの間の濃度のNa/Kリン酸塩溶液を使用して結晶化され得ることを示す。 Information provided by studies of Hampton, the xylanase is crystallized using Na / K phosphate solution with a concentration of between pH range of 7 to 8.2, and 0.6Mol and 1.4Mol indicating that the get. 2つの別個の実験において、キシラナーゼの系統的スクリーン対Na/Kリン酸塩を、チップにおいて実施した。 In two separate experiments, a systematic screen pair Na / K phosphate xylanases was performed on the chip.

1つの実験は、50%のストックキシラナーゼを、Na/Kリン酸塩条件の格子(6.4〜7.8のpH値を0.2の目盛で、そして1.0モル濃度〜3.0モル濃度の濃度を0.4の目盛で網羅する)に対して試験した。 One experiment, 50% of the stock xylanase, a scale of a pH value of 0.2 of the lattice (from 6.4 to 7.8 of the Na / K phosphate conditions, and 1.0 molar to 3.0 It was tested against the molar concentration of concentration covering a scale of 0.4). 他の実験は、25%のストックキシラナーゼを、同じ格子に対して試験した。 Other experiments, a 25% stock Xylanase was tested for the same grating. 1日後、微結晶(最大寸法が10μm未満)が、1.4モル濃度より高濃度で、全てのpH値に対して、両方の実験において見られた。 After one day, microcrystalline (less than the maximum dimension 10 [mu] m) is, at a higher concentration than 1.4 molar concentration, for all the pH values ​​were seen in both experiments. これらのウェルは、次の6日間、さらなる変化を示さなかった。 These wells, following 6 days, showed no further change.

7日目に、大きな板状構造/星状構造が、両方のチップ上で、同じ条件(pH6.4、1M)において観察された。 On day 7, a large plate-like structure / star-shaped structure, on both chips were observed in the same conditions (pH6.4,1M). 50%キシラナーゼのチップは、このヒットをmpms(中くらいのタンパク質:中くらいの溶媒)の条件で示し、一方で25%のキシラナーゼのチップは、このヒットをlpss(多量のタンパク質:少量の溶媒)の条件において示した;これは、タンパク質の濃度が類似であることに一致する。 50% xylanase chip, the hit mpms: indicated conditions (protein moderate middle much solvent), whereas 25% of the xylanase of the chip, the hit LPSS (multimeric proteins: a small amount of solvent) It indicated in conditions; this is the concentration of the protein is identical to being similar. これらのヒットを、図63A〜Bに示す。 These hits are shown in FIG 63A~B. この結果は、キシラナーゼの結晶化が、pHの変化およびNa/Kリン酸塩濃度の変化に感受性であることを示す。 The results show that crystallization of xylanase, is sensitive to changes in the change and Na / K phosphate concentrations in pH. チップ/チップの対応もまた、長いインキュベーション時間においてさえ、反復可能に良好であることを示す。 Chip / chip compatible also even at long incubation times, indicating that it is repeatably good. 格子の角部においてはヒットが起こらなかったが、この結果はさらに、7日後でさえも、近くのウェルに結晶化を示させるほどには、チップ上の条件が(pHおよび塩濃度において)十分にはブレンドされなかったことを示唆する。 Did not occur hits the corners of the lattice, the results further, even after 7 days, the extent to exhibit a crystallization near the well, the conditions on the chip (in pH and salt concentration) sufficient suggesting that that has not been blended in.

(n.トポイソメラーゼVIのBサブユニット) (N. Topoisomerase VI of B subunit)
トポイソメラーゼVIのBサブユニットを、以下の3つの市販の低密度マトリックススクリーンに対して、チップにおいて試験した:Hampton Crystal Screen I(HCS1)、Hampton Crystal Screen II(HCS2)およびEmerald Wizard Screen II(WIZ2)。 The B subunit of topoisomerase VI, for the following three commercially available low density matrix screen, were tested in the chip: Hampton Crystal Screen I (HCS1), Hampton Crystal Screen II (HCS2) and Emerald Wizard Screen II (WIZ2) . 少量のタンパク質溶液(50μL)のみが利用可能であったので、バルクコントロールは行わなかった。 Since only a small amount of protein solution (50 [mu] L) were available, bulk controls were not performed. 3つ全ての実験を、8日間インキュベートした。 All experiments three, and incubated for 8 days. これらの実験の結果を、表5に作表する。 The results of these experiments are tabulated in Table 5.

(表5) (Table 5)
(トポイソメラーゼVIのBサブユニットの結果) (Results of B subunit of topoisomerase VI)

Figure 0004565026
このチップは、多数の大きいプレート結晶を示し、そのうちいくつかは、X線回折に十分な大きさである。 The chip indicates the number of large plate crystals, some of which are large enough to X-ray diffraction. これらのプレートの2つの実験を、図64A〜Bに示す。 Two experiments of these plates, shown in FIG 64A~B. 従来の実験は、トポイソメラーゼVIのBサブユニットが、PEG条件において十分に結晶化し、そして代表的にはプレート形態を示すことを明らかにした。 Conventional experiments, topoisomerase VI of B subunit, sufficiently crystallized in PEG condition, and typically revealed to show plate form. このチップの結果は、この挙動の優れた再現性を実証し、14個全てのプレートヒットがPEG条件においてである。 The result of this chip, demonstrated excellent reproducibility of this behavior, all plates hit 14 it is in PEG conditions. さらに、このチップは、懸滴実験およびマイクロバッチ実験において好成績を示し、より高頻度のヒットを示した。 Furthermore, the chip showed good results in hanging drop experiments and micro batch experiment showed hit more frequently. このチップの結果をマイクロバッチの結果と比較すると、チップが、プレート結晶を生じる23の条件をカバーせず、一方で10の条件のみがマイクロバッチにおいて発見されたことを示す。 Comparing the results of the chip with the results of the micro-batch, indicating that the chip is not covered 23 conditions resulting plate crystals, whereas only 10 conditions were found in the micro batch. さらに、マイクロバッチにおいて結晶を生じた10の条件のうち6はまた、チップにおいても結晶を生じ、一方で3つの条件は顆粒状の沈殿物を生じ、そして1つだけがチップにおいてヒットを生じなかった。 Furthermore, 6 also of the conditions of 10 resulting crystals in micro batch, produce crystals in the chip, while the three conditions results in granular precipitate, and only one did not produce a hit in the chip It was. 最後に、マイクロバッチにおいて形成された結晶は、数日間存在しなかったが、チップ結晶は6時間未満で形成され始めた。 Finally, crystals formed in the micro-batch, did not exist for several days, chips crystals began to form in less than 6 hours.

(o.ネガティブコントロール) (O. Negative control)
タンパク質結晶 対 塩結晶の同定を補助するために、タンパク質コントロールをチップ上に設けなかった。 To help identify protein crystals versus salt crystals, proteins control is not provided on the chip. チップを、タンパク質結晶化実験において記載したように設けた。 The chip was provided as described in protein crystallization experiments. 1mM 塩化カルシウム、25mM HEPES(pH7.0)をプロテイナーゼKについてのネガティブコントロールとして使用し、そして20mM 塩化カルシウム、25mM HEPES(pH7.0)をウシ膵臓トリプシンについてのネガティブコントロールとして使用した(塩化カルシウム濃度は10mMであるはずであり、そしてベンズアミジン塩酸塩は添加しなかった)。 1mM calcium chloride, 25 mM HEPES and (pH 7.0) was used as a negative control for proteinase K, and 20mM calcium chloride, 25 mM HEPES and (pH 7.0) was used as a negative control for the bovine pancreatic trypsin (calcium chloride concentration and it should be 10 mM, and benzamidine hydrochloride was not added). コントロールをまた、マイクロバッチならびに1mM 塩化カルシウム、25mM HEPES(pH7.0)および濾過した蒸留脱イオン水での懸滴において設けた。 The control was provided in hanging drop in microbatch and 1mM calcium chloride, 25 mM HEPES (pH 7.0) and filtered distilled deionized water. 特異的非タンパク質コントロール(非タンパク質を含むそれぞれの緩衝液)を、リゾチーム、グルコースイソメラーゼ、キシラナーゼおよびトポイソメラーゼVIのBサブユニットについて行った。 Specific non-protein control (each buffer containing non-protein), lysozyme, glucose isomerase was performed on B-subunit of xylanase and topoisomerase VI. 結晶が報告された場合、非タンパク質コントロールは透明であった。 If the crystals are reported, non-protein control was clear.

(7.チップ上のタンパク質由来の結晶構造の分析) (7. Analysis of the crystal structure from the protein on the chip)
チップの有用性は、減少したコストで高品質の回折パターンを迅速に生じるその能力に最終的に依存する。 The usefulness of the chip, ultimately depend at reduced cost high quality its ability to quickly produce a diffraction pattern of. 従って、チップからタンパク質への明確な経路は、非常に有益である。 Thus, a clear path from the chip to the protein is highly beneficial. チップ中の(in−chip)結晶から回折データへのいくつかの経路を、以下に考察する。 In chip (in-chip) several routes from the crystal to diffraction data, discussed below.

(a.従来技術を使用して結晶を再現するためのスクリーニングとしてのチップ上(on−chip)結晶化) (A. On-chip as a screening for reproducing the crystals using conventional techniques (on-Chip) crystallization)
チップについての1つの可能な適用は、従来技術を使用して実質的に再現され得る好ましい結晶化条件の決定である。 One possible application for the chip is the determination of the preferred crystallization conditions may be substantially reproduced using conventional techniques. チップと2つの従来技術(マイクロバッチおよび懸滴)との間の対応は、可変的であることが示されている(45%と80%との間)。 Chip and two prior art correspondence between (microbatch and hanging drop) are (between 45% and 80%) which has been shown to be variable. しかし、この変動は、チップ独自の特徴ではない。 However, this variation, the chip is not a unique feature. これらの広く使用される結晶化技術は、僅かな対応しか示さず(例えば、16の懸滴のうち14は、リソソームについてはヒットするが、マイクロバッチにおいてはヒットしない)、そしてしばしば、それら自体の中で変動を示す(例えば、表2(プロテイナーゼK))。 These widely crystallization technique used by the slight corresponds only indicated (e.g., 14 out of 16 of the hanging drop, but hit for lysosomal not hit in the micro batch), and often their own shows the variation in the medium (e.g., Table 2 (proteinase K)). 開始結晶化条件をスクリーニングするためのツールとして、このチップは、多数の有望な条件として同定することが可能であり得る。 As a tool for screening start crystallization conditions, the chip may be able to identify as many promising conditions.

図65は、3つの異なる技術を使用して各タンパク質について生じたヒットの数の比較を示す。 Figure 65 illustrates a hit number comparison of generated for each protein using three different techniques. 図65において、結晶、微小結晶、ロッドおよび針状物のみが、ヒットとして計数されるが、スフェルライトおよび沈殿物は計数されない。 In Figure 65, crystal, microcrystalline, only rods and needles is, but is counted as a hit, spherulites and sediment are not counted. プロテイナーゼKについてのデータは、PMSFを用いた実験および用いない実験の合計であり、そしてトポイソメラーゼVIのBサブユニットについてのデータは、懸滴データの欠如のために含めていない(この場合、チップは、マイクロバッチよりもかなり性能が良かったが)。 Data for proteinase K, an experimental and a total of experiments not using with PMSF, and the data for the B subunit of topoisomerase VI, non included for lack of hanging drop data (in this case, chips , but rather the performance was better than the micro-batch). 図65の検討は、6つの場合のうち4つにおいて、チップが、従来のいずれの方法よりもより多いヒットを生じたことを示す。 Study of FIG. 65, in four of the six cases, indicating that the chip, resulting in greater hit than any conventional method. プロテイナーゼKについてのみ、従来技術は、有意により好ましい結果を提供した。 For Proteinase K alone, prior art has provided significantly better results.

チップの生産性についての可能な理由を同定するための結晶化方法間の差異を理解するために、本発明者らは、3つの方法が、短い時間規模および長い時間規模の両方について、異なる熱力学的条件を生じることを理解する必要がある。 To understand the difference between the crystallization method for identifying a possible reason for the chip productivity, the present inventors have found that three methods for both short time scale and a long time scale, different thermal it should be understood that the resulting mechanical conditions. タンパク質結晶化を誘導するために、結晶化をエネルギー的に好ましくし(過飽和条件)、そして結晶成長が生じるのに十分長期にわたってこれらの条件を維持する必要がある。 To induce protein crystallization, the crystallization energetically preferred (supersaturated condition), and it is necessary to maintain these conditions for a sufficient long for crystal growth occurs.

程度の異なる過飽和もまた存在する。 Different degrees of supersaturation is also present. 低い過飽和では、結晶成長は支持される傾向があるが、新たな結晶の核形成は比較的起こりにくい。 At low supersaturation, the crystal growth tends to be supported, nucleation of new crystals is relatively unlikely. 高い過飽和では、各形成が迅速であり、そして多数の小さい低品質の結晶がしばしば形成され得る。 At high supersaturation, the formation is rapid, and a large number of small low-quality crystals can often be formed. 本明細書で考慮される3つの方法において、過飽和の条件は、タンパク質および対応溶媒の相対濃度および絶対濃度の操作によって達成される。 In the three methods considered herein, conditions of supersaturation is achieved by manipulation of the relative concentration and absolute concentrations of protein and the corresponding solvent.

3つの方法の相空間進化/平衡化の比較を、図66に示す。 Phase space evolution of three methods / compare equilibration, shown in Figure 66. マイクロバッチ技術について、2つの溶液の混合は迅速であり、そして不透過性油層下に維持される場合、時間がたっても有意な濃縮はほとんど起こらない。 For micro-batch technique, the mixing of the two solutions is rapid, and when it is maintained under impermeable oil layer, is hardly no significant concentration over time. 従って、マイクロバッチは、相空間の一点でのみサンプリングする傾向があり、時間がたってもほぼ同じ条件を維持する。 Thus, micro-batch, they tend to sample only at one point of the phase space, over time to maintain substantially the same conditions.

懸滴は、マイクロバッチと同様に開始し、2つの溶液の混合は迅速であるが、次いでより濃縮された塩/沈殿物容器での蒸気平衡化に起因して、より長い時間規模(数時間〜数日間)の濃縮を受ける。 Hanging drop begins as with the micro batch, although mixing of the two solutions is rapid, then more due to vapor equilibration in concentrated salt / sediment container, a longer time scale (hours receive the enrichment of to a few days). 液滴の蒸発脱水の間、沈殿物に対するタンパク質の比は、一定のままである。 During the evaporation dehydration of a droplet, the ratio of protein to precipitate remains constant.

以下のミクロ流体自由界面の説明において詳細に記載されるように、短い時間規模では、チップ力学は、自由界面拡散実験に最も密に類似する。 As described in detail in the following description of microfluidic free interface, the short time-scale, the chip dynamics, most closely similar to the free interface diffusion experiments. 混合はゆっくりであり、そして種の平衡化速度(タンパク質/沈殿物/プロトン/塩)は、種の拡散定数に依存する。 Mixing is slow, and species of the equilibrium rate (protein / precipitate / proton / salt) depends on the species of the diffusion constant. 塩のような低分子は、大きい拡散定数を有し、従って、迅速に平衡化する。 Low molecules such as salts, has a large diffusion constant, therefore, rapidly equilibrate. 大きい分子(例えば、タンパク質)は、小さい拡散定数を有し、そしてよりゆっくりと平衡化する。 Large molecules (e.g., proteins) have a smaller diffusion constant, and more slowly equilibrate.

図67A〜Dは、3つの化合物ウェルにおける2日間の時間分解平衡化の写真を示す。 FIG 67A~D shows a photograph of the time-resolved equilibration 2 days at three compounds wells. 使用した色素は、約700Daの分子量を有する。 Dye used has a molecular weight of about 700 Da. これらの写真から、色素の平衡化時間は、約1.5時間と概算される。 From these photographs, equilibration time of the dye is estimated to be about 1.5 hours. 次元アインシュタイン等式が、拡散時間の大まかな概算を得るために使用され得る。 Dimension Einstein equation can be used to obtain a rough estimate of the diffusion time.

Figure 0004565026
ここで: here:
t=拡散時間; t = diffusion time;
x=最長の拡散距離;およびD=拡散係数。 x = the longest diffusion length; and D = diffusion coefficient.

一般に、拡散係数は、回転半径と反比例して変化し、従って、分子量の三乗根分の1として変化する。 In general, diffusion coefficient, and inversely proportional to the radius of rotation changes, therefore, varies as first cube root portion of the molecular weight.

Figure 0004565026
ここで: here:
D=拡散係数; D = diffusion coefficient;
r=回転半径;およびm=分子量。 r = radius of rotation; and m = molecular weight.

この色素についての約1.5時間の平衡化時間と比較すると、同じ距離にわたる20KDaのタンパク質についての近似平衡化時間は、約45時間であると概算される。 Compared to about 1.5 hours equilibration time for the dye, approximate equilibration times for proteins 20KDa over the same distance it is estimated to be about 45 hours. 同じ距離にわたる100Daの分子量の小さい塩についての平衡化時間は、約45分間である。 Equilibration time for a small salt molecular weight of 100Da over the same distance is about 45 minutes.

チップ界面バルブが開いた直後、タンパク質側のタンパク質濃度は、ほとんど変化しなかったが、塩濃度は、タンパク質および溶媒ウェルの相対的な大きさによって決定される3つの最終値の1つにまで増加した。 Immediately after the chip interface valve is opened, the protein concentration of the protein side, but did not substantially change, increases to salt concentration, one of the three final value determined by the relative size of the protein and the solvent-well did. 次に、約45時間にわたって、タンパク質濃度を平衡化し、溶媒側については増加し、タンパク質側については減少する。 Then, over a period of about 45 hours, the protein concentration was equilibrated, increased for solvent side, it decreases the protein side. 最終タンパク質濃度を再び、相対的なチャンバの大きさによって決定する。 The final protein concentration again determined by the magnitude of the relative chamber. 類似のプロセスがチップの溶媒側に生じ、溶媒濃度はその最も高い値で始まり、そしてタンパク質濃度は0で始まった。 Occurs in a solvent side similar process chip, solvent concentration starts at its highest value, and the protein concentration began at 0. 従って、このチップは、より多くの相−空間をサンプリングし、そして結果として結晶化に有利な条件を検出するよりよい機会を有する。 Thus, this chip is more phases - having better chance of detecting the sampling space, and consequently favorable conditions for crystallization. 図66に示される時間規模よりも大きい時間規模では、いくつかの溶質および溶媒に対するPDMSの透過性に起因する、チップ条件における引き続く変化が存在し得る。 The large time scale than the time scale shown in Figure 66, due to the permeability of PDMS to several solute and solvent, change subsequent in the chip condition may exist.

平衡化プロセスを遅延または中断することが所望の場合、バルブ起動衝撃係数を変化させることによって平衡速度を調節して、界面バルブは閉じられ得る。 If delaying or interrupting the balancing process is desired, by adjusting the equilibrium rate by varying the valve start duty, the interface valve can be closed. このことは、本発明に従う実施形態の重要な利点である、平衡化プロセスの一時的制御を得る機会を提供する。 This is an important advantage of the embodiment according to the present invention, provides an opportunity to gain temporary control equilibration process. 平衡化プロセスについての一時的制御のさらなる考察は、図76A〜Cと組み合わせて以下に記載される。 Further discussion of the temporal control of the balancing process is described below in conjunction with FIG 76A~C.

キャピラリーにおける自由界面拡散の結晶化技術は、チップ結果をより密に模倣し得る。 Crystallization technique of free interface diffusion in capillaries may mimic chip results more closely. 伝統的に、この方法は、十分に規定された界面を確実に設ける困難性に起因して、頻繁には使用されない。 Traditionally, this method is due to the difficulty of reliably providing a well-defined interface, infrequently used. しかし、ミクロ流体環境において、確実な自由界面拡散実験を確立することは、比較的容易である。 However, in a microfluidic environment, to establish a reliable free interface diffusion experiment is relatively easy. ミクロ流体自由界面の形成のさらなる考察については、図71〜75と組み合わせて、以下に示される。 For further discussion of the formation of microfluidic free interface, in conjunction with FIG. 71 to 75 are shown below.

自由界面拡散に基づいて、結晶の容易な回収を提供しながらチップ条件を模倣する、巨視的結晶化技術を開発することもまた、可能であり得る。 Based on the free interface diffusion, mimicking chips conditions while providing easy recovery of the crystal, it is also to develop a macroscopic crystallization technique, it may be possible.

(b.従来技術を使用して、結晶化のための種結晶を得るための、チップ上結晶化) (B. Using conventional techniques, for obtaining seed crystals for crystallization, chip crystallization)
結晶化チップの別の適用において、結晶は、従来の方法を使用して回収するために、成長され得る。 In another application of the crystallization chip, crystals, in order to recover using conventional methods, it can be grown. 図66の検討は、好ましい条件をチップから別の方法に移すことが、おそらく、この条件の周囲についてスクリーニングすることを必要とすることを示唆する。 Study of FIG. 66, be transferred to another method the preferred conditions from the chip, possibly suggesting the need for screening for surrounding this condition. 予備実験において、チップにおいてグルコースイソメラーゼ結晶を生じたが、マイクロバッチにおいては結晶を生じなかった10の条件を、マイクロバッチにおけるさらなるスクリーニングの基礎として使用した。 In preliminary experiments, resulted in a glucose isomerase crystals in chip, the micro-batch conditions 10 that did not produce crystals, was used as a basis for further screening in micro batch. 各条件は、パラフィン油およびシリコーン油の両方の下での、ストックタンパク質溶液との1:4、1:1および4:1の比での混合であった。 Each condition, under both paraffin oil and silicone oil, the stock protein solution 1: 4, 1: 1 and 4: a mixture of 1 ratio. シリコーン油は、PDMSの透過性と類似の透過性を有するので、これを使用した。 Silicone oils, because it has a permeability similar to the permeability of PDMS, which was used. 6日間の最後に、マイクロバッチにおいては以前に結晶化しなかった10種のタンパク質のうち6種が、結晶を示した。 At the end of six days, six of the 10 kinds of proteins did not crystallize previously in micro batch showed crystals. HCSI−6の結晶が、特に目的の結晶であり、これは、シリコーン油の下で、溶液に対するタンパク質の4:1の比において、高品質の結晶を形成した。 Crystals HCSI-6 is, in particular object of the crystals, which, under the silicone oil, the protein to the solution 4: 1 ratio to form a high-quality crystal. この条件は、他の条件(パラフィン油の下での同一の条件を含む)のいずれにおいても、結晶を示さなかった。 This condition, in any of the other conditions (including the same conditions under paraffin oil) showed no crystals. 図68Aは、シリコーン油の下で形成された結晶を示し、そして図68Bは、パラフィン油の下でのネガティブな結果を示す。 Figure 68A shows a crystal formed under silicone oil, and Figure 68B shows the negative result under paraffin oil. この結果は、封じ込め物質の透過性が、タンパク質結晶化に対して有意な影響を有し得ることを示す。 This result shows that the permeability of the containment material may have a significant impact on protein crystallization.

このことはまた、PDMSの透過性と類似の透過性を有する物質が、チップとより密に類似するマクロ結晶化技術の確立において有用であり得ることを示唆する。 This also suggests that the material having permeability similar permeable PDMS may be useful in establishing a more closely similar to the macro crystallization technique and chip.

(c.チップ上の結晶成長の直接的分析) (C. Direct analysis of the crystal growth on the chip)
高品質の結晶がチップ中で成長し、そしてチップから抽出される場合、結晶化条件は、移される必要がない。 If high-quality crystals grown in the chip, and extracted from the chip, crystallization conditions, do not need to be transferred. 図50〜51(グルコースイソメラーゼ)、60A(リゾチーム)、62B(キシラナーゼ)および64A〜B(トポイソメラーゼVIのBサブユニット)に示すように、X線結晶学のために十分な大きさの高品質の結晶が、チップ上で成長し得る。 Figure 50-51 (glucose isomerase), 60A (lysozyme), 62B (xylanase) and 64A~B as shown in (B subunit of topoisomerase VI), the high-quality large enough for the X-ray crystallography crystals, can be grown on the chip. チップは、ガラス基材から除去され得るので、タンパク質結晶を抽出することもまた可能である。 Chip, so may be removed from the glass substrate, it is also possible to extract the protein crystals. 6つの結晶(1つはキシラナーゼ、5つはトポイソメラーゼVIのBサブユニット)を、チップから除去し、低温ループ(cryo−loop)中に取り付け、そして液体窒素中で瞬間冷凍する。 Six crystals (one xylanase, B subunit of five topoisomerase VI) and is removed from the chip, mounted in the low-temperature loop (cryo-loop), and frozen in liquid nitrogen. HCS1−14において成長したキシラナーゼ結晶の場合、チップを剥離し、そして30%グリセロール、70%溶媒の5μLを、ウェル上にピペッティングした。 For grown xylanase crystals in HCS1-14, peeling off the chips, and 30% glycerol, 5μL of 70% solvent, it was pipetted onto the well. 次いでこの結晶を、300μmの低温ループを用いて抽出し、液体窒素中で瞬間冷凍した。 Then the crystals, extracted with 300μm cold loop, flash frozen in liquid nitrogen. 図69は、低温ループに取りつけられた、このキシラナーゼ(図62A〜Bに示される結晶と同じ)を示す。 Figure 69 is attached to the cold loop shows this xylanase (identical to the crystal shown in FIG 62A~B).

(d.成長/回収チップ) (D. Growth / recovery chip)
以前に記載されたように、一旦タンパク質結晶が形成されると、その三次元構造についての情報が、結晶によるX線の回折から獲得され得る。 As previously described, once the protein crystals are formed, the information about the three-dimensional structure can be obtained from the diffraction of X-rays by the crystal. しかし、タンパク質に対するエネルギーの高い照射の適用は、熱を発生させる傾向がある。 However, the application of energy to the protein irradiation tends to generate heat. X線はまた、イオン化し、そしてフリーラジカルの発生および共有結合の分解を生じ得る。 X-rays also ionized, and may result in degradation of the occurrence and covalent bonding of free radicals. 熱またはイオン化のいずれかが、結晶が入射X線を回折する能力を破壊または低減し得る。 Either heat or ionization, crystals can destroy or reduce the ability to diffract incident X-ray.

従って、結晶形成の際に、低温物質が、代表的に、その変更された状態での結晶性物質を保存するために添加される。 Therefore, at the time of crystal formation, low temperature materials, typically, is added in order to preserve the crystalline material in its altered state. しかし、クライオジェンの突然の添加もまた、結晶に損傷を与え得る。 However, also the sudden addition of cryogen, can damage the crystal. 従って、本発明に従う結晶化チップの実施形態について、一旦結晶性物質がチップ中に形成されると、結晶化チャンバへクライオジェンを直接的に添加できることが有利である。 Accordingly, embodiments of the crystallization chip in accordance with the present invention, once the crystalline material is formed in the chip, it is advantageous to be added directly to the cryogen to crystallization chamber.

さらに、タンパク質結晶は非常にデリケートであり、物理的外傷に応答して迅速に崩れるかまたは崩壊し得る。 In addition, protein crystals are very delicate, can rapidly collapse or disintegrate in response to physical trauma. 従って、チップの小さいチャンバから無傷の結晶を回収することは、結晶性物質についての価値ある情報を獲得するためには、潜在的な障害を示す。 Therefore, recovering the intact crystals from a small chamber of the chip, in order to obtain valuable information about the crystalline material, indicating a potential fault.

従って、本発明に従う結晶化チップの代替の実施形態について、チップ中に形成された結晶性物質のX線照射による直接的問い合わせを可能にし、それによって別個の結晶回収手順の必要性を完全に排除することもまた、有利である。 Thus, the alternative embodiment of the crystallization chip in accordance with the present invention allows direct interrogation by X-ray irradiation of the crystalline material formed in the chip, thereby completely eliminating the need for a separate crystal recovery procedure it is also advantageous to.

従って、図70Aは、本発明に従う結晶成長チップの単純化した実施形態の平面図を示す。 Thus, Figure 70A shows a plan view of a simplified embodiment of a crystal growth chip in accordance with the present invention. 70Bは、図70Aの線B−B'に沿って示される結晶成長チップの実施形態の単純化した断面図を示す。 Figure 70B shows a simplified cross-sectional view of an embodiment of a crystal growth chip shown along line B-B 'of FIG. 70A.

回収/成長チップ9200は、ガラス基材9204に被さるエラストマー部分9202を備える。 Recovery / growth chip 9200 includes an elastomeric portion 9202 which covers the glass substrate 9204. ガラス基材9204は、3つのエッチングされたウェル、9206a、9206bおよび9206cを計算する。 Glass substrate 9204, three etched wells, 9206a, calculates the 9206b and 9206c. 従って、ガラス基材9204上のエラストマー部分9202の配置は、フローチャネル9208を介して互いに流体連絡した3つの対応するチャンバを規定する。 Therefore, the arrangement of the elastomeric portion 9202 of the glass substrate 9204 defines three corresponding chambers in fluid communication with each other through the flow channels 9208. フローチャネル9208を通る物質の流れは、 フローチャネル 9208上へのコントロールライン9212の重複によって規定される、バルブ9210によって制御される。 The material flow through the flow channels 9208 are defined by the overlap of control lines 9212 in the upward flow channels 9208 is controlled by a valve 9210.

成長/回収チップ9200の作動中に、バルブ9210は最初に起動して、チャンバ9206a、9206bおよび9206cの内容物間の接触を防止する。 During operation of the growth / recovery chip 9200, the valve 9210 is activated first, to prevent contact between the chambers 9206a, the contents of 9206b and 9206c. 次いで、チャンバ9206a、9206bおよび9206cは、ウェル9214を介して、結晶化をもたらすための異なる物質によって別々に充填される。 Then, the chamber 9206a, 9206b and 9206c via the well 9214, are filled separately by different substances to effect crystallisation. 例えば、チャンバ9206aは、タンパク質溶液で充填され得、チャンバ9206bは、結晶化剤で充填され得、そしてチャンバ9206cは、クライオジェンで充填され得る。 For example, chamber 9206a can be filled with protein solution, chamber 9206b can be filled with the crystallization agent and chamber 9206c, it may be filled with cryogen.

次いで、第一コントロールライン9212は作動停止されて、バルブ9210aを開き得、そしてそれによってタンパク質溶液および結晶化剤の拡散を可能にする。 Then, the first control line 9212 is deactivated, resulting opening the valve 9210A, and thereby allowing diffusion of the protein solution and crystallizing agent. 結晶9216の形成の際に、残りのコントロールライン9212は作動停止されて、チャンバ9206cからのクライオジェンの拡散が、結晶9216を保存することを可能にし得る。 In forming the crystal 9216, the remaining control lines 9212 are deactivated, the diffusion of cryogen from chamber 9206c, may allow to save the crystal 9216.

次に、全チップ9200が、X線回折装置中に取り付けられ得、光源9220から結晶9216に対して適用される、回折を有するX線ビーム9218は、検出器9222によって感知される。 Then, all the chips 9200 can be mounted in X-ray diffraction apparatus, is applied from the light source 9220 with respect to the crystal 9216, the X-ray beam 9218 having diffraction is sensed by the detector 9222. 70Bに示されるように、ウェル9206の一般的な位置は、エラストマー部分9202およびその下にあるガラス部分9204の両方の厚さの減少した領域対応する。 As shown in FIG. 70B, the general location of the wells 9206, the corresponding reduced area of the thickness of both the glass portion 9204 with elastomeric portion 9202 and below it. この様式において、照射ビーム9218は、結晶9216に遭遇する前およびその後に、最少量のエラストマーおよびガラス材料を横切り、それによって、受容される回折された信号に対するノイズの有害効果を減少させる必要がある。 In this manner, the illumination beam 9218 is before encountering crystal 9216 and thereafter, across the minimum amount of elastomer and glass material, whereby it is necessary to reduce the adverse effects of noise on acceptable carrier diffracted signals .

タンパク質成長/回収チップの1例を、図70A〜70Bと組み合わせて上記してきたが、本発明に従う実施形態は、この特定の構造に限定されない。 An example of a protein growth / recovery chips has been described above in conjunction with FIG. 70A and 70B, an embodiment according to the present invention is not limited to this particular structure. 例えば、記載された本実施形態の実施は、ミクロチャンバがエッチングされたガラス基材を利用するが、本発明に従うミクロ流体構造の製造は、ガラス基材の使用に限定されない。 For example, the exemplary embodiment described, utilizes a glass substrate micro chamber is etched, the fabrication of microfluidic structures in accordance with the present invention is not limited to the use of a glass substrate. 基材中に特徴を製造するための可能な代替としては、プラスチックの射出成形、PMMAのようなプラスチックのホットエンボス加工、またはSU8フォトレジストのような光硬化性のポリマーを利用してウェルを製造することが挙げられる。 A possible alternative for the production of features in the base material, producing wells using plastic injection molding, a photo-curable polymer such as plastic hot embossing, or SU8 photoresist such as PMMA and the like to be. さらに、特徴は、レーザーアブレーションを利用して、ガラスのような基材上に形成され得るか、または特徴は、ガラス以外の基材(例えば、シリコーン)の等方性または非等方性のエッチングによって形成され得る。 Furthermore, the features, using the laser ablation, or may be formed on a substrate such as glass or characteristics, substrate other than glass (e.g., silicone) isotropic or anisotropic etching of the It may be formed by.

代替的製造方法によって付与される潜在的な利点としては、より高密度の統合を可能にする特徴のより正確な規定、および生成の容易さ(例えば、ホットエンボス加工)が挙げられるが、これらに限定されない。 Potential advantages conferred by alternative manufacturing method, more accurate provision of the features that enable higher density integration, and ease of production (e.g., hot embossing) but are mentioned, these but it is not limited. さらに、炭素ベースのプラスチックのような特定の物質は、X線をあまり散乱させず、それにより、チップからの直接的な回折データの収集を容易にする。 In addition, certain materials, such as carbon-based plastics, without significantly scattered X-rays, thereby facilitating the collection of direct diffraction data from the chip.

結晶の成長および分析を容易にするミクロ流体構造の実施形態は、下部表面上に溝を有するエラストマー部分を含む。 Embodiment of a microfluidic structure that facilitates the growth and analysis of the crystal comprises an elastomeric portion having a groove on the lower surface. 基材は、このエラストマー部分の下部表面と接触して、第一のミクロ流体チャンバ、第二のミクロ流体チャンバおよび第三のミクロ流体チャンバを規定し、この第一、第二および第三のミクロ流体チャンバは、エラストマー部分と基材との間を規定するフローチャネルを介して流体連絡している。 The substrate is contacted with the lower surface of the elastomeric portion, the first microfluidic chamber, defining a second microfluidic chamber, and a third microfluidic chamber, the first, second and third micro fluid chamber is in fluid communication via a flow channel which defines between the elastomeric portion and the base material. 第一のチャンバは、標的物質溶液で開始され得、第二のチャンバは、結晶化剤で開始され得、そして第三のチャンバは、クライオジェンで開始され得、その結果、結晶化剤および標的溶液の拡散によってこの構造中で形成される結晶は、クライオジェンの導入によって生じる温度の低下によって保存され得る。 The first chamber may be initiated by the target material solution, the second chamber may be initiated by the crystallization agent, and the third chamber may be initiated by the cryogen, resulting in crystallization agents and targets diffused by crystals formed by this structure of the solution may be preserved by lowering the temperature caused by the introduction of cryogen.

(e.結晶オフロード(off−loading)法) (E. Crystalline off-road (off-loading) method)
結晶の回収のためのさらなる可能性は、チップからオフロードする方法を有することである。 A further possibility for the recovery of crystals is to have a way to offload from the chip. オフロードは、一旦結晶が形成されると、あるいはインキュベーション前に、実行され得る。 Offloading, once the crystal is formed, or prior to incubation may be performed. 次いで、これらのオフロードされた結晶は、巨視的反応を播種するために使用され得るか、または低温ループにおいて抽出および取り付けられ得る。 Then, crystals are these off-road can extract and mounted in macroscopic reaction or may be used to seed or cold loops. クライオジェン添加のための方法がまた開発される場合、結晶は、瞬間凍結され得るか、またはX線ビーム中に直接取り付けられ得る。 When the method for cryogen addition is also developed, the crystal may be mounted or may be frozen, or in X-ray beam directly.

(8.ミクロ自由界面拡散) (8. micro free interface diffusion)
熱力学的条件が結晶化を誘導するかどうかを先験的に決定することは困難であり得るので、スクリーニング方法は、可能な限り多数の相−空間(可能な限り多数の条件)をサンプリングするべきである。 Since the thermodynamic condition is determined a priori whether induce crystallization can be difficult, screening methods, a number of phases as possible - to sample the space (number of possible conditions) it should. このことは、複数のアッセイを行うことによって達成され得、そしてまた、時間内の各アッセイの進化の間にサンプリングされた相空間を介して達成され得る。 This may be achieved by performing a plurality of assays and also can be accomplished through a phase space that is sampled during the evolution of each assay in time. 広範な条件のサンプリングの際に特に有効な1つの従来方法は、巨視的自由界面拡散である。 One conventional method especially effective in sampling a wide range of conditions is a macroscopic free interface diffusion. この技術は、2つ以上の溶液、代表的にはタンパク質溶液と沈殿剤との間の十分規定された流体界面の創出、および拡散プロセスによる2つの溶液の引き続く平衡化を必要とする。 This technique, two or more solutions, typically well-defined creation of fluid interface between the protein solution precipitating agent, and requires a subsequent balancing of the two solutions by diffusion processes. 溶液が互いに拡散するにつれて、拡散経路にそって勾配が確立され、そして一連の条件が同時にサンプリングされる。 As the solution diffuses mutually gradient is established along the diffusion path, and a series of conditions are sampled simultaneously. 条件には、空間および時間の両方において変動が存在するので、結晶形成の位置および時間に関する情報は、さらなる最適化において使用され得る。 The condition, since there are variations in both space and time, information about the position and time of crystal formation may be used in further optimization. 図71A〜71Dは、自由界面に沿って接触した溶液Aおよび溶液Bについて、濃度 対 距離をプロットする、単純化した模式図である。 FIG 71A~71D, for Solutions A and B in contact along the free surface, plotting the concentration versus distance is a simplified schematic view. 図71A〜Dは、時間がたつと、連続的かつ広い範囲の2つの溶液の濃度プロフィールが最終的に創出されることを示す。 FIG 71A~D is Over time, indicating that the concentration profiles of the two solutions of continuous and wide range is finally created.

巨視的自由界面拡散技術の有効性にもかかわらず、技術的困難が、この技術を高スループットのスクリーニング適用のためには不適切にし、そしていくつかの理由に起因して、結晶学者の間で広く使用されていない。 Despite the effectiveness of the macroscopic free interface diffusion technique, technical difficulties, this technology is unsuitable for screening application of high-throughput, and due to several reasons, among crystal scholars It not widely used. 第一に、流体界面は、代表的に、溶液を狭い容器(例えば、キャピラリーチューブまたは培養プレート中の深型ウェル)に拡散させることによって確立される。 First, fluid interface is typically solution narrow container (e.g., a capillary tube or deep well in culture plates) is established by diffusing into. 図72A〜Bは、キャプラリーチューブ9300中の巨視的自由界面形成の試みの、単純化した断面図である。 FIG 72A~B the attempts macroscopic free interface formed in cap rally tube 9300 is a simplified cross-sectional view. 第二の溶液9302を第一の溶液9304中に拡散させる作用は、対流混合を創出し、そして乏しく規定された流体界面9306を生じる。 Effect of diffusing a second solution 9302 into the first solution 9304, to create a convective mixing and results in poor defined fluidic interface 9306 was.

さらに、これらの溶液は、この問題を排除するために、キャピラリー中に連続的に吸収されないかもしれない。 Moreover, these solutions, in order to eliminate this problem, may not be continuously absorbed into the capillary. 図73A〜Bは、キャピラリーチューブ9404における第一の溶液9400と第二の溶液9402との間の混合を示し、この混合は、圧力駆動性のポアズイユの流れの放物線状の速度分布に起因して生じ、乏しく規定された流体界面9406を生じる。 FIG 73A~B shows the mixing between the first solution 9400 in the capillary tube 9404 and the second solution 9402, this mixing is, due to the parabolic velocity distribution of Poiseuille flow pressure driven occurs, it produces a fluid interface 9406 defined poor. さらに、マクロ自由界面結晶化方式のための容器は、ピペットチップまたは分配ツールを受容できるようにする寸法を有するべきであり、そして大きい容量(10〜100μl)のタンパク質溶液および沈殿物溶液を使用する必要がある。 Furthermore, the container for the macro free interface crystallization method should have dimensions that allow receiving a pipette tip or dispensing tool, and use the protein solution and precipitate solution of larger volume (10 to 100) There is a need.

所望でない対流混合を回避するために、分配および結晶インキュベーションの両方の間に、注意を払わなければならない。 To avoid convective mixing is not desired, both during the distribution and crystalline incubation, care must be taken. この理由に起因して、厄介なプロトコルが、マクロ自由界面を規定するためにしばしば使用される。 Due to this reason, troublesome protocol often used to define a macro free interface. 例えば、第二の溶液を添加する前に、1つの溶液を凍結させる。 For example, before adding the second solution, freezing one solution. さらに、異なる密度の2つの溶液は、適切な配向で保存されない場合、重力誘導された対流によって混合し、反応の保存をさらに複雑にする。 Furthermore, the two solutions of different densities, if not stored in the proper orientation, and mixed by gravity induced convection, further complicate saving of the reaction. このことは、図74A〜Cにおいて示される。 This is shown in FIG 74A~C. ここで、時間がたつと、第二の溶液9502の密度よりも高い密度を有する第一の溶液9500は、単に沈降して、キャピラリーチューブの長さに沿った拡散勾配の形成を導かない静的な下部層9504を形成する。 Here, the time, the first solution 9500 with a higher density than the density of the second solution 9502 is simply settled, does not lead to formation of a diffusion gradient along the length of the capillary tube static forming an a lower layer 9504.

本発明の実施形態に従って、伝統的なマクロ自由界面拡散(ゲート型ミクロ自由界面拡散(ゲート型μ−FID)と称される)に類似する結晶化技術が開発されている。 In accordance with an embodiment of the present invention, crystallization techniques have been developed that are similar to traditional macro free interface diffusion (called gate-type micro-free interface diffusion (gate μ-FID)). ゲート型μ−FIDは、巨視的自由界面拡散技術によって達成される相空間の効率的なサンプリングを保持し、サンプル溶液を倹約して使用すること、設定の容易さ、十分規定された流体界面の創出、平衡化力学についての制御および高スループットの並行実験を実施する能力という利点を付け加える。 Gate mu-FID holds an efficient sampling of the phase space achieved by macroscopic free interface diffusion technique, it is used sparingly sample solution, ease of setting, well defined fluid interface creating, adding the advantages of control and high throughput of parallel experiments ability to perform for equilibration dynamics. これらの利点は、本発明の多数の特徴によって可能とされる。 These advantages are made possible by a number of features of the present invention.

ミクロ流体工学は、ナノリットル下の規模で流体を取り扱うことが可能である。 Microfluidics is capable of handling fluid a scale under nanoliters. 結果として、大きい封じ込めチャンバを使用する必要がなく、従って、アッセイは、ナノリットル規模またはナノリットル下の規模で実行され得る。 As a result, there is no need to use large containment chamber, thus, assays can be performed in nanoliter scale or scale under nanoliters. 非常に小さい容量の利用により、実行されるべき膨大なアッセイが、1回の巨視的自由界面拡散実験に必要なサンプル容量と同じサンプル容量を消費することを可能とする。 The use of very small volume, numerous assays to be performed, makes it possible to consume the same sample volume and sample volume required for macroscopic free interface diffusion experiments once. これは、費用および時間がかかる増幅工程および精製工程を減少し、そして容易に発現されない、従って、バルクサンプルから精製される必要があるタンパク質のスクリーニングを可能にする。 This reduces the amplification and purification steps are costly and time consuming, and are not readily expressed, thus allowing screening of proteins that need to be purified from the bulk sample.

ミクロ流体工学は、さらに、調製時間の節約を提供し、数百または数千ものアッセイが同時に実行され得る。 Microfluidics further provides savings preparation time, also of the assay hundreds or thousands may be performed simultaneously. 以前に記載されたような、拡張可能な測定技術の使用は、制御機構の複雑性を増大させることなく、並行実験が行われることを可能にする。 As previously described, the use of expandable measurement technique, without increasing the complexity of the control mechanism, to allow the parallel experiments are performed.

ミクロ流体構造が本発明の実施形態に従って形成され得るエラストマー材料は、特定の気体に対して比較的透過性である。 Elastomeric material microfluidic structures may be formed in accordance with an embodiment of the present invention are relatively permeable to certain gases. この気体透過特性は、十分規定された再現性のある流体界面を形成するために、加圧化ガスプライミング(pressurized out−gas priming)(POP)の技術を利用して調査され得る。 The gas permeation characteristics, in order to form a fluid interface with enough defined reproducibility can be investigated using the technique of pressurization gas priming (pressurized out-gas priming) (POP).

図75Aは、本発明の実施形態に従うミクロ流体デバイスのフローチャネル9600の断面図を示す。 Figure 75A shows a cross-sectional view of a flow channel 9600 of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention. フローチャネル9600は、起動されたバルブ9602によって2つの半体に分離される。 Flow channel 9600 is separated into two halves by a valve 9602 which is activated. 材料の導入前に、フローチャネル9600は、気体9604を含む。 Before the introduction of the material, flow channels 9600 may include a gas 9604.

図75Bは、加圧下での、第一のフローチャネル部分9600aへの第一の溶液9606の導入、および加圧下での、第二のフローチャネル部分9600bへの第二の溶液9608の導入を示す。 Figure 75B shows under pressure, the introduction of the first solution 9606 to the first flow channel portion 9600A, and under pressure, the introduction of a second solution 9608 to the second flow channel portion 9600b . 取り囲むエラストマー物質6907の気体透過性に起因して、気体9604は、入ってくる溶液9608および9610によって置換され、そしてエラストマー6907を介して気体を出す。 Due to the gas-permeable elastomeric material 6907 surrounding, gas 9604 is replaced by the incoming solution 9608 and 9610, and issues a gas through the elastomer 6907.

図75Cに示されるように、フローチャネルの9600a位置および9600b位置の加圧された、出てきたガスのプライミングは、気泡を伴わずに、これらのデッドエンドフローチャネル部分を均質に満たすことを可能にする。 As shown in FIG. 75C, was pressurized 9600a position and 9600b position of the flow channel, priming of the outcoming gas, without air bubbles, it allows to meet these dead-end flow channel portion homogeneous to. 図75Dに示すように、バルブ9602の作動していない場合、十分に規定された流体界面9612を作製し、拡散勾配の構成を可能にする。 As shown in FIG. 75D, if not operating the valve 9602, to produce a fluid interface 9612 that is well defined, to allow the configuration of the diffusion gradient.

要約すると、従来のマクロ自由界面技術は、mm程度の寸法を有する毛細管または他の容器を使用する。 In summary, conventional macro free interface technique uses a capillary or other container having dimensions on the order of mm. それに比べて、本発明の実施形態に従う流体界面は、μm程度の寸法を有するミクロチャネルにおいて作製される。 In contrast, fluid interface in accordance with embodiments of the present invention are produced in a micro-channel having dimensions on the order of [mu] m. このような小さい寸法においては、粘度の効果によって、所望ではない対流が抑制され、そして拡散によって、混合が優勢になる。 In such small dimensions, the effect of viscosity, not the desired convection is suppressed, and by diffusion mixing will dominate. 従って、十分に規定された流体界面は、所望ではない有意な対流混合を伴わずに確立され得る。 Thus, well-defined fluidic interface may be established without significant convective mixing not desired.

標的物質を結晶化するための方法の実施形態は、以下の工程を包含する:第一ミクロ流体チャンバを規定する工程、標的物質を含む溶液で第一ミクロ流体チャンバをプライムする工程、第二ミクロチャンバを規定する工程、および結晶化剤を含む第二溶液で第二ミクロ流体チャンバをプライムする工程。 Embodiment of a method for crystallizing a target material, comprising the steps of: defining a first microfluidic chamber, the step of priming the first microfluidic chamber with a solution containing a target substance, a second micro the step of defining a chamber, and the step of priming the second microfluidic chamber with a second solution containing a crystallizing agent. 第一ミクロ流体チャンバは、標的物質と結晶化剤との間にミクロ流体自由界面を規定するために、第二ミクロ流体チャンバと流体連絡内して位置される。 The first microfluidic chamber, to define a microfluidic free interface between the target material and the crystallizing agent, is positioned second microfluidic chamber and in fluid communication. 拡散は、標的物質と結晶化剤との間に生じることが可能であり、その結果、標的物質の溶解環境における変化は、標的物質に結晶を形成させる。 Diffusion, it is possible to occur between the target material and the crystallizing agent, as a result, the change in the dissolution environment of the target material, to form crystals in the target material.

(9.平衡についての一時的制御) (9. temporary control of the equilibrium)
結晶の成長および質は、平衡の間に調査された熱力学的状態によってだけでなく、平衡が生じる速度によって決定される。 Growth and quality of the crystals, as well as by the thermodynamic state of being investigated during the equilibrium is determined by the rate at which equilibrium occurs. 従って、平衡の動態を制御することは、潜在的に価値がある。 Therefore, controlling the dynamics of equilibration may potentially worthwhile.

従来の結晶化方法において、平衡の動態に関する粗い(course)制御だけが、初期条件の操作を介して利用可能であり得る。 In the conventional crystallization method, only rough (course) control regarding the dynamics of equilibration may be available through the manipulation of the initial conditions. 巨視的な自由界面拡散については、一旦拡散が始まると、実験者は結果として生じた平衡速度に関して制御しない。 The macroscopic free interface diffusion, once the diffusion begins, the experimenter does not control respect equilibrium rate resulting. 懸滴実験について、平衡速度は、出発液滴の大きさ、 容器の総量、またはインキュベーション温度を改変することによって変更され得る。 For hanging drop experiment, the equilibrium rate can be changed by modifying the size of the starting droplet, the total amount of the container or the incubation temperature. マイクロバッチ実験において、サンプルが濃縮される速度が、液滴の大きさ、ならびに周囲の油の同一性および量を操作することによって変更され得る。 In microbatch experiments, the rate at which the sample is concentrated, can be changed by manipulating the size of the droplets, as well as the identity and quantity of the surrounding oil. 平衡速度はこれらのパラメーターに複雑な様式で依存するので、平衡の動態は大まかな様式で変更され得るのみである。 Because the equilibrium rate depends in a complex manner to these parameters, dynamic equilibrium is only be changed in rough manner. さらに、一旦実験が始まると、平衡動態に関するさらなる制御が利用可能ではない。 In addition, once the experiment begins, further control is not available on the equilibrium dynamics.

対照的に、門のついたμ−FID実験における流体界面は、界面バルブの開閉によって制御され得、平衡動態の正確な調節を可能にする。 In contrast, the fluid interface in mu-FID experiment with a gate may be controlled by opening and closing of the interface valve to allow accurate adjustment of the equilibrium dynamics. 例えば、図76Aは、2つのミクロ流体チャンバ9700および9702の単純な平面図を示し、フローチャネル9704を通るこれらのチャンバの連絡は、バルブ9706によって制御される。 For example, Figure 76A shows a simple plan view of two microfluidic chambers 9700 and 9702, contact of these chambers through the flow channels 9704 is controlled by a valve 9706. 図76Bは、このバルブが100%のデューティーサイクルで作動される場合の、第一チャンバにおける第一溶液の濃度を経時的にプロットする。 Figure 76B is a case where the valve is operated at 100% duty cycle is plotted over time the concentration of the first solution in the first chamber. 図76Cは、このバルブが図76Bの50%のデューティーサイクルで作動される場合の、第一チャンバにおける第一溶液の濃度を経時的にプロットする。 Figure 76C is a case where the valve is operated at a duty cycle of 50% in FIG. 76B, over time plotted concentration of the first solution in the first chamber. 図76Cの調査は、チャンバAにおける第一溶液の濃度がそのオリジナル値の半分に減少するために、2倍長い時間がかかることを示す(t 50% 1/2 =2t 100% 1/2 )。 Figure 76C survey, in order to reduce to half the concentration of the first solution is the original value in the chamber A, indicating that it takes twice longer (t 50% 1/2 = 2t 100 % 1/2) .

本発明の代替の実施形態に従って、デューティーサイクルによって規則的な基礎に基づいて開閉しているのではなく、接続バルブは、不規則に連続する作動の中間時間またはそれを越える時間で閉じられ得、それによって、一旦好都合な条件が達成されると、平衡が維持される。 According to an alternative embodiment of the present invention, rather than being opened or closed based on the regular basis by the duty cycle, the connection valve is closed at time exceeding irregularly successive actuation intermediate time or it obtained, whereby, once favorable conditions are achieved, the equilibrium is maintained.

2つの流体間の拡散に対し一時的制御を及ぼす方法の実施形態は、エラストマー材料においてミクロ流体フローチャネルを提供する工程を包含し、フローチャネル内に配置されたエラストマー材料の膜部分をバルブに規定する。 Embodiment of a method to spread between the two fluids on the temporary control provisions include the step of providing a microfluidic flow channel in the elastomeric material, the membrane portion of the elastomeric material disposed in the flow channel in the valve to. 膜の片側のフローチャネルの第一部分を、第一流体でプライムする。 A first portion of one side of the flow channel of the membrane is primed with a first fluid. フローチャネルの反対側のフローチャネルの第二部分を、第二流体でプライムする。 The second portion of the opposite side of the flow channel of the flow channel, is primed with a second fluid. エラストマー膜は、バルブを横切って、第一流体および第二流体との間に拡散することを可能にする時間にわたって、フローチャネル内に入り、そしてフローチャネル外に出ることを繰り返す。 Elastomeric membrane across the valve, for a time that allows diffusion between the first fluid and the second fluid enters the flow channel, and repeated to leave out the flow channel.

平衡速度はまた、反応チャンバおよび接続チャネルの寸法を操作することによって制御され得る。 Equilibrium rate may also be controlled by manipulating the size of the reaction chambers and connecting channels. 良好な概算のために、平衡のために必要とされる時間は、必要とされる拡散の長さの二乗として変化する。 For good approximation, the time required for equilibration will vary as the square of the length of the diffusion required. 平衡速度はまた、接続チャネルの断面積に依存する。 Equilibrium rate also depends on the cross-sectional area of ​​the connecting channels. 従って、平衡に必要とされる時間は、接続チャネルの長さおよび断面積の両方の変化によって制御され得る。 Therefore, the time required for equilibrium may be controlled by both the change in length and cross-sectional area of ​​the connecting channel.

図77Aは、対の配合チャネルチャンバ9800、9802および9804の3つのセットを示し、各対は、異なった長さΔxのミクロチャネル9806によって接続される。 Figure 77A shows three sets of formulations channel chambers 9800,9802 and 9804 pairs, each pair are connected by microchannels 9806 of different lengths [Delta] x. 図77Bは、平衡時間が平衡距離をプロットする。 Figure 77B is the equilibrium time is plotted equilibrium distance. 図77Bは、図77Aのチャンバの平衡のために必要とされる時間 対 接続チャネルの長さの二乗とともに変化することを示す。 Figure 77B shows a change with the square of the length of time versus connection channels required for equilibration of the chamber of Figure 77A.

図78は、4つの配合チャンバ9900、9902、9904および9906を示し、各々は接続ミクロチャネル9908の異なる配置を有する。 Figure 78 shows four formulations chambers 9900,9902,9904 and 9906, each having a different arrangement of connecting microchannels 9908. ミクロチャネル9908は、同じ長さであるが、断面積および/または接続チャネルの数が異なる。 Micro channel 9908 is the same length, a different number of cross-sectional area and / or connecting channels. 従って、平衡速度は、断面積の減少/増加(例えば、接続チャネル数もしくはこれらのチャンネルの寸法の減少/増加によって)によって、増加/減少され得る。 Therefore, the equilibrium rate, the decrease / increase in cross-sectional area (e.g., by a decrease / increase in the size of the number of connected channel or these channels), may be increased / decreased.

接続チャネルの幾何学的変化による平衡速度の変化は、結晶成長に関する平衡動態の影響を調査するために単一デバイスにおいて使用され得る。 Changes in the equilibrium rate by geometric changes in the connection channel can be used in a single device in order to investigate the influence of the equilibrium dynamics regarding crystal growth. 図79A〜Dは、濃度勾配(ミクロ流体自由界面からの2つの溶液の部分的拡散の平衡によって最初に確立される)が封じ込めバルブの作動によって維持される実施形態を示す。 FIG 79A~D shows an embodiment which is maintained by the (initially established by the equilibrium partial diffusion of the two solutions from microfluidic free interface) containment actuation of the valve gradient.

図79Aは、分岐した制御チャネル10002によってある間隔で重複したフローチャネル10000を示し、これは、別々に作動する界面バルブ10004のいずれかの側に配置された複数のチャンバ(A〜G)を規定する。 Figure 79A shows a flow channel 10000 duplicate at intervals in the control channel 10002 branching, which defines a plurality of chambers arranged on either side of the interface valve 10004 which operates separately (A-G) to. 図79Bは、界面バルブ10004が作動し、そしてフローチャネルの第一半体の10000aを第一溶液と混合し、そしてフローチャネルの第二半体10000bを第二溶液でプライムした場合の、開始時での溶媒濃度をプロットする。 Figure 79B is the case where the interface valve 10004 is actuated and the 10000a of the first half of the flow channel is mixed with the first solution, and primed the second half 10000b flow channel in the second solution, at the start plot the solvent concentration in. 図79Cは、制御チャネル10002を、7つのチャンバ(A〜G)を規定するために作動させた場合、その後の時間T における溶媒の濃度をプロットし、これは、特定時点での濃度勾配を記録する。 Figure 79C is a control channel 10002, when operated to define seven chambers (A-G), by plotting the concentration of the solvent in a subsequent time T 1, which is the concentration gradient of a particular point in time Record. 図79Dは、時間T におけるチャンバ(A〜G)の相対濃度をプロットする。 Figure 79D plots the relative concentration of the chamber (A-G) at time T 1.

図79Aに示す1つの実施形態において、分岐した制御チャネルの作動は、複数のチャネルA〜Gを同時に作製する。 In one embodiment shown in FIG. 79A, operation of branched control channel to produce a plurality of channels A~G simultaneously. しかし、このことは必要ではなく、そして本発明の代替の実施形態において、複数の制御チャネルは、種々の時間間隔でチャンバA〜Gの独立した作製を可能にするために使用され得、それによって、チャンバの出発セットが、自由界面にすぐ隣接して作製される後に、さらなる拡散を生じさせることを可能にする。 However, in an alternative embodiment of this it is not necessary, and the present invention, the plurality of control channels, can be used to allow independent preparation of chamber A~G at various time intervals, whereby starting set of chambers, after being produced immediately adjacent to the free interface, makes it possible to produce a further diffusion.

2つの流体間の濃度勾配を記録する方法の実施形態は、ミクロ流体フローチャネル内に存在するエラストマー膜の第一側に第一流体を提供する工程、およびエラストマー膜の第二側に第二流体を提供する工程を包含する。 Embodiment of a method of recording the concentration gradient between the two fluids, the second fluid to the second side of the step of providing a first fluid on the first side of the elastomer layer present within a microfluidic flow channel, and an elastomeric film It includes the step of providing a. このエラストマー膜は、第一流体と第二流体との間に、ミクロ自由界面を規定するために、ミクロ流体フローチャネルから置換される。 The elastomeric film is between the first fluid and the second fluid, in order to define the micro-free interface, is displaced from the microfluidic flow channel. 第一流体および第二流体は、ミクロ流体自由界面を横切って拡散することを可能にする。 First fluid and the second fluid, makes it possible to diffuse across the microfluidic free interface. ミクロ流体自由界面からの次第に増大する距離でのフローチャネルに沿って配置されるエラストマーバルブの群は、チャンバの連続を規定するために作動し、第一流体および第二流体の相対濃度は、ミクロ流体自由界面を横切って拡散する時間を反映する。 Group of elastomeric valve that is disposed along the flow channel at a distance which increases gradually from the microfluidic free interface operates to define successive chambers, the relative concentration of the first fluid and the second fluid, micro It reflects the time to diffuse across the fluid free interface.

(10.チップホルダ) (10. chip holder)
先に示したように、本発明に従うミクロ流体デバイスの実施形態は、オンチップ容器またはウェルを利用し得る。 As indicated above, the embodiment of a microfluidic device according to the present invention may utilize on-chip container or well. しかし、多量の溶液のローディングを必要とするミクロ流体デバイスにおいて、各ウェルに作用を及ぼすための分離ピンを用いる、対応する多くの投入チューブの使用は、流体デバイスの比較的小さな寸法にとって実用的とはなり得ない。 However, the microfluidic device requiring the loading of a large amount of the solution, using the separating pin to exert an effect on each well, using the corresponding number of input tubes, and practical for relatively small dimensions of the fluidic device It can not become. さらに、少ない容積の液体を分注するためのピペットの自動化された使用は公知であり、従って、チップの表面に存在するウェルに直接、溶液をピペッティングするために、このような技術を利用することは最も容易であることが証明され得る。 Furthermore, the use of automated pipette for dispensing a liquid in a small volume is known, therefore, directly to the wells on the surface of the chip, the solution to pipetting, use of such technique it can be proven to be the easiest.

毛管現象は、特に、デッドエンドチャンバが材料でプライムされるべき場合、オンチップウェルからチップの作動領域へ溶液を吸い込むために十分ではないかもしれない。 Capillarity, especially if to dead-end chamber is primed with a material, may not be sufficient to suck the solution from the on-chip wells into active area of ​​the chip. このような実施形態において、チップ内へ材料をローディングする1つの方法は、外部圧力の使用を介する。 In such embodiments, one way of loading materials into the chip is through the use of external pressure. しかし、さらに、可能性のある多量の材料供給源と接続した、小さな寸法のデバイスは、ピンまたはチューブを介する個々のウェルへの圧力付与を実現不可能にし得る。 However, further connected with a large amount of the material source that may, devices smaller dimensions may be impractical pressure applied to individual wells through pins or tubing.

従って、図80は、本発明の1つの実施形態に従うチップホルダ11000の分解図を示す。 Thus, Figure 80 shows an exploded view of the chip holder 11000 according to one embodiment of the present invention. チップホルダ11000の底部11002は、チップ11008の寸法に対応する大きさのリーセス領域11006の周りの高くした周辺部分11004を備え、これは、ミクロ流体チップ11008をその中に配置することを可能にする。 Bottom 11002 of chip holder 11000 is provided with a raised peripheral portion 11004 of around Risesu region 11006 sized to correspond to the dimensions of the chip 11008, which makes it possible to place the microfluidic chip 11008 therein . 周辺領域11004はさらに、ネジ穴11010を規定する。 Peripheral region 11004 further defines a threaded hole 11010.

ミクロ流体デバイス11008は、チップホルダ11000の底部11002のリーセス領域11006内に配置される。 Microfluidic device 11008 is disposed within Risesu region 11006 at the bottom 11002 of chip holder 11000. ミクロ流体デバイス11008は、第一ロウおよび第二ロウ(それぞれ、11012aおよび11012b)に構成される周囲ウェル11012と流体連絡する作動領域11011を備える。 Microfluidic device 11008, the first row and second row (respectively, 11012A and 11012b) comprising an actuation region 11011 to contact around the wells 11012 and fluid configured. ウェル11012は、デバイス11008を機能させることを可能にする十分な容積の材料を保持する。 Wells 11012 holds material sufficient volume to allow the functioning of the device 11008. 例えば、ウェル11012は、結晶化剤の溶液、標的物質の溶液または染色剤のような他の化学的試薬を含み得る。 For example, wells 11012, a solution of crystallization agents, other chemical reagents, such as solutions or stain of the target substance. 底部11002は、チップ11008の作動領域11011が観察されることを可能にするのためのウインドウ11003を備える。 Bottom 11002 is provided with a window 11003 for to allow the operating region 11011 of chip 11008 is observed.

チップホルダ11000の上端部分11014は、下側のチップホルダ部分11002およびその中に配置されたミクロ流体チップ11008を覆って適合させる。 The upper end portion 11014 of chip holder 11000 adapts over the microfluidic chip 11008 disposed in 11002 and its lower tip holder portion. 図解の容易さのために、図80において、上端チップホルダ部分11004は、アセンブリにおける実際の位置に対して逆転して示されている。 For ease of illustration, in FIG. 80, the upper end tip holder portion 11004 is shown inverted relative to the actual position in the assembly. 上端チップホルダ部分11014は、より低いホルダ部分11002のネジ穴11010と一列に並ぶネジ穴11010を備え、その結果、ネジ11016は、ホルダ11000の部分11002と11014との間のチップを固定する穴11010を介して挿入され得る。 Upper tip holder portion 11014 includes a screw hole 11010 arranged in a lower screw hole 11010 of the holder portion 11002 and a line, as a result, the screw 11016 is a hole 11010 of fixing the chip between the portions 11002 of the holder 11000 and 11014 It may be inserted through the. チップホルダの上方部分11014は、チップ11008の作動領域11011が観察されることを可能にするのためのウインドウ11005を備える。 The upper portion of the chip holder 11014 is provided with a window 11005 for to allow the operating region 11011 of chip 11008 is observed.

上端ホルダ部分11014の下表面11014aは、リセス11024および11026の周囲に、それぞれ一段高い環状リング11020および11022を備える。 A lower surface 11014a of the upper holder portion 11014, around the recesses 11024 and 11026, comprises a raised annular ring 11020 and 11022, respectively. チップホルダ11000の上端部分11014が、ネジ11016を利用して、チップ11008と接触してプレスされた場合、リング11020および11022は、チップ11008の表面の上の柔らかいエラストマー材料に圧入し、その結果、リセス11024は、ウェル11012の上端ロウ11012aを覆う第一チャンバを規定し、そしてリセス11026は、ウェル11012の下端ロウ11012bを覆う第二チャンバを規定する。 The upper end portion 11014 of chip holder 11000, by using the screw 11016, when it is pressed in contact with the chip 11008, ring 11020 and 11022, and pressed into a soft elastomeric material on the surface of the chip 11008, as a result, recess 11024 defines a first chamber that covers the upper row 11012a wells 11012, and the recess 11026 defines a second chamber covering the bottom row 11012b wells 11012. 上端ホルダ部分11014の側部の穴11030および11032は、それぞれリセス11024および11026と連絡し、穴11030および11032、それぞれに挿入されたピン11034によって、チャンバに正の圧力をかけることを可能にする。 Holes 11030 and 11032 of the sides of the upper holder portion 11014 is in communication with the recess 11024 and 11026, respectively, holes 11030 and 11032, by a pin 11034 which is inserted into each make it possible to apply a positive pressure to the chamber. 従って、正の圧力は、ロウ内の全てのウェルに同時にかけられ得、各ウェルに別々に接続したデバイスを利用する必要性を取り除く。 Thus, positive pressure is applied simultaneously to all wells in row obtained, eliminating the need to use a device connected separately to each well.

操作において、溶液はウェル11012内にピペッティングされ、次いで、チップ11008は、ホルダ11000の底部11002内に配置される。 In operation, the solution is pipetted into the wells 11012, then the chip 11008 is disposed within a bottom portion 11002 of the holder 11000. 上部ホルダ部分11014はチップ11008の上に配置され、そしてネジによって下方向にプレスされる。 Upper holder portion 11014 is disposed on the chip 11008, and is pressed downward by a screw. 上端部分11014の下表面上の一段高い環状リング11020および11022を、チップの上表面と密着させ、ウェルを配置する。 The raised annular ring 11020 and 11022 on the lower surface of the upper end portion 11014, brought into close contact with the upper surface of the chip, to place a well. ウェル内の溶液を、チャンバ内の正の圧力に曝露させ、それによりミクロ流体デバイスの作動領域に押される。 The solution in the wells, exposed to positive pressure in the chamber, pushed thereby in the operating area of ​​the microfluidic device.

チップホルダによって与えられる下向きの圧力はまた、ローディングの間、基質からチップの層割れを防ぐという利点を提示する。 Downward pressure exerted by the tip holder also during loading, presents the advantage of preventing delamination of the chip from the substrate. この層割れの防止は、より高いプライム圧力の使用を可能にし得る。 Preventing this delamination may allow use of higher prime pressure.

図80において示されるチップホルダは、本発明に従う構造の1つの可能性のある実施形態を示すのみである。 Chip holder shown in FIG. 80, only illustrates one possible embodiment of the construction according to the present invention. 例えば、チップホルダはまた、チップの前部または後部のコントロールラインを出口ポート超えて適合させる第三部分を備え得、それによって、チップ内のバブル作動を制御するためにコントロールラインに圧力をかけることを可能にする。 For example, also the tip holder may include a third portion to adapt the front or rear of the control line of the chip beyond the outlet port, thereby applying pressure to the control line to control the bubbles operation in the chip to enable the. さらに、記載されたホルダの実施形態は、チップを見るためのウインドウを備えるが、一旦、チップ充填プロセスが完了すると、チップがホルダから取り外される場合は、(このウインドウは)必要ではないかもしれない。 Further, the embodiment of the holder described is provided with a window for viewing the tip, once the chip filling process is completed, if the chip is removed from the holder, (this window) may not be required .

なお他の代替的な実施形態において、本発明に従うチップホルダは、チップがその中に配置されるための、空間的および一時的温度のプロフィールを提供するための加温エレメントを備え得る。 In still other alternative embodiments, tip holder according to the invention, for chip disposed therein, may comprise a heating element for providing a profile of spatial and temporal temperature. このような代替的な実施形態は、加温エレメント(使い捨てであってもよい)を基板に直接組み込むことに関連する複雑性および費用を取り除く。 Such alternative embodiment, the heating element (which may be disposable) removing the complexity and costs associated with the incorporation directly into a substrate.

図80に図示されるチップホルダの特定の実施形態において、上端の部品は、ネジを回転させることによってチップにプレスされる。 In certain embodiments of the chip holder shown in Figure 80, part of the upper end is pressed to the chip by rotating the screw. しかし、本発明に従う代替の実施形態において、下向きの力は、プレスまたはロボットアームを介して加えられ得、それによって、底部ホルダ部品の必要性を潜在的に排除する。 However, in an alternate embodiment according to the present invention, a downward force is obtained added via a press or robotic arm, thereby potentially eliminating the need for bottom holder part.

さらに、図80に図示されるチップホルダの特定の実施形態において、正の圧力を加えることが可能なウェルを覆うシールは、エラストマーチップの準拠している上端表面内に、一段高いリングをプレスすることによって作製される。 Furthermore, in certain embodiments of the chip holder shown in Figure 80, the seal covering the positive wells capable of applying a pressure to the upper end inner surface that conforms elastomer chips, pressing the raised ring It is manufactured by. しかし、本発明の代替的な実施形態に従って、シールは、チップホルダへの可撓性o−リングを加えることによって作製され得る。 However, according to an alternative embodiment of the present invention, the seal can be made by adding a flexible o- ring to the chip holder. このようなo−リングは、硬い上端表面を特徴とするミクロ流体デバイスの実施形態を伴うチップホルダの使用を可能にする。 Such o- ring allows the use of a chip holder with an embodiment of the microfluidic device, wherein a hard upper surfaces.

最後に、本発明の実施形態に従うチップホルダ構造の使用は、タンパク質の結晶化に限定されず、多様な用途を実行するために、ミクロ流体チップ上への多量の溶液のローディングを可能にすることを認識することは重要である。 Finally, use of the tip holder structure according to an embodiment of the present invention is not limited to protein crystallization, in order to perform a variety of applications, allowing loading of a large amount of the solution onto the microfluidic chip to recognize is important.

本発明に従うエラストマーミクロ流体デバイスに圧力をかけるための構造の実施形態は、ミクロ流体デバイスの上端表面に接触し、そしてその中に配置される材料のウェルを取り囲むために構成される、その下方表面の、連続した一段高い縁を備えるホルダ部分を包含する。 Embodiment of a structure for applying pressure to the elastomeric microfluidic device according to the present invention contacts the upper end surface of the microfluidic device, and configured to enclose the wells of material disposed therein, the lower surface of embraces holder portion including a continuous raised edge. ミクロ流体デバイスの一段高い縁と上端表面との間の接触は、材料ウェルを覆う気密チャンバ、ミクロ流体デバイスの作動領域に材料ウェルの内容物を導くために、気密チャンバへ正の圧力をかけることを可能にする、チャンバとの連絡の開口部を規定する。 Contact between the raised edge and the upper end surface of the microfluidic device, the airtight chamber for covering the material well, in order to guide the contents of the materials well in the operating area of ​​the microfluidic device, applying a positive pressure to the hermetic chamber It enables, defining an opening of the communication with the chamber.

本発明に従って、液体材料でミクロ流体デバイスをプライムする方法の実施形態は、液体材料を有するミクロデバイスの上方表面の複数のウェルにローディングする工程を包含する。 In accordance with the present invention, an embodiment of a method of priming a microfluidic device with a liquid material comprising the step of loading a plurality of wells of the upper surface of the micro device with a liquid material. ホルダ部品は、上方表面に対して偏り、その結果、ホルダ部品の連続した一段高い縁は、ウェルの周囲の上方表面に対してプレスされ、チャンバはウェルの上に作製される。 Holder part, biased against the upper surface, as a result, continuous raised edges of the holder part is pressed against the upper surface of the periphery of the well, the chamber is fabricated on top of the well. ミクロ流体構造の作動領域内にウェルから材料を導くために、正の圧力を気密チャンバにかける。 To guide the material from the well to the operating region of the microfluidic structure, applying a positive pressure to the airtight chamber.

ミクロ流体エラストマーデバイス内のバルブを作動する方法の実施形態は、出口の上にチャンバを作製するために、連続する一段高い縁を有するホルダ部品を、複数のコントロールライン出口を有するミクロ流体デバイスの表面に適応させる工程を包含する。 Embodiment of a method of operating a valve in the microfluidic elastomer device in order to produce a chamber above the outlet, a holder part with a raised edge a continuous surface of a microfluidic device having a plurality of control lines exit comprising the step of adapting the. 正または負の圧力を、コントロールライン内で圧力を制御するために気密チャンバにかけ、それによって、コントロールラインと連絡するミクロ流体デバイスのエラストマーバルブ膜を作動させる。 A positive or negative pressure, applied to the airtight chamber to control the pressure in the control line, thereby activating the elastomer valve film of a microfluidic device in communication with the control line.

(11.標的物質) (11. target substance)
結晶化のための標的は多様である。 Targets for crystallization are diverse. 結晶化のための標的は、以下が挙げられるが、これらに限定されない:1)成体高分子(サイトゾルタンパク質、細胞外タンパク質、膜タンパク質、DNA、RNAおよびそれらの複雑な組み合わせ)、2)翻訳前に修飾された生体分子および翻訳後に修飾された生体分子(リン酸化、スルホン化、グルコシル化、ユビキチン化などのタンパク質、およびハロゲン化、脱塩基化(abasic)、アルキル化などの核酸、が挙げられるが、これらに限定されない);3)意図的に誘導した高分子(例えば、重原子で標識したDNA、RNAおよびタンパク質(およびそれらの複合体)、セレノメチオニンで標識したタンパク質および核酸(およびそれらの複合体)、ハロゲン化したDNA、RNAおよびタンパク質(およびそれらの複合体) Targets for crystallization include but are not limited to: 1) Adult polymer (cytosolic proteins, extracellular proteins, membrane proteins, DNA, RNA and complex combinations thereof), 2) Translation modified biomolecule and a biomolecule that is post-translationally modified before (phosphorylation, sulfonation, glycosylation, proteins such as ubiquitination, and halogenated, abasic reduction (abasic), include a nucleic acid, such as alkylation, it is are, but not limited to); 3) intentionally induced polymer (e.g., DNA with a heavy atom labeled, RNA and proteins (and complexes thereof), labeled proteins and nucleic acids with selenomethionine (and their complexes of), halogenated DNA, RNA and proteins (and complexes thereof) 4)ウイルス全体または巨大な細胞粒子(例えば、リボソーム、レプリソーム、スプライセオソーム、チューブリンフィラメント、アクチンフィラメント、染色体など)、5)低分子化合物(例えば、薬物、リード化合物、リガンド、塩および有機化合物または金属有機化合物、ならびに6)低分子/生体高分子複合体(例えば、薬物/タンパク質複合体、酵素/基質複合体、酵素/産物複合体、酵素/レギュレーター複合体、酵素/インヒビター複合体およびそれらの組み合わせ)。 4) virus in whole or giant cell particle (e.g., ribosomes, replisome, spliceosome, tubulin filaments, actin filaments, chromosomes, etc.), 5) low molecular weight compound (e.g., a drug, lead compounds, ligands, salts and organic compounds or metal organic compounds, and 6) low molecular / biopolymer complexes (e.g., drug / protein complexes, enzyme / substrate complexes, enzyme / product complexes, enzyme / regulator complexes, enzyme / inhibitor complex and their the combination of). このような標的は、生物学、生化学、物質科学、薬学、化学および物理学を含む広範な科学分野について研究の目標である。 Such targets, biology, biochemistry, is the goal of materials science, pharmacy, for a wide range of scientific disciplines, including chemical and physical studies.

可能なタンパク質修飾の非排他的な列挙は、以下の通りである:5'脱リン酸;デスモシン(リジンから);分解されたカルボキシメチル化メチオニン;オルニチン(アルギニンから);リシノアラニン(システインから);ランチオニン(システインから);デヒドロアラニン(システインから);CNBr処理によってMetから形成されたホモセリン;脱水(−H2O);S−γ−グルタミル(システインに架橋);O−γ−グルタミル−(セリンに架橋);セリンからデヒドロアラニン;アラニノヒスチジン(ヒスチジンのθ炭素またはπ炭素に架橋したセリン);Glnから形成されたピログルタミン酸;N−ピロリドンカルボニル(N末端);Nα−(γ−グルタミル)−リジン;N−(β−アスパルチル)−リジン(架橋);3,3' Nonexclusive enumeration of possible protein modifications are as follows: 5 'dephosphorylated; desmosine (lysine); degraded carboxymethylated methionine; ornithine (arginine); Rishinoaranin (cysteine); lanthionine (cysteine); dehydroalanine (cysteine); homoserine formed from Met by CNBr treatment; dehydration (-H 2 0); S-.gamma.-glutamyl (crosslinked cysteine); O-.gamma.-glutamyl - (crosslinking serine ); dehydroalanine serine; Ara Nino histidine (serine crosslinked to θ carbon or π carbon histidine); pyroglutamic acid formed from Gln; N-pyrrolidone carbonyl (N-terminal); N @ .alpha (.gamma.-glutamyl) - lysine ; N-(beta-aspartyl) - lysine (crosslinked); 3,3 ' ,5,5'−TerTyr(架橋);ジスルフィド結合形成(シスチン);S−(2−ヒスチジル)−(システインに架橋);S−(3−Tyr)(システインに架橋);3,3'−BiTyr(架橋);イソジTyr(架橋);アリシン(リジンから);アミド形成(C末端);アスパラギンおよびグルタミンの、アスパラギン酸およびグルタミン酸への脱アミド化;シトルリン(citrulline)(アルギニンから);シンデシン(syndesine)(リジンから);メチル化(N末端、リジンのNε、セリンのO、スレオニンまたはC末端、アスパラギンのN);δ−ヒドロキシ−アリシン(リジンから);ヒドロキシル化(リジンのδC、トリプトファンのβC、プロリンのC3またはC4、アスパラギン酸のβC);メチオニ , 5,5'-TerTyr (crosslinked); disulfide bond formation (cystine); S- (2-histidyl) - (crosslinked cysteine); S- (3-Tyr) (crosslinked cysteine); 3,3' BiTyr (crosslinked); age fifty Tyr (crosslinked); allicin (lysine); amide formation (C-terminus); asparagine and glutamine, deamidation of aspartic acid and glutamic acid; citrulline (citrulline) (arginine); Shindeshin ( Syndesine) (lysine); methylation (N-terminal, lysine Enuipushiron, O serine, threonine, or C-terminal asparagine of the N); .delta.-hydroxy - allicin (lysine); hydroxylated (lysine .delta.C, tryptophan .beta.c, C3 or C4 proline, .beta.c aspartic acid); methionine の酸化(スルホキシドに);スルフェン酸(システインから);ピルボイル−(セリン);3,4−ジヒドロキシ−フェニルアラニン(チロシンから)(DOPA);ナトリウム;エチル;N,Nジメチル化(アルギニンまたはリジン);2,4−ビスTrp−6,7−ジオン(トリプトファンから);ホルミル化(CHO);6,7ジオン(トリプトファンから);3,4,6−トリヒドロキシ−フェニルアラニン(チロシンから)(TOPA);3,4−ジヒドロキシル化(プロリン);メチオニンの酸化(スルホンに);3−塩素化(35Clを用いてチロシン);3−塩素化(37Clを用いてチロシン);カリウム;カルバミル化;アセチル化(N末端、リジンのNε、セリンのO)(Ac);N−トリメチル化(リジン);グル Oxidation of (sulfoxide in); sulfenic acid (cysteine); pyruvoyl - (serine); 3,4-dihydroxy - phenylalanine (tyrosine) (DOPA); sodium; ethyl; N, N-dimethyl-reduction (arginine or lysine); 2,4-bis Trp-6,7-dione (from tryptophan); formylation (CHO); 6, 7-dione (tryptophan); 3,4,6-trihydroxy - phenylalanine (tyrosine) (TOPA); 3,4 dihydroxylated (proline); (sulfone) oxidation of methionine; 3- chlorination (tyrosine with 35Cl); 3- chlorinated (tyrosine with 37Cl); potassium; carbamylated; acetylation (N-terminal, lysine Enuipushiron, O serine) (Ac); N-trimethylated (lysine); Group タミン酸のγカルボキシル化またはアスパラギン酸のβカルボキシル化;二ナトリウム;ニトロ(NO2);t−ブチルエステル(OtBu)およびt−ブチル(tBu);グリシル(−G−、−Gly−);カルボキシメチル(システイン上);ナトリウム+カリウム;セレノシステイン(セリンから);3,5−ジクロロ化(35Clを用いてチロシン);デヒドロアラニン(Dha);3,5−ジクロロ化(35Clと37Clとの混合物を用いてチロシン);ピルビン酸;アクリルアミジルまたはアクリルアミド付加体;サルコシル;アラニル(−A−、−Ala−);アセトアミドメチル(Acm);3,5−ジクロロ化(37Clを用いてチロシン);S−sn−1−グリセリル)(システイン上);グリセロールエステル(グル β-carboxylation of γ-carboxylation or aspartic acid glutamic acid; disodium; nitro (NO2); t-butyl ester (OtBu) and t-butyl (tBu); glycyl (-G -, - Gly-); carboxymethyl 3,5-dichloro-reduction (mixture of 35Cl and 37Cl; (cysteine ​​on); sodium + potassium; selenocysteine ​​(serine); 3,5-dichlorinated (with 35Cl tyrosine); dehydroalanine (Dha) tyrosine) used; pyruvic acid; acrylamide Gilles or acrylamide adducts; sarcosyl; alanyl (-A -, - Ala-); acetamidomethyl (Acm); 3,5-dichlorinated (tyrosine with 37Cl); S -sn-1-glyceryl) (on cysteine); glycerol esters (guru タミン酸側鎖上);グリシン(G、Gly);βメルカプトエタノール付加体;フェニルエステル(OPh)(酸性);3−ブロモ化(79Brを用いてチロシン);リン酸化(セリン、スレオニン、チロシンおよびアスパラギン酸のO、リジンのNε);3−ブロモ化(81Brを用いてチロシン);スルホン化(SO3H)(PMC基);硫酸化(チロシンのO);シクロヘキシルエステル(OcHex);ホモセリルラクトン;デヒドロアミノ酪酸(Dhb);γアミノブチリル;2−アミノ酪酸(Abu);2−アミノイソ酪酸(Aib);ジアミノプロピオニル;t−ブチルオキシメチル(Bum);N−(4−NH2−2−OH−ブチル)−(リジン)(ハイプシン);セリル(−S−、−Ser−);t−ブチルスルフェニル( Glutamic on acid side chains); glycine (G, Gly); beta-mercaptoethanol adducts; phenyl ester (OPh) (acidic); 3-bromo-reduction (tyrosine with 79Br); phosphorylation (serine, threonine, tyrosine and O aspartic acid, Enuipushiron lysine); 3-bromo-reduction (tyrosine with 81Br); sulfonated (SO3 H) (PMC group); sulfation (O tyrosine); cyclohexyl ester (OcHex); homo glyceryl lactone; dehydro amino acid (Dhb); gamma-aminobutyryl; 2-aminobutyric acid (Abu); 2- aminoisobutyric acid (Aib); diamino propionyl; t-butyloxymethyl (Bum); N- (4-NH2-2-OH- butyl ) - (lysine) (hypusine); seryl (-S -, - Ser -); t-butyl sulfenyl ( tBu);アラニン(A、Ala);サルコシン(Sar);アニシル;ベンジル(Bzl)およびベンジルエステル(OBzl);1,2−エタンジチオール(EDT);デヒドロプロリル;トリフルオロアセチル(TFA);N−ヒドロキシスクシンイミド(ONSu、OSu);プロリル(−P−、−Pro−);バリル(−V−、−Val−);イソバリル(−I−、−Iva−);t−ブチルオキシカルボニル(tBoc);スレオイル(−T−、−Thr−);ホモセリル(−Hse−);シスチル(−C−、−Cys−);ベンゾイル(Bz);4−メチルベンジル(Meb);セリン(S、Ser);HMP(ヒドロキシメチルフェニル)リンカー;チオアニシル;チオクレシル;ジフタミド(diphthamide) tBu); alanine (A, Ala); sarcosine (Sar); anisyl; benzyl (Bzl) and benzyl ester (OBzl); 1,2-ethanedithiol (EDT); Dehidoropuroriru; trifluoroacetyl (TFA); N - hydroxysuccinimide (ONSu, OSu); prolyl (-P -, - Pro-); valyl (-V -, - Val-); Isobariru (-I -, - Iva -); t- butyloxycarbonyl (tBoc) ; Threading oil (-T -, - Thr-); Homoseriru (-Hse-); Shisuchiru (-C -, - Cys-); benzoyl (Bz); 4-methylbenzyl (meB); serine (S, Ser) ; HMP (hydroxymethyl-phenyl) linker; Chioanishiru; Chiokureshiru; diphthamide (diphthamide) ヒスチジンから);ピログルタミル;2−ピペリジンカルボン酸(Pip);ヒドロキシプロリル(−Hyp−);ノルロイシル(−Nle−);イソロイシル(−I−、−Ile−);ロイシル(−L−、−Leu−);オルニチル(−Orn−);アスパラギル(−N−、−Asn−);t−アミルオキシカルボニル(Aoc);プロリン(P、Pro);アスパルチル(−D−、−Asp−);スクシニル;バリン(V、Val);ヒドロキシベンゾトリアゾールエステル(HOBt);ジメチルベンジル(diMeBzl);トレオニン(T、Thr);システイニル化;ベンジルオキシメチル(Bom);p−メトキシベンジル(Mob、Mbzl);4−ニトロフェニル、p−ニトロフェニル(ONp);システイン(C、Cy Histidine); pyroglutamyl; 2-piperidinecarboxylic acid (Pip); hydroxy prolyl (-Hyp-); norleucyl (-Nle-); isoleucyl (-I -, - Ile-); leucyl (-L -, - leu-); ornithyl (-Orn-); asparagyl (-N -, - Asn -); t- amyloxycarbonyl (Aoc); proline (P, Pro); aspartyl (-D -, - Asp-); succinyl; valine (V, Val); hydroxybenzotriazole ester (HOBt); dimethylbenzyl (diMeBzl); threonine (T, Thr); cysteinylation; benzyloxymethyl (Bom); p-methoxybenzyl (Mob, Mbzl); 4-nitrophenyl, p- nitrophenyl (ONp); cysteine ​​(C, Cy s);クロロベンジル(ClBzl);ヨウ素化(ヒスチジン[C4]またはチロシン[C3]);グルタミル(−Q−、−Gln−);N−メチルリジル;リジル(−K−、−Lys−);O−メチルアスパルタミル;グルタミル(−E−、−Glu−);Nα−(γ−グルタミル)−Glu;ノルロイシン(Nle);ヒドロキシアスパルタミル;ヒドロキシプロリン(Hyp);bb−ジメチルシステニル;イソロイシン(I、Ile);ロイシン(L、Leu);メチオニル(−M−、−Met−);アスパラギン(N、Asn);ペントース(Ara、Rib、Xyl);アスパラギン酸(D、Asp);Dmob(ジメトキシベンジル);ベンジルオキシカルボニル(Z);アダマンチル(Ada);p−ニトロベンジルエステル s); chlorobenzyl (ClBzl); iodination (histidine [C4] or tyrosine [C3]); glutamyl (-Q -, - Gln -); N- Mechirurijiru; lysyl (-K -, - Lys -); O - methyl aspartate Tamil; glutamyl (-E -, - Glu -); Nα- (γ- glutamyl) -Glu; norleucine (Nle); hydroxyaspartate Tamil; hydroxyproline (Hyp); bb-dimethyl system sulfonyl; isoleucine (I , Ile); leucine (L, Leu); methionyl (-M -, - Met-); asparagine (N, Asn); pentoses (Ara, Rib, Xyl); aspartate (D, Asp); Dmob (dimethoxybenzyl ); benzyloxycarbonyl (Z); adamantyl (Ada); p-nitrobenzyl ester (ONb);ヒスチジル(−H−、−His−);N−メチルグルタミル;O−メチルグルタミル;ヒドロキシリジル(−Hyl−);メチルメチオニル;グルタミン(Q、Gln);アミノエチルシステニル;ペントシル;デオキシヘキソース(Fuc、Rha);リジン(K、Lys);アミノエチルシステニル(−AECys−);4−グリコシルオキシ−(ペントシル、C5)(プロリン);メチオニルスルホキシド;グルタミン酸(E、Glu);フェニルアラニル−(−F−、−Phe−);ピリジルアラニル;フルオロフェニルアラニル;2−ニトロベンゾイル(NBz);メチオニン(M、Met);3−メチルヒスチジル;2−ニトロフェニルスルフェニル(Nps);4−トルエンスルホニル(トシル、Tos);3− (ONb); histidyl (-H -, - His -); N- methylglucamine Tamil; O-methylglucamine Tamil; hydroxy lysyl (-Hyl-); Mechirumechioniru; glutamine (Q, Gln); aminoethyl system sulfonyl; pentosyl ; deoxyhexose (Fuc, Rha); lysine (K, Lys); aminoethyl system sulfonyl (-AECys -); 4-glycosyl-oxy - (pentosyl, C5) (proline); methioninase sulfoxide; glutamate (E, Glu) ; phenylalanyl - (- F -, - Phe-); Pirijiruaraniru; fluorophenyl alanyl; 2-nitrobenzoyl (NBZ); methionine (M, Met); 3- Mechiruhisuchijiru; nitrophenylsulphenyl ( nps); 4-toluenesulfonyl (tosyl, Tos); 3- トロ−2−ピリジンスルフェニル(Npys);ヒスチジン(H、His);3,5−ジブロモ化(79Brを用いてチロシン);アルギニル(−R−、−Arg−);シトルリン;3,5−ジブロモ化(79Brおよび81Brの混合物を用いてチロシン);ジクロロベンジル(Dcb);3,5−ジブロモ化(81Brを用いてチロシン);カルボキシアミドメチルシステニル;カルボキシメチルシステニル;メチルフェニルアラニル;ヘキソースアミン(GalN、GlcN);カルボキシメチルシステイン(Cmc);N−グルコシル(リジンのN末端またはNε)(アミノケトース);O−グリコシル−(セリンまたはスレオニン);ヘキソース(Fru、Gal、Glc、Man);イノシトール;メチオニルスルホン;チロシ Toro 2-pyridinesulfenyl (Npys); Histidine (H, His); 3,5-dibrominated (tyrosine with 79Br); arginyl (-R -, - Arg-); citrulline; 3,5-dibromo reduction (tyrosine with a mixture of 79Br and 81Br); dichlorobenzyl (Dcb); 3,5-dibrominated (tyrosine with 81Br); carboxyamidomethyl system sulfonyl; carboxymethyl system sulfonyl; methyl phenylalanyl; hexoses amine (GalN, GlcN); carboxymethylcysteine ​​(Cmc); N-glucosyl (N-terminus or Nε lysine) (Aminoketosu); O-glycosyl - (serine or threonine); hexoses (Fru, Gal, Glc, Man) ; inositol; methionyl sulfone; tyrosine ニル(−Y−、−Tyr−);フェニルアラニン(F、Phe);2,4−ジニトロフェニル(Dnp);ペンタフルオロフェニル(Pfp);ジフェニルメチル(Dpm);ホスホセリル;2−クロロベンジルオキシカルボニル(CIZ);ナフチルアセチル(napthyl acetyl);イソプロピルリジル;N−メチルアルギニル、エタンジチオール(ethaneditohiol)/TFA環式付加体;カルボキシグルタミル(Gla);アセトアミドメチルシステニル;アクリルアミジルシステニル;アルギニン(R、Arg);N−グルクロニル(N末端);デルタ−グリコシルオキシ−(リジン)またはβ−グリコシルオキシ−(フェニルアラニンおよびチロシン);4−グリコシルオキシ−(ヘキソシル、C6)(プ Sulfonyl (-Y -, - Tyr-); Phenylalanine (F, Phe); 2,4-dinitrophenyl (Dnp); pentafluorophenyl (Pfp); diphenylmethyl (Dpm); phosphoseryl; 2-chloro-benzyloxycarbonyl ( CIZ); naphthylacetyl (napthyl acetyl); isopropyl lysyl; N- methyl arginyl, ethanedithiol (ethaneditohiol) / TFA cyclic adducts; carboxy guru Tamil (Gla); acetamidomethyl system sulfonyl; acrylamide Jill system sulfonyl; arginine ( R, Arg); N-glucuronyl (N-terminal); delta - glycosyl oxy - (lysine) or β- glycosyl oxy - (phenylalanine and tyrosine); 4-glycosyl-oxy - (hexosyl, C6) (flop リン);ベンジルセリル;N−メチルチロシニル;p−ニトロベンジルオキシカルボニル(4Nz);2,4,5−トリクロロフェニル;2,4,6−トリメチルオキシベンジル(Tmob);キサンチル(Xan);ホスホスレオニル;チロシン(Y、Tyr);クロロフェニルアラニル;メシチレン−2−スルホニル(Mts);カルボキシメチルリジル;トリプトファニル(−W−、−Trp−);N−リポイル−(リジン上);マトリックスαシアノMH+;ベンジルスレオニル;ベンジルシステニル;ナフチルアラニル;スクシニルアスパルタミル;スクシンイミドフェニルカルボ・・・;HMP(ヒドロキシメチルフェニル)/TFA付加体;N−アセチルヘキソースアミン(GalNAc、GlcNAc);トリプトファン( Phosphorus); Benjiruseriru; N- Mechiruchiroshiniru; p-nitrobenzyloxycarbonyl (4Nz); 2,4,5- trichlorophenyl; 2,4,6-methyloxy benzyl (TMOB); xanthyl (Xan); Hosuhosureoniru; tyrosine (Y, Tyr); chlorophenyl alanyl; mesitylene-2-sulfonyl (Mts); carboxymethyl lysyl; tryptophanyl (-W -, - Trp -); N-lipoyl - (on lysine); matrix α-cyano MH +; benzyl thread onyl; benzyl system sulfonyl; Nafuchiruaraniru; succinyl luer Sparta mill; succinimide phenylcarbonium · · ·; HMP (hydroxymethylphenyl) / TFA adduct; N- acetyl hexosamine (GalNAc, GlcNAc); tryptophan ( W、Trp);シスチン((Cys)2);ファルネシル化;S−ファルネシル−;ミリストレイル化(1つの二重結合を有するミリストイル);ピリジルエチルシステニル;ミリストイル化;4−メトキシ−2,3,6−トリメチルベンゼンスルホニル(Mtr);2−ブロモベンジルオキシカルボニル(BrZ);ホルミルトリプトファニル;ベンジルグルタミル;アニソール付加グルタミル;S−システニルシステニル;9−フルオレニルメチルオキシカルボニル(Fmoc);リポ酸(リジンへのアミド結合);ビオチニル化(リジンへのアミド結合);ジメトキシベンズヒドリル(Mbh);N−ピリドキシル(リジン上);ピリドキサルリン酸(リジンから形成されるシッフ塩基);ニコチニルリジル;ダンシル(Dns);2 W, Trp); cystine ((Cys) 2); farnesylation; S- farnesyl -; myristoleylamine reduction (one myristoyl having a double bond); pyridylethyl system sulfonyl; myristoylation; 4-methoxy-2,3 , 6-trimethylbenzene sulfonyl (Mtr); 2-bromo-benzyloxycarbonyl (BrZ); formate Milt script sulfanyl; benzyl guru Tamil; anisole added glutamyl; S- system sulfonyl system sulfonyl; 9-fluorenylmethyloxycarbonyl (Fmoc) ; (amide bond to lysine) lipoic acid; biotinylated (amide bond to lysine); dimethoxy benzhydrylamine (MBH is); N-pyridoxyl (on lysine); pyridoxal phosphate (Schiff base is formed from lysine); Nikochinirurijiru ; dansyl (Dns); 2 (p−ビフェニル)イソプロピル−オキシカルボニル(Bpoc);パルミトイル化;「トリフェニルメチル(トリチル、Trt)」;チロシニルスルフェート;ホスホチロシニル;Pbf(ペンタメチルジヒドロベンゾフランスルホニル);3,5−ジヨード化(チロシン);「3,5−ジ−I」;Nα−(γ−グルタミル)−Glu2;O−GlcNAc−1−ホスホリル化(セリン);「2,2,5,7,8−ペンタメチルクロマン−6−スルホニル(Pmc)」;ステアロイル化;ゲラニルゲラニル化;S−ゲラニルゲラニル;5'phos dシチジニル;ヨードチロシニル;アルドヘキソシルリジル;シアリル;N−アセチルノイラミン酸(シアル酸、NeuAc、NANA、SA);5'phos dチミジニル;5'phosシチ (P- biphenyl) isopropyl - oxycarbonyl (Bpoc); palmitoylation; "triphenylmethyl (trityl, Trt)"; Ciro senior Rusuru sulfate; Hosuhochiroshiniru; Pbf (pentamethyl-dihydrobenzo France sulfo sulfonyl); 3,5-diiodo of ( tyrosine); "3,5--I"; N @ .alpha (.gamma.-glutamyl) -Glu2; O-GlcNAc-1- phosphorylation (serine); "2,2,5,7,8 pentamethyl chroman - 6- sulfonyl (Pmc) "; stearoylation; geranylgeranylation; S- geranylgeranyl; 5'Phos d Shichijiniru; Yodochiroshiniru; aldohexoses Société ruri Jill; sialyl; N- acetylneuraminic acid (sialic acid, NeuAc, NANA, SA) ; 5'phos d Chimijiniru; 5'phos cytidine ニル;グルタチオン化;O−ウリジニル化(チロシン);5'phosウリジニル;S−ファルネシルシステニル;N−グリコールノイラミン酸(NeuGc);5'phos dアデノシル;O−パンテテインリン酸化(セリン);SucPhencarbリジル;5'phos dグアノシル;5'phosアデノシニル;O−5'−アデノシル化(チロシン);4'−ホスホパンテテイン;GL2;S−パルミチルシステニル;5'phosグアノシル;ビオチニルリジル;Hex−HexNAc;Nα−(γ−グルタミル)−Glu3;ジオクチルフタレート;PMCリジル;アエダンス(Aedans)システニル;ジオクチルフタレートナトリウム付加体;ジヨードチロシニル;PMCアルギニル;S−補酵素A;AMPリジル;3,5,3' Alkylsulfonyl; glutathionylation; O-uridinylated of (tyrosine); 5'Phos Uridinylated; S- farnesyl system sulfonyl; N- glycolic neuraminic acid (NeuGc); 5'phos d adenosyl; O-pan Tete Yinling oxide (serine); SucPhencarb lysyl; 5'Phos d Guanoshiru; 5'Phos Adenoshiniru; O-5'adenosylated (tyrosine); 4'phosphopantetheine; GL2; S- palmityl system sulfonyl; 5'Phos Guanoshiru; Biochinirurijiru; Hex -HexNAc; Nα- (γ- glutamyl) -Glu3; dioctyl phthalate; PMC lysyl; Aedansu (Aedans) Cysteinyl; dioctyl phthalate sodium adduct; diiodo tyrosinate sulfonyl; PMC arginyl; S- coenzyme A; AMP lysyl; 3, 5,3 ' トリヨードサイロニン;(チロシンから);S−(sn−1−ジパルミトイル−グリセリル)−(システイン上);S−(ADP−リボシル)−(システイン上);N−(ADP−リボシル)−(アルギニン上);O Triiodothyronine; (tyrosine); S- (sn-1-dipalmitoyl - glyceryl) - (on Cysteine); S- (ADP-ribosyl) - (on Cysteine); N-(ADP-ribosyl) - ( arginine on); O

−ADP−リボシル化(グルタミン酸またはC末端上);ADP−リボシル化(NADから);S−フィコシアノビリン(システイン上);S−ヘム(システイン上);Nθ−(ADP−リボシル)ジフタミド(ヒスチジン);NeuAc−Hex−HexNAc;MGDG;O−8α−フラビン([FAD])−(チロシン);S−(6−フラビン[FAD])−(システイン上);NθおよびNπ−(8α−フラビン)(ヒスチジン上);(Hex)3−HexNAc−HexNAc;(Hex)3−HexNAc−(dHex)HexNAc。 -ADP- ribosylation (on glutamic acid or C-terminal); ADP-ribosylation (from NAD); S- Fi co cyano villin (on Cysteine); S- heme (on Cysteine); Nθ- (ADP- ribosyl) diphthamide (histidine ); NeuAc-Hex-HexNAc; MGDG; O-8α- flavin ([FAD]) - (tyrosine); S- (6- flavin [FAD]) - (on cysteine); N.theta and Nπ- (8α- flavin) (on histidine); (Hex) 3-HexNAc-HexNAc; (Hex) 3-HexNAc- (dHex) HexNAc.

可能な核酸改変(例えば、塩基特異的改変、糖特異的改変、またはリン特異的改変)の非排他的な一覧は、以下の通りである:ハロゲン化(F、Cl、Br、I):無塩基部位;アルキル化;架橋可能な付加物(例えば、チオールまたはアジド);チオール化;脱アミド;蛍光基標識、およびグリコシル化。 Nucleic acid modification (e.g., base-specific modifications, sugar-specific modifications, or phospho-specific modifications) Nonexclusive list are: halogenated (F, Cl, Br, I): No base moiety; alkylation; crosslinkable adducts (e.g., thiols or azide); thiolated; deamidation; fluorescent group labeling, and glycosylation.

可能な重原子誘導体化剤の非排他的な一覧は、以下の通りである:ヘキサクロロイリジウム酸(III)カリウム;ヘキサクロロイリジウム酸(IV)カリウム;ヘキサクロロイリジウム酸(IV)ナトリウム;ヘキサクロロイリジウム酸(III)ナトリウム;ヘキサニトリトイリジウム酸(III)カリウム;ヘキサクロロイリジウム酸(III)アンモニウム;塩化イリジウム(III);ヘキサニトラトイリジウム酸(III)カリウム;臭化イリジウム(III);塩化バリウム(II);酢酸バリウム(II);硝酸カドミウム(II);ヨウ化カドミウム(II);硝酸鉛(II);酢酸鉛(II);塩化トリメチル鉛(IV);酢酸トリメチル鉛(IV);ヘキサクロロ鉛酸(IV)アンモニウム;塩化鉛(II);ヘキサ Possible non-exclusive list of heavy atom derivatives agents are: hexachloroiridate (III) potassium; hexachloroiridate (IV) potassium; hexachloroiridate (IV) sodium; hexachloroiridate (III ) sodium; hexa nitrite iridium acid (III) potassium; hexachloroiridate (III) ammonium; iridium chloride (III); hexane Sanitora preparative iridate (III) potassium; bromide iridium (III); barium chloride (II); barium acetate (II); cadmium nitrate (II); cadmium iodide (II); lead nitrate (II); lead acetate (II); trimethyl lead chloride (IV); acetate trimethyl lead (IV); hexachloro lead acid (IV ) ammonium; lead chloride (II); hexa ロロロジウム酸(III)ナトリウム;酢酸ストロンチウム(II);チオマロナト金酸(I)二ナトリウム;ジシアノ金酸(I)カリウム;ジシアノ金酸(I)ナトリウム;チオスルファト金酸(III)ナトリウム;テトラシアノ金酸(III)カリウム;テトラクロロ金酸(III)カリウム;テトラクロロ金酸(III)水素;テトラクロロ金酸(III)ナトリウム;テトラヨード金酸(III)カリウム;テトラブロモ金酸(III)カリウム;(アセタト−o)メチル水銀;メチル(ニトラト−o)水銀;クロロメチル水銀;ヨードメチル水銀;クロロエチル水銀;メチル水銀カチオン;トリエチル(m3−ホスファト(3−)−O,O',O'')トリ水銀eth;[3[(アミノカルボニル)アミノ]−2−メトキシプロピ Rororojiumu acid (III) sodium; strontium acetate (II); Chiomaronato aurate (I) disodium; dicyano aurate (I) potassium; dicyano aurate (I) sodium; thiosulfate aurate (III) sodium; tetracyano aurate ( III) potassium; tetrachloroaurate (III) potassium; tetrachloroaurate (III) hydrogen; tetrachloroaurate (III) sodium; tetraiodo aurate (III) potassium; tetrabromo aurate (III) potassium; (acetato - o) methylmercury; methyl (nitrato -o) mercury; chloromethyl mercury; iodomethyl mercury; chloroethyl mercury; methylmercury cation; triethyl (m3-phosphato (3 -) - O, O ', O' ') tri mercury eth; [3 [(aminocarbonyl) amino] -2-methoxy propyl ]クロム;1,4ジアセトキシ水銀2−3ジメトキシブタン;メトキシル(meroxyl)マーキュヒドリン;テトラキス(アセトキシ水銀)−メタン;1,4ビス(クロロ水銀)−2,3−ブタンジオール;ジアセトキシ水銀クロロ酢酸エチル(dame);酸化水銀(II);メチル水銀−2−メルカプトエタノール;3,6ビス(水銀メチルジオキサン酢酸);エチル水銀カチオン;Billman's dimercurial;パラクロロ水銀フェニルアセテート(pcma);水銀フェニルグリオキサル(mpg);Thiomersal、チオサリチル酸エチル水銀[emts];4−クロロマーキュリベンゼンスルホン酸(4−chloromercuribenesulphonic acid);2,6ジクロロ水銀−4 Chromium; 1,4-diacetoxy mercury 2-3 dimethoxybutane; methoxyl (Meroxyl) Makyuhidorin; tetrakis (acetoxy mercury) - methane; 1,4-bis (chloromethyl mercury) -2,3-butanediol; diacetoxy mercury chloroacetic acid ethyl (dame); mercuric oxide (II); methylmercury 2-mercaptoethanol; 3,6-bis (mercury methyl dioxane acetate); ethylmercury cation; Billman's dimercurial; para chloro mercury phenylacetate (PCMA); mercury phenylglycidic oxalyl (mpg); thiomersal, thiosalicylic acid ethylmercury [emts]; 4- chloro-mer Curie benzenesulfonic acid (4-chloromercuribenesulphonic acid); 2,6-dichloro-mercury -4 −ニトロフェノール(dcmnp);[3−[[2(カルボキシメトキシ)ベンゾイル]アミノ(mino)−2メトキシprop;パラクロロ水銀ベンゾエート(pcmb),4−クロロ水銀;(アセタト−o)フェニル水銀;安息香酸フェニル水銀(pmb);パラヒドロキシ水銀ベンゾエート(phmb);イミドコハク酸水銀/水銀スクシンイミド;3−ヒドロキシ水銀ベンズアルデヒド;2−アセトキシ水銀スルファニルアミド(sulhpanilamide);3−アセトキシ水銀−4アミノベンゼンスルホンアミド;メチル水銀チオグリコール酸(thioclycolic acid)(mmtga);2−ヒドロキシ水銀−トルエン−4−スルホン酸(hmts);アセトアミノフェニル水銀アセテート(apma);[ - nitrophenol (dcmnp); [3 - [[2 (carboxymethoxy) benzoyl] amino (mino) -2-methoxy-prop; para chloro mercury benzoate (PCMB), 4-chloro-mercury; (acetato -o) phenylmercury; benzoic acid phenylmercuric (pmb); para-hydroxy mercury benzoate (PHMB); Imidokohaku acid mercury / mercuric succinimide; 3-hydroxy mercury benzaldehyde; 2-acetoxy mercury sulfanilamide (sulhpanilamide); 3- acetoxy mercury -4-aminobenzene sulfonamide; methylmercury thioglycolic acid (thioclycolic acid) (mmtga); 2- hydroxy mercury - toluene-4-sulfonic acid (HMTs); acetaminophenyl mercuric acetate (APMA); [ 3−[(アミノカルボニル)アミノ]−3−メトキシプロピル2−クロロ;パラ−ヒドロキシ水銀ベンゼンスルホネート(phmbs);オルト−クロロ水銀フェノール(ocmp);ジアセトキシ水銀ジプロピレンジオキシド(dmdx);パラ−アセトキシ水銀アニリン(pama);(4−アミノフェニル)クロロ水銀;アニリン水銀カチオン;3−ヒドロキシ−水銀−sスルホサリチル酸(msss);3または5ヒドロキシ水銀サリチル酸(hmsa);ジフェニル水銀;2,6ジアセトキシ水銀メチル1−4チオキサン(dmmt);2,5−ビス(bls)(クロロ水銀)フラン;オルトクロロ水銀ニトロフェノール(ocmnp);5−水銀デオキシウリジンモノ硫酸;サリチル酸水銀;[3−[[2−(カルボキシメトキ 3 - [(aminocarbonyl) amino] -3-methoxy-propyl 2-chloro; para - hydroxy mercury benzene sulfonate (Phmbs); ortho - chloro mercury phenol (OCMP); diacetoxy mercury dipropylene dioxide (Dmdx); para - acetoxy mercury aniline (PAMA); (4-aminophenyl) chloromercuri; aniline mercury cation; 3-hydroxy - mercury -s sulfosalicylic acid (MSSS); 3 or 5-hydroxy mercury salicylate (HMSA); diphenyl mercury; 2,6-diacetoxy mercury methyl 1-4 thioxane (DMMT); 2,5-bis (bls) (chloro mercury) furan; Orutokuroro mercury nitrophenol (Ocmnp); 5-mercury deoxyuridine monosulfate; salicylate mercury; [3 - [[2- ( Karubokishimetoki )ベンゾイル]アミノ−2−メトキシpro;3,3ビス(ヒドロキシ水銀)−3−ニトラト水銀ピルビン酸(pyruvic);3−クロロ水銀ピリジン;3,5ビスアセトキシ水銀メチルモルホリン;オルト−水銀フェノールカチオン;パラ−カルボキシメチルメルカプト水銀ベンゼンスルホニル;パラ−水銀ベンゾイルグルコサミン;3アセトオシ水銀(acetetoxymercuri)−5−ニトロサリチルアルデヒド(msa);テトラクロロ水銀(II)アンモニウム;テトラチオシアナト水銀(II)カリウム;テトラチオシアナト水銀(II)ナトリウム;テトライソチオシアナト水銀(II)カリウム;テトラヨード(tetraido)水銀(II)カリウム;テトラチオシアナト水銀(II)アンモニウム;テ ) Benzoyl] amino-2-methoxy-pro; 3,3-bis (hydroxymethyl mercury) -3-nitrato mercury pyruvate (Pyruvic); 3- chloro mercury pyridine; 3,5 Bisuasetokishi mercury methylmorpholine; ortho - mercury phenol cation; para - carboxymethyl methylmercapto mercury benzenesulfonyl; para - mercury benzoyl glucosamine; 3 Asetooshi mercury (acetetoxymercuri) -5- nitro salicylaldehyde (msa); tetrachloro mercury (II) ammonium; tetra thiocyanatophenyl mercury (II) potassium; tetra thiocyanato mercury (II) sodium; tetra isothiocyanato mercury (II) potassium; tetraiodo (tetraido) mercury (II) potassium; tetra thiocyanatophenyl mercury (II) ammonium; Te ラブロモ水銀(II)カリウム;テトラシアノ水銀(II)カリウム;臭化水銀(II);チオシアン酸水銀(II);シアン化水銀(II);ヨウ化水銀(II);塩化水銀(II);酢酸水銀(II);酢酸水銀(I);ジクロロジアミノ水銀(II);β水銀−メルカプトエチルアミン塩酸;硫酸水銀(II);水銀(II)クロロanilate;酢酸二水銀;クロロ(2−オキソエチル)水銀;硝酸フェノール水銀;メルカプトエタノール水銀;塩化水銀メルカプトエチルアミン;チオグリコール酸水銀(ナトリウム塩);o−ヒドロキシ水銀−p−ニトロフェノール/2−ヒドロキシ水銀−4−;パラクロロ水銀フェノール(pcmp);チオサリチル酸アセチル水銀(amts);ヨウ素;ヨウ化カリウム(ヨウ素);4−ヨ Raburomo mercury (II) potassium; tetracyano mercury (II) potassium; mercuric bromide (II); mercury thiocyanate (II); mercury cyanide (II); mercury iodide (II); mercuric chloride (II); mercuric acetate (II); mercuric acetate (I); dichloro diamino mercury (II); beta mercury - mercaptoethylamine hydrochloride; mercury sulfate (II); mercury (II) chloro Anilate; acid mercuric; chloro (2-oxoethyl) mercury; nitric phenol mercury; mercaptoethanol mercury; mercury-mercaptoethylamine chloride; thioglycolate mercury (sodium salt); o-hydroxy mercury -p- nitrophenol / 2-hydroxy mercury-4; para chloro mercury phenol (pcmp); thiosalicylic acid acetyl mercury (AMTS); iodine; potassium iodide (iodine); 4- Yo ドピラゾール;O−ヨードベンゾイルグルコサミン(O−iodobenzoylglucasamine);P−ヨードベンゾイルグルコサミン(P−iodobenzoylglucasamine);ヨウ化カリウム/クロラミンt;ヨウ化アンモニウム;3−イソチオシアナト−4−ヨードベンゼンスルホンネート;ヨウ化カリウム;3'−ヨードフェニルトリアジン(3'−iodo phenyltrazine);4'−ヨードフェニルトリアジン(4'−iodo phenyltrazine);ヨウ化ナトリウム/ヨウ素;硝酸銀;トリニトリドスルホキシル酸銀();Tobenamed;塩化サマリウム(III);塩化ツリウム(III);塩化ルテチウム(III);塩化ユーロピウム(III);塩化テルビウム( Dopirazoru; O-iodo-benzoyl-glucosamine (O-iodobenzoylglucasamine); P- iodobenzoyl glucosamine (P-iodobenzoylglucasamine); potassium iodide / chloramine t; ammonium iodide; 3-isothiocyanato-4-iodobenzene sulfonic sulfonate; potassium iodide; 3'-iodophenyl triazine (3'-iodo phenyltrazine); 4'- iodophenyl triazine (4'-iodo phenyltrazine); sodium iodide / iodine; nitrate; tri nitridosilicate sulfoxylate silver (); Tobenamed; samarium chloride (III); thulium (III) chloride; lutetium chloride (III); europium chloride (III); terbium chloride ( II);塩化ガドリニウム(III);塩化エルビウム(III);塩化ランタン(III);硝酸サマリウム(III);酢酸サマリウム(III);サマリウム(III)カチオン;塩化プラセオジミウム(III);塩化ネオジミウム(III);塩化イッテルビウム(III);硫酸ツリウム(III);硫酸イッテルビウム(III);硫酸ガドリニウム(III);酢酸ガドリニウム(III);塩化ジスプロシウム(III);硝酸エルビウム(III);塩化ホルミウム(III);塩化ペンタアミノルテニウム(III);セシウムニトリドトリオキソ(nitridotiroxo)オスミウム(viii);テトラオキソオスミウム酸カリウム;ヨウ化ヘキサアミノオスミウム(III);ヘキサクロロオスミウム酸 II); gadolinium (III) chloride; erbium (III) chloride; lanthanum (III) chloride; samarium nitrate (III); samarium acetate (III); samarium (III) cation; chloride praseodymium (III); neodymium (III) chloride ; ytterbium chloride (III); thulium sulfate (III); sulfate ytterbium (III); sulfate gadolinium (III); gadolinium acetate (III); dysprosium chloride (III); erbium nitrate (III); holmium chloride (III); chloride penta amino ruthenium (III); cesium nitridosilicate trioxospiro (nitridotiroxo) osmium (viii); potassium tetra oxo osmate; iodide hexamino osmium (III); hexachloro osmate (IV)アンモニウム;塩化オスミウム(III);ヘキサクロロオスミウム酸(IV)カリウム;トリクロロトリスカルボニルオスミウム酸(? (IV) ammonium; osmium (III); hexachloro osmate (IV) potassium; trichlorotris carbonyl osmate (? )セシウム;ジニトリドジアミン白金(II);シスジクロロジメチルアミン(dichlorodimethylammido)白金(II);ジクロロジアンミン白金(II);ジブロモジアンミン白金(II);ジクロロエチレンジアミン白金(II);ジクロロジニトリト白金酸(II)カリウム;ジエチレンジアミン(Diethylenediamene)白金(II);ジオキシラト白金酸(II)カリウム;ジクロロビス(ピリジン)白金(II);カリウム(トリメチル ジベンジルアミン)白金(?);テトラブロモ白金酸(II)カリウム;テトラクロロ白金酸(II)カリウム;テトラニトリト白金(II)カリウム;テトラシアノ白金酸(II)カリウム;テトラシアノ白金酸(II)ナトリウム;テトラチオシア ) Cesium; dinitrilo de-diamine platinum (II); cis-dichloro-dimethylamine (Dichlorodimethylammido) platinum (II); dichloro-diammine platinum (II); dibromo-diammine platinum (II); dichloro ethylenediamine platinum (II); dichloro Gini Triton chloroplatinic acid (II) potassium; diethylenediamine (Diethylenediamene) platinum (II); Jiokishirato platinic acid (II) potassium; dichlorobis (pyridine) platinum (II); potassium (trimethyl dibenzylamine) platinum (?); tetrabromo platinic acid (II) potassium; potassium tetrachloroplatinate (II); Tetoranitorito platinum (II) potassium; tetracyano chloroplatinic acid (II) potassium; tetracyano chloroplatinic acid (II) sodium; Tetorachioshia ナト白金酸(II)カリウム;テトラニトリト白金酸(II)アンモニウム;テトライソシアナト白金酸(II)カリウム;テトラシアノ白金(II)アンモニウム;テトラクロロ白金酸(II)アンモニウム;ジニトリトジオキサラト白金酸(IV)カリウム;ジクロロテトラアミノ(Dichlorotetraammino)白金(IV);ジブロモジニトリトジアンミン白金(IV);ヘキサニトリト白金酸(IV)カリウム;ヘキサクロロ白金酸(IV)カリウム;ヘキサブロモ白金酸(IV)カリウム;ヘキサクロロ白金酸(IV)ナトリウム;ヘキサヨード白金酸(IV)カリウム;ヘキサチオシアナト白金酸(IV)カリウム;テトラクロロビス(ピリジン)白金(IV);ヘキサクロロ白金酸(IV)アンモニウム;ジ− Isocyanatomethyl chloroplatinic acid (II) potassium; Tetoranitorito chloroplatinic acid (II) ammonium; tetra isocyanatomethyl chloroplatinic acid (II) potassium; tetracyano platinum (II) ammonium; tetrachloroplatinate (II) ammonium; Gini Triton Geo Kisara preparative chloroplatinic acid ( IV) potassium; dichlorotetrafluoroethane amino (Dichlorotetraammino) platinum (IV); dibromo Gini Triton diammine platinum (IV); Hekisanitorito chloroplatinic acid (IV) potassium; potassium hexachloroplatinate (IV); hexabromo platinic acid (IV) potassium; hexachloroplatinate acid (IV) sodium; Hekisayodo chloroplatinic acid (IV) potassium; hexa thiocyanatophenyl chloroplatinic acid (IV) potassium; tetrachlorobis (pyridine) platinum (IV); hexachloroplatinate (IV) ammonium; di - −ヨードビス(エチレンジアミン)二白金(II)n;ヘキサイソチオシアナト白金酸(IV)カリウム;テトラヨード白金酸(II)カリウム;2,2',2''ターピリジル白金(II);2ヒドロキシエタンチオレート(2,2',2''ターピリジン(terpyeidine))pla;テトラニトロ白金酸(II)カリウム;硝酸トリメチル白金(II);テトラオキソレニウム酸(VII)ナトリウム;テトラオキソレニウム酸(VI)カリウム;テトラオキソレニウム酸(VII)カリウム;ヘキサクロロレニウム(IV)カリウム;塩化レニウム(III);ヘキサクロロレニウム酸(IV)アンモニウム;二塩化ジメチルすず(II);硝酸トリウム(IV);オキシ塩化ウラン(VI);オキシ硝酸ウラン(VI);オキシ酢 - Yodobisu (ethylenediamine) diplatinum (II) n; hexa isothiocyanato chloroplatinic acid (IV) potassium; tetraiodo platinic acid (II) potassium; 2,2 ', 2' 'terpyridyl platinum (II); 2-hydroxy-ethane thiolate (2,2 ', 2' 'terpyridine (terpyeidine)) pla; potassium tetranitroplatinate acid (II); nitrate trimethyl platinum (II); tetra oxo perrhenate (VII) sodium; tetra oxorhenium acid (VI) potassium; tetra potassium oxorhenium acid (VII); hexachloro rhenium (IV) potassium; rhenium chloride (III); hexachloro perrhenate (IV) ammonium; dimethyltin dichloride (II); nitric thorium (IV); oxy uranium chloride (VI); oxynitrate uranium (VI); oxy vinegar 酸ウラン(VI);オキシピロリン酸ウラン(VI);ペンタフルオロオキシウラン酸(VI)カリウム;ペンタフルオロオキシウラン酸(VI)ナトリウム;ナノフルオロジオキシウラン酸(VI)カリウム;トリ酢酸オキシウラン酸(VI)ナトリウム;オキシシュウ酸ウラン(VI);セレノシアン酸アニオン;タングステン酸ナトリウム;12−タングストリン酸ナトリウム;酢酸タリウム(I);フッ化タリウム(I);硝酸タリウム(I);テトラクロロパラジウム酸(II)カリウム;テトラブロモパラジウム酸(II)カリウム;テトラシアノパラジウム酸(II)カリウム;テトラヨードパラジウム酸(II)カリウム;塩化コバルト(II)。 Acid uranium (VI); oxy pyrophosphate uranium (VI); pentafluoro oxy uranium (VI) acid potassium; pentafluoro oxy uranium (VI) acid sodium; nano-fluoro dioxy uranium (VI) acid potassium; triacetate oxy Uranium acid (VI) sodium; titanyl oxalate uranium (VI); selenocyanate anion; sodium tungstate; sodium 12-tungstophosphoric acid; thallium acetate (I); thallium fluoride (I); thallium nitrate (I); tetrachloropalladate acid (II) potassium; tetrabromophthalic palladium acid (II) potassium; tetracyanoethylene palladium acid (II) potassium; tetraiodofluorescein palladium acid (II) potassium; cobalt chloride (II).

チップを形成し得るPDMS材料は、これらの標的の多く(特に、生物学的サンプル)に十分に適している。 PDMS material capable of forming a chip, many of these targets (especially biological samples) are well suited for. PDMSは、そのような分子が可溶化状態でそれらの適切な形状、折り畳み、および活性を維持することを可能にする、非反応性で生物学的に不活性な化合物である。 PDMS is their proper shape such molecules are solubilized state, folding, and makes it possible to maintain the activity, with a non-reactive biologically inactive compounds. このマトリクスおよび系は、数百ダルトンからメガダルトンのレジーム(regime)の範囲の標的サイズおよび分子量に適応し得る。 The matrix and system can be adapted from a few hundred Daltons to a target size and molecular weight in the range of regimes mega Daltons (regime). 小タンパク質およびペプチドからウイルスおよび高分子複合体にわたる生物学的標的がこの範囲に含まれ、そして、一般的に、3〜10kDaから>1〜2MDaのいずれかの大きさである。 Biological targets ranging viruses and macromolecular complexes from the small proteins and peptides are included in this range, and, in general, is any size of> 1~2MDa from 3~10KDa.

(12.溶質/試薬の型) (Type of 12. solute / reagent)
結晶化スクリーニングの間に、多くの化学化合物が使用され得る。 During crystallization screening, a number of chemical compounds can be used. これらの化合物としては、塩、低分子量有機化合物および高分子量有機化合物、緩衝液、リガンド、低分子薬剤、界面活性剤、ペプチド、架橋剤、ならびに誘導体化剤が挙げられる。 These compounds, salts, low molecular weight organic compounds and high molecular weight organic compound, a buffer, a ligand, a small molecule drug, a surfactant, a peptide, a crosslinking agent, and derivatives of agents. 合わせて、これらの化学物質は、液滴中のイオン強度、pH、溶質濃度、および標的濃度を変化させるために使用され得、そして標的を改変するためにさえも使用され得る。 Together, these chemicals, ionic strength of the droplet, pH, obtained is used to change the solute concentration, and target concentration, and even to modify the target may also be used. 結晶化を達成するためのこれらの化学物質の所望の濃度は変化し得、そしてナノモル濃度からモル濃度の範囲であり得る。 The desired concentration of these chemicals in order to achieve crystallization vary and, and may be from nanomolar range of molar concentrations. 代表的な結晶化混合物は、固定されているが、経験的に決定された型および濃度の「沈殿剤」、緩衝液、塩、および他の化学添加物(例えば、金属イオン、塩、低分子化学添加物、凍結防止剤、など)のセットを含む。 Typical crystallization mixture has been fixed, empirically "precipitant" of the determined type and concentration, buffers, salts and other chemical additives, (e.g., metal ions, salts, low molecular chemical additives, contains a set of anti-freezing agent, etc.). 水は、多くの生物学的標的の結晶化試験において重要な溶媒である。 Water is an important solvent in crystallization trials of many biological targets. なぜならば、これらの分子の多くは、活性および折り畳みを維持するために水和する必要があり得るからである。 Because many of these molecules, since it may be necessary to hydrate in order to maintain activity and folding.

加圧化ガスプライミング(POP)技術と結び付けて上述したように、気体に対するPDMSの浸透性、およびPDMSと溶媒との適合性は、使用する沈殿剤を決定する上で重要な因子であり得る。 As described above in connection with pressurization gas priming (POP) technique, the permeability of PDMS to gases, and PDMS and compatibility with solvent can be an important factor in determining the precipitating agent used.

「沈殿」剤は、標的を可溶状態から不溶状態への押し進めるよう作用し、そして容積の排除、溶媒の誘電率の変更、電荷遮蔽、および分子の集中化をもって作用し得る。 "Precipitation" agent acts urge the target from the soluble state into insoluble state, and elimination of the volume change of the dielectric constant of the solvent can act with a centralization of charge shielding, and molecules. このチップの特定の実施形態のPDMS材料と適合性の沈殿剤としては、不揮発性塩、高分子量ポリマー、極性溶媒、水溶液、高分子量アルコール、二価金属が挙げられるがこれらに限定されない。 The compatibility of precipitant with PDMS material particular embodiment of the chip, no non-volatile salts, high molecular weight polymer, a polar solvent, aqueous, high molecular weight alcohols, including but divalent metal limitation.

沈殿化合物(高分子量有機物質および低分子量有機物質、ならびに特定の塩が挙げられる)は、1%未満〜40%より高い濃度、または<0.5M〜4Mより高い濃度で使用され得る。 Precipitate compound (high molecular weight organic material and a low molecular weight organic substances, as well as certain salts) it can be used at higher concentrations higher than 40% less than 1% concentration or <0.5M~4M,. 水自体は、可溶性を維持するために特定レベルのイオン強度を必要とするサンプルに対して、沈殿様式で作用し得る。 Water itself, for samples that require ionic strength for a particular level in order to maintain the solubility may act precipitation manner. 多くの沈殿剤はまた、結晶化スクリーニングの化学的多様性を増加させるために、互いに混合され得る。 Many precipitating agents In order to increase the chemical diversity of the crystallization screen, may be mixed with one another. 本明細書に記載されるミクロ流体デバイスは、広範囲のこのような化合物に容易に適合され得る。 Microfluidic devices described herein can be readily adapted to a wide range of such compounds. さらに、多くの沈殿剤(例えば、長鎖有機物質および短鎖有機物質)は、高濃度で非常に粘稠性であり、ほとんどの流体操作デバイス(例えば、ピペットまたはロボットシステム)に対して問題を引き起こす。 Furthermore, many of the precipitating agent (e.g., long chain organic substances and short chain organic material) is very viscous at high concentrations, most of the fluid handling device (e.g., pipette or robot system) problems for cause. 本発明の実施形態に従うミクロ流体デバイスのポンプおよびバルブの作用により、粘稠性因子の操作が可能となる。 The pump and the action of valves of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention, the user can operate viscous factors.

特定のエラストマー材料と適合性の溶媒/沈殿剤の調査は、最適な結晶化剤を同定するために実施され得、最適な結晶化剤は、標準的なスクリーニングよりも効率的な、チップ用に仕立てられた結晶化スクリーニング反応を開発するのに使用され得る。 Survey of compatible solvent / precipitant with specific elastomeric material, be practiced to identify optimal crystallization agent, optimal crystallization agent, more efficient than standard screening, the chip It may be used to develop tailored crystallization screening reactions.

沈殿剤として使用され得る塩の非排他的な一覧は、以下の通りである:酒石酸塩(Li、Na、K、Na/K、NH4);リン酸塩(Li、Na、K、Na/K、NH4);酢酸塩(Li、Na、K、Na/K、Mg、Ca、Zn、NH4);蟻酸塩(Li、Na、K、Na/K、Mg、NH4);クエン酸塩(Li、Na、K、Na/K、NH4);塩化物塩(Li、Na、K、Na/K、Mg、Ca、Zn、Mn、Cs、Rb、NH4);硫酸塩(Li、Na、K、Na/K、NH4);リンゴ酸塩(Li、Na、K、Na/K、NH4);グルタミン酸塩(Li、Na、K、Na/K、NH4)。 Is capable nonexclusive list of salts used as the precipitating agent, is as follows: tartrate (Li, Na, K, Na / K, NH4); phosphate (Li, Na, K, Na / K , NH4); acetate (Li, Na, K, Na / K, Mg, Ca, Zn, NH4); formate salt (Li, Na, K, Na / K, Mg, NH4); citrate (Li, Na, K, Na / K, NH4); chloride salt (Li, Na, K, Na / K, Mg, Ca, Zn, Mn, Cs, Rb, NH4); sulfate (Li, Na, K, Na / K, NH4); malate (Li, Na, K, Na / K, NH4); glutamate (Li, Na, K, Na / K, NH4).

沈殿剤として使用され得る有機性材料の非排他的な一覧は、以下の通りである:PEG400;PEG1000;PEG1500;PEG2k;PEG3350;PEG4k;PEG6k;PEG8k;PEG10k;PEG20k;PEG−MME550;PEG−MME750;PEG−MME2k;PEG−MME5k;PEG−DME2k;ジオキサン;メタノール;エタノール;2−ブタノール;n−ブタノール;t−ブタノール;Jeffamine M−600;イソプロパノール;2−メチル−2,4−ペンタンジオール;1,6ヘキサンジオール。 Non-exclusive list of organic materials which may be used as the precipitating agent, is as follows: PEG400; PEG1000; PEG1500; PEG2k; PEG3350; PEG4k; PEG6k; PEG8k; PEG10k; PEG20k; PEG-MME550; PEG-MME750 ; PEG-MME2k; PEG-MME5k; PEG-DME2k; dioxane; methanol; ethanol; 2-butanol; n-butanol; t-butanol; Jeffamine M-600; isopropanol; 2-methyl-2,4-pentanediol; 1 , 6-hexane diol.

溶液のpHは、緩衝化剤の含有により変更され得る;生物学的材料の代表的なpH範囲は、3.5〜10.5の値の間のいずれかであり、そして緩衝液の濃度は、一般的に、0.01Mと0.25Mとの間である。 The pH of the solution can be modified by the inclusion of buffering agents; typical pH range of biological materials can be either between the values ​​of 3.5 to 10.5, and the concentration of the buffer is generally it is between 0.01M and 0.25M. 本明細書中に記載されるミクロ流体デバイスは、広範囲のpH値(特に、生物学的標的に適したpH値)に容易に適合され得る。 Microfluidic devices described herein, a wide range of pH values ​​(especially, pH value suitable for the biological target) can readily be adapted.

可能な緩衝剤の非排他的な一覧は、以下の通りである:酢酸ナトリウム;HEPES;カコジル酸ナトリウム;クエン酸ナトリウム;コハク酸ナトリウム;リン酸ナトリウムカリウム;TRIS;マレイン酸TRIS;マレイン酸イミダゾール;ビストリスプロパン;CAPSO、CHAPS、MES、およびイミジゾール(imidizole)。 Possible non-exclusive list of the buffer is as follows: sodium acetate; potassium sodium phosphate;; HEPES; sodium cacodylate; sodium citrate; sodium succinate TRIS; maleic acid TRIS; imidazole maleate; bis tris propane; CAPSO, CHAPS, MES, and imidizole (imidizole).

添加物は、標的の溶解度および/または活性の挙動に影響を及ぼす低分子である。 Additive is a low molecular affect the behavior of the target in the solubility and / or activity. このような化合物は、結晶化スクリーニングを迅速化し得るか、または標的の代替の結晶形態を生成し得る。 Such compounds may produce alternate crystal forms of or may speed up the crystallization screening or targeted. 添加物は、化学物質のほぼ全ての考えられ得る形態を取り得るが、代表的には、一価塩または多価塩(無機または有機)、酵素リガンド(基質、生成物、アロステリックエフェクター)、化学架橋剤、界面活性剤および/または脂質、重金属、有機金属化合物、微量の沈殿剤、ならびに低分子量有機物質である。 Additives, may take almost any thought may form chemical, typically monovalent salt or multivalent salt (inorganic or organic), enzyme ligands (substrates, products, allosteric effectors), chemical crosslinking agents, surfactants and / or lipid, heavy metals, organometallic compounds, trace amounts of precipitating agents, as well as low molecular weight organic material.

以下は、可能な添加物の非排他的な一覧である:2−ブタノール;DMSO;ヘキサンジオール;エタノール;メタノール;イソプロパノール;フッ化ナトリウム;フッ化カリウム;フッ化アンモニウム;無水塩化リチウム;塩化マグネシウム六水和物;塩化ナトリウム;塩化カルシウム二水和物;塩化カリウム;塩化アンモニウム;ヨウ化ナトリウム;ヨウ化カリウム;ヨウ化アンモニウム;チオシアン酸ナトリウム;チオシアン酸カリウム;硝酸リチウム;硝酸マグネシウム六水和物;硝酸ナトリウム;硝酸カリウム;硝酸アンモニウム;蟻酸マグネシウム;蟻酸ナトリウム;蟻酸カリウム;蟻酸アンモニウム;酢酸リチウム二水和物;酢酸マグネシウム四水和物;酢酸亜鉛二水和物;酢酸ナトリウム三水和物;酢酸カルシウム水和物; The following are non-exclusive list of additives which can be: 2-butanol; DMSO; hexanediol; ethanol; methanol; isopropanol; sodium fluoride; potassium fluoride; ammonium fluoride; anhydrous lithium chloride; magnesium chloride six hydrate; sodium chloride; potassium thiocyanate; calcium chloride dihydrate; potassium chloride; ammonium chloride; sodium iodide; potassium iodide; ammonium iodide; sodium thiocyanate, lithium nitrate, magnesium nitrate hexahydrate; sodium nitrate; potassium nitrate; ammonium nitrate; magnesium formate; sodium formate; potassium formate; ammonium formate; magnesium acetate tetrahydrate; lithium acetate dihydrate zinc acetate dihydrate; sodium acetate trihydrate; calcium acetate water thereof; 酸カリウム;酢酸アンモニウム;硫酸リチウム一水和物;硫酸マグネシウム七水和物;硫酸ナトリウム十水和物;硫酸カリウム;硫酸アンモニウム;酒石酸二ナトリウム二水和物;酒石酸カリウムナトリウム四水和物;酒石酸二アンモニウム;リン酸二水素ナトリウム一水和物;リン酸水素二ナトリウム二水和物;リン酸二水素カリウム;リン酸水素二カリウム;リン酸二水素アンモニウム;リン酸水素二アンモニウム;クエン酸三リチウム四水和物;クエン酸三ナトリウム二水和物;クエン酸三カリウム一水和物;クエン酸水素二アンモニウム;塩化バリウム;塩化カドミウム二水和物;塩化コバルト二水和物;塩化銅二水和物;塩化ストロンチウム六水和物;塩化イットリウム六水和物;エチレングリコール;グリセロール無水物;1 Potassium acid; ammonium acetate; Lithium sulfate monohydrate; magnesium sulfate heptahydrate; sodium sulfate decahydrate; potassium sulphate; ammonium; disodium tartrate dihydrate; sodium potassium tartrate tetrahydrate; tartaric two ammonium; sodium dihydrogen phosphate monohydrate; disodium hydrogen phosphate dihydrate; potassium dihydrogen phosphate; dipotassium hydrogen phosphate; ammonium dihydrogen phosphate; diammonium hydrogen phosphate; citric acid trilithium tetrahydrate; trisodium citrate dihydrate; tripotassium citrate monohydrate; hydrogen diammonium citrate; barium chloride; cadmium chloride dihydrate; cobalt chloride dihydrate of copper chloride dihydrate thereof; strontium chloride hexahydrate; yttrium chloride hexahydrate; ethylene glycol; glycerol anhydride; 1 6ヘキサンジオール;MPD;ポリエチレングリコール400;トリメチルアミンHCl;グアニジンHCl;尿素;1,2,3−ヘプタントリオール;ベンズアミジンHCl;ジオキサン;エタノール;イソ−プロパノール;メタノール;ヨウ化ナトリウム;L−システイン;EDTAナトリウム塩;NAD;ATP二ナトリウム塩;D(+)−グルコース一水和物;D(+)−スクロース;キシリトール;スペルミジン;スペルミンテトラ−HCl;6−アミノカプロン酸;1,5−ジアミノペンタンジHCl;1,6−ジアミノヘキサン;1,8−ジアミノオクタン;グリシン;グリシル−グリシル−グリシン;三塩化ヘキサミンコバルト;タウリン;ベタイン一水和物;ポリビニルピロリドンK15;非界面活性剤スルホ−ベタイン 6-hexanediol; MPD; polyethylene glycol 400; trimethylamine HCl; guanidine HCl; urea; 1,2,3-heptane triol; benzamidine HCl, dioxane; ethanol; iso - propanol; methanol; sodium iodide; L-cysteine; EDTA sodium salt; NAD; ATP disodium salt; D (+) - glucose monohydrate; D (+) - sucrose; xylitol; spermidine; spermine tetra-HCl; 6- aminocaproic acid; 1,5-diaminopentane di HCl; 1,6-diaminohexane; 1,8-diamino-octane; glycine; glycyl - glycyl - glycine; trichloride hexamine cobalt; taurine; betaine monohydrate; polyvinylpyrrolidone K15; nonsurfactant sulfo - betaine 195;非界面活性剤スルホ−ベタイン201;フェノール;DMSO;硫酸デキストランナトリウム塩;jeffamine M−600;2,5ヘキサンジオール;(+/−)−1,3ブタンジオール;ポリプロピレングリコールP400;1,4ブタンジオール;tert−ブタノール;1,3プロパンジオール;アセトニトリル;γブチロラクトン;プロパノール;酢酸エチル;アセトン;ジクロロメタン;n−ブタノール;2,2,2トリフルオロエタノール;DTT;TCEP;ノナエチレングリコールモノドデシルエーテル、ノナエチレングリコールモノラウリルエーテル;ポリオキシエチレン(9)エーテル;オクタエチレングリコールモノドデシルエーテル、オクタエチレングリコールモノラウリルエーテル;ポリオキシエ 195; non-surfactant sulfo - betaine 201; phenol; DMSO; dextran sulfate sodium salt; Jeffamine M-600; 2, 5-hexanediol; (+/-) - 1,3 butanediol; polypropylene glycol P400; l, 4 butanediol; tert-butanol; 1,3-propanediol; acetonitrile; gamma-butyrolactone; propanol; ethyl acetate; acetone; dichloromethane; n-butanol, 2,2,2-trifluoroethanol; DTT; TCEP; nonaethylene glycol dodecyl ether , nonaethylene glycol monolauryl ether; polyoxyethylene (9) ether; octaethylene glycol mono dodecyl ether, octaethylene glycol monolauryl ether; Poriokishie レン(8)ラウリルエーテル;ドデシルβ−D−マルトピラノシド;ラウリル酸スクロースエステル;シクロヘキシル−ペンチル−β−D−マルトシド;ノナエチレングリコールオクチルフェノールエーテル;臭化セチルトリメチルアンモニウム;N,N−ビス(3−D−グルコンアミドプロピル)−デオキシコールアミン;デシル−β−D−マルトピラノシド;ラウリルジメチルアミンオキシド;シクロヘキシル−ペンチル−β−D−マルトシド;n−ドデシルスルホベタイン、3−(ドデシルジメチルアンモニオ)プロパン−1−スルホネート;ノニル−β−D−グルコピラノシド;オクチル−β−D−チオグルコピラノシド,OSG;N,N−ジメチルデシルアミン−β−オキシド;メチル−6−O−(N−ヘプチルカルバモイル)−a− Ren (8) lauryl ether; dodecyl beta-D-maltopyranoside; lauric acid sucrose ester; cyclohexyl - pentyl-beta-D-maltoside; nonaethyleneglycol octylphenol ether; cetyltrimethylammonium bromide; N, N-bis (3-D - gluconic amidopropyl) - -deoxycholamine decyl-beta-D-maltopyranoside; lauryl dimethyl amine oxide; cyclohexyl - pentyl-beta-D-maltoside; n-dodecyl sulfobetaines, 3- (dodecyldimethylammonio) propane -1 - sulfonate; nonyl-beta-D-glucopyranoside; octyl-beta-D-thio-glucopyranoside, OSG; N, N-dimethyl decyl amine -β- oxide; methyl -6-O- (N- heptylcarbamoyl) -a- D−グルコピラノシド;スクロースモノカプロイル酸;n−オクタノイル−β−Dフルクトフラノシル−a−D−グルコピラノシド;ヘプチル−β−D−チオグルコピラノシド;オクチル−β−D−グルコピラノシド、OG;シクロヘキシル−プロピル−β−D−マルトシド;シクロヘキシルブタノイル−N−ヒドロキシエチルグルカミド;n−デシルスルホベタイン、3−(デシルジメチルアンモニオ)プロパン−1−スルホネート;オクタノイル−N−メチルグルカミド、OMEGA;ヘキシル−β−D−グルコピラノシド;Brij35;Brij58;TritonX−114;TritonX−305;TritonX−405;Tween20;Tween80;ポリオキシエチレン(6)デシルエーテル;ポリオキシエチレン(9 D- glucopyranoside; sucrose mono- caproyl acid; n-octanoyl-beta-D fructofuranosyl -a-D- glucopyranoside; heptyl-beta-D- thioglucopyranoside octyl-beta-D- glucopyranoside, OG; cyclohexyl - propyl -beta-D-maltoside; cyclohexyl butanoyl -N- hydroxyethyl glucamide; n-decyl sulfobetaine, 3- (decyl dimethyl ammonio) propane-1-sulfonate; octanoyl -N- methyl glucamide, OMEGA; hexyl - beta-D-glucopyranoside; Brij35; Brij58; TritonX-114; TritonX-305; TritonX-405; Tween20; Tween80; polyoxyethylene (6) decyl ether; polyoxyethylene (9 )デシルエーテル;ポリオキシエチレン(10)ドデシルエーテル;ポリオキシエチレン(8)トリデシルエーテル;イソプロピル−β−D−チオガラクトシド;デカノイル−N−ヒドロキシエチルグルカミド;ペンタエチレングリコールモノオクチルエーテル;3−[(3−コラミドプロピル)−ジメチルアンモニオ]−l−プロパンスルホネート;3−[(3−コラミドプロピル)−ジメチルアンモニオ]−2−ヒドロキシ−1−プロパンスルホネート;シクロヘキシルペンタノイル−N−ヒドロキシエチルグルカミド;ノナノイル−N−ヒドロキシエチルグルカミド;シクロヘキシルプロパノール−N−ヒドロキシエチルグルカミド;オクタノイル−N−ヒドロキシエチルグルカミド;シクロヘキシルエタノイル−N−ヒドロキシエチ ) Decyl ether; polyoxyethylene (10) dodecyl ether; polyoxyethylene (8) tridecyl ether; isopropyl-beta-D-thiogalactoside; decanoyl -N- hydroxyethyl glucamide; pentaethylene glycol monooctyl ether; 3- [(3-cholamidopropyl) - dimethylammonio]-l-propane sulfonate; 3 - [(3-cholamidopropyl) - dimethylammonio] -2-hydroxy-1-propane sulfonate; cyclohexyl pentanoyl -N- hydroxyethyl glucamide; nonanoyl -N- hydroxyethyl glucamide; cyclohexyl propanol -N- hydroxyethyl glucamide; octanoyl -N- hydroxyethyl glucamide; cyclohexyl ethanoyl -N- hydroxyethyl グルカミド;臭化ベンジルジメチルドデシルアンモニウム;n−ヘキサデシル−β−D−マルトピラノシド;n−テトラデシル−β−D−マルトピラノシド;n−トリデシル−β−D−マルトピラノシド;ドデシルポリ(エチレングリコエーテル)n;n−テトラデシル−N,N−ジメチル−3−アンモニオ−1−プロパンスルホネート;n−ウンデシル−β−D−マルトピラノシド;n−デシル−β−D−チオマルトピラノシド;n−ドデシルホスホコリン;a−D−グルコピラノシド、β−D−フルクトフラノシルモノデカン酸、スクロースモノカプリン酸;1−s−ノニル−β−D−チオグルコピラノシド;n−ノニル−β−D−チオマルトピラノシド(thiomaltoyranoside);N−ドデシル−N,N−(ジメチルアン Glucamide; benzyl bromide dimethyl dodecyl ammonium, n-hexadecyl-beta-D-maltopyranoside; n-tetradecyl-beta-D-maltopyranoside; n-tridecyl-beta-D-maltopyranoside; Dodeshirupori (ethylene glycol ether) n, n-tetradecyl -N, N-dimethyl-3-ammonio-1-propane sulfonate; n-undecyl-beta-D-maltopyranoside; n-decyl-beta-D-thio-maltoside pyranoside; n-dodecyl phosphocholine; a-D- glucopyranoside, beta-D-fructofuranosyl mono- decanoate, sucrose mono capric acid; 1-s-nonyl-beta-D-thio-glucopyranoside; n-nonyl-beta-D-thio-maltoside pyranoside (thiomaltoyranoside); N - dodecyl -N, N-(dimethyl-en ニオ(dimethlammonio))酪酸;n−ノニル−β−D−マルトピラノシド;シクロヘキシル−ブチル−β−D−マルトシド;n−オクチル−β−D−チオマルトピラノシド;n−デシルホスホコリン;n−ノニルホスホコリン;ノナノイル−N−メチルグルカミド;1−s−ヘプチル−β−D−チオグルコピラノシド;n−オクチルホスホコリン;シクロヘキシル−エチル−β−D−マルトシド;n−オクチル−N,N−ジメチル−3−アンモニオ−1−プロパンスルホネート;シクロヘキシル−メチル−β−D−マルトシド。 Niobium (dimethlammonio)) butyric acid; n-nonyl-beta-D-maltopyranoside; cyclohexyl - butyl-beta-D-maltoside; n-octyl-beta-D-thio-maltoside pyranoside; n-decyl phosphocholine; n-nonyl phosphocholine; nonanoyl -N- methyl glucamide; 1-s-heptyl-beta-D-thio-glucopyranoside; n-octyl phosphocholine; cyclohexyl - ethyl-beta-D-maltoside; n-octyl -N, N-dimethyl - 3-ammonio-1-propane sulfonate; cyclohexyl - methyl-beta-D-maltoside.

凍結溶媒は、寒剤(例えば、液体窒素、液体プロパン、液体エタン、または窒素ガスもしくはヘリウムガス)中での急速冷却(全て、約100〜120°K)に対して標的結晶を安定化し、結晶が氷ではなくガラス質のガラス中に包埋されるようにする薬剤である。 Freezing solvent is cryogen (e.g., liquid nitrogen, liquid propane, liquid ethane, or nitrogen gas or helium gas) rapid cooling in (all approximately 100 to 120 ° K) the target crystals were stabilized against, crystals ice is an agent to be embedded in vitreous glass rather than. 任意の数の塩または低分子量有機化合物が、凍結防止剤として使用され得、代表的な凍結防止剤としては、以下が挙げられるがこれらに限定されない:MPD、PEG−400(ならびにPEG誘導体および高分子量PEG化合物の両方)、グリセロール、糖(キシリトール、ソルビトール、エリスリトール、スクロース、グルコースなど)、エチレングリコール、アルコール(短鎖および長鎖の両方、揮発性および不揮発性の両方)、LiOAc、LiCl、LiCHO 、LiNO 、Li SO 、Mg(OAc) 、NaCl、NaCHO 、NaNO など。 Any number of salts or low molecular weight organic compound, be used as a cryoprotectant Representative cryoprotectants include, but are not limited to: MPD, PEG-400 (as well as the PEG derivatives and higher both molecular weight PEG compounds), glycerol, sugars (xylitol, sorbitol, erythritol, sucrose, glucose, etc.), ethylene glycol, both alcohol (short and long chain, both volatile and nonvolatile), LiOAc, LiCl, LiCHO 2, LiNO 3, Li 2 SO 4, Mg (OAc) 2, NaCl, etc. NaCHO 2, NaNO 3. 繰り返すが、本発明に従うミクロ流体デバイスを構築する材料は、一定範囲のこのような化合物と適合性であり得る。 Again, materials for building microfluidic device according to the present invention may be compatible with such compounds within a predetermined range.

これらの化学物質の多くは、研究者が「疎行列(sparse matrix)」スクリーニング実験および「グリッド」スクリーニング実験の両方を実施するのを可能にする、種々の販売元(Hampton Research of Laguna Niguel、CA、Emerald Biostructures of Bainbridge Many of these chemicals, researchers "sparse (sparse matrix)" screening experiments and makes it possible to perform both "grid" screening experiments, a variety of commercial sources (Hampton Research of Laguna Niguel, CA , Emerald Biostructures of Bainbridge
Island、WA、およびJena BioScience of Jena、Germanyが挙げられるがこれらに限定されない)からの予め規定されたスクリーニングキットにおいて獲得され得る。 Island, WA, and Jena BioScience of Jena, but Germany and the like may be obtained in predefined screening kits from but not limited to). 疎行列スクリーニングは、可能な限り少ない条件で可能な限り多くの沈殿剤、緩衝液、および添加剤化学物質の空間(additive chemical space)を無作為にサンプリングすることを試みる。 Sparse matrix screening, many precipitating agent as possible with less possible conditions, buffers, and the space of the additive chemicals (additive chemical space) attempts to randomly sampled. グリッドスクリーニングは、代表的に、互いに対する2つまたは3つのパラメータ(例えば、沈殿剤濃度 対 pH)の体系的な変動で構成される。 Grid Screen is typically comprised of systematic variations of two or three parameters against one another (e.g., precipitant concentration vs. pH). 両方の型のスクリーニングの使用が、結晶化試験において成功しており、そしてこれらのスクリーニングにおいて使用される化学物質および化学的物質の組み合わせの大部分が、本発明の実施形態に従うチップ設計およびマトリクスと適合性である。 Using both types of screening, have been successful in crystallization trials, and the majority of the combinations of chemicals and chemical substances used in these screening, the chip design and matrices in accordance with embodiments of the present invention it is compatible.

さらに、ミクロ流体デバイスの現在および将来の設計は、特定の標的または標的のセットに対する異なる化学物質のアレイの柔軟なコンビナトリアルスクリーニングを可能にし得る。 Moreover, current and future designs of microfluidic devices may enable flexible combinatorial screening of an array of different chemicals against a particular set of target or target. これは、ロボットスクリーニングまたは手作業のスクリーニングのいずれによっても困難なプロセスである。 This is a difficult process by either robotic screening or manual screening. この後者の局面は、初回スクリーニングによりなされる最初の成功を最適化するために特に重要である。 This latter aspect is particularly important for optimizing initial successes made by the first screening.

(13.結晶化のためのさらなるスクリーニングの変数) (Further screening of variables for 13. crystallization)
化学的可変性に加えて、多数の他のパラメータは、結晶化スクリーニングの間に変更され得る。 In addition to chemical variability, a number of other parameters can be varied during crystallization screening. このようなパラメータとしては、以下が挙げられるがこれらに限定されない:1)結晶化試験の容量、2)結晶化溶液に対する標的溶液の比率、3)標的濃度、4)二次的な低分子または高分子との標的の共結晶化、5)水和、6)インキュベーション時間、7)温度、8)圧力、9)接触表面、10)標的分子に対する改変、および11)重力。 Such parameters include, but are not limited to: 1) volume of crystallization trial, 2) ratio of target solution for crystallization solution, 3) target concentration, 4) a secondary low-molecular or co-crystallization of the target with the polymer, 5) hydration, 6) incubation time, 7) temperature, 8) pressure, 9) contact surfaces, 10) modifications to target molecules, and 11) gravity.

結晶化試験の容量は、ピコリットルからミリリットルの範囲の全ての考えられ得る値の容量であり得る。 Capacity of crystallization trials can be a capacity that all thought could value ranging from picoliters to milliliters. 代表的な値としては、以下が挙げられるがこれらに限定されない:0.1、0.2、0.25、0.4、0.5、0.75、1、2、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、75、80、90、100、125、150、175、200、225、250、275、300、400、450、500、550、600、700、750、800、900、1000、1100、1200、1250、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2250、2500、3000、4000、5000、6000、7000、7500、8000、9000、および10000nL。 Typical values ​​include, but are not limited to, the following: 0.1,0.2,0.25,0.4,0.5,0.75,1,2,4,5,10 , 15,20,25,30,35,40,45,50,60,70,75,80,90,100,125,150,175,200,225,250,275,300,400,450,500 , 550,600,700,750,800,900,1000,1100,1200,1250,1300,1400,1500,1600,1700,1800,1900,2000,2250,2500,3000,4000,5000,6000,7000 , 7500,8000,9000, and 10000nL. 先に記載されたミクロ流体デバイスは、これらの値を使用し得る。 Microfluidic devices described above may use these values.

特に、結晶化試験についての低容量範囲(<100nL)の使用は、本発明の実施形態に従うミクロ流体チップの実施形態の明確な利点である。 In particular, the use of low volume range for crystallization trials (<100 nL) is a distinct advantage of the embodiment of a microfluidic chip in accordance with embodiments of the present invention. なぜならば、このような低容量の結晶化チャンバが容易に設計および構築され得、多量の貴重な標的分子に対する必要性を最小限に抑えるからである。 Because such obtained crystallization chamber of low capacitance is easily designed and constructed, because minimizing the need for large quantities of valuable target molecules. 本発明に従う実施形態の標的物質の低消費は、十分でない生物学的サンプル(例えば、膜タンパク質、タンパク質/タンパク質複合体、およびタンパク質/核酸複合体)を結晶化する試み、および目的の標的に対する結合についてのリードライブラリーの低分子薬物スクリーニングにおいて特に有用である。 Low target substance embodiments according to the present invention is not sufficient biological sample (e.g., membrane proteins, protein / protein complex, and protein / nucleic acid complexes) Attempts to crystallize the, and binding to the target of interest it is particularly useful in small molecule drug screening for lead libraries for.

結晶化混合物に対する標的溶液の比率はまた、結晶化スクリーニングおよび最適化における重要な変数を構成し得る。 The ratio of target solution for crystallization mixture may also constitute an important variable in the crystallization screening and optimization. これらの比率は、全ての考えられ得る値の比率であり得るが、代表的には、1:100〜100:1の範囲の標的:結晶化溶液である。 These ratios, but may be a ratio of the values ​​that may be all considered of, typically, 1: 100 to 100: 1 range of the target: a crystallization solution. 代表的な標的:結晶化溶液または結晶化溶液:標的の比率としては、以下が挙げられるがこれらに限定されない:1:100、1:90、1:80、1:70、1:60、1:50、1:40、1:30、1:25、1:20、1:15、1:10、1:9、1:8、1:7.5、1:7、1:6、1:5、1:4、1:3、1:2.5、1:2、1:1、2:3、3:4、3:5、4:5、5:6、5:7、5:9、6:7、7:8、8:9、および9:10。 Representative targeting: crystallization solution or crystallization solution: as the ratio of target, including but not limited to: 1: 100, 1: 90,1: 80, 1: 70,1: 60, : 50, 1: 40, 1: 30, 1: 25, 1: 20, 1: 15, 1: 10, 1: 9,1: 8,1: 7.5, 1: 7,1: 6,1 : 5,1: 4,1: 3,1: 2.5, 1: 2,1: 1,2: 3,3: 4,3: 5,4: 5,5: 6,5: 7,5 : 9,6: 7,7: 8,8: 9, and 9:10. 先に記載されたように、本発明の実施形態に従うミクロ流体デバイスは、単一のチップにおいて複数の比率を同時に使用するよう設計され得る。 As previously described, microfluidic devices in accordance with embodiments of the present invention can be designed to simultaneously use a plurality of ratios in a single chip.

結晶化化学物質濃度と同様に、標的濃度は、一定範囲の値であり得、そして結晶化スクリーニングにおいて重要な変数である。 Like the crystallization chemical concentration, target concentration may be a value within a predetermined range, and an important variable in crystallization screens. 代表的な濃度範囲は、<0.5mg/ml〜>100mg/mlのいずれかであり得、5〜30mg/mlの間の値が最も一般的に使用され得る。 Typical concentration ranges may be either <0.5mg / ml~> 100mg / ml, a value between 5 to 30 mg / ml may be most commonly used. 本発明の実施形態に従うミクロ流体デバイスは、この範囲の値と容易に適合され得る。 Microfluidics devices in accordance with embodiments of the present invention can be easily adapted to values ​​for this range.

共結晶化は、一般的に、天然または非天然の結合パートナーである二次的因子との標的の結晶化を示す。 Co-crystallization generally shows the crystallization of a target with a secondary factor is a natural or non-natural binding partner. このような二次的因子は、小さくあり得る(約10〜1000Daのオーダー)か、または大きな高分子であり得る。 Such secondary factors may be less possible (order of about 10~1000Da) or large macromolecules. 共結晶化分子としては、低分子酵素リガンド(基質、生成物、アロステリックエフェクターなど)、低分子薬物リード物質、一本鎖または二本鎖DNAまたはRNA、補体タンパク質(例えば、パートナーまたは標的タンパク質またはサブユニット)、モノクローナル抗体、および融合タンパク質(例えば、マルトース結合タンパク質、グルタチオンS−トランスフェラーゼ、プロテイン−G、または発現、溶解度、および標的の挙動を補助し得る他のタグ)が挙げられ得るがこれらに限定されない。 The co-crystallized molecule, small molecule enzyme ligands (substrates, products, etc. allosteric effectors), small molecule drug lead material, single-stranded or double-stranded DNA or RNA, complement proteins (e.g., partner or target protein or subunit) monoclonal antibodies, and fusion proteins (e.g., maltose binding protein, glutathione S- transferase, protein -G or expression, solubility, and other tags may aid the behavior of the target) to but may include those but it is not limited. これらの化合物の多くは、生物学的化合物または合理的な分子量の化合物のいずれかであるので、共結晶化分子は、ミクロ流体チップにおけるスクリーニングに慣用的に含まれ得る。 Many of these compounds, since either biological compounds or rational molecular weight of the compound, the co-crystallized molecule may be included in routine screening in the micro-fluidic chip. 実際、これらの試薬の多くが高価であり、そして/または限られた量なので、本発明の実施形態に従うミクロ流体チップによりもたらされる低容量さは、これらを共結晶化スクリーニングに理想的に適するようにする。 In fact, a lot of these reagents are expensive, and so / or limited amount, low volume of which is provided by a micro-fluidic chip according to an embodiment of the present invention, so ideally suited to these co-crystallization screening to.

標的の水和は、重要な問題であり得る。 Hydration of the target can be an important issue. 特に、水は、生物学的標的およびサンプルに極めて有力な溶媒であり得る。 In particular, water may be a very powerful solvent biological target and sample. 本明細書中に記載されるミクロ流体デバイスは、比較的疎水性であり、そして水ベースの溶液と適合性である。 Microfluidic devices described herein are relatively hydrophobic and water-based solutions compatible.

結晶化実験の時間の長さは、分または時間から週または月の範囲であり得る。 The length of time for crystallization experiments can range from minutes or hours of the week or month. 生物学的系におけるほとんどの実験は、代表的に、24時間〜2週間で結果を示す。 Most experiments in biological systems are typically shows the results in 2 weeks 24 hours. このインキュベーション時間のレジームは、本発明の実施形態に従うミクロ流体デバイスにより適応され得る。 Regime of incubation time can be accommodated by microfluidics devices in accordance with embodiments of the present invention.

結晶化実験の温度は、成功または失敗の割合に大きな影響を有し得る。 Temperature of crystallization experiments can have a significant impact on the rate of success or failure. このことは特に、結晶化実験の温度が0〜42℃の範囲であり得る生物学的サンプルに当てはまる。 This is particularly the temperature of crystallization experiments apply to biological samples which can range 0-42 ° C.. 最も一般的な結晶化温度のうちのいくつかは、以下の通りである:0、1、2、4、5、8、10、12、15、18、20、22、25、30、35、37、および42。 Some of the most common of the crystallization temperature, as follows: 0,1,2,4,5,8,10,12,15,18,20,22,25,30,35, 37, and 42. 本発明の実施形態に従うミクロ流体デバイスは、列挙される温度で保存され得るか、または代替的に、小さな温度制御構造(例えば、抵抗加熱器またはPeltier冷却構造)との熱接触下に置かれ得る。 Microfluidics devices in accordance with embodiments of the present invention, or may be stored in the recited temperatures, or alternatively, small temperature control structures (e.g., resistive heaters or Peltier cooling structures) may be placed in thermal contact under the .

さらに、本発明に従う実施形態の小さなフットプリントおよび迅速な準備時間は、所望の標的温度へのより迅速な平衡化および一定範囲の温度のより小さいインキュベーターにおける保存を可能にする。 Moreover, small footprint and rapid setup time of embodiments in accordance with the present invention allows for storage at a temperature less than the incubator more rapid equilibration and a range to a desired target temperature. さらに、本発明の実施形態に従うミクロ流体系は、蒸気相との接触下で結晶化実験を行わないので、従来の巨視的な蒸気拡散技術に伴う問題である温度変化に伴う蒸気相から液滴への水の凝縮が回避される。 Further, the microfluidic system according to an embodiment of the present invention, since the contact of a vapor phase does not perform crystallization experiments, the droplets from the vapor phase due to the problem in which the temperature change associated with conventional macroscopic vapor diffusion techniques condensation of water is avoided to. この特徴は、多くの従来の手動またはロボット操作の系(この系は、所望の温度で維持されなければならいか、またはこの実験は、新しい温度に移される前に一定期間室温で維持されなければならないかのいずれかである)を上回る利点を示す。 This feature, many conventional manual or robotic manipulation of the system (this system, Do to be maintained at a desired temperature Leica, or this experiment, to be maintained at a constant period at room temperature before being transferred to the new temperature show an advantage over one of which is either) does not.

圧力の変動は、今なお研究中である結晶化パラメーターである。 Fluctuation of the pressure is a crystallization parameters is now a your research in. これは、部分的には、従来の拡散蒸着プロトコルおよびマイクロバッチプロトコルが、代表的には大気圧以外のすべて圧力におけるスクリーニングを容易には可能にしないからである。 This is partly the conventional vapor diffusion protocols and microbatch protocols, typically because not permit to facilitate screening of all pressure other than atmospheric pressure. PDMSマトリックスの剛性により、チップ上での標的結晶化に対する圧力の効果を探索する実験が可能である。 The rigidity of the PDMS matrix, it is possible experiments to explore the effect of pressure on the target crystallization on the chip.

結晶化「滴下物」が存在する表面は、実験の成功および結晶の品質に影響し得る。 Surface crystallization "drips" are present, may affect the quality of the success and the crystal of the experiment. 拡散蒸着プロトコルおよびマイクロバッチプロトコルにおいて使用される固体支持体接触表面の例としては、ポリスチレンまたはシラン化ガラスのいずれかが挙げられる。 Examples of solid supports contact surface used in vapor diffusion protocols and microbatch protocols include either polystyrene or silanized glass. 両方の型の支持体が、標的に依存して、結晶成長を促進または阻害する異なる性向を示し得る。 It supports both types, depending on the target may indicate different propensity to promote or inhibit crystal growth. さらに、その結晶化「滴下物」は、空気または何らかの型のポリ炭素油のいずれかと接触しており、このことは、この実験が、それぞれ、拡散蒸着の設定またはマイクロバッチの設定であるか否かに依存する。 Further, whether its crystallization "drips" is in contact with either poly carbon oil air or some type, this this experiment, respectively, a set or sets of micro-batch vapor diffusion to crab-dependent. 空気の接触は、遊離酸素が生物学的標的と容易に反応し、これによりタンパク質変性をもたらし得そして結晶化の成功を阻害または低下し得るという点で、不利を有する。 Contact air free oxygen is readily react with the biological target, in that thereby may inhibit or reduce the success obtained and crystallization resulted in protein denaturation, with a disadvantage. 油は、微量炭化水素が結晶化実験中に浸出するのを可能にし、そして同様に、結晶化の成功を阻害または低下し得る。 Oil, trace hydrocarbons possible to leach into the crystallization experiments, and likewise, may inhibit or reduce the successful crystallization.

本発明の実施形態に従うミクロ流体デバイスの設計は、結晶化反応を完全に取り囲む非反応性の生体適合性環境を提供することによって、これらの制限を克服し得る。 Embodiment microfluidic device design according to the present invention, by providing a non-reactive, biocompatible environment completely surrounding the crystallization reaction, may overcome these limitations. さらに、ミクロ流体チップにおける結晶化チャンバの組成は、結晶化反応と接触するための新しい表面を提供するように多分変化され得る。 Furthermore, the composition of the crystallization chamber in the micro-fluidic chip can be varied possibly to provide a new surface for contacting the crystallization reaction. このことは、結晶化を促進する異なる表面および表面特性の慣用的スクリーニングを可能にする。 This allows conventional screening different surfaces and surface properties to promote crystallization.

結晶化標的(特に、生物学的起源の標的)は、しばしば、結晶化を可能にするように改変され得る。 Crystallization target (especially, the target of biological origin) can often be modified to allow crystallization. そのような改変としては、短縮、限定的タンパク質分解性消化物、部位特異的変異体、阻害状態または活性化状態、化学的改変または誘導体化などが挙げられるが、これらに限定されない。 Such modifications, shortening, limited proteolytic digest, site-directed mutants, inhibit state or the active state, but are like chemical modification or derivatization, and the like. 標的改変は、時間およびコストがかかり得る。 Target modification, it may take time and cost. 改変標的は、非改変標的が必要とするのと同じ徹底的スクリーニングを必要とする。 Modified target requires the same thorough screening as non-modified target is required. 本発明のミクロ流体デバイスは、もとの標的を用いるのと同じ程度容易に、そのような改変標的を用いて作動し、そして同じ利益を提供する。 Microfluidic devices of the present invention, the same extent readily to using the original target, and operates with such modifications targets, and provides the same benefits.

結晶化についてのパラメーターとしての重力の効果は、なお研究中である別の結晶化パラメーターである。 The effect of gravity as parameters for crystallization, still another crystallization parameters under investigation. これは、そのような物理的特性を変化させることが困難であることが原因である。 This is due be varied such physical properties is difficult. それにもかかわらず、無重力環境における生物学的サンプルの結晶化実験は、重力の影響下にて地球上で得られる結晶よりも優れた品質の結晶の成長を生じた。 Nevertheless, crystallization experiments of biological samples in zero gravity environment resulted in growth of good quality crystals than crystals obtained on earth under the influence of gravity.

重力が無いことは、従来の拡散蒸着設定およびマイクロバッチ設定に関して問題を提示する。 It gravity no presents problems with conventional vapor diffusion set and micro batch settings. なぜなら、すべての流体は、表面張力によって適所に保持されなければならないからである。 Because all of the fluid is because must be held in place by surface tension. しばしばそのような実験を手で設定する必要性もまた、困難を引き起こす。 Often also need to manually set such experiments also cause difficulties. この困難は、空間に作業者を維持する費用が原因である。 This difficulty is due to the cost of maintaining the worker in space. しかし、本発明の実施形態に従うミクロ流体デバイスは、結晶化条件としての微小重力のさらなる調査を可能にする。 However, microfluidic devices in accordance with embodiments of the present invention allow further investigation of microgravity as crystallization conditions. 小型の自動計測および結晶成長系は、以下の1)〜4)を可能にする:1)冷却されているが液体の状態で標的分子を含む衛星工場の打ち上げ、2)標的の分配および結晶の成長、3)生じた結晶の収集および低温凍結、および4)低温貯蔵された結晶を分析のために陸上ステーションに戻すこと。 Automatic measurement and crystal growth system of the compact, to allow the following 1) to 4): 1) has been cooled launch of the satellite plants containing the target molecules in liquid, 2) a target distribution and crystals of growth, 3) collecting the resulting crystals and deep-frozen, and 4) to return to shore station for analysis cryogenic crystals.

(14.インサイチュ結晶化スクリーニング) (14.-situ crystallization screening)
顕微鏡を用いて結晶の成長を観察する能力は、結晶化試験の成功または失敗を決定する段階である。 Ability to observe the growth of crystals using a microscope, a step of determining the success or failure of crystallization trials. 従来の結晶化プロトコルは、可視化を可能にする透明物質(例えば、ポリスチレンまたはシラン化ガラス)を使用し得る。 Conventional crystallization protocol may use a transparent material to enable visualization (e.g., polystyrene or silanized glass). 本発明に従う実験のPDMSマトリックスの透明性は、結晶化試験が伝統的に得られる以下の2つの主要な方法に特に適する:1)光学顕微鏡により可視光体制での直接観察、および2)偏光の複屈折。 Transparency of the PDMS matrix of experiments according to the invention, crystallization trials is particularly suitable for the following two main methods obtained traditionally: 1) direct observation in the visible light regime by light microscopy, and 2) the polarization birefringence.

複屈折は、従来の実験において判断するのが困難であり得る。 Birefringence is to determine in conventional laboratory can be difficult. なぜなら、多くのプラスチックは、それ自体が複屈折性であり、サンプルの評価を妨害するからである。 Because many plastics themselves are birefringent, because interfere with evaluation of the samples. しかし、本明細書中に記載されるミクロ流体デバイスは、そのような光学的干渉特性を伴うことなく作製され得、偏光特徴および非偏光特徴の両方を用いて直接の可視化を慣用的に可能にする自動スキャニングシステムの設計を可能にする。 However, microfluidic devices described herein, fabricated obtained without such an optical interference properties, conventionally capable direct visualization using both polarization features and unpolarized characterized to enable the automatic scanning system designed to be.

さらに、ロボットを利用する(特に手動で設定する)結晶化実験は、表面上の結晶化滴下物の配置を数10〜数100ミクロン変動させ得る。 Furthermore, utilizing a robot (in particular, manually set) crystallization experiments may place several tens varying number 100 microns crystallization drips on the surface. この変動性は、自動スキャニングシステムについての問題を提示する。 This variability presents a problem for the automatic scanning system. なぜなら、安定な基準を伴わずにそのような柔軟な位置決めの必要性をプログラムすることは困難であるからである。 This is because programming the need for such a flexible positioning without stable reference is because it is difficult. しかし、本発明の実施形態のミクロ流体チップにおける結晶化チャンバの固定配置は、そのような問題を克服する。 However, the fixed arrangement of the crystallization chamber in the microfluidic chip of an embodiment of the present invention overcomes such problems. なぜなら、どのウェルも、ミクロン未満の精度で特定の位置に位置決めされ得るからである。 This is because, which wells are also because at submicron precision may be positioned in a particular position. さらに、そのようなシステムは、異なるサイズおよび位置の結晶化チャンバの設計のために容易に拡張可能である。 Furthermore, such a system can easily be extended to the design of the crystallization chamber of different sizes and locations. なぜなら、本発明の実施形態に従うミクロ流体デバイスを設計するために使用されるマスクおよび他のテンプレートは、簡単にデジタル化され得、そして可視化のためのスキャニングソフトウェア中に移植され得るからである。 This is because, masks and other templates are used to design a microfluidic device according to an embodiment of the present invention is easily obtained digitized, and because may be implanted in the scanning software for visualization.

一旦結晶が視覚的観察により得られると、チップ自体を直接通る回折についてスクリーニングすることが可能であり得る。 Once crystals are obtained by visual observation, it may be possible to screen for diffracting through the chip itself directly. 例えば、チップ内の結晶化チャンバは、ガラス、石英、または弾性材料自体の薄化部分を含む透明な「窓」が、そのチャンバの対向する壁に装備され得る。 For example, the crystallization chamber within the chip, glass, quartz or a transparent "window" containing a thinned portion of the elastic material itself may be equipped with opposite walls of the chamber. その後、結晶は、回折キャピラリーについてアッセイするためにチップを通るX線に直接曝され得、結晶サンプルを除去することにより結晶サンプルを多分損傷させる必要性が排除される。 Thereafter, crystals obtained directly exposed to X-rays passing through the chip to assay for diffraction capillary, the need to possibly damage the crystal sample is eliminated by removing the crystalline sample. そのようなアプローチは、追跡調査のための最良の開始条件候補を決定するために最初の結晶化試験から成功をスクリーニングするために使用され得る。 Such an approach can be used to screen for successfully from the first crystallization trials to determine the best starting condition candidates for follow-up. 同様に、特定の条件の組の下で成長した結晶が、新しい溶液(例えば、低温安定化剤、低分子薬物リード化合物またはリガンドなど)で「再平衡化」され得、そしてそのような環境変化に対するその結晶の安定性が、X線回折により直接モニターされ得る。 Similarly, crystals grown under a particular set of conditions, the new solution (e.g., low temperature stabilizers, low like molecule drug lead compounds or ligands) obtained is "rebalancing" in, and such environmental changes the stability of the crystal with respect to, can be directly monitored by X-ray diffraction.

(15.精製/結晶化のためのミクロ流体デバイスの利用) (Use of a microfluidic device for 15. Purification / crystallization)
標的生物学的サンプル(例えば、タンパク質)の結晶化は、実際には、事前の多数の複雑かつ困難な工程の頂点であり、そのような工程としては、タンパク質の発現、精製、誘導体化、および標識が挙げられるが、これらに限定されない。 Crystallization of the target biological sample (e.g., a protein) is actually a vertex pre numerous complex and difficult steps, as such steps, protein expression, purification, derivatization, and label including but not limited to. 結晶化の前のそのような工程は、1組の溶液特性を備えるチャンバから異なる組の特性を備える別の領域へ液体を往復させる工程を包含する。 Such step prior to crystallization, comprising the step of reciprocating the liquid to another region with a different set of characteristics from the chamber comprising a set of solution properties. ミクロ流体技術は、そのような作業を実施するために適切であり、それにより、単一チップの範囲内において必要なすべての工程の組み合わせが可能になる。 Microfluidic technology is suitable for carrying out such work, thereby allowing the combination of all the steps necessary within the scope of a single chip.

プレ結晶化工程の実施を可能にするミクロ流体取扱い構造の例が、上記の第I節に記載されている。 Examples of microfluidic handling structure enabling the implementation of the pre-crystallization step is described in Section I above. 例えば、ミクロ流体チップは、調節されたバイオリアクターとして作用し得、それにより、セルペン(cell pen)構造中に含まれる増殖中の細胞中へと栄養素を流すことを可能にすると同時に、老廃物を除去し、そして組換え改変生物が細胞増殖の所望の段階で標的分子(例えば、タンパク質)を生成するのを誘導する。 For example, microfluidic chips may act as a regulated bioreactor, thereby, at the same time it allows the flow of nutrients into the cell proliferating contained in cell pen (cell pen) structure, the waste removed, and the recombinant modified organism induces to generate the target molecule in the desired stage of cell proliferation (e.g., proteins). 誘導後に、これらの細胞は、セルペン(cell pen)からチップの異なる領域へと、酵素的手段または機械的手段による溶解のために押しやられ得る。 After induction, the cells are from a cell pen (cell pen) to a different area of ​​the chip can be pushed for lysis by enzymatic or mechanical means. その後、可溶化した標的分子は、チップ上に直接組み込まれた分子濾過ユニットによって細胞破片から分離され得る。 Then, target molecules solubilized can be separated from the cellular debris by direct integrated molecular filtration units on the chip.

その後、標的分子と混入する細胞タンパク質および細胞核酸との粗混合物は、種々の化学特性の多孔性マトリックス(例えば、カチオン交換、アニオン交換、アフィニティ、サイズ排除)を通して分離を達成するために流され得る。 Then, the crude mixture of cellular proteins and cellular nucleic acid to incorporate a target molecule, the porous matrix (e.g., cation exchange, anion exchange, affinity, size exclusion) of various chemical characteristics may be flowed to achieve separation through . 標的分子が、可溶性を促進する特定の型の融合タンパク質でタグ化された場合、その標的分子はアフィニティ精製され得、同様にタグ化された部位特異的プロテアーゼを用いてその融合産物を分離するように短時間処理され得、その後、清浄化工程としてアフィニティマトリックスに再び通される。 As the target molecule, if it is tagged with a particular type of fusion protein that promotes the solubility, its target molecule to separate the fusion products with affinity purified to obtain, similarly tagged site-specific protease short treated obtained, then again passed through the affinity matrix as the cleaning process.

一旦純粋になると、その標的は、異なる安定化剤と混合され得、活性についてアッセイされ得、その後、結晶化実施領域へと輸送される。 Once in pure, its target can be mixed with different stabilizers may be assayed for activity, then, it is transported to the crystallization carried region. チップまたはチップホルダー上の種々の点に位置する局所的加熱ユニット(例えば、電極)および冷蔵ユニット(例えば、Peltier冷却器)は、処理および結晶化全体にわたるすべての段階で差次的な温度調節を可能にする。 Localized heating unit located at various points on a chip or chip holder (e.g., electrodes) and refrigeration unit (e.g., Peltier coolers), the processing and differentially temperature control at all stages throughout the crystallization enable. 従って、タンパク質の産生、精製、および結晶化は、本発明に従う単一ミクロ流体デバイスの実施形態にて達成され得る。 Therefore, production of the protein, purification, and crystallization can be achieved in an embodiment of a single microfluidic device according to the present invention.

(16.結晶化スクリーニング以外の適用) (16. applications other than crystallization screening)
これまで、本願は、本発明の実施形態に従うミクロ流体デバイスが、標的物質の結晶化を実施することに関して小容量の物質を計測する能力に焦点を当ててきた。 Previously, the present application, microfluidic devices in accordance with embodiments of the present invention have focused on the ability to measure the substance of small capacity with respect to carrying out the crystallization of the target substance. しかし、本発明に従うミクロ流体構造の実施形態は、他の適用に使用され得る。 However, embodiments of microfluidic structures in accordance with the present invention may be used in other applications. そのような適用の例が、下記に要約される。 Examples of such applications are summarized below. 可能な適用のより完全な記載は、2001年11月6日に出願された「Cell Asssays and High Throughput Screening」という発明の名称のPCT出願PCT/US01/44869(本明細書によりすべての目的のために参考として援用される)に見出され得る。 A more complete description of the applicable, for all purposes by the name of the PCT application PCT / US01 / 44869 (herein of the invention that was filed on November 6, 2001, "Cell Asssays and High Throughput Screening" can be found in to) incorporated by reference. そのような適用を実施するために適切なミクロ流体構造の例としては、本明細書中に記載されるもの、ならびに2002年4月5日に出願された「Nucleic Acid Amplification Utilizing Microfluidic Devices」という発明の名称の米国特許出願番号_/__(代理人事件番号20174C−004430)(本明細書によりすべての目的のために参考として援用される)に記載される他のものが挙げられる。 Examples of suitable microfluidic structures for carrying out such applications, those described herein, as well as the invention that has been filed Apr. 5, 2002, "Nucleic Acid Amplification Utilizing Microfluidic Devices" include other those described in (which is incorporated by reference for all purposes by this specification) name of U.S. Patent application No. _ / __ (Attorney Docket No. 20174C-004430) of.

広範な種類の結合アッセイが、本明細書中に開示されるミクロ流体デバイスを使用して実施され得る。 A wide variety of binding assays may be performed using the microfluidic devices disclosed herein. 本質的にすべてのリガンドとアンチリガンドとの間の相互作用が、検出され得る。 Interaction between essentially all of the ligand and antiligand can be detected. 調査され得るリガンド/アンチリガンド結合相互作用の例としては、酵素/リガンド相互作用(例えば、基質、補因子、インヒビター);レセプター/リガンド;抗原/抗体;タンパク質/タンパク質(同種親和性/異種親和性相互作用);タンパク質/核酸;DNA/DNA;およびDNA/RNAが挙げられるが、これらに限定されない。 Examples of a ligand / anti-ligand binding interactions can be investigated, the enzyme / ligand interactions (e.g., substrates, cofactors, inhibitors); receptor / ligand; antigen / antibody; protein / protein (homophilic / heterologous affinity interactions); protein / nucleic acid; DNA / DNA; and DNA / but RNA include, but are not limited to. 従って、それらのアッセイは、例えば、目的のレセプターに対するアゴニストおよびアンタゴニストを同定するため、レセプターと結合して細胞内シグナルカスケードを誘発可能なリガンドを同定するため、および相補的核酸を同定するために、使用され得る。 Therefore, their assay, for example, to identify agonists and antagonists to the receptor of interest, to identify the inducible ligand intracellular signal cascade coupled to the receptor, and to identify complementary nucleic acid, It can be used. リガンドと推定アンチリガンドとが互いに接触される直接結合形式でか、または当業者に周知の競合的結合形式で、アッセイは実施され得る。 Or a direct bond format and ligand estimated antiligand is contacted with one another, or known in the competitive binding format to those skilled in the art, the assay can be carried out.

異種結合アッセイは、複合体が未反応因子から分離されて、標識複合体が非複合体化標識反応物のいずれかから区別され得る工程を包含する。 Heterogeneous binding assays include the step of complex is separated from unreacted factor, labeled complex can be distinguished from any of the non-complexed labeled reactant. しばしば、これは、そのリガンドまたはアンチリガンドを支持体に付着することによって達成される。 Often, this is accomplished by attaching the ligand or antiligand to the support. リガンドとアンチリガンドとが接触された後で、非複合体化反応物が洗い流され、その後、残りの複合体が検出される。 After the ligand and antiligand is contacted, unconjugated reactants are washed away, then the remaining complex is detected.

本明細書中で提供されるミクロ流体デバイスを用いて実施される結合アッセイはまた、同種形式でも実施され得る。 Binding assays are performed using the microfluidic devices provided herein can also be implemented in a homogeneous format. この同種形式では、リガンドとアンチリガンドとが、溶液中で互いに接触され、そして結合している複合体が、非複合体化リガンドおよび非複合体化アンチリガンドを除去する必要なく検出される。 This same type format, the ligand and antiligand is contacted with one another in solution and bound to that complex is detected without the need to remove non-complexed ligand and unconjugated anti-ligands. 同種アッセイを実施するために頻繁に利用される2つのアプローチは、蛍光偏光(FP)アッセイおよびFRETアッセイである。 Two approaches are frequently used to implement the homogeneous assay is a fluorescence polarization (FP) assay and FRET assays.

本ミクロ流体デバイスはまた、既知の結合パートナー間の相互作用を阻害する因子を同定するために競合形式で利用され得る。 The present microfluidic device can also be utilized in a competition format to identify agents that inhibit an interaction between known binding partner. そのような方法は、一般的に、結合パートナーが相互作用し複合体を形成するのを可能にするに十分な条件下かつそれに十分な時間、それらの結合パートナーを含む反応混合物を調製する工程を包含する。 Such methods are generally sufficient under conditions and for sufficient time to it binding partners makes it possible to form a complex interact, the step of preparing a reaction mixture comprising their binding partner It encompasses. 化合物を阻害活性について試験するために、その反応混合物が、その試験化合物の存在下(試験反応混合物)および非存在下(コントロール反応混合物)で調製される。 To test for inhibitory activity of the compound, the reaction mixture is prepared in the presence of the test compound (test reaction mixture) and absence (control reaction mixture). その後、結合パートナー間の複合体の形成が検出され、この検出は、代表的には、それらの結合パートナーのうちの一方または両方により生じる標識を検出することによる。 Thereafter, the detected formation of a complex between the binding partner, the detection is typically by detecting a label caused by one or both of their binding partners. その後、統計学的に有意な差異を構成するレベルで、試験反応混合物中のコントロール反応においてより多くの複合体を形成することは、その試験化合物が、それらの結合パートナー間の相互作用を妨害することを示す。 Then, at a level which constitutes a statistically significant difference, to form a more complex in the control reaction of the test reaction mixture, the test compound interferes with the interaction between their binding partners indicating that.

免疫学的アッセイは、本発明の実施形態に従うミクロ流体デバイスを用いて実施され得るアッセイの1つの一般的なカテゴリーである。 Immunological assays are one general category of assays that can be performed using a microfluidic device according to an embodiment of the present invention. 特定のアッセイが、目的の特定の抗原に特異的に結合し得る抗体について抗体集団をスクリーニングするために実施される。 Specific assays are performed to screen the antibody population for antibodies capable of specifically binding to a particular antigen of interest. そのようなアッセイにおいて、試験抗体または抗体集団が、その抗原と接触される。 In such an assay, test antibody or population of antibodies it is contacted with the antigen. 代表的には、その抗原は、固体支持体に付着されている。 Typically, the antigen is attached to a solid support. 免疫学的アッセイの例としては、酵素結合イムノソルベント検定法(ELISA)および当該分野で公知である競合アッセイが挙げられる。 Examples of immunological assays include competitive assays are known in the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and art.

本明細書中で提供されるミクロ流体デバイスを使用して、種々の酵素的アッセイが実施され得る。 Use microfluidic devices provided herein, various enzymatic assays can be performed. そのような酵素的アッセイは、一般に、アッセイを実施するための必要成分を含むアッセイ混合物を種々の枝フローチャネル中へと導入する工程を包含する。 Such enzymatic assay generally involves the step of introducing the assay mixture containing the required components for carrying out the assay into various branches flow channels. そのアッセイ混合物は、代表的には、例えば、その酵素の基質、必要な補因子(例えば、金属イオン、NADH、NAPDH)、および緩衝液を含む。 The assay mixture typically, for example, comprise a substrate for the enzyme, cofactor required (e.g., metal ions, NADH, NAPDH), and buffer. 共役アッセイが実施されるべき場合、そのアッセイ溶液はまた、一般的に、酵素、基質、およびその酵素的共役に必要な補因子を含む。 If coupled assay is to be performed, the assay solution is also generally include enzymes, substrates, and cofactors necessary for the enzymatic conjugation.

本発明の実施形態に従うミクロ流体デバイスは、生成される酵素産物に選択的に結合する物質を含むように手配され得る。 Microfluidics devices in accordance with embodiments of the present invention may be arranged to include a selectively bind to substances to the enzyme product produced. いくつかの場合、その物質は、反応産物自体について特異的結合親和性を有する。 In some cases, the material has a specific binding affinity for the reaction product itself. いくらかより複雑な系が、転移反応を触媒する酵素のために開発され得る。 Somewhat more complex system is the transfer reaction can be developed for the enzyme to catalyze. 例えば、この型の特定のアッセイは、ドナー基質から親和性標識を有するアクセプター基質へと検出可能な部分が転移して、検出可能な部分と親和性標識との両方を有する産物を生成するのを触媒する酵素をインキュベートする工程を包含する。 For example, certain assays of this type, the detectable moiety to the acceptor substrate with affinity labels from a donor substrate is transferred, the to produce a product having both affinity labeled with a detectable moiety comprising the step of incubating the enzyme that catalyzes. この産物は、その親和性標識に特異的に結合する相補的因子を含む物質によって捕捉され得る。 This product can be captured by materials comprising the complementary agent that specifically binds to the affinity label. この物質は、代表的には、捕捉された産物が容易に検出され得るように、検出領域中に位置する。 This material is typically such that the captured product can be easily detected, located in the detection region. 特定のアッセイにおいて、その物質は、その検出区域のチャネル内壁にコーティングされる;あるいは、その物質は、その因子でコーティングされている検出領域中に位置する支持体であり得る。 In certain assays, the material is coated on the channel inner wall of the detection zone; or, the material may be a support located in the detection area is coated with the agent.

本デバイスを使用する特定のアッセイは、細胞ではなく小胞を用いて実施される。 Particular assay using this device is carried out with the vesicles not cell. そのようなアッセイの1例は、蛍光相関分光法(FCS)を使用するGタンパク質共役レセプターアッセイである。 One example of such an assay is a G-protein coupled receptor assay using fluorescence correlation spectroscopy (FCS). 目的のレセプターを過剰発現する細胞から構築された膜小胞が、主フローチャネルに導入される。 Membrane vesicles that are built on the receptor of interest from overexpressing cells, is introduced into the main flow channel. 小胞は、これもまた主フローチャネルにより導入される蛍光天然リガンドと混合される前に、インヒビターと予め混合され、そして枝フローチャネルまたは主フローチャネルのうちの1つのいずれかを介して導入され得る。 Vesicles, also prior to being mixed with the fluorescent natural ligand introduced by the main flow channel, is pre-mixed with the inhibitor, and is introduced through any one of the branches flow channels or main flow channel obtain. 成分は、所望の時間インキュベートされ、そして蛍光シグナルが、FCS読み取り機(例えば、Evotec/Zeiss Confocor(単一光子計数デバイスまたは二重光子計数デバイス))を使用してフローチャンバ中で直接分析され得る。 Components are incubated desired time, and the fluorescent signal, FCS reader (e.g., Evotec / Zeiss Confocor (single photon counting device or dual photon counting devices)) may be analyzed directly in the flow chamber using an .

FRETアッセイは、本明細書中に開示されるデバイスを使用して、多数のリガンド−レセプター相互作用を実行するために利用され得る。 FRET assays using the devices disclosed herein, multiple ligands - be utilized to perform receptor interaction. 例えば、FRETペプチドレポーターは、リンカー配列(リン酸化部位のようなタンパク質の誘導性ドメインに対応する)を、青にシフトしたGFP改変体からおよび赤にシフトしたGFP改変体から構成される蛍光タンパク質をコードするベクター中に導入することによって構築され得る。 For example, FRET peptide reporter linker sequence (corresponding to the inductive domain proteins, such as phosphorylation site), the fluorescent protein consists of GFP variants was shifted from shifted GFP variants and red to blue It may be constructed by introducing into a vector that encodes. このベクターは、細菌発現ベクター(生化学的研究のために)または哺乳動物発現ベクター(インビボでの研究のために)であり得る。 The vector may be a bacterial expression vector or a mammalian expression vector (for the biochemical studies) (for in vivo studies).

核レセプターのアッセイはまた、本発明のミクロ流体デバイスを用いて実行され得る。 Assay of nuclear receptors can also be performed using the microfluidic device of the present invention. 例えば、コアクチベーター/核レセプター相互作用についてのFRETベースのアッセイが実行され得る。 For example, FRET based assay for coactivator / nuclear receptor interaction can be performed. 特定の例として、このようなアッセイは、以下:(a)CFP(GFP誘導体であるシアン蛍光タンパク質)でタグ化されたレセプターのリガンド結合ドメインと(b)黄色蛍光タンパク質(YFP)でタグ化されたレセプター結合タンパク質(コアクチベーター)との間のFRET相互作用を検出するために実行され得る。 As a specific example, such assays following: tagged with (a) CFP and ligand-binding domain of the tagged receptors by (cyan fluorescent protein is a GFP derivative) (b) yellow fluorescent protein (YFP) may be performed to detect FRET interaction between the receptor-binding proteins (coactivators) was.

蛍光偏光(FP)は、核レセプター−リガンド置換およびキナーゼ阻害についての高スループットスクリーニング(HTS)アッセイを開発するために利用され得る。 Fluorescence polarization (FP), nuclear receptors - can be utilized to develop high throughput screening (HTS) assay for ligand displacement and kinase inhibition. FPは、溶液ベースの均質な技術なので、反応成分の固定化も分離も必要としない。 FP Since solution-based homogeneous techniques, does not require the separation immobilization of reactants. 一般に、この方法は、このレセプターについての蛍光標識されたリガンドと関連の試験化合物との間の競合を用いることを含む。 Generally, the method includes the use of competition between a fluorescently labeled ligand and associated test compounds for the receptor.

多数の異なる細胞レポーターアッセイが、提供されたミクロ流体デバイスで実行され得る。 Number of different cell reporter assays can be performed in microfluidic devices provided. 実行され得る1つの一般的な型のレポーターアッセイとしては、細胞レセプターに結合し、そしてレポーター構築物の転写を活性化する細胞内のシグナルもしくはシグナルカスケードの活性化の引き金を引き得る薬剤を同定するために設計されたアッセイが挙げられる。 As one general type of reporter assays that may be performed, bind to cell receptors, and to identify agents that may trigger the activation of a signaling or intracellular signaling cascades that activate transcription of the reporter construct It includes assays designed. このようなアッセイは、目的の遺伝子の発現を活性化し得る化合物を同定するために有用である。 Such assays are useful for identifying compounds capable of activating expression of the gene of interest. 以下に議論されるツーハイブリッドアッセイは、このデバイスを用いて実行され得る、別の主要な群の細胞レポーターアッセイである。 Two-hybrid assays discussed below may be performed using this device, another major group of cell reporter assay. このツーハイブリッドアッセイは、タンパク質間の結合相互作用を調査するために有用である。 The two-hybrid assay is useful to investigate the binding interactions between proteins.

しばしば、細胞レポーターアッセイは、化合物のライブラリーをスクリーニングするために利用される。 Often, cell reporter assays, are utilized to screen libraries of compounds. 一般に、このような方法は、メインフローチャネル中に細胞を導入する工程を包含し、その結果、細胞は、メインフローチャネルと分枝チャネルとの間の交差点に位置するチャンバ中に保持される。 Generally, such methods comprise the step of introducing the cells into the main flow channel, so that the cells are retained in the chamber located at the intersection between the main flow channel and the branch channel. 次いで、(例えば、ライブラリー由来の)異なる試験薬剤が、異なる分枝チャネルに導入され得、ここで、この試験薬剤は、チャンバにおいて細胞と混合される。 Then, (e.g., from a library) different test agents can be introduced in different branches channel, wherein the test agent is mixed with the cells in the chamber. あるいは、細胞は、メインフローチャネルを介して導入され得、次いで分枝チャネルへと移され、ここで細胞は、保持領域中で保存される。 Alternatively, cells can be introduced through the main flow channel, and then transferred to a branch channel, where the cell is stored in the holding area. 一方、異なる試験化合物は、異なる分枝フローチャネルに導入され、メインフローチャネルと分枝フローチャネルとの交差点に位置するチャンバを、通常少なくとも部分的に満たす。 On the other hand, different test compounds are introduced into the different branch flow channels, the chamber located at the intersection of the main flow channel and branch flow channels, usually at least partially fill. 保持領域に保持される細胞は、適切なバルブを開くことによって放出され得、そして細胞は、異なる試験化合物との相互作用のためにチャンバに移る。 Cells held in the holding area may be released by opening the appropriate valves and the cells, it passes to the chamber for interaction with the different test compounds. 一旦細胞と試験化合物とが混合されると、得られた溶液は、保持空間に戻されるか、またはレポーター発現の検出のために検出区画に輸送される。 Once a cell with a test compound is mixed, the resulting solution is either returned to the holding space, or is transported to the detection zone for detection of reporter expression. 細胞および試験化合物は、必要に応じて、上記の設計のミキサーを使用してさらに混合およびインキュベートされ得る。 Cells and test compounds may optionally be further mixed and incubated using a mixer of the above design.

遺伝子発現を誘発し得る化合物を同定するために化合物のスクリーニングにおいて利用される細胞は、代表的に、目的のレセプターを発現し、そして異種レポーター構築物を保有する。 Cells utilized in the screening of compounds to identify compounds capable of inducing gene expression, typically, to express the receptor of interest and carrying a heterologous reporter construct. このレセプターは、レセプターへのリガンドの結合の際に遺伝子の転写を活性化するレセプターである。 This receptor is a receptor that activates transcription of genes upon binding of a ligand to the receptor. レポーター構築物は、通常、転写制御エレメントおよびこの転写制御エレメントに作動可能に連結したレポーター遺伝子を含むベクターである。 The reporter construct is typically a vector comprising a reporter gene operably linked to transcriptional control elements and the transcriptional control element. この転写制御エレメントは、調査中のレセプターへのリガンドの結合の際に生じる細胞内シグナルに対して応答性の遺伝的エレメント(例えば、転写因子)である。 This transcriptional control element is a genetic element responsive to the intracellular signals occurs upon binding of a ligand to the receptor under investigation (e.g., transcription factors). レポーター遺伝子は、検出可能な転写産物または翻訳産物をコードする。 Reporter gene encoding a detectable transcript or translation product. しばしば、レポーター(例えば、酵素)は、ミクロ流体デバイスに関連する検出器によって検出され得る光学的シグナルを生じ得る。 Often, the reporter (e.g., enzyme) may result in optical signal that can be detected by a detector associated with the microfluidic device.