(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-09-26
(54)【発明の名称】マイクロ流体チップ型液滴プロセッサ
(51)【国際特許分類】
B01D 17/06 20060101AFI20230919BHJP
G01N 35/08 20060101ALI20230919BHJP
G01N 1/00 20060101ALI20230919BHJP
B01J 19/00 20060101ALI20230919BHJP
G01N 37/00 20060101ALN20230919BHJP
【ＦＩ】
B01D17/06
G01N35/08 A
G01N1/00 101F
B01J19/00 321
G01N37/00 101
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023513788
(86)(22)【出願日】2021-07-30
(85)【翻訳文提出日】2023-04-27
(86)【国際出願番号】 US2021043926
(87)【国際公開番号】W WO2022046353
(87)【国際公開日】2022-03-03
(31)【優先権主張番号】63/072,629
(32)【優先日】2020-08-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/154,146
(32)【優先日】2021-02-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】399117121
【氏名又は名称】アジレント・テクノロジーズ・インク
【氏名又は名称原語表記】ＡＧＩＬＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100125380
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 綾子
(74)【代理人】
【識別番号】100142996
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 聡二
(74)【代理人】
【識別番号】100166268
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 祐
(74)【代理人】
【識別番号】100218604
【弁理士】
【氏名又は名称】池本 理絵
(72)【発明者】
【氏名】フローリー，クルト・エイ．
(72)【発明者】
【氏名】チャン・ダスティン
(72)【発明者】
【氏名】クルーガー，ケリー
【テーマコード（参考）】
2G052
2G058
4G075
【Ｆターム（参考）】
2G052AA33
2G052CA04
2G052DA09
2G052ED14
2G052FB03
2G052GA11
2G058CC05
2G058DA02
2G058DA07
2G058GA01
4G075AA13
4G075AA39
4G075AA65
4G075BB05
4G075BB10
4G075CA14
4G075DA02
4G075DA12
4G075DA13
4G075EB50
4G075EC21
4G075FA12
4G075FB02
(57)【要約】
非水系流体内に分散された水系流体の１つ以上の液滴を形成するマイクロ流体装置が記載されている。マイクロ流体装置は、第１のマイクロ流体チャネルであって、第１のマイクロ流体チャネルを通して水系流体を流すように構成される、第１のマイクロ流体チャネルと、第１のマイクロ流体チャネルに流体接続される第２のマイクロ流体チャネルであって、第２のマイクロ流体チャネルを通して第１のマイクロ流体チャネル内に非水系流体を流すようになっている第２のマイクロ流体チャネルとを備える。マイクロ流体リザーバは、第１のマイクロ流体チャネルに流体接続され、第１の水系流体の複数の液滴を受け取るように構成されている。マイクロ流体装置は、第１の電極及び第２の電極を更に備え、第１の電極及び第２の電極は、第１の電極に電圧を印加することにより、水系流体の１つ以上の液滴を第１の方向に移動させ、第２の電極に電圧を印加することにより、水系流体の１つ以上の液滴を第２の方向に移動させるように位置決めされている。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の水系流体の流れを流すようになっている第１のマイクロ流体チャネルと、前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続される第２のマイクロ流体チャネルであって、前記第１のマイクロ流体チャネル内に第１の非水系流体の流れを流すようになっている第２のマイクロ流体チャネルと、
前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第１のマイクロ流体チャネルによって形成されて前記第１の非水系流体内に分散される前記第１の水系流体の１つ以上の液滴を受け取るように構成されている第１のマイクロ流体リザーバと、
前記第１のマイクロ流体リザーバ内に画定され、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を配列するように構成される第１のリザーバ整列部と、
電圧を印加することにより、前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を第１の方向に移動させるように位置決めされている第１の電極と、
電圧を印加することにより、前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を第２の方向に移動させるように位置決めされている第２の電極と
を備える、マイクロ流体環境において液滴を処理するマイクロ流体装置。
【請求項2】
第２の水系流体を流すようになっている第３のマイクロ流体チャネルと、前記第３のマイクロ流体チャネルに流体接続される第４のマイクロ流体チャネルであって、前記第３のマイクロ流体チャネル内に第２の非水系流体を流すようになっている第４のマイクロ流体チャネルと、
前記第３のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第３のマイクロ流体チャネルによって形成されて前記第２の非水系流体内に分散される前記第２の水系流体の１つ以上の液滴を受け取るように構成されている第２のマイクロ流体リザーバであって、前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を配列するように構成されている、前記第２のマイクロ流体リザーバ内に画定されている第２のリザーバ整列部を含む、第２のマイクロ流体リザーバと
を更に備える、請求項１に記載のマイクロ流体装置。
【請求項3】
前記第１の電極に電圧を印加することにより、前記第２のリザーバ整列部における前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を第３の方向に移動させる、請求項２に記載のマイクロ流体装置。
【請求項4】
第５のマイクロ流体チャネル及び第６のマイクロ流体チャネルを更に備え、前記第５のマイクロ流体チャネルは、前記第１のマイクロ流体リザーバの前記第１のリザーバ整列部及び前記第２のマイクロ流体リザーバの前記第２のリザーバ整列部に流体接続され、それらの間に配置され、前記第６のマイクロ流体チャネルは、前記第１のリザーバ整列部に流体接続されている、請求項２又は３に記載のマイクロ流体装置。
【請求項5】
前記第１のマイクロ流体リザーバを通した前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴の輸送は、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴に作用する第１の浮力を利用し、前記第２のマイクロ流体リザーバを通した前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴の輸送は、前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴に作用する第２の浮力を利用する、請求項２～４のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項6】
前記第１のマイクロ流体リザーバは、前記第１のマイクロ流体リザーバ内に流れる過剰量の前記第１の非水系流体を収集するように構成される第１の廃棄ポートを備え、前記第２のマイクロ流体リザーバは、前記第２のマイクロ流体リザーバ内に流れる過剰量の前記第２の非水系流体を収集するように構成される第２の廃棄ポートを備える、請求項２～５のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項7】
前記第１の電極は、第１の取り付けられた電極部及び第１の接地電極部を含み、前記第２の電極は、第２の取り付けられた電極部及び第２の接地電極部を含み、前記第１の接地電極部は、前記第１の電極の第１の基準電位を確立し、前記第２の接地電極部は、前記第２の電極の第２の基準電位を確立する、請求項２～６のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項8】
前記第１の取り付けられた電極部及び前記第２の取り付けられた電極部のうちの少なくとも一方は、鋭角電極部を含む、請求項７に記載のマイクロ流体装置。
【請求項9】
前記第１の取り付けられた電極部は、第１の取り付けられた鋭角電極部を含み、前記第２の取り付けられた電極部は、第２の取り付けられた鋭角電極部を含む、請求項７に記載のマイクロ流体装置。
【請求項10】
前記第１の電極をアクティベートすることにより、前記第１の取り付けられた鋭角電極部の先端部に集中する第１の電界強度を有する第１の電界が発生し、前記第２の電極をアクティベートすることにより、前記第２の取り付けられた鋭角電極部の先端部に集中する第２の電界強度を有する第２の電界が発生する、請求項９に記載のマイクロ流体装置。
【請求項11】
前記第１の取り付けられた電極部及び前記第２の取り付けられた電極部のうちの少なくとも一方は、湾曲した電極部を含む、請求項７に記載のマイクロ流体装置。
【請求項12】
前記第１の取り付けられた電極部は、第１の曲率半径を有する第１の取り付けられた湾曲した電極部を含み、前記第２の取り付けられた電極部は、第２の曲率半径を有する第２の取り付けられた湾曲した電極部を含む、請求項７に記載のマイクロ流体装置。
【請求項13】
前記第１の電極をアクティベートすることにより、前記第１の取り付けられた湾曲した電極部の前記第１の曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する第１の電界強度を有する第１の電界が発生し、前記第２の電極をアクティベートすることにより、前記第２の取り付けられた湾曲した電極部の前記第２の曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する第２の電界強度を有する第２の電界が発生する、請求項１２に記載のマイクロ流体装置。
【請求項14】
前記第１の取り付けられた電極部及び前記第２の取り付けられた電極部のうちの少なくとも一方は、円形電極部を含む、請求項７に記載のマイクロ流体装置。
【請求項15】
前記第１の取り付けられた電極部は、第１の曲率半径を有する第１の取り付けられた円形電極部を含み、前記第２の取り付けられた電極部は、第２の曲率半径を有する第２の取り付けられた円形電極部を含む、請求項７に記載のマイクロ流体装置。
【請求項16】
前記第１の電極をアクティベートすることにより、前記第１の取り付けられた円形電極部の前記第１の曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する第１の電界強度を有する第１の電界が発生し、前記第２の電極をアクティベートすることにより、前記第２の取り付けられた円形電極部の前記第２の曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する第２の電界強度を有する第２の電界が発生する、請求項１５に記載のマイクロ流体装置。
【請求項17】
前記第１の電極を選択的にアクティベートすることにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴が前記第１の取り付けられた電極部に向かうようにする引力がもたらされ、前記第１の水溶液及び前記第２の水溶液の前記１つ以上の液滴が前記第５のマイクロ流体チャネル内に移動するようになっている、請求項２～１６のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項18】
前記第１の電極をアクティベートすることによって生じる前記引力により、前記第５のマイクロ流体チャネルにおいて、前記第１の水系流体の１つ以上の液滴が前記第２の水系流体の１つ以上の液滴と融合し、融合された液滴を形成する、請求項１７に記載のマイクロ流体装置。
【請求項19】
前記第２の電極を選択的にアクティベートすることにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴が前記第２の取り付けられた電極部に向かうようにする引力がもたらされ、前記第１の水溶液の前記１つ以上の液滴が前記第６のマイクロ流体チャネル内に移動するようになっている、請求項２～１６のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項20】
前記第１の水溶液の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水溶液の前記１つ以上の液滴を評価するために、可視光及び蛍光のうちの少なくとも一方を含む液滴評価デバイスを更に備え、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの一方の選択的なアクティベーションは、前記液滴評価デバイスによって実行される評価に基づく、請求項２～１８のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項21】
前記第１のマイクロ流体リザーバ及び／又は前記第２のマイクロ流体リザーバに流体接続される第１の連続流チャネルと、前記第１のマイクロ流体リザーバ及び／又は前記第２のマイクロ流体リザーバに流体接続される第２の連続流チャネルと、
前記第１の連続流チャネルに隣接して位置決めされている第１のチャネルの取り付けられた電極部と、前記第２の連続流チャネルに隣接して位置決めされている第２のチャネルの取り付けられた電極部と、前記第１の連続流チャネルと前記第２の連続流チャネルとの間に位置決めされているチャネル接地電極部とを含む第３の電極であって、前記第１のチャネルの取り付けられた電極部を選択的にアクティベートすることにより、前記融合された液滴を前記第１の連続流チャネル内に移動させ、前記第２のチャネルの取り付けられた電極部を選択的にアクティベートすることにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記第２の連続流チャネル内に移動させる、第３の電極と
を更に備える、請求項２～２０のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項22】
前記第１の連続流チャネルは、前記第１のマイクロ流体リザーバの前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第１の連続流チャネルは、前記融合された液滴を前記第１のマイクロ流体チャネルに戻すように輸送し、前記融合された液滴が前記第１のマイクロ流体リザーバ内に輸送されるようにする、請求項２１に記載のマイクロ流体装置。
【請求項23】
前記第５のマイクロ流体チャネルに流体接続される第３のマイクロ流体リザーバを更に備え、第３の浮力が前記融合された液滴に作用して、前記融合された液滴を前記第５のマイクロ流体チャネルから前記第３のマイクロ流体リザーバに輸送する、請求項４～２０のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項24】
前記第６のマイクロ流体チャネルに流体接続される廃棄物収集ステージを更に備え、前記第６のマイクロ流体チャネルにおいて第４の浮力が前記第１の水溶液の前記１つ以上の液滴に作用して、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記第６のマイクロ流体チャネルから前記廃棄物収集ステージに輸送する、請求項４～２０のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項25】
第１のマイクロ流体チャネルを通して第１の水系流体を流すことと、前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続される第２のマイクロ流体チャネルを通して第１の非水系流体を流すことと、
前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続される第１のマイクロ流体リザーバ内に前記第１の水系流体及び前記第１の非水系流体が流れる際に、前記第１の水系流体の１つ以上の液滴を形成することと、
前記第１の非水系流体内に分散された前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を、前記第１のマイクロ流体リザーバの第１のリザーバ整列部に輸送することと、
前記第１のマイクロ流体リザーバ内に画定される前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を評価することと、
前記第１の水系流体の１つ以上の液滴が、前記第１のリザーバ整列部から第１の方向及び第２の方向のうちの一方に移動するように、前記第１のリザーバ整列部において電界を発生させることと
を含む、マイクロ流体環境において液滴を処理する方法。
【請求項26】
前記第１のマイクロ流体リザーバを通して前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記輸送することは、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴に作用する第１の浮力を利用する、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
第３のマイクロ流体チャネルを通して第２の水系流体を流すことと、前記第３のマイクロ流体チャネルに流体接続される第４のマイクロ流体チャネルを通して第２の非水系流体を流すことと、
前記第１のマイクロ流体チャネル及び前記第２のマイクロ流体チャネルに流体接続される第２のマイクロ流体リザーバを通して前記第２の水系流体の１つ以上の液滴を輸送することであって、前記第２のマイクロ流体リザーバを通して第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記輸送することは、前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴に作用する第２の浮力を利用することと、
前記第２のマイクロ流体リザーバ内に画定される第２のリザーバ整列部における前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を評価することと
を更に含む、請求項２５又は２６に記載の方法。
【請求項28】
前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記評価することは、前記第１の水溶液の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水溶液の前記１つ以上の液滴を評価するために、可視光及び蛍光のうちの少なくとも一方を含む液滴評価デバイスを利用する、請求項２５～２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項29】
第１の電極を、前記第１のマイクロ流体リザーバの前記第１のリザーバ整列部と前記第２のマイクロ流体リザーバの前記第２のリザーバ整列部との間に位置決めすることと、第２の電極を、前記第１のリザーバ整列部に隣接して位置決めすることと、
前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの一方を選択的にアクティベートし、前記第１の電極に第１の電圧を印加することにより、前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記第２のマイクロ流体リザーバに向かって移動させ、前記第２のリザーバ整列部における前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記第１のマイクロ流体リザーバに向かって移動させ、前記第２の電極に第２の電圧を印加することにより、前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を、前記第２のマイクロ流体リザーバから離れるように移動させるようにすることと
を更に含む、請求項２５～２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項30】
前記第１の電極を選択的にアクティベートすることにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴が、前記第１のリザーバ整列部及び前記第２のリザーバ整列部に流体接続され、それらの間に配置される第５のマイクロ流体チャネル内に入るようにする引力をもたらす誘電泳動力が発生する、請求項２９に記載の方法。
【請求項31】
前記第１の電極を選択的にアクティベートすることによって発生する前記引力により、前記第５のマイクロ流体チャネルにおいて、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴が前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴と融合し、融合された液滴を形成する、請求項３０に記載の方法。
【請求項32】
第３の浮力が前記融合された液滴に作用して、前記融合された液滴を、前記第５のマイクロ流体チャネルに流体接続される第３のマイクロ流体リザーバ内に輸送する、請求項３１に記載の方法。
【請求項33】
前記第２の電極を選択的にアクティベートすることにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴が、前記第１のリザーバ整列部に流体接続される第６のマイクロ流体チャネル内に入るようにする引力をもたらす誘電泳動力が発生する、請求項２９に記載の方法。
【請求項34】
第４の浮力が前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴に作用して、前記第６のマイクロ流体チャネル内の前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を、前記第６のマイクロ流体チャネルに流体接続される廃棄物収集ステージに輸送する、請求項３３に記載の方法。
【請求項35】
前記第１のマイクロ流体リザーバ及び／又は前記第２のマイクロ流体リザーバに流体接続される第１の連続流チャネルを通して第２の非水系流体を流すことと、前記第１のマイクロ流体リザーバ及び／又は前記第２のマイクロ流体リザーバに流体接続される第２の連続流チャネルを通して第３の非水系流体を流すことと、
前記第１の連続流チャネルに隣接して位置決めされている第１のチャネルの取り付けられた電極部と、前記第２の連続流チャネルに隣接して位置決めされている第２のチャネルの取り付けられた電極部と、前記第１の連続流チャネルと前記第２の連続流チャネルとの間に位置決めされているチャネル接地電極部とを含む第３の電極を位置決めすることと、
前記第１のチャネルの取り付けられた電極部又は前記第２のチャネルの取り付けられた電極部のうちの一方を選択的にアクティベートすることであって、前記第１のチャネルの取り付けられた電極部を選択的にアクティベートすることにより、前記融合された液滴を前記第１の連続流チャネル内に移動させ、前記第２のチャネルの取り付けられた電極部を選択的にアクティベートすることにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記第２の連続流チャネル内に移動させることと
を更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項36】
前記第１の連続流チャネルは、前記第１のマイクロ流体リザーバの前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第１の連続流チャネルを通して前記第２の非水系流体を流すことにより、前記融合された液滴を前記第１のマイクロ流体チャネルに戻すように輸送し、前記融合された液滴が前記第１のマイクロ流体リザーバ内に輸送されるようにする、請求項３５に記載の方法。
【請求項37】
第１のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第１のマイクロ流体チャネルによって形成されて第１の非水系流体内に分散される第１の水系流体の１つ以上の液滴を受け取るように構成される第１のマイクロ流体リザーバと、前記第１のマイクロ流体リザーバ内に画定され、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を配列するように構成される第１のリザーバ整列部と、
第３のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第３のマイクロ流体チャネルによって形成されて第２の非水系流体内に分散される第２の水系流体の１つ以上の液滴を受け取るように構成される第２のマイクロ流体リザーバと、
前記第２のマイクロ流体リザーバ内に画定され、前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を配列するように構成される第２のリザーバ整列部と、
第１の電極であって、該第１の電極に電圧を印加することにより、前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を第１の方向に移動させ、前記第２のリザーバ整列部における前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を第２の方向に移動させるように位置決めされている第１の電極と、
第２の電極であって、該第２の電極に電圧を印加することにより、前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を第３の方向に移動させるように位置決めされている第２の電極と
を備える、マイクロ流体環境において液滴を処理するマイクロ流体装置。
【請求項38】
前記第１のマイクロ流体リザーバ及び前記第２のマイクロ流体リザーバに流体接続される１つ以上の追加のマイクロ流体リザーバを更に備え、マルチステージマイクロ流体装置を形成する、請求項３７に記載のマイクロ流体装置。
【請求項39】
第１の浮力が前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴に作用して、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を、前記第１のマイクロ流体リザーバを通して前記第１のリザーバ整列部に輸送するとともに、前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を、前記第２のマイクロ流体リザーバを通して前記第２のリザーバ整列部に輸送する、請求項３７又は３８に記載のマイクロ流体装置。
【請求項40】
前記第１の電極は、第１の取り付けられた電極部及び第１の接地電極部を含み、前記第２の電極は、第２の取り付けられた電極部及び第２の接地電極部を含み、前記第１の接地電極部は、前記第１の電極の第１の基準電位を確立し、前記第２の接地電極部は、前記第２の電極の第２の基準電位を確立する、請求項３７～３９のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項41】
前記第１の取り付けられた電極部及び前記第２の取り付けられた電極部のうちの少なくとも一方は、鋭角電極部を含む、請求項４０に記載のマイクロ流体装置。
【請求項42】
前記第１の取り付けられた電極部は、第１の取り付けられた鋭角電極部を含み、前記第２の取り付けられた電極部は、第２の取り付けられた鋭角電極部を含む、請求項４０に記載のマイクロ流体装置。
【請求項43】
前記第１の電極をアクティベートすることにより、前記第１の取り付けられた鋭角電極部の先端部に集中する第１の電界強度を有する第１の電界が発生し、前記第２の電極をアクティベートすることにより、前記第２の取り付けられた鋭角電極部の先端部に集中する第２の電界強度を有する第２の電界が発生する、請求項４２に記載のマイクロ流体装置。
【請求項44】
前記第１の取り付けられた電極部及び前記第２の取り付けられた電極部のうちの少なくとも一方は、湾曲した電極部を含む、請求項４０に記載のマイクロ流体装置。
【請求項45】
前記第１の取り付けられた電極部は、第１の曲率半径を有する第１の取り付けられた湾曲した電極部を含み、前記第２の取り付けられた電極部は、第２の曲率半径を有する第２の取り付けられた湾曲した電極部を含む、請求項４０に記載のマイクロ流体装置。
【請求項46】
前記第１の電極をアクティベートすることにより、前記第１の取り付けられた湾曲した電極部の前記第１の曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する第１の電界強度を有する第１の電界が発生し、前記第２の電極をアクティベートすることにより、前記第２の取り付けられた湾曲した電極部の前記第２の曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する第２の電界強度を有する第２の電界が発生する、請求項４５に記載のマイクロ流体装置。
【請求項47】
前記第１の取り付けられた電極部及び前記第２の取り付けられた電極部のうちの少なくとも一方は、円形電極部を含む、請求項４０に記載のマイクロ流体装置。
【請求項48】
前記第１の取り付けられた電極部は、第１の曲率半径を有する第１の取り付けられた円形電極部を含み、前記第２の取り付けられた電極部は、第２の曲率半径を有する第２の取り付けられた円形電極部を含む、請求項４０に記載のマイクロ流体装置。
【請求項49】
前記第１の電極を選択的にアクティベートすることにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴が前記第１の取り付けられた電極部に向かうようにする引力がもたらされ、前記第１の水溶液及び前記第２の水溶液の前記１つ以上の液滴が、前記第１のマイクロ流体リザーバ及び前記第２のマイクロ流体リザーバに流体接続される第５のマイクロ流体チャネル内に移動するようになっている、請求項４０～４８のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項50】
前記第１の電極をアクティベートすることによって生じる前記引力により、前記第５のマイクロ流体チャネルにおいて、前記第１の水系流体の１つ以上の液滴が前記第２の水系流体の１つ以上の液滴と融合し、融合された液滴を形成する、請求項４９に記載のマイクロ流体装置。
【請求項51】
前記第２の電極を選択的にアクティベートすることにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴が前記第２の取り付けられた電極部に向かうようにする引力がもたらされ、前記第１の水溶液の前記１つ以上の液滴が、前記第１のマイクロ流体リザーバに流体接続される第６のマイクロ流体チャネル内に移動するようになっている、請求項４０～４９のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項52】
前記第１の水溶液の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水溶液の前記１つ以上の液滴を評価するために、可視光及び蛍光のうちの少なくとも一方を含む液滴評価デバイスを更に備え、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの一方の選択的なアクティベーションは、前記液滴評価デバイスによって実行される評価に基づく、請求項３７～５１のいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、包括的には、マイクロ流体環境においてエマルション（emulsion）から液滴を分離及び選別する装置及び方法に関する。
【0002】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０２０年８月３１日付出願の米国仮特許出願第６３／０７２，６２９号、及び２０２１年２月２６日付出願の米国仮特許出願第６３／１５４，１４６号の優先権及び利益を主張し、それらの内容は、全体がそれぞれ引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
本願は、２０２０年８月３１日付出願の米国仮特許出願第６３／０７２，６２９号、及び２０２１年２月２６日付出願の米国仮特許出願第６３／１５４，１４６号の優先権及び利益を主張し、それらの内容は、全体がそれぞれ引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【背景技術】
【0003】
マイクロ流体デバイスは、微量流体（minute fluid amount）の輸送、制御、及び操作における幅広い有利な特徴を提供することができる。例えば、生物学、化学、及び生化学アッセイ（assay：分析）の性能は、ラブオンチップ（Lab-on-a-Chip）デバイス等のマイクロ流体システムを利用して或る動作が小規模で実施される場合に、大きな利点を享受する。マイクロ流体デバイスを使用するミクロン規模（及びそれ未満）の水系液滴の処理は、必要とする試薬の量が低減され、生成される化学廃棄物の量が低減されることから、多くの利点を有する。具体的には、小体積の利用により、特定のアッセイについてのこれまでにない感度及び制御の機会がもたらされる。さらに、或るマイクロ流体デバイスは、集中型実験室においてサンプルを分析するのに代わり、必要とされるあらゆる場所でのサンプル分析を可能にする。結果として、マイクロ流体デバイスは、幅広い種類の重要な用途に使用することができる。
【0004】
マイクロ流体デバイス及び／又はラブオンチップデバイス（つまり、マイクロ流体デバイス又はラブオンチップデバイスあるいはそれらの両方）は、「単相（single-phase）」プラットフォームと「液滴化（dropletized）」プラットフォームとに分けることができる。単相プラットフォームは、マイクロ流体及び／又はラブオンチップデバイスを満たし、それを通って流れる単一の流体媒体中に浸漬又は分散（suspend：懸濁）された分析物（例えば、細胞、分子、又は化学成分）を利用する。液滴化プラットフォームは、連続的な非水系流体（例えば、非混和性流体相）中に浸漬又は分散された個々の（典型的には）水系液滴内に分注された分析物を利用する。液滴化プラットフォームの利点は、各個々の液滴が、希釈及びクロスコンタミネーションを低減しながら、小体積（例えば、ピコリットル及びナノリットル）での化学的又は生物学的反応を行うように、別個の隔離された区画を形成することである。多くの蛍光に基づく分析技法が、液滴内容物の高スループット及び高感度の分析のために開発されており、多様な化学的、生物学的、及び他のそのような用途においてマイクロ液滴の使用を可能にしている。
【0005】
現在の液滴化又は液滴型プラットフォームのほとんどは、非水系流体（non-aqueous fluid）（例えば、非混和性流体相（immiscible fluid phase））の連続流によって液滴を搬送するか、そうでなければ輸送するように設計される。したがって、アッセイ動作は、周囲の非水系流体の連続流によって規定されるタイミングで、確立された順序において行う必要がある。したがって、これらの液滴型プラットフォームを一般化し、より柔軟で、プログラム可能であり、個々の液滴に対して行われる中間測定に適応的に応答するようにするための継続的な努力が進行中である。例えば、液滴型プラットフォームをより柔軟にするには、液滴を異なる後続のワークフローへと選別及び／又は誘導（つまり、選別又は誘導あるいはそれらの両方を）し、或る評価条件に基づいて個々の液滴に適切な試薬を添加するために、個々の動作を行う。
【0006】
デジタルマイクロフルイディクス（ＤＭＦ：Digital Microfluidics）は、より一般化された液滴型プラットフォームを開発及び実施する試みにおいて利用される現行技術のうちの１つである。典型的なＤＭＦプラットフォームは、液滴が点在する非水系流体の準二次元（quasi-two dimensional）（準２Ｄ:quasi-2D）体積を封入する２つの平行な基板を備える。ＤＭＦプラットフォームの１つの基板表面は、金属パッドの２Ｄアレイによって覆われ、各パッドは、電圧供給部に制御可能に接続される。特定の金属パッドを電圧源に順次接続及び接続解除すると、エレクトロウェッティング（electrowetting force）の力によって液滴を２Ｄアレイの周りに制御可能に移動させることができる。個々の金属パッドのこの起動（activation：アクティベーション）及び停止（deactivation）は、典型的には、コンピュータ制御され、単純な動作のために単純なスクリプト又はアプリケーションをプログラムすることができるため、アッセイ実施のより高レベルのプログラミング制御が可能になっている。
【0007】
有用な液滴型プラットフォームを形成するために、デバイスは、液滴を生成し、液滴を輸送し、液滴を選別し、液滴を選択された試薬液滴と融合し、液滴を次のプラットフォームステップの特定のワークフローに輸送することが可能であるべきである。そのような実施態様は、小型のマイクロ流体チップ上で多様な生物学、化学、及び生化学アッセイを行う柔軟で強力な手段を可能にする。しかしながら、有用でロバストなＤＭＦプラットフォームを生産することは非常に困難であることがわかっている。ロバストなＤＭＦプラットフォームの生産における問題の多くは、必要な電気特性及び流体特性を有して基板表面上に金属パッドのアレイを製造することが困難であることに起因して生じる。例えば、パッドのそれぞれに対する個別の電気的アクセスには、アレイの下に位置するプリント回路基板と、付随する電気フィードスルー（feed-through）とが必要である。そのような構成では、疎水性及び電気絶縁性のコンフォーマル層（conformal layer）の堆積に必要とされる非常に平滑な表面を維持するのが困難となる。典型的に、製造されるパッド表面は、フィードスルー領域において不均一部を有し、これらの不均一部は、その後堆積される電気絶縁性及び疎水性層に断絶を生じる場合がある。結果として、これらの不均一部は、これらの形状部の上を輸送される際に液滴に許容不能な抗力をもたらし、より壊滅的には、絶縁層にわたる電気的絶縁破壊（electrical breakdown）をもたらす。電気的絶縁破壊により、更なる表面劣化、水の電解（及び分析物流体との更なる電気化学反応）、及び気泡形成が生じる。元の表面は、電気的に破壊されると、損傷した表面にわたって液滴を輸送しようと試みる際、液滴に大きな抗力を及ぼす。エレクトロウェッティングによる輸送力を増大させるために、印加される電圧を増大させると、絶縁破壊を悪化させ、表面を更に損傷させるおそれがある。この根本的難点及び関連する問題点は、望ましい広範なマイクロ流体アッセイを行うようにＤＭＦプラットフォームを実施することを不可能にしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ＤＭＦプラットフォームの魅力の多くは、液滴を柔軟に保持／評価／選別／混合するとともに、これらの操作を特定のアッセイに必要なだけ行うことができる（アッセイステップの追加にはプラットフォームのプログラム制御スクリプトを拡張するだけでよい）ことにある。しかしながら、多くの重要なアッセイは、少数の保持／評価／選別／混合操作のみによって完了する。したがって、実用的な実施の観点から、これらの液滴操作を柔軟でロバストでコスト効果的な方法で行うことができ、これらの操作のうちのいくつかをユーザ固有の制御シーケンスで行うためのデバイスが必要である。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様として、マイクロ流体環境において液滴を処理するマイクロ流体装置が提供される。マイクロ流体装置は、第１のマイクロ流体チャネルであって、第１のマイクロ流体チャネルを通して第１の水系流体（first aqueous fluid）の流れを流すようになっている、第１のマイクロ流体チャネルと、第１のマイクロ流体チャネルに流体接続される第２のマイクロ流体チャネルとを備える。第２のマイクロ流体チャネルは、第２のマイクロ流体チャネルを通して第１のマイクロ流体チャネル内に第１の非水系流体（first non-aqueous fluid）の流れを流すようになっている。マイクロ流体装置はまた、第１のマイクロ流体チャネルに流体接続され、第１のマイクロ流体チャネルによって形成されて第１の非水系流体内に分散される第１の水系流体の１つ以上の液滴を受け取るように構成される第１のマイクロ流体リザーバと、第１のマイクロ流体リザーバ内に画定され、第１の水系流体の１つ以上の液滴を配列（arrange）するように構成される第１のリザーバ整列部（first reservoir queue portion）とを備える。マイクロ流体装置はまた、第１の電極に電圧を印加することにより、第１のリザーバ整列部における第１の水系流体の１つ以上の液滴を第１の方向に移動させるように位置決めされている第１の電極と、第２の電極に電圧を印加することにより、第１のリザーバ整列部における第１の水系流体の１つ以上の液滴を第２の方向に移動させるように位置決めされる第２の電極とを備える。
【0010】
別の態様として、マイクロ流体環境において液滴を処理する方法が提供される。本方法は、第１のマイクロ流体チャネルを通して第１の水系流体を流すことと、第１のマイクロ流体チャネルに流体接続される第２のマイクロ流体チャネルを通して第１の非水系流体を流すこととを含む。本方法はまた、第１のマイクロ流体チャネルに流体接続される第１のマイクロ流体リザーバ内に第１の水系流体及び第１の非水系流体が流れる際に、第１の水系流体の１つ以上の液滴を形成することを含む。本方法はまた、第１の非水系流体内に分散された第１の水系流体の１つ以上の液滴を、第１のマイクロ流体リザーバの第１のリザーバ整列部に輸送することと、第１のマイクロ流体リザーバ内に画定される第１のリザーバ整列部における第１の水系流体の１つ以上の液滴を評価することとを含む。本方法はまた、第１の水系流体の１つ以上の液滴が、第１のリザーバ整列部から第１の方向及び第２の方向のうちの一方に移動するように、第１のリザーバ整列部において電界を発生させることを含む。
【0011】
更に別の態様として、マイクロ流体環境において液滴を処理するマイクロ流体装置が提供される。マイクロ流体装置は、第１のマイクロ流体チャネルに流体接続され、第１のマイクロ流体チャネルによって形成されて第１の非水系流体内に分散される第１の水系流体の１つ以上の液滴を受け取るように構成されている第１のマイクロ流体リザーバと、第１のマイクロ流体リザーバ内に画定され、第１の水系流体の１つ以上の液滴を配列するように構成される第１のリザーバ整列部とを備える。マイクロ流体装置はまた、第３のマイクロ流体チャネルに流体接続され、第３のマイクロ流体チャネルによって形成されて第２の非水系流体内に分散される第２の水系流体の１つ以上の液滴を受け取るように構成されている第２のマイクロ流体リザーバと、第２のマイクロ流体リザーバ内に画定され、第２の水系流体の１つ以上の液滴を配列するように構成されている第２のリザーバ整列部とを備える。第１の電極は、第１の電極に電圧を印加することにより、第１のリザーバ整列部における第１の水系流体の１つ以上の液滴を第１の方向に移動させ、第２のリザーバ整列部における第２の水系流体の１つ以上の液滴を第２の方向に移動させるように位置決めされている。第２の電極は、第２の電極に電圧を印加することにより、第１のリザーバ整列部における第１の水系流体の１つ以上の液滴を第３の方向に移動させるように位置決めされている。
【0012】
本方法及び装置のこれらの特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付の特許請求の範囲とともに、以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本開示の例示的な実施形態に係るマイクロ流体デバイスの概略図である。
【図3A】液滴の選択、液滴の融合、マイクロ流体デバイスの次のステージへの１つ以上の融合された液滴の輸送を示す、本開示のマイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の部分概略図である。
【図3B】液滴の選択、液滴の融合、マイクロ流体デバイスの次のステージへの１つ以上の融合された液滴の輸送を示す、本開示のマイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の部分概略図である。
【図3C】液滴の選択、液滴の融合、マイクロ流体デバイスの次のステージへの１つ以上の融合された液滴の輸送を示す、本開示のマイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の部分概略図である。
【図4A】液滴の選択、及びマイクロ流体デバイスの廃棄物収集ステージへの選択された液滴の輸送を示す、本開示のマイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の部分概略図である。
【図4B】液滴の選択、及びマイクロ流体デバイスの廃棄物収集ステージへの選択された液滴の輸送を示す、本開示のマイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の部分概略図である。
【図4C】液滴の選択、及びマイクロ流体デバイスの廃棄物収集ステージへの選択された液滴の輸送を示す、本開示のマイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の部分概略図である。
【図5】マイクロ流体デバイスの例示的な実施形態のマイクロ流体リザーバに流体接続された第１の連続流チャネル及び第２の連続流チャネルを示す概略図である。
【図6A】本開示のマイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の電極の起動によって生成される電界を示す概略図である。
【図6C】本開示のマイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の電極の起動によって生成される電界を示す概略図である。
【図7A】取り付けられた電極部の異なる形状のうちの１つを示す、本開示のマイクロ流体デバイスの例示的な電極の概略図である。
【図7B】取り付けられた電極部の異なる形状のうちの１つを示す、本開示のマイクロ流体デバイスの例示的な電極の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本教示は、添付の図面とともに読まれるときに、以下の詳細な説明から最も良く理解される。それらの特徴は必ずしも縮尺通りに描かれていない。実用的なときはいつでも、類似の参照符号は類似の特徴を指している。
【0015】
［定義される術語］
本明細書において使用される術語は特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図するものでないことは理解されたい。定義される用語は、定義された用語の技術的な意味及び科学的な意味に加えて、本教示の技術分野において一般的に理解され、受け入れられるような意味を有する。
本明細書において使用される術語は特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図するものでないことは理解されたい。定義される用語は、定義された用語の技術的な意味及び科学的な意味に加えて、本教示の技術分野において一般的に理解され、受け入れられるような意味を有する。
【0016】
本明細書において使用される場合、「実質的な（substantial）」又は「実質的に（substantially）」という用語は、それらの通常の意味に加えて、当業者にとって許容可能な限度又は程度内であることを意味する。
【0017】
本明細書において使用される場合、「略（approximately）」及び「約（about）」という用語は、当業者にとって許容可能な限度又は量内であることを意味する。「約」という用語は、概して、示した数字のプラス又はマイナス１５％を指す。例えば、「約１０」は、８．５～１１．５の範囲を示すことができる。例えば、「略同じ」は、当業者が比較されている項目が同じであるとみなすことを意味する。本開示において、数値範囲は、その範囲を規定する数字を含むことが理解される。
【0018】
「接続された（connected）」という用語は、２つのコンポーネントが流体接続される又は物理的に接続される又は両方であることを意味する。「流体接続された（fluidically connected）」という用語は、２つのコンポーネントが、流体連通状態にあり、２つのコンポーネント間の直接接続、及び１つ以上の他のコンポーネントが流路内で２つのコンポーネント間にある間接接続を含むことを意味する。例えば、第１のコンポーネント及び第２のコンポーネントは、第１のコンポーネントからの出口が第２のコンポーネントの入口に物理的に接続される場合、又は、導管が第１のコンポーネント及び第２のコンポーネントを接続する場合、又は、流体が第１のコンポーネントから第２のコンポーネントに又はその逆に流れるとき、弁、ポンプ、又は他の構造等の１つ以上の介在するコンポーネントが２つのコンポーネント間にある場合に、流体接続される。コンポーネントは、フェルール（ferrule）を使用すること、ろう付け、及び他のアプローチによって等で、任意の適切な方法で物理的に接続することができる。一般的に、液密（fluid-tight：流体密封）である及び／又は死容積（dead-volume）を最小にする（つまり、液密である又は死容積を最小にする、あるいはそれらの両方の）物理的接続が、本装置のために所望される。
【0019】
様々な実施形態を記載する前に、本開示の教示は記載される特定の実施形態に限定されず、したがって、当然ながら変更することができることを理解されたい。また、本明細書において使用される術語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本教示の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるため、限定するものとして意図されないことを理解されたい。
【0020】
他に規定のない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと同様又は同等の任意の方法及び材料を、本教示の実施又は試験に際して使用してもよいが、いくつかの例示的な方法及び材料をこれより記載する。
【0021】
本明細書で参照される全ての特許及び出版物は、それらの全体が引用することにより明示的に本明細書の一部をなすものとする。
【0022】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用する場合、「一つの（a, an）」及び「その、前記の（the）」という用語は、文脈において明確な別段の指示がない限り、単数の対象物及び複数の対象物の双方を含む。したがって、例えば、「部分（a moiety）」は、１つの部分及び複数の部分を含む。なお、「及び／又は」は、その句によってつながれる二以上の要素の一要素、それらの任意の組み合わせ、あるいはそれらの総体をカバーする意味で使われる。
【0023】
本明細書において使用される場合、「マイクロ流体環境（microfluidic environment）」という用語は、数十ミクロン～数百ミクロンの寸法を有するチャネルのネットワークを含む基板を意味する。チャネルは、マイクロリットル～ピコリットルの範囲の流体を流動、操作、及び、そうでなければ制御するように構成される。
【0024】
本発明の１つの態様として、非水系流体（例えば、非混和性油（immiscible oil））の流れ中に浸漬又は分散された水系液滴の内容物をマイクロ流体リザーバに効率的に輸送する、マイクロ流体装置又はデバイス（例えば、マイクロ流体チップ）が提供される。マイクロ流体装置は、水系流体の液滴形成、生じた液滴を輸送液滴の保持又は整列形態（queue formation）にして輸送すること、液滴の検査、及び１つ以上の液滴の連続的な処理を容易にする。
【0025】
［詳細な説明］
図１は、第１のマイクロ流体チャネル１１０と、第２のマイクロ流体チャネル１２０と、第１のマイクロ流体チャネル１１０及び第２のマイクロ流体チャネル１２０に流体接続される第１のマイクロ流体リザーバ１３０と、第３のマイクロ流体チャネル１４０と、第４のマイクロ流体チャネル１５０と、第３のマイクロ流体チャネル１４０及び第４のマイクロ流体チャネル１５０に流体接続される第２のマイクロ流体リザーバ１６０と、第１のマイクロ流体リザーバ１３０と第２のマイクロ流体リザーバ１６０との間に配置され、それらに流体接続される第５のマイクロ流体チャネル１７０と、第１のマイクロ流体リザーバ１３０に流体接続される第６のマイクロ流体チャネル１８０と、第１のマイクロ流体リザーバ及び第２のマイクロ流体リザーバの頂部に画定される第１の基本論理ユニット（ＢＬＵ：basic logic unit）１９０とを備える、例示的なマイクロ流体デバイス１００を示している。
図１は、第１のマイクロ流体チャネル１１０と、第２のマイクロ流体チャネル１２０と、第１のマイクロ流体チャネル１１０及び第２のマイクロ流体チャネル１２０に流体接続される第１のマイクロ流体リザーバ１３０と、第３のマイクロ流体チャネル１４０と、第４のマイクロ流体チャネル１５０と、第３のマイクロ流体チャネル１４０及び第４のマイクロ流体チャネル１５０に流体接続される第２のマイクロ流体リザーバ１６０と、第１のマイクロ流体リザーバ１３０と第２のマイクロ流体リザーバ１６０との間に配置され、それらに流体接続される第５のマイクロ流体チャネル１７０と、第１のマイクロ流体リザーバ１３０に流体接続される第６のマイクロ流体チャネル１８０と、第１のマイクロ流体リザーバ及び第２のマイクロ流体リザーバの頂部に画定される第１の基本論理ユニット（ＢＬＵ：basic logic unit）１９０とを備える、例示的なマイクロ流体デバイス１００を示している。
【0026】
図示の例示的な実施形態において、第１のマイクロ流体チャネル１１０（本明細書において「マイクロ流体チャネル」とも称する）は、マイクロ流体チャネル１１０を通る、矢印１１２によって表される流体流路を画定するチャネル入口１１０ａ及びチャネル出口１１０ｂを含む。例えば、水系流体（例えば、水系流体中に分散された細胞、分子、化学物質等を含む分析物流体）は、チャネル入口１１０ａを介して第１のマイクロ流体チャネル１１０に入り、チャネル出口１１０ｂを介してマイクロ流体チャネル１１０を出る。図示の例示的な実施形態において、チャネル入口１１０ａは、第１の直径（本明細書において「直径」とも称する）を有し、チャネル出口１１０ｂは、第１の直径よりも大きい又は小さい異なる第２の直径（本明細書において「直径」とも称する）を有する。１つの非限定的な例において、チャネル出口１１０ｂは、チャネル入口１１０ａよりも小さい直径を有する。そのような実施形態において、第１のマイクロ流体チャネル１１０の直径寸法は、所望の液滴サイズ（例えば、１０μｍ～５０μｍ）を有する水系液滴を形成するように構成するか、そうでなければ選択される。
【0027】
図示の例示的な実施形態において、第２のマイクロ流体チャネル１２０（「マイクロ流体チャネル」とも称する）は、マイクロ流体チャネル１１０に流体接続されるチャネルの第１の分岐部１２０ａ及びチャネルの第２の分岐部１２０ｂを含む。非水系流体（例えば、Ｎｏｖｅｃ ７５００又は他のそのような非混和性流体）は、矢印１２２ａ及び１２２ｂによってそれぞれ示されるチャネルの第１の分岐部１２０ａ及び第２の分岐部１２０ｂのうちの１つ以上を通って流れる。図示の例示的な実施形態において、チャネルの第１の分岐部１２０ａ及び第２の分岐部１２０ｂは、互いに軸方向に位置合わせされ、チャネル入口１１０ａとチャネル出口１１０ｂとの間でマイクロ流体チャネル１１０の両側に流体接続されるが、チャネルの第１の分岐部１２０ａ及び第２の分岐部１２０ｂの他の構成及び／又は配置（つまり、構成又は配置、あるいはそれらの両方）が可能である。したがって、マイクロ流体デバイス１００は、第１のチャネル入口１１０ａ、第２のチャネルの第１の分岐部１２０ａ、及び第２のチャネルの第２の分岐部１２０ｂが、第１のチャネル出口１１０ｂに流体接続される３方向又はＴ字形接合部を形成することを示しているが、或る実施形態は、２方向接合部（例えば、第２のマイクロ流体チャネルの単一の分岐部が第１のチャネル入口に結合される）又は他の所望の構成等の代替的な構成を利用することができることが理解されよう。
【0028】
図示の例示的な実施形態において、第１のマイクロ流体リザーバ１３０（「マイクロ流体リザーバ」とも称する）は、マイクロ流体チャネル１１０のチャネル出口１１０ｂに隣接するリザーバ受取り部１３２を含む。マイクロ流体リザーバ１３０は、リザーバ受取り部１３２によって受け取った複数の水系液滴１３６を配列する及び／又はそうでなければ編成するように構成されるリザーバ整列部１３４を更に含む。図示の例示的な実施形態において、リザーバ受取り部１３２は、第１の幅（本明細書において「幅」とも称する）を有し、リザーバ整列部１３４は、液滴受取り部１３２の幅と比較して異なる第２の幅（本明細書において「幅」とも称する）を有する。図示の例示的な実施形態において、リザーバ整列部１３４は、液滴受取り部１３２よりも小さい幅を有し、第１のマイクロ流体リザーバ１３０の先細り部を画定する。すなわち、リザーバ受取り部１３２の幅寸法は、マイクロ流体リザーバ１３０の幅広な端部を画定し、リザーバ整列部１３４の幅寸法は、マイクロ流体リザーバ１３０の先細り及び／又は幅狭（つまり、先細り又は幅狭、あるいはそれらの両方）の端部を画定する。
【0029】
図示の例示的な実施形態において、第３のマイクロ流体チャネル１４０（本明細書において「マイクロ流体チャネル」とも称する）は、マイクロ流体チャネル１４０を通る、矢印１４２によって表される流体流路を画定するチャネル入口１４０ａ及びチャネル出口１４０ｂを含む。例えば、流体（例えば、水系試薬又は他のそのような流体）は、チャネル入口１４０ａを介してマイクロ流体チャネル１４０に入り、チャネル出口１４０ｂを介してマイクロ流体チャネル１４０を出る。図示の例示的な実施形態において、チャネル入口１４０ａは、第１の直径（本明細書において単に「直径」とも称する）を有し、チャネル出口１４０ｂは、第１の直径よりも大きい又は小さい異なる第２の直径（本明細書において「直径」とも称する）を有する。１つの非限定的な例において、チャネル出口１４０ｂは、チャネル入口１４０ａよりも小さい直径を利用する。そのような実施形態において、第３のマイクロ流体チャネル１４０の直径寸法は、所望の液滴サイズ（例えば、１０μｍ～５０μｍ）を有する試薬液滴を形成するように構成するか、そうでなければ選択される。
【0030】
図示の例示的な実施形態において、第４のマイクロ流体チャネル１５０（「マイクロ流体チャネル」とも称する）は、第３のマイクロ流体チャネル１４０に流体接続されるチャネルの第１の分岐部１５０ａ及びチャネルの第２の分岐部１５０ｂを含む。非水系流体（例えば、Ｎｏｖｅｃ ７５００又は他のそのような非混和性流体）は、矢印１５２ａ及び１５２ｂによってそれぞれ示されるチャネルの第１の分岐部１５０ａ及び第２の分岐部１５０ｂのうちの１つ以上を通って流れる。例示的な実施形態において、チャネルの第１の分岐部１５０ａ及び第２の分岐部１５０ｂは、互いに軸方向に位置合わせされ、チャネル入口１４０ａとチャネル出口１４０ｂとの間でマイクロ流体チャネル１４０の両側に流体接続されているが、チャネルの第１の分岐部１５０ａ及び第２の分岐部１５０ｂの他の構成及び／又は他の位置（つまり、他の構成又は他の位置、あるいはそれらの両方）が可能である。したがって、マイクロ流体デバイス１００は、チャネル入口１４０ａ、チャネルの第１の分岐部１５０ａ、及びチャネルの第２の分岐部１５０ｂが、チャネル出口１４０ｂに流体接続されている３方向又はＴ字形接合部を形成することを示しているが、或る実施形態は、２方向接合部（例えば、第４のマイクロ流体チャネルの単一の分岐部が第３のチャネル入口に結合される）又は他のそのような構成等の代替的な構成を利用することができることが理解されよう。
【0031】
図示の例示的な実施形態において、第２のマイクロ流体リザーバ１６０（「マイクロ流体リザーバ」とも称する）は、第４のマイクロ流体チャネル１４０のチャネル出口１４０ｂに隣接するリザーバ受取り部１６２を含む。マイクロ流体リザーバ１６０は、リザーバ受取り部１６２によって受け取った１つ以上の試薬液滴１６６を配列する及び／又はそうでなければ編成するように構成されるリザーバ整列部１６４を更に含む。図示の例示的な実施形態において、リザーバ受取り部１６２は、第１の幅（本明細書において「幅」とも称する）を有し、リザーバ整列部１６４は、リザーバ受取り部１６２の幅と比較して異なる第２の幅（本明細書において「幅」とも称する）を有する。したがって、試薬液滴１６６は、リザーバ受取り部１６２を通して輸送され、マイクロ流体リザーバ１６０のリザーバ整列部１６４に収集される。図示の例示的な実施形態において、リザーバ整列部１６４は、リザーバ受取り部１６２よりも小さい幅を有し、マイクロ流体リザーバ１６０の先細り部を画定する。すなわち、リザーバ受取り部１６２の幅寸法は、第２のマイクロ流体リザーバ１６０の幅広端部を画定し、第２のリザーバ整列部１６４の幅寸法は、第２のマイクロ流体リザーバ１６０の先細り及び／又は幅狭の端部を画定する。
【0032】
図示の例示的な実施形態において、第１のＢＬＵ１９０（「ＢＬＵ」とも称する）は、第１のマイクロ流体リザーバ１３０及び第２のマイクロ流体リザーバ１６０に隣接して位置決めされる第１の電極１７２と、第１のマイクロ流体リザーバ１３０に隣接して位置決めされる第２の電極１８２とを備える。第１の電極１７２（「電極」とも称する）は、取り付けられた電極部１７２ａと、接地電極部１７２ｂと、取り付けられた電極部１７２ａに電気的に結合される電圧源１７４とを備える。したがって、電圧源１７４の起動（アクティベーション）により、第１の電極１７２に所望の電圧が印加される。例えば、図示の例示的な実施形態において、取り付けられた電極部１７２ａは、第５のマイクロ流体チャネル１７０の少なくとも一部に隣接して及び／又は重なって（つまり、隣接して又は重なって、あるいはそれらの両方で）位置決めされる電極点又は先端部を画定する、三角形状を有する比較的鋭い電極として構成される。或る実施形態において、取り付けられた電極部１７２ａは、最も幅狭（すなわち、電極の尖端になる場所）であり、ここは、接地電極部１７２ｂに最も近い（すなわち、取り付けられた電極部及び接地電極部の先端部を接続する流体経路に沿った最短分離距離を有する）。取り付けられた電極部１７２ａは、鋭い又は尖った電極として示されているが、例えば、湾曲又は円形構成を有する取り付けられた電極を含む、取り付けられた電極部の他の形状及び／又は他の構成が可能であることを理解すべきである。接地電極部１７２ｂは、実質的に矩形の形状を有するとともに、第２のマイクロ流体リザーバ１６０のリザーバ整列部１６４の少なくとも一部に隣接して及び／又は重なって位置決めされる、比較的長く真っ直ぐな電極として構成される。様々な実施形態において、接地電極部１７２ｂは、第１の電極１７２の起動によって発生する電界のソース（source）（又はシンク（sink））として機能する基準電位を提供する。電界は、第１のマイクロ流体リザーバ１３０及び第２のマイクロ流体リザーバ１６０から液滴（例えば、液滴１３６及び１６６）を駆動するために利用される電界領域を画定する。
【0033】
図示の例示的な実施形態において、第２の電極１８２（「電極」とも称する）は、取り付けられた電極部１８２ａと、接地電極部１８２ｂと、取り付けられた電極部１８２ａに電気的に結合される電圧源１８４とを備える。したがって、電圧源１８４の起動（アクティベーション）により、電極１８２に所望の電圧が印加される。例えば、図示の例示的な実施形態において、取り付けられた電極部１８２ａは、第６のマイクロ流体チャネル１８０の少なくとも一部に隣接して及び／又は重なって位置決めされる電極点又は先端部を画定する、三角形状を有する比較的鋭い電極として構成される。或る実施形態において、取り付けられた電極部１８２ａは、最も幅狭（すなわち、電極の尖端になる場所）であり、ここは、接地電極部１８２ｂに最も近い（すなわち、取り付けられた電極部及び接地電極部の先端部を接続する流体経路に沿った最短分離距離を有する）。取り付けられた電極部１８２ａは、鋭い又は尖った電極として示されているが、例えば、湾曲又は円形構成を有する取り付けられた電極を含む、取り付けられた電極部の他の形状及び構成が可能であることを理解すべきである。接地電極部１８２ｂは、実質的に矩形の形状を有するとともに、第１のマイクロ流体リザーバ１３０のリザーバ整列部１３４の少なくとも一部に隣接して及び／又は重なって位置決めされている、比較的長く真っ直ぐな電極として構成されている。様々な実施形態において、接地電極部１８２ｂは、電極１８２の起動によって発生する電界のソース（又はシンク）として機能する基準電位を提供する。電界は、第１のマイクロ流体リザーバ１３０から液滴（例えば、液滴１３６）を駆動するために利用される電界領域を画定する。
【0034】
図示の例示的な実施形態において、マイクロ流体デバイス１００は、水系分析物流体を液滴化し、生じた水系液滴を第１のマイクロ流体リザーバ１３０を通して輸送するように構成するか、そうでなければ設計される。したがって、マイクロ流体デバイス１００を利用して、分析物を含む１つ以上の水系液滴を監視、選別、及び処理することができ、所望に応じて、液滴をワークフローの次のステージに向けることができるようになっている。図示の例示的な実施形態において、マイクロ流体デバイス１００はまた、図１に示されているように、水系試薬流体を液滴化し、１つ以上の試薬液滴を第２のマイクロ流体リザーバ１６０を通して輸送するように構成され、それにより、マイクロ流体デバイス１００を利用して、分析物を含む或る水系液滴を１つ以上の水系試薬液滴と融合するか、そうでなければ組み合わせ、シングルステップのアッセイを行うことができる。
【0035】
或る実施形態において、マイクロ流体デバイスは、図１のマイクロ流体デバイス１００等の、シングルステップアッセイを行うシングルステージデバイスとして構成される。或る他の実施形態において、複数のマイクロ流体デバイスは、マルチステージデバイスを形成するように流体的に連結するか、そうでなければ接続することができる。図２は、マルチステップのアッセイを行うことが可能なマルチステージマイクロ流体デバイス２００の１つの非限定的な例を示している。図示の例示的な実施形態において、マイクロ流体デバイス２００は、第３のマイクロ流体リザーバ２３０に流体接続される図１のマイクロ流体デバイス１００と、第７のマイクロ流体チャネル２４０と、第８のマイクロ流体チャネル２５０と、第７のマイクロ流体チャネル２４０及び第８のマイクロ流体チャネル２５０に流体接続される第４のマイクロ流体リザーバ２６０と、第３のマイクロ流体リザーバ２３０と第４のマイクロ流体リザーバ２６０との間に配置されるとともに、それらに流体接続される第９のマイクロ流体チャネル２７０と、第３のマイクロ流体リザーバ２３０に流体接続される第１０のマイクロ流体チャネル２８０と、第３のマイクロ流体リザーバ２３０及び第４のマイクロ流体リザーバ２６０の頂部に画定される第２の基本論理ユニット（ＢＬＵ）２９０とを備える。
【0036】
図示の例示的な実施形態において、第３のマイクロ流体リザーバ２３０（「マイクロ流体リザーバ」とも称する）は、マイクロ流体デバイス１００の第５のマイクロ流体チャネル１７０に流体接続されるリザーバ入口チャネル２１４を備える。すなわち、リザーバ入口チャネル２１４は、マイクロ流体デバイス１００の第１のマイクロ流体リザーバ１３０及び／又は第２のマイクロ流体リザーバ１６０（つまり、第１のマイクロ流体リザーバ１３０又は第２のマイクロ流体リザーバ１６０、あるいはそれらの両方）を第３のマイクロ流体リザーバ２３０に流体的に結合し、水系液滴１３６及び試薬液滴１６６を融合することによって形成された１つ以上の液滴２３６を、第５のマイクロ流体チャネル１７０からリザーバ入口チャネル２１４を通して第３のマイクロ流体リザーバ２３０内に輸送するようになっている。所望の場合、リザーバチャネル２１４は、融合されていない液滴をマイクロ流体リザーバ２３０内に輸送するのにも同様に利用することができることを理解すべきである。
【0037】
図示の例示的な実施形態において、第３のマイクロ流体リザーバ２３０は、リザーバ入口チャネル２１４に隣接するリザーバ受取り部２３２を含む。第３のマイクロ流体リザーバ２３０は、マイクロ流体リザーバ２３０によって受け取った１つ以上の液滴２３６を配列する及び／又はそうでなければ編成するように構成されるリザーバ整列部２３４を更に含む。図示の例示的な実施形態において、リザーバ受取り部２３２は、第１の幅（本明細書において「幅」とも称する）を有し、リザーバ整列部２３４は、液滴受取り部２３２の幅と比較して異なる第２の幅（本明細書において「幅」とも称する）を有する。図示の例示的な実施形態において、リザーバ整列部２３４は、液滴受取り部２３２よりも小さい幅を有し、第３のマイクロ流体リザーバ２３０の先細り部を画定する。すなわち、リザーバ受取り部２３２の幅の寸法は、マイクロ流体リザーバ２３０の幅広の端部を画定し、リザーバ整列部２３４の幅の寸法は、マイクロ流体リザーバ２３０の先細り及び／又は幅狭の端部を画定する。
【0038】
図示の例示的な実施形態において、第７のマイクロ流体チャネル２４０（「マイクロ流体チャネル」とも称する）は、第４のマイクロ流体リザーバ２６０（「マイクロ流体リザーバ」とも称する）に流体接続され、第７のマイクロ流体チャネル２４０を通る、矢印２４２によって表される流体流路を画定するチャネル入口２４０ａ及びチャネル出口２４０ｂを含む。例えば、流体（例えば、水系試薬）は、チャネル入口２４０ａを介してマイクロ流体チャネル２４０に入り、チャネル出口２４０ｂを介してマイクロ流体チャネル２４０を出る。図示の例示的な実施形態において、チャネル入口２４０ａは、第１の直径（本明細書において「直径」とも称する）を有し、チャネル出口２４０ｂは、第１の直径よりも大きい又は小さい異なる第２の直径（本明細書において「直径」とも称する）を有する。１つの非限定的な例において、チャネル出口２４０ｂは、チャネル入口２４０ａよりも小さい直径を利用する。そのような実施形態において、第７のマイクロ流体チャネル１４０の直径寸法は、所望の液滴サイズ（例えば、１０μｍ～５０μｍ）を有する試薬液滴を形成するように構成するか、そうでなければ選択される。
【0039】
図示の例示的な実施形態において、第８のマイクロ流体チャネル２５０（「マイクロ流体チャネル」とも称する）は、第７のマイクロ流体チャネル２４０に流体接続されるチャネルの第１の分岐部２５０ａ及びチャネルの第２の分岐部２５０ｂを含む。非水系流体（例えば、Ｎｏｖｅｃ ７５００又は他のそのような非混和性流体）は、矢印２５２ａ及び２５２ｂによってそれぞれ示されるチャネルの第１の分岐部２５０ａ及び第２の分岐部２５０ｂを通って流れる。図示の例示的な実施形態において、チャネルの第１の分岐部２５０ａ及び第２の分岐部２５０ｂは、互いに軸方向に位置合わせされ、チャネル入口２４０ａとチャネル出口２４０ｂとの間でマイクロ流体チャネル２４０の両側に流体接続されるが、チャネルの第１の分岐部２５０ａ及び第２の分岐部２５０ｂの他の構成及び位置が可能である。したがって、マイクロ流体デバイス２００は、チャネル入口２４０ａ、チャネルの第１の分岐部２５０ａ、及びチャネルの第２の分岐部２５０ｂが、第７のチャネル出口２４０ｂに流体接続される３方向又はＴ字形接合部を形成することを示しているが、或る実施形態は、２方向接合部（例えば、第８のマイクロ流体チャネルの単一の分岐部が第７のチャネル入口に結合される）又は他のそのような構成等の代替的な構成を利用することができることが理解されよう。
【0040】
図示の例示的な実施形態において、第４のマイクロ流体リザーバ２６０（「マイクロ流体リザーバ」とも称する）は、マイクロ流体チャネル２４０のチャネル出口２４０ｂに隣接するリザーバ受取り部２６２を含む。マイクロ流体リザーバ２６０は、マイクロ流体リザーバ２６０によって受け取った１つ以上の液滴２６６を配列する及び／又はそうでなければ編成するように構成されるリザーバ整列部２６４を更に含む。図示の例示的な実施形態において、リザーバ受取り部２６２は、第１の幅（本明細書において「幅」とも称する）を有し、リザーバ整列部２６４は、リザーバ受取り部２６２の第１の幅と比較して異なる第２の幅（本明細書において「幅」とも称する）を有する。したがって、試薬液滴２６６は、第４のリザーバ受取り部２６２を通して輸送され、第４のマイクロ流体リザーバ２６０のリザーバ整列部２６４に収集される。図示の例示的な実施形態において、リザーバ整列部２６４は、リザーバ受取り部２６２よりも小さい幅を有し、第４のマイクロ流体リザーバ２６０の先細り部を画定する。すなわち、リザーバ受取り部２６２の幅の寸法は、マイクロ流体リザーバ２６０の幅広の端部を画定し、リザーバ整列部１２４の幅の寸法は、第４のマイクロ流体リザーバ２６０の先細り及び／又は幅狭の端部を画定する。
【0041】
図示の例示的な実施形態において、第２のＢＬＵ２９０（「ＢＬＵ」とも称する）は、第３のマイクロ流体リザーバ２３０及び第４のマイクロ流体リザーバ２６０に隣接して位置決めされる第３の電極２７２と、第３のマイクロ流体リザーバ２３０に隣接して位置決めされる第４の電極２８２とを備える。第３の電極２７２（「電極」とも称する）は、取り付けられた電極部２７２ａと、接地電極部２７２ｂと、取り付けられた電極部２７２ａに電気的に結合される電圧源２７４とを備える。したがって、電圧源２７４の起動（アクティベーション）により、電極２７２に所望の電圧が印加される。例えば、図示の例示的な実施形態において、取り付けられた電極部２７２ａは、マイクロ流体チャネル２７０の少なくとも一部に隣接して及び／又は重なって位置決めされる電極点又は先端部を画定する、三角形状を有する比較的鋭い電極として構成される。或る実施形態において、取り付けられた電極部２７２ａは、最も幅狭（すなわち、電極の尖端になる場所）であり、ここは、接地電極部２７２ｂに最も近い（すなわち、取り付けられた電極部及び接地電極部の先端部を接続する流体経路に沿った最短分離距離を有する）。取り付けられた電極部２７２ａは、鋭い又は尖った電極として示されているが、例えば、湾曲又は円形構成を有する取り付けられた電極を含む、取り付けられた電極部の他の形状及び／又は構成が可能であることを理解すべきである。接地電極部２７２ｂは、実質的に矩形の形状を有するとともに、第４のマイクロ流体リザーバ２６０のリザーバ整列部２６４の少なくとも一部に隣接して及び／又は重なって位置決めされている、比較的長く真っ直ぐな電極として構成される。様々な実施形態において、接地電極部２７２ｂは、電極２７２の起動（アクティベーション）によって発生する電界のソース（又はシンク）として機能する基準電位を提供する。電界は、マイクロ流体リザーバ２３０及び２６０から液滴（例えば、液滴２３６及び２６６）を駆動するために利用される電界領域を画定する。
【0042】
図示の例示的な実施形態において、第４の電極２８２（「電極」とも称する）は、取り付けられた電極部２８２ａと、接地電極部２８２ｂと、取り付けられた電極部２８２ａに電気的に結合される電圧源２８４とを備える。したがって、電圧源２８４の起動（アクティベーション）により、電極２８２に所望の電圧が印加される。例えば、図示の例示的な実施形態において、取り付けられた電極部２８２ａは、第１０のマイクロ流体チャネル２８０の少なくとも一部に隣接して及び／又は重なって位置決めされている電極点又は先端部を画定する、三角形状を有する比較的鋭い電極として構成される。或る実施形態において、取り付けられた電極部２８２ａは、最も幅狭（すなわち、電極の尖端になる場所）であり、ここは、接地電極部２８２ｂに最も近い（すなわち、取り付けられた電極部及び接地電極部の先端部を接続する流体経路に沿った最短分離距離を有する）。取り付けられた電極部２８２ａは、鋭い又は尖った電極として示されているが、例えば、湾曲又は円形構成を有する取り付けられた電極を含む、取り付けられた電極部の他の形状及び／又は構成が可能であることを理解すべきである。接地電極部２８２ｂは、実質的に矩形の形状を有するとともに、第３のマイクロ流体リザーバ２３０のリザーバ整列部２３４の少なくとも一部に隣接して及び／又は重なって位置決めされている、比較的長く真っ直ぐな電極として構成される。様々な実施形態において、接地電極部２８２ｂは、電極２８２の起動によって発生する電界のソース（又はシンク）として機能する基準電位を提供する。電界は、マイクロ流体リザーバ２３０から液滴（例えば、液滴２３６）を駆動するために利用される電界領域を画定する。
【0043】
図１及び図２のマイクロ流体デバイス１００及び２００は、様々なマイクロ流体チップ製造技法を使用して製造される。図示の例示的な実施形態において、マイクロ流体チャネル及びリザーバ構造は、Ｚ軸に沿ったデバイス寸法（例えば、デバイス構造の深さ）がおおよそ液滴直径以上になるように、準２次元（２Ｄ）構成を有して製造される。すなわち、各マイクロ流体チャネル及びリザーバ構造の準２Ｄ構成は、液滴サイズに等しい又はそれよりも大きい深さを有する。さらに、例示的なマイクロ流体デバイスの製造は、チャネル、リザーバ、及び他のそのような特徴部をレーザ切断して、三次元マイクロ流体構造を形成するようにともに実質的にスタックされ及び積層される、所望の厚さ（５０ミクロン～１２５ミクロン）を有するポリイミド製シートにすることを含む。薄いポリイミドチップは、マイクロ流体チャネル及びリザーバ構造及び液滴内容物を容易に可視化することを可能にする。或る実施形態において、照明（例えば、透過照明、入射照明、蛍光等）を利用して、マイクロ流体チャネル、リザーバ、及び液滴内容物を可視化することができる。例示的なマイクロ流体デバイスの電極構造は、典型的に、流体構造を形成するポリイミドシートの特定の表面上に蒸着されたおよそ１５０ｎｍの白金からなり、積層プロセスの前に堆積（deposition：デポジション）が行われる。他の厚さ、プロセス、及びタイプの材料を利用して、電極を製造することができることを理解すべきである。さらに、例示的なマイクロ流体デバイスの製造中、流体表面は、積層プロセスの後に行われるゾルゲルプロセス（sol gel process）を介して疎水性にされる。或る材料及び製造プロセスを上記で論じたが、当業者に既知の代替的な材料及び製造プロセスを採用して、本開示のマイクロ流体デバイスを製造することができることを理解すべきである。
【0044】
１つの非限定的な例において、図１に概略的に示されているクロスフロー構造（すなわち、マイクロ流体チャネル１１０及び１２０）は、非水系流体（例えば、エマルション（emulsion）の安定化のために２％のＰｉｃｏｓｕｒｆ界面活性剤を伴うＮｏｖｅｃ ７５００）の連続的なバックグラウンドにおいて、分析物を含む水系流体を液滴化する。同様に、図１及び図２に概略的に示されているクロスフロー構造（すなわち、マイクロ流体チャネル１４０、１５０、２４０、及び２５０）は、非水系流体（例えば、エマルションの安定化のために２％のＰｉｃｏｓｕｒｆ界面活性剤を伴うＮｏｖｅｃ ７５００）の連続的なバックグラウンドにおいて、水系試薬流体を液滴化する。より具体的には、クロスフロー構造の幾何学形状は、液滴直径が、流体液滴を押し出す又はそうでなければ生じさせるクロスフロー構造の幅（例えば、１０ミクロン～５０ミクロン）に対応するように構成される。様々な実施形態において、液滴生成速度又は頻度は、或るチャネル幾何学形状（例えば、幅及び深さ）及び流体流量の選択に基づいて１Ｈｚ～１ＫＨｚに構成することができる。さらに、より小さい液滴（例えば、１０ミクロン未満の液滴）が所望される場合、収束型液滴化構造を或るチャネル幾何学形状とともに使用して、チャネルの幅よりも小さい直径（例えば、数百ナノメートル台）を有する液滴を形成することを可能にする仮想チャネル押出孔を形成するか、そうでなければ画定することができる。そのような仮想チャネル押出孔構造は、最大数十ＫＨｚの速度で液滴を生じさせるように構成することもできる。
【0045】
様々な実施形態において、マイクロ流体デバイスによって液滴が生成されると、非混和性流体（例えば、Ｎｏｖｅｃ ７５００）は、水系液滴を含む流体よりもはるかに高い質量密度（例えば、水よりも少なくとも１．５倍大きい）を有するため、水系液滴（例えば、分析物及び試薬液滴）に浮力が作用する。水系液滴に作用する浮力は、以下の式によって定義される。
ここで、ａは、液滴半径であり、ρＮは、Ｎｏｖｅｃ ７５００の質量密度であり、ρＷは、水の質量密度であり、ｇは、重力に起因する加速度である。したがって、重力が頁の下に向かう方向となるようにマイクロ流体デバイス（例えば、図１及び図２のマイクロ流体デバイス１００及び２００）が方向付けられると、水系液滴は、マイクロ流体リザーバ受取り部からマイクロ流体リザーバ整列部に向かって上方に輸送される。さらに、液滴の浮力ドリフト速度は、液滴が非混和性流体を通過する際の液滴に対するストークス（Stoke's）の抗力に注目することによって推定することができる。
ここで、μＮは、非混和性流体の動粘度であり、Ｖは、水系液滴及びバックグラウンドの非混和性流体の相対速度である。これらの力を等式化し、浮力ドリフト速度を解くと、以下のことがわかる。
【数1】
【数2】
【数3】
【0046】
例えば、２０μｍの液滴半径の場合、Ｖはおよそ０．４４ｍｍ／ｓであり、マイクロ流体リザーバが２ｍｍ～４ｍｍの高さを有する場合には、液滴は、マイクロ流体リザーバのリザーバ液滴整列部（すなわち、マイクロ流体リザーバの頂部）に１０秒未満で到達する。リザーバの高さ又は長さは、任意の所望の値を有することができ、様々な実施形態において、リザーバの高さは、リザーバが特定の数の液滴を保持するための容量を有するように選択される。例えば、水系液滴がおよそ４０μｍの直径を有し、リザーバが２ｍｍの高さを有する場合、リザーバは、おおよそ「高さにおいて５０個の液滴」という容量を有する。さらに、図１及び図２に示されている先細りのマイクロ流体リザーバ等の例示的なリザーバ形状において、リザーバの深さが貯蔵を液滴の単一の層に制限する準２Ｄリザーバを想定すると、マイクロ流体リザーバは、１０００個程度の液滴という液滴容量を有するように構成することができる。
【0047】
様々な実施形態において、液滴化プロセス中、大体積の非混和性流体が、水系液滴（例えば、分析物及び試薬液滴）とともにマイクロ流体リザーバ内に注入される。そのような実施形態において、過剰な非混和性流体は、マイクロ流体デバイスの作用体積から除去される。なぜなら、過剰な非混和性流体は、液滴ワークフロー経路に沿って干渉し、アッセイプロトコルの論理演算に混乱をもたらすおそれがあるためである。この問題を軽減するために、マイクロ流体デバイスの様々な実施形態は、マイクロ流体リザーバから過剰な非混和性流体を収集するか、そうでなければ排出するように構成される廃棄ポートを備える。例えば、図１及び図２に示されているマイクロ流体デバイス１００及び２００は、第１のマイクロ流体リザーバ１３０に流体接続される第１の廃棄ポート１３８と、第２のマイクロ流体リザーバ１６０に流体接続される第２の廃棄ポート１６８と、第４のマイクロ流体リザーバ２６０に流体接続される第３の廃棄ポート２６８とを備える。或る実施形態において、廃棄ポートのうちの１つ以上は、受動廃棄ポートとして構成され、その流れコンダクタンスは、マイクロ流体デバイスを通る液滴ワークフロー経路（すなわち、リザーバ受取り部からリザーバ整列部までの流路）の流れコンダクタンスよりも低くなるように設計するか、そうでなければ構成されるようになっている。したがって、廃棄ポートは、マイクロ流体リザーバ内に注入される過剰な非混和性流体のほとんどを受け取るか、そうでなければ収集する。或る他の実施形態において、１つ以上の廃棄ポートは、圧力制御ポンプ（図示せず）に流体接続される能動制御の廃棄ポートとして構成される。したがって、廃棄物除去は、水系流体の液滴化中に、圧力制御ポンプを起動（activate）するとともに、圧力制御ポンプを利用して廃棄ポートの背圧を調整することによって可能にすることができる。
【0048】
上述したように、本開示のマイクロ流体デバイスは、マイクロ流体チャネル及びリザーバ構造の準２Ｄ表面が地球表面に対して垂直に方向付けられるように、マイクロ流体デバイスを載置する又はそうでなければ方向付けることによって、マイクロ流体リザーバ内で水系液滴（すなわち、分析物及び試薬液滴）を輸送するための大きい浮力を利用する。したがって、浮力によって水系液滴が輸送され、そこで、水系液滴は、自己凝集して、図１及び図２に示されているＢＬＵ１９０及び２９０内に至る待機列を形成する。様々な実施形態において、ＢＬＵ１９０及び２９０は、マイクロ流体デバイス１００及び２００のマイクロ流体整列部１３４、１６４、２３４、及び２６４と、電極１７２、１８２、２７２、及び２８２とを含む。したがって、ＢＬＵ１９０及び２９０を利用して、マイクロ流体リザーバ（複数の場合もある）の液滴整列部における水系液滴を観察及び／又は評価（つまり、観察又は評価、あるいはそれらの両方を）することができる。さらに、ＢＬＵ１９０及び２９０の電極を選択的に起動（activate）及び停止（deactivate）させ、ワークフローの次のステージへと液滴を操作することができる。例えば、水系液滴が個々の細胞を含む分析物を含む場合、生じた水系液滴に占める細胞はポアソン統計（Poisson statistics）に従ったものとなる。マイクロ流体デバイスを利用して、液滴を所望の液滴と不所望の液滴とに選択的に選別することができる。すなわち、空の液滴又は複数占有された液滴（すなわち、単一の細胞又は分析物材料を伴わない液滴、又は複数の細胞若しくは分析物材料を有する液滴）は廃棄することができ、単一占有された液滴（図の液滴１３６及び２３６内の「Ｘ」によって示されている）は更なる処理のために受理することができる。
【0049】
様々な実施形態において、液滴の処理及び／又は操作（つまり、処理又は操作、あるいはそれらの両方）は、ＢＬＵにおいて行われ、ＢＬＵの選択された動作は、各個々の液滴の評価結果に基づく。そのような実施形態において、ＢＬＵを利用して、液滴整列部の先頭に位置する１つ以上の液滴を可視化し及び特徴付け、液滴の次のステップを決定することができる。例えば、ＢＬＵを利用して、液滴を選別及び／又は液滴を駆動（つまり、液滴を選別又は液滴を駆動、あるいはそれらの両方を）し、分析物を含む水系液滴を試薬液滴と融合することができる。したがって、電極の選択的な起動によって、処理される液滴をマイクロ流体デバイスの適切なチャネルに向け、次のアッセイステップに輸送することができる。マイクロ流体デバイスは、所望の数の論理オプションを有する１つ以上のＢＬＵを有して構成することができることを理解すべきである。例えば、単一のＢＬＵをシングルステップアッセイに利用して、水系液滴の選別及び試薬液滴との融合を行うことができる（例えば、マイクロ流体デバイス１００によって行われる液滴選別及び融合ＢＬＵ）。別の例において、複数のＢＬＵをマルチステップアッセイに使用して、水系液滴の選別及び複数の試薬液滴との融合を行うことができる（例えば、マイクロ流体デバイス２００によって行われる液滴選別及び融合ＢＬＵ並びに液滴融合ＢＬＵ）。図２は、２ステップのアッセイのための２つのマイクロ流体デバイスの連結を示すが、マルチステップアッセイのために３つ以上のマイクロ流体デバイスを連結することができることが理解されよう。
【0050】
様々な実施形態において、液滴は、ＢＬＵ内で、電極の選択的な起動によって発生する誘電泳動（ＤＥＰ：di electrophoretic）力を使用して駆動される。この力は、図６Ａに示されているように、液滴の誘起電気双極子モーメントと外部に確立された電界勾配との直接的な結合に基づく。誘電泳動力は、以下の式を有する。
ここで、
であり、к（１）は、通常のクラウジウス－モソッティ因子（Clausius-Mossotti factor）であり、εｄｒｏｐは、液滴の実効誘電率であり、εＮは、Ｎｏｖｅｃフッ素油の誘電率であり、ａは、液滴半径であり、Ｅ０は、外部に確立された電界である。様々な実施形態において、取り付けられた電極部に電圧を印加することにより、取り付けられた電極部と最も近い接地電極部との間に電界が発生する。
【数4】
【数5】
【0051】
例えば、図６Ａに示されているように、電圧は、取り付けられた鋭角電極部６７２ａ及び接地電極部６７２ｂを含む電極６７２に印加することができる。電圧源６７４を介して電極６７２に電圧を印加することにより、取り付けられた鋭角電極部６７２ａと接地電極部６７２ｂとの間に電界６７５が発生する。取り付けられた鋭角電極部６７２ａの形状及び／又は鋭さ（つまり、形状又は鋭さ、あるいはそれらの両方）に起因して、取り付けられた鋭角電極部６７２ａの鋭角先端部の領域において最高の電界強度を有する強力な電界勾配が存在する。結果として、係合する近位の液滴（すなわち、液滴整列部の先頭の液滴）が、この高電界領域に引き寄せられて液滴を輸送し、したがって、液滴輸送が行われる。様々な実施形態において、鋭角電極部６７２ａと接地電極部６７２ｂとの間の分離は、５０μｍ～２００μｍ程度であり、１０ボルト以下の印加によってロバストな液滴輸送が達成される。さらに、液滴輸送は印加電圧の周波数とはおおむね独立しており、使用される典型的な周波数は１ＫＨｚの範囲である。液滴（複数の場合もある）が、特定のアッセイの次のステージ又はステップへと至るマイクロ流体チャネル内に概して位置決めされている起動された電極へと輸送されると、電極に印加される電圧をオフにすることができる。電界がゼロに降下すると、誘電泳動力は散逸し、液滴が解放される。偏在する浮力によって、液滴が次のマイクロ流体リザーバまで自由に輸送され、次のＢＬＵの液滴整列部内に自己編成される。
【0052】
様々な実施形態において、取り付けられた電極部の精密な形状は、周囲領域における電界分布に大きな影響を与える場合がある。例えば、接地電極に最も近い取り付けられた電極部の先端形状が鋭くなるほど、電界集中がより顕著になり得る。結果として、非常に鋭い電極形状部、電界、及び付随する電界勾配は、取り付けられた電極部の先端部の近くで強く局所化される。式４によって裏付けられるように、この強い電界局所化により、起動された取り付けられた電極部の近位に非常に強いＤＥＰ力が発生する。しかしながら、いくつかの状況において、この強い電界局所化は、限られた空間範囲にわたる液滴輸送につながる場合がある。すなわち、非常に鋭い電極形状部は、強い電界局所化を伴う電界を発生させることができ、それにより、液滴を短い距離（例えば、１つ又は２つの液滴の直径に等しい距離）だけ輸送することが可能な強いＤＥＰ力が発生する。
【0053】
様々な実施形態において、電極は、より大きい距離（例えば、２つ以上の液滴の直径程度の距離）にわたって液滴を輸送することが可能なＤＥＰ力を発生させることが望ましい場合がある。そのような実施形態において、取り付けられた電極部（図６Ａの例示的な電極６７２等）の鋭角の先端形状は、理想的でない場合がある。いくつかの状況において、鋭角の電極形状部の近くに発生する大きい電界強度は、駆動される液滴内に存在する生物学的実体に有害となり得ることにも留意すべきである。
【0054】
したがって、電界及び電界勾配によって発生する空間範囲（すなわち、液滴輸送距離）の調整を可能にする電極構造は、ＤＥＰ力の空間的プロファイルの設計においてより高い柔軟性をもたらす。そのような電極構造は、電界発生に必要とされるより低い電圧を利用するデバイス最適化も可能にすることができる。電界の空間範囲を増大させることの更なる利益は、電極配置と液滴位置との間の位置決め公差を緩和することができることである。そのような利益は、デバイスの製造に役立てることができる。
【0055】
１つの非限定的な例において、図６Ｃに示されているように、電極６７３は、電界勾配の空間範囲に延在するとともに、付随するＤＥＰ力の範囲に延在するように構成される。この図示の例において、電極６７３は、取り付けられた円形電極部６７３ａ及び接地電極部６７３ｂを含む。電圧源６７６を介して電極６７３に電圧を印加することにより、取り付けられた円形電極部６７３ａと接地電極部６７３ｂとの間に電界６７８が発生する。図示の例において、発生した電界６７８は、取り付けられた円形電極部６７３ａの曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する電界強度を有する。そのような実施形態において、取り付けられた円形電極部６７３ａの曲率半径を変更することにより、電界の勾配の空間範囲及び付随するＤＥＰ力の範囲に影響を与えることができる。すなわち、液滴の輸送距離は、取り付けられた円形電極部６７３ａの曲率半径に基づいて調整することができる。例えば、液滴輸送の空間範囲は、取り付けられた円形電極部の曲率半径を増大させることによって増大させることができ、液滴輸送の空間範囲は、取り付けられた円形電極部の曲率半径を減少させることによって減少させることができる。
【0056】
電極６７３は、円形又は円板状の形状を有する取り付けられた円形電極部６７３ａとともに示されているが、例えば、湾曲した構成を有する取り付けられた電極を含む他の電極形状を利用して、電界勾配の空間範囲及び付随するＤＥＰ力の範囲を変更することができることが理解されよう。これらの異なる電極形状の全体的な挙動は、接地電極部の最も近くに位置決めされる取り付けられた電極部の（局所）曲率半径に左右され得ることも理解されよう。
【0057】
様々な実施形態において、マイクロ流体デバイスの電極の選択的な起動によって発生する誘電泳動力は、水系液滴及び試薬液滴を同じ起動電極に向かって同時に駆動する又はそうでなければ引き寄せることができる。例えば、図１及び図２に示されているように、電極１７２を選択的に起動することにより、リザーバ整列部１３４の先頭にある分析物（すなわち、内部に「Ｘ」を有する液滴）及びリザーバ整列部１６４の先頭にある試薬液滴１６６（すなわち、試薬液滴）を含む水系液滴１３６が、マイクロ流体チャネル１７０内及び第１の電極１７２の取り付けられた電極部１７２ａに向けてそれぞれ移動する。液滴のエマルションを安定化させる（すなわち、液滴がマイクロ流体リザーバ内で互いに接触したときに同時に融合することを防ぐ）ために、周囲の連続的な非混和性流体（例えば、２％のｐｉｃｏｓｕｒｆ界面活性剤を伴うＮｏｖｅｃ ７５００油）に界面活性剤を添加するか、そうでなければ含ませる。したがって、界面活性剤を非混和性流体に添加することで、液滴の表面エネルギーが低減し、個々の液滴が互いに自発的に融合することを防ぐ。しかしながら、マイクロ流体デバイスの動作中、起動された電極の周りの領域は、マイクロ流体リザーバ内の領域とは異なり、或る液滴が互いに融合することができるようになっている。
【0058】
より具体的には、起動された電極は、起動された電極の周囲領域において電界を発生させ、それにより、発生した電界内の分極性の液滴間に引力を誘起することができる。これらの引力は、電気合体力（electro-coalescence forces）として知られ、この力を利用して、エマルションの液滴間に相対的な引力を発生させることによってエマルションを分裂させることができる。１つの非限定的な例において、印加される電界に応答して一対の液滴が電気双極子モーメントを発生させ、誘起電気双極子モーメントが電界方向に対して位置合わせされる、液滴融合メカニズム（droplet merging mechanism）が、図６Ｂに示されている。液滴の誘起された双極子モーメントは、液滴間の協調された向きによって液滴間の引力をもたらすように、互いに相互作用する。すなわち、液滴の誘起された双極子モーメントは、液滴（すなわち、水系液滴６３６及び試薬液滴６６６）を互いに引き寄せる。この例において、一対の液滴が受ける正味の電気合体力は、以下に定義される双極子－双極子形態（dipole-dipole form）を有する。
ここで、ａ及びｂは２つの液滴の半径であり、ρは、２つの液滴の中心間の距離であり、他の変数は、以前に定義されたとおりである。液滴が互いに近づくと、引力が非常に大きくなり（式６の単純な双極子－双極子相互作用から逸脱する）、液滴が駆動されて融合する。例えば、この動態を利用して、試薬液滴を伴う水系液滴を引き寄せることができる。本開示のマイクロ流体デバイス構造の場合、電極は、（鋭角電極と接地電極との間に）５０μｍ～２００μｍ程度の分離を有して構成することができる。したがって、周囲の非混和性流体（例えば、２％のＰｉｃｏｓｕｒｆを伴うＮｏｖｅｃ ７５００）内に分散されるか、そうでなければ埋め込まれた水系液滴の電気合体（すなわち、水系液滴及び試薬液滴の合体）は、１０ボルト未満の印加電圧によって生じることがわかっている。
【数6】
【0059】
本明細書に開示され、チップベースのデジタル液滴プロセッサ（ＤＤＰ：Digital Droplet Processor）と称することもあるマイクロ流体デバイスは、デジタルマイクロ流体（ＤＭＦ：Digital Microfluidic）デバイス等の以前に開示されたマイクロ流体プラットフォームに勝る多くの利点を享受する。例えば、ＤＤＰデバイスは、液滴化（個別化（isolated））された分析物（多くの場合、単一の細胞）に対するＤＭＦデバイスの動作のほとんどを行うことが可能である。いくつかの実施形態において、本開示のマイクロ流体デバイスは、特定のアッセイにおけるステップ間の液滴の動きが、密集した電極の能動的な輸送表面（active transport surface）に依存せず、受動的な浮力動態によって液滴輸送を作動させるという、動作上の大きな利点を有する。これにより、ＤＭＦデバイス及び他のそのようなデバイスに固有の表面劣化及び液滴の抗力の問題点等の或る問題点が排除されるとともに、必要なエレクトロニクスを簡略化する。ＢＬＵによって行われる各アッセイ動作の後、選択された液滴は、次のマイクロ流体リザーバに受動的に輸送され、次のＢＬＵの入力において編成された（organized）様式で自己凝集する。さらに、いくつかの実施形態において、誘電泳動作用によってＢＬＵ内で液滴を移送するのに必要な電圧は、典型的には、１０ボルト未満であり、一方、ＰＣＢ型ＤＭＦデバイスは、典型的には、液滴輸送を作動させるのに１００ボルト超を必要とする。
【0060】
本開示のマイクロ流体デバイスは、チャネルの１つ以上のネットワークを通る連続的に駆動される流体流による液滴輸送に基づく他のラブオンチッププラットフォームに勝る大きな利点も享受する。これらの従来のデバイスでは、デバイスを通して液滴を搬送する非混和性流体の連続流が存在する。これらのプラットフォームの場合、アッセイの各ステップが各個別の液滴に対して行われるタイミングは概して固定されており、タイミングの遅延を変更して反応の完了を可能にする柔軟性はほとんどない。いくつかの実施形態において、本開示のマイクロ流体デバイスは、ＢＬＵの起動の前にマイクロ流体リザーバ内の液滴を監視する及び特徴付けることを可能にすることによって、他のプラットフォームに勝る明らかな利点をもたらす。選択された液滴は、次のワークフローステージに引き渡すことができる。さらに、本開示のマイクロ流体デバイスは、分析物が液滴化されると、デバイスが連続的な流体流を必要としないため、試薬の消費を低減し、化学廃棄物の発生を低減する。
【0061】
様々な実施形態において、本開示のＤＤＰチップデバイスを利用して、複数の異なるアッセイを行うことができる。例えば、想定される異なるアッセイのうちのいくつかは、ＤＤＰチップデバイス上で完了させることができ、ここで、最終ステップによって、処理された水系液滴からの信号のオンチップ検出が行われ、検出された信号が、アッセイから所望される最終情報を提供する。代替的に、ＤＤＰチップデバイス上での水系液滴処理が、実験を完了させるのに必要な全分析手順の一部のみである、いくつかの他のアッセイもあり得る。そのような例において、ＤＤＰチップデバイスは、液滴及び／又はサンプル（つまり、液滴又はサンプル、あるいはそれらの両方）の調製に使用することができ、アッセイは、ＤＤＰチップデバイス上で完了することはできない。したがって、アッセイがチップ上で完了しないこれらの手順の場合、ＤＤＰチップデバイス上で調製及び／又は処理（つまり、調整又は処理、あるいはそれらの両方を）された個々の液滴を取り出してアクセスする方法がある。
【0062】
図５に示されている１つの非限定的な例において、ＢＬＵ５９０は、マイクロ流体リザーバ５３０のリザーバ液滴整列部５３４又はマイクロ流体デバイスの他のそのような構造から１つ以上の液滴を選択的に移送することを可能にするように構成される。図示の例示的な実施形態において、ＢＬＵ５９０は、第１の連続流チャネル５９２と、第２の連続流チャネル５９４と、電極５７２とを含む。図示の例示的な実施形態において、第１の連続流チャネル５９２及び第２の連続流チャネル５９４は、マイクロ流体リザーバ５３０のリザーバ液滴整列部５３４に流体接続される。さらに、電極５７２は、第１の連続流チャネル５９２に隣接する及び／又は少なくとも部分的に重なる第１の取り付けられた電極部５７２ａと、リザーバ液滴整列部５３４に少なくとも部分的に重なる接地電極部５７２ｂと、第２の連続流チャネル５９４に隣接する及び／又は少なくとも部分的に重なる第２の取り付けられた電極部５７２ｃとを含む。図示の例示的な実施形態において、第１の取り付けられた電極部５７２ａは第１の電圧源５７４ａに結合され、第２の取り付けられた電極部５７２ｃは第２の電圧源５７４ｂに結合される。したがって、第１の電圧源５７４ａからの電圧の印加によって第１の取り付けられた電極部５７２ａを選択的に起動することにより、１つ以上の液滴５３６がマイクロ流体リザーバ５３０のリザーバ整列部５３４から第１の連続流チャネル５９２内に輸送される。代替的に、第２の電圧源５７４ｂからの電圧の印加によって第２の取り付けられた電極部５７２ｃを選択的に起動することにより、１つ以上の液滴５３６が、マイクロ流体リザーバ５３０から第２の連続流チャネル５９４内に輸送される。図示の例示的な実施形態において、第１の取り付けられた電極部５７２ａ又は第２の取り付けられた電極部５７２ｃを選択的に起動することにより、液滴の所望の特性に基づく液滴５３６の分離が可能になる。例えば、分析物を含む水系液滴５３６（内部に「Ｘ」を有する液滴として示されている）を、分析物を含まない水系液滴５３６（空の液滴として示されている）から分離又は選別し、所望に応じて、連続流マイクロ流体チャネル５９２又は連続流マイクロ流体チャネル５９４内に向けることができる。
【0063】
或る実施形態において、第１の連続流チャネル５９２は、１つ以上の水系液滴５３６及び／又は液滴５３６（つまり、水系液滴５３６又は液滴５３６、あるいはそれらの両方）の内容物をワークフローの次のステージに輸送するように構成される。例えば、第１の連続流チャネル５９２は、１つ以上の水系液滴５３６を、マイクロ流体デバイスから、更なる処理及び／又は分析（つまり、処理又は分析、あるいはそれらの両方）を行う１つ以上の後続のステージに輸送することができる。或る実施形態において、第２の連続流チャネル５９４は、１つ以上の水系液滴５３６及び／又は液滴５３６の内容物をマイクロ流体デバイスの廃棄物収集ステージに輸送するように構成される。しかしながら、ＢＬＵ５９０は、液滴を所望に応じて操作及び誘導するように、連続流チャネルを構成及び利用することができることを理解すべきである。
【0064】
或る実施形態において、第１の連続流チャネルはマイクロ流体リザーバのマイクロ流体チャネルに流体接続することができ（例えば、第１の連続流チャネルは、図１の第１のマイクロ流体リザーバ１３０の第１のマイクロ流体チャネル１１０に接続される）、第１の連続流チャネルが１つ以上の液滴をマイクロ流体チャネルに戻すように輸送するようになっている。したがって、１つ以上の液滴を、複数回ステージ（例えば、図１の第１のマイクロ流体リザーバ１３０）に通過させる又はステージを通して輸送することで、追加のマイクロ流体リザーバ及びＢＬＵを製造する必要なく、有効なアッセイステップの数を増大させることができる。
【0065】
或る例示的な実施形態において、輸送された液滴を液滴形態に保つ（すなわち、液滴をそのままの状態に保つ）ことが望ましい場合がある。したがって、非混和性流体（例えば、Ｎｏｖｅｃ ７５００）が、第１の連続流チャネル５９２及び／又は第２の連続流チャネル５９４（つまり、第１の連続流チャネル５９２又は第２の連続流チャネル５９４、あるいはそれらの両方）を通って流れ、液滴５３６を独立した液滴形態に保つのに利用される。代替的に、或る他の例示的な実施形態において、液滴の内容物を水系流体流へと組み合わせるか、そうでなければ解放して、特定のワークフローの次のステージ（分析ステージ、廃棄物収集ステージ等）に輸送することが望ましい場合がある。そのような例において、水系流体が、第１の連続流チャネル５９２及び第２の連続流チャネル５９４を通って流れ、液滴内容物をチャネル内に解放し、液滴５３６の所望の内容物を次のワークフローステージに輸送するのに利用される場合がある。
【0066】
１つのそのような例において、第１の連続流チャネル５９２及び第２の連続流チャネル５９４内の連続流流体が非混和性流体である場合には、流動する流体流内に所望の液滴を引き込む前述したＤＥＰ力を使用して、移送動態がもたらされる。そのような例において、ＢＬＵ５９０は、液滴移送プロセスを妨げ得るような、流動する流れがＤＤＰ構造に流体を押し戻すことがないことを保証するように構成することができる。このことは、ＤＤＰ構造が底部において「閉め切られている（closed off）」場合、すなわち、流体の更なるアクセス可能な体積が利用可能でない場合には、問題とならない。しかしながら、ＤＤＰ構造が閉め切られておらず、単に加圧される場合、移送点から連続流チャネルの出力までの連続流チャネルの流れインピーダンスを低くして、連続流チャネルとＤＤＰ構造との間の適切な背圧差（back pressure difference）をもたらすために注意をすべきである。これは、デバイス構成要素に取り付けられる圧力駆動ポンプを使用して達成することができる。
【0067】
別のそのような例において、第１の連続流チャネル５９２及び第２の連続流チャネル５９４内の連続流流体が水系流体である場合、バルク水系流体がＤＤＰ構造に流れることを防ぐために同じ検討事項が適用され、上述した同じ解決策がこれを満たす。しかしながら、マイクロ流体リザーバ５３０から連続流チャネル内への液滴移送ダイナミクス（dynamic）は、多少異なる。より具体的には、連続流チャネル内の水系流体は伝導性であり、すなわち、チャネル自体が有効な電極として作用し、隣接する起動された電極の機能に充当される。この理由から、図５に示されているように、第１の連続流チャネル５９２及び第２の連続流チャネル５９４は、移送点において比較的鋭い角度を有して形成され、ＤＥＰ力を発生させる必要な電界集中及び勾配をもたらす「有効な電極（effective electrode）」を生じる。水系液滴を流動水系流と融合させるこの具体的な技法は、米国特許出願第１６／３９９，４３９号（「Microfluidic Dielectrophoretic Droplet Extraction」）において記載及び実証されており、この特許文献の内容は、その全体が引用することにより明確に本明細書の一部をなすものとする。
【0068】
上述した例において、液滴が連続流チャネルの流体ストリーム（fluid stream）（液滴形態又は単相形態のいずれか）に入ると、チャネルの内容物をワークフロー（workflow）の次のステージ（例えば、オフチップの次のワークフローステージ及び廃棄物収集ステージ）に移送することができる。
【0069】
水系液滴が浸漬される非混和性流体として、２％のＰｉｃｏｓｕｒｆ界面活性剤を伴う（及び伴わない）Ｎｏｖｅｃ ７５００フッ素油が参照されているが、Ｎｏｖｅｃ ７５００の代わりに、水系流体よりも大きい質量密度を有する他の非混和性流体を使用することができることを理解すべきである。同様に、Ｐｉｃｏｓｕｒｆ以外の界面活性剤を液滴の安定化に使用することができ、そのような界面活性剤も当業者に既知である。本開示において論じられる具体的な材料は、単に例示的なものであり、限定的なものではないことが意図されることを更に理解すべきである。
【0070】
［例１］
図３Ａ～図３Ｃ及び図４Ａ～図４Ｃは、図１及び図２のマイクロ流体デバイス１００及び２００のＢＬＵ１９０の例示的な動作を示している。動作中、１つ以上の水系液滴１３６が形成され、マイクロ流体リザーバ１３０のリザーバ液滴整列部１３４に整列されるか、そうでなければ収集される。さらに、１つ以上の試薬液滴１６６が形成され、マイクロ流体リザーバ１６０のリザーバ液滴整列部１６４に整列されるか、そうでなければ収集される。
図３Ａ～図３Ｃ及び図４Ａ～図４Ｃは、図１及び図２のマイクロ流体デバイス１００及び２００のＢＬＵ１９０の例示的な動作を示している。動作中、１つ以上の水系液滴１３６が形成され、マイクロ流体リザーバ１３０のリザーバ液滴整列部１３４に整列されるか、そうでなければ収集される。さらに、１つ以上の試薬液滴１６６が形成され、マイクロ流体リザーバ１６０のリザーバ液滴整列部１６４に整列されるか、そうでなければ収集される。
【0071】
図３Ａに示されているように、第１の電極１７２又は第２の電極１８２に電圧が印加されていない場合には、分析物（液滴内の「Ｘ」によって示されている）を含む水系液滴１３６は、リザーバ整列部１３４の先頭に位置決めされたままであり、試薬液滴１６６は、リザーバ整列部１６４の先頭に位置決めされたままである。そして、液滴は、液滴の次のステップを決定するために評価される。例えば、水系液滴１３６は、限定はしないが、画像捕捉分析、光学顕微鏡検査、蛍光検出、光散乱、伝導率測定、及び分析物を含む液滴を調べる他のそのような評価技法等の液滴評価技法を使用して評価される。図３Ａに示されているように、リザーバ液滴整列部１３４の先頭にある水系液滴１３６は、所望の分析物（液滴内の「Ｘ」によって示されている）を含む。いくつかの実施形態において、ユーザは、限定はしないが、カメラ、光学顕微鏡、蛍光顕微鏡、及び他のそのようなデバイス等の液滴評価デバイス（図示せず）を利用して、リザーバ液滴整列部１３４の先頭にある１つ以上の液滴を照明及び評価することができる。したがって、液滴評価デバイスを利用して、ＢＬＵ１９０の第１の電極１７２及び第２の電極１８２のうちの一方を選択的に起動（activate：アクティベート）することによって、１つ以上の所望の水系液滴１３６を選択し、液滴１３６を所望の次のワークフローステージへと操作することができる。
【0072】
図３Ａ～図３Ｃに示されているように、電極１７２を選択的に起動することにより、リザーバ整列部１３４の先頭にある分析物（液滴内の「Ｘ」によって示されている）を含む水系液滴１３６及びリザーバ整列部１６４の先頭にある試薬液滴１６６が、取り付けられた電極部１７２ａに向かうようにする引力がもたらされる。図示の例示的な実施形態において、分析物を含む水系液滴１３６及び試薬液滴１６６は、マイクロ流体チャネル１７０内に入り、２つの液滴が融合して、融合された液滴２３６を形成する。液滴が融合すると、供給電圧をオフにすることで電極１７２が停止されることにより、前述の浮力に起因して融合された液滴２３６が上昇する。図示の例において、融合された液滴２３６は、リザーバ入口チャネル２１４を通して輸送され、マイクロ流体デバイスの次のステージ（例えば、図２のマイクロ流体リザーバ２３０）において他の選択され又は融合された液滴２３６とともに凝集する。ＢＬＵ１９０の電極１７２によって発生する物理的な力は、上述した誘電泳動（ＤＥＰ）作用に起因するものである。ＤＥＰ力は、印加された電界に起因する液滴の電気分極をもたらすことによって作用し、誘起された液滴の分極が、電極１７２の取り付けられた電極部１７２ａ付近の高電界領域に引き寄せられる。さらに、２つの液滴が取り付けられた電極付近の領域等の強力な電界内で互いに隣接する場合、液滴１３６及び１６６を融合された液滴２３６へと形成する液滴融合動作（droplet merge operation）が起こる。これが、上述した電気合体作用である。
【0073】
反対に、図４Ａ～図４Ｃに示されているように、リザーバ液滴整列部１３４の先頭にある水系液滴１３６は、空であるか又は不所望の分析物を含む（空の液滴として示されている）。したがって、ユーザは、ＢＬＵ１９０の第１の電極１７２及び第２の電極１８２のうちの一方を選択的に起動し、液滴１３６を所望の次のワークフローステージへと操作することができる。図示の例示的な実施形態において、第２の電極１８２を起動することにより、リザーバ整列部１３４の先頭にある分析物を含まない水系液滴１３６が、マイクロ流体チャネル１８０内に引き寄せられる。水系液滴１３６がマイクロ流体チャネル１８０に入ると、第２の電極１８２を停止（deactivation）することにより、前述した浮力に起因して液滴１３６が上昇する。図示の例において、水系液滴１３６は、マイクロ流体チャネル１８０を通して輸送され、図１のマイクロ流体デバイス１００の廃棄物収集ステージ１９２において他の空の又は不所望の水系液滴１３６とともに凝集する。
【0074】
例えば、ＢＬＵ１９０の第２の電極１８２を選択的に起動して、１つ以上の不所望の水系液滴１３６をリザーバ液滴整列部１３４からマイクロ流体チャネル１８０内に引き寄せることができる。次いで、これらの不所望の水系液滴は、マイクロ流体デバイスによって図１の廃棄物収集ステージ１９２内に輸送することができる。ＢＬＵ１９０内での液滴移動を作動（actuate）させるために電極１８２によって発生する物理的力は、上述した誘電泳動（ＤＥＰ）作用に起因する。ＤＥＰ力は、印加された電界に起因する液滴の電気分極をもたらすことによって作用し、誘起された液滴の分極が、電極１８２の取り付けられた電極部１８２ａ付近の高電界領域に引き寄せられる。
【0075】
ＢＬＵ１９０の電極１７２、１８２に適切な電圧を印加することにより、液滴がマイクロ流体デバイスの１つのステージから別のステージへと選択されて移送されることが明らかであるが、電圧波形をパルス式にオン及びオフにし、或る及び／又は所望の（つまり、或る又は所望の、あるいはそれらの両方の）液滴の選択的な移送を行うことができることが理解されよう。したがって、マイクロ流体デバイス１００及び２００は、この特徴を液滴評価デバイス（図示せず）等の追加の構成要素と結合し、特定の液滴をワークフローにおける次のステージ（例えば、第３のマイクロ流体リザーバ２３０、廃棄物収集ステージ１９２等）に移送することが望ましいか否かを判断することにより、液滴の選別を行うように更に構成することができる。
【0076】
［例２］
図７Ａ及び図７Ｂに示されているように、異なる取り付けられた電極部形状を有する電極間で例示的な比較を行った。例えば、電極７７２は、鋭角又は三角形の取り付けられた電極部７７２ａ及び接地電極部７７２ｂを含み、電極７７３は、取り付けられた円形電極部７７３ａ及び接地電極部７７３ｂを含む。図示の例において、コンピュータモデリングツール（例えば、ＣＯＭＳＯＬ）を利用して、電極７７２及び電極７７３によって発生するＤＥＰ力場を比較した。図示の例において、鋭角又は三角形電極部７７２ａを、４０μｍの底辺、５０μｍの高さを有して構成した。鋭角又は三角形電極部７７２ａは、接地電極７７２ｂから８０μｍ離して位置決めした。図示の例において、取り付けられた円形電極部７７３ａは、３０μｍの半径を有して構成し、接地電極７７３ｂから８０μｍ離して位置決めした。したがって、コンピュータモデリングツールを利用して、均一なガラス基板に埋め込まれる場合にこれらの電極構成によって発生する異なる電界を評価した。より具体的には、図示の例において、モデル化された電極７７２及び７７３は、０．５μｍの厚さを有するように画定され、接地電極７７２ｂ、７７３ｂは、ゼロ電位にそれぞれ設定され、取り付けられた鋭角又は三角形電極部７７２ａ及び取り付けられた円形電極部７７３ａは、１．０ボルトにそれぞれ設定された。
図７Ａ及び図７Ｂに示されているように、異なる取り付けられた電極部形状を有する電極間で例示的な比較を行った。例えば、電極７７２は、鋭角又は三角形の取り付けられた電極部７７２ａ及び接地電極部７７２ｂを含み、電極７７３は、取り付けられた円形電極部７７３ａ及び接地電極部７７３ｂを含む。図示の例において、コンピュータモデリングツール（例えば、ＣＯＭＳＯＬ）を利用して、電極７７２及び電極７７３によって発生するＤＥＰ力場を比較した。図示の例において、鋭角又は三角形電極部７７２ａを、４０μｍの底辺、５０μｍの高さを有して構成した。鋭角又は三角形電極部７７２ａは、接地電極７７２ｂから８０μｍ離して位置決めした。図示の例において、取り付けられた円形電極部７７３ａは、３０μｍの半径を有して構成し、接地電極７７３ｂから８０μｍ離して位置決めした。したがって、コンピュータモデリングツールを利用して、均一なガラス基板に埋め込まれる場合にこれらの電極構成によって発生する異なる電界を評価した。より具体的には、図示の例において、モデル化された電極７７２及び７７３は、０．５μｍの厚さを有するように画定され、接地電極７７２ｂ、７７３ｂは、ゼロ電位にそれぞれ設定され、取り付けられた鋭角又は三角形電極部７７２ａ及び取り付けられた円形電極部７７３ａは、１．０ボルトにそれぞれ設定された。
【0077】
図示の例において、各電極構造における電界を数値的に評価した後、量∇ｘＥ０
２（式４においてＤＥＰ力を決定する）を、２つの電極の最も近い点の間であるが、２つの電極によって規定される平面から２０μｍオフセットされている線に沿って評価した（これは、おおよそ典型的なＤＥＰ適用に関連する領域である）。この計算されたＤＥＰ力プロキシを図８にプロットした。ＤＥＰ力グラフ８００に示されているように、取り付けられた円形電極によって発生するＤＥＰ力８１０の空間範囲は、発生した鋭角又は三角形の取り付けられた電極によって発生するＤＥＰ力８２０よりも大きい。ＤＥＰ力グラフ８００に更に示されているように、ＤＥＰ力が顕著である範囲（すなわち、取り付けられた電極部付近）の大部分にわたって、円形電極は、鋭角又は三角形電極のほぼ２倍の力を発生させる。
【0078】
或る実施形態において、鋭角又は三角形電極部の代わりに取り付けられた円形電極部（又は同様の設計意図）を利用することにより、ＤＥＰ力の空間範囲及び大きさの調整（例えば、増大）が可能になる。より具体的には、「尖った（pointed）」電極を、非ゼロの曲率半径を有する電極の１つに置き換えることにより、ＤＥＰの空間範囲が増大する。この非ゼロの曲率半径を有する電極の使用は、電極縁部における電界が大きくなりすぎることを防ぐのに役立つ。結果として、様々な実施形態において、鋭角又は三角形の取り付けられた電極部の代わりに取り付けられた円形電極部を利用することにより、限定はしないが、ＤＥＰ力の空間範囲の増大、電極構造と下にあるマイクロ流体プラットフォームとの間の位置合わせ要件の緩和、及び、電極縁部付近の電界の大きさを減少させることで、生物学的実体への損傷を軽減することができる等の或る性能利益が可能になる。
【0079】
［例示的な実施形態］
実施形態１．第１のマイクロ流体チャネルであって、該第１のマイクロ流体チャネルを通して第１の水系流体の流れを流すようになっている第１のマイクロ流体チャネルと、前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続される第２のマイクロ流体チャネルであって、該第２のマイクロ流体チャネルを通して前記第１のマイクロ流体チャネル内に第１の非水系流体の流れを流すようになっている第２のマイクロ流体チャネルと、前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第１のマイクロ流体チャネルによって形成されて前記第１の非水系流体内に分散される前記第１の水系流体の１つ以上の液滴を受け取るように構成される第１のマイクロ流体リザーバと、前記第１のマイクロ流体リザーバ内に画定され、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を配列するように構成される第１のリザーバ整列部と、第１の電極であって、該第１の電極に電圧を印加することにより前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を第１の方向に移動させるように位置決めされる第１の電極と、第２の電極であって、該第２の電極に電圧を印加することにより前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を第２の方向に移動させるように位置決めされる第２の電極とを備える、マイクロ流体環境において液滴を処理するマイクロ流体装置。
実施形態１．第１のマイクロ流体チャネルであって、該第１のマイクロ流体チャネルを通して第１の水系流体の流れを流すようになっている第１のマイクロ流体チャネルと、前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続される第２のマイクロ流体チャネルであって、該第２のマイクロ流体チャネルを通して前記第１のマイクロ流体チャネル内に第１の非水系流体の流れを流すようになっている第２のマイクロ流体チャネルと、前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第１のマイクロ流体チャネルによって形成されて前記第１の非水系流体内に分散される前記第１の水系流体の１つ以上の液滴を受け取るように構成される第１のマイクロ流体リザーバと、前記第１のマイクロ流体リザーバ内に画定され、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を配列するように構成される第１のリザーバ整列部と、第１の電極であって、該第１の電極に電圧を印加することにより前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を第１の方向に移動させるように位置決めされる第１の電極と、第２の電極であって、該第２の電極に電圧を印加することにより前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を第２の方向に移動させるように位置決めされる第２の電極とを備える、マイクロ流体環境において液滴を処理するマイクロ流体装置。
【0080】
実施形態２．第３のマイクロ流体チャネルであって、該第３のマイクロ流体チャネルを通して第２の水系流体を流すようになっている第３のマイクロ流体チャネルと、前記第３のマイクロ流体チャネルに流体接続される第４のマイクロ流体チャネルであって、該第４のマイクロ流体チャネルを通して前記第３のマイクロ流体チャネル内に第２の非水系流体を流すようになっている第４のマイクロ流体チャネルと、前記第３のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第３のマイクロ流体チャネルによって形成されて前記第２の非水系流体内に分散される前記第２の水系流体の１つ以上の液滴を受け取るように構成される第２のマイクロ流体リザーバであって、前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を配列するように構成される前記第２のマイクロ流体リザーバ内に画定される第２のリザーバ整列部を含む第２のマイクロ流体リザーバとを更に備える、実施形態１に記載のマイクロ流体装置。
【0081】
実施形態３．前記第１の電極に電圧を印加することにより、前記第２のリザーバ整列部における前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を第３の方向に移動させる、実施形態２に記載のマイクロ流体装置。
【0082】
実施形態４．第５のマイクロ流体チャネル及び第６のマイクロ流体チャネルを更に備え、前記第５のマイクロ流体チャネルは、前記第１のマイクロ流体リザーバの前記第１のリザーバ整列部及び前記第２のマイクロ流体リザーバの前記第２のリザーバ整列部に流体接続され、それらの間に配置され、前記第６のマイクロ流体チャネルは、前記第１のリザーバ整列部に流体接続される、実施形態２又は３に記載のマイクロ流体装置。
【0083】
実施形態５．前記第１のマイクロ流体リザーバを通した前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴の輸送は、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴に作用する第１の浮力を利用し、前記第２のマイクロ流体リザーバを通した前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴の輸送は、前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴に作用する第２の浮力を利用する、実施形態２～４のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0084】
実施形態６．前記第１のマイクロ流体リザーバは、前記第１のマイクロ流体リザーバ内に流れる過剰量の前記第１の非水系流体を収集するように構成される第１の廃棄ポートを備え、前記第２のマイクロ流体リザーバは、前記第２のマイクロ流体リザーバ内に流れる過剰量の前記第２の非水系流体を収集するように構成される第２の廃棄ポートを備える、実施形態２～５のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0085】
実施形態７．前記第１の電極は、第１の取り付けられた電極部及び第１の接地電極部を含み、前記第２の電極は、第２の取り付けられた電極部及び第２の接地電極部を含み、前記第１の接地電極部は、前記第１の電極の第１の基準電位を確立し、前記第２の接地電極部は、前記第２の電極の第２の基準電位を確立する、実施形態２～６のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0086】
実施形態８．前記第１の取り付けられた電極部及び前記第２の取り付けられた電極部のうちの少なくとも一方は、鋭角電極部を含む、実施形態７に記載のマイクロ流体装置。
【0087】
実施形態９．前記第１の取り付けられた電極部は、第１の取り付けられた鋭角電極部を含み、前記第２の取り付けられた電極部は、第２の取り付けられた鋭角電極部を含む、実施形態７に記載のマイクロ流体装置。
【0088】
実施形態１０．前記第１の電極を起動することにより、前記第１の取り付けられた鋭角電極部の先端部に集中する第１の電界強度を有する第１の電界が発生し、前記第２の電極を起動することにより、前記第２の取り付けられた鋭角電極部の先端部に集中する第２の電界強度を有する第２の電界が発生する、実施形態９に記載のマイクロ流体装置。
【0089】
実施形態１１．前記第１の取り付けられた電極部及び前記第２の取り付けられた電極部のうちの少なくとも一方は、湾曲した電極部を含む、実施形態７に記載のマイクロ流体装置。
【0090】
実施形態１２．前記第１の取り付けられた電極部は、第１の曲率半径を有する第１の取り付けられた湾曲した電極部を含み、前記第２の取り付けられた電極部は、第２の曲率半径を有する第２の取り付けられた湾曲した電極部を含む、実施形態７に記載のマイクロ流体装置。
【0091】
実施形態１３．前記第１の電極を起動することにより、前記第１の取り付けられた湾曲した電極部の前記第１の曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する第１の電界強度を有する第１の電界が発生し、前記第２の電極を起動することにより、前記第２の取り付けられた湾曲した電極部の前記第２の曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する第２の電界強度を有する第２の電界が発生する、実施形態１２に記載のマイクロ流体装置。
【0092】
実施形態１４．前記第１の取り付けられた電極部及び前記第２の取り付けられた電極部のうちの少なくとも一方は、円形電極部を含む、実施形態７に記載のマイクロ流体装置。
【0093】
実施形態１５．前記第１の取り付けられた電極部は、第１の曲率半径を有する第１の取り付けられた円形電極部を含み、前記第２の取り付けられた電極部は、第２の曲率半径を有する第２の取り付けられた円形電極部を含む、実施形態７に記載のマイクロ流体装置。
【0094】
実施形態１６．前記第１の電極を起動することにより、前記第１の取り付けられた円形電極部の前記第１の曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する第１の電界強度を有する第１の電界が発生し、前記第２の電極を起動することにより、前記第２の取り付けられた円形電極部の前記第２の曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する第２の電界強度を有する第２の電界が発生する、実施形態１５に記載のマイクロ流体装置。
【0095】
実施形態１７．前記第１の電極を選択的に起動することにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴が前記第１の取り付けられた電極部に向かうようにする引力がもたらされ、前記第１の水溶液及び前記第２の水溶液の前記１つ以上の液滴が前記第５のマイクロ流体チャネル内に移動するようになっている、実施形態２～１６のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0096】
実施形態１８．前記第１の電極を起動することによって生じる前記引力により、前記第５のマイクロ流体チャネルにおいて、前記第１の水系流体の１つ以上の液滴が前記第２の水系流体の１つ以上の液滴と融合し、融合された液滴を形成する、実施形態１７に記載のマイクロ流体装置。
【0097】
実施形態１９．前記第２の電極を選択的に起動することにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴が前記第２の取り付けられた電極部に向かうようにする引力がもたらされ、前記第１の水溶液の前記１つ以上の液滴が前記第６のマイクロ流体チャネル内に移動するようになっている、実施形態２～１６のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0098】
実施形態２０．前記第１の水溶液の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水溶液の前記１つ以上の液滴を評価するために、可視光及び蛍光のうちの少なくとも一方を含む液滴評価デバイスを更に備え、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの一方の選択的な起動は、前記液滴評価デバイスによって実行される評価に基づく、実施形態２～１８のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0099】
実施形態２１．前記第１のマイクロ流体リザーバ及び／又は前記第２のマイクロ流体リザーバに流体接続される第１の連続流チャネルと、前記第１のマイクロ流体リザーバ及び／又は前記第２のマイクロ流体リザーバに流体接続される第２の連続流チャネルと、前記第１の連続流チャネルに隣接して位置決めされる第１のチャネルの取り付けられた電極部と、前記第２の連続流チャネルに隣接して位置決めされる第２のチャネルの取り付けられた電極部と、前記第１の連続流チャネルと前記第２の連続流チャネルとの間に位置決めされるチャネル接地電極部とを含む第３の電極であって、前記第１のチャネルの取り付けられた電極部を選択的に起動することにより、前記融合された液滴を前記第１の連続流チャネル内に移動させ、前記第２のチャネルの取り付けられた電極部を選択的に起動することにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記第２の連続流チャネル内に移動させる第３の電極とを更に備える、実施形態２～２０のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0100】
実施形態２２．前記第１の連続流チャネルは、前記第１のマイクロ流体リザーバの前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第１の連続流チャネルは、前記融合された液滴を前記第１のマイクロ流体チャネルに戻すように輸送し、前記融合された液滴が前記第１のマイクロ流体リザーバ内に輸送されるようにする、実施形態２１に記載のマイクロ流体装置。
【0101】
実施形態２３．前記第５のマイクロ流体チャネルに流体接続される第３のマイクロ流体リザーバを更に備え、第３の浮力が前記融合された液滴に作用して、前記融合された液滴を前記第５のマイクロ流体チャネルから前記第３のマイクロ流体リザーバに輸送する、実施形態４～２０のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0102】
実施形態２４．前記第６のマイクロ流体チャネルに流体接続される廃棄物収集ステージを更に備え、前記第６のマイクロ流体チャネルにおいて第４の浮力が前記第１の水溶液の前記１つ以上の液滴に作用して、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記第６のマイクロ流体チャネルから前記廃棄物収集ステージに輸送する、実施形態４～２０のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0103】
実施形態２５．第１のマイクロ流体チャネルを通して第１の水系流体を流すことと、前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続される第２のマイクロ流体チャネルを通して第１の非水系流体を流すことと、前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続される第１のマイクロ流体リザーバ内に前記第１の水系流体及び前記第１の非水系流体が流れる際に、前記第１の水系流体の１つ以上の液滴を形成することと、前記第１の非水系流体内に分散された前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を、前記第１のマイクロ流体リザーバの第１のリザーバ整列部に輸送することと、前記第１のマイクロ流体リザーバ内に画定される前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を評価することと、前記第１の水系流体の１つ以上の液滴が、前記第１のリザーバ整列部から第１の方向及び第２の方向のうちの一方に移動するように、前記第１のリザーバ整列部において電界を発生させることとを含む、マイクロ流体環境において液滴を処理する方法。
【0104】
実施形態２６．前記第１のマイクロ流体リザーバを通して前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記輸送することは、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴に作用する第１の浮力を利用する、実施形態２５に記載の方法。
【0105】
実施形態２７．第３のマイクロ流体チャネルを通して第２の水系流体を流すことと、前記第３のマイクロ流体チャネルに流体接続される第４のマイクロ流体チャネルを通して第２の非水系流体を流すことと、前記第１のマイクロ流体チャネル及び前記第２のマイクロ流体チャネルに流体接続される第２のマイクロ流体リザーバを通して前記第２の水系流体の１つ以上の液滴を輸送することであって、前記第２のマイクロ流体リザーバを通して第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記輸送することは、前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴に作用する第２の浮力を利用することと、前記第２のマイクロ流体リザーバ内に画定される第２のリザーバ整列部における前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を評価することとを更に含む、実施形態２５又は２６に記載の方法。
【0106】
実施形態２８．前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記評価することは、前記第１の水溶液の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水溶液の前記１つ以上の液滴を評価するために、可視光及び蛍光のうちの少なくとも一方を含む液滴評価デバイスを利用する、実施形態２５～２７のいずれか１つに記載の方法。
【0107】
実施形態２９．第１の電極を、前記第１のマイクロ流体リザーバの前記第１のリザーバ整列部と前記第２のマイクロ流体リザーバの前記第２のリザーバ整列部との間に位置決めすることと、第２の電極を、前記第１のリザーバ整列部に隣接して位置決めすることと、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの一方を選択的に起動し、前記第１の電極に第１の電圧を印加することにより、前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記第２のマイクロ流体リザーバに向かって移動させ、前記第２のリザーバ整列部における前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記第１のマイクロ流体リザーバに向かって移動させ、前記第２の電極に第２の電圧を印加することにより、前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を、前記第２のマイクロ流体リザーバから離れるように移動させるようにすることとを更に含む、実施形態２５～２８のいずれか１つに記載の方法。
【0108】
実施形態３０．前記第１の電極を選択的に起動することにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴が、前記第１のリザーバ整列部及び前記第２のリザーバ整列部に流体接続され、それらの間に配置される第５のマイクロ流体チャネル内に入るようにする引力をもたらす誘電泳動力が発生する、実施形態２９に記載の方法。
【0109】
実施形態３１．前記第１の電極を選択的に起動することによって発生する前記引力により、前記第５のマイクロ流体チャネルにおいて、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴が前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴と融合し、融合された液滴を形成する、実施形態３０に記載の方法。
【0110】
実施形態３２．第３の浮力が前記融合された液滴に作用して、前記融合された液滴を、前記第５のマイクロ流体チャネルに流体接続される第３のマイクロ流体リザーバ内に輸送する、実施形態３１に記載の方法。
【0111】
実施形態３３．前記第２の電極を選択的に起動することにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴が、前記第１のリザーバ整列部に流体接続される第６のマイクロ流体チャネル内に入るようにする引力をもたらす誘電泳動力が発生する、実施形態２９に記載の方法。
【0112】
実施形態３４．第４の浮力が前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴に作用して、前記第６のマイクロ流体チャネル内の前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を、前記第６のマイクロ流体チャネルに流体接続される廃棄物収集ステージに輸送する、実施形態３３に記載の方法。
【0113】
実施形態３５．前記第１のマイクロ流体リザーバ及び／又は前記第２のマイクロ流体リザーバに流体接続される第１の連続流チャネルを通して第２の非水系流体を流すことと、前記第１のマイクロ流体リザーバ及び／又は前記第２のマイクロ流体リザーバに流体接続される第２の連続流チャネルを通して第３の非水系流体を流すことと、前記第１の連続流チャネルに隣接して位置決めされる第１のチャネルの取り付けられた電極部と、前記第２の連続流チャネルに隣接して位置決めされる第２のチャネルの取り付けられた電極部と、前記第１の連続流チャネルと前記第２の連続流チャネルとの間に位置決めされるチャネル接地電極部とを含む第３の電極を位置決めすることと、前記第１のチャネルの取り付けられた電極部又は前記第２のチャネルの取り付けられた電極部のうちの一方を選択的に起動することであって、前記第１のチャネルの取り付けられた電極部を選択的に起動することにより、前記融合された液滴を前記第１の連続流チャネル内に移動させ、前記第２のチャネルの取り付けられた電極部を選択的に起動することにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を前記第２の連続流チャネル内に移動させることとを更に含む、実施形態３１に記載の方法。
【0114】
実施形態３６．前記第１の連続流チャネルは、前記第１のマイクロ流体リザーバの前記第１のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第１の連続流チャネルを通して前記第２の非水系流体を流すことにより、前記融合された液滴を前記第１のマイクロ流体チャネルに戻すように輸送し、前記融合された液滴が前記第１のマイクロ流体リザーバ内に輸送されるようにする、実施形態３５に記載の方法。
【0115】
実施形態３７．第１のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第１のマイクロ流体チャネルによって形成されて第１の非水系流体内に分散される第１の水系流体の１つ以上の液滴を受け取るように構成される第１のマイクロ流体リザーバと、前記第１のマイクロ流体リザーバ内に画定され、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を配列するように構成される第１のリザーバ整列部と、第３のマイクロ流体チャネルに流体接続され、前記第３のマイクロ流体チャネルによって形成されて第２の非水系流体内に分散される第２の水系流体の１つ以上の液滴を受け取るように構成される第２のマイクロ流体リザーバと、前記第２のマイクロ流体リザーバ内に画定され、前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を配列するように構成される第２のリザーバ整列部と、第１の電極であって、該第１の電極に電圧を印加することにより、前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を第１の方向に移動させ、前記第２のリザーバ整列部における前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を第２の方向に移動させるように位置決めされる第１の電極と、第２の電極であって、該第２の電極に電圧を印加することにより、前記第１のリザーバ整列部における前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を第３の方向に移動させるように位置決めされる第２の電極とを備える、マイクロ流体環境において液滴を処理するマイクロ流体装置。
【0116】
実施形態３８．前記第１のマイクロ流体リザーバ及び前記第２のマイクロ流体リザーバに流体接続される１つ以上の追加のマイクロ流体リザーバを更に備え、マルチステージマイクロ流体装置を形成する、実施形態３７に記載のマイクロ流体装置。
【0117】
実施形態３９．第１の浮力が前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴に作用して、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴を、前記第１のマイクロ流体リザーバを通して前記第１のリザーバ整列部に輸送するとともに、前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴を、前記第２のマイクロ流体リザーバを通して前記第２のリザーバ整列部に輸送する、実施形態３７又は３８に記載のマイクロ流体装置。
【0118】
実施形態４０．前記第１の電極は、第１の取り付けられた電極部及び第１の接地電極部を含み、前記第２の電極は、第２の取り付けられた電極部及び第２の接地電極部を含み、前記第１の接地電極部は、前記第１の電極の第１の基準電位を確立し、前記第２の接地電極部は、前記第２の電極の第２の基準電位を確立する、実施形態３７～３９のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0119】
実施形態４１．前記第１の取り付けられた電極部及び前記第２の取り付けられた電極部のうちの少なくとも一方は、鋭角電極部を含む、実施形態４０に記載のマイクロ流体装置。
【0120】
実施形態４２．前記第１の取り付けられた電極部は、第１の取り付けられた鋭角電極部を含み、前記第２の取り付けられた電極部は、第２の取り付けられた鋭角電極部を含む、実施形態４０に記載のマイクロ流体装置。
【0121】
実施形態４３．前記第１の電極を起動することにより、前記第１の取り付けられた鋭角電極部の先端部に集中する第１の電界強度を有する第１の電界が発生し、前記第２の電極を起動することにより、前記第２の取り付けられた鋭角電極部の先端部に集中する第２の電界強度を有する第２の電界が発生する、実施形態４２に記載のマイクロ流体装置。
【0122】
実施形態４４．前記第１の取り付けられた電極部及び前記第２の取り付けられた電極部のうちの少なくとも一方は、湾曲した電極部を含む、実施形態４０に記載のマイクロ流体装置。
【0123】
実施形態４５．前記第１の取り付けられた電極部は、第１の曲率半径を有する第１の取り付けられた湾曲した電極部を含み、前記第２の取り付けられた電極部は、第２の曲率半径を有する第２の取り付けられた湾曲した電極部を含む、実施形態４０に記載のマイクロ流体装置。
【0124】
実施形態４６．前記第１の電極を起動することにより、前記第１の取り付けられた湾曲した電極部の前記第１の曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する第１の電界強度を有する第１の電界が発生し、前記第２の電極を起動することにより、前記第２の取り付けられた湾曲した電極部の前記第２の曲率半径の少なくとも一部の周りに分布する第２の電界強度を有する第２の電界が発生する、実施形態４５に記載のマイクロ流体装置。
【0125】
実施形態４７．前記第１の取り付けられた電極部及び前記第２の取り付けられた電極部のうちの少なくとも一方は、円形電極部を含む、実施形態４０に記載のマイクロ流体装置。
【0126】
実施形態４８．前記第１の取り付けられた電極部は、第１の曲率半径を有する第１の取り付けられた円形電極部を含み、前記第２の取り付けられた電極部は、第２の曲率半径を有する第２の取り付けられた円形電極部を含む、実施形態４０に記載のマイクロ流体装置。
【0127】
実施形態４９．前記第１の電極を選択的に起動することにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水系流体の前記１つ以上の液滴が前記第１の取り付けられた電極部に向かうようにする引力がもたらされ、前記第１の水溶液及び前記第２の水溶液の前記１つ以上の液滴が、前記第１のマイクロ流体リザーバ及び前記第２のマイクロ流体リザーバに流体接続される第５のマイクロ流体チャネル内に移動するようになっている、実施形態４０～４８のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0128】
実施形態５０．前記第１の電極を起動することによって生じる前記引力により、前記第５のマイクロ流体チャネルにおいて、前記第１の水系流体の１つ以上の液滴が前記第２の水系流体の１つ以上の液滴と融合し、融合された液滴を形成する、実施形態４９に記載のマイクロ流体装置。
【0129】
実施形態５１．前記第２の電極を選択的に起動することにより、前記第１の水系流体の前記１つ以上の液滴が前記第２の取り付けられた電極部に向かうようにする引力がもたらされ、前記第１の水溶液の前記１つ以上の液滴が、前記第１のマイクロ流体リザーバに流体接続される第６のマイクロ流体チャネル内に移動するようになっている、実施形態４０～４９のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0130】
実施形態５２．前記第１の水溶液の前記１つ以上の液滴及び前記第２の水溶液の前記１つ以上の液滴を評価するために、可視光及び蛍光のうちの少なくとも一方を含む液滴評価デバイスを更に備え、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの一方の選択的な起動は、前記液滴評価デバイスによって実行される評価に基づく、実施形態３７～５１のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【0131】
本開示を考慮して、方法及び装置を、本教示を踏まえて実施することができることが留意される。さらに、種々の構成要素、材料、構造、及びパラメータは、単に例証及び例として含まれ、制限的な意味で含まれない。本開示を考慮して、本教示を、添付特許請求項の範囲内に留まりながら、他の用途並びに構成要素、材料、構造、及び機器で実施することができる。
【0132】
本願において、選言（disjunctive）の使用は、連言（conjunctive）を含むことを意図している。定冠詞又は不定冠詞の使用は、数（cardinality）を示すことを意図しない。特に、「the（その、前記の）」を冠した対象又は「a（１つの、ある）」及び「an」を冠した対象への言及は、可能な複数のそのような物体も示すように意図される。さらに、接続詞「又は、若しくは（or）」は、相互に排他的な選択肢の代わりに、同時に存在する特徴を伝えるために使用することができる。換言すれば、接続詞「又は、若しくは」は、「及び／又は」を含むように理解すべきである。「含む（「includes」、「including」、及び「include」）」という用語は、包括的なものであり、それぞれ、「備える（「comprises」、「comprising」、及び「comprise」）」と同じ範囲を有する。
【0133】
別段示されない限り、「第１」、「第２」、「第３」という用語及び他の序数は、本明細書において、本装置及び方法の異なる要素を区別するために使用され、数値的な限定を与えることは意図しない。例えば、第１の開口部及び第２の開口部への言及は、装置が２つの開口部のみを有することを意味するように解釈すべきではない。第１の要素及び第２の要素を有する装置は、別段示されない限り、第３、第４、第５以降も含むことができる。
【0134】
上述の実施形態及び特に任意の「好ましい」実施形態は、実施態様の可能な例であり、本発明の原理を明確に理解するために記載されているにすぎない。本明細書に記載の技法の趣旨及び原理から実質的に逸脱することなく、上述の実施形態（複数の場合もある）に対して多くの変形及び変更を行うことができる。全ての変更形態は、本明細書において本開示の範囲内に含まれ、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【国際調査報告】