KR20070029618A - 유체종의 전자적 제어 - Google Patents

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KR20070029618A
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droplets
fluid
droplet
micrometers
average diameter
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KR1020067003770A
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대런 알. 링크
데이비드 에이. 웨이츠
글래더 크리스토벌-아즈카르테
젱동 쳉
안근호
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더 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지
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Abstract

본 발명의 다양한 면들은 예를 들면 마이크로유체 시스템에서의 유체종의 제어 및 조작에 관한 것이다. 한 면에서, 본 발명은 예를 들면, 전기장, 기계적 개조, 간섭 유체의 첨가 등을 사용하여 액체에 의해 둘러싸여진 유체의 소적을 제조하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일부 경우, 소적들은 각각 그 안에 실질적으로 균일한 수의 엔티티를 가질 수 있다. 예를 들면, 소적의 95% 이상이 각각 동일한 수의 특정 종 엔티티를 함유할 수 있다. 다른 면에서, 본 발명은 예를 들면 전기장을 이용한 전하 및(또는) 쌍극자 상호작용을 통해, 한 유체 소적을 2개의 소적으로 나누기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 예를 들면 전하 및(또는) 쌍극자 상호작용을 통해, 본 발명의 다른 면에 따른 소적들의 융합을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일부 경우, 소적들의 융합은 반응을 개시하거나 또는 결정할 수 있다. 본 발명의 관련 측면에서, 소적들 내에서 유체 혼합이 일어나게 하기 위한 시스템 및 방법도 또한 제공된다. 또 다른 면에서, 본 발명은 예를 들면 소적을 유체 시스템 내의 특정 영역으로 이동시킴으로써, 소적들을 분류하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예로는 소적들을 분류하기 위해 전기적 상호작용(예를 들면, 전하, 쌍극자 등) 또는 기계적 시스템(예를 들면, 유체 변위)을 사용하는 것을 포함한다. 일부 경우, 유체 소적은 비교적 높은 속도로, 예를 들면 약 10 소적/초 이상으로 분류될 수 있다. 본 발명의 다른 면은 예를 들면 형광 및(또는) 다른 광학 기술(예를 들면, 경검법) 또는 전기적 감지 기 술, 예를 들면 유전 감지를 사용하여 소적 또는 그의 성분을 결정할 수 있는 능력을 제공한다.
우체종, 전자 제어.

Description

유체종의 전자적 제어{ELECTRONIC CONTROL OF FLUIDIC SPECIES}
<관련 출원>
본 출원은 본원에서 참고문헌으로 인용된, 2003년 8월 27일 출원되고 발명의 명칭이 "Electronic Control of Fluidic Species"인 링크(Link) 등의 미국 임시 특허 출원 제60/498,091호의 권리를 주장한다.
본 발명은 일반적으로 유체종의 제어를 위한 시스템 및 방법, 구체적으로는 유체종의 전자적 제어를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
유체 전달, 제품 제조, 분석 등의 목적을 위해 불연속 유체 스트림, 소적, 입자, 분산액 등과 같은 원하는 형태의 유체 스트림을 형성하기 위한 유체의 조작은 비교적 잘 연구된 분야이다. 예를 들면, 직경이 10 미크론 미만인 고도의 단순분산 기체 버블은 모세관 흐름 집속으로 언급되는 기술을 사용하여 생성되어 왔다. 이 기술에서는, 기체가 강제로 모세관으로부터 나와 액체욕으로 가게 되고, 그 관은 작은 오리피스 위에 위치하여, 이 오리피스를 통과하는 외부 액체의 수축 흐름은 기체를 묽은 젯(thin jet)으로 집속시키고, 이것은 이어서 모세관 불안정성을 통해 대략 동등한 크기의 버블들로 응리된다. 관련 기술에서는, 유사한 배치를 사용하여 공기 중에 액체 소적을 생성시킬 수 있다.
문헌[Phys. Rev. Lett., 80:2, January 12, 1998(Ganan-Calvo)]의 표제 "Generation of Steady Liquid Microthreads and Micron-Sized Monodisperse Spray and Gas Streams"의 논문은 미세한 스프레이를 야기시키는, 층상 가속 기체 스트림에 의한 현미경적 액체 세류(細流)의 형성을 설명한다. 문헌[Phys. Rev. Lett., 86:18, April 30, 2001(Thorsen, et al.)]의 표제 "Dynamic Pattern Formation in a Vesicle-Generating Microfluidic Device"의 논문은 2개의 마이크로유체 채널들 사이의 "T" 접점에서 물을 유동하는 오일에 도입시킴으로써 마이크로유체 직교류를 통하여 연속 오일상 중의 불연속 수상을 형성하는 것을 설명한다.
2000년 9월 19일에 특허허여된 미국 특허 제6,120,666호는 예를 들면 생물학적 유체 분석에서, 유체 매질 중의 극소립자를 분석하기 위하여 제1 및 제2 샘플 유체 스트림을 공간적으로 가둬 놓기 위한 유체 집속 챔버를 갖는 마이크로가공된 소자(device)를 설명한다. 2000년 9월 12일에 특허허여된 미국 특허 제6,116,516호는 모세관 마이크로젯의 형성, 및 마이크로젯의 해리를 통한 단순분산 에어로졸의 형성을 설명한다. 2001년 2월 13일에 특허허여된 미국 특허 제6,187,214호는 2개의 비혼화성 유체의 상호작용에 의해 생성된, 약 1 내지 약 5 미크론 크기 범위의 미립화 입자를 설명한다. 2001년 6월 19일에 특허허여된 미국 특허 제6,248,378호는 마이크로젯을 사용한 음식 내로의 도입을 위한 입자의 생성 및 마이크로젯이 해리될 때 형성된 단순분산 에어로졸을 설명한다.
마이크로유체 시스템(microfluidic system)은 다양한 면에서, 대표적으로는 소형화 실험실(예를 들면, 임상학적) 분석의 면에서 설명되어 왔다. 기타 용도도 또한 설명되어 왔다. 예를 들면, 2001년 11월 29일에 공개된 앤더슨(Anderson) 등의 국제 특허 공개 제WO 01/89789호는 표면 상에 생물학적 물질 및 세포와 같은 물질의 패턴을 제공하는데 사용될 수 있는 멀티-레벨 마이크로유체 시스템을 설명한다. 다른 공개문헌들은 밸브, 스위치 및 다른 부품을 포함하는 마이크로유체 시스템을 설명한다.
마크로- 또는 마이크로유체 규모의 동력학에 있어서 상당한 진전이 이루어져 왔지만, 개선된 기술 및 이들 기술들의 결과물이 필요하다.
<발명의 요약>
본 발명은 유체종의 전자적 제어를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 주제는 일부 경우, 상호관련 제품, 특정 문제에 대한 대안적 해결책, 및(또는) 1개 이상의 시스템 및(또는) 물품의 다수개의 상이한 용도를 포함한다.
한 면에서, 본 발명은 방법을 제공한다. 한 세트의 실시태양에서, 방법은 마이크로유체 시스템에서 제어된 방식으로 2개 이상의 종들을 합하는 방법이다. 이 방법은 마이크로유체 시스템 내에 유동하는 일련의 소적을 제공하고, 일련의 소적들로부터 제1 소적을 선택하여 일련의 소적들 중의 적어도 일부 다른 소적들로부터 제1 소적을 분리시키고(여기서, 제1 소적은 약 100 미크론 미만의 최대 횡단면 치수를 갖고 제1 화학, 생물 또는 생화학 종을 함유한다), 일련의 소적들과는 별도로 제2 소적을 제공하고(여기서, 제2 소적은 약 100 미크론 미만의 최대 횡단면 치수를 갖고 제2 화학, 생물 또는 생화학 종을 함유한다), 제1 소적 및(또는) 제2 소적을 합체가 일어날 수 있는 위치를 향해 선택적으로 몰아서 제1 소적 및 제2 소적 을 하나의 합해진 소적으로 합체시키고, 및 적어도 제1 소적 중의 제1 종 및 제2 소적 중의 제2 종에 관련된 반응을 결정하는 행위들을 포함한다.
다른 세트의 실시태양들에 따른 방법은 마이크로유체 시스템에서 제어된 방식으로 소적을 분류하는 방법이다. 이 방법은 마이크로유체 시스템 내에 유동하는 일련의 소적을 제공하고, 및 일련의 소적들로부터 제1 소적을 선택하여 일련의 소적들 중의 적어도 일부 다른 소적들로부터 제1 소적을 분리시키는 행위들을 포함한다. 일부 경우, 제1 소적은 약 100 미크론 미만의 최대 횡단면 치수를 갖는다.
또 다른 세트의 실시태양에서, 방법은 마이크로유체 시스템에서 1개 이상의 소적에 전하를 부여하는 방법이다. 이 방법은 마이크로유체 시스템 내에 소적을 제공하고, 소적에 쌍극자 모멘트를 부여하고, 및 쌍극자 모멘트가 존재하는 동안에 소적을 2개 이상의 하위소적(subdroplet)으로 나누고, 하위소적들 중 적어도 하나가 원초적 소적에 부여된 쌍극자 모멘트로부터 야기되는 전하를 운반하는 행위들을 포함할 수 있다.
또 다른 세트의 실시태양에서, 방법은 마이크로유체 시스템에서 2개 이상의 소적을 합하는 방법이다. 이 방법은 마이크로유체 시스템 내에 2개 이상의 소적을 제공하고, 소적을 전기장에 노출시켜 소적 중에 쌍극자 모멘트를 유도하고, 및 적어도 부분적으로는 유도된 쌍극자 모멘트로 인한 소적-소적 인력을 통해 2개 이상의 소적을 단일 소적으로 합체하는 행위들을 포함한다.
다른 세트의 실시태양에 따른 방법은 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체 상에 약 10-14 C 이상의 전하를 생성시키는 단계를 포함한다. 또 다른 세트의 실시태양에 따른 방법은 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체 상에 약 10-9 N 이상의 전기력을 인가하는 단계를 포함한다.
또 다른 세트의 실시태양에서, 제1 소적 및 제2 소적을 포함하는, 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체에 있어서, 이 방법은 약 10 소적/s 이상 또는 약 100 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함한다. 또 다른 세트의 실시태양에서, 방법은 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체의 소적을 제공하고, 이 소적이 일정 비의 제1 종 함유 소적 대 제1 종이 없는 소적을 갖고, 및 제1 종 함유 소적 대 제1 종이 없는 소적의 비를 약 2 배 이상 증가시키도록 소적을 분류하는 단계들을 포함한다.
다른 세트의 실시태양에서, 제1 소적 및 제2 소적을 포함하는, 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체에 있어서, 이 방법은 제2 액상 유체의 유량을 실질적으로 변경시키지 않고서 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함한다. 또 다른 세트의 실시태양에서, 이 방법은 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체 소적을 전기장을 사용하여 2개의 소적으로 나누는 단계를 포함한다.
다른 면에서, 본 발명은 물품이다. 물품은 한 세트의 실시태양에서 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진, 약 10-14 C 이상의 전하를 갖는 제1 유체 소적을 포함한다. 물품은 다른 세트의 실시태양에서 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체를 포함하는 소적을 포함하고, 여기서 소적의 약 90% 이상이 각각 동일한 수의 종 엔티티(entity)로 이루어진다.
또 다른 면에서, 본 발명은 장치이다. 한 세트의 실시태양에 따르면, 장치는 마이크로유체 채널, 및 마이크로유체 채널 내에 약 1 V/마이크로미터 이상의 전기장을 발생시키도록 구성되고 배치된 전기장 발생기를 포함한다.
또 다른 면에서, 본 발명은 본원에서 설명된 1개 이상의 실시태양들의 제조 방법에 관한 것이다. 또 다른 면에서, 본 발명은 본원에서 설명된 1개 이상의 실시태양들의 사용 방법에 관한 것이다. 또 다른 면에서, 본 발명은 본원에서 설명된 1개 이상의 실시태양들의 촉진 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 이점들 및 신규한 특징들은 수반되는 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 다양한 비제한적인 실시태양들에 대한 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 명세서 및 참고문헌으로 인용된 서류가 상반되는 및(또는) 일치하지 않는 내용을 포함하는 경우, 본 명세서가 통제하게 될 것이다. 참고문헌으로 인용된 2개 이상의 출원들이 서로에 대하여 상반되는 및(또는) 일치하지 않는 내용을 포함한다면, 나중에 출원된 출원이 통제하게 될 것이다.
본 발명의 비제한적인 실시태양들은 개략적이며 일정한 비율로 그려진 것은 아닌 수반되는 도면을 참고로 하여 예로서 설명될 것이다. 도면에서, 예시된 각 동일한 또는 거의 동일한 성분은 대표적으로 하나의 도면부호에 의해 나타내어진다. 명료함을 위해 모든 도면에서 모든 성분이 표지되지 않고, 본 발명의 각 실시태양의 모든 성분을 나타내지도 않았으며, 여기서 예시가 반드시 당 업계의 통상의 숙련인이 본 발명을 이해할 수 있도록 하는 것은 아니다.
도 1A 및 1B는 본 발명의 한 실시태양에 따른 소적의 분할을 예시하고;
도 2A 및 2B는 전기장을 인가하기 전의 본 발명의 한 실시태양에 따른 장치를 예시하고;
도 3A 및 3B는 전기장을 인가한 후의 도 2A 및 2B의 장치를 예시하고;
도 4A 및 4B는 역 전기장을 인가한 후의 도 2A 및 2B의 장치를 예시하고;
도 5는 본 발명의 한 실시태양에 따른, 소적 분할의 개략도이고;
도 6A 및 6B는 본 발명의 추가의 실시태양의 개략도이고;
도 7A 및 7B는 본 발명의 한 실시태양에 따른 소적의 형성을 예시하고;
도 8A 내지 8F는 본 발명의 한 실시태양에 따른 소적의 분류 및(또는) 분할을 예시하고;
도 9A 내지 9D는 본 발명의 다른 실시태양에 따른 소적의 분류 및(또는) 분할을 예시하고;
도 10A 내지 10D는 본 발명의 다른 실시태양에 따른 유체 소적의 분류를 예시하고;
도 11A 내지 11C는 본 발명의 또 다른 실시태양에 따른 유체 소적의 분류를 예시하고;
도 12A 내지 12J는 본 발명의 한 실시태양에 따른 2개 이상의 유체 영역을 갖는 소적에서의 유체 혼합을 예시하고;
도 13A 내지 13D는 본 발명의 특정 실시태양에 따른, 채널 내에서의 대전되 지 않은 및 대전된 소적을 예시하고;
도 14A 내지 14C는 제1 유체의 및 제2 유체의 교대되는 소적들을 포함하는 본 발명의 다양한 실시태양을 예시하고; 및
도 15A 내지 15E는 본 발명의 다양한 실시태양들의 특징을 갖는 소자의 한 예를 예시한다.
본 발명은 일반적으로, 전형적으로 액체에 의해 둘러싸여진(예를 들면, 현탁된) 유체종의 제어 및 조작에 관한 것이다. 본 발명의 다양한 측면들은 유체 소적의 형성, 소적의 다수개의 소적으로의 분할, 소적 상에 전하의 생성, 소적 중에 쌍극자의 유도, 소적의 융합 또는 합체 유발, 소적 내에서의 혼합 발생 유발, 소적의 분류 및(또는) 분리, 및(또는) 소적 및(또는) 소적 내의 성분들의 감지 및(또는) 결정에 관한 것이다. 유체종의 제어 및 조작을 위한 이들 및(또는) 다른 시스템 및 방법들, 예를 들면 각각 본원에서 참고문헌으로 인용된, 2003년 8월 27일에 출원된 링크 등의 미국 임시 특허 출원 번호 제60/498,091호; 2002년 6월 28일에 출원된 스톤(Stone) 등의 미국 임시 특허 출원 번호 제60/392,195호; 2002년 11월 5일에 출원된 링크 등의 미국 임시 특허 출원 번호 제60/424,042호; 1996년 4월 30일에 특허허여된 쿠마(Kumar) 등의 미국 특허 제5,512,131호; 1996년 6월 26일에 공개된 와이트사이즈(Whitesides) 등의 국제 특허 공개 WO 96/29629호; 2002년 3월 12일에 특허허여된 김(Kim) 등의 미국 특허 제6,355,198호; 2001년 5월 25일에 출원된 앤더슨 등의 국제 특허 출원 번호 제PCT/US01/16973호(2001년 11월 29일에 WO 01/89787호로서 공개됨); 2003년 6월 30일에 출원된 스톤 등의 국제 특허 출원 번호 제PCT/US03/20542호(2004년 1월 8일에 WO 2004/002627호로서 공개됨); 2004년 4월 9일에 출원된 링크 등의 국제 특허 출원 번호 제PCT/US2004/010903호; 및 2003년 4월 10일에 출원된 링크 등의 미국 임시 특허 출원 번호 제60/461,954호에 개시된 바와 같은 시스템 및 방법들의 병용도 또한 계획된다.
본 발명의 다양한 측면에서, 본원에서 개시된 유체 시스템은 소적 형성 시스템, 감지 시스템, 제어기, 및(또는) 소적 분류 및(또는) 분리 시스템 또는 이들 시스템들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 상기 시스템 및 방법은 특정 용도에 따라 임의의 적합한 순서로 위치할 수 있으며, 일부 경우, 주어진 한 유형의 다수개의 시스템들, 예를 들면 2개 이상의 소적 형성 시스템, 2개 이상의 소적 분리 시스템 등이 사용될 수 있다. 배열의 한 예로서, 본 발명의 시스템들은 소적을 형성하고, 유체를 희석시키고, 소적 내에서의 종의 농도를 제어하고, 소적을 분류하여 원하는 농도의 종 또는 엔티티(entity)를 갖는 것(예를 들면, 각각 반응물 한 분자를 함유하는 소적)을 선택하고, 개별 소적들을 융합하여 개별 소적 내에 함유된 종들 사이의 반응을 유발시키고, 1개 이상의 소적 내에서 반응(들) 및(또는) 반응(들)의 속도를 결정하도록 하는 등으로 배열될 수 있다. 많은 다른 배열들이 본 발명에 따라 실행될 수 있다.
소적 생성/형성
본 발명의 한 면은 액체에 의해 둘러싸여진 유체의 소적을 생성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 유체 및 액체는 많은 경우 본질적으로 비혼화성, 즉 흥미있는 시간의 척도 상(예를 들면, 특정 시스템 또는 소자를 통해 유체 소적이 수송되는데 걸리는 시간) 비혼화성일 수 있다. 특정 경우, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 소적은 각각 실질적으로 동일한 형태 또는 크기를 갖는 것일 수 있다. 유체는 또한 다른 종, 예를 들면 특정 분자 종(예를 들면, 아래에서 추가로 논의되는 바와 같음), 세포, 입자 등을 함유할 수 있다.
한 세트의 실시태양에서는, 액체에 의해 둘러싸여진 유체 상에 전하가 생성되어, 유체를 액체 내에서 개별 소적들로 분리시킬 수 있다. 일부 실시태양에서, 유체 및 액체는 예를 들면 유체의 운동을 액체에 관하여 제한함으로써, 유체에 전기장("AC" 또는 교류, "DC" 또는 직류 등일 수 있음)의 인가를 용이하게 하는 채널, 예를 들면 마이크로유체 채널 또는 다른 한정된 공간 내에 존재할 수 있다. 따라서, 유체는 액체 내에서 일련의 개별적인 대전된 및(또는) 전기적으로 유도가능한 소적으로 존재할 수 있다. 한 실시태양에서, 유체 소적 상에 발휘된 전기력은 소적을 액체 내에서 이동시키기에 충분히 클 수 있다. 일부 경우, 유체 소적 상에 발휘된 전기력은 액체 내의 소적의 바람직한 이동을, 예를 들면 채널 또는 마이크로유체 채널 등으로 또는 내로(예를 들면, 본원에서 추가로 설명되는 바와 같이) 지시하는데 사용될 수 있다. 한 예로서, 도 3A에서의 장치(5)에서는, 유체원(10)에 의해 생성된 소적(15)는 전기장 발생기(20)에 의해 생성된 전기장을 사용하여 전기적으로 대전될 수 있다.
전하는 임의의 적합한 기술을 사용하여, 예를 들면 유체를 전기장(AC, DC 등일 수 있음) 내에 위치시킴으로써 및(또는) 유체가 전하를 갖도록 하는 반응, 예를 들면 화학 반응, 이온 반응, 광촉매화 반응 등이 일어나도록 함으로써 액체 내의 유체 중에 생성될 수 있다. 한 실시태양에서, 유체는 전기 전도체이다. 본원에서 사용된 "전도체"는 약 18 메그오옴(MOhm 또는 ㏁) 물의 전도율 이상의 전도율을 갖는 물질이다. 유체를 둘러싸는 액체는 유체의 것보다 적은 전도율을 가질 수 있다. 예를 들면, 액체는 유체에 비하여 절연체, 또는 적어도 "새기 쉬운(leaky) 절연체"일 수 있다, 즉 액체는 적어도 단기간 동안 적어도 부분적으로 유체를 전기적으로 절연할 수 있다. 당 업계의 통상의 숙련인은 유체의 전도율을 확인할 수 있을 것이다. 한 비-제한적인 실시태양에서, 유체는 실질적으로 친수성일 수 있고, 유체를 둘러싸는 액체는 실질적으로 소수성일 수 있다.
일부 실시태양에서, 유체 상에(예를 들면, 일련의 유체 소적 상에) 생성된 전하는 약 10-22 C/마이크로미터3 이상일 수 있다. 특정 경우, 전하는 약 10-21 C/마이크로미터3 이상일 수 있고, 다른 경우, 전하는 약 10-20 C/마이크로미터3 이상, 약 10-19 C/마이크로미터3 이상, 약 10-18 C/마이크로미터3 이상, 약 10-17 C/마이크로미터3 이상, 약 10-16 C/마이크로미터3 이상, 약 10-15 C/마이크로미터3 이상, 약 10-14 C/마이크로미터3 이상, 약 10-13 C/마이크로미터3 이상, 약 10-12 C/마이크로미터3 이상, 약 10-11 C/마이크로미터3 이상, 약 10-10 C/마이크로미터3 이상, 또는 약 10-9 C/마이크로미터3 이상 또는 그 이상일 수 있다. 특정 실시태양에서, 유체 상에 생성된 전하는 약 10-21 C/마이크로미터2 이상일 수 있고, 일부 경우, 전하는 약 10-20 C/마이크로미터2 이상, 약 10-19 C/마이크로미터2 이상, 약 10-18 C/마이크로미터2 이상, 약 10-17 C/마이크로미터2 이상, 약 10-16 C/마이크로미터2 이상, 약 10-15 C/마이크로미터2 이상, 약 10-14 C/마이크로미터2 이상, 또는 약 10-13 C/마이크로미터2 이상 또는 그 이상일 수 있다. 다른 실시태양에서, 전하는 약 10-14 C/소적 이상일 수 있고, 일부 경우, 약 10-13 C/소적 이상, 다른 경우, 약 10-12 C/소적 이상, 다른 경우, 약 10-11 C/소적 이상, 다른 경우 약 10-10 C/소적 이상, 또는 또 다른 경우 약 10-9 C/소적 이상일 수 있다.
일부 실시태양에서, 전기장은 전기장 발생기, 즉 유체에 인가될 수 있는 전기장을 생성시킬 수 있는 소자 또는 시스템으로부터 발생된다. 전기장 발생기는 AC장(즉, 시간에 관하여 주기적으로, 예를 들면 사인곡선으로, 톱니모양으로, 사각형으로 등으로 변하는 것), DC장(즉, 시간에 관하여 일정한 것), 펄스장 등을 생성시킬 수 있다. 전기장 발생기는 채널 또는 마이크로유체 채널 내에 포함된 유체 내에 전기장을 생성시키도록 구성되고 배치될 수 있다. 전기장 발생기는 일부 실시태양에 따르면, 채널 또는 마이크로유체 채널을 포함하는 유체 시스템과 일체식이거나 또는 별도의 것일 수 있다. 본원에서 사용된 "일체식"은 서로 일체화된 부품들의 부분들이 부품들 중 적어도 하나를 절단 또는 파괴시키지 않고서는 부품들이 서로로부터 손으로 분리될 수 없도록 연결됨을 의미한다.
적합한 전기장(AC, DC 등일 수 있음)을 생성시키기 위한 기술은 당 업계의 통상의 숙련인에게 공지되어 있다. 예를 들면, 한 실시태양에서, 전기장은 유체 시스템 상에 위치하거나 또는 유체 시스템 내에(예를 들면, 채널 또는 마이크로유체 채널을 형성하는 기재 내에) 매립될 수 있는, 및(또는) 전기장의 적어도 일부분이 유체와 상호작용하도록 유체에 근접하여 위치한 한 쌍의 전극을 가로질러 전압을 인가함으로써 생성된다. 전극은 은, 금, 구리, 탄소, 백금, 구리, 텅스텐, 주석, 카드뮴, 니켈, 인듐주석산화물("ITO") 등, 뿐만 아니라 이들의 조합물을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는, 당 업계의 통상의 숙련인에게 공지된 임의의 적합한 전극 물질 또는 물질들로부터 만들어질 수 있다. 일부 경우, 투명한 또는 실질적으로 투명한 전극이 사용될 수 있다. 특정 실시태양에서, 전기장 발생기는 유체에 인가가능한 약 0.01 V/마이크로미터 이상, 및 일부 경우, 약 0.03 V/마이크로미터 이상, 약 0.05 V/마이크로미터 이상, 약 0.08 V/마이크로미터 이상, 약 0.1 V/마이크로미터 이상, 약 0.3 V/마이크로미터 이상, 약 0.5 V/마이크로미터 이상, 약 0.7 V/마이크로미터 이상, 약 1 V/마이크로미터 이상, 약 1.2 V/마이크로미터 이상, 약 1.4 V/마이크로미터 이상, 약 1.6 V/마이크로미터 이상, 또는 약 2 V/마이크로미터 이상의 전기장을 생성시키도록 구성되고 배열될 수 있다(예를 들면, 위치할 수 있다). 일부 실시태양에서는, 더욱 더 높은 전기장 세기, 예를 들면 약 2 V/마이크로미터 이상, 약 3 V/마이크로미터 이상, 약 5 V/마이크로미터 이상, 약 7 V/마이크로미터 이상, 또는 약 10 V/마이크로미터 이상 또는 그 이상이 사용될 수 있다.
일부 실시태양에서, 전기장은 소적이 전기력을 경험하도록 유체 소적에 인가될 수 있다. 유체 소적 상에 발휘된 전기력은 일부 경우, 약 10-16 N/마이크로미터3 이상일 수 있다. 특정 경우, 유체 소적 상에 발휘된 전기력은 더 클 수, 예를 들면, 약 10-15 N/마이크로미터3 이상, 약 10-14 N/마이크로미터3 이상, 약 10-13 N/마이크로미터3 이상, 약 10-12 N/마이크로미터3 이상, 약 10-11 N/마이크로미터3 이상, 약 10-10 N/마이크로미터3 이상, 약 10-9 N/마이크로미터3 이상, 약 10-8 N/마이크로미터3 이상, 약 10-7 N/마이크로미터3 이상 또는 그 이상일 수 있다. 다른 실시태양에서, 유체의 표면적에 대해, 유체 소적 상에 발휘된 전기력은 약 10-15 N/마이크로미터2 이상, 및 일부 경우, 약 10-14 N/마이크로미터2 이상, 약 10-13 N/마이크로미터2 이상, 약 10-12 N/마이크로미터2 이상, 약 10-11 N/마이크로미터2 이상, 약 10-10 N/마이크로미터2 이상, 약 10-9 N/마이크로미터2 이상, 약 10-8 N/마이크로미터2 이상, 약 10-7 N/마이크로미터2 이상, 또는 약 10-6 N/마이크로미터2 이상 또는 그 이상일 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 유체 소적 상에 발휘된 전기력은 약 10-9 N 이상, 약 10-8 N 이상, 약 10-7 N 이상, 약 10-6 N 이상, 약 10-5 N 이상, 또는 약 10-4 N 이상, 또는 일부 경우 그 이상일 수 있다.
본 발명의 일부 실시태양에서는, 유체 소적, 예를 들면, 상기한 바와 같이 전하를 갖는 유체 소적 상에 존재하는 전하를 적어도 중화시키기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 예를 들면, 전하를 적어도 부분적으로 중화시키기 위하여, 유체 소적을 예를 들면 본원에서 설명된 것과 같은 기술을 사용하여 전기장을 통과시키고(거나) 전극 근처로 가져갈 수 있다. 전기장으로부터 유체 소적의 유출시(즉, 전기장이 실질적으로 유체 소적에 영향을 미칠 수 있는 강도를 더이상 갖지 않도록), 및(또는) 전기장의 다른 방식의 제거시, 유체 소적은 전기적으로 중화될 수 있고(있거나) 감소된 전하를 가질 수 있다.
다른 세트의 실시태양에서, 유체의 소적은 유체가 개별 소적들을 형성하도록 유도할 수 있는 방식으로 채널 치수를 변경함으로써 채널 내에서 액체에 의해 둘러싸여진 유체로부터 생성될 수 있다. 채널은 예를 들면, 유체가 채널 벽에 부착되지 않고 대신에 개별 소적을 형성하도록 흐름 방향에 대하여 팽창되는 채널, 또는 예를 들면 유체가 강제로 개별 소적으로 응집되도록 흐름 방향에 대하여 좁혀지는 채널일 수 있다. 한 예가 도 7A에 나타나 있는데, 여기서는 채널(510)이 액체(505)에 의해 둘러싸여진 유동 유체(500)(아랫쪽으로 유동)를 포함한다. 채널(510)은 위치(501)에서 좁혀져서 유체(500)이 일련의 개별 유체 소적(515)를 형성하게 된다. 다른 실시태양에서, 내부 장애물을 또한 사용하여 소적 형성이 일어날 수 있도록 할 수 있다. 예를 들면, 배플, 리지, 포스트 등을 사용하여 유체가 유체 소적으로 응집할 수 있게 하는 방식으로 액체 흐름을 방해할 수 있다.
일부 경우, 채널 치수는 개별 유체 소적의 형성이 일어날 수 있도록 하는 방식으로 시간에 관하여 (예를 들면, 기계적으로 또는 전기기계적으로, 공기적으로 등) 변경될 수 있다. 예를 들면, 채널은 소적 형성을 야기하도록 기계적으로 수축("압착")될 수 있거나, 또는 유체 스트림은 예를 들면 이동 배플, 회전 블레이드 등의 사용을 통해 소적 형성을 야기하도록 기계적으로 방해될 수 있다. 비제한적인 예로서, 도 7B에서는, 유체(500)이 채널(510)을 통과하여 아랫방향으로 유동한다. 유체(500)은 액체(505)에 의해 둘러싸여진다. 채널(510) 근처에 위치하거나 또는 채널과 일체된 압전 소자(520)은 이어서 채널(510)을 기계적으로 수축 또는 "압착"하여 유체(500)을 개별 유체 소적(515)로 응리시킬 수 있다.
또 다른 세트의 실시태양에서, 개별 유체 소적은 본질적으로 상호 비혼화성인 3종의 유체(즉, 흥미있는 시간의 척도상 비혼화성)를 포함하는 시스템 중에서 생성되어 유지될 수 있는데, 여기서 한 유체는 액체 캐리어이고, 제2 유체 및 제3 유체는 액체 캐리어 내에서 개별 유체 소적으로 교대된다. 상기 시스템에서, 제2 및 제3 유체의 유체 소적들의 분리를 확실히 하기 위하여 계면활성제가 반드시 필요하지는 않다. 한 예로서, 도 14A를 참조하면, 채널(700) 내에서, 제1 유체(701) 및 제2 유체(702)는 각각 액체 캐리어(705) 내에서 운반된다. 제1 유체(701) 및 제2 유체(702)는 각각 채널(700) 내에서 액체 캐리어(705)에 의해 운반되는, 일련의 교대되는 개별 소적으로서 교대된다. 제1 유체, 제2 유체 및 액체 캐리어가 모두 본질적으로 상호 비혼화성이기 때문에, 유체들 중 임의의 2종(또는 모든 3종의 유체)은 소적 합체가 일어나도록 하지 않으면서 접촉할 수 있게 된다. 이러한 시스템의 한 예의 현미경사진이 도 14B에 나타나 있으며, 각각 액체 캐리어(705) 내에 포함된 개별 교대되는 소적으로서 제공된 제1 유체(701) 및 제2 유체(702)를 예시한다.
3종의 본질적으로 상호 비혼화성인 유체를 포함하는 시스템의 한 예는 실리콘유, 광유 및 수용액(즉, 물 또는 그 안에 용해되고(거나) 현탁된 1종 이상의 다른 종을 함유하는 물, 예를 들면 염 용액, 소금 용액, 입자 또는 세포를 함유하는 물의 현탁액 등)이다. 시스템의 다른 예는 실리콘유, 플루오로카본유, 및 수용액이다. 시스템의 또 다른 예는 탄화수소유(예를 들면, 헥사데칸), 플루오로카본유 및 수용액이다. 이들 예에서, 이들 유체 중 임의의 것이 액체 캐리어로서 사용될 수 있다. 적합한 플루오로카본유의 비제한적인 예는 옥타데카플루오로데카히드로나프탈렌:
Figure 112006013549653-PCT00001
또는 1-(1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-운데카플루오로시클로헥실)에탄올:
Figure 112006013549653-PCT00002
을 포함한다.
상기 시스템의 비제한적인 예가 도 14B에 예시된다. 이 도면에서는, 유체 네트워크(710)이 액체 캐리어(705)를 함유하는 채널, 및 제1 유체(701) 및 제2 유체(702)를 포함한다. 액체 캐리어(705)는 유입구(725)를 통해 유체 네트워크(710) 내로 도입되는 반면, 제1 유체(701)는 유입구(721)을 통해 도입되고, 제2 유체(702)는 유입구(722)를 통해 도입된다. 유체 네트워크(710) 내의 채널(716)은 유입구(725)로부터 도입된 액체 캐리어(715)를 함유한다. 초기에, 제1 유체(701)이 액체 캐리어(705) 내로 도입되어 그 안에 유체 소적을 형성한다. 이어서, 제2 유체(702)가 액체(705) 내로 도입되어, 제1 유체(701)을 함유하는 유체 소적과 산재되는 유체 소적을 그 안에 형성한다. 따라서, 채널(717)에 도달할 때, 액체 캐리어(705)는 제2 유체(702)를 함유하는 제2 세트의 유체 소적들과 산재된, 제1 유체(701)을 함유하는 제1 세트의 유체 소적들을 함유한다. 예시된 실시태양에서는, 채널(706)은 임의로 일련의 굴곡부를 포함하고, 이것은 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 유체 소적들 각각 내에서 혼합이 일어날 수 있게 한다. 그러나, 본 실시태양에서는, 제1 유체(701) 및 제2 유체(702)가 본질적으로 비혼화성이기 때문에, 제1 유체(701)을 함유하는 소적과 제2 유체(702)를 함유하는 소적의 상당한 융합 및(또는) 혼합은 일반적으로 예상되지 못한다는 것에 주목해야 한다.
액체에 의해 둘러싸여진 유체의 소적의 생성에 대한 다른 예들은 각각 본원에서 참고문헌으로 인용되는, 2004년 4월 9일에 출원된 링크 등의 국제 특허 출원 번호 제PCT/US2004/010903호 및 2003년 6월 30일에 출원된 스톤 등의 국제 특허 출원 번호 제PCT/US03/20542호(2004년 1월 8일에 WO 2004/002627호로서 공개됨)에 설명되어 있다.
일부 실시태양에서, 유체 소적 각각은 실질적으로 동일한 형태 및(또는) 크기일 수 있다. 형태 및(또는) 크기는 예를 들면, 소적의 평균 직경 또는 다른 특징적인 치수를 측정함으로써 결정될 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "결정한다"는 일반적으로 종의 예를 들면 정량적으로 또는 정성적으로의 분석 또는 측정 및(또는) 종의 존재 또는 부재의 검출을 말한다. "결정한다"는 또한 예를 들면 정량적으로 또는 정성적으로, 또는 상호작용의 존재 또는 부재를 검출함으로써, 2개 이상의 종들 사이의 상호작용의 분석 또는 측정을 말할 수 있다. 적합한 기술의 예는 분광분석법, 예를 들면 적외선, 흡광, 형광, UV/가시선, FTIR("푸리에 변형 적외선 분광분석법") 또는 라만(Raman); 중량법 기술; 타원편광측정법; 압전 측정; 면역분석; 전기화학적 측정; 광학적 측정, 예를 들면 광학 밀도 측정; 원형 2색성; 광 산란 측정, 예를 들면 준전기 광 산란; 시광측정법; 굴절측정법; 또는 혼탁도 측정을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
다수개의 또는 일련의 소적들의 "평균 직경"은 소적 각각의 평균 직경의 대수적 평균이다. 당 업계의 통상의 숙련인은 예를 들면 레이저 광 산란, 현미경 관찰, 또는 다른 공지된 기술들을 사용하여 다수개의 또는 일련의 소적들의 평균 직경(또는 다른 특징적인 치수)을 결정할 수 있다. 비-구형 소적으로의 소적의 직경은 전체 표면에 걸쳐 적분된 소적의 수학적으로 정의된 평균 직경이다. 소적(및(또는) 다수개의 또는 일련의 소적)의 평균 직경은 예를 들면 약 1 ㎜ 미만, 약 500 마이크로미터 미만, 약 200 마이크로미터 미만, 약 100 마이크로미터 미만, 약 75 마이크로미터 미만, 약 50 마이크로미터 미만, 약 25 마이크로미터 미만, 약 10 마이크로미터 미만, 또는 일부 경우 약 5 마이크로미터 미만일 수 있다. 평균 직경은 또한 약 1 마이크로미터 이상, 약 2 마이크로미터 이상, 약 3 마이크로미터 이상, 약 5 마이크로미터 이상, 약 10 마이크로미터 이상, 약 15 마이크로미터 이상, 또는 특정 경우 약 20 마이크로미터 이상일 수도 있다.
본 발명의 특정 실시태양에서, 유체 소적은 추가적인 엔티티, 예를 들면 기타 화학, 생물 또는 생화학 엔티티(예를 들면, 유체 중에 용해되거나 또는 현탁된), 세포, 입자, 기체, 분자 등을 함유할 수 있다. 일부 경우, 소적은 상기에서 논의된 바와 같이, 각각 실질적으로 동일한 형태 또는 크기일 수 있다. 특정 경우, 본 발명은 그 안의 실질적으로 균일한 수의 종 엔티티들(즉, 분자, 세포, 입자 등)로 본질적으로 이루어진 소적의 생성을 제공한다. 예를 들면, 약 90%, 약 93%, 약 95%, 약 97%, 약 98%, 또는 약 99% 또는 그 이상의 다수개의 또는 일련의 소적들이 각각 동일한 수의 특정 종 엔티티를 함유할 수 있다. 예를 들면, 상당수의 예를 들면 상기한 바와 같이 생성된 유체 소적들은 각각 1 엔티티, 2 엔티티, 3 엔티티, 4 엔티티, 5 엔티티, 7 엔티티, 10 엔티티, 15 엔티티, 20 엔티티, 25 엔티티, 30 엔티티, 40 엔티티, 50 엔티티, 60 엔티티, 70 엔티티, 80 엔티티, 90 엔티티, 100 엔티티 등을 함유할 수 있고, 이 때 엔티티는 분자 또는 거대분자, 세포, 입자 등이다. 일부 경우, 소적들은 각각 독립적으로 일정 범위의 엔티티, 예를 들면 20 엔티티 미만, 15 엔티티 미만, 10 엔티티 미만, 7 엔티티 미만, 5 엔티티 미만, 또는 일부 경우 3 엔티티 미만을 함유할 수 있다. 한 세트의 실시태양에서, 일부는 관심을 갖는 종을 함유하고 일부는 관심을 갖는 종을 함유하지 않는 유체의 소적들을 함유하는 액체 중에서, 유체의 소적들은 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이(예를 들면, 형광 또는 상기한 바와 같은 기타 기술을 사용하여) 종을 함유하는 유체의 소적들에 대해 스크리닝 또는 분류될 수 있고, 일부 경우, 소적들은 예를 들면 이전에 설명된 바와 같이, 특정 수 또는 범위의 관심을 갖는 종 엔티티를 함유하는 유체의 소적들에 대하여 스크리닝 또는 분류될 수 있다. 따라서, 일부 경우, 일부는 그 종을 함유하고 일부는 함유하지 않는 다수개의 또는 일련의 유체 소적들은 종을 함유하는 소적의 비에 있어서 예를 들면 약 2배 이상, 약 3배 이상, 약 5배 이상, 약 10배 이상, 약 15배 이상, 약 20배 이상, 약 50배 이상, 약 100배 이상, 약 125배 이상, 약 150배 이상, 약 200배 이상, 약 250배 이상, 약 500배 이상, 약 750배 이상, 약 1000배 이상, 약 2000배 이상, 또는 약 5000배 이상, 또는 일부 경우 그 이상 농축(또는 고갈)될 수 있다. 다른 경우, 농축(또는 고갈)은 그 비가 약 104 이상, 약 105 이상, 약 106 이상, 약 107 이상, 약 108 이상, 약 109 이상, 약 1010 이상, 약 1011 이상, 약 1012 이상, 약 1013 이상, 약 1014 이상, 약 1015 이상, 또는 그 이상일 수 있다. 예를 들면, 특정 종을 함유하는 유체 소적이 다양한 종들을 함유하는 유체 소적들의 라이브러리로부터 선택될 수 있으며, 이 때 라이브러리는 약 105, 약 106, 약 107, 약 108, 약 109, 약 1010, 약 1011, 약 1012, 약 1013, 약 1014, 약 1015, 또는 그 이상의 품목, 예를 들면 DNA 라이브러리, RNA 라이브러리, 단백질 라이브러리, 조합 화학 라이브러리 등을 가질 수 있다. 특정 실시태양에서, 종을 운반하는 소적들은 이어서 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 융합, 반응 또는 다른 방식으로 사용 또는 가공되거나 하여 예를 들면 반응을 개시하거나 또는 결정할 수 있다.
소적 분할
다른 면에서, 본 발명은 한 유체 소적을 2개 이상의 소적들로 분할하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 유체 소적은 예를 들면 앞에서 설명된 바와 같이, 액체에 의해 둘러싸여질 수 있고, 유체와 액체는 일부 경우 본질적으로 비혼화성이다. 원래의 유체 소적을 분할하는데 사용된 조건에 따라, 원래의 유체 소적의 분할에 의해 생긴 2개 이상의 소적들은 각각 본질적으로 동일한 형태 및(또는) 크기일 수 있거나, 또는 2개 이상의 소적들은 상이한 형태 및(또는) 크기를 가질 수 있다. 많은 경우, 원래의 유체 소적을 분할하는데 사용된 조건은 몇몇 방식으로, 예를 들면 손으로 또는 자동적으로(예를 들면, 아래에서 논의되는 바와 같이, 프로세서로) 제어될 수 있다. 일부 경우, 다수개의 또는 일련의 유체 소적들 중 각 소적이 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들면, 일부 소적들은 동등한 부분들 또는 동등하지 않는 부분들로 분할될 수 있는 반면, 다른 소적들은 분할되지 않는다.
한 세트의 실시태양들에 따르면, 유체 소적은 인가된 전기장을 사용하여 분할될 수 있다. 전기장은 AC 장, DC 장 등일 수 있다. 본 실시태양에서 유체 소적은 주변 액체보다 더 큰 전기 전도율을 가질 수 있고, 일부 경우, 유체 소적은 중성적으로 대전될 수 있다. 일부 실시태양에서, 원래의 유체 소적으로부터 생성된 소적들은 대략 동등한 형태 및(또는) 크기를 갖는다. 특정 실시태양에서는, 인가된 전기장에서, 전하는 유체 소적의 내부로부터 그들이 그 위에 분포하게 되는 표면으로 이동하도록 내몰릴 수 있으며, 이에 의해 소적의 내부에서 경험된 전기장을 소멸시킬 수 있다. 일부 실시태양에서, 유체 소적의 표면 상의 전하는 또한 인가된 전기장에 기인한 힘을 경험할 수 있으며, 이것은 반대 극성을 갖는 전하들이 반대 방향으로 이동하도록 한다. 전하 이동은 일부 경우에서 액적이 2개의 별도의 유체 소적들로 따로 떨어지게 할 수 있다. 유체 소적에 인가된 전기장은 예를 들면 상기한 기술을 사용하여, 예를 들면 반응, 전기장 발생기 등으로 생성될 수 있다.
비제한적인 예로서, 전기장이 인가되지 않은 도 1A에서는, 채널(230) 내에 포함된 유체 소적(215)가 주변 액체에 의해 운반되고, 이것은 교차점(240)을 향해 유동하여 채널(250 및 255)에 이르게 된다. 본 실시예에서, 주변 액체는 동등한 유량으로 채널(250 및 255)를 관통하여 유동한다. 따라서, 교차점(240)에서, 유체 소적(215)는 바람직한 배향 또는 방향을 갖지 않고, 주변 액체 흐름으로 인해 동등한 확률로 유출 채널(250 및 255)로 이동한다. 대조적으로, 도 1B에서는, 주변 액체가 1.4 V/마이크로미터의 인가된 전기장의 영향 하에서, 도 1A에서와 동일한 방식으로 유동하는 동안에 유체 소적(215)가 교차점(240)에서 2개의 소적으로 분할되어 새로운 소적들(216 및 217)을 형성한다. 소적(216)은 채널(250)에서 왼쪽으로 이동하는 반면, 소적(217)은 채널(255)에서 오른쪽으로 이동한다.
이 방법에 대한 개략도를 도 5에서 볼 수 있는데, 여기서는 채널(540)에서 액체(535)에 의해 둘러싸여진 중성 유체 소적(530)은 전극(526 및 527)에 의해 생긴 인가된 전기장(525)을 받는다. 전극(526)은 채널(542) 근처에 위치하는 반면, 전극(527)은 채널(544) 근처에 위치한다. 전기장(525)의 영향 하에서, 유체 소적(530) 내에서, 즉 양전하가 소적의 한 단부에서 유도되는 반면, 음전하는 소적의 다른 단부에서 유도되도록, 전하 분리가 유도된다. 소적은 이어서 음으로 대전된 소적(545) 및 양으로 대전된 소적(546)으로 분할될 수 있고, 이것은 이어서 각각 채널(542 및 544)에서 이동할 수 있다. 일부 경우, 생성된 대전된 소적 상의 전하들 중 하나 또는 둘 모두는 또한 앞에서 설명된 바와 같이 중화될 수 있다.
유체 소적의 2개의 소적으로의 분할의 다른 예는 각각 본원에서 참고문헌으로 인용되는, 2004년 4월 9일에 출원된 링크 등의 국제 특허 출원 번호 제PCT/US2004/010903호; 2003년 8월 27일에 출원된 링크 등의 미국 임시 특허 출원 번호 제60/498,091호; 및 2003년 6월 30일에 출원된 스톤 등의 국제 특허 출원 번호 제PCT/US03/20542호(2004년 1월 8일에 WO 2004/002627호로서 공개됨)에 설명되어 있다.
소적 융합
또 다른 면에서, 본 발명은 2개 이상의 유체 소적들의 한 소적으로의 융합 또는 합체를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 한 세트의 실시태양에서는, 2개 이상의 소적들이 보통, 예를 들면 조성, 표면 장력, 소적 크기, 계면활성제의 존재 또는 부재 등으로 인하여 융합 또는 합체할 수 없는 경우에 있어서 2개 이상의 소적들(예를 들면, 유체의 불연속 스트림으로부터 야기됨)이 한 소적으로 융합 또는 합체하도록 할 수 있는 시스템 및 방법이 제공된다. 특정 마이크로유체 시스템에서, 소적의 크기에 비하여 소적의 표면 장력은 또한 일부 경우 소적의 융합 또는 합체가 일어나는 것을 막을 수 있다.
한 실시태양에서, 2개의 유체 소적들은 반대 전하(즉, 반드시 동일한 크기를 갖지는 않는, 양 및 음전하)가 주어질 수 있으며, 이것은 예를 들면 본원에 기재된 기술을 사용하여 소적의 융합 또는 합체가 그들의 반대 전하로 인하여 일어날 수 있도록 2개의 소적들의 전기적 상호작용을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 전기장이 소적에 인가될 수 있으며, 소적들은 축전기를 통과할 수 있고, 화학 반응은 소적들이 대전되게 할 수 있는 식이다. 한 예로서, 도 13A에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 마이크로유체 채널(653) 내에 포함된 액체(654)에 의해 운반된 대전되지 않은 소적들(651 및 652)는 서로 접촉하게 되지만, 소적들은 예를 들면 그들의 크기 및(또는) 표면 장력으로 인하여 융합 또는 응집될 수 없다. 소적들은 일부 경우, 비록 계면활성제가 인가되어 소적의 표면 장력을 저하시킬 수 있다 하더라도 융합되지 못할 수 있다. 그러나, 유체 소적들이 반대 전하(반드시는 아니지만, 동일한 크기를 가질 수 있음)로 전기적으로 대전되는 경우, 소적들은 융합 또는 합체될 수 있다. 예를 들면, 도 13B에서는, 양으로 대전된 소적(655) 및 음으로 대전된 소적(656)은 반대로 대전된 소적들의 전기적 상호작용이 소적들이 융합된 소적(657)로 융합되도록 일반적으로 서로를 향하게 된다.
다른 실시태양에서, 유체 소적들은 반드시 반대 전하가 주어질 필요는 없으며(일부 경우, 임의의 전하가 주어지지 않을 수 있음), 유체 소적들이 합체되도록 하는 유체 소적 내에 유도된 쌍극자의 사용을 통해 융합된다. 도 13C에 예시된 예에서는, 채널(670)에서 액체(665)에 의해 둘러싸여진 소적(660 및 661)(각각 독립적으로 전기적으로 대전되거나 또는 중성일 수 있음)은 이들이 인가된 전기장(675)에 의해 영향을 받도록 채널을 통해 이동한다. 전기장(675)는 AC 장, DC 장 등일 수 있고, 예를 들면 여기서 나타낸 바와 같이 전극(676 및 677)을 사용하여 생성될 수 있다. 도 13C에 나타낸 바와 같이, 유체 소적들 각각에 유도된 쌍극자는 유체 소적들이 그들의 국소적인 반대 전하로 인하여 서로를 향해 전기적 인력을 받게 되어, 소적(660 및 661)을 융합시켜 소적(663)을 생성하게 된다. 도 13D에서는, 소적(660 및 661)이 융합되어 소적(663)을 생성하게 된다.
다양한 실시태양들에 있어서, 합체하도록 된 2개 이상의 소적들이 반드시 "정면으로" 만날 필요는 없다는 점에 주목해야 한다. 적어도 소적들의 어느 정도의 융합이 처음에 일어난다면, 임의의 접촉각으로 충분하다. 한 예로서, 도 12H에서는, 소적(73 및 74) 각각이 실질적으로 동일한 방향(예를 들면, 상이한 속도로)으로 이동하여, 만나서 융합될 수 있다. 다른 예로서, 도 12I에서는, 소적(73 및 74)가 임의의 각으로 만나서 융합된다. 도 12J에서는, 3개의 유체 소적들(73, 74 및 68)이 만나서 융합되어 소적(79)를 생성시킨다.
유체 소적들의 융합 또는 합체의 다른 예들은 본원에서 참고문헌으로 인용되는, 2004년 4월 9일에 출원된 링크 등의 국제 특허 출원 번호 제PCT/US2004/010903호에 설명되어 있다.
소적 내에서의 혼합
관련 측면에서, 본 발명은 유체 소적 내에서 하나 이상의 유체의 혼합이 일어나게 하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 본 발명의 다양한 실시태양에서, 2개 이상의 유체 소적들은 상기한 바와 같이, 융합 또는 합체될 수 있고, 이어서 융합된 소적 내에서 2개 이상의 원래의 유체 소적들로부터의 2개 이상의 유체들이 혼합되도록 할 수 있다. 2개의 소적들이 융합 또는 합체될 때, 소적 내에서의 완벽한 혼합은 즉각적으로 일어나지 않는다는 점에 주목해야 한다. 대신, 예를 들면 도 12B에 나타낸 바와 같이, 합체된 소적은 처음에 제1 유체 영역(71)(제1 소적(73)으로부터) 및 제2 유체 영역(72)(제2 소적(74)로부터)으로 형성될 수 있다. 따라서, 일부 경우, 유체 영역들은 예를 들면 유체 소적 내에서의 내부 "반대-회전하는" 흐름(소적(969)을 갖는 도 12G에 나타냄, 화살표 (977)로 지시된 방향)으로 인하여 별도의 영역들로 남아있을 수 있고, 따라서 도 12A에 나타낸 바와 같이, 불균일한 유체 소적(75)를 야기시킬 수 있다.
그러나, 다른 경우, 유체 소적 내에서의 유체 영역들은 도 7B에 나타낸 바와 같이, 서로 혼합, 반응 또는 다른 방식으로 상호작용하게 되어, 혼합된 또는 적어도 부분적으로 혼합된 유체 소적(78)을 야기시킬 수 있다. 혼합은 자연스런 수단을 통해, 예를 들면 확산을 통해(예를 들면, 영역들 사이의 계면을 통해), 유체 서로간의 반응을 통해, 소적 내에서의 유체 흐름을 통해(즉, 대류), 등과 같이 일어날 수 있다. 그러나, 일부 경우, 영역(71 및 72)의 혼합은 유체 소적 외부의 특정 시스템을 통해 향상될 수 있다. 예를 들면, 유체 소적은 소적이 그의 속도 및(또는) 이동 방향을 변화시키게 만드는 1개 이상의 채널 또는 다른 시스템을 통과할 수 있다. 방향의 변화는 소적 내에서의 대류 패턴을 변경시켜, 유체가 적어도 부분적으로 혼합되도록 할 수 있다. 한 예로서, 도 12C에서는, 소적(76)이 채널 내에서의 1개 이상의 굴곡부를 통과하여, 소적(76) 내에서의 유체가 적어도 부분적으로 혼합되게 되어, 소적(79)를 생성시키거나; 또는 소적(76)은 채널 내의 1개 이상의 장애물을 지나 통과할 수 있는 식이다. 다른 예로서, 도 12D에서는, 소적(76)이 채널 내의 1개 이상의 팽창 영역(77)을 통과하여, 소적(76) 내의 유체가 적어도 부분적으로 혼합되도록 하여 소적(79)를 생성시킨다. 도 12E에서, 소적(76)은 1개 이상의 수축 영역(69)를 통과하여, 소적(76) 내의 유체가 적어도 부분적으로 혼합되도록 하여, 소적(79)를 생성시킨다. 조합도 또한 가능하다. 예를 들면, 도 12F에서, 소적(76)은 굴곡부(70), 팽창 영역(77) 및 수축 영역(69)를 통과하여, 소적 내에서의 유체 영역의 적어도 부분적인 혼합이 일어날 수 있게 한다. 또 다른 실시예로서, 도 14B에서의 채널(706)은 일련의 굴곡부를 포함하는데, 이것은 채널(706) 내의 소적 내에서의 유체의 혼합이 일어나도록 할 수 있다.
한 세트의 실시태양에서, 유체는 유체 소적 내로 주입될 수 있고, 이것은 유체 소적 내에서 주입된 유체의 다른 유체와의 혼합이 일어나도록 할 수 있다. 유체는 일부 경우에서, 예를 들면 현미침 또는 다른 이러한 소자를 사용하여, 유체 소적 내로 마이크로주입될 수 있다. 다른 경우, 유체는 유체 소적이 유체 채널과 접촉하게 될 때 유체 채널을 사용하여 유체 소적 내로 직접적으로 주입될 수 있다. 예를 들면, 이제 도 14C를 살펴보면, 채널(750)은 일련의 유체 소적(760)을 함유하는 캐리어 유체(755)를 함유한다. 소적(761)은 유체 채널(752)과 접촉하고 있다. 유체는 이어서 유체 채널(752)를 통해 유체 소적(761) 내로 도입될 수 있고, 이 유체는 유체 소적(761) 내의 유체와 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
소적 중에서의 유체 혼합의 다른 예들은 본원에서 참고문헌으로 인용되는, 2004년 4월 9일에 출원된 링크 등의 국제 특허 출원 번호 제PCT/US2004/010903호에 설명되어 있다.
소적 스크리닝/분류
또 다른 면에서, 본 발명은 액체 중의 유체 소적을 일부 경우 비교적 높은 속도로 스크리닝 또는 분류하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 예를 들면, 소적의 특성이 몇몇 방식으로(예를 들면, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이) 감지되고(되거나) 결정된 다음, 소적은 예를 들면 분류 또는 스크리닝 목적을 위해서, 소자의 특정 영역을 향해 보내질 수 있다.
일부 실시태양에서, 유체 소적의 특성은, 예를 들면 본원에서 설명되는 바와 같이 몇몇 방식으로 감지되고(되거나) 결정되고(예를 들면, 유체 소적의 형광이 결정될 수 있음), 이에 반응하여, 유체 소적을 특정 영역(예를 들면, 채널)으로 보내도록 유체 소적에 전기장을 인가하거나 또는 전기장을 제거할 수 있다. 일부 경우, 본 발명의 특정 시스템 및 방법을 사용하여 높은 분류 속도가 달성될 수 있다. 예를 들면, 일부 경우, 약 10 소적/초 이상이 결정 및(또는) 분류될 수 있고, 다른 경우에는, 약 20 소적/초 이상, 약 30 소적/초 이상, 약 100 소적/초 이상, 약 200 소적/초 이상, 약 300 소적/초 이상, 약 500 소적/초 이상, 약 750 소적/초 이상, 약 1000 소적/초 이상, 약 1500 소적/초 이상, 약 2000 소적/초 이상, 약 3000 소적/초 이상, 약 5000 소적/초 이상, 약 7500 소적/초 이상, 약 10,000 소적/초 이상, 약 15,000 소적/초 이상, 약 20,000 소적/초 이상, 약 30,000 소적/초 이상, 약 50,000 소적/초 이상, 약 75,000 소적/초 이상, 약 100,000 소적/초 이상, 약 150,000 소적/초 이상, 약 200,000 소적/초 이상, 약 300,000 소적/초 이상, 약 500,000 소적/초 이상, 약 750,000 소적/초 이상, 약 1,000,000 소적/초 이상, 약 1,500,000 소적/초 이상, 약 2,000,000 소적/초 이상, 또는 약 3,000,000 소적/초 이상, 또는 그 이상이 상기한 방식으로 결정 및(또는) 분류될 수 있다.
한 세트의 실시태양에서, 유체 소적은 소적 상에 전하(예를 들면, 앞에서 설명된 바와 같이)를 생성시키고, AC 장, DC 장 등일 수 있는 인가된 전기장을 사용하여 소적을 조종함으로써 보내질 수 있다. 한 예로서, 도 2-4를 살펴보면, 전기장은 유체 소적을 특정 영역으로 보낼 필요가 있을 때 선택적으로 인가되고 제거될 수 있다(또는, 상이한 전기장, 예를 들면 도 4A에 나타낸 바와 같이 역 전기장이 인가될 수 있다). 전기장은 일부 실시태양에서는, 유체 소적을 함유하는 액체의 흐름을 실질적으로 변경시키지 않고서, 필요할 때 선택적으로 인가되고 제거될 수 있다. 예를 들면, 액체는 본 발명의 유체 시스템을 통해(예를 들면, 채널 또는 마이크로채널을 통해) 실질적으로 정상-상태 기준으로(즉, 유체 소적을 함유하는 액체의 평균 유량은 시간에 관하여 정상-상태 흐름 또는 액체의 흐름의 예측된 값의 20% 미만 또는 15% 미만으로 벗어나고, 일부 경우, 평균 유량은 10% 미만 또는 5% 미만으로 벗어날 수 있음) 또는 기타 소정의 기준으로 유동할 수 있고, 액체 내에 함유된 유체 소적은 예를 들면 전기장을 사용하여, 유체 시스템을 통과하는 액체의 흐름을 실질적으로 변경시키지 않고서, 다양한 영역으로 보내질 수 있다. 특정 예로서, 도 2A, 3A 및 4A도에서, 유체 소적(15)를 함유하는 액체는 유체원(10)으로부터 채널(30)을 통해 교차점(40)으로 유동하고, 채널(50 및 55)을 통해 유출된다. 도 2A에서는, 유체 소적(15)는 채널(50 및 55) 모두를 통해 보내지는 반면, 도 3A에서는, 유체 소적(15)는 단지 채널(55)로만 보내지고, 도 4A에서는, 유체 소적(15)가 단지 채널(50)으로만 보내진다.
다른 세트의 실시태양에서는, 유체 소적은 유체 소적(초기에 대전되거나 또는 대전되지 않을 수 있음) 내에 쌍극자를 유도하고, 인가된 전기장을 사용하여 소적을 분류하거나 또는 조종함으로써 분류 또는 조종될 수 있다. 전기장은 AC 장, DC 장 등일 수 있다. 예를 들면, 도 9A를 살펴보면, 유체 소적(530) 및 액체(535)를 함유하는 채널(540)이 채널(542 및 544)로 나누어진다. 유체 소적(530)은 전하를 가질 수 있거나, 또는 대전되지 않을 수 있다. 전극(526)은 채널(542) 근처에 위치하는 반면, 전극(527)은 채널(544) 근처에 위치한다. 전극(528)은 채널(540, 542 및 544)의 접점 근처에 위치한다. 도 9C 및 9D에서는, 전극(526, 527 및(또는) 528)을 사용하여 유체 소적 중에 쌍극자가 유도된다. 도 9C에서는, 전극(527 및 528)을 사용하여 소적에 전기장(525)를 인가함으로써 소적(530) 내에 쌍극자가 유도된다. 전기장의 강도로 인하여, 소적은 오른쪽으로 채널(544) 내로 강하게 끌어당겨진다. 유사하게, 도 9D에서는, 전극(526 및 528)을 사용하여 소적에 전기장(525)를 인가함으로써 소적(530) 내에 쌍극자가 유도되어, 소적이 채널(542) 내로 끌어당겨지도록 한다. 따라서, 적절한 전기장을 인가함으로써, 소적(530)은 경우에 따라 채널(542 또는 544) 중 어느 하나로 보내질 수 있다.
그러나, 다른 실시태양에서, 유체 소적은 소적들을 함유하는 액체의 흐름을 변경시킴으로써 본 발명의 유체 시스템 내에서 스크리닝 또는 분류될 수 있다. 예를 들면, 한 세트의 실시태양에서, 유체 소적은 유체 소적을 둘러싸는 액체를 제1 채널, 제2 채널 등으로 보냄으로써 조종되거나 또는 분류될 수 있다. 비제한적인 예로서, 도 10A를 살펴보면, 유체 소적(570)은 채널(580)에서 액체(575)에 의해 둘러싸여진다. 채널(580)은 3개의 채널(581, 582 및 583)으로 나누어진다. 액체(575)의 흐름은 예를 들면 당 업계의 통상의 숙련인에게 공지된 흐름-제어 소자, 예를 들면 밸브, 펌프, 피스톤 등을 사용하여, 경우에 따라 임의의 채널(581, 582 및 583) 내로 보내질 수 있다. 따라서, 도 10B에서는, 유체 소적(570)은 액체(575)를 채널(581) 내로 흐르게 보냄으로써 채널(581) 내로 보내지고(화살표(574)로 나타냄); 도 10C에서는, 유체 소적(570)은 액체(575)를 채널(582) 내로 흐르게 보냄으로써 채널(582) 내로 보내지고(화살표(574)로 나타냄); 및 도 10D에서는, 유체 소적(570)은 액체(575)를 채널(583) 내로 흐르게 보냄으로써 채널(583) 내로 보내진다(화살표(574)로 나타냄).
다른 세트의 실시태양에서, 유체 시스템 내의, 예를 들면 상이한 채널 내의 또는 한 채널의 상이한 부분 내의 압력을 조절하여 유체 소적의 흐름을 배향시킬 수 있다. 예를 들면, 소적은 흐름의 추가적인 배향을 위한 다수개의 임의선택사항들을 포함하는 채널 접점을 향하여 보내질 수 있다(예를 들면, 임의적인 다운스트림 흐름 채널을 형성하는 채널 내의 곁가지 또는 갈림길(fork)로 보내짐). 1개 이상의 임의적인 다운스트림 흐름 채널 내의 압력은 소적을 선택적으로 채널들 중 하나로 보내도록 제어될 수 있고, 압력의 변화는 각각의 연속되는 소적의 다운스트림 흐름 경로가 독립적으로 제어될 수 있도록, 연속되는 소적이 접점에 도달하는데 필요한 시간의 크기에 영향을 받을 수 있다. 한 배열에서, 액체 저장조의 팽창 및(또는) 수축은 예를 들면, 유체 소적을 함유하는 액체의 배향된 운동을 야기시킴으로써, 유체 소적을 채널 내로 조종 또는 분류하는데 사용될 수 있다. 액체 저장조는 활성화될 때, 활성화된 저장조에 의해 야기된 액체의 운동이 액체가 바람직한 방향으로 흐르도록 하여 유체 소적을 그러한 바람직한 방향으로 운반하도록 위치할 수 있다. 예를 들면, 액체 저장조의 팽창은 액체의 흐름을 저장조를 향해 야기시킬 수 있는 반면, 액체 저장조의 수축은 액체의 흐름을 저장조로부터 멀어지게 할 수 있다. 일부 경우, 액체 저장조의 팽창 및(또는) 수축은 예를 들면 본원에서 설명된 바와 같이, 다른 흐름-제어 소자 및 방법과 병용될 수 있다. 액체 저장조의 팽창 및(또는) 수축을 야기시킬 수 있는 소자의 비제한적인 예는 피스톤 및 압전 부품을 포함한다. 일부 경우, 압전 부품은 예를 들면 전기적 신호에 반응하고, 그들의 비교적 신속한 반응 시간으로 인하여 특히 유용할 수 있다.
비제한적인 예로서, 도 11A에서는, 유체 소적(600)은 채널(610) 내에서 액체(605)에 의해 둘러싸여진다. 채널(610)은 채널(611, 612)로 나누어진다. 채널(611 및 612)와 유체 소통하게 위치하는 것은 액체 저장조(617 및 618)이고, 이것은 예를 들면 압전 부품(615 및 616)에 의해, 피스톤(나타나있지 않음) 등에 의해 팽창 및(또는) 수축될 수 있다. 도 11B에서는, 액체 저장조(617)이 팽창되어 있지만, 액체 저장조(618)은 수축되어 있다. 저장조의 팽창/수축의 효과는 액체의 순수한 흐름을 화살표(603)에 의해 나타내어지는 바와 같이, 채널(611)을 향하게 하는 것이다. 따라서, 유체 소적(600)은 채널들 사이의 접점에 도달할 때, 액체(605)의 운동에 의해 채널(611)로 보내진다. 반대 상황이 도 11C에 나타나 있는데, 여기서는 액체 저장조(617)이 수축되어 있지만, 액체 저장조(618)은 팽창되어 있다. 액체의 순수한 흐름은 채널(612)를 향해(화살표(603)에 의해 나타냄) 일어나서, 유체 소적(600)이 채널(612)로 이동하게 만든다. 그러나, 저장조(617 및 618)이 모두 유체 소적(600)을 채널(611 또는 612) 내로 보내도록 활성화될 필요가 없음에 주목해야 한다. 예를 들면, 한 실시태양에서, 유체 소적(600)은 액체 저장조(617)의 팽창에 의해 채널(611)로 보내질 수 있는 반면(저장조(618)의 어떠한 개조없이), 다른 실시태양에서는, 유체 소적(600)은 액체 저장조(618)의 수축에 의해 채널(611)로 보내질 수 있다(저장조(617)의 어떠한 개조없이). 일부 경우, 2개 이상의 액체 저장조가 사용될 수 있다.
일부 실시태양에서, 유체 소적은 2개 이상의 채널로 분류될 수 있다. 소적의 전달을 위한 유체 시스템 내에 다수개의 영역을 갖는 본 발명의 실시태양들의 비제한적인 예가 도 6A 및 6B에 나타나 있다. 다른 배열들은 도 10A-10D에 나타나 있다. 도 6A에서는, 채널(330) 내의 대전된 소적(315)는 각각 전극(321/322, 323/324 및 325/326)을 사용하여, 교차점(340, 341 및 342)에서 소적의 운동을 제어하도록 전기장을 인가함으로써, 경우에 따라 유출 채널(350, 352, 354 또는 356) 중 어느 하나로 보내질 수 있다. 도 6A에서는, 소적(315)는 위에서 논의된 바와 유사한 원리를 사용하여, 인가된 전기장(300 및 301)을 사용하여 채널(354)로 보내진다. 유사하게, 도 6B에서는, 채널(430) 내의 대전된 소적(415)가 각각 전극(421/422, 423/424, 425/426 및 427/428)을 사용하여, 교차점(440, 441, 442 및 443)에서 소적의 운동을 제어하도록 전기장을 인가함으로써, 유출 채널(450, 452, 454, 456 또는 458) 중 어느 하나로 보내질 수 있다. 이 도면에서, 소적(415)는 채널(454)로 보내지고; 물론, 대전된 소적은 경우에 따라 임의의 다른 유출 채널로 보내질 수 있다.
다른 예에서, 도 2A에서 개략적으로 예시된 바와 같이, 장치(5)에서는, 유체원(10)에 의해 생성된 유체 소적(15)는 2개의 전극(22, 24)를 포함하는, 전기장 발생기(20)을 사용하여 생성된 인가된 전기장으로 인하여 양으로 대전된다. 유체 소적(15)는 소적을 함유하는 액체에 의해 채널(30)을 통과하여 보내지고, 교차점(40)으로 보내진다. 교차점(40)에서, 유체 소적은 바람직한 배향 또는 방향을 갖지 않고, 동등한 확률로 유출 채널(50 및 55)로 이동한다(본 실시태양에서, 액체는 실질적으로 동등한 속도로 유출 채널(50 및 55) 모두를 통해 배수된다). 유사하게, 유체원(110)에 의해 생긴 유체 소적(115)는 전극(122 및 124)를 포함하는, 전기장 발생기(120)을 사용하여 생긴 인가된 전기장으로 인하여 음으로 대전된다. 채널(130)을 통해 교차점(140)으로 이동한 후, 유체 소적은 바람직한 배향 또는 방향을 갖지 않고, 액체가 실질적으로 동등한 속도로 유출 채널(150 및 155)를 통해 유출될 때, 동등한 확률로 유출 채널(150 및 155) 내로 이동한다. 교차점(140)의 대표적인 현미경사진이 도 2B에 나타나있다.
도 3A의 개략도에서, 1.4 V/마이크로미터의 전기장(100)이 장치(5)의 오른쪽을 향한 방향으로, 도 2A의 장치(5)에 인가되었다. 소적을 함유하는 액체가 실질적으로 동등한 속도로 유출 채널(50 및 55)를 통해 계속 유출되는 동안에, 채널(30) 내의 양으로 대전된 유체 소적(15)는 교차점(40)에 도달할 때, 인가된 전기장(100) 때문에 채널(55) 내에서 오른쪽으로 보내진다. 유사하게, 액체 유체가 실질적으로 동등한 속도로 유출 채널(150 및 155)를 통해 계속 소자를 나가는 동안에, 채널(130) 내의 음으로 대전된 유체 소적(115)는 교차점(140)에 도달할 때, 인가된 전기장(100) 때문에 채널(150) 내에서 왼쪽으로 보내진다. 따라서, 전기장(100)은 경우에 따라 특정 채널 내로 유체 소적을 보내는데 사용될 수 있다. 교차점(140)의 대표적인 현미경사진이 도 3B에 나타나있다.
도 4A는 역시 1.4 V/마이크로미터의 인가된 전기장(100)을 갖지만, 반대 방향인(즉, -1.4 V/마이크로미터) 도 2A의 장치(5)의 개략도이다. 이 도면에서, 채널(30) 내의 양으로 대전된 유체 소적(15)는 교차점(40)에 도달할 때, 인가된 전기장(100)으로 인하여 왼쪽으로 채널(50)으로 보내지는 반면, 채널(130) 내의 음으로 대전된 유체 소적(115)는 교차점(140)에 도달할 때, 인가된 전기장(100)으로 인하여 오른쪽으로 채널(155)로 보내진다. 소적을 함유하는 액체는 실질적으로 동등한 속도로 유출 채널(50 및 55, 및 150 및 155)를 통해 유출된다. 교차부(140)의 대표적인 현미경사진이 도 4B에 나타나있다.
본 발명의 일부 실시태양에서, 유체 소적은 예를 들면 특정 용도에 따라, 2개 이상의 별도의 소적들로 분류 및(또는) 분할될 수 있다. 임의의 상기한 기술을 사용하여 소적을 분할 및(또는) 분류할 수 있다. 비제한적인 예로서, 제1 전기장을 소자(또는 그의 일부분)에 인가(또는 제거)함으로써, 유체 소적은 제1 영역 또는 채널로 보내질 수 있으며; 제2 전기장을 소자(또는 그의 일부분)에 인가(또는 제거)함으로써, 소적은 제2 영역 또는 채널로 보내질 수 있으며; 제3 전기장을 소자(또는 그의 일부분)에 인가(또는 제거)함으로써, 유체 소적은 제3 영역 또는 채널로 보내질 수 있거나 하며; 여기서 전기장들은 몇몇 방식에서, 예를 들면 세기, 방향, 주파수, 지속기간 등에 있어서 상이할 수 있다. 일련의 소적들에 있어서, 각 소적은 독립적으로 분류 및(또는) 분할될 수 있고; 예를 들면, 일부 소적들은 한 위치 또는 다른 위치로 보내질 수 있는 반면, 다른 소적들은 다수개의 소적들로 분할되어 2개 이상의 위치로 보내질 수 있다.
한 특정 예로서, 도 8A에서는, 채널(560) 내의 유체 소적(550), 주변 액체(555)는 채널(556), 채널(557)로 보내질 수 있거나, 또는 몇몇 방식으로 채널(562 및 564) 사이에서 분할될 수 있다. 도 8B에서는, 주변 액체(555)를 채널(562)를 향해 보냄으로써, 유체 소적(550)은 채널(562)로 왼쪽을 향해 보내질 수 있으며; 도 8C에서는, 주변 액체(555)를 채널(564)를 향해 보냄으로써, 유체 소적(550)은 채널(564)로 오른쪽을 향해 보내질 수 있다. 도 8D에서는, 전기장이 유체 소적(550)을 둘러싸는 액체(555)의 흐름의 제어와 함께, 인가될 수 있어, 소적이 접점(561)에 충돌하게 하고, 이것은 소적을 2개의 별도의 유체 소적(565, 566)으로 분할되게 할 수 있다. 유체 소적(565)는 채널(562)로 보내지는 반면, 유체 소적(566)은 채널(566)으로 보내진다. 인가된 전기장의 높은 제어도가 달성되어 소적 형성을 제어할 수 있고; 따라서, 예를 들면 유체 소적(565)가 소적(565 및 566)으로 분할된 후, 소적(565 및 566)은 실질적으로 동등한 크기를 가질 수 있거나, 또는 소적(565 및 566) 중 하나가 예를 들면 각각 도 8E 및 8F에 나타낸 바와 같이, 더 클 수 있다.
다른 예로서, 도 9A에서는, 유체 소적(530) 및 액체(535)를 운반하는 채널(540)은 채널(542 및 544)로 나누어진다. 유체 소적(530)은 전기적으로 대전될 수 있거나, 또는 대전되지 않을 수 있다. 전극(526)은 채널(542) 부근에 위치하는 반면에, 전극(527)은 채널(544) 부근에 위치한다. 전극(528)은 채널(540, 542, 및 544)의 접점 부근에 위치한다. 유체 소적(530)이 접점에 도달할 때, 이것은 예를 들면 주변 액체를 채널로 보냄으로써, 전기장을 받을 수 있고(있거나) 채널 또는 다른 영역으로 보내질 수 있다. 도 9B에 나타낸 바와 같이, 유체 소적(530)은 전극(526 및 527)을 사용하여 전기장(525)를 소적에 인가함으로써 2개의 별도의 소적(565 및 566)으로 분할될 수 있다. 도 9C에서는, 전극(527 및 528)을 사용하여 전기장(525)를 소적에 인가함으로써 소적(530)에 쌍극자가 유도될 수 있다. 인가된 전기장의 세기 때문에, 소적은 강하에 채널(544)로 오른쪽으로 끌어당겨질 수 있다. 유사하게, 도 9D에서는, 전극(526 및 528)을 사용하여 전기장(525)를 소적에 인가함으로써 소적(530)에 쌍극자가 유도되어, 소적이 채널(542)로 끌어당겨질 수 있게 한다. 소적(530) 전체에 전기장을 유도하는데 사용되는 전극 및(또는) 인가된 전기장의 세기를 제어함으로써, 채널(540) 내의 1개 이상의 유체 소적들이 2개의 소적으로 분류 및(또는) 분할될 수 있고, 각 소적은 독립적으로 분류 및(또는) 분할될 수 있다.
소적 감지; 소적의 내용물 감지
본 발명의 특정 면에서, 유체 소적의 1개 이상의 특성 및(또는) 유체 소적을 함유하는 유체 시스템(예를 들면, 유체 소적을 둘러싸는 액체)의 일부분의 특성을 유체 소적의 1개 이상의 특성의 결정을 가능하게 하는 방식으로 감지 및(또는) 결정할 수 있는 센서가 제공된다. 본 발명에 사용될 수 있고 소적에 관하여 결정될 수 있는 특성들은 당 업계의 통상의 숙련인에 의해 확인될 수 있다. 상기 특성의 비제한적인 예는 형광, 분광분석법(예를 들면, 광학, 적외선, 자외선 등), 방사능, 질량, 부피, 밀도, 온도, 점도, pH, 생물학적 물질(예를 들면 단백질, 핵산 등)과 같은 물질의 농도 등을 포함한다.
일부 경우, 센서는 프로세서에 연결될 수 있고, 이것은 다시, 예를 들면 앞에서 설명된 바와 같이, 예를 들면 소적을 분류하고, 소적으로부터 전하를 제거하거나 또는 첨가하고, 소적을 다른 소적과 융합시키고, 소적을 분할하여, 혼합이 소적 내에 일어나도록 함으로써, 유체 소적 상에서 작업이 수행될 수 있게 한다. 예를 들면, 유체 소적의 센서 측정에 반응하여, 프로세서는 유체 소적이 분할되거나, 제2 유체 소적과 합병되도록 하거나 할 수 있다.
1개 이상의 센서 및(또는) 프로세서는 유체 소적과 감지 소통하도록 위치할 수 있다. 본원에 사용된 "감지 소통"은 센서가 유체 시스템 내(예를 들면 채널 내)의 유체 소적 및(또는) 유체 소적을 함유하는 유체 시스템의 한 부분이 몇몇 방식으로 감지 및(또는) 결정될 수 있도록 하는 어느 곳에나 위치할 수 있음을 의미한다. 예를 들면, 센서는 유체 소적과 및(또는) 유체 소적을 함유하는 유체 시스템의 부분과 유체적으로, 광학적으로 또는 가시적으로, 열적으로, 공기적으로, 전자적으로 등으로 감지 소통할 수 있다. 센서는 유체 시스템 가까이에 위치, 예를 들면 채널의 벽 내에 매립되거나 또는 채널의 벽에 일체식으로 연결되어 위치하거나, 또는, 유체 소적 및(또는) 유체 소적을 함유하는 유체 시스템(예를 들면, 채널, 또는 마이크로채널, 유체 소적을 함유하는 액체 등)의 일부분을 감지 및(또는) 결정할 수 있도록 유체 시스템과 물리적, 전기적 및(또는) 광학적 소통하고 있으면서 유체 시스템과는 별도로 위치할 수 있다. 예를 들면, 센서는 소적을 함유하는 채널과 임의의 물리적인 연결이 없을 수 있지만, 예를 들면 적외선, 자외선 또는 가시선과 같이, 소적 또는 유체 시스템으로부터 발생되는 전자선을 검출하도록 위치할 수 있다. 전자선은 소적에 의해 생성될 수 있고(있거나) 유체 시스템의 다른 부분으로부터(또는 유체 시스템의 외부에서) 발생될 수 있고, 예를 들면 흡광, 반사, 회절, 굴절, 형광, 인광, 극성의 변화, 상 변화, 시간에 관한 변화 등을 통해 유체 소적의 1개 이상의 특성을 나타내도록 하는 방식으로 유체 소적을 함유하는 유체 시스템의 일부분 및(또는) 유체 소적과 상호작용할 수 있다. 한 예로서, 레이저가 유체 소적 및(또는) 유체 소적을 둘러싸는 액체를 향해 보내질 수 있고, 유체 소적 및(또는) 주변 액체의 형광이 결정될 수 있다. "감지 소통"은 본원에서 사용될 때 또한 직접적이거나 또는 간접적일 수 있다. 한 예로서, 유체 소적으로부터의 광은 센서로 보내질 수 있거나, 또는 센서로 보내지기 전에, 먼저 섬유 광학 시스템, 도파관 등을 통과하도록 보내질 수 있다.
본 발명에 유용한 센서의 비제한적인 예는 광학 또는 전자기를 기초로 한 시스템을 포함한다. 예를 들면, 센서는 형광 센서(예를 들면, 레이저에 의해 자극받음), 현미경 시스템(카메라, 또는 기타 기록 소자를 포함할 수 있음) 등일 수 있다. 다른 예로서, 센서는 전자 센서, 예를 들면 전기장 또는 다른 전기적 특성을 결정할 수 있는 센서일 수 있다. 예를 들면, 센서는 유체 소적 및(또는) 유체 소적을 함유하는 유체 시스템의 일부의 정전용량, 인덕턴스 등을 검출할 수 있다.
본원에서 사용된 "프로세서" 또는 "마이크로프로세서"는 예를 들면, 수학식 또는 전자 또는 컴퓨터 회로를 사용함으로써, 1개 이상의 센서로부터 신호를 수용하고, 신호를 저장하고 및(또는) 1개 이상의 반응을 지시할 수 있는(예를 들면, 상기한 바와 같이) 임의의 부품 또는 소자이다. 신호는 센서에 의해 결정되는 환경적 요인을 나타내는 임의의 적합한 신호, 예를 들면 공기압 신호, 전자 신호, 광학 신호, 기계적 신호 등일 수 있다.
특정 비제한적인 예로서, 본 발명의 소자는 1개 이상의 세포를 함유하는 유체 소적을 함유할 수 있다. 세포는 특정 조건이 존재할 경우 결합하는 형광 신호 마커에 노출될 수 있고, 예를 들면 마커는 제1 세포 유형과 결합할 수 있지만, 제2 세포 유형과는 결합하지 않을 수 있고, 마커는 발현된 단백질과 결합할 수 있고, 마커는 세포의 생육성을 나타낼 수 있고(즉, 세포가 살아있는지 또는 죽었는지), 마커는 세포의 분화 또는 발육 상태를 나타낼 수 있거나 할 수 있고, 세포는 형광 신호 마커의 존재/부재, 및(또는) 크기에 기초하여 본 발명의 유체 시스템을 통해 배향될 수 있다. 예를 들면, 형광 신호 마커의 결정은 세포가 소자의 한 영역(예를 들면, 수집 챔버)으로 보내지도록 할 수 있는 반면, 형광 신호 마커의 부재는 세포가 소자의 다른 영역(예를 들면, 폐기물 챔버)으로 보내지도록 할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서, 세포 집단은 세포의 1개 이상의 결정가능한 또는 표적가능한 특성에 기초하여 스크리닝 및(또는) 분류될 수 있어, 예를 들면 살아있는 세포, 특정 단백질을 발현하는 세포, 특정 세포 유형 등을 선택할 수 있다.
정의
이제 본 발명의 다양한 면들을 이해하는 데 도움을 주게 되는 각종 정의들이 제공된다. 다음은 및 이들 정의 사이에 산재되어 있는 것은 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하는 추가적인 내용이다. 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다양한 면들은 액체에 의해 둘러싸여진(예를 들면, 현탁된) 유체의 소적에 관한 것이다. 소적은 특정 용도에 따라, 실질적으로 동일한 형태 및(또는) 크기 또는 상이한 형태 및(또는) 크기를 가질 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "유체"는 일반적으로 유동하기 쉽고 그의 용기의 윤곽과 일치되기 쉬운 물질, 즉 액체, 기체, 점탄성 유체 등을 말한다. 대표적으로는, 유체는 정전단 응력을 견딜 수 없는 물질이고, 전단 응력이 인가될 때, 유체는 계속적인 및 영구적인 변형을 경험한다. 유체는 유동을 가능하게 하는 임의의 적합한 점도를 가질 수 있다. 2종 이상의 유체가 존재할 경우, 각 유체는 당 업계의 통상의 숙련인에 의해, 유체들 사이의 관계를 고려함으로써 본질적으로 임의의 유체들(액체, 기체 등) 중에서 독립적으로 선택될 수 있다. 유체들은 각각 혼화성 또는 비혼화성일 수 있다. 예를 들면, 2개의 유체가 유체 스트림의 형성의 기간 내에서 또는 반응 또는 상호작용의 기간 내에서 본질적으로 비혼화성이도록 선택될 수 있다. 일부분이 상단한 기간 동안 액체로 남아있다면, 유체는 본질적으로 비혼화성이어야 한다. 접촉 및(또는) 형성 후에, 분산된 부분들이 중합 등에 의해 신속하게 경화되는 경우, 유체는 비혼화성으로서 있을 필요는 없다. 당 업계의 통상의 숙련인은 본 발명의 기술들을 수행하기 위하여, 접촉각 측정 등을 사용하여 적합한 혼화성 또는 비혼화성 유체를 선택할 수 있다.
본원에서 사용될 때, 제1 엔티티는 단지 제2 엔티티를 통해서만 제1 엔티티 주위에 닫힌 평면 루프를 그릴 수 있는 경우, 제2 엔티티에 의해 "둘러싸여져" 있다. 제1 엔티티는 단지 제2 엔티티만을 통과하는 닫힌 루프가 방향과는 무관하게(루프의 배향) 제1 엔티티 주위에 그려질 수 있는 경우, "완전히 둘러싸여져" 있다. 한 실시태양에서, 제1 엔티티는 세포이고, 예를 들면 매질 중에 현탁된 세포는 매질에 의해 둘러싸여진다. 다른 실시태양에서, 제1 엔티티는 입자이다. 또 다른 실시태양에서, 제1 엔티티는 유체이다. 제2 엔티티는 일부 경우, 또한 유체일 수 있고(예를 들면, 현탁액, 유화액 등으로서), 예를 들면 친수성 액체는 소수성 액체 중에 현탁될 수 있고, 소수성 액체는 친수성 액체 중에서 현탁될 수 있고, 기체 버블은 액체 중에 현탁될 수 있다. 대표적으로, 소수성 액체 및 친수성 액체는 서로에 대하여 본질적으로 비혼화성이고, 여기서 친수성 액체는 소수성 액체보다 물에 대한 더 큰 친화력을 갖는다. 친수성 액체의 예는 물 및 물을 포함하는 기타 수용액, 예를 들면 세포 또는 생물학적 매질, 염 용액 등, 뿐만 아니라 다른 친수성 액체, 예를 들면 에탄올을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 소수성 액체의 예는 오일, 예를 들면 탄화수소, 실리콘유, 광유, 플루오로카본유, 유기 용매 등을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 적합한 유체의 다른 예는 앞에서 설명되었다.
유사하게, 본원에서 "소적"은 제2 유체에 의해 완전히 둘러싸여진 제1 유체의 격리된 부분이다. 소적은 반드시 구형일 필요는 없지만, 예를 들면 외부 환경에 따라, 다른 형태를 또한 취할 수도 있음을 알아야 한다. 한 실시태양에서, 소적은 소적이 위치하고 있는 유체 흐름에 수직인 채널의 최대 치수와 실질적으로 동등한 최소 횡단면 치수를 갖는다.
언급한 바와 같이, 전체가 아닌 일부 실시태양에서, 본원에서 설명된 시스템 및 방법은 1개 이상의 마이크로유체 부품, 예를 들면 1개 이상의 마이크로유체 채널을 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 "마이크로유체"는 3:1 이상의 길이 대 최대 횡단면 치수의 비 및 1 ㎜ 미만의 횡단면 치수를 갖는 1개 이상의 유체 채널을 포함하는 소자, 장치 또는 시스템을 말한다. 본원에서 사용된 "마이크로유체 채널"은 이러한 기준을 만족하는 채널이다. 채널의 "횡단면 치수"는 채널 내에서 유체 흐름의 방향에 대해 수직적으로 측정된다. 따라서, 본 발명의 마이크로유체 실시태양들 중의 유체 채널들의 일부 또는 전체는 2 ㎜ 미만, 및 특정 경우 1 ㎜ 미만의 최대 횡단면 치수를 가질 수 있다. 한 세트의 실시태양에서, 본 발명의 실시태양들을 포함하는 모든 유체 채널은 마이크로유체이거나 또는 2 ㎜ 또는 1 ㎜ 이하의 최대 횡단면 치수를 갖는다. 특정 실시태양에서, 유체 채널은 부분적으로는 단일 부품(예를 들면, 에칭된 기재 또는 성형된 유닛)에 의해 형성될 수 있다. 물론, 보다 큰 채널, 관, 챔버, 저장조 등을 사용하여 유체를 저장하고(하거나) 본 발명의 다양한 부품 또는 시스템으로 전달할 수 있다. 한 세트의 실시태양에서, 본 발명의 실시태양들을 함유하는 채널(들)의 최대 횡단면 치수는 500 미크론 미만, 200 미크론 미만, 100 미크론 미만, 50 미크론 미만, 또는 25 미크론 미만이다.
본원에서 사용된 "채널"은 적어도 부분적으로 유체의 흐름을 지시하는 물품(기재) 내의 또는 상의 특징부를 의미한다. 채널은 임의의 횡단면 형태(원형, 타원형, 삼각형, 불규칙형, 사각형 또는 직사각형 등)를 가질 수 있고, 덮혀지거나 또는 덮혀지지 않을 수 있다. 완전히 덮혀진 실시태양에서, 채널의 적어도 한 부분은 완전히 에워싸여진 횡단면을 가질 수 있거나, 또는 전체 채널이 그의 유입구(들) 및(또는) 유출구(들)을 제외한 전체 길이에 걸쳐 완전히 에워싸여질 수 있다. 채널은 또한 2:1 이상, 보다 전형적으로는 3:1, 5:1, 10:1, 15:1, 20:1 또는 그 이상의 가로세로비(길이 대 평균 횡단면 치수)를 가질 수도 있다. 개방 채널은 일반적으로 유체 수송에 대한 제어를 용이하게 하는 특성, 예를 들면 구조적 특성(가늘고 긴 톱니모양) 및(또는) 물리적 또는 화학적 특성(소수성 대 친수성) 또는 유체 상에 힘(예를 들면, 수용력)을 발휘할 수 있는 다른 특성을 포함하게 된다. 채널 내의 유체는 채널을 부분적으로 또는 완전하게 충전시킬 수 있다. 개방 채널이 사용되는 일부 경우, 유체는 예를 들면 표면 장력(즉, 오목 또는 볼록 메니스커스)을 사용하여 채널 내에 보유될 수 있다.
채널은 예를 들면, 약 5 ㎜ 또는 2 ㎜ 미만의 또는 약 1 ㎜ 미만의 또는 약 500 미크론 미만, 약 200 미크론 미만, 약 100 미크론 미만, 약 60 미크론 미만, 약 50 미크론 미만, 약 40 미크론 미만, 약 30 미크론 미만, 약 25 미크론 미만, 약 10 미크론 미만, 약 3 미크론 미만, 약 1 미크론 미만, 약 300 ㎚ 미만, 약 100 ㎚ 미만, 약 30 ㎚ 미만, 또는 약 10 ㎚ 미만의, 유체 흐름에 수직인 최대 치수를 갖는 임의의 크기를 가질 수 있다. 일부 경우, 채널의 치수는 유체가 용품 또는 기재를 통하여 자유로이 유동할 수 있도록 선택될 수 있다. 채널의 치수는 또한, 예를 들면 채널 내에서 유체의 특정 부피적 또는 선상 유량을 가능하게 하도록 선택될 수 있다. 물론, 채널의 수 및 채널의 형태는 당 업계의 통상의 숙련인에게 공지된 임의의 방법에 의해 변할 수 있다. 일부 경우, 1개 초과의 채널 또는 모세관이 사용될 수 있다. 예를 들면, 2개 이상의 채널이 사용될 수 있고, 여기서 이들은 서로 안에 위치하거나, 서로에 인접하게 위치하거나, 서로 교차하도록 위치하거나 한다.
한 세트의 실시태양에서, 유체 소적은 세포 또는 다른 엔티티, 예를 들면 단백질, 바이러스, 거대분자, 입자 등을 함유할 수 있다. 본원에서 사용된 "세포"에는 생물학에서 사용되는 바와 같은 그의 원래의 의미가 주어진다. 세포는 임의의 세포 또는 세포 유형일 수 있다. 예를 들면, 세포는 박테리아 또는 다른 단세포 유기체, 식물 세포, 또는 동물 세포일 수 있다. 세포가 단세포 유기체라면, 세포는 예를 들면 원생동물, 트리파노소마, 아메바, 효모 세포, 조류(藻類) 등일 수 있다. 세포가 동물 세포인 경우, 세포는 예를 들면 무척추동물 세포(예를 들면, 과일 껍질로부터의 세포), 어류 세포(예를 들면, 지브라피쉬 세포), 양서류 세포(예를 들면, 개구리 세포), 파충류 세포, 조류 세포, 또는 포유동물 세포, 예를 들면 영장류 세포, 소 세포, 말 세포, 돼지 세포, 염소 세포, 개 세포, 고양이 세포, 또는 쥐 또는 마우스와 같은 설치류로부터의 세포일 수 있다. 세포가 다세포 유기체로부터 온 경우, 세포는 유기체의 임의의 부분으로부터 올 수 있다. 예를 들면, 세포가 동물로부터 온 경우, 세포는 심장 세포, 섬유아세포, 각질세포, 간세포, 연골세포, 신경 세포, 골세포, 근세포, 혈액 세포, 내피 세포, 면역 세포(예를 들면, T-세포, B-세포, 대식세포, 호중구, 호염기성구, 비만 세포, 호산구), 줄기 세포 등일 수 있다. 일부 경우, 세포는 유전적으로 조작된 세포일 수 있다. 특정 실시태양에서, 세포는 중국 햄스터 난소("CHO") 세포 또는 3T3 세포일 수 있다.
물질
본 발명의 특정 면들에 의하면, 각종 물질 및 방법들을 사용하여 본 발명의 시스템 및 소자의 임의의 상기한 부품을 형성할 수 있다. 일부 경우, 선택된 다양한 물질은 다양한 방법에 적합하다. 예를 들면, 본 발명의 다양한 부품들은 고상 물질들로부터 형성될 수 있고, 여기서 채널은 미세기계가공, 필름 증착 공정, 예를 들면 스핀 코팅 및 화학 증착법, 레이저 제작, 광석판인쇄 기술, 습식 화학적 또는 플라즈마 공정을 포함하는 에칭 방법 등을 통해 형성될 수 있다(예를 들면, 문헌[Scientific American, 248:44-55, 1983(Angell et al] 참조). 한 실시태양에서, 유체 시스템의 적어도 일부분은 규소 칩 내에 특징부를 에칭함으로써 규소로 이루어진다. 규소로부터 본 발명의 다양한 유체 시스템 및 소자를 정밀하고 효율적으로 제작하기 위한 기술들이 알려져 있다. 다른 실시태양에서, 본 발명의 시스템 및 소자의 다양한 부품들은 중합체, 예를 들면 엘라스토머 중합체, 예를 들면 폴리디메틸실록산("PDMS"), 폴리테트라플루오로에틸렌("PTFE" 또는 테플론(Teflon)(등록상표)) 등으로 이루어질 수 있다.
상이한 부품들은 상이한 물질들로 제작될 수 있다. 예를 들면, 바닥 벽 및 측면 벽을 포함하는 기저부는 규소 또는 PDMS와 같은 불투명 물질로부터 제작될 수 있고, 표면부는 유체 공정의 관찰 및(또는) 제어를 위하여, 투명한 또는 적어도 부분적으로 투명한 물질, 예를 들면 유리 또는 투명한 중합체로부터 제작될 수 있다. 부품은 내부 채널 벽과 접촉하는 유체에 원하는 화학적 관능성을 노출시키도록 코팅될 수 있고, 여기서 기본 지지 물질은 정밀한 원하는 관능성을 갖지 못한다. 예를 들면, 부품은 예시된 바와 같이 제작될 수 있으며, 내부 채널 벽은 다른 물질로 코팅된다. 본 발명의 시스템 및 소자의 다양한 부품들을 제작하는데 사용된 물질, 예를 들면 유체 채널의 내부 벽을 코팅하는데 사용된 물질은 바람직하게는 유체 시스템을 관통하는 유체 흐름에 의해 영향을 받거나 또는 악영향을 받게 되는 물질들, 예를 들면 소자 내에 사용되는 유체의 존재 하에 화학적으로 불활성인 물질(들) 중에서 선택될 수 있다.
한 실시태양에서, 본 발명의 다양한 부품들은 중합체 및(또는) 가요성 및(또는) 엘라스토머 물질로부터 제작되고, 편리하게는 경화가능한 유체로부터 형성될 수 있어, 성형(예를 들면, 복제 성형, 사출 성형, 주조 성형 등)을 통한 제작을 용이하게 한다. 경화가능한 유체는 본질적으로 고화되도록 유도될 수 있는 또는 유체 네트워크 내에 및 이와 함께 사용하도록 의도된 유체를 포함 및(또는) 수송할 수 있는 고체로 자발적으로 고화되는 임의의 유체일 수 있다. 한 실시태양에서, 경화가능한 유체는 중합체 액체 또는 액체 중합체 전구체(즉, "전구중합체")를 포함한다. 적합한 중합체 액체는 예를 들면, 열가소성 중합체, 열경화성 중합체 또는 그들의 융점 이상으로 가열된 상기 중합체들의 혼합물을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 적합한 중합체 액체는 적합한 용매 중에서의 1종 이상의 중합체의 용액을 포함할 수 있고, 이 용액은 예를 들면 증발에 의한 용매의 제거시에 고상 중합체 물질을 형성한다. 예를 들면 용융 상태로부터 또는 용매 증발에 의해 고화될 수 있는 이러한 중합체 물질은 당 업계의 통상의 숙련인에게 공지되어 있다. 각종 중합체 물질(이들 중 다수는 엘라스토머임)이 적합하고, 금형 원형 중 하나 또는 둘 모두가 엘라스토머 물질로 이루어진 실시태양의 경우, 금형 또는 금형 원형을 성형하는데 또한 적합하다. 이러한 중합체의 예들의 비제한적인 목록은 실리콘 중합체, 에폭시 중합체 및 아크릴레이트 중합체의 일반적인 분류의 중합체를 포함한다. 에폭시 중합체는 일반적으로 에폭시기, 1,2-에폭시드 또는 옥시란으로 언급되는 3원 환식 에테르기의 존재를 특징으로 한다. 예를 들면, 방향족 아민, 트리아진 및 지환족 주쇄를 기재로 한 화합물 외에, 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르가 사용될 수 있다. 다른 예는 공지된 노볼락 중합체를 포함한다. 본 발명에 따른 용도에 적합한 실리콘 엘라스토머의 비제한적인 예는 클로로실란, 예를 들면 메틸클로로실란, 에틸클로로실란, 페닐클로로실란 등을 포함하는 전구체로부터 제조된 것들을 포함한다.
한 세트의 실시태양에서 실리콘 중합체, 예를 들면 실리콘 엘라스토머 폴리디메틸실록산이 바람직하다. PDMS 중합체의 비제한적인 예는 미시간주 미들랜드의 다우 케미칼 캄파니(Dow Chemical Co.)에 의해 상표명 실가드(Sylgard) 하에 시판되는 것, 특히 실가드 182, 실가드 184 및 실가드 186을 포함한다. PDMS를 포함하는 실리콘 중합체는 본 발명의 마이크로유체 구조물의 제작을 단순화하는 몇가지 유리한 특성을 갖는다. 예를 들면, 이러한 물질은 저렴하고, 용이하게 입수가능하며, 열을 이용한 가열을 통해 전구중합체 액체로부터 고화될 수 있다. 예를 들면, PDMS는 대표적으로는 예를 들면 약 65℃ 내지 약 75℃의 온도에 예를 들면 약 1 시간의 노출 시간 동안 전구중합체 액체를 노출시킴으로써 경화될 수 있다. 또한, 실리콘 중합체, 예를 들면 PDMS는 엘라스토머일 수 있고, 따라서 본 발명의 특정 실시태양에서 필수적인, 비교적 높은 가로세로비를 갖는 매우 작은 특징부를 형성하는데 유용할 수 있다. 이와 관련하여 가요성(예를 들면, 엘라스토머성) 금형 또는 원형이 유리할 수 있다.
PDMS와 같은 실리콘 중합체로부터 본 발명의 마이크로유체 구조물과 같은 구조물을 형성하는 것의 한 이점은 예를 들면 공기 플라즈마와 같은 산소-함유 플라즈마에 대한 노출에 의해, 상기 중합체가 산화될 수 있는 능력으로, 이에 따라, 산화된 구조물은 그들의 표면에 다른 산화된 실리콘 중합체 표면과 또는 각종 다른 중합체 및 비-중합 물질의 산화된 표면과 가교결합할 수 있는 화학 기를 함유하게 된다. 따라서, 부품들은 제작된 다음 산화되고, 별도의 접착제 또는 다른 실링 수단을 필요로 하지 않고서, 다른 실리콘 중합체 표면에 또는 산화된 실리콘 중합체 표면과 반응성인 다른 기재의 표면에 본질적으로 비가역적으로 실링될 수 있다. 대부분의 경우, 실링은 시일을 형성하기 위해 보조적인 압력의 인가를 필요로 하지 않고서 단지 산화된 실리콘 표면을 다른 표면과 접촉시킴으로써 완료될 수 있다. 즉, 사전-산화된 실리콘 표면은 적합한 짝을 이루는 표면에 대하여 접촉 접착제로서 작용한다. 구체적으로는, 그 자신에 대해 비가역적으로 실링가능한 것 외에, 산화된 실리콘, 예를 들면 산화된 PDMS는 또한 예를 들면, PDMS 표면에 유사한 방식으로 산화된(예를 들면, 산소-함유 플라즈마에 대한 노출을 통해) 유리, 규소, 산화규소, 석영, 질화규소, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 유리질 탄소, 및 에폭시 중합체를 포함하는 그 자체 외의 다른 일정 범위의 산화된 물질에 비가역적으로 실링될 수 있다. 본 발명의 내용상 유용한 산화 및 실링 방법, 뿐만 아니라 전반적인 성형 기술들은 당 업계에, 예를 들면 본원에서 참고문헌으로 인용된 문헌[Anal. Chem., 70:474-480, 1998(Duffy et al.)]의 표제 "Rapid Prototyping of Microfluidic Systems and Polydimethylsiloxane"의 논문에 설명되어 있다.
산화된 실리콘 중합체로부터 본 발명의 마이크로유체 구조물(또는 내부, 유체-접촉 표면)을 형성하는 다른 이점은 이들 표면이 대표적인 엘라스토머 중합체의 표면보다 훨씬 더 친수성일 수 있다는 것이다(친수성 내부 표면이 바람직한 경우). 따라서 이러한 친수성 채널 표면은 대표적인 산화되지 않은 엘라스토머 중합체 또는 다른 소수성 물질로 이루어진 구조물보다 수용액으로 보다 쉽게 충전 및 습윤될 수 있다.
한 실시태양에서, 바닥 벽은 1개 이상의 상이한 측면 벽 또는 상부 벽, 또는 다른 부품과 상이한 물질로 이루어진다. 예를 들면, 바닥 벽의 내부 표면은 규소 웨이퍼 또는 마이크로칩, 또는 다른 기재의 표면을 구성할 수 있다. 다른 부품은 상기한 바와 같이, 이러한 대안용 기재에 실링될 수 있다. 실리콘 중합체(예를 들면, PDMS)를 포함하는 성분을 상이한 물질의 기재(바닥 벽)에 실링하는 것이 바람직한 경우, 기재는 산화된 실리콘 중합체가 여기에 가역적으로 실링될 수 있는 물질의 군(예를 들면, 산화된 유리, 규소, 산화규소, 석영, 질화규소, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 에폭시 중합체 및 유리질 탄소 표면)으로부터 선택될 수 있다. 다르게는, 당 업계의 통상의 숙련인에게 자명한 바와 같이, 별도의 접착제의 사용, 열 결합, 용매 결합, 초음파 용접 등을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는 다른 실링 기술들이 사용될 수 있다.
하기 실시예는 본 발명의 특정 실시태양들을 예시하기 위한 것이지만, 본 발명의 전체 범위를 예시하지는 않는다.
실시예 1
도 15A는 상기한 특징들 중 일부를 갖는 유체 시스템의 한 예를 예시한다. 본 실시예에서는, 유체 소적이 유체 시스템(800)(도 15A에 개략적으로 나타냄) 내 로 도입된다. 유체 시스템(800)은 유입 영역(801)("a"로 표지됨), 분기 영역(802)("b"), 포스트를 포함하는 영역(803)("c") 및 수집 영역(804)("d")를 포함한다. 유입 영역(801)은 액체(815) 내에 포함된 일련의 소적(810)을 생성시킨다. 소적은 약 20 마이크로미터의 평균 직경을 갖는다. 본 실시예에서, 액체는 물이고, 유체 소적은 약 3 중량% 스판(SPAN)80(계면활성제)을 갖는 헥사데칸을 포함한다. 일련의 소적들이, 도 15A에 개략적으로 나타낸 유입 영역(801)의 확대도인 도 15B에 예시되어 있다.
도 15C에서는, 일련의 분기점(현미경사진의 왼쪽에 나타냄)이 유체 소적을 일련의 채널내로 분배시킨다. 소적이 의도적으로 임의의 특정 채널 쪽으로 보내지지 않기 때문에, 소적은 채널 내에서 무작위적으로 분산된다. 이어서 소적은 일련의 포스트(818)을 포함하는 영역으로 운반된다. 이 영역의 확대도는 도 15D에 예시되어 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 개별 소적은 그들의 개별 본성을 유지하고, 계면활성제의 존재로 인하여 융합되지 않는다. 도 15E에서는, 소적이 수집 영역(804)에서 수집된다.
실시예 2
본 실시예에서는, 마이크로유체 소자를 이용한 유체 스트림의 정밀 조작이 입증된다. 이 기술은 미미한 양의 시약을 사용하는 고 처리량 반응기를 가능하게 한다. 이들 반응기의 규모가 축소됨에 따라, 표면 흡착 및 확산으로 인한 오염 효과가 사용될 수 있는 최소량을 제한할 수 있다. 비혼화성 캐리어 유체 중의 소적 내 시약들의 억류는 이들 제한을 극복할 수 있지만, 새로운 유체-취급 기술을 요구 한다. 전기적으로 다룰 수 있는 소적 발생, 매우 효율적인 소적 합체, 정밀한 소적 응리 및 재대전, 및 제어가능한 소적 분류를 가능하게 하는 대전된 소적 및 전기장에 기초한 예시적인 플랫폼 기술이 제공된다.
본 실시예에서는, 마이크로유체 소자에서 개별 소적을 조작 및 제어하기 위해 일반적이고 확실한 플랫폼 기술이 제공된다. 소적 상의 정전하 및 소자 상의 전기장을 병용함으로써, 고순도를 보유하고 매우 높은 처리량을 가능하게 하면서 개별적인 마이크로반응기에 대한 섬세한 제어를 제공하는, 소적을 개별적으로 생성시키고, 다시 합하고, 분할하고 및 분류하는 모듈들이 예시된다. 전기장 E 중에서 수성 유체를 대전함으로써 야기되는 힘을 혼입함으로써, 표면 장력을 극복하기 위해 단지 점성력만에 의존하는 다른 전략들의 경우에 가능한 것보다 더 정밀한 그들의 개별적인 타이밍의 제어로 보다 작은 소적들이 생성되고; 이것은 펨토리터와 같이 작은 부피를 갖는 마이크로반응기의 생성을 가능하게 하는 확실한 소적 생성 모듈을 제공한다. 상이한 소적들 상에 반대 부호의 전하를 혼입하는 것은 소적들이 제어가능하게 및 신뢰가능하게 합병되도록 하여, 표면 장력 및 윤활로 인한 안정화력을 극복하고; 이것은 반응물의 분취액의 정밀한 혼합을 가능하게 하는 확실한 소적 합체 모듈을 제공한다. 전기장에 의해 유도된 신장력을 혼입함으로써, 큰 소적들이 추가적인 분석을 위해 보다 작은 분취액으로 제어가능하게 분할될 수 있고, 일부 경우, 추가적인 가공처리를 위해 중성 소적을 동시에 재대전시킬 수 있고; 이것은 동일한 물질 상에서 다수개의 평가분석이 수행될 수 있게 하는 확실한 분할 또는 대전 모듈을 제공한다. 대전된 소적 상에 전기장에 의해 생성된 힘을 혼입함 으로써 개별 소적들은 선택된 채널로 조종될 수 있고; 이것은 원하는 반응 생성물이 선택될 수 있게 하는 확실한 소적 분류 모듈을 제공한다. 이들 모듈은 개별 소적의 고속 조작 및 제어에 유용하고, 소적-기재 마이크로유체 소자를 위한 기술로 사용될 수 있다. 게다가, 모든 제어가 저기장을 연결함으로써 달성되기 때문에, 이동하는 부분이 없고, 106 Hz과 같은 높은 주파수가 가능하고; 이것은 매우 높은 처리량 조합 기술을 용이하게 한다.
연질 석판인쇄술을 사용하여 폴리디메틸실록산(PDMS), 투명한 중합체 물질 내에 채널을 패턴화하였다. 유리 슬라이드가 채널의 상부를 형성한다. 전기장은 채널에 인접한 유리 슬라이드의 표면 상에 인듐-주석-산화물(ITO) 전극을 패턴화함으로써 혼입되었고, 산소 플라즈마를 사용하여 슬라이드를 PDMS에 실링하였다. PDMS에 제작된 소자는 오일 캐리어 상이 그들의 표면을 확실하게 습윤시키고, 물 소적이 채널 벽과 접촉하지 않도록 하여, 생분자의 단리를 용이하게 하고 표면 상호작용으로 인한 교차 오염을 제거할 수 있게 하는 강하게 소수성이라는 이점을 갖는다.
흐름-집속 기하형태를 사용하여 소적을 형성하였다. 물 스트림을 한 채널로부터 좁은 수축부를 통해 주입하였고; 반대로 전파되는 오일 스트림은 수력학적으로 물 스트림을 집속시켜, 이들이 수축부를 통과할 때 그의 크기를 감소시켰다. 이 소적 발생기는 유중수의 균일한 소적의 정상 스트림을 생성시키는 유동 양식으로 작업될 수 있다. 물 소적의 크기는 오일 및 물의 상대 유량에 의해 제어되었 고; 점성력이 표면 장력을 극복하여 균일한 소적을 생성한다. 물의 유량이 너무 높은 경우, 보다 긴 유체 젯이 오리피스를 관통하여 더 다운스트림의 소적들로 응리되고; 이들 소적들은 크기에 있어 덜 균일하였다. 물의 유량이 너무 낮은 경우에는, 오리피스 내에서의 소적 응리가 불규칙하게 되고, 보다 넓은 범위의 소적 크기를 생성시킨다.
이어서 전기적으로 다룰 수 있는 유화 시스템을 생성시키기 위하여 전기장이 혼입되었다. 이를 달성하기 위해, 고 전압을 수성 스트림에 인가하여 오일 물 계면을 대전시켰다. 물 스트림은 전도체로서 거동한 반면, 오일은 절연체이었고; 전기화학 반응은 축전기와 같이 유체 계면을 대전시켰다. 스냅-오프(snap-off) 시, 계면 상의 전하가 소적 상에 남아있다. 또한, 소적 부피 V d 및 주파수 f는 오일 또는 물의 주입 속도를 변화시키지 않고서 크기의 적어도 3배에 걸쳐 맞춰질 수 있다. 소적 크기 및 주파수는 본 실시예에서는 독립적이지 않았고; 대신 그들의 곱은 분산된 상의 주입 속도에 의해 결정된다(Q d =fV d ). 소적 크기는 장 강도의 증가에 따라 감소되었다. 낮은 장 강도에서, 소적 크기는 연속 상의 유량에 의해 결정되었다. 그러나, 높은 장 강도에서는, 소적 크기가 전기장에 의해 결정되었으며, E와 함께 급속하게 감소되었다.
3개의 상이한 유량에 대하여 인가된 전압에 대한 소적 크기의 의존성은 다음과 같다. 낮은 인가된 전압에서는, 전기장은 무시가능한 효과를 가졌고, 소적 형성은 표면장력과 점성 흐름 사이의 경쟁에 의해 가동되었다. 대조적으로, 높은 전 기장 강도에서는, 성장하는 액적(drop) 상에 상당한 추가적인 힘, F=qE(여기서, q는 소적 상의 전하임)이 있었다. 소적 계면은 축전기와 같이 거동하였기 때문에, q는 인가된 전압 V에 비례하였다. 이것은 힘의 V 2 의존을 초래하였고, 이것은 인가된 장의 증가에 따른 소적 크기의 감소의 원인이 되었다. 더욱 더 높은 전기장의 경우, 물 스트림의 대전된 계면은 대전된 액적에 의해 반발되었다.
한 실시태양에서, 오일 및 물 스트림은 30 미크론 오리피스에서 수렴된다. 유리 상의 인듐-주석-산화물(ITO) 전극에 인가된 전압 V은 전기장 E을 생성시켜 수성-오일 계면을 정전용량적으로 대전하였다. 소적 크기는 낮은 장 세기에서는 전하와 독립적인 것으로 밝혀졌지만, 보다 높은 장에서는 감소되었다. 소적 크기는 전압의 함수로서, 연속 상 오일의 3개의 상이한 유량(Qc=80nL/s, 110nL/s, 및 140nL/s)에 대하여 흐름-주도된 및 장-주도된 스냅-오프 사이의 교차를 보여준다. 물의 주입 속도는 Qd=20nL/s로 일정하였다.
장-유도된 소적 형성에 의해 제공된 전자적 제어는 본 실시예에서 추가적인 이점을 제공하고; 이것은 소적 응리의 위상(phase)이 생산 사이클 내에서 조절될 수 있도록 하였다. 이것은 단지 소적이 필요한 순간에만 장을 임계 응리 장 이상으로 증가시킴으로써 달성되었다. 이것은 특정 위치 내의 개별 소적의 도달 및 생성을 정밀하게 동기화시키는 편리한 수단을 제공하였다.
일부 소적-기재 반응 억류 시스템 중의 중요한 부품은 2개 이상의 시약들을 합하여 화학 반응을 개시하는 혼합기이다. 혼합기의 한 예는 정전하를 사용하고; 각 소적 상에 반대 부호의 전하를 위치시키고 전기장을 인가하여 이들을 합체시킨다. 한 예로서, 상이한 조성 및 반대 전하를 갖는 소적을 생성시키는 2개의 별도의 노즐을 갖는 소자가 예시된다. 2개의 스트림의 합류점에서 소적들이 함께 접촉되었다. 형성시 소적을 대전시키는데 사용된 전극은 또한 강제로 소적이 스트림 라인을 가로지르게 하여 합체를 야기하는 전기장을 제공하였다. 2개의 노즐의 구조에 있어서의 약간의 변동은 장의 부재시에 그들의 소적 생성 위상 및 주파수에 있어서의 약간의 차이를 야기시켰다. 따라서 비록 주입 속도가 동일하더라도 소적은 크기가 상이하였다. 게다가, 소적은 정확하게 동일한 시간에 합류점에 도달하지 못하였다. 그 결과, 소적은 합체되지 못하였다. 대조적으로, 전기장의 인가시에, 소적 형성은 일반적으로 동기화되어, 동일한 크기의 소적 쌍들이 동시에 합류점에 도달하게 하였다. 게다가, 소적은 반대로 대전되어, 이들이 스트림 라인을 횡단하게 하여 서로 접촉하게 함으로써 이들을 합체시켰다. 소적 형성의 동기화는 전기장에 의해 매개되었을 때 2개의 소적들의 응리의 커플링으로부터 유래되었고; 전기장의 크기는 2개의 소적들의 리딩 연부들 사이의 간격이 변할 때 변화하였고, 소적 응리의 주파수는 전기장에 맞춰진 모드이다. 아마도 계면활성제 코팅의 안정화 효과 때문에, 본 실시예에서는 소적들을 합체시키는데 최소한의 전하가 필요하고; E 장은 실제로 합체되는 서로 접촉되는 소적들의 %에 의존한다.
한 실시태양에서, 반대 부호의 정전하를 갖는 소적은 2개의 수성 스트림에 걸쳐 전압을 인가함으로써 생성될 수 있다. 다른 실시태양에서, 장의 부재시에, 2개의 노즐에서의 소적 형성의 타이밍 및 주파수는 독립적일 수 있고, 각 노즐은 상 이한 주파수에서 상이한 크기의 소적을 생성시킬 수 있고; 주입 속도는 2개의 노즐 모두에서 동일하다. 2개의 스트림의 합류 후, 상부 및 하부 노즐로부터의 소적은 그들 각각의 스트림의 반분 내에 머무른다. 계면활성제로 인하여, 채널 폭을 채우는 큰 슬러그(slug)의 경우에 조차도 합체 사건은 없었다. 또 다른 실시태양에서, 노즐의 500 미크론 간격에 걸쳐 인가된 전압 200 V의 경우, 2개의 노즐로부터 동시에 응리되는 소적들은 본질적으로 동일하고; 심지어 부피에 있어서의 2배에 이르는 차이의 수성 스트림의 동등하지 않은 주입 속도에 대하여 동시적인 소적 형성이 달성될 수 있다. 서로 만나서 합체되는 소적의 비율은 계면활성제 소르비탄-모노올레에이트 3%가 존재할 때 임계 장 위에서 선상으로 증가된다.
시약들을 합하여 혼합하는데 전기장 및 반대로 대전된 소적들을 사용하는 것은 지극히 확실하여, 2개의 스트림으로부터의 거의 100%의 소적들이 반대 스트림에서 오는 그들의 파트너와 함께 합체되었다. 그러나, 이들이 합체된 후, 생성된 소적은 본질적으로 정전하를 운반하지 않았다. 형성 동안에 소적을 대전하기 편리하지만, 필요할 경우, 추가의 가공을 위하여 혼합된 소적을 재대전하기 위해 임의의 확실한 소적-기재 마이크로유체 시스템에 다른 방법이 사용될 수 있다. 이것은 예를 들면, 소적을 분극화하는 전기장의 존재하에 중성 소적을 분할하여 2개의 반대로 대전된 딸 소적들을 생성시키는 신장 흐름의 사용을 통해 달성될 수 있다. 한 실시태양에서, 중성 소적이 분기점으로 들어가서 대전된 딸 소적들로 분할된다. 일부 경우, 전기장 내에서의 대전된 소적의 비대칭적인 스트레칭이 관찰될 수 있다. 수직 점선은 전극의 연부를 나타내고, 여기서 소적들은 그들의 대칭적인 구형 으로 되돌아갔다. 전기장은 또한 소적 분할의 정밀한 제어를 가능하게 하여, 내용물을 2개 이상의 동일한 시약의 분취액으로 분할시켜 동일한 마이크로반응기의 내용물에 대한 다수회의 평가분석을 용이하게 하는 확실한 소적 분배 모듈의 기초를 제공한다.
다른 실시태양에서, 중성 소적은 전기장의 존재하에 이들을 응리함으로써 재대전될 수 있다. 대전되지 않은 소적(q=0)은 전기장(E s 는 0이 아님)에서 분극화되었고(단, E s 가 충분히 커야 함), 소적은 분기점에서의 신장 흐름에서 2개의 반대로 대전된 딸 액적으로 응리된다. 대전된 소적은 전기장 E s 중에서 스트레칭되지만, 전극과 접촉할 때 구형으로 되돌아갔다.
마이크로유체 소적 반응 시스템의 구성에 유용한 다른 부품은 소적 분류기이다. 각각의 내용물은 탐침되어야 하고, 선택된 소적들은 별도의 스트림으로 분류될 수 있다. 마이크로유체 소자 내에서의 이러한 분류는 본 실시예에서 나타낸 바와 같이, 기계식 밸브의 사용을 통해서 달성될 수 있다. 소적의 정전 대전의 사용은 정밀하게 제어될 수 있고, 높은 주파수로 연결될 수 있고, 이동 부분을 필요로 하지 않는 대안적 수단을 제공할 수 있다. 소적 상의 정전하는 외부 전기장에 대한 전하의 선상 커플링에 기초한 액적별(drop-by-drop) 분류를 가능하게 할 수 있다. 캐리어 유체의 흐름을 동등하게 분할하는 T-접점 분기점은 또한 소적 집단을 동등하게 2개의 스트림으로 무작위적으로 분할하게 된다. 그러나, 분기점에 인가된 작은 전기장은 소적이 들어가는 채널을 정밀하게 명령할 수 있고; 장의 방향의 변화는 소적 분류의 방향을 변화시킨다. 소적 상에 부여될 수 있는 큰 힘 및 높은 스위칭 주파수는 이것을 이동 부분이 없는 신속하고 확실한 분류 엔진으로 만들고; 따라서 가공처리 속도는 주로 소적 생성 속도에 의해 제한된다.
한 실시태양에서, 대전된 소적들은 인가된 장이 없을 때(E s =0) 오른쪽 및 왼쪽 채널로 교대로 들어간다. 전기장이 오른쪽에 인가될 때, 소적은 분기점에서 오른쪽 곁가지로 들어갔고; 이들은 장이 반대일 때 왼쪽 곁가지로 들어갔다. 분기점 후, 소적들 사이의 거리는 이전의 반으로 감소되어, 오일 스트림이 균일하게 분배되었음을 나타낸다. 일부 경우, 전기장 내에서의 고도로 대전된 액적의 형태에 있어서의 변형이 관찰될 수 있다.
정전하가 마이크로유체 소자 내의 소적들에 가져다 주는 향상된 기능은 마이크로유체 용도의 광대한 목록을 가능하게 한다. 소적을 조작하기 위한 기술의 이러한 툴키트(toolkit)는 작은 수의 분자들의 수송 및 반응을 위한 시스템의 모듈 총합을 가능하게 한다. 고 처리량 스크리닝, 조합 화학 및 라이브러리 내 희귀한 생물학적 기능에 대한 연구는 모두 마이크로채널 내에서의 소적의 정전 조작으로부터 나오는 잠재적인 이점이 될 수 있다. 예를 들면, 소적 기재 마이크로유체 기술은 또한 소적 형성 및 분류 단계들 사이에 다수개의 시약-기재 평가분석을 포함하도록 형광 이외의 증강된 활성화 관능성을 갖는 칩-규모 형광 활성화된 세포 분류기(FACS)를 개발하는데 사용될 수 있다. 게다가, 직경이 수 미크론인 펨토리터 액적을 사용함으로써, 단일 생분자조차도 효율적인 화학 반응성 및 단일 분자 평가분 석에 충분한 >> 1 nM의 농도를 나타낸다.
소적-기재 마이크로유체 소자의 용도 중 다수는 분자, 세포 또는 입자의 변화된 집단 또는 라이브러리를 마이크로반응기 내에 봉입하고, 아마도 시약들의 첨가를 통해 내용물에 대한 평가분석을 행한 다음, 마지막으로 희귀한 사건에 대한연구에서 수집물로부터 특정 마이크로반응기를 선택적으로 제거하기 위한 필요에서 나왔다. 이것은 합리적인 시간 내에 최소 라이브러리 전체를 분류하기 위해서는 초 당 103의 가공처리 속도를 필요로 하지만, 보다 큰 라이브러리의 경우에 초 당 105 크기의 속도가 바람직하다. 이들 속도는 본원에서 논의된 바와 같이 실행가능하다. 게다가, 예를 들면 본원에서 설명된 바와 같이, 마이크로유체 소자는 스탬핑 기술을 사용하여 제조될 수 있기 때문에, 평행류 스트림 또는 유체 시스템이 제작되어 전체 처리량을 추가로 향상시킬 수 있다. 합해진 소적의 이점 및 고 처리량 조작은 광범위한 용도에 대해 상당한 기회를 제공한다.
본 발명의 몇몇 실시태양들을 본원에서 설명하고 예시하였지만, 당 업계의 통상의 숙련인은 본원에 설명된 1개 이상의 이점 및(또는) 결과을 얻고(얻거나) 기능을 수행하기 위하여 각종 다른 수단 및(또는) 구조를 용이하게 계획할 것이고, 이러한 변화 및(또는) 변형 각각은 본 발명의 범위 내인 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당 업계의 통상의 숙련인들은 본원에서 설명된 모든 파라미터, 치수, 물질 및 형태들이 예시적인 것을 의미하며, 실제 파라미터, 치수, 물질 및(또는) 형태는 본 발명의 내용이 사용되는 특정 용도 또는 용도들에 의존하게 된다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 당 업계의 통상의 숙련인은 거의 통상적인 실험을 사용하여 본원에 설명된 본 발명의 특정 실시태양에 대한 많은 등가물을 인식하거나 또는 확인할 수 있다. 그러므로, 상기한 실시태양들은 단지 예로서 제공되고, 첨부된 특허청구의 범위 및 이에 대한 등가물의 범위 내에서, 본 발명은 구체적으로 설명되고 청구된 것과 다른 방식으로 실행될 수 있음을 알아야 한다. 본 발명은 본원에서 설명된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 물질, 키트 및(또는) 방법에 관한 것이다. 또한, 이러한 특징, 시스템, 물품, 물질, 키트 및(또는) 방법들이 상호 불일치하지 않는 경우, 2개 이상의 이러한 특징, 시스템, 물품, 물질, 키트 및(또는) 방법들의 임의의 조합은 본 발명의 범위 내에 포함된다.
본원에서 정의되고 사용된 모든 정의는 사전적 정의, 참고문헌으로 인용된 서류 중의 정의 및(또는) 정의된 용어의 통상적인 의미에 걸쳐 통제하는 것으로 이해되어야 한다.
본원 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용된 부정 관사 "a" 및 "an"은 분명히 반대로 지시되지 않는 한, "하나 이상"을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본원 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용된 구 "및(또는)"은 이렇게 상호연결된 엘레멘트들 중 "어느 하나 또는 둘 모두", 즉 일부 경우에는 결합하여 존재하고 다른 경우에는 나누어져 존재하는 엘레멘트들을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및(또는)"과 함께 열거된 다수개의 엘레멘트들은 동일한 방식으로, 즉 이렇게 상호연결된 엘레멘트들 중 "하나 또는 그 이상"으로 간주되어야 한다. "및(또는)" 절에 의해 구체적으로 명시된 엘레멘트들 외에 다른 엘레멘트들(구체적으로 명시된 엘레멘트들과 관련되든 또는 관련되지 않든)이 임의로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 예로서, "포함하는"과 같이 개방적 언어와 함께 사용될 때, "A 및(또는) B"에 대한 언급은 한 실시태양에서는 A만(임의로 B 이외의 엘레멘트들을 포함함); 다른 실시태양에서는 B만(임의로 A 이외의 엘레멘트들을 포함함); 또 다른 실시태양에서는, A 및 B 모두(임의로 다른 엘레멘트들을 포함함); 등을 언급할 수 있다.
본원 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용된 "또는"은 상기 정의한 "및(또는)"과 동일한 의미를 가짐을 알아야 한다. 예를 들면, 목록에서 품목들을 분리할 때, "또는" 또는 "및(또는)"은 포함적인 것으로, 즉 많은 엘레멘트 또는 엘레멘트들의 목록들 중 하나(그러나 하나 초과도 또한 포함함) 이상의 엘레멘트 및 임의로 열거되지 않은 추가적인 품목들도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 단지 명백하게 반대를 의미하는 용어, 예를 들면 "~중 단지 하나만" 또는 "~중 정확하게 하나" 또는 특허청구의 범위에 사용될 때의 "~로 이루어진"은 많은 엘레멘트 또는 엘레멘트의 목록 중 정확하게 하나의 엘레멘트를 포함하는 것을 의미하게 된다. 일반적으로, 본원에서 사용된 용어 "또는"은 단지 "어느 하나", "~중 하나", "~중 단 하나" 또는 "~중 정확하게 하나"와 같이 배타성을 갖는 용어가 선행될 때에만 다른 배타적인 것(즉, "둘다 가 아닌 하나 또는 나머지 하나")을 나타내는 것으로 해석될 것이다. 특허청구의 범위에 사용될 때의 "~로 반드시 이루어진"은 특허법 분야에서 사용될 때의 그의 통상적인 의미를 가질 것이다.
본원 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용된, 하나 또는 그 이상의 엘레멘트 들의 목록에 대해 언급할 때의 구 "하나 이상"은 엘레멘트들의 목록 중의 임의의 하나 또는 그 이상의 엘레멘트들로부터 선택된 하나 이상의 엘레멘트를 의미하지만, 반드시 엘레멘트들의 목록 내에 구체적으로 열거된 각각의 및 모든 엘레멘트들 중 하나 이상을 포함하는 것은 아니고, 엘레멘트들의 목록 내의 엘레멘트들의 임의의 조합물을 배제시키는 것이 아님을 알아야 한다. 이러한 정의는 또한 구 "하나 이상"이 언급하는 엘레멘트들의 목록 내에서 구체적으로 명시된 엘레멘트들 이외의 엘레멘트(구체적으로 명시된 엘레멘트들과 관련되든 또는 관련되지 않든)가 임의적으로 존재할 수 있음을 허용한다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및 B 중 하나 이상"(또는 등가적으로, "A 또는 B 중 하나 이상", 또는 등가적으로 "A 및(또는) B 중 하나 이상")은 한 실시태양에서는 B가 존재하지 않는, 하나(임의로, 하나 초과를 포함함) 이상의 A(임의로 B 이외의 엘레멘트들을 포함함); 다른 실시태양에서는 A가 존재하지 않는, 하나(임의로, 하나 초과를 포함함) 이상의 B(임의로 A 이외의 엘레멘트들을 포함함); 또 다른 실시태양에서는, 하나(임의로, 하나 초과를 포함함) 이상의 A 및 하나(임의로, 하나 초과를 포함함) 이상의 B(임의로 다른 엘레멘트들을 포함함); 등을 언급할 수 있다.
1개 초과의 단계 또는 행위를 포함하는 본원에서 청구된 임의의 방법에서, 분명하게 반대로 지시되지 않는 한, 방법의 단계 또는 행위들의 순서는 반드시 방법의 단계 또는 행위가 인용된 순서로 제한되지는 않는다는 것도 또한 알아야 한다.
상기한 명세서에서 뿐만 아니라 특허청구의 범위에서, 모든 이행 구, 예를 들면 "구성하는", "포함하는", "운반하는", "갖는", "함유하는", "관련되는", "보유하는", "~로 구성되는" 등은 개방적으로 이해되어야, 즉 ~로 제한되는 것이 아니고 ~를 포함하는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 단지 이행 구 "~로 이루어지는" 및 "~로 반드시 이루어지는"만이 특허 심사 절차, 섹션 2111.03의 미합중국 특허청 매뉴얼에 기재된 바와 같이, 각각 폐쇄적 또는 반-폐쇄적 이행 구가 될 것이다.

Claims (273)

  1. 마이크로유체 시스템 내에 유동하는 일련의 소적을 제공하는 단계;
    일련의 소적들로부터 약 100 미크론 미만의 최대 횡단면 치수를 갖고 제1 화학, 생물 또는 생화학 종을 함유하는 제1 소적을 선택하여 일련의 소적들 중의 적어도 일부 다른 소적들로부터 제1 소적을 분리시키는 단계;
    일련의 소적들과는 별도로 약 100 미크론 미만의 최대 횡단면 치수를 갖고 제2 화학, 생물 또는 생화학 종을 함유하는 제2 소적을 제공하는 단계;
    제1 소적 및(또는) 제2 소적을 합체가 일어날 수 있는 위치를 향해 선택적으로 몰아서 제1 소적 및 제2 소적을 하나의 합해진 소적으로 합체시키는 단계; 및
    적어도 제1 소적 중의 제1 종 및 제2 소적 중의 제2 종에 관련된 반응을 결정하는 단계
    를 포함하는, 마이크로유체 시스템에서 제어된 방식으로 2개 이상의 종들을 합하는 방법.
  2. 마이크로유체 시스템 내에 유동하는 일련의 소적을 제공하는 단계; 및
    일련의 소적들로부터 약 100 미크론 미만의 최대 횡단면 치수를 갖는 제1 소적을 선택하여 일련의 소적들 중의 적어도 일부 다른 소적들로부터 제1 소적을 분리시키는 단계
    를 포함하는, 마이크로유체 시스템에서 제어된 방식으로 소적들을 분류하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 일련의 소적들로부터 약 100 미크론 미만의 최대 횡단면 치수를 갖는 제2 소적을 선택하여 일련의 소적들 중의 적어도 일부 다른 소적들로부터 제2 소적을 분리시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 소적이 소적을 형성하는 유체 이외의 화학, 생물 또는 생화학 종을 함유하는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 소적이 소적을 형성하는 유체 이외의 화학, 생물 또는 생화학 종을 함유하지 않는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 다수의 소적들 각각에 대하여 함유된 특이적 화학, 생물 또는 생화학 종의 양 또는 부재를 결정하여, 소적이 제1 양의 종을 함유하거나 또는 함유하지 않을 경우에는 소적을 제1 채널로 보내고, 소적이 제2 양의 종을 함유하는 경우에는 소적을 제2 채널로 보냄으로써 마이크로유체 시스템에서 유동하는 다수의 소적들을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  7. 마이크로유체 시스템 내에 소적을 제공하는 단계;
    소적에 쌍극자 모멘트를 부여하는 단계; 및
    쌍극자 모멘트가 존재하는 동안에 소적을 2개 이상의 하위소적으로 나누어, 하위소적들 중 적어도 하나가 원초적 소적에 부여된 쌍극자 모멘트로부터 야기되는 전하를 운반하는 단계
    를 포함하는, 마이크로유체 시스템에서 1개 이상의 소적에 전하를 부여하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 소적이 알짜 전하를 갖지 않고, 상기 방법이 소적을 2개의 하위소적으로 나누어, 하위소적들 중 하나는 알짜 음전하를 운반하고, 나머지는 알짜 양전하를 운반하는 것을 포함하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 소적을 채널 교차점에서 2개 이상의 하위소적으로 나누는 것을 포함하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 소적을 채널 내의 장애물에서 2개 이상의 하위소적으로 나누는 것을 포함하는 방법.
  11. 마이크로유체 시스템 내에 2개 이상의 소적을 제공하는 단계;
    소적을 전기장에 노출시켜 소적 중에 쌍극자 모멘트를 유도하는 단계; 및
    적어도 부분적으로는 유도된 쌍극자 모멘트로 인한 소적-소적 인력을 통해 2개 이상의 소적을 단일 소적으로 합체하는 단계
    를 포함하는, 마이크로유체 시스템에서 2개 이상의 소적을 합하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 장-유도된 쌍극자 모멘트의 부재시에는 소적들이 합체되지 않는 조건 하에서 소적들을 합체하는 것을 포함하는 방법.
  13. 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체 상에 약 10-16 C 이상의 전하를 생성시키는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전하가 약 10-15 C 이상인 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 전하가 약 10-14 C 이상인 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 전하가 약 10-13 C 이상인 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 전하가 약 10-12 C 이상인 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 제1 유체가 친수성인 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 소수성인 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 제1 유체가 전도성인 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 제1 유체보다 적은 전도율을 갖는 방법.
  22. 제13항에 있어서, 제1 유체의 특성을 결정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 특성이 형광을 포함하는 방법.
  24. 제13항에 있어서, 상기 생성 단계가 제1 유체에 약 0.01 V/마이크로미터 이상의 전기장을 인가하는 것을 포함하는 방법.
  25. 제13항에 있어서, 상기 생성 단계가 제1 유체에 약 0.1 V/마이크로미터 이상의 전기장을 인가하는 것을 포함하는 방법.
  26. 제13항에 있어서, 상기 생성 단계가 제1 유체에 약 1 V/마이크로미터 이상의 전기장을 인가하는 것을 포함하는 방법.
  27. 제13항에 있어서, 상기 제1 유체가 채널 내에 배치된 방법.
  28. 제13항에 있어서, 상기 제1 유체가 마이크로유체 채널 내에 배치된 방법.
  29. 제13항에 있어서, 상기 제1 유체가 하나 이상의 세포를 포함하는 방법.
  30. 제13항에 있어서, 상기 제1 유체가 소적을 포함하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 소적이 약 200 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  32. 제30항에 있어서, 상기 소적이 약 100 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  33. 제30항에 있어서, 상기 소적이 약 75 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  34. 제30항에 있어서, 상기 소적이 약 50 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  35. 제30항에 있어서, 상기 소적이 약 25 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  36. 제30항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  37. 제30항에 있어서, 상기 소적이 약 1 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  38. 제30항에 있어서, 상기 소적이 약 2 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  39. 제30항에 있어서, 상기 소적이 약 5 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  40. 제30항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  41. 제30항에 있어서, 상기 소적이 약 15 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  42. 제30항에 있어서, 상기 소적이 약 20 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  43. 제30항에 있어서, 상기 소적들의 적어도 일부가 세포를 포함하는 방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 하나 이상의 세포가 봉입된 방법.
  45. 제30항에 있어서, 제1 유체의 특성에 기초하여 소적들의 적어도 일부를 분류하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  46. 제45항에 있어서, 상기 특성이 형광을 포함하는 방법.
  47. 제45항에 있어서, 약 10 소적/s 이상의 속도로 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  48. 제45항에 있어서, 약 100 소적/s 이상의 속도로 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  49. 제45항에 있어서, 약 1000 소적/s 이상의 속도로 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  50. 제45항에 있어서, 약 10,000 소적/s 이상의 속도로 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  51. 제45항에 있어서, 약 100,000 소적/s 이상의 속도로 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  52. 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진, 약 10-16 C 이상의 전하를 갖는 제1 유체 소적을 포함하는 물품.
  53. 제52항에 있어서, 상기 전하가 약 10-15 C 이상인 물품.
  54. 제52항에 있어서, 상기 전하가 약 10-14 C 이상인 물품.
  55. 제52항에 있어서, 상기 전하가 약 10-13 C 이상인 물품.
  56. 제52항에 있어서, 상기 전하가 약 10-12 C 이상인 물품.
  57. 제52항에 있어서, 상기 소적이 약 200 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 물품.
  58. 제52항에 있어서, 상기 소적이 약 100 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 물품.
  59. 제52항에 있어서, 상기 소적이 약 75 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 물품.
  60. 제52항에 있어서, 상기 소적이 약 50 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 물품.
  61. 제52항에 있어서, 상기 소적이 약 25 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 물품.
  62. 제52항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 물품.
  63. 제52항에 있어서, 상기 소적이 약 1 마이크로미터 이상의 직경을 갖는 물품.
  64. 제52항에 있어서, 상기 소적이 약 2 마이크로미터 이상의 직경을 갖는 물품.
  65. 제52항에 있어서, 상기 소적이 약 5 마이크로미터 이상의 직경을 갖는 물품.
  66. 제52항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 이상의 직경을 갖는 물품.
  67. 제52항에 있어서, 상기 소적이 약 15 마이크로미터 이상의 직경을 갖는 물품.
  68. 제52항에 있어서, 상기 소적이 약 20 마이크로미터 이상의 직경을 갖는 물품.
  69. 제52항에 있어서, 상기 제1 유체가 친수성인 물품.
  70. 제52항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 소수성인 물품.
  71. 제52항에 있어서, 상기 제1 유체가 전도성인 물품.
  72. 제71항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 제1 유체보다 적은 전도율을 갖는 물품.
  73. 제52항에 있어서, 상기 제1 유체가 채널 내에 포함된 물품.
  74. 제52항에 있어서, 상기 제1 유체가 마이크로유체 채널 내에 포함된 물품.
  75. 제52항에 있어서, 상기 제1 유체가 세포를 포함하는 물품.
  76. 제52항에 있어서, 상기 소적들의 적어도 일부가 세포를 포함하는 물품.
  77. 제76항에 있어서, 상기 하나 이상의 세포가 봉입된 물품.
  78. 마이크로유체 채널; 및
    마이크로유체 채널 내에 약 0.01 V/마이크로미터 이상의 전기장을 발생시키도록 구성되고 배치된 전기장 발생기
    를 포함하는 장치.
  79. 제78항에 있어서, 상기 전기장이 약 0.1 V/마이크로미터 이상인 장치.
  80. 제78항에 있어서, 상기 전기장이 약 1 V/마이크로미터 이상인 장치.
  81. 제78항에 있어서, 상기 전기장 발생기가 1개 이상의 전극을 포함하는 장치.
  82. 제78항에 있어서, 마이크로유체 채널과 교차하는 2개 이상의 유출 채널을 추가로 포함하는 장치.
  83. 제78항에 있어서, 마이크로유체 채널 내에 제2 전기장을 발생시키도록 구성되고 배치된 제2 전기장 발생기를 추가로 포함하는 장치.
  84. 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체 상에 약 10-9 N 이상의 전기력을 인가하는 단계를 포함하는 방법.
  85. 제84항에 있어서, 상기 힘이 약 10-8 N 이상인 방법.
  86. 제84항에 있어서, 상기 힘이 약 10-7 N 이상인 방법.
  87. 제84항에 있어서, 상기 힘이 약 10-6 N 이상인 방법.
  88. 제84항에 있어서, 상기 힘이 약 10-5 N 이상인 방법.
  89. 제84항에 있어서, 상기 제1 유체가 친수성인 방법.
  90. 제84항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 소수성인 방법.
  91. 제84항에 있어서, 상기 제1 유체가 전도성인 방법.
  92. 제91항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 제1 유체보다 적은 전도율을 갖는 방법.
  93. 제84항에 있어서, 제1 유체의 특성을 결정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  94. 제93항에 있어서, 상기 특성이 형광을 포함하는 방법.
  95. 제84항에 있어서, 상기 제1 유체가 채널 내에 배치된 방법.
  96. 제84항에 있어서, 상기 제1 유체가 마이크로유체 채널 내에 배치된 방법.
  97. 제84항에 있어서, 상기 제1 유체가 세포를 포함하는 방법.
  98. 제84항에 있어서, 상기 제1 유체가 소적을 포함하는 방법.
  99. 제98항에 있어서, 상기 소적이 약 200 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  100. 제98항에 있어서, 상기 소적이 약 100 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  101. 제98항에 있어서, 상기 소적이 약 75 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  102. 제98항에 있어서, 상기 소적이 약 50 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  103. 제98항에 있어서, 상기 소적이 약 25 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  104. 제98항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  105. 제98항에 있어서, 상기 소적이 약 1 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  106. 제98항에 있어서, 상기 소적이 약 2 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  107. 제98항에 있어서, 상기 소적이 약 5 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  108. 제98항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  109. 제98항에 있어서, 상기 소적이 약 15 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  110. 제98항에 있어서, 상기 소적이 약 20 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  111. 제98항에 있어서, 상기 소적들의 적어도 일부가 세포를 포함하는 방법.
  112. 제111항에 있어서, 상기 하나 이상의 세포가 봉입된 방법.
  113. 제98항에 있어서, 제1 유체의 특성에 기초하여 소적들의 적어도 일부를 분류하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  114. 제113항에 있어서, 상기 특성이 형광을 포함하는 방법.
  115. 제113항에 있어서, 약 10 소적/s 이상의 속도로 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  116. 제113항에 있어서, 약 100 소적/s 이상의 속도로 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  117. 제113항에 있어서, 약 1000 소적/s 이상의 속도로 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  118. 제113항에 있어서, 약 10,000 소적/s 이상의 속도로 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  119. 제1 소적 및 제2 소적을 포함하는, 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체에 있어서, 약 10 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 단계를 포함하는 방법.
  120. 제119항에 있어서, 약 100 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  121. 제119항에 있어서, 약 300 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  122. 제119항에 있어서, 약 1,000 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  123. 제119항에 있어서, 약 3,000 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  124. 제119항에 있어서, 약 10,000 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  125. 제119항에 있어서, 약 30,000 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  126. 제119항에 있어서, 약 100,000 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  127. 제119항에 있어서, 상기 제1 유체가 친수성인 방법.
  128. 제119항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 소수성인 방법.
  129. 제119항에 있어서, 상기 제1 유체가 전도성인 방법.
  130. 제129항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 제1 유체보다 적은 전도율을 갖는 방법.
  131. 제119항에 있어서, 제1 유체의 특성을 결정하는 것을 포함하는 방법.
  132. 제131항에 있어서, 상기 특성이 형광을 포함하는 방법.
  133. 제119항에 있어서, 상기 제1 유체가 채널 내에 배치된 방법.
  134. 제119항에 있어서, 상기 제1 유체가 마이크로유체 채널 내에 배치된 방법.
  135. 제119항에 있어서, 상기 제1 유체가 세포를 포함하는 방법.
  136. 제119항에 있어서, 상기 소적이 약 200 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  137. 제119항에 있어서, 상기 소적이 약 100 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  138. 제119항에 있어서, 상기 소적이 약 75 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  139. 제119항에 있어서, 상기 소적이 약 50 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  140. 제119항에 있어서, 상기 소적이 약 25 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  141. 제119항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  142. 제119항에 있어서, 상기 소적이 약 1 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  143. 제119항에 있어서, 상기 소적이 약 2 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  144. 제119항에 있어서, 상기 소적이 약 5 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  145. 제119항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  146. 제119항에 있어서, 상기 소적이 약 15 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  147. 제119항에 있어서, 상기 소적이 약 20 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  148. 제119항에 있어서, 상기 소적들의 적어도 일부가 세포를 포함하는 방법.
  149. 제148항에 있어서, 상기 하나 이상의 세포가 봉입된 방법.
  150. 제119항에 있어서, 제1 및 제2 소적들을 구별하는 것을 포함하는 방법.
  151. 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체를 포함하는 소적을 포함하고, 소적의 약 90% 이상이 각각 그 안의 동일한 수의 종 엔티티로 이루어진 물품.
  152. 제151항에 있어서, 상기 소적의 약 95% 이상이 그 안의 동일한 수의 종 엔티티로 이루어진 물품.
  153. 제151항에 있어서, 상기 소적의 약 97% 이상이 그 안의 동일한 수의 종 엔티티로 이루어진 물품.
  154. 제151항에 있어서, 상기 소적의 약 99% 이상이 그 안의 동일한 수의 종 엔티 티로 이루어진 물품.
  155. 제151항에 있어서, 상기 소적이 약 200 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 물품.
  156. 제151항에 있어서, 상기 소적이 약 100 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 물품.
  157. 제151항에 있어서, 상기 소적이 약 75 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 물품.
  158. 제151항에 있어서, 상기 소적이 약 50 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 물품.
  159. 제151항에 있어서, 상기 소적이 약 25 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 물품.
  160. 제151항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 물품.
  161. 제151항에 있어서, 상기 소적이 약 1 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 물품.
  162. 제151항에 있어서, 상기 소적이 약 2 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 물품.
  163. 제151항에 있어서, 상기 소적이 약 5 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 물품.
  164. 제151항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 물품.
  165. 제151항에 있어서, 상기 소적이 약 15 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 물품.
  166. 제151항에 있어서, 상기 제1 유체가 친수성인 물품.
  167. 제151항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 소수성인 물품.
  168. 제151항에 있어서, 상기 제1 유체가 전도성인 물품.
  169. 제168항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 제1 유체보다 적은 전도율을 갖는 물품.
  170. 제151항에 있어서, 상기 제1 유체가 채널 내에 포함된 물품.
  171. 제151항에 있어서, 상기 제1 유체가 마이크로유체 채널 내에 포함된 물품.
  172. 제151항에 있어서, 상기 엔티티가 세포인 물품.
  173. 제151항에 있어서, 상기 엔티티가 분자인 물품.
  174. 제151항에 있어서, 상기 소적 각각이 그 안의 10 개 미만의 엔티티로 이루어진 물품.
  175. 제151항에 있어서, 상기 소적 각각이 그 안의 5 개 미만의 엔티티로 이루어진 물품.
  176. 제151항에 있어서, 상기 소적 각각이 그 안의 3 개 미만의 엔티티로 이루어진 물품.
  177. 제151항에 있어서, 상기 소적 각각이 그 안의 1 개의 엔티티로 이루어진 물품.
  178. 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체의 소적을 제공하고, 이 소적이 일정 비의 제1 종 함유 소적 대 제1 종이 없는 소적을 갖는 단계; 및
    제1 종 함유 소적 대 제1 종이 없는 소적의 비를 약 2 배 이상 증가시키도록 소적을 분류하는 단계
    를 포함하는 방법.
  179. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 10 배 증가된 방법.
  180. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 30 배 증가된 방법.
  181. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 100 배 증가된 방법.
  182. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 300 배 증가된 방법.
  183. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 1000 배 증가된 방법.
  184. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 104 배 증가된 방법.
  185. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 105 배 증가된 방법.
  186. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 106 배 증가된 방법.
  187. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 107 배 증가된 방법.
  188. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 108 배 증가된 방법.
  189. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 109 배 증가된 방법.
  190. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 1010 배 증가된 방법.
  191. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 1011 배 증가된 방법.
  192. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 1012 배 증가된 방법.
  193. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 1013 배 증가된 방법.
  194. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 1014 배 증가된 방법.
  195. 제178항에 있어서, 상기 비가 약 1015 배 증가된 방법.
  196. 제178항에 있어서, 상기 제1 유체가 친수성인 방법.
  197. 제178항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 소수성인 방법.
  198. 제178항에 있어서, 상기 제1 유체가 전도성인 방법.
  199. 제198항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 제1 유체보다 적은 전도율을 갖는 방법.
  200. 제178항에 있어서, 제1 유체의 특성을 결정하는 것을 포함하는 방법.
  201. 제200항에 있어서, 상기 특성이 형광을 포함하는 방법.
  202. 제178항에 있어서, 상기 제1 유체가 채널 내에 배치된 방법.
  203. 제178항에 있어서, 상기 제1 유체가 마이크로유체 채널 내에 배치된 방법.
  204. 제178항에 있어서, 상기 제1 유체가 세포를 포함하는 방법.
  205. 제178항에 있어서, 상기 소적이 약 200 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  206. 제178항에 있어서, 상기 소적이 약 100 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  207. 제178항에 있어서, 상기 소적이 약 75 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  208. 제178항에 있어서, 상기 소적이 약 50 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  209. 제178항에 있어서, 상기 소적이 약 25 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  210. 제178항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  211. 제178항에 있어서, 상기 소적이 약 1 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  212. 제178항에 있어서, 상기 소적이 약 2 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  213. 제178항에 있어서, 상기 소적이 약 5 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  214. 제178항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  215. 제178항에 있어서, 상기 소적이 약 15 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖 는 방법.
  216. 제178항에 있어서, 상기 소적이 약 20 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  217. 제178항에 있어서, 상기 소적들의 적어도 일부가 세포를 포함하는 방법.
  218. 제217항에 있어서, 상기 하나 이상의 세포가 봉입된 방법.
  219. 제1 소적 및 제2 소적을 포함하는, 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체에 있어서, 제2 액상 유체의 유량을 실질적으로 변경시키지 않고서 제1 및 제2 소적을 분류하는 단계를 포함하는 방법.
  220. 제219항에 있어서, 약 10 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  221. 제219항에 있어서, 약 100 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  222. 제219항에 있어서, 약 300 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하 는 것을 포함하는 방법.
  223. 제219항에 있어서, 약 1,000 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  224. 제219항에 있어서, 약 3,000 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  225. 제219항에 있어서, 약 10,000 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  226. 제219항에 있어서, 약 30,000 소적/s 이상의 속도로 제1 및 제2 소적을 분류하는 것을 포함하는 방법.
  227. 제219항에 있어서, 상기 제1 유체가 친수성인 방법.
  228. 제219항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 소수성인 방법.
  229. 제219항에 있어서, 상기 제1 유체가 전도성인 방법.
  230. 제229항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 제1 유체보다 적은 전도율을 갖는 방법.
  231. 제219항에 있어서, 제1 유체의 특성을 결정하는 것을 포함하는 방법.
  232. 제231항에 있어서, 상기 특성이 형광을 포함하는 방법.
  233. 제219항에 있어서, 상기 제1 유체가 채널 내에 배치된 방법.
  234. 제219항에 있어서, 상기 제1 유체가 마이크로유체 채널 내에 배치된 방법.
  235. 제219항에 있어서, 상기 제1 유체가 세포를 포함하는 방법.
  236. 제219항에 있어서, 상기 소적이 약 200 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  237. 제219항에 있어서, 상기 소적이 약 100 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  238. 제219항에 있어서, 상기 소적이 약 75 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖 는 방법.
  239. 제219항에 있어서, 상기 소적이 약 50 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  240. 제219항에 있어서, 상기 소적이 약 25 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  241. 제219항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는 방법.
  242. 제219항에 있어서, 상기 소적이 약 1 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  243. 제219항에 있어서, 상기 소적이 약 2 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  244. 제219항에 있어서, 상기 소적이 약 5 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  245. 제219항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  246. 제219항에 있어서, 상기 소적이 약 15 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  247. 제219항에 있어서, 상기 소적이 약 20 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는 방법.
  248. 제219항에 있어서, 상기 소적들의 적어도 일부가 세포를 포함하는 방법.
  249. 제248항에 있어서, 상기 하나 이상의 세포가 봉입된 방법.
  250. 제219항에 있어서, 제1 및 제2 소적을 구별하는 것을 포함하는 방법.
  251. 제2 액상 유체에 의해 둘러싸여진 제1 유체 소적을 전기장을 사용하여 2개의 소적으로 나누는 단계를 포함하는 방법.
  252. 제251항에 있어서, 상기 2개의 소적이 실질적으로 동일한 질량을 갖는 방법.
  253. 제251항에 있어서, 상기 2개의 소적이 실질적으로 동일한 부피를 갖는 방법.
  254. 제251항에 있어서, 상기 전기장이 약 0.01 V/마이크로미터 이상의 크기를 갖는 방법.
  255. 제251항에 있어서, 상기 전기장이 약 0.1 V/마이크로미터 이상의 크기를 갖는 방법.
  256. 제251항에 있어서, 상기 전기장이 약 1 V/마이크로미터 이상의 크기를 갖는 방법.
  257. 제251항에 있어서, 상기 제1 유체가 친수성인 방법.
  258. 제251항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 소수성인 방법.
  259. 제251항에 있어서, 상기 제1 유체가 전도성인 방법.
  260. 제259항에 있어서, 상기 제2 액상 유체가 제1 유체보다 적은 전도율을 갖는 방법.
  261. 제251항에 있어서, 상기 제1 유체가 채널 내에 배치된 방법.
  262. 제251항에 있어서, 상기 제1 유체가 마이크로유체 채널 내에 배치된 방법.
  263. 제251항에 있어서, 상기 소적이 약 200 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 방법.
  264. 제251항에 있어서, 상기 소적이 약 100 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 방법.
  265. 제251항에 있어서, 상기 소적이 약 75 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 방법.
  266. 제251항에 있어서, 상기 소적이 약 50 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 방법.
  267. 제251항에 있어서, 상기 소적이 약 25 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 방법.
  268. 제251항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 방 법.
  269. 제251항에 있어서, 상기 소적이 약 1 마이크로미터 이상의 직경을 갖는 방법.
  270. 제251항에 있어서, 상기 소적이 약 2 마이크로미터 이상의 직경을 갖는 방법.
  271. 제251항에 있어서, 상기 소적이 약 5 마이크로미터 이상의 직경을 갖는 방법.
  272. 제251항에 있어서, 상기 소적이 약 10 마이크로미터 이상의 직경을 갖는 방법.
  273. 제251항에 있어서, 상기 소적이 약 15 마이크로미터 이상의 직경을 갖는 방법.
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