ミクロ流体タンパク質結晶法
【課題】ミクロ流体構造体を使用して、タンパク質の結晶化のハイスループットスクリーニングを可能にすることを課題とする。
【解決手段】本発明は、上記課題を、1つの実施形態において、一体化された組み合わせ混合チップによって解決した。この混合チップにおいて、可能な結晶形成がチップ上で観察される、多数の潜在的な結晶化条件を迅速に作製するための、試薬の正確な計量供給を可能にする。代替の実施形態において、ミクロ流体構造体は、特定のタンパク質結晶化剤の組み合わせの位相空間条件を調査するために利用され得、これによって、確実な条件を同定し、そして引き続いて、結晶成長を得る集中した試みを可能にする。
【解決手段】本発明は、上記課題を、1つの実施形態において、一体化された組み合わせ混合チップによって解決した。この混合チップにおいて、可能な結晶形成がチップ上で観察される、多数の潜在的な結晶化条件を迅速に作製するための、試薬の正確な計量供給を可能にする。代替の実施形態において、ミクロ流体構造体は、特定のタンパク質結晶化剤の組み合わせの位相空間条件を調査するために利用され得、これによって、確実な条件を同定し、そして引き続いて、結晶成長を得る集中した試みを可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項1】
装置であって、以下:
第一のエラストマー層に形成されたミクロ流体チャネルネットワークであって、該ミクロ流体チャネルネットワークは、接合部および試薬供給源と流体連絡する第一のセットの入口分枝、該接合部および緩衝剤供給源と流体連絡する第二のセットの入口分枝、ならびに該接合部および出口と流体連絡する混合構造体を備える、ミクロ流体フローチャネルネットワーク;
該第一のエラストマー層に隣接する第二のエラストマー層に形成された第一の制御チャネルネットワークであって、該第一の制御チャネルネットワークは、該第一の入口分枝セットに隣接して、選択試薬が該接合部に流れるように構成された第一のマルチプレクサ構造体を規定する、第一の制御チャネルネットワーク;ならびに
該第二のエラストマー層に形成された第二の制御チャネルネットワークであって、該第二の制御チャネルネットワークは、該第二の入口分枝セットに隣接して、選択緩衝剤の流れを該接合部に流すように構成された第二のマルチプレクサ構造体を規定する、第二の制御チャネルネットワーク、
を備える、装置。
【請求項2】
前記接合部が、ある距離によって分離された第一の地点および第二の地点で第一のフローチャネルと交差する、第二のフローチャネルを備える、請求項1に記載の装置。
【請求項3】
前記第一のフローチャネルが、該距離に沿って分枝している、請求項2に記載の装置。
【請求項4】
前記混合構造体が、前記接合部および前記出口から隔離されるように構成された閉回路を備える、請求項1に記載の装置。
【請求項5】
前記混合構造体が、実質的に円形の形状を有する、請求項1に記載の装置。
【請求項6】
前記フローチャネルネットワークが、前記混合構造体と流体連絡する注入器チャネルをさらに備える、請求項1に記載の装置。
【請求項7】
前記第二のエラストマー層が、少なくとも3つの制御チャネルを規定し、該少なくとも3つの制御チャネルは、前記フローチャネルネットワークの上に重なって、流体を前記第一の入口分枝セット、第二の入口分枝セット、および前記閉回路のうちの1つに通して流すように構成された蠕動ポンピング構造体を規定する、請求項1に記載の装置。
【請求項8】
サンプル貯蔵構造体をさらに備え、該サンプル貯蔵構造体は、前記出口と流体連絡しており、そして前記混合構造体からサンプルを保持するように構成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項9】
前記サンプル貯蔵構造体が、細長フローチャネルを備える、請求項8に記載の装置。
【請求項10】
前記細長フローチャネルが、行き止まりを有する、請求項9に記載の装置。
【請求項11】
前記細長フローチャネルの、前記入口の反対側の端部が、弁によって開閉される、請求項10に記載の装置。
【請求項12】
前記細長フローチャネルへの流体アクセスを支配するマルチプレクサ構造体をさらに備える、請求項11に記載の装置。
【請求項13】
前記貯蔵構造体が、フローチャネルの行および列によって接続される貯蔵容器のアレイを備える、請求項9に記載の装置。
【請求項14】
前記貯蔵容器のアレイが、弁付き接続チャネルを通して流体連絡する、対になった容器を備える、請求項13に記載の装置。
【請求項15】
結晶化を導く条件を同定する方法であって、以下:
第一の濃度で溶媒およびサンプルを含有する、第一の溶液を調製する工程;
該第一の溶液と、結晶化剤を含有する第二の溶液とを混合する工程;
該混合物において最初に固相が出現する第一の条件を記録する工程;
さらなる溶媒を該混合物に添加する工程;
該混合物において固相が消失する第二の条件を記録する工程;ならびに
該第一の条件と第二の条件との間のヒステリシスを同定する工程、
を包含する、方法。
【請求項16】
前記第一の条件および第二の条件が、サンプルおよび結晶化剤の濃度を規定する、請求項15に記載の方法。
【請求項17】
前記結晶化剤が、前記サンプルを含む閉回路ミクロ流体チャネルに導入され;そして
次いで、前記溶媒が、該閉回路ミクロ流体チャネルに導入される、
請求項15に記載の方法。
【請求項18】
前記結晶化剤および前記溶媒のうちの少なくとも一方が、エラストマーマクのポンピング作用によって導入される、請求項17に記載の方法。
【請求項19】
前記第一の条件および第二の条件が、前記サンプルおよび前記結晶化剤を含有するミクロ流体フローチャネルの光学問い合わせによって決定される、請求項15に記載の方法。
【請求項20】
エラストマーから微細製造される前記ミクロ流体構造体が、光学的に問い合わせられる、請求項15に記載の方法。
【請求項21】
結晶化を導く条件を同定する方法であって、以下:
結晶化剤がサンプルを含有する溶液と混合される際の光の散乱を検出する工程;
該検出された散乱光を、タンパク質結晶含有溶液に特徴的な既知の範囲の第二のビリアル係数で補正する工程、
を包含する、方法。
【請求項22】
前記結晶化剤が、サンプルを含有する閉回路ミクロ流体チャネルに流入する際に、前記散乱が決定される、請求項41に記載の方法。
【請求項23】
前記結晶化剤が、エラストマー膜の作用によって、前記閉回路ミクロ流体チャネル内にポンピングされる、請求項21に記載の方法。
【請求項24】
ミクロ流体デバイスを通る流れを制御する方法であって、以下:
流体をフローチャネルに入れる工程;
該フローチャネルに隣接し、かつ該フローチャネルから分離されている制御チャネルに、圧力を付与して、介在するエラストマー膜を該フローチャネル内に偏向させる工程;および
該フローチャネル内の流体のベースライン圧力を、5psigより大きく維持し、一方で、該制御チャネルに扶養される圧力を緩和して、該エラストマー膜を該フローチャネルの外に付勢する工程、
を包含する、方法。
【請求項25】
前記圧力が、前記制御チャネルに、ある体積の空気のフラックスの形態で付与され、その結果、前記フローチャネル内に維持される上昇した圧力が、該フローチャネル内の気泡の形成を減少させる、請求項24に記載の方法。
【請求項26】
前記エラストマー膜が、50Hz以上の周波数で、前記フローチャネルの内外に作動され得る、請求項24に記載の方法。
【請求項27】
前記フローチャネルが、閉回路を備え、そして前記エラストマー膜の作用が、約4Hzの周波数で、該閉回路に通して流体を流し得る、請求項24に記載の方法。
【請求項28】
膜タンパク質の可溶化を導く条件を同定する方法であって、該方法は、以下:
固体膜タンパク質を、ミクロ流体閉回路混合構造体に導入する工程;
両親媒性部分を、該ミクロ流体閉回路混合構造体に導入する工程;
該膜タンパク質および該両親媒性部分の混合物を、検出可能なリガンドに曝露する工程であって、得該検出可能なリガンドは、膜に折り畳まれる場合の該膜タンパク質の形態のみと結合するように構成されている、工程;ならびに
該リガンドを検出して、溶液中での該膜タンパク質の折り畳まれた形態を同定する工程、
を包含する、方法。
【請求項29】
前記混合物が、ミクロ流体閉回路混合構造体内で、前記検出可能なリガンドに曝露される、請求項28に記載の方法。
【請求項30】
前記混合物が、前記ミクロ流体閉回路混合構造体から流れを受け取るミクロ流体フローチャネル内で、前記検出可能なリガンドに曝露される、請求項28に記載の方法。
【請求項31】
前記タンパク質が、前記リガンドへの曝露の前にタグ化され;そして
該可溶性タグか膜タンパク質が、前記ミクロ流体フローチャネル内で、表面に結合する、
請求項30に記載の方法。
【請求項32】
2つの流体を混合する方法であって、以下:
第一の静止流体を配置する工程;
第二の流体を該第一の静止流体の近くに配置して、流体界面を形成する工程;
該第一の流体および第二の流体の対流を抑制し、その結果、該界面を横切る該第一の流体と第二の流体との間の混合が、実質的に拡散のみによって起こる、工程;
を包含する、方法。
【請求項33】
前記第一の流体および第二の流体の対流を抑制する工程が、前記界面における該第一の流体および第二の流体の一部分を、第一の次元に制限する工程を包含する、請求項32に記載の方法。
【請求項34】
前記第一の次元が、ミクロ流体チャネルの幅を含む、請求項33に記載の方法。
【請求項35】
前記対流が、前記チャネルの壁に存在する非スリップ層に起因して制限される、請求項34に記載の方法。
【請求項36】
前記第二の流体が、前記第一の流体と直接接触して配置される、請求項32に記載の方法。
【請求項37】
前記第一の流体が、前記フローチャネルの分枝内に配置される、請求項36に記載の方法。
【請求項38】
前記第一の流体が、対向圧力に起因して、前記分枝チャネル内で静止したままである、請求項37に記載の方法。
【請求項39】
前記分枝チャネルが、行き止まりを有する、請求項37に記載の方法。
【請求項40】
前記第一の流体が、閉鎖具の第一の側と接触して配置され;
前記第二の流体が、該閉鎖具の反対側と接触して配置され;そして
該閉鎖具が該チャネルから取り外されて、該流体界面を形成する、
請求項32に記載の方法。
【請求項41】
前記第一の流体および第二の流体が、ミクロ流体チャネル内に配置され;
前記閉鎖具が、該ミクロ流体チャネル内に存在するエラストマー膜を備え;そして
該エラストマー膜の一部分が、作動力に応答して該チャネルから偏向されることによって取り外される、
請求項40に記載の方法。
【請求項42】
前記ミクロ流体フローチャネルの幅が、該ミクロ流体フローチャネルをエラストマー材料に製造するために使用される鋳型の隆起特徴の幅によって規定される、請求項41に記載の方法。
【請求項43】
前記隆起特徴の幅が、フォトリソグラフィー技術を利用して規定される、請求項42に記載の方法。
【請求項44】
前記隆起特徴の幅が、線が配置されるべき領域の上のマスクをパターン付けすること、次いで、該マスクのいずれかの側の材料を除去することによって規定される、請求項42に記載の方法。
【請求項45】
前記ミクロ流体フローチャネルの幅が、エラストマー膜の層内に閉じ込められた犠牲材料の線の幅によって規定される、請求項41に記載の方法。
【請求項46】
前記犠牲材料の幅が、該犠牲材料の層を前記エラストマーの上に形成すること、および該犠牲材料を前記線のいずれかの側から除去することによって規定される、請求項45に記載の方法。
【請求項47】
前記第一の次元が、親水性経路の幅を含む、請求項33に記載の方法。
【請求項48】
前記親水性経路の幅が、親水性材料の沈着の間に露出される基板表面の領域の幅によって規定される、請求項47に記載の方法。
【請求項49】
前記親水性経路の幅が、親水性材料の沈着の間にマスクされる基板表面の領域の幅によって規定される、請求項47に記載の方法。
【請求項50】
2つの流体を混合する方法であって、以下:
全体積を有する第一の静止流体を提供する工程;
全体積を有する第二の静止流体を提供する工程;
該第一の静止流体の一部分を、該第二の静止流体の一部分と接触させて配置して、流体界面を形成する工程であって、その結果、該第一の流体および第二の流体の最小の体積が、該流体界面にすぐ沿って存在する、最も激しい濃度勾配に曝露される、工程、
を包含する、方法。
【請求項51】
前記界面に沿った、前記第一の流体および第二の流体の部分が、ミクロ流体フローチャネルの寸法によって制限される、請求項50に記載の方法。
【請求項52】
前記第一の流体が、第一のチャンバに入れられ、前記第二の流体が、第二のチャンバに入れられ、そして該第一のチャンバの断面積対該ミクロ流体フローチャネルの断面積の比が、500と25,000との間であるように、前記ミクロ流体フローチャネルが、該チャンバを接続している、請求項51に記載の方法。
【請求項53】
流体系の特性を決定する方法であって、以下:
標的を含有する第一の静止流体を配置する工程;
第二の静止流体を該第一の流体の近くに配置して、流体界面を形成する工程;
該第一の流体および第二の流体の対流を抑制する工程であって、その結果、混合が、該界面を横切って、拡散のみによって起こり、物理的特性を明らかにする、工程、
を包含する、方法。
【請求項54】
前記第一の流体および第二の流体が同じであり、そして別の流体中の前記標的の拡散係数が既知であり、その結果、該第一の流体および第二の流体の粘度が決定され得る、請求項53に記載の方法。
【請求項55】
前記第二の流体が、前記標的に結合することが既知である分析物を含有し、その結果、前記標的の濃度が、該標的の非存在下での該分析物の予測される拡散挙動からの該分析物の観察される拡散挙動の偏差から決定され得る、請求項53に記載の方法。
【請求項56】
前記標的に対する前記分析物の親和性が既知であり、そして該標的の濃度が、該標的の非存在下で予測される対応するプロフィールからの、該分析物の一時的な拡散プロフィールおよび空間的拡散プロフィールのうちの少なくとも1つの偏差によって決定され得る、請求項75に記載の方法。
【請求項57】
前記標的に対する前記分析物の親和性が既知であり、そして該標的の大きさが、該標的の非存在下で予測される対応するプロフィールからの、該分析物の一時的な拡散プロフィールおよび空間的拡散プロフィールのうちの少なくとも1つの偏差によって決定され得る、請求項55に記載の方法。
【請求項58】
前記分析物および標的の濃度が既知であり、そして該標的に対する該分析物の親和性が、該標的の非存在下で予測される対応するプロフィールからの、該分析物の一時的な拡散プロフィールおよび空間的拡散プロフィールのうちの少なくとも1つの偏差によって決定され得る、請求項55に記載の方法。
【請求項59】
前記第二の流体が、微生物を含有し、その結果、該微生物によって示される該標的に対する化学走性が分析され得る、請求項53に記載の方法。
【請求項60】
標的材料の特性を分析するための構造体であって、以下:
標的を含有する、ある体積の第一の静止流体を含むように構成された、第一の微小製造された領域;
該標的に結合することが既知である分析物を含有する、ある体積の第二の静止流体を含むように構成された、第二の微小製造された領域;
該体積の第一の流体を、フリーミクロ流体界面を横切って該体積の第二の流体と拡散連絡させて配置させるように作動可能な弁;および
該第一の微小さ製造された領域における該分析物の存在を検出するように構成された検出器、
を備える、構造体。
【請求項61】
前記第一の微小製造された領域が、第一のチャンバを備え、該第一のチャンバは、該第一のチャンバの次元に対して少なくとも1つの次元を制限された第一のチャネル部分と流体連絡しており;
前記第二の微小製造された領域が、第二のチャンバを備え、該第二のチャンバは、該第二のチャンバの次元に対して少なくとも1つの次元を制限された第二のチャネル部分と流体連絡しており;
前記弁が、該第一のチャネル部分と該第二のチャネル部分との間のチャネル内に偏向可能なエラストマー膜を備え;そして
前記検出器が、前記第一のチャンバ内の分析物の濃度の増加の速度を、経時的に検出するように構成されている、
請求項60に記載の構造体。
【請求項62】
前記第一の微小製造された領域が、少なくとも1つの次元を制限された第一の微小製造されたチャネル部分を備え;
前記第二の微小製造された領域が、少なくとも1つの次元を制限された第二の微小製造されたチャネル部分を備え;
前記弁が、該第一のチャネル部分と該第二のチャネル部分との間に微小製造されたチャネル内に偏向可能なエラストマー膜を備え;そして
前記検出器が、前記弁からの距離にわたって、前記第一のチャンバ内の該分析物の濃度を検出するように構成されている、
請求項60に記載の構造体。
【請求項63】
前記検出器が、蛍光、屈折率、非色分析、表面プラスモン共鳴、および伝導率のうちの少なくとも1つを検出するように構成されている、請求項60に記載の構造体。
【請求項64】
タンパク質サンプル中の低分子の濃度を減少させる方法であって、該方法は、以下:
該タンパク質サンプルを含有する第一の静止流体を、ミクロ流体チャネルに入れる工程;
低濃度の該低分子を有する第二の静止流体を、該第一の流体の近くに配置して、流体界面を形成する工程;
該第一の流体および第二の流体の対流を抑制する工程であって、その結果、該第一の静止流体からの該低分子が、拡散のみによって、該界面を横切って拡散し、該第一の静止流体中に存在する低分子の濃度を減少させる、工程、
を包含する、方法。
【請求項65】
リガンドと標的との間の反応を決定する方法であって、以下:
該リガンドを含有する第一の流体を、第一のチャンバに入れる工程;
該標的を含有する第二の流体を、第二のチャンバに入れる工程;
該第一のチャンバと第二のチャンバとを接続しているチャネル内において、該第一の流体と第二の流体との間のミクロ流体フリー界面を確立する工程;
該第一の流体と第二の流体との間の該ミクロ流体フリー界面を横切る拡散によって混合を起こさせる工程であって;その結果、該リガンドが該標的に結合し、そして該リガンドと該標的との間の反応性が、該標的の非存在下で予測される対応するプロフィールからの、一時的な拡散プロフィールおよび空間的拡散プロフィールのうちの少なくとも1つの偏差によって決定され得る、工程、
を包含する、方法。
【請求項66】
前記拡散プロフィールの偏差が、前記リガンド単独の拡散に対する、リガンド/標的の組み合わせの減少した拡散を反映する、請求項65に記載の方法。
【請求項67】
前記標的が、もとのリガンドに結合され;
前記リガンドが、競合物リガンドを表し;そして
前記拡散プロフィールの偏差が、該配置された元のリガンドの増強された拡散を反映し、そして該もとのリガンドの検出可能な物理特性によって明らかにされる、
請求項65に記載の方法。
【請求項68】
前記拡散プロフィールの偏差が、前記配置された元のリガンドからの蛍光信号の発光によって明らかにされる、請求項65に記載の方法。
【請求項69】
前記拡散プロフィールの偏差が、前記配置された元のリガンドからの蛍光信号のクエンチによって明らかにされる、請求項65に記載の方法。
【請求項70】
ある範囲の条件下で化学反応をサンプリングする方法であって、以下:
第一の反応物を含有する第一の流体と、第二の反応物を含有する第二の流体との間に、ミクロ流体フリー界面を形成する工程;
該第二の流体内への該第一の反応物の拡散を引き起こして、該第一の反応物の濃度勾配を作製する工程;および
該勾配に沿った種々の濃度での該第一の反応物と、第二の反応物との間の反応を観察する工程、
を包含する、方法。
【請求項71】
前記第二の反応物が、検出可能な生成物を生成するための反応を触媒する酵素を含有し;そして
前記第一の反応物が、該酵素のインヒビターを含有する、
請求項70に記載の方法。
【請求項72】
前記生成物が、蛍光、屈折率、比色分析、表面プラスモン共鳴、および導電率のうちの少なくとも1つをモニタリングすることによって検出される、請求項71に記載の方法。
【請求項73】
化学種の濃度勾配を作製する方法であって、以下:
該化学種を含有する第一の流体を配置する工程;
第二の静止流体を該第一の静止流体の近くに配置して、ミクロ流体フリー界面を形成する工程;
該第一の流体および第二の流体の対流を抑制する工程であって、その結果、該ミクロ流体フリー界面を横切る該第一の流体と第二の流体との間の混合が、実質的に拡散のみによって起こり、そして該化学酒の濃度勾配が作製される、工程、
を包含する、方法。
【請求項74】
前記第一の化学種が、前記第二の流体と流体連絡する細胞のための栄養を含有する、請求項73に記載の方法。
【請求項75】
第二の化学種を含有する第三の流体を、前記第二の流体の近くに配置して、第二のミクロ流体フリー界面を形成する工程;
該第二の流体および第三の流体の対流を抑制する工程であって、その結果、該第二のミクロ流体フリー界面を横切る該第二の流体と第三の流体との間の混合が、実質的に拡散のみによって起こり、そして該第二の化学種の第二の濃度勾配が、前記第一の化学種の濃度勾配に重ねられる、工程、
をさらに包含する、請求項73に記載の方法。
【請求項76】
前記第一の化学種の濃度勾配の方向が、前記第二の化学種の濃度勾配の方向と平行ではない、請求項75に記載の方法。
【請求項77】
前記第一の化学種の濃度勾配の方向が、前記第二の化学物質の濃度勾配に対しておよそ垂直であり、その結果、該第一の化学種の濃度条件および第二の化学種の濃度条件のアレイが作製される、請求項76に記載の方法。
【請求項78】
前記第一の化学種および第二の化学種の拡散が、浅いチャンバ内で起こる、請求項77に記載の方法。
【請求項79】
前記第一の化学種および第二の化学種の拡散が、直交して配向したミクロ流体フローチャネルのセットにおいて起こる、請求項77に記載の方法。
【請求項80】
薬物を被験体に導入する方法であって、以下:
該薬物を含有する第一の静止流体を、ミクロ流体デバイスに入れる工程;
該第一の静止流体と該被験体との間の該ミクロ流体デバイスに、第二の流体を入れる工程;
該第一の流体と該第二の流体との間に、ミクロ流体フリー界面を確立する工程であって、その結果、予め決定された量の該薬物が拡散して、予め決定された時間の後のみに該被験体に達する、工程、
を包含する、方法。
【請求項81】
前記被験体への前記薬物の拡散の時間が、該被験体と前記第一の流体との間に配置された前記ミクロ流体デバイス内のチャネルの寸法によって決定される、請求項80に記載の方法。
【請求項82】
化学反応の間の反応物の濃度を制御する方法であって、以下:
第一の反応物を含有する第一の静止流体を、ミクロ流体構造体に入れる工程;
該第一の静止流体の近くで、第二の流体を該ミクロ流体構造体に入れる工程であって、該第二の静止流体が、第二の反応物を含有する、工程;
該第一の流体と第二の流体との間に、ミクロ流体フリー界面を確立する工程;
該ミクロ流体フリー海面を横切る、該第一の流体と第二の流体との間での拡散を可能にして、該第一の反応物と第二の反応物との相対濃度を決定する工程、
を包含する、方法。
【請求項83】
明細書に記載の発明。
【請求項1】
装置であって、以下:
第一のエラストマー層に形成されたミクロ流体チャネルネットワークであって、該ミクロ流体チャネルネットワークは、接合部および試薬供給源と流体連絡する第一のセットの入口分枝、該接合部および緩衝剤供給源と流体連絡する第二のセットの入口分枝、ならびに該接合部および出口と流体連絡する混合構造体を備える、ミクロ流体フローチャネルネットワーク;
該第一のエラストマー層に隣接する第二のエラストマー層に形成された第一の制御チャネルネットワークであって、該第一の制御チャネルネットワークは、該第一の入口分枝セットに隣接して、選択試薬が該接合部に流れるように構成された第一のマルチプレクサ構造体を規定する、第一の制御チャネルネットワーク;ならびに
該第二のエラストマー層に形成された第二の制御チャネルネットワークであって、該第二の制御チャネルネットワークは、該第二の入口分枝セットに隣接して、選択緩衝剤の流れを該接合部に流すように構成された第二のマルチプレクサ構造体を規定する、第二の制御チャネルネットワーク、
を備える、装置。
【請求項2】
前記接合部が、ある距離によって分離された第一の地点および第二の地点で第一のフローチャネルと交差する、第二のフローチャネルを備える、請求項1に記載の装置。
【請求項3】
前記第一のフローチャネルが、該距離に沿って分枝している、請求項2に記載の装置。
【請求項4】
前記混合構造体が、前記接合部および前記出口から隔離されるように構成された閉回路を備える、請求項1に記載の装置。
【請求項5】
前記混合構造体が、実質的に円形の形状を有する、請求項1に記載の装置。
【請求項6】
前記フローチャネルネットワークが、前記混合構造体と流体連絡する注入器チャネルをさらに備える、請求項1に記載の装置。
【請求項7】
前記第二のエラストマー層が、少なくとも3つの制御チャネルを規定し、該少なくとも3つの制御チャネルは、前記フローチャネルネットワークの上に重なって、流体を前記第一の入口分枝セット、第二の入口分枝セット、および前記閉回路のうちの1つに通して流すように構成された蠕動ポンピング構造体を規定する、請求項1に記載の装置。
【請求項8】
サンプル貯蔵構造体をさらに備え、該サンプル貯蔵構造体は、前記出口と流体連絡しており、そして前記混合構造体からサンプルを保持するように構成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項9】
前記サンプル貯蔵構造体が、細長フローチャネルを備える、請求項8に記載の装置。
【請求項10】
前記細長フローチャネルが、行き止まりを有する、請求項9に記載の装置。
【請求項11】
前記細長フローチャネルの、前記入口の反対側の端部が、弁によって開閉される、請求項10に記載の装置。
【請求項12】
前記細長フローチャネルへの流体アクセスを支配するマルチプレクサ構造体をさらに備える、請求項11に記載の装置。
【請求項13】
前記貯蔵構造体が、フローチャネルの行および列によって接続される貯蔵容器のアレイを備える、請求項9に記載の装置。
【請求項14】
前記貯蔵容器のアレイが、弁付き接続チャネルを通して流体連絡する、対になった容器を備える、請求項13に記載の装置。
【請求項15】
結晶化を導く条件を同定する方法であって、以下:
第一の濃度で溶媒およびサンプルを含有する、第一の溶液を調製する工程;
該第一の溶液と、結晶化剤を含有する第二の溶液とを混合する工程;
該混合物において最初に固相が出現する第一の条件を記録する工程;
さらなる溶媒を該混合物に添加する工程;
該混合物において固相が消失する第二の条件を記録する工程;ならびに
該第一の条件と第二の条件との間のヒステリシスを同定する工程、
を包含する、方法。
【請求項16】
前記第一の条件および第二の条件が、サンプルおよび結晶化剤の濃度を規定する、請求項15に記載の方法。
【請求項17】
前記結晶化剤が、前記サンプルを含む閉回路ミクロ流体チャネルに導入され;そして
次いで、前記溶媒が、該閉回路ミクロ流体チャネルに導入される、
請求項15に記載の方法。
【請求項18】
前記結晶化剤および前記溶媒のうちの少なくとも一方が、エラストマーマクのポンピング作用によって導入される、請求項17に記載の方法。
【請求項19】
前記第一の条件および第二の条件が、前記サンプルおよび前記結晶化剤を含有するミクロ流体フローチャネルの光学問い合わせによって決定される、請求項15に記載の方法。
【請求項20】
エラストマーから微細製造される前記ミクロ流体構造体が、光学的に問い合わせられる、請求項15に記載の方法。
【請求項21】
結晶化を導く条件を同定する方法であって、以下:
結晶化剤がサンプルを含有する溶液と混合される際の光の散乱を検出する工程;
該検出された散乱光を、タンパク質結晶含有溶液に特徴的な既知の範囲の第二のビリアル係数で補正する工程、
を包含する、方法。
【請求項22】
前記結晶化剤が、サンプルを含有する閉回路ミクロ流体チャネルに流入する際に、前記散乱が決定される、請求項41に記載の方法。
【請求項23】
前記結晶化剤が、エラストマー膜の作用によって、前記閉回路ミクロ流体チャネル内にポンピングされる、請求項21に記載の方法。
【請求項24】
ミクロ流体デバイスを通る流れを制御する方法であって、以下:
流体をフローチャネルに入れる工程;
該フローチャネルに隣接し、かつ該フローチャネルから分離されている制御チャネルに、圧力を付与して、介在するエラストマー膜を該フローチャネル内に偏向させる工程;および
該フローチャネル内の流体のベースライン圧力を、5psigより大きく維持し、一方で、該制御チャネルに扶養される圧力を緩和して、該エラストマー膜を該フローチャネルの外に付勢する工程、
を包含する、方法。
【請求項25】
前記圧力が、前記制御チャネルに、ある体積の空気のフラックスの形態で付与され、その結果、前記フローチャネル内に維持される上昇した圧力が、該フローチャネル内の気泡の形成を減少させる、請求項24に記載の方法。
【請求項26】
前記エラストマー膜が、50Hz以上の周波数で、前記フローチャネルの内外に作動され得る、請求項24に記載の方法。
【請求項27】
前記フローチャネルが、閉回路を備え、そして前記エラストマー膜の作用が、約4Hzの周波数で、該閉回路に通して流体を流し得る、請求項24に記載の方法。
【請求項28】
膜タンパク質の可溶化を導く条件を同定する方法であって、該方法は、以下:
固体膜タンパク質を、ミクロ流体閉回路混合構造体に導入する工程;
両親媒性部分を、該ミクロ流体閉回路混合構造体に導入する工程;
該膜タンパク質および該両親媒性部分の混合物を、検出可能なリガンドに曝露する工程であって、得該検出可能なリガンドは、膜に折り畳まれる場合の該膜タンパク質の形態のみと結合するように構成されている、工程;ならびに
該リガンドを検出して、溶液中での該膜タンパク質の折り畳まれた形態を同定する工程、
を包含する、方法。
【請求項29】
前記混合物が、ミクロ流体閉回路混合構造体内で、前記検出可能なリガンドに曝露される、請求項28に記載の方法。
【請求項30】
前記混合物が、前記ミクロ流体閉回路混合構造体から流れを受け取るミクロ流体フローチャネル内で、前記検出可能なリガンドに曝露される、請求項28に記載の方法。
【請求項31】
前記タンパク質が、前記リガンドへの曝露の前にタグ化され;そして
該可溶性タグか膜タンパク質が、前記ミクロ流体フローチャネル内で、表面に結合する、
請求項30に記載の方法。
【請求項32】
2つの流体を混合する方法であって、以下:
第一の静止流体を配置する工程;
第二の流体を該第一の静止流体の近くに配置して、流体界面を形成する工程;
該第一の流体および第二の流体の対流を抑制し、その結果、該界面を横切る該第一の流体と第二の流体との間の混合が、実質的に拡散のみによって起こる、工程;
を包含する、方法。
【請求項33】
前記第一の流体および第二の流体の対流を抑制する工程が、前記界面における該第一の流体および第二の流体の一部分を、第一の次元に制限する工程を包含する、請求項32に記載の方法。
【請求項34】
前記第一の次元が、ミクロ流体チャネルの幅を含む、請求項33に記載の方法。
【請求項35】
前記対流が、前記チャネルの壁に存在する非スリップ層に起因して制限される、請求項34に記載の方法。
【請求項36】
前記第二の流体が、前記第一の流体と直接接触して配置される、請求項32に記載の方法。
【請求項37】
前記第一の流体が、前記フローチャネルの分枝内に配置される、請求項36に記載の方法。
【請求項38】
前記第一の流体が、対向圧力に起因して、前記分枝チャネル内で静止したままである、請求項37に記載の方法。
【請求項39】
前記分枝チャネルが、行き止まりを有する、請求項37に記載の方法。
【請求項40】
前記第一の流体が、閉鎖具の第一の側と接触して配置され;
前記第二の流体が、該閉鎖具の反対側と接触して配置され;そして
該閉鎖具が該チャネルから取り外されて、該流体界面を形成する、
請求項32に記載の方法。
【請求項41】
前記第一の流体および第二の流体が、ミクロ流体チャネル内に配置され;
前記閉鎖具が、該ミクロ流体チャネル内に存在するエラストマー膜を備え;そして
該エラストマー膜の一部分が、作動力に応答して該チャネルから偏向されることによって取り外される、
請求項40に記載の方法。
【請求項42】
前記ミクロ流体フローチャネルの幅が、該ミクロ流体フローチャネルをエラストマー材料に製造するために使用される鋳型の隆起特徴の幅によって規定される、請求項41に記載の方法。
【請求項43】
前記隆起特徴の幅が、フォトリソグラフィー技術を利用して規定される、請求項42に記載の方法。
【請求項44】
前記隆起特徴の幅が、線が配置されるべき領域の上のマスクをパターン付けすること、次いで、該マスクのいずれかの側の材料を除去することによって規定される、請求項42に記載の方法。
【請求項45】
前記ミクロ流体フローチャネルの幅が、エラストマー膜の層内に閉じ込められた犠牲材料の線の幅によって規定される、請求項41に記載の方法。
【請求項46】
前記犠牲材料の幅が、該犠牲材料の層を前記エラストマーの上に形成すること、および該犠牲材料を前記線のいずれかの側から除去することによって規定される、請求項45に記載の方法。
【請求項47】
前記第一の次元が、親水性経路の幅を含む、請求項33に記載の方法。
【請求項48】
前記親水性経路の幅が、親水性材料の沈着の間に露出される基板表面の領域の幅によって規定される、請求項47に記載の方法。
【請求項49】
前記親水性経路の幅が、親水性材料の沈着の間にマスクされる基板表面の領域の幅によって規定される、請求項47に記載の方法。
【請求項50】
2つの流体を混合する方法であって、以下:
全体積を有する第一の静止流体を提供する工程;
全体積を有する第二の静止流体を提供する工程;
該第一の静止流体の一部分を、該第二の静止流体の一部分と接触させて配置して、流体界面を形成する工程であって、その結果、該第一の流体および第二の流体の最小の体積が、該流体界面にすぐ沿って存在する、最も激しい濃度勾配に曝露される、工程、
を包含する、方法。
【請求項51】
前記界面に沿った、前記第一の流体および第二の流体の部分が、ミクロ流体フローチャネルの寸法によって制限される、請求項50に記載の方法。
【請求項52】
前記第一の流体が、第一のチャンバに入れられ、前記第二の流体が、第二のチャンバに入れられ、そして該第一のチャンバの断面積対該ミクロ流体フローチャネルの断面積の比が、500と25,000との間であるように、前記ミクロ流体フローチャネルが、該チャンバを接続している、請求項51に記載の方法。
【請求項53】
流体系の特性を決定する方法であって、以下:
標的を含有する第一の静止流体を配置する工程;
第二の静止流体を該第一の流体の近くに配置して、流体界面を形成する工程;
該第一の流体および第二の流体の対流を抑制する工程であって、その結果、混合が、該界面を横切って、拡散のみによって起こり、物理的特性を明らかにする、工程、
を包含する、方法。
【請求項54】
前記第一の流体および第二の流体が同じであり、そして別の流体中の前記標的の拡散係数が既知であり、その結果、該第一の流体および第二の流体の粘度が決定され得る、請求項53に記載の方法。
【請求項55】
前記第二の流体が、前記標的に結合することが既知である分析物を含有し、その結果、前記標的の濃度が、該標的の非存在下での該分析物の予測される拡散挙動からの該分析物の観察される拡散挙動の偏差から決定され得る、請求項53に記載の方法。
【請求項56】
前記標的に対する前記分析物の親和性が既知であり、そして該標的の濃度が、該標的の非存在下で予測される対応するプロフィールからの、該分析物の一時的な拡散プロフィールおよび空間的拡散プロフィールのうちの少なくとも1つの偏差によって決定され得る、請求項75に記載の方法。
【請求項57】
前記標的に対する前記分析物の親和性が既知であり、そして該標的の大きさが、該標的の非存在下で予測される対応するプロフィールからの、該分析物の一時的な拡散プロフィールおよび空間的拡散プロフィールのうちの少なくとも1つの偏差によって決定され得る、請求項55に記載の方法。
【請求項58】
前記分析物および標的の濃度が既知であり、そして該標的に対する該分析物の親和性が、該標的の非存在下で予測される対応するプロフィールからの、該分析物の一時的な拡散プロフィールおよび空間的拡散プロフィールのうちの少なくとも1つの偏差によって決定され得る、請求項55に記載の方法。
【請求項59】
前記第二の流体が、微生物を含有し、その結果、該微生物によって示される該標的に対する化学走性が分析され得る、請求項53に記載の方法。
【請求項60】
標的材料の特性を分析するための構造体であって、以下:
標的を含有する、ある体積の第一の静止流体を含むように構成された、第一の微小製造された領域;
該標的に結合することが既知である分析物を含有する、ある体積の第二の静止流体を含むように構成された、第二の微小製造された領域;
該体積の第一の流体を、フリーミクロ流体界面を横切って該体積の第二の流体と拡散連絡させて配置させるように作動可能な弁;および
該第一の微小さ製造された領域における該分析物の存在を検出するように構成された検出器、
を備える、構造体。
【請求項61】
前記第一の微小製造された領域が、第一のチャンバを備え、該第一のチャンバは、該第一のチャンバの次元に対して少なくとも1つの次元を制限された第一のチャネル部分と流体連絡しており;
前記第二の微小製造された領域が、第二のチャンバを備え、該第二のチャンバは、該第二のチャンバの次元に対して少なくとも1つの次元を制限された第二のチャネル部分と流体連絡しており;
前記弁が、該第一のチャネル部分と該第二のチャネル部分との間のチャネル内に偏向可能なエラストマー膜を備え;そして
前記検出器が、前記第一のチャンバ内の分析物の濃度の増加の速度を、経時的に検出するように構成されている、
請求項60に記載の構造体。
【請求項62】
前記第一の微小製造された領域が、少なくとも1つの次元を制限された第一の微小製造されたチャネル部分を備え;
前記第二の微小製造された領域が、少なくとも1つの次元を制限された第二の微小製造されたチャネル部分を備え;
前記弁が、該第一のチャネル部分と該第二のチャネル部分との間に微小製造されたチャネル内に偏向可能なエラストマー膜を備え;そして
前記検出器が、前記弁からの距離にわたって、前記第一のチャンバ内の該分析物の濃度を検出するように構成されている、
請求項60に記載の構造体。
【請求項63】
前記検出器が、蛍光、屈折率、非色分析、表面プラスモン共鳴、および伝導率のうちの少なくとも1つを検出するように構成されている、請求項60に記載の構造体。
【請求項64】
タンパク質サンプル中の低分子の濃度を減少させる方法であって、該方法は、以下:
該タンパク質サンプルを含有する第一の静止流体を、ミクロ流体チャネルに入れる工程;
低濃度の該低分子を有する第二の静止流体を、該第一の流体の近くに配置して、流体界面を形成する工程;
該第一の流体および第二の流体の対流を抑制する工程であって、その結果、該第一の静止流体からの該低分子が、拡散のみによって、該界面を横切って拡散し、該第一の静止流体中に存在する低分子の濃度を減少させる、工程、
を包含する、方法。
【請求項65】
リガンドと標的との間の反応を決定する方法であって、以下:
該リガンドを含有する第一の流体を、第一のチャンバに入れる工程;
該標的を含有する第二の流体を、第二のチャンバに入れる工程;
該第一のチャンバと第二のチャンバとを接続しているチャネル内において、該第一の流体と第二の流体との間のミクロ流体フリー界面を確立する工程;
該第一の流体と第二の流体との間の該ミクロ流体フリー界面を横切る拡散によって混合を起こさせる工程であって;その結果、該リガンドが該標的に結合し、そして該リガンドと該標的との間の反応性が、該標的の非存在下で予測される対応するプロフィールからの、一時的な拡散プロフィールおよび空間的拡散プロフィールのうちの少なくとも1つの偏差によって決定され得る、工程、
を包含する、方法。
【請求項66】
前記拡散プロフィールの偏差が、前記リガンド単独の拡散に対する、リガンド/標的の組み合わせの減少した拡散を反映する、請求項65に記載の方法。
【請求項67】
前記標的が、もとのリガンドに結合され;
前記リガンドが、競合物リガンドを表し;そして
前記拡散プロフィールの偏差が、該配置された元のリガンドの増強された拡散を反映し、そして該もとのリガンドの検出可能な物理特性によって明らかにされる、
請求項65に記載の方法。
【請求項68】
前記拡散プロフィールの偏差が、前記配置された元のリガンドからの蛍光信号の発光によって明らかにされる、請求項65に記載の方法。
【請求項69】
前記拡散プロフィールの偏差が、前記配置された元のリガンドからの蛍光信号のクエンチによって明らかにされる、請求項65に記載の方法。
【請求項70】
ある範囲の条件下で化学反応をサンプリングする方法であって、以下:
第一の反応物を含有する第一の流体と、第二の反応物を含有する第二の流体との間に、ミクロ流体フリー界面を形成する工程;
該第二の流体内への該第一の反応物の拡散を引き起こして、該第一の反応物の濃度勾配を作製する工程;および
該勾配に沿った種々の濃度での該第一の反応物と、第二の反応物との間の反応を観察する工程、
を包含する、方法。
【請求項71】
前記第二の反応物が、検出可能な生成物を生成するための反応を触媒する酵素を含有し;そして
前記第一の反応物が、該酵素のインヒビターを含有する、
請求項70に記載の方法。
【請求項72】
前記生成物が、蛍光、屈折率、比色分析、表面プラスモン共鳴、および導電率のうちの少なくとも1つをモニタリングすることによって検出される、請求項71に記載の方法。
【請求項73】
化学種の濃度勾配を作製する方法であって、以下:
該化学種を含有する第一の流体を配置する工程;
第二の静止流体を該第一の静止流体の近くに配置して、ミクロ流体フリー界面を形成する工程;
該第一の流体および第二の流体の対流を抑制する工程であって、その結果、該ミクロ流体フリー界面を横切る該第一の流体と第二の流体との間の混合が、実質的に拡散のみによって起こり、そして該化学酒の濃度勾配が作製される、工程、
を包含する、方法。
【請求項74】
前記第一の化学種が、前記第二の流体と流体連絡する細胞のための栄養を含有する、請求項73に記載の方法。
【請求項75】
第二の化学種を含有する第三の流体を、前記第二の流体の近くに配置して、第二のミクロ流体フリー界面を形成する工程;
該第二の流体および第三の流体の対流を抑制する工程であって、その結果、該第二のミクロ流体フリー界面を横切る該第二の流体と第三の流体との間の混合が、実質的に拡散のみによって起こり、そして該第二の化学種の第二の濃度勾配が、前記第一の化学種の濃度勾配に重ねられる、工程、
をさらに包含する、請求項73に記載の方法。
【請求項76】
前記第一の化学種の濃度勾配の方向が、前記第二の化学種の濃度勾配の方向と平行ではない、請求項75に記載の方法。
【請求項77】
前記第一の化学種の濃度勾配の方向が、前記第二の化学物質の濃度勾配に対しておよそ垂直であり、その結果、該第一の化学種の濃度条件および第二の化学種の濃度条件のアレイが作製される、請求項76に記載の方法。
【請求項78】
前記第一の化学種および第二の化学種の拡散が、浅いチャンバ内で起こる、請求項77に記載の方法。
【請求項79】
前記第一の化学種および第二の化学種の拡散が、直交して配向したミクロ流体フローチャネルのセットにおいて起こる、請求項77に記載の方法。
【請求項80】
薬物を被験体に導入する方法であって、以下:
該薬物を含有する第一の静止流体を、ミクロ流体デバイスに入れる工程;
該第一の静止流体と該被験体との間の該ミクロ流体デバイスに、第二の流体を入れる工程;
該第一の流体と該第二の流体との間に、ミクロ流体フリー界面を確立する工程であって、その結果、予め決定された量の該薬物が拡散して、予め決定された時間の後のみに該被験体に達する、工程、
を包含する、方法。
【請求項81】
前記被験体への前記薬物の拡散の時間が、該被験体と前記第一の流体との間に配置された前記ミクロ流体デバイス内のチャネルの寸法によって決定される、請求項80に記載の方法。
【請求項82】
化学反応の間の反応物の濃度を制御する方法であって、以下:
第一の反応物を含有する第一の静止流体を、ミクロ流体構造体に入れる工程;
該第一の静止流体の近くで、第二の流体を該ミクロ流体構造体に入れる工程であって、該第二の静止流体が、第二の反応物を含有する、工程;
該第一の流体と第二の流体との間に、ミクロ流体フリー界面を確立する工程;
該ミクロ流体フリー海面を横切る、該第一の流体と第二の流体との間での拡散を可能にして、該第一の反応物と第二の反応物との相対濃度を決定する工程、
を包含する、方法。
【請求項83】
明細書に記載の発明。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図7G】
【図7H】
【図8A】
【図8B】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図20A】
【図20B】
【図20C】
【図20D】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図38A】
【図38B】
【図39】
【図40A】
【図40B】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45B】
【図45C】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図52】
【図53】
【図54A】
【図54C】
【図54D】
【図58】
【図58D】
【図59】
【図60】
【図61】
【図61E】
【図62A】
【図62B】
【図63A】
【図64】
【図65】
【図66】
【図67】
【図9】
【図14】
【図18】
【図19】
【図29】
【図30】
【図37】
【図45A】
【図51】
【図54B】
【図55】
【図56】
【図57】
【図63B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図7G】
【図7H】
【図8A】
【図8B】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図20A】
【図20B】
【図20C】
【図20D】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図38A】
【図38B】
【図39】
【図40A】
【図40B】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45B】
【図45C】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図52】
【図53】
【図54A】
【図54C】
【図54D】
【図58】
【図58D】
【図59】
【図60】
【図61】
【図61E】
【図62A】
【図62B】
【図63A】
【図64】
【図65】
【図66】
【図67】
【図9】
【図14】
【図18】
【図19】
【図29】
【図30】
【図37】
【図45A】
【図51】
【図54B】
【図55】
【図56】
【図57】
【図63B】
【公開番号】特開2009−166041(P2009−166041A)
【公開日】平成21年7月30日(2009.7.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−105747(P2009−105747)
【出願日】平成21年4月23日(2009.4.23)
【分割の表示】特願2005−516928(P2005−516928)の分割
【原出願日】平成15年10月1日(2003.10.1)
【出願人】(504315831)カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー (11)
【出願人】(592130699)ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア (364)
【氏名又は名称原語表記】The Regents of The University of California
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年7月30日(2009.7.30)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年4月23日(2009.4.23)
【分割の表示】特願2005−516928(P2005−516928)の分割
【原出願日】平成15年10月1日(2003.10.1)
【出願人】(504315831)カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー (11)
【出願人】(592130699)ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア (364)
【氏名又は名称原語表記】The Regents of The University of California
【Fターム(参考)】
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