本発明は、生物学的アッセイ、化学的アッセイ、および診断的なアッセイを実行するために有用である新規な微小流体基材および方法を提供する。この基材は、連続するチャネルが非混和流体の流れを提供するように一体型で配置されている、電気的にアドレス可能な、チャネルを有する複数の流体モジュールを備え得る。本発明の基材は、例えば、以下を含み得る：（ｉ）少なくとも１つの分散相流体を運ぶように適合されている少なくとも１つの入口チャネルを備えた少なくとも１つの入口モジュール、（ｉｉ）少なくとも１つの連続相流体を運ぶように適合されている少なくとも１つの主チャネル。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小流体基材であって：
ａ）少なくとも１つの分散相流体を運ぶように適合されている少なくとも１つの入口チャネルを備えた少なくとも１つの入口モジュール；および
ｂ）少なくとも１つの連続相流体を運ぶように適合されている少なくとも１つの主チャネルであって、該入口チャネルが連結部において該主チャネルと流体連通され、該連結部は、該分散相流体が該連続相流体と非混和性であり、かつ該連続相流体中で複数の高度に均一な単分散液滴を形成するように、フローフォーカシングのために設計された流体ノズルを備える、主チャネル；
を備える、微小流体基材。
【請求項２】
前記入口モジュールが、前記入口チャネルにサンプル流体を導入するための手段に、該入口チャネルを接続するための少なくとも１つの自己整合流体相互接続装置をさらに備え、該装置は、前記微小流体基材とサンプルを導入するための該手段の間に放射状シールを形成する、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項３】
前記手段がウェルまたはリザーバである、請求項２に記載の微小流体基材。
【請求項４】
前記入口モジュールの下流にあり、かつ該入口モジュールと、合流装置を備える前記主チャネルを介して流体連通している少なくとも１つの合流モジュールをさらに備え、ここで、そこを通過する２つ以上の液滴が合流してナノリアクターを形成する、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項５】
前記合流装置が、電場を生成する１つ以上の電極を備える、請求項４に記載の微小流体基材。
【請求項６】
前記電極が、１つ以上のチャネルに一体型で収容されており、かつ前記入口チャネルおよび前記主チャネルから単離されている導電性材料を含む、請求項５に記載の微小流体基材。
【請求項７】
前記合流モジュールが、前記電極間の主チャネルの拡張部分を備えて、連続する液滴を近接させ、それによって、対の液滴を前記電場の中で合流させる、請求項４に記載の微小流体基材。
【請求項８】
前記合流モジュールが、液滴を前記主チャネルの中心に集めるための該主チャネルの狭窄部分、続いて連続する液滴を近接させるための前記電極間の主チャネルの拡張部分を備え、それによって、対の液滴を前記電場の中で合流させる、請求項４に記載の微小流体基材。
【請求項９】
前記基材が、前記合流モジュールの下流にあり、かつこれと流体連通している少なくとも１つの検出モジュールをさらに備え、該検出モジュールは、液滴またはナノリアクターの内容物または特徴を評価するための検出装置を備える、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項１０】
前記検出装置が光学的検出器または電気的検出器を備える、請求項９に記載の微小流体基材。
【請求項１１】
前記基材が、前記検出モジュールと近接しており、かつ該検出モジュールと流体連通している分別モジュールをさらに備え、該分別モジュールは、該検出モジュール中で評価された液滴またはナノリアクターの内容物または特徴に応答して、該液滴またはナノリアクターを収集モジュールの中にまたは収集モジュールから離れて方向付けるように適合された分別装置を備えている、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項１２】
前記分別装置が電場を生成する１つ以上の電極を備える、請求項１１に記載の微小流体基材。
【請求項１３】
前記電極が、１つ以上のチャネルに一体型で収容されており、前記入口チャネルおよび前記主チャネルから単離されている導電性材料を含む、請求項１２に記載の微小流体基材。
【請求項１４】
前記入口チャネルおよび前記主チャネルが前記分散相のための濡れ防止剤またはブロッキング剤でコートされている、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項１５】
前記チャネルが、シリカプライマー層、続いて、パーフルオロアルキルアルキルシラン化合物、アモルファス溶解性パーフルオロポリマー、ＢＳＡ、ＰＥＧ−シラン、またはフルオロシランでコートされている、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項１６】
前記チャネルが、シリカプライマー層、続いて、パーフルオロアルキルアルキルシラン化合物でコートされている、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項１７】
前記分別モジュール中のチャネルが非対称分岐ジオメトリーを含む、請求項１１に記載の微小流体基材。
【請求項１８】
前記分別モジュール中のチャネルが非対称フロージオメトリーを含む、請求項１１に記載の微小流体基材。
【請求項１９】
前記チャネルが、液滴の内容物を遅延、停止、または反応させるためにウェル様のくぼみを備える、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項２０】
前記基材が、前記入口モジュールの下流の主チャネルと流体連通している遅延モジュールをさらに備える、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項２１】
前記遅延モジュールが遅延ラインである、請求項２０に記載の微小流体基材。
【請求項２２】
前記遅延モジュールが加熱領域および冷却領域をさらに備える、請求項２０に記載の微小流体基材。
【請求項２３】
前記基材が、前記入口モジュールの下流の主チャネルと流体連通している混合モジュールをさらに備える、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項２４】
前記基材が、前記入口モジュールの下流の主チャネルと流体連通しているＵＶ放出モジュールをさらに備える、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項２５】
前記基材が、該基材からのサンプルを保存するための手段に接続されている収集モジュールをさらに備える、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項２６】
前記手段がウェルまたはリザーバである、請求項２５に記載の微小流体基材。
【請求項２７】
前記基材が、該基材から廃棄されたサンプルを収集するための手段に接続されている廃棄モジュールをさらに備える、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項２８】
前記手段がウェルまたはリザーバである、請求項２７に記載の微小流体基材。
【請求項２９】
前記連続相が非極性溶媒である、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項３０】
前記連続相がフルオロカーボンオイルである、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項３１】
前記連続相が１種以上の添加物をさらに含む、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項３２】
前記添加物がフッ素系界面活性剤である、請求項３１に記載の微小流体基材。
【請求項３３】
前記フッ素系界面活性剤がパーフルオロ化ポリエーテルである、請求項３２に記載の微小流体基材。
【請求項３４】
前記フッ素系界面活性剤が前記液滴を安定化する、請求項３２に記載の微小流体基材。
【請求項３５】
前記分散相が液滴のライブラリーを含む、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項３６】
前記液滴のライブラリーが生物学的／化学的物質を含む、請求項３５に記載の微小流体基材。
【請求項３７】
前記生物学的／化学的物質が、組織、細胞、粒子、タンパク質、抗体、アミノ酸、ヌクレオチド、小分子、および医薬からなる群より選択される、請求項３６に記載の微小流体基材。
【請求項３８】
前記生物学的／化学的物質が標識を含む、請求項３６に記載の微小流体基材。
【請求項３９】
前記液滴のライブラリーが標識を含む、請求項３５に記載の微小流体基材。
【請求項４０】
前記標識が、タンパク質、ＤＮＡタグ、色素、量子ドット、高周波同定タグである、請求項３８に記載の微小流体基材。
【請求項４１】
前記標識が、粘度の変化、不透明度の変化、体積の変化、密度の変化、ｐＨの変化、温度の変化、誘電率の変化、伝導率の変化、前記液滴中に存在するビーズの量の変化、該液滴中の綿状沈殿の量の変化、該液滴中の選択した溶媒の量の変化、または該液滴中の任意の測定可能な実体の量の変化、またはこれらの組み合わせである、請求項３９に記載の微小流体基材。
【請求項４２】
前記標識が、蛍光偏光、蛍光強度、蛍光寿命、蛍光エネルギー移動、ｐＨ、イオン含量、温度、またはこれらの組み合わせによって検出可能である、請求項３８に記載の微小流体基材。
【請求項４３】
前記分散相流体の流れおよび前記連続相流体の流れが圧力によって駆動される、請求項１に記載の微小流体基材。
【請求項４４】
合流される液滴が電荷を有さない、請求項４に記載の微小流体基材。
【請求項４５】
分別されるナノリアクターが電荷を有さない、請求項１１に記載の微小流体基材。
【請求項４６】
微小流体基材であって：
ａ）少なくとも１つの分散相流体を運ぶように適合されている少なくとも１つの入口チャネルを備えた少なくとも１つの入口モジュール；
ｂ）少なくとも１つの連続相流体を運ぶように適合されている少なくとも１つの主チャネルであって、該入口チャネルが連結部において該主チャネルと流体連通され、該連結部は、該分散相流体が該連続相流体と非混和性であり、かつ該連続相流体中で複数の高度に均一な単分散液滴を形成するように、フローフォーカシングのために設計された流体ノズルを備える、主チャネル；
ｃ）該入口モジュールの下流にある少なくとも１つのナノリアクター分割モジュールであって、該主チャネルが少なくとも２つの分割チャネルに分割され、ナノリアクターが少なくとも２つの娘ナノリアクターに分けられる、ナノリアクター分割モジュール；
ｄ）少なくとも１つの第２の分散相流体を運ぶように適合されている少なくとも１つの第２の入口チャネルであって、該入口チャネルが連結部において少なくとも１つの該分割チャネルと流体連通され、該連結部は、該第２の分散相流体が該連続相流体と非混和性でありかつ該連続相流体中で複数の高度に均一な単分散液滴を形成するように、フローフォーカシングのために設計された流体ノズルを備える、第２の入口チャネル；
ｅ）該入口モジュールの下流にあり、かつ該入口モジュールと、合流装置を備える該主チャネルを介して流体連通している少なくとも１つの合流モジュールであって、ここでそこを通過する工程（ｂ）からの少なくとも１つの液滴および工程（ｄ）からの少なくとも１つの液滴が合流する、合流モジュール；
ｆ）該分割チャネルからの娘ナノリアクターが近接して再順序付けられるが、合流されないような、該分割モジュールの下流の少なくとも１つの再順序付けモジュール；
ｇ）該再順序付けモジュールの下流の少なくとも１つの検出モジュールであって、該検出モジュールが、近接したナノリアクターまたは液滴の少なくとも１つの内容物または特徴を評価するための検出装置を備える、検出モジュール；
を備える、微小流体基材。
【請求項４７】
前記検出モジュールと近接し、かつ該検出モジュールと流体連通している分別モジュールをさらに備え、該分別モジュールが、該検出モジュール中で評価された液滴またはナノリアクターの内容物または特徴に応答して、該液滴またはナノリアクターを収集モジュールの中にまたは収集モジュールから離れて方向付けるように適合された分別装置を備えている、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記検出モジュールが、近接した２つのナノリアクターまたは液滴の内容物を評価し、前記分別モジュールが、該検出モジュール中で評価された液滴またはナノリアクターの内容物または特徴の比率に応答して、該液滴またはナノリアクターを収集モジュールの中にまたは収集モジュールから離れて方向付ける、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
微小流体基材であって、以下のプロセス：
ａ）平らな表面を含む基板を提供する工程；
ｂ）微小流体基材のチャネルおよび電極のパターンを含むマスターを提供する工程；
ｃ）エラストマー基材を成型するための開口部を備える成型キャビティーを提供する工程；
ｄ）該マスターが該基板と該成型キャビティーの間に配置され、該マスターのパターンが、エラストマー基材を成型するために該開口部の直下に配置されかつ該開口部に対して整列されるように、該基板、該マスター、および該成型キャビティーを組み立てる工程；
ｅ）１つ以上の流体および／または電気による相互接続を形成するために使用される１つ以上のスライド成型ピンを備える上端板を提供する工程；
ｆ）該スライド成型ピンが該マスター上のチャネルおよび電極のパターン上の点に接触するように、該上端版を工程ｄに記載の成型キャビティー上に組み立てる工程；
ｇ）該マスターと接触するように、液体エラストマーポリマーを該成型キャビティー上の開口部に導入する工程；
ｈ）該成型キャビティー中で該エラストマーポリマーを固化させる工程；
ｉ）該上端板、底板、および該成型キャビティーのアセンブリから、固化したエラストマーポリマー基材を取り出す工程；ならびに
ｊ）該固化したエラストマーポリマー基材を、適合可能なポリマー性媒体または非ポリマー性媒体に結合させる工程；
よって製造され、それによって流体の相互接続および／または電気的な相互接続を有する微小流体基材を形成する、微小流体基材。
【請求項５０】
前記スライド成型ピンがエラストマースリーブによって囲まれている、請求項４９に記載の上端板。
【請求項５１】
前記マスターがフォトリソグラフィーによって生成される、請求項４９に記載の微小流体基材。
【請求項５２】
前記マスターがフォトリソグラフィーによって生成され、耐久性金属マスターに転換される、請求項４９に記載の微小流体基材。
【請求項５３】
前記マスターが微細加工によって生成される、請求項４９に記載の微小流体基材。
【請求項５４】
前記マスターが、光造形法などのラピッドプロトタイピング法によって生成される、請求項４９に記載の微小流体基材。
【請求項５５】
前記マスターが、フォトレジストでパターン化されたケイ素またはガラス基材である、請求項４９に記載の微小流体基材。
【請求項５６】
前記マスターが、ＳＵ−８でパターン化されたケイ素またはガラス基材である、請求項４９に記載の微小流体基材。
【請求項５７】
前記エラストマーポリマーがシリコーンエラストマーポリマーである、請求項４９に記載の微小流体基材。
【請求項５８】
前記シリコーンエラストマーポリマーがポリジメチルシロキサンである、請求項５７に記載の微小流体基材。
【請求項５９】
前記エラストマーポリマーが硬化によって固化される、請求項４９に記載の微小流体基材。
【請求項６０】
前記エラストマーポリマーが、高強度酸素または空気プラズマで処理されて、前記適合可能なポリマー性媒体または非ポリマー性媒体への結合を可能にする、請求項４９に記載の微小流体基材。
【請求項６１】
前記ポリマー性媒体および非ポリマー性媒体が、ガラス、ケイ素、酸化ケイ素、石英、窒化ケイ素、ポリエチレン、ポリスチレン、ガラス状炭素、またはエポキシポリマーである、請求項４９に記載の微小流体基材。
【請求項６２】
微小流体基材を製造する方法であって、以下の工程：
ａ）平らな表面を含む基板を提供する工程；
ｂ）微小流体基材のチャネルおよび電極のパターンを含むマスターを提供する工程；
ｃ）エラストマー基材を成型するための開口部を備える成型キャビティーを提供する工程；
ｄ）該マスターが該基板と該成型キャビティーの間に配置され、該マスターのパターンが、エラストマー基材を成型するために該開口部の直下に配置されかつ該開口部に対して整列されるように、該基板、該マスター、および該成型キャビティーを組み立てる工程；
ｅ）１つ以上の流体の相互接続および／または電気による相互接続を形成するために使用される１つ以上のスライド成型ピンを備える上端板を提供する工程；
ｆ）該スライド成型ピンが該マスター上のチャネルおよび電極のパターン上の点に接触するように、該上端版を工程ｄの成型キャビティー上に組み立てる工程；
ｇ）該マスターと接触するように、液体エラストマーポリマーを該成型キャビティー上の開口部に導入する工程；
ｈ）該成型キャビティー中で該エラストマーポリマーを固化させる工程；
ｉ）該上端板、底板、および該成型キャビティーのアセンブリから固化したエラストマーポリマー基材を取り出す工程；ならびに
ｊ）該固化したエラストマーポリマー基材を、適合可能なポリマー性媒体または非ポリマー性媒体に結合させる工程；
を包含し、それによって流体の相互接続および／または電気的な相互接続を有する微小流体基材を形成する、方法。
【請求項６３】
前記スライド成型ピンがエラストマースリーブによって囲まれている、請求項６２に記載の上端板。
【請求項６４】
前記マスターがフォトリソグラフィーによって生成される、請求項６２に記載の微小流体基材。
【請求項６５】
前記マスターがフォトリソグラフィーによって生成され、耐久性金属マスターに転換される、請求項６２に記載の微小流体基材。
【請求項６６】
前記マスターが微細加工によって生成される、請求項６２に記載の微小流体基材。
【請求項６７】
前記マスターが、光造形法などのラピッドプロトタイピング法によって生成される、請求項６２に記載の微小流体基材。
【請求項６８】
前記マスターが、フォトレジストでパターン化されたケイ素またはガラス基材である、請求項６２に記載の微小流体基材。
【請求項６９】
前記マスターが、ＳＵ−８でパターン化されたケイ素またはガラス基材である、請求項６２に記載の微小流体基材。
【請求項７０】
前記エラストマーポリマーがシリコーンエラストマーポリマーである、請求項６２に記載の微小流体基材。
【請求項７１】
前記シリコーンエラストマーポリマーがポリジメチルシロキサンである、請求項７０に記載の微小流体基材。
【請求項７２】
前記エラストマーポリマーが硬化によって固化される、請求項６２に記載の微小流体基材。
【請求項７３】
前記エラストマーポリマーが、高強度酸素または空気プラズマで処理されて、前記適合可能なポリマー性媒体または非ポリマー性媒体への結合を可能にする、請求項６２に記載の微小流体基材。
【請求項７４】
前記ポリマー性媒体および非ポリマー性媒体がガラス、ケイ素、酸化ケイ素、石英、窒化ケイ素、ポリエチレン、ポリスチレン、ガラス状炭素、またはエポキシポリマーである、請求項６２に記載の微小流体基材。

【図１】

【図２Ａ】

【図２Ｂ】

【図２Ｃ】

【図２Ｄ】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０Ａ】

【図２０Ｂ】

【図２０Ｃ】

【図２０Ｄ】

【図２１Ａ】

【図２１Ｂ】

【図２１Ｃ】

【図２１Ｄ】

【図２１Ｅ】

【図２１Ｆ】

【図２２Ａ】

【図２２Ｂ】

【図２２Ｃ】

【図２２Ｄ】

【図２２Ｅ】

【図２３】

【図２４Ａ】

【図２４Ｂ】

【図２４Ｃ】

【図２５】

【図２６】

【図２７】

【図２８Ａ】

【図２８Ｂ】

【図２８Ｃ】

【図２８Ｄ】

【図２９Ａ】

【図２９Ｂ】

【図２９Ｃ】

【図２９Ｄ】

【図３０】

【図３１】

【図３２】

【図３３】

【図３４】

【図３５】

【図３６】

【図３７】

【公表番号】特表２０１０−５０６１３６（Ｐ２０１０−５０６１３６Ａ）
【公表日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５０９８８７（Ｐ２００９−５０９８８７）
【出願日】平成１９年５月１１日（２００７．５．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１１４６０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０６３２２７
【国際公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【出願人】（５０８２０８３４０）レインダンス　テクノロジーズ，　インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】