KR102596508B1 - 시약을 캡슐화 및 구획화하기 위한 유체 디바이스, 시스템, 및 방법, 및 이의 응용 - Google Patents

Abstract

본 개시는 캡슐화된 시약의 생성을 위한 디바이스, 시스템 및 방법 및 차후의 분석 및/또는 프로세싱에서, 예컨대 생물학적 분석 및 특징규명 분야에서 사용하기 위한 캡슐화된 시약의 구획화를 제공한다.

Description

시약을 캡슐화 및 구획화하기 위한 유체 디바이스, 시스템, 및 방법, 및 이의 응용{FLUIDIC DEVICES, SYSTEMS, AND METHODS FOR ENCAPSULATING AND PARTITIONING REAGENTS, AND APPLICATIONS OF SAME}

상호 참조

본 출원은 2014년 4월 10일에 출원된 미국 가특허 출원 제61/977,804호에 대한 우선권을 주장하며, 전체 개시내용이 모든 목적을 위해 본원에 인용에 의해 포함된다.

기술분야

본 발명은 시약을 캡슐화 및 구획화하기 위한 유체 디바이스, 시스템, 및 방법, 및 이의 응용에 관한 것이다.

생명과학 분야는 최근 20년에 걸쳐 급진적인 발전을 이뤄왔다. 재조합 데옥시리보핵산 (DNA) 기술에서 유도되는 생성물의 광범위한 상업화에서부터 연구, 개발 및 진단의 단순화에 이르기까지 중대한 연구 툴, 예컨대 폴리머라제 연쇄 반응, 핵산 어레이 기술, 강건한 핵산 시퀀싱 기술, 및 보다 최근에는, 고처리율 차세대 시퀀싱 기술의 개발 및 상업화에 의해 가능해졌다. 이러한 개선점 모두를 겸비하여 생물학적 연구, 의학, 진단, 농업 생명공학 분야, 및 무수한 다른 관련 분야를 극적 개선에 의해 진척시켜왔다.

이들 기술 중 어느 것도 일반적으로 고립되어 존재하지 않고, 오히려 샘플 개더링 및 제조의 상류 컴포넌트 내지 데이터 개더링, 데콘볼루션, 해석 및 최종적 이용의 하류 컴포넌트를 포함하는 보다 넓은 워크플로우에 통합된다. 나아가, 각각의 이러한 발전은 그 분야에 대해 빅 정보를 제공하면서 그 분야의 요구에 맞게 스스로 진화해야 하는 워크플로우에서 중요한 애로사항을 노출시키는 경향이 있어왔다. 예를 들면, 게놈 시퀀싱이, 단지 샘플 재료로부터 핵산 시퀀싱을 개시할 수 있기 위해, 다수의 경우, 복잡한 노동 집약적인 샘플 제조 공정을 포함한 중요한 워크플로우 이슈로 인해 양단이 구속된다. 게다가, 일단 서열 데이터가 얻어지면, 시퀀스 데이터를 베이스 콜로 디콘볼브한 다음, 결정된 베이스 서열을 인접한 시퀀스 데이터로 어셈블리하고, 최종적으로 그러한 시퀀스 데이터를 정해진 유기체에 대한 전체 게놈에 맞추기 위해 복잡한 백 엔드 정보학 요건이 존재한다.

이들 기술 중 다수의 경우 하나의 중요한 애로사항은 막대한 양의 데이터를 생성하는 능력에 있는 것이 아니라, 그러한 데이터를 복잡한 샘플의 일부에 또는 다수의 다중화된 샘플 중 정해진 샘플에 보다 특정적으로 속성화하는 능력에 있다.

국제공개공보 WO2014/028537 A1 미국특허출원 공개공보 제2010/0021984호 A1 미국특허출원 공개공보 제2002/0089100호 A1

본 개시의 디바이스, 방법 및 시스템은 상술한 도전과제를 포함한 다양한 분야에서의 도전과제에 대한 해결책을 제공한다. 본 개시는 캡슐화된 시약뿐만 아니라 이러한 캡슐화된 시약을 다양한 응용분야에서 사용하기 위해 포함하는 다중화된 구획(partition)의 생성을 위한 디바이스, 시스템 및 방법을 제공한다.

본 개시의 디바이스, 시스템 및 방법은 시약 예컨대 관련된 생물학적 시약을 가질 수 있는 마이크로캡슐 또는 비드의 단분산 군(monodisperse population)의 생성에 미세유체(microfluidic) 시스템을 채택한다. 추가 반응 및/또는 분석을 실시하는데 사용하기 위해 이들 마이크로캡슐 또는 비드를 에멀젼 중 액적으로 선택적으로 그리고 제어가능하게 구획화하는 디바이스, 시스템 및 방법이 또한 제공된다. 그러한 디바이스 및 시스템의 다양한 컴포넌트 부분뿐만 아니라 이러한 컴포넌트들 간의 상호작용을 촉진하기 위한 인터페이스 컴포넌트가 또한 제공된다.

본 개시의 일 양태는 마이크로캡슐의 구획화 방법을 제공한다. 이 방법은 마이크로캡슐의 서스펜션(suspension)을 포함하는 수성 유체를 제공하고 수성 유체를 구획화 유체를 포함하는 액적 생성 합류점(junction) 내로 흐르게 하여 구획화 유체 내에 수성 유체의 액적군(population of droplets)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 수성 유체의 유량(flow rate)은 액적군의 50% 이하의 액적이 마이크로캡슐의 서스펜션으로부터의 마이크로캡슐에 의해 비점유되도록 하는 정도일 수 있다.

일부 실시양태들에서, 유량은 액적군의 25% 이하의 액적이 마이크로캡슐에 의해 비점유되도록 하는 정도이다. 일부 실시양태들에서, 유량은 액적군의 10% 이하의 액적이 마이크로캡슐에 의해 비점유되도록 하는 정도이다. 일부 실시양태들에서, 유량은 액적군의 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2% 또는 1% 이하가 마이크로캡슐에 의해 비점유되도록 하는 정도이다.

일부 실시양태들에서는, 액적군의 25% 미만의 액적이 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함한다. 일부 실시양태들에서는, 액적군의 20% 미만의 액적이 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함한다. 일부 실시양태들에서는, 액적군의 15% 미만의 액적이 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함한다. 일부 실시양태들에서는, 액적군의 10% 미만의 액적이 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함한다. 일부 실시양태들에서는, 액적군의 5% 미만의 액적이 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함한다.

일부 실시양태들에서는, 액적군의 적어도 80%의 액적이 단일 마이크로캡슐을 포함한다. 일부 실시양태들에서는, 액적군의 적어도 90%의 액적이 단일 마이크로캡슐을 포함한다. 일부 실시양태들에서는, 액적군의 적어도 95%의 액적이 단일 마이크로캡슐을 포함한다. 일부 실시양태들에서는, 액적군의 적어도 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 98% 또는 99%의 액적이 단일 마이크로캡슐을 포함한다.

일부 실시양태들에서, 액적 생성 합류점은 미세유체 디바이스의 미세유체 채널 네트웍 내에 있을 수 있다. 일부 실시양태들에서, 미세유체 채널 네트웍은 마이크로캡슐의 공급원을 액적 생성 합류점에 유동적으로 연결하는 제1 채널 세그먼트를 포함할 수 있다. 미세유체 채널 네트웍은 또한 구획화 유체의 공급원을 액적 생성 합류점에 연결하는 제2 채널 세그먼트, 및 액적 생성 합류점에 유동적으로 연결되어 액적 생성 합류점에 출구를 제공하는 제3 채널 세그먼트를 포함할 수 있다.

일부 실시양태들에서, 유량은 제1 및 제2 채널 세그먼트에 걸쳐 하나 이상의 압력차를 제공함으로써 제공될 수 있다. 일부 실시양태들에서, 제1 및/또는 제2 채널 세그먼트는 액적군의 50% 이하의 액적이 마이크로캡슐의 서스펜션으로부터의 마이크로캡슐에 의해 비점유되도록 하는 유량을 제공하는 단면 치수를 가질 수 있다. 일부 실시양태들에서, 미세유체 채널 네트웍은 제1 채널 세그먼트 내에 그러한 유량을 제공하는 하나 이상의 흐름 제어 구조를 추가로 포함할 수 있다.

일부 실시양태들에서, 마이크로캡슐의 서스펜션의 마이크로캡슐은 평균 단면 치수와 10% 이하의 단면 치수의 변동 계수를 가진다. 일부 실시양태들에서, 마이크로캡슐의 서스펜션의 마이크로캡슐은 평균 단면 치수와 10%, 8%, 6%, 4%, 2% 또는 1% 이하의 단면 치수의 변동 계수를 가진다.

본 개시의 추가 양태는 마이크로캡슐의 구획화 방법을 제공한다. 이 방법은 마이크로캡슐의 서스펜션을 포함하는 수성 유체를 구획화 유체를 포함하는 액적 생성 합류점 내로 흐르게 하는 단계를 포함할 수 있다. 액적 생성의 창(window) 동안, 마이크로캡슐은 30% 미만으로 변동하는 주파수에서 액적 생성 합류점 내로 흐를 수 있다. 이 방법은 또한 액적 생성의 창 동안 구획화 유체 내에 마이크로캡슐을 구획화하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 주파수는 50 Hz를 초과한다. 일부 실시양태들에서, 주파수는 500 Hz를 초과한다. 일부 실시양태들에서, 주파수는 1000 Hz를 초과한다. 일부 실시양태들에서, 주파수는 50 Hz, 100 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 750 Hz, 1000 Hz, 1250 Hz, 1500 Hz, 1750 Hz 또는 2000 Hz를 초과한다.

일부 실시양태들에서, 액적 생성의 창 동안, 마이크로캡슐은 20% 미만으로 변동하는 주파수에서 액적 생성 합류점 내로 흐른다. 일부 실시양태들에서, 액적 생성의 창 동안, 마이크로캡슐은 10% 미만으로 변동하는 주파수에서 액적 생성 합류점 내로 흐른다. 일부 실시양태들에서, 액적 생성의 창 동안, 마이크로캡슐은 5% 미만으로 변동하는 주파수에서 액적 생성 합류점 내로 흐른다. 일부 실시양태들에서, 액적 생성의 창 동안, 마이크로캡슐은 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2% 또는 1% 미만으로 변동하는 주파수에서 액적 생성 합류점 내에 흐른다.

일부 실시양태들에서, 마이크로캡슐의 서스펜션을 포함하는 수성 유체를 구획화 유체를 포함하는 액적 생성 합류점 내에 흐르게 하는 것은 액적 생성 합류점에 유동적으로 연결되는 미세유체 채널을 통해 수성 유체를 흐르게 하는 것을 포함할 수 있다. 미세유체 채널은 마이크로캡슐의 흐름(예를 들면, 유량)을 조절하는 영역을 포함할 수 있다.

본 개시의 추가 양태는 마이크로캡슐의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 겔 전구체를 수성 유체 내에 제공하고 겔 전구체를 가진 수성 유체를 구획화 유체를 포함하는 액적 생성 합류점에 유동적으로 연결되는 유체 도관을 통해 흐르게 하는 단계를 포함할 수 있다. 구획화 유체는 겔 활성화제를 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 구획화 유체 내에 수성 유체의 액적을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서, 액적 내에서, 겔 활성화제가 겔 전구체와 접촉하여 겔 마이크로캡슐을 형성한다. 일부 실시양태들에서, 수성 유체는 또한 생물학적 분자를 포함할 수 있으며, 여기서, 예를 들면, 생물학적 분자는 겔 마이크로캡슐 내에 동반될 수 있다.

본 개시의 추가 양태는 마이크로캡슐의 구획화 방법을 제공한다. 이 방법은 마이크로캡슐의 단분산 군의 서스펜션을 포함하는 수성 유체를 액적 생성 합류점 내로 흐르게 하는 단계를 포함할 수 있다. 단분산 군은 평균 단면 치수와 10% 이하의 단면 치수의 변동 계수를 가질 수 있다. 이 방법은 또한 구획화 유체를 액적 생성 합류점 내에 도입하고 수성 유체를 구획화 유체 내의 액적으로 분리하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 액적은 하나 이상의 마이크로캡슐을 함유한다.

본 개시의 추가 양태는 미세유체 시스템을 제공한다. 미세유체 시스템은 적어도 제1, 제2 및 제3 채널 세그먼트를 액적 생성 합류점과 유체 연통되어 포함하는 미세유체 채널 네트웍을 포함할 수 있다. 제1 채널 세그먼트는 수성 유체를 포함하는 제1 유체를 포함하는 제1 유체 공급원에 유동적으로 연결될 수 있다. 수성 유체는 그 속에 배치되는 복수의 마이크로캡슐을 포함할 수 있다. 또한, 제2 채널 세그먼트는 수성 유체와 비혼화성인 제2 유체를 포함하는 제2 유체 공급원에 유동적으로 연결될 수 있다. 미세유체 시스템은 또한 미세유체 채널 네트웍에 연결되는 흐름 제어 시스템을 포함할 수 있다. 흐름 제어 시스템은 제1 유체 및 제2 유체를 액적 생성 합류점 내로 흐르게 하여 마이크로캡슐을 포함하는 액적을 생성할 수 있고; 적어도 75%의 액적이 적어도 하나의 마이크로캡슐을 포함하고 25% 미만의 액적이 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함하도록 액적을 제3 채널 세그먼트 내로 흐르게 할 수 있다.

본 개시의 추가 양태는 미세유체 시스템을 제공한다. 미세유체 시스템은 미세유체 채널 네트웍을 포함할 수 있다. 미세유체 채널 네트웍은 마이크로캡슐의 서스펜션을 포함하는 제1 수성 유체의 공급원에 커플링된 제1 채널 세그먼트; 제2 수성 유체의 공급원에 커플링된 적어도 하나의 제2 채널 세그먼트, 제1 및 제2 채널 세그먼트는 제1 수성 유체를 제2 수성 유체와 접촉시키는 제1 합류점에서 유체 연통됨; 및 제1 합류점에 커플링되고 제2 합류점에서 적어도 하나의 제4 채널 세그먼트와 교차하는 제3 채널 세그먼트를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 제4 채널 세그먼트는 제1 및 제2 수성 유체와 비혼화성인 유체의 공급원에 커플링될 수 있다. 또한, 제2 합류점은 제1 및 제2 수성 유체를 상기 유체 내의 액적으로 구획화할 수 있다. 미세유체 시스템은 또한 미세유체 채널 네트웍에 작동가능하게 커플링된 흐름 제어 시스템을 포함할 수 있다. 흐름 제어 시스템은 적어도 50 Hz의 그리고 20% 미만으로 변동하는 주파수에서, 제1, 제2 및 제3 유체를 미세유체 채널 네트웍을 통해 흐르게 하여 제1 및 제2 수성 유체를 포함하는 액적을 유체 내에 형성할 수 있다.

본 개시의 추가 양태 및 이점은, 본 개시의 단지 예시적인 실시양태들이 도시되고 개시된 하기 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 이해될 것이다. 인식되어지는 바에 따라, 본 개시는 여타의 다양한 실시양태들이 가능하고, 이의 여러 상세한 설명은 본 개시에서 벗어남이 없이 다양한 명백한 측면에서 변형이 가능하다. 따라서, 도면 및 상세한 설명은 본래 예시적인 것으로 간주되며 제한적으로 해석되지 않는다.

인용에 의한 포함

본 명세서에서 언급된 모든 공보, 특허, 및 특허 출원은 각각의 개개 공보, 특허, 또는 특허 출원이 구체적으로 그리고 개별적으로 인용에 의해 포함되는 것으로 기재된 바와 같이 동일한 정도로 본원에서 인용에 의해 포함된다. 인용에 의해 포함되는 공보 및 특허 또는 특허 출원이 본 명세서에 포함된 개시내용과 모순되는 정도에 따라, 본 명세서는 임의의 그러한 모순되는 자료를 대체하고/거나 이보다 우선하는 것으로 의도된다.

도 1a, 1b 및 1c는 예시적인 구획 또는 액적 생성 유체 채널 합류점의 개략적인 설명을 제공한다.
도 2는 마이크로캡슐 및 다른 유체를 유중수 에멀젼 중의 액적으로 구획화하기 위한 단순한, 예시적인 유체 채널 아키텍쳐(architecture)를 개략적으로 도시한다.
도 3a 및 3b는 캡슐화된 시약을 에멀젼 중 액적으로 구획화하기 위한 예시적인 유체 채널 아키텍쳐를 개략적으로 도시한다.
도 4는 캡슐화된 시약을 구획화하는데 유용한 예시적인 채널 네트웍 및 미세유체 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 5는 유체 디바이스 내에서 마이크로캡슐 조성물의 조작을 고양시키기 위한 예시적인 리저버(reservoir) 구조의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 6a 및 6b는 예시적인 마이크로캡슐 흐름 조절 구조를 도시한다.
도 7a 및 7b는 유체 함유 베쓸(vessel)을 디바이스 상의 유체 리저버와 인터페이싱하는 일례를 개략적으로 도시한다.

I. 일반

본 개시는 예를 들면, 고처리율 핵산 분석 시스템, 예컨대 핵산 어레이, 핵산 시퀀싱 시스템, 핵산 증폭 및 정량 시스템, 등을 포함한 고처리율 분석 시스템을 이용하는 분석을 위해 복잡한 샘플을 다루는데 특히 유용한 디바이스, 시스템 및 방법을 제공한다. 특히, 본원에 기재된 디바이스, 시스템 및 방법은 캡슐화된 시약 또는 시약 시스템을 제공하고, 이들 시약을 추가 반응 및/또는 분석을 위해 샘플 성분과 공-구획화하는데 특히 유용하다. 시약과 샘플 성분의 이러한 공-구획화는 예를 들면, 샘플의 부분들을 상이한 구획들로 격리함으로써 샘플 재료의 복잡성을 감소시키는데 이용될 수 있다. 추가로, 시약을 또한 격리함으로써, 각각의 샘플 부분에 상이한 반응, 예를 들면, 상이한 샘플 성분들에 고유 식별자의 적용, 예를 들면, 개별 샘플 성분들에 개별 바코드 또는 태깅 시약의 부착을 행할 수 있다.

이러한 공-구획화 접근법들의 특히 훌륭한 예가 국제 특허 출원 공보 제WO2014/028537호, 및 미국 특허 출원 제14/104,650호(2013년 12월 12일에 출원), 제14/175,935호(2014년 2월 7일에 출원), 제14/175,973호(2014년 2월 7일에 출원), 및 제61/937,344호(2014년 2월 7일에 출원)에 기재되어 있으며, 이들 각각의 전체 개시내용은 모든 목적을 위해 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다.

예를 들어, 하나의 특히 훌륭한 접근법은 마이크로캡슐에 결합된 핵산 바코드 서열을 포함하는 폴리머 마이크로캡슐 조성물을 제공하며, 여기서 하나의 주어진 마이크로캡슐과 회합된 바코드는 실질적으로 동일한 뉴클레오티드 서열을 가지지만, 다른 별개의 마이크로캡슐은 이러한 마이크로캡슐과 회합된 다른 바코드 서열을 가질 것이다. 이들 마이크로캡슐 각각은 이후에 샘플 유체, 예컨대 샘플 재료에서 나온 주형 핵산을 포함하는 샘플 유체의 일부와 접촉한다. 주형 핵산을 포함하는 샘플 재료와 마이크로캡슐의 혼합물이 이후에, 마이크로캡슐과 샘플 재료의 일부가 동일한 액적 내에 함유되도록, 작은 부피의, 예컨대 유중수 에멀젼 내 액적으로 구획화된다. 원하는 수의 마이크로캡슐을 주어진 구획 내에 제공하도록 액적 생성 공정을 제어하는 것 이외에, 샘플 재료 및 에멀젼 공정이 또한 원하는 양의 샘플 재료, 예를 들면, 샘플 핵산 재료를 각각의 구획 내에 제공하도록, 예를 들면, 단일 주형 분자 또는 원하는 수준의 게놈 커버리지를 주어진 구획 내에, 또는 다른 원하는 수준의 샘플 재료를 제공하도록 제어될 수 있다.

구획 내에서, 바코드 서열은 샘플 재료, 예를 들면, 주형 핵산과 반응하여 샘플 재료 또는 이의 일부를 효과적으로 태깅한다. 예를 들면, 바코드 서열을 주형과, 예를 들면, 바코드 서열을 연장 프라이머로서 사용하는 주형 서열의 증폭을 통해 반응시킴으로써, 바코드 서열을 복제된 또는 증폭된 주형에 효과적으로 "부착"시킬 수 있다. 마찬가지로, 연장된 프라이머의 복제가 주형의 상보체를 바코드에 대한 상보체와 함께 생성하여, 역시, 바코드를 주형에 효과적으로 부착시킨다. 증폭된 주형 분자, 또는 이의 상보체 상에 또는 여기에 바코드 서열, 또는 이의 상보체의 존재 또는 부착은 이후에 해당 구획에 본래 배정된 샘플 재료의 동일한 부분, 예를 들면, 동일한 주형 분자 또는 동일한 샘플 성분으로 그러한 바코드를 포함하는 시퀀스 리드(read)의 어느 정도의 귀속을 허용한다.

다수의 경우에, 바코드 서열 또는 서열들을 포함하는 분자가 또한 증폭된 주형 서열의 후속 프로세싱에 사용되는 기능성 요소를 포함할 수 있다. 이러한 기능성 서열은 예를 들면, 프라이머 서열(예를 들면, 표적화 또는 유니버셜), 프라이머 인식 서열, 서열 내에서 또는 서열의 복제시 이차 구조를 형성할 수 있는 서열, 농축 서열, 예를 들면, 친화성 정제 서열로서 사용됨, 고정화 서열, 프로브 서열, 역상보체 또는 헤어핀 서열, 또는 다양한 다른 기능성 서열들 중 임의의 서열을 포함한다.

이러한 구획화 및 바코딩 또는 태깅 공정을 위한 광범위의 다양한 다른 고가의 응용이 존재한다. 본 개시는 유리하게도 이러한 구획화된 조성물 또는 이의 성분들의 생성을 크게 촉진할 수 있는 디바이스, 시스템 및 방법을 제공한다.

II. 캡슐화된 시약의 생성 및 구획화된 반응을 위한 유체 시스템

본 개시는 캡슐화된 시약의 생성뿐만 아니라, 후속 반응 및/또는 분석에 사용하기 위한 이들 캡슐화된 시약의 구획화에 유용한 개선된 유체 시스템, 및 특히 개선된 미세유체 시스템을 제공한다. 본원에서 사용시, 미세유체 시스템은 전형적으로 하나 이상의 내부 단면 치수, 예를 들면, 1000 미크론 미만, 200 미크론 미만, 100 미크론 미만, 및 일부 경우에, 약 50 미크론 미만, 또는 심지어 약 20 미크론 미만인 깊이, 길이 또는 폭을 포함하는 하나 이상의 유체 도관, 채널, 챔버, 등을 채택하는 유체 시스템을 의미한다. 일부 경우에, 하나 이상의 단면 치수는 약 20 미크론 이하 또는 10 미크론 이하일 수 있다. 전형적으로, 이들 미세유체 채널 또는 챔버는 약 1 내지 약 100 미크론의 적어도 하나의 단면 치수를 가질 것이다.

인식하고 있는 바와 같이, 캡슐화된 시약이라 함은 그러한 시약의 범위를 완전히 둘러싸인 캡슐에 한정하고자 하는 의도가 아니며, 시약을 주어진 입자, 비드, 또는 다른 고체 또는 반고체 입자 상과 회합하는 다양한 방법들 중 임의의 방법을 반영하는 것으로 의도된다. 특히, 캡슐화(encapsulation)는 일반적으로 특정 종(species)의 고체 또는 반고체 입자, 비드, 인클로저, 구획 또는 액적과의 동반 또는 여타의 부착, 커플링, 또는 회합을 지칭하며, 그러한 종이 전체적으로 또는 부분적으로 보다 큰 구조 내에 둘러싸인 조성물에 한정되지 않는다.

일부 양태에서, 캡슐화된 시약은, 일반적으로 구형이지만, 연장된, 플러그 형상일 수 있거나, 또는 구체적 형상에 있어 가변적인 마이크로캡슐과 회합된다. 일부 경우에, 마이크로캡슐은 200 미크론 미만, 150 미크론 미만, 또는 약 100 미크론 미만인 하나 이상의 단면 치수를 가질 것이다. 일부 경우에, 본 개시의 마이크로캡슐은 약 10 내지 약 200 미크론, 약 20 내지 150 미크론, 약 30 내지 125 미크론, 다수의 경우에 약 40 내지 약 100 미크론, 및 다른 경우에, 약 50 내지 약 75 미크론인 하나 이상의 단면 치수를 가진다.

마이크로캡슐의 치수가 중요한 고려사항일 수 있지만, 다수의 적용에서 그러한 치수에 있어 가변성(변동성)이 또한 중요한 고려사항이다. 특히, 예를 들면, 미세유체 시스템을 통한 마이크로캡슐의 수송은 해당 마이크로캡슐의 크기에 의해 크게 영향을 받을 수 있다. 예를 들면 단순한 흐름 저항은 보다 작은 마이크로캡슐의 경우에 비해 보다 큰 마이크로캡슐의 경우에 더 클 수 있다. 마찬가지로, 막힘에 대한 성향은 보다 작은 마이크로캡슐의 경우에 비해 보다 큰 마이크로캡슐의 경우에 더 클 수 있다. 어느 경우든, 미세유체 시스템을 통한 마이크로캡슐의 유량은 마이크로캡슐의 크기에 의해 크게 영향을 받을 수 있다. 따라서, 특정 양태들에서, 본원에 기재된 마이크로캡슐은 실질적으로 단분산 단면 치수를 갖는 마이크로캡슐의 군으로서 제공될 것이다. 단면 치수와 관련하여, 실질적으로 단분산이란 문구는 평균 단면 치수로부터 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 20% 이하, 또는 일부 경우에, 10% 이하만큼 벗어나는 (예를 들면, 변동 계수로서 표현되고 백분율로 표시됨) 군을 지칭한다.

시약의 동반 또는 캡슐화에 사용하기 위한 마이크로캡슐의 생성의 맥락에서든, 또는 비-수성 액적 내에 수성 유체의 구획화에서든, 본 개시의 디바이스 및 시스템은 유사한 아키텍쳐를 채택할 수 있다. 단순한 예에서, 이러한 아키텍쳐는 제1 채널 세그먼트를 제2 채널 세그먼트 및 제3 채널 세그먼트과 유동적으로 연결하는 제1 합류점에 유동적으로 연결되는 제1 채널 세그먼트를 포함할 수 있다. 제2 채널 세그먼트는 상기 합류점에 제1 수성 유체와 비혼화성인 제2 유체, 예컨대 오일을 전달하며 이는 비혼화성 유체의 스트림 내에 수성 액적의 형성을 허용한다. 이러한 제2 유체는 본원에서 분산 유체, 구획화 유체 등으로서 지칭될 수 있다. 합류점을 통한 제3 채널 세그먼트 내로 제1 및 제2 유체의 흐름은 제1 유체의 액적이 제3 채널 세그먼트 내에서 제2 유체의 흐름 스트림 내로 분배되도록 제어된다. 이러한 기본적인 구조에 대한 다양한 변형이 액적 형성을 보다 잘 제어하고 추가 유체 스트림을 유도하는데 이용가능하다. 본원에서 사용시, 유체 흐름의 제어는 그러한 유체 흐름를 야기하기 위한 보다 크거나 또는 보다 작은 추진력의 인가를 통한 유체 흐름의 능동 제어 둘다를 포함한다. 부가적으로, 흐름은 유체 및/또는 이들이 흐르는 도관 중 하나 이상의 흐름 특성을 제어함으로써 전체적으로 또는 부분적으로 제어될 수 있다. 예를 들면, 유체 흐름은 보다 큰 흐름 저항을 도관 내에 제공함으로써, 예를 들면, 보다 큰 점도, 보다 좁은 도관 치수를 제공하거나, 또는 보다 큰 또는 보다 작은 마이크로캡슐을 유체 스트림 내에 제공하거나, 또는 상술한 것들의 임의 조합을 통해 제어될 수 있다. 일부 경우에, 제어는 제어된 추진력, 제어된 도관 치수, 및 제어된 유체 성질 중 몇 가지, 예를 들면, 점도 또는 입자 조성을 통해 부여된다.

도 1a는 채널 내에서 액적을 생성하기 위한 예시적인 기본 채널 아키텍쳐의 개략적인 모식도를 제공한다. 도시된 바와 같이, 제1 채널 세그먼트(102), 제2 채널 세그먼트(104), 제3 채널 세그먼트(106) 및 제4 채널 세그먼트(108)는 모두 제1 합류점(110)에서 유체 연통하도록 제공된다. 도 1b는 도 1a의 채널 아키텍쳐 내에서 액적 형성을 개략적으로 도시한다.

도시된 바와 같이, 제1 수성 유체(112)가 채널 세그먼트(102)를 통해 합류점(110)을 향해 흐른다. 제1 유체(112)와 비혼화성인 제2 유체(114)가 채널 세그먼트(104 및 106) 각각을 경유해 합류점(110) 내로 그리고 제4 채널 세그먼트(108) 내로 흐른다. 수성 제1 유체(112)가 합류점(110)에 도달함에 따라, 채널 세그먼트(104 및 106)로부터의 제2 유체(114)의 흐름에 의해 핀치(pinch)되고, 수성 제1 유체(112)의 개개 액적(116)이 제4 채널 세그먼트(108) 내로 분배된다. 일부 경우에는, 합류점(110)에 근접한 제4 채널 세그먼트(108)의 일부가 합류점 및/또는 채널 세그먼트(102, 104 및 106)에 비해 감소된 단면(미도시)이 제공되어 제4 채널 세그먼트(108) 내에 액적 형성을 촉진할 수 있다.

이하에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 세그먼트(102) 내의 수성 제1 유체 스트림, 예를 들면, 추가 시약, 완충제, 등, 세그먼트(104 및/또는 106) 내의 구획화 유체, 또는 채널 세그먼트(108) 내의 액적 함유 스트림 내로 추가 유체의 전달을 허용하기 위해 채널 세그먼트(102, 104, 106 또는 108) 중 어느 것에서 합류점(110)의 상류, 하류 또는 둘다에 추가 채널 세그먼트가 제공될 수 있다.

인식하고 있는 바와 같이, 이러한 기본적인 채널 아키텍쳐는 시약의 캡슐화를 위한 마이크로캡슐의 생성뿐만 아니라, 이러한 캡슐화된 시약의 다른 재료와의 최종적인 구획화 둘다에 광범위하게 유용하다.

일 특정 예에서 그리고 상기의 도 1a 및 1b를 참조하면, 폴리머 전구체 재료의 제1 수성 용액이 수성 유체(112)로서 채널 세그먼트(102)를 따라 합류점(110) 내로 수송될 수 있는 반면에, 폴리머 전구체와 비혼화성인 제2 유체(114)는 채널 세그먼트(104 및 106)로부터 합류점(110)으로 전달되어 채널 세그먼트(108) 내로 흐르는 폴리머 전구체 재료의 별개의 액적을 생성한다. 일부 양태에서, 이러한 제2 유체(114)는 오일, 예컨대, 얻어지는 액적을 안정화시키기 위한, 예를 들면, 얻어지는 액적의 차후의 유착을 방지하기 위한 불소계 계면활성제(fluorosurfactant)를 포함하는 플루오르화 오일을 포함한다. 특히 유용한 구획화 유체 및 불소계 계면활성제의 예는 예를 들면, 미국 특허 출원 제2010-0105112호에 기재되어 있으며, 이의 전체 개시내용이 모든 목적을 위해 본원에 인용에 의해 포함된다. 폴리머 전구체 재료는 중합성 모노머, 선형 폴리머, 또는 다른 것들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

겔 마이크로캡슐을 제조함에 있어, 활성화제가 또한 채널(102)에서의 수성 스트림(112)과 배합될 수 있다. 일부 양태에서, 이러한 활성화제는 채널(104 및 106)의 하나 이상에서 제2 유체 스트림(114) 내에 처리되어, 액적의 형성과 동시에 원하는 마이크로캡슐(116)을 생성하기 위한 반응의 개시를 허용한다. 예를 들면, 폴리머 전구체 재료가 선형 폴리머 재료, 예를 들면, 선형 폴리아크릴아미드, PEG, 또는 다른 선형 폴리머성 재료를 포함하는 경우에, 활성화제는 가교제, 또는 제1 스트림 내에서 가교제를 활성화시키는 케미컬을 포함할 수 있다. 게다가, 중합성 모노머를 포함하는 폴리머 전구체의 경우, 활성화제는 중합 개시제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 특정 경우에, 폴리머 전구체가 아크릴아미드 모노머와 N,N'-비스-(아크릴로일)시스타민 (BAC) 코모노머의 혼합물을 포함하는 경우, 아크릴아미드와 BAC의 가교된 폴리머 네트웍 또는 히드로겔로의 공중합을 개시하는 작용제 예컨대 테트라에틸메틸렌디아민(TEMED)이 채널 세그먼트(104 및 106) 내의 제2 유체 스트림 내에 제공될 수 있다.

액적 형성에서 합류점(110)에서 제2 유체 스트림(114)과 제1 유체 스트림(112)의 접촉시, TEMED는 제2 유체(114)로부터 선형 폴리아크릴아미드를 포함하는 수성 제1 유체(112) 내로 확산할 수 있으며, 액적 내에서 폴리아크릴아미드의 가교를 활성화시켜, 고체 또는 반고체 비드 또는 입자로서 겔, 예를 들면, 히드로겔, 마이크로캡슐(116)의 형성을 유도할 것이다.

폴리아크릴아미드 캡슐화의 관점에서 기재되고 있으나, 다른 '활성화가능한' 캡슐화 조성물이 또한 본 개시의 맥락에서 채택될 수 있다. 예를 들면, 알지네이트 액적의 형성 후 2가 금속 이온, 예를 들면, Ca2+에의 노출이 기재된 공정을 이용하는 캡슐화 공정으로서 이용될 수 있다. 게다가, 아가로스 액적이 또한 예를 들면, 냉각시에, 온도 기반 겔화를 통해 캡슐로 변형될 수 있다.

본 개시의 일부 양태에 따르면 하나 이상의 시약이 마이크로캡슐의 형성시에 마이크로캡슐과 회합될 수 있다. 특히, 하나 이상의 시약이 마이크로캡슐을 구성하는 폴리머 매트릭스 예를 들면, 선형 폴리머에 대한 전구체 시약과 회합될 수 있되, 상기 시약(들)이 형성된 마이크로캡슐 내에 동반되거나 이와 회합되어질 것이다. 예를 들면, 시약(들)은 본원에 기재된 공정을 이용하여 마이크로캡슐로 가교되는 선형 폴리머 재료에 커플링되어, 시약이 결국 형성되어 가교된 겔 마이크로캡슐에 커플링될 수 있다. 대안으로, 시약은, 전구체 스트림에서 또는 형성 후 마이크로캡슐에서, 시약과 상호작용하는 활성인 결합 부위를 포함하는 폴리머 전구체와 배합될 수 있다. 여전히 다른 양태들에서는, 본원의 그밖에 기재된 가교 활성화제와 관련해서, 시약 성분이 공유적으로 또는 비공유적으로 회합될 수 있는 마이크로캡슐의 폴리머 매트릭스 상의 부위를 활성화시키는 활성화제가 또한 폴리머 전구체 또는 형성된 마이크로캡슐과 접촉될 수 있다.

마이크로캡슐 내에 도입될 시약은 마이크로캡슐의 최종 용도, 예를 들면, 분석 반응에 유용한 다양한 다른 시약 또는 여타의 성분들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 이러한 시약은 라벨링 기(예를 들면, 형광 염료 분자, FRET 쌍, 형광 나노입자, 형광 단백질, 매스 라벨, 전기화학적 라벨 등)를 포함할 수 있다. 이들 시약은 생물학적 또는 생화학적 시약, 예컨대 광범위의 다양한 분석 중 임의의 분석에 유용한 핵산, 핵산 유사체, 핵산 모방체, 폴리뉴클레오티드 또는 유사체, 올리고뉴클레오티드 또는 유사체, 효소, 기질, 항체 또는 항체 단편, 항원, 에피토프, 수용체, 및 수용체 결합 성분, 단백질, 폴리펩티드, 아미노산, 다당류, 또는 실제 임의 타입의 생화학적 시약을 포함할 수 있다. 게다가, 생물학적 또는 생화학적 시스템에 작용하는 화합물이 또한 이러한 마이크로캡슐 내에 포함을 위해 구상되는데, 예를 들면, 소분자 약학적으로 활성인 화합물, 방사성 화합물, 생물학적 또는 생화학적 화합물의 억제제 및/또는 개시제, 화학적 라이브러리 화합물, 등이 있다. 특정 예들에서, 이들 시약은 최종적으로 생성되는 구획 내에서 수행될 원하는 반응에 적용가능한 광범위의 다양한 다른 시약들 중 임의의 시약을 포함할 수 있으며, 예컨대 핵산 복제 시약(예를 들면, 프라이머, 폴리머라제, 뉴클레오티드 또는 뉴클레오티드 유사체, 완충제, 보조인자, 등), 특이적 결합 그룹(예를 들면, 수용체, 항체 또는 항체 단편, 결합 펩티드), 또는 임의의 다른 시약(예를 들면, 효소, 기질, 촉매/개시제, 기질, 억제제, 등)이 있다.

일례에서, 아크리다이트 모이어티를 갖는 폴리뉴클레오티드가 수성 유체 내에 제공되며, 여기서 폴리뉴클레오티드가 본원에 기재된 바와 같은 비드로 가교 이전에 폴리머 전구체에 커플링된다. 이러한 폴리뉴클레오티드는 하나 이상의 기능성 핵산 서열, 예컨대 프라이머 서열, 부착 서열, 라이게이션 서열 또는 바코드 서열을 포함할 수 있다. 예를 들면, 미국 특허 출원 제61/937,344호를 참조하기 바라며, 그 전문이 본원에서 인용에 의해 포함된다.

일단 생성되면, 마이크로캡슐은 예를 들면, 채널 세그먼트(108)의 단부에 있는 리저버 또는 다른 출구로부터 수집될 수 있다. 수집된 마이크로캡슐은 이후 세척되어 가교제, 비-가교된 폴리머, 에멀젼 오일 및 계면활성제, 임의의 다른 비-커플링된 시약, 특대의(out-sized) 마이크로캡슐 또는 이의 일부뿐만 아니라, 마이크로캡슐의 생성 동안 마이크로캡슐에 부여되는, 본원에 기재된 방법 및 시스템의 사용을 잠재적으로 간섭할 수 있는 임의의 다른 오염물질을 제거할 수 있다. 일부 양태에서, 마이크로캡슐은 실질적으로 순수한 마이크로캡슐 조성물을 포함할 것이다. 실질적으로 순수한 마이크로캡슐 조성물이란 앞서 기재된 바와 같은 마이크로캡슐의 단분산 군, 및 이와 회합되는 원하는 완충제 및 시약이 조성물의 적어도 90%, 조성물의 적어도 95%, 조성물의 적어도 99%, 및 다수의 경우에 조성물의 적어도 99.9%를 구성할 것임을 의미한다. 일단 세척되면, 이들 마이크로캡슐은 후속 프로세싱에 사용하기 위해, 수성 용액, 예를 들면, 완충제 및/또는 하나 이상의 선택된 시약에 재현탁될 수 있다. 상술한 바에 따르면, 앞서 기재된 실질적으로 순수한 마이크로캡슐을 생성함에 있어 다양한 다른 세척 프로토콜이 시리즈로 또는 대안으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 세척은 단순한 완충제 교환 세척을 포함할 수 있으며 여기서 마이크로캡슐은 예를 들면, 정치, 원심분리, 여과, 등을 통해 자신의 지지 액체로부터 분리된 다음, 본래 마이크로캡슐을 함유하는 것과 동일한 완충제이거나 아닐 수 있는 새로운 완충제 용액에 재현탁된다. 이러한 타입의 세척은 마이크로캡슐로부터 유리 오염물질을 제거하기 위해 수회 반복될 수 있다. 대안적인 또는 부가적인 세척 단계에서, 마이크로캡슐로부터 특정의 결합된 종을 제거하기 위해 보다 엄격한 세척 공정이 이용될 수 있다. 예를 들면, 마이크로캡슐이 핵산, 단백질 또는 다른 관련 시약을 포함하는 경우, 추가의 결합된 과잉 단백질, 핵산 등을 제거하기 위해 변성 세척 단계가 이용될 수 있다. 예를 들면, 일부 경우에, 마이크로캡슐은 다른 비공유 결합된 종, 예를 들면, 혼성화된 핵산, 등을 제거하기 위해 승온에서 카오트로픽제, 예컨대 우레아로 세척될 수 있다. 여전히 다른 양태들에서, 세척 단계는 마이크로캡슐 내부에 동반될 수 있는 종들을 제거하기 위해 추출 기법과 조합될 수 있다. 예를 들면, 일부 경우에, 이러한 추출 공정은 마이크로캡슐 내에서 비공유적으로 결합된 종을 드로잉하기 위해 전기용출, 삼투 용출 또는 다른 기법을 포함할 수 있다.

다수의 경우에, 실질적으로 순수한 마이크로캡슐 조성물은 응집된 마이크로캡슐, 예를 들면, 2, 3, 4 또는 그 이상의 마이크로캡슐이 함께 부착된 형태가 실질적으로 존재하지 않는다. 응집된 마이크로캡슐의 분리는 예를 들면, 크기 또는 흐름 기반 분리 기법, 예를 들면, 여과를 포함한 다양한 방법을 통해 실시될 수 있다.

도 1a 및 1b에 도시된 채널 아키텍쳐를 참조하여 기재되고는 있으나, 이들 구조 및 아키텍쳐의 변경이 본 개시의 범위 내에서 실시될 수 있는 것으로 해석될 것이다. 예를 들면, 일부 경우에, 수성 스트림과 구획화 유체의 인터페이스는 상술한 구체적인 아키텍쳐와 다를 수 있다. 특히, 도 1a에 도시된 바와 같이, 채널 세그먼트(112)와 채널 세그먼트(104 및 106)의 교차는 채널 세그먼트(102) 내의 수성 유체 흐름과 구획화 유체 간에 인터페이스를 제공한다. 수성 유체가 그러한 인터페이스 내로 그리고 이를 통해 채널 세그먼트(108) 내로 푸시됨에 따라 액적이 형성된다. 일부 경우에, 그러나, 인터페이스는 유체 디바이스 내의 개방 공간 또는 챔버 또는 채널 세그먼트 매니폴드 내에 제공될 수 있으며, 인터페이스는 구획화 유체의 "벽"으로서 존재한다. 이러한 타입의 액적 생성 합류점의 일례가 도 1c에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 제1 채널 세그먼트(122)가 액적 생성 합류점의 일부를 형성하는 유체 매니폴드(132)에 유동적으로 연결된다. 매니폴드(132)는 보다 큰 개방 챔버로서, 즉, 제1 채널 세그먼트보다 크게 구조화되며, 이때 액적 분배 채널(134)이 매니폴드에서 벗어나며 이를 통해 형성된 액적(138)이 분배 채널 또는 개구부(134)를 통해 채널 세그먼트(136) 내로 방출된다. 일부 경우에, 추가의 사이드 채널 세그먼트(124 및 126)가 또한 채널 세그먼트(128 및 130)와 같이, 매니폴드(132)에 유동적으로 연결되게 제공된다. 작동시, 제1 수성 유체(예를 들면, 도 1b를 참조하여 기재된 수성 폴리머 전구체 유체, 또는 이하의 도 3b를 참조하여 기재되는 마이크로캡슐 함유 수성 유체)가 매니폴드(132) 내로 흐른다. 비혼화성 유체가 사이드 채널(128 및 130)을 통해 매니폴드 내에 도입된다. 매니폴드(132) 내에서, 비혼화성 유체는 매니폴드(132)를 액적 분배 포트(채널 세그먼트(128 및 130)에서 분배 채널(134)까지 연장되는 파선으로서 도시됨)에 트래버스하는 인터페이스를 형성한다. 일부 경우에, 추가 수성 유체가 사이드 채널(124 및 126)을 통해 매니폴드 내에 도입된다. 유체가 액적 분배 채널(134)을 통해 흐름에 따라, 총 수성 유체, 즉, 채널 세그먼트(122)로부터의 및 일부 경우에 세그먼트(124 및 126)로부터의 총 수성 유체가 채널 세그먼트(128 및 130)로부터의 비혼화성 유체에 의해 둘러싸이고 분배 채널 세그먼트(134)를 통해 채널 세그먼트(136) 내로 비혼화성 유체 에멀젼 내의 수성 유체의 액적(138)으로서 방출된다. 인식하고 있는 바와 같이, 액적 형성 속도뿐만 아니라, 이러한 타입의 구조 내에서 액적 내에 컴바인되는 유체의 상대적 부피의 제어는 기본적인 채널 교차에 대해 상술한 것과 동일한 다수의 메카니즘을 통해 달성된다. 특히, 흐름 제어는 예를 들면, 매니폴드 내에 도입되는 유체의 유량의 제어, 매니폴드(132)로 진입할 때 채널의 기하구조, 예를 들면, 채널 형상, 치수(깊이 및/또는 폭), 교차 윤곽 및 구조, 및 다른 채널과 비교해서 매니폴드로부터의 세트백(setback)의 제어를 포함한 다수의 메카니즘을 통해 달성될 수 있다.

부가적으로, 비록 도 1a에서는 액적 생성을 위해 단일 인터페이스의 형태로 도시되어 있지만, 본 개시의 디바이스 및 시스템은, 본원에서 그밖에 기재된 바와 같이, 마이크로캡슐 형성을 위해 또는 마이크로캡슐의 구획화를 위해 액적을 생성할 수 있는 처리량을 증가시키기 위해 전형적으로 다중화된 액적 생성 인터페이스를 포함할 것임을 인지할 것이다. 예를 들면, 본 개시의 디바이스 또는 시스템은 도 1a 및/또는 1c에 도시된 아키텍쳐의 복수의 복제(duplicate) 채널 네트웍을 포함할 수 있다. 추가로, 이러한 다중화된 디바이스 또는 시스템의 경우, 복제 채널 네트웍 내의 다양한 채널 세그먼트들 중 일부가 공통(common) 리저버 또는 공통 채널 또는 채널 매니폴드의 측면에서 공통 유체 공급원을 가질 수 있거나, 또는 공통 출구 또는 리저버에 공급될 수 있다. 게다가, 대체 아키텍쳐의 경우, 복수의 수성 유체 공급 채널 세그먼트가 구획화 유체 챔버와 연통하도록 제공될 수 있다.

도 2는 앞서 기재한 마이크로캡슐을 제조하기 위한 미세유체 디바이스 또는 디바이스 모듈을 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 미세유체 디바이스는 전형적으로 본체 구조물(200)을 포함하고 이는 내부에 채널 세그먼트(202, 204, 206 및 208)를 포함하는 채널 네트웍을 포함한다. 이들 채널 세그먼트는 모두 공통 채널 합류점(210)과 연통한다. 디바이스 본체 구조물은 또한 시약 리저버(212 및 214)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 시약 리저버(212)는 채널 세그먼트(202)에 유동적으로 커플링되는 반면, 시약 리저버(214)는 채널 세그먼트(204 및 206)에 유동적으로 커플링된다. 제3 출구 리저버가 리저버(216)로서 도시되며, 채널 세그먼트(208)와 유체 연통하도록 제공된다. 인식하고 있는 바와 같이, 수성 폴리머 겔 전구체가 리저버(212)에 제공될 수 있으며, 구획화 유체 및 활성화제가 리저버(214)에 제공된다. 합류점(210)을 통한 이들 유체의 흐름은 상술한 바와 같이 마이크로캡슐을 생성하고, 이는 리저버(216) 내로 흘러 이로부터 수거된다.

이들 미세유체 디바이스 또는 디바이스 모듈은 다양한 통상적인 방식 중 임의의 방식으로 제작될 수 있다. 예를 들면, 일부 경우에 디바이스는 층상 구조를 포함하며, 여기서 제1 층은 평면을 포함하며 여기에 최종 디바이스 내의 채널 네트웍에 상응하는 채널 또는 그루브가 연속 배치된다. 제2 층은 일 측에 평면을, 그리고 대향면에 획정된 일련의 리저버를 포함하며, 여기서 리저버는 평면 층에 대해 통로로서 연통되며, 제2 층의 평면이 제1 층의 평면과 합치되면, 제2 층에 획정된 리저버가 제1 층의 채널 세그먼트의 터미널과 유체 연통하도록 위치된다. 대안으로, 리저버 및 연결된 채널 구조 둘다 단일 파트로 제작될 수 있으며, 여기서 리저버는 구조의 제1 표면 상에 제공되고, 이때 리저버의 개구부가 구조의 대향 표면까지 연장된다. 채널 네트웍은 이러한 제2 표면에 일련의 그루브 및 피처(feature)로서 제작된다. 얇은 라미네이팅 층이 이후에 제2 표면 위에 제공되어 실링하고, 채널 네트웍의 최종 벽, 및 리저버의 바닥 표면을 제공한다.

이러한 층상 구조는 전체적으로 또는 부분적으로 폴리머성 재료, 예컨대 폴리에틸렌 또는 폴리에틸렌 유도체, 예컨대 시클릭 올레핀 코폴리머(COC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 등으로 제작될 수 있거나, 또는 전체적으로 또는 부분적으로 무기 재료, 예컨대 실리콘, 또는 다른 실리카계 재료, 예를 들면, 유리, 석영, 용융 실리카, 보로실리케이트 유리, 등으로 제작될 수 있다.

폴리머성 디바이스 컴포넌트는 엠보싱 기법, 마이크로머시닝, 예를 들면, 레이저 머시닝, 또는 일부 양태에서 획정된 채널 구조뿐만 아니라 다른 구조, 예를 들면, 리저버, 통합형 기능성 컴포넌트, 등을 포함하는 레이어 컴포넌트의 사출 성형을 포함한 다수의 공정들 중 임의의 공정을 사용하여 제작될 수 있다. 일부 양태에서, 리저버 및 채널 구조를 포함하는 구조는 예를 들면, 폴리머성 구조를 제조하기 위해 사출 성형 기법을 사용하여 제작될 수 있다. 이 경우에, 라미네이팅 층이 열 라미네이션, 용매 기반 라미네이션, 음파 용접, 등을 포함한 용이하게 이용가능한 방법을 통해 성형된 구조 부분에 부착될 수 있다.

인식하고 있는 바와 같이, 무기 재료로 구성된 구조도 또한 공지된 기법을 사용하여 제작될 수 있다. 예를 들면, 채널 및 다른 구조는 표면 내로 마이크로-머신되거나 표준 포토리소그래피 기법을 사용하여 표면 내로 에칭될 수 있다. 일부 양태에서, 미세유체 디바이스 또는 이의 컴포넌트는 디바이스의 채널 또는 다른 구조 및/또는 이의 별개의 컴포넌트를 제작하기 위해 삼차원 프린팅 기법을 사용하여 제작될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 상술한 채널 아키텍쳐는 또한 비혼화성 유체 내에 생성된 액적 내에서, 예컨대 "유중수"(WO) 에멀젼 시스템에서, 상술한 마이크로캡슐, 예를 들면, 캡슐화된 시약을 포함하는 마이크로캡슐의 구획화에 용이하게 이용될 수 있으며, 여기서 수성 용액, 및 특히, 본원에 기재된 캡슐화된 시약을 포함하는 수성 용액은 비혼화성 분산액 또는 구획화 유체, 예컨대 비혼화성 오일 내에서 구획화된 액적으로서 분산된다.

도 3은 캡슐화된 시약의 구획화를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 그리고 도 1a에 도시된 유체 아키텍쳐를 참조하면, 적어도 제1 시약을 캡슐화하는 비드를 포함하는 제1 수성 유체가 채널 세그먼트(102)를 통해 채널 합류점(110) 내로 흐른다. 분산 유체가 사이드 채널 세그먼트(104 및 106)로부터 합류점(110) 내로 흐른다. 수성 유체는 이후에 분산 유체의 흐름 스트림 내의 액적으로 구획화되며, 이때 개개 액적은 캡슐화된 시약을 포함하고, 일부 경우에, 오직 하나의 시약 비드 또는 캡슐을 함유한다.

상술한 채널 아키텍쳐는 예를 들면, 캡슐화된 시약을 포함하는 마이크로캡슐을, 샘플 재료와 함께, 예를 들면, 유중수 에멀젼 시스템으로 구획화하기 위해 도 3a에 도시된 일례의 채널 시스템 내에 포함된다. 도시된 바와 같이, 제1 채널 세그먼트(302)가 제1 채널 합류점(310)에서 채널 세그먼트(304, 306 및 308)에 유동적으로 연결되게 도시된다. 제4 채널 세그먼트(308)는 제1 채널 합류점(310)을, 채널 세그먼트(324, 326 및 328)에 유동적으로 커플링되는 제2 채널 합류점(322)에 유동적으로 연결한다.

캡슐화된 시약의 구획화의 관점에서, 도 3a의 채널 시스템이 도 3b에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 캡슐화된 시약을 포함할 수 있는 마이크로캡슐(350)(예를 들면, 상술한 바와 같은 마이크로캡슐), 비드 등을 함유하는 제1 수성 유체(312)의 제1 스트림이 채널 세그먼트(302)를 통해 채널 합류점(310) 내로 흐른다. 제2 수성 유체(352 및 354)의 추가 스트림이 채널 세그먼트(304 및 306)로부터 채널 합류점(310) 내에 도입되어 마이크로캡슐(350)을 함유하는 제1 수성 유체(312)와 합쳐진다. 채널 세그먼트(304 및 306) 각각을 통해 추가되는 수성 유체는 서로 그리고 수성 스트림(312)의 유체 부분과 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 인식하고 있는 바와 같이, 다양한 채널 세그먼트가 전형적으로 이들 채널 세그먼트를 통해 흘러질 유체의 공급원에 유동적으로 커플링될 것이다. 이러한 유체 공급원은 디바이스 내에 통합되거나 또는 디바이스와 인터페이싱되는 리저버를 포함할 수 있거나, 또는 다른 유체 시스템, 예를 들면, 시린지, 펌프, 유체 네트웍 등과 다른 인터페이스를 포함할 수 있거나, 또는 외부 리저버, 예를 들면, 유체를 튜브, 바이알, 웰, 등으로부터 드로잉하기 위한 외부 유체 접근 시스템, 또는 심지어 외부 프로세싱 시스템, 예를 들면, 증폭 시스템, 샘플 재료 추출 시스템, 여과 시스템, 분리 시스템, 액체 크로마토그래피 시스템, 등과 인터페이싱될 수 있다.

일부 양태에서, 사이드 채널(304 및 306)을 통해 첨가되는 추가 수성 유체는 마이크로캡슐 내에 포함되는 캡슐화된 시약과 함께 구획화되어질 샘플 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 수성 유체는 마이크로캡슐과 함께 포함되는 시약과 함께 개별 액적으로 구획화될 수 있는 샘플 핵산, 예컨대 바코드 서열, 기능성 서열 등을 포함할 수 있다. 추가 시약이 또한 제2 수성 유체에 첨가될 수 있다. 일부 경우에, 예를 들면, 캡슐화된 시약이 핵산 복제 또는 합성 반응에 이용되어지는 경우, 추가 유체는 이러한 반응을 위한 시약, 예컨대 DNA 폴리머라제 효소(들), 프라이머 서열, 뉴클레오티드 또는 뉴클레오티드 유사체, 반응 보조인자, 완충제 등뿐만 아니라, 다양한 다른 시약 중 임의의 것, 예를 들면, 염료, 라벨, 킬레이터, 억제제, 개시제, 기질, 등을 포함할 수 있다.

일부 경우에, 첨가되는 시약은 얻어지는 액적 내로 캡슐화된 시약의 방출을 촉진하는 시약을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 경우에, 시약은 디설파이드 결합 또는 여타의 화학적 절단성 결합을 통해 마이크로캡슐과 회합될 수 있거나, 또는 마이크로캡슐이 디설파이드 가교, 또는 여타의 화학적 절단성 크로스링커에 의해 구조적으로 함께 유지될 수 있다. 이처럼, 환원제, 예컨대 디티오트레이톨(DTT)의 첨가는 직접적인 방출을 통해 또는 마이크로캡슐의 용해를 통해 또는 둘다에 의해, 마이크로캡슐 상에 시약의 최종적인 방출을 유도할 수 있다 (예를 들면, 2014년 2월 14일에 출원된 미국 특허 출원 제61/940,318호 참조, 그 전체 개시내용이 모든 목적을 위해 그 전문이 본원에 인용에 의해 포함됨). 대안으로 또는 부가적으로, 다른 절단성 결합이 마이크로캡슐을 가교시키는데 이용될 수 있다. 이러한 결합의 예는 예를 들면, 광절단성 또는 화학적 절단성 결합 또는 크로스링커를 포함한다.

예를 들면, 유체(312, 352 및 354)로부터 합쳐진 수성 스트림은 채널 세그먼트(308)를 통해 채널 합류점(322) 내로 흐른다. 채널 세그먼트(308)로부터 흐르는 합쳐진 수성 스트림과 비혼화성인 제3 유체(314)가 채널 세그먼트(324 및 326) 각각으로부터 채널 합류점(312) 내에 도입되어 마이크로캡슐(350)뿐만 아니라 일정량의 합쳐진 수성 유체를 포함하는 액적(356)을 형성한다. 다수의 경우에, 이러한 제3의 비혼화성 유체는 앞서 기재한 바와 같이, 얻어지는 안정화된 액적과 함께 유중수 에멀젼을 형성하기에 적합한 오일, 예컨대 불소계면활성제를 함유하는 플루오르화 오일을 포함한다. 다른 적합한 에멀젼 시스템은 일부 경우에 실리콘 및 탄화수소 오일/계면활성제 시스템을 포함할 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 본원에 기재된 디바이스는 비혼화성 유체 중의 수성 액적 내에 마이크로캡슐을 제공하는데 유용하다. 인식하고 있는 바와 같이, 다수의 적용에서, 생성된 구획 내에 원하는 수준의 마이크로캡슐 점유를 제공하는 것이 특히 유리하다. 일반적으로, 이는, 원하는 수를 초과하는 마이크로캡슐이 주어진 구획 내에 도입될 가능성이 허용가능하게 낮도록, 마이크로캡슐을 포함하는 수성 스트림과 비혼화성 유체의 스트림의 병합을 제어함으로써 달성된다. 이는 일반적으로 마이크로캡슐의 흐름의 제어를 통해 달성될 수 있으며, 이와 함께 구획화 존(zone), 예를 들면, 도 3에서의 합류점(322)에서 합쳐지는 나머지 유체들의 흐름이 실질적으로 구획 당 원하는 수의 마이크로캡슐을 제공하도록 제어될 수 있다.

다수의 경우에, 디바이스, 시스템 및 방법은 점유된 구획들(예를 들면, 하나 이상의 마이크로캡슐을 함유하는 구획들)의 실질적인 대부분이 점유된 구획 당 겨우 하나의 마이크로캡슐을 포함하도록 하는데 사용된다. 특히, 일부 경우에, 구획화 공정은 점유된 구획들 중 50% 미만이 하나 초과의 마이크로캡슐을 함유하고, 점유된 구획들 중 45% 미만이 하나 초과의 마이크로캡슐을 함유하고, 점유된 구획들 중 40% 미만이 하나 초과의 마이크로캡슐을 함유하고, 점유된 구획들 중 35% 미만이 하나 초과의 마이크로캡슐을 함유하고, 점유된 구획들 중 30% 미만이 하나 초과의 마이크로캡슐을 함유하고, 점유된 구획들 중 25% 미만이 하나 초과의 마이크로캡슐을 함유하고, 다수의 경우에, 점유된 구획들 중 20% 미만이 하나 초과의 마이크로캡슐을 가지며, 일부 경우에, 점유된 구획들 중 10% 미만 또는 심지어 5% 미만이 구획 당 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함하도록 제어된다. 따라서, 다수의 경우에, 얻어지는 구획들은, 구획들 중 적어도 50%가 오직 하나의 마이크로캡슐(즉, 단일 마이크로캡슐)을 함유하고, 구획들 중 적어도 55%가 오직 하나의 마이크로캡슐을 함유하고, 구획들 중 적어도 60%가 오직 하나의 마이크로캡슐을 함유하고, 구획들 중 적어도 65%가 오직 하나의 마이크로캡슐을 함유하고, 구획들 중 적어도 70%가 오직 하나의 마이크로캡슐을 함유하고, 구획들 중 적어도 75%가 오직 하나의 마이크로캡슐을 함유하고, 구획들 중 적어도 80%가 오직 하나의 마이크로캡슐을 함유하고, 구획들 중 적어도 80%가 오직 하나의 마이크로캡슐을 함유하고, 구획들 중 적어도 85%가 오직 하나의 마이크로캡슐을 함유하고, 구획들 중 적어도 90%가 오직 하나의 마이크로캡슐을 함유하고, 일부 경우에 구획들 중 적어도 95%가 오직 하나의 마이크로캡슐을 함유하도록 할 것이다.

부가적으로 또는 대안으로, 다수의 경우에, 과도한 수의 빈 구획의 생성을 피하는 것이 바람직하다. 이는 충분한 수의 마이크로캡슐을 구획화 존 내에 제공함으로써 달성될 수 있지만, 포아송(poissonian) 분포가 복수의 마이크로캡슐을 포함할 수 있는 구획의 수를 예상대로 증가시킬 수 있다. 이처럼, 본 개시의 양태들에 따르면, 구획화 존으로 향하는 하나 이상의 마이크로캡슐, 또는 다른 유체의 흐름이 다수의 경우에, 생성된 구획들의 50% 이하가 비점유되는, 즉, 1 미만의 마이크로캡슐을 포함하도록, 생성된 구획들의 25% 이하, 또는 생성된 구획들의 10% 이하가 비점유되도록 제어된다. 추가로, 일부 양태에서, 이들 흐름은 보다 낮은 수준의 비점유된 구획을 제공하면서, 단일 점유된 구획의 비-포아송 분포를 제공하도록 제어된다. 다시 말해, 일부 양태에서, 비점유된 구획의 상술된 범위는 상술한 단일 점유율 중 어느 것을 제공하면서 달성될 것이다. 예를 들면, 다수의 경우에, 본 개시의 디바이스, 시스템 및 방법의 사용은 50% 미만, 40% 미만, 30% 미만, 20% 미만, 10% 미만, 및 일부 경우에, 5% 미만의 비점유된 구획을 가지면서 25% 미만, 20% 미만, 15% 미만, 10% 미만, 및 다수의 경우에, 5% 미만의 복수의 점유율을 갖는 최종 구획을 생성한다. 채널 네트웍 내에서 다양한 흐름을 제어하기 위한 방법, 시스템 및 디바이스 구성이 이하에서 보다 상세히 기재된다.

비록 앞서 실질적으로 하나씩 점유된 구획을 제공하는 측면에서 기재되고 있으나, 특정 경우에는, 예를 들면, 단일 구획 내에 2, 3, 4 또는 그 이상의 마이크로캡슐을 함유하는 다수 점유된 구획을 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 마이크로캡슐 함유 유체 및 구획화 유체의 흐름 특성은 이러한 다수 점유된 구획을 제공하도록 제어될 수 있다. 특히, 흐름 파라미터는 50% 초과의 구획들에서, 75% 초과의 구획들에서, 일부 경우에는 80%, 90%, 95%, 또는 그 이상의 구획들에서 원하는 점유율을 제공하도록 제어될 수 있다.

부가적으로, 다수의 경우에, 단일 구획 내의 복수의 마이크로캡슐이 그 속에 캡슐화된 상이한 시약을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상이한 마이크로캡슐 공급원으로부터 공통 채널 또는 액적 생성 합류점 내에 상이한 마이크로캡슐을 도입하는 것, 즉, 상이한 캡슐화된 시약을 함유하는 상이한 마이크로캡슐 공급원으로부터, 상이한 채널 입구을 통해 그러한 공통 채널 또는 액적 생성 합류점 내에 상이한 마이크로캡슐을 도입하는 것이 유리할 수 있다. 이 경우에, 상이한 마이크로캡슐의 채널 또는 합류점 내로의 흐름 및 주파수는, 각 공급원으로부터 원하는 비율의 마이크로캡슐을 제공하면서, 구획 내에 그러한 마이크로캡슐의 원하는 페어링 또는 조합을 보장하도록 제어될 수 있다.

비록 2개의 합류점 및 이들의 관련 채널 세그먼트들이 도시되어 있지만, 추가 성분을 상술한 다양한 유체, 캡슐 및 구획에 전달하기 위해 본 개시의 디바이스 내에 추가 채널이 제공될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 이들 추가 채널은 상이한 위치에서 이들 채널 세그먼트 내에 흐르는 다양한 유체 중 어느 하나 이상에 다양한 성분의 첨가를 위해 그리고 다른 목적을 위해 본원에 기재된 다양한 채널 세그먼트들 중 임의의 채널 세그먼트와 교차하도록 제공될 수 있다. 예를 들면, 일 양태에서, 하나 이상의 추가 사이드 채널이 새로운 유체, 시약, 또는 추가 구획화 유체를 채널 세그먼트(328) 내의 구획화된 유체 내에 도입할 목적으로, 상술한 바와 같이, 채널 세그먼트(328)와 교차하도록 제공될 수 있다.

게다가, 추가 채널 세그먼트가 그러한 유체 스트림을 구획화 유체와 함께 액적으로 분리하기 이전에 추가 유체를 수성 스트림 내에 도입하기 위해 채널 세그먼트(302 및/또는 308)와 교차하도록 제공될 수 있다. 부가적으로, 여전히 다른 채널 세그먼트가 사이드 채널 세그먼트들 중 임의의 채널 세그먼트, 예를 들면, 채널 세그먼트(304, 306, 324, 또는 326)와 교차하도록 제공되어, 상이한 유체를 그러한 채널 내에 전달할 수 있다. 이러한 시스템은 유체가 각각의 사이드 채널을 통해 제공되어, 예를 들면, 반응물에 대한 변화, 구획 유체 특성에 대한 변화, 또는 다양한 다른 조건들 중 임의의 조건에 대한 변화를 허용하도록 제어함으로써 구획화 스트림 내에 실시간으로 도입되는 유체의 변경을 허용할 수 있다.

일부 경우에, 이들 추가 유체는 새로운 시약을 구획에 도입함으로써 구획 내에서 상이한 반응을 자극하기 위한 것일 수 있다. 예를 들면, 이들 추가 유체는 하나 이상의 활성화제를 구획 또는 캡슐에 제공할 수 있으며, 이는 구획화 이전 또는 이후에 임의 단계에서 하나 이상의 반응의 개시를 야기한다.

이러한 활성화제는 다수의 상이한 형태들 중 임의의 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 이러한 활성화 시약은 예를 들면, 마이크로캡슐과 시약 간의 결합을 절개함으로써, 또는 마이크로캡슐의 분해 및 후속의 시약 방출을 자극함으로써, 구획 또는 캡슐 내에 시약의 방출을 야기하여 반응을 용이하게 할 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 활성화 시약은 원하는 반응을 위한 개시제, 예컨대 원하는 반응을 위한 누락된(missing) 중요한 시약, 등을 포함할 수 있다. 예를 들어 그리고 설명을 위해, 원하는 반응이 핵산 폴리머라제 매개된 핵산 복제를 포함하는 경우, 활성화 시약은 중대한 누락 시약, 예컨대 혼합물에서 결여된 하나 이상의 뉴클레오사이드 트리포스페이트, 프라이머 서열, 또는 폴리머라제 반응에 적합한 하나 이상의 반응 보조인자, 예를 들면, 마그네슘 또는 망간과 같은 2가 금속 이온을 포함할 수 있다. 다수의 경우에, 주어진 반응의 제어된 개시를 위한 이러한 누락 시스템 또는 활성화가능한 시약 시스템의 사용은 "핫 스타트(hot start)" 시약으로 지칭되며, 이는 본 개시의 시스템의 관점에서 일반 부류로서 유용하다.

활성화 시약은 대안으로 또는 부가적으로 구획 또는 캡슐 그 자체 또는 둘다 상에서 반응을 개시하여, 예를 들면, 캡슐을 파괴하거나 또는 그러한 캡슐로부터 시약을 방출하거나, 구획을 안정화시키거나 탈안정화시켜, 예를 들면, 각각 유착을 감소시키거나 촉진할 수 있다. 본 개시의 마이크로캡슐로부터 시약의 파괴 또는 방출에 다양한 시약 시스템이 채택될 수 있다. 이들은 미국 특허 공보 제2014/0378345호(전문이 본원에서 인용에 의해 포함됨)에 논의된 바와 같이, 화학적 가교 또는 분자 부착을 절단하기 위해, 상술한 화학적 자극의 사용을 포함한다.

도 4는 상술한 캡슐화된 시약의 구획화를 위한 전체 예시적 미세유체 디바이스 또는 디바이스 모듈에 대한 모식도를 제공한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전체 디바이스(400)는 구획화된 마이크로캡슐 조성물을 생성하기 위한 하나 이상의 채널 네트웍 모듈(450)을 제공한다. 도시된 바와 같이, 채널 네트웍 모듈(450)은 상술한 도 3b에 도시된 것과 유사한 기본 아키텍쳐를 포함한다. 특히, 예시된 채널 네트웍 모듈은 채널 세그먼트(402, 404 및 406)를 연결하는 제1 채널 합류점(410)뿐만 아니라, 제1 합류점(410)을 제2 채널 합류점(422)에 연결하는 채널 세그먼트(408)를 포함한다. 채널 세그먼트(424, 426 및 428)가 또한 제2 합류점(422)에 연결된다.

도시된 바와 같이, 채널 세그먼트(402)가 또한 예를 들면, 수성 용액에 현탁된 하나 이상의 캡슐화된 시약을 포함할 수 있는 마이크로캡슐의 공급원을 제공하는 리저버(430)에 유동적으로 커플링된다. 채널 세그먼트(404 및 406) 각각도 마찬가지로 예를 들면, 마이크로캡슐과 함께 구획화될 샘플 재료뿐만 아니라 다른 시약의 공급원을 제공할 수 있는 유체 리저버(432)에 유동적으로 커플링된다. 앞서 언급한 바와 같이, 비록 두 채널 세그먼트(404 및 406)가 동일한 리저버(432)에 커플링되는 것으로 도시되어 있지만, 이들 채널 세그먼트는 마이크로캡슐과 함께 구획화될 상이한 시약 또는 재료를 도입하기 위한 상이한 리저버에 커플링될 수 있다.

채널 세그먼트(402, 404 및 406) 각각은 추가 유체 제어 구조, 예컨대 수동 유체 밸브(436)가 구비될 수 있다. 이들 밸브는 밸브 구조에서 채널 세그먼트의 확대 지점에서 수성 유체를 디바이스 내로 드로잉하는 모세관력을 파괴함으로써 전체 디바이스의 제어된 충전을 제공할 수 있다. 간단히 말해, 수성 유체는 리저버(430 및 432)에서 디바이스 내로 우선 도입되며, 이 지점에서 이들 유체는 이들의 각각의 채널 세그먼트 내로 모세관 작용에 의해 드로잉될 것이다. 밸브 구조에 도달하면, 확대된 채널이 모세관력을 파괴할 것이고, 유체를 밸브 구조 내로 및 이를 통해 추진시키는 외부 힘, 예를 들면, 양압 또는 음압이 작용할 때까지 유체 흐름이 중단될 것이다. 비록 폭 치수에 있어 채널의 확대를 도시하고 있으나, 수동 밸브 구조는 채널 영역의 임의의 하나 이상의 단면 치수에서 스텝 업을 포함할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, 수동 밸브는 밸브 영역에서 채널의 증가된 단차형 깊이를 증가시킬 것이다. 다시, 유체가 증가된 단면의 채널 세그먼트에 도달하면, 모세관력이 보다 얕은 채널 내에 유체를 보유할 것이다. 다시, 언급한 바와 같이, 단면 치수에 있어 증가는 임의의 하나 이상의 단면 치수에서일 수 있고, 단면에 있어 적어도 약 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 100%, 또는 심지어 그 이상의 증가일 수 있다. 다수의 경우에, 이는 약 5% 내지 약 100%의 보다 큰 단면, 약 5% 내지 약 50%, 약 5% 내지 약 20%의 단면에 있어 증가일 수 있다. 비록 특정 채널 위치에서 설명되고 있지만, 이러한 밸브 구조는 미세유체 채널 네트웍 내의 임의의 채널 위치를 따라 위치할 수 있는데, 2 이상의 채널 세그먼트의 교차부에서, 또는 단일 채널 내에서를 포함하는 것으로 이해될 것이다.

마이크로캡슐 푸넬링(funneling) 구조(452)가 또한 채널 세그먼트(402) 내에 도시되며, 둘다 리저버(430)로부터 마이크로캡슐의 효율적인 개더링, 마이크로캡슐 흐름의 조절(본원에서 그밖에 보다 상세히 기재됨)뿐만 아니라, 채널 막힘으로 인한 시스템 장애 감소를 허용한다. 도시된 바와 같이, 일부 경우에, 채널 세그먼트(402)와 리저버(430)의 연결뿐만 아니라, 채널 세그먼트 중 하나 이상 또는 전부와 이들의 각각의 리저버의 합류점이 추가 기능성 요소, 예컨대 필터링 구조(454), 예를 들면, 기둥, 포스트, 구불구불한 유체 경로, 또는 다른 폐쇄형 구조를 구비하여 원치않은 입자상 물질이 채널 세그먼트를 통해 진입하거나 진행하는 것을 방지할 수 있다.

합류점(410)은 제2 합류점(422)에 유동적으로 커플링된다. 채널 합류점(422)에 또한 채널 세그먼트(424 및 426)가 커플링되며 이는 다시 리저버(438)에 유동적으로 커플링되고, 이는 예를 들면, 합류점(410)으로부터 흐르는 수성 유체와 비혼화성인 구획화 유체를 제공할 수 있다. 다시, 채널 세그먼트(424 및 426)가 동일한 리저버(438)에 커플링되는 것으로 도시되고 있으나, 이들은 상이한 리저버에 커플링될 수 있으며, 예를 들면, 각각의 채널 세그먼트가 상이한 조성물을 합류점(422)에 전달하는 것이 원해지는 경우, 예를 들면, 구획화 유체들이 상이한 시약 등을 포함한 상이한 구성을 갖는 경우이다.

예시적인 작동에서, 리저버(430)에 제공되는 마이크로캡슐은 채널 세그먼트(402)를 통해 제1 채널 합류점(410) 내로 흐른다. 마이크로캡슐은 밸브(436)를 통해 흐를 것이며, 이는 수동 유체 밸브 구조를 제공하는 것 이외에 또한 이하에서 상세히 기재되는 바와 같이 마이크로캡슐 흐름 조절기로서 작동한다. 마이크로캡슐 흐름 조절기는 합류점(410) 내로 및 이를 통해 마이크로캡슐의 채널 세그먼트(408) 내로의 보다 규칙적인 흐름을 보장한다. 합류점(410) 내에서, 수성 마이크로캡슐 용액은 채널 세그먼트(404 및 406)에 의해 도입되는 것과 같이, 리저버(432)로부터의 수성 유체와 접촉한다. 미세유체 채널 네트웍의 층류(laminar flow) 특성으로 인해, 및 임의의 특정 작동 이론에 구속됨이 없이, 채널 세그먼트(404 및 406)로부터의 수성 유체는 마이크로캡슐 조성물을 제2 수성 유체 층으로 피복할 수 있고, 여기서 두 유체 간의 일차 상호작용은 단순 확산을 통한 것이며, 즉, 대류 혼합이 실질적으로 결여된다.

수성 유체 스트림은 이후에 채널 세그먼트(408)를 통해 제2 합류점(422) 내로 흐른다. 채널 합류점(422) 내에서, 채널 세그먼트(408)를 통해 흐르는, 일정하게 이격되어 흐르는 마이크로캡슐을 포함하는 수성 유체 스트림이 채널 세그먼트(424 및 426)로부터 도입된 비혼화성 구획화 유체 내에서 액적으로 형성된다. 일부 경우에, 구획화 합류점, 예를 들면, 합류점(422) 및 그러한 합류점에 커플링된 채널 세그먼트 중 하나 이상, 예를 들면, 채널 세그먼트(408, 424, 426 및 428) 중 하나 또는 둘다 합류점에서 구획화 공정을 최적화하도록 추가로 구성될 수 있다.

추가로, 비록 수성 유체가 채널 세그먼트(424 및 426)로부터의 비혼화성 유체에 의해 구획화되기 위해 채널 세그먼트(408)를 통해 구획화 합류점(422) 내로 흐르고, 채널 세그먼트(428) 내로 흐르는 크로스 채널 교차로서 도시되고 있으나, 본원에서 그밖에 기재된 바와 같이, 본 개시의 미세유체 디바이스 내의 구획화 구조는 다수의 상이한 구조를 포함할 수 있다.

본원에서 그밖에 보다 상세히 기재된 바와 같이, 마이크로캡슐의 합류점(422) 내로의 흐름, 및 일부 경우에 다른 수성 유체 및/또는 구획화 유체의 합류점(410 및 422) 각각을 통한 유량이 마이크로캡슐의 원하는 수준의 구획화를 제공하도록, 예를 들면, 각 액적에서 구획화될 마이크로캡슐의 수, 각 액적에서 시약의 양을 제어하고, 디바이스의 전체 작동을 제어하도록, 예를 들면, 막힘 또는 여타의 붕괴, 등을 방지하도록 제어된다.

일단 마이크로캡슐이 구획화되면, 이들은 채널 세그먼트(428)를 통해 이들이 용이하게 수거될 수 있는 회수 구조 또는 존 내로 흐른다. 도시된 바와 같이, 회수 존은 예를 들면, 출구 리저버(438)를 포함한다. 대안으로, 회수 존은 튜브, 웰, 추가 유체 네트웍, 등과의 유체 인터페이스를 포함한, 다수의 상이한 인터페이스 중 어느 것을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 회수 존이 출구 리저버를 포함하는 경우, 출구 리저버는 그러한 리저버 내로 흐르는 유체의 예상 부피보다 더 큰 부피를 갖도록 구조화될 것이다. 가장 단순한 의미에서, 출구 리저버는 일부 경우에, 시스템을 위한 입력 리저버, 예를 들면, 리저버(430, 432 및 434)의 합친 부피와 동일하거나 더 큰 부피 용량을 가질 수 있다.

인식하고 있는 바와 같이, 단일 미세유체 디바이스는 각각 자체 함유된 유체 공급원을 가질 수 있거나 또는 하나 이상의 유체 리저버를 공유할 수 있는 복수의 실질적으로 동일한 채널 네트웍 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들면, 복수의 채널 네트웍 모듈을 포함하는 단일의 다중화된 디바이스가 구획화 유체, 마이크로캡슐 함유 유체, 하나 이상의 시약 유체, 및 샘플 유체 중 하나 이상의 단일 공급원을 포함할 수 있다. 이처럼, 복수의 채널 모듈이 예를 들면, 다중화된 디바이스에서 각 모듈(450)의 상응하는 리저버에 유체의 동일한 할당을 제공함으로써, 다량의 동일한 타입의 구획화된 마이크로캡슐을 생성하는데 사용될 수 있다. 특정 양태들에서, 그러나, 상이한 채널 네트웍 모듈이 상이한 구획화된 마이크로캡슐의 생성에 사용될 것이다. 이러한 상이한 구획화된 조성물은 구획화된 마이크로캡슐에 할당되는 상이한 샘플 재료, 동일한 또는 상이한 샘플 재료에 할당되는 상이한 초기 마이크로캡슐, 또는 동일한 또는 상이한 샘플 재료 및/또는 상이한 마이크로캡슐에 상이한 시약의 적용을 포함할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 동일한 유체가 상이한 모듈의 채널 세그먼트 내에 도입되는 경우, 동일한 리저버(들)에 유동적으로 커플링되는 그러한 채널 세그먼트를 갖는 것이 효율적일 수 있다. 이들 채널 세그먼트는 각 모듈에서 동일한 상응하는 채널 세그먼트일 수 있거나, 원하는 용도에 따라, 상이한 모듈에서 상이한 채널 세그먼트일 수 있다.

인식하고 있는 바와 같이, 상이한 유체가 상술한 채널 구조에 합쳐지는 비율은 마이크로캡슐 생성 목적이든 또는 별개의 구획 또는 액적으로의 이들의 후속 분리를 위해서든 상관없이 액적의 생성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 특정 양태들에서, 본 개시에 사용되는 디바이스는 통합형 채널 네트웍 내에서 다양한 유체 흐름의 제어를 제공한다. 채널 네트웍 내에서 유체 흐름의 제어는 다양한 메카니즘을 통해 달성될 수 있다. 예를 들면, 압력이 상이한 채널 세그먼트의 기점(origin)에, 예를 들면, 리저버 상에 인가되어, 그러한 채널 세그먼트 내에서 유체 흐름을 제어할 수 있다. 압력 기반 흐름을 이용함으로써, 독립적으로 제어된 압력 공급원을 상이한 채널 세그먼트에 커플링시켜 각 채널 세그먼트에 걸쳐 차압 구배를 인가함으로써 상이한 채널 세그먼트 내에서 흐름을 독립적으로 제어할 수 있다. 이 경우에, 상이한 채널 세그먼트 내의 유량은 예를 들면, 인터페이스된 검출 시스템, 예컨대 광학 검출기를 통해 모니터링되어, 흐름 조절을 허락하는 흐름 제어 양태들에 대한 피드백을 제공할 수 있다.

대안으로, 단일 압력 공급원이 예를 들면, 다양한 채널 세그먼트 기점 또는 리저버에 동시에 연결되는 매니폴드에 압력 공급원을 커플링시킴으로써, 모든 채널 세그먼트에 동시에 커플링될 수 있다. 단일 압력이 복수의 채널에 대해 인가되는 경우, 이들 채널 내의 유량은 유체 점도 및 채널 치수(단면 및 길이)에 종속되는 각 채널 내의 저항 수준에 의해 제어될 것이다. 이 경우에, 흐름 제어는 채널 세그먼트에 적절한 치수를 제공하여 통과하는 유체의 점도를 고려하여 원하는 유량을 달성함으로써 달성된다. 예를 들어, 동등한 유량을 달성하기 위해, 보다 점성인 유체를 흐르도록 하는데 사용되는 채널에는 보다 낮은 점도 유체를 수송하는데 사용되는 채널보다 더 넓은 및/또는 더 짧은 채널 세그먼트가 제공될 수 있다.

비록 압력 공급원이 채널 기점에 인가되는 것으로 기재되어 있으나, 일부 양태에서, 압력 공급원은 채널 네트웍에 대한 하나 이상의 출구 포트, 예를 들면, 터미널 리저버, 즉, 도 4에서의 리저버(444)에 인가되는 진공(또는 음압) 공급원을 포함할 수 있다. 진공의 인가는 양압 구동 시스템보다 다수의 이점을 제공하는데, 예를 들면, 여러 입구 지점에 대한 출구에서 통합형 채널 네트웍에의 연결의 단일 지점의 제공, 양압 시스템에서 채널 입구 막힘을 야기할 수 있는 마이크로캡슐 압축의 결여, 등이 포함된다.

일부 경우에, 마이크로캡슐의 구획화를 위해, 진공 공급원이, 구획화된 마이크로캡슐이 수거될 수 있는 존과 구별되는 출구 채널 세그먼트 상의 노드에 적용될 수 있다. 특히, 진공 공급원이 터미널 리저버, 예를 들면, 도 4에서의 리저버(438)에 적용되는 경우, 공급원은 리저버로부터 분리되어 터미널 리저버로부터 구획화된 마이크로캡슐을 수거할 수 있다. 일부 경우에, 구획화된 마이크로캡슐이 수거되는 존으로부터 진공 공급원 인터페이스 노드를 채널 세그먼트와 함께 분리함으로써, 진공 공급원을 분리하고 사용의 용이성에 대한 개선을 불필요하게 할 수 있다. 일부 경우에, 진공 인터페이스 노드는 터미널 리저버, 예를 들면, 리저버(438)를 포함할 수 있는데, 이는 연결된 진공 공급원을 제거함이 없이 구획의 수거를 허용하는 통합형 또는 별개의 구획 수거 존과 인퍼페이싱하기 위한 인터페이스 컴포넌트를 갖도록 구성될 수 있다. 이들 및 다른 인터페이스 컴포넌트는 이하에서 상세히 기재된다.

III. 추가의 개선된 미세유체 시스템 컴포넌트

마이크로캡슐의 정밀한 취급 및 조작은, 이들의 생성에서 또는 이들의 후속 구획화에서, 본 개시의 양태들에 의해 어드레싱되는 미세유체 시스템에서 다수의 새로운 도전과제를 만든다. 특히, 유체 및 특히 미세유체 시스템에서 마이크로캡슐의 흐름은 특정의 변화가 이루어질 수 있으며 이들 중 다수는 앞서 언급되어져 있으며, 여기에는 가변 유량 또는 분배 주파수, 채널 막힘, 가변성 구획화, 샘플링 또는 분배 바이어스, 등이 포함된다. 본 개시는 다수의 이러한 이슈를 어드레싱하기 위한 다수의 개선된 컴포넌트, 디바이스, 방법 및 시스템을 제공한다.

예를 들면, 특정 양태들에서, 본 개시는 예를 들면, 샘플링 바이어스 또는 리저버 내 마이크로캡슐로부터의 가변성을 어드레싱한다. 특히, 일부 경우에, 마이크로캡슐이 본원에 기재된 시스템 또는 디바이스에 침착되는 하나 이상의 리저버, 예를 들면, 도 4에 도시된 리저버(430)는 연결된 채널 세그먼트 내로 마이크로캡슐의 흐름을 개선하도록 구성된다.

일례에서, 마이크로캡슐 또는 다른 시약을 제공하는데 사용되는 리저버는 리저버에 연결된 채널 세그먼트에 대한 입구를 향해 마이크로캡슐의 푸넬링을 허용하도록 원추형 바닥 표면이 제공될 수 있다. 이는 측면에서 봤을 때 리저버(500, 502, 504 및 506)의 일례를 도시하는 도 5a에 개략적으로 예시되어 있다. 도시된 바와 같이, 리저버(500)는 미세유체 디바이스(506)의 상부 표면(512)에서부터 연장되는 측벽(510)을 포함한다. 리저버의 내부 캐비티 부분(508)이 미세유체 디바이스(506) 내로 연장되고 유체 채널(516)과 연통하도록 제공된다. 도시된 바와 같이, 캐비티 부분(508)은 캐비티(508)의 축소에 의해 획정된 바와 같이, 캐비티(508)의 측벽(518)을 수렴함으로써, 채널(516)의 입구를 향해 테이퍼링 또는 원추형 형상을 보유한다.

추가 양태들에서, 채널 세그먼트 내로 마이크로캡슐 로딩은 리저버와 연결된 유체 채널 간에, 확대된 인터페이스 영역, 또는 입구를 포함시켜 향상될 수 있다. 이의 일례가 도 4의 채널 네트웍에 예시되어 있으며, 여기서 리저버(430)와 채널 세그먼트(402)의 인터페이스에 푸넬링 채널 구조(452)가 제공되며, 둘다 마이크로캡슐의 채널 세그먼트 내로의 도입을 향상시킬뿐만 아니라, 채널 세그먼트 내로 마이크로캡슐에 대한 몇몇 흐름 조절 특성을 제공한다. 리저버 내에서 오염물질일 수 있으며 디바이스의 채널을 통한 유체의 흐름을 손상시킬 수 있는 대형 입자상 물질에 대한 장벽을 제공하는 폐쇄 구조(454)가 또한 도시되어 있다. 인식하고 있는 바와 같이, 다양한 리저버가 각각 또는 모두 그 내부에, 리저버에 배치될 유체에 따라 동일하거나 상이할 수 있는 여과 또는 입자 차단 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 경우에, 도 4에 도시된 기둥 구조(예를 들면, 구조(454))와 같은 단순한 구조 장벽이 마이크로캡슐 함유 리저버와의 채널 인터페이스에 사용될 수 있지만, 수성 용액, 예를 들면, 샘플 재료 또는 시약을 함유하는 그러한 리저버의 경우, 다소 엄격한 여과 컴포넌트가 그 내부에, 예를 들면, 리저버의 바닥에 통합되어, 리저버의 내용물을 인시츄로 크거나 작은 정도로 여과할 수 있다. 예를 들면, 막 필터, 프릿, 또는 다른 공지의 필터 타입을 포함한 다양한 여과 매체가 본 개시의 디바이스 내의 리저버 내에 용이하게 도입될 수 있다.

상술한 확대된 인터페이스와 마찬가지로, 인터페이스는, 채널 세그먼트 내에 및 이를 통한 마이크로캡슐의 흐름이 중단 또는 막힘에 덜 민감하도록 보장하면서, 리저버에 배치되는 마이크로캡슐이 단일 지점 또는 채널 입구에서보다 복수의 지점에서 억세스되도록 보장하기 위해, 주어진 리저버로부터 복수의 별개의 채널 입구를 포함할 수 있다. 특히, 주어진 리저버의 경우, 미세유체 디바이스 내에서 리저버를 단일 채널 세그먼트(또는 이하에 상세히 기재되는 흐름 조절 합류점)에 유동적으로 연결하는 복수의 채널 입구가 구비될 수 있다. 추가로, 앞서 기재한 바와 같이, 복수의 채널 입구에는 앞서 기재한 기능성 요소들 중 하나 이상, 예를 들면, 푸넬링 구조, 필터링 요소 예컨대 기둥, 포스트 또는 구불구불한 경로, 등이 구비될 수 있다.

앞서 마이크로캡슐 구획화에 대한 논의에서 언급한 바와 같이, 마이크로캡슐의 흐름은, 구획화 존, 예를 들면, 도 3에서의 합류점(322)에서 합쳐진 다른 유체들의 흐름과 함께, 실질적으로 구획 당 원하는 수의 마이크로캡슐을 제공하도록 제어될 수 있다. 다수의 경우에, 점유된 구획들 중 실질적인 대부분(예를 들면, 하나 이상의 마이크로캡슐을 함유하는 구획)은 점유된 구획 당 겨우 하나의 마이크로캡슐을 포함할 것이지만, 일부 경우에는 생성되는 비점유 구획의 수가 감소된다.

상술한 바와 같이, 본 개시의 방법, 디바이스 및 시스템은 일반적으로 마이크로캡슐과 구획화 또는 분산 유체의 액적 내로의 제어된 병합을 통해, 예를 들면, 미세유체 디바이스의 액적 생성 합류점, 즉, 도 3에 도시된 바와 같은 합류점(312) 내로 마이크로캡슐과 오일의 유량을 제어함으로써, 마이크로캡슐의 구획으로의 원하는 수준의 할당을 달성한다.

리저버로부터 채널을 통해 채널 합류점 내로의 마이크로캡슐의 흐름은 상당한 변동성이 있을 수 있는데, 그 이유는 이들 마이크로캡슐이, 마이크로캡슐이 채널 세그먼트에 진입할 때의 우연 및 그러한 채널 세그먼트를 통한 이의 유량에 의해 규정되어 흐를 수 있기 때문이다. 따라서, 특정 양태들에서, 본 개시의 미세유체 시스템은 액적 형성 영역 내로 더 정해진 규칙에서 흐르는 그러한 마이크로캡슐을 제공하기 위해 적절한 채널 세그먼트 내에 마이크로캡슐 흐름 조절기 컴포넌트를 포함할 수 있다.

본원에 기재된 채널 시스템 내에 포함되는 마이크로캡슐 흐름 조절기는 전형적으로 비교적 규칙적인 주파수에서 채널 내에서 흐르는 마이크로캡슐을 제공할 것이다. 특히, 액적이 생성되는 주어진 타임프레임, 예를 들면, 10초 윈도우, 30초 윈도우, 1분 윈도우, 2분 윈도우, 3분 윈도우 동안, 또는 전체 액적 생성 런(run)의 정상 상태 작동에 걸쳐 (예를 들면, 스타트업 및 셧다운을 포함하지 않음), 마이크로캡슐이 흐르고 있는 때의 주파수는 전형적으로 50% 미만, 40% 미만, 30% 미만, 20% 미만, 10% 미만, 일부 경우에, 5% 미만의 변동 계수를 가질 것이다. 인식하고 있는 바와 같이, 마이크로캡슐의 흐름 주파수는 1초의 시간 이내에 흐름이 도관 내 주어진 지점을 통과하는 마이크로캡슐의 수를 나타낸다. 주파수 측정은 전형적으로 서브 초 또는 1초 간격에 기초할 수 있지만, 공정의 특정 니즈에 따라 수초, 수분 또는 이보다 긴 간격에 기초할 수도 있다.

비록 주어진 공정에서, 비교적 안정한 주파수로 마이크로캡슐을 흐르게 하는 것이 바람직할 수 있지만, 다수의 양태들에서, 마이크로캡슐을 흐르게 하기 위한 주파수는 원하는 적용, 흐르는 유체의 성질, 등에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로, 그러나, 구획화 또는 액적 생성 합류점 내로 흐르는 마이크로캡슐은, 원하는 점유율 및 다른 공정 목적을 여전히 달성하면서, 50 Hz를 초과하여, 100 Hz를 초과하여, 250 Hz를 초과하여, 500 Hz를 초과하여, 750 Hz를 초과하여, 1000 Hz를 초과하여, 1500 Hz를 초과하여, 2000 Hz를 초과하여, 또는 심지어 5000 Hz를 초과하여 또는 심지어 10,000 Hz 또는 이를 초과하여 흐른다. 특정의 경우에, 이러한 흐름 주파수는 구획화 합류점 이후에 유지될 수 있되, 구획화된 마이크로캡슐이 적어도 50 Hz 또는 이의 초과, 적어도 100 Hz 또는 이의 초과, 적어도 500 Hz 또는 이의 초과, 적어도 750 Hz 또는 이의 초과, 적어도 1000 Hz 또는 이의 초과, 적어도 1500 Hz 또는 이의 초과, 적어도 2000 Hz 또는 이의 초과, 또는 심지어 적어도 5000 Hz 또는 10,000 Hz 또는 이의 초과의 주파수로 액적 생성 합류점을 벗어나 흐르도록 한다.

다수의 접근법이 본원에 기재된 디바이스의 미세유체 채널 세그먼트 내에서 비드 흐름을 조절하는데 채택될 수 있다. 예를 들면, 일부 경우에, 이러한 조절기는 "개더링 존(gathering zone)"을 포함하는데 마이크로캡슐이 개더링 존 내부로 흘러 개더링 존 밖으로 흐르기 이전에 모아질 것이다. 이들 존은 개개 마이크로캡슐의 흐름을 보다 잘 미터링하기 위해 푸넬링 구조 또는 채널 프로파일을 포함시켜 마이크로캡슐의 흐름을 보다 효과적으로 미터링하도록 구성된다. 이러한 구조의 예는 앞서 언급되고 있으며, 도 4 및 6b에 도시되어 있다. 제1 예는 채널 세그먼트(402) 및 리저버(430)의 인터페이스 내에 통합된 푸넬링 존(452)으로서 도시된 채널 인터페이스를 포함한다.

유사한 방식으로, 마이크로캡슐 흐름 조절기는 리저버, 예를 들면, 도 4의 리저버(430)와의 인터페이스에서보다, 채널 세그먼트 자체, 예를 들면, 도 4에서의 채널 세그먼트(402) 내에 통합될 수 있다. 이러한 구조의 일례는 도 6a에 도시된 흐름 조절기 구조(600)를 포함한다. 인식하고 있는 바와 같이, 마이크로캡슐 흐름 조절 구조(460)는 또한, 채널 세그먼트(402, 404 및 406)와 관련하여 앞서 기재한 바와 같이, 디바이스의 충전 동안 수동 유체 밸브, 예를 들면, 밸브(436)로서 작용할 수 있다. 푸넬링 구조(452)와 관련하여, 흐름 조절기(600)는 (인터페이스에서 세그먼트(602b)로서 도시된) 채널 세그먼트(602)의 출구 부분의 단면 치수와 재결합할 때까지 영역(606)에서 좁아지는 영역(604)에서 (인터페이스에서 채널(602a)로서 도시된) 채널 세그먼트(602)의 확대된 영역을 포함한다. 마이크로캡슐이 확장된 영역(602)에 진입함에 따라, 대류에 의해 복수의 마이크로캡슐이 전체 개더링 영역 내에 모아지거나 응집될 것이다. 충분한 수의 마이크로캡슐이 응집되면, 이들은 미터링된 및 보다 제어된 방식으로 좁아진 영역을 통해 채널 세그먼트(604) 내로 흐르기 시작할 것이다. 이는 도 6b에 개략적으로 도시되어 있으며, 이는 마이크로캡슐이 불규칙적인 주파수로 마이크로캡슐 흐름 조절 구조 내로 흐르고, 보다 규칙적인 주파수로 조절기를 벗어나 흐르는 것을 보여준다. 인식하고 있는 바와 같이, 채널 네트웍은 주어진 흐름 경로, 예를 들면, 전체 네트웍에서 두 지점 간의 유체 커넥션 내에 직렬로 또는 병렬로 배열된 하나 이상의 흐름 조절기를 포함할 수 있다. 이러한 흐름 조절기는 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같은 형상 및 구성을 갖는 것들을 포함할 수 있지만, 이들은 또한 상이한 형상 및 구성을 포함할 수 있다. 예를 들면, 흐름 조절기의 확대된 영역은 도 6a 및 6b에 도시된 것과 유사한 삼각형 형상을 포함할 수 있거나, 또는 연장된 삼각형 형상을 포함할 수 있다. 게다가, 흐름 조절기의 확대된 영역은 원형, 타원형 또는 반-원형 또는 반-타원형 형상을 포함할 수 있거나, 또는 본원에서 그밖에 기재된 채널 인터페이스와 같은 테이퍼링된 푸넬 형상을 포함할 수 있다. 인식하고 있는 바와 같이, 이들 예시적인 흐름 조절기의 기본 구조 컴포넌트는, 흐름이 후속 채널 또는 채널 네트웍 내에 진입할 때의 테이퍼링된, 좁은 또는 푸넬링 부분과 함께, 흐름이 조절기 내에 진입하는 지점에서 확대된 채널 영역이다. 이러한 확대된 영역은 전형적으로 확대된 영역 내부로 통하는 채널 세그먼트의 단면의 1.1X 내지 20X인 폭넓은 단면을 가질 것이다. 일부 양태에서, 이러한 확대된 영역은 (동일한 단면 측정, 예를 들면, 폭 대 폭, 깊이 대 깊이, 등과 비교해서) 어디든 진입 채널 세그먼트의 단면의 2X 내지 10X 이며, 일부 경우에, 진입 채널 세그먼트의 단면의 2X 내지 5X이다. 일부 경우에, 하나 초과의 단면 치수가 입구 채널에 걸쳐 달라질 수 있으며, 예를 들면, 폭과 깊이 둘다 상이할 수 있다. 추가로, 비록 일부 양태에서, 두 치수가 변하는 경우, 이들이 입구 채널의 것들보다 더 클 것이지만, 일부 경우에, 폭과 깊이 중 적어도 하나가 증가되면, 흐름 조절기를 통한 원하는 흐름 특성에 따라 나머지 치수가 감소할 수 있다.

다른 예들에서, 복수의 마이크로캡슐 함유 채널이 개더링 존에 이르러 보다 많은 수의 마이크로캡슐을 합류점 및 이의 연결된 유출 채널 세그먼트 내에 도입한다. 이는 일 채널 내의 마이크로캡슐의 흐름에 있어 보이드가 나머지 채널(들)에서 흐르는 마이크로캡슐에 의해 채워지도록 한다. 이러한 채널 세그먼트는 개더링 존으로서 채널 네트웍 내에 구비된 별개의 채널 세그먼트를 포함할 수 있거나, 또는 앞서 언급한 바와 같이, 이들은 마이크로캡슐 함유 리저버에 유동적으로 연결되는 복수의 입구 채널 세그먼트를 포함할 수 있다. 추가로, 앞서 언급한 바와 같이, 이러한 채널 세그먼트는 단일 공급원 또는 마이크로캡슐의 군으로부터의 마이크로캡슐을 동일한 채널 세그먼트에 전달할 수 있거나, 또는 상이한 공급원, 예를 들면, 리저버로부터의 마이크로캡슐을 공통 채널 세그먼트에 전달할 수 있으며, 여기서 이러한 상이한 마이크로캡슐은 상이한 시약을 포함한다.

앞서 언급한 바와 같이, 본 개시의 미세유체 디바이스 및 시스템은 디바이스 및 시스템의 작동에 유용한 개선된 인터페이스 컴포넌트, 및 마이크로캡슐 조성물 및 구획화된 조성물의 취급 및 조작에 특히 유용할 수 있는 인터페이스 컴포넌트를 포함할 수 있다.

마이크로캡슐 및 구획 조작에 유용한 인터페이스의 예는 그러한 디바이스에 및 그러한 디바이스로부터 그러한 조성물의 침착 및 수거 중 하나 또는 둘다에 유용한 것들을 포함한다. 예를 들면, 앞서 언급한 바와 같이, 용액 중에 마이크로캡슐의 이동 및 수송은 약간의 변동성이 있을 수 있다. 이러한 변동성은 일부 경우에, 이들 용액을 이들이 생성되는 시스템으로부터 다른 시스템 및/또는 베쓸, 예를 들면, 저장 베쓸 예컨대 튜브, 웰, 바이알, 등 내로의 수송으로, 또는 이들을 저장 베쓸, 예를 들면, 튜브, 웰, 바이알 등으로부터, 후속 프로세싱을 위한 시스템, 예를 들면, 상술한 것과 같은 미세유체 구획화 시스템 내로 수송하는 것에 이월될 수 있다. 일례에서, 마이크로캡슐 용액 또는 서스펜션은 천공가능한 벽 또는 베이스 표면을 포함하는 저장 베쓸 내에 제공된다. 상응하는 천공 구조는 유체 디바이스 상의 리저버 내에 제공될 수 있다. 저장 베쓸을 리저버 내에 삽입함으로써, 천공가능한 벽이 천공 구조에 의해 천공되어 마이크로캡슐 서스펜션을 리저버 내로 방출한다.

이러한 타입의 인터페이스의 일례가 도 7a 및 7b에 개략적으로 도시되어 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 저장 베쓸, 예컨대 튜브(702)가, 본원에서 그밖에 기재한 바와 같이, 유체 시약, 예컨대 마이크로캡슐 서스펜션(704)을 유지하기 위해 제공된다. 베쓸의 표면, 예를 들면, 베이스 표면(706)이 천공가능한 층으로서 제공된다. 천공가능한 층은 다양한 상이한 구성들 중 임의의 구성으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 이들은 단순히 베쓸의 나머지 부분과 동일한 재료의 벽을 포함할 수 있지만, 천공을 허용하도록 충분히 얇다. 이러한 벽은 베쓸 내의 다른 벽들보다 더 얇을 수 있다. 대안으로, 천공가능한 표면은 베쓸의 나머지, 예컨대 천공가능한 격벽(예를 들면, 니트로셀룰로스, PVDF, 라텍스, 또는 임의의 다른 마찬가지로 사용되는 재료), 호일 표면, 또는 다수의 다른 천공가능한 막들 중 임의의 막의 것과 상이한 재료를 포함할 수 있다. 게다가, 저장 베쓸의 표면은 능동 또는 수동일 수 있는 밸빙 구조가 제공될 수 있다. 다수의 경우에, 수동 밸브, 예컨대 압력 트리거된 체크 밸브가 저장 베쓸의 베이스 표면(706)에 이용될 수 있다.

사용시, 저장 베쓸은 도 7b에 도시된 바와 같이 디바이스(710) 내의 리저버(708)와 합치된다. 리저버(708)는 베쓸이 리저버(708) 내에 삽입될 때 저장 베쓸의 베이스 표면(706)과 접촉하여 이를 관통하도록 위치한 천공 구조(712)를 갖도록 구성된다. 일단 삽입되면, 베이스 표면(706)이 파열되고 베쓸(702) 내에 함유된 마이크로캡슐 서스펜션(704)이 리저버(708) 내로 배출되어진다. 일부 경우에, 베쓸(702)에는 리저버 내로 서스펜션의 추진을 촉진하기 위해 추가 컴포넌트, 예컨대 플런저 또는 다른 가압 디바이스가 구비되어, 베쓸로부터 서스펜션을 강제로 밀어낼 수 있다. 다른 경우에는, 단순한 중력 흐름이 서스펜션을 전달하는데 사용될 수 있다. 일부 경우에, 베쓸의 천공 구조 및 벽 또는 베이스 컴포넌트는 베쓸 상에 소수성 내부 코팅을 포함시켜, 베쓸로부터 리저버로 서스펜션의 전달을 최적화하여, 천공 구조를 플래시 완화시키도록 구성될 수 있다 (예를 들면, 천공된 표면의 나머지가 베쓸 밖으로 서스펜션의 흐름을 차단할 가능성을 감소시키기 위해). 대체 양태들에서는, 서스펜션의 제어된 분배를 허용하기 위해 가용성, 분해성 또는 다른 활성화가능한 장벽이 구비될 수 있다. 이러한 장벽은, 분해되거나, 용해되거나 또는 자극 인가시 서스펜션을 분배하도록 충분히 투과성이 되는 예를 들면, 가용성 필름 또는 막을 포함한다. 이러한 장벽은 특정 화학적, 열적, 전자기적, 또는 다른 자극의 인가시 분해될 수 있다.

앞서 기재된 인터페이스와 마찬가지로, 일부 경우에 디바이스로부터 마이크로캡슐 또는 구획화된 마이크로캡슐 또는 다른 재료를 수거하기 위해, 이러한 인터페이스 컴포넌트는 예를 들면, 수거 리저버, 예를 들면, 도 2에 도시된 리저버(216), 또는 도 4에 도시된 디바이스의 리저버(438)를 위한 천공가능한 베이스 층을 포함할 수 있으며, 이에 인터페이스된 진공 공급원을 필연적으로 제거함이 없이 터미널 리저버로부터 구획화된 마이크로캡슐로의 억세스 및 이의 제거를 허용한다. 작동시, 구획화 작업의 종결시에, 터미널 리저버의 베이스가 천공될 수 있고, 생성된 구획이 예를 들면, 진공 공급원을 리버싱하여 압력을 리저버(438)에 인가함으로써 제거되거나 대기 소켓 내로 드레인 또는 흐르게 되어, 리저버의 천공된 베이스 층을 통해, 또는 중력 추진 흐름을 통해 구획화된 마이크로캡슐을 추진시킬 수 있다. 이러한 대기 소켓은 구획화된 마이크로캡슐을 받아들이기 위해 미세유체 디바이스에 인접하게 위치하거나 디바이스 내에 통합될 수 있다.

다른 예들에서는, 리저버 및 저장 베쓸 중 하나 또는 둘다, 하나에서 나머지로의 효율적인 전달을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 일부 경우에, 마이크로캡슐 서스펜션을 포함하는 베쓸에는, 리시빙 리저버에 합치되고/거나, 연결되고/거나 직접 커플링되어 이의 내용물을 효율적으로 전달하는 인터페이스 컴포넌트가 구비될 수 있다. 일부 경우에, 커넥션은 적절한 추진력이 서스펜션에 가해질 때까지 서스펜션의 움직임을 방지하기 위해 체크 밸브에 의해 고정될 수 있다.

유체 인터페이스 이외에, 본원에 기재된 디바이스 및 시스템은 또한 다양한 기계적 또는 물리적 인터페이스 컴포넌트들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 컴포넌트는 예를 들면, 디바이스의 수동 또는 자동 움직임 및 취급을 용이하게 하기 위한 핸들링 컴포넌트, 기구, 홀더 등에서 디바이스의 적절한 배치 및 정렬을 보장하기 위한 정렬 컴포넌트, 및 디바이스 내의 샘플 재료의 추가 조작을 허용하기 위한 기능성 컴포넌트를 포함한다. 핸들링 컴포넌트의 예는 탭, 벽, 또는 디바이스의 중요한 또는 민감한 표면(예를 들면, 광학 창, 오염되기 쉬운 표면, 등)으로부터 멀리 위치하는 다른 표면뿐만 아니라, 수동 또는 자동 여부에 상관없이 핸들링을 촉진하도록 구성된 표면을 포함하며, 예를 들면, 그립 및 제어를 보장하기 위해 충분한 크기 및/또는 텍스처 표면을 갖는다.

정렬 구조의 예는 디바이스와 상응하는 기구의 정렬을 보장하는 기계적 요소, 또는 다른 설비, 예컨대 경사진 코너, 디바이스 형상, 및 다른 설비 상의 상보적 구조와 합치되는 통합형 중요 요소(예를 들면, 탭, 슬롯, 포스트, 등)를 포함한다. 이러한 정렬 컴포넌트는 또한 광학적으로 검출되는 컴포넌트, 예컨대 등록 마크 또는 기준점, 바코드 태그, 또는 디바이스 내에 통합되거나 여기에 부착되는 다른 기계 판독형 컴포넌트를 포함한다.

광범위의 다양한 기능성 컴포넌트 또는 기능성 컴포넌트 인터페이스가 또한 고려되며, 예를 들면, 디바이스의 작동에 중요한 그러한 인터페이스 컴포넌트가 포함된다. 이러한 인터페이스 컴포넌트의 예는 예를 들면, 하나 이상의 리저버의 상부 표면 내에 통합되거나 그 위에 별도로 배치되어 본원에 기재된 디바이스에 압력 또는 진공의 실링된 인가를 보장할 수 있는 가스켓 구조를 포함한다. 특정 양태들에서, 이들 가스켓은 기구 내에 통합되기 보다는, 디바이스 내에 통합되거나, 또는 별도의, 일회용 컴포넌트로서 제공되어, 기구 오염 가능성을 최소화할 것이다. 기능성 인터페이스 컴포넌트의 다른 예들은 리저버 내의 성분들의 혼합 또는 교반을 위한 인터페이스를 포함한다. 이러한 컴포넌트는 일부 경우에 마이크로캡슐 조성물의 정치를 방지하는데 유용하다. 이들 인터페이스는 실제 교반 컴포넌트, 예컨대 디바이스 내에 통합되는 압전식, 어쿠스틱, 또는 기계식 진동 컴포넌트를 포함할 수 있거나, 또는 이들 컴포넌트를 상응하는 기구 시스템 또는 다른 설비 상에 인터페이스하는데 적합하거나 그렇게 하도록 구성된 표면을 포함할 수 있다.

상기 발명은 명확성과 이해를 목적으로 보다 상세히 기재되고 있지만, 본 발명의 실제 범위에서 벗어남이 없이 형태 및 디테일 면에서 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 본 개시를 숙지한 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들면, 상술한 모든 기법 및 장치는 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 입자 전달은 기재된 바와 같은 어레이 웰 사이징 방법으로 실시될 수 있다. 본 출원에서 인용된 모든 공보, 특허, 특허 출원, 및/또는 다른 문헌은 각각의 개개 공보, 특허, 특허 출원, 및/또는 다른 문헌이 개별적으로 그리고 별개로 모든 목적을 위해 인용에 의해 포함되는 것으로 기재된 것과 동일한 정도로 모든 목적을 위해 그 전문이 인용에 의해 포함된다.

Claims (63)

1. 마이크로캡슐을 구획화하는 방법으로서,
   (a) 미세유체 채널 네트웍을 포함하는 미세유체 디바이스를 제공하는 단계로서, 미세유체 채널 네트웍은 (i) 액적 생성 합류점, (ii) 마이크로캡슐의 공급원을 액적 생성 합류점에 유동적으로 연결하는 제1 채널 세그먼트, (iii) 구획화 유체의 공급원을 액적 생성 합류점에 유동적으로 연결하는 제2 채널 세그먼트, 및 (iv) 액적 생성 합류점에 유동적으로 연결되어 액적 생성 합류점에 출구를 제공하는 제3 채널 세그먼트를 포함하는 것인 단계; 및
   (b) (i) 마이크로캡슐의 공급원으로부터 제1 채널 세그먼트를 따라 서스펜션에 복수의 마이크로캡슐을 포함하는 수성 유체를 흐르게 하고, (ii) 구획화 유체의 공급원으로부터 제2 채널 세그먼트를 따라 구획화 유체를 액적 생성 합류점으로 흐르게하여, 구획화 유체 내에 수성 유체의 액적군(population of droplets)을 형성하는 단계로서, 액적군은 제3 채널 세그먼트를 따라 흐르고, (1) 제1 채널 세그먼트가 액적군의 50% 초과의 액적에 의해 점유되도록 하는 수성 유체의 유량을 제공하는 단면 치수를 갖거나, 또는 (2) 제2 채널 세그먼트가 액적군의 50% 초과의 액적에 의해 점유되도록 하는 구획화 유체의 유량을 제공하는 단면 치수를 갖고, 점유된 액적은 마이크로캡슐을 포함하고, 제1 채널 세그먼트는 복수의 마이크로캡슐이 응집되도록 구성된 영역을 포함하는 단계;
   를 포함하는 구획화 방법.
2. 제1항에 있어서, 수성 유체 또는 구획화 유체의 유량은 액적군의 75% 초과의 액적이 점유된 액적이 되도록 하는 것인 구획화 방법.
3. 제2항에 있어서, 수성 유체 또는 구획화 유체의 유량은 액적군의 90% 초과의 액적이 점유된 액적이 되도록 하는 것인 구획화 방법.
4. 제1항에 있어서, 액적군의 25% 미만의 액적이 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함하는 것인 구획화 방법.
5. 제4항에 있어서, 액적군의 20% 미만의 액적이 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함하는 것인 구획화 방법.
6. 제5항에 있어서, 액적군의 15% 미만의 액적이 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함하는 것인 구획화 방법.
7. 제6항에 있어서, 액적군의 10% 미만의 액적이 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함하는 것인 구획화 방법.
8. 제7항에 있어서, 액적군의 5% 미만의 액적이 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함하는 것인 구획화 방법.
9. 제1항에 있어서, 액적군의 80% 이상의 액적이 단일 마이크로캡슐을 포함하는 것인 구획화 방법.
10. 제9항에 있어서, 액적군의 90% 이상의 액적이 단일 마이크로캡슐을 포함하는 것인 구획화 방법.
11. 제10항에 있어서, 액적군의 95% 이상의 액적이 단일 마이크로캡슐을 포함하는 것인 구획화 방법.
12. 제1항에 있어서, 단계 (b)는 제1 및 제2 채널 세그먼트에 걸쳐 하나 이상의 압력차를 제공하여 수성 유체 또는 구획화 유체의 유량을 제공하는 것을 포함하는 것인 구획화 방법.
13. 제1항에 있어서, 미세유체 채널 네트웍이 제1 채널 세그먼트 내에 수성 유체의 유량을 제공하는 하나 이상의 흐름 제어 구조를 추가로 포함하는 것인 구획화 방법.
14. 제1항에 있어서, 복수의 마이크로캡슐은 복수의 비드인 구획화 방법.
15. 제1항에 있어서, 복수의 마이크로캡슐은 복수의 겔 마이크로캡슐인 구획화 방법.
16. 제1항에 있어서, 마이크로캡슐이 바코드 서열을 포함하는 것인 구획화 방법.
17. 제16항에 있어서, 바코드 서열은 마이크로캡슐에 공유결합으로 연결된 것인 구획화 방법.
18. 제1항에 있어서, 마이크로캡슐은 불안정한 결합을 포함하는 구획화 방법.
19. 제18항에 있어서, 불안정한 결합은 화학적 절단성 결합인 구획화 방법.
20. 제19항에 있어서, 화학적 절단성 결합은 디설파이드 결합인 구획화 방법.
21. 제1항에 있어서, 마이크로캡슐은 가교결합된 폴리머 네트웍을 포함하는 것인 구획화 방법.
22. 제1항에 있어서, 수성 유체는 환원제를 추가로 포함하는 것인 구획화 방법.
23. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 채널 세그먼트가 액적군의 50% 초과의 액적이 점유된 액적이 되도록 하는 수성 유체의 유량 및 구획화 유체의 유량을 제공하는 단면 치수를 갖는 것인 구획화 방법.
24. 제1항에 있어서, 수성 유체의 유량 또는 구획화 유체의 유량은 액적군의 일부 액적이 점유된 액적이 되지 않도록 하는 것인 구획화 방법.
25. 제24항에 있어서, 수성 유체의 유량 및 구획화 유체의 유량은 액적군의 일부 액적이 점유된 액적이 되지 않도록 하는 것인 구획화 방법.
26. 복수의 비드의 단일 비드를 포함하는 액적 생성 디바이스로서, 상기 디바이스는
    (a) 제1 채널로서,
    (i) 흐름 조절기의 제1 말단에 연결된 채널 세그먼트 A로서, 상기 제1 채널은 상기 복수의 비드를 포함하는 제1 유체를 수용하도록 구성되고, 상기 제1 유체의 상기 복수의 비드는 상기 채널 세그먼트 A에서 불규칙적인 주파수로 흐르는 것인 채널 세그먼트 A; 및
    (ii) 상기 흐름 조절기의 제2 말단 및 액적 생성 합류점에 연결된 채널 세그먼트 B;
    를 포함하는 제1 채널;
    (b) 상기 액적 생성 합류점에 연결된 제2 채널로서, 상기 제1 유체와 혼합되지 않는 제2 유체를 수용하도록 구성되는 제2 채널; 및
    (c) 상기 액적 생성 합류점에 연결되는 제3 채널;
    을 포함하고,
    (i) 상기 흐름 조절기의 단면은 상기 액적 생성 합류점을 향하여 상기 제1 채널을 따라 흐름의 방향을 따라 증가하다가 그 후 감소하고, (ii) 상기 흐름 조절기는 상기 흐름 조절기의 제1 말단에 상기 복수의 비드를 수용하고, 상기 비드들을 상기 액적 생성 합류점에 규칙적인 흐름 주파수로 제공하는 크기를 갖고,
    상기 채널 세그먼트 B는 상기 비드들을 상기 액적 생성 합류점에서 상기 제2 채널로부터의 상기 제2 유체와 접촉시켜, 상기 복수의 비드의 상기 단일 비드를 포함하는 액적을 생성하도록 구성되고,
    상기 제3 채널은 상기 액적 생성 합류점을 떠난 상기 단일 비드를 포함하는 상기 액적을 위한 출구를 제공하도록 구성되고,
    상기 흐름 조절기는 상기 액적 생성 합류점에서 복수의 액적을 생산하는 흐름 주파수로 상기 채널 세그먼트 B에 상기 비드들을 제공하는 크기를 갖고, 상기 복수의 액적은 25% 미만의 복수의 점유율을 갖고,
    상기 흐름 조절기는 비드들이 응집되도록 구성된 것인 액적 생성 디바이스.
27. 제26항에 있어서, 상기 디바이스는 층상 구조를 포함하는 것인 액적 생성 디바이스.
28. 제27항에 있어서, 상기 제1 채널, 상기 제2 채널 및 상기 제3 채널은 상기 층상 구조의 제1 층에 있는 것인 액적 생성 디바이스.
29. 제28항에 있어서, 상기 제1 유체를 함유하도록 구성된 제1 리저버 및 상기 제2 유체를 함유하도록 구성된 제2 리저버가 상기 층상 구조의 제2 층에 있고, 상기 제2 층은 상기 제1 층과 상이한 것인 액적 생성 디바이스.
30. 제29항에 있어서, 상기 제2 층이 평면 표면을 포함하는 것인 액적 생성 디바이스.
31. 제30항에 있어서, 상기 제2 층의 상기 평면 표면이 상기 제1 층의 평면 표면과 합치되어 상기 제1 리저버가 제1 채널의 말단과 연결되고, 상기 제2 리저버가 상기 제2 채널의 말단과 연결되는 것인 액적 생성 디바이스.
32. 제31항에 있어서, 상기 제1 리저버는 상기 제1 채널의 상기 말단을 향하여 테이퍼링 또는 원추형 형상을 갖는 것인 액적 생성 디바이스.
33. 제28항에 있어서, 상기 제1 층은 상기 제1 채널, 상기 제2 채널 및 상기 제3 채널에 해당하는 일련의 채널 또는 그루브가 배치된 평면 표면을 포함하는 것인 액적 생성 디바이스.
34. 제33항에 있어서, 상기 제1 층에 인접한 라이네이팅 구조를 추가로 포함하고, 상기 라이네이팅 구조는 상기 일련의 채널 또는 그루브를 실링하는 것인 액적 생성 디바이스.
35. 제26항에 있어서, 상기 제1 채널, 상기 제2 채널 및 상기 제3 채널은 단일 파트로서 사출 성형되는 것인 액적 생성 디바이스.
36. 제26항에 있어서, 상기 흐름 조절기는 상기 채널 세그먼트 B에 상기 비드를 30% 미만의 변동 계수에서 50 Hz 초과의 흐름 주파수로 제공하는 크기를 갖는 것인 액적 생성 디바이스.
37. 제26항에 있어서, 상기 흐름 조절기는 상기 채널 세그먼트 B에 상기 비드를 30% 미만의 변동 계수에서 1000 Hz 초과의 흐름 주파수로 제공하는 크기를 갖는 것인 액적 생성 디바이스.
38. 제26항에 있어서, 상기 흐름 조절기는 상기 채널 세그먼트 B에 상기 비드를 10% 미만의 변동 계수에서 50 Hz 초과의 흐름 주파수로 제공하는 크기를 갖는 것인 액적 생성 디바이스.
39. 제26항에 있어서, 상기 흐름 조절기는 상기 액적 생성 합류점에서 복수의 액적을 생산하는 흐름 주파수로 상기 채널 세그먼트 B에 상기 비드를 제공하는 크기를 갖고, 상기 복수의 액적은 20% 미만, 15% 미만, 10% 미만 또는 5% 미만의 복수의 점유율을 갖고, 동시에 50% 미만, 40% 미만, 30% 미만, 20% 미만, 10% 미만 또는 5% 미만의 비점유 액적을 갖는 것인 액적 생성 디바이스.
40. 제26항에 있어서, 상기 흐름 조절기는 테이퍼링 또는 원추형 형상을 포함하는 것인 액적 생성 디바이스.
41. 제27항에 있어서, 상기 층상 구조는 제4 채널을 더 포함하고, 상기 제4 채널은 수성 유체를 포함하는 제3 유체를 수용하도록 구성되는 것인 액적 생성 디바이스.
42. 제41항에 있어서, 상기 제1 채널 및 제4 채널은 상기 액적 생성 합류점의 상류의 제2 합류점에서 만나는 것인 액적 생성 디바이스.
43. 제41항에 있어서, 상기 제4 채널은 상기 제3 유체의 수성 유체의 모세관력을 파괴하도록 구성된 수동 유체 밸브를 포함하는 것인 액적 생성 디바이스.
44. 제26항에 있어서, 상기 제1 채널은 상기 제1 유체의 수성 유체의 모세관력을 파괴하도록 구성된 수동 유체 밸브를 포함하는 것인 액적 생성 디바이스.
45. 제26항에 있어서, 상기 비드는 겔 비드인 액적 생성 디바이스.
46. 제26항에 있어서, 상기 흐름 조절기는 삼각형, 연장된 삼각형, 원형, 타원형, 반-원형 또는 반-타원형 형상을 포함하는 것인 액적 생성 디바이스.
47. 제26항에 있어서, 상기 흐름 조절기는 확대된 영역으로 통하는 상기 채널 세그먼트 A의 단면의 1.1배 내지 20배인 폭넓은 단면을 포함하는 것인 액적 생성 디바이스.
48. 제26항에 있어서, 상기 제1 채널, 상기 제2 채널 및 상기 제3 채널의 폭, 길이 또는 깊이가 1000 미크론 미만인 것인 액적 생성 디바이스.
49. 제26항에 있어서, 상기 제1 채널은 복수의 필터링 구조를 포함하는 것인 액적 생성 디바이스.
50. 제49항에 있어서, 상기 복수의 필터링 구조는 복수의 기둥, 포스트 또는 구불구불한 경로를 포함하는 것인 액적 생성 디바이스.
51. 제49항에 있어서, 상기 복수의 필터링 구조는 상기 제1 채널의 영역에 배치되고, 상기 영역은 액적 생성 합류점에 연결된 말단 반대편의 상기 제1 채널의 말단에 배치된 것인 액적 생성 디바이스.
52. 제49항에 있어서, 상기 복수의 필터링 구조는 상기 제1 채널의 상기 복수의 비드의 제어된 분배를 제공하도록 푸넬링(funneling) 구조로 배치된 것인 액적 생성 디바이스.
53. 마이크로캡슐을 구획화하는 방법으로서,
    (a) 미세유체 채널 네트웍을 포함하는 미세유체 디바이스를 제공하는 단계로서, 미세유체 채널 네트웍은
    (i) 액적 생성 합류점 및 액적 생성 합류점에 유동적으로 연결된 제1 채널 세그먼트,
    (ii) 액적 생성 합류점에 유동적으로 연결된 제2 채널 세그먼트, 및
    (iii) 액적 생성 합류점에 유동적으로 연결된 제3 채널 세그먼트
    를 포함하고, 상기 제1 채널 세그먼트는 서스펜션에 복수의 마이크로캡슐을 포함하는 수성 유체를 수용하도록 구성되고, 상기 제2 채널 세그먼트는 구획화 유체를 수용하도록 구성되고,
    제1 채널 세그먼트는 흐름 조절기를 포함하고, 흐름 조절기의 단면은 흐름이 흐름 조절기로 유입되는 지점에 비해 확장되다가 그 후 액적 생성 합류점을 향하여 제1 채널 세그먼트를 따라 흐름의 방향을 따라 축소되는 것인 단계; 및
    (b) (i) 흐름 조절기를 통하여 제1 채널 세그먼트를 따라 복수의 마이크로캡슐을 포함하는 수성 유체를 흐르게 하고, (ii) 액적 생성 합류점으로 제2 채널 세그먼트를 따라 구획화 유체를 흐르게하여, 구획화 유체 내에 수성 유체의 액적군을 형성하는 단계로서, 액적군은 제3 채널 세그먼트를 따라 흐르고, 수성 유체의 유량은 액적군의 50% 이하의 액적이 마이크로캡슐에 의해 비점유되도록 하는 것인 단계;
    를 포함하는 구획화 방법.
54. 제53항에 있어서, 유량은 액적군의 25% 이하의 액적이 마이크로캡슐에 의해 비점유되도록 하는 것인 구획화 방법.
55. 제54항에 있어서, 유량은 액적군의 10% 이하의 액적이 마이크로캡슐에 의해 비점유되도록 하는 것인 구획화 방법.
56. 제53항에 있어서, 액적군의 25% 미만, 20% 미만, 15% 미만, 10% 미만 또는 5% 미만의 액적이 하나 초과의 마이크로캡슐을 포함하는 것인 구획화 방법.
57. 제53항에 있어서, 액적군의 80% 이상의 액적이 단일 마이크로캡슐을 포함하는 것인 구획화 방법.
58. 제57항에 있어서, 액적군의 90% 이상의 액적이 단일 마이크로캡슐을 포함하는 것인 구획화 방법.
59. 제58항에 있어서, 액적군의 95% 이상의 액적이 단일 마이크로캡슐을 포함하는 것인 구획화 방법.
60. 제53항에 있어서, 단계 (b)는 제1 및 제2 채널 세그먼트에 걸쳐 하나 이상의 압력차를 제공하여 상기 유량을 제공하는 것을 포함하는 것인 구획화 방법.
61. 제53항에 있어서, 마이크로캡슐이 평균 단면 치수와 10% 이하의 단면 치수의 변동 계수를 갖는 것인 구획화 방법.
62. 제53항에 있어서, 마이크로캡슐은 폴리머 마이크로캡슐이고, 마이크로캡슐은 마이크로캡슐에 결합된 동일한 뉴클레오티드 서열을 가지는 핵산 바코드 서열들을 포함하고, 다른 마이크로캡슐은 이에 결합된 다른 핵산 바코드 서열들을 가지는 것인 구획화 방법.
63. 제53항에 있어서, 마이크로캡슐은 디설파이드 결합 또는 다른 화학적 절단성 결합에 의해 가교결합되거나, 또는 시약이 디설파이드 결합 또는 다른 화학적 절단성 결합을 통해 마이크로캡슐과 회합되는 것인 구획화 방법.

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