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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5692984
(24)【登録日】2015年2月13日
(45)【発行日】2015年4月1日
(54)【発明の名称】流体種の電子的制御
(51)【国際特許分類】
B01J 19/00 20060101AFI20150312BHJP
G01N 37/00 20060101ALI20150312BHJP
B81B 1/00 20060101ALI20150312BHJP
【ＦＩ】
B01J19/00 321
G01N37/00 101
B81B1/00
【請求項の数】11
【全頁数】65
(21)【出願番号】特願2009-231040(P2009-231040)
(22)【出願日】2009年10月2日
(62)【分割の表示】特願2006-524885(P2006-524885)の分割
【原出願日】2004年8月27日
(65)【公開番号】特開2010-5621(P2010-5621A)
(43)【公開日】2010年1月14日
【審査請求日】2009年10月2日
(31)【優先権主張番号】60/498,091
(32)【優先日】2003年8月27日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】507044516
【氏名又は名称】プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ
(74)【代理人】
【識別番号】100081422
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 光雄
(74)【代理人】
【識別番号】100084146
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 宏
(74)【代理人】
【識別番号】100156122
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 剛
(72)【発明者】
【氏名】ダレン アール． リンク
(72)【発明者】
【氏名】ディヴィット エー． ウエイツ
(72)【発明者】
【氏名】グラデル クリストバル−アスカルテ
(72)【発明者】
【氏名】チェン ツェンドン
(72)【発明者】
【氏名】アン クゥェンホ
【審査官】
神田 和輝
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２００２／０６８１０４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２００５−０３７３４６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ０１Ｄ １７／０６
Ｂ０１Ｊ １９／００
Ｂ８１Ｂ １／００−７／０４
Ｇ０１Ｎ １５／１４
Ｇ０１Ｎ ３７／００
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
マイクロ流体デバイス中で、制御された態様で電荷を有しない小滴を合体させる方法であって、
第一の領域と、電界を含む合体領域とを含む、少なくとも１つのマイクロチャンネルを有するマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
電荷を有しない第一の小滴と電荷を有しない第二の小滴を前記マイクロ流体チャンネルに提供するステップであって、前記第一の小滴と前記第二の小滴が、小滴を安定化させ、および合体領域外での合体を禁止する界面活性剤を含む該ステップと、および
前記第一の小滴と前記第二の小滴を合体させるように設定された電界を含む合体領域の中へ前記第一の小滴と前記第二の小滴を流すステップを含み、それにより前記第一の小滴と前記第二の小滴を結合小滴へと合体させる、該方法。
第一の領域と、電界を含む合体領域とを含む、少なくとも１つのマイクロチャンネルを有するマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
電荷を有しない第一の小滴と電荷を有しない第二の小滴を前記マイクロ流体チャンネルに提供するステップであって、前記第一の小滴と前記第二の小滴が、小滴を安定化させ、および合体領域外での合体を禁止する界面活性剤を含む該ステップと、および
前記第一の小滴と前記第二の小滴を合体させるように設定された電界を含む合体領域の中へ前記第一の小滴と前記第二の小滴を流すステップを含み、それにより前記第一の小滴と前記第二の小滴を結合小滴へと合体させる、該方法。
【請求項2】
双極子モーメントが、前記合体領域の小滴の中に誘起される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第一の小滴および前記第二の小滴の各々が、化学的、生物学的、または、生化学的成分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記第一の小滴と前記第二の小滴とが、同じ化学的、生物学的、または、生化学的成分を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記第一の小滴と前記第二の小滴とが、異なる化学的、生物学的、または、生化学的成分を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項6】
前記第一または第二の小滴が粒子または細胞を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記第一または第二の小滴が、第二流体によって完全に囲まれた第一流体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記第二流体が液体であり、前記第一流体と前記第二流体とが不混和性である、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記電界が、交流電界、直流電界、または、パルス電界である、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記合体領域が、２つの電極間のマイクロチャンネルの一部を含み、前記電界が、前記の２つの電極に印加される電圧により生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記電界が、少なくとも０．０１Ｖ／マイクロメータの強度を有する、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）本出願は、２００３年８月２７日出願の米国仮特許出願番号第６０／４９８，０９１号、Ｌｉｎｋらによる発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｐｅｃｉｅｓ」の利益を主張し、この出願は、本明細書に参考として援用される。
【0002】
（発明の分野）本発明は、一般に流体種制御のためのシステム及び方法に関し、具体的には流体種の電子的制御のシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0003】
発明の背景流体の移送、製品製造、解析などの目的で所望の構成の流体流、不連続な流体流、小滴、粒子、散布等を形成するための流体処理は、比較的よく研究されている技術である。例えば、直径が１００ミクロンより小さい高単分散ガス泡は、毛管流動集束と呼ばれる技法を用いて生成される。この技法では、ガスが毛管チューブから液体槽に押し出され、チューブは小さな開口部の上に置かれ、その開口部を通る外部液体の縮流が、ガスを細い噴流に集束し、続いて、毛管が不安定であるために、おむね同等なサイズの泡に分離する。関連する技法において、同様な処理方法を使って、空中に液滴を生成することができる。
【0004】
非特許文献１は、層状加速ガス流による、微細スプレーを生成する微視的な液体線流の形成を説明している。非特許文献２は、２つのマイクロ流体チャンネル間の「Ｔ」接合点において、水をオイル流中に導入することによって、マイクロ流体交差流を介して連続したオイル相の中に不連続の水相を形成することを説明している。
【0005】
２０００年９月１９日に発行された特許文献１は、例えば、生体液分析において、流体媒体中の微視的粒子を解析するため、第一及び第二サンプル流体を空間的に閉じ込める流体集束チャンバを持つマイクロ加工された装置を記載している。２０００年９月１２日に発行された特許文献２は、マイクロジェットの形成、及びマイクロジェットの分離を介した単分散エアゾールの形成を記載している。２００１年２月１３日に発行された特許文献３は、２つの不混和性の流体の相互作用により生成される、サイズが約１から約５ミクロンの範囲の噴霧粒を記載している。２００１年６月１９日に発行された特許文献４は、マイクロジェット及びマイクロジェットが解離するときに形成される単分散エアゾールを使った、食品への導入のための粒子の生成を記載している。
【0006】
マイクロ流体システムは、さまざまな背景、典型的には小型の実験（例、臨床）分析を背景として記載されてきた。他の用途についても同様に記載されている。例えば、アンダーソンらにより２００１年１１月２９日に公表された特許文献５は、生体物質及び細胞のような材料の表面のパターンを取得するために使用可能なマルチレベルのマイクロ流体システムを記載している。他の論文は、バルブ、スイッチ、及び他の部品を含むマイクロ流体システムを記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】米国特許第６，１２０，６６６号明細書
【特許文献2】米国特許第６，１１６，５１６号明細書
【特許文献3】米国特許第６，１８７，２１４号明細書
【特許文献4】米国特許第６，２４８，３７８号明細書
【特許文献5】国際公開第０１／８９７８９号パンフレット
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】Ｇａｎａｎ−Ｃａｌｖｏ、「Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｔｈｒｅａｄｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｎ−ｓｉｚｅｄ Ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｓｐｒａｙｓ ａｎｄ Ｇａｓ Ｓｔｒｅａｍ」、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．、第８０巻、第２号、１９９８年１月１２日
【非特許文献2】Ｔｈｏｓｅｎら、「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｖｅｓｉｃｌｅ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ」、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．、第８６巻、第１８号、２００１年４月３０日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
マクロ又はマイクロ流体スケールにおける動力学は大幅に進展してきてはいるが、さらに向上した技法及びそれらの技法による成果が必要である。
【課題を解決するための手段】
【0010】
（発明の要旨）本発明は、流体種の電子的制御のためのシステム及び方法に関する。特定の例において、本発明の主題は相互に関連する製品、特定の問題に対する代替解決方法、及び／又は、１つ以上のシステム及び／又は製品の複数の異なる用途に関連する。
【0011】
１つの様態において本発明は方法を提供する。実施形態のひとつのセットにおいて、方法は、マイクロ流体システムの中で、少なくとも２つの種を制御された仕方によって組み合わせる方法である。方法は、マイクロ流体システム中に一連の小滴の流れを準備する作業と、一連の小滴から第一小滴を選択して、第一小滴を一連の小滴中の他の少なくとも一部の小滴から分離する作業（第一小滴は、約１００ミクロンより小さな最大断面寸法を持ち、化学的、生物学的、又は生化学的第一種を含有する）と、一連の小滴から分離された第二小滴を準備する作業（第二小滴は、約１００ミクロンより小さな最大断面寸法を持ち、化学的、生物学的、又は生化学的第二種を含有する）と、第一小滴と第二小滴とを融合させることが可能な場所に導いて、第一及び第二小滴を一体の小滴に融合させる作業と、少なくとも第一小滴中の第一種及び第二小滴中の第二種が関与する反応を判別する作業とを含む。
【0012】
実施形態の別のセットによれば、方法は、マイクロ流体システムの中で、制御された仕方で小滴をソートする方法である。方法は、マイクロ流体システム中に一連の小滴の流れを準備する作業と、一連の小滴から第一小滴を選択して、第一小滴を一連の小滴中の他の少なくとも一部の小滴から分離する作業とを含む、特定の例において、第一小滴は、約１００ミクロンより小さな最大断面寸法を持つ。
【0013】
実施形態のさらなる別のセットにおいて、方法は、マイクロ流体システム中の１つ以上の小滴に電荷を与える方法である。マイクロ流体中に小滴を準備し、小滴に双極子モーメントを与える作業と、小滴双極子モーメントが存在する間に、小滴を、少なくとも２つのサブ小滴に分割し、サブ小滴の少なくとも１つは、元の小滴に与えられた双極子モーメントから生じた電荷を帯びるようにする作業とを、方法に含めることができる。
【0014】
実施形態のまださらなる別のセットにおいて、方法は、マイクロ流体システムの中で、少なくとも２つの種を結合させる方法である。方法は、マイクロ流体システムの中で少なくとも２つの小滴を準備し、それら小滴を電界に曝してこれにより小滴中に双極子モーメントを誘起させる作業と、誘起された双極子モーメントによる小滴−小滴間の引力を少なくとも部分的に介して、少なくとも２つの小滴を単一の小滴に融合させる作業とを含む。
【0015】
実施形態の別のセットによれば、方法は、第二液状流体に囲まれた第一流体に、少なくとも約１０−１４Ｃの電荷を生成する工程を含む。実施形態のさらなる別のセットによれば、方法は、第二液状流体に囲まれた第一流体に少なくとも約１０−９Ｎの電気力を印加する工程を含む。
【0016】
実施形態のさらなる別のセットで、第一流体は第一小滴及び第二小滴を含み、第二液状流体に囲まれている第一流体において、方法は、少なくとも約１０又は少なくとも約１００滴／秒の速度で第一及び第二小滴ソートすることを含む。実施形態のまださらなる別のセットにおいて、方法は、第二液状流体に囲まれた第一流体の小滴を準備し、小滴は第一種を含有する小滴と第一種を含有しない小滴との比率を持ち、小滴をソートして第一種を含有する小滴の第一種を含有しない小滴に対する比率を少なくとも２倍にする工程を含む。
【0017】
実施形態の別のセットで、第一流体は第一小滴及び第二小滴を含み、第二液状流体に囲まれている第一流体において、方法は、第二液状流体の流速をほとんど変えることなく第一及び第二小滴をソートすることを含む。実施形態のさらなる別のセットにおいて方法は、第二液状流体に囲まれた第一流体小滴を、電界を使って２つの小滴に分割する工程を含む。
【0018】
別の様態において、本発明は製品である。実施形態の１つのセットにおいて、製品は、第二液状流体に囲まれ、少なくとも約１０−１４Ｃの電荷を持つ第一流体小滴を含む。実施形態の別のセットにおいて、製品は第二液状流体に囲まれた第一流体を含む小滴を包含し、それら小滴の少なくとも約９０％は同一数の種成分で構成されている。
【0019】
実施形態のさらなる別の態様において、本発明は装置である。実施形態の１つのセットにおいて、装置は、マイクロ流体チャンネル、及びマイクロ流体チャンネル内に少なくとも約１Ｖ／マイクロメータの電界を生成するよう構築、配置された電界発生器を含む。
【0020】
実施形態のさらなる別の態様において、本発明は、本明細書に記載された１つ以上の実施形態を構築する方法を対象とする。実施形態のさらなる別のセットにおいて、本発明は、本明細書に記載された１つ以上の実施形態を使用する方法を対象とする。実施形態のさらなる別のセットにおいて、本発明は、本明細書に記載された１つ以上の実施形態を増進する方法を対象とする。
【0021】
本発明の他の利点及び斬新な特色は、以下の、本発明の限定されないさまざまな実施形態の詳細説明を、添付の図と併せて検討することにより、明らかとなろう。本明細書と参考として組み込まれた文書との間に矛盾した及び／又は一貫性がない開示が含まれている場合は、本明細書が優先するものとする。参考として組み込まれた２つ以上の出願の間に矛盾した及び／又は一貫性がない開示が含まれている場合は、より後に提出された出願が優先するものとする。（項目１）
マイクロ流体システムの中で、少なくとも２つの種を、制御された仕方で結合する方法であって、
一連の小滴を準備してマイクロ流体システムに流入させることと、
該一連の小滴から第一小滴を選択し、該第一小滴を、該一連の小滴の中の他の少なくとも一部の小滴から分離し、該第一小滴は約１００ミクロンより小さな最大断面寸法を有し、化学的、生物学的、又は生化学的第一種を含有するものとすることと、
該一連の小滴から分離された第二小滴を準備し、該第二小滴は約１００ミクロンより小さな最大断面寸法を有し、化学的、生物学的、又は生化学的第二種を含有するものとすることと、
該第一小滴及び／又は該第二小滴を、融合が可能な場所へ選択的に移動させ、該第一小滴と該第二小滴とが１つの結合小滴に融合できるようにすることと、
少なくとも、該第一小滴中の第一種と、該第二小滴中の第二種が関わる反応を判別することとを
含む方法。
（項目２）
マイクロ流体システム中で、制御された仕方で小滴をソートする方法であって、
一連の小滴を準備してマイクロ流体システムに流入させることと、
該一連の小滴から第一小滴を選択し、該第一小滴を上記一連の小滴中の他の少なくとも一部の小滴から分離し、該第一小滴は約１００ミクロンより小さな最大断面寸法を有するものとすることとを
含む方法。
（項目３）
項目２に記載の方法であって、上記一連の小滴から第二小滴を選択し、該第二小滴を、該一連の小滴の中の他の少なくとも一部の小滴から分離し、該第二小滴は約１００ミクロンより小さな最大断面寸法を有するものとすることとを
さらに含む方法。
（項目４）
項目２に記載の方法であって、上記第一小滴は、該小滴を形成する上記流体以外の化学的、生物学的、又は生化学的種を含有するものとする、方法。
（項目５）
項目２に記載の方法であって、上記第一小滴は、該小滴を形成する上記流体以外の化学的、生物学的、又は生化学的種を含有しないものとする、方法。
（項目６）
項目２に記載の方法であって、上記マイクロ流体システムに流入する複数の上記小滴を、該複数の小滴の各々について、含有されている特定の化学的、生物学的、又は生化学的種の量又は欠如を判別し、該小滴が第一量の上記種を含有するかあるいは種を含有しない場合には該小滴を第一チャンネルに導き、該小滴が第二量の該種を含有する場合には該小滴を第二チャンネルに導くことによって、ソートすることを含む方法。
（項目７）
マイクロ流体システムにおいて、１つ以上の小滴に対し電荷を与える方法であって、
マイクロ流体システム中に小滴を準備することと、
該小滴に双極子モーメントを与えることと、
該小滴を、双極子モーメントが存在する間に少なくとも２つのサブ小滴に分割し、該サブ小滴の少なくとも１つに、該最初の小滴に与えた上記双極子モーメントから生じた電荷を帯びさせることとを、
含む方法。
（項目８）
項目７に記載の方法であって、上記小滴は正味電荷を持たず、上記方法は、
該小滴を上記２つのサブ小滴に分割し、該サブ小滴の一方には正味負電荷を帯びさせ、他方には正味正電荷を帯びさせることを含む方法。
（項目９）
項目７に記載の方法であって、上記小滴を、チャンネルの交点において上記少なくとも２つのサブ小滴に分割することを含む方法。
（項目１０）
項目７に記載の方法であって、上記小滴を、チャンネル内の障害物において上記少なくとも２つのサブ小滴に分割することを含む方法。
（項目１１）
マイクロ流体システムの中で、少なくとも２つの小滴を結合させる方法であって、
マイクロ流体システム中に少なくとも２つの小滴を準備することと、
該小滴を電界に曝し、これにより該小滴内に双極子モーメントを誘起させることと、
該誘起された双極子モーメントによる小滴−小滴間の引力を、少なくとも一部は介して、該少なくとも２つの小滴を単一の小滴に融合することとを
含む方法。
（項目１２）
項目１１に記載の方法であって、上記電界誘起の双極子モーメントがなければ上記小滴は融合しないような条件の下で、上記小滴を融合させることを含む方法。
（項目１３）
第二液状流体に囲まれた第一流体上に少なくとも１０−１６Ｃの電荷を生成する工程を含む方法。
（項目１４）
項目１３に記載の方法であって、上記電荷は少なくとも約１０−１５Ｃである、方法。
（項目１５）
項目１３に記載の方法であって、上記電荷は少なくとも約１０−１４Ｃである、方法。
（項目１６）
項目１３に記載の方法であって、上記電荷は少なくとも約１０−１３Ｃである、方法。
（項目１７）
項目１３に記載の方法であって、上記電荷は少なくとも約１０−１２Ｃである、方法。
（項目１８）
項目１３に記載の方法であって、上記第一流体は親水性である、方法。
（項目１９）
項目１３に記載の方法であって、上記第二液状流体は疎水性である、方法。
（項目２０）
項目１３に記載の方法であって、上記第一流体は導電性である、方法。
（項目２１）
項目２０に記載の方法であって、上記第二液状流体は、上記第一流体よりも低い導電性を有する、方法。
（項目２２）
項目１３に記載の方法であって、上記第一流体の特性を判別することをさらに含む方法。
（項目２３）
項目２２に記載の方法であって、上記特性には蛍光特性が含まれる、方法。
（項目２４）
項目１３に記載の方法であって、上記生成工程は、上記第一流体に対し少なくとも約０．０１Ｖ／マイクロメータの電界を印加することを含む、方法。
（項目２５）
項目１３に記載の方法であって、上記生成工程は、上記第一流体に対し少なくとも約０．１Ｖ／マイクロメータの電界を印加することを含む、方法。
（項目２６）
項目１３に記載の方法であって、上記生成工程は、上記第一流体に対し少なくとも約１Ｖ／マイクロメータの電界を印加することを含む、方法。
（項目２７）
項目１３に記載の方法であって、上記第一流体はチャンネル内で処理される、方法。
（項目２８）
項目１３に記載の方法であって、上記第一流体はマイクロ流体チャンネル内で処理される、方法。
（項目２９）
項目１３に記載の方法であって、上記第一流体は少なくとも１つの細胞を含む、方法。
（項目３０）
項目１３に記載の方法であって、上記第一流体は小滴を含む、方法。
（項目３１）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約２００マイクロメータより小さい、方法。
（項目３２）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約１００マイクロメータより小さい、方法。
（項目３３）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約７５マイクロメータより小さい、方法。
（項目３４）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約５０マイクロメータより小さい、方法。
（項目３５）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約２５マイクロメータより小さい、方法。
（項目３６）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約１０マイクロメータより小さい、方法。
（項目３７）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１マイクロメータである、方法。
（項目３８）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約２マイクロメータである、方法。
（項目３９）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約５マイクロメータである、方法。
（項目４０）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１０マイクロメータである、方法。
（項目４１）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１５マイクロメータである、方法。
（項目４２）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約２０マイクロメータである、方法。
（項目４３）
項目３０に記載の方法であって、上記小滴の少なくとも一部は細胞を含む、方法。
（項目４４）
項目４３に記載の方法であって、少なくとも１つの細胞は被包されている、方法。
（項目４５）
項目３０に記載の方法であって、上記第一流体の特性に基づいて上記小滴の少なくとも一部をソートすることをさらに含む方法。
（項目４６）
項目４５に記載の方法であって、上記特性は蛍光特性を含む、方法。
（項目４７）
項目４５に記載の方法であって、少なくとも約１０滴／秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
（項目４８）
項目４５に記載の方法であって、少なくとも約１００滴／秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
（項目４９）
項目４５に記載の方法であって、少なくとも約１０００滴／秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
（項目５０）
項目４５に記載の方法であって、少なくとも約１０，０００滴／秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
（項目５１）
項目４５に記載の方法であって、少なくとも約１００，０００滴／秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
（項目５２）
少なくとも約１０−１６Ｃの電荷を持ち、第二流体液体に囲まれた第一流体小滴を含む製品。
（項目５３）
項目５２に記載の製品であって、上記電荷は約１０−１５Ｃである、製品。
（項目５４）
項目５２に記載の製品であって、上記電荷は約１０−１４Ｃである、製品。
（項目５５）
項目５２に記載の製品であって、上記電荷は約１０−１３Ｃである、製品。
（項目５６）
項目５２に記載の製品であって、上記電荷は約１０−１２Ｃである、製品。
（項目５７）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の直径は約２００マイクロメータより小さい、製品。
（項目５８）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の直径は約１００マイクロメータより小さい、製品。
（項目５９）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の直径は約７５マイクロメータより小さい、製品。
（項目６０）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の直径は約５０マイクロメータより小さい、製品。
（項目６１）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の直径は約２５マイクロメータより小さい、製品。
（項目６２）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の直径は約１０マイクロメータより小さい、製品。
（項目６３）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の直径は少なくとも約１マイクロメータである、製品。
（項目６４）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の直径は少なくとも約２マイクロメータである、製品。
（項目６５）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の直径は少なくとも約５マイクロメータである、製品。
（項目６６）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の直径は少なくとも約１０マイクロメータである、製品。
（項目６７）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の直径は少なくとも約１５マイクロメータである、製品。
（項目６８）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の直径は少なくとも約２０マイクロメータである、製品。
（項目６９）
項目５２に記載の製品であって、上記第一流体は親水性である、製品。
（項目７０）
項目５２に記載の製品であって、上記第二液状流体は疎水性である、製品。
（項目７１）
項目５２に記載の製品であって、上記第一流体は導電性である、製品。
（項目７２）
項目７１に記載の製品であって、上記第二液状流体は、第一流体よりも低い導電性を有する、製品。
（項目７３）
項目５２に記載の製品であって、上記第一流体は、チャンネルに包含されている、製品。
（項目７４）
項目５２に記載の製品であって、上記第一流体は、マイクロ流体チャンネルに包含されている、製品。
（項目７５）
項目５２に記載の製品であって、上記第一流体は細胞を含む、製品。
（項目７６）
項目５２に記載の製品であって、上記小滴の少なくとも一部は細胞を含む、製品。
（項目７７）
項目７６に記載の製品であって、少なくとも１つの細胞は被包されている、製品。
（項目７８）
マイクロ流体チャンネルと、
該マイクロ流体チャンネル内に少なくとも約０．０１Ｖ／マイクロメータの電界を生成するため構築、配置された電界発生器とを
含む装置。
（項目７９）
項目７８に記載の装置であって、上記電界は少なくとも約０．１Ｖ／マイクロメータである、装置。
（項目８０）
項目７８に記載の装置であって、上記電界は少なくとも約１Ｖ／マイクロメータである、装置。
（項目８１）
項目７８に記載の装置であって、上記電界発生器は少なくとも１つの電極を含む装置。
（項目８２）
項目７８に記載の装置であって、上記マイクロ流体チャンネルと交差する少なくとも２つの出口チャンネルをさらに含む装置。
（項目８３）
項目７８に記載の装置であって、上記マイクロ流体チャンネル内に第二電界を生成するため構築、配置された第二電界発生器をさらに含む装置。
（項目８４）
第二液状流体に囲まれた第一流体に少なくとも約１０−９Ｎの電気力を印加することを含む方法。
（項目８５）
項目８４に記載の方法であって、上記力は少なくとも約１０−８Ｎである、方法。
（項目８６）
項目８４に記載の方法であって、上記力は少なくとも約１０−７Ｎである、方法。
（項目８７）
項目８４に記載の方法であって、上記力は少なくとも約１０−６Ｎである、方法。
（項目８８）
項目８４に記載の方法であって、上記力は少なくとも約１０−５Ｎである、方法。
（項目８９）
項目８４に記載の方法であって、上記第一流体は親水性である、方法。
（項目９０）
項目８４に記載の方法であって、上記第二液状流体は疎水性である、方法。
（項目９１）
項目８４に記載の方法であって、上記第一流体は導電性である、方法。
（項目９２）
項目９１に記載の方法であって、上記第二液状流体は第一流体よりも低い導電性を有する、方法。
（項目９３）
項目８４に記載の方法であって、上記第一流体の特性を判別することをさらに含む方法。
（項目９４）
項目９３に記載の方法であって、上記特性には蛍光特性が含まれる、方法。
（項目９５）
項目８４に記載の方法であって、上記第一流体はチャンネル内で処理される、方法。
（項目９６）
項目８４に記載の方法であって、上記第一流体はマイクロ流体チャンネル内で処理される、方法。
（項目９７）
項目８４に記載の方法であって、上記第一流体は細胞を含む、方法。
（項目９８）
項目８４に記載の方法であって、上記第一流体は小滴を含む、方法。
（項目９９）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約２００マイクロメータより小さい、方法。
（項目１００）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約１００マイクロメータより小さい、方法。
（項目１０１）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約７５マイクロメータより小さい、方法。
（項目１０２）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約５０マイクロメータより小さい、方法。
（項目１０３）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約２５マイクロメータより小さい、方法。
（項目１０４）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約１０マイクロメータより小さい、方法。
（項目１０５）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１マイクロメータである、方法。
（項目１０６）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約２マイクロメータである、方法。
（項目１０７）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約５マイクロメータである、方法。
（項目１０８）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１０マイクロメータである、方法。
（項目１０９）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１５マイクロメータである、方法。
（項目１１０）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約２０マイクロメータである、方法。
（項目１１１）
項目９８に記載の方法であって、上記小滴の少なくとも一部は細胞を含む、方法。
（項目１１２）
項目１１１に記載の方法であって、少なくとも１つの細胞は被包されている、方法。
（項目１１３）
項目９８に記載の方法であって、上記第一流体の特性に基づいて上記小滴の少なくとも一部をソートすることをさらに含む方法。
（項目１１４）
項目１１３に記載の方法であって、上記特性は蛍光特性を含む、方法。
（項目１１５）
項目１１３に記載の方法であって、少なくとも約１０滴／秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
（項目１１６）
項目１１３に記載の方法であって、少なくとも約１００滴／秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
（項目１１７）
項目１１３に記載の方法であって、少なくとも約１０００滴／秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
（項目１１８）
項目１１３に記載の方法であって、少なくとも約１０，０００滴／秒の速度で上記小滴をソートすることを含む方法。
（項目１１９）
第一流体は第一小滴及び第二小滴を含み、該第一流体は第二液状流体に囲まれている第一流体において、方法は、
該第一及び第二小滴を、少なくとも約１０滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目１２０）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約１００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目１２１）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約３００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目１２２）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約１，０００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目１２３）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約３，０００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目１２４）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約１０，０００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目１２５）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約３０，０００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目１２６）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約１００，０００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目１２７）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一流体は親水性である、方法。
（項目１２８）
項目１１９に記載の方法であって、上記第二液状流体は疎水性である、方法。
（項目１２９）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一流体は導電性である、方法。
（項目１３０）
項目１２９に記載の方法であって、上記第二液状流体は、上記第一流体よりも低い導電性を有する、方法。
（項目１３１）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一流体の特性を判別することを含む方法。
（項目１３２）
項目１３１に記載の方法であって、上記特性には蛍光特性が含まれる、方法。
（項目１３３）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一流体はチャンネル内で処理される、方法。
（項目１３４）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一流体はマイクロ流体チャンネル内で処理される、方法。
（項目１３５）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一流体は細胞を含む、方法。
（項目１３６）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約２００マイクロメータより小さい、方法。
（項目１３７）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約１００マイクロメータより小さい、方法。
（項目１３８）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約７５マイクロメータより小さい、方法。
（項目１３９）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約５０マイクロメータより小さい、方法。
（項目１４０）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約２５マイクロメータより小さい、方法。
（項目１４１）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約１０マイクロメータより小さい、方法。
（項目１４２）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１マイクロメータである、方法。
（項目１４３）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約２マイクロメータである、方法。
（項目１４４）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約５マイクロメータである、方法。
（項目１４５）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１０マイクロメータである、方法。
（項目１４６）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１５マイクロメータである、方法。
（項目１４７）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約２０マイクロメータである、方法。
（項目１４８）
項目１１９に記載の方法であって、上記小滴の少なくとも一部は細胞を含む、方法。
（項目１４９）
項目１４８に記載の方法であって、少なくとも１つの細胞は被包されている、方法。
（項目１５０）
項目１１９に記載の方法であって、上記第一小滴と第二小滴とを区別することを含む方法。
（項目１５１）
第二液状流体に囲まれた第一流体を含む小滴を含み、該小滴の少なくとも約９０％は各々、そこに含まれている同一数の種の成分から成る、製品。
（項目１５２）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴各々の少なくとも約９５％は、そこに含まれている同一数の種の成分から成る、製品。
（項目１５３）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の少なくとも約９７％は各々、そこに含まれている同一数の種の成分から成る、製品。
（項目１５４）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の少なくとも約９９％は各々、そこに含まれている同一数の種の成分から成る、製品。
（項目１５５）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は約２００マイクロメータより小さい、製品。
（項目１５６）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は約１００マイクロメータより小さい、製品。
（項目１５７）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は約７５マイクロメータより小さい、製品。
（項目１５８）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は約５０マイクロメータより小さい、製品。
（項目１５９）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は約２５マイクロメータより小さい、製品。
（項目１６０）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は約１０マイクロメータより小さい、製品。
（項目１６１）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１マイクロメータである、製品。
（項目１６２）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約２マイクロメータである、製品。
（項目１６３）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約５マイクロメータである、製品。
（項目１６４）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１０マイクロメータである、製品。
（項目１６５）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１５マイクロメータである、製品。
（項目１６６）
項目１５１に記載の製品であって、上記第一流体は親水性である、製品。
（項目１６７）
項目１５１に記載の製品であって、上記第二液状流体は疎水性である、製品。
（項目１６８）
項目１５１に記載の製品であって、上記第一流体は導電性である、製品。
（項目１６９）
項目１６８に記載の製品であって、上記第二液状流体は、第一流体よりも低い導電性を有する、製品。
（項目１７０）
項目１５１に記載の製品であって、上記第一流体は、チャンネルに包含されている、製品。
（項目１７１）
項目１５１に記載の製品であって、上記第一流体は、マイクロ流体チャンネルに包含されている、製品。
（項目１７２）
項目１５１に記載の製品であって、上記成分は細胞である、製品。
（項目１７３）
項目１５１に記載の製品であって、上記成分は分子である、製品。
（項目１７４）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の各々はそこに含まれている１０未満の成分で構成される、製品。
（項目１７５）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の各々はそこに含まれている５未満の成分で構成される、製品。
（項目１７６）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の各々はそこに含まれている３未満の成分で構成される、製品。
（項目１７７）
項目１５１に記載の製品であって、上記小滴の各々はそこに含まれている１成分で構成される、製品。
（項目１７８）
第二液状流体に囲まれた第一流体の小滴を準備し、該小滴は、該第一種を含有しない小滴に対する第一種を含有する小滴のある比率を有するものとすることと、
該小滴をソートして、該第一種を含有しない小滴に対する該第一種を含有する小滴の該比率を少なくとも約２倍に増加させることとを
含む方法。
（項目１７９）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０倍に増加する方法。
（項目１８０）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約３０倍に増加する方法。
（項目１８１）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１００倍に増加する方法。
（項目１８２）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約３００倍に増加する方法。
（項目１８３）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０００倍に増加する方法。
（項目１８４）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０４倍に増加する方法。
（項目１８５）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０５倍に増加する方法。
（項目１８６）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０６倍に増加する方法。
（項目１８７）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０７倍に増加する方法。
（項目１８８）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０８倍に増加する方法。
（項目１８９）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０９倍に増加する方法。
（項目１９０）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０１０倍に増加する方法。
（項目１９１）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０１１倍に増加する方法。
（項目１９２）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０１２倍に増加する方法。
（項目１９３）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０１３倍に増加する方法。
（項目１９４）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０１４倍に増加する方法。
（項目１９５）
項目１７８に記載の方法であって、上記比率を約１０１５倍に増加する方法。
（項目１９６）
項目１７８に記載の方法であって、上記第一流体は親水性である、方法。
（項目１９７）
項目１７８に記載の方法であって、上記第二液状流体は疎水性である、方法。
（項目１９８）
項目１７８に記載の方法であって、上記第一流体は導電性である、方法。
（項目１９９）
項目１９８に記載の方法であって、上記第二液状流体は、上記第一流体よりも低い導電性を有する、方法。
（項目２００）
項目１７８に記載の方法であって、上記第一流体の特性を判別することを含む方法。
（項目２０１）
項目２００に記載の方法であって、上記特性には蛍光特性が含まれる、方法。
（項目２０２）
項目１７８に記載の方法であって、上記第一流体はチャンネル内で処理される、方法。
（項目２０３）
項目１７８に記載の方法であって、上記第一流体はマイクロ流体チャンネル内で処理される、方法。
（項目２０４）
項目１７８に記載の方法であって、上記第一流体は細胞を含む、方法。
（項目２０５）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約２００マイクロメータより小さい、方法。
（項目２０６）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約１００マイクロメータより小さい、方法。
（項目２０７）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約７５マイクロメータより小さい、方法。
（項目２０８）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約５０マイクロメータより小さい、方法。
（項目２０９）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約２５マイクロメータより小さい、方法。
（項目２１０）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約１０マイクロメータより小さい、方法。
（項目２１１）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１マイクロメータである、方法。
（項目２１２）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約２マイクロメータである、方法。
（項目２１３）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約５マイクロメータである、方法。
（項目２１４）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１０マイクロメータである、方法。
（項目２１５）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１５マイクロメータである、方法。
（項目２１６）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約２０マイクロメータである、方法。
（項目２１７）
項目１７８に記載の方法であって、上記小滴の少なくとも一部は細胞を含む、方法。
（項目２１８）
項目２１７に記載の方法であって、少なくとも１つの細胞は被包されている、方法。
（項目２１９）
第一流体は第一小滴及び第二小滴を含み、該第一流体は第二液状流体に囲まれている第一流体において、方法は、
該第二液状流体の流速を大きく変えることなく該第一小滴と第二小滴とをソートすることを含む方法。
（項目２２０）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約１０滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目２２１）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約１００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目２２２）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約３００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目２２３）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約１，０００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目２２４）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約３，０００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目２２５）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約１０，０００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目２２６）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一及び第二小滴を少なくとも約３０，０００滴／秒の速度でソートすることを含む方法。
（項目２２７）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一流体は親水性である、方法。
（項目２２８）
項目２１９に記載の方法であって、上記第二液状流体は疎水性である、方法。
（項目２２９）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一流体は導電性である、方法。
（項目２３０）
項目２２９に記載の方法であって、上記第二液状流体は、上記第一流体よりも低い導電性を有する、方法。
（項目２３１）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一流体の特性を判別することを含む方法。（項目２３２）
項目２３１に記載の方法であって、上記特性には蛍光特性が含まれる、方法。
（項目２３３）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一流体はチャンネル内で処理される、方法。
（項目２３４）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一流体はマイクロ流体チャンネル内で処理される、方法。
（項目２３５）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一流体は細胞を含む、方法。
（項目２３６）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約２００マイクロメータより小さい、方法。
（項目２３７）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約１００マイクロメータより小さい、方法。
（項目２３８）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約７５マイクロメータより小さい、方法。
（項目２３９）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約５０マイクロメータより小さい、方法。
（項目２４０）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約２５マイクロメータより小さい、方法。
（項目２４１）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は約１０マイクロメータより小さい、方法。
（項目２４２）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１マイクロメータである、方法。
（項目２４３）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約２マイクロメータである、方法。
（項目２４４）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約５マイクロメータである、方法。
（項目２４５）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１０マイクロメータである、方法。
（項目２４６）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約１５マイクロメータである、方法。
（項目２４７）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の平均直径は少なくとも約２０マイクロメータである、方法。
（項目２４８）
項目２１９に記載の方法であって、上記小滴の少なくとも一部は細胞を含む、方法。
（項目２４９）
項目２４８に記載の方法であって、少なくとも１つの細胞は被包されている、方法。
（項目２５０）
項目２１９に記載の方法であって、上記第一小滴と第二小滴とを区別することを含む方法。
（項目２５１）
第二液状流体に囲まれた第一流体小滴を、電界を使って２つの小滴に分割することを含む方法。
（項目２５２）
項目２５１に記載の方法であって、上記２つの小滴はほぼ同一の質量を持つ、方法。
（項目２５３）
項目２５１に記載の方法であって、上記２つの小滴はほぼ同一の体積を持つ、方法。
（項目２５４）
項目２５１に記載の方法であって、上記電界は少なくとも約０．０１Ｖ／マイクロメータの強度を持つ、方法。
（項目２５５）
項目２５１に記載の方法であって、上記電界は少なくとも約０．１Ｖ／マイクロメータの強度を持つ、方法。
（項目２５６）
項目２５１に記載の方法であって、上記電界は少なくとも約１Ｖ／マイクロメータの強度を持つ、方法。
（項目２５７）
項目２５１に記載の方法であって、上記第一流体は親水性である、方法。
（項目２５８）
項目２５１に記載の方法であって、上記第二液状流体は疎水性である、方法。
（項目２５９）
項目２５１に記載の方法であって、上記第一流体は導電性である、方法。
（項目２６０）
項目２５９に記載の方法であって、上記第二液状流体は第一流体よりも低い導電性を有する、方法。
（項目２６１）
項目２５１に記載の方法であって、上記第一流体はチャンネル内で処理される、方法。
（項目２６２）
項目２５１に記載の方法であって、上記第一流体はマイクロ流体チャンネル内で処理される、方法。
（項目２６３）
項目２５１に記載の方法であって、上記小滴の直径は約２００マイクロメータより小さい、方法。
（項目２６４）
項目２５１に記載の方法であって、上記小滴の直径は約１００マイクロメータより小さい、方法。
（項目２６５）
項目２５１に記載の方法であって、上記小滴の直径は約７５マイクロメータより小さい、方法。
（項目２６６）
項目２５１に記載の方法であって、上記小滴の直径は約５０マイクロメータより小さい、方法。
（項目２６７）
項目２５１に記載の方法であって、上記小滴の直径は約２５マイクロメータより小さい、方法。
（項目２６８）
項目２５１に記載の方法であって、上記小滴の直径は約１０マイクロメータより小さい、方法。（項目２６９）
項目２５１に記載の方法であって、上記小滴の直径は少なくとも約１マイクロメータである、方法。
（項目２７０）
項目２５１に記載の方法であって、上記小滴の直径は少なくとも約２マイクロメータである、方法。
（項目２７１）
項目２５１に記載の方法であって、上記小滴の直径は少なくとも約５マイクロメータである、方法。
（項目２７２）
項目２５１に記載の方法であって、上記小滴の直径は少なくとも約１０マイクロメータである、方法。
（項目２７３）
項目２５１に記載の方法であって、上記小滴の直径は少なくとも約１５マイクロメータである、方法。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明の限定されない実施形態を、図を参照しながら例示により説明するが、図は概略図であり正確な比率で描くよう意図されていない。これらの図において提示された、同一又はほとんど同一の各構成要素は、通常、単一の数字で示す。明瞭にするため、あらゆる図のあらゆる構成要素には標識をしておらず、当業者が本発明を理解する上で図示の必要がない場合、本発明の各実施形態のあらゆる構成要素は示してはいない。
【0024】
（発明の詳細な説明）本発明は、一般に、通常、液体（例、懸濁液）に囲まれた流体種の制御及び処理に関する。本発明のさまざまな様態は、流体小滴を形成すること、小滴を複数の小滴に分割すること、小滴上に電荷を生成すること、小滴に双極子を誘起すること、小滴を結合又は融合させること、小滴内で混和を生じさせること、小滴をソート及び／又は分離すること、ならびに／もしくは、小滴及び／又は小滴内の成分を感知及び／又は判別することに関する。また、これらの、及び／又は他の流体種を制御、処理するシステム及び方法の組み合わせも、例えば、リンクらにより２００３年８月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／４９８，０９１号、ストーンらにより２００２年６月２８日に出願された米国仮特許出願第６０／３９２，１９５号；リンクらにより２００２年１１月５日に出願された米国仮特許出願第６０／４２４，０４２号；１９９６年４月３０日にクマーらに授与された米国特許第５，５１２，１３１号；ホワイトサイズらにより１９９６年６月２６日に公表された国際特許公報ＷＯ９６／２９６２９号；２００２年３月１２日にキムらに授与された米国特許第６，３５５，１９８号；アンダーソンらにより２００１年５月２５日に国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／１６９７３号として出願され、２００１年１１月２９日に公示されたＷＯ０１／８９７８７号；ストーンらにより２００３年６月３０日に国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０３／２０５４２号として出願され、２００４年１月８日に公示されたＷＯ２００４／００２６２７号；リンクらにより２００４年４月９日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０９０３号；及びリンクらにより２００３年４月１０日に出願された米国仮特許出願第６０／４６１，９５４号に描かれており、これらの各々は本明細書中に参考として援用される。
【0025】
本発明のさまざまな様態において、本明細書に開示する流体システムには、小滴形成システム、感知システム、コントローラ、及び／又は、小滴ソート及び／又は分離システム、又はこれらシステムの任意の組み合わせを含めることができる。このようなシステム及び方法は、特定の用途によって、任意の妥当な順序に位置させることができ、場合によって、例えば、２つ以上の小滴形成システム、２つ以上の小滴分離システム等といった所定のタイプの複数のシステムを使うことができる。配置の例として、本発明のシステムを、小滴を形成し、流体を希釈し、小滴内の種の濃度を制御し、小滴をソートして所望濃度の種又は成分を持つもの（例、各々が反応物質の一分子を含有する小滴）を選定し、個別の小滴を融合させて、個別の小滴に含有されている種の間で反応を起こさせ、１つ以上の小滴中の反応及び／又は反応速度を判別、等々をするように配置することができる。本発明に沿って、他の多くの配置を実施することができる。
【0026】
（小滴の生成／形成）本発明の１つの様態は液体に囲まれた流体の小滴を生成するためのシステム及び方法に関する。流体と液体とは、多くの場合、対象となる時間幅（例、流体小滴が特定のシステム又は装置を通って搬送される時間幅）において基本的に不混和である。ある場合において、後記でさらに説明するように、小滴をほとんど同一の形状とサイズにすることができる。また、流体に他の種、例えば特定の分子種（例、後記で論じるように）、細胞、粒子等を含有させることができる。
【0027】
実施形態の１つのセットにおいて、液体に囲まれている流体に電荷を生成することができ、これにより流体を液体内で個別の小滴に分離させることができる。特定の実施形態において、流体と液体とを、チャンネル例えばマイクロ流体チャンネル、又は、例えば液体に対する流体の移動を制限することによって流体に電界（「ＡＣ」交流、又は「ＤＣ」直流とすることができる）を印加しやすくした制限スペース、に置くことができる。そこで、流体を、個別に帯電した及び／又は電気的に誘導可能な、液体内の小滴として存在させることができる。１つの実施形態において、流体小滴に働く電気力を十分に大きくして小滴を液体内で移動させることができる。特定の例において、流体小滴に加えられる電気力を使って、液体内の小滴を所望の動きに、例えば、チャンネル又はマイクロ流体チャンネル（例、さらに本明細書で説明）等に、又はその中を導くことができる。１つの例として、図３Ａの装置５において、流体源１０から生成された小滴１５は、電界発生器２０が生成した電界を使って帯電される。
【0028】
任意の妥当な技法を使い、例えば、流体を電界（ＡＣ、ＤＣ等とすることができる）に置き、及び／又は、流体に電荷を帯びさせる反応、例えば化学反応、イオン反応、光触媒反応等を起こさせて、液体中の流体中に電荷を生成することができる。１つの実施形態において、流体は導電体である。本明細書で用いる「導電体」とは、少なくとも約１８メガオーム水（Ｍオーム又はＭΩ）導電率の導電率を持つ材料である。流体を囲む液体が、流体よりも低い導電率を有するようにすることができる。例えば、液体を、流体に対する絶縁体とする、あるいは、少なくとも「漏電性絶縁体」すなわち、液体が、短時間の間、流体を少なくとも部分的に電気絶縁できるようにすることができる。当業者は、流体の導電率を識別することができよう。１つの限定されない実施形態において、流体を実質的に親水性とし、流体を囲む液体を疎水性とすることができる。
【0029】
特定の実施形態において、流体（例えば、一連の流体小滴）に生成される電荷を、少なくとも約１０−２２Ｃ／マイクロメータ３とすることができる。ある例において、電荷を少なくとも約１０−２１Ｃ／マイクロメータ３とすることができ、他の例においては、電荷を、少なくとも約１０−２０Ｃ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１９Ｃ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１８Ｃ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１７Ｃ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１６Ｃ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１５Ｃ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１４Ｃ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１３Ｃ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１２Ｃ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１１Ｃ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１０Ｃ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−９Ｃ／マイクロメータ３、又はそれ以上とすることができる。ある実施形態においては、流体に生成する電荷を、少なくとも約１０−２１Ｃ／マイクロメータ２、とすることができ、特定の例においては、電荷を、少なくとも約１０−２０Ｃ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−１９Ｃ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−１８Ｃ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−１７Ｃ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−１６Ｃ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−１５Ｃ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−１４Ｃ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−１３Ｃ／マイクロメータ２又はそれ以上とすることができる。他の実施形態において、電荷を少なくとも約１０−１４Ｃ／滴とし、特定の例において少なくとも約１０−１３Ｃ／滴とし、他の例では少なくとも約１０−１２Ｃ／滴、他の例では少なくとも約１０−１１Ｃ／滴、他の例では少なくとも約１０−１０Ｃ／滴、又はさらに他の例においては、少なくとも約１０−９Ｃ／滴とすることができる。
【0030】
特定の実施形態において、電界は、電界発生器、すなわち流体に印加可能な電界を生成することができる装置又はシステムによって生成される。電界発生器は、ＡＣ電界（すなわち、時間とともに規則的に変化する電界、例えば、正弦、のこぎり歯、方形波形）、ＤＣ電界（すなわち、時間的に一定の電界）、パルス電界等を生成することができる。チャンネル又はマイクロ流体チャンネル内に包含された流体内に電界を生成するように、電界発生器を構築、配置することができる。個別の実施形態によって、電界発生器を、チャンネル又はマイクロ流体チャンネルを含む流体システムと一体化することも、又はこれと別にすることもできる。ここで用いる「一体化」とは、相互に不可欠な複数構成要素の部分が、少なくとも１つの構成要素を切断又は壊すことなしに、相互を手動で分離することができないように連結されていることをいう。
【0031】
適切な電界（ＡＣ、ＤＣ等とすることができる）を生成する技法は、当業者に周知のものである。例えば、１つの実施形態において、電界は、一対の電極を通して電圧を印加することにより生成され、電極を流体システム上に配置、又はシステムに内蔵、及び／又は、電界の少なくとも一部が流体と相互作用するように流体に近接させて配置することができる。以下に限定はされないが、銀、金、銅、カーボン、プラチナ、銅、タングステン、すず、カドミウム、ニッケル、酸化インジウムすず（「ＩＴＯ」）等及びこれらの組み合わせを含め、当業者に周知の適切な任意の電極材料で電極を構成することができる。特定の例において、透明又はほぼ透明な電極を使用することができる。ある実施形態において、流体への印加電界を、少なくとも約０．０１Ｖ／マイクロメータ、また特定の例においては、少なくとも約０．０３Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約０．０５Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約０．０８Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約０．１Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約０．３Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約０．５Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約０．７Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約１Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約１．２Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約１．４Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約１．６Ｖ／マイクロメータ、又は少なくとも約２Ｖ／マイクロメータの強度を生成するように、電界発生器を構築し配置（位置付け）することができる。特定の実施形態において、例えば、少なくとも約２Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約３Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約５Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約７Ｖ／マイクロメータ、少なくとも約１０Ｖ／マイクロメータ又はそれ以上、さらに高い電界強度を使用することができる。
【0032】
特定の実施形態において、流体小滴に電界を印加し、小滴が電気力を受けるようにすることができる。特定の例において、流体小滴に働く電気力を少なくとも約１０−１６Ｎ／マイクロメータ３とすることができる。ある例においては、流体小滴に働く電気力をさらに大きくすることができ、例えば、少なくとも約１０−１５Ｎ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１４Ｎ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１３Ｎ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１２Ｎ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１１Ｎ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−１０Ｎ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−９Ｎ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−８Ｎ／マイクロメータ３、少なくとも約１０−７Ｎ／マイクロメータ３、又はそれ以上とすることができる。他の実施形態において、流体の表面積に対し流体小滴に働く電気力を、少なくとも約１０−１５Ｎ／マイクロメータ２とすることができ、ある例においては、少なくとも約１０−１４Ｎ／マイクロメータ２、特定の例においていは、少なくとも約１０−１３Ｎ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−１２Ｎ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−１１Ｎ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−１０Ｎ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−９Ｎ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−８Ｎ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−７Ｎ／マイクロメータ２、少なくとも約１０−６Ｎ／マイクロメータ２又はそれ以上とすることができる。さらに他の実施形態において、流体小滴に働く電気力を、少なくとも約１０−９Ｎ、少なくとも約１０−８Ｎ、少なくとも約１０−７Ｎ、少なくとも約１０−６Ｎ、少なくとも約１０−５Ｎ、少なくとも約１０−４Ｎ、又は、特定の例においてはそれ以上とすることができる。
【0033】
特定の実施形態において、流体小滴、例えば前述の電荷を有する流体小滴、に存在する電荷を、少なくとも部分的に中和するためのシステムと方法とを提供する。例えば、本明細書に記載するような技法を使って、流体小滴に電界を通過させ、及び／又はこれを電極近くに移動させて、電荷を少なくとも部分的に中和することができる。流体小滴が電界の外に出る（すなわち、電界が実質的に流体小滴に影響を及ぼすことができなくなる）及び／又はその他で電界が排除されると、流体小滴は電気的に中和され、及び／又は有する電荷が低減される。
【0034】
実施形態の別のセットにおいて、流体の個別小滴形成を誘導するような仕方で、チャンネルの寸法を変更することによって、チャンネル内で液体に囲まれた流体から流体の小滴を生成することができる。例えば、チャンネルを流れ方向に垂直に拡大し、流体がチャンネル壁に付着せず、個々の小滴形成するようにすることができ、又はチャンネルを流れ方向垂直に狭くして、強制的に流体が個々の小滴に凝結するようにすることができる。１つの例を図７Ａに示すが、この図で、チャンネル５１０は、液体５０５に囲まれた流体フロー５００（下向きに流れている）を含む。チャンネル５１０は５０１位置で狭くなり、流体５００が一連の個別流体小滴５１５を形成するようにさせている。また、他の実施形態において、内部の障害物を使って小滴の形成を生じさせることができる。例えば、バッフル、うね、内柱又は類似物を使って、流体を流体小滴に合体させるようにすることができる。
【0035】
特定の例において、チャンネルの寸法を時間的に変えて（例えば、機械的に、電気的に、空気圧で等）個別流体小滴の形成が生じるようにすることができる。例えば、チャンネルを機械的に収縮（「圧縮」）して小滴を形成させることができ、又は、例えば、動くバッフル、回転するブレード又は類似物を使い、流体の流れを機械的に乱して小滴を形成させることができる。限定はされない例として、図７Ｂにおいて流体５００は、チャンネル５１０を下方向に流れている。流体５００は、液体５０５に囲まれている。チャンネル５１０の近くに配置されるか、又はチャンネル５１０と一体になった圧電デバイス５２０は、チャンネル５１０を機械的に締め付け又は「圧縮」し、流体５００を個別の流体小滴５１５に分裂させる。
【0036】
実施形態のさらなる別のセットにおいて、本質的に相互に不混和性（対象とする時間範囲において不混和）の３つの流体を含むシステム中に、個別流体小滴を生成して維持することができ、このうち１つの流体は液体のキャリヤであり、第二流体及び第三流体は、液体キャリヤ中に個別流体小滴として交互に並んでいる。このようなシステムにおいて、第二及び第三流体を流体小滴の分離を確実にするため、必ずしも界面活性剤を必要としない。例として、図１４Ａを参照すると、チャンネル７００内で第一流体７０１及び第二流体７０２はどれぞれ液体キャリヤ７０５に搬送されている。第一流体７０１及び第二流体７０２は、チャンネル７００内で液体キャリヤ７０５にそれぞれ搬送され、一連の交互配置された個別小滴として交互に並んでいる。第一流体、第二流体及び液体キャリヤは本質的に相互に不混和なので、これら流体のどの２つも（又は３つすべての流体とも）小滴どうしの合体が生じることなしに接触することはできない。このようなシステム例の顕微鏡写真が図１４Ｂに示され、交互配置された個別小滴として存在し、各々液体キャリヤ７０５内に包含された第一流体７０１及び第二流体７０２が図示されている。
【0037】
本質的に相互に不混和な３つの流体を含むシステムの１つの例は、シリコンオイル、ミネラルオイル及び水溶液（水、又は中に溶解及び／又は懸濁させた他の種を含む水、例えば、食塩水、マグネシウム水溶液、粒子又は細胞又は同様物を含む懸濁水）である。システムの別の例は、シリコンオイル、フルオリカーボンオイル及び水溶液である。システムのさらなる別の例は、炭化水素（例、ヘキサデカン）、フルオリカーボンオイル及び水溶液である。これらの例において、これら流体のどれでも液体キャリヤとして用いることができる。適切なフルオロカーボンの、限定されない例には、オクタデカフルオロデカヒドロナフタレン
【0038】
【化1】
【0039】
【化2】
【0040】
液体に囲まれた流体小滴生成の他の例が、リンクらにより２００４年４月９日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０９０３号、及びストーンらにより２００３年６月３０日に国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／２０５４２号として出願され、２００４年１月８日に公示されたＷＯ２００４／００２６２７号に記載されており、これらの各々を参考として本明細書に組み込む。
【0041】
特定の実施形態において、流体小滴の各々をほぼ同一の形状及び／又はサイズとすることができる。形状及び／又はサイズを、例えば、小滴の平均直径又は他の特徴的寸法を測定することによって判別することができる。ここで用いる「判別」という用語は、一般に、種を、例えば定量的又は定性的に解析又は測定すること、及び／又は種の存在又は不在を検知することをいう。また、「判別」が、２つ以上の種の間の相互作用を、例えば定量的又は定性的に解析又は測定すること、及び／又は相互作用の存在又は不在を検知することをいうこともある。適切な技法の例には、以下に限定はされないが、赤外、吸収、蛍光、ＵＶ／可視光線、ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光分析）又はラマンのような分光法；重量法；偏光解析法；圧電測定；免疫測定；電気化学測定；光学密度測定のような光学的測定；円偏光二色法；擬電気光錯乱のような光錯乱測定；偏光分析法；屈折計法；又は濁度測定が含まれる。
【0042】
複数又は一連の小滴の「平均直径」は、各々の小滴の平均直径の算術平均である。当業者は、例えば、レーザ光錯乱、顕微鏡検査、又は他の知られた技法を使って、複数又は一連の小滴の平均直径（又は他の特徴的寸法）を判別することができよう。非球形の小滴の直径は、表面全体にわたって積分され、数学的に定義された小滴の平均直径である。一滴（及び／又は複数の又は一連の小滴）の直径を、例えば、約１ｍｍより小さく、さらに約５００マイクロメータより小さく、約２００マイクロメータより小さく、約１００マイクロメータより小さく、約７５マイクロメータより小さく、約５０マイクロメータより小さく、約２５マイクロメータより小さく、約１０マイクロメータより小さく、又は約５マイクロメータより小さくすることができる。また、平均直径を、少なくとも約１マイクロメータに、さらに少なくとも約２マイクロメータに、少なくとも約３マイクロメータに、少なくとも約５マイクロメータに、少なくとも約１０マイクロメータに、少なくとも約１５マイクロメータに、又は、場合によっては少なくとも約２０マイクロメータにすることができる。
【0043】
本発明の特定の実施形態において、流体小滴に追加の成分、例えば他の化学的、生化学的、又は生物学的成分（例、流体に溶解又は懸濁させて）、細胞、粒子、ガス、分子、又は類似物を包含させることができる。特定の例において、前記で説明したように、小滴をほぼ同じ形状又はサイズにすることができる。ある例において、本発明は、基本的にほぼ均一な数の種成分（分子、細胞、粒子等）で構成される小滴の生成を提供する。例えば、複数の又は一連の小滴の約９０％、さらに約９３％、約９５％、約９７％、約９８％、又は約９９％以上に、同一数の特定種の成分を含ませることができる。例えば、相当数の流体小滴を生成し、前記のように、各々に１成分、さらに２成分、３成分、４成分、５成分、７成分、１０成分、１５成分、２０成分、２５成分、３０成分、４０成分、５０成分、６０成分、７０成分、８０成分、９０成分、１００成分等々を包含させ、これら成分は分子又は高分子、細胞、粒子等とすることができる。特定の例において、小滴は、各々自由に、ある範囲の数の成分、例えば２０成分より少ない、１５成分より少ない、１０成分より少ない、７成分より少ない、５成分より少ない、又は場合によっては３成分より少ない成分を含有している。実施形態の１つのセットで、流体の小滴を包含する液体であって、その小滴の一部は対象種を含有しており一部は対象種を含有していない液体において、以下に説明するように、流体の小滴中から、種含有する流体の小滴を選別又はソートすることができ（例、前記のような蛍光法又は他の技法を使って）、特定の例においては、例えば前記のような、所定数又は所定数範囲の対象種成分を含有する流体小滴を選別又はソートすることができる。こうして、特定の例において、一部が種を含有し一部は含有しない複数の又は一連の流体小滴を、種を含有する小滴の比率を、例えば少なくとも約２倍、さらに少なくとも約３倍、少なくとも約５倍、少なくとも約１０倍、少なくとも約１５倍、少なくとも約２０倍、少なくとも約５０倍、少なくとも約１００倍、少なくとも約１２５倍、少なくとも約１５０倍、少なくとも約２００倍、少なくとも約２５０倍、少なくとも約５００倍、少なくとも約７５０倍、少なくとも約１０００倍、少なくとも約２０００倍、又は場合によって少なくとも約５０００倍以上に濃縮（又は減耗）することができる。他の例では、この濃縮（又は減耗）の比率を、少なくとも約１０４、少なくとも約１０５、少なくとも約１０６、少なくとも約１０７、少なくとも約１０８、少なくとも約１０９、少なくとも約１０１０、少なくとも約１０１１、少なくとも約１０１２、少なくとも約１０１３、少なくとも約１０１４、少なくとも約１０１５、又はそれ以上とすることができる。例えば、特定の種を含有する流体小滴を、さまざまな種を含有する流体小滴の集合体から選び取ることができ、この集合体は、約１０５、約１０６、約１０７、約１０８、約１０９、約１０１０、約１０１１、約１０１２、約１０１３、約１０１４、約１０１５又はそれ以上の種目が含まれる、例えば、ＤＮＡ集合体、ＲＮＡ集合体、たんぱく質集合体、コンビナトリアル、ケミストリ集合体等とすることができる。ある実施形態において、前記の後、後記するように例えば反応を開始させる又はこれを判別するために、種を有する小滴を融合させ、反応させ又は別途使用又は処理することができる。
【0044】
（小滴の分割）別の様態において、本発明は、流体小滴を２つ以上の小滴に分割するためのシステム及び方法に関する。流体小滴を、例えば前記のように液体で囲むことができ、特定の例においては、流体と液体とは本質的に不混和である。元の小滴を分割するため用いた条件いかんによって、元の流体小滴を分割して生成された２つ以上の小滴の各々をほぼ同一の形状及び／又はサイズとすることができ、もしくは、これら２つ以上の小滴を異なった形状及び／又はサイズとすることができる。多くの例において、元の流体小滴を分割するために用いる条件を、特定の仕方、例えば手動又は自動で制御することができる（例、後記で説明するようにプロセッサを使って）。特定の例において、複数の又は一連の流体小滴中の各小滴を他と関係なく制御することができる。例えば、一部の小滴を、均等な部分に又は不均等な部分に分割し、他の小滴は分割しないでおくことができる。
【0045】
実施形態の１つのセットによれば、電界印加を用いて流体小滴を分割することができる。電界をＡＣ電界、ＤＣ電界等とすることができる。この実施形態における流体小滴に、取り囲む液体よりも大きな導電性を持たせることができ、特定の例においては、流体小滴を中性に帯電させることができる。特定の実施形態において、元の流体小滴から生成された小滴はほぼ等しい形状及びサイズである。ある実施形態において、印加された電界中で、電荷を促して、流体小滴の内部から表面に移動し分布させることができ、これにより、小滴内部の電界の影響をキャンセルすることができる。特定の実施形態において、流体小滴の表面電荷に対しても、印加電界による力を影響させることができ、これにより反対極性の電荷が生じ、相互に反対の方向に移動する。特定の例において、電荷の移動によって、小滴を２つの別個の流体小滴に引き離すことができる。流体小滴に加える電界を、例えば、電界発生器の作用といった前記の技法を使って生成することができる。
【0046】
限定されない例として、電界が印加されていない図１Ａにおいて、チャンネル２３０に包含された流体小滴２１５は、周囲の液体に運搬され交点２４０に向かって流れ、チャンネル２５０及び２５５に導かれている。この例において、周囲液体は、チャンネル２５０及び２５５を等しい流速で流れる。こうして、流体小滴２１５は、交点２４０において、選好する方位又は方向性を持たず、周囲流体フローに従って等しい確率で出口チャンネル２５０及び２５５中に移動する。これに対し、図１Ｂにおいては、周囲液体は図１Ａと同じ流れ方であるが、流体小滴２１５は、印加された１．４Ｖ／マイクロメータの電界の影響を受けて、交点２４０において２つの小滴に分割され、新しい小滴２１６及び２１７を形成する。小滴２１６はチャンネル２５０の中を左に移動し、一方、小滴２１７はチャンネル２５５中を右に移動する。
【0047】
このプロセスの概要を図５に見ることができ、チャンネル５４０中の液体５３５に囲まれた中性流体小滴５３０は、電極５２６と５２７とによって生成された印加電界５２５の影響を受ける。電極５２６はチャンネル５４２の近傍に置かれ、電極５２７はチャンネル５４４の近傍に置かれる。電界５２５の影響を受けて流体小滴５３０内に電荷分離が誘起され、正電荷は小滴の一端に誘導され、一方、負電荷は小滴の他方の端に誘導される。そこで小滴を負に帯電した小滴５４５と、正に帯電した小滴５４６とに分割することができ、これらはそれぞれチャンネル５４２と５４４とに進む。特定の例において、前記したように、生成された帯電小滴上の電荷の１つ又は両方を中和することもできる。
【0048】
流体小滴を２つの小滴に分割する他の例が、リンクらにより２００４年４月９日に出願された国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０９０３号；リンクらにより２００３年８月２７日に出願された米国仮特許出願番号６０／４９８，０９１号；及びストーンらにより２００３年６月３０日に国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／２０５４２として出願され、２００４年１月８日に公示されたＷＯ２００４／００２６２７号美記載されており、これらを参考として本明細書に組み込む。
【0049】
（小滴の融合）さらに別の様態において、本発明は、２つ以上の流体小滴を１つの小滴に結合又は融合するためのシステム及び方法に関する。例として、実施形態の１つのセットにおいて、例えば、組成、表面張力、滴サイズ、界面活性剤の存在又は不在等に起因して、通常は２つ以上の小滴の結合又は融合することができない場合に、２つ以上の小滴（例、流体の不連続な流れにより発生）を１つの小滴に結合又は融合させることを可能にするシステムと方法とを提供する。ある種のマイクロ流体システムにおいて、小滴のサイズと関連して、小滴の表面張力により小滴の結合又は融合が妨げられる場合がある。
【0050】
１つの実施形態において、２つの小滴に反対の電荷（正及び負電荷、必ずしも同じ強さではない）を与えることができ、これら電荷が２つの小滴の電気的相互作用を増大させこれらの反対電荷により、例えば前記の技法を使って、小滴の結合又は融合を可能にすることができる。例えば、小滴に電界を印加することができ、小滴にコンデンサを通過させることができ、化学反応によって小滴を帯電させることができる。一例として、概略的に図１３Ａに示すように、無帯電の小滴６５１及び６５２は、マイクロ流体チャンネル６５３内に包含された液体６５４に搬送され、相互に接触させられる、だが、小滴は、例えばそのサイズ及び／又は表面張力により結合又は融合できない。特定の例において、小滴の表面張力を低下させるために界面活性剤を加えたとしても、小滴が融合できないことがある。しかしながら、流体小滴が反対電荷（同一の強さにできるが必ずしもそうでなくてよい）に帯電していれば、小滴は結合又は融合することができる。例えば、図１３Ｂにおいて、正に帯電した小滴６５５及び負に帯電した小滴６５６は、一様に、お互いの方向に導かれ、反対電荷に帯電された小滴間の電気的相互作用によって、双方小滴は、融合体小滴６５７に融合される。
【0051】
別の実施形態において、流体小滴を必ずしも反対電荷に帯電させる必要はなく（ある場合には電荷をまったく与えないことも可能）流体小滴中に誘起され流体小滴を結合させる双極子を用いて、流体小滴を融合させる。図１３Ｃに示す例において、小滴６６０及び６６１（これらは、それぞれ荷電されていても中性でもよい）チャンネル６７０中で液体６６５に囲まれてチャンネルを通って移動し、印加電界６７５の影響を受ける。電界６７５をＡＣ電界、ＤＣ電界等とすることができ、例えば、この図に示すように電極６７６及び６７７を使って生成することができる。図１３Ｃに示すように、流体小滴の各々の中の誘起双極子によって、流体小滴が、それらの持つ部分的な反対電荷により相互に電気的に誘引され、小滴６６０と６６１とを融合させて小滴６６３を生成することができる。図１３Ｄの小滴６６０及び６６１もそうである。
【0052】
さまざまな実施形態において、２つ以上の小滴は、必ずしも「真向かいに」接触する必要なくして融合できることに注意すべきである。少なくとも初期の一部の融合が生じるならば、どのような角度でも差し支えない。１つの例として、図１２Ｈにおいて、小滴７３と７４とは各々ほぼ同一方向に（例えば、異なった速度で）進んでおり、接触し融合することができる。別の例として、図１２Ｉにおいて、小滴７３と７４はある角度で接触し融合する。図１２Ｊにおいて、３つの小滴７３、７４及び６８は会合し、融合して小滴７９を生成する。
【0053】
流体小滴の結合又は融合の他の例が、リンクらにより２００４年４月９日に出願された国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０９０３に記載されており、これを参考のため本明細書に組み込む。
【0054】
（小滴内部での混和）関連する様態において、本発明は、流体小滴内において生じる複数の流体の混和を可能にするシステムと方法とに関する。例えば、本発明のさまざまな実施形態において、前記のように、２つ以上の流体小滴の結合又は融合を可能にできるが、そこで、融合した小滴内の、２つ以上の元の流体小滴からの２つ以上の流体を混和させることができる。２つの小滴が結合又は融合した場合小滴内の完全な混和は直ちには生じないことに注意すべきである。そうでなく、例えば、図１２Ｂに示すように、融合した小滴は、当初は、（第一小滴７３からの）第一流体領域７１、（第二小滴７４からの）第二流体域７２によって形成されている。しかして、特定の例において、流体領域は、例えば、流体小滴内の内部「反転運動」流（図１２Ｇ中に小滴９６８で示し、方向を矢印９７７で示す）によって別個の領域のままになっており、図１２Ａに示すように、不均一な流体小滴７５を生じる。
【0055】
しかしながら、他の例において、流体小滴内の流体領域を、図７Ｂに示すように、相互に混和、反応又は他の方法で相互作用させることができ、混和した又は部分的に混和した流体小滴７８を得ることができる。自然的方法を通して、例えば、拡散（例、領域間の界面を通して）、流体相互の反応を通して、小滴内の流体の流れ（対流）等を通して混和を行うことができる。しかしながら、特定の例において、流体小滴の外部の特定のシステムを介して領域７１と７２との混和を促進することができる。例えば、流体小滴を、小滴の速度及び／又は動きの方向が変わるような１つ以上のチャンネル又は他のシステムを通過させることができる。方向の変化によって小滴内の対流のパターンを変化させ、これにより流体を少なくとも部分的に混和させることができる。例として、図１２Ｃにおいて、小滴７６にチャンネル内の１つ以上の屈曲部を通過させ、小滴７６内の流体を少なくとも部分的に混和させて、小滴７９を得ることができる、もしくは、小滴７６にチャンネル等の内部の１つ以上の障害を通過させることができる。別の例として、図１２Ｄにおいて、小滴７６にチャンネル内の１つ以上の拡大域７７を通過させ、小滴７６内の流体を少なくとも部分的に混和させて、小滴７９を得ることができる。図１２Ｅにおいて、小滴７６にチャンネル内の１つ以上の狭窄域６９を通過させ、小滴７６内の流体を少なくとも部分的に混和させて、小滴７９を得ることができる。また、組み合わせも可能である。例えば、図１２Ｆにおいて、小滴７６に屈曲部７０、拡大域７７及び狭窄域６９を通過させ、小滴内で流体域の混和を生じさせることができる。さらに別の例では、図１４Ｂ中のチャンネル７０６は、一連の屈曲部を含み、これにより、チャンネル７０６内の小滴内部の流体の混和を生じさせることができる。
【0056】
実施形態の１つのセットにおいて、流体を流体小滴に注入することができ、これにより注入されたされた流体と流体小滴内の他の流体とを混和することができる。特定の例において、例えばマイクロ針又は他の類似のデバイスを使って、流体を流体小滴にマイクロ注入することができる。他の例において、流体チャンネルを使い、流体小滴が流体チャンネルに接触した際に、流体を流体小滴に直接注入することができる。例えば、図１４Ｃを参照すると、チャンネル７５０は一連の流体小滴７６０を含む搬送液７５５を包含する。小滴７６１は流体チャンネル７５２に接触している。そこで、流体チャンネル７５２を通して、流体を流体小滴７６１に取り入れることができ、この流体を流体小滴７６１内の流体と同じもの又は異なるものとすることができる。
【0057】
小滴内の流体混和の他の例が、リンクらにより２００４年４月９日に出願された国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０９０３に記載されており、これを参考のため本明細書に組み込む。
【0058】
（小滴の選別／ソート）さらに別の様態で、本発明は、特定の例においては高い流速の、液体中の流体小滴を選別又はソートするためのシステムと方法とを提供する。例えば、小滴の特性を特定の方法（例、以下でさらに説明するような）で感知及び／又は判別することができ、そこで、例えばソート又は選別のために、装置の特定部位に導くことができる。
【0059】
特定の実施形態において、流体小滴の特性を、例えば本明細書に記載するような特定の方法で感知又は判別することができ（例、流体小滴の蛍光特性を判別することができる）、これに応じて、流体小滴に電界を印加したり、除去したりして、流体小滴を特定の部位（例、チャンネル）に導くことができる。特定の例において、本発明の所定システム及び方法を用いて、高いソート速度を達成することができる。例えば、特定の例において、秒あたり少なくとも約１０滴の、判別し及び／又はソートをすることができ、他の例においては、秒あたり少なくとも約２０滴、さらに秒あたり少なくとも約３０滴、秒あたり少なくとも約１００滴、秒あたり少なくとも約２００滴、秒あたり少なくとも約３００滴、秒あたり少なくとも約５００滴、秒あたり少なくとも約７５０滴、秒あたり少なくとも約１０００滴、秒あたり少なくとも約１５００滴、秒あたり少なくとも約２０００滴、秒あたり少なくとも約３０００滴、秒あたり少なくとも約５０００滴、秒あたり少なくとも約７５００滴、秒あたり少なくとも約１０，０００滴、秒あたり少なくとも約１５，０００滴、秒あたり少なくとも約２０，０００滴、秒あたり少なくとも約３０，０００滴、秒あたり少なくとも約５０，０００滴、秒あたり少なくとも約７５，０００滴、秒あたり少なくとも約１００，０００滴、秒あたり少なくとも約１５０，０００滴、秒あたり少なくとも約２００，０００滴、秒あたり少なくとも約３００，０００滴、秒あたり少なくとも約５００，０００滴、秒あたり少なくとも約７５０，０００滴、秒あたり少なくとも約１，０００，０００滴、秒あたり少なくとも約１，５００，０００滴、秒あたり少なくとも約２，０００，０００滴以上、又は、秒あたり少なくとも約３，０００，０００滴以上を、このような方法で、判別し及び／又はソートをすることができる。
【0060】
実施形態の１つのセットにおいて、（例えば、前記のように）小滴上に電荷を生成することによって、流体小滴を方向付けし、印加電界を使って小滴を導くことができ、電界をＡＣ電界、ＤＣ電界等とすることができる。例として、図２−４を参照すると、必要に応じ、電界を選択的に印加したり除去したりして（又は、例えば、図４Ａに示す逆電界のような、異なる電界を印加して）、流体小滴を特定の部位に導くことができる。特定の例において、流体小滴を包含する液の流れをほとんど変化させずに、必要に応じて電界を選択的に印加し、除去することができる。例えば、液体を、ほとんど定常状態ベース（すなわち、流体小滴を包含する液体平均流速は、液体の定常状態又は要求されるの流れの値から、時間的に２０％より小さいか又は１５％より小さくしか逸脱せず、特定の例では、逸脱は１０％より小さいか又は５％より小さい）又は他の所定ベースで、本発明の流体システムに通す（すなわち、チャンネル又はマイクロ、チャンネルを通す）ことができ、例えば電界を使って、流体システムを通る液流をほとんど変化させずに、液体内に含有される流体小滴をさまざまな部位に導くことができる。特定の例として、図２Ａ、３Ａ及び４Ａにおいて、流体小滴１５を包含する液体は、液源１０からチャンネル３０を通って交点４０に流れ、チャンネル５０及び５５を通って抜け出る。図２Ａにおいて、流体小滴１５はチャンネル５０及び５５の両方を通って導かれるが、図３Ａにおいては、流体小滴１５はチャンネル５５だけを通って導かれ、図４Ａにおいては、流体小滴１５はチャンネル５０だけに導かれる。
【0061】
実施形態の別のセットにおいて、流体小滴に双極子を誘起させる（初期的に帯電させておくことも無帯電とすることもできる）ことによって流体小滴をソート又は誘導し、印加電界を使って流体小滴をソート又は誘導することができる。電界はＡＣ電界、ＤＣ電界等とすることができる。例えば、図９Ａを参照すると、流体小滴５３０及び液体５３５を包含するチャンネル５４０は、チャンネル５４２及び５４４に分かれる。流体小滴５３０に電荷を帯びさせることも、無帯電とすることもできる。電極５２６はチャンネル５４２近傍に置かれており、電極５２７はチャンネル５４４近傍に置かれている。電極５２８はチャンネル５４０、５４２及び５４４の接合点近傍に置かれている。図９Ｃ及び９Ｄにおいて、電極５２６、５２７、及び／又は５２８を使って、流体小滴中に双極子が誘起される。図９Ｃにおいて、電極５２７と５２８とを用い、電界５２５を印加することによって、小滴５３０中に双極子を誘起する。電界の力によって、小滴は強く右に引かれチャンネル５４４に入る。同様に、図９Ｄにおいて、電極５２６と５２８とを用い、電界５２５を印加することによって、小滴５３０中に双極子が誘起され、これにより小滴をチャンネル５４２中に引き入れる。このように、妥当な電界を印加することによって小滴５３０を、所望通りに、チャンネル５４２又は５４４のいずれかに導くことができる。
【0062】
但し、他の実施形態において、本発明の流体システム内で、小滴を包含する液体の流れを変化させることによって流体小滴を選別又はソートすることができる。例えば、実施形態の１つのセットにおいて、流体小滴を囲んでいる液体を第一チャンネル、第二チャンネル等に導くことによって、流体小滴選別又はソートすることができる。限定されない例として、図１０Ａを参照すると、流体小滴５７０はチャンネル５８０中で液体５７５に囲まれている。製品５８０は３つのチャンネル５８１、５８２、及び５８３に分かれている。液体５７５の流れを、当業者に熟知のフロー制御デバイス、例えば、バルブ、ポンプ、ピストン等を使って、必要に応じチャンネル５８１、５８２、及び５８３のどれにでも導くことができる。このように、図１０Ｂにおいて、液体５７５をチャンネル５８１に流れるよう導くことによって、流体小滴５７０をチャンネル５８１に導く（矢印５７４で示す）。図１０Ｃにおいては、液体５７５をチャンネル５８２に流れるよう導くことによって、流体小滴５７０をチャンネル５８２に導き（矢印５７４で示す）、図１０Ｄにおいては、液体５７５をチャンネル５８３に流れるよう導くことによって、流体小滴５７０をチャンネル５８３に導く（矢印５７４で示す）。
【0063】
実施形態の別のセットにおいて、流体システム内の、例えば異なるチャンネル内又はチャンネルの異なる部分における圧力を制御して、流体小滴の流れを導くことができる。例えば、小滴を、先の流れ方向について複数の選択肢を持つチャンネル接合点に導くことができる（例、下流チャンネルの選択肢を設定するチャンネルの枝分かれ又は分岐への誘導）。１つ以上の選択肢下流チャンネルの圧力を制御し、小滴を選択的に１つのチャンネルに導くことができ、接合点に引き続き到着する小滴に対し必要な時間順序で圧力を変化させ、引き続く小滴各々のたどる下流経路を別個に制御することができる。１つの仕組みにおいて、液体貯蔵槽の膨張及び／又は収縮を使って、例えば、流体小滴を包含する液体の動きを方向付けることによって、流体小滴を誘導又はソートしてチャンネルに入れることができる。貯蔵槽が作動したときに、液体が望む方向に（流体小滴を望む方向に搬送しながら）流れるように、液体を動かすよう液体貯蔵槽を配置することができる。例えば、液体貯蔵槽の膨張により液体は貯蔵層の方向に流れ、液体貯蔵槽の収縮により、液体の流れが貯蔵層から遠ざかるようにすることができる。特定の例において、液体貯蔵槽の膨張及び／又は収縮を、例えば前記のような他のフロー制御デバイス及び方法と組み合わせることができる。液体貯蔵槽を膨張及び／又は収縮をさせることができるデバイスの、限定されない例には、ピストン及び圧電部品が含まれる。特定の例において、圧電部品は、例えば、電気信号に対する応答性など、比較的に速い反応時間のゆえに特に有用であろう。
【0064】
限定されない例として、図１１Ａにおいて、流体小滴６００はチャンネル６１０中の液体６０５に囲まれている。チャンネル６１０は、チャンネル６１１及び６１２に分かれている。チャンネル６１１及び６１２と流体がつながっている貯蔵槽６１７及び６１８があり、これらは、例えば、圧電部品６１５及び６１６、ピストン（図示せず）等により膨張及び／又は収縮させることができる。図１１Ｂにおいて、液体貯蔵槽６１７は膨張しており、液体貯蔵槽６１８は収縮している。貯蔵槽の膨張／収縮の影響により、矢印６０３で示すように液体の正味の流れはチャンネル６１１の方向となる。かくて、流体小滴６００はチャンネルの接合点に到達すると液体６０５の動きによってチャンネル６１１に導かれる。逆の状況が図１１Ｃに示されており、液体貯蔵槽６１７は収縮しており、液体貯蔵槽６１８は膨張している。液体の正味の流れはチャンネル６１２方向となり（矢印６０３で示す）、流体小滴６００をチャンネル６１２内に移動させる。ただし、流体小滴６００をチャンネル６１１又は６１２に導くために、貯蔵槽６１７及び６１８の双方が作動する必要はないことに注意されたい。例えば、１つの実施形態において、液体貯蔵槽６１７の膨張によって（貯蔵槽６１８に一切変化なく）、流体小滴６００をチャンネル６１１に導くことができ、別の実施形態においては、液体貯蔵槽６１８の収縮によって（貯蔵槽６１７に一切変化なく）、流体小滴６００をチャンネル６１１に導くことができる。特定の例において、２つより多い液体貯蔵槽を使用することができる。
【0065】
特定の実施形態において、流体小滴を２より多いチャンネルにソートすることができる。本発明の実施形態の、小滴の配分のため流体システム内に複数の部位を持つ限定されない例を、図６Ａ及び６Ｂに示す。他の仕組みを１０Ａ−１０Ｄに示す。図６Ａにおいて、電極３２１／３２２、３２３／３２４、及び３２５／３２６をそれぞれ使って電界を印加し、交点３４０、３４１、及び３４２において小滴の移動を制御することによって、チャンネル３３０中の帯電した小滴３１５を、必要に応じ出口チャンネル３５０、３５２、３５４、又は３５６のいずれにでも導くことができる。図６Ａでは、小滴３１５は、前記で説明したと同じ原理によって、印加電界３００及び３０１を使いチャンネル３５４に導かれる。同様に、図６Ｂにおいて、電極４２１／４２２、４２３／４２４、４２５／４２６、及び４２７／４２８をそれぞれ使って電界を印加し、交点４４０、４４１、４４２、及び４４３において小滴の移動を制御することによって、チャンネル４３０中の帯電した小滴４１５を、出口チャンネル４５０、４５２、４５４、４５６、又は４５８のいずれにでも導くことができる。この図では、小滴４１５はチャンネル４５４に導かれているが、当然ながら、必要に応じ帯電した小滴を他のどのチャンネルにでも導くことができる。
【0066】
別の例の、図２Ａに概略が図示された装置５において、流体源１０によって生成された流体小滴１５は、２つの電極２２、２４を含む電界発生器２０を使って生成された印加電界によって正に帯電されている。流体小滴１５は、小滴を包含する液体によってチャンネル３０を通って導かれ、交点４０に向かう。交点４０において、流体小滴は、選好する方位又は方向を持たず、等しい確率で出口チャンネル５０と５５とに移動する（この実施形態では、液体は、双方の出口チャンネル５０及び５５からほぼ等しい割合で排出される）。同様に、流体源１１０によって生成された流体小滴１１５は、２つの電極１２２、１２４を含む電界発生器１２０を使って生成された印加電界によって負に帯電されている。交点１４０に向かいチャンネル１３０を進んだ後、流体小滴は、選好する方位又は方向を持たず、液体がほぼ等しい割合で出口チャンネル１５０と１５５とを通って抜け出るので、等しい確率で出口チャンネル１５０及び１５５に移動する。交点１４０の代表的顕微鏡写真を図２Ｂに示す。
【0067】
図３Ａの概略図において、１．４Ｖ／マイクロメータの電界１００が、装置５の右に向かって図２Ａの装置５に印加されている。チャンネル３０中の正に帯電した流体小滴１５は、交点４０に達すると、印加電界１００によってチャンネル５５中を右に導かれ、一方、小滴を含有する液体は、継続してほぼ等しい割合で出口チャンネル５０と５５とを通って抜け出る。同様に、チャンネル１３０中の負に帯電した流体小滴１１５は、交点１４０に達すると、印加電界１００によってチャンネル１５０中を左に導かれ、一方、小滴を含有する液体は、継続してほぼ等しい割合で出口チャンネル１５０と１５５とを通って抜け出る。このように、電界１００を使って、必要に応じ、流体小滴を特定のチャンネルに導くことができる。交点１４０の代表的顕微鏡写真を図３Ｂに示す。
【0068】
図４Ａは、これも１．４Ｖ／マイクロメータの電界１００を持つ図２Ａの装置５の概略図であるであるが、方向が反対である（すなわち、−１．４Ｖ／マイクロメータ）。この図では、チャンネル３０中の正に帯電した流体小滴１５は、交点４０に達すると、印加電界１００によってチャンネル５０中を左に導かれ、チャンネル１３０中の負に帯電した流体小滴１１５は、交点１４０に達すると、印加電界１００によってチャンネル１５５中を右に導かれる。小滴を包含する液体は、ほぼ等しい割合で、出口チャンネル５０及び５５と、１５０及び１５５とを抜け出る。交点１４０の代表的顕微鏡写真を図４Ｂに示す。
【0069】
本発明の特定の実施形態において、例えば特定の用途によって、流体小滴をソートしたり及び／又は２つ以上の別個の小滴に分割したりすることができる。前記で説明した技法の任意のものを使って、小滴を分割及び／又はソートすることができる。限定されない例として、デバイス（又はその一部）に第一電界を印加（又は除去）することによって、流体小滴を第一部位又はチャンネルに導くことができ；デバイス（又はその一部）に第二電界を印加（又は除去）することによって、流体小滴を第二部位又はチャンネルに導くことができ；デバイス（又はその一部）に第三電界を印加（又は除去）することによって、流体小滴を第三部位又はチャンネルに導くこと等ができ、これら電界を、何らかの点で、例えば電界強度、方向、周波数、継続時間等を異なったものとすることができる。一連の小滴において、各小滴を個別にソート、及び／又は分割することができ、例えば、一部の小滴をどこかの場所に導くことができ、他の小滴を複数の小滴に分割して２箇所以上の場所に導くことができる。
【0070】
ある１つの例として、図８Ａにおいて、チャンネル５６０中の流体小滴５５０及び周囲液体５５５を、チャンネル５５６、チャンネル５５７に導くか、又は、何らかの方法でチャンネル５６２と５６４に分割することができる。図８Ｂにおいて、周囲液体５５５をチャンネル５６２に向かわせることによって、流体小滴５５０を左向きにチャンネル５６２内に導くことができ、図８Ｃにおいては、周囲液体５５５をチャンネル５６４に向かわせることによって、流体小滴５５０を右向きにチャンネル５６４内に導くことができる。図８Ｄにおいて、流体小滴５５０を取り囲む液体５５５の流れの制御と組み合わせて、電界を印加し、これにより小滴を接合点５６１に衝突させ、小滴を２つの別個の流体小滴５６５、５６６に分割することができる。流体小滴５６５はチャンネル５６２に導かれ、流体小滴５６６はチャンネル５６６に導かれる。印加電界の高度な制御を構築して小滴形成を制御することができ、例えば、流体小滴５６５が小滴５６５と５６６とに分割された後に、小滴５６５と５６６がほぼ同じサイズになるか、又は例えば図８Ｅ及び図８Ｆに示すように、小滴５６５と５６６のいずれかがより大きくなるようにすることができる。
【0071】
別の例として、図９Ａにおいて、流体小滴５３０及び液体５３５を搬送するチャンネル５４０は、チャンネル５４２と５４４に分かれる。流体小滴５３０を帯電させることも無帯電とすることもできる。電極５２６はチャンネル５４２の近傍に置かれ、電極５２７はチャンネル５４４の近傍に置かれる。電極５４８はチャンネル５４０、５４２及び５４４の接合点の近傍に置かれる。流体小滴５３０が接合点に達すると、小滴は電極の影響を受け、及び／又は、例えば取り囲む液体をチャンネルに向かわせるなどして、あるチャンネル又は他の部位に導かれる。図９Ｂに示すように、電極５２６及び５２７を使って、電界５２５を電極に印加することによって、流体小滴５３０を２つ別個の小滴５６５及び５６６に分割することができる。図９Ｃにおいて、電極５２７及び５２８を使って小滴に電界５２５を印加することによって、小滴５３０中に双極子を誘起することができる。印加された電界の力によって小滴は強く右に引き付けチャンネル５４４に入れることができる。同様に、図９Ｄにおいて、電極５２６及び５２８を使って小滴に電界５２５を印加することによって、小滴５３０中に双極子を誘起することができ、これにより小滴５３０をチャンネル５４２に引き入れることができる。どちらの電極を使って小滴５３０を通る電界を誘起するかによって、及び／又は印加される電界の強度を制御することによって、チャンネル５４０内の１つ以上の流体小滴を、ソートしたり及び／又は２つの小滴に分割することができ、また、各小滴を、他と関係なく自由にソート及び分割することができる。
【0072】
（小滴の感知；小滴の成分の感知）本発明の特定の様態において、流体小滴の１つ以上の特性、及び／又は流体小滴を包含する流体システムの一部（例、流体小滴を囲む液体）の特性を（流体小滴の１つ以上の特性を判別できるような方法で）、感知及び／又は判別することができるセンサを提供する。当業者には、小滴に関して判別可能で本発明で使えるような特性は明確であろう。このような特性の限定されない例には、蛍光特性、分光特性（例、光学、赤外線、紫外線等）、放射能、質量、体積、密度、温度、年度、ｐＨ、生体物質（例、たんぱく質、核酸等）のような物質の濃度、又は類似特性が含まれる。
【0073】
特定の例において、センサをプロセッサに接続し、これに、例えば、前記で説明したように、小滴をソートし、小滴に電荷を加え又は除去し、小滴を別の小滴と融合させ、小滴を分割し、小滴内で混和を生じさせること等によって、流体小滴に操作を施すことができる。例えば、センサによる流体小滴の測定に応じて、プロセッサは、流体小滴を分割したり第二流体小滴と融合させること等ができる。
【0074】
流体小滴と感知コミュニケーションを取るために、１つ以上のセンサ及び／又はプロセッサを配置することができる。本明細書で用いる「感知コミュニケーション」とは、流体システム内の（例、チャンネル内の）流体小滴及び／又は流体小滴を含む流体システム部分を何らかの方法で感知及び／又は判別することができるように、センサを必要箇所に配置することをいう。例えば、センサは、流体小滴及び／又は流体小滴を含む流体システム部分と、流体的に、光学的に、視覚的に、熱的に、空気圧的に、電子的に、又は類似の方法で感知コミュニケーションを取ることができる。センサを流体システムの最も近くに配置し、例えば、内蔵すなわちチャンネルの壁に一体化して結合するか、あるいは、流体システムとは別にして配置するが、流体小滴及び／又は流体小滴を含む流体システム部分（例、チャンネル又はマイクロチャンネル、流体小滴を包含する液体等）を感知及び／又は判別できるように、流体システムと電気的及び／又は光学的コミュニケーションを取れるようにする。例えば、センサを、小滴を包含するチャンネルと直接には一切接続させないが、赤外線、紫外線、又は可視光線のような、小滴又は流体システムから発生する電磁放射を検知するように配置することができる。電磁放射線を小滴に生成させ、及び／又は、流体システムの他の部分に（又は流体システムの外部で）発生させて、流体小滴及び／又は流体小滴を包含する流体システム部分と反応させ、例えば、吸収、反射、回折、屈折、蛍光、燐光、極性変化、相変化、時間的な変化等を通して流体小滴の１つ以上の特性を表すようにすることができる。例として、流体小滴及び／又は流体小滴を囲んでいる液体に向けてレーザを当て、流体小滴及び／又は周囲液体の蛍光特性を判別することができる。本明細書で用いる「感知コミュニケション」は、直接的にも間接的にもできる。例として、流体小滴からの光をセンサに導くこともでき、まず光ファイバ、システム、導波路等を通してからセンサに導くこともできる。
【0075】
本発明に有用なセンサの限定されない例には、光又は電磁気ベースのシステムが含まれる。例えば、センサを、蛍光センサ（例、レーザ誘導）、顕微鏡システム（カメラ又は他の記録装置を含めることができる）又は類似のものとすることができる。別の例として、センサを、電子センサ、例えば電界又は他の電気特性を判別できるセンサとすることができる。例えば、センサは、流体小滴及び／又は流体小滴を包含する流体システム部分の静電容量、インダクタンス等を検知することができる。
【0076】
本明細書で用いる「プロセッサ」又は「マイクロプロセッサ」は、１つ以上のセンサから信号を受理し、信号を格納し、及び／又は、例えば、数学式又は電子又は計算回路を使って、１つ以上の応答（例、前記のような）を命令することのできる一切の部品又は装置である。信号は、例えば、空気圧信号、電気信号、光信号、機械的信号等、センサが判別した環境ファクタを表すための、適切な任意の信号とすることができる。
【0077】
限定されない特定の例として、本発明のデバイスに、１つ以上の細胞を含有する流体小滴を包含させることができる。細胞を、蛍光信号マーカーに曝し、特定の条件が存在する場合、これと結合させることができる、例えば、マーカーは第一細胞種とは結合できるが第二細胞種とは結合できない、マーカーは表現されたたんぱく質に結合できる、マーカーは細胞の生存状態（細胞が生きてるか死んでるか）を示すことができる、マーカーは細胞の発達及び分化の状態を示すことができる等々が可能で、蛍光信号マーカーの存在／不在、及び／又は強度に基づき、本発明の流体システムを通して細胞を導くことができる。例えば、蛍光信号マーカーが識別されるものを、細胞を装置の１つの部位（例、収集チャンバ）に導くことができ、蛍光信号マーカーのないものを別の装置部位（例、廃棄チャンバ）に導くことができる。このように、この例では、１つ以上の判別可能な又は目標とできる細胞の特性をベースとして、細胞の集団を選別及び／又はソートすることができ、例えば、生存細胞、特定のたんぱく質を表現している細胞、特定の細胞種等を選別することができる。
【0078】
（定義）ここで、本発明のさまざまな名様態の理解の上で助力となる各種の定義を提示する。以下に、また及び散在して組み入れた定義事項は、本発明をさらに十分に説明するための追加開示である。前記したように、本発明のさまざまな様態は、流体に囲まれた（例、懸濁された）流体の小滴に関する。特定の用途に応じて、小滴を、ほぼ同じ形状及び／又はサイズ、又は異なった形状及び／又はサイズにすることができる。本明細書で用いる「流体」という用語は、一般に、流れる性質、容器の輪郭に適合する性向をもつ物質、すなわち液体、ガス、粘弾性的流体等をいう。典型的には、流体は、静的剪断応力に耐えられない材料であり、剪断応力が加わると、流体は連続的にどこまでも変形する。流体は、「流れる」ことが可能な任意の妥当な粘度を持つことができる。２つ以上の流体が存在する場合、当業者は、流体間の関係を考慮しながら、基本的にはどのような流体（液体、ガス、及び類似）からでも、他の流体と関係なく、各々の流体を選定することができる。流体は相互に混和性又は不混和性である。例えば、流体の流れ形成の時間枠内、又は反応又は相互作用の時間枠内で、基本的に不混和であるような２つの流体を選定することができる。一部を相当に長い期間液体中にとどめるのであれば、それら流体は本質的に不混和であるべきである。接触及び／又は形成の後、分散した部分が、重合又は同様な作用ですばやく硬化するような場合には、流体は不混和である必要はない。当業者は、接触角測定などを使って適切な混和性又は不紺和性の流体を選択して、本発明の技法を実施することができる。
【0079】
本明細書では、第二要素中を通るだけで、第一要素周りの二次元の閉ループを描ける場合に、第一要素は第二要素「囲まれている」ことになる。どの方向（ループの方位）かにかかわらず、第二要素を通るだけで第一要素の周りに閉ループを描ける場合、第一要素は「完全に囲まれている」ことになる。１つの実施形態において、例えば、第一要素は細胞であり、媒体に浮遊する細胞は、媒体に囲まれている。別の実施形態において、第一要素は粒子である。さらに別の実施形態において、第一要素は流体である。特定の例において、第二要素を流体とすることができる（例、懸濁状態又はエマルジョン等）、例えば、疎水性の液体を疎水性の液体中に懸濁させることができ、疎水性の液体を親水性の液体中に懸濁させることができ、ガス泡を液体中に浮遊させることができる、等々。一般に、疎水性の液体と親水性の液体とは、基本的には相互に不混和であり、親水性液体は、疎水性液体よりも、水に対する高い親和性を有する。親水性の液体の例には、以下に限定されないが、細胞又は生体媒質、食塩水等のような水及び水を含む水溶液、ならびに、エタノールのような他の親水性液体が含まれる。疎水性の液体の例には、以下に限定されないが、炭化水素のようなオイル、シリコンオイル、鉱物オイル、フッ化炭素オイル、有機溶剤等が含まれる。他の適切な流体の例は前記のとおりである。
【0080】
同様に、本明細書で用いる「小滴」とは、第二流体に完全に囲まれた第一流体の分離された一部である。小滴は必ずしも球状ではなく、例えば、環境にしたがって他の形状を取ることができることに注意すべきである。１つの実施形態において、小滴は、小滴が存在する流体の流れと垂直方向のチャンネルの最大寸法にほぼ等しい最小断面寸法を有する。
【0081】
前記のように、すべてではないが、一部の実施形態において、本明細書に記載した方法にマイクロ流体構成要素、例えば１つ以上のマイクロ流体チャンネルを含めることができる。本明細書で用いる「マイクロ流体」とは、長さと最大断面寸法との比が少なくとも３：１で、１ｍｍより小さい断面寸法を持つ、少なくとも１つのチャンネルを含むデバイス、装置又はシステムをいう。本明細書で用いる「マイクロ流体チャンネル」とは、これらの基準を満たすチャンネルをいう。チャンネルの「断面寸法」はチャンネル内の流れ方向と垂直に測定される。このように本発明のマイクロ流体実施形態中の流体チャンネルの一部又は全部を２ｍｍより小さい断面寸法とすることができ、特定の例においては１ｍｍより小さくできる。実施形態の１つのセットにおいて、本発明の実施形態を包含するすべての流体チャンネルは、マイクロ流体規模、又は最大断面寸法が２ｍｍ又は１ｍｍ以下である。特定の実施形態において、流体チャンネルを部分的に単一の構成要素で形成することができる。（例、エッチングされた基板、モールド、ユニット）。当然ながら、もっと大きなチャンネル、チューブ、チャンバ、貯蔵槽等を使って、流体を貯蔵、及び／又は本発明のさまざまな構成要素又はシステムの流体に配送することができる。実施形態の１つのセットにおいて、本発明の実施形態を含むチャンネルの最大断面寸法は、５００ミクロンより小さく、２００ミクロンより小さく、１００ミクロンより１００ミクロンより小さく、５０ミクロンより小さく、又は２５ミクロンより小さい。
【0082】
本明細書で用いる「チャンネル」とは、部品（基板）の上又はその中の、少なくとも部分的に流体の流れを導く機能をいう。チャンネルはどのような断面形状（円、楕円、三角、不規則形、矩形又は長方形、又は類似の形状）にもでき、カバーすることもしないこともできる。完全にカバーした実施形態において、チャンネルの少なくとも一部を、完全な閉鎖形にすること、もしくは、取り入れ口及び／又は取り出し口を除いて、その長さ全体にわたって完全な閉鎖形にすることができいる。また、チャンネルを少なくとも２：１、さらに典型的には、少なくとも３：１、５：１、１０：１、１５：１、２０：１、又はそれ以上のアスペクト比にすることができる。開放形チャンネルには、通常、流体の移送をし易くするための特徴、例えば、構造特徴（細長いくぼみ）及び／又は物理的又は化学的特徴（疎水性対親水性）、又は流体に力（例、封じ込め力）を働かせる他の特徴を含めることになる。チャンネル内の流体で、部分的又は完全に、チャンネルを満たすことができる。開放チャンネルが用いられる特定の例において、流体を、例えば、表面張力を使ってチャンネル内に保持することができる（凹又は凸形メニスカス）。
【0083】
チャンネルをどのようなサイズにも、例えば、流体流れと垂直方向最大寸法を約５ｍｍ又は２ｍｍより小さく、又は約１ｍｍより小さく、又は約５００ミクロンより小さく、さらに約２００ミクロンより小さく、約１００ミクロンより小さく、約６０ミクロンより小さく、約５０ミクロンより小さく、約４０ミクロンより小さく、約３０ミクロンより小さく、約２５ミクロンより小さく、約１０ミクロンより小さく、約３ミクロンより小さく、約１ミクロンより小さく、約３００ｎｍより小さく、約１００ｎｍより小さく、約３０ｎｍより小さく、又は約１０ｎｍより小さくすることができる。特定の例において、流体が、部品又は基板を通って自由に流れられるようにチャンネル寸法を選定することができる。また、例えば、特定の容積的又は線形的チャンネル内流速となるようにチャンネルの寸法を選択することもできる。当然ながら、当業者の知悉する任意の方法によって、チャンネルの数及びチャンネル形状を変えることができる。特定の例において、１つ以上のチャンネル又は毛細管を使うことができる。例えば、２つ以上のチャンネルを使って、それらを相互に入り込み配置、相互に隣接配置、相互に交差配置等させることができる。
【0084】
実施形態の１つのセットにおいて、流体小滴に、たんぱく質、ビールス、高分子、粒子等を含有させることができる。本明細書で用いる「細胞」は生物学で用いる通常の意味を持つ。細胞を任意の細胞種とすることができる。例えば、細胞を、バクテリア又は他の単細胞生物、植物細胞、又は動物細胞とすることができる。細胞が単細胞生物の場合、細胞を、例えば、原生動物、トリパノゾーマ、アメーバ、イースト細胞、藻類等とすることができる。細胞が動物細胞の場合、細胞を、例えば、無脊椎動物細胞（例、ショウジョウバエの細胞）、魚類細胞（例、ゼブラの細胞）、両生類細胞（例、蛙の細胞）、爬虫類細胞、鳥類細胞、又は霊長類細胞、牛属細胞、馬属細胞、豚属細胞、山羊属細胞、犬属細胞、猫細胞のような哺乳類細胞、もしくはラットやマウスのようなげっ歯類の細胞とすることができる。細胞が多細胞生物のものである場合、細胞を、生物のどの部位のものともすることができる。例えば、細胞が動物のものである場合、細胞を、心臓細胞、繊維芽細胞、ケラチン生成細胞、肝細胞、軟骨細胞、神経細胞、骨細胞、筋肉細胞、血液細胞、内皮細胞、免疫細胞（例、Ｔ細胞、Ｂ細胞、マクロファージ、好中球、好塩基球、肥満細胞、好酸球）、幹細胞等とすることができる。特定の例において、細胞を遺伝子組み換え細胞とすることができる。特定の実施形態において、細胞をチャイニーズハムスター由来の樹立細胞株（「ＣＨＯ」）又は３Ｔ３細胞とすることができる。
【0085】
（材料）本発明の特定の様態による、さまざまな材料及び方法を使って、本発明システムの前記構成要素のいずれをも形成することができる。特定の例において、選定されたさまざまな材料を各種の方法に役立てることができる。例えば、本発明の各種構成要素を固体材料で形成することができ、マイクロマシニング、回転塗布及び化学気相蒸着のような成膜処理、レザー加工、写真平板技法、化学液又はプラズマ処理を含むエッチング、及び類似技法によって、チャンネルを形成することができる。例えば、「サイエンティフィック・アメリカン」２４８：４４−４５５、１９８３年（エンジェルら）を参照すること。１つの実施形態において、流体システムの少なくとも一部は、シリコン・チップの必要部分をエッチングしたシリコンで形成される。シリコンから本発明の各種の流体システム及び装置を、高精度で効率的に加工するための技術はよく知られている。別の実施形態において、本発明のシステム及び装置のさまざまな構成要素をポリマー、例えば、ポリメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」又はテフロン（登録商標））のようなエラストマー・ポリマー、又は類似材料で形成することができる。
【0086】
異なる構成要素を異なる材料で製作することができる。例えば、底部壁及び側壁を含むベース部を、シリコン又はＰＤＭＳのような不透明材料で製作し、上面部を、流体プロセスの観察又は制御のため、ガラス又は透明ポリマーのような透明又は部分的に透明な材料で製作することができる。ベース支持材料が精度ある所望機能性を持たない場合、チャンネルの内部壁に接触する流体に所望の化学機能性を及ぼすため構成要素をコートすることができる。例えば、構成要素を説明したように製作し、その内壁に別の材料をコートすることができる。本発明のシステム及び装置の各種の構成要素、例えば流体チャンネルの内壁コートするのに用いた材料は、望ましくは、流体システムを通って流れる流体に悪影響を与えず、これからも悪影響受けないもの、例えば、装置内で使用される流体の存在に対して化学的に不活性な材料から選択することができる。
【0087】
１つの実施形態において、本発明の各種構成要素をポリマー及び／又は柔軟性及び／又はエラスマー材料で製作することができ、成型方式（例、レプリカ成型、インジェクション成型、キャスト成型等）によって加工を容易にするために、硬化性流体で便利に形成することができる。硬化性流体を、基本的には、流体ネットワーク内で使用を予定している流体を封じ込め及び／又は移送できる硬度に、硬化できる、あるいは自発的に硬化する任意の流体とすることができる。１つの実施形態において、硬化性流体は、ポリマー液又は液状ポリマー前駆体（プレポリマー）を含む。適切なポリマー液に、例えば、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、又は融点より高い温度に加熱されたこのようなポリマーの混合物を含めることができる。別の例として、適切な溶剤に溶融させ、例えば蒸発によって溶剤が除去されると固形ポリマー材料を形成する１つ以上のポリマーの溶液を、適切なポリマー液の中に含めることができる。例えば、融解させた状態から又は溶剤の蒸発によって硬化の可能な、こういったポリマー材料は当業者には熟知のものである。多様なポリマー材料は、その多くはエラストマーであるが、使用に適しており、また、１つ又は両方の成型マスターがエラストマー材料で構成されている実施形態において、成型品又は成型マスターの形成に適している。このようなポリマーの例の限定されないリストには、シリコン・ポリマー、エポキシ・ポリマー、及びアクリル・ポリマーの汎用クラスのポリマーが含まれる。エポキシ・ポリマーは、一般にエポキシ基１，２エポキシド、又はオキシランといわれる、３部分からなる環状エーテル基の存在で特徴付けられる。例えば、芳香族アミン、トリアジン及び油環式の基幹材ベースの合成物に、ビスフェノールＡのジグリシジル・エタノールを加えて使うことができる。別の例には、よく知られたノボラック・ポリマーが含まれる。本発明に夜使用に適したシリコン・エラストマーの限定されない例には、メチルクロロシラン、エチルクロロシラン、フェニルクロロシラン等といったクロロシラン類を含有する前駆体から形成されるものが含まれる。
【0088】
実施形態の１つのセットにおいて、シリコン・ポリマー、例えばシリコン・エラストマー・ポリジメチルシロキサンが望ましい。ＰＤＭＳの、限定はされない例には、ミシガン州ミッドランド、ダウケミカル社の商標「シルガード」、特にシルガード１８２、シルガード１８４及びシルガード１８６名で販売されているものが含まれる。ＰＤＭＳを含むシリコン・ポリマーは、本発明のマイクロ流体構造の製作を容易にするためのいくつかの有益な特質を有する。例えば、このような材料は、安価で簡単に入手でき、プレポリマー液を加熱処理することにより硬化することができる。例えば、ＰＤＭＳは、通常、プレポリマー液を、例えば、約６５℃から約７５℃の温度に、例えば、約１時間曝すことにより硬化できる。また、ＰＤＭＳのようなシリコン・ポリマーは、弾性的にすることができ、これによって、本発明の特定の実施形態で必要な、比較的高いアスペクト比で非常の小さな構造を形成するのには有用である。この点について、柔軟な（例、弾性のある）成型品又はマスターは有利である。
【0089】
ＰＤＭＳといったシリコン・ポリマーによって本発明のマイクロ流体構造のような構造を形成することの１つの利点として、例えば、エアプラズマのような酸素含有プラズマへの曝露によって、このようなポリマーを酸化させることができることがあり、これによって酸化された構造体は、その表面に、他の酸化されたシリコン・ポリマー表面、又は、さまざまな他のポリマー及び非ポリマー材料の酸化表面と架橋結合できる化学基を含有するようになる。こうして、構成要素を加工しこれを酸化させて、他のシリコン・ポリマー表面、又はシリコン・ポリマー酸化表面反応性のある他の基材の表面に、別の接着剤又は他の接着手段の必要なく、基本的に不可逆に接合をさせることができる。ほとんどの例では、接合させるための補助圧力を加える必要なく、単に、シリコン酸化面を別の面に接触させるだけで接合を完了することができる。すなわち、予備酸化されたシリコン表面は、適切な合わせ面に対して接合接着剤として機能する。特に、酸化されたＰＤＭＳのような酸化シリコンは、それ自体に不可逆的に接合するばかりでなく、例えば、ＰＤＭＳと同じような方法（例えば、酸素含有プラズマへの曝露）で酸化された、ガラス、シリコン、酸化シリコン、水晶、窒化ケイ素、ポリエチレン、ポリスチレン、ガラス炭素、及びエポキシポリマーを含むそれ自体と異なるさまざまな酸化材料と不可逆的に接合することができる。本発明に関連して有用な酸化及び接合方法ならびに成型技法は、論文、例えば、題名「Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ」、Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ、７０：４７４−４８０、１９９８（ダフィら）に記載されており、これは本明細書中に参考として援用される。
【0090】
本発明のマイクロ流体構造を酸化シリコン・ポリマーで形成する別の利点は、これらの表面を、通常のエラスマー・ポリマーよりもはるかに高い親水性にできることである（親水性のある内部面が必要な場合）。しかして、このような親水性のチャンネル内面は、通常の無酸化エラスマー・ポリマー又は他の疎水性の材料よりも、水溶液を満たし易く水溶液に濡れ易い。
【0091】
１つの実施形態において、底面壁は、１つ以上の側面壁又は上面壁あるいは他の構成要素と異なる材料で形成される。例えば、底面壁に、シリコン・ウエハ又はマイクロチップ、又は他の基板の表面を含めることができる。このような別の基板に対し、前記のように、他の構成要素を接合させることができる。異なる材料の基板（底面壁）に対しシリコン・ポリマーを含む構成要素を接合する必要がある場合、酸化シリコン・ポリマーが不可逆に接合可能な材料群（例、酸化された、ガラス、シリコン、酸化シリコン、水晶、窒化ケイ素、ポリエチレン、ポリスチレン、ガラス炭素、及びエポキシポリマーの表面）から基板を選定することができる。当業者には明白であろうが、これに換えて、以下に限定はされないが、別個の接着剤、熱ボンディング、溶剤ボンディング、紫外線溶接等を含めたの接合技法を用いることができる。
【実施例】
【0092】
下記の例は、本発明の特定の実施形態の説明を意図したものであって、本発明の全体範囲を体現するものではない。
【0093】
（実施例１）図１５Ａは、前記の特質の一部を持つ流体システムの例を示す。この例において、流体小滴はシステム８００（概略的に図１５Ａに示す）に取り入れられる。流体システム８００は、取り入れ領域８０１（「ａ」で標示）、分岐領域８０２（「ｂ」）、ポストを含む領域８０３（「ｃ」）、及び回収領域８０４（「ｄ」）を含む。取り入れ領域８０１は、液体８１５に包含された一連の小滴８１０を生成する。小滴は約２０マイクロメータの平均直径を持つ。この例では、液体は水であり、流体小滴は、約３ｗｔ％のＳＰＡＮ８０（界面活性剤）を含むヘキサデカンを含有する。一連の小滴が図１５Ｂに示されており、これは、図１５Ａに概略を示した取り入れ領域８０１の拡大図である。
【0094】
図１５Ｃにおいて、一連の分岐点（顕微鏡写真の左側に示す）は、流体小滴を一連のチャンネルに分流させている。小滴は、どの特定のチャンネルにも意図的に導かれていないので、小滴は、ランダムにチャンネルに分散されている。次に、小滴は、一連のポスト８１８を含む領域に移送される。この領域の拡大図を１５Ｄに示す。図から分かるように、個々の小滴は、界面活性剤が存在するため、個別の独自性を維持しており融合しない。図１５Ｅにおいて、小滴は回収領域８０４で回収される。
【0095】
（実施例２）この例において、マイクロ流体デバイスによる流体流れの高精度の操作を明らかにする。この技術は、微量の試薬を使いながら高処理能力の反応装置を可能にする。これらの反応装置はその規模が縮小するにつれ、表面吸収及び拡散による汚染の影響によって、使用可能最小量が制限されることがある。不混和性の搬送流体の中の小滴内に試薬を封じ込めることによってこのような制限を乗り越えることができるが、新しい流体処理技術が必要となる。電気的に取り扱える小滴の生成、高い効率の小滴融合、高い精度の小滴の分割及び再帯電、及び制御可能な小滴ソートを可能にする、帯電小滴と電界とに基づくプラットフォーム技術の例を提供する。
【0096】
この例において、マイクロ流体デバイス中の個別の小滴を操作、制御するための、包括的でしっかりしたプラットフォーム技術を提供する。小滴の静電荷と装置の電界とを組み合わせて、小滴を個別に生成し、再結合し、分割し、ソートすることによって、高い純度を維持し、非常に高い処理能力を可能としながら個別のマイクロ反応装置に対する精緻な制御を具えるモジュールを説明する。電界Ｅ中で水溶性流体を帯電させて得られる力を組み入れることにより、表面張力を克服するため粘性力だけに頼る他の方式で実行できるよりも、もっと精度のある個別タイミングでより小さな小滴が生成される。このことにより、フェムトリッター位小さい量のマイクロ反応装置を生成できるしっかりした小滴生成モジュールが提供される。異なる小滴に反対の電荷を組み入れることで、小滴を、表面張力及び潤滑による安定化力に打ち勝って、制御可能に信頼できるように融合させることができる。このことにより試薬等分量の高精度な混合を可能とする、しっかりした小滴融合モジュールが提供される。電界が誘起する外延的な力を組み入れることにより、さらなる分析のため、大きな小滴をより小さな等分量に、制御可能に分割することができ、場合によっては、同時に、以降の処理のため中性の小滴に再帯電することができる。このことにより、同一の材料に対し複数の分析を実施することを可能にするしっかりした分割及び帯電モジュールが提供される。電界が帯電した小滴に及ぼす力を組み入れることによって、個々の小滴を選定したチャンネルに導くことができる。このことにより、所望の反応生成物を選択することを可能にするしっかりした小滴ソートモジュールが提供される。これらのモジュールは、個別小滴の高速での操作と制御のため有用であり、小滴ベースのマイクロ流体デバイスのための技術として役立てることができる。さらに、電界を切り替えることによりすべての制御を実施できるので、運動部分がなく、１０６Ｈｚのような高い周波数が実施可能である。このことにより、非常に高い能力の組み合わせ技術が促進される。
【0097】
透明なポリマー材料であるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）にチャンネルのパターンを形成するためソフト・リソグラフィを用いた。ガラス・スライドがチャンネルの上面を形成する。チャンネルに隣接するガラス・スライドの表面に、酸化インジウムすず（ＩＴＯ）電極をパターン形成し、酸素プラズマを使いスライドをＰＤＭＳに接合して、電極を組み入れた。ＰＤＭＳ材で製作されたデバイスは強い疎水性を持ち、オイル搬送媒体はその表面を濡らし水の小滴はチャンネル壁に接触せず、生体分子の分離性及び表面相互作用による交差汚染の排除が円滑に行われることを確実にする利点を有する。
【0098】
流れを集束させる幾何配置を用いて小滴を形成した。水流は１つのチャンネルから小さな狭窄部分を通って注入され、オイル流の対抗圧力により、水流が狭窄部を通る際に流体力学的に水流を集束させサイズを小さくする。この小滴生成器を、均一な水小滴の安定した流れをオイル中に生成する方式のため使うことができる。水小滴のサイズを、オイルと水との流速比で制御した。粘性力が表面張力を凌駕して、均一な小滴を生成する。水の流速が高すぎると、より長い流体のジェットが開口部を通過し、下流でさらに小滴に分離するが、サイズの均一性が悪くなる。水の流速が低すぎると、開口部における分離が、不規則になって、広範囲の小滴サイズバラツキが生じる。
【0099】
電界を組み入れて、電気的に取り扱える乳化処理システムを作成した。これを実現するために、水流に高い電圧を印加し、オイルと水との界面に荷電した。水は導電体として振る舞い、オイルが絶縁体となり、電気化学的反応によって流体界面がコンデンサのようになって帯電した。分離時に、界面の電荷は小滴にとどまる。さらに、オイル又は水の注入速度を変化させずに、小滴の体積Ｖｄを少なくとも３桁以下、生成数ｆを少なくとも３桁以上に調整することができた。この例では、小滴サイズと生成数とは相互に独立的ではなく、これらの積は、Ｑｄ＝ｆＶｄとして、分散段階の流入速度で決まる。電界強度の増大とともに小滴のサイズは縮小した。低い電界強度においては、小滴サイズは流速の連続相によって決まった。しかしながら、高い電界強度では、小滴サイズは電界により決まり、Ｅ上昇とともに急速に縮小した。
【0100】
３つの流速における、小滴サイズの印加電圧への依存性は、次の通りである。低い印加電圧においては電界の影響はごくわずかであり、小滴の形成は表面張力と流れの粘性との間の競合により促進された。対照的に、高い電界においては、できかかっている小滴に、相当な付加的力、Ｆ＝ｑＥが加わった、ここでｑは小滴の電荷である。小滴の界面はコンデンサとして振舞うので、ｑは印加電圧Ｖに比例する。これにより、この力にＶ２への依存性が生じ、印加電圧増大とともに小滴サイズが縮小する原因となった。さらに強い電界においても、帯電した小滴は、水流の帯電した界面に反発した。
【0101】
１つの実施形態において、オイル及び水の流れは、３０ミクロンの開口部で合流する。ガラス上の酸化インジウムすず（ＩＴＯ）電極に印加された電圧Ｖは、電界Ｅを生成し、水−オイル界面を静電容量的に充電した。低い電界強度においては、小滴のサイズは電荷量と無関係であるが、高い電界では縮小することが観察された。小滴サイズは電圧の関数であり、３つの異なる連続相オイル流速（Ｑｃ＝８０ｎＬ／ｓ、１１０ｎＬ／ｓ、１４０ｎＬ／ｓ）に対して、流量が支配的な小滴分離と電界が支配的小滴分離との間のクロスオーバーを示した。水の注入速度は一定で、Ｑｄ＝２０ｎＬ／ｓであった。
【0102】
この例において、電界誘導の小滴形成により提供される電子的制御によりさらなる利点が得られ、これにより小滴の生成分離のフェーズを生成サイクル内に調整することができた。これは、小滴が必要となった瞬間にだけ、分離生成限界電界以上に電界強度を増大することによって達成した。これにより、生成と、個別小滴の特定箇所への到着とを正確に同期させるための便利な手段が得られた。
【0103】
特定の小滴ベース封じ込め型反応システムにおける重要な構成要素は、２つ以上の試薬を組み合わせて化学反応を開始させるためのミキサーである。ミキサーのある例は、静電荷を使用し、各小滴に異なる符合の電荷を帯電させ、電界を印加することによって、これらの融合を引き起こす。ある例には、２つ別個のノズルを持ち、異なる組成と反対電荷を持つ小滴を生成するデバイスが説明されている。小滴はともに、２つの流れの合流点に運ばれた。また、小滴の形成時の荷電に使用された電極が電界を提供し、小滴に流れラインを越えさせ融合に導く。２つのノズルの構造のわずかのバラツキ差異によって、電界がない中で、その小滴生成の回数及び相にわずかの差異が生じた。これによって、注入速度が同一であったとしても、小滴のサイズは違ったものとなった。さらに、小滴はぴったり同一の時間には合流点に到達しなかった。結果として、小滴は融合しなかった。これに対して、電界を印加することにより、小滴形成はおおむね同期されるようになり、同一にサイズされた小滴の対が同時に合流点に到達するようになった。さらに、小滴は反対極に荷電され、これにより流れラインを越えて相互接触し、融合するようになった。電界の介在によって、２つの小滴の分離生成が対になることにより小滴形成の同期化がもたらされた。２つの小滴の先端の間で分離時点が変わると電界の強度が変化し、小滴の分離頻度数は、電界にモードロックされている。この例においては、おそらくは界面活性剤塗膜の安定化効果によって、小滴が融合するためには最小限の電荷が必要となる。接触した小滴が実際に融合するパーセントはＥ電界いかんによる。
【0104】
１つの実施形態において、電圧を２つの水流を横切って電圧を印加することにより、異なった符号の静電荷を持つ小滴を生成することができる。別の実施形態において、電界が存在しない中で、２つのノズルにおける小滴形成の回数とタイミングが相互に無関係となり、各ノズルで異なった頻度で異なったサイズの小滴を生成することがある。両方のノズルにおける注入流量は同一である。２つの流れが合流した後、上部及び下部ノズルからの小滴は流れのそれぞれの半分側にとどまる。大きな栓流がチャンネル幅を満たした場合であっても、界面活性剤が原因で融合は生じない。さらに別の実施形態において、５００ミクロン離れたノズルを横切って２００Ｖの電圧が印加されており、２つのノズルから同時に分離する小滴は、基本的に同一である。たとえ体積で２倍差まで両水流の注入流量に違いがあっても、同時の小滴形成を成就することができる。ソルビトン・モノオレート３％の界面活性剤が存在下で、相互に遭遇し融合する小滴の割合は、限界電界を超えると直線的に増加する。
【0105】
反対極性に帯電した小滴と電界とを使って、試薬を組み合わせて混合するやり方は、非常にしっかりしており、２つの流れからのほとんど１００％の小滴が、反対流からきた相手方小滴と融合した。ただし、融合した後生成された小滴は、基本的には無電荷である。小滴を形成する時に帯電させるのは便利であるが、小滴ベースのしっかりした任意のマイクロ流体システムにおいて、さらなる処理のため、必要に応じ混和した小滴を再帯電させる他の方法を用いることができる。これは、例えば、延長フローを用いて、小滴を分極するような電界が存在する中で中性小滴を分割し、２つの反対電荷の子小滴を得ることによって達成できる。１つの実施形態において、中性小滴は分岐線に入り帯電された子小滴に分割される。特定の例において、電界中で帯電粒子の非対称な伸長を観察することができる。垂直の点線は、小滴が対称的な球状形に戻ったときの電極の縁を示す。また、電界によって、小滴分割の高精度制御が可能となり、しっかりした小滴分割モジュールのベースが提供され、それによって小滴の中味を同一の試薬の２つ以上の等分量分割することができ、同一のマイクロ反応装置の中味の多重分析が容易となった。
【0106】
別の実施形態において、電界の存在中で中性小滴を分割することにより再帯電させることができる。分岐された延長フローにおいて、印加電界Ｅｓが十分に大きい電界（Ｅｓがゼロでない）中で、無電荷の小滴（ｑ＝０）は分極され２個の反対電荷を持つ子小滴に分割された。帯電した小滴は電界Ｅｓ中で引き伸ばされたが、電極に接触すると球形に戻った。
【0107】
マイクロ流体小滴反応システムの構築のため有用なもう１つの構成要素は、小滴ソート装置である。個別小滴の成分を探査することができ、選定した小滴を別々の流れにソートすることができる。マイクロ流体デバイスにおけるこのようなソートは、この例で示すように、機械的バルブを使用することによって達成することができる。小滴の静電帯電を用いることによって、高精度での制御が可能で、高頻度の切り替えができ、運動部品の不要な代替手段を提供できる。小滴上の静電荷によって、電荷と外部電界との線形結合に基づき一滴ごとのソートが可能となる。搬送流体の流れを等しく分割するＴ字交差分岐点は、小滴集団をもランダムに、等しく２つの流れに分割することになる。しかしながら、分岐点に小さな電界を印加し、電界の方向を変化させて小滴のソート方向を変えることによって、どちらのチャンネルに小滴が流入するかを正確に指定することができる。小滴に加えることのできる大きな力と高い切り替え頻度とは、これを、運動部品のない迅速でしっかりしたソートエンジンにしている。かくして、処理速度は、主として小滴を生成する速度に制限される。
【0108】
１つの実施形態において、帯電した小滴は、電界が印加されていない場合（Ｅｓ＝０）右と左のチャンネルに交互に流入する。右に電界が印加されている場合、小滴は、分岐点で右分岐に流入した。電界が反転すると、小滴は左分岐に流入した。分岐点を過ぎると、小滴間の距離は過ぎる前の半分に縮まり、オイルの流れが等しく分かれていることを示している。特定の例において、電界中で高圧に帯電された小滴の形状変形が観察されることがある。
【0109】
マイクロ流体デバイスにおいて静電荷が小滴にもたらす機能性の向上によって、マイクロ流体装置の応用範囲を大きく拡大することができる。この、小滴を操作するための技法のツール・キットによって、少数の分子を移動させ反応させるためのシステムのモジュールの統合が可能になろう。高い処理能力のソート、組み合わせ化学、及び一連の希少な生物学的機能の研究は、すべてマイクロ・チャンネル中での小滴の静電気操作から利益を得ることができよう。また、例えば、小滴ベースのマイクロ流体技術を使って、蛍光を超えさらに識別機能を強化した、チップ・スケールの蛍光染色細胞分取（ＦＡＣＳ）を開発し、小滴形成とソート工程との間における複数の試薬に基づく分析を含めることができよう。さらに、フェモトリッターの小滴、その直径は数ミクロンであるが、を使うことによって、単一の生体分子であっても、「＞＞１ｎＭ」の成分量を示し、これは効率的化学反応及び単一の分子を分析するのに十分な量である。
【0110】
小滴ベースのマイクロ流体デバイスの用途の多くは、分子、細胞又は粒子の種々の群又は試料セットをミクロ反応装置に封入し、おそらくは試薬を加えることによって、含有物の分析を行い、最終的に、希少事象の研究における収集試料から特定のマイクロ反応装置を選択的に取り出すことへの必要性によって促進されている。このためには、最小の試料セットを合理的な時間内にソートするためには、秒あたり１０３の処理速度が必要となり、より大きな試料セットに対しては秒あたり１０５の速度が望ましい。本明細書で説明するように、こういった速度は実行可能である。さらに、例えば本明細書に記載したように、マイクロ流体デバイスをスタンピング工法で作製できるので、並行した流れ又は流体システムを製作し、さらに全体的処理能力を高めることことができる。小滴の利点と高い処理操作能力とを組み合わせれば、幅広い用途に対して大きな機会が提供される。
【0111】
本明細書に、本発明のいくつかの実施形態を説明し図示したが、当業者は、本明細書に記載された機能を実施し、及び／又は、その結果及び／又は１つ以上の利点を取得するための、他のさまざまな手段及び／又は構造を容易に描くことができようが、そのような変形及び／又は変更の各々は、本発明の範囲内であるとみなされる。さらに一般的には、本明細書に記載したすべてのパラメータ、寸法、材料、及び構成は代表例であって、実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構成は、特定の用途又は本発明の教示が使用される用途いかんによることは当業者にとって自明であろう。平凡な実験をするだけで、当業者は、本明細書に記載した本発明の特定の実施形態の多くの同等物を認知し又は確かめることができよう。従って、前記の実施形態は例示目的のためだけに提示されたものであって、添付の請求項及びこれと同等事項の範囲内で、具体的に記載され請求されたものと別の方法で本発明が実行可能であることを理解すべきである。本発明は、本明細書に記載した各個別の機能、システム、製品、材料、キット、及び／又は方法を対象としている。さらに、これら機能、システム、製品、材料、キット、及び／又は方法のどの２つ以上の組み合わせも、それら機能、システム、製品、材料、キット、及び／又は方法が相互に矛盾していない場合、本発明の範囲に含まれる。
【0112】
本明細書で定義し使用したすべての定義は、辞書の定義、参考として組み込んだ文書における定義、及び／又は定義された用語の通常の意味に優先することを理解すべきである。
【0113】
本明細書及び請求項で使用される請求不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、そうでないことが明確に示されていなければ、「少なくとも１つ」を意味することを理解すべきである。
【0114】
本明細書及び請求項で使用される「及び／又は」という語句は、これにより結合された要素の「どちらか又は両方」を意味すること、すなわち、要素は、ある場合には、合同で存在し、他の場合には、離接して存在することを理解すべきである。「及び／又は」とともに記載されている多数の要素も同様に解釈すべきである、すなわち、連結された要素の「１つ以上」である。「及び／又は」句で特に識別された要素以外に、状況に応じて、これら特に識別された要素に関係のある又は関係のない他の要素が存在することがある。かくして、限定されない例として、「Ａ及び／又はＢ」という表現は、「を含む」のような制約のない語句と併せて使用された場合、１つの実施形態においてはＡだけ（状況に応じてこれにＢ以外の要素を含む）、別の実施形態においてはＢだけ（状況に応じてこれにＡ以外の要素を含む）、さらに別の実施形態においてはＡ及びＢの両方（状況に応じてこれに他の要素を含む）等を意味することになる。
【0115】
本明細書及び請求項で使用される「又は」という語句は、前記で定義したように「及び／又は」と同一の意味を持つものと理解すべきである。例えば、リストされた項目を分けている場合、「又は」又は「及び／又は」は、包含的であると解釈するものとする、すなわち、複数の又はリストされた要素の少なくとも１つを含むが、またその複数をも含み、状況によっては、リストされていない追加項目を含むものとする。「１つだけの」又は「きっちり１つの」のように、前記説明と異なることが明示されている用語の場合だけ、又は、請求項の「…から成る」句の中で使われている用語の場合においてだけ、複数又はリスト要素の、厳密に１つを含むことを意味する。一般に、本明細書で用いる「又は」は、「どちらか１つの」、「…の１つ」又は「…のきっかり１つ」のような排他的用語が先行する場合、排他的選択肢（すなわち「一方か、他方かであって両方ではない」）と解釈するものとする。請求項の中で用いられる「基本的に…で構成される」は、特許法の分野で用いられる通常の意味を持つものとする。
【0116】
本明細書及び請求項において、１つ以上の要素に関連して使用される「少なくとも１つ」という語句は、リストされた要素のどれか１つ以上から選択された少なくとも１つの要素を意味するが、必ずしも、要素リストとして特に記載されたありとあらゆる要素の少なくとも１つを含むわけではなく、また、要素リスト中の要素のどのような組み合わせも排除しないものと理解すべきである。また、この定義により、特に識別されている要素に関係あるかないかにかわらず、状況に応じて、「少なくとも１つ」句が言及するリストの中で特に識別されている要素以外の要素を含めることができる。しかして、限定されない例として、「Ａ及びＢの少なくとも１つ」句によって（又は同等に「Ａ又はＢの少なくとも１つ」、又は同等に「Ａ及び／又はＢの少なくとも１つ」句によって）、１つの実施形態においては、状況に応じて一より多くも含め少なくとも１つのＡと、Ｂの不在とを（状況に応じＢ以外の要素が含まれる）意味することがあり；別の実施形態においては、状況に応じて一より多くも含め少なくとも１つのＢと、Ａの不在とを（状況に応じＡ以外の要素が含まれる）意味することがあり；さらに別の実施形態においては、状況に応じて一より多くも含め少なくとも１つのＡと、状況に応じて一より多くも含め少なくとも１つのＢとを（状況に応じ、他の要素を含む）意味することがある。
【0117】
また、本文書で請求される、一を上回る工程又は作業を含む一切の方法において、特にそうでないことが明記されている場合を除き、方法の工程又は作業の順序は、必ずしも、その方法の工程又は作業を列挙した順序に限定されない。
【0118】
請求項、及び前記明細書において、「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「を含め（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「を帯び（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「を有し（ｈａｖｉｎｇ）」、「包含し（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「を伴い（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「を保持し（ｈｏｌｄｉｎｇ）」、「から成る（ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ）」、及び類似句のような、すべての移行句は、非限定、すなわち、「含むがこれに限定されない」と理解するものとする。米国特許局特許審査手順マニュアル、セクション２１１１．０３に述べられているように、移行句のうち「から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」及び「基本的に…から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」だけを、それぞれ限定又は半限定句とするものとする。
【図2A】
【図3A】
【図4A】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図12E】
【図12F】
【図12G】
【図12H】
【図12I】
【図12J】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図14A】
【図15A】
【図1A】
【図1B】
【図2B】
【図3B】
【図4B】
【図14B】
【図14C】
【図15B】
【図15C】
【図15D】
【図15E】