JP2017519620A - 同じマイクロ流体装置の異なる区分におけるdep力の制御およびエレクトロウェッティングの制御 - Google Patents
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Abstract
Description
[0001] 本出願は、内容全体が全体として参照により本明細書に組み込まれている、2014年4月25日出願の米国特許出願第14/262,140号の優先権を主張する。
本発明の特有の実施形態および応用例について本明細書で説明したが、これらの実施形態および応用例は例示のみを目的とし、多くの変形形態が可能である。たとえば、図31の方法は、細胞分泌物を含有するサンプル材料に対して実行することができる(たとえば、サンプル材料2822は、1つまたは複数の生物細胞を培養するために使用された後で)。そのような実施形態では、ステップ3102は同じままであるが、ステップ3104は、細胞分泌物を含有するサンプル材料2822など、微小物体を含有しないが水性媒質のみを含有することができる液滴2932を、不混和性媒質を収容する保持ペン2916または3016内へ移動させることを伴うはずであり、ステップ3106および3108は、そのような水性媒質を含有する液滴2932に対して実行されるはずである。さらに、図面に示しまたは本明細書に記載するDEP部(たとえば、122)は例である。概して、DEP部(たとえば、122)は、当技術分野では知られている任意のタイプの光電子ピンセット(OET)デバイスとすることができ、その例は、米国特許第7,612,355号(現在はRE44,711)、米国特許第7,956,339号、および米国特許出願公開第2014/0124370号に開示されている。DEP部の他の例は、任意の種類の電子制御式の電子ピンセットを含み、その一例は、米国特許第6,942,776号に開示されている。概して、EW部は、当技術分野では知られている任意のタイプの光電子ウェッティング(OEW)デバイスとすることができ、その例は、米国特許第6,958,132号に開示されている。EW部の他の例には、誘電体上エレクトロウェッティング(EWOD)デバイスが含まれており、これは電子制御式とすることができ、その一例は、米国特許第8,685,344号に開示されている。上記の米国特許文献(米国特許第7,612,355号(現在はRE44,711)、米国特許第7,956,339号、米国特許出願公開第2014/0124370号、米国特許第6,942,776号、米国特許第6,958,132号、および米国特許第8,685,344号)はすべて、全体として参照により本明細書に組み込まれている。
Claims (59)
- 筐体であって、前記筐体の第1の区分内の第1の表面上に配置された第1の液体媒質および前記筐体の第2の区分内のエレクトロウェッティング表面上に配置された第2の液体媒質を保持するように構成された筐体と、
前記筐体の前記第1の区分と前記第2の区分との間の境界とを含み、
前記筐体の前記第1の区分がバイアスデバイスに連結されているとき、前記筐体の前記第1の区分内の前記第1の液体媒質中の微小物体を捕獲して前記第1の表面に対して移動させるのに十分な正味誘電泳動(DEP)力を前記第1の液体媒質中に選択的に引き起こすように構成されたDEP部を含み、
前記筐体の前記第2の区分がバイアスデバイスに連結されているとき、前記筐体の前記第2の区分内の前記第2の媒質中の液体の液滴を移動させるのに十分に前記エレクトロウェッティング表面の領域の有効湿潤特徴を選択的に変化させるように構成されたエレクトロウェッティング(EW)部を含む、
装置。 - 前記境界が、前記筐体内で前記筐体の前記第1の区分と前記筐体の前記第2の区分との間に位置する物理的な障壁を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記境界が、前記筐体の前記第1の区分から前記障壁を通って前記筐体の前記第2の区分への通路をさらに含む、請求項2に記載の装置。
- 前記境界の少なくとも一部で、前記筐体の前記第1の区分と前記筐体の前記第2の区分との間に物理的な障壁がない、請求項1に記載の装置。
- 前記筐体が、
前記筐体の一方の側に配置された第1のバイアス電極と、
前記筐体の反対側に配置された誘電体疎水性材料と、
前記筐体の前記反対側に配置された第2のバイアス電極と、
前記誘電体疎水性材料と前記第2のバイアス電極との間に配置された電極活動化基板とを含む、請求項1に記載の装置。 - 前記電極活動化基板が光導電性材料を含む、請求項5に記載の装置。
- 前記誘電体疎水性材料が、前記DEP部および前記EW部の一部であり、前記誘電体疎水性材料が、厚さ10ナノメートル未満である、請求項5に記載の装置。
- 前記誘電体疎水性材料が、前記EW部の一部であるが、前記DEP部の一部ではない、請求項5に記載の装置。
- 前記第1の表面および前記エレクトロウェッティング表面が、前記筐体内で実質上同じ平面内に配置される、請求項1に記載の装置。
- 前記筐体が、
前記DEP部および前記第1の表面を含む第1の副筐体と、
前記EW部および前記エレクトロウェッティング表面を含む第2の副筐体と、
前記第1の副筐体から前記第2の副筐体への通路とをさらに含む、請求項1に記載の装置。 - 前記第1の副筐体および前記第2の副筐体が、互いに積み重ねられる、請求項10に記載の装置。
- 前記第1の表面および前記エレクトロウェッティング表面が、互いに積み重ねられた関係で配置される、請求項10に記載の装置。
- 前記筐体が、
第1のマイクロ流体チャネルと、
第2のマイクロ流体チャネルと、
それぞれ前記第1のチャネルおよび前記第2のチャネルに連結されたマイクロ流体保持ペンとを含む、請求項1に記載の装置。 - 1つまたは複数の媒質の液滴を前記第2のマイクロ流体チャネル内へ選択的に提供するように構成された液滴生成器をさらに含む、請求項13に記載の装置。
- 前記液滴生成器が、
微小物体を含有するサンプル媒質の液滴、または
試薬の液滴の少なくとも1つを提供するようにさらに構成される、請求項14に記載の装置。 - 前記筐体の前記第1の区分が前記第1のチャネルを含み、
前記筐体の前記第2の区分が前記第2のチャネルを含む、
請求項13に記載の装置。 - 前記筐体の前記第1の区分が、前記マイクロ流体保持ペンをさらに含む、請求項16に記載の装置。
- 第1の表面およびエレクトロウェッティング表面を含む筐体を有する流体装置を動作させる方法であって、
前記筐体の第1の区分内の前記第1の表面上に配置された第1の液体媒質の液滴を前記筐体の第2の区分内の前記エレクトロウェッティング表面上に配置された第2の媒質中へ引き込むステップを含み、
前記引き込むステップが、前記エレクトロウェッティング表面のうち前記第1の表面との境界に位置する領域の有効エレクトロウェッティング特徴を変化させ、前記境界を横切って前記第2の液体媒質中へ前記液滴を引き込むのに十分な力を前記液滴上の前記領域で引き起こすことを含む、方法。 - 前記液滴が微小物体を含有する、請求項18に記載の方法。
- 前記第1の液体媒質中の複数の微小物体から前記微小物体を選択するステップ
をさらに含む、請求項19に記載の方法。 - 前記第1の液体媒質中の前記選択された微小物体を、前記エレクトロウェッティング表面の前記領域に隣接する前記境界へ移動させるステップをさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 前記選択するステップが、前記筐体の前記第1の表面に位置する誘電泳動(DEP)電極を活動化させて、前記選択された微小物体を捕獲するのに十分な正味DEP力を生じさせることを含み、
前記移動させるステップが、前記第1の表面に位置するDEP電極を活動化および非活動化させて、前記選択された微小物体を前記エレクトロウェッティング表面の前記領域に隣接する前記境界へ移動させることをさらに含む、
請求項21に記載の方法。 - 前記変化させるステップが、前記エレクトロウェッティング表面の前記領域に位置するEW電極を活動化させることを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記エレクトロウェッティング表面の前記領域に位置する前記EW電極を活動化させる前記ステップが、前記エレクトロウェッティング表面の前記領域上へ光のパターンを誘導することを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記筐体の前記第1の表面に位置する前記DEP電極を活動化および非活動化させる前記ステップが、変化するパターンの光を前記筐体の前記第1の表面上へ誘導することを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記エレクトロウェッティング表面の前記領域が、前記境界に位置する物理的な障壁を通る通路に隣接し、
前記変化させるステップが、前記通路を通って前記第1の媒質の前記液滴を前記第2の媒質中へ引き入れることを含む、
請求項22に記載の方法。 - 前記筐体の前記第1の表面および前記エレクトロウェッティング表面が、互いから隔置される、請求項26に記載の方法。
- 前記筐体の前記第1の表面および前記エレクトロウェッティング表面が、互いに対して実質上平行である、請求項27に記載の方法。
- 前記筐体の前記第1の表面および前記エレクトロウェッティング表面が、実質上同じ平面内に位置する、請求項18に記載の方法。
- 前記第1の媒質が水性媒質であり、
前記第2の媒質が前記水性媒質中で不混和性の媒質である、
請求項18に記載の方法。 - 前記第2の媒質が浸透性油を含む、請求項30に記載の方法。
- 前記筐体の前記第1の区分が、前記筐体の前記第1の表面上に配置された第1のマイクロ流体チャネルおよびマイクロ流体保持ペンを含み、
前記筐体の前記第2の区分が、前記筐体の前記エレクトロウェッティング表面上に配置された第2のマイクロ流体チャネルを含み、
前記方法が、前記マイクロ流体保持ペン内で生物微小物体を培養するステップをさらに含む、
請求項18に記載の方法。 - 前記液滴が、前記マイクロ流体保持ペンの1つの中に前記第1の媒質のアリコートを含み、前記引き込むステップが、前記液滴を前記ペンの前記1つから前記第2のチャネル内へ引き込むことを含む、
請求項32に記載の方法。 - 前記アリコートが、前記マイクロ流体保持ペンの前記1つの中の前記生物微小物体の1つからの生物材料を含む、請求項32に記載の方法。
- 前記液滴が、前記マイクロ流体保持ペンの1つからの前記生物微小物体の1つを含み、
前記引き込むステップが、前記マイクロ流体保持ペンの前記1つから前記第2のチャネル内へ前記液滴を引き込むことを含む、
請求項32に記載の方法。 - 前記マイクロ流体保持ペンの前記1つの中の前記生物微小物体の前記1つを前記エレクトロウェッティング表面の前記領域に隣接する前記境界へ移動させるステップをさらに含む、請求項35に記載の方法。
- 前記培養するステップが、前記第2のチャネル内の前記第2の媒質を通って前記第1の媒質の液滴を前記マイクロ流体保持ペンの前記1つの中へ移動させることを含む、請求項36に記載の方法。
- 前記生物微小物体を前記第1のチャネル内の前記第1の媒質から前記マイクロ流体保持ペンへ移動させるステップと、
前記第1のチャネル内の前記第1の媒質を前記第2の媒質に置き換えるステップと
をさらに含む、請求項32に記載の方法。 - 前記第2のチャネル内の前記第2の媒質を通って、前記第1の媒質の液滴内の前記微小物体の1つを、前記マイクロ流体保持ペンの1つへの開口に位置する前記第1の媒質と前記第2の媒質との間の境界面へ移動させるステップと、
前記微小物体の前記1つを前記液滴から前記マイクロ流体保持ペンの前記1つの中の前記第1の媒質中へ移動させるステップと
をさらに含む、請求項32に記載の方法。 - 前記引き込むステップが、前記第1の液体媒質と前記第2の液体媒質との間に差圧を引き起こし、前記境界を横切って前記液滴を前記第2の液体媒質中へ引き込むことをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 第1の表面およびエレクトロウェッティング表面を含む筐体と、
前記第1の表面上に配置された第1の液体媒質中に正味DEP力を選択的に引き起こすように構成された誘電泳動(DEP)部と、
前記エレクトロウェッティング表面の有効湿潤特性を選択的に変化させるように構成されたエレクトロウェッティング(EW)部と
を含む装置。 - 前記DEP部が、互いから隔置されて電源に連結可能な第1の電極を含み、
前記EW部が、互いから隔置されて電源に連結可能な第2の電極を含む、
請求項41に記載の装置。 - 前記第1の電極が、前記第2の電極に電気的に連結されない、請求項42に記載の装置。
- 前記DEP部が、前記第1の表面と前記第1の電極の1つとの間に配置された第1の光導電性層をさらに含み、前記第1の光導電性層の複数の領域のいずれかを光ビームで照射することで、前記照射された領域に位置する前記第1の光導電性層の電気インピーダンスを低減させ、
前記EW部が、前記エレクトロウェッティング表面と前記第2の電極の1つとの間に配置された第2の光導電性層と、前記エレクトロウェッティング表面と前記第2の光導電性層との間に配置された誘電体層とをさらに含み、前記第2の光導電性層の複数の領域のいずれかを光ビームで照射することで、前記照射された領域に位置する前記第2の光導電性層の電気インピーダンスを低減させる、
請求項42に記載の装置。 - 前記誘電体層が疎水性であり、
前記エレクトロウェッティング表面が前記誘電体層の外側表面である、
請求項44に記載の装置。 - 前記EW部が前記誘電体層上に疎水性被覆をさらに含み、
前記エレクトロウェッティング表面が前記疎水性被覆の外側表面である、
請求項44に記載の装置。 - 液体媒質を収容する筐体を含む流体装置を動作させる方法であって、
前記筐体の第1の区分内の第1の表面上の第1の液体媒質中の微小物体にかかる正味誘電泳動(DEP)力を引き起こすステップと、
前記筐体の第2の区分内で第2の液体媒質が配置されたエレクトロウェッティング表面の領域の有効湿潤特性を変化させるステップとを含む方法。 - 前記変化させるステップが、前記筐体の前記第1の区分内の前記第1の表面上の前記第1の液体媒質中の前記微小物体にかかる前記正味DEP力を引き起こすと同時に、前記筐体の前記第2の区分内で前記第2の液体媒質が配置された前記エレクトロウェッティング表面の前記領域の前記有効エレクトロウェッティング特性を変化させることを含む、請求項47に記載の方法。
- 前記変化させるステップが、前記第2の液体媒質中に浸漬されて前記エレクトロウェッティング表面上に配置された水性媒質の液滴に対する前記エレクトロウェッティング表面の疎水性レベルに少なくとも部分的に反作用するクーロン力を生じさせることを含む、
請求項47に記載の方法。 - 前記方法が、前記第1の液体媒質がその間に配置された第1のバイアス電極に電力を提供するステップをさらに含み、
前記引き起こすステップが、前記微小物体に隣接する領域で、前記第1の液体媒質と前記第1のバイアス電極の1つとの間に配置された光導電性材料の両端間の電圧降下を第1の値から第2の値へ変化させることを含み、
前記第1の値が、前記第1の液体媒質の両端間の対応する電圧降下より大きく、
前記第2の値が、前記第1の液体媒質の両端間の前記対応する電圧降下より小さい、
請求項47に記載の方法。 - 前記方法が、前記第2の液体媒質がその間に配置された第2のバイアス電極に電力を提供するステップをさらに含み、
前記変化させるステップが、前記エレクトロウェッティング表面の前記領域に隣接して、前記第2の液体媒質と前記第2のバイアス電極の1つとの間に配置された光導電性材料の両端間の電圧降下を第1の値から第2の値へ変化させることを含み、
前記第1の値が、前記第2の液体媒質と絶縁材料との間に配置された誘電体材料の両端間の対応する電圧降下より大きく、
前記第2の値が、前記誘電体材料の両端間の前記対応する電圧降下より小さい、
請求項50に記載の方法。 - 液滴生成器と、第1の媒質で充填されたマイクロ流体チャネルと、前記チャネルに流体的に連結されたマイクロ流体保持ペンとを含むマイクロ流体デバイスを動作させる方法であって、
前記液滴生成器が、前記第1の媒質中で不混和性である第2の媒質の液滴を前記チャネル内へ出力するステップと、
前記液滴を前記チャネルから前記マイクロ流体保持ペン内へ移動させるステップとを含む方法。 - 前記マイクロ流体保持ペンが、前記第2の媒質で充填されており、
前記液滴が、前記第2の媒質を含み、生物微小物体を含有する、
請求項52に記載の方法。 - 前記第2の媒質が、前記生物微小物体を培養する培養媒質である、請求項53に記載の方法。
- 前記マイクロ流体保持ペンが、前記第1の媒質で充填され、前記培養媒質の前記液滴内に含有された生物微小物体を培養する培養媒質の液滴を含有し、前記培養媒質が、前記第1の媒質中で不混和性であり、
前記方法が、前記マイクロ流体保持ペン内で、前記液滴生成器によって生成された前記液滴を前記生物微小物体を含有する前記培養媒質の前記液滴と溶け込ませるステップをさらに含む、
請求項52に記載の方法。 - 前記液滴生成器によって生成された前記液滴が、試薬を含む、請求項55に記載の方法。
- 前記液滴生成器によって生成された前記液滴が、前記生物微小物体によって作り出された当該材料に対するアフィニティを有する捕獲ビーズを含有する、請求項55に記載の方法。
- 前記マイクロ流体保持ペンが、第1の保持ペンであり、前記第1の保持ペン内で生物微小物体を培養する培養媒質で充填されており、
前記方法が、
前記生物微小物体を含有する前記培養媒質の液滴を前記第1の保持ペンから前記チャネル内へ抽出するステップであって、前記培養媒質が前記第1の媒質中で不混和性である、抽出するステップと、
前記生物微小物体を含有する前記培養媒質の前記抽出された液滴を、前記チャネルから、前記チャネルに流体的に連結された第2のマイクロ流体保持ペン内へ移動させるステップとをさらに含む、
請求項52に記載の方法。 - 前記第2のマイクロ流体保持ペンが、前記第1の媒質で充填される、請求項58に記載の方法。
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