JP6506747B2 - サンプル体積の自己デジタル処理 - Google Patents

Description

（相互参照）
本出願は、２０１３年６月２５日に出願された米国仮出願番号第６１／８３９，２５０号および２０１３年９月９日に出願された米国仮特許出願番号第６１／８７５，３１１号に基づく利益を主張しており、これらの出願は、それら全体がすべての目的のために参考として本明細書中に援用される。

（連邦政府によって後援された研究に関する陳述）
本発明は、米国国立衛生研究所によって授与されたＲ２１ＧＭ１０３４５９の下で政府の支援でなされた。政府は本発明において特定の権利を有している。

（背景）
小さな流体溜まり（ｆｌｕｉｄｉｃ ｈａｒｂｏｒ）によって画定された体積への試料の離散化は、多くの化学的および生物学的用途において有用である。これを達成するための多くの機構が存在し、その重要性を強調している。噴霧器および撹拌に基づくエマルジョン生成器は、使用し易いが、多くの用途に十分な制御を提供しない。非常に精密な制御を付与するマイクロ流体技術に基づく多くの方法が開発されているが、多大な複雑性および費用を伴う場合が多い。

したがって、さらなる分析のための離散体積の試料を生成するための改善された方法、システム、およびデバイスの必要性がある。

（発明の要旨）
本発明は、例えば、試料体積の離散化および操作における使用のためのデバイス、システム、および装置を提供する。関連方法もまた提供される。種々の側面では、本開示は、中心領域および外縁を有するディスク形状本体であって、中心軸を中心として回転するために構成され、かつディスク形状本体の中心領域に位置する流体入口ポートと、近位端、遠位端、および流動軸を有する流動チャネルであって、流体入口ポートと流体連通する流動チャネルと、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりと、流動チャネルと連通する流体出口ポートであって、流動チャネルの遠位端よりディスク形状本体の中心領域の近くに位置する、流体出口ポートとをさらに備える、ディスク形状本体を備える、マイクロ流体デバイスを提供する。

種々の側面において、本開示は、中心領域、外縁、および中心軸を有するディスク形状本体を備え、このディスク形状本体は、中心軸を中心として回転するために構成され、かつディスク形状本体の中心領域に位置決めされた流体入口ポートと、流動軸および最外領域を有する流動チャネルであって、流動チャネルの最外領域が、中心領域から最も遠い流動チャネルの領域であり、流動チャネルが、流体入口ポートと流体連通する流動チャネルと、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりと、流動チャネルと流体連通する流体出口ポートであって、中心領域から流体出口ポートまでの距離が、流動チャネルの中心領域から最外領域までの距離よりも小さい、流体出口ポートとをさらに備える、マイクロ流体デバイスを提供する。

種々の側面において、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスに導入するための方法を提供し、本方法は、本開示のマイクロ流体デバイスのうちのいずれかを提供するステップと、第２の流体をマイクロ流体デバイスの第２の流体入口ポートに提供するステップとを含む。特定の側面では、本方法は、マイクロ流体デバイスの流動チャネルに第２の流体を装填するように、その中心軸を中心としてマイクロ流体デバイスを回転させるステップを含む。他の側面では、本方法は、第２の流体に圧力を印加するステップを含み、圧力は、マイクロ流体デバイスの流動チャネルを通じて第２の流体を推し進めるために十分である。さらなる側面では、圧力は、正圧または負圧である。

種々の側面において、本開示は、本開示の任意のマイクロ流体デバイスを、その中心軸を中心として回転させるために構成された回転構成要素と、マイクロ流体デバイスの流体溜まりのうちの少なくとも１つを光学的に分析するように構成された光学検出構成要素と、回転構成要素および光学検出構成要素を制御するために構成され、かつ光学検出構成要素から生成されたデータを記憶するために構成された処理装置とを備える、分析システムを提供する。

種々の側面において、本開示は、複数のウェルを含むマイクロウェルプレートを備え、ウェルのそれぞれが、ウェルと流体連通する流体入口ポートと、ウェルと流体連通する流体出口ポートと、流動軸を有する流動チャネルであって、流体入口ポートおよび流体出口ポートと流体連通する流動チャネルと、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりとをさらに備える、マイクロ流体デバイスを提供する。

種々の側面において、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスに導入するための方法を提供し、本方法は、本開示によるマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第１の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップとを含む。

種々の側面において、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスに導入するための方法を提供し、本方法は、本開示によるマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第２の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップとを含み、第２の流体は水溶液である。

種々の側面において、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスに導入するための方法を提供し、本方法は、本開示によるマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第１の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、第２の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、第３の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、第４の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、第５の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップとを含み、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水溶液であり、第３の流体は、油であり、第４の流体は、油であり、第５の流体は、油であり、第１、第３、第４、および第５の流体は、独立して同じであるか、または互いに異なる。

種々の側面において、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスに導入する方法を提供し、本方法は、本開示によるマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第１の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、第２の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、第３の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、随意に第４の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、随意に第５の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップとを含み、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水溶液であり、第３の流体は、油であり、第４の流体は、油であり、第５の流体は、油であり、第１、第３、第４、および第５の流体は、独立して同じであるか、または互いに異なる。

種々の側面において、本開示は、本開示によるマイクロ流体デバイスを受容するように構成されたチャンバと、流動チャネルを通じて流体を推し進めるために十分な圧力を流動チャネルに印加するように構成された流体加圧装置と、マイクロ流体デバイスの流体溜まりのうちの少なくとも１つを光学的に分析するための光学検出構成要素と、光学検出構成要素を制御するように構成され、かつ光学検出構成要素から生成されたデータを記憶するように構成された処理装置とを備える、分析システムを提供する。

種々の側面において、本開示は、本開示によるマイクロ流体デバイスを受容するように構成されたチャンバと、流動チャネルの少なくとも一部分を通じて流体を導入するように構成された流体導入構成要素と、流体溜まりを光学的に分析するように構成された光学検出構成要素と、光学検出構成要素を制御するように構成され、かつ光学検出構成要素から生成されたデータを記憶するように構成された処理装置とを備える、分析システムを提供する。

種々の側面において、本開示は、流動軸、上流端、および下流端を有する流動チャネルと、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりとを備え、流体溜まりのそれぞれが、上流端および下流端を有し、流動チャネルが、流体溜まりのそれぞれの上流または下流に位置決めされた収縮部を備える、装置を提供する。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
マイクロ流体デバイスであって、
中心領域および外縁を有するディスク形状本体であって、中心軸を中心として回転するために構成され、かつ
前記ディスク形状本体の前記中心領域内に位置する流体入口ポートと、
近位端、遠位端、および流動軸を有する流動チャネルであって、前記流体入口ポートと流体連通する、流動チャネルと、
前記流動チャネルと流体連通し、かつ前記流動軸からずれている複数の流体溜まりと、
前記流動チャネルと連通する流体出口ポートであって、前記流動チャネルの前記遠位端よりも前記ディスク形状本体の前記中心領域の近くに位置する、流体出口ポートと、をさらに備える、ディスク形状本体を備える、マイクロ流体デバイス。
（項目２）
マイクロ流体デバイスであって、
中心領域、外縁、および中心軸を有するディスク形状本体を備え、前記ディスク形状本体は、前記中心軸を中心として回転するために構成され、かつ
前記ディスク形状本体の前記中心領域に位置決めされた流体入口ポートと、
流動軸と最外領域とを有する流動チャネルであって、前記流動チャネルの前記最外領域は前記中心領域から最も遠い前記流動チャネルの領域であり、前記流動チャネルは前記流体入口ポートと流体連通する、流動チャネルと、
前記流動チャネルと流体連通し、かつ前記流動軸からずれている複数の流体溜まりと、
前記流動チャネルと流体連通する流体出口ポートであって、前記中心領域から前記流体出口ポートまでの距離が前記流動チャネルの前記中心領域から前記最外領域までの距離よりも小さい、流体出口ポートと、
をさらに備える、マイクロ流体デバイス。
（項目３）
フローセルをさらに備え、前記フローセルは前記流体入口ポート、前記流体出口ポート、および複数の流動チャネルを備え、前記流動チャネルのそれぞれは、前記流体入口ポートおよび前記流体出口ポートと流体連通する、項目１〜２のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目４）
前記複数の流動チャネルは、各流動チャネルの前記流動軸が前記ディスク形状本体の前記外縁に垂直であるように構成される、項目３に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目５）
前記複数の流動チャネルは、前記流動チャネルが平行に配列されるように構成される、項目３に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目６）
前記流体溜まりのうちの少なくとも１つは、前記流動軸に直交する以外の角度である、項目１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目７）
前記流体溜まりのうちの少なくとも１つは、前記流動軸に直交する角度である、項目１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目８）
前記流体溜まりのそれぞれは、開口管路によって前記流動チャネルと流体連通する、項目１〜７のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目９）
前記流体溜まりのうちの少なくとも１つは、前記流動チャネルと流体連通する少なくとも１つのチャネルをさらに備える、項目１〜８のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目１０）
前記デバイスは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、熱硬化性ポリエステル（ＴＰＥ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタンメタクリレート、ポリエチレン、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート、パリレン、ポリ塩化ビニル、フルオロエチルプロピレン、レキサン（ｌｅｘａｎ）、ポリスチレン、環状オレフィンコポリマー、ポリウレタン、ポリアクリレートとブレンドされたポリウレタン、ポリエステルカーボネート、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリアクリレート、ポリカプロラクトン、ポリケトン、ポリフタルアミド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、エポキシポリマー、熱可塑性物質、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリイミド、ガラス、石英、ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ケイ素、溶融シリカ、セラミック、金属、またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、項目１〜９のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目１１）
前記流動チャネルおよび前記複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、疎水性表面を備える、項目１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目１２）
前記ディスク形状本体の少なくとも一部分は、天然に疎水性であるか、または表面処理されたポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、グリコール改質ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、多層材料、またはそれらの組み合わせを含む、項目１〜１１のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目１３）
前記流動チャネルおよび前記複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、親フルオロ性表面を備える、項目１〜１２のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目１４）
前記デバイスには、第１の流体が装填される、項目１〜１３のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目１５）
前記第１の流体は、油を含む、項目１４に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目１６）
前記第１の流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせを含む、項目１４〜１５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目１７）
共通流体リザーバをさらに備え、前記共通流体リザーバは、前記流動チャネルのそれぞれの前記遠位端と流体連通し、前記共通流体リザーバは、前記流体出口ポートと流体連通する、項目３〜１６のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目１８）
前記流体出口ポートは、前記流体入口ポートよりも前記ディスク形状本体の中心の近くに位置する、項目１〜１７のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目１９）
前記流体出口ポートは、前記流体入口ポートよりも前記ディスク形状本体の中心から離れて位置する、項目１〜１７のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目２０）
前記流体出口ポートは、前記流体入口ポートと同等に、前記ディスク形状デバイスの中心の近くに位置する、項目１〜１７のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目２１）
複数のフローセルをさらに備え、各フローセルは、
複数の流動チャネルと、
流体入口ポートと、
流体出口ポートであって、前記流動チャネルの前記遠位端よりも前記ディスク形状本体の前記中心領域の近くに位置する、流体出口ポートと、
を備える、項目１〜２０のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目２２）
複数のフローセルをさらに備える、項目３〜２０のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目２３）
前記フローセルのそれぞれは、複数の流体入口ポート、複数の流体出口ポート、またはそれらの組み合わせを備える、項目２１〜２２のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目２４）
マイクロ流体デバイスに流体を導入するための方法であって、
項目１〜２３のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの第２の流体入口ポートに第２の流体を提供するステップと、
を含む、方法。
（項目２５）
前記マイクロ流体デバイスをその中心軸を中心として回転させて、前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに前記第２の流体を装填するステップをさらに含む、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
前記第２の流体に圧力を印加するステップを含み、前記圧力は、前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルを通じて第２の流体を推し進めるために十分である、項目２４に記載の方法。
（項目２７）
前記圧力は、正圧または負圧である、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
前記第２の流体は、水溶液を含む、項目２４〜２７のいずれか１項に記載の方法。
（項目２９）
前記マイクロ流体デバイスの第１の流体入口ポートに第１の流体を導入するステップをさらに含み、前記第１の流体入口ポートおよび前記第２の流体入口ポートは独立して同じポートまたは異なるポートであり、前記第１の流体は油を含む、項目２４〜２８のいずれか１項に記載の方法。
（項目３０）
前記マイクロ流体デバイスの第３流体入口ポートに第３の流体を導入するステップをさらに含み、前記第１の流体入口ポート、前記第２の流体入口ポート、および前記第３の流体入口ポートは、独立して同じポートまたは異なるポートであり、前記第３の流体は油を含む、項目２４〜２９のいずれか１項に記載の方法。
（項目３１）
前記第３の流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせを含む、項目３０に記載の方法。
（項目３２）
分析システムであって、
項目１〜２３のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイスをその中心軸を中心として回転させるために構成される回転構成要素と、
前記マイクロ流体デバイスの前記流体溜まりのうちの少なくとも１つを光学的に分析するように構成される光学検出構成要素と、
前記回転構成要素と前記光学検出構成要素とを制御するために構成され、かつ前記光学検出構成要素から生成されるデータを記憶するように構成される処理装置と、
を備える、分析システム。
（項目３３）
それぞれ流体を収容することができる複数の流体リザーバをさらに備え、前記複数の流体リザーバは、前記流体を前記マイクロ流体デバイスの前記流体入口ポートに提供するように構成される、項目３２に記載の分析システム。
（項目３４）
前記複数の流体溜まりに熱を付与するように構成される熱制御構成要素をさらに備える、項目３２〜３３のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目３５）
前記熱制御構成要素は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、等温増幅、またはそれらの組み合わせを行うに十分に前記複数の流体溜まりを加熱するように構成される、項目３４に記載の分析システム。
（項目３６）
前記流動チャネルを通じて流体を移動させるように構成される流体導入構成要素をさらに備える、項目３２〜３５のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目３７）
前記流体導入構成要素は、前記流体入口ポートのうちの少なくとも１つと流体連通する圧力源を備え、前記圧力源は、前記流動チャネルを通じて流体を移動させるのに十分な正圧または負圧を印加するように構成され、前記正圧または負圧は、気圧、空気圧、水圧、またはその組み合わせからなる群から選択される、項目３６に記載の分析システム。
（項目３８）
前記流体導入構成要素は、毛管現象、ウィッキング、または遠心力駆動流によって、前記流動チャネルを通って流体を移動させるように構成される、項目３２〜３７のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目３９）
前記光学検出構成要素は、５０ＲＰＭ〜２０００ＲＰＭで回転する前記マイクロ流体デバイスを分析するように構成される、項目３２〜３８のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目４０）
前記光学検出構成要素は、顕微鏡、レーザスキャナ、光ディスクドライブ、またはそれらの組み合わせを備える、項目３２〜３９のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目４１）
前記回転構成要素は、前記マイクロ流体デバイスの回転速度を調節して、前記光学検出構成要素の読出し速度に一致させるように構成される、項目３２〜４０のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目４２）
前記回転構成要素は、前記マイクロ流体デバイスを５０ＲＰＭ〜５０００ＲＰＭで回転させるように構成される、項目３２〜４０のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目４３）
光ディスクドライブをさらに備える、項目３２〜４２のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目４４）
前記光ディスクドライブは、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブ、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）ドライブ、ブルーレイドライブ、もしくはそれらの修正版、またはそれらの組み合わせである、項目４３に記載の分析システム。
（項目４５）
複数のマイクロ流体デバイスを収容、回転、および処理するために構成される、項目３２〜４４のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目４６）
マイクロ流体デバイスであって、
複数のウェルを備えるマイクロウェルプレートを備え、前記ウェルのそれぞれは、
前記ウェルと流体連通する流体入口ポートと、
前記ウェルと流体連通する流体出口ポートと、
流動軸を有する流動チャネルであって、前記流体入口ポートおよび前記流体出口ポートと流体連通する、流動チャネルと、
前記流動チャネルと流体連通し、かつ前記流動軸からずれている複数の流体溜まりと、
を備える、マイクロ流体デバイス。
（項目４７）
前記ウェルのうちの少なくとも１つは、複数の流動チャネルを備える、項目４６に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目４８）
前記ウェルのうちの少なくとも１つは、複数の流体入口ポートを備える、項目４６〜４７のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目４９）
前記ウェルのうちの少なくとも１つは、複数の流体出口ポートを備える、項目４６〜４８のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目５０）
前記複数のウェルは、アレイに配列される、項目４６〜４９のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目５１）
前記複数のウェルは、正方マトリクスアレイに配置される、項目４６〜５０のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目５２）
前記複数のウェルは、２：３または３：４の行対列の比を有する矩形マトリクスアレイに配置される、項目４６〜５０のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目５３）
前記マイクロ流体デバイスは、６、１２、２４、４８、９６、３８４、または１５３６個のウェルを含む、項目４６〜５２のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目５４）
前記流体溜まりのうちの少なくとも１つは、前記流動軸に直交する以外の角度である、項目４６〜５３のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目５５）
前記流体溜まりのうちの少なくとも１つは、前記流動軸に直交する角度にある、項目４６〜５４のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目５６）
前記流体溜まりのそれぞれは、開口管路によって前記流動チャネルと流体連通する、項目４６〜５５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目５７）
前記流体溜まりのうちの少なくとも１つは、前記流動チャネルと流体連通するチャネルを備える、項目４６〜５６のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目５８）
前記デバイスは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、熱硬化性ポリエステル（ＴＰＥ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタンメタクリレート、ポリエチレン、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート、パリレン、ポリ塩化ビニル、フルオロエチルプロピレン、レキサン（ｌｅｘａｎ）、ポリスチレン、環状オレフィンコポリマー、ポリウレタン、ポリアクリレートとブレンドされたポリウレタン、ポリエステルカーボネート、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリアクリレート、ポリカプロラクトン、ポリケトン、ポリフタルアミド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、エポキシポリマー、熱可塑性物質、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリイミド、ガラス、石英、ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ケイ素、溶融シリカ、セラミック、金属、またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、項目４６〜５７のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目５９）
前記流動チャネルおよび前記流体溜まりのうちの少なくとも１つは、疎水性表面を備える、項目４６〜５８のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目６０）
各ウェルは、内チャンバと外チャンバとをさらに備え、前記内チャンバは前記入口ポートと流体連通し、前記外チャンバは前記出口ポートと流体連通する、項目４６〜５９のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目６１）
前記内チャンバおよび前記外チャンバの構成は、前記流動チャネルを通る非円形の流動の方向を創出するのに十分である、項目６０に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目６２）
前記デバイスの少なくとも一部が、天然に疎水性であるか、または表面処理されたポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、グリコール改質ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、または多層材料を含み、前記流動チャネル、前記複数の流体溜まり、またはそれらの組み合わせに疎水性表面を提供する、項目４６〜６１のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目６３）
前記デバイスには、第１の流体が装填され、前記第１の流体は油を含む、項目４６〜６２のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目６４）
前記第１の流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせを含む、項目６３に記載のマイクロ流体デバイス。
（項目６５）
マイクロ流体デバイスに流体を導入する方法であって、
項目１〜２３または４６〜６４のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第１の流体を導入するステップと、
を含む、方法。
（項目６６）
前記第１の流体は、油を含む、項目６５に記載の方法。
（項目６７）
前記油は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される、項目６６に記載の方法。
（項目６８）
マイクロ流体デバイスに流体を導入する方法であって、
項目１〜２３または４６〜６４のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第２の流体を導入するステップと、
を含み、前記第２の流体は水溶液である、方法。
（項目６９）
前記第２の流体は、検体を含み、前記方法は、前記流体溜まりのうちの少なくとも１つ内で前記検体の分析を行うステップをさらに含む、項目６８に記載の方法。
（項目７０）
前記検体は、生物学的材料を含む、項目６９に記載の方法。
（項目７１）
前記生物学的材料は、細胞、細菌、ウイルス、プリオン、核酸、タンパク質、遺伝物質の発現産物、結晶化分子、粒子、またはそれらの組み合わせから選択される、項目７０に記載の方法。
（項目７２）
前記第２の流体は、第１の核酸分子および第２の核酸分子を含み、前記方法は、前記第１の核酸分子を第１の流体溜まりに分配するステップをさらに含み、前記第１の流体溜まりは、前記第２の核酸分子を含まない、項目６８〜７１のいずれか１項に記載の方法。
（項目７３）
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第１の流体を導入するステップをさらに含み、前記第１の流体は、前記第２の流体が前記流動チャネルに導入される前に前記流動チャネルに導入される、項目６５〜６７のいずれか１項に記載の方法。
（項目７４）
前記第１の流体は、油を含む、項目７３に記載の方法。
（項目７５）
前記油は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される、項目７４に記載の方法。
（項目７６）
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第３の流体を導入するステップをさらに含む、項目６５〜７５のいずれか１項に記載の方法。
（項目７７）
前記第３の流体は、前記第２の流体が前記流動チャネルに導入された後に前記流動チャネルに導入される、項目７６に記載の方法。
（項目７８）
前記第１の流体は油であり、前記第２の流体は水溶液であり、前記第３の流体は油である、項目７６または７７のいずれか１項に記載の方法。
（項目７９）
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第４の流体を導入するステップをさらに含む、項目６５〜７８のいずれか１項に記載の方法。
（項目８０）
前記第４の流体は、前記第１の流体が前記流動チャネルに導入された後、かつ前記第２の流体が前記流動チャネルに導入される前に、前記流動チャネルに導入される、項目７９に記載の方法。
（項目８１）
前記第４の流体は、前記第２の流体が前記流動チャネルに導入された後、かつ前記第３の流体が前記流動チャネルに導入される前に、前記流動チャネルに導入される、項目７９または８０のいずれか１項に記載の方法。
（項目８２）
前記第４の流体は、前記第３の流体が前記流動チャネルに導入された後に、前記流動チャネルに導入される、項目７９または８０のいずれか１項に記載の方法。
（項目８３）
前記第１の流体は油であり、前記第２の流体は水溶液であり、前記第３の流体は油であり、前記第４の流体は油であり、前記第１、第３、および第４の流体は、独立して同じであるか互いに異なる、項目７９〜８２のいずれか１項に記載の方法。
（項目８４）
前記油のそれぞれは、独立して、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される、項目８３に記載の方法。
（項目８５）
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第５の流体を導入するステップをさらに含む、項目６５〜８４のいずれか１項に記載の方法。
（項目８６）
前記第５の流体は、前記第２の流体が前記流動チャネルに導入された後に、前記流動チャネルに導入される、項目８５に記載の方法。
（項目８７）
前記第５の流体は、前記第３の流体が前記流動チャネルに導入された後に、前記流動チャネルに導入される、項目８５および８６のいずれか１項に記載の方法。
（項目８８）
前記流動チャネルに第４の流体を導入するステップをさらに含み、前記第４の流体は、前記第１の流体が前記流動チャネルに導入された後、かつ前記第２の流体が前記流動チャネルに導入される前に、前記流動チャネルに導入される、項目８５〜８７のいずれか１項に記載の方法。
（項目８９）
前記第１の流体は油であり、前記第２の流体は水溶液であり、前記第３の流体は油であり、前記第４の流体は油であり、前記第５の流体は油であり、前記第１、第３、第４、および第５の流体は、独立して同じであるか互いに異なる、項目８５〜８８のいずれか１項に記載の方法。
（項目９０）
前記油のそれぞれは、独立して、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される、項目８９に記載の方法。
（項目９１）
マイクロ流体デバイスに流体を導入する方法であって、
項目１〜２３または４６〜６４のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第１の流体を導入するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第２の流体を導入するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第３の流体を導入するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第４の流体を導入するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第５の流体を導入するステップと、
を含み、前記第１の流体は油であり、第２の流体は水溶液であり、第３の流体は油であり、第４の流体は油であり、第５の流体は油であり、前記第１、第３、第４、および第５の流体は独立して同じであるか互いに異なる、方法。
（項目９２）
前記油のそれぞれは、独立して、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される、項目９１に記載の方法。
（項目９３）
前記第１の流体は、前記流動チャネルに導入される初期流体であり、前記第１の流体の後に前記第２の流体が導入され、前記第２の流体の後に前記第４の流体が導入され、前記第４の流体の後に前記第３の流体が導入され、前記第３の流体の後に前記第５の流体が導入される、項目９１〜９２のいずれか１項に記載の方法。
（項目９４）
前記第１の流体は、前記流動チャネルに導入される初期流体であり、前記第１の流体の後に前記第４の流体が導入され、前記第４の流体の後に前記第２の流体が導入され、前記第２の流体の後に前記第３の流体が導入され、前記第３の流体の後に前記第５の流体が導入される、項目９１〜９２のいずれか１項に記載の方法。
（項目９５）
マイクロ流体デバイスに流体を導入する方法であって、
項目１〜２３または４６〜６４のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第１の流体を導入するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第２の流体を導入するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第３の流体を導入するステップと、
必要に応じて前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第４の流体を導入するステップと、
必要に応じて前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第５の流体を導入するステップと、
を含み、前記第１の流体は油であり、前記第２の流体は水溶液であり、前記第３の流体は油であり、前記第４の流体は油であり、前記第５の流体は油であり、前記第１、第３、第４、および第５の流体は、独立して同じであるか互いに異なる、方法。
（項目９６）
前記第１の流体は、最初に導入され、前記第１の流体の後に前記第２の流体が導入され、前記第２の流体の後に前記第４の流体が導入され、前記第４の流体の後に前記第３の流体が導入され、必要に応じて前記第３の流体の後に前記第５の流体が導入される、項目９５に記載の方法。
（項目９７）
前記第１の流体は、最初に導入され、前記第１の流体の後に第４の流体が導入され、前記第４の流体の後に前記第２の流体が導入され、前記第２の流体の後に前記第３の流体が導入され、必要に応じて第３の流体の後に前記第５の流体が導入される、項目９５に記載の方法。
（項目９８）
前記流動チャネルへの流体導入のシーケンスは、
（ａ）油、水溶液、および油、
（ｂ）油、油、水溶液、油、および油、
（ｃ）油、油、水溶液、および油、または
（ｄ）油、水溶液、油、および油、から選択され、前記油のそれぞれの組成は独立して同じであるか異なる、項目６５〜９７のいずれか１項に記載の方法。
（項目９９）
前記シーケンスの任意の時点で、油または水溶液から選択される１つまたはそれを上回る追加の流体を導入することをさらに含む、項目９８に記載の方法。
（項目１００）
前記流動チャネルに導入される前記第１の流体が油である、項目６５〜９９のいずれか１項に記載の方法。
（項目１０１）
前記流動チャネルに導入される前記第１の流体は、水溶液でない、項目６５〜１００のいずれか１項に記載の方法。
（項目１０２）
前記流体は、気圧、空気圧、水圧、またはそれらの組み合わせから選択される流体圧を印加することで前記流動チャネルに導入され、前記流体圧は陽流体圧または陰流体圧である、項目６５〜１０１のいずれか１項に記載の方法。
（項目１０３）
前記流体は、毛管現象またはウィッキングによって前記流動チャネルに導入される、項目６５〜１０１のいずれか１項に記載の方法。
（項目１０４）
前記流体は、遠心力駆動流によって前記流動チャネルに導入される、項目６５〜１０１のいずれか１項に記載の方法。
（項目１０５）
前記流体を、前記マイクロ流体デバイスの前記流体入口ポートを介して前記流動チャネルに導入するステップをさらに含む、項目６５〜１０３のいずれか１項に記載の方法。
（項目１０６）
前記流体は、前記マイクロ流体デバイスの前記流体溜まりを介して前記流動チャネルに導入される、項目６５〜１０５のいずれか１項に記載の方法。
（項目１０７）
前記複数の流体溜まり内でデジタルポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を実行するステップをさらに含む、項目７０〜１０６のいずか１項に記載の方法。
（項目１０８）
前記複数の流体溜まり内で等温増幅を実行するステップをさらに含む、項目７０〜１０６のいずれか１項に記載の方法。
（項目１０９）
前記検体は、前記流体溜まり内で結晶化される、項目６９〜１０６のいずれか１項に記載の方法。
（項目１１０）
前記検体は、悪性表現型を発現する細胞、胎児細胞、循環内皮細胞、腫瘍細胞、ウイルスに感染した細胞、対象とする遺伝子でトランスフェクトした細胞、免疫細胞の亜型、または自己免疫もしくは自己反応性障害に罹患した患者の末梢血中に存在するＴ細胞もしくはＢ細胞から選択される、少なくとも１つの希少細胞を含む、項目６９〜１０６のいずれか１項に記載の方法。
（項目１１１）
前記第１の流体を第１の流体入口ポートに、および前記第２の流体を第２の流体入口ポートに導入するステップをさらに含み、前記第１の流体入口ポートおよび前記第２の流体入口ポートは同じポートまたは異なるポートである、項目６８〜１１０のいずれか１項に記載の方法。
（項目１１２）
前記第３の流体を第３の流体入口ポートに、前記第４の流体を第４の入口ポートに、および前記第５の流体を流体入口ポートに導入するステップをさらに含み、前記第３の流体入口ポート、前記第４の流体入口ポート、および前記第５の流体入口ポートは独立して同じポートまたは異なるポートであり、前記第３の流体入口ポート、前記第４の流体入口ポート、および前記第５の流体入口ポートは独立して前記第１の流体入口ポートならびに前記第２の流体入口ポートと同じまたは異なるポートである、項目１１１に記載の方法。
（項目１１３）
分析システムであって、
項目１〜２３または４６〜６４のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイスを受容するように構成されるチャンバと、
前記流動チャネルを通じて流体を推し進めるために十分な圧力を前記流動チャネルに印加するように構成される流体加圧装置と、
前記マイクロ流体デバイスの前記流体溜まりのうちの少なくとも１つを光学的に分析するための光学検出構成要素と、
前記光学検出構成要素を制御するように構成され、かつ前記光学検出構成要素から生成されるデータを記憶するように構成される処理装置と、
を備える、分析システム。
（項目１１４）
分析システムであって、
項目１〜２３または４６〜６４のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイスを受容するように構成されるチャンバと、
流動チャネルの少なくとも一部を通って流体を導入するように構成される流体導入構成要素と、
流体溜まりを光学的に分析するように構成される光学検出構成要素と、
前記光学検出構成要素を制御するように構成され、かつ前記光学検出構成要素から生成されるデータを記憶するように構成される処理装置と、
を備える、分析システム。
（項目１１５）
前記流体導入構成要素は、複数の流動チャネルのうちの少なくとも１つを通じて流体を動かすように構成される、項目１１４に記載の分析システム。
（項目１１６）
流体導入構成要素は、気圧源、空気圧源、水圧源、またはそれらの組み合わせから選択され、前記流体導入構成要素は、流体を流動チャネルに流動させるのに十分な正圧または負圧の源を含む、項目１１４〜１１５のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目１１７）
前記流体導入構成要素は、前記流体を、毛管現象、ウィッキング、遠心力、またはそれらの組み合わせによって、少なくとも部分的に流動チャネルを通って動かすように構成される、項目１１４〜１１６のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目１１８）
前記光学検出構成要素は、複数の流体溜まりを光学的に分析するように構成される、項目１１４〜１１７のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目１１９）
前記流体溜まりのうちの少なくとも１つに熱を付与するように構成される熱制御構成要素をさらに備える、項目１１４〜１１８のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目１２０）
前記光学検出構成要素は、撮像デバイス、光ディスクドライブ、レーザスキャナ、またはそれらの組み合わせを備える、項目１１４〜１１９のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目１２１）
流体を収容するための複数の流体リザーバをさらに備え、前記複数の流体リザーバは前記マイクロ流体デバイスの前記流体入口ポートに前記流体を提供するように構成される、項目１１４〜１２０のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目１２２）
第２の流体リザーバおよび第３の流体リザーバをさらに備え、前記第２の流体リザーバは第２の流体を含み、前記第３の流体リザーバは第３の流体を含み、前記第２の流体は水溶液を含み、前記第３の流体は油を含む、項目１１３〜１２１のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目１２３）
前記マイクロ流体デバイスには、第１の流体および前記第２の流体が装填され、前記第１の流体は油を含む、項目１１４〜１２２のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目１２４）
前記光学検出構成要素は、流体溜まり内に存在する検体を検出するように構成される、項目１１４〜１２３のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目１２５）
前記光学検出構成要素および前記処理装置は、前記流体溜まりのうちの少なくともいくつかにおける水溶液の体積を決定するように構成される、項目１１４〜１２４のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目１２６）
前記流体溜まりのそれぞれは、開口管路を通して流動チャネルと流体連通する、項目１１３〜１２５のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目１２７）
前記流体溜まりのうちの少なくとも１つは、前記流動チャネルと流体連通する少なくとも１つチャネルを備える、項目１１３〜１２６のいずれか１項に記載の分析システム。
（項目１２８）
装置であって、
流動軸と、上流端と、下流端とを有する流動チャネルと、
前記流動チャネルと流体連通し、かつ前記流動軸からずれている複数の流体溜まりと、
を備え、前記流体溜まりのそれぞれは、上流端および下流端を有し、前記流動チャネルは、前記流体溜まりそれぞれの上流または下流に位置決めされる収縮部を備える、装置。
（項目１２９）
前記収縮部は、前記流動チャネルの最大幅のおよそ３分の１の幅である、項目１２８に記載の装置。
（項目１３０）
前記複数の流体溜まりは、前記流動チャネルを備える前記デバイスの面の下または上の面に位置決めされる、項目１２８に記載の装置。
（項目１３１）
前記流動チャネルは、第２の流体の源、および前記第２の流体とは混合しない第３の流体の源と流体連通している、項目１２８〜１３０のいずれか１項に記載の装置。
（項目１３２）
前記流動チャネルまたは前記複数の流体溜まりのいずれか１つには、第１の流体が装填され、前記第１の流体は、油である、項目１２８〜１３１のいずれか１項に記載の装置。
（項目１３３）
前記流体溜まりのそれぞれは、前記下流端上でテーパー状である、項目１２８〜１３２のいずれか１項に記載の装置。
（項目１３４）
前記流動チャネルの幅と流体溜まりの幅との差は、前記流体溜まりの幅の０．００１〜１．５倍の間である、項目１２８〜１３３のいずれか１項に記載の装置。
（項目１３５）
流体溜まりの高さは、前記流動チャネルの高さよりも大きい、項目１２８〜１３４のいずれか１項に記載の装置。
（項目１３６）
流体溜まりの長さは、前記流体溜まりの幅よりも大きい、項目１２８〜１３５のいずれか１項に記載の装置。
（項目１３７）
第１の流体溜まりの前記下流端および第２の流体溜まりの前記上流端は、ある距離で離されており、前記距離は、前記第１の流体溜まりの長さの０．１〜３倍の間である、項目１２８〜１３６のいずれか１項に記載の装置。
（項目１３８）
前記流動チャネルの幅は、流体溜まりの幅よりも大きく、流体溜まりの下流端は、別の流体溜まりの前記上流端に重ならない、項目１２８〜１３７のいずれか１項に記載の装置。
（項目１３９）
項目１〜２３および４６〜６４のいずれか１項に記載のデバイスを備える、装置。

（参照による援用）
本明細書において述べられる全ての刊行物、特許、および特許出願は、それぞれ個々の刊行物、特許、または特許出願が、参照によって援用ことが具体的かつ個々に示されるのと同じ程度に参照によって本明細書に援用される。

本発明の特徴および利点のより深い理解は、本発明の原則が用いられる、例示的な実施形態を説明する以下の詳細な説明と、添付の図面とを参照することによって得られる。

図１ａは、一般的な自己デジタル化（ＳＤ）設計構成要素の概観概略図の実施例を示す。これらは、例えば、出口リザーバ（共通流体リザーバ）１、入口／入口リザーバ２、出口３、入口チャネル４、分岐要素５、主充填チャネル６、流体溜まり７、排液チャネル８、出口チャネル９、および抵抗器チャネル１０を含み得る。図１ｂは、本発明の実施形態によるデバイスの簡略版を表す。 図２ａ−２ｂは、各主チャネルの片側に流体溜まりを伴う（図２ａ）および各主チャネルの両側に流体溜まりを伴う（図２ｂ）、潜在的デバイスレイアウトを示す簡略化概略図を提供する。図２ｃ−２ｄは、両側に流体溜まりを伴うデバイスを示す。図２ｃは、デバイスの一実施形態のデバイスマスタの領域の明視野画像を示す。図２ｄは、デバイス設計の一実施形態のデジタル化アレイの蛍光画像を示す。 図３Ａは、主チャネルの底部（または流体溜まり／チャネルもしくはチップが上下反転している場合は上部）に位置決めされた流体溜まりを伴うＳＤチップにおけるデジタル化のスキームを表す。図３Ｂは、主チャネルの側面および底部に流体溜まりを伴うデバイスの概略的比較を表す。暗領域は、流体溜まりおよびチャネルが重なる領域を示す。図３Ｃ−３Ｅは、底部流体溜まりを伴うデバイス設計の種々の実施形態を表す。 図４ａ−４ｅは、主チャネルと流体溜まりとの間の異なる接続幾何形状および主チャネル内の異なる特徴を表す。流体溜まりは、主チャネルと重なり得るか（図４ａ）、主チャネルと同一平面であり得るか（図４ｂ）、または主チャネルからの突出を介して接続し得る（図４ｃ）。さらに、主チャネルの同側（図４ｄ）または主チャネルの反対側（図４ｅ）にくぼみが存在し得る。 図５ａ−５ｅは、本発明の自己デジタル化プロセスの段階的シーケンスの実施例を表す。図５ａは、油および試料によるデバイスの充填が入口まで装填されていることを示す。図５ｂは、試料をチャネルに追い込むための力の使用を示し、試料が流体溜まりに自然に分配する。図５ｃは、チャネルを通じて試料を追跡し、流体溜まり内ではなく、チャネル内の液体を置換する追加の油を表す。図５ｄは、結果として得られる個々の単離された試料を示す。図５ｅは、単一の流体溜まりの装填のための概略的機構を示す。流体溜まりはチャネルより深く、試料を流体溜まりに追い込み、それを収容した状態で保持するのを助ける。「グリークキー」（ＧＫ）ドレインを使用し、流体溜まりからの油の置換を助け、試料装填速度を増加させる。 図６ａ−６ｋは、本発明の種々の実施形態による排液／ＧＫチャネルの実施例を示す。 図７ａ−７ｃは、本発明の実施形態による、制限を含む主チャネルの底部に流体溜まりを伴うデバイス設計からの例示的結果の要約を示す。 図８ａ−８ｄは、本発明の実施形態による、収縮された主チャネルの底部に流体溜まりを伴うデバイスに対する、スケールアップを含む例示的結果の要約を提供し、流体溜まりは先細幾何形状を有する。 図９ａ−９ｃは、本発明の実施形態による、より多数の流体溜まりへのスケールアップに関する追加の研究を示す。 図１０ａ−１０ｂは、チャネルの底部に流体溜まりを伴うデバイス設計を表す。図１０ａは、流体溜まりのアレイが、ｎ個の流体溜まりを含む主チャネルセグメントの平行充填によって創出されることを示す。主チャネルは、分岐点を通じて単一入口および単一出口に接続される。図１０ｂは、別の実施形態が、流量絞り部がチャネル間の流動を均一に保持するのを助ける抵抗器として機能している各チャネルを伴う大きな出口リザーバに個々に接続する各主チャネルを有することを表す。 図１１ａ−１１ｄは、本発明の種々の実施形態による、いくつかの異なる設計に対するデバイスマスタおよび装填されたデバイスの画像を提供する。 図１２ａは、半径方向に位置決めされた流体溜まりを伴い（デバイスのディスク形状本体の外縁に垂直な主チャネルを伴い）、かつ入口ポートの近くの内部位置に位置決めされた１つまたは複数の出口ポートを伴い、個々のチャネル出口を有する遠心設計を表す。拡大表示は、排液チャネルの設計を示す。図１２ｂは、ＰＣＲミックスで充填されたデバイスの蛍光画像を示す。図１２ｃは、食用色素を含有するＰＣＲミックスで充填されたデバイスの明視野画像を示す。 図１３ａは、（互いに平行な主チャネルを伴う）線形アレイで位置決めされた流体溜まりを伴い、入口ポートの近くの内部位置に位置決めされた１つまたは複数の出口ポートを伴い、再接続チャネル出口を有する遠心設計を表す。拡大表示は、排液チャネルの設計を示す。図１３ｂは、ＰＣＲミックスで充填されたデバイスの蛍光画像を示す。図１３ｃは、食用色素を含有するＰＣＲミックスで充填されたデバイスの明視野画像を示す。 図１４ａは、主チャネルに対して４５°の角度であり、（互いに平行な主チャネルを伴う）線形アレイで位置決めされた流体溜まりを伴い、かつ入口ポートの近くの内部位置に位置決めされた１つまたは複数の出口ポートを伴い、再接続チャネル出口を有する遠心設計を表す。拡大表示は、排液チャネルの設計を示す。図１４ｂは、ＰＣＲミックスで充填されたデバイスの蛍光画像を示す。図１４ｃは、食用色素を含有するＰＣＲミックスで充填されたデバイスの明視野画像を示す。 図１５は、多数の試料を同時に装填することができる遠心に基づく充填機構を含むデジタルＰＣＲを行うための例示的概略図を表す。試料は、デバイスの内部にある入口に装填される。デバイスの回転中、遠心力が試料をチャネルおよび流体溜まりに追い込み、単離された溜まりのいくつかのアレイをもたらす。熱循環およびＰＣＲ増幅後、個々のアレイは、装填された試料に基づいて固有の結果を付与する。 図１６は、遠心デバイスの外部または外縁（上列）に出口を配置することに対する潜在的欠点を示す概略図を表す。内部出口（下列）は、全ての溶液をデバイス内に保持し、流体溜まりが崩壊する前に、流体流動を減速し、次に停止させる自己計量の役割を果たす。 図１７Ａは、遠心ＳＤデバイスをスピンさせるための、カスタムメイドの挿入具を伴うベンチトップ遠心分離器を示す。図１７Ｂ−１７Ｅは、装填の開始時（１７Ｂ）、装填中（図１７Ｃおよび１７Ｄ）、ならびに装填後（図１７Ｅ）のデバイスの時系列を示す。 図１８Ａおよび１８Ｂは、コンパクトディスク（ＣＤ）スケール多重化デバイスに対する２つの例示的アレイを示す。図１８Ａは、比較的大きな試料体積が処理されるために高感度用途に有用な２４組の３０４×２００ｎＬの流体溜まりのアレイを表す。図１８Ｂは、より高い分解能用途に有用な４８組の６，０５０×０．５ｎＬの流体溜まりアレイを表す。 図１９ａは、８組の１０２４×約４ｎＬの流体溜まりを備える、プロトタイプデバイスを示す。図１９ｂは、デバイス入口の例示的概略図を表す。 図２０は、本発明の実施形態による、多重ディスクを一度に装填して熱循環し、次にそれらを急速に撮像することができる高スループット器具の例示的設計を表す。 図２１Ａ−２１Ｃは、光ディスク型装填および撮像システムを図示する。図２１Ａは、ＳＤベースの装填および撮像システムのテンプレート／モデルとして機能するであろう光ディスク動作／追跡システムを示す。図２１Ｂは、装填および撮像システムのブレッドボードスケール設計を表す。図２１Ｃは、既存の光ディスクシステムの動作制御構成要素を組み込む、より小型のシステムを表す。 図２２Ａは、ＳＤ実験を行うための９６−ウェルプレートフォーマットと適合性がある流体溜まりアレイ設計を表す。 図２２Ｂ−２２Ｃは、各ウェルが、入口として機能する内部領域と、出口として機能する外部領域とを有するため、市販の既存の自動９６−ウェルプレート装填システムと適合性があるであろうことを表す。流体溜まりアレイは、ウェルの下に位置決めされ、容量が約８０ｐＬである１０，０００超の流体溜まりが、９６−ウェルプレートの１つのウェルの底面積内に適合する。 図２２Ｂ−２２Ｃは、各ウェルが、入口として機能する内部領域と、出口として機能する外部領域とを有するため、市販の既存の自動９６−ウェルプレート装填システムと適合性があるであろうことを表す。流体溜まりアレイは、ウェルの下に位置決めされ、容量が約８０ｐＬである１０，０００超の流体溜まりが、９６−ウェルプレートの１つのウェルの底面積内に適合する。 図２３は、遠心ＳＤ装填、撮像、および分析プロトタイプシステムを表す。 図２４ａは、８×アレイの図１３の遠心設計の概略図を表す。図２４ｂは、図１２および１３の両方の設計を含む８×デバイスを充填することからの結果を示す。 図２５ａは、１，０２４−流体溜まりチップにおける試料デジタル化の蛍光画像シーケンスを表す。図２５ｂは、液滴破壊前（ｔ_０）、破壊中（ｔ_１）、および破壊後（ｔ_２）の３次元油中水混相流ＣＦＤ分析による流体溜まり充填の実施例を表す。図２５ｃ−ｅは、異なる設計パラメータの特徴、具体的には正規化した主チャネルのオーバーハング（Ｗ／ｗ）（図２５ｃ）、正規化した流体溜まり間の間隔（δ／ｗ）（図２５ｄ）、ならびに流動方向に関する流体溜まりのアスペクト比（ｌ／ｗ）、および充填効率に対するその効果（ｆ_{ｔｏｔａｌ}）と試料保持比（Ｒ_{ｔｏｔａｌ}）（図２５ｅ）を要約する。図２５ｆは、Ｒ_{ｔｏｔａｌ}に基づいて１，０２４個の流体溜まりを用いるオンチップ研究からのＣａに関する流体溜まり内の試料保持の傾向を示す複合結果を示す。図２５ｇは、異なるＨ_ｍを用いるパラメトリックＣＦＤ研究からの結果を示す（白色記号＝２５μｍ、灰色記号＝５０μｍ）。

（発明の詳細な説明）
本発明は、例えば、試料体積の離散化および操作における使用のためのデバイス、システム、および装置を提供する。関連方法も提供される。

いくつかの実施形態では、本発明は、頑強かつ多用途である、試料体積の離散化（デジタル化とも呼ばれる）、操作、および分析のための方法、システム、デバイス、および装置を提供する。いくつかの側面では、流体デバイスは、流体力間の相互作用、界面張力、チャネル幾何形状、形成された液滴および／または離散化された容量の最終安定性を利用することによって試料を分配することができる。これらの区画化された体積は、試料の単離と、続いて操作され、分析され得る局在化アレイへの分配とを可能にする。本発明のデバイスは、種々の方法を使用し、例えば、遠心力または流体圧のいずれかまたは両方を用いて充填され得る。

本発明のいくつかの実施形態は、化学物質、生化学物質、遺伝物質、または生物学的細胞を含むが、これらに限定されない、種の分析のための方法および装置を含むことができ、流体格子を使用して流体パケットを形成する。本発明の実施形態の可能な用途は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、核酸配列ベース増幅（例えば、ループ介在等温増幅（ＬＡＭＰ）および核酸配列ベース増幅（ＮＡＳＢＡ））、タンパク質および小分子の結晶化、ならびに生物学的液中に存在する細胞（例えば、希少細胞もしくは単細胞）または生物学的粒子（例えば、単離ミトコンドリア）の分析を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、本発明のデバイス、方法、およびシステムは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、逆転写酵素ＰＣＲ（ＲＴ−ＰＣＲ）、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、ループ介在性増幅（ＬＡＭＰ）（ＲＴ−ＬＡＭＰ）、ヘリカーゼ依存性増幅（ＨＤＡ）（ＲＴ−ＨＤＡ）、リコンビナーゼポリメラーゼ増幅（ＲＰＡ）（ＲＴ−ＲＰＡ）、および／または鎖置換増幅（ＳＤＡ）（ＲＴ−ＳＤＡ）に使用され得る。特定の実施形態では、本発明のデバイス、方法、およびシステムは、核酸配列ベース増幅（ＮＡＳＢＡ）、転写介在性増幅（ＴＭＡ）、自家持続配列複製（３ＳＲ）、および単一プライマー等温増幅（ＳＰＩＡ）に使用され得る。使用され得る他の技法は、例えば、シグナル介在性増幅ＲＮＡテクノロジー（ＳＭＡＲＴ）、ローリングサークル増幅（ＲＣＡ）、超分岐ローリングサークル増幅（ＨＲＣＡ）、指数的増幅反応（ＥＸＰＡＲ）、スマート増幅（ＳｍａｒｔＡｍｐ）、等温およびキメラプライマーで開始された核酸増幅（ＩＣＡＮＳ）、ならびに多置換増幅（ＭＤＡ）を含む。

いくつかの側面では、本発明は、多種多様な異なる用途および分析方法に適するように調整され得る試料体積の離散化および操作のためのデバイスを含む。デバイスの構成要素は、例えば、隣接した試料区画のアレイと並ぶ主チャネルまたは流動チャネル（単数または複数）を含み得る。「主チャネル」および「流動チャネル」という用語は、本明細書において交換可能に使用される。一実施形態では、試料区画は、主チャネル上に位置決めされ、その側面に接続することができ、また側方溜まり設計（ｓｉｄｅ−ｈａｒｂｏｒ ｄｅｓｉｇｎ）とも呼ばれ得る。別の実施形態では、試料区画は、主チャネルの底部または上部にあり得、底部溜まり設計（ｂｏｔｔｏｍ−ｈａｒｂｏｒ ｄｅｓｉｇｎ）とも呼ばれ得る。主チャネルおよび試料区画の寸法は、離散化試料の体積、区画位置、および全アレイサイズを画定するために異なり得る。流動チャネルと流体連通する試料区画またはチャンバは、以降「流体溜まり」とも呼ばれる。これらの流体溜まりは、主チャネルを通る流動軸からずれる可能性があり、流体パケットが溜まり内で形成され得るように、チャネル内の流動からのシェルターを提供するチャネルに沿って位置し得る。

本明細書で使用される場合、「と流体連通する」という用語（およびその変型）は、構成要素間の流体経路の存在を指し、いかなる中間構造もしくは構成要素の存在も暗示または除外せず、経路が常に開いているか、もしくは流体流動に使用可能であることも暗示しない。

（試料体積の自己デジタル化のためのデバイスおよび装置）
特定の実施形態では、本開示の発明は、複数のチャネルと、流体溜まりと、リザーバとを備えるデバイスおよび装置を含む。図１ａを参照すると、本発明のデバイスは、例えば、少なくとも１つの入口（２）または出口（３）の近傍に油または水性試料を保管するために使用される大きなチャンバを含み得る、リザーバ（１）を含み得る。リザーバは、設計に応じて随意である。デバイスは、多種の流動チャネルを含むこともできる。例えば、入口チャネル（単数また複数）（４）は、種々の流体および試料がチップ上に導入され得る場所である。分岐要素（５）をまた使用して流体を分配し、多くの流動チャネルと流体溜まりの組を同時にサンプリングすることもできる。主充填チャネル（６）は、試料を流体溜まり（７）に送達することができ、流体溜まりと直接接触することができる。いくつかの実施形態では、主チャネルは、流体流動を方向付け、それを流体溜まりと接続するのを助けるための特徴（例えば、くぼみまたは突出）を有し得る。主チャネルと流体溜まりとの間の接続はまた、主チャネルに対する流体溜まりの形状、ずれ、および配向によっても異なり得る。排液チャネル（８）は、より小さく、流体溜まりから主充填チャネルに接続して充填中に油を排出するための経路を提供することができる。排液チャネルは、必ずしも必要ではなく、異なる複雑性を有し得、１つまたはそれを上回る排液接合部が所定の流体溜まりに接続されている。チャネルの側方に流体溜まりを伴ういくつかの実施形態は、排液チャネルを利用する一方、チャネルの底部／上部に流体溜まりを伴う実施形態は利用しない。出口チャネル（９）は、任意の過剰な試料または油を流体溜まりから出口または出口リザーバに送達することができる。それらは、主チャネル間のより均一な流動の確立を助けるために「抵抗器」チャネル（１０）を含み得る。それらは、出口（リザーバ）に脱分岐的に一緒に接続するか、または個々に接続するかのいずれかであり得る。いくつかの実施形態では、流体溜まりは、例えば、主チャネルおよび任意の排液チャネルの両方に接続され得る。図１ｂは、本発明のデバイスの簡略版を表す。

いくつかの側面では、流体溜まりはまた、流体溜まりとチャネルとの間の幾何的差異によって、および流体溜まりとチャネルとの間の位置的差異に起因して試料を離散化するように機能することもできる（例えば、流体溜まりは、チャネルからずれ得る）。

特定の実施形態では、流体溜まり寸法のうちの１つまたはそれを上回るものは、主チャネルにおける対応寸法よりも大きい。そのような実施形態では、流体溜まり寸法と流動チャネルの対応する寸法との間の差異は、デバイスに装填される水溶液の、より大容量の流体溜まりへの拡張を促進する。理論に束縛されるものではないが、流体溜まり内のより大きな寸法が、主チャネル内のそれらに対して２つの流体間の界面エネルギーを低下させるため、この拡張は、自発的に発生すると考えられる。

流動チャネルの上または下に流体溜まりを備える特定の実施形態では、流体溜まりの垂直寸法または高さは、チャネルの高さより大きい。主チャネルの側方に流体溜まりを伴う実施形態の場合、流体溜まりの垂直寸法および水平寸法の両方は、同じ流動チャネル寸法よりも大きい可能性がある。

特定の実施形態では、流体溜まりのうちの１つの下流端と、下流流体溜まりの上流端との間の間隔は、流体溜まりの長さの０．１倍〜３．０倍である。特定の好ましい実施形態では、流体溜まりのうちの１つの下流端と、下流流体溜まりの上流端との間の間隔は、０．１〜１である。

特定の実施形態では、流動チャネルの幅は、流体溜まりの幅よりも大きい。特定のさらなる実施形態では、流動チャネルの幅と流体溜まりの幅との間の差は、流体溜まりの幅の０．００１倍〜３倍である。特定の好ましい実施形態では、流動チャネルの幅と流体溜まりの幅との間の差は、流体溜まりの幅の０．０１倍〜１．５倍である。

流体溜まりは、多くの異なる配向で位置決めされ得る。特定の実施形態では、流体溜まりは、主チャネルの上部／底部に接続される。他の実施形態では、流体溜まりは、主チャネルの側方に接続される。特定の実施形態では、流体溜まりの「長」軸は、依然として主軸と平行しているが、溜まりは流動チャネルからずれている。（「長」軸は、流体溜まりの最長寸法の方向を指す）。特定のさらなる実施形態では、長軸対短軸の比は、１〜５である。

主チャネルの上部／底部に流体溜まりを伴う実施形態の場合、垂直寸法は増加され得る。主チャネルの側方に流体溜まりを伴う実施形態の場合、垂直寸法および水平寸法の両方が増加し得る。特定の実施形態では、流体溜まりは、主チャネルの１つの側方のみに位置する。他の実施形態では、流体溜まりは、例えば、図２ｂに示されるように、主チャネルの２つの側方に位置し得る。主チャネルの２つの側方に流体溜まりを有することは、側方および底部溜まり設計の両方に適用することができ、特定の実施形態では、流体溜まりは、３つまたは４つの側方に位置決めされ得る。流体溜まりは、断面が円形、楕円形、正方形、長方形、三角形であるか、またはいくつかの他の多角形寸法を有する形状を含むが、これらに限定されない、種々の幾何形状をとり得る。流体溜まりは、丸い角または面取り角を有することもでき、非対称形状であり得る。

流体溜まりは、多くの異なる配向で位置決めされ得る。特定の実施形態では、流体溜まりは、主チャネルの上部／底部に接続される。他の実施形態では、流体溜まりは、主チャネルの側方に接続される。特定の実施形態では、流体溜まりの「長」軸は、依然として主軸と平行しているが、溜まりは流動チャネルからずれている。（「長」軸は、流体溜まりの最長寸法の方向を意味する）。他の実施形態では、溜まりの「長」軸は、主チャネルに垂直である。他の実施形態では、「長」軸は、主流動軸に対していくらかの他の角度で位置決めされる。流体溜まりは、溜まりの中心と流動チャネルの中心線との間に引かれた線が、チャネル壁とその中心線との間の最短距離よりも長い場合、流動チャネルを通る流動軸からずれていると言うこともできる。

いくつかの実施形態では、主チャネルは、一定の長方形断面を有し得る。特定の実施形態では、流動チャネル内の追加の収縮または拡張特徴を使用し、流体溜まりへの試料の輸送を促進し、溜まり内の試料を離散化することができる。例えば、図３Ａおよび３Ｂは、デバイス内の流動チャネルの上または下に位置決めされ得る流体溜まりを示す。図３Ｃ−３Ｅに示されるように、例えば、流体溜まりおよび／または流動チャネルは、所望の適用により種々の寸法を有するように設計され得る。特定の実施形態では、流体溜まりは、流動チャネルと重なり得（例えば、図４ａを参照）、他の実施形態では、流体溜まりは、チャネル壁と同一平面であり得（例えば、図４ｂを参照）、また他の実施形態では、流体溜まりは、突出によって流動チャネルに接続され得る（例えば、図４ｃを参照）。代替として、またはこれらの接続に加えて、チャネル内のくぼみは、事実上、チャネルの主軸に対する流体溜まりの位置を調整することなく、チャネルとの重なり、またはチャネルおよび流体溜まりの突出もしくは同一平面合わせの使用を再現することができる。特定の実施形態では、チャネル内のこれらの追加のチャネル特徴（例えば、くぼみまたは突出）を使用して流動を再方向付ける、および／または流体溜まりの単離を助ける。くぼみおよび突出は、特定の性能要件に適するように種々の形状およびサイズを有し得る。側方溜まり設計等の特定の実施形態では、これらの特徴は、流体溜まりとの接続としてチャネルと同じ側にあり得る（例えば、図４ｄを参照）。いくつかの実施形態では、収縮または拡張特徴は、チャネルの反対側に位置し得る（例えば、図４ｅを参照）。他の実施形態では、他の流動チャネル側方にも同様に特徴が存在し得る。底部溜まり設計等の特定の実施形態では、収縮または拡張特徴は、底部溜まりに隣接するが、チャネルの平面内であり得る（例えば、図３Ｄおよび３Ｅを参照）。

改善された装填を支援するために、本発明は、例えば、中心領域および外縁を有する本体（例えば、ディスク形状本体）を含み得るマイクロ流体デバイスも含む。本体は、中心軸を中心として回転するために構成されることができ、種々の構成要素を含み得る。本体は、種々の形状を有し得る。例えば、本体は、一般にディスク形状であり得る。ディスク形状本体は、円形、扁円形、楕円形、正方形、または長方形であり得る。本体は、軸を中心とした回転を可能にするようにディスク形状本体内に置かれ得る軸（例えば、中心軸）を有し得る。

いくつかの側面では、マイクロ流体デバイスは、１つまたはそれを上回る流体入口ポートを含み得る。流体入口ポートは、ディスク形状本体の中心領域に位置し得る。デバイスは、１つまたはそれを上回る流動チャネルも含み得る。流動チャネルは、近位端、遠位端、および流動軸を含み得る。流動チャネルは、流体入口ポートと流体連通することもできる。いくつかの実施形態では、流動チャネルの近位端は、中心領域の近くにあるか、または近接し、遠位端は、本体の外縁の近くに位置する。本体の中心領域内の流体入口ポートの位置は、例えば、ディスク本体のスピン時に、流体が流動チャネル内およびディスク形状本体の外縁に向かって方向付けられるように設計され得る。代替として、例えば、圧力負荷によって流体をチャネルに装填するための他の方法を使用することもできる。デバイスは、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりをさらに含み得る。流体溜まりは、下記でより詳細に説明される。

本発明のマイクロ流体デバイスは、１つまたはそれを上回る流体出口ポートを含むこともできる。流体出口ポートは、流動チャネルと流体連通し得る。いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る流体出口ポートは、流動チャネルの遠位端よりもディスク形状本体の中心領域の近くに位置し得る。流体出口ポートの位置は、流体による流動チャネルおよび流体溜まりの装填に影響を及ぼし得る。いくつかの実施形態では、出口は、入口の同じ半径位置にあり得るか、または入口よりもデバイスの外部もしくは縁部の近く、またはさらに入口よりもデバイスの内部もしくは中心部の近くにあり得る。ディスク形状本体の外縁の近くではなく、中心領域内に位置する出口を有することは、例えば、流動チャネルおよび流体溜まりを装填するための追加の制御レベルを提供し得る。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるデバイスは、円形形状を有することができ、例えば、デバイス内のチャネルの充填のために回転されるように構成され得る、ディスク形状本体を有することができる。いくつかの側面では、デバイスの中心領域および外縁は、円形ディスク形状本体の半径により画定され得る。ディスク形状本体は、本体の中心から本体の外縁まで延在する半径を有し得る。本体の中心領域は、本体の半径に沿った位置によって画定され得る。例えば、中心領域は、円形ディスク本体内の円であり得る。いくつかの実施形態では、中心領域は、ディスク形状本体の死点、例えば、円の死点を含み得る。ディスク本体の中心から外縁までの半径が、長さ１である場合、中心領域は、長さ１のその半径のパーセンテージまたは比率によって画定され得る。特定の側面では、ディスク本体上の中心領域は、長さ１の半径の約０〜約０．８未満、約０．０１〜約０．８未満、約０．０１〜約０．７未満、約０．０１〜約０．６未満、約０．０１〜約０．５未満、約０．０１〜約０．４未満、約０．０１〜約０．３未満、約０．０１〜約０．２未満、または約０．０１〜約０．１未満の半径を有する円によって画定され得る。いくつかの側面では、ディスク本体上の中心領域は、長さ１の半径の約０．１〜約０．４０、約０．２〜約０．３、約０．１〜約０．３、または約０．１〜約０．２の半径を有する円によって画定され得る。

本明細書で提供されるように、デバイス内の１つまたはそれを上回る流体出口ポートは、ディスク形状本体の中心領域内に位置し得る。流体出口ポートは、流体入口ポートの同じ半径位置に位置決めされ得る。例えば、流体入口および出口ポートは、長さ１の半径の約０．０５〜約０．５０未満の半径位置にある中心領域内に位置決めされ得る。いくつかの側面では、ディスク本体上の中心領域は、長さ１の半径の約０．１〜約０．４０、約０．２〜約０．３、約０．１〜約０．３、または約０．１〜約０．２の半径を有する円によって画定され得る。いくつかの側面では、デバイスは、デバイス、例えば、円形デバイスの死点に位置する１つの入口ポートを含み得る。１つまたはそれを上回る出口ポートは、入口ポートに結合され、デバイス内の種々の半径位置に位置決めされ得る。代替として、流体出口ポートは、中心領域内であるが、流体入口ポートの異なる半径位置に位置決めされ得る。例えば、流体出口ポートは、長さ１の全半径に沿って０．１の半径位置に位置することができ、流体入口ポートは、長さ１の全半径に沿って０．２の半径位置に位置することができる。いくつかの実施形態では、流体出口ポートは、長さ１の全半径に沿って０．２の半径位置に位置することができ、流体入口ポートは、長さ１の全半径に沿って０．１の半径位置に位置することができる。いくつかの実施形態では、異なる流体入口および出口ポートは、中心領域内の異なる半径位置に位置決めされ得る。例えば、１つの流体入口ポートは、０．１の半径位置に位置することができ、別の流体入口ポートは、０．２の半径位置に位置することができる。１つの流体出口ポートは、０．１５の半径位置に位置することができ、別の流体入口ポートは、０．２５の半径位置に位置することができる。

別の側面では、本発明は、１つまたはそれを上回るマイクロウェルプレートを含み得るマイクロ流体デバイスを含むこともできる。マイクロウェルプレートは、例えば、各ウェル中の試料の装填および分析のための流体システムを提供するように設計され得る、複数のウェル（例えば、９６ウェルプレート）を含み得る。いくつかの側面では、ウェルは、１つまたはそれを上回る流体入口ポートと、１つまたはそれを上回る流動チャネルと、１つまたはそれを上回る流体出口ポートとを含み得る。構成要素のそれぞれは、流体連通することができる。ウェルは、例えば、ウェルから試料を取り込む流動チャネルのうちの１つまたはそれを上回るものに沿って配置され得る流体溜まりを含むこともできる。

ウェルは、種々の方法でデバイスまたはマイクロウェルプレート上に配置され得る。例えば、ウェルは、例えば、流体溜まりの高スループット分析を可能にするようにアレイフォーマットで整列され得る。いくつかの実施形態では、ウェルは、正方マトリクスアレイまたは２：３または３：４の行対列の比を有する長方マトリクスアレイで配置され得る。マイクロ流体デバイスは、所望される場合、デバイス上に正しく適合し得る任意の数のウェルを含み得る。例えば、存在するウェルの数は、例えば、６、１２、２４、４８、９６、３８４、または１５３６ウェルであり得る。他のウェル構成および数を使用することができる。

種々の側面において、本開示は、中心領域および外縁を有するディスク形状本体であって、中心軸を中心として回転するために構成され、かつディスク形状本体の中心領域内に位置する流体入口ポートと、近位端、遠位端、および流動軸を有する流動チャネルであって、流体入口ポートと流体連通する流動チャネルと、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりと、流動チャネルと連通する流体出口ポートとをさらに備えた、ディスク形状本体を備え、流体出口ポートが、流動チャネルの遠位端よりもディスク形状本体の中心領域の近くに位置する、マイクロ流体デバイスを提供する。

種々の側面において、本開示は、中心領域、外縁、および中心軸を有するディスク形状本体であって、中心軸を中心として回転するために構成され、かつディスク形状本体の中心領域内に位置決めされた流体入口ポートと、流動軸および最外領域を有する流動チャネルであって、流動チャネルの最外領域が、中心領域から最も遠い流動チャネルの領域であり、流動チャネルが、流体入口ポートと流体連通する流動チャネルと、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりと、流動チャネルと流体連通する流体出口ポートをさらに備えた、ディスク形状本体を備え、中心領域から流体出口ポートまでの距離が、中心領域から流動チャネルの最外領域までの距離よりも小さい、マイクロ流体デバイスを提供する。

いくつかの側面では、マイクロ流体デバイスは、フローセルをさらに備え、フローセルは、流体入口ポートと、流体出口ポートと、複数の流動チャネルとを備え、流動チャネルのそれぞれは、流体入口ポートおよび流体出口ポートと流体連通する。他の側面では、デバイスは、各流動チャネルの流動軸がディスク形状本体の外縁に垂直であるように構成された複数の流動チャネルを備える。いくつかの側面では、複数の流動チャネルは、流動チャネルが平行に配置されるように構成される。特定の側面では、流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動軸に直交する以外の角度である。

いくつかの側面では、流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動軸に直交する角度である。他の側面では、流体溜まりのそれぞれは、開口管路によって流動チャネルと流体連通する。さらなる側面では、流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動チャネルと流体連通する少なくとも１つの流動チャネルをさらに備える。

いくつかの側面では、デバイスは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、熱硬化性ポリエステル（ＴＰＥ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタンメタクリレート、ポリエチレン、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート、パリレン、ポリ塩化ビニル、フルオロエチルプロピレン、レキサン、ポリスチレン、環状オレフィンコポリマー、ポリウレタン、ポリアクリレートとブレンドされたポリウレタン、ポリエステルカーボネート、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリアクリレート、ポリカプロラクトン、ポリケトン、ポリフタルアミド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、エポキシポリマー、熱可塑性物質、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリイミド、ガラス、石英、ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ケイ素、溶融シリカ、セラミック、金属、またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む。

特定の側面では、流動チャネルおよび複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、疎水性表面を備える。他の側面では、ディスク形状本体の少なくとも一部分は、天然に疎水性であるか、または表面処理されたポリジメチルスロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、グリコール改質ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、多層材料、またはそれらの組み合わせを含む。さらなる側面では、流動チャネルおよび複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、親フッ素表面を含む。

いくつかの側面では、本開示は、第１の流体が装填されるマイクロ流体デバイスを提供する。種々の側面において、第１の流体は、油を含む。さらなる側面では、第１の流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせを含む。

いくつかの側面では、マイクロ流体デバイスは、共通流体リザーバをさらに含み、共通流体リザーバは、流動チャネルのそれぞれの遠位端と流体連通し、共通流体リザーバは、流体出口ポートと流体連通する。他の側面では、流体出口ポートは、流体入口ポートよりもディスク形状本体の中心の近くに位置する。さらなる側面では、流体出口ポートは、流体入口ポートよりもディスク形状本体の中心から離れて位置する。

なおもさらなる側面では、流体出口ポートは、流体入口ポートとしてディスク形状のデバイスの中心の近傍に位置する。

いくつかの側面では、本開示は、複数のフローセルをさらに備える、マイクロ流体デバイスを提供し、各フローセルは、複数の流動チャネルと、流体入口ポートと、流体出口ポートとを備え、流体出口ポートは、流動チャネルの遠位端よりもディスク形状本体の中心領域の近くに位置する。

他の側面では、本開示は、複数のフローセルを提供し、各フローセルは、複数の流動チャネルと、流体入口ポートと、流体出口ポートとを備え、中心領域から流体出口ポートまでの距離は、中心領域から流動チャネルの最外領域までの距離よりも小さい。

いくつかの側面では、フローセルのそれぞれは、複数の流体入口ポート、複数の流体出口ポート、またはそれらの組み合わせを備える。

種々の側面において、本開示は、本開示の任意のマイクロ流体デバイスを、その中心軸を中心として回転させるために構成された回転構成要素と、マイクロ流体デバイスの流体溜まりのうちの少なくとも１つを光学的に分析するように構成された光学検出構成要素と、回転構成要素、および光学検出構成要素を制御するために構成され、かつ光学検出構成要素から生成されたデータを記憶するために構成された処理装置とを備える、分析システムを提供する。

特定の側面では、分析システムは、それぞれが流体を収容することができる複数の流体リザーバをさらに備え、複数の流体リザーバは、マイクロ流体デバイスの流体入口ポートに流体を提供するように構成される。いくつかの側面では、分析システムは、複数の流体溜まりに熱を適用するように構成された熱制御構成要素をさらに備える。

いくつかの側面では、熱制御構成要素は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、等温増幅、またはそれらの組み合わせを行うために、複数の流体溜まりを効率的に加熱するように構成される。

いくつかの側面では、分析システムは、流動チャネルを通じて流体を移動させるように構成された流体導入構成要素をさらに備える。特定の側面では、流体導入構成要素は、流体入口ポートのうちの少なくとも１つと流体連通する圧力源を備え、圧力源は、流動チャネルを通じて流体を移動させるために十分な正圧または負圧を印加するように構成され、正圧または負圧は、気圧、空圧、油圧、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される。他の側面では、流体導入構成要素は、毛管作用、ウィッキング、または遠心力駆動流によって流動チャネルを通じて流体を移動させるように構成される。

いくつかの側面では、光学検出構成要素は、５０ＲＰＭ〜２０００ＲＰＭで回転するマイクロ流体デバイスを分析するように構成される。特定の側面では、光学検出構成要素は、顕微鏡、レーザ走査装置、光ディスクドライブ、またはそれらの組み合わせを備える。

いくつかの側面では、回転構成要素は、マイクロ流体デバイスの回転速度を調整し、光学検出構成要素の読出速度に一致させるように構成される。特定の側面では、回転構成要素は、５０ＲＰＭ〜５０００ＲＰＭでマイクロ流体デバイスを回転させるように構成される。さらなる側面では、分析システムは、光ディスクドライブをさらに備える。他の側面では、光ディスクドライブは、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブ、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）ドライブ、ブルーレイドライブ、もしくはそれらの修正版、またはそれらの組み合わせである。

いくつかの側面では、分析システムは、複数のマイクロ流体デバイスを収容、回転、および処理するように構成される。

種々の側面において、本開示は、複数のウェルを含むマイクロウェルプレートを備える、マイクロ流体デバイスを提供し、ウェルのそれぞれは、ウェルと流体連通する流体入口ポートと、ウェルと流体連通する流体出口ポートと、流動軸を有する流動チャネルであって、流体入口ポートおよび流体出口ポートと流体連通する流動チャネルと、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりとをさらに備える。

いくつかの側面では、ウェルのうちの少なくとも１つは、複数の流動チャネルを備える。他の側面では、ウェルのうちの少なくとも１つは、複数の流体入口ポートを備える。さらなる側面では、ウェルのうちの少なくとも１つは、複数の流体出口ポートを備える。特定の側面では、複数のウェルは、アレイで配置される。さらなる側面では、複数のウェルは、正方マトリクスアレイで配置される。なおもさらなる側面では、複数のウェルは、２：３または３：４の行対列の比を有する長方マトリクスアレイで配置される。他の側面では、マイクロ流体デバイスは、６、１２、２４、４８、９６、３８４、または１５３６個のウェルを含む。いくつかの側面では、流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動軸に直交する以外の角度である。他の側面では、流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動軸に直交する角度である。さらなる側面では、流体溜まりのそれぞれは、開口管路によって流動チャネルと流体連通する。いくつかの側面では、流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動チャネルと流体連通する流動チャネルを備える。

いくつかの側面では、流動チャネルおよび流体溜まりのうちの少なくとも１つは、疎水性表面を含む。特定の側面では、本開示のマイクロ流体デバイスは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、熱硬化性ポリエステル（ＴＰＥ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタンメタクリレート、ポリエチレン、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート、パリレン、ポリ塩化ビニル、フルオロエチルプロピレン、レキサン、ポリスチレン、環状オレフィンコポリマー、ポリウレタン、ポリアクリレートとブレンドされたポリウレタン、ポリエステルカーボネート、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリアクリレート、ポリカプロラクトン、ポリケトン、ポリフタルアミド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、エポキシポリマー、熱可塑性物質、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリイミド、ガラス、石英、ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ケイ素、溶融シリカ、セラミック、金属、またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む。

特定の側面では、各ウェルは、内チャンバと外チャンバとをさらに備え、内チャンバは、入口ポートと流体連通し、外チャンバは、出口ポートと流体連通する。さらなる側面では、内チャンバおよび外チャンバの構成は、流動チャネルを通る非円形の流動の方向を創出するのに十分である。図２２Ｂは、特定の側面による内チャンバおよび外チャンバを表す。

いくつかの側面では、デバイスの少なくとも一部分は、天然に疎水性であるか、または表面処理されたポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、グリコール改質ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、または多層材料を含み、流動チャネル、複数の流体溜まり、もしくはそれらの組み合わせに疎水性表面を提供する。

特定の側面では、デバイスは、第１の流体が装填され、第１の流体は、油を含む。さらなる側面では、第１の流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせを含む。

（試料体積の自己デジタル化のための材料）
特定の実施形態では、本発明のデバイスは、デジタル化プロセスを促進するために適した表面特性を伴う材料で構成され得る。例えば、本発明のデバイスは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）または／およびガラスから製造され得る。他の基材は、ケイ素、熱硬化性ポリエステル（ＴＰＥ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタンメタクリレート、ポリエチレン、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート、パリレン、ポリ塩化ビニル、フルオロエチルプロピレン、レキサン、ポリスチレン、環状オレフィンコポリマー、ポリウレタン、ポリアクリレートとブレンドされたポリウレタン、ポリエステルカーボネート、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリアクリレート、ポリカプロラクトン、ポリケトン、ポリフタルアミド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、エポキシポリマー、熱可塑性物質、フルオロポリマー、およびポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリイミド、無機材料（ガラス、石英、ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ケイ素）、溶融シリカ、セラミック、ガラス（有機）、金属、および／または他の材料、ならびにそれらの組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。

生物学的アッセイの場合、デバイスは、デバイスが１回切りの使用で廃棄されるように、ポリマー材料に基づき得る。いくつかの実施形態では、本発明のデバイスの一部分（例えば、ディスク形状本体）は、天然に疎水性であるか、または表面処理されたポリジメチルスロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、グリコール改質ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、および例えば、流動チャネル、複数の流体溜まり、またはそれらの組み合わせに疎水性表面を提供することができる多層材料を含み得る。

デバイスの表面特性（例えば、チャネルおよび／または流体溜まり）は、特定用途に対して調整され得る。例えば、デバイスのいくつかまたは全ての表面は、疎水性または親水性であり得る。いくつかの実施形態では、特定の表面は、疎水性であり得、特定の表面は、親水性であり得る。特定の実施形態では、表面のいくつかまたは全ては、親フッ素性であり得る。親水性または疎水性である表面は、デバイス中の特定のチャネルおよび／または流体溜まり内の油の装填、ならびに特定のチャネルおよび／または流体溜まり内の水溶液の装填を許すように設計され得る。

いくつかの実施形態では、流体溜まりおよび／またはチャネルのいくつかまたは全ては、化学的または生物学的試薬で改質され得、流体と接触している表面を、選択した流体（例えば、油等の上記の第１の流体または第３の流体のいずれか）によって優先的に湿潤するようにする。例えば、表面は、油（例えば、第１の流体）がチャネルおよび流体溜まりを優先的に湿潤するのを許すように改質され得る。この濡れは、デバイスの表面に呼び水を差すことができ、例えば、これは、第１の流体（例えば、油）が排出され、第２の流体（例えば、水溶液）によって置換されるのを容易にし、第３の流体（例えば、油）が第２の流体を置換するのをより困難にするため、離散化を促進することができる。
（試料体積の自己デジタル化のための流体）

多種多様な流体または液体は、本発明の種々のデバイス、システム、および方法で使用することができる。種々の流体は、例えば、水系または水性の溶液を含み得る。いくつかの実施形態では、流体は、水溶液中にわずかに溶解する液体を含み得る。例えば、流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、または鉱物油等の油を含み得る。有機溶媒を使用することもできる。いくつかの側面では、本発明のデバイスは、少なくとも二相系として機能することができ、２つまたはそれを上回る不混和流体を利用する。例えば、第１の流体、例えば、油相流体を最初にデバイスに充填し、いかなる空気も置換することができる。第１の流体は、第２の流体に対してデバイス表面を優先的に湿潤するように選択され得る。典型的に第１の流体と不混和性である第２の流体、例えば、対象とする試料を含む水相は、次にデバイスを通じて流れ、流体溜まりに入り、油を置換することができる。第１の流体と同じであり得るがその必要はなく、第１の流体と混和性であり得るがその必要はなく、また典型的に第２の流体と不混和性である第３の流体は、次にデバイスを通って流れ、流体溜まりではなく、主チャネル内の水相を置換することができる。特定の側面では、流体溜まりは、流体溜まり内の水相の個々の流体パケットを単離し、デジタル化するためのシェルターとして機能することができる。流体パケットが実質的に流体溜まりの形状を想定し、流体パケットの容量が本質的にその溜まりの寸法によって画定され得るように、流体溜まりは、実質的に水相によって占拠され得るが、必ずしもその必要はない。例えば、流体溜まりが長方形の形状である場合、中に含まれる流体パケットは、実質的に長方形の形状を想定すべきである。

一実施形態では、第１および／または第３の流体として使用される油は、鉱物油系である。別の実施形態では、それはフッ化炭素系である。別の実施形態では、油は、シリコーン油系の油である。他の実施形態は、他の「油」相または代替材料を使用することができる。第１／第３の流体は、デバイス表面および第２の流体との所望の相互作用を改善するために、典型的に界面活性剤および／または湿潤剤も含む。特定の実施形態では、第１および第３の流体は、同一である。他の実施形態では、第１および第３の流体は、同じ基材で構成され得るが、異なる界面活性剤／添加剤濃度または組成を有する。複数の油（例えば、第１の流体、第３の流体、および／または第４の流体）が所定の操作方法で使用される場合、油組成は、同じまたは異なり得る。油組成のそれぞれは、独立して、使用中の他の油組成に関わらず独立して選択される。さらに他の実施形態では、第３の流体は、完全に異なる組成からなり得、第１の流体と混和性であり得るが、その必要はない。特定の実施形態では、第１および／または第３の流体は、第２の流体と相互作用する成分、および／または第２の流体内の成分を含み得る。

いくつかの側面では、第４の流体が提供される。さらなる側面では、第４の流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせ等の油を含む。なおもさらなる側面では、ＰＣＲまたは等温増幅等の増幅反応に適合した流体は、第４の流体として使用される。いくつかの側面では、増幅反応を開始してデジタル化検体を増幅させる前に、第４の流体を使用して流動チャネル内の第３の流体を置換することができる。第４の流体は、第１、第２、および／または第３の流体のうちのいずれかと混和性または不混和性であってもよい。特定の側面では、第４の流体は、第１の流体と同じであってもよい。

いくつかの実施形態では、第５の流体が提供される。いくつかの側面では、第５の流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせ等の油を含む。特定の側面では、第５の流体を使用して第１、第２、第３、および／または第４の流体をデバイスから流すことができる。

いくつかの側面では、第１、第２、第３、第４、および第５の流体のうちのいずれかは、マイクロ流体デバイス上の流体入口ポートに提供され得る。第１、第２、第３、第４、および第５の流体は、同じ流体入口ポートまたは異なる流体入口ポートに提供され得る。特定の側面では、第１、第２、第３、第４、および第５の流体は、本明細書において提供される順番とは異なる順番でデバイスに提供される。第１、第２、第３、第４、および第５の流体は、任意の順序でデバイスに提供され得、第１、第２、第３、第４、および第５の流体のうちのいずれかは、本方法のいくつかの側面では省略されてもよい。本明細書に記載される順番は、例示的であり、開示される方法の実施に対して非限定的である。

いくつかの側面では、第２の流体は、水溶液を含む。特定の側面では、本方法は、流体入口ポート、またはマイクロ流体デバイス上の異なる流体入口ポートに第１の流体を提供するステップをさらに含む。他の側面では、本方法は、流体入口ポート、またはマイクロ流体デバイス上の異なる流体入口ポートに第３の流体を提供するステップをさらに含み、第３の流体は、油を含む。さらなる側面では、第３の流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせを含む。

種々の側面において、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスに導入するための方法を提供し、本方法は、本開示に従ってマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第１の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップとを含む。

「提供する」および「導入する」という用語は、例えば、入口またはチャネル等の構造中、またはそれを通じた流体の移動を指すように本明細書において交換可能に使用される。

いくつかの側面では、第１の流体は、油を含む。さらなる側面では、油は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される。

種々の側面において、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスに導入するための方法を提供し、本方法は、本開示によるマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第２の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップとを含み、第２の流体は、水溶液である。

いくつかの側面では、第２の流体は、検体を含み、流体溜まりのうちの少なくとも１つにおける検体の分析を行うステップをさらに含む。特定の側面では、検体は、生物学的材料を含む。さらなる側面では、生物学的材料は、細胞、細菌、ウイルス、プリオン、核酸、タンパク質、遺伝物質の発現産物、結晶化分子、粒子、またはそれらの組み合わせから選択される。なおもさらなる側面では、第２の流体は、第１の核酸分子および第２の核酸分子を含み、本方法は、第１の核酸分子を第１の流体溜まりに分配するステップをさらに含み、第１の流体溜まりは、第２の核酸分子を含んでいない。

いくつかの側面では、本方法は、第１の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップをさらに含み、第１の流体は、第２の流体が流動チャネルに導入される前に流動チャネルに導入される。いくつかの側面では、第１の流体は、油を含む。さらなる側面では、油は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される。

いくつかの側面では、本方法は、第３の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップをさらに含む。特定の側面では、第３の流体は、第２の流体が流動チャネルに導入された後に流動チャネルに導入される。他の側面では、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水溶液であり、第３の流体は、油である。

いくつかの側面では、本方法は、第４の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップをさらに含む。特定の側面では、第４の流体は、第１の流体が流動チャネルに導入された後、かつ第２の流体が流動チャネルに導入される前に流動チャネルに導入される。他の側面では、第４の流体は、第２の流体が流動チャネルに導入された後、かつ第３の流体が流動チャネルに導入される前に流動チャネルに導入される。いくつかの側面では、第４の流体は、第３の流体が流動チャネルに導入された後に流動チャネルに導入される。さらなる側面では、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水溶液であり、第３の流体は、油であり、第４の流体は、油であり、第５の流体は、油であり、第１、第３、第４、および第５の流体は、独立して同じであるか、または互いに異なる。なおもさらなる側面では、油のそれぞれは、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから独立して選択される。

いくつかの側面では、本方法は、第５の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップをさらに含む。特定の側面では、第５の流体は、第２の流体が流動チャネルに導入された後、流動チャネルに導入される。他の側面では、第５の流体は、第３の流体が流動チャネルに導入された後、流動チャネルに導入される。いくつかの側面では、本方法は、第４の流体を流動チャネルに導入するステップをさらに含み、第４の流体は、第１の流体が流動チャネルに導入された後、かつ第２の流体が流動チャネルに導入される前に流動チャネルに導入される。特定の側面では、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水溶液であり、第３の流体は、油であり、第４の流体は、油であり、第５の流体は、油であり、第１、第３、第４、および第５の流体は、独立して同じであるか、または互いに異なる。さらなる側面では、油のそれぞれは、独立して、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される。

特定の実施形態では、本明細書における流体（例えば、水溶液）は、化学物質、生化学物質、遺伝物質（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ等）、遺伝物質の発現産物（例えば、タンパク質および／または代謝物質）、結晶化分子、生体細胞、エキソソーム、ミトコンドリア、薬物、末梢血液もしくはリンパ系中で循環する生物学的粒子、希少細胞、または粒子を含むが、これらに限定されない、種々の検体を含有し得る。例えば、第２の流体として使用され得る可能な水性試料は、種々のＰＣＲおよびＲＴ−ＰＣＲ溶液、ＬＡＭＰもしくはＮＡＳＢＡのための等の等温増幅溶液、血液試料、血漿試料、血清試料、細胞溶解物もしくは分泌物または細菌溶解物もしくは分泌物を含有する溶液、ならびにとりわけ、タンパク質、細菌、ウイルス粒子、および／または細胞（真核細胞、原核細胞、もしくはそれらの粒子）を含有する他の生体試料を含むが、これらに限定されない。特定の実施形態では、水溶液は、不混和性流体（例えば、第１／第３の流体）および／またはデバイスの材料との所望の相互作用および／または適合性を促進するために、界面活性剤または他の薬剤を含有することもできる。特定の実施形態では、デバイスに装填された水溶液は、悪性表現型を発現する細胞、胎児細胞、循環内皮細胞、腫瘍細胞、ウイルスに感染した細胞、対象とする遺伝子でトランスフェクトした細胞、または自己免疫もしくは自己反応性障害に罹患した対象の末梢血中に存在するＴ細胞もしくはＢ細胞、または免疫細胞の他の亜型あるいは末梢血中またはリンパ系もしくは脊髄液または他の体液中を循環する希少細胞もしくは生物学的粒子（例えば、エキソソーム、ミトコンドリア）を有し得る。細胞または生物学的粒子は、場合によっては、試料中で希少であり得、離散化を使用して、例えば、細胞を空間的に単離することができ、それによって希少細胞または生物学的粒子の検出を可能にする。

いくつかの側面では、本明細書に開示されるデバイスのうちの１つまたはそれを上回るものを備える装置が提供される。

（試料体積の自己デジタル化のための方法）
図５ａ−５ｅは、流体溜まりを装填するための例示的シーケンスを表す。図示されるように、デバイス操作は、リザーバ、チャネル、および流体溜まり内により暗い灰色で示される第１の流体を提供するステップを含み得る。特定の実施形態では、第１の流体は、例えば、あらゆる気泡を置換するために、デバイスに導入され得る油を含み得る。特定の実施形態では、水性試料等の第２の流体は、いくつかの装填機構を経由し、入口／入口リザーバ（例えば、図５ｂを参照）を通じて提供され、分岐入口によって主チャネルに分配された後、流体溜まりに入り、第１の流体（例えば、油）を置換する。特定の実施形態では、排液チャネルは、排油を促進する（例えば、図５ｅを参照）。水性試料が装填された後、第１の流体と同じ油、または異なる油であり得る第３の流体が提供され、流体溜まりではなく、チャネルからの水性試料を置換する（例えば、図５ｃを参照）。これは、水性試料を、流体溜まりの寸法によって画定された離散体積に単離または区画化する（例えば、図５ｄを参照）。そのような単離または区画化は、デジタル化または離散化として特徴付けられ得る。区画化された体積は、離散化またはデジタル化体積と呼ばれ得る。一実施形態では、全ての水性試料は、流体溜まりに区画化され、「損失の少ない」充填をもたらすが、全ての流体溜まりが完全に充填されるとは限らない。別の実施形態では、全ての流体溜まりが完全に充填されるが、いくらかの試料が出口／出口リザーバへと失われる。

排液チャネルは、水性試料による油置換の速度に影響し得、デバイス装填速度ならびに流体溜まりの充填の完全性に影響を及ぼし得る。いくつかの実施形態では、排液チャネルは、側方溜まり設計において利用される。側方溜まりおよび底部溜まり設計は、多くの類似特徴を共有し得るが、例えば、図３Ｂに示されるような流体溜まりと主チャネルとの間の接続の相対サイズは、排油／流体交換の速度に影響し得る。底部溜まり設計は、排液チャネルからの利益を受けない場合があるが、側方溜まり設計は、それらの存在から利益を受け得る。

特定の実施形態では、特に側溜まり設計の場合、異なる排液幾何形状の範囲は、流体溜まりの体積および試料の流量等のパラメータに応じて使用され得る。例えば、図６ａは、単一排液チャネルを伴う流体溜まりを表す。図６ｂは、２つの排液チャネルを伴う流体溜まりを表し、１つが流体溜まりの各側方で排液する。図６ｃは、２つの排液チャネルを伴う流体溜まりを表し、両方が流体溜まりの下流で排液する。図６ｄは、主チャネルに接続する前に合流する複数（２つ）の排液チャネルを伴う流体溜まりを表す。図６ｅは、主チャネルに接続する前に合流するが、主チャネルとの接合部で分岐して小さな接合幾何形状を維持する、複数（３つ）の排液チャネルを伴う流体溜まりを表す。図６ｆは、単一排液チャネルを伴う流体溜まりを示す。図６ｇは、２つの排液チャネルを伴う流体溜まりを示し、１つが流体溜まりの各側方で排液する。図６ｈは、２つの排液チャネルの組を伴う流体溜まりを示し、チャネルあたり２つのポートが主チャネルに接続する前に合流し、次に分裂する。チャネルは、流体溜まりの各側方で排液する。図６ｉは、２組の排液チャネルを伴う流体溜まりを示し、チャネルあたり３つのポートが主チャネルに接続する前に合流し、次に２つに分裂する。チャネルは、流体溜まりの各側方で排液する。図６ｊは、２組の排液チャネルを伴う流体溜まりを示し、チャネルあたり２つのポートが主チャネルに接続する前に合流し、次に分裂する。両方のチャネルは、溜まりの同じ下流側に排液する。図６ｋは、１組の排液チャネルを伴う流体溜まりを示し、チャネルあたり３つのポートが主チャネルに接続する前に合流し、次に分裂する。

チャネルと側方溜まり設計との間のより小さな界面は、排液チャネルの使用を必要とする可能性があり、設計に複雑性を追加し得るが、流体溜まりを互いから清浄に単離し、完全なデジタル化／離散化を達成するのも助ける。底部溜まり設計の場合、排液チャネルの欠如は、より簡素な設計をもたらし得、チャネルの底面積内のウェルの位置と共に、より高密度の流体溜まりをもたらし得る。増加した界面は、溜まり間の流体接続の機会を増加させることもできる。設計の異なる実施形態は、流体溜まりの幅に対するチャネルオーバーハングの導入によって、流体溜まり間の主チャネルにおける収縮部の導入によって、流体溜まり間の間隔をチャネル軸に沿って調整することによって、また流体溜まりの幾何形状を修正することによってデジタル化を改善することができる。図３Ｃ−３Ｅは、例えば、チャネル内の収縮部を表す。チャネルの寸法は、主チャネルの高さＨ_ｍおよび幅Ｗ_ｍａｉｎ＝ｗ＋２Ｗによって画定され、式中、Ｗは、流動方向（ｚ−方向）に垂直に測定された主チャネルのオーバーハングである。底部流体溜まりの幅、長さ、および深さ（ｗ×ｌ×ｄ）は、δの間隔で離れているか、または各流体溜まりの前および後にδ_ｃの距離で置かれた幅Ｗ_ｃおよび長さｌ_ｃの収縮部によって分離される。主チャネル内のオーバーハングおよび収縮部は（図３Ｄおよび図３Ｅ）、流体溜まり間の小体積の単離を改善する。流体溜まりの寸法および／または形状を変えることは（図３Ｄと図３Ｅとを比較）、試料体積の単離に影響を及ぼす可能性もある。流動チャネルに収縮部を組み込む実施形態では、より優れた液滴単離が達成され得る。

図７−９は、デバイス内で充填される高百分率の流体溜まりを表す、種々の実施形態を示す。図７ａは、各流体溜まり（δｃ）の前および後に収縮部を置くことによる、主チャネルの幾何形状への設計修正の概略を表す。収縮部は、長さｌ_Ｃおよびチャネル幅Ｗ_Ｃを有する。図７ｂは、主チャネルに収縮部を伴う１，０２４流体溜まりチップの明視野（ＢＦ）および蛍光（Ｆ）画像を示し（ｌＣ＝δ_Ｃ＝２５μｍ、Ｗ_Ｃ＝ｗ＝１００μｍ）、Ｃａ（毛管数）＝０．００４で充填され、９９．５％の試料保持および９１．８％の充填効率ｆ_{ｔｏｔａｌ}をもたらす。スケールバーは、１．０ｍｍに対応する。図７ｃは、単一、二重、および多重流体溜まり充填の分析に基づいて、（ｂ）に示されるチップのヒストグラムを表す。図８ａにおいて、主チャネルの収縮部は、最大幅の３分の１であり、流体溜まりは、下流端上のみに先細りを有していた。図８ｂは、４，０９６個の底部流体溜まり（Ｖ_ｗ＝２ｎＬ）を伴うＳＤチップの実施例を示す。図８ｃは、この実施例における試料保持が９９．９％であったことを示し、流体溜まりの９８．８％が個々の液滴として存在する。図８ｄは、異なる数の流体溜まりを伴う（例えば、１，０２４個、４，０９６個、または２５，６００個）底部流体溜まりＳＤチップにおける試料保持および充填効率の比較を提供する。図９ａ−９ｃは、デバイスが、アレイあたり１，０２４個〜最大３８，４００個の流体溜まりを含むことを示す。図９ａは、２ｎＬの流体溜まりを伴うマイクロ流体底部流体溜まりチップにおけるデジタル化試料の蛍光画像を示し、図９ｂは、チップスケールアップの写真を示す。図９ｃは、保持およびデジタル化効率の要約を提供する。

特定の実施形態では、入口、出口、および対応するチャネルを使用し、流体をチャネル／流体溜まりアレイに送達することができる。他の実施形態では、入口および出口リザーバを使用し、デジタル化の前および後に流体を保管／回収する。特定の実施形態では、入口／入口リザーバは、全ての溜まりに流体を送達する単一チャネルにつながり得るが、他の実施形態では、入口は、多くの主チャネルに二分／分岐して、プロセスを並列化し、デジタル化のスループットを増加させることができる。同様に、特定の実施形態では、出口チャネルは、脱分岐的に単一出口に再結し得る（例えば、図１０ａを参照）。一方で他の実施形態では、各主チャネルは、出口と個々に接続する出口チャネルに接続する（例えば、図１０ｂを参照）。特定の実施形態では、小さな抵抗器チャネルが使用され、チャネル間により均一な流動を創出するのを助けることができる。

いくつかの実施形態では、本発明は、本明細書においてさらに説明されるデバイスを充填する方法をさらに含む。例えば、デバイスは、デバイス上の流体入口ポートのうちの１つまたはそれを上回るものに流体を提供することによって、平易に充填され得る。特定の側面では、本明細書に記載されるプラットフォームは、頑強であり得、試料は、装填条件の範囲にわたってデジタル化／離散化され得る。装填条件は、流体組成、流量、および流動導入機構を含み得るが、これらに限定されない。追加として、異なる試料は、同じまたは非常に類似した装填条件を使用してデジタル化／離散化され得る。さらに、類似した条件を使用し、流体溜まりの体積、および／または流体溜まりアレイの数の範囲にわたって、デバイス内でデジタル化／離散化を達成することができる。例えば、図９および１１−１４を参照されたい。アレイあたり最大約３８，０００の離散化が達成され、約５０ｐＬ〜約１００ｎＬの離散化体積を伴い、約０．５μＬ〜約６０μＬの範囲の総アレイ体積を伴うアレイが達成された。図１１ａは、例えば、ドレインあたり３つのドレインポートを伴う、流体溜まりあたり２組のＧＫドレインと、ＰＣＲミックスで充填された６４０×約１００ｎＬの流体溜まりのアレイとで構成された設計を示す。図１１ｂは、ドレインあたり２つのドレインポートを伴う、流体溜まりあたり２組のＧＫドレインと、ＰＣＲミックスで充填された１０２４×約８ｎＬの流体溜まりのアレイとで構成された設計を示す。図１１ｃは、ドレインあたり１つのポートを伴う、流体溜まりあたり２組のＧＫドレインと、より大きなアレイからの約１０，０００×約１ｎＬの流体溜まりの領域とで構成された設計を示す。図１１ｄは、ドレインあたり１つのポートを伴う、流体溜まりあたり１組のＧＫドレインと、ＰＣＲミックスで充填された１０，２４０×約５０ｐＬの流体溜まりのアレイとで構成された設計を示す。

デジタル化は、広範なチャネル装填または充填機構を使用して達成され得る。任意の適切なチャネル充填機構またはチャネル充填構成要素を使用し、流動チャネルを通じて流体を移動させることができる。異なる装填機構は、シリンジポンプ駆動流、正圧または負（真空）圧駆動流、および遠心力駆動を含むが、これらに限定されない。いくつかの側面では、装填は、遠心力によってチャネルへの流体装填を駆動するように、本明細書におけるマイクロ流体デバイスを、その中心軸を中心として回転させることによって実行され得る。流体圧は、例えば、正圧または負圧を使用して印加し、デバイス上の流体入口ポートに流体を追い込むこともできる。他の側面では、チャネル充填構成要素は、気圧、空圧、流体動圧もしくは油圧の供給源、または同等物、あるいはそれらの組み合わせであり得る。さらなる側面では、圧力源は、デバイスの流体入口ポートまたは流体出口ポートと流体連通する。

他の適切なチャネル充填機構および構成要素は、流体をデバイスに装填するために使用され得る。例えば、流体の装填は、毛管作用を使用して達成され得る。いくつかの側面では、毛管作用は、液体の表面張力および／または液体と構造の内面との間の接着力に起因して、構造と流体連通する液体を構造に流入させるために十分な幾何形状特徴を有する構造を使用して生成される。いくつかの側面では、これは、毛管電気泳動（ＣＥ）管等の毛管を使用して達成され得る。他の側面では、毛管作用は、流体を吸収することによってデバイスの流動チャネルを通じて流体を移動させる、濾紙等のウィッキング材料で生成され得る。

本明細書で使用される場合、「流体圧」という用語は、流体を導入してチャネル内を移動させることができる任意の圧力または力を意味し、制限なく、正もしくは負の気圧、空圧、流体動圧、油圧、遠心力、毛管作用、ウィッキング、界面もしくは表面張力勾配、熱勾配、またはそれらの組み合わせを含む。

流体を装填するために印加される圧力は、所定のチップ設計に対して調整され得る。例えば、流体チャネル寸法は、本発明のマイクロ流体デバイスに流体を装填するために必要とされる圧力の量に影響し得る。遠心装填の場合、回転速度は、マイクロ流体デバイス上の種々の構造の充填を提供することができるように調整され得る。いくつかの実施形態では、本発明のデバイスをスピンさせるための回転速度は、例えば、約数百〜数千の毎分回転数（ＲＰＭ）であり得る。特定の側面では、スピン速度は、例えば、約１〜５０００ＲＰＭ、約１００〜約３０００ＲＰＭ、約１００〜約１０００ＲＰＭ、約１００〜約５００ＲＰＭ、約５００〜約２０００ＲＰＭ、約１０００〜約２０００ＲＰＭ、または約５００〜約１５００ＲＰＭの範囲であり得る。特定の側面では、スピン速度は、例えば、１〜５００ＲＰＭ、５００〜１０００ＲＰＭ、１０００〜１５００ＲＰＭ、１５００〜２０００ＲＰＭ、２０００〜２５００ＲＰＭ、２５００〜３０００ＲＰＭ、３０００〜３５００ＲＰＭ、３５００〜４０００ＲＰＭ、４０００〜４５００ＲＰＭ、または４５００〜５０００ＲＰＭの範囲であり得る。

異なる種類の流体の装填および装填のシーケンスは、流体入口ポートのうちの１つまたはそれを上回るものを使用して実行され得る。いくつかの実施形態では、流体は、同じ流体入口ポートを通じて装填される。代替実施形態では、流体は、全ての異なる流体入口ポート上で装填され得るか、またはいくらかの流体が、１つの流体入口ポートに装填され得、いくらかの流体が、異なる流体入口ポートに装填され得る。

本発明は、本明細書に記載される種々の装填機構を使用して充填され得る、種々のデバイス実施形態を提供する。例えば、図１２ａは、半径方向に位置決めされた流体溜まりを伴い、入口ポートの近くの内部位置に位置決めされた出口ポートまたは複数の出口ポートを伴い、個々のチャネル出口を有する遠心設計を表す。拡大表示は、排液チャネルの設計を示す。図１２ｂは、ＰＣＲミックスで充填されたデバイスの蛍光画像を示す。図１２ｃは、食用色素を含有するＰＣＲミックスで充填されたデバイスの明視野画像を示す。図１３ａは、線形アレイで位置決めされた流体溜まりを伴い（互いに平行な主チャネルを伴い）、入口ポートの近くの内部位置に位置決めされた出口ポートを伴い、再接続チャネル出口を有する別の遠心設計を表す。拡大表示は、排液チャネルの設計を示す。図１３ｂは、ＰＣＲミックスで充填されたデバイスの蛍光画像を示す。図１３ｃは、食用色素を含有するＰＣＲミックスで充填されたデバイスの明視野画像を示す。いくつかのデバイス側面では（例えば、図１２および１３）、複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動軸に直交する角度である。他のデバイス実施形態では（例えば、図１２および１３）、複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動軸に直交する以外の角度である（例えば、図１４）。図１４ａは、主チャネルに対して４５°の角度であり、かつ線形アレイで位置決めされた流体溜まりを伴い（互いに平行な主チャネルを伴い）、入口ポートの近くの内部位置に位置決めされた出口ポートまたは複数の出口ポートを伴い、再接続チャネル出口を有する別の遠心設計を表す。拡大表示は、排液チャネルの設計を示す。図１４ｂは、ＰＣＲミックスで充填されたデバイスの蛍光画像を示す。図１４ｃは、食用色素を含有するＰＣＲミックスで充填されたデバイスの明視野画像を示す。これらの実施形態に対して種々の修正を行うことができる。

いくつかの実施形態では、本発明は、本明細書でさらに説明されるデバイスにおいてポリマー連鎖反応を行うための方法を含む。ＰＣＲは、種々の方法で実行され得る。一側面では、複数の核酸分子を含む流体は、適切な装填機構を使用してデバイスに装填され得る。例えば、少なくとも１つの核酸分子が、流体溜まりのうちの少なくともいくつかに存在するように、核酸分子は、デバイス内に配置された流体溜まりの間で分配され得る。いくつかの実施形態では、わずか１つの核酸分子が、流体溜まりのうちの少なくともいくつかに存在するように、核酸分子は、デバイス内に配置された流体溜まりの間で分配され得る。各流体溜まり中の核酸分子の数は、例えば、装填された試料中の核酸分子の濃度および／または流体溜まりのサイズに依存し得る。核酸分子の装填および流体単離の後、ＰＣＲをチップ上で行うことができる。核酸分子上でＰＣＲを行うための試薬は、デバイス上に装填される試料中に存在することもできる。次に分析システムの加熱構成要素を使用し、ＰＣＲを行うための温度循環を繰り返すことができる。デバイス内の核酸分子の分配を考慮すると、デジタルＰＣＲを行い、例えば、生物学的および／または化学的分析に使用され得る種々の用途に適用することもできる。

図１５を参照すると、本発明は、反応の事前装填、充填、増幅、および検出（例えば、撮像および／または分析）のための方法を含むことができる。本発明のマイクロ流体デバイスは、例えば、デジタルＰＣＲを行うために使用することができ、多数の試料を同時に装填することができる遠心に基づく充填機構を含み得る。事前装填ステップを行い、例えば、プライマー（第１の流体）の油を用いてデバイスに呼び水を差すことができる。水性試料（例えば、核酸および増幅試薬を含む）を、デバイスの中心領域に装填することができる。デバイスの回転中、遠心力は、試料をチャネルおよび流体溜まりに追い込み、単離された溜まりのいくつかのアレイをもたらす。プライマー油（第１の流体）は、デバイスから追い出され得る。代替として、デバイスは、第１の流体、次に水性試料の装填前にも同様に乾燥し得る。増幅ステップを実行し、試料からの核酸を収容する流体溜まりから検出可能なシグナルを生成することができる。熱循環の後、個々のアレイは、装填された試料に基づいて固有の結果を付与し得る。例えば、ポジティブコントロールおよびネガティブコントロールを走らせ、核酸を含有する種々の試料と一緒に分析することができる。

いくつかの側面では、遠心充填の場合、水性試料は、デバイスの中心の近くの入口または入口リザーバに装填され得、流体溜まりアレイは、デバイスの外側領域に、出口リザーバは、デバイスの再外部に位置決めされるが、実際の出口は、デバイス上の内部位置または外部位置のいずれかに位置し得る（例えば、図１６を参照）。いくつかの側面では、出口リザーバは、共通の流体リザーバであり、複数の流動チャネルは、デバイス上の共通流体リザーバと流体連通し、共通流体リザーバは、流体出口ポートと流体連通する（例えば、図１６）。

図１６は、遠心デバイスの外側部分または外縁（上列）に出口を置くことに対する潜在的欠点を示す。試料および油は、それらがデバイスの外縁に置かれる場合、出口から漏出して汚す可能性があり、追加として、試料はまた、流体溜まりからより容易に置換される。内部出口（下列）は、全ての溶液をデバイス内に保持し、流体溜まりが崩壊する前に流体流動を減速し、次に停止させる自己計量の役割を果たす。

出口リザーバは、油または空気のいずれかを最初に収容し得る。デバイスがスピンする場合、円心力が、試料を入口リザーバから追い出し、最終的に流体溜まりに入り、任意の置換された流体は出口リザーバに入る。外部位置に出口を伴い、リザーバが流体で充填されている場合、流体は、出口を通じて容易に流出することができ、連続した流動を許し、より急速な試料装填を可能にする（例えば、図１６上を参照）。この設計は、デバイスから出て外部環境に入る油または試料放出をもたらし得る。出口が内部位置にある場合、流体は、出口を通じて流出することができないため、リザーバが充填されるにつれて流量が減速し得る（例えば、図１６下を参照）。この設計特徴は、流動が自動的に停止する前に、設定体積の試料／油が、流体溜まり領域を通過する自己計量機構を提供する。次にこれは、水性液または油のさらなる流動を防止し、デジタル化試料を崩壊する危険性なしに回転撮像を可能にする。典型的な装填速度は、約１０００ＲＰＭであり、修正されたベンチトップ遠心分離器または光ディスクプラットフォームによって容易に達成可能である（例えば、図１７を参照）。

示されるように、例えば、図１８および１９において、遠心力は、多数の試料を同時に装填する能力を提供することもできる。例えば、デバイスあたり２４〜４８、またはそれを上回る個々の試料を同時に装填するための設計が可能であり、８個の試料を装填することができる実際のデバイスが図１７に示される。この装填機構は、多数のデバイスが同時に装填されることも許し、スループットをさらに高める。図２０は、例えば、本発明の実施形態による、多数のディスクを一度に装填し、熱循環させることができ、次にそれらを急速に撮像する高スループット器具のための例示的設計を表す。図２０において、システムは、マイクロ流体デバイスを提供するためのポートを含み得る。第１のステップでは、マイクロ流体デバイスは、本明細書に記載されるように、流体で装填および充填され得る。示されるように、例えば、スピン時間およびスピンＲＰＭは、所望の器具により設定され得る。第２のステップでは、マイクロ流体デバイスは、次にシステムの別の部分に移され、ＰＣＲの熱循環等の反応条件を受け得る。反応が終了した後、第３のステップは、マイクロ流体デバイス上の反応の結果を分析するステップを含み得る。例えば、システムは、マイクロ流体デバイスに存在する増幅されたＤＮＡの分析を可能にするように、撮像および回転構成要素を含むことができる。システムは、記録された分析データを処理し、記憶することができるコンピュータシステムに結合することもできる。図２１Ａ−２１Ｃは、既存の製造および計装インフラストラクチャーを利用し、器具および消耗品の費用を低減する可能性を含み得る、本発明の他の側面を提供する。これは、既存の光ディスク製造プロセス内の材料および設備を使用してデバイスを製造することによって起こる。光ディスク読取装置の動作制御プラットフォームからの構成要素を利用することによっても起こるであろう。図２３は、本発明の実施形態による、遠心ＳＤ装填、撮像、および分析プロトタイプシステムの別の実施例を表す。

種々の側面において、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスに導入するための方法を提供し、本方法は、本開示のマイクロ流体デバイスのうちのいずれかを提供するステップと、第２の流体をマイクロ流体デバイスの第２の流体入口ポートに提供するステップとを含む。特定の側面では、本方法は、マイクロ流体デバイスを、その中心軸を中心として回転させて、第２の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに装填するステップをさらに含む。他の側面では、本方法は、第２の流体に圧力を印加するステップを含み、圧力は、マイクロ流体デバイスの流動チャネルを通じて第２の流体を推し進めるために十分である。さらなる側面では、圧力は、正圧または負圧である。

いくつかの側面では、第２の流体は、水溶液を含む。特定の側面では、本方法は、第１の流体をマイクロ流体デバイスの第１の流体入口ポートに導入するステップをさらに含み、第１の流体入口ポートおよび第２の流体入口ポートは、独立して、同じポートまたは異なるポートであり、第１の流体は、油を含む。他の側面では、本方法は、第３の流体をマイクロ流体デバイスの第３の流体入口ポートに導入するステップをさらに含み、第１の流体入口ポート、第２の流体入口ポート、および第３の流体入口ポートは、独立して、同じポートまたは異なるポートであり、第３の流体は、油を含む。さらなる側面では、第３の流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせを含む。

種々の側面において、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスに導入するための方法を提供し、本方法は、本開示によるマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第１の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップとを含む。

いくつかの側面では、第１の流体は、油を含む。さらなる側面では、油は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される。

種々の側面において、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスに導入するための方法を提供し、本方法は、本開示によるマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第２の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップとを含み、第２の流体は、水溶液である。

いくつかの側面では、第２の流体は、検体を含み、本方法は、流体溜まりのうちの少なくとも１つにおける検体の分析を行うステップをさらに含む。特定の側面では、検体は、生物学的材料を含む。さらなる側面では、生物学的材料は、細胞、細菌、ウイルス、プリオン、核酸、タンパク質、遺伝物質の発現産物、結晶化分子、または粒子から選択される。なおもさらなる側面では、第２の流体は、複数の核酸分子を含み、本方法は、わずか１つの核酸分子が、流体溜まりのうちの少なくともいくつかに含まれるように、核酸分子のうちの少なくともいくつかを、流体溜まりの別個の流体溜まりに分配するステップをさらに含む。

いくつかの側面では、本方法は、第１の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップをさらに含み、第１の流体は、第２の流体が流動チャネルに導入される前に流動チャネルに導入される。いくつかの側面では、第１の流体は、油を含む。さらなる側面では、油は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される。

いくつかの側面では、本方法は、第３の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップをさらに含む。特定の側面では、第３の流体は、第２の流体が流動チャネルに導入された後に流動チャネルに導入される。他の側面では、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水溶液であり、第３の流体は、油である。

いくつかの側面では、本方法は、第４の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップをさらに含む。特定の側面では、第４の流体は、第１の流体が流動チャネルに導入された後、かつ第２の流体が流動チャネルに導入される前に流動チャネルに導入される。他の側面では、第４の流体は、第２の流体が流動チャネルに導入された後、かつ第３の流体が流動チャネルに導入される前に流動チャネルに導入される。いくつかの側面では、第４の流体は、第３の流体が流動チャネルに導入された後に流動チャネルに導入される。さらなる側面では、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水溶液であり、第３の流体は、油であり、第４の流体は、油であり、第１、第３、および第４の流体は、独立して同じであるか、または互いに異なる。なおもさらなる側面では、油のそれぞれは、独立して、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される。

いくつかの側面では、本方法は、第５の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップをさらに含む。特定の側面では、第５の流体は、第２の流体が流動チャネルに導入された後に流動チャネルに導入される。他の側面では、第５の流体は、第３の流体が流動チャネルに導入された後に流動チャネルに導入される。いくつかの側面では、本方法は、第４の流体を流動チャネルに導入するステップをさらに含み、第４の流体は、第１の流体が流動チャネルに導入された後、かつ第２の流体が流動チャネルに導入される前に流動チャネルに導入される。特定の側面では、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水溶液であり、第３の流体は、油であり、第４の流体は、油であり、第５の流体は、油であり、第１、第３、第４、および第５の流体は、独立して同じであるか、または互いに異なる。さらなる側面では、油のそれぞれは、独立して、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される。

種々の側面において、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスに導入するための方法を提供し、本方法は、本開示によるマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第１の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、第２の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、第３の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、第４の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、第５の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップとを含み、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水溶液であり、第３の流体は、油であり、第４の流体は、油であり、第５の流体は、油であり、第１、第３、第４、および第５の流体は、独立して同じであるか、または互いに異なる。

いくつかの側面では、油のそれぞれは、独立して、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される。特定の側面では、第１の流体は、流動チャネルに導入される最初の流体であり、第２の流体は、第１の流体の後に導入され、第４の流体は、第２の流体の後に導入され、第３の流体は、第４の流体の後に導入され、第５の流体は、第３の流体の後に導入される。さらなる側面では、第１の流体は、流動チャネルに導入される最初の流体であり、第４の流体は、第１の流体の後に導入され、第２の流体は、第４の流体の後に導入され、第３の流体は、第２の流体の後に導入され、第５の流体は、第３の流体の後に導入される。

種々の側面において、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスに導入する方法を提供し、本方法は、本開示によるマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第１の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、第２の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、第３の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、随意に第４の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップと、随意に第５の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルに導入するステップとを含み、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水溶液であり、第３の流体は、油であり、第４の流体は、油であり、第５の流体は、油であり、第１、第３、第４、および第５の流体は、独立して同じであるか、または互いに異なる。

いくつかの側面では、第１の流体は、最初に導入され、第２の流体は、第１の流体の後に導入され、第４の流体は、第２の流体の後に導入され、第３の流体は、第４の流体の後に導入され、第５の流体は、随意に第３の流体の後に導入される。他の側面では、第１の流体は、最初に導入され、第４の流体は、第１の流体の後に導入され、第２の流体は、第４の流体の後に導入され、第３の流体は、第２の流体の後に導入され、第５の流体は、随意に第３の流体の後に導入される。

いくつかの側面では、流動チャネルへの流体導入のシーケンスは、（ａ）油、水溶液、および油；（ｂ）油、油、水溶液、油、および油；（ｃ）油、油、水溶液、および油；または（ｄ）油、水溶液、油、および油から選択され、油のそれぞれの組成は、独立して同じであるか、または異なる。特定の側面では、本方法は、シーケンス中の任意の時点で、油または水溶液から選択される１つまたはそれを上回る追加の流体の導入をさらに含む。いくつかの側面では、流動チャネルに導入される第１の流体は、油である。さらなる側面では、流動チャネルに導入される第１の流体は、水溶液でない。特定の側面では、流体は、気圧、空圧、油圧、またはそれらの組み合わせから選択される流体圧を印加することによって流動チャネルに導入され、流体圧は、正または負の流体圧である。なおもさらなる側面では、流体は、毛管作用またはウィッキングによって流動チャネルに導入される。他の側面では、流体は、遠心力駆動流によって流動チャネルに導入される。さらなる側面では、本方法は、流体をマイクロ流体デバイスの流体入口ポートを経由して流動チャネルに導入するステップをさらに含む。他の側面では、流体は、マイクロ流体デバイスの流体溜まりを経由して流動チャネルに導入される。

いくつかの側面では、本方法は、複数の流体溜まり内でデジタルポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うステップをさらに含む。特定の側面では、本方法は、複数の流体溜まり内で等温増幅を行うステップをさらに含む。他の側面では、検体は、流体溜まりにおいて結晶化を受ける。さらなる側面では、検体は、悪性表現型を発現する細胞、胎児細胞、循環内皮細胞、腫瘍細胞、ウイルスに感染した細胞、対象とする遺伝子でトランスフェクトした細胞、免疫細胞の亜型、または自己免疫もしくは自己反応性障害に罹患した対象の末梢血中に存在するＴ細胞もしくはＢ細胞から選択された少なくとも１つの希少細胞を含む。

いくつかの側面では、本方法は、第１の流体を第１の流体入口ポートに、第２の流体を第２の流体入口ポートに導入するステップをさらに含み、第１の流体入口ポートおよび第２の流体入口ポートは、同じポートまたは異なるポートである。特定の側面では、本方法は、第３の流体を第３の流体入口ポートに、第４の流体を第４の入口ポートに、および第５の流体を流体入口ポートに導入するステップをさらに含み、第３の流体入口ポート、第４の流体入口ポート、および第５の流体入口ポートは、独立して同じポートまたは異なるポートであり、第３の流体入口ポート、第４の流体入口ポート、および第５の流体入口ポートは、独立して、第１の流体入口ポートおよび第２の流体入口ポートと同じまたは異なるポートである。

（試料体積の自己デジタル化のためのシステム）
本明細書に記載されるデバイスおよび方法は、検出、撮像、および／または分析をさらに含み得る。いくつかの側面では、本発明は、例えば、本明細書に記載されるマイクロ流体デバイスを受容または収容するように構成されたチャンバを含み得る、分析システムを含むことができる。いくつかの側面では、システムは、複数のマイクロ流体デバイスを収容、回転、および処理するために構成される。本開示の側面による例示的なシステムを図２０に表す。分析システムは、１つまたはそれを上回る流体を収容するための複数の流体リザーバを含むこともできる。複数の流体リザーバは、例えば、流体をマイクロ流体デバイスの流体入口ポートに提供するように構成され得る。システムは、デバイスへの流体の装填を促進するための構成要素を含むこともできる。例えば、システムは、流動チャネルを通じて流体を駆動するか、または推し進めるように、流動チャネルに圧力を印加するように構成された流体加圧装置を含むことができる。システムは、デバイスに結合する回転構成要素（例えば、モータ）を含むこともでき、例えば、マイクロ流体デバイスの中心軸を中心としてデバイスをスピンまたは回転させるように構成される。いくつかの側面では、回転構成要素は、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブ、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）ドライブ、ブルーレイドライブ等の修正された光ディスクドライブ、もしくはそれらの修正版、またはそれらの組み合わせの一部である。

種々の反応は、分析システムを使用して実行され得る。反応の場合、システムは、流体溜まりのうちの少なくとも１つに熱を適用するように構成された熱制御構成要素を含み得る。検出および／または撮像は、マイクロ流体デバイスの流体溜まりのうちの少なくとも１つを光学的に分析するために、光学検出構成要素を使用して提供され得る。システムは、例えば、熱制御構成要素と光学検出構成要素とを制御するように構成され、かつ光学検出構成要素から生成されたデータを記憶するように構成された処理装置を含み得る、コンピュータシステムに結合することもできる。

いくつかの実施形態では、基本的な広域顕微鏡撮像セットアップを使用し、ＳＤデバイスの明視野および／または蛍光画像を取得することができる。多数のアレイを有するデバイスの場合、自動ステージ／位置付けシステムを使用し、多数のアレイを伴う遠心デバイス（例えば、図２０を参照）、または９６ウェルプレートに基づくデバイス（例えば、図２２を参照）、または他の自動化サポートレイアウト等の単一デバイス内の全てのアレイを迅速に撮像することができる。別の実施形態では、撮像は、高い回転分解能を有するロータリーエンコーダを使用するデバイスの回転位置に結合されることができ、デバイスがスピンしている間にそれらの撮像を可能にする。これは、データ取得をさらに加速することができ、リアルタイムで遠心デバイスの装填を監視するために使用することもできる。

別の実施形態では、デバイスは、点検出を使用して撮像されるのではなく、（例えば、レーザに基づく励起または発光ダイオード（ＬＥＤ）に基づく励起を用いて）走査され得る。一実施形態は、Ｔｙｐｈｏｏｎ ＦＬＡ ７０００等の市販のレーザ走査装置において使用されるもの等のレーザ走査（線形走査）システムを利用するであろう。別の実施形態では、走査システムは、光ディスク（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク）システムによって使用されるものに類似し得る（例えば、図２１および２３を参照）。いくつかの側面では、光学検出構成要素は、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブ、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）ドライブ、ブルーレイドライブ、もしくはそれらの修正版、またはそれらの組み合わせ等の修正された光ディスクドライブの一部である。

いくつかの側面では、本開示は、点検出器、画像検出器、または他の適切な測定デバイスを備える光学測定器具を提供する。いくつかの側面では、点検出器は、光電子増倍管（ＰＭＴ）であり得る。特定の側面では、画像検出器は、ＣＣＤであり得る。

いくつかの側面では、光学検出構成要素は、光励起の集束ビームでデバイス上の点を励起するように構成されたレーザまたはＬＥＤ等の電磁放射線源を備える。いくつかの側面では、電磁放射線源は、デバイスが回転するにつれてディスク形状デバイスの放射軸を走査する。さらなる側面では、レンズ等の光学構成要素を使用し、励起源に焦点を合わせることができる。なおもさらなる側面では、光学検出構成要素は、デバイス上の励起点から放出されたシグナルを検出するように構成されたセンサをさらに備える。特定の側面では、センサは、検出されたシグナルをプロセッサにリレーし、プロセッサは、後次分析のための検出されたシグナルを記憶するように構成される。

いくつかの側面では、回転構成要素は、光学検出構成要素の読出速度に一致するように、マイクロ流体デバイスの回転速度を調節するように構成される。特定の側面では、回転構成要素は、励起点がデバイスの外縁の近くにある場合はデバイスの回転速度を低減するように、および／または励起点がデバイスの中心領域の近くにある場合はデバイスの回転速度を増加させるように構成される。

種々の側面において、本開示は、本開示によるマイクロ流体デバイスを受容するように構成されたチャンバと、流動チャネルを通じて流体を推し進めるために十分な圧力を流動チャネルに印加するように構成された流体加圧装置と、マイクロ流体デバイスの流体溜まりのうちの少なくとも１つを光学的に分析するための光学検出構成要素と、光学検出構成要素を制御するように構成され、かつ光学検出構成要素から生成されたデータを記憶するように構成された処理装置とを備える分析システムを提供する。

種々の側面において、本開示は、本開示によるマイクロ流体デバイスを受容するように構成されたチャンバと、流動チャネルの少なくとも一部分を通じて流体を導入するように構成された流体導入構成要素と、流体溜まりを光学的に分析するように構成された光学検出構成要素と、光学検出構成要素を制御するように構成され、かつ光学検出構成要素から生成されたデータを記憶するように構成された処理装置とを備える、分析システムを提供する。

いくつかの側面では、流体導入構成要素は、複数の流動チャネルのうちの少なくとも１つを通じて流体を移動させるように構成される。他の側面では、流体導入構成要素は、気圧源、空圧源、油圧源、またはそれらの組み合わせから選択され、流体導入構成要素は、流体を流動チャネルに移動させるため十分な正圧源または負圧源を備える。さらなる側面では、流体導入構成要素は、毛管作用、ウィッキング、遠心力、またはそれらの組み合わせによって、少なくとも部分的に流動チャネルを通じて流体を移動させるように構成される。さらなる側面では、光学検出構成要素は、複数の流体溜まりを光学的に分析するように構成される。いくつかの側面では、本装置は、流体溜まりのうちの少なくとも１つに熱を適用するように構成された熱制御構成要素をさらに備える。いくつかの側面では、光学検出構成要素は、撮像デバイス、光ディスクドライブ、レーザ走査装置、またはそれらの組み合わせを備える。

いくつかの側面では、システムは、流体を収容するための複数の流体リザーバをさらに備え、複数の流体リザーバは、マイクロ流体デバイスの流体入口ポートに流体を提供するように構成される。いくつかの側面では、システムは、第２の流体リザーバと、第３の流体リザーバとをさらに備え、第２の流体リザーバは、第２の流体を含み、第３の流体リザーバは、第３の流体を含み、第２の流体は、水溶液を含み、第３の流体は、油を含む。特定の側面では、マイクロ流体デバイスには、第１の流体および第２の流体が装填され、第１の流体は、油を含む。さらなる側面では、光学検出構成要素は、流体溜まりに存在する検体を検出するように構成される。他の側面では、光学検出構成要素および処理装置は、流体溜まりのうちの少なくともいくつかにおける水溶液の体積を決定するように構成される。いくつかの側面では、流体溜まりのそれぞれは、開口管路によって流動チャネルと流体連通する。特定の側面では、流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動チャネルと流体連通する少なくとも１つのチャネルを備える。

種々の側面において、本開示は、流動軸、上流端、および下流端を有する流動チャネルと、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりとを備え、流体溜まりのそれぞれが、上流端および下流端を有し、流動チャネルが、流体溜まりのそれぞれの上流または下流に位置決めされた収縮部を含む、装置を提供する。

いくつかの側面では、収縮部は、流動チャネルの最大幅の約３分の１の幅である。他の側面では、流体溜まりは、流動チャネルを備えるデバイスの平面の下または上にある平面に位置決めされる。特定の側面では、流動チャネルは、第２の流体源および第２の流体と不混和性の第３の流体源と流体連通する。いくつかの側面では、流動チャネルまたは複数の流体溜まりのうちのいずれか１つには、第１の流体が装填され、第１の流体は、油である。さらなる側面では、流体溜まりのそれぞれは、下流端で先細りする。特定の側面では、流動チャネルの幅と流体溜まりの幅との間の差は、流体溜まりの幅の０．００１倍〜１．５倍である。他の側面では、流体溜まりの高さは、流動チャネルの高さよりも大きい。さらなる側面では、流体溜まりの長さは、流体溜まりの幅よりも大きい。

特定の側面では、第１の流体溜まりの下流端および第２の流体溜まりの上流端は、ある距離によって分離され、距離は、第１の流体溜まりの長さの０．１倍〜３倍である。特定の側面では、流動チャネルの幅は、流体溜まりの幅より大きく、流体溜まりのどの下流端も、別の流体溜まりの上流端と重ならない。いくつかの側面では、装置は、本開示のデバイスを備える。

本明細書に示される詳細は、例として、かつ単に本発明の好ましい実施形態の例証的考察を目的とし、最も有用であると考えられ、本発明の種々の実施形態の原則および概念的側面に関する容易に理解される説明を提供するために提示される。この点において、本発明の構造的詳細を、本発明の基本的理解に必要であるより詳細に示すような試みは行わず、説明は、図面および／または実施例とともに考慮され、本発明のいくつかの形態が、実際にどのように具体化され得るかを当業者に明らかにする。

別段の指定がない限り、本明細書で説明される方法およびプロセスは、任意の順序で行われ得る。例えば、ステップ（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）を説明する方法は、最初にステップ（ａ）、続いてステップ（ｂ）、次にステップ（ｃ）が行われ得る。または、方法は、例えば、最初にステップ（ｂ）、続いてステップ（ｃ）、次にステップ（ａ）等の異なる順序で行われ得る。さらに、それらのステップは、特殊性で別様に特定されない限り、同時または別個に行われ得る。

本明細書で使用される場合、かつ別様に指示されない限り、「ａ」および「ａｎ」という用語は、「１つ」、「少なくとも１つ」、または「１つもしくはそれを上回る」という意味にとられる。文脈によって別様に必要とされない限り、本明細書で使用される単数形の用語は、複数形を含むものとし、複数形の用語は、単数形を含むものとする。

別様に文脈が明らかに必要としない限り、説明および特許請求の範囲全体で、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、および同等物は、排他的または網羅的意味とは対照的に、包括的意味、つまり「を含むが、これらに限定されない」という意味で解釈されるものとする。単数または複数の数を使用する語は、複数および単数の数もそれぞれ含む。追加として、「本明細書において」、「上記」、および「下記」という語、ならびに類似する意味の語は、本出願において使用される場合、本出願の全体を指すものであり、出願の任意の特定部分を指すものではない。

本開示の実施形態の説明は、網羅的であるか、または開示される精密な形態に本開示を限定することを意図しない。本開示の特定の実施形態および実施例は、例証目的で本明細書に記載されるが、関連分野の当業者が認識するように、種々の同等の修正が本開示の範囲内で可能である。

任意の前述の実施形態の特定要素は、組み合わされ得るか、または他の実施形態における要素に置換され得る。さらに、本開示の特定の実施形態に伴う利点が、これらの実施形態の文脈において説明されたが、他の実施形態もそのような利点を呈する可能性もあり、全ての実施形態が、必ずしも本開示の範囲に含まれるそのような利点を呈するとは限らない。

本発明の好ましい実施形態は、本明細書において図示および説明されたが、そのような実施形態が単なる例として提供されることは当業者には明らかであろう。ここで当業者は、本発明から逸脱することなく、多くの変型、変更、および置換を思いつくであろう。本明細書に記載の本発明の実施形態に対する種々の代替例を、本発明を実施する際に用いることができることを理解すべきである。下記特許請求の範囲は、本発明の範囲を定義すること、ならびにこれらの特許請求の範囲内の方法および構造と、それらの同等物とがそれによって網羅されることが意図される。

下記実施例は、本発明のいくつかの側面をさらに説明するために含まれ、本発明の範囲を限定するために使用されるべきではない。

（広体積範囲にわたる試料デジタル化）
この実施例は、広体積範囲にわたって試料をデジタル化するためのデバイスを説明する。

本明細書に記載されるように、本発明の自己デジタル化（ＳＤ）プラットフォームの１つの特徴は、広い体積範囲およびアレイサイズにわたって試料をデジタル化する能力である。これは、高感度アッセイのための大きな試料体積、高分解能アッセイのための大きな流体溜まり数（小さな流体溜まり体積）、ならびに標準実験的用途のための中間流体溜まり体積および／または数を処理することを可能にする。一実施形態では、図１１ａは、体積約９０ｎＬの６４０個の流体溜まりを備える設計を示す。約６０μＬの総体積で、ほぼ５０分子／ｍＬの検出制限が達成された。流体溜まりは、例えば、幅５２０μｍ×長さ１０００μｍであり得、１００μｍのベベルを伴い、高さ約１７５μｍであり得る。流動チャネルは、幅約２００μｍ、高さ約４０μｍであり得る。例えば、排油をより一層促進するために、流体溜まりあたり２つの排液チャネル、およびチャネルあたり３つの接合部が存在し得る。排液チャネル接合部は、幅約８μｍであり得る。いくつかの側面では、排液チャネルは、接合部が合流するにつれて幅広くなり、それが流動チャネルに達すると分裂し、水性試料が排液チャネルを通じて移動するのを防止するように最小断面を維持する。デバイスは、２０μＬ／分の速度で、約５分で充填され得る。

例えば、図１１ｂに示されるような別の実施形態は、体積が約７．５ｎＬであり得る１０２４個の流体溜まりで構成される設計を含む。必要とされる総試料体積（約８μＬ）は、多くのアッセイに対する適度な最小試料体積に匹敵する。流体溜まりは、例えば、幅２００μｍ×長さ４００μｍであり得、５０μｍのベベルを伴い、高さ約１００μｍであり得る。流動チャネルは、幅８０μｍ、高さ約２５μｍであり、流体流動の方向付けを助け、最終油流（第３の流体）が通りぬけて試料をデジタル化する場合、水性試料（第２の流体）の安定した離脱を促進する両側の小さなくぼみ（約２０μｍ×約３０μｍ）を特徴とし得る。チャネルあたり２つの接合部を伴う一対の排液チャネル（幅約８μｍ）を、各流体溜まりに使用することができる。これは、ほぼ段階的な試料装填を生み出すために十分な急速排油を提供した。装填は、例えば、約８μＬ／分の流量で、２分未満で達成され得る。デバイスは、約３％またはそれを下回る変動係数（ＣＶ）で充填された。

例えば、図１１ｃに示される別の実施形態は、体積が約１ｎＬである１０，０００超の流体溜まりを含む設計を含む。この数の流体溜まりを用いる場合、約１．０５倍〜１．１倍濃度の異なる試料が、９５％パワーレベルにおいて少なくとも９５％の信頼レベルで達成され得る。８０μｍ×１６０μｍであり、２０μｍのベベルを伴い、高さ８０μｍの２５，６００個の流体溜まり、および１００μｍ×２００μｍであり、２５μｍのベベルを伴い、高さ８０μｍの１０，２４０個の流体溜まりの設計が充填され、デジタル化された。流動チャネルは、幅５０μｍ、高さ約２０μｍである。排液チャネルは、より少ない体積が置換されなければならないため、より簡素であり、流体溜まりあたり２組の単一接合排液チャネル（幅約８μｍ）を伴う。デバイスは、１５μＬ／分で、５分未満で充填され、デジタル化された。

別の実施形態は、体積が約１５０ｐＬである１０，２４０個の流体溜まりで構成される設計を含む。この数の流体溜まりを用いる場合、約１．０５〜１．１倍濃度の異なる試料が、９５％パワーレベルにおいて少なくとも９５％の信頼レベルで達成され得る。５０μｍ×８０μｍであり、１０μｍのベベルを伴い、高さ約４０μｍの１０，２４０個の流体溜まりの設計が充填され、デジタル化された。流動チャネルは、幅２５μｍ、高さ約１７μｍである。排液チャネルは、より少ない体積が置換されるため、より簡素であり、流体溜まりあたり１つの単一接合排液チャネル（幅約８μｍ）を伴う。デバイスは、２μＬ／分で、５分未満で充填され、デジタル化された。

例えば、図１１ｄに示される別の実施形態は、体積が約５０ｐＬである１０，２４０個の流体溜まりで構成される設計を含む。この数の流体溜まりを用いる場合、約１．０５〜１．１倍濃度の異なる試料が、９５％パワーレベルにおいて少なくとも９５％の信頼レベルで達成され得る。５０μｍ×３０μｍであり、１０μｍのベベルを伴い、高さ約４０μｍの１０，２４０個の流体溜まりの設計が充填され、デジタル化された。流動チャネルは、幅約２５μｍ、高さ約１７μｍである。排液チャネルは、より少ない体積が置換されなければならないため、より簡素であり、流体溜まりあたり１つの単一接合排液チャネル（幅約８μｍ）を伴う。デバイスは、２μＬ／分で、５分未満で充填され、デジタル化された。

これらの実施形態の全ては、シリコーン油ベース、鉱物油系、またはフッ化炭素系の油系を含む複数の油系で機能した。フッ化炭素系の一実施形態は、１０：１の比率のＦＣ−４０：１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ペルフルオロクタノール（ＰＦＯ）で構成された。別の実施形態は、ＢｉｏＲａｄからのｄｄＰＣＲをＰＦＯとともに用いた。別の実施形態は、Ｐｉｃｏ−Ｓｕｒｆ １およびＰＦＯをＦＣ−４０中で用いた。鉱物油系の一実施形態は、界面活性剤としてのＡｂｉｌ ＷＥ０９、湿潤剤として、また粘度を低下させるためのＴｅｇｏｓｏｆｔ ＤＥＣで構成され、粘度をさらに低下させるためにヘキサデカンも含み得る。Ａｂｉｌは、典型的に約０．０２％体積／体積で使用した。Ａｂｉｌ濃度が高すぎる場合、合体しないように（流動中に生成され得る）液滴をもたらし得る。液滴形成は、入口または流動チャネル／流体溜まり接合部のいずれかで形成し得る。流動チャネル／流体溜まり接合部での液滴形成は、増加した排油が二重の水性液：油の流動を創出し、液滴形成につながり得るため、より大きな流体溜まりにおいてより顕著である。Ｔｅｇｏｓｏｆｔを、広範囲にわたって使用したが（約３．５％〜約８３％）、この範囲に制限されない。いくつかの側面では、ヘキサデカンを使用して粘度を低下させ、典型的に約３０％で使用したが、ヘキサデカンは、ＰＤＭＳの膨張を引き起こし得る。鉱物油系の別の実施形態は、鉱物油中０．０２％のモノオレイン酸ソルビタン（スパン８０）で構成された。シリコーン油系の一実施形態は、０．０１％重量／重量のＧｒａｎｓｕｒｆ７７界面活性剤とともに、５０センチストロークのシリコーン油で構成された。

良好なデジタル化のためのいくつかのパラメータは、油によるデバイスの湿潤性、油／水性表面張力、流量、油粘度、およびデバイス寸法を含む。デバイスが、フルオロシラン（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ペルフルオロオクチルトリクロロシラン）で適切に（すなわち、完全に）シラン化される場合、ＦＣ−４０：ＰＦＯの表面張力および粘度は、急速な排油を達成するために適切であり、最終の油が流動チャンバからの水性液を置換し、完全に充填された流体溜まりをもたらすため、流体溜まりの段階的充填および油／水性界面の清浄な離脱を可能にする。鉱物油系において、Ｔｅｇｏｓｏｆｔは、デバイスに対して油の著しい湿潤性を提供するが、粘度が高すぎる場合、排液は減速し得、個々の流体溜まりのより遅い充填をもたらし、より優れた液滴生成がより少ない段階的充填をもたらす。

（出口がディスク形状デバイスの中心の近位にある遠心設計）
この実施例は、流動チャネルおよび出口ポートを有するディスク形状デバイスを説明し、デバイスの中心から流動チャネルの少なくとも一部までの距離は、デバイスの中心から出口ポートまでの距離よりも大きい。

ＳＤプラットフォームの一実施形態では、個々のアレイは、ディスク上で半径方向に位置決めされる。ディスクは、スピンすることができ、そのスピンによって生成された遠心力は、デバイスを通じて油および試料を駆動することができ、試料のデジタル化をもたらす。本方法は、多数のアレイが同時に充填されるのを可能にする。遠心力が試料をディスクの外側部に向かって駆動するため、入口および入口リザーバは、ディスクの内側部分に位置決めされる。大きな入口リザーバは、充填プロセス中に追加の装填ステップが必要でないように、全試料および油の保管を可能にし、全ての液体がチップを通過するのを防止する。入口／入口リザーバ設計は、図１９ｂに示され、大きなチャンバは、流体流動を方向付けるように入口に向かって先細り、２つの小さな穴でキャップされる。１つの穴を使用して油および試料を装填する一方、もう１つは空気が逃げるのを許すが、キャップの存在は、試料をデバイス内に収容した状態で保持する。次に入口は、流動チャネルに対して分岐する。

一実施形態では、チャネルは、半径方向に位置決めされる（例えば、図１２を参照）。別の実施形態では、チャネルは、実施例１におけるデバイスと同様に、線形状に位置決めされる（例えば、図１３を参照）。流体溜まりは、それらがチャネルのいずれかの側方に位置決めされる場合に充填されたが、スピン方向の反対側に位置決めされることもできる。排液チャネルは、流体溜まりの片側または両側に位置決めされ得るが、流体溜まりの下流側に位置決めされることができ、これは時としてより良いデジタル化をもたらし得る。試験された流体溜まりは、幅１５０μｍ×長さ３００であり、２５μｍのベベルを伴い、高さ約８５μｍである。

出口チャネルの場合、一実施形態では、各流動チャネルは、出口リザーバに直接接続する個々の出口チャネルを有する（例えば、図１２を参照）。別の実施形態では、出口チャネルは、分岐ネットワークを通じて再接続し、単一点で出口リザーバに接続する（例えば、図１３を参照）。

過剰な流体（空気または液体）を出口リザーバから逃がす実際の出口は、複数の位置に位置決めされ得る（例えば、図１６を参照）。一実施形態では、出口は、デバイスの外側部に位置決めされる。これは、過剰な流体が放出される低抵抗経路を提供し、試料装填の速度を加速し得るが、またこの結果として、油および潜在的に試料が無制御的にチップから出る。別の実施形態では、出口は、デバイスの内部に向かって位置決めされる（例えば、図１２−１４における設計に示される）。出口は、入口の同じ放射位置、または入口よりもデバイスの外部もしくは縁部の近く、または入口よりもデバイスの内部もしくは中心のさらに近くにあり得る。流体がディスクから出ることができないように、出口リザーバは、デバイスが完全に充填され、デジタル化されるのを許すために十分な油および過剰な試料を収容するために十分な大きさであり得る。液体は、出口を通じて空気を追い出すことができるが、相当大きい体積の液体は、標準装填速度下で出口に押し戻されることはできない。この実施形態は、閉じたシステムを創出し、試料が漏出して潜在的に他の試料または装置を汚染するのを防ぎ、自己計量機能も果たす。一旦出口リザーバが充填されると、流体流動は、本質的にデバイス内で停止する。これは、全液体が排出され、気泡を導入することを防ぐのを助け、連続したスピンが起こる場合（例えば、撮像または検出中）であってもデジタル化試料を安定に保持する。

（角度を有する流体溜まり）
この実施例は、流動チャネルに対して垂直以外の角度で位置決めされた流体溜まりを有するデバイスを説明する。

流体溜まりは、典型的に流動チャネルに対して垂直に位置決めされ、流体溜まりパッキング密度を最大化するのを助けるが、それはこの機構の要件ではない。流体溜まりは、流動チャネルに対してある角度で位置決めされ（例えば、図１４を参照）、依然として充填され、デジタル化され得る。図１４ａは、主チャネルに対して４５°の角度であり、線形アレイで位置決めされた（互いに平行な主チャネルを伴う）流体溜まりを伴い、出口ポートまたは複数の出口ポートが、チャネル出口に再接続する入口ポートの近くの内部位置に位置決めされた遠心設計を表す。拡大表示は、排液チャネルの設計を示す。図１４ｂは、ＰＣＲミックスで充填されたデバイスの蛍光画像を示す。図１４ｃは、食用色素を含有するＰＣＲミックスで充填されたデバイスの明視野画像を示す。

（遠心装填）
この実施例は、遠心力を使用してディスク形状デバイスに流体を装填または充填する方法を説明する。

ＳＤディスクデバイスの装填およびデジタル化は、行われるいくつかの例示的実験において、次のプロトコルを使用することができる。使用される典型的な油系は、０．０２％のＡｂｉｌ、３３％のＴｅｇｏｓｏｆｔ、および６７％の鉱物油であった。フッ化炭素を使用することもできる。この実施形態では、ＳＤディスクデバイスは、例えば、図１７Ａに示されるように、ディスクに対して設計されたカスタムローターを伴うベンチトップ遠心分離器を使用してスピンさせた。別の実施形態では、光ディスクドライブを含む他のロータリー機構を使用することができる。また別の実施形態では、多数のディスクが一度に装填され得る（例えば、図２０を参照）。ＰＤＭＳデバイスを、真空デシケーターにおいて５分間を超えて脱気し、ＰＤＭＳ以外の他のブラスチック材料を使用することもできる。次に、油（約２０〜３０μＬ）を各入口リザーバに装填し、ディスクを約１２５０ＲＰＭで１分間スピンした。次に水性試料（約１０μＬ）を装填し、残りのリザーバを油で充填した。ディスクの外側部分に出口を伴うデバイスの場合、それらは、約１２５０ＲＰＭで２分間スピンすることによって充填され得る。ディスクの内部に出口を伴うデバイスの場合、それらは約１２５０ＲＰＭで４分間スピンすることによって充填され得る。一旦充填されると、これらのデバイスは、約３０００ＲＰＭまでの加速下で安定であった。充填されたアレイは、例えば、図１２−１４のパートＢおよびＣにおいて見ることができ、いくつかのアレイからなる充填されたデバイスは、図２０Ａおよび２４Ｂに示される。充填中の時系列は、図１７Ｂ−１７Ｅにおいて見ることができる。

（ディスク検出および走査方法）
この実施例は、回転するディスク形状デバイスからの光シグナルを検出するための方法およびシステムを説明する。

データ分析のために、個々の流体溜まりの蛍光強度を測定することができる。標準蛍光顕微鏡技法は、この用途に適切であり、個々のアレイの全画像が本方法で得られた。標準ＤＳＬＲカメラを使用し、完全なチップ画像が得られた。Ｔｙｐｈｏｏｎ ＦＬＡ ９０００等の走査装置は、画像検出にも適している。しかしながら、データ取得効率を最大限にし、費用を最小限に抑えるために、さらなるカスタム撮像または検出セットアップが適切であり得る。既存の光ディスク（ＯＤ）プラットフォーム（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイ）は、急速撮像または検出がどのように達成され得るかに対するモデルを提供する。ディスクの標準読取速度は、約２００〜５００ＲＰＭであるが、書込速度は、数倍高速であり得、ＳＤディスクデバイスを装填し、読み取るための適切な速度範囲および制御を達成することができる低コストのシステムをもたらす。全てのＯＤプラットフォームは、レーザ走査装置（線形走査装置）をサブミクロンレベルに位置決めする必要があるため、ＯＤプラットフォームの動作制御システムは、ＳＤディスクデバイスを撮像する要件により適している。図２１は、ＳＤディスクシステムを撮像または検出するため、および動作制御のための２つの潜在的プラットフォームを示す。一実施形態では、全ての光学構成要素は、ＯＤ構成要素のスケールに低減され、全ては標準ＯＤ動作制御ドライブの追跡プラットフォームに取り付けられるであろう。

別の実施形態では（例えば、図２１Ｃを参照）、光ファイバを使用し、線形動作制御ドライブによって移動されなければならない構成要素の数を低減する。１つの光ファイバケーブルは、光源から蛍光フィルタセットアップにレーザ光を方向付けるであろう。レーザ光は、第１のフィルタを通過し、ダイクロイックから離れて第２の光ファイバケーブルに入り、ファイバに取り付けられたレンズに光を送達し、光をディスク上に集束する。同じファイバは、ダイクロイックおよび第２のフィルタを通過し、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）もしくは通常のダイオード、または光電子増倍管、またはＣＣＤセンサもしくはＣＭＯＳセンサ等の検出器に接続された第３のファイバに入る蛍光光を集合させることもできる。この実施形態では、試料につながるファイバは、線形動作制御ステージに取り付けられ得る。別の実施形態では（図２１Ｂに類似）、レーザおよびＡＰＤ（または他の検出器）は静止し、ファイバは、それらを動作制御ステージに結合し、小型化フィルタ、ダイクロイック、およびレンズは、光を試料に往復させる。

光学フィードバックを動作制御構成要素に提供できない場合、回転速度および線形位置に対する制御は低減され得る。いくつかの修正を行うことができる。回転エンコーダは、回転モータ（典型的にブラシレスＤＣ）に取り付けて速度の正確な測定を得ることができ、次にこれを使用して、モータ速度をフィードバックし、制御することができる。いくつかの線形モータは、ステッパモータであるため、いくつかの固有の位置制御を有する。これは、それ自体ではＯＤシステムのサブミクロン位置決め分解能に不十分であり得るが、ＳＤディスク撮像／検出要件の位置制御に十分であり得る。代替として、より高いスレッド数を伴う親ねじを利用し、より優れた位置制御を得ることもできる。最終的に、分解能は、流体溜まりのサイズと、流体溜まり全体が走査されなければならないか、または流体溜まりあたり数ラインの走査が十分であるかどうかの両方に依存するであろう。これは、充填機構の頑強性に大きく依存し得る。わずか数ラインの走査が必要である場合、およそ１０〜２０μｍの位置制御が十分であり得るが、完全な流体溜まり撮像が必要である場合であっても、２〜５μｍの画素（およびしたがって位置決めサイズ）は、十分な分解能を提供するはずである。撮像または検出は、必ずしもＯＤシステムが追随するらせん形状をとる必要はなく、完全回転のための設定位置で段階的に走査し、次の位置に移動することができる。

（ディスク撮像方法）
この実施例は、複数の流体溜まりを撮像するための方法を説明する。

特定の実施形態では、実施例５に記載される走査方法は、流体溜まりからアッセイ情報を得るために、より低費用のオプションを提供することができる。別の実施形態では、全体アレイまたはアレイの大きな部分が一度に撮像され得る。広域光学構成要素を備えたカメラは、全体アレイのデータ取得を一瞬で可能にし得る。一実施形態では、デバイスは、画像取得が行われる間静止しているであろう。別の実施形態では、画像取得は、特定の回転位置に結合され得、デバイスがスピンする間に画像が取得される。これを使用し、遠心充填中に装填するデバイスを監視すること、または１つの放射デバイス上の多数のアレイを急速に撮像することができる。

（ウェルプレートデザイン）
この実施例は、統合ウェルプレートマイクロ流体デバイス設計を説明する。

既存のラボ装置／インフラストラクチャーとのデジタルＰＣＲの統合は、技術の採用を大幅に増加させることができる。例えば、９６ウェルプレートフォーマットでの自動試料処理、ならびにこの技術に適合した熱循環器および撮像器が存在するため、これを利用するＳＤ技術を開発することは有意義である。そのようにして、ＳＤプラットフォームの一実施形態は、９６ウェルプレート技術を利用することができるデバイスである（例えば、図２２を参照）。この実施形態では、各ウェルは、１ウェルあたり２つの同心に位置決めされた区画を有する。内部円形ウェルは、試料装填のためであり、ウェル構造の中心に位置決めされ、３８４ウェル設計に匹敵する幾何形状を有することによって、多チャネルピペットまたは自動試料処理システムのいずれかとシームレスに作動するはずである。次に外環は出口となるであろう。デバイス充填中、圧力を（ガスケット／マニホールドを通じて）入口に提供することができ、および／または真空を出口に印加することができる。次にこの力は、試料を入口からマイクロ流体チャネルに追い込み、次に分岐して試料を流動チャネル、および流体溜まりに送達するであろう。これは、９６ウェルプレートの各ウェルの約９ｍｍ×約９ｍｍの底面積に適合するように、多レベルチャネルネットワークを含み得る。この実施形態では、体積が約５０ｐＬである１０，２４０個の流体溜まりのアレイが達成され得る。流体溜まり寸法は、約３０μｍ×約５０μｍ×約４０μｍであり、流体溜まりの下流に位置決めされた単一の排液チャネルが存在するであろう。このプラットフォームの実装の場合、圧力／真空をウェルに送達するための装置が必要であり得るが、既存の蛍光撮像システムが十分であるはずである。この実施形態では、デバイスの層（流体溜まりの上であるが、入口、出口、および上位チャネルの下）は、背景シグナルを排除するように黒くすることができる。この層は、視覚化目的で図２２から省略されたが、上位分岐を下位分岐に接続する垂直チャネルを伴う層内にあり得る。

（製造技法）
この実施例は、マイクロ流体デバイスを製造する方法を説明する。

ＳＤデバイスの製造は、例えば、２ステッププロセス、時として３ステッププロセスであり得る。第１のステップは、流動チャネルおよび排液チャネルの高さを確立する。第２のステップは、流体溜まり、ならびに入口および出口チャネルの高さを確立する。遠心ＳＤデバイスの場合、保管されなければならない比較的大きな体積を収容するために、第３のステップを追加して、入口および出口リザーバの高さを確立することができる。各ステップが別個に行われる場合、第２層のＳＵ−８が注入されると、第１層内の小さな密集した特徴が気泡を固定することができるため、気泡／欠陥が第２層に導入される危険性を増加させ得る（この場合、シリコーン特徴上にＳＵ−８を製造するためにＳＵ−８が使用されるが、ＳＵ−８の使用を必要としない深反応性イオンエッチング等の他のプロセスを使用することもできる）。これを回避するために、任意の特徴の現像を行う前に、第２のステップを第１のステップと組み合わせる。次のプロトコルが使用され得る。ＳＵ−８層は、スピンおよびベークされ、整列マーカーのみを含むマスクを通じて露光され、その後ウエハは、ポストベーク、現像、およびハードベークされる。これは、第１層および第２層の両方に整列マーカーを提供する。整列マーカーをテープで被覆し、第１のＳＵ−８層をスピンさせる。次に、テープを除去し、ウエハをプリベークする。次に第１層マスクを通じてウエハを露光し、ポストベークする。この後に新しいテープを使用して整列マーカーを被覆し、第２のＳＵ−８層をスピンさせる。次にテープを除去し、ウエハをプリベークする。次に第２層マスクを通じてウエハを露光し、ポストベークする。次にそれを現像し、ハードベークする。２層デバイスの場合、このプロセスを行う。これは、第１層の露光時間および／または露光後ベーク時間を短縮し、第２層ベーキングステップ中に起こり得る任意の広域化を最小化するために適切であり得る。３層デバイスの場合、第３層は主に入口および出口において役立つため、流体溜まり／チャネル特徴によって捕捉された任意の気泡は、露光された領域内にないため、第３層は、以前に現像されたチップに適用され得る。これは、第１層および第２層における精細特徴のさらなる現像を防止する。ＳＵ−８を使用する製造に加えて、当該技術分野において既知のような、深反応性イオンエッチング等のシリコーン微細加工を、ＳＤデバイスを複製するためのマスタの製造に使用することもできる。当該技術分野において既知のようなエンボス加工および射出成形を使用し、ＳＤデバイスの複製を作製することもできる。

（流動チャネルの底部と流体連通する流体溜まりを伴うデバイス）
この実施例は、流動チャネルの下に位置決めされた流体溜まりを有するデバイスを説明する。

流体溜まりは、主チャネルの側方または流動チャネルの底部／上部のいずれかにおいて流動チャネルに接続され得る（例えば、図３Ｂを参照）。底部／上部に位置決めされた場合、２つの領域間の界面は、より大きく、より急速な流体交換を可能にする。

流動チャネルが収縮部を有しない一実施形態では、流体溜まりは、幅１００μｍ×長さ２００μｍ×深さ１００μｍであり、２ｎＬの体積を付与した。主チャネルは、深さ２０μｍであり、１、２５、５０、または１００μｍの各側方に少なくともオーバーハング長を伴う流体溜まりと同じ幅であり、流体溜まり間の間隔は、５０、１００、または２００μｍであった。アレイあたりの流体溜まりの数は、１０２４、４０９６、１０２４０、２５６００を含んだ。この設計を用いて、水性試料を収容する流体溜まりの数は、典型的に８０〜９０％であり、流体溜まりの８０〜９０％が単離され、残りは流体溜まり間にいくらかの相互接続を示した。

別の実施形態では、流体溜まり寸法は、同じであったが、主チャネルは、流体溜まりのそれぞれの上流に収縮部を含んでいた。一実施形態では、収縮部は、長さ２５μｍ、幅１００μｍであった（チャネルの最大幅の半分）。流体溜まり前の収縮部のいずれかの側方に２５μｍのより幅広い主チャネルが存在した（図７）。アレイあたりの流体溜まりの数は、例えば、１０２４、４０９６、１０２４０、２５６００、またはそれを上回るものであり得る。収縮部を有する場合、試料を収容する流体溜まりの数は、約９９％に増加し、単離された溜まりの数は、約９０％である。

別の実施形態では、収縮部におけるチャネル幅は、わずか５０μｍの幅、または流動チャネルの最大幅の３分の１であった。流体溜まりは、デバイスの下流端に先細りも示した（図８ａ）。アレイ内の流体溜まりの数は、アレイあたり１０２４、４０９６、２５６００、または３８４００個の流体溜まりで構成された。単離された流体溜まりのパーセントは、この実施形態を用いて約９５％までさらに増加した。

（試料デジタル化の組織的研究）
この実施例は、流動チャネルの底部に流体溜まりを伴う設計における試料デジタル化の組織的研究を説明する。

３次元多相計算流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションを実行し、いくつかの設計パラメータを研究した。モデルは、単一チャネルおよび１つまたはそれを上回る流体溜まりであった。研究されたパラメータは、毛管数（ｃａ）およびチャネルと、流体溜まりサイズと、間隔とを見るいくつかの比率を含むが、これらに限定されない。

計算研究の場合、底部流体溜まりにおける試料デジタル化の３次元多相流体シミュレーションは、計算流体力学（ＣＦＤ）パッケージを用いて行った（Ｆｌｕｅｎｔ， Ｖｅｒｓｉｏｎ ６．３．２６、Ｆｌｕｅｎｔ Ｉｎｃ．、ＡＮＳＹＳ，Ｉｎｃ．，Ｌｅｂａｎｏｎ，ＮＨ）。１００μｍ×２００μｍ×１００μｍ（ｗ×ｌ×ｄ）を測定する底部流体溜まりを伴う主チャネルの異なる粘性／界面特性（Ｃａ）および可変寸法（Ｗ_ｍ、Ｈ_ｍ）について、液滴デジタル化をシミュレートした。設計は、ノード点間に２．５〜５．０μｍの分解能を伴う六面体メッシング戦略を使用して有限要素に変換された。シミュレーションにおいて、水（ρ＝９９８ｋｇ ｍ^−３、μ＝１．００３×１０^−３ｋｇ ｍ^−１ｓ^−１）およびシリコーン油（５０ｃＳｔ、ρ＝９８０ｋｇ ｍ^−３、μ＝０．０４９ｋｇ ｍ^−１ｓ^−１）を水溶液および油相としてそれぞれ使用した。モデルソルバーは、圧力に基づく３次元として、絶対速度公式、および非反復時間経過とともに一次陰関数非定常公式を用いて定義された。

流体の体積（ＶＯＦ）ソルバーは、２相、明示的ＶＯＦスキーム、および０．２５のクーラント数を伴う多相モデルに使用した。相の相互作用は、壁接着特性および例えば、５〜３０ｍＮ ｍ^−１の範囲の水−油界面に対する異なるγ値を用いて定義した。境界条件を次のとおり設定した。単一の入口は、研究されるパラメータに依存する平坦速度プロフィールを用いて定義された。出口は、定圧による流出として定義された（Ｐ_{Ｏｕｔｌｅｔ}＝Ｐ_ａｔｍ＝１０１３２５Ｐａ）。主チャネルおよび流体溜まりを包囲する壁は、１７５°の疎水性接触角度を有するように設定された。次に主チャネルおよび底部流体溜まりは、Ｆｌｕｅｎｔの「Ａｄａｐｔ」ツールを使用して油相および水溶液を事前充填することができ、流体溜まり体積の１．５〜２．０倍の体積を伴う水性プラグをもたらし、流体溜まりの前に最大２５μｍに達する。流体流動プロフィールおよび体積フラクションは、圧力−速度結合のためのフラクションステップでシミュレートされ得る。空間離散化は、運動量の一次風上スキームおよび圧力に設定された圧力段状化オプション（ＰＲＥＳＴＯ！）によって実装された。体積フラクションは、Ｇｅｏ−Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔオプションを使用して離散化された。残留許容量は、０．００１に設定された。シミュレーションは、０．１〜５．０μｓの範囲の時間ステップで続いて反復された。

真っ直ぐな主チャネルの下に流体溜まりを伴うチップ内の試料体積の自己デジタル化は、主チャネルの寸法および毛管数（Ｃａ）に対する強い依存性を示した。デバイス設計の異なるパラメータを研究した。一実施形態では、チップあたり１，０２４個の流体溜まりのアレイを使用し、充填およびデジタル化に影響する異なるパラメータを調査した。これらのパラメータは、流体溜まりの幅ｗに対する主チャネルのオーバーハングＷ（Ｗ／ｗ）、正規化した流体溜まり間の間隔（δ／ｗ）、および流動方向に対する流体溜まりのアスペクト比（ｌ／ｗ）を含んでいた。パラメータ研究からの結果は、油充填された非蛍光チップ（図２５ａにおける暗部）に対して充填された流体溜まり（図２５ａにおける明部）の蛍光顕微鏡画像に基づいた。図２５ａは、Ｃａ＝０．０１５での１，０２４−流体溜まりチップにおける試料デジタル化の蛍光画像シーケンスを表す。ｘ−ｚ−中央平面で撮像された、３つの流体溜まりにおける０．０１％ ｗ／ｗのＧｒａｎｓｕｒｆ ７７を含む５０ｃＳｔのシリコーン油による水性試料（フルオレセインを補充した）のせん断が示される。バルク水溶液からのデジタル化前の流体溜まり間の水相の切込に留意されたい。スケールバーは、２００μｍに対応する。

図２５ｂは、３次元油中水多相流動ＣＦＤ分析によって、液滴破壊前（ｔ_０）、破壊中（ｔ_１）、および破壊後（ｔ_２）に充填する流体溜まりの実施例を表し、等表面として示される、油から水までの範囲の水体積フラクションおよび水／油界面のｘ−ｚ−およびｙ−ｚ−中央平面での等角図、上面図、および側面図に外郭が示される。図２５ａおよび２５ｂ）における流動は、左から右である。

結果は、保持比（Ｒ）および総充填（またはデジタル化）効率（ｆ_{ｔｏｔａｌ}）として提示される。保持比は、主チャネルへの接続を維持する流体溜まりから独立して、チップあたりの充填された流体溜まりの数として定義され得（主チャネルを通る接続は、閾値スキームによって濾過されるため）、チップあたりの流体溜まりの層数に正規化される。対照的に、充填効率またはデジタル化効率は、主チャネルを通じて水性架橋によって接続されたままである流体溜まりを説明する。いくつかの流体溜まりにわたって広がり、主チャネルを通じて接続されたままである水性試料は、１つの液滴として処理される。充填効率は、チップあたりの流体溜まりの総数によって正規化することもできる。充填効率１は、主チャネルを通じて近くの流体溜まりへのいかなる相互接続もなしに、単一流体溜まりを占める水性試料での全体チップの充填を表す（完全デジタル化）。充填効率を減少させると、単一流体溜まりよりも体積が大きい水性試料のフラクションは、増加する（例えば、近くの流体溜まりに接続する水性架橋の結果として）。したがって、保持比は、ＳＤチップあたりいくつの流体溜まりが水性試料で充填されたかを説明し、充填効率は、デジタル化の質の尺度である（すなわち、低いｆは、多くの相互接続された液滴に対応し、高いｆは、数滴からゼロに対応する）。本研究の目標は、それぞれが単一流体溜まりの体積を伴う、デジタル化水性試料での全体チップの完全充填を達成することであった。

図２５ｃ−ｅは、異なる設計パラメータの特性化、具体的には、正規化した主チャネルオーバーハング（Ｗ／ｗ）（図２５ｃ）、正規化した流体溜まり間の間隔（δ／ｗ）（図２５ｄ）、ならびに流動方向（ｌ／ｗ）、およびその充填効率に対する影響（ｆ_{ｔｏｔａｌ}）と試料保持比（Ｒ_{ｔｏｔａｌ}）に関する流体溜まりのアスペクト比（図２５ｅ）を要約する。研究は、高さ２０μｍ（Ｈ_ｍ）の主チャネルと、それらの下に流体溜まりを伴うチップ内で行った。データは、平均±ＳＤ（ｎ＝２）として表される。

一側面では、実験的研究は、試料保持の５０％超が、最高ＣａおよびＷ／ｗを除いて、研究されたチャネルオーバーハング（Ｗ）およびＣａ範囲の全範囲に対して達成されたことを示した（図２５ｃの右パネル）。同時に、充填効率は、Ｗ／ｗの増加に伴って減少するように思われた（図２５ｃの左パネル）。オーバーハングがないと考えられる実験的研究において（Ｗ／ｗ＝０）、充填効率は、Ｃａの増加に伴って増加を示した。全体として、充填効率は、Ｃａの減少およびＷ／ｗの増加に伴って減少することが予測され得る。これは、より幅広いチャネル（高いＷ／ｗ）と比較して、細いチャネル（低いＷ／ｗ）における油相のより高いせん断流に起因する。パラメータＷ／ｗの場合、実験は、０〜０．５のＷ／ｗ値、および高いＣａ（０．０２〜０．０３）に対して、比較的高い試料保持および充填効率が達成され得ることを示す。Ｃａは、油相の線形流速に直接比例するため、デジタル化中に使用される高いＣａ値は、チップを充填し、デジタル化するために必要とされる時間を最小限にするためにも有益であり得る。しかしながら、研究された最高Ｃａにおいて、せん断流は、流体溜まりあたり多くの小さな乳化液滴の生成をもたらし、計算された保持よりも充填効率を人為的に上昇させた（図２５ｃ）。この乳化は、オーバーハングおよび高いＣａを持たないと考えられるパラメータに対してのみ見られた。

図２５ｇは、異なるＨｍを用いたパラメトリックＣＦＤ研究からの結果を示す（白色記号＝２５μｍ、灰色記号＝５０μｍ）。Ｃａ＞０．０２を超える試料保持における明確なカットオフ、および使用されるデータの差異にもかかわらず、ｆ）とｇ）との間の保持カットオフ（Ｃａ）における類似性（保持された試料の面積対体積）に留意されたい。試料デジタル化のＣＦＤシミュレーションは、オーバーハングがなかった場合、つまりＷ／ｗ＝０の場合、Ｃａが非常に低かった場合を除いて、実際に試料が保持されなかったことを示した（図２５ｇにおける丸記号を参照）。シミュレーションは、試料がデジタル化され、保持されるのを許すために、小さいＷが必要であったことも示した。このシミュレーション結果を、上記のオンチップ実験と対比し、Ｗ／ｗが０であると考えられる場合であっても試料保持を示した（図２５ｃ）。この明らかな矛盾は、多層微細製造プロセスにおける不完全性によって説明され得る。第１層（主チャネル）と、流体溜まりを含む第２層との間の製造プロセスのわずかな不整合は、液滴保持を支持する縁部をもたらし得る。実際に、明視野顕微鏡によって測定されるような約１〜２μｍの不整合は、いかなるオーバーハングも有するべきでないと考えられるマスタ内に存在し、このわずかな不整合は、現行の製造プロセスでは克服困難であった。シミュレーションから、このわずかなオーバーハングは、流体溜まりへの試料デジタル化を可能にし、実験観察と一致した。

対照的に、より大きなＷは、高い充填効率の効果を反転させ、これはバルク水溶液が、各流体溜まり内でデジタル化される方法によって説明された（図２５ａ、ｂ）。各流体溜まり内の水性区画は、隣接した流体溜まり間の油相のせん断によってバルク水溶液からピンチオフされた。より幅広い主チャネルは、より弱いせん断力をもたらし、したがって、それが流体溜まり内に充填された後に水性液滴のピンチングを低減し、結果として、隣接した流体溜まり内の水性液滴が、主チャネル内の水性架橋によって相互接続されたままであり、それらが主チャネル内の流動によって流体溜まりから除去される機会も増加した。

オーバーハング研究（Ｗ／ｗ）からの結果に基づいて、大きな流体溜まり間の間隔（δ）が、デジタル化を促進し、高い試料保持および充填効率を達成するために有益であり得ると主張したくなる。流体溜まりの間隔Ｗ／ｗの影響を調査するために、Ｗ／ｗは、０．５で固定され得、異なるδの結果は、流体溜まりの幅に対して正規化した。実験結果は、Ｃａの増加に伴うＲ_{ｔｏｔａｌ}の減少にもかかわらず、小さなδ／ｗが、研究されたＣａ範囲に対して高い試料保持をもたらしたことを示した（図２５ｄ）。大きなδ／ｗの結果は、試料保持に対するＣａの顕著な影響を示した。ここで、小さなＣａは、水性試料の保持を許したが、大きなＣａ（≧０．０２）において、水性試料は、ＳＤチップから流し出され得る。小さなδ／ｗおよび低いＣａにおいて、低いｆ_{ｔｏｔａｌ}が存在し、水性区画のうちの多くが、隣接した流体溜まり間の架橋を通じて相互接続されたままであったことを示す。より高いＣａの使用、したがって油相のより高いせん断率は、充填効率の増加を可能にした。しかしこれらの増加は、低いδ／ｗに限定された。これらの結果は、δが、主チャネルオーバーハングとして（すなわち、油相によるせん断中の切込またはピンチングによって）バルク水溶液からの個々の液滴の破壊に対して類似の効果を有することを示した。小さなδは、流体溜まりサイズの水性液滴のデジタル化を支持する傾向があったが、大きなδは、強力に低減された試料保持につながった。さらに、流体溜まり間の間隔は、マイクロ流体チャネルの下に位置する流体溜まりの密度に対して強い影響を及ぼした。より大きな流体溜まり間の間隔は、所定のチップ領域に対してチップ内でデジタル化または保持され得る全体試料体積を低減した。

試料保持に影響した別のパラメータは、主チャネル流動の方向の流体溜まりの長さ（ｌ）であった。Ｗ／ｗが０．５である場合、０．５のｌ／ｗ（すなわち、流動方向に垂直な幅広い流体溜まり）は、高いｆ_{ｔｏｔａｌ}およびＲ_{ｔｏｔａｌ}に対して最も有益でない可能性がある。正方形断面を伴う流体溜まり（ｌ／ｗ＝１．０）は、Ｃａの増加に伴ってより高いｆ_{ｔｏｔａｌ}およびＲ_{ｔｏｔａｌ}を示した。試料デジタル化および保持における全体傾向は、流体溜まりの「長」軸が、流動方向に対して平行であるように、流動方向に置かれた長方形の流体溜まり（ｌ／ｗ）が、高いｆ_{ｔｏｔａｌ}およびＲ_{ｔｏｔａｌ}に対して最も有益であることを示唆した（図２５ｅ）。

試料保持に対するＣａの重要性を強調するために、パラメトリック研究からのデータを単一プロットに複合した（図２５ｆ）。プロットは、Ｃａの増加に伴い、試料の保持（Ｒ_{ｔｏｔａｌ}）において明確な傾向があったことを示す。試料のほぼ１００％は、０．０２０よりも小さいＣａにおいて、チップ内に保持され得る。より高いＣａにおいて、水性試料の大部分は、油相をせん断することによってチップから流し出されることができ、したがってＲ_{ｔｏｔａｌ}を減少させる。

ＣＦＤは、側チャンバＳＤチップに対するプロセスパラメータを研究するための強力なツールであり得る。類似の技法を使用し、主チャネルの下に流体溜まりを伴うＳＤチップにおける試料のデジタル化を改善することができるパラメータを調査した。可変主チャネル高さ（Ｈ_ｍ）を伴う底部流体溜まりＳＤチップを用いた予備的シミュレーションおよび実験的研究は、臨界高さを示し、それを超えると試料のデジタル化が大幅に低減された。これらの研究では、２ｎＬの流体溜まり体積を伴う底部流体溜まりＳＤチップを使用した。これらのチップは、正規化したチャネルオーバーハング（Ｗ／ｗ）０．２５、正規化した流体溜まりの間隔（δ／ｗ）０．５、および流体溜まりアスペクト比（ｌ／ｗ）２．０を有した。実験的研究は、Ｈ_ｍが３０〜４０μｍよりも大きい場合、Ｒ_{ｔｏｔａｌ}およびｆ_{ｔｏｔａｌ}がゼロに近付いたことを示した。試料のデジタル化に対する主チャネル幾何形状およびＣａの変化の効果をさらに調査するために、ＣＦＤモデルを使用し、単一流体溜まりの充填をシミュレートした。ＣＦＤ研究の実施例は、水溶液での流体溜まりの充填前および充填中（ｔ_０、ｔ_１）、ならびに油相によるせん断後（ｔ_２）のステージとともに、図２５ｂに示される。ＣＦＤ研究では、オンチップ実験において使用される材料特性（油および水）も使用した。オンチップ研究とは異なり、ＣＦＤ研究は、保持された水性試料体積の直接読出を可能にし、Ｃａプロットにおいて、流体溜まりの体積Ｖ_ｗに対して正規化した結果が提示される（図２５ｇ）。

主チャネル高さ２５μｍ（図２５ｇにおける白抜きの記号）の研究において、Ｖ／Ｖ_ｗは、Ｃａの増加にともなって減少し、０．０２０のＣａにおいてゼロに近付くことがわかった（Ｗ／ｗ＝０の研究を除く）。さらに、Ｗ／ｗが増加するにつれて、保持された試料体積の比率が増加した。Ｗ／ｗ＝０において、試料は、低いＣａにおいてのみ保持された。この結果は、試料が流体溜まり内に保持されるのを許すための小さな主チャネルオーバーハングの要件を示す。Ｃａが流体溜まり内の試料の保持または非保持の指標として使用された場合、全体傾向は、図２５に示されるオンチップとＣＦＤデータとの間で類似することがわかった。保持された液滴の体積の変化は、ＣＦＤデータによって直接定量化され得る。したがって、図２５ｆに示される保持データは、試料の断面積に基づくが、図２５ｇでは、保持された液滴の全試料体積が考慮されることに留意しなければならない。

Ｈ_ｍが５０μｍに増加した場合（図２５ｇにおける灰色記号）、デジタル化試料のより大きなフラクションは、試料液滴が流体溜まりを超える主チャネル体積を充填すると、主チャネル中に拡張した（したがって、Ｖ／Ｖ_ｗ＞＞１．０）。試料保持は、Ｈ_ｍ＝２５μｍと比較した場合（Ｃａ＝０．０２０を下回る保持）、はるかに低いＣａ（約０．００６５）において急激にゼロに近付いた。しかしながら、Ｗ／ｗ＜０．２５において、Ｈ_ｍが５０μｍであった場合、およびＣＦＤ研究において使用されるＣａ範囲（Ｃａ＝０．００１６〜０．０１９６）に対して、水性試料のいずれも流体溜まり内に保持されなかった。

主チャネル高さの変化についてのＣＦＤ研究の結果は、試料保持および試料デジタル化が、主チャネルのオーバーハング（Ｗ）に依存するだけでなく、主チャネルの高さによって大幅に影響されることを示した。この観察は、油相をせん断することによる水溶液のピンチングが、主チャネルの幾何形状（Ｈ_ｍおよびＷ_ｍ-）によって左右されることを示唆した。データは、Ｈ_ｍが臨界値を超える場合、水溶液試料のいずれもデジタル化され得ないことも示す。

（追加の側面）
いくつかの側面では、本開示は、中心領域および外縁を有するディスク形状本体であって、中心軸を中心として回転するために構成され、かつディスク形状本体の中心領域に位置する流体入口ポートと、近位端、遠位端、および流動軸を有し、流体入口ポートと流体連通する流動チャネルと、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりと、流動チャネルと連通する流体出口ポートとをさらに備えた、ディスク形状本体を備え、流体出口ポートが、流動チャネルの遠位端よりもディスク形状本体の中心領域の近くに位置する、マイクロ流体デバイスを提供する。

いくつかの側面では、マイクロ流体デバイスは、複数の流動チャネルを備え、それぞれが流体入口ポートおよび流体出口ポートと流体連通する。いくつかの側面では、複数の流動チャネルは、各流動チャネルの流動軸が、ディスク形状本体の外縁に垂直であるように構成される。いくつかの側面では、複数の流動チャネルは、平行に配置される。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動軸に直交する以外の角度である。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのそれぞれは、開口管路によって流動チャネルと流体連通する。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動チャネルと流体連通する少なくとも１つのチャネルをさらに備える。いくつかの側面では、流動チャネルおよび複数の流体溜まりは、疎水性表面を含む。いくつかの側面では、ディスク形状本体の少なくとも一部分は、天然に疎水性であるか、または表面処理されたポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、グリコール改質ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、および流動チャネル、複数の流体溜まり、またはそれらの組み合わせに疎水性表面を提供する多層材料を含む。いくつかの側面では、流動チャネルおよび複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、親フッ素表面を含む。いくつかの側面では、デバイスは、プライマー流体が装填される。

いくつかの側面では、流体は、水性液体、水性液体と不混和性の流体、有機溶媒、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、鉱物油、または任意の他の適切な油を含む。いくつかの側面では、複数の流動チャネルのそれぞれの遠位端は、デバイス上の共通流体リザーバと流体連通し、共通流体リザーバは、流体出口ポートと流体連通する。いくつかの側面では、流体出口ポートは、流体入口ポートよりもディスク形状本体の中心の近くに位置する。いくつかの側面では、流体出口ポートは、流体入口ポートよりもディスク形状本体の中心から遠くに位置する。いくつかの側面では、少なくとも１つの流体出口ポートは、少なくとも１つの流体入口ポートと同様にディスク形状デバイスの中心の近くに位置する。いくつかの側面では、マイクロ流体デバイスは、複数のフローセルを備え、各フローセルは、複数の流動チャネルを備え、独立して少なくとも１つの流体入口ポートと、少なくとも１つの流体出口ポートとを含み、少なくとも１つの流体出口ポートは、複数の流動チャネルの遠位端よりもディスク形状本体の中心領域の近くに位置する。

いくつかの側面では、本開示は、マイクロ流体デバイスを充填する方法を提供し、請求項１に記載のマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第１の流体を流体入口ポートに提供するステップとを含む。いくつかの側面では、本方法は、マイクロ流体デバイスを、その中心軸を中心として回転させ、第１の流体をマイクロ流体デバイス上に装填するステップを含む。いくつかの側面では、本方法は、圧力を第１の流体に印加するステップを含み、圧力は、第１の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルを通じて推し進めるために十分である。いくつかの側面では、圧力は、正または負の圧力である。いくつかの側面では、マイクロ流体デバイスには、プライマー流体が装填され、第１の流体は、水溶液を含む。いくつかの側面では、本方法は、第２の流体をマイクロ流体デバイス上の流体入口ポートまたは異なる流体入口ポートに提供することを含む。いくつかの側面では、本方法は、第３の流体を、マイクロ流体デバイス上の流体入口ポートまたは異なる流体入口ポートに提供するステップを含む。いくつかの側面では、第１の流体は、油を含み、本方法は、第２および第３の流体を、マイクロ流体デバイス上の流体入口ポートまたは異なる流体入口ポートに提供するステップをさらに含み、第２の流体は、水溶液を含み、第３の流体は、油を含む。いくつかの側面では、第２の流体は、検体を含み、本方法は、複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つにおける第２の流体の分析を行うステップをさらに含む。いくつかの側面では、検体は、生物学的材料を含む。いくつかの側面では、生物学的材料は、細胞、細菌、ウイルス、プリオン、核酸、タンパク質、遺伝物質の発現産物、結晶化分子、または粒子から選択される。いくつかの側面では、第２の流体は、複数の核酸分子を含み、本方法は、わずか１つの核酸分子が複数の流体溜まりのうちの少なくともいくつかに含まれるように、複数の流体溜まり内の複数の核酸分子のうちの少なくともいくつかを分配するステップを含む。いくつかの側面では、第２の流体は、複数の核酸分子を含み、本方法は、少なくとも１つの核酸分子が、複数の流体溜まりのうちの少なくともいくつかに含まれるように、複数の流体溜まり内の複数の核酸分子のうちの少なくともいくつかを分配するステップを含む。いくつかの側面では、本方法は、複数の流体溜まり内でデジタルポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うステップをさらに含む。いくつかの側面では、本方法は、複数の流体溜まり内で等温増幅を行うステップをさらに含む。いくつかの側面では、検体は、流体溜まり内で結晶化を受ける。いくつかの側面では、検体は、悪性表現型を発現する細胞、胎児細胞、循環内皮細胞、腫瘍細胞、ウイルスに感染した細胞、対象とする遺伝子でトランスフェクトした細胞、免疫細胞の亜型、または自己免疫もしくは自己反応性障害に罹患した対象の末梢血中に存在するＴ細胞もしくはＢ細胞から選択された少なくとも１つの希少細胞を含有する。いくつかの側面では、本方法は、第２の流体を、マイクロ流体デバイス上の流体入口ポートまたは異なる流体入口ポートに提供するステップを含み、第１の流体は、油を含み、第２の流体は、水溶液を含む。

いくつかの側面では、本開示は、請求項１に記載のマイクロ流体デバイスを、その中心軸を中心として回転させるために構成された回転構成要素と、マイクロ流体デバイスの複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つを光学的に分析するように構成された光学検出構成要素と、回転構成要素および光学検出構成要素を制御するように構成され、かつ光学検出構成要から生成されたデータを記憶するために構成された処理装置とを備える、分析システムを提供する。いくつかの側面では、分析システムは、複数の流体リザーバを含み、それぞれが流体を収容することができ、複数の流体リザーバは、流体をマイクロ流体デバイスの流体入口ポートに提供するように構成される。いくつかの側面では、分析システムは、複数の流体溜まりに熱を適用するように構成された熱制御構成要素をさらに備える。いくつかの側面では、熱制御構成要素は、ポリメラーゼ連鎖反応を行うために十分な複数の流体溜まりを加熱するために構成される。いくつかの側面では、分析システムは、複数の流体入口ポートのうちの少なくとも１つと流体連通する加圧構成要素をさらに備え、加圧構成要素は、流動チャネルを通じて流体を推し進めるために十分な圧力を印加するように構成される。いくつかの側面では、光学検出構成要素は、１〜５，０００ＲＰＭで回転するマイクロ流体デバイスを分析するように構成される。いくつかの側面では、回転構成要素は、光学検出構成要素の読出速度と一致するように、マイクロ流体デバイスの回転速度を調整するように構成される。いくつかの側面では、分析システムは、請求項１に記載の複数のマイクロ流体デバイスを収容、回転、および処理するために構成される。

いくつかの側面では、本開示は、複数のウェルを含むマイクロウェルプレートを備える、マイクロ流体デバイスを提供し、複数のウェルのそれぞれは、複数のウェルのうちの少なくとも１つと流体連通する少なくとも１つの流体入口ポートと、少なくとも１つの流体出口ポートと、流動軸を有する少なくとも１つの流動チャネルと、少なくとも１つの流体入口ポートおよび少なくとも１つの流体出口ポートと流体連通する流動チャネルと、少なくとも１つの流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりとをさらに備える。いくつかの側面では、複数の流体溜まりは、アレイで配置される。いくつかの側面では、複数の流体溜まりは、正方マトリクスアレイで配置される。いくつかの側面では、複数のウェルは、２：３の長方マトリクスアレイである。いくつかの側面では、マイクロ流体デバイスは、６、１２、２４、４８、９６、または３８４個のウェルを標準ウェルプレートフォーマットで含む。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動軸に直交する以外の角度である。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動軸に直交する角度である。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのそれぞれは、開口管路によって流動チャネルと流体連通する。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動チャネルと流体連通する少なくとも１つのチャネルを備える。いくつかの側面では、複数の流動チャネルおよび複数の流体溜まりは、疎水性表面を含む。いくつかの側面では、デバイスの少なくとも一部分は、天然に疎水性であるか、または表面処理されたポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、グリコール改質ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、および流動チャネル、複数の流体溜まり、またはそれらの組み合わせに疎水性表面を提供する多層材料を含む。請求項４４に記載のマイクロ流体デバイスにおいて、入口ポートは、流体と流体連通する。いくつかの側面では、流体は、水性液体、水性液体と不混和性の流体、有機溶媒、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、または任意の他の適切な油、またはそれらの組み合わせを含む。

いくつかの側面では、本開示は、マイクロ流体フローセルを充填する方法を提供し、請求項４４に列挙されるようなマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第１の流体を複数の流動チャネルのうちの少なくとも１つを提供するステップと、複数のウェルのうちの少なくとも１つに圧力を印加するステップとを含み、圧力は、複数の流動チャネルのうちの少なくとも１つを通じて第１の流体を推し進めるために十分である。いくつかの側面では、マイクロ流体フローセルを充填する方法は、第２の流体を複数のウェルのうちの少なくとも１つに提供するステップと、複数の流動チャネルのうちの少なくとも１つを通じて第２の流体を押し進めるのに十分な圧力を、複数のウェルのうちの少なくとも１つに印加するステップとをさらに含む。いくつかの側面では、第２の流体は、検体を含有し、本方法は、複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つにおいて第２の流体の分析を行うステップをさらに含む。いくつかの側面では、検体は、生物学的材料を含む。いくつかの側面では、生物学的材料は、細胞、細菌、ウイルス、プリオン、核酸、タンパク質、遺伝物質の発現産物、結晶化分子、または粒子から選択される。いくつかの側面では、第２の流体は、複数の核酸分子を含み、本方法は、わずか１つの核酸分子が、複数の流体溜まりのうちの少なくともいくつかに含まれるように、複数の流体溜まり内の複数の核酸分子のうちの少なくともいくつかを分配するステップを含む。いくつかの側面では、第２の流体は、複数の核酸分子を含み、本方法は、少なくとも１つの核酸分子が、複数の流体溜まりのうちの少なくともいくつかに収容されるように、複数の流体溜まり内の複数の核酸分子のうちの少なくともいくつかを分配するステップを含む。いくつかの側面では、本方法は、複数の流体溜まり内でデジタルポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うステップをさらに含む。いくつかの側面では、本方法は、複数の流体溜まり内で等温増幅を行うステップをさらに含む。いくつかの側面では、検体は、流体溜まり内で結晶化を受ける。いくつかの側面では、検体は、悪性表現型を発現する細胞、胎児細胞、循環内皮細胞、腫瘍細胞、ウイルスに感染した細胞、対象とする遺伝子でトランスフェクトした細胞、免疫細胞の亜型、または自己免疫もしくは自己反応性障害に罹患した対象の末梢血中に存在するＴ細胞もしくはＢ細胞から選択された少なくとも１つの希少細胞を含有する。いくつかの側面では、マイクロ流体デバイスには、プライマー流体が装填され、第１の流体は、水溶液を含む。

いくつかの側面では、本開示は、請求項１に記載のマイクロ流体デバイスを受容するように構成されたチャンバと、流動チャネルを通じて流体を推し進めるために十分な圧力を流動チャネルに印加するように構成された流体加圧装置と、マイクロ流体デバイスの複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つを光学的に分析するための光学検出構成要素とを備える、マイクロ流体デバイスの分析システム、および光学検出構成要素を制御するように構成され、かつ光学検出構成要素から生成されたデータを記憶するように構成された処理装置を提供する。いくつかの側面では、分析システムは、流体を収容するための複数の流体リザーバをさらに備え、複数の流体リザーバは、流体をマイクロ流体デバイスの流体入口ポートに提供するように構成される。いくつかの側面では、分析システムは、複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つに熱を適用するように構成された熱制御構成要素をさらに備える。いくつかの側面では、光学検出構成要素は、撮像デバイスを備える。いくつかの側面では、複数の流体リザーバのうちの異なる流体リザーバは、第１の流体および第２の流体を収容する。いくつかの側面では、マイクロ流体デバイスには、プライマー流体が装填され、第１の流体は、水溶液を含む。いくつかの側面では、光学検出構成要素は、水溶液を収容する複数の流体溜まりのうちの少なくともいくつかを撮像するように構成される。いくつかの側面では、光学検出構成要素および処理装置は、複数の流体溜まりのうちの少なくともいくつかにおける水溶液の体積を決定するように構成される。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのうちのそれぞれは、開口管路によって流動チャネルと流体連通する。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、流動チャネルと流体連通する少なくとも１つのチャネルを備える。

いくつかの側面では、本開示は、流動軸、上流端、および下流端を有する流動チャネルと、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりとを備え、複数の流体溜のそれぞれが上流および／または下流端を有し、流動チャネルが、複数の流体溜まりのそれぞれの上流および／または下流に収縮部を含む、装置を提供する。いくつかの側面では、収縮部は、流動チャネルの最大幅の３分の１の幅である。いくつかの側面では、複数の流体溜まりは、流動チャネルを備えるデバイスの平面の下または上に位置決めされる。いくつかの側面では、流動チャネルは、第１の流体源および第１の流体と不混和性の第２の流体源と流体連通する。いくつかの側面では、少なくとも流動チャネルおよび／または複数の流体溜まりには、第１の流体が装填される。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのそれぞれは、下流端で先細りする。いくつかの側面では、本開示は、流動軸、上流端、および下流端、幅、ならびに高さを有する流動チャネルと、上流端および下流端、流動軸に平行な長さ、幅、ならびに高さを有する、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりとを備え、流動チャネルの幅が、複数の流体溜まりの幅よりも広く、複数の流体溜まりのうちのどの下流端も、別の流体溜まりの上流端と重ならない、装置を提供する。いくつかの側面では、流動チャネルの幅と複数の流体溜まりの幅との間の差は、複数の流体溜まりの幅の０．００１倍〜１．５倍である。いくつかの側面では、複数の流体溜まりは、流動チャネルを備えるデバイスの平面の下または上に平面に位置決めされる。いくつかの側面では、流動チャネルは、第１の流体源および第１の流体と不混和性の第２の流体源と流体連通する。いくつかの側面では、少なくとも流動チャネルおよび／または複数の流体溜まりには、第１の流体が装填される。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのそれぞれは、下流端で先細りする。いくつかの側面では、流体溜まりの高さは、流動チャネルの高さよりも大きい。いくつかの側面では、流体溜まりの長さは、流体溜まりの幅よりも大きい。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのうちの１番目のものの下流端と、第１の流体溜まりから下流にある複数の流体溜まりの２番目のものの上流端との間の間隔は、複数の流体溜まりの長さの０．１倍〜３倍である。

いくつかの側面では、本開示は、流動軸、上流端および下流端、幅、ならびに高さを有する流動チャネルと、幅および高さを有する、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりとを備え、複数の流体溜まりのそれぞれが、上流端および下流端を有し、流体溜まりの高さが、流動チャネルの高さよりも大きい、装置を提供する。いくつかの側面では、複数の流体溜まりは、流動チャネルを備えるデバイスの平面の下または上にある平面に位置決めされる。いくつかの側面では、流動チャネルは、第１の流体源および第１の流体と不混和性の第２の流体源と流体連通する。いくつかの側面では、少なくとも流動チャネルおよび／または複数の流体溜まりには、第１の流体が装填される。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのそれぞれは、下流端上で先細りする。いくつかの側面では、流体溜まりの長さは、流体溜まりの幅よりも大きい。いくつかの側面では、複数の流体溜まりのうちの１番目のものの下流端と、第１の流体溜まりから下流にある複数の流体溜まりのうちの２番目のものの上流端との間の間隔は、複数の流体溜まりの長さの０．１倍〜３倍である。いくつかの側面では、流動チャネルの幅は、複数の流体溜まりの幅よりも大きく、複数の流体溜まりのうちのいずれかのどの下流端も、別の流体溜まりの上流端と重ならない。

Claims (24)

1. マイクロ流体デバイスであって、
   中心領域および外縁を有するディスク形状本体を備え、前記本体は、中心軸を中心として回転するために構成され、かつ
   前記ディスク形状本体の前記中心領域内に位置する流体入口ポートと、
   前記中心領域の近くにある近位端、前記外縁の近くにある遠位端、および流動軸を有する流動チャネルであって、前記流動チャネルは、前記流体入口ポートと流体連通する、流動チャネルと、
   前記流動チャネルと流体連通し、かつ前記流動軸からずれている複数の流体溜まりと、
   前記流動チャネルの前記遠位端と流体連通する流体出口ポートであって、前記流体出口ポートは、前記流動チャネルの前記遠位端よりも前記ディスク形状本体の前記中心領域の近くに位置し、前記流動チャネルの前記遠位端と前記流体出口ポートとの間の前記流体連通がチャネルを形成する、流体出口ポートと
   をさらに備える、マイクロ流体デバイス。
2. マイクロ流体デバイスであって、
   中心領域、外縁、および中心軸を有するディスク形状本体を備え、前記ディスク形状本体は、前記中心軸を中心として回転するために構成され、かつ
   前記ディスク形状本体の前記中心領域に位置決めされた流体入口ポートと、
   流動軸と最外領域とを有する流動チャネルであって、前記流動チャネルの前記最外領域は前記中心領域から最も遠い前記流動チャネルの領域であり、前記流動チャネルは前記流体入口ポートと流体連通し、前記流動チャネルの前記最外領域は、前記ディスク形状本体の前記外縁の近くに位置する、流動チャネルと、
   前記流動チャネルと流体連通し、かつ前記流動軸からずれている複数の流体溜まりと、
   前記流動チャネルの前記最外領域と流体連通する流体出口ポートであって、前記中心領域から前記流体出口ポートまでの距離が前記流動チャネルの前記中心領域から前記最外領域までの距離よりも小さく、前記流体出口ポートは、前記流動チャネルの前記最外領域よりも前記ディスク形状本体の前記中心領域の近くに位置し、前記流動チャネルの前記最外領域と前記流体出口ポートとの間の前記流体連通がチャネルを形成する、流体出口ポートと
   をさらに備える、マイクロ流体デバイス。
3. フローセルをさらに備え、前記フローセルは前記流体入口ポート、前記流体出口ポート、および複数の前記流動チャネルを備え、前記流動チャネルのそれぞれは、前記流体入口ポートおよび前記流体出口ポートと流体連通する、請求項１〜２のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
4. 前記複数の流動チャネルは、各流動チャネルの前記流動軸が前記ディスク形状本体の前記外縁に垂直であるように構成される、請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。
5. 前記複数の流動チャネルは、前記流動チャネルが平行に配列されるように構成される、請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。
6. 前記流体溜まりのうちの少なくとも１つは、前記流動軸に直交する以外の角度にある、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
7. 前記流体溜まりのうちの少なくとも１つは、前記流動軸に直交する角度にある、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
8. 前記流体溜まりのそれぞれは、開口管路によって前記流動チャネルと流体連通する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
9. 前記流体溜まりのうちの少なくとも１つは、前記流動チャネルと流体連通する少なくとも１つのチャネルをさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
10. 前記流動チャネルおよび前記複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、疎水性表面を備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
11. 前記流動チャネルおよび前記複数の流体溜まりのうちの少なくとも１つは、親フルオロ性表面を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
12. 共通流体リザーバをさらに備え、前記共通流体リザーバは、前記流動チャネルのそれぞれの前記遠位端と流体連通し、前記共通流体リザーバは、前記流体出口ポートと流体連通する、請求項３〜１１のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
13. 前記流体出口ポートは、前記流体入口ポートよりも前記ディスク形状本体の中心の近くに位置する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
14. 前記流体出口ポートは、前記流体入口ポートよりも前記ディスク形状本体の中心から離れて位置する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
15. 前記流体出口ポートは、前記流体入口ポートと同等に、前記ディスク形状デバイスの中心の近くに位置する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
16. 複数のフローセルをさらに備え、各フローセルは、
    複数の流動チャネルと、
    流体入口ポートと、
    流体出口ポートであって、前記流体出口ポートは、前記流動チャネルの前記遠位端よりも前記ディスク形状本体の前記中心領域の近くに位置する、流体出口ポートと
    を備える、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
17. 複数の前記フローセルをさらに備える、請求項３〜１５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
18. 前記フローセルのそれぞれは、複数の前記流体入口ポート、複数の前記流体出口ポート、またはそれらの組み合わせを備える、請求項１６〜１７のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
19. マイクロ流体デバイスに流体を導入するための方法であって、前記方法は、
    マイクロ流体デバイスを提供することであって、前記マイクロ流体デバイスは、
    中心領域および外縁を有するディスク形状本体を備え、前記本体は、中心軸を中心として回転するために構成され、かつ
    前記ディスク形状本体の前記中心領域内に位置する流体入口ポートと、
    前記中心領域の近くにある近位端、前記外縁の近くにある遠位端、および流動軸を有する流動チャネルであって、前記流動チャネルは、前記流体入口ポートと流体連通する、流動チャネルと、
    前記流動チャネルと流体連通し、かつ前記流動軸からずれている複数の流体溜まりと、
    前記流動チャネルの前記遠位端と流体連通する流体出口ポートであって、前記流体出口ポートは、前記流動チャネルの前記遠位端よりも前記ディスク形状本体の前記中心領域の近くに位置し、前記流動チャネルの前記遠位端と前記流体出口ポートとの間の前記流体連通がチャネルを形成する、流体出口ポートと
    をさらに備える、ことと、
    前記マイクロ流体デバイスの第２の流体入口ポートに第２の流体を提供することと
    を含む、方法。
20. 前記マイクロ流体デバイスをその中心軸を中心として回転させて、前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに前記第２の流体を装填することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記第２の流体に圧力を印加することを含み、前記圧力は、前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルを通じて前記第２の流体を推し進めるために十分である、請求項１９に記載の方法。
22. 前記圧力は、正圧または負圧である、請求項２１に記載の方法。
23. 前記マイクロ流体デバイスの第１の流体入口ポートに第１の流体を導入することをさらに含み、前記第１の流体入口ポートおよび前記第２の流体入口ポートは独立して同じポートまたは異なるポートであり、前記第１の流体は油を含む、請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の方法。
24. 前記マイクロ流体デバイスの第３の流体入口ポートに第３の流体を導入することをさらに含み、前記第１の流体入口ポート、前記第２の流体入口ポート、および前記第３の流体入口ポートは、独立して同じポートまたは異なるポートであり、前記第３の流体は油を含む、請求項１９〜２３のいずれか１項に記載の方法。