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特許5871795液相間で成分を移動させるマイクロ流体システム及び対応する方法、並びに上記成分を抽出するための上記システムの使用
(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】5871795
(24)【登録日】2016年1月22日
(45)【発行日】2016年3月1日
(54)【発明の名称】液相間で成分を移動させるマイクロ流体システム及び対応する方法、並びに上記成分を抽出するための上記システムの使用
(51)【国際特許分類】
B01J 19/00 20060101AFI20160216BHJP
B01D 11/04 20060101ALI20160216BHJP
B01J 13/14 20060101ALI20160216BHJP
B81B 1/00 20060101ALI20160216BHJP
C12N 5/07 20100101ALI20160216BHJP
C12M 3/08 20060101ALI20160216BHJP
B01D 43/00 20060101ALI20160216BHJP
【ＦＩ】
B01J19/00 321
B01D11/04 D
B01J13/14
B81B1/00
C12N5/07
C12M3/08
B01D43/00 Z
【請求項の数】16
【全頁数】34
(21)【出願番号】特願2012-515537(P2012-515537)
(86)(22)【出願日】2010年6月18日
(65)【公表番号】特表2012-529983(P2012-529983A)
(43)【公表日】2012年11月29日
(86)【国際出願番号】FR2010000453
(87)【国際公開番号】WO2010146261
(87)【国際公開日】20101223
【審査請求日】2013年6月5日
(31)【優先権主張番号】09/02988
(32)【優先日】2009年6月19日
(33)【優先権主張国】FR
(73)【特許権者】
【識別番号】506423291
【氏名又は名称】コミサリア ア レネルジィ アトミーク エ オ ゼネ ルジイ アルテアナティーフ
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＭＩＳＳＡＲＩＡＴ Ａ Ｌ’ＥＮＥＲＧＩＥ ＡＴＯＭＩＱＵＥ ＥＴ ＡＵＸ ＥＮＥＲＧＩＥＳ ＡＬＴＥＲＮＡＴＩＶＥＳ
(74)【代理人】
【識別番号】110000796
【氏名又は名称】特許業務法人三枝国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ベルティエ ジャン
(72)【発明者】
【氏名】ル ヴォー ソフィー
(72)【発明者】
【氏名】リブラ フロランス
【審査官】
原 賢一
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００４−３５８４５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００８−５３８２８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００３／０１５９９９９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００４−３５４３６４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ０１Ｊ １３／００−１３／２２，１９／００−１９／３２
Ｂ０１Ｄ １１／００−１１／０４，４３／００
Ｂ８１Ｂ １／００
Ｃ１２Ｍ ３／０６−３／０８
Ｃ１２Ｎ ５／００−５／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
マイクロチャネルのネットワークがエッチングされるとともに保護カバー（２）によって覆われる基板（３）を有し、マイクロメートルサイズ又はミリメートルサイズの成分（Ｅ、Ｅ’）の抽出ユニット（１０〜１０１０）を備えるマイクロ流体システム（１）であって、
前記抽出ユニットは、
枯渇されるべき第１の相（Ａ、Ｐｈ１）が循環する枯渇用マイクロチャネル（１１、２１１、５１１、６１１、８１１、９１１、１０１１）と、
富化されるべき第２の相（Ｂ、Ｐｈ２）が循環する少なくとも１つの富化用マイクロチャネル（１２、２１２、５１２、６１３、７１３、９１２、１０１２）であって、前記枯渇用マイクロチャネル及び当該富化用マイクロチャネルは２つの接合部、すなわち上流接合部（Ｊａ）及び下流接合部（Ｊｂ）において合流して前記接合部間に移動チャンバー（１３〜５１３）を形成し、各接合部は、前記マイクロチャネルの中心軸が平行であるか又は前記接合部の両側に鋭角を形成する、前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネル（１２、２１２、５１２、６１３、７１３、９１２、１０１２）と、
前記枯渇用マイクロチャネルに配置されており、前記成分を前記枯渇用マイクロチャネルから前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネルへ移動させるように構成されている移動手段（１４、２１４ａ、２１４ｂ、３１４、４１４ａ、５１４、６１４、７１４ａ、７１４ｂ、８１４、８１４ａ、８１４ｂ、１０１４）と、
を備え、
前記移動手段は、前記枯渇用マイクロチャネルの中心軸を横断して延びる少なくとも１列の離間している複数のブロック（１４、２１４ａ、２１４ｂ、３１４、５１４、６１４、７１４ａ、７１４ｂ、８１４、１０１４）を含み、
前記抽出ユニットは、前記接合部間の前記移動手段の下流に配置され、相互に接触する前記相の間の界面を安定化させる界面安定化手段（１６〜１０１６、１５ａ、１５ｂ）を備え、
前記界面安定化手段は、前記接合部間で或る距離にわたって延びており、
−前記下流接合部に隣接する最も下流側のピラーを備えた１列の離間している複数のピラー、又は
−前記下流接合部から延びる不透過性の分離仕切り（１５）であって、親油性又は疎水性の材料を有し前記下流接合部（Ｊｂ）の領域に配置され前記マイクロチャネルの少なくとも一方と面した表面コーティング（１５ａ、１５ｂ）を備える不透過性の分離仕切り（１５）を備えることを特徴とする、システム（１）。
前記抽出ユニットは、
枯渇されるべき第１の相（Ａ、Ｐｈ１）が循環する枯渇用マイクロチャネル（１１、２１１、５１１、６１１、８１１、９１１、１０１１）と、
富化されるべき第２の相（Ｂ、Ｐｈ２）が循環する少なくとも１つの富化用マイクロチャネル（１２、２１２、５１２、６１３、７１３、９１２、１０１２）であって、前記枯渇用マイクロチャネル及び当該富化用マイクロチャネルは２つの接合部、すなわち上流接合部（Ｊａ）及び下流接合部（Ｊｂ）において合流して前記接合部間に移動チャンバー（１３〜５１３）を形成し、各接合部は、前記マイクロチャネルの中心軸が平行であるか又は前記接合部の両側に鋭角を形成する、前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネル（１２、２１２、５１２、６１３、７１３、９１２、１０１２）と、
前記枯渇用マイクロチャネルに配置されており、前記成分を前記枯渇用マイクロチャネルから前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネルへ移動させるように構成されている移動手段（１４、２１４ａ、２１４ｂ、３１４、４１４ａ、５１４、６１４、７１４ａ、７１４ｂ、８１４、８１４ａ、８１４ｂ、１０１４）と、
を備え、
前記移動手段は、前記枯渇用マイクロチャネルの中心軸を横断して延びる少なくとも１列の離間している複数のブロック（１４、２１４ａ、２１４ｂ、３１４、５１４、６１４、７１４ａ、７１４ｂ、８１４、１０１４）を含み、
前記抽出ユニットは、前記接合部間の前記移動手段の下流に配置され、相互に接触する前記相の間の界面を安定化させる界面安定化手段（１６〜１０１６、１５ａ、１５ｂ）を備え、
前記界面安定化手段は、前記接合部間で或る距離にわたって延びており、
−前記下流接合部に隣接する最も下流側のピラーを備えた１列の離間している複数のピラー、又は
−前記下流接合部から延びる不透過性の分離仕切り（１５）であって、親油性又は疎水性の材料を有し前記下流接合部（Ｊｂ）の領域に配置され前記マイクロチャネルの少なくとも一方と面した表面コーティング（１５ａ、１５ｂ）を備える不透過性の分離仕切り（１５）を備えることを特徴とする、システム（１）。
【請求項2】
前記界面安定化手段（１６〜１０１６、１５ａ、１５ｂ）が前記１列の離間している複数のピラーを備える場合には、前記１列の複数のピラーの方向に延びる線上に前記下流接合部（Ｊｂ）が設けられ、前記複数のピラーの間の間隔は成分（Ｅ、Ｅ’）の直径よりも小さいように選択されることにより、前記１列の複数のピラーは、前記少なくとも１列の離間している複数のブロックによって前記第１の相（Ａ、Ｐｈ１）から分離された前記成分（Ｅ、Ｅ’）の戻り防止機能を行い、
前記界面安定化手段（１６〜１０１６、１５ａ、１５ｂ）が前記分離仕切り（１５）を備える場合には、前記分離仕切り（１５）の一端が前記少なくとも１列の複数のブロックに隣接するように位置決めされ、前記分離仕切り（１５）の他端が前記下流接合部（Ｊｂ）に接続されることにより、前記分離仕切り（１５）は、前記少なくとも１列の複数のブロックによって前記第１の相（Ａ、Ｐｈ１）から分離された前記成分（Ｅ、Ｅ’）の戻り防止機能を行うことを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１）。
前記界面安定化手段（１６〜１０１６、１５ａ、１５ｂ）が前記分離仕切り（１５）を備える場合には、前記分離仕切り（１５）の一端が前記少なくとも１列の複数のブロックに隣接するように位置決めされ、前記分離仕切り（１５）の他端が前記下流接合部（Ｊｂ）に接続されることにより、前記分離仕切り（１５）は、前記少なくとも１列の複数のブロックによって前記第１の相（Ａ、Ｐｈ１）から分離された前記成分（Ｅ、Ｅ’）の戻り防止機能を行うことを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１）。
【請求項3】
前記界面安定化手段（１６〜１０１６）は前記１列の複数のピラーを備え、前記複数のピラーのそれぞれが前記マイクロチャネルの縦断面で多角形断面を有し、
前記複数のピラーは等間隔に離間しており、前記少なくとも１列の複数のブロック（１４〜１０１４）に隣接した最も上流側のピラーを備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシステム（１）。
前記複数のピラーは等間隔に離間しており、前記少なくとも１列の複数のブロック（１４〜１０１４）に隣接した最も上流側のピラーを備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシステム（１）。
【請求項4】
前記上流接合部（Ｊａ）及び前記下流接合部（Ｊｂ）は、前記チャンバー（１３〜５１３）内の前記第１の相（Ａ）及び前記第２の相（Ｂ）の流れの平行度を高めるように構成され相（Ａ、Ｂ）間で或る距離にわたって延びる不透過性の分離仕切り（１５）によって、対向する前記接合部の方向に延長していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム（１）。
【請求項5】
前記少なくとも１列の複数のブロック（１４〜１０１４）は、円筒形ブロックで形成され、前記マイクロチャネルの方向に対して５度〜８５度の角度を形成し、
前記ブロックは、前記成分（Ｅ、Ｅ’）を前記富化用マイクロチャネルに向かって強制的に移動させるよう、前記成分（Ｅ、Ｅ’）の幾つか又は全てを選択的に方向転換させるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム（１）。
前記ブロックは、前記成分（Ｅ、Ｅ’）を前記富化用マイクロチャネルに向かって強制的に移動させるよう、前記成分（Ｅ、Ｅ’）の幾つか又は全てを選択的に方向転換させるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム（１）。
【請求項6】
前記移動手段は、前記チャンバー（１３）内に前記枯渇用マイクロチャネル（２１１）に沿って連続的に配置される複数の前記ブロックの列（２１４ａ、２１４ｂ、７１４ａ、７１４ｂ）を含んでおり、
前記富化用マイクロチャネル（２１２）は、前記チャンバー（１３）より下流側が、遠位出口（２１２ｂ１）と、前記遠位出口（２１２ｂ１）より前記枯渇用マイクロチャネル（２１１）に近い位置にある近位出口（２１２ｂ２）とに分岐しており、
前記複数の前記ブロックの列（２１４ａ、２１４ｂ、７１４ａ、７１４ｂ）は、
前記上流接合部（Ｊａ）に隣接する上流列（２１４ａ、７１４ａ）であって、前記枯渇用マイクロチャネル（２１１）の通路断面の全部にわたって及び前記隣接する富化用マイクロチャネル（２１２）の通路断面の少なくとも一部にわたって延びる前記上流列（２１４ａ、７１４ａ）と、
前記下流接合部（Ｊｂ）に隣接する少なくとも１つの下流列（２１４ｂ、７１４ｂ）であって、前記枯渇用マイクロチャネル（２１１）の通路断面にわたってのみ延びる前記上流列の通路断面よりも小さい通路断面にわたって延び、前記遠位出口及び前記枯渇用マイクロチャネルとともにＹ字形の接合部を形成する前記近位出口（２１２ｂ２）に連結されている、前記下流列（２１４ｂ、７１４ｂ）と、
を含むことを特徴とする、請求項５に記載のシステム（１）。
前記富化用マイクロチャネル（２１２）は、前記チャンバー（１３）より下流側が、遠位出口（２１２ｂ１）と、前記遠位出口（２１２ｂ１）より前記枯渇用マイクロチャネル（２１１）に近い位置にある近位出口（２１２ｂ２）とに分岐しており、
前記複数の前記ブロックの列（２１４ａ、２１４ｂ、７１４ａ、７１４ｂ）は、
前記上流接合部（Ｊａ）に隣接する上流列（２１４ａ、７１４ａ）であって、前記枯渇用マイクロチャネル（２１１）の通路断面の全部にわたって及び前記隣接する富化用マイクロチャネル（２１２）の通路断面の少なくとも一部にわたって延びる前記上流列（２１４ａ、７１４ａ）と、
前記下流接合部（Ｊｂ）に隣接する少なくとも１つの下流列（２１４ｂ、７１４ｂ）であって、前記枯渇用マイクロチャネル（２１１）の通路断面にわたってのみ延びる前記上流列の通路断面よりも小さい通路断面にわたって延び、前記遠位出口及び前記枯渇用マイクロチャネルとともにＹ字形の接合部を形成する前記近位出口（２１２ｂ２）に連結されている、前記下流列（２１４ｂ、７１４ｂ）と、
を含むことを特徴とする、請求項５に記載のシステム（１）。
【請求項7】
前記移動手段（３１４）は、前記チャンバー（１３）内に前記枯渇用マイクロチャネル（１１）及び前記富化用マイクロチャネル（１２）を横断して配置されている前記ブロックの列を含み、
前記ブロックの列は、前記成分（Ｅ）を通過させて１つの列から次の列への通過毎に前記成分を徐々に方向転換させることができることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム（１）。
前記ブロックの列は、前記成分（Ｅ）を通過させて１つの列から次の列への通過毎に前記成分を徐々に方向転換させることができることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム（１）。
【請求項8】
前記移動手段は、前記成分（Ｅ）を前記第１の相（Ａ）から前記第２の相（Ｂ）へ方向転換させ、前記チャンバー（４１３）に対向して形成される前記枯渇用マイクロチャネル（８１１）の側壁の内部突起からなり、前記枯渇用マイクロチャネルの縦断面で三角形の断面を有する少なくとも１つのデフレクター（４１４ａ、８１４ａ、８１４ｂ）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム（１）。
【請求項9】
前記抽出ユニット（１０１０）の前記富化用マイクロチャネル（１２）は、下流が圧力損失を低減する手段に連結されており、
前記圧力損失を低減する手段は、前記マイクロチャネルのネットワークにも含まれ、前記第１の相（Ａ）の液滴が前記第２の相（Ｂ）に進入することを防止するために前記第１の相の圧力よりも高い前記第２の相の圧力を維持するように構成されており、また、前記第１の相及び前記第２の相に関して同様の速度を得るように構成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム（１）。
前記圧力損失を低減する手段は、前記マイクロチャネルのネットワークにも含まれ、前記第１の相（Ａ）の液滴が前記第２の相（Ｂ）に進入することを防止するために前記第１の相の圧力よりも高い前記第２の相の圧力を維持するように構成されており、また、前記第１の相及び前記第２の相に関して同様の速度を得るように構成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム（１）。
【請求項10】
前記抽出ユニット（１０１０）の上流に連結される前記成分（Ｅ、Ｅ’）のカプセル化ユニット（４０）をさらに備え、
前記抽出ユニットは、前記カプセル化ユニットの出口において得られる各ポリマーカプセルの架橋によってゲル化を提供するように構成されており、
前記カプセル化ユニットと前記抽出ユニットとの間には、プレゲル化モジュール（ＰＧ）が任意選択的に介装されており、
前記抽出ユニットの下流に追加のカプセル化モジュール（３０）が任意選択的に設けられていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
前記抽出ユニットは、前記カプセル化ユニットの出口において得られる各ポリマーカプセルの架橋によってゲル化を提供するように構成されており、
前記カプセル化ユニットと前記抽出ユニットとの間には、プレゲル化モジュール（ＰＧ）が任意選択的に介装されており、
前記抽出ユニットの下流に追加のカプセル化モジュール（３０）が任意選択的に設けられていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項11】
マイクロメートルサイズ又はミリメートルサイズの成分（Ｅ、Ｅ’）を、前記枯渇用マイクロチャネルを循環する枯渇されるべき第１の液相（Ａ、Ｐｈ１）から、少なくとも１つの前記富化用マイクロチャネルを循環する富化されるべき第２の液相（Ｂ、Ｐｈ２〜Ｐｈ４）へ抽出するためのマイクロ流体システム（１）の使用であって、
前記マイクロ流体システム（１）が富化用マイクロチャネルを１つ備える場合には、前記第１の液相（Ａ、Ｐｈ１）と第２の液相（Ｂ、Ｐｈ２）とは不混和性であり、
前記マイクロ流体システム（１）が富化用マイクロチャネルを複数備える場合には、隣接する富化用マイクロチャネルは上流接合部及び下流接合部からなる２つの接合部において合流しており、隣接する富化用マイクロチャネルを循環する前記第２の液相が前記二つの接合部の間で接触し、前記第１の液相（Ａ、Ｐｈ１）と複数の前記第２の液相（Ｂ、Ｐｈ２〜Ｐｈ４）とは不混和性であり、隣接する富化用マイクロチャネルを循環する２つの前記第２の液相は互いに混和性又は不混和性である請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム（１）の使用。
前記マイクロ流体システム（１）が富化用マイクロチャネルを１つ備える場合には、前記第１の液相（Ａ、Ｐｈ１）と第２の液相（Ｂ、Ｐｈ２）とは不混和性であり、
前記マイクロ流体システム（１）が富化用マイクロチャネルを複数備える場合には、隣接する富化用マイクロチャネルは上流接合部及び下流接合部からなる２つの接合部において合流しており、隣接する富化用マイクロチャネルを循環する前記第２の液相が前記二つの接合部の間で接触し、前記第１の液相（Ａ、Ｐｈ１）と複数の前記第２の液相（Ｂ、Ｐｈ２〜Ｐｈ４）とは不混和性であり、隣接する富化用マイクロチャネルを循環する２つの前記第２の液相は互いに混和性又は不混和性である請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム（１）の使用。
【請求項12】
前記成分（Ｅ、Ｅ’）をそれぞれコーティングするカプセルを、前記カプセルを含有している枯渇されるべき油性有機相（Ａ、Ｐｈ１）から、前記油性相と不混和性であるとともにポリイオンをベースとするゲル化剤を含有している富化されるべき水相（Ｂ、Ｐｈ４）へ移動させることによって、前記システム内で前記成分の周りに予め形成されているとともにアルギン酸塩ヒドロゲルをベースとしたポリマーコーティングカプセルを架橋することによりゲル化を行うことからなることを特徴とする、請求項１１に記載のマイクロ流体システム（１）の使用。
【請求項13】
枯渇されるべき第１の相（Ａ）、及び相互に混和性である富化されるべき第２の相（Ｂ、Ｐｈ２〜Ｐｈ４）を対で用いること、並びに前記移動チャンバー（１３）の下流で前記第２の相（Ｂ、Ｐｈ２〜Ｐｈ４）の横断濃度勾配（Ｆ１）を生成することにあることを特徴とする、請求項１１に記載のマイクロ流体システム（１）の使用。
【請求項14】
マイクロメートルサイズ又はミリメートルサイズの成分（Ｅ、Ｅ’）を、マイクロ流体システム（１）の基板（３）にエッチングされる枯渇用マイクロチャネル（１１、２１１、５１１、６１１、８１１、９１１、１０１１）を循環する枯渇されるべき第１の液相（Ａ、Ｐｈ１）から、マイクロ流体システム（１）の基板（３）にエッチングされる少なくとも１つの富化用マイクロチャネル（１２、２１２、５１２、６１３、７１３、９１２、１０１２）を循環する富化されるべき第２の液相（Ｂ、Ｐｈ２〜Ｐｈ４）へ抽出する方法であって、
前記マイクロ流体システム（１）が富化用マイクロチャネルを１つ備える場合には、前記第１の液相（Ａ、Ｐｈ１）と第２の液相（Ｂ、Ｐｈ２）とは不混和性であり、
前記マイクロ流体システム（１）が富化用マイクロチャネルを複数備える場合には、隣接する富化用マイクロチャネルは上流接合部及び下流接合部からなる２つの接合部において合流しており、隣接する富化用マイクロチャネルを循環する前記第２の液相が前記二つの接合部の間で接触し、前記第１の液相（Ａ、Ｐｈ１）と複数の前記第２の液相（Ｂ、Ｐｈ２〜Ｐｈ４）とは不混和性であり、隣接する富化用マイクロチャネルを循環する前記２つの第２の液相は互いに混和性又は不混和性であり、
マイクロ流体システム（１）の基板（３）にエッチングされる枯渇用マイクロチャネル（１１、２１１、５１１、６１１、８１１、９１１、１０１１）及び少なくとも１つの富化用マイクロチャネル（１２、２１２、５１２、６１３、７１３、９１２、１０１２）において強制対流によって層流状態で流される前記相のそれぞれの流れを、前記流れが、互いに平行であるか又は前記マイクロチャネル間の２つの上流接合部（Ｊａ）及び下流接合部（Ｊｂ）において合流することによって鋭角を形成し、前記成分を一方の相から他方の相へ強制的に移動させるよう、前記流れの相互接触の間中、平行なままであるように接触させることを含み、
前記方法は、前記成分を、前記枯渇用マイクロチャネルの中心軸を横断して延びる少なくとも１列の離間している複数のブロック（１４、２１４ａ、２１４ｂ、３１４、５１４、６１４、７１４ａ、７１４ｂ、８１４、１０１４）によって前記枯渇用マイクロチャネルから前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネルへ移動させ、次いで前記ブロックの下流及び前記下流接合部の上流で界面安定化を行うことを含むことを特徴としており、
前記界面安定化は、
−相（Ａ、Ｂ）間の１列の複数のピラー（１６〜１０１６）、又は、
−相（Ａ、Ｂ）間で或る距離にわたって延びる不透過性の分離仕切り（１５）であって、親油性又は疎水性の材料を有し前記下流接合部（Ｊｂ）の領域に配置され前記マイクロチャネルの少なくとも一方と面した表面コーティング（１５ａ、１５ｂ）を備える不透過性の分離仕切り（１５）、
によって行われ、
前記複数のピラー又は前記不透過性の分離仕切り（１５）は前記少なくとも１列の複数のブロック（１４、２１４ａ、２１４ｂ、３１４、５１４、６１４、７１４ａ、７１４ｂ、８１４、１０１４）の下流に配置されることを特徴とする方法。
前記マイクロ流体システム（１）が富化用マイクロチャネルを１つ備える場合には、前記第１の液相（Ａ、Ｐｈ１）と第２の液相（Ｂ、Ｐｈ２）とは不混和性であり、
前記マイクロ流体システム（１）が富化用マイクロチャネルを複数備える場合には、隣接する富化用マイクロチャネルは上流接合部及び下流接合部からなる２つの接合部において合流しており、隣接する富化用マイクロチャネルを循環する前記第２の液相が前記二つの接合部の間で接触し、前記第１の液相（Ａ、Ｐｈ１）と複数の前記第２の液相（Ｂ、Ｐｈ２〜Ｐｈ４）とは不混和性であり、隣接する富化用マイクロチャネルを循環する前記２つの第２の液相は互いに混和性又は不混和性であり、
マイクロ流体システム（１）の基板（３）にエッチングされる枯渇用マイクロチャネル（１１、２１１、５１１、６１１、８１１、９１１、１０１１）及び少なくとも１つの富化用マイクロチャネル（１２、２１２、５１２、６１３、７１３、９１２、１０１２）において強制対流によって層流状態で流される前記相のそれぞれの流れを、前記流れが、互いに平行であるか又は前記マイクロチャネル間の２つの上流接合部（Ｊａ）及び下流接合部（Ｊｂ）において合流することによって鋭角を形成し、前記成分を一方の相から他方の相へ強制的に移動させるよう、前記流れの相互接触の間中、平行なままであるように接触させることを含み、
前記方法は、前記成分を、前記枯渇用マイクロチャネルの中心軸を横断して延びる少なくとも１列の離間している複数のブロック（１４、２１４ａ、２１４ｂ、３１４、５１４、６１４、７１４ａ、７１４ｂ、８１４、１０１４）によって前記枯渇用マイクロチャネルから前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネルへ移動させ、次いで前記ブロックの下流及び前記下流接合部の上流で界面安定化を行うことを含むことを特徴としており、
前記界面安定化は、
−相（Ａ、Ｂ）間の１列の複数のピラー（１６〜１０１６）、又は、
−相（Ａ、Ｂ）間で或る距離にわたって延びる不透過性の分離仕切り（１５）であって、親油性又は疎水性の材料を有し前記下流接合部（Ｊｂ）の領域に配置され前記マイクロチャネルの少なくとも一方と面した表面コーティング（１５ａ、１５ｂ）を備える不透過性の分離仕切り（１５）、
によって行われ、
前記複数のピラー又は前記不透過性の分離仕切り（１５）は前記少なくとも１列の複数のブロック（１４、２１４ａ、２１４ｂ、３１４、５１４、６１４、７１４ａ、７１４ｂ、８１４、１０１４）の下流に配置されることを特徴とする方法。
【請求項15】
前記１列の複数のピラーの複数ピラー（１６）の間の間隔が成分（Ｅ、Ｅ’）の直径よりも小さいように選択されることにより、前記第１の相（Ａ、Ｐｈ１）から分離された前記成分（Ｅ、Ｅ’）の戻り防止機能を行うことをさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
マイクロチャネルのネットワークがエッチングされるとともに保護カバー（２）によって覆われる基板（３）を有し、マイクロメートルサイズ又はミリメートルサイズの成分（Ｅ、Ｅ’）の抽出ユニット（５１０）を備えるマイクロ流体システム（１）であって、
前記抽出ユニットは、
枯渇されるべき第１の相（Ａ）が循環する枯渇用マイクロチャネル（５１１）と、
富化されるべき第２の相（Ｂ）が循環する少なくとも１つの富化用マイクロチャネル（５１２）であって、前記枯渇用及び富化用マイクロチャネルは２つのＹ字形の接合部、すなわち上流接合部（Ｊａ）及び下流接合部（Ｊｂ）において合流して前記接合部間に移動チャンバー（５１３）を形成し、各接合部は、前記マイクロチャネルの中心軸が平行であるか又は前記接合部の両側に鋭角を形成する、前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネル（５１２）と、
前記枯渇用マイクロチャネルに配置されており、前記成分を前記枯渇用マイクロチャネルから前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネルへ移動させるように構成されている移動手段（５１４）と、
相互に接触する前記流れ間の界面を安定化させる界面安定化手段（５１４）と、
を備え、
前記枯渇用マイクロチャネル（５１１）の入口（５１１ａ）の入口側壁の入口端と前記下流接合部（Ｊｂ）との間には、前記枯渇用マイクロチャネル及び前記富化用マイクロチャネルの縦断面でそれぞれが正方形である一列の復数のブロック（５１４）が等間隔に離間して直線上に形成されており、前記入口側壁は、前記上流接合部（Ｊａ）に対して前記枯渇用マイクロチャネルの反対側にあり、
前記一列のブロックは、前記下流接合部（Ｊｂ）に近接して位置付けられた下流ブロックを含み、前記流れ間の界面は前記下流ブロックと重なり、
前記界面が重なる下流ブロックは前記界面安定化手段を形成し、
前記出口は、前記成分（Ｅ）を、前記成分（Ｅ）の経路から方向転換させることなく前記枯渇用マイクロチャネルの前記入口（５１１ａ）から前記富化用マイクロチャネルの前記出口（５１２ｂ）へ導くように、前記枯渇用マイクロチャネルの前記入口（５１１ａ）と同軸であり、
前記１列の複数のブロックは、前記移動手段をも構成することを特徴とするシステム（１）。
前記抽出ユニットは、
枯渇されるべき第１の相（Ａ）が循環する枯渇用マイクロチャネル（５１１）と、
富化されるべき第２の相（Ｂ）が循環する少なくとも１つの富化用マイクロチャネル（５１２）であって、前記枯渇用及び富化用マイクロチャネルは２つのＹ字形の接合部、すなわち上流接合部（Ｊａ）及び下流接合部（Ｊｂ）において合流して前記接合部間に移動チャンバー（５１３）を形成し、各接合部は、前記マイクロチャネルの中心軸が平行であるか又は前記接合部の両側に鋭角を形成する、前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネル（５１２）と、
前記枯渇用マイクロチャネルに配置されており、前記成分を前記枯渇用マイクロチャネルから前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネルへ移動させるように構成されている移動手段（５１４）と、
相互に接触する前記流れ間の界面を安定化させる界面安定化手段（５１４）と、
を備え、
前記枯渇用マイクロチャネル（５１１）の入口（５１１ａ）の入口側壁の入口端と前記下流接合部（Ｊｂ）との間には、前記枯渇用マイクロチャネル及び前記富化用マイクロチャネルの縦断面でそれぞれが正方形である一列の復数のブロック（５１４）が等間隔に離間して直線上に形成されており、前記入口側壁は、前記上流接合部（Ｊａ）に対して前記枯渇用マイクロチャネルの反対側にあり、
前記一列のブロックは、前記下流接合部（Ｊｂ）に近接して位置付けられた下流ブロックを含み、前記流れ間の界面は前記下流ブロックと重なり、
前記界面が重なる下流ブロックは前記界面安定化手段を形成し、
前記出口は、前記成分（Ｅ）を、前記成分（Ｅ）の経路から方向転換させることなく前記枯渇用マイクロチャネルの前記入口（５１１ａ）から前記富化用マイクロチャネルの前記出口（５１２ｂ）へ導くように、前記枯渇用マイクロチャネルの前記入口（５１１ａ）と同軸であり、
前記１列の複数のブロックは、前記移動手段をも構成することを特徴とするシステム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マイクロメートルサイズ又はミリメートルサイズの成分を１つの液相から少なくとも１つの他の液相へ抽出するユニットを備えるマイクロ流体システム、上記抽出を行う、好ましくは上記成分をコーティングするポリマーカプセルを架橋によってゲル化するための、上記マイクロ流体システムの使用、及び上記成分を抽出する対応する方法に関する。本発明は、小サイズの生物学的又は非生物学的な成分、例えば非限定的な例として、ＤＮＡ鎖、たんぱく質、細胞、細胞集団、又はさらには磁気ビーズ若しくは蛍光粒子等のバイオテクノロジー用途における補助対象物に適用される。
【背景技術】
【0002】
１つの液相から別の不混和性の液相への小サイズの成分の移動は、かなり重要な課題である。本発明では、例えば専ら拡散によって行われるそのような移動に関して、特許文献１を引用することができる。強制対流による移動に関しては、通常は成分を流動させるように方向付ける力によって成分を抑制することが必要であり、特に２相系の場合にこの力は上記成分が２つの液体間の界面を横断するのに十分でなければならないため、一般的に困難である。この場合、２つの液体間の表面張力及び毛細管力によって通路が妨げられる。この移動を受動的に行うには、例えばピラーのネットワーク（a network of pillars：ピラー網）又はピラーの単純に配向されたラインである複数の形態をとることができるデフレクターの原理を用いることが知られている。
【0003】
このピラーのネットワークの技法は、「決定論的横変位」（ＤＬＤ）によって選別するように開発されている。この技法（特にD. W. Inglis, J. A. Davis, R. H. Austin及びJ. C. Sturmによる記事である、非特許文献１を参照されたい）は、選別されるべき粒子の軌道を摂動する場合があるか又は摂動しない場合がある障害物の周期的なネットワークの使用に基づくものである。（装置の幾何学的形状によって決まる）臨界サイズＤｃよりも小さい粒子は全体的にピラーによって方向転換（diverted：偏向）されないが、Ｄｃよりも大きい粒子は、ブロックの各列において同じ方向に方向転換され、これはサイズによる粒子の分離を可能にする。しかし、この「ＤＬＤ」技法は、本発明者らの知っている限りでは、例えば特許文献２、特許文献３又は特許文献４において示されているように、今までのところ、キャリア流体の変化なく単一相で粒子を選別する場合にしか用いられていないようである。
【0004】
ポリマー液滴のゲル化は、キャリア流体の変化が必要な典型的な例である。バイオテクノロジーでは、生体対象物を含有するそのような液滴の使用はますます期待されている。それにもかかわらず、液滴の製造ステップに続いて行わなければならないゲル化ステップは、現在のところ技術的な障壁となっている。実際のところ、通常はヒドロゲル（例えばアルギン酸塩ヒドロゲル）をベースとするこれらの液滴又はカプセルは、有機相（例えばダイズ油）中で生成され、ヒドロゲルのゲル化を得るために、架橋剤としてカルシウムイオン等のポリイオンを含有する水相に移動されなければならない。既存の技法は、各自の最初の球状形状をできる限り保たなければならないカプセルのかなりの変形を生じさせるため、全て不十分なものである。したがって、移動は、高強度の力をカプセルに加えるように「容赦なく」行われてはならず、このことは、カプセル化されるべき成分が大サイズ（５μｍ〜１ｍｍ）であり、例えば細胞又は細胞集団のように脆弱である場合に一層顕著である。
【0005】
例えばランゲルハンス島のような細胞をマイクロカプセルにカプセル化する目的は、これらの細胞を移植時の免疫系による攻撃から保護することである。カプセルの多孔性は、カプセル化された細胞の代謝に必要不可欠である低分子量の分子（栄養素、酸素等）の進入は許可するが、免疫系の抗体又は細胞等のより高分子量の物質の進入は阻止するようなものでなければならない。カプセルのこの選択的な透過性は、供与者のカプセル化された細胞と被移植者の免疫系の細胞との間の直接的な接触がないことを確実にし、これによって、移植時に用いられる免疫抑制治療（重度の副作用を有する治療）の量を制限することが可能となる。生成されるカプセルは、それらの選択的な透過性に加えて、生体適合性があり、機械的に強く、かつカプセル化されることになる細胞にとって好適なサイズでなければならない。
【0006】
細胞をコーティングするカプセルの形成後、保護層を固化するためにカプセルのゲル化に進む必要がある。
【0007】
細胞を含有するアルギン酸塩のカプセルのゲル化は、従来から外部ゲル化の方法によって行われており、この場合、細胞の生存度を最大限にするために７に近いｐＨでの、アルギン酸塩カプセルへのポリカチオンの拡散によって、アルギン酸塩ビーズがポリカチオン浴（通常はＣａＣｌ２）中で架橋される。この技法は、かなり均質（高多分散性）かつ球状であるカプセルを得ることができないという欠点を有する。特に、円形の「減速」チャンバーにおける接触を使用し、各アルギン酸塩カプセルを架橋剤として炭酸カルシウムを含有する水性液滴と融合させることからなるマイクロ流体システムを提示している、K. Liu, H. J. Ding, Y. Chen, X.Z. Zhaoの記事である、非特許文献２を参照することができるが、この場合、必要とされる球状の幾何学的形状とは大幅に異なるゲル化されたカプセルが得られる。
【0008】
アルギン酸塩カプセルをアルギン酸塩相中で炭酸カルシウムの結晶と接触させることによってこれらのアルギン酸カプセルをゲル化することからなる、内部ゲル化の方法もある。アルギン酸塩の液滴が酢酸を含有する溶液中に浸漬されると、カルシウムイオンが放出されてアルギン酸塩と結合することによってゲル化を可能にする。この方法は、より均質でおおよそ球状のカプセルを得ることを可能にするが、６．４に近い酸性のｐＨで使用されなければならず、細胞の生存度に関して悪影響を伴うという欠点を有する。この内部ゲル化の方法を使用するマイクロ流体システムの説明に関しては、V. L. Workman, S. B. Dunnett, P. Kille, and D. D.Palmerによる記事である、非特許文献３を参照することができる。
【0009】
カプセル化／ゲル化の既知の技法は以下の欠点も有する：−カプセルのサイズが、カプセル化されるべき細胞又は島のサイズにとって好適ではない。
−ほとんどの場合に外部ゲル化が続いて行われるカプセル化（この場合、カプセルはポリカチオン浴中への浸漬によってゲル化される）は自動ではなく手動であり、このことは、カプセル毎の架橋時間のばらつきにつながる。
−液滴のサイズが小さくなるにつれて、ゲル化されたカプセルのサイズの分散が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】欧州特許第７８７ ０２９号
【特許文献2】国際公開第２００４／０３７３７４号
【特許文献3】米国特許出願公開第２００７０５９７８１号
【特許文献4】米国特許出願公開第２００７０２６３８１号
【非特許文献】
【0011】
【非特許文献1】Critical particle size for fractionation by deterministic lateral displacement, Lab Chip 6: 655-658, 2006
【非特許文献2】Droplet-based synthetic method using microflow focusing and droplet fusion, Microfluid, Nanofluid, Vol. 3, pp. 239-243, 2007
【非特許文献3】On-chip alginate microencapsulation of functional cells, Macromolecular rapid communications, Vol. 29(2), pp. 165-170, 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の１つの目的は、特にカプセルのゲル化に関して上述の欠点を克服することを可能にするマイクロ流体システムであって、当該システムは、マイクロチャネルのネットワークがエッチングされるとともに保護カバーで覆われる基板を有し、マイクロメートルサイズ又はミリメートルサイズの成分を抽出するユニットを備えており、前記抽出ユニットは、−枯渇されるべき（to be depleted：貧化されるべき）第１の相が循環する枯渇用（depleting）マイクロチャネルと、
−富化されるべき（to be enriched）第２の相が循環する少なくとも１つの富化用（enriching）マイクロチャネルであって、前記枯渇用マイクロチャネル及び当該富化用マイクロチャネルは対になって２つの上流接合部及び下流接合部において合流して前記接合部間に移動チャンバーを形成し、各接合部は、前記マイクロチャネルの中心軸が平行であるか又は接合部の両側に鋭角を形成する、前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネルと、
−前記枯渇用マイクロチャネルに配置され、前記成分を前記枯渇用マイクロチャネルから前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネルへ移動させるように構成されている移動手段と、
を備える、マイクロ流体システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
この目的のために、本発明によるマイクロ流体システムは、前記移動手段が前記枯渇用マイクロチャネルの中心軸を横断して延びるブロックを備えるようなものであり、かつ前記抽出ユニットが、前記接合部間の移動手段の下流に配置されるとともに、下流接合部の領域にマイクロチャネルの少なくとも一方と面して位置するピラー又は他の表面コーティングを含む界面安定化手段をさらに備えるようなものである。
【0014】
細胞集団をコーティングするカプセルのような抽出されるべき成分の「サイズ」とは、本明細書では例えば、前記成分のそれぞれの直径、又はより包括的には最大横断寸法を意味する。
【0015】
ミリメートルサイズとは、およそ１００μｍ〜数ｍｍの成分のサイズを意味する。マイクロメートルサイズとは、１００μｍ未満の成分のサイズを意味する。
【0016】
各マイクロチャネルの軸とは、マイクロチャネル内の液体の流れ方向に対して平行な中心軸を意味する。
【0017】
本発明の別の特徴によると、前記界面安定化手段は、前記ブロック付近に位置付けることができ、前記下流接合部と概ね位置合わせされ、また、前記界面安定化手段は、前記ブロック等によって前記第１の相から分離された前記成分の戻り防止（nonreturn：逆止）機能をさらに行うことができ、前記ブロック等は、前記戻り防止機能を行う別個の手段と関連付けられている。
【0018】
有利には、これらの界面安定化手段は、好ましくは突出縁を有する前記ピラーを含むことができ、前記ピラーの最後のものは前記下流接合部に隣接することができ、前記ピラーは、第１のピラーが移動手段の最後のブロックに隣接した状態で等間隔で離間していることができる。ピラーの縁が突出しているということは、界面間に良好な結合部が存在することを意味する。
【0019】
前記ピラーは、界面安定化・戻り防止手段として用いられる場合、移動される成分のサイズよりも小さいと予想される距離だけ、対になって互いから分離している。
【0020】
本発明の別の特徴によると、前記移動チャンバーは前記上流接合部と対応する下流接合部との間に連続的に延び、好ましくは、流れがこのチャンバーに沿っておおよそ平行なままであるようにも設計される。
【0021】
有利には、前記上流接合部及び前記対応する下流接合部はそれぞれ、上方から見て、−概ねＶ字形状（この場合前記ユニットは好ましくはＹ字形の接合部の形状を有する）、又は
−概ねＵ字形状（この場合、前記ユニットは好ましくは１つ又は複数のともに接合されたＨ字の形状を有し、前記Ｈ字の拡大されたクロスバーが前記チャンバーを形成し、前記Ｈ字の直立部分（upright）が入口及び出口を形成する）を有することができる。
【0022】
したがって、前記上流接合部及び前記下流接合部の双方は、好ましくは、前記接合部に収束し、また前記接合部から分岐する２つの相の流れ（streams or flows）が、おおよそ平行であるか又は間に鋭角を形成する軸にそれぞれ中心決めされるようなものである。この流れの平行度又は鋭角は、対応する接合部自体（すなわち前記接合部の外壁）を特徴付ける平行度又は鋭角と混同されるべきではなく、以下でより詳細に説明するように、当該接合部の内部の幾何学的形状を示していることに留意するべきである。
【0023】
また有利には、前記上流接合部及び前記下流接合部は、前記チャンバー内の前記流れの平行度を高めるように構成され相間で或る距離にわたって延びる不透過性の分離仕切りによって、対向する前記接合部の方向に延長することができる。上流接合部及び下流接合部のそれぞれの壁の内面を延長する前記上流及び下流の分離仕切りは、前記接合部がそれぞれ前記壁の外面において直角又はさらには鈍角を形成する場合であっても、おおよそ平行であって合流及び分離する隣接する流れの方向を提供することを可能にすることに留意するべきである。換言すると、これらの分離仕切りは、接合部において合流するか又は前記接合部から離れる流れがおおよそ平行であるように２つの入口又は２つの出口間の大きすぎる（特に９０度以上の）接合部角度を補正することができる。
【0024】
有利には、前記界面安定化手段の上述の変形例に関連して、前記界面安定化手段は、前記分離仕切りの少なくとも一方の面に位置する前記表面コーティングを含むことができる。
【0025】
本発明の別の特徴によると、前記システムには、前記入口及び前記出口における強制対流によって相を循環させるように圧力下で前記相を循環させる外部手段が設けられ、前記移動手段は、専ら受動的な流体力学を用いる流体力学的タイプのものである。
【0026】
マイクロ流体システムの抽出ユニットは、例えば上述した特許文献１における単に拡散による移動を用いる抽出ユニットとは異なることに留意するべきである。その上、前記ユニットは、特に生体対象物の場合に操作中の成分に損傷を与える可能性がある能動的方法、例えば電気的方法を使用せず、受動的方法（用いられる唯一のエネルギー源はシステムの外部にあるマイクロポンプである）を使用する。
【0027】
枯渇用マイクロチャネル及び富化用マイクロチャネル内をそれぞれ循環する流体は同じ方向に流れる。これらは好ましくは不混和性であり、これは、これらの２つの流体間に十分に画定された界面があることを意味する。「十分に画定された」とは、数ｎｍ未満の小さい厚さにわたって延びることを意味する。
【0028】
本発明の第１の実施の形態によると、円筒形ブロックのような突出縁を有しない壁を好ましくは有する前記移動ブロックは、前記マイクロチャネルの方向に対して５度〜８５度、好ましくは２０度〜６０度の角度を形成する少なくとも１つの列で配置され、前記ブロックは、前記成分を前記隣接する富化用マイクロチャネルに向かって強制的に移動させるように前記成分の幾つか又は全てを選択的に方向転換させるように構成されている。したがって、前記ブロックの列は、前記枯渇用マイクロチャネル内を循環している流体の流れ方向を横断して延びることに留意するべきである。
【0029】
有利には、前記例による移動手段は、移動チャンバー内に枯渇用マイクロチャネルに沿って連続して配置される複数列のブロックを含むことができ、前記ブロックは、−前記上流接合部に隣接する上流列であって、前記隣接する枯渇用マイクロチャネルの通路断面の少なくとも一部にさらに延び、その障害物が、前記上流障害物間の間隔よりも大きい、より大きいサイズの少なくとも１つのカテゴリーの成分の通路を妨げ、かつ前記成分を前記富化用マイクロチャネルの遠位出口に方向転換させる（したがって前記富化用マイクロチャネルがこの上流列に連結される）ように寸法決め及び離間されている、上流列と、
−前記下流接合部に隣接する少なくとも１つの下流列であって、上流列の通路断面よりも小さい通路断面にわたって延び、その障害物が、前記上流列を横断した、前記下流障害物間の間隔よりも大きく、先行する成分より小さいサイズの少なくとも他のカテゴリーの成分の通路を妨げ、かつ前記成分を、前記富化用マイクロチャネルに方向転換させ、前記遠位出口及び枯渇用マイクロチャネルとともに例えばＹ字形の接合部を形成ししたがって前記下流列に連結されている富化用マイクロチャネルの近位出口へ前記成分を導くように寸法決め及び離間されている、下流列と、
を備える。
【0030】
前記第１の実施の形態の変形例によると、前記方向転換移動手段は、枯渇用マイクロチャネルを横断して、また用途によっては富化用マイクロチャネルを横断してチャンバー内に配置されるブロックの列の形態で配置することができ、成分を通過させて１つの列から次の列への通過毎にこれらの成分を徐々に方向転換させることができる決定論的横変位（「ＤＬＤ」）を得るように設計されている。
【0031】
前記第１の実施の形態の別の変形例によると、前記方向転換移動手段は、前記移動チャンバーに対向して形成されている前記枯渇用マイクロチャネルの側壁の内部突起からなるとともに例えば三角形の断面を有する少なくとも１つのデフレクターをさらに（すなわち前記ブロックに加えて）備えることができる。
【0032】
相互に接触する前記流れ間の界面を安定化させるように構成されている前記界面安定化手段に関して、前記界面安定化手段は、一方の相（特に枯渇されるべき相）の液滴が別の相（特に富化されるべき相）に形成されることを防止することを可能にすることに留意するべきである。前記安定化手段は、隣接するマイクロチャネル内を循環している２つの相が不混和性である場合に有用である。
【0033】
上述したように、前記移動チャンバーは、いわゆる戻り防止機能を提供する戻り防止手段も備えることができ、すなわち、戻り防止手段は、富化相に移動された前記成分が枯渇相に戻されることに抗する。前記移動チャンバーは、界面安定化・戻り防止手段を備えることができ、すなわち、界面安定化機能及び戻り防止機能を同時に提供する。
【0034】
前記界面安定化手段及び前記戻り防止手段は、前記移動手段の下流の、下流接合部の延長部に概ね位置付けられる、前記流れ間の界面ゾーンに配置される。界面安定化手段は前記界面ゾーンの上流に配置することもできる。
【0035】
本発明の第２の実施の形態によると、前記枯渇用マイクロチャネル及び前記富化用マイクロチャネルは、Ｙ字形の接合部の形態のそれらの上流接合部及び下流接合部を有し、例えば正方形の断面の前記移動ブロックは、前記上流接合部の下流に前記下流接合部に隣接して位置付けられ、前記ブロックは、前記富化用マイクロチャネルの入口と対向する前記枯渇用マイクロチャネルの入口の側壁の延長部、及び前記富化用マイクロチャネルの出口の延長部に等間隔に離間しており、前記出口は、前記成分を前記成分の経路から方向転換させることなく前記枯渇用マイクロチャネルの前記入口から前記富化用マイクロチャネルの前記出口へ導くように、前記枯渇用マイクロチャネルの前記入口とおおよそ同軸である。
【0036】
有利には、抽出されるべき成分の分散を使用しない前記移動手段は、専ら、枯渇用チャネル内を循環する流体の流れ方向を横断して延びるそのようなブロックの列からなることができる。この場合、前記ブロック間の間隔は、分離されるべき成分のサイズよりも小さい。第１の部分では、そのようなブロックの列は枯渇用マイクロチャネルから富化用マイクロチャネルへ成分を移動させる手段を構成し、第２の部分では、前記ブロックの列は枯渇用マイクロチャネル及び富化用マイクロチャネル内をそれぞれ循環している流体間の界面と接触する。前記第２の部分において、この場合、ブロックの列は、分離された成分の界面安定化・戻り防止手段を構成する。
【0037】
上述の２つの実施の形態に共通の本発明の別の特徴によると、前記抽出ユニットは、下流を、コイルのような、水頭損失を低減する少なくとも１つの手段に連結することができ、当該手段は、マイクロチャネルの前記ネットワークにも含まれ、第１の枯渇相の液滴が第２の富化相に進入することを阻止するよう、第２の富化相の圧力を第１の枯渇相の圧力よりもわずかに高く保つように、かつ界面の両側におおよそ等しい流量を有するように構成される。前記コイル（これは本発明の実施態様の一例にすぎない）の代わりに、水頭損失を低減することを可能にする任意の手段を用いることができることに留意するべきである。
【0038】
同様に前記２つの実施の形態に共通の本発明の別の特徴によると、前記抽出ユニットは、上流を、この場合も同様に前記マイクロ流体システムに含まれる、細胞集団等の成分をカプセル化するユニットに（この場合、抽出ユニットは、カプセル化ユニットの出口において得られる各ポリマーカプセルの架橋によるゲル化を提供するように構成される）、前記カプセル化ユニット及び抽出ユニット間に任意選択的に介装されるプレゲル化モジュールに、並びに、抽出ユニットの下流に設けることができる、例えばマイクロ流体流フォーカシング装置（「ＭＦＦＤ」）タイプの追加のカプセル化モジュールに連結することができる。
【0039】
概して、本発明によるマイクロ流体システムは好ましくは、得られたゲル化カプセルを必要であれば個体に移植することが可能でなければならないため、滅菌可能であるべきであることに留意されたい。本発明によるシステムは、非限定的な例としてプラスチック（例えばＰＤＭＳ）、ガラス、又はシリコンで作製することができる。
【0040】
上述の特徴のセットによって規定されるような本発明によるマイクロ流体システムは、有利には、例えばランゲルハンス島である細胞集団のようなマイクロメートルサイズ又はミリメートルサイズの成分を、枯渇されるべき第１の液相から、前記第１の相又は隣接する中間相と混和性であるものとすることができるか又は不混和性であるものとすることができる富化されるべき少なくとも１つの第２の液相へ抽出するために用いることができる。
【0041】
本発明の好ましい実施の形態によると、前記使用は、前記成分をそれぞれコーティングするカプセルを、前記カプセルを含有している枯渇されるべき油性有機相から、前記油性相と不混和性であるとともに好ましくはカルシウムイオン等のポリイオンをベースとするゲル化剤を含有している富化されるべき水相へ移動させることによって、前記マイクロ流体システム内で前記成分の周りに予め形成されているとともに例えばアルギン酸塩ヒドロゲルをベースとするポリマーコーティングカプセルを架橋することによりゲル化を行うことからなる。
【0042】
前記予め形成されたカプセルは単層又は多層であるものとすることができ、有利には生体適合性があり、機械的に強く、かつ選択的な透過性を有することに留意されたい。カプセル化に用いられるポリマーは例えば、カプセル化に最も一般的に用いられるポリマーであるアルギン酸塩ヒドロゲルとすることができる。しかし、カプセル化ユニットが、選択されたポリマーが必要とするゲル化のタイプに適合されていれば、非限定的な例としてキトサン、カラギーナン、アガロースゲル、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の他のカプセル化材料を選択することができる。
【0043】
本発明の別の実施の形態によると、前記使用は、相互に混和性である枯渇されるべき第１の相及び富化されるべき第２の相を対で用いること、並びに前記移動チャンバーの下流で横断濃度勾配を生成することからなる。
【0044】
本発明による、例えばランゲルハンス島である細胞集団のようなマイクロメートルサイズ又はミリメートルサイズの成分を、枯渇されるべき第１の液相から、前記第１の相又は隣接する中間相と混和性であるか又は不混和性である富化されるべき少なくとも１つの第２の液相へ抽出する方法が、マイクロ流体システムの基板にエッチングされる枯渇用マイクロチャネル及び少なくとも１つの富化用マイクロチャネルにおいて強制対流によって層流状態（好ましくは「超層流（hyperlaminar）」、すなわちレイノルズ数が１未満）で流される、前記相のそれぞれの流れを、前記流れが、一方では互いにおおよそ平行であるか又は前記マイクロチャネル間の２つの上流接合部及び下流接合部において合流することによって鋭角を形成し、他方では前記成分を専ら受動的な流体力学によって一方の相から他方の相へ強制的に移動させるよう、前記流れの相互接触の間中、平行なままであるように接触させることを含む。
【0045】
本発明によると、前記方法は、前記枯渇用マイクロチャネルの中心軸を横断して延びるブロックによる前記枯渇用マイクロチャネルから前記少なくとも１つの富化用マイクロチャネルへの前記成分の移動、並びに次いで前記ブロックの下流及び前記下流接合部の上流で行われる界面安定化を含むようなものである。
【0046】
有利には、前記界面安定化は、前記ブロック付近に位置付けられるとともに前記下流接合部と概ね位置合わせされるピラーの配置によって、又は前記下流接合部の領域に前記マイクロチャネルの少なくとも一方に面して位置する表面処理によって行うことができ、前記表面処理は例えば親油性又は疎水性のタイプのものである。
【0047】
本発明の別の特徴によると、前記方法は、前記ブロックによって、前記第１の相から分離された前記成分の戻り防止機能を行うことをさらに含むことができ、前記戻り防止機能は前記安定化に起因するものであるか又は前記安定化とは別個に行われる。
【0048】
既知であるように、ランゲルハンス島のサイズは、平均して１μｍ〜１０μｍである１つの細胞と比較して２０μｍ〜４００μｍと様々であることができ、これらの島は、それらが脆弱であること及びそれらの凝集力が小さいことに起因して単一の細胞よりもさらにより慎重に操作しなければならず、この操作は本発明のマイクロ流体システムによって提供される。
【0049】
本発明の他の利点、特徴及び詳細は、単に例として与えられる添付の図面を参照して、以下で与えられる説明の残りの部分から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明によるマイクロ流体システムの、基板の酸化を示すその製造プロセスの第１のステップの概略断面図である。
【図8】本発明の第１の実施形態の例による、カプセル化された成分を枯渇されるべき相から富化されるべき相へ移動させるために前記カプセル化された成分を方向転換させるところを示す、マイクロ流体システムの２相抽出ユニットの概略部分上面図である。
【図15】本発明の第２の実施形態の一例による、これらの成分を枯渇されるべき相からこれらの相によって富化されるべき相へ移動させるためにこれらの成分を方向転換させることなく導くところを示す、２相抽出ユニットの概略部分上面図である。
【図16】本発明の第１の実施形態の一例による、成分を２つの相へ、それぞれ中間相へ、次いでこれらの成分によって富化されるべき相へそれらを連続的に移動させるために方向転換させることを示す、３相抽出ユニットの概略部分上面図である。
【図18】抽出ユニットが図８によるものであり、上流がカプセルプレゲル化モジュールに、下流が抽出された成分の二重カプセル化を得るために追加のカプセル化モジュールに連結されている、本発明によるマイクロ流体システムの概略部分上面図である。
【図19】これらのモジュールに連結されている抽出ユニットが３層カプセルを最終的に得るために４つの相を用いるという点のみが図１８とは異なっている、図１８の変形例によるマイクロ流体システムの概略部分上面図である。
【図26】カプセルゲル化のための抽出ユニットの上流が抽出されるべき成分をカプセル化するユニットに連結されており、下流が枯渇及び富化されるべき２つの相のそれぞれの圧力及び流量を調節するコイルに連結されている、本発明によるマイクロ流体システムの概略上面図を示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【0051】
本発明によるマイクロ流体システム１を、例えば図１〜図７を参照して以下のように製造することができ、図１〜図７は、シリコンマイクロエレクトロニクスの既知の方法、すなわち特にリソグラフィー、ディープエッチング、酸化、「剥離」、及び保護カバー２を基板３にシールすることに基づく種々のステップを呈する。このシリコン技術は、（マイクロメートル程度の）非常に精密であるという利点を有し、エッチングの深さ又はパターンの幅に関する制約を有しない。より詳細には、マイクロシステム１の製造手順は以下の通りである。
【0052】
酸化ケイ素４（図１）が、シリコン基板上に成膜される。次いで、感光樹脂５が、前面への塗布によって成膜され（図２）、その後に酸化ケイ素４が、フォトリソグラフィー及び酸化ケイ素４のドライエッチングによって、樹脂５の層を通してシリコン基板３までエッチングされる（図３）。
【0053】
次いで、この基板３が、ディープエッチング６によって、所望されるマイクロチャネルの深さまでエッチングされ（図４）、その後に樹脂が「剥離」される（図５）。次いで、残っている熱酸化ケイ素４が、ウェットエッチングによる脱酸によって除去され（図５）、その後に、新たな熱酸化物７の層が成膜される（図６）。
【0054】
次いで、得られたチップが切り出され、ガラス又は観察を可能にすべく透明である何らかの他の材料で作られた保護カバー２が、例えば陽極シール又は直接シールによってシールされる（図７）。
【0055】
マイクロチャネル又は毛管（図示せず）の組み立ての前に、疎水シラン化形式の表面処理を行うことも可能である。
【0056】
上述の手順は、たどることができる多数の製造手順のうちの１つである。さらには、基板３について、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）又は別のエラストマー等といったシリコン以外の材料も、例えばフォトリソグラフィーによって前もって作製された「マスター」（すなわち、母型）上への成形によって、使用することが可能である。
【0057】
図８の抽出ユニット１０は、それぞれ枯渇用１１及び富化用１２である２つのマイクロチャネルを有し、これらのマイクロチャネルは基板３上でおおよそ平行に並列しており、これらのマイクロチャネル内で、一方は抽出されるべき成分Ｅが枯渇されるべき相Ａであり他方は富化されるべき相Ｂである２つの液相が単に強制対流によって循環させるように意図されており、これらの相は、好ましくは互いに不混和であるように選択される（成分Ｅをコーティングするポリマーカプセルをゲル化するためにユニット１０を用いる好ましい場合では、これらの相Ａ及びＢはそれぞれ油相及び水相である）。マイクロチャネル１１は入口１１ａ及び出口１１ｂを有し、マイクロチャネル１２は入口１２ａ及び出口１２ｂを有し、入口１２ａ及び出口１２ｂはそれぞれ入口１１ａ及び出口１１ｂとともに、双方ともＹ字形の接合部として上流接合部Ｊａ及び下流接合部Ｊｂを形成する（すなわち非常に小さい鋭角でくっつけられて僅かに外方に広がる分岐を有するＶ字を形成する）。マイクロチャネル１１及び１２は、これらの接合部Ｊａ及びＪｂ間でともに接合され、「超層流」状態（レイノルズ数が１未満）で循環している相Ａ及びＢを相互に接触させるように設計されている移動チャンバー１３を形成することで、チャンバー１３内に位置する専ら流体力学的な手段１４によって、この実施態様ではカプセル化された細胞集団等の成分Ｅをマイクロチャネル１１からマイクロチャネル１２へ方向転換させることによりこれらの成分を移動させる。
【0058】
これらのＹ字形の接合部Ｊａ及びＪｂの結果として、相Ａ及びＢの流れが収束してＪａの下流で互いに接触し、相Ａ及びＢが互いに接触した状態での循環中に互いに平行なままであることが予想される移動チャンバー１３内でのこれらの相の流れのように毎回おおよそ平行である方向にＪｂの上流で互いから分岐する。相Ａ及びＢは好ましくは同じ方向に循環する。
【0059】
チャンバー１３内の流れのこの平行度をさらに最適化するために、各接合部Ｊａ、Ｊｂの内側の接続点において相Ａ及びＢに対して不透過性である分離仕切り１５を、この接合部Ｊａ、Ｊｂの内側（すなわちその壁の内面）のこれらの二等分線におおよそ中心決めするように追加することが予想される。換言すると、これらの２つの仕切り１５は互いに向かって方向付けられており、互いに、並びにチャンバー１３内の相Ａ及びＢ間の接触界面とおおよそ位置合わせされている。
【0060】
図８ａにおいて分かるように、上流接合部Ｊａの仕切り１５は、仕切り１５の軸上に位置合わせされている一列の分離ピラー１６によって延長することができる。変形例として、この上流仕切り１５を、この上流接合部Ｊａの二等分線の軸上に位置合わせされているそのようなピラー１６と入れ替えることができることに留意するべきである。
【0061】
図８において分かるように、抽出ユニット１０は本質的に、−相Ａ及びＢの接触が始まるゾーンＺ１、
−チャンバー１３内に位置付けられ、この例では一列の等間隔で離間しているブロック（好ましくは成分Ｅを変質させないように円筒形である）から形成される方向転換移動手段１４が存在するゾーンＺ２であって、上記ブロック１４は、マイクロチャネル１１の方向に対して約４５度の角度で、このマイクロチャネル１１の通路断面を横切ってほとんど相Ａ及びＢ間の界面まで（すなわちマイクロチャネル１１及び１２が合流するゾーンまで）延び、成分Ｅの通過に抗し、これらの成分をマイクロチャネル１２へ方向転換させる、ゾーンＺ２、
−相Ａ及びＢの流れに対して平行であり、好ましくは多角形断面（例えば正方形）である一列のピラー１６を含むゾーンＺ３であって、上記ピラー１６は相Ａ及びＢ間の界面を安定化させるとともに、相Ｂに移動した成分が相Ａに戻ることを防止するように設計されている（ピラー１６間の間隔は成分Ｅの直径よりも小さいように選択される）、ゾーンＺ３、並びに
−成分Ｅが枯渇しているか又はなくなっている相Ａ及び成分Ｅが富化した相Ｂの分離を可能にする２つの独立した出口１１ｂ及び１２ｂを介して相Ａ及びＢの排出を可能にするゾーンＺ４、
に分けることができる。
【0062】
２つの相Ａ及びＢの界面に位置決めされる第３の出口を追加することが可能であり、この第３の出口は成分Ｅがない相Ａ及びＢの混合物を収集することが意図されることに留意するべきである。
【0063】
また、単一の列のブロック１４は相Ａの流れを妨げることなく「単分散」（すなわちおおよそ同じサイズの）成分Ｅを方向転換することを可能にすること、及びしたがってブロック１４間の間隔は成分Ｅの直径よりも小さいことに留意するべきである。したがって、一列のブロック１４はフィルターとして働き、すなわち、相Ａの流れの方向に、サイズがフィルターのメッシュを超える成分の通過を阻止し、上記メッシュは本明細書では２つの連続するブロック１４間の間隔によって規定される。ブロック１４の列の上述の角度に関しては、流速に応じるものであり、したがって例えば３０度〜８５度で多様であることができ、上記ブロック１４への成分Ｅの衝突を回避するか又は最小限に抑えるために、比較的高い速度の場合は小さくされる。
【0064】
さらに、戻り防止・界面安定化機能を提供するピラー１６間の間隔が十分に小さいように選択される場合、ユニット１０の寸法に対してかなりの距離にわたって上記安定化を行うことができることに留意するべきである。この実施形態によると、ピラー１６は界面安定化手段及び戻り防止手段の双方を構成する。
【0065】
図８ｂに示されるように、界面安定化手段は、マイクロチャネルの内壁に下流接合部Ｊｂにおいて施される表面処理を含むことができる。図８ｂに示される例では、表面処理は分離仕切り１５の部分に施され、この部分を、これと接触する液相によって湿潤可能とする。図示の例では、相Ａは有機であり、相Ｂは水性である。界面安定化手段はこの場合、（方向転換ブロック１４を有する）枯渇用マイクロチャネル１１を画定する（すなわち枯渇用マイクロチャネル１１の方を向く）この仕切り１５の面１５ａに施される表面処理である。この処理はこの場合、この部分１５ａを有機相Ａによって湿潤可能とするようにこの部分１５ａを親油性又は疎水性にする処理である。上記処理は例えば、例えばシラン化によって部分１５ａに親油性又は疎水性の材料を成膜することを含むことができる。
【0066】
代替的に又は同時に、接合部Ｊｂにおいて富化用マイクロチャネル１２を画定する（すなわち富化用マイクロチャネル１２の方を向く）分離仕切り１５の面１５ｂに処理を施すことができる。この部分１５ｂの表面を親水性にするこの直前に述べた処理は、上記表面に親水性材料（例えばＳｉＯ２又は親水性シラン）を固着することを含むことができる。
【0067】
したがって、仕切り１５によって画定されているマイクロチャネル１１又は１２内を循環している液相Ａ又はＢによって湿潤可能となった上記仕切り１５は界面安定化手段を構成することができる。粒子移動ブロック１４に隣接するように位置決めされている上記仕切り１５は、移動される成分Ｅに対する戻り防止手段も形成する。
【0068】
図９に示されるように、本発明による抽出ユニット１１０は、有利には相Ｂにおける横断濃度勾配（矢印Ｆ１を参照のこと）を用いることができ、この場合ブロック１４の列はマイクロチャネル１１からマイクロチャネル１２へ横断して延びるため、成分Ｅは相Ｂへ移動されると、この濃度勾配を横断する。この移動によって行われるゲル化が急速である場合、この方法は、成分Ｅをコーティングするポリマーカプセルの膨潤を制限することができる。一変形例として、各カプセルの高度な化学コーティングを行うために二重の濃度勾配を用いることが可能である。
【0069】
「多分散」（すなわち様々なサイズカテゴリーを有する）成分Ｅの集団の場合に関する図１０に示されるように、本発明による抽出ユニット２１０は、おおよそ平行な斜めの少なくとも２列のブロック２１４ａ及び２１４ｂを有することができ、直径がより大きいブロック２１４ａの列は、上流に配置されているとともに、最大成分Ｅのみをマイクロチャネル２１２遠位ゾーン（すなわち図において上側）へ方向転換させ、次いでマイクロチャネル２１２の対向する遠位出口２１２ｂ１へガイドする枯渇用マイクロチャネル２１１及び富化用マイクロチャネル２１２の双方に延び、一方で他のより小さい成分Ｅ’は、この列２１４ａを通って、先行する列の下流にありマイクロチャネル２１１のみを横切って延びる列２１４ｂによって同じく方向転換される。これらの成分Ｅ’はこの場合、マイクロチャネル２１２の近位ゾーン（すなわち図において下側）において成分Ｅの下流で相Ｂに同様に入り（rejoin）、マイクロチャネル２１２の対向する近位出口２１２ｂ２へ導かれる。ブロック２１４ａ及び２１４ｂは同様の直径を有することもできる。この場合、２つの連続するブロック２１４ａ間の間隔は２つの連続するブロック２１４ｂ間の間隔よりも大きい。
【0071】
まず、各接合部Ｊａ、Ｊｂ付近のマイクロチャネル１１及び１２のそれぞれの横断幅Ｗｃａ及びＷｏｒgは同一又は同様であるものとすることができ、これらの幅は約１．２Φから１０Φまで様々であるものとすることができ（ここで、Φは抽出されるべき成分Ｅの平均直径である）、移動チャンバー１３の横断幅は例えばＷｃａ＋Ｗｏｒgの和に等しいと規定される。
【0072】
さらに、上流接合部Ｊａの内側端（例えば上流接合部Ｊａを延長する仕切り１５の内側端によって形成される）と（接合部Ｊａの上記端におおよそ対向して位置付けられる）対応する列の方向転換ブロック１４の最後のブロックとの間の軸方向距離Ｗｗｉｎは、約１．５Φ〜５０Φとすることができる。下流接合部Ｊｂの内側端（例えば下流接合部Ｊｂを延長する仕切り１５の内側端によって形成される）とこの同じ最後のブロック１４との間の軸方向距離Ｗｓｅｐに関しては、約１．５Φ〜２０Φとすることができる。
【0073】
図８〜図１０において見られるブロック１４、２１４ａ、２１４ｂの各列に関して、これらのブロック間の間隔は、約Φ／５からΦ／２まで様々であるものとすることができ、各ブロックの直径は約Φ／１０〜Φ／５とすることができる。ピラー１６間の間隔及びそれらの直径にも同じことが当てはまる。
【0074】
図１３における変形例では、抽出ユニット３１０は、成分Ｅを相Ａから相Ｂへ方向転換させる、成分Ｅを移動させる手段が、斜めのブロック３１４の複数の列からなるという点が図８における実施形態とは本質的に異なり、ブロック３１４の複数の列は、マイクロチャネル１１及び１２に対して横断方向に配置され、これらのブロック間の間隔が成分Ｅの直径よりも大きいため成分Ｅを通過させて１つの列から次の列への通過毎にこれらの成分を徐々に方向転換させることができる決定論的横変位（「ＤＬＤ」）を得るように設計されている。ブロック３１４は、方向転換されるべき成分Ｅの流れ線が２つの相Ａ及びＢ間の界面に向かって徐々に移動するように配置されている。したがって、分離されるべき成分Ｅはそれらの流れ線をたどり、界面へ徐々に移動する。このタイプの構成は、方向転換されるべき成分のフィルターを構成しないが、漸進的な方向転換手段を構成する。この変形例によると、２つの不混和性相Ａ及びＢが好ましくは用いられる。さらにこの変形例によると、界面安定化・戻り防止手段１６が移動手段３１４の下流に配置される。
【0075】
図１４における変形例では、抽出ユニット４１０のチャンバー４１３内で成分Ｅを相Ａから相Ｂへ方向転換させる移動手段は、デフレクター４１４ａからなる。成分Ｅは、毛細管力が十分である場合に上記相Ｂと接触することで吸着される。しかし、方向転換された成分Ｅの相Ｂによる吸着は十分には生じない可能性があるため、移動はあまり効果的でなくなることを指摘しておくべきである。
【0076】
図１４の変形例である図１４ａに示されるように、デフレクター４１４ａは、一方では相Ａ及びＢ間の界面に対しておおよそ斜めにデフレクター４１４ａを延長する方向転換ブロック１４で、他方では安定化／戻り防止ピラー１６で補うことができる。方向転換ブロック１４は、成分Ｅが枯渇される流体（枯渇用マイクロチャネルを流れる流体）の流れ方向に方向転換される成分Ｅの通過を阻止するフィルターを構成するように配置される。これらのピラー１６を用いて、そのようなピラー１６を有せずかつ相Ｂに吸着される成分が相Ａに戻る可能性がある図１４のユニット４１０によって提供される移動よりも、効果的な移動が得られることに留意するべきである。
【0077】
図１５の例では、本発明の第２の実施形態による抽出ユニット５１０はさらに、その枯渇用マイクロチャネル５１１及び富化用マイクロチャネル５１２を有し、これらのマイクロチャネルはＹ字形の接合部の形態のそれらの上流接合部Ｊａ及び下流接合部Ｊｂを有するが、相Ａから相Ｂへの成分Ｅの移動はこの場合はこれらの成分Ｅを幾分も方向転換させることなく行われる。実際には、上流接合部Ｊａの下流で好ましくは移動チャンバー５１３の全長にあり、マイクロチャネル５１１の入口５１１ａの側壁及びマイクロチャネル５１２の出口５１２ｂの側壁の延長部で下流接合部Ｊｂまで延びる（入口５１１ａ及び出口５１２ｂはおおよそ同軸であると予想される）、等間隔に離間したピラー５１４（例えば正方形の断面）の位置合わせが、枯渇されるべき相Ａの上記入口５１１ａから富化されるべき相Ｂの上記出口５１２ｂまでほとんど直線で成分Ｅを導くように設計されている。したがってこのピラー５１４の位置合わせは、成分Ｅがたどる方向に対して平行に延びる。
【0078】
本発明のこの第２の実施形態では、ピラー５１４への成分Ｅの衝突が回避され、このことは、ランゲルハンス島等のほとんど凝集していない細胞集団のような脆弱な成分の抽出の場合に特に重要であることに留意するべきである。
【0079】
上記図１５において分かるように、相Ａ及びＢ間の界面は、チャンバー５１３のより下流、すなわち接合部Ｊｂに近接して位置付けられる最後のピラー５１４と「重なる（rest）」傾向を有することも留意される。換言すると、これらのピラー５１４は界面安定化手段を形成する。また、ピラー５１４は成分Ｅのマイクロチャネル５１１の出口５１１ｂへの通過も防止するように設計されているため、チャンバー５１３の全長における相Ａの流れの軸に沿ったそれらの位置合わせはこの目的で好ましい。したがって、相Ａ及びＢ間の界面が支持されるピラー５１４は、界面安定化・戻り防止手段も構成する。
【0080】
この第２の実施形態によると、ピラー５１４の列は相Ａの流れ方向に対して横断して延びる。ピラー５１４の列は、枯渇用マイクロチャネル５１１における相Ａの流れ方向への成分Ｅの通過を阻止するという意味で、分離されるべきこれらの成分のフィルターを構成する。この場合、この実施形態によると、このピラー５１４の列は移動手段及び界面安定化・戻り防止手段の双方を構成することが理解されるであろう。
【0081】
また好ましくは、相Ａが相Ｂと混合されることを防止するために、抽出中に、例えば図２６及び図２７に示されるコイル２０によって、相Ａ中の圧力よりも僅かに高い相Ｂ中の圧力を維持するためのステップ（又は例えばチャネルの断面を減らすことによって水頭損失を低減する何らかの他の手段）がとられる。このことは、相Ａの液滴が相Ｂ中に出現することを防止し、逆に、相Ａ中での相Ｂの液滴の形成は受け入れることができると規定される。水頭損失を低減する上記手段２０は相Ａ及びＢの圧力を調整することを可能にするだけではなく、移動チャンバーにおいて互いにかなり近いそれらのそれぞれの速度を維持することも可能にし、したがって一方の相から別の相へ移動される成分への過剰なせん断力を回避することに留意するべきである。
【0082】
図１６に示されるように、本発明による抽出ユニット６１０が、３つの入口６１１ａ〜６１３ａ、３つの出口６１１ｂ〜６１３ｂ、２つの上流接合部Ｊａ及び２つの下流接合部Ｊｂを画定する平行なマイクロチャネル６１１、６１２及び６１３内を循環する３つ以上の異なる相Ｐｈ１〜Ｐｈ３を用いることができる。枯渇用マイクロチャネル６１１、中間のマイクロチャネル６１２を横切って形成されて中間のマイクロチャネル６１２が富化用マイクロチャネル６１３と合流するところ（すなわち相２及び相３間の界面）で終端する斜めの列の方向転換ブロック６１４の延長によって、成分Ｅが相２及び次いで相３に強制的に通される。このように相２を通ることによって、例えば、これらの成分Ｅをコーティングするカプセルを相３によって完全にゲル化する前に上記カプセルの表面を化学的又は生物学的に修飾することを可能にすることができる。このユニット６１０の場合、好ましくは相２と不混和性である相１が用いられ、一方で相２及び３は予想される用途に応じて互いに混和性であるものとすることができる。
【0083】
図１７に示されるように、成分Ｅ、Ｅ’の２つ又は２つ以上のサイズカテゴリーが存在する場合、抽出ユニット７１０において、図１０におけるような複数列のブロック７１４ａ及び７１４ｂ、並びに３つ又は３つ以上の不混和液相Ｐｈ１〜Ｐｈ３を用いることが可能である。ブロック７１４ａ及び７１４ｂの列は成分Ｅ及びＥ’それぞれのフィルターを構成する。実際には、ブロック７１４ａ及び７１４ｂの列は、それらのそれぞれのマイクロチャネルの流れ方向に応じてこれらの成分Ｅ及びＥ’の通路を阻止する。上記図１７から、より小さい成分Ｅ’は相２に位置し、上流列７１４ａを横断して下流列７１４ｂによって方向転換された後で（中間マイクロチャネル７１２の出口７１２ｂを介して）相２を離れ、一方でより大きい成分Ｅは上流列７１４ａによって方向転換されて相３に直接到達して（富化用マイクロチャネル７１３の出口７１３ｂを介して）相３を離れることが分かる。図１６及び図１７に記載される実施形態では、ピラー１６が界面安定化手段（特に２つの隣接するマイクロチャネルを流れる２つの相が不混和性である場合に）及び戻り防止手段の双方を構成することが留意される。
【0084】
図１８及び図１９は、細胞集団のような抽出されるべき成分Ｅをコーティングするカプセルのゲル化に関して、図８〜図１５を参照して上記で提示されたように、それぞれ有機相（相Ａ）において用いられるプレゲル化、次いで水相（相Ｂ）へ移動されることによるゲル化という２つのステップを示す。
【0085】
プレゲル化は、−ポリマーカプセルのゲル化を可能にするポリイオンのナノ結晶（通常はアルギン酸塩又は同様のものである）であって、これらのナノ結晶は例えば、連続する有機相と必ずしも混和性ではない（例えば油溶剤又は過フッ素化溶剤をベースとする）酢酸カルシウム、塩化カルシウム、チタン酸バリウム、リン酸カルシウム又は塩化バリウムを有することができる、ポリイオンのナノ結晶、又は
−ゲル化を可能にするポリイオンを含有するナノエマルションとの接触によって得ることができる。
【0086】
これらのポリイオンとの接触によってプレゲル化が起こり、カプセルの外側エンベロープは、その表面を強化しカプセルの球状形状を維持するのに十分である非常に僅かな厚さまで架橋する。
【0087】
プレゲル化は多くの利点を提供し、本発明者らは特に、プレゲル化によって、カプセルの球状形状を保ち、カプセルを生理学的状態に維持し、カプセル化及びゲル化を自動化し、単層カプセル化を行い、かつ最終的に「付随する（satellite）」液滴を除去することが可能となると述べることができる。これらの「付随する」液滴は、それらのサイズが小さいことに起因して枯渇用チャネルの流れをたどってフィルターとして働くブロック１４間のスペースを通るため、実際にはプレゲル化の下流で除去される。
【0088】
図１８及び図１９において分かるように、プレゲル化モジュールＰＧが図８の抽出ユニット１０の上流に連結されており、抽出ユニット１０は有利には下流が任意選択的な追加のカプセル化モジュール３０に連結される。モジュールＰＧによってプレゲル化されたカプセルは、それらのキャリア流体（油相Ａ）中に入ると、ユニット１０に進入してブロック１４の列によって第２の不混和性相Ｂ（水性）へ移動される。界面安定化手段及び戻り防止手段１６もそこに配置することができる。この例では、これらの手段は、これらの２つの機能を同時に提供するピラー１６の形態である。カルシウムイオン（又はゲル化を可能にする他のポリイオン）が上記相Ｂに加えられると、アルギン酸塩コーティングの完全な架橋が起こり、安定したカプセルが得られる。
【0089】
しかし、不混和性相Ｂがゲル化ポリイオンを含有していない場合、現在はあまり用いられていないがカプセル化された細胞のスペースを残すという利点を提供するとともに分割する、液体のコアを有するカプセルを形成することが可能であることに留意するべきである。
【0090】
本発明によるマイクロ流体システムは中性のｐＨにおいてゲル化を行うことで細胞の生存度を最大限に高めることを可能にするが、これは、カプセルが最初にゲル化されて次に液体のコアがクエン酸又はＥＤＴＡ等の作用物質によって溶解される、従来の方法によるそのコアを有するこれらのカプセルのカプセル化の場合は可能ではないことにも留意するべきである。
【0091】
図１８及び図１９に示されている追加のカプセル化モジュール３０は、二重コーティングによって最適な質のカプセル化を提供することが意図される。例えば「ＭＦＦＤ」（「マイクロ流体流フォーカシング装置」）タイプのこのモジュール３０は、例えばアルギン酸塩溶液のカプセルを含有する水相Ｂに連結されている。したがって、本発明では、異なるものとすることがきる（例えば異なる濃度のアルギン酸塩、又は他のアルギン酸塩／ＰＬＬ（ＰＬＬはポリ−Ｌ−リシンである））２つのコーティングＣ１及びＣ２を有し、かつ図２０において分かるように一方の同じ側に２つの中心がずれている可能性が低いためカプセルＣ内の各成分（例えば細胞集団）の中心決めが改善された、多層カプセルＣが得られる。
【0092】
この構成は、カプセルのゲル化中に突起が出現する可能性を最小限に抑え、この突起は、ポリマーシェルによって覆われていないか又は非常に薄くしか覆われていないカプセル化された成分の部分を示す。いかなる突起も有しないゲル化されたカプセルの製造は、カプセル化された成分が生体に移植されることが意図される場合に、いかなる免疫反応も回避する（そのような反応は移植片拒絶につながる可能性があるため）ために特に重要である。
【0093】
図１９において分かるように、例えばアルギン酸塩／ＰＬＬ／アルギン酸塩カプセル化のようなカプセル化ステップ及びゲル化ステップ（２つのステージ１０、１０’’を用いた抽出による適用）の数を増やすことによって多カプセル化も行うことができる。好ましくは、この目的で、−Ｐｈ１：有機相＋カルシウムナノ結晶、
−Ｐｈ２：水相＋カルシウム、
−Ｐｈ３：水相＋ＰＬＬ、及び
−Ｐｈ４：水相＋アルギン酸塩を有する４つの相Ｐｈ１〜Ｐｈ４、
が用いられる。
【0094】
この例では、水相Ｐｈ２〜Ｐｈ４は互いに混和性であるが、有機相Ｐｈ１のみが他の３つの相と混和性ではない。ピラー１６からなる界面安定化手段は、移動ブロック１４と、相１及び２が循環するマイクロチャネルの下流接合部との間に設けられ、上記相は不混和性である。
【0095】
図１９ａにおける変形例では、それぞれが図１５におけるようなタイプである、複数の非方向転換抽出ユニット５１０’及び５１０’’を順に配置することによって多カプセル化が行われる。この図において分かるように、第１の抽出ユニット５１０’は、枯渇されるべき相Ａによって運ばれる細胞を含有する液滴の形態の成分Ｅを、ピラー５１４によって、これらの液滴のゲル化を行う富化されるべき相Ｂの出口まで直線で導くように設計されており、第２の抽出ユニット５１０’’は、同様のピラー５１４によって、相Ｂにおいてゲル化された液滴を、新鮮なカプセル化材料を含有する第３の相Ｃの出口まで導くように設計されている。これらのゲル化及びカプセル化された液滴は次いで、出口において液滴の二重カプセル化を得るために第４の相Ｄ（新たなキャリア相）と接触する。
【0096】
図２１の抽出ユニット８１０（その一部を図２３に概略的に示す）は、上流接合部Ｊａ及び下流接合部Ｊｂが上面図でそれぞれＵ字形状を有し、この場合ユニット８１０がＨ字形状を有し、その拡大したクロスバーが移動チャンバーを形成し、その直立部が入口８１１ａ、８１２ａ及び出口８１１ｂ、８１２ｂを形成するようなものである。斜めの列の円筒形の方向転換ブロック８１４（４０μｍに等しい直径を有する）が、枯渇用マイクロチャネル８１１の外側側壁に形成されている三角形の断面の内部デフレクター８１４ａと組み合わせられ、上記壁に対して例えば３０度の角度αをなす内部デフレクター８１４ａの傾斜は、ブロック８１４によって同じ方向に延長される。指針として、この例に示されている寸法ｈ、Ｅ及びｇは、それぞれ８００μｍ、８０μｍ及び４０μｍである。例えば成分の界面安定化及び戻り防止用に意図されるダイヤモンド形のピラー８１６に関して、これらのピラー８１６は４０μｍの対角線を有する。例として挙げた値は、２００μｍの深さを有する装置に関して計算したものである。
【0097】
図２２及び図２４における変形例は、上流デフレクターを欠いており、図２１及び図２３のデフレクターと同様であるが、枯渇用マイクロチャネル８１１の幅とほとんど同じ大きさであり、横断高さがかなり大きいデフレクター８１４ｂが設けられている方向転換ブロック８１４の列をそれぞれ示す。
【0098】
図２５の抽出ユニット９１０は、成分の界面安定化及び戻り防止のためのピラーの位置合わせを欠いている点のみが図２１の抽出ユニットとは異なる。実際には、抽出ユニットの移動手段はこの場合、これらの成分をマイクロチャネル９１２へ方向転換するように枯渇用マイクロチャネル９１１の外側側壁から下流接合部Ｊｂへ延びる斜めの列の円筒形ブロックから専ら構成されていることが分かる。角度α並びに距離ｈ及びＥは例えば図２１におけるものと同じである。
【0099】
図２６及びそれに続く図に示されているマイクロ流体システムは、基板３における２００μｍのマイクロチャネルの深さに好適である。図２６及び図２７において見られるコイル２０は、枯渇相の液滴が富化相に進入することを防止するために、抽出ユニット１０１０（図３０を参照のこと）内に、枯渇相における液体の圧力よりも高い上記富化相における液体の圧力を維持するように設けられている。したがって、これらの相の流体力学的抵抗は、相の粘度に応じて調整される。図２７に示されるように、富化用マイクロチャネル１０１２の特徴は、ユニット１０１０内のその開始点Ａ’及び到達点Ｂ’に関して規定することができる。
【0100】
（図２６の差込図の「ズーム１」に対応する）図２８に示されるカプセル化ユニット４０は「ＭＦＦＤ」タイプのものであり、その可視寸法は例えば、ａ＝２００μｍ ｂ＝１．２ｍｍ ｃ＝８００μｍ ｄ＝３００μｍ
ｅ＝３００μｍ ｆ＝６５０μｍ α＝３０度である。