放射化学のためのデジタル微小流体プラットフォーム
本明細書には、微小化学反応を行う方法と、それらの反応を行うのに使用される誘電体上の電気湿潤装置（ＥＷＯＤ装置）とが開示されている。これらの装置および方法は、放射化学的化合物、特に１８Ｆを含有する化合物を調製するのに特に適している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
２００９年１０月１５日出願の米国仮出願第６１／２５２０９５号の利益が主張される。本発明は、米国国立衛生研究所（ＮＩＨ）により授与された助成金番号ＣＡ１１９３４７および助成金番号ＲＲ０２００７０の下で米国政府の支援によりなされたものである。連邦政府は、本発明において特定の権利を有し得る。
【０００２】
化学反応、特に放射化学反応、より具体的には陽電子放射型断層撮影法（ＰＥＴ）に用いられるトレーサの生成を行うための、微小流体装置の使用は、参照によりその全ての全体が本明細書に組み込まれているＡ．Ｍ．Ｅｌｉｚａｒｏｖ、「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｒａｄｉｏｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」、Ｌａｂ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ、ｖｏｌ．９、ｎｏ．１０、ｐｐ．１３２６乃至１３３３、２００９年５月；Ｃ．−Ｃ．Ｌｅｅ、Ｇ．Ｓｕｉ、Ａ．Ｅｌｉｚａｒｏｖら、「Ｍｕｌｔｉｓｔｅｐ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ａ Ｒａｄｉｏｌａｂｅｌｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｕｓｉｎｇ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、ｖｏｌ．３１０、ｎｏ．５７５５、ｐｐ．１７９３乃至１７９６、２００５年１２月１６日、２００５、およびＡ．Ｈｅｌｅｎｅ、「Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＥＴ）ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ：Ａ Ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ？」、Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｃｈｅｍｉｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎ、ｖｏｌ．４６、ｎｏ．１１、ｐｐ．１７７２乃至１７７５（２００７）に記載されている。微小流体装置は、試薬の使用の低減、反応の制御の増大（例えば、加熱および混合）、全体的なシステムサイズの縮小、放射化学合成で使用する時期、放射線遮蔽の必要性の低減の選択肢を提供し、これらの装置は、要求に応じて様々な異なる放射標識プローブを合成することができる一般的な装置への実用的な経路を提供する。本明細書には、液滴の形をした流体の取扱いに基づく、新規な放射合成プラットフォームが記述されている。独自のプラットフォームは、液体を扱うための電圧ベースの作動方法である、誘電体上の電気湿潤（ＥＷＯＤ：ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｗｅｔｔｉｎｇ−ｏｎ‐ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）と呼ばれる技法の使用を通して、実証される。
【０００３】
放射化学合成のためのＥＷＯＤ装置の特定の利点には、下記の事項が含まれるが、それらに限定するものではない：
− 不活性材料。湿潤材料は、典型的にはフルオロポリマーのみである（例えば、Ｃｙｔｏｐ（商標）またはＴｅｆｌｏｎ ＡＦ（商標））。これらの材料は、高度な化学的および熱的安定性を有し、広範な反応条件に適合することが予測される。
− 開口チャネル。開口チャネルは、溶媒の迅速な蒸発を可能にする。蒸発は、１８Ｆ−放射合成中に頻繁に行われる動作であり、ここで、溶媒交換操作の前の溶媒除去と同様に［１８Ｆ］フッ化物イオンの乾燥も通常のステップである。開口チャネルは、閉鎖チャネルを含むその他のタイプの微小流体作用では制限される混合も、強化する。そのような操作の高速化は、短寿命放射性同位体を用いて作用する場合に重要である
− 柔軟な流体経路。原則として、電極の「アレイ」を備えた単一チップの設計によれば、異なる合成に合わせて単に液滴の移動を再プログラミングすることにより、広く様々な合成を行うことができる。単一チップは、製造コストを押し下げると考えられ、ソフトウェアの変更だけで新しいプローブに拡張性をもたたらすと考えられる。この柔軟性は、反応の最適化、反応速度論の研究などを行うのに使用することもできる。
− 液体の多様性。水溶液および有機溶媒を含む、多くの異なるタイプの液体が小量で、同じＥＷＯＤ装置内で扱うことができる（異なる電気信号は、いくつかの液体の組合せで必要と考えられる。）。チャネル微小流体では、小量で扱う場合、大きな損失を回避するために液体とチャネル表面特性との適正なマッチングが必要であり；したがって、同じ装置で異なる溶媒を扱うには（放射化学反応で典型的であるように）、多数の材料と局所的に処理されたチャネル表面とをベースにしたハイブリッド装置を含む、特殊化した製作方法を必要とする。
− 直接的な製作。ＥＷＯＤチップは、公知の集積回路処理ステップを使用して製作される。例えば、電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、または窒化ケイ素などの絶縁層上に金が配されたものなどの電気伝導性材料を使用してパターニングされ、その構造は、疎水性被膜によって覆われるものである。チップは、工業規格の標準的なプリント回路基板製造（および疎水性コーティング）を使用して、作製することもできる。装置の単純さにより、ある範囲の種々のコストおよび性能に関し、多くのその他の製作の選択肢、例えばスクリーン印刷、インクジェット印刷、およびロールツーロール印刷の選択肢が可能になる。ＥＷＯＤチップは、使い捨ての用途に向けて１チップ当たりさらに低いコストで大量生産することができる。
− 簡単なシステム。ＥＷＯＤ装置は、典型的には１００Ｖよりも低い電圧信号を使用するだけで、動作する。圧力源（例えば、ポンプ）、流量調整弁（例えば、弁）、複雑な配管、可動部品、高電圧（例えば、動電学的駆動のためのｋＶ）、または高電力（例えば、熱、電磁気）は、必要ではない。小さなプリント回路基板のみからなるので、完成したシステムは小さく、ホットセル、ミニセル、または小型の放射線遮断筐体に嵌め込むのが容易である。
− 小さな流体体積。ＥＷＯＤ装置は、数百マイクロリットルからピコリットルの流体体積を、確実に扱うことができる。ミリリットル体積よりも少ない体積規模で従来のマクロスケールの手法で作動させると、より速いプロセス（加熱、蒸発、および冷却など）、より高い放射性同位体濃度、望ましくない不純物の重要な供給源である試薬のより少ない量などが可能になる。
【０００４】
その他の利点には、ＥＷＯＤチップ上に、「乾燥した」試薬を直接印刷できる能力が含まれる。真新しい溶媒の液滴を使用してこれらの試薬を再溶解し、それらを化学合成プロセスで使用する。チップ上で乾燥させた試薬を使用することによって、特定のプローブを合成するための「キット」の構成が可能になり−これは、制御された品質の標準的な試薬の使用によって、非常に信頼性のある再現可能な手法でプローブ合成を単純化するという、膨大な可能性がある。
【０００５】
本明細書に記述されるように、ＥＷＯＤ上での液体の作動は、液滴の移送、液滴の合流、液滴の混合、または液滴の分割を使用して実現できることを、次に示すことができる。液滴は、固定されたまたは制御された体積で定量吐出することができる（キャパシタンスまたはその他のフィードバックを介して）。さらに、センサおよび作動器を、例えば液体検出（監視プロセス）、体積測定、および温度制御（加熱および抵抗のフィードバック）のために、チップに集積化することができる。
【背景技術】
【０００６】
微小流体装置は、約２００４年以来、放射化学で使用されてきた。Ｅｌｉｚａｒｏｖ（同上）による最近の調査は、採用されてきた様々な手法についてまとめている。微小流体の使用には、ＰＥＴトレーサを生成するための主流の巨視的方法（手動および自動化システム）にも勝る多くの利点があることは、当技術分野での一般的な認識である。
【０００７】
微小流体に関し、ほとんどの研究者は、シリンジポンプ、Ｆ−１８乾燥サブシステムなど、実質的に補助的な設備を依然として必要とする連続フローマイクロリアクタを使用してきた（Ｅｌｉｚａｒｏｖ（同上））。その結果、これらのシステムは嵩高く、複雑で、高価である。試みられてきたいくつかの「統合」型手法（Ｃ．−Ｃ．Ｌｅｅ、Ｇ．Ｓｕｉ、Ａ．Ｅｌｉｚａｒｏｖら、「Ｍｕｌｔｉｓｔｅｐ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ａ Ｒａｄｉｏｌａｂｅｌｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｕｓｉｎｇ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、ｖｏｌ．３１０、ｎｏ．５７５５、ｐｐ．１７９３乃至１７９６、２００５年１２月１６日）は、材料の適合性に関する問題に悩まされている。例えば、ＰＤＭＳは、プローブ合成で使用される多くの有機溶媒およびその他の反応条件に適合していない。さらに、動作の非常に低い信頼性が観察されてきた。統合型手法は全て、十分に画定されたチャネルパターンを備える微小流体装置を使用する。これは柔軟性に制約を与え、ほとんどの場合、異なるプローブは異なるチップ設計を使用することが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本明細書には、改善された独自のＥＷＯＤ装置、反応物送達システム、これらの装置および送達システムを使用して放射性化合物を調製するためのプロセスが示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書には、微小化学反応を行う方法と、それらの反応を行うのに使用される誘電体上の電気湿潤装置（ＥＷＯＤ装置）とが開示されている。
この装置は：
その第１の表面に１つまたは複数の流体経路を有する第１の基板であって、各流体経路は、この流体経路から間隔を空けて配置されかつ絶縁された多数の個別の電気伝導性電極パッドを含み、前記流体経路の隣接した導電性パッドは、非導電性スペースによって互いに切り離されており、これら多数の導電性パッドのそれぞれは、そこに取り付けられた電気伝導性の線を有し、各導電性の線は、導電性パッドに電気信号を送出するために設けられ、前記導電性の線は導電性パッドに取り付けられて、前記流体経路に沿って流体液滴の電気的に指向された移動をもたらす、第１の基板と、
１つまたは複数の流体経路上にまたは流体経路に隣接して位置付けられた、１つまたは複数の流体送達部位と、
前記第１の基板上で、流体経路に沿って位置付けられた、１つまたは複数の反応部位または加熱器部位と
を含み、
前記流体経路は、１つまたは複数の流体送達点から、１つまたは複数の反応部位または加熱器部位に至る。
【００１０】
装置は、第１の基板上に位置決めされた第２の基板を含むこともでき、この第２の基板は、第１の基板と第２の基板との間に画定されたスペースを有する状態で、第１の基板に平行に位置決めされている。第２の基板は、電気伝導性であることができ、または、画定されたスペースに面する第２の基板の表面上に電気伝導性被膜コーティングを有することができ、前記導電性基板または電気伝導性被膜コーティングは、電気接地を提供する。一実施形態では、第１の基板の１つまたは複数の部分は、第２の基板の１つまたは複数の縁部を超えて延びて、１つまたは複数の流体送達部位を提供し、この流体送達部位は、第２の基板の１つまたは複数の縁部で導電性流体経路上にまたは導電性流体経路に隣接して位置付けられている。
【００１１】
加熱器部位は、個別の電気伝導性パッドを含むことができ、個別の電気伝導性パッドのそれぞれは、加熱器パッドのそれぞれの温度を独立して制御するために独立して接続されている。さらに、１つまたは複数の加熱器部位は、同心状の個別の電気伝導性パッドを含むことができる。
【００１２】
誘電体層および疎水性被膜コーティングは、好ましくは、少なくとも導電性パッドおよび導電性の線を覆う。
液体担体中に化学物質を含む送達用液体を保持するための密閉容器であって、送達用液体の上方にある容器のヘッドスペースに、加圧された気体を連続的にまたは周期的に送達するための手段を有する密閉容器と、
液体担体中の化学物質を、密閉容器からこの密閉容器の上方に位置決めされた送達場所に移すために、密閉容器の最上部から上方に延びるチューブと、
加圧された気体の供給源、および前記加圧された気体を、フラッディングを防止するのに十分制御された連続的または周期的様式で密閉容器に送達するための手段と
を含む、反応物の液滴を流体送達部位に提供するための流体送達装置も開示されている。
【００１３】
液体担体の液滴が送達場所または意図された第２の場所に到達したことを検出するための感知手段を提供することができ、前記感知手段または第２の感知手段は、所望量以下の液体担体が意図された第２の場所に到達したことも検出する。
【００１４】
上述の誘電体上の電気湿潤装置（ＥＷＯＤ）を使用するための手順は：
液体担体中、好ましくは揮発性液体担体中に第１の化学反応物を含む液滴を、流体送達部位の１つに配置するステップであって、前記送達部位は、１つまたは複数の加熱器部位にまたはその部位から間隔を空けて配置されているステップと、
液滴が、加熱器部位から間隔を空けて配置された送達部位に配置される場合、前記流体経路から間隔を空けて配置された隣接する導電性パッドに順次電界を提供して、液滴を流体送達点から加熱器部位に移動させるステップと、
液体担体中、好ましくは揮発性液体担体中の第２の化学反応物の液滴を、流体送達部位の１つに配置するステップと、
前記流体経路から間隔を空けて配置された隣接導電性ブロックに順次電界を提供して、第２の反応物の液滴を流体送達点から加熱器部位に移動させるステップと、
組み合わせた第１および第２の反応物を加熱して、前記第１および第２の反応物の間で化学反応させることにより、所望の中間体または最終生成物を形成するステップと、
所望の中間体または最終生成物をさらに反応させまたは回収するステップと
を含む。
【００１５】
第１の反応物の液滴を、加熱器部位で加熱して、第２の化学反応物の液滴を添加する前に蒸発によって液体担体を部分的にまたは完全に除去する。次いで第１の反応物または液体担体の追加の液滴を、第２の化学反応物の液滴を添加する前に加熱器部位に移送し、第１の反応物の前記追加の液滴を、先に送達された第１の反応物の液滴の蒸発前、部分的な蒸発後、または蒸発完了後のいずれかで加熱器に移送する。次いで液体担体中の第２の化学反応物の液滴を、先に送達された第１の反応物の液滴の蒸発前、部分的な蒸発の後、または蒸発完了後のいずれかで加熱器部位上で第１の反応物と組み合わせる。次いで第２の反応物の１つまたは複数の液滴と組み合わせた第１の反応物を、反応するのに十分な時間加熱して、所望の中間体または最終生成物が得る。
【００１６】
追加の揮発性液体担体を、液体環境で第１および第２の反応物を維持するために、反応中に加熱器部位に移送することができ、所望の反応が完了するのに十分な時間が経過した後に、部分的なまたは全体的な蒸発を行う。代替例として、３種以上の反応物を、最終生成物の調製のために加熱器部位に送達することができる。
【００１７】
ある代替の実施形態では、液体担体中の化学反応物の混合物の液滴を、流体送達部位の１つに配置する。次いで液滴を加熱器部位に移動させ、加熱して所望の反応を引き起こすことにより、意図された中間体または最終生成物を生成し、揮発性液体担体を除去する。
【発明の効果】
【００１８】
上述の装置および方法は、放射化学的化合物、特に１８Ｆを含有する化合物を調製するのに特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】積層された構成要素を有するＥＷＯＤチップの実施形態を示す、概略図である。
【図２】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの制御電極パターンを示す、概略図である。
【図３】３つの異なる加熱器の実施形態の、概略図である。
【図４】３つの異なる加熱器の実施形態の、概略図である。
【図５】３つの異なる加熱器の実施形態の、概略図である。
【図６】２つの液体フィードを有するＥＷＯＤチップの実施形態を示す、概略図である。
【図７】導線および接続部位も示す、図６に類似した概略図である。
【図８】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図９】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１０】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１１】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１２】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１３】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１４】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１５】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１６】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１７】図３乃至図５の加熱器の電極設計を較正するのに使用される、温度較正システムを示す図である。
【図１８】図１７の温度較正システムを使用して作成された、特定の加熱器の設計に関する較正曲線である。
【図１９】図１９Ａは、液滴の蒸発における一連の段階を示す図である。図１９Ｂは、液滴の蒸発における一連の段階を示す図である。図１９Ｃは、液滴の蒸発における一連の段階を示す図である。図１９Ｄは、液滴の蒸発における一連の段階を示す図である。
【図２０】コールドランの実施例で使用される化学反応である。
【図２１】［１８Ｆ］ＦＮＢを調製するためにホットランの実施例で使用される化学反応を示す図である。
【図２２】ホットランからの生成物（［１８Ｆ］ＦＮＢ生成）のＴＬＣグラフである。
【図２３】［１８Ｆ］ＦＤＧ生成の結果を示す、ＴＬＣグラフである。
【図２４】［１８Ｆ］ＴＡＧ生成の結果を示す、ＴＬＣグラフである。
【図２５】第２のＥＷＯＤの設計を示す、概略図である。
【図２６】図２５の同心状加熱器の拡大図である。
【図２７】空気圧式送達システムの概略図である。
【図２８】図２７のシステムを使用する送達チューブ内の流体の位置決めを示す、概略図である。
【図２９】小型カートリッジを使用して精製された、前臨床用量の［１８Ｆ］ＦＤＣの生成の結果を示すＴＬＣグラフである。
【図３０】１−（４−ブロモブトキシ）ナフタレンを調製するための化学反応を示す図である。
【図３１】１−（４−ブロモブトキシ）ナフタレンのＴＬＣ分離を示す図である。
【図３２】液滴体積を感知するためのＥＷＯＤ制御システムの概略図である。
【図３３】電圧とキャパシタンス（インピーダンス）との間の関係を理論的に予測するのに使用される回路の、概略図である。
【図３４】ＥＷＯＤ上の投入位置への液滴のピペット送達を示す、概略図である。
【図３５】［１８Ｆ］ＦＤＧを調製するためにホットランの実施例で使用される化学反応を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ＥＷＯＤチップ１０の構造を、図１に示す。ＥＷＯＤ装置の動作およびこれらの装置の表面を横断する流体の推進状態は、Ｓｈｉｈ−Ｋａｎｇ Ｆａｎ、Ｐｅｔｅｒ Ｐａｔｒｉｃｋ ｄｅＧｕｚｍａｎ、Ｃｈａｎｇ−Ｊｉｎ Ｋｉｍ、「ＥＷＯＤ Ｄｒｉｖｉｎｇ ｏｆ Ｄｒｏｐｌｅｔ ｏｎ ＮｘＭ Ｇｒｉｄ Ｕｓｉｎｇ Ｓｉｎｇｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｐａｔｔｅｒｎｓ」、Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ、Ａｃｔｕａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ、Ｈｉｌｔｏｎ Ｈｅａｄ Ｉｓｌａｎｄ、ＳＣ、２００２年６月２日乃至６日に記載されており、前記論文は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。好ましい実施形態では、２枚のガラス基板１２、１４（上板および底板）が、１００μｍのスペーサ１６（すなわち、両面テープ）により間隔を空けて配置された向きで一緒に保持されて、液滴２０（液体の小さなしずく）を配置するための隙間１８を形成する。底板基板１４は、その上面に形成されまたは位置決めされた、通常はＩＴＯまたは金を含む制御電極２２を有する。制御電極２２上に位置付けられた絶縁誘電体層（窒化ケイ素など）２４は、Ｃｙｔｏｐ（登録商標）またはＴｅｆｌｏｎ（登録商標）被膜などの疎水性被膜層２６により覆われている。上板基板１２の底面は、接地電極として機能するＩＴＯなどの導電性被膜２８により覆われている。しかし、代替の実施形態では第２の基板を除外することができ、第１の基板の上面に液滴が載置された開放構造が提供される。そのような場合、接地電極は、異なる場所、例えば第１の基板の下または内部に位置付けることができる。２枚基板構造において、好ましくは底板上の絶縁誘電体２４よりも薄い、好ましくは下板絶縁誘電体２４の面積の１０分の１である絶縁誘電体の層３０（窒化ケイ素など）が、接地電極２８を覆う。疎水性層３２は、上方誘電体３０の下面を覆う。ＥＷＯＤチップは、プリント回路基板製作技法またはフレキシブルエレクトロニクスを使用した標準的なチップ形成技術を含むがこれらに限定されない様々な公知の技法を使用して、形成することができる。
【００２１】
優先的に、ＥＷＯＤチップ１０は、チップの２つの縁部に沿った電気接続パッド４１と、加熱器４４に繋がる制御電極経路４２に接続されたいくつかの導電性（好ましくは、金）接続線５２とを除いて、透明である。水、ＤＭＳＯ、ＭｅＣＮ、またはその他の液体担体の液滴２０は、接続パッド４１にかつ導電性接続線５２を通して与えられた電圧信号により、経路４２に沿って２枚の基板１２、１４の間の隙間１８の中にかつ隙間１８に沿って移送される。
【００２２】
本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの設計３８の電極パターンを、図２に示す。このパターン内には、反応に関与する溶液を受容し得る２つのリザーバ４０が位置付けられている。電気接続パッド４１は、導電性接続線５２によって、導電性経路４２に接続されている（図１の制御電極２２としても示される。）。導電性経路４２は、チップの表面の下に、図６および図８乃至図１６に最も良く示される非導電性スペース４３によって切り離された一連の個別の電気伝導性パッドを含む。これらの図に示された実施例では、１ｍｍ×１ｍｍ平方のＩＴＯ。中央に位置付けられた四角形は、加熱器４４である。図３、図４、および図５は、３つの代替の加熱器４４の設計を示す。図３は、電極４４上に配置された溶液の液滴を加熱するように設けられた、簡単な加熱器電極の設計４６である。図４および図５は、加熱器の中心にある液滴２０を加熱する、セルフセンタリング加熱電極４８、５０の第１および第２のタイプである。加熱器領域の底部の角には、電源（図示せず。）に接続されたアース線５４および電圧リード５６が図示されている。
【００２３】
図６は、カバー板５８がＥＷＯＤチップ３８の一部のみを覆う実施形態を示す、概略図である。図７は、やはり接続パッド４１および導電性接続線５２を示す、図６に示されるチップの別の図である。カバー板５８がチップ３８を不完全に覆うことにより、好ましくは少なくとも１つのリザーバ４０に近い縁部が生成され、その結果、ＥＷＯＤチップ上でピペットまたは注射針１４６を使用して、隙間１８内に試薬を投入することができるようになる（図３４参照）。図６および図７の実施形態は、チップ上の異なる経路を使用することにより無水溶液（前駆体溶液）から水性試薬（例えば、Ｆ−１８溶液）を分離させることができる、２つの可能性ある縁部投入位置６０を示し、したがって、液滴が動いた後に潜在的に残される残渣に起因した相互汚染が回避される。あるいは、投入位置６０は、図２７および図２８に示されるように、基板１２、１４の１つを貫通して形成された穴を含むことができる。
【００２４】
ＥＷＯＤチップの各接続パッド４１には、ＤＣまたはＡＣ信号が供給される（例えば、周波数（約１０ＫＨｚ）および電圧（約１００Ｖ））。チップの縁部に沿って、順に様々な異なる接続パッド４１に電圧を印加することにより、投入位置６０に堆積された液滴３６は、チップ表面に沿う経路４２に沿って移動することができるようになる。液滴を移動させるのに使用される機器には、信号発生器、高電圧増幅器、デジタルＩ／Ｏ制御ボックス、継電アレイ、および加熱電極４８、５０に電力を供給し温度を測定するためのソースメータが含まれる。これらの市販されているまたは特注の機器は、手動によってまたはＬａｂ Ｖｉｅｗソフトウェアなどのソフトウェアによって制御することができる。当業者なら、異なる経路４２を通して３種以上の反応物の送達を行うために３つ以上のリザーバ４０および投入位置６０をチップ上に設けることができることを、理解するであろう。
【００２５】
出願人によって構築され試験がなされた本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤ装置の実施形態および特徴は、下記の事項を含んでいた：
− １８Ｆ−放射化学に関する溶媒の可動性
− 水またはアセトニトリル（Ｋ２ＣＯ３およびＫ．２．２．２を含有する混合物も）の液滴を蒸発させる能力
− 溶媒蒸発後に加熱器上に残された残渣の再溶解
− 揮発性溶媒中の、高温での反応の実施
− フルオロニトロベンゼンのコールド合成（ＴＬＣで評価)
− ［１８Ｆ］フルオロニトロベンゼンのホット合成（放射性ＴＬＣで評価)
− ［１８Ｆ］フルオロデオキシグルコースのホット合成（放射性ＴＬＣで評価)
− １−（４−ブロモブトキシ）ノフタレンの合成
周波数および電圧は、装置の構成に応じて変化させてもよいが、特定の構成に合わせてＥＷＯＤチップ上で関連ある溶液の液滴を扱うための電源の、好ましい最小限の周波数および電圧を、表１に示す。Ｋ２ＣＯ３溶液（陰イオン交換樹脂から溶出した後の、［１８Ｆ］フッ化物からなる組成物に類似する。）ＭｅＣＮ、ＤＭＦ、およびＤＭＳＯ（多くの反応の前駆体が溶解している。）は、好ましい担体液体である。
【００２６】
【表１】
【００２７】
加熱器４４に関するいくつかの設計を製作し、試験をした。第１のステップとして、各電極の設計を、油浴に浸漬することによって較正した。図１７は、容器７６に入れられたシリコーン油７４を加熱するホットプレート７２を含む、較正システム７０を示す。加熱器４４の抵抗をオーム計７８で測定し、油の温度（浸漬されたＥＷＯＤ装置の温度と同じであると想定される。)を、熱電対８０を使用して測定する。抵抗は、式Ｒ＝Ｒ０［１＋α（Ｔ−Ｔ０）に従う温度の関数であり、式中、Ｒは温度Ｔでの抵抗であり、Ｒ０は温度Ｔ０での抵抗であり、αは抵抗の温度係数である。ＥＷＯＤチップ上のＩＴＯに関する抵抗の温度係数はＴ対Ｒをプロットしその線形当て嵌めの勾配を見出すことによって決定される（図１８）。
【００２８】
堆積されたＩＴＯに関する抵抗の、公知の温度係数によれば、加熱器４４の温度は、ＥＷＯＤチップ３８上で制御することができる。ＡＣまたはＤＣ電流を、その抵抗の測定中に抵抗器（加熱器４４）を加熱するためにそこに取り付けられた正および負のリード線を通して流すことができる。所望の温度に関して計算された抵抗と一致したときに、その温度に到達したと推定する。温度は、制御回路のソフトウェアＰＩＤ制御によって、所望の設定点で維持される。
【００２９】
ＥＷＯＤチップの好ましい実施形態上の、加熱器４４、導電性経路４２を含むＥＷＯＤ制御電極２２、およびＥＷＯＤ接続線５２は、ＩＴＯで作製される。しかし、制御回路（図示せず）から加熱電極４４への接続線は、電流が流れたときにこの接続線が加熱されないように金で作製されているが、それは金が、ＩＴＯよりもさらに良好な導体だからである。加熱器４４は、損傷することなく２００℃よりも高い温度に到達することができるが、疎水性層は、約１９０℃よりも高く加熱されるべきではない。
【００３０】
上述の実施形態を使用して蒸発を試験するために、１Ｍ Ｋ２ＣＯ３溶液約４００ｎＬを、本明細書に記述される技法を使用して加熱器４４の場所に移送し、温度を１０５℃まで上昇させた。溶媒の大部分は２分以内で蒸発した。より低い沸点の溶液の場合（例えば、より低い塩濃度の溶液、または低沸点有機溶媒を含有する溶液）、蒸発時間は実質的により短くなる。
【実施例１】
【００３１】
非放射性（「コールド」）合成の実証：
合成のための基本的な能力を実証するために、非放射性フルオロニトロベンゼンをＥＷＯＤチップ上で合成した。ＥＷＯＤチップ上でのこの合成プロセスは、図８乃至図１６に概略的に示されており、化学反応は図２０に示されている。フッ化物と１，４−ジニトロベンゼンの前駆体との反応は、水に対して感受性があるので、このコールドラン手順は、水の蒸発の完全性を効果的に試験する。次いで生成物溶液をＴＬＣにより分離し、ＵＶ光で検出することができる。以下の記述において、「ＳＭ」は「出発材料」（未反応の前駆体）を意味し、「Ｐ」は生成物のサンプルを意味する。
【００３２】
この反応を行うのに、２種の溶液を調製した。
・溶液１（フッ化物溶液）は、１１５ｍＭ ＫＦ＋２３４ｍＭ Ｋｒｙｐｔｏｆｉｘ Ｋ．２．２．２を、アセトニトリル（ＭｅＣＮ）および水（８８：１２ｖ／ｖ比）の溶液に溶かしたものであり、
・溶液２（前駆体溶液）は、１１９ｍＭ １，４−ジニトロベンゼンをＤＭＳＯに溶かした溶液であった。
【００３３】
図８乃至図１６および図３４を参照すると、試薬の液滴３６は、ピペットを使用して、カバー板５８の縁部に沿った投入位置６０でＥＷＯＤチップ３８上に導入された（図８）。次いでＥＷＯＤチップ電極は、この液滴を経路４２に沿って加熱器４４に移送し（図８及び図９）、そこで液滴は加熱され、液体が蒸発した。より具体的には、ＥＷＯＤチップを使用した手順は下記の通りである：
１．第１の溶液５００ｎＬを、縁部入口６０に配置し、加熱器４４に移送した。
２．加熱器４４を、１０５℃に３分間加熱して（図１０）、乾燥した残渣８２を加熱器の場所に残した。
３．ＭｅＣＮ ６００ｎＬを縁部入口６０に投入し（図１１）、加熱電極４４に移送した（図１２）。
４．次いでＭｅＣＮを、加熱器を使用して１０５℃で３分間加熱して（図１３）、ＭｅＣＮを蒸発させることにより、残留水を残渣８２から除去するのを助けた。図１９Ａは、加熱器４４の位置に位置付けられた液滴を概略的に示し、矢印は、気化した液体担体の放出を表す。図１９Ｂは、上板１２の底部にある蒸気の部分凝縮６２を示す。図１９Ｃは、加熱器からの熱の結果、下面がより温かくなったときの、凝縮した液滴の消散を示す。図１９ｄは、液滴からの液体の完全なまたは実質的に全体的な蒸発を示し、［１８Ｆ］化合物の乾燥した溶質残渣８２が残されている。
５．ステップ３およびステップ４を数回繰り返した（このプロセスを共沸蒸留と呼び、その目的は、フッ素化反応の水に対する感受性により可能な限り多くの残留水を除去することである。）。正相関が、ステップ３乃至ステップ４を繰り返す回数と最終生成物の収率との間で観察された。
６．次いで第２の溶液（前駆体）５００ｎＬを、第２の縁部入口６０に投入し（図１４）、加熱電極４４に移送した（図１５）。
７．次いで乾燥した、水を含まない第１の溶液の残渣と、前駆体との組合せを、加熱器を使用して１２０℃に３分間加熱して、これら２種の材料を反応させ、所望の反応最終生成物８４を発生させた(図１６）。
【００３４】
蒸発および反応の後、ＥＷＯＤチップの上部基板と底部基板とを分離した。生成物を、毛管を使用して除去し、次いでＴＬＣ分離およびＵＶ光検出を、緩衝ジクロロメタンおよびヘキサン（１：１ｖ／ｖ）により行った。オンチップ反応の生成物サンプルの、「標準物質」（わかっている最終生成物の前駆体および「コールド標準物質」）との比較を通して、所望の生成物と未反応の前駆体との割合を評価することにより、反応収率の評価を行った。
【実施例２】
【００３５】
放射合成（「ホット」ラン）
対応するホットラン、すなわち［１８Ｆ］フルオロニトロベンゼン（［１８Ｆ］ＦＮＢ）の放射合成も、実施した。ホットラン反応手順は、ＫＦ溶液ではなくアサイクロトロンで生成された［１８Ｆ］フッ化物を使用すること以外、コールドランと同様であった。担体が付加されない［１８Ｆ］フッ化物イオンを、ＲＤＳ−１１２サイクロトロンを使用して、銀標的本体への９８％の濃縮［１８Ｏ］水の１１ＭｅＶプロトン衝撃によって生成した。２種の試薬溶液を調製した：
溶液１（Ｆ−１８溶液）は、８４：１６（ｖ／ｖ）の比にあるＭｅＣＮおよび水の混合物中に、５５ｍＭ Ｋ２ＣＯ３、１１２ｍＭ Ｋｒｙｐｔｏｆｉｘ Ｋ．２．２．２、および５８ｎＭ Ｆ−１８を含有する；
溶液２（前駆体溶液）は、ＤＭＳＯ中に１１９ｍＭ １，４−ジニトロベンゼンを含有する。
【００３６】
［１８Ｆ］フッ化物を使用する１８Ｆ−放射合成に典型的であるように、重要なステップは、Ｆ−１８を、イオン交換カートリッジから溶出した後に乾燥し活性化するステップであった。次いでＫ１８Ｆ／Ｋ２．２．２と前駆体（１，４−ジニトロベンゼン、典型的にはＤＭＳＯ中にある。）との反応は、生成物１−［１８Ｆ］フルオロ，４−ニトロベンゼンをもたらす。化学反応を、図２１に示す。ホットランの詳細なステップは、コールドランの場合のものと同一であった。
【００３７】
溶液１を、チップ上の投入位置に堆積し、加熱器の場所に移送し、蒸発させ、次いで溶液２を同じ場所に運んだ。合成の後、生成物をシリカゲルＴＬＣ（緩衝ＭｅＣＮ／Ｈ２Ｏ ９５：５ｖ／ｖ）により分離し、放射性ＴＬＣスキャナで可視化して、放射性種の相対的な量、したがって反応収率を決定した。
【００３８】
ＴＬＣプロファイルに関しては図２２を参照されたい。
放射性ＴＬＣプロファイルを使用して、各ピークの面積を積分する。「標準物質」の研究から、分離に使用される条件下、異なる化学物質がどの位置に残されることになるのかがわかる。図２２の実施例において、第１（左）のピークは未反応の［１８Ｆ］フッ化物に該当する。第２（右）のピークは、所望の生成物に該当する。図２２に示されるＴＬＣの結果は、変換効率（Ｆ−１８から所望の生成物［１８Ｆ］フルオロニトロベンゼンへの)が約９６％であったことを示す。変換は数回のランで一貫して高く、その平均変換効率は７８％±１２％（ｎ＝８ラン）であり、この化合物の従来の合成と矛盾がなかった。サンプル回収率は、上記にて論じたように約２９％であった。したがって、ＥＷＯＤチップにおける［１８Ｆ］フッ化物からの［１８Ｆ］フルロニトロベンゼンの放射化学収率（ＲＣＹ）は、９６％×２９％（すなわち、２８％）であることが計算される。したがって様々な動作条件および材料の取扱いの結果、８０％乃至１００％の範囲の回収率ではるかに少ない損失をもたらした。
【００３９】
ホットランは、１８Ｆ−標識フルオロデオキシグルコース（［１８Ｆ］ＦＤＧ）を生成するようにも行った。図３５に示される反応スキームによれば。［１８Ｆ］ＦＤＧに関するホットランの手順は、少しの相違はあるが［１８Ｆ］フルオロニトロベンゼンの場合のものと同様である。主な相違は、フッ素化中間体からアセチル保護基を除去するために、［１８Ｆ］ＦＤＧが第２の反応を、すなわち加水分解ステップを必要とすることである。また、前駆体上への１８Ｆの求核置換も、ＤＭＳＯの代わりに溶媒ＭｅＣＮ中で生じる。
【００４０】
Ｋ１８Ｆ／Ｋ２．２．２活性化錯体と前駆体マンノーストリフレート（典型的には、ＭｅＣＮ中)との反応は、中間体［１８Ｆ］ＦＴＡＧをもたらす。次いでＭｅＣＮを蒸発させ、加水分解のためＨＣｌにより置換して、最終生成物［１８Ｆ］ＦＤＧを形成する。
【００４１】
３種の溶液を調製した:
・溶液１（Ｆ−１８溶液）は、ＭｅＣＮおよび水（８４：１６ｖ／ｖ）の混合物中に、５５ｍＭ Ｋ２ＣＯ３、１１３ｍＭ Ｋｒｙｐｔｏｆｉｘ Ｋ．２．２．２、および約２６ｎＭ［１８Ｆ］フッ化物を含有する。
・溶液２（前駆体溶液）は、ＭｅＣＮ中に、１１４ｍＭマンノーストリフレートを含有する。
・溶液３（脱保護溶液）は、１Ｎ ＨＣｌを含有する。
【００４２】
［１８Ｆ］ＦＤＧの放射合成の場合、溶液１の５００ｎＬの液滴をＥＷＯＤチップ上に投入し、加熱器部位に移動させ、そこで液滴を１１０℃で３分間加熱することにより、残渣が残った。次いで共沸乾燥ステップを数回繰り返した（一般に、３回乃至５回；しかし１０回程度の多くの繰返しを使用した。）。共沸乾燥ステップは、チップ上にＭｅＣＮの６００ｎＬの液滴を投入すること、それを加熱器に移動させて、先のステップから残った残渣を溶解すること、および１１０℃で３分間乾燥することからなるものであった。フッ化物の乾燥が完了したら、溶液２の９００ｎＬの液滴をチップ上に投入し、加熱器部位に移動させた。８５℃で５分間加熱することにより、［１８Ｆ］ＦＴＡＧ中間体が形成された。ＭｅＣＮは、低い蒸気圧を有しかつ反応中に素早く蒸発するので、ＭｅＣＮの６００ｎＬの液滴を、３０秒ごとに添加し、加熱器に移動させることによって、液体状態での反応を確実なものにした。［１８Ｆ］ＦＴＡＧ液滴を、９５℃に１分間加熱することによって乾燥した（ＭｅＣＮが蒸発）。ＨＣｌ（１Ｍ） １μＬを投入し、［１８Ｆ］ＦＴＡＧ部位に移動させ、９５℃で３分間加熱することにより、加水分解を行って保護アセチル基を除去し、［１８Ｆ］ＦＤＧを形成した。
【００４３】
サンプルをＥＷＯＤチップから回収し、シリカＴＬＣ、ＭｅＣＮおよび水（９５：５ｖ／ｖ）によって分離した。結果的に分離された材料を、放射性ＴＬＣ読取り器で測定した（図２３）。
【００４４】
図２３は、ＥＷＯＤチップ上で合成された［１８Ｆ］ＦＤＧの水溶液に溶解することによって回収された、サンプルの組成物を示す。放射化学的に、これは主にＦＤＧである。図２４は、ＥＷＯＤチップ上で合成された［１８Ｆ］ＦＴＡＧのＭｅＯＨ溶液中に溶解することにより回収された、サンプルの組成物を示す。
【００４５】
［１８Ｆ］フルオロニトロベンゼンの合成および［１８Ｆ］ＦＤＧの合成の数回の繰返しを、高い再現性で行った。追加の関連あるプローブの合成は、［１８Ｆ］フルオロ−３’−デオキシ−３’−Ｌ−フルオロチミジン［１８Ｆ］ＦＬＴ、９−［４−［１８Ｆ］フルオロ−３−（ヒドロキシメチル）ブチル］グアニン［１８Ｆ］ＦＨＢＧ、および３，４−ジヒドロキシ−６−［１８Ｆ］フルオロ−Ｌ−フェニルアラニン［１８Ｆ］ＦＤＯＰＡを含む。
【００４６】
本発明の範囲内にある代替の手法には、下記の事項が含まれる：
− 少量の試薬体積を送達するための微小流体チップ（例えば、ＰＤＭＳ）
− ロボット式ピペット分取システム
− 試薬を送達するためのチュービングとＥＷＯＤ界面の接続
− 最終生成物を回収するための自動化方法
− 投入位置として使用されるチップカバー板を貫通する穴
− 液体を回収するためのチュービング、ピペット、または真空の使用
− 試薬投入システム、生成物収集システム、監視システム、制御システム、および放射線遮蔽を備えた、ＥＷＯＤチップをベースにした独立型「放射合成器」。
− 簡単な反応の最適化／探索のためのコンピュータ制御システムの設計（様々に変化する温度、濃度、混合比、反応時間などを含む。）
− 表面吸着を研究しかつチップ上の全ての放射能の行く末を追跡するための（最適化することができる収率および損失を決定するための）、ＥＷＯＤチップと放射能カメラとの一体化
− 選択場所におけるＥＷＯＤチップ内の追加されたチャネル。
− チップ上のリザーバに化学物質を貯蔵させるための、蒸発の制限または防止。
− チップ上の乾燥有機溶媒からの水蒸気の単離
− 汚れた電極の溶出（例えば、気体または液体による）に役立つチップ上の壁
− 空気または水に感受性のある試薬を保護するための、アルゴンまたはヘリウムが充填されたチャンバの包含
− 乾燥した試薬のオンチップ貯蔵。これは、液体試薬の堆積、それらの乾燥（蒸発）、または純粋な溶媒の液滴を添加することによる合成時の再構成を含んでいてもよい。試薬を予め投入しておくことによって、チップは、放射化学の教育を受けていない個人による使用がはるかに容易になる。
【００４７】
上記設計において、１ｍｍ×１ｍｍ平方の抵抗素子は、蒸発および反応温度まで液滴を加熱するのに使用した。カバー板とチップとの間の１００μｍ（約０．２ｍｍ）の隙間により、約１００ｎＬの名目上の液滴体積は、数百ナノリットルまでの液滴の処理を可能にする。この長さおよび体積の規模で、全抵抗素子に関する平均温度での簡単な測定を使用したフィードバック制御は、小さな面積の抵抗器にわたる、制御された温度分布を維持することができる。しかし、この小さな面積は、反応体積および処理できた出発材料の量を制限した。
【００４８】
上述の実施例は、２種の反応物の第１および第２の液滴の送達について述べているが、第１および第２の反応物は、送達前に一緒に混合することができ、次いで組み合わされた反応物の液滴を、加熱器に移動させるための送達部位に配置することができ、または反応が行われる加熱器上に直接配置できることも考えられる。さらなる代替例として、追加の反応物の液滴を、化学反応で使用される同じ加熱器部位に配置することができ、またこの加熱器部位に移動させることができる。
【００４９】
図２５に示される別のチップの実施形態に示されるような、また図２５（図２６）の円２６に囲まれた加熱器１００の拡大図に示されるような、１２ｍｍの全径を有する、より大きな円形加熱器１００を組み込んだＥＷＯＤチップ９８の使用では、より大量の生成物を、各加熱器１００により発生させることができる（約２３μＬ）。広い加熱面積全体に関する平均温度だけが制御されたままである場合、本質的に異なるホットおよびコールド領域を避けるために、加熱器を、４つの同心状抵抗素子１０２、１０４、１０６、１０８に分割し、それぞれは、各自の温度のフィードバック制御を備える（図示せず。）。上述のような、最初に記述された加熱器設計４４と比較すると、このマルチ素子加熱器は、液滴を中心に置くことができ、液滴が蒸発中に収縮するときにその温度をより均一に維持することができる。
【００５０】
より大きなサイズの加熱器１００は、より大量のトレーサを生成する処理を可能にする。また、揮発性溶媒を使用する場合、より大きな体積であると液滴の寿命が所与の温度で僅かに延び、それによって、より長く持続する反応が可能になり、または蒸発した溶媒の補充回数が少なくてすむ。
【００５１】
マルチチャネル加熱器の制御器／駆動器（図示せず）は、精密な温度で多数の独立したＥＷＯＤ反応部位を実現し維持するための拡張可能なプラットフォームを提供する。この機器は、ＥＷＯＤチップ上にパターニングされた抵抗マイクロ加熱器に合わせて、特別に設計された。この機器は、低ノイズ、実時間でのゼロ抵抗電流測定および増幅の機能を組み込んでいると共に、自家発電式の増幅型加熱器駆動器に専用ソフトウェアにより制御できるパラメータを与えている。プラットフォームは、同心状加熱器１００または空間的に近接してパターニングされた抵抗素子と併せて使用する場合、同じまたは別々のＥＷＯＤチップ上で、独立した温度での併発反応を可能にし、それと共に、単一反応部位での精密な、空間的に変化する温度プロファイルも可能にする。
【００５２】
上記にて論じられた第１の実施形態は、フィードバック制御の測定を行うために、高価なソースメータを使用した。第２のＥＷＯＤの実施形態９８における温度制御回路の利点には、下記の事項が含まれる：
− ＥＷＯＤチップ上での加熱器電極の測定妨害がない。このシステムは、測定を行いながら、無視できるほどの抵抗および電流しか導入しない
− このシステムは、独立して測定を行うことができかつ多数の加熱された反応部位を制御することができる
− このシステムは、高速の測定および制御を可能にする
− このシステムは、精密な温度制御および測定のために、容易に入手可能なデータ収集システムと整合のとれた増幅を行う
− ソフトウェアは、室温での抵抗など、自動的な初期測定を行うことによって、またオフセット電流の調節を行うことによって、新しいチップを較正するように設計される
− ソフトウェアは、デジタルローパスフィルタを組み込んでおり、準実時間測定および制御を実現して平均化によるさらなる安定性が得られるように、それぞれ独立した加熱器から２０，０００サンプル／秒までの測定を行うことができる
− 回路サイズおよびコストが小さい
ＥＷＯＤベースの放射化学システム用のチップ上に、サンプル、試薬、触媒などを含有する流体溶液を投入するための好ましい動作条件は、下記の通りである：
− 小さな液滴体積（典型的には、０．１から２μＬ）の送達
− ＥＷＯＤチップへの素早く頻繁な試薬の送達（例えば、蒸発した溶媒の補充のために）
− 長時間にわたる（例えば、試薬を「キット」に入れることができるような）、広く様々な試薬（溶媒、腐食剤など）との適合性
− 相互汚染をなくすための洗浄の必要性を回避するための、また使い易さを目的とした試薬キットの素早い除去および設定を可能にするための、使い捨ての可能性
図２７を参照すると、空気圧式駆動流体投入システム１２０が示されている。このシステムは、試薬と接触している安価な／使い捨て可能な構成要素を利用し、その一方で弁や圧力調節器などのより高価な作動構成要素は、試薬に接触していない。この空気圧式駆動流体作動は、液体を微小流体システム内に投入するために使用される。一実施形態では、流体（液体試薬）１２２が、密閉チャンバ（例えば、バイアル）などの供給容器１２４から送達される。２つのチューブがバイアル内に挿入されている。第１のチューブ１２６は、不活性ガス１２８を液体上方のスペースに送達するために使用され；一端部が液体試薬１２２中に浸漬された状態の第２のチューブ１３０は、試薬を送達するために使用される。加圧された不活性ガス１２８が容器１２４に送達されると、この不活性ガスにより密閉容器１２４内のヘッドスペース１３２が加圧され、したがって液体が第２のチューブ（送達チューブ）１３０から押し出される。
【００５３】
空気圧式送達システムにより引き起こすことができる、流体の過剰送達を制御する方法として、以下に記述される追加の特徴を使用して、小体積の流体をフラッディングなしで送達することができる。図２７に示されるように、ＥＷＯＤ装置は送達チューブ１３０の上方に位置決めされ（垂直に）、このチューブは、その一方の端部にあるＥＷＯＤ投入位置６０に挿入されており、かつその他方の端部が試薬バイアルに接続されている。全投入システム１２０はその好ましい向きで図示されているが、その全てが必ずしもＥＷＯＤの下方に垂直に配置される必要はない。試薬バイアルからＥＷＯＤ装置に到達するには、流体は、少なくともいくらかは垂直距離を上方に移動しなければならない。そのような配置構成の理由は、ＥＷＯＤ入口ポートの直下の液体カラムに対する下向きの重力によって、装置にフラッディングをもたらす傾向のある表面張力とは反対の対抗する力がもたらされるからである。気体推進圧力は、弁および圧力調節器（図示せず。）を介して試薬バイアル１２４に供給される。作動したＥＷＯＤ電極上の容量式感知器１３４を使用して、流体が装置に到達した時を検出する。追加の液体センサ１３６は、流体メニスカス１３８の上昇を確認するために設けることができる。図２７は、ＥＷＯＤからある距離だけ離れて位置決めされたセンサ１３６を示し；このセンサは、ＥＷＯＤにさらに近づけて位置決めすることができ、または送達システムは、センサ１３６なしで動作することができる。
【００５４】
送達システムの別の特徴は、定常圧を試薬バイアル１２４に加える代わりに、圧力のパルスを加えることである。圧力のパルスは、ポンプ、弁、圧力調節器、流動制御器、またはこれらの組合せなどの１つまたは複数の空気圧式制御構成要素のいずれかを使用して、加えることができる。十分高い圧力のパルスを加えると、チュービング内の液体は上昇し、より高い圧力が下向きの重力に対抗して、正味の上向きの力を生成する。圧力を止めると（ベントし、またはより低い圧力まで下げる。）、重力は正味の下向きの力を生成し、この力によりチュービング内のメニスカス１３８の上昇を減速させ、最終的には降下させる（毛管力は力のバランスにも関与する可能性があるが、均一な断面のチュービングではメニスカス１３８の上昇中または降下中は一定のままであり、したがって単に重力の別の相殺作用であると考えられることに留意されたい。）。圧力の揺動によって、メニスカス１３８をチップの近くに保つことができるが、流体の運動量がどちらの方向（チップに向かう方向またはチップから離れる方向）でも常に低いままになるように揺動位置にある。この動作を図２８に示す。
【００５５】
この技法の別の重要な特徴は、ＥＷＯＤ ９８に到達する前にまたは加熱器１００上に位置決めされる前に、ＥＷＯＤ装置で液滴を感知することである。いくつかのメカニズム、例えば電気的、化学的、電気化学的、熱的、光学的なメカニズムなど、またはこれらの組合せを、感知のために使用することができる。十分な量の液体がＥＷＯＤ装置上に位置決めされたことが感知されるや否や、圧力は降下して、重力によって液体は元の位置に引き戻される。上昇する液体の運動量は、１パルス幅を超えて蓄積されないので、体積の行過ぎ量がある場合にはこの行過ぎ量は限定され、フラッディングが回避される。ＥＷＯＤの作動は、ＥＷＯＤ装置上に試薬流体の一部を保持するために、装置上の一部のまたは全ての湿潤領域にわたって開始することができ、一方、流体の残りは元の位置に引き戻される。定量吐出される液滴体積の精度を改善するために、２次的なオンチップ液滴定量吐出器を使用して、投入体積から液滴を生成することができる。
【００５６】
この手法には、空気圧式制御の変動に耐え得る固有の堅牢性があり、ならびに送達される液体の湿潤特性などの性質、およびＥＷＯＤの製作に使用される材料の表面特性がある。まず、空気圧式制御に純粋に依拠しているシステムは、定量吐出される液体の体積に対して限られた精度を有する。システム内の不活性ガス１２８の圧縮性により、圧力制御弁が作動する時間と圧力が流体の表面で実際に変化する時間との間に著しい遅延がある可能性がある。空気圧式弁の閉鎖の前の（流れを「止める」よう試みているとき）、流体が移動している間の運動量の蓄積は、この遅延時間中の「行過ぎ量」をもたらす可能性がある。この作用は、流体の流れをゆっくりと前方に押し遣るようにゆっくりとした流速を使用することによって回避することができるが、これはしばしば、必要な時間および圧力調節の精度などの因子に関して、ならびに接触角ヒステリシスおよび前縁での接触線ピンニングなどの現象に関して、実用的ではない。さらに、制御されていない流体の流れの可能性は、化学合成でしばしば必要とされる非水性溶液に関してさらに増幅されるが、それはこれらの材料が、水よりも、ＥＷＯＤ装置をさらに湿潤させることができるからである。ＥＷＯＤ装置への液滴の導入の後、液滴体積が増大するにつれ、湿潤液滴は、より大きな表面張力を経験し（界面の長さに比例する。）、その結果、液体はチップ内に引っ張られ、したがってチップに送達される流体の逸脱をもたらす可能性のある正のフィードバックがもたらされる（フラッディングと呼ばれるプロセス）。その結果、多くの既に利用可能な微小流体システムは、液体の流れの開始および停止に関するさらに高い精度を実現するために、オンチップまたはオフチップ液体弁を用いる。しかし、オンチップ弁は、ＥＷＯＤシステムでは利用可能でなく、オフチップ液体弁は、高価であると共に使い捨てできず、使用するたびに清浄化する必要があると考えられる。
【００５７】
したがって、使い易さを高めかつ操作者が放射線に曝されないようにするために、ＥＷＯＤチップへの試薬の送達を自動化することが望ましい。多くの方法は、液体を試薬リザーバからチップにポンプ送出するために存在する。課題は、当初の気体が送達システムから除去された時、および液体が所望の場所に到達する時を決定することである。精確な計量ポンプおよびシステム幾何形状の知識は、送達制御を改善するのに有益にすることができるが、揮発性溶媒の使用は、液体メニスカスの正確な位置と、加熱器位置に到達する液滴サイズとに、不確定性も導入する。蒸発は、針／チュービング／などの端部からＥＷＯＤチップの開放スペース内に生じ；単位液滴体積のかなりの割合が、何分以内に蒸発する可能性がある。したがって、液体の実時間感知が望ましい。
【００５８】
液体感知は、キャパシタンスを測定することによってＥＷＯＤチップで実現できることが、他者により提案されているが、これらの技法は、高解像度ＣＣＤカメラまたは高価なキャパシタンスメータを使用した光学的観察も必要とする。本明細書には、大幅に単純化されたハードウェアおよびソフトウェアを使用する容量式感知技法が開示されている。この実時間液体感知システムは、単一抵抗器以外の追加のハードウェアを、既に使用されているＥＷＯＤチップまたは制御システムに付加する必要なく、ＥＷＯＤチップ上の液体を感知し、定量し、同定するように設計されている。測定は、高い信号対雑音比およびピコリットル程度の細かい体積精度で測定信号が抽出されるように、ＡＣ信号および位相ロックループ技法を使用して行われる。
【００５９】
図３２および図３３に示されるようなＥＷＯＤ制御システム１４０では、信号発生器１４２および増幅器１４４が高電圧（１００Ｖ乃至２００Ｖ）信号（１ｋＨｚ乃至２０ｋＨｚ）を発生させる。個々にアドレス可能な継電器は、この電圧を、所望の電極に選択的に印加して流体を移動させる。フィードバックシステムで感知を行うために、１つの小さな抵抗器１４６（約１ｋΩ）が制御回路のアース線に付加され、キャパシタンスを直接測定する代わりに抵抗器の両端間の電圧が測定される（図３２）。この抵抗器は、液体の端から端までかかる電圧を、目に見えるほどに変化させない。キャパシタンスの測定を行うには、測定が望まれる部位でＥＷＯＤ電極を活性化させる（ＡＣ信号で）。外部抵抗器の両端間の位相外れ電圧信号は、活性ＥＷＯＤ電極の部位で液体の体積が決定されるように、アナログ−デジタル変換器を介して測定される。位相ロックループ（参照として非増幅正弦波形信号を使用する。）は、所望の信号を抽出する。平行板キャパシタとしてこのシステムを近似させると（図３３参照）、信号は、定数に、液体で覆われた電極面積の何分の１に線形比例する項を加えたものであり、そこから体積は、電極サイズおよび隙間空間がわかっている場合、誘電率から１を引いた値（液体に依存する。）に線形比例するとして決定することができると示すことができる。異なる体積の水およびＤＭＳＯの液滴に関して収集されたデータ（ＣＣＤ撮像を介して測定された。）は、線形関係を確認する。電極が液体で完全に覆われると、信号が飽和し、液滴体積のさらなる増加を検出することができない。
【００６０】
アース線上に単一抵抗を挿入する代わりに、２つ以上の部位で同時にキャパシタンスを測定することが望まれる場合、代わりとして所望の個々の高電圧電極線上に抵抗器を挿入することができる。
【００６１】
まとめると、ＥＷＯＤチップへの試薬投入を監視するためのこの手法の利点には、下記の事項が含まれるが、それらに限定するものではない：
− ＥＷＯＤシステムへの、最小のハードウェアの付加（単一の精密抵抗器）
− 電圧の測定は、全ての電極に関し回路の１点で行われるが、液体感知選択性空間精度は、一度に単一電極を活性化するＥＷＯＤの通常の動作条件によりもたらされる。
− システムは、通常のＥＷＯＤ動作で使用される印加ＡＣ電位によって周波数特定測定が行われるので、測定用に追加の信号発生を必要としない。
− 測定は、問題となっている狭い周波数帯外の全てのノイズを本質的にフィルタリング除去するロックイン増幅技法に基づく。したがってこのシステムは、ドリフト、６０Ｈｚノイズ、および接地ループなどの主に関係するノイズ要因の影響を受けない。
− 低ノイズ設計により、容易に入手可能な１６ビットデジタイザを使用してかつ低ノイズ増幅を組み込むことなく、ピコリットル程度に少ないＥＷＯＤチップ上への液体体積の精確な測定が可能になる。
− システムの応答性（１０ｎｌに関して１ｍｓ程度に速い精確度）および精確度（１００ｍｓの応答時間に関して１ピコリットルまで少ない）は、ソフトウェアを使用して、容易に調節することができる。
− ソフトウェアは、液体の存在を非常に素早く示すことができ、ＥＷＯＤ上で行われる化学反応に関して多くの実用的用途があり、次いでこのソフトウェアは、必要に応じてかつ利用可能な時間に応じて体積測定および液体同定のその精確度を上げることができる。
【００６２】
上述の内容は、［１８Ｆ］ＦＮＢおよび［１８Ｆ］ＦＤＧを合成するための方法である。どちらの場合も、次のステップに進む前に、液滴を完全に乾燥し、すなわち溶媒を蒸発させるいくつかのステップがある。しかし、全ての液体を蒸発させる場合、加熱器が位置付けられているチップアセンブリの底部からチップアセンブリの上面（すなわち、カバー板５８）までの熱伝導経路は、破壊される。その面結果、上面は、制御された温度よりも実質的に低い。したがって最上部にある任意の固体または液体残渣は、底部にあるものとは異なる温度プロファイルを経験することになる。これは、［１８Ｆ］フッ化物乾燥などを、いくらか信頼性のないものにする可能性がある。
【００６３】
より均一で制御可能な温度を確実にするために、完全な蒸発が決して生じないよう合成プロセスを修正した。例えば、［１８Ｆ］フッ化物を乾燥するプロセス中、ＭｅＣＮの新しい液滴を連続的に添加して（次いで加熱器部位に移送した。）、蒸発した分を補充した。一実施例では、新鮮な液滴を５分間にわたり１０秒乃至２０秒ごとに投入した。［１８Ｆ］ＦＤＧおよび［１８Ｆ］ＦＴＡＧの放射合成は首尾良く行われ、その収率は従来の合成手法に匹敵するものであり、この修正された乾燥プロセスは、微量の水の除去および反応性［１８Ｆ］フッ化物錯体を確実にするのに成功したことが提案されている。
【実施例３】
【００６４】
材料および特徴付け：無水アセトニトリル（ＭｅＣＮ、９９．８％）、無水ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ、９９．９％）、炭酸カリウム（９９％）、ＰＥＴ撮像用マンノーストリフレート、および４，７，１３，１６，２１，２４，−ヘキサオキサ−１，１０，ジアザビシクロ（８．８．８）ヘキサコサン９８％（Ｋ２．２．２）を、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから得て、さらに精製することなく受け取ったままの状態で使用した。１Ｎ ＨＣｌ（保証済み、Ｆｉｓｈｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）を、Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃから購入し、受け取ったままの状態で使用した。合成は、４つの同心状円形加熱器電極１０２、１０４、１０６、１０８を有するＥＷＯＤチップ９８で行った（図２５、図２６）。
【００６５】
合成：担体が付加されない［１８Ｆ］フッ化物イオンを、ＲＤＳ−１１２サイクロトロン（Ｓｉｅｍｅｎｓ）を使用して９７％の１８Ｏ濃縮水に１１ＭｅＶのプロトンビームを照射することにより発生させた。水性［１８Ｆ］フッ化物イオン５０μＬ（２０ｍＣｉ）を、ＭｅＣＮ：Ｈ２Ｏ（９８：２ｖ／ｖ）中にＫ２．２．２（２６ｍＭ）およびＫ２ＣＯ３（７ｍＭ）を混合した４０μＬの混合物に添加した。マンノーストリフレート（５ｍｇ；０．０１ミリモル）を、無水ＤＭＳＯ（１００μＬ）に溶解して、１０４ｍＭの濃度を得た。［１８Ｆ］フッ化物の混合物（２μＬ）を、カバー板５８の縁部にある専用の投入位置６０を通してＥＷＯＤチップ９８上にピペット分取し、電気湿潤力を介して加熱器１００に移送した。この投入プロセスを、さらに３回繰り返した。８μＬの［１８Ｆ］フッ化物混合物を、専用のＥＷＯＤ加熱器１００上で、１０５℃で徐々に蒸発させ、次いでさらに３分間加熱した。さらに８μＬの［１８Ｆ］フッ化物混合物を投入し、前述と同じ様式で蒸発させた。［１８Ｆ］フッ化物混合物を、５滴のＭｅＣＮ（３μＬ）を第１の投入位置６０に通して加熱器１００の部位内に移送することにより、共沸蒸留を介して乾燥させ、１０５℃で３分間加熱した。この乾燥ステップを、さらに２回繰り返した。マンノーストリフレートをＤＭＳＯ（２μＬ；１０ｍＭ）に溶かしたもの２滴を、第２の投入位置６０に通してＥＷＯＤチップ９８上にピペット分取することにより、相互汚染を回避した。次いで６滴のＭｅＣＮ（３μＬ）を投入し、加熱器１００に移送して、フッ素化反応を開始させた。反応液滴を、１５分間にわたり室温から１２０℃に徐々に加熱した。４滴のＨＣｌ（２．５μＬ；１Ｎ）を粗製［１８Ｆ］ＦＴＡＧの液滴に添加し、この組合せを加熱器１００の領域に移送して、加水分解反応を行った。反応液滴を、９０℃で１０分間加熱した。合成後、カバー板５８を除去し、粗製［１８Ｆ］ＦＤＧ生成物を、Ｈ２Ｏ ３０μＬを使用して抽出して放射性ＴＬＣ分析およびカートリッジ精製に供した。粗製［１８Ｆ］ＦＤＧを、ＴＬＣシリカプレート上にスポットし、９５：５のＭｅＣＮ／Ｈ２Ｏ溶媒混合物で展開した。［１８Ｆ］ＦＤＧおよび未反応の［１８Ｆ］フッ化物の組成パーセントを、放射性ＴＬＣ（ＭｉｎｉＧＩＴＡ ｓｔａｒ、Ｒａｙｔｅｓｔ）を使用して分析した。放射標識の変換効率は４６％であることが分析され、加水分解効率は１００％であった。
【００６６】
カートリッジ精製：ＥＷＯＤ微小流体チップ９８上で合成された、粗製［１８Ｆ］ＦＤＧの微小液滴２０を、マイクロＰＥＴ撮像で使用される最終生成物の希釈が回避されるように修正が加えられた、精製カートリッジを使用して精製した。市販の精製カートリッジは、マクロスケール合成に適した樹脂２８０ｍｇから数グラムと、サンプル体積数ミリリットルとからなり、したがって、上記手順で発生する微小体積用には設計されていない。ＥＷＯＤチップ上で合成された単回用量分のＰＥＴプローブは、粗製サンプルの数マイクロリットルからなり、標準カートリッジ内の大量の樹脂中で失われる可能性があった。したがって、特注の精製カートリッジを、５０乃至１００メッシュサイズのＡＧ−５０Ｗ−Ｘ４（４ｍｇ）およびＡＧ１１ Ａ８（４ｍｇ）樹脂（ＢｉｏＲａｄ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）と、粒度５０μｍ乃至３００μｍの中性アルミナ（１０ｍｇ）（Ｗａｔｅｒｓ）とを、３．１７５ｍｍのＩＤポリウレタンチュービングに充填することによって調製した。樹脂は、バーブ・ツー・ルアー・アダプタを備えた２つのポリエチレンフリット（２０μｍの孔径）の間に挟んだ。カートリッジを、まず、重力滴下により水（１ｍＬ；１８ＭΩ）で調整した。水に溶かした粗製生成物３０μＬをピペット分取し、１ｍＬの注射器を使用して圧力を加えることによりカートリッジ内を通過させた。次いで水３０μＬを使用してカートリッジをフラッシュした。最初のカートリッジ精製の後に収集されたサンプル溶離剤を、ＴＬＣプレート上にスポットし、その放射化学純度は、放射性ＴＬＣによって８５％であることがわかった。したがって、［１８Ｆ］ＦＤＧ混合物を、上述と同様の様式で、中性アルミナ（５０ｇ）のみ充填された第２の小型化カートリッジ内に通過させた。第２のカートリッジ精製後の化学純度を、放射性ＴＬＣを使用して分析し、９９％であることがわかった（図２９）。
【００６７】
次いで精製された生成物を、マウスに注射してマイクロＰＥＴ撮像を行い、得られた画像は、従来の手段により生成された［１８Ｆ］ＦＤＧが注射されたマウスで撮影された画像に一致していた。
【実施例４】
【００６８】
ＤＭＳＯは、ＤＭＳＯの低い蒸気圧および除去の難しさが原因で、［１８Ｆ］ＦＤＧのマクロスケールの放射合成で一般に使用されていない。高い温度（トレーサに損傷を与える可能性がある。）および長い時間（かなりの放射能減衰をもたらす。）は、蒸発による除去を用いる場合に必要である。カートリッジを使用することもできるが、前臨床撮像において特に問題となる可能性のある、最終体積のかなりの増加をもたらす。一方、ＤＭＳＯは、広範な有機化合物の高い溶解度、高い分極可能性、およびより高い温度で化学反応を行う能力（その高い沸点により）をもたらす。本明細書に記述される本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップ９８を使用して、ＤＭＳＯ中の担体が付加されない添加［１８Ｆ］フッ化物によるマンノーストリフレートの信頼性ある放射性フッ素化およびその後の酸加水分解は、［１８Ｆ］ＦＤＧの生成に関して首尾良く行われることを実証した。典型的な放射性フッ素化反応中にＤＭＳＯ ２μＬ乃至１５μＬが使用される微小液滴放射合成では、大部分のＤＭＳＯが、反応の１０分後に１２０℃で蒸発する。その後、酸を粗製中間体に添加して加水分解反応を行うことにより、定量的加水分解効率を有する［１８Ｆ］ＦＤＧをもたらした。この結果は、反応液滴中の残留ＤＭＳＯが、加水分解反応にもマウスのマイクロＰＥＴ撮像にも影響を及ぼさないことを示した。
【実施例５】
【００６９】
放射化学以外の化学反応に関するプロセスおよびＥＷＯＤチップ９８の有用性を実証するために、揮発性有機溶媒中での簡単な化学合成（放射性同位元素を用いない。）を、ＥＷＯＤチップを使用して行った。ＥＷＯＤチップの「開放」構造に起因して、有機溶媒のマイクロリットルの液滴は、特に高温で非常に素早く蒸発し、その後、化学反応を引き起こすことができる。溶媒が蒸発する前に反応を進行させるのに利用される手法は、マイクロリットル体積の溶媒が投入部位６０から反応部位１００に移送されるように、電気湿潤メカニズムを使用して、反応部位に新しい溶媒液滴を連続的に補充することであった。修正が加えられたエーテル化反応は、アセトニトリル（ＭｅＣＮ；ｂｐ．８２°Ｃ）中１−ナフトールとジブロモブタンとの間で行われ、その結果、１−（４−ブロモブトキシ）ナフタレンが得られた。反応を図３０に概略的に示す。この化学合成では、６０℃で３分間、ＭｅＣＮ中で、１−ナプトール（７４ｍＭ；２μＬ）を最初にＫ２ＣＯ３（２５０ｍＭ；１μＬ）と反応させた。ＭｅＣＮを反応液滴に連続的に添加して、液相反応を維持した。その後、ジブロモブタンをＭｅＣＮ（３．７Ｍ；１μＬ）に溶かした溶液を反応部位に添加し、置換反応を６０℃で５分間行った。
【００７０】
５分後、カバー板を除去し、粗製生成物を、ＭｅＣＮを使用して抽出した。Ｐと標識した粗製生成物を、出発材料（Ｓと標識された；１−ナプトール）と共にＴＬＣプレート上にスポットした（図３１）。ＴＬＣプレートを、ジクロロメタン／ヘキサン（２：１ｖ／ｖ）溶媒混合物を含有する溶媒チャンバ内で展開した。反応の進行を、ＵＶ光を使用したＴＬＣ染色の追跡を介して決定した。ＴＬＣ分析に基づいて、ＥＷＯＤチップ上の置換反応は１−（４−ブロモブトキシ)ナフタレンをもたらし、これは、Ｒｆ値が０．９の新しいスポットとして現れたものであるが、未反応の１−ナフトールは、Ｒｆ値が０．２であった。
【技術分野】
【０００１】
２００９年１０月１５日出願の米国仮出願第６１／２５２０９５号の利益が主張される。本発明は、米国国立衛生研究所（ＮＩＨ）により授与された助成金番号ＣＡ１１９３４７および助成金番号ＲＲ０２００７０の下で米国政府の支援によりなされたものである。連邦政府は、本発明において特定の権利を有し得る。
【０００２】
化学反応、特に放射化学反応、より具体的には陽電子放射型断層撮影法（ＰＥＴ）に用いられるトレーサの生成を行うための、微小流体装置の使用は、参照によりその全ての全体が本明細書に組み込まれているＡ．Ｍ．Ｅｌｉｚａｒｏｖ、「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｒａｄｉｏｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」、Ｌａｂ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ、ｖｏｌ．９、ｎｏ．１０、ｐｐ．１３２６乃至１３３３、２００９年５月；Ｃ．−Ｃ．Ｌｅｅ、Ｇ．Ｓｕｉ、Ａ．Ｅｌｉｚａｒｏｖら、「Ｍｕｌｔｉｓｔｅｐ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ａ Ｒａｄｉｏｌａｂｅｌｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｕｓｉｎｇ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、ｖｏｌ．３１０、ｎｏ．５７５５、ｐｐ．１７９３乃至１７９６、２００５年１２月１６日、２００５、およびＡ．Ｈｅｌｅｎｅ、「Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＥＴ）ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ：Ａ Ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ？」、Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｃｈｅｍｉｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎ、ｖｏｌ．４６、ｎｏ．１１、ｐｐ．１７７２乃至１７７５（２００７）に記載されている。微小流体装置は、試薬の使用の低減、反応の制御の増大（例えば、加熱および混合）、全体的なシステムサイズの縮小、放射化学合成で使用する時期、放射線遮蔽の必要性の低減の選択肢を提供し、これらの装置は、要求に応じて様々な異なる放射標識プローブを合成することができる一般的な装置への実用的な経路を提供する。本明細書には、液滴の形をした流体の取扱いに基づく、新規な放射合成プラットフォームが記述されている。独自のプラットフォームは、液体を扱うための電圧ベースの作動方法である、誘電体上の電気湿潤（ＥＷＯＤ：ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｗｅｔｔｉｎｇ−ｏｎ‐ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）と呼ばれる技法の使用を通して、実証される。
【０００３】
放射化学合成のためのＥＷＯＤ装置の特定の利点には、下記の事項が含まれるが、それらに限定するものではない：
− 不活性材料。湿潤材料は、典型的にはフルオロポリマーのみである（例えば、Ｃｙｔｏｐ（商標）またはＴｅｆｌｏｎ ＡＦ（商標））。これらの材料は、高度な化学的および熱的安定性を有し、広範な反応条件に適合することが予測される。
− 開口チャネル。開口チャネルは、溶媒の迅速な蒸発を可能にする。蒸発は、１８Ｆ−放射合成中に頻繁に行われる動作であり、ここで、溶媒交換操作の前の溶媒除去と同様に［１８Ｆ］フッ化物イオンの乾燥も通常のステップである。開口チャネルは、閉鎖チャネルを含むその他のタイプの微小流体作用では制限される混合も、強化する。そのような操作の高速化は、短寿命放射性同位体を用いて作用する場合に重要である
− 柔軟な流体経路。原則として、電極の「アレイ」を備えた単一チップの設計によれば、異なる合成に合わせて単に液滴の移動を再プログラミングすることにより、広く様々な合成を行うことができる。単一チップは、製造コストを押し下げると考えられ、ソフトウェアの変更だけで新しいプローブに拡張性をもたたらすと考えられる。この柔軟性は、反応の最適化、反応速度論の研究などを行うのに使用することもできる。
− 液体の多様性。水溶液および有機溶媒を含む、多くの異なるタイプの液体が小量で、同じＥＷＯＤ装置内で扱うことができる（異なる電気信号は、いくつかの液体の組合せで必要と考えられる。）。チャネル微小流体では、小量で扱う場合、大きな損失を回避するために液体とチャネル表面特性との適正なマッチングが必要であり；したがって、同じ装置で異なる溶媒を扱うには（放射化学反応で典型的であるように）、多数の材料と局所的に処理されたチャネル表面とをベースにしたハイブリッド装置を含む、特殊化した製作方法を必要とする。
− 直接的な製作。ＥＷＯＤチップは、公知の集積回路処理ステップを使用して製作される。例えば、電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、または窒化ケイ素などの絶縁層上に金が配されたものなどの電気伝導性材料を使用してパターニングされ、その構造は、疎水性被膜によって覆われるものである。チップは、工業規格の標準的なプリント回路基板製造（および疎水性コーティング）を使用して、作製することもできる。装置の単純さにより、ある範囲の種々のコストおよび性能に関し、多くのその他の製作の選択肢、例えばスクリーン印刷、インクジェット印刷、およびロールツーロール印刷の選択肢が可能になる。ＥＷＯＤチップは、使い捨ての用途に向けて１チップ当たりさらに低いコストで大量生産することができる。
− 簡単なシステム。ＥＷＯＤ装置は、典型的には１００Ｖよりも低い電圧信号を使用するだけで、動作する。圧力源（例えば、ポンプ）、流量調整弁（例えば、弁）、複雑な配管、可動部品、高電圧（例えば、動電学的駆動のためのｋＶ）、または高電力（例えば、熱、電磁気）は、必要ではない。小さなプリント回路基板のみからなるので、完成したシステムは小さく、ホットセル、ミニセル、または小型の放射線遮断筐体に嵌め込むのが容易である。
− 小さな流体体積。ＥＷＯＤ装置は、数百マイクロリットルからピコリットルの流体体積を、確実に扱うことができる。ミリリットル体積よりも少ない体積規模で従来のマクロスケールの手法で作動させると、より速いプロセス（加熱、蒸発、および冷却など）、より高い放射性同位体濃度、望ましくない不純物の重要な供給源である試薬のより少ない量などが可能になる。
【０００４】
その他の利点には、ＥＷＯＤチップ上に、「乾燥した」試薬を直接印刷できる能力が含まれる。真新しい溶媒の液滴を使用してこれらの試薬を再溶解し、それらを化学合成プロセスで使用する。チップ上で乾燥させた試薬を使用することによって、特定のプローブを合成するための「キット」の構成が可能になり−これは、制御された品質の標準的な試薬の使用によって、非常に信頼性のある再現可能な手法でプローブ合成を単純化するという、膨大な可能性がある。
【０００５】
本明細書に記述されるように、ＥＷＯＤ上での液体の作動は、液滴の移送、液滴の合流、液滴の混合、または液滴の分割を使用して実現できることを、次に示すことができる。液滴は、固定されたまたは制御された体積で定量吐出することができる（キャパシタンスまたはその他のフィードバックを介して）。さらに、センサおよび作動器を、例えば液体検出（監視プロセス）、体積測定、および温度制御（加熱および抵抗のフィードバック）のために、チップに集積化することができる。
【背景技術】
【０００６】
微小流体装置は、約２００４年以来、放射化学で使用されてきた。Ｅｌｉｚａｒｏｖ（同上）による最近の調査は、採用されてきた様々な手法についてまとめている。微小流体の使用には、ＰＥＴトレーサを生成するための主流の巨視的方法（手動および自動化システム）にも勝る多くの利点があることは、当技術分野での一般的な認識である。
【０００７】
微小流体に関し、ほとんどの研究者は、シリンジポンプ、Ｆ−１８乾燥サブシステムなど、実質的に補助的な設備を依然として必要とする連続フローマイクロリアクタを使用してきた（Ｅｌｉｚａｒｏｖ（同上））。その結果、これらのシステムは嵩高く、複雑で、高価である。試みられてきたいくつかの「統合」型手法（Ｃ．−Ｃ．Ｌｅｅ、Ｇ．Ｓｕｉ、Ａ．Ｅｌｉｚａｒｏｖら、「Ｍｕｌｔｉｓｔｅｐ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ａ Ｒａｄｉｏｌａｂｅｌｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｕｓｉｎｇ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、ｖｏｌ．３１０、ｎｏ．５７５５、ｐｐ．１７９３乃至１７９６、２００５年１２月１６日）は、材料の適合性に関する問題に悩まされている。例えば、ＰＤＭＳは、プローブ合成で使用される多くの有機溶媒およびその他の反応条件に適合していない。さらに、動作の非常に低い信頼性が観察されてきた。統合型手法は全て、十分に画定されたチャネルパターンを備える微小流体装置を使用する。これは柔軟性に制約を与え、ほとんどの場合、異なるプローブは異なるチップ設計を使用することが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本明細書には、改善された独自のＥＷＯＤ装置、反応物送達システム、これらの装置および送達システムを使用して放射性化合物を調製するためのプロセスが示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書には、微小化学反応を行う方法と、それらの反応を行うのに使用される誘電体上の電気湿潤装置（ＥＷＯＤ装置）とが開示されている。
この装置は：
その第１の表面に１つまたは複数の流体経路を有する第１の基板であって、各流体経路は、この流体経路から間隔を空けて配置されかつ絶縁された多数の個別の電気伝導性電極パッドを含み、前記流体経路の隣接した導電性パッドは、非導電性スペースによって互いに切り離されており、これら多数の導電性パッドのそれぞれは、そこに取り付けられた電気伝導性の線を有し、各導電性の線は、導電性パッドに電気信号を送出するために設けられ、前記導電性の線は導電性パッドに取り付けられて、前記流体経路に沿って流体液滴の電気的に指向された移動をもたらす、第１の基板と、
１つまたは複数の流体経路上にまたは流体経路に隣接して位置付けられた、１つまたは複数の流体送達部位と、
前記第１の基板上で、流体経路に沿って位置付けられた、１つまたは複数の反応部位または加熱器部位と
を含み、
前記流体経路は、１つまたは複数の流体送達点から、１つまたは複数の反応部位または加熱器部位に至る。
【００１０】
装置は、第１の基板上に位置決めされた第２の基板を含むこともでき、この第２の基板は、第１の基板と第２の基板との間に画定されたスペースを有する状態で、第１の基板に平行に位置決めされている。第２の基板は、電気伝導性であることができ、または、画定されたスペースに面する第２の基板の表面上に電気伝導性被膜コーティングを有することができ、前記導電性基板または電気伝導性被膜コーティングは、電気接地を提供する。一実施形態では、第１の基板の１つまたは複数の部分は、第２の基板の１つまたは複数の縁部を超えて延びて、１つまたは複数の流体送達部位を提供し、この流体送達部位は、第２の基板の１つまたは複数の縁部で導電性流体経路上にまたは導電性流体経路に隣接して位置付けられている。
【００１１】
加熱器部位は、個別の電気伝導性パッドを含むことができ、個別の電気伝導性パッドのそれぞれは、加熱器パッドのそれぞれの温度を独立して制御するために独立して接続されている。さらに、１つまたは複数の加熱器部位は、同心状の個別の電気伝導性パッドを含むことができる。
【００１２】
誘電体層および疎水性被膜コーティングは、好ましくは、少なくとも導電性パッドおよび導電性の線を覆う。
液体担体中に化学物質を含む送達用液体を保持するための密閉容器であって、送達用液体の上方にある容器のヘッドスペースに、加圧された気体を連続的にまたは周期的に送達するための手段を有する密閉容器と、
液体担体中の化学物質を、密閉容器からこの密閉容器の上方に位置決めされた送達場所に移すために、密閉容器の最上部から上方に延びるチューブと、
加圧された気体の供給源、および前記加圧された気体を、フラッディングを防止するのに十分制御された連続的または周期的様式で密閉容器に送達するための手段と
を含む、反応物の液滴を流体送達部位に提供するための流体送達装置も開示されている。
【００１３】
液体担体の液滴が送達場所または意図された第２の場所に到達したことを検出するための感知手段を提供することができ、前記感知手段または第２の感知手段は、所望量以下の液体担体が意図された第２の場所に到達したことも検出する。
【００１４】
上述の誘電体上の電気湿潤装置（ＥＷＯＤ）を使用するための手順は：
液体担体中、好ましくは揮発性液体担体中に第１の化学反応物を含む液滴を、流体送達部位の１つに配置するステップであって、前記送達部位は、１つまたは複数の加熱器部位にまたはその部位から間隔を空けて配置されているステップと、
液滴が、加熱器部位から間隔を空けて配置された送達部位に配置される場合、前記流体経路から間隔を空けて配置された隣接する導電性パッドに順次電界を提供して、液滴を流体送達点から加熱器部位に移動させるステップと、
液体担体中、好ましくは揮発性液体担体中の第２の化学反応物の液滴を、流体送達部位の１つに配置するステップと、
前記流体経路から間隔を空けて配置された隣接導電性ブロックに順次電界を提供して、第２の反応物の液滴を流体送達点から加熱器部位に移動させるステップと、
組み合わせた第１および第２の反応物を加熱して、前記第１および第２の反応物の間で化学反応させることにより、所望の中間体または最終生成物を形成するステップと、
所望の中間体または最終生成物をさらに反応させまたは回収するステップと
を含む。
【００１５】
第１の反応物の液滴を、加熱器部位で加熱して、第２の化学反応物の液滴を添加する前に蒸発によって液体担体を部分的にまたは完全に除去する。次いで第１の反応物または液体担体の追加の液滴を、第２の化学反応物の液滴を添加する前に加熱器部位に移送し、第１の反応物の前記追加の液滴を、先に送達された第１の反応物の液滴の蒸発前、部分的な蒸発後、または蒸発完了後のいずれかで加熱器に移送する。次いで液体担体中の第２の化学反応物の液滴を、先に送達された第１の反応物の液滴の蒸発前、部分的な蒸発の後、または蒸発完了後のいずれかで加熱器部位上で第１の反応物と組み合わせる。次いで第２の反応物の１つまたは複数の液滴と組み合わせた第１の反応物を、反応するのに十分な時間加熱して、所望の中間体または最終生成物が得る。
【００１６】
追加の揮発性液体担体を、液体環境で第１および第２の反応物を維持するために、反応中に加熱器部位に移送することができ、所望の反応が完了するのに十分な時間が経過した後に、部分的なまたは全体的な蒸発を行う。代替例として、３種以上の反応物を、最終生成物の調製のために加熱器部位に送達することができる。
【００１７】
ある代替の実施形態では、液体担体中の化学反応物の混合物の液滴を、流体送達部位の１つに配置する。次いで液滴を加熱器部位に移動させ、加熱して所望の反応を引き起こすことにより、意図された中間体または最終生成物を生成し、揮発性液体担体を除去する。
【発明の効果】
【００１８】
上述の装置および方法は、放射化学的化合物、特に１８Ｆを含有する化合物を調製するのに特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】積層された構成要素を有するＥＷＯＤチップの実施形態を示す、概略図である。
【図２】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの制御電極パターンを示す、概略図である。
【図３】３つの異なる加熱器の実施形態の、概略図である。
【図４】３つの異なる加熱器の実施形態の、概略図である。
【図５】３つの異なる加熱器の実施形態の、概略図である。
【図６】２つの液体フィードを有するＥＷＯＤチップの実施形態を示す、概略図である。
【図７】導線および接続部位も示す、図６に類似した概略図である。
【図８】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図９】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１０】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１１】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１２】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１３】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１４】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１５】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１６】本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの使用における、９つの連続したステップの概略図である。
【図１７】図３乃至図５の加熱器の電極設計を較正するのに使用される、温度較正システムを示す図である。
【図１８】図１７の温度較正システムを使用して作成された、特定の加熱器の設計に関する較正曲線である。
【図１９】図１９Ａは、液滴の蒸発における一連の段階を示す図である。図１９Ｂは、液滴の蒸発における一連の段階を示す図である。図１９Ｃは、液滴の蒸発における一連の段階を示す図である。図１９Ｄは、液滴の蒸発における一連の段階を示す図である。
【図２０】コールドランの実施例で使用される化学反応である。
【図２１】［１８Ｆ］ＦＮＢを調製するためにホットランの実施例で使用される化学反応を示す図である。
【図２２】ホットランからの生成物（［１８Ｆ］ＦＮＢ生成）のＴＬＣグラフである。
【図２３】［１８Ｆ］ＦＤＧ生成の結果を示す、ＴＬＣグラフである。
【図２４】［１８Ｆ］ＴＡＧ生成の結果を示す、ＴＬＣグラフである。
【図２５】第２のＥＷＯＤの設計を示す、概略図である。
【図２６】図２５の同心状加熱器の拡大図である。
【図２７】空気圧式送達システムの概略図である。
【図２８】図２７のシステムを使用する送達チューブ内の流体の位置決めを示す、概略図である。
【図２９】小型カートリッジを使用して精製された、前臨床用量の［１８Ｆ］ＦＤＣの生成の結果を示すＴＬＣグラフである。
【図３０】１−（４−ブロモブトキシ）ナフタレンを調製するための化学反応を示す図である。
【図３１】１−（４−ブロモブトキシ）ナフタレンのＴＬＣ分離を示す図である。
【図３２】液滴体積を感知するためのＥＷＯＤ制御システムの概略図である。
【図３３】電圧とキャパシタンス（インピーダンス）との間の関係を理論的に予測するのに使用される回路の、概略図である。
【図３４】ＥＷＯＤ上の投入位置への液滴のピペット送達を示す、概略図である。
【図３５】［１８Ｆ］ＦＤＧを調製するためにホットランの実施例で使用される化学反応を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ＥＷＯＤチップ１０の構造を、図１に示す。ＥＷＯＤ装置の動作およびこれらの装置の表面を横断する流体の推進状態は、Ｓｈｉｈ−Ｋａｎｇ Ｆａｎ、Ｐｅｔｅｒ Ｐａｔｒｉｃｋ ｄｅＧｕｚｍａｎ、Ｃｈａｎｇ−Ｊｉｎ Ｋｉｍ、「ＥＷＯＤ Ｄｒｉｖｉｎｇ ｏｆ Ｄｒｏｐｌｅｔ ｏｎ ＮｘＭ Ｇｒｉｄ Ｕｓｉｎｇ Ｓｉｎｇｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｐａｔｔｅｒｎｓ」、Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ、Ａｃｔｕａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ、Ｈｉｌｔｏｎ Ｈｅａｄ Ｉｓｌａｎｄ、ＳＣ、２００２年６月２日乃至６日に記載されており、前記論文は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。好ましい実施形態では、２枚のガラス基板１２、１４（上板および底板）が、１００μｍのスペーサ１６（すなわち、両面テープ）により間隔を空けて配置された向きで一緒に保持されて、液滴２０（液体の小さなしずく）を配置するための隙間１８を形成する。底板基板１４は、その上面に形成されまたは位置決めされた、通常はＩＴＯまたは金を含む制御電極２２を有する。制御電極２２上に位置付けられた絶縁誘電体層（窒化ケイ素など）２４は、Ｃｙｔｏｐ（登録商標）またはＴｅｆｌｏｎ（登録商標）被膜などの疎水性被膜層２６により覆われている。上板基板１２の底面は、接地電極として機能するＩＴＯなどの導電性被膜２８により覆われている。しかし、代替の実施形態では第２の基板を除外することができ、第１の基板の上面に液滴が載置された開放構造が提供される。そのような場合、接地電極は、異なる場所、例えば第１の基板の下または内部に位置付けることができる。２枚基板構造において、好ましくは底板上の絶縁誘電体２４よりも薄い、好ましくは下板絶縁誘電体２４の面積の１０分の１である絶縁誘電体の層３０（窒化ケイ素など）が、接地電極２８を覆う。疎水性層３２は、上方誘電体３０の下面を覆う。ＥＷＯＤチップは、プリント回路基板製作技法またはフレキシブルエレクトロニクスを使用した標準的なチップ形成技術を含むがこれらに限定されない様々な公知の技法を使用して、形成することができる。
【００２１】
優先的に、ＥＷＯＤチップ１０は、チップの２つの縁部に沿った電気接続パッド４１と、加熱器４４に繋がる制御電極経路４２に接続されたいくつかの導電性（好ましくは、金）接続線５２とを除いて、透明である。水、ＤＭＳＯ、ＭｅＣＮ、またはその他の液体担体の液滴２０は、接続パッド４１にかつ導電性接続線５２を通して与えられた電圧信号により、経路４２に沿って２枚の基板１２、１４の間の隙間１８の中にかつ隙間１８に沿って移送される。
【００２２】
本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップの設計３８の電極パターンを、図２に示す。このパターン内には、反応に関与する溶液を受容し得る２つのリザーバ４０が位置付けられている。電気接続パッド４１は、導電性接続線５２によって、導電性経路４２に接続されている（図１の制御電極２２としても示される。）。導電性経路４２は、チップの表面の下に、図６および図８乃至図１６に最も良く示される非導電性スペース４３によって切り離された一連の個別の電気伝導性パッドを含む。これらの図に示された実施例では、１ｍｍ×１ｍｍ平方のＩＴＯ。中央に位置付けられた四角形は、加熱器４４である。図３、図４、および図５は、３つの代替の加熱器４４の設計を示す。図３は、電極４４上に配置された溶液の液滴を加熱するように設けられた、簡単な加熱器電極の設計４６である。図４および図５は、加熱器の中心にある液滴２０を加熱する、セルフセンタリング加熱電極４８、５０の第１および第２のタイプである。加熱器領域の底部の角には、電源（図示せず。）に接続されたアース線５４および電圧リード５６が図示されている。
【００２３】
図６は、カバー板５８がＥＷＯＤチップ３８の一部のみを覆う実施形態を示す、概略図である。図７は、やはり接続パッド４１および導電性接続線５２を示す、図６に示されるチップの別の図である。カバー板５８がチップ３８を不完全に覆うことにより、好ましくは少なくとも１つのリザーバ４０に近い縁部が生成され、その結果、ＥＷＯＤチップ上でピペットまたは注射針１４６を使用して、隙間１８内に試薬を投入することができるようになる（図３４参照）。図６および図７の実施形態は、チップ上の異なる経路を使用することにより無水溶液（前駆体溶液）から水性試薬（例えば、Ｆ−１８溶液）を分離させることができる、２つの可能性ある縁部投入位置６０を示し、したがって、液滴が動いた後に潜在的に残される残渣に起因した相互汚染が回避される。あるいは、投入位置６０は、図２７および図２８に示されるように、基板１２、１４の１つを貫通して形成された穴を含むことができる。
【００２４】
ＥＷＯＤチップの各接続パッド４１には、ＤＣまたはＡＣ信号が供給される（例えば、周波数（約１０ＫＨｚ）および電圧（約１００Ｖ））。チップの縁部に沿って、順に様々な異なる接続パッド４１に電圧を印加することにより、投入位置６０に堆積された液滴３６は、チップ表面に沿う経路４２に沿って移動することができるようになる。液滴を移動させるのに使用される機器には、信号発生器、高電圧増幅器、デジタルＩ／Ｏ制御ボックス、継電アレイ、および加熱電極４８、５０に電力を供給し温度を測定するためのソースメータが含まれる。これらの市販されているまたは特注の機器は、手動によってまたはＬａｂ Ｖｉｅｗソフトウェアなどのソフトウェアによって制御することができる。当業者なら、異なる経路４２を通して３種以上の反応物の送達を行うために３つ以上のリザーバ４０および投入位置６０をチップ上に設けることができることを、理解するであろう。
【００２５】
出願人によって構築され試験がなされた本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤ装置の実施形態および特徴は、下記の事項を含んでいた：
− １８Ｆ−放射化学に関する溶媒の可動性
− 水またはアセトニトリル（Ｋ２ＣＯ３およびＫ．２．２．２を含有する混合物も）の液滴を蒸発させる能力
− 溶媒蒸発後に加熱器上に残された残渣の再溶解
− 揮発性溶媒中の、高温での反応の実施
− フルオロニトロベンゼンのコールド合成（ＴＬＣで評価)
− ［１８Ｆ］フルオロニトロベンゼンのホット合成（放射性ＴＬＣで評価)
− ［１８Ｆ］フルオロデオキシグルコースのホット合成（放射性ＴＬＣで評価)
− １−（４−ブロモブトキシ）ノフタレンの合成
周波数および電圧は、装置の構成に応じて変化させてもよいが、特定の構成に合わせてＥＷＯＤチップ上で関連ある溶液の液滴を扱うための電源の、好ましい最小限の周波数および電圧を、表１に示す。Ｋ２ＣＯ３溶液（陰イオン交換樹脂から溶出した後の、［１８Ｆ］フッ化物からなる組成物に類似する。）ＭｅＣＮ、ＤＭＦ、およびＤＭＳＯ（多くの反応の前駆体が溶解している。）は、好ましい担体液体である。
【００２６】
【表１】
【００２７】
加熱器４４に関するいくつかの設計を製作し、試験をした。第１のステップとして、各電極の設計を、油浴に浸漬することによって較正した。図１７は、容器７６に入れられたシリコーン油７４を加熱するホットプレート７２を含む、較正システム７０を示す。加熱器４４の抵抗をオーム計７８で測定し、油の温度（浸漬されたＥＷＯＤ装置の温度と同じであると想定される。)を、熱電対８０を使用して測定する。抵抗は、式Ｒ＝Ｒ０［１＋α（Ｔ−Ｔ０）に従う温度の関数であり、式中、Ｒは温度Ｔでの抵抗であり、Ｒ０は温度Ｔ０での抵抗であり、αは抵抗の温度係数である。ＥＷＯＤチップ上のＩＴＯに関する抵抗の温度係数はＴ対Ｒをプロットしその線形当て嵌めの勾配を見出すことによって決定される（図１８）。
【００２８】
堆積されたＩＴＯに関する抵抗の、公知の温度係数によれば、加熱器４４の温度は、ＥＷＯＤチップ３８上で制御することができる。ＡＣまたはＤＣ電流を、その抵抗の測定中に抵抗器（加熱器４４）を加熱するためにそこに取り付けられた正および負のリード線を通して流すことができる。所望の温度に関して計算された抵抗と一致したときに、その温度に到達したと推定する。温度は、制御回路のソフトウェアＰＩＤ制御によって、所望の設定点で維持される。
【００２９】
ＥＷＯＤチップの好ましい実施形態上の、加熱器４４、導電性経路４２を含むＥＷＯＤ制御電極２２、およびＥＷＯＤ接続線５２は、ＩＴＯで作製される。しかし、制御回路（図示せず）から加熱電極４４への接続線は、電流が流れたときにこの接続線が加熱されないように金で作製されているが、それは金が、ＩＴＯよりもさらに良好な導体だからである。加熱器４４は、損傷することなく２００℃よりも高い温度に到達することができるが、疎水性層は、約１９０℃よりも高く加熱されるべきではない。
【００３０】
上述の実施形態を使用して蒸発を試験するために、１Ｍ Ｋ２ＣＯ３溶液約４００ｎＬを、本明細書に記述される技法を使用して加熱器４４の場所に移送し、温度を１０５℃まで上昇させた。溶媒の大部分は２分以内で蒸発した。より低い沸点の溶液の場合（例えば、より低い塩濃度の溶液、または低沸点有機溶媒を含有する溶液）、蒸発時間は実質的により短くなる。
【実施例１】
【００３１】
非放射性（「コールド」）合成の実証：
合成のための基本的な能力を実証するために、非放射性フルオロニトロベンゼンをＥＷＯＤチップ上で合成した。ＥＷＯＤチップ上でのこの合成プロセスは、図８乃至図１６に概略的に示されており、化学反応は図２０に示されている。フッ化物と１，４−ジニトロベンゼンの前駆体との反応は、水に対して感受性があるので、このコールドラン手順は、水の蒸発の完全性を効果的に試験する。次いで生成物溶液をＴＬＣにより分離し、ＵＶ光で検出することができる。以下の記述において、「ＳＭ」は「出発材料」（未反応の前駆体）を意味し、「Ｐ」は生成物のサンプルを意味する。
【００３２】
この反応を行うのに、２種の溶液を調製した。
・溶液１（フッ化物溶液）は、１１５ｍＭ ＫＦ＋２３４ｍＭ Ｋｒｙｐｔｏｆｉｘ Ｋ．２．２．２を、アセトニトリル（ＭｅＣＮ）および水（８８：１２ｖ／ｖ比）の溶液に溶かしたものであり、
・溶液２（前駆体溶液）は、１１９ｍＭ １，４−ジニトロベンゼンをＤＭＳＯに溶かした溶液であった。
【００３３】
図８乃至図１６および図３４を参照すると、試薬の液滴３６は、ピペットを使用して、カバー板５８の縁部に沿った投入位置６０でＥＷＯＤチップ３８上に導入された（図８）。次いでＥＷＯＤチップ電極は、この液滴を経路４２に沿って加熱器４４に移送し（図８及び図９）、そこで液滴は加熱され、液体が蒸発した。より具体的には、ＥＷＯＤチップを使用した手順は下記の通りである：
１．第１の溶液５００ｎＬを、縁部入口６０に配置し、加熱器４４に移送した。
２．加熱器４４を、１０５℃に３分間加熱して（図１０）、乾燥した残渣８２を加熱器の場所に残した。
３．ＭｅＣＮ ６００ｎＬを縁部入口６０に投入し（図１１）、加熱電極４４に移送した（図１２）。
４．次いでＭｅＣＮを、加熱器を使用して１０５℃で３分間加熱して（図１３）、ＭｅＣＮを蒸発させることにより、残留水を残渣８２から除去するのを助けた。図１９Ａは、加熱器４４の位置に位置付けられた液滴を概略的に示し、矢印は、気化した液体担体の放出を表す。図１９Ｂは、上板１２の底部にある蒸気の部分凝縮６２を示す。図１９Ｃは、加熱器からの熱の結果、下面がより温かくなったときの、凝縮した液滴の消散を示す。図１９ｄは、液滴からの液体の完全なまたは実質的に全体的な蒸発を示し、［１８Ｆ］化合物の乾燥した溶質残渣８２が残されている。
５．ステップ３およびステップ４を数回繰り返した（このプロセスを共沸蒸留と呼び、その目的は、フッ素化反応の水に対する感受性により可能な限り多くの残留水を除去することである。）。正相関が、ステップ３乃至ステップ４を繰り返す回数と最終生成物の収率との間で観察された。
６．次いで第２の溶液（前駆体）５００ｎＬを、第２の縁部入口６０に投入し（図１４）、加熱電極４４に移送した（図１５）。
７．次いで乾燥した、水を含まない第１の溶液の残渣と、前駆体との組合せを、加熱器を使用して１２０℃に３分間加熱して、これら２種の材料を反応させ、所望の反応最終生成物８４を発生させた(図１６）。
【００３４】
蒸発および反応の後、ＥＷＯＤチップの上部基板と底部基板とを分離した。生成物を、毛管を使用して除去し、次いでＴＬＣ分離およびＵＶ光検出を、緩衝ジクロロメタンおよびヘキサン（１：１ｖ／ｖ）により行った。オンチップ反応の生成物サンプルの、「標準物質」（わかっている最終生成物の前駆体および「コールド標準物質」）との比較を通して、所望の生成物と未反応の前駆体との割合を評価することにより、反応収率の評価を行った。
【実施例２】
【００３５】
放射合成（「ホット」ラン）
対応するホットラン、すなわち［１８Ｆ］フルオロニトロベンゼン（［１８Ｆ］ＦＮＢ）の放射合成も、実施した。ホットラン反応手順は、ＫＦ溶液ではなくアサイクロトロンで生成された［１８Ｆ］フッ化物を使用すること以外、コールドランと同様であった。担体が付加されない［１８Ｆ］フッ化物イオンを、ＲＤＳ−１１２サイクロトロンを使用して、銀標的本体への９８％の濃縮［１８Ｏ］水の１１ＭｅＶプロトン衝撃によって生成した。２種の試薬溶液を調製した：
溶液１（Ｆ−１８溶液）は、８４：１６（ｖ／ｖ）の比にあるＭｅＣＮおよび水の混合物中に、５５ｍＭ Ｋ２ＣＯ３、１１２ｍＭ Ｋｒｙｐｔｏｆｉｘ Ｋ．２．２．２、および５８ｎＭ Ｆ−１８を含有する；
溶液２（前駆体溶液）は、ＤＭＳＯ中に１１９ｍＭ １，４−ジニトロベンゼンを含有する。
【００３６】
［１８Ｆ］フッ化物を使用する１８Ｆ−放射合成に典型的であるように、重要なステップは、Ｆ−１８を、イオン交換カートリッジから溶出した後に乾燥し活性化するステップであった。次いでＫ１８Ｆ／Ｋ２．２．２と前駆体（１，４−ジニトロベンゼン、典型的にはＤＭＳＯ中にある。）との反応は、生成物１−［１８Ｆ］フルオロ，４−ニトロベンゼンをもたらす。化学反応を、図２１に示す。ホットランの詳細なステップは、コールドランの場合のものと同一であった。
【００３７】
溶液１を、チップ上の投入位置に堆積し、加熱器の場所に移送し、蒸発させ、次いで溶液２を同じ場所に運んだ。合成の後、生成物をシリカゲルＴＬＣ（緩衝ＭｅＣＮ／Ｈ２Ｏ ９５：５ｖ／ｖ）により分離し、放射性ＴＬＣスキャナで可視化して、放射性種の相対的な量、したがって反応収率を決定した。
【００３８】
ＴＬＣプロファイルに関しては図２２を参照されたい。
放射性ＴＬＣプロファイルを使用して、各ピークの面積を積分する。「標準物質」の研究から、分離に使用される条件下、異なる化学物質がどの位置に残されることになるのかがわかる。図２２の実施例において、第１（左）のピークは未反応の［１８Ｆ］フッ化物に該当する。第２（右）のピークは、所望の生成物に該当する。図２２に示されるＴＬＣの結果は、変換効率（Ｆ−１８から所望の生成物［１８Ｆ］フルオロニトロベンゼンへの)が約９６％であったことを示す。変換は数回のランで一貫して高く、その平均変換効率は７８％±１２％（ｎ＝８ラン）であり、この化合物の従来の合成と矛盾がなかった。サンプル回収率は、上記にて論じたように約２９％であった。したがって、ＥＷＯＤチップにおける［１８Ｆ］フッ化物からの［１８Ｆ］フルロニトロベンゼンの放射化学収率（ＲＣＹ）は、９６％×２９％（すなわち、２８％）であることが計算される。したがって様々な動作条件および材料の取扱いの結果、８０％乃至１００％の範囲の回収率ではるかに少ない損失をもたらした。
【００３９】
ホットランは、１８Ｆ−標識フルオロデオキシグルコース（［１８Ｆ］ＦＤＧ）を生成するようにも行った。図３５に示される反応スキームによれば。［１８Ｆ］ＦＤＧに関するホットランの手順は、少しの相違はあるが［１８Ｆ］フルオロニトロベンゼンの場合のものと同様である。主な相違は、フッ素化中間体からアセチル保護基を除去するために、［１８Ｆ］ＦＤＧが第２の反応を、すなわち加水分解ステップを必要とすることである。また、前駆体上への１８Ｆの求核置換も、ＤＭＳＯの代わりに溶媒ＭｅＣＮ中で生じる。
【００４０】
Ｋ１８Ｆ／Ｋ２．２．２活性化錯体と前駆体マンノーストリフレート（典型的には、ＭｅＣＮ中)との反応は、中間体［１８Ｆ］ＦＴＡＧをもたらす。次いでＭｅＣＮを蒸発させ、加水分解のためＨＣｌにより置換して、最終生成物［１８Ｆ］ＦＤＧを形成する。
【００４１】
３種の溶液を調製した:
・溶液１（Ｆ−１８溶液）は、ＭｅＣＮおよび水（８４：１６ｖ／ｖ）の混合物中に、５５ｍＭ Ｋ２ＣＯ３、１１３ｍＭ Ｋｒｙｐｔｏｆｉｘ Ｋ．２．２．２、および約２６ｎＭ［１８Ｆ］フッ化物を含有する。
・溶液２（前駆体溶液）は、ＭｅＣＮ中に、１１４ｍＭマンノーストリフレートを含有する。
・溶液３（脱保護溶液）は、１Ｎ ＨＣｌを含有する。
【００４２】
［１８Ｆ］ＦＤＧの放射合成の場合、溶液１の５００ｎＬの液滴をＥＷＯＤチップ上に投入し、加熱器部位に移動させ、そこで液滴を１１０℃で３分間加熱することにより、残渣が残った。次いで共沸乾燥ステップを数回繰り返した（一般に、３回乃至５回；しかし１０回程度の多くの繰返しを使用した。）。共沸乾燥ステップは、チップ上にＭｅＣＮの６００ｎＬの液滴を投入すること、それを加熱器に移動させて、先のステップから残った残渣を溶解すること、および１１０℃で３分間乾燥することからなるものであった。フッ化物の乾燥が完了したら、溶液２の９００ｎＬの液滴をチップ上に投入し、加熱器部位に移動させた。８５℃で５分間加熱することにより、［１８Ｆ］ＦＴＡＧ中間体が形成された。ＭｅＣＮは、低い蒸気圧を有しかつ反応中に素早く蒸発するので、ＭｅＣＮの６００ｎＬの液滴を、３０秒ごとに添加し、加熱器に移動させることによって、液体状態での反応を確実なものにした。［１８Ｆ］ＦＴＡＧ液滴を、９５℃に１分間加熱することによって乾燥した（ＭｅＣＮが蒸発）。ＨＣｌ（１Ｍ） １μＬを投入し、［１８Ｆ］ＦＴＡＧ部位に移動させ、９５℃で３分間加熱することにより、加水分解を行って保護アセチル基を除去し、［１８Ｆ］ＦＤＧを形成した。
【００４３】
サンプルをＥＷＯＤチップから回収し、シリカＴＬＣ、ＭｅＣＮおよび水（９５：５ｖ／ｖ）によって分離した。結果的に分離された材料を、放射性ＴＬＣ読取り器で測定した（図２３）。
【００４４】
図２３は、ＥＷＯＤチップ上で合成された［１８Ｆ］ＦＤＧの水溶液に溶解することによって回収された、サンプルの組成物を示す。放射化学的に、これは主にＦＤＧである。図２４は、ＥＷＯＤチップ上で合成された［１８Ｆ］ＦＴＡＧのＭｅＯＨ溶液中に溶解することにより回収された、サンプルの組成物を示す。
【００４５】
［１８Ｆ］フルオロニトロベンゼンの合成および［１８Ｆ］ＦＤＧの合成の数回の繰返しを、高い再現性で行った。追加の関連あるプローブの合成は、［１８Ｆ］フルオロ−３’−デオキシ−３’−Ｌ−フルオロチミジン［１８Ｆ］ＦＬＴ、９−［４−［１８Ｆ］フルオロ−３−（ヒドロキシメチル）ブチル］グアニン［１８Ｆ］ＦＨＢＧ、および３，４−ジヒドロキシ−６−［１８Ｆ］フルオロ−Ｌ−フェニルアラニン［１８Ｆ］ＦＤＯＰＡを含む。
【００４６】
本発明の範囲内にある代替の手法には、下記の事項が含まれる：
− 少量の試薬体積を送達するための微小流体チップ（例えば、ＰＤＭＳ）
− ロボット式ピペット分取システム
− 試薬を送達するためのチュービングとＥＷＯＤ界面の接続
− 最終生成物を回収するための自動化方法
− 投入位置として使用されるチップカバー板を貫通する穴
− 液体を回収するためのチュービング、ピペット、または真空の使用
− 試薬投入システム、生成物収集システム、監視システム、制御システム、および放射線遮蔽を備えた、ＥＷＯＤチップをベースにした独立型「放射合成器」。
− 簡単な反応の最適化／探索のためのコンピュータ制御システムの設計（様々に変化する温度、濃度、混合比、反応時間などを含む。）
− 表面吸着を研究しかつチップ上の全ての放射能の行く末を追跡するための（最適化することができる収率および損失を決定するための）、ＥＷＯＤチップと放射能カメラとの一体化
− 選択場所におけるＥＷＯＤチップ内の追加されたチャネル。
− チップ上のリザーバに化学物質を貯蔵させるための、蒸発の制限または防止。
− チップ上の乾燥有機溶媒からの水蒸気の単離
− 汚れた電極の溶出（例えば、気体または液体による）に役立つチップ上の壁
− 空気または水に感受性のある試薬を保護するための、アルゴンまたはヘリウムが充填されたチャンバの包含
− 乾燥した試薬のオンチップ貯蔵。これは、液体試薬の堆積、それらの乾燥（蒸発）、または純粋な溶媒の液滴を添加することによる合成時の再構成を含んでいてもよい。試薬を予め投入しておくことによって、チップは、放射化学の教育を受けていない個人による使用がはるかに容易になる。
【００４７】
上記設計において、１ｍｍ×１ｍｍ平方の抵抗素子は、蒸発および反応温度まで液滴を加熱するのに使用した。カバー板とチップとの間の１００μｍ（約０．２ｍｍ）の隙間により、約１００ｎＬの名目上の液滴体積は、数百ナノリットルまでの液滴の処理を可能にする。この長さおよび体積の規模で、全抵抗素子に関する平均温度での簡単な測定を使用したフィードバック制御は、小さな面積の抵抗器にわたる、制御された温度分布を維持することができる。しかし、この小さな面積は、反応体積および処理できた出発材料の量を制限した。
【００４８】
上述の実施例は、２種の反応物の第１および第２の液滴の送達について述べているが、第１および第２の反応物は、送達前に一緒に混合することができ、次いで組み合わされた反応物の液滴を、加熱器に移動させるための送達部位に配置することができ、または反応が行われる加熱器上に直接配置できることも考えられる。さらなる代替例として、追加の反応物の液滴を、化学反応で使用される同じ加熱器部位に配置することができ、またこの加熱器部位に移動させることができる。
【００４９】
図２５に示される別のチップの実施形態に示されるような、また図２５（図２６）の円２６に囲まれた加熱器１００の拡大図に示されるような、１２ｍｍの全径を有する、より大きな円形加熱器１００を組み込んだＥＷＯＤチップ９８の使用では、より大量の生成物を、各加熱器１００により発生させることができる（約２３μＬ）。広い加熱面積全体に関する平均温度だけが制御されたままである場合、本質的に異なるホットおよびコールド領域を避けるために、加熱器を、４つの同心状抵抗素子１０２、１０４、１０６、１０８に分割し、それぞれは、各自の温度のフィードバック制御を備える（図示せず。）。上述のような、最初に記述された加熱器設計４４と比較すると、このマルチ素子加熱器は、液滴を中心に置くことができ、液滴が蒸発中に収縮するときにその温度をより均一に維持することができる。
【００５０】
より大きなサイズの加熱器１００は、より大量のトレーサを生成する処理を可能にする。また、揮発性溶媒を使用する場合、より大きな体積であると液滴の寿命が所与の温度で僅かに延び、それによって、より長く持続する反応が可能になり、または蒸発した溶媒の補充回数が少なくてすむ。
【００５１】
マルチチャネル加熱器の制御器／駆動器（図示せず）は、精密な温度で多数の独立したＥＷＯＤ反応部位を実現し維持するための拡張可能なプラットフォームを提供する。この機器は、ＥＷＯＤチップ上にパターニングされた抵抗マイクロ加熱器に合わせて、特別に設計された。この機器は、低ノイズ、実時間でのゼロ抵抗電流測定および増幅の機能を組み込んでいると共に、自家発電式の増幅型加熱器駆動器に専用ソフトウェアにより制御できるパラメータを与えている。プラットフォームは、同心状加熱器１００または空間的に近接してパターニングされた抵抗素子と併せて使用する場合、同じまたは別々のＥＷＯＤチップ上で、独立した温度での併発反応を可能にし、それと共に、単一反応部位での精密な、空間的に変化する温度プロファイルも可能にする。
【００５２】
上記にて論じられた第１の実施形態は、フィードバック制御の測定を行うために、高価なソースメータを使用した。第２のＥＷＯＤの実施形態９８における温度制御回路の利点には、下記の事項が含まれる：
− ＥＷＯＤチップ上での加熱器電極の測定妨害がない。このシステムは、測定を行いながら、無視できるほどの抵抗および電流しか導入しない
− このシステムは、独立して測定を行うことができかつ多数の加熱された反応部位を制御することができる
− このシステムは、高速の測定および制御を可能にする
− このシステムは、精密な温度制御および測定のために、容易に入手可能なデータ収集システムと整合のとれた増幅を行う
− ソフトウェアは、室温での抵抗など、自動的な初期測定を行うことによって、またオフセット電流の調節を行うことによって、新しいチップを較正するように設計される
− ソフトウェアは、デジタルローパスフィルタを組み込んでおり、準実時間測定および制御を実現して平均化によるさらなる安定性が得られるように、それぞれ独立した加熱器から２０，０００サンプル／秒までの測定を行うことができる
− 回路サイズおよびコストが小さい
ＥＷＯＤベースの放射化学システム用のチップ上に、サンプル、試薬、触媒などを含有する流体溶液を投入するための好ましい動作条件は、下記の通りである：
− 小さな液滴体積（典型的には、０．１から２μＬ）の送達
− ＥＷＯＤチップへの素早く頻繁な試薬の送達（例えば、蒸発した溶媒の補充のために）
− 長時間にわたる（例えば、試薬を「キット」に入れることができるような）、広く様々な試薬（溶媒、腐食剤など）との適合性
− 相互汚染をなくすための洗浄の必要性を回避するための、また使い易さを目的とした試薬キットの素早い除去および設定を可能にするための、使い捨ての可能性
図２７を参照すると、空気圧式駆動流体投入システム１２０が示されている。このシステムは、試薬と接触している安価な／使い捨て可能な構成要素を利用し、その一方で弁や圧力調節器などのより高価な作動構成要素は、試薬に接触していない。この空気圧式駆動流体作動は、液体を微小流体システム内に投入するために使用される。一実施形態では、流体（液体試薬）１２２が、密閉チャンバ（例えば、バイアル）などの供給容器１２４から送達される。２つのチューブがバイアル内に挿入されている。第１のチューブ１２６は、不活性ガス１２８を液体上方のスペースに送達するために使用され；一端部が液体試薬１２２中に浸漬された状態の第２のチューブ１３０は、試薬を送達するために使用される。加圧された不活性ガス１２８が容器１２４に送達されると、この不活性ガスにより密閉容器１２４内のヘッドスペース１３２が加圧され、したがって液体が第２のチューブ（送達チューブ）１３０から押し出される。
【００５３】
空気圧式送達システムにより引き起こすことができる、流体の過剰送達を制御する方法として、以下に記述される追加の特徴を使用して、小体積の流体をフラッディングなしで送達することができる。図２７に示されるように、ＥＷＯＤ装置は送達チューブ１３０の上方に位置決めされ（垂直に）、このチューブは、その一方の端部にあるＥＷＯＤ投入位置６０に挿入されており、かつその他方の端部が試薬バイアルに接続されている。全投入システム１２０はその好ましい向きで図示されているが、その全てが必ずしもＥＷＯＤの下方に垂直に配置される必要はない。試薬バイアルからＥＷＯＤ装置に到達するには、流体は、少なくともいくらかは垂直距離を上方に移動しなければならない。そのような配置構成の理由は、ＥＷＯＤ入口ポートの直下の液体カラムに対する下向きの重力によって、装置にフラッディングをもたらす傾向のある表面張力とは反対の対抗する力がもたらされるからである。気体推進圧力は、弁および圧力調節器（図示せず。）を介して試薬バイアル１２４に供給される。作動したＥＷＯＤ電極上の容量式感知器１３４を使用して、流体が装置に到達した時を検出する。追加の液体センサ１３６は、流体メニスカス１３８の上昇を確認するために設けることができる。図２７は、ＥＷＯＤからある距離だけ離れて位置決めされたセンサ１３６を示し；このセンサは、ＥＷＯＤにさらに近づけて位置決めすることができ、または送達システムは、センサ１３６なしで動作することができる。
【００５４】
送達システムの別の特徴は、定常圧を試薬バイアル１２４に加える代わりに、圧力のパルスを加えることである。圧力のパルスは、ポンプ、弁、圧力調節器、流動制御器、またはこれらの組合せなどの１つまたは複数の空気圧式制御構成要素のいずれかを使用して、加えることができる。十分高い圧力のパルスを加えると、チュービング内の液体は上昇し、より高い圧力が下向きの重力に対抗して、正味の上向きの力を生成する。圧力を止めると（ベントし、またはより低い圧力まで下げる。）、重力は正味の下向きの力を生成し、この力によりチュービング内のメニスカス１３８の上昇を減速させ、最終的には降下させる（毛管力は力のバランスにも関与する可能性があるが、均一な断面のチュービングではメニスカス１３８の上昇中または降下中は一定のままであり、したがって単に重力の別の相殺作用であると考えられることに留意されたい。）。圧力の揺動によって、メニスカス１３８をチップの近くに保つことができるが、流体の運動量がどちらの方向（チップに向かう方向またはチップから離れる方向）でも常に低いままになるように揺動位置にある。この動作を図２８に示す。
【００５５】
この技法の別の重要な特徴は、ＥＷＯＤ ９８に到達する前にまたは加熱器１００上に位置決めされる前に、ＥＷＯＤ装置で液滴を感知することである。いくつかのメカニズム、例えば電気的、化学的、電気化学的、熱的、光学的なメカニズムなど、またはこれらの組合せを、感知のために使用することができる。十分な量の液体がＥＷＯＤ装置上に位置決めされたことが感知されるや否や、圧力は降下して、重力によって液体は元の位置に引き戻される。上昇する液体の運動量は、１パルス幅を超えて蓄積されないので、体積の行過ぎ量がある場合にはこの行過ぎ量は限定され、フラッディングが回避される。ＥＷＯＤの作動は、ＥＷＯＤ装置上に試薬流体の一部を保持するために、装置上の一部のまたは全ての湿潤領域にわたって開始することができ、一方、流体の残りは元の位置に引き戻される。定量吐出される液滴体積の精度を改善するために、２次的なオンチップ液滴定量吐出器を使用して、投入体積から液滴を生成することができる。
【００５６】
この手法には、空気圧式制御の変動に耐え得る固有の堅牢性があり、ならびに送達される液体の湿潤特性などの性質、およびＥＷＯＤの製作に使用される材料の表面特性がある。まず、空気圧式制御に純粋に依拠しているシステムは、定量吐出される液体の体積に対して限られた精度を有する。システム内の不活性ガス１２８の圧縮性により、圧力制御弁が作動する時間と圧力が流体の表面で実際に変化する時間との間に著しい遅延がある可能性がある。空気圧式弁の閉鎖の前の（流れを「止める」よう試みているとき）、流体が移動している間の運動量の蓄積は、この遅延時間中の「行過ぎ量」をもたらす可能性がある。この作用は、流体の流れをゆっくりと前方に押し遣るようにゆっくりとした流速を使用することによって回避することができるが、これはしばしば、必要な時間および圧力調節の精度などの因子に関して、ならびに接触角ヒステリシスおよび前縁での接触線ピンニングなどの現象に関して、実用的ではない。さらに、制御されていない流体の流れの可能性は、化学合成でしばしば必要とされる非水性溶液に関してさらに増幅されるが、それはこれらの材料が、水よりも、ＥＷＯＤ装置をさらに湿潤させることができるからである。ＥＷＯＤ装置への液滴の導入の後、液滴体積が増大するにつれ、湿潤液滴は、より大きな表面張力を経験し（界面の長さに比例する。）、その結果、液体はチップ内に引っ張られ、したがってチップに送達される流体の逸脱をもたらす可能性のある正のフィードバックがもたらされる（フラッディングと呼ばれるプロセス）。その結果、多くの既に利用可能な微小流体システムは、液体の流れの開始および停止に関するさらに高い精度を実現するために、オンチップまたはオフチップ液体弁を用いる。しかし、オンチップ弁は、ＥＷＯＤシステムでは利用可能でなく、オフチップ液体弁は、高価であると共に使い捨てできず、使用するたびに清浄化する必要があると考えられる。
【００５７】
したがって、使い易さを高めかつ操作者が放射線に曝されないようにするために、ＥＷＯＤチップへの試薬の送達を自動化することが望ましい。多くの方法は、液体を試薬リザーバからチップにポンプ送出するために存在する。課題は、当初の気体が送達システムから除去された時、および液体が所望の場所に到達する時を決定することである。精確な計量ポンプおよびシステム幾何形状の知識は、送達制御を改善するのに有益にすることができるが、揮発性溶媒の使用は、液体メニスカスの正確な位置と、加熱器位置に到達する液滴サイズとに、不確定性も導入する。蒸発は、針／チュービング／などの端部からＥＷＯＤチップの開放スペース内に生じ；単位液滴体積のかなりの割合が、何分以内に蒸発する可能性がある。したがって、液体の実時間感知が望ましい。
【００５８】
液体感知は、キャパシタンスを測定することによってＥＷＯＤチップで実現できることが、他者により提案されているが、これらの技法は、高解像度ＣＣＤカメラまたは高価なキャパシタンスメータを使用した光学的観察も必要とする。本明細書には、大幅に単純化されたハードウェアおよびソフトウェアを使用する容量式感知技法が開示されている。この実時間液体感知システムは、単一抵抗器以外の追加のハードウェアを、既に使用されているＥＷＯＤチップまたは制御システムに付加する必要なく、ＥＷＯＤチップ上の液体を感知し、定量し、同定するように設計されている。測定は、高い信号対雑音比およびピコリットル程度の細かい体積精度で測定信号が抽出されるように、ＡＣ信号および位相ロックループ技法を使用して行われる。
【００５９】
図３２および図３３に示されるようなＥＷＯＤ制御システム１４０では、信号発生器１４２および増幅器１４４が高電圧（１００Ｖ乃至２００Ｖ）信号（１ｋＨｚ乃至２０ｋＨｚ）を発生させる。個々にアドレス可能な継電器は、この電圧を、所望の電極に選択的に印加して流体を移動させる。フィードバックシステムで感知を行うために、１つの小さな抵抗器１４６（約１ｋΩ）が制御回路のアース線に付加され、キャパシタンスを直接測定する代わりに抵抗器の両端間の電圧が測定される（図３２）。この抵抗器は、液体の端から端までかかる電圧を、目に見えるほどに変化させない。キャパシタンスの測定を行うには、測定が望まれる部位でＥＷＯＤ電極を活性化させる（ＡＣ信号で）。外部抵抗器の両端間の位相外れ電圧信号は、活性ＥＷＯＤ電極の部位で液体の体積が決定されるように、アナログ−デジタル変換器を介して測定される。位相ロックループ（参照として非増幅正弦波形信号を使用する。）は、所望の信号を抽出する。平行板キャパシタとしてこのシステムを近似させると（図３３参照）、信号は、定数に、液体で覆われた電極面積の何分の１に線形比例する項を加えたものであり、そこから体積は、電極サイズおよび隙間空間がわかっている場合、誘電率から１を引いた値（液体に依存する。）に線形比例するとして決定することができると示すことができる。異なる体積の水およびＤＭＳＯの液滴に関して収集されたデータ（ＣＣＤ撮像を介して測定された。）は、線形関係を確認する。電極が液体で完全に覆われると、信号が飽和し、液滴体積のさらなる増加を検出することができない。
【００６０】
アース線上に単一抵抗を挿入する代わりに、２つ以上の部位で同時にキャパシタンスを測定することが望まれる場合、代わりとして所望の個々の高電圧電極線上に抵抗器を挿入することができる。
【００６１】
まとめると、ＥＷＯＤチップへの試薬投入を監視するためのこの手法の利点には、下記の事項が含まれるが、それらに限定するものではない：
− ＥＷＯＤシステムへの、最小のハードウェアの付加（単一の精密抵抗器）
− 電圧の測定は、全ての電極に関し回路の１点で行われるが、液体感知選択性空間精度は、一度に単一電極を活性化するＥＷＯＤの通常の動作条件によりもたらされる。
− システムは、通常のＥＷＯＤ動作で使用される印加ＡＣ電位によって周波数特定測定が行われるので、測定用に追加の信号発生を必要としない。
− 測定は、問題となっている狭い周波数帯外の全てのノイズを本質的にフィルタリング除去するロックイン増幅技法に基づく。したがってこのシステムは、ドリフト、６０Ｈｚノイズ、および接地ループなどの主に関係するノイズ要因の影響を受けない。
− 低ノイズ設計により、容易に入手可能な１６ビットデジタイザを使用してかつ低ノイズ増幅を組み込むことなく、ピコリットル程度に少ないＥＷＯＤチップ上への液体体積の精確な測定が可能になる。
− システムの応答性（１０ｎｌに関して１ｍｓ程度に速い精確度）および精確度（１００ｍｓの応答時間に関して１ピコリットルまで少ない）は、ソフトウェアを使用して、容易に調節することができる。
− ソフトウェアは、液体の存在を非常に素早く示すことができ、ＥＷＯＤ上で行われる化学反応に関して多くの実用的用途があり、次いでこのソフトウェアは、必要に応じてかつ利用可能な時間に応じて体積測定および液体同定のその精確度を上げることができる。
【００６２】
上述の内容は、［１８Ｆ］ＦＮＢおよび［１８Ｆ］ＦＤＧを合成するための方法である。どちらの場合も、次のステップに進む前に、液滴を完全に乾燥し、すなわち溶媒を蒸発させるいくつかのステップがある。しかし、全ての液体を蒸発させる場合、加熱器が位置付けられているチップアセンブリの底部からチップアセンブリの上面（すなわち、カバー板５８）までの熱伝導経路は、破壊される。その面結果、上面は、制御された温度よりも実質的に低い。したがって最上部にある任意の固体または液体残渣は、底部にあるものとは異なる温度プロファイルを経験することになる。これは、［１８Ｆ］フッ化物乾燥などを、いくらか信頼性のないものにする可能性がある。
【００６３】
より均一で制御可能な温度を確実にするために、完全な蒸発が決して生じないよう合成プロセスを修正した。例えば、［１８Ｆ］フッ化物を乾燥するプロセス中、ＭｅＣＮの新しい液滴を連続的に添加して（次いで加熱器部位に移送した。）、蒸発した分を補充した。一実施例では、新鮮な液滴を５分間にわたり１０秒乃至２０秒ごとに投入した。［１８Ｆ］ＦＤＧおよび［１８Ｆ］ＦＴＡＧの放射合成は首尾良く行われ、その収率は従来の合成手法に匹敵するものであり、この修正された乾燥プロセスは、微量の水の除去および反応性［１８Ｆ］フッ化物錯体を確実にするのに成功したことが提案されている。
【実施例３】
【００６４】
材料および特徴付け：無水アセトニトリル（ＭｅＣＮ、９９．８％）、無水ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ、９９．９％）、炭酸カリウム（９９％）、ＰＥＴ撮像用マンノーストリフレート、および４，７，１３，１６，２１，２４，−ヘキサオキサ−１，１０，ジアザビシクロ（８．８．８）ヘキサコサン９８％（Ｋ２．２．２）を、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから得て、さらに精製することなく受け取ったままの状態で使用した。１Ｎ ＨＣｌ（保証済み、Ｆｉｓｈｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）を、Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃから購入し、受け取ったままの状態で使用した。合成は、４つの同心状円形加熱器電極１０２、１０４、１０６、１０８を有するＥＷＯＤチップ９８で行った（図２５、図２６）。
【００６５】
合成：担体が付加されない［１８Ｆ］フッ化物イオンを、ＲＤＳ−１１２サイクロトロン（Ｓｉｅｍｅｎｓ）を使用して９７％の１８Ｏ濃縮水に１１ＭｅＶのプロトンビームを照射することにより発生させた。水性［１８Ｆ］フッ化物イオン５０μＬ（２０ｍＣｉ）を、ＭｅＣＮ：Ｈ２Ｏ（９８：２ｖ／ｖ）中にＫ２．２．２（２６ｍＭ）およびＫ２ＣＯ３（７ｍＭ）を混合した４０μＬの混合物に添加した。マンノーストリフレート（５ｍｇ；０．０１ミリモル）を、無水ＤＭＳＯ（１００μＬ）に溶解して、１０４ｍＭの濃度を得た。［１８Ｆ］フッ化物の混合物（２μＬ）を、カバー板５８の縁部にある専用の投入位置６０を通してＥＷＯＤチップ９８上にピペット分取し、電気湿潤力を介して加熱器１００に移送した。この投入プロセスを、さらに３回繰り返した。８μＬの［１８Ｆ］フッ化物混合物を、専用のＥＷＯＤ加熱器１００上で、１０５℃で徐々に蒸発させ、次いでさらに３分間加熱した。さらに８μＬの［１８Ｆ］フッ化物混合物を投入し、前述と同じ様式で蒸発させた。［１８Ｆ］フッ化物混合物を、５滴のＭｅＣＮ（３μＬ）を第１の投入位置６０に通して加熱器１００の部位内に移送することにより、共沸蒸留を介して乾燥させ、１０５℃で３分間加熱した。この乾燥ステップを、さらに２回繰り返した。マンノーストリフレートをＤＭＳＯ（２μＬ；１０ｍＭ）に溶かしたもの２滴を、第２の投入位置６０に通してＥＷＯＤチップ９８上にピペット分取することにより、相互汚染を回避した。次いで６滴のＭｅＣＮ（３μＬ）を投入し、加熱器１００に移送して、フッ素化反応を開始させた。反応液滴を、１５分間にわたり室温から１２０℃に徐々に加熱した。４滴のＨＣｌ（２．５μＬ；１Ｎ）を粗製［１８Ｆ］ＦＴＡＧの液滴に添加し、この組合せを加熱器１００の領域に移送して、加水分解反応を行った。反応液滴を、９０℃で１０分間加熱した。合成後、カバー板５８を除去し、粗製［１８Ｆ］ＦＤＧ生成物を、Ｈ２Ｏ ３０μＬを使用して抽出して放射性ＴＬＣ分析およびカートリッジ精製に供した。粗製［１８Ｆ］ＦＤＧを、ＴＬＣシリカプレート上にスポットし、９５：５のＭｅＣＮ／Ｈ２Ｏ溶媒混合物で展開した。［１８Ｆ］ＦＤＧおよび未反応の［１８Ｆ］フッ化物の組成パーセントを、放射性ＴＬＣ（ＭｉｎｉＧＩＴＡ ｓｔａｒ、Ｒａｙｔｅｓｔ）を使用して分析した。放射標識の変換効率は４６％であることが分析され、加水分解効率は１００％であった。
【００６６】
カートリッジ精製：ＥＷＯＤ微小流体チップ９８上で合成された、粗製［１８Ｆ］ＦＤＧの微小液滴２０を、マイクロＰＥＴ撮像で使用される最終生成物の希釈が回避されるように修正が加えられた、精製カートリッジを使用して精製した。市販の精製カートリッジは、マクロスケール合成に適した樹脂２８０ｍｇから数グラムと、サンプル体積数ミリリットルとからなり、したがって、上記手順で発生する微小体積用には設計されていない。ＥＷＯＤチップ上で合成された単回用量分のＰＥＴプローブは、粗製サンプルの数マイクロリットルからなり、標準カートリッジ内の大量の樹脂中で失われる可能性があった。したがって、特注の精製カートリッジを、５０乃至１００メッシュサイズのＡＧ−５０Ｗ−Ｘ４（４ｍｇ）およびＡＧ１１ Ａ８（４ｍｇ）樹脂（ＢｉｏＲａｄ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）と、粒度５０μｍ乃至３００μｍの中性アルミナ（１０ｍｇ）（Ｗａｔｅｒｓ）とを、３．１７５ｍｍのＩＤポリウレタンチュービングに充填することによって調製した。樹脂は、バーブ・ツー・ルアー・アダプタを備えた２つのポリエチレンフリット（２０μｍの孔径）の間に挟んだ。カートリッジを、まず、重力滴下により水（１ｍＬ；１８ＭΩ）で調整した。水に溶かした粗製生成物３０μＬをピペット分取し、１ｍＬの注射器を使用して圧力を加えることによりカートリッジ内を通過させた。次いで水３０μＬを使用してカートリッジをフラッシュした。最初のカートリッジ精製の後に収集されたサンプル溶離剤を、ＴＬＣプレート上にスポットし、その放射化学純度は、放射性ＴＬＣによって８５％であることがわかった。したがって、［１８Ｆ］ＦＤＧ混合物を、上述と同様の様式で、中性アルミナ（５０ｇ）のみ充填された第２の小型化カートリッジ内に通過させた。第２のカートリッジ精製後の化学純度を、放射性ＴＬＣを使用して分析し、９９％であることがわかった（図２９）。
【００６７】
次いで精製された生成物を、マウスに注射してマイクロＰＥＴ撮像を行い、得られた画像は、従来の手段により生成された［１８Ｆ］ＦＤＧが注射されたマウスで撮影された画像に一致していた。
【実施例４】
【００６８】
ＤＭＳＯは、ＤＭＳＯの低い蒸気圧および除去の難しさが原因で、［１８Ｆ］ＦＤＧのマクロスケールの放射合成で一般に使用されていない。高い温度（トレーサに損傷を与える可能性がある。）および長い時間（かなりの放射能減衰をもたらす。）は、蒸発による除去を用いる場合に必要である。カートリッジを使用することもできるが、前臨床撮像において特に問題となる可能性のある、最終体積のかなりの増加をもたらす。一方、ＤＭＳＯは、広範な有機化合物の高い溶解度、高い分極可能性、およびより高い温度で化学反応を行う能力（その高い沸点により）をもたらす。本明細書に記述される本発明の特徴を組み込んだＥＷＯＤチップ９８を使用して、ＤＭＳＯ中の担体が付加されない添加［１８Ｆ］フッ化物によるマンノーストリフレートの信頼性ある放射性フッ素化およびその後の酸加水分解は、［１８Ｆ］ＦＤＧの生成に関して首尾良く行われることを実証した。典型的な放射性フッ素化反応中にＤＭＳＯ ２μＬ乃至１５μＬが使用される微小液滴放射合成では、大部分のＤＭＳＯが、反応の１０分後に１２０℃で蒸発する。その後、酸を粗製中間体に添加して加水分解反応を行うことにより、定量的加水分解効率を有する［１８Ｆ］ＦＤＧをもたらした。この結果は、反応液滴中の残留ＤＭＳＯが、加水分解反応にもマウスのマイクロＰＥＴ撮像にも影響を及ぼさないことを示した。
【実施例５】
【００６９】
放射化学以外の化学反応に関するプロセスおよびＥＷＯＤチップ９８の有用性を実証するために、揮発性有機溶媒中での簡単な化学合成（放射性同位元素を用いない。）を、ＥＷＯＤチップを使用して行った。ＥＷＯＤチップの「開放」構造に起因して、有機溶媒のマイクロリットルの液滴は、特に高温で非常に素早く蒸発し、その後、化学反応を引き起こすことができる。溶媒が蒸発する前に反応を進行させるのに利用される手法は、マイクロリットル体積の溶媒が投入部位６０から反応部位１００に移送されるように、電気湿潤メカニズムを使用して、反応部位に新しい溶媒液滴を連続的に補充することであった。修正が加えられたエーテル化反応は、アセトニトリル（ＭｅＣＮ；ｂｐ．８２°Ｃ）中１−ナフトールとジブロモブタンとの間で行われ、その結果、１−（４−ブロモブトキシ）ナフタレンが得られた。反応を図３０に概略的に示す。この化学合成では、６０℃で３分間、ＭｅＣＮ中で、１−ナプトール（７４ｍＭ；２μＬ）を最初にＫ２ＣＯ３（２５０ｍＭ；１μＬ）と反応させた。ＭｅＣＮを反応液滴に連続的に添加して、液相反応を維持した。その後、ジブロモブタンをＭｅＣＮ（３．７Ｍ；１μＬ）に溶かした溶液を反応部位に添加し、置換反応を６０℃で５分間行った。
【００７０】
５分後、カバー板を除去し、粗製生成物を、ＭｅＣＮを使用して抽出した。Ｐと標識した粗製生成物を、出発材料（Ｓと標識された；１−ナプトール）と共にＴＬＣプレート上にスポットした（図３１）。ＴＬＣプレートを、ジクロロメタン／ヘキサン（２：１ｖ／ｖ）溶媒混合物を含有する溶媒チャンバ内で展開した。反応の進行を、ＵＶ光を使用したＴＬＣ染色の追跡を介して決定した。ＴＬＣ分析に基づいて、ＥＷＯＤチップ上の置換反応は１−（４−ブロモブトキシ)ナフタレンをもたらし、これは、Ｒｆ値が０．９の新しいスポットとして現れたものであるが、未反応の１−ナフトールは、Ｒｆ値が０．２であった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小化学反応を行う方法において、
誘電体上の電気湿潤装置（ＥＷＯＤ）を提供するステップであって、第１の基板の第１の表面に沿って１つまたは複数の電気的に画定された流体経路を有する第１の基板であって、各流体経路は多数の個別の電極パッドを含み、隣接する電極パッドは非導電性スペースによって互いに切り離されており、前記多数の導電性パッドのそれぞれは、そこに取り付けられた電気伝導性の線を有し、各導電性の線は、前記線が取り付けられている導電性パッドに電気信号を送出するために設けられて、前記流体経路に沿って流体液滴の電気的に指向された移動をもたらすようになされており、非導電性障壁によって電極パッドから離されている、第１の基板、
前記１つまたは複数の電気的に画定された流体経路上にまたは前記流体経路に隣接して位置付けられた、１つまたは複数の流体送達部位、および、
前記第１の基板上で、前記電気的に画定された流体経路に沿って位置付けられた、１つまたは複数の反応部位または加熱器部位を含み、
前記電気的に画定された流体経路は、１つまたは複数の流体送達点から前記１つまたは複数の反応部位または加熱器部位に至る、ステップと、
前記流体送達部位の１つに、液体担体中に第１の化学反応物の液滴を配置するステップであって、前記送達部位は、前記１つまたは複数の加熱器部位にありまたは前記加熱器部位とは間隔を空けて配置されている、ステップと、
前記液滴が、前記加熱器部位から間隔を空けて配置された送達部位に配置された場合、前記流体経路に隣接する前記隣接導電性パッドに順次電界を提供して、前記液滴を前記流体送達点から前記加熱気部位に移動させるステップと、
前記流体送達部位の１つに、液体担体中に第２の化学反応物の液滴を配置するステップと、
前記流体経路に隣接する前記隣接導電性ブロックに順次電界を提供して、前記第２の反応物の前記液滴を前記流体送達点から前記加熱器部位に移動させるステップと、
前記組み合わせた第１および第２の反応物を加熱して、前記第１および第２の反応物の間で化学反応させることにより、所望の中間体または最終生成物を形成するステップと、
前記所望の中間体または最終生成物をさらに反応させまたは回収するステップとを含む、方法。
【請求項２】
第２の基板は前記第１の基板上に位置決めされており、前記第２の基板は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に画定されたスペースを有する状態で前記第１の基板に平行に位置決めされており、前記第２の基板は、導電性であり、または前記画定されたスペースに面し前記第２の基板の表面をコーティングする電気伝導性被膜を有し、前記電気伝導性被膜コーティングは電位を提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の反応物の前記液滴を前記加熱器部位で加熱して、前記第２の化学反応物の前記液滴を添加する前に蒸発によって前記液体担体を部分的にまたは完全に除去する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の反応物または前記液体担体の追加の液滴を、前記第２の化学反応物の前記液滴の添加前に前記加熱器部位に移送し、前記第１の反応物の前記追加の液滴を、先に送達した前記第１の反応物の液滴の蒸発前、部分的な蒸発後、または蒸発完了後のいずれかで前記加熱器に移送する、請求項１乃至３に記載の方法。
【請求項５】
液体担体中の第２の化学反応物の前記液滴を、先に送達した前記第１の反応物の液滴の蒸発前、部分的な蒸発後、または蒸発完了後のいずれかで前記加熱器部位上で前記第１の反応物と組み合わせる、請求項１乃至４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の反応物の前記１つまたは複数の液滴と組み合わせた前記第１の反応物を、反応するのに十分な時間加熱して、前記所望の中間体または最終生成物を得る、請求項１乃至５に記載の方法。
【請求項７】
追加の揮発性液体担体を、前記第１および第２の反応物を液体環境で維持するために前記反応中に前記加熱器部位に移送し、部分的なまたは全体的な蒸発を、所望の反応が完了するのに十分な時間が過ぎた後に行う、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
３種以上の反応物を、最終生成物を調製するためにまたは中間体生成物と反応させるために前記加熱器部位に送達する、請求項１乃至７に記載の方法。
【請求項９】
前記１つまたは複数の加熱器部位は、同心状の個別の電気伝導性パッドを含み、個別の電気伝導性パッドのそれぞれには、個別の電気伝導性パッドのそれぞれの温度を独立して制御するために独立して電力が供給される、請求項１乃至８に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１種の反応物が放射化学物質である、請求項１乃至９に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１種の反応物が１８Ｆを含有する、請求項１乃至１０に記載の方法。
【請求項１２】
微小化学反応を行う方法において、
誘電体上の電気湿潤装置（ＥＷＯＤ）を提供するステップであって、第１の基板の第１の表面に沿って１つまたは複数の電気的に画定された流体経路を有する第１の基板であって、各流体経路は多数の個別の電気伝導性電極パッドを含み、前記流体経路内の隣接する導電性パッドは非導電性スペースによって互いに切り離されており、前記多数の導電性パッドのそれぞれは、そこに取り付けられた電気伝導性の線を有し、各導電性の線は、前記導電性パッドに電気信号を送出するために設けられ、前記線は前記導電性パッドに取り付けられて、前記電気的に画定された流体経路に沿って流体液滴の電気的に指向された移動をもたらす、第１の基板、
前記１つまたは複数の電気伝導性流体経路上にまたは前記流体経路に隣接して位置付けられた、１つまたは複数の流体送達部位、および、
前記第１の基板上で、前記電気的に画定された流体経路に沿って位置付けられた、１つまたは複数の反応部位または加熱器部位を含み、
前記電気的に画定された流体経路は、１つまたは複数の流体送達点から前記１つまたは複数の反応部位または加熱器部位に至る、ステップと、
前記流体送達部位の１つに、液体担体中に反応物の液滴または化学反応物の混合物を配置するステップであって、前記送達部位は、前記１つまたは複数の加熱器部位にありまたは前記加熱器部位とは間隔を空けて配置されているステップと、
前記液滴が、前記加熱器部位から間隔を空けて配置された送達部位に配置された場合、前記流体経路に隣接する前記隣接導電性パッドに順次電界を提供して、前記液滴を前記流体送達点から前記加熱気部位に移動させるステップと、
前記液滴を加熱して化学反応させることにより、所望の中間体または最終生成物を形成するステップと、
前記所望の中間体または最終生成物をさらに反応させまたは回収するステップとを含む、方法。
【請求項１３】
微小化学反応を行うのに使用される装置において、
第１の基板の第１の表面に沿って１つまたは複数の電気的に画定された流体経路を有する第１の基板であって、各流体経路は、前記流体経路から間隔を空けて配置されかつ前記流体経路から電気的に絶縁された多数の導電性電極パッドを含み、隣接する導電性パッドは、非導電性スペースによって互いに切り離されており、前記多数の導電性パッドのそれぞれは、そこに取り付けられた電気伝導性の線を有し、各導電性の線は、前記導電性パッドに電気信号を送出するために設けられ、前記導電性の線は前記導電性パッドに取り付けられて、前記電気的に画定された流体経路に沿って流体液滴の電気的に指向された移動をもたらす、第１の基板と、
前記１つまたは複数の電気伝導性流体経路上にまたは前記流体経路に隣接して位置付けられた、１つまたは複数の流体送達部位と、
前記第１の基板上で、前記電気的に画定された流体経路に沿って位置付けられた、１つまたは複数の反応部位または加熱器部位とを含み、
前記電気的に画定された流体経路は、１つまたは複数の流体送達点から前記１つまたは複数の反応部位または加熱器部位に至る、装置。
【請求項１４】
前記第１の基板上に位置決めされた第２の基板をさらに含み、前記第２の基板は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に画定されたスペースを有する状態で前記第１の基板に平行に位置決めされており、前記第２の基板は、電気伝導性であり、または前記画定されたスペースに面しその表面をコーティングする電気伝導性被膜を有し、前記電気伝導性の第２の基板は電気接地をもたらす、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の基板の１つまたは複数の部分は、前記第２の基板の１つまたは複数の縁部を超えて延びて、前記１つまたは複数の流体送達部位を提供し、前記流体送達部位は、前記第２の基板の前記１つまたは複数の縁部で導電性流体経路上にまたは前記流体経路に隣接して位置付けられている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の加熱器部位は、個別の電気伝導性パッドを含み、個別の電気伝導性パッドのそれぞれは、個別の電気伝導性パッドのそれぞれの温度を独立して制御するために独立して接続されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記１つまたは複数の加熱器部位は、同心状の個別の電気伝導性パッドを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
少なくとも前記電気伝導性流体経路を覆う疎水性被膜コーティングをさらに含む、請求項１３乃至１７に記載の装置。
【請求項１９】
化学物質を液体担体中に含む送達用液体を保持するための密閉容器であって、加圧された気体を、前記送達用液体の上方にある容器内のヘッドスペースに連続的にまたは周期的に送達するための手段を有する、密閉容器、
前記液体担体中の前記化学物質を、前記密閉容器から、前記密閉容器の上方に位置決めされた送達場所に移送するための、前記密閉容器の最上部から上方に延びるチューブ、および
加圧された気体の供給源、および前記加圧された気体を制御された連続的または周期的様式で前記密閉容器に送達するための手段、
前記液体担体の液滴が前記送達場所または意図された第２の場所に到達したことを検出するための感知手段であって、前記感知手段または第２の感知手段は、任意選択で、所望量以下の前記液体担体が前記意図された第２の場所に到達したことも検出する、感知手段
を含む、前記化学物質の液滴を前記流体送達部位に提供するための流体送達装置をさらに含む、請求項１３乃至１８に記載の装置。
【請求項２０】
化学物質の液滴を化学反応器内の送達場所に提供するための装置において、
化学物質を液体担体中に含む送達用液体を保持するための密閉容器であって、加圧された気体を、前記送達用液体の上方にある容器内のヘッドスペースに連続的にまたは周期的に送達するための手段を有する、密閉容器、
前記液体担体中の前記化学物質を、前記密閉容器から、前記密閉容器の上方に位置決めされた送達場所に移送するための、前記密閉容器の最上部から上方に延びるチューブ、および、
加圧された気体の供給源、および前記加圧された気体を、フラッディングを防止するのに十分に制御された連続的または周期的様式で前記密閉容器に送達するための手段、
前記液体担体の液滴が前記送達場所または意図された第２の場所に到達したことを検出するための感知手段であって、前記感知手段または第２の感知手段は、所望量以下の前記液体担体が前記意図された第２の場所に到達したことも検出する、感知手段を含む、装置。
【請求項２１】
前記感知手段は、チュービング内の、前記液体担体のカラムの上部にあるメニスカスを検出するためのセンサを含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記感知手段は、前記化学反応器内の感知側の電気インピーダンスの変化を検出し、インピーダンスの前記変化は、前記化学反応器のセンサ部位に存在する前記液体担体または前記液体担体中の前記化学物質の定められた量に相関している、請求項２０に記載の装置。
【請求項１】
微小化学反応を行う方法において、
誘電体上の電気湿潤装置（ＥＷＯＤ）を提供するステップであって、第１の基板の第１の表面に沿って１つまたは複数の電気的に画定された流体経路を有する第１の基板であって、各流体経路は多数の個別の電極パッドを含み、隣接する電極パッドは非導電性スペースによって互いに切り離されており、前記多数の導電性パッドのそれぞれは、そこに取り付けられた電気伝導性の線を有し、各導電性の線は、前記線が取り付けられている導電性パッドに電気信号を送出するために設けられて、前記流体経路に沿って流体液滴の電気的に指向された移動をもたらすようになされており、非導電性障壁によって電極パッドから離されている、第１の基板、
前記１つまたは複数の電気的に画定された流体経路上にまたは前記流体経路に隣接して位置付けられた、１つまたは複数の流体送達部位、および、
前記第１の基板上で、前記電気的に画定された流体経路に沿って位置付けられた、１つまたは複数の反応部位または加熱器部位を含み、
前記電気的に画定された流体経路は、１つまたは複数の流体送達点から前記１つまたは複数の反応部位または加熱器部位に至る、ステップと、
前記流体送達部位の１つに、液体担体中に第１の化学反応物の液滴を配置するステップであって、前記送達部位は、前記１つまたは複数の加熱器部位にありまたは前記加熱器部位とは間隔を空けて配置されている、ステップと、
前記液滴が、前記加熱器部位から間隔を空けて配置された送達部位に配置された場合、前記流体経路に隣接する前記隣接導電性パッドに順次電界を提供して、前記液滴を前記流体送達点から前記加熱気部位に移動させるステップと、
前記流体送達部位の１つに、液体担体中に第２の化学反応物の液滴を配置するステップと、
前記流体経路に隣接する前記隣接導電性ブロックに順次電界を提供して、前記第２の反応物の前記液滴を前記流体送達点から前記加熱器部位に移動させるステップと、
前記組み合わせた第１および第２の反応物を加熱して、前記第１および第２の反応物の間で化学反応させることにより、所望の中間体または最終生成物を形成するステップと、
前記所望の中間体または最終生成物をさらに反応させまたは回収するステップとを含む、方法。
【請求項２】
第２の基板は前記第１の基板上に位置決めされており、前記第２の基板は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に画定されたスペースを有する状態で前記第１の基板に平行に位置決めされており、前記第２の基板は、導電性であり、または前記画定されたスペースに面し前記第２の基板の表面をコーティングする電気伝導性被膜を有し、前記電気伝導性被膜コーティングは電位を提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の反応物の前記液滴を前記加熱器部位で加熱して、前記第２の化学反応物の前記液滴を添加する前に蒸発によって前記液体担体を部分的にまたは完全に除去する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の反応物または前記液体担体の追加の液滴を、前記第２の化学反応物の前記液滴の添加前に前記加熱器部位に移送し、前記第１の反応物の前記追加の液滴を、先に送達した前記第１の反応物の液滴の蒸発前、部分的な蒸発後、または蒸発完了後のいずれかで前記加熱器に移送する、請求項１乃至３に記載の方法。
【請求項５】
液体担体中の第２の化学反応物の前記液滴を、先に送達した前記第１の反応物の液滴の蒸発前、部分的な蒸発後、または蒸発完了後のいずれかで前記加熱器部位上で前記第１の反応物と組み合わせる、請求項１乃至４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の反応物の前記１つまたは複数の液滴と組み合わせた前記第１の反応物を、反応するのに十分な時間加熱して、前記所望の中間体または最終生成物を得る、請求項１乃至５に記載の方法。
【請求項７】
追加の揮発性液体担体を、前記第１および第２の反応物を液体環境で維持するために前記反応中に前記加熱器部位に移送し、部分的なまたは全体的な蒸発を、所望の反応が完了するのに十分な時間が過ぎた後に行う、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
３種以上の反応物を、最終生成物を調製するためにまたは中間体生成物と反応させるために前記加熱器部位に送達する、請求項１乃至７に記載の方法。
【請求項９】
前記１つまたは複数の加熱器部位は、同心状の個別の電気伝導性パッドを含み、個別の電気伝導性パッドのそれぞれには、個別の電気伝導性パッドのそれぞれの温度を独立して制御するために独立して電力が供給される、請求項１乃至８に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１種の反応物が放射化学物質である、請求項１乃至９に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１種の反応物が１８Ｆを含有する、請求項１乃至１０に記載の方法。
【請求項１２】
微小化学反応を行う方法において、
誘電体上の電気湿潤装置（ＥＷＯＤ）を提供するステップであって、第１の基板の第１の表面に沿って１つまたは複数の電気的に画定された流体経路を有する第１の基板であって、各流体経路は多数の個別の電気伝導性電極パッドを含み、前記流体経路内の隣接する導電性パッドは非導電性スペースによって互いに切り離されており、前記多数の導電性パッドのそれぞれは、そこに取り付けられた電気伝導性の線を有し、各導電性の線は、前記導電性パッドに電気信号を送出するために設けられ、前記線は前記導電性パッドに取り付けられて、前記電気的に画定された流体経路に沿って流体液滴の電気的に指向された移動をもたらす、第１の基板、
前記１つまたは複数の電気伝導性流体経路上にまたは前記流体経路に隣接して位置付けられた、１つまたは複数の流体送達部位、および、
前記第１の基板上で、前記電気的に画定された流体経路に沿って位置付けられた、１つまたは複数の反応部位または加熱器部位を含み、
前記電気的に画定された流体経路は、１つまたは複数の流体送達点から前記１つまたは複数の反応部位または加熱器部位に至る、ステップと、
前記流体送達部位の１つに、液体担体中に反応物の液滴または化学反応物の混合物を配置するステップであって、前記送達部位は、前記１つまたは複数の加熱器部位にありまたは前記加熱器部位とは間隔を空けて配置されているステップと、
前記液滴が、前記加熱器部位から間隔を空けて配置された送達部位に配置された場合、前記流体経路に隣接する前記隣接導電性パッドに順次電界を提供して、前記液滴を前記流体送達点から前記加熱気部位に移動させるステップと、
前記液滴を加熱して化学反応させることにより、所望の中間体または最終生成物を形成するステップと、
前記所望の中間体または最終生成物をさらに反応させまたは回収するステップとを含む、方法。
【請求項１３】
微小化学反応を行うのに使用される装置において、
第１の基板の第１の表面に沿って１つまたは複数の電気的に画定された流体経路を有する第１の基板であって、各流体経路は、前記流体経路から間隔を空けて配置されかつ前記流体経路から電気的に絶縁された多数の導電性電極パッドを含み、隣接する導電性パッドは、非導電性スペースによって互いに切り離されており、前記多数の導電性パッドのそれぞれは、そこに取り付けられた電気伝導性の線を有し、各導電性の線は、前記導電性パッドに電気信号を送出するために設けられ、前記導電性の線は前記導電性パッドに取り付けられて、前記電気的に画定された流体経路に沿って流体液滴の電気的に指向された移動をもたらす、第１の基板と、
前記１つまたは複数の電気伝導性流体経路上にまたは前記流体経路に隣接して位置付けられた、１つまたは複数の流体送達部位と、
前記第１の基板上で、前記電気的に画定された流体経路に沿って位置付けられた、１つまたは複数の反応部位または加熱器部位とを含み、
前記電気的に画定された流体経路は、１つまたは複数の流体送達点から前記１つまたは複数の反応部位または加熱器部位に至る、装置。
【請求項１４】
前記第１の基板上に位置決めされた第２の基板をさらに含み、前記第２の基板は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に画定されたスペースを有する状態で前記第１の基板に平行に位置決めされており、前記第２の基板は、電気伝導性であり、または前記画定されたスペースに面しその表面をコーティングする電気伝導性被膜を有し、前記電気伝導性の第２の基板は電気接地をもたらす、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の基板の１つまたは複数の部分は、前記第２の基板の１つまたは複数の縁部を超えて延びて、前記１つまたは複数の流体送達部位を提供し、前記流体送達部位は、前記第２の基板の前記１つまたは複数の縁部で導電性流体経路上にまたは前記流体経路に隣接して位置付けられている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の加熱器部位は、個別の電気伝導性パッドを含み、個別の電気伝導性パッドのそれぞれは、個別の電気伝導性パッドのそれぞれの温度を独立して制御するために独立して接続されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記１つまたは複数の加熱器部位は、同心状の個別の電気伝導性パッドを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
少なくとも前記電気伝導性流体経路を覆う疎水性被膜コーティングをさらに含む、請求項１３乃至１７に記載の装置。
【請求項１９】
化学物質を液体担体中に含む送達用液体を保持するための密閉容器であって、加圧された気体を、前記送達用液体の上方にある容器内のヘッドスペースに連続的にまたは周期的に送達するための手段を有する、密閉容器、
前記液体担体中の前記化学物質を、前記密閉容器から、前記密閉容器の上方に位置決めされた送達場所に移送するための、前記密閉容器の最上部から上方に延びるチューブ、および
加圧された気体の供給源、および前記加圧された気体を制御された連続的または周期的様式で前記密閉容器に送達するための手段、
前記液体担体の液滴が前記送達場所または意図された第２の場所に到達したことを検出するための感知手段であって、前記感知手段または第２の感知手段は、任意選択で、所望量以下の前記液体担体が前記意図された第２の場所に到達したことも検出する、感知手段
を含む、前記化学物質の液滴を前記流体送達部位に提供するための流体送達装置をさらに含む、請求項１３乃至１８に記載の装置。
【請求項２０】
化学物質の液滴を化学反応器内の送達場所に提供するための装置において、
化学物質を液体担体中に含む送達用液体を保持するための密閉容器であって、加圧された気体を、前記送達用液体の上方にある容器内のヘッドスペースに連続的にまたは周期的に送達するための手段を有する、密閉容器、
前記液体担体中の前記化学物質を、前記密閉容器から、前記密閉容器の上方に位置決めされた送達場所に移送するための、前記密閉容器の最上部から上方に延びるチューブ、および、
加圧された気体の供給源、および前記加圧された気体を、フラッディングを防止するのに十分に制御された連続的または周期的様式で前記密閉容器に送達するための手段、
前記液体担体の液滴が前記送達場所または意図された第２の場所に到達したことを検出するための感知手段であって、前記感知手段または第２の感知手段は、所望量以下の前記液体担体が前記意図された第２の場所に到達したことも検出する、感知手段を含む、装置。
【請求項２１】
前記感知手段は、チュービング内の、前記液体担体のカラムの上部にあるメニスカスを検出するためのセンサを含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記感知手段は、前記化学反応器内の感知側の電気インピーダンスの変化を検出し、インピーダンスの前記変化は、前記化学反応器のセンサ部位に存在する前記液体担体または前記液体担体中の前記化学物質の定められた量に相関している、請求項２０に記載の装置。
【図１】
【図２】
【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１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図１９Ｄ】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図２】
【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１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図１９Ｄ】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公表番号】特表２０１３−５０８１２９（Ｐ２０１３−５０８１２９Ａ）
【公表日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３４１６６（Ｐ２０１２−５３４１６６）
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／００２７５６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４６６１５
【国際公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（５０６１１５５１４）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 (87)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／００２７５６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４６６１５
【国際公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（５０６１１５５１４）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 (87)
【Ｆターム（参考）】
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