JP2004501360A

JP2004501360A - ミクロ流体装置および高スループット・スクリーニングのための方法

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Publication number: JP2004501360A
Application number: JP2001583935A
Authority: JP
Inventors: グレゴリー・ジェイ・ケロッグ; デイビッド・ダフィ; アーロン・ペルタ
Original assignee: Tecan Trading AG
Current assignee: Tecan Trading AG
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2004-01-15
Also published as: EP1284819A2; WO2001087485A3; WO2001087485A2; AU2001263162A1

Abstract

本発明はミクロ分析的およびミクロ合成的な分析および手順を実行するための方法と装置に関する。本発明は、ミクロ溝で流体運動に動きを与えるために、プラットフォームの回転から生じる求心力を利用するプラットフォームを操作する、ミクロシステム・プラットフォーム、およびミクロ操作装置を提供する。これらの分析は、薬物候補合成物スクリーニング、生命科学調査、および臨床分子診断を含むが、これに限らず、様々な目的のために実行可能である。特に、本発明の装置に固有の、多種多様なミクロ分析的もしくはミクロ合成的な、処理の何れも実行する方法が提供される。

Description

【０００１】
（発明の背景）
本出願は、開示が引用により本願明細書に明確に組み込まれる、２０００年５月１５日に出願された、米国特許出願第６０／２０４，２７２号および第６０／２０４，２７３号の優先権を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、ミクロ分析的およびミクロ合成的な分析および手順を実行するための、方法と装置に関するものである。特に、本発明は遺伝子的、生化学的、生体分析的な方法の超小型化に関する。具体的には、本発明は、小型化された生化学分析を実行する装置および方法を提供する。これらの分析は、薬物候補合成物スクリーニング、生命科学調査、および臨床分子診断を含むが、これに限らず、様々な目的のために実行可能である。また、本発明のミクロシステム装置を用いた、こうした多種多様なミクロ分析的、あるいはミクロ合成的な処理の何れをも実行する方法も提供される。
【０００３】
（関連技術の背景）
近年の様々な調査および研究分野における発展により、分析、特にミクロスケール（すなわち、１００μＬ未満の体積）での、生体分析の実行方法や装置の改良が、必要とされてきている。例えば、数多くの潜在的薬物候補は、その生物学的機能が評価される必要がある。例えば、組合せ化学の分野では、さまざまな構造上のサブユニットを、異なる化学親和性または配置と組み合わせて分子にする；理論的には、サブユニットの各順列のために、潜在的にユニークな生化学特性を有する新規分子が作成可能である。こうした方法で、合成物の大きなライブラリは、比較的小数の構成要素から合成可能であり、この種の各合成物は、通常未知の生物学的活動および有効性を持つ、潜在的な薬物誘導合成物である。
【０００４】
合成物のライブラリ開発に対する、従来のアプローチは、また、植物、真菌およびバクテリアから引き出された、自然誘導された合成物の使用を含み、数多くの候補を生んでいる。１つには、これは以下のことに起因する。それらがそれらを合成して使用する、有機体の代謝経路に影響を及ぼす方法を含み、こうした合成物機能の理解が進んだこと；小さい構造上で構成の違いに基づき、合成物の識別および理解が、ますます改善されたこと；そして、これらの合成物を抽出し、精製する方法が改良されたこと。
【０００５】
これらの推定的薬物候補の目標物の数が増加したこともまた、識別されている。ヒトゲノム・プロジェクトがその最たるものであるが、近年の生物学の進歩において、さまざまな疾患状態に関係する生化学活動を有する多くの分子が発見された。これらの新しい目標物がきわめて正確に提供され、疾患の基礎をなしている生物学的過程が、事実上制御可能で、操作可能とわかる特定の証拠があるにもかかわらず、これらの目標物の能力を強化、減弱、もしくは、他の方法で疾患に伴う代謝経路に影響を及ぼすものに変更可能な合成物を見つけるために、一般にスクリーニングにより、薬物は識別されなければならない。
【０００６】
薬物候補、目標物の機能および目標物上の候補の効果は、概して以下のものを含むスクリーニング処理により薬剤開発の初期段階に評価される：薬物候補を目標分子の部分もしくは領域に結合させる；薬有効性と相関した薬物候補目標領域に結合する、免疫測定；薬物候補による目標の酵素活動の抑制が、有効性の標識として使用可能な酵素分析；タンパク質／タンパク質結合；および、タンパク質／ＤＮＡ（ＲＮＡ）結合。追加的な分析は生きている細胞の使用を伴い、薬物候補に応じた複写レベルがモニタされる遺伝子表現を含み、機能分析は生化学効果および薬物誘導化合物を伴った処置の結果として、細胞内および細胞によって生じる生産物と同様に、例えば細胞生存能力など、肉眼で見える効果を調査するために設計された。（ウォレス及びゴールドマン（Ｗａｌｌａｃｅ＆Ｇｏｌｄｍａｎ）１９９７、高スループットスクリーニング内、「生物分析設計および実施（Ｂｉｏａｓｓａｙｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）」：生体活性物質の発見（ＴｈｅＤｉｓｃｏｖｅｒｙｏｆＢｉｏａｃｔｉｖｅＳｕｂｓｔａｎｃｅｓ）、Ｊ．Ｐ．デヴリン（Ｄｅｖｌｉｎ）、編集、マーセルデッカー（ＭａｒｃｅｌＤｅｋｋｅｒ）社、：ニューヨーク、ｐｐ．２７９−０５）。
【０００７】
目標物に対する合成物の初期スクリーニングにおいて、可能なスクリーンの数は、大雑把に言うと、候補数に目標物数を掛けた値である。候補数および目標物数双方が増加すると、その結果、実行するべき分析数が急速に増加する。実行される分析数の増加に加え、タイムリで役立つ形でこうしたスクリーニングの結果を得るために、分析の実行時間を削減することが、望ましいものとなる。最後に、単一反応ウェル内の１つのサンプルについて、―例えば、異なる特性波長を有する蛍光性成分などの、容易に区別可能な信号を用いて―複数の分析を実行可能とする「多重化」技術は、スループットを増すために使用可能である。
【０００８】
薬物スクリーニング分析に加えて、生物学的調査は、遺伝子の情報と、仮にあっても数少ない、解読されたＤＮＡによってコード化された、遺伝子生産物の機能を伴う相関をめぐる多様性の、膨大な貯蔵庫を開いてしまった。一方で、ヒトゲノムのヌクレオチド配列の識別は、これらの配列の生体インフォーマティクス分析に連結し、機能タンパク質をコード化可能で、多分コード化すると思われる、より多くのタンパク質符号化配列（「開放読出フレーム」と呼ぶ）を識別している。しかし、これらの配列は、（例えば、疾患と関連する突然変異を伴う遺伝子の場所の相関など）いかなる情報もない配列を、単に「読み込む」ことによって開かれてしまったため、完全に理解し、いかなるタンパク質目標物がそれによってコード化されるか、そして、この種の目標物に向けられる候補が、いかなる有用性薬物となり得るかを識別するには、こうした場所にある遺伝子生産物の機能を、決定しなければならない。他方、ヒトゲノム塩基配列への努力も、人間の疾患に関連しているか否かは判明していないが、（例えば単一のヌクレオチド多形性または「ＳＮＰｓ」など）遺伝子の突然変異を識別している。いずれの例においても、この人間の遺伝子情報の生産物は、「野生のタイプ」および突然変異双方とも、遺伝子の活動を決定するために分析され、さらに各々新しい遺伝子の場所でコード化されなければならない。生命科学調査における進歩は、ヒトゲノムの増加する識別された遺伝子によりタンパク質コード化された、それらの構造と機能を調査するとき、研究者に大量の分析を実行する調査を要求している。薬物スクリーニングにおいて用いられるのと同一の分析や分析フォーマットは、その多くが、他の生命科学調査においても使用可能である。
【０００９】
また、現在、疾患状態または疾患状態となる傾向に関連した遺伝子突然変異について、個々人が分析可能な、分子診断法の分野においても、大量の分析が実行されなければならない。例えば、いかなる特定の疾患もまたは疾患となる傾向も、疾患発生度または厳密性を測定可能な複数の遺伝子の、異なるいくつかの突然変異に関係していることがある。疾患状態のモニタリングにおいて、疾患の厳しさの予測に診断上用いることが可能な表現レベルの、特定の遺伝子からなる「指紋」を、疾患が有することがある。これらの遺伝子のモニタリング表現レベルは、異なる治療モダリティに対応する（または対応には及ばない）指示を提供可能である。
【００１０】
薬物発見、生命科学調査、および分子臨床診断法における、これらの、および他の応用のために、低コスト、高度な並行形式の、非常に多くの分析を実行可能なシステムおよび分析方法の必要が存在している。中心的なストラテジーは、既存の分析の小型化、もしくは非常に少ない量の、薬物合成物および試薬によって機能する新たな分析の開発であった。小型化は、より感度が高い検出スキームの発展を伴い、新規な化学または分析フォーマット（例えば撮像、光学走査および共焦点顕微鏡検査）と同様に、従来の信号（例えば比色吸収、蛍光および化学ルミネセンス）のための双方の良好な検知器を含んでいる。
【００１１】
小型化は、また、性能効果をもたらすことが出来る。短い長さスケールでの、拡散限定混合は、急速であり、高感度分析を実現するために利用可能である（ブロディ（Ｂｒｏｄｙ）ほか、１９９６、生物物理学Ｊ．７１：３４３０−３４３１）。小型化された圧力駆動システムの流体の流れが、乱流というよりむしろ薄層をなすため、洗浄や流体置換のような処理が、良好に制御出来る。ミクロ加工されたシステムも、表層および様々なクロマトグラフィ方法に結合することを必要とするもののような、体積に対する大きい表層面積の比率に依存する分析を可能にする。
【００１２】
小型化された分析のための流体取扱いおよび処理の発達は、主に従来の方法を縮小することを含んでいた。大複数の初期薬物スクリーンは、従来、０．１−０．５ｍＬより少ない容積を操作する、９６ウェルのミクロタイター・プレートで実行された。これらのプレートのウェルは、検出用光学キュベットと同様に、反応用「試験管」として役立つ。流体は、概して自動化したピペットステーション、または外部配管およびポンプを用いて、これらのプレートに分配される；自動化は、また、プレート取扱い、および、プレート洗浄器（例えば、固相分析で使われる）のようなサブシステムへの分配のために必要である。
【００１３】
小型化は、総反応体積が０．０１５から０．１ｍＬの間の３８４ウェル、さらには１５３６ウェルのミクロタイター・プレートの作成に及ぶ。しかし、標準のプレート技術を小型化する場合、多くの課題が生じる。最初に、総体積がより小さく、プレートが環境に晒されているので、分析の間に流体が蒸発し、結果が損なわれる可能性がある；開放プレートの他の欠点は、ウェル内の流体メニスカスの存在である。構成を変化させるメニスカス（例えば、プレート内の欠陥、または接触角度および表面張力の違いによる）は、サンプルに問い合わせるために用いる光学信号を歪ませることがある。分析量の減少に伴って光学信号強度が減少するにつれ、背景歪曲の修正がより難しくなる。最終的に、高密度プレートのための光学スキャニング・システムは、しばしば複雑で高価なものとなる。蒸発を最小化し、より同一の光学経路を提供し、より単純な検出計画を提供する方法が望まれている。
【００１４】
これらのプレートに、正確な測定量の流体を分配するために、非常に正確なピペット技術が開発されてきた。微小体積（数マイクロリットル以下）のための、これらの流体分配の方法の大部分は、高価な圧電性ピペットヘッドに依存するが、それは、多くのウェルを個々に対象化出来るよう、多くの独立ピペッターを結合し、もしくは「グループ化」するのが、複雑であり困難である。その結果、流体分配は、完全に、もしくは部分的に、連続的（すなわち、全てのプレートを繰り返し対象化するために用いる、単一ミクロピペッタ、または少数の並行分配システム）である。連続ピペット作業は、プレート対象化に要する時間量を増し、並行目的を達成出来なくしてしまう。従って、流体移送ステップの、数および精度を低減にする方法が必要である。
【００１５】
また、現存する実験室のインフラストラクチャーを伴うミクロ装置の統合は、望ましく、本技術において十分に取り上げられなかったものである。この統合は、スケールおよびフォーマット双方の１つである。スケールに関して述べるなら、流体は、外界から装置まで移送されなければならない。ここで、それらが取り扱われる体積は、概してミクロ装置に必要な体積より、１つ以上桁数が大きい。この移送が、移送される流体の体積のように、過度に複雑な過程を導入しないで、さらに過度のエラーを生じない方法または機械を導かない方法でなされることが望ましい。フォーマットに関して述べるなら、特に流体が装置に添加、もしくは装置から排除される方法については、ミクロ装置は、実験チャンバーにおいてすでに用いられている大規模装置に類似した、物理的特徴を有することが望ましい。ピペッターなど、標準の方法を用いて流体をロード可能なミクロ装置が、様々の設定において、より容易に、そして広く使われるだろう。
【００１６】
ミクロタイター・プレートの流体処理もまた、困難なものである。ウェルの小さな寸法は、拡散混合を強化する一方で、乱気流を抑制してしまい、数十ミクロンから数ミリメートルの長さの規模では、混合が困難になってしまう。類似した理由のため、洗浄、多くの分析における重要なステップにおいて、問題が生じることになる。（例えば、洗浄ステーションへ／からプレートを移動するなどの）プレート自体の操作と同じく、プレート上の流体の操作の双方の数を減らす方法は、汚染、搬送過剰および流体損失を小さくして、分析の質を改善する一方で、コストも減らすことが出来る。
【００１７】
このように、より少ない生物学的サンプル材を、より急速に、経済的に用いた生体分析を実行し、さらに、既存の実験チャンバー測定器と容易にインターフェースすることが可能な、改良型のミクロ操作装置、並びにその方法の技術が、必要とされている。この技術の必要性に関連し、本発明者の何人かは、回転により前記プラットフォームを操作する、ミクロシステム・プラットフォームおよびミクロ操作装置を開発してきたが、そこでは、ミクロプラットフォームに埋め込まれるミクロ溝で流体運動に動きを与えるために、プラットフォームの回転から生じる求心力を利用している。これらは、引用により各開示が本願明細書に明確に組み込まれている、２０００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書、および、共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された出願第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された出願第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された出願第０８／９９５，０５６号；および、１９９９年５月１９日に出願された出願第０９／３１５，１１４号の中で開示されている。
【００１８】
（発明の開示）
本発明は、引用により各開示が本願明細書に明確に組み込まれている、２０００年５月１６日発行の共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書、および共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；および、１９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号にて開示したように、ミクロシステム・プラットフォームを提供する。
【００１９】
本発明は、ミクロプラットフォーム上でのミクロスケール・プロセスを実行する装置および方法を提供するもので、それによって、流体は、プラットフォームの回転に起因した求心力により、プラットフォーム上に形成された溝を移動する。本発明装置の第１要素は、円盤形が最も好ましいが、回転可能な構造のミクロプラットフォームで、一般に「ミクロ流体構造」と呼ばれている、流体（サンプル）入口ポート、流体ミクロ溝、試薬貯蔵槽、収集チャンバー、検出チャンバー、およびサンプル排出ポートを備えている。ディスクは、プラットフォームのミクロ流体構造を通って、流体運動を可能にする。求心的加速を生成するため、約１から約３０，０００ｒｐｍまでの速度で回転させられる。本発明のディスクは、空気排出ポートおよび空気排除溝を備えているのが好ましい。空気排出ポート、および特に空気排除ポートは、流体が空気を排除する手段を提供し、こうして、ディスク上の流体の拘束されない動きが確実にされる。ディスク上の特定サイトは、また、これら各作動体の検知器と同様に、流体分析可能な要素を含んでいることが好ましい。
【００２０】
本発明のディスクは、遠心アナライザ技術に勝るいくつかの利点がある。最初に、流体溝が小さな容積しか持たないため、流れが薄層をなすという事実があげられる；これは、混合や洗浄などの過程の制御をより良いものとする。第２に、ミクロ製造によって与えられる小さな寸法により、巨視的システムよりも、遥かに広い回転速度範囲の、より大きな信頼性の、毛細管力に依存した「受動」弁の使用が可能となる。すでに記載されている小型化の効果が、これに加えられることとなる。
【００２１】
本発明の第２の要素は、ディスク機能を制御する、ディスク・プレーヤ／読み取り装置であるミクロ操作装置である。この装置は、ディスクをロード可能にし、回転させる機構、および、モーター、を装備している。加えて、本装置は、好ましくはユーザがキーパッドおよびコンピュータ・ディスプレイを用いて、ディスクのミクロシステムを作動させ、データにアクセスして分析する、手段を提供する。また、ミクロ操作装置は、以下のような、オンディスク（ｏｎ−ｄｉｓｃ）要素の作動手段を、利便的に提供する。アクティブ弁；化学的もしくは生物学的培養目的のディスクに対する、加熱アプリケーションおよび制御；および、ディスクへの流体の追加および流体排除の手段。本発明のミクロ操作装置は、引用により各開示が本願明細書に明確に組み込まれている、２０００年５月１６日発行の、共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書、共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；および、１９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号に、さらに詳しく述べられている。
【００２２】
本発明は、特にプラットフォームの密封された表層上での転送、混合、および分析操作を可能とするために、流体的に接続される、単一もしくは複数のプラットフォーム層内に含まれるミクロ流体構成要素を備えた、ミクロシステム・プラットフォームを提供する。プラットフォームは、複数の個々の分析試薬溶液が、好ましくは約１ｎＬから約１ｍｌまでの充分な体積を含んでいる、試薬貯蔵槽を備えていることが好ましい。試薬貯蔵槽は、ミクロ溝により、１つもしくは好適には複数の細胞培養チャンバーへ、さらに好適には、試薬溶液の特定量が各収集チャンバーに分配されるように、検出チャンバー、およびミクロ流体構成要素へ、流体的に接続される。より好ましくは、前記試薬貯蔵槽は混合構造、最も好ましくはサンプル貯蔵槽に対しても流体的に接続している、混合ミクロ溝へ流体的に接続されており、その結果、１つまたは複数の試薬は、検出チャンバーに分配されるサンプル、および結果として生じる混合物と混ぜ合わせられる。好ましい実施例では、プラットフォームは、複数のサンプル貯蔵槽と、複数の検出器に流体的に接続している混合構造から成っている。
【００２３】
本発明のプラットフォームの使用では、プラットフォームが静止したときに、流体（細胞懸濁液および試薬を含む）が、プラットフォームに添加される。その後、簡略なモーター上のプラットフォームの回転により、流体運動が、さまざまな処理ステップのために、ミクロ溝を通って引き起こされる。好ましい実施例では、本発明のプラットフォームは、分析結果（生化学分析が最適）を検出するための検知器（光学的検知器が最適）の使用を可能にするが、その場合、分析反応チャンバーは光学キュベットを備えているが、これはプラットフォームの外端に設置するのが好ましく、さらに最も好ましいのは、プラットフォームが回転モータの動作で、固定された検知器を通過するとき、スキャンされることである。本発明のプラットフォームは、更に詳細に後述するが、最も好ましくはミクロ加工技術を用いて製造されているので、使用する検知器が充分な感度を有する限り、使用する流体の体積は、任意に小さくすることが出来る。
【００２４】
本発明は、求心的加速を、流体を移動させるために用いる、ミクロ流体ディスクの使用により、現在の技術の課題を解決する。流体を含む構成要素が小さな体積を含むよう製造されることは、本発明のミクロ流体プラットフォームの長所であり、こうして、分析実行に必要な試薬コスト、反応時間および生物学的材料の量が削減されることになる。さらに長所としては、流体を含む構成要素が密封され、こうして、異なる流体の異なった蒸発、および結果として生じる試薬濃度の変化による、実験的なエラーも取り除かれることである。本発明のミクロ加工装置は、完全に封入されるため、蒸発および光学的歪曲は、ごくわずかなレベルとなる。本発明のプラットフォームは、また、「受動的」混合および弁調節、すなわち、（例えば、形状、長さ、回転軸と関連するプラットフォーム表層上の位置、後に議論する水和性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）などの構成要素の内部表層の表層特性など）プラットフォーム上の構成要素の構造上の配置、および、（速度、加速、方向および方向変更などの）プラットフォーム回転の結果として操作される、混合と弁調節を利便的に可能にし、さらに、分析タイミングおよび試薬添加の制御を可能にする。
【００２５】
開示された発明は、測定構造から成るミクロ流体ディスク、および、複数の各混合構造に、試薬の一部を分配するために用いるミクロ流体ネットワークであり、流体的に複数のサンプル貯蔵槽のうちの１つに接続しており、各混合構造は、それにより、並列処理およびサンプルと１つ以上の一般試薬との混合を可能にしている。溝、貯蔵槽、ミクロ弁、および空気ベントの総合パターンとして定義される流体ネットワークは、考慮されているアプリケーションに合わせて、平面型でも三次元型でもよい。こうした測定および分配の使用は、自動化した試薬分配機構の必要を減少させ、試薬の分配（試薬の複数の反応チャンバーへの分配を並列に実行可能である）に必要な時間量を減少させ、外部の電動手段を用いることなく、小さな容積（ｎＬからμＬ）の分配を可能にする。
【００２６】
本発明のプラットフォーム上の複数の収集チャンバーの組み合わせもまた、単純化された検知器の使用を可能にし、それによって、個々の各収集／検出チャンバーは、本技術においてよく発達したメカニズム、例えばＣＤ−ＲＯＭ技術を用いて走査可能である。最後に、本発明のプラットフォームは、サンプルおよび試薬で満たすための、サンプルおよび試薬侵入口を、それぞれ利便的に提供され、（ミクロ・ピペッタなど）本技術に公知の流体分配手段に適応させることが出来る。
【００２７】
本発明のプラットフォームは、少なくとも３つの方法で、自動化の要求を低減する。最初に、分配される流体の正確な測定の必要性は、オンディスク（ｏｎ−ｄｉｓｃ）測定構造により軽減されるもので、より完全には、各開示が引用により本願明細書に組み込まれている、２０００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第．６，０６３，５８９号明細書、および共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された出願第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された出願第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された出願番号０８／９９５，０５６号；および、１９９９年５月１９日に出願された出願第０９／３１５，１１４号、により開示されている。分析に必要とされる量より僅かに過剰な、不正確な体積を載置し、ディスクを回転させ、流体を測定するための、適切なミクロ流体構造を使用する、高密度ミクロ測定プレートのために共通に必要とされるよりも、非常に単純な（さらに、ずっと安価な）流体分配技術が導入される。
【００２８】
第２に、ミクロ流体プラットフォーム上の流体「分配」作業の総数は、ミクロ測定プレートなどの従来の分析装置と比較して減少する。プラットフォーム上で操作されるすべての分析で使われる、共通試薬の副分割、および一定部分（試薬溶液、バッファ、そして、酵素基質など）のミクロ流体構造を用いて、手動、または自動ピペットステップは、（分析の複雑さに従い）少なくとも半減する。これらの構造の例は、２０００年５月１６日に発行された、共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書において開示されており、引用により本願明細書に組み込まれている；そして、以下に開示される。
【００２９】
本発明装置の特定の好ましい実施例は、本出願の以下の節および図面中に、更に詳細に記載されている。
【００３０】
（好ましい実施例の詳細な説明）
本発明は、引用により各開示が本願明細書に明確に組み込まれている、２０００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書、および共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；１９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号が開示しているように、ミクロ・プラットフォームおよびミクロ操作装置を提供するもので、生物学的サンプルの、ミクロ分析的並びにミクロ合成的な分析を実行するよう適応させたものである。
【００３１】
本発明の目的のための、「サンプル」という用語は、分離された、もしくはより複合した混合液の構成要素として検出された、もしくは先駆物質種から合成された、あらゆる流体、溶液または混合液も包含している理解される。特に、「サンプル」という用語は、対象のいかなる生物学的種も含むと理解される。「生物学的サンプル」または「生物学的流体サンプル」という用語は、血液、血漿、血清、リンパ、唾液、涙、髄液、尿、汗、植物および野菜エキス、精液および腹水流体を含むが、これに限らず、いかなる生物学上引き出されたサンプルも意味すると理解される。
【００３２】
本発明の目的としての、「求心的に動かされる流体ミクロ操作装置」という用語は、分析遠心機およびローター、マイクロスケール遠心分離装置、特にミクロシステム・プラットフォーム、および、ディスク操作装置を含むことを意図しているが、これは、各開示が引用により本願明細書に組み込まれている、２０００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書、および、共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された出願第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；１９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号、にて説明した通りである。
【００３３】
本発明の目的のための、「ミクロシステム・プラットフォーム」という用語は、各開示が引用により本願明細書に組み込まれている、２０００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号、および共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；１９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号にて説明したように、求心的に動かされたたミクロ流体アレイを含むことを目的とする。
【００３４】
本発明の目的のための、「毛細管」、「ミクロ毛細管」および「ミクロ溝」という用語は、交換可能で、必要に応じて、濡れ性（ｗｅｔｔｉｎｇ）もしくは非濡れ性（ｎｏｎ−ｗｅｔｔｉｎｇ）材から製造されると理解される。
【００３５】
本発明の目的のための、「貯蔵槽」、「分析チャンバー」、「流体保持チャンバー」、「コレクションチャンバー」および「検出チャンバー」という用語は、流体から成る、本発明のミクロシステム・プラットフォーム上の定義済みの体積を意味すると理解される。
【００３６】
本発明の目的のための、「侵入ポート」および「流体入力ポート」という用語は、プラットフォームに流体を供給する手段から成る、本発明のミクロシステム・プラットフォーム上の開口部を意味すると理解される。
【００３７】
本発明の目的のための、「出口ポート」および「流体排出ポート」という用語は、プラットフォームから流体を除去するための手段から成る、本発明のミクロシステム・プラットフォーム上の定義済みの体積を意味すると理解される。
【００３８】
本発明の目的のための、「毛細管接合」という用語は、流体の流れを遅延もしくは促進させるために、表面力または毛細管力が利用される、毛細管もしくは他の流通経路領域を意味すると理解される。毛細管接合は、ポケット、窪み、またはより大きな深み（プラットフォーム層の範囲内で垂直に）、および／または、より大きな幅（プラットフォーム層の範囲内で水平に）を有する、親水性基質内のチャンバーとして提供され、流体工学構成要素（例えばミクロ溝）に、流体的に接続されている。接触角度が９０°未満の液体（大部分のプラスチック、ガラスおよび二酸化ケイ素を伴って作られるプラットフォーム上の水溶液など）については、溝横断面が毛細管接合のインタフェースで増加するにつれ、流れは妨げられる。溝の断面寸法に反比例し、液体の表面張力に正比例する、毛細管圧力により、流れを妨げる力が生じ、溝の成分材料と接触する流体の、接触角度のコサインにより逓倍される。この発明に従うミクロ溝の毛細管現象に関する要因は、引用により本願明細書に全て組み込まれている、２０００年５月１２日発行の共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書、および、１９９７年８月１２日に出願の共同所有で出願中の米国特許出願第０８／９１０，７２６号において議論されている。
【００３９】
毛細管接合は、少なくとも３つの方法で構成可能である。ある実施例では、毛細管接合は、１つの構成要素の横方向の寸法の一方または両方が、他の構成要素の横方向の寸法より大きな、２つの構成要素の接合する場所に形成される。例として、「濡れ性（ｗｅｔｔｉｎｇ）」もしくは「水和的（ｗｅｔｔａｂｌｅ）」材料から作られるミクロ流体構成要素における、この種の接合は、共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；そして、１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号にて説明したように、毛細管の拡大で起こる。毛細管を通る流体の流れは、この種の接合では禁じられる。他方、非濡れ性（ｎｏｎ−ｗｅｔｔｉｎｇ）もしくは非水和的（ｎｏｎ−ｗｅｔｔａｂｌｅ）材から作られる構成要素の接合では、例えばチャンバーもしくは貯蔵槽の出口から毛細管へ向かう箇所など、流体経路が収縮するところで、流れを禁ずる毛細管接合が生じる。共通に、毛細管接合は、濡れ性システムでは、構成要素の寸法が、毛細管などのより小さな直径から、チャンバーなどのより大きな直径へと変わる時に形成されるが、これに対して、非濡れ性システムでは、毛細管接合は、構成要素の寸法が、チャンバーなどのより大きな直径から、毛細管などのより小さな直径へと変わる時に形成される、と理解されよう。
【００４０】
毛細管接合の第２実施例は、毛細管または流路が異なった表層処理となっている構成要素を用いて形成される。例えば、親水性（すなわち、水和的）溝は、疎水性（すなわち、非水和）の分離領域を有するよう扱うことが出来る。この種の溝内を流れる流体は、親水性領域を通って流れているが、その一方で、流動蒸気のメニスカスが疎水性の地帯にぶつかると、流れは妨げられる。
【００４１】
本発明の毛細管接合の第３実施例では、横方向の寸法および表層特性の双方が変化する構成要素が提供されている。この種の接合の例は、より大きな横方向の寸法を持つ疎水性構成要素（ミクロ溝または貯蔵槽）へと繋がる、ミクロ溝開口である。当業者は、横方向の寸法が異なる、もしくは、異なる親水性特性を持つ、またはその双方が異なる構成要素を接続することで、本発明の毛細管接合が作成可能であることが分かるだろう。
【００４２】
本発明の目的のための、「毛細管作用」という用語は、回転運動、もしくは、本発明のローターまたはプラットフォーム上の流体にかけられる求心力がない場合の、流体の流れを意味すると理解され、部分的にまたは完全に水和表層によっている。
【００４３】
本発明の目的のための、「毛細管ミクロ弁」という用語は、毛細管接合から成る毛細管ミクロ溝を意味すると理解され、そこでは、流体の流れが妨げられ、概して、本発明のローターまたはプラットフォームの回転により作られる求心力による、流体への圧力の印加により動きが与えられる。毛細管ミクロ弁は、流体に対して接合で流体力学的圧力を増やすことにより（最も好ましくはプラットフォームの回転の速度を増やすことにより）、乗り越えられる毛細管接合から成ると理解される。
【００４４】
本発明の目的のための「流体連通の」、または、「流体的に連絡した」という用語は、構成要素間の流体の流れを可能とするために、使用可能な状態で相互接続する構成要素を形成することを意図している。
【００４５】
本発明の目的のための、「空気排除溝」という用語は、（ミクロ溝、チャンバーおよび貯蔵槽などの）プラットフォーム上の部品に隣接し、流体運動により、プラットフォームおよびローターの構成要素からの、空気置換を可能にする孔およびミクロ溝から成る、プラットフォーム表面のポートを含むと理解される。
【００４６】
本発明のミクロプラットフォーム（好ましくは、そしてこれ以降は、集合的に「ディスク」と称す；本発明の目的のための、「ミクロプラットフォーム」、「ミクロシステム・プラットフォーム」および「ディスク」は、交換可能なものとする）は、１つあるいは複数の、ミクロ合成もしくはミクロ分析システム（本願明細書においては「ミクロ流体構造」と呼ばれる）から成るよう提供される。一方、この種のミクロ流体構造は、本願明細書においてさらに詳述されているように、関連した構成要素の組合せから成り、ディスクの回転により、構成要素間で流体の流れを可能にするよう、使用可能な状態で相互接続している。これらの構成要素は、後述するように、ディスクに統合したり、取り付け可能なモジュールとしてディスク上に置かれたり、接触させたり、または埋め込む形でミクロ加工することが可能である。本発明の目的のために、「ミクロ加工される」という用語は、サブ‐ミリメートルのスケールでこれらの構造を製造可能にする方法に関連する。これらの方法は、成形、フォトリソグラフィ、エッチング、スタンピング、さらに当業者によく知られた他の手段を含むが、それに制限されない。
【００４７】
本発明はまた、本発明のディスクを操作するミクロ操作装置を含み、そこにおいては、ディスクは、ディスク上に流体の流れをもたらす求心力を提供するために、装置内で回転させられる。従って、本装置は、ディスクを回転させたり、止めたり、ディスクの回転方向を有効に変更するために、制御回転速度でディスクを回転させる手段を提供する。更に、本願明細書において記載されているように、電気機械手段および制御手段は、本発明の装置の構成要素として提供される。更に、各開示が引用により本願明細書に組み込まれている、２０００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書、および共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；１９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号に記載されているように、ユーザ・インタフェース手段（例えばキーパッドおよびディスプレイ）もまた提供される。
【００４８】
本発明は、回転可能な、分析／合成ミクロボリューム分析プラットフォームであり、とりわけ適しているミクロプラットフォーム、および、回転の結果としてのプラットフォーム上の求心力に起因した、プラットフォーム上の流体運動を実現させるため、プラットフォームを操るミクロ操作装置の組合せを提供する。本発明のプラットフォームは、好ましくは、および利便的には円形ディスクである；しかし、プラットフォーム上の流体に求心力を加えるため回転可能なあらゆるプラットフォームは、本発明の範囲内にあることとなる。本発明のミクロ操作装置は、各開示が引用により本願明細書に明確に組み込まれている、共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；そして、１９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号に、より完全に記載されている。
【００４９】
（試薬、サンプルおよび他の流動構成要素を含む）流体運動は、プラットフォームの回転から起こる、求心的加速により制御される。流体が、あるレートで、そしてミクロシステム上の特定のミクロ流体構造に見合った圧力の下で、流れるために必要な求心的加速の大きさは、プラットフォームの効果的半径、ミクロ溝の内直径、回転方向に対するプラットフォーム上のミクロ溝の位置角度およびプラットフォームの回転速度を含み、これに限られない要因により決定される。本発明方法の特定の実施例では、引用により各開示が本願明細書に明確に組み込まれている、２０００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号、および共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３号、１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５０５６号；１９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号で説明したように、未計測量の流体（サンプルか試薬溶液）がプラットフォームに適用され、計測された量は、流体貯蔵槽からミクロ溝まで動かされる。なお、好ましい実施例では、本発明のプラットフォームに提供される流体サンプルの測定量は、約１ｎＬから約５００μＬまでである。これらの実施例では、流体をミクロ流体構造の複数の構成要素に分配するために、１つもしくは複数の測定毛細管から成る測定多岐管が提供されている。
【００５０】
本発明のプラットフォームの構成要素は、互いに流体接触している。好ましい実施例では、流体接触は、本発明のプラットフォームの表層から成るミクロ溝によって提供される。ミクロ溝のサイズは、本発明方法の特定の各実施例に要求される、特定アプリケーション、および、流体の総量および分配レートにより、最適に決定される。ミクロ溝のサイズは、０．１μｍからディスクの厚み（例えば、約１ｍｍ）近くまでの範囲にわたることが出来る；好ましい実施例では、ミクロ溝の内寸は０．５μｍから約５００μｍである。ミクロ溝および貯蔵槽形状は、必要に応じ、台形、円、もしくは他の幾何学形でよい。ミクロ溝は、約０．１から２５ｍｍまでの厚みを有するミクロシステム・プラットフォームに埋め込まれるのが適当であり、そこにおいては、プラットフォームの厚さにわたるミクロ溝の断面寸法は１ｍｍ未満で、プラットフォームの前記断面寸法の、１から９０パーセントであってよい。サンプル貯蔵槽、試薬貯蔵槽、反応チャンバー、コレクションチャンバー、検出チャンバーおよびサンプル吸排気ポートは、約０．１から２５ｍｍまで厚みを有するミクロシステム・プラットフォームに埋め込まれるのが適当であり、そこにおいてプラットフォームの厚さにわたるミクロ溝の断面寸法はプラットフォームの前記断面寸法の、１から７５パーセントまでである。好ましい実施例では、こうした溝による液体の分配は、一時のプラットフォームの一定の回転と、所望の構成要素間の流体運動を生じさせるに十分な回転速度で達成される。
【００５１】
本発明のミクロ溝を通る流れレートは、長手方向の範囲、またはミクロ溝の経路長、および流体の粘性に反比例し、ミクロ溝の液圧直径の二乗の結果、および、プラットフォームの回転速度の二乗、ディスクの中心からの溝内の流体までの平均距離、さらに、求心力に従う流体の放射範囲に正比例する。溝の液圧直径が、溝の断面周に対する断面積の割合に比例するので、それをうまく利用すると、溝の深さおよび幅を変化させることにより、流体の流れに影響を及ぼすことが出来る。（引用により組み込まれるダフィー（ｄｕｆｆｙ）その他、１９９８、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７１：４６６９−４６７８、および、共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６８，９９０号、および１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６１，０６３号を参照。引用したものとする）。
【００５２】
例えば、より高密度の流体は、同じ幾何学で回転のパラメータが与えられれば、低密度の流体より速く流れる。同様に、低粘性の流体は、同じ幾何学で回転のパラメータが与えられれば、高粘性の流体より速く流れる。ミクロ流体構造の位置を、半径方向に沿ってずらす場合、他の全てのパラメータは維持されるものの、それによってディスクの中心からの流体の平均距離が変化し、流れレートが影響を受ける：結果として、中心からの距離が大きくなると、流れレートもそれだけ大きくなる。流体の半径範囲での増加または減少は、流れレートの増加または減少を導く。これらの従属性は、全て線形である。液圧直径の変化は、直径がより大きくなると流れレートもより大きくなることと相俟って、流れレートは、結果として液圧直径の四乗に依存することになる（もしくは、流体の流速は、液圧直径の二乗に依存する）。最後に、回転レートの増加は、結果として流れレートまたは流体の流速の二乗の増加となる。
【００５３】
入力および出力（入力および排出）ポートは、流体要素の導入もしくは除去に使われる、本発明のミクロプラットフォームの構成要素である。入力ポートは、サンプルおよび試薬を、ディスクに配置もしくは注入出来るように提供される；こうしたタイプのポートは、共通にディスクの中心に向かって配置される。排出ポートは、また、生産物をディスクから取り出せるよう提供される。ポートの形状および設計は、特定のアプリケーションに従って変化する。例えば、なかでも、サンプル入力ポートは、毛細管作用が能レート的にサンプルをディスクに取り入れることが出来るよう設計されている。加えて、ポートは、サンプル／試薬載置、もしくは生産物除去を自動化出来るよう、構成可能である。入力および排出ポートは、アレイ形式において最も効果的に提供され、それにより複数のサンプルをディスクに供給したり、あるいは有効生産物がミクロプラットフォームから取り出される。
【００５４】
本発明のプラットフォームの若干の実施例では、吸排気ポートは、手動ピペッターの使用、および流体をプラットフォームの貯蔵槽に分配する他の手段に適している。他の有利な実施例では、プラットフォームは、自動流体載置装置の使用に適している。こうした自動装置の１つの例は、プラットフォーム表層に沿って半径方向に移動するロボット腕に置かれた、単一ピペットヘッドである。本実施例では、プラットフォームは、このピペットヘッド下方で、方位方向の回転モータのスピンドルにインデックスを付加可能であり、それは適当な貯蔵槽を対象とするよう、半径方向に移動するものであった。
【００５５】
他の実施例は、プラットフォーム表層上の貯蔵槽のサブセット、またはあらゆる複数の貯蔵槽を対象とするのに適した、ピペッターヘッドである。ピペッターヘッドが貯蔵槽のサブセットを対象とする実施例のため、単一ヘッドは、例えば線形配列したピペット頭部から成ることが出来る。例えば、図１の入力ポートは、ピペット先端に対して直角な方向をなす、こうした線形ヘッドにインデックスを付けることにより、対象としてもよいだろう。他の実施例では、同時に、全ての入力ポート（例えば９６先端のヘッド）を対象とするピペットヘッドが使用可能である。これらの実施例では、多くのサンプルの分配に必要なサンプル入力ポートと試薬入力ポートとの間に識別があってもよく、それらを通して、より大きな体積または試薬が、全てのサンプルとの反応に使用されるため分配される。試薬ポートと同様に、全てのサンプル入力ポートを、同時に対象と出来るピペット装置は、大きな体積を分配する、数個の先端を加えた標準マルチピペッタから成っていてもよい。
【００５６】
また、ディスク上の空気操作システムには、空気の排除溝が含まれ、そこでは、流体の流れが、流体の運動方向に逆行する流体を含んだミクロ溝に繋がった溝を通して、空気を移動させ、それによって、さらに流体の運動を進める正圧力を提供する。
【００５７】
こうしたプラットフォームから成る、ディスクおよびミクロ流体構成要素などの、本発明のプラットフォームは、様々な組成物や特定アプリケーションに適した表層コーティングを施されて、利便的に提供される。プラットフォーム組成物は、構造上の必要条件、製造プロセスおよび試薬互換性／耐薬品性特性の関数である。具体的には、プラットフォームは、シリコン、二酸化ケイ素、石英、不活性金属などの無機結晶性もしくはアモルファス材料、または、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、アセトニトリル・ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリプロピレン、そして、メタロセンなどの、プラスチック様の有機材料から作成される。これらが、下記のように変更されずに、もしくは下記のように修正された表層により使用可能である。プラットフォームは、また、ポリウレタンおよびポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）のような熱硬化性材料から作成可能である。また、これらの材料の複合物または組合せで出来ているプラットフォームも、本発明によって提供される；例えば、内部にプラットフォームの検出チャンバーを含む、光学上透明なガラス表層を埋め込んだ、プラスチック材料のプラットフォーム生産物、あるいは、異なる材料から作られた層から成るプラットフォームなどが、作成可能である。引用により各開示が本願明細書に明確に組み込まれている、２０００年５月１６日発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書、および共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；そして、１９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号にて開示したように、これらの材料の表層の特性は、特定アプリケーションのために修正可能である。
【００５８】
ディスクは、例えば、プラスチック、二酸化ケイ素、石英、金属またはセラミックから作られたプラットフォーム上に、ミクロ加工された機械的、光学的、流体制御の構成要素部品を組み入れることが好ましい。より詳細に後述するように、これらの構造は、鋳造、フォトリソグラフィ、エッチング、スタンピング、もしくは、他の適切な手段で、ミリメートル未満のスケールで作成される。また、ミクロ流体構造および貯蔵槽の個々の組合せ、または共有されるこうした貯蔵槽が、流体的に提供される、複数のミクロ流体構造から成るプラットフォームが、本発明の範囲内にあることが認識される。この種のプラットフォームの例は、図１に示される。
【００５９】
プラットフォームの製作および組立
ここで、本発明のより完全な記述のために図を参照すれば、図１は、とりわけ液相分析を実行するための、大量の類似した、もしくは同一の、ミクロ流体構造に適当なディスクの例の分解図を示す。ここで示されるディスクでは、同形式の９６個の並行した分析の実行が可能となる。分析は、一般の形式を有する：第１流体Ａを第２流体Ｂと混ぜ、その後結合された流体（Ａ＋Ｂ）を第３流体Ｃと混ぜる。実際は、流体Ａは、多くの流体、Ａ１、Ａ２、．．Ａｉ、．．．Ａｎであってよく、ここでｎは、独立流体で実行される分析総数である。さらに、ディスクは、プラットフォーム上に存在するポートから、流体をロードするように設計される。例えば、本願明細書において「サンプル」と呼んだ流体Ａは、９６個の独立入力ポートからロードされる。第２流体Ｂは、単一の入力ポートへの、各分析が必要とする体積の９６倍より、いくぶん大きい体積がロードされる。第３流体Ｃは、単一の入力ポートに、同様にロードされる。流体Ａ、Ｂ、およびＣを含んでいる各々の貯蔵槽の量または、分析の必要条件に従い、ディスクにロードされる流体Ａ、Ｂ、またはＣの量は、異なることがありえる。ディスクは、ロード後のディスクの回転が、定められた回転のプロフィールの下で、以下の流体運動を実行するよう構成される：ディスク内の分析構造への、個々のサンプルＡｊの分配；ディスク内の個々の分析構造への、流体Ｂの測定された一定部分の分配；ディスク内の個々の分析構造への、流体Ｃの測定された一定部分の分配；過剰な流体を除き、個々の分析構造間に気泡を導く、オーバフロー貯蔵槽の使用により、流体Ｂ、Ｃの、個々の分析構造体積の「隔離」；および、上述の通り、ディスクが２つの流体の混合ステップを実行する、分析のパフォーマンス。流体の数および混合ステップの配列は、任意でよい。例えば、（Ａｉ＋Ｂ）＋（Ｂ＋Ｃ）など。流体の総数もまた任意でよく、ミクロ流体ネットワークの三次元性質は、複数の溝の「交差」を可能にする；この装置の特徴は、以下を含む：ａ）多い数をロードしなければならない「サンプル」は、実験室ロボット、または標準自動ピペットシステムにアクセス出来る、標準フォーマットでロード可能である；ｂ）一般の試薬は、高い精度なしで、各一回ロードするだけでよい。これらの特徴は、流体転送のための動作時間の減少効果、蒸発および汚染の減少のための囲まれた分析、および検出のための液体空気メニスカスの除去を提供すると共に、装置を既存の実験チャンバー基盤に組み込む。
【００６０】
このディスクは、異なる半径位置に配置するために構造修正を施すのと同様に、同一分析が、所与の半径で、ディスク周辺に分析構造を繰り返すことで作成可能であることを示している。こうした方法で、分析を実行するミクロ流体構造を備えたディスクの表面を、完全に覆うことが出来る。実行されることが出来る分析の最大数は、再現的に操作可能な流体の体積、すなわち、ディスクが組み立てられ得る最小の再生可能な寸法、および好適な回転レートでミクロ溝を通る流体の小さな体積を動かすために必要な、流体力学的圧力の総量に依存する。これらを考慮すると、１から５ｎＬの容積を有する、１０，０００を超える分析装置が、半径６ｃｍの円形のプラットフォーム上に作成可能であると推定される。
【００６１】
図１において、プラットフォーム１００は、少なくとも３つの構成要素層から成る。下部表面、または上下両表面に機構を有する、貯蔵槽層２０１が使われる。上側表面上に流体溝がある場合、封止フィルム３０１は、これらの溝を覆うために用いられる。貯蔵槽層２０１の「下部」表面は、ミクロ流体層５００に接着される。貯蔵槽層の上部表面は、流体入力ポートを含む；これはまた、１つ以上の共通流体を分配するために、本願明細書において記載されているように、１つ以上の分配多岐管を含むことができる。後述するミクロ流体層と嵌合されるとき、貯蔵槽層の最下部表面は、流体が、中心軸の周りでのプラットフォームの回転により生成される、求心運動力によって流れる、覆われた溝および貯蔵槽の、完全なネットワークを形成する。流体の流れは、分析の中で、さらに、サンプルおよび試薬チャンバーから、混合構造を通り、分析反応チャンバーへの流体の動きの中で、さまざまな構成要素流体を混ぜることになる。加えて、流体の流れは、引用により本願明細書に組み込まれている、２０００年５月１６日発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書において開示される構造を用いて、培養、洗浄ステップを含み、実行することが出来る。流体の流れレートは、約４から３０，０００ｒｐｍの回転速度で、約１ｎＬ／ｓからｌ０００μＬ／ｓまでの範囲となる。「受動」もしくは毛細管弁は、引用により各開示が本願明細書に明確に組み込まれている、２０００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書、および共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；１９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号にて説明されているように、プラットフォームでの流体の流れを制御するために用いるのが好ましい。本発明のプラットフォームの動作では、回転により誘導された静水圧間の競合、および小さな溝およびオリフィスで作用する毛細管圧力は、回転依存通門調節、もしくは弁調節のシステムを提供するために利用される。流体が、プラットフォームの外端側に配置される検出チャンバーに置かれた後、光学信号が検出される。
【００６２】
プラットフォーム１００は、ディスクの形状で提供されるのが好ましく、約１０ｍｍから約５０ｍｍの直径を有し、約０．１ｍｍから約２５ｍｍまでの厚みを有する、円形の平らなプラットフォームとなる。プラットフォームを構成する各層は、実質的に他の層と同じ直径であることが好ましいが、若干の実施例では、異なる層の直径は完全に合致する必要はない。各層は約０．１ｍｍから約２５ｍｍまでの範囲の厚みを有し、前記厚みは、一部、そこに含まれる、ミクロ流体構成要素の容積容量に依存する。
【００６３】
貯蔵槽層
貯蔵槽層２０１の上面構造は、図２ａに示される。
【００６４】
貯蔵槽層２０１は、ディスクの形状で提供されるのが好ましく、約１０ｍｍから約５０ｍｍの直径を有し、約０．１ｍｍから約２５ｍｍまでの厚みを有する、円形の平らなプラットフォームとなる。この層は、約１ｍｍから約２０ｍｍまでの直径を有する、スピンドル上に載置するための中心穴２０２を備えていることが好ましい。中心穴２０２は、スピンドルへの接続のための押し出された部品と取り替え可能、もしくは、全くなくてもよく、その場合、レジストリおよびスピンドルへの接続は、添付のミクロ流体層またはプラットフォーム表層の他の部分を用いて達成される。
【００６５】
図２ａは、装置機能に必要な、様々な構造を示している。これらは、ディスクの２表面間を繋ぐスルー・ホール２０４、および、若干の実施例では、円錐状もしくはカップ状の凹部２０３を備えた、「サンプル」または流体入力ポートを含む。装置が手動で使われる場合、凹部がピペット先端を援助する。これらの入力穴は、概して、線形８−先端、もしくは矩形９６−先端のピペット・ヘッドのような、自動ピペット装置を使用出来る間隔を有する、矩形パターンで配列される。こうした装置での入力ポートの間隔は、概して９ｍｍまたは４．５ｍｍであり、配列は、概して８×１２、もしくは１６×２４要素のサイズである。これらのポートはまた、１５３６ウェル・プレートのパターンに置くことも可能であり、それは２．２５ｍｍの間隔を有する、３２×４８要素から成る。それらは、また、手動使用、もしくはカスタム装置での利用のために、任意のパターンに置くことも出来る。上側表面も、２種の共通試薬を追加するための入力ポートを含み、それぞれ２１４＋２１５および２１６＋２１７から成る。これらのポートには、ミクロピペッタのような、自動ロード装置に適している寸法がある。例えば、先端直径１．５ｍｍの標準２００ｕＬプラスチック・ピペット先端；直径１ｍｍのミクロピペット先端；圧電式もしくはセラミックの液滴分配システム；そして、インクジェット式ベースの流体分配システム。圧電式もしくはインクジェット式分配のような非接触分配システムのために、ポートの寸法は、例えば、液滴１ｎＬに対して０．２ｍｍなど、液滴のサイズより２、３倍大きなものでなければならない。これらの後者入力ポートと一致しているのは、共通試薬貯蔵槽４０１、４０２（後述）から空気を排出可能な、通気ポート２０５、２０６である。ディスクは、三次元構造を有する場合に限り、３つの流体を、任意の開口部に分配可能となる：流体経路は、お互いに「交差」していなければならない。その結果、若干の流体運動が、２０１の上表面に生じることになる。試薬分取多岐管２１０は、以下のような分配溝である；バルク試薬貯蔵槽４０２への接続は、スルー・ホール２０７および排出溝２０８経由である。多岐管２１０に沿い、ディスクの一方から他方まで連通する通路２１１があり、流体をディスクの上部から下部まで分配可能である。多岐管２１０は、後述するオーバフロー貯蔵槽４０３と連通する通路２１８で終わる。また、上部表面には、通気ポート２１２、２１３が見えるが、その機能については後述する。
【００６６】
図２ｂは、多岐管への流体入力の詳細である。スルー・ホール２０７は、溝２０８内のディスクの上部表面をディスクの下部表面の貯蔵槽４０２に接続する。
【００６７】
図３は、封止膜３０１を示す。封止膜は、あらゆる流体溝を封止するよう、接着剤もしくは熱接着を用いて、ディスク上部表面を封止出来る、概して、薄い、可撓性材料で出来ている。それはまた、流体入力ポート、および空気ベントが塞がれないように成形される。
【００６８】
図４ａは、貯蔵槽層２０１の底面を示す。ここでは、入力通路２０４を含み、図２ｂからの、多く連通機構を示している。また、共通試薬貯蔵槽４０１、４０２も示されている。貯蔵槽４０１は、貯蔵槽層下部表面に沿って流体を分配し、その一方で、４０２は、上側表面上の多岐管２１０を通って流体を分配する。また、それぞれが、試薬貯蔵槽４０２、４０１に対応する、オーバフロー貯蔵槽４０３、４０４が示されている。
【００６９】
図４ｂは、試薬貯蔵槽４０１周辺領域の詳細である。貯蔵槽は、ホール２１５および入力通路４０６を通ってアクセスされる；これは、図示されるように、空気ベント２０６の方への流体の流れを防止するように、成形可能である。加えて、貯蔵槽４０７の深さは、貯蔵槽の残余が満たされる前に、流体がホール２０６に達するのを防止するために、コンター（ｃｏｎｔｏｕｒ）を施すことができる。貯蔵槽４０１は、試薬が分配される分配多岐管４０９へ、溝４０８を経て接続される。流体サンプルは、ポート２０４および溝４１１から入る。
【００７０】
図４ｃは、試薬貯蔵槽４０２周辺領域の詳細である。貯蔵槽は、ホール２１７および入力通路４１２を通ってアクセスされる；これは、図示されるように、空気口２０５の方への流体の流れを防止するように、成形可能である。加えて、貯蔵槽４０７の深さ制限は、貯蔵槽の残余が満たされる前に、流体がホール２０６に達するのをうまく防止することができる。貯蔵槽４０２も、ディスク上部表面上の多岐管２１０と連通する通路２０７を備えている。
【００７１】
図４ｄは、単一分析に含まれる貯蔵槽を示す、貯蔵槽層の断面の拡張図である。図示のように、本発明のプラットフォームのこの実施例は、３つの貯蔵槽および各分析のための１つの検出チャンバーを含んでいる。各貯蔵槽の寸法は、幅約０．０５ｍｍから約５ｍｍまで、長さ約０．０５ｍｍから約２０ｍｍまで、そして、厚さ約０．０５ｍｍから約５ｍｍまで、容量約０．ｌｎＬから約５００μＬまでである。貯蔵槽４１７、４１８、４１６は流体Ａｉ（若干の実施例では、これはサンプルである）、Ｂ、Ｃを保持するよう設計されている。本発明の目的のため、試薬多岐管に流体的に接続される貯蔵槽４１８のような貯蔵槽は、「分取試薬貯蔵槽」と呼ぶ。この分析のための検出キュベットは、空気置換ホール２１４に至っている通気ポート２１３を有する検出チャンバー４２０である。流体の運動により空気の置換排出を実現する、空気置換ホール２１４は、約１００から約５００μｍまでの断面寸法を有する。これらのホールは、任意に、受取貯蔵槽を１つ以上の空気ホールに接続している多岐管、または一連の溝で置き換え可能である。検出貯蔵槽は、例えば、光学上透明なプラスチックまたは他の材料から成ることにより、光学的呼掛け信号にアクセス可能となるよう設計されている。また、充填溝４１５に連通している、分配多岐管４０９が示されている。充填溝４１５は、分取試薬貯蔵槽４１８で終わる。４１５の近傍部分で、狭い通路４１４が、充填溝４１５に接続している。通路４１４は、１つ以上の毛細管接合４１３を通して、通気ポート２１２に繋がっている。貯蔵槽４１６は、通路４１９および通路２１１を経て、ディスク上部表面上の分配多岐管２１０に接続される。最後に、貯蔵槽４１７は、インタフェースに、サンプル入力ポート２０４を経て接続される。
【００７２】
この貯蔵槽および構造の集合４１６、４１７、４１８、４２０、４１５、４１４、４１３、２１２、４１６、４１９、２１１、４１７、４１１が、図示された本発明のプラットフォーム上に、ディスク周上で約３．５°の方位角間隔を有して合計９６回繰り返される。９６個の配列は、４８の２グループに副次分割される；それは、ディスク周辺に方位上対称となるよう配置される。数に多少があれ、こうした貯蔵槽配列を有するプラットフォームは、本発明の範囲内であり、ミクロ流体層上のミクロ流体構成要素のパターンに適合する構成で、プラットフォーム表層領域周上に、均等間隔がとられているのが最も好ましい。
【００７３】
ミクロ流体層
本発明のプラットフォームの実施例の、ミクロ流体層は、図５ａから図５ｄに示されている。
【００７４】
ミクロ流体層５００は、横寸法が、貯蔵槽層と同一であるのが最適である。また、スピンドルに載置させる任意の中心ホールがあるが、あらゆる構成でこれが必要であるというわけではない。
【００７５】
ミクロ流体層は、ミクロ流体構造５０２の配列５０１を含み、配列の構造数は、プラットフォームで並行して実行される分析数に等しい。なお、図示された実施例では、こうした構造が、約３．５°の角度間隔を伴い、均等に９６回繰り返されている。ミクロ流体構造５０２は、約５μｍから約５００μｍまでの断面寸法、ｌ０μｍから３ｍｍまでのミクロ流体層内深さを有するミクロ溝から成るのが好ましい。
【００７６】
図５ｂは、ミクロ流体構造の単一ユニットの拡大図である。各ミクロ流体構造は、１つのミクロ流体分析からなる。ミクロ流体構造は、２ミクロンからｌ０００ミクロンの範囲の単一もしくは複数の深さを有する、ミクロ流体ディスク表面上の凹部から成り、その一方で、凹部の幅は、後述するように約２μｍから約５００μｍまで変化する。
【００７７】
分析構造の構成要素であるミクロ流体構造は、以下の通りである。ミクロ溝５０５、５０６は、ミクロ溝が貯蔵槽４１６、４１７それぞれに侵入するよう、貯蔵槽層およびミクロ流体層間の組合せにより整列配置される。若干の実施例では、ミクロ溝５０５、５０６は、混合ミクロ溝５０９に接続する前に、毛細管接合５０８を形成するために狭くなる。混合ミクロ溝は、混合液が混合ミクロ溝の長手方向の範囲を横切るとき、異なる溶液が混合されるよう構成される。混ざる程度は、流体の流れレート、および混合ミクロ溝の長手方向の範囲に依存し、それは２つの流体が接触し、一緒に混ざる時間量に比例する。混ざる程度は、また、混合ミクロ溝の横の範囲に依存し、さらに、被混合流体の拡散定数に依存している。利用可能な範囲の粘性を有する流体を混合させるよう、充分な長さを有する混合ミクロ溝を調整するために、混合ミクロ溝は、図５ｂに示すように提供されるが、そこにおいては、図５ｂに図示したように、回転方向に対して垂直で、回転の軸に最も近い位置からより末端の位置まで、プラットフォーム表層上に放射状に伸びた、プラットフォーム表層上の経路を横切る間に、ミクロ溝が数回曲がるように構成することにより、混合が促進される。混合ミクロ溝５０９は、約１ｍｍからｌ００ｍｍまでの長さを有するが、その長さは、若干の場合、曲がりを用いて達成される。混合ミクロ溝５０９は、５１０で、横寸法が制限される毛細管接合が提供され、そこでミクロ溝の内径は、約０から９５％小さくなり、その後毛細管接合５１１に接続する。毛細管接合５１１は、制限５１０よりも、横あるいは垂直方向、もしくはその双方において大きい。
【００７８】
本装置内での混合は、拡散によって促進される。２つの小さな体積Ａ、Ｂが単一コンテナに添加されると、ＢへのＡおよび／またはＡへのＢの拡散は、混合の効果をもたらす。この混合に要する時間は、混合が所望される溶液の範囲内での分子の拡散定数、および、分子が拡散しなければならない距離に依存する。例えば、拡散定数がＤである分子から成る０．５マイクロリットルの溶液Ａが、側方の貯蔵槽に１ｍｍ添加されるとする。拡散定数が同じくＤである分子から成る溶液Ｂが添加される。溶液は、まず最初にそれらを分割するインタフェースが有する体積を占める。流体が高混和性である場合でも、完全に均一な溶液となる拡散時間は、ほぼｔ＝２ｘ^２／Ｄである。ｘ＝０．０５ｃｍ（０．５ｍｍ）、Ｄ＝１０^−５ｃｍ^２／ｓの場合、混合時間は５００秒となり、大部分の反応にとっては容認不可能な長い時間となる。例えば、この混合時間は機械的な攪拌により減少可能ではあるが、流体の流れが薄層を成すため、混合を促進させるものとして公知となっている、乱流渦が含まれないので、小さな構造に制限された流体では、攪拌を得るのは困難である。１ｍｍ^３コンテナに流体Ａ、Ｂを配置する代わりに、横寸法ｄの長く、薄い毛細管に流体Ａ、Ｂを並んで配置した場合、混合に要する時間は非常に短くなる。例えば、ｄが１００ミクロンである場合、混合時間ｔは２０秒である。本装置の混合溝は、流体の流れＡ、Ｂを毛細管ミクロ溝に、共に注ぎ込むことにより、長い毛細管への流体配置をシミュレーションする。まず最初にこれらの流体は、溝を並んで流れる。流体が、プラットフォームの回転から生じる遠心力により、強制的にミクロ溝へ通されるときに、流体間で拡散が生じる。充分狭い直径、充分な長さ、さらに充分低いポンプレートの毛細管を選択することにより、溝に存在するＡおよびＢの総体積の、ＡおよびＢの部分は、ポンプ中に混合可能である。
【００７９】
これらの選択は、混合に要する時間を、流体が溝を横切るのに要する時間と同等に設定することにより、決定可能である。拡散に要する時間は、数１となる。
【数１】

【００８０】
ここで、ｗは、溝の横寸法である。溝を横切るのに要する時間は、単に、溝の長さを流体速度で割ることで求められ、流体速度は、１９９７年８月１２日に出願された共同所有で出願中の米国出願番号第０８／９１０，７２６号にて述べられたように算出される（１９９９、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７１：４６６９−４６７８）：
【数２】

【００８１】
ここで、流体特性は、密度ρ、粘度ηであり、ΔＲおよび＜Ｒ＞は、求心加速に従属する流体の、半径および平均半径位置に沿った範囲であり、ｌ、およびｄ^Ｈは、溝の長さおよび液圧直径である。ｔ_ｔが少なくともｔ_ｍ以上であるなど、変数を選択することにより、ミクロ溝内での混合が達成される。
【００８２】
ミクロ溝５１４へのエントリー５１２は、分取試薬貯蔵槽４１８へ突き出し、および好ましくは毛細管接合５１３を形成し、実質的に毛細管接合５１１と同じ大きさを持つ。ミクロ溝５１４は、５１５で横寸法の制限を通過し、そこでミクロ溝の内径が約１−９９％減少した後、毛細管接合５１１に接続している。毛細管接合は、さらに混合ミクロ溝５１６へと導き、それは、端５１７で終わって検出チャンバー４２０内に突き出ることになる。混合ミクロ溝５１６は、約１ｍｍから約１００ｍｍまでの長さを有する。
【００８３】
ミクロ流体ディスク上の追加的な構造は、図５ｃおよび図５ｄに示すように、オーバフロー貯蔵槽５０３、５０４を含む。各オーバフロー構造は、分配多岐管の終点を伴う５１８で当接する。エントリー５１８は、通路５１９を通過して拡張構造５２０へ流れ、毛細管接合を形成する。これはその後、５２２で終わる溝５２１を経て、オーバフローチャンバー内部に接続される。
【００８４】
組立てられたミクロシステム・プラットフォームの構造
図６は、組立てられたプラットフォームの、３つの分析領域を示すもので、そこにおいて、貯蔵槽層の貯蔵槽は、ミクロ流体層からミクロ溝へと嵌合される。プラットフォーム層は、より詳細に後述するように嵌合される。
【００８５】
プラットフォームの流体要素の結合原則が理解されると、これらのプラットフォームは、様々な生体分析の方法に使用可能である。２つの流体を溝へ運ぶ受動もしくは毛細管弁、および拡散による流体混合促進のその溝の使用は、いかなる数の流体を含んでいても使用可能であり、本願明細書において図示されているような、２つの流体の混合物に続き、第３の流体を急速に混合させる組合せに限定されるものではない。加えて（より完全には、引用により本願明細書に組み込まれている、２０００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書に記載されているように）、混合比率が被混合溶液を含む貯蔵槽の幾何学形状に依存するため、これらの幾何学形状を代替配置することにより、結果として大きな範囲の混合比率をもたらす。
【００８６】
同様に、毛細管弁調整は、引用により本願明細書に組み込まれている、１９９６年１２月５日に出願された米国出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；および１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号においてより完全に開示されるように、幾何学形状、流体特性および回転レートに依存すると理解される。本発明のプラットフォームのミクロ流体層の代替配置は、プラットフォーム表層で利用可能な表層総面積に適合した、さらに、分析の実行が必要なミクロ流体のための、いかなる単一実施例の要求する表層範囲にも適合した、いかなる数の分析の同心環を含む形でも提供可能である。
【００８７】
ここに記載されている流体溝は、遠心性の流れの下の流体要素の溝内部での滞留時間が、溝の直径全体に拡散して混ざり込むのに十分であるようなサイズであることが好ましい。こうした混合要素の設計は、引用により組み込まれている、２０００年６月１６日に出願された共同所有で出願中の米国出願第０９／５９５，２３９号に定められている。
【００８８】
本願明細書において開示される、一般形式の分析を実行するための代替プラットフォームの実施例は、容積が分析の総流体体積、ＶＡ、に等しい、多くの貯蔵槽を有し、同容積ＶＡを有する収集／検出チャンバーに、ミクロ溝によって接続されている。試薬貯蔵槽および収集／検出チャンバーとほぼ同じ領域を占有している、共通の深さ、ｔ、を有する貯蔵槽およびミクロ溝および内部分析領域のために、半径Ｒのディスク上に載置可能な分析構造の数は、ほぼ以下の式で求められる。
分析構造の数＝πＲ^２ｔ／（４ＶＡ）
半径Ｒ＝６ｃｍ、貯蔵槽深さ０．ｌｃｍ、および４マイクロリットルの総流体体積を有するプラットフォームでは、ディスク上の適応する分析構造の総数は、７０６である。
【００８９】
他の考察は、回転軸と関連したプラットフォーム上の構成要素の配置を含んでいる。通常、収集／検出チャンバーは、試薬貯蔵槽よりプラットフォームの末端近くになければならならず、その結果、好適な回転速度により、ミクロ溝および混合要素を通って、流体を収集／検出チャンバーへと動かす、充分な流体力学的圧力が生じることとなる。プラットフォームの外端への収集／検出チャンバーの配置は、固定光学的検知器を用いた検出を容易にする。しかしながら、極めて高密度なプラットフォームに対しては、これが分析構成要素を配置する最も効レート的な方法であるというわけではない。例えば、所望の数の分析が、収集／検出チャンバーを、未反応サンプルおよび試薬を含む貯蔵槽により近く配置することによってのみ達成される場合は、様々な半径方向および方位の位置でキュベットにアクセス可能な、検知器を使用する必要があるだろう。スキャン光学的システムの例は、光学信号が半径方向に走査されるものであり、一方で、ディスクは方位光学の下でインデックスを付すことが出来た。この方法で、光学装置は、ディスク表層のいかなる位置も対象にすることが可能である。走査方式は、半径方向に移動する、線形ドライブ上の検知器を含む；あるいは、光学信号は、検流的に制御された鏡システムを用いて、半径方向に走査可能である。
【００９０】
本発明のプラットフォームは、以下の形式で分析の実行に用いられる。図７および図８を参照するなら、ここでは、それぞれ、貯蔵槽４０１、４０２、４０３、４０４および分析構造近傍での流体運動を示している。分析構造は、次のように動いた。流体Ａの分取部分は、ポート２０３＋２０４に添加された；個々の分取部分の体積は同一であるが、装置の設計により、１ｎＬから５０マイクロリットルまで変動可能である。分取部分に選ばれる体積は、流体が貯蔵槽４１７を充満状態にするとき、概して４１７の長さの１／３より短い距離で４１１に突出するようなものである。各分析に必要な流体Ｂの体積により、逓倍される分析数に等しい、流体Ｂの総体積は、溝４０９内、および全ての溝４１５内に入れられる体積以上の追加的な体積を加えて、入力ポート２１５経由で貯蔵槽４０１に添加される。図７および図８は、ミクロ流体分析要素の貯蔵庫の近傍での、流体の流れのシーケンスを示す。図７ａは、サンプル流体Ａの、ポート２１７および溝４１４への流れと同様に、流体の流れが貯蔵槽４０１、４０２に入る様子を示している。プラットフォームは、その後、回転を実行可能な装置に配置される。１００から１０００ｒｐｍの範囲の第１回転速度で、流体Ａは、溝４１１を通って、毛細管接合５０８により保持される貯蔵槽４１７へと動かされる。これは、図７ａ−図７ｄおよび図８ａ−図８ｄにおいて示されている。また、この回転レートで、流体Ｂは、ホール２０７を通って多岐管２１０へと動かされる。流体Ｂが２１０を進むとき、それは通路２１１内を流れ、通路４１９、さらに最終的には貯蔵槽４１６に流れ込むが、そこで、それは毛細管接合５０８によって保持される。流体Ｂはまた、通路２１８を通り、オーバフロー構造５０３の毛細管接合５２０で保持される。また、この回転レートで、流体Ｃは、溝４０８および多岐管４０９を通ってフィルム溝４１４へ動かされ、その後、分取試薬貯蔵庫４１８へ向かう。分取試薬貯蔵槽４１８内の流体は、毛細管接合５１３で止められる。流体Ｃも、毛細管４１４に入り、毛細管接合４１３で止められる。流体Ｃは、４０９を完全に満たし、また、オーバフロー構造５０３上の毛細管接合５２０で止められる。回転レートは、その後、第２速度に増加される。この速度で、オーバフロー毛細管弁は、オーバフロー構造５０３、５０４上の５２０を解放した。多岐管２１０内の流体Ａは、溶液を貯蔵槽４１６内に残して、オーバフロー貯蔵槽４０３内に流入する。同様に、流体Ｃは、貯蔵槽４０２内に流入する；それが流れると、毛細管接合４１３の各分析構造内の流体は、「引っぱられる」。しかし、分取試薬貯蔵槽４１８が、４１３から半径方向の外部にあるという事実は、分取試薬貯蔵槽４１８から流体を引き出すことに対する、回転により誘発された抵抗があることを意味する。４１３での流体内の張力は、溝およびポート２１２経由で空気を導入することで軽減される；この気泡の導入により、多岐管４０９＋４１５内の溶液Ｃは、分取試薬貯蔵槽４１８内に残る流体から、事実上切り離される。速度は、その後、第３速度値に増やされ、その速度で、５０８および５１３にある毛細管接合は、流体を流し出すことが出来る。貯蔵槽５０５、５０６からの流体は、溝５０９内を流れ、接合５１０で停止する；同様に、５１４内を流れる流体は、接合５１５で停止した。第４回転レートで、５１１にある毛細管接合は、流体を流し出すことが出来る。混合流体は、その後、検出貯蔵槽４２０に遠心分離経由で吸い上げられる。接合５０７、５１１の場合、最初にどの流体が流れても、毛細管接合内の他方の流体の出口毛細管も濡らすことになり、それによって、他方の流体の流入も同様に誘発される。
【００９１】
若干の代替構造では、さまざまな回転レートは、単調増加する必要はない。速度は、毛細管弁調節イベントが要求されるとき、低速値から高速値へ、瞬間的に「急増加」させてもよい；その後、それが急速に低速値となる場合、次の毛細管弁調節イベントは、第１イベントと同じ回転レートで、またはより小さなレートで作動するようにさえ設定されもよい。配置上の毛細管弁から毛細管弁まで、流体が送られるのに必要な遅延時間を用いて、複数のイベントが連続的に機能するよう設計されていてもよい。
【００９２】
ここで、流体設計の３つの代替構造を述べることとする。図９は、図１から図５に示される、プラットフォームの流体素子層２０１の下部表面の詳細を示している。図示される機構の大部分は、図２から図４のそれらと一致する。ミクロ流体層５００の構造は、前掲例での層２０１の構造と嵌合するように、その大きさや間隔が設定されていることが理解されよう。本実施例での追加的要素は、毛細管９０１、結合された毛細管接合並びにオーバフローチャンバー９０２、および空気ベント９０３である。この実施例は、各分析構造のための「サンプル」流体の、不正確な体積を測定するように設計されている。この代替案の機能は、これらの追加的な機構を伴っているだけで、前掲実施例と同じものである：第１回転速度で、サンプル流体は、溝４１１を経て貯蔵槽４１７に分配される。それが貯蔵槽へと流れるとき、若干の流体は毛細管９０１に入るが、毛細管接合９０２に入る９０１の伸張で保持される。流体は、貯蔵槽を満たし、ミクロ流体層（この図には図示せず）内の毛細管接合５０８により停止する。毛細管９０１の寸法は、流体が、上で議論された第１および第２回転速度間の、中間回転速度で、開口９０２を通過可能となるよう選択される。排除空気は９０３を通して排気され、溝４１１と毛細管接合９０２との交差部の、半径方向内側へ延びる流体は、毛細管接合９０２に流れ込む。空気ベント９０３は、装置で通常使用されるいかなる回転速度でも、流体が漏出することがないよう、十分小さいものを選択してよい。毛細管９０１の直径の選択は、予想される過剰体積量に依存する。例えば、０．５μＬの分析体積の、流体供給に用いられる従来のピペット採取装置では、流体は、一般に±０．２μＬの精度を有するディスクに供給される。溝９０１の体積が０．０５ｕＬ以下である限り、ユーザが０．７５ｕＬ追加する必要がある場合にも、装置は設計可能である。例えば、９０２の半径方向の位置が、ミクロ流体層５００上の毛細管接合５０８の位置と同じである場合、機能するためには、毛細管接合９０２の毛細管９０１の直径が、毛細管接合５０７に連絡する溝の直径より、いくぶん大きくなければならないだけである。幅ｌ００μｍ、深さ１００μｍの溝９０１で、必要条件は満たされる。
【００９３】
第２代替構造は、図１０に示される。本実施例では、多岐管２１０は、貯蔵槽４１６、４１７、４１８より、半径方向外側に配置されている。通路２１１は、半径方向内側のミクロ溝構成に導く、溝１００３に接続しているが、これは、毛細管１００４、毛細管接合１００５および空気口１００６からなる前述の分取試薬貯蔵槽４１８に関するそれと同一である。この構造は、複数の貯蔵槽４１６内の流体を互いに分離することにより、前述の分取試薬貯蔵槽４１８に関するものと同等に機能することが理解されよう。溝１００３が層２０１の「上部」表面に位置する変更態様は、例えば、４１６の半径方向の端近くなどに、下部表面への流体経路に接続する通路が作られる限り、本発明の範囲内である；これは、構造を、方位方向に向かって最も効果的に「包む」ために有利となるだろう。
【００９４】
この代替構造は、例えば粘性および表面張力など、予測不可能な特性を有する液体に有利な点を提供するだろう。この種の流体では、先に述べた実施例の多岐管２１０に、泡が偶然に導かれることが起こり得る。これらの泡は、多岐管の排出、および貯蔵槽４１６の分離を困難にする。各貯蔵槽に泡を導くことにより、多岐管２１０内の流体の単一プラグを維持する必要性は軽減される。
【００９５】
追加的機能を伴った第３代替構造は、図１１に示されている。この図では、希釈系列作成のためのミクロ流体ネットワークが示されており、様々な目的に使用される、より大きなネットワーク構造の一部を成している。ここに示される流体分配機構は、本願明細書において開示した、３流体の均一な分析だけでなく、こうした希釈系列作成を必要とする、いかなる遠心ベースの方法にも適用可能という長所がある。
【００９６】
本実施例では、プラットフォームには、流体追加のための３つのポート、および貯蔵槽が存在するのみである：前述のように、共通試薬のための貯蔵槽４０１、４０２、および、プラットフォーム２０１の表層上に配置され、それぞれの入力ポート６１８、６１９によりアクセスされる、貯蔵槽６０１、６０２。貯蔵槽４０１、４０２は、前述のように、分配多岐管、オーバフローおよび分析貯蔵槽に至る。流体溝６０３は、貯蔵槽６０１を出て、Ｔ分岐６０４で２つの構成要素に分割され、一方の部分はさらにＴ分岐を進み、さらに一部、６０７、は毛細管接合６０９で終わる。同様に、貯蔵槽６０２は、溝６０５へと通じ、Ｔ分岐６０６で分割される；分割した溝の１本の腕は、さらにＴ分岐を進み、一方、他の腕、６０８、は毛細管接合６０９で終わる。Ｔ分岐６０４を過ぎ、溝６０３に続いて、Ｔ分岐６１０で、最も左の分析構造６５０の貯蔵槽４１７に至る部分に、再び分割される。構造６５０は、以前開示されたように、貯蔵槽および溝から構成され、図６に示されるものと同じ機能を具現する。例えば、溝４１９は、貯蔵槽４１６への第１試薬の入力のための通路である。溝６０３の他の部分は、毛細管接合６１５で終わる。同様に、溝６０５は、Ｔ分岐６１２に通じ、ここで毛細管接合６１８で終わる溝６１３および分析構造６５１に続く部分に分割される。毛細管接合６０９、６１５、６１６は、それぞれ溝６１４、６４０、６４１に、すべて流体的に接続している。溝６４０、６４１は、それぞれ分析構造６５３、６５４に通じている。溝６１４は、４腕接合６１７で３本の溝にさらに分割される；分析構造６５２に通じる６１４の連続、およびそれぞれ毛細管接合６１５、６１６で終わる、横溝６１８、６１９。
【００９７】
ディスクは、以下の形式の分析のための液体を、分配するために用いてもよい。共通試薬は、貯蔵槽４０１、４０２にロードされる。「サンプル」（流体Ａ）は貯蔵槽６０１に、さらに希釈緩衝剤（流体Ｂ）は貯蔵槽６０２にロードされる。回転の影響により、共通試薬は、前述したように、貯蔵槽４１６、４１８に分配される。サンプルおよび希釈剤は、溝６０３、６０５に入る。流体ＡはＴ分岐６０４に達し、そこで流体の一部はそのまま溝６０３を進み、一部は溝６０７へ流入する。同様に、流体Ｂは、溝６０５、６０８に６０６で分割される。６０７に存在するＡの部分は毛細管接合６０９に達し、これは、６０８に存在する流体Ｂも同様となる。ディスクが６０９での毛細管力に打ち勝つように回転すると、流体は結合し、曲りくねった混合溝６１０内に流入する。こうした溝での混合は、引用により本願明細書に組み込まれている、共同所有で出願中の２０００年６月１６日に出願された米国出願第０９／５９５，２３９号に記載されている。溝６１４の流体は、溝内で拡散混合する充分な時間を経た後、Ａの体積部分０．５と同等のＢの体積部分０．５を伴って接合６１７に達し、言い換えれば、ＡとＢは「調合される」。６１７に到達した混合流体は、流体Ｃ１として示してもよい。
【００９８】
流体Ｃ１は、接合６１７で３つの流れに分割される。その混合液体Ｃ１の一部は、毛細管接合６１５を通過することにより、ここで溝６０３から接合６１０および溝６１１へと進んできた最初のＡ溶液と混ざる。溝６４０内の、Ｃ２と表示されるこの流体は、Ａの体積部分０．７５、およびＢの体積部分０．２５を有する。同様に、６４１の流体は、Ａの体積部分０．２５、およびＢの体積部分０．７５を有する。
【００９９】
溝のネットワークの残余部分で機能することは、このデモンストレーションから明白である。図示のように、流体ネットワークは、構造６５０、６５１、６５２、６５３、６５４に対し、それぞれＡの５種類の濃度、１．０、０．７５、０．５、０．２５、０．０を分配することとなる。これらの比率を達成するために、どの混合溝６１４、６４０、６４１に流入する２つの流体の流れレートも、同等でなければならない。流体の流れが、さまざまな混合溝の流体インピーダンスによって制御されるように、これは溝の直径によって確実にされる。
【０１００】
図示された溝の分離および再結合の手順は、無制限に継続可能であることが理解されよう。示された方法による、さらなる分割および再結合では、Ａの濃度は合計９個となる：１．０、０．８７５、０．７５、０．６２５、０．５、０．３７５，０．１２５、０．１２５、０．０６２５、０．０。
【０１０１】
この混合機構が、以前議論した３流体の均一な分析に制限される必要はなく、プラットフォーム位置に任意の組成の流体を分配するために使用可能であることは、更に認識されるものである。
【０１０２】
流体設計においては、分析必要条件、流体必要条件、使いやすさ、もしくは自動化、またはこれらの要因全ての削減などの、いずれの要求に対しても、多くの別バージョンが可能である。例えば、（引用により組み込まれれる、２０００年５月１６日発行の共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書で、より広範囲に開示されるように）毛細管弁は、高温で中間チャンバー内に流体を保持することが示されており、培養に用いることが出来た。例えば、化学反応速度が緩慢であるために、中間培養を必要とする分析が、こうした構造で実行可能である。
【０１０３】
あるいは、拡散混合が不十分である分析では、混合を達成するために流体攪拌が必要となることもある。こうした場合、共同所有で出願中の１９９９年５月１９日に出願された米国出願第０９／３１５，１１４号でさらに全般にわたって記載されているように、攪拌により誘発される突然の圧力変化に対し、流体を保持する作動弁が使用可能である。
【０１０４】
また、引用により組み込まれる共同所有で出願中の１９９７年８月１２日に出願された米国出願第０８／９１０，７２６号にて開示されているように、毛細管弁の特性を調節するため、液体接触角度を変更するには、プラットフォームを表層処理することが望ましい。
【０１０５】
以下の例は、本発明の特定の好ましい実施例を、さらに例示することを目的としているもので、その性質を制限するものではない。
例１
同時酵素抑制分析
【０１０６】
この例では、図１１に示されるプラットフォームが用いられた。図１１のプラットフォームは、機能的に図１から図８のそれと同一であり、唯一の重大な違いは、図１１が２４の分析を実行するために設計されているのに対し、図１から図８は９６の分析を実行するために設計されている点である。
【０１０７】
プラットフォームは、次のように準備された。マクロ流体貯蔵槽層２０１は、ライトマシーンズ（Ｌｉｇｈｔ　Ｍａｃｈｉｎｅｓ）「ベンチマン（Ｂｅｎｃｈ　ｍａｎ）」ソフトウェア（ライトマシーズ社（Ｌｉｇｈｔ　Ｍａｃｈｉｎｅｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、マンチェスター、ＮＨ）を実行しているライトマシーズ（Ｌｉｇｈｔ　Ｍａｃｈｉｎｅｓ）ＶＭＣ５０００フライス盤を用いた、コンピュータ／数値コード機械加工を使用して、アクリルの機械加工により製造されたものである。
【０１０８】
図３に示すように、封止膜は、両面テープを１枚の薄い熱安定化ポリエステル（マイラー）のシートに適用することにより作成された。テープに結合されるマイラー部分は、結合シートから正しい形状に切られ、マクロ流体層へ適用するため、テープの片方の接着性表面を残した。
【０１０９】
ミクロ流体層は、次のように製造された。図５ａから図５ｄに示される構造のようなミクロ流体構造は、例えばオートキャド（ＡｕｔｏＣＡＤ）（オートデスク（Ａｕｔｏｄｅｓｋ）社、サン・ラファエル（Ｓａｎ　Ｒａｆａｅｌ）、カリフォルニア）およびフリーハンド（Ｆｒｅｅｈａｎｄ）（マイクロメディア（Ｍａｃｒｏｍｅｄｉａ）社、サンフランシスコ、カリフォルニア）などの、コンピュータ利用設計パッケージを用いて設計された。この設計は、透明プラスチック・シート上に高解像度（３３８６ｄｐｉ）で印刷することにより、フォトマスクに変換された。直径１２５ｍｍのシリコン・ウェーハが、ネガのフォトレジスト（ＳＵ−８（５０））層でコーティングされ、５μｍから５００μｍの間の所望の厚みを与えるために、充分な速度（２００から８０００ｒｐｍ）で、スピンコーター上で回転された。
【０１１０】
シリコン・ウェーハはなめらかな表層を有するよう焼かれ、その後、フォトレジストは部分的に硬化した。シリコン・ウェーハは、従来のＵＶソースおよびマスク露光装置を用いて、紫外（ＵＶ）光にさらされた。フォトレジストは、その後プロピレン・グリコール・メチル・エーテル・アセテートで現像され、非クロスリンクされたフォトレジストは、ジクロロメタン内で洗浄することにより、除去された。結果として生じたレリーフは、その後、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラハイドロオクチル−ｌ−トリクロロシランの蒸気に晒されることで不動態化され、ミクロ加工のための型として使われた。（１９９８、ダフィー（Ｄｕｆｆｙ）他、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７０：４９７４−４９８４）。
【０１１１】
真空下でガス抜きした後、１０：１の割合で混合された、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）オリゴマと、クロスリンク作用薬（シルガード（Ｓｙｌｇａｒｄ）１８４、ダウコーニング（Ｄｏｗ　Ｃｏｎｉｎｇ））との混合物が、型上へ注入された。ＰＤＭＳは、透明材料である；１重量パーセントの液体顔料（Ｔｉ０_２を含む）を加えることにより、ディスクは、反射レート光学測定に対して白く、蛍光測定に対して黒くなる。注入されたエラストマは、その後６５℃で１時間置くと硬化した。この結果生じた、ミクロ加工したＰＤＭＳ部分が、型から剥がされた。この型は、その後、ミクロ流体層の追加的コピーを作るために再利用されることが出来た。
【０１１２】
ミクロプラットフォームは、以下のようにして組立てられた。接着剤を伴う、露光される封止膜は、それがホールおよび溝２０７、２０８、２１１、２１８を完全に覆うように、最初にミクロ加工層の上表面に適用された。最終的な組立ては、ＰＤＭＳミクロ流体層と、２つの構成要素の単純な物理接触によって作られたミクロ加工貯蔵槽層２０１の底面との間に、リバーシブルな、適合封止を形成することによって完成された。この封止は、物理的粘着力のみ‐ファンデルワールス引力と表面上に存在する潜在静電気の電荷‐に基づいており、それは、求心的に誘導された圧力のために、ディスクからの漏出を封止するのに十分であった。
【０１１３】
図１１に示され、本願明細書において記載されているように準備されたプラットフォームは、２４の酵素抑制分析を、同時に並行して実行するために使用された。貯蔵槽層がミクロ流体層５００と嵌合もしくは接着すると、流体は、貯蔵槽層２０１内に形成される貯蔵槽に溜まった。プラットフォーム１００は、その後、マクロ流体ディスク２０１およびミクロ流体ディスク５００内で、溝を通って流体を動かすよう設計されている回転プロフィールを用いて回転させられる。
【０１１４】
図１１に示されるプラットフォームは、図１から図６に示されるそれと同一機構を備えており、機構への参照は、後者の図中になされる。それは、モデル均一分析として、２４の同時酵素抑制分析を実行するために用いられた。酵素抑制分析では、第１流体（「Ａ」）内に存在する合成物の、第２流体（流体「Ｂ」）に存在する酵素概して第３流体（「Ｃ」）内の基質の触媒反応惹起能力に及ぼす影響が決定される。この反応は、例えば光学濃度など、流体のすぐに測定されるパラメータに変化を与えたり、または蛍光成分を生成させるために選択された。流体Ａに抑制剤が存在しない場合は、溶液Ａを酵素溶液Ｂと混合しても、影響がなかった：この分析で検出された酵素活性は、最大量が検出され、測定されたパラメータ内の最大変化を提供した。しかし、流体Ａに抑制剤が存在する場合、流体Ａを流体Ｂと混合すると、酵素分子のほとんどまたは全てにおいて、抑制剤により誘導される化学反応、または他の変化における充分な時間が経過した後、結果として所望の反応を引き起こすことが出来なくなくなってしまった。この溶液が基質溶液と混合される場合、測定されたパラメータにほとんどに変化が見られなかった。
【０１１５】
モデル均一分析に選択されたシステムは、抑制剤としてテオフィリン、酵素としてアルカリ・ホスファターゼ、および基質としてｐ−ニトロフェノール・リン酸塩（ＰＮＰＰ）から成っていた。アルカリ・ホスファターゼが存在する場合、無色であるＰＮＰＰは、青色を吸収するｐ−ニトロフェノール（ＰＮＰ）に変換され、従って黄色を呈する。テオフィリンは、抑制剤の標準用量作用曲線を提供するよう、０．０１ｍＭからｌ００ｍＭの濃度で用いられた。アルカリ・ホスファターゼは、１ｍｇ／ｍｌ溶液で用いられた。ＰＮＰＰは、０．５ｍｍ溶液として用いられた。全ての溶液は、脱イオン水内の、０．１Ｍのグリシンおよびの０．５ｍＭのＭｇＣｌ_２のバッファ内において作成された。
【０１１６】
これらの分析のために用いられたプラットフォームの寸法は、次の通りであった。プラットフォーム全体の直径は、１２ｃｍであった。マクロ流体ディスクは、厚さ約１．６ｍｍであった。サンプル入力ポートのスルー・ホール２０４の直径は、０．５ｍｍであった；凹部２０３は、外径２ｍｍおよび深さ１ｍｍの円錐形であり、手動でロードされる場合に、円錐が、ピペット先端の配置を「導く」ことが出来た。ここで構成された共通試薬入力ポートは、ホール２１５、２１７のみで、直径は同じく０．５ｍｍだった。通気口２０５、２０６もまた、直径０．５ｍｍであった。試薬多岐管スルー・ホール２０７もまた、直径０．５ｍｍであり、出口溝２０８はより大きな直径で、深さは０．４３ｍｍであった。出口溝は、幅０．４５ｍｍの溝２０９に接合するために狭くなった。多岐管２１０もまた、深さ０．４３ｍｍおよび幅０．４５ｍｍであった。通路２１１は、直径０．４５ｍｍであり、上面から底面までマクロ流体ディスクを貫通した。端末通路２１８は、直径０．５３ｍｍであり、層の底面まで貫通した。
【０１１７】
マクロ流体ディスクの下部表面の機構の寸法は、次の通りであった。共通試薬貯蔵槽４０１、４０２は、深さ１．１４ｍｍであった。これらの貯蔵槽の、ディスクの中心に最も近い半径方向は１．５９ｃｍ、そして、ディスクの中心から最も遠い端の半径方向位置は３．４ｃｍであった。試薬貯蔵槽４０２の許容容積は６０μＬであり、一方、貯蔵槽４０１のそれは１２０μＬであった。入力通路４０６は、深さ０．２５ｍｍおよび幅０．２５ｍｍであった。溝４０８は、幅０．２５ｍｍ×深さ０．２５ｍｍであり、多岐管４０９も同等であった。オーバフロー貯蔵槽４０３は、試薬貯蔵槽４０２に対応し、外径約５．６ｃｍ、内径約４．３ｃｍ、および深さ１．５ｍｍであった。貯蔵槽の含み角度は、３０マイクロリットルの体積を保持するよう選択された。同様に、オーバフロー貯蔵槽４０４は、試薬貯蔵槽４０１に対応し、外径約５．６ｃｍ、内径約４．３ｃｍ、および深さ１．５ｍｍであった。貯蔵槽の含み角度は、それが３０マイクロリットルの体積を保持可能となるよう選択された。エア・ホール４１０は、直径０．５ｍｍであった。
【０１１８】
図４ｄを参照すると、個々の分析構造の機構は次の通りだった。入力溝４１１は、幅０．２５ｍｍ×深さ０．２５ｍｍであった；それらの長さは、各溝が接続する貯蔵槽４１７、および入力ポート２０４の相対的位置により、約１２ｍｍから約２７ｍｍまでの間で変化した。ディスク平面内では、流れを妨げかねないので、鋭角をなさない形で、溝４１１は貯蔵槽４１７へ接続するよう開くことが好ましい。貯蔵槽４１６、４１７、４１８の内径は、約４．１ｃｍであり、貯蔵槽４１６、４１７、４１８の外径は約４．５ｃｍであった。毛細管力、および貯蔵槽が空にされるとき保持されることによるロードの間、、流体が内端で「止まる」ことを防止するために、貯蔵槽の内外両端は、半径０．５ｍで回転した。貯蔵槽４１６、４１７、４１８は、それぞれ、深さ約０．５７ｍｍ、０．５７ｍｍ、１．１４ｍｍであった。各貯蔵槽は、幅０．６ｍｍであった。貯蔵槽の長さ、深さ、および幅は、４１６および４１７内に含まれる体積が０．９１μリットル、一方、分取試薬貯蔵槽４１８内に含まれる体積が、その２倍の１．８２μリットルとなるように選択された。検出貯蔵槽４２０は、光学的に透明な材料から造られ、外径約５．７ｃｍ、内径約５．２ｃｍ、深さ０．７ｍｍで、３．２°の含み角度を有して、貯蔵槽４１６、４１７、４１８との結合容積（ほぼ３．６マイクロリットル）を保持するように設計されていた。分配多岐管４０９は、幅０．２５ｍｍ×深さ０．２５ｍｎの充填溝４１５を経由し、分取試薬貯蔵槽４１８に接続している；４１５の端は、また、分取試薬貯蔵槽４１８への接続部で拡張された。毛細管溝４１４は、幅０．１３ｍｍ×深さ０．１３ｍｍであった。毛細管接合４１３は、深さ０．２５ｍｍ×幅０．５ｍｍであった；それらは、４１４への４１４の開口部が、４５°の後方角度を作るように形成され、こうして、接合での毛細管停止力を増加させた。貯蔵槽４１６への接続は、深さ約０．２５ｍｍの経路４１９を経由し、４１６との接合部では、幅０．２５ｍｍが幅０．６ｍｍに広がった。
【０１１９】
ミクロ流体層５００は、また、直径１２ｃｍであって、（厚みは重要ではないが）１から２ｍｍの間の厚みを有し、白いＰＤＭＳから成っていた。全てのミクロ流体構造の深さ（ＳＵ−８レリーフの高さから測定された）は１００μｍであった。混合溝５０５、５０６、５１２への入口幅は、２００μｍであった。溝は、５０８での毛細管接合に着く前にｌ００μｍまで狭くなった。接合５０８の幅は、１２０μｍであった。同様に、入口５１２は、２００μｍである接合５１３の前に、１００μｍまで狭くなった。溝５０９、５１４の幅はｌ００μｍであった。混合溝の長さは、流体がそれらを通して、求心的加速の影響で吸い上げられる間に、拡散によって混合する充分な時間を、適度な拡散定数（５×ｌ０^−６ｃｍ^２／ｓ）を有する液体に提供するために選択された。溝５０９、５１４の長さは約１７ｍｍであった。これらの溝は、約０．４ｍｍの正方形である接合５１１に接続する前に、５１０および５１５で、５０μｍまで狭くなった。溝５１６は、幅ｌ００μｍおよび長さ約３８ｍｍであった。これらの寸法の、結果として、流体が混合ミクロ溝を通過するのに、２秒以上かかった。
【０１２０】
また、オーバフロー構造５０３、５０４は、ミクロ流体層上にある。入力口５１８は、０．４ｍｍ×１．８ｍｍであり、一方で、毛細管通路５１９は幅１２０μｍであった。拡張部５２０は、幅２００μｍ、長さ約２００μｍであり、５２１もまた、長さｌ００μｍであった。
【０１２１】
分析は以下のように実行された。上記の濃度のテオフィリン溶液の分取量１μＬは、ピペットを用いて、入力ポート２０３＋２０４にロードされた。合計４０μＬのアルカリ・ホスファターゼは、入力ポート２１７経由で貯蔵槽４０２にロードされ、合計８０μＬのＰＮＰＰ溶液は、入力ポート２１５経由で貯蔵槽４０１にロードされた。プラットフォームは、三色計測が可能な拡散反射レート光学ヘッドを備えた、計測器の軸に載置された。図７および図８は、ミクロ流体分析要素の貯蔵槽近傍における、流体の流れの順序を示す。プラットフォームは、最初に、３００ｒｐｍで３０秒間回転させられた。この回転レートで、テオフィリン溶液は、溝４１１を通り、貯蔵槽４１７に完全に移動し、ここで、それは、毛細管接合５０８によって保持された。また、この回転レートで、アルカリ・ホスファターゼ溶液は、ホール２０７を通って、多岐管２１０内に動かされた。アルカリ・ホスファターゼ溶液が２１０を進む間に、それは通路２１１を通って、経路４１９および最終的に貯蔵槽４１６に流れ込むが、ここで、それは毛細管接合５０８によって保持された。また、この回転レートで、ＰＮＰＰ溶液は、溝４０８および多岐管４０９を通って、溝４１５を満たした。ＰＮＰＰ溶液は、４１４を通って分取試薬貯蔵槽４１８に移動した；ＰＮＰＰ溶液も、毛細管４１４に入って、毛細管接合４１３および毛細管接合５１３で止められた。回転レートは、それから５００ｒｐｍに増やされた。この速度で、オーバフロー構造上の５１９および５２０によって形作られた、オーバフロー毛細管弁が開放された。多岐管２１０内のアルカリ・ホスファターゼ溶液は、溶液を貯蔵槽４１６内に残して、オーバフロー貯蔵槽４０３内に流入した。同時に、過剰なＰＮＰＰ溶液のオーバフロー貯蔵槽４０２への排出は、毛細管接合４１３において、溶液を内部へ「引っぱる」力となった。こうして発生した、溝４１５内の流体張力は、溝４１３を通して空気を導入することにより、軽減された；これは、分取試薬貯蔵槽４１８内の溶液から、４１５＋４０９内の排出ＰＮＰＰ溶液を、効果的に分離した。速度は、６００ｒｐｍに増やされ、その速度で、５０８および５１３にある毛細管接合は、流体が流し出すことが出来た。貯蔵槽５０５、５０６からの流体は、溝５０９を通って、接合５１０で停止した；同様に、５１４を流れる流体は、接合５１５で停止した。７００ｒｐｍで、５１１の毛細管接合を通り、流体が流れることが出来た。混合流体は、それから検出貯蔵槽４２０に吸い上げられた。接合５０７、５１１の場合、最初にどの流体が流れても、毛細管接合内の他方の流体の出口毛細管も濡らすことになり、それによって、他方の流体の流入も同様に誘発される。
【０１２２】
本装置での混合の主要な機構は、ミクロ溝５０９、５１４、５１６の狭さにより可能となる。回転から誘導された溝圧力に起因する流動抵抗は、Ｒ_Ｈで表され、次の式で得られる。
Ｑ＝Ｐ／Ｒ_Ｈ
Ｒ_Ｈ＝Ｃｌ／（ｄ^Ｈ）^４
【０１２３】
ここでＱは流れレート、Ｐは誘導圧力、Ｃは定数、ｌは流体が流れる溝長、そして、ｄ^Ｈは液圧直径である。ミクロ溝５０９、５１４、５１６の直径は、貯蔵槽４１６、４１７、４１８のそれより遥かに小さいため、流動抵抗は、ミクロ溝が引き起こしている。それゆえに、流れている流体全体の圧力低下は、混合ミクロ溝の長さ全部にわたり、ほとんど排他的に保持される。これは、試薬貯蔵槽から混合溝へと流れる流体が、周知の比率で流れることを保証する。特に、流体が、一方の貯蔵槽から混合溝へ、他方の貯蔵槽からの流体の流れより速いレートで流れ始めると推測される。回転により誘導された圧力は、流体（以前に議論されたΔＲ）の半径方向にわたる範囲に比例するため、より速く流れる流体に対して、流体混合位置へ向かう、貯蔵槽内端の流体メニスカスの結果生じる圧力低下は、他方の流体のそれ未満となる。ここで、よりゆっくり移動した流体全体に、より高圧力がかかるので、流れは速さを増すことになる。フィードバックのこの過程は、結果として、外側へ進行する、貯蔵槽４１６、４１７、４１８の流体の内部メニスカスは、同じ半径方向速度（単位時間につき半径方向で同じ距離）となる、圧力同等化現象を提供する。その結果、混合ミクロ溝５０９内での時間関数としての、アルカリ・ホスファターゼおよびテオフィリンの流れレートの比率は、次の式で正確に与えられる。
（Ｑ_Ａ／Ｑ_Ｂ）（ｔ）＝（Ａ_Ａ／Ｂ_Ｂ）（ｔ）
【０１２４】
ここでＡ_ＡおよびＢ_Ｂは、時間関数としての貯蔵槽４１６および４１７の断面積、または代替的に、流体が貯蔵槽から取り去られるときの、メニスカスの半径方向の位置を表す。流れ比率が一定であること（ここでの場合）が要求される場合、断面積の一定比率を維持することは、半径方向位置の関数として十分であった。比率がそうであるからと言って、これが断面が一定であることを意味しない点に注意する必要がある。この式で表される比率は、引用のより組み込まれている２０００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書において、より完全に開示されているように、貯蔵槽の断面積の比率を変えることにより操作可能である。
【０１２５】
この式および分析は、また、混合ミクロ溝５１６内の３つの流体の比率の重要性を正確に説明している。ミクロ溝５０９、５１６が長く、さらに、流れレートが回転レートにより制御可能であるため、共同流通の流れは、これらの溝内に、これらの流れの間のインタフェースを通る拡散に十分な時間存在し、溶液の完全な混合が達成される。
【０１２６】
流体が検出貯蔵槽４２０に分配された後、反映された放射を測定するために、２つの波長、４３０ナノメートル（予想される反応生産物、ＰＮＰ、のための吸収）および６３０ナノメートルでの、分離鏡（拡散）角度で反射レート光学機器が用いられた。６３０ナノメートルでは反応生産物ＰＮＰからの吸光度がないので、この波長は、プラットフォーム内の光学欠陥、迷光散乱、または光学上透明なチャンバーの意図しない気泡などを修正するために使用可能である。光学システムは、また、都合よく参照フォトダイオードに入射光一部を送るビームスプリッタを含んだ。この光学システムで用いられた２つの検知器は、拡散反射光を測定する分析検知器；および、入射光の一部を測定する参照検知器であった。各検知器の測定は、４３０ナノメートルおよび６３０ナノメートル双方の光源が、「暗い」か消えている時と同じく、それらが発光している場合も行われた。測定された電圧は、以下の通りであった：
Ｖ_Ｄ ^Ｄ　分析検知器での暗測定値
Ｖ_Ｒ ^Ｄ　参照検知器の暗測定値
Ｖ_Ｄ ^１　分析検知器での吸収波長λ１　（４３０ナノメートル）での測定値
Ｖ_Ｄ ^２　分析検知器での非吸収波長λ２　（６６０ナノメートル）での測定値
Ｖ_Ｒ ^１　参照検知器での吸収波長λ１　（４３０ナノメートル）での測定値
Ｖ_Ｒ ^２　参照検知器での非吸収波長λ２　（６６０ナノメートル）での測定値
【０１２７】
４３０ナノメートルの吸光度は、次の式で算出される。
Ｋ＝〔（Ｖ_Ｄ ^１−Ｖ_Ｄ ^Ｄ）／（Ｖ_Ｒ ^１−Ｖ_Ｒ ^Ｄ）〕／〔（Ｖ_Ｄ ^２−Ｖ_Ｄ ^Ｄ）／（Ｖ_Ｒ ^２−Ｖ_Ｒ ^Ｄ）〕
Ａ＝−ｌｏｇ（Ｋ）∝Ｃ_ＰＮＰ
【０１２８】
ここで、Ｃ_ＰＮＰは黄色の生産物、ｐ−ニトロフェノールの濃度である；この濃度は、初期溶液のテオフィリン濃度と逆比例の関係にある。
【０１２９】
データは、プラットフォームが、６０または１００ｒｐｍで回転させられるときに、連続的に収集された。データが連続的に取得可能であったので、化学反応の動力学も観察可能であった。図１２は、プラットフォーム上同時に動作した、２４の分析のデータを示しており、０からｌ０ｍＭまでの範の６つのテオフィリン濃度の各々のための４重反復を表している。このデータは、吸光度を用いて実験チャンバー実験台で発生するものと整合しており、それは、引用により本願明細書に組み込まれている、共同所有で出願中の２０００年６月１６日に出願された米国出願第０９／５９５，２３９号に含まれている。
【０１３０】
これらの結果は、本発明のミクロプラットフォーム・システムが、酵素活性を測定する酵素分析を実行するための、従来の９６ウェル・ミクロタイター・プレートの代わりとして使用可能であることを証明した。
【０１３１】
前述の開示が、本発明およびそのあらゆる変更、もしくはそれに対する同等の代替的な特定の実施例を強調することは、本発明の意図と範囲内においてであることを、理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のミクロシステム・プラットフォームの分解斜視図である。
【図２ａ】図１の分解斜視図に示される、ミクロシステム・プラットフォームの１つの構成要素・貯蔵槽層の上部表面の平面図である。
【図２ｂ】図２ａに示される貯蔵槽層の、上部表面の１つの構成要素の詳細図である。
【図３】図１のミクロシステム・プラットフォームの、他の構成要素、上部封止膜の平面図である。
【図４ａ】貯蔵槽層の下部表面の平面図である。
【図４ｂ】第２試薬追加貯蔵槽および第１試薬オーバーフロー貯蔵槽を示す、貯蔵槽層の下部表面の詳細図である。
【図４ｃ】第１試薬追加貯蔵槽および第２試薬オーバーフロー貯蔵槽を示す、貯蔵槽層の下部表面の詳細図である。
【図４ｄ】単一の測定を実行する、単一のミクロ装置マットのための、１つの一連のサンプルおよび試薬貯蔵槽、溝、さらに検出キュベットを示す、貯蔵槽層の下部表面の詳細図である。
【図５ａ】図１のミクロシステム・プラットフォームの、他の構成要素、ミクロ流体層の平面図を示す。
【図５ｂ】単一のミクロ流体分析構造の、ミクロ流体溝から成る、図５のミクロ流体層の１部分の詳細である。
【図５ｃ】オーバフロー弁と、第１試薬のための溝を示す、図５のミクロ流体層の詳細である。
【図５ｄ】第２試薬のための溝オーバフロー弁とを示す、図５のミクロ流体層の詳細図である。
【図６】図１のミクロシステム・プラットフォームから成る、組み立てられた貯蔵槽およびミクロ流体層の部分を示す図である。
【図７ａ】サンプル、試薬１および試薬２が、図１の装置の貯蔵槽に分配されるときの、一連の流体の動きの一局面を示す図である。
【図７ｂ】サンプル、試薬１および試薬２が、図１の装置の貯蔵槽に分配されるときの、一連の流体の動きの一局面を示す図である。
【図７ｃ】サンプル、試薬１および試薬２が、図１の装置の貯蔵槽に分配されるときの、一連の流体の動きの一局面を示す図である。
【図７ｄ】サンプル、試薬１および試薬２が、図１の装置の貯蔵槽に分配されるときの、一連の流体の動きの一局面を示す図である。
【図７ｅ】サンプル、試薬１および試薬２が、図１の装置の貯蔵槽に分配されるときの、一連の流体の動きの一局面を示す図である。
【図７ｆ】サンプル、試薬１および試薬２が、図１の装置の貯蔵槽に分配されるときの、一連の流体の動きの一局面を示す図である。
【図７ｇ】サンプル、試薬１および試薬２が、図１の装置の貯蔵槽に分配されるときの、一連の流体の動きの一局面を示す図である。
【図８ａ】図１の装置の単一のミクロ流体分析構造への、一連の流体運動の一局面を示す図である。
【図８ｂ】図１の装置の単一のミクロ流体分析構造への、一連の流体運動の一局面を示す図である。
【図８ｃ】図１の装置の単一のミクロ流体分析構造への、一連の流体運動の一局面を示す図である。
【図８ｄ】図１の装置の単一のミクロ流体分析構造への、一連の流体運動の一局面を示す図である。
【図８ｅ】図１の装置の単一のミクロ流体分析構造への、一連の流体運動の一局面を示す図である。
【図８ｆ】図１の装置の単一のミクロ流体分析構造への、一連の流体運動の一局面を示す図である。
【図８ｇ】図１の装置の単一のミクロ流体分析構造への、一連の流体運動の一局面を示す図である。
【図８ｈ】図１の装置の単一のミクロ流体分析構造への、一連の流体運動の一局面を示す図である。
【図８ｉ】図１の装置の単一のミクロ流体分析構造への、一連の流体運動の一局面を示す図である。
【図８ｊ】図１の装置の単一のミクロ流体分析構造への、一連の流体運動の一局面を示す図である。
【図８ｋ】図１の装置の単一のミクロ流体分析構造への、一連の流体運動の一局面を示す図である。
【図８ｌ】図１の装置の単一のミクロ流体分析構造への、一連の流体運動の一局面を示す図である。
【図９】サンプルの体積が、装置の構成により測定される、ミクロシステム・プラットフォームの第１代替構造を示す図である。
【図１０】２つの一般試薬が、泡の導入で分離される、ミクロシステム・プラットフォームの第２代替構成を示す図である。
【図１１】２つの試薬の一連の混合物が、装置の分析構造に分配される、ミクロシステム・プラットフォームの第３代替構成を示す図である。
【図１２】２４の並行分析の実行のために開発された装置を示す図である。
【図１３】例１にて開示し、図１２に示したように、本発明の装置で実行される、酵素抑制分析の抑制物濃度の関数として、酵素活性を示す用量反応曲線を示す図である。

Claims

求心的に動きを与えられたミクロシステム・プラットフォームは、以下を含む：
ａ）　プラットフォームの表面に埋め込まれた、複数のミクロ流体構造を備えた表面を有する基板から成る、回転可能なプラットフォーム、各ミクロ流体構造は、以下を含む
ｉ）１つまたは複数の分取試薬貯蔵槽、
ｉｉ）１つまたは複数のサンプル貯蔵槽、
ｉｉｉ）１つまたは複数の検出貯蔵槽
ここで、前記サンプル貯蔵槽および分取試薬貯蔵槽の各々は、ミクロ溝を通って、複数の検出貯蔵槽の少なくとも１つに流体的に接続しており、ここで、プラットフォームは以下を含む
ｂ）１つまたは複数のバルク試薬貯蔵槽
ｃ）試薬オーバーフロー貯蔵槽、および、
ｄ）プラットフォームの表層を半径方向にわたって配置した、ミクロ溝から成る試薬分取多岐管、
ここで、分取多岐管は、複数の各分取試薬貯蔵槽に流体的に接続しており、多岐管は、さらにオーバフロー貯蔵槽に流体的に接続しており、ここで、プラットフォームのミクロ溝内の流体は、しばらくの間のプラットフォームの回転運動、およびミクロ溝を流体が移動するのに十分な回転速度に起因する求心力により、前記ミクロ溝を移動する。
各サンプル貯蔵槽がサンプル入力ポートをさらに含む、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
各バルク試薬貯蔵槽が、試薬入力ポートをさらに含む、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
検出貯蔵槽が光学的に透明である、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
各サンプル貯蔵槽が、約１ｎＬから約５００μＬまでの容量を有する、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
各試薬貯蔵槽が、約１ｎＬから約５００μＬまでの容量を有する、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
各検出貯蔵槽が、約２ｎＬから約１０００μＬまでの容量を有する、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
ミクロシステム・プラットフォームが、混合ミクロ溝をさらに含み、ここで各混合ミクロ溝が、ミクロ溝を通って、サンプル貯蔵槽および１つまたは複数の分取試薬貯蔵槽に流体的に接続しており、ここで、混合ミクロ溝が、サンプル溶液と試薬溶液を混ぜて均等な混合物にするための、十分な長さを有したプラットフォーム表面に、縦の経路を形成している、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
各混合ミクロ溝が、９０°より大きな角度を有する複数の曲がり角を持つ、請求項８に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
約２４から約１０，０００のミクロ流体構造を含む、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
プラットフォームの回転が、ある流れレートで各ミクロ流体構造を通って流体を動かし、ここで、流体が混合ミクロ溝に存在する時間が、実質的にプラットフォーム上の各ミクロ流体構造におけるのと同じである、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
各ミクロ流体構造を通る流体の流れレートが、約１ｎＬ／ｓから約ｌ００μＬ／ｓまでである、請求項１１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
各ミクロ流体構造を通る流体の流れレートが、約０．ｌｎＬ／ｓから約５００μＬ／ｓまでである、請求項１１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
円形ディスクである、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
ミクロシステム・プラットフォームが、有機材料、無機材料、結晶性材料、およびアモルファス材料からなるグループから選ばれた材料から造られる、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
ミクロシステム・プラットフォームが、シリコン、二酸化ケイ素、石英、セラミック、金属またはプラスチックからなるグループから選ばれた材料からさらに成る、請求項１５に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
ミクロシステム・プラットフォームが、半径が約１から約２５ｃｍまでの円形ディスクである、請求項１４に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
ミクロシステム・プラットフォームが、約０．１から１００ｍｍまでの厚みを持ち、ここで、その中に埋め込まれるミクロ溝の断面寸法が１ｍｍより小さく、プラットフォームの前記断面寸法の１から９０パーセントまでである、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
ミクロシステム・プラットフォームが、複数の空気溝、排気ポート、空気置換溝とをさらに含む、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
第１層および第２層を含み、ここで、第１層には、サンプル貯蔵槽、バルク試薬貯蔵槽、分取試薬貯蔵槽、試薬分取多岐管および検出貯蔵槽が備えられ、第２層にはミクロ溝および混合ミクロ溝が備えられており、ここで、第１層が第２層と接触する場合、第１層のサンプル貯蔵槽、バルク試薬貯蔵槽、分取試薬貯蔵槽、試薬分取多岐管および検出貯蔵槽が、第２層のミクロ溝、混合ミクロ溝と、流体的に接続される請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
試薬分取多岐管が、ミクロ溝と分取試薬貯蔵槽との間に毛細管接合を有するミクロ溝を通って、各分取試薬貯蔵槽と流体的に接続されており、ここで、毛細管接合がさらにプラットフォーム表層の空気ベントに繋がった空気置換溝に接続している、請求項１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
試薬分取多岐管が、毛細管接合を備えたオーバフロー貯蔵槽にさらに流体的に接続し、ここで、プラットフォームが、前記毛細管接合に打ち勝ち、オーバフロー貯蔵槽への流体の流れを達成させるのに十分な速度で回転すると、試薬分取多岐管に接続したミクロ溝と分取試薬貯蔵槽との間の毛細管接合で、空気の泡を生じさせ、それによって、流体が前記分取試薬貯蔵槽に流れ込むのを防ぐ、請求項２１に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
各々がサンプル入力ポートを有した複数のサンプル貯蔵槽を含み、ここで、複数のサンプル入力ポートが、ロボットもしくは自動化したピペッタの形態に適合するように、プラットフォーム表層に配置されている、請求項２に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
求心的に動かされる流体ミクロ操作装置は、請求項１に従うミクロシステム・プラットフォームおよびベース、回転手段、電力供給およびユーザ・インタフェース、および制御手段を含み、ここで回転手段は、マイクロシステム・プラットフォームに有効にリンクされるとともに、そこに回転接触しているマイクロ操作装置の組み合せであり、ここで、プラットフォームのミクロ溝内の流体の体積は、しばらくの間のプラットフォームの回転運動およびミクロ溝を通して流体を動かすのに十分な回転速度に起因する求心力によりミクロ溝を通して移動する。
装置の回転手段がモーターである、請求項２４に記載の装置。
装置が、回転加速と、ミクロシステム・プラットフォームの速度とを制御する回転運動制御手段を含んでいる、請求項２４に記載の装置。
ミクロ操作装置が、吸光度、蛍光、エピ蛍光（ｅｐｉｆｈｉｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）または、化学発光を測定する光学的検知器をさらに含む、請求項２４に記載の装置。
ミクロ操作装置が、スキャン、撮像、または共焦点顕微鏡検査検知器をさらに含む、請求項２４に記載の装置。
ミクロ操作装置が、放射検知器をさらに含む、請求項２４に記載の装置。
検知器が、ミクロシステム・プラットフォームの回転運動により、プラットフォーム上の収集チャンバーと整列される、請求項２４、２５、２６または２７に記載の装置。
検知器が、光源および光検出器を備えた光学的検知器である、請求項２７に記載の装置。
次のステップから成り、サンプルおよび１つまたは複数の試薬を均等に混ぜる方法は、以下のステップを含む。
ａ）プラットフォームが静止している状態で、請求項１のミクロシステム・プラットフォームの１つまたは複数のサンプル貯蔵槽に、生物学的サンプルから成る、ある体積の流体を適用すること、ここで、各サンプル貯蔵槽に適用される生物学的サンプルは、同じものもしくは異なるものである；
ｂ）プラットフォームが静止している状態で、請求項１のミクロシステム・プラットフォームのバルク試薬貯蔵槽に、試薬から成る、ある体積の溶液を適用すること；
ｃ）ミクロシステム・プラットフォームのバルク試薬貯蔵槽から、請求項１の試薬分取多岐管へと流体を流れさせ、ある体積の試薬を、複数の分取試薬貯蔵槽の各々に分配させるのに十分な第１の回転速度で、プラットフォームを回転させること；
ｄ）各サンプル貯蔵槽および１つまたは複数の試薬貯蔵槽から、混合ミクロ溝へと流体を流れさせるのに十分な第２の回転速度でプラットフォームを回転させること、ここで、サンプル体積および試薬体積が、混合ミクロ溝を横切って、均一に混ぜられるのに充分な時間、プラットフォームは回転させられる；
ｅ）サンプル体積および試薬体積の、均一な混合物の混合物を検出貯蔵槽に分配すること；および、
ｆ）均一な混合物またはそこで生産された反応生産物を検出すること。
生物学的サンプルの構成要素が、均一な混合物内の、１つまたは複数の試薬と反応する、請求項３２に記載の方法。
生物学的サンプルの構成要素が、反応生産物を形成するために、均一な混合物内の１つまたは複数の試薬と反応し、反応生産物が検出される。請求項３３に記載の方法。
生物学的サンプルが酵素種から成る、請求項３２に記載の方法。
生物学的もしくは生化学的反応を実行する方法は、以下のステップを含む：
ａ）プラットフォームが静止している状態で、請求項１のミクロシステム・プラットフォームの１つまたは複数のサンプル貯蔵槽に、生物学的サンプルから成る、ある体積の流体を適用すること、ここで、各サンプル貯蔵槽に適用された生物学的サンプルは、同じものもしくは異なるものであり、ここで、生物学的サンプルは、生物学的もしくは生化学的反応の１つの構成要素から成る；
ｂ）プラットフォームが静止している状態で、請求項１のミクロシステム・プラットフォームのバルク試薬貯蔵槽に、試薬から成る、ある体積の溶液を適用すること、ここで１つまたは複数の試薬が、生物学的もしくは生化学的反応の他の構成要素から成る；
ｃ）請求項１のミクロシステム・プラットフォームのバルク試薬貯蔵槽から、試薬分取多岐管へと流体を流させ、ある量の試薬を、複数の分取試薬貯蔵槽の各々に分配させるのに十分な第１の回転速度で、プラットフォームを回転させること；
ｄ）各サンプル貯蔵槽および１つまたは複数の試薬貯蔵槽から、混合ミクロ溝へと流体を流れさせるのに十分な第２の回転速度でプラットフォームを回転させること、ここで、サンプル体積および試薬体積が、混合ミクロ溝を横切って、均一に混ぜられるのに充分な時間、プラットフォームは回転させられる；
ｅ）検出貯蔵槽に、サンプル体積および試薬体積の、均一な混合物の混合物を分配すること；および、
ｆ）生物学的もしくは生化学的反応の生産物を検出すること。
生物学的サンプルが酵素種から成る、請求項３６に記載の方法。
サンプル入力ポートが、プラットフォームの表面に、線形８−先端、もしくは矩形９６−先端のピペット装置に適応する間隔を有した、矩形パターンで配置される、請求項２３に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
サンプル入力ポートが、プラットフォームの表面に、個々の入力ポートが、９ｍｍ、４．５ｍｍまたは２．２５ｍｍの間隔を有して配置される、請求項３８に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
サンプル入力ポートが、プラットフォームの表面に、８×１２、１６×２４、または３２×４８の要素の矩形パターンで配置される、請求項２３に記載のミクロシステム・プラットフォーム。
求心的に動かされるミクロシステム・プラットフォームは、以下を含む：
プラットフォームの表層に埋め込まれた１つもしくは複数のミクロ流体構造を含む表層を有する基板を含む、回転可能なプラットフォーム、ここで、各ミクロ流体構造は以下を含む
複数の細胞培養チャンバー、および、
１つまたは複数のオーバフロー貯蔵槽
少なくとも２つの試薬貯蔵槽、および、
毛細管接合に流体的に接続している、複数の分岐から成る分岐希釈ミクロ溝
ここで、前記細胞培養チャンバーの各々は、分岐希釈ミクロ溝を通って、試薬貯蔵槽のうちの少なくとも１つに流体的に接続し、ここで、分岐希釈ミクロ溝は、各試薬貯蔵槽に流体的に接続しており、ここで、分岐希釈ミクロ溝内の流体は、しばらくの間のプラットフォームの回転運動および、流体をミクロ溝を通って移動させるのに十分な回転速度に起因する求心力により、前記ミクロ溝を移動し、ここで、各試薬貯蔵槽流からの一部の流体の流れは、分岐希釈ミクロ溝を通って、直接各細胞培養チャンバーへと流入し、ここで、分岐希釈ミクロ溝を通る一部の流体の流れは、各毛細管接合を通って、分岐希釈ミクロ溝の別々の分岐に流入し、ここで、分岐希釈ミクロ溝の各分岐は、１つの細胞培養チャンバーに流体的に接続しており、各分岐は、各試薬貯蔵槽からの流体の、異なる比率での混合物を保持している。