JP2005514187A - Microfluidic system including virtual wall fluidic interconnect ports for interconnecting fluids with microfluidic systems - Google Patents

Microfluidic system including virtual wall fluidic interconnect ports for interconnecting fluids with microfluidic systems Download PDF

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Abstract

マイクロ流体システムの流体相互接続ポートおよび流体相互接続ポートを形成する方法を提供する。流体相互接続ポートは、マイクロチャネルが第1の液体で満たされるときに、仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められている、マイクロチャネルの側壁に形成された開口部を含む。流体相互接続ポートは、マイクロチャネルに第1の液体を充填し、第1の液体に第2の液体を導入し、かつマイクロチャネルから液体を排出するために使用される。A fluid interconnection port and a method of forming a fluid interconnection port of a microfluidic system are provided. The fluid interconnect port includes an opening formed in the side wall of the microchannel that is sized and dimensioned to form an imaginary wall when the microchannel is filled with the first liquid. The fluid interconnect port is used to fill the microchannel with a first liquid, introduce a second liquid into the first liquid, and drain the liquid from the microchannel.

Description

関連出願の参照
本出願は、全てが参照として明白に本明細書に組み入れられる、2001年6月20日提出の米国暫定特許出願第60/299,515号、2001年12月21日提出の米国特許出願第10/028,852号、2001年12月21日提出の米国特許出願第10/027,484号、2001年12月21日提出の米国特許出願第10/027,516号、2001年12月21日提出の米国特許出願第10/027,171号、2001年12月21日提出の米国特許出願第10/027,922号、および2001年12月21日提出の米国特許出願第10/029,108号の優先権を主張している。 This application is a U.S. provisional patent application No. 60 / 299,515 filed Jun. 20, 2001, U.S. patent application filed Dec. 21, 2001, all of which are expressly incorporated herein by reference. No. 10 / 028,852, U.S. Patent Application No. 10 / 027,484, filed Dec. 21, 2001, U.S. Patent Application No. 10 / 027,516, filed Dec. 21, 2001, U.S. Patent, filed Dec. 21, 2001 Priority is claimed on Application No. 10 / 027,171, US Patent Application No. 10 / 027,922 filed December 21, 2001, and US Patent Application No. 10 / 029,108 filed December 21, 2001.

発明の分野
本発明は、マイクロスケールの流体を取り扱う装置およびシステムに関する。さらにより特別には、本発明は、マイクロ流体システム（microfluidic system）において双方向性の流体相互接続（fluid interfacing）を提供するための流体相互接続ポート（fluidic interface port）に関する。 The present invention relates to devices and systems for handling microscale fluids. Even more particularly, the invention relates to a fluidic interface port for providing bi-directional fluid interfacing in a microfluidic system.

発明の背景
化学、生物医学、生物科学および薬学業界において、反応、分離、およびその後の検出段階などの大多数の化学的操作を、高度に平行な様式で実施することがますます望ましくなっている。(生)化学化合物の高スループット合成、スクリーニング、および分析により、新薬および新薬候補物の経済的な発見、ならびに高性能の医学的診断装置の実現が可能になる。速度の増加、再現性の増強、高価な試料および試薬の消費の減少、ならびに廃棄物の減少は、これらの適用に要求される化学的操作の改善に関して極めて重要である。 BACKGROUND OF THE INVENTION In the chemical, biomedical, biological sciences and pharmaceutical industries, it is increasingly desirable to perform the majority of chemical operations such as reactions, separations, and subsequent detection steps in a highly parallel manner. . High-throughput synthesis, screening, and analysis of (bio) chemical compounds enables the economic discovery of new drugs and drug candidates and the realization of high-performance medical diagnostic devices. Increased speed, enhanced reproducibility, reduced consumption of expensive samples and reagents, and reduced waste are crucial for improving the chemical operations required for these applications.

マイクロ流体デバイスおよびシステムは、化学的、生化学的および生物学的な分析および合成を実施するための改善された方法を提供する。マイクロ流体デバイスおよびシステムは、チップに基づくマイクロ化学分析システムにおいて、多段階、多種の化学的操作の実施を可能にする。チップに基づくマイクロ流体システムは、一般に、化学的および生化学的標本の取り扱いおよび分析が特に可能な従来の「マイクロ流体」要素を含む。典型的には、当技術におけるマイクロ流体という用語は、約1.0μm〜約500μmの範囲の典型的な断面寸法を有するチャネルによって接続された処理ノード、チャンバーおよび貯蔵器のネットワークを有するシステムまたはデバイスをいう。当技術分野において、このような断面寸法を有するチャネルは「マイクロチャネル」と言われる。   Microfluidic devices and systems provide improved methods for performing chemical, biochemical and biological analysis and synthesis. Microfluidic devices and systems allow for the implementation of multi-step, diverse chemical operations in chip-based microchemical analysis systems. Chip-based microfluidic systems generally include conventional “microfluidic” elements that are particularly capable of handling and analyzing chemical and biochemical specimens. Typically, the term microfluidic in the art refers to a system or device having a network of processing nodes, chambers and reservoirs connected by channels having typical cross-sectional dimensions ranging from about 1.0 μm to about 500 μm. Say. In the art, channels having such cross-sectional dimensions are referred to as “microchannels”.

マイクロ流体システムにおいて化学的操作を実施することによって、潜在的に上記の数多くの望ましい改善を実現することができる。寸法の小型化により、種の加熱、冷却および受動輸送（拡散物質輸送）などの拡散過程をより迅速に進行させることができる。一例は、典型的に化学合成および分析において必要とされる段階である、液体の熱処理である。従来の実験室環境において実施されている、ビーカーにおける液体の加熱および冷却と比較して、液体の熱処理は、マイクロチャネルにおいては拡散距離が短いことにより加速される。マイクロ流体システムの効率の別の例は、拡散律速される過程である、液体に溶解された種の混合である。混合チャンバーの典型的な寸法の小型化は拡散物質輸送によって克服される典型的な距離を減少し、結果として混合時間を短縮する。熱処理と同様に、試薬などの溶解した化学種と、試料または合成段階のための前駆体との混合は、実質的に全ての化学合成および分析過程に必要とされる操作である。従って、混合にかかる時間を短縮できることは、ほとんどの化学合成および分析過程に重大な利点を提供する。   By implementing chemical operations in a microfluidic system, a number of desirable improvements described above can potentially be realized. Due to the smaller dimensions, diffusion processes such as seed heating, cooling and passive transport (diffusion material transport) can proceed more rapidly. One example is liquid heat treatment, a step typically required in chemical synthesis and analysis. Compared to the heating and cooling of liquid in a beaker, which is performed in a conventional laboratory environment, the heat treatment of the liquid is accelerated by the short diffusion distance in the microchannel. Another example of the efficiency of a microfluidic system is the mixing of species dissolved in a liquid, which is a diffusion-controlled process. The miniaturization of the typical dimensions of the mixing chamber reduces the typical distance overcome by diffusive material transport and consequently shortens the mixing time. As with heat treatment, mixing dissolved chemical species, such as reagents, with precursors for a sample or synthesis step is an operation required for virtually all chemical synthesis and analysis processes. Thus, the ability to reduce mixing time provides significant advantages for most chemical synthesis and analysis processes.

さらに、寸法の減少は、化学合成および分析過程に使用する分離操作を増強する。一例は、長手方向の電場の適用による、液体を充填した毛細管を通過する溶解した荷電種の移動に基づく分離技術である、キャピラリー電気泳動である。毛細管の断面サイズを減少させることによって、分離効率を大幅に改善することができ、それによって分離を迅速にすることができる。例えば、Effenhauserら、Anal. Chem. 65: 2637-2642 10月(1993)、Effenhauserら、Anal. Chem. 66: 2949-2953 9月(1994)、Jacobsonら、Anal. Chem. 66: 4127-4132 12月(1994)およびJacobsonら、Anal. Chem. 66: 1114-1118 4月(1994)を参照されたい。   Furthermore, the reduction in size enhances the separation operations used in chemical synthesis and analysis processes. One example is capillary electrophoresis, which is a separation technique based on the movement of dissolved charged species through a capillary filled with liquid by application of a longitudinal electric field. By reducing the cross-sectional size of the capillary, the separation efficiency can be greatly improved, thereby speeding up the separation. For example, Effenhauser et al., Anal. Chem. 65: 2637-2642 October (1993), Effenhauser et al., Anal. Chem. 66: 2949-2953 September (1994), Jacobson et al., Anal. Chem. 66: 4127-4132 See December (1994) and Jacobson et al., Anal. Chem. 66: 1114-1118 April (1994).

寸法の減少の別の局面は、試料、試薬、前駆体および非常に高価であることが多い他の化学物質の、必要な容量の減少である。ミリリッターサイズのシステムは、典型的に、これらの物質のミリリッター容量を必要とするが、マイクロリッターサイズのマイクロ流体システムは、マイクロリッター容量を必要とするだけである。より小さい容量を使用してこれらの過程を実施することができることにより、大幅に費用を節減し、化学合成および分析操作の経済的な操作が可能になる。必要容量の低下の結果として、化学操作中に産生される化学廃棄物の量も対応して減少する。   Another aspect of dimensional reduction is the reduction in the required volume of samples, reagents, precursors and other chemicals that are often very expensive. Milliliter-sized systems typically require milliliter volumes of these materials, while microliter-sized microfluidic systems only require microliter volumes. The ability to perform these processes using smaller volumes greatly reduces costs and allows for economical operation of chemical synthesis and analytical operations. As a result of the reduction in required capacity, the amount of chemical waste produced during the chemical operation is correspondingly reduced.

マイクロ流体システムに関連する寸法の低下により、重要な化学操作を加速することができると同時に、化合物の消費および化学的廃棄物の減少を導くことができると結論づけることができる。   It can be concluded that the reduction in dimensions associated with microfluidic systems can accelerate important chemical operations, while at the same time leading to compound consumption and chemical waste reduction.

マイクロ流体システムの用途は無数である。例えば、米国特許第5,922,591号は、小型化された統合型核酸診断デバイスおよびシステムを記載している。このデバイスは、1つまたは複数の試料の獲得および調製操作を、1つまたは複数の試料分析操作と組み合わせて実施することができる。マイクロ流体システムの有用な適用は、核酸に基づく診断およびデノボ配列決定用途にある。1996年2月15日に刊行された国際特許出願・国際公開公報第96/04547号は、電気泳動分離、フローインジェクション分析、ならびに化学反応および合成段階を実施するための、動電学的作動式マイクロ流体システムの用途を記載している。米国特許第5,942,443号は、特に種々の化学的および生化学的システムに対する、大多数の異なる化学化合物の効果についてそれらをスクリーニングする際に有用な、高スループット合成および分析を実施するための、ある範囲のマイクロ流体デバイスを開示している。米国特許第5,858,804号は、固相基材に配置された複数のマイクロチャネルおよびチャンバーを含む、マイクロラボラトリーアレイにおいて免疫学的アッセイを実施する方法を提供している。米国特許第6,176,991 B1号は、特に核酸配列決定のための、化学的試料の組成の効率的な高速分析を提供する、マイクロチップフォーマットにおける蛇行電気泳動チャネルを開示している。   There are numerous uses for microfluidic systems. For example, US Pat. No. 5,922,591 describes a miniaturized integrated nucleic acid diagnostic device and system. The device can perform one or more sample acquisition and preparation operations in combination with one or more sample analysis operations. Useful applications of microfluidic systems are in nucleic acid based diagnostics and de novo sequencing applications. International Patent Application No. 96/04547, published February 15, 1996, is an electrokinetically operated system for performing electrophoretic separations, flow injection analysis, and chemical reaction and synthesis steps. Describes the use of microfluidic systems. US Pat. No. 5,942,443 is a range for performing high-throughput synthesis and analysis that is useful in screening them for the effects of a large number of different chemical compounds, especially on a variety of chemical and biochemical systems A microfluidic device is disclosed. US Pat. No. 5,858,804 provides a method for performing an immunological assay in a microlaboratory array comprising a plurality of microchannels and chambers disposed on a solid phase substrate. US Pat. No. 6,176,991 B1 discloses a serpentine electrophoresis channel in a microchip format that provides an efficient rapid analysis of the composition of chemical samples, especially for nucleic acid sequencing.

マイクロ流体システムに向かって、マイクロ流体システム内において、またはマイクロ流体システム間において、試料、分析物、試薬、合成のための前駆体、および緩衝液のような流体を相互接続させる（interfacing）のための多数の方法が記載されている。従来のマイクロ流体システムでは、マイクロ流体基材内に試料および他の流体を導入するために使用する構造物および方法が、マイクロ流体システムの能力を制限している。例えば、従来のマイクロ流体システムは、処理するためのマイクロチャネルに試料を導入するために別個の試料導入チャネルを備えている場合がある。最初に試料を試料チャネルに導入し、試料チャネルを介してマイクロチャネルに輸送する。流体を導入するための別の方法は、試料の比較的大きな供給を保持するための、マイクロチャネルと連絡している試料ウェルまたは貯蔵器の使用に関係する。貯蔵器は、マイクロ流体チャネルより有意に大きな容量の流体を収容する構造物である。試料ウェルまたは貯蔵器における供給試料の比較的少量がマイクロチャネル内に導入される。   To interfacing fluids such as samples, analytes, reagents, precursors for synthesis, and buffers toward, within, or between microfluidic systems A number of methods have been described. In conventional microfluidic systems, the structures and methods used to introduce samples and other fluids into the microfluidic substrate limit the capabilities of the microfluidic system. For example, a conventional microfluidic system may include a separate sample introduction channel for introducing a sample into a microchannel for processing. The sample is first introduced into the sample channel and transported through the sample channel to the microchannel. Another method for introducing fluid involves the use of a sample well or reservoir in communication with the microchannel to hold a relatively large supply of sample. A reservoir is a structure that contains a significantly larger volume of fluid than a microfluidic channel. A relatively small amount of feed sample in a sample well or reservoir is introduced into the microchannel.

マイクロ流体基層上で処理することができる試料および他の流体の合計数は、現在は、貯蔵器（これを介してこれらの流体がマイクロ流体システムに導入される）のサイズおよび／または数によって制限されている。マイクロ流体システム内に流体を導入するための既知の構造物および方法の欠点は、有意なサイズ非効率および試料損失による、マイクロ流体分析に必要とされるよりもはるかに大容量の流体の使用および移動である。さらに、マイクロ流体システムに流体を導入する従来の方法では、試料チャネルまたは貯蔵器を通過後、最終的にマイクロチャネルに導入される試料導入の量を制御することが困難である。   The total number of samples and other fluids that can be processed on the microfluidic substrate is currently limited by the size and / or number of reservoirs through which these fluids are introduced into the microfluidic system Has been. The disadvantages of known structures and methods for introducing fluids into microfluidic systems are the use of much larger volumes of fluid than required for microfluidic analysis and the significant size inefficiency and sample loss. It is a move. Furthermore, with conventional methods of introducing fluid into a microfluidic system, it is difficult to control the amount of sample introduction that is ultimately introduced into the microchannel after passing through the sample channel or reservoir.

マイクロ流体システムとの流体的連絡の方法は、機械的なマイクロポンプおよび弁によるものであり、米国特許第6,033,191号および米国特許第5,529,465号を参照されたい。流体的相互接続のこの手法の主要な欠点は、これらのマイクロポンプおよび弁の複雑な構成および操作である。別の欠点は、マイクロチャネルの内部容量と比較した場合、比較的大きなサイズおよび内部容量である。これら2つの容量間には複数桁の大きさの差があることが多く、結果として生じる矛盾により、多数の小型の寸法のマイクロチャネルと相互接続するのにマイクロポンプを魅力のないものにしている。   The method of fluid communication with the microfluidic system is by mechanical micropumps and valves, see US Pat. No. 6,033,191 and US Pat. No. 5,529,465. A major drawback of this approach to fluidic interconnection is the complex configuration and operation of these micropumps and valves. Another drawback is the relatively large size and internal capacity when compared to the internal capacity of the microchannel. Often there are multiple orders of magnitude differences between these two capacities, and the resulting inconsistencies make micropumps unattractive to interconnect with many small sized microchannels. .

米国特許第5,173,163号は、電気泳動分離のためのマイクロ毛細管に流体試料を導入するための方法および装置を記載している。この方法では、導入される液体を含有する管に、分離毛細管の一方の末端を導入することによって、この毛細管内に液体を導入する。適用される外部圧力および電圧の組み合わせにより、液体が管から毛細管内に輸送される。提案されているこの方法には欠点がある。デバイスのサイズが、大多数のマイクロチャネルとの相互接続を不可能にし、かつ連続注入の間にデバイスを洗浄する必要があり、スループットをかなり低下させている。   US Pat. No. 5,173,163 describes a method and apparatus for introducing a fluid sample into a microcapillary for electrophoretic separation. In this method, the liquid is introduced into the capillary by introducing one end of the separating capillary into the tube containing the liquid to be introduced. The combination of external pressure and voltage applied causes liquid to be transported from the tube into the capillary. This proposed method has drawbacks. The size of the device makes it impossible to interconnect with the majority of microchannels and necessitates cleaning the device during successive injections, significantly reducing throughput.

マイクロ流体デバイスに物質を導入するための別の方法は、米国特許第6,042,709号に開示されている。この手法では、マイクロ流体デバイスの受入口開口部を介して荷電化合物を移動させるために、動電力を使用している。欠点は、注入される液体および物質の正確な量は、制御が困難な大多数の因子に依存しているということである。1つの重要なパラメーターは、適用される電圧と共に液体の流動を決定する、マイクロチャネル壁の表面電位である。この表面電位は、くみ上げられる液体のpH、ならびにそのイオン組成および液体中に存在するイオンの種類にさえ依存する。全ての注入ポートについて、閉じた電気回路を提供するために、関連する液体チャネルと共に別個の高い電圧供給が必要とされるので、大多数の異なる液体との効率的な相互接続を不可能にするということも欠点である。   Another method for introducing substances into microfluidic devices is disclosed in US Pat. No. 6,042,709. In this approach, electromotive force is used to move charged compounds through the receiving opening of the microfluidic device. The disadvantage is that the exact amount of liquid and material injected depends on the majority of factors that are difficult to control. One important parameter is the surface potential of the microchannel wall that determines the flow of the liquid along with the applied voltage. This surface potential depends on the pH of the liquid being pumped, and even on the ionic composition and the type of ions present in the liquid. For every injection port, a separate high voltage supply is required along with the associated liquid channel to provide a closed electrical circuit, thus preventing efficient interconnection with the majority of different liquids. That is also a drawback.

高度に平行な様式で電気泳動実験を実施するための方法および装置は、米国特許第6,103,199号に開示されている。ここでは、複数の分離毛細管が、液状の化学物質を受け入れるための関連するウェルとともに、二次元アレイ形態で配置されている。化学物質は、充填されるウェルに関連した加圧チャンバーを使用する相互接続方法によって、マイクロタイタープレートからこれらのウェルに分注される。欠点は、適用された液体のごく少量の分画だけが目的のマイクロチャネルに実際に導入され、適用された液滴の大半は毛細管力によってウェル内に残るということである。結果として、液体の大半は廃棄され、その後の化学的処理段階に利用できない。実際に輸送されるごく少量の部分の液体だけが、マイクロ流体システムの目的の部分に導入される効果を「注入効率」、すなわち、マイクロ流体システムの一部における特定の化学操作に必要な液体の容量と、導入操作に必要な液体の総容量との比、と言うことができる。   A method and apparatus for performing electrophoresis experiments in a highly parallel manner is disclosed in US Pat. No. 6,103,199. Here, a plurality of separating capillaries are arranged in a two-dimensional array with associated wells for receiving liquid chemicals. Chemicals are dispensed from the microtiter plate to these wells by an interconnect method using a pressurized chamber associated with the wells to be filled. The disadvantage is that only a very small fraction of the applied liquid is actually introduced into the target microchannel and the majority of the applied droplet remains in the well by capillary forces. As a result, most of the liquid is discarded and is not available for subsequent chemical processing steps. Only a small portion of the liquid that is actually transported has the effect of being introduced into the target portion of the microfluidic system as “injection efficiency”, i.e., the amount of liquid required for a particular chemical operation in a portion of the microfluidic system. It can be said that the ratio between the volume and the total volume of liquid required for the introduction operation.

この特定の開示では、電気泳動分離（すなわち、化学的操作）にはナノリッター以下の量しか必要ないが、多くのマイクロリッターの試料がマイクロタイタープレートから取り出され（すなわち、導入操作）、0.001よりはるかに低い注入効率を生じる。低い注入効率は化学物質の非効率的な使用および廃棄物産生の増加を示すので、欠点である。   In this particular disclosure, electrophoretic separations (ie, chemical operations) require sub-nanoliter quantities, but many microliter samples are removed from microtiter plates (ie, introduction operations), starting from 0.001 A much lower injection efficiency results. Low injection efficiency is a disadvantage as it indicates inefficient use of chemicals and increased waste production.

米国特許第6,090,251号は、マイクロ流体デバイスへの流体の導入を促進するための、微細製造された構造物を提供する。流体は、加圧ガスを使用して複数の受け入れウェル内に液体を滴下することによって、関連するマイクロチャネルと直接連絡しているこれらの受け入れウェル内に導入される。必要とされる流体多岐管（manifolds）および加圧システムの複雑さに加えて、ここでの欠点もまた、適用される液体のごく少量の分画しか実際には実験に使用されないために、注入効率が本質的に低いことである。   US Pat. No. 6,090,251 provides a microfabricated structure to facilitate the introduction of fluid into a microfluidic device. Fluid is introduced into these receiving wells that are in direct communication with the associated microchannels by using a pressurized gas to drip liquid into the plurality of receiving wells. In addition to the complexity of the required fluid manifolds and pressurization systems, the disadvantage here is also the injection because only a very small fraction of the applied liquid is actually used in the experiment. The efficiency is essentially low.

チップ様デバイス上で実施されるキャピラリー電気泳動カラムに液体を導入するためには、一般に動電学的注入が適用される。Woolleyら、Anal. Chem. 70: 684-688 2月(1998)、Jacobsonら、Anal. Chem. 68: 720-723 3月(1996)、Jacobsonら、Anal. Chem. 66: 2369-2373 7月(1994)およびEffenhauserら、Anal. Chem. 67: 2284-2287 7月(1995)を参照されたい。この方法では、第1のウェルと、下流に配置された第2のウェルとの間に高い駆動電圧を適用することによって、電気泳動分離のためのマイクロチャネル方向に、第1のウェルから液体がくみ出される。マイクロチャネル壁の荷電した内側面により、電気浸透性の液体流動が誘導され、第1のウェルから目的のマイクロチャネルに液体をくみ出す。この方法は「動電学的注入」と言われ、いくつかの欠点がある。1つの欠点は、例えば、高スループット合成およびスクリーニング適用において大多数の液体を取り扱う必要がある場合、大多数のウェルがマイクロ流体デバイス上に統合される必要がある。実際の化学操作を実施するマイクロチャネル（径約50μm）と比較して、典型的なウェルは占有面積が比較的大きく（径約5mm）、チップ表面の優勢な部分を占める（米国特許第6,143,152号および米国特許第6,159,353号を参照されたい）。マイクロ流体チップの費用はチップ表面に強く依存するので、要求されるウェルの統合は、この液体注入スキームを高スループット合成およびスクリーニング適用にとって魅力のないものにしている。   Electrokinetic injection is generally applied to introduce a liquid into a capillary electrophoresis column implemented on a chip-like device. Woolley et al., Anal. Chem. 70: 684-688 February (1998), Jacobson et al., Anal. Chem. 68: 720-723 March (1996), Jacobson et al., Anal. Chem. 66: 2369-2373 July (1994) and Effenhauser et al., Anal. Chem. 67: 2284-2287 July (1995). In this method, by applying a high driving voltage between the first well and the second well disposed downstream, the liquid flows from the first well in the microchannel direction for electrophoretic separation. It is pumped out. The charged inner surface of the microchannel wall induces an electroosmotic liquid flow that draws liquid from the first well into the target microchannel. This method is called “electrokinetic injection” and has several drawbacks. One drawback is that the majority of wells need to be integrated onto the microfluidic device if, for example, the majority of liquids need to be handled in high throughput synthesis and screening applications. Compared to microchannels (approximately 50 μm in diameter) that perform the actual chemical manipulation, typical wells occupy a relatively large area (approximately 5 mm in diameter) and occupy a dominant portion of the chip surface (US Pat. No. 6,143,152) And US Pat. No. 6,159,353). Since the cost of microfluidic chips is highly dependent on the chip surface, the required well integration makes this liquid injection scheme unattractive for high-throughput synthesis and screening applications.

従来のシステムの別の欠点は、全てのウェルについて、駆動電圧を適用するために、電子回路設計と共に別個の電極が必要とされることである。この要件により、装置は複雑で、高価になる。   Another disadvantage of conventional systems is that separate electrodes are required with the electronic circuit design to apply the drive voltage for all wells. This requirement makes the device complex and expensive.

動電学的注入の別の具体的な欠点は、電極への駆動電圧適用中に、水の電解により水酸イオン（OH-）、水素イオン（H+）、水素ガス（H2）および酸素ガス（O2）が形成されることである。形成されたイオンは第1のウェルからくみ出される液体の酸性度（すなわち、pH）に影響を与えると同時に、発生したガスはマイクロ流体システム内でガスの気泡を形成し、実験およびマイクロ流体デバイスをも破壊する可能性がある。水性媒体の電解以外に電極表面の電気化学的反応により、存在する任意の電気活性種が分解しうる。例えば、ほとんどの液体媒体に存在するイオンである塩化物イオンの存在により、塩素ガスが形成されると考えられ、注入される液体内に存在する脆弱な（生化学的）化合物と相互作用し、破壊する可能性がある。注入される液体は、動電学的注入に関連する電気化学的過程によって破壊される可能性のある電気活性な構成物質を含有することもある。これらの欠点は一まとめにし、「電気化学的汚染」と言うことができる。 Another specific disadvantage of the electrokinetic injection, into the driving voltage applied to the electrodes, hydroxide ions (OH -) by electrolysis of water, hydrogen ion (H +), hydrogen gas (H 2) and oxygen Gas (O 2 ) is formed. The formed ions affect the acidity (ie, pH) of the liquid pumped from the first well, while the generated gas forms gas bubbles within the microfluidic system, which allows experiments and microfluidic devices. May also be destroyed. In addition to electrolysis of an aqueous medium, any electroactive species present can be decomposed by an electrochemical reaction on the electrode surface. For example, the presence of chloride ions, ions present in most liquid media, is thought to form chlorine gas, interacting with fragile (biochemical) compounds present in the injected liquid, There is a possibility of destruction. The injected liquid may contain electroactive components that can be destroyed by electrochemical processes associated with electrokinetic injection. These shortcomings can be grouped together and referred to as “electrochemical contamination”.

動電学的注入の別の欠点は、交差汚染を防ぐために、連続実験の間にウェルを綿密に洗浄する必要があるということである。この洗浄段階が必要とされることによりスループットが低下し、オンラインモニタリングを実施することが困難になる。別の欠点は、注入される液体を高電圧に供することである。直流電気による分離(galvanic separation)の無いこの局面は、感電の危険によりインビボまたはニアビボ(near-vivo)適用のために動電学的注入を使用することを実質的に不可能にする。別の欠点は、言及されている動電学的注入方法は、微細製造技術を介して、すなわち、コンピュータチップの製造にも適用される高価な装置および方法を使用することにより製造される、チップ様システムにだけ適用可能であるということである。これらの方法は高い費用を有することが既知である。現在の非チップベース毛細管システムにも適用可能な相互接続方法を提供することが望ましい。さらに別の欠点は、動電学的注入の注入効率の低さである。典型的なウェルに充填するためには、約10〜50μlの液体が必要であるが、特定の化学的操作には、ナノリッター以下の量しか必要にならない。   Another disadvantage of electrokinetic injection is that the wells need to be thoroughly cleaned during successive experiments to prevent cross contamination. The need for this washing step reduces throughput and makes online monitoring difficult. Another drawback is subjecting the injected liquid to a high voltage. This aspect without galvanic separation makes it virtually impossible to use electrokinetic injection for in vivo or near-vivo applications due to the risk of electric shock. Another disadvantage is that the mentioned electrokinetic injection method is manufactured through microfabrication techniques, i.e. by using expensive equipment and methods that are also applied to the manufacture of computer chips. It can be applied only to the system. These methods are known to be expensive. It would be desirable to provide an interconnect method that is also applicable to current non-chip based capillary systems. Yet another disadvantage is the low injection efficiency of electrokinetic injection. About 10-50 μl of liquid is required to fill a typical well, but certain chemical operations require sub-nanoliter quantities.

米国特許第6,130,098号は、マイクロチャネルに直接接続しているある容量の空気を加熱することによって生成される圧力を使用して、ある容量の液体をマイクロチャネル内に、およびマイクロチャネルを通して移動させることを開示している。この流体相互接続方法の欠点は、正確かつ効率的な操作のために、電子的加熱要素とともに圧力発生空気チャンバーが、マイクロ流体システムに統合される必要があることである。これにより装置は複雑になり、それに関連して費用が増す。   US Pat. No. 6,130,098 uses a pressure generated by heating a volume of air directly connected to a microchannel to move a volume of liquid into and through the microchannel Is disclosed. The disadvantage of this fluid interconnection method is that a pressure generating air chamber along with an electronic heating element needs to be integrated into the microfluidic system for accurate and efficient operation. This complicates the device and is associated with increased costs.

マイクロ流体デバイスとの流体の相互接続のための現在の方法およびシステムは、相互接続する大多数の化学的操作ノード（すなわち、エレクトロクロマトグラフィーカラム、リアクター等）の統合が困難であること、必要な液体容量が比較的多いこと、注入効率が低いこと、電気化学的試料汚染、分析段階間の長い洗浄時間、直流電気による分離(galvanic separation)、および要求される微細製造技術に関して特定の欠点を有することを、上記に基づいて結論づけることができる。これらの欠点に加えて、上記の相互接続方法はどれも双方向性の流体相互接続、すなわち、マイクロ流体システムに向かう液体の輸送およびマイクロ流体システムからの液体の輸送を可能にしない。マイクロ流体システムにおいてより広い範囲の化学的操作段階の実施を可能にする、好適な双方向性の流体相互接続構造を提供する必要性が、当技術分野において生じている。   Current methods and systems for fluid interconnection with microfluidic devices require that the integration of a large number of interconnected chemical manipulation nodes (ie, electrochromatography columns, reactors, etc.) is difficult and necessary Has certain drawbacks with respect to the relatively large liquid volume, low injection efficiency, electrochemical sample contamination, long wash time between analysis steps, galvanic separation, and required microfabrication techniques Can be concluded based on the above. In addition to these drawbacks, none of the above-described interconnection methods allow for bidirectional fluid interconnection, i.e. transport of liquid towards and from the microfluidic system. There is a need in the art to provide a suitable bidirectional fluid interconnect structure that allows the implementation of a wider range of chemical manipulation steps in microfluidic systems.

発明の概要
本発明は、マイクロ流体システムにおいて流体を相互接続するための方法、デバイス、およびシステムを提供する。マイクロチャネルの側壁に開口部を形成することによって、マイクロ流体チャネルネットワークおよび周囲の環境に直接相互接続するための流体相互接続ポートが、マイクロ流体システムのマイクロチャネルに提供される。マイクロチャネルが液体で満たされると、開口部は仮想的な壁を形成する。開口部は、毛細管力がマイクロチャネル内に液体を保持するように、好適な断面寸法を有する。仮想的な壁は、マイクロチャネルを通過する流体の流動に実質的に影響または作用しないように、マイクロチャネルの側壁を本質的に置き換える、開口部内の液体のメニスカスによって規定される。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides methods, devices, and systems for interconnecting fluids in microfluidic systems. By forming openings in the microchannel sidewalls, fluid interconnect ports for direct interconnection to the microfluidic channel network and the surrounding environment are provided in the microchannel of the microfluidic system. When the microchannel is filled with liquid, the opening forms a virtual wall. The opening has a suitable cross-sectional dimension so that capillary forces retain the liquid in the microchannel. The virtual wall is defined by a liquid meniscus in the opening that essentially replaces the side wall of the microchannel so that it does not substantially affect or affect the flow of fluid through the microchannel.

マイクロチャネルの充填は、マイクロチャネルの側壁の開口部を介して達成することができる。マイクロチャネルを充填するためには、使用者は第1の液体の液滴を形成し、液滴を開口部の方向に導き、その結果第1の液体の液滴はマイクロチャネルに流入し、マイクロチャネルを充填する。   The filling of the microchannel can be achieved through openings in the side wall of the microchannel. To fill the microchannel, the user forms a first liquid droplet and directs the droplet in the direction of the opening, so that the first liquid droplet flows into the microchannel and the microchannel Fill the channel.

流体の導入および／または流体の除去は、マイクロチャネルの側壁に形成された仮想的な壁を介して達成することができる。マイクロチャネルに流体試料を導入する過程は、流体の液滴を形成する段階と、液滴を仮想的な壁に向かって噴射する段階とを含む。液滴は、中間の貯蔵器またはチャネルを必要とすることなく、仮想的な壁を通リ抜け、マイクロチャネルに直接流入する。マイクロチャネルの側壁に形成された仮想的な壁はまた、流体を液滴状の形態でマイクロチャネルから排出するための、流体排出ポートも規定することができる。   Fluid introduction and / or fluid removal can be accomplished through virtual walls formed on the side walls of the microchannel. The process of introducing a fluid sample into the microchannel includes forming a fluid droplet and ejecting the droplet toward a virtual wall. The droplets flow through the virtual wall directly into the microchannel without the need for an intermediate reservoir or channel. An imaginary wall formed on the side wall of the microchannel can also define a fluid discharge port for discharging fluid from the microchannel in the form of droplets.

一局面によると、マイクロ流体デバイスが提供される。マイクロ流体デバイスは、側壁によって囲まれた内側、およびマイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するための、マイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポートを有するマイクロチャネルを含む。流体相互接続ポートは、約25μm〜約100μmの径を有し、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する。   According to one aspect, a microfluidic device is provided. The microfluidic device includes a microchannel having a fluid interconnection port formed in the side wall of the microchannel to provide access to the inside surrounded by the side wall and to the inside of the microchannel. The fluid interconnect port has a diameter of about 25 μm to about 100 μm, and when the fluid is placed inside the microchannel, the fluid forms a virtual wall in the fluid interconnect port.

別の局面によると、本発明は、マイクロチャネル、マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された第1の流体相互接続ポートとを含み、マイクロチャネルが、第1の流体相互接続ポートの向かい側の位置の側壁に形成される、同軸上に配置された第2の流体相互接続ポートを含まないマイクロ流体デバイスを提供する。流体がマイクロチャネルの内側に配置されると、流体は第1の流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する。   According to another aspect, the present invention includes a microchannel, a first fluid interconnection port formed in a side wall of the microchannel to provide access to the inside of the microchannel, the microchannel comprising: A microfluidic device is provided that does not include a second coaxially disposed fluid interconnect port formed on a sidewall opposite the fluid interconnect port. When the fluid is placed inside the microchannel, the fluid forms a virtual wall at the first fluid interconnect port.

別の局面によると、マイクロチャネル、およびマイクロチャネルの側壁に形成された1ナノリッター未満のデッドボリュームを有する流体相互接続ポートを含む、マイクロ流体デバイスが提供される。流体相互接続ポートはマイクロチャネルの内側へのアクセスを提供し、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する。   According to another aspect, a microfluidic device is provided that includes a microchannel and a fluid interconnect port having a dead volume of less than 1 nanoliter formed in a sidewall of the microchannel. The fluid interconnect port provides access to the inside of the microchannel and when the fluid is placed inside the microchannel, the fluid forms a virtual wall in the fluid interconnect port.

さらに別の局面によると、マイクロチャネル、およびマイクロチャネルの側壁に形成されるデッドボリュームがゼロの流体相互接続ポートを含む、マイクロ流体デバイスが提供される。流体相互接続ポートはマイクロチャネルの内側へのアクセスを提供し、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する。   According to yet another aspect, a microfluidic device is provided that includes a microchannel and a fluid interconnect port with zero dead volume formed in a sidewall of the microchannel. The fluid interconnect port provides access to the inside of the microchannel and when the fluid is placed inside the microchannel, the fluid forms a virtual wall in the fluid interconnect port.

さらに別の局面によると、マイクロチャネル、およびマイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポートとを含むマイクロ流体デバイスであって、流体相互接続部は、流体がマイクロチャネルの内側に配置されると、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められており、仮想的な壁は、マイクロチャネル内の流体を光学的に分析するための光学的窓として使用される、マイクロ流体デバイスが提供される。   According to yet another aspect, a microfluidic device comprising a microchannel and a fluid interconnect port formed in a side wall of the microchannel to provide access to the inside of the microchannel, wherein the fluid interconnect is , When the fluid is placed inside the microchannel, the fluid is sized and dimensioned to form a virtual wall at the fluid interconnect port, the virtual wall A microfluidic device is provided for use as an optical window for optical analysis.

本発明のさらに別の局面によると、液滴を流体システムのマイクロチャネル内に注入するための液体容量注入システムが提供される。本システムは、液滴を生成するための液滴生成システム、および液滴を受け入れるために、マイクロチャネル内に配置された流体によって流体相互接続ポートに形成された、仮想的な壁を含む。   According to yet another aspect of the invention, a liquid volume injection system is provided for injecting droplets into a microchannel of a fluid system. The system includes a droplet generation system for generating droplets and a virtual wall formed in a fluid interconnect port by a fluid disposed in the microchannel to receive the droplets.

別の局面によると、動電学的作動式マイクロ流体システムが提供される。動電学的作動式マイクロ流体システムは、側壁および側壁に形成された流体相互接続ポートとを有し、流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する流体を収容するためのマイクロチャネル、マイクロチャネルの第1の末端に接続されている第1の電極を含む第1の貯蔵器、マイクロチャネルの第2の末端に接続されている第2の電極を含む第2の貯蔵器、ならびに第1の電極と第2の電極との間に電場を確立し、それによってマイクロチャネルを通過する第1の流体の移動を誘発する電圧発生装置を含む。   According to another aspect, an electrokinetically actuated microfluidic system is provided. Electrokinetically actuated microfluidic system having a side wall and a fluid interconnection port formed in the side wall, the microchannel for containing a fluid forming a virtual wall in the fluid interconnection port, a microchannel A first reservoir including a first electrode connected to the first end of the first reservoir, a second reservoir including a second electrode connected to the second end of the microchannel, and a first A voltage generator is included that establishes an electric field between the electrode and the second electrode, thereby inducing movement of the first fluid through the microchannel.

さらに別の局面によると、マイクロチャネル、マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された1つまたは複数の試料導入ポート、およびマイクロチャネルに流体を充填するためにマイクロチャネルの側壁に形成された充填用開口部を含む、マイクロ流体デバイスが提供される。マイクロチャネルの内側に配置される流体は、流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する。   According to yet another aspect, the microchannel, one or more sample introduction ports formed on the side wall of the microchannel to provide access to the inside of the microchannel, and the microchannel to fill the microchannel with fluid A microfluidic device is provided that includes a fill opening formed in the sidewall of the channel. Fluid disposed inside the microchannel forms a virtual wall at the fluid interconnect port.

別の局面によると、側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル、およびマイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された、1つまたは複数の流体相互接続ポートを含み、マイクロチャネルの内側に配置された流体が、流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する、マイクロ流体デバイスが提供される。流体ポートは、液体が流体相互接続ポートに導入されるとき、チャネル内に流体をくみ入れるようにサイズおよび寸法が決められる。   According to another aspect, comprising a microchannel having an interior surrounded by a sidewall, and one or more fluid interconnection ports formed on the sidewall of the microchannel to provide access to the interior of the microchannel A microfluidic device is provided wherein fluid disposed inside the microchannel forms a virtual wall at the fluid interconnect port. The fluid port is sized and dimensioned to contain fluid within the channel when liquid is introduced into the fluid interconnect port.

別の局面によると、側壁で囲まれた内側を有するマイクロチャネル、マイクロチャネルの側壁の内側面に配置された疎水性パッチ、およびマイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するために、疎水性部分の向かい側の側壁に形成された流体相互接続ポートを含む、マイクロ流体デバイスが提供される。流体相互接続ポートは、空気をマイクロチャネルの内側から排出するための通気口を形成する。   According to another aspect, the microchannel having an inner side surrounded by a side wall, a hydrophobic patch disposed on the inner surface of the microchannel side wall, and a hydrophobic portion to provide access to the inner side of the microchannel A microfluidic device is provided that includes a fluid interconnect port formed in an opposite sidewall. The fluid interconnect port forms a vent for exhausting air from the inside of the microchannel.

本発明の最後の局面によると、マイクロチャネル、マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポート、およびマイクロチャネルから廃棄物を回収するために、マイクロチャネルと連絡し、かつマイクロチャネルを横断する、少なくとも1つの廃棄チャネルを含む、マイクロ流体デバイスが提供される。流体相互接続ポートは、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するように、サイズおよび寸法が決められる。   According to the last aspect of the present invention, a microchannel, a fluid interconnection port formed in the side wall of the microchannel to provide access to the inside of the microchannel, and a microchannel for collecting waste from the microchannel A microfluidic device is provided that includes at least one waste channel that communicates with and traverses the channel. The fluid interconnect port is sized and dimensioned such that when the fluid is placed inside the microchannel, the fluid forms a virtual wall in the fluid interconnect port.

発明の詳細な説明
本発明は、マイクロ流体システムにおけるマイクロチャネルに流体を導入し、かつマイクロチャネルから流体を除去するための、改善された流体相互接続部（fluidic interface）を提供する。本発明は、流体相互接続部を形成する方法をさらに提供する。本発明は、流体を導入および除去するために、マイクロチャネルの側壁に仮想的な壁を規定する開口部を使用することによって、流体試料に関する制御性を大幅に改善し、注入効率を増加し、廃棄物を減少する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides an improved fluidic interface for introducing fluid into and removing fluid from a microchannel in a microfluidic system. The present invention further provides a method of forming a fluid interconnect. The present invention significantly improves control over the fluid sample and increases injection efficiency by using openings that define virtual walls on the side walls of the microchannel to introduce and remove fluids, Reduce waste.

例示的な態様の1つまたは複数は、マイクロ流体システムへの、およびマイクロ流体システムからの、双方向性の流体相互接続を可能にする。本発明を用いると、大多数の化学的操作を小型チップ表面で実施することができ、それによって高度に平行な合成および分析システムの、費用効率のよい実施および効率的な操作を可能にすることができる。本発明はさらに、相互接続に必要な液体容量を有意に低下することで、化学的廃棄物を減少すると同時に、化合物の消費をかなり減少する。本発明は、さらに、100%に近い注入効率で液体を注入するための方法およびシステムを提供し、かつ取り扱う液体を電気化学的に汚染しない、液体を注入するための方法およびシステムを提供する。本発明は、マイクロ流体システムにおいて、圧力駆動性および動電学的駆動性の、液体の迅速な反復注入のための方法およびシステムを提供し、高スループット合成、スクリーニングおよび分析適用を可能にする。本発明は、さらに、動電学的作動式マイクロ流体システムを用いて注入される液体の、直流電気による分離(galvanic separation)を可能にする。本発明は、さらに、必ずしも標準的な微細製造技術を使用して製造しなくてもよいマイクロ流体システムデバイスおよびシステムを用いた、流体相互接続を提供する。例えば、本発明は、標準的な融解シリカ毛細管を用いた相互接続を提供する。本発明は、化合物溶液、全細胞または細胞融解物、酵素、タンパク質またはペプチド、およびに粒子を含む、種々の液体の試料に適用する。   One or more exemplary embodiments allow for bidirectional fluid interconnection to and from the microfluidic system. With the present invention, the majority of chemical operations can be performed on a small chip surface, thereby enabling cost-effective implementation and efficient operation of highly parallel synthesis and analysis systems Can do. The present invention further significantly reduces compound consumption while reducing chemical waste by significantly reducing the liquid volume required for interconnection. The present invention further provides a method and system for injecting liquid with an injection efficiency approaching 100%, and provides a method and system for injecting liquid that does not electrochemically contaminate the liquid to be handled. The present invention provides a method and system for rapid, repetitive injection of liquid in microfluidic systems, pressure driven and electrokinetically driven, enabling high throughput synthesis, screening and analytical applications. The present invention further enables galvanic separation of liquids injected using electrokinetically actuated microfluidic systems. The present invention further provides fluid interconnections using microfluidic system devices and systems that do not necessarily have to be manufactured using standard microfabrication techniques. For example, the present invention provides interconnection using standard fused silica capillaries. The present invention applies to various liquid samples, including compound solutions, whole cells or cell lysates, enzymes, proteins or peptides, and particles.

図1は、本発明の例示的な態様を実施するのに好適なマイクロ流体システムを例示する。例示的なマイクロ流体システム10は、そこに配置された1つまたは複数のマイクロチャネル3を有する基材11を含む。マイクロチャネルは、液体試料に対して処理、取り扱いおよび／または任意の適当な操作を実施するために、マイクロ流体システム10を介して流体を輸送する。本明細書において使用する「マイクロ流体」という用語は、マイクロスケールの寸法を有する少なくとも1つのチャネルを含む、流体試料を取り扱い、処理し、排出し、および／または分析するためのシステムまたはデバイスをいう。本明細書において使用する「チャネル」という用語は、液体および気体などの流体の移動を可能にする、媒体内または媒体を通過して形成される通路をいう。「マイクロチャネル」という用語は、マイクロ流体システムまたはデバイス内に好ましくは形成され、約1.0μm〜約250μm、好ましくは約25μm〜約150μm、最も好ましくは約50μm〜約100μmの範囲の断面寸法を有するチャネルをいう。当業者はマイクロチャネルの適当な容量および長さを決定することができる。範囲は、上限または下限として上記に引用した値を含むことが意図される。マイクロチャネルは任意の選択された形状または配列を有してもよく、その例には、線形または非線形構造およびU-字型構造が挙げられる。マイクロ流体システム10は、マイクロ流体システム10を介して流体を輸送するための、任意の好適な数のマイクロチャネル3を含むことができる。   FIG. 1 illustrates a microfluidic system suitable for implementing exemplary embodiments of the invention. An exemplary microfluidic system 10 includes a substrate 11 having one or more microchannels 3 disposed therein. The microchannel transports fluid through the microfluidic system 10 for processing, handling and / or performing any suitable operation on the liquid sample. As used herein, the term “microfluidic” refers to a system or device for handling, processing, discharging, and / or analyzing a fluid sample that includes at least one channel having microscale dimensions. . As used herein, the term “channel” refers to a passage formed in or through a medium that allows movement of fluids such as liquids and gases. The term “microchannel” is preferably formed within a microfluidic system or device and has a cross-sectional dimension ranging from about 1.0 μm to about 250 μm, preferably from about 25 μm to about 150 μm, and most preferably from about 50 μm to about 100 μm. A channel. One skilled in the art can determine the appropriate capacity and length of the microchannel. Ranges are intended to include the values quoted above as upper or lower limits. The microchannel may have any selected shape or arrangement, examples of which include linear or non-linear structures and U-shaped structures. The microfluidic system 10 can include any suitable number of microchannels 3 for transporting fluids through the microfluidic system 10.

一実施態様によると、本発明のマイクロチャネルは、流体相互接続ポートを含んでもよい。本明細書において使用する「流体相互接続ポート」は、マイクロチャネルの内側および外側との間の流体アクセスを提供する、マイクロチャネルに形成された開口部などのマイクロ流体システム内の構造物をいう。流体相互接続ポートは、マイクロチャネルに流体および他の材料を導入するため、および／またはマイクロチャネルから流体および／または他の材料を除去するために使用される。流体相互接続ポートは、他の用途の中でも、担体液体をマイクロチャネルに充填するための充填ポート、マイクロチャネル内に試料を導入するための試料導入ポート、およびマイクロチャネルから流体を排出するための排出ポートを含むことができる。   According to one embodiment, the microchannel of the present invention may include a fluid interconnect port. As used herein, “fluid interconnect port” refers to a structure in a microfluidic system, such as an opening formed in a microchannel, that provides fluid access between the inside and outside of the microchannel. The fluid interconnect port is used to introduce fluids and other materials into the microchannel and / or to remove fluids and / or other materials from the microchannel. The fluid interconnect port is, among other applications, a filling port for filling the carrier liquid into the microchannel, a sample introduction port for introducing the sample into the microchannel, and an exhaust for discharging the fluid from the microchannel. Port can be included.

例示的な態様によると、マイクロチャネルは、チャネルの内側の少なくとも一部を密閉する、任意の好適な形状を有する側壁によって規定される。流体相互接続ポートは、開口部を規定する側壁の一部を除去することによって、マイクロチャネルの側壁に形成される。例示的な態様の流体相互接続ポートは、約0.1μm〜約200μm、好ましくは約25μm〜約125μm、最も好ましくは約50μm〜約100μmの径を有するマイクロチャネルの側壁における開口部によって形成される。流体相互接続ポートを形成する開口部は、円柱、ディスク、円錐形状、楕円形状および立方形状を含むが、これらに限定されない任意の好適な形状を有することができる。マイクロチャネルの側壁または壁は、マイクロチャネルの容量全体を囲む2つまたはそれ以上の構成要素によって形成することができる。流体相互接続ポートを形成する開口部の内側壁は疎水性材料でコーティングすることができる。本発明の第1の局面によると、流体相互接続ポートは、第1の液体をマイクロチャネルに充填するために使用される。第1の液体は、反応および分離などの1つまたは複数の化学的操作を実施するための試料、試薬または他の好適な液体を輸送するための担体流体を含む。流体の流動は、加圧手段および電気浸透手段を含むが、これらに限定されない任意の好適な手段を介して、マイクロチャネル内において誘発することができる。   According to exemplary aspects, the microchannel is defined by a sidewall having any suitable shape that seals at least a portion of the interior of the channel. A fluid interconnect port is formed in the side wall of the microchannel by removing a portion of the side wall that defines the opening. An exemplary embodiment fluid interconnect port is formed by an opening in the sidewall of a microchannel having a diameter of about 0.1 μm to about 200 μm, preferably about 25 μm to about 125 μm, and most preferably about 50 μm to about 100 μm. The openings that form the fluid interconnect ports can have any suitable shape including, but not limited to, a cylinder, a disk, a conical shape, an elliptical shape, and a cubic shape. A microchannel sidewall or wall may be formed by two or more components surrounding the entire microchannel volume. The inner wall of the opening that forms the fluid interconnect port can be coated with a hydrophobic material. According to a first aspect of the invention, the fluid interconnect port is used to fill the microchannel with the first liquid. The first liquid includes a carrier fluid for transporting a sample, reagent or other suitable liquid for performing one or more chemical operations such as reactions and separations. Fluid flow can be induced in the microchannel via any suitable means including, but not limited to, pressurization means and electroosmosis means.

図2a〜図7に例示するように、マイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポート17は、マイクロチャネルに第1の液体を充填するための充填開口部またはマイクロ開口部を形成する。典型的には、従来のマイクロチャネルは、第1の液体を含有する貯蔵器にマイクロチャネルの末端を挿入することによって充填される。毛細管力が第1の液体をマイクロチャネルに吸引し、それによってマイクロチャネルに第1の液体を充填する。この手法を回避するために、本発明は、マイクロチャネルの側壁（末端ではない）に形成された流体相互接続ポートを使用する。こうすることにより、使用者は、大型の別個の液体貯蔵器を必要とすることなく、ポートを介してマイクロチャネルを充填することができ、単純、迅速、かつ効率的な充填を提供することができる。   As illustrated in FIGS. 2a-7, the fluid interconnect port 17 formed in the side wall of the microchannel forms a fill opening or microopening for filling the microchannel with the first liquid. Typically, conventional microchannels are filled by inserting the end of the microchannel into a reservoir containing the first liquid. Capillary force draws the first liquid into the microchannel, thereby filling the microchannel with the first liquid. To circumvent this approach, the present invention uses a fluid interconnect port formed on the side wall (not the end) of the microchannel. This allows the user to fill the microchannel through the port without the need for a large separate liquid reservoir, providing a simple, quick and efficient filling. it can.

図2aは、中空の内側を囲む側壁16を含むマイクロチャネル構造3の平面図である。マイクロチャネルは、マイクロチャネル構造の側壁16に配置された流体相互接続ポート17を含む。流体相互接続ポート17は、目的の用途に基づいて任意の好適な形状を有してもよく、その例には円形、円柱、楕円および円錐が挙げられる。図2bは、マイクロチャネル3の長手方向に見たマイクロチャネル構造の断面図であり、マイクロチャネルの上側に配置された流体相互接続ポート17を示す。示すように、マイクロチャネル3の内側は最初は空である。例示的な態様によると、マイクロチャネル3は、マイクロチャネルの側壁16に形成された流体相互接続ポート17を介して第1の液体が充填される。   FIG. 2a is a plan view of the microchannel structure 3 including the side wall 16 surrounding the hollow interior. The microchannel includes a fluid interconnect port 17 disposed on the side wall 16 of the microchannel structure. The fluid interconnect port 17 may have any suitable shape based on the intended application, examples of which include a circle, a cylinder, an ellipse and a cone. FIG. 2b is a cross-sectional view of the microchannel structure as viewed in the longitudinal direction of the microchannel 3, showing the fluid interconnection port 17 located on the upper side of the microchannel. As shown, the inside of the microchannel 3 is initially empty. According to an exemplary embodiment, the microchannel 3 is filled with a first liquid via a fluid interconnection port 17 formed in the side wall 16 of the microchannel.

図3aおよび3bは、第1の液体4の液滴4aを流体相互接続ポート17の方向に導くことによって、マイクロチャネル構造3に第1の液体4を充填する過程を例示する。液滴4aは、流体相互接続ポート17を介してマイクロチャネル3に流入し、マイクロチャネル3内に第1の液体4のプラグ13を形成する。より多くの液滴4aが流体相互接続ポート17を介して導入されると、プラグ13は、矢印で示すように、マイクロチャネルを通じて両方向に膨張し、それによってマイクロチャネルの長手方向に沿ってマイクロチャネルに第1の液体4を充填する。さらに、毛細管力が作用して液体をマイクロチャネル3の長手方向に沿って吸引する。例示的な態様によると、マイクロチャネルが充填され、毛細管力によって液体がマイクロチャネル内に保持されると、第1の液体4は流体相互接続ポート17にメニスカスを形成する。   3a and 3b illustrate the process of filling the microchannel structure 3 with the first liquid 4 by directing the droplet 4a of the first liquid 4 in the direction of the fluid interconnection port 17. FIG. The droplet 4 a flows into the microchannel 3 via the fluid interconnection port 17 and forms a plug 13 of the first liquid 4 in the microchannel 3. As more droplets 4a are introduced through the fluid interconnection port 17, the plug 13 expands in both directions through the microchannel, as indicated by the arrows, thereby causing the microchannel along the longitudinal direction of the microchannel. Is filled with the first liquid 4. Further, the capillary force acts to suck the liquid along the longitudinal direction of the microchannel 3. According to an exemplary embodiment, the first liquid 4 forms a meniscus at the fluid interconnect port 17 when the microchannel is filled and liquid is retained in the microchannel by capillary forces.

マイクロチャネルに第1の液体4が充填されると、仮想的な壁15を形成するように、流体相互接続ポート17はサイズおよび寸法が決められている。本明細書において使用する「仮想的な壁」は、マイクロチャネルの側壁に形成されるポート17における第1の液体4によって形成されるメニスカスを言う。メニスカス表面は、メニスカスが形成されるマイクロチャネルの壁16と実質的に同一平面であってもよいが、必ずしも必要ではない。メニスカスは、開口部17を規定する側壁の除去部分と本質的に置き換わる。「仮想的な」という言葉は、マイクロ流体システムのマイクロチャネルを介する全体的な液体の流動が、仮想的な壁によって影響されない、すなわち、仮想的な壁を有するマイクロ流体システム内の液体の流動が、仮想的な壁が存在しない同じマイクロ流体システムを介する液体の流動と、実質的に同一である効果を表現するために選択される。ある実践によると、流体相互接続ポートは、ポートまたはメニスカスが形成されていないマイクロ流体システムと比較したとき、全体的な液体流動および液体形状に実質的に影響しないように、適当な寸法および表面特性を有する。仮想的な壁は、マイクロチャネルの内側5とマイクロチャネルの外側との間の直接相互接続部を形成し、マイクロチャネル3内にデッドボリュームまたは空隙容量(unswept volume)を導入することなく、マイクロチャネル3内の液体への直接のアクセスを提供することができる。仮想的な壁はまた、マイクロチャネル内のある範囲の圧力を通じてマイクロチャネルの内側に液体を密封する働きもする。当業者は、流体相互接続ポートの表面または壁は、ポートの軸高方向の任意の箇所に形成することができることを容易に認識すると考えられる。当業者は、メニスカスは適当なシステム圧力に応じて、凸形または凹型であってもよいことを認識すると考えられる。   The fluid interconnect port 17 is sized and dimensioned to form an imaginary wall 15 when the microchannel is filled with the first liquid 4. As used herein, “imaginary wall” refers to the meniscus formed by the first liquid 4 at the port 17 formed on the side wall of the microchannel. The meniscus surface may be substantially coplanar with the microchannel wall 16 where the meniscus is formed, but is not necessarily required. The meniscus essentially replaces the removed portion of the sidewall that defines the opening 17. The term “virtual” means that the overall liquid flow through the microchannels of the microfluidic system is not affected by the virtual wall, ie the liquid flow in a microfluidic system with virtual walls , Selected to represent an effect that is substantially identical to the flow of liquid through the same microfluidic system in the absence of virtual walls. According to one practice, the fluid interconnect port has appropriate dimensions and surface characteristics so that it does not substantially affect the overall liquid flow and liquid shape when compared to a microfluidic system where no port or meniscus is formed. Have The virtual wall forms a direct interconnection between the inside 5 of the microchannel and the outside of the microchannel, without introducing dead or unswept volume into the microchannel 3 Can provide direct access to the liquid within 3. The virtual wall also serves to seal the liquid inside the microchannel through a range of pressures within the microchannel. One skilled in the art will readily recognize that the surface or wall of the fluid interconnect port can be formed anywhere in the axial height direction of the port. One skilled in the art will recognize that the meniscus may be convex or concave depending on the appropriate system pressure.

別の態様によると、図4aに示すように、第1の液体4を導入する前に、疎水性パッチ23がマイクロチャネル3の側壁または内側に適用される。第1の液体4をマイクロチャネルに導入する場合には、疎水性パッチ23は障壁を形成し、液体4のプラグ13をパッチ23から離れる一方向にだけ膨張させる。   According to another embodiment, a hydrophobic patch 23 is applied to the side wall or inside of the microchannel 3 before introducing the first liquid 4 as shown in FIG. 4a. When the first liquid 4 is introduced into the microchannel, the hydrophobic patch 23 forms a barrier and causes the plug 13 of the liquid 4 to expand only in one direction away from the patch 23.

一態様によると、図4bに示すように、疎水性パッチ23は、マイクロチャネルの側壁16に流体相互接続ポート17を形成する開口部を介して、マイクロチャネルの内側表面に適用される。疎水性パッチ23は、表面を疎水性にするための、金などの任意の好適な材料を含んでもよい。疎水性材料は、開口部17を介してスパッタリング、蒸着、スプレーコーティングまたは沈着され、開口部の向かい側のマイクロチャネル3の内側面に結合されて、疎水性パッチ23を形成することができる。当業者は、疎水性パッチ以外に、マイクロチャネルの任意の好適な表面処理を、開口部を介して適用することができることを認識すると考えられる。   According to one aspect, as shown in FIG. 4b, the hydrophobic patch 23 is applied to the inner surface of the microchannel through an opening that forms a fluid interconnection port 17 in the side wall 16 of the microchannel. The hydrophobic patch 23 may comprise any suitable material, such as gold, to make the surface hydrophobic. Hydrophobic material can be sputtered, vapor deposited, spray coated or deposited through the openings 17 and bonded to the inner surface of the microchannel 3 opposite the openings to form a hydrophobic patch 23. Those skilled in the art will recognize that any suitable surface treatment of the microchannel can be applied through the opening, in addition to the hydrophobic patch.

疎水性パッチ23を適用するために使用する開口部は、マイクロチャネルの内側から空気を排出することを可能にする、マイクロチャネル3のための通気口としてさらに働くこともできる。示すように、開口部は、疎水性パッチと同軸に配置される。側壁における開口部17によって形成される実際の通気口は疎水性でない。しかし、通気口の向かい側の同軸のマイクロチャネル面は、疎水性パッチ23を適用することによって疎水性にされている。疎水性領域は液体で流されず、側壁16の開口部17を介してマイクロチャネルの内側から空気を排出することができる。   The opening used to apply the hydrophobic patch 23 can also serve as a vent for the microchannel 3 that allows air to be exhausted from inside the microchannel. As shown, the opening is disposed coaxially with the hydrophobic patch. The actual vent formed by the opening 17 in the side wall is not hydrophobic. However, the coaxial microchannel surface opposite the vent is made hydrophobic by applying a hydrophobic patch 23. The hydrophobic region is not flowed with liquid, and air can be discharged from the inside of the microchannel through the opening 17 of the side wall 16.

さらに別の態様によると、図5aおよび5bに示すように、マイクロチャネル3は、流体相互接続ポート17に近接する栓孔（stopper hole）28をさらに含む。栓孔28は、マイクロチャネルに配置された液体の圧力障壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められる。当業者は、圧力障壁を形成するのに好適なサイズおよび寸法の栓孔を決定することができると考えられる。栓孔28はマイクロチャネルを充填する液体のメニスカスのための栓（stop）として作用し、第1の液体4によって形成された液体プラグ13は、マイクロチャネル3の長手方向に沿って栓孔28から離れる一方向にだけ膨張する。   According to yet another embodiment, as shown in FIGS. 5 a and 5 b, the microchannel 3 further includes a stopper hole 28 proximate to the fluid interconnect port 17. The plug hole 28 is sized and dimensioned to form a liquid pressure barrier disposed in the microchannel. One skilled in the art will be able to determine a suitable size and dimension of the plug hole to form the pressure barrier. The plug hole 28 acts as a stop for the liquid meniscus filling the microchannel, and the liquid plug 13 formed by the first liquid 4 extends from the plug hole 28 along the longitudinal direction of the microchannel 3. Inflate only in one direction away.

さらに別の態様によると、マイクロチャネル3の断面寸法は、マイクロチャネル内側の圧力に影響を与えるように局所的に変更することができる。例えば、マイクロチャネル内側の流体に作用する毛細管力を増加または低下するように、マイクロチャネルをある位置において狭くまたは広くすることができる。当業者は、マイクロチャネル内側に望ましい圧力を達成するのに好適な断面寸法を決定することができると考えられる。   According to yet another aspect, the cross-sectional dimensions of the microchannel 3 can be locally changed to affect the pressure inside the microchannel. For example, the microchannel can be narrowed or widened at certain locations so as to increase or decrease the capillary force acting on the fluid inside the microchannel. One of ordinary skill in the art would be able to determine a suitable cross-sectional dimension to achieve the desired pressure inside the microchannel.

または、図6に示すように、マイクロチャネル3'は、複数の異なる液体のマイクロチャネル3'への充填を可能にするために、2つの流体相互接続ポート17aおよび17b、2つの栓孔28aおよび28b、ならびに2つの流体相互接続ポート17aおよび17bの間に配置された通気孔8を含む。第1の液体4は、第1の流体相互接続ポート17aを介してマイクロチャネルの内側に導入される。第1の栓孔28aは、第1の液体を通気孔8に向かってマイクロチャネル内を延伸させる。第2の液体4'は第2の流体相互接続ポート17bを介してマイクロチャネルの内側に導入され、第2の栓孔28bの圧力および位置により、マイクロチャネル内を通気孔8に向かって延伸する。マイクロチャネル内の空気は通気孔8を介して放出される。   Or, as shown in FIG. 6, the microchannel 3 ′ has two fluid interconnection ports 17 a and 17 b, two plug holes 28 a and 28b and a vent 8 disposed between the two fluid interconnection ports 17a and 17b. The first liquid 4 is introduced inside the microchannel via the first fluid interconnection port 17a. The first plug hole 28a extends the first liquid toward the vent hole 8 in the microchannel. The second liquid 4 ′ is introduced into the inside of the microchannel through the second fluid interconnection port 17b, and extends toward the vent hole 8 in the microchannel due to the pressure and position of the second plug hole 28b. . Air in the microchannel is released through the vent hole 8.

マイクロチャネルの側壁に配置された充填孔などの、流体相互接続ポート17を介してマイクロチャネルを充填後、流体相互接続ポートを閉鎖して、流体がマイクロチャネルから漏洩するのを防ぐことができる。図7aに示す態様によると、流体相互接続ポート17は、封入剤21aの液滴を流体相互接続ポート17に分注することによって閉鎖される。封入剤の液滴はキャップ21を形成し、マイクロチャネル3を効果的に閉鎖する。または、図7bに示すように、マイクロチャネル3は、マイクロチャネル3に閉鎖層41を接着して流体相互接続ポート17を被覆することによって、充填後に閉鎖することができる。   After filling the microchannel through the fluid interconnect port 17, such as a fill hole located in the side wall of the microchannel, the fluid interconnect port can be closed to prevent fluid from leaking out of the microchannel. According to the embodiment shown in FIG. 7 a, the fluid interconnect port 17 is closed by dispensing a drop of encapsulant 21 a into the fluid interconnect port 17. The encapsulant droplet forms a cap 21 and effectively closes the microchannel 3. Alternatively, as shown in FIG. 7b, the microchannel 3 can be closed after filling by adhering a closure layer 41 to the microchannel 3 to cover the fluid interconnect port 17.

別の態様によると、図8に示すように、流体相互接続ポート17を使用して、マイクロチャネルを通じた液体の運動を誘発する、ポンプ機構を提供することができる。例示するように、流体相互接続ポート17をマイクロチャネル3の閉鎖端または開口端に近接して配置することができる。流体相互接続ポートを介してマイクロチャネル内に液滴を導入することにより、液体はマイクロチャネルを通じて運動する。この運動は、孔に導入する液滴の頻度に対応する。充填孔を介する液滴の導入によって誘導される液体の運動は、正確なポンピングおよび／または投与機構として多数のマイクロ流体適用に適用することができる。マイクロチャネルは、選択した方向への液体の運動を誘発するための疎水性パッチもしくは栓孔、またはマイクロチャネルを通過して液体を搬送するための任意の好適な手段を使用することができることを、当業者は容易に認識すると考えられる。   According to another aspect, as shown in FIG. 8, a fluid interconnection port 17 can be used to provide a pump mechanism that induces movement of liquid through the microchannel. As illustrated, the fluid interconnect port 17 can be located proximate the closed or open end of the microchannel 3. By introducing droplets into the microchannel via the fluid interconnect port, the liquid moves through the microchannel. This movement corresponds to the frequency of drops introduced into the hole. The liquid motion induced by the introduction of droplets through the fill holes can be applied to many microfluidic applications as a precise pumping and / or dosing mechanism. The microchannel can use a hydrophobic patch or plug hole to induce movement of the liquid in a selected direction, or any suitable means for transporting liquid through the microchannel, Those skilled in the art will readily recognize.

本発明の別の局面によると、マイクロチャネルに第1の液体4を充填後に、同じまたは異なる流体相互接続ポート17を介して第2の流体試料をマイクロチャネル3に導入することができる。図9aは、チャネルの側壁16に形成された流体相互接続ポート17を含む、本発明の例示的な態様によるマイクロチャネル3の側面図であり、マイクロチャネル3に導入される第2の流体試料の液滴を形成するための、液滴生成装置システム18を示す。流体相互接続ポート17は、マイクロチャネルの内側と外側の間に直接相互接続部を提供する。本発明によると、マイクロ流体システム内の第1の液体4と周囲の気相との間の相互接続部は、別個のチャネルまたは貯蔵器構造物ではなく、マイクロチャネルにおける固相の壁の局所的な欠失によって規定される。   According to another aspect of the present invention, a second fluid sample can be introduced into the microchannel 3 via the same or different fluid interconnection port 17 after filling the microchannel with the first liquid 4. FIG. 9a is a side view of a microchannel 3 according to an exemplary embodiment of the present invention, including a fluid interconnection port 17 formed on the side wall 16 of the channel, of a second fluid sample introduced into the microchannel 3 A droplet generator system 18 for forming droplets is shown. The fluid interconnect port 17 provides a direct interconnect between the inside and outside of the microchannel. According to the present invention, the interconnection between the first liquid 4 and the surrounding gas phase in the microfluidic system is not a separate channel or reservoir structure, but is localized on the wall of the solid phase in the microchannel. Is defined by the deletion.

一局面によると、ポート17に形成された仮想的な壁15は、液体の液滴形状で第1の液体4に第2の液体を導入するための、試料導入ポートとして使用することができる。第2の液体19aは、試料導入チャネルまたは試料貯蔵器などの中間構造物を必要とすることなく、仮想的な壁15を介してマイクロチャネル3内の第1の液体4に直接注入することができる。例示的な態様によると、第2の液体は、第2の液体19aの液滴19bを形成し、仮想的な壁15を横切って、マイクロチャネルの内側に流入するように、図9aにおいて速度ベクトルVで示すように、適当な速度および方向で仮想的な壁15に向かって液滴を導くことによって導入される。   According to one aspect, the virtual wall 15 formed in the port 17 can be used as a sample introduction port for introducing the second liquid into the first liquid 4 in the form of a liquid droplet. The second liquid 19a can be directly injected into the first liquid 4 in the microchannel 3 through the virtual wall 15 without the need for an intermediate structure such as a sample introduction channel or sample reservoir. it can. According to an exemplary embodiment, the velocity of the velocity vector in FIG. 9a is such that the second liquid forms a droplet 19b of the second liquid 19a and flows inside the microchannel across the virtual wall 15. As indicated by V, it is introduced by directing the droplet towards the virtual wall 15 at an appropriate velocity and direction.

液体の液滴は、その内容が参照として本明細書に組み入れられている、2001年9月25日提出の米国特許仮出願弁護士登録番号第CVZ-002-1号、表題「2ピン液体試料分注システム(Two-Pin Liquid Sample Dispensing System)」における液滴分注システム、ならびにその内容が参照として本明細書に組み入れられている、米国特許仮出願第60/325,040号、表題「液滴分注システム(Droplet Dispensing System)」に記載されている液滴分注システムなどの、任意の好適な液滴生成装置システム18を使用して形成し、分注することができる。   The liquid droplet is a U.S. Provisional Patent Attorney Registration No. CVZ-002-1, filed 25 September 2001, the contents of which are incorporated herein by reference, entitled `` 2-pin liquid sample fraction ''. Droplet dispensing system in `` Two-Pin Liquid Sample Dispensing System '', as well as U.S. Provisional Application No. 60 / 325,040, entitled `` Droplet Dispensing '' Any suitable droplet generator system 18 can be formed and dispensed, such as the droplet dispensing system described in “Droplet Dispensing System”.

例示的な態様によると、流体相互接続ポート17の横方向の寸法はマイクロチャネル3の径と実質的に同一であるかまたはそれ未満であるが、例示されている液滴19bの径は流体相互接続ポート17の横方向の寸法より小さい。流体相互接続ポート17は、ウェルまたは試料導入チャネルなどの従来の流体相互接続ポートと比較して、デッドボリュームが実質的により小さい。本明細書において使用する「デッドボリューム」は流体相互接続ポート17に保持される液体の容量をいう（すなわち、マイクロチャネルを通過する第1の液体4の流れの場によって、流体相互接続ポートを介して流し出されない、流体相互接続ポートが保持する液体の容量）。流体相互接続ポート17の総容量は、側壁に形成された開口部の面積と側壁16の厚さによって規定される。流体相互接続ポートを充填する第1の液体4の容量はデッドボリュームを規定する。例示的な態様によると、流体相互接続ポートは、約1ナノリッター未満、好ましくは1ピコリッター未満、最も好ましくは約0のデッドボリュームを有する。好ましくは、デッドボリュームは、流体相互接続ポート17を介して注入される液体試料の容量未満である。   According to an exemplary embodiment, the lateral dimension of the fluid interconnect port 17 is substantially the same as or less than the diameter of the microchannel 3, while the diameter of the illustrated droplet 19b is It is smaller than the horizontal dimension of the connection port 17. The fluid interconnect port 17 has a substantially smaller dead volume compared to conventional fluid interconnect ports such as wells or sample introduction channels. As used herein, “dead volume” refers to the volume of liquid retained in the fluid interconnect port 17 (ie, through the fluid interconnect port by the flow field of the first liquid 4 passing through the microchannel). Volume of liquid retained by the fluid interconnect port). The total capacity of the fluid interconnection port 17 is defined by the area of the opening formed in the side wall and the thickness of the side wall 16. The volume of the first liquid 4 filling the fluid interconnect port defines the dead volume. According to an exemplary embodiment, the fluid interconnect port has a dead volume of less than about 1 nanoliter, preferably less than 1 picoliter, and most preferably about 0. Preferably, the dead volume is less than the volume of liquid sample injected through the fluid interconnect port 17.

開口部のサイズおよび流体相互接続ポートの疎水性がデッドボリュームのサイズを決定する。例えば、図9aに示すマイクロチャネルは、デッドボリュームが0であり、すなわち、液体は流体相互接続ポート17に保持されず、ポート17を介して注入される試料はマイクロチャネルの内側に直接流入する。他の態様によると、第1の液体は開口部を部分的または全体的に充填してもよく、デッドボリュームは0ではないが、実質的に小さい値であってよい。デッドボリュームはまた、ポート17の疎水性によって制御される因子である、メニスカス15が上向きまたは下向きのどちらに膨らんでいるか、マイクロチャネル3を充填する液体の特性、およびポート17を形成する開口部のサイズに依存する。   The size of the opening and the hydrophobicity of the fluid interconnect port determine the size of the dead volume. For example, the microchannel shown in FIG. 9a has a dead volume of 0, ie, no liquid is retained in the fluid interconnect port 17, and the sample injected through port 17 flows directly into the microchannel. According to another embodiment, the first liquid may partially or completely fill the opening and the dead volume is not zero, but may be a substantially small value. Dead volume is also a factor controlled by the hydrophobicity of port 17, whether the meniscus 15 bulges upward or downward, the properties of the liquid filling the microchannel 3, and the opening that forms the port 17 Depends on size.

仮想的な壁15によって提供される比較的小さいデッドボリュームにより、直接の流体相互接続が生じ、マイクロチャネルの外側からマイクロチャネル3の内側に正確な容量の試料を直接注入することが可能になる。流体相互接続ポート17の低いデッドボリュームによりマイクロチャネル内に試料を直接注入することができることで、マイクロチャネル内に注入される試料の量に関する制御の改善を提供し、試料の効率的な使用が可能になり、試料の廃棄を有意に減少する。さらに、非常に小さいデッドボリュームによって提供される直接注入は、異なる試料間の交差汚染を低下または防ぎ、流体相互接続ポートを洗い流す必要なく、第2の液体の直後に第3の液体をシステムに直接注入することが可能にする。逆に、試料導入チャネル、流体試料をマイクロチャネルに導入するための試料ウェル、または試料貯蔵器を使用する従来のマイクロ流体システムでは、デッドボリュームは、マイクロチャネルのサイズと比較して有意に大きい。マイクロチャネルの内側に流体試料を導入するためには、流体試料は最初にデッドボリュームを通過しなければならない。デッドボリュームが大きいと試料が分散され、注入時と試料がマイクロチャネルに流入する時との間に時間遅延が生じ、注入効率が低下し、異なる試料間の交差汚染が生じる可能性が生じ、マイクロチャネルに実際に到達する試料の量の制御が困難になる。これらの問題は、例示的な態様により仮想的な壁15を形成する流体相互接続ポート17を使用することによって回避または低下される。   The relatively small dead volume provided by the virtual wall 15 creates a direct fluid interconnect, allowing the correct volume of sample to be injected directly from the outside of the microchannel into the inside of the microchannel 3. The ability to inject samples directly into the microchannel with the low dead volume of the fluid interconnect port 17 provides improved control over the amount of sample injected into the microchannel and allows for efficient use of the sample And significantly reduce sample disposal. In addition, the direct injection provided by the very small dead volume reduces or prevents cross-contamination between different samples, and the third liquid directly into the system immediately after the second liquid without the need to flush the fluid interconnect port Makes it possible to inject. Conversely, in a conventional microfluidic system that uses a sample introduction channel, a sample well for introducing a fluid sample into the microchannel, or a sample reservoir, the dead volume is significantly greater compared to the size of the microchannel. In order to introduce a fluid sample inside the microchannel, the fluid sample must first pass through the dead volume. When the dead volume is large, the sample is dispersed, a time delay occurs between the time of injection and the time when the sample flows into the microchannel, the injection efficiency is lowered, and cross contamination between different samples may occur. It becomes difficult to control the amount of sample that actually reaches the channel. These problems are avoided or reduced by using a fluid interconnect port 17 that forms a virtual wall 15 according to an exemplary embodiment.

図9bは、流体相互接続ポート17の位置におけるマイクロチャネル3の垂直方向の断面図を示し、仮想的な壁15を介して第1の液体4に第2の液体19aを導入する過程を例示している。図9bに例示するように、液滴生成システム18は、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む。例示的な態様によると、2001年9月25日提出の米国特許仮出願弁護士登録番号第CVZ-002-1号、表題「2ピン液体試料分注システム(Two-Pin Liquid Sample Dispensing System)」、および米国特許仮出願第60/325,040号、表題「液滴分注システム(Droplet Dispensing System)」に記載されているように、液滴搬送要素180は、仮想的な壁15に接触することによって開口部に液滴を導入するために、ピンを含む。   FIG.9b shows a vertical cross-sectional view of the microchannel 3 at the position of the fluid interconnection port 17, illustrating the process of introducing the second liquid 19a into the first liquid 4 through the virtual wall 15 ing. As illustrated in FIG. 9b, the droplet generation system 18 includes a droplet transport element for transporting droplets. According to an exemplary embodiment, U.S. Patent Provisional Application Attorney Registration No. CVZ-002-1, filed 25 September 2001, titled `` Two-Pin Liquid Sample Dispensing System '', And U.S. Provisional Application No. 60 / 325,040, entitled "Droplet Dispensing System", the droplet transport element 180 is opened by contacting the virtual wall 15. A pin is included to introduce a droplet into the part.

図9cは、第1の液体4に第2の液体19aを注入した直後のマイクロチャネル3の断面図を示す。例示するように、第2の液体19aは、第1の液体4において十分に規定されたプラグ14を形成する。別の態様によると、第2の液体は第1の液体に溶解し、融合または混合する。仮想的な壁を介した導入後、第2の液体19aは、第1の液体4によりマイクロチャネルを通じて輸送される。   FIG. 9c shows a cross-sectional view of the microchannel 3 immediately after injecting the second liquid 19a into the first liquid 4. FIG. As illustrated, the second liquid 19a forms a well-defined plug 14 in the first liquid 4. According to another embodiment, the second liquid is dissolved in the first liquid and fused or mixed. After introduction through the virtual wall, the second liquid 19a is transported through the microchannel by the first liquid 4.

本発明の一態様によると、図9dに示すように、仮想的な壁を介してマイクロチャネル3内に導入される第2の液体は、第1の液体と非混和性である。図9dは、第1の液体4に非混和性の第2の液体19aを注入直後のマイクロチャネル3の断面図を示す。仮想的な壁15を貫通後、第2の液体の実質的に球形のミセル様液体容量71が、第1の液体4内に形成される。両方の液体は互いに非混和性であるので、この液体容量71は閉じ込められたままで、マイクロチャネル3を別個に輸送されうる。   According to one aspect of the present invention, as shown in FIG. 9d, the second liquid introduced into the microchannel 3 through the virtual wall is immiscible with the first liquid. FIG. 9d shows a cross-sectional view of the microchannel 3 immediately after the second liquid 19a immiscible with the first liquid 4 is injected. After penetrating the virtual wall 15, a substantially spherical micelle-like liquid volume 71 of the second liquid is formed in the first liquid 4. Since both liquids are immiscible with each other, this liquid volume 71 remains confined and can be transported separately through the microchannel 3.

仮想的な壁を介してマイクロ流体システムに液体を注入し、連続して取り扱う例示的な様式は、液-液抽出を実施するのに特に好ましい。液-液抽出は、特に薬物発見の際の多数の化学的分析および合成段階において広範に使用される、周知のの技法である。液-液抽出では、2つの非混和性液体を密接させて、特定の物質を含有する液体（すなわち、起源液体）から抽出媒体（すなわち、標的液体）への特定の成分の抽出を可能にする。液-液抽出の好適な例は、水と非混和性である有機溶媒中で合成した水溶性物質の抽出である。関心対象の水溶性の合成生成物を含有する有機溶媒を水と混合して、水相に溶媒の小型のミセル様液滴を形成する。水溶性物質は溶媒から拡散して、水相に回収される。所定の時間経過後、2つの物質の非混和性により水相を回収することができる。この方法では、水溶性物質はこのように有機液体層から抽出される。両方の液体間の総接触面が決定的に重要である。液滴の形状によって提供される交換面が大きいほど、抽出過程が早くなる。   An exemplary manner of injecting liquid into a microfluidic system through a virtual wall and handling it sequentially is particularly preferred for performing liquid-liquid extraction. Liquid-liquid extraction is a well-known technique that is widely used in numerous chemical analysis and synthesis steps, especially in drug discovery. In liquid-liquid extraction, two immiscible liquids are brought into close proximity to enable extraction of specific components from a liquid containing a specific substance (ie, the source liquid) into the extraction medium (ie, the target liquid) . A suitable example of liquid-liquid extraction is the extraction of water-soluble substances synthesized in an organic solvent that is immiscible with water. An organic solvent containing the water-soluble synthetic product of interest is mixed with water to form small micelle-like droplets of the solvent in the aqueous phase. The water soluble material diffuses from the solvent and is recovered in the aqueous phase. After a predetermined time, the aqueous phase can be recovered due to the immiscibility of the two substances. In this method, the water-soluble substance is thus extracted from the organic liquid layer. The total contact surface between both liquids is critical. The larger the exchange surface provided by the droplet shape, the faster the extraction process.

本発明のマイクロ流体システムを使用して、以下のように水溶性物質と水と非混和性の有機液体相との間で、液-液抽出を実施することができる。水溶性物質と有機液体相との間の液-液抽出を実施するためには、例示的なマイクロチャネル3に、例示的な態様に従って適当な水溶液である好適な第1の液体4を充填する。第1の液体4は、マイクロチャネルの側壁に配置された開口部17に仮想的な壁15を形成する。物質を含有する有機相の液滴19bを形成し、仮想的な壁15を介して第1の液体4に注入する。液滴19bが仮想的な壁を横断すると、非常に小さいサイズのために相対的に非常に大きい交換表面積を有する、ミセル様の液体容量71がマイクロチャネル3内に形成される。結果として、最初はミセル様液体容量71に存在する水溶性物質は、第1の液体4に抽出され、さらに別の処理に利用可能である。連続段階で物質を濃縮するためには、電気泳動、誘電泳動、重力または物体力、毛細管力および特定の選択的ふるい（sieve）を含むが、これらに限定されない当技術分野上既知の好適な分離技法によって、抽出したミセル様液体容量71は液体3から分離される。   Using the microfluidic system of the present invention, liquid-liquid extraction can be carried out between a water-soluble substance and water-immiscible organic liquid phase as follows. To perform a liquid-liquid extraction between a water soluble material and an organic liquid phase, an exemplary microchannel 3 is filled with a suitable first liquid 4 that is a suitable aqueous solution according to exemplary embodiments. . The first liquid 4 forms a virtual wall 15 in the opening 17 arranged on the side wall of the microchannel. A droplet 19b of an organic phase containing a substance is formed and injected into the first liquid 4 through the virtual wall 15. As the droplet 19b crosses the virtual wall, a micelle-like liquid volume 71 is formed in the microchannel 3 that has a relatively very large exchange surface area due to its very small size. As a result, the water-soluble substance initially present in the micelle-like liquid volume 71 is extracted into the first liquid 4 and can be used for further processing. Suitable separations known in the art include, but are not limited to, electrophoresis, dielectrophoresis, gravity or body forces, capillary forces and certain selective sieves to concentrate the material in successive steps. By technique, the extracted micelle-like liquid volume 71 is separated from the liquid 3.

別の態様によると、図9eおよび9fに示すように、マイクロチャネルの側壁16に配置され、仮想的な壁15を形成する流体相互接続ポート17は、マイクロチャネルの内側に直接接近するために、それぞれ好適に低いデッドボリュームを有する、円柱形状または円錐形状などの任意の好適な形状を有することができる。一態様によると、流体相互接続ポート17の内側壁63は、開口部17から第1の液体を忌避するために、第1の液体4に対して忌避性の疎水性材料または他の材料から製造されるか、または疎水性材料または他の材料でコーティングされる。コーティングはチャネル内の液体のメニスカスの形成およびメニスカスの配置を促進し、結果としてポートのデッドボリュームをゼロにする。好ましい態様によると、マイクロチャネル3の内側壁64は、マイクロチャネルの内部に第1の液体を保持するために、第1の液体4に誘引性である。流体相互接続ポート17の液体忌避性部分により液体はマイクロ流体システムから漏洩することを防ぎ、マイクロチャネルに液体が充填されるとき、流体相互接続ポート17における仮想的な壁の反復可能な形成を確実にする。第1の液体4に誘引性の内側壁64を使用することにより、上記のようにポート17を介する、またはマイクロチャネル3の一方の端に第1の液体4を提供することによる、マイクロチャネル3の自動的で受動的な毛細管充填がさらに増強される。毛細管力の結果として、ポンプまたは圧力チャンバーなどの外部エネルギーまたは圧力源を適用する必要なく、マイクロチャネル3を自動的に充填することができる。   According to another embodiment, as shown in FIGS.9e and 9f, the fluid interconnect port 17 disposed on the microchannel sidewall 16 and forming the virtual wall 15 is directly accessible inside the microchannel, It can have any suitable shape, such as a cylindrical or conical shape, each preferably having a low dead volume. According to one aspect, the inner wall 63 of the fluid interconnect port 17 is made from a hydrophobic material or other material that is repellent to the first liquid 4 to repel the first liquid from the opening 17. Or coated with a hydrophobic material or other material. The coating promotes liquid meniscus formation and meniscus placement in the channel, resulting in zero port dead volume. According to a preferred embodiment, the inner wall 64 of the microchannel 3 is attractive to the first liquid 4 to hold the first liquid inside the microchannel. The liquid repellent portion of the fluid interconnect port 17 prevents liquid from leaking out of the microfluidic system and ensures repeatable formation of virtual walls at the fluid interconnect port 17 when the microchannel is filled with liquid To. By using an attractive inner wall 64 for the first liquid 4, the microchannel 3 via the port 17 as described above or by providing the first liquid 4 at one end of the microchannel 3 The automatic and passive capillary filling is further enhanced. As a result of capillary forces, the microchannel 3 can be automatically filled without the need to apply an external energy or pressure source such as a pump or pressure chamber.

図9fに示すように、流体相互接続ポート17は、対応するマイクロチャネル3に液体が充填されるとき仮想的な壁の形成を促進するために、倒立した円錐形状を有してもよい。例えば、流体相互接続ポート17を形成するシャフトは約0.175mmの高さHを有し、底部の開口部は約0.1mmの径D1を有し、流体相互接続ポート17の上部の開口部は約0.25mmの径D2を有してもよい。示すように、仮想的な壁15を規定するメニスカスはシャフトの底部に形成され、マイクロチャネル3が充填されると約0.1mmの径を有する。   As shown in FIG. 9f, the fluid interconnection port 17 may have an inverted conical shape to facilitate the formation of virtual walls when the corresponding microchannel 3 is filled with liquid. For example, the shaft forming the fluid interconnect port 17 has a height H of about 0.175 mm, the bottom opening has a diameter D1 of about 0.1 mm, and the top opening of the fluid interconnect port 17 is about It may have a diameter D2 of 0.25 mm. As shown, the meniscus defining the imaginary wall 15 is formed at the bottom of the shaft and has a diameter of about 0.1 mm when filled with the microchannel 3.

図9gは、マイクロチャネルおよび仮想的な壁15を被覆層66で被覆した態様を例示する。例示的な態様によると、被覆層66は、マイクロチャネル内の第1の液体4と非混和性の液体層を含む。被覆層は、第1の液体4が開口部17を介してマイクロチャネルから蒸発するのを防ぐと同時に、被覆層66および仮想的な壁15を介した液体19aなどの第2の液体のマイクロチャネル内への注入を可能にする。   FIG. 9g illustrates an embodiment in which microchannels and virtual walls 15 are covered with a covering layer 66. FIG. According to an exemplary embodiment, the covering layer 66 includes a liquid layer that is immiscible with the first liquid 4 in the microchannel. The covering layer prevents the first liquid 4 from evaporating from the microchannel via the opening 17 and at the same time a second liquid microchannel such as the liquid 19a via the covering layer 66 and the virtual wall 15. Allows infusion.

別の態様によると、図9hに示すように、マイクロチャネルの流体相互接続ポートは、マイクロチャネルに第1の液体4が充填されると各々が仮想的な壁15を形成する、開口部17のアレイ72によって形成される。図9iに例示するように、アレイ72における仮想的な壁15は互いに非常に接近して配置され、それによって毛管移動（wicking）過程による液体の注入を可能にする。図9iに示すように、マイクロチャネルに第2の液体を導入するためには、毛細管力が第2の液体をマイクロチャネル3に毛管移動させる（wick）するように、選択された量の第2の液体19aをアレイ72の上部に配置する。好ましい態様によると、流体相互接続ポート17の内側壁63は、第1の液体4に対して忌避性にされるが、流体相互接続ポート17の外側面65は、好ましくは第2の液体19aに誘引性にされる。仮想的な壁のアレイを形成するために開口部のアレイを使用すると、液滴19bを特定の仮想的な壁を正確に標的とする必要性および重大性が減少する。液滴はアレイ方向を目標にするだけでよく、毛細管力が液滴をチャネル内部に吸引することを可能にする。噴射される液滴の速度および方向も、マイクロチャネル3内への試料の注入を達成するには重要ではない。   According to another aspect, as shown in FIG. 9h, the microchannel fluid interconnection ports are formed in openings 17 each forming a virtual wall 15 when the microchannel is filled with the first liquid 4. Formed by array 72; As illustrated in FIG. 9i, the virtual walls 15 in the array 72 are placed in close proximity to each other, thereby allowing liquid injection by a capillary wicking process. To introduce the second liquid into the microchannel, as shown in FIG. The liquid 19a is placed on top of the array 72. According to a preferred embodiment, the inner wall 63 of the fluid interconnect port 17 is rendered repellent to the first liquid 4, while the outer surface 65 of the fluid interconnect port 17 is preferably connected to the second liquid 19a. Be attractive. Using an array of openings to form an array of virtual walls reduces the need and severity of accurately targeting the droplet 19b to a particular virtual wall. The droplets need only be targeted in the array direction, and capillary forces allow the droplets to be sucked into the channel. The velocity and direction of the ejected droplets are also not important to achieve sample injection into the microchannel 3.

本発明のさらに別の態様によると、マイクロチャネルにおける複数の位置での仮想的な壁を介する液体の導入または排出を可能にするために、複数の開口部がマイクロチャネルの側壁に配置される。例えば、図10aに示すように、複数の液体の同時導入を可能にする複数の仮想的な壁を規定するために、マイクロチャネルはマイクロチャネル3の横幅方向に位置付けられた多数の流体相互接続ポート17a、17bを備えることができる。この様式では、増加された容量の液体を、複数の仮想的な壁を介してマイクロチャネル3内に即座に注入することができる。マイクロチャネルの横幅方向の複数の仮想的な壁を使用することにより、複数の異なる液体の同時導入および混合がさらに可能になる。図10aに示すように、マイクロチャネルは第1の液体4を含む。第2の液体19aは、第1の仮想的な壁15aを介して導入することができる。同時に、第2の仮想的な壁15bを介して第3の液体190aを導入することができる。液体の拡散プロフィールによって例示されるように、第2の液体9aおよび第3の液体190aは第1の液体4と混合する。   According to yet another aspect of the invention, a plurality of openings are disposed in the side wall of the microchannel to allow introduction or drainage of liquid through virtual walls at a plurality of locations in the microchannel. For example, as shown in FIG. 10a, to define multiple virtual walls that allow the simultaneous introduction of multiple liquids, the microchannel is a number of fluid interconnection ports positioned in the lateral direction of the microchannel 3. 17a, 17b can be provided. In this manner, an increased volume of liquid can be immediately injected into the microchannel 3 through a plurality of virtual walls. The use of multiple virtual walls across the width of the microchannel further allows simultaneous introduction and mixing of different liquids. As shown in FIG. 10 a, the microchannel contains the first liquid 4. The second liquid 19a can be introduced through the first virtual wall 15a. At the same time, the third liquid 190a can be introduced through the second virtual wall 15b. As illustrated by the liquid diffusion profile, the second liquid 9a and the third liquid 190a mix with the first liquid 4.

または、図10bに示すように、マイクロチャネル3は、マイクロチャネルへの液体の逐次的な導入、または流体流動通路の異なる位置に沿ったマイクロチャネルからの液体の排出を可能にするために、マイクロチャネルの長手方向に沿って配置された複数の仮想的な壁を備えることができる。   Alternatively, as shown in FIG.10b, the microchannel 3 can be micro-channeled to allow sequential introduction of liquid into the microchannel or discharge of liquid from the microchannel along different locations of the fluid flow path. A plurality of virtual walls arranged along the length of the channel can be provided.

流体相互接続ポート内に仮想的な壁15を使用する例示的なマイクロ流体システム10を、液滴を形成し、仮想的な壁を介してマイクロチャネル内に案内するための試料導入システムと共に使用することができる。図11aは、選択した試料の荷電した液滴19bを、選択した関心対象のマイクロチャネル3a内に案内するために、好適な試料導入システム67を使用したマイクロ流体システム10を例示している。例示している試料導入システム67は、選択した液体の液滴を生成するための液滴生成装置18、液滴を選択的に荷電するための液滴荷電回路53、ならびに荷電した液滴を選択した位置に導くための静電場を確立するための、接地電極54および複数の電気制御式偏向板56、57を備える。例示的なマイクロ流体システム10は、液滴の形成および選択したマイクロチャネルへの案内を制御するための電子装置に接続することができる。   An exemplary microfluidic system 10 that uses a virtual wall 15 in a fluid interconnect port is used with a sample introduction system to form a droplet and guide it through the virtual wall into the microchannel. be able to. FIG. 11a illustrates a microfluidic system 10 that uses a suitable sample introduction system 67 to guide charged droplets 19b of a selected sample into a selected microchannel 3a of interest. The illustrated sample introduction system 67 includes a droplet generator 18 for generating droplets of a selected liquid, a droplet charging circuit 53 for selectively charging droplets, and selecting charged droplets. A ground electrode 54 and a plurality of electrically controlled deflecting plates 56 and 57 are provided for establishing an electrostatic field for guiding to the specified position. The exemplary microfluidic system 10 can be connected to an electronic device for controlling droplet formation and guidance to selected microchannels.

液滴は、ノズル組立物70を有する液滴形成装置18によって形成される。ノズル組立物70は液滴を排出して、離脱点（breaking off point）62において液体の個々の液滴を形成する。液滴荷電回路53は事前にプログラムされており、対応する電極52は、離脱点62において事前に選択した液滴を正または負電荷で荷電するために、ノズル組立物内に位置づけられている。接地電極54が液滴形成の離脱点62の周囲を取り囲んでいる。離脱(breaking off)して接地電極54を通過後、荷電した液滴19cは、第1の電気制御式偏向板56および第2の電気制御式偏向板57によって確立された静電場を移動する。板荷電回路55は各板に関連しており、それぞれの偏向板に適切な電気的荷電を提供するために、その極性を制御する。図11aに示すように、液滴19dは正に荷電され、第1のプレート56を負に荷電し、かつ第2のプレート57を正に荷電することによって、選択したマイクロチャネル3a内に配置した仮想的な壁15に向けて偏向される。個々の液滴の荷電を液滴荷電回路53で制御すると同時に、第1のプレート56と第2のプレート57との間の電場を制御することによって、液滴が特定のチャネルに案内され、かつ効果的に移動させることができ、事前にプログラムした化学実験を実施することができる。   The droplets are formed by a droplet forming device 18 having a nozzle assembly 70. The nozzle assembly 70 ejects the droplets to form individual droplets of liquid at the breaking off point 62. The droplet charging circuit 53 is pre-programmed, and the corresponding electrode 52 is positioned in the nozzle assembly to charge the preselected droplet with a positive or negative charge at the break-off point 62. A ground electrode 54 surrounds the drop formation separation point 62. After breaking off and passing through the ground electrode 54, the charged droplet 19c moves through the electrostatic field established by the first electrically controlled deflection plate 56 and the second electrically controlled deflection plate 57. A plate charging circuit 55 is associated with each plate and controls its polarity in order to provide proper electrical charging to each deflector plate. As shown in FIG. 11a, the droplet 19d is positively charged, placed in the selected microchannel 3a by negatively charging the first plate 56 and positively charging the second plate 57. It is deflected towards the virtual wall 15. By controlling the electric field between the first plate 56 and the second plate 57 at the same time that the charge of the individual droplets is controlled by the droplet charging circuit 53, the droplets are guided to specific channels, and It can be moved effectively and pre-programmed chemical experiments can be performed.

図11bは、本発明の別の態様による異なる荷電技法を使用する、関連する流体相互接続ポート17を有する複数のマイクロチャネル3の断面図である。図11bに示す態様では、液滴案内システム150は、システムの各マイクロチャネルのための電極58、およびマイクロチャネルを荷電するためのチャネル荷電回路59を含む。各マイクロチャネル3は、対応するマイクロチャネルを選択的に荷電することによって液滴の標的化を増強するための、対応する電極58を備える。電極58は、マイクロチャネル3の各々に選択した荷電を生成するために、図11aに示す液滴荷電回路53に関連するチャネル荷電回路59に接続されている。チャネルの荷電は荷電した液滴と相互作用して、荷電した液滴19dをそれぞれのマイクロチャネル3aに案内または導く。図11bに示すように、液滴19dは正に荷電されるが、選択したマイクロチャネル3aは負に荷電され、それによって正に荷電した液滴19dと、負に荷電したマイクロチャネル3aの仮想的な壁15との間に誘引力が生じる。隣接するマイクロチャネル3bおよび3cを選択した液滴19dと同じ符号で荷電することによって案内は増強され、結果として、正に荷電した液滴19dを選択したマイクロチャネル3aに向けて忌避する。   FIG. 11b is a cross-sectional view of a plurality of microchannels 3 with associated fluid interconnection ports 17 using different charging techniques according to another aspect of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 11b, the droplet guide system 150 includes an electrode 58 for each microchannel of the system and a channel charging circuit 59 for charging the microchannel. Each microchannel 3 is provided with a corresponding electrode 58 to enhance droplet targeting by selectively charging the corresponding microchannel. The electrodes 58 are connected to a channel charging circuit 59 associated with the droplet charging circuit 53 shown in FIG. 11a to generate a selected charge on each of the microchannels 3. The channel charge interacts with the charged droplets to guide or guide the charged droplet 19d to the respective microchannel 3a. As shown in FIG. 11b, the droplet 19d is positively charged, but the selected microchannel 3a is negatively charged, thereby positively charging the droplet 19d and the virtual charge of the negatively charged microchannel 3a. An attractive force is generated between the wall 15 and the wall. Guidance is enhanced by charging adjacent microchannels 3b and 3c with the same sign as the selected droplet 19d, resulting in repelling positively charged droplets 19d towards the selected microchannel 3a.

図11cは、本発明により、複数のマイクロチャネル3の選択したマイクロチャネル3aへの、荷電した液滴19dの標的化を増強するための別の方法を示す。図11cに示す態様では、液滴案内システム150は、対応する流体相互接続ポートまたはマイクロチャネルと各々が関連している、複数の標的用電極61を含む。流体相互接続ポートおよび対応するマイクロチャネルは、標的用電極荷電回路61によって荷電されて、選択したマイクロチャネル3aの仮想的な壁15に向かう力を生じる。図11cに示すように、選択した液滴19dは正に荷電されるが、選択した対応するマイクロチャネル3aに関連する標的用電極61は負に荷電されて、選択した液滴19dを仮想的な壁15を介して選択した対応するマイクロチャネル3a内に案内する。案内は、隣接するマイクロチャネル3b、3cから液滴を忌避させて、選択したマイクロチャネル3aの方向に向けるために、選択した液滴19dと同じ符号で隣接する標的用電極61を荷電することによって案内が増強される。   FIG. 11c shows another method for enhancing the targeting of charged droplets 19d to selected microchannels 3a of a plurality of microchannels 3 according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 11c, the droplet guide system 150 includes a plurality of targeting electrodes 61, each associated with a corresponding fluid interconnection port or microchannel. The fluid interconnection port and the corresponding microchannel are charged by the target electrode charging circuit 61 to generate a force toward the virtual wall 15 of the selected microchannel 3a. As shown in FIG. 11c, the selected droplet 19d is positively charged, while the target electrode 61 associated with the selected corresponding microchannel 3a is negatively charged, causing the selected droplet 19d to be virtually Guide through the wall 15 into the corresponding microchannel 3a selected. Guiding is by charging the adjacent target electrode 61 with the same sign as the selected droplet 19d to repel the droplet from adjacent microchannels 3b, 3c and direct it in the direction of the selected microchannel 3a. Guidance is enhanced.

本発明の別の態様によると、液滴案内システム150は、システムの1つまたは複数の構成要素上に基準マークを使用することができる機械視覚システムを含んでもよい。当業者は、液滴を仮想的な壁の方向に移動させるための任意の好適な液滴案内システムを、本発明の教示に従い使用することができることを認識すると考えられる。   According to another aspect of the invention, the droplet guide system 150 may include a machine vision system that can use fiducial marks on one or more components of the system. Those skilled in the art will recognize that any suitable droplet guidance system for moving droplets in the direction of a virtual wall can be used in accordance with the teachings of the present invention.

本発明によると、マイクロ流体システム10の流体相互接続ポート17は、選択的にマイクロチャネルの双方向的流体相互接続部として使用することができる。マイクロチャネルに試料を導入するための相互接続部を提供する以外に、第1の液体4を充填したマイクロチャネル3に形成された例示的な仮想的な壁は、流体をマイクロチャネルから排出するための排出ポートとしても使用することができる。図12a〜12dは、チャネルの側壁に配置された流体相互接続ポート17を、排出ポートとして使用することができるマイクロチャネル3の断面図を示す。ポート17は、第1の液体4のマイクロチャネル3からの排出を可能にする、仮想的な壁を形成する。仮想的な壁15を介する第1の液体の排出を実施するために、好適な排出装置108がマイクロチャネルと連絡して提供される。当業者は、排出装置108は、仮想的な壁の流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルから液滴を排出するための、任意の好適なデバイスまたはシステムを含むことができることを認識すると考えられる。   According to the present invention, the fluid interconnect port 17 of the microfluidic system 10 can be selectively used as a microchannel bidirectional fluid interconnect. In addition to providing an interconnect for introducing a sample into the microchannel, an exemplary virtual wall formed in the microchannel 3 filled with the first liquid 4 is for draining the fluid from the microchannel. It can also be used as a discharge port. Figures 12a to 12d show a cross-sectional view of a microchannel 3 in which the fluid interconnect port 17 located on the side wall of the channel can be used as an exhaust port. The port 17 forms a virtual wall that allows the discharge of the first liquid 4 from the microchannel 3. In order to perform the discharge of the first liquid through the virtual wall 15, a suitable discharge device 108 is provided in communication with the microchannel. Those skilled in the art will recognize that the ejector 108 can include any suitable device or system for ejecting droplets from a microchannel via a virtual wall fluid interconnect port.

図12aに示す例示的な態様によると、排出装置は、第1の液体4内に配置された第1の電極34、およびポート17の付近に位置づけられたエレクトロスプレー電極32を含む。エレクトロスプレー電極32と第1の液体4の間に電位差を適用して電場を形成するために、電圧発生装置31が第1の電極34およびエレクトロスプレー電極32に接続される。電圧発生装置31によって電極間に生成された電場により、第1の液体4に対して誘引力が生じ、第1の液体4を液滴33の形態で仮想的な壁15を介してマイクロチャネルから効果的に吸引する。図12aに示す仮想的な壁およびマイクロチャネル配列は、電場を除去して、上記のように、第2の液体の液滴を仮想的な壁を介して受け入れるためにも使用することができ、それにより双方向性の相互接続部を達成する。   According to the exemplary embodiment shown in FIG. 12 a, the draining device includes a first electrode 34 disposed in the first liquid 4 and an electrospray electrode 32 positioned in the vicinity of the port 17. A voltage generator 31 is connected to the first electrode 34 and the electrospray electrode 32 in order to apply an electric potential difference between the electrospray electrode 32 and the first liquid 4 to form an electric field. The electric field generated between the electrodes by the voltage generator 31 generates an attractive force for the first liquid 4, and the first liquid 4 is removed from the microchannel via the virtual wall 15 in the form of a droplet 33. Suction effectively. The virtual wall and microchannel arrangement shown in FIG. 12a can also be used to remove the electric field and accept a second liquid droplet through the virtual wall, as described above, Thereby a bidirectional interconnection is achieved.

図12bは、マイクロチャネル3から第1の液体4を排出するのに好適な、本発明のマイクロ流体システムの別の態様を示す。この態様によると、排出装置は、マイクロチャネル3内の第1の液体4と連絡している圧力パルス発生装置51を含む。圧力パルス発生装置51は、第1の液体4を仮想的な壁を介して効果的に排出して液滴33を形成するために、流体4に、選択した振幅、周波数および持続時間を有する圧力パルスを適用する。圧力パルス発生装置51はマイクロチャネル3内に圧力パルスを発生するために任意の好適な構造であってもよく、圧電要素、電磁アクチュエータ、ヒーター、適用する電圧の影響下で移動する電極を含む静電アクチュエータ、電圧パルスが適用される電極をチャネル内に含む電気泳動圧力アクチュエータ、加圧ガスまたは任意の他の好適な圧力パルス発生装置を含んでもよい。   FIG. 12 b shows another embodiment of the microfluidic system of the present invention suitable for draining the first liquid 4 from the microchannel 3. According to this embodiment, the draining device comprises a pressure pulse generator 51 in communication with the first liquid 4 in the microchannel 3. The pressure pulse generator 51 applies a pressure having a selected amplitude, frequency and duration to the fluid 4 to effectively discharge the first liquid 4 through the virtual wall to form a droplet 33. Apply the pulse. The pressure pulse generator 51 may be any suitable structure for generating pressure pulses in the microchannel 3, and includes a piezoelectric element, an electromagnetic actuator, a heater, and an electrode that moves under the influence of the applied voltage. It may include an electric actuator, an electrophoretic pressure actuator that includes an electrode to which a voltage pulse is applied in the channel, a pressurized gas, or any other suitable pressure pulse generator.

圧力パルス発生装置51はマイクロチャネル3内に少なくとも部分的に統合されるか、またはチャネルに局所的に固定してある棒様の移動式アクチュエータのように、完全に外側にあって、チャネルと共に作動してもよい。   The pressure pulse generator 51 is completely outside and works with the channel, like a rod-like mobile actuator that is at least partly integrated in the microchannel 3 or locally fixed to the channel May be.

一態様によると、図12cおよび12dに示すように、圧力パルス発生装置51は、マイクロチャネル3を含有するマイクロ流体チップ10のためのホルダー500内に形成され、仮想的な壁15の向かい側に配置され、マイクロチャネルの内側と連絡する、円錐形状の圧力チャンバー511に接続される圧電発動膜510を含む。圧力パルス発生装置51は、ホルダー内に形成された貫通孔515と、圧力チャンバー511を密封するためのO-リング512をさらに備えてもよい。図12dに示すように、マイクロチャネルから液滴を排出するためには、外部電圧源は、容量約10ナノリッターの一連の液滴33を形成するための電圧パルス（典型的には、500マイクロ秒／200V）を適用する。例示的な圧力パルス発生装置51は25Hzまでの排出周波数を達成することができるが、当業者は、本発明はこの範囲に限定されないことを認識すると考えられる。本発明に従い圧力パルス発生装置51に変更を加えることができる。例えば、圧力パルス発生装置51は、チップホルダー500の一部を形成する必要はなく、マイクロ流体チップ10自身に統合することができる。   According to one embodiment, as shown in FIGS. 12c and 12d, the pressure pulse generator 51 is formed in a holder 500 for the microfluidic chip 10 containing the microchannel 3 and is located opposite the virtual wall 15. And includes a piezoelectric membrane 510 connected to a conical pressure chamber 511 in communication with the inside of the microchannel. The pressure pulse generator 51 may further include a through hole 515 formed in the holder and an O-ring 512 for sealing the pressure chamber 511. As shown in FIG. 12d, in order to eject droplets from a microchannel, an external voltage source is used to generate a voltage pulse (typically 500 micron) to form a series of droplets 33 with a capacity of about 10 nanoliters. Second / 200V) is applied. Although the exemplary pressure pulse generator 51 can achieve an exhaust frequency up to 25 Hz, one skilled in the art will recognize that the invention is not limited to this range. Changes can be made to the pressure pulse generator 51 in accordance with the present invention. For example, the pressure pulse generator 51 need not form part of the chip holder 500 and can be integrated into the microfluidic chip 10 itself.

別の態様によると、図12eに示すように、マイクロチャネルから液体を排出するためにガス加圧装置51aが使用される。例示的な態様によると、ガス加圧装置51aは、高速の弁を介して圧力を適用する加圧ガスタンクを含む。第2の仮想的な壁15bを形成する第2の流体相互接続ポート17bをマイクロチャネル3内に形成することができる。第2の仮想的な壁15bは、第1の流体相互接続ポート17に形成された第1の仮想的な壁と実質的に同軸上に配列される。第2の同軸の仮想的な壁15bは、第1の液体4を第1の仮想的な壁15を介して液滴33の形態で効果的に排出するために、選択した振幅、周波数および持続時間を有するガス圧力パルスを発生するガス加圧装置51aと連絡している。排出過程中、第2の仮想的な壁15bは、液滴33を形成するように、第1の液体4に向かって内側に変位する。   According to another embodiment, a gas pressurizer 51a is used to drain liquid from the microchannel, as shown in FIG. 12e. According to an exemplary embodiment, the gas pressurizer 51a includes a pressurized gas tank that applies pressure through a high speed valve. A second fluid interconnection port 17b forming a second virtual wall 15b can be formed in the microchannel 3. The second virtual wall 15b is arranged substantially coaxially with the first virtual wall formed in the first fluid interconnection port 17. The second coaxial virtual wall 15b has a selected amplitude, frequency and duration to effectively discharge the first liquid 4 through the first virtual wall 15 in the form of a droplet 33. It is in communication with a gas pressurizer 51a that generates a gas pressure pulse with time. During the discharging process, the second virtual wall 15b is displaced inward toward the first liquid 4 so as to form a droplet 33.

別の態様によると、図12fに示すように、排出装置は、マイクロチャネル3において側壁に配置されたヒーター51bを含む。ヒーター51bは、液滴を形成するために第1の液体4を局所的に加熱する。第1の液体を加熱すると、ガス蒸気気泡51cが急速に成長し、仮想的な壁15を介して液滴33をマイクロチャネルから効果的に排出する。ヒーターは温点(heated spot)、電気ヒーター、光学誘導性ヒーター、または任意の他の好適なヒーターを含んでもよい。   According to another embodiment, as shown in FIG. 12 f, the discharge device includes a heater 51 b disposed on the side wall in the microchannel 3. The heater 51b locally heats the first liquid 4 to form droplets. When the first liquid is heated, the gas vapor bubbles 51c grow rapidly, and the droplets 33 are effectively discharged from the microchannel through the virtual wall 15. The heater may include a heated spot, an electric heater, an optical inductive heater, or any other suitable heater.

さらに別の態様によると、図12gに示すように、排出装置は、選択した量の液体をマイクロチャネル3から流体相互接続ポート17を介して除去するための、スポット専用ピン組立物（dedicated spotting pin assembly）1080を含む。例示的なピン組立物1080はナノリッター以下の液体容量の選択的な除去を可能にするが、当業者は、本発明はこの範囲に限定されないことを認識すると考えられる。図12gに示す態様によると、スポット専用ピン1080は、予め決められた距離で間隔をあけた2つのピン1080aおよび1080bを含む、微細製造されたシリコンスポットピンシステムを含んでもよい。ピンの間の空間は、予め決められた量の液体を正確に採取するように寸法が決められる、開いた毛細管1081を形成する。液体容量をマイクロチャネル3から除去するためには、ピンをポート17を介してマイクロチャネル3に浸漬する。ピン1080は、毛細管作用により毛細管1081内に液体を自動的に吸引する。次いで、ピン1080をポート17から除去すると、ピン1080aおよび1080bの表面の間に形成された毛細管力が、2つのピン1080aおよび1080bの間に形成された毛細管1081内に液滴を保持する。例示的な態様によると、ピン組立物1080は300ピコリッターの液体容量をマイクロチャネルから除去することができ、次いでこれをさらなる分析または保存のためにガラススライドにスポットすることができる。例示的なピン組立物1080は、約1秒以下の試料採取時間を可能にする。   According to yet another aspect, as shown in FIG. 12g, the drainage device is configured with a dedicated spotting pin assembly for removing a selected amount of liquid from the microchannel 3 via the fluid interconnect port 17. assembly) including 1080. Although the exemplary pin assembly 1080 allows selective removal of sub-nanoliter liquid volumes, those skilled in the art will recognize that the invention is not limited to this range. According to the embodiment shown in FIG. 12g, the spot-only pins 1080 may include a microfabricated silicon spot pin system that includes two pins 1080a and 1080b spaced at a predetermined distance. The space between the pins forms an open capillary 1081 that is sized to accurately collect a predetermined amount of liquid. In order to remove the liquid volume from the microchannel 3, a pin is immersed in the microchannel 3 via the port 17. The pin 1080 automatically sucks liquid into the capillary 1081 by capillary action. Then, when the pin 1080 is removed from the port 17, the capillary force formed between the surfaces of the pins 1080a and 1080b retains the droplet in the capillary 1081 formed between the two pins 1080a and 1080b. According to an exemplary embodiment, the pin assembly 1080 can remove a 300 picoliter liquid volume from the microchannel, which can then be spotted on a glass slide for further analysis or storage. The exemplary pin assembly 1080 allows a sampling time of about 1 second or less.

好適なピン組立物1080は、その内容が参照として本明細書に組み入れられている2001年12月21日提出の表題「微細製造された2ピン液体試料分注システム(Microfabricated Two-Pin Liquid Sample Dispensing System)」の米国特許出願第10/027,171号に記載されている。   A preferred pin assembly 1080 is entitled “Microfabricated Two-Pin Liquid Sample Dispensing” filed December 21, 2001, the contents of which are incorporated herein by reference. System) ”in US patent application Ser. No. 10 / 027,171.

本発明のさらに別の態様によると、マイクロチャネルの内側を光学的に分析するために、マイクロチャネル3の側壁16に形成された仮想的な壁15が使用される。図13aは、光学的要素26によって合焦された光線ビーム27によって、マイクロチャネル内に配置された第1の液体4を光学的に検査する本発明の態様を示す。光線ビーム27は、ポート17の向かい側のチャネル壁16に影響を与えることなく第1の液体4に直接貫通するために、側壁における流体相互接続ポート17と同軸上に配列される。光学的要素26は、任意の好適なレンズまたはプリズムであってもよい。好適な検出装置68は、マイクロチャネル3内の液体をモニターおよび分析するために、仮想的な壁15に近接して配置される。別の態様では、複数の流体相互接続ポート17および17bが側壁において互いに直角に配置され、吸収ではなく散乱が分析される。   According to yet another aspect of the present invention, a virtual wall 15 formed on the side wall 16 of the microchannel 3 is used to optically analyze the inside of the microchannel. FIG. 13a shows an embodiment of the invention in which the first liquid 4 placed in the microchannel is optically inspected by a light beam 27 focused by the optical element 26. FIG. The light beam 27 is arranged coaxially with the fluid interconnect port 17 in the side wall in order to directly penetrate the first liquid 4 without affecting the channel wall 16 opposite the port 17. The optical element 26 may be any suitable lens or prism. A suitable detection device 68 is placed close to the virtual wall 15 for monitoring and analyzing the liquid in the microchannel 3. In another embodiment, a plurality of fluid interconnection ports 17 and 17b are arranged at right angles to each other on the sidewalls and analyzed for scattering rather than absorption.

仮想的な壁15を介して第1の液体4を光学的に分析するための別の態様によると、第2の仮想的な壁15bがマイクロチャネル3に配置される。図13bは、第1の仮想的な壁15を形成する第1の流体相互接続ポート17がマイクロチャネルの一方の側に配置され、第2の仮想的な壁15bを形成する第2の流体相互接続ポート17bがマイクロチャネル3の向かい側に配置され、第1の仮想的な壁15および第2の仮想的な壁15bが実質的に同軸上に配置される、マイクロチャネル3内の第1の液体4の光学的な分析のための一態様を示す。光学的要素26を通過し、合焦された光線ビーム27は、光線ビーム27がポート17を介して第1の液体4を直接貫通し、第1の液体4を通過した後、第2の仮想的な壁15bを介してマイクロチャネルの反対側から出て行くように、第1の仮想的な壁に対して実質的に同軸上に位置づけられる。第2のポート17bを通過した光線は、マイクロチャネル3内の液体をモニターし、かつ分析するための光学的検出装置68と連絡している、第2の光学的要素26aによって回収され、合焦され、平行にされる。このような光学的検出手段は、理想的には、本質的に着色もしくは蛍光である化合物、または本明細書の別の箇所に記載されている、光学的に検出可能な部分で標識された化合物を含有する液体を分析するのに好適である。または、本発明のマイクロ流体チップが質量分析計に連結されている場合には、質量分析計を検出手段として使用することができる。   According to another embodiment for optically analyzing the first liquid 4 via the virtual wall 15, the second virtual wall 15 b is arranged in the microchannel 3. FIG. 13b shows that the first fluid interconnect port 17 forming the first virtual wall 15 is located on one side of the microchannel and the second fluid interconnect forming the second virtual wall 15b. The first liquid in the microchannel 3 in which the connection port 17b is arranged opposite the microchannel 3 and the first virtual wall 15 and the second virtual wall 15b are arranged substantially coaxially One embodiment for optical analysis of 4 is shown. The focused light beam 27 passing through the optical element 26 passes through the first liquid 4 directly through the port 17 through the port 17 and then passes through the second liquid 4 It is positioned substantially coaxially with respect to the first virtual wall so that it exits from the opposite side of the microchannel via a typical wall 15b. The light beam that has passed through the second port 17b is collected and focused by the second optical element 26a, which is in communication with an optical detection device 68 for monitoring and analyzing the liquid in the microchannel 3. And made parallel. Such optical detection means are ideally compounds that are essentially colored or fluorescent, or compounds that are labeled with an optically detectable moiety as described elsewhere herein. It is suitable for analyzing a liquid containing Alternatively, when the microfluidic chip of the present invention is connected to a mass spectrometer, the mass spectrometer can be used as a detection means.

本発明の一用途によると、仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められている開口部を、流体相互接続ポートとして使用するマイクロ流体システムを使用して、試料を精製またはろ過することができる。例えば、例示的な配列を使用して、試料中のDNA断片から不純物を分離することによって、DNA試料を精製することができる。図14に示すように、側壁に形成され、仮想的な壁を形成する流体相互接続ポート17を有するマイクロチャネル3を、複数の廃棄チャネル136および廃棄チャネル136とマイクロチャネル本体3との交点に形成された排出チャネル137に接続する。マイクロチャネル3は、マイクロチャネル本体より小さい径を有する流入口138を有する。仮想的な壁を介して導入される試料の分離を実施するために、マイクロチャネル3に好適な洗浄媒体4を充填する。   According to one application of the invention, a sample is purified or filtered using a microfluidic system that uses an opening sized and dimensioned to form a virtual wall as a fluid interconnect port. be able to. For example, an exemplary sequence can be used to purify a DNA sample by separating impurities from DNA fragments in the sample. As shown in FIG. 14, a microchannel 3 formed on the side wall and having a fluid interconnection port 17 forming a virtual wall is formed at a plurality of waste channels 136 and intersections of the waste channels 136 and the microchannel body 3. Connected to the drainage channel 137. The microchannel 3 has an inlet 138 having a smaller diameter than the microchannel body. In order to carry out the separation of the sample introduced through the virtual wall, the microchannel 3 is filled with a suitable cleaning medium 4.

不純物からのDNA試料の分離などの試料の分離を実施するためには、マイクロチャネルを介して流体流動を洗浄媒体に導入し、仮想的な壁15を介して試料を流動中の洗浄媒体に注入する。この配列は、試料の異なる成分を分離するために拡散を利用する。試料中の大きい分子（すなわち、DNA断片）および試料中の小さい分子（すなわち、不純物）は異なる拡散速度で洗浄媒体中を拡散し、試料の異なる成分をサイズによって効果的に分離する。例えば、小さい分子は、大きい分子より速く洗浄媒体中に拡散する。大きい粒子を含有する残存する試料流と不純物を含有する拡散試料流の2つの試料流は、それぞれ、排出チャネル137および廃棄チャネル136に分離される。精製された試料は、さらなる処理または分析のために排出チャネル137を通過することができる。廃棄チャネル136および排出チャネル137は、選択した成分を受け入れるようにサイズおよび寸法を決めることができる。例えば、廃棄チャネル136は、拡散した小さい分子を受け入れるために仮想的な壁15から予め決められた距離に位置づけられ、排出チャネル137は、大きい分子を受け入れるようにサイズおよび位置が決められる。   In order to perform sample separation, such as separation of DNA samples from impurities, fluid flow is introduced into the washing medium via microchannels and the sample is injected into the flowing washing medium through virtual walls 15 To do. This arrangement utilizes diffusion to separate different components of the sample. Large molecules (ie, DNA fragments) in the sample and small molecules (ie, impurities) in the sample diffuse through the wash medium at different diffusion rates, effectively separating the different components of the sample by size. For example, small molecules diffuse into the cleaning medium faster than large molecules. Two sample streams, a remaining sample stream containing large particles and a diffuse sample stream containing impurities, are separated into an exhaust channel 137 and a waste channel 136, respectively. The purified sample can pass through the exhaust channel 137 for further processing or analysis. Waste channel 136 and discharge channel 137 can be sized and dimensioned to receive selected components. For example, the waste channel 136 is positioned at a predetermined distance from the virtual wall 15 to accept diffused small molecules, and the drain channel 137 is sized and positioned to accept large molecules.

または、図14に示す構成を使用して、化学反応、非共有結合、吸着または吸収、抗体結合、核酸もしくはオリゴヌクレオチド結合もしくはハイブリダイゼーション、イオン対形成、イオン交換、クロマトグラフィー分離、受容体ホルモン相互作用、酵素活性拮抗作用もしくは作動性（aginism）または分析物に対する他の好適な反応などの化学的操作を実施することができる。本発明は、化合物、全細胞または細胞溶解物、酵素、タンパク質またはペプチドおよび粒子の溶液を含む種々の液体試料に適用する。従って、本発明また、プロテオミクス、ゲノミクス、クロマトグラフィー、診断および薬物発見における用途がある。   Alternatively, using the configuration shown in FIG. 14, chemical reactions, non-covalent bonds, adsorption or absorption, antibody binding, nucleic acid or oligonucleotide binding or hybridization, ion pairing, ion exchange, chromatographic separation, receptor hormone interactions Chemical manipulations such as action, enzyme activity antagonism or aginism or other suitable reaction to the analyte can be performed. The invention applies to a variety of liquid samples including solutions of compounds, whole cells or cell lysates, enzymes, proteins or peptides and particles. Thus, the present invention also has applications in proteomics, genomics, chromatography, diagnostics and drug discovery.

または、例示的な構成を使用して標識操作を実施することができ、仮想的な壁を標識スキームにおける反応物の1つの相互接続ポートとして使用する。標識操作を実施するためには、標識流体をマイクロチャネルを通過させて、標識対象物質を含有する液体を仮想的な壁を介して注入する。2つの液体の混合は比較的速く、物質の迅速な標識化が達成される。一態様によると、上記のような分離段階の前に標識化を実施することができる。一態様によると、標識スキームの後に過剰の未反応標識を除去するためにろ過装置を使用することもできる。   Alternatively, the labeling operation can be performed using an exemplary configuration, with a virtual wall used as one interconnect port for the reactants in the labeling scheme. In order to perform the labeling operation, the labeling fluid is passed through the microchannel, and the liquid containing the labeling target substance is injected through the virtual wall. The mixing of the two liquids is relatively fast and rapid labeling of the substance is achieved. According to one embodiment, labeling can be performed prior to the separation step as described above. According to one embodiment, a filtration device can also be used to remove excess unreacted label after the labeling scheme.

使用する特定の種類の検出反応に応じて、多種多様の検出可能な標識を本発明の適用に使用することができる。標識は、通常、分光学的手段、光化学的手段、生化学的手段、免疫化学的手段または化学的手段によって検出可能である。標識は、当技術分野において周知の方法により、例えば、本発明の例示的な態様に従って、マイクロチャネルの側壁に形成された仮想的な壁を介してチップに導入される試薬として、検出対象の分子（生成物、基質、酵素等）に直接または間接的に結合される。例えば、有用な核酸標識には、蛍光染料、酵素（例えば、ELISAに通常使用されるようなもの）、ビオチン、ジオキシゲニン、またはハプテンおよび抗体、好ましくはモノクローナル抗体が利用可能なタンパク質が挙げられる。他の好適な標識には、蛍光部分、化学発光部分、磁性粒子等が挙げられる。さらに他の標識剤には、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体、タンパク質、または親和性基質、炭水化物もしくは脂質などの他のポリマーが挙げられる。標識された化合物の検出は、蛍光マーカーの分光学的もしくは光学的追跡方法、またはサイズ、荷電、分子量もしくは親和性に基づいて分子を追跡する他の方法を含む、種々の既知の方法によってもよい。検出可能な部分は、検出可能な物理的または化学的特性を有する任意の材料からなってもよい。このような検出可能な標識は、ゲル電気泳動、カラムクロマトグラフィー、分光学的技法等の分野において十分に開発されており、一般に、このような方法に有用な標識を本発明に適用することができる。従って、標識は分光学的手段、光化学的手段、生化学的手段、免疫化学的手段、電気的手段、光学的手段、熱的手段または化学的手段によって検出可能な任意の組成物であり、このような標識は、関心対象の分子に共有結合されても（例えば、アミンを含有する化合物とニンヒドリンとの反応）、または非共有結合されてもよい（例えば、化合物と標識抗体との反応）。本発明の有用な標識には、蛍光染料（例えば、フルオレセインイソチオシアネート、テキサスレッド、ローダミン等）、酵素（例えば、通常マーカー産物として、またはELISAにおいて検出可能な酵素として使用される、LacZ、CAT、西洋ワサビペルオキシダーゼ、アルカリホスファターゼ等）、核酸挿入物(intercalators)（例えば、臭化エチジウム）、およびコロイド金または着色ガラスまたはプラスチック（例えば、ポリスチレン、ポリプロピレン、ラテックス等）ビーズなどの比色標識が挙げられる。蛍光標識は、光学的検出手段を使用する場合には、特に好ましい標識である。好ましい標識は、典型的には、以下の1つまたは複数によって特徴づけられる：高感度、高安定性、低バックグラウンド、低環境感度、および高標識特異性。   Depending on the particular type of detection reaction used, a wide variety of detectable labels can be used in the application of the present invention. The label is usually detectable by spectroscopic, photochemical, biochemical, immunochemical or chemical means. The label is a molecule to be detected by a method well known in the art, for example, as a reagent introduced into the chip through a virtual wall formed in the side wall of the microchannel, according to an exemplary embodiment of the invention. (Directly or indirectly) (product, substrate, enzyme, etc.). For example, useful nucleic acid labels include fluorescent dyes, enzymes (eg, those commonly used in ELISA), biotin, dioxygenin, or haptens and proteins for which antibodies, preferably monoclonal antibodies, are available. Other suitable labels include fluorescent moieties, chemiluminescent moieties, magnetic particles, and the like. Still other labeling agents include monoclonal antibodies, polyclonal antibodies, proteins, or other polymers such as affinity substrates, carbohydrates or lipids. Detection of labeled compounds may be by a variety of known methods, including spectroscopic or optical tracking methods for fluorescent markers, or other methods that track molecules based on size, charge, molecular weight or affinity. . The detectable moiety may consist of any material having a detectable physical or chemical property. Such detectable labels are well developed in the fields of gel electrophoresis, column chromatography, spectroscopic techniques, etc., and in general labels useful for such methods can be applied to the present invention. it can. Thus, a label is any composition detectable by spectroscopic, photochemical, biochemical, immunochemical, electrical, optical, thermal or chemical means, Such a label may be covalently attached to the molecule of interest (eg, reaction of an amine-containing compound with ninhydrin) or non-covalently attached (eg, reaction of the compound with a labeled antibody). Useful labels of the present invention include fluorescent dyes (eg, fluorescein isothiocyanate, Texas red, rhodamine, etc.), enzymes (eg, LacZ, CAT, Colorimetric labels such as horseradish peroxidase, alkaline phosphatase, etc.), nucleic acid intercalators (eg, ethidium bromide), and colloidal gold or colored glass or plastic (eg, polystyrene, polypropylene, latex, etc.) beads. . Fluorescent labels are particularly preferred labels when using optical detection means. Preferred labels are typically characterized by one or more of the following: high sensitivity, high stability, low background, low environmental sensitivity, and high label specificity.

1-および2-アミノナフタレン、p,p'-ジアミノスチルベン、ピレン、4級フェナントリジン塩、9-アミノアクリジン、p,p'-ジアミノベンゾフェノンイミン、アントラセン、オキサカルボシアニン、メロシアニン、3-アミノエキレニン(aminoequilenin)、ペリレン、ビス-ベンゾキサゾール、ビス-p-オキサゾリルベンゼン、1,2-ベンゾフェナジン、レチノール、ビス-3-アミノピリジニウム塩、ヘレブリゲニン、テトラサイクリン、ステロフェノール(sterophenol)、ベンズイミダゾリルフェニルアミン、2-オキソ-3-クロメン、インドール、キサンテン、7-ヒドロキシクマリン、フェノキサジン、カリシレート(calicylate)、ストロファンチジン、ポルフィリン、トリアリールメタンおよびフラビンを含む、蛍光部分を含むいくつかの標識は既知である。ある場合においては、関心対象のペプチドもしくはタンパク質の一部である（すなわち、そのペプチドまたはタンパク質にとって内因性である）か、またはタンパク質もしくはペプチドに付加される、アミノ酸のトリプトファンを蛍光標識として使用することができる。本発明により使用することができるか、または修飾してこのような官能基を導入することができる、個々の蛍光試薬化合物には、例えば、ダンシルクロリド；3,6-ジヒドロキシ-9-フェニルキサントヒドロール(phenylxanthhydrol)などのフルオレセイン；ローダミンイソチオシアネート、N-フェニル 1-アミノ-8-スルホナトナフタレン；N-フェニル 2-アミノ-6-スルホナトナフタレン；4-アセトアミド-4-イソチオシアナト-スチルベン-2,2'-ジスルホン酸；ピレン-3-スルホン酸；2-トルイジノナフタレン-6-スルホネート；N-フェニル-N-メチル-2-アミノアフタレン(aminoaphthalene)-6-スルホネート；臭化エチジウム、ステブリン(stebrine)、アウロミン(auromine)-0,2-(9'-アンスロイル）パルミテート；ダンシルホスファチジルエタノールアミン；N,N'-ジオクタデシルオキサカルボシアニン；N,N'-ジヘキシルオキサカルボシアニン；メロシアニン、4-(3'ピレニル）ステアレート；d-3-アミノデスオキシ-エキレニン(equilenin)；12-(9'-アンスロイル）ステアレート；2-メチルアントラセン；9-ビニルアントラセン；2,2'(ビニレン-p-フェニレン）ビスベンゾキサゾール；p-ビス（2-(4-メチル-5-フェニル-オキサゾリル))ベンゼン；6-ジメチルアミノ-1,2-ベンゾフェナジン；レチノール、ビス(3'-アミノピリジニウム）1,10-デカンジイルジヨーダイド、ヘリブリエニン(hellibrienin)のスルホナフチルヒドラゾン；クロロテトラサイクリン；N-(7-ジメチルアミノ4-メチル-2-オキソ-3-クロメニル）マレイミド；N-(p-2-ベンズイミダゾリル)-フェニルマレイミド；N-(4-フルオランシル(fluoranthyl)マレイミド；ビス(ホモバニリン酸)；レサザリン(resazarin)；4-クロロ-7-ニトロ-2,1,3-ベンゾオキサジアゾール；メロシアニン540、ローズベンガル；および2,4-ジフェニル-3(2H)-フラノンが挙げられる。多数のこのような蛍光標識試薬は、SIGMA chemical company(ミズーリ州、セントルイス)、Molecular Probes、R&D systems(ミネソタ州、ミネアポリス)、Pharmacia LKB Biotechnology(ニュージャージー州、ピスカタウェイ）、CLONTECH Laboratories, Inc.(カリフォルニア州、パロアルト）、Chem Genes Corp.、Aldrich Chemical Company(ウィスコンシン州、ミルウォーキー)、Glen Research, Inc.、GIBCO BRL Life Technologies, Inc.(メリーランド州、ゲイザースバーグ)、Fluka Chemica-Biochemika Analytika(Fluka Chemie AG、Buchs、スイス)、およびApplied Biosystems(カリフォルニア州、フォスターシティ)、ならびに当業者に既知の市販元から市販されている。   1- and 2-aminonaphthalene, p, p'-diaminostilbene, pyrene, quaternary phenanthridine salt, 9-aminoacridine, p, p'-diaminobenzophenone imine, anthracene, oxacarbocyanine, merocyanine, 3-amino Aminoequilenin, perylene, bis-benzoxazole, bis-p-oxazolylbenzene, 1,2-benzophenazine, retinol, bis-3-aminopyridinium salt, hellebregenin, tetracycline, sterophenol, Several containing fluorescent moieties, including benzimidazolylphenylamine, 2-oxo-3-chromene, indole, xanthene, 7-hydroxycoumarin, phenoxazine, calicylate, strophanthidine, porphyrin, triarylmethane and flavin The label of is known. In some cases, using the amino acid tryptophan as a fluorescent label that is part of the peptide or protein of interest (ie, is endogenous to the peptide or protein) or attached to the protein or peptide. Can do. Individual fluorescent reagent compounds that can be used in accordance with the present invention or that can be modified to introduce such functional groups include, for example, dansyl chloride; 3,6-dihydroxy-9-phenylxanthoxy Fluorescein such as phenylxanthhydrol; rhodamine isothiocyanate, N-phenyl 1-amino-8-sulfonatonaphthalene; N-phenyl 2-amino-6-sulfonatonaphthalene; 4-acetamido-4-isothiocyanato-stilbene-2, 2'-disulfonic acid; pyrene-3-sulfonic acid; 2-toluidinonaphthalene-6-sulfonate; N-phenyl-N-methyl-2-aminoaphthalene-6-sulfonate; ethidium bromide, stebulin (stebrine), auromine-0,2- (9'-anthroyl) palmitate; dansylphosphatidylethanolamine; N, N'-dioctadecyloxacarbo N, N′-dihexyloxacarbocyanine; merocyanine, 4- (3′pyrenyl) stearate; d-3-aminodesoxy-equilenin; 12- (9′-anthroyl) stearate; 9-vinylanthracene; 2,2 ′ (vinylene-p-phenylene) bisbenzoxazole; p-bis (2- (4-methyl-5-phenyl-oxazolyl)) benzene; 6-dimethylamino-1 , 2-benzophenazine; retinol, bis (3'-aminopyridinium) 1,10-decandiyl diiodide, sulfonaphthylhydrazone of helibrienin; chlorotetracycline; N- (7-dimethylamino-4-methyl-2 -Oxo-3-chromenyl) maleimide; N- (p-2-benzimidazolyl) -phenylmaleimide; N- (4-fluoranthylmaleimide; bis (homovanillic acid); resazarin; 4-chloro -7-nitro-2,1,3-benzoxadiazole, merocyanine 540, rose bengal, and 2,4-diphenyl-3 (2H) -furanone, a number of such fluorescent labeling reagents include SIGMA chemical company (St. Louis, Missouri), Molecular Probes, R & D systems (Minneapolis, Minnesota), Pharmacia LKB Biotechnology (Piscataway, NJ), CLONTECH Laboratories, Inc. (Palo Alto, California), Chem Genes Corp., Aldrich Chemical Company (Milwaukee, Wisconsin), Glen Research, Inc., GIBCO BRL Life Technologies, Inc. (Gaithersburg, MD), Fluka Chemica-Biochemika Analytika (Fluka Chemie AG, Buchs, Switzerland), and Applied Biosystems ( Foster City, California), as well as commercial sources known to those skilled in the art.

蛍光標識は、一部には、光線で蛍光標識を照射することによって、複数の発光を得ることができることから、好ましいクラスの検出可能な標識である。従って、1つの標識が複数の測定可能な事象を提供することができる。検出可能なシグナルは、化学発光および生物発光源によって提供することもできる。化学発光源には、化学反応によって電子的に励起状態になり、次いで検出可能なシグナルとして働くか、または蛍光受容体にエネルギーを供与する光線を発することができる化合物が挙げられる。種々のファミリーの化合物が、種々の条件下で化学発光を提供することが見出されている。1つの化合物ファミリーは2,3-ジヒドロ-1,4-フタラジンジオンである。最も一般的な化合物は、5-アミノ化合物であるルミノールである。ファミリーの他のメンバーには、5-アミノ-6,7,8-トリメトキシ-およびジメチルアミノ[ca]ベンズ類似体が挙げられる。これらの化合物は、アルカリ性過酸化水素または次亜塩素酸カルシウムおよび塩基を用いて発光させることができる。別のファミリーの化合物は、親生成物の一般名としてロフィンを有する、2,4,5-トリフェニルイミダゾールである。化学発光類似体には、パラ-ジメチルアミノおよび-メトキシ置換体が挙げられる。化学発光はまた、シュウ酸エステル、通常はオキサリル活性エステル、例えば、p-ニトロフェニルおよび過酸化物、例えば、過酸化水素を用いて、塩基性条件下において得ることができる。-N-アルキルアクリジナムエステル(塩基性H2O2)およびジオキセタンを含む、他の有用な化学発光化合物も既知であり、かつ入手可能である。または、生物発光を提供するために、ルシフェリンをルシフェラーゼまたはルシゲニンと共に使用することができる。蛍光部分を用いたオンチップ標識の例示的な例は、Harrisonら、Sensors and Actuators B,33巻、pp.105-09(1996)に見出すことができる。 Fluorescent labels are a preferred class of detectable labels because, in part, multiple luminescence can be obtained by irradiating the fluorescent label with light. Thus, a single label can provide multiple measurable events. The detectable signal can also be provided by chemiluminescent and bioluminescent sources. Chemiluminescent sources include compounds that can be excited electronically by a chemical reaction and then emit a light beam that acts as a detectable signal or donates energy to a fluorescent acceptor. Different families of compounds have been found to provide chemiluminescence under different conditions. One compound family is 2,3-dihydro-1,4-phthalazinedione. The most common compound is luminol, which is a 5-amino compound. Other members of the family include 5-amino-6,7,8-trimethoxy- and dimethylamino [ca] benz analogs. These compounds can emit light using alkaline hydrogen peroxide or calcium hypochlorite and a base. Another family of compounds is 2,4,5-triphenylimidazole, which has lophine as the generic name for the parent product. Chemiluminescent analogs include para-dimethylamino and -methoxy substituents. Chemiluminescence can also be obtained under basic conditions using oxalate esters, usually oxalyl active esters such as p-nitrophenyl and peroxides such as hydrogen peroxide. Other useful chemiluminescent compounds are known and available, including -N-alkylacridinum esters (basic H 2 O 2 ) and dioxetanes. Alternatively, luciferin can be used with luciferase or lucigenin to provide bioluminescence. Illustrative examples of on-chip labeling using fluorescent moieties can be found in Harrison et al., Sensors and Actuators B, 33, pp. 105-09 (1996).

他の標識部分を、関心対象の分子に非共有結合的に結合することができる。一般に、リガンド分子(例えば、ビオチン)をポリマーに共有結合する。次いで、リガンドは、本質的に検出可能であるか、または検出可能な酵素、蛍光化合物もしくは化学発光化合物などのシグナル系に共有結合される抗リガンド（例えば、ストレプトアビジン）分子に結合する。数多くのリガンドおよび抗リガンドを使用することができる。リガンドが天然の抗リガンド、例えば、ビオチン、チロキシンおよびコルチゾールを有する場合には、標識した抗リガンドと共に使用することができる。または、任意のハプテン化合物または抗原性化合物を抗体と組み合わせて使用することができる。標識はまた、例えば、酵素または蛍光団と抱合することによって、シグナル生成化合物に直接抱合することもできる。標識として関心対象の酵素は、主に、加水分解酵素、特にホスファターゼ、エステラーゼおよびグリコシダーゼ、または酸化還元酵素、特にペルオキシダーゼである。蛍光化合物には、フルオレセインおよびその誘導体、ローダミンおよびその誘導体、ダンシル、ウンベリフェロン等が挙げられる。化学発光化合物には、ルシフェリンおよび2,3-ジヒドロフタラジンジオン、例えば、ルミノールが挙げられる。標識を検出する手段は当業者に周知である。標識が蛍光標識である場合には、蛍光団を適当な波長の光線で励起して、得られる蛍光を、例えば、顕微鏡、目視、写真フィルム、電子的検出装置、例えばデジタルカメラ、電荷結合素子(CCD)、または光電子増倍管および光電管等などの使用により検出することによって検出することができる。蛍光標識および検出技法、特に顕微鏡および分光学的方法が好ましい。同様に、酵素に対して適当な基質を提供し、得られる反応産物を検出することによって酵素標識を検出する。最後に、単純な比色標識は、標識に関連する色を単純に観察することによって検出されることが多い。例えば、抱合型の金(conjugated gold)はピンク色を呈することが多い一方、種々の結合型ビーズ(conjugated beads)はビーズの色を呈する。   Other label moieties can be non-covalently bound to the molecule of interest. Generally, a ligand molecule (eg, biotin) is covalently bound to the polymer. The ligand then binds to an anti-ligand (eg, streptavidin) molecule that is inherently detectable or covalently attached to a signal system such as a detectable enzyme, fluorescent compound or chemiluminescent compound. A number of ligands and anti-ligands can be used. If the ligand has natural anti-ligands such as biotin, thyroxine and cortisol, it can be used with a labeled anti-ligand. Alternatively, any haptenic or antigenic compound can be used in combination with an antibody. The label can also be conjugated directly to the signal generating compound, for example by conjugating with an enzyme or fluorophore. Enzymes of interest as labels are mainly hydrolases, in particular phosphatases, esterases and glycosidases, or oxidoreductases, in particular peroxidases. Fluorescent compounds include fluorescein and its derivatives, rhodamine and its derivatives, dansyl, umbelliferone and the like. Chemiluminescent compounds include luciferin and 2,3-dihydrophthalazinedione, such as luminol. Means for detecting labels are well known to those of skill in the art. When the label is a fluorescent label, the fluorophore is excited with light of an appropriate wavelength, and the resulting fluorescence is detected by, for example, a microscope, visual observation, photographic film, an electronic detection device such as a digital camera, a charge coupled device ( CCD), or detection by use of a photomultiplier tube, a phototube or the like. Fluorescent labeling and detection techniques are preferred, especially microscopy and spectroscopic methods. Similarly, the enzyme label is detected by providing a suitable substrate for the enzyme and detecting the resulting reaction product. Finally, simple colorimetric labels are often detected by simply observing the color associated with the label. For example, conjugated gold often exhibits a pink color, while various conjugated beads exhibit a bead color.

図15は、チップ上で微量化学的過程を実施するための、本発明の一態様のマイクロ流体合成／分析システム40を例示している。マイクロ流体合成／分析システム40は、第1のマイクロチャネル3、第1のマイクロチャネルと平行して作動する第2のマイクロチャネル30、ならびに第1および第2のマイクロチャネルの末端に配置され、第1のマイクロチャネル3と第2のマイクロチャネル30の排出物を合わせるために第1と第2のマイクロチャネルとの交点を形成する、第3のマイクロチャネル300とを含む。マイクロチャネル3、30および300は、多段階化学合成または分析を実施するために、チャネルの側壁に配置された仮想的な壁15a〜iを形成する複数の流体相互接続ポート17を備える。マイクロ流体合成／分析システム40の例示的な態様は、複雑な合成反応スキーム(例えば、上記のような標識化)および分析を高度に平行な様式で実施することができる、マイクロ流体システムの仮想的な壁15の適用の一例となる。示すように、マイクロチャネル3の側壁16に配置された仮想的な壁15を使用することによって、多種多様の化学的操作を実施することができる。   FIG. 15 illustrates a microfluidic synthesis / analysis system 40 of one embodiment of the present invention for performing microchemical processes on a chip. The microfluidic synthesis / analysis system 40 is disposed at the end of the first microchannel 3, the second microchannel 30 operating in parallel with the first microchannel, and the first and second microchannels, And a third microchannel 300 that forms the intersection of the first and second microchannels to match the emissions of one microchannel 3 and the second microchannel 30. The microchannels 3, 30 and 300 comprise a plurality of fluid interconnection ports 17 that form virtual walls 15a-i located on the side walls of the channel to perform multi-step chemical synthesis or analysis. An exemplary embodiment of a microfluidic synthesis / analysis system 40 is a virtual microfluidic system that can perform complex synthesis reaction schemes (e.g., labeling as described above) and analysis in a highly parallel manner. This is an example of application of the wall 15. As shown, a wide variety of chemical operations can be performed by using virtual walls 15 located on the side walls 16 of the microchannel 3.

例示されているシステム40は、微量化学的分析または合成などの、1試料について1つまたは複数の反応を実施するために、マイクロチャネル3、30および300の選択した位置に配置されたマイクロリアクター43、44、45および46として例示される、複数の試料処理装置をさらに備える。例示的な態様に従って、試料の分離を実施するために、例示されているシステムが使用される。反応、ろ過、希釈、混合、結合および輸送を含むが、これらに限定されない任意の好適な処理を、単独または他の反応と組み合わせて1試料に実施することができることを当業者は認識すると考えられる。図15に示す具体的な配列は以下の反応1〜4の実施を可能にする。

反応1: A+B→C
反応2: D+E→F
反応3: C+F→G
反応4: G+H→I The illustrated system 40 is a microreactor 43 placed at selected locations in microchannels 3, 30 and 300 to perform one or more reactions on a sample, such as microchemical analysis or synthesis. , 44, 45 and 46, further comprising a plurality of sample processing devices. According to an exemplary embodiment, the illustrated system is used to perform sample separation. Those skilled in the art will recognize that any suitable treatment, including but not limited to reaction, filtration, dilution, mixing, binding and transport, can be performed on a sample, either alone or in combination with other reactions. . The specific sequence shown in FIG. 15 allows the following reactions 1-4 to be performed.

Reaction 1: A + B → C
Reaction 2: D + E → F
Reaction 3: C + F → G
Reaction 4: G + H → I

反応1では、物質A(例えば、標識試薬)が物質B(例えば、他に都合よく検出されない関心対象の分子)と反応して、物質C(例えば、標識された抱合物)を形成する。反応2では、物質Dが物質Eと反応して、物質Fを形成する。反応3では、物質CおよびFが反応して物質Gを形成する。反応4では、物質GおよびHが反応して物質Iを形成する。例示的な態様では、反応1および反応2が平行に実施され、その後逐次的に反応3および反応4が続く。   In reaction 1, substance A (eg, a labeling reagent) reacts with substance B (eg, a molecule of interest that is not otherwise conveniently detected) to form substance C (eg, a labeled conjugate). In reaction 2, substance D reacts with substance E to form substance F. In reaction 3, substances C and F react to form substance G. In reaction 4, substances G and H react to form substance I. In an exemplary embodiment, reaction 1 and reaction 2 are performed in parallel, followed by reaction 3 and reaction 4 sequentially.

操作時において、担体液体4aがマイクロ流体合成／分析システム40内に配置され、特定の化学物質を含有する数多くの液体が、複数の仮想的な壁15を介して担体液体と相互接続される。反応1〜4により生ずる反応生成物は、担体液体4aによりマイクロ流体合成／分析システムを通じて搬送される。上記の反応スキームに列挙した物質A〜Iをそれぞれ含有する液体から、液滴42a〜iが形成される。担体液体4の全体的な流動方向は矢印41で示す。仮想的な壁15を介する流体の相互接続の方向を矢印47で示す。   In operation, the carrier liquid 4a is placed in the microfluidic synthesis / analysis system 40, and a number of liquids containing specific chemicals are interconnected with the carrier liquid via a plurality of virtual walls 15. The reaction products resulting from reactions 1-4 are conveyed through the microfluidic synthesis / analysis system by carrier liquid 4a. Droplets 42a-i are formed from liquids containing substances A-I listed in the above reaction scheme, respectively. The overall flow direction of the carrier liquid 4 is indicated by arrows 41. The direction of fluid interconnection through the virtual wall 15 is indicated by arrows 47.

マイクロ流体過程を開始するためには、液滴の方向47で示すように、第1の液体A 42aを第1の仮想的な壁15aを介してマイクロ流体システムに導入し、担体液体4aによってマイクロチャネル内を搬送される。第1の仮想的な壁15aの下流のマイクロチャネルの側壁に配置された第2の仮想的な壁15bを介して、第2の液体B 42bを第1のマイクロチャネル3に添加して、担体液体4aに存在する物質AおよびBの混合物を生じる。その後、混合物は第1のマイクロリアクター43を通過する。第1のマイクロリアクター43は適当な条件（すなわち、温度、滞在時間、触媒材料の存在等）を有して反応Iを実施し、物質AとBの反応から第3の物質、液体Cを生成する。液体Cは、担体液体4aによってリアクター43の下流に搬送される。反応Iの完了後、液滴の方向47で示すように、第1および第2の仮想的な壁15a、15cの下流に配置された第3の仮想的な壁15cを介して、液体Cの一部が第1のマイクロチャネル3から排出される。その後、排出された液体Cの部分を保存し、反応した液体Cの組成を決定するために、さらに処理、または分析することができる。   To initiate the microfluidic process, the first liquid A 42a is introduced into the microfluidic system via the first virtual wall 15a, as shown by the droplet direction 47, and the Carried in the channel. The second liquid B 42b is added to the first microchannel 3 via the second virtual wall 15b arranged on the side wall of the microchannel downstream of the first virtual wall 15a, and the carrier This produces a mixture of substances A and B present in liquid 4a. Thereafter, the mixture passes through the first microreactor 43. The first microreactor 43 performs reaction I under appropriate conditions (ie, temperature, residence time, presence of catalyst material, etc.), and generates a third substance, liquid C, from the reaction of substances A and B. To do. The liquid C is transported downstream of the reactor 43 by the carrier liquid 4a. After completion of reaction I, as shown by the direction 47 of the droplet, the liquid C passes through the third virtual wall 15c arranged downstream of the first and second virtual walls 15a, 15c. A part is discharged from the first microchannel 3. Thereafter, a portion of the discharged liquid C can be stored and further processed or analyzed to determine the composition of the reacted liquid C.

本発明の別の態様において、1つまたは複数の試料処理装置43、44、45または46は、マイクロリアクターなどの反応手段ではなく、分離手段を含んでもよい。分離手段は、典型的には、クロマトグラフィーカラムであり、好ましくはクロマトグラフィーカラムである。クロマトグラフィーカラムを備えるマイクロ流体システムを使用して、例えば、仮想的な壁17を介して適用された混合物の分離を実施することができ、次いで仮想的な壁15を介して導入された試薬を有するマイクロリアクター45内で、標識試薬と反応させることができる。このような様式では、化合物はクロマトグラフィー分離後に標識される。同様の様式において、混合物を第1の仮想的な壁15aを介して導入し、標識試薬を第2の仮想的な壁15bを介して導入し、次にマイクロリアクター内での反応、およびその後のクロマトグラフィーカラムでの分離を続けることができる。キャピラリー電気泳動クロマトグラフィーカラムは、本発明による特に好ましい分離手段である。このようなマイクロ流体CEカラムは、その各々が参照として本明細書に組み入れられる、米国特許第6,159,353号、同第5,976,336号および同第6,258,263号に記載されている。または、多数の分離手段を、選択的に平行に、本発明により使用することができる。例えば、マイクロ流体合成／分析システム40は、キャピラリー電気泳動による第1の分離、およびpH勾配に基づいた別の分離を実施することができる。   In another embodiment of the invention, the one or more sample processing devices 43, 44, 45 or 46 may include separation means rather than reaction means such as a microreactor. The separation means is typically a chromatography column, preferably a chromatography column. Using a microfluidic system with a chromatography column, for example, separation of a mixture applied via a virtual wall 17 can be carried out, and then the reagent introduced via the virtual wall 15 can be removed. It can be reacted with the labeling reagent in the microreactor 45 having the same. In such a manner, the compound is labeled after chromatographic separation. In a similar manner, the mixture is introduced through the first virtual wall 15a, the labeling reagent is introduced through the second virtual wall 15b, then the reaction in the microreactor, and the subsequent Separation on the chromatography column can continue. A capillary electrophoresis chromatography column is a particularly preferred separation means according to the present invention. Such microfluidic CE columns are described in US Pat. Nos. 6,159,353, 5,976,336, and 6,258,263, each of which is incorporated herein by reference. Alternatively, multiple separation means can be used according to the invention, selectively in parallel. For example, the microfluidic synthesis / analysis system 40 can perform a first separation by capillary electrophoresis and another separation based on a pH gradient.

別の態様において、反応に応じて色の変化が生じる場合には、滴定をオンチップで実施することができる。このような滴定は、例えば、pH滴定、または発色基質もしくは阻害剤を用いた酵素の滴定であってもよい。   In another embodiment, titration can be performed on-chip if a color change occurs in response to the reaction. Such titration may be, for example, pH titration or enzyme titration with a chromogenic substrate or inhibitor.

第1のマイクロチャネル3において生じる過程までの同様の反応過程は、マイクロ流体合成／分析システム40の第2のチャネル30で生じる。それぞれ、液体D 42dを第4の仮想的な壁15dを介して担体液体3bに導入する。液体Dの注入地点(すなわち、仮想的な壁15d)の下流において、第5の仮想的な壁17eを介して液体E 42eをマイクロチャネル3に注入して、担体液体4a中で物質DとEの混合物を形成する。さらに下流で、物質DとEの混合物はマイクロリアクター44を通過し、反応2が進行する。反応2の完了後、得られた液体Fの一部を、第6の仮想的な壁15fを介して第2のマイクロチャネル30から排出することができる。排出された液体Fの部分をその後保存し、反応した液体Fの組成を決定するために、さらに処理または分析することができる。   A similar reaction process up to the process occurring in the first microchannel 3 occurs in the second channel 30 of the microfluidic synthesis / analysis system 40. In each case, the liquid D 42d is introduced into the carrier liquid 3b via the fourth virtual wall 15d. Liquid E 42e is injected into the microchannel 3 via the fifth virtual wall 17e downstream of the injection point of the liquid D (i.e., the virtual wall 15d), and the substances D and E in the carrier liquid 4a. To form a mixture. Further downstream, the mixture of substances D and E passes through microreactor 44 and reaction 2 proceeds. After the completion of the reaction 2, a part of the obtained liquid F can be discharged from the second microchannel 30 through the sixth virtual wall 15f. The discharged portion of liquid F can then be stored and further processed or analyzed to determine the composition of reacted liquid F.

第1のマイクロチャネル3と第2のマイクロチャネル30の交点において、第1のマイクロリアクター43を出た液体C(42C)と第2のマイクロリアクター44を出た液体F(42F)が共に混合し、その後第3のマイクロチャネル300を通じて搬送される。液体Fと液体Cの混合物は第3のマイクロリアクター45に流入し、ここで反応3が進行し、液体Gを生成する。第7の仮想的な壁15が第3のマイクロリアクターの下流に配置され、第3のマイクロリアクター45を出た液体Gの部分を、液体の液滴42gの形態でマイクロチャネル3から排出させる。第7の仮想的な壁15gのさらに下流に配置された第8の仮想的な壁15hを使用して、物質Hを液体の液滴42hの形態でマイクロチャネル300内に導入して、液体Gと液体Hの混合物を形成する。G-H混合物は第4のマイクロリアクター46に流入し、ここで反応4が生じて液体Iを形成する。最後に、第4のマイクロリアクター46を出た得られた液体I 42iの部分は、液体Iの分析、保存および／またはさらなる処理のために、マイクロチャネル300の側壁に配置された第9の仮想的な壁15iを介して、マイクロチャネル3から排出される。   At the intersection of the first microchannel 3 and the second microchannel 30, the liquid C (42C) exiting the first microreactor 43 and the liquid F (42F) exiting the second microreactor 44 are mixed together. And then transported through the third microchannel 300. The mixture of liquid F and liquid C flows into the third microreactor 45, where reaction 3 proceeds to generate liquid G. A seventh virtual wall 15 is arranged downstream of the third microreactor, and the part of the liquid G leaving the third microreactor 45 is discharged from the microchannel 3 in the form of a liquid droplet 42g. Using the eighth virtual wall 15h arranged further downstream of the seventh virtual wall 15g, the substance H is introduced into the microchannel 300 in the form of a liquid droplet 42h and the liquid G And a mixture of liquid H is formed. The GH mixture flows into the fourth microreactor 46 where reaction 4 occurs to form liquid I. Finally, the portion of the resulting liquid I 42i that exits the fourth microreactor 46 is the ninth virtual placed on the side wall of the microchannel 300 for analysis, storage and / or further processing of liquid I. The microchannel 3 is discharged through a typical wall 15i.

例示的な態様によると、反応物A、B、D、EおよびHの必要な濃度は、液滴(19b)のサイズおよび数を計測することによって正確に制御される。さらに、担体液体4aに導入される液滴19bの数を制御することによって、特定の希釈度を正確に得ることができ、異なる希釈度の反応物A、B、D、EおよびHについての反応1〜4を研究することができる。好適なサイズの液滴を形成するための好適な液滴分注システムは、米国特許仮出願第60/325,040号に記載されている。例示的なマイクロ流体合成／分析システム40のマイクロチャネルの側壁によって形成される、直接相互接続ポートを使用することにより、システムに導入される液体の濃度を正確に制御することができ、廃棄物を大幅に低下すると同時に効率を増加する。   According to an exemplary embodiment, the required concentrations of reactants A, B, D, E and H are accurately controlled by measuring the size and number of droplets (19b). Furthermore, by controlling the number of droplets 19b introduced into the carrier liquid 4a, a specific dilution can be accurately obtained, and the reaction for reactants A, B, D, E and H of different dilutions 1 to 4 can be studied. A suitable droplet dispensing system for forming droplets of a suitable size is described in US Provisional Application No. 60 / 325,040. By using the direct interconnect port formed by the microchannel sidewalls of the exemplary microfluidic synthesis / analysis system 40, the concentration of liquid introduced into the system can be precisely controlled, and Increases efficiency at the same time as significantly reducing.

上記のマイクロ流体合成／分析システム40の例示的な態様は、複雑な合成反応スキームおよび分析を高度に平行な様式で実施することができる、マイクロ流体システムの仮想的な壁15の適用の一例となる。示すように、マイクロチャネルの側壁に配置された仮想的な壁15を使用することによって、多種多様の化学的操作を実施することができる。当業者は、本発明が例示的な態様に限定されないこと、ならびにマイクロチャネル、仮想的な壁の任意の好適なサイズおよび数、リアクターの種類および数、ならびに試料の種類を、本発明の教示に従い使用することができることを認識すると考えられる。   The exemplary embodiment of the microfluidic synthesis / analysis system 40 described above is an example of the application of a virtual wall 15 of a microfluidic system that allows complex synthesis reaction schemes and analyzes to be performed in a highly parallel manner. Become. As shown, a wide variety of chemical operations can be performed by using virtual walls 15 located on the side walls of the microchannel. One skilled in the art will recognize that the present invention is not limited to the exemplary embodiments, and that any suitable size and number of microchannels, virtual walls, reactor types and numbers, and sample types, in accordance with the teachings of the present invention. Recognize that it can be used.

図16は、本発明のマイクロ流体システムの別の態様を例示している。システム10は仮想的な壁15を形成する1つまたは複数の流体相互接続ポートを含むマイクロチャネル3を含み、かつ動電学的作動式システム22の一部を含む。動電学的作動式システム22では、マイクロチャネル3を通して流体を輸送するために電場が確立される。例示するように、第1の電極5および第2の電極7がマイクロチャネル3の第1の液体4内に配置されるか、または第1の液体4と流体的に連絡している。第1の電極5は、マイクロチャネル3の第1の末端に配置された第1のウェル6aに配置され、第2の電極7はマイクロチャネル3の第2の末端に配置された第2のウェル6bに配置される。第1のウェル6aおよび第2のウェル6bは、マイクロチャネル3の第1の液体4と流体的に連絡している。電圧発生装置12は第1の電極5と第2の電極7の間に電圧を生じて、マイクロチャネル3の第1の液体4に実質的に長手方向の電場を形成する。図16に示すように、マイクロチャネル3の両端を第1のウェル4および第2のウェル6とそれぞれ流体的に接触させることによって長手方向の電場を適用する。   FIG. 16 illustrates another embodiment of the microfluidic system of the present invention. The system 10 includes a microchannel 3 that includes one or more fluid interconnect ports that form a virtual wall 15 and includes a portion of an electrokinetically actuated system 22. In the electrokinetically actuated system 22, an electric field is established for transporting fluid through the microchannel 3. As illustrated, the first electrode 5 and the second electrode 7 are disposed in the first liquid 4 of the microchannel 3 or are in fluid communication with the first liquid 4. The first electrode 5 is disposed in the first well 6a disposed at the first end of the microchannel 3, and the second electrode 7 is disposed in the second well disposed at the second end of the microchannel 3. Located in 6b. The first well 6 a and the second well 6 b are in fluid communication with the first liquid 4 of the microchannel 3. The voltage generator 12 generates a voltage between the first electrode 5 and the second electrode 7 to form a substantially longitudinal electric field in the first liquid 4 of the microchannel 3. As shown in FIG. 16, a longitudinal electric field is applied by fluidly contacting both ends of the microchannel 3 with the first well 4 and the second well 6, respectively.

本発明の教示に従い、例示的なポート17はマイクロチャネル3の側壁内に配置され、仮想的な壁15を形成し、第1の液体4への第2の液体の導入を可能にする。例えば、液滴形成システム18は、第2の流体19bの液滴19aを形成する。液滴19aは、本明細書に記載されているものなどの任意の好適な方法により、ポート17の方向に導かれる。マイクロチャネル3の内側壁の表面特性に応じて、動電学的システム22によって形成される長手方向の電場が、マイクロチャネル3を通じた軸方向の第1の液体4の電気浸透的な液体の流動を誘導し、それによって第2の液体19bに存在する成分をマイクロチャネルを通じて軸方向に輸送する。   In accordance with the teachings of the present invention, the exemplary port 17 is disposed in the side wall of the microchannel 3 to form an imaginary wall 15 that allows the introduction of the second liquid into the first liquid 4. For example, the droplet formation system 18 forms a droplet 19a of the second fluid 19b. Droplet 19a is directed in the direction of port 17 by any suitable method, such as those described herein. Depending on the surface characteristics of the inner wall of the microchannel 3, the longitudinal electric field formed by the electrokinetic system 22 causes the electroosmotic liquid flow of the axial first liquid 4 through the microchannel 3. Thereby transporting components present in the second liquid 19b axially through the microchannel.

動電学的作動式システム22は、第2の液体19bに存在する成分の電気泳動的分析を提供する、光学的検出装置68を備えることができる。マイクロチャネル3に配置された開口部17は、液体の成分の電気泳動的に分離するための、選択された径、長さおよび内側壁面特性などの好適な特性を有する。分析対象の第2の液体19bは、液滴形成システム18によって形成される液滴19aの形態で、仮想的な壁15を介してマイクロチャネル3に導入される。導入される第2の液体19bに存在する成分は、電気浸透的流動と、電圧発生装置12を用いて適用される電場の影響下での移動との組み合わせによって輸送される。液体を電気泳動的に分離するのに十分な距離を移動した後、検出装置68は、マイクロチャネル3の末端で検出装置68により個々の成分を検出し、かつ分析する。検出装置68は、第2の液体19aの組成を決定することができるエレクトロフェログラムを作製する。当業者は、本発明の動電学的システムは電気浸透的、電気泳動的および誘電泳動的技法を実施することができることを理解すると考えられる。   The electrokinetically actuated system 22 can include an optical detection device 68 that provides electrophoretic analysis of the components present in the second liquid 19b. The opening 17 disposed in the microchannel 3 has suitable characteristics such as a selected diameter, length, and inner wall surface characteristics for electrophoretically separating liquid components. The second liquid 19b to be analyzed is introduced into the microchannel 3 through the virtual wall 15 in the form of a droplet 19a formed by the droplet forming system 18. The components present in the introduced second liquid 19b are transported by a combination of electroosmotic flow and movement under the influence of an electric field applied using the voltage generator 12. After moving a sufficient distance to electrophoretically separate the liquid, the detection device 68 detects and analyzes the individual components by the detection device 68 at the end of the microchannel 3. The detection device 68 creates an electropherogram that can determine the composition of the second liquid 19a. One skilled in the art will appreciate that the electrokinetic system of the present invention can implement electroosmotic, electrophoretic and dielectrophoretic techniques.

図17は、基材20が配置されるカートリッジ73内に形成される、複数の平行なマイクロチャネル3a〜3hを含む、本発明による動電学的作動式マイクロ流体システム50の別の実施を例示している。マイクロチャネルは、基材に半開チャネル構造のネットワークを形成し、半開チャネルを被覆20aで被覆して、複数のマイクロチャネルを形成することによって形成される。複数のマイクロチャネル3a〜3hは、共通の第1のウェル6aおよび共通の第2のウェル6bと連絡して、基材内に配置される。マイクロチャネル3a〜hは、マイクロチャネルに第1の液体4が充填されるとき仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められている、チャネルの側壁に形成された開口部によって規定された、1つまたは複数の流体相互接続ポート17を備える。マイクロチャネル3に実質的に長手方向の電場を確立するために、電圧発生装置12に接続された第1の電極5が、共通の第1のウェル6aに配置され、電圧発生装置12に接続された第2の電極が、共通の第2のウェル6bに配置される。液滴形成装置18によって液滴19bが形成される。液滴形成装置18は液滴を形成し、選択したマイクロチャネル3に開口部17を介して液滴を導入するのに好適な方向および好適な速度で、選択したマイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポートに形成された、選択した仮想的な壁15の方向に液滴を噴射する。検出装置68は、マイクロチャネル3a〜3hの流体をモニターして検出するために、システム50に対して位置づけられる。   FIG. 17 illustrates another implementation of an electrokinetically actuated microfluidic system 50 according to the present invention that includes a plurality of parallel microchannels 3a-3h formed in a cartridge 73 in which the substrate 20 is disposed. doing. The microchannel is formed by forming a network having a half-open channel structure on the substrate, and coating the half-open channel with the coating 20a to form a plurality of microchannels. The plurality of microchannels 3a to 3h are disposed in the substrate in communication with the common first well 6a and the common second well 6b. The microchannels 3a-h are defined by openings formed in the channel sidewalls that are sized and dimensioned to form virtual walls when the microchannel is filled with the first liquid 4. In addition, one or more fluid interconnect ports 17 are provided. In order to establish a substantially longitudinal electric field in the microchannel 3, a first electrode 5 connected to the voltage generator 12 is arranged in a common first well 6a and connected to the voltage generator 12 The second electrode is disposed in the common second well 6b. A droplet 19b is formed by the droplet forming device 18. A droplet forming device 18 is formed on the side wall of the selected microchannel in a suitable direction and at a suitable speed for forming the droplet and introducing the droplet into the selected microchannel 3 through the opening 17. A droplet is ejected in the direction of a selected virtual wall 15 formed in the fluid interconnect port. The detection device 68 is positioned with respect to the system 50 for monitoring and detecting the fluid in the microchannels 3a-3h.

好ましい態様において、動電学的作動式システム50の平行な実施態様は、時間単位あたり大多数の分析を実施することができる、高度に平行な電気泳動的分離プラットフォームとして適用される。基材20に配置されるマイクロチャネル3は、電気泳動的分離に好適な特性(内側壁面特性、径および長さ)を有する。液滴19bの成分の電気泳動的分析過程は、以前に記載したものと同一である。動電学的作動式装置50は、マイクロチャネル3の末端に個々の成分を検出および分析するための検出装置68をさらに備える。検出装置68は、第2の液体19aの組成を決定することができるエレクトロフェログラムを生成する。   In a preferred embodiment, the parallel embodiment of the electrokinetically actuated system 50 is applied as a highly parallel electrophoretic separation platform capable of performing a large number of analyzes per time unit. The microchannel 3 disposed on the substrate 20 has characteristics (inner wall surface characteristics, diameter and length) suitable for electrophoretic separation. The electrophoretic analysis process of the components of droplet 19b is the same as previously described. The electrokinetically actuated device 50 further comprises a detection device 68 for detecting and analyzing individual components at the end of the microchannel 3. The detection device 68 generates an electropherogram that can determine the composition of the second liquid 19a.

示すように、例示的な動電学的作動式システム50は、複数の異なる反応および過程を比較的小型の基材20上で生じさせることができる、コンパクトな構造物を含む。平行なマイクロチャネル3a〜3hの側壁に流体相互接続ポートを規定する、仮想的な壁を形成する開口部を使用することにより、マイクロチャネルによる流体の直接相互接続を可能にし、注入効率を改善し、システム50に導入される液体の容量を容易に制御することができる。   As shown, the exemplary electrokinetically actuated system 50 includes a compact structure that allows multiple different reactions and processes to occur on a relatively small substrate 20. Enables direct interconnection of fluids through microchannels and improves injection efficiency by using virtual walled openings that define fluid interconnection ports on the side walls of parallel microchannels 3a-3h The volume of liquid introduced into the system 50 can be easily controlled.

さらに別の用途によると、図18に示すように、マイクロ流体システム181に質量分析計を相互連結するために仮想的な壁を使用することができる。例えば、本発明の教示に従い、試料を、仮想的な壁15を介してマイクロチャネル3に注入し、試料を異なる成分に分離することができる。分離後、流体排出ポートを形成する仮想的な壁15を介して、異なる成分をマイクロチャネルから液滴の形態で排出することができる。質量分析計186または他のロボットシステムを用いた分析のために、液滴を好適なプレート185上に移動させることができる。例えば、マイクロ流体システム181は、マルチウェルプレートに別個の試料を注入して、分析用試料のマルチウェルアレイを形成することができる。   According to yet another application, a virtual wall can be used to interconnect a mass spectrometer to the microfluidic system 181 as shown in FIG. For example, in accordance with the teachings of the present invention, a sample can be injected into the microchannel 3 through a virtual wall 15 and the sample can be separated into different components. After separation, different components can be discharged from the microchannel in the form of droplets via a virtual wall 15 forming a fluid discharge port. The droplets can be moved onto a suitable plate 185 for analysis using a mass spectrometer 186 or other robotic system. For example, the microfluidic system 181 can inject a separate sample into a multiwell plate to form a multiwell array of samples for analysis.

図19a、19bおよび19cは、液体試料を処理するための仮想的な壁の相互接続ポートを有するマイクロ流体チップ190を製造する方法を例示している。図19aは、本発明の教示に従い仮想的な壁の流体相互接続ポートを使用した、マイクロ流体チップ190の組立分解図である。図19cは、図19aの製造されたマイクロ流体チップ190の横断側面図である。示すように、マイクロチャネルの側壁に形成された仮想的な壁の流体相互接続ポート17を有するマイクロチャネル3は、3層の「サンドイッチ」構成で製造することができる。示すように、完全なマイクロ流体チップ190は、マイクロチャネル3、マイクロチャネル3の第1の末端に形成された第1の流入口191、マイクロチャネル3の第2の末端に形成された流出口192、およびマイクロチャネル3の長手方向の側壁に形成された流体相互接続ポート17を有する。図19に示すマイクロ流体チップは、窪み194が形成されている第1の平坦なシート193、チャネル3および開口部17を備える中間層197、ならびに第2の平坦なシート195を含む。マイクロチャネルに配置される液体が開口部17に仮想的な壁を形成するように、開口部17は、約0.1μm〜約200μm、好ましくは約25μm〜約125μm、最も好ましくは約50μm〜約100μmの寸法を有する。   FIGS. 19a, 19b and 19c illustrate a method of fabricating a microfluidic chip 190 having virtual wall interconnection ports for processing liquid samples. FIG. 19a is an exploded view of a microfluidic chip 190 using virtual wall fluid interconnect ports in accordance with the teachings of the present invention. FIG. 19c is a cross-sectional side view of the fabricated microfluidic chip 190 of FIG. 19a. As shown, the microchannel 3 with virtual wall fluid interconnect ports 17 formed in the microchannel sidewalls can be manufactured in a three-layer “sandwich” configuration. As shown, the complete microfluidic chip 190 comprises a microchannel 3, a first inlet 191 formed at the first end of the microchannel 3, and an outlet 192 formed at the second end of the microchannel 3. And a fluid interconnection port 17 formed in the longitudinal side wall of the microchannel 3. The microfluidic chip shown in FIG. 19 includes a first flat sheet 193 in which a recess 194 is formed, an intermediate layer 197 having a channel 3 and an opening 17, and a second flat sheet 195. The opening 17 is about 0.1 μm to about 200 μm, preferably about 25 μm to about 125 μm, most preferably about 50 μm to about 100 μm, so that the liquid disposed in the microchannel forms a virtual wall in the opening 17. Have the dimensions of

マイクロ流体チップ190を製造するためには、第1の平坦なシート193の一部を除去して窪み194を形成する。次に、中間層を第1のシートの上部に適用する。次いで、中間層197の一部を除去して、開口部17を形成する。中間層197の追加の部分を除去して、窪みが配列されているマイクロチャネルを規定するスリットを形成する。第2の平坦なシート195を中間層197に適用し、第2の平坦なシートの一部を除去することによって、第2の平坦なシートを中間層に適用する前または適用した後に、仮想壁アクセス孔170を第2の平坦なシート195に形成する。仮想壁アクセス孔170を中間層に形成された開口部17と共に配列して、マイクロチャネルへのアクセスを提供する。低温接着過程を使用して、チップを形成する3層を組み立てることができる。   In order to manufacture the microfluidic chip 190, a portion of the first flat sheet 193 is removed to form a recess 194. Next, an intermediate layer is applied to the top of the first sheet. Next, a part of the intermediate layer 197 is removed to form the opening 17. An additional portion of the intermediate layer 197 is removed to form a slit that defines the microchannel in which the depressions are arranged. By applying the second flat sheet 195 to the intermediate layer 197 and removing a portion of the second flat sheet, the virtual wall is applied before or after applying the second flat sheet to the intermediate layer. Access holes 170 are formed in the second flat sheet 195. Virtual wall access holes 170 are arranged with openings 17 formed in the intermediate layer to provide access to the microchannels. Using a low temperature bonding process, the three layers forming the chip can be assembled.

例示的な態様によると、第1および第2の平坦なシート193および195はガラス板を含むが、当業者は、任意の好適な材料を使用することができることを認識すると考えられる。エッチング、パウダーブラスト(powder blasting)または任意の好適な方法が、窪み197、チャネル3、流入口191、流出口192ならびに流体相互接続ポートを形成する開口部17および170を形成する。別の態様によると、窪み197、チャネル3、流入口191、流出口192、ならびに開口部17および170を層に事前に形成することができる。すなわち、層を鋳型成型して構造物を形成することができる。例示的な態様によると、中間層197は、積層によって適用される光感受性ポリマーなどの光パターン形成可能な（photo patternable）材料を含む。別の態様によると、マイクロ流体チップ190の中間層197もガラス板を含む。   According to exemplary embodiments, the first and second flat sheets 193 and 195 include glass plates, but those skilled in the art will recognize that any suitable material can be used. Etching, powder blasting or any suitable method forms the recesses 197, channels 3, inlets 191, outlets 192 and openings 17 and 170 forming fluid interconnect ports. According to another embodiment, the recess 197, the channel 3, the inlet 191, the outlet 192, and the openings 17 and 170 can be pre-formed in the layer. That is, the layer can be molded to form a structure. According to an exemplary embodiment, the intermediate layer 197 includes a photo patternable material, such as a photosensitive polymer applied by lamination. According to another embodiment, the intermediate layer 197 of the microfluidic chip 190 also includes a glass plate.

マイクロチャネルの上部および底部が2つの平行なガラス面で形成されているので、マイクロ流体チップ190を形成するためにガラス板を使用すると、マイクロチャネル3の内側がより良好に光学的に検出される。従来の丸い毛細管およびチップにエッチングしたチャネル(部分的に丸みのある表面）では、光線が通過しなければならない表面の湾曲により実質的に光線が散乱する。ガラス表面は非常に平坦かつ滑らかであり、マイクロチャネル3を通過する流体の流動を増強し、かつ電気泳動をさらに促進し、増強する。さらに、ガラス基材を使用すると、マイクロ流体チップ190の製造費用が大幅に削減される。   Using the glass plate to form the microfluidic chip 190, the inside of the microchannel 3 is better optically detected because the top and bottom of the microchannel are formed by two parallel glass surfaces . In conventional round capillaries and channels etched into the tip (partially rounded surface), the light beam is substantially scattered by the curvature of the surface through which the light beam must pass. The glass surface is very flat and smooth, enhances the flow of fluid through the microchannel 3 and further facilitates and enhances electrophoresis. Furthermore, the use of a glass substrate greatly reduces the manufacturing cost of the microfluidic chip 190.

一態様によると、複数のマイクロチャネルをマイクロ流体チップに形成し、互いに交差するように構成することができる。   According to one aspect, a plurality of microchannels can be formed in a microfluidic chip and configured to cross each other.

図20a〜cは、本発明の態様による仮想的な壁を形成するのに好適な開口部によって規定される、流体相互接続ポート17を有するマイクロチャネルを製造する段階を例示する。図20aは、開いたチャネル29の第1の部分が形成されている基材28の断面図である。密閉されたマイクロチャネルを形成するためには、図20bに示すように、基材28に被覆30を被覆する。その後、図20cに示すように、被覆30の少なくとも一部を除去して、マイクロチャネル3に流体相互接続ポート17を形成する。考察されているように、流体相互接続ポート17は、マイクロチャネルに第1の液体が充填されるとき、仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められる。別の態様において、流体相互接続ポート17は、基材28の上部に被覆30を接着する前に被覆30内に配置される。   FIGS. 20a-c illustrate the steps of fabricating a microchannel having a fluid interconnect port 17 defined by openings suitable to form a virtual wall according to an embodiment of the present invention. FIG. 20a is a cross-sectional view of the substrate 28 on which the first portion of the open channel 29 has been formed. To form a sealed microchannel, a substrate 30 is coated with a coating 30 as shown in FIG. 20b. Thereafter, as shown in FIG. 20c, at least a portion of the coating 30 is removed to form the fluid interconnect port 17 in the microchannel 3. As discussed, the fluid interconnect port 17 is sized and dimensioned to form an imaginary wall when the microchannel is filled with the first liquid. In another embodiment, the fluid interconnect port 17 is disposed within the coating 30 prior to adhering the coating 30 to the top of the substrate 28.

例示的な態様によると、基材30および被覆28はシリコンで形成されるが、当業者は、マイクロ流体デバイスまたはシステムにマイクロチャネル3を形成するための任意の好適な材料を使用することができることを認識すると考えられる。例えば、マイクロ流体システムは、ガラス、プラスチックまたは任意の他の好適な材料から製造することができる。マイクロチャネル3は、マイクロチャネル構造を製造するための標準的なフォトリソグラフィーエッチング過程を使用して、シリコンウェハー基材30から製造することができる。フォトリソグラフィー方法を使用して、被覆28に流体相互接続ポート17をエッチングすることもできる。当業者は、湿式化学エッチング、制御式蒸着、レーザードリル法などの別の材料および製造技法を使用することができることを認識すると考えられる。   According to an exemplary embodiment, the substrate 30 and the coating 28 are formed of silicon, although those skilled in the art can use any suitable material for forming the microchannel 3 in a microfluidic device or system. It is considered to recognize. For example, the microfluidic system can be made from glass, plastic or any other suitable material. The microchannel 3 can be manufactured from the silicon wafer substrate 30 using a standard photolithography etching process for manufacturing the microchannel structure. Photolithographic methods can also be used to etch the fluid interconnect port 17 in the coating 28. One skilled in the art will recognize that other materials and manufacturing techniques can be used such as wet chemical etching, controlled vapor deposition, laser drilling, and the like.

図21a〜21cは、本発明の別の態様による仮想壁相互接続ポートを有するマイクロチャネルを製造する段階を例示する。図21aは、半開チャネル構造29が配置されている基材28の断面図である。次いで、密閉されたマイクロチャネル3を形成するために、図21bに示すように、基材28を、第2の被覆30bが配置される第1の被覆30aで被覆する。その後、マイクロチャネル3に流体相互接続ポート17を形成するために、少なくとも第1の被覆30aの一部および第2の被覆30bの一部を除去する。示すように、マイクロチャネル3の内側とマイクロチャネルの外側の間に流体相互接続部を形成するために、開口部は第1の被覆30aおよび第2の被覆30bを通じて延伸する。別の態様において、基材28の上部に第1および第2の被覆30aおよび30bを接着する前に、流体相互接続17を第1の被覆30aおよび第2の被覆30bに形成する。   21a-21c illustrate the steps of fabricating a microchannel with virtual wall interconnect ports according to another aspect of the present invention. FIG. 21a is a cross-sectional view of the substrate 28 on which the semi-open channel structure 29 is disposed. Then, to form a sealed microchannel 3, as shown in FIG. 21b, the substrate 28 is coated with a first coating 30a on which a second coating 30b is disposed. Thereafter, in order to form the fluid interconnection port 17 in the microchannel 3, at least a part of the first coating 30a and a part of the second coating 30b are removed. As shown, the opening extends through the first coating 30a and the second coating 30b to form a fluid interconnect between the inside of the microchannel 3 and the outside of the microchannel. In another embodiment, the fluid interconnect 17 is formed in the first coating 30a and the second coating 30b prior to bonding the first and second coatings 30a and 30b to the top of the substrate 28.

例示的な態様によると、基材30ならびに第1および第2の被覆30aおよび30bはシリコンで形成されるが、当業者は、マイクロ流体デバイスまたはシステムを形成するための任意の好適な材料を使用することができることを認識すると考えられる。例えば、マイクロ流体システムはガラス、プラスチックまたは任意の他の好適な材料から製造することができる。マイクロチャネル3は、マイクロチャネル構造を製造するための標準的なフォトリソグラフィーエッチング方法を使用して、シリコンウェハー基材30から製造することができる。フォトリソグラフィー方法を使用して、第1および第2の被覆30aおよび30bに流体相互接続ポート17をエッチングすることもできる。当業者は、湿式化学エッチング、制御式蒸着、レーザードリル法などの別の材料および製造技法を使用することができることを認識すると考えられる。   According to an exemplary embodiment, the substrate 30 and the first and second coatings 30a and 30b are formed of silicon, but those skilled in the art will use any suitable material to form a microfluidic device or system. It is considered to recognize what can be done. For example, the microfluidic system can be made from glass, plastic or any other suitable material. The microchannel 3 can be manufactured from the silicon wafer substrate 30 using standard photolithographic etching methods for manufacturing microchannel structures. Photolithographic methods can also be used to etch the fluid interconnect port 17 in the first and second coatings 30a and 30b. One skilled in the art will recognize that other materials and manufacturing techniques can be used such as wet chemical etching, controlled vapor deposition, laser drilling, and the like.

図22a〜22cは、本発明の別の態様による流体相互接続ポートとして仮想的な壁を有するマイクロチャネルを製造する段階を例示している。図22a〜22cに示す態様において、仮想的な壁を形成する開口部は、半開チャネル構造を密閉するための被覆ではなく、半開チャネル構造を有する基材に形成される。図22aは、半開チャネル構造37が配置されている、実質的に平坦な第1のカートリッジ部分35の組立分解図を示す。流体相互接続ポート17を形成するために、基材35の半開チャネル構造37から側壁の一部が除去される。マイクロチャネル3を規定するために、第2のカートリッジ部分36が第1のカートリッジ部分35の上部に接着される。   22a-22c illustrate the steps of fabricating a microchannel with virtual walls as a fluid interconnection port according to another aspect of the present invention. In the embodiment shown in FIGS. 22a to 22c, the opening that forms the virtual wall is not a coating for sealing the semi-open channel structure, but is formed in the substrate having the semi-open channel structure. FIG. 22a shows an exploded view of the substantially flat first cartridge portion 35 in which the semi-open channel structure 37 is disposed. To form the fluid interconnect port 17, a portion of the sidewall is removed from the semi-open channel structure 37 of the substrate 35. In order to define the microchannel 3, the second cartridge part 36 is glued on top of the first cartridge part 35.

例示的な態様によると、第1のカートリッジ部分35および第2のカートリッジ部分36はシリコンで形成されるが、当業者は、マイクロ流体デバイスまたはシステムを形成するための任意の好適な材料を使用することができることを認識すると考えられる。例えば、マイクロ流体システムはガラス、プラスチックまたは任意の他の好適な材料から製造することができる。マイクロチャネル3は、標準的なフォトリソグラフィーエッチング方法を使用して、第1のカートリッジ部分36に製造することができる。フォトリソグラフィー方法を使用して、第1のカートリッジ部分の側壁に流体相互接続ポート17をエッチングすることもできる。当業者は、湿式化学エッチング、制御式蒸着、レーザードリル法などの別の材料および製造技法を本発明の教示により使用することができることを認識すると考えられる。   According to exemplary embodiments, the first cartridge portion 35 and the second cartridge portion 36 are formed of silicon, although those skilled in the art will use any suitable material to form a microfluidic device or system. It is considered that they can do it. For example, the microfluidic system can be made from glass, plastic or any other suitable material. The microchannel 3 can be fabricated in the first cartridge portion 36 using standard photolithography etching methods. Photolithographic methods can also be used to etch the fluid interconnect port 17 on the sidewall of the first cartridge portion. Those skilled in the art will recognize that other materials and manufacturing techniques such as wet chemical etching, controlled vapor deposition, laser drilling, etc. can be used in accordance with the teachings of the present invention.

図22bおよび図22cは、マイクロチャネルに形成された得られた仮想的な壁15の斜視図および断面図をそれぞれ示す。例示するように、マイクロチャネルに形成される流体相互接続ポート17は、マイクロチャネルが第1の液体4で充填されるとき、開口部17に仮想的な壁を形成するように、サイズおよび寸法が決められる。仮想的な壁15は、上記のようにマイクロチャネルに流体的な相互接続を可能にし、マイクロチャネルを通じた液体の流動に不都合に影響することなく、マイクロチャネル内に液体を保持するようにサイズおよび寸法が決められる。図19bおよび19cは、開口部17内に形成された仮想的な壁15を介して、マイクロチャネル3に存在する第1の液体4に第2の液体19aの液滴19bを導入することを例示している。示すように、液滴は仮想的な壁の方向に噴射され、仮想的な壁を横断してマイクロチャネルに流入する。   22b and 22c show a perspective view and a cross-sectional view, respectively, of the resulting virtual wall 15 formed in the microchannel. As illustrated, the fluid interconnect port 17 formed in the microchannel is sized and dimensioned to form a virtual wall in the opening 17 when the microchannel is filled with the first liquid 4. It is decided. The virtual wall 15 enables fluidic interconnection to the microchannel as described above, and is sized and retained to hold liquid within the microchannel without adversely affecting the flow of liquid through the microchannel. Dimensions are determined. 19b and 19c illustrate the introduction of a droplet 19b of the second liquid 19a into the first liquid 4 present in the microchannel 3 via a virtual wall 15 formed in the opening 17 doing. As shown, the droplets are ejected in the direction of the virtual wall and flow across the virtual wall into the microchannel.

図23aおよび23bは、図19〜19cのマイクロチャネルシステムの別の態様を例示する。図23aは、半開チャネル構造37が配置される実質的に平坦な第1のカートリッジ部分35の組立分解図を示す。開口部17を形成するためには、カートリッジ部分35の側壁の一部を半開チャネル構造37から除去する。疎水性パッチ38を、半開チャネル構造37の開口部17の実質的に向かい側に配置する。マイクロチャネル3を規定するためには、第2のカートリッジ部分36を第1のカートリッジ部分の上部に接着する。マイクロチャネル3を充填すると、第1の仮想的な壁15が開口部17に形成され、第2の仮想的な壁15aは、疎水性パッチ38によって規定される。   Figures 23a and 23b illustrate another embodiment of the microchannel system of Figures 19-19c. FIG. 23a shows an exploded view of the substantially flat first cartridge portion 35 in which the semi-open channel structure 37 is disposed. In order to form the opening 17, a part of the side wall of the cartridge part 35 is removed from the half-open channel structure 37. A hydrophobic patch 38 is disposed substantially opposite the opening 17 of the semi-open channel structure 37. In order to define the microchannel 3, the second cartridge part 36 is glued to the top of the first cartridge part. When the microchannel 3 is filled, a first virtual wall 15 is formed in the opening 17, and the second virtual wall 15a is defined by a hydrophobic patch 38.

疎水性パッチは、第2の液体のマイクロチャネルへの導入を増強する。疎水性パッチ38は第1の流体4を誘引し、仮想的な壁を介した流体の排出を防ぐ。図23bに例示するように、第2の液体の液滴は仮想的な壁を介してマイクロチャネル内に導入され、疎水性パッチによってマイクロチャネル内に吸引される。   The hydrophobic patch enhances the introduction of the second liquid into the microchannel. The hydrophobic patch 38 attracts the first fluid 4 and prevents the discharge of fluid through the virtual wall. As illustrated in FIG. 23b, the second liquid droplet is introduced into the microchannel through a virtual wall and aspirated into the microchannel by a hydrophobic patch.

図24は図9fの流体相互接続ポートを示し、疎水性コーティングを内側壁63に適用して、関連するマイクロチャネル3が液体で充填されるとき仮想的な壁15の形成を促進するために、流体相互接続ポート17を規定する過程を例示している。例示的な態様によると、3M Fluoradフッ素化学コーティングFC-722などの任意の好適な疎水性コーティングを使用することができる。疎水性材料は、FC-40 Fluorinertなどの好適な溶媒で希釈することができる。一態様によると、FC-722は、等量の溶媒FC-40で希釈して使用されるが、当業者は好適な希釈率を決定することができる。得られる透明な混合物240を、液滴の形態で、マイクロ流体チップ／ウェハー基材11の上面に対して鋭角Aで、マイクロチャネル3に噴霧し、同時にチップ10を回転させて、ポート17の全ての内側面を暴露する。液滴は内側面に到達すると広がり、壁63全体をコーティングする。噴霧角度を鋭角にすることで、自己マスキングを提供し、マイクロチャネル3の内側にスプレーが流入するのを防ぐと同時に、回転により、ポート17の全ての内側面63を均一にコーティングする。層を適用後、マイクロ流体チップ／ウェハー基材は、例えば、50℃において15分間乾燥することができる。   FIG. 24 shows the fluid interconnection port of FIG.9f, in order to apply a hydrophobic coating to the inner wall 63 to facilitate the formation of a virtual wall 15 when the associated microchannel 3 is filled with liquid, The process of defining the fluid interconnect port 17 is illustrated. According to exemplary embodiments, any suitable hydrophobic coating can be used, such as 3M Fluorad fluorochemical coating FC-722. The hydrophobic material can be diluted with a suitable solvent such as FC-40 Fluorinert. According to one embodiment, FC-722 is used after diluting with an equal volume of solvent FC-40, but one skilled in the art can determine a suitable dilution factor. The resulting transparent mixture 240 is sprayed in the form of droplets onto the microchannel 3 at an acute angle A with respect to the top surface of the microfluidic chip / wafer substrate 11 and simultaneously the chip 10 is rotated so that all of the ports 17 Expose the inside surface of When the droplet reaches the inner surface, it spreads and coats the entire wall 63. By making the spray angle sharp, self-masking is provided and spray is prevented from flowing inside the microchannel 3 while at the same time, all internal surfaces 63 of the port 17 are uniformly coated by rotation. After applying the layer, the microfluidic chip / wafer substrate can be dried, for example, at 50 ° C. for 15 minutes.

コーティングは、工業用スプレーコーターまたは手動操作式エアブラシを使用して自動的に適用することができる。コーティング自体は、単に一例である上記の製品に限定されない。しかし、要件は、好ましくは径が10マイクロメーター未満である噴霧の小さい液滴サイズ、コーティング液体の良好なぬれ特性、「自己マスキング」のための鋭角の噴霧角（すなわち、噴霧がチャネル内に達しない）および壁全体を被覆するためのチップ／ウェハーの回転である。   The coating can be applied automatically using an industrial spray coater or a manually operated airbrush. The coating itself is not limited to the above product, which is merely an example. However, the requirements are: the small droplet size of the spray, preferably less than 10 micrometers in diameter, the good wetting properties of the coating liquid, the sharp spray angle for “self-masking” (ie the spray reaches into the channel) Not) and rotation of the chip / wafer to cover the entire wall.

別の態様は噴霧のためのシャドーマスクの使用であり、チップの一部がコーティングされないようにする。   Another aspect is the use of a shadow mask for spraying, so that a portion of the tip is not coated.

3M社のFluorad FC-722と機能上は同一である、疎油性(oleophobic)-疎水性フッ素化学コーティングであるNyeBar Qを含むが、これに限定されない他の好適な疎水性コーティングを、本発明の教示に従い使用することができる。   Other suitable hydrophobic coatings, including but not limited to NyeBar Q, which is functionally identical to 3M's Fluorad FC-722, an oleophobic-hydrophobic fluorochemical coating, may be used in the present invention. Can be used according to the teachings.

マイクロ流体システムに双方向的な流体相互接続部を形成するためにマイクロチャネルの側壁において仮想的な壁を使用することにより、従来の流体相互接続部を上回る有意な利点が提供される。仮想的な壁を含む流体相互接続ポートは製造が比較的簡単で、コンパクトで、高い排出効率を提供し、動作／流動に不都合に影響せず、双方向的にすることができ、種々の適用に有用である。例示的な態様は、チャネルまたは貯蔵器の別個の構造物の必要を排除し、試料のマイクロチャネルへの直接注入を可能にする。   The use of virtual walls in the microchannel sidewalls to form bidirectional fluid interconnects in the microfluidic system provides significant advantages over conventional fluid interconnects. Fluid interconnect ports including virtual walls are relatively easy to manufacture, compact, provide high drainage efficiency, do not adversely affect operation / flow, can be bi-directional, and various applications Useful for. The exemplary embodiment eliminates the need for a separate structure of the channel or reservoir and allows direct injection of the sample into the microchannel.

発明の例証
実施例1:仮想壁マイクロ流体チップの製造と用途
流体相互接続ポートを有するマイクロチャネル構造は、厚さ1.1 mmのガラスウェハーに幅100マイクロメーター、高さ50マイクロメーター、および20mmの長さの半開チャネルを、等方性エッチングすることによって製造した。緩衝フッ化水素(HF)溶液をエッチング剤として使用し、光パターン形成した（photo patterned）エッチング剤抵抗性窒化ケイ素マスク層を適用して、エッチング対象のマイクロチャネル領域を規定した。エッチングした半開マイクロチャネル各々の両端で、ガラスウェハーを貫通する1mm径の穴をパウダーブラスト(powder blasting)することによってチャネルにアクセスした。 Illustrative Example of the Invention Example 1: Fabrication and Use of Virtual Wall Microfluidic Chip A microchannel structure with a fluid interconnect port is formed on a 1.1 mm thick glass wafer with a width of 100 micrometers, a height of 50 micrometers, and a length of 20 mm. A semi-open channel was fabricated by isotropic etching. A buffered hydrogen fluoride (HF) solution was used as an etchant and a photo patterned etchant resistant silicon nitride mask layer was applied to define the microchannel region to be etched. At each end of each etched half-open microchannel, the channel was accessed by powder blasting a 1 mm diameter hole through the glass wafer.

被覆用の厚さ50マイクロメーターのドライレジストフィルム層(LAMINAR(登録商標)5000、Shipley, Birkenfeld, Germany)を、エッチングしたウェハーの上面に適用した。ドライレジストフィルムに50〜150マイクロメーターの円形の開口部を光パターン形成することによって流体相互接続ポートを組み入れ、それによって開口部が配列され、下層のマイクロチャネル内に延伸された。最後に、ウェハーを個々のチップに切断して、流体ポンプおよび電源などの外部システムにマイクロチャネル構造を接続するために、ホルダー内に配置した。   A 50 micrometer thick dry resist film layer (LAMINAR® 5000, Shipley, Birkenfeld, Germany) was applied to the top surface of the etched wafer. A fluid interconnect port was incorporated by photopatterning a circular opening of 50-150 micrometers in the dry resist film, whereby the opening was aligned and extended into the underlying microchannel. Finally, the wafer was cut into individual chips and placed in a holder to connect the microchannel structure to external systems such as fluid pumps and power supplies.

得られたマイクロチャネルに緩衝水溶液(50mM重炭酸塩緩衝液、pH 9.0)を充填した。液体の流体相互接続ポートへの適用に応じて、毛細管力によってマイクロチャネルが自動的に充填されることが観察された。圧電発動式液滴分注装置システム(MicroDrop GmbH, Norderstedt, Germany)を使用して、約50マイクロメーターの径を有する液体の液滴を作製した。液滴は、蛍光染料を含有する緩衝溶液(50mM重炭酸塩緩衝液、pH 9.0、1mMフルオレセイン)から作製し、100マイクロメーターの径の相互接続ポートへ導いた。注入過程は、蛍光染料を励起し、明るい黄緑色を得るためのUV線照射下で、倒立顕微鏡を使用してモニターした。   The resulting microchannel was filled with an aqueous buffer solution (50 mM bicarbonate buffer, pH 9.0). It has been observed that microchannels are automatically filled by capillary forces in response to application to a liquid fluid interconnect port. Liquid droplets having a diameter of about 50 micrometers were made using a piezoelectrically activated droplet dispenser system (MicroDrop GmbH, Norderstedt, Germany). The droplets were made from a buffer solution containing a fluorescent dye (50 mM bicarbonate buffer, pH 9.0, 1 mM fluorescein) and led to an interconnect port with a diameter of 100 micrometers. The injection process was monitored using an inverted microscope under UV irradiation to excite the fluorescent dye and obtain a bright yellow-green color.

実施例2:キャピラリー電気泳動：エレクトロフェログラム
FITC標識テトラ-ペプチドの100μM混合物の1〜4滴を、液滴分注装置を使用して、仮想的な壁を介してCEカラムにおける電気泳動流動内に直接注入した。液滴は狭い(〜100μm)初期バンドを形成した。バンドは、長さ13mmのチャネル(125μm2,600V/cm)で分離して、検出した。 Example 2: Capillary electrophoresis: electropherogram
1-4 drops of a 100 μM mixture of FITC-labeled tetra-peptide were injected directly into the electrophoretic flow in the CE column through a virtual wall using a droplet dispenser. The droplet formed a narrow (˜100 μm) initial band. Bands were detected by separation with a 13 mm long channel (125 μm 2 , 600 V / cm).

実施例3 滴定：勾配形成グラフ
1mMのフルオレセインを、約100μm/sの平均速度を有する流動中の緩衝液に、滴下頻度を増加しながら注入した。図25は、700μm下流で測定した、得られた蛍光シグナルを示す。得られた濃度勾配は50μM〜500μMの範囲であった。 Example 3 Titration: Gradient formation graph
1 mM fluorescein was injected into the flowing buffer with an average velocity of about 100 μm / s with increasing drop frequency. FIG. 25 shows the resulting fluorescence signal measured downstream of 700 μm. The resulting concentration gradient ranged from 50 μM to 500 μM.

本発明は例示的な態様に関して記載されている。本発明の範囲から逸脱することなく、ある種の変更を上記の構成に加えることができるので、上記の説明に含有されるか、または添付の図面に示される、全ての事柄は例示的であると解釈され、限定する意味のものではないことが意図される。   The invention has been described with reference to exemplary embodiments. Certain modifications may be made to the above construction without departing from the scope of the invention, so that all matter contained in the above description or shown in the accompanying drawings is exemplary. And is not intended to be limiting.

特許請求の範囲は、本明細書に記載される本発明の一般的な特徴および特定の特徴の全て、ならびに文言上それらの間に属すると言われる可能性のある、本発明の範囲の記述全てを含むべきであることも理解されるべきである。   The claims are all of the general and specific features of the invention described herein, as well as any description of the scope of the invention that may be said to fall between them in terms of language. It should also be understood that should be included.

本発明を記載したとき、新規であり、特許証によって保護されると主張されるものは、特許請求の範囲において記載される。   When describing the invention, what is claimed as new and protected by Letters Patent is set forth in the appended claims.

本発明の例示的な態様を実施するのに好適なマイクロ流体システムの略図である。1 is a schematic illustration of a microfluidic system suitable for implementing exemplary aspects of the invention. 本発明の教示に従い、マイクロチャネルに第1の流体を充填をするための、マイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポートを有するマイクロチャネル構造の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a microchannel structure having a fluid interconnect port formed in a sidewall of the microchannel for filling the microchannel with a first fluid in accordance with the teachings of the present invention. マイクロチャネルの長手方向の、図2aのマイクロチャネルの断面図である。2b is a cross-sectional view of the microchannel of FIG. 2a in the longitudinal direction of the microchannel. 図3aおよび3bは、第1の流体の液滴を、流体相互接続ポートを介して導くことによって、図2aのマイクロチャネルに第1の流体を充填する段階を例示する。3a and 3b illustrate filling the first fluid into the microchannel of FIG. 2a by directing a droplet of the first fluid through the fluid interconnect port. 本発明の別の態様により、マイクロチャネルの内側に配置された疎水性パッチをさらに含む図2aおよび2bのマイクロチャネルを例示する。FIG. 3 illustrates the microchannel of FIGS. 2a and 2b further comprising a hydrophobic patch disposed inside the microchannel, according to another embodiment of the present invention. 疎水性パッチが流体相互接続ポートと同軸上に配置されている、本発明の教示内容によるマイクロチャネルの別の態様を例示する。Fig. 5 illustrates another embodiment of a microchannel according to the teachings of the present invention in which a hydrophobic patch is disposed coaxially with a fluid interconnect port. 本発明の教示に従い、マイクロチャネル内に第1の流体を充填させるための充填用開口部および栓孔を含む、一態様によるマイクロチャネルの平面図である。FIG. 3 is a plan view of a microchannel according to one embodiment including a filling opening and a plug hole for filling a first fluid into the microchannel in accordance with the teachings of the present invention. マイクロチャネルの充填過程を例示する、図5aに示すマイクロチャネルの長手方向の断面図である。FIG. 5b is a longitudinal cross-sectional view of the microchannel shown in FIG. 5a illustrating the microchannel filling process. マイクロチャネルの側壁に配置された複数の充填用開口部を使用することにより、2つの異なる流体をマイクロチャネルに充填する段階を例示する。Illustrates the step of filling the microchannel with two different fluids by using a plurality of filling openings located on the side wall of the microchannel. 本発明の一態様により、充填用開口部に封入剤の液滴を形成し、分注することによって、図2a〜6の充填用開口部を閉鎖する過程を例示する。2A-6 illustrate the process of closing the filling opening of FIGS. 2a-6 by forming and dispensing encapsulant droplets in the filling opening according to one embodiment of the present invention. 本発明の別の態様により、被覆層を使用して充填用開口部を閉鎖する過程を例示する。In accordance with another aspect of the present invention, the process of closing a filling opening using a coating layer is illustrated. 充填用開口部を介するマイクロチャネル内への液滴の導入が、マイクロチャネル内の流動を誘発するように、マイクロチャネルの閉鎖端に近接して配置された充填用開口部を有するマイクロチャネルを例示する。Illustrated a microchannel with a filling opening positioned proximate to the closed end of the microchannel such that introduction of a droplet into the microchannel through the filling opening induces a flow in the microchannel To do. 液体の液滴をマイクロチャネル内に受け入れるための流体相互接続ポートを含む、マイクロチャネルの断面側面図である。1 is a cross-sectional side view of a microchannel including a fluid interconnect port for receiving a liquid droplet in the microchannel. FIG. ピンを使用した液滴の挿入を例示する、図9aのマイクロチャネルの流体相互接続ポートの位置における垂直方向の断面図である。FIG. 9b is a vertical cross-sectional view at the location of the fluid interconnect port of the microchannel of FIG. 9a illustrating the insertion of a droplet using a pin. 液滴を受け入れ直後のマイクロチャネル内部の液体の組成を例示する、本発明の教示による仮想的な壁を有するマイクロチャネルの断面図である。2 is a cross-sectional view of a microchannel with virtual walls according to the teachings of the present invention, illustrating the composition of the liquid inside the microchannel immediately after receiving a droplet. FIG. 第1の液体に第2の液体を注入直後（第1および第2の液体は非混和性である）、本発明の教示内容による仮想的な壁を有するマイクロチャネルを例示する。Immediately after injecting the second liquid into the first liquid (the first and second liquids are immiscible), a microchannel with virtual walls according to the teachings of the present invention is illustrated. 本発明の別の態様による仮想的な壁を有するマイクロチャネルの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a microchannel with virtual walls according to another aspect of the present invention. 本発明の別の態様による仮想的な壁を有するマイクロチャネルの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a microchannel with virtual walls according to another aspect of the present invention. 被覆層を含む、本発明の別の態様による仮想的な壁を有するマイクロチャネルの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a microchannel with virtual walls according to another aspect of the present invention including a covering layer. 仮想的な壁を形成する一連の開口部を有するマイクロチャネルの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a microchannel having a series of openings that form a virtual wall. 図9hに示すマイクロチャネル内への液体の導入を例示する。Fig. 9 illustrates the introduction of liquid into the microchannel shown in Fig. 9h. 本発明の一態様に従い、マイクロチャネルの幅方向に放射状に配置された複数の仮想的な壁を有するマイクロチャネルを例示する。4 illustrates a microchannel having a plurality of virtual walls arranged radially in the width direction of the microchannel according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に従い、マイクロチャネルの軸長方向に沿って配置された複数の仮想的な壁を有するマイクロチャネルを例示する。3 illustrates a microchannel having a plurality of virtual walls disposed along the axial length direction of the microchannel according to one embodiment of the present invention. 本発明の教示に従い、選択されたマイクロチャネル内に選択された液滴を電気的に案内する試料導入システムを代表する、ブロック略図である。2 is a block schematic diagram representative of a sample introduction system that electrically guides selected droplets into selected microchannels in accordance with the teachings of the present invention. 本発明の教示に従い、マイクロチャネルが選択的に荷電されて選択された液滴を誘引または忌避することができる、本発明の図4aのマイクロチャネルアレイの断面図である。4b is a cross-sectional view of the microchannel array of FIG. 4a of the present invention in which the microchannel can be selectively charged to attract or avoid selected droplets in accordance with the teachings of the present invention. 本発明の教示に従い、選択されたマイクロチャネル内に選択された液滴を案内するために、一連の環状電極を使用した図11aのマイクロチャネルアレイの断面図である。FIG. 11b is a cross-sectional view of the microchannel array of FIG. 11a using a series of annular electrodes to guide selected droplets into selected microchannels in accordance with the teachings of the present invention. 電場を使用して仮想的な壁を介してマイクロチャネルから液体を排出するための、本発明の一態様の略図である。1 is a schematic diagram of one embodiment of the present invention for discharging liquid from a microchannel through a virtual wall using an electric field. 液体に圧力パルスを適用することによって、仮想的な壁を介してマイクロチャネルから液体を排出するための、本発明の別の態様の略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of another aspect of the present invention for ejecting liquid from a microchannel through a virtual wall by applying a pressure pulse to the liquid. 図12bの圧力パルス発生装置の一態様を例示する。12 illustrates one embodiment of the pressure pulse generator of FIG. 12b. 動作中の図12cの圧力パルス発生装置を例示する。Fig. 12 illustrates the pressure pulse generator of Fig. 12c in operation. 液体にガス圧力パルスを適用することによって、仮想的な壁を介してマイクロチャネルから液体を排出するための、本発明のさらに別の態様の略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of yet another aspect of the present invention for discharging liquid from a microchannel through a virtual wall by applying a gas pressure pulse to the liquid. ガス気泡によって仮想的な壁を介してマイクロチャネルから液体を排出するための、本発明のさらに別の態様の略図である。Fig. 6 is a schematic illustration of yet another aspect of the present invention for discharging liquid from a microchannel through a virtual wall by a gas bubble. ピン組立物を使用して、仮想的な壁を介してマイクロチャネルから液体を排出するための別の手段の略図である。Fig. 6 is a schematic illustration of another means for draining liquid from a microchannel through a virtual wall using a pin assembly. マイクロチャネル内部の液体が仮想的な壁を介して光学的に検証される、1つの仮想的な壁を有するマイクロチャネルの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a microchannel having one virtual wall, in which liquid inside the microchannel is optically verified through the virtual wall. 2つの同軸上の仮想的な壁が正反対にあるマイクロチャネルの断面図であり、両方の仮想的な壁を使用する光学的な検出を実証する。FIG. 2 is a cross-sectional view of a microchannel with two coaxial virtual walls opposite, demonstrating optical detection using both virtual walls. 分離を実施するための仮想的な壁を有するマイクロチャネルの用途を例示する、本発明の一態様の平面図である。FIG. 6 is a plan view of one embodiment of the present invention illustrating the use of a microchannel with virtual walls to perform separation. 多段階化学実験を実施するために複数の仮想的な壁を使用する、本発明の一態様の断面図である。1 is a cross-sectional view of one embodiment of the present invention that uses multiple virtual walls to perform a multi-step chemical experiment. FIG. 仮想的な壁を有するマイクロチャネルが、動電学的作動式マイクロ流体システムの一部である、本発明の一態様の断面略図である。1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of the present invention, in which a microchannel with virtual walls is part of an electrokinetically actuated microfluidic system. 仮想的な壁を有する複数のマイクロチャネルが、動電学的作動式マイクロ流体システムに適用される、本発明による一態様の斜視図を示す。FIG. 4 shows a perspective view of one embodiment according to the present invention in which a plurality of microchannels with virtual walls are applied to an electrokinetically actuated microfluidic system. マイクロ流体システムを質量分析計に相互接続するための、例示的な態様の仮想的な壁の相互接続ポートの用途を例示する。Fig. 4 illustrates the use of an exemplary embodiment virtual wall interconnect port for interconnecting a microfluidic system to a mass spectrometer. 本発明の教示に従い製造されたマイクロ流体チップの組立分解図である。1 is an exploded view of a microfluidic chip manufactured in accordance with the teachings of the present invention. FIG. 図19aのマイクロ流体チップの平面図である。FIG. 19b is a plan view of the microfluidic chip of FIG. 19a. 図19aのマイクロ流体チップの側面図である。FIG. 19b is a side view of the microfluidic chip of FIG. 19a. 図20a〜20cは、本発明の一態様により、仮想的な壁を形成するのに好適な開口部を有するマイクロチャネルを製造する段階を例示する。FIGS. 20a-20c illustrate the steps of fabricating a microchannel having an opening suitable for forming a virtual wall, according to one embodiment of the present invention. 図21a〜21cは、本発明の別の態様により仮想的な壁の相互接続ポートを有するマイクロチャネルを製造する段階を例示する。FIGS. 21a-21c illustrate the steps of fabricating a microchannel with virtual wall interconnect ports according to another embodiment of the present invention. 図22a〜22cは、本発明の別の態様により流体相互接続ポートとしての仮想的な壁を有するマイクロチャネルを製造する段階を例示する。22a-22c illustrate the steps of fabricating a microchannel with virtual walls as fluid interconnect ports according to another aspect of the present invention. 疎水性パッチがマイクロチャネル内に配置される、仮想的な壁を有するマイクロチャネルの斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a microchannel with virtual walls in which a hydrophobic patch is disposed within the microchannel. 図２３ａに図示する仮想的な壁を有するマイクロチャネルの用途を示す。Figure 23a shows the application of a microchannel with a virtual wall illustrated in Figure 23a. 仮想的な壁の形成を促進するために、マイクロチャネル内の流体相互接続ポートの内壁に疎水性コーティングを適用する段階を例示する。Illustrates the step of applying a hydrophobic coating to the inner wall of the fluid interconnect port in the microchannel to facilitate the formation of a virtual wall. 仮想的な壁を有するマイクロチャネルの試料によって形成される蛍光シグナルを示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the fluorescence signal formed by a microchannel sample with virtual walls. FIG.

Claims (199)

側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するために、マイクロチャネルの側壁に形成される流体相互接続ポートであって、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するように、約25μmと約100μmとの間の径を有する流体相互接続ポート
を含む、マイクロ流体デバイス。 A microchannel having an interior surrounded by sidewalls; and a fluid interconnect port formed in the sidewalls of the microchannel to provide access to the interior of the microchannel, wherein the fluid is disposed inside the microchannel A microfluidic device comprising a fluid interconnect port having a diameter between about 25 μm and about 100 μm such that when the fluid forms a virtual wall in the fluid interconnect port. マイクロチャネルが径を有し、かつ流体相互接続ポートの径がマイクロチャネルの径と実質的に等しい、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   2. The microfluidic device of claim 1, wherein the microchannel has a diameter and the diameter of the fluid interconnect port is substantially equal to the diameter of the microchannel. 流体相互接続ポートが、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して忌避性の材料を含む内壁を有する、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   2. The microfluidic device of claim 1, wherein the fluid interconnect port has an inner wall comprising a fluid repellent material disposed inside the microchannel. 材料が疎水性材料を含む、請求項3記載のマイクロ流体デバイス。   4. The microfluidic device of claim 3, wherein the material comprises a hydrophobic material. マイクロチャネルの側壁の内側面が、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して誘引性である、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   2. The microfluidic device according to claim 1, wherein the inner surface of the side wall of the microchannel is attractive to a fluid disposed inside the microchannel. 側壁の内側面が親水性材料で形成される、請求項5記載のマイクロ流体デバイス。   6. The microfluidic device according to claim 5, wherein the inner surface of the side wall is formed of a hydrophilic material. 流体相互接続ポートを被覆するために、流体相互接続ポート上に配置された被覆層をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   The microfluidic device of claim 1, further comprising a coating layer disposed on the fluid interconnect port to cover the fluid interconnect port. 被覆層が、マイクロチャネルの内側に配置された流体と非混和性である被覆流体を含む、請求項7記載のマイクロ流体デバイス。   8. The microfluidic device of claim 7, wherein the coating layer comprises a coating fluid that is immiscible with the fluid disposed inside the microchannel. 被覆層が非気化性液体を含む、請求項7記載のマイクロ流体デバイス。   8. The microfluidic device according to claim 7, wherein the coating layer contains a non-vaporizable liquid. マイクロチャネルの側壁に形成される第2の流体相互接続ポートをさらに含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が第2の流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   And further comprising a second fluid interconnect port formed in the side wall of the microchannel, wherein the fluid forms a virtual wall in the second fluid interconnect port when the fluid is disposed inside the microchannel. Item 2. The microfluidic device according to Item 1. 流体相互接続ポートが、試料を受け入れ、かつマイクロチャネルの内側に試料を通過させるための注入ポートを形成し、第2の流体相互接続ポートが、マイクロチャネルから試料を排出するための排出ポートを形成する、請求項10記載のマイクロ流体デバイス。   A fluid interconnect port forms an injection port for receiving the sample and passing the sample inside the microchannel, and a second fluid interconnect port forms an exhaust port for discharging the sample from the microchannel 11. The microfluidic device according to claim 10, wherein 流体の液滴を形成し、かつ流体相互接続ポートを介してチャネルに液滴を導入するための液滴生成装置システムをさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   2. The microfluidic device of claim 1, further comprising a droplet generator system for forming a droplet of fluid and introducing the droplet into the channel via a fluid interconnect port. 液滴生成システムが、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む、請求項12記載のマイクロ流体デバイス。   13. The microfluidic device of claim 12, wherein the droplet generation system includes a droplet transport element for transporting the droplet. 液滴搬送要素が、仮想的な壁と接触することによって液滴を流体相互接続ポートに導入するためのピンを含む、請求項12記載のマイクロ流体デバイス。   13. The microfluidic device of claim 12, wherein the droplet transport element includes a pin for introducing a droplet into the fluid interconnect port by contacting a virtual wall. 流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して、流体を光学的に検出するために、流体相互接続ポートに対して配置された光学的検出装置をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   The optical detection device of claim 1, further comprising an optical detection device disposed relative to the fluid interconnect port for optically detecting fluid through a virtual wall formed in the fluid interconnect port. Microfluidic device. 複数の仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含み、一連の流体相互接続ポートが、外側に適用された第2の液体をマイクロチャネル内に毛管移動させる、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   2. The series of fluid interconnection ports forming a plurality of virtual walls, wherein the series of fluid interconnection ports capillary moves the second liquid applied externally into the microchannel. Microfluidic device. 流体相互接続ポートが円柱形状または円錐形状を有する、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   2. The microfluidic device of claim 1, wherein the fluid interconnect port has a cylindrical shape or a conical shape. チャネルの内側に配置され、かつ流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する第1の流体をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   2. The microfluidic device of claim 1, further comprising a first fluid disposed inside the channel and forming a virtual wall within the fluid interconnect port. 流体相互接続ポートが、流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルと流体を双方向的に交換することを可能にするように適合される、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   The microfluidic device of claim 1, wherein the fluid interconnect port is adapted to allow bidirectional exchange of fluid with the microchannel via the fluid interconnect port. マイクロチャネルが、非線形である、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   2. The microfluidic device of claim 1, wherein the microchannel is non-linear. マイクロチャネルが実質的にU字形である、請求項20記載のマイクロ流体デバイス。   21. The microfluidic device of claim 20, wherein the microchannel is substantially U-shaped. マイクロチャネルに配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   The microfluidic device of claim 1, further comprising a hydrophobic patch disposed in the microchannel. 疎水性パッチが、流体相互接続ポートと実質的に同軸に配列される、請求項22記載のマイクロ流体デバイス。   24. The microfluidic device of claim 22, wherein the hydrophobic patch is arranged substantially coaxially with the fluid interconnect port. マイクロチャネルが、基材に形成された半開チャネル構造を含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   The microfluidic device of claim 1, wherein the microchannel comprises a semi-open channel structure formed in a substrate. 密閉されたマイクロチャネルを形成するために、半開チャネル構造を被覆するための被覆をさらに含み、密閉されたマイクロチャネルは、側壁によって囲まれた内側を形成し、側壁は基材と被覆によって形成される、請求項24記載のマイクロ流体デバイス。   In order to form a sealed microchannel, it further includes a coating for covering the semi-open channel structure, the sealed microchannel forming an inner side surrounded by a side wall, the side wall being formed by the substrate and the coating. 25. The microfluidic device of claim 24. 流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項25記載のマイクロ流体デバイス。   26. The microfluidic device of claim 25, wherein the fluid interconnect port is formed in the coating. マイクロチャネル内に配置された流体の液滴を、相互接続ポートの仮想的な壁を介して排出するために、マイクロチャネルに連結された排出装置をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体デバイス。   The microfluidic device of claim 1, further comprising an ejector coupled to the microchannel for ejecting a fluid droplet disposed within the microchannel through an imaginary wall of the interconnect port. 排出装置が、流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するために、流体に圧力パルスを適用するための圧力パルス発生装置、ガス加圧装置、電圧発生装置、および仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するガス気泡を産生するために流体を加熱するための、仮想的な壁の向かい側に配置された加熱装置、の少なくとも一つを含む、請求項27記載のマイクロ流体デバイス。   A pressure pulse generator, a gas pressurizer, a voltage for applying a pressure pulse to the fluid so that the discharge device discharges the fluid droplets through a virtual wall formed in the fluid interconnect port At least one of a generator and a heating device disposed opposite the virtual wall for heating the fluid to produce gas bubbles that eject fluid droplets through the virtual wall 28. The microfluidic device of claim 27, comprising: 側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成される第1の流体相互接続ポート
を含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が第1の流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成し、ここでマイクロチャネルは、第1の流体相互接続ポートの向かい側の位置の側壁に形成される、同軸上に配置された第2の流体相互接続ポートを含まない、マイクロ流体デバイス。 A microchannel having an interior surrounded by a sidewall; and a first fluid interconnection port formed in the sidewall of the microchannel to provide access to the interior of the microchannel, wherein the fluid is disposed inside the microchannel When formed, the fluid forms a virtual wall in the first fluid interconnect port, where the microchannel is coaxially disposed, formed in the side wall at a location opposite the first fluid interconnect port. A microfluidic device that does not include a second fluid interconnect port that is provided. マイクロチャネルおよび流体相互接続ポートが各々径を有し、流体相互接続ポートの径がマイクロチャネルの径に実質的に等しい、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, wherein the microchannel and the fluid interconnect port each have a diameter, and the diameter of the fluid interconnect port is substantially equal to the diameter of the microchannel. 流体相互接続ポートの径が約25μmと約100μmとの間である、請求項30記載のマイクロ流体デバイス。   32. The microfluidic device of claim 30, wherein the diameter of the fluid interconnect port is between about 25 [mu] m and about 100 [mu] m. 流体相互接続ポートが、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して忌避性である材料を含む内壁を有する、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, wherein the fluid interconnect port has an inner wall comprising a material that is repellent to fluid disposed inside the microchannel. 材料が疎水性材料を含む、請求項32記載のマイクロ流体デバイス。   35. The microfluidic device of claim 32, wherein the material comprises a hydrophobic material. マイクロチャネルの側壁の内側面が、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して誘引性である、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, wherein the inner surface of the microchannel sidewall is attractive to a fluid disposed inside the microchannel. 側壁の内側面が親水性材料で形成される、請求項34記載のマイクロ流体デバイス。   35. The microfluidic device of claim 34, wherein the inner surface of the side wall is formed of a hydrophilic material. 流体相互接続ポートを被覆するために、流体相互接続ポートの上に配置された被覆層をさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, further comprising a coating layer disposed over the fluid interconnect port to cover the fluid interconnect port. 被覆層が、マイクロチャネルの内側に配置された流体と非混和性である被覆流体を含む、請求項36記載のマイクロ流体デバイス。   38. The microfluidic device of claim 36, wherein the coating layer comprises a coating fluid that is immiscible with the fluid disposed inside the microchannel. 被覆層が非気化性液体を含む、請求項36記載のマイクロ流体デバイス。   38. The microfluidic device of claim 36, wherein the coating layer comprises a non-vaporizable liquid. マイクロチャネルの側壁に形成される選択された他の流体相互接続ポートをさらに含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が選択された他の流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   It further includes selected other fluid interconnect ports formed on the side walls of the microchannel, and when the fluid is disposed inside the microchannel, the virtual wall is placed on the other fluid interconnect ports where the fluid is selected. 30. The microfluidic device of claim 29, wherein the microfluidic device is formed. 流体相互接続ポートが、試料を受け入れ、かつマイクロチャネルの内側に試料を通過させるための注入ポートを形成し、選択された他の流体相互接続ポートが、マイクロチャネルから試料を排出するための排出ポートを形成する、請求項39記載のマイクロ流体デバイス。   A fluid interconnect port forms an injection port for receiving the sample and passing the sample inside the microchannel, and another selected fluid interconnect port for discharging the sample from the microchannel 40. The microfluidic device of claim 39, wherein: 流体の液滴を形成し、流体相互接続ポートを介してチャネルに液滴を導入するための液滴生成装置システムをさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, further comprising a droplet generator system for forming a droplet of fluid and introducing the droplet into the channel via a fluid interconnect port. 液滴生成システムが、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む、請求項41記載のマイクロ流体デバイス。   42. The microfluidic device of claim 41, wherein the droplet generation system includes a droplet transport element for transporting the droplet. 液滴搬送要素が、仮想的な壁と接触することによって液滴を流体相互接続ポートに導入するためのピンを含む、請求項42記載のマイクロ流体デバイス。   43. The microfluidic device of claim 42, wherein the droplet transport element includes a pin for introducing the droplet into the fluid interconnect port by contacting a virtual wall. 流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して、流体を光学的に検出するために、流体相互接続ポートに対して配置された光学的検出装置をさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The optical detection device of claim 29, further comprising an optical detection device disposed relative to the fluid interconnect port for optically detecting fluid through a virtual wall formed in the fluid interconnect port. Microfluidic device. 複数の仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含み、一連の流体相互接続ポートは外側に適用された第2の液体をマイクロチャネル内に毛管移動させる、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The micro of claim 29, further comprising a series of fluid interconnection ports forming a plurality of virtual walls, the series of fluid interconnection ports capillary-moving a second liquid applied on the outside into the microchannel. Fluid device. 流体相互接続ポートが円柱形状または円錐形状を有する、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, wherein the fluid interconnect port has a cylindrical shape or a conical shape. チャネルの内側に配置され、かつ流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する第1の流体をさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, further comprising a first fluid disposed inside the channel and forming a virtual wall within the fluid interconnect port. 流体相互接続ポートが、流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルと流体を双方向的に交換することを可能にするように適合される、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, wherein the fluid interconnect port is adapted to allow bi-directional exchange of fluids with the microchannel via the fluid interconnect port. マイクロチャネルが非線形である、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, wherein the microchannel is non-linear. マイクロチャネルが実質的にU字形である、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, wherein the microchannel is substantially U-shaped. マイクロチャネルに配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, further comprising a hydrophobic patch disposed in the microchannel. 疎水性パッチが流体相互接続ポートと実質的に同軸に配列されている、請求項51記載のマイクロ流体デバイス。   52. The microfluidic device of claim 51, wherein the hydrophobic patch is arranged substantially coaxially with the fluid interconnect port. マイクロチャネルが、基材に形成された半開チャネル構造を含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, wherein the microchannel comprises a semi-open channel structure formed in the substrate. 密閉されたマイクロチャネルを形成するために、半開チャネル構造を被覆するための被覆をさらに含み、密閉されたマイクロチャネルが、側壁によって囲まれた内側を形成し、側壁が基材および被覆によって形成される、請求項53記載のマイクロ流体デバイス。   In order to form a sealed microchannel, the coating further includes a coating for covering the semi-open channel structure, the sealed microchannel forming an inner side surrounded by the side wall, and the side wall is formed by the substrate and the coating. 54. The microfluidic device of claim 53. 流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項54記載のマイクロ流体デバイス。   55. The microfluidic device of claim 54, wherein the fluid interconnect port is formed in the coating. 相互接続ポート内の仮想的な壁を介して、マイクロチャネル内に配置された流体の液滴を排出するために、マイクロチャネルに連結された排出装置をさらに含む、請求項29記載のマイクロ流体デバイス。   30. The microfluidic device of claim 29, further comprising an ejector coupled to the microchannel for ejecting a droplet of fluid disposed in the microchannel through a virtual wall in the interconnect port. . 排出装置が、流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するために、流体に圧力パルスを適用するための圧力パルス発生装置、ガス加圧装置、電圧発生装置、および仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するガス気泡を産生するために流体を加熱する、仮想的な壁の向かい側に配置された加熱装置、の少なくとも1つを含む、請求項56記載のマイクロ流体デバイス。   A pressure pulse generator for applying a pressure pulse to a fluid, a gas pressurizing device, a voltage for the discharge device to discharge a fluid droplet through a virtual wall formed in the fluid interconnect port Including at least one of a generator and a heating device disposed opposite the virtual wall to heat the fluid to produce gas bubbles that eject fluid droplets through the virtual wall, 57. The microfluidic device of claim 56. 側壁によって囲まれた内側を規定するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するために、マイクロチャネルの側壁に形成される流体相互接続ポート
を含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成し、ここで流体相互接続ポートが1ナノリッター未満のデッドボリュームを有する、マイクロ流体デバイス。 A microchannel defining an interior surrounded by sidewalls; and a fluid interconnection port formed in the sidewalls of the microchannel to provide access to the interior of the microchannel, wherein the fluid is disposed inside the microchannel When the fluid forms a virtual wall in the fluid interconnect port, where the fluid interconnect port has a dead volume of less than 1 nanoliter. 流体相互接続ポートのデッドボリュームが約1ピコリッター未満である、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, wherein the fluid interconnect port dead volume is less than about 1 picoliter. マイクロチャネルが、第1の流体相互接続ポートの向かい側の位置の側壁に形成される、同軸上に配置された第2の流体相互接続ポートを含まない、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, wherein the microchannel does not include a second coaxially disposed fluid interconnect port formed in a sidewall at a location opposite the first fluid interconnect port. マイクロチャネルおよび流体相互接続ポートが径を有し、流体相互接続ポートの径がマイクロチャネルの径と実質的に等しい、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, wherein the microchannel and fluid interconnect port have a diameter, and the diameter of the fluid interconnect port is substantially equal to the diameter of the microchannel. 流体相互接続ポートの径が約25μmと約150μmとの間である、請求項61記載のマイクロ流体デバイス。   62. The microfluidic device of claim 61, wherein the diameter of the fluid interconnect port is between about 25 μm and about 150 μm. 流体相互接続ポートの径が約50μmと約100μmとの間である、請求項62記載のマイクロ流体デバイス。   64. The microfluidic device of claim 62, wherein the diameter of the fluid interconnect port is between about 50 μm and about 100 μm. 流体相互接続ポートが、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して忌避性である材料を含む内壁を有する、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, wherein the fluid interconnect port has an inner wall comprising a material that is repellent to fluid disposed inside the microchannel. 材料が疎水性材料を含む、請求項64記載のマイクロ流体デバイス。   65. The microfluidic device of claim 64, wherein the material comprises a hydrophobic material. マイクロチャネルの側壁の内側面が、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して誘引性である、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, wherein the inner surface of the microchannel sidewall is attractive to a fluid disposed inside the microchannel. 側壁の内側面が親水性材料で形成される、請求項66記載のマイクロ流体デバイス。   68. The microfluidic device of claim 66, wherein the inner surface of the side wall is formed of a hydrophilic material. 流体相互接続ポートを被覆するために、流体相互接続ポート上に配置される被覆層をさらに含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, further comprising a coating layer disposed on the fluid interconnect port to cover the fluid interconnect port. 被覆層が、マイクロチャネルの内側に配置された流体と非混和性である被覆流体を含む、請求項68記載のマイクロ流体デバイス。   69. The microfluidic device of claim 68, wherein the coating layer comprises a coating fluid that is immiscible with the fluid disposed inside the microchannel. 被覆層が非気化性液体を含む、請求項68記載のマイクロ流体デバイス。   69. The microfluidic device of claim 68, wherein the coating layer comprises a non-vaporizable liquid. マイクロチャネルの側壁に形成される選択された他の流体相互接続ポートをさらに含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が選択された他の流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   And further including selected other fluid interconnect ports formed on the sidewalls of the microchannel, wherein when the fluid is disposed inside the microchannel, the virtual wall within the other fluid interconnect ports selected 59. The microfluidic device of claim 58, wherein: 流体相互接続ポートが、試料を受け入れ、かつ試料をマイクロチャネルの内側に通過させるための注入ポートを形成し、選択された他の流体相互接続ポートが、マイクロチャネルから試料を排出するための排出ポートを形成する、請求項71記載のマイクロ流体デバイス。   A fluid interconnect port forms an injection port for receiving and passing the sample inside the microchannel, and another selected fluid interconnect port for discharging the sample from the microchannel 72. The microfluidic device of claim 71, wherein: 流体の液滴を形成し、流体相互接続ポートを介してチャネルに液滴を導入するための液滴生成装置システムをさらに含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, further comprising a droplet generator system for forming a droplet of fluid and introducing the droplet into the channel via a fluid interconnect port. 液滴生成システムが、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む、請求項73記載のマイクロ流体デバイス。   75. The microfluidic device of claim 73, wherein the droplet generation system includes a droplet transport element for transporting the droplet. 液滴搬送要素が、仮想的な壁に接触することによって流体相互接続ポートに液滴を導入するためのピンを含む、請求項74記載のマイクロ流体デバイス。   75. The microfluidic device of claim 74, wherein the droplet transport element includes a pin for introducing a droplet into the fluid interconnect port by contacting a virtual wall. 流体相互接続ポートに形成された仮想的な壁を介して流体を光学的に検出するために、流体相互接続ポートに対して配置された光学的検出装置をさらに含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic of claim 58, further comprising an optical detection device disposed relative to the fluid interconnect port for optically detecting fluid through a virtual wall formed in the fluid interconnect port. device. 複数の仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含み、一連の流体相互接続ポートが外側に適用された第2の液体をマイクロチャネル内に毛管移動させる、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The micro of claim 58, further comprising a series of fluid interconnect ports forming a plurality of virtual walls, wherein the series of fluid interconnect ports capillary moves the second liquid applied to the outside into the microchannel. Fluid device. 流体相互接続ポートが円柱形状または円錐形状を有する、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, wherein the fluid interconnect port has a cylindrical shape or a conical shape. チャネルの内側に配置され、流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する第1の流体をさらに含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, further comprising a first fluid disposed inside the channel and forming a virtual wall within the fluid interconnect port. 流体相互接続ポートが、流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルと流体を双方向的に交換することを可能にするように適合される、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, wherein the fluid interconnect port is adapted to allow bi-directional exchange of fluids with the microchannel via the fluid interconnect port. マイクロチャネルが非線形である、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, wherein the microchannel is non-linear. マイクロチャネルが実質的にU字形である、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, wherein the microchannel is substantially U-shaped. マイクロチャネルに配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, further comprising a hydrophobic patch disposed in the microchannel. 疎水性パッチが、流体相互接続ポートと実質的に同軸上に配列されている、請求項83記載のマイクロ流体デバイス。   84. The microfluidic device of claim 83, wherein the hydrophobic patch is arranged substantially coaxially with the fluid interconnect port. マイクロチャネルが、基材に形成された半開チャネル構造を含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic device of claim 58, wherein the microchannel comprises a semi-open channel structure formed in the substrate. 密閉されたマイクロチャネルを形成するために、半開チャネル構造を被覆するための被覆をさらに含み、密閉されたマイクロチャネルが側壁によって囲まれた内側を形成し、側壁が基材および被覆によって形成される、請求項85記載のマイクロ流体デバイス。   In order to form a sealed microchannel, it further includes a coating for coating the semi-open channel structure, wherein the sealed microchannel forms an inner side surrounded by the side wall, and the side wall is formed by the substrate and the coating 86. The microfluidic device of claim 85. 流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項86記載のマイクロ流体デバイス。   90. The microfluidic device of claim 86, wherein the fluid interconnect port is formed in the coating. 流体相互接続ポート内の仮想的な壁を介して、マイクロチャネル内に配置された流体の液滴を排出するために、マイクロチャネルに接続された排出装置をさらに含む、請求項58記載のマイクロ流体デバイス。   59. The microfluidic of claim 58, further comprising a discharge device connected to the microchannel to discharge a droplet of fluid disposed in the microchannel through a virtual wall in the fluid interconnect port. device. 排出装置が、流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するために、流体に圧力パルスを適用するための圧力パルス発生装置、ガス加圧装置、電圧発生装置、および仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するガス気泡を産生するために流体を加熱するための、仮想的な壁の向かい側に配置された加熱装置、の少なくとも1つを含む、請求項88記載のマイクロ流体デバイス。   A pressure pulse generator, a gas pressurizer, a voltage for applying a pressure pulse to the fluid so that the discharge device discharges the fluid droplets through a virtual wall formed in the fluid interconnect port At least one of a generator and a heating device disposed opposite the virtual wall for heating the fluid to produce gas bubbles that eject fluid droplets through the virtual wall 90. The microfluidic device of claim 88, comprising: 側壁によって囲まれた内側を規定するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポート
を含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成し、ここで流体相互接続ポートがデッドボリューム0を有する、マイクロ流体デバイス。 A microchannel defining an interior surrounded by a sidewall; and a fluid interconnect port formed in the sidewall of the microchannel to provide access to the interior of the microchannel, wherein the fluid is disposed inside the microchannel When the fluid forms a virtual wall within the fluid interconnect port, where the fluid interconnect port has a dead volume of zero. マイクロチャネルが、第1の流体相互接続ポートの向かい側の位置の側壁に形成される、同軸上に配列された第2の流体相互接続ポートを含まない、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, wherein the microchannel does not include a second coaxially arranged fluid interconnect port formed in a sidewall at a location opposite the first fluid interconnect port. マイクロチャネルおよび流体相互接続ポートが各々径を有し、流体相互接続ポートの径がマイクロチャネルの径に実質的に等しい、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, wherein the microchannel and the fluid interconnect port each have a diameter, and the diameter of the fluid interconnect port is substantially equal to the diameter of the microchannel. 流体相互接続ポートの径が約25μmと約100μmとの間である、請求項92記載のマイクロ流体デバイス。   94. The microfluidic device of claim 92, wherein the diameter of the fluid interconnect port is between about 25 [mu] m and about 100 [mu] m. 流体相互接続ポートが、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して忌避性である材料を含む内壁を有する、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, wherein the fluid interconnect port has an inner wall that includes a material that is repellent to fluid disposed inside the microchannel. 材料が疎水性材料を含む、請求項94記載のマイクロ流体デバイス。   95. The microfluidic device of claim 94, wherein the material comprises a hydrophobic material. マイクロチャネルの側壁の内側面が、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して誘引性である、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, wherein the inner surface of the microchannel sidewall is attractive to a fluid disposed inside the microchannel. 側壁の内側面が親水性材料で形成される、請求項96記載のマイクロ流体デバイス。   99. The microfluidic device of claim 96, wherein the inner surface of the side wall is formed of a hydrophilic material. 流体相互接続ポートを被覆するための、流体相互接続ポート上に配置された被覆層をさらに含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, further comprising a coating layer disposed on the fluid interconnect port for coating the fluid interconnect port. 被覆層が、マイクロチャネルの内側に配置された流体と非混和性である被覆流体を含む、請求項98記載のマイクロ流体デバイス。   99. The microfluidic device of claim 98, wherein the coating layer comprises a coating fluid that is immiscible with the fluid disposed inside the microchannel. 被覆層が非気化性液体を含む、請求項98記載のマイクロ流体デバイス。   99. The microfluidic device of claim 98, wherein the coating layer comprises a non-vaporizable liquid. マイクロチャネルの側壁に形成される選択された他の流体相互接続ポートをさらに含み、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が選択された他の流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   It further includes selected other fluid interconnect ports formed on the side walls of the microchannel, and when the fluid is disposed inside the microchannel, the virtual fluid is added to the selected other fluid interconnect ports. 92. The microfluidic device of claim 90, wherein the microfluidic device is formed. 流体相互接続ポートが、試料を収容し、マイクロチャネルの内側に試料を通過させるための注入ポートを形成し、選択された他の流体相互接続ポートが、マイクロチャネルから試料を排出するための排出ポートを形成する、請求項101記載のマイクロ流体デバイス。   A fluid interconnect port accommodates the sample and forms an injection port for passing the sample inside the microchannel, and another selected fluid interconnect port for exhausting the sample from the microchannel 102. The microfluidic device of claim 101, wherein: 流体の液滴を形成し、流体相互接続ポートを介してチャネルに液滴を導入するための液滴生成装置システムをさらに含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, further comprising a droplet generator system for forming a droplet of fluid and introducing the droplet into the channel via a fluid interconnect port. 液滴生成システムが、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む、請求項103記載のマイクロ流体デバイス。   104. The microfluidic device of claim 103, wherein the droplet generation system includes a droplet transport element for transporting the droplet. 液滴搬送要素が、仮想的な壁と接触することによって液滴を流体相互接続ポートに導入するためのピンを含む、請求項104記載のマイクロ流体デバイス。   105. The microfluidic device of claim 104, wherein the droplet transport element includes a pin for introducing a droplet into the fluid interconnect port by contacting a virtual wall. 流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して、流体を光学的に検出するために、流体相互接続ポートに対して配置された光学的検出装置をさらに含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   The optical detection device of claim 90, further comprising an optical detection device disposed relative to the fluid interconnect port for optically detecting fluid through a virtual wall formed in the fluid interconnect port. Microfluidic device. 複数の仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含み、一連の流体相互接続ポートが、外側に適用された第2の液体をマイクロチャネル内に毛管移動させる、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   93. The apparatus of claim 90, further comprising a series of fluid interconnect ports forming a plurality of virtual walls, the series of fluid interconnect ports capillary-transfer the second liquid applied outside into the microchannel. Microfluidic device. 流体相互接続ポートが円柱形状または円錐形状を有する、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, wherein the fluid interconnect port has a cylindrical shape or a conical shape. チャネルの内側に配置され、流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する第1の流体をさらに含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, further comprising a first fluid disposed inside the channel and forming a virtual wall within the fluid interconnect port. 流体相互接続ポートが、流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルと流体を双方向的に交換することを可能にするように適合される、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, wherein the fluid interconnect port is adapted to allow bi-directional exchange of fluids with the microchannel via the fluid interconnect port. マイクロチャネルが非線形である、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, wherein the microchannel is non-linear. マイクロチャネルが実質的にU字形である、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, wherein the microchannel is substantially U-shaped. マイクロチャネル内に配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, further comprising a hydrophobic patch disposed within the microchannel. 疎水性パッチが、流体相互接続ポートと実質的に同軸に配列される、請求項113記載のマイクロ流体デバイス。   114. The microfluidic device of claim 113, wherein the hydrophobic patch is arranged substantially coaxially with the fluid interconnect port. マイクロチャネルが、基材に形成された半開チャネル構造を含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, wherein the microchannel comprises a semi-open channel structure formed in the substrate. 密閉されたマイクロチャネルを形成するために、半開チャネル構造を被覆するための被覆をさらに含み、密閉されたマイクロチャネルが、側壁によって囲まれた内側を形成し、側壁が基材および被覆によって形成される、請求項115記載のマイクロ流体デバイス。   In order to form a sealed microchannel, the coating further includes a coating for coating the semi-open channel structure, the sealed microchannel forming an inner side surrounded by the side wall, and the side wall is formed by the substrate and the coating. 116. The microfluidic device of claim 115. 流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項116記載のマイクロ流体デバイス。   117. The microfluidic device of claim 116, wherein the fluid interconnect port is formed in the coating. 相互接続ポート内の仮想的な壁を介して、マイクロチャネル内に配置された流体の液滴を排出するために、マイクロチャネルに接続された排出装置をさらに含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, further comprising an ejector connected to the microchannel for ejecting a fluid droplet disposed in the microchannel through a virtual wall in the interconnect port. . 排出装置が、流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するために、流体に圧力パルスを適用するための圧力パルス発生装置、ガス加圧装置、電圧発生装置、および仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するガス気泡を形成するために流体を加熱するための、仮想的な壁の向かい側に配置された加熱装置、の少なくとも1つを含む、請求項118記載のマイクロ流体デバイス。   A pressure pulse generator, a gas pressurizer, a voltage for applying a pressure pulse to the fluid so that the discharge device discharges the fluid droplets through a virtual wall formed in the fluid interconnect port At least one of a generator and a heating device disposed opposite the virtual wall for heating the fluid to form a gas bubble that ejects a droplet of fluid through the virtual wall 119. The microfluidic device of claim 118, comprising: 側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成された流体相互接続ポートと
を含み、流体相互接続部は、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められ、該仮想的な壁はマイクロチャネル内の流体を光学的に分析するための、光学的窓として使用される、マイクロ流体デバイス。 A microchannel having an interior surrounded by a sidewall; and a fluid interconnect port formed in the sidewall of the microchannel to provide access to the interior of the microchannel, wherein the fluid interconnect is a microchannel When placed inside the fluid, the fluid is sized and dimensioned to form a virtual wall at the fluid interconnect port, the virtual wall for optically analyzing the fluid in the microchannel A microfluidic device used as an optical window. 流体相互接続ポートに形成された仮想的な壁を介して、流体を光学的に検出するために、流体相互接続ポートに対して配置された光学的検出装置をさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   121. The micro of claim 120, further comprising an optical detection device positioned relative to the fluid interconnect port for optically detecting fluid through a virtual wall formed in the fluid interconnect port. Fluid device. 流体からの光学的シグナルを通過することを可能にする、光学的窓に対して配置された光学的要素、および
光学的要素を通過する流体からの光学的シグナルを測定するために、光学的要素に対して配置された光学的検出装置と
をさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。 An optical element arranged with respect to the optical window, which allows an optical signal from the fluid to pass through, and an optical element to measure the optical signal from the fluid passing through the optical element 122. The microfluidic device of claim 120, further comprising an optical detection device disposed with respect to. マイクロチャネルおよび流体相互接続ポートが各々径を有し、流体相互接続ポートの径がマイクロチャネルの径に実質的に等しい、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   121. The microfluidic device of claim 120, wherein the microchannel and the fluid interconnect port each have a diameter, and the diameter of the fluid interconnect port is substantially equal to the diameter of the microchannel. 流体相互接続ポートが、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して忌避性である材料を含む内壁を有する、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   129. The microfluidic device of claim 120, wherein the fluid interconnect port has an inner wall comprising a material that is repellent to fluid disposed inside the microchannel. 材料が疎水性材料を含む、請求項124記載のマイクロ流体デバイス。   125. The microfluidic device of claim 124, wherein the material comprises a hydrophobic material. マイクロチャネルの側壁の内側面が、マイクロチャネルの内側に配置された流体に対して誘引性である、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   129. The microfluidic device of claim 120, wherein the inner surface of the microchannel sidewall is attractive to fluid disposed inside the microchannel. 側壁の内側面が親水性材料で形成される、請求項126記載のマイクロ流体デバイス。   127. The microfluidic device of claim 126, wherein the inner surface of the sidewall is formed of a hydrophilic material. 流体相互接続ポートを被覆するために、流体相互接続ポート上に配置された被覆層をさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   129. The microfluidic device of claim 120, further comprising a coating layer disposed on the fluid interconnect port to cover the fluid interconnect port. 被覆層が、マイクロチャネルの内側に配置された流体と非混和性である被覆流体を含む、請求項128記載のマイクロ流体デバイス。   129. The microfluidic device of claim 128, wherein the coating layer comprises a coating fluid that is immiscible with the fluid disposed inside the microchannel. 被覆層が、非気化性液体を含む、請求項128記載のマイクロ流体デバイス。   129. The microfluidic device of claim 128, wherein the coating layer comprises a non-vaporizable liquid. マイクロチャネルの側壁に形成された第2の流体相互接続ポートをさらに含み、マイクロチャネルの内側の流体が、第2の流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   129. The micro of claim 120, further comprising a second fluid interconnect port formed in the side wall of the microchannel, wherein the fluid inside the microchannel forms a virtual wall within the second fluid interconnect port. Fluid device. 流体相互接続ポートが、試料を受け入れ、かつマイクロチャネルの内側に試料を通過させるための注入ポートを形成し、第2の流体相互接続ポートが、マイクロチャネルから試料を排出するための排出ポートを形成する、請求項131記載のマイクロ流体デバイス。   A fluid interconnect port forms an injection port for receiving the sample and passing the sample inside the microchannel, and a second fluid interconnect port forms an exhaust port for discharging the sample from the microchannel 132. The microfluidic device of claim 131. 流体の液滴を形成し、かつ流体相互接続ポートを介してチャネルに液滴を導入するための液滴生成装置システムをさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   129. The microfluidic device of claim 120, further comprising a droplet generator system for forming a droplet of fluid and introducing the droplet into the channel via a fluid interconnect port. 液滴生成システムが、液滴を搬送するための液滴搬送要素を含む、請求項133記載のマイクロ流体デバイス。   134. The microfluidic device of claim 133, wherein the droplet generation system includes a droplet transport element for transporting the droplet. 液滴搬送要素が、仮想的な壁と接触することによって液滴を流体相互接続ポートに導入するためのピンを含む、請求項134記載のマイクロ流体デバイス。   135. The microfluidic device of claim 134, wherein the droplet transport element includes a pin for introducing a droplet into the fluid interconnect port by contacting a virtual wall. 複数の仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含み、一連の流体相互接続ポートが、外側に適用された第2の液体をマイクロチャネル内に毛管移動させる、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   121. The method of claim 120, further comprising a series of fluid interconnect ports forming a plurality of virtual walls, wherein the series of fluid interconnect ports capillaryally moves the second liquid applied to the outside into the microchannel. Microfluidic device. 流体相互接続ポートが円柱形状または円錐形状を有する、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   123. The microfluidic device of claim 120, wherein the fluid interconnect port has a cylindrical shape or a conical shape. チャネルの内側に配置され、かつ流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する第1の流体をさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   123. The microfluidic device of claim 120, further comprising a first fluid disposed inside the channel and forming a virtual wall within the fluid interconnect port. 流体相互接続ポートが、流体相互接続ポートを介してマイクロチャネルと流体を双方向的に交換することを可能にするように適合される、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   129. The microfluidic device of claim 120, wherein the fluid interconnect port is adapted to allow bi-directional exchange of fluids with the microchannel via the fluid interconnect port. マイクロチャネルが非線形である、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   123. The microfluidic device of claim 120, wherein the microchannel is non-linear. マイクロチャネルが実質的にU字形である、請求項140記載のマイクロ流体デバイス。   141. The microfluidic device of claim 140, wherein the microchannel is substantially U-shaped. マイクロチャネルに配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   121. The microfluidic device of claim 120, further comprising a hydrophobic patch disposed in the microchannel. 疎水性パッチが、流体相互接続ポートと実質的に同軸に配列される、請求項142記載のマイクロ流体デバイス。   143. The microfluidic device of claim 142, wherein the hydrophobic patch is arranged substantially coaxially with the fluid interconnect port. マイクロチャネルが、基材に形成された半開チャネル構造を含む、請求項90記載のマイクロ流体デバイス。   92. The microfluidic device of claim 90, wherein the microchannel comprises a semi-open channel structure formed in the substrate. 密閉されたマイクロチャネルを形成するために、半開チャネル構造を被覆するための被覆をさらに含み、密閉されたマイクロチャネルが、側壁によって囲まれた内側を形成し、側壁が基材と被覆によって形成される、請求項144記載のマイクロ流体デバイス。   In order to form a sealed microchannel, it further includes a coating for covering the semi-open channel structure, wherein the sealed microchannel forms an inner side surrounded by the side wall, and the side wall is formed by the substrate and the coating. 145. The microfluidic device of claim 144. 流体相互接続ポートが被覆内に形成される、請求項145記載のマイクロ流体デバイス。   146. The microfluidic device of claim 145, wherein the fluid interconnect port is formed in the coating. 流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して、マイクロチャネル内の流体の液滴を排出するために、マイクロチャネルに連結された排出装置をさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   121. The microfluidic device of claim 120, further comprising a discharge device coupled to the microchannel for discharging a droplet of fluid in the microchannel through a virtual wall formed in the fluid interconnect port. device. 排出装置が、流体相互接続ポート内に形成された仮想的な壁を介して流体の液滴を排出するために、流体に圧力パルスを適用するための圧力パルス発生装置、ガス加圧装置、電圧発生装置、および仮想的な壁を介して液体の液滴を排出するガス気泡を形成するために流体を加熱するための、仮想的な壁の向かい側に配置された加熱装置を含む、請求項147記載のマイクロ流体デバイス。   A pressure pulse generator, a gas pressurizer, a voltage for applying a pressure pulse to the fluid so that the discharge device discharges the fluid droplets through a virtual wall formed in the fluid interconnect port 147. A generator and a heating device disposed opposite the virtual wall for heating the fluid to form gas bubbles that eject liquid droplets through the virtual wall. The microfluidic device described. 流体相互接続ポートの向かい側に配置され、かつそれと同軸上に配列された第2の流体相互接続ポートをさらに含む、請求項120記載のマイクロ流体デバイス。   121. The microfluidic device of claim 120, further comprising a second fluid interconnect port disposed opposite and disposed coaxially with the fluid interconnect port. 光学的エネルギーが通過することを可能にする、光学的窓に対して配置された第1の光学的要素、
光学的エネルギーを通過させるために、第2の相互接続ポートに対して配置された第2の光学的要素、ならびに
光学的要素を通過する、マイクロチャネル内の流体の光学的エネルギーを光学的に検出するための、第1および第2の光学的要素の1つに対して配置された光学的検出装置
をさらに含む、請求項149記載のマイクロ流体デバイス。 A first optical element disposed relative to the optical window that allows optical energy to pass through;
Optical detection of the optical energy of the fluid in the microchannel passing through the second optical element disposed relative to the second interconnect port and the optical element to pass optical energy 150. The microfluidic device of claim 149, further comprising an optical detection device disposed relative to one of the first and second optical elements for doing so. 液滴を生成する液滴生成装置システム；および
液滴を受け入れるための、マイクロチャネル内に配置された流体によって流体相互接続ポートに形成された仮想的な壁
を含む、流体システムのマイクロチャネル内に液滴を注入するための、液体容量注入システム。 In a microchannel of a fluid system, including a droplet generator system that generates droplets; and a virtual wall formed in a fluid interconnect port by a fluid disposed in the microchannel for receiving droplets Liquid volume injection system for injecting droplets. 仮想的な壁の方向に液滴を導くための液滴案内システムをさらに含む、請求項151記載のシステム。   158. The system of claim 151, further comprising a droplet guide system for directing the droplet in the direction of the virtual wall. 液滴生成装置がノズル組立物を含む、請求項151記載のシステム。   162. The system of claim 151, wherein the droplet generator includes a nozzle assembly. ノズル組立物が、液滴が形成される離脱点を含み、かつ離脱点において液滴を荷電するために、荷電回路および液滴電極を含む液滴荷電装置をさらに含む、請求項153記載のシステム。   158. The system of claim 153, wherein the nozzle assembly further includes a droplet charging device that includes a break point where a droplet is formed and includes a charging circuit and a droplet electrode to charge the droplet at the break point. . 液滴案内システムが、液滴を荷電し、液滴電極を備えるための、液滴荷電装置を含む、請求項152記載のシステム。   153. The system of claim 152, wherein the droplet guidance system comprises a droplet charging device for charging the droplet and comprising a droplet electrode. 液滴荷電装置が、液滴電極に接続された液滴荷電回路をさらに含む、請求項155記載のシステム。   165. The system of claim 155, wherein the droplet charging device further comprises a droplet charging circuit connected to the droplet electrode. 液滴荷電装置が、荷電された液滴を案内するための接地電極をさらに含む、請求項155記載のシステム。   165. The system of claim 155, wherein the droplet charging device further comprises a ground electrode for guiding the charged droplet. 液滴案内システムが、液滴を仮想的な壁の方向に導くための電場を確立するための、1つまたは複数の電気制御式偏向板を含む、請求項152記載のシステム。   153. The system of claim 152, wherein the droplet guidance system includes one or more electrically controlled deflecting plates for establishing an electric field for directing the droplet toward the virtual wall. 各流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成する一連の流体相互接続ポートをさらに含む、請求項151記載のシステム。   162. The system of claim 151, further comprising a series of fluid interconnect ports that form virtual walls at each fluid interconnect port. 液滴案内システムが、マイクロチャネルに荷電を選択的に提供するためのチャネル荷電回路を含む、請求項152記載のシステム。   153. The system of claim 152, wherein the droplet guidance system includes a channel charging circuit for selectively providing charge to the microchannel. チャネル荷電回路が、荷電された液滴を誘引するために、流体チャネルを荷電する、請求項160記載のシステム。   170. The system of claim 160, wherein the channel charging circuit charges the fluid channel to attract charged droplets. チャネル荷電回路が、荷電された液滴を忌避するために、隣接する流体チャネルを荷電する、請求項161記載のシステム。   164. The system of claim 161, wherein the channel charging circuit charges an adjacent fluid channel to repel charged droplets. 液滴案内システムが、荷電された液滴を仮想的な壁へ導くための、仮想的な壁に近接する標的用電極を含む、請求項152記載のシステム。   153. The system of claim 152, wherein the droplet guidance system includes a targeting electrode proximate to the virtual wall for directing charged droplets to the virtual wall. 標的用電極を荷電するための標的用電極荷電回路をさらに含む、請求項163記載のシステム。   164. The system of claim 163, further comprising a targeting electrode charging circuit for charging the targeting electrode. 側壁、および側壁に形成された流体相互接続ポートとを有し、流体相互接続ポート内に仮想的な壁を形成する流体を収容するためのマイクロチャネル；
マイクロチャネルの第1の末端に接続された第1の電極を含む第1の貯蔵器；
マイクロチャネルの第2の末端に接続された第2の電極を含む第2の貯蔵器；ならびに
第1の電極と第2の電極との間に電場を確立し、それによってマイクロチャネルを通じた第1の流体の運動を誘発するための電圧発生装置
を含む、動電学的作動式マイクロ流体システム。 A microchannel for containing a fluid having a side wall and a fluid interconnect port formed in the side wall and forming a virtual wall in the fluid interconnect port;
A first reservoir comprising a first electrode connected to the first end of the microchannel;
A second reservoir including a second electrode connected to the second end of the microchannel; and establishing an electric field between the first electrode and the second electrode, thereby causing the first through the microchannel Electrokinetically actuated microfluidic system including a voltage generator for inducing fluid movement of the fluid. 仮想的な壁を介してマイクロチャネル内に導入される液体容量を含有する液滴を生成するための、液滴生成装置システムをさらに含む、請求項165記載のシステム。   168. The system of claim 165, further comprising a droplet generator system for generating a droplet containing a liquid volume introduced into the microchannel through a virtual wall. マイクロチャネル内に適用される電場が、液体容量の個々の構成成分への電気泳動的分離を実施する、請求項166記載のシステム。   173. The system of claim 166, wherein the electric field applied in the microchannel performs electrophoretic separation of the liquid volume into individual components. マイクロチャネル内の液体容量の個々の構成成分を検出するための、マイクロチャネルに連結された検出装置をさらに含む、請求項167記載のシステム。   168. The system of claim 167, further comprising a detection device coupled to the microchannel for detecting individual components of the liquid volume within the microchannel. 検出装置のための光学的検出窓を形成するための、マイクロチャネル内に形成された第2の流体相互接続ポートに形成された第2の仮想的な壁をさらに含む、請求項168記載のシステム。   169. The system of claim 168, further comprising a second virtual wall formed in a second fluid interconnection port formed in the microchannel to form an optical detection window for the detection device. . 第1および第2の貯蔵器に接続された複数のマイクロチャネルをさらに含む、請求項165記載のシステム。   166. The system of claim 165, further comprising a plurality of microchannels connected to the first and second reservoirs. マイクロチャネルから流体を排出するための、マイクロチャネル内の第2の流体相互接続ポートに形成された第2の仮想的な壁をさらに含む、請求項165記載のシステム。   170. The system of claim 165, further comprising a second virtual wall formed in a second fluid interconnect port in the microchannel for draining fluid from the microchannel. 第1および第2の貯蔵器が基部基材に形成される、請求項165記載のシステム。   166. The system of claim 165, wherein the first and second reservoirs are formed on the base substrate. マイクロチャネルが基部基材に形成され、第1の貯蔵器と第2の貯蔵器の間に延伸し、第1および第2の貯蔵器と流体的に連絡している、請求項172記載のシステム。   173. The system of claim 172, wherein the microchannel is formed in the base substrate, extends between the first reservoir and the second reservoir, and is in fluid communication with the first and second reservoirs. . 第1の貯蔵器と第2の貯蔵器との間の基部基材の中空部分に配置された、マイクロチャネル組立物をさらに含む、請求項172記載のシステム。   173. The system of claim 172, further comprising a microchannel assembly disposed in a hollow portion of the base substrate between the first reservoir and the second reservoir. マイクロチャネル組立物が、
1つまたは複数のマイクロチャネルが形成された第1のチャネル基材、ならびに
該第1のチャネル基材を積み重ねた第2のチャネル基材とを含み、それによってマイクロチャネルを規定し、ここで流体相互接続ポートが、第2のチャネル基材に形成され、かつマイクロチャネルの1つまたは複数に登録（in registration with）されている、請求項174記載のシステム。 The microchannel assembly is
A first channel substrate on which one or more microchannels are formed, and a second channel substrate on which the first channel substrates are stacked, thereby defining a microchannel, wherein a fluid 175. The system of claim 174, wherein the interconnect port is formed in the second channel substrate and is registered with one or more of the microchannels. 第2のチャネル基材が被覆を含む、請求項175記載のシステム。   175. The system of claim 175, wherein the second channel substrate comprises a coating. マイクロチャネル組立物が複数の平行なマイクロチャネルを含む、請求項174記載のシステム。   175. The system of claim 174, wherein the microchannel assembly includes a plurality of parallel microchannels. マイクロチャネル内で化学反応を実施するために、該マイクロチャネルに沿って配置された1つまたは複数のマイクロリアクターをさらに含む、請求項165記載のシステム。   168. The system of claim 165, further comprising one or more microreactors disposed along the microchannel to perform a chemical reaction within the microchannel. 側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成される、1つまたは複数の試料導入ポートであって、マイクロチャネルの内側に配置された流体が、流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するような1つまたは複数の試料導入ポート；および
マイクロチャネルに流体を充填するための、マイクロチャネルの側壁に形成された充填用開口部
を含む、マイクロ流体システム。 A microchannel having an interior surrounded by sidewalls; and one or more sample introduction ports formed on the sidewalls of the microchannel to provide access to the interior of the microchannel, the interior of the microchannel One or more sample introduction ports such that the disposed fluid forms a virtual wall at the fluid interconnect port; and for filling formed on the side wall of the microchannel to fill the microchannel with fluid A microfluidic system including an opening. 充填用開口部を充填するための封入剤をさらに含む、請求項179記載のデバイス。   180. The device of claim 179, further comprising an encapsulant for filling the filling opening. 充填用開口部を被覆するための閉鎖層をさらに含む、請求項179記載のデバイス。   180. The device of claim 179, further comprising a closure layer for covering the filling opening. 側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；ならびに
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成される、1つまたは複数の流体相互接続ポートであって、マイクロチャネルの内側に配置された流体が、流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成し、液体が流体相互接続ポートに導入されるとき、チャネル内に流体をくみ上げるために、該流体ポートのサイズおよび寸法が決められている、1つまたは複数の流体相互接続ポート
を含む、マイクロ流体デバイス。 A microchannel having an interior surrounded by sidewalls; and one or more fluid interconnection ports formed on the sidewalls of the microchannel to provide access to the interior of the microchannel, the interior of the microchannel The fluid port forms a virtual wall in the fluid interconnect port, and when the liquid is introduced into the fluid interconnect port, the size and dimensions of the fluid port are determined to pump the fluid into the channel. A microfluidic device comprising one or more fluid interconnect ports. 流体の特定の方向への流動を誘発し、それによってチャネル内への流体のくみ上げを促進するために、マイクロチャネル内に配置された疎水性パッチをさらに含む、請求項182記載のデバイス。   183. The device of claim 182, further comprising a hydrophobic patch disposed within the microchannel to induce flow of the fluid in a particular direction, thereby facilitating pumping of the fluid into the channel. チャネルが閉鎖端を有し、それによってチャネル内への流体のくみ上げを促進する、請求項182記載のデバイス。   183. The device of claim 182, wherein the channel has a closed end, thereby facilitating pumping of fluid into the channel. 流体を選択した方向に移動させるために圧力障壁を形成するために、マイクロチャネルの側壁に形成された栓孔をさらに含む、請求項182記載のデバイス。   183. The device of claim 182, further comprising a plug hole formed in the side wall of the microchannel to form a pressure barrier to move the fluid in a selected direction. 側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；および
マイクロチャネルの側壁の内側面に配置された疎水性パッチ；および
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するために、疎水性パッチの向かい側の側壁に形成され、マイクロチャネルの内側から空気を排出することを可能にするための通気口を形成する、流体相互接続ポート
を含む、マイクロ流体デバイス。 A microchannel having an interior surrounded by sidewalls; and a hydrophobic patch disposed on the inner surface of the microchannel sidewall; and formed on the sidewall opposite the hydrophobic patch to provide access to the interior of the microchannel A microfluidic device including a fluid interconnect port that forms a vent for allowing air to be exhausted from inside the microchannel. 流体相互接続ポートが、約25μmと約100μmとの間の径を有する開口部を含む、請求項186記載のマイクロ流体デバイス。   187. The microfluidic device of claim 186, wherein the fluid interconnect port includes an opening having a diameter between about 25 μm and about 100 μm. 流体相互接続ポートを被覆するための被覆層をさらに含む、請求項186記載のマイクロ流体デバイス。   187. The microfluidic device of claim 186, further comprising a coating layer for coating the fluid interconnect port. 疎水性パッチが、流体相互接続ポートを介して適用される、請求項186記載のマイクロ流体デバイス。   187. The microfluidic device of claim 186, wherein the hydrophobic patch is applied via a fluid interconnect port. 側壁によって囲まれた内側を有するマイクロチャネル；
マイクロチャネルの内側へのアクセスを提供するためにマイクロチャネルの側壁に形成される流体相互接続ポートであって、流体がマイクロチャネルの内側に配置されるとき、流体が流体相互接続ポートに仮想的な壁を形成するようにサイズおよび寸法が決められる、流体相互接続ポート；
マイクロチャネルからの廃棄物を回収するために、マイクロチャネルと連絡し、かつ横断している、少なくとも一つの廃棄チャネル
を含む、マイクロ流体デバイス。 A microchannel having an inner side surrounded by side walls;
A fluid interconnection port formed on the side wall of the microchannel to provide access to the inside of the microchannel, wherein the fluid is virtual to the fluid interconnection port when the fluid is placed inside the microchannel. A fluid interconnection port sized and dimensioned to form a wall;
A microfluidic device comprising at least one waste channel in communication with and across the microchannel to recover waste from the microchannel. マイクロチャネルが、流体相互接続ポートの上流に配置され、かつ第1の径を有する洗浄媒体用流入口を有する、請求項190記載のマイクロ流体デバイス。   191. The microfluidic device of claim 190, wherein the microchannel has a cleaning media inlet disposed upstream of the fluid interconnect port and having a first diameter. マイクロチャネルが、廃棄チャネルの下流に配置され、かつ第2の径を有する排出口を有する、請求項191記載のマイクロ流体デバイス。   191. The microfluidic device of claim 191, wherein the microchannel has an outlet disposed downstream of the waste channel and having a second diameter. マイクロチャネルの内側を通じて流動する洗浄媒体をさらに含む、請求項192記載のマイクロ流体デバイス。   193. The microfluidic device of claim 192, further comprising a cleaning medium that flows through the inside of the microchannel. 仮想的な壁を介して洗浄媒体内に導入される試料が洗浄媒体内に拡散し、試料の成分がサイズによって分離される、請求項193記載のマイクロ流体デバイス。   193. The microfluidic device of claim 193, wherein the sample introduced into the cleaning medium through the virtual wall diffuses into the cleaning medium and the components of the sample are separated by size. 廃棄チャネルが、試料中の第1の選択されたサイズを有する粒子を回収するようにサイズが決められ、かつ位置づけられる、請求項194記載のマイクロ流体デバイス。   195. The microfluidic device of claim 194, wherein the waste channel is sized and positioned to collect particles having a first selected size in the sample. 排出口が、第2の選択されたサイズを有する粒子を回収するようにサイズが決められ、かつ位置づけられる、請求項195記載のマイクロ流体デバイス。   201. The microfluidic device of claim 195, wherein the outlet is sized and positioned to collect particles having a second selected size. 排出装置がピン組立物を含む、請求項27、56、88、118または147記載のマイクロ流体デバイス。   148. The microfluidic device of claim 27, 56, 88, 118 or 147, wherein the ejector comprises a pin assembly. ピン組立物が、液体容量を受け入れるための毛細管を規定するために、第1のピンおよび第1のピンから間隔をおいて配置された第2のピンを含む、請求項197記載のマイクロ流体デバイス。   197. The microfluidic device of claim 197, wherein the pin assembly includes a first pin and a second pin spaced from the first pin to define a capillary for receiving a liquid volume. . 圧力パルス発生装置が、流体相互接続ポートの向かい側に配置され、かつマイクロチャネルの内側と連絡している円錐形状の圧力チャンバー、および圧力チャンバーに接続された圧力発動膜を含む、請求項28、57、89、119または148記載のマイクロ流体デバイス。   58. The pressure pulse generator includes a conical pressure chamber disposed opposite the fluid interconnect port and in communication with the interior of the microchannel, and a pressure activating membrane connected to the pressure chamber. 89, 119 or 148.
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