JP2001509727A - 液体分配システム - Google Patents

液体分配システム

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デマーズ,ロバート,アール.
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、種々の合成、診断および薬物スクリーニング反応を行う場合も含め、多くの意味で有用な液体分配システムを提供する。分配システムは、アルファリザーバ(200A)およびベータリザーバ(200B)、平行で隣接する第1および第2のフィーダーチャネル(211A−211B)の第1のセットと、第1および第2のフィーダーチャネル(211A−211B)から離れていて、平行で隣接する第3および第4のフィーダーチャネル(211C−211D)の第2のセットを含み、ここで、(a)第1(211A)および第3(211C)フィーダーチャネルは、第2(211B)および第4フィーダーチャネル(211D)の上方または下方に位置しかつベータリザーバとは独立した第1のコネクターチャネル(211A)を介してアルファリザーバ(200A)に接続され、(b)第2(211B)および第4フィーダーチャネル(211D)は、第1および第3フィーダーチャネル(211A及び211C)の上方または下方に位置しかつアルファリザーバ(200A)とは独立した第2のコネクターチャネルを介してベータリザーバに接続している。前記分配システムは微細スケール分配システムであることが望ましい。液体分配システム中に流れを制御するための種々の特定のメカニズムが記載されている。

Description

【発明の詳細な説明】 液体分配システム 本発明は、種々の合成、診断および薬物スクリーニング反応を行う場合も含め た、多くの意味で有用な、液体を操作する方法およびシステムに関する。さらに 詳しくは、本発明は、試薬液体の汚染またはクロス汚染を抑制しつつ、これらの 液体を分配するための、層状アレイを一体化するシステムおよび方法に関する。 最近、多数の学術文献が、微細スケールの化学反応に伴う問題に焦点を当てて いる。これらの文献は、微細チャネルを生成させるためにエッチングを施したウ ェーハサイズの固体支持体で、かかる反応を行う可能性を検討している。この微 細スケールのリアクターシステムは、搬送可能なデバイス内で少量の試薬を使用 して、多数の診断または薬物スクリーニング検定を行えるので、供給コストおよ び廃棄コストを削減する。 本来、提供されていない新規の薬物を開発するためのメカニズムのことを、「 合理的」薬物デザインと呼んでいる。このプロセスによって、結晶学的に決定さ れる生物学的マクロ分子の構造、およびこれらのマクロ分子と相互作用をするこ とが知られている薬理学的薬剤構造を調べる。コンピューターワークステーショ ンを使用し、前記マクロ分子と強力に相互作用する官能基の位置を適切にした、 新しい薬理学的薬剤の設計ができるようになることが望まれていた。このアプロ ーチが困難であることのひとつは、結晶学的構造決定に適する結晶を成長させる ことは、単調で時間のかかる経験的な科学だということである。多くの場合、( 例えば、絨毛性ゴナドトロピンまたは他の糖蛋白質などの糖蛋白質ホルモンに関 して)適当な結晶を成長させることができるかどうかは不明である。もうひとつ の困難な点は、「デザイン」という語が持つ、順応性のある構築手段を化学的に 提供しておらず:代わりに、化学的構築ブロックは、限定された結合の角度と長 さを提供しているに過ぎない。例えば、それにより塩素基がマクロ分子における 薬物結合ポケットの特別の部分に位置する構造的経路は多いかもしれない、他方 、この基を位置付けるのに必要な補助的構造の利点または欠点を、「合理的に」 評価するのが困難である。 セット合せ化学は、所望の薬理学的活性を持つ化合物に関して選択するそれ自 体の「革新的」プロセスを創り出すことを目指している。前記プロセスを革新的 とする鍵は、大ファミリーの「突然変異体」の生成であり、この場合、いくつか の化学的関連性があるが明瞭に区別される化合物のファミリーを創り出すことで ある。合理的デザインの概念は、セット合せ方法によっ て開発すべき化合物のファミリーを選択することに利用し得る。 セット合せ化学は、潜在的な薬理学的活性を有する新しいリーディングクラス の化合物を創り出すことを目指している。伝統的に、かかる糸口は薬理学的活性 についての種々の植物または動物の抽出物をスクリーニングすることによって見 い出されてきた。かかる抽出物を得るには単調な長い時間がかかり、潜在的に有 用な化合物は非常に低濃度でしかない可能性があり、せいぜい、治療が求められ る病気と無関係な、革新的な圧力で選択された化合物を含むに過ぎない。抽出物 を同定した後、前記プロセスは有効成分の識別に関する情報をほとんど提供しな い。 セット合せ化学は、比較的限定されたセットの構築ブロック化学物質の順列に よって大きな種々の化合物ファミリーを創り出すことを目指している。このセッ ト合せ方法はひとつ以上の合成化合物を含有する同定可能なプールを創り出すの が好ましい。これらのプールは、成分化合物の化学的構造によって同定できる必 要はないが、前記化合物を創り出す化学的プロトコルによって同定し得るべきで ある。次いで、これらのプールを、薬理学的活性に相関すると信じられている検 定でスクリーニングする。有望な結果を生じるプールをさらに調査して成分化合 物を同定し、成分化合物のうちのどれが、結果の原因であるかを識別する。 セット合せプールにおいて有効化合物を同定するのに使用される追跡調査プロ トコルは、セット合せ方法を含み得る。例えば、有望なプールは、まず、相互に 反応しない化合物A、BおよびCと、相互に反応しないが化合物A、BまたはC と反応する化合物D、EおよびFの混合物の反応に由来し得る。第2に、得られ た化合物は化合物G、HおよびIと反応させる。前記プールにおける有効な化合 物の可能な同一性を狭くするために、A−D、A−E、A−F、B−D、B−E 、B−F、C−D、C−EおよびC−F生成物を、セット合せ化学によって別々 に生成でき、G、HおよびIの混合物と別々に反応させることができる。このス テップの後、一般に、スクリーニング検定において活性なサブ・プールは、より 限定されたファミリーの化合物を含むであろう。 一旦、有望な分子がセット合せ化学によって同定されると、同定された分子は 、更なるセット合せ実験のデザインの助けとなる情報を提供する。セット合せ化 学によって同定された有望な化合物のフルアレイは、従来の医薬化学努力を導く のに価値ある情報を提供できる。 セット合せ化学を用いる分野で一般的なツールは、ポリペプチドを合成するた めのよく知られたメリーフィールド法で使用される支持体のような、通常はガラ スまたはポリマーの固体支持体に、第1の化学構築ブロックを取り付ける。この 取り付けは、反応体および関連不純物を 単に洗浄し去り、生成物を支持体から脱カップリングさせることによって生成物 を素早く単離するメカニズムを提供する。 セット合せ化学でミニチュア化が有用に使用される理由は:(i)研究者は一 般に、低濃度で薬理学的活性のある化合物を求め;(ii)候補分子の膨大な「 革新的」分類を創り出すのに場合、手法の再現性を確立するために、好ましくは 限定された人数の研究者の指示に従って、多数の反応を上手に文書化するのが好 ましく;(iii)候補化合物の十分に多様なファミリーを創り出すための、従 来スケールの膨大な合成化学複合体を創り出すのに費用がかり;そして(iv) 標準的な反応スケールでセット合せ化学による生成物の検定か見込まれというこ とによる関心の高まり;である。ミニチュア化により、ロボット制御装置を経済 的に使用でき、再現性は更に向上する 上記ウェハーサイズのデバイスはセット合せ化学に関して理想的であり、多数 の合成化学反応を、少量の試薬だけを使用して、コンピューター制御下で行える 。しかし、かかる微細スケールのデバイスを提唱する学術文献は、このスケール におけるセット合せ化学を行うのに基本的な論点、例えば、いかにして、複雑な 微細スケールデバイスを介して試薬をシャッフルし、複雑に分類される異なる反 応を、前記デバイス中の非常に多数の微細スケール反応容器(例えば、100な いし10000)で起こさせつつ、有意なクロス汚染もなく達成する方法を、適 切には処理していない。本発明は、これらの問題を解決できる微細スケールデバ イスを提供する。 発明の概要 本発明は、種々の合成、診断および薬物スクリーニング反応を行う場合も含め 、多くの意味で有用な液体分配システムを提供する。前記分配システムは、アル ファリザーバおよびベータリザーバ、平行で隣接する第1および第2のフィーダ ーチャネルの第1のセットと、第1および第2のフィーダーチャネルから離れて いて、平行で隣接する第3および第4のフィーダーチャネルの第2のセットを備 え、ここで、(a)第1および第3フィーダーチャネルは、第2および第4フィ ーダーチャネルの上方または下方に位置しかつベータリザーバとは独立した第1 のコネクターチャネルを介してアルファリザーバに接続され、(b)第2および 第4フィーダーチャネルは、第1および第3フィーダーチャネルの上方または下 方に位置しかつアルファリザーバとは独立した第2のコネクターチャネルを介し てベータリザーバに接続している。前記分配システムは微細スケール分配システ ムであることが望ましい。 図面の簡単な説明 図1は、4種類の液体のうち任意の液体で100個の反応セルのうちの任意の セルをアドレスするためのチャネルのシステムを示す。 図2は、本発明による分配プレートを示す。 図3は、図1の分配プレートの一部の拡大図である。 図4Aは、第1の分配チャネルと緩衝液チャネルとの間のキャピラリーバリア を示す。 図4Bは、第1の分配チャネルと緩衝液チャネルとの間のキャピラリーバリア 、ならびに緩衝液チャネルと垂直チャネルとの間の別のキャピラリーバリアを示 す。 図5は、本発明の分配システムの、フィードスループレート、分配プレートお よび反応セルプレートを様々に切り取った図である。 図6Aは、分配チャネルを通るEW軸に沿った断面図である。 図6Bは、第1のリザーバを通るEW軸に沿った断面図である。 図7は、分配プレートの一部平面図である。 図8は、本発明の液体分配システムで有用な電極ベースのポンプに動力を供給 する電圧パルスパターンを示す。 図9は、好ましい流動液体分配システムの液体分配システムを模式的に示す。 図10Aおよび図10Bは、好ましい流動液体分配システムの液体分配システ ムの断面図である。 図11は、好ましい流動液体分配システムのの液体分配システムの模式的平面 図である。。 図12は、膨張弁液体分配システムの液体分配システムの平面図である。 図13A−13Cは、膨張弁液体分配システムの種々の実施例の断面図を示す 。 図14は、電極ベースの液体分配システムの一部の平面図である。 図15Aおよび15B、は反応セルのデザインを示す。 図16A−16Dは、種々のキャピラリーバリアのデザインを示す。 図17は、プレートのフィールドアシスティッド結合を行うデバイスを示す。 図18Aおよび18Bは、電極ベースのポンプを有するチャネルデバイスを示 す。 図19は、ハイドロロジック分配システムに関する液体分配デザインを示す。 図20は、ヒーターおよび熱電対を有する反応セルを示す。 図2Aおよび21Bは、バルブのデザインを示す。 定義 以下の用語は下記に記載する意味を有する。 *アドレス可能な リザーバまたは他のチャネルからの液体を、反応セルまたはチャネルに向ける ことができる場合、反応セルまたはチャネルは、そのリザーバまたは別のチャネ ルによって「アドレス可能」である。 *隣接する 「隣接する」とは、以下の状況で使用される:(i)一方のプレートの第1構 造が、同プレートの第2構造に隣接する、または他方のプレートに隣接する、と いうことは;第2構造のプレート上へ配置した第1構造の垂直突起が、第2構造 上の第1構造に重なるか、または第2構造からの約250μm以内に実装されて いる場合である。(ii)2本以上のチャネルから成るグループが互いに隣接す る、ということは:各チャネルが実質的に同一の水平面内にあって、グループ内 の外側の2本の隣り合うチャネルに(上記(i)で定義された意味で)隣接して いる場合である。好ましくは、第2構造のプレートへ配置した第1構造の垂直突 起が、第2(構造)上の第1構造に重なるか、または第2構造から約150μm 以内に実装されている場合、第1構造は第2構造に隣接している。 *キャピラリー寸法 液体のキャピラリー流動に好適な寸法。通常は、キャピラリー寸法のチャネル 幅は約1.5mm以下である。好ましくは、チャネル幅は約600μm以下であ るが、更に好ましくは約250μm以下であり、なお更に好ましくは約150μ m未満である。 *キャピラリーバリア 開口におけるメニスカスのようなエネルギーを最小化する液体表面の、チャネ ル内の液体による、形成に好都合なように設計されたより大きな空間へのチャネ ル開口を備えるチャネル中への流体流に対するバリア。好ましくは、キャピラリ ーバリアは、より大きな空間への開口直前のチャネルの垂直方向高さを増す堰を 含む。 *接続された 本発明の複数のチャネル、リザーバおよび反応セルは、それらの間の流れを可 能とする経路があり、その経路が反応セルをリンクの一部として使用しない場合 、「接続されている」。 *連続流チャネル 流体がチャネルを通って連続的に流れることを可能とするオーバーフロー流出 口を有するチャネル。 *直接に接続された リザーバおよび水平チャネルは、それらが接続し、かつ(1)他のチャネルが それらの間に介在しないか、または(2)唯一の垂直チャネルがそれらの間に介 在する場合、「直接に接続されている」。 *膨張弁 流体チャネルに随伴した膨張可能なチャンバのことで、このチャンバは、(a )液体分配システムの意図した作動温度の約10℃以内の沸点を持つ気体または 液体で満たされ、(b)膨張可能なチャンバを加熱して液体を沸騰させるか、ま たは気体を膨張させて前記膨張可能なチャンバの十分な膨張を引き起こして流体 チャンバの断面を満たすための随伴加熱エレメントを有する。 *孔直径 小穴を加工する技術はしばしば一端が他端よりも広い穴を生成する(例えば、 約50ミクロン広い)ので、本明細書で言及する穴直径は最も狭い直径をいう。 *水平、垂直、EW、NS 分配システムの一部の向きの表示はデバイスを使用する場合の向きをいう。「 EW軸」および「NS軸」の表示は図1、2、3および7を参照する場合のもの であり、EW軸は右から左への向きであって、紙面の長軸に対して鉛直であり、 また、NS軸は紙面の長軸に平行で、頂部から底部の向きである。 *独立した 接続されていないチャネル、リザーバまたは反応セル。 *オフセットとする 2セットのチャネルは、第1セットのかかるセットにおける何れのチャネルも 、第2のセットの何れのチャネルにも隣接しない場合、「オフセットする」。 *オープンゾーン チャネルを通って流れる流体の流動誘導圧を減少させるために広くしたチャネ ルの領域。 *鉛直な 分配プレートにおけるチャネルは、同一水平面へのそれらの垂直突起が鉛直で あれば、たとえ元来別の水平面上に位置したとしても鉛直である。 *リザーバ 文脈より異なる意味が明らかでなければ、「リザーバ」および「流体リザーバ 」は、リザーバまたは流体リザーバに直接接続した(ときどきは単に「延長」と いわれる)水平延長チャネルを含む。 *第2リザーバ、延長チャネル これらの延長チャネルは、これらの延長チャネルから分岐し得る分配チャネル を含む。 *水平寸法のうちのひとつの実質的長さ 分配プレートの主要水平寸法(例えば、図面に示したEWまたはNS寸法)の 少なくとも約70%。 *U−給排液チャネル 接続したチャネルまたはリザーバのうちの1つにおける液体レベルが、ハイド ロロジック力のため他の接続したチャネルまたはリザーバにおける液体レベルに 等しくなるように少なくとも2つのチャネルまたはリザーバを接続するように設 計したチャネル。U−給排液チャネルは、普通、より高い面に位置したチャネル またはリザーバをより低い面に位置したU−給排液チャネルの実質的に水平なチ ャネルセグメントで接続する垂直チャネルを有し、これらの垂直および垂直セグ メントは一緒になってU−給排液チャネルを構成する。本発明におけるフィーダ ーチャネルは普通U−給排液チャネルである。 詳細な説明 本発明のひとつの態様は、分配プレートを備えるハイドロロジック液体分配シ ステムであって、前記分配プレートは:共通の第1充填レベルを有する少なくと も2つの第1リザーバと;各第1リザーバに接続し、それから延びる少なくとも 1つのフィーダーチャネルと;を備え、ここで、各フィーダーチャネルは水平フ ィーダーチャネルセグメントを有し、前記水平フィーダーチャネルセグメントの 頂部は第1の充填レベルの下方にあり;更に、第1充填レベルと実質的に同一の 高さに第2の充填レベルを有する各フィーダーチャネルに接続した、少なくとも 1つの分配チャネルと;第1充填レベルに各第1リザーバ中の液体レベルを維持 するための第1の液体レベル維持手段と;を備え、ここに、第1充填レベルまで 各第1リザーバを充填した結果、接続されたフィーダーチャネルが充填され、か つ接続された分配チャネルが第2の充填レベルまで充填される。分配チャネルは 、少なくとも1つのキャピラリーバリアを有するのが好ましい。 分配プレートは、フィードスループレートに接続するのが好ましく、このフィ ードするプレ ートは分配プレート上方に係合してチャネルまたは導管を提供し、液体または電 気リードを分配プレートまで通すことを可能としている。看脱可能な反応セルプ レートは、分配プレートの下面に結合するのが好ましく、少なくとも2つのリザ ーバからの液体が分配プレートを介して分配し得る、ひとつ以上、より好ましく は2つ以上の反応セルを含む。反応セルプレートは、約100以上の反応セルを 収容するのが好ましく、各々は少なくとも2つのリザーバによりアドレス可能で ある。より好ましくは、反応セルプレートが、約1000以上の反応セルを含み 、各々は少なくとも2つのリザーバによりアドレス可能である。さらに好ましく は、反応セルプレートが、約10000以上の反応セルを含み、各々は少なくと も2つのリザーバによりアドレス可能である。 分配プレートは、好ましくは、多数の第1リザーバを有する。第1リザーバは 、主要容器部分およびひとつ以上の第1リザーバ延長チャネルを有し、前記チャ ネルは分配プレートの水平寸法のうち1つの長さに実質的に沿って延びる。2つ 以上のかかる延長された第1リザーバは、好ましくは、分配プレートのひとつの 側面に沿って隣接し、平行に配置されてる。いくつかの実質例において、2つ以 上のかかる平行で延長された第1リザーバから実質的な直線に沿って配置された 2つ以上の反応セル(「直線状」反応セル)まで液体をリレー供給するのが好ま しい。液体のこのリレー供給を達成するためには、好ましくは、第1フィーダー チャネルは、分配プレートの端部エッジに最も近い平行な第1リザーバから延び 、かつ内部に位置した平行な第1リザーバの下部に延び、分離する一方で第1フ ィーダーチャネルに隣接しそれと平行な別のフィーダーチャネルはリザーバ中の 液体の分離を維持するのに必要とされるよう、他の第1リザーバの下を通過する 内部に位置した平行な第1リサーバから延びる。この好ましい実施例において、 直線状反応セルの各々の位置に隣接して配置されるのは、かかる第1直線状の各 々に対する1の分配チャネルであり、かかる分配チャネルの各々は平行なフィー ダーチャネルの別の1つに接続している。かくして、反応セルの隣接して位置す る分配チャネルは、分配チャネルの「束」を形成する。束になった分配チャネル の各チャネル内、および束になった分配チャネルの各チャネルから隣接反応セル に至る導管内に配置したポンプを使用して、別々の第1リザーバの各々からの液 体を直線状反応セルのいずれかに分配することができる。 各分配チャネルは、好ましくは、少なくとも1つのポンプを有し、これは好ま しくは2または3の電極を備える。ポンプを適当な順序で作動させるには、本発 明の分配システムは、好ましくは、各ポンプを制御するコントローラに接続させ る。好ましい2つの電極ポンプは、好ましくは、圧送する液体を移動させるのに 適したパルス電圧プログラムを適用することによって 操作する。好ましくは、コントローラは、複数の液体の各々を移動させるのに適 した、パルス長、電圧振幅、パルス形状および電圧極性のごときパラメータを表 示するポンピングプログラムのデータベースを備えるデータ貯蔵デバイスを含む 。 本発明は、さらに、例えば、分析に影響を 及ぼす化学合成または化学反応のための反応を行うのに適した、好ましい流動液 体分配システムに関し、前記分配システムは、上流端と下流端を有する2つ本以 上の連続流チャネルを備え、連続流チャネル、各々が上流端部および下流端を有 し;各連続流チャネルに関し、オープンゾーンにおいてその連続流チャネルから 離れて延長する分岐チャネルと;各連続流チャネルに関し、前記分岐チャネルの 流入口の下流に位置するアルファコンストリクタと;を備え、ここに、液体が第 1の端部から第2の端部に連続流チャネルの1つを通って流動する場合、アルフ ァコンストリクタが作動していなければ、第1の比例量の流体が分岐チャネルに 転じ、アルファコンストリクタが作動していれば、前記第1の比例量よりも大き い第2の比例量が分岐チャネルに流動する。好ましくは、分岐チャネル流入口は 、その地点でオープンゾーンが始まる上流地点から約300ミクロン内にある。 好ましくは、分配システムは、少なくともひとつの分岐チャネルに対して、分配 チャネルを通って流動を絞るためのベータコンストリクタを有する。もう1つの 好ましい具体実施例において、分配システムは、それらに関連した分岐チャネル を介して少なくとも2つの連続流動チャネルがアドレス可能な緩衝液チャネルを 有する。 本発明は、加えて、反応セル、2つ本以上のフィーダーチャネル、各フィーダ ーチャネルを反応セルに接続するフィーダーチャネル用の別の導管および各導管 用の膨張弁から構成される膨張弁液体分配システムに関し、前記膨張弁は、前記 導管の断面を満たし、かつ流体流動を妨げる拡大状態、および前記導管を通って の流体流動を可能とする収縮状態を有する。好ましい実施例において、導管は2 つ以上、好ましくは3つ以上の膨張弁を有し、これは接続されたフィーダーチャ ネルから反応セルヘ流体を圧送するのに共働して作動できる。 本発明は、さらに、(a)各々はかかるフィーダーチャネルに接続したフィー ダーチャネル流入口およびフィーダーチャネル流出口ならびに分配チャネルから 構成され、各フィーダーチャネルはフィーダーチャネル流入口、フィーダーチャ ネル流出口および接続された分配チャネルを接続する三方分岐点を有し分配チャ ネルは反応セルと接続している1つ本以上の、好ましくは2つ本以上のフィーダ ーチャネル、、(b)かかる三方分岐点の各々に対しての、フィーダーチャネル 流入口またはフィーダーチャネル流出口中の第1の電極ベースのポンプ、および (c)かかる三方分岐点に対しての、分岐点チャネル中の第2の電極ベースのポ ンプから構成 される電極ベース液体分配システムに関連し、ここに、第1の電極ベースのポン プおよび第2の電極ベースのポンプに印加される電圧は、(i)フィーダーチャ ネルのうちの1つ中の流体が、接続された分配チャネルへの実質的流動なしに、 フィーダーチャネル流入口からフィーダーチャネルのフィーダーチャネル流出口 に移動できるように、または(ii)実質的量の流動が接続された分配チャネル を介して進行するように選択できる。 A.基本的液体分配システム 本発明は、複数の流体リザーバ200との非常に多数の反応セル350にアド レスする方法に関する(図1および2参照)。図1において、リザーバ200A −2000は、第1のコネクターチャネル211A−211Dを介して、それぞ れ、リザーバ延長チャネル212A−212Dに接続される。第1のコネクター チャネル211A−211Dの天井は延長チャネル212A−212Dよりも低 い水平面に位置し、それにより、例えば、リザーバ200Bからの液体がリザー バ200Aに接続された延長チャネル212Aへ漏出しないことを確実とする。 各第1コネクターチャネル211A−211Dは垂直チャネル(図示せず)を介 して各リザーバ延長チャネル212A−212Dに接続する。延長チャネル21 2A−212Dに接続しているのは、第1、第2、第3および第4のフィーダー チャネル216A−216Dの第1、第2、第3、第4および第5のセット21 3A−213Eである。これらのフィーダーチャネルの天井は延長チャネル21 2A−212Dの床の下の水平面に位置する。これらの延長チャネルを介して、 4つの第1流体リザーバ200A−200Dの各々からの流体は100個の反応 セル350のいずれかに隣接する位置に運ぶことができ、後記するポンプまたは バルブの制御下で、前記反応セルへ流体は移動できる。反応セル350は第1、 第2、第3および第4のフィーダーチャネル216A−216Dよりも低い水平 面に位置することに注意されたい。非常に多数の反応セルが別々の流体リザーバ によってアドレスできることによる他の幾何学は後記する。 本出願で記載する他の分配システムの特徴は、いずれの小見出しにて記載され るかを問わず、本実施例に適用される。本発明の実施例を直交して合流するチャ ネルを参照して記載するが、他の角度も可能であることは当業者に理解されるで あろう。本発明の好ましい実施例において、所定のリザーバ(例えば、第1の流 体リザーバ200)から所定の反応セル350への作動液速(すなわち、適当な 流動誘導メカニズムが活性化された場合の液速)は約0.01μl/分乃至10 μl/分、より好ましくは約0.1μl/分乃至約0.3μl/分である。 B.ハイドロロジック液体分配システム i.分配、フィードスルーおよび反応セルプレート 普通、本発明の液体分配システムは、少なくとも3つのプレート、フィードス ループレート300、分配プレート310および反応セルプレート320から構 成される。フィードスループレート300は、普通、後記する方法のうちの1つ を用いて分配プレート310に結合される。反応セルプレート320は、普通、 分配プレート310の下面、または分配パ310および反応セルプレート320 に介在する中間体プレート(図示せず)に移動可能に係合する。 図2は、本発明による分配プレート310のレイアウトを示す。図3は図2の スケールによって明瞭でない特徴のいくつかをよく説明する分配プレート310 の一部の拡大図である。普通、実線で示す構造は分配プレート310の頂部層に 形成され、他方、点線で示す構造は分配プレート310の底部層に形成される。 但し、図2では、反応セル350は実線のボックスによって示されるが、これら の構造は下部面に位置する。適当な場合は、垂直チャネルは分配プレート310 の頂部における構造を底部におけるものと接続させる。便宜のために、図の頂部 から底部への軸はNS軸と命名し、他方、右側から左側への軸はEW軸と命名す る。 図2の頂部には、4つの第1流体リザーバ200A、200B、200Cおよ び200Dがあり、各々は規定された充填レベルを有する。これらの第1流体リ ザーバ200A、200B、200Cおよび200Dは、分配プレート310の EW軸の実質的に全てに沿って延びる2つの第1リザーバ延長212を有する。 第1リザーバ延長212の天井は、好ましくは、第1充填レベルと実質的に同一 の高さである。5つの千鳥状位置A1、B1、C1、D1およびE1では、第1 リザーバ延長212のEW軸に沿って、第1リザーバ延長212を、分配プレー ト310の底部層に形成された4つの第1水平フィーダーチャネルセグメント2 16と接続する4つの第1垂直チャネル(図5および6B)がある。各々の千鳥 状位置A1、B1、C1、D1またはE1には、別々の第1リザーバ延長212 に接続した4つの隣接する第1水平フィーダーチャネルセグメント216は、N S軸に沿って、10の位置A2、B2、C2、D2、E2、F2、G2、H2、 12およびJ2まで延びる。4つの隣接する水平フィーダーチャネルセグメント 216の各々のかかるセットのコースに沿った各位置A2、B2、C2、D2、 E2、F2、G2、H2、12およびJ2は反応セル350の対に隣接する(図 5および6B参照)。これらの位置A2、B2、C2、D2、E2、F2、G2 、H2、12およびJ2では、4つの隣接する第1の水平フィーダーチャネルセ ル216が、別々の第2の垂直チャネル(図4A、4B、5および6A参照)を 介して、分配プレート310の頂部層に形成された4つの鉛直の第1分配チャネ ル222の各々に別々に接続される。第1の分配チャネル222の天井 は、普通、実質的に第1の充填レベルの高さである第2の充填レベルを規定する 。分配チャネルの充填レベル(例えば、第2充填レベル)は、それと、接続され たリザーバの充填レベル例えば、第1充填レベル)とが、前記チャネルの深さの 約10%以下だけ垂直に食い違えば、「実質的に」接続されたリザーバの充填レ ベルであり;たとえ、それらのレベルがさらに垂直に食い違っても、もしリザー バをその充填レベルまで充填した結果、接続された分配チャネルが充填され、か つ接続つれた分配チャネル中に流体が保持されること(例えば、図4Aを参照し て後記するキャピラリーバリアによる保持)となれば、それらはなお実質的に同 一である。水平フィーダーチャネルセグメント216に接続した順に第2の垂直 チャネル225に接続した、第1の垂直チャネル214のセット合せは、第1の フィーダーチャネル217(図では確認されない)を形成する。 もし液体が第1の流体リザーバ200における規定された第1レベルに維持さ れれば、実質的に同一のレベルが、第1のフィーダーチャネル217を介してそ の第1流体リザーバ200に接続した第1分配チャネル222で維持されるであ ろう。この等化は、2つの接続した流体が同一レベルを求めるという原理のため 、および、チャネルのサイズが許せばキャピラリー流動のために起こる。液体は 第1の流体リザーバにおける規定されたレベルに維持される。示した実施例にお いて、流体は、フィーダープレート300におけるチャネルを通って流体リザー バ200に供給され、前記流体リザーバを規定されたレベルまで充填する必要の ないかかる流体はドレイン380を通って排出される。第1の開口318(図示 せず)はフィードスループレート300の底部層に形成されて、第1流体リザー バ200およびドレイン380の間の液体接続または水門を生じる。普通、Wats on-Marlow,Inc.から入手可能なモデル番号205Uのマルチチャネルカセット ポンプの使用によって、液体を第1リザーバ200(ならびに第2液体リザーバ 210および第3液体リザーバ220)に一定に圧送する。別法として、規定さ れたレベルは、第1リザーバ200(または第2液体リザーバ210または第3 液体リザーバ220)中の液体のレベルをモニターし、規定されたレベルを維持 する必要がある場合、所定の液体リザーバに対しての液体の圧送を活性化するこ とによって維持することができる。 4つの隣接する第1分配チャネル222の各セットは、EW軸に沿って第1分 配チャネル222の各々の側に位置した、2つの緩衝液チャネル218に隣接し ている。第1分配チャネル222の(いずれかのタイプのポンプの電極を表す記 入した2本の点線によって図3に示された)第1ポンプを活性化することによっ て、液体をいずれかの第1分配222チャネルから隣接する緩衝液チャネル21 8に圧送することができる。この圧送によりさらに圧力が生じ、こ れは、第1分配チャネル222および緩衝液チャネル218を分離するキャピラ リーバリア370(図4A、4Bおよび5参照)を越えて液体を移動させる。各 第1分配チャネル222、第2分配チャネル224または第3分配チャネル22 6および隣接する緩衝液チャネル218の間、および各緩衝液チャネル218お よびその隣接する第3の垂直チャネル390(後記)の間には、ポンプが活性化 されていない場合に液体流動を阻害するキャピラリーバリア370がある。第2 の開口362(図4Aおよび4B参照)がフィードスループレート300の底部 層に形成されて、第1チャネル222および緩衝液チャネル218の間に液体接 続または水門を生じる。(1つのタイプのポンプの電極を表す2本の点線によっ て図3に示した)第2ポンプ361を用いて、緩衝液チャネル218から、反応 セルプレート320中の反応セルと接続する第3の垂直チャネル390に液体を 圧送することができる。フィードスループレート300または分配プレート31 0の底部層にある第3の開口363(図4Aおよび4B)は、緩衝液チャネル2 18および第3垂直チャネル390の間に液体接続または水門を生じるよう働く 。 図4Aは、キャピラリーバリア370を示し、そこで、液体11を含有する第 1分配チャネル222とチャネル218または第3垂直チャネル390いずれか との間の分岐点にてメニスカス371が形成される。第1分配チャネル222の 緩衝液チャネル218への流出口に形成されたメニスカス371は、毛管力に由 来し得る浸出のごとき、第1分配チャネル222からの浸出を阻害する傾向があ ろう。図4Bは、図2および3に示した分配システムの変形として、第1分配チ ャネル222および緩衝液チャネル218の間に分岐点における、そして緩衝液 チャネル218および第3垂直チャネル390の間の分岐点における、キャピラ リーバリア370を示す。また、第1ポンプ360を形成する第1電極360A および第2電極360B、およびポンプ361を形成する第3電極361Aおよ び第4電極361Bを示す。いくつかの実施例では、緩衝液チャネル218また は第3垂直チャネル390の頂部のフィードスループレート300を通って延び るベント(図示せず)がある。 NS向きの水平フィーダーチャネルセグメント216の小さな破断図のみを図 4Aおよび4Bに示すことに注意されたい。普通、これらのチャネルは示した破 断図から内方および外方に伸び、液体を他の反応セル350に分配するように位 置させたさらなる第1分配チャネル222と接続する。 分配プレート310の右側に沿って、10個の流体リザーバ210があり、各 々はEW軸に沿って延びる第2のリザーバ延長240を有する。第2分配チャネ ル224は第2のリザーバ延長240から離れる「L」−延長を形成し、各々は 別の緩衝液チャネル218に隣接して位 置し、従って、各第2リザーバ延長240から離れて延びる10本の第2分配チ ャネル224がある。各第2分配チャネル224は、第2分配チャネル224か ら隣接する緩衝液チャネル218に液体を移動させるポンプ360を有する。フ ィードスループレート300の底部における第2開口(図示せず)は、第2分配 チャネル224および緩衝液チャネル218の間に水門または液体接続の経路を 供するように働く。前記したごとく、液体は緩衝液チャネル218から反応セル に移動する。各第2リザーバ210に隣接して、前記規定された第3充填レベル を維持するように働くドレイン380(図示せず)がある。図16A−16Dに 関連してH節に後記するごとく、キャピラリーバリア370と第2開口362お よび第3開口によって形成された水門は、セット合せバルブおよびポンプとして 作用する。キャピラリーバリア370は反応セルへの流動を妨げ、この流動は、 第1ポンプ360または第2ポンプ316がキャピラリーバリア370を克服す るのに必要な過剰圧を供するまで毛管力によって与えられる。水門を狭くすると 、流動を与える毛管力を増大させることができ、それによりキャピラリーバリア 370を克服するのに必要な追加量の圧力を低下させることができる。キャピラ リーバリア370の使用により、普通コントローラ10によって制御される、第 1ポンプ360または第2ポンプによって制御されるべき流動制御を可能とする 。 図1に示した分配プレートの底部エッジに沿って位置するのは、10個の第3 液体リザーバ220である。水平フィーダーチャネルセグメント230は、第4 の垂直チャネル227を介して第3の液体リザーバ220および第3の分配チャ ネル226に接続される。第3分配チャネル218は、フィードスループレート 300中の開口362(図示せず)を介して液体を隣接緩衝液チャネル218に 移動させることができる第1ポンプ360を有する。各第3リザーバ220に隣 接して位置するのは、前記した規定された第4充填レベルを維持するように作動 するドレイン380(図示せず)である。第3液体リザーバ220および接続さ れた第3分配チャネル226は、第1液体リザーバ200および第1分配チャネ ルと全く同様に作動する。当業者ならば、多数の別の第3流体リザーバ220が 、緩衝液チャネル218に隣接して位置した多数の第3分配チャネル226を介 して所定の緩衝液チャネル218と相互作用できることを認識するであろう。各 第3リザーバ220に隣接して位置するのは、前記した規定された第3充填レベ ルを維持するように作動するドレイン380(図示せず)である。 図5は、フィードスループレート300、分配プレート310および反応セル プレート320の一部の透視図である。 図6Aは、第1分配チャネル222を通って切断するEW軸に沿っての垂直断 面図を示す。 第1分配チャネル222の直下には4つの水平フィーダーチャネルセグメント2 16が見られ、そのうち1つのみが見える第2垂直チャネル225を介して第1 分配チャネルに接続される。第1ポンプ360および第2ポンプ361の電極を 接続するリード線303および304が示される。第3の垂直チャネル390は 緩衝液チャネル218を、ドレイン355を有する反応セル350に接続させる 。 図6Bは第1液体リザーバ200を通って切断するEW軸に沿っての垂直断面 図を示す。第1液体リザーバ延長212からは、各々が別の水平フィーダーチャ ネルセグメント216に接続する2つの第1垂直チャネル214が見られる。第 1流体リザーバ200のためのドレイン380は点線によって示される。示した 分配システムにおいて、第1の流体リザーバ200は第4の開口302を介して フィードスループレート300の頂部に開口する。 液体分配システムの作動は図7に関連して記載できる。液体は、第1、第2ま たは第3流体リザーバ200A、200B、200C、200D、210Aまた は220Aいずれかから、第3垂直チャネル390Aに接続した第1反応セル3 50A(図示せず)に分配される。もし「液体A」が流体リザーバ200Aで第 1流体レベルに維持されれば、液体Aは接続した垂直チャネル214を通って接 続した水平フィーダーチャネルセグメント216A、216A2、216A3、 216A4および216A5に、および接続した分配チャネル222A1、22 2A2等に流入する。第1分配チャネル222A1からは、コントローラ10( 図示せず)の制御下にあるポンプ360Aを用いて第1緩衝液チャネル218A Aに液体Aが圧送される。第1緩衝液チャネル218AAからは、コントローラ 10の制御下にあるポンプ361Aを用いて第3垂直チャネル390Aを介して 液体Aが第1反応セル350AAに液体Aが圧送される。 本発明による分配プレート310が緩衝液チャネル218を用い、かつ緩衝液 チャネル218が外部雰囲気へのベントを欠く場合は、液体を緩衝液チャネル2 18に圧送する第1ポンプの圧送速度および緩衝液チャネル218から反応セル 350へ圧送する第2ポンプ361の圧送速度の関係は有利に操作できる。第1 ポンプ360が、液体を、例えば、分配チャネル222A1(図7)から移動さ せる場合、緩衝液チャネル218において圧力増加を生じさせて、これは分配チ ャネル222B1、222C1、222D1、224AAおよび226AAに対 するキャピラリーバリアを通過する流動を阻止する。第2ポンプ361の対応す る活性化の遅延の結果、維持されるクロス汚染阻止圧が生じる。緩衝液チャネル 218はさらに隣接する反応セル350に対して意図しない試薬を含有する分配 チャネルからのいずれの偶然のオーバー フローも希釈するように作動する。この希釈は、普通、隣接する反応セル350 に対して意図した反応プロセスにおいて効果的な濃度下に反応試薬濃度を低下さ せる。 示した実施例において、6つの溶液または溶媒の各々は、第1、第2および第 3の流体リザーバ200A、200B、200C、200D、210および22 0から100個の反応セルの各々へ分配できることに注意されたい。10個の第 2流体リザーバの各々、または10個の第3流体リザーバ220の各々は、流体 リザーバによってアドレス可能な10個の関連する反応セルで使用することを意 図した別の溶液または溶媒を含有できる。4つの第1流体リザーバ200A、2 00B、200Cおよび200Dの各々は100個の反応セル350のいずれか にアドレスできる。さらなる柔軟性は、プロトコルの間に適当であれば、所定の 流体リザーバに新しい溶液または溶媒をフラッシュすることによって利用可能で ある。 緩衝液チャネル218は任意であることに注意されたい。緩衝液チャネル21 8は、分配チャネルの流出口(この流出口は好ましくはキャピラリーバリア37 0である)から適当な反応セル350への直接的導管を供することによって回避 できる。 流体リザーバ(例えば、第1、第2および第3流体リザーバ200、210お よび220)は、普通、付着された延長チャネルの単純な拡大された(例えば、 より広い)部分である。好ましくは、流体リザーバ中の液体は、流体リザーバの 床およびその充填レベルの間の距離の±10%内に維持する。リザーバ中への液 体の補給は、規定されたスケジュールにより、またはコントローラ10に供給さ れるセンサーデータに基づいて連続的または段階的であり得る。ドレイン380 は外部ポンプ15の使用によって添加されたいずれの過剰の流体も除去するよう に設計される。各充填レベルまで充填された流体リザーバは、好ましくは、約1 μl乃至約5μl、より好ましくは約2.5μlの容量を有する。かくして、よ り好ましい実施例においては、流体リザーバ中の容量は、好ましくは、2.5μ l±0.25μlであろう。典型的には、Wats on-Marlow,Inc.から入手可能な モデル番号205Uのマルチチャネルカセットポンプの使用によって、液体を毎 秒1μlの速度で送液できる。第2の画分のために、かかるポンプはリザーバに 適当に再充填するように作動させるだけでよい。 以上の議論は、フィードスループレート300、分配プレート310および反 応セルプレート320で形成された分配システムについて記載している。しかし 、さらなるプレートが分配システムに便宜に組み込まれることができることは明 らかである。例えば、中間プレート330は、好ましい具体例においては、分配 プレート310の下面に永久結合され、分配プレート310と反応セルプレート 320との間に介在させる。中間プレート330の使用により、分 配システムを形成するチャンネルのデザインにより多くの柔軟性を与える。 ii.ポンプ 適当な寸法のいずれかの送液デバイスは、本発明の液体分配システムにおける 内部の第1ポンプ360または第2ポンプ316として使用できる。かかるポン プは、Shoji et al.,「Fabrication of a Pump for Integrated Chemical Anal yzing Systems」,Electronics and Communications in Japan,Part 2,70:52- 59,1989 et al.,「Normally closed microvalve and pump fabricated on a S ilicon Wafer」,Sensors and Actuators,20:163-169,1989によって報告され たミクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)またはMoroney et al.,「 Ultrasonicaly Induced Microtransport」,Proc.MEMS,91:277-282,1991に記 載された圧電ポンプを含む。しかし、好ましくは、第1のポンプ360および第 2のポンプ361は可動部分を持たない。かかる第1のポンプ360または第2 のポンプ361は電極ベースのポンプからなる。少なくとも2種類のかかる電極 ベースのポンピングは、典型的には、「電気水力学ポンピング(EHD)」およ び「電気浸透圧ポンピング(EO)」なる名の下に記載された。EHDポンピン グは、Bart et al.,「ミクロファブリケーテイッド電気水力学ポンプ」、Senso rs and Actuators,A21-A23:193-197,1990およびRichter et al.,「ロマシン ド電気水力学ポンプ」、Sensors and Actuators,A29:159-168,1991によって記 載された。EOポンプは、Dasgupta et al.「Electroosmosis:A Reliable Fluid Propulsion System for Flow Injection Analysis」Anal.Chem.,66;1792-1798, 1994によって記載された。モデル番号205U「Electroosmosis:A Reliable Fl uid Propulsion System for Flow Injection Analysis」Anal.Chem.,66;1792-17 98,1994のごとき適当な蠕動ポンプ。 EOポンピングは、水晶、ガラス等を含めた、多くの固体の表面が、塩、酸ま たは塩基のごときイオン性物質の存在下で、正または負に荷電状態となるという 原理を利用すると信じられている。荷電表面は、適当な導電率の溶液中で反対に 荷電した対イオンを捕捉するであろう。電圧をかかる溶液に印加した結果、対イ オンが反対に荷電した電極に移動し、同様に流体のバルクを動かす。容量流動速 度は電流に比例し、流体中に生じた容量流動も印加された電圧に比例する。普通 、キャピラリー寸法のチャネルにおいて、流動を行う電極はEHDポンピングに おけるよりもさらに離しておくことができる。というのは、電極は力の適用にの み関与し、EHOにおけるごとく、力が作用する電化を生じるものではないから である。EOポンピングは、一般に、導電性溶液を圧送するのに適した方法とし て認識されている。 EHOポンプは、普通、極端に低い導電率、例えば、10-14乃至10-9S/ cmの流体を移 動させるのに適する。今回、後記するごとく、広い範囲の溶媒および溶液が、促 進圧送ではなく適当な溶質を使用し、適当な電極間隔および幾何学を使用し、ま たは電極を出力するための適当なパルス状または直流電圧を用いて圧送できるこ とが判明した。 液体分配システムで使用する第1ポンプ360および第2ポンプ361の電極 は、好ましくは、約25ミクロン乃至約100ミクロン、より好ましくは約50 ミクロン乃至約75ミクロンの直径を有する。好ましくは、チャネルの頂部から 前記チャネルの深さの約5%乃至約95%の深さまで、より好ましくは前記チャ ネルの深さの約25%から約50%の深さまで電極は突出する。通常、その結果 、流体と相互作用する素子として規定された電極は、約5ミクロン乃至約95ミ クロンの長さ、好ましくは、約25ミクロン乃至約50ミクロンの長さである。 ポンプは、好ましくは、約100ミクロン乃至約2500ミクロン離した、より 好ましくは約250ミクロン乃至約1000ミクロン離した、さらにより好まし くは約150ミクロン乃至約250ミクロン離した(第1電極360Aまたは第 3電極361Aのごとき)アルファ電極364および(第3電極360Bおよび 第4電極361B1のごとき)ベータ電極365を含のが好ましい。電極の間隔 は、それらがその関連する流体チャネルに突出する電極の中央地点から測定する 。特に好ましい実施例において、ガンマ電極366(図示せず)を、アルファ電 極364およびベータ電極365より離れた所から、約200ミクロン乃至約5 000ミクロン、より好ましくは約500ミクロン乃至約1500ミクロン、な おより好ましくは約1000ミクロン間隔を設ける。別の好ましい実施例におい て、ポンプは、約200ミクロン乃至約5000ミクロン、より好ましくは約5 00ミクロン乃至約1500ミクロン、なおさらに好ましくは約1000ミクロ ン離れたガンマ電極366(図示せず)およびデルタ電極367からなる2つの 追加の電極を有する。曲り部を有する流体チャネル中に電極を位置させる場合、 流体チャネルの中央線を規定する線に沿って前記距離を測定する。相対的により 低い導電率の流体を圧送する意味では、アルファ電極364およびベータ電極3 65にわたって電圧を印加し、他方、相対的により高い導電率の流体を圧送する 意味では、ガンマ電極366と、アルファ電極、ベータ電極365またはデルタ 電極のうちの1つとの間に電圧を誘導する。後者の状況は、普通、EOポンピン グで伝統的には圧送する溶媒に適用されるが、本発明はEHDまたはEOポンピ ングの概念について発展させたいずれの理論にも限定されない。いずれの電極セ ット合せが所定の溶媒または溶液に適しているかを指示するいずれの確固する規 則はない。代わりに、本明細書の開示に徴して適当なセット合せを経験的に決定 できる。 ポンプを直流モードで作動させる場合にアルファおよびベータ電極364およ び365をに わたって使用される電圧は、普通、約50V乃至約2000V、好ましくは約1 00V乃至約750V、より好ましくは約200V乃至約300Vである。ポン プを直流モードで作動させる場合にガンマ電極366およびアルファ、ベータま たはデルタ極364、365または367にわたって使用される電圧は、普通、 約50V乃至約2000V、好ましくは約100V乃至約750V、より好まし くは約200V乃至約300Vである。ポンプをパルス状モードで作動させる場 合にアルファおよびベータ電極364および365をにわたって使用される電圧 は、普通、約50V乃至約1000V、好ましくは約100V乃至約400V、 より好ましくは約200V乃至約300Vである。ポンプをパルス状モードで作 動させる場合にガンマ電極366およびアルファ、ベータまたはデルタ極364 、365または367をにわたって使用される電圧は、普通、約50V乃至約1 000V、好ましくは約100V乃至約400V、より好ましくは約200V乃 至約300Vである。好ましくは、電流に対するポンピングの比は、ポンプ36 0または361を過ぎて移動する1000分子当たり、より好ましくはポンプ3 60または361を過ぎて移動する10000分子当たり、なおより好ましくは ポンプ360または361を過ぎて移動する100000分子当たり1個以下の 電子が第1ポンプ360または第2ポンプ361に隣接する溶液に移動するよう にする。 電極−ベースの内部ポンピングシステムは、もし前記ポンプがパルス状電圧を 電極間に印加することによって作動されるならば、複数ポンプ部位において液速 が制御され、かつ比較的より複雑でない電子技術を持つ本発明の液体分配システ ムに一体化することができる。図8はパルスプロトコルの例を示し、ここに、電 圧のパルス幅はτ1であってパルス間隔はτ2である。普通、τ1は約1μsおよ び約1msの間、好ましくは約0.1msおよび約1msの間である。普通、τ2 は約0.1μsおよび約10msの間、好ましくは約1msおよび約10msの 間である。パルス状電圧プロトコルは高密度エレクトロニクスへの一体化の容易 性(これは、数千何百という数の1000ののポンプをウェーハーサイズの装置 にセットみ込むのを可能とする)、電極で起こる電解質の量の減少、電解質近く の熱対流の減少、およびより単純な装置を使用する能力を含めた、他の利点を付 与すると考えられる。また、パルス状プロトコルは、図8に示したブロックパタ ーンよりも複雑なパルス波幾何学を使用することもできる。 適用することができるもう1つの手法は、普通等しく間隔を設けた多数の電極 を使用すること、であり、まず電圧を第1および第2電極に適用を開始し、次い で第2および第3電極に適用を開始する等の時間的方法で隣接する電極の各対に おいて電圧を誘導する進行波プロトコルを使用することである。かかる方法はFu hrら,J.Microelectrical System,1:141-145,1992に 記載されている。進行波プロトコルは電界誘導流体流動を容易とする温度勾配お よび対応する導電率勾配を誘導できると考えられる。かかる温度勾配は、電極− ベースの第1ポンプ360および第2ポンプ361と一緒に電気ヒーターを位置 させることによっても誘導することができる。 理論に拘束されるつもりはないが、いくつかの理論的考え方がEHOポンピン グの機構で役割を演じていると考えられる。誘電体流体に作用する力は、 によって説明され、ここで、Fは力密度、qは電荷密度、Eは適用される場、P は分極ベクトル、εは誘電率およびρは質量密度である。式における項のうち第 1項および第3項は流体のEHDポンピングの面で最も重要であると考えられる 。第1項(qE)は空間−荷電領域とのクーロン相互作用に関する。第3項(1 /2E2▽ε)は誘電率の勾配に比例する誘電力に関する。 低い場では、すなわち、電流が電圧に線形的に比例するオーム領域では、電界 作用する電荷の第一義的源は、第一義的には添加物からのイオン、不純物からの イオンおよび流体中で分子の自己解離によって形成されるイオンによるものと考 えられる。中程度の場、すなわち、オーム領域を超えて約2V/μmまでの場で は、電荷は第一義的には流体における解離および電解質プロセスによって形成さ れると考えられる。高い場では、電荷は、同電荷を注入する電極における注入プ ロセスによって決定されると考えられる。 この適用の目的では、正(+)の流動は負の電極の方向に流動すべきであり、 負(−)の流動は正の電極の方向に流動すべきである。 本発明の好ましい実施例において、コントローラ10はデータを記憶するため の装置を有し、多数の溶媒を圧送するのに適した電圧および極性の値を記憶する 。 実験結果は、(流体の方向のような)流体流動の特性が、電極から注入されあ るいは誘導された荷電種を安定化し溶媒和する溶媒の能力によく相関する。流動 の方向は正電荷または負イオンいずれかに溶媒和する溶媒の優先性によって決定 されると考えられる。この溶媒和形成の選択性は、電場に引きづられる溶媒分子 の大きな殻を意味すると考えられ、これは、第1ポンプ360または第2ポンプ 361に場が印加適用された場合に、流体の運動を生起する。例えば、正の電荷 の好ましい溶媒和はアノードからカソード(すなわち、正の方向)への流体流動 の優先性に相関する。溶媒についてのかかる溶媒和形成の優先性の程度は、水素 結合を受け取りまたは供与する溶媒内の分子の能力に依存すると考えられる。本 発明の1の態様において、そのポンピング挙動が末だ特徴付けられていない液体 について、R.W.Taftおよび共同研究者(Kamletら,J.Org.Chem.48:2877-288 7,1983およびKamletら,Prog.Phys.Org.Chem.,13:485,1981)によって確立 された線形溶媒和エネルギー関係を用いて評価された最初のポンピングパラメー タをコントローラは貯蔵するであろう。これらの研究者は溶媒を以下のパラメー タで範鴫分けした:π、その誘電特性によって電荷または双極子を安定化させる 溶媒の能力:α、溶媒の水素結合供与能力:およびβ、溶媒の水素結合受容能力 。これらのパラメータは前記引用のKamletらの出版物でより十分に定義されてい る。 円断面の1mmキャピラリー、400Vの場によって供与された500ミクロ ンの離隔距離を持つ、前記キャピラリーに500ミクロンの深さまで鉛直に挿入 された一対の50ミクロンの棒状白金電極を用い、流動の方向をいくつかの溶媒 につき測定した。流動の方向ならびにα、β、π、εおよび双極モーメント値は 以下の通りである。 αおよびβ値は、負または正の荷電種を溶媒和する電場下における溶媒の能力 を反映し、α−βの大きさは(−)流動に相関し、β−αの大きさは(+)流動 に相関すると考えられる。本発明の一の態様において、流体の流動の好ましい方 向は、もし流体が、小さいがゼロではな いαおよびβ値の差異を有し、使用する電極対が非対称場であれば、正または負 の荷電種いずれかに対する作用力が増強されるように、流体の流動の好ましい方 向は前記の予測のものとは逆にすることができる。かかる電極対は意図した流動 の方向を示す鋭い点を持つアルファ電極364およびそれが位置するチャネルの 壁を線で描くベータ電極365を有する。1mmキャピラリー中に作製されたか かる電極−ベースのポンプは、電極に印加された電圧が流動または幾分弱い流動 の(−)方向を示す場合、あるいは電極に印加された電圧が流動の(+)方向を 示す場合、アルファ電極364によって指示された方向に2−プロパノールを圧 送するのに効果的であることが示された。 液体の圧送パラメータは、電極−ベースのポンプを有し、高い角度であるキャ ピラリーに配された液体のプラグを用いて較正できる。もし前記プラグの位置を モニターするためにキャピラリーに光学デバイスを備えれば、上方圧送流動の速 度および重力駆動の下方運動の速度を測定することができる。これらの速度およ びキャピラリーの角度を用いて、液体に適用された圧力を計算することができる 。(流体抵抗R=(8・μ・l)/πr4、ここに、μは速度を表し、l=流体 プラグの長さである;圧力P=RA(νup−νdown)、ここにA=断面積)。ま た、ポンプの効率も計算できる(η=(q・ρ・Q・NA)/m・l、ここに、q =eの電荷、ρ=流体の密度、Q=流動速度=νup・A、m=流体の質量、およ びl=電流)。前記速度は、固定したLEDおよび光学ディテクターを用いるプ ラグの前部または後部界面いずれかのの位置における多重単一点観察にて、ある いはUDTSensors,Inc.,Hawthorne,CAから入手可能なSL15またはSC1 0ポジションセンサーのごとき光およびシリコンフォイダイオードポジションセ ンサーを用いる連続モードで測定することができる。後者の方法では、ポジショ ンセンサーに接続した異なる増幅器で生じたシグナル間の関係は実験使用に先立 って較正しなければならない。 多数の溶媒についてのポンピングパラメータを以下のごとくに前記1mmキャ ピラリーで測定した。 ポンピングのもう1つの態様は、合理的場の強さにて圧送に対して抵抗性の流 体は適当な増強添加剤を添加することによって電極−ベースのポンピングにより 感受性とできるという観察である。好ましくは、流動増強添加剤は前記抵抗性流 体と混和性であって、高圧P、高流動速度Qおよび良好な電気効率η(すなわち 、電流の電子当たりの圧送される分子)にて圧送できる。一般に、流動増強添加 剤は抵抗性流体の約0.05%w/wおよび約10%w/wの間、好ましくは0. 1%w/wおよび約5%w/wの間、より好ましくは約0.1%w/wおよび約 1%w/wの間である。四塩化炭素およびシクロヘキサンは、2000Vの電圧 にて前記したキャピラリーに位置させた電極ポンプを用いて圧送されない。流動 促進添加剤として0.5%w/wのアセトンまたはメタノールを添加することに よって、これらの流体は共に1000Vで圧送できる。いくつかの場合、所望の 方向に強力に圧送する流動促進添加剤をそれと混合することによって、液体の好 ましい流動方向を逆とするのが望ましい。すべての場合において、添加剤は、そ の圧送特性およびその化学適合性または液体分配システムで達成されることが求 められる他のプロセスに基づいて選択される。 本発明の電極−ベースのポンプは、前記ポンプを望まない流動に逆らわせるよ う作動することによって、ある方向での流動に抵抗するバルブとして作動させる ことができる。電極−ベースのポンプを出力させるためには、例えば、シフトレ ジスター、ラッチ、ゲートおよびDMOSトランジスターのごときスイッチング デバイスからなるひとつ以上のデジタル励振器は簡便なエレクトロニクスを可能 とし、従って、各チャネルにおける流体流動を独立して制御することができる。 好ましくは、各デジタル励振器は、各々が別の電極−ベースのポンプの圧送速度 を制御するのに使用できる多重スイッチングデバイスに接続される。 本出願に記載する他の分配システムの特徴は、それらがいずれの小見出し下で 記載されるかに拘わらず、本実施例に適用できる。 C.好ましい流動流体分配システム 複数のミクロスケール反応セルが多数の反応流体によって別々にアドレス可能 であり、連続的流動システムを用いる分配システムのもう1つの実施例が図9に 模式的に示される。本出願に記載した他の分配システムの特徴は、それらがいず れの小見出し下で記載されるかに拘わらず、本実施例に適用できる。 図9は、第1の連続流動チャネル400A、第2の連続流動チャネル400B 、第3の連続流動チャネル400Cおよび第4の連続流動チャネル400Dを示 し、各連続流動チャネルは、上流端部Uおよび下流端部Dを有する。流体は、1 以上の外部ポンプ171の助けを借りて第1乃至第4連続流体チャネル400A −400Dを通じて押される。電極−ベースのポンプであり得る第3ポンプ(図 示せず)は、第1乃至第4連続流動チャネル400A−400D内にさらに圧送 を供することができる。第1乃至第4連続流動チャネル400A−400Dの上 流端部における狭くなったゾーン401A−401Dは第1の断面領域を有する 。第1乃至第4連続流動チャネル400A−400Dの下流端部におけるオープ ンゾーン402A−402Dは、第1断面面積よりも大きい第2断面面積を有す る。オープンゾーン402A−402Dの上流端部には、各々、第1分岐チャネ ル410A、第2分岐チャネル410B、第3分岐チャネル410Cおよび第4 分岐チャネル410Dがある。これらの分岐チャネル410A−410Dの各々 は、好ましくは、オープンゾーン402A−402Dのそれよりも小さい断面面 積を有し、各々は緩衝液チャネル440に流入する。オープンゾーン402A− 402Dには、各々、第1アルファコンストリクター420AA、第2アルファ コンストリクター420AB、第3アルファコンストリクター420AC、およ び第4アルファコンストリクター420ADがある。 アルファコンストリクターのごときコンストリクターは、熱、電磁波または圧 力により作動する微細加工バルブまたはトランスデューサー、流動−ブロッキン グモードで作動する電極−ベースのポンプ、または当前記分野で認識されている もう1つのコンストリクターであり得る。コンストリクターはチャネルの位置で 流動を減少させるように、あるいは好ましくは流動を停止させるように作動する 。 連続流動チャネル400A−400Dの下流流出口は、第1のドレイン431 Aおよび第2のドレイン431Bを接続する共通バイパス430に接続する。 分岐チャネル410A−410Cは、各々、第1ベータコンストリクター42 0BA、第2ベータコンストリクター420BB、第3ベータコンストリクター 420BCおよび第4のベータコンストリクター420BDを有する。緩衝液チ ャネル440から、反応セル導管442、第1緩衝液オーバーフロー441Aお よび第2緩衝液オーバーフロー441Bが延びる。反応セル導管442はガンマ コンストリクター420を有する。第1および第2緩衝液オーバーフロー441 Aおよび441Bは、各々、第1デルタコンストリクター420DAおよび第2 デルタコンストリクター420DBを有する。 「液体A」が第1接続流動チャネル400Aを通り、かつ第1アルファコンス トリクター420AAが作動されていない場合、液体Aは、比較的狭い分岐チャ ネル410Aを通る流動よりもむしろ比較的大きい断面面積を有する第1連続流 動チャネル400Aの開口部分を介して共通バイパス430に流動する傾向があ る。第1ベータコンストリクター420BAは、分岐チャネル410Aにおける 流動に抵抗しあるいはそれをブロックするように作動でき、さらに共通バイパス 430へのより大きな流動を確実とする。液体Aを反応セル430に向けるには 、第1アルファコンストリクター420AAを作動させ、一方、第1ベータコン ストリクター420BAは作動させず、その結果、第1分岐チャネル410Aへ の大きな流動が得られる。液体Aの緩衝液チャネル440への侵入の結果、反応 セル導管442または第1もしくは第2緩衝液オーバーフロー441Aまたは4 41Bを通ってのオーバーフローの速度に応じて、第2乃至第4分岐チャネル4 10B−410Dにおいて上方圧力が適用される。この圧力は、第2、第3また は第4連続流動チャネル400B−400Dからの流体でのクロス汚染を阻害す るのに使用できる。 全てのコンストリクター420は、好ましくは、それらの各チャネル、特に第 1乃至第4のベータコンストリクター420BA乃至420BDおよびガンマコ ンストリクター420Cにおける液体流動を停止するように作動できる。 図10Aは、流動を分岐チャネル410Aに向けるよう作動する連続流動チャ ネル400Aの断面図を示し、一方、図10Bは流動を共通バイパス430に向 けるように作動する連続流動チャネル400Aを示す。反応セル350および反 応セルドレイン355も示す。 図11は、どのようにして第1乃至第4連続流動チャネル400A−400D が、第1乃至第4主要フィードチャネル470−470Dを有するより大きなグ リッドに接続できるかを示す。第1乃至第4主要フィードチャネル470−A− 470Dは、第1乃至第4連続流動チャネル400A−400Dよりも高いまた は低い水平面に位置し、2セットのチャネルを相互に接続させる。ひとつの好適 な実施例において、第1乃至第4連続流動チャネル400A−400Dの各々の 流入口は、第1乃至第4主要フィードチャネル470A−470Dから流体を吸 引するのを容易とする第3ポンプ460(図示せず)を有する。 D.膨張弁液体分配システム 膨張弁液体分配システムは、反応セル、2つ以上のフィーダーチャネル、各フ ィーダーを反応セルに接続する別々の導管、および各導管用の膨張弁を有し、こ こに、前記膨張弁は導管の断面を満たし、かつ導管を通っての流体流動を妨げる 拡大状態、および導管を通っての流体流 動を可能とする縮小状態を有する。この実施例は、分配システムが好ましくはガ ラスまたはシリコンベースの材料ではなくむしろプラスチックで作製されている 点で他の実施例とは異なる。好ましいプラスチックはポリエチレン、ポリプロピ レン、液晶エンジニアリングプラスチック、フッ化ポリビリンデンおよびポリテ トラフルオロエチレンを含む。低水分蒸気透過率を持つプラスチツク(例えば、 ポリエチレン、フッ化ポリビリンデンおよびポリテトラフルオロエチレン)が特 に好ましい。ポリエチレンおよびポリエチレンテレフタレートのごときポリエス テルのラミネートのごときラミネートもその蒸気バリア特性で好ましい。本実施 例のチャネルまたは導管は、好ましくは、製造方法を記載する第I節で後記する ごときである。しかしながら、本実施例は、より大きなチャネルおよび反応セル のごときより大きなスケール特徴にて容易に使用できる。本出願で記載する他の 分配システムの特徴は、いずれの小見出しの下で記載されるかに拘わらず本実施 例に適用できる。 図12は、各々、第1乃至第8主要供給チャネル580A乃至580Dを有す る模式図を示す。第5主要供給チャネル580Aは第1アルファフィーダーチャ ネル570A1、第2アルファフィーダーチャネル570A2等に接続する。ま た、第6乃至第8主要供給チャネル580B乃至580Dは、各々、フィーダー チャネルに接続される。第2フルアァフィーダーチャネル570A2、第2ベー タフィーダーチャネル570B2、第2ガンマフィーダーチャネル570C2お よび第2デルタフィーダーチャネル570D2に焦点を当てると、これらは各々 が、多数のアルファ分配チャネル500A、ベータ分配チャネル500B、ガン マブチャネル500Cおよびデルタ分配チャネル500Dにそれぞれ接続される 。例えば、第2アルファフィーダーチャネル570A2は、第11アルファ分配 チャネル500A11、第12アルファ分配チャネル500A12等に接続され る。4つの分配チャネル500のセット、例えば、第11アルファ分配チャネル 500A11、第11ベータ分配チャネル500B11、第11ガンマ分配チャ ネル500C11、および第11デルタ分配チャネル500D11は所定の反応 セル350、例えば、反応セル350に接続される。 以下に記載の通り、各分配チャネル500は膨張弁を有し、これは、分配チャ ネル500を介して接続した反応セル350へのフィーダーチャネル570から の流れをブロックするように駆動できる。1つの好ましい実施例において、主要 供給チャネル580およびフィーダーチャネル570における流体は、上流ポン プおよび下流圧力リリース弁を用いて一定の圧力に維持される。 図13Aは、第11アルファ分配チャネル500A11を通る断面を示す。分 配システムを 形成する3つのプレート、つまり第1プレート591、第2プレート592およ び第3プレート593を示す。第2のアルファフィーダーチャネル570A2、 第2ベータフィーダーチャネル570B2、第2ガンマフィーダーチャネル57 0A2および第2デルタフィーダーチャネル570D2は、第1プレート591 を形成するのに使用される成形プロセスで形成できる。第11アルファ分配チャ ネル500A11は、一義的には第1プレート591の部分で形成され、第2プ レート592はこれらのプロセスを形成するのに使用される成形プロセスの間に 形成できる。第2アルファフィーダーチャネル570A2に接続する第11アル ファ部分のチャネル500A11は、レーザー穴加工などのドリル加工プロセス を用いて形成できる。反応セル350B1に接続する第11アルファ部分チャネ ル500A11の一部502A11(図13B参照)は、普通、第2プレート5 92の成形の間に形成される。膨張弁580は、炭化水素エラストマー、アクリ ロニトリルベースのエラストマーまたはポリウレタンフィルムのごとき低弾性の エラストマーフィルム581を含み、そのフィルムは天然ラテックスフィルム、 エチレン−プロピレンゴムおよびアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重 合体フィルムを含む。エラストマーフィルムは、例えば、熱硬化性アクリル、ポ リ尿素またはポリスルフィド接着剤のごとき接着剤を用いて基材に結合させるこ とができ、あるいはそれは加熱圧縮結合または超音波ウェルディングによって結 合させることができる。エラストマーフィルム581は、空気またはアルゴンの ごときガスで、あるいはフレオンまたはもう1つの冷媒のごとき低沸点液体で充 填された流体チャンバー582を覆う。流体チャンバー582の十分近くには、 好ましくは、コントローラ10によって制御される加熱素子583がある。前記 加熱素子583は流体チャンバー582中のガスまたは液体を加熱するよう機能 して、膨張弁580の膨張を引き起こす。反応セル350B1はドレイン355 B1を有する。 加熱素子583は、電気抵抗ヒーターおよび、Davis Sarnoff Research Cente r,Princeton,NJから入手可能な吸収端発光ダイオードレーザーアレイまたはLa serMax Inc.,Rochester,NYから入手可能な1300nmまたは1590nmレ ーザーのごとき赤外線ダイオードレーザーを含む赤外線源を含めた当前記分野で 知られた、任意の数の加熱デバイスであってもよい。もし加熱素子583が赤外 線源であれば、加熱素子583および流体チャンバー583の間に介在する物質 は、好ましくは、加熱素子583からの赤外線の少なくとも約50%、より好ま しくは80%を透過させる。 図13Bは、第11アルファ分配チャネル500A11の切断図の比較バージ ョンであり、ここに、膨張弁580は異なる位置にある。 図13Cは、好ましい実施例の切断図を示し、そこでは、第11アルファ分配 チャネルは第1膨張弁580A、第2膨張弁580Bおよび第3膨張弁580C を有する。これらの3つの弁は順次作動させて圧送力を生じ、反応セル350B 1へ流体を移動させる。例えば、第1の時点で、第11分配チャネル500A1 1に液体を充填し、第1膨張弁580Aを膨張させる。第2の時点で、第1の膨 張弁580Aは膨張したままにしておき、第2膨張弁580580Cは膨張を開 始し、液体を反応セル350B1に押しやる。第3の時点で、第2膨張弁580 Bは膨張したままにし、第1膨張弁580Aは収縮を開始し、液体を第2アルフ ァフレオンチャネルから吸って、膨張弁によって予め占有された容量を充填する 。また、第3の時点で、第3膨張弁580Cは膨張を開始し、液体を反応セル3 50B1に流す。第4の時点で、第3膨張弁580Cは膨張されたままで、第2 膨張弁580Bは収縮を開始し、ほぼ同時に第1膨張弁580Aは膨張を開始す る。第5の時点で、第1膨張弁580Aは膨張し、一方、他の2つの膨張弁58 0Bおよび580Cは収縮し、新しいポンピングサイクル状態にセットする。 E.電極ベースの液体分配システム 図14は、いかにして多数のフィーダーチャネル、例えば、各々、アルファ乃 至デルタフィーダーチャネル670A乃至670Dからのチャネルを所定の反応 セル350に接続する第5垂直チャネル628に接続できるか、を示す電極ベー スの液体分配システムの液体分配システムの平面図を示す。 図14において、アルファフィーダーチャネル670A、ベータフィーダーチ ャネル670B、ガンマフィーダーチャネル670Cおよびデルタフィーダーチ ャネル670は、各々、アルファ第1分配チャネル622A、アルファ第2分配 チャネル624A、ベータ第2分配チャネル624B、およびベータ第1分配チ ャネル622Bに接続する。アルファ第1分配チャネル622A、アルファ第2 分配チャネル624A、ベータ第2分配チャネル624B、およびベータ第1分 配チャネル622Bは、各々、アルファ第1電極ベースのポンプ660A、ベー タ第1電極ベースのポンプ660B、ガンマ第1電極ベースのポンプ660Cお よびデルタ第1電極ベースのポンプ660Dを有する。アルファ第1分配チャネ ル622Aは、アルファ第2コネクターチャネル623Aおよびアルファ第3コ ネクターチャネル625Aを介して第5垂直チャネル628に接続する。ベータ 第1分配チャネル622Bは、ベータ第2コネクターチャネル623Bおよびベ ータ第3コネクターチャネル625Bを介して第5垂直チャネル628に接続す る。アルファ第2およびベータ第2コネクターチャネル623Aおよび623B は、各々、それらの接続したアルファ第1分配チャネル622Aおよびベータ第 1分配チャネ ル622Bよりも低い面にあることに注意されたい。アルファ第2分配チャネル 624Aおよびベータ第2分配チャネル624Bは、各々、第5垂直チャネル6 2Bに直接接続している。 アルファ、ベータ、ガンマおよびデルタフィーダーチャネル670A−670 Dの「N」部(図中に示す)は、各々、「フィーダーチャネル流入口」のことで あり、他方、「S」部は「フィーダーチャネル流出口」のことである。アルファ 、ベータ、ガンマおよびデルタフィーダーチャネル670A−670Dの流入口 は、各々、アルファ第2電極ベースのポンプ667A、ベータ第2電極ベースの ポンプ667B、ガンマ第2電極ベースのポンプ667Cおよびデルタ第2電極 ベースのポンプ667Dを有する。アルファ、ベータ、ガンマおよびデルタフィ ーダーチャネル670A−670Dの流出口は、各々、アルファ第3電極ベース のポンプ668A、ベータ第3電極ベースのポンプ668B、ガンマ第3電極ベ ースのポンプ668Cおよびデルタ第3電極ベースのポンプ668Dを有する。 (フィーダーチャネル流入口、フィーダーチャネル流出口および分配チャネルか ら構成される)三方分岐(ジャンクション)を形成するチャネルにおける3つの 電極ベースのポンプを作動するために印加する電圧は、分岐チャネルへの流れを 許容するか、あるいは分配チャネルへの流動をブロックするように調整できる。 好ましくは、各三方分岐において、分岐に最も近い第1電極ベースのポンプ66 0、第2電極ベースのポンプ667および第3電極ベースのポンプの各電極は共 通の電圧源またはアースに接続される。 好ましい実施例において、例えば第5垂直チャネル638との4つの分岐(番 号付けせず)に位置するキャピラリーバリアを用いて、意図しない第5垂直チャ ネル628への流動を制限することができる。もう1つの好ましい実施例におい て、アルファおよびベータ第1分配チャネル622Aおよび622B、ならびに アルファおよびベータ第2分配チャネル624Aおよび624Bは、特に分配チ ャネルにおける第1電極ベースのポンプ660が望まない流動に抗して圧送する ように作動する場合、分配チャネル622または624を通る流れがフィーダー チャネル670を通る流れよりも好都合でないように、それらがフィーダーチャ ネル670に接続する狭いチャネル幅を有する。好ましくは、1本以上の分配チ ャネル(例えば、アルファ第1分配チャネル622A)は、接続するフィーダー チャネル670の幅の約50%以下である三方分岐との開口におけるチャネル幅 を有し、より好ましくは前記幅は接続するフィーダーチャネル670の幅の約4 0%以下である。 本出願に記載する他の分岐システムの特徴は、どの小見出しでそれらが記載さ れるかに拘わらず、本実施例に適用される。 F.コントローラ コントローラ10は、普通、電子プロセッサーである。しかし、それはタイマ ー、スイッチ、ソレノイド等から構成されるより単純なデバイスであり得る。コ ントローラ10の重要な特徴は、それが第1ポンプ360および第2ポンプ31 6の駆動ならびに、所望により、外部ポンプ171の駆動を指示することである 。薄膜トランジスタ回路(図示せず)を液体分配システムに形成して、アレイを 通って液体を移動させるように、リード線および電極を介してウェルに対して出 力を提供し、また、それらをコントローラ10のごとき駆動手段と接続すること ができる。例えば、ピンは、コントローラ10に接続される論理回路によってア ドレス可能な成形基材であり得る。 G.反応セルおよび反応セルプレート 反応セル350は、普通、反応セルプレート320の上方層中に形成された窪 みである。反応セル350へのドレイン355は反応セル350の底部にて開口 でき、かかる場合、排液は接続されたチャネルからの負圧によって力学的に制御 される。別法として、図15Aに示すごとく、ドレイン355は反応セル350 に隣接し得て、反応セル350の床の高さよりも大きい高さにて開口し得る。図 15Aにおいて、ドレイン355は水門315によって反応セルに接続される。 この場合、反応セルの容積に対する実質的容積であるが、絶対的量が非常に小さ いフラッシング容量を反応セル350を通して通過させて、先に反応セル350 に向けられた所定の反応体の全てを除去する。更なる代替として、図15Bに示 すように、反応セル350を、各々、アルファドレインポンプ357Aおよびベ ータドレインポンプ357Bを有し、電極ベースのポンプであり得る、アルファ 第1水平ドレインチャネル356Aおよびベータ第1水平ドレインチャネル35 6Bに接続する。各々、アルファおよびベータ第1水平ドレインチャネル356 Aおよび356Bは、アルファおよびベータ第2水平ドレインチャネル359A および359Bに接続された、アルファ垂直ドレインチャネル358Aおよびベ ータ垂直ドレインチャネル258Bに接続できる。アルファおよびベータ第2水 平ドレインチャネル359Aおよび359Bはアルファドレイン355Aおよび ベータドレイン355Bへ開口する。アルファおよびベータポンプ357は、適 切には前記ポンプを作動させて反応セル355を排液させるコントローラ10の 制御下で作動する。この後者の排液構造はキャピラリーバリア370の形態を含 む。アルファおよびベータポンプ357Aおよび357Bが電極ベースのポンプ である場合、一流動が反応セル350を排液するように一方を作動させ、+流動 が反応セル350を排液するように他方を作動させることができる。このように して、反応セル350にお ける液体の流動優先性が何であれ、一方の排液メカニズムは流体を反応セル35 0から押し出し、他方は単に限定量の流体を反応セル350に押し込み、正味の 排液効果を生じる。 反応セル350が制御可能に排液できるもう1つの方法は、第2の実施例を参 照して前記のコンストリクターのうちの1つのように、コンストリクターを有す る流出口チャネルを有する底部ドレイン355を使用することである。 ドレインは任意である。というのは、使用によっては、反応セル250に移動 する液体の量は反応セルの容積末満だからである。しかし、もしドレインが存在 しなければ、ベントが必要である。反応セル350のためのベントは、他の意味 で適当である。 反応セルプレートは、例えば、2の表面が平滑に機械加工されることを保証し 、2のプレートを一緒にプレスすることによって次のより高いプレートに可逆的 に結合させることができる。あるいは、例えば、テフロン、ポリエチレンまたは (天然ゴム、ABSゴム、またはポリウレタンエラストマーフィルムのごとき) エラストマーフィルムガスケットのような変形可能なガスケットをプレート間に 介在させる。ガスケットに対してプレートを接着させる1つの方法は、底部プレ ートおよびガスケットを貫通して穿孔した多数の真空ホールを有し、これらの位 置に真空をかけることである。一般に、シールは、真空を形成するのに使用する ポンプが最初の真空形成後に閉じられるように十分とすべきである。ガスケット は好ましくは約0.0×5ミル乃至約1ミル、より好ましくは約0.1ミル乃至約 0.3ミルの厚さである。 反応セルプレート320の底部を出る流体は、例えば、捕獲パンで簡単に収集 されるか、あるいは焼結ガラス、ガラスウール、または繊維材料のごとき多孔性 基材に拡散させることができる。代替として、第5プレート340を反応セルの 下面に付着させ、前記プレートに、流体をサンプリングできる個々の収集リザー バに反応セル250の流出口を接続させるチャネルを設ける。例えば、第5プレ ート340は反応セルプレート320よりも広く、また、収集リザーバは、反応 セルプレート320によって被覆されない領域において第5プレート340の頂 部表面に位置させる。 好ましくは、液体分配システムの反応セル350で行われる合成プロセスは、 Merryfiledが固相ペプチド合成技術に導入した場合に彼によって使用されたスチ レン−ジビニルベンゼン共重合体(Merryfiled,J.Am.Chem.Soc.85:2149,196 3;Baranyら,「固相合成における最近の進歩」、Innovation and Perspective in Solid Phase Synthesis:Peptides,Polypeptides and Oligonucleotides,Roger Epton編,第2回国際シンポジウム,1991年8月27−31日の収集論文, Canterbury,イングランド,第29頁も参照)のごとき、普通、「ビーズ」とい う 不溶性支持体上で起こる。これらの支持体は、普通、誘導体化させて、予期され る生成物の第1形成ブロックを可逆的に付着させることができる「ハンドル」を 供する。ペプチド合成分野においては、適当な支持体は、Bachem.Bioscience, Inc.,King of Prussia,PAから入手可能なp−アルコキシベンジルアルコール 樹脂(「Wang」またはPAM樹脂)、Advanced Chermtech.,Lousille,K.Y.から 入手可能に置換された2−クロロトリチル樹脂およびPerSeptive Biosystems,F ramingham,MA、またはRapp Polymere,ドイツ国から商品名TentaGelで入手可能 なポリエチレングリコールグラフト化ポリスチレン樹脂を含む。ホスホトリエス テルアプローチ(Dhristodoulou,「オリゴ核酸塩合成:ホスホトリエステルアプロ ーチ」Protocols for Oligonucleotide Conjugate,S.Agrawal編,Humana Press ,N.J.,1994参照)によって、ホスホルアミダイトアプローチ(Beaucage,「オリゴ デオキシヌクレオチド合成:ホスホルアミダイトアプローチ」Protocols for Olig odeoxynucleotide Synthesis,S.Agrawal編,Humana Press,J.J.,1994参照) によって、H−ホスホネートアプロー(Froehler,Oligodeoxynucleotide Synthe sis;H-phosphonate Approach」,Protocols for Oligonucleotide Conjugates,S .Agrawal編,Hymana Press,N.J.,1994参照)によって、またはシリル−ホスホ ルアミダイト方法(DamhaおよびOgivie,「オリゴデオキシヌクレオチド合成:シリ ル−ホスホルアミダイト方法」Protocols for Oligodeoxynucleotide Conjugates ,S.Agrawal編,Jumara Press,N.J.,1994参照)によって、ポリスチレンビーズ のごとき同様の固相支持体をオリゴ核酸塩の合成で使用することもできる。オリ ゴ核酸塩合成用の適当な支持体はApplied Biosystems,Foster City,CAから入 手可能な制御された多孔性ガラス(cpg)およびポリスチレン支持体を含む。 Gordenら,J.Medicinal Chem.,37:1385-1401,1994によって記載されているご とく、有機ポリマー多様性のためのオリゴカルバメート合成で説明されているよ うに、固体支持体を他の小分子およびポリマー有機合成で使用することもできる 。 好ましくは、反応セル350は矩形であり、水平寸法は約400ミクロン乃至 約1200ミクロン、より好ましくは約500ミクロン乃至約1000ミクロン 、なおさらに好ましくは約640ミクロン、深さは約200ミクロン乃至約40 0ミクロンである。ビーズを反応セル350で使用する場合は、反応セル350 の深さは、好ましくは、ビーズの膨潤した寸法よりも少なくとも約50ミクロン 大きい。普通固相合成におけるごとくに使用される支持体ビーズは、普通、約5 0ミクロンおよび約250ミクロンの間の直径、約0.1ミリモル/gおよび約 1.6ミリモル/gの間の反応部位容量を有する。普通、約1および約10の間 のかかるビーズを反応セル350に負荷して、反応セル350当たり約1ナノモ ルおよび約10ナノモルの間の 所望の容量を供する。最近、ビーズを膨潤させるのに使用する溶媒および個々の ビーズ間のサイズのバラツキに応じて、約200ミクロンおよび約400ミクロ ンの間の範囲の直径を有するものが利用可能となり、ビーズ当たり約5ナノモル および約20ナノモルの間の反応性部位容量が利用可能となった。望ましい反応 性部位の官能基はハロゲン、アルコール、アミンおよびカルボン酸基を含む。こ れらの大きいビーズでは、好ましくは、1のビードのみを各反応セル350に負 荷する。 固体支持体を生成させるもう1つのオプションは、合成することが求められる 化合物の第1形成ブロックに可逆的にカップリングさせることができるように、 反応セル350の底部を直接誘導体化させることである。これを行うのに使用す る化学は、制御多孔性ガラス(cpg)ビーズおよびポリマービーズを誘導体化 するのに使用されるものと同一または同様であり得る。普通、このプロセスにお ける第1工程は、支持体上にヒドロキシル基(もし支持体上に既に存在しなけれ ば)、またはアミノ基を生じるものである。もしヒドロキシル基が存在するまた は生成されれば、それらは普通、例えば、ガンマ−アミノプロピルトリエチキシ シランと反応させることによってアミノ基に変換される。環式酸無水物、重合し たアルキレンオキサイドとの反応および当前記分野で公知の他の方法にて、柔軟 性接続基をアミノ基に負荷させることができる。かかる方法の例はFieldsら,「合 成ペプチド:使用者のガイド」,W.H.Freeman and Co.,Salt Lake City,UT,199 1)に記載されている。 反応性部位を生成させる方法は、反応セルプレート320をプラスチックで作 製する場合については、アンモニアまたは水の存在下でグロー放電してNH2基 を生成することによって生じたもののごとき、反応性プラズマへの反応セル35 0の底部の暴露を含む。かかる手法は「ポリマーの修飾」,CarraherおよびTsud a編,American Chem.Soc.,Washington,D.C.,1980に記載されている。ガラス 、セラミックスまたはポリマー基材で有用なもう1つの方法は、低温で蒸着して ヒドロキシル官能基を生成することによる一酸化ケイ素でのフィルムの蒸着であ る。ガラス表面はヒドロキシル官能基を露出するために、アルカリ、例えば、水 または水/アルコール混合液中のKOHまたはNaOH溶液で処理することがで きる。化学蒸着によって生成された非熱処理ホウケイ酸ガラスのコーティングを 含めた非熱処理ホウケイ酸ガラス表面は、例えば、水に溶解させたフッ化水素酸 でエッチングして、ホウ素が豊富な領域を溶解させ、このプロセスは大きな表面 積を持つ多孔質構造を生じさせることができる。この多孔質構造はアルカリで処 理してヒドロキシル基を露出させることができる。かかる表面上の反応性部位置 換の程度は、好ましくは、cm2当たり少なくとも83ナノモル、より好ましく はcm2当たり12 4ナノモル(これは、少なくとも約0.31ナノモルの500ミクロン×500 ミクロン反応セル350の置換を意味する)、なおより好ましくは。cm2当た り少なくとも約256ナノモルである。 固体支持体としての反応セル350の底部を用いる前記方法は、反応セル35 0の底部の表面面積を増加させる方法によって補足することができる。1の方法 は、例えば、SiOxの加熱蒸気による一酸化ケイ素の柱状構造を生じさせるこ とである。もう1つのかかる方法は、反応セル生地に、不織布ガラスまたはプラ スチック(好ましくは、繊維状ガラスまたはポリプロピレン繊維)生地を挿入し 、前記生地をプラズマ処理して反応性部位を生じさせることである。 もう1つの方法は、スピン−オンガラスを使用することで、これは、加熱酸化 によってsil−セスキオキサンのラダー構造からほとんど化学量論的SiO2 の薄層を生じさせる。ゾル−ゲルのプロセスは、まず、混合したアルコール+水 中でポリマー有機金属構造を形成させ、次いで、注意深く乾燥し焙焼することに よって有機金属出発物質からガラス−様セット成を生じさせる。前記ゾル−ゲル 系を臨界的温度および溶液の圧力を越えて乾燥すると、エアロゲルが得られる。 エアロゲルは、ガラスと同様であるが(例えば、SiO2)極端な多孔質微細構 造を有する化学セット成を有する。その密度は比較的低く、ある場合には、約1 乃至約3パーセントの固体セット成を有し、残りは空気である。 H.キャピラリーバリア キャピラリーバリアは図4Aおよび4Bを参照して記載した。しかしながら、 前記したよりも複雑な設計的考慮が、ある場合には、キャピラリーバリアの設計 に影響する。ある場合には、第2開口262または第3開口363によって形成 される水門を狭くして、流動に対するインピーダンス(すなわち、流動に対する 摩擦抵抗)を減少させ、適当には、関連する第1ポンプ360または第2ポンプ 361を活動化させた場合、適当な流動速度に到達させるのが望ましい。そのよ うに狭くするのは、図16Aの水門を図16Dの狭くした水門と比較することに よって説明される。この設計変更が生じ得る問題は、より狭いチャネルがキャピ ラリー力を増大させ、それにより、チャネル開路の効率を限定することである。 かくして、1の好ましい実施例において、図16Bおよび16Cに示すごとく 、チャネル開路は、さらに、1以上の上方向きの鋭いエッジ369を含む。より 好ましくは、チャネル開路は2以上の上方向きの鋭いエッジ369を含む。図1 6Bでは、開口362の部分362Aはより深く切断されて第1プレート300 となって、上方向きの鋭いエッジ369の作動に有用な開口空間を生じる。 I.プレート、チャネル、リザーバおよび反応セル 本発明の液体分配システムは、デバイスで行うべき化学的プロセスで使用され ることが求められる化学薬品に対して抵抗性または抵抗性とした支持体材料で構 築することができる。前記した実施例の全てについて、好ましい支持体材料は、 ガラス、石英ガラス、水晶、シリコンウエーハまたは適当なプラスチックのごと き、約50ミクロンおよび約250ミクロンの間の断面寸法を有するチャネルを 形成できる微細加工がそれ自体しやすいことが示されたものであろう。ガラス、 水晶およびシリコンおよびプラスチック支持体材料は、好ましくは、シリコン化 剤のごとき適当な処理剤で処理し、これは、蛋白質または核酸のごとき生物学的 分子に結合する反応性部位を含めた、材料上の反応性部位を最小化する。前記し たごとく、膨張弁液体分配システムは、好ましくは、プラスチックで構築する。 比較的密に充填した電気デバイスを要する実施例において、適当なプラスチック のごとき非導電性支持体材料が好ましい。Corning GlassCo.,Corning,NYより 入手可能なコーニングホウケイ酸ガラスおよびコーニング7740ホウケイ酸ガ ラスは好ましいガラスである。 本発明の液体分配システムは、好ましくは、チャネル、リザーバおよび反応セ ルがその上に形成される材料の別々のプレートから構成され、これらのプレート は後で接続させて液体分配システムを形成する。本発明のこの態様は、ハイドロ ロジック液体分配システムに関して幾分詳細に記載する。好ましくは、反応セル プレート、例えば、反応セルプレート320は底部プレートであって、可逆的に スタック中の次のプレートに接続される。好ましくは2個乃至3個のプレートか らなる分配システムを形成する他のプレートは好ましくは永久的に接続させる。 この接続は、例えば、接着剤またはガラス−ガラス加熱結合のごとき技術を用い て行うことができる。 プレートを永久接続する1つの好ましい方法は、まず、一般に、約50ミクロ ンおよび約500ミクロンの間、より好ましくは約75ミクロンおよび約125 ミクロンの間の厚みを有するガラス釉薬の層を前記プレートにコートすることで ある。前記厚みは、実質量のチャネル構造が釉薬層に形成されることをもくろむ ものである。他の場合には、釉薬は、一般に、約1ミクロンおよび約100ミク ロンの間、より好ましくは約10ミクロンおよび約25ミクロンの間の厚みを有 する。これらの方法は、好ましくは、ガラスプレートを結合させるために適用さ れる。後記するごとく、釉をかけたプレートを処理してチャネル、リザーバまた は反応セルを生成させる。釉をかけたプレートを、好ましくは釉をかけていない もう1つのプレートに対して位置させ、2つのプレートを釉薬の軟化温度以上で あるがプレートの釉をかけていない部分 の軟化温度未満の温度に加熱する。 ガラスプレートを永久結合させるもう1つの好ましい方法は、フィールド・ア システッド(field assisted)加熱結合方法を用いる。今回、フィールド・アシ ステッド(field assisted)加熱結合を用いるガラス−ガラスシーリングは、も しフイールド・アシスト結合材料を結合すべきプレートの間に置けば、ガラスの 低導電率にも拘わらず可能であることが判明した。 1つのガラスプレートの頂部または底部表面に、フィールド・アシスト結合材 料を適用する。好ましくは、前記フィールド・アシスト結合材料層は約50nm および約1000nm、より好ましくは約150nmおよび約500nmの間の 厚みを有する。前記フィールド・アシスト結合材料は、本明細書に記載する方法 を用いてガラス基材を結合できる材料である。好ましくは、フィールド・アシス ト結合材料はシリコンまたはシリカである。より好ましくは、フィールド・アシ スト結合材料はシリコンである。 フィールド・アシスト結合材料は、例えば、化学蒸着によって、あるいはスパ ッタリングプロセスによってプレートに適用することができ、そこでは、カソー ドを希ガス放電からの正イオンでボンバードした時にカソードから表面分子を放 出させ、前記表面分子は近くの基材に衝突しそれと結合する。本発明によると、 約150nmおよび約500nm厚みの間のシリコン層が、約20Å層のごとき 、シリコンオキサイドの外方表面層を生成することが期待できる条件下で(しか し、シーリングプロセスは本層の不存在下で効果的であると考えられる)、ガラ スプレートに結合された。後述の方法を用い、コートしたプレートを必要に応じ て処理して、チャネル、リザーバまたは反応セルを生じさせる。別法として、フ ィールド・アシスト結合材料でのコーティングに先立ってプレートをかく処理す る。次いで、コートしたプレートを、好ましくはコートされていない、図17に 示したもののごときフィールド・アシスト結合デバイス700中に置いたもう1 つのプレートに対して位置させる。前記フィールド・アシスト結合デバイス70 0は加熱プレートのごとき加熱デバイス710を有する。前記フィールド・アシ スト結合デバイス700は、さらに、シリコン層760が適用されている、第1 プレート740および第2プレート750を横切って電圧を印加するのを可能と する電極720およびアース730を有する。矢印770は電場の向きを示す。 一般に、フィールド・アシステッド結合は通常の雰囲気下で行う。プレートを、 適当な電場をプレートを横切って加える場合に結合プロセスを加速するのに効果 的な温度とする。理論に拘束されるつもりはないが、ガラスプレート740に適 用されたカソードおよび高温によって引き起こされた(ナトリウムイオンのごと き)イオンのより大きな交換部位移動度のセット合せが、カソードが適用された ものと反対の 第1ブラスプレート740の面上のイオン欠乏を引き起こすと考えられる。前記 イオン欠乏は第1ガラス基材740の底部表面に表面電荷を引き起こすと考えら れ、これは第2基材750に対して強力な局在化した静電引力の形成に関係する 。このプロセスが基材間の強力な結合を生じるのは明らかであり、これは、第1 ガラス基材740のシリカと第2ガラス基材750上にコートされたシリコンの 間の化学結合の形成によるものと考えられる。好ましくは、温度を約200℃乃 至約600℃、より好ましくは約300℃乃至約450℃とする。プロセスの間 に、普通約200V乃至約2500V、好ましくは約500V乃至約1500V の間の電圧を、第1ガラスプレート740および第2ガラスプレート750を横 切って印加する。印加する前記電圧は、最も適切には、ガラスプレートの厚みに 応じて変化させる。前記電圧は第1ガラスプレート740および第2ガラスプレ ート750(前記プレートのうちの1つに適用されたシリコン層760を含む) を引いて密着させる。普通、ガラスプレートの平面寸法に応じて、気密シーリン グを数分乃至1時間内に達成する。適当なシーリングを達成するのに要する時間 は、とりわけ、プレートの平滑性、電場の強さ、温度およびプレートの寸法で変 化する。プレート間の結合は、普通、視覚的に明らかである。というのは、それ は、プレート間の界面の消失および観察者が2のプレートのより薄い寸法を通し て見た場合に観察できる結合領域における灰色の形成によって達成されるからで ある。 前記方法を用いて、ガラス基材をもう1つのガラス基材におよび第2のガラス 基材に同時に結合させることができる。 当業者ならば、熱プレートを加熱助力結合のための加熱を供するものとして説 明したが、オーブンを含めた他の加熱デバイスを使用することもできることを認 識するであろうし、また、可能ならば、結合すべき基材の熱膨張係数に適合させ るのが望ましいことを認識するであろう。 流体分配システムのリザーバ、反応セル、水平チャネルおよび他の構造は以下 の手法によって製作できる。例えば、フィードスループレート300、分配プレ ート310、反応セルプレート320または中間プレート330のうちの1つを 構成するプレートは、前記プレートを後続のエッチから保護するために、蒸発ま たはスパッタリングによるごとく公知の方法で、順次、第1の約500Åの厚み の薄いクロム層および約2000オングストローム厚みの第2の金フィルムで両 面をコートする。Hoechst-Celanese Corp.,Bridgewater,NJのDynakem EPA のごとき2ミクロン層のフォトレジストをスピンコートし、適当にはMRS Techno logy,Inc.,Acton,MAから入手可能なMRS4500パネルステッパーを使用 し、前記フォトレジストを、マスクを用い、または四角または矩形イメージを用 いて露光する。現像して開口をレジスト層中に 形成させ、前記レジストを加熱して溶媒を除去した後、25mlの水中のヨウ化 カリウム4グラムおよびヨウ素(I2)1グラムの標準エッチを用いて、開口に おける金層をエッチングで除去する。次いで、KTI Chemicals,Inc.,Sunnyvale ,CAのKTI Chrome Etchなどの酸クロムエッチを用いて、下部のクロム層を 別にエッチングする。次いで、前記プレートを、14:20:66の容量比のH F−NH3−H2Oの超音波浴中でエッチングする。超音波浴でのこのエッチの使 用により、種々の構造についての垂直側壁を生じる。エッチングは、所望のエッ チング深さが得られるまで継続する。垂直チャネルは、普通、レーザーアブレー ションによって形成される。 分配システムの実施例の種々の水平チャネルは、普通、約50ミクロン乃至約 250ミクロン、好ましくは約50ミクロン乃至約100ミクロン、より好まし くは約50ミクロン乃至約80ミクロンの深さを有する。水平チャネルの幅およ び垂直チャネルの直径は、普通、約50ミクロン乃至約200ミクロン、より好 ましくは約100ミクロン乃至約200ミクロン、より好ましくは約120ミク ロン乃至約150ミクロンである。 J.電極ベースのポンプの製作 多くの実施例において、本発明の液体分配システムは、前記液体分配システム を通って流体を圧送するための多数の電極の形成を必要とする。これらの電極は 、一般に、液体分配システムの頂部ガラスプレートに製造する。普通、電極の各 対は、近くに配置する(例えば、50乃至250ミクロン離す)。電極の直径は 、好ましくは約25ミクロン乃至約150ミクロン、より好ましくは約50ミク ロン乃至約75ミクロンで製作する。好ましい実施例では、液体分配システムは 10000の反応セル350を有し、各々の反応セル350は6−10の関連す る電極ベースのポンプを有する。かくして、液体分配システムは約200000 乃至約300000電極を必要とし得る。大量生産技術を用いてかかる構造体を 作製するには、順次の方法ではなく、並行して電極を形成する必要がある。電極 を形成する好ましい方法は、それを通って電極が突出するプレート(例えば、フ ィードスループレート300)中にホールを形成し、前記ホールに金属の薄いフ イルムインク(すなわち、いわゆる「ヴァイア・インク(via ink)」、これは 所定の温度で焼結して、焼結温度末満に冷却した際に、電気伝導性固体となる塊 を形成する材料である)を充填し、次いで、プレートおよびインク充填物を焼い て、前記インクを、やはり液体の漏出に対してホールをシールする良好な導体に 変換することを含む。また、前記方法は、片面にプレートを通って突出する電極 の部分を生成して流体チャネル中の液体に突出する電極を供し、また、他面に電 気的制御を付着させるための接触点を供する。 例えば、エキシマレーザーを用いてホウケイ酸ガラスの500ミクロン厚みの プレートにホールをドリル加工する。次いで、市販のInjection Via-fill Machi ne(Pacific Trinetics Model #VF-1000,San Marcos,CA)を用い、50および1 50ミクロンの間の直径を有するホールを濃厚な薄膜インクを充填する。予期せ ぬことに、加熱処理したインクがホールの側面に接着するように、かかる高アス ペクト比のホールを充填するように機能するのに十分なヴァイア・インクの処方 を選択するだけで、加熱処理プロセスの間にひびがはいらず、また流体流動に抗 してホールをシールすることが判明した。高アスペクト比ホールを通ってシール された導電性導管をかく形成するのに重要である1つのパラメータは、十分に微 細な寸法を有するヴァイア・インク用の金属粉末およびガラス端末成分を選択す ることである。1つの適当な処方は:12-507 Au粉末(Technic Inc.,Woonsoke t,RI)、89.3%w/w;F-92ガラス(O.HoEel Co.,Carnegie,PA)、5.7% w/w;15%w/wエチルセルロースN-300(N-300,Aqualon,Wilimington,D E)in TexanolTM(2,2,2−トリメチル−1,3−ペンタンジオールのモノイ ソブタレートエステル,Eastman Chemical Products,Kingsport,TN)、2.4w /w;15%w/w Elvacite 2045TM(ポリイソブチルメタクリレート)in Te rpinol T-318(混合した第三級テルペンアルコール類、Hercules Inc.,Wiliming ton,DE)、2.1%w/w;およびDuomeen TDOTM(N−獣脂アルキルトリメチレ ンジアミンオレエート,Akzo Chemicals,Chicago,IL)、0.5%w/wを用い る。Technic,Inc.からの金粉末は、0.9ミクロンの平均粒径を有する。もう1 つの適当な処方は:Ag粉末Q粉末(Metz,South Plainfiled,NJ)、80.8% w/w;F-92ガラス(O.Hommel Co.,Carnegie,PA)、5.2%w/w;VC-1樹 脂(37%w/w Terpineol T−318、55.5%w/wブチルカルビトー ル、7.5%w/wエチルセルロースN-300,Aqualon,Wilimington,DE)、3. 7%w/w;15%w/wエチルセルロースN-300 in TexanolTM,4.0%w/ w);15%w/w Elvacite 2045TM(ポリイソブチルメタクリレート)in Ter pineol T-318、4.1%w/w;Duomeen TDOTM、0.6%w/w;およびTerpine ol、1.6%w/wを用いる。これらの処方はまず550℃で加熱処理して高ア スペクト比導電性導管を形成した。 ガラスまたは金属粉末のサイズが増加すると、ヴァイア・インク中の有機物の 量を減少させることによって、良好な充填特性(クラッキングの欠如、液体に対 する良好なシーリング、良好なホールの側面への接着)がしばしば得ることがで きる。 ヴァイア・インクをプレート中のホールに挿入するのに使用するデバイスは、 普通、プレート中の開口に対応する開口を持つ金属ステンシルを含む。ヴァイア ・インクをプレート上に位 置させたステンシルの上方に塗布し、ブラダーデバイスを使用して前記インクを 圧縮してそれをホールに充填する。充填後、ヴァイア・インク−充填ホールを持 つプレートを後述の更なる加工のために取り出す。 充填に先立ち、例えば、インク−充填プレートを1乃至5分間オーブン(例え ば、100℃)に入れることによって、有機成分の多くを蒸発させる。好ましく は、約450℃乃至約700℃、より好ましくは約500℃乃至約550℃の温 度で加熱処理を行う。しかしながら、適当な加熱温度の上方限界は第一義的には 処理すべきプレートが曲がり始まる温度によって決定される。従って、いくつか のタイプのプレートでは、かなり高温が考えられる。 加熱処理後にガラスの上方および下方に突出する導電性材料があることを保証 するために、所望の突出の長さに等しい厚みの防食層でプレートをコートするこ とができる。防食層はプレートにホールが形成される前後に適用することができ る。もし前であれば、ホールはガラスプレートおよび防食層双方を通って形成さ れる。もし後であれば、(a)プレートの1の側面から他の側面にかけてガス圧 力差(この圧力差はホールを覆う防食材料を吹き払って清澄とする)を生成する ことによって、防食層を通っての対応する開口を生じさせることができるか、あ るいは(b)少なくとも頂部防食層を通ってのかかる開口は、インクの圧力が防 食層を通ってホールへと押すことによって生成する(無害量の防食層材料をホー ルに残す)。適当な防食層は加熱処理プロセスの間に焼いてなくする。防食層は プレートを、例えば、Terpineol T-318TMまたはTexanolTMに溶解させたエチルセ ルロース樹脂(例えば、Ethyl Cellulose N-300,Aqualone,Wilmington,DE)の 5−15w/w%混合物、またはTerpineol T-318TM中のElvacite 2045TMの5− 50%w/w混合物でコーティングして作製できる。加熱処理後、電極の表面は 、ニッケル、銀、金、白金、ロジウム等のごとき強化メッキ金属であり得る。標 準的な電解メッキおよび/または無電解メッキ浴およびその技術を用いて、析出 を行うことができる。 好ましくは、エッチングされた開口を含有すべきプレートが電極を有するよう に加工される場合、エッチングをまず行い、続いて防食層をコーティングし、電 極ホールを形成する。 製造の別法において、各ポンプに対して、2以上の金属線、例えば、1−10 ミル直径の金または白金線をおよそ、例えば150ミクロン離してチャネル壁中 の開口に挿入する。ガラスマトリックス中の微粉砕金属粒子で作製された通常の 金または白金ヴァイア充填インクによって前記線をチャネル中にシールする。開 口の外側の前記線のベースの回りにヴァイア充填インクを適用した後、ヴァイア 充填インクガラスの流動温度を超える温度までチャネルを加熱し、前記線および チャネルの間に優れたシールを供する。ホールをシールするのに使用するヴァイ アインクは、例えば、ハンダまたは接着剤で置き換えることができる。 I.その他の特徴 特定のウェルの温度をモニターしあるいは変化させるべき場合において、図2 0を参照してさらに後記するごとく、前記ウェルを加熱しまたは冷却する手段を 前記ウェルに形成させる。この例における第1ウェル36はその底部表面にスズ 酸化物またはインジウムスズ酸化物のごとき適当な金属酸化物の薄膜57を析出 している。前記薄膜57はウェル36の端部または外方エッジへの電気伝導性金 属結合58によって結合される。スズ酸化物コーティング57はウェル36用の ヒーター素子として働く。ウェル36の側面は、適当にはクロメル−アルメル合 金で作製した、表面バイメタル膜59を有し、これは、電流源がスズ酸化物コー ティング57およびリード線58に適用された場合にウェル中の温度を測定する ための熱電対を形成する。示した裏側に析出させた電極56を介してウェル36 に印加した電圧はウェル中の温度を調節する。印加した電流の量は、リード60 を介して測定した温度に応答してコントローラ10によって調製できる。 液体分配システムのいくつかの応用において、有意な蒸気圧を反応セル350 中で発生させて、分配プレート310中への逆圧を引き起こすことができる。か くして、Jermanら「マイクロ波技術の理解」,Sensors,1994年,26-36頁によって 記載されているごとく、バイメタル材料により形成された予備成形バルブ70( 図21A参照)を第3垂直チャネル390中に位置させることができる。これら の材料は熱膨張不一致を有する。反応セル350における温度が低い場合、ボー ルバルブ62をその通常の位置に入れ、流体のウェル36への自由流動を可能と する(図21A参照)。ウェル36中の温度が上昇するにつれて、ボールバルブ 62はより冷たい位置(図21B)に移動し、第3垂直チャネル390をブロッ クして反応セル350を隔離し、それにより、流体が第1ウェル36へ通過しま たそこからの通過を妨げる。別法として、水晶またはポリテトラフルオロエチレ ンポリマーで作製されたベアリングのごときベアリングを有する通常のチェック バルブを用いて、反応セル350を隔離することができる。流体流動を前記チェ ックバルブによって確立された方向と反対にする能力を有するのが重要である場 合、前記チェックバルブは絶縁または磁性ベアリング有することができ、これは 、極端に印加された静電気場または磁場でかかる逆流動を可能とするように移動 できる。 例 例1−簡便な電極ベースのポンプで圧送する液体 先に、第Bii節に記載の2つの電極−ポンプ付きの1mmキャピラリを用い て、以下の溶 媒を含め、多数の液体をテストした。 特に指示のない限り、0.1MにおいてNMP中の以下の溶液をテストした。 ピペリジン(20%v/v)を除き、全て0.1MにてDMF中の以下の溶液 をテストした。 *「P」の前の方向表示(「+」または「−」)は、図8に従い、パルス電圧プ ログラムを 用いて流れが達成されたことを示す。ここで、τ1=0.1−1msであってτ 2=3.0−10msである。 δこの表および以下の表における「δN.D.」は、溶質が溶媒と不混和性で あるか、あるいは目視観察によりそれが分解されたことが示唆されることを示す 。 特に指示のない限り0.1MにてDCM中の以下の溶液をテストした。 *「P」の前の方向表示(「+」または「−」)は、図8に従い、パルス電圧 プログラムを用いて流れが達成されたことを示す。ここで、τ1=0.1−1ms であってτ2=3.0−10msである。 全て0.1Mにてメタノール中の以下の溶液をテストした。 *「P」の前の方向表示(「+」または「−」)は、図8に従い、パルス電圧 プログラムを用いて流れが達成されたことを示す。ここで、τ1=0.1−1m sであってτ2=3.0−10msである。 例2 電極ポンプベースの好ましい流動システム 211Corningガラス(Corning Glass Co.,Corning,NY)の2インチ×2イン チ×20ミルのプレート上にチャネルシステムを製作して、特定電極ベースのポ ンプに印加する電圧を制御することによって、所望の流路に切替えスイッチでき ることを確認した。図18Aおよび18Bに示すように、第1チャネル804( 2600μm長×150μm幅×100μm深さ)、第2チャネル805(55 0μm長×100μm幅×100μm深さ)、第3チャネル806(800μm 長×275μm幅×100μm深さ)、第4チャネル807(200μm長×1 00μm幅×100μm深さ)、第5チャネル808(550μm長×100μ m幅×100μm深さ)および第6チャネル809(2500m長×150μm 幅×100μm深さ)を、チャネルプレート810(図示せず)上に製作した。 また、チャネルプレート810上に、第1ウェル800A、第2ウェル800B および第3ウェル800Cを製作し、これらを前記チ ャネルで接続した。電極プレート820を重ね、フィールド・アシステッド加熱 結合によってチャネルプレート810にシールした。電極プレート820は、第 1ウェル800Aおよび第2ウェル800B(図示せず)への開口を有するもの であった。第3ウェル800Cは、中央ドレイン855を含むものであった。電 極プレート820は、更に、25μmのワイヤを挿入して製作した白金電極を含 むものであった。この電極は、第1白金電極801A、第2白金電極801B、 第3白金電極801C、第4白金電極802A、第5白金電極802B、第3白 金電極802C、およびガンマ電極ベースのポンプ803を備える2つの電極を 含んでいた。第1白金電極801A、第2白金電極801B、第3白金電極80 1Cは、アルファ電極ベースのポンプ801を形成し、他方、第4白金電極80 2A、第5白金電極802B、第6白金電極802Cは、ベータ電極ベースのポ ンプ802を形成した。 図18Aは、第3ウェル800Cをバイパスしつつ、第1ウェル800Aから 第2ウェル800Bへ流れるメタノールを示す。これは、アルファ電極ベースの ポンプ801に160Vを印加して行った。図18Bは、第1ウェル800Aを バイパスしつつ、第2ウェル800Bから第3ウェル800Cへ流れるメタノー ルを示す。これは、ベータ電極ベースのポンプ802に200Vを、ガンマ電極 ベースのポンプ803に100Vを、アルファ電極ベースのポンプ801に12 0Vを印加して行ったが、ベータおよびガンマ電極ベースのポンプ802および 803における極性は、第3ウェル800Cへの流入に好都合であり、アルファ 電極ベースのポンプ801における極性は第1ウェル800Aからの流入に好都 合である。 例3−キャピラリーバリアを通す電極ベースの圧送 図19は、ハイドロロジック液体分配システムに従って製作された試作の液体 分配システムを示す。この分配システムは、Corning 7740ガラス、Corning Glass,Inc.,NYの3つのプレートで構成し、これらプレートは、頂部プレート 910、中間プレート920および底部プレート930となった。中間プレート 920の頂部は、既に述べたように、シリコンで被覆した。頂部プレート910 に、レーザー孔加工により、それぞれの直径が75μmの、第1ホール901A 、第2ホール901B、第3ホール902A、、第4ホール902B、第5ホー ル903A、第6ホール903B、第7ホール904Aおよび第8ホール904 Bを形成した。第1および第2ホール901Aおよび901Bを用いて、第1の 電極ベースのポンプのモデル961を形成した。第3および第4ホール902A および902Bを用いて、第2試作品電極ベースのポンプ962を形成した。第 5および第6ホール903Aおよび903Bを用いて、第3の電極ベースの試作 ポンプ963を形成した。第7および第8ホール904Aおよび90 4Bを用いて、第4の電極ベースのポンプの試作モデル964を形成した。第1 乃至第4の電極ベースの試作ポンプ961−964の各々における電極は、20 0μmだけ離した。エッチングによって、アルファ開口905、ベータ開口90 6およびガンマ開口907を頂部プレート910の下面に形成した。レーザー孔 加工によって、各々150μmの直径を持つ、第9ホール908および第10ホ ール909を、上方プレート910を貫通して形成した。 中間プレート920に、第1試作品チャネル911(セグメント911A−9 11Dから構成される)および第2試作品チャネル912(セグメント912A −912Dから構成される)を形成した。第1および第2試作品チャネル911 および912は、80μmの深さと、150μmの幅を有していた。これらの2 つの試作品チャネル911および912に、第9ホール908および第10ホー ルを各々設けた。第1反応セルアクセスホール913および第2反応セルアクセ スホール914(各々、150μmの直径)を、中間プレート920を貫通して レーザー孔加工した。中間プレート920の下面に、デルタ開口915を形成し た。このデルタ開口915は、反応セル950を第1および第2試作品ドレイン ホール921および922に反応セル950を接続する。 底部プレート930に、反応セル950はエッチングにより形成した。第1試 作品ドレインホール921および第2試作品ドレインホール922を底部プレー ト920を貫通して孔加工した。頂部プレート910および中間プレート920 は、フィールドアシステッド加熱結合によって一緒に結合した。 メタノールを第1試作品チャネル911に導入した場合、前記液体は、アルフ ア開口905における構造によって形成されたキャピラリーバリアによって、反 応セルアクセスホール913への流動が停止された。それに対応して、ベータ開 口906における構造によって形成されたキャピラリーバリアは、メタノールが 反応セルアクセスホール914に流入するのを妨げる。いずれかの経路による反 応セルアクセスホール913または914への流動も、適当なポンプを駆動する ことによって開始できた。例えば、メタノールを第1試作品チャネル911を通 して圧送するために、第1試作品電極ベースのポンプ901および第2試作品電 極ベースのポンプ902に200Vを印加することによって付勢された。試作品 チャネル911を通る流れが観察された。 実施例4−オリゴ核酸塩のセット合せ合成 この合成は、ホスホルアミダイト方法によって、配列(5’乃至3’):GG AGCCATAGGACGAGAGを有する保護されたオリゴ核酸塩をその上に 合成した多数のポリスチレ ンビーズで開始した。オリゴ核酸塩合成方法についてのさらなる記載については 、例えば、Caruthersら,Methods in Enzymology 211:3-20,1992参照。Bacham B ioscience(King of Prussia,PA)から入手可能な官能基化ポリスチレンビーズを 、4×4反応セルを有するミクロスケール液体分配システムの各々に挿入する。 液体分配システムは4つの第1リザーバ、リザーバ−1、リザーバ−2、リザー バ−3およびリザーバ−4を有し、その各々は、4×4アレイのうちのいずれか の反応セルにアドレスできる。前記液体分配システムは4つの第2リザーバ、リ ザーバ−5、リザーバ−6、リザーバ−7およびリザーバ−8を有し、その各々 は、所定の列に沿った4つの反応セル(すなわち、EW軸に沿って配列した反応 セル)にアドレスできる。さらに、液体分配システムは4つの第3リザーバ、リ ザーバ−9、リザーバ−10、リザーバ−11およびリザーバ−12を有し、そ の各々は、対応するカラムにおける4つの反応セル(すなわち、NS軸に沿った 反応セル)のいずれかにアドレス可能である。 以下のプロセスエ程を実施する: 1.分配システムにおける反応セルの各々をリザーバ−1からのアセトニトリ ルで洗浄する。 2.リザーバ−2からのジクロロメタン中の3%トリクロロ酢酸(TCA)を 全ての反応セルを通して圧送する。この溶液はビーズ上のオリゴ核酸塩の5’末 端におけるジメトキシトリチル保護基を除去するのに効果的である。 3.液体分配システムにおける全ての反応セルに再度リザーバ−1からのアセ トニトリルをフラッシュする。 4.リザーバ−5に接続した4つの反応セルにアセトニトリル中の0.1M保 護アデニンホスホルアミダイトの混合物を添加する。この添加は、リザーバ−5 に接続した4の反応セル中のオリゴ核酸塩の5’末端に保護されたアデノシン基 を結合させるのに効果的である。リザーバ−5に接続した4の反応セルに、アセ トニトリル中の0.1M保護シトシンホスホルアミダイトの混合物を添加する。 この添加は、リザーバ−6に接続した4の反応セル中のオリゴ核酸塩の5’末端 に保護されたシトシン基を結合させるのに効果的である。リザーバ−7に接続し た4の反応セルに、アセトニトリル中の0.1M保護グアノシンホスホルアミダ イトの混合物を添加する。この添加は、リザーバ−7に接続した4の反応セル中 のオリゴ核酸塩の5’末端に保護されたグアノシン基を結合するのに効果的であ る。リザーバ−8に接続した4の反応セルに、アセトニトリル中の0.1Mの保 護されたチミジンホスホルアミダイトを添加する。この添加は、リザーバ−7に 接続した4の反応セル中のオリゴ核酸塩の5’末端に保護されたチミジン基を結 合するのに効果的である。 5.反応セルをリザーバ−1からの反応セルからのアセトニトリルで洗浄する 。 6.反応セルをリザーバ−3からの無水酢酸:2,6−ルチジン:テトラヒド ロフラン1:1:8でフラッシュする。この溶液は添加したモノマーと反応しな いいずれのオリゴ核酸塩鎖もキャップ付加するのに効果的である。 7.反応セルにジクロロメタン中の1.1Mテトラブチルペルオキシドでフラ ッシュする。この工程は、あたらしく付加されたモノマーをオリゴ核酸塩に接続 するホスファイトトリエステルをホスフェートトリエステルまで酸化するのに効 果的である。 8.工程1−3を反復する。 9.リザーバ−9に接続した4の反応セルに、アセトニトリル中の0.1Mの 保護されたアデニンホスホルアミダイトの混合物を添加する。この添加は、リザ ーバ−9に接続した4の反応セル中のオリゴ核酸塩の5’末端に保護されたアデ ノシン基を結合させるのに効果的である。リザーバ−10に接続した4の反応セ ルに、アセトニトリル中の0.1M保護シトシンホスホルアミダイトの混合物を 添加する。この添加は、リザーバ−10に接続した4の反応セル中のオリゴ核酸 塩の5’末端に保護されたシトシン基を結合させるのに効果的である。リザーバ −11に接続した4の反応セルに、アセトニトリル中の0.1Mの保護グアノシ ンホスホルアミダイトの混合物を添加する。この添加は、リザーバ−11に接続 した4の反応セル中のオリゴ核酸塩の5’末端に保護されたグアノシン基を結合 するのに効果的である。リザーバ−12に接続した4の反応セルに、アセトニト リル中の0.1Mの保護されたチミジンホスホルアミダイトを添加する。この添 加は、リザーバ−12に接続した4の反応セル中のオリゴ核酸塩の5’末端に保 護されたチミジン基を結合するのに効果的である。 前記に概説したプロセスは、各々が5’末端に区別されるジヌクレオチド配列 を持つ、16の別々のオリゴ核酸塩を創製するのに効果的である。同様の合成方 法を適用して、ペプチドおよび潜在的に薬理活性を有するものおよび診断もしく は他の分析応用に有用なものを含めた、種々のセット合せ分子を創り出すことが できる。
【手続補正書】特許法第184条の4第4項 【提出日】平成8年5月6日(1996.5.6) 【補正内容】 (オリジナルクレーム1-40を、補正クレーム1-60に置き換える) 1.分配システムであって、 アルファリザーバおよびベータリザーバと、 平行でかつ隣接する第1および第2フィーダーチャネルの第1のセットおよび前 記第1および前記第2フィーダーチャネルからオフセットした平行でかつ隣接す る第3および第4フィーダーチャネルの第2のセットを含み、(a)前記第1お よび前記第3フィーダーチャネルは、前記第2および前記第4フィーダーチャネ ルの上方または下方に位置しかつベータリザーバとは独立した第1コネクターチ ャネルによってアルファリザーバに接続され、(b)前記第2および前記第4フ ィーダーチャネルは、前記第1および前記第3フィーダーチャネルの上方または 下方に位置しかつアルファリザーバとは独立した第2コネクターチャネルにより ベータリザーバに接続されている、分配システム。 2.前記第1および前記第2フィーダーチャネルが、各々2個以上の反応セルの 第1のセットに接続され、かつ前記第3および前記第4フィーダーチャネルが、 各々2個以上の反応セルの第2のセットに接続された請求の範囲第1項記載の分 配システム。 3.前記第1および前記第2フィーダーチャネルのセットのフィーダーチャネル が、相互に平行である請求の範囲第2項記載の分配システム。 4.液体分配システムであって、 前記液体分配システムは(a)分配プレートを含み、 前記分配プレートが、 共通の第1充填レベルを有する少なくとも2つの第1リザーバと、 前記各フィーダーチャネルは水平フィーダーチャネルセグメントを有し、前記水 平フィーダーチャネルセグメントの頂部は前記第1充填レベルの下方にある、前 記第1リザーバの各々に接続されて、そこから延びる少なくとも1本のフィーダ ーチャネルと、 前記各フィーダーチャネルに接続し、かつ前記第1充填レベルと実質的に同じ高 さの第2充填レベルを有する少なくとも1本の分配チャネルと、 前記第1充填レベルまで前記各第1リザーバを充填することにより、前記接続さ れたフィーダーチャネルが充填され、前記接続された分配チャネルを第2充填レ ベルまで充填する、 前記各第1リザーバの液体レベルを前記第1充填レベルに維持するための第1液 体レベル維持手段とを含む液体分配システム。 5.前記分配プレートにおいて、前記少なくとも2個の第2リザーバの各々から の1本のフィーダーチャネルが、他方と互いに平行に隣接する請求の範囲第4項 記載の分配システム。 6.前記平行なフィーダーチャネルの各々が、前記平行なフィーダーチャネルの 水平フィーダーチャネルセグメントに鉛直に位置する別の分配チャネルに接続さ れ、かつ接続された前記各分配チャネルが、他方と互いに平行に隣接する請求の 範囲第5項記載の分配システム。 7.前記分配プレートに、少なくとも4つの第1リザーバと、少なくとも2セッ トの平行に隣接するフィーダーチャネルとを備え、前記各セットにおける各フィ ーダーチャネルは別のリザーバに接続され、平行に隣接したフィーダーチャネル は、隣接し鉛直な分配チャネルの少なくとも2セットに接続する請求の範囲第6 項記載の分配システム。 8.前記分配プレートにおいて、前記第1リザーバに接続する前記水平フィーダ ーチャネルセグメント互いに実質的に平行であり、前記分配プレートは1つ以上 の前記第2リザーバを備え、前記各第2リザーバは第3充填レベルを有し、前記 各分配プレートは、更に、前記各第2リザーバにおける液体レベルを前記第3充 填レベルに維持する第2液体レベル維持手段と、頂部が前記第3充填レベルと実 質的に同じ高さである第2リザーバ延長チャネルとを備える、請求の範囲第4項 記載の分配システム。 9.前記第2リザーバ延長チャネルが、水平フィーダーチャネルセグメントに対 して実質的に鉛直であって、1本以上の前記第2リザーバ延長チャネルが、各々 、少なくとも1の水平フィーダーチャネルセグメントの上方を横切る、 請求の範囲第8項記載の分配システム。 10.さらに、1本以上の緩衝液チャネルを備え、少なくとも1本の前記緩衝液 チャネルが、少なくとも2本の前記第1分配チャネルと少なくとも1本の前記第 2リザーバ延長チャネルとに隣接して配置される請求の範囲第9項記載の分配シ ステム。 11.さらに、(b)コントローラと、 (c)フィードスループレートを通って第1リザーバまで延びる供給チャネルと 、フィードスループレートを通って延びるリードを備える分配プレートの頂部に 取り付けた前記フィードスループレートとを含み、 前記分配プレートは、前記フィードスループレートを通って延びるリードによ って前記コントローラに接続された、前記各分配チャネルにおけるポンプを備え る請求の範囲第4項記載の分配システム。 12.さらに、(d)分配プレートの下方に位置決め可能な1つ以上の反応セル を有する反応ウェルプレートを含み、 前記分配プレートが、ポンプを制御して液体を前記分配チャネルから前記反応 セルまで移動させることができる導管を備える請求の範囲第11項記載の分配シ ステム。 13.前記第1液体レベル維持手段が、前記第1充填レベルを超える液体を排出 する前記各第1リザーバに接続されたオーバーフロー放出チャネルを備える請求 の範囲第11項記載の分配システム。 14.前記分配プレート内の各ポンプが、第1電極と第2電極を備え、前記コン トローラが前記ポンプにパルス電圧を送ることにより、圧送を引き起こす、請求 の範囲第11項記載の分配システム。 15.前記コントローラは、1種類以上の液体を圧送するための圧送プログラム のデータベースを備える電気データ貯蔵デバイスを備える、請求の範囲第14項 記載の分配システム。 16.1個以上のポンプが、更に、第3電極を備え、3個の電極ポンプのために 、前記コントローラは(i)第1および第2電極を横切るパルス電圧を送ること ができる、または(ii)第1および第3電極を横切るパルス電圧を送ることが できる、請求の範囲第14項記載の分配システム。 17.(a)リザーバと、 (b)キャピラリーバリアを有する前記リザーバによってアドレス可能なチャネ ルと; を備える液体分配システム。 18.前記キャピラリーバリアが堰を備える請求の範囲第17項記載の液体分配 システム。 19.前記キャピラリーバリアが1つ以上の上方向きの鋭いエッジを備える、請 求の範囲第17項記載の液体分配システム。 20.さらに、キャピラリーバリアを通る流体を圧送するためのチャネルに関連 するポンプを備える、請求の範囲第1項記載の液体分配システム。 21.さらに、反応ウエルと、キャピラリーバリアの流出口から反応ウエルへの 導管とを備える、請求の範囲第20項記載の液体分配システム。 22.前記ポンプが電極ベースポンプである、請求の範囲第21項記載の液体分 配システム。 23.流体分配システムであって、 1本以上の連続流チャネルを含み、前記各連続流チャネルは、上流端と下流端と を有し、前記連続流チャネルは前記下流端にオープンゾーンを有し、さらに、 前記各連続流チャネルのために、前記オープンゾーンの前記連続流チャネルから 離れて延びる分岐チャネルと、 前記各連続流チャネルのために、前記分岐チャネル流入口の下流に配置したオー プンゾーン内の流れを制限するためのアルファコンストリクタとを含み、 液体が連続流チャネルのひとつを通って上流端から下流端に流れる場合は、アル ファコンストリクタが作動していなければ、第1の比例量の流体が分岐チャネル へと転じ、アルファコンストリクタが作動していれば、前記第1の比例量よりも 大きい第2の比例量が分岐チャネルへ流入する、液体分配システム。 24.さらに、少なくとも1本の分岐チャネル用に、前記分岐チャネルを通る流 れを制限するベータコンストリクタを備える、請求の範囲第23項記載の分配シ ステム。 25.前記システムが2本以上の連続流チャネルを有し、 さらに、関係する分岐チャネルを介し、少なくとも2本の連続流チャネルによっ てアドレス可能な緩衝液チャネルを備える、請求の範囲第23項記載の分配シス テム。 26.さらに、反応セルを含み、前記緩衝液チャネルが、反応セル導管およびオ ーバーフロー導管に接続する、請求の範囲第25項記載の分配システム。 27.前記反応セル導管がガンマコンストリクタを有し、前記オーバーフロー導 管がデルタコンストリクタを有する、請求の範囲第26項記載の分配システム。 28.分配システムであって、 反応セルと、 2本以上のフィーダーチャネルと、 前記各フィーダーチャネルを、反応セルに接続するための別の導管と、 各導管のための膨張弁とを含み、 前記膨張弁は、前記導管の断面を満たして、前記導管を通る流体流を妨げる膨張 状態と、前記導管を通って流体が流れるのを許容する収縮状態とを有する、分配 システム。 29.さらに、少なくとも約2個のセルを備え、前記各セルは、バブル膨張弁を それぞれが有する導管を介して2本以上のフィーダーチャネルによって個別にア ドレス可能である、 請求の範囲第28項記載の分配システム。 30.少なくとも1の導管が、2個以上の膨張弁を有する、請求の範囲第28項 記載の分配システム。 31.少なくとも1本の導管が、前記接続したフィーダーチャネルから前記反応 セルへの液体圧送に共働して作動できる3個以上の膨張弁を有する、請求の範囲 第30記載の分配システム。 32.液体分配システムであって、 各々がフィーダーチャネル流入口およびフィーダーチャネル流出口と、かような フィーダーチャネルに接続された分配チャネルとで作られた1本以上の前記フィ ーダーチャネルを含み、 前記各フィーダーチャネルが、フィーダーチャネル流入口と、フィーダーチャネ ル流出口と、接続された分配チャネルとに接続する三方ジャンクションを有し、 前記分配チャネルは反応セルと接続し、さらに、 かかる各三方ジャンクションのための、前記フィーダーチャネル流入口における 、またはフィーダーチャネル流出口における第1電極ベースのポンプと、 かかる各三方ジャンクションのための、前記分配チャネルにおける第2電極ベー スのポンプとを含み、 第1電極ベースのポンプと前記第2電極ベースのポンプに印加された電圧は、 (a)フィーダーチャネルのうちの1つのフィーダーチャネル内の液体が、接続 した分配チャネルへの第1の流量で以って、前記フィーダーチャネルの前記フィ ーダーチャネル流入口から前記フィーダーチャネルの前記フィーダーチャネル流 出口に移動され得るように、または(b)前記第1の流量よりも多い第2の流量 が、前記接続した分配チャネルを介して進行するように選択される、液体分配シ ステム。 33.少なくとも1つのかかる三方ジャンクションのために、前記フィーダーチ ャネル流入口または前記フィーダーチャネル流出口の何れかが第1電極ベースポ ンプを欠いていても、第3電極ベースのポンプが存在する、請求の範囲第32項 記載の分配システム。 34.1本以上の分配チャネルがキャピラリーバリアを有する、請求の範囲第3 2項記載の分配システム。 35.前記三方分岐点での1本以上の前記分配チャネルの開口の幅は、前記接続 したフィーダーチャネルの幅の約50%以下である、請求の範囲第32項記載の 分配システム。 36.検定に関与する化学合成または化学反応のための反応を行うのに適した液 体分配システムであって、反応セルと、前記反応セルに接続したチャネルと、第 1電極、第2電極および第3電極を備えるチャネル中に設けたポンプを備える、 液体分配システム。 37.前記第1電極と前記第2電極とは、約100ミクロンと2500ミクロン の間で離間し、前記第3電極と、前記第1または前記第2電極のうち最も近いも のとの間隔が約100ミクロンと1000ミクロンの間である、請求の範囲第3 6項記載の分配システム。 38.前記第1電極と前記第2電極とは、約250ミクロンと1000ミクロン の間で離間し、前記第3電極と、前記第1または前記第2電極のうちの最も近い ものとの間隔が約250ミクロンと1000ミクロンの間である、請求の範囲第 36項記載の分配システム。 39.さらに、ポンプの作動を制御するコントローラを含み、前記コントローラ ーがポンプ内の任意の電極対を作動させることができる、請求の範囲第36項記 載の分配システム。 40.前記コントローラは、1種類以上の液体のための圧送プロトコルを貯蔵す る情報貯蔵手段を含み、前記各液体の貯蔵されたプロトコルは、前記プロトコル の液体を圧送するために適切なポンプ電極対の指定を含む、請求の範囲第39項 記載の分配システム。 41.電極ベースのポンプが第1電極と第2電極を備え、前記第1電極と前記第 2電極の直径は約25ミクロンから約100ミクロンであり、前記両電極は、約 100ミクロンから約2500ミクロン離間する、電極ベースのポンプ。 42.前記ポンプが、キャピラリ寸法の流体チャネル内に位置する、請求の範囲 第41項記載の電極ベースのポンプ。 43.前記第1電極と前記第2電極が、約150ミクロン乃至約1000ミクロ ン離間する、 請求の範囲第42項記載の電極ベースのポンプ。 44.前記第1電極と前記第2電極が、約250ミクロン乃至約1000ミクロ ン離間する、 請求の範囲第42項記載の電極ベースのポンプ。 45.前記第1電極と前記第2電極が、約150ミクロン乃至約250ミクロン 離間する、 請求の範囲第42項記載の電極ベースのポンプ。 46.第1電極、第2電極および第3電極を備える、電極ベースのポンプ。 47.前記ポンプが、キャピラリ寸法である流体チャネル内に位置する、請求の 範囲第項46に記載の電極ベースのポンプ。 48.前記第1電極と前記第2電極は、約100ミクロン乃至約2500ミクロ ン離間し、前記第3電極は、前記第1電極から約200ミクロン乃至約5000 ミクロン離間するとともに前記第2電極のより近くにある、請求の範囲第47項 記載の電極ベースのポンプ。 49.前記第3電極は、前記第1電極から約500ミクロン乃至約1500ミク ロン離間する、請求の範囲第48項記載の電極ベースのポンプ。 50.さらに、第4電極を備える、請求の範囲第47項記載の電極ベースのポン プ。 51.前記第3電極と前記第4電極は、約200ミクロン乃至約5000ミクロ ン離間する、 請求の範囲第50項記載の電極ベースのポンプ。 52.前記第1電極と前記第2電極は、前記第3電極と前記第4電極との間に位 置決めされる、請求の範囲第51項記載の電極ベースのポンプ。 53.前記第1電極と前記第2電極は、約100ミクロン乃至約1500ミクロ ン離間する、 請求の範囲第51項記載の電極ベースのポンプ。 54.前記第3電極と前記第4電極は、約500ミクロン乃至約1500ミクロ ン離間する、 請求項51に記載の電極ベースのポンプ。 55.液体の界面動電圧送パラメータを変更する方法であって、 (a)圧送圧力、圧送流量、添加剤による電気的効率、に基づいて圧送添加剤を 選択するステップと、 (b)前記圧送添加剤を前記液体と混合して、(i)改良された、圧送圧力、圧 送流量、または電気的効率を有する、または(ii)圧送添加剤のない状態で、 前記液体の方向とは反対方向への圧送を優先する、混合物を得るステップとを有 する、液体の界面動電圧送パラメータを変更する方法。 56.得られた前記混合物が、前記液体とは反対の流れ優先性を有する、請求の 範囲第55項記載の方法。 57.得られた前記混合物が、改良された圧送圧力、圧送流量または電気的効率 を有する、 請求の範囲第55項記載の方法。 58.前記圧送添加剤が、混合物の約0.05%w/w乃至約10%w/wであ る、請求の範囲第55項記載の方法。 59.前記圧送添加剤が、混合物の約0.1%w/w乃至約5%w/wである、 請求の範囲第58項記載の方法。 60.前記圧送添加剤が、混合物の約0.1%w/w乃至約1%w/wである、 請求の範囲第59項記載の方法。 【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成8年6月5日(1996.6.5) 【補正内容】 10.さらに、1本以上の緩衝液チャネルを備え、少なくとも1本の前記緩衝液 チャネルが、少なくとも2本の前記第1分配チャネルと少なくとも1本の前記第 2リザーバ延長チャネルとに隣接して配置される請求の範囲第9項記載の分配シ ステム。 11.さらに、(b)コントローラと、 (c)フィードスループレートを通って第1リザーバまで延びる供給チャネルと 、フィードスループレートを通って延びるリードを備える分配プレートの頂部に 取り付けた前記フィードスループレートとを含み、 前記分配プレートは、前記フィードスループレートを通って延びるリードによ って前記コントローラに接続された、前記各分配チャネルにおけるポンプを備え る請求の範囲第4項記載の分配システム。 12.さらに、(d)分配プレートの下方に位置決め可能な1つ以上の反応セル を有する反応ウェルプレートを含み、 前記分配プレートが、ポンプを制御して液体を前記分配チャネルから前記反応 セルまで移動させることができる導管を備える請求の範囲第11項記載の分配シ ステム。 13.前記第1液体レベル維持手段が、前記第1充填レベルを超える液体を排出 する前記各第1リザーバに接続されたオーバーフロー放出チャネルを備える請求 の範囲第11項記載の分配システム。 14.前記分配プレート内の各ポンプが、第1電極と第2電極を備え、前記コン トローラが前記ポンプにパルス電圧を送ることにより、圧送を引き起こす、請求 の範囲第11項記載の分配システム。 15.前記コントローラは、1種類以上の液体を圧送するための圧送プログラム のデータベースを備える電気データ貯蔵デバイスを備える、請求の範囲第14項 記載の分配システム。 16.1個以上のポンプが、更に、第3電極を備え、3個の電極ポンプのために 、前記コントローラは(i)第1および第2電極を横切るパルス電圧を送ること が できる、または(ii)第1および第3電極を横切るパルス電圧を送ることがで きる、請求の範囲第14項記載の分配システム。 17.(a)リザーバと、 (b)キャピラリーバリアを有する前記リザーバによってアドレス可能なチャネ ルと; を備える液体分配システム。 18.前記キャピラリーバリアが堰を備える請求の範囲第17項記載の液体分配 システム。 19.前記キャピラリーバリアが1つ以上の上方向きの鋭いエッジを備える、請 求の範囲第17項記載の液体分配システム。 20.さらに、キャピラリーバリアを通る流体を圧送するためのチャネルに関連 するポンプを備える、請求の範囲第1項記載の液体分配システム。 21.さらに、反応ウエルと、キャピラリーバリアの流出口から反応ウエルへの 導管とを備える、請求の範囲第20項記載の液体分配システム。 22.前記ポンプが電極ベースポンプである、請求の範囲第21項記載の液体分 配システム。 23.流体分配システムであって、 1本以上の連続流チャネルを含み、前記各連続流チャネルは、上流端と下流端と を有し、前記連続流チャネルは前記下流端にオープンゾーンを有し、さらに、前 記各連続流チャネルのために、前記オープンゾーンの前記連続流チャネルから離 れて延びる分岐チャネルと、 前記各連続流チャネルのために、前記分岐チャネル流入口の下流に配置したオー プンゾーン内の流れを制限するためのアルファコンストリクタとを含み、 液体が連続流チャネルのひとつを通って上流端から下流端に流れる場合は、アル ファコンストリクタが作動していなければ、第1の比例量の流体が分岐チャネル へと転じ、アルファコンストリクタが作動していれば、前記第1の比例量よりも 大きい第2の比例量が分岐チャネルへ流入する、液体分配システム。 24.さらに、少なくとも1本の分岐チャネル用に、前記分岐チャネルを通る流 れを制限するベータコンストリクタを備える、請求の範囲第23項記載の分配シ ステム。 25.前記システムが2本以上の連続流チャネルを有し、 さらに、関係する分岐チャネルを介し、少なくとも2本の連続流チャネルによっ てアドレス可能な緩衝液チャネルを備える、請求の範囲第23項記載の分配シス テム。 26.さらに、反応セルを含み、前記緩衝液チャネルが、反応セル導管およびオ ーバーフロー導管に接続する、請求の範囲第25項記載の分配システム。 27.前記反応セル導管がガンマコンストリクタを有し、前記オーバーフロー導 管がデルタコンストリクタを有する、請求の範囲第26項記載の分配システム。 28.分配システムであって、 反応セルと、 2本以上のフィーダーチャネルと、 前記各フィーダーチャネルを、反応セルに接続するための別の導管と、 各導管のための膨張弁とを含み、 前記膨張弁は、前記導管の断面を満たして、前記導管を通る流体流を妨げる膨張 状態と、前記導管を通って流体が流れるのを許容する収縮状態とを有する、分配 システム。 29.さらに、少なくとも約2個のセルを備え、前記各セルは、バブル膨張弁を それぞれが有する導管を介して2本以上のフィーダーチャネルによって個別にア ドレス可能である、 請求の範囲第28項記載の分配システム。 30.少なくとも1の導管が、2個以上の膨張弁を有する、請求の範囲第28項 記載の分配システム。 31.少なくとも1本の導管が、前記接続したフィーダーチャネルから前記反応 セルへの液体圧送に共働して作動できる3個以上の膨張弁を有する、請求の範囲 第30記載の分配システム。 32.液体分配システムであって、 各々がフィーダーチャネル流入口およびフィーダーチャネル流出口と、かような フィーダーチャネルに接続された分配チャネルとで作られた1本以上の前記フィ ーダーチャネルを含み、 前記各フィーダーチャネルが、フィーダーチャネル流入口と、フィーダーチャネ ル流出口と、接続された分配チャネルとに接続する三方ジャンクションを有し、 前記分配チャネルは反応セルと接続し、さらに、 かかる各三方ジャンクションのための、前記フィーダーチャネル流入口における 、またはフィーダーチャネル流出口における第1電極ベースのポンプと、 かかる各三方ジャンクションのための、前記分配チャネルにおける第2電極ベー スのポンプとを含み、 第1電極ベースのポンプと前記第2電極ベースのポンプに印加された電圧は、 (a)フィーダーチャネルのうちの1つのフィーダーチャネル内の液体が、接続 した分配チャネルへの第1の流量で以って、前記フィーダーチャネルの前記フィ ーダーチャネル流入口から前記フィーダーチャネルの前記フィーダーチャネル流 出口に移動され得るように、または(b)前記第1の流量よりも多い第2の流量 が、前記接続した分配チャネルを介して進行するように選択される、液体分配シ ステム。 33.少なくとも1つのかかる三方ジャンクションのために、前記フィーダーチ ャネル流入口または前記フィーダーチャネル流出口の何れかが第1電極ベースポ ンプを欠いていても、第3電極ベースのポンプが存在する、請求の範囲第32項 記載の分配システム。 34.1本以上の分配チャネルがキャピラリーバリアを有する、請求の範囲第3 2項記載の分配システム。 35.前記三方分岐点での1本以上の前記分配チャネルの開口の幅は、前記接続 したフィーダーチャネルの幅の約50%以下である、請求の範囲第32項記載の 分配システム。 36.検定に関与する化学合成または化学反応のための反応を行うのに適した液 体分配システムであって、反応セルと、前記反応セルに接続したチャネルと、第 1電極、第2電極および第3電極を備えるチャネル中に設けたポンプを備える、 液体分配システム。 37.前記第1電極と前記第2電極とは、約100ミクロンと2500ミクロン の間で離間し、前記第3電極と、前記第1または前記第2電極のうち最も近いも のとの間隔が約100ミクロンと1000ミクロンの間である、請求の範囲第3 6項記載の分配システム。 38.前記第1電極と前記第2電極とは、約250ミクロンと1000ミクロン の間で離間し、前記第3電極と、前記第1または前記第2電極のうちの最も近い ものとの間隔が約250ミクロンと1000ミクロンの間である、請求の範囲第 36項記載の分配システム。 39.さらに、ポンプの作動を制御するコントローラを含み、前記コントローラ ーがポンプ内の任意の電極対を作動させることができる、請求の範囲第36項記 載の分配システム。 40.前記コントローラは、1種類以上の液体のための圧送プロトコルを貯蔵す る情報貯蔵手段を含み、前記各液体の貯蔵されたプロトコルは、前記プロトコル の液体を圧送するために適切なポンプ電極対の指定を含む、請求の範囲第39項 記載の分配システム。 41.電極ベースのポンプが第1電極と第2電極を備え、前記第1電極と前記第 2電極の直径は約25ミクロンから約100ミクロンであり、前記両電極は、約 100ミクロンから約2500ミクロン離間する、電極ベースのポンプ。 42.前記ポンプが、キャピラリ寸法の流体チャネル内に位置する、請求の範囲 第41項記載の電極ベースのポンプ。 43.前記第1電極と前記第2電極が、約150ミクロン乃至約1000ミクロ ン離間する、 請求の範囲第42項記載の電極ベースのポンプ。 44.前記第1電極と前記第2電極が、約250ミクロン乃至約1000ミクロ ン離間する、 請求の範囲第42項記載の電極ベースのポンプ。 45.前記第1電極と前記第2電極が、約150ミクロン乃至約250ミクロン 離間する、 請求の範囲第42項記載の電極ベースのポンプ。 46.第1電極、第2電極および第3電極を備える、電極ベースのポンプ。 47.前記ポンプが、キャピラリ寸法である流体チャネル内に位置する、請求の 範囲第項46に記載の電極ベースのポンプ。 48.前記第1電極と前記第2電極は、約100ミクロン乃至約2500ミクロ ン離間し、前記第3電極は、前記第1電極から約200ミクロン乃至約5000 ミクロン離間するとともに前記第2電極のより近くにある、請求の範囲第47項 記載の電極ベースのポンプ。 49.前記第3電極は、前記第1電極から約500ミクロン乃至約1500ミク ロン離間する、請求の範囲第48項記載の電極ベースのポンプ。 50.さらに、第4電極を備える、請求の範囲第47項記載の電極ベースのポン プ。 51.前記第3電極と前記第4電極は、約200ミクロン乃至約5000ミクロ ン離間する、 請求の範囲第50項記載の電極ベースのポンプ。 52.前記第1電極と前記第2電極は、前記第3電極と前記第4電極との間に位 置決めされる、請求の範囲第51項記載の電極ベースのポンプ。 53.前記第1電極と前記第2電極は、約100ミクロン乃至約1500ミクロ ン離間する、 請求の範囲第51項記載の電極ベースのポンプ。 54.前記第3電極と前記第4電極は、約500ミクロン乃至約1500ミクロ ン離間する、 請求項51に記載の電極ベースのポンプ。 55.液体の界面動電圧送パラメータを変更する方法であって、 (a)圧送圧力、圧送流量、添加剤による電気的効率、に基づいて圧送添加剤を 選択するステップと、 (b)前記圧送添加剤を前記液体と混合して、(i)改良された、圧送圧力、圧 送流量、または電気的効率を有する、または(ii)圧送添加剤のない状態で、 前記液体の方向とは反対方向への圧送を優先する、混合物を得るステップとを有 する、液体の界面動電圧送パラメータを変更する方法。 56.得られた前記混合物が、前記液体とは反対の流れ優先性を有する、請求の 範囲第55項記載の方法。 57.得られた前記混合物が、改良された圧送圧力、圧送流量または電気的効率 を有する、請求の範囲第55項記載の方法。 58.前記圧送添加剤が、混合物の約0.05%w/w乃至約10%w/wであ る、 請求の範囲第55項記載の方法。 59.前記圧送添加剤が、混合物の約0.1%w/w乃至約5%w/wである、 請求の範囲第58項記載の方法。 60.前記圧送添加剤が、混合物の約0.1%w/w乃至約1%w/wである、 請求の範囲第59項記載の方法。 61.少なくとも1つの試薬を反応セル中に圧送するための電極ベースのポンプ を使用することを含む、反応セルを有する液体分配システム中で合成プロセスを 実施する方法。 62.合成プロセスが、小分子、高分子有機化合物、オリゴヌクレオチド又はペ プチドを合成するために使用される請求の範囲第61項記載の方法。 63.試薬が、カルボン酸、カルボジイミド、スルファミド、アミン、アルコー ル、ピリジン、アゾジカルボキシレートカルバゾール、アゾベンゼン、アミノN −オキシド、1,4−ベンゾキノン又はアンモニウムパールテネートである請求 の範囲第61項記載の方法。 64.合成プロセスが、固体支持を使用して実施される請求の範囲第61項記載 の方法。 【手続補正書】 【提出日】平成10年12月22日(1998.12.22) 【補正内容】 請求の範囲 1.液体分配システムであって、 (a)液体源と、 (b)前記液体源からの液体を複数の流出口に向けるための、キャピラリーデ ィメンションの流体チャンネルのネットワークを含む基板と、 (c)前記基板に組み込まれ、前記液体源からの液体を流出口へ選択的に圧送 する、各流出口のためのポンプと、および (d)1つまたはそれ以上のウェルを有し、各ウェルを流出口に整列するため に分配プレートの下に取り外し可能に位置決めできるウェルプレートと を備える液体分配システム。 2.2つまたはそれ以上の液体源から複数の場所へ液体を選択的に分配する液 体分配システムであって、前記システムは、 (a)液体源と、 (b)前記各液体源のための、前記場所の1つへの少なくとも1つの流出口、 および前記流出口の外への流れを妨げる各流出口のためのキャピラリーバリアを 有し、前記液体源によりアドレス可能なキャピラリーディメンションのチャンネ ルと、 (c)前記キャピラリーバリアを通過した液体を圧送する、各流出口のための マイクロポンプと を備え、前記ポンプは選択的に動作可能であり、前記ポンプの動作に依存して 第1の前記液体源または第2の前記液体源からの液体を少なくとも1つの前記場 所が受けることができる液体分配システム。 3.前記液体分配システムは、前記場所の1つに各々整列できる複数のウエル を備え、液体は前記複数の液体源から複数のチャネルを介して複数のウエルに選 択的に運ばれる請求項2に記載の液体分配システム。 4.前記チャネルは基板上に配置され、および/または 前記マイクロポンプは基板上に配置され、および/または 前記マイクロポンプは電極ベースポンプであり、および/または 反応セルは、前記基板の下に取り外し可能に位置決めできるプレート上に配置 される請求項3に記載の液体分配システム。 5.液体分配システムであって、 第1の基板上に配置された複数の液体流入口およびキャピラリーディメンショ ンのチャネルと、 チャネルの流出口に各々整列可能な複数のウエルであって、液体は前記複数の 液体流入口から複数のチャネルを介して複数のウエルに選択的に運ばれ、 第2の基板であって、前記第1の基板の上面は前記第2の基板の底面にシール されており、 前記第2の基板を貫通して延びる複数の電気的導管と、および 前記電気的導管に接続された複数のマイクロポンプであって、前記ポンプは例 えば電気的導管からの2つの電極突出部を各々含む液体分配システム。 6.少なくとも1つの試薬を反応セル中に圧送するための電極ベースのポンプ を使用することを含む、反応セルを有する液体分配システム中で合成プロセスを 実施する方法。 7.試薬が、カルボン酸、カルボジイミド、スルファミド、アミン、アルコー ル、ピリジン、アゾジカルボキシレート、カルバゾール、アゾベンゼン、アミノ N−オキシド、1,4−ベンゾキノンまたはアンモニウムパールテネートである 請求項6に記載の液体分配システム。 8.合成プロセスが、固体支持を使用して実施される請求項6に記載の液体分 配システム。 9.アルファ液体源、ベータ液体源およびキャピラリーディメンションのチャ ネルのシステムを含む基板内に形成される液体分配システムであって、前記シス テムは、 平行でかつ隣接する第1および第2キャピラリーフィーダーチャネルの第1セ ットと、 前記第1および第2フィーダーチャネルからオフセットした平行でかつ隣接す る第3および第4キャピラリーフィーダーチャネルの第2セットと を含み、 (a)前記第1および前記第3フィーダーチャネルは、前記第2および前記第 4フィーダーチャネルの上方または下方に位置しかつ前記ベータ液体源とは独立 した第1キャピラリーコネクターチャネルによってアルファ液体源に接続され、 および (b)前記第2および前記第4のフィーダーチャネルは、前記第1および前記 第3フィーダーチャネルの上方または下方に位置しかつ前記アルファ液体源とは 独立した第2のキャピラリーコネクターチャネルにより前記ベータ液体源に接続 され、前記アルファ液体源が液体で充填されると、前記第1および第2フィーダ ーチャネルは、前記第1コネクターチャネルを介して毛管現象により液体で充填 され、かつ前記ベータ液体源が液体で充填されると、前記第3および第4フィー ダーチャネルは、前記第2コネクターチャネルを介して毛管現象により液体で充 填される液体分配システム。 10.前記基板は、ガラス、溶融シリカ、石英、シリコンウェハまたはプラス チックである請求項9に記載の液体分配システム。 11.液体を2つまたはそれ以上の場所に向ける液体分配システムであって、 (a)各々頂部および底部を有する3つまたはそれ以上のプレートを備え、こ のプレートは、(i)第1プレートおよび第2プレート、および(ii)分配基 板を画成し、各分配基板は頂部から底部に結合された1つまたはそれ以上の分配 プレートを含み、 前記分配基板の頂部は前記第1プレートの底部に結合され、前記分配基板の底 部は第3プレートの頂部に結合され、前記分配基板は、 少なくとも2つの第1液体源と、 前記第1液体源から延びかつ結合されるキャピラリーディメンションの少なく とも1つの第1フィーダーチャネルセグメントであって、各第1フィーダーチャ ネルセグメントは前記分配基板のジャンクションおよび前記第2プレートに沿っ て形成され、および 各フィーダーチャネルに接続され、かつ前記分配基板のジャンクションおよび 前記第1プレートに沿って形成された、キャピラリーディメンションの少なくと も1つの分配チャネルとを備え、 各々の第1液体源に液体を充填し、これにより前記接続された第1フィーダー チャネルセグメントおよび接続された分配チャネルに毛管現象によって液体が充 填され、前記第1フィーダーチャネルセグメントおよび接続された分配チャネル を介して、前記場所は前記液体源によってアドレスされる液体分配システム。 12.前記分配基板において、少なくとも4つの第1液体源と、少なくとも2 セットの平行でかつ隣接するフィーダーチャネルとを備え、前記各セットにおけ る各フィーダーチャネルは別々の液体源に接続され、各セットの平行でかつ隣接 するフィーダーチャネルは少なくとも2セットの隣接しかつ鉛直な分配チャネル に接続される請求項11に記載の液体分配システム。 13.(b)前記プレートに取り付けられ、前記チャネルを通って流れる液体 の流れを調節するマイクロポンプと、 (c)前記マイクロポンプを制御するコントローラーとを備え、 前記第1プレートはフィードスループレートであり、このフィードスループレ ートは、フィードスループレートを通って前記第1液体源に延びる供給チャネル と、前記フィードスループレートを通って延びる電気リードとを含み、 前記マイクロポンプは各分配チャネルに配置され、かつ前記フィードスループ レートを通って延びる電気リードによって前記コントローラーに接続されている 請求項11に記載の液体分配システム。 14.液体分配システムであって、 各々フィーダーチャネルおよび分配チャネルに接続されたフィーダーチャネル 流入口およびフィーダーチャネル流出口を各々備えたキャピラリーディメンショ ンの1つまたはそれ以上のフィーダーチャネルであって、前記各フィーダーチャ ネルは、フィーダーチャネル流入口、フィーダーチャネル流出口および接続され た分配チャネルに接続する三方ジャンクションを有し、前記分配チャネルは反応 セルと接続し、さらに、 かかる各三方ジャンクションのための、前記フィーダーチャネル流入口におけ る、またはフィーダーチャネル流出口における第1電極ベースのポンプと、 かかる各三方ジャンクションのための、前記分配チャネルにおける第2電極ベ ースのポンプとを含み、 前記第1電極ベースのポンプと前記第2電極ベースのポンプに印加される電圧 は、(a)前記フィーダーチャネルのうちの1つのフィーダーチャネル内の液体 が、接続した分配チャネルへの第1の流量で、前記フィーダーチャネルの前記フ ィーダーチャネル流入口から前記フィーダーチャネルの前記フィーダーチャネル 流出口に移動され得るように、または(b)前記第1の流量よりも多い第2の流 量が、前記接続した分配チャネルを介して進行するように選択される、液体分配 システム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 08/483,331 (32)優先日 平成7年6月7日(1995.6.7) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,SZ,U G),AM,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C N,CZ,EE,FI,GE,HU,IS,JP,KG ,KP,KR,KZ,LK,LR,LT,LV,MD, MG,MN,MX,NO,NZ,PL,RO,RU,S G,SI,SK,TJ,TM,TT,UA,UZ,VN (72)発明者 マクブライド,スターリング,イー. アメリカ合衆国 ニュー ジャージー州 ローレンスヴィル フィールドクレスト コート 4124 (72)発明者 デマーズ,ロバート,アール. アメリカ合衆国 ニュー ジャージー州 クランブリー エヴァンズ ドライヴ 26 (72)発明者 リヴァイン,エアロン,ダブリュー. アメリカ合衆国 ニュー ジャージー州 ローレンスヴィル スプリングウッド ド ライヴ 6 【要約の続き】 バに接続している。前記分配システムは微細スケール分 配システムであることが望ましい。液体分配システム中 に流れを制御するための種々の特定のメカニズムが記載 されている。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.分配システムであって、 アルファリザーバおよびベータリザーバと、 平行でかつ隣接する第1および第2フィーダーチャネルの第1のセットおよび前 記第1および前記第2フィーダーチャネルからオフセットした平行でかつ隣接す る第3および第4フィーダーチャネルの第2のセットを含み、(a)前記第1お よび前記第3フィーダーチャネルは、前記第2および前記第4フィーダーチャネ ルの上方または下方に位置しかつベータリザーバとは独立した第1コネクターチ ャネルによってアルファリザーバに接続され、(b)前記第2および前記第4フ ィーダーチャネルは、前記第1および前記第3フィーダーチャネルの上方または 下方に位置しかつアルファリザーバとは独立した第2コネクターチャネルにより ベータリザーバに接続されている、分配システム。 2.前記第1および前記第2フィーダーチャネルが、各々2個以上の反応セルの 第1のセットに接続され、かつ前記第3および前記第4フィーダーチャネルが、 各々2個以上の反応セルの第2のセットに接続された請求の範囲第1項記載の分 配システム。 3.前記第1および前記第2フィーダーチャネルのセットのフィーダーチャネル が、相互に平行である請求の範囲第2項記載の分配システム。 4.液体分配システムであって、 前記液体分配システムは(a)分配プレートを含み、 前記分配プレートが、 共通の第1充填レベルを有する少なくとも2つの第1リザーバと、 前記各フィーダーチャネルは水平フィーダーチャネルセグメントを有し、前記水 平フィーダーチャネルセグメントの頂部は前記第1充填レベルの下方にある、前 記第1リザーバの各々に接続されて、そこから延びる少なくとも1本のフィーダ ーチャネルと、 前記各フィーダーチャネルに接続し、かつ前記第1充填レベルと実質的に同じ高 さの第2充填レベルを有する少なくとも1本の分配チャネルと、 前記第1充填レベルまで前記各第1リザーバを充填することにより、前記接続さ れたフィーダーチャネルが充填され、前記接続された分配チャネルを第2充填レ ベルまで充填する、 前記各第1リザーバの液体レベルを前記第1充填レベルに維持するための第1液 体レベル維持手段とを含む液体分配システム。 5.前記分配プレートにおいて、前記少なくとも2個の第2リザーバの各々から の1本のフィーダーチャネルが、他方と互いに平行に隣接する請求の範囲第4項 記載の分配システム。 6.前記平行なフィーダーチャネルの各々が、前記平行なフィーダーチャネルの 水平フィーダーチャネルセグメントに鉛直に位置する別の分配チャネルに接続さ れ、かつ接続された前記各分配チャネルが、他方と互いに平行に隣接する請求の 範囲第5項記載の分配システム。 7.前記分配プレートに、少なくとも4つの第1リザーバと、少なくとも2セッ トの平行に隣接するフィーダーチャネルとを備え、前記各セットにおける各フィ ーダーチャネルは別のリザーバに接続され、平行に隣接したフィーダーチャネル は、隣接し鉛直な分配チャネルの少なくとも2セットに接続する請求の範囲第6 項記載の分配システム。 8.前記分配プレートにおいて、前記第1リザーバに接続する前記水平フィーダ ーチャネルセグメント互いに実質的に平行であり、前記分配プレートは1つ以上 の前記第2リザーバを備え、前記各第2リザーバは第3充填レベルを有し、前記 各分配プレートは、更に、前記各第2リザーバにおける液体レベルを前記第3充 填レベルに維持する第2液体レベル維持手段と、頂部が前記第3充填レベルと実 質的に同じ高さである第2リザーバ延長チャネルとを備える、請求の範囲第4項 記載の分配システム。 9.前記第2リザーバ延長チャネルが、水平フィーダーチャネルセグメントに対 して実質的に鉛直であって、1本以上の前記第2リザーバ延長チャネルが、各々 、少なくとも1の水平フィーダーチャネルセグメントの上方を横切る、 請求の範囲第8項記載の分配システム。 10.さらに、1本以上の緩衝液チャネルを備え、少なくとも1本の前記緩衝液 チャネルが、少なくとも2本の前記第1分配チャネルと少なくとも1本の前記第 2リザーバ延長チャネルとに隣接して配置される請求の範囲第9項記載の分配シ ステム。 11.さらに(b)コントローラと、 (c)フィードスループレートを通って第1リザーバまで延びる供給チャネルと 、フィードスループレートを通って延びるリードを備える分配プレートの頂部に 取り付けた前記フィードスループレートとを含み、 前記分配プレートが、前記フィードスループレートを通って延びるリードによ って前記コントローラに接続された、前記各分配チャネルにおけるポンプを備え る請求の範囲第4項記載の分配システム。 12.さらに(d)分配プレートの下方に位置決め可能な1つ以上の反応セルを 有する反応ウ ェルプレートを含み、 前記分配プレートが、ポンプを制御して液体を前記分配チャネルから前記反応 セルまで移動させることができる導管を備える請求の範囲第11項記載の分配シ ステム。 13.前記第1液体レベル維持手段が、前記第1充填レベルを超える液体を排出 する前記各第1リザーバに接続されたオーバーフロー放出チャネルを備える請求 の範囲第11項記載の分配システム。 14.前記分配プレート内の各ポンプが、第1電極と第2電極を備え、前記コン トローラが前記ポンプにパルス電圧を送ることにより、圧送を引き起こす請求の 範囲第11項記載の分配システム。 15.前記コントローラが、1種類以上の液体を圧送するための圧送プログラム のデータベースを備える電気データ貯蔵デバイスを備える請求の範囲第14項記 載の分配システム。 16.1個以上のポンプが、更に、第3電極を備え、3個の電極ポンプのために 、前記コントローラは(i)第1および第2電極を横切るパルス電圧を送ること ができる、または(ii)第1および第3電極を横切るパルス電圧を送ることが できる請求の範囲第14項記載の分配システム。 17.(a)リザーバと、 (b)キャピラリーバリアを有する前記リザーバによってアドレス可能なチャネ ルと; を備える液体分配システム。 18.前記キャピラリーバリアが堰を備える請求の範囲第17項記載の液体分配 システム。 19.前記キャピラリーバリアが1つ以上の上方向きの鋭いエッジを備える請求 の範囲第17項記載の液体分配システム。 20.さらにキャピラリーバリアを通る流体を圧送するためのチャネルに関連す るポンプを備える請求の範囲第1項記載の液体分配システム。 21.さらに反応ウエルと、キャピラリーバリアの流出口から反応ウエルへの導 管とを備える請求の範囲第20項記載の液体分配システム。 22.前記ポンプが電極ベースポンプである請求の範囲第20項記載の液体分配 システム。 23.流体分配システムであって、 1本以上の連続流チャネルを含み、前記各連続流チャネルが、上流端と下流端と を有し、前記連続流チャネルは前記下流端にオープンゾーンを有し、さらに、 前記各連続流チャネルのために、前記オープンゾーンの前記連続流チャネルから 離れて延びる 分岐チャネルと、前記各連続流チャネルのために、前記分岐チャネル流入口の下 流に配置したオープンゾーン内の流れを制限するためのアルファコンストリクタ とを含み、 液体が連続流チャネルのひとつを通って上流端から下流端に流れる場合は、アル ファコンストリクタが作動していなければ、第1の比例量の流体が分岐チャネル へと転じ、アルファコンストリクタが作動していれば、前記第1の比例量よりも 大きい第2の比例量が分岐チャネルへ流入する、液体分配システム。 24.さらに、少なくとも1本の分岐チャネル用に、前記分岐チャネルを通る流 れを制限するベータコンストリクタを含む請求の範囲第23項記載の分配システ ム。 25.前記システムが2本以上の連続流チャネルを有し、さらに、関係する分岐 チャネルを介し、少なくとも2本の連続流チャネルによってアドレス可能な緩衝 液チャネルを含む請求の範囲第23項記載の分配システム。 26.さらに、反応セルを含み、前記緩衝液チャネルが、反応セル導管およびオ ーバーフロー導管に接続する請求の範囲第25項に記載の分配システム。 27.前記反応セル導管がガンマコンストリクタを有し、前記オーバーフロー導 管がデルタコンストリクタを有する請求の範囲第26項記載の分配システム。 28.分配システムであって、 反応セルと、 2本以上のフィーダーチャネルと、 前記各フィーダーチャネルを、反応セルに接続するための別の導管と、 各導管のための膨張弁とを含み、 前記膨張弁は、前記導管の断面を満たして、前記導管を通る流体流を妨げる膨張 状態と、前記導管を通って流体が流れるのを許容する収縮状態とを有する分配シ ステム。 29.さらに、少なくとも約2個のセルを備え、前記各セルは、バブル膨張弁を それぞれが有する導管を介して2本以上のフィーダーチャネルによって個別にア ドレス可能である、 請求の範囲第28項記載の分配システム。 30.少なくとも1の導管が、2個以上の膨張弁を有する請求の範囲第28項記 載の分配システム。 31.少なくとも1本の導管が、前記接続したフィーダーチャネルから前記反応 セルへの液体圧送に共働して作動できる3個以上の膨張弁を有する請求の範囲第 30項記載の分配システム。 32.液体分配システムであって、 各々がフィーダーチャネル流入口およびフィーダーチャネル流出口と、かような フィーダーチャネルに接続された分配チャネルとで作られた1本以上の前記フィ ーダーチャネルを含み、 前記各フィーダーチャネルが、フィーダーチャネル流入口と、フィーダーチャネ ル流出口と、接続された分配チャネルとに接続する三方ジャンクションを有し、 前記分配チャネルは反応セルと接続し、さらに、 かかる各三方ジャンクションのための、前記フィーダーチャネル流入口における 、またはフィーダーチャネル流出口における第1電極ベースのポンプと、 かかる各三方ジャンクションのための、前記分配チャネルにおける第2電極ベー スのポンプとを含み、 第1電極ベースのポンプと前記第2電極ベースのポンプに印加された電圧は、( a)フィーダーチャネルのうちの1つのフィーダーチャネル内の液体が、接続し た分配チャネルへの第1の流量で以って、前記フィーダーチャネルの前記フィー ダーチャネル流入口から前記フィーダーチャネルの前記フィーダーチャネル流出 口に移動され得るように、または(b)前記第1の流量よりも多い第2の流量が 、前記接続した分配チャネルを介して進行するように選択される、液体分配シス テム。 33.少なくとも1つのかかる三方ジャンクションのために、前記フィーダーチ ャネル流入口または前記フィーダーチャネル流出口の何れかが第1電極ベースポ ンプを欠いていても、第3電極ベースのポンプが存在する、請求の範囲第32項 記載の分配システム。 34.1本以上の分配チャネルがキャピラリーバリアを有する請求の範囲第32 項記載の分配システム。 35.前記三方分岐点での1本以上の前記分配チャネルの開口の幅は、前記接続 したフィーダーチャネルの幅の約50%以下である請求の範囲第32項記載の分 配システム。 36.検定に関与する化学合成または化学反応のための反応を行うのに適した液 体分配システムであって、 反応セルと、前記反応セルに接続したチャネルと、第1電極、第2電極および第 3電極を備えるチャネル中に設けたポンプを備える液体分配システム。 37.前記第1電極と前記第2電極とは、約100ミクロンと2500ミクロン の間で離間し、前記第3電極と、前記第1または前記第2電極のうち最も近いも のとの間隔が約100ミクロンと1000ミクロンの間である請求の範囲第36 項記載の分配システム。 38.前記第1電極と前記第2電極とは、約250ミクロンと1000ミクロン の間で離間し、 前記第3電極と、前記第1または前記第2電極のうちの最も近いものとの間隔が 約250ミクロンと1000ミクロンの間である請求の範囲第36項記載の分配 システム。 39.さらに、ポンプの作動を制御するコントローラを備え、前記コントローラ ーがポンプ内の任意の電極対を作動させることができる請求の範囲第36項記載 の分配システム。 40.前記コントローラは、1種類以上の液体のための圧送プロトコルを貯蔵す る情報貯蔵手段を備え;前記各液体の貯蔵されたプロトコルは、前記プロトコル の液体を圧送するために適切なポンプ電極対の指定を含む請求の範囲第39項記 載の分配システム。
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