JP2009501628A - 粒子の操作及び/又は検出のための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下において、用語「粒子」は、細胞(セル)、細胞以下の要素、ウイルス、リポソーム、ニオソーム、ミクロスフェア、およびナノスフェア、または、例えば高分子、タンパク質、DNA、RNAなどの更に小さい実体、および、懸濁媒体と混和できない液滴、例えば水中の油または油中の水、あるいは、ガス中の液滴(空気中の水など)あるいは液体中の気泡(水中の空気など)などの天然のものまたは人工のもののミクロレベルまたはナノレベルの実体を示すために使用される。
1.多数の粒子を含有するサンプルからの所与の粒子の分離からなる選択、
2.初めの順序とは異なる順序での粒子の配置からなる並び換え、
3.2つ以上の粒子を選択し、これらの粒子を接触させるため或いはこれらの粒子を融合させるため或いはこれらの粒子を他の粒子中に含ませるために、これらの粒子が互いに押し付けられるまでこれらの粒子を互いに近付ける融合、
4.最初に互いに接触していた粒子を分離することからなる分離。
1.個々の粒子の計数すなわち定量化、
2.識別及び/又は特徴付け、
3.測位。
基板上に形成された電極(EL)の配列により既知の技術にしたがって粒子を移動させるための力を生成する方法は様々に存在する。一般に、マイクロチャンバを画定する電極であってもよいカバー(LID)が使用され、マイクロチャンバ内では粒子(BEAD)が一般に液体懸濁状態にある。様々な力における幾つかの方式が図1に示されている。DEPの場合、印加電圧は、加算(+)の記号で示された同相周期電圧(Vphip)および減算(−)の記号で示された位相が反対の周期電圧(Vphin)である。「位相が反対の電圧」とは、位相が180°ずれた電圧を意味する。場は、平衡点(CAGE)に向けて引き付けられる粒子に作用する力を生成する。マイナスDEP(NDEP)の場合には、カバー(LID)が導電電極であれば、既知の技術にしたがって力の閉じられたケージを得ることができる(図1a)。この場合、隣接する電極が反対位相Vphip(+)に接続され且つカバー(LID)が位相Vphin(−)に接続されていれば、Vphin(−)に接続された各電極で平衡点(CAGE)が得られる。前記平衡点(CAGE)は、通常、電極から距離を隔てた液体中に設定され、それにより、粒子(BEAD)が浮遊した安定状態となる。プラスDEP(PDEP)の場合、平衡点(CAGE)は、通常、電極が形成される表面に位置され(図1b)、また、粒子(BEAD)は、表面と接触した安定状態にある。PDEPにおいては、カバー内に更なる電極を有している必要はない。これは、PDEPの平衡点が電場の最大値に対応しているからである。懸濁媒体中に混合できず且つこれよりも重い液滴(例えば、油中の水)によって形成される粒子を操作するために、誘電体層(D)および疎水性層(HPB)によりコーティングされた電極(EL)を有する基板(SUB)によって得られるマイナス誘電泳動(NDEPDR)を有利に使用することができる(図1c)。電極の配列は、反対の極性を有する電極に向けて荷電粒子を引き付けるべく電気泳動のために使用できる。EHD動作において、電極の形態は、流れの最小点へ向けて粒子を押し出す力を生成する。EWOD(図1d)の場合には、誘電体でコーティングされた電極を含むカバー(LID)が一般に使用され、電極の配列は、粒子(一般的には、空気中の液滴)を引き付けることが望ましいポイントでカバーに対して反対の位相の信号によって給電される。その代わり、粒子が存在してはならない電極は浮いた状態のままである。EWODにおいて、電極の配列の上の空気中の液滴を操作する際には、一連のワイヤ(図1e)をカバーの代わりとして使用することもできる。
マイナス誘電泳動の力における安定平衡点を生成するためには、既知の技術にしたがって、カバー(LID)と同位相の信号(Vphin)によって給電される第1の電極(EL)と、第1の電極を完全に取り囲み且つ反対の位相の信号(Vphip)によって給電される1つ以上の電極(L1)とを利用可能にすれば十分である。この構成(図2aに示されている)は、マイナス誘電泳動の力における安定平衡点(CAGE)に対応する電場における最小のものを生成する。前記平衡点は、図2bに示される電極(L1)のこの第1の配列に印加される信号の位相を逆にする場合に失われる。電極の第2の配列(L2)を利用可能にして、第2の配列(L2)に属する各電極が第1の配列(L1)に属する1つの電極を取り囲むようにすれば、電極の第1の配列(L1)および電極の第2の配列(L2)に対して印加される信号の両方の位相を逆にすると、平衡点が失われる。これは、図2fに示されるように、他の全てのケースにおいて、ケージが、印加電圧によって決まる寸法および形状を有する場合があるからである。特に、図2cおよび図2dにおいて、我々は2つの同じケージを有しており、一方、図2eにおいて、我々は、更に大きい寸法を有するが同じ位置に中心付けられる1つのケージを有している。その結果、それぞれが1つの電極(EL)とそれを取り囲む1つ以上の電極配列(L1,L2)とからなる多数のブロック(BLOCK_i,j)を考慮する場合、2つの一般的な隣接ブロックの電極L1およびL2に対して印加される電圧の形態にしたがって以下の状況が生じ得ることが分かる。
・その力の場の形態をF_iを用いて示す、各ブロックにおける別個の安定平衡点
・その力の場の形態をF_iiを用いて示す、2つのブロックによって共有されるちょうど1つの安定平衡点
本発明に係る方法の一実施形態が図3に示されている。電極の一般的なグループの均一配列(BLOCK_i,j)は、それぞれが単一の粒子(BEAD)または粒子群を取り込むことができる安定平衡点(CAGE_i,j)によって規定される引力ケージの配列を与える。配列(BLOCK_i,j)の各要素(またはブロック)は、行および列をそれぞれ成す配列状態で分配される電圧の2つのグループ(Vrow_i[p],Vcol_j[q],p=1…u,q=1…v)に対して電気的に接続されるとともに、同じ行または列を共有するブロックに対して電気的に接続される。行信号の総数がuによって表わされ、一方、列信号の総数がvによって表わされる。
1.各引力ケージが閉じられて他の全ての引力ケージから識別可能となるように配列の信号に印加される電位の形態が常に存在する。
2.隣接ブロックの各対毎に、ブロックの対の引力の領域を単にもっぱら結合することができるように対への入力信号に印加されるべき電位の形態が常に存在する。
3.隣接ブロックの各対毎に、2つの引力ケージのうちの一方だけが一杯になる場合に1つの位置から隣接する位置へと取り込まれる粒子を移動させることができるように対への入力信号に印加されるべき一連の電位が常に存在する。
4.隣接ブロックの各対毎に、両方の引力ケージが一杯になる場合に両方の粒子を同じ位置へと移動させることができるように対への入力信号に印加されるべき一連の電位が常に存在する。
1.第1のブロックおよび第2のブロックが同じ行または列内にない場合或いは隣接する行および列内にない場合には、第1のブロックの行および第2のブロックの列に対応し或いは隣接するブロック内、または、第1のブロックの列および第2のブロックの行に対応し或いは隣接するブロック内に粒子が存在しなければ、方向およびベクトルの向きとは無関係に2つのブロック内に取り込まれた粒子を同時に操作することができる。
2.2つのブロックが同じ列上にあるが少なくとも3行の距離を隔てて離れている場合には、これらのブロックをベクトルの向きとは無関係に同時に垂直方向に操作することができる。
3.2つのブロックが同じ列上にあるが少なくとも2行の距離を隔てて離れている場合、ベクトルの向きが同じであれば、これらのブロックを同時に水平方向に操作することができる。
4.2つのブロックが同じ行上にあるが少なくとも3列の距離を隔てて離れている場合には、これらのブロックをベクトルの向きとは無関係に同時に水平方向に操作することができる。
5.2つのブロックが同じ行上にあるが少なくとも2列の距離を隔てて離れている場合、ベクトルの向きが同じであれば、これらのブロックを同時に垂直方向に操作することができる。
1.選択されるべき各粒子の位置の右側に隣接する列(選択列)内に垂直仮想チャンネル(ルーティング列)が形成され、それにより、これらのチャンネルが、更に右の列(ダンプ列または廃棄列)に移動される想定し得る粒子から解放される。
2.回収マイクロチャンバのゲートに1つの水平仮想チャンネル(ルーティング行)が形成され、それにより、列に関して行なわれたと同様に、このチャンネルが粒子から解放される。
3.各粒子に隣接するルーティング列上の回収されるべき全ての粒子が移動される。
4.ルーティング行から最も離れた回収されるべき粒子の列指標が、論理セットshifting−cols内に挿入される。
5.ルーティング行から最も離れた回収されるべき粒子の行指標がshifting−row指標として規定される。
6.セットshifting−colsおよび行shifting−rowに属する列内のケージは、ルーティング行へ向かって1ステップだけ下側に移動される。
7.指標shifting−rowがインクリメントされる。
8.新たな行shifting−rowが回収されるべき粒子を含んでいる場合には、この新たな粒子の列指標がセットshifting−cols内に挿入される。
9.新たな行shifting−rowがルーティング行に対応する指標よりも低い指標を有している場合には、手続きがステップ6へ戻る。
4’.ルーティング行から最も離れている行から始まって、全てのルーティング列のケージは、それらが粒子を含んでいるか否かにかかわらず、同時に段階的に下側に(すなわち、ルーティング行へ向けて)移動される。このようにして、全ての粒子は、(行の数に等しいステップの数に対応する)全配列の走査の最後に、ルーティング行へと移動される。
10.ルーティング行の全ては、全ての粒子が回収マイクロチャンバと通信するゲートを通り過ぎるまで、右へとシフトされる。
11.回収マイクロチャンバ内の粒子がチップから流される。
また、本発明の対象は、前述した方法にしたがって個々の粒子の操作に必要な場形態を得るための装置でもある。非限定的な例として、トランジスタを伴わない基板の使用およびメモリ素子の使用の両方に基づいて可能な実施形態が与えられる。
図4および図5はそれぞれ、本発明に係る装置の第1の実施形態の断面図および平面図である。電極のグループの均一配列(BLOCK_i,j)は、サイズn×mの配列を形成する。各ブロック(BLOCK_i,j)は、図5に示される行および列の状態で、配列全体に共通の信号(Vcore)に接続される中心電極(EL_i,j)と、配列内に分配された2つの異なる電圧(Vrow_i,Vcol_j)にそれぞれ接続される2つの同心電極(ring_i,j_1,ring_i,j_2)とによって構成される。更なる信号(Vlid)は、単一の電極(ITO)(図4にだけ示される)によって構成されるカバー(LID)に対して接続される。その結果、デバイスは、それぞれが単一の粒子(BEAD)または粒子群を取り込むことができるn×m個の引力ケージの制御のために、全体としてn+m+1+1個の信号を必要とする。正方形配列(n=m)は、n×m配列を構成するブロックの数に対して、制御信号の数を最小にすることは言うまでもない。
図11は、本発明に係る装置の異なる実施形態の平面図である。この場合、各行毎に4つの信号が使用され、また、各列毎に4つの信号が使用されるとともに、全てのブロックに共通のグローバル信号Vcore(ここでは、列によって分配される)および信号Vlidが使用される。各ブロックの外部および内部リング電極は、2つに分けられ、すなわち、垂直および垂直にそれぞれ分けられる。あるいは、各ブロックの電極に対して、4つの行信号のうちのちょうど2つと、4つの列信号のうちのちょうど2つとが接続される。行信号および列信号は、通常、全てがVphipに対して接続されるとともに、各ブロック毎に引力ケージ(CAGE_i,j)を伴う場形態(F_i)を生成する。行および列によって制御信号の中から適切に選択された7つの信号をVphipに対して接続することにより、2つの隣接するブロックの引力ケージを結合する第2の形態(F_ii)を生成することができる。したがって、図12に示されるように、単に場形態(F_ii)を印加した後に最初の場形態(F_i)を再び印加することにより、近くのケージ内に取り込まれた他の粒子の位置を変えることなく、粒子(BEAD)を右(R)、左(L)、下(D)または上(U)へと移動することができる。
図13は、本発明に係る装置の更なる実施形態の平面図である。ブロックの均一配列(BLOCK_i,j)は、サイズn×mの配列を形成する。各ブロック(BLOCK_i,j)は、配列全体に共通の信号(Vcore)に接続される中心電極(EL_i,j)と、列(Venable_j)にしたがって配列内に分配される信号に接続されるL形状電極(elle_j)と、行にしたがって配列内に分配され且つ電極elle_jの(中心電極に対して)外側に径方向に配置された2つの異なる電圧(Vrow_i[x],Vrow_i[y])に接続される2つの電極、すなわち、垂直セグメント(wallx_i)の形態を成す一方の電極および水平セグメント(wally_i)の形態を成す他方の電極とから形成される。更なる信号(Vlid)は、単一の電極(ITO)によって構成されるカバー(LID)に対して接続される。その結果、デバイスは、それぞれが単一の粒子(BEAD)または粒子群を取り込むことができるn×m個の引力ケージの制御のために、全体としてn+2m+1+1個の信号を必要とする。長方形配列(n=2m)が、配列(n×m)を構成するブロックの数に対して、制御信号の数を最小にすることは言うまでもない。
本発明に係る方法の更なる実施形態は、各ブロック(BLOCK_i,j)が行および列の状態で配列中に分配された信号の2つのグループ(Vrow_i[p],Vcol_j[q])に対してそれぞれ電気的に接続される引力ケージ(CAGE_i,j)の配列を使用する。これらの信号の一部は、ケージ(CAGE)の形成に必要な電圧(Vphin,Vphip)の分配のために使用され、一方、他の部分は、電極に対して印加されるべき位相の制御のために使用されるデジタル信号である。この場合、安定平衡の点(CAGE_i,j)の位置は、引力ケージが分離状態か或いは隣接ケージに接続されているかどうかを各ブロック毎に決定する電子回路によって制御される。
本発明の対象は、前述した方法にしたがって個々の粒子の操作に必要な場形態を生成するための装置でもある。一例として、可能な実施形態は能動基板の使用に基づいているが、既知の技術で報告されているものとは異なり、各ブロックはメモリ素子を伴っていない。
本発明に係る方法の更なる実施形態が図20に概略的に示されている。この方法は、粒子を安定的に取り込むという機能を有するブロック(BLOCK_i,j)内に位置された粒子に作用する力(F)に関して静的である一組の安定平衡点と、水平方向(HRCH1−HRCHM)または垂直方向(VRCH1−VRCHN)にレーンに沿って移動する一組の安定平衡点とを使用する。これらの各ブロック(BLOCK_i,j)は、粒子を取り込み或いはレーンに沿って移動する安定平衡点のうちの1つの引力の領域内に粒子を押し込むように構成することができる。これは、本発明に係る前述した方法のうちの1つを利用して、例えば、ブロックの安定平衡点のうちの1つをレーンの安定平衡点のうちの1つに対して結び付けることにより得ることができる。結果として、サンプル中に存在する各粒子を当該ブロック内に留めておくことができ或いは1つ以上のレーンを利用して最も都合の良い方向で1つのブロックから他の任意のブロックへと移動させることができることは言うまでもない。粒子は実際には動作時に1つのレーン内に入ることができ、また、同様に、粒子は、これらのレーンから出て新たなレーン内に入り或いは動きの方向を変えて新たなレーンに移動することができる。本発明に係る方法を利用して各粒子を1つのブロックから任意の他のブロックへ送ることができることは当業者にとって自明である。この技術の利点は、後述する装置で示されるように配列全体の制御にあてられる信号の総数の減少にある。同様に、図21は、水平経路の数が減少された方法の第2の実施形態を示している。この場合も、単一の水平経路(HRCH1)を利用して各粒子を1つのブロックから任意の他のブロックへ送ることができることは言うまでもない。この技術は、必要とされる信号の数の更なる減少を可能にするとともに、ケージを与えるのに役立つ表面を増大する。本発明の範囲を決して限定しない例として、図22は、本方法の想定し得る適用を示している。マイクロチャンバ(CHW)内には、前述した機能を有するブロック(BLOCK_i,j)の配列が存在する。マイクロチャンバは配列を2つの部分に分ける。すなわち、一方の部分(MCH)は、処理されるべきサンプルの格納のために設けられ、他方の部分(RCH)は、処理されたサンプルの格納のために設けられている。例えば、この方式は、第1のマイクロチャンバ(MCH)内に保持された1つの粒子だけを選択してそれを第2のマイクロチャンバ(RCH)から回収するために使用することができる。各ブロック(BLOCK_i,j)は垂直通路(VRCHJ)に対して機能的に接続されており、その垂直通路の移動方向およびベクトルの向きは、全配列内で一貫しているとともに、単一の水平通路(HRCH1)をもって終わる。前記水平通路の移動方向およびベクトルの向きは、運ばれる粒子を第1のマイクロチャンバ(MCH)から第2のマイクロチャンバ(RCH)へと移動させた後に最後の通路(VRCHR)を通じて単一の領域内で蓄積できるように選択される。最初に第1のマイクロチャンバ内に保持されたn×mの中からの粒子の選択は、例えば、その粒子を対応するレーン内へ移動させるとともに、当初は粒子が無い第2のマイクロチャンバ(RCH)内へと粒子を運び込むことによって行なうことができ、選択された粒子は第2のマイクロチャンバから引き出すことができる。
本発明の対象は、パーキングブロックおよびレーンの使用に基づいて前述した方法にしたがって粒子を操作するために必要な場形態を形成する装置でもある。非限定的な例として、受動基板の使用に基づく可能な実施形態が示されており、この場合、各ブロックは、メモリ素子またはトランジスタを何ら伴っていない。
非限定的な例として、能動基板の使用に基づく更なる可能な実施形態が示されており、その場合、トランジスタ及び/又はメモリ素子が使用される。
水平に向けられた通路(HRCH)の電極に給電するために使用される各信号(Vh_1,Vh_2,Vh_3)、および、垂直に向けられた通路(VRCHJ)の電極に給電するために使用される各信号(V1_j,V2_j,V3_j)は、マルチプレクサを形成する電子回路を介して、装置全体に共通の信号(Vphin,Vphip)に対して接続することができる。前記マルチプレクサは、デジタル信号により或いは独立にアドレス可能なメモリ素子を用いてプログラムすることができる。この方式を実施する回路の実施形態は、当業者に知られる任意の方法にしたがって得ることができる。この技術は、装置全体を駆動し及び/又はプログラムするために必要な信号の総数を減らすことができる。
同様に、パーキングセルの電極に給電するために使用される各信号(Vcage_j,Vcol_j,Vrow_i)は、マルチプレクサを形成する電子回路を介して、装置全体に共通の信号(Vphin,Vphip)に対して接続することができる。前記マルチプレクサは、デジタル信号により或いは独立にアドレス可能なメモリ素子を用いてプログラムすることができる。この方式を実施する回路の実施形態は、当業者に知られる任意の方法にしたがって得ることができる。この技術は、装置全体を駆動し及び/又はプログラムするために必要な信号の全体の数を減らすことができる。
本発明に係る方法の更なる実施形態において、平衡点は、「レーン」と称される予め設定された経路に沿って同期して移動するために、グループに制約される。グループ間の交換点により、粒子は、1つのグループから他のグループへと通過することができ、すなわち、レーンを変えることができる。これらの更なる制約にもかかわらず、方法は、任意のケースにおいて、個々の粒子の操作を可能にするとともに、および一連のステップの後、他の全ての粒子の位置を不変状態のままにしつつ、単一の粒子の移動を可能にする。
9個の制御信号を用いた粒子の操作のための装置
図29は、トランジスタの使用を伴わないレーンを用いた粒子の操作のための装置の優先的な実施形態を示している。NCV個の垂直な円形レーンVC_1.VC_NCVはそれぞれ、3つの位相V1、V2、およびV3を用いてNI個のケージ(CAGE)を形成する。
装置の本実施形態は、図30に示されるように第3のレーン(RCONV)を垂直レーンと同期して移動させてその位相V1、V2、およびV3を共有し制約することにより、個々の粒子の分離に関して更に簡略化することができる。しかしながら、この場合には、水平コンベア(HCONV)から第3のコンベア(RCONV)への移動を制御するために位相(THR)が加えられなければならない。したがって、位相の総数が7に減少される。レーンだけの使用を伴うこの装置の制約にもかかわらず、個々の粒子を第1のマイクロチャンバ(MCH)の1つの点から第2のマイクロチャンバ(RCH)の1つの点へ移動させるためのステップの数は、第1の近似として、全ての粒子の独立した移動を可能にする装置のステップの数にほぼ等しいことに留意すべきである。
異なるタイプの粒子を管理するための装置の優先的な実施形態が図31に示されている。この場合、各垂直レーンは、別個のマイクロチャンバ内で得られるとともに、別個の信号によって制御される。例えば、異なる垂直チャンバ内には異なる粒子を注入できる。したがって、異なるタイプの粒子を水平レーン(HCONV)へと順序正しく移動させることができ、あるいは、1つのタイプの粒子を第2のマイクロチャンバからくる第2のタイプの粒子と相互作用させることができる。
通路の電極に給電するために使用される各信号(C_STORE,C_TEMP,VC_i,HCONV,RCONV)は、マルチプレクサを形成する電子回路を介して、装置全体に共通の信号(Vphin,Vphip)に対して接続することができる。前記マルチプレクサは、デジタル信号により或いは独立にアドレス可能なメモリ素子を用いてプログラムすることができる。この方式を実施する回路の実施形態は、当業者に知られる任意の方法にしたがって得ることができる。この技術は、装置全体を駆動し及び/又はプログラムするために必要な信号の総数を減らすことができる。
本発明の更なる実施形態において、既に説明した図29、30、および31の装置で使用される技術と同様の技術にしたがって実施される図23の装置のテクノロジーは、粒子の操作の可能性および回数の最適化を可能にすると同時に必要な数の制御信号の格納を可能にする図32に示される複雑な装置を得るために使用される。図32に示されるものにしたがって、本発明に係るこの装置は、高分子材料からなるダイアフラム(CHW)によって2つのマイクロチャンバ(MCH,RCH)に分けられる。
a.3つの電極からなる1つのグループのそれぞれの反復I_1...I_NIで繰り返し関連付けられる3つの位相V1、V2、およびV3を用いてそれぞれがNI個のケージ(CAGES)を形成する第1の多数の垂直円形レーンおよび第2の多数の垂直円形レーン(「コンベア」としても規定できる)(すなわち、細長いにもかかわらず閉じられたループを形成するレーン)VC1_1.....VC1_NCVおよびVC2_1.....VC2_NCVと、
b.1つ以上のケージの内容物を垂直レーンから第1の水平レーンへと同時に移動させることができるように位相V2+H3でアクティブな垂直レーン(コンベア)とのNCV個の交換点を備える4つの位相H1、H2、H3、およびH4により駆動される第1の水平円形レーンおよび第2の水平円形レーンHCONV_UP、HCONV_DOWN(または、単なる直線状のレーン、すなわち、ループ状ではなく直線状の配列の一部を形成するように電極が配置されるレーン)と、
c.4つの位相AUX1、AUX2、AUX3、およびAUX4によって駆動されるとともに、互いに対応する位置に置かれたコンベアまたは上側水平レーンHCONV_UPとのNCAUX1個の交換点とコンベアまたは下側水平レーンHCONV_DOWNとの同じ数NCAUX2個の交換点とを備える第3の円形水平(または単なる直線状)レーンHCONV_AUXと、
d.完全にプログラム可能な電極のマトリクス配列、例えば、それぞれが特定の専用の位相によって或いは完全にアクティブ型の電極を更に再び使用して独立に制御され且つ当分野で既知のようにそれぞれが使用時に独立にプログラムできる引力ケージのマトリクス配列を形成するためにプログラム可能なメモリ素子およびトランジスタを備える正方形の5×5電極配列と、
e.配列から望ましくない粒子を除去する機能を有する垂直レーンVC1_iおよびVC2_jに関して既に説明したものと略同様の方法で3つの位相により駆動される第1の円形垂直ダンプレーンVCW_UPおよび第2の円形垂直ダンプレーンVCW_DOWNと、
f.配列と反対側のマイクロチャンバ(MCH)の部分に設定される垂直レーンVC1_iおよびVC2_jに関して既に説明したものと略同様の方法で3つの位相によって駆動される垂直レーンVC1_iおよびVC2_jの寸法のほぼ2倍の寸法を有する長い円形垂直ダンプレーンVCW_LONG。
本発明に係る粒子の操作方法のそれぞれに対しては、セル/粒子を区別し、認識し、特徴付け、あるいは、計数するために、均一な配列およびパーキングセル・レーンまたはレーンのみの両方と共に、粒子を検出するための部分を加えることができる。区別または認識は、既知の技術にしたがって異なる方法で得ることができる。
1.与えられた力Fに対して同じ反応挙動を有するがセンサの読み取りに異なる影響を及ぼす異なる粒子/セルを区別/認識する。例えば、透明性の異なる指標を有する粒子は、フォトダイオードの光の強度の読み取りに対して異なる影響を及ぼす。
2.与えられた力Fに対して異なる挙動を有するがセンサに関して同じ挙動を有する粒子/セルを区別/認識する。例えば、異なる寸法の細胞は異なる移動速度を有することができ、そのため、1つのブロック(BLOCK_i,j)から隣接するブロック(BLOCK_i,j+1)へと通過するために使用される時間を監視することによりそれらの粒子を認識することができる。
3.与えられた力Fに対して異なる反応挙動を有し且ついかなる場合でもセンサに関して異なる挙動を有する粒子/セルを区別/認識する。
したがって、粒子の存在を個別化し、定量化し、及び/又は、定性化するために、電極の配列の隣接する要素間に形成される電場上の粒子の存在によって課される摂動を監視することができる。均一配列の場合、測定は、行信号および列信号を運ぶために一般に使用される経路間のインピーダンスの測定により、1つ(またはそれ以上の)粒子の存在及び場合によりその(それらの)特性の存在に関して行なうことができる。
Vout=−Vin×Zr/ZCAGE_ij
本発明によれば、アクチュエータとしてのチップの使用とは無関係に検出装置を設けることもできる。この場合、一般に、検出点の空間分解能を増大させることができ(限界点で、トップメタライゼーションのピッチに等しい分解能を得る)、それにより、個々のセルの分解を可能にするサンプルのインピーダンス計画像を得ることができる。
粒子の検出の更なる可能性は、デバイスの下側での光センサの使用と、透明電極(例えば、インジウムスズ酸化物−ITO)の使用との組み合わせによって構成される。この場合、デバイスが上側から照明されると、デバイスの下側の外部検出アレーに入射する光出力の変化によって粒子が検出される。図44に示されるように、下側に位置する検出シシテムは、例えばフォトダイオードやCCDなどの光センサ(ピクセル)の配列によって構成することができる。この場合、センサの配列の隣接素子間の距離は、2つの隣接ブロック(BLOCK_i,j)間の距離の1/N倍である(N=1整数)。この技術の主な特徴は、検出されるべき粒子をセンサの素子(ピクセル)と位置合わせでき、測定の感度を高めることができ、粒子とセンサ素子との間の二方向唯一性のやりとりを得ることができる可能性にある。この技術は、実際に、センサ配列のただ1つの素子のセンサ領域にだけ排他的に各粒子を位置させることができることを保証する。
粒子を検出できる更なる可能性は、デバイスの下側での光センサ(OPTISENS)の使用と不透明電極の使用との組み合わせによって構成される。この場合、電極の金属でコーティングされていない領域では基板の近傍に電位ホール(CAGE)を得ることができる。図44には、特定の場合として、本発明の対象を形成する装置の簡単な実施形態が示されている。この場合、電極(EL)の配列は、正方形グリッド(無論、長方形、円形、六角形または三角形などの他の幾何学的形状も可能である)の形態を成すたった1つの電極によって構成される。この場合、安定平衡点(CAGE_i,j)が与えられる電極の金属でコーティングされない領域によって構成される(図44a)ブロック(BLOCK_i,j)が得られる。このように、基板が透明な場合には、装置の下側(図44b)に、各安定平衡点で取り込まれた粒子の存在を検出するための感光素子(ピクセル)の配列により構成されるセンサ(OPTISENS)を適用することができる。これに関連して、センサの配列の素子(ピクセル)が安定平衡点(CAGE_i,j)の配列と光学的に位置合わせされることが好ましく、その場合、センサの配列の隣接素子間の距離は、2つの隣接ブロック(BLOCK_i,j)間の距離の1/N倍である(N=1整数)。この装置は、液体サンプル中に含有される粒子を計数するのに特に有益である。この場合において、実施形態は、粒子(BEAD)とセンサの配列の素子(ピクセル)との位置合わせに限定されない。
Claims (45)
- 電極のグループ(BLOCK_i,j)の少なくとも2次元配列によって粒子(BEAD)を操作するための方法であって、
i.前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの第1の安定平衡点(CAGE_i,j)と少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)とを与える力の場の第1の形態(F_i)を生成するステップであって、前記安定平衡点は、前記配列の第1のグループ(BLOCK_i,j)上および第1のグループの直ぐ隣の前記配列の第2のグループ(BLOCK_i,j+1)上にそれぞれ位置されるとともに、少なくとも1つの粒子(BEAD)が前記第1の安定平衡点(CAGE_i,j)に取り込まれるようになっているステップと、
ii.粒子(BEAD)が前記少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)の引力領域内に押し込まれるように力の場の少なくとも1つの第2の形態(F_ii)を生成するステップと、
iii.前記粒子(BEAD)が第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)へ向けて引き付けられるように力の場の前記第1の形態(F_i)を再び生成するステップと
を備えており、
力の場の前記第1の形態(F_i)および前記第2の形態(F_ii)は、配列の第1のグループ(BLOCK_i,j)の電極に対して印加される第1の電圧(Vrow_i[p]およびVcol_j[q])および配列の第2のグループ(BLOCK_i,j+1)の電極に対して印加される第2の電圧(Vrow_i[p]およびVcol_j+1[q])の少なくとも2つの異なる形態によって生成されることを特徴とする方法。 - 互いに隣接して配置される前記配列の電極の複数の前記グループに関して2つずつステップi)〜iii)を繰り返し実行し、それにより、電極の一連の前記隣接するグループによって構成される経路に沿って電極の前記グループ(BLOCK_i,j)のうちの少なくとも1つに存在する少なくとも1つの粒子(BEAD)を移動させることを備える、請求項1に記載の方法。
- 配列の電極の各グループ(BLOCK_i,j)は、行信号(Vrow_i[p])によって電圧(Vphip,Vphin)に接続される電極の少なくとも1つの第1の組と、列信号(Vcol_j[q])によって電圧(Vphip,Vphin)に接続される電極の少なくとも1つの第2の組と、配列の電極のすべてのグループに共通の信号(Vcore)によって電圧(Vphip,Vphin)に接続される少なくとも1つの電極とによって接続され、それにより、電極の隣接するグループの各対(BLOCK_i,j,およびBLOCK_i,j+1)が力の場の前記少なくとも1つの第2の形態(F_ii)をとることができ、一方、配列の電極の他の全てのグループは、電極の隣接するグループの前記対(BLOCK_i,j,およびBLOCK_i,j+1)に接続された前記行信号(Vrow_i[p])および列信号(Vcol_j[q])を介して印加される電圧を変えることにより、前記第1の形態(F_i)を維持することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の方法。
- 配列の電極の各グループ(BLOCK_i,j)は、デジタル行信号(row_i)および列信号(col_j)の第1の組によって制御される電子回路(MUX_i,jおよびAND_i,j)を用いて電圧(Vphip,Vphin)に接続される電極の少なくとも1つの第1の組と、配列の電極の全てのグループ(BLOCK_i,j)に共通の信号(Vcore)の第2の組によって電圧(Vphip,Vphin)に接続される少なくとも1つの電極とによって接続され、それにより、電極の隣接するグループの各対(BLOCK_i,j,およびBLOCK_i,j+1)が力の場の前記第2の形態(F_ii)をとることができ、一方、配列の電極の他の全てのグループは、電極の前記グループ(BLOCK_i,j,およびBLOCK_i,j+1)の電子回路(MUX_i,jおよびAND_i,j)に接続される行信号(row_i)および列信号(col_j)の前記第1の組を介して電極の隣接するグループの前記対(BLOCK_i,j,およびBLOCK_i,j+1)に印加される電圧を変えることにより、前記第1の形態(F_i)を維持することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の方法。
- 少なくとも1つのレーン(C_STORE;VRCHJ)を形成する電極の第1のグループの配列によって粒子(BEAD)を操作するための方法であって、
i.前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)を形成するようになっている力の場の第1の形態を生成するステップであって、前記安定平衡点は、少なくとも1つのレーン(C_STORE;VRCHJ)上に位置されるとともに、前記少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)に少なくとも1つの粒子(BEAD)が取り込まれるようになっているステップと、
ii.それぞれが少なくとも1つの電極によって或いは電極の第1のグループによって規定される1つ以上の位置だけ、前記少なくとも1つのレーン(C_STORE;VRCHJ)に沿って既に生成された前記安定平衡点の全てを移動させるステップと
を備えており、
前記レーン上に存在する安定平衡点は、前記少なくとも1つのレーン(C_STORE;VRCHJ)を形成する第1の電極グループの電極に対して少なくとも3つの異なる形態の電圧(V1_j,V2_j,V3_j)を印加することによって生成されて移動されることを特徴とする方法。 - 複数のレーンによる前記粒子(BEAD)の操作、並びに、互いに並んで及び/又は前記レーンと並んで配置されるパーキングセル(BLOCK_i,j)を形成する前記配列の電極の第2のグループによる前記粒子(BEAD)の操作を想定し、
i.前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)を形成するようになっている力の場の第2の形態を生成するステップであって、前記安定平衡点は、パーキングセル(BLOCK_i,j)上に位置されるとともに、前記少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)に少なくとも1つの粒子(BEAD)が取り込まれるようになっているステップと、
ii.パーキングセル(BLOCK_i,j)内に取り込まれる粒子(BEAD)をパーキングセルに隣接する安定平衡点の引力領域内に押し込むことができ且つ前記レーン(VRCHJ)の電極によって形成できるように力の場の第3の形態を生成するステップと、
iii.前記レーン(VRCHJ)内に存在する安定平衡点の全てを1つ以上の位置だけそれらに沿って移動させるステップと
を備えており、
前記レーンの安定平衡点は、前記レーン(VRCHJ)の電極に印加される少なくとも3つの異なる形態の電圧(V1_j,V2_j,V3_j)によって生成されて移動され、粒子(BEAD)を1つのパーキングセル(BLOCK_i,j)の安定平衡点からレーン(VRCHJ)の安定平衡点のうちの1つへと或いはその逆へと押し込むための異なる場形態は、第2のグループ(BLOCK_i,j)の電極に対して印加される行電圧(Vrow_i)および列電圧(Vcol_jおよびVcage_j)によって、および、前記レーン(VRCHJ)を形成する第1の電極グループの電極に対して印加される電圧(V1_j,V2_j,V3_j)によって生成されることを特徴とする、請求項5に記載の方法。 - 前記粒子(BEAD)を、1つのレーンから、前記粒子が以前にそのレーンで移動されたパーキングセルとは異なるパーキングセル(BLOCK_i+1,j)に属する安定平衡点の引力の領域(CAGE_i+1)へと押し込むことができるように、力の場の第4の形態を生成するステップを更に備える、請求項6に記載の方法。
- 安定平衡点の前記移動、および、粒子(BEAD)をパーキングセル(BLOCK_i,j)の安定平衡点からレーン(VRCHJ)の安定平衡点のうちの1つへと或いはその逆へと押し込むために必要な前記場形態は、任意の数の粒子に同時に作用して、各粒子を異なる経路に沿って移動させることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 電極の第1のグループの前記配列による前記粒子(BEAD)の操作のために、電極の第1のグループが少なくとも2つのレーン(C_STOREおよびC_TEMP)を与えるように配置され、
i.前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)を生成するステップであって、前記安定平衡点は、少なくとも1つの第1のレーン(C_STORE)上に位置されるとともに、前記少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)に少なくとも1つの粒子(BEAD)が取り込まれるようになっているステップと、
ii.1つ以上のレーン(C_STORE)に沿って安定平衡点の全てを1つ以上の位置だけ移動させ、それにより、前記少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)を少なくとも1つの第2のレーン(C_TEMP)によって共有できるようにするステップと、
iii.1つ以上のレーン(C_STORE)に沿って安定平衡点の全てを1つ以上の位置だけ移動させ、それにより、前記少なくとも1つの第2のレーン(C_TEMP)に属する少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)に前記粒子(BEAD)が取り込まれるようにするステップと
を備えており、
前記レーンの前記安定平衡点は、配列の前記第1の電極グループの電極に対して少なくとも3つの異なる形態の電圧(V1_j,V2_j,V3_j)を前記各レーン毎に印加することによって生成されて移動されることを特徴とする、請求項5に記載の方法。 - 安定平衡点に前記粒子を取り込むステップと、1つ以上の粒子(BEAD)を選択するような様式で組み合わされる前記安定平衡点を移動するステップとの複数のステップを順に備えることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 安定平衡点に前記粒子を取り込むステップと、2つ以上の粒子(BEAD)の配置を並び替えるような様式で組み合わされる前記安定平衡点を移動するステップとの複数のステップを順に備えることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 安定平衡点に前記粒子を取り込むステップと、1つの同じ電極グループ(BLOCK_i,j)に存在する1つ以上の粒子(BEAD)を移動させるような様式で組み合わされる前記安定平衡点を移動するステップとの複数のステップを順に備えることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 安定平衡点に前記粒子を取り込むステップと、1つの同じ電極グループ(BLOCK_i,j)上に位置される2つ以上の粒子(BEAD)を分離して少なくとも2つの異なる位置へと離間移動するような様式で組み合わされる前記安定平衡点を移動するステップとの複数のステップを順に備えることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 力(F)の前記場は、
i.プラス誘電泳動(PDEP)と、
ii.マイナス誘電泳動(NDEP)と、
iii.電気泳動(EF)と、
iv.電気流体力学的流れ(EHD)と、
v.誘電体上のエレクトロウェッティング(EWOD)と
のうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。 - 水溶性懸濁液中の或いは組織状態で集められたセルまたは粒子(BEAD)を検出し及び/又は特徴付け及び/又は定量化し及び/又は認識するための方法であって、少なくとも1つの第1の行信号に接続された少なくとも1つの第1の電極と前記第1の電極に隣接する少なくとも1つの第2の電極との間のインピーダンスの測定を含み、前記第2の電極が少なくとも1つの第1の列信号に接続される方法において、前記少なくとも2つの隣接する電極間の前記測定は、前記第1の行信号と前記第1の列信号との間のインピーダンスを評価することによって行なわれることを特徴とする方法。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載の操作方法の実行後に少なくとも1つの前記粒子(BEAD)に関して行なわれることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 粒子(BEAD)を操作するための装置であって、
i.行および列の状態で配置される電極グループ(BLOCK_i,j)のブロックの配列を形成する電極配列であって、各ブロックが、ブロックの同じ列の第1のグループの全てに共通の列信号(Vcol_j[q])に接続された第1の電極グループと、ブロックの同じ行の第2のグループの全てに共通の行信号(Vrow_i[p])に接続された第2の電極グループと、電極配列の電極グループ(BLOCK_i,j)の全てのブロックに共通の信号に接続された第3の電極グループとを備える、電極配列と、
ii.少なくとも2つの異なる電圧(Vphin,Vphip)を生成するための手段と、
iii.前記電圧(Vphin,Vphip)を前記行信号(Vrow_i[p])と前記列信号(Vcol_j[q])と前記共通信号とに分配するための手段と
を備えており、
前記電圧(Vphin,Vphip)を分配するための前記手段は、電極グループの第1のブロック(BLOCK_i,j)と第1のブロックに隣接する電極グループの第2のブロック(BLOCK_i,j+1)とにより形成される各対毎に、行信号(Vrow_i[p])および列信号(Vcol_j[q]およびVcol_j+1[q])に対して前記2つの電圧(Vphin,Vphip)の2つの異なる形態を印加することによって得られる力の場の少なくとも1つの第1の形態(F_i)および1つの第2の形態(F_ii)が生成されるようになっており、力の場の前記第1の形態(F_i)は、前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの第1の安定平衡点(CAGE_i,j)および少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)を形成するようになっており、前記安定平衡点が配列の電極グループの前記第1のブロック(BLOCK_i,j)および第2のブロック(BLOCK_i,j+1)上にそれぞれ位置され、力の場の前記第2の形態(F_ii)は、前記第1の安定平衡点(CAGE_i,j)内に取り込まれた前記粒子(BEAD)を前記少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)の引力領域内へ押し込むようになっていることを特徴とする装置。 - 前記各ブロック(BLOCK_i,j)の前記第1の電極グループは、同じ列の全てのグループに共通の列信号(Vcol_j)に接続された少なくとも1つの第1の電極(ring_i,j_1)を備え、各ブロックの前記第2の電極グループは、同じ行の全てのグループに共通の行信号(Vrow_j)に接続された少なくとも1つの第2の電極(ring_i,j_2)を備え、各ブロックの前記第3の電極グループは、共通信号(Vcore)に接続された少なくとも1つの第3の電極(EL_i,j)を備え、前記第3の電極(EL_i,j)が前記第1の電極(ring_i,j_1)によって取り囲まれるとともに、前記第3の電極(EL_i,j)および前記第1の電極(ring_i,j_1)が前記第2の電極(ring_i,j_2)によって取り囲まれることを特徴とする、請求項17に記載の装置。
- 前記各ブロック(BLOCK_i,j)の前記第1の電極グループは、同じ列の全てのグループに共通の列信号(Venable_j)に接続された少なくとも1つの第1の電極(elle_j)を備え、各ブロックの前記第2の電極グループは、同じ行の全てのグループに共通の行信号(Vrow_i[x])に接続された少なくとも1つの第2の電極(wallx_i)を備え、各ブロックの前記第3の電極グループは、共通信号(Vcore)に接続された少なくとも1つの第3の電極(EL_i,j)を備え、各ブロックの前記第2の電極グループは、同じ行の全てのグループに共通の行信号(Vrow_j[y])に接続された少なくとも1つの第4の電極(wally_i)を更に備え、前記第3の電極(EL_i,j)が前記第1の電極(elle_j)により隣接する2つの方向で側面位置され、前記第1の電極(elle_j)が前記第2の電極(wallx_i)および前記第4の電極(wally_i)により側面位置されることを特徴とする、請求項17に記載の装置。
- 前記各ブロック(BLOCK_i,j)の前記第1の電極グループは、偶数の列指標を有する電極と奇数の列指標を有する電極とに区別され、前記各ブロック(BLOCK_i,j)の前記第2の電極グループは、偶数の行指標を有する電極と奇数の行指標を有する電極とに区別され、各ブロックの前記第3のグループは、共通信号(Vcore)に接続された少なくとも1つの第3の電極(EL_i,j)を備え、前記第1のグループは、偶数の列指標を有する同じ列のブロックに共通の列信号(Vcol_i[D1])または奇数の列指標を有する同じ列のブロックに共通の列信号(Vcol_i[D2])に接続された少なくとも1つの第1の電極と、偶数の列指標を有する同じ列のブロックに共通の列信号(Vcol_i[U1])または奇数の列指標を有する同じ列のブロックに共通の列信号(Vcol_i[U2])に接続された少なくとも1つの第2の電極を備え、前記第2のグループは、偶数の行指標を有する同じ行のブロックに共通の行信号(Vrow_i[R1])または奇数の行指標を有する同じ行のブロックに共通の行信号(Vrow_i[R2])に接続された少なくとも1つの第4の電極と、偶数の行指標を有する同じ行のブロックに共通の行信号(Vrow_i[L1])または奇数の行指標を有する同じ行のブロックに共通の行信号(Vrow_i[L2])に接続された少なくとも1つの第5の電極とを備えることを特徴とする、請求項17に記載の装置。
- 粒子(BEAD)を操作するための装置であって、
i.行および列の状態で配置される電極グループ(BLOCK_i,j)のブロックの配列を形成する電極配列であって、各ブロックが、全てのブロックに共通の信号に接続された少なくとも1つの第1の電極(EL_i,j)の第1のグループと、1つの回路(MUX_i,j)の出力信号に接続され、少なくとも1つの第2の回路(AND_i,j)によって駆動される少なくとも1つの第2の電極(ring_i,j)の第2のグループとを備える、電極配列と、
ii.少なくとも2つの異なる電圧(Vphin,Vphip)を生成するための手段と、
iii.前記回路(AND_i,j)を駆動するために同じ行の全てのブロック(BLOCK_i,j)に共通の行信号(row_i)と同じ列の全てのブロック(BLOCK_i,j)に共通の列信号(col_j)とを生成する手段であって、これらの信号によって、各ブロック(BLOCK_i,j)の前記少なくとも1つの第2の電極(ring_i,j)に接続するための電圧(Vphin,Vphip)が選択される手段と
を備えており、
第1のブロック(BLOCK_i,j)と第1のブロックに隣接する第2のブロック(BLOCK_i,j+1)とにより形成される各対毎に、信号を生成するための前記手段は、行信号(Vrow_i)および列信号(Vcol_jおよびVcol_j+1)に対して2つの異なる形態の値を印加することによって力の場の少なくとも1つの第1の形態(F_i)および1つの第2の形態(F_ii)の形成を決定し、それにより、力の場の前記第1の形態(F_i)は、前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの第1の安定平衡点(CAGE_i,j)および少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)を与え、前記安定平衡点は、配列の前記第1のブロック(BLOCK_i,j)および前記第2のブロック(BLOCK_i,j+1)上にそれぞれ位置されるとともに、力の場の前記第2の形態(F_ii)が前記第1の安定平衡点(CAGE_i,j)内に取り込まれる前記粒子(BEAD)を前記少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)の引力領域内へ押し込むようになっている、装置。 - 前記各ブロック(BLOCK_i,j)の前記第1の電極グループは、前記異なる電圧のうちの1つ(Vphin)によって構成される全てのブロックに共通の信号に接続された少なくとも1つの第1の電極(EL_i,j)を備え、前記第2の電極グループは、偏差器を構成する回路(MUX_i,j)の出力信号に接続された少なくとも1つの第2の電極(ring_i,j)を備え、それにより、偏差器への入力における2つの異なる信号(Vphin,Vphip)のうちの1つだけを、行信号(row_i)の値と列信号(col_j)の値との間で論理機能を果たす更なる回路(AND_i,j)の出力信号の値にしたがって偏差器からの出力で接続でき、前記第1の電極(EL_i,j)が前記第2の電極(ring_i,j)によって取り囲まれることを特徴とする、請求項21に記載の装置。
- 粒子(BEAD)を操作するための装置であって、
i.第1の電極グループを備える電極配列であって、前記各電極グループが、第1の信号(V1_j;S1)に接続される少なくとも1つの第1の電極と、第2の信号(V2_j;S2)に接続される少なくとも1つの第2の電極と、第3の信号(V3_j;S3)に接続される少なくとも1つの第3の電極とによって構成され、それにより、前記第1の電極グループの組が選択された方向で前記粒子(BEAD)を移動させるようになっている少なくとも1つの第1のレーン(VRCHJ;C_STORE)を形成する、電極配列と、
ii.少なくとも2つの異なる電圧(Vphin,Vphip)を生成するための手段と、
iii.前記電圧(Vphin,Vphip)を、前記少なくとも1つの第1の信号(V1_j;S1)と、第2の信号(V2_j;S2)と、第3の信号(V3_j;S3)とに分配するための手段と
を備えており、
各レーン(VRCHJ;C_STORE)は、前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの第1の安定平衡点(CAGE_i,j)を形成するようになっている力の場の少なくとも1つの第1の形態(F_i)を生成することができ、前記安定平衡点は、前記少なくとも1つの第1のレーン(VRCHJ;C_STORE)上に位置されるとともに、少なくとも1つの粒子(BEAD)が前記少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)に取り込まれ且つ前記粒子を前記第1のレーン(VRCHJ;C_STORE)に沿って移動させることができる同時に、前記第1の電極グループの電極に対して前記信号上の少なくとも3つの異なる形態の電圧(V1_j,V2_j,V3_j;S1,S2,S3)を印加することによって第1のレーン上に存在する前記第1の安定平衡点の全てを移動するようになっている、装置。 - 前記電極配列は、前記粒子(BEAD)の操作のために行および列の状態で配置される電極グループのブロック(BLOCK_i,j)の配列を更に備え、配列の各ブロック(BLOCK_i,j)は、
i.同じ列の全てのブロック(BLOCK_i,j)に共通の列信号(Vcage_j,Vcol_j)に接続された前記配列の第2の電極グループと、
ii.同じ行の全てのグループに共通の行信号(Vrow_i)に接続された前記配列の第3の電極グループと、
iii.全てのブロック(BLOCK_i,j)に共通の信号(Vp_j)に接続された前記配列の第4の電極グループと、
を備え、
各ブロック(BLOCK_i,j)は、互いに並んで配置され及び/又は前記少なくとも1つの第1のレーンと並んで配置される前記粒子のためのパーキングセル(CAGE_i,j)を構成することができ
前記装置は、前記電圧(Vphin,Vphip)を前記行信号(Vrow_i)と前記列信号(Vcage_j,Vcol_j)と前記共通信号(Vp_j)とに分配するための手段を更に備え、それにより、配列の各ブロック(BLOCK_i,j)は、行信号(Vrow_i)および列信号(Vcage_j,Vcol_j)に対して2つの異なる形態の電圧(Vphin,Vphip)を印加することによって力の場の少なくとも1つの第1の形態(F_i)および1つの第2の形態(F_ii)を生成することができ、これにより、力の場の前記第1の形態(F_i)は、前記ブロック(BLOCK_i,j)に位置された前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j)を与えるとともに、力の場の前記第2の形態(F_ii)は、前記粒子(BEAD)を、前記少なくとも1つの第1のレーン(VRCH_j)の電極によって形成され且つ前記レーン(VRCH_j)に沿って移動可能な前記少なくとも1つの第1の安定平衡点の引力領域内へ押し込むことを特徴とする、請求項23に記載の装置。 - 前記電圧(Vphin,Vphip)を前記行信号(Vrow_i)及び/又は前記列信号(Vcage_j,Vcol_j)及び/又は前記共通信号(Vp_j)に分配するための前記手段は、信号調整回路及び/又はメモリ素子によって構成されることを特徴とする、請求項24に記載の装置。
- 前記電圧(Vphin,Vphip)を前記少なくとも1つの第1の信号(V1_j)、1つの第2の信号(V2_j)、および1つの第3の信号(V3_j)に分配するための前記手段は、信号調整回路及び/又はメモリ素子によって構成されることを特徴とする、請求項23〜25のいずれか一項に記載の装置。
- 前記電極配列は、
i.第4の信号(T1)に接続される少なくとも1つの第1の電極と、第5の信号(T2)に接続される少なくとも1つの第2の電極と、第6の信号(T3)に接続される少なくとも1つの第3の電極とによってそれぞれが構成される第2の電極グループであって、前記第2の電極グループの組が前記粒子(BEAD)を選択された方向に移動させるようになっている少なくとも1つの第2のレーン(C_TMP)を形成するようになっている、第2の電極グループと、
ii.前記第1および前記第2の少なくとも1つのレーンにそれぞれ属する隣接する電極によって形成される少なくとも1つの交換点と、
iii.前記電圧(Vphin,Vphip)を前記少なくとも1つの第4の信号(T1)、第5の信号(T2)、および第6の信号(T3)に分配するための手段と
を更に備え、
これにより、少なくとも1つの第1および第2のレーン(C_STOREおよびC_TEMP)はそれぞれ、力の場の少なくとも1つの第1の形態(F_i)と1つの第2の形態(F_ii)とを選択的に生成するようになっており、それにより、力の場の前記第1の形態(F_i)は、前記第1および第2のレーン(C_STOREまたはC_TEMP)のそれぞれに少なくとも1つの第1の安定平衡点および1つの第2の安定平衡点を与え、前記安定平衡点は、少なくとも1つの粒子(BEAD)が前記少なくとも1つの第1または第2の安定平衡点に取り込まれるようになっているとともに、前記レーン(C_STOREまたはC_TEMP)に沿って移動させることができる同時に、前記第1および第2の電極グループの電極に対して前記信号上の少なくとも3つの異なる形態の電圧(S1及び/又はS2及び/又はS3及び/又はT1及び/又はT2及び/又はT3)を印加することによって第1または第2のレーン上に存在する前記第1または第2の安定平衡点の全てを移動するようになっており、力の場の前記第2の形態(F_ii)は、前記交換点に形成されるとともに、第2のレーン(C_TEMP)の電極によって得られる前記少なくとも1つの第2の安定平衡点の引力領域内へ前記粒子(BEAD)を押し出すようになっていることを特徴とする、請求項23に記載の装置。 - 少なくとも3つの電圧(V1、V2およびV3)によって駆動される1つ以上の第1のレーン(VC_1)と、少なくとも3つの信号(H1、H2およびH3)によって駆動される少なくとも1つの第2のレーン(HCONV)とを備えるとともに、前記第1のレーン(VC_1)と前記第2のレーン(HCONV)との間に少なくとも1つの第1の交換点を有する少なくとも1つの第1のマイクロチャンバ(MCH)と、少なくとも1つの第2のマイクロチャンバ(RCH)とを備え、第2のマイクロチャンバは、少なくとも3つの信号(R1,R2およびR3)によって駆動される少なくとも1つの第3のレーン(RCONV)と、前記第2のレーン(HCONV)と前記第3のレーン(RCONV)との間の少なくとも1つの第2の交換点とを備え、それにより、粒子を、前記第1のレーン(VC_1)および前記第2のレーン(HCONV)と前記少なくとも1つの第1の交換点および少なくとも1つの第2の交換点とを介して、前記第1のマイクロチャンバ(MCH)から前記第2のマイクロチャンバ(RCH)へと移動させることができることを特徴とする、請求項27に記載の装置。
- 少なくとも3つの信号(V1、V2およびV3)によって駆動される少なくとも1つの第1のレーン(VC_1)と、少なくとも3つの信号(H1、H2およびH3)によって駆動される少なくとも1つの第2のレーン(HCONV)とを備えるとともに、前記第1のレーン(VC_1)と前記第2のレーン(HCONV)との間に第1の交換点を有する少なくとも1つの第1のマイクロチャンバ(MCH)と、少なくとも1つの第2のマイクロチャンバ(RCH)とを備え、第2のマイクロチャンバは、前記第1のレーンと同期し且つ前記少なくとも3つの信号(V1、V2およびV3)によって駆動される少なくとも1つの第3のレーン(RCONV)と、信号(THR)によって駆動される電極を用いて得られる前記第3のレーン(RCONV)と前記第2のレーン(HCONV)との間の少なくとも1つの第2の交換点とを備え、それにより、粒子を、前記第1のレーン(VC_1)および前記第2のレーン(HCONV)と前記第1および第2の交換点とを介して、前記第1のマイクロチャンバ(MCH)から前記第2のマイクロチャンバ(RCH)へと移動させることができることを特徴とする、請求項27に記載の装置。
- 前記電圧(Vphin,Vphip)を前記信号へ分配するための前記手段は、信号調整回路及び/又はメモリ素子によって得られることを特徴とする、請求項27または請求項28または請求項29のいずれか一項に記載の装置。
- 高分子材料からなるダイアフラム(CHW)によって2つのマイクロチャンバ(MCH、RCH)に分けられ、第1のマイクロチャンバ(MCH)は、
a.垂直の閉じられたループ(VC1_1…VC1_NCVおよびVC2_1…VC2_NCV)を形成する第1の多数のレーンおよび第2の多数のレーンであって、各レーン上の3つの電極のグループのそれぞれの反復(I_1…I_NI)で繰り返し関連付けられる3つの位相(V1、V2およびV3)により前記粒子(BEAD)を取り込むために複数(NI)の前記安定平衡点(CAGE)のそれぞれを形成するようになっている、第1の多数のレーンおよび第2の多数のレーンと、
b.それぞれ上側のレーンおよび下側のレーンである第1の水平レーンおよび第2の水平レーン(HCONV_UP、HCONV_DOWN)であって、4つの位相(H1、H2、H3およびH4)によって駆動されるとともに、前記位相のうちの1つ(V2+H3)でアクティブな垂直レーンを有する複数(NCV)の交換点を備え、それにより、少なくとも1つの安定平衡点の内容物を垂直レーンから第1の水平レーンまたは第2の水平レーンへと同時に移動させることができる、第1の水平レーンおよび第2の水平レーン(HCONV_UP、HCONV_DOWN)と、
c.4つの位相(AUX1、AUX2、AUX3およびAUX4)によって駆動されるとともに、互いに対応する位置に配置される、上側水平レーン(HCONV_UP)を有する複数(NCAUX1)の交換点と、下側水平レーン(HCONV_DOWN)を有する同じ数(NCAUX2)の交換点とを備える第3の水平レーン(HCONV_AUX)と、
d.前記電極を介して生成される力の場の安定平衡点によって規定される前記粒子のための独立にプログラム可能な引力ケージの配列を使用時に形成するようになっている完全にプログラム可能な電極配列と、
e.配列から望ましくない粒子を除去する機能を有する、前記垂直レーン(VC1_iおよびVC2_j)にほぼ類似する様式で3つの位相により駆動される第1の垂直ダンプレーンおよび第2の垂直ダンプレーン(VCW_UPおよびVCW_DOWN)と、
f.配列に対して反対側に位置された前記第1のマイクロチャンバ(MCH)の部分に配置される他の前記垂直レーン(VC1_iおよびVC2_j)の寸法の約2倍の寸法を有する垂直な長いダンプレーン(VCW_LONG)と
を備えることを特徴とする、請求項27〜30のいずれか一項に記載の装置。 - 前記第2のマイクロチャンバ(RCH)は、4つの位相(R1、R2、R3およびR4)によって駆動され、前記配列から出る対象の粒子を2つのマイクロチャンバ間の連通路を構成する高分子材料(CHW)からなる前記ダイアフラムの不連続部を介して第2のマイクロチャンバへ運ぶための出口レーン(RCONV)と、前記補助水平レーンによって特定される1つの同じ直線ライン上にほぼ位置する、4つの位相(FB1、FB2、FB3およびFB4)により駆動される水平フィードバックレーン(HCONV_FB)とを備え、これにより、粒子を、出口レーン(RCONV)から、したがって、第2のマイクロチャンバ(RCH)から、再びダイアフラム(CHW)の前記通路を介して配列内へ戻すことができることを特徴とする、請求項31に記載の装置。
- 少なくとも2つのマイクロチャンバを備えるとともに、前記電極を適切な信号を用いて駆動することにより前記粒子(BEAD)を一方のマイクロチャンバから他方のマイクロチャンバへ或いはその逆へと移動できるように前記電極配列の前記電極の配置を与えることを特徴とする、請求項17〜30のいずれか一項に記載の装置。
- 前記電極がほぼ平らな基板(SUB)上に形成され、前記第1の基板(SUB)から離間してこれと対向配置される更なる基板(LID)上に形成された更なる電極(ITO)を備え、前記更なる電極(ITO)が更なる電気信号に対して電気的に接続されることを特徴とする、請求項17〜33のいずれか一項に記載の装置。
- 水溶性懸濁液中の或いは組織状態で集められたセルまたは粒子(BEAD)を検出し及び/又は特徴付け及び/又は定量化し及び/又は認識するための装置であって、
i.同じ列の全てのグループに共通の列信号(Cj)に接続された1つの第1の電極グループと、同じ行の全てのグループに共通の行信号(Ri)に接続された少なくとも1つの第2の電極グループとを備える電極グループの配列と、
ii.少なくとも1つの電圧(Vin)を生成するための手段と、
iii.行(Ri)と列(Cj)との交差部によって与えられるインピーダンス(ZCAGE_i,j)を読み取るための少なくとも1つの回路と、
iv.前記電圧(Vin)を前記行信号(Ri)に分配する手段(MRi)および列信号(Cj)を前記少なくとも1つの読み取り回路へ分配するための手段(MCj)と
を備えており、
前記読み取り回路を列(Cj)に接続することにより、および、前記電圧を行(Ri)に対して印加することにより、前記読み取り回路の出力信号(Vout及び/又はout)がその列とその行との間のインピーダンス(ZCAGE_ij)の値によって影響される、装置。 - 請求項17〜34のいずれか一項に記載の装置に組み込まれ、1つ以上の粒子(BEAD)の存在に起因する1つ以上の電位ホール(CAGE)でのインピーダンスの変化を読み取るための手段を備えることを特徴とする、請求項35に記載の装置。
- インピーダンスの変化を読み取るための前記手段は、少なくとも1つの行(Ri)と少なくとも1つの列(Cj)との間の交差に起因して少なくとも1つ以上の粒子(BEAD)がインピーダンスの値を変えるように行信号(Ri)および列信号(Cj)によって得られることを特徴とする、請求項36に記載の装置。
- 前記列信号(Cj)が第1のほぼ平らな基板(SUB)上で得られ、前記行信号(Ri)は、前記第1の基板(SUB)から離間してこれと対向配置される更なる基板(LID)上で得られることを特徴とする、請求項35〜37のずれか1項に記載の装置。
- インピーダンスの変化を読み取るための前記手段は、力(F)の前記場の分布の形成のために使用される同じ信号によって得られることを特徴とする、請求項36に記載の装置。
- 粒子(BEAD)を操作するための装置であって、
i.少なくとも1つの電圧(Vphin)を生成するための手段と、
ii.前記電気信号(Vphin)に接続される少なくとも1つの電極(EL)と
を備えており、
前記少なくとも1つの電極は、前記電気信号を前記電極に対して印加する結果として、前記粒子(BEAD)のための安定平衡点(CAGE_i,j)を形成するためのホールを備える装置。 - 請求項17〜34のいずれか一項または請求項40に記載の粒子(BEAD)を操作し且つ検出し及び/又は識別するための装置であって、前記安定平衡点に取り込まれる1つ以上の粒子(BEAD)の存在に起因する1つ以上の前記安定平衡点に反射され及び/又は伝えられる光(LIGHT)の強度の変化を読み取るための手段を備えることを特徴とする装置。
- 反射され及び/又は伝えられる光の強度の変化を読み取るための前記手段は、移動ヘッド(SENSHEAD)上に配置され且つ基板(SUB)から離間する1つ以上の光センサ(ピクセル)の配列を備え、それにより、各安定平衡点における反射され及び/又は伝えられる光(LIGHT)の変化の読み取りは、ヘッドと基板との間の相対的な動きにより前記平衡点に対して前記ヘッドを位置合わせすることによって得ることができることを特徴とする、請求項41に記載の装置。
- 反射され及び/又は伝えられる光の強度の変化を読み取るための前記手段は、前記基板(SUB)内に組み込まれる1つ以上の光センサ(ピクセル)の配列を備えることを特徴とする、請求項41に記載の装置。
- 光の強度の変化を読み取るための前記手段は、前記第1の基板(SUB)の下側または前記第2の基板(LID)の上に配置された更なる基板(OPTISENS)内に位置される1つ以上の外部光センサ(ピクセル)の配列を備えることを特徴とする、請求項41に記載の装置。
- レンズ(MICROLENSES)の配列を備え、各レンズは、前記粒子(BEAD)のための前記安定平衡点(CAGE_i,j)を設けることができる各電極または電極グループ(BLOCK_i,j)に対応する位置に入射光を集光することを特徴とする、請求項43または請求項44に記載の装置。
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