JP2003507026A - ポリマーを引き伸ばす方法および装置 - Google Patents

ポリマーを引き伸ばす方法および装置

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チャン，エウジェン，ワイ．
グレイッチ，ランス，シー．
ウェルマン，パリス，エス．
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ユー．エス．ジェノミクス，インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ゲノム全体を含有する核酸を含むあらゆる長さのポリマーを、さらなる解析のために長い直線状の立体構造に引き伸ばすことを可能とする構造物および方法に関する。本発明はまた、長さに基づいてポリマーを選択して引き伸ばす構造物および方法に関する。ポリマーを、デバイス内にロードし、該構造物を通す。引き伸ばしは、例えば、ポリマーが該構造物を通過する際に剪断力を負荷するか、ポリマーの通路内に障害物を設置するか、またはこれらの組み合わせにより達成される。多数の分子を続けて引き伸ばすことができるので、例えば、1秒あたりに１分子以上のスクリーニングを行うなどの、極めて優れたハイスループットスクリーニングを達成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 この出願は、1999年８月13日に出願された米国仮出願第60/149,020号の利益を
請求するものである。尚、該出願は、本明細書に参照によりその全文を組み込む
ものとする。
【０００２】1. 発明の技術分野 本発明は、ポリマー特性決定の一般的分野に関する。さらに具体的には、本発
明は、ポリマーを引き伸ばす、あるいは、チップ内での長さをもとにポリマーを
選択する構造の使用に関する。
【０００３】2. 発明の背景 高分子は、生体系における多種かつ必須の機能に関与する。高分子の機能、動
力学、ならびに相互作用の解読は、それらの化学的および３次元構造を理解する
ことにかかっている。これら３つの要素：化学的および３次元構造、ならびに動
力学は、相互に関連している。例えば、タンパク質の化学組成、より具体的には
、アミノ酸の線状配置が、ポリペプチド鎖が生合成後にフォールディングしてい
く３次元構造を明確に決定し（KimおよびBaldwin（1990）Ann. Rev. Biochem. 5
9:631-660）、この３次元構造が、該タンパク質と他の高分子との相互作用、な
らびに、該タンパク質が適正に機能できるようなドメインの相対移動度を決定す
る。
【０００４】 生物学的高分子は、ポリマーもしくはポリマーの複合体のいずれかである。様
々なタイプの高分子が、多種のモノマーから構成されている。すなわち、タンパ
ク質の場合には、20種のアミノ酸、また核酸の場合には、４種の主要核塩基（nu
cleobase）から成る。ポリマー鎖におけるモノマーの線状または一次配列の決定
から、豊富な情報を得ることができる。例えば、核酸の一次配列を決定すること
により、核酸によりコードされたタンパク質の一次配列を決定し、mRNA発現パタ
ーン決定のための発現マップを作成し、タンパク質発現パターンを決定し、そし
て、遺伝子における突然変異が、どのように疾病状態に対応しているかを理解す
ることが可能になる。さらに、特定のDNAポリマーに沿った特定の核塩基配列の
分布の固有パターンを用いることにより、法医学分析等で、DNAを明確に同定す
ることができる。この目的のため、ヒトゲノムの配列決定のためのヒトゲノムプ
ロジェクトの努力の結果として、ポリマー、特に核酸の特性決定を行う高速かつ
正確で、しかも安価な方法が開発されているところである。
【０００５】 ポリマー鎖におけるモノマーの線状配列の特性決定における課題は、ほとんど
の媒質で、ポリマーが予想不可能なコイル状のコンホメーションを自然にとる傾
向があるために生じる。このようなコイル形成の平均量は、該ポリマーと、それ
を取り囲む溶液との相互作用、ポリマーの堅さ、ならびに、該ポリマーとそれ自
体との相互作用のエネルギーに応じて違ってくる。ほとんどの場合、コイル形成
は、かなり有意である。例えば、λファージDNA（引き伸ばすことにより、DNAが
Ｂコンホメーションにある場合には、理論的には長さが16μm）は、約１μmのラ
ンダムコイル直径を有する（Smithら、（1989）Science 243:203-206）。
【０００６】 DNAおよび他の多くのバイオポリマーは、蠕虫様（worm-like）鎖における均一
の弾性ロッドとしてモデル化することにより、それらのランダムコイル特性を決
定することができる（Austinら（1997）Physics Today 50(2):32-38）。１つの
関連パラメーターは、持続長（persistence length）Pであり、この長さにわた
って、指向性が維持される。この持続長は、下記の式により与えられる： P＝κ／ｋBT （１） ［上記式中、κは、弾性屈曲率であり（Housealら（1989）Biophys, J. 56:507-
516）、ｋBは、ボルツマン定数、Ｔは、温度である（Austinら（1997）Physics
Today 50(2):32-38）］。持続長が長いほど、ポリマーが堅いと同時に、長く伸
びていることを意味する。生理学的条件下では、DNAの場合、Ｐは約50 nmである
。分子の直径が2.5 nmより大きい場合、持続長は、ヒト染色体（長さが約50 mm
）のような典型的DNA分子の実際長さより数桁小さくなる。持続長から、総体的
なコイルサイズ、Ｒを下記のようにして算出することができる（Austinら（1997
）Physics Today 50(2):32-38）： ＜Ｒ2＞＝２PL （２） ［上記式中、Lは、DNA分子の輪郭長である］。染色体DNAの場合には、Ｒは約70
μmである。言うまでもなく、コイルのサイズが70 μmのDNA片よりも、長さ5 cm
のDNAの伸長片で情報を分析する方がはるかに容易である。
【０００７】 DNAのようなポリマーを引き伸ばすのに必要な力は、あまり大きくない。蠕虫
様鎖モデルにより、ポリマーをばねのようなものとして考えることができ、これ
をそれ本来の全長近くまで延伸するのに必要な力（FS）は、下記のようにして算
出することができる（Austinら（1997）Physics Today 50(2):32-38）： ［上記式中、すべてのパラメーターは、すでに定義した通りである］。FSを下回
る力では、加えられる力と、引き伸ばし量との関係がだいたい線形になる。FSを
超えると、これ以上力を加えても、引き伸ばしにほとんど変化がなくなる（Smit
hら（1992）Science 258:1122-1126；Bustamante（1994）Science 265:1599-160
0）。従って、十分な引き伸ばしは、FSを加えることにより、実質的に達成され
る。DNAの場合には、そのコイル状コンホメーションからその全長（この引き伸
ばされたコンホメーションはBコンホメーションを維持する）まで引き伸ばすの
に必要な力は、約0.1 pNである。このような小さな力は、原理的には、せん断力
、電気的な力、ならびに、重力を含むほぼあらゆる供給源から得ることができる
。
【０００８】 DNAを引き伸ばす上での危険性は、共有結合を破断する（少なくとも、1 nNの
力を要する）（Grandboisら（1999）Science 283:1727-1730）ことではなく、過
剰引き伸ばしである。70 pNの力を加えると、DNAは、「S-DNA」と呼ばれる超弛
緩形態をとり、同じ数の塩基対を有する正常なB型DNAの長さのほぼ２倍になる（
Austinら（1997）Physics Today 50(2):32-38）。また、この変化が50 pNの力で
起こることも報告されている（MarkoおよびSiggia（1995）Macromolecules 28:8
759-8770）。S-DNAの長さは、引き伸ばされたB-DNAのそれより天然の長さと一致
せず、加えられた実際の力により左右されやすく（Cluzelら（1996）Science 27
1:792-794）、B-DNAの長さの1.7〜2.1倍まで、加えた力に対して線形に変動する
。加えられた正確な力を知ることが可能でない場合があるため、DNAをそのＳ型
まで引き伸ばさないことが望ましい。従って、約２桁にわたる範囲にある力（約
0.1 pN〜25 pN）は、DNAを、その十分に引き伸ばしたB型まで、一貫して、かつ
予想可能な引き伸ばしをすることが可能である。
【０００９】 さらに、ポリマーが再びコイル化しないよう十分に迅速に、力を加えなければ
ならない。ポリマーの本来の緩和時間（relaxation time）τは、下記のように
溶剤に左右される（Marko（1998）Physical Review E 27:2134-2149）： ［上記式中、μは溶剤の粘度であり、その他のパラメーターは、すでに定義した
通りである］。生理的条件下にあるDNAの場合には、緩和時間は約６秒であり、
これは、粘度が220 cpの溶液において（Smithら（1999）Science 283:1724-1727
）、あるいは、閉じた空間にDNAを流し込み、Pを長くすると同時に、粘性抵抗を
変えることにより（Bakajinら（1998）Phys. Rev. Let. 80:2737-2740）、20秒
まで延長することができる。緩和時間はまた、引き伸ばしの程度の関数でもある
（HatfieldおよびQuake（1999）Phys. Rev. Let. 82:3548-3551）ことから、前
記のようにして算出した値は、実際の緩和時間の下限である。
【００１０】 緩和時間の正確な値にかかわらず、ポリマーは、それより短い時間の尺度で引
き伸ばさなければならない。引き伸ばしがポリマーに対する流動歪（fluid stra
in）から起こるチャネルを通過する流れの場合には、引き伸ばしに適した時間の
尺度は、歪率の逆数である。歪率は、dε／dt＝dvx／dx（ただし、ｘは、流れの
方向であり、vxは速度のx成分である。歪率と緩和時間を掛け合わせたものが、
デボラ数、De＝τdε／dtとして知られており、引き伸ばしが維持されるか否か
を決定するのに使用することができる（SmithおよびChu（1998）Science 281:13
35-1340）。Deが１よりはるかに大きい場合には、歪力が優勢となるため、ポリ
マーは引き伸ばされたままである。Deが１よりはるかに小さい場合には、本来の
緩和過程が優位を占め、ポリマーは引き伸ばされたままではなくなる。他の引き
伸ばし力が関与する場合には、他の適切な時間の尺度から伸長流におけるワイセ
ンベルグ数等の無次元の値を導き出すことができる（Smithら（1999）Science 2
83:1724-1727）。
【００１１】 DNAを引き伸ばすのに用いられた従来の技術は、分子の少なくとも一方の末端
を表面上に固定化し、次に、他方の末端を操作して、物理的力で引き伸ばした後
、固定化するか、あるいは、狭い容積のゲルを通過させることを含んでいた。サ
イズの測定のためにDNAを引き伸ばす初期の試みが、Housealらによって実施され
ている（1989, Biophys. J. 56:507-516）。DNA溶液を金表面と接触させること
により、十分な結合が得られたが、タンパク質単層上にDNA分子を広げるために
電子顕微鏡法で広く用いられているクラインシュミット法を使用して、その結果
多数の分子が引き伸ばされずにコイル状態のまま残った。他にも、ピペッターを
用いて「穏やかに」塗布することによりDNAを引き伸ばす試みがなされたが、こ
の方法は、自動化するのが困難である（国際公開番号WO93/22463）。
【００１２】 DNA及び他のポリマーの一端を表面に固定化するためのさらに複雑なスキーム
が考案されている。一般に、これらは、表面を修飾することにより、ヒドロキシ
ル、アミン、チオール、アルデヒド、ケトン、またはカルボキシル基等の反応性
基を露出させる、あるいは、アビジン、ストレプトアビジンおよびビオチン等の
カップリング構造を結合させることを含む。これらの方法の例は、国際公開番号
97/06278；米国特許第5,846,724号；ならびに、ZimmermannおよびCox（1994）Nu
cl. Acids Res. 22:492-497に見出すことができる。多くの場合、これらの方法
は、シランの使用を含む（Bensimonら（1994）Science 265:2096-2098）。
【００１３】 いったんポリマーをその一端で固定化すると、結合表面に対して垂直に力を合
わせることができるため、引き伸ばしが可能である。一般的な方法の一つは、凹
面（receding）メニスカスを用いて、ポリマーの向きを調整するものであり、こ
の方法は、「分子コーミング（molecular combing）」と呼ばれることもある。
この方法では、第１流体とは実質的に混和しない第２の流体を導入することによ
り、界面にメニスカスを形成する。次に、機械、熱、電気または化学的手段、あ
るいは、単純に蒸発により、元の流体を徐々に除去し、新しい流体に替える。界
面が移動すると、表面張力により、ポリマーがこの界面に対して垂直方向に整列
するため、ポリマーは引き伸ばされる。この方法による引き伸ばしの力は、ポリ
マーの直径Ｄ（二本鎖DNAの場合、Ｄ＝2.2 nm）と、表面張力γ（Bensimonら（1
994）Science 265:2096-2098）の関数：Ｆ＝γπDとして表される。
【００１４】 空気／水界面では、γは0.07 N/mで、DNAに対して約40 pNの力を賦与するが、
これは、明らかに所望の範囲にある。ポリマーの運動を阻止するように第２流体
を適切に選択すれば、ポリマーは、一箇所に無期限に固定されたまま残る。さら
に、同じ表面に結合された隣接するポリマーは、すべて同じ方法に配列される。
関与する２種類の流体は、ポリマーの溶剤であることが多いが、部分的溶剤でも
よいし、１つは空気であってもよい。引き伸ばしの程度は、表面の修飾に左右さ
れる（Bensimon, D.ら（1995）Phys. Rev. Lett. 74(23):4754-4747）が、所与
の表面処理についてはばらつきがない。この方法の改変例が使用されている（米
国特許第5,851,769号；国際公開番号WO97/06278；Bensimonら（1994）Science 2
65:2096-2098；米国特許第5,840,862号；CoxおよびZimmermann（1994）Nucl. Ac
ids Res. 22:492-497）。しかし、固定化が律速段階であり、しかも、固定化後
はポリマーの更なる修飾がより困難になることから、上記の方法をハイスループ
ットの作業に適合させることは容易ではない。
【００１５】 一端が固定化されたDNAを操作する別の方法は、光学トラップの使用を含む。
この方法では、レーザー光線（「光学ピンセット」）は、放出された光子を通じ
て、DNA分子に運動量を賦与する。光子の位置をシフトさせる、すなわち、光線
を動かすことにより、DNAの移動方向に極めて正確な変化を誘導することができ
る（米国特許第5,079,169号；Chu（1991）Science 253:861-866）。従って、DNA
分子は、光学ピンセットを用いて、引き伸ばすことができる。この方法は、引き
伸ばしに用いる力の変動が可能であるという利点をもたらし、レプテーション（
reptation）理論を確認するのに用いられた（Perkinsら（1994）Science 264:81
9-822）。しかし、レーザーは、一度に１分子しか一箇所に保持することができ
ないことから、後続の分子毎にアライメントをやり直さなければならないため、
ハイスループット分析には不向きである。
【００１６】 DNAを引き伸ばす第３の方法は、一端が固定されたDNAを電気泳動させて、該分
子の結合されていない方の末端を固定端から離した後、アビジンで固定端を表面
に結合させるか、あるいは、両端が結合されていないDNAを電気泳動させて、ア
ビジンで両端を表面に結合させる、いずれかを含む（Kabataら（1993）Science
262:1561-1563；ZimmermanおよびCox（1994）Nucl. Acids Res. 22:492-497）。
この方法を用いて、引き伸ばしの質を特性決定する試みは行われていない。さら
に、この方法は、前述した方法と同じ問題点を有する（固定化後の処理に関して
）。
【００１７】 また、DNAは、DNA分子の一端を固定せずに、電気泳動により引き伸ばされてき
た。生体分子の配列決定のためのニアフィールド（near-field）検出スキームの
一環として、DNAが、ゲルおよび溶液の両方での電気泳動により伸長されている
。その際、読み取り用の位置にDNAを移動させるために電気的な力が用いられた
（米国特許第5,538,898号）。しかし、大きなポリマーの引き伸ばしの質を判定
するためのデータは全く与えられていないため、この方法は、一度に約３メガ塩
基を分析する場合に限られる。
【００１８】 この考えの延長として、誘電泳動、または交流電界を用いて、DNAを引き伸ば
すものがある。WashizuおよびKurosawa（（1990）IEEE Transactions on Indust
ry Applications 26:1165-1172）は、強さが106 V/mで、周波数が400 kHz以上の
電界において、DNAがB-DNA型でその全長まで伸びることを明らかにした。これよ
り低い所定周波数（10 kHz前後）でも、DNAは十分に伸びるが、電界に対して平
行ではなく、垂直方向に伸びる。この方法は、テーパーを有する幅の間隙を電極
間に設け、この間隙幅がDNAの長さと等しい場所に該DNAをアラインメントさせる
ことにより、DNAを大きさにより分画するのに適用されている。また、この方法
では、二本鎖DNAとは溶剤相互作用が異なるため、一本鎖DNAは伸長されないこと
がわかっている（Washizuら（1995）IEEE Transactions on Industry Applicati
ons 31:447-456）。この方法の1つの問題点は、DNAの長さに沿って誘導双極子が
存在することから、サンプルが容易に凝集し、不均質なサンプルでは、成分を正
確に同定することが難しい点である。さらに、これらの実験は、ジュール加熱お
よび電子−浸透流の不要な作用が起こらないように、脱イオン水で実施しなけれ
ばならない。このことは、ほとんどのDNAが塩溶液もしくはその他の溶剤中に存
在するため、サンプル調製を困難にするものである。
【００１９】 DNAを引き伸ばすために、重力も用いられてきた（米国特許第5,707,797号；Wi
ndle（1993）Nature Genetics 5:17-21）。この方法では、細胞のドデシル硫酸
ナトリウム溶解により得たDNAの液滴が、一定角度をつけて保持されたスライド
を流れ落ちるようにした。重力の作用は、DNAを引き伸ばすのに十分であり、そ
の過剰伸長したS-DNA型まで伸びることさえあった。次に、このDNAをスライド上
に固定化するが、引き伸ばす前に、例えば、蛍光標識等の処理を施すことが比較
的困難であった。
【００２０】 Churchらは、２つのプールの媒質間の界面で、ポリマーが該界面を横断する際
に起こる物理的変化を測定することを含む、ポリマー特性決定の別の方法を開発
した（米国特許第5,795,782号）。この方法は、比較的柔軟性に乏しい。例えば
、核酸特性決定のためのイオンチャネル実施形態（Churchら（1999）Science 28
4:1754-1756）は、一本鎖DNAについてしか使用できなかった。非常に多様なポリ
マーに使用可能な界面はまだ開発されていない。
【００２１】 DNAの長さを測定する方法は、Kambaraらにより開発された（米国特許第5,356,
776号）。この方法は、ゲルを用いたDNAの電気泳動を含み、DNAが、直径が数ミ
クロン以下のゲル部分に到達すると、強制的に直線状にされ、そこで、DNAの各
末端の蛍光標識を検出するものである。別の実施形態では、開口部でDNAの一端
を固定化し、電気泳動により引き伸ばした後、該分子の他端にある標識を検出す
る。この方法ではゲルを使用するため、DNAを動かすのに、溶液中より高い電圧
を必要とし、しかも、末端標識によって、該DNAの他のほとんどの特性決定がで
きなくなる。さらに、長いDNA分子は、ゲル中で絡み合う傾向がある。パルスフ
ィールド電気泳動として知られる電気泳動方法の改変形態（SchwartzおよびKova
l（1989）Nature 338:520-522）では、電界を移動することにより、さらに長いD
NA切片の十分な引き伸ばしを可能にする。しかし、この方法は、電界が変動する
ために、実質的にこれまでより長い時間を必要とする上に、他の電気泳動と同じ
問題点を有する。
【００２２】 DNAを引き伸ばすため、ゲルに基づく方法と溶液方法の混成方法がSchwartzら
によって開発された（（1993）Science 262:110-113）。DNAを自由溶融アガロー
ス溶液に導入し、重力によって引き伸ばした後、ゲル化過程により適所に固定し
た。また、ゲル化中に酵素を添加することにより、DNAを特定の部位で切断した
。この方法は、制限マップを形成するのに有効であるが、アガロース媒体におけ
る予想可能な引き伸ばしは困難であり、非切断DNAを分析するためのハイスルー
プット法にこの方法を適合させるには問題がある。
【００２３】 粒子を特性決定する他の方法は、引き伸ばしに依存しないものである。例えば
、Schwartzにより開発された方法（米国特許第5,599,664号；欧州特許第0391674
号）は、粒子に力を加え、コンホメーションおよび位置の変化を測定することに
より、大きさによる分画および質量決定（massing）を行う。ポリマーの場合に
は、通常、コイル化したコンホメーションに力が加えられる。DNA分子を大きさ
により分画して選別する別の方法（Chouら（1999）Proc. Natl. Acad. Sci. USA
96:11-13）は、ミクロンのスケールで動作する装置を使用する。この装置は、
検出器を通過するコイル化DNAからの蛍光シグナルを用いて、分析を実施する。S
chmalzingら（（1998）Analytical Chemistry 70:2303-2310；(1997)Proc. Natl
. Acad. Sci. USA 94:10273-10278）は、DNA分析用の微小作製（microfabricate
d）装置を開発しており、これは、配列決定を含むが、電気泳動等の伝統的技術
の小規模なものを用いるのであって、DNAの引き伸ばしに依るものではない。
【００２４】 バイオポリマーにおける情報の線状配列を正確に決定するため、バイオポリマ
ーを引き伸ばすことにより、個々の単位を識別可能にする必要がある。バイオポ
リマー、特にDNAを引き伸ばす多くの方法が開発されているが、これらはすべて
、引き伸ばしの均質性や再現性、バイオポリマーの取扱いの容易さ、ならびに、
あらゆる種類およびサイズのバイオポリマーへの適用性において、欠点がある。
さらに、これらはいずれも、許容可能な時間スケールで、DNAの大きな切片を配
列決定する上で必要とされるような、高速の情報分析にも適用することができな
い。明らかに、信頼度の高いポリマーの引き伸ばしにより、その中の線状配列の
情報をこれまでより迅速かつ正確に決定することによって、複雑な遺伝子機能を
解明すると共に、疾病および遺伝的機能障害を診断することを可能にする方法お
よび装置が求められる。
【００２５】 本明細書に参考文献を引用したが、このような文献が本発明の先行技術である
ことを示すものと解釈すべきではない。
【００２６】3. 発明の概要 第１の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引
き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、第1の末
端から第2の末端までに幅が直線的に減少しているテーパーチャネル（tapered c
hannel）を含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それはテー
パーチャネルに沿って第1の末端から第2の末端に向かって移動し； そのことにより、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーがテーパーチャ
ネルに沿って移動する際、該ポリマーに剪断力が負荷されることを特徴とする、
上記装置に関する。
【００２７】 本発明のこの態様は、さらなる解析のためにポリマー、特にDNAを引き伸ばす
のに有用である。
【００２８】 第２の態様では、本発明は、(a) 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマ
ー；および(b) その少なくとも１種のポリマーを引き伸ばすための伸長構造；
を含む統合型装置であって、該伸長構造は、第1の末端から第2の末端までに幅が
直線的に減少しているテーパーチャネルを含んでおり、少なくとも1種のポリマ
ーが存在する場合、それはテーパーチャネルに沿って第1の末端から第2の末端に
向かって移動し； そのことにより、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーがテーパーチャ
ネルに沿って移動する際、該ポリマーに剪断力が負荷されることを特徴とする、
上記装置に関する。
【００２９】 第３の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引
き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、第1の末
端から第2の末端までに幅が直線的な割合より大きな割合で減少しているテーパ
ーチャネルを含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それはテ
ーパーチャネルに沿って第1の末端から第2の末端に向かって移動し；そのことに
より、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーがテーパーチャネルに沿って
移動する際、該ポリマーに剪断力が負荷されることを特徴とする、上記装置に関
する。
【００３０】 本発明のこの態様はまた、さらなる解析のためにポリマー、特にDNAを引き伸
ばすのに有用である。
【００３１】 第４の態様では、本発明は、(a) 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマ
ー；および(b) その少なくとも１種のポリマーを引き伸ばすための伸長構造；
を含む統合型装置であって、該伸長構造は、第1の末端から第2の末端までに幅が
直線的な割合より大きな割合で減少しているテーパーチャネルを含んでおり、少
なくとも1種のポリマーが存在する場合、それはテーパーチャネルに沿って第1の
末端から第2の末端に向かって移動し；そのことにより、液体サンプル中の少な
くとも1種のポリマーがテーパーチャネルに沿って移動する際、該ポリマーに剪
断力が負荷されることを特徴とする、上記装置に関する。
【００３２】 第５の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引
き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、第1の末
端から第2の末端までに幅が減少しているテーパーチャネルを含んでおり、少な
くとも1種のポリマーが存在する場合、それはテーパーチャネルに沿って第1の末
端から第2の末端に向かって移動し、そのことにより、液体サンプル中の少なく
とも1種のポリマーがテーパーチャネルに沿って移動する際、該ポリマーに剪断
力が負荷され、該剪断力によって一定の剪断速度が生じることを特徴とする、上
記装置に関する。
【００３３】 本発明のこの態様は、さらなる解析のためにポリマー、特にDNAを引き伸ばす
のに有用である。
【００３４】 第６の態様では、本発明は、(a) 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマ
ー；および(b) その少なくとも１種のポリマーを引き伸ばすための伸長構造；
を含む統合型装置であって、該伸長構造は、第1の末端から第2の末端までに幅が
減少しているテーパーチャネルを含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在
する場合、それはテーパーチャネルに沿って第1の末端から第2の末端に向かって
移動し、そのことにより、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーがテーパ
ーチャネルに沿って移動する際、該ポリマーに剪断力が負荷され、該剪断力によ
って一定の剪断速度が生じることを特徴とする、上記装置に関する。
【００３５】 第７の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引
き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造が、液体を保
持するための中央のチャネルと、該中央のチャネルに連結した、液体を保持する
ための複数の側チャネルとを含んでおり；少なくとも１種のポリマーが存在する
場合、それが中央のチャネルに沿って伸長方向に移動することを特徴とする、上
記装置に関する。
【００３６】 本発明のこの態様は、さらなる解析のためにポリマー、特にDNAを引き伸ばす
のに有用である。
【００３７】 第８の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引
き伸ばすための統合型装置であって：(a) 伸長構造；(b) 液体サンプル中の少
なくとも1種のポリマーを伸長構造に送達するための、伸長構造内に入りかつ伸
長構造から出ている送達チャネル；および(c) 液体サンプル中の少なくとも1種
のポリマーが存在する場合、それを伸長構造内へと移動させるための手段；を含
み、該伸長構造が、液体を保持するための中央のチャネルと、該中央のチャネル
に連結した、液体を保持するための複数の側チャネルとを含んでおり；かつ、少
なくとも1種のポリマーが存在する場合、上記の移動させるための手段によって
、該ポリマーが中央のチャネルに沿って伸長方向に移動することを特徴とする、
上記装置に関する。
【００３８】 本発明のこの態様は、さらなる解析のためにポリマー、特にDNAを引き伸ばす
のに有用である。
【００３９】 第９の態様では、本発明は、液体サンプル中のDNAを引き伸ばすための統合型
装置であって：(a) 伸長構造；(b) 液体サンプル中のDNAを伸長構造に送達す
るための手段；および(c) 液体サンプル中のDNAが存在する場合、それを伸長構
造内へと移動させるための手段；を含み；該伸長構造が、液体を保持するための
中央のチャネルと、該中央のチャネルに連結した、液体を保持するための複数の
側チャネルとを含んでおり；かつ、上記DNAが存在する場合、上記の移動させる
ための手段によって、該DNAが中央のチャネルに沿って伸長方向に移動すること
を特徴とする、上記装置に関する。
【００４０】 第１０の態様では、本発明は、(a) 液体サンプル中の少なくとも１種のポリ
マー；(b) その少なくとも１種のポリマーを引き伸ばすための伸長構造；を含
む統合型装置であって、該伸長構造は、液体を保持するための中央のチャネルと
、該中央のチャネルに連結した、液体を保持するための複数の側チャネルとを含
んでいる、上記装置に関する。
【００４１】 第１１の態様では、本発明は、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構
造は少なくとも１つの湾曲部を有するチャネルを含み、少なくとも1種のポリマ
ーが存在する場合、それが上記チャネルに沿って移動することを特徴とする、上
記装置に関する。
【００４２】 本発明のこの態様は、さらなる解析のためにポリマー、特にDNAを引き伸ばす
のに有用である。
【００４３】 第１２の態様では、本発明は、液体サンプル中のDNAを引き伸ばすための統合
型装置であって、(a) 伸長構造；および(b) その液体サンプル中のDNAを伸長
構造に送達するための手段；を含む統合型装置であって、該伸長構造は少なくと
も１つの湾曲部を有するチャネルを含み、該DNAが存在する場合、それが上記チ
ャネルに沿って移動することを特徴とする、上記装置に関する。
【００４４】 第１３の態様では、本発明は、(a) 液体サンプル中の少なくとも１種のポリ
マー；および(b) その少なくとも１種のポリマーを引き伸ばすための伸長構造
；を含む統合型装置であって、該伸長構造は少なくとも１つの湾曲部を有するチ
ャネルを含むことを特徴とする、上記装置に関する。
【００４５】 第１４の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを
引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造はテーパー
チャネルを含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それは該チ
ャネルに沿って流れの方向に移動し、かつ、該チャネルは、その少なくとも1種
のポリマーの移動に対する複数個の障害物を含んでいることを特徴とする、上記
装置に関する。
【００４６】 本発明のこの態様は、さらなる解析のためにポリマー、特にDNAを引き伸ばす
のに有用である。
【００４７】 第１５の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを
引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、中央の
チャネルと、該中央のチャネルに連結した複数の側チャネルとを含んでおり、少
なくとも1種のポリマーが存在する場合、それは中央のチャネルに沿って流れの
方向に移動し、かつ、中央のチャネルはその少なくとも1種のポリマーの移動に
対する複数個の障害物をさらに含んでいることを特徴とする、上記装置に関する
。
【００４８】 第１６の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを
引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は少なくと
も1つの湾曲部を有するチャネルを含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在
する場合、それは該チャネルに沿って流れの方向に移動し、かつ、該チャネルは
、その少なくとも1種のポリマーの移動に対する複数個の障害物を含んでいるこ
とを特徴とする、上記装置に関する。
【００４９】 第１７の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを
引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造はチャネル
を含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それは該チャネルに
沿って流れの方向に移動し、かつ、該チャネルは複数の柱(post)を含み、該柱の
少なくとも１つは、その断面が四辺形以外の多角形であることを特徴とする、上
記装置に関する。
【００５０】 本発明の第１５、１６、１７の態様は、さらなる解析のためにポリマー、特に
DNAを引き伸ばすのに有用である。
【００５１】 第１８の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを
引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造はチャネル
を含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それは該チャネルに
沿って流れの方向に移動し、かつ、該チャネルは、その少なくとも1種のポリマ
ーの移動に対する複数個の障害物を含んでおり、該複数の障害物は連続した列を
なして配置されており、該列はその流れの方向に対して垂直に位置しており、後
方に位置する各列はその前に位置する列を埋めるように並んでおり、それにより
、１つの障害物の少なくとも一部分であって１つの障害物の1/2ではない一部分
が、前の列にある2つの隣接する障害物により形成される間隔のその流れの方向
に沿って延長したものにオーバーラップすることを特徴とする、上記装置に関す
る。
【００５２】 本発明のこの態様は、さらなる解析のためにポリマー、特にDNAを引き伸ばす
のに有用である。
【００５３】 第１９の態様では、本発明は、(a) 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマ
ーであって、そのそれぞれが最小の直径より大きいかまたは最小の直径に等しい
直径を有するポリマー；および(b) その少なくとも１種のポリマーを引き伸ば
すための伸長構造；を含む統合型装置であって、該伸長構造は、チャネルを含み
、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それが上記チャネルに沿って流れ
の方向に移動し、かつ、該チャネルは、少なくとも1種のポリマーの移動に対す
る複数個の障害物、ここで、該複数個の障害物は連続した列をなして配置されて
おり、該列のそれぞれはその流れの方向に垂直に位置しており、各列に位置する
隣接した1対の障害物はそれぞれ、上記最小の直径の50倍以上の距離を隔ててい
ることを特徴とする、上記装置に関する。
【００５４】 本発明のこの態様は、さらなる解析のためにポリマー、特にDNAを引き伸ばす
のに有用である。
【００５５】 第２０の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを
引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、チャネ
ルを含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それは該チャネル
に沿って流れの方向に移動し、かつ該チャネルは、その少なくとも1種のポリマ
ーの移動に対する複数個の障害物を含んでおり、その大きさは、流れの方向に沿
って小さくなっていることを特徴とする、上記装置に関する。
【００５６】 本発明のこの態様はまた、さらなる解析のためにポリマー、特にDNAを引き伸
ばすのに有用である。
【００５７】 第２１の態様では、本発明は、DNAを引き伸ばすための、伸長構造を含む統合
型装置であって、 該伸長構造は、該チャネルは第1の末端と第2の末端を有する中央のテーパーチ
ャネルを含んでおり、DNAが存在する場合、それは中央のテーパーチャネルに沿
って第1の末端から第2の末端に向かって移動し、該伸長構造は、中央のテーパー
チャネルに連結した複数の側チャネルをさらに含み、該中央のテーパーチャネル
は少なくとも1つの湾曲部を有しており；かつ該中央のテーパーチャネルは、DNA
の移動に対する複数個の障害物を含んでいることを特徴とする、上記装置に関す
る。
【００５８】 第２２の態様では、本発明は、DNAを引き伸ばすための、伸長構造を含む統合
型装置であって、該伸長構造が、(a) 第1の末端と、第2の末端と、第1の末端と
第2の末端との間に12〜15列からなる千鳥に配列された複数の柱とを有する第1の
テーパーチャネル、ここで、この第1のテーパーチャネルは、第１の末端におい
て角度を規定すると、幅が一定であるチャネルに対して26.6°の角度で幅が減少
しており、上記第1の末端の幅は0.5〜5μmの範囲内であり、上記柱の断面積は1.
5μm2であり、該柱は0.5μmの間隔で隔てられている；および(b) 上記第1のテ
ーパーチャネルに第2の末端で連結した第2のテーパーチャネル、ここで、この第
2のテーパーチャネルは、DNAが存在する場合、一定の剪断速度を生じる剪断力が
該DNAに負荷されるように、幅が0.5〜5μmの範囲内まで減少しており、該第２の
テーパーチャネルの長さは1〜3mmの範囲内である；を含む、上記装置に関する。
【００５９】 第２３の態様では、本発明は、少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための
方法であって、(a) 第1の末端と第2の末端とを有するテーパーチャネルを含む
伸長構造に、その少なくとも1種のポリマーを送達するステップ；および(b) そ
の少なくとも1種のポリマーを、上記テーパーチャネルに沿ってその第1の末端か
ら第2の末端まで移動させるステップ；を含み、該ステップにより、テーパーチ
ャネルによって、少なくとも1種のポリマーがテーパーチャネルに沿って移動す
る際に、該ポリマーに、一定の剪断速度を生じる剪断力が負荷されることを特徴
とする、上記方法に関する。
【００６０】 本発明のこの態様に包含される方法は、さらなる解析のためにポリマー、特に
DNAを引き伸ばすのに有用である。
【００６１】 第２４の態様では、本発明は、少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための
方法であって、(a) 第1の末端と第2の末端とを有する直線的テーパーチャネル
を含む伸長構造に、その少なくとも1種のポリマーを送達するステップ；および(
b) その少なくとも1種のポリマーを、上記テーパーチャネルに沿ってその第1の
末端から第2の末端へと移動させるステップ；を含む、上記方法に関する。
【００６２】 第２５の態様では、本発明は、少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための
方法であって、(a)第1の末端から第2の末端までに幅が直線的な割合より大きな
割合で減少している、第1の末端と第2の末端を有するテーパーチャネルを含む伸
長構造に、少なくとも1種のポリマーを送達するステップ；および(b)その少なく
とも1種のポリマーを、上記テーパーチャネルに沿ってその第1の末端から第2の
末端へと移動させるステップ；を含む、上記方法に関する。
【００６３】 第２６の態様では、本発明は、少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための
方法であって、(a) 第1の末端と第2の末端を有する液体を保持するための中央
のチャネルと、該中央のチャネルに連結された複数の液体を保持するための側チ
ャネルを含む伸長構造に、少なくとも1種のポリマーを送達するステップ；およ
び(b) その少なくとも1種のポリマーを、中央のチャネルに沿ってその第1の末
端から第2の末端まで移動させるステップ；を含む、上記方法に関する。
【００６４】 本発明の第２４、第２５および第２６の態様の方法は、さらなる解析のために
ポリマー、特にDNAを引き伸ばすのに有用である。
【００６５】 第２７の態様では、本発明は、少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための
方法であって、(a) 少なくとも1つの湾曲部を備えた、第1の末端および第2の末
端を有するチャネルを含む伸長構造に、少なくとも1種のポリマーを送達するス
テップ；および(b) その少なくとも1種のポリマーを該チャネルに沿ってその第
1の末端から第2の末端まで移動させるステップ；を含む、上記方法に関する。
【００６６】 本発明のこの態様により包含される方法は、さらなる解析のためにポリマー、
特にDNAを引き伸ばすのに有用である。
【００６７】 第２８の態様では、本発明は、少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための
方法であって、(a) 第1の末端と第2の末端を有する中央のチャネルと、該チャ
ネル内にある、その少なくとも１種のポリマーの移動に対する複数個の障害物と
を含む伸長構造に、少なくとも1種のポリマーを送達するステップ；および(b)
その少なくとも1種のポリマーを、該チャネルに沿ってその第1の末端から第2の
末端まで移動させるステップ；を含み、上記移動に対する複数個の障害物の大き
さが、第1の末端から第2に末端に向かって減少していることを特徴とする、上記
方法に関する。
【００６８】 本発明のこの態様により包含される方法は、さらなる解析のためにポリマー、
特にDNAを引き伸ばすのに有用である。
【００６９】 第２９の態様では、本発明は、少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための
方法であって、（a）第1の末端と第2の末端を有するチャネルと、該チャネル内
にある、その少なくとも１種のポリマーの移動に対する複数個の障害物とを含む
伸長構造に少なくとも1種のポリマーを送達するステップ；および(b)その少なく
とも1種のポリマーを、該チャネルに沿ってその第1の末端から第2の末端まで移
動させるステップ；を含み、上記障害物の少なくとも1つは、断面が四辺形以外
の多角形であることを特徴とする、上記方法に関する。
【００７０】 本発明のこの態様により包含される方法は、さらなる解析のためにポリマー、
特にDNAを引き伸ばすのに有用である。
【００７１】 第３０の態様では、本発明は、少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための
方法であって、(a) 少なくとも1種のポリマーを伸長構造に送達するステップ：
ここで、該伸長構造は、(i)少なくとも1つの湾曲部を備えた、第1の末端および
第2の末端を有する中央のテーパーチャネル；(ii)上記の中央のテーパーチャネ
ルに連結された複数の側チャネル；および(iii)上記の中央のテーパーチャネル
内にある、その少なくとも１種のポリマーの移動に対する複数個の障害物；を含
んでいる；および(b) その少なくとも1種のポリマーを該中央のチャネルに沿っ
てその第1の末端から第2の末端まで移動させるステップ；を含む、上記方法に関
する。
【００７２】 本発明のこの態様により包含される方法は、さらなる解析のためにポリマー、
特にDNAを引き伸ばすのに有用である。
【００７３】 第３１の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを
引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造はチャネル
を含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それは該チャネルに
沿って流れの方向に移動し、かつ、該チャネルは、第1の末端から第2の末端まで
にそのチャネルの深さzが減少する少なくとも１つの段差(step)を有することを
特徴とする、上記装置に関する。
【００７４】 第３２の態様では、本発明は、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構
造は、第1の末端から第2の末端までに深さzが減少する少なくとも１つの段差を
有するチャネルを含んでおり、該チャネルには、液体サンプル中の少なくとも1
種のポリマーが含まれており、該チャネルは、その少なくとも1種のポリマーが
第1の末端から第2の末端に向かって移動する際に該ポリマーに剪断力を負荷する
ように構成されている、上記装置に関する。
【００７５】 第３３の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを
引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、(a)
第1の末端と第2の末端を有する第1のチャネル、および(b) 第3の末端と第4の末
端を有する第2のチャネル（ここで、該第3の末端が上記第1のチャネルに第2の末
端で連結しており、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、該ポリマーは該
第2のチャネルに沿って流れの方向に移動するものとする）を含んでおり、かつ
、第1のチャネルの幅は、第1の末端から第2の末端までに、第2のチャネルの幅が
第3の末端から第4の末端までに減少する割合とは異なる割合で減少していること
を特徴とする、上記装置に関する。
【００７６】 第３４の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを
引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、(a)
第1の末端と、第2の末端と、第1の末端と第2の末端の間に少なくとも12〜15列か
らなる千鳥に配列された複数の柱とを有し、この複数の柱は第2の末端で終結し
ており、複数の柱のそれぞれが1μm2〜25μm2の範囲内の断面積を有している、
幅が10μmで深さが1μmである第1のチャネル；および、(b) 第3の末端と第4の
末端を有し、該第3の末端が第2の末端で第1のチャネルに連結しており、幅が1/x 2 （この場合のxは第2のチャネルの長さ方向の距離である）の割合で第3の末端か
ら第4の末端までに減少し、その幅全体が10μmから1μmに減少しており、長さが
5μmであり、第3の末端に第2のチャネルの深さが0.25μm2に減少する1つの段差
を有する第2のチャネル；を含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在する場
合、該ポリマーは該第2のチャネルに沿って流れの方向に移動することを特徴と
する、上記装置に関する。
【００７７】 第３５の態様では、本発明は、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを
長さに基づいて選択的に引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって
、該伸長構造は、(a) 第1の末端と、第2の末端と、第1の末端と第2の末端の間
に千鳥に配列された複数の柱とを有し、複数の柱のそれぞれは第2の末端から距
離L以上の距離にある地点に位置しており、幅が10μmであり深さが1μmである第
1のチャネル；(b) 第3の末端と第4の末端を有し、該第3の末端が第2の末端で第
1のチャネルに連結しており、幅が第3の末端から第4の末端までに減少している
、第2のチャネル；を含むものであり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合
、該ポリマーは該伸長構造に沿って流れの方向に移動する、上記装置に関する。
【００７８】 第３６の態様では、本発明は、液体サンプル中の長さが様々な複数のポリマー
を引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、(a)
第1の末端と第2の末端を有する第1のチャネル；(b) 第3の末端と第4の末端を
有し、該第3の末端が第2の末端で第1のチャネルに連結しており、幅が第3の末端
から第4の末端までに減少している、第2のチャネル；および(c) 第1のチャネル
および第2のチャネルの中に千鳥に配列された複数の柱； を含んでおり：複数のポリマーが存在する場合、該ポリマーは該伸長構造に沿っ
て流れの方向に移動する、上記装置に関する。
【００７９】 第３７の態様では、本発明は、少なくとも1種のポリマーを引き伸ばす方法で
あって、伸長構造に沿って少なくとも１種のポリマーを移動させることを含み、
ここで、該伸長構造は、第１の末端と第２の末端を有する第１のチャネルと、第
3の末端と第４の末端を有する第２のチャネルを含んでおり、該第３の末端が第
２の末端で第１のチャネルと連結しており、第１のチャネルの幅は、第２のチャ
ネルの幅が第３の末端から第４の末端まで減少する割合とは異なる割合で、第１
の末端から第２の末端まで減少している、上記方法に関する。
【００８０】 第３８の態様では、本発明は、液体サンプル中の、長さがＬに相当するかLよ
り長い少なくとも１種のポリマーを引き伸ばす方法であって、伸長構造に沿って
上記の少なくとも１種のポリマーを移動させることを含み、ここで、該伸長構造
は、第1の末端と、第2の末端と、第1の末端と第2の末端との間に千鳥に配列され
た複数の柱とを有する第１のチャネルと、第3の末端と第４の末端を有し、第3の
末端から第4の末端まで幅が減少している第２のチャネルとを含んでおり、第１
のチャネルの複数の柱のそれぞれは第２の末端からの距離がＬの位置にあり、上
記第３の末端が第２の末端で第１のチャネルと連結しており、長さがＬに相当す
るかLより長いポリマーは引き伸ばされ、長さがＬより短いポリマーは引き伸ば
されないことを特徴とする、上記方法に関する。
【００８１】 第３９の態様では、本発明は、液体サンプル中の長さが様々な複数のポリマー
を引き伸ばす方法であって、伸長構造に沿って上記の複数のポリマーを移動させ
ることを含み、該伸長構造が、(a) 第１の末端と第２の末端を有する第１のチ
ャネル；(b) 第３の末端と第４の末端を有し、第３の末端が第２の末端で第１
のチャネルに連結しており、第３の末端から第４の末端までに幅が減少している
、第２のチャネル；および(c)第１のチャネルと第２のチャネルの中に千鳥に配
列された複数の柱；を含むものである、上記方法に関する。
【００８２】 第４０の態様では、本発明は、少なくとも１種のポリマーを引き伸ばす方法で
あって、伸長構造に沿って少なくとも１種のポリマーを移動させることを含み、
該伸長構造が、(a) 第1の末端と、第2の末端と、第1の末端と第2の末端の間に
少なくとも12〜15列からなる千鳥に配列された複数の柱とを有し、この複数の柱
は第2の末端で終結しており、その複数の柱のそれぞれが1μm2〜25μm2の範囲内
の断面積を有している、幅が10μmであり深さが1μmである第1のチャネル；およ
び(b) 第3の末端と第4の末端を有し、該第3の末端が第2の末端で第1のチャネル
に連結しており、幅が1/x2（この場合のxは第2のチャネルの長さ方向の距離であ
る）の割合で第3の末端から第4の末端まで減少し、その幅全体が10μmから1μm
に減少しており、第3の末端に第2のチャネルの深さが0.25μm2に減少する1つの
段差を有する、長さが5μmである第2のチャネル；を含んでいる、上記方法に関
する。
【００８３】4. 図面の簡単な説明 （図面の説明については下記参照）5. 発明の詳細な説明 5.1. 導入 本発明は、全ゲノムを含有する核酸を含む、あらゆる長さのポリマーを、さら
なる分析のために、長い線状のコンホメーションに引き伸ばすことを可能にする
構造を提供する。ポリマーをデバイスに導入し、特に、物理的、電気的または化
学的力によって、推進させる該構造を通過させる。引き伸ばしは、例えば、ポリ
マーが構造を通過する際にせん断力を加える、ポリマーの通路に障害物を配置す
る、あるいは、それらの組み合わせによって達成される。力は連続的に加えられ
るため、装置の動作領域（すなわち、ポリマーを分析しながら、ポリマーに関す
る情報を収集する領域）に等しいか、もしくはそれ以上の長さまでポリマーを引
き伸ばすことができる。例えば、ビデオカメラまたはレーザー照射量を、引き伸
ばしが行われているチップの領域に合わせれば、無制限の長さのDNA分子、すな
わち、ビデオ画像やレーザー照射量よりはるかに大きな長さをモニタリングする
ことができる。多数の分子を連続して引き伸ばすことができることから、極めて
高い処理量のスクリーニング、例えば、毎秒１分子以上のスクリーニングが達成
される。
【００８４】 引き伸ばされたポリマーや、ポリマーの集合が特性決定される。引き伸ばされ
、標識されたポリマーは少なくとも１つのステーション（station）を通過させ
るが、そこで、該ポリマーの標識単位が該ステーションと相互作用し、対象に依
存したインパルスを生成する。本明細書で使用する「通過する」とは、上記ステ
ーションが固定されたものであり、引き伸ばされたポリマーが移動する態様、該
ステーションが移動し、引き伸ばされたポリマーが固定されている状態の態様、
ならびに、該ステーションと引き伸ばされたポリマーの両方が移動する態様を指
す。
【００８５】 本発明は、あらゆるポリマーの特性決定に用いることができるが、ポリマーは
、主として、しかし、必ずしも排他的にではなく、線状または一本鎖構成を有す
るのが好ましい。このようなポリマーの例として、デオキシリボ核酸、リボ核酸
、ポリペプチド、ならびに、オリゴ糖等の生物学的ポリマーが挙げられる。ポリ
マーは、バックボーン組成が異成分からなってもよく、従って、個々のモノマー
単位が一緒に結合したあらゆる組み合わせを含み、例えば、核酸に結合したアミ
ノ酸を有するペプチド−核酸（PNA）が挙げられる。好ましい実施形態では、ポ
リマーは、バックボーン組成が同成分からなり、例えば、核酸、ポリペプチドま
たはオリゴ糖である。「バックボーン」という用語は、ポリマー化学の分野で通
常使われる意味で用いられる。本明細書で用いる核酸は、デオキシリボース核酸
（DNA）またはリボース核酸（RNA）等のヌクレオチドから構成されるバイオポリ
マーである。本明細書で用いるタンパク質またはポリペプチドは、アミノ酸から
構成されるバイオポリマーである。最も好ましい実施形態では、引き伸ばされる
対象は、二本鎖DNA分子である。
【００８６】 ポリマーの個々の単位に関して、本明細書で用いる「結合された」または「結
合」とは、２つの単位があらゆる物理化学的手段によって互いに結合されている
ことを意味する。共有または非共有の、当業者には公知のあらゆる結合が含まれ
る。天然の結合、例えば、アミド、エステルおよびチオエステル結合は、天然で
、特定ポリマーの個々の単位をつなぐことが通常わかっているものであるが、こ
れらが最も一般的である。しかし、本発明の構造により引き伸ばされたポリマー
の個々の単位は、合成もしくは修飾結合によって結合してもよい。
【００８７】 ポリマーは、複数の個別単位から構成されており、これらの単位は、構成単位
またはモノマーであり、これらが、直接もしくは間接的に、他の構成単位または
モノマーと結合することによって、ポリマーを形成する。ポリマーは、好ましく
は、少なくとも２つの化学的に異なる結合モノマーを含んでなる。該少なくとも
２つの化学的に異なる結合モノマーは、様々なシグナルを生成することができる
、あるいは、これらを生成するように標識することができる。様々なタイプのポ
リマーが、多種のモノマーから構成される。例えば、DNAは、デオキシリボース
リン酸バックボーンを含むバイオポリマーであり、このバックボーンに、アデニ
ン、シトシン、グアニン、チミン、5-メチルシトシン、2-アミノプリン、ヒポキ
サンチン等のプリンおよびピリミジン、ならびに、その他の天然および非天然の
核酸塩基、置換および非置換芳香族成分が結合する。RNAは、リボースリン酸バ
ックボーンを含むバイオポリマーであり、このバックボーンに、チミジンに代わ
りウラシルが用いられる以外は、DNAについて挙げたものと同様のプリンおよび
ピリミジンが結合する。デオキシリボヌクレオチドは、5’または3’ヒドロキシ
ル基によるエステル結合を介して互いに結合することによって、DNAポリマーを
形成することができる。リボヌクレオチドは、5’、3’または2’ヒドロキシル
基によるエステル結合を介して互いに結合することができる。あるいは、5’、3
’または2’アミノ基を有するDNAまたはRNA単位は、ポリマーの他の単位とのア
ミド結合により、結合することができる。
【００８８】 ポリマーは、天然または非天然のポリマーでよい。ポリマーは、例えば、生化
学的精製方法を用いて、天然の供給源から単離することができる。あるいは、例
えば、酵素による、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）を用いたin vitro増幅により
、化学的合成により、もしくは組換え方法により、ポリマーを合成することもで
きる。
【００８９】 本発明の構造は、対象依存インパルス(object-dependent impulses)と呼ばれ
るシグナルを検出することにより引伸しポリマーを分析する方法と一緒に用いら
れる。本明細書で用いる「対象依存インパルス」とは、引き伸ばされたポリマー
の少なくとも１つの単位特異的マーカーの構造的特徴に関する情報を伝達もしく
は運搬する検出可能な物理量である。本明細書で用いる「単位特異的マーカー」
は、特定タイプの引伸しポリマーの個別単位の測定可能な固有特性、例えば、DN
A（このポリマーは、内因的に標識されている）の天然核酸塩基の個別の吸収極
大、あるいは、ポリマー（このポリマーは、外因的に標識される）の１つ以上の
個別単位と特異的に関連する測定可能な特性を有する化合物のいずれかでよい。
外因的に標識されたポリマーの単位特異的マーカーは、特定の蛍光色素でよく、
この色素で、DNA鎖における特定タイプの全核酸塩基、例えば、全チミン核酸塩
基を標識する。あるいは、外因的に標識されたポリマーの単位特異的マーカーは
、規定長さおよび配列の蛍光標識されたオリゴヌクレオチドでよく、該オリゴヌ
クレオチドが、標的DNAに存在する相補的配列とハイブリダイズし、従って、こ
れを「標識」する。さらに、単位特異的マーカーとしては、限定するものではな
いが、大または小溝結合剤および挿入剤、配列特異的DNAもしくはペプチド結合
タンパク質、配列特異的PNA等を挙げることができる。検出可能な物理量は、測
定することができるあらゆる形態をしていてよい。例えば、検出可能な物理量は
、電磁線、化学的コンダクタンス、放射能等でよい。対象依存インパルスは、エ
ネルギー移動、定方向励起(directed excitation)、消光、コンダクタンス（抵
抗）の変化、あるいは、その他の物理的変化から発生しうる。一実施形態では、
対象依存インパルスは、単位特異的マーカーと測点（station）、もしくは該測
点を取り囲む環境との間の、蛍光共鳴エネルギー移動（「FRET」）から発生する
。好ましい実施形態では、対象依存インパルスは、制限(confined)もしくは局在
化領域における直接励起から起こり、あるいは、共焦点量のエピイルミネーショ
ン（epiilumination）またはスリット型励起が用いられる。考えられるポリマー
の分析として、限定するものではないが、次のものが挙げられる：ポリマー長さ
の決定、ポリマー配列の決定、ポリマー速度の決定、２つのポリマーの同一度の
決定、ポリマーの単位特異的マーカーが「フィンガープリント」を生成する固有
パターンの決定、ならびにサンプル集団における単位特異的マーカーの統計分布
を用いた異種集団ポリマーの特性決定。
【００９０】 国際公開番号WO98/35012に記載されているように、ポリマーを分析するのに利
用できる多数の方法および製品が存在する。尚、この文献は、参照として本明細
書にその全文を組み込むものとする。
【００９１】 ポリマーを分析する様々な方法は、そのポテンシャル感度および分解能、すな
わち、単位特異的マーカーが識別可能となる、２つの単位特異的マーカー間の最
小距離が異なる。分解能が低い方法は、両マーカー間の距離がより大きい単位特
異的マーカーを識別することができるのに対し、分解能が高い方法は、両者間の
距離がより小さい単位特異的マーカーを識別することができる。特定の方法の分
解能は、測点が、引き伸ばされたポリマーの特定単位特異的マーカーを感知する
ことができる固有距離によって決定される。固有距離が短いほど、分解能が優れ
ている。分解能が最も低い方法として、光の透過率のモニタリングと定方向励起
があり、その分解能は50〜100 nm以上である（TanおよびKopelman（1996）Chem.
Anal.Ser. 137:407-475）。対照的に、FRETの分解能は、フォースター半径、す
なわち、供与体と受容体間で、最も効率的なエネルギー移動が起こる距離に近く
、典型的には、約２〜７ nmである。B-コンホメーションを有する十分に引き伸
ばされたDNA分子における、隣接する塩基対間の距離は、3.4Åすなわち0.34 nm
である。溶液中の天然の状態では、DNAは、十分に引き伸ばされたB-コンホメー
ションの形態ではなく、直径が約10 μmのコイルとして存在する。従って、コイ
ル状のDNA分子上で複数の単位特異的マーカーを分解するのは、一層難しくなる
ため、分析の前に分子を引き伸ばす必要がある。
【００９２】5.2 ポリマー引伸し手段としての剪断力 ポリマー分子が物理的障害に到達すると、ポリマーは、相互作用なしに通過す
るか、あるいは、該障害の周りに「引っ掛かり」、その鎖の一部分が該障害物の
両側に残る。これは、ポリマーが障害物に結合した、あるいは、物理的に結合し
たことを意味するわけではない。障害物の周囲でのドレープ形成の不均衡性は、
分子が有利な側の下方に進む速度を決定する（AustinおよびVolkmuth, Analysis
1993 (21):235-238を参照）。さらに、流体の流れに利用可能な断面積が減少す
るため、障害物のところに局在化した速度勾配が生じる。その結果、障害物間を
流れる流体は、その前後の流体より速く移動する。これが、接近する分子に及ぼ
される剪断力を生成し、ポリマーの引き伸ばし力として働く。この作用が、適切
に寸法決定された障害物の領域全体を形成することにより、倍増されれば、ポリ
マーが引き伸ばされることにより、該領域内すべての障害物を通過させることが
できる。好ましい実施形態では、ポリマーは、直線状に引き伸ばされる。
【００９３】 いったんポリマーが、障害物アレイを通過し、その十分に引き伸ばされた形態
でチャネル（好ましい実施形態では、ポリマーはここで分析される）に入れば、
ポリマーは、より低いエネルギー、すなわち、さらにコイル化したコンホメーシ
ョンに自然に戻ろうとするであろう。これが起こるのを防ぐため、先細りチャネ
ル内のポリマーに一定剪断力を供給するようにチャネルを設計し、ポリマーが引
き伸ばされたコンホメーションのままでいるようにする。
【００９４】 一定剪断速度、すなわち、チャネル内での距離に応じた平均速度の変化は、Ｓ
とし、下記のように定義する： ∂u／∂x＝Ｓ （５） （上記式中、ｘは、ほぼ長方形チャネルの下方の距離であり、ｕは、ｘ方向の平
均流体速度であり、該速度は、下記のように、全体流体流量（Q）と、チャネル
の断面積Aから算出される： ｕ＝Q／A （６））。
【００９５】 チャネルの断面積が長方形の実施形態では、チャネルは、一定高さHと幅Wによ
って定義することができ、従って、断面積A＝HWとなり、平均流体速度は、下記
の式によって与えられる： ｕ＝Q／HW （７） 流体流量が連続的（すなわち、圧縮不可能）でなければならないという境界条件
を適用すると、Qは一定である。従って、uは、Wに反比例する。この関係は、Sの
元の式に代わり、下記のように、剪断速度と幅の関係を決定することができる： S＝∂u／∂x＝Q／H∂／∂x（１／W）＝（-Q／HW2）（dW／dx） （８） dW／dx＝（-SH／Q）（W2） （９） この式を積分すると、下記の式が得られる： W＝（SHｘ／Q＋C）-1 （10） （上記式中、Cは、チャネルの元の幅（境界条件）によって決定される積分定数
である）。このチャネルの幅に関する式を用いて、柱構造を越えたチャネルを定
義することができる。非長方形のチャネル形状についても、当業者であれば、同
様の計算を容易に実施することができるだろう。高さ軸に、正味モーメントの移
動がまったく起こらない場合、すなわち、ｚ軸での速度プロフィールが確立され
た場合には、幅プロフィールからの剪断速度によって引伸し力が起こる。ニュー
トン流体の場合を示すならば、力を算出するのに必要な応力テンソルτyzは、剪
断速度に関して容易に表すことができる： F＝∫∫-τyzdzdx＝∫∫-μ（du／dx）dzdx＝∫∫μSdzdx （11） （上記式中、μは、溶液粘度である）。これらの式において、xは運動方向、yは
幅、ｚは高さである。剪断速度を積分する必要のある表面は、チャネル壁のそれ
であり、その結果、下記の式が得られる： F＝μHLS （12） （上記式中、Lはチャネル壁の長さであり、一定の剪断が維持されるチャネルの
長さにほぼ等しい）。
【００９６】 従って、深さが１μm、長さが１mm、剪断速度が0.25／秒の水性チャネルは、D
NAを引き伸ばすのに適した約0.25 pNの力を与えることを本発明者が実験により
確認した。特に、この結果から、一定剪断チャネルが、事前に引き伸ばされたDN
Aの伸びを維持するだけではなく、さらに、DNAの引伸しに寄与する、あるいは、
それ自体でDNAを引き伸ばすことが確認される。
【００９７】 好ましい実施形態では、引伸しを達成するための２つの一般的方法を組み合わ
せる。柱である障害物のアレイを、大きさを段階的に変えて、構造に配置すれば
、通過する分子に剪断力を賦与することから、障害物によるポリマーの初期引伸
しのみならず、ポリマーが障害物を通過した後も、引伸しの維持を確実にするこ
とができる。
【００９８】5.3 ポリマーを引き伸ばすための構造 本発明の、DNAを引き伸ばすための構造（「伸長構造」）は、2つの構成部分：
送達領域およびポリマー伸長領域を含んでなる。送達領域は、ポリマー伸長領域
内に入り、かつ該領域から出ている幅の広いチャネルである。伸長領域は、4つ
の主要構成部分：(1)漏斗；(2)分岐チャネルを有する構造；(3)湾曲部または曲
線部を有するチャネル；および(4)小さな間隔を規定する障害物（ここで障害物
は、特に柱および段差であり得る）のうち少なくとも1つを含んでなる。本発明
は、4つの主要構成部分の組合せおよびこれらの主要構成部分自体のバリエーシ
ョンを包含するものである。2つ以上の主要構成部分の特徴を組み合わせること
で、ポリマー、特にDNAを制御可能な様式で伸長しかつ引き伸ばすのに十分に機
能するさらなる設計を得ることができる。さらに、同じ設計をいくつか、並行し
てまたは連続して繰り返してもよい。
【００９９】 本発明の範囲内に入る構造の例（図1）としては、限定されるものではないが
： i)流動速度が非直線的に増す漏斗； ii)流動速度が直線的に増す漏斗； iii)DNA伸長領域として小さな間隔を規定する障害物を有する漏斗； iv)流動速度が非直線的に増し、かつ小さな間隔を規定する障害物を有する漏斗
； v)流動速度が直線的に増し、かつ小さな間隔を規定する障害物を有する漏斗； vi)ある勾配をつけた障害物サイズおよび間隔を含む、混合障害物サイズおよび
間隔を有する漏斗； vii)収束チャネルにより流動速度が増す領域を有する分岐構造； viii)複数の収束チャネルにより流動速度が増す複数の領域を有する分岐構造； ix)小さな間隔を規定する障害物を有する分岐構造； x)枝管の1つとして少なくとも1つの漏斗を有する分岐構造； xi)ある勾配をつけた障害物サイズおよび間隔を含む、混合障害物サイズおよび
間隔を有する分岐構造； xii)小さな間隔を規定する障害物、およびさらに湾曲部または曲線部を有する構
造； xiii)小さな間隔を規定する障害物を有する、周期性（正弦様式、ボックスカー
反復(boxcar repeats)、ジグザグ）の構造； xiv)小さな間隔を規定する四辺形以外の多角形である障害物を有する構造； xv)小さな間隔を規定する障害物の混合体、例えば正弦様式のフィールド、また
は三角形、円形、もしくは星形のフィールドを並列させた、小さな間隔を規定す
るバーのセットを有する構造； xvi)小さな間隔を規定する障害物を有する、漏斗、分岐構造、または湾曲部もし
くは曲線部を統合した構造； xvii)漏斗形状に湾曲物または曲線部を有する構造； xviii)小さな間隔を規定する障害物とともに湾曲物または曲線部を有する構造； xix)DNA伸長領域を連続して有する構造； xx)DNA伸長領域を平行して有する構造； xxi)各々の伸長領域とともに複数の送達チャネルを有する構造； xxii)他のカテゴリーの実施形態を含めた三次元幾何学的形状を有する構造；お
よび xxiii)DNA引き伸ばし領域を含む閉ループである構造 が挙げられる。
【０１００】 本発明の範囲内に入る構造のさらなる例については図2(a-l)に示している。こ
れらには、漏斗、障害物、枝管、および連続構造を含む引き伸ばし構造のいくつ
かの実施形態；柱を有する連続した2つの漏斗構造；いくつかの複合的柱配置お
よび分岐構造の実施形態；非対称分岐構造；小さな間隔を規定する小さな障害物
の組合せを有する構造；多角形、バー、および柱障害物の組合せを有する構造；
非対称湾曲構造；柱を有する分岐構造；支持柱を有する大型漏斗構造；柱を有す
る漏斗構造；柱の有無のいずれにおいても流量が直線的に増す漏斗構造が包含さ
れる。図2(m)はいくつかの可能性のある漏斗構造の概要である。典型的には本発
明の伸長構造は1μm〜2cm、好ましくは1μm〜1mmの長さ、2μm〜1mmの幅、およ
び0.1μm〜10μmの奥行きを有してよい。
【０１０１】 機能的ポリマー伸長および引き伸ばし構造の4つの主要構成部分の各々につい
ては以下で説明する。
【０１０２】漏斗構造. 漏斗構造はポリマーがチャネルに沿って下に流れるように、一定でかつ連続的
に剪断力を負荷させるテーパーチャネルである。個々の剪断力はチャネルの構造
および形状のタイプにより規定される。本発明の1つの実施形態では、チャネル
は所定の幅から、第2の幅へと連続的に小さくなるテーパーチャネル（図3）であ
り、チャネルの漏斗部分で以下の式： du/dx=(-Q/H)(dW/dx)(1/W2) (13) により定義される増加的な剪断力が生じる。本発明の1つの実施形態では、dW/dx
が一定であるように幅が直線的に小さくなっているが、この実施形態では剪断力
、du/dxはこのようにWが小さくなるにつれて高まる。この実施形態では連続した
平らな壁体から測定した漏斗の角度は、好ましくは1°〜75°の間、TE（10mM TR
IS、1mM EDTA)バッファー、pH8.0のような低粘度溶液中のDNAに最も好ましい値
は26.6°である。直線的漏斗の実施形態の開始幅は、好ましくは1μm〜1cmの範
囲にあり、最終幅は問題のポリマーによって、好ましくは1nm〜1mmの範囲にあり
、DNAに最も好ましい値はそれぞれ50μmおよび5μmである。
【０１０３】 また液体がチャネルに沿って通過する際に増加率で幅が小さくなるようにチャ
ネルを構成して、チャネル上を横切る際に剪断力を増大することができる（図4
）。かかるテーパーによって、時間が経過するにつれて分子がチャネルに沿って
移動して、増大する反力がそれらの巻き直し傾向へと向けられるため、ポリマー
が自然にゆるむことに対して特に優れた保護がなされる。さらに、増大するテー
パーの力によりいくぶんか設計が柔軟性をもつことになる；そのテーパーでポリ
マーを引き伸ばすのに十分に大きな剪断力に遭遇するが、そのテーパーでポリマ
ーを破壊させるに十分に大きな剪断力には遭遇しないいずれのポリマーもそのテ
ーパー中を首尾よく流れかつ引き伸ばされうる。ポリマーにとっての理想または
限界力を見出す必要はなく、有効な範囲だけでよい。圧力駆動による液体の流れ
を包含する実施形態（以下の駆動力を参照）では、最終速度は断面積の関数であ
り、かつ圧力低下はチャネルの断面積および長さの関数であることから、剪断力
の増大によっても所定の圧力低下に対する速度における最大の増大が得られる。
同じ小さな断面積（およびそれゆえ高速度）は、より近い距離（およびそれゆえ
圧力の低下がより小さい）で達しうる。好ましい実施形態では、漏斗の幅、Wは1 /(axn+b)（式中、nは1より大きな任意の実数であり、aは0以外の実数であり、b
は実数であり、かつxは漏斗の長さ（およびポリマー流の方向）に沿った距離で
ある）のように小さくなる。増加的な剪断力漏斗のテーパーについての可能性あ
る式としては、W=1/x2、W=1/x3、他が挙げられる。
【０１０４】 さらに別の実施形態では、チャネルを、剪断速度が一定であるように設計して
、それによって図5に示すようなテーパーチャネルを得る。チャネルの過程上で
ポリマーを完全に引き伸ばすのに十分な力を達成するのに必要な一定の剪断速度
の値は、そのチャネルの長さに基づいて変動するであろう（式(12)参照）。よっ
て、0.01/sは、極めて長い、例えば＞1cmのチャネルにおいてポリマーを完全に
引き伸ばすのに適当な剪断速度でありうるが、極めて短い、例えば＜10μmのチ
ャネルではポリマーの引き伸ばしがほとんどなされないであろう。チャネルの長
さはかなり大きく変えてもよく、好ましい値は10μm〜1cm、最も好ましい値は1
〜2mmの範囲である。1つの実施形態では、チャネルの長さが1mmであり、かつ剪
断速度が0.075/sである。
【０１０５】 漏斗の剪断速度は、DNAの鎖にある2カ所の既知のポイント間の距離を測定する
ことで調べることができる。例えば、λDNAのコンカテマーを剪断力測定用の標
準として使用する。各コンカテマーの特有な配列にハイブリダイゼーションプロ
ーブで蛍光タグを付ける。よって、コンカテマー上のプローブ間距離は単一λDN
A分子（48キロベース）の長さである。プローブ間の物理的距離はビデオ顕微鏡
法または飛行時間型測定法により決定される。自然溶液中のλDNAの物理的距離
は14.1μmである。この値を実際に測定した物理的距離と比較する。例えば、も
し測定距離が15.0μmであれば、DNAが引き伸ばし構造内で受けた引き伸ばし量か
ら剪断速度が算出できる。DNAの速度およびチャネルの寸法から測定される（式1
0参照）DNAの推定剪断力はDNAの伸長およびその固有非直線剛性と適合する。
【０１０６】分岐チャネル. ポリマーの引き伸ばしおよび伸長に用いられる本発明の第2の態様は、液体流
量の変化またはポリマーの方向性の変化のいずれかをもたらす分岐構造を作製す
ることである（以下の湾曲部または曲線部を有する構造を参照）。側チャネルが
主チャネルにより多くの液体を供給することで流動速度に変化が起こり、従って
ーの引き伸ばしがもたらされる。分岐チャネルの典型的な配置を図6に示してい
る。側チャネルは、好ましくは主チャネルの断面積の約1%〜500%の範囲の総断面
積を有する。最も好ましくは、側チャネルは主チャネルの断面積の約50%の総断
面積を有する。1つの実施形態では、側チャネルが繰り返された様式で存在して
おり、そのため、主チャネルへの各入口における剪断力が弱くなり、その結果、
剪断状況がほぼ一定に近いものとなっている。この配置には側チャネルの利点お
よび不利な点が存在する。ポリマー伸長に関するこの構成部分の不利な点の1つ
は、主チャネルの流体の全ての力が主チャネルと側チャネルの連結部に近い比較
的小さな領域で消失していることである。そのため、この構成からは一定の力の
状況は得られない。しかしながら、ポリマー伸長に関するこの構成部分の利点は
、側チャネルのさらなる流体が主チャネルの流体と同じ方向に移動しているため
、その力は単に剪断力だけではなく、実質的な伸長的な流れ成分を有しているこ
とである。テーパー漏斗によってポリマーに課せられる力である純粋な剪断力は
、図7(a)に示すような伸張力と回転力の重ね合わせである。伸長的な流れの領域
に位置するポリマーの部分がより停滞した領域にまだ位置する部分よりも速く移
動するようにポリマーへの伸長力によってそれを液体の流れの方向に加速して、
ポリマーを引き伸ばす。回転力によってポリマーの立体構造がスピンまたは「タ
ンブル」されるため、ポリマーの引き伸ばされた部分にそれ自身での折りたたみ
および巻き直しが起こりうる。図7(b)に示す側チャネル連結構成のようなより強
い伸長力を有する実施形態では、ポリマーは連結部から離れて加速する傾向があ
るため、これにより回転力がより低くなり、よりよい引き伸ばしが可能となる。
【０１０７】 当業者には理解されるであろうが、チャネルの寸法を変えてもよく、流量をチ
ップの同じ領域で増大させてもよい。実際には、流量をかなり増大させた後の一
定の剪断部分は、ポリマーを引き伸ばすだけでなくそれをチャネルの壁から離す
ように向ける一通路である。本発明のこの実施形態を包含する1つの配置を図8に
示している。さらに別の実施形態では、さらなる流れは主チャネルの一方からだ
け引き入れられるため、主チャネルに沿って運ばれているポリマーを一方に向け
て位置を定める。この位置づけ設計を用いて、より幅広いチャネルの細い検出器
のもとで確実にポリマーの位置を配列させて通過させることができる。
【０１０８】湾曲部または曲線部を有する構造. 本発明の第3の態様では、引き伸ばしを達成するために蛇行を用いる。液体の
流れがその経路の変化、すなわち小さな湾曲から直角に及ぶ配列に遭遇すると、
曲線部または角の外側にある液体は曲線部または角の内側にある液体よりも変極
迂回に時間がかかることになる（図9(a)）。このいわゆる「レーストラック効果
」がポリマーの引き伸ばしの手助けとなりうる。かかる湾曲部に「T字形」連結
部は含まれない。チャネルの直行する部分では、ポリマーはそれが1本より多い
液体の流線が広がるように流れ、各線の液体が同じ速度で運ばれるため、それは
その構成を保持する。これに対し、各液体の流線によって運ばれる経路が湾曲部
または角で分かれる場合、ポリマーは速度差によって局所的に引き伸ばされる。
さらにポリマーはより高速な流線に向かって移動する傾向があるため、たとえチ
ャネルが湾曲して戻りその最初の方向に復帰したとしても、ポリマーは、それが
同じ流線内で局所的に存在しているため完全には巻き直しされない。引き伸ばし
に関するこの種の可能性ある順序を図9(b)に示している。この効果が１組だけの
曲がりで全体の長い分子を引き伸ばすのに不十分な場合には、それによって特定
の領域が徐々にほどかれ、蛇行チャネルを十分に繰り返すことで全分子を引き伸
ばすことができる。
【０１０９】 蛇行状況をより緩やかに具体化したものの1つが、チャネルの構成が正弦波様
式に従う実施形態（図10）である。別の実施形態では、チャネルはジグザグ形状
をとり（図11）、またいっそうさらなる実施形態では、直角をなした角のみ有す
る「スネーク型」形状すらとっている。しかしこの角の厳密さにより停滞流およ
び他の望ましくない流体力学が生じやすくなる。チャネルがジグザグ形状を有す
るそれらの実施形態では、各湾曲部が5°〜75°の角度をなしていることが好ま
しく；DNAに関してかかる各角度の好ましい値は26.6（ジグザグが逆の場合には5
3.4°の角度が有効である）である。かかるジグザグ形状は周期的であってよく
、その湾曲部の角度が常に同じであり、または様々な湾曲部の様式を含んでいて
もよい。ジグザグの反復周期は2μm〜1cmほどの短さの間で変えてもよい。DNAに
関して好ましい値は20〜50μm（持続長(persistence length)の1000倍）である
。チャネルが正弦波形状を有するそれらの実施形態では、周期に対する振幅の比
が0.01〜5であることが好ましい。これらのいずれもの様式の周期数は1周期〜50
0周期の間で変えてもよく、好ましい値は10である。
【０１１０】 さらなる実施形態では、蛇行チャネルを用いて複数の検出可能性を生み出す。
1×256アレイに整列させた位置依存性光電子増倍管のような検出器をチャネルの
流れの方向に沿って置くと、蛇行チャネルが規定の位置にある検出ゾーンを繰り
返し横切るようにそれを整列させることができる。次いで引き伸ばされているポ
リマーを数カ所で観察して、システムの冗長構成およびエラーチェックを行う。
かかる配置は図13に示している。チャネル111に沿って移動する液体は6カ所、11
2〜117において検出ゾーン110を通過している。
【０１１１】小さな間隔を規定する障害物. 引き伸ばしをもたらしやすい構造の第4の態様は、障害物のフィールドである
。上記でおおまかに説明したように、障害物はチャネルの有効断面積を小さくす
る（分子に局所鎖をもたらす）ことおよびポリマーの大きならせんが通ることの
できない物理的障害として作用することの両方によって引き伸ばしを誘導する。
一例に、実際にポリマーを引き伸ばすために働く柱構成があり、図14に示してい
る。
【０１１２】 障害物は断面形状および断面積を変えることができる。本明細書で障害物に関
して使用される「断面形状」および「断面積」という用語は各々、特に断りのな
い限り、図15に示すような障害物のX-Y投影形状およびX-Y面の面積を意味する。
特定の実施形態では、障害物は方形柱、円形柱、楕円形柱またはいずれもの縦横
比の長方形断面を有する柱（極めて長い「バー」も含む）を含んでなり；別の実
施形態では、障害物は四辺形以外の正または不規則な多角形の断面形状を有する
柱を含んでなる。1つの好ましい実施形態では、断面形状が三角形である。他の
好ましい実施形態では、これらの形状を、液体が流れてくる方向に向いた端側に
（浅いU型のような）凹形の縁が備わるように改変している。さらに他の実施形
態では、一方の寸法が他方のものよりも長い断面形状を有する柱が、好ましくは
2〜20、より好ましくは2〜5の縦横比を有している。
【０１１３】 これらの障害物の各々を、流れの方向に対していずれもの角度で配置してもよ
い。好ましい実施形態では、障害物は平らな面を流れの方向に対して垂直にまた
は流れに対して45°の角度でのいずれかで配置されており、たとえポリマー分子
の選択的位置づけが望まれても、ポリマーが物理的に指定位置に向く他の角度を
用いる。好ましくは、一方の寸法が他方よりも長い障害物は、その長い寸法の方
を流れの方向に垂直に置く。障害物のレイアウトにおける別の要素はそれらを置
くグリッドである。反復正方行列（図16(a)）として置いた場合、ある液体の流
線はほとんど障害物の影響を受けず、引き伸ばされなかったまたは引き伸ばしが
不十分なポリマーはこれらの流線に沿って進み、引き伸ばされることなく障害物
のフィールドを進み抜けてしまうことができる。これを防ぐために、好ましくは
連続する列を各々、前列の間隔のある場所に次の障害物を置くことで埋める（図
16(b)）。これにより全ての流線が湾曲することとなり、通過分子全ての引き伸
ばしが誘導される。また、図面に示すように、その他の全ての列が同じ配列にな
いように反復単位の最大限50%を超えない埋め合わせをしてもよい；4または6列
ごとに同じ配列であってもよく、または、例えば、ある地点の流線が障害物の周
囲で曲線に曲がるように強いられる限り配列の反復は決して存在しない場合があ
る。
【０１１４】 流れにおける配列のほか、障害物に関連する他の2つのパラメーター：それら
の間の通路サイズ、およびチャネルのY-Z断面積に対する柱のY-Z総断面積（図15
）が存在する。それらの両方が好ましい障害物サイズに作用する。障害物間の通
路の幅は、ポリマーが障害物フィールドにおいてつっかえることなくチャネルを
通過できる確率を高めるために引き伸ばされたポリマーの直径よりも小さくすべ
きではなく、引き伸ばされたポリマーの直径の少なくとも約50倍であることが好
ましい。通路の幅が不十分でポリマーが障害物を通り抜けられない例を図17に示
している。また、通路はらせんが少しも引き伸ばされる必要なく、障害物フィー
ルドを通過し得る場合には、らせん状ポリマーの直径ほど幅広くないことが好ま
しい。よって、障害物の好ましい間隔は解析するポリマーに大いに依存している
。鎖の直径2nmでらせんの直径が約1μmより高い様々な値をとる長いDNAの場合、
通路の幅は好ましくは100nm〜800nmであり、最も好ましい値は500nmである。か
なり小さな直径のポリマーでは、障害物フィールドの代わりにゲルを用いて、1n
m〜1000nmの孔径（フィールドにおける通路の幅に相当する）を提供してもよい
。
【０１１５】 障害物が占有するY-Z総断面積が、障害物間で起こり、かつ引き伸ばしを促進
する速度勾配に最も直接強い影響を与える。従って、障害物Y-Z断面積対チャネ
ルY-Z総断面積のより大きな比（充填率(fill ratio)としても知られている、柱
の総面積対チャネルの総面積の比に100を掛けて得られるパーセンテージで表す
）をとって速度勾配を最大にすることが好ましい。他方で、1つより多いポリマ
ーが同時にチャネルに入ろうとすると、比較的小さな間隔にとても多くの材料を
通そうとして詰まり得る。そこで、これらの競合を考慮して釣り合いをとると、
充填率は好ましくは33%〜95%である。これはパーセンテージで表した特定のチャ
ネルにおける閉塞面積対総面積の比である。例えば、3μm2のY-Z断面積を有する
チャネルにおける1μm2のY-Z断面積を有する柱の充填率は33%であり、21μm2の
チャネルにおける20μm2の柱の充填率は95%である。DNAに関しては、充填率の最
も好ましい値は50%〜80%である。大きくすぎて、詰まりを生じさせる障害物の例
を図18に示している。
【０１１６】 柱フィールドでポリマーが小さな通路を詰まらす問題を多少とも解消するため
、本発明のいくつかの実施形態では様々な通路幅を用いている。ある実施形態で
は、障害物のサイズを変えることによりこれを達成している。別の実施形態では
、充填率を変えることによりこれを達成している。さらに他の実施形態では、障
害物のサイズおよび充填率の両方を変えている。かかる実施形態では、ポリマー
は最初に障害物間の広い通路に遭遇し、その後続いて低減した幅の通路に遭遇し
（図19）、より小さなチャネルに沿って進んでいくためにそれらが徐々により伸
長されるようになっている。好ましい実施形態では、通路の幅を流れ方向に約5
μm/通路から約1μm/通路に段階的に変化させる。別の実施形態では、柱サイズ
を流れ方向に約10μm2から約1μm2に断面積を段階的に変化させる。他の実施形
態では、同様の効果が達成されるように、障害物の断面積および通路の幅を個々
に変えてもよい、すなわち、障害物サイズを変えて通路のサイズを一定に保って
もよいし、または通路のサイズを変えて障害物サイズを一定に保ってもよい。好
ましい実施形態では、全ての障害物が同じ断面積を有しているが、充填率は流れ
方向に大きくなる。柱の断面積は、引き伸ばされるポリマーのサイズおよび用い
るチャネルのサイズに応じて、0.1μm2〜1mm2、好ましくは0.1μm2〜10μm2、さ
らに好ましくは1μm2〜100μm2、いっそうさらに好ましくは1μm2〜25μm2の間
で変えてもよい。ポリマーのかかるプレ配列(pre-alignment)によりからみ合い
の可能性が低くなり、従って、より推定に近い引き伸ばしが提供される。
【０１１７】 また障害物を、構造の奥またはz次元に、すなわち「段差」をチャネルの上部
および／または底部に導入して奥行きを小さくすることにより作製してもよい。
上記のように障害物をチャネルを横切って置く代わりに、全チャネルの奥行きを
変えることで、チャネルの幅に沿って置かれた障害物と同様の障害および障害周
囲での剪断力が提供される。さらにサブミクロンスケールでのエッチングの深さ
の制御がフォトリソグラフィーを用いたサブミクロンスケールでの形状サイズを
作製しようとする試みよりも通常容易であり、奥行きの変更は比較的安価で行う
ことができる。いずれもの理論に限定されることなく、特定位置における奥行き
の意義ある変更により、実質的に1列の柱または無限に短い長さ、xの漏斗と同じ
効果がもたらされる。標準マイクロ加工手法による製造が容易な様式の漏斗に近
づけるため、1カ所に1段差ではなく、チャネルの長さに沿っていくつかの段差が
得られるように高さの変化を設計してもよい。好ましい実施形態では、1段差構
成でチャネルの高さを5段階にしている。別の実施形態では少なくとも1つの段差
を有する構成でチャネルの高さを約2段階〜約100段階にしている。さらに別の実
施形態では、段差を高さ約0.1μm〜約0.9μmの間で変えてもよい。
【０１１８】構成部分の組合せ. 本発明のさらなる実施形態では、構造の3つの一般的態様、剪断力の誘導（す
なわち、テーパー付き分岐チャネル）、蛇行、障害物の設置を併用する。例えば
、一定の剪断テーパーチャネルは、それ自体引き伸ばしだけでなく、障害物フィ
ールドですでに引き伸ばされたポリマーの引き伸ばし状態を維持することにも良
好である。また蛇行した外形を有するチャネルは一定の剪断様式に続いて幅が縮
まり、両方の効果を利用することができる。好ましい実施形態では、段階的障害
物フィールドまたは配列構造を用いてポリマーを前もって引き伸ばし、その後続
けて精巧な障害物の部分、蛇行様式または高剪断領域で引き伸ばしを仕上げ、一
定の剪断または増加的剪断部分で検出地点に到達するまで引き伸ばしを維持する
。
【０１１９】 本出願人らは、特に有効な構造がテーパーチャネルの上流に障害物フィールド
を組み合わせたものであることを見出した。障害物フィールドでは、DNAがその
ランダムらせん形状からほどかれ、分子の一末端が選択的に下流構造に向けられ
る。障害物フィールドは、折りたたまれる分子に適用される、そうでなければ障
害物の1つが保有している推進力が分子を破壊しないように、比較的低い流速で
あるチャネルの幅の広い領域にあることが有利である。分子が障害物フィールド
を通って曲がる際、一方の末端が分子の残りの部分を誘導して最初にテーパーチ
ャネルに入っていく傾向があると考えられる。その後、分子はテーパーチャネル
を通り抜けた流れの剪断力によりさらに引き伸ばされる。いずれもの理論に限定
されることなく、本出願人らは、障害物領域（フィールド）によって達成される
部分的ならせんのほどきおよび末端の提示とテーパーチャネルにおける引き伸ば
しとの組合せがDNA引き伸ばしの達成に特に有効であることを見出した。上流に
柱フィールドを設けたテーパーチャネルの試験データとテーパーチャネル単独の
データとの比較により、流れおよび温度の同条件下では柱フィールドとテーパー
チャネルとの組合せにより優れた引き伸ばしが達成されることがわかる（実施例
2ならびに図29(a)および(b)参照）。試験データでは、テーパーチャネルがDNAを
引き伸ばすが、テーパーチャネルと柱フィールドとを組み合わせた構造によって
平均してかなり多くの引き伸ばしが提供され、より多くの部分のDNAが引き伸ば
されることが示されている。
【０１２０】 好ましい実施形態では、障害物フィールド、段差または配列構造を用いてポリ
マーを前もって引き伸ばして整列させ、その後続けて一定の剪断もしくは増加的
剪断または伸長部分で引き伸ばしを仕上げ、検出領域に到達するまで引き伸ばし
を維持する。好ましくは、縮小する流れ（すなわち、速度の低下）を避けるよう
に障害物フィールドをテーパーチャネルと適合させる。よって、柱または段差は
チャネルのテーパー部分中に配置し、またはそこで終わらせることが好ましい。
【０１２１】 さらに好ましい実施形態では、チャネルは2漏斗構造である。すなわち、テー
パーの程度の異なる2タンデム型領域を有している。2漏斗構造の例を図20に示し
ている。1つの実施形態では、2漏斗構造は第１のテーパー領域に柱フィールドを
さらに含んでなる。2漏斗構成では第2のテーパー領域でポリマーの引き伸ばしが
完了する（図20のチャネル領域、右側大部分）。その単純性および使用の容易さ
から圧力駆動流が好ましい駆動力である。
【０１２２】 最も好ましい実施形態では、構造には流れの方向に沿って障害物フィールドを
配置した一定幅約10μmおよび高さ約1μmの第１のチャネル領域があり、その領
域が、その幅が1/x2で漸減して、幅が約10μmから約1μmへとなり、かつその高
さが漏斗への入口で一段階で約1μmから約0.25μmに低くなった漏斗である第2の
チャネル領域へと移行している（図21）。開始チャネル幅対最終チャネル幅の比
は、好ましくは10より大きく、漏斗部分の長さは好ましくは開始幅の1.5倍未満
である。障害物フィールドは、好ましくは少なくとも12〜15列の、断面積が実質
的に1μmに等しい柱を含んでなり、その列の充填率が流れの方向に増大する。1
つの実施形態では、6列の充填率が流れの方向に0%から50%に増大し、次の12〜15
列の充填率は50%で一定している。なお、次の12〜15列の隣接した列の中心距離
は約2μmである（図21）。別の実施形態では、列の充填率は常に流れの方向に0%
から80%に連続的に増大する。
【０１２３】5.4 長さによってポリマーを選択する構造 上記の節で説明したように、柱フィールドを用いてポリマーの非ランダム配列
を生じさせ、かつ溶液中のポリマーの平衡構造であるランダムらせんからポリマ
ー鎖の一末端を効果的に識別することができる。柱フィールドを、引き伸ばしを
維持しまたは起こすのに望まれるいずれもの形状、例えば直線、一定の剪断また
はより高次の多項(polynominal)であってよいテーパーチャネルの開口部からの
距離Lに配置すれば、得られた構造を用いて長さによる分子の選択も可能になる
。この工程については図22に例示している。
【０１２４】 図22は下記の方法（構造の作製方法を参照）によって構成して、剪断的または
伸長的流れの漏斗領域の前に配置した柱フィールドの概略図を示す。柱がチャネ
ルの一部分を埋めるため、チャネルを移動している液体は柱領域からチャネルの
直線部分に移動する際に速度が低下する。この速度の低下により縮小する流れが
生じる。すなわち、ポリマーが流動速度が低下した領域で巻き直しを行うであろ
う。チャネルに沿って移動し、柱の周囲でフック状に曲がったDNA分子は流れに
よって引き伸ばされるだろう。分子が柱からテーパー領域の開始部分までの距離
L以上の長さを有する場合、それは柱フィールドから伸長的流れの領域に放たれ
、巻き直しをすることなく流動速度が低下した領域を実質的に徐々に進みながら
、図22のDNA分子1で図示したように引き伸ばしが続けられるであろう。分子がL
より短い場合（例えば図22のDNA分子2）、それは柱を離れてもまだそれが急速に
平衡らせん形となるチャネルの縮小する流れ領域にある。そのため、L以上の長
さの分子は引き伸ばされ、Lより短い長さの分子は引き伸ばされないであろう。
図22に示すように、検出器を漏斗の出口に配置すると、らせん形分子（Lより短
い）および引き伸ばされた分子（L以上の長さ）のシグナルが識別できるであろ
う。例えば、検出器でインターカレーター染色したDNAをモニターすると、縮小
された分子は短く強いパルスを発し、十分に引き伸ばされた分子は長く、比較し
て弱いシグナルを発すると考えられる。このようにして、ポリマーの混合集団を
2群、すなわちLより短い長さを有するものとL以上の長さを有するものに識別す
る構造を、柱フィールドの後方端からテーパー領域の開口部までの距離Lを、シ
グナルが検出されるであろう分子の長さと実質的に同じ長さに簡単に設定するこ
とで作製することが可能である。
【０１２５】 別の実施形態では、引き伸ばし、所定の集団のあらゆる長さを有する分子のシ
グナルを均一に検出することが望ましい場合がある。これについては、縮小する
流れの領域を排除、例えば図23に示されるように図22の柱フィールドをチャネル
まで拡大することにより行うことができる。検出器を柱フィールドが終わるチャ
ネルの入口に配置する（図22のように）と、全ての分子が検出器を通る間に引き
伸ばされ、それゆえに全ての分子からのシグナルが、それらの長さに関わらず検
出されるだろう。これらの実施形態では、柱間の面積を柱フィールドが拡大され
るチャネル面積に合わせるため、流れは一定している。
【０１２６】5.5 設計研究 引き伸ばし研究および使用する構造のタイプ . 異なる構造によって種々の様式のDNA引き伸ばしおよび延長が得られる。テザ
ー(tethered)引き伸ばしおよび均一引き伸ばしがある。テザー引き伸ばしでは、
分子の一末端に不均一な力の分散をもたらして、流れプロフィールに完全延長が
起こる。テザー引き伸ばしは小さなギャップを画定する障害物を用いてまっすぐ
に起こる。これに対し、均一引き伸ばしはより複雑であり、高分子動力学の広範
囲のモデルが必要である。均一引き伸ばしはDNA分子の各ユニットに均一な張力
をもたらすものとして定義される。均一引き伸ばしを起こすように設計された構
造としては、流動速度が非直線的に増す漏斗のような設計においてx方向に一定
の剪断力を有するものが挙げられる。
【０１２７】ポリマーサイズ研究 . 構造の設計はスケーラブルなものであり、中には万能なものもある。構造のサ
イズを大きくし、相対寸法を変えて種々の長さのポリマー分子を提供することが
できる。提供できるポリマー分子の長さに上限はないが、注目するサイズはDNA
に関して数キロベースから少なくともメガベースの範囲である。DNAの1メガベー
スの長さは300μmより長い。チャンネル寸法は最大数mmにできる。このようにし
て、全染色体（サイズが50〜250メガベースの範囲にある）は処理を施して引き
伸ばすことができる。
【０１２８】全チップのチャネルの構造 . DNA延長領域へと導く送達チャネルとしては、並列、放射状、分岐、相互連結
および閉環である送達チャネルが挙げられる。好ましい実施形態の送達チャンネ
ルは、幅の広いチャネル、すなわち1〜1000μmのチャネルであり、これによって
DNA引き伸ばしおよび延長領域へと導かれる。
【０１２９】構造を製造する方法 . 設計した構造を製造する好ましい方法は、e-ビームリソグラフィー、深紫外リ
ソグラフィー、フォトリソグラフィー、LIGA（リソグラフィー、電気メッキおよ
び成形を意味するドイツ語、“Lithographie”、”Galvanoformung”および”Ab
formung”の頭字語）、および弾性成形のようなリソグラフィーによるものであ
る。二および三次元構造をこれらの手法によって製造する。三次元画定チャネル
を作製するさらなる方法としては、トラックエッチングおよび成形手法が挙げら
れる。
【０１３０】 ナノサイズの障害物を作製する他の方法としては、コロイドの光蒸着のような
化学的手段、局在ポリマーの自己凝集およびポリマーの架橋網状構造を含む方法
が挙げられる。例えば、漏斗に局所的にアガロースゲルを付着させた非直線漏斗
によって制御された引き伸ばし環境を生み出すことができる。
【０１３１】送達機構 . ポリマーを引き伸ばすことを意図した構造は、チャネル内に配置することが有
効なものだけではない。別の場所よりも有利にチャネルの1部分にポリマーを配
置するよう設計された構造は、ポリマーを特定の引き伸ばし構造または特定の検
出領域に確実に送り込むのに有利である。上記のように（分岐チャネル参照）、
液体を単一チャンネルに添加することに加えて、流線をともに近づけることによ
って位置づけが達成される。液体の流れ（差圧および重力のような後に記載する
いずれの方法によっても誘導される）によって運ばれるポリマーは主として液体
の流線（荷電生体ポリマーの電気泳動において、ポリマーは電場線をたどるが、
これは同様に改変することができる）をたどっていく。ランダムな動きにより鎖
の一部を隣接する流線に移動させることができる。流線が絞りまたは障害物に遭
遇すると、流線は障害物の周囲でともに近づき、同じランダムな横方向の動きに
より流線の変化が起こるより多くの機会がもたらされる。流線が構造の反対側に
あるその最初の配置に戻る際（チャネルが最初の幅に戻る場合）、流線間の速度
勾配によりポリマーがより速い流線に引き寄せられる傾向がある。このようにし
て、先のポリマーのランダムな分布を、ある程度はより規則的なものにシフトで
きる。1つの実施形態では、例えば下流に向いたチャネルに垂直な面を有するチ
ャンネル中央にある大きな三角形はポリマーを中心に方向づける傾向がある、こ
れは最初は壁近くにあった先のポリマーが、三角形の下流側で横移動する液体に
よって中心に引き寄せられる傾向があるためである。他の実施形態では、十字形
障害物、V字形、およびより大きなチャネルをチャネルの特定の側に向けるオフ
セットを有する障害物フィールドのような他の形を用いて位置づけを手助けする
。単純な湾曲を設けたチャネルに位置づけ効果があることは直感的にわかるが、
関連する速度勾配は実際にはかなり小さくそれ自身による効果はかなり小さい。
【０１３２】構造において引き伸ばしを向上させる方法 . 本発明のさらなる実施形態では、溶液の粘度を高めて剪断応力誘導レジメの有
効性を高める。チャネルの絞りによって受ける実際の力は溶液の粘度に比例する
。ある実施形態では、1種類以上の粘度改変成分を添加して溶液の粘度を高める
。ポリマーと化学反応が起こらない場合には、グリセロール（室温で900cPに近
い粘度を有する）を70%(w/v)といった高い濃度で水溶液に添加してもよい。また
、スクロース、キシロースおよびソルビトールのような糖類を添加してもよい。
さらに、ポリエチレングリコールのような水溶性ポリマーを添加してもよい。DN
Aの場合、高分子量ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシドまたは長鎖多糖
類（0.01重量%と同程度に低い濃度で）により、特性評価するDNAの構造を改変す
ることなく水溶液の粘度を高めることができる。
【０１３３】 構造の検出領域では検出されない特性評価するポリマーをある量で加えること
により粘度を改変してもよい。例えば、外部標識したDNA分子に対してFRETを行
う場合、外部標識していないさらなるDNA分子を標識したポリマー溶液に加えて
粘度を高めてもよい。このようにして標識分子のみが検出され、非標識DNAは溶
液の粘度の改変に利用されるだけであり、標識分子からのシグナルの発生を妨げ
ることはない。
【０１３４】 別の実施形態では、温度を下げる（例えば、純粋な水では凝固点に近づくと粘
度がほぼ2倍になる）ことにより粘度を高める。粘度を高めるのに加え、温度の
低下をブラウン運動の最小化および緩和時間の延長のために使用する。1X TE溶
液（10mM TRIS、1mM EDTA）のようなバッファー水溶液を周囲温度から4℃に変え
る場合、引き伸ばしにおいて実質的な向上がある。
【０１３５】駆動力 . ポリマーが構造を移動していく駆動力は物理的、電気的、熱的または化学的な
作用をはじめとする任意の手段によるものでもよい。最も単純な駆動力は、サン
プル溶液とデバイスとが最初に接触する際の毛管現象によって駆動される流れを
可能にする。関連する表面エネルギーによってチャネル内における高速度をもた
らしうるが、このレジメでの流れの制御は制限される。
【０１３６】 化学ポテンシャルの使用により、間接的、それゆえ制限される制御が可能とな
る。濃度勾配を利用する利点の1つは、極めて遅い、安定した流速が提供される
ことである。これは構造の一方の側にはある種のものを極めて過剰に与え、それ
が構造を抜けてもう一方の側に液体の流れを誘導した後に拡散する種を消費する
ことにより、過剰濃度に基づいた制御によって達成される。ポリマーは、移動す
る種によって誘導されて流れる液体とともに構造を抜けて流れる。
【０１３７】 好ましい実施形態は液体の流れを直接制御する。かかる実施形態では、構造の
入口側に圧力ヘッドを設定し、大気圧を受け入れるまたは減圧状態を維持する向
こう側に液体を流す。圧力ヘッドはシリンジポンプのような物理作用を与える任
意のデバイスによってもたらしうる。最近、シリンジポンプは100pL/sの範囲ま
で与えるが、デバイスの所望の流速は1pL/sでありうる。これは大きな横断面積
を有する「バイパスチャネル」を作製する必要があることを意味するが、これに
よりデバイスの所望の流速を高め、既製の設備を用いてある容量のサンプルを消
失するだけで制御が可能となる。圧力制御系の別の実施形態では、大気圧より低
く圧力が低下したデバイスでは系の一方を真空にして、構造を抜けて引き伸ばす
べき材料を文字どおり吸引する。所望の速度の流れを誘導するのに必要な圧力低
下はチャネル形状（特に最小横断面寸法）と速度の関数であるが、典型的には、
デバイスの大部分を通っているかなり幅の広い、長さ1mm、奥行きμmのチャネル
における100μm/秒の流れのためには100psiの大きさのオーダー内である。別の
実施形態では、チャネル第1末端の圧力ヘッドとチャネル第2末端の真空との組合
せを用いてポリマーを第1末端から第2末端まで進ませる。
【０１３８】 いっそうさらなる実施形態では、引き伸ばし領域の各々の側に温度勾配を設定
し、液体の流れを通じてポリマーを制御する。さらに、自然対流によって引き伸
ばし領域から液体の流れが得られる。これらのデバイスが作動するμmスケール
で温度勾配を与えて制御することはかなり困難であるため、この方法は、化学ポ
テンシャル法と同様に、非常に遅い液体の流れに用いるのが好ましい。
【０１３９】 さらに別の実施形態では、DNAのような荷電ポリマーについて、ポリマーの電
荷には作用するが必ずしも周囲の液体（荷電していない場合）の電荷には作用し
ない電場を設定することにより、ポリマーの流れを制御する。好ましくは溶液中
に2つの正反対の電極を存在させて電場を確立するが、電極の全アレイを用いて
より複雑なまたは均一な電場パターンを作成してもよい。その後、ポリマーは流
線の代わりに電場線をたどって進む（チップの物理的配置および溶液の電荷密度
によって取るに足りない変化にすぎない場合もある）。周囲の溶液が反対方向に
流れる（動電学的流れ）正反対に帯電した物質を含有している場合、引き伸ばし
に障害を与える可能性があり、またチャネルの壁の表面電荷によって壁に沿った
イオンの流れがもたらされうる（電気-浸透流れ）。このいずれかが液体の流れ
をその反対方向に誘導し、ポリマーに粘性力を与える。しかしながら、表面の帯
電を防ぐため適当に被覆した壁を有する導電率の低い溶液では、正反対の粘性力
が電気泳動駆動力に与える影響は取るに足らず、ポリマーは構造を抜けて進み引
き伸ばされることになる。さらに、適当に帯電した壁の表面では電気-浸透流れ
が逆転し、電気泳動による引き伸ばしを手助けする粘性力が与えられる。1000〜
2000V/mの電場強度で有用なポリマー速度が100μm/秒の範囲でもたらされる。
【０１４０】 電気泳動および圧力駆動力の場合、駆動力を得るデバイスは一般に引き伸ばし
領域とは物理的に分けられている。電極は引き伸ばし領域から数mm〜数cmのとこ
ろに配置し、電源はさらに離れたところに配置する。シリンジポンプは、必要と
する圧力低下を最小限にするためにできる限り引き伸ばし領域に近いことが有利
であるが、その大きさが理由でデバイスの外側に置かれることが多い。実際、構
造を柔軟にするためには、引き伸ばしおよび検出構造それ自身だけを、好ましく
は片側が2cmほどの小さく、ことによると1mm平方くらいであるが、最も好ましく
はサイズ（人が取り扱うという見地から）が約1.5cm×1cm、厚さ0.2cmである小
型チップ上に置くことが好ましい。この支持体には種々の液体の流れチャネルを
配置する。かかるチップにはだいたい1〜160のチャネルが支持体に適度に配置さ
れ、30〜40の場合に、チャネルが遮断されるまたは支持体に欠陥がある場合に余
剰分があることと、検出視界（典型的には60倍の対物レンズを用いる）には一度
に1つのチャンネルしかないこととのバランスがうまくとれる。
【０１４１】支持体 . 用いる支持体は、限定されるものではないが、極限塩濃度、酸または塩基濃度
、温度、電場、および光励起または光電子放出に用いる波長に対する透過性をは
じめとする解析に使用しようとする溶液および条件の両方との適合性で選択され
る。支持体材料としては、溶融シリカ、石英、シリコン、もしくは砒化ガリウム
、またはポリメチルメタクリレート、ポリジメチルシロキサン、ポリテトラフル
オロエチレン、ポリカーボネート、もしくはポリ塩化ビニルなどの不活性ポリマ
ーのような半導体産業に関連のあるものが挙げられる。幅広い波長にわたるその
伝導性から石英が好ましい実施形態である。
【０１４２】 支持体として石英を水溶液とともに使用するということは溶液との接触面が正
電荷を有することを意味する。帯電分子を特に電気泳動で取り扱う場合には、表
面が中性であることが望ましい。1つの実施形態では、被覆を表面に施して電荷
をもたらす相互作用を排除する。被覆は商業的にも得られ（Supelco, Bellafont
e PAのキャピラリー被覆）、また一末端に官能基を有するシランを用いて行って
もよい。シラン末端は効果的かつ不可逆的にガラスと結合し、官能基がさらに反
応して所望の被覆が作製される。DNAでは、ポリエチレンオキシドを有するシラ
ンがさらに反応することなく、ポリマーと壁との相互作用を効果的に防ぎ、さら
にアクリルアミド基を有するシランが重合反応に加わってポリアクリルアミド被
覆を作製してDNAと相互に作用しないだけでなく、電気泳動中の電気-浸透流を妨
ぐことができる。
【０１４３】 チャネルは、選択された支持体によって、半導体産業から多く出ている任意の
数の手法によって支持体に構成してもよい。これらの手法としては、限定される
ものではないが、フォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング、ウエットケ
ミカルエッチング、電子ビーム露光、レーザーまたはエアーアブレーション、LI
GA、および押出成形が挙げられる。ポリマー処理チップに用いられるこれらの種
々の手法については、Harrisonら (Analytical Chemistry 1992 (64) 1926-1932
)、Seilerら (Analytical Chemistry 1993 (65) 1481-1488)、Woolleyら (Proce
edings of the National Academy of Sciences November 1994 (91) 11348-1135
2)、およびJacobsenら (Analytical Chemistry 1995 (67) 2059-2063)をはじめ
とする文献に記載されている。
【０１４４】さらなる考察 . 本発明の好ましい実施形態では、チャネルの所定の平面高(planar height)に
おける速度は方形チャネルでは実質的に一定である。壁のノースリップ条件によ
り高さ軸が有意であり、幅軸ではよりゆっくりとした流れの小さな境界領域をは
ずれているという粘度誘導放物線速度プロフィールとなるように、高さがチャネ
ルの幅よりもかなり小さい場合にこれは真実である。潤滑近似理論(Deen, Analy
sis of Transport Phenomena, New York Oxford University Press, 1998, 275-
278)によれば、かかる実施形態には約10以上の縦横比（幅／高さ）が必要である
。さらに、光学顕微鏡の対物レンズを使用する際には高さが低いことで検出が容
易になる。典型的な対物レンズは500nm〜数μmの焦点深度を有するので、縦横比
が10より大きい値を維持し解析するポリマーに適合する限り、チャネルの奥行き
は約50nm〜100μmであってよいが、好ましい実施形態はチャンネルを通過する全
ての材料に焦点が合いかつ厳密に観察しうるように200nm〜1μmのチャネルの奥
行きを有している。
【０１４５】 また、本発明はチャネルが平面でなく、三次元チャネル製造手法で製造される
実施形態も包含する。かかる実施形態では、一定の剪断応力が側壁からだけでな
く、チャネルの高さ勾配からも誘導される。同様に、さらなる実施形態では、構
造の組合せには、一方の軸に作用する1つの力ともう一方の軸に作用するもう1つ
の力が存在する。いくつかのかかる実施形態では、チャネルの高さがテーパー形
状で低くなって、障害フィールドがその幅におよぶ。他の実施形態では、単一面
の蛇行した内部らせん設計（チャンネルの幅も小さくなる）を用いて、その中心
に与えられる剪断力を材料底部にある孔を通るデバイスの垂直方向の出口(verti
cal exit)に与え、孔への入口近くで検出を行う。構造が垂直方向に存在する場
合、いくつかの実施形態では重力を用いることで液体における速度差を得る手助
けとする（明らかに、100kDポリマーに対する力はかろうじて10-18Nを超えるも
のである；重力のいずれの効果も分子の粘性力の作用を受けるため、重力単独で
は十分にポリマーを引き伸ばすかまたは流れによってそれを大きく移動させるこ
とはできない）。
【０１４６】6. 実施例 6.1 実施例1：ＤＮＡを引き伸ばすためのチップの製造、および標識されたＤＮ Ａから放出された蛍光を検出するための装置へのその利用 実験装置 高感度の光学検出装置を図２４に示す。この装置は共焦点蛍光照明および検出
を利用する。共焦点照明により、（フェムトリットルのオーダーの）小さい光学
体積を照明することができる。小さいプローブ体積を用いてRayleigh散乱とRama
n散乱の両方を最小にする。１ｍＷのアルゴンイオンレーザーからのビームをレ
ーザー線フィルター（５１４ｎｍ）に通し、ダイクロイックミラーに当て、１０
０×１．２ＮＡ油浸レンズに通し、サンプルに当てる。ＤＮＡの蛍光タグはＣｙ
−３、テトラメチルローダミン、ローダミン６Ｇ、およびAlexa 546を始めとす
るいくつかの色素のいずれかとすることができる。また、TOTO-3 (Molecular Pr
obes)のような挿入色素(intercalator dye)を使用することができる。サンプル
から放出された蛍光をダイクロイック、狭い帯域幅（bandpass，たとえばOmega
Optical）に通し、１００μｍのピンホールに焦点を結ばせ、非球面レンズに通
し、最後に光子計数モードのアバランシェフォトダイオード(EG & G Canada)に
焦点を結ばせる。出力シグナルをマルチチャネルスカラー(EG & G)で集め、Pent
ium III型コンピューターで解析する。この共焦点装置は飛行時間を含む定量用
に適している。このような用途としては、DNA上での距離の測定、タグの付いた
配列の検出、およびDNAの伸びた程度の測定がある。この装置を用いると単一の
蛍光分子を検出することができる。イメージングを必要とする用途では、顕微鏡
に装着した増感ＣＣＤ（ＩＣＣＤ、Princeton Instruments）の使用が適当であ
る。
【０１４７】チップの製造 ホトリソグラフィーとｅ−ビーム法により、０．０９０インチの厚さの石英基板
に、ピッチが２ミクロンの２列の１．５ミクロン障害物に続いて設計剪断速度０
．０８５／ｓをもつ一組の定剪断チャネルを作成した。まず、８０℃に加熱した
ＲＣＡ溶液（３０％水酸化アンモニウム／３０％過酸化水素１部に対して脱イオ
ン水５部、前２者の試薬はSigma Chemical Co., St. Louis, MO製）中に基板を
入れて洗浄し、窒素を流しながら乾燥した。次に、Ｒ型シンナーで２：１の比に
薄めたShipley S1813ホトレジスト(Shipley, Newton, MA)を石英表面に、スピン
コーターにより３２５０ｒｐｍで４５分間回転塗布し、オーブン中９０℃で０．
５時間硬化させた。その後、たとえばドイツCarl Zeiss製のコンタクトアライナ
ーで、水銀ランプに１２秒露光させることにより粗い定剪断パターンを密着プリ
ントし、次いで脱イオン水で５：１の割合に薄めた３５１現像液(Shipley)で３
０秒間濯ぎ、さらに脱イオン水で濯ぎ、窒素を流しながら乾燥した。１０秒間の
ＵＶ−オゾン洗浄の後、基板を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）機で４０分間
ＣＨＦ３に暴露してエッチングした。もう一度ＲＣＡ溶液で洗浄した後、スピン
コーターを用いて、クロロベンゼンで３％に薄めたポリメチルメタクリレート（
ＭＷ６５０）の溶液を２０００ｒｐｍで４５秒間回転塗布した。コーティングを
１８０℃のオーブンで１時間硬化させ、エバポレーター内で６０オングストロー
ムのクロム層を付けた。ｅ−ビーム書き込みにより微細構造、たとえば障害物の
列を作成した後、ＲＥＩ機でクロムエッチングし、脱イオン水で濯いだ。その後
、現像のために基板を２１℃に暖めたイソプロピルアルコール：メチルイソブチ
ルケトンの２：１ｖ／ｖ溶液に９０秒間漬け、もう一度ＵＶ−オゾン洗浄した。
次に、もう一度ＲＥＩ機でＣＨＦ３エッチングした後ＲＣＡ溶液で洗浄した。
【０１４８】 ４５ｍｍ×５０ｍｍ×０．１５ｍｍの寸法のカバースリップ(Fisher Scientif
ic, Pittsburgh, PA)を脱イオン水で濯ぎ、窒素を流しながら乾燥した。スピン
コーターを用い、４０００ｒｐｍでＲＴＶ６１５Ａ：ＲＴＶ６１５Ｂシリコーン
の１０：１ｗ／ｗ溶液(General Electric, Schenectady, NY)をカバースリップ
上に６０秒間回転塗布した後、８０℃で２時間硬化させた。チップを装着する穴
のあるシリコーンの平板をカバースリップ上に載せた後、３０Ｗのプラズマクリ
ーナーに５０秒間暴露して表面を親水性にした。次に、シリコーン平板を除き、
カバースリップを脱イオン水で濯ぎ、窒素下で乾燥した。その後、この充分に前
処理したチップを注意深くカバースリップ上に装着した。
【０１４９】引き伸ばしたＤＮＡからの対象依存性インパルス(object-dependent impulse)を モニターするための装置 図２５に示されているように、デリバリーシステムはポリマーサプライ１５１
を含んでおり、このポリマーサプライはシリンジポンプ１５０によって駆動され
てチップ１５２（上記）に通じ、そこでポリマーは伸ばされ、レーザー１５４か
らのレーザービームによって励起され、レーザービームは光学検出器１５３で検
出され、コンピューター１５５によって解析される。このコンピューターはポン
プ１５０と検出器１５３も制御する。
【０１５０】伸びたＤＮＡが放出する蛍光のモニター ５：１（塩基対：色素）の割合で４０４０−１を加え、１時間インキュベーシ
ョンし、０．５Ｘ ＴＢＥ電気泳動バッファー（４５ｍＭ Ｔｒｉｓ、３２．３
ｍＭホウ酸、１．２５ｍＭ ＥＤＴＡ、ｐＨ８．３、すべてSigma, St. Louis,
MO）で５０，０００倍に希釈することにより、コリファージＴ４ＤＮＡ(Sigma,
St. Louis, MO)を標識した。
【０１５１】 次に、１マイクロリットルのサンプルをピペットでカバースリップ上のチップ
のすぐ隣りに載せて、毛管現象によりチャネル中に入れた。チップとカバースリ
ップを、６０Ｘプラノアポレンズ(plano apo lens、NikonまたはCarl Zeiss製)
を備えた蛍光顕微鏡(Nikon製Microphotシリーズ)のステージに載せた。励起は、
YOYO-1の４９０ｎｍピークの励起付近の適切な励起を確保するNikon B2Aフィル
ターセットを備えた水銀ランプで行った。５２０ｎｍを超える発光はB2Aフィル
ターセットを通し、シリコン増感カメラ(HammamatsuのC2400-08)またはＣＣＤカ
メラにより捕捉した。カメラからの画像を画像捕捉カード（image capture card
、たとえばNational Instruments, Austin, TXのPCI-1408）を介してコンピュー
ターに出力し、画像処理ソフトウェアで解析した。このソフトウェアは書換え型
ルーチン(custom-written routine)であり、スクリーン上のＤＮＡをバックグラ
ウンドに対する明るさに基づいて同定し、画素を計数してポリマーの長さを決定
するものである。
【０１５２】 この装置でさまざまなＤＮＡ分子を観察した（図２６）。チップの定剪断セク
ションで伸びている約１９０ｋｂ（６３ミクロン）のＤＮＡ分子を図２７（ａ−
ｇ）に示す。このチップで完全に伸びたＤＮＡを図２８に示す。この分子は１３
９ミクロンすなわち５３５ｋｂで測定された。
【０１５３】データ YOYO-1(Molecular Probes)で染色したＴ４ＤＮＡ(Sigma)の小（０．５マイク
ロリットル）サンプルを、柱を有する矩形漏斗形部分をもつチップに入れ、毛管
現象で吸引した。１００ＷのＨｇランプでサンプルを励起し、ＳＩＴカメラ(Ham
mamatsu C2400-08)で観察した。カメラのビデオシグナルを、カスタムLabViewソ
フトウェアを搭載したPentium-classコンピューターのビデオ捕捉カードに供給
した。このソフトウェアは、画素中のＤＮＡの長さをその速度と対象領域で費や
す時間とに基づいて決定する。３０ミクロンより短い長さは断片であると考えら
れ、自動的に捨てた。この結果、約１０分のサンプル実験で１０個のデータ点の
みが得られた。倍率レベルについて公知の変換率を用いて、ＤＮＡの長さは５０
．６μｍであり、範囲は４２〜６２μｍであった。ヒストグラムを図２９に示す
。この長さは、染色した１６４ｋｂｐのＴ４ＤＮＡに対して予想された７１．１
μｍの値より多少小さい。これは、この設計での伸びが充分に完了していないこ
とを示している。
【０１５４】6.2. 実施例２：本発明の装置を用いてファージラムダＤＮＡを引き伸ばす実験 ２つの異なる装置を使用して図３０（a）および３０（b）に示したデータを得
た。図３０（b）に示したデータを得るには図２０に示した装置を用いた。図３
０（a）に示したデータを得るのに用いた装置は図３０（b）に示したデータを得
るのに用いた装置と同じチャネル境界をもっていた（すなわち、２つの漏斗形装
置の２つのテーパー付き領域の大きさの比は同じであった）が、構造中に柱が存
在しなかった。
【０１５５】 上記フォトリソグラフィー法を用いて、コントラクターで溶融シリカウェーハ
(Hoya Corp., San Jose, CA)を図２０のパターンにエッチングした。ダイシング
ソー（たとえば、Disco Corp., Santa Clara, CA製）を用いてウェーハを１ｃｍ
×２ｃｍのチップに細断し、溶融シリカカバースリップ（たとえばEsco, Oak Ri
dge, NJ製）を熱接合により接着した。
【０１５６】 ４８．５キロ塩基（すなわち予想される伸びた長さは１６〜１７ミクロン）の
均一な長さを有する二本鎖ラムダＤＮＡ(Promega, Madison, WI)を標識するため
に、同様量の３μＭのTOTO-3ヨー化物(Molecular Probes, Eugene OR)挿入色素
を添加し、次いで１Ｘ ＴＥバッファー（１０ｍＭ ＴＲＩＳ、１ｍＭ ＥＤＴ
Ａ、ｐＨ８．０、すべてSigma, St. Louis, MO）で約５０，０００倍に希釈した
。挿入色素で染色したラムダＤＮＡの予想される伸びた長さは、ここで使用した
二本鎖の４８．５キロ塩基ＤＮＡサンプルについて２１μｍである（染色してな
いＤＮＡより約３０％長い）。
【０１５７】 チップとカバースリップを、１００Ｘプラノアポレンズ(たとえばNikon, Carl
Zeiss製)とTOTO-3と共に使用するのに最適化されたフィルターセット（たとえ
ばOmega Optical, Brattleboro, VT製のＸＦ−４７）を備えた蛍光顕微鏡(たと
えばNikon製Microphotシリーズ)の顕微鏡ステージに載せた。励起は、ミクロチ
ャネル内の同じフローライン上に並べた２つのスポットに焦点を結ぶ６３３ｎｍ
のＨｅＮｅレーザー（たとえばMelles Griot製）で行った。サンプルを毛管現象
によりチャネルの入口に載せ、チップの他の端で真空（たとえばWelch Vacuum,
Skokie, IL製の真空ポンプを用いる）を用いて流れを持続した。ＤＮＡ分子がレ
ーザースポットを通過する際に、発光する６５０ｎｍ以上の光をフィルターセッ
トに通してスポットの上方に並べた一対の共焦点検出器で捕捉した。検出器間の
飛行時間を用いて速度を決定し、これをレーザースポット内の滞留時間と共に用
いて分子の長さを計算した。
【０１５８】 これらの実験の結果は、柱を有する２つの漏斗形装置は色素で染色した４８．
５キロ塩基の二本鎖ＤＮＡを約１９．５μｍの長さに引き伸ばす（図３０（ｂ）
）のに対して、柱のない２つの漏斗形装置はそのＤＮＡを約１０μｍの長さに引
き伸ばすだけである（図３０（ａ））ことを示している。すなわち、図３０（ａ
）のヒストグラムの幅広い分布で示されているように、柱のないテーパー付きチ
ャネルでは平均してＤＮＡが伸びるが、そのＤＮＡの伸びはその全長の半分より
多少長いだけであり、個別の分子でも完全に伸びるものはほとんどない。対照的
に、柱部分の下流にテーパーを設けたチャネルを有する構造では、分子は平均し
て全長付近まで伸び、分子の大部分がこの予想された充分に伸びた長さの２０％
内にある。したがって、柱を有する２つの漏斗形装置は柱のない同じ装置より良
好にＤＮＡを引き伸ばす。また、この装置は柱のない２つの漏斗形構造より均一
かつ効率的にポリマーを引き伸ばす。
【０１５９】7. 引用文献 本明細書で引用した文献はすべて、個々の刊行物または特許もしくは特許出願
を個別に特に明示してその全体をあらゆる目的で援用する場合と同様に、その全
体をあらゆる目的で援用する。
【０１６０】 当業者には明らかなように、本発明の思想と範囲から逸脱することなく多くの
修正と変更をなすことが可能である。ここに記載した特定の実施形態は例示の目
的のみで挙げたものであり、本発明は特許請求の範囲の記載およびそれに含まれ
る全ての均等範囲にのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の範囲に含まれる多様な構造の例を示す。
【図２】 （ａ〜ｍ）は、（a）漏斗、柱、分枝、ならびに連続構造を含む伸長構造のい
くつかの実施形態；（b）連続した柱を備える２漏斗構造の実施形態の拡大図；
（c）複雑な柱の配置と、分枝した構造をもついくつかの実施形態；（d）連続し
た並列構造を含む構造の実施形態；（e）非対称の分枝構造；（f）小さなギャッ
プを画定する小さな障害物の組み合わせを有する構造；（g）多角形と、棒と、
柱との組み合わせを有する構造；（h）非対称の屈曲構造；（i）柱を有する分枝
構造の拡大図；（j）支持柱を備える大きな漏斗構造；（k）柱を備える漏斗構造
；（l）柱を備えた、または柱がない、流速が線状に増加する漏斗構造；ならび
に（m）本発明に含まれる漏斗構造のいくつかの概要をそれぞれ示す。
【図３】 一定のテーパーチャネル（constantly-tapered channel）を用いた、せん断−
引き伸ばし方法の一実施形態を示す。
【図４】 流れがチャネルの長さに沿って進むに従い、せん断速度が急激に増加する、せ
ん断−引き伸ばし方法の一実施形態を示す。
【図５】 一定のせん断力を賦与するように設計されたテーパーチャネルを用いた、せん
断−引き伸ばし方法の一実施形態を示す。
【図６】 せん断が、側チャネルからの流体の追加によって起こる、せん断−引き伸ばし
方法の一実施形態を示す。
【図７】 （a）は、回転および伸長力の局所成分がほぼ同じであるとき、先細りのチャ
ネル中に、いかにしてせん断力が賦与されるかを示し；（b）流体の追加により
力が生じ、伸長力が回転力を超えるとき、いかにしてせん断力が賦与されるかを
示す。
【図８】 先細りのチャネルと、側チャネルの存在の両方によって、せん断が起こる、せ
ん断−引き伸ばし方法の一実施形態を示す。
【図９】 （a）は、湾曲部の外側にある流体は、コーナーを通過するのに、内側の流体
より時間がかかるという「競技トラック効果」を示し；（b）は、いかにして「
競技トラック効果」が、湾曲部分でポリマーのコイルを解くことができるかを示
す。
【図１０】 チャネルが正弦波の形状に従う、蛇行方法の一実施形態を示す。
【図１１】 チャネルがジグザグ形状に従う、蛇行方法の一実施形態を示す。
【図１２】 チャネルが「蛇」状に、直角をたどる、蛇行方法の一実施形態を示す。
【図１３】 ポリマーがチャネルを移動ていく際、いかにして、蛇行チャネルを同じポリマ
ーの多重検出に用いることができるかを示す。
【図１４】 障害物の大きさを段階的に変えた障害物フィールド方法の一実施形態において
、いかにしてポリマーが引き伸ばされるかを示す。
【図１５】 は、伸長構造のための座標フレームを示す。
【図１６】 （a）は、円形障害物の正方形グリッドアラインメントを用いた、障害物フィ
ールド方法の一実施形態を示し；（b）は、円形障害物のオフセットグリッドア
ラインメントを用いた、障害物フィールド方法の一実施形態を示す。
【図１７】 過度の縦横比の長方形障害物を近接して配置した、障害物フィールド方法の一
実施形態を示す。
【図１８】 円形障害物を近接して配置した、障害物フィールド方法の一実施形態を示す。
【図１９】 ３つの段階化した大きさの円形障害物を用いた、障害物フィールド方法の一実
施形態を示す。
【図２０】 サイズが様々なDNAのばらつきのないほぐし（unraveling）、送達および引き
伸ばしの構成を示す。
【図２１】 柱のフィールドと、1/x2（ただし、ｘは、漏斗の長さに沿った距離である）の
テーパーを有する漏斗と、チャネルの深さを縮小する段差とを組み合わせた、DN
A伸長構造の好ましい実施形態の構成を示す。
【図２２】 長さL以上の分子のシグナルが長さがLより短い分子のシグナルから容易に識別
することができる、分子サイズ分類デバイスの概略を示す。
【図２３】 全分子からのシグナルが一律に検出される、あらゆる長さの分子を引き伸ばす
デバイスの概略を示す。
【図２４】 共焦点蛍光照明および検出を用いる高感度光学装置を示す。
【図２５】 ポリマー分析システム全体の一実施形態を示す。
【図２６】 一定せん断チャネルへの入口における様々な引き伸ばし状態にあるDNAを示す
。
【図２７】 （a〜g）は、テーパーチャネル内で引き伸ばし中の50 kb DNAを示す。
【図２８】 チャネル内で引き伸ばされ、537 kb で測定されたDNAを示す。
【図２９】 実験により測定されたDNA長を表示するヒストグラムを示す。
【図３０】 図20の構造から、実験により測定されたファージλDNAの長さを表示するヒス
トグラムを示し、（a）は柱なし、（b）は柱有りである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 グレイッチ，ランス，シー． アメリカ合衆国 マサチュウセッツ州 02144，サマービレ，カレッジ アヴェニ ュー ＃２ 90 (72)発明者 ウェルマン，パリス，エス． アメリカ合衆国 マサチュウセッツ州 02143，ソマーヴィレ，オクスフォード ストリート＃１ 78 Ｆターム(参考） 2G045 DA12 DA13 FB07 FB12 GC15 4B029 AA23 AA27 BB15 BB20 CC01

Claims (330)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすた
    めの、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、第1の末端から第2の
    末端までに幅が直線的に減少しているテーパーチャネルを含んでおり、少なくと
    も1種のポリマーが存在する場合、それはテーパーチャネルに沿って第1の末端か
    ら第2の末端に向かって移動し； そのことにより、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーがテーパーチャ
    ネルに沿って移動する際、該ポリマーに剪断力が負荷されることを特徴とする、
    上記装置。
  2. 【請求項２】 テーパーチャネルの幅が、第１の末端において角度を規定す
    ると、一定であるチャネルに対して1°〜75°の範囲内の角度で減少している、
    請求項１記載の統合型装置。
  3. 【請求項３】 上記角度が26.6°に等しく、少なくとも１種のポリマーがDN
    Aを含む、請求項２に記載の統合型装置。
  4. 【請求項４】 第１の末端が１μm〜1cmの幅を有し、第２の末端が1nm〜1mm
    の幅を有する、請求項１に記載の統合型装置。
  5. 【請求項５】 第１の末端が50μmに等しい幅を有し、第２の末端が５μmに
    等しい幅を有し、かつ少なくとも１種のポリマーサンプルがDNAを含む、請求項
    ４に記載の統合型装置。
  6. 【請求項６】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造に送
    達するための手段をさらに含む、請求項１に記載の統合型装置。
  7. 【請求項７】 送達するための手段が、伸長構造内に入りかつ伸長構造から
    出ている送達チャネルを含む、請求項６に記載の統合型装置。
  8. 【請求項８】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長構造
    内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項１に記載の統合型装置。
  9. 【請求項９】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力差を
    設けるための手段を含んでいる、請求項８に記載の統合型装置。
  10. 【請求項１０】 伸長構造を含む統合型装置であって： 該伸長構造は、第1の末端から第2の末端までに幅が直線的に減少しているテー
    パーチャネルを含んでおり、該チャネルには液体サンプル中の少なくとも1種の
    ポリマーが含まれており、該チャネルは、その少なくとも1種のポリマーが第1の
    末端から第2の末端に向かって移動する際に、該ポリマーに剪断力が負荷される
    ように構成されている、上記装置。
  11. 【請求項１１】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ばす
    ための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、第1の末端から第2
    の末端までに幅が直線的な割合より大きな割合で減少しているテーパーチャネル
    を含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それはテーパーチャ
    ネルに沿って第1の末端から第2の末端に向かって移動し； そのことにより、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーがテーパーチャ
    ネルに沿って移動する際、該ポリマーに剪断力が負荷されることを特徴とする、
    上記装置。
  12. 【請求項１２】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造に
    送達するための手段をさらに含む、請求項１１に記載の統合型装置。
  13. 【請求項１３】 送達するための手段が、伸長構造内に入りかつ伸長構造か
    ら出ている送達チャネルを含む、請求項１２に記載の統合型装置。
  14. 【請求項１４】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造内
    へと移動させるための手段をさらに含む、請求項１１に記載の統合型装置。
  15. 【請求項１５】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力差
    を設けるための手段を含んでいる、請求項１４に記載の統合型装置。
  16. 【請求項１６】 伸長構造を含む統合型装置であって： 該伸長構造は、第1の末端から第2の末端までに幅が直線的な割合より大きな割
    合で減少しているテーパーチャネルを含んでおり、該チャネルには液体サンプル
    中の少なくとも1種のポリマーが含まれており、該チャネルは、その少なくとも1
    種のポリマーが第1の末端から第2の末端に向かって移動する際に、該ポリマーに
    剪断力が負荷されるように構成されている、上記装置。
  17. 【請求項１７】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ばす
    ための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、第1の末端から第2
    の末端までに幅が減少しているテーパーチャネルを含んでおり、少なくとも1種
    のポリマーが存在する場合、それはテーパーチャネルに沿って第1の末端から第2
    の末端に向かって移動し； そのことにより、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーがテーパーチャ
    ネルに沿って移動する際、該ポリマーに剪断力が負荷され、該剪断力によって一
    定の剪断速度が生じることを特徴とする、上記装置。
  18. 【請求項１８】 テーパーチャネルの幅は、W=(SHx/Q＋C)-1[式中、Wは幅で
    あり、Sが剪断速度であり、Qが全液流量であり、かつCは定数である]の方程式に
    従うものである、請求項１７に記載の統合型装置。
  19. 【請求項１９】 剪断速度が0.01s-1〜10s-1である、請求項１８に記載の統
    合型装置。
  20. 【請求項２０】 剪断速度が0.075s-1に等しい、請求項１９に記載の統合型
    装置。
  21. 【請求項２１】 そのテーパーチャネルが1mm〜2mmの長さを有する、請求項
    １８に記載の統合型装置。
  22. 【請求項２２】 液体サンプルが周囲温度より低い温度に維持される、請求
    項１８に記載の統合型装置。
  23. 【請求項２３】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを伸長構造に
    送達するための手段をさらに含む、請求項１７に記載の統合型装置。
  24. 【請求項２４】 上記の送達するための手段が、該伸長構造内に入りかつ伸
    長構造から出ている送達チャネルを含む、請求項２３に記載の統合型装置。
  25. 【請求項２５】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長構
    造内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項１７に記載の統合型装置。
  26. 【請求項２６】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力差
    を設けるための手段を含んでいる、請求項２５に記載の統合型装置。
  27. 【請求項２７】 伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、第1
    の末端から第2の末端までに幅が減少しているテーパーチャネルを含んでおり、
    該チャネルには液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーが含まれており、該
    チャネルは、上記の少なくとも1種のポリマーが第1の末端から第2の末端に向か
    って移動する際に、該ポリマーに剪断力が負荷され、該剪断力によって一定の剪
    断速度が生じるように構成されている、上記装置。
  28. 【請求項２８】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ばす
    ための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造が、液体を保持するた
    めの中央のチャネルと、該中央のチャネルに連結した、液体を保持するための複
    数の側チャネルとを含んでおり、 少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それが中央のチャネルに沿って伸
    長方向に移動することを特徴とする、上記装置。
  29. 【請求項２９】 複数の側チャネルが、複数の側チャネルから注入された液
    体が実質的に中央のチャネルに沿った伸長方向に実質的に移動するように、方向
    づけられている、請求項２８に記載の統合型装置。
  30. 【請求項３０】 中央のチャネルが、ある断面積を有し、複数の側チャネル
    の断面積が、全側チャネルの断面積の合計がその中央のチャネルの断面積の1％
    〜500％の範囲内にある、請求項２８に記載の統合型装置。
  31. 【請求項３１】 側チャネルの断面積の合計が、中央のチャネルの断面積の
    50%に等しい、請求項３０に記載の統合型装置。
  32. 【請求項３２】 複数の側チャネルが繰り返された様式で配列される、請求
    項２８に記載の統合型装置。
  33. 【請求項３３】 中央のチャネルがテーパーが付いているものである、請求
    項２８に記載の統合型装置。
  34. 【請求項３４】 液体が周囲温度より低い温度に維持される、請求項２８に
    記載の統合型装置。
  35. 【請求項３５】 複数の側チャネルの内の少なくとも１つは、テーパーが付
    いているものである、請求項２８に記載の統合型装置。
  36. 【請求項３６】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造に
    送達するための手段をさらに含む、請求項２８に記載の統合型装置。
  37. 【請求項３７】 送達するための手段が、伸長構造内に入りかつ伸長構造か
    ら出ている送達チャネルを含む、請求項３６に記載の統合型装置。
  38. 【請求項３８】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長構
    造内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項２８に記載の統合型装置。
  39. 【請求項３９】 移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力差を設け
    るための手段を含んでいる、請求項３８に記載の統合型装置。
  40. 【請求項４０】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ばす
    ための統合型装置であって： (a) 伸長構造； (b) 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを伸長構造に送達するための
    、伸長構造内に入りかつ伸長構造から出ている送達チャネル；および (c) 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーが存在する場合に、それを伸
    長構造内へと移動させるための手段； を含み、 該伸長構造が、液体を保持するための中央のチャネルと、該中央のチャネルに
    連結した、液体を保持するための複数の側チャネルとを含んでおり；かつ、 少なくとも1種のポリマーが存在する場合、上記の移動させるための手段によ
    って、該ポリマーが中央のチャネルに沿って伸長方向に移動することを特徴とす
    る、上記装置。
  41. 【請求項４１】 液体サンプル中のDNAを引き伸ばすための統合型装置であ
    って： (a) 伸長構造； (b) 液体サンプル中のDNAを伸長構造に送達するための手段；および (c) 液体サンプル中のDNAが存在する場合に、それを伸長構造内へと移動させ
    るための手段； を含み； 該伸長構造が、液体を保持するための中央のチャネルと、該中央のチャネルに
    連結した、液体を保持するための複数の側チャネルとを含んでおり；かつ、 DNAが存在する場合、上記の移動させるための手段によって、該DNAが中央のチ
    ャネルに沿って伸長方向に移動することを特徴とする、上記装置。
  42. 【請求項４２】 伸長構造を含む統合型装置であって： 該伸長構造は、第1の末端と第2の末端とを含む、液体を保持するための中央の
    チャネルと、該中央のチャネルに連結した、液体を保持するための複数の側チャ
    ネルとを含んでおり、中央のチャネルには液体サンプル中の少なくとも1種のポ
    リマーが含まれており、 少なくとも1種のポリマーが第1の末端から第2の末端に向かって移動することを
    特徴とする、上記装置。
  43. 【請求項４３】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ばす
    ための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、少なくとも１つの
    湾曲部を有するチャネルを含み、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、そ
    れは該チャネルに沿って移動する、上記装置。
  44. 【請求項４４】 チャネルが正弦波の形状を有する、請求項４３に記載の統
    合型装置。
  45. 【請求項４５】 正弦波形状における周期に対する振幅の比が0.01〜5であ
    る、請求項４４に記載の統合型装置。
  46. 【請求項４６】 チャネルが、ゼロでない角度で結合する複数の直線状のセ
    クションを含む、請求項４３に記載の統合型装置。
  47. 【請求項４７】 複数の直線状のセクションのそれぞれが同じ長さを有し、
    ゼロでない角度は大きさが同じで符号が交互になっており、これによってチャネ
    ルがジグザグの形状を有する、請求項４６に記載の統合型装置。
  48. 【請求項４８】 ゼロでない角度のそれぞれが5°〜75°の大きさを有する
    請求項４７に記載の統合型装置。
  49. 【請求項４９】 ゼロでない角度のそれぞれの大きさが26.6°に等しく、少
    なくとも１種のポリマーサンプルがDNAを含む、請求項４８に記載の統合型装置
    。
  50. 【請求項５０】 ポリマーが２つの90°のターンと２つの-90°のターンの
    繰り返し経路をたどるように、チャネルが直角の湾曲部を複数含む、請求項４３
    に記載の統合型装置。
  51. 【請求項５１】 チャネルが、1〜500の周期を有する周期的な形状（period
    ic shape）を有している、請求項４３記載の統合型装置。
  52. 【請求項５２】 周期の数が10である、請求項５１に記載の統合型装置。
  53. 【請求項５３】 少なくとも1種のポリマーサンプルを検出するための手段
    を検出ゾーンにさらに含み、その検出するための手段は、チャネルが所定の位置
    で検出ゾーンを繰り返して横切るように配置されている、請求項５１に記載の統
    合型装置。
  54. 【請求項５４】 少なくとも１種のポリマーを送達するための手段が、伸長
    構造内に入りかつ伸長構造から出ている送達チャネルを含む、請求項４３に記載
    の統合型装置。
  55. 【請求項５５】 チャネルが溶液を保持し、該溶液が周囲温度より低い温度
    に維持される、請求項４３に記載の統合型装置。
  56. 【請求項５６】 溶液サンプル内の少なくとも１種のポリマーを伸長構造に
    送達するための手段をさらに含む、請求項４３に記載の統合型装置。
  57. 【請求項５７】 送達するための手段が、伸長構造内に入りかつ伸長構造か
    ら出ている送達チャネルを含む、請求項５６に記載の統合型装置。
  58. 【請求項５８】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長構
    造内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項４３に記載の統合型装置。
  59. 【請求項５９】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力差
    を設けるための手段を含んでいる、請求項５８に記載の統合型装置。
  60. 【請求項６０】 液体サンプル中のDNAを引き伸ばすための統合型装置であ
    って、 (a) 伸長構造；および (b) その液体サンプル中のDNAを伸長構造に送達するための手段； を含み、 該伸長構造が少なくとも１つの湾曲部を有するチャネルを含み、かつ DNAが存在する場合、それが該チャネルに沿って移動することを特徴とする、
    上記装置。
  61. 【請求項６１】 DNAが存在する場合、それを伸長構造内へと移動させるた
    めの手段をさらに含む、請求項４１に記載の統合型装置。
  62. 【請求項６２】 伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、少な
    くとも１つの湾曲部を有し、かつ第1の末端と第2の末端とを含む、チャネルを含
    んでおり、該チャネルには、液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーが、該
    ポリマーを引き伸ばすために含まれており、 少なくとも1種のポリマーが第1の末端から第2の末端に向かって移動することを
    特徴とする、上記装置。
  63. 【請求項６３】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ばす
    ための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造はテーパーチャネルを
    含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それは該チャネルに沿
    って流れの方向に移動し、かつ、該チャネルは、その少なくとも1種のポリマー
    の移動に対する複数個の障害物を含んでいることを特徴とする、上記装置。
  64. 【請求項６４】 テーパーチャネルの幅が、第1の末端から第2の末端までに
    直線的に減少している、請求項６３に記載の統合型装置。
  65. 【請求項６５】 テーパーチャネルの幅が、第1の末端から第2の末端までに
    直線的な割合より大きな割合で減少している、請求項６３に記載の統合型装置。
  66. 【請求項６６】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造に
    送達するための手段をさらに含む、請求項６３に記載の統合型装置。
  67. 【請求項６７】 送達するための手段が、伸長構造内に入りかつ伸長構造か
    ら出ている送達チャネルを含む、請求項６６に記載の統合型装置。
  68. 【請求項６８】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長構
    造内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項６３に記載の統合型装置。
  69. 【請求項６９】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力差
    を設けるための手段を含んでいる、請求項６８に記載の統合型装置。
  70. 【請求項７０】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ばす
    ための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、中央のチャネルと
    、該中央のチャネルに連結した複数の側チャネルとを含んでおり、少なくとも1
    種のポリマーが存在する場合、それは中央のチャネルに沿って流れの方向に移動
    し、かつ、中央のチャネルはその少なくとも1種のポリマーの移動に対する複数
    個の障害物をさらに含んでいることを特徴とする、上記装置。
  71. 【請求項７１】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造に
    送達するための手段をさらに含む、請求項７０に記載の統合型装置。
  72. 【請求項７２】 送達するための手段が、伸長構造内に入りかつ伸長構造か
    ら出ている送達チャネルを含む、請求項７１に記載の統合型装置。
  73. 【請求項７３】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長構
    造内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項７０に記載の統合型装置。
  74. 【請求項７４】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力差
    を設けるための手段を含んでいる、請求項７３に記載の統合型装置。
  75. 【請求項７５】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ばす
    ための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は少なくとも1つの湾
    曲部を有するチャネルを含んでおり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合
    、それは該チャネルに沿って流れの方向に移動し、かつ、該チャネルは、その少
    なくとも1種のポリマーの移動に対する複数個の障害物を含んでいることを特徴
    とする、上記装置。
  76. 【請求項７６】 上記チャネルが、1〜500の周期を有する周期的な形状を含
    む、請求項７５に記載の統合型装置。
  77. 【請求項７７】 周期的な形状が正弦波の形状である、請求項７６に記載の
    統合型装置。
  78. 【請求項７８】 周期的な形状がジズザグ形状である、請求項７６に記載の
    統合型装置。
  79. 【請求項７９】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造に
    送達するための手段をさらに含む、請求項７５に記載の統合型装置。
  80. 【請求項８０】 送達するための手段が、伸長構造内に入りかつ伸長構造か
    ら出ている送達チャネルを含む、請求項７９に記載の統合型装置。
  81. 【請求項８１】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長構
    造内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項７５に記載の統合型装置。
  82. 【請求項８２】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力差
    を設けるための手段を含んでいる、請求項８１に記載の統合型装置。
  83. 【請求項８３】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ばす
    ための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造はチャネルを含んでお
    り、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それは該チャネルに沿って流れ
    の方向に移動し、かつ、該チャネルは複数の柱を含み、該柱の少なくとも１つは
    、その断面が四辺形以外の多角形であることを特徴とする、上記装置。
  84. 【請求項８４】 複数の柱の内の少なくとも１つが凹形の縁を含み、該凹形
    の縁が液体の流れてくる方を向いている、請求項８３に記載の統合型装置。
  85. 【請求項８５】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造に
    送達するための手段をさらに含む、請求項８３に記載の統合型装置。
  86. 【請求項８６】 送達するための手段が、伸長構造内に入りかつ伸長構造か
    ら出ている送達チャネルを含む、請求項８５に記載の統合型装置。
  87. 【請求項８７】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長構
    造内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項８３に記載の統合型装置。
  88. 【請求項８８】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力差
    を設けるための手段を含んでいる、請求項８３に記載の統合型装置。
  89. 【請求項８９】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ばす
    ための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造はチャネルを含んでお
    り、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それは該チャネルに沿って流れ
    の方向に移動し、かつ、該チャネルは、その少なくとも1種のポリマーの移動に
    対する複数個の障害物を含んでおり、該複数の障害物は連続した列をなして配置
    されており、該列はその流れの方向に対して垂直に位置しており、後方に位置す
    る各列はその前に位置する列を埋めるように並んでおり、それにより、１つの障
    害物の少なくとも一部分であって１つの障害物の1/2ではない一部分が、前の列
    にある2つの隣接する障害物により形成される間隔のその流れの方向に沿って延
    長したものにオーバーラップすることを特徴とする、上記装置。
  90. 【請求項９０】 チャネルがテーパーが付いているものである、請求項８９
    に記載の統合型装置。
  91. 【請求項９１】 チャネルに連結された複数の側チャネルをさらに含む、請
    求項８９に記載の統合型装置。
  92. 【請求項９２】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造に
    送達するための手段をさらに含む、請求項８９に記載の統合型装置。
  93. 【請求項９３】 送達するための手段が、伸長構造内に入りかつ伸長構造か
    ら出ている送達チャネルを含む、請求項９２に記載の統合型装置。
  94. 【請求項９４】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長構
    造内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項８９に記載の統合型装置。
  95. 【請求項９５】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力差
    を設けるための手段を含んでいる、請求項９４に記載の統合型装置。
  96. 【請求項９６】 チャネルを有する伸長構造を含む統合型装置であって、該
    チャネルが： (a) 第1の末端および第2の末端； (b) 少なくとも1種のポリマーの移動に対する複数個の障害物、ここで、該複
    数個の障害物は連続した列をなして配置されており、該列のそれぞれはその流れ
    の方向に垂直に位置しており、各列に位置する隣接した1対の障害物はそれぞれ
    、その障害物の最小の直径の50倍を上回る距離を隔てておいる；および (c) 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーであって、そのそれぞれが最
    小の直径より大きいかまたは最小の直径に等しい直径を有するポリマー、 を含んでおり、 上記の少なくとも1種のポリマーが第1の末端から第2の末端に向かって移動す
    ることを特徴とする、上記装置。
  97. 【請求項９７】 少なくとも１種のポリマーがDNAを含み、かつ、各列に位
    置する隣接した1対の障害物をそれぞれ隔てている距離が100nm〜800nmである、
    請求項９６に記載の統合型装置。
  98. 【請求項９８】 各列に位置する隣接した1対の障害物をそれぞれ隔ててい
    る距離が500nmに等しい、請求項９７に記載の統合型装置。
  99. 【請求項９９】 各列が障害物の断面の総計と通路幅の総計とを有し、その
    障害物の断面積の総計は、各列に位置する障害物により遮られる流れの方向の面
    積の総計と等しく、またその通路幅の総計は各列に位置する障害物により遮られ
    ない流れの方向の面積の総計と等しいものであり、かつ、その障害物の断面積の
    総計と通路幅の総計とが0.5〜20の比率を示すことを特徴とする、請求項９６に
    記載の統合型装置。
  100. 【請求項１００】 少なくとも１種のポリマーがDNAを含み、かつ、前記比
    率が2〜4である、請求項９９に記載の統合型装置。
  101. 【請求項１０１】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造
    に送達するための手段をさらに含む、請求項９６に記載の統合型装置。
  102. 【請求項１０２】 送達するための手段が送達チャネルを含み、該送達チャ
    ネルが伸長構造内に入りかつ伸長構造から出ているものである、請求項１０１に
    記載の統合型装置。
  103. 【請求項１０３】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長
    構造内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項９６に記載の統合型装置
    。
  104. 【請求項１０４】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力
    差を設けるための手段を含んでいる、請求項１０３に記載の統合型装置。
  105. 【請求項１０５】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ば
    すための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造はチャネルを含んで
    おり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それは該チャネルに沿って流
    れの方向に移動し、かつ、該チャネルは、その少なくとも1種のポリマーの移動
    に対する複数個の障害物を含んでおり、その複数個の障害物の断面積が、流れの
    方向に沿って減少していることを特徴とする、上記装置。
  106. 【請求項１０６】 チャネルがテーパーが付いたものである、請求項１０５
    に記載の統合型装置。
  107. 【請求項１０７】 チャネルに連結した複数の側チャネルをさらに含む、請
    求項１０５に記載の統合型装置。
  108. 【請求項１０８】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造
    に送達するための手段をさらに含む、請求項１０５に記載の統合型装置。
  109. 【請求項１０９】 送達するための手段が送達チャネルを含み、該送達チャ
    ネルが伸長構造内に入りかつ伸長構造から出ているものである、請求項１０８に
    記載の統合型装置。
  110. 【請求項１１０】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長
    構造内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項１０５に記載の統合型装
    置。
  111. 【請求項１１１】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力
    差を設けるための手段を含んでいる、請求項１１０に記載の統合型装置。
  112. 【請求項１１２】 DNAを引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置で
    あって、 該伸長構造は、第1の末端と第2の末端を有する中央のテーパーチャネルを含ん
    でおり、DNAが存在する場合、それは中央のテーパーチャネルに沿って第1の末端
    から第2の末端に向かって移動し； 該伸長構造は、中央のテーパーチャネルに連結した複数の側チャネルをさらに
    含み； 該中央のテーパーチャネルは少なくとも1つの湾曲部を有しており；かつ 該中央のテーパーチャネルは、DNAの移動に対する複数個の障害物を含んでい
    ること、 を特徴とする、上記装置。
  113. 【請求項１１３】 中央のテーパーチャネルの幅が、第1の末端から第2の末
    端までに直線的に減少している、請求項１１２に記載の統合型装置。
  114. 【請求項１１４】 中央のテーパーチャネルの幅が、第1の末端から第2の末
    端までに直線的な割合より大きな割合で減少している、請求項１１２に記載の統
    合型装置。
  115. 【請求項１１５】 複数の側チャネルの少なくとも１つがテーパーが付いた
    ものである、請求項１１２に記載の統合型装置。
  116. 【請求項１１６】 DNAを送達するための手段が送達チャネルを含み、該送
    達チャネルが伸長構造内に入りかつ伸長構造から出ているものである、請求項１
    １２に記載の統合型装置。
  117. 【請求項１１７】 中央のテーパーチャネルが正弦波の形状を有する、請求
    項１１２に記載の統合型装置。
  118. 【請求項１１８】 中央のテーパーチャネルがジグザグ形状を有する、請求
    項１１２に記載の統合型装置。
  119. 【請求項１１９】 複数の障害物の断面積が、第1の末端から第2の末端まで
    に減少している、請求項１１２に記載の統合型装置。
  120. 【請求項１２０】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造
    に送達するための手段をさらに含む、請求項１１２に記載の統合型装置。
  121. 【請求項１２１】 送達するための手段が送達チャネルを含み、該送達チャ
    ネルが伸長構造内に入りかつ伸長構造から出ているものである、請求項１２０に
    記載の統合型装置。
  122. 【請求項１２２】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長
    構造内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項１１２に記載の統合型装
    置。
  123. 【請求項１２３】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力
    差を設けるための手段を含んでいる、請求項１２２に記載の統合型装置。
  124. 【請求項１２４】 DNAを引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置で
    あって、該伸長構造が、 (a) 第1の末端と、第2の末端と、第1の末端と第2の末端との間に12〜15列か
    らなる千鳥に配列された複数の柱とを有する第1のテーパーチャネル、ここで、
    この第1のテーパーチャネルは、第１の末端において角度を規定すると、幅が一
    定であるチャネルに対して26.6°の角度で幅が減少しており、第1の末端の幅は0
    .5〜5μmの範囲内であり、上記柱の断面積は1.5μm2であり、該柱は0.5μmの間
    隔で隔てられている；および (b) 第1のテーパーチャネルに第2の末端で連結した第2のテーパーチャネル、
    ここで、この第2のテーパーチャネルの幅が、DNAが存在する場合、一定の剪断速
    度を生じる剪断力が該DNAに負荷されるように、0.5〜5μmの範囲内まで減少して
    おり、該第２のテーパーチャネルの長さは1〜3mmの範囲内である、 を含む、上記装置。
  125. 【請求項１２５】 第2のテーパーチャネルの幅が、W=(SHx/Q＋C)-1[式中、
    Wは幅であり、Sが剪断速度であり、Qが全液体流量であり、かつCは定数である]
    の方程式に従うものである、請求項１２４に記載の統合型装置。
  126. 【請求項１２６】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを伸長構造
    に送達するための手段をさらに含む、請求項１２５に記載の統合型装置。
  127. 【請求項１２７】 送達するための手段が送達チャネルを含み、該送達チャ
    ネルが伸長構造内に入りかつ伸長構造から出ているものである、請求項１２６に
    記載の統合型装置。
  128. 【請求項１２８】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、それを伸長
    構造内へと移動させるための手段をさらに含む、請求項１２５に記載の統合型装
    置。
  129. 【請求項１２９】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力
    差を設けるための手段を含んでいる、請求項１２８に記載の統合型装置。
  130. 【請求項１３０】 少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための方法であ
    って： 第1の末端と第2の末端とを有するテーパーチャネルを含む伸長構造に沿って、
    少なくとも1種のポリマーを移動させるステップ； を含み、 該ステップによって、テーパーチャネルによって、少なくとも1種のポリマー
    がテーパーチャネルに沿ってその第1の末端から第2の末端まで移動する際に、該
    ポリマーに、一定の剪断速度を生じる剪断力が負荷されることを特徴とする、上
    記方法。
  131. 【請求項１３１】 テーパーチャネルの幅が、W=(SHx/Q＋C)-1[式中、Wは幅
    であり、Sが剪断速度であり、Qが全液体流量であり、かつCは定数である]の方程
    式に従うものである、請求項１３０に記載の統合型装置。
  132. 【請求項１３２】 少なくとも1種のポリマーがテーパーチャネルに沿って
    移動するステップが、毛管現象によって達成されるものである、請求項１３１に
    記載の方法。
  133. 【請求項１３３】 少なくとも1種のポリマーがテーパーチャネルに沿って
    移動するステップが、テーパーチャネルに沿って濃度勾配を設けることによって
    達成されるものである、請求項１３１に記載の方法。
  134. 【請求項１３４】 少なくとも1種のポリマーがテーパーチャネルに沿って
    移動するステップが、テーパーチャネルの第１の末端に圧力ヘッドを設けること
    によって達成されるものである、請求項１３１に記載の方法。
  135. 【請求項１３５】 テーパーチャネルの第１の末端にシリンジポンプを連結
    することによって圧力ヘッドを設ける、請求項１３４に記載の方法。
  136. 【請求項１３６】 伸長構造がテーパーチャネルに連結したバイパスチャネ
    ルをさらに含む、請求項１３５に記載の方法。
  137. 【請求項１３７】 少なくとも1種のポリマーがテーパーチャネルに沿って
    移動するステップが、テーパーチャネルの第２の末端で圧力低下を設けることに
    より達成されるものである、請求項１３１に記載の方法。
  138. 【請求項１３８】 少なくとも1種のポリマーがテーパーチャネルに沿って
    移動するステップが、テーパーチャネルに沿って温度勾配を設けることによって
    達成されるものである、請求項１３１に記載の方法。
  139. 【請求項１３９】 少なくとも1種のポリマーが電荷を帯びたポリマーを含
    み、かつ、少なくとも1種のポリマーがテーパーチャネルに沿って移動するステ
    ップが、テーパーチャネルに沿って電界を設けることによって達成されるもので
    ある、請求項１３１に記載の方法。
  140. 【請求項１４０】 電界が1000〜2000 V/mの電界強度を示す、請求項１３９
    に記載の方法。
  141. 【請求項１４１】 電界が溶液中の逆の電荷を帯びている２つの電極によっ
    て設けられる、請求項１３９に記載の方法。
  142. 【請求項１４２】 電界が溶液中の多数の電極によって設けられる、請求項
    １３９に記載の方法。
  143. 【請求項１４３】 少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための方法であ
    って： 第1の末端と第2の末端を有する先が直線的に細くなったチャネルを含む伸長構
    造に沿って、少なくとも1種のポリマーを移動させるステップ； を含み、 その少なくとも1種のポリマーが該チャネルに沿ってその第1の末端から第2の末
    端まで移動することを特徴とする、上記方法。
  144. 【請求項１４４】 少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための方法であ
    って： 第1の末端から第2の末端までに幅が直線的な割合より大きな割合で減少してい
    るテーパーチャネルを含む伸長構造に沿って、その少なくとも1種のポリマーを
    移動させるステップ； を含み、 その少なくとも1種のポリマーが該チャネルに沿ってその第1の末端から第2の末
    端まで移動することを特徴とする、上記方法。
  145. 【請求項１４５】 少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための方法であ
    って： 第1の末端と第2の末端を有する液体を保持するための中央のチャネルと、該中
    央のチャネルに連結した、液体を保持するための複数の側チャネルを含む伸長構
    造に沿って、少なくとも1種のポリマーを移動させるステップを含み、 その少なくとも1種のポリマーが上記中央のチャネルに沿ってその第1の末端から
    第2の末端まで移動することを特徴とする、上記方法。
  146. 【請求項１４６】 少なくとも1種のポリマーが中央のチャネルに沿って移
    動するステップが、毛管現象によって達成されるものである、請求項１４５に記
    載の方法。
  147. 【請求項１４７】 少なくとも1種のポリマーが中央のチャネルに沿って移
    動するステップが、中央のチャネルに沿って濃度勾配を設けることによって達成
    されるものである、請求項１４５に記載の方法。
  148. 【請求項１４８】 少なくとも1種のポリマーが中央のチャネルに沿って移
    動するステップが、中央のチャネルの第１の末端において圧力ヘッドを設けるこ
    とにより達成されるものである、請求項１４５に記載の方法。
  149. 【請求項１４９】 圧力ヘッドが、中央のチャネルの第１の末端にシリンジ
    ポンプを連結することにより設けられる、請求項１４８に記載の方法。
  150. 【請求項１５０】 伸長構造が中央のチャネルに連結したバイパスチャネル
    をさらに含む、請求項１４９に記載の方法。
  151. 【請求項１５１】 少なくとも1種のポリマーが中央のチャネルに沿って移
    動するステップが、中央のチャネルの第２の末端に圧力低下を設けることにより
    達成されるものである、請求項１４５に記載の方法。
  152. 【請求項１５２】 少なくとも1種のポリマーが中央のチャネルに沿って移
    動するステップが、中央のチャネルに沿って温度勾配を設けることによって達成
    されるものである、請求項１４５に記載の方法。
  153. 【請求項１５３】 少なくとも1種のポリマーが電荷を帯びたポリマーを含
    み、かつ、その少なくとも1種のポリマーが中央のチャネルに沿って移動するス
    テップが、中央のチャネルに沿って電界を設けることによって達成されるもので
    ある、請求項１４５に記載の方法。
  154. 【請求項１５４】 電界が1000〜2000 V/mの電界強度を示す、請求項１５３
    に記載の方法。
  155. 【請求項１５５】 電界が溶液中の逆の電荷を帯びている２つの電極によっ
    て設けられる、請求項１５３に記載の方法。
  156. 【請求項１５６】 電界が溶液中の多数の電極によって設けられる、請求項
    １５３に記載の方法。
  157. 【請求項１５７】 中央のチャネルがテーパーが付いているものである、請
    求項１４５に記載の方法。
  158. 【請求項１５８】 側チャネルの少なくとも１つがテーパーが付いているも
    のである、請求項１４５に記載の方法。
  159. 【請求項１５９】 少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための方法であ
    って： 少なくとも1つの湾曲部を備えた、第1の末端および第2の末端を有するチャネ
    ルを含む伸長構造に沿って、少なくとも1種のポリマーを、上記の第1の末端から
    第2の末端まで移動させるステップ； を含み、 その少なくとも1種のポリマーが該チャネルに沿ってその第1の末端から第2の
    末端まで移動することを特徴とする、上記方法。
  160. 【請求項１６０】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、毛管現象によって達成されるものである、請求項１５９に記載の方
    法。
  161. 【請求項１６１】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、該チャネルに沿って濃度勾配を設けることによって達成されるもの
    である、請求項１５９に記載の方法。
  162. 【請求項１６２】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、該チャネルの第１の末端に圧力ヘッドを設けることによって達成さ
    れるものである、請求項１５９に記載の方法。
  163. 【請求項１６３】 チャネルの第１の末端にシリンジポンプを連結すること
    によって圧力ヘッドが設けられる、請求項１６２に記載の方法。
  164. 【請求項１６４】 伸長構造がチャネルに連結したバイパスチャネルをさら
    に含む、請求項１６３に記載の方法。
  165. 【請求項１６５】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、該チャネルの第２の末端に圧力低下を設けることにより達成される
    ものである、請求項１５９に記載の方法。
  166. 【請求項１６６】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、該チャネルに沿って温度勾配を設けることによって達成されるもの
    である、請求項１５９に記載の方法。
  167. 【請求項１６７】 少なくとも1種のポリマーが電荷を帯びたポリマーを含
    み、かつ、その少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動するステップ
    が、該チャネルに沿って電界を設けることによって達成されるものである、請求
    項１５９に記載の方法。
  168. 【請求項１６８】 電界が1000〜2000 V/mの電界強度を示す、請求項１６７
    に記載の方法。
  169. 【請求項１６９】 電界が溶液中の逆の電荷を帯びている２つの電極によっ
    て設けられる、請求項１６７に記載の方法。
  170. 【請求項１７０】 電界が溶液中の電極配列によって設けられる、請求項１
    ６７に記載の方法。
  171. 【請求項１７１】 チャネルがテーパーが付いているものである、請求項１
    ５９に記載の方法。
  172. 【請求項１７２】 伸長構造がチャネルに連結した複数の側チャネルをさら
    に含む、請求項１５９に記載の方法。
  173. 【請求項１７３】 チャネルが正弦波の形状を有する、請求項１５９に記載
    の方法。
  174. 【請求項１７４】 チャネルがジグザグ形状を有する、請求項１５９に記載
    の方法。
  175. 【請求項１７５】 少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための方法であ
    って： 第1の末端と第2の末端を有する中央のチャネルと、該チャネル内にある、その
    少なくとも１種のポリマーの移動に対する複数個の障害物とを含む伸長構造に沿
    って、少なくとも1種のポリマーを移動させるステップ； を含み、 その少なくとも1種のポリマーが、該チャネルに沿ってその第1の末端から第2
    の末端まで移動することを特徴とする、上記方法。
  176. 【請求項１７６】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、毛管現象によって達成されるものである、請求項１７５に記載の方
    法。
  177. 【請求項１７７】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、該チャネルに沿って濃度勾配を設けることによって達成されるもの
    である、請求項１７５に記載の方法。
  178. 【請求項１７８】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、該チャネルの第１の末端に圧力ヘッドを設けることにより達成され
    るものである、請求項１７５に記載の方法。
  179. 【請求項１７９】 圧力ヘッドが、チャネルの第１の末端にシリンジポンプ
    を連結することにより設けられる、請求項１７８に記載の方法。
  180. 【請求項１８０】 伸長構造がチャネルに連結したバイパスチャネルをさら
    に含む、請求項１７９に記載の方法。
  181. 【請求項１８１】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、該チャネルの第２の末端に圧力低下を設けることにより達成される
    ものである、請求項１７５に記載の方法。
  182. 【請求項１８２】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、該チャネルに沿って温度勾配を設けることによって達成されるもの
    である、請求項１７５に記載の方法。
  183. 【請求項１８３】 少なくとも1種のポリマーが電荷を帯びたポリマーを含
    み、かつ、その少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動するステップ
    が、該チャネルに沿って電界を設けることによって達成されるものである、請求
    項１７５に記載の方法。
  184. 【請求項１８４】 電界が1000〜2000 V/mの電界強度を示す、請求項１８３
    に記載の方法。
  185. 【請求項１８５】 電界が溶液中の逆の電荷を帯びている２つの電極によっ
    て設けられる、請求項１８３に記載の方法。
  186. 【請求項１８６】 電界が溶液中の電極配列によって設けられる、請求項１
    ８３に記載の方法。
  187. 【請求項１８７】 チャネルがテーパーが付いているものである、請求項１
    ７５に記載の方法。
  188. 【請求項１８８】 伸長構造が中央のチャネルに連結した複数の側チャネル
    をさらに含む、請求項１７５に記載の方法。
  189. 【請求項１８９】 チャネルが少なくとも１つの湾曲部を含む、請求項１７
    ５に記載の方法。
  190. 【請求項１９０】 チャネルが正弦波の形状を有する、請求項１８９に記載
    の方法。
  191. 【請求項１９１】 チャネルがジグザグ形状を有する、請求項１８９に記載
    の方法。
  192. 【請求項１９２】 複数の障害物の断面積が、チャネルに沿って第1の末端
    から第2の末端までに減少している、請求項１７５に記載の方法。
  193. 【請求項１９３】 少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための方法であ
    って： 第1の末端と第2の末端を有するチャネルと、該チャネル内にある、その少なく
    とも１種のポリマーの移動に対する複数個の障害物とを含む伸長構造に沿って、
    少なくとも1種のポリマーを移動させるステップ； を含み、 上記障害物の少なくとも1つは、その断面が四辺形以外の多角形であり、かつ
    、その少なくとも1種のポリマーが該チャネルに沿ってその第1の末端から第2の
    末端まで移動することを特徴とする、上記方法。
  194. 【請求項１９４】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、毛管現象によって達成されるものである、請求項１９３に記載の方
    法。
  195. 【請求項１９５】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、該チャネルに沿って濃度勾配を設けることによって達成されるもの
    である、請求項１９３に記載の方法。
  196. 【請求項１９６】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、該チャネルの第１の末端に圧力ヘッドを設けることにより達成され
    るものである、請求項１９３に記載の方法。
  197. 【請求項１９７】 圧力ヘッドが、チャネルの第１の末端にシリンジポンプ
    を連結することにより設けられる、請求項１９６に記載の方法。
  198. 【請求項１９８】 伸長構造がチャネルに連結したバイパスチャネルをさら
    に含む、請求項１９７に記載の方法。
  199. 【請求項１９９】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、該チャネルの第２の末端で圧力低下を設けることにより達成される
    ものである、請求項１９３に記載の方法。
  200. 【請求項２００】 少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動する
    ステップが、該チャネルに沿って温度勾配を設けることによって達成されるもの
    である、請求項１９３に記載の方法。
  201. 【請求項２０１】 少なくとも1種のポリマーが電荷を帯びたポリマーを含
    み、かつ、その少なくとも1種のポリマーがチャネルに沿って移動するステップ
    が、該チャネルに沿って電界を設けることによって達成されるものである、請求
    項１９３に記載の方法。
  202. 【請求項２０２】 電界が1000〜2000 V/mの電界強度を示す、請求項２０１
    に記載の方法。
  203. 【請求項２０３】 電界が溶液中の逆の電荷を帯びている２つの電極によっ
    て設けられる、請求項２０１に記載の方法。
  204. 【請求項２０４】 電界が溶液中の電極配列によって設けられる、請求項２
    ０１に記載の方法。
  205. 【請求項２０５】 チャネルがテーパーが付いているものである、請求項１
    ９３に記載の方法。
  206. 【請求項２０６】 伸長構造が中央のチャネルに連結した複数の側チャネル
    をさらに含む、請求項１９３に記載の方法。
  207. 【請求項２０７】 チャネルが少なくとも１つの湾曲部を含む、請求項１９
    ３に記載の方法。
  208. 【請求項２０８】 チャネルが正弦波の形状を有する、請求項２０７に記載
    の方法。
  209. 【請求項２０９】 チャネルがジグザグ形状を有する、請求項２０７に記載
    の方法。
  210. 【請求項２１０】 複数の障害物の断面積が、チャネルに沿って第1の末端
    から第2の末端までに減少している、請求項１９３に記載の方法。
  211. 【請求項２１１】 少なくとも1種のポリマーを引き伸ばすための方法であ
    って： 伸長構造に沿って、少なくとも1種のポリマーを移動させるステップを含み、
    該伸長構造は、 (i) 少なくとも1つの湾曲部を備えた、第1の末端および第2の末端を有する中
    央のテーパーチャネル； (ii) 中央のテーパーチャネルに連結された複数の側チャネル；および (iii) 中央のテーパーチャネル内にある、その少なくとも１種のポリマーの
    移動に対する複数個の障害物； を含んでおり、 その少なくとも1種のポリマーが中央のチャネルに沿ってその第1の末端から第
    2の末端まで移動することを特徴とする、上記方法。
  212. 【請求項２１２】 中央のチャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを移
    動させるステップが、毛管現象によって達成される、請求項２１１記載の方法。
  213. 【請求項２１３】 中央のチャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを移
    動させるステップが、中央のチャネルに沿って濃度勾配を設けることによって達
    成される、請求項２１１記載の方法。
  214. 【請求項２１４】 中央のチャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを移
    動させるステップが、中央のチャネルの第１の末端に圧力ヘッドを設けることに
    よって達成される、請求項２１１記載の方法。
  215. 【請求項２１５】 中央のチャネルの第１の末端にシリンジポンプを連結す
    ることによって圧力ヘッドを設ける、請求項２１４記載の方法。
  216. 【請求項２１６】 伸長構造が、中央のチャネルに連結されたバイパスチャ
    ネルをさらに含む、請求項２１５記載の方法。
  217. 【請求項２１７】 中央のチャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを移
    動させるステップが、中央のチャネルの第２の末端で圧力の低下を設けることに
    よって達成される、請求項２１１記載の方法。
  218. 【請求項２１８】 中央のチャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを移
    動させるステップが、中央のチャネルに沿って温度勾配を設けることによって達
    成される、請求項２１１記載の方法。
  219. 【請求項２１９】 少なくとも１種のポリマーが電荷を帯びたポリマーを含
    んでおり、中央のチャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを移動させるステ
    ップが中央のチャネルに沿って電場を設けることによって達成される、請求項２
    １１記載の方法。
  220. 【請求項２２０】 電場の強度が1000〜2000V/mの範囲内である、請求項２
    １９記載の方法。
  221. 【請求項２２１】 溶液内にある逆の電荷を帯びている２つの電極によって
    電場を設ける、請求項２１９記載の方法。
  222. 【請求項２２２】 溶液内に配置された多数の電極によって電場を設ける、
    請求項２１９記載の方法。
  223. 【請求項２２３】 中央のテーパーチャネルが正弦波形である、請求項２１
    １記載の方法。
  224. 【請求項２２４】 中央のテーパーチャネルがジグザグ形である、請求項２
    １１記載の方法。
  225. 【請求項２２５】 複数個の障害物が第１の末端から第２の末端までにその
    断面積が減少する、請求項２１１記載の方法
  226. 【請求項２２６】 ポリマーを移動させるステップの前に、ポリマーを伸長
    構造に送達するステップをさらに含む、請求項１３０、１４３、１４４、１４５
    、１５９、１７５、１９３または２１１記載の方法。
  227. 【請求項２２７】 テーパーチャネルの幅が、第１の末端から第２の末端ま
    でに1/(axn+b)の割合で減少しているものであり、この場合、nは１より大きい実
    数であり、aは０以外の実数であり、bは実数であり、かつxはチャネルの長さに
    沿った距離である、請求項１１または１６記載の統合型装置。
  228. 【請求項２２８】 ｎが整数である、請求項２２７記載の統合型装置。
  229. 【請求項２２９】 ｎが２、３または４の値である、請求項２２８記載の統
    合型装置。
  230. 【請求項２３０】 液体サンプルが粘度改変成分をさらに含む、請求項１０
    、１６、２７、４２、６２または９６記載の統合型装置。
  231. 【請求項２３１】 粘度改変成分が、グリセロール、スクロース、キシロー
    ス、ソルビトール、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミドおよびポリエ
    チレンオキシドからなる群より選択される、請求項２３０記載の統合型装置。
  232. 【請求項２３２】 粘度改変成分が４℃のバッファー水溶液を含む、請求項
    ２３０記載の統合型装置。
  233. 【請求項２３３】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ば
    すための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造はチャネルを含んで
    おり、少なくとも1種のポリマーが存在する場合、それは該チャネルに沿って流
    れの方向に移動し、かつ、該チャネルは、第1の末端から第2の末端までにそのチ
    ャネルの深さzが減少する少なくとも１つの段差を有することを特徴とする、上
    記装置。
  234. 【請求項２３４】 チャネルが1μm〜1mmの範囲内の長さを有する、請求項
    ２３３記載の統合型装置。
  235. 【請求項２３５】 少なくとも１つの段差が0.1μm〜0.9μmの範囲内の高さ
    を有する、請求項２３３記載の統合型装置。
  236. 【請求項２３６】 チャネルが、第1の末端から第2の末端までにその深さz
    が直線的に減少する、請求項２３３記載の統合型装置。
  237. 【請求項２３７】 チャネルの幅が、第１の末端から第２の末端までに1/(a
    xn+b)の割合で減少しているものであり、この場合、nは１より大きい実数であり
    、aは０以外の実数であり、bは実数であり、かつxはチャネルの長さに沿った距
    離である、請求項２３３記載の統合型装置。
  238. 【請求項２３８】 少なくとも１つの段差により、チャネルの深さｚが2分
    の1〜100分の1に減少する、請求項２３３記載の統合型装置。
  239. 【請求項２３９】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造
    に送達する手段をさらに含む、請求項２３３記載の統合型装置。
  240. 【請求項２４０】 上記送達手段が、伸長構造の中に入りかつ伸長構造から
    出ている送達チャネルを含む、請求項２３９記載の統合型装置。
  241. 【請求項２４１】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、該ポリマー
    を伸長構造内に移動させるため手段をさらに含む、請求項２３３記載の統合型装
    置。
  242. 【請求項２４２】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力
    差を設けるための手段を含んでいる、請求項２４１記載の統合型装置。
  243. 【請求項２４３】 伸長構造を含む統合型装置であって： 該伸長構造は、第1の末端から第2の末端までに深さzが減少する少なくとも１
    つの段差を有するチャネルを含んでおり、該チャネルには、液体サンプル中の少
    なくとも1種のポリマーが含まれており、該チャネルは、その少なくとも1種のポ
    リマーが第1の末端から第2の末端に向かって移動する際に該ポリマーに剪断力が
    負荷されるように構成されている、上記装置。
  244. 【請求項２４４】 チャネルが1μm〜1mmの範囲内の長さを有する、請求項
    ２４３記載の統合型装置。
  245. 【請求項２４５】 少なくとも１つの段差が0.1μm〜0.9μmの範囲内の高さ
    を有する、請求項２４３記載の統合型装置。
  246. 【請求項２４６】 チャネルの幅が、第１の末端から第２の末端までに直線
    的に減少しているものである、請求項２４３記載の統合型装置。
  247. 【請求項２４７】 チャネルの幅が、第１の末端から第２の末端までに1/(a
    xn+b)の割合で減少しているものであり、この場合、nは１より大きい実数であり
    、aは０以外の実数であり、bは実数であり、かつxはチャネルの長さに沿った距
    離である、請求項２４３記載の統合型装置。
  248. 【請求項２４８】 液体サンプルが粘度改変成分をさらに含む、請求項２４
    ３記載の統合型装置。
  249. 【請求項２４９】 少なくとも１つの段差により、チャネルの深さが2分の1
    〜100分の1に減少する、請求項２４３記載の統合型装置。
  250. 【請求項２５０】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ば
    すための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は： (a) 第1の末端と第2の末端を有する第1のチャネル、および (b) 第3の末端と第4の末端を有する第2のチャネル、ここで、該第3の末端が
    第1のチャネルに第2の末端で連結しており、少なくとも1種のポリマーが存在す
    る場合、該ポリマーは該第2のチャネルに沿って流れの方向に移動するものとす
    る； を含んでおり、かつ、 第1のチャネルの幅は、第1の末端から第2の末端までに、第2のチャネルの幅が第
    3の末端から第4の末端までに減少する割合とは異なる割合で減少していることを
    特徴とする、上記装置。
  251. 【請求項２５１】 第１のチャネルおよび第２のチャネルがそれぞれ独立し
    て1μm〜1 mmの範囲内の長さを有する、請求項２５０記載の統合型装置。
  252. 【請求項２５２】 第１のチャネルが、第１の末端と第２の末端との間に複
    数の柱をさらに含む、請求項２５０記載の統合型装置。
  253. 【請求項２５３】 複数の柱の少なくとも１つは、断面が四辺形以外の多角
    形である、請求項２５２記載の統合型装置。
  254. 【請求項２５４】 複数の柱の少なくとも１つは、断面が楕円形であり、そ
    の楕円形の断面の長軸が流れの方向に対し垂直である、請求項２５２記載の統合
    型装置。
  255. 【請求項２５５】 複数の柱の少なくとも１つは、断面が長方形であり、そ
    の長方形の断面の長軸が流れの方向に対し垂直である、請求項２５２記載の統合
    型装置
  256. 【請求項２５６】 複数の柱の少なくとも１つが凹形の縁を含み、該凹形の
    縁は液体が流れてくる方向に向いている、請求項２５２記載の統合型装置。
  257. 【請求項２５７】 複数の柱のそれぞれが0.1μm2〜10μm2の範囲内の断面
    積を有し、その複数の柱は少なくとも12〜15列の連続した列をなして配置されて
    おり、請求項２５２記載の統合型装置。
  258. 【請求項２５８】 ６列の柱の充填率（fill ratio）が流れの方向において
    ０％から50％に増大し、それに続く少なくとも12〜15列は50％の一定の充填率を
    有し、その少なくとも12〜15列に隣接する列の中央は2μmの距離を隔てている、
    請求項２５７記載の統合型装置。
  259. 【請求項２５９】 柱の列の充填率が流れの方向において連続的に０％〜80
    ％で連続的に増大する、請求項２５７記載の統合型装置。
  260. 【請求項２６０】 柱の列の充填率が一定である、請求項２５７記載の統合
    型装置。
  261. 【請求項２６１】 複数の柱の断面積が、流れの方向に沿って10μm2から1
    μm2に減少する、請求項２５２記載の統合型装置。
  262. 【請求項２６２】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造
    に送達する手段をさらに含む、請求項２５０記載の統合型装置。
  263. 【請求項２６３】 送達手段が、伸長構造の中に入りかつ伸長構造から出て
    いる送達チャネルを含む、請求項２６２記載の統合型装置。
  264. 【請求項２６４】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、該ポリマー
    を伸長構造内に移動させるための手段をさらに含む、請求項２５０記載の統合型
    装置。
  265. 【請求項２６５】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力
    差を設けるための手段を含んでいる、請求項２６４記載の統合型装置。
  266. 【請求項２６６】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを引き伸ば
    すための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、 (a) 第1の末端と、第2の末端と、第1の末端と第2の末端の間に少なくとも12
    〜15列からなる千鳥に配列された複数の柱とを有し、この複数の柱は第2の末端
    で終結しており、複数の柱のそれぞれが1μm2〜25μm2の範囲内の断面積を有し
    ている、幅が10μmで深さが1μmである第1のチャネル；および、 (b) 第3の末端と第4の末端を有し、該第3の末端が第2の末端で第1のチャネル
    に連結しており、幅が1/x2（この場合のxは第2のチャネルの長さ方向の距離であ
    る）の割合で第3の末端から第4の末端までに減少し、その幅全体が10μmから1μ
    mに減少しており、長さが5μmであり、第3の末端に第2のチャネルの深さが0.25
    μm2に減少する1つの段差を有する第2のチャネル； を含んでおり、 少なくとも1種のポリマーが存在する場合、該ポリマーは該第2のチャネルに沿
    って流れの方向に移動することを特徴とする、上記装置。
  267. 【請求項２６７】 複数の柱の少なくとも１つは、断面が四辺形以外の多角
    形である、請求項２６６記載の統合型装置。
  268. 【請求項２６８】 複数の柱の少なくとも１つは、断面が楕円形であり、そ
    の楕円形の断面の長軸が流れの方向に対し垂直である、請求項２６６記載の統合
    型装置。
  269. 【請求項２６９】 複数の柱の少なくとも１つは、断面が長方形であり、そ
    の長方形の断面の長軸が流れの方向に対し垂直である、請求項２６６記載の統合
    型装置。
  270. 【請求項２７０】 複数の柱の少なくとも１つが凹形の縁を含み、その凹形
    の縁は液体が流れてくる方向に向いている、請求項２６６記載の統合型装置。
  271. 【請求項２７１】 複数の柱のそれぞれが1μm2の断面積を有する、請求項
    ２６６記載の統合型装置。
  272. 【請求項２７２】 ６列の柱の充填率が流れの方向において０％から50％ま
    で増大し、それに続く少なくとも12〜15列は50％の一定の充填率を有し、その少
    なくとも12〜15列の隣接する列の中央は2μmの距離を隔てている、請求項２７１
    記載の統合型装置。
  273. 【請求項２７３】 少なくとも12〜15列の柱の充填率が流れの方向において
    連続的に０％から80％まで増大している、請求項２７１記載の統合型装置。
  274. 【請求項２７４】 複数の柱の断面積が流れの方向において10μm2から1μm 2 まで減少している、請求項２６６記載の統合型装置。
  275. 【請求項２７５】 第２のチャネルにおいて少なくとも１つの検出ゾーンを
    さらに含む、請求項２６６記載の統合型装置。
  276. 【請求項２７６】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造
    に送達する手段をさらに含む、請求項２６６記載の統合型装置。
  277. 【請求項２７７】 送達手段が伸長構造の内部および該構造の外側に通じる
    送達チャネルを含む、請求項２７６記載の統合型装置。
  278. 【請求項２７８】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、該ポリマー
    を伸長構造に移動させための手段をさらに含む、請求項２６６記載の統合型装置
    。
  279. 【請求項２７９】 移動させための手段が、伸長構造に沿って圧力差を設け
    るための手段を含んでいる、請求項２７８記載の統合型装置。
  280. 【請求項２８０】 液体サンプルがさらに粘度改変成分を含む、請求項２６
    ６記載の統合型装置。
  281. 【請求項２８１】 液体サンプル中の少なくとも1種のポリマーを長さに基
    づいて選択的に引き伸ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長
    構造は： (a) 第1の末端と第2の末端の間に千鳥に配列された複数の柱とを有し、複数
    の柱のそれぞれは第2の末端から距離L以上の距離に位置している、第1のチャネ
    ル；および (b) 第3の末端と第4の末端を有し、該第3の末端が第2の末端で第1のチャネル
    に連結しており、幅が第3の末端から第4の末端までに減少している、第2のチャ
    ネル； を含んでおり、 少なくとも1種のポリマーが存在する場合、該ポリマーは該伸長構造に沿って
    流れの方向に移動する、上記装置。
  282. 【請求項２８２】 液体サンプル中の長さが様々な複数のポリマーを引き伸
    ばすための、伸長構造を含む統合型装置であって、該伸長構造は、 (a) 第1の末端と第2の末端を有する第1のチャネル； (b) 第3の末端と第4の末端を有し、該第3の末端が第2の末端で第1のチャネル
    に連結しており、幅が第3の末端から第4の末端までに減少している、第2のチャ
    ネル；および (c)第1のチャネルおよび第2のチャネルの中に千鳥に配列された複数の柱； を含んでおり、 上記の複数のポリマーが存在する場合に、該ポリマーは該伸長構造に沿って流
    れの方向に移動する、上記装置。
  283. 【請求項２８３】 第１のチャネルおよび第２のチャネルがそれぞれ独立し
    て1μm〜1mmの範囲内の長さを有する、請求項２８１または２８２記載の統合型
    装置。
  284. 【請求項２８４】 第２のチャネルにおいて少なくとも１つの検出ゾーンを
    さらに含む、請求項２８１または２８２記載の統合型装置。
  285. 【請求項２８５】 複数の柱の少なくとも１つは、断面が四辺形以外の多角
    形である、請求項２８１または２８２記載の統合型装置。
  286. 【請求項２８６】 複数の柱の少なくとも１つは、断面が楕円形の形をして
    おり、その楕円形の断面の長軸が流れの方向に対し垂直である、請求項２８１ま
    たは２８２記載の統合型装置。
  287. 【請求項２８７】 複数の柱の少なくとも１つは、断面が長方形の形をして
    おり、その長方形の断面の長軸が流れの方向に対し垂直である、請求項２８１ま
    たは２８２記載の統合型装置。
  288. 【請求項２８８】 複数の柱の少なくとも１つが凹形の縁を含み、該凹形の
    縁が流れの方向を向いている、請求項２８１または２８２記載の統合型装置。
  289. 【請求項２８９】 複数の柱の少なくとも１つは0.1μm2〜10μm2の範囲内
    の断面積を有する、請求項２８１または２８２記載の統合型装置。
  290. 【請求項２９０】 第２のチャネルの幅が、第３の末端から第４の末端まで
    に直線的に減少している、請求項２８１または２８２記載の統合型装置。
  291. 【請求項２９１】 第２のチャネルの幅が、第１の末端から第２の末端まで
    に1/(axn+b)の割合で減少しており、この場合、nは１より大きい実数であり、a
    は０以外の実数であり、bは実数であり、xは第２のチャネルの長さに沿った距離
    である、請求項２８１または２８２記載の統合型装置。
  292. 【請求項２９２】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーを伸長構造
    に送達するための手段をさらに含む、請求項２８１記載の統合型装置。
  293. 【請求項２９３】 液体サンプル中の複数のポリマーを前記伸長構造に送達
    するための手段をさらに含む、請求項２８２記載の統合型装置。
  294. 【請求項２９４】 送達するための手段が、伸長構造に入りかつ送達チャネ
    ルを含む、請求項２９２または２９３記載の統合型装置。
  295. 【請求項２９５】 少なくとも１種のポリマーが存在する場合、該ポリマー
    を伸長構造に移動させるための手段をさらに含む、請求項２８１記載の統合型装
    置。
  296. 【請求項２９６】 複数のポリマーが存在する場合、該ポリマーを伸長構造
    に移動させるための手段をさらに含む、請求項２８２記載の統合型装置。
  297. 【請求項２９７】 上記の移動させるための手段が、伸長構造に沿って圧力
    差を設けるための手段を含んでいる、請求項２９５または２９６記載の統合型装
    置。
  298. 【請求項２９８】 液体サンプル中の少なくとも１種のポリマーをさらに含
    む、請求項２３３、２４３、２５０、２６６、２８１または２８２記載の統合型
    装置。
  299. 【請求項２９９】 チャネルの幅が、第１の末端から第２の末端までに1/(a
    xn+b)の割合で減少しており、この場合、nは１より大きい実数であり、aは０以
    外の実数であり、bは実数であり、xはチャネルの長さに沿った距離である、請求
    項１４４記載の方法。
  300. 【請求項３００】 チャネルが、第１の末端から第２の末端までにチャネル
    の深さｚを減少させる少なくとも１つの段差をさらに含んでいる、請求項１３０
    、１３１、１４３または１４４記載の方法。
  301. 【請求項３０１】 少なくとも１種のポリマーを伸長構造に送達することを
    さらに含む、請求項３００記載の方法。
  302. 【請求項３０２】 チャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを移動する
    ステップが、チャネルの第１の末端に圧力ヘッドを設けるか、チャネルの第２の
    末端に真空機を設けるか、またはこれらの組み合わせによって達成される、請求
    項３００記載の方法。
  303. 【請求項３０３】 少なくとも1種のポリマーを引き伸ばす方法であって： 伸長構造に沿って少なくとも１種のポリマーを移動させることを含み、ここで
    、該伸長構造は、第１の末端と第２の末端を有する第１のチャネルと、第3の末
    端と第４の末端を有する第２のチャネルとを含んでおり、第３の末端が第２の末
    端で第１のチャネルに連結しており、第１のチャネルの幅は、第２のチャネルの
    幅が第３の末端から第４の末端までに減少する割合とは異なる割合で、第１の末
    端から第２の末端までに減少している、上記方法。
  304. 【請求項３０４】 少なくとも１種のポリマーを伸長構造に送達するステッ
    プをさらに含む、請求項３０３記載の方法。
  305. 【請求項３０５】 第１のチャネルが第１の末端と第２の末端の間に複数の
    柱をさらに含んでいる、請求項３０３記載の方法。
  306. 【請求項３０６】 第１のチャネルと第２のチャネルに沿って少なくとも１
    種のポリマーを移動させるステップが、第１のチャネルの第１の末端に圧力ヘッ
    ドを設けるか、第２のチャネルの第４の末端に真空機を設けるか、またはこれら
    の組合せによって実施される、請求項３０３記載の方法。
  307. 【請求項３０７】 第１のチャネルの第１の末端にシリンジポンプを連結す
    ることにより圧力ヘッドを設ける、請求項３０２または３０６記載の方法。
  308. 【請求項３０８】 液体サンプル中の、長さがＬに相当するかLより長い少
    なくとも１種のポリマーを引き伸ばす方法であって： 伸長構造に沿って上記の少なくとも１種のポリマーを移動させることを含み、
    ここで、該伸長構造は、第1の末端と、第2の末端と、第1の末端と第2の末端との
    間に千鳥に配列された複数の柱とを有する第１のチャネルと、第3の末端と第４
    の末端を有し、第3の末端から第4の末端までに幅が減少している第２のチャネル
    とを含んでおり、第１のチャネルの上記複数の柱のそれぞれは第２の末端から距
    離Ｌの位置にあり、第３の末端が第２の末端で第１のチャネルと連結しており、
    長さがＬに相当するかLより長いポリマーは引き伸ばされ、長さがＬより短いポ
    リマーは引き伸ばされないことを特徴とする、上記方法。
  309. 【請求項３０９】 少なくとも１種のポリマーを伸長構造に送達するステッ
    プをさらに含む、請求項３０８記載の方法。
  310. 【請求項３１０】 第１のチャネルと第２のチャネルに沿って少なくとも１
    種のポリマーを移動させるステップが、第１のチャネルの第１の末端に圧力ヘッ
    ドを設けるか、第２のチャネルの第４の末端に真空機を設けるか、またはこれら
    の組合せによって実施される、請求項３０８記載の方法。
  311. 【請求項３１１】 液体サンプル中の長さが様々な複数のポリマーを引き伸
    ばす方法であって： 伸長構造に沿って上記の複数のポリマーを移動させることを含み、該伸長構造
    が、 (a) 第１の末端と第２の末端を有する第１のチャネル； (b) 第３の末端と第４の末端を有し、第３の末端が第２の末端で第１のチャ
    ネルに連結しており、第３の末端から第４の末端までに幅が減少している、第２
    のチャネル；および (c) 第１のチャネルと第２のチャネルの中に千鳥に配列された複数の柱； を含んでいる、上記方法。
  312. 【請求項３１２】 複数のポリマーを伸長構造に送達するステップをさらに
    含む、請求項３１１記載の方法。
  313. 【請求項３１３】 第１のチャネルおよび第２のチャネルに沿って複数のポ
    リマーを移動させるステップが、第１のチャネルの第１の末端に圧力ヘッドを設
    けるか、第２のチャネルの第４の末端に真空機を設けるか、またはこれらの組合
    せによって実施される、請求項３１１記載の方法。
  314. 【請求項３１４】 第１のチャネルの第１の末端にシリンジポンプを連結す
    ることにより圧力ヘッドを設ける、請求項３１０または３１３記載の方法。
  315. 【請求項３１５】 少なくとも１種のポリマーを引き伸ばす方法であって、 伸長構造に沿って少なくとも１種のポリマーを移動させることを含み、該伸長
    構造が、 (a) 第1の末端と、第2の末端と、第1の末端と第2の末端の間に少なくとも12
    〜15列からなる千鳥に配列された複数の柱とを有し、この複数の柱は第2の末端
    で終結しており、その複数の柱のそれぞれが1μm2〜25μm2の範囲内の断面積を
    有している、幅が10μmであり深さが1μmである第1のチャネル；および (b) 第3の末端と第4の末端を有し、該第3の末端が第2の末端で第1のチャネル
    に連結しており、幅が1/x2（この場合のxは第2のチャネルの長さ方向の距離であ
    る）の割合で第3の末端から第4の末端までに減少し、その幅全体が10μmから1μ
    mに減少しており、第3の末端に第2のチャネルの深さが0.25μm2に減少する1つの
    段差を有する、長さが5μmである第2のチャネル； を含んでいる、上記方法。
  316. 【請求項３１６】 ポリマーを移動させるステップの前に、ポリマーを伸長
    構造に送達するステップを、さらに含む、請求項３１５記載の方法。
  317. 【請求項３１７】 テーパーチャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを
    移動させるステップが、毛管現象により達成される、請求項１４３または１４４
    記載の方法。
  318. 【請求項３１８】 テーパーチャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを
    移動させるステップが、テーパーチャネルに沿って濃度勾配を設けることによっ
    て達成される、請求項１４３または１４４記載の方法。
  319. 【請求項３１９】 テーパーチャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを
    移動させるステップが、テーパーチャネルの第１の末端に圧力ヘッドを設けるこ
    とによって達成される、請求項１４３または１４４記載の方法。
  320. 【請求項３２０】 テーパーチャネルの第１の末端にシリンジポンプを連結
    することにより圧力ヘッドを設ける、請求項３１９記載の方法。
  321. 【請求項３２１】 伸長構造が、テーパーチャネルに連結されたバイパスチ
    ャネルをさらに含む、請求項３２０記載の方法。
  322. 【請求項３２２】 テーパーチャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを
    移動させるステップが、テーパーチャネルの第２の末端で圧力の低下を設けるこ
    とによって達成される、請求項１４３または１４４記載の方法。
  323. 【請求項３２３】 テーパーチャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを
    移動させるステップが、テーパーチャネルに沿って温度勾配を設けることによっ
    て達成される、請求項１４３または１４４記載の方法。
  324. 【請求項３２４】 少なくとも１種のポリマーが電荷を帯びたポリマーを含
    んでおり、テーパーチャネルに沿って少なくとも１種のポリマーを移動させるス
    テップが、テーパーチャネルに沿って電場を設けることによって達成される、請
    求項１４３または１４４記載の方法。
  325. 【請求項３２５】 電場の強度が1000〜2000V/mの範囲内である、請求項３
    ２４記載の方法。
  326. 【請求項３２６】 溶液内にある、逆の電荷を帯びている２つの電極によっ
    て電場を設ける、請求項３２４記載の方法。
  327. 【請求項３２７】 溶液内に存在する多数の電極によって電場を設ける、請
    求項３２４記載の方法。
  328. 【請求項３２８】 チャネルに少なくとも１つの検出ゾーンをさらに含む、
    請求項１、１０、１１、１６、１７、２７、４３、６０、６２、６３、７０、７
    ５、８３、８９、９６または１０５記載の統合型装置。
  329. 【請求項３２９】 中央のチャネルに少なくとも１つの検出ゾーンをさらに
    含む、請求２８、４０、４１、４２または１１２記載の統合型装置。
  330. 【請求項３３０】 第２のチャネルに少なくとも１つの検出ゾーンをさらに
    含む、請求項１２４記載の統合型装置。
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Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005024431A1 (ja) * 2003-09-02 2005-03-17 Nec Corporation 生体分子の解析方法およびこれを用いた生体分子の同定方法
JP2006522940A (ja) * 2003-04-10 2006-10-05 ユー．エス． ジェノミクス， インコーポレイテッド マイクロチャネルにおけるポリマーの操作
JP2008500029A (ja) * 2004-05-13 2008-01-10 ゴエル， アニタ ナノ−ｐｃｒ：核酸増幅及び検出のための方法及び装置
WO2008108237A1 (ja) * 2007-03-02 2008-09-12 Seishin Enterprise Co., Ltd. フローセル及びそれを備えた粒子形状分析装置
JP2009521688A (ja) * 2005-12-23 2009-06-04 ナノストリング テクノロジーズ，インコーポレーテッド 配向され、固定化された巨大分子を含む組成物とその製造法
JP2010510476A (ja) * 2006-07-19 2010-04-02 バイオナノマトリックス、インク． ナノノズル装置アレイ：その作製および高分子分析における利用
JP2010522569A (ja) * 2007-03-28 2010-07-08 バイオナノマトリックス、インク． ナノチャネルアレイを用いた巨大分子解析方法
US8367424B2 (en) 2007-10-15 2013-02-05 Rohm Co., Ltd. Microchip and method of using the same
JP2013217946A (ja) * 2007-06-07 2013-10-24 Technion Research & Development Foundation Ltd 粒子を集束するための方法及び装置
JP2014173934A (ja) * 2013-03-07 2014-09-22 Toshiba Corp 半導体マイクロ分析チップ及びその製造方法
JP2015508889A (ja) * 2012-02-10 2015-03-23 ザ ユニバーシティ オブ ノース カロライナ アット チャペル ヒルＴｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ Ａｔ Ｃｈａｐｅｌ Ｈｉｌｌ 流体ナノファンネルを有する装置、関連する方法、製造及び解析システム
US9181578B2 (en) 2008-11-18 2015-11-10 Bionano Genomics, Inc. Polynucleotide mapping and sequencing
US9536041B2 (en) 2008-06-30 2017-01-03 Bionano Genomics, Inc. Methods and devices for single-molecule whole genome analysis
JP2017509899A (ja) * 2014-01-24 2017-04-06 クオンタムバイオシステムズ株式会社 生体分子配列決定装置、システムおよび方法
US9862984B2 (en) 2006-04-21 2018-01-09 Nanobiosym, Inc. Single-molecule platform for drug discovery: methods and apparatuses for drug discovery, including discovery of anticancer and antiviral agents
US10413903B2 (en) 2014-05-08 2019-09-17 Osaka University Devices, systems and methods for linearization of polymers
US10438811B1 (en) 2014-04-15 2019-10-08 Quantum Biosystems Inc. Methods for forming nano-gap electrodes for use in nanosensors
US10466228B2 (en) 2013-10-16 2019-11-05 Quantum Biosystems Inc. Nano-gap electrode pair and method of manufacturing same
US10557167B2 (en) 2013-09-18 2020-02-11 Quantum Biosystems Inc. Biomolecule sequencing devices, systems and methods
US10876159B2 (en) 2010-03-03 2020-12-29 Quantum Biosystems Inc. Method and device for identifying nucleotide, and method and device for determining nucleotide sequence of polynucleotide
US10933417B2 (en) 2013-03-15 2021-03-02 Nanobiosym, Inc. Systems and methods for mobile device analysis of nucleic acids and proteins

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7056661B2 (en) 1999-05-19 2006-06-06 Cornell Research Foundation, Inc. Method for sequencing nucleic acid molecules
US6927065B2 (en) 1999-08-13 2005-08-09 U.S. Genomics, Inc. Methods and apparatus for characterization of single polymers
AU2002227156A1 (en) 2000-12-01 2002-06-11 Visigen Biotechnologies, Inc. Enzymatic nucleic acid synthesis: compositions and methods for altering monomer incorporation fidelity
EP1370690B1 (en) 2001-03-16 2012-03-14 Kalim Mir Arrays and methods of use
US8423294B2 (en) 2001-09-18 2013-04-16 Pathogenetix, Inc. High resolution linear analysis of polymers
GB0125436D0 (en) * 2001-10-23 2001-12-12 Deltadot Ltd Analysis of temperature-dependent molecular configurations
US7217562B2 (en) * 2002-04-16 2007-05-15 Princeton University Gradient structures interfacing microfluidics and nanofluidics, methods for fabrication and uses thereof
AU2003238796A1 (en) 2002-05-28 2003-12-12 U.S. Genomics, Inc. Methods and apparati using single polymer analysis
US7282330B2 (en) 2002-05-28 2007-10-16 U.S. Genomics, Inc. Methods and apparati using single polymer analysis
US20040053399A1 (en) * 2002-07-17 2004-03-18 Rudolf Gilmanshin Methods and compositions for analyzing polymers using chimeric tags
US7595160B2 (en) 2004-01-13 2009-09-29 U.S. Genomics, Inc. Analyte detection using barcoded polymers
US7977048B2 (en) 2004-01-13 2011-07-12 Pathogenetix, Inc. Detection and quantification of analytes in solution using polymers
ZA200609413B (en) * 2004-05-13 2008-09-25 Goel Anita Nano-PCR: Methods and devices for nucleic acid amplification and detection
US7170050B2 (en) 2004-09-17 2007-01-30 Pacific Biosciences Of California, Inc. Apparatus and methods for optical analysis of molecules
US7312029B1 (en) * 2006-06-30 2007-12-25 Searete Llc Method of combing an elongated molecule
BRPI0909212A2 (pt) 2008-03-28 2015-08-18 Pacific Biosciences California Composições e método para sequeciamento de ácido nucléico
EP2296813A2 (en) 2008-06-06 2011-03-23 Bionanomatrix, Inc. Integrated nanofluidic analysis devices, fabrication methods and analysis techniques
GB201111237D0 (en) * 2011-06-30 2011-08-17 Isis Innovation Nanochip
US11053535B2 (en) 2011-09-12 2021-07-06 The University Of North Carolina At Chapel Hill Devices with a fluid transport nanochannel intersected by a fluid sensing nanochannel and related methods
EP2570488A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-20 Centre National de la Recherche Scientifique (C.N.R.S) Method for longitudinal macromolecule spreading and method for analyzing macromolecules
WO2013132761A1 (ja) * 2012-03-05 2013-09-12 パナソニック株式会社 センサデバイス
WO2013158860A1 (en) * 2012-04-18 2013-10-24 Pathogenetix, Inc. Devices and methods for nucleic acid preparation and analysis
EP2887058B1 (en) 2012-08-17 2017-11-29 Quantum Biosystems Inc. Sample analysis method
JP6510984B2 (ja) 2013-02-28 2019-05-08 ザ ユニバーシティ オブ ノース カロライナ アット チャペル ヒルＴｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ Ａｔ Ｃｈａｐｅｌ Ｈｉｌｌ 巨大分子の制御される捕捉、捕獲、及び輸送の為の統合された構成要素を有するナノ流体の装置、及び関連する分析方法
KR20150130314A (ko) 2013-03-13 2015-11-23 더 유니버시티 오브 노쓰 캐롤라이나 엣 채플 힐 전체 게놈의 신속한 맵핑을 위한 나노유체 장치 및 관련 시스템 및 분석 방법
CN104368250B (zh) * 2013-08-13 2017-12-22 北京慧荣和科技有限公司 气体或气溶胶混合或稀释装置
WO2016182811A1 (en) 2015-05-11 2016-11-17 The University Of North Carolina At Chapel Hill Fluidic devices with nanoscale manifolds for molecular transport, related systems and methods of analysis
CN111433302B (zh) 2017-11-30 2022-06-14 艾仕得涂料系统有限责任公司 利用高转移效率施涂器施加的涂料组合物及其方法和系统
WO2020124263A1 (en) * 2018-12-21 2020-06-25 Nanorial Technologies Ltd. Apparatus, methods, and systems for mixing, dispersing substances
CN112473418B (zh) * 2020-11-06 2021-07-02 中国石油大学(北京) 一种连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置及其应用
CN113617402A (zh) * 2021-07-07 2021-11-09 福建农林大学 产生剪切和拉伸组合流场的微流芯片、装置及其应用方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3123249B2 (ja) * 1991-09-10 2001-01-09 株式会社日立製作所 Ｄｎａ分子の長さ計測方法および計測装置
US5538898A (en) * 1995-03-16 1996-07-23 International Business Machines Corporation Method suitable for identifying a code sequence of a biomolecule
US5846832A (en) * 1995-09-20 1998-12-08 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Apparatus and method for shear breakage of polynucleotides
JP2001515216A (ja) * 1997-08-13 2001-09-18 シーフィード 流体試料を操作するための微小構造体
WO2000009757A1 (en) * 1998-08-13 2000-02-24 U.S. Genomics, Inc. Optically characterizing polymers

Cited By (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006522940A (ja) * 2003-04-10 2006-10-05 ユー．エス． ジェノミクス， インコーポレイテッド マイクロチャネルにおけるポリマーの操作
WO2005024431A1 (ja) * 2003-09-02 2005-03-17 Nec Corporation 生体分子の解析方法およびこれを用いた生体分子の同定方法
JP2008500029A (ja) * 2004-05-13 2008-01-10 ゴエル， アニタ ナノ−ｐｃｒ：核酸増幅及び検出のための方法及び装置
US8632973B2 (en) 2004-05-13 2014-01-21 Nanobiosym, Inc. Nano-PCR: methods and devices for nucleic acid amplification and detection
JP2009521688A (ja) * 2005-12-23 2009-06-04 ナノストリング テクノロジーズ，インコーポレーテッド 配向され、固定化された巨大分子を含む組成物とその製造法
US9862984B2 (en) 2006-04-21 2018-01-09 Nanobiosym, Inc. Single-molecule platform for drug discovery: methods and apparatuses for drug discovery, including discovery of anticancer and antiviral agents
US11807892B2 (en) 2006-04-21 2023-11-07 Nanobiosym, Inc. Single-molecule platform for drug discovery: methods and apparatuses for drug discovery, including discovery of anticancer and antiviral agents
JP2014158493A (ja) * 2006-07-19 2014-09-04 Bionanomatrix Llc ナノノズル装置アレイ：その作製および高分子分析における利用
JP2010510476A (ja) * 2006-07-19 2010-04-02 バイオナノマトリックス、インク． ナノノズル装置アレイ：その作製および高分子分析における利用
US9845238B2 (en) 2006-07-19 2017-12-19 Bionano Genomics, Inc. Nanonozzle device arrays: their preparation and use for macromolecular analysis
US11529630B2 (en) 2006-07-19 2022-12-20 Bionano Genomics, Inc. Nanonozzle device arrays: their preparation and use for macromolecular analysis
US9061901B2 (en) 2006-07-19 2015-06-23 Bionano Genomics, Inc. Nanonozzle device arrays: their preparation and use for macromolecular analysis
JPWO2008108237A1 (ja) * 2007-03-02 2010-06-10 株式会社セイシン企業 フローセル及びそれを備えた粒子形状分析装置
WO2008108237A1 (ja) * 2007-03-02 2008-09-12 Seishin Enterprise Co., Ltd. フローセル及びそれを備えた粒子形状分析装置
JP2014097058A (ja) * 2007-03-28 2014-05-29 Bionanomatrix Llc ナノチャネルアレイを用いた巨大分子解析方法
US9310376B2 (en) 2007-03-28 2016-04-12 Bionano Genomics, Inc. Methods of macromolecular analysis using nanochannel arrays
JP2010522569A (ja) * 2007-03-28 2010-07-08 バイオナノマトリックス、インク． ナノチャネルアレイを用いた巨大分子解析方法
US10000804B2 (en) 2007-03-28 2018-06-19 Bionano Genomics, Inc. Methods of macromolecular analysis using nanochannel arrays
JP2013217946A (ja) * 2007-06-07 2013-10-24 Technion Research & Development Foundation Ltd 粒子を集束するための方法及び装置
US8367424B2 (en) 2007-10-15 2013-02-05 Rohm Co., Ltd. Microchip and method of using the same
US11939627B2 (en) 2008-06-30 2024-03-26 Bionano Genomics, Inc. Methods and devices for single-molecule whole genome analysis
US9536041B2 (en) 2008-06-30 2017-01-03 Bionano Genomics, Inc. Methods and devices for single-molecule whole genome analysis
US10435739B2 (en) 2008-06-30 2019-10-08 Bionano Genomics, Inc. Methods and devices for single-molecule whole genome analysis
US10995364B2 (en) 2008-06-30 2021-05-04 Bionano Genomics, Inc. Methods and devices for single-molecule whole genome analysis
US9181578B2 (en) 2008-11-18 2015-11-10 Bionano Genomics, Inc. Polynucleotide mapping and sequencing
US10000803B2 (en) 2008-11-18 2018-06-19 Bionano Genomics, Inc. Polynucleotide mapping and sequencing
US10876159B2 (en) 2010-03-03 2020-12-29 Quantum Biosystems Inc. Method and device for identifying nucleotide, and method and device for determining nucleotide sequence of polynucleotide
JP2015508889A (ja) * 2012-02-10 2015-03-23 ザ ユニバーシティ オブ ノース カロライナ アット チャペル ヒルＴｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ Ａｔ Ｃｈａｐｅｌ Ｈｉｌｌ 流体ナノファンネルを有する装置、関連する方法、製造及び解析システム
JP2014173934A (ja) * 2013-03-07 2014-09-22 Toshiba Corp 半導体マイクロ分析チップ及びその製造方法
US10933417B2 (en) 2013-03-15 2021-03-02 Nanobiosym, Inc. Systems and methods for mobile device analysis of nucleic acids and proteins
US10557167B2 (en) 2013-09-18 2020-02-11 Quantum Biosystems Inc. Biomolecule sequencing devices, systems and methods
US10466228B2 (en) 2013-10-16 2019-11-05 Quantum Biosystems Inc. Nano-gap electrode pair and method of manufacturing same
JP2017509899A (ja) * 2014-01-24 2017-04-06 クオンタムバイオシステムズ株式会社 生体分子配列決定装置、システムおよび方法
US10438811B1 (en) 2014-04-15 2019-10-08 Quantum Biosystems Inc. Methods for forming nano-gap electrodes for use in nanosensors
US10413903B2 (en) 2014-05-08 2019-09-17 Osaka University Devices, systems and methods for linearization of polymers

Also Published As

Publication number Publication date
EP1210578A4 (en) 2007-02-21
IL148088A0 (en) 2002-09-12
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WO2001013088A1 (en) 2001-02-22
CA2381361A1 (en) 2001-02-22
AU6771100A (en) 2001-03-13
CN1379857A (zh) 2002-11-13

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