JP2021126656A - Microfluidic electrowetting device system having covalently bonded hydrophobic surface - Google Patents

Microfluidic electrowetting device system having covalently bonded hydrophobic surface Download PDF

Info

Publication number
JP2021126656A
JP2021126656A JP2021088097A JP2021088097A JP2021126656A JP 2021126656 A JP2021126656 A JP 2021126656A JP 2021088097 A JP2021088097 A JP 2021088097A JP 2021088097 A JP2021088097 A JP 2021088097A JP 2021126656 A JP2021126656 A JP 2021126656A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
droplet
microfluidic device
layer
substrate
microfluidic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
JP2021088097A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ロー,ランドール,ディー.,ジュニア
D Lowe Randall Jr
ペイ,シャオ,ニン
Shao Ning Pei
ゴング,ジェン
Jian Gong
マストロヤンニ,アレクサンダー,ジェー.
J Mastroianni Alexander
マキューエン,ジェイソン,エム.
M Mcewen Jason
バレー,ジャスティン,ケー.
K Valley Justin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phenomex Inc
Original Assignee
Berkeley Lights Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/135,707 external-priority patent/US10723988B2/en
Application filed by Berkeley Lights Inc filed Critical Berkeley Lights Inc
Publication of JP2021126656A publication Critical patent/JP2021126656A/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • B01L3/502792Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics for moving individual droplets on a plate, e.g. by locally altering surface tension
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0605Metering of fluids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0668Trapping microscopic beads
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0673Handling of plugs of fluid surrounded by immiscible fluid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0864Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices comprising only one inlet and multiple receiving wells, e.g. for separation, splitting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/16Surface properties and coatings
    • B01L2300/161Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B01L2300/165Specific details about hydrophobic, oleophobic surfaces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0424Dielectrophoretic forces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0427Electrowetting

Abstract

To solve the problem in which present solutions for electrowetting are extremely limited in nature and fail to scale or implement additional functionality.SOLUTION: Microfluidic devices have an electrowetting configuration and an optimized droplet actuation surface. The devices include a conductive substrate having a dielectric layer, a hydrophobic layer covalently bonded to the dielectric layer, and a first electrode electrically coupled to the dielectric layer and configured to be connected to a voltage source. The microfluidic devices also include a second electrode optionally included in a cover and configured to be connected to the voltage source. The hydrophobic layer features self-associating molecules covalently bonded to a surface of the dielectric layer to produce a densely-packed monolayer that resists interaction and/or penetration by polar molecules or species.SELECTED DRAWING: Figure 2H

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2015年10月27日出願の米国仮特許出願第62/246,605号、2015年10月28日出願の米国仮特許出願第62/247,725号、2016年5月26日出願の米国仮特許出願第62/342,131号、及び2016年10月19日出願の米国仮特許出願第62/410,238号の優先権を主張するものであり、これらのそれぞれの内容は、全体として参照により本明細書に援用される。本出願は、2016年4月22日出願の米国特許出願公開第15/135,707号の一部継続出願であり、この内容は、全体として参照により本明細書に援用される。
Mutual reference to related applications This application is a US provisional patent application No. 62 / 246,605 filed on October 27, 2015, and a US provisional patent application Nos. 62 / 247,725, 2016 filed on October 28, 2015. It claims the priority of US Provisional Patent Application No. 62 / 342,131 filed on May 26, 2016 and US Provisional Patent Application No. 62 / 410,238 filed on October 19, 2016. The contents of each of these are incorporated herein by reference in their entirety. This application is a partial continuation of US Patent Application Publication No. 15 / 135,707 filed April 22, 2016, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

背景
マイクロ流体装置において、生体細胞等の微小物体が処理され得る。例えば、微小物体又は試剤を含む液滴は、マイクロ流体装置内で移動及び混合され得る。本発明の実施形態は、液滴の堅牢な操作に役立ち、それにより複雑な化学反応及び生体反応を小規模で精密且つ再現可能に実行できるようにするマイクロ流体装置の改善に関する。液滴は、マイクロ流体装置内のエレクトロウェッティング表面の有効ウェッティング性を変更することにより、マイクロ流体装置内で移動及び混合され得る。そのような移動は、任意選択的にマイクロ流体装置内で細胞を培養した後、細胞を処理して様々な細胞学的性質を評価するワークフローに役立つことができる。エレクトロウェッティングの現在の解決策は、性質が極めて限られたものであり、追加機能を拡大縮小又は実施することができない。したがって、改善されたエレクトロウェッティング表面、マイクロ流体用途で安定した基板、及び追加機能(例えば、エレクトロウェッティングにより可能になる、下流での処理に先立つ細胞の成長及び特徴付け)の統合に対する必要性が存在し、これらは全て更なる医療研究用途に役立つ。
Background In a microfluidic device, microscopic objects such as living cells can be processed. For example, droplets containing micro-objects or reagents can be moved and mixed within a microfluidic device. Embodiments of the present invention relate to improvements in microfluidic devices that help robust manipulation of droplets, thereby allowing complex chemical and biological reactions to be performed on a small scale, precisely and reproducibly. Droplets can move and mix within the microfluidic device by altering the effective wetting properties of the electrowetting surface within the microfluidic device. Such migration can be useful in workflows where cells are optionally cultured in a microfluidic apparatus and then processed to evaluate various cytological properties. Current solutions for electrowetting are extremely limited in nature and cannot scale or implement additional functionality. Therefore, there is a need for improved electrowetting surfaces, stable substrates for microfluidic applications, and integration of additional functions (eg, cell growth and characterization prior to downstream processing enabled by electrowetting). There are, all of which are useful for further medical research applications.

発明の概要
一態様では、本発明は、液滴作動表面を有する基板を含むエレクトロウェッティング構成を含むマイクロ流体デバイスを提供し、液滴作動表面は、下の誘電層(すなわち誘電内層)の表面に共有結合した疎水性層(すなわち疎水性外層)を含む(又はそれからなる、又はそれから本質的になる)。マイクロ流体デバイスが電圧源に動作可能に接続される場合、疎水性層上に置かれるか、又は他の方法で疎水性層に接触する水性液滴を確実且つ堅牢に濡らし、それによりエレクトロウェッティング力によって移動させることができる。
Overview of the Invention In one aspect, the invention provides a microfluidic device comprising an electrowetting configuration comprising a substrate having a droplet working surface, the droplet working surface being the surface of the underlying dielectric layer (ie, the dielectric inner layer). Includes (or consists of, or essentially consists of) a hydrophobic layer (ie, a hydrophobic outer layer) covalently attached to. When the microfluidic device is operably connected to a voltage source, it reliably and robustly wets aqueous droplets placed on the hydrophobic layer or otherwise in contact with the hydrophobic layer, thereby electrowetting. It can be moved by force.

マイクロ流体デバイスは、基板を含むベースを含むことができ、基板は、電圧源(例えば、AC電圧源)に接続されるように構成される少なくとも1つの電極(例えば、第1の電極)を更に有することができ、少なくとも1つの電極は、誘電内層に電気的に結合される。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、カバーと、少なくとも1つの離間要素とを更に含む。基板及びカバーは、互いに実質的に平行であり、且つ離間要素によって一緒に接合されて、液体媒体を保持するように構成されるエンクロージャを画定することができる。そのような実施形態では、カバーは、電圧源(例えば、AC電圧源)に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を含むことができる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、片面エレクトロウェッティング構成を含むことができる。そのような実施形態では、マイクロ流体デバイスは、カバーを含む必要がない。例えば、ベースは、基板と、電圧源(例えば、AC電圧源)に接続されるように構成される第1の電極とを含むことができ、基板は、電圧源に接続されるように構成される第2の電極(例えば、メッシュ電極)を含むことができる。 The microfluidic device can include a base that includes a substrate, the substrate further comprising at least one electrode (eg, a first electrode) configured to be connected to a voltage source (eg, an AC voltage source). It can have at least one electrode that is electrically coupled to the dielectric inner layer. In some embodiments, the microfluidic device further comprises a cover and at least one separating element. The substrate and cover can define an enclosure that is substantially parallel to each other and is joined together by a separating element to hold the liquid medium. In such an embodiment, the cover can include at least one electrode configured to be connected to a voltage source (eg, an AC voltage source). In some embodiments, the microfluidic device can include a single-sided electrowetting configuration. In such an embodiment, the microfluidic device does not need to include a cover. For example, the base can include a substrate and a first electrode configured to be connected to a voltage source (eg, an AC voltage source), and the substrate is configured to be connected to the voltage source. A second electrode (eg, a mesh electrode) can be included.

幾つかの実施形態では、疎水性外層は、誘電内層に共有結合して高密度疎水性単層を形成する自己会合性分子を含む。幾つかの実施形態では、疎水性単層の自己会合性分子は、それぞれシロキサン基を含む。他の実施形態では、疎水性単層の自己会合性分子は、それぞれホスホン酸基を含む。シロキサン基又はホスホン酸基は、誘電内層の表面に共有結合することができる。幾つかの実施形態では、疎水性単層の自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドを誘電内層の表面に直接又は間接的に結合させる結合基とをそれぞれ含む。表面修飾リガンドは、本明細書に開示される任意の表面修飾リガンドであり得る。例えば、表面修飾リガンドは、アルカン基等の脂肪族基を含むことができる。したがって、例えば、疎水性単層の自己会合性分子は、アルキル末端シロキサン分子又はアルキル末端ホスホン酸分子であり得る。アルキル基は、少なくとも10個の炭素(例えば、少なくとも14個、16個、18個、20個、22個、又はそれを超える個数の炭素)の鎖(例えば、非分岐鎖)を含むことができる。他の実施形態では、表面修飾リガンドは、フルオロアルキル基等のフッ素置換脂肪族基を含むことができる。したがって、例えば、自己会合性分子は、フルオロアルキル末端シロキサン分子又はフルオロアルキル末端ホスホン酸分子であり得る。フルオロアルキル基は、少なくとも10個の炭素(例えば、少なくとも14個、16個、18個、20個、22個、又はそれを超える個数の炭素)の鎖(例えば、非分岐鎖)を含むことができる。特定の実施形態では、フルオロアルキル基は、1つ又は複数(例えば、少なくとも4個、6個、8個、10個、12個、又はそれを超える個数)の全フッ素置換炭素を含む。例えば、フルオロアルキル基は、式CF−(CF)m−(CH)n−を有することができ、式中、mは、少なくとも2であり、nは、少なくとも2であり、及びm+nは、少なくとも9である。幾つかの実施形態では、表面修飾リガンドは、第1の脂肪族基と第2の脂肪族基との間にエーテル結合を含む。例えば、第1の脂肪族基は、アルキル基であり得、及び第2の脂肪族基は、フルオロアルキル基(例えば、ペルフルオロアルキル基)であり得る。特定の実施形態では、表面修飾リガンドのアルキル基又はフルオロアルキル基は、非分岐である。幾つかの実施形態では、表面修飾リガンドのアルキル基又はフルオロアルキル基は、いかなる環式構造も含まない。 In some embodiments, the hydrophobic outer layer comprises a self-associating molecule that covalently bonds to the dielectric inner layer to form a high density hydrophobic monolayer. In some embodiments, the self-associating molecules of the hydrophobic monolayer each contain a siloxane group. In other embodiments, the self-associating molecules of the hydrophobic monolayer each contain a phosphonic acid group. The siloxane group or phosphonic acid group can be covalently bonded to the surface of the dielectric inner layer. In some embodiments, the self-associating molecule of the hydrophobic monolayer comprises a surface-modifying ligand and a binding group that binds the surface-modifying ligand directly or indirectly to the surface of the dielectric inner layer, respectively. The surface-modifying ligand can be any surface-modifying ligand disclosed herein. For example, the surface modification ligand can include an aliphatic group such as an alkane group. Thus, for example, the self-associating molecule of the hydrophobic monolayer can be an alkyl-terminated siloxane molecule or an alkyl-terminated phosphonic acid molecule. Alkyl groups can include chains of at least 10 carbons (eg, at least 14, 16, 18, 20, 22, or more carbons) (eg, non-branched chains). .. In other embodiments, the surface modifying ligand can include a fluorine-substituted aliphatic group such as a fluoroalkyl group. Thus, for example, the self-associating molecule can be a fluoroalkyl-terminated siloxane molecule or a fluoroalkyl-terminated phosphonic acid molecule. Fluoroalkyl groups can include chains of at least 10 carbons (eg, at least 14, 16, 18, 20, 22, or more carbons) (eg, non-branched chains). can. In certain embodiments, the fluoroalkyl group comprises one or more (eg, at least 4, 6, 8, 10, 12, or more) total fluorine-substituted carbons. For example, a fluoroalkyl group can have the formula CF 3- (CF 2 ) m- (CH 2 ) n-, where m is at least 2, n is at least 2, and m + n. Is at least 9. In some embodiments, the surface modifying ligand comprises an ether bond between the first aliphatic group and the second aliphatic group. For example, the first aliphatic group can be an alkyl group, and the second aliphatic group can be a fluoroalkyl group (eg, a perfluoroalkyl group). In certain embodiments, the alkyl or fluoroalkyl groups of the surface modifying ligand are non-branched. In some embodiments, the alkyl or fluoroalkyl groups of the surface modifying ligand do not contain any cyclic structure.

幾つかの実施形態では、基板の疎水性外層は、5ナノメートル未満(例えば、約1.5〜3.0ナノメートル)の厚さを有する。幾つかの実施形態では、基板の疎水性外層は、選択領域が疎水性外層の残りの部分と比較して相対的に親水性であるようにパターン化され得る。 In some embodiments, the hydrophobic outer layer of the substrate has a thickness of less than 5 nanometers (eg, about 1.5-3.0 nanometers). In some embodiments, the hydrophobic outer layer of the substrate can be patterned such that the selected region is relatively hydrophilic relative to the rest of the hydrophobic outer layer.

幾つかの実施形態では、基板の誘電内層は、第1の誘電材料層を含むことができる。例えば、誘電内層は、誘電体材料の単層からなることができる。第1の誘電体材料層は、金属酸化物層(例えば、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム等)等の酸化物を含むことができる。特定の実施形態では、第1の酸化物層は、原子層堆積(ALD)によって形成される。代替的に、誘電内層は、2つ以上の誘電体材料層を含む誘電体積層であり得る。したがって、特定の実施形態では、誘電内層は、第1の誘電体材料層及び第2の誘電体材料層を含むことができる。第1の誘電体材料層は、金属酸化物層(例えば、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム等)等の酸化物を含むことができ、第2の誘電体材料層は、酸化ケイ素等の酸化物又は窒化ケイ素等の窒化物を含むことができる。そのような実施形態では、第1の誘電体材料層は、第2の誘電体材料層に接触する第1の表面と、疎水性層が共有結合した逆表面とを有することができる。特定の実施形態では、第2の誘電体材料層は、使用される誘電体材料のタイプに応じて約30nm〜約100nmの厚さを有することができる。例えば、第2の誘電体材料層は、酸化ケイ素を含むことができ、且つ約30nm〜約50nm又は約30nm〜約40nmの厚さを有することができる。代替的に、第2の誘電体材料層は、窒化ケイ素を含むことができ、且つ約50nm〜約100nm又は約80nm〜約100nmの厚さを有することができる。特定の実施形態では、第2の誘電体材料層は、ALDによって形成される。他の実施形態では、第2の誘電体材料層は、プラズマ化学気相成長(PECVD)技法によって形成される。特定の実施形態では、第1の誘電体材料層は、約10nm〜約50nm(例えば、約10nm〜約20nm、約15nm〜約25nm、約20nm〜約30nm、約25nm〜約35nm、約30nm〜約40nm、約35nm〜約45nm、約40nm〜約50nm、又は上記端点の2つにより定義される任意の範囲)厚さを有することができ、且つALDによって形成され得る。 In some embodiments, the dielectric inner layer of the substrate can include a first dielectric material layer. For example, the dielectric inner layer can consist of a single layer of dielectric material. The first dielectric material layer can contain oxides such as a metal oxide layer (eg, aluminum oxide, hafnium oxide, etc.). In certain embodiments, the first oxide layer is formed by atomic layer deposition (ALD). Alternatively, the dielectric inner layer can be a dielectric laminate containing two or more dielectric material layers. Therefore, in certain embodiments, the dielectric inner layer can include a first dielectric material layer and a second dielectric material layer. The first dielectric material layer can contain an oxide such as a metal oxide layer (for example, aluminum oxide or hafnium oxide), and the second dielectric material layer is an oxide such as silicon oxide or nitride. It can contain nitrides such as silicon. In such an embodiment, the first dielectric material layer can have a first surface in contact with the second dielectric material layer and an inverted surface in which the hydrophobic layers are covalently bonded. In certain embodiments, the second dielectric material layer can have a thickness of about 30 nm to about 100 nm, depending on the type of dielectric material used. For example, the second dielectric material layer can contain silicon oxide and can have a thickness of about 30 nm to about 50 nm or about 30 nm to about 40 nm. Alternatively, the second dielectric material layer can contain silicon nitride and can have a thickness of about 50 nm to about 100 nm or about 80 nm to about 100 nm. In certain embodiments, the second dielectric material layer is formed by ALD. In another embodiment, the second dielectric material layer is formed by plasma chemical vapor deposition (PECVD) techniques. In certain embodiments, the first dielectric material layer is about 10 nm to about 50 nm (eg, about 10 nm to about 20 nm, about 15 nm to about 25 nm, about 20 nm to about 30 nm, about 25 nm to about 35 nm, about 30 nm to. It can have a thickness of about 40 nm, about 35 nm to about 45 nm, about 40 nm to about 50 nm, or any range defined by the two endpoints above, and can be formed by an ALD.

更に他の実施形態では、誘電内層は、第3の誘電体材料層を含むことができ、第3の誘電体材料層は、第1の誘電体材料層に接触する第1の表面と、疎水性層と共有結合した逆表面とを有する。そのような実施形態では、第1の誘電体材料層は、上述した(又は本明細書の他の箇所で説明した)ように酸化物を含むことができ、第2の誘電体材料層は、上述した(又は本明細書の他の箇所で説明した)ように酸化物又は窒化物を含むことができる。特定の実施形態では、第3の誘電体材料層は、二酸化ケイ素等の酸化物又はシロキサン基によく結合する他の誘電体材料を含むことができる。特定の実施形態では、第3の誘電体材料層は、ALDによって堆積される。特定の実施形態では、第3の誘電体材料層は、約2nm〜約10nm又は約4nm〜約6nmの厚さを有する。 In yet another embodiment, the dielectric inner layer may include a third dielectric material layer, the third dielectric material layer being hydrophobic with the first surface in contact with the first dielectric material layer. It has a sex layer and a covalently bonded inverted surface. In such an embodiment, the first dielectric material layer can contain oxides as described above (or described elsewhere herein), and the second dielectric material layer is Oxides or nitrides can be included as described above (or described elsewhere herein). In certain embodiments, the third dielectric material layer can include other dielectric materials that bind well to oxides such as silicon dioxide or siloxane groups. In certain embodiments, the third dielectric material layer is deposited by ALD. In certain embodiments, the third dielectric material layer has a thickness of about 2 nm to about 10 nm or about 4 nm to about 6 nm.

誘電内層を構成する層数に関係なく、誘電内層は、約40nm〜約120nm(例えば、約40nm〜約60nm、約50nm〜約70nm、約60nm〜約80nm、約70nm〜約90nm、約80nm〜約100nm、約90nm〜約110nm、約100nm〜約120nm、又は上記端点の任意の2つにより定義される範囲)の総厚さを有することができる。同様に、誘電層は、約50kオーム〜約150kオーム(例えば、約50kオーム〜約75kオーム、約75kオーム〜約100kオーム、約100kオーム〜約125kオーム、約125kオーム〜約150kオーム、又は上記端点の任意の2つにより定義される範囲)のインピーダンスを有することができる。 Regardless of the number of layers constituting the dielectric inner layer, the dielectric inner layer is about 40 nm to about 120 nm (for example, about 40 nm to about 60 nm, about 50 nm to about 70 nm, about 60 nm to about 80 nm, about 70 nm to about 90 nm, about 80 nm to about 80 nm. It can have a total thickness of about 100 nm, about 90 nm to about 110 nm, about 100 nm to about 120 nm, or a range defined by any two of the endpoints). Similarly, the dielectric layer is about 50 k ohms to about 150 k ohms (eg, about 50 k ohms to about 75 k ohms, about 75 k ohms to about 100 k ohms, about 100 k ohms to about 125 k ohms, about 125 k ohms to about 150 k ohms, or It can have an impedance (range defined by any two of the endpoints).

幾つかの実施形態では、基板は、光応答層を更に含むことができる。光応答層は、誘電内層を含む第1の面と、少なくとも1つの電極を含む第2の面とを有することができる。特定の実施形態では、光応答層は、水素化アモルファスシリコンを含むことができる。そのような実施形態では、光ビームで光応答層の複数の領域の任意のものを照明することにより、照明された領域における光応答層の電気インピーダンスを低減することができる。他の実施形態では、光応答層は、複数の導体を含み、各導体は、フォトトランジスタスイッチを介して基板の少なくとも1つの電極に制御可能に接続可能である。 In some embodiments, the substrate can further include a photoresponsive layer. The photoresponsive layer can have a first surface that includes an inner dielectric layer and a second surface that includes at least one electrode. In certain embodiments, the photoresponsive layer can include hydrogenated amorphous silicon. In such an embodiment, the electrical impedance of the light response layer in the illuminated region can be reduced by illuminating any of the plurality of regions of the light response layer with the light beam. In another embodiment, the photoresponsive layer comprises a plurality of conductors, each of which is controllably connectable to at least one electrode of the substrate via a phototransistor switch.

マイクロ流体デバイスがカバーを含む実施形態の場合、エンクロージャに向かって内向きに面するカバーの表面は、内層と、内層に共有結合した疎水性層(すなわち疎水性外層)とを含むことができる。基板の疎水性外層と同様に、カバーの疎水性外層は、内層に共有結合して高密度疎水性単層を形成する自己会合性分子を含むことができる。したがって、疎水性外層は、基板の疎水性外層について上述した(又は本明細書の他の箇所で説明した)任意の自己会合性分子を含むことができる。幾つかの実施形態では、カバーの疎水性外層は、基板の疎水性外層と同じ自己会合性分子を含む。他の実施形態では、基板の疎水性外層は、基板の疎水性外層と異なる1つのタイプ(又は複数のタイプ)の自己会合性分子を有する。 In embodiments where the microfluidic device comprises a cover, the surface of the cover facing inward towards the enclosure can include an inner layer and a hydrophobic layer covalently bonded to the inner layer (ie, a hydrophobic outer layer). Like the hydrophobic outer layer of the substrate, the hydrophobic outer layer of the cover can contain self-associating molecules that covalently bond to the inner layer to form a high density hydrophobic monolayer. Thus, the hydrophobic outer layer can include any of the self-associating molecules described above (or described elsewhere herein) for the hydrophobic outer layer of the substrate. In some embodiments, the hydrophobic outer layer of the cover contains the same self-associating molecules as the hydrophobic outer layer of the substrate. In other embodiments, the hydrophobic outer layer of the substrate has one type (or multiple types) of self-associating molecules that differ from the hydrophobic outer layer of the substrate.

幾つかの実施形態では、カバーの内向き面の疎水性外層は、約5ナノメートル未満(例えば、約1.5〜3.0ナノメートル)の厚さを有する。幾つかの実施形態では、カバーの内向き面の疎水性外層は、選択領域が疎水性外層の残りの部分と比較して相対的に親水性であるようにパターン化され得る。 In some embodiments, the hydrophobic outer layer of the inward facing surface of the cover has a thickness of less than about 5 nanometers (eg, about 1.5-3.0 nanometers). In some embodiments, the hydrophobic outer layer of the inward facing surface of the cover can be patterned such that the selected region is relatively hydrophilic relative to the rest of the hydrophobic outer layer.

幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、少なくとも1つのマイクロ流体チャネルを有するエンクロージャを含むことができる。加えて、エンクロージャは、マイクロ流体デバイスに流体的に接続された少なくとも1つのマイクロ流体チャンバ(又は隔離ペン)を含むことができる。マイクロチャネル及び/又はチャンバを画定する基板の少なくとも一部は、エレクトロウェッティング構成を有することができる。エレクトロウェッティング構成は、バイアス電位に接続され得、そのように接続されている間、基板表面の複数の対応する領域の任意のもの(すなわち液滴作動表面)のエレクトロウェッティング特性を変更することができる。基板表面のウェッティング特性は、液滴が基板表面にわたり且つマイクロ流体チャネルとチャンバとの間を移動するのに十分に変更され得る。 In some embodiments, the microfluidic device can include an enclosure having at least one microfluidic channel. In addition, the enclosure can include at least one microfluidic chamber (or isolation pen) fluidly connected to the microfluidic device. At least a portion of the substrate defining the microchannel and / or chamber can have an electrowetting configuration. The electrowetting configuration can be connected to a bias potential, and while so connected, it modifies the electrowetting properties of any of the corresponding regions of the substrate surface (ie, the droplet working surface). Can be done. The wetting properties of the substrate surface can be modified sufficiently to allow the droplets to travel across the substrate surface and between the microfluidic channel and the chamber.

幾つかの実施形態では、チャンバ(又は隔離ペン)は、液滴を保持するように構成される保持領域(例えば、分離領域)と、保持領域をマイクロ流体チャネルに流体的に接続する1つ(又は複数の)接続領域とを含むことができる。第1の接続領域は、液滴をマイクロ流体チャネルとチャンバとの間で移動させるように構成され得る。第2の接続領域が存在する場合、第2の接続領域は、液滴がマイクロ流体チャネルと保持領域との間を移動するとき、流体を流れさせ、圧力を除去できるように構成され得る。幾つかの実施形態では、エンクロージャは、第2のマイクロ流体チャネルを更に含むことができる。そのような実施形態では、チャンバは、第1のマイクロ流体チャネル及び第2のマイクロ流体チャネルの両方に接続され得る。 In some embodiments, the chamber (or isolation pen) is a holding region (eg, a separation zone) configured to hold the droplet and one that fluidly connects the holding region to the microfluidic channel (e.g.). Or it can include a plurality of) connection areas. The first contiguous zone may be configured to move the droplet between the microfluidic channel and the chamber. If a second contiguous zone is present, the second contiguous zone may be configured to allow the fluid to flow and relieve pressure as the droplet moves between the microfluidic channel and the retention zone. In some embodiments, the enclosure may further include a second microfluidic channel. In such an embodiment, the chamber can be connected to both the first microfluidic channel and the second microfluidic channel.

幾つかの実施形態では、マイクロ流体チャネルは、約30〜約200μm又は約50〜約150μmの高さを有することができ、高さは、チャネルを通る流体フローの方向に直交する方向において測定される。幾つかの実施形態では、マイクロ流体チャネルは、約50〜約1000μm又は約100〜約500μmの幅を有し、幅は、チャネルを通る流体フローの方向に直交する方向において測定される。 In some embodiments, the microfluidic channel can have a height of about 30 to about 200 μm or about 50 to about 150 μm, and the height is measured in a direction orthogonal to the direction of fluid flow through the channel. NS. In some embodiments, the microfluidic channel has a width of about 50 to about 1000 μm or about 100 to about 500 μm, the width being measured in a direction orthogonal to the direction of fluid flow through the channel.

幾つかの実施形態では、チャンバ(又は隔離ペン)は、マイクロ流体チャンネルの高さと略同じ高さを有する。例えば、チャンバの高さは、約30〜約200μm又は約50〜約150μmであり得る。幾つかの実施形態では、チャンバ(又は保持ペン)は、約100,000〜約2,500,000μm又は約200,000〜約2,000,000μmの断面積を有する。幾つかの実施形態では、接続領域(第1、第2等)は、それが終わる箇所で接続領域が開く対応するチャンバ及び/又はマイクロ流体チャネルの高さと略同じ高さを有する。幾つかの実施形態では、接続領域は、約50〜約500μm又は約100〜約300μmの幅を有する。 In some embodiments, the chamber (or isolation pen) has approximately the same height as the microfluidic channel. For example, the height of the chamber can be from about 30 to about 200 μm or from about 50 to about 150 μm. In some embodiments, the chamber (or holding pen) has a cross-sectional area of about 100,000 to about 2,500,000 μm 2 or about 200,000 to about 2,000,000 μm 2. In some embodiments, the contiguous zone (first, second, etc.) has approximately the same height as the corresponding chamber and / or microfluidic channel where the contiguous zone opens at the end. In some embodiments, the contiguous zone has a width of about 50 to about 500 μm or about 100 to about 300 μm.

幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、液滴生成器を更に含むことができる。液滴生成器は、1つ又は複数の液体媒体(例えば、水性液体媒体)の液滴をエンクロージャ内又はエンクロージャ内のマイクロ流体チャネルに選択的に提供するように構成され得る。液滴は、例えば、生物学的微小物体(例えば、細胞)又はビーズ等の微小物体を含むことができる。代替又は追加として、液滴は、溶解バッファー、親和性試剤、検出可能な標識、酵素混合物等の試剤を含むことができる。 In some embodiments, the microfluidic device can further include a drop generator. The droplet generator may be configured to selectively deliver droplets of one or more liquid media (eg, an aqueous liquid medium) into or to a microfluidic channel within an enclosure. The droplets can include, for example, biological micro-objects (eg, cells) or micro-objects such as beads. Alternatively or additionally, the droplet can include reagents such as lysis buffers, affinity reagents, detectable labels, enzyme mixtures and the like.

幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、生物学的微小物体の培養に適した培養室(例えば、隔離ペン)を含む。培養室は、エンクロージャ内に配置され得、マイクロ流体チャネルに接続され得る。培養室がエンクロージャ内に配置される場合、エンクロージャは、新鮮な培養媒体中の栄養分及び培養室内の老廃物を交換することができるように(例えば、培養室内への栄養分の拡散及び培養媒体への老廃物の拡散により)、新鮮な培養媒体を培養室に流すように構成される灌流マイクロ流体チャネルを含むことができる。灌流チャネルは、液滴生成器に接続されるマイクロ流体チャネルと別個であり得る。 In some embodiments, the microfluidic device comprises a culture chamber (eg, isolation pen) suitable for culturing biological microobjects. The culture chamber can be placed within an enclosure and connected to a microfluidic channel. When the culture chamber is placed within the enclosure, the enclosure allows the exchange of nutrients in the fresh culture medium and waste products in the culture chamber (eg, diffusion of nutrients into the culture chamber and into the culture medium). (By diffusion of waste products) can include perfused microfluidic channels configured to allow fresh culture medium to flow into the culture chamber. The perfusion channel can be separate from the microfluidic channel connected to the droplet generator.

幾つかの実施形態では、エレクトロウェッティング装置が電子位置決め装置と統合される。例えば、幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、エレクトロウェッティング構成を有する基板を含むことができ、基板の一部は、誘電泳動(DEP)構成を更に含むことができる。したがって、基板は、モノリシックであり得る。代替的に、マイクロ流体デバイス又は装置は、誘電泳動(DEP)構成を有する第1の基板を有する第1のモジュール又はセクションと、エレクトロウェッティング構成を含む第2の基板を有する第2のモジュール又はセクションとを含むことができる。そのようなデバイスは、デュオリシック基板を有すると見なすことができ、各基板及びその特定の構成に関連する機能の統合を提供するブリッジが第1のモジュール又はセクションと第2のモジュール又はセクションとの間にあり得る。ブリッジは、そのままでは離散した2つのデバイスを接続する管等を含むことができる。代替的に、ブリッジは、基板を近く(例えば、2mm以内、1.5mm以内、1.0mm以内、0.5mm以内、又はそれ未満)に併設される結合材を含むことができる。更に他の代替形態では、ブリッジは、モノリシック基板上の非機能領域であり得、非機能ゾーンは、基板構成がある構成(例えば、エレクトロウェッティング構成)から別の構成(例えば、DEP構成)に切り替わる場所である。マイクロ流体デバイスがモノリシック基板を有するか、又はデュオリシック基板(又は更にはマルチリシック基板)を有するかに関係なく、エレクトロウェッティング構成及びDEP構成は、それぞれ当技術分野で既知であるか、又は本明細書に開示される任意のそのような構成であり得る。例えば、エレクトロウェッティング構成は、光学エレクトロウェッティング(OEW)構成、誘電体エレクトロウェッティング(EWOD)構成、又は片面エレクトロウェッティング構成等であり得る。同様に、DEP構成は、アモルファスシリコンの層及び/又はフォトトランジスタのアレイ、フォトトランジスタによって制御される電極のアレイ、又は電気的に作動する電極のアレイ等を含む光伝導性基板によって提供される等の光電子ツイーザ(OET)構成であり得る。特定の代替の実施形態では、基板は、エレクトロウェッティング構成を含むが、いかなる追加の構成も有さない(例えば、誘電泳動(DEP)構成を有さない)ことができる。 In some embodiments, the electrowetting device is integrated with the electronic positioning device. For example, in some embodiments, the microfluidic device can include a substrate having an electrowetting configuration, and a portion of the substrate can further include a dielectrophoresis (DEP) configuration. Therefore, the substrate can be monolithic. Alternatively, the microfluidic device or apparatus has a first module or section with a first substrate having a dielectrophoresis (DEP) configuration and a second module or section with a second substrate containing an electrowetting configuration. Can include sections and. Such a device can be considered as having a dualistic board, and a bridge between each board and a bridge that provides integration of functions associated with its particular configuration is between the first module or section and the second module or section. It can be in. The bridge can include a tube or the like connecting two discrete devices as it is. Alternatively, the bridge can include a binder that is attached close to the substrate (eg, within 2 mm, within 1.5 mm, within 1.0 mm, within 0.5 mm, or less). In yet another alternative form, the bridge can be a non-functional region on the monolithic substrate, and the non-functional zone can be from one configuration (eg, electrowetting configuration) to another configuration (eg, DEP configuration) of the substrate configuration. It is a place to switch. Whether the microfluidic device has a monolithic substrate or a dualistic substrate (or even a multilithic substrate), the electrowetting configuration and the DEP configuration are known in the art, respectively, or the present. It can be any such configuration disclosed in the specification. For example, the electrowetting configuration may be an optical electrowetting (OEW) configuration, a dielectric electrowetting (EWOD) configuration, a single-sided electrowetting configuration, or the like. Similarly, the DEP configuration is provided by a photoconductive substrate containing a layer of amorphous silicon and / or an array of phototransistors, an array of electrodes controlled by phototransistors, or an array of electrically actuated electrodes, etc. It can be a photoelectron tweezers (OET) configuration. In certain alternative embodiments, the substrate may include an electrowetting configuration but no additional configuration (eg, no dielectrophoresis (DEP) configuration).

したがって、幾つかの実施形態では、単一モノリシック装置が両方の装置の機能を組み合わせることができる。 Thus, in some embodiments, a single monolithic device can combine the functions of both devices.

別の態様では、本発明は、本発明のマイクロ流体デバイスを製造する方法を提供する。本方法は、電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有するカバーの内面に離間要素(例えば、マイクロ流体回路材料から作られる)を接合することと、電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有する基板の誘電内面に離間要素及びカバーを接合することと、蒸着により、疎水性層をカバーの内面の少なくとも一部及び基板の誘電内面の少なくとも一部に形成することとを含むことができる。特定の実施形態では、離間要素は、カバー及び基板が互いに実質的に平行な向きにされるように、カバーの内面と基板の誘電内面との間に挟まれる。基板、離間要素、及びカバーは、集合的に、液体媒体を保持するように構成されるエンクロージャを画定することができる。特定の実施形態では、疎水性層は、カバーの内面の実質的に全ての露出領域及び基板の誘電内面の実質的に全ての露出領域(すなわち、エンクロージャに向かって内向きに面する実質的に全ての表面)上に堆積される。特定の実施形態では、疎水性層は、エンクロージャに向かって内向きに面する離間要素の表面に更に堆積される。 In another aspect, the invention provides a method of manufacturing the microfluidic device of the invention. The method involves joining a separating element (eg, made from a microfluidic circuit material) to the inner surface of a cover having at least one electrode configured to be connected to a voltage source and being connected to the voltage source. By joining the separating element and the cover to the dielectric inner surface of the substrate having at least one electrode configured as described above and by vapor deposition, the hydrophobic layer is attached to at least a part of the inner surface of the cover and at least a part of the dielectric inner surface of the substrate. It can include forming. In certain embodiments, the separating element is sandwiched between the inner surface of the cover and the dielectric inner surface of the substrate such that the cover and the substrate are oriented substantially parallel to each other. The substrate, separating elements, and cover can collectively define an enclosure configured to hold the liquid medium. In certain embodiments, the hydrophobic layer comprises substantially all exposed areas of the inner surface of the cover and substantially all exposed areas of the dielectric inner surface of the substrate (ie, substantially inward facing the enclosure). Accumulated on all surfaces). In certain embodiments, the hydrophobic layer is further deposited on the surface of the separating element facing inward towards the enclosure.

特定の実施形態では、疎水性層は、カバーの内面及び基板の誘電内面に共有結合した自己会合性分子を含み、自己会合性分子は、高密度単層を形成する。幾つかの実施形態では、蒸着によって堆積された自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドを誘電内層の表面に直接又は間接的に結合させる結合基とをそれぞれ含む。したがって、自己会合性分子は、上述したか又は本明細書の他の箇所で説明される任意の自己会合性分子であり得る。 In certain embodiments, the hydrophobic layer comprises self-associating molecules covalently bonded to the inner surface of the cover and the dielectric inner surface of the substrate, which self-associating molecules form a dense monolayer. In some embodiments, the self-associating molecule deposited by vapor deposition comprises a surface-modifying ligand and a binding group that directly or indirectly binds the surface-modifying ligand to the surface of the dielectric inner layer, respectively. Thus, the self-associating molecule can be any self-associating molecule described above or elsewhere herein.

別の態様では、本発明は、マイクロ流体装置において、化学材料及び/又は生体材料等の材料を処理する方法を提供する。特定の実施形態では、本方法は、一緒にエンクロージャを画定する、エレクトロウェッティング構成を有する基板と、カバーと、離間要素とを含むマイクロ流体装置のエンクロージャ又はその一部に第1の流体媒体を充填することと、AC電圧電位を基板の少なくとも1つの電極とカバーの少なくとも1つの電極との間に印加することと、液体媒体の第1の液滴をエンクロージャに導入することであって、液体媒体の液滴は、第1の液体媒体と混合しない、導入することと、エレクトロウェッティング力を第1の液滴に適用することにより、第1の液滴をエンクロージャ内の所望の位置に移動させることとを含む。第1の液体媒体は、シリコーン油、フッ素化油、又はそれらの組み合わせ等の本明細書に記載される任意の第1の液体媒体を含むことができる。 In another aspect, the invention provides a method of processing materials such as chemical and / or biomaterials in a microfluidic device. In certain embodiments, the method places a first fluid medium in or part of the enclosure of a microfluidic device that includes a substrate having an electrowetting configuration, a cover, and a separating element that together define the enclosure. Filling, applying an AC voltage potential between at least one electrode on the substrate and at least one electrode on the cover, and introducing a first droplet of liquid medium into the enclosure are liquids. The medium droplets are not mixed with the first liquid medium, they are introduced and the electrowetting force is applied to the first droplets to move the first droplets to the desired position within the enclosure. Including to let. The first liquid medium can include any first liquid medium described herein, such as silicone oils, fluorinated oils, or combinations thereof.

幾つかの実施形態では、本方法は、マイクロ流体チャネル等のエンクロージャの第1のセクションから第1の液滴をチャンバ等のエンクロージャの第2のセクションに、又はこの逆に引き込むことを含み得る。上記引き込みは、第1の液滴に接触し且つ/又はそれに隣接する基板表面の領域の有効エレクトロウェッティング特性を変更することを含み得る。したがって、エンクロージャに第1の液体媒体を充填することは、マイクロ流体チャネル及びチャンバに第1の液体媒体を充填することを含み得る。 In some embodiments, the method may include drawing a first droplet from a first section of an enclosure, such as a microfluidic channel, into a second section of an enclosure, such as a chamber, or vice versa. The pull-in may include altering the effective electrowetting properties of the area of the substrate surface in contact with and / or adjacent to the first droplet. Therefore, filling the enclosure with a first liquid medium can include filling the microfluidic channels and chambers with a first liquid medium.

幾つかの実施形態では、マイクロ流体装置は、液滴生成器を含む。本方法は、液滴生成器を使用して第1の液滴を生成することを含み得る。加えて、液滴生成器は、第1の液滴をエンクロージャに導入することができる。生成された液滴は、約100ピコリットル〜約100ナノリットル又は約1〜50ナノリットルの容量を有することができる。幾つかの実施形態では、第1の液滴は、ビーズ又は生物学的微小物体(例えば、細胞、小嚢等)、細胞分泌物、又は試剤等の微小物体を含むことができる。ビーズは、細胞分泌物(例えば、抗体)又は他の生体分子(例えば、DNA、ゲノムDNA、ミトコンドリアDNA、RNA、mRNA、miRNA、又はそれらの任意の組み合わせ等の核酸)等の対象となる材料に対して親和性を有する分子を有することができる。液滴は、単一の生体細胞等の単一の微小物体を含んでもよく、又は複数の微小物体を含んでもよい。例えば、液滴は、2〜20個又はそれを超える個数の微小物体、例えばビーズを含むことができる。幾つかの実施形態では、液滴は、細胞溶解バッファー、標識(例えば、蛍光標識試剤)、ルミネッセント試剤、又は酵素混合物等の試剤を含むことができる。 In some embodiments, the microfluidic device comprises a droplet generator. The method may include generating a first droplet using a droplet generator. In addition, the droplet generator can introduce the first droplet into the enclosure. The droplets produced can have a volume of about 100 picolitres to about 100 nanoliters or about 1 to 50 nanoliters. In some embodiments, the first droplet can include beads or micro-objects such as biological micro-objects (eg, cells, cysts, etc.), cell secretions, or reagents. Beads can be used as materials of interest such as cell secretions (eg, antibodies) or other biomolecules (eg, nucleic acids such as DNA, genomic DNA, mitochondrial DNA, RNA, mRNA, miRNA, or any combination thereof). It can have a molecule that has an affinity for it. The droplet may contain a single micro-object such as a single living cell, or may contain a plurality of micro-objects. For example, a droplet can contain 2 to 20 or more microscopic objects, such as beads. In some embodiments, the droplet can include a reagent such as a cell lysis buffer, a label (eg, a fluorescent label reagent), a luminescent reagent, or an enzyme mixture.

幾つかの実施形態では、本方法は、第2、第3、第4等の液滴をエンクロージャに導入することと、エレクトロウェッティング力を液滴に適用することにより、第2、第3、第4等の液滴をエンクロージャ内の所望の位置に移動させることとを更に含む。第2の液滴を第1の液滴の近傍の位置に移動させ、次に第1の液滴と混合して、第1の結合液滴を形成することができ、第3の液滴を第1の結合液滴の近傍の位置に移動させ、次に第1の結合液滴と混合して、第2の結合液滴を形成することができ、第4の液滴を第2の結合液滴の近傍の位置に移動させ、次に第2の結合液滴と混合して、第3の結合液滴を形成することができ、以下同様である。追加の各液滴は、第1の液体媒体と混合しないが、第1の液滴の液体媒体と混合する流体媒体を含むことができる。 In some embodiments, the method involves introducing second, third, fourth, etc. droplets into the enclosure and applying electrowetting force to the droplets to apply the second, third, third, etc. It further includes moving a fourth class droplet to a desired position within the enclosure. The second droplet can be moved to a position in the vicinity of the first droplet and then mixed with the first droplet to form the first combined droplet, making the third droplet It can be moved to a position near the first bonded droplet and then mixed with the first bonded droplet to form a second bonded droplet, which allows the fourth droplet to form a second bonded droplet. It can be moved to a position near the droplet and then mixed with the second bonded droplet to form a third bonded droplet, and so on. Each additional droplet may include a fluid medium that does not mix with the first liquid medium, but mixes with the liquid medium of the first droplet.

幾つかの実施形態では、第1の液滴は、生体細胞を含み、及び第2の液滴は、試剤を含む。試剤は、第1の液滴と第2の液滴とが混合された場合、生体細胞を溶解する細胞溶解バッファーであり得る。代替的に、試剤は、蛍光標識(例えば、蛍光標識された抗体若しくは他の親和性試剤)又はルミネッセンスアッセイで使用される試剤であり得る。第3の液滴は、対象となる材料に対して親和性を有する1つ又は複数(例えば、2〜20個)の捕捉ビーズ等の試剤を含むことができる。例えば、対象となる材料は、DNA、ゲノムDNA、ミトコンドリアDNA、RNA、mRNA、miRNA、又はそれらの任意の組み合わせ等の抗体又は核酸であり得る。そのような捕捉ビーズは、任意選択的に、続く分析のために装置から搬出することができる。第4の液滴は、第2の液滴及び第3の液滴のように、逆転写反応又は全ゲノム増幅反応等の反応の実行に適した酵素混合物等の試剤を含むことができる。 In some embodiments, the first droplet comprises a living cell and the second droplet comprises a reagent. The reagent can be a cell lysis buffer that lyses living cells when the first and second droplets are mixed. Alternatively, the reagent can be a fluorescent label (eg, a fluorescently labeled antibody or other affinity reagent) or a reagent used in a luminescence assay. The third droplet may contain a reagent, such as one or more (eg, 2 to 20) capture beads, that have an affinity for the material of interest. For example, the material of interest can be an antibody or nucleic acid such as DNA, genomic DNA, mitochondrial DNA, RNA, mRNA, miRNA, or any combination thereof. Such capture beads can optionally be removed from the device for subsequent analysis. The fourth droplet, like the second and third droplets, can contain a reagent such as an enzyme mixture suitable for performing a reaction such as a reverse transcription reaction or a whole genome amplification reaction.

幾つかの実施形態では、液滴の移動及び混合は、エレクトロウェッティング力の使用を含み、液滴の近傍の基板表面の領域の有効エレクトロウェッティング特性を変更し、それにより液滴を移動又は混合させることを含む。特定の実施形態では、基板表面の有効エレクトロウェッティング特性を変更することは、液滴の近傍の基板表面の領域におけるエレクトロウェッティング電極を活性化することを含み得る。特定の実施形態では、液滴の近傍の基板表面の領域におけるエレクトロウェッティング電極を活性化することは、基板表面のその領域に光パターンを向けることを含む。 In some embodiments, the movement and mixing of the droplets involves the use of electrowetting forces, altering the effective electrowetting properties of the area of the substrate surface in the vicinity of the droplets, thereby moving or moving the droplets. Including mixing. In certain embodiments, altering the effective electrowetting properties of the substrate surface can include activating electrowetting electrodes in the area of the substrate surface in the vicinity of the droplet. In certain embodiments, activating an electrowetting electrode in a region of the substrate surface in the vicinity of a droplet comprises directing a light pattern to that region of the substrate surface.

本発明の追加の態様及び実施形態は、図面及び以下の詳細な説明から明らかになる。 Additional embodiments and embodiments of the present invention will become apparent from the drawings and the detailed description below.

本発明の幾つかの実施形態による、一般化されたマイクロ流体デバイスと、マイクロ流体デバイスを制御及び監視する関連する制御機器を有するシステムとを示す。Demonstrates a generalized microfluidic device according to some embodiments of the present invention and a system having associated control devices for controlling and monitoring the microfluidic device. 液体媒体と、液体媒体と混合しない液体の液滴とを保持するように構成されるエンクロージャを一緒に形成する基板、カバー、及び離間要素を有するマイクロ流体装置の垂直断面図である。基板は、液滴がエンクロージャ内で操作されることを可能にする液滴エレクトロウェッティング構成を有する。FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a microfluidic device having a substrate, a cover, and a separating element that together form an enclosure configured to hold a liquid medium and droplets of liquid that are immiscible with the liquid medium. The substrate has a droplet electrowetting configuration that allows the droplets to be manipulated within the enclosure. 本発明の幾つかの実施形態によるマイクロ流体デバイスを示す。A microfluidic device according to some embodiments of the present invention is shown. 本発明の幾つかの実施形態によるマイクロ流体デバイスを示す。A microfluidic device according to some embodiments of the present invention is shown. 本発明の幾つかの実施形態による分離ペンを示す。Separation pens according to some embodiments of the present invention are shown. 本発明の幾つかの実施形態による分離ペンを示す。Separation pens according to some embodiments of the present invention are shown. 本発明の幾つかの実施形態による詳細な隔離ペンを示す。A detailed isolation pen according to some embodiments of the present invention is shown. 本発明の幾つかの他の実施形態による隔離ペンを示す。The isolation pens according to some other embodiments of the present invention are shown. 本発明の幾つかの他の実施形態による隔離ペンを示す。The isolation pens according to some other embodiments of the present invention are shown. 本発明の幾つかの他の実施形態による隔離ペンを示す。The isolation pens according to some other embodiments of the present invention are shown. 本発明の実施形態によるマイクロ流体デバイスを示す。A microfluidic device according to an embodiment of the present invention is shown. 本発明の実施形態によるマイクロ流体デバイスの被覆面を示す。The coated surface of the microfluidic device according to the embodiment of the present invention is shown. 本発明の幾つかの実施形態による、マイクロ流体デバイス及び関連する制御機器と併用されるシステムの特定の例を示す。Specific examples of systems used in combination with microfluidic devices and related control devices according to some embodiments of the present invention are shown. 本発明の幾つかの実施形態による撮像デバイスを示す。An imaging device according to some embodiments of the present invention is shown. デュオリシック基板を用いてEW構成及びDEP構成を有するマイクロ流体デバイスの例を示す。An example of a microfluidic device having an EW configuration and a DEP configuration using a dual chic substrate is shown. モノリシック基板を用いてEW構成及びDEP構成を有するマイクロ流体デバイスの例を示す。An example of a microfluidic device having an EW configuration and a DEP configuration using a monolithic substrate is shown. マイクロ流体装置の水平断面図であり、マイクロ流体装置は、図1Bに示されるようなエレクトロウェッティング構成を含むことができ、複数のマイクロ流体チャネル、マイクロ流体チャネルの少なくとも1つが終わる箇所で開くチャンバ、及び液滴生成器を含む。この実施形態では、1つのマイクロ流体チャネルは、水性媒体(明るい色)を含み、一方、液滴生成器に接続されたマイクロ流体チャネルは、非水性媒体(暗い色)を含み、同様にチャンバも水性媒体又は非水性媒体のいずれかを含む。It is a horizontal sectional view of a microfluidic device, the microfluidic device can include an electrowetting configuration as shown in FIG. 1B, and a plurality of microfluidic channels, a chamber that opens at the end of at least one of the microfluidic channels. , And a droplet generator. In this embodiment, one microfluidic channel comprises an aqueous medium (light color), while the microfluidic channel connected to the droplet generator comprises a non-aqueous medium (dark color), as well as the chamber. Includes either aqueous or non-aqueous medium. マイクロ流体装置の水平断面図であり、マイクロ流体装置は、図1Bに示されるようなエレクトロウェッティング構成を含むことができ、複数のマイクロ流体チャネル、マイクロ流体チャネルの少なくとも1つが終わる箇所で開くチャンバ、及び液滴生成器を含む。この実施形態では、1つのマイクロ流体チャネル及び第1の組のチャンバは、水性媒体(明るい色)を含み、一方、液滴生成器に接続されたマイクロ流体チャネル及び第2の組のチャンバは、疎水性媒体(暗い色)を含む。図6は、図5に示される実施形態の変形形態を提示し、この変形形態では、水性媒体を含む各チャンバは、疎水性媒体を含む対応するチャンバから疎水性媒体を有するチャネルを隔てた真向かいに配置される。It is a horizontal sectional view of a microfluidic device, the microfluidic device can include an electrowetting configuration as shown in FIG. 1B, and a plurality of microfluidic channels, a chamber that opens at the end of at least one of the microfluidic channels. , And a droplet generator. In this embodiment, one microfluidic channel and the first set of chambers contain an aqueous medium (bright color), while the microfluidic channel and the second set of chambers connected to the droplet generator are Contains hydrophobic media (dark color). FIG. 6 presents a variant of the embodiment shown in FIG. 5, in which each chamber containing the aqueous medium is directly opposite the corresponding chamber containing the hydrophobic medium across a channel having the hydrophobic medium. Is placed in. マイクロ流体装置内の生物学的微小物体を処理する方法の図である。It is a figure of the method of processing a biological microobject in a microfluidic apparatus. エレクトロウェッティング構成を有する第1のセクション及び誘電泳動構成を有する第2のセクションを有するマイクロ流体デバイスの基板を製造するために適用することができる方法である。It is a method that can be applied to manufacture substrates for microfluidic devices that have a first section with an electrowetting configuration and a second section with a dielectrophoretic configuration. 図9に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。A vertical cross section of a substrate processed according to the method shown in FIG. 9 is provided. 図9に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。A vertical cross section of a substrate processed according to the method shown in FIG. 9 is provided. 図9に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。A vertical cross section of a substrate processed according to the method shown in FIG. 9 is provided. 図9に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。A vertical cross section of a substrate processed according to the method shown in FIG. 9 is provided. 図9に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。A vertical cross section of a substrate processed according to the method shown in FIG. 9 is provided. 図9に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。A vertical cross section of a substrate processed according to the method shown in FIG. 9 is provided. 図9に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。A vertical cross section of a substrate processed according to the method shown in FIG. 9 is provided. 図9に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。A vertical cross section of a substrate processed according to the method shown in FIG. 9 is provided. 図9に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。A vertical cross section of a substrate processed according to the method shown in FIG. 9 is provided. 図17と併せて示した実施形態による1つの機能態様での電気的に対処する動作表現の図である。FIG. 5 is a diagram of an operation expression for electrically coping with one functional aspect according to the embodiment shown together with FIG. 図17と併せて示した実施形態による1つの機能態様での電気的に対処する動作表現の図である。FIG. 5 is a diagram of an operation expression for electrically coping with one functional aspect according to the embodiment shown together with FIG. 本発明の実施形態による、修飾されたマイクロ流体表面上の水性液滴の移動の写真表現である。It is a photographic representation of the movement of aqueous droplets on a modified microfluidic surface according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、修飾されたマイクロ流体表面上の水性液滴の移動の写真表現である。It is a photographic representation of the movement of aqueous droplets on a modified microfluidic surface according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、修飾されたマイクロ流体表面上の水性液滴の移動の写真表現である。It is a photographic representation of the movement of aqueous droplets on a modified microfluidic surface according to an embodiment of the present invention.

本明細書は、本発明の例示的な実施形態及び適用を記載する。しかし、本発明は、これらの例示的な実施形態及び適用又は例示的な実施形態及び適用が動作する様式又は本明細書で記載される様式に限定されない。更に、図は簡易図又は部分図を示し得、図中の要素の寸法は、誇張又は他の方法で一定の縮尺ではないことがある。更に、「上」、「付着される」、「接続される」、「結合される」という用語又は同様の語が本明細書で使用される場合、ある要素(例えば、材料、層、基板等)は、直接他の要素上にあるか、付着されるか、接続されるか、若しくは結合されるか、それともある要素と他の要素との間に1つ又は複数の介在要素があるかに関係なく、他の要素「上」にあり、それに「付着され」、それに「接続され」、又はそれに「結合される」ことができる。また、文脈が別段のことを示さない限り、方向(例えば、上方、下方、頂部、底部、横、アップ、ダウン、下、上、上部、下部、水平、垂直、「x」、「y」、「z」等)は、提供される場合、相対的なものであり、限定としてではなく単なる例として、且つ説明及び考察を容易にするためにのみ提供される。更に、要素のリスト(例えば、要素a、b、c)が参照される場合、そのような参照は、それ自体により列挙される要素の任意の1つ、列挙された要素の全て未満の任意の組合せ、及び/又は列挙された要素の全ての組合せを含むことが意図される。本明細書でのセクション分割は、検討を容易にするためのみのものであり、考察される要素のいかなる組合せも限定しない。 This specification describes exemplary embodiments and applications of the present invention. However, the invention is not limited to these exemplary embodiments and applications or the modes in which the exemplary embodiments and applications work or as described herein. In addition, the figure may show a simplified or partial view, and the dimensions of the elements in the figure may not be exaggerated or otherwise to a constant scale. Further, when the terms "above", "attached", "connected", "bonded" or similar terms are used herein, certain elements (eg, materials, layers, substrates, etc.) ) Is directly on another element, attached, connected, or combined, or there is one or more intervening elements between one element and another. Regardless, it is on another element "above" and can be "attached" to it, "connected" to it, or "bonded" to it. Also, unless the context indicates otherwise, the direction (eg, up, down, top, bottom, side, up, down, down, top, top, bottom, horizontal, vertical, "x", "y", “Z” etc.) are relative, if provided, and are provided only as an example, not as a limitation, and for ease of explanation and consideration. Further, when a list of elements (eg, elements a, b, c) is referenced, such a reference is any one of the elements listed by itself, any less than all of the listed elements. It is intended to include combinations and / or all combinations of listed elements. Sectional divisions herein are for ease of consideration only and do not limit any combination of elements considered.

本明細書で使用される場合、「実質的に」は、意図される目的で十分に機能することを意味する。したがって、「実質的に」という用語は、当業者により予期されるが、全体性能にそれほど影響しない等の絶対的又は完全な状態、寸法、測定、結果等からの小さくわずかな変動を可能にする。数値又は数値として表現することができるパラメータ若しくは特徴に関して使用される場合、「実質的に」は、10%以内を意味する。 As used herein, "substantially" means functioning well for the intended purpose. Therefore, the term "substantially" allows small and slight variations from absolute or perfect conditions, dimensions, measurements, results, etc., as expected by one of ordinary skill in the art, but does not significantly affect overall performance. .. When used with respect to a number or a parameter or feature that can be expressed as a number, "substantially" means within 10%.

「1つ」という用語は2つ以上を意味する。 The term "one" means more than one.

本明細書で使用される場合、「複数」という用語は、2、3、4、5、6、7、8、9、10、又はそれを上回ることができる。 As used herein, the term "plurality" can be 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, or more.

本明細書で使用される場合、「配置される」という用語は、その意味内に「置かれる」を包含する。 As used herein, the term "placed" includes "placed" within its meaning.

本明細書で使用される場合、「マイクロ流体デバイス」又は「マイクロ流体装置」は、流体を保持するように構成された1つ又は複数の離散マイクロ流体回路を含むデバイスであり、各マイクロ流体回路は、領域、フロー領域、チャネル、チャンバ、及び/又はペンを含むが、これらに限定されない流体的に相互接続された回路要素と、(カバーを含むマイクロ流体デバイスについて)流体(及び任意選択的に流体に懸濁した微小物体)をマイクロ流体デバイス内及び/又は外に流すように構成された少なくとも2つのポートとから構成される。通常、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体回路は、少なくとも1つのマイクロ流体チャネル及び少なくとも1つのチャンバを含み、約1mL未満の容量の流体、例えば、約750μL未満、約500μL未満、約250μL未満、約200μL未満、約150μL未満、約100μL未満、約75μL未満、約50μL未満、約25μL未満、約20μL未満、約15μL未満、約10μL未満、約9μL未満、約8μL未満、約7μL未満、約6μL未満、約5μL未満、約4μL未満、約3μL未満、又は約2μL未満の流体を保持する。特定の実施形態では、マイクロ流体回路は、約1〜2μL、約1〜3μL、約1〜4μL、約1〜5μL、約2〜5μL、約2〜8μL、約2〜10μL、約2〜12μL、約2〜15μL、約2〜20μL、約5〜20μL、約5〜30μL、約5〜40μL、約5〜50μL、約10〜50μL、約10〜75μL、約10〜100μL、約20〜100μL、約20〜150μL、約20〜200μL、約50〜200μL、約50〜250μL、又は約50〜300μLを保持する。 As used herein, a "microfluidic device" or "microfluidic device" is a device that includes one or more discrete microfluidic circuits configured to hold fluid, each microfluidic circuit. With fluidly interconnected circuit elements including, but not limited to, regions, flow regions, channels, chambers, and / or pens, and fluids (and optionally for microfluidic devices including covers). It consists of at least two ports configured to allow micro-objects suspended in the fluid to flow into and / or out of the micro-fluid device. Typically, the microfluidic circuit of a microfluidic device comprises at least one microfluidic channel and at least one chamber and has a volume of less than about 1 mL of fluid, such as less than about 750 μL, less than about 500 μL, less than about 250 μL, less than about 200 μL. Less than about 150 μL, less than about 100 μL, less than about 75 μL, less than about 50 μL, less than about 25 μL, less than about 20 μL, less than about 15 μL, less than about 10 μL, less than about 9 μL, less than about 8 μL, less than about 7 μL, less than about 6 μL, about Holds less than 5 μL, less than about 4 μL, less than about 3 μL, or less than about 2 μL of fluid. In certain embodiments, the microfluidic circuit is about 1-2 μL, about 1-3 μL, about 1-4 μL, about 1-5 μL, about 2-5 μL, about 2-8 μL, about 2-10 μL, about 2-12 μL. , About 2-15 μL, about 2-20 μL, about 5-20 μL, about 5-30 μL, about 5-40 μL, about 5-50 μL, about 10-50 μL, about 10-75 μL, about 10-100 μL, about 20-100 μL , About 20-150 μL, about 20-200 μL, about 50-200 μL, about 50-250 μL, or about 50-300 μL.

本明細書で使用される場合、「ナノ流体デバイス」又は「ナノ流体装置」は、約1μL未満の容量の流体、例えば、約750nL、約500nL、約250nL、約200nL、約150nL、約100nL、約75nL、約50nL、約25nL、約20nL、約15nL、約10nL、約9nL、約8nL、約7nL、約6nL、約5nL、約4nL、約3nL、約2nL、約1nL、又はそれ未満の流体を保持するように構成された少なくとも1つの回路要素を含むマイクロ流体回路を有するタイプのマイクロ流体デバイスである。ナノ流体デバイスは、複数の回路要素(例えば、少なくとも2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、15個、20個、25個、50個、75個、100個、150個、200個、250個、300個、400個、500個、600個、700個、800個、900個、1000個、1500個、2000個、2500個、3000個、3500個、4000個、4500個、5000個、6000個、7000個、8000個、9000個、10,000個、又はこれを超える)を含むことができる。特定の実施形態では、少なくとも1つの回路要素の1つ又は複数(例えば、全て)は、約100pL〜1nL、約100pL〜2nL、約100pL〜5nL、約250pL〜2nL、約250pL〜5nL、約250pL〜10nL、約500pL〜5nL、約500pL〜10nL、約500pL〜15nL、約750pL〜10nL、約750pL〜15nL、約750pL〜20nL、約1〜10nL、約1〜15nL、約1〜20nL、約1〜25nL、又は約1〜50nLの容量の流体を保持するように構成される。他の実施形態では、少なくとも1つの回路要素の1つ又は複数(例えば、全て)は、約20nL〜200nL、約100〜200nL、約100〜300nL、約100〜400nL、約100〜500nL、約200〜300nL、約200〜400nL、約200〜500nL、約200〜600nL、約200〜700nL、約250〜400nL、約250〜500nL、約250〜600nL、又は約250〜750nLの容量の流体を保持するように構成される。 As used herein, a "nanofluid device" or "nanofluid device" refers to a fluid having a capacity of less than about 1 μL, eg, about 750 nL, about 500 nL, about 250 nL, about 200 nL, about 150 nL, about 100 nL. Fluids of about 75 nL, about 50 nL, about 25 nL, about 20 nL, about 15 nL, about 10 nL, about 9 nL, about 8 nL, about 7 nL, about 6 nL, about 5 nL, about 4 nL, about 3 nL, about 2 nL, about 1 nL, or less. A type of microfluidic device having a microfluidic circuit comprising at least one circuit element configured to hold the. Nanofluid devices include multiple circuit elements (eg, at least 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 15, 20, 25, 50). 75 pieces, 100 pieces, 150 pieces, 200 pieces, 250 pieces, 300 pieces, 400 pieces, 500 pieces, 600 pieces, 700 pieces, 800 pieces, 900 pieces, 1000 pieces, 1500 pieces, 2000 pieces, 2500 pieces, 3000 pieces, 3500 pieces, 4000 pieces, 4500 pieces, 5000 pieces, 6000 pieces, 7000 pieces, 8000 pieces, 9000 pieces, 10,000 pieces, or more) can be included. In certain embodiments, one or more (eg, all) of at least one circuit element is about 100 pL to 1 nL, about 100 pL to 2 nL, about 100 pL to 5 nL, about 250 pL to 2 nL, about 250 pL to 5 nL, about 250 pL. 10 nL, about 500 pL to 5 nL, about 500 pL to 10 nL, about 500 pL to 15 nL, about 750 pL to 10 nL, about 750 pL to 15 nL, about 750 pL to 20 nL, about 1 to 10 nL, about 1 to 15 nL, about 1 to 20 nL, about 1 It is configured to hold a volume of ~ 25 nL, or about 1-50 nL of fluid. In other embodiments, one or more (eg, all) of at least one circuit element is about 20 nL-200 nL, about 100-200 nL, about 100-300 nL, about 100-400 nL, about 100-500 nL, about 200. Holds a fluid with a volume of ~ 300 nL, about 200-400 nL, about 200-500 nL, about 200-600 nL, about 200-700 nL, about 250-400 nL, about 250-500 nL, about 250-600 nL, or about 250-750 nL. It is configured as follows.

「マイクロ流体チャネル」又は「フローチャネル」は、本明細書では、水平寸法及び垂直寸法の両方よりもはるかに長い長さを有するマイクロ流体デバイスのフロー領域を指す。例えば、フローチャネルは、水平寸法又は垂直寸法のいずれか一方の長さの少なくとも5倍、例えば、長さの少なくとも10倍、長さの少なくとも25倍、長さの少なくとも100倍、長さの少なくとも200倍、長さの少なくとも500倍、長さの少なくとも1,000倍、長さの少なくとも5,000倍、又はそれを超える長さであり得る。幾つかの実施形態では、フローチャネルの長さは、その間の任意の範囲を含む約50,000μm〜約500,000μmの範囲である。幾つかの実施形態では、水平寸法は約100μm〜約1000μm(例えば、約150〜約500μm)の範囲であり、垂直寸法は約25〜約200μmの範囲、例えば、約40〜約150μmの範囲である。なお、フローチャネルは、マイクロ流体デバイスにおいて様々な異なる空間構成を有し得、したがって、完全に線形の要素に限定されない。例えば、フローチャネルは、以下の構成の任意のものを有する1つ又は複数のセクションを含み得る:曲線、湾曲、螺旋、傾斜、下降、フォーク形(例えば、複数の異なる流路)、及びそれらの任意の組合せ。加えて、フローチャネルは、経路に沿って異なる断面積を有し、広がり及び収縮して所望の流体フローを内部に提供し得る。 "Microfluidic channel" or "flow channel" as used herein refers to the flow region of a microfluidic device having a length much longer than both horizontal and vertical dimensions. For example, the flow channel is at least 5 times the length of either the horizontal or vertical dimension, eg, at least 10 times the length, at least 25 times the length, at least 100 times the length, at least the length. It can be 200 times, at least 500 times the length, at least 1,000 times the length, at least 5,000 times the length, or more. In some embodiments, the length of the flow channel is in the range of about 50,000 μm to about 500,000 μm, including any range in between. In some embodiments, the horizontal dimensions range from about 100 μm to about 1000 μm (eg, about 150 to about 500 μm) and the vertical dimensions range from about 25 to about 200 μm, eg, from about 40 to about 150 μm. be. Note that flow channels can have a variety of different spatial configurations in microfluidic devices and are therefore not limited to perfectly linear elements. For example, a flow channel may include one or more sections having any of the following configurations: curves, curves, spirals, slopes, descents, forks (eg, different channels), and theirs. Any combination. In addition, the flow channels have different cross-sectional areas along the path and can expand and contract to provide the desired fluid flow internally.

本明細書で使用される場合、「障害物」という用語は、一般に、マイクロ流体デバイス内の2つの異なる領域又は回路要素間の標的微小物体の移動を部分的に(完全にではなく)妨げるのに十分に大きいバンプ又は同様のタイプの構造物を指す。2つの異なる領域/回路要素は、例えば、マイクロ流体隔離ペン及びマイクロ流体チャネル又はマイクロ流体隔離ペンの接続領域及び分離領域であり得る。 As used herein, the term "obstacle" generally partially (but not completely) impedes the movement of a target microobject between two different regions or circuit elements within a microfluidic device. Refers to bumps large enough or similar types of structures. The two different regions / circuit elements can be, for example, a microfluidic isolation pen and a microfluidic channel or a connection and isolation region of the microfluidic isolation pen.

本明細書で使用される場合、「狭窄」という用語は、一般に、マイクロ流体デバイスでの回路要素(又は2つの回路要素間の界面)の幅の狭まりを指す。狭窄は、例えば、マイクロ流体隔離ペンとマイクロ流体チャネルとの間の界面又はマイクロ流体隔離ペンの分離領域と接続領域との間の界面に配置することができる。 As used herein, the term "stenosis" generally refers to the narrowing of a circuit element (or interface between two circuit elements) in a microfluidic device. The constriction can be placed, for example, at the interface between the microfluidic isolation pen and the microfluidic channel or at the interface between the separation area and the connection area of the microfluidic isolation pen.

本明細書で使用される場合、「透明」という用語は、可視光が透過する際、可視光を実質的に変更せずに透過させる材料を指す。 As used herein, the term "transparent" refers to a material that, when visible light is transmitted, allows visible light to pass through substantially unchanged.

本明細書で使用される場合、「微小物体」という用語は、一般に、本発明により分離し収集し得る任意の顕微鏡的物体を指す。微小物体の非限定的な例としては、微粒子;微小ビーズ(例えば、ポリスチレンビーズ、Luminex(商標)ビーズ等);磁性ビーズ;微小
ロッド;微小ワイヤ;量子ドット等の無生物微小物体、細胞(例えば、胚、卵母細胞、卵子、精子細胞、組織から解離された細胞、真核細胞、原生細胞、動物細胞、哺乳類細胞、免疫細胞、ハイブリドーマ、培養細胞、細胞株からの細胞、がん細胞、感染細胞、トランスフェクト細胞及び/又は形質転換細胞、レポーター細胞、原核細胞等);生物学的細胞小器官;ベシクル又は複合体;合成ベシクル;リポソーム(例えば、合成又は膜標本由来);脂質ナノクラフト(Ritchie et al. (2009)“Reconstitution of Membrane Proteins
in Phospholipid Bilayer Nanodiscs”, Methods Enzymol., 464:211-231に記載のよう
に)等の生物学的微小物体、又は無生物微小物体と生物学的微小物体との組合せ(例えば、細胞に付着した微小ビーズ、リポソームコーティング微小ビーズ、リポソームコーティング磁性ビーズ等)が挙げられる。ビーズは、蛍光標識、タンパク質、小分子シグナリング部分、抗原、又はアッセイで使用可能な化学/生物種等の共有又は非共有的に付着した他の部分/分子を更に有し得る。
As used herein, the term "microscopic object" generally refers to any microscopic object that can be separated and collected by the present invention. Non-limiting examples of microobjects include fine particles; microbeads (eg, polystyrene beads, Luminex ™ beads, etc.); magnetic beads; microrods; microwires; inanimate microobjects such as quantum dots, cells (eg, eg, quanta dots). Embryos, egg mother cells, eggs, sperm cells, cells dissociated from tissues, eukaryotic cells, progenitor cells, animal cells, mammalian cells, immune cells, hybridomas, cultured cells, cells from cell lines, cancer cells, infections Cells, transfected cells and / or transformed cells, reporter cells, prokaryotic cells, etc.); biological cell organs; vesicles or complexes; synthetic vesicles; liposomes (eg, derived from synthetic or membrane specimens); lipid nanocrafts (eg, derived from synthetic or membrane specimens) Ritchie et al. (2009) “Reconstitution of Membrane Proteins”
Biological microobjects such as "in Phospholipid Bilayer Nanodiscs", Methods Enzymol., 464: 211-231), or a combination of inanimate microobjects and biological microobjects (eg, microadherent to cells) Beads, liposome-coated microbeads, liposome-coated magnetic beads, etc.). Beads share or do not share fluorescent labels, proteins, small molecule signaling moieties, antigens, or chemical / biological species that can be used in the assay. It may further have other attached moieties / molecules.

本明細書で使用される場合、「細胞を維持する」という用語は、流体成分及び気体成分の両方を含み、任意選択的に、細胞の生存及び/又は増殖を維持するために必要な状況を提供する表面を含む環境を提供することを指す。 As used herein, the term "maintaining cells" includes both fluid and gaseous components and optionally refers to the conditions necessary to maintain cell survival and / or proliferation. Refers to providing an environment that includes the surface to be provided.

流体培地の「成分」は、溶媒分子、イオン、小分子、抗生物質、ヌクレオチド及びヌクレオシド、核酸、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、糖、炭水化物、脂質、脂肪酸、コレステロール、代謝産物等を含め、培地に存在する任意の化学的又は生物学的分子である。 The "ingredients" of a fluid medium are present in the medium, including solvent molecules, ions, small molecules, antibiotics, nucleotides and nucleosides, nucleic acids, amino acids, peptides, proteins, sugars, carbohydrates, lipids, fatty acids, cholesterol, metabolites, etc. Any chemical or biological molecule that

流体培地を参照して本明細書で使用される場合、「拡散する」及び「拡散」は、濃度勾配の低い方への流体培地の成分の熱力学的運動を指す。 As used herein with reference to a fluid medium, "diffusing" and "diffusing" refer to the thermodynamic movement of the components of the fluid medium towards the lower concentration gradient.

「培地のフロー」という語句は、拡散以外の任意の機構に主に起因した流体培地のバルク移動を意味する。例えば、培地のフローは、ある箇所から別の箇所への、箇所間の圧力差に起因した流体培地の移動を含むことができる。そのようなフローは、液体の連続、パルス、周期的、ランダム、断続的、若しくは往復フロー、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。ある流体培地が別の流体培地に流れる場合、培地の乱流又は混合が生じ得る。 The phrase "medium flow" means bulk transfer of fluid medium primarily due to any mechanism other than diffusion. For example, the flow of the medium can include the movement of the fluid medium from one location to another due to the pressure difference between the locations. Such flows can include continuous, pulsed, periodic, random, intermittent, or reciprocating flows of liquid, or any combination thereof. When one fluid medium flows into another fluid medium, turbulence or mixing of the medium can occur.

「実質的にフローがない」という語句は、時間にわたり平均されると、流体培地内への又は流体培地内での材料(例えば、関心のある分析物)の成分の拡散率未満である流体培地の流量を指す。そのような材料の成分の拡散率は、例えば、温度、成分のサイズ、及び成分と流体培地との相互作用の強さに依存し得る。 The phrase "substantially no flow" is, on average over time, a fluid medium that is less than the diffusivity of the components of the material (eg, the analyte of interest) into or in the fluid medium. Refers to the flow rate of. The diffusivity of the components of such a material can depend, for example, on the temperature, the size of the components, and the strength of the interaction between the components and the fluid medium.

マイクロ流体デバイス内の異なる領域を参照して本明細書で使用される場合、「流体接続される」という語句は、異なる領域が流体培地等の流体で実質的に充填される場合、各領域内の流体が連通して単一の流体を形成することを意味する。これは、異なる領域内の流体(又は流体培地)が必ずしも組成物内で同一であることを意味しない。むしろ、マイクロ流体デバイスの異なる流体接続領域内の流体は、流束内にある異なる組成物(例えば、タンパク質、炭水化物、鉄、又は他の分子等の異なる濃度の溶質)を有することができ、その理由は、溶質が各濃度勾配を下がって移動し、及び/又は流体がデバイスを通って流れるためである。 As used herein with reference to different regions within a microfluidic device, the phrase "fluidally connected" is used within each region if the different regions are substantially filled with a fluid such as a fluid medium. It means that the fluids of the above are communicated to form a single fluid. This does not mean that the fluids (or fluid media) in different regions are necessarily the same in the composition. Rather, fluids within different fluid connection regions of a microfluidic device can have different compositions within the flux (eg, solutes of different concentrations such as proteins, carbohydrates, iron, or other molecules), which The reason is that the solute moves down each concentration gradient and / or the fluid flows through the device.

マイクロ流体(又はナノ流体)デバイスは、「掃引」領域及び「非掃引」領域を含むことができる。本明細書で使用される場合、「掃引」領域は、マイクロ流体回路の流体相互接続された1つ又は複数の回路要素で構成され、各回路要素は、流体がマイクロ流体回路を通って流れているとき、培地のフローを経験する。掃引領域の回路要素は、例えば、領域、チャネル、及びチャンバの全て又は部分を含むことができる。本明細書で使用される場合、「非掃引」領域は、マイクロ流体回路の流体的に相互接続された1つ又は複数の回路要素で構成され、各回路要素は、流体がマイクロ流体回路を通って流れているとき、流束を実質的に経験しない。非掃引領域は、流体接続が、拡散を可能にするが、掃引領域と非掃引領域との間で実質的に培地が流れないように構造化される場合、掃引領域に流体接続することができる。したがって、マイクロ流体デバイスは、実質的に掃引領域と非掃引領域との間での拡散連通のみを可能にしながら、非掃引領域を掃引領域での培地のフローから実質的に分離するように構造化することができる。例えば、マイクロ流体デバイスのフローチャネルは掃引領域の例であり、一方、マイクロ流体デバイスの分離領域(更に詳細に後述する)は非掃引領域の例である。 Microfluidic (or nanofluidic) devices can include "sweep" and "non-sweep" regions. As used herein, a "sweep" region consists of one or more interconnected circuit elements of a microfluidic circuit, each of which is a fluid flowing through a microfluidic circuit. Experience the flow of medium when you are. The circuit elements of the sweep region can include, for example, all or parts of the region, channel, and chamber. As used herein, a "non-sweep" region consists of one or more fluidly interconnected circuit elements of a microfluidic circuit, each circuit element in which the fluid passes through a microfluidic circuit. Virtually no experience of flux when flowing. The non-swept area can be fluid-connected to the swept area if the fluid connection allows diffusion but is structured so that the medium is substantially non-flowing between the swept area and the non-sweep area. .. Thus, the microfluidic device is structured to substantially separate the non-sweep region from the flow of medium in the sweep region, while substantially allowing only diffusion communication between the sweep region and the non-sweep region. can do. For example, the flow channel of a microfluidic device is an example of a sweep region, while the isolation region of a microfluidic device (discussed in more detail below) is an example of a non-sweep region.

本明細書で使用される場合、「フロー領域」は、媒体の流れの軌跡を画定し、媒体の流れの軌跡を受ける1つ又は複数の流体接続された回路要素(例えば、チャネル、領域、及びチャンバ等)を指す。したがって、フロー領域は、マイクロ流体デバイスの掃引領域の一例である。他の回路要素(例えば、非掃引領域)は、フロー領域における媒体フローを受けずに、フロー領域を含む回路要素と流体接続し得る。 As used herein, a "flow region" is one or more fluid-connected circuit elements (eg, channels, regions, and, etc., that define the trajectory of a medium flow and receive the trajectory of a medium flow. Refers to a chamber, etc.). Therefore, the flow region is an example of a sweep region for a microfluidic device. Other circuit elements (eg, non-sweep regions) may be fluid connected to circuit elements that include the flow region without receiving the medium flow in the flow region.

本明細書で使用される場合、「アルキル」は、1〜6個の炭素原子を有する(例えば、C1〜C6アルキル)、不飽和を含まない炭素原子及び水素原子のみからなる直鎖又は分岐鎖炭化水素ラジカルを指す。アルキルが本明細書に出現するときは常に、「1〜6」等の数値範囲は、所与の範囲内の各整数を指し、例えば、「1〜6個の炭素原子」は、アルキル基が1個の炭素原子、2個の炭素原子、3個の炭素原子等、最高で6個の炭素原子からなり得ることを意味するが、本定義は、数値範囲が指定されない用語「アルキル」の発生も包含する。幾つかの実施形態では、それはC1〜C3アルキル基である。典型的なアルキル基は、決して限定ではなく、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチルイソブチル、第三級ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、及びヘキシル等を含む。アルキルは、単結合、例えば、メチル(Me)、エチル(Et)、n−プロピル、1−メチルエチル(イソプロピル)n−ブチル、n−ペンチル、1,1−ジメチルエチル(t−ブチル)、及びヘキシル等により分子の残りの部分に結合される。 As used herein, "alkyl" is a straight or branched chain consisting only of unsaturated carbon and hydrogen atoms having 1 to 6 carbon atoms (eg, C1 to C6 alkyl). Refers to hydrocarbon radicals. Whenever an alkyl appears herein, a numerical range such as "1-6" refers to each integer within a given range, for example, "1-6 carbon atoms" have an alkyl group. It means that it can consist of up to 6 carbon atoms, such as 1 carbon atom, 2 carbon atoms, 3 carbon atoms, etc., but this definition is the generation of the term "alkyl" for which a numerical range is not specified. Also includes. In some embodiments, it is a C1-C3 alkyl group. Typical alkyl groups include, but are not limited to, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butylisobutyl, tertiary butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, hexyl and the like. Alkyl can be single bonds such as methyl (Me), ethyl (Et), n-propyl, 1-methylethyl (isopropyl) n-butyl, n-pentyl, 1,1-dimethylethyl (t-butyl), and It is bound to the rest of the molecule by hexyl or the like.

本明細書において別段のことが特に記載される場合を除き、アルキル基は、任意選択的に、独立して、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリール、へテロアリールアルキル、ヒドロキシ、ハロ、シアノ、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、ニトロ、トリメチルシリル、−OR’、−SR’、−OC(O)−R’、−N(R’)2、−C(O)R’、−C(O)OR’、−OC(O)N(R’)2、−C(O)N(R’)2、−N(R’)C(O)OR’、−N(R’)C(O)R’、−N(R’)C(O)N(R’)2、N(R’)C(NR’)N(R’)2、−N(R’)S(O)tR’(ここで、tは1又は2である)、−S(O)tOR’(ここで、tは1又は2である)、−S(O)tN(R’)2(ここで、tは1又は2である)、又はPO3(R’)2である1つ又は複数の置換基で置換し得、ここで、各R’は独立して、水素、アルキル、フルオロアルキル、アリール、アルアルキル、ヘテロシクロアルキル、又はヘテロアリールである。 Unless otherwise specified herein, alkyl groups are optionally, independently, aryl, arylalkyl, heteroaryl, heteroarylalkyl, hydroxy, halo, cyano, trifluoro. Methyl, trifluoromethoxy, nitro, trimethylsilyl, -OR', -SR', -OC (O) -R', -N (R') 2, -C (O) R', -C (O) OR' , -OC (O) N (R') 2, -C (O) N (R') 2, -N (R') C (O) OR', -N (R') C (O) R' , -N (R') C (O) N (R') 2, N (R') C (NR') N (R') 2, -N (R') S (O) tR'(here , T is 1 or 2), -S (O) tOR'(where t is 1 or 2), -S (O) tN (R') 2 (where t is 1 or 2) , Or can be substituted with one or more substituents, PO3 (R') 2, where each R'is independently hydrogen, alkyl, fluoroalkyl, aryl, alalkyl, heterocyclo. It is alkyl or heteroaryl.

本明細書で参照される場合、フッ素化アルキル部分は、アルキル部分の1つ又は複数の水素がフルオロ置換基で置換されたアルキル部分である。全フッ素置換アルキル部分は、アルキル部分に結合した全ての水素がフルオロ置換基で置換されている。 As referred to herein, an alkyl fluorinated moiety is an alkyl moiety in which one or more hydrogens of the alkyl moiety are substituted with a fluoro substituent. In the all-fluorine-substituted alkyl moiety, all hydrogen bonded to the alkyl moiety is substituted with a fluoro-substituted group.

本明細書で参照される場合、「ハロ」部分はブロモ、クロロ、又はフルオロ部分である。 As referred to herein, the "halo" moiety is the bromo, chloro, or fluoro moiety.

本明細書で参照される場合、「オレフィン性」化合物は「アルケン」部分を含む有機部分である。アルケン部分は、少なくとも2個の炭素原子及び少なくとも1個の炭素−炭素二重結合からなる基を指す。分子の非アルケン部分は、任意の種類の有機分子であり得、幾つかの実施形態では、アルキル又は任意の部分を更に置換し得るフッ素化(全フッ素置換を含むが、これに限定されない)アルキル部分を含み得る。 As referred to herein, an "olefinic" compound is an organic moiety that includes an "alkene" moiety. The alkene moiety refers to a group consisting of at least two carbon atoms and at least one carbon-carbon double bond. The non-alkene moiety of the molecule can be any type of organic molecule, and in some embodiments, an alkyl or a fluorinated (including, but not limited to, total fluorine substitution) alkyl capable of further substituting any moiety. May include parts.

本明細書で使用される場合、「高密度疎水性単層」は、水、イオン、及び他の荷電種等の極性分子の相互作用及び/又は侵入に対して耐性を有するのに十分に密に一緒にパッキングされた疎水性分子の単層を指す。 As used herein, a "high density hydrophobic monolayer" is dense enough to be resistant to the interaction and / or invasion of polar molecules such as water, ions, and other charged species. Refers to a single layer of hydrophobic molecules packed together.

本明細書で使用される場合、「μm」(又は「um」)はマイクロメートルを意味し、「μm」は立方マイクロメートルを意味し、「pL」はピコリットルを意味し、「nL」はナノリットルを意味し、「μL」(又は「uL」)はマイクロリットルを意味する。 As used herein, "μm" (or "um") means micrometer, "μm 3 " means cubic micrometer, "pL" means picolitre, and "nL". Means nanoliters and "μL" (or "uL") means microliters.

装填方法。生物学的微小物体及び/又はビーズ等の微小物体のマイクロ流体デバイスの異なる領域への装填は、本明細書に記載のように、流体フロー、重力、誘電泳動(DEP)力、エレクトロウェッティング力、磁力、又はそれらの任意の組み合わせの使用を含むことができる。DEP力は、光電子ツイーザ(OET)構成による等、光学的に及び/又は時間/空間的パターンでの電極/電極領域の活性化による等、電気的に生成することができる。同様に、エレクトロウェッティング力は、光学エレクトロウェッティング(OEW)構成による等、光学的に及び/又は時空間パターンでの電極/電極領域の活性化による等、電気的に提供し得る。 Loading method. Loading of micro-objects such as biological micro-objects and / or micro-objects such as beads into different regions of microfluidic devices is as described herein in fluid flow, gravity, dielectrophoresis (DEP) forces, electrowetting forces. , Magnetic force, or the use of any combination thereof. The DEP force can be generated electrically, such as by photoelectron tweezers (OET) configuration, optically and / or by activation of the electrode / electrode region in a temporal / spatial pattern. Similarly, electrowetting forces can be provided electrically, such as by optical electrowetting (OEW) configuration, optically and / or by activation of the electrode / electrode region in a spatiotemporal pattern.

マイクロ流体デバイス及びそのようなデバイスを動作させ観測するシステム。図1Aは、マイクロ流体デバイス100並びにマイクロ流体デバイス100及びマイクロ流体デバイス100内の微小物体及び/又は液滴の移動を制御するのに使用することができるシステム150の一般化された例を示す。カバー110を一部切り欠き、マイクロ流体デバイス100内の部分図を提供するマイクロ流体デバイス100の斜視図を示す。マイクロ流体デバイス100は、一般に、フロー領域106を含むマイクロ流体回路120を含み、フロー領域106を通って流体培地180が流れることができ、任意選択的に1つ又は複数の微小物体(図示せず)をマイクロ流体回路120内及び/又はマイクロ流体回路120を通して搬送する。1つのマイクロ流体回路120が図1Aに示されているが、適するマイクロ流体デバイスは、複数(例えば、2又は3個)のそのようなマイクロ流体回路を含むことができる。それに関係なく、マイクロ流体デバイス100はナノ流体デバイスであるように構成され得る。図1Aに示される実施形態では、マイクロ流体回路120は、複数のマイクロ流体隔離ペン124、126、128、及び130を含み、各隔離ペンは、フロー領域106に流体接続する単一の開口部を有する。更に以下で考察するように、マイクロ流体隔離ペンは、培地180がフロー領域106を通って流れているときであっても、マイクロ流体デバイス100等のマイクロ流体デバイスに微小物体を保持するように最適化された様々な特徴及び構造を含む。しかし、上記を参照する前に、マイクロ流体デバイス100及びシステム150の概説を提供する。 Microfluidic devices and systems that operate and observe such devices. FIG. 1A shows a generalized example of a microfluidic device 100 and a system 150 that can be used to control the movement of microobjects and / or droplets within the microfluidic device 100 and the microfluidic device 100. A perspective view of the microfluidic device 100 is shown, in which the cover 110 is partially cut out and a partial view of the inside of the microfluidic device 100 is provided. The microfluidic device 100 generally includes a microfluidic circuit 120 that includes a flow region 106, through which the fluid medium 180 can flow, optionally one or more microobjects (not shown). ) Is conveyed within the microfluidic circuit 120 and / or through the microfluidic circuit 120. Although one microfluidic circuit 120 is shown in FIG. 1A, suitable microfluidic devices can include multiple (eg, 2 or 3) such microfluidic circuits. Regardless, the microfluidic device 100 can be configured to be a nanofluidic device. In the embodiment shown in FIG. 1A, the microfluidic circuit 120 includes a plurality of microfluidic isolation pens 124, 126, 128, and 130, each isolation pen having a single opening that fluidly connects to the flow region 106. Have. Further discussed below, the microfluidic isolation pen is optimal for holding microobjects in a microfluidic device, such as the microfluidic device 100, even when the medium 180 is flowing through the flow region 106. Includes various features and structures that have been modified. However, before referring to the above, an overview of the microfluidic device 100 and the system 150 is provided.

図1Aに概して示されるように、マイクロ流体回路120はエンクロージャ102により画定される。エンクロージャ102は異なる構成で物理的に構造化することができるが、図1Aに示される例では、エンクロージャ102は、支持構造体104(例えば、基部)、マイクロ流体回路構造108、及びカバー110を含むものとして示されている。しかし、特定の実施形態では、エンクロージャ102は、カバー110を有さず、マイクロ流体回路120は、支持構造体104及びマイクロ流体回路構造体108により画定し得る。支持構造体104、マイクロ流体回路構造体108、及び(任意選択的に)カバー110は、互いに取り付けることができる。例えば、マイクロ流体回路構造体108は、支持構造体104の内面109上に配置することができ、カバー110は、マイクロ流体回路構造体108の上に配置することができる。支持構造体104及び(任意選択的に)カバー110と一緒に、マイクロ流体回路構造体108は、マイクロ流体回路120の要素を画定することができる。 As generally shown in FIG. 1A, the microfluidic circuit 120 is defined by an enclosure 102. Although the enclosure 102 can be physically structured in different configurations, in the example shown in FIG. 1A, the enclosure 102 includes a support structure 104 (eg, a base), a microfluidic circuit structure 108, and a cover 110. It is shown as a thing. However, in certain embodiments, the enclosure 102 does not have a cover 110 and the microfluidic circuit 120 may be defined by a support structure 104 and a microfluidic circuit structure 108. The support structure 104, the microfluidic circuit structure 108, and (optionally) the cover 110 can be attached to each other. For example, the microfluidic circuit structure 108 can be placed on the inner surface 109 of the support structure 104, and the cover 110 can be placed on the microfluidic circuit structure 108. Together with the support structure 104 and (optionally) the cover 110, the microfluidic circuit structure 108 can define the elements of the microfluidic circuit 120.

図1Aに示されるように、支持構造体104は、マイクロ流体回路120の下部にあり得、カバー110はマイクロ流体回路120の上部にあり得る。代替的に、支持構造体104及びカバー110は、他の向きで構成され得る。例えば、支持構造体104は、マイクロ流体回路120の上部にあり得、カバー110はマイクロ流体回路120の下部にあり得る。それに関係なく、それぞれがエンクロージャ102内又は外への通路を含む1つ又は複数のポート107があり得る。通路の例としては、弁、ゲート、貫通孔等が挙げられる。示されるように、ポート107は、マイクロ流体回路構造108のギャップにより作られる貫通孔である。しかし、ポート107は、カバー110等のエンクロージャ102の他の構成要素に配置することができる。1つのみのポート107が図1Aに示されているが、マイクロ流体回路120は2つ以上のポート107を有することができる。例えば、流体がマイクロ流体回路120に入るための流入口として機能する第1のポート107があり得、流体がマイクロ流体回路120を出るための流出口として機能する第2のポート107があり得る。ポート107が流入口として機能するか、それとも流出口として機能するかは、流体がフロー領域106を通って流れる方向に依存し得る。 As shown in FIG. 1A, the support structure 104 may be at the bottom of the microfluidic circuit 120 and the cover 110 may be at the top of the microfluidic circuit 120. Alternatively, the support structure 104 and cover 110 may be configured in other orientations. For example, the support structure 104 may be at the top of the microfluidic circuit 120 and the cover 110 may be at the bottom of the microfluidic circuit 120. Regardless, there may be one or more ports 107, each containing a passage into or out of the enclosure 102. Examples of passages include valves, gates, through holes and the like. As shown, port 107 is a through hole created by a gap in the microfluidic circuit structure 108. However, the port 107 can be located in other components of the enclosure 102, such as the cover 110. Although only one port 107 is shown in FIG. 1A, the microfluidic circuit 120 can have two or more ports 107. For example, there may be a first port 107 that acts as an inlet for the fluid to enter the microfluidic circuit 120 and a second port 107 that acts as an outlet for the fluid to exit the microfluidic circuit 120. Whether the port 107 functions as an inlet or an outlet may depend on the direction in which the fluid flows through the flow region 106.

支持構造体104は、1つ又は複数の電極(図示せず)と、1つの基板又は複数の相互接続された基板とを含むことができる。基板は、当技術分野で既知の任意の適した基板であり得る。例えば、支持構造体104は、1つ又は複数の半導体基板を含むことができ、各基板は、1つ又は複数の電極の少なくとも1つに電気的に接続される(例えば、半導体基板の全て又はサブセットを単一の電極に電気的に接続することができる)。代替的に、支持構造体104は、1つ又は複数の電極を含むプリント回路基板組立体(「PCBA」)を含むことができる。更に他の実施形態では、支持構造体104は、PCBAに搭載される基板(例えば、半導体基板)を含むことができる。 The support structure 104 can include one or more electrodes (not shown) and one substrate or a plurality of interconnected substrates. The substrate can be any suitable substrate known in the art. For example, the support structure 104 can include one or more semiconductor substrates, each substrate being electrically connected to at least one of one or more electrodes (eg, all or all of the semiconductor substrates). The subset can be electrically connected to a single electrode). Alternatively, the support structure 104 can include a printed circuit board assembly (“PCBA”) that includes one or more electrodes. In yet another embodiment, the support structure 104 may include a substrate (eg, a semiconductor substrate) mounted on the PCBA.

マイクロ流体回路構造体108は、マイクロ流体回路120の回路要素を画定することができる。そのような回路要素は、マイクロ流体回路120に流体が充填されたとき、流体的に相互接続することができる、フロー領域(1つ若しくは複数のフローチャネルを含み得、又は1つ若しくは複数のフローチャネルであり得る)、チャンバ、ペン、及びトラップ等の空間又は領域を含むことができる。図1Aに示されるマイクロ流体回路120では、マイクロ流体回路構造体108は、フレーム114及びマイクロ流体回路材料116を含む。フレーム114は、マイクロ流体回路材料116を部分的又は完全に囲むことができる。フレーム114は、例えば、マイクロ流体回路材料116を実質的に囲む比較的剛性の構造体であり得る。例えば、フレーム114は、金属材料を含むことができる。代替的に、マイクロ流体回路構造体108は、フレームを有さなくてよい。例えば、マイクロ流体回路構造体108は、マイクロ流体回路材料116からなることができ、又はマイクロ流体回路材料116から本質的になることができる。 The microfluidic circuit structure 108 can define the circuit elements of the microfluidic circuit 120. Such circuit elements may include a flow region (which may include one or more flow channels, or one or more flows) that can be fluidly interconnected when the microfluidic circuit 120 is filled with fluid. Can include spaces or areas such as (which can be channels), chambers, pens, and traps. In the microfluidic circuit 120 shown in FIG. 1A, the microfluidic circuit structure 108 includes a frame 114 and a microfluidic circuit material 116. The frame 114 can partially or completely enclose the microfluidic circuit material 116. The frame 114 can be, for example, a relatively rigid structure that substantially surrounds the microfluidic circuit material 116. For example, the frame 114 can include a metallic material. Alternatively, the microfluidic circuit structure 108 does not have to have a frame. For example, the microfluidic circuit structure 108 can consist of the microfluidic circuit material 116, or can essentially consist of the microfluidic circuit material 116.

マイクロ流体回路材料116には、キャビティ等をパターニングして、マイクロ流体回路120の回路要素及び相互接続を画定することができる。マイクロ流体回路材料116は、ガス透過可能であり得る可撓性ポリマー(例えば、ゴム、プラスチック、エラストマー、シリコーン、ポリジメチルシロキサン(「PDMS」)等)等の可撓性材料を含むことができる。マイクロ流体回路材料116を構成することができる材料の他の例としては、成形ガラス、シリコーン(フォトパターニング可能シリコーン又は「PPS」)等のエッチング可能材料、フォトレジスト(例えば、SU8)等が挙げられる。幾つかの実施形態では、そのような材料 − したがって、マイクロ流体回路材料116 − は、剛性及び/又はガスを実質的に不透過であり得る。それに関係なく、マイクロ流体回路材料116は、支持構造体104上及び(任意選択的に)枠114内部に配置することができる。 In the microfluidic circuit material 116, cavities and the like can be patterned to define circuit elements and interconnections of the microfluidic circuit 120. The microfluidic circuit material 116 can include flexible materials such as flexible polymers that may be gas permeable (eg, rubber, plastics, elastomers, silicones, polydimethylsiloxane (“PDMS”), etc.). Other examples of materials that can constitute microfluidic circuit material 116 include molded glass, etchable materials such as silicone (photopatternable silicone or "PPS"), photoresists (eg, SU8), and the like. .. In some embodiments, such a material-thus the microfluidic circuit material 116-can be substantially impermeable to stiffness and / or gas. Regardless, the microfluidic circuit material 116 can be placed on the support structure 104 and (optionally) inside the frame 114.

カバー110は、マイクロ流体回路材料116及び/又は枠114の一体部分であり得る。代替的に、カバー110は、図1Aに示されるように、構造的に別個の要素であり得る。カバー110は、枠114及び/又はマイクロ流体回路材料116と同じ又は異なる材料を含むことができる。同様に、支持構造体104は、示されるようにマイクロ流体回路材料116若しくは枠114とは別個の構造であってもよく、又はマイクロ流体回路材料116若しくは枠114の一体部分であってもよい。同様に、マイクロ流体回路材料116及び枠114は、存在する場合、図1Aに示されるように別個の構造であってもよく、又は同じ構造の一体部分であってもよい。 The cover 110 can be an integral part of the microfluidic circuit material 116 and / or the frame 114. Alternatively, the cover 110 can be a structurally distinct element, as shown in FIG. 1A. The cover 110 may contain the same or different material as the frame 114 and / or the microfluidic circuit material 116. Similarly, the support structure 104 may have a structure separate from the microfluidic circuit material 116 or frame 114 as shown, or may be an integral part of the microfluidic circuit material 116 or frame 114. Similarly, the microfluidic circuit material 116 and the frame 114, if present, may have separate structures, as shown in FIG. 1A, or may be integral parts of the same structure.

幾つかの実施形態では、カバー110は剛性材料を含むことができる。剛性材料は、ガラス又は同様との特性を有する材料であり得る。幾つかの実施形態では、カバー110は変形可能材料を含むことができる。変形可能材料は、PDMS等のポリマーであり得る。幾つかの実施形態では、カバー110は、剛性材料及び変形可能材料の両方を含むことができる。例えば、カバー110の1つ又は複数の部分(例えば、隔離ペン124、126、128、130上に位置する1つ又は複数の部分)は、カバー110の剛性材料と界面を接する変形可能材料を含むことができる。幾つかの実施形態では、カバー110は1つ又は複数の電極を更に含むことができる。1つ又は複数の電極は、ガラス又は同様の絶縁材料でコーティングし得る、インジウム−錫−酸化物(ITO)等の導電性酸化物を含むことができる。代替的に、1つ又は複数の電極は、ポリマー(例えば、PDMS)等の変形可能ポリマーに埋め込まれた単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、ナノワイヤ、導電性ナノ粒子のクラスタ、又はそれらの組合せ等の可撓性電極であり得る。マイクロ流体デバイスで使用することができる可撓性電極は、例えば、米国特許出願公開第2012/0325665号(Chiouら)に記載されており、この内容は参照により本明細書に援用さ
れる。幾つかの実施形態では、カバー110は、液滴の移動並びに/又は細胞の接着、細胞の生存、及び/若しくは細胞の成長を支持するように変更することができる(例えば、マイクロ流体回路120に向かって内側に面する表面の全て又は部分をコーティング又は調整することにより)。変更は、共有結合した分子(例えば、自己会合性分子)を有する合成若しくは天然ポリマーの被膜又は調整面を含み得る。幾つかの実施形態では、カバー110及び/又は支持構造体104は、光を透過することができる。カバー110は、ガス透過性である少なくとも1つの材料(例えば、PDMS又はPPS)を含むこともできる。
In some embodiments, the cover 110 may include a rigid material. The rigid material can be glass or a material with similar properties. In some embodiments, the cover 110 may include a deformable material. The deformable material can be a polymer such as PDMS. In some embodiments, the cover 110 can include both rigid and deformable materials. For example, one or more parts of cover 110 (eg, one or more parts located on isolation pens 124, 126, 128, 130) include a deformable material that interfaces with the rigid material of cover 110. be able to. In some embodiments, the cover 110 may further include one or more electrodes. One or more electrodes can include conductive oxides such as indium-tin-oxide (ITO) that can be coated with glass or similar insulating material. Alternatively, one or more electrodes may be monolayer nanotubes, multilayer nanotubes, nanowires, clusters of conductive nanoparticles, or a combination thereof, embedded in a deformable polymer such as a polymer (eg, PDMS). It can be a flexible electrode. Flexible electrodes that can be used in microfluidic devices are described, for example, in US Patent Application Publication No. 2012/0325665 (Chiou et al.), The contents of which are incorporated herein by reference. In some embodiments, the cover 110 can be modified to support droplet migration and / or cell adhesion, cell survival, and / or cell growth (eg, to the microfluidic circuit 120). By coating or adjusting all or part of the surface facing inward toward you). Modifications can include coatings or conditioning surfaces of synthetic or natural polymers with covalently bonded molecules (eg, self-associating molecules). In some embodiments, the cover 110 and / or the support structure 104 is capable of transmitting light. The cover 110 may also contain at least one material that is gas permeable (eg, PDMS or PPS).

図1Aは、マイクロ流体デバイス100等のマイクロ流体デバイスを動作させ、及び制御するシステム150も示す。システム150は、電気電源192、撮像デバイス194(図示せず、しかし、撮像モジュール164の一部であり得る)、及び傾斜デバイス190(図示せず、しかし、傾斜モジュール166の一部であり得る)を含む。 FIG. 1A also shows a system 150 that operates and controls a microfluidic device, such as the microfluidic device 100. The system 150 includes an electrical power supply 192, an imaging device 194 (not shown, but can be part of the imaging module 164), and a tilting device 190 (not shown, but can be part of the tilting module 166). including.

電源192は、電力をマイクロ流体デバイス100及び/又は傾斜デバイス190に提供し、バイアス電圧又は電流を必要に応じて提供することができる。電源192は、例えば、1つ又は複数の交流(AC)及び/又は直流(DC)電圧源又は電流源を含むことができる。撮像デバイス194は、マイクロ流体回路120内部の画像を捕捉する、デジタルカメラ等のデバイスを含むことができる。幾つかの場合、撮像デバイス194は、高速フレームレート及び/又は高感度(例えば、低光用途用)を有する検出器を更に含む。撮像デバイス194は、刺激放射線及び/又は光線をマイクロ流体回路120内に向け、マイクロ流体回路120(又はマイクロ流体回路120内に含まれる微小物体)から反射されるか、又は発せられる放射線及び/又は光線を収集する機構を含むこともできる。発せられる光線は可視スペクトル内であり得、例えば、蛍光放射を含み得る。反射光線は、LED又は水銀灯(例えば、高圧水銀灯)若しくはキセノンアーク灯等の広域スペクトル灯から発せられた反射放射を含み得る。図3Bに関して考察するように、撮像デバイス194は顕微鏡(又は光学縦列)を更に含み得、これは接眼レンズを含んでもよく、又は含まなくてもよい。 The power supply 192 can provide power to the microfluidic device 100 and / or tilt device 190 and provide a bias voltage or current as needed. The power supply 192 can include, for example, one or more alternating current (AC) and / or direct current (DC) voltage sources or current sources. The imaging device 194 can include a device such as a digital camera that captures an image inside the microfluidic circuit 120. In some cases, the imaging device 194 further includes a detector with a high frame rate and / or high sensitivity (eg, for low light applications). The imaging device 194 directs the stimulating radiation and / or the light beam into the microfluidic circuit 120, and the radiation and / or emitted from the microfluidic circuit 120 (or a small object contained in the microfluidic circuit 120). It can also include a mechanism for collecting light rays. The emitted light can be in the visible spectrum and may include, for example, fluorescent radiation. The reflected light may include reflected radiation emitted from a wide spectrum lamp such as an LED or a mercury lamp (eg, a high pressure mercury lamp) or a xenon arc lamp. As discussed with respect to FIG. 3B, the imaging device 194 may further include a microscope (or optical column), which may or may not include an eyepiece.

システム150は、1つ又は複数の回転軸の周りでマイクロ流体デバイス100を回転させるように構成された傾斜デバイス190を更に含む。幾つかの実施形態では、傾斜デバイス190は、マイクロ流体デバイス100(したがって、マイクロ流体回路120)を水平向き(すなわち、x軸及びy軸に相対して0°)、垂直向き(すなわち、x軸及び/又はy軸に相対して90°)、又はそれらの間の任意の向きで保持することができるように、少なくとも1つの軸の周りでマイクロ流体回路120を含むエンクロージャ102を支持及び/又は保持するように構成される。軸に相対するマイクロ流体デバイス100(及びマイクロ流体回路120)の向きは、本明細書では、マイクロ流体デバイス100(及びマイクロ流体回路120)の「傾斜」と呼ばれる。例えば、傾斜デバイス190は、x軸又はy軸に相対して0.1°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°、0.6°、0.7°、0.8°、0.9°、1°、2°、3°、4°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、90°、又はそれらの間の任意の度数でマイクロ流体デバイス100を傾斜させることができる。水平向き(したがって、x軸及びy軸)は、重力により定義される垂直軸に垂直なものとして定義される。傾斜デバイスは、マイクロ流体デバイス100(及びマイクロ流体回路120)をx軸及び/又はy軸に相対して90°よりも大きい任意の角度に傾斜させるか、又はマイクロ流体デバイス100(及びマイクロ流体回路120)をx軸若しくはy軸に相対して180°に傾斜させて、マイクロ流体デバイス100(及びマイクロ流体回路120)を真逆にすることもできる。同様に、幾つかの実施形態では、傾斜デバイス190は、フロー領域106/チャネル122又はマイクロ流体回路120の何らかの他の部分により定義される回転軸の周りでマイクロ流体デバイス100(及びマイクロ流体回路120)を傾斜させる。 The system 150 further includes a tilting device 190 configured to rotate the microfluidic device 100 around one or more axes of rotation. In some embodiments, the tilt device 190 orients the microfluidic device 100 (and thus the microfluidic circuit 120) horizontally (ie, 0 ° relative to the x-axis and y-axis) and vertically (ie, x-axis). And / or 90 ° relative to the y-axis), or support and / or support the enclosure 102 containing the microfluidic circuit 120 around at least one axis so that it can be held in any orientation between them. Configured to hold. The orientation of the microfluidic device 100 (and the microfluidic circuit 120) relative to the axis is referred to herein as the "tilt" of the microfluidic device 100 (and the microfluidic circuit 120). For example, the tilt device 190 is 0.1 °, 0.2 °, 0.3 °, 0.4 °, 0.5 °, 0.6 °, 0.7 ° relative to the x-axis or y-axis. , 0.8 °, 0.9 °, 1 °, 2 °, 3 °, 4 °, 5 °, 10 °, 15 °, 20 °, 25 °, 30 °, 35 °, 40 °, 45 °, The microfluidic device 100 can be tilted at 50 °, 55 °, 60 °, 65 °, 70 °, 75 °, 80 °, 90 °, or any degree in between. The horizontal orientation (and therefore the x-axis and y-axis) is defined as perpendicular to the vertical axis defined by gravity. The tilting device tilts the microfluidic device 100 (and the microfluidic circuit 120) at any angle greater than 90 ° relative to the x-axis and / or the y-axis, or the microfluidic device 100 (and the microfluidic circuit 120). The microfluidic device 100 (and the microfluidic circuit 120) can also be reversed by tilting 120) 180 ° relative to the x-axis or y-axis. Similarly, in some embodiments, the tilt device 190 is a microfluidic device 100 (and a microfluidic circuit 120) around a rotation axis defined by a flow region 106 / channel 122 or any other part of the microfluidic circuit 120. ) Is tilted.

幾つかの場合、マイクロ流体デバイス100は、フロー領域106/チャネル122が1つ又は複数の隔離ペンの上方又は下方に位置するように、垂直向きに傾斜する。「上方」という用語は、本明細書で使用される場合、フロー領域106/チャネル122が、重力により定義される垂直軸上で1つ又は複数の隔離ペンよりも高く位置する(すなわち、フロー領域106/チャネル122の上方の隔離ペン内の物体がフロー領域/チャネル内の物体よりも高い重力位置エネルギーを有する)ことを示す。「下方」という用語は、本明細書で使用される場合、フロー領域106/チャネル122が、重力により定義される垂直軸上で1つ又は複数の隔離ペンよりも下に位置する(すなわち、フロー領域106/チャネル122の下方の隔離ペン内の物体がフロー領域/チャネル内の物体よりも低い重力位置エネルギーを有する)ことを示す。 In some cases, the microfluidic device 100 is tilted vertically so that the flow region 106 / channel 122 is located above or below one or more isolation pens. As used herein, the term "upper" means that the flow region 106 / channel 122 is located higher than one or more isolation pens on the vertical axis defined by gravity (ie, the flow region). 106 / The object in the isolation pen above the channel 122 has a higher gravitational potential energy than the object in the flow region / channel). As used herein, the term "downward" means that the flow region 106 / channel 122 is located below one or more isolation pens on a vertical axis defined by gravity (ie, flow). The object in the isolation pen below the region 106 / channel 122 has a lower gravitational potential energy than the object in the flow region / channel).

幾つかの場合、傾斜デバイス190は、フロー領域106/チャネル122と平行な軸の周りでマイクロ流体デバイス100を傾斜させる。更に、マイクロ流体デバイス100は、フロー領域106/チャネル122が、隔離ペンの真上又は真下に配置されずに、1つ又は複数の隔離ペンの上方又は下方に配置されるように、90°未満の角度に傾斜することができる。他の場合、傾斜デバイス190は、フロー領域106/チャネル122に直交する軸の周りでマイクロ流体デバイス100を傾斜させる。更に他の場合、傾斜デバイス190は、フロー領域106/チャネル122に平行でもなく直交もしない軸の周りでマイクロ流体デバイス100を傾斜させる。 In some cases, the tilt device 190 tilts the microfluidic device 100 around an axis parallel to the flow region 106 / channel 122. Further, the microfluidic device 100 is less than 90 ° such that the flow region 106 / channel 122 is located above or below one or more isolation pens rather than directly above or below the isolation pens. Can be tilted to the angle of. In other cases, the tilt device 190 tilts the microfluidic device 100 around an axis orthogonal to the flow region 106 / channel 122. In yet other cases, the tilt device 190 tilts the microfluidic device 100 around an axis that is neither parallel nor orthogonal to the flow region 106 / channel 122.

システム150は培地源178を更に含むことができる。培地源178(例えば、容器、リザーバ等)は、それぞれが異なる流体培地180を保持する複数のセクション又は容器を含むことができる。したがって、培地源178は、図1Aに示されるように、マイクロ流体デバイス100の外部にある、マイクロ流体デバイス100とは別個のデバイスであり得る。代替的に、培地源178は、全体的又は部分的に、マイクロ流体デバイス100のエンクロージャ102内部に配置することができる。例えば、培地源178は、マイクロ流体デバイス100の部分であるリザーバを含むことができる。 System 150 can further include medium source 178. The medium source 178 (eg, container, reservoir, etc.) can include multiple sections or containers, each holding a different fluid medium 180. Therefore, the medium source 178 can be a device that is external to the microfluidic device 100 and is separate from the microfluidic device 100, as shown in FIG. 1A. Alternatively, the medium source 178 can be placed, in whole or in part, inside the enclosure 102 of the microfluidic device 100. For example, medium source 178 can include a reservoir that is part of the microfluidic device 100.

図1Aは、システム150の一部を構成し、マイクロ流体デバイス100と併せて利用することができる制御及び監視機器152の例の簡易ブロック図表現も示す。示されるように、そのような制御及び監視機器152の例は、マスタコントローラ154と、培地源178を制御する培地モジュール160と、マイクロ流体回路120での微小物体及び/又は培地(例えば、培地の液滴)の移動及び/又は選択を制御する原動モジュール162と、画像(例えば、デジタル画像)を捕捉する撮像デバイス194(例えば、カメラ、顕微鏡、光源、又はそれらの任意の組合せ)を制御する撮像モジュール164と、傾斜デバイス190を制御する傾斜モジュール166とを含む。制御機器152は、マイクロ流体デバイス100に関する他の機能を制御、監視、又は実行する他のモジュール168を含むこともできる。示されるように、機器152は、表示デバイス170及び入/出力デバイス172と機能的に結合されている(又はこれらを更に含む)ことができる。 FIG. 1A also shows a simplified block diagram representation of an example of a control and monitoring device 152 that constitutes a portion of the system 150 and can be used in conjunction with the microfluidic device 100. As shown, examples of such control and monitoring equipment 152 include a master controller 154, a medium module 160 that controls a medium source 178, and micro-objects and / or media (eg, medium) in the microfluidic circuit 120. Imaging that controls a prime mover module 162 that controls the movement and / or selection of (droplets) and an imaging device 194 (eg, a camera, microscope, light source, or any combination thereof) that captures an image (eg, a digital image). It includes a module 164 and a tilt module 166 that controls the tilt device 190. The control device 152 may also include other modules 168 that control, monitor, or perform other functions relating to the microfluidic device 100. As shown, the device 152 can be functionally coupled (or further included) with the display device 170 and the input / output device 172.

マスタコントローラ154は、制御モジュール156及びデジタルメモリ158を含むことができる。制御モジュール156は、例えば、メモリ158内に非一時的データ又は信号として記憶される機械実行可能命令(例えば、ソフトウェア、ファームウェア、ソースコード等)に従って動作するように構成されたデジタルプロセッサを含むことができる。代替的に又は追加として、制御モジュール156は、ハードワイヤードデジタル回路及び/又はアナログ回路を含むことができる。培地モジュール160、原動モジュール162、撮像モジュール164、傾斜モジュール166、及び/又は他のモジュール168は、同様に構成され得る。したがって、マイクロ流体デバイス100又は任意の他のマイクロ流体装置に関して実行されるものとして本明細書で考察される機能、プロセス行動、動作、又はプロセスのステップは、上述したように構成されたマスタコントローラ154、培地モジュール160、原動モジュール162、撮像モジュール164、傾斜モジュール166、及び/又は他のモジュール168の任意の1つ又は複数により実行され得る。同様に、マスタコントローラ154、培地モジュール160、原動モジュール162、撮像モジュール164、傾斜モジュール166、及び/又は他のモジュール168は、通信可能に結合されて、本明細書において考察される任意の機能、プロセス、行動、動作、又はステップで使用されるデータを送受信し得る。 The master controller 154 can include a control module 156 and a digital memory 158. The control module 156 may include, for example, a digital processor configured to operate according to machine executable instructions (eg, software, firmware, source code, etc.) stored as non-temporary data or signals in memory 158. can. Alternatively or additionally, the control module 156 can include hard-wired digital and / or analog circuits. The medium module 160, the prime mover module 162, the imaging module 164, the tilt module 166, and / or the other module 168 can be configured similarly. Therefore, the function, process behavior, operation, or process step considered herein as being performed with respect to the microfluidic device 100 or any other microfluidic device is a master controller 154 configured as described above. , Media module 160, prime mover module 162, imaging module 164, tilt module 166, and / or any one or more of other modules 168. Similarly, the master controller 154, medium module 160, prime mover module 162, imaging module 164, tilt module 166, and / or other modules 168 are communicably coupled to any function discussed herein. It can send and receive data used in processes, actions, actions, or steps.

培地モジュール160は培地源178を制御する。例えば、培地モジュール160は、培地源178を制御して、選択された流体培地180をエンクロージャ102に入れる(例えば、流入口107を介して)ことができる。培地モジュール160は、エンクロージャ102からの培地の取り出し(例えば、流出口(図示せず)を通して)を制御することもできる。したがって、1つ又は複数の培地を選択的にマイクロ流体回路120に入れ、マイクロ流体回路120から搬出することができる。培地モジュール160は、マイクロ流体回路120内部のフロー領域106/チャネル122での流体培地180のフローを制御することもできる。例えば、幾つかの実施形態では、媒体モジュール160は、微小物体又はビーズを隔離ペンに装填する前、フロー領域106/チャネル122内及びエンクロージャ102を通る媒体180のフローを停止させる(例えば、重力、エレクトウェッティング(EW)力、誘電泳動(DEP)力、又はこれらの組み合わせを使用して)。 The medium module 160 controls the medium source 178. For example, the medium module 160 can control the medium source 178 to put the selected fluid medium 180 into the enclosure 102 (eg, via the inlet 107). The medium module 160 can also control the removal of medium from the enclosure 102 (eg, through an outlet (not shown)). Therefore, one or more media can be selectively put into the microfluidic circuit 120 and carried out of the microfluidic circuit 120. The medium module 160 can also control the flow of the fluid medium 180 in the flow region 106 / channel 122 inside the microfluidic circuit 120. For example, in some embodiments, the medium module 160 stops the flow of the medium 180 through the flow region 106 / channel 122 and through the enclosure 102 before loading the micro-objects or beads into the isolation pen (eg, gravity, Elect Wetting (EW) forces, Dielectrophoresis (DEP) forces, or a combination thereof).

原動モジュール162は、マイクロ流体回路120内の微小物体及び/又は媒体の液滴の選択、捕獲、及び/又は移動を制御するように構成することができる。本明細書において詳述されるように、エンクロージャ102は、エレクトロウェッティング構成、例えば、光学エレクトロウェッティング(OEW)、誘電体エレクトロウェッティング(EWOD)構成、又は片面エレクトロウェッティング構成等を含むことができる。特定の実施形態では、エンクロージャ102は、誘電泳動(DEP)構成、例えば、光電子ツイーザ(OET)構成及び電気作動DEP構成等を更に含むことができる。原動モジュール162は、そのようなEW構成及び/又はDEP構成に含まれる電極及び/又はトランジスタ(例えば、フォトトランジスタ)の活性化を制御して、フロー領域106/チャネル122及び/又は隔離ペン124、126、128、130内の微小物体及び/又は媒体の液滴を選択し、移動させることができる。 The prime mover module 162 can be configured to control the selection, capture, and / or movement of droplets of microobjects and / or media within the microfluidic circuit 120. As detailed herein, the enclosure 102 includes an electrowetting configuration, such as an optical electrowetting (OEW), dielectric electrowetting (EWOD) configuration, or single-sided electrowetting configuration. Can be done. In certain embodiments, the enclosure 102 may further include a dielectrophoresis (DEP) configuration, such as a photoelectron tweezers (OET) configuration, an electrically actuated DEP configuration, and the like. The prime mover module 162 controls the activation of electrodes and / or transistors (eg, phototransistors) included in such EW and / or DEP configurations to control the flow region 106 / channel 122 and / or isolation pen 124, Droplets of microobjects and / or media within 126, 128, 130 can be selected and moved.

撮像モジュール164は撮像デバイス194(図示せず)を制御することができる。例えば、撮像モジュール164は、撮像デバイス194から画像データを受信し、処理することができる。撮像デバイス194からの画像データは、撮像デバイス194により捕捉された任意のタイプの情報を含むことができる(例えば、微小物体、培地の液滴、蛍光標識等の標識の蓄積の有無等)。撮像デバイス194により捕捉された情報を使用して、撮像モジュール164は、物体(例えば、微小物体、培地の液滴等)の位置及び/又はマイクロ流体デバイス100内のそのような物体の移動速度を更に計算することができる。 The image pickup module 164 can control the image pickup device 194 (not shown). For example, the image pickup module 164 can receive and process image data from the image pickup device 194. The image data from the imaging device 194 can include any type of information captured by the imaging device 194 (eg, the presence or absence of accumulation of labels such as microscopic objects, medium droplets, fluorescent labels, etc.). Using the information captured by the imaging device 194, the imaging module 164 determines the location of objects (eg, microobjects, droplets of medium, etc.) and / or the speed of movement of such objects within the microfluidic device 100. Further calculations can be made.

傾斜モジュール166は、傾斜デバイス190(図示せず)の傾斜移動を制御することができる。追加として、傾斜モジュール166は、例えば、重力を介して1つ又は複数の隔離ペンへの微小物体の移送を最適化するように、傾斜率及びタイミングを制御することができる。傾斜モジュール166は、撮像モジュール164と通信可能に結合されて、マイクロ流体回路120での微小物体及び/又は培地の液滴の移動を記述するデータを受信する。このデータを使用して、傾斜モジュール166は、マイクロ流体回路120の傾斜を調整して、マイクロ流体回路120内で微小物体及び/又は培地の液滴が移動する率を調整し得る。傾斜モジュール166は、このデータを使用して、マイクロ流体回路120内での微小物体及び/又は培地の液滴の位置を繰り返し調整することもできる。 The tilt module 166 can control the tilt movement of the tilt device 190 (not shown). In addition, the tilt module 166 can control the tilt ratio and timing to optimize the transfer of small objects to one or more isolation pens, for example via gravity. The tilt module 166 is communicably coupled with the imaging module 164 to receive data describing the movement of microobjects and / or medium droplets in the microfluidic circuit 120. Using this data, the tilt module 166 can adjust the tilt of the microfluidic circuit 120 to adjust the rate at which microobjects and / or medium droplets move within the microfluidic circuit 120. The tilt module 166 can also use this data to iteratively adjust the position of microobjects and / or medium droplets within the microfluidic circuit 120.

図1Aに示される例では、マイクロ流体回路120は、マイクロ流体チャネル122から本質的になる単一のフロー領域106を含むものとして示される。隔離ペン124、126、128、及び130のそれぞれは、フロー領域106/チャネル122への単一の開口部を含むが、ペンが、フロー領域106/チャネル122又は他のペン内の微小物体及び/又は流体媒体180から、そのペンの内部の微小物体を実質的に分離することができるように、その他の箇所は囲まれる。隔離ペンの壁は、ベースの内面109からカバー110の内面まで延び、それにより、そのような分離を促進することができる。フロー領域106/チャネル122へのペンの開口部は、流体媒体180のフローがペン内に向けられないように、フロー領域106/チャネル122内の流体媒体180のフローに関して傾斜して向けることができる。フローは、例えば、ペンの開口部の平面の接線方向又は直交方向であり得る。幾つかの場合、ペン124、126、128、及び/又は130は、1つ又は複数の微小物体をマイクロ流体回路120内に物理的に囲い入れるように構成される。本発明による隔離ペンは、詳細に後述するように、EW、OEW、DEP、及び/又はOET力、流体フロー、及び/又は重力と併用されるように最適化された様々な形状、表面、及び特徴を含むことができる。 In the example shown in FIG. 1A, the microfluidic circuit 120 is shown as including a single flow region 106 essentially consisting of the microfluidic channel 122. Each of the isolation pens 124, 126, 128, and 130 contains a single opening to the flow area 106 / channel 122, but the pen is a micro-object and / or other tiny object within the flow area 106 / channel 122 or other pen. Alternatively, the other parts are enclosed so that the small objects inside the pen can be substantially separated from the fluid medium 180. The wall of the isolation pen extends from the inner surface 109 of the base to the inner surface of the cover 110, thereby facilitating such separation. The opening of the pen into the flow region 106 / channel 122 can be tilted with respect to the flow of the fluid medium 180 in the flow region 106 / channel 122 so that the flow of the fluid medium 180 is not directed into the pen. .. The flow can be, for example, tangential or orthogonal to the plane of the opening of the pen. In some cases, the pens 124, 126, 128, and / or 130 are configured to physically enclose one or more microobjects within the microfluidic circuit 120. Isolation pens according to the invention are various shapes, surfaces, and optimized for use with EW, OEW, DEP, and / or OET forces, fluid flow, and / or gravity, as described in detail below. Features can be included.

マイクロ流体回路120は、任意の数のマイクロ流体隔離ペンを含み得る。5つの隔離ペンが示されるが、マイクロ流体回路120は、より小数又はより多数の隔離ペンを有し得る。示されるように、マイクロ流体回路120のマイクロ流体隔離ペン124、126、128、及び130は、マイクロ流体デバイス100を用いた微小物体及び/又は流体媒体の液滴の操作に有用な1つ又は複数の利点を提供し得る異なる特徴及び形状をそれぞれ含む。したがって、幾つかの実施形態では、マイクロ流体回路120は、複数のマイクロ流体隔離ペンを含み得、隔離ペンの2つ以上は、異なる利点を提供する異なる構造及び/又は特徴を含む。しかし、幾つかの実施形態では、マイクロ流体回路120は、複数の同一のマイクロ流体隔離ペンを含む。微小物体及び/又は媒体の液滴の操作有用なマイクロ流体デバイスは、隔離ペン124、126、128、及び130、又は後述する図2B、図2C、図2D、図2E、及び図2Fに示されるように構成されるペンを含むペンの変形形態のいずれかを含み得る。 The microfluidic circuit 120 may include any number of microfluidic isolation pens. Although five isolation pens are shown, the microfluidic circuit 120 may have a smaller number or more isolation pens. As shown, the microfluidic isolation pens 124, 126, 128, and 130 of the microfluidic circuit 120 may be one or more useful for manipulating droplets of microobjects and / or fluid media using the microfluidic device 100. Each contains different features and shapes that may provide the benefits of. Thus, in some embodiments, the microfluidic circuit 120 may include a plurality of microfluidic isolation pens, the two or more of the isolation pens comprising different structures and / or features that provide different advantages. However, in some embodiments, the microfluidic circuit 120 includes a plurality of identical microfluidic isolation pens. Manipulating droplets of micro-objects and / or media Useful microfluidic devices are shown in isolation pens 124, 126, 128, and 130, or FIGS. 2B, 2C, 2D, 2E, and 2F described below. It may include any of the variants of the pen, including the pen configured as such.

図1Aに示される実施形態では、単一のフロー領域106が示される。しかし、マイクロ流体デバイス100の他の実施形態は、複数のフロー領域106を含み得、各フロー領域106は、流体がマイクロ流体デバイス100を通って流れる別個の経路を提供するように構成される。マイクロ流体回路120は、フロー領域106と流通する流入弁又はポート107を含み、それにより、流体媒体180は、流入ポート107を介してフロー領域106/チャネル122にアクセスすることができる。幾つかの場合、フロー領域106は、単一の流路を含む。他の場合、フロー領域106は、複数の流路(例えば、2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、又はそれを超える個数)を含み、各フロー領域106は、マイクロチャネル(例えば、チャネル122のような)を含み得る。複数の流路の2つ以上(例えば、全て)は、互いに実質的に平行であり得る。例えば、フロー領域106は、複数の平行チャネル(例えば、チャネル122のような)に分割することができる。特定の実施形態では、フロー領域106(及びフロー領域に含まれる1つ又は複数のチャネル)は、ジグザグパターンで配置され、それにより、フロー領域106は、マイクロ流体デバイス100を交互の方向で2回以上通る。幾つかの場合、各フロー領域106内の流体培地は、順方向又は逆方向の少なくとも一方で流れる。幾つかの場合、複数の隔離ペンは、標的微小物体と並列に配置されることができるように構成される(例えば、フロー領域106/チャネル122に相対して)。 In the embodiment shown in FIG. 1A, a single flow region 106 is shown. However, other embodiments of the microfluidic device 100 may include multiple flow regions 106, each flow region 106 being configured to provide a separate path for fluid to flow through the microfluidic device 100. The microfluidic circuit 120 includes an inflow valve or port 107 that flows through the flow region 106 so that the fluid medium 180 can access the flow region 106 / channel 122 through the inflow port 107. In some cases, the flow region 106 comprises a single flow path. In other cases, the flow regions 106 include a plurality of channels (eg, 2, 3, 4, 5, 6, or more), and each flow region 106 is a microchannel (eg, number). , Such as channel 122). Two or more (eg, all) of the plurality of channels can be substantially parallel to each other. For example, the flow region 106 can be divided into a plurality of parallel channels (eg, channels 122, etc.). In certain embodiments, the flow regions 106 (and one or more channels contained within the flow regions) are arranged in a zigzag pattern, whereby the flow regions 106 alternate the microfluidic device 100 twice in alternating directions. Pass above. In some cases, the fluid medium in each flow region 106 flows in at least one of the forward and reverse directions. In some cases, the plurality of isolation pens are configured so that they can be placed in parallel with the target micro-object (eg, relative to flow region 106 / channel 122).

幾つかの実施形態では、マイクロ流体回路120は、1つ又は複数の微小物体トラップ132を更に含む。トラップ132は、一般に、フロー領域106/チャネル122の境界を形成する壁に形成され、マイクロ流体隔離ペン124、126、128、及び130の1つ又は複数の開口部の逆に位置し得る。幾つかの実施形態では、トラップ132は、フロー領域106/チャネル122から1つの微小物体を受け取り、又は捕捉するように構成される。幾つかの実施形態では、トラップ132は、フロー領域106/チャネル122から複数の微小物体を受け取り、又は捕捉するように構成される。幾つかの場合、トラップ132は、1つの標的微小物体の容積に概ね等しい容積を含む。 In some embodiments, the microfluidic circuit 120 further comprises one or more microobject traps 132. The trap 132 is generally formed on the wall forming the boundary of the flow region 106 / channel 122 and may be located opposite to one or more openings of the microfluidic isolation pens 124, 126, 128, and 130. In some embodiments, the trap 132 is configured to receive or capture a microobject from the flow region 106 / channel 122. In some embodiments, the trap 132 is configured to receive or capture a plurality of microobjects from the flow region 106 / channel 122. In some cases, the trap 132 contains a volume approximately equal to the volume of one target microobject.

トラップ132は、標的微小物体のトラップ132へのフローを支援するように構成された開口部を更に含み得る。幾つかの場合、トラップ132は、1つの標的微小物体の寸法に応じたサイズの高さ及び幅を有する開口部を含み、それにより、他の微小物体(又はサイズがより大きい微小物体)が微小物体トラップに入らないようにされる。トラップ132は、トラップ132内への標的微小物体の保持を支援するように構成された他の特徴を更に含み得る。幾つかの場合、トラップ132は、微小流体隔離ペンの開口部と位置合わせされ、微小流体隔離ペンの開口部に関してチャネル122の逆側に配置され、それにより、チャネル122に平行な軸の周りでマイクロ流体デバイス100を傾斜されると、捕捉された微小物体は、微小物体を隔離ペンの開口部に落とす軌道でトラップ132を出る。幾つかの場合、トラップ132は、標的微小物体よりも小さく、トラップ132を通るフローを促進し、それにより、トラップ132内への微小物体の捕捉確率を増大させるサイド通路134を含む。 The trap 132 may further include an opening configured to assist the flow of the target microobject to the trap 132. In some cases, the trap 132 includes an opening having a height and width corresponding to the dimensions of one target microobject, thereby making other microobjects (or larger microobjects) microscopic. Be prevented from entering object traps. The trap 132 may further include other features configured to assist in the retention of the target microobject within the trap 132. In some cases, the trap 132 is aligned with the opening of the microfluidic isolation pen and is located opposite the channel 122 with respect to the opening of the microfluidic isolation pen, thereby around an axis parallel to the channel 122. When the microfluidic device 100 is tilted, the captured micro-object exits the trap 132 in a trajectory that drops the micro-object into the opening of the isolation pen. In some cases, the trap 132 includes a side passage 134 that is smaller than the target micro-object and facilitates flow through the trap 132, thereby increasing the probability of capturing the micro-object into the trap 132.

更に詳細に後述するように、幾つかの実施形態では、エレクトロウェッティング(EW)力は、1つ又は複数の電極(図示せず)を介してマイクロ流体デバイス100の支持構造体104(及び/又はカバー110)の表面上の1つ又は複数の位置(例えば、フロー領域及び/又は隔離ペン内の位置)に適用されて、マイクロ流体回路120に配置された液滴を操作、輸送、分離、及びソートする。例えば、幾つかの実施形態では、EW力は、支持構造体104(及び/又はカバー110)の表面上の1つ又は複数の位置に適用されて、液滴をフロー領域106から所望のマイクロ流体隔離ペンに移す。幾つかの実施形態では、EW力を使用して、隔離ペン(例えば、隔離ペン124、126、128、又は130)内の液滴がそこから変位しないようにする。更に、幾つかの実施形態では、EW力を使用して、本発明の教示に従って先に収集された液滴を隔離ペンから選択的に取り出す。幾つかの実施形態では、EW力は、光エレクトロウェッティング(OEW)力を含む。 As will be described in more detail below, in some embodiments, the electrowetting (EW) force is applied to the support structure 104 (and / /) of the microfluidic device 100 via one or more electrodes (not shown). Alternatively, the droplets placed in the microfluidic circuit 120 are manipulated, transported, separated, applied to one or more positions on the surface of the cover 110) (eg, in the flow area and / or isolation pen). And sort. For example, in some embodiments, an EW force is applied to one or more locations on the surface of the support structure 104 (and / or cover 110) to eject droplets from the flow region 106 into the desired microfluidics. Transfer to isolation pen. In some embodiments, EW forces are used to prevent droplets in the isolation pen (eg, isolation pen 124, 126, 128, or 130) from displacing from it. Further, in some embodiments, EW forces are used to selectively remove the previously collected droplets from the isolation pen according to the teachings of the present invention. In some embodiments, the EW force includes an optical electrowetting (OEW) force.

幾つかの実施形態では、誘電泳動(DEP)力は、1つ又は複数の電極(図示せず)を介して流体培地180にわたり適用されて(例えば、フロー領域及び/又は隔離ペンにおいて)、内部に配置された微小物体の操作、輸送、分離、及びソートを行う。例えば、幾つかの実施形態では、DEP力は、マイクロ流体回路120の1つ又は複数の部分内に適用されて、1つの微小物体をフロー領域106から所望のマイクロ流体隔離ペンに輸送する。幾つかの実施形態では、DEP力を使用して、隔離ペン(例えば、隔離ペン124、126、128、又は130)内の微小物体が隔離ペンから変位しないようにする。更に、幾つかの実施形態では、DEP力を使用して、本発明の教示により前に収集された微小物体を隔離ペンから選択的に取り出す。幾つかの実施形態では、DEP力は、光電子ピンセット(OET)力を含む。 In some embodiments, dielectrophoretic (DEP) forces are applied over the fluid medium 180 via one or more electrodes (not shown) (eg, in the flow region and / or isolation pen) and internally. Manipulates, transports, separates, and sorts micro-objects placed in. For example, in some embodiments, the DEP force is applied within one or more parts of the microfluidic circuit 120 to transport one microobject from the flow region 106 to the desired microfluidic isolation pen. In some embodiments, a DEP force is used to prevent microscopic objects in the isolation pen (eg, isolation pen 124, 126, 128, or 130) from being displaced from the isolation pen. Further, in some embodiments, DEP forces are used to selectively remove microobjects previously collected according to the teachings of the present invention from the isolation pen. In some embodiments, the DEP force includes a photoelectron tweezers (OET) force.

幾つかの実施形態では、DEP力及び/又はEW力は、フロー及び/又は重力等の他の力と組み合わせられて、マイクロ流体回路120内の微小物体及び/又は液滴の操作、輸送、分離、及びソートを行う。例えば、エンクロージャ102は傾斜して(例えば、傾斜デバイス190により)、フロー領域106/チャネル122及びフロー領域106内に配置された微小物体をマイクロ流体隔離ペンの上に位置決めすることができ、重力は、微小物体及び/又は液滴をペン内に輸送することができる。幾つかの実施形態では、DEP力及び/又はEW力は、他の力の前に適用することができる。他の実施形態では、DEP力及び/又はEW力は、他の力の後に適用することができる。更に他の場合、DEP力及び/又はEW力は、他の力と同時に又は他の力と交互に適用することができる。 In some embodiments, the DEP and / or EW forces are combined with other forces such as flow and / or gravity to manipulate, transport, and separate micro-objects and / or droplets within the microfluidic circuit 120. , And sort. For example, the enclosure 102 can be tilted (eg, by tilting device 190) to position micro-objects located within the flow region 106 / channel 122 and the flow region 106 onto the microfluidic isolation pen, and gravity , Micro-objects and / or droplets can be transported into the pen. In some embodiments, the DEP force and / or the EW force can be applied before other forces. In other embodiments, the DEP force and / or the EW force can be applied after the other force. In yet other cases, the DEP force and / or the EW force can be applied simultaneously with or alternately with the other forces.

マイクロ流体デバイスの原動構成。上述したように、システムの制御及び監視機器は、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体回路において微小物体又は液滴等の物体を選択し移動させる原動モジュールを含むことができる。本発明のマイクロ流体デバイスは、移動される物体のタイプ及び他の考慮事項に応じて様々な原動構成を有することができる。特に、マイクロ流体デバイス100の支持構造体104及び/又はカバー110は、マイクロ流体回路120内の流体培地180内の液滴に対して電子ウェッティング(EW)力を選択的に誘導し、それにより、個々の液滴又は液滴群の選択、捕捉、及び/又は移動を行う電子ウェッティング(EW)構成を含むことができる。特定の実施形態では、本発明のマイクロ流体デバイスは、EW構成を有する第1のセクションと、誘電泳動(DEP)構成を有する第2のセクションとを含むことができる。したがって、マイクロ流体デバイス100の支持構造体104及び/又はカバー110の少なくとも1つのセクションは、マイクロ流体回路120における流体媒体180内の微小物体に対してDEP力を選択的に誘導し、それにより個々の微小物体又は微小物体群を選択、捕捉、及び/又は移動させるDEP構成を含むことができる。 The prime mover configuration of a microfluidic device. As mentioned above, the control and monitoring equipment of the system can include a prime mover module that selects and moves objects such as micro-objects or droplets in the microfluidic circuit of the microfluidic device. The microfluidic devices of the present invention can have different prime mover configurations depending on the type of object being moved and other considerations. In particular, the support structure 104 and / or cover 110 of the microfluidic device 100 selectively induces an electron wetting (EW) force on the droplets in the fluid medium 180 in the microfluidic circuit 120, thereby causing an electron wetting (EW) force. , Can include electronic wetting (EW) configurations that select, capture, and / or move individual droplets or groups of droplets. In certain embodiments, the microfluidic device of the present invention can include a first section having an EW configuration and a second section having a dielectrophoresis (DEP) configuration. Thus, at least one section of the support structure 104 and / or cover 110 of the microfluidic device 100 selectively induces a DEP force on a microobject in the fluid medium 180 in the microfluidic circuit 120, thereby individually. Can include a DEP configuration that selects, captures, and / or moves micro-objects or groups of micro-objects.

エレクトロウェッティング構成。特定の実施形態では、本発明のマイクロ流体デバイスは、エレクトロウェッティング構成を含むことができ、この構成は、誘電層及び液滴作動表面を有する基板を含み、液滴作動表面は、誘電層に共有結合した疎水性層を含む。誘電層は、基板上に置かれた液滴が疎水性層に直接接触するように疎水性層の下に配置することができる。図2Aは、そのようなマイクロ流体デバイスの一部の一例を示す。 Electrowetting configuration. In certain embodiments, the microfluidic device of the invention can include an electrowetting configuration, the configuration comprising a substrate having a dielectric layer and a droplet working surface, the droplet working surface being a dielectric layer. Contains a covalently bonded hydrophobic layer. The dielectric layer can be placed under the hydrophobic layer so that the droplets placed on the substrate are in direct contact with the hydrophobic layer. FIG. 2A shows an example of some of such microfluidic devices.

示されるように、装置400は、ベース104を含むことができ、ベース104は、基板及び少なくとも1つの電極(例えば、第1の電極)418を含む。基板は、疎水性外層412、誘電内層414、導電層416、電極418、及び任意選択的に支持体420を含め、様々な層を含むことができる。疎水性層412及び誘電内層414は、エンクロージャを部分的に画定する基板102の内向き面を提供することができる。 As shown, the device 400 can include a base 104, which includes a substrate and at least one electrode (eg, a first electrode) 418. The substrate can include various layers, including a hydrophobic outer layer 412, a dielectric inner layer 414, a conductive layer 416, an electrode 418, and optionally a support 420. The hydrophobic layer 412 and the dielectric inner layer 414 can provide an inward surface of the substrate 102 that partially defines the enclosure.

装置400は、カバー110も含み、カバー110は、疎水性外層422と、少なくとも1つの電極を含み得る内層428と、任意選択的な支持体430とを含む。カバー110及びベース104は、互いに実質的に平行であり、離間要素108(例えば、マイクロ流体回路材料)によって一緒に接合されて、液体媒体を保持するように構成されるエンクロージャ435を画定する。液体媒体は、例えば、油等の疎水性液体であり得る。加えて、エンクロージャ435は、水性媒体等の液体440の液滴を保持することができる。通常、液体媒体及び液滴の液体は、不混和性の液体であるように選択される。 The device 400 also includes a cover 110, which includes a hydrophobic outer layer 422, an inner layer 428 that may include at least one electrode, and an optional support 430. The cover 110 and the base 104 are substantially parallel to each other and are joined together by a separating element 108 (eg, a microfluidic circuit material) to define an enclosure 435 configured to hold a liquid medium. The liquid medium can be, for example, a hydrophobic liquid such as oil. In addition, the enclosure 435 can hold droplets of liquid 440, such as an aqueous medium. Generally, the liquid medium and the liquid in the droplets are selected to be immiscible liquids.

離間要素108は、ポリマーを含むことができる。ポリマーは、例えば、両方ともDow Corningから入手可能なポリジメチルシロキサン(PDMS)又は光パターン化可能シリ
コーン(PPS)等のケイ素系有機ポリマーであり得る。代替的に、離間要素108は、エポキシ系接着剤を含むことができる。エポキシ系接着剤は、例えば、SU−8又は同等のタイプの材料であり得る。離間要素108は、少なくとも30μm、少なくとも40μm、少なくとも50μm、少なくとも60μm、少なくとも70μm、少なくとも80μm、少なくとも90μm、少なくとも100μm、又はそれよりも大きい厚さ(すなわち、基板104の内面とカバー110との間のギャップ)を有することができる。したがって、例えば、離間要素108の厚さは、30〜60μm、40〜80μm、50〜100μm、60〜120μm、70〜140μm、75〜150μm、80〜160μm、90〜180μm、又は100〜200μmであり得る。
The separating element 108 can include a polymer. The polymers can be, for example, silicon-based organic polymers such as polydimethylsiloxane (PDMS) or photopatternable silicone (PPS), both available from Dow Corning. Alternatively, the separating element 108 can include an epoxy-based adhesive. The epoxy adhesive can be, for example, SU-8 or an equivalent type of material. The separating element 108 has a thickness of at least 30 μm, at least 40 μm, at least 50 μm, at least 60 μm, at least 70 μm, at least 80 μm, at least 90 μm, at least 100 μm, or greater (ie, between the inner surface of the substrate 104 and the cover 110). Can have a gap). Thus, for example, the thickness of the separating element 108 is 30-60 μm, 40-80 μm, 50-100 μm, 60-120 μm, 70-140 μm, 75-150 μm, 80-160 μm, 90-180 μm, or 100-200 μm. obtain.

離間要素108は、エンクロージャ内に1つ又は複数のマイクロ流体チャネルを画定することができる。加えて、離間要素108は、エンクロージャ内に複数のチャンバ(又は隔離ペン)を更に画定することができ、各チャンバは、少なくとも1つのマイクロ流体チャネルに流体的に接続され、少なくとも1つのマイクロ流体チャネルが終わる箇所で開く。したがって、例えば、離間要素108は、単一のマイクロ流体チャネル及びそれに流体的に接続される複数のチャンバ又はそれぞれ複数のチャンバに流体的に接続される複数のマイクロ流体チャネルを画定することができる。更に、各チャンバは、図6及び図7に示されるように、2つ以上のマイクロ流体チャネルに流体的に接続することができる。 The separating element 108 can define one or more microfluidic channels within the enclosure. In addition, the separation element 108 can further define multiple chambers (or isolation pens) within the enclosure, each chamber being fluidly connected to at least one microfluidic channel and at least one microfluidic channel. Open at the end of. Thus, for example, the separating element 108 can define a single microfluidic channel and a plurality of chambers fluidly connected to it or a plurality of microfluidic channels fluidly connected to each of the plurality of chambers. In addition, each chamber can be fluidly connected to two or more microfluidic channels, as shown in FIGS. 6 and 7.

基板104の少なくとも1つの電極418及びカバー110の少なくとも1つの電極428がAC電圧源(図示せず)の逆の端子に接続される場合、基板104は、基板104の疎水性外面412(すなわち液滴作動表面)に接触する水性液滴にエレクトロウェッティング力を適用することが可能である。特定の実施形態では、マイクロ流体デバイス内の液滴のエレクトロウェッティングに基づく移動を達成するのに使用されるAC電圧は、少なくとも20ボルトピークツーピーク(ppV)(例えば、約20〜80ppV、約20〜60ppV、約25〜50ppV、約25〜40ppV、又は約25〜35ppV)である。特定の実施形態では、マイクロ流体デバイス内の液滴のエレクトロウェッティングに基づく移動を達成するのに使用されるAC電圧の周波数は、約1〜100kHz(例えば、約5〜90kHz、約10〜80kHz、約15〜70kHz、約20〜60kHz、約25〜50kHz、又は約30〜40kHz)である。 When at least one electrode 418 of the substrate 104 and at least one electrode 428 of the cover 110 are connected to opposite terminals of an AC voltage source (not shown), the substrate 104 is a hydrophobic outer surface 412 (ie, liquid) of the substrate 104. It is possible to apply electrowetting force to aqueous droplets in contact with the droplet working surface). In certain embodiments, the AC voltage used to achieve electrowetting-based migration of droplets within a microfluidic device is at least 20 volts peak-to-peak (ppV) (eg, about 20-80 ppV, about 20-80 ppV, about). 20-60 ppV, about 25-50 ppV, about 25-40 ppV, or about 25-35 ppV). In certain embodiments, the frequency of the AC voltage used to achieve electrowetting-based migration of droplets within a microfluidic device is about 1-100 kHz (eg, about 5 to 90 kHz, about 10 to 80 kHz). , About 15-70 kHz, about 20-60 kHz, about 25-50 kHz, or about 30-40 kHz).

基板104の疎水性外層412及びカバー110の疎水性外層422は、基板104の誘電内層414又はカバー110の内層428にそれぞれ共有結合した自己会合性分子の高密度単層をそれぞれ含むことができる。単層の自己会合性分子は、十分な二次元パッキング密度を含み、単層が結合される表面と疎水性液体との間に疎水性バリアを作成する(例えば、極性分子又は他の化学種の単層への相互作用及び/又は侵入を避けるため)。高密度単層のパッキング密度は、使用される自己会合性分子に依存する。アルキル末端シロキサンを含む高密度単層は、通常、少なくとも1×1014分子/cm(例えば、少なくとも1.5×1014分子/cm、2.0×1014分子/cm、2.5×1014分子/cm、又はそれよりも高い密度)を含む。 The hydrophobic outer layer 412 of the substrate 104 and the hydrophobic outer layer 422 of the cover 110 can each include a high density monolayer of self-associating molecules covalently bonded to the dielectric inner layer 414 of the substrate 104 or the inner layer 428 of the cover 110, respectively. The monolayer self-associating molecule contains sufficient two-dimensional packing density and creates a hydrophobic barrier between the surface to which the monolayer is attached and the hydrophobic liquid (eg, polar molecules or other species). To avoid interaction and / or invasion into the monolayer). The packing density of the high density monolayer depends on the self-associating molecules used. High-density monolayers containing alkyl-terminated siloxanes typically contain at least 1 × 10 14 molecules / cm 2 (eg, at least 1.5 × 10 14 molecules / cm 2 , 2.0 × 10 14 molecules / cm 2 , 2. Contains 5 × 10 14 molecules / cm 2 or higher densities).

更に詳細に後述するように、自己会合性分子は、シロキサン基又はホスホン酸基等の結合基をそれぞれ含むことができる。シロキサン基は、誘電内層414又は内層428の分子と共有結合することができる。同様に、ホスホン酸基も誘電内層414又は内層428の分子と共有結合することができる。自己会合性分子は、長鎖炭化水素を含むことができ、これは非分岐であり得る。したがって、自己会合性分子は、アルキル末端シロキサン又はアルキル末端ホスホン酸を含むことができる。長鎖炭化水素は、少なくとも10個の炭素(例えば、少なくとも16個、少なくとも18個、少なくとも20個、少なくとも22個、又はそれを超える個数の炭素)の鎖を含むことができる。自己会合性分子は、フッ素化炭素鎖を含むことができる。したがって、例えば、自己会合性分子は、フルオロアルキル末端シロキサン又はフルオロアルキル末端ホスホン酸を含むことができる。フッ素化炭素鎖は、式CF−(CF)m−(CH)n−を有することができ、式中、mは、少なくとも2であり、nは、0、1、2、又はそれを超える数であり、及びm+nは、少なくとも9である。 As will be described in more detail later, the self-associating molecule can contain a binding group such as a siloxane group or a phosphonic acid group, respectively. The siloxane group can be covalently bonded to the molecule of the dielectric inner layer 414 or inner layer 428. Similarly, the phosphonic acid group can be covalently bonded to the molecule of the dielectric inner layer 414 or inner layer 428. Self-associating molecules can include long chain hydrocarbons, which can be non-branched. Thus, the self-associating molecule can include an alkyl-terminated siloxane or an alkyl-terminated phosphonic acid. Long-chain hydrocarbons can include chains of at least 10 carbons (eg, at least 16, at least 18, at least 20, at least 22, or more carbons). The self-associating molecule can include a fluorinated carbon chain. Thus, for example, the self-associating molecule can include a fluoroalkyl-terminated siloxane or a fluoroalkyl-terminated phosphonic acid. The fluorinated carbon chain can have the formula CF 3- (CF 2 ) m- (CH 2 ) n-, where m is at least 2, n is 0, 1, 2, or it. And m + n is at least 9.

自己会合性分子の単層は、約5ナノメートル未満(例えば、約1.0〜約4.0nm、約1.5〜約3.0nm、又は約2.0〜約2.5nm)の厚さを有することができる。 Single layers of self-associating molecules are less than about 5 nanometers (eg, about 1.0 to about 4.0 nm, about 1.5 to about 3.0 nm, or about 2.0 to about 2.5 nm). Can have

基板104の疎水性外層412は、選択領域が疎水性外層の残りの部分と比較して相対的に親水性であるようにパターン化され得る。これは、例えば、下の誘電内層122にわたる電圧降下をある時間期間にわたり50ppV以上(例えば、60ppV、65ppV、70ppV、75ppV、80ppV、又はそれよりも高い値)に増大させることにより達成することができる。理論による拘束を意図せずに、比較的親水性の高い領域は、単層に挿入された水分子を含むと考えられる。 The hydrophobic outer layer 412 of the substrate 104 can be patterned such that the selected region is relatively hydrophilic relative to the rest of the hydrophobic outer layer. This can be achieved, for example, by increasing the voltage drop over the lower dielectric inner layer 122 to 50 ppV or higher (eg, 60 ppV, 65 ppV, 70 ppV, 75 ppV, 80 ppV, or higher) over a period of time. .. Unintentionally constrained by theory, the relatively hydrophilic regions are thought to contain water molecules inserted into the monolayer.

幾つかの実施形態では、基板の誘電内層は1つ又は複数の酸化物層を含むことができる。例えば、誘電内層は、金属酸化物層等の単一の酸化物層を含んでもよく、又は単一の酸化物層からなってもよい。代替的に、誘電内層は、2層を含んでもよく、又は2層からなってもよい。幾つかの実施形態では、層は、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素であり得、外層は、酸化アルミニウム等の金属酸化物であり得る。特定の実施形態では、金属酸化物層の厚さは、約15nm〜約45nm、約30nm〜約40nm、又は約33nm〜約36nmの範囲であり得る。金属酸化物層は、原子層堆積(ALD)技法によって堆積され得、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含む層は、プラズマ化学気相成長(PECVD)技法によって堆積され得る。 In some embodiments, the dielectric inner layer of the substrate can include one or more oxide layers. For example, the dielectric inner layer may include a single oxide layer such as a metal oxide layer, or may consist of a single oxide layer. Alternatively, the dielectric inner layer may include two layers or may consist of two layers. In some embodiments, the layer can be silicon dioxide or silicon nitride and the outer layer can be a metal oxide such as aluminum oxide. In certain embodiments, the thickness of the metal oxide layer can range from about 15 nm to about 45 nm, from about 30 nm to about 40 nm, or from about 33 nm to about 36 nm. Metal oxide layers can be deposited by atomic layer deposition (ALD) techniques, and layers containing silicon dioxide or silicon nitride can be deposited by plasma chemical vapor deposition (PECVD) techniques.

更に別の実施形態では、誘電内層は、3つの誘電体材料層を含むことができる。幾つかの実施形態では、第1の層は、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム等の金属酸化物を含むことができ、第1の層は、二酸化ケイ素層と窒化ケイ素層との間に挟むことができる。特定の実施形態では、金属酸化物層の厚さは、約5nm〜約20nmの範囲であり得、層は、原子層堆積(ALD)技法によって堆積され得る。酸化ケイ素層もALDによって堆積され得、約2nm〜約10nmの厚さを有することができる。窒化ケイ素層は、プラズマ化学気相成長(PECVD)技法によって堆積され得、且つ約80nm〜約100nm又は約90nmの厚さを有することができる。 In yet another embodiment, the dielectric inner layer can include three dielectric material layers. In some embodiments, the first layer can contain a metal oxide such as aluminum oxide or hafnium oxide, and the first layer can be sandwiched between the silicon dioxide layer and the silicon nitride layer. .. In certain embodiments, the thickness of the metal oxide layer can range from about 5 nm to about 20 nm, and the layer can be deposited by atomic layer deposition (ALD) techniques. The silicon oxide layer can also be deposited by ALD and can have a thickness of about 2 nm to about 10 nm. The silicon nitride layer can be deposited by plasma chemical vapor deposition (PECVD) techniques and can have a thickness of about 80 nm to about 100 nm or about 90 nm.

誘電内層を構成する層数に関係なく、誘電内層は、約50〜105nmの厚さ及び/又は約50〜150kΩ、好ましい実施形態では約100kΩのインピーダンスを有することができる。 Regardless of the number of layers constituting the dielectric inner layer, the dielectric inner layer can have a thickness of about 50 to 105 nm and / or an impedance of about 50 to 150 kΩ, and in a preferred embodiment about 100 kΩ.

基板104は、誘電内層414に接触する第1の面を有する光反応層146を含むことができる。光反応層416の第2の面は、少なくとも1つの電極418に接触することができる。光反応層416は、水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)を含むことができる。例えば、a−Si:Hは、約8%〜約40%水素(すなわち、100水素原子数/水素原子及びケイ素原子の総数として計算される)を含むことができる。a−Si:H層は、少なくとも約500nm(例えば、少なくとも約600〜1400nm、少なくとも約700〜1300nm、少なくとも約800〜1200nm、少なくとも約900〜1100nm、又は約1000nm)の厚さを有することができる。しかし、a−Si:H層の厚さは、誘電内層414の厚さに従って変更して、基板104がオン状態(すなわち、照明され導電する)及びオフ状態(すなわち、暗く導電していない)であるとき、誘電内層414のインピーダンスとa−Si:H層のインピーダンスとの間に適する差を達成することができる。例えば、誘電内層414のインピーダンスは、約50kΩ〜約150kΩであるように調整することができ、a−Si:H層のインピーダンスは、オフ状態で少なくとも約0.5MΩであり、オン状態で約1kΩ以下であるように調整することができる。これらは単なる例であるが、堅牢なオン/オフ性能を示す光応答(この場合、光伝導)層416を達成するために、インピーダンスをどのように調整することができるかを例示する。基板104が、a−Si:H層から形成される光応答層416を有する実施形態では、基板104は、任意選択的に、光応答層416と誘電内層414との間に配置される浮動電極パッドを含むことができる。そのような浮動電極パッドは、例えば米国特許第6,958,132号に記載されており、この米国特許の内容は、参照により本明細書に援用される。 The substrate 104 can include a photoreactive layer 146 having a first surface in contact with the dielectric inner layer 414. The second surface of the photoreactive layer 416 can be in contact with at least one electrode 418. The photoreaction layer 416 can include hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H). For example, a-Si: H can contain from about 8% to about 40% hydrogen (ie, calculated as 100 * number of hydrogen atoms / total number of hydrogen and silicon atoms). The a-Si: H layer can have a thickness of at least about 500 nm (eg, at least about 600 to 1400 nm, at least about 700 to 1300 nm, at least about 800 to 1200 nm, at least about 900 to 1100 nm, or about 1000 nm). .. However, the thickness of the a-Si: H layer is changed according to the thickness of the dielectric inner layer 414, and the substrate 104 is in the on state (that is, illuminated and conductive) and in the off state (that is, dark and not conductive). At some point, a suitable difference can be achieved between the impedance of the dielectric inner layer 414 and the impedance of the a-Si: H layer. For example, the impedance of the dielectric inner layer 414 can be adjusted to be about 50 kΩ to about 150 kΩ, and the impedance of the a-Si: H layer is at least about 0.5 MΩ in the off state and about 1 kΩ in the on state. It can be adjusted as follows. These are just examples, but exemplify how the impedance can be adjusted to achieve a photoresponsive (in this case, photoconducting) layer 416 that exhibits robust on / off performance. In an embodiment in which the substrate 104 has a photoresponsive layer 416 formed of an a-Si: H layer, the substrate 104 is optionally a floating electrode arranged between the photoresponsive layer 416 and the dielectric inner layer 414. Pads can be included. Such floating electrode pads are described, for example, in US Pat. No. 6,958,132, the contents of which are incorporated herein by reference.

光応答層416は、代替的に、複数の導体を含むことができ、各導体は、フォトトランジスタスイッチを介して基板102の少なくとも1つの電極に制御可能に接続可能である。フォトトランジスタスイッチによって制御される導体は、当技術分野において周知であり、米国特許出願公開第2014/0124370号に記載されており、この米国特許出願の内容は、参照により本明細書に援用される。 The optical response layer 416 can optionally include a plurality of conductors, each of which can be controllably connected to at least one electrode of the substrate 102 via a phototransistor switch. Conductors controlled by phototransistor switches are well known in the art and are described in US Patent Application Publication No. 2014/01/24370, the content of which is incorporated herein by reference. ..

基板104は、AC電圧源に接続されるように構成される単一の電極418を含むことができる。単一の電極418は、インジウム錫酸化物(ITO)の層を含むことができ、この層は、例えば、ガラス支持体420上に形成することができる。代替的に、単一の電極418は、導電性シリコンの層を含むことができる。他の実施形態では、基板104は、当技術分野で周知のEWODデバイスのように、個々にアドレス指定可能な複数の電極を含むことができる。個々にアドレス指定可能な電極は、対応するトランジスタスイッチを介して1つ又は複数のAC電圧源に接続可能であり得る。 The substrate 104 can include a single electrode 418 configured to be connected to an AC voltage source. The single electrode 418 can include a layer of indium tin oxide (ITO), which layer can be formed, for example, on the glass support 420. Alternatively, the single electrode 418 can include a layer of conductive silicon. In another embodiment, the substrate 104 may include a plurality of individually addressable electrodes, such as EWOD devices well known in the art. The individually addressable electrodes may be connectable to one or more AC voltage sources via the corresponding transistor switches.

カバー110は、基板のように、疎水性層422に併設される誘電層(図示せず)と、誘電層と電極428との間に併設される導電層(図示せず)とを更に含むことができる。したがって、マイクロ流体装置400は、基板104と、エレクトロウェッティング力をエンクロージャ435内に配置される水性液滴440に提供するように構成されるカバー110との両方を有することができる。そのような実施形態では、カバー110の誘電層は、基板104の誘電内層414について本明細書において開示した任意の方法で構成することができ、カバー104の導電層は、基板102の導電層126について本明細書において開示した任意の方法で構成することができる。 The cover 110 further includes a dielectric layer (not shown) attached to the hydrophobic layer 422 and a conductive layer (not shown) attached between the dielectric layer and the electrode 428, such as a substrate. Can be done. Thus, the microfluidic device 400 can have both a substrate 104 and a cover 110 configured to provide electrowetting forces to the aqueous droplets 440 disposed within the enclosure 435. In such an embodiment, the dielectric layer of the cover 110 can be configured by any method disclosed herein for the dielectric inner layer 414 of the substrate 104, and the conductive layer of the cover 104 is the conductive layer 126 of the substrate 102. Can be configured by any method disclosed herein.

誘電泳動(DEP)構成。本明細書で考察するように、本発明のマイクロ流体デバイスは、DEP構成を有するセクションを含むことができる。そのようなセクションの一例は、図1C及び図1Dに示されるマイクロ流体デバイス200である。簡潔にするために、図1C及び図1Dは、開放領域/チャンバ202を有するマイクロ流体デバイス200のエンクロージャ102の部分の垂直断面図及び水平断面図をそれぞれ示すが、領域/チャンバ202が、成長チャンバ、隔離ペン、フロー領域、又はフローチャネル等のより詳細な構造を有する流体回路要素の部分であり得ることを理解されたい。更に、マイクロ流体デバイス200は他の流体回路要素を含み得る。例えば、マイクロ流体デバイス200は、マイクロ流体デバイス100に関して本明細書に記載される等の複数の成長チャンバ、或いは隔離ペン及び/又は1つ若しくは複数のフロー領域又はフローチャネルを含むことができる。DEP構成は、マイクロ流体デバイス200の任意のそのような流体回路要素に組み込み得るか、又はその部分を選択し得る。上記又は下記の任意のマイクロ流体デバイス構成要素及びシステム構成要素がマイクロ流体デバイス200内に組みこまれ得、及び/又はマイクロ流体デバイス200と組み合わせて使用し得ることを更に理解されたい。例えば、培地モジュール160、原動モジュール162、撮像モジュール164、傾斜モジュール166、及び他のモジュール168の1つ又は複数を含む上述した制御及び監視機器152を含むシステム150は、マイクロ流体デバイス200と併用し得る。 Dielectrophoresis (DEP) configuration. As discussed herein, the microfluidic devices of the invention can include sections with a DEP configuration. An example of such a section is the microfluidic device 200 shown in FIGS. 1C and 1D. For brevity, FIGS. 1C and 1D show a vertical and horizontal cross section of a portion of the enclosure 102 of the microfluidic device 200 having an open region / chamber 202, respectively, where the region / chamber 202 is the growth chamber. , Isolation pens, flow regions, or parts of fluid circuit elements with more detailed structures such as flow channels. In addition, the microfluidic device 200 may include other fluid circuit elements. For example, the microfluidic device 200 can include multiple growth chambers, such as those described herein for the microfluidic device 100, or isolation pens and / or one or more flow regions or flow channels. The DEP configuration can be incorporated into any such fluid circuit element of the microfluidic device 200, or parts thereof can be selected. It should be further understood that any of the above or below microfluidic device and system components can be incorporated within the microfluidic device 200 and / or used in combination with the microfluidic device 200. For example, a system 150 including the above-mentioned control and monitoring device 152 including one or more of a medium module 160, a prime mover module 162, an imaging module 164, a tilt module 166, and another module 168 is used in combination with the microfluidic device 200. obtain.

図1Cにおいて見られるように、マイクロ流体デバイス200は、下部電極204及び下部電極204に重なる電極活性化基板206を有する支持構造体104と、上部電極210を有するカバー110とを含み、上部電極210は下部電極204から離間される。上部電極210及び電極活性化基板206は、領域/室202の両面を画定する。したがって、領域/室202に含まれる培地180は、上部電極210と電極活性化基板206との間に抵抗接続を提供する。下部電極204と上部電極210との間に接続され、領域/室202でのDEP力の生成のために必要に応じて電極間にバイアス電圧を生成するように構成された電源212も示されている。電源212は、例えば、交流(AC)電源であり得る。 As seen in FIG. 1C, the microfluidic device 200 includes a support structure 104 having an electrode activating substrate 206 overlapping the lower electrode 204 and the lower electrode 204, and a cover 110 having the upper electrode 210, the upper electrode 210. Is separated from the lower electrode 204. The upper electrode 210 and the electrode activating substrate 206 define both sides of the region / chamber 202. Therefore, the medium 180 contained in the region / chamber 202 provides a resistance connection between the upper electrode 210 and the electrode activating substrate 206. Also shown is a power supply 212 connected between the lower electrode 204 and the upper electrode 210 and configured to generate a bias voltage between the electrodes as needed for the generation of DEP force in the region / chamber 202. There is. The power supply 212 can be, for example, an alternating current (AC) power supply.

特定の実施形態では、図1C及び図1Dに示されるマイクロ流体デバイス200は、光学作動DEP構成を有することができる。したがって、原動モジュール162により制御し得る光源216からの光218の変更パターンは、電極活性化基板206の内面208の領域214においてDEP電極の変更パターンを選択的に活性化又は非活性化することができる。(以下ではDEP構成を有するマイクロ流体デバイスの領域214を「DEP電極領域」と呼ぶ)。図1Dに示されるように、電極活性化基板206の内面208に向けられる光パターン218は、正方形等のパターンで、選択されたDEP電極領域214a(白色で示される)を照明することができる。照明されないDEP電極領域214(斜線が付される)を以下では「暗」DEP電極領域214と呼ぶ。DEP電極活性化基板206を通る相対電気インピーダンス(すなわち、下部電極204から、フロー領域106において培地180と界面を接する電極活性化基板206の内面208まで)は、各暗DEP電極領域214での領域/室202において培地180を通る(すなわち、電極活性化基板206の内面208からカバー110の上部電極210まで)相対電気インピーダンスよりも大きい。しかし、照明DEP電極領域214aは、各照明DEP電極領域214aでの領域/室202での培地180を通る相対インピーダンス未満である電極活性化基板206を通る相対インピーダンスの低減を示す。 In certain embodiments, the microfluidic device 200 shown in FIGS. 1C and 1D can have an optically actuated DEP configuration. Therefore, the change pattern of the light 218 from the light source 216, which can be controlled by the prime mover module 162, can selectively activate or deactivate the change pattern of the DEP electrode in the region 214 of the inner surface 208 of the electrode activation substrate 206. can. (Hereinafter, the region 214 of the microfluidic device having the DEP configuration is referred to as a "DEP electrode region"). As shown in FIG. 1D, the light pattern 218 directed at the inner surface 208 of the electrode activating substrate 206 can illuminate the selected DEP electrode region 214a (shown in white) with a pattern such as a square. The unilluminated DEP electrode region 214 (shaded) is hereinafter referred to as the "dark" DEP electrode region 214. The relative electrical impedance through the DEP electrode activation substrate 206 (ie, from the lower electrode 204 to the inner surface 208 of the electrode activation substrate 206 interfaceing with the medium 180 in the flow region 106) is the region in each dark DEP electrode region 214. It is greater than the relative electrical impedance through the medium 180 in the / chamber 202 (ie, from the inner surface 208 of the electrode activating substrate 206 to the upper electrode 210 of the cover 110). However, the illuminated DEP electrode region 214a exhibits a reduction in relative impedance through the electrode activated substrate 206 that is less than the relative impedance through the medium 180 in the region / chamber 202 in each illuminated DEP electrode region 214a.

電源212が活性化されている場合、上記DEP構成は、照明DEP電極領域214aと隣接する暗DEP電極領域214との間に流体培地180内で電場勾配を生じさせ、次に、電場勾配は、流体培地180内の付近の微小物体(図示せず)を引き寄せるか、又は排斥する局所DEP力を生成する。したがって、流体培地180内の微小物体を引き寄せるか、又は排斥するDEP電極は、光源216からマイクロ流体デバイス200に投射される光パターン218を変更することにより、領域/室202の内面208での多くの異なるそのようなDEP電極領域214において選択的に活性化及び非活性化することができる。DEP力が付近の微小物体を引き寄せるか、それとも排斥するかは、電源212の周波数並びに培地180及び/又は微小物体(図示せず)の誘電特性等のパラメータに依存し得る。 When the power supply 212 is activated, the DEP configuration creates an electric field gradient in the fluid medium 180 between the illuminated DEP electrode region 214a and the adjacent dark DEP electrode region 214, and then the electric field gradient is: Generates a local DEP force that attracts or rejects nearby microscopic objects (not shown) in the fluid medium 180. Therefore, the DEP electrode that attracts or rejects microscopic objects in the fluid medium 180 often by altering the light pattern 218 projected from the light source 216 to the microfluidic device 200 on the inner surface 208 of the region / chamber 202. It can be selectively activated and deactivated in different such DEP electrode regions 214. Whether the DEP force attracts or rejects nearby micro-objects may depend on parameters such as the frequency of the power supply 212 and the dielectric properties of the medium 180 and / or micro-objects (not shown).

図1Cに示される照明DEP電極領域214aの正方形パターン220は単なる例である。デバイス200に投射される光パターン218により、任意のパターンのDEP電極領域214を照明する(それにより、活性化する)ことができ、照明/活性化されるDEP電極領域214のパターンは、光パターン218を変更又は移動させることにより繰り返し変更することができる。 The square pattern 220 of the illuminated DEP electrode region 214a shown in FIG. 1C is merely an example. The light pattern 218 projected onto the device 200 can illuminate (and thereby activate) the DEP electrode region 214 of any pattern, and the illuminated / activated pattern of the DEP electrode region 214 is a light pattern. It can be changed repeatedly by changing or moving 218.

幾つかの実施形態では、電極活性化基板206は、光伝導性材料を含むか、又は光導電性材料からなることができる。そのような実施形態では、電極活性化基板206の内面208は、特徴を有さないことができる。例えば、電極活性化基板206は、水素化非晶質シリコン(a−Si:H)の層を含むか、又はa−Si:Hの層からなることができる。a−Si:Hは、例えば、約8%〜40%の水素を含むことができる(水素原子の数/水素及びケイ素原子の総数に100を掛けたものとして計算)。a−Si:Hの層は厚さ約500nm〜約2.0μmを有することができる。そのような実施形態では、DEP電極領域214は、光パターン218により、電極活性化基板206の内面208上の任意の場所に任意のパターンで作成することができる。したがって、DEP電極領域214の数及びパターンは、固定される必要がなく、光パターン218に対応することができる。上述したような光伝導層を含むDEP構成を有するマイクロ流体デバイスの例は、例えば、米国特許第RE44,711号(Wuら)(元々は米国特許第7,612,355号として発行された)に記載されており、その内容全体は参照により本明細書に援用される。 In some embodiments, the electrode activating substrate 206 comprises or can be made of a photoconductive material. In such an embodiment, the inner surface 208 of the electrode activated substrate 206 may have no features. For example, the electrode activating substrate 206 may include or consist of a layer of hydrogenated amorphous silicon (a—Si: H) or a layer of a—Si: H. a-Si: H can contain, for example, about 8% to 40% hydrogen (calculated as the number of hydrogen atoms / the total number of hydrogen and silicon atoms multiplied by 100). The layer a—Si: H can have a thickness of about 500 nm to about 2.0 μm. In such an embodiment, the DEP electrode region 214 can be created in any pattern at any location on the inner surface 208 of the electrode activation substrate 206 by the optical pattern 218. Therefore, the number and pattern of the DEP electrode regions 214 need not be fixed and can correspond to the optical pattern 218. An example of a microfluidic device having a DEP configuration including a photoconductive layer as described above is, for example, US Pat. No. RE44,711 (Wu et al.) (Originally issued as US Pat. No. 7,612,355). Incorporated herein by reference in its entirety.

他の実施形態では、電極活性化基板206は、半導体分野で既知等の半導体集積回路を形成する複数のドープ層、絶縁層(又は領域)、及び導電層を含む基板を含むことができる。例えば、電極活性化基板206は、例えば、横型バイポーラフォトトランジスタを含む複数のフォトトランジスタを含むことができ、各フォトトランジスタはDEP電極領域214に対応する。代替的に、電極活性化基板206は、フォトトランジスタスイッチにより制御される電極(例えば、導電性金属電極)を含むことができ、そのような各電極はDEP電極領域214に対応する。電極活性化基板206は、パターンになったそのようなフォトトランジスタ又はフォトトランジスタ制御される電極を含むことができる。パターンは、例えば、図2Bに示される等、行列に配置された実質的に正方形のフォトトランジスタ又はフォトトランジスタ制御される電極のアレイであり得る。代替的に、パターンは、六角形格子を形成する実質的に六角形のフォトトランジスタ又はフォトトランジスタ制御される電極のアレイであり得る。パターンに関係なく、電気回路素子は、電極活性化基板206の内面208におけるDEP電極領域214と下部電極210との間に電気接続を形成することができ、それらの電気接続(すなわち、フォトトランジスタ又は電極)は、光パターン218により選択的に活性化又は非活性化することができる。活性化されない場合、各電気接続は、電極活性化基板206を通る(すなわち、下部電極204から、領域/室202内の培地180と界面を接する電極活性化電極206の内面208まで)相対インピーダンスが、対応するDEP電極領域214における培地180を通る(すなわち、電極活性化基板206の内面208からカバー110の上部電極210まで)相対インピーダンスよりも大きいような高いインピーダンスを有することができる。しかし、光パターン218内の光により活性化される場合、電極活性化基板206を通る相対インピーダンスは、各照明DEP電極領域214での培地180を通る相対インピーダンス未満であり、それにより、上述したように、対応するDEP電極領域214でのDEP電極を活性化する。したがって、培地180内の微小物体(図示せず)を引き寄せるか、又は排斥するDEP電極は、光パターン218により決まるように、領域/室202での電極活性化基板206の内面208での多くの異なるDEP電極領域214において選択的に活性化及び非活性化することができる。 In another embodiment, the electrode activating substrate 206 can include a substrate including a plurality of dope layers, insulating layers (or regions), and conductive layers that form semiconductor integrated circuits known in the semiconductor field. For example, the electrode activation substrate 206 can include, for example, a plurality of phototransistors including a horizontal bipolar phototransistor, and each phototransistor corresponds to a DEP electrode region 214. Alternatively, the electrode activation substrate 206 can include electrodes controlled by a phototransistor switch (eg, conductive metal electrodes), each such electrode corresponding to the DEP electrode region 214. The electrode activation substrate 206 can include such a patterned phototransistor or phototransistor-controlled electrode. The pattern can be a substantially square phototransistor or an array of phototransistor-controlled electrodes arranged in a matrix, for example as shown in FIG. 2B. Alternatively, the pattern can be a substantially hexagonal phototransistor forming a hexagonal lattice or an array of phototransistor-controlled electrodes. Regardless of the pattern, the electrical circuit element can form an electrical connection between the DEP electrode region 214 and the lower electrode 210 on the inner surface 208 of the electrode activating substrate 206 and their electrical connection (ie, phototransistor or The electrode) can be selectively activated or deactivated by the light pattern 218. If not activated, each electrical connection has a relative impedance through the electrode activating substrate 206 (ie, from the lower electrode 204 to the inner surface 208 of the electrode activating electrode 206 interfaceing with the medium 180 in the region / chamber 202). It can have a high impedance that is greater than the relative impedance through the medium 180 in the corresponding DEP electrode region 214 (ie, from the inner surface 208 of the electrode activating substrate 206 to the upper electrode 210 of the cover 110). However, when activated by light within the light pattern 218, the relative impedance through the electrode activation substrate 206 is less than the relative impedance through the medium 180 in each illuminated DEP electrode region 214, thereby as described above. In addition, it activates the DEP electrode in the corresponding DEP electrode region 214. Therefore, many DEP electrodes that attract or reject microscopic objects (not shown) in medium 180 are on the inner surface 208 of the electrode activation substrate 206 in the region / chamber 202, as determined by the light pattern 218. It can be selectively activated and deactivated in different DEP electrode regions 214.

フォトトランジスタを含む電極活性化基板を有するマイクロ流体デバイスの例は、例えば、米国特許第7,956,339号(Ohtaら)に記載されており(例えば、図21及び図22に示されるデバイス300並びにその説明を参照されたい)、この内容全体は参照により本明細書に援用される。フォトトランジスタスイッチにより制御される電極を含む電極活性化基板を有するマイクロ流体デバイスの例は、例えば、米国特許出願公開第2014/0124370号(Shortら)に記載されており(例えば、図面全体を通して示さ
れるデバイス200、400、500、600、及び900並びにその説明を参照されたい)、これらの内容全体は参照により本明細書に援用される。
An example of a microfluidic device having an electrode activated substrate containing a phototransistor is described, for example, in US Pat. No. 7,965,339 (Ohta et al.) (Eg, device 300 shown in FIGS. 21 and 22). Also see its description), the entire contents of which are incorporated herein by reference. An example of a microfluidic device having an electrode activating substrate comprising an electrode controlled by a phototransistor switch is described, for example, in US Patent Application Publication No. 2014/0124370 (Short et al.) (Eg, shown throughout the drawings. Devices 200, 400, 500, 600, and 900 and their descriptions), the entire contents of which are incorporated herein by reference.

DEP構成のマイクロ流体デバイスの幾つかの実施形態では、上部電極210はエンクロージャ102の第1の壁(又はカバー110)の一部であり、電極活性化基板206及び下部電極204は、エンクロージャ102の第2の壁(又は支持構造体104)の一部である。領域/室202は、第1の壁と第2の壁との間にあり得る。他の実施形態では、電極210は第2の壁(又は支持構造体104)の一部であり、電極活性化基板206及び/又は電極210の一方又は両方は、第1の壁(又はカバー110)の一部である。更に、光源216は代替的に、下からエンクロージャ102を照明するのに使用することができる。 In some embodiments of the DEP configuration microfluidic device, the upper electrode 210 is part of the first wall (or cover 110) of the enclosure 102, and the electrode activation substrate 206 and the lower electrode 204 are of the enclosure 102. It is part of the second wall (or support structure 104). The area / chamber 202 can be between the first wall and the second wall. In other embodiments, the electrode 210 is part of a second wall (or support structure 104) and one or both of the electrode activating substrate 206 and / or the electrode 210 is the first wall (or cover 110). ) Is part of. Further, the light source 216 can be used as an alternative to illuminate the enclosure 102 from below.

DEP構成を有する図1C及び図1Dのマイクロ流体デバイス200を用いて、原動モジュール162は、光パターン218をデバイス200に投射して、微小物体を囲み捕捉するパターン(例えば、正方形パターン220)で電極活性化基板206の内面208のDEP電極領域214aでの第1の組の1つ又は複数のDEP電極を活性化することにより、領域/室202での培地180内の微小物体(図示せず)を選択することができる。次に、原動モジュール162は、光パターン218をデバイス200に相対して移動させて、DEP電極領域214での第2の組の1つ又は複数のDEP電極を活性化することにより、捕捉された微小物体を移動させることができる。代替的に、デバイス200を光パターン218に相対して移動させることができる。 Using the microfluidic device 200 of FIGS. 1C and 1D having a DEP configuration, the prime mover module 162 projects an optical pattern 218 onto the device 200 and electrodes in a pattern (eg, a square pattern 220) that surrounds and captures a small object. Microobjects in medium 180 in region / chamber 202 by activating one or more pairs of DEP electrodes in the DEP electrode region 214a of the inner surface 208 of the activation substrate 206 (not shown). Can be selected. The prime mover module 162 was then captured by moving the light pattern 218 relative to the device 200 to activate one or more of the second set of DEP electrodes in the DEP electrode region 214. Small objects can be moved. Alternatively, the device 200 can be moved relative to the light pattern 218.

他の実施形態では、マイクロ流体デバイス200は、電極活性化基板206の内面208でのDEP電極の光活性化に依存しないDEP構成を有することができる。例えば、電極活性化基板206は、少なくとも1つの電極を含む表面(例えば、カバー110)とは逆に位置する、選択的にアドレス指定可能且つエネルギー付与可能な電極を含むことができる。スイッチ(例えば、半導体基板のトランジスタスイッチ)を選択的に開閉して、DEP電極領域214でのDEP電極を活性化又は非活性化し得、それにより、活性化されたDEP電極の近傍での領域/室202内の微小物体(図示せず)に対する正味DEP力を生成する。電源212の周波数及び培地(図示せず)及び/又は領域/室202内の微小物体の誘電特性等の特徴に応じて、DEP力は、付近の微小物体を引き寄せるか、又は排斥することができる。DEP電極の組(例えば、正方形パターン220を形成するDEP電極領域214の組における)を選択的に活性化又は非活性化することにより、領域/室202における1つ又は複数の微小物体を捕捉し、領域/室202内で移動させることができる。図1Aの原動モジュール162は、そのようなスイッチを制御し、したがって、DEP電極の個々の電極を活性化及び非活性化して、領域/室202の周囲の特定の微小物体(図示せず)を選択、捕捉、及び移動させることができる。選択的にアドレス指定可能且つエネルギー付与可能な電極を含むDEP構成を有するマイクロ流体デバイスは、当技術分野で既知であり、例えば、米国特許第6,294,063号(Beckerら)及び同第6,942,776号(Medoro)に記載されており、これらの内容全体は参照により本明細書に援用される。 In another embodiment, the microfluidic device 200 can have a DEP configuration that is independent of photoactivation of the DEP electrode on the inner surface 208 of the electrode activation substrate 206. For example, the electrode activating substrate 206 can include selectively addressable and energizable electrodes located opposite the surface containing at least one electrode (eg, cover 110). A switch (eg, a transistor switch on a semiconductor substrate) can be selectively opened and closed to activate or deactivate the DEP electrode in the DEP electrode region 214, thereby activating or deactivating the region / region in the vicinity of the activated DEP electrode. Generates a net DEP force on a small object (not shown) in the chamber 202. Depending on features such as the frequency of the power supply 212 and the medium (not shown) and / or the dielectric properties of the micro-objects in the region / chamber 202, the DEP force can attract or reject nearby micro-objects. .. By selectively activating or deactivating a set of DEP electrodes (eg, in a set of DEP electrode regions 214 forming a square pattern 220), one or more microobjects in the region / chamber 202 are captured. , Can be moved within the area / room 202. The prime mover module 162 of FIG. 1A controls such a switch, thus activating and deactivating the individual electrodes of the DEP electrode to deactivate certain micro-objects (not shown) around the region / chamber 202. It can be selected, captured, and moved. Microfluidic devices having a DEP configuration that includes selectively addressable and energizable electrodes are known in the art and are described, for example, in US Pat. Nos. 6,294,063 (Becker et al.) And 6. , 942, 776 (Medoro), the entire contents of which are incorporated herein by reference.

エレクトロウェッティング構成及び誘電泳動(DEP)構成を有するマイクロ流体デバイス。図4は、様々な実施形態による、複数のマイクロ流体用途を統合したマイクロ流体デバイス又は装置450の垂直断面図である。デバイス450は、2つの異なるセクションを含み(しかし、3つ以上の異なるセクションがあってもよい)、各セクションは、単一のマイクロ流体構成を有する。セクション460は、エレクトロウェッティング構成を含み、この構成は、基板を含むベース104を含む。基板は、疎水性外層412、誘電内層414、導電層416、及び電極418を含め、様々な層を含む。疎水性層412及び誘電内層414は、エンクロージャ435を部分的に画定する基板の内向き面を提供することができる。セクション460は、電極428と疎水性外層422とを含むカバー110並びにマイクロ流体回路材料108も含み、マイクロ流体回路材料108は、ベース104をカバー110に接続し、不混和性流体を保持するように構成されるエンクロージャ435を含め、エレクトロウェッティングセクションのマイクロ流体回路を画定するのに更に役立つ。 A microfluidic device having an electrowetting configuration and a dielectrophoresis (DEP) configuration. FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of a microfluidic device or device 450 that integrates a plurality of microfluidic applications according to various embodiments. The device 450 comprises two different sections (although there may be three or more different sections), each section having a single microfluidic configuration. Section 460 includes an electrowetting configuration, which includes a base 104 that includes a substrate. The substrate includes various layers, including a hydrophobic outer layer 412, a dielectric inner layer 414, a conductive layer 416, and an electrode 418. The hydrophobic layer 412 and the dielectric inner layer 414 can provide an inward surface of the substrate that partially defines the enclosure 435. Section 460 also includes a cover 110 containing an electrode 428 and a hydrophobic outer layer 422 as well as a microfluidic circuit material 108 so that the microfluidic circuit material 108 connects the base 104 to the cover 110 to hold an immiscible fluid. It further helps define the microfluidic circuit of the electrowetting section, including the configured enclosure 435.

マイクロ流体デバイス450のセクション470は、誘電泳動DEP構成を含み、この構成は、ベース104、第1の電極479、電極活性化基板474、及びエンクロージャ475を部分的に画定する内向き面を含む。セクション470は、電極468を含むカバー110と、ベース104をカバー110に接続し、DEPセクションのマクロ流体回路の画定に更に役立つマイクロ流体回路材料108とを更に含む。 Section 470 of the microfluidic device 450 includes a dielectrophoretic DEP configuration, which includes an inward surface that partially defines a base 104, a first electrode 479, an electrode activation substrate 474, and an enclosure 475. Section 470 further includes a cover 110 that includes electrodes 468 and a microfluidic circuit material 108 that connects the base 104 to the cover 110 and further aids in defining the macrofluidic circuit of the DEP section.

図4に示されるように、エレクトロウェッティングセクション460及びDEPセクション470は、同じベース104及びカバー110を共有することができ、一方、基板及び電極は共有されない。デバイス450のエレクトロウェッティングセクション460及びDEPセクション470は、ブリッジ465によって接合することができ、ブリッジ465は、管、接着材料等、又はそれらの任意の組み合わせであり得る。 As shown in FIG. 4, the electrowetting section 460 and the DEP section 470 can share the same base 104 and cover 110, while the substrate and electrodes are not. The electrowetting section 460 and DEP section 470 of the device 450 can be joined by a bridge 465, which can be a tube, an adhesive material, etc., or any combination thereof.

図5は、様々な実施形態による、複数のマイクロ流体用途を統合したマイクロ流体デバイス又は装置500の垂直断面図である。デバイス400のように、デバイス500は、2つの異なるセクションを含み(しかし、3つ以上の異なるセクションがあってもよい)、各セクションは、単一のマイクロ流体構成を有する。特に、セクション460は、エレクトロウェッティング構成を含み、セクション470は、DEP構成を含む。デバイス500の様々な構成要素は、対応する参照符号で示されるように、デバイス400における構成要素と対応する部品を有する。しかし、デバイス500は、導電層416、第1の電極418、及び第2の電極428を有するモノリシック基板を有し、これらは全てセクション460及び470の両方により共有される。 FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a microfluidic device or device 500 that integrates a plurality of microfluidic applications according to various embodiments. Like device 400, device 500 includes two different sections (but there may be three or more different sections), each section having a single microfluidic configuration. In particular, section 460 includes an electrowetting configuration and section 470 includes a DEP configuration. The various components of the device 500 have components that correspond to the components in the device 400, as indicated by the corresponding reference numerals. However, the device 500 has a monolithic substrate having a conductive layer 416, a first electrode 418, and a second electrode 428, all shared by both sections 460 and 470.

図19A及び図19Bは、図5と併せて示した実施形態による1つの機能態様での電気的に対処する動作表現の図を提供する。図5と併せて先に説明したように、システムは、モノリシック基板416を共有するDEPモジュール及びEWモジュールにより示されるように、2つのマイクロ流体動作を統合する。この実施形態では、DEP(OETであり得る)モジュールは、EWモジュールよりも低いインピーダンスを有する。動作中、EWモジュールのインピーダンスは、DEPモジュールのインピーダンスを克服し、基本的にDEPモジュールを短絡させる。 19A and 19B provide diagrams of electrically coping motion representations in one functional aspect according to the embodiments shown in conjunction with FIG. As previously described with FIG. 5, the system integrates two microfluidic operations, as shown by the DEP module and the EW module sharing the monolithic substrate 416. In this embodiment, the DEP (which can be OET) module has a lower impedance than the EW module. During operation, the impedance of the EW module overcomes the impedance of the DEP module and basically shorts the DEP module.

図19Aに示される一実施形態では、OEPモジュールは、100kHz〜10mHzの範囲の周波数において1ボルト〜10ボルトの範囲の電圧を印加することにより動作する。同じ実施形態において、図19Bに示されるように、OEWモジュールは、1kHz〜300kHzの範囲の周波数において10ボルト〜100ボルトの範囲の動作を印加することにより動作する。好ましい一実施形態では、OEPモジュールは、1Mhzの周波数において5ボルトの電圧を印加することにより動作し、OEWモジュールは、30kHzの周波数において30ボルトの電圧を印加することにより動作する。 In one embodiment shown in FIG. 19A, the OEP module operates by applying a voltage in the range of 1 volt to 10 volt at frequencies in the range of 100 kHz to 10 MHz. In the same embodiment, as shown in FIG. 19B, the OEW module operates by applying an operation in the range of 10 to 100 volts at a frequency in the range of 1 kHz to 300 kHz. In a preferred embodiment, the OEP module operates by applying a voltage of 5 volts at a frequency of 1 Mhz and the OEW module operates by applying a voltage of 30 volts at a frequency of 30 kHz.

隔離ペン。一般的な隔離ペン224、226、及び228の非限定的な例は、図2A〜図2Cに示されるマイクロ流体デバイス230内に示されている。各隔離ペン224、226、及び228は、分離領域240と、分離領域240をチャネル122に流体接続する接続領域236とを画定する分離構造体232を含むことができる。接続領域236は、チャネル122への基端開口部234及び分離領域240への先端開口部238を含むことができる。接続領域236は、チャネル122から隔離ペン224、226、228内に流れる流体培地(図示せず)のフローの最大侵入深さが分離領域240内に及ばないように構成され得る。したがって、接続領域236に起因して、隔離ペン224、226、228の分離領域240内に配置された微小物体(図示せず)又は他の材料(図示せず)は、チャネル122内の培地180のフローから分離され、チャネル122内の培地180のフローにより実質的に影響されないことができる。 Isolation pen. Non-limiting examples of common isolation pens 224, 226, and 228 are shown within the microfluidic device 230 shown in FIGS. 2A-2C. Each isolation pen 224, 226, and 228 can include a separation structure 232 that defines a separation region 240 and a connection region 236 that fluidly connects the separation region 240 to the channel 122. Contiguous zone 236 can include a proximal opening 234 to the channel 122 and a distal opening 238 to the separation zone 240. Contiguous zone 236 may be configured such that the maximum penetration depth of the flow of fluid medium (not shown) flowing from channel 122 into isolation pens 224, 226, 228 does not reach into isolation zone 240. Thus, due to the contiguous zone 236, micro-objects (not shown) or other materials (not shown) placed within the isolation zone 240 of the isolation pens 224, 226, 228 are medium 180 in channel 122. Can be separated from the flow of and substantially unaffected by the flow of medium 180 in channel 122.

図2A〜図2Cの隔離ペン224、226、及び228は、チャネル122に対して直接開く単一の開口部をそれぞれ有する。隔離ペンの開口部は、チャネル122から横に開く。電極活性化基板206がチャネル122及び隔離ペン224、226、及び228の両方の下にある。隔離ペンのフロアを形成する、隔離ペンのエンクロージャ内の電極活性化基板206の上面は、マイクロ流体デバイスのフローチャネル(又はそれぞれフロー領域)のフロアを形成する、チャネル122(又はチャネルが存在しない場合、フロー領域)内の電極活性化基板206の上面と同じ高さ又は略同じ高さに配置される。電極活性化基板206は、特徴を有さなくてもよく、又は約3μm未満、約2.5μm未満、約2μm未満、約1.5μm未満、約1μm未満、約0.9μm未満、約0.5μm未満、約0.4μm未満、約0.2μm未満、約0.1μm未満、又はそれを下回って最高隆起部から最低陥没部まで変化する不規則又はパターン化表面を有してもよい。チャネル122(図示せず)及び隔離ペンの両方にわたる基板の上面の隆起の変動は、隔離ペンの壁の高さ又はマイクロ流体デバイスの壁の高さの約3%未満、約2%未満、約1%未満、約0.9%未満、約0.8%未満、約0.5%未満、約0.3%未満、又は約0.1%未満であり得る。マイクロ流体デバイス200について詳細に説明したが、これは、本明細書に記載される任意のマイクロ流体デバイス100、230、250、280、290、600、700にも当てはまる。 Isolation pens 224, 226, and 228 of FIGS. 2A-2C each have a single opening that opens directly to channel 122. The opening of the isolation pen opens laterally from channel 122. The electrode activation substrate 206 is under both the channel 122 and the isolation pens 224, 226, and 228. The top surface of the electrode activation substrate 206 in the enclosure of the isolation pen, which forms the floor of the isolation pen, forms the floor of the flow channel (or flow region, respectively) of the microfluidic device, channel 122 (or if the channel is absent). , Flow region) and at the same height as or substantially the same height as the upper surface of the electrode activation substrate 206. The electrode activated substrate 206 may be featureless or less than about 3 μm, less than about 2.5 μm, less than about 2 μm, less than about 1.5 μm, less than about 1 μm, less than about 0.9 μm, about 0. It may have an irregular or patterned surface that varies from less than 5 μm, less than about 0.4 μm, less than about 0.2 μm, less than about 0.1 μm, or less, from the highest ridge to the lowest depression. Fluctuations in the elevation of the top surface of the substrate across both the channel 122 (not shown) and the isolation pen are less than about 3%, less than about 2%, about the height of the wall of the isolation pen or the wall of the microfluidic device. It can be less than 1%, less than about 0.9%, less than about 0.8%, less than about 0.5%, less than about 0.3%, or less than about 0.1%. Although the microfluidic device 200 has been described in detail, this also applies to any of the microfluidic devices 100, 230, 250, 280, 290, 600, 700 described herein.

したがって、チャネル122は掃引領域の例であり得、隔離ペン224、226、228の分離領域240は非掃引領域の例であり得る。述べたように、チャネル122及び隔離ペン224、226、228は、1つ又は複数の流体培地180を含むように構成され得る。図2A〜図2Bに示される例では、ポート222はチャネル122に接続され、流体培地180がマイクロ流体デバイス230内に導入又は外に取り出せるようにすることができる。流体培地180を導入する前に、マイクロ流体デバイスは、二酸化炭素ガス等のガスでプライミングし得る。マイクロ流体デバイス230が流体培地180を含むと、チャネル122内の流体培地180のフロー242は選択的に生成及び停止させることができる。例えば、示されるように、ポート222はチャネル122の異なる位置(例えば、両端部)に配置することができ、流入口として機能するあるポート222から流出口として機能する別のポート222への培地のフロー242を生成することができる。 Thus, channel 122 can be an example of a sweep area, and isolation area 240 of isolation pens 224, 226, 228 can be an example of a non-sweep area. As mentioned, channels 122 and isolation pens 224, 226, 228 may be configured to include one or more fluid media 180. In the example shown in FIGS. 2A-2B, port 222 can be connected to channel 122 to allow fluid medium 180 to be introduced into or out of microfluidic device 230. Prior to introducing the fluid medium 180, the microfluidic device can be primed with a gas such as carbon dioxide gas. When the microfluidic device 230 includes the fluid medium 180, the flow 242 of the fluid medium 180 in the channel 122 can be selectively generated and stopped. For example, as shown, port 222 can be located at different locations on channel 122 (eg, at both ends) and of medium from one port 222 acting as an inlet to another port 222 acting as an outlet. Flow 242 can be generated.

図2Cは、本発明による隔離ペン224の例の詳細図を示す。微小物体246の例も示されている。 FIG. 2C shows a detailed view of an example of the isolation pen 224 according to the present invention. An example of a micro object 246 is also shown.

既知のように、隔離ペン224の基端開口部234を越えたマイクロ流体チャネル122内の流体培地180のフロー242は、隔離ペン224内及び/又は外への培地180の2次フロー244を生じさせることができる。隔離ペン224の分離領域240内の微小物体246を2次フロー244から分離するために、隔離ペン224の接続領域236の長さLcon(すなわち、基端開口部234から先端開口部238まで)は、接続領域236への2次フロー244の侵入深さDよりも大きい値であるはずである。2次フロー244の侵入深さDは、チャネル122内を流れる流体培地180の速度並びにチャネル122及びチャネル122への接続領域236の基端開口部234の構成に関連する様々なパラメータに依存する。所与のマイクロ流体デバイスでは、チャネル122及び開口部234の構成は固定され、一方、チャネル122内の流体培地180のフロー242の速度は可変である。したがって、隔離ペン224毎に、2次フロー244の侵入深さDが接続領域236の長さLconを超えないことを保証するチャネル122内の流体培地180のフロー242の最高速度Vmaxを識別することができる。チャネル122内の流体培地180のフロー242の流量が最大速度Vmaxを超えない限り、結果として生成される、チャネル122及び接続領域236への2次フロー244を制限することができ、分離領域240に入らないようにすることができる。したがって、チャネル122内の培地180のフロー242は、微小物体246を分離領域240外に引き込まない。むしろ、分離領域240内に配置された微小物体246は、チャネル122内の流体培地180のフロー242に関係なく、分離領域240内に留まる。 As is known, the flow 242 of the fluid medium 180 in the microfluidic channel 122 beyond the proximal opening 234 of the isolation pen 224 results in a secondary flow 244 of the medium 180 in and / or out of the isolation pen 224. Can be made to. Length L con of connection area 236 of isolation pen 224 (ie, from proximal opening 234 to tip opening 238) to separate microobjects 246 in isolation area 240 of isolation pen 224 from secondary flow 244. Should be greater than the penetration depth D p of the secondary flow 244 into the contiguous zone 236. The depth D p penetration of the secondary flow 244 will depend on various parameters associated with the configuration of the proximal end opening portion 234 of the connection region 236 to the speed and the channel 122 and channel 122 of the fluid medium 180 flowing through the channel 122 .. In a given microfluidic device, the configuration of the channel 122 and the opening 234 is fixed, while the velocity of the flow 242 of the fluid medium 180 in the channel 122 is variable. Therefore, for each isolation pen 224, the maximum velocity Vmax of the flow 242 of the fluid medium 180 in the channel 122 is identified, which ensures that the penetration depth D p of the secondary flow 244 does not exceed the length L con of the contiguous zone 236. can do. As long as the flow rate of the flow 242 of the fluid medium 180 in the channel 122 does not exceed the maximum velocity Vmax, the resulting secondary flow 244 to the channel 122 and the contiguous zone 236 can be restricted to the separation zone 240. You can prevent it from entering. Therefore, the flow 242 of the medium 180 in the channel 122 does not draw the micro-object 246 out of the separation region 240. Rather, the microobjects 246 disposed within the separation region 240 remain within the separation region 240 regardless of the flow 242 of the fluid medium 180 within the channel 122.

更に、チャネル122内の培地180のフロー242の流量がVmaxを超えない限り、チャネル122内の流体培地180のフロー242は、様々な粒子(例えば、微粒子及び/又はナノ粒子)をチャネル122から隔離ペン224の分離領域240内に移動させない。したがって、接続領域236の長さLconを2次フロー244の最大侵入深さDよりも大きくすることで、ある隔離ペン224の、チャネル122又は別の隔離ペン(例えば、図2Dの隔離ペン226、228)からの様々な粒子による汚染を回避することができる。 Further, as long as the flow rate of the flow 242 of the medium 180 in the channel 122 does not exceed Vmax, the flow 242 of the fluid medium 180 in the channel 122 isolates various particles (eg, microparticles and / or nanoparticles) from the channel 122. Do not move the pen 224 into the separation area 240. Therefore, by making the length L con of the connection area 236 greater than the maximum penetration depth D p of the secondary flow 244, the isolation pen of one isolation pen 224, channel 122 or another isolation pen (eg, the isolation pen of FIG. 2D). Contamination by various particles from 226, 228) can be avoided.

チャネル122及び隔離ペン224、226、228の接続領域236は、チャネル122内の培地180のフロー242により影響を及ぼすことができるため、チャネル122及び接続領域236は、マイクロ流体デバイス230の掃引(又はフロー)領域と見なすことができる。他方、隔離ペン224、226、228の分離領域240は、非掃引(又は非フロー)領域と見なすことができる。例えば、チャネル122内の第1の流体培地180中の成分(図示せず)は、実質的に、チャネル122から接続領域236を通り分離領域240内の第2の流体培地248への第1の培地180の成分の拡散によってのみ、分離領域240内の第2の流体培地248と混合することができる。同様に、分離領域240内の第2の培地248の成分(図示せず)は、実質的に、分離領域240から接続領域236を通り、チャネル122内の第1の培地180への第2の培地248の成分の拡散によってのみ、チャネル122内の第1の培地180と混合することができる。幾つかの実施形態では、拡散による隔離ペンの分離領域とフロー領域との間での流体媒体交換の程度は、流体交換の約90%、約91%、約92%、約93%、約94%、約95%、約96%、約97%、約98%、又は約99%よりも高い割合である。第1の培地180は、第2の培地248と同じ培地であってもよく、又は異なる培地であってもよい。更に、第1の培地180及び第2の培地248は、同じ培地として開始され、異なるようになることができる(例えば、分離領域240内の1つ又は複数の細胞により又はチャネル122を通って流れる培地180を変更することにより、第2の培地248を調整することを通して)。 The channel 122 and the contiguous zone 236 are swept (or swept) of the microfluidic device 230 because the contiguous zone 236 of the channels 122 and the isolation pens 224, 226, 228 can be affected by the flow 242 of the medium 180 in the channel 122. It can be regarded as a flow) region. On the other hand, the isolation region 240 of the isolation pens 224, 226, 228 can be considered as a non-sweep (or non-flow) region. For example, the components (not shown) in the first fluid medium 180 in the channel 122 are substantially the first from the channel 122 to the second fluid medium 248 in the separation zone 240 through the contiguous zone 236. Only by diffusion of the components of medium 180 can it be mixed with the second fluid medium 248 in the separation zone 240. Similarly, a component (not shown) of the second medium 248 within the separation zone 240 substantially passes from the separation zone 240 through the contiguous zone 236 to a second medium 180 within the channel 122. Only by diffusion of the components of medium 248 can it be mixed with the first medium 180 in channel 122. In some embodiments, the degree of fluid medium exchange between the separation and flow regions of the isolation pen by diffusion is about 90%, about 91%, about 92%, about 93%, about 94 of the fluid exchange. %, About 95%, about 96%, about 97%, about 98%, or higher than about 99%. The first medium 180 may be the same medium as the second medium 248, or may be a different medium. In addition, the first medium 180 and the second medium 248 can start as the same medium and be different (eg, flow by one or more cells within the isolation region 240 or through channel 122). (Through adjusting the second medium 248 by modifying the medium 180).

チャネル122内の流体培地180のフロー242により生じる2次フロー244の最大侵入深さDは、上述したように、幾つかのパラメータに依存し得る。そのようなパラメータの例としては、チャネル122の形状(例えば、チャネルは、培地を接続領域236に向けることができ、接続領域236から培地を逸らすことができ、又はチャネル122への接続領域236の基端開口部234に実質的に直交する方向に培地を向けることができる)、基端開口部234でのチャネル122の幅Wch(又は断面積)及び基端開口部234での接続領域236の幅Wcon(又は断面積)、チャネル122内の流体培地180のフロー242の速度V、第1の培地180及び/又は第2の培地248の粘度等が挙げられる。 Maximum penetration depth D p of the secondary flow 244 resulting from the flow 242 of the fluid medium 180 in the channel 122, as described above, may depend on several parameters. Examples of such parameters are the shape of the channel 122 (eg, the channel can direct the medium to the connecting region 236 and divert the medium from the connecting region 236, or the connecting region 236 to the channel 122. The medium can be directed in a direction substantially orthogonal to the proximal opening 234), the width Wch (or cross-sectional area) of the channel 122 at the proximal opening 234 and the connecting area 236 at the proximal opening 234. Width W con (or cross-sectional area), velocity V of flow 242 of fluid medium 180 in channel 122, viscosity of first medium 180 and / or second medium 248, and the like.

幾つかの実施形態では、チャネル122及び隔離ペン224、226、228の寸法は、チャネル122内の流体培地180のフロー242のベクトルに対して以下のように向けることができる:チャネル幅Wch(又はチャネル122の断面積)は、培地180のフロー242に略直交することができ、開口部234での接続領域236の幅Wcon(又は断面積)は、チャネル122内の培地180のフロー242に略平行であり得、及び/又は接続領域の長さLconは、チャネル122内の培地180のフロー242に略直交することができる。上記は単なる例であり、チャネル122及び隔離ペン224、226、228の相対位置は、互いに対して他の向きであり得る。 In some embodiments, the dimensions of channel 122 and isolation pens 224, 226, 228 can be oriented as follows with respect to the vector of flow 242 of fluid medium 180 within channel 122: channel width W ch (channel width W ch ( Or the cross-sectional area of the channel 122) can be approximately orthogonal to the flow 242 of the medium 180, and the width W con (or cross-sectional area) of the connecting region 236 at the opening 234 is the flow 242 of the medium 180 in the channel 122. And / or the length of the connecting area L con can be approximately orthogonal to the flow 242 of medium 180 in channel 122. The above is merely an example, and the relative positions of the channels 122 and the isolation pens 224, 226, 228 may be in other orientations with respect to each other.

図2Cに示されるように、接続領域236の幅Wconは、基端開口部234から先端開口部238まで均一であり得る。したがって、先端開口部238での接続領域236の幅Wconは、基端開口部234での接続領域236の幅Wconについて本明細書において識別された任意の範囲内にあり得る。代替的に、先端開口部238での接続領域236の幅Wconは、基端開口部234での接続領域236の幅Wconよりも大きい値であり得る。 As shown in FIG. 2C, the width W con of the connection region 236 can be uniform from the proximal opening 234 to the distal opening 238. Thus, the width W con of the connection region 236 at the tip opening 238 can be within any range identified herein for the width W con of the connection region 236 at the proximal opening 234. Alternatively, the width W con of the connection region 236 at the tip opening 238 can be greater than the width W con of the connection region 236 at the proximal opening 234.

図2Cに示されるように、先端開口部238での分離領域240の幅は、基端開口部234での基端領域236の幅Wconと略同じであり得る。したがって、先端開口部238での分離領域240の幅は、基端開口部234での接続領域236の幅Wconについて本明細書において識別された任意の範囲内であり得る。代替的に、先端開口部238での分離領域240の幅は、基端開口部234での接続領域236の幅Wconよりも大きくてもよく、又は小さくてもよい。更に、先端開口部238は基端開口部234よりも小さくてよく、接続領域236の幅Wconは、基端開口部234と先端開口部238との間で狭め得る。例えば、接続領域236は、様々な異なるジオメトリ(例えば、接続領域を面取りする、接続領域に勾配を付ける)を使用して基端開口部と先端開口部との間で狭め得る。更に、接続領域236の任意の部分又はサブ部分を狭め得る(例えば、基端開口部234に隣接する接続領域の部分)。 As shown in FIG. 2C, the width of the separation region 240 at the tip opening 238 can be substantially the same as the width W con of the proximal region 236 at the proximal opening 234. Thus, the width of the separation zone 240 at the tip opening 238 can be within any range identified herein for the width W con of the connection region 236 at the proximal opening 234. Alternatively, the width of the separation zone 240 at the tip opening 238 may be greater than or smaller than the width W con of the connection region 236 at the proximal opening 234. Further, the tip opening 238 may be smaller than the proximal opening 234, and the width W con of the connection region 236 may be narrowed between the proximal opening 234 and the distal opening 238. For example, the contiguous zone 236 can be narrowed between the proximal and distal openings using a variety of different geometries, such as chamfering the contiguous zone and grading the contiguous zone. Further, any portion or sub portion of the connection region 236 may be narrowed (eg, portion of the connection region adjacent to the proximal opening 234).

図2D〜図2Fは、図1の各マイクロ流体デバイス100、回路132、及びチャネル134の変形形態であるマイクロ流体回路262及びフローチャネル264を含むマイクロ流体デバイス250の別の例示的な実施形態を示す。マイクロ流体デバイス250は、上述した隔離ペン124、126、128、130、224、226、又は228の追加の変形形態である複数の隔離ペン266も有する。特に、図2D〜図2Fに示されるデバイス250の隔離ペン266をデバイス100、200、230、280、290、又は320での上述した隔離ペン124、126、128、130、224、226、又は228のいずれかで置換可能なことを理解されたい。同様に、マイクロ流体デバイス250は、マイクロ流体デバイス100の別の変形形態であり、上述したマイクロ流体デバイス100、200、230、280、290、320と同じ又は異なるDEP構成及び本明細書に記載される任意の他のマイクロ流体システム構成要素を有することもできる。 2D-2F show another exemplary embodiment of the microfluidic device 250 including the microfluidic circuit 262 and the flow channel 264, which are variants of each microfluidic device 100, circuit 132, and channel 134 of FIG. show. The microfluidic device 250 also has a plurality of isolation pens 266, which are additional variants of the isolation pens 124, 126, 128, 130, 224, 226, or 228 described above. In particular, the isolation pens 266 of device 250 shown in FIGS. 2D-2F are the isolation pens 124, 126, 128, 130, 224, 226, or 228 described above in devices 100, 200, 230, 280, 290, or 320. Please understand that it can be replaced by any of. Similarly, the microfluidic device 250 is another variant of the microfluidic device 100 and described herein with the same or different DEP configurations as the microfluidic devices 100, 200, 230, 280, 290, 320 described above. It can also have any other microfluidic system component.

図2D〜図2Fのマイクロ流体デバイス250は、支持構造体(図2D〜図2Fでは見えないが、図1Aに示されるデバイス100の支持構造体104と同じ又は概して同様であり得る)、マイクロ流体回路構造256、及びカバー(図2F〜図2Fでは見えないが、図1Aに示されるデバイス100のカバー122と同じ又は概して同様であり得る)を含む。マイクロ流体回路構造256は枠252及びマイクロ流体回路材料260を含み、これらは図1Aに示されるデバイス100の枠114及びマイクロ流体回路材料116と同じ又は概して同様であり得る。図2Dに示されるように、マイクロ流体回路材料260により画定されるマイクロ流体回路262は複数のチャネル264(2つが示されるが、より多くのチャネルがあり得る)を含むことができ、チャネル264に複数の隔離ペン266が流体接続される。 The microfluidic device 250 of FIGS. 2D-2F is a support structure (not visible in FIGS. 2D-2F, but may be the same as or generally similar to the support structure 104 of device 100 shown in FIG. 1A), microfluidics. Includes a circuit structure 256 and a cover (not visible in FIGS. 2F-2F, but may be the same as or generally similar to the cover 122 of device 100 shown in FIG. 1A). The microfluidic circuit structure 256 includes a frame 252 and a microfluidic circuit material 260, which may be the same as or generally similar to the frame 114 and microfluidic circuit material 116 of device 100 shown in FIG. 1A. As shown in FIG. 2D, the microfluidic circuit 262 defined by the microfluidic circuit material 260 can include multiple channels 264 (two are shown, but there can be more channels), with channel 264 being A plurality of isolation pens 266 are fluidly connected.

各隔離ペン266は、分離構造272、分離構造272内の分離領域270、及び接続領域268を含むことができる。チャネル264の基端開口部274から分離構造272での先端開口部276まで、接続領域268はチャネル264を分離領域270に流体接続する。一般に、図2B及び図2Cの上記考察によれば、チャネル264内の第1の流体培地254のフロー278は、チャネル264から隔離ペン266の各接続領域268内及び/又は外への第1の培地254の2次フロー282をもたらすことができる。 Each isolation pen 266 can include a separation structure 272, a separation area 270 within the separation structure 272, and a connection area 268. From the proximal opening 274 of the channel 264 to the distal opening 276 in the separation structure 272, the contiguous zone 268 fluidly connects the channel 264 to the separation zone 270. In general, according to the above considerations of FIGS. 2B and 2C, the flow 278 of the first fluid medium 254 in channel 264 is the first in and / or out of each connection region 268 of the isolation pen 266 from channel 264. A secondary flow 282 of medium 254 can be provided.

図2Eに示されるように、各隔離ペン266の接続領域268は、一般に、チャネル264の基端開口部274と分離構造272の先端開口部276との間に延びるエリアを含む。接続領域268の長さLconは、2次フロー282の最大侵入深さDよりも大きい値であり得、その場合、2次フロー282は、分離領域270に向かってリダイレクトされずに接続領域268内に延びる(図2Dに示されるように)。代替的に、図2Fに示されるように、接続領域268は、最大侵入深さDよりも小さい長さLconを有することができ、その場合、2次フロー282は、接続領域268を通って延び、分離領域270に向かってリダイレクトされる。この後者の状況では、接続領域268の長さLc1及びLc2との和は最大侵入深さDよりも大きく、したがって、2次フロー282は分離領域270内に延びない。接続領域268の長さLconが侵入深さDよりも大きいか否か又は接続領域268の長さLc1及びLc2の和が侵入深さDよりも大きいか否かに関係なく、最大速度Vmaxを超えないチャネル264内の第1の培地254のフロー278は、侵入深さDを有する2次フローをもたらし、隔離ペン266の分離領域270内の微小物体(示されていないが、図2Cに示される微小物体246と同じ又は概して同様であり得る)は、チャネル264内の第1の培地254のフロー278により分離領域270外に引き出されない。チャネル264内のフロー278は、様々な材料(図示せず)もチャネル264から隔離ペン266の分離領域270内に引き込まない。したがって、チャネル264内の第1の培地254内の成分をチャネル264から隔離ペン266の分離領域270内の第2の培地258内に移動させることができる唯一の機構は、拡散である。同様に、隔離ペン266の分離領域270内の第2の培地258内の成分を分離領域270からチャネル264内の第1の培地254内に移動させることができる唯一の機構も拡散である。第1の培地254は、第2の培地258と同じ培地であり得、又は第1の培地254は、第2の培地258と異なる培地であり得る。代替的に、第1の培地254及び第2の培地258は、同じ培地から始まり、例えば、分離領域270内の1つ又は複数の細胞により又はチャネル264を通って流れる培地を変更することにより、第2の培地を調整することを通して異なるようになることができる。 As shown in FIG. 2E, the connection area 268 of each isolation pen 266 generally includes an area extending between the proximal opening 274 of the channel 264 and the distal opening 276 of the separation structure 272. The length L con of the contiguous zone 268 can be greater than the maximum penetration depth D p of the secondary flow 282, in which case the secondary flow 282 is not redirected towards the demarcation zone 270 and is in the contiguous zone. Extends within 268 (as shown in FIG. 2D). Alternatively, as shown in FIG. 2F, the connection area 268 can have a length L con that is less than the maximum penetration depth D p , in which case the secondary flow 282 passes through the connection area 268. Extends and redirects towards the demarcation zone 270. In this latter situation, the sum of the lengths L c1 and L c2 of the contiguous zone 268 is greater than the maximum penetration depth D p , so the secondary flow 282 does not extend into the demarcation zone 270. Regardless of whether the length L con of the connection area 268 is greater than the penetration depth D p or whether the sum of the lengths L c1 and L c2 of the connection area 268 is greater than the penetration depth D p. Flow 278 of the first medium 254 in channel 264 not exceeding the maximum velocity V max results in a secondary flow with penetration depth D p and micro-objects within the separation region 270 of the isolation pen 266 (not shown). However, it may be the same as or generally similar to the micro-object 246 shown in FIG. 2C) is not pulled out of the separation region 270 by the flow 278 of the first medium 254 in channel 264. The flow 278 in the channel 264 also does not draw various materials (not shown) from the channel 264 into the isolation region 270 of the isolation pen 266. Therefore, the only mechanism by which the components in the first medium 254 in the channel 264 can be moved from the channel 264 into the second medium 258 in the separation region 270 of the isolation pen 266 is diffusion. Similarly, diffusion is also the only mechanism by which the components in the second medium 258 in the separation region 270 of the isolation pen 266 can be moved from the separation region 270 into the first medium 254 in the channel 264. The first medium 254 can be the same medium as the second medium 258, or the first medium 254 can be a different medium than the second medium 258. Alternatively, the first medium 254 and the second medium 258 start from the same medium and, for example, by changing the medium flowing by one or more cells within the isolation region 270 or through channel 264. It can be different through adjusting the second medium.

図2Eに示されるように、チャネル264内のチャネル264の幅Wch(すなわち、図2Dにおいて矢印278で示されるチャネルを通る流体培地フローの方向を横断してとられる)は、基端開口部274の幅Wcon1に略直交することができ、したがって、先端開口部276の幅Wcon2に略平行であり得る。しかし、基端開口部274の幅con1及び先端開口部276の幅Wcon2は、互いに略直交する必要はない。例えば、基端開口部274の幅Wcon1が向けられる軸(図示せず)と、先端開口部276の幅Wcon2が向けられる別の軸との間の角度は、直交以外であり得、したがって、90°以外であり得る。代替的に向けられる角度の例としては、以下の任意の範囲内の角度を含む:約30°〜約90°、約45°〜約90°、約60°〜約90°等。 As shown in FIG. 2E, the width W ch (i.e., taken across the direction of fluid medium flow through the channel indicated by the arrow 278 in FIG. 2D) of the channel 264 in the channel 264, proximal end opening portion It can be approximately orthogonal to the width W con1 of 274 and therefore can be substantially parallel to the width W con 2 of the tip opening 276. However, the width con1 of the base end opening 274 and the width W con2 of the tip end opening 276 do not have to be substantially orthogonal to each other. For example, a shaft directed width W con1 the proximal end opening portion 274 (not shown), the angle between the another axis directed width W con2 the distal opening 276 can be a non-orthogonal, thus , Can be other than 90 °. Examples of alternatively directed angles include angles within any of the following ranges: about 30 ° to about 90 °, about 45 ° to about 90 °, about 60 ° to about 90 °, and the like.

隔離ペンの様々な実施形態(例えば、124、126、128、130、224、226、228、又は266)では、分離領域(例えば、240又は270)は、複数の微小物体を含むように構成される。他の実施形態では、分離領域は、1つのみ、2つ、3つ、4つ、5つ、又は同様の相対的に少数の微小物体を含むように構成され得る。したがって、分離領域の容積は、例えば、少なくとも1×10立方μm、少なくとも2×10立方μm、少なくとも4×10立方μm、少なくとも6×10立方μm、又はこれを超える大きさであり得る。 In various embodiments of the isolation pen (eg, 124, 126, 128, 130, 224, 226, 228, or 266), the separation region (eg, 240 or 270) is configured to include a plurality of microobjects. NS. In other embodiments, the separation region may be configured to include only one, two, three, four, five, or a similar relatively small number of microobjects. Thus, the volume of the separation region is, for example, at least 1 × 10 6 cubic μm, at least 2 × 10 6 cubic μm, at least 4 × 10 6 cubic μm, at least 6 × 10 6 cubic μm, or greater. obtain.

隔離ペンの様々な実施形態では、基端開口部(例えば、234)でのチャネル(例えば、122)の幅Wchは、以下の任意の範囲内であり得る:約50〜1000μm、約50〜500μm、約50〜400μm、約50〜300μm、約50〜250μm、約50〜200μm、約50〜150μm、約50〜100μm、約70〜500μm、約70〜400μm、約70〜300μm、約70〜250μm、約70〜200μm、約70〜150μm、約90〜400μm、90〜300μm、約90〜250μm、約90〜200μm、約90〜150μm、約100〜300μm、約100〜250μm、約100〜200μm、約100〜150μm、及び約100〜120μm。幾つかの他の実施形態では、基端開口部(例えば、234)におけるチャネル(例えば、122)の幅Wchは、約200〜800μm、約200〜700μm、又は約200〜600μmの範囲であり得る。上記は単なる例であり、チャネル122の幅Wchは、他の範囲(例えば、上記列挙された任意の端点により定義される範囲)であってもよい。更に、チャネル122の幅Wchは、隔離ペンの基端開口部以外のチャネルの領域において、これらの任意の範囲であるように選択することができる。 In various embodiments of the isolation pen width W ch of the channel at the proximal end opening portion (e.g., 234) (e.g., 122) may be in any range of: about 50 to 1000 [mu] m, from about 50 500 μm, about 50-400 μm, about 50-300 μm, about 50-250 μm, about 50-200 μm, about 50-150 μm, about 50-100 μm, about 70-500 μm, about 70-400 μm, about 70-300 μm, about 70- 250 μm, about 70-200 μm, about 70-150 μm, about 90-400 μm, 90-300 μm, about 90-250 μm, about 90-200 μm, about 90-150 μm, about 100-300 μm, about 100-250 μm, about 100-200 μm , About 100-150 μm, and about 100-120 μm. In some other embodiments, the width W ch of the channel at the proximal end opening portion (e.g., 234) (e.g., 122) is about 200~800Myuemu, range from about 200~700Myuemu, or about 200~600μm obtain. The above is merely an example, and the width Wch of the channel 122 may be in another range (eg, the range defined by any of the endpoints listed above). Further, the width Wch of the channel 122 can be selected to be in any of these ranges in the region of the channel other than the proximal opening of the isolation pen.

幾つかの実施形態では、隔離ペンは、約30〜約200μm又は約50〜約150μmの高さを有する。幾つかの実施形態では、隔離ペンは、約1×10〜約3×10平方μm、約2×10〜約2×10平方μm、約4×10〜約1×10平方μm、約2×10〜約5×10平方μm、約2×10〜約1×10平方μm、又は約2×10〜約2×10平方μmの断面積を有する。幾つかの実施形態では、接続領域は、約100〜約500μm、200〜約400μm、又は約200〜約300μmの断面幅を有する。 In some embodiments, the isolation pen has a height of about 30 to about 200 μm or about 50 to about 150 μm. In some embodiments, the isolation pen is about 1x10 4 to about 3x10 6 square μm, about 2x10 4 to about 2x10 6 square μm, about 4x10 4 to about 1x10 6 It has a cross-sectional area of about 2 × 10 4 to about 5 × 10 5 square μm, about 2 × 10 4 to about 1 × 10 5 square μm, or about 2 × 10 5 to about 2 × 10 6 square μm. .. In some embodiments, the contiguous zone has a cross-sectional width of about 100-about 500 μm, 200-about 400 μm, or about 200-about 300 μm.

隔離ペンの様々な実施形態において、基端開口部(例えば、234)におけるチャネル(例えば、122)の高さHchは、以下の任意の範囲内であり得る:20〜100μm、20〜90μm、20〜80μm、20〜70μm、20〜60μm、20〜50μm、30〜100μm、30〜90μm、30〜80μm、30〜70μm、30〜60μm、30〜50μm、40〜100μm、40〜90μm、40〜80μm、40〜70μm、40〜60μm、又は40〜50μm。上記は単なる例であり、チャネル(例えば、122)の高さHchは、他の範囲(例えば、上記列挙された任意の端点により定義される範囲)であってもよい。チャネル122の高さHchは、隔離ペンの基端開口部以外のチャネルの領域において、これらの任意の範囲であるように選択することができる。 In various embodiments of the isolation pen, proximal end opening portion (e.g., 234) channels in (e.g., 122) the height H ch of, may be within any range below: 20~100μm, 20~90μm, 20-80 μm, 20-70 μm, 20-60 μm, 20-50 μm, 30-100 μm, 30-90 μm, 30-80 μm, 30-70 μm, 30-60 μm, 30-50 μm, 40-100 μm, 40-90 μm, 40- 80 μm, 40-70 μm, 40-60 μm, or 40-50 μm. The above is only an example, the channel (e.g., 122) the height H ch of the other ranges (e.g., a range defined by any endpoint that is listed above) may be used. The height H ch of the channel 122, in the region of the channel other than the proximal end opening portion of the isolation pen, can be selected to be any of these ranges.

隔離ペンの様々な実施形態において、基端開口部(例えば、234)におけるチャネル(例えば、122)の断面積は、以下の任意の範囲内であり得る:500〜50,000平方μm、500〜40,000平方μm、500〜30,000平方μm、500〜25,000平方μm、500〜20,000平方μm、500〜15,000平方μm、500〜10,000平方μm、500〜7,500平方μm、500〜5,000平方μm、1,000〜25,000平方μm、1,000〜20,000平方μm、1,000〜15,000平方μm、1,000〜10,000平方μm、1,000〜7,500平方μm、1,000〜5,000平方μm、2,000〜20,000平方μm、2,000〜15,000平方μm、2,000〜10,000平方μm、2,000〜7,500平方μm、2,000〜6,000平方μm、3,000〜20,000平方μm、3,000〜15,000平方μm、3,000〜10,000平方μm、3,000〜7,500平方μm、又は3,000〜6,000平方μm。上記は単なる例であり、基端開口部(例えば、234)におけるチャネル(例えば、122)の断面積は、他の範囲(例えば、上記列挙された任意の端点により定義される範囲)であってもよい。 In various embodiments of the isolation pen, the cross-sectional area of the channel (eg, 122) at the proximal opening (eg, 234) can be within any of the following ranges: 500-50,000 square μm, 500- 40,000 square μm, 500 to 30,000 square μm, 500 to 25,000 square μm, 500 to 20,000 square μm, 500 to 15,000 square μm, 500 to 10,000 square μm, 500 to 7, 500 square μm, 500 to 5,000 square μm, 1,000 to 25,000 square μm, 1,000 to 20,000 square μm, 1,000 to 15,000 square μm, 1,000 to 10,000 square μm, 1,000 to 7,500 square μm, 1,000 to 5,000 square μm, 2,000 to 20,000 square μm, 2,000 to 15,000 square μm, 2,000 to 10,000 square μm, 2,000 to 7,500 square μm, 2,000 to 6,000 square μm, 3,000 to 20,000 square μm, 3,000 to 15,000 square μm, 3,000 to 10,000 square μm, 3,000 to 7,500 square μm, or 3,000 to 6,000 square μm. The above is merely an example, and the cross-sectional area of the channel (eg, 122) at the proximal opening (eg, 234) is in another range (eg, the range defined by any of the endpoints listed above). May be good.

隔離ペンの様々な実施形態では、接続領域(例えば、236)の長さLconは、以下の任意の範囲内であり得る:約1〜600μm、5〜550μm、10〜500μm、15〜400μm、20〜300μm、20〜500μm、40〜400μm、60〜300μm、80〜200μm、又は約100〜150μm。上記は単なる例であり、接続領域(例えば、236)の長さLconは、上記例と異なる範囲(例えば、上記列挙される任意の終点により定義される範囲)内であることもできる。 In various embodiments of the isolation pen, the length L con of the contiguous zone (eg, 236) can be in any of the following ranges: about 1-600 μm, 5-550 μm, 10-500 μm, 15-400 μm, 20-300 μm, 20-500 μm, 40-400 μm, 60-300 μm, 80-200 μm, or about 100-150 μm. The above is merely an example, and the length L con of the continental zone (eg, 236) can be within a range different from that of the above example (eg, the range defined by any of the listed endpoints above).

隔離ペンの様々な実施形態では、基端開口部(例えば、234)での接続領域(例えば、236)の幅Wconは、以下の任意の範囲内であり得る:20〜500μm、20〜400μm、20〜300μm、20〜200μm、20〜150μm、20〜100μm、20〜80μm、20〜60μm、30〜400μm、30〜300μm、30〜200μm、30〜150μm、30〜100μm、30〜80μm、30〜60μm、40〜300μm、40〜200μm、40〜150μm、40〜100μm、40〜80μm、40〜60μm、50〜250μm、50〜200μm、50〜150μm、50〜100μm、50〜80μm、60〜200μm、60〜150μm、60〜100μm、60〜80μm、70〜150μm、70〜100μm、及び80〜100μm。上記は単なる例であり、基端開口部(例えば、234)の接続領域(例えば、236)の幅Wconは、上記例と異なることができる(例えば、上記列挙される任意の終点により定義される範囲)。 In various embodiments of the isolation pen, the width W con of the contiguous zone (eg, 236) at the proximal opening (eg, 234) can be within any of the following ranges: 20-500 μm, 20-400 μm. 20, 300 μm, 20 to 200 μm, 20 to 150 μm, 20 to 100 μm, 20 to 80 μm, 20 to 60 μm, 30 to 400 μm, 30 to 300 μm, 30 to 200 μm, 30 to 150 μm, 30 to 100 μm, 30 to 80 μm, 30 -60 μm, 40-300 μm, 40-200 μm, 40-150 μm, 40-100 μm, 40-80 μm, 40-60 μm, 50-250 μm, 50-200 μm, 50-150 μm, 50-100 μm, 50-80 μm, 60-200 μm , 60-100 μm, 60-100 μm, 60-80 μm, 70-150 μm, 70-100 μm, and 80-100 μm. The above is merely an example, and the width W con of the contiguous zone (eg, 236) of the proximal opening (eg, 234) can be different from the example above (eg, defined by any of the endpoints listed above). Range).

隔離ペンの様々な実施形態において、基端開口部(例えば、234)における接続領域(例えば、236)の幅Wconは、隔離ペンが意図される微小物体(例えば、T細胞、B細胞、卵子、又は胚であり得る生体細胞)の最大寸法と少なくとも同じ大きさであり得る。例えば、液滴が配置される隔離ペンの基端開口部234における接続領域236の幅Wconは、以下の任意の範囲であり得る:約100μm、約110μm、約120μm、約130μm、約140μm、約150μm、約160μm、約170μm、約180μm、約190μm、約200μm、約225μm、約250μm、約300μm、又は約100〜400μm、約120〜350μm、約140〜200〜200 300μm、又は約140〜200μm。上記は単なる例であり、基端開口部(例えば、234)における接続領域(例えば、236)の幅Wconは、上記例と異なってもよい(例えば、上記列挙される任意の端点により定義される範囲)。 In various embodiments of the isolation pen, the width W con of the connection area (eg, 236) at the proximal opening (eg, 234) is such that the micro-object (eg, T cells, B cells, eggs) for which the isolation pen is intended. , Or a living cell that can be an embryo), which can be at least as large as the maximum size. For example, the width W con of the connection area 236 at the proximal opening 234 of the isolation pen on which the droplets are placed can be in any of the following ranges: about 100 μm, about 110 μm, about 120 μm, about 130 μm, about 140 μm, About 150 μm, about 160 μm, about 170 μm, about 180 μm, about 190 μm, about 200 μm, about 225 μm, about 250 μm, about 300 μm, or about 100-400 μm, about 120-350 μm, about 140-200-200 300 μm, or about 140- 200 μm. The above is merely an example, and the width W con of the contiguous zone (eg, 236) at the proximal opening (eg, 234) may be different from the example above (eg, defined by any of the endpoints listed above). Range).

隔離ペンの様々な実施形態において、接続領域の基端開口部の幅Wprは、隔離ペンが意図される微小物体(例えば、細胞等の生物学的微小物体)の最大寸法と少なくとも同じ大きさであり得る。例えば、幅Wprは、約50μm、約60μm、約100μm、約200μm、約300μm、又は約50〜300μm、約50〜200μm、約50〜100μm、約75〜150μm、約75〜100μm、又は約200〜300μmの範囲であり得る。 In various embodiments of the isolation pen, the width Wpr of the proximal opening of the connection area is at least as large as the maximum size of the micro-object intended for the isolation pen (eg, a biological micro-object such as a cell). Can be. For example, the width W pr is about 50 μm, about 60 μm, about 100 μm, about 200 μm, about 300 μm, or about 50-300 μm, about 50-200 μm, about 50-100 μm, about 75-150 μm, about 75-100 μm, or about. It can be in the range of 200-300 μm.

隔離ペンの様々な実施形態において、接続領域(例えば、236)の長さLconと基端開口部234における接続領域(例えば、236)の幅Wconとの比率は、以下の任意の比率以上であり得る:0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、又はこれを超える比率。上記は単なる例であり、接続領域236の長さLconと基端開口部234における接続領域236の幅Wconとの比率は、上記例と異なってもよい。 In various embodiments of the isolation pen, the ratio of the length L con of the connection area (eg, 236) to the width W con of the connection area (eg, 236) at the proximal opening 234 is greater than or equal to any of the following ratios: Can be: 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 6.0, 7. A ratio of 0, 8.0, 9.0, 10.0, or more. The above is merely an example, and the ratio of the length L con of the connection region 236 to the width W con of the connection region 236 at the proximal opening 234 may differ from the above example.

マイクロ流体デバイスの様々な実施形態100、200、230、250、280、290、320、600、700において、Vmaxは、約0.2μL/秒、約0.3μL/秒、約0.4μL/秒、約0.5μL/秒、約0.6μL/秒、約0.7μL/秒、約0.8μL/秒、約0.9μL/秒、約1.0μL/秒、約1.1μL/秒、約1.2μL/秒、約1.3μL/秒、約1.4μL/秒、又は約1.5μL/秒に設定することができる。 In various embodiments of the microfluidic device 100, 200, 230, 250, 280, 290, 320, 600, 700, the V max is about 0.2 μL / sec, about 0.3 μL / sec, about 0.4 μL / sec. Seconds, about 0.5 μL / sec, about 0.6 μL / sec, about 0.7 μL / sec, about 0.8 μL / sec, about 0.9 μL / sec, about 1.0 μL / sec, about 1.1 μL / sec , About 1.2 μL / sec, about 1.3 μL / sec, about 1.4 μL / sec, or about 1.5 μL / sec.

隔離ペンを有するマイクロ流体デバイスの様々な実施形態において、隔離ペンの分離領域(例えば、240)の容積は、例えば、少なくとも5×10立方μm、少なくとも8×10立方μm、少なくとも1×10立方μm、少なくとも2×10立方μm、少なくとも4×10立方μm、少なくとも6×10立方μm、少なくとも8×10立方μm、少なくとも1×10立方μm、少なくとも5×10立方μm、少なくとも1×10立方μm、少なくとも5×10立方μm、少なくとも8×10立方μm、又はそれを超える容積であり得る。隔離ペンを有するマイクロ流体デバイスの様々な実施形態において、隔離ペンの容積は、約5×10立方μm、約6×10立方μm、約8×10立方μm、約1×10立方μm、約2×10立方μm、約4×10立方μm、約8×10立方μm、約1×10立方μm、約3×10立方μm、約5×10立方μm、又は約8×10立方μm、又はそれを超える容積であり得る。幾つかの他の実施形態では、隔離ペンの容積は、約1ナノリットル〜約50ナノリットル、2ナノリットル〜約25ナノリットル、2ナノリットル〜約20ナノリットル、約2ナノリットル〜約15ナノリットル、又は約2ナノリットル〜約10ナノリットルであり得る。 In various embodiments of a microfluidic device having an isolation pen, the volume of the isolation region (eg, 240) of the isolation pen is, for example, at least 5 × 10 5 cubic μm, at least 8 × 10 5 cubic μm, at least 1 × 10 6 cubic μm, at least 2 × 10 6 cubic μm, at least 4 × 10 6 cubic μm, at least 6 × 10 6 cubic μm, at least 8 × 10 6 cubic μm, at least 1 × 10 7 cubic μm, at least 5 × 10 7 cubic The volume can be μm, at least 1 × 10 8 cubic μm, at least 5 × 10 8 cubic μm, at least 8 × 10 8 cubic μm, or more. In various embodiments of a microfluidic device having an isolation pen, the volume of the isolation pen is about 5 × 10 5 cubic μm, about 6 × 10 5 cubic μm, about 8 × 10 5 cubic μm, about 1 × 10 6 cubic. μm, about 2 × 10 6 cubic μm, about 4 × 10 6 cubic μm, about 8 × 10 6 cubic μm, about 1 × 10 7 cubic μm, about 3 × 10 7 cubic μm, about 5 × 10 7 cubic μm, Alternatively, it can have a volume of about 8 × 10 7 cubic μm or more. In some other embodiments, the volume of the isolation pen is from about 1 nanoliter to about 50 nanolitre, 2 nanoliters to about 25 nanolitre, 2 nanoliters to about 20 nanoliters, about 2 nanoliters to about 15 It can be nanoliters, or about 2 nanoliters to about 10 nanoliters.

様々な実施形態において、マイクロ流体デバイスは、本明細書に記載される任意の実施形態でのように構成された隔離ペンを有し、その場合、マイクロ流体デバイスは、約5〜約10個の隔離ペン、約10〜約50個の隔離ペン、約100〜約500個の隔離ペン、約200〜約1000個の隔離ペン、約500〜約1500個の隔離ペン、約1000〜約2000個の隔離ペン、又は約1000〜約3500個の隔離ペンを有する。隔離ペンは、全て同じサイズである必要はなく、様々な構成(例えば、異なる幅、隔離ペン内の異なる特徴を含み得る。 In various embodiments, the microfluidic device has an isolation pen configured as in any of the embodiments described herein, in which case the microfluidic device has about 5 to about 10 pieces. Isolation pens, about 10 to about 50 isolation pens, about 100 to about 500 isolation pens, about 200 to about 1000 isolation pens, about 500 to about 1500 isolation pens, about 1000 to about 2000 It has a quarantine pen, or about 1000 to about 3500 quarantine pens. The isolation pens do not have to be all the same size and may include different configurations (eg, different widths, different features within the isolation pen).

幾つかの他の実施形態では、マイクロ流体デバイスは、マイクロ流体デバイスが約1500〜約3000個の隔離ペン、約2000〜約3500個の隔離ペン、約2500〜約4000個の隔離ペン、約3000〜約4500個の隔離ペン、約3500〜約5000個の隔離ペン、約4000〜約5500個の隔離ペン、約4500〜約6000個の隔離ペン、約5000〜約6500個の隔離ペン、約5500〜約7000個の隔離ペン、約6000〜約7500個の隔離ペン、約6500〜約8000個の隔離ペン、約7000〜約8500個の隔離ペン、約7500〜約9000個の隔離ペン、約8000〜約9500個の隔離ペン、約8500〜約10,000個の隔離ペン、約9000〜約10,500個の隔離ペン、約9500〜約11,000個の隔離ペン、約10,000〜約11,500個の隔離ペン、約10,500〜約12,000個の隔離ペン、約11,000〜約12,500個の隔離ペン、約11,500〜約13,000個の隔離ペン、約12,000〜約13,500個の隔離ペン、約12,500〜約14,000個の隔離ペン、約13,000〜約14,500個の隔離ペン、約13,500〜約15,000個の隔離ペン、約14,000〜約15,500個の隔離ペン、約14,500〜約16,000個の隔離ペン、約15,000〜約16,500個の隔離ペン、約15,500〜約17,000個の隔離ペン、約16,000〜約17,500個の隔離ペン、約16,500〜約18,000個の隔離ペン、約17,000〜約18,500個の隔離ペン、約17,500〜約19,000個の隔離ペン、約18,000〜約19,500個の隔離ペン、約18,500〜約20,000個の隔離ペン、約19,000〜約20,500個の隔離ペン、約19,500〜約21,000個の隔離ペン、又は約20,000〜約21,500個の隔離ペンを有する、本明細書で考察される任意の実施形態でのように構成された隔離ペンを有する。 In some other embodiments, the microfluidic device is such that the microfluidic device has about 1500 to about 3000 isolation pens, about 2000 to about 3500 isolation pens, about 2500 to about 4000 isolation pens, about 3000. ~ Approximately 4500 quarantine pens, Approximately 3500 to Approximately 5000 Quarantine pens, Approximately 4000 to Approximately 5500 Quarantine pens, Approximately 4000 to Approximately 6000 Quarantine pens, Approximately 5000 to Approximately 6500 Quarantine pens, Approximately 5500 ~ About 7,000 quarantine pens, about 6000 ~ about 7500 quarantine pens, about 6500 ~ about 8000 quarantine pens, about 7000 ~ about 8500 quarantine pens, about 7500 ~ about 9000 quarantine pens, about 8000 ~ About 9,500 isolation pens, about 8500 ~ about 10,000 isolation pens, about 9000 ~ about 10,500 isolation pens, about 9,500 ~ about 11,000 isolation pens, about 10,000 ~ about 11,500 isolation pens, about 10,500 to about 12,000 isolation pens, about 11,000 to about 12,500 isolation pens, about 11,500 to about 13,000 isolation pens, About 12,000 to about 13,000 isolation pens, about 12,500 to about 14,000 isolation pens, about 13,000 to about 14,500 isolation pens, about 13,500 to about 15, 000 isolation pens, about 14,000 to about 15,500 isolation pens, about 14,500 to about 16,000 isolation pens, about 15,000 to about 16,500 isolation pens, about 15 , 500 to about 17,000 isolation pens, about 16,000 to about 17,500 isolation pens, about 16,000 to about 18,000 isolation pens, about 17,000 to about 18,500 Isolation pens, about 17,500 to about 19,000 isolation pens, about 18,000 to about 19,500 isolation pens, about 18,500 to about 20,000 isolation pens, about 19,000 Any of the isolation pens discussed herein having from about 20,500 isolation pens, from about 19,500 to about 21,000 isolation pens, or from about 20,000 to about 21,500 isolation pens. It has an isolation pen configured as in the embodiment.

図2Cは、一実施形態によるマイクロ流体デバイス280を示す。マイクロ流体デバイス280は図2Gに示され、マイクロ流体デバイス100の定型化された図である。実際には、マイクロ流体デバイス280及びその構成回路要素(例えば、チャネル122及び隔離ペン128)は本明細書で考察された寸法を有する。図2Gに示されるマイクロ流体回路120は、2つのポート、及び4つの別個のチャネル122を有するフロー領域106を有する。マイクロ流体デバイス280は、各チャネル122に通じる複数の隔離ペンを更に含む。図2Gに示されるマイクロ流体デバイスでは、隔離ペンは、図2Cに示されるペンと同様のジオメトリを有し、したがって、接続領域及び分離領域の両方を有する。したがって、マイクロ流体回路120は、掃引領域(例えば、チャネル122及び2次フロー244の最大侵入深さD内の接続領域236の部分)及び非掃引領域(例えば、分離領域240及び2次フロー244の最大侵入深さD内にない接続領域236の部分)の両方を含む。 FIG. 2C shows a microfluidic device 280 according to one embodiment. The microfluidic device 280 is shown in FIG. 2G and is a stylized view of the microfluidic device 100. In practice, the microfluidic device 280 and its components (eg, channel 122 and isolation pen 128) have the dimensions discussed herein. The microfluidic circuit 120 shown in FIG. 2G has a flow region 106 with two ports and four separate channels 122. The microfluidic device 280 further includes a plurality of isolation pens leading to each channel 122. In the microfluidic device shown in FIG. 2G, the isolation pen has a geometry similar to that of the pen shown in FIG. 2C and therefore has both a contiguous zone and a separation zone. Thus, the microfluidic circuit 120, sweep areas (e.g., the maximum penetration depth D portion of the connection region 236 in the p channel 122 and secondary flow 244) and non-sweeping region (e.g., isolation region 240 and the secondary flow 244 including both the maximum penetration depth D p no part of the connection region 236 in) of.

図3A〜図3Bは、本発明によるマイクロ流体デバイス(例えば、100、200、230、280、250、290、320)を動作させるため及び観測のために使用することができるシステム150の様々な実施形態を示す。図3Aに示されるように、システム150は、マイクロ流体デバイス100(図示せず)又は本明細書に記載される任意の他のマイクロ流体デバイスを保持するように構成された構造体(「ネスト」)300を含むことができる。ネスト300は、マイクロ流体デバイス320(例えば、光学的に作動される動電学的デバイス100)と界面を接することができ、電源192からマイクロ流体デバイス320への電気接続を提供することができるソケット302を含むことができる。ネスト300は、一体型電気信号生成サブシステム304を更に含むことができる。電気信号生成サブシステム304は、マイクロ流体デバイス320がソケット302により保持されているとき、バイアス電圧がマイクロ流体デバイス320内の電極の対にわたり印加されるように、バイアス電圧をソケット302に供給するように構成され得る。したがって、電気信号生成サブシステム304は電源192の部分であり得る。バイアス電圧をマイクロ流体デバイス320に印加する能力は、マイクロ流体デバイス320がソケット302により保持されている場合には常にバイアス電圧が印加されることを意味しない。むしろ、大半の場合、バイアス電圧は、断続的に、例えば、マイクロ流体デバイス320内での電気泳動又は電子ウェッティング等の動電力の生成を促進するために必要な場合にのみ印加される。 3A-3B show various implementations of system 150 that can be used to operate and observe microfluidic devices according to the invention (eg, 100, 200, 230, 280, 250, 290, 320). Shows the morphology. As shown in FIG. 3A, the system 150 is a structure (“nested”) configured to hold the microfluidic device 100 (not shown) or any other microfluidic device described herein. ) 300 can be included. The nest 300 can interface with the microfluidic device 320 (eg, an optically actuated electrokinetic device 100) and can provide an electrical connection from the power supply 192 to the microfluidic device 320. 302 can be included. The nest 300 may further include an integrated electrical signal generation subsystem 304. The electrical signal generation subsystem 304 supplies a bias voltage to the socket 302 so that when the microfluidic device 320 is held by the socket 302, a bias voltage is applied across a pair of electrodes in the microfluidic device 320. Can be configured in. Therefore, the electrical signal generation subsystem 304 can be part of the power supply 192. The ability to apply a bias voltage to the microfluidic device 320 does not mean that a bias voltage is applied whenever the microfluidic device 320 is held by the socket 302. Rather, in most cases, the bias voltage is applied intermittently only when necessary to facilitate the generation of dynamic power, such as electrophoresis or electron wetting within the microfluidic device 320.

図3Aに示されるように、ネスト300は、プリント回路基板組立体(PCBA)322を含むことができる。電気信号生成サブシステム304は、PCBA322に搭載され、PCBA322に電気的に集積することができる。例示的な支持体は、同様にPCBA322に搭載されるソケット302も含む。 As shown in FIG. 3A, the nest 300 can include a printed circuit board assembly (PCBA) 322. The electrical signal generation subsystem 304 is mounted on the PCBA 322 and can be electrically integrated in the PCBA 322. An exemplary support also includes a socket 302 mounted on PCBA 322 as well.

通常、電気信号生成サブシステム304は波形生成器(図示せず)を含む。電気信号生成サブシステム304は、波形生成器から受信される波形を増幅するように構成されたオシロスコープ(図示せず)及び/又は波形増幅回路(図示せず)を更に含むことができる。オシロスコープは、存在する場合、ソケット302により保持されるマイクロ流体デバイス320に供給される波形を測定するように構成され得る。特定の実施形態では、オシロスコープは、マイクロ流体デバイス320の基端位置(及び波形生成器の先端位置)において波形を測定し、それにより、デバイスに実際に印加されている波形を測定するに当たりより大きい精度を保証する。オシロスコープ測定から得られるデータは、例えば、フィードバックとして波形生成器に提供され得、波形生成器は、そのようなフィードバックに基づいて出力を調整するように構成され得る。適する結合された波形生成器及びオシロスコープの例は、Red Pitaya(商標)である。 Typically, the electrical signal generation subsystem 304 includes a waveform generator (not shown). The electrical signal generation subsystem 304 may further include an oscilloscope (not shown) and / or a waveform amplification circuit (not shown) configured to amplify the waveform received from the waveform generator. The oscilloscope, if present, may be configured to measure the waveform supplied to the microfluidic device 320 held by the socket 302. In certain embodiments, the oscilloscope measures the waveform at the proximal position of the microfluidic device 320 (and at the tip of the waveform generator), thereby being larger in measuring the waveform actually applied to the device. Guarantee accuracy. The data obtained from the oscilloscope measurements may be provided to the waveform generator as feedback, for example, and the waveform generator may be configured to adjust the output based on such feedback. An example of a suitable combined waveform generator and oscilloscope is Red Pitaya ™.

特定の実施形態では、ネスト300は、電気信号生成サブシステム304の検知及び/又は制御に使用される、マイクロプロセッサ等のコントローラ308を更に含む。適するマイクロプロセッサの例としては、Arduino Nano(商標)等のArduino(商標)マイクロ
プロセッサが挙げられる。コントローラ308を使用して機能及び分析を実行し、又は外部マスタコントローラ154(図1Aに示される)と通信して機能及び分析を実行し得る。図3Aに示される実施形態では、コントローラ308は、インタフェース310(例えば、プラグ又はコネクタ)を通してマスタコントローラ154と通信する。
In certain embodiments, the nest 300 further includes a controller 308, such as a microprocessor, used to detect and / or control the electrical signal generation subsystem 304. Examples of suitable microprocessors include Arduino ™ microprocessors such as the Arduino Nano ™. The controller 308 may be used to perform function and analysis, or it may communicate with an external master controller 154 (shown in FIG. 1A) to perform function and analysis. In the embodiment shown in FIG. 3A, the controller 308 communicates with the master controller 154 through an interface 310 (eg, a plug or connector).

幾つかの実施形態では、ネスト300は、Red Pitaya(商標)波形生成器/オシロスコープユニット(「Red Pitayaユニット」)を含む電気信号生成サブシステム304と、Red Pitayaユニットにより生成された波形を増幅し、増幅電圧をマイクロ流体デバイス100に渡す波形増幅回路とを含むことができる。幾つかの実施形態では、Red Pitayaユニットは、マイクロ流体デバイス320での増幅電圧を測定し、次に、マイクロ流体デバイス320での測定電圧が所望の値であるように、必要に応じてそれ自体の出力電圧を調整するように構成される。幾つかの実施形態では、波形増幅回路は、PCBA322に搭載されるDC−DCコンバータの対により生成される+6.5V〜−6.5V電源を有することができ、その結果、マイクロ流体デバイス100において13Vppまでの信号が生成される。 In some embodiments, the nest 300 amplifies the waveform generated by the electrical signal generation subsystem 304, including a Red Pitaya ™ waveform generator / oscilloscope unit (“Red Pitaya unit”), and the Red Pitaya unit. , A waveform amplifier circuit that passes the amplification voltage to the microfluidic device 100 can be included. In some embodiments, the Red Pitaya unit measures the amplified voltage at the microfluidic device 320 and then itself as needed so that the measured voltage at the microfluidic device 320 is at the desired value. It is configured to adjust the output voltage of. In some embodiments, the waveform amplifier circuit can have a + 6.5V to -6.5V power supply generated by a pair of DC-DC converters mounted on the PCBA 322, resulting in the microfluidic device 100. Signals up to 13 Vpp are generated.

図3Aに示されるように、支持構造体300は、熱制御サブシステム306を更に含むことができる。熱制御サブシステム306は、支持構造体300により保持されるマイクロ流体デバイス320の温度を調整するように構成され得る。例えば、熱制御サブシステム306は、ペルチェ熱電デバイス(図示せず)及び冷却ユニット(図示せず)を含むことができる。ペルチェ熱電デバイスは、マイクロ流体デバイス320の少なくとも1つの表面と界面を接するように構成された第1の表面を有することができる。冷却ユニットは、例えば、液冷アルミニウムブロック等の冷却ブロック(図示せず)であり得る。ペルチェ熱電デバイスの第2の表面(例えば、第1の表面とは逆の表面)は、そのような冷却ブロックの表面と界面を接するように構成され得る。冷却ブロックは、冷却ブロックを通して冷却流体を循環させるように構成された流体路314に接続することができる。図3Aに示される実施形態では、支持構造体300は、流入口316及び流出口318を含む、外部リザーバ(図示せず)から冷却された流体を受け取り、冷却された流体を流体路314に導入し、冷却ブロックを通し、次に、冷却された流体を外部リザーバに戻す。幾つかの実施形態では、ペルチェ熱電デバイス、冷却ユニット、及び/又は流体路314は、支持構造体300のケース312に搭載することができる。幾つかの実施形態では、熱制御サブシステム306は、ペルチェ熱電デバイスの温度を調整して、マイクロ流体デバイス320の標的温度を達成するように構成される。ペルチェ熱電デバイスの温度調整は、例えば、Pololu(商標)熱電電源(Pololu Robotics and Electronics Corp.)等の熱電電
源により達成することができる。熱制御サブシステム306は、アナログ回路により提供される温度値等のフィードバック回路を含むことができる。代替的に、フィードバック回路はデジタル回路により提供され得る。
As shown in FIG. 3A, the support structure 300 can further include a thermal control subsystem 306. The thermal control subsystem 306 may be configured to regulate the temperature of the microfluidic device 320 held by the support structure 300. For example, the thermal control subsystem 306 can include a Perche thermoelectric device (not shown) and a cooling unit (not shown). The Perche thermoelectric device can have a first surface configured to interface with at least one surface of the microfluidic device 320. The cooling unit can be, for example, a cooling block (not shown) such as a liquid-cooled aluminum block. The second surface of the Pelche thermoelectric device (eg, the surface opposite to the first surface) may be configured to interface with the surface of such a cooling block. The cooling block can be connected to a fluid path 314 configured to circulate the cooling fluid through the cooling block. In the embodiment shown in FIG. 3A, the support structure 300 receives a cooled fluid from an external reservoir (not shown), including an inlet 316 and an outlet 318, and introduces the cooled fluid into the fluid path 314. Then pass through the cooling block and then return the cooled fluid to the external reservoir. In some embodiments, the Perche thermoelectric device, cooling unit, and / or fluid path 314 can be mounted in case 312 of support structure 300. In some embodiments, the thermal control subsystem 306 is configured to regulate the temperature of the Pelche thermoelectric device to achieve the target temperature of the microfluidic device 320. Temperature control of the Pelche thermoelectric device can be achieved, for example, with a thermoelectric power source such as the Pololu ™ thermoelectric power source (Pololu Robotics and Electronics Corp.). The thermal control subsystem 306 can include a feedback circuit such as a temperature value provided by an analog circuit. Alternatively, the feedback circuit may be provided by a digital circuit.

幾つかの実施形態では、ネスト300は、抵抗(例えば、抵抗1kオーム+/−0.1%、温度係数+/−0.02ppm/C0)及びNTCサーミスタ(例えば、公称抵抗1kオーム+/−0.01%を有する)を含むアナログ分圧回路(図示せず)であるフィードバック回路を有する熱制御サブシステム306を含むことができる。幾つかの場合、熱制御サブシステム306は、フィードバック回路からの電圧を測定し、次に、計算された温度値をオンボードPID制御ループアルゴリズムへの入力として使用する。PID制御ループアルゴリズムからの出力は、例えば、Pololu(商標)モーター駆動デバイス(図示せず)上の方向信号及びパルス幅変調信号ピンの両方を駆動して熱電電源を作動させることができ、それにより、ペルチェ熱電デバイスを制御する。 In some embodiments, the nest 300 is a resistor (eg, resistance 1 k ohm +/- 0.1%, temperature coefficient +/- 0.02 ppm / C0) and an NTC thermistor (eg, nominal resistance 1 k ohm +/-). A thermal control subsystem 306 with a feedback circuit that is an analog voltage divider circuit (not shown) including (having 0.01%) can be included. In some cases, the thermal control subsystem 306 measures the voltage from the feedback circuit and then uses the calculated temperature value as an input to the onboard PID control loop algorithm. The output from the PID control loop algorithm can, for example, drive both directional and pulse width modulated signal pins on a Pololu ™ motor drive device (not shown) to activate a thermoelectric power supply. , Control the Perche thermoelectric device.

ネスト300はシリアルポート350を含むことができ、シリアルポート324により、コントローラ308のマイクロプロセッサは、インタフェース310(図示せず)を介して外部マスタコントローラ154と通信することができる。加えて、コントローラ308のマイクロプロセッサは、電気信号生成サブシステム304及び熱制御サブシステム306と通信することができる(例えば、Plinkツール(図示せず)を介して)。したがっ
て、コントローラ308、インタフェース310、及びシリアルポート324の組合せを介して、電気信号生成サブシステム304及び熱制御サブシステム306は、外部マスタコントローラ154と通信することができる。このようにして、マスタコントローラ154は、特に、出力電圧調整のためにスケーリング計算を実行することにより電気信号生成サブシステム304を支援することができる。外部マスタコントローラ154に結合された表示デバイス170を介して提供されるグラフィカルユーザインタフェース(GUI)(図示せず)は、熱制御サブシステム306及び電気信号生成サブシステム304からそれぞれ得られる温度データ及び波形データをプロットするように構成され得る。代替的に又は追加として、GUIは、コントローラ308、熱制御サブシステム306、及び電気信号生成サブシステム304への更新を可能にすることができる。
The nest 300 can include a serial port 350, which allows the microprocessor of controller 308 to communicate with the external master controller 154 via interface 310 (not shown). In addition, the microprocessor of controller 308 can communicate with the electrical signal generation subsystem 304 and the thermal control subsystem 306 (eg, via the Plink tool (not shown)). Therefore, the electrical signal generation subsystem 304 and the thermal control subsystem 306 can communicate with the external master controller 154 via the combination of the controller 308, the interface 310, and the serial port 324. In this way, the master controller 154 can assist the electrical signal generation subsystem 304, in particular by performing scaling calculations for output voltage regulation. A graphical user interface (GUI) (not shown) provided via a display device 170 coupled to an external master controller 154 provides temperature data and waveforms obtained from a thermal control subsystem 306 and an electrical signal generation subsystem 304, respectively. It can be configured to plot the data. Alternatively or additionally, the GUI can allow updates to the controller 308, thermal control subsystem 306, and electrical signal generation subsystem 304.

上述したように、システム150は撮像デバイス194を含むことができる。幾つかの実施形態では、撮像デバイス194は光変調サブシステム330(図3B参照)を含む。光変調サブシステム330は、デジタルミラーデバイス(DMD)又はマイクロシャッタアレイシステム(MSA)を含むことができ、これらのいずれかは、光源332から光を受け取り、受け取った光のサブセットを顕微鏡350の光学縦列に送るように構成され得る。代替的に、光変調サブシステム330は、有機発行ダイオードディスプレイ(OLED)、液晶オンシリコン(LCOS)デバイス、強誘電性液晶オンシリコンデバイス(FLCOS)、又は透過型液晶ディスプレイ(LCD)等のそれ自体の光を生成する(したがって、光源332の必要性をなくす)デバイスを含むことができる。光変調サブシステム330は、例えば、プロジェクタであり得る。したがって、光変調サブシステム330は、構造化光及び非構造化光の両方を発することが可能であり得る。適する光変調サブシステム422の一例は、Andor Technologies(商標)のMosaic(商標)システムである。特定の実施形態では、システム150の撮像モジュール164及び/又は原動モジュール162は、光変調サブシステム330を制御することができる。 As mentioned above, the system 150 can include an imaging device 194. In some embodiments, the imaging device 194 includes an optical modulation subsystem 330 (see FIG. 3B). The light modulation subsystem 330 can include a Digital Mirror Device (DMD) or a Microshutter Array System (MSA), either of which receives light from a light source 332 and a subset of the light received by the optics of the microscope 350. It can be configured to send in columns. Alternatively, the optical modulation subsystem 330 is itself such as an organic emitting diode display (OLED), a liquid crystal on silicon (LCOS) device, a ferroelectric liquid crystal on silicon device (FLCOS), or a transmissive liquid crystal display (LCD). A device that produces light (and thus eliminates the need for a light source 332) can be included. The light modulation subsystem 330 can be, for example, a projector. Therefore, the photomodulation subsystem 330 may be capable of emitting both structured and unstructured light. An example of a suitable optical modulation subsystem 422 is the Mosaic ™ system of Andor Technologies ™. In certain embodiments, the imaging module 164 and / or the prime mover module 162 of the system 150 can control the light modulation subsystem 330.

特定の実施形態では、撮像デバイス194は顕微鏡350を更に含む。そのような実施形態では、ネスト300及び光変調サブシステム330は、顕微鏡350に搭載されるように個々に構成され得る。顕微鏡350は、例えば、標準の研究等級の光学顕微鏡又は蛍光顕微鏡であるように構成され得る。したがって、ネスト300は、顕微鏡350のステージ344に搭載するように構成され得、及び/又は光変調サブシステム330は、顕微鏡350のポートに搭載されるように構成され得る。他の実施形態では、本明細書に記載されるネスト300及び光変調サブシステム330は、顕微鏡350の一体構成要素であり得る。 In certain embodiments, the imaging device 194 further includes a microscope 350. In such an embodiment, the nest 300 and the optical modulation subsystem 330 may be individually configured to be mounted on the microscope 350. The microscope 350 can be configured to be, for example, a standard study grade optical or fluorescence microscope. Thus, the nest 300 may be configured to mount on the stage 344 of the microscope 350, and / or the light modulation subsystem 330 may be configured to mount on the port of the microscope 350. In other embodiments, the nesting 300 and optical modulation subsystem 330 described herein can be integral components of the microscope 350.

特定の実施形態では、顕微鏡350は1つ又は複数の検出器348を更に含むことができる。幾つかの実施形態では、検出器348は撮像モジュール164により制御される。検出器348は、接眼レンズ、電荷結合素子(CCD)、カメラ(例えば、デジタルカメラ)、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。少なくとも2つの検出器348が存在する場合、1つの検出器は、例えば、高速フレームレートカメラであり得、一方、他の検出器は高感度カメラであり得る。更に、顕微鏡350は、マイクロ流体デバイス320から反射された光及び/又は発せられた光を受け取り、反射光及び/又は放射光の少なくとも部分を1つ又は複数の検出器348に結像するように構成された光学縦列を含むことができる。顕微鏡の光学縦列は、各検出器での最終倍率が異なることができるように、異なる検出器で異なるチューブレンズ(図示せず)を含むこともできる。 In certain embodiments, the microscope 350 may further include one or more detectors 348. In some embodiments, the detector 348 is controlled by the imaging module 164. The detector 348 can include an eyepiece, a charge-coupled device (CCD), a camera (eg, a digital camera), or any combination thereof. If at least two detectors 348 are present, one detector can be, for example, a high frame rate camera, while the other detector can be a sensitive camera. Further, the microscope 350 receives the light reflected and / or emitted from the microfluidic device 320 so that at least a portion of the reflected and / or synchrotron radiation is imaged on one or more detectors 348. It can include configured optical columns. The optical column of the microscope can also include different tube lenses (not shown) for different detectors so that the final magnification at each detector can be different.

特定の実施形態では、撮像デバイス194は、少なくとも2つの光源を使用するように構成される。例えば、第1の光源332は構造化光の生成(例えば、光変調サブシステム330を介した)に使用することができ、第2の光源334は非構造化光の提供に使用することができる。第1の光源332は、光学的に作動される動電学的及び/又は蛍光励起のために構造化光を生成することができ、第2の光源334は、明視野照明の提供に使用することができる。これらの実施形態では、原動モジュール164を使用して第1の光源332を制御することができ、撮像モジュール164を使用して第2の光源334を制御することができる。顕微鏡350の光学縦列は、(1)デバイスがネスト300により保持されているとき、構造化光を光変調サブシステム330から受け取り、構造化光を光学作動式動電学的デバイス等のマイクロ流体デバイス内の少なくとも第1の領域で結像し、(2)マイクロ流体デバイスから反射された光及び/又は発せられた光を受け取り、そのような反射光及び/又は放射光の少なくとも部分を検出器348上に結像するように構成され得る。光学縦列は、デバイスがネスト300により保持されているとき、非構造化光を第2の光源から受け取り、非構造化光をマイクロ流体デバイスの少なくとも第2の領域で結像するように更に構成され得る。特定の実施形態では、マイクロ流体デバイスの第1及び第2の領域は重複領域であり得る。例えば、第1の領域は、第2の領域のサブセットであり得る。 In certain embodiments, the imaging device 194 is configured to use at least two light sources. For example, the first light source 332 can be used to generate structured light (eg, via a light modulation subsystem 330) and the second light source 334 can be used to provide unstructured light. .. The first light source 332 can generate structured light for optically actuated electrodynamic and / or fluorescence excitation, and the second light source 334 is used to provide brightfield illumination. be able to. In these embodiments, the prime mover module 164 can be used to control the first light source 332 and the imaging module 164 can be used to control the second light source 334. The optical columns of the microscope 350 (1) receive structured light from the optical modulation subsystem 330 when the device is held by the nest 300 and receive the structured light from a microfluidic device such as an optically actuated electrokinetic device. It forms an image in at least the first region of the (2) receives the light reflected and / or emitted from the microfluidic device, and detects at least a portion of such reflected and / or emitted light in the detector 348. It can be configured to form an image on top. The optical column is further configured to receive unstructured light from a second light source and image unstructured light in at least a second region of the microfluidic device when the device is held by the nest 300. obtain. In certain embodiments, the first and second regions of the microfluidic device can be overlapping regions. For example, the first region can be a subset of the second region.

図3Bでは、光を光変調サブシステム330に供給している第1の光源332が示されており、光変調サブシステム330は構造化光をシステム355(図示せず)の顕微鏡350の光学縦列に提供する。ビームスプリッタ336を介して非構造化光を光学縦列に提供している第2の光源334が示される。光変調サブシステム330からの構造化光及びに示されるように、第2の光源334からの非構造化光は、ビームスプリッタ336から光学縦列を通って一緒に移動して、第2のビームスプリッタ(又は光変調サブシステム330によって提供される光に応じて、ダイクロイックフィルタ338)に到達し、ここで、光は反射し、対物レンズ336を通して試料面342まで下がる。次に、試料面342からの反射光及び/又は放射光は再び対物レンズ340を通って移動し、ビームスプリッタ及び/又はダイクロイックフィルタ338を通り、ダイクロイックフィルタ346に到達する。ダイクロイックフィルタ346に達する光の一部のみが透過され、検出器348に到達する。 FIG. 3B shows a first light source 332 that supplies light to the light modulation subsystem 330, where the light modulation subsystem 330 is an optical column of the microscope 350 of system 355 (not shown) with structured light. To provide. A second light source 334 that provides unstructured light to the optical column via the beam splitter 336 is shown. As shown in and the structured light from the light modulation subsystem 330, the unstructured light from the second light source 334 travels together from the beam splitter 336 through the optical column and into the second beam splitter. (Or depending on the light provided by the light modulation subsystem 330, the dicroic filter 338) is reached, where the light is reflected and descends through the objective lens 336 to the sample surface 342. Next, the reflected light and / or the emitted light from the sample surface 342 moves again through the objective lens 340, passes through the beam splitter and / or the dichroic filter 338, and reaches the dichroic filter 346. Only part of the light that reaches the dichroic filter 346 is transmitted and reaches the detector 348.

幾つかの実施形態では、第2の光源334は青色光を発する。適切なダイクロイックフィルタ346を用いて、試料面342から反射された青色光は、ダイクロイックフィルタ346を透過し、検出器348に到達することが可能である。これとは対照的に、光変調サブシステム330から来る構造化光は、試料面342で反射されるが、ダイクロイックフィルタ346を透過しない。この例では、ダイクロイックフィルタ346は、495nmよりも長い波長を有する可視光を濾波して除外する。光変調サブシステム330からの光のそのような濾波は、光変調サブシステムから発せられる光が495nmよりも短いいかなる波長も含まない場合にのみ完了する(示されるように)。実際には、光変調サブシステム330から来る光が495nmよりも短い波長(例えば、青色波長)を含む場合、光変調サブシステムからの光の幾らかがフィルタ346を透過して検出器348に到達する。そのような実施形態では、フィルタ346は、第1の光源332から検出器348に到達する光の量と第2の光源334から検出器348に到達する光の量とのバランスを変更する役割を果たす。これは、第1の光源332が第2の光源334よりもはるかに強力な場合、有益であり得る。他の実施形態では、第2の光源334は、赤色光を発することができ、ダイクロイックフィルタ346は、赤色光以外の可視光(例えば、650nmよりも短い波長を有する可視光)を濾波して除外することができる。 In some embodiments, the second light source 334 emits blue light. With a suitable dichroic filter 346, the blue light reflected from the sample surface 342 can pass through the dichroic filter 346 and reach the detector 348. In contrast, structured light coming from the photomodulation subsystem 330 is reflected at the sample surface 342 but does not pass through the dichroic filter 346. In this example, the dichroic filter 346 filters out visible light having a wavelength longer than 495 nm. Such a filter of light from the light modulation subsystem 330 is completed (as shown) only if the light emitted from the light modulation subsystem does not contain any wavelengths shorter than 495 nm. In practice, if the light coming from the light modulation subsystem 330 contains wavelengths shorter than 495 nm (eg, blue wavelength), some of the light from the light modulation subsystem will pass through the filter 346 and reach the detector 348. do. In such an embodiment, the filter 346 serves to change the balance between the amount of light reaching the detector 348 from the first light source 332 and the amount of light reaching the detector 348 from the second light source 334. Fulfill. This can be beneficial if the first light source 332 is much more powerful than the second light source 334. In another embodiment, the second light source 334 can emit red light, and the dichroic filter 346 filters out visible light other than red light (eg, visible light having a wavelength shorter than 650 nm). can do.

表面修飾。生体材料を操作し貯蔵するための材料、デバイス、及び/又は装置の表面は、限定ではなく、微小物体(限定ではなく、生体細胞等の生物学的微小物体を含む)、生体分子、生体分子又は生物学的微小物体の断片、及びそれらの任意の組み合わせを含み得るそのような材料との短期及び/又は長期の接触に最適化されていない生来の特性を有し得る。1つ又は複数の生体材料に接触する生来の表面に関連する1つ又は複数の望ましくない減少を低減するように、材料、デバイス、又は装置の1つ又は複数の表面を修飾することが有用であり得る。他の実施形態では、望ましい特性を表面に導入し、それにより、材料、デバイス、及び/又は装置の取り扱い能力、操作能力、又は処理能力を拡張するように材料、デバイス、及び/又は装置の表面特性を改善することが有用であり得る。そのために、望ましくない特性を低減するか、又は望ましい特性を導入するように表面を修飾することができる分子が必要とされる。 Surface modification. The surfaces of materials, devices, and / or devices for manipulating and storing biomaterials are not limited, but include micro-objects (including, but not limited to, biological micro-objects such as living cells), biomolecules, biomolecules. Or they may have innate properties that are not optimized for short-term and / or long-term contact with such materials, which may include fragments of biological microobjects, and any combination thereof. It is useful to modify one or more surfaces of a material, device, or device so as to reduce one or more unwanted reductions associated with the innate surface that comes into contact with one or more biomaterials. could be. In other embodiments, the surface of the material, device, and / or device introduces the desired properties to the surface, thereby extending the handling, manipulating, or processing capacity of the material, device, and / or device. It can be useful to improve the properties. To that end, molecules are needed whose surface can be modified to reduce unwanted properties or introduce desirable properties.

表面の修飾に有用な化合物。様々な実施形態において、表面修飾化合物は、結合した表面を共有修飾するアルキル部分等の非ポリマー部分又はフルオロアルキル部分(限定ではなく、ペルフルオロアルキルを含む)等の置換アルキル部分であり得る表面修飾リガンドを含み得る。表面修飾化合物は接続部分も含み、接続部分は、式1に概略的に示されるように、表面修飾リガンドを表面に共通結合した基である。共有修飾された表面は、結合基LGを介して結合した表面修飾リガンドを有し、表面修飾リガンドは、接続部分と表面の官能基との反応の産物である(水酸化物、酸化物、アミン、又は硫黄を含む)。

Figure 2021126656
A compound useful for surface modification. In various embodiments, the surface-modifying compound can be a non-polymeric moiety such as an alkyl moiety that co-modifies the bound surface or a substituted alkyl moiety such as a fluoroalkyl moiety (including, but not limited to, perfluoroalkyl). May include. The surface-modifying compound also includes a connecting moiety, which is a group in which a surface-modifying ligand is commonly attached to the surface, as schematically shown in Formula 1. The co-modified surface has a surface-modifying ligand bound via a linking group LG, which is the product of the reaction of the connecting moiety with the functional group on the surface (hydroxides, oxides, amines). , Or contains sulfur).
Figure 2021126656

幾つかの実施形態では、表面修飾化合物は、直鎖(例えば、少なくとも10個の炭素、又は少なくとも14個、少なくとも16個、少なくとも18個、少なくとも20個、少なくとも22個、又はそれよりも多数の炭素の直鎖)を形成する炭素原子を含み得、非分岐アルキル部分であり得る。幾つかの実施形態では、アルキル基は、置換アルキル基(例えば、アルキル基内の炭素の幾つかはフッ素化又は全フッ素化することができる)を含み得る。幾つかの実施形態では、アルキル基は、第1のセグメントを含み得、第1のセグメントは、非置換アルキル基を含み得る第2のセグメントに結合する、ペルフルオロアルキル基を含み得、ここで、第1のセグメント及び第2のセグメントは、直接又は間接的(例えば、エーテル結合により)に結合し得る。アルキル基の第1のセグメントは、結合基の先端部に配置し得、アルキル基の第2のセグメントは接続部分の近傍に配置し得る。 In some embodiments, the surface-modifying compound is linear (eg, at least 10 carbons, or at least 14, at least 16, at least 18, at least 20, at least 22, or more. It can contain carbon atoms forming a straight chain of carbon) and can be a non-branched alkyl moiety. In some embodiments, the alkyl group may comprise a substituted alkyl group (eg, some of the carbons in the alkyl group can be fluorinated or totally fluorinated). In some embodiments, the alkyl group may comprise a first segment and the first segment may comprise a perfluoroalkyl group attached to a second segment that may comprise an unsubstituted alkyl group, wherein the first segment may comprise a perfluoroalkyl group. The first segment and the second segment can be bonded directly or indirectly (eg, by ether bonding). The first segment of the alkyl group may be located at the tip of the linking group and the second segment of the alkyl group may be located near the connection.

様々な実施形態では、表面修飾化合物は、式I:

Figure 2021126656

の構造を有し得、式中、接続部分Vは、−P(O)(OH)Q−又は−Si(T)Wであり、Wは、−T、−SH、又は−NHであり、且つ表面に接続するように構成された部分であり、Qは、−OHであり、且つ表面に接続するように構成された部分であり、Tは、OH、OC1−3アルキル、又はClである。Rは、水素又はフッ素であり、Mは、水素又はフッ素である。hの各インスタンスは、独立して2又は3の整数であり、jは、0又は1であり、kは、0又は1であり、mは、0又は1〜25の整数であり、nは、0又は1〜25の整数である。幾つかの実施形態では、(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり得る。幾つかの実施形態では、Mは、水素である。様々な実施形態では、mは、2である。幾つかの実施形態では、kは、0である。他の実施形態では、kは、1である。様々な実施形態では、jは、1である。式Iの化合物では、kが1の整数である場合、mは、少なくとも2であり得、且つMは、水素である。式Iの化合物では、kが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり得、且つMは、水素である。 In various embodiments, the surface-modifying compound is of formula I:
Figure 2021126656

In the equation, the connecting portion V is -P (O) (OH) Q- or -Si (T) 2 W, where W is -T, -SH, or -NH 2 . Yes and a part configured to connect to the surface, Q is -OH and a part configured to connect to the surface, T is OH, OC 1-3 alkyl, or Cl. R is hydrogen or fluorine, and M is hydrogen or fluorine. Each instance of h is independently an integer of 2 or 3, j is 0 or 1, k is 0 or 1, m is an integer of 0 or 1-25, and n is an integer of 0 or 1-25. , 0 or an integer of 1 to 25. In some embodiments, the sum of (n + [(h + j) · k] + m) can be an integer of 11-25. In some embodiments, M is hydrogen. In various embodiments, m is 2. In some embodiments, k is 0. In other embodiments, k is 1. In various embodiments, j is 1. In the compound of formula I, if k is an integer of 1, m can be at least 2 and M is hydrogen. In the compound of formula I, if k is 0 and R is fluorine, m can be at least 2 and M is hydrogen.

様々な実施形態では、表面修飾化合物が式Iの構造を有する場合、接続部分Vは、−Si(T)Wであり得、式中、T及びWは、上記のように定義される。Wは、OC1−3アルキル又はClであり得る。Wは、メトキシ、エトキシ、又はプロポキシであり得る。幾つかの実施形態では、Wは、メトキシであり得る。Tは、OC1−3アルキル又はClであり得る。様々な実施形態では、接続部分Vは、−Si(OMe)である。様々な他の実施形態では、Vは、−P(O)(OH)Qであり得、式中、Qは、OHである。 In various embodiments, if the surface-modifying compound has the structure of formula I, the connecting portion V can be −Si (T) 2 W, where T and W are defined as described above. W can be OC 1-3 alkyl or Cl. W can be methoxy, ethoxy, or propoxy. In some embodiments, W can be methoxy. T can be OC 1-3 alkyl or Cl. In various embodiments, the connecting portion V is −Si (OMe) 3 . In various other embodiments, V can be −P (O) (OH) Q, where Q is OH in the formula.

式Iの表面修飾化合物は、化合物の直鎖骨格を構成する好ましい範囲の原子数を有し得る。上記で定義されたように、式Iの化合物を構成する各セグメントは様々なサイズを有し得る。したがって、式Iの化合物は、(n+[(h+j)・k]+m)が25に等しいように、上記で定義されたような反復単位を有し得、これは、接続部分に結合される末端CR−基を含め、原子26個分の全長をもたらす。25に等しい(n+[(h+j)・k]+m)の場合、様々な異なる組成を含むことができる。例えば、セグメント−[CR−はn=23を有し得、−[(CH−(O)−はk=0を有し得、−[CM−はm=2を有し得る。同じ合計(n+[(h+j)・k]+m)が25に等しい別の場合は、−[CR−(式中、n=6である);−[(CH2)h−(O)j]k−(式中、k=3である)を有し得、j=1及びh=2を含み;−[CM−はm=4を有し得る。 The surface-modified compound of formula I may have a preferred range of atomic numbers constituting the linear skeleton of the compound. As defined above, each segment constituting a compound of formula I can have various sizes. Thus, a compound of formula I can have a repeating unit as defined above such that (n + [(h + j) · k] + m) is equal to 25, which is the terminal attached to the connecting moiety. It brings the total length of 26 atoms including the CR 3-group. If equal to 25 (n + [(h + j) · k] + m), it can contain a variety of different compositions. For example, the segment − [CR 2 ] n − can have n = 23, − [(CH 2 ) h − (O) j ] k − can have k = 0, − [CM 2 ] m − Can have m = 2. In another case where the same sum (n + [(h + j) · k] + m) is equal to 25, − [CR 2 ] n − (n = 6 in the equation); − [(CH2) h− (O) j] k-wherein (where, k = a 3), and may have an a j = 1 and h = 2; - [CM 2 ] m - may have m = 4.

幾つかの実施形態では、(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11、13、15、17、又は21であり得る。他の実施形態では、(n+[(h+j)・k]+m)の和は、15又は17であり得る。更に他の実施形態では、(n+[(h+j)・k]+m)の和は、13又は15であり得る。 In some embodiments, the sum of (n + [(h + j) · k] + m) can be 11, 13, 15, 17, or 21. In other embodiments, the sum of (n + [(h + j) · k] + m) can be 15 or 17. In yet another embodiment, the sum of (n + [(h + j) · k] + m) can be 13 or 15.

幾つかの実施形態では、1つ又は複数のエーテル結合が式Iの化合物中に存在し得る。幾つかの実施形態では、jは、1であり得る。幾つかの実施形態では、k及びjが両方とも1である場合、mは、少なくとも2であり得る。 In some embodiments, one or more ether bonds may be present in the compound of formula I. In some embodiments, j can be 1. In some embodiments, m can be at least 2 if both k and j are 1.

更に他の実施形態では、骨格炭素をフッ素化し得る。幾つかの実施形態では、骨格炭素を全フッ素化し得、その場合、CR−、及び/又は−[CR−、及び/又は−[CM−の各Rをフッ素化し得る。幾つかの実施形態では、化合物のあるセクションは、フッ素化される炭素骨格原子を有し得、化合物の他のセクションは、水素で置換される炭素骨格原子を有し得る。例えば、幾つかの実施形態では、CR−セグメント及び−[CR−セグメントは、フッ素非骨格置換基を有し得(例えば、Rはフッ素である)、一方、−[CM]−セグメントは水素非骨格置換基を有し得る(例えば、Mは、水素である)。幾つかの実施形態では、Rがフッ素である場合、kは、0である。他の実施形態では、Rは、フッ素であり得、kは、1であり、jは、1であり、且つhは、2である。様々な実施形態では、Mは、水素であり得る。 In yet other embodiments, the skeletal carbon can be fluorinated. In some embodiments, the skeletal carbon can be totally fluorinated, in which case each R of CR 3- and / or-[CR 2 ] n- and / or-[CM 2 ] m- can be fluorinated. .. In some embodiments, some sections of the compound may have carbon skeleton atoms that are fluorinated, and other sections of the compound may have carbon skeleton atoms that are replaced by hydrogen. For example, in some embodiments, the CR 3 -segment and- [CR 2 ] n -segment may have a fluorine non-skeleton substituent (eg, R is fluorine), while- [CM] m. -The segment can have a hydrogen non-skeleton substituent (eg, M is hydrogen). In some embodiments, if R is fluorine, then k is 0. In other embodiments, R can be fluorine, k is 1, j is 1, and h is 2. In various embodiments, M can be hydrogen.

更に他の実施形態では、式Iの化合物は、後述するように、オレフィンのヒドロシリル化から合成し得、この場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である。幾つかの実施形態では、mは、2であり、且つMは、水素である。 In yet another embodiment, the compound of formula I can be synthesized from hydrosilylation of the olefin, as described below, where m is at least 2 and M is hydrogen. In some embodiments, m is 2 and M is hydrogen.

式Iの様々な化合物の幾つかは、以下の式で記述される化合物のサブセットでより容易見られ得るが、これらの式は、式Iの範囲を決して限定しない。 Some of the various compounds of formula I can be more easily found in the subset of compounds described by the formulas below, but these formulas never limit the scope of formula I.

幾つかの実施形態では、式Iの化合物は、式110:
CH(CHSi(OC1〜3アルキル)
式110
の化合物を含み得、式中、mは、9〜23の整数である。幾つかの実施形態では、mは、11、13、15、17、又は19であり得る。幾つかの他の実施形態では、mは、13又は15であり得る。
In some embodiments, the compound of formula I is of formula 110 :.
CH 3 (CH 2 ) m Si (OC 1-3 alkyl) 3
Equation 110
In the formula, m is an integer of 9 to 23. In some embodiments, m can be 11, 13, 15, 17, or 19. In some other embodiments, m can be 13 or 15.

他の実施形態では、式Iの化合物は、式111:
CF(CF(CHSi(OC1〜3アルキル)
式111
の化合部を含み得、式中、nは、9〜22の整数である。代替的に、nは、11〜17の整数であり得る。幾つかの他の実施形態では、nは、9、11、13、又は15であり得る。幾つかの実施形態では、nは、13又は15であり得る。
In another embodiment, the compound of formula I is of formula 111:
CF 3 (CF 2 ) n (CH 2 ) 2 Si (OC 1-3 alkyl) 3
Equation 111
In the formula, n is an integer of 9 to 22. Alternatively, n can be an integer of 11-17. In some other embodiments, n can be 9, 11, 13, or 15. In some embodiments, n can be 13 or 15.

更に他の実施形態では、式Iの化合物は、式112:
CR(CR(CH2)O(CHSi(OC1〜3アルキル)
式112
の化合物を含み得、式中、nは、3〜19の整数であり、hは、2又は3であり、且つmは、2〜18の整数である。幾つかの実施形態では、Rは、フッ素であり得る。幾つかの実施形態では、nは、3〜11の整数であり、hは、2であり得、且つmは、2〜15の整数であり得る。
In yet another embodiment, the compound of formula I is of formula 112:
CR 3 (CR 2 ) n (CH2) h O (CH 2 ) m Si (OC 1-3 alkyl) 3
Equation 112
In the formula, n is an integer of 3 to 19, h is 2 or 3, and m is an integer of 2 to 18. In some embodiments, R can be fluorine. In some embodiments, n can be an integer of 3 to 11, h can be 2, and m can be an integer of 2 to 15.

代替的に、式Iの化合物は、式113:
CR(CR(CMP(O)(OH)
式113
の化合部を含み得、式中、nは、3〜21の整数であり、且つmは、2〜21の整数である。式113の化合物の幾つかの実施形態では、Rは、フッ素であり得る。幾つかの実施形態では、Mは、水素であり得る。様々な実施形態では、nは、5、7、9、又は11であり得る。他の実施形態では、mは、2、4、5、7、9、11、又は13であり得る。
Alternatively, the compounds of formula I have formula 113:
CR 3 (CR 2 ) n (CM 2 ) m P (O) (OH) 2
Equation 113
In the equation, n is an integer of 3 to 21, and m is an integer of 2 to 21. In some embodiments of the compound of formula 113, R can be fluorine. In some embodiments, M can be hydrogen. In various embodiments, n can be 5, 7, 9, or 11. In other embodiments, m can be 2, 4, 5, 7, 9, 11, or 13.

修飾の表面。式Iの化合物を含め、本明細書に記載される表面修飾化合物により修飾可能な表面は、金属、金属酸化物、ガラス、又はポリマーであり得る。共有修飾された表面をその中に有し得る幾つかの材料は、限定ではなく、ケイ素及びその酸化物、シリコーン、アルミニウム又はその酸化物(Al)、インジウムタンタル酸化物(ITO)、二酸化チタン(TiO)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ハフニウム(IV)(HfO)、酸化タンタル(V)(Ta)、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。表面は、これらの材料のウェーハ若しくはシートであってもよく、又は装置若しくはデバイス内に組み込まれてもよい。幾つかの実施形態では、これらの任意の材料を含む表面は、本明細書に記載されるマイクロ流体デバイス内に組み込み得る。 Modified surface. Surfaces that can be modified by the surface-modifying compounds described herein, including compounds of formula I, can be metals, metal oxides, glass, or polymers. Some materials that may have a covalently modified surface therein are, but are not limited to, silicon and its oxides, silicones, aluminum or its oxides (Al 2 O 3 ), indium tantalum oxide (ITO), and more. It may include titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO2), hafnium oxide (IV) (HfO 2 ), tantalum oxide (V) (Ta 2 O 5 ), or any combination thereof. The surface may be a wafer or sheet of these materials, or may be incorporated within an apparatus or device. In some embodiments, the surface containing any of these materials may be incorporated within the microfluidic device described herein.

ポリマーは任意の適するポリマーを含み得る。適するポリマーとしては、限定ではなく、(例えば、ゴム、プラスチック、エラストマー、シリコーン、又は有機シリコーン、例えばポリジメチルシロキサン(「PDMS」)等)を挙げ得、ガス透過性であり得る。他の例としては、成形ガラス、パターン化可能な材料、例えばシリコーンポリマー(例えば、光パターン化可能シリコーン又は「PPS」)、又はフォトレジスト(例えば、SU8等のエポキシ系フォトレジスト)等を挙げることができる。他の実施形態では、天然繊維又は木材等の材料の表面は、式Iの化合物を含め、本明細書に記載される表面修飾化合物により、共有修飾された表面を導入するように機能化し得る。 The polymer may include any suitable polymer. Suitable polymers may include, but are not limited to (eg, rubber, plastics, elastomers, silicones, or organic silicones such as polydimethylsiloxane (“PDMS”)) and may be gas permeable. Other examples include molded glass, patternable materials such as silicone polymers (eg, photopatternable silicone or "PPS"), or photoresists (eg, epoxy-based photoresists such as SU8). Can be done. In other embodiments, the surface of a material such as natural fiber or wood can be functionalized to introduce a co-modified surface with the surface-modified compounds described herein, including compounds of formula I.

修飾される表面は、水酸化物、アミノ、及びチオールを含むがこれに限定されない求核部分を含み得る。表面の求核部分(例えば、水酸化物(幾つかの実施形態では、酸化物と呼ばれる))は、式Iの化合物を含め、本明細書に記載される表面修飾化合物と反応して、シロキシ結合基又はホスホン酸塩結合基を介して表面収束リガンドを表面に共有結合し、機能化表面を提供し得る。修飾される表面は、生来の求核部分を含むこともあれば、又は試剤(例えば、ピラニア溶液)を用いて若しくはプラズマ処理により処理して、求核部分(例えば、水酸化物(代替的に酸化物と呼ばれる))を導入することもある。 The surface to be modified may include nucleophilic moieties including, but not limited to, hydroxides, aminos, and thiols. The nucleophilic portion of the surface (eg, a hydroxide (referred to as an oxide in some embodiments)) reacts with the surface modification compounds described herein, including compounds of formula I, to syroxy. A surface converging ligand may be covalently attached to the surface via a binding or phosphonate binding group to provide a functionalized surface. The surface to be modified may contain a natural nucleophile, or may be treated with a reagent (eg, piranha solution) or by plasma treatment to include a nucleophile (eg, hydroxide (eg, hydroxide (alternatively)). ))) May be introduced.

幾つかの実施形態では、表面は、上記の任意の単独の又は任意の組み合わせでの材料から形成し得る。表面は半導体基板を含み得る。様々な実施形態では、半導体基板を含む表面は、本明細書に記載されるDEP基板又はEW基板を更に含み得る。幾つかの実施形態では、DEP基板又はEW基板を有する半導体基板を含む表面は、本明細書に記載されるマイクロ流体デバイスの一部であり得る。 In some embodiments, the surface can be formed from any single or any combination of materials described above. The surface may include a semiconductor substrate. In various embodiments, the surface comprising the semiconductor substrate may further include the DEP substrate or EW substrate described herein. In some embodiments, the surface comprising a semiconductor substrate having a DEP substrate or an EW substrate can be part of the microfluidic device described herein.

幾つかの実施形態では、修飾表面は、本明細書に記載されるマイクロ流体デバイスの少なくとも1つの内向き面であり得る。少なくとも1つの表面は、マイクロ流体デバイスのフロー領域の部分(チャネルを含み得る)であってもよく、又は本明細書に記載される隔離ペンを含み得る、ペン等の囲まれた構造の表面を含んでもよい。 In some embodiments, the modified surface can be at least one inward surface of the microfluidic device described herein. At least one surface may be a portion of the flow region (which may include a channel) of the microfluidic device, or may include a surface of an enclosed structure such as a pen, which may include an isolation pen as described herein. It may be included.

共有修飾表面。共有修飾表面は、表面修飾リガンドを含み得、表面修飾リガンドは、アルキル部分等の非非ポリマー部分、フルオロアルキル部分(ペルフルオロアルキル部分を含むがこれに限定されない)等の置換アルキル部分であり得、接続部分と表面との反応から生成される部分である結合基を介して表面に共有結合する、上述した任意の表面修飾リガンドであり得る。結合基は、シロキシ結合基又はホスホン酸塩結合基であり得る。 Shared modified surface. The covalently modified surface may comprise a surface modifying ligand, which may be a non-polymeric moiety such as an alkyl moiety, a substituted alkyl moiety such as a fluoroalkyl moiety (including but not limited to a perfluoroalkyl moiety), and the like. It can be any of the surface-modifying ligands described above that covalently attach to the surface via a linking group that is the moiety produced from the reaction between the connecting moiety and the surface. The binding group can be a syroxy binding group or a phosphonate binding group.

幾つかの実施形態では、表面修飾リガンドは、直鎖(例えば、少なくとも10個の炭素、又は少なくとも14個、少なくとも16個、少なくとも18個、少なくとも20個、少なくとも22個、又はそれよりも多数の炭素の直鎖)を形成する炭素原子を含み得、非分岐アルキル部分であり得る。幾つかの実施形態では、アルキル基は置換アルキル基(例えば、アルキル基内の炭素の幾つかはフッ素化又は全フッ素化することができる)を含み得る。幾つかの実施形態では、アルキル基は、第1のセグメントを含み得、第1のセグメントは、非置換アルキル基を含み得る第2のセグメントに結合する、ペルフルオロアルキル基を含み得、ここで、第1のセグメント及び第2のセグメントは、直接又は間接的(例えば、エーテル結合により)に結合し得る。アルキル基の第1のセグメントは、結合基の先端部に配置し得、アルキル基の第2のセグメントは、接続部分の近傍に配置し得る。 In some embodiments, the surface-modifying ligand is linear (eg, at least 10 carbons, or at least 14, at least 16, at least 18, at least 20, at least 22, or more. It can contain carbon atoms forming a straight chain of carbon) and can be a non-branched alkyl moiety. In some embodiments, the alkyl group may comprise a substituted alkyl group (eg, some of the carbons in the alkyl group can be fluorinated or totally fluorinated). In some embodiments, the alkyl group may comprise a first segment and the first segment may comprise a perfluoroalkyl group attached to a second segment that may comprise an unsubstituted alkyl group, wherein the first segment may comprise a perfluoroalkyl group. The first segment and the second segment can be bonded directly or indirectly (eg, by ether bonding). The first segment of the alkyl group may be located at the tip of the linking group and the second segment of the alkyl group may be located near the connecting portion.

式IIの共有修飾表面。幾つかの実施形態では、共有修飾表面は、式II:

Figure 2021126656


の構造を有し、式中、表面であり、Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)Wである。Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ表面に接続する。Zは、表面に結合した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合である。Yは、表面に結合した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合である。式IIの共有修飾表面では、R、M、h、j、k、m、及びnは、上記で定義されるようなものである。kが1の整数である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である。kが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である。式IIの共有修飾表面は、式IIAでのように、結合基LGを介して結合した表面修飾リガンドとして説明することができ、ここで、LGは、表面に結合する。
Figure 2021126656


共有修飾表面は、式Iの表面修飾化合物について上述したように、式IIの任意の表面を任意の組み合わせで含み得る。 Co-modified surface of formula II. In some embodiments, the covalently modified surface is of formula II :.
Figure 2021126656


In the formula, it is a surface, and V is -P (O) (OY) W- or -Si (OZ) 2 W. W is -O-, -S-, or -NH- and is connected to the surface. Z is a bond to an adjacent silicon atom bonded to the surface or a bond to the surface. Y is a bond to an adjacent phosphorus atom bonded to the surface or a bond to the surface. On the co-modified surface of formula II, R, M, h, j, k, m, and n are as defined above. If k is an integer of 1, m is at least 2 and M is hydrogen. When k is 0 and R is fluorine, m is at least 2 and M is hydrogen. The co-modified surface of formula II can be described as a surface-modified ligand bound via a binding group LG, as in formula IIA, where LG binds to the surface.
Figure 2021126656


The co-modified surface may comprise any surface of formula II in any combination, as described above for the surface-modified compound of formula I.

幾つかの実施形態では、式IIの共有修飾表面は、式210:

Figure 2021126656


の表面であり得、式中、
Figure 2021126656


は、表面であり、ケイ素原子に結合した酸素も表面に結合し、mは、11〜23の整数である。幾つかの実施形態では、mは、11、13、15、17、又は19であり得る。幾つかの他の実施形態では、mは、13又は15であり得る。 In some embodiments, the co-modified surface of formula II is of formula 210:
Figure 2021126656


Can be the surface of, in the formula,
Figure 2021126656


Is a surface, oxygen bonded to a silicon atom is also bonded to the surface, and m is an integer of 11 to 23. In some embodiments, m can be 11, 13, 15, 17, or 19. In some other embodiments, m can be 13 or 15.

幾つかの他の実施形態では、式IIの共有修飾表面は、式211:

Figure 2021126656

の表面であり得、式中、
Figure 2021126656


は、表面であり、ケイ素原子に結合した酸素も表面に結合し、nは、9〜22の整数であり得る。代替的に、nは、11〜17の整数であり得る。幾つかの他の実施形態では、nは、7、9、11、13、又は15であり得る。幾つかの実施形態では、nは、13又は15であり得る。 In some other embodiments, the co-modified surface of formula II is of formula 211:
Figure 2021126656

Can be the surface of, in the formula,
Figure 2021126656


Is a surface, oxygen bonded to a silicon atom is also bonded to the surface, and n can be an integer of 9-22. Alternatively, n can be an integer of 11-17. In some other embodiments, n can be 7, 9, 11, 13, or 15. In some embodiments, n can be 13 or 15.

更に他の実施形態では、式IIの共有修飾表面は、式212:

Figure 2021126656


の表面であり得、式中、
Figure 2021126656


は、表面であり、ケイ素原子に結合した酸素も表面に結合し、nは、3〜21の整数であり、hは、2又は3の整数であり、mは、2〜21の整数である。幾つかの実施形態では、Rは、フッ素であり得る。幾つかの実施形態では、nは、3〜11であり得、hは、2であり得、mは、2〜15の整数であり得る。 In yet another embodiment, the co-modified surface of formula II is of formula 212:
Figure 2021126656


Can be the surface of, in the formula,
Figure 2021126656


Is a surface, oxygen bonded to a silicon atom is also bonded to the surface, n is an integer of 3 to 21, h is an integer of 2 or 3, and m is an integer of 2 to 21. .. In some embodiments, R can be fluorine. In some embodiments, n can be 3-11, h can be 2, and m can be an integer of 2-15.

代替的に、式IIの共有修飾表面は、式213:

Figure 2021126656


の表面を有し得、式中、
Figure 2021126656


は、表面であり、リン原子に結合した酸素も表面に結合し、nは、3〜21の整数であり、mは、2〜21の整数である。式113の化合物の幾つかの実施形態では、Rは、フッ素であり得る。幾つかの実施形態では、Mは、水素であり得る。様々な実施形態では、nは、5、7、9、又は11であり得る。他の実施形態では、mは、2、4、5、7、9、11、又は13であり得る。 Alternatively, the co-modified surface of formula II is: formula 213:
Figure 2021126656


Can have a surface of, in the formula,
Figure 2021126656


Is a surface, oxygen bonded to a phosphorus atom is also bonded to the surface, n is an integer of 3 to 21, and m is an integer of 2 to 21. In some embodiments of the compound of formula 113, R can be fluorine. In some embodiments, M can be hydrogen. In various embodiments, n can be 5, 7, 9, or 11. In other embodiments, m can be 2, 4, 5, 7, 9, 11, or 13.

幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、第1の流入口及び第1の流出口に流体的に接続されるフロー領域を含み、フロー領域は、第1の流体媒体のフローを含むように構成される。マイクロ流体デバイスは、フロー領域への1つ又は複数のチャンバ開口部を含み得る。共有修飾表面は、マイクロ流体デバイスの共有修飾基板であり得、フロー領域及び/又は少なくとも1つのチャンバの下にあり得る。幾つかの実施形態では、流体に面するように構成されたマイクロ流体デバイスの全て又は略全ての内面は、式IIの共有修飾表面を有する。 In some embodiments, the microfluidic device comprises a flow region that is fluidly connected to a first inlet and a first outlet so that the flow region includes the flow of the first fluid medium. It is composed. The microfluidic device may include one or more chamber openings to the flow region. The co-modifying surface can be a co-modifying substrate for a microfluidic device and can be under a flow region and / or at least one chamber. In some embodiments, all or nearly all inner surfaces of microfluidic devices configured to face the fluid have a covalently modified surface of formula II.

図2Hは、例示的な共有修飾表面298を含むマイクロ流体デバイス290の断面図を示す。示されるように、共有修飾表面298(概略的に示される)は、マイクロ流体デバイス290の基板286の内面294及びカバー288の内面292の両方に共有結合した高密度分子の単層を含むことができる。共有修飾表面298は、幾つかの実施形態では及び上述したように、マイクロ流体デバイス290内に回路要素及び/又は構造を画定するのに使用されるマイクロ流体回路材料(図示せず)の表面を含め、マイクロ流体デバイス290のエンクロージャ284の近傍にあり、且つエンクロージャ284に向かって内側に面する略全ての内面294、292上に配置することができる。代替の実施形態では、共有修飾表面298は、マイクロ流体デバイス290の複数の内面の1つのみ又は幾つかに配置することができる。 FIG. 2H shows a cross-sectional view of a microfluidic device 290 including an exemplary shared modified surface 298. As shown, the covalently modified surface 298 (schematically shown) may contain a single layer of high density molecules covalently bonded to both the inner surface 294 of the substrate 286 of the microfluidic device 290 and the inner surface 292 of the cover 288. can. The covalently modified surface 298, in some embodiments and as described above, is a surface of a microfluidic circuit material (not shown) used to define circuit elements and / or structures within the microfluidic device 290. Including, it can be placed in the vicinity of the enclosure 284 of the microfluidic device 290 and on substantially all inner surfaces 294, 292 facing inward towards the enclosure 284. In an alternative embodiment, the covalently modified surface 298 can be located on only one or several of the plurality of inner surfaces of the microfluidic device 290.

図2Hに示される実施形態では、共有修飾表面298は、アルキル末端シロキサン分子の単層を含み、各分子は、シロキシリンカー296を介してマイクロ流体デバイス290の内面292、294に共有結合する。簡潔にするために、隣接ケイ素原子に結合した追加の酸化ケイ素結合が示されるが、本発明はそのように限定されない。幾つかの実施形態では、共有修飾表面298は、エンクロージャに面する末端(すなわち、内面292、294に結合されず、エンクロージャ284の近傍にある表面修飾リガンド298の単層の部分)においてフルオロアルキル基(例えば、フッ素化アルキル基又は全フッ素化アルキル基)を含むことができる。図2Hはアルキル末端修飾表面を有するものとして考察されるが、本明細書に記載されるように、任意の適する表面修飾化合物が使用可能である。 In the embodiment shown in FIG. 2H, the covalently modified surface 298 comprises a single layer of alkyl-terminated siloxane molecules, each molecule covalently attached to the inner surface 292, 294 of the microfluidic device 290 via a siloxylinker 296. For brevity, additional silicon oxide bonds attached to adjacent silicon atoms are shown, but the invention is not so limited. In some embodiments, the covalently modified surface 298 has a fluoroalkyl group at the end facing the enclosure (ie, a monolayer portion of the surface modified ligand 298 that is not attached to the inner surface 292, 294 and is in the vicinity of the enclosure 284). (For example, an alkyl fluorinated group or an alkyl fluorinated group) can be included. Although FIG. 2H is considered to have an alkyl-terminated surface, any suitable surface-modified compound can be used as described herein.

生来の表面。修飾されるマイクロ流体デバイスの少なくとも1つの表面は、ガラス、金属、金属酸化物、又はポリマーであり得る。マイクロ流体デバイス内に組み込まれ得、式IIの共有修飾表面を内部内に導入するように修飾し得る幾つかの材料は、限定ではなく、ケイ素及びその酸化物、シリコーン、アルミニウム又はその酸化物(Al)、インジウムタンタル酸化物(ITO)、二酸化チタン(TiO)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ハフニウム(IV)(HfO)、酸化タンタル(V)(Ta)、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。ポリマーは、任意の適するポリマーを含み得る。適するポリマーとしては、限定ではなく、(例えば、ゴム、プラスチック、エラストマー、シリコーン、又は有機シリコーン、例えばポリジメチルシロキサン(「PDMS」)等)を挙げ得、ガス透過性であり得る。他の例としては、成形ガラス、パターン化可能な材料、例えばシリコーンポリマー(例えば、光パターン化可能シリコーン又は「PPS」)、又はフォトレジスト(例えば、SU8等のエポキシ系フォトレジスト)等を挙げることができる。 Natural surface. At least one surface of the modified microfluidic device can be glass, metal, metal oxide, or polymer. Some materials that can be incorporated into microfluidic devices and that can be modified to introduce the covalently modified surface of Formula II into the interior are not limited to silicon and its oxides, silicones, aluminum or its oxides ( Al 2 O 3 ), indium tantalum oxide (ITO), titanium dioxide (TIO 2 ), zirconium oxide (ZrO2), hafnium oxide (IV) (HfO 2 ), tantalum oxide (V) (Ta 2 O 5 ), or It may include any combination thereof. The polymer may include any suitable polymer. Suitable polymers may include, but are not limited to (eg, rubber, plastics, elastomers, silicones, or organic silicones such as polydimethylsiloxane (“PDMS”)) and may be gas permeable. Other examples include molded glass, patternable materials such as silicone polymers (eg, photopatternable silicone or "PPS"), or photoresists (eg, epoxy-based photoresists such as SU8). Can be done.

共有修飾表面の物理的特性及び性能特性。幾つかの実施形態では、共有修飾表面は疎水性特性を増大させ得る。修飾表面の疎水性特性の増大は、生体材料によるファウリングを阻止し得る。本明細書で使用される場合、表面ファウリングとは、タンパク質及び分解産物、核酸、及び各分解産物等の生体材料の永久的又は半永久的堆積を含み得る、マイクロ流体デバイスの表面に無差別的に堆積された材料の量を指す。そのようなファウリングは、表面への生物学的微小物体の付着量を増大させ得る。他の実施形態では、共有修飾表面の疎水性特性の増大は、表面ファウリングにより引き起こされる付着から独立して、表面への生物学的微小物体の付着を低減し得る。 Physical and performance characteristics of the covalently modified surface. In some embodiments, the covalently modified surface can increase hydrophobic properties. Increased hydrophobic properties of the modified surface can prevent fouling by biomaterials. As used herein, surface fouling is indiscriminate on the surface of a microfluidic device, which may include permanent or semi-permanent deposition of biomaterials such as proteins and degradation products, nucleic acids, and each degradation product. Refers to the amount of material deposited in. Such fouling can increase the amount of biological microobjects attached to the surface. In other embodiments, the increased hydrophobicity of the co-modified surface can reduce the attachment of biological micro-objects to the surface, independent of the adhesion caused by surface fouling.

表面の修飾は、表面の耐久性、機能性、及び/又は生体適合性を上げ得る。これらの各特性は、生存率(成長率及び/又は細胞倍加速度を含む)、式IIの構造を有する表面を含め、本明細書に記載される共有修飾表面上に形成されるコロニーの性質、又は修飾表面上及び共有修飾表面を有するデバイス及び/又は装置内の微小物体若しくは生体分子の可搬性(搬出時の生存率を含む)にとって更に有益であり得る。 Surface modifications can increase surface durability, functionality, and / or biocompatibility. Each of these properties includes viability (including growth rate and / or cell doubling), the nature of colonies formed on the co-modified surfaces described herein, including surfaces with the structure of formula II. Alternatively, it may be more beneficial for the portability (including survival on export) of micro-objects or biomolecules on and / or in devices having modified surfaces and co-modified surfaces.

幾つかの実施形態では、式IIの表面を含め、本明細書に記載される任意の表面であり得る共有修飾表面は、10nm未満(例えば、約7nm未満、約5nm未満、又は約1.5〜3.0nm)の厚さを有し得る。これは、有利には、特に約30〜50nmの典型的な厚さを生成するスピンコーティングされるペルフルオロテトラヒドロフラニルポリマーであるCYTOP(登録商標)等の他の疎水性材料とは対照的に、薄い層を修飾表面上に提供し得る。表1に示されるデータは、表に示されるような共有修飾表面を有するように処理されるケイ素/酸化ケイ素表面についてのデータである。静的液滴(static sessile
drop)法(Drelich, J. Colloid Interface Sci. 179, 37-50, 1996)を使用して接触角測定値を得た。偏光解析法により厚さを測定した。
In some embodiments, the covalently modified surface, which can be any surface described herein, including the surface of Formula II, is less than 10 nm (eg, less than about 7 nm, less than about 5 nm, or about 1.5 nm. It can have a thickness of ~ 3.0 nm). This is advantageously thin, especially in contrast to other hydrophobic materials such as CYTOP®, which is a spin-coated perfluorotetrahydrofuranyl polymer that produces a typical thickness of about 30-50 nm. A layer can be provided on the modified surface. The data shown in Table 1 are for silicon / silicon oxide surfaces that are treated to have a co-modified surface as shown in the table. Static droplets (static sessile)
Contact angle measurements were obtained using the drop) method (Drelich, J. Colloid Interface Sci. 179, 37-50, 1996). The thickness was measured by ellipsometry.

Biolin Scientificの接触角ゴニオメータを使用して接触角ヒステリシス測定を実行し
た。化学的に修飾されたOEW表面を透明ホルダ内に入れられた5cStシリコーン油の浴中に配置した。次に、リン酸緩衝生理食塩(PBS)液滴を油中の表面に分注した。白金(Pt)ワイヤを液滴中に挿入し、水滴接触角を測定した。次に、30kHz周波数における50Vppkの印加AC電圧をOEW基板と、PBS液滴中に挿入されたPtワイヤとの間に10秒間印加した。次に、印加電圧をなくし、接触角を再び測定した。50VppkのAC電圧の印加後のゼロバイアスでの接触角を電圧印加前のゼロバイアスでの元の接触角から差し引くことにより、接触角ヒステリシスを計算した。
Contact angle hysteresis measurements were performed using a Biolin Scientific contact angle goniometer. The chemically modified OEW surface was placed in a bath of 5cSt silicone oil placed in a transparent holder. The phosphate buffered saline (PBS) droplets were then dispensed onto the surface in the oil. A platinum (Pt) wire was inserted into the droplet and the water droplet contact angle was measured. Next, an applied AC voltage of 50 Vppk at a frequency of 30 kHz was applied between the OEW substrate and the Pt wire inserted in the PBS droplet for 10 seconds. Next, the applied voltage was eliminated and the contact angle was measured again. The contact angle hysteresis was calculated by subtracting the zero bias contact angle after the application of the AC voltage of 50 Vppk from the original contact angle at the zero bias before the voltage application.

Figure 2021126656
Figure 2021126656

修飾表面で観測された接触角は、10度未満である、プラズマクリーニングされたシリコン表面上の水の場合の接触角とは対照的である。これらの各表面は、生来のケイ素/酸化ケイ素表面よりも湿潤性が低い。 The contact angle observed on the modified surface is less than 10 degrees, in contrast to the contact angle for water on plasma-cleaned silicon surfaces. Each of these surfaces is less wet than the native silicon / silicon oxide surface.

表面の特徴付けに適した他の解析方法としては、赤外線分光法及び/又はX線光電子分光法を挙げることができる。 Other analytical methods suitable for surface characterization include infrared spectroscopy and / or X-ray photoelectron spectroscopy.

本発明の修飾表面の別の望ましい特徴は、表面修飾化合物の化学的性質に依存し得る自己蛍光がないことである。 Another desirable feature of the modified surface of the present invention is the absence of autofluorescence, which can depend on the chemistry of the surface-modified compound.

幾つかの実施形態では、式IIの表面を含め、本明細書に記載される共有修飾表面は、単層を形成し得る。単層修飾表面の均一性及び均等性は、特に単層修飾表面が他の機能的属性を有する場合、有利な性能を提供し得る。例えば、式IIの表面を含め、本明細書に記載される共有修飾表面は、電極活性化基板を含むこともでき、誘電泳動構成又はエレクトロウェッティング構成を有する材料、デバイス、及び/又は装置で見られ得るように、任意選択的に誘電層を更に含み得る。修飾表面のペルフルオロアルキル部分の不飽和がないことにより、例えば、オレフィン部分又は芳香族部分を含む単層と比較して「電荷捕獲」を最小に抑えることができる。更に、式IIの表面を含め、本明細書に記載される表面に形成される単層の高密度性は、陽イオンが単層を通って、下にある金属、金属酸化物、ガラス、又はポリマー材料まで到達する潜在性を最小に抑え得る。理論により制限されずに、基板組成への陽イオンの追加による基板表面の破壊は、基板の電気特性を破壊し得、それにより動電学的に機能する基板の能力を低減し得る。 In some embodiments, the covalently modified surfaces described herein, including the surface of formula II, may form a monolayer. The uniformity and uniformity of the monolayer modified surface can provide advantageous performance, especially if the monolayer modified surface has other functional attributes. For example, the covalently modified surfaces described herein, including the surface of formula II, may also include an electrode activated substrate, with materials, devices, and / or devices having a dielectrophoretic or electrowetting configuration. As can be seen, it may optionally further include a dielectric layer. The absence of unsaturated perfluoroalkyl moieties on the modified surface can minimize "charge capture" as compared to, for example, a monolayer containing an olefin moiety or an aromatic moiety. In addition, the high density of the monolayers formed on the surfaces described herein, including the surface of Formula II, allows cations to pass through the monolayer and underneath the metal, metal oxide, glass, or glass. The potential to reach polymer materials can be minimized. Without being limited by theory, the destruction of the substrate surface by the addition of cations to the substrate composition can destroy the electrical properties of the substrate, thereby reducing the ability of the substrate to function electrodynamically.

更に、共有結合を介して修飾表面を導入する能力は、修飾表面の誘電強度を増大させ得、電場が印加される状態下において、下の材料を破壊から保護し得る。式IIの表面を含め、本明細書に記載される共有修飾表面を有する材料、デバイス、及び/又は装置の誘電泳動又はエレクトロウェッティング表面の均一性及び薄さは、材料、デバイス、及び/又は装置が光学的に作動する場合、そのような修飾された誘電泳動及び/又はエレクトロウェッティング表面に有利な利点を更に提供し得る。 In addition, the ability to introduce a modified surface via a covalent bond can increase the dielectric strength of the modified surface and protect the underlying material from fracture under conditions where an electric field is applied. The uniformity and thinness of the dielectrophoretic or electrowetting surfaces of materials, devices, and / or devices with co-modified surfaces described herein, including the surfaces of formula II, are the materials, devices, and / or If the device operates optically, it may further provide advantageous advantages for such modified dielectrophoresis and / or electrowetting surfaces.

共有修飾表面の準備方法。デバイス又は装置の構成要素として使用し得る材料の表面は、デバイス又は装置の組み立て前に修飾し得る。代替的に、部分的又は完全に構築されたデバイス又は装置は、生体分子を含む生体材料及び/又は微小物体(生物学的微小物体を含み得る)に接触することになる全ての表面が同時に修飾されるように修飾し得る。幾つかの実施形態では、デバイス及び/又は装置内の異なる表面に異なる材料がある場合であっても、デバイス及び/又は装置の内部全体を修飾し得る。幾つかの実施形態では、部分的又は完全に構築されたデバイス及び/又は装置は、本明細書に記載されるマイクロ流体デバイス又はその構成要素であり得る。 How to prepare a shared modified surface. The surface of the material that can be used as a device or component of the device can be modified prior to assembly of the device or device. Alternatively, a partially or fully constructed device or device simultaneously modifies all surfaces that will come into contact with biomaterials and / or micro-objects (which may include biological micro-objects), including biomolecules. Can be modified to be. In some embodiments, the entire interior of the device and / or device may be modified, even if there are different materials on different surfaces within the device and / or device. In some embodiments, the partially or fully constructed device and / or device can be a microfluidic device or a component thereof as described herein.

修飾される表面は、修飾前にクリーニングして、表面上の求核部分が反応に自由に利用できること、例えば、油又は接着剤で覆われていないことを保証し得る。クリーニングは、アルコール又はアセトンを含む溶媒を用いる処理、超音波処理、及び蒸気クリーニング等を含む任意の適する方法により達成し得る。幾つかの実施形態では、修飾される表面は、汚染物を除去するのと同時に、追加の酸化物(例えば、水酸化物)部分を表面に導入することができる酸素プラズマ処理を用いて処理される。これは、有利には、修飾のためのより多くの場所を表面上に提供し、それにより、より高密度の修飾表面層を提供することができる。 The surface to be modified can be cleaned prior to modification to ensure that the nucleophile on the surface is freely available for the reaction, eg, not covered with oil or adhesive. Cleaning can be accomplished by any suitable method, including treatment with a solvent containing alcohol or acetone, sonication, steam cleaning and the like. In some embodiments, the surface to be modified is treated with an oxygen plasma treatment that can remove contaminants while at the same time introducing additional oxide (eg, hydroxide) moieties into the surface. NS. This can advantageously provide more space on the surface for modification, thereby providing a denser modified surface layer.

修飾前にクリーニングして、表面上の求核部分が反応に自由に利用できること、例えば、油又は接着剤で覆われていないことを保証し得る。クリーニングは、アルコール又はアセトンを含む溶媒を用いる処理、超音波処理、及び蒸気クリーニング等を含む任意の適する方法により達成し得る。幾つかの実施形態では、修飾される表面は、汚染物を除去するのと同時に、追加の酸化物(例えば、水酸化物)部分を表面に導入することができる酸素プラズマ処理を用いて処理される。これは、有利には、修飾のためのより多くの場所を表面上に提供し、それにより、より高密度の修飾表面層を提供することができる。 Cleaning prior to modification can ensure that the nucleophilic moiety on the surface is freely available for the reaction, eg, not covered with oil or adhesive. Cleaning can be accomplished by any suitable method, including treatment with a solvent containing alcohol or acetone, sonication, steam cleaning and the like. In some embodiments, the surface to be modified is treated with an oxygen plasma treatment that can remove contaminants while at the same time introducing additional oxide (eg, hydroxide) moieties into the surface. NS. This can advantageously provide more space on the surface for modification, thereby providing a denser modified surface layer.

幾つかの実施形態では、表面を共有修飾する方法は、式I:

Figure 2021126656


の化合物に表面を接触させるステップを含み、式中、Vは、−P(O)(OH)Q又は−Si(T)Wである。Wは、−T、−SH、又は−NHであり、且つ表面に接続するように構成される部分である。代替的に、Vは、−P(O)(OH)Qであり、Qは、−OHであり、且つ表面に接続するように構成される部分である。Tは、OH、OC1−3アルキル又はClである。R、M、h、j、k、m、及びnのそれぞれは、式Iの化合物について上記で定義したようなものである。(n+[(h+j・k]+m)の和は、11〜25の整数である。様々な実施形態では、kが1の整数である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及びkが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である。式Iの化合物は、表面の求核部分と反応し、共有修飾表面が形成される。上述したように、式Iの化合物の任意の組み合わせ又は部分的組み合わせが使用可能である。 In some embodiments, the method of co-modifying the surface is Formula I:
Figure 2021126656


In the formula, V is -P (O) (OH) Q or -Si (T) 2 W, including the step of bringing the surface into contact with the compound of. W is -T, -SH, or -NH 2 , and is a portion configured to connect to the surface. Alternatively, V is −P (O) (OH) Q, where Q is −OH and is a portion configured to connect to the surface. T is OH, OC 1-3 alkyl or Cl. Each of R, M, h, j, k, m, and n is as defined above for the compounds of formula I. The sum of (n + [(h + j · k] + m) is an integer of 11-25. In various embodiments, if k is an integer of 1, m is at least 2 and M is hydrogen. And k is 0 and R is fluorine, then m is at least 2 and M is hydrogen. The compounds of formula I react and share with the nucleophilic portion of the surface. A modified surface is formed. As mentioned above, any combination or partial combination of compounds of formula I can be used.

方法の様々な実施形態では、そうして形成される共有修飾表面は単層である。 In various embodiments of the method, the covalently modified surface thus formed is monolayer.

方法の幾つかの実施形態では、式Iの化合物は、式110:
CH(CHSi(OC1〜3アルキル)
式110
の化合物であり得、式中、mは、9〜23の整数である。幾つかの実施形態では、mは、11、13、15、17、又は19であり得る。幾つかの他の実施形態では、mは、13又は15であり得る。
In some embodiments of the method, the compound of formula I is of formula 110 :.
CH 3 (CH 2 ) m Si (OC 1-3 alkyl) 3
Equation 110
In the formula, m is an integer of 9 to 23. In some embodiments, m can be 11, 13, 15, 17, or 19. In some other embodiments, m can be 13 or 15.

方法の他の実施形態では、式Iの化合物は、式111:
CF(CF(CHSi(OC1〜3アルキル)
式111
の化合物であり得、式中、nは、9〜22の整数である。代替的に、nは、11〜17の整数であり得る。他の実施形態では、nは、11〜17の整数であり得る。幾つかの他の実施形態では、nは、9、11、13、又は15であり得る。幾つかの実施形態では、nは、13又は15であり得る。
In another embodiment of the method, the compound of formula I is of formula 111:
CF 3 (CF 2 ) n (CH 2 ) 2 Si (OC 1-3 alkyl) 3
Equation 111
In the formula, n is an integer of 9 to 22. Alternatively, n can be an integer of 11-17. In other embodiments, n can be an integer of 11-17. In some other embodiments, n can be 9, 11, 13, or 15. In some embodiments, n can be 13 or 15.

方法の更に他の実施形態では、式Iの化合物は、式112:
CR(CR(CH2)O(CHSi(OC1〜3アルキル)
式112
の化合物であり得、式中、nは、3〜21の整数であり、hは、2又は3の整数であり、mは、2〜21の整数である。幾つかの実施形態では、Rは、フッ素であり得る。幾つかの実施形態では、nは、3〜11の整数であり得、hは、2であり得、mは、2〜15の整数であり得る。
In yet another embodiment of the method, the compound of formula I is of formula 112:
CR 3 (CR 2 ) n (CH2) h O (CH 2 ) m Si (OC 1-3 alkyl) 3
Equation 112
In the formula, n is an integer of 3 to 21, h is an integer of 2 or 3, and m is an integer of 2 to 21. In some embodiments, R can be fluorine. In some embodiments, n can be an integer of 3-11, h can be 2, and m can be an integer of 2-15.

代替的に、式113の化合物であり得る式I:
CR(CR(CMP(O)(OH)
式113の化合物により表面に接触し得、式中、nは、3〜21の整数であり、mは、2〜21の整数である。式113の化合物の幾つかの実施形態では、Rは、フッ素であり得る。幾つかの実施形態では、Mは、水素であり得る。様々な実施形態では、nは、5、7、9、又は11であり得る。他の実施形態では、mは、2、4、5、7,9、11、又は13であり得る。
Alternatively, it can be a compound of formula 113:
CR 3 (CR 2 ) n (CM 2 ) m P (O) (OH) 2
The compound of formula 113 may contact the surface, where n is an integer of 3 to 21 and m is an integer of 2 to 21. In some embodiments of the compound of formula 113, R can be fluorine. In some embodiments, M can be hydrogen. In various embodiments, n can be 5, 7, 9, or 11. In other embodiments, m can be 2, 4, 5, 7, 9, 11, or 13.

接触ステップは、表面に式Iの化合物を含む液体溶液を接触させることにより実行し得る。例えば、0.01mM、0.1mM、0.5mM、1mM、10mM、又は100mMの式Iの化合物を含む溶液に表面を露出し得る。反応は、周囲温度で実行し得、約2時間、約4時間、約8時間、約12時間、約18時間、約24時間、又はそれらの間の任意の値の範囲の時間期間にわたって実行し得る。溶媒の例としては、限定ではなく、トルエン、1,3ビストリフルオロベンゼン、又はFluorinert(商標)(3M)フッ素化溶媒が挙げられる。酢酸等の酸を溶液に添加して、トリアルコキシ基が存在する場合、トリアルコキシ基の加水分解を促進することにより、反応速度を上げ得る。 The contact step can be performed by contacting the surface with a liquid solution containing a compound of formula I. For example, the surface can be exposed to a solution containing a compound of formula I of 0.01 mM, 0.1 mM, 0.5 mM, 1 mM, 10 mM, or 100 mM. The reaction can be carried out at ambient temperature and over a time period of about 2 hours, about 4 hours, about 8 hours, about 12 hours, about 18 hours, about 24 hours, or any range of values in between. obtain. Examples of the solvent include, but are not limited to, toluene, 1,3 bistrifluorobenzene, or Fluorinert ™ (3M) fluorinated solvent. The reaction rate can be increased by adding an acid such as acetic acid to the solution to promote the hydrolysis of the trialkoxy group in the presence of the trialkoxy group.

代替的に、式Iの化合物を含む気相に表面を接触させ得る。幾つかの実施形態では、反応ステップが表面に気相の式Iの化合物を接触させることにより実行される場合、制御された量の水蒸気も存在する。制御された量の水蒸気は、予め選択された量の硫酸マグネシウム七水和物を、修飾する表面を有する物体と同じチャンバ又はエンクロージャ内に配置することによって提供し得る。他の実施形態では、外部水蒸気供給を介して、制御された量の水を反応室又はエンクロージャ内に導入し得る。反応は、大気圧と比較して減圧下で行い得る。幾つかの実施形態では、減圧は100トール以下であり得る。他の実施形態では、減圧は10トール未満又は1トール未満であり得る。 Alternatively, the surface can be contacted with a gas phase containing a compound of formula I. In some embodiments, a controlled amount of water vapor is also present if the reaction step is carried out by contacting the surface with a compound of formula I of the gas phase. A controlled amount of water vapor can be provided by placing a preselected amount of magnesium sulphate heptahydrate in the same chamber or enclosure as the object with the surface to be modified. In other embodiments, a controlled amount of water may be introduced into the reaction chamber or enclosure via an external steam supply. The reaction can be carried out under reduced pressure compared to atmospheric pressure. In some embodiments, the decompression can be less than 100 tolls. In other embodiments, the decompression can be less than 10 torr or less than 1 torr.

反応は、約150℃〜約200℃の範囲の温度で行い得る。様々な実施形態では、反応は、約150℃、約155℃、約160℃、約165℃、約170℃、約175℃、約180℃、約185℃、又は約190℃の温度で行い得る。反応は、約2時間、約6時間、約8時間、約18時間、約24時間、約48時間、約72時間、約84時間、又はそれを超える時間にわたり実行を継続し得る。 The reaction can be carried out at a temperature in the range of about 150 ° C to about 200 ° C. In various embodiments, the reaction can be carried out at temperatures of about 150 ° C, about 155 ° C, about 160 ° C, about 165 ° C, about 170 ° C, about 175 ° C, about 180 ° C, about 185 ° C, or about 190 ° C. .. The reaction may continue to run for about 2 hours, about 6 hours, about 8 hours, about 18 hours, about 24 hours, about 48 hours, about 72 hours, about 84 hours, or more.

幾つかの実施形態では、共有修飾表面は、式II:

Figure 2021126656


の構造を有し得、式中、R、M、n、h、j、k、m、及びVは、任意の組み合わせでの上述したようなものである。方法の幾つかの実施形態では、共有修飾表面は、各式で許容可能な要素の任意の組み合わせを有する上述した式210、211、212、又は213の式を有し得る。 In some embodiments, the covalently modified surface is of formula II :.
Figure 2021126656


In the formula, R, M, n, h, j, k, m, and V are as described above in any combination. In some embodiments of the method, the covalently modified surface may have the formulas 210, 211, 212, or 213 described above having any combination of elements acceptable in each formula.

方法の様々な実施形態では、表面は、水酸化物、アミノ、及びチオールからなる群から選択される求核部分を含み得る。表面は、金属、金属酸化物、ガラス、ポリマー、又はそれらの任意の組み合わせであり得る。金属表面は、ケイ素、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、インジウムタンタル酸化物、アルミナ、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。 In various embodiments of the method, the surface may contain a nucleophilic moiety selected from the group consisting of hydroxides, aminos, and thiols. The surface can be metal, metal oxide, glass, polymer, or any combination thereof. The metal surface may contain silicon, silicon oxide, hafnium oxide, indium tantalum oxide, alumina, or any combination thereof.

方法の様々な実施形態では、共有修飾表面を形成するステップをDEP基板又はEW基板で実行し得る。共有修飾表面を形成するステップは、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体回路要素の少なくとも1つの表面上に共有修飾表面を形成することを含み得る。マイクロ流体回路要素は、DEP基板又はEW基板を含め、壁、フロー領域、ペン、及び電極活性化基板を含み得る。共有修飾し得るマイクロ流体回路内の表面は、マイクロ流体デバイスの流体担持部に面する全て又は略全ての表面であり得る。例えば、マイクロ流体デバイス200、230では、全てマイクロ流体チャネル122及びペン244、246、248に面する上部電極210の内面、電極活性化基板206の上面、マイクロ流体回路材料116の表面(図1B、図1C、図2A、図2B参照)が修飾可能である。同様に、図2D〜図2Fでは、マイクロ流体回路材料260の内面、隔離ペン266を画定する分離構造272の表面、又はマイクロ流体回路262に面する全ての表面は、本明細書に記載される方法により共有修飾可能である。 In various embodiments of the method, the steps of forming a covalently modified surface can be performed on a DEP substrate or an EW substrate. The step of forming a co-modified surface may include forming a co-modified surface on at least one surface of a microfluidic circuit element of a microfluidic device. Microfluidic circuit elements can include walls, flow regions, pens, and electrode activation substrates, including DEP substrates or EW substrates. The surfaces in the microfluidic circuit that can be co-modified can be all or nearly all surfaces facing the fluid carrier of the microfluidic device. For example, in the microfluidic devices 200 and 230, the inner surface of the upper electrode 210 facing the microfluidic channel 122 and the pens 244, 246, 248, the upper surface of the electrode activation substrate 206, and the surface of the microfluidic circuit material 116 (FIG. 1B, FIG. 1C, 2A, 2B) can be modified. Similarly, in FIGS. 2D-2F, the inner surface of the microfluidic circuit material 260, the surface of the separation structure 272 defining the isolation pen 266, or all surfaces facing the microfluidic circuit 262 are described herein. It can be shared and modified by the method.

不混和性媒体。基板の表面上の水性液滴の移動は、1つ又は複数のフロー領域(フローチャネルを含み得る)内及びチャンバが存在する場合、フロー領域に流体的に接続されたチャンバ内に局所的に分布した水不混和性流体媒体内で実行し得る。水不混和性流体媒体は、純水の液滴よりも高い動粘性率を有し得る。水不混和性流体媒体は、約1センチストークス(cSt)〜約15cStの範囲の動粘性率を有し得、ここで、1cStは1ミリパスカル又は1センチポアズ(CPS)に等しい。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体は、約3cSt〜約10cSt又は約3cSt〜約8cStの範囲の粘度を有し得る。水不混和性流体媒体は、少なくとも100℃の温度で不燃性であり得る。水不混和性流体媒体は、生体細胞が水不混和性流体媒体内の水性液滴内で処理、培養、又は貯蔵されている持続時間にわたり、生きている生体細胞にとって非毒性であり得る。 Miscible medium. The movement of aqueous droplets on the surface of the substrate is locally distributed within one or more flow regions (which may include flow channels) and, where chambers are present, within the chambers fluidly connected to the flow regions. It can be performed in a water-immiscible fluid medium. Water-immiscible fluid media can have a higher kinematic viscosity than droplets of pure water. Water-immiscible fluid media can have kinematic viscosity in the range of about 1 centimeter Stokes (cSt) to about 15 cSt, where 1 cSt equals 1 millipascal or 1 centipores (CPS). In some embodiments, the water immiscible fluid medium may have viscosities in the range of about 3 cSt to about 10 cSt or about 3 cSt to about 8 cSt. The water immiscible fluid medium can be nonflammable at a temperature of at least 100 ° C. A water-immiscible fluid medium can be non-toxic to living living cells for the duration of treatment, culturing, or storage of living cells in aqueous droplets within the water-immiscible fluid medium.

水不混和性流体媒体は、水に対して低い又はごくわずかな溶解度を有し得る。水不混和性流体媒体は、水の層に接触した(水で仕切られた)場合、水の総量の約5%未満、約4%、約3%、約2%、約1%、又は約1%未満に溶解し得る。水不混和性流体媒体は、約25℃〜約38℃の範囲の温度で水不混和性流体媒体内に存在する水性液滴の容量の約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、又は約30%を超えて溶解可能ではない。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体は、水不混和性流体媒体内に存在する水性液滴の容量の約20%未満に溶解可能である。 Water-immiscible fluid media can have low or negligible solubility in water. A water-immiscible fluid medium, when in contact with a layer of water (partitioned by water), is less than about 5%, about 4%, about 3%, about 2%, about 1%, or about 1% of the total amount of water. Can dissolve in less than 1%. The water immiscible fluid medium is about 5%, about 10%, about 15%, about 20% of the volume of aqueous droplets present in the water immiscible fluid medium at temperatures in the range of about 25 ° C to about 38 ° C. Not soluble in excess of%, about 25%, or about 30%. In some embodiments, the water immiscible fluid medium is soluble in less than about 20% of the volume of aqueous droplets present in the water immiscible fluid medium.

水不混和性流体媒体は、炭素、ケイ素、及び酸素から選択される原子を含む主鎖構造を有する少なくとも1つの有機化合物又は有機ケイ素化合物を含み得る。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体は、2つ以上の有機化合物/有機ケイ素化合物を含み得、その場合、2つ以上の化合物は、高分子化合物の様々な分子量のサブユニットを有する高分子有機化合物/有機ケイ素化合物である。例えば、高分子有機化合物/有機ケイ素化合物は、ポリマー(例えば、コポリマー)を構成する2つの異なるサブユニットを有し得、2つの異なるサブユニットは、それぞれ一般式AaBbを有する様々な反復で提示し得、式中、A及びBは2つの異なるポリマーサブユニットであり、a及びbは各サブユニットの反復数である。反復数a及びbは単一の整数でなくてもよく、様々な反復ユニットであり得る。 The water immiscible fluid medium may comprise at least one organosilicon or organosilicon compound having a backbone structure containing atoms selected from carbon, silicon, and oxygen. In some embodiments, the water immiscible fluid medium may comprise more than one organic compound / organic silicon compound, in which case the two or more compounds contain subsystems of various molecular weights of the polymeric compound. It is a high molecular weight organic compound / organic silicon compound. For example, a polymeric organic compound / organic silicon compound may have two different subunits that make up a polymer (eg, a copolymer), and the two different subunits are presented in various iterations, each with the general formula AaBb. Obtained, in the formula, A and B are two different polymer subunits, and a and b are the number of iterations for each subunit. The iteration numbers a and b do not have to be a single integer and can be various iteration units.

他の実施形態では、2つ以上の有機化合物/有機ケイ素化合物を含む水不混和性流体媒体は、有機化合物の混合物、有機ケイ素化合物の混合物、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。水不混和性流体媒体は、適した性能を提供する異なる化学構造及び/又は分子量を有する化合物の任意の適した混合物を含み得る。 In other embodiments, the water immiscible fluid medium comprising two or more organosilicon / organosilicon compounds may comprise a mixture of organic compounds, a mixture of organosilicon compounds, or any combination thereof. The water immiscible fluid medium may contain any suitable mixture of compounds having different chemical structures and / or molecular weights that provide suitable performance.

水不混和性流体媒体の化合物は、約1000Da未満、約700Da未満、約500Da未満、又は約350Da未満の分子量を有し得る。他の実施形態では、水不混和性媒体の化合物は、約1000Daよりも高い分子量を有し得、それでもなお適した性能を提供し得る。 Compounds in water-immiscible fluid media can have a molecular weight of less than about 1000 Da, less than about 700 Da, less than about 500 Da, or less than about 350 Da. In other embodiments, the compound of the water immiscible medium may have a molecular weight higher than about 1000 Da and may still provide suitable performance.

様々な実施形態では、水不混和性流体媒体の有機化合物/有機ケイ素化合物は、骨格を構成する原子が炭素、ケイ素、又は酸素である主鎖構造を有し得る。骨格炭素の置換は水素又はフッ素であり得る。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体は1つ又は複数の有機ケイ素化合物を含み得、その場合、有機ケイ素化合物の骨格はケイ素原子及び酸素原子を含み得る。有機ケイ素化合物のケイ素原子は、炭素置換基を有し得、及び炭素置換基は、水素置換基又はフッ素置換基を有し得る。幾つかの実施形態では、有機ケイ素化合物の炭素置換基は全てのフッ素であり得る(例えば、全フッ素化し得る)。他の実施形態では、有機ケイ素化合物の炭素置換基は部分的にフッ素化し得る。様々な実施形態では、有機ケイ素化合物の炭素原子の置換基は、約90%以下、約80%以下、約70%以下、約60%以下、約50%以下、約40%以下、約30%以下、約20%以下、又はそれ未満がフッ素であり得る。 In various embodiments, the organocompound / organosilicon compound in the water-immiscible fluid medium may have a backbone structure in which the atoms constituting the skeleton are carbon, silicon, or oxygen. Substitution of skeletal carbon can be hydrogen or fluorine. In some embodiments, the water immiscible fluid medium may comprise one or more organosilicon compounds, in which case the backbone of the organosilicon compound may comprise silicon and oxygen atoms. The silicon atom of the organosilicon compound can have a carbon substituent, and the carbon substituent can have a hydrogen substituent or a fluorine substituent. In some embodiments, the carbon substituent of the organosilicon compound can be all fluorines (eg, can be totally fluorinated). In other embodiments, the carbon substituents of the organosilicon compound can be partially fluorinated. In various embodiments, the substituents on the carbon atom of the organosilicon compound are about 90% or less, about 80% or less, about 70% or less, about 60% or less, about 50% or less, about 40% or less, about 30%. Hereinafter, about 20% or less, or less than that, may be fluorine.

他の実施形態では、水不混和性流体媒体の有機化合物は、骨格を構成する原子が炭素又は酸素である主鎖構造を有し得る。幾つかの実施形態では、骨格炭素の置換基は水素又はフッ素であり得る。他の実施形態では、骨格炭素の置換基は、エーテル成分、カルボニル成分、又は炭酸塩成分等の酸素含有部分を含み得る。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体の有機化合物は、全炭素主鎖構造を有し得る。水不混和性流体媒体の有機化合物の全炭素主鎖構造の幾つかの実施形態では、炭素原子への全フッ素置換基を有し得る(例えば、全フッ素化される)。他の実施形態では、有機化合物の置換基は部分的にフッ素化し得る(例えば、全フッ素化されない)。様々な実施形態では、全炭素骨格を有する化合物を含め、有機化合物の炭素原子の置換基は、約90%以下、約80%以下、約70%以下、約60%以下、約50%以下、約40%以下、又はそれ未満がフッ素であり得る。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体の適する有機化合物は、1−フルオロオクタン、1−フルオロデカン、1−フルオロドデカン、又は1−フルオロテトラデカン等のモノフルオロ置換炭化水素を含み得、又はモノフルオロ置換炭化水素であり得る。 In other embodiments, the organic compound in a water-immiscible fluid medium may have a backbone structure in which the atoms constituting the skeleton are carbon or oxygen. In some embodiments, the substituent of the backbone carbon can be hydrogen or fluorine. In other embodiments, the substituents on the skeletal carbon may include oxygen-containing moieties such as an ether component, a carbonyl component, or a carbonate component. In some embodiments, the organic compound in the water immiscible fluid medium may have a total carbon backbone structure. In some embodiments of the total carbon backbone structure of an organic compound in a water immiscible fluid medium, it may have a total fluorine substituent on a carbon atom (eg, total fluorination). In other embodiments, the substituents of the organic compound can be partially fluorinated (eg, not fully fluorinated). In various embodiments, the carbon atom substituents of organic compounds, including compounds having a total carbon skeleton, are about 90% or less, about 80% or less, about 70% or less, about 60% or less, about 50% or less, Approximately 40% or less, or less, can be fluorine. In some embodiments, suitable organic compounds in water-immiscible fluid media may include monofluorosubstituted hydrocarbons such as 1-fluorooctane, 1-fluorodecane, 1-fluorododecane, or 1-fluorotetradecane. Alternatively, it can be a monofluorosubstituted hydrocarbon.

他の実施形態では、水不混和性流体媒体の有機化合物は、炭素へのフッ素置換基を有さず、水素置換基を有し得る。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体の有機化合物は、不飽和炭素−炭素結合、例えば、骨格炭素内又は末端位置におけるオレフィン基を有し得る。 In other embodiments, the organic compounds in the water-immiscible fluid medium do not have fluorine substituents on carbon and may have hydrogen substituents. In some embodiments, the organic compound in the water immiscible fluid medium may have an unsaturated carbon-carbon bond, eg, an olefin group within or at the terminal position in the skeleton carbon.

幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体への包含に適切な化合物の選択は、化合物の他の特性の考慮を含むことになる。様々な実施形態では、水不混和性流体媒体内での使用に適した化合物は、レーザ、マイクロ流体デバイスに投射される構造化光、又は日光/研究所照明により照明されたときに自己蛍光しない。 In some embodiments, the selection of a suitable compound for inclusion in a water-immiscible fluid medium will include consideration of other properties of the compound. In various embodiments, compounds suitable for use in water-immiscible fluid media do not self-fluoresce when illuminated by lasers, structured light projected onto microfluidic devices, or sunlight / laboratory lighting. ..

他の実施形態では、共有修飾される疎水性表面の性質は、水不混和性流体媒体内での使用に適した化合物の選択に影響する。例えば、共有修飾表面は、全フッ素化水不混和性流体媒体内の水滴が、本明細書に記載される光エレクトロウェッティング構成を使用して移動可能ではないほど十分に高い表面張力を示し得るように十分な疎水性を有し得る。 In other embodiments, the properties of the covalently modified hydrophobic surface influence the selection of suitable compounds for use in water-immiscible fluid media. For example, a covalently modified surface may exhibit a surface tension sufficiently high that water droplets in a totally fluorinated water immiscible fluid medium are not mobile using the photoelectrowetting configurations described herein. It can have sufficient hydrophobicity.

幾つかの他の実施形態では、マイクロ流体回路材料の性質は、水不混和性流体媒体内での使用に適した化合物の選択に影響し得る。水不混和性流体媒体による回路材料の膨張は、許容可能な限度内に維持し得る。例えば、幾つかの実施形態では、マイクロ流体回路材料がSU8又は光パターン化可能アリール置換有機シリコーンを含む場合、直鎖炭化水素、直鎖フッ化炭素、又は環式基、アリール基、若しくはヘテロアリール基を含む炭素骨格化合物を使用に選択し得る。 In some other embodiments, the nature of the microfluidic circuit material can influence the selection of suitable compounds for use in water-immiscible fluid media. Expansion of the circuit material by the water-immiscible fluid medium can be maintained within acceptable limits. For example, in some embodiments, if the microfluidic circuit material comprises SU8 or an optical patternable aryl-substituted organic silicone, a linear hydrocarbon, a linear fluorocarbon, or a cyclic group, an aryl group, or a heteroaryl. Group-containing carbon skeleton compounds may be selected for use.

他の実施形態では、マイクロ流体回路材料は、アリール置換基を含まない光パターン化可能有機シリコーン等の他の材料を含み得、膨張は、水不混和性流体媒体中に異なる化合物を使用することにより、許与可能な限度に制限し得る。例えば、水不混和性流体媒体への事前露出と比較して約40%未満、約30%未満、約20%未満、又は約10%未満の膨張が許容可能であり得る。しかし、幾つかの実施形態では、膨張を生じさせる水不混和性流体媒体内の化合物をそれでもなお使用に選択し得る。 In other embodiments, the microfluidic circuit material may include other materials such as photopatternable organic silicones that do not contain aryl substituents and the expansion uses different compounds in a water immiscible fluid medium. Can be limited to the permissible limit. For example, expansion of less than about 40%, less than about 30%, less than about 20%, or less than about 10% may be acceptable compared to pre-exposure to a water-immiscible fluid medium. However, in some embodiments, compounds in water-immiscible fluid media that cause swelling may still be selected for use.

幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体の化合物は、炭素原子又は酸素原子を含む骨格を有する有機化合物であり得る。幾つかの実施形態では、有機化合物は、炭素原子を含み、酸素原子を含まず、更に、炭素原子骨格が分岐しない骨格を有し得る。様々な実施形態では、水不混和性流体媒体の有機化合物の分岐鎖炭素原子骨格は、非環式である。分岐鎖炭素骨格を有する水不混和性流体媒体の有機化合物は更に、いかなる環式部分も含まないことができる。 In some embodiments, the compound in the water immiscible fluid medium can be an organic compound having a skeleton containing carbon or oxygen atoms. In some embodiments, the organic compound may contain carbon atoms, no oxygen atoms, and may have a skeleton in which the carbon atom skeleton does not branch. In various embodiments, the branched-chain carbon atomic skeleton of the organic compound in the water-immiscible fluid medium is acyclic. Organic compounds in water-immiscible fluid media with a branched chain carbon backbone can further be free of any cyclic moieties.

上記選択基準を使用して、水不混和性流体媒体内に組み込む1つ又は複数の化合物を選択し得、許容可能な性能を提供しない可能性がある化合物をなくし得るが、許容可能な水不混和性流体媒体は、複数成分混合物であり得、水不混和性流体媒体の単独成分として使用された場合には許容可能な性能を提供しない個々の有機化合物又は有機ケイ素化合物のいくらかの部分を含み得る。例えば、成分は、単独で使用される場合、フッ素化されすぎているか、又はマイクロ流体回路材料を許容不可能に膨張させる可能性があるが、他の有機化合物又は有機ケイ素化合物と組み合わせて使用して水不混和性流体媒体を形成し得る。 The selection criteria described above may be used to select one or more compounds to be incorporated into a water immiscible fluid medium, eliminating compounds that may not provide acceptable performance, but tolerable water immobility. The admixture fluid medium can be a multi-component mixture and contains some portion of an individual organic compound or organic silicon compound that does not provide acceptable performance when used as a single component of a water immiscible fluid medium. obtain. For example, the components, when used alone, may be over-fluorinated or may unacceptably expand the microfluidic circuit material, but may be used in combination with other organic or organic silicon compounds. Can form a water-immiscible fluid medium.

単独で又は任意の種類の組み合わせで水不混和性流体媒体内への使用に適した幾つかの有機化合物としては、イソセタン、2−(トリフルオロメチル)−3−エトキシドデカフルオロヘキサン(HFE-7500、3MTM、NovecTM)、ヘプタメチルノナン(HMN)、炭酸ビ
ス(2−エチルヘキシル)(TEGOSOFT(登録商標)DEC、(Evonik))、及び(トリデカ
フルオロ−1,1,2,2,−テトラヒドロオクチル)テトラメチルジシロキサン(Gelestカタログ番号SIB1816.0)、又はシリコーン油(5センチストローク粘度、Gelestカタログ番号DMS−T05)を挙げ得る。
Some organic compounds suitable for use in water-impermeable fluid media, alone or in any combination of types, include isocetane, 2- (trifluoromethyl) -3-ethoxydodecafluorohexane (HFE-7500). , 3MTM, NovecTM), heptamethylnonane (HMN), bis (2-ethylhexyl) carbonate (TEGOSOFT® DEC, (Evonik)), and (tridecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrooctyl). ) Tetramethyldisiloxane (Gelest Catalog No. SIB1816.0) or silicone oil (5 cm stroke viscosity, Gelest Catalog No. DMS-T05).

水性液滴。水性液滴は、生体細胞又はビーズを含み得る1つ又は複数の微小物体を含み得る。水性液滴は、核酸又はタンパク質を含み得る生物由来物質を含み得る。幾つかの他の実施形態では、水性液滴は、アッセイ用の試剤を含み得、アッセイ用の試剤は、酵素、抗体、蛍光標識プローブ、又は化学試剤等の任意の種類の試剤であり得る。 Aqueous droplets. Aqueous droplets may contain one or more microobjects that may contain living cells or beads. Aqueous droplets may contain biological material which may contain nucleic acids or proteins. In some other embodiments, the aqueous droplet may comprise a reagent for the assay, which may be any type of reagent, such as an enzyme, antibody, fluorescently labeled probe, or chemical reagent.

幾つかの実施形態では、水性液滴は、界面活性剤を含むこともできる。界面活性剤は、水不混和性流体媒体内の水性液滴の可搬性を増大させ得る。幾つかの実施形態では、適する界面活性剤は、非イオン性界面活性剤を含み得る。様々な実施形態では、界面活性剤は、限定ではなく、F68(ThermoFisherカタログ番号2400032)を含め、Pluronic(
登録商標)ブロックアルキレンオキシドコポリマー;TWEEN(登録商標)20(Signa Aldrichカタログ番号P1379)又はTWEEN(登録商標)60(Sigma Aldrich P1629)等の脂肪酸エステルエトキシル化ソルビタン;2,4,7,9,テトラメチル−5−デシン−4,7,−ジオールエトキシレート(TET、Sigma Aldrichカタログ番号9014−
85−1);Capstone(登録商標)FS-30(DuPont(商標)、Synquest Laboratoriesカタログ番号2108−3−38等の非イオン性エトキシル化フッ素系界面活性剤)であり得る。幾つかの実施形態では、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を界面活性剤として使用し得る。様々な実施形態では、リン酸緩衝生理食塩溶液(PBS)を界面活性剤として使用し得る。界面活性剤は、約1容量%、約3容量%、約5容量%、約10容量%、約15容量%、約20容量%、約25容量%、又はそれらの間の任意の値の範囲で水性液滴に添加し得る。
In some embodiments, the aqueous droplet can also contain a surfactant. Surfactants can increase the portability of aqueous droplets in water-immiscible fluid media. In some embodiments, suitable surfactants may include nonionic surfactants. In various embodiments, surfactants include, but are not limited to, F68 (Thermo Fisher Catalog No. 2400032).
Block alkylene oxide copolymer; fatty acid ester ethoxylated sorbitan such as TWEEN® 20 (Signa Aldrich Catalog No. P1379) or TWEEN® 60 (Sigma Aldrich P1629); 2,4,7,9, tetra Methyl-5-decyne-4,7, -diol ethoxylate (TET, Sigma Aldrich Catalog No. 9014-
85-1); Capstone® FS-30 (a nonionic ethoxylated fluorine-based surfactant such as DuPont ™, Synquest Laboratories Catalog No. 2108-3-38). In some embodiments, sodium dodecyl sulfate (SDS) can be used as a surfactant. In various embodiments, phosphate buffered saline (PBS) can be used as the surfactant. Surfactants are in the range of about 1% by volume, about 3% by volume, about 5% by volume, about 10% by volume, about 15% by volume, about 20% by volume, about 25% by volume, or any value between them. Can be added to aqueous droplets.

システム。水性媒体と適合し、及び/又は水性媒体に可溶性の微小物体、生物由来物質、及び/又は試剤を輸送するシステムが本発明によって提供される。システムは、例えば、本明細書に開示される任意のマイクロ流体デバイス(例えば、ベースと、マイクロ流体回路構造体とを含むエンクロージャを有するマイクロ流体デバイスであって、ベースは、ベースの上面の少なくとも一部に共有結合した疎水性単層を含む、マイクロ流体デバイス)を含むことができる。加えて、システムは、流体媒体及び水性液滴を含み、流体媒体及び水性液滴は不混和性流体である。流体媒体は、本明細書に記載される任意の不混和性媒体であり得、水性液滴は、本明細書に記載される任意の生体材料及び/又は化学物質を含むことができる(例えば、タンパク質、核酸、洗浄剤、及び界面活性剤等)。 system. The present invention provides a system for transporting microobjects, biological substances, and / or reagents that are compatible with and / or soluble in aqueous media. The system is, for example, a microfluidic device having an enclosure comprising any microfluidic device disclosed herein (eg, a base and a microfluidic circuit structure, wherein the base is at least one of the top surfaces of the base. Microfluidic devices) that include a hydrophobic monolayer covalently attached to the moiety can be included. In addition, the system includes a fluid medium and aqueous droplets, which are immiscible fluids. The fluid medium can be any immiscible medium described herein, and the aqueous droplets can contain any biomaterial and / or chemicals described herein (eg,). Proteins, nucleic acids, detergents, surfactants, etc.).

キット。本発明は、水性媒体と適合し、及び/又は水性媒体に可溶性の微小物体、生物由来物質、及び/又は試剤の輸送に適したキットも提供する。キットは、本明細書に開示される任意のマイクロ流体デバイス(例えば、ベースと、マイクロ流体回路構造体とを含むエンクロージャを有するマイクロ流体デバイスであって、ベースは、ベースの上面の少なくとも一部に共有結合した疎水性単層を含む、マイクロ流体デバイス)を含むことができる。加えて、システムは、流体媒体及び水性液滴を含み、流体媒体及び水性液滴は不混和性流体である。キットは、水性媒体と不混和性の流体媒体及び他の有用な試剤(例えば、界面活性剤等)を更に含むことができる。 kit. The present invention also provides kits that are compatible with aqueous media and / or suitable for transporting microobjects, biological substances, and / or reagents that are soluble in aqueous media. A kit is a microfluidic device having an enclosure comprising any microfluidic device disclosed herein (eg, a base and a microfluidic circuit structure, with the base on at least a portion of the top surface of the base. Microfluidic devices, including covalently bonded hydrophobic monolayers) can be included. In addition, the system includes a fluid medium and aqueous droplets, which are immiscible fluids. The kit can further include a fluid medium immiscible with the aqueous medium and other useful reagents (eg, surfactants, etc.).

マイクロ流体デバイスを製造する方法。装置400等の本発明のマイクロ流体デバイスは、(i)AC電圧源(図示せず)に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有するカバー110の内面428に離間要素108を接合することと、(ii)AC電圧源(図示せず)に接続されるように構成される少なくとも1つの電極418を有する基板104の誘電面414に離間要素108(及び関連するカバー110)を接合することであって、それにより、離間要素108は、カバー110及び基板104が互いに実質的に平行を向けられた状態で、カバー110の内面428と基板104の誘電面414との間に挟まれ、基板104、離間要素108、及びカバー110は、集合的に、液体を保持するように構成されるエンクロージャ435を画定する、接合することと、(iii)蒸着により、疎水性外層412をカバー110の内面428の少なくとも一部に形成し、且つ疎水性外層412を基板104の誘電内層414の少なくとも一部に形成することとにより製造することができる。 How to make a microfluidic device. Microfluidic devices of the invention, such as device 400, (i) join a separating element 108 to an inner surface 428 of a cover 110 having at least one electrode configured to be connected to an AC voltage source (not shown). And (ii) join the separating element 108 (and associated cover 110) to the dielectric surface 414 of the substrate 104 having at least one electrode 418 configured to be connected to an AC voltage source (not shown). That is, the separating element 108 is sandwiched between the inner surface 428 of the cover 110 and the dielectric surface 414 of the substrate 104, with the cover 110 and the substrate 104 oriented substantially parallel to each other. The substrate 104, the separating element 108, and the cover 110 collectively define and join the enclosure 435 configured to hold the liquid, and (iii) by vapor deposition to cover the hydrophobic outer layer 412 of the cover 110. It can be manufactured by forming it on at least a part of the inner surface 428 and forming the hydrophobic outer layer 412 on at least a part of the dielectric inner layer 414 of the substrate 104.

両親媒性分子の蒸着を通して、疎水性層422及び412は、両親媒性分子がカバー110の内面428及び基板104の誘電内層414の分子にそれぞれ共有結合した高密度単層を達成することができる。本明細書に記載される任意の自己会合性分子及びその均等物は、マイクロ流体装置の内面に蒸着させることができる。所望のパッキング密度を達成するために、例えば、アルキル末端シロキサンを含む自己会合性分子は、少なくとも110℃(例えば、少なくとも120、130、140、150、160等)の温度で少なくとも15時間(例えば、少なくとも20時間、少なくとも25時間、少なくとも30時間、少なくとも35時間、少なくとも40時間、少なくとも45時間、又はそれを超える時間)にわたり蒸着することができる。そのような蒸着は、通常、真空下において、硫酸マグネシウム七水和物(すなわちMgSO・7H0)等の水源の存在下で実行される。通常、蒸着の温度及び持続時間を上げることにより、疎水性層422及び412の特性は改善する。蒸着プロセスは、任意選択的に、例えば、カバー110(離間要素108を有する)及び基板104を予めクリーニングすることにより改善することができる。例えば、そのような事前クリーニングは、アセトン浴、エタノール浴、又はそれらの組み合わせ等の溶媒浴を含むことができる。溶媒浴は超音波処理を含むことができる。代替又は追加として、そのような事前クリーニングは、カバー110(離間要素108を有する)及び基板104を酸素プラズマクリーナ内で処理することを含み得る。酸素プラズマクリーナは、例えば、真空条件下において100Wで60秒間にわたり動作させることができる。 Through the deposition of amphipathic molecules, the hydrophobic layers 422 and 412 can achieve a high density monolayer in which the amphipathic molecules are covalently bonded to the molecules of the inner surface 428 of the cover 110 and the dielectric inner layer 414 of the substrate 104, respectively. .. Any self-associating molecule described herein and its equivalents can be deposited on the inner surface of the microfluidic device. To achieve the desired packing density, for example, the self-associating molecule containing the alkyl-terminated siloxane is at least 110 ° C. (eg, at least 120, 130, 140, 150, 160, etc.) for at least 15 hours (eg, at least 120, 130, 140, 150, 160, etc.). Deposition can be carried out over at least 20 hours, at least 25 hours, at least 30 hours, at least 35 hours, at least 40 hours, at least 45 hours, or more). Such deposition is usually under vacuum, is carried out in the presence of a water source, such as magnesium sulfate heptahydrate (i.e. MgSO 4 · 7H 2 0). Generally, increasing the temperature and duration of the deposition improves the properties of the hydrophobic layers 422 and 412. The vapor deposition process can be optionally improved, for example, by pre-cleaning the cover 110 (having the separating element 108) and the substrate 104. For example, such pre-cleaning can include solvent baths such as acetone baths, ethanol baths, or combinations thereof. The solvent bath can include sonication. Alternatively or additionally, such pre-cleaning may include treating the cover 110 (having the separating element 108) and the substrate 104 in an oxygen plasma cleaner. The oxygen plasma cleaner can be operated, for example, at 100 W for 60 seconds under vacuum conditions.

図6は、マイクロ流体チャネル612、614及び複数のチャンバ616を有するエンクロージャと、流体液滴620をエンクロージャに提供する液滴生成器606とを含むマイクロ流体装置600の例を示す。マイクロ流体チャネル614は、第1の流体媒体624を保持するように構成される。通常、第1の流体媒体は、油(例えば、シリコーン油又はフッ素系油)等の疎水性流体である。マイクロ流体チャネル614は、界面608を介して液滴生成器606に接続され、界面608は、液滴生成器606により生成された液滴620をチャネル614に受け取らせる。受け取られる液滴620は、第1の流体媒体624と不混和性の液体を含む。通常、受け取られる液滴は、細胞若しくはビーズ等の微小物体又は水性媒体に可溶性の試剤を含み得る水性媒体を含む。マイクロ流体チャネル614は、複数のチャンバ616のそれぞれにも接続され、チャンバ616内に且つチャンバ616間での受け取られた液滴620(及び第1の流体媒体624に不混和性の流体のリザーバから引っ張られた液滴632)の移動を促進する。 FIG. 6 shows an example of a microfluidic device 600 including an enclosure with microfluidic channels 612, 614 and a plurality of chambers 616 and a droplet generator 606 that provides fluid droplets 620 to the enclosure. The microfluidic channel 614 is configured to hold the first fluid medium 624. Usually, the first fluid medium is a hydrophobic fluid such as an oil (eg, silicone oil or fluorinated oil). The microfluidic channel 614 is connected to the droplet generator 606 via an interface 608, which causes the channel 614 to receive the droplet 620 produced by the droplet generator 606. The droplet 620 received contains a liquid immiscible with the first fluid medium 624. Generally, the droplets received include microscopic objects such as cells or beads or aqueous media which may contain reagents soluble in aqueous media. Microfluidic channels 614 are also connected to each of the plurality of chambers 616 and are received from droplets 620 (and immiscible fluid reservoirs in the first fluid medium 624) within and between chambers 616. Promotes the movement of the pulled droplet 632).

装置600のマイクロ流体チャネル612は、チャンバ616のサブセットに接続され、したがって、そのようなチャンバ616を介してマイクロ流体チャネル614に間接的に接続される。示されるように、マイクロ流体チャネル612及びそこに接続されるチャンバ616は、第1の流体媒体624に不混和性の流体媒体622を含む。したがって、例えば、流体媒体622は、細胞培養媒体等の水性媒体であり得る。流体媒体622が細胞培養媒体である場合、培養媒体を含むチャンバ616は、細胞を成長させる培養室として使用することができ、マイクロ流体チャネル612は、新鮮な培養媒体のフローを提供する灌流チャネルであり得る。本明細書で考察されるように、灌流チャネル内の新鮮な培養媒体のフローは、灌流チャネルと培養室との間の分子の拡散を介して、栄養分をチャンバに提供するとともに、チャンバから老廃物を除去し、したがって細胞成長の継続を促進することができる。 The microfluidic channel 612 of the device 600 is connected to a subset of chambers 616 and is therefore indirectly connected to the microfluidic channel 614 through such chamber 616. As shown, the microfluidic channel 612 and the chamber 616 connected thereto include a fluid medium 622 that is immiscible with the first fluid medium 624. Thus, for example, the fluid medium 622 can be an aqueous medium such as a cell culture medium. When the fluid medium 622 is a cell culture medium, the chamber 616 containing the culture medium can be used as a culture chamber for growing cells, and the microfluid channel 612 is a perfusion channel that provides a flow of fresh culture medium. could be. As discussed herein, the flow of fresh culture medium within the perfusion channel provides nutrients to the chamber through the diffusion of molecules between the perfusion channel and the culture chamber, as well as waste products from the chamber. Can be removed and thus promote continued cell growth.

図7は、マイクロ流体チャネル612、614、第1の複数のチャンバ716、及び第2の複数のチャンバ616を有するエンクロージャと、流体液滴620をエンクロージャに提供する液滴生成器606とを含むマイクロ流体装置700の別の例を示す。図7は、図6に示されるマイクロ流体装置600の変形形態を提示し、この変形形態では、チャンバ616は、第1の流体媒体624(マイクロ流体チャネル614内に配置される)と不混和性の媒体622を含み、対応するチャンバ716からマイクロ流体チャネル614にわたり直接配置される。この構成は、選択チャンバ616から対応するチャンバ716への流体液滴632(任意選択的に微小物体630又は生体材料を含む)の移動を促進し、対応するチャンバ716において、流体液滴(及び任意の微小物体630又は生体材料)を処理することができる。 FIG. 7 is a micro containing microfluidic channels 612, 614, an enclosure having a first plurality of chambers 716, and a second plurality of chambers 616, and a droplet generator 606 that provides fluid droplets 620 to the enclosure. Another example of the fluid device 700 is shown. FIG. 7 presents a variant of the microfluidic device 600 shown in FIG. 6, in which the chamber 616 is immiscible with the first fluid medium 624 (located within the microfluidic channel 614). 622 is included and is located directly from the corresponding chamber 716 across the microfluidic channel 614. This configuration facilitates the movement of the fluid droplets 632 (optionally including microobjects 630 or biomaterial) from the selection chamber 616 to the corresponding chambers 716, and in the corresponding chambers 716 the fluid droplets (and optionally). 630 or biomaterial) can be processed.

マイクロ流体装置の別の例は、マイクロ流体チャネル612、614、第1の複数のチャンバ716、及び第2の複数のチャンバ616を有するエンクロージャと、流体液滴620をエンクロージャに提供する液滴生成器606とを含む。この実施形態は、図7に示されるマイクロ流体装置700の変形形態を提示し、この変形形態では、チャンバ616は一端部においてテーパ形を有し、マイクロ流体装置が、チャンバ616のテーパ形端部が非テーパ形端部と比較して低い電位(適用可能な重力場において)を有するように傾斜される場合、第1の流体媒体624と第2の流体媒体622との界面への微小粒子の移動を促進する。 Another example of a microfluidic device is an enclosure with microfluidic channels 612, 614, a first plurality of chambers 716, and a second plurality of chambers 616, and a droplet generator that provides fluid droplets 620 to the enclosure. 606 and is included. This embodiment presents a variant of the microfluidic device 700 shown in FIG. 7, in which the chamber 616 has a tapered shape at one end and the microfluidic device has a tapered end of the chamber 616. Of microparticles to the interface between the first fluid medium 624 and the second fluid medium 622 when is tilted to have a lower potential (in an applicable gravitational field) compared to the non-tapered end. Promote movement.

マイクロ流体チャネル612、614及びチャンバ616、716によって形成されるマイクロ流体回路は単なる例であり、多くの他の構成のチャネル及びチャンバが本発明により包含される。例えば、装置600及び700のそれぞれにおいて、マイクロ流体チャネル612及びチャネル612に直接接続されるチャンバ616は任意選択的な特徴である。したがって、装置600及び700は、灌流チャネル及び培養室を有さなくてもよい。 The microfluidic circuit formed by the microfluidic channels 612, 614 and chambers 616, 716 is merely an example, and many other configurations of channels and chambers are included by the present invention. For example, in devices 600 and 700, the chamber 616 directly connected to the microfluidic channel 612 and channel 612 is an optional feature. Therefore, devices 600 and 700 do not have to have a perfusion channel and a culture chamber.

マイクロ流体チャネル612が存在する実施形態では、チャネル612及び/又は直接接続されるチャンバ616の画定を促進する(例えば、チャネル及び/又はチャンバのベースを形成することにより)基板は、エレクトロウェッティング構成を有することができる。しかし、代替的に、チャネル612及び/又は直接接続されるチャンバ616の画定を促進する基板は、エレクトロウェッティング構成を有さなくてよい(例えば、その代わり、DEP構成を有することができ、又はエレクトロウェッティング構成もDEP構成も有さなくてよい)。マイクロ流体チャネル612が存在し、チャネル612及び/又は直接接続されるチャンバ616の画定を促進する基板がエレクトロウェッティング構成を有する実施形態では、基板の疎水性外層は、基板の疎水性外面よりも高い親水性を有するようにパターン化することができ、これはチャネル614の画定に役立つ。親水性の増大は、例えば、上述したように達成することができる。 In embodiments where the microfluidic channel 612 is present, the substrate facilitates the demarcation of the channel 612 and / or the directly connected chamber 616 (eg, by forming the base of the channel and / or chamber) in an electrowetting configuration. Can have. However, alternatively, the substrate that facilitates the demarcation of the channels 612 and / or the directly connected chamber 616 may not have an electrowetting configuration (eg, instead can have a DEP configuration, or It does not have to have an electrowetting configuration or a DEP configuration). In embodiments where the microfluidic channel 612 is present and the substrate facilitates the demarcation of the channel 612 and / or the directly connected chamber 616 has an electrowetting configuration, the hydrophobic outer layer of the substrate is more than the hydrophobic outer surface of the substrate. It can be patterned to have high hydrophilicity, which helps define the channel 614. Increased hydrophilicity can be achieved, for example, as described above.

液滴生成器606及び液滴生成器606が液滴を提供する任意のマイクロ流体回路は、図面に示されるか、又は本明細書に記載される任意のマイクロ流体デバイスのようであり得るマイクロ流体デバイスの一部である(一体部分又は接続される)ことができる。1つの液滴生成器606が図6及び図7に示されるが、2つ以上のそのような液滴生成器606が装置600及び700のマイクロ流体回路に液滴を提供することができる。液滴生成器606自体は、エレクトロウェッティング構成を含むことができ、したがって、光応答層を有する基板を含むことができ、光応答層は、a−Si:H(例えば、米国特許第6,958,132号に示されるような)、光作動回路基板(例えば、米国特許出願公開第2014/0124370号に示されるような)、フォトトランジスタベースの基板(例えば、米国特許第7,956,339号に示されるような)、又は電気作動回路基板(例えば、米国特許第8,685,344号に示されるような)を含むことができる。代替的に、液滴生成器はT字形又はY字形流体力学的構造(例えば、米国特許第7,708,949号、米国特許第7,041,481号(RE41,780号として再発行)、米国特許出願公開第2008/0014589号、米国特許出願公開第2008/0003142号、米国特許出願公開第2010/0137163号、及び米国特許出願公開第2010/0172803号に示されるような)を有することができる。上記米国特許文献は、全て全体として参照により本明細書に援用される。 The droplet generator 606 and any microfluidic circuit in which the droplet generator 606 provides droplets can be like any microfluidic device shown in the drawings or described herein. It can be part of a device (integral or connected). One droplet generator 606 is shown in FIGS. 6 and 7, but two or more such droplet generators 606 can provide droplets to the microfluidic circuits of devices 600 and 700. The droplet generator 606 itself can include an electrowetting configuration and thus can include a substrate having a photoresponsive layer, the photoresponsive layer being a-Si: H (eg, US Pat. Optical actuated circuit boards (as shown in US Patent Application Publication No. 2014/0124370), phototransistor-based boards (eg, US Pat. No. 7,965,339), as shown in 958,132. (As shown in No. 8) or electrically actuated circuit boards (eg, as shown in US Pat. No. 8,685,344) can be included. Alternatively, the droplet generator has a T-shaped or Y-shaped hydrodynamic structure (eg, US Pat. No. 7,708,949, US Pat. No. 7,041,481 (reissued as RE41,780), Having U.S. Patent Application Publication No. 2008/0014589, U.S. Patent Application Publication No. 2008/0003142, U.S. Patent Application Publication No. 2010/0137163, and U.S. Patent Application Publication No. 2010/0172383) can. All of the above US patent documents are incorporated herein by reference in their entirety.

示されるように、液滴生成器606は、1つ又は複数の流体入口602及び604(2つが示されるが、より少数又はより多数であってもよい)と、マイクロ流体チャネル614に接続することができる流体出口208とを含むことができる。入口602及び604を通して、液体媒体622、624、生物学的微小物体630、試剤、及び/又は他の生物学的媒体を液滴生成器606内に装填することができる。液滴生成器606は、液体媒体622(1つ又は複数の生物学的微小物体630を含むことができるが、そうである必要はない)、試剤、又は他の生物学的媒体の液滴を生成し、チャネル614に出力することができる。チャネル614がエレクトロウェッティング構成を有する場合、液滴620は、エレクトロウェッティング(又は光エレクトロウェッティング)を利用してチャネル614内を移動することができる。代替的に、液滴620は、他の手段によりチャネル614内を移動することができる。例えば、液滴620は、流体フロー又は重力等を使用してチャネル614内を移動することができる。 As shown, the droplet generator 606 is connected to one or more fluid inlets 602 and 604 (two are shown, but may be less or more) and the microfluidic channel 614. Can include a fluid outlet 208 and the like. Through inlets 602 and 604, liquid media 622, 624, biological microobjects 630, reagents, and / or other biological media can be loaded into the droplet generator 606. The droplet generator 606 can contain droplets of a liquid medium 622 (which can include, but does not have to be, one or more biological microobjects 630), a reagent, or another biological medium. It can be generated and output to channel 614. If the channel 614 has an electrowetting configuration, the droplet 620 can move within the channel 614 using electrowetting (or optical electrowetting). Alternatively, the droplet 620 can be moved within the channel 614 by other means. For example, the droplet 620 can move within the channel 614 using fluid flow, gravity, or the like.

上述したように、マイクロ流体チャネル614及び選択チャンバ616/716に第1の流体媒体624を充填することができ、マイクロ流体チャネル612及びそれに直接接続されたチャンバ616に第2の流体媒体622を充填することができる。第2の流体媒体622(以下、「水性媒体」)は、生物学的微小物体630を維持又は培養等するための試料媒体等の水性媒体であり得る。第1の流体媒体624(以下、「不混和性媒体」)は、水性媒体622が不混和性である媒体であり得る。水性媒体622及び不混和性媒体624の例は、様々な媒体について上述した任意の例を含む。 As described above, the microfluidic channel 614 and the selection chamber 616/716 can be filled with the first fluid medium 624, and the microfluidic channel 612 and the chamber 616 directly connected thereto are filled with the second fluid medium 622. can do. The second fluid medium 622 (hereinafter, “aqueous medium”) can be an aqueous medium such as a sample medium for maintaining or culturing the biological microobject 630. The first fluid medium 624 (hereinafter, "immiscible medium") can be a medium in which the aqueous medium 622 is immiscible. Examples of the aqueous medium 622 and the immiscible medium 624 include any of the examples described above for various media.

液滴生成器606を利用して、生物学的微小物体を装填し、及び/又はマイクロ流体装置での生物学的及び/又は分子生物学的ワークフローの実行を促進することができる。図6及び図7は非限定的な例を示す。液滴生成器を使用することにより、装置は、流体回路全体を通してエレクトロウェッティング構成を有することができる。 A droplet generator 606 can be utilized to load biological microobjects and / or facilitate the execution of biological and / or molecular biological workflows in microfluidic devices. 6 and 7 show non-limiting examples. By using a drop generator, the device can have an electrowetting configuration throughout the fluid circuit.

図6及び図7は、液滴生成器606が、試剤(又は他の生体材料)を含む液滴620を生成する例を示す。試剤含有液滴620は、マイクロ流体チャネル614を通り、不混和性媒体624を含むチャンバ616/716の1つに移動することができる。試剤含有液滴620をチャンバ616/716の1つに移動する前又は後、1つ又は複数の液滴632内の1つ又は複数の微小物体630は同じチャンバ616/716内に移動することができる。次に、試剤含有液滴620は、微小物体630を含む液滴632と混合されて、液滴620の試剤を液滴632の内容物と混合し、化学的に反応させることができる。1つ又は複数の微小物体含有液滴632は、液滴生成器606(図示せず)により供給することができ、又は図6及び図7に示されるように、保持ペン616から取得することができる。微小物体630は、処理室616/716に移動する前、任意選択的に培養された(例えば、チャンバ616内で)、細胞等の生物学的微小物体であり得る。代替的に、微小物体630は、試料中の対象となる分子(例えば、試料材料622を使用して1つ又は複数の生体細胞を培養した後、試料材料622中に存在する細胞分泌物)に結合可能である、親和性ビーズ等のビーズであり得る。更に他の代替では、1つ又は複数の液滴632は、微小物体を含まないことができ、例えば、試料材料622を使用して1つ又は複数の生体細胞を培養した後の細胞分泌物を含む、試料材料622等の水性媒体のみを含むことができる。 6 and 7 show an example in which the droplet generator 606 produces a droplet 620 containing a reagent (or other biomaterial). The reagent-containing droplet 620 can travel through the microfluidic channel 614 to one of the chambers 616/716 containing the immiscible medium 624. Before or after moving the reagent-containing droplet 620 to one of the chambers 616/716, one or more microobjects 630 in one or more droplets 632 may move into the same chamber 616/716. can. The reagent-containing droplet 620 can then be mixed with the droplet 632 containing the microscopic object 630 to mix the reagent of the droplet 620 with the contents of the droplet 632 and chemically react. One or more microobject-containing droplets 632 can be supplied by the droplet generator 606 (not shown) or obtained from the retention pen 616 as shown in FIGS. 6 and 7. can. The microobject 630 can be a biological microobject such as a cell that has been optionally cultured (eg, in chamber 616) prior to moving to processing chamber 616/716. Alternatively, the microobject 630 is directed to the molecule of interest in the sample (eg, cell secretions present in the sample material 622 after culturing one or more living cells using the sample material 622). It can be a bead, such as an affinity bead, that can be bound. In yet another alternative, one or more droplets 632 can be micro-object free, eg, cell secretions after culturing one or more living cells using sample material 622. Including, only aqueous media such as sample material 622 can be included.

図8は、装置600及び700のいずれかのようなマイクロ流体回路を含むマイクロ流体デバイスにおいて実行することができるプロセス800の例を示す。 FIG. 8 shows an example of process 800 that can be performed in a microfluidic device that includes a microfluidic circuit such as any of the devices 600 and 700.

プロセス800のステップ802において、試料媒体(例えば、細胞培養媒体)が充填された保持ペン内で生物学的微小物体を培養することができる。例えば、図6又は図7の微小物体630は、生物学的微小物体であり得、チャンバ616内で培養することができる。培養は一般に、上述したようなものであり得る。例えば、培養は、培養媒体622を用いてチャネル612を灌流することを含み得る。ステップ802は、指定された時間期間にわたり実行することができる。 In step 802 of process 800, the biological microobject can be cultured in a retention pen filled with a sample medium (eg, a cell culture medium). For example, the micro-object 630 of FIG. 6 or 7 can be a biological micro-object and can be cultured in chamber 616. The culture can generally be as described above. For example, culturing may include perfusing channel 612 with culture medium 622. Step 802 can be performed over a specified time period.

ステップ804において、培養された生物学的微小物体を、それが培養された試料媒体充填チャンバ616から、試料媒体が不混和性である媒体が充填されたチャンバ616/716に移動させることができる。例えば、上述したように、図6及び図7に示されるように、培養された微小物体630は試料媒体622の液滴620又は632内で保持ペン616の1つから保持ペン616/716の1つに移動することができる。 In step 804, the cultured biological microobject can be moved from the sample medium filling chamber 616 in which it was cultured to the chamber 616/716 filled with a medium in which the sample medium is immiscible. For example, as described above, as shown in FIGS. 6 and 7, the cultured microobject 630 is from one of the holding pens 616 to one of the holding pens 616/716 in the droplet 620 or 632 of the sample medium 622. You can move to one.

ステップ806において、培養された生物学的微小物体は、不混和性媒体充填保持ペンにおいて1つ又は複数の処理又はプロセスを受けることができる。例えば、図6及び図7に示され、上述したように、1つ又は複数の試剤を含む1つ又は複数の液滴620を液滴生成器606により生成し、不混和性媒体充填チャンバ612/716内に移動させ、培養された生物学的微小物体630を含む液滴632と混合することができる。例えば、第1の試剤含有液滴620は溶解試剤を含むことができる。培養された生物学的微小物体630を含む液滴632と溶解試剤を含む第1の試剤含有液滴620とを混合すると、培養された生物学的微小物体630が溶解される。換言すれば、培養された生物学的微小物体630からの細胞溶解物を含む結合液滴(図示せず)が形成される。次に、追加(例えば、第2、第3、第4等)の試剤含有液滴620を、細胞溶解物を含有する新しい液滴と混合して、必要に応じて細胞溶解物を更に処理することができる。 In step 806, the cultured biological microobjects can undergo one or more treatments or processes in an immiscible medium-filled retention pen. For example, as shown in FIGS. 6 and 7, as described above, one or more droplets 620 containing one or more reagents are generated by the droplet generator 606 and the immiscible medium filling chamber 612 /. It can be moved into 716 and mixed with a droplet 632 containing the cultured biological microobject 630. For example, the first reagent-containing droplet 620 can contain a dissolution reagent. Mixing the droplet 632 containing the cultured biological microobject 630 with the first reagent-containing droplet 620 containing the lysis reagent dissolves the cultured biological microobject 630. In other words, bound droplets (not shown) containing cytolysates from the cultured biological microobjects 630 are formed. The additional (eg, second, third, fourth, etc.) reagent-containing droplets 620 are then mixed with new droplets containing the cytolysate to further treat the cytolyte as needed. be able to.

加えて又は別の例として、対象となる分泌物又は培養された生物学的微小物体630を生成した他の1つ若しくは複数の材料(例えば、DNA若しくはRNA等の核酸、タンパク質、代謝物、若しくは他の生体分子)に対して親和性を有する1つ又は複数の標識された捕捉微小物体(図示せず)を含有する1つ又は複数の液滴を液滴生成器606により生成し、不混和性媒体充填ペン616又は716に移動させ、同様に培養された生物学的微小物体630を含む試料媒体622の液滴と混合することができる。培養された生物学的微小物体630が既に溶解していた場合、捕捉微小物体含有液滴620は、1つ又は複数の親和性ビーズ(例えば、DNA、RNA、又はマイクロRNA等の核酸への親和性を有する)を含むことができ、親和性ビーズは、保持ペン616又は716において細胞溶解物含有液滴と混合されると、溶解物中に存在する標的分子に結合することができる。 In addition or as another example, one or more other materials (eg, nucleic acids such as DNA or RNA, proteins, metabolites, or) that produced the secretion or cultured biological microobject 630 of interest. One or more droplets containing one or more labeled trapped micro-objects (not shown) that have an affinity for (other biomolecules) are generated by the droplet generator 606 and immiscible. It can be moved to a sex medium filling pen 616 or 716 and mixed with droplets of sample medium 622 containing the similarly cultured biological microobjects 630. If the cultured biological microobjects 630 have already been lysed, the captured microobject-containing droplets 620 have an affinity for one or more affinity beads (eg, DNA, RNA, or nucleic acids such as microRNA). Affinity beads can bind to target molecules present in the lysate when mixed with cell lysate-containing droplets in a retention pen 616 or 716.

ステップ808において、標的生物学的微小物体を任意選択的に処理することができる。例えば、ステップ806において、捕捉物体(図示せず)が、培養された生物学的微小物体630を有する不混和性媒体充填チャンバ616/716内に移動する場合、ステップ808において、標識された捕捉微小物体に結合された対象となる材料の数量を示す反応(例えば、蛍光シグナル)を探して、チャンバ616/716を監視することができる。代替的に、そのような捕捉微小物体(図示せず)をチャンバ616/716から除去し(例えば、液滴622において)、続く分析のためにマイクロ流体デバイス(図6及び図7において示されず)から搬出することができる。更に別の例として、処理された生物学的微小物体630は、チャンバ616/716から除去し(例えば、液滴632において)、続く分析のためにマイクロ流体デバイス(図示せず)から搬出することができる。 In step 808, the target biological microobject can be optionally processed. For example, in step 806, if the capture object (not shown) moves into the immiscible medium filling chamber 616/716 with the cultured biological microobject 630, the labeled capture micron is in step 808. Chambers 616/716 can be monitored for reactions (eg, fluorescent signals) that indicate the quantity of material of interest bound to the object. Alternatively, such trapped microobjects (not shown) are removed from chamber 616/716 (eg, in droplet 622) and microfluidic devices (not shown in FIGS. 6 and 7) for subsequent analysis. Can be carried out from. As yet another example, the treated biological microobject 630 is removed from chamber 616/716 (eg, in droplet 632) and removed from a microfluidic device (not shown) for subsequent analysis. Can be done.

図9は、エレクトロウェッティング構成及び誘電泳動(DEP)構成の両方を含むマイクロ流体デバイスの基板を形成する方法を概説する。例えば、図9に示される方法を利用して、図5のマイクロ流体デバイスに示されるタイプのモノリシック基板を形成することができる。図10〜図18は、図9の方法における様々なステップが実行された後に形成される中間構造の断面図を示す。フォトトランジスタのアレイを含むDEP構成を有する基板が図10〜図18における開始点である。当然ながら、当業者は理解するように、開始基板は、フォトトランジスタのアレイを有するDEP構成の基板に限定されず、むしろ、アモルファスシリコンの層又は電気的に作動する電極のアレイを含む基板等の他のタイプの基板にも適用することができる。更に、図9の方法におけるステップは、独立して及び/又は他の組み合わせで使用して、本明細書に記載された他のマイクロ流体デバイスを含め、導電性基板を有する他のタイプのマイクロ流体デバイスを生成することもできる。 FIG. 9 outlines a method of forming a substrate for a microfluidic device that includes both an electrowetting configuration and a dielectrophoresis (DEP) configuration. For example, the method shown in FIG. 9 can be used to form the type of monolithic substrate shown in the microfluidic device of FIG. 10 to 18 show cross-sectional views of the intermediate structure formed after the various steps in the method of FIG. 9 have been performed. A substrate having a DEP configuration including an array of phototransistors is a starting point in FIGS. 10-18. Of course, as those skilled in the art will understand, the starting substrate is not limited to a DEP-configured substrate having an array of phototransistors, but rather a substrate containing a layer of amorphous silicon or an array of electrically actuated electrodes, or the like. It can also be applied to other types of substrates. In addition, the steps in the method of FIG. 9 can be used independently and / or in other combinations to include other types of microfluidics having a conductive substrate, including the other microfluidic devices described herein. You can also generate a device.

図9の方法におけるステップ902は、更なる処理のために初期基板を準備することを含む。図10の垂直断面に示されるように、初期基板1000は、その上にフォトトランジスタ1020のアレイが形成された導電性シリコンの高濃度ドープ層1010を含む。基板1000を準備するステップは、熱アニールプロセスを含むことができる。ステップ902のプロセスは、基板1000上に続けて堆積される材料の適切な接合を保証するように基板1000の表面を準備することができる。 Step 902 in the method of FIG. 9 involves preparing an initial substrate for further processing. As shown in the vertical cross section of FIG. 10, the initial substrate 1000 includes a high concentration doped layer 1010 of conductive silicon on which an array of phototransistors 1020 is formed. The step of preparing substrate 1000 can include a thermal annealing process. The process of step 902 can prepare the surface of substrate 1000 to ensure proper bonding of materials that are subsequently deposited on substrate 1000.

図9の方法におけるステップ904は、選択的耐エッチング性材料を初期基板の上面に堆積させることを含む。図11における垂直断面に示されるように、条件付き耐エッチング性材料の層1130は、アレイになったフォトトランジスタ1020の表面を覆うように基板1000の上面に堆積される。幾つかの実施形態では、条件付き耐エッチング性材料1130は窒化物であり得る。 Step 904 in the method of FIG. 9 involves depositing a selective etching resistant material on the top surface of the initial substrate. As shown in the vertical cross section in FIG. 11, the layer 1130 of the conditional etching resistant material is deposited on the upper surface of the substrate 1000 so as to cover the surface of the arrayed phototransistors 1020. In some embodiments, the conditional etching resistant material 1130 can be a nitride.

図9の方法におけるステップ906は、ステップ904中に基板上に堆積された条件付き耐エッチング性材料上に第1のパターンを適用することを含む。図12に示されるように、パターンにより、条件付き耐エッチング性材料1130を基板1000の選択領域(例えば、基板1000の左側のフォトトランジスタアレイの表面)から除去することができる。ステップ904中に基板1000に堆積された条件付き耐エッチング性材料1130へのパターンの塗布は、半導体処理業界で周知のように、リソグラフィプロセスにより達成することができる。そのようなリソグラフィプロセスは、例えば、Eビーム、X線、UV、及び深UVを含む。通常、ポリマーを使用してパターンを画定する。 Step 906 in the method of FIG. 9 comprises applying a first pattern onto the conditional etching resistant material deposited on the substrate during step 904. As shown in FIG. 12, the pattern allows the conditional etching resistant material 1130 to be removed from the selected region of the substrate 1000 (eg, the surface of the phototransistor array on the left side of the substrate 1000). Coating of the pattern on the conditional etching resistant material 1130 deposited on the substrate 1000 during step 904 can be achieved by a lithography process, as is well known in the semiconductor processing industry. Such lithographic processes include, for example, E-beam, X-ray, UV, and deep UV. Polymers are typically used to define the pattern.

図9の方法のステップ908に記載されるように、ステップ906において堆積されたパターン(例えば、ポリマー)は、続けて、光応答層をパターン上に堆積させ、次に光応答層の部分を選択的に光(例えば、光応答層の材料に適した波長及び強度を有する光)に露出させることにより処理される。 As described in step 908 of the method of FIG. 9, the pattern (eg, polymer) deposited in step 906 subsequently deposits a photoresponsive layer on the pattern and then selects a portion of the photoresponsive layer. It is treated by exposing it to light (eg, light having a wavelength and intensity suitable for the material of the photoresponsive layer).

図9の方法におけるステップ910は、第1の所定の位置まで下方に光応答層(及び光応答層のエッチング可能部分の下にある任意の条件付き耐エッチング性材料)をエッチングすることを含む。図12に示されるように、第1の所定の位置は、例えば、基板の表面(例えば、フォトトランジスタ1020の表面)であり得る。 Step 910 in the method of FIG. 9 comprises etching the photoresponsive layer (and any conditional etching resistant material beneath the etchable portion of the photoresponsive layer) downward to a first predetermined position. As shown in FIG. 12, the first predetermined position can be, for example, the surface of the substrate (eg, the surface of the phototransistor 1020).

図9の方法における任意選択的な後続のステップの組(図示せず)は、基板に条件付き耐エッチング性層がパターン化された後、導電性材料の層を堆積させ、パターン化し、エッチングすることである。図13に示されるように、導電材料1330を基板表面(例えば、基板1000の左側のフォトトランジスタ1020の表面)並びにステップ908及び910中に除去されなかった条件付き耐エッチング性層1130の部分の両方上に堆積させることができる。導電材料1330は、例えば、アモルファスシリコン又は高濃度ドープシリコン等の導電性シリコンであり得る。図14に示されるように、次に、導電材料1330のパターン化及びエッチングにより、導電材料1330が上(例えば、基板1000の左側のフォトトランジスタ1020の表面上)に直接堆積された基板1000の第1の部分及び条件付き耐エッチング性材料の層1130が上(例えば、基板1000の右側のフォトトランジスタ1020の表面上)に直接堆積された基板1000の第2の部分を生成することができる。 A set of optional subsequent steps (not shown) in the method of FIG. 9 is to deposit, pattern, and etch a layer of conductive material after the conditional etching resistant layer is patterned on the substrate. That is. As shown in FIG. 13, both the surface of the substrate (eg, the surface of the phototransistor 1020 on the left side of the substrate 1000) and the portion of the conditional etching resistant layer 1130 that was not removed during steps 908 and 910. Can be deposited on top. The conductive material 1330 can be, for example, conductive silicon such as amorphous silicon or high concentration doped silicon. As shown in FIG. 14, the conductive material 1330 is then directly deposited on the top (eg, on the surface of the phototransistor 1020 on the left side of the substrate 1000) by patterning and etching the conductive material 1330. The portion 1 and the layer 1130 of the conditional etching resistant material can produce a second portion of the substrate 1000 deposited directly on top (eg, on the surface of the phototransistor 1020 on the right side of the substrate 1000).

図9の方法におけるステップ912は、基板(及び基板上に既に堆積し、エッチングにより除去されていない任意の材料)上に少なくとも1つの誘電層を堆積させることを含む。本明細書の他の箇所に記載される(例えば、図1Bのデバイスに関連して)ように、誘電層の積層の個々の層(例えば、誘電材料の第1の層、誘電材料の第2の層、誘電材料の第3の層等)を順次基板上に堆積させることができる。例えば、図15に示されるように、2層の誘電材料からなる誘電体積層1530を基板1000上に堆積させることができる。本明細書における他のセクションとの一貫性のために、誘電体積層1530の第1の層は、基板1000上に堆積される最初の層である必要はない。むしろ、第1及び第2という用語は、任意に又は表面から始まり、基板の内側に向かって移る誘電材料の層の順序に関して使用することができる。したがって、図15に関しては、基板1000上に堆積される誘電材料の第1の層は、誘電材料の「第2の層」であり得、基板1000上に堆積される誘電材料の第2の層は、誘電材料の「第1の層」であり得る。 Step 912 in the method of FIG. 9 comprises depositing at least one dielectric layer on the substrate (and any material already deposited on the substrate and not removed by etching). As described elsewhere in the specification (eg, in connection with the device of FIG. 1B), the individual layers of the dielectric layer stack (eg, the first layer of the dielectric material, the second layer of the dielectric material). Layer, a third layer of dielectric material, etc.) can be sequentially deposited on the substrate. For example, as shown in FIG. 15, a dielectric laminate 1530 made of two layers of dielectric material can be deposited on the substrate 1000. For consistency with the other sections herein, the first layer of the dielectric laminate 1530 need not be the first layer deposited on the substrate 1000. Rather, the terms first and second can be used with respect to the order of layers of dielectric material, starting arbitrarily or from the surface and moving toward the inside of the substrate. Therefore, with respect to FIG. 15, the first layer of the dielectric material deposited on the substrate 1000 can be the "second layer" of the dielectric material and the second layer of the dielectric material deposited on the substrate 1000. Can be the "first layer" of the dielectric material.

図9の方法におけるステップ914は、少なくとも1つの誘電層上に第2のパターンを適用し、少なくとも1つの誘電層を第2の所定の位置までエッチングすることを含む。幾つかの実施形態では、第2の所定の位置は、条件付き耐エッチング性材料の層1130の表面であり得る。したがって、図16に示されるように、誘電体積層1530の層は、条件付き耐エッチング性材料1130の表面まで下方に基板1000の選択された部分から離れてエッチングすることができる。上述したように、条件付き耐エッチング性材料1130は窒化物であり得る。したがって、ステップ914において使用されるエッチング材料は、誘電材料をエッチングして除去するが、窒化物は除去しないことに適した材料であり得る。 Step 914 in the method of FIG. 9 comprises applying a second pattern onto at least one dielectric layer and etching at least one dielectric layer to a second predetermined position. In some embodiments, the second predetermined location may be the surface of layer 1130 of conditional etching resistant material. Thus, as shown in FIG. 16, the layer of the dielectric laminate 1530 can be etched down to the surface of the conditional etching resistant material 1130 away from the selected portion of the substrate 1000. As mentioned above, the conditional etching resistant material 1130 can be a nitride. Therefore, the etching material used in step 914 may be a material suitable for etching and removing the dielectric material but not the nitride.

様々な実施形態において、任意選択的なステップを更に実行し得る。例えば、第3のパターンを堆積させることができ、条件付き耐エッチング性層を剥がすことができる(任意選択的に、最高で10umまでシリコン基板中にエッチングすることができる)。図17に示されるように、条件付き耐エッチング性層1130を基板1000の右側からエッチングして除去し、その結果、右側のフォトトランジスタ1020の表面を再度露出させる。加えて、図18に示されるように、基板1000の下部の酸化物を剥がし、裏面を金属化して、導電性金属(例えば、銀又は金)の層1830を基板に追加するステップを行うことができる。その結果生成される図18に示される基板は、DEP力を生成するように構成される第1のセクション(例えば、右側)と、エレクトウェッティング力を生成するように構成される第2のセクション(例えば、左側)とを有することができる。第1のセクションと第2のセクションとの接合部において、基板は、少なくともDEP力及びエレクトロウェッティング力の生成に関して電気的に非活性であり得る。非活性領域の厚さは、マスキング及びエッチングステップの精度に依存し、例えば、2mm未満(例えば、1.5mm未満、1.0mm未満、0.5mm未満、又はそれよりも小さい)の厚さであり得る。 In various embodiments, further optional steps may be performed. For example, a third pattern can be deposited and the conditional etching resistant layer can be stripped (optionally, up to 10 um can be etched into the silicon substrate). As shown in FIG. 17, the conditional etching resistant layer 1130 is etched and removed from the right side of the substrate 1000, resulting in re-exposing the surface of the phototransistor 1020 on the right side. In addition, as shown in FIG. 18, the steps of stripping the oxide at the bottom of the substrate 1000, metallizing the back surface, and adding a layer 1830 of a conductive metal (eg, silver or gold) to the substrate can be performed. can. The resulting substrate, shown in FIG. 18, has a first section configured to generate a DEP force (eg, right side) and a second section configured to generate an electwetting force. (For example, on the left side) and can have. At the junction of the first section and the second section, the substrate can be electrically inactive with respect to the generation of at least DEP and electrowetting forces. The thickness of the inactive region depends on the accuracy of the masking and etching steps, for example, with a thickness of less than 2 mm (eg, less than 1.5 mm, less than 1.0 mm, less than 0.5 mm, or less). could be.

本発明の特定の実施形態及び適用について本明細書において説明したが、これらの実施形態及び適用は単なる例であり、多くの変形形態が可能である。例えば、図8の方法は、細胞分泌物を含有する試料材料(例えば、試料材料682が1つ又は複数の生体細胞の培養に使用された後)に関して実行することができる。そのような実施形態では、ステップ802は同じままであるが、ステップ804は、微小物体を含まず、細胞分泌物を含む試料材料622等の水性媒体のみを含むことができる液滴632を不混和性媒体含有チャンバ616/716に移動させることを含み、ステップ806及び808は、そのような水性媒体含有液滴632に対して実行される。更に、本明細書において考察されたエレクトロウェッティング構成は、当技術分野で既知の任意のタイプのエレクトロウェッティング構成であり得、その例は、米国特許第6,958,132号(OEW構成について)及び米国特許出願公開第2016/0158748号(片面OEW構成について)において開示されている。エレクトウェッティング構成の他の例としては、電子的に制御することができる誘電体エレクトロウェッティング(EWOD)デバイスが挙げられ、その例は米国特許第8,685,344号に開示されている。同様に、本明細書において考察された誘電泳動構成も当技術分野で既知の任意のタイプの誘電泳動構成であり得、その例は、米国特許第RE44,711号(Wuら)、同第7,956,339号(Ohtaら)、同第6,294,063号(Beckerら)、同第6,942,776号(Medoro)、及び同第9,403,172号(Wuら)に開示されている。上記米国特許文献は、全て全体として参照により本明細書に援用される。 Although specific embodiments and applications of the present invention have been described herein, these embodiments and applications are merely examples and many variations are possible. For example, the method of FIG. 8 can be performed on a sample material containing cell secretions (eg, after the sample material 682 has been used to culture one or more living cells). In such an embodiment, step 802 remains the same, but step 804 is immiscible with droplet 632, which is free of microobjects and can contain only aqueous media such as sample material 622 containing cell secretions. Steps 806 and 808 are performed on such aqueous medium-containing droplets 632, including moving to a sex medium-containing chamber 616/716. Further, the electrowetting configurations discussed herein can be any type of electrowetting configuration known in the art, examples of which are US Pat. No. 6,958,132 (for OEW configurations). ) And US Patent Application Publication No. 2016/0158748 (for single-sided OEW configuration). Another example of an electrowetting configuration is a dielectric electrowetting (EWOD) device that can be electronically controlled, an example of which is disclosed in US Pat. No. 8,685,344. Similarly, the dielectrophoretic configurations discussed herein can be of any type of dielectrophoretic configuration known in the art, examples of which are US Pat. Nos. RE44,711 (Wu et al.), 7. , 956,339 (Ohta et al.), 6,294,063 (Becker et al.), 6,942,776 (Medoro), and 9,403,172 (Wu et al.). Has been done. All of the above US patent documents are incorporated herein by reference in their entirety.

システム及びマイクロ流体デバイス:マイクロ流体デバイス及びマイクロ流体デバイスを動作させる機器をBerkeley Lights, Inc.により製造した。システムは、少なくともフ
ローコントローラ、温度コントローラ、流体媒体調整及びポンプ構成要素、光活性化DEP又はEW構成用の光源、マウントステージ、並びにカメラを含んだ。マイクロ流体デバイスは、後述する表面を有するEW構成を含んだ。
Systems and Microfluidic Devices: Microfluidic devices and equipment to operate microfluidic devices were manufactured by Berkeley Lights, Inc. The system included at least a flow controller, a temperature controller, fluid medium conditioning and pump components, a light source for a photoactivated DEP or EW configuration, a mount stage, and a camera. The microfluidic device included an EW configuration with a surface described below.

例1.修飾された内面を有するエレクトロウェッティングマイクロ流体デバイスの準備
感光シリコンの半導体層及びアルミナの上面を有する誘電層を有する電極活性化基板を含んだベースと、ITO電極を有するガラス支持体を有するカバーと、ベースとカバーとを隔てる光パターン化可能シリコンのマイクロ流体回路材料とを有するマイクロ流体デバイス(Berkeley Lights, Inc.)を、100W電力、240mトール(約31.9Pa)
圧及び440sccm酸素流量を使用して1分間、酸素プラズマクリーナ(Nordson Asymtek)内で処理した。真空反応室の下部にフォイルボート内にトリメトキシ(3,3,4
,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16)−ノナイコサフルオロヘキサデシル(nonaicosafluorohexadecyl))シラン(0.3g、合成の詳細は2016年10月19日出願の米国仮特許出願第62/410238号に記載されている)があり、真空反応室の下部に別個のフォイルボート内の、水反応物質源としての硫酸マグネシウム七水和物(0.5g、Acros)が存在する状態で、プラズマ処理されたマイクロ流体デバイ
スを真空反応室内で処理した。次に、真空ポンプを使用してチャンバを750mトール(約99.9Pa)にし、封止した。真空反応室を180℃に加熱したオーブン内に24時間〜48時間配置した。室温まで冷まし、真空室にアルゴンを導入した後、全ての内面にジメトキシ(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16−ノナコサフルオロ−ヘキサデシル)シロキシ部分の疎水性外層を有するマイクロ流体デバイスを反応室から取り出した。取り出した後、使用前にマイクロ流体デバイスをシリコーン油(5センチストーク(5mm/s)粘度、Gelestカタログ番号DMS−T05)でプライミングした。図20A〜図20Cは、不混和性シリコーン油相内で、疎水性層(すなわち、液滴作動表面)上を動いている水滴の連続写真画像である。液滴は、マイクロ流体デバイスの光学的に作動するエレクトロウェッティング構成及び液滴作動表面を使用して、優れた移動能力を示した。
Example 1. Preparation of electrowetting microfluidic device with modified inner surface A base containing an electrode activated substrate having a semiconductor layer of photosensitive silicon and a dielectric layer having an upper surface of alumina, and a cover having a glass support having an ITO electrode. , Microfluidic device (Berkeley Lights, Inc.) with an optical patternable silicon microfluidic circuit material that separates the base and cover, 100 W power, 240 m toll (about 31.9 Pa).
Treatment was performed in an oxygen plasma cleaner (Nordson Asymtek) for 1 minute using pressure and 440 sccm oxygen flow. Trimethoxy (3,3,4) in a foil boat at the bottom of the vacuum reaction chamber
, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 9, 9, 10, 10, 11, 11, 12, 12, 13, 13, 14, 14, 15, 15, 16, 16 , 16) -Nonaicosafluorohexadecyl) Silane (0.3 g, details of synthesis are described in US Provisional Patent Application No. 62/410238, filed October 19, 2016), vacuum. Plasma treated microfluidic devices are treated in a vacuum reaction chamber in the presence of magnesium sulphate heptahydrate (0.5 g, Acros) as a water reactant source in a separate foil boat at the bottom of the reaction chamber. bottom. Next, a vacuum pump was used to bring the chamber to 750 m toll (about 99.9 Pa) and seal it. The vacuum reaction chamber was placed in an oven heated to 180 ° C. for 24 to 48 hours. After cooling to room temperature and introducing argon into the vacuum chamber, dimethoxy (3,3,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10) on all inner surfaces , 11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-nonacosafluoro-hexadecyl) A microfluidic device with a hydrophobic outer layer of the siloxy moiety was removed from the reaction chamber. .. After removal, the microfluidic device was primed with silicone oil (5 cm stalk (5 mm 2 / s) viscosity, Gelest catalog number DMS-T05) prior to use. 20A-20C are continuous photographic images of water droplets moving on a hydrophobic layer (ie, droplet working surface) within an immiscible silicone oil phase. The droplets demonstrated excellent mobility using the optically actuated electrowetting configuration and droplet actuating surface of the microfluidic device.

実施形態の列挙
1.エレクトロウェッティング構成を有するマイクロ流体デバイスであって、
誘電層、液滴作動表面、及びAC電圧源に接続されるように構成される第1の電極を有する基板と、
AC電圧源に接続されるように構成される第2の電極と
を含み、
誘電層は、第1の電極に電気的に結合され、
液滴作動表面は、誘電層に共有結合された疎水性層を含む、マイクロ流体デバイス。
Listing of embodiments 1. A microfluidic device with an electrowetting configuration
A substrate having a dielectric layer, a droplet working surface, and a first electrode configured to be connected to an AC voltage source.
Includes a second electrode configured to be connected to an AC voltage source
The dielectric layer is electrically coupled to the first electrode and
A microfluidic device in which the droplet working surface contains a hydrophobic layer covalently bonded to a dielectric layer.

2.片面エレクトロウェッティング構成を有する、実施形態1に記載のマイクロ流体デバイス。 2. The microfluidic device according to embodiment 1, which has a single-sided electrowetting configuration.

3.第2の電極は、基板に含まれるメッシュ電極である、実施形態2に記載のマイクロ流体デバイス。 3. 3. The microfluidic device according to the second embodiment, wherein the second electrode is a mesh electrode included in the substrate.

4.光学エレクトロウェッティング(OEW)構成を有する、実施形態1に記載のマイクロ流体デバイス。 4. The microfluidic device according to embodiment 1, which has an optical electrowetting (OEW) configuration.

5.誘電体エレクトロウェッティング(EWOD)構成を有する、実施形態1に記載のマイクロ流体デバイス。 5. The microfluidic device according to embodiment 1, which has a dielectric electrowetting (EWOD) configuration.

6.疎水性層は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドを表面に結合させる結合基とを含む単層であり、液滴作動表面は、式II:

Figure 2021126656


の構造を有し、式中、
Figure 2021126656


は、誘電層の表面であり、Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)W−であり、Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ表面に接続し、Zは、表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Yは、表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Rは、水素又はフッ素であり、Mは、水素又はフッ素であり、hは、独立して2又は3の整数であり、jは、1であり、kは、0又は1であり、mは、0又は1〜20の整数であり、nは、0又は1〜20の整数であり、(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり、kが1である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及びkが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である、実施形態1〜5のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 6. The hydrophobic layer is a monolayer containing a surface modifying ligand and a binding group that binds the surface modifying ligand to the surface, and the droplet working surface is of formula II :.
Figure 2021126656


Has the structure of
Figure 2021126656


Is the surface of the dielectric layer, V is -P (O) (OY) W- or -Si (OZ) 2 W-, and W is -O-, -S-, or -NH-. Yes, and connected to the surface, Z is a bond to an adjacent silicon atom attached to the surface, or is a bond to the surface, and Y is a bond to an adjacent phosphorus atom attached to the surface. Or a bond to the surface, R is hydrogen or fluorine, M is hydrogen or fluorine, h is an independently integer of 2 or 3, j is 1, and k is. It is 0 or 1, m is an integer of 0 or 1 to 20, n is an integer of 0 or 1 to 20, and the sum of (n + [(h + j) · k] + m) is 11 to 25. If k is 1, then m is at least 2, and if M is hydrogen, and k is 0, and R is fluorine, then m is at least 2. The microfluidic device according to any one of embodiments 1 to 5, wherein M is hydrogen.

7.デバイスのエレクトロウェッティング構成は、デバイスの第1のセクションによって構成され、デバイスは、誘電泳動(DEP)構成を有する第2のセクションを更に含む、実施形態1〜6のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 7. 13. Microfluidic device.

8.マイクロ流体デバイスであって、電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有する基板と、電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有するカバーと、少なくとも1つの離間要素とを含み、
基板及びカバーは、互いに実質的に平行であり、且つ離間要素によって一緒に接合されて、液体を保持するように構成されるエンクロージャを画定し、基板は、エンクロージャを部分的に画定する液滴作動表面を有し、液滴作動表面は、誘電内層及び疎水性外層を有し、
疎水性外層は、誘電内層の表面に共有結合した自己会合性分子を含み、それによりその上に高密度の疎水性単層を形成し、
基板の少なくとも1つの電極及びカバーの少なくとも1つの電極が電圧源の逆の端子に接続される場合、基板は、基板の液滴作動表面に接触する水性液滴にエレクトロウェッティング力を適用することが可能である、マイクロ流体デバイス。
8. A microfluidic device having a substrate having at least one electrode configured to be connected to a voltage source and a cover having at least one electrode configured to be connected to a voltage source and at least one. Including separating elements
The substrate and cover are substantially parallel to each other and are joined together by a separating element to define an enclosure configured to hold the liquid, and the substrate is a droplet actuation that partially defines the enclosure. It has a surface, the droplet working surface has a dielectric inner layer and a hydrophobic outer layer,
The hydrophobic outer layer contains self-associating molecules covalently bonded to the surface of the dielectric inner layer, thereby forming a dense hydrophobic monolayer on it.
When at least one electrode on the substrate and at least one electrode on the cover are connected to the opposite terminals of the voltage source, the substrate shall apply electrowetting force to the aqueous droplets in contact with the droplet working surface of the substrate. Is possible, microfluidic device.

9.疎水性単層の自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドを誘電内層の表面に結合させる結合基とをそれぞれ含み、液滴作動表面は、式II:

Figure 2021126656


の構造を有し、式中、
Figure 2021126656


は、誘電層の表面であり、Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)W−であり、Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ表面に接続し、Zは、表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Yは、表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Rは、水素又はフッ素であり、Mは、水素又はフッ素であり、hは、独立して2又は3の整数であり、jは、1であり、kは、0又は1であり、mは、0又は1〜20の整数であり、nは、0又は1〜20の整数であり、(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり、kが1である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及びkが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である、実施形態8に記載のマイクロ流体装置。 9. The self-associating molecule of the hydrophobic monolayer contains a surface modifying ligand and a binding group that binds the surface modifying ligand to the surface of the dielectric inner layer, respectively, and the droplet working surface is of formula II :.
Figure 2021126656


Has the structure of
Figure 2021126656


Is the surface of the dielectric layer, V is -P (O) (OY) W- or -Si (OZ) 2 W-, and W is -O-, -S-, or -NH-. Yes, and connected to the surface, Z is a bond to an adjacent silicon atom attached to the surface, or is a bond to the surface, and Y is a bond to an adjacent phosphorus atom attached to the surface. Or a bond to the surface, R is hydrogen or fluorine, M is hydrogen or fluorine, h is an independently integer of 2 or 3, j is 1, and k is. It is 0 or 1, m is an integer of 0 or 1 to 20, n is an integer of 0 or 1 to 20, and the sum of (n + [(h + j) · k] + m) is 11 to 25. If k is 1, then m is at least 2, and if M is hydrogen, and k is 0, and R is fluorine, then m is at least 2. The microfluidic apparatus according to the eighth embodiment, wherein M is hydrogen.

10.Vは、−Si(OZ)W−である、実施形態9に記載のマイクロ流体デバイス。 10. The microfluidic device according to embodiment 9, wherein V is −Si (OZ) 2 W−.

11.Vは、−P(O)(OY)W−である、実施形態9に記載のマイクロ流体デバイス。 11. The microfluidic device according to embodiment 9, wherein V is −P (O) (OY) W−.

12.nは、1〜20の整数であり、Rは、水素である、実施形態9〜11のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 12. The microfluidic device according to any one of embodiments 9 to 11, wherein n is an integer of 1 to 20 and R is hydrogen.

13.mは、1〜20の整数であり、Mは、水素である、実施形態12に記載のマイクロ流体デバイス。 13. The microfluidic device according to embodiment 12, wherein m is an integer of 1 to 20 and M is hydrogen.

14.mは、2である、実施形態13に記載のマイクロ流体デバイス。 14. The microfluidic device according to the thirteenth embodiment, wherein m is 2.

15.nは、1〜20の整数であり、Rは、フッ素である、実施形態9〜11のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 15. The microfluidic device according to any one of embodiments 9 to 11, wherein n is an integer of 1 to 20 and R is fluorine.

16.mは、1〜20の整数であり、Mは、水素である、実施形態15に記載のマイクロ流体デバイス。 16. The microfluidic device according to embodiment 15, wherein m is an integer of 1 to 20 and M is hydrogen.

17.mは、2である、実施形態16に記載のマイクロ流体デバイス。 17. The microfluidic device according to embodiment 16, wherein m is 2.

18.kは、1である、実施形態9〜17のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 18. The microfluidic device according to any one of embodiments 9 to 17, wherein k is 1.

19.kは、0である、実施形態9〜17のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 19. The microfluidic device according to any one of embodiments 9 to 17, wherein k is 0.

20.(n+[(h+j)・k]+m)の和は、13〜19の整数である、実施形態9〜19のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 20. The microfluidic device according to any one of embodiments 9 to 19, wherein the sum of (n + [(h + j) · k] + m) is an integer of 13 to 19.

21.基板の液滴作動表面の疎水性外層は、5ナノメートル未満の厚さを有する、実施形態8〜20のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 21. The microfluidic device according to any one of embodiments 8 to 20, wherein the hydrophobic outer layer of the droplet working surface of the substrate has a thickness of less than 5 nanometers.

22.基板の液滴作動表面の疎水性外層は、選択領域が疎水性外層の残りの部分と比較して相対的に親水性であるようにパターン化される、実施形態8〜21のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 22. The hydrophobic outer layer of the droplet working surface of the substrate is patterned such that the selected region is relatively hydrophilic relative to the rest of the hydrophobic outer layer, any one of embodiments 8-21. The microfluidic device described in.

23.基板の液滴作動表面の誘電内層は、酸化物を含む誘電体材料の第1の層を含む、実施形態8〜22のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 23. The microfluidic device according to any one of embodiments 8 to 22, wherein the dielectric inner layer of the droplet working surface of the substrate comprises a first layer of a dielectric material containing an oxide.

24.酸化物は、金属酸化物である、実施形態8〜23のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 24. The microfluidic device according to any one of embodiments 8 to 23, wherein the oxide is a metal oxide.

25.金属酸化物は、酸化アルミニウムである、実施形態24に記載のマイクロ流体デバイス。 25. The microfluidic device according to embodiment 24, wherein the metal oxide is aluminum oxide.

26.誘電体材料の第1の層は、原子層堆積によって形成される、実施形態23〜25のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 26. The microfluidic device according to any one of embodiments 23-25, wherein the first layer of the dielectric material is formed by atomic layer deposition.

27.基板の液滴作動表面の誘電内層は、誘電体材料の第2の層を更に含み、疎水性外層は、誘電体材料の第1の層に共有結合する、実施形態23〜26のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 27. The dielectric inner layer of the droplet working surface of the substrate further comprises a second layer of the dielectric material, and the hydrophobic outer layer is covalently bonded to the first layer of the dielectric material, any one of embodiments 23-26. One of the microfluidic devices described.

28.誘電体材料の第2の層は、酸化物又は窒化物を含む、実施形態27に記載のマイクロ流体デバイス。 28. The microfluidic device of embodiment 27, wherein the second layer of dielectric material comprises an oxide or nitride.

29.誘電体材料の第2の層は、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素からなる群から選択される、実施形態28に記載のマイクロ流体デバイス。 29. 28. The microfluidic device of embodiment 28, wherein the second layer of dielectric material is selected from the group consisting of silicon dioxide and silicon nitride.

30.誘電体材料の第2の層は、プラズマ化学気相成長法によって形成される、実施形態27〜29のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 30. The microfluidic device according to any one of embodiments 27-29, wherein the second layer of the dielectric material is formed by plasma chemical vapor deposition.

31.誘電体材料の第1の層は、誘電体材料の第1及び第2の副層を含み、第1の副層は、疎水性層に共有結合する、実施形態23〜30のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 31. The first layer of the dielectric material comprises the first and second sublayers of the dielectric material, the first sublayer being covalently bonded to the hydrophobic layer, any one of embodiments 23-30. The microfluidic device described in.

32.誘電体材料の第1の副層は、酸化ケイ素を含む、実施形態31に記載のマイクロ流体デバイス。 32. The microfluidic device according to embodiment 31, wherein the first sublayer of the dielectric material comprises silicon oxide.

33.誘電体材料の第1の副層は、ALDによって堆積される、実施形態31に記載のマイクロ流体デバイス。 33. The microfluidic device of embodiment 31, wherein the first adrenoleukodys of the dielectric material is deposited by ALD.

34.誘電体材料の第1の層は、約10nm〜約20nmの厚さを有する、実施形態31〜33のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 34. The microfluidic device according to any one of embodiments 31 to 33, wherein the first layer of the dielectric material has a thickness of about 10 nm to about 20 nm.

35.誘電体材料の第1の副層は、約2nm〜約10nmの厚さを有する、実施形態34に記載のマイクロ流体デバイス。 35. The microfluidic device according to embodiment 34, wherein the first sublayer of the dielectric material has a thickness of about 2 nm to about 10 nm.

36.基板の液滴作動表面の誘電内層は、少なくとも約40ナノメートルの厚さを有する、実施形態8〜35のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 36. The microfluidic device according to any one of embodiments 8 to 35, wherein the dielectric inner layer of the droplet working surface of the substrate has a thickness of at least about 40 nanometers.

37.基板の液滴作動表面の誘電内層は、約40ナノメートル〜約120ナノメートルの厚さを有する、実施形態36に記載のマイクロ流体デバイス。 37. The microfluidic device of embodiment 36, wherein the dielectric inner layer of the droplet working surface of the substrate has a thickness of about 40 nanometers to about 120 nanometers.

38.基板は、誘電内層に接触する第1の面及び少なくとも1つの電極に接触する第2の面を有する光応答層を更に含む、実施形態8〜37のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 38. The microfluidic device according to any one of embodiments 8 to 37, wherein the substrate further comprises a photoresponsive layer having a first surface in contact with the dielectric inner layer and a second surface in contact with at least one electrode.

39.光応答層は、水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)を含む、実施形態38に記載のマイクロ流体デバイス。 39. The microfluidic device according to embodiment 38, wherein the photoresponsive layer comprises hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H).

40.光応答層は、少なくとも900ナノメートルの厚さを有する、実施形態38又は39に記載のマイクロ流体デバイス。 40. The microfluidic device according to embodiment 38 or 39, wherein the photoresponsive layer has a thickness of at least 900 nanometers.

41.光応答層は、約900ナノメートル〜1100ナノメートルの厚さを有する、実施形態40に記載のマイクロ流体デバイス。 41. The microfluidic device of embodiment 40, wherein the photoresponsive layer has a thickness of about 900 nanometers to 1100 nanometers.

42.光応答層は、複数の導体を含み、各導体は、フォトトランジスタスイッチを介して基板の少なくとも1つの電極に制御可能に接続可能である、実施形態38に記載のマイクロ流体デバイス。 42. 38. The microfluidic device of embodiment 38, wherein the photoresponsive layer comprises a plurality of conductors, each of which is controllably connectable to at least one electrode of the substrate via a phototransistor switch.

43.基板は、AC電圧源に接続されるように構成される単一の電極を含み、単一の電極は、インジウム錫酸化物(ITO)の層を含む、実施形態8〜42のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 43. The substrate comprises a single electrode configured to be connected to an AC voltage source, the single electrode comprising a layer of indium tin oxide (ITO), any one of embodiments 8-42. The microfluidic device described in.

44.基板は、AC電圧源に接続されるように構成される単一の電極を含み、単一の電極は、導電性シリコンの層を含む、実施形態8〜42のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 44. The micro according to any one of embodiments 8 to 42, wherein the substrate comprises a single electrode configured to be connected to an AC voltage source, wherein the single electrode comprises a layer of conductive silicon. Fluid device.

45.基板は、複数の電極を含み、各電極は、1つ又は複数のAC電圧源に接続されるように構成される、実施形態8〜37のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 45. The microfluidic device according to any one of embodiments 8 to 37, wherein the substrate comprises a plurality of electrodes, each electrode being configured to be connected to one or more AC voltage sources.

46.複数のうちの各電極は、トランジスタスイッチを介して1つ又は複数のAC電圧源の1つに接続可能である、実施形態45に記載のマイクロ流体デバイス。 46. The microfluidic device of embodiment 45, wherein each electrode of the plurality is connectable to one or more AC voltage sources via a transistor switch.

47.カバーは、エンクロージャを部分的に画定する内向き面を有し、カバーの内向き面は、内層及び疎水性外層を有し、カバーの疎水性外層は、カバーの内層の表面に共有結合した自己会合性分子を含み、それによりその上に高密度の疎水性単層を形成する、実施形態8〜46のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 47. The cover has an inward surface that partially defines the enclosure, the inward surface of the cover has an inner layer and a hydrophobic outer layer, and the hydrophobic outer layer of the cover is covalently bonded to the surface of the inner layer of the cover. The microfluidic device according to any one of embodiments 8 to 46, wherein the microfluidic device comprises an associative molecule, thereby forming a dense hydrophobic monolayer on it.

48.カバーの疎水性単層の自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドをカバーの内層の表面に結合させる結合基とをそれぞれ含み、カバーの内向き面は、式II:

Figure 2021126656


の構造体を有し、式中、
Figure 2021126656

は、誘電層の表面であり、Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)W−であり、Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ表面に接続し、Zは、表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Yは、表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Rは、水素又はフッ素であり、Mは、水素又はフッ素であり、hは、独立して2又は3の整数であり、jは、1であり、kは、0又は1であり、mは、0又は1〜20の整数であり、nは、0又は1〜20の整数であり、(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり、kが1である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及びkが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である、実施形態47に記載のマイクロ流体デバイス。 48. The self-associating molecule of the hydrophobic monolayer of the cover contains a surface-modifying ligand and a binding group that binds the surface-modifying ligand to the surface of the inner layer of the cover, respectively, and the inward surface of the cover is of formula II :.
Figure 2021126656


Has the structure of
Figure 2021126656

Is the surface of the dielectric layer, V is -P (O) (OY) W- or -Si (OZ) 2 W-, and W is -O-, -S-, or -NH-. Yes, and connected to the surface, Z is a bond to an adjacent silicon atom attached to the surface, or is a bond to the surface, and Y is a bond to an adjacent phosphorus atom attached to the surface. Or a bond to the surface, R is hydrogen or fluorine, M is hydrogen or fluorine, h is an independently integer of 2 or 3, j is 1, and k is. It is 0 or 1, m is an integer of 0 or 1 to 20, n is an integer of 0 or 1 to 20, and the sum of (n + [(h + j) · k] + m) is 11 to 25. If k is 1, then m is at least 2, and if M is hydrogen, and k is 0, and R is fluorine, then m is at least 2. The microfluidic device according to embodiment 47, wherein M is hydrogen.

49.カバーの疎水性単層の自己会合性分子は、基板の液滴作動表面の疎水性単層の自己会合性分子と同じである、実施形態48に記載のマイクロ流体デバイス。 49. The microfluidic device of embodiment 48, wherein the hydrophobic monolayer self-associating molecule of the cover is the same as the hydrophobic monolayer self-associating molecule of the droplet working surface of the substrate.

50.カバーの内向き面の疎水性外層は、5ナノメートル未満の厚さを有する、実施形態47〜49のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 50. The microfluidic device according to any one of embodiments 47-49, wherein the hydrophobic outer layer of the inward facing surface of the cover has a thickness of less than 5 nanometers.

51.カバーの内層は、誘電内層である、実施形態47〜50のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 51. The microfluidic device according to any one of embodiments 47 to 50, wherein the inner layer of the cover is a dielectric inner layer.

52.カバーは、光応答層を更に含む、実施形態51に記載のマイクロ流体デバイス。 52. The microfluidic device according to embodiment 51, wherein the cover further comprises a photoresponsive layer.

53.カバーは、複数の電極を含み、各電極は、1つ又は複数のAC電圧源に接続されるように構成される、実施形態51に記載のマイクロ流体デバイス。 53. 51. The microfluidic device of embodiment 51, wherein the cover comprises a plurality of electrodes, each electrode being configured to be connected to one or more AC voltage sources.

54.少なくとも1つの離間要素は、シリコンベースの有機ポリマーを含む、実施形態8に記載のマイクロ流体デバイス。 54. The microfluidic device of embodiment 8, wherein the at least one separating element comprises a silicon-based organic polymer.

55.シリコンベースの有機ポリマーは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)及び光パターン化可能シリコーン(PPS)からなる群から選択される、実施形態54に記載のマイクロ流体デバイス。 55. The microfluidic device of embodiment 54, wherein the silicon-based organic polymer is selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS) and photopatternable silicone (PPS).

56.少なくとも1つの離間要素は、SU−8を含む、実施形態8〜53のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 56. The microfluidic device according to any one of embodiments 8 to 53, wherein at least one separating element comprises SU-8.

57.少なくとも1つの離間要素は、少なくとも30μmの厚さを有する、実施形態8〜56のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 57. The microfluidic device according to any one of embodiments 8 to 56, wherein the at least one separating element has a thickness of at least 30 μm.

58.少なくとも1つの離間要素は、エンクロージャ内に1つ又は複数のマイクロチャネルを画定する、実施形態8〜57のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイス。 58. The microfluidic device of any one of embodiments 8-57, wherein the at least one separating element defines one or more microchannels within the enclosure.

59.少なくとも1つの離間要素は、エンクロージャ内に複数のチャンバを更に画定し、各チャンバは、少なくとも1つのマイクロチャネルが終わる箇所で開く、実施形態58に記載のマイクロ流体デバイス。 59. 58. The microfluidic device of embodiment 58, wherein the at least one separating element further defines a plurality of chambers within the enclosure, each chamber opening at the end of at least one microchannel.

60.マイクロ流体装置を製造する方法であって、電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有するカバーの内面に離間要素を接合することと、
電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有する基板の誘電面に離間要素及びカバーを接合することであって、それにより、離間要素は、カバー及び基板が互いに実質的に平行な向きにされた状態で、カバーの内層と基板の誘電面との間に挟まれ、基板、離間要素、及びカバーは、集合的に、液体を保持するように構成されるエンクロージャを画定する、接合することと、蒸着により、高密度の疎水性単層をカバーの内面の少なくとも一部に形成することであって、疎水性単層は、カバーの内面に共有結合した自己会合性分子を含む、形成することと、
蒸着により、高密度の疎水性単層を基板の誘電面の少なくとも一部に形成することであって、疎水性単層は、基板の誘電面に共有結合された自己会合性分子を含む、形成することと
を含む、方法。
60. A method of manufacturing a microfluidic device, in which a separating element is joined to the inner surface of a cover having at least one electrode configured to be connected to a voltage source.
By joining the separating element and cover to the dielectric surface of a substrate having at least one electrode configured to be connected to a voltage source, the separating element is such that the cover and substrate are substantially parallel to each other. In an oriented state, sandwiched between the inner layer of the cover and the dielectric surface of the substrate, the substrate, separating elements, and cover collectively define an enclosure configured to hold liquid. By joining and vapor deposition, a dense hydrophobic monolayer is formed on at least a portion of the inner surface of the cover, the hydrophobic monolayer containing self-associating molecules covalently attached to the inner surface of the cover. , Forming and
By vapor deposition, a high density hydrophobic monolayer is formed on at least a portion of the dielectric surface of the substrate, the hydrophobic monolayer containing self-associating molecules covalently bonded to the dielectric surface of the substrate. Methods, including with and to do.

61.カバーの疎水性分子の自己会合性分子及び基板の疎水性単層の自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドをカバーの内面及び基板の誘電面にそれぞれ結合させる結合基とをそれぞれ含み、カバー及び基板の結果的な表面は、式II:

Figure 2021126656


の構造体を有し、式中、
Figure 2021126656


は、誘電層の表面であり、Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)W−であり、Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ表面に接続し、Zは、表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Yは、表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Rは、水素又はフッ素であり、Mは、水素又はフッ素であり、hは、独立して2又は3の整数であり、jは、1であり、kは、0又は1であり、mは、0又は1〜20の整数であり、nは、0又は1〜20の整数であり、(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり、kが1である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及びkが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である、実施形態60に記載の方法。 61. The self-associating molecule of the hydrophobic molecule of the cover and the self-associating molecule of the hydrophobic monolayer of the substrate have a surface-modifying ligand and a binding group that binds the surface-modifying ligand to the inner surface of the cover and the dielectric surface of the substrate, respectively. Containing, the resulting surface of the cover and substrate is formulated in Formula II :.
Figure 2021126656


Has the structure of
Figure 2021126656


Is the surface of the dielectric layer, V is -P (O) (OY) W- or -Si (OZ) 2 W-, and W is -O-, -S-, or -NH-. Yes, and connected to the surface, Z is a bond to an adjacent silicon atom attached to the surface, or is a bond to the surface, and Y is a bond to an adjacent phosphorus atom attached to the surface. Or a bond to the surface, R is hydrogen or fluorine, M is hydrogen or fluorine, h is an independently integer of 2 or 3, j is 1, and k is. It is 0 or 1, m is an integer of 0 or 1 to 20, n is an integer of 0 or 1 to 20, and the sum of (n + [(h + j) · k] + m) is 11 to 25. If k is 1, then m is at least 2, and if M is hydrogen, and k is 0, and R is fluorine, then m is at least 2. The method according to embodiment 60, wherein M is hydrogen.

62.Vは、−Si(OZ)W−である、実施形態61に記載の方法。 62. The method according to embodiment 61, wherein V is −Si (OZ) 2 W−.

63.Vは、−P(O)(OY)W−である、実施形態61に記載の方法。 63. The method according to embodiment 61, wherein V is −P (O) (OY) W−.

64.nは、1〜20の整数であり、Rは、水素である、実施形態61〜63のいずれか1つに記載の方法。 64. The method according to any one of embodiments 61 to 63, wherein n is an integer of 1 to 20 and R is hydrogen.

65.mは、1〜20の整数であり、Mは、水素である、実施形態64に記載の方法。 65. The method according to embodiment 64, wherein m is an integer of 1 to 20 and M is hydrogen.

66.mは、2である、実施形態65に記載の方法。 66. The method according to embodiment 65, wherein m is 2.

67.nは、1〜20の整数であり、Rは、フッ素である、実施形態61〜63のいずれか1つに記載の方法。 67. The method according to any one of embodiments 61 to 63, wherein n is an integer of 1 to 20 and R is fluorine.

68.mは、1〜20の整数であり、Mは、水素である、実施形態67に記載の方法。 68. The method of embodiment 67, wherein m is an integer of 1 to 20 and M is hydrogen.

69.mは、2である、実施形態68に記載の方法。 69. The method according to embodiment 68, wherein m is 2.

70.kは、1である、実施形態61〜69のいずれか1つに記載の方法。 70. The method according to any one of embodiments 61-69, wherein k is 1.

71.kは、0である、実施形態61〜69のいずれか1つに記載の方法。 71. The method according to any one of embodiments 61-69, wherein k is 0.

72.(n+[(h+j)・k]+m)の和は、13〜19の整数である、実施形態61〜71のいずれか1つに記載の方法。 72. The method according to any one of embodiments 61 to 71, wherein the sum of (n + [(h + j) · k] + m) is an integer of 13 to 19.

73.マイクロ流体装置であって、誘電体積層と、電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極とを有する導電性シリコン基板と、電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有するカバーと、少なくとも1つの離間要素とを含み、
導電性シリコン基板及びカバーは、互いに実質的に平行であり、且つ離間要素によって一緒に接合されて、液体を保持するように構成されるエンクロージャを画定し、
導電性シリコン基板は、エンクロージャを部分的に画定する内向き面を有し、内向き面は、誘電体積層の最外面を含み、
基板の少なくとも1つの電極及びカバーの少なくとも1つの電極がAC電圧源の逆の端子に接続される場合、基板は、基板の内向き面に接触する水性液滴にエレクトロウェッティング力を適用することが可能である、マイクロ流体装置。
73. A microfluidic device, a conductive silicon substrate having a dielectric laminate and at least one electrode configured to be connected to a voltage source, and at least one configured to be connected to a voltage source. Includes a cover with electrodes and at least one separating element
The conductive silicon substrate and cover define an enclosure that is substantially parallel to each other and joined together by separating elements to hold the liquid.
The conductive silicon substrate has an inward facing surface that partially defines the enclosure, the inward facing surface including the outermost surface of the dielectric laminate.
When at least one electrode on the substrate and at least one electrode on the cover are connected to the opposite terminals of the AC voltage source, the substrate shall apply electrowetting forces to the aqueous droplets in contact with the inward surface of the substrate. Is possible, microfluidic device.

74.導電性シリコン基板は、アモルファスシリコンを含む、実施形態73に記載のマイクロ流体装置。 74. The microfluidic apparatus according to embodiment 73, wherein the conductive silicon substrate contains amorphous silicon.

75.導電性シリコン基板は、フォトトランジスタアレイを含む、実施形態73に記載のマイクロ流体装置。 75. The microfluidic apparatus according to embodiment 73, wherein the conductive silicon substrate comprises a phototransistor array.

76.導電性シリコン基板は、電極のアレイを含む、実施形態73に記載のマイクロ流体装置。 76. The microfluidic apparatus according to embodiment 73, wherein the conductive silicon substrate comprises an array of electrodes.

77.導電性シリコン基板の内向き面は、疎水性外層を更に含み、疎水性外層は、内部誘電体積層に共有結合された自己会合性分子を含む、実施形態73〜76のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 77. 13. Microfluidic device.

78.内部誘電体積層は、誘電体材料の第1の層及び誘電体材料の第2の層を含む、実施形態73〜77のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 78. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 73-77, wherein the internal dielectric laminate comprises a first layer of dielectric material and a second layer of dielectric material.

79.誘電体材料の第1の層は、第1の表面及び逆表面を有し、第1の層の第1の表面は、第2の層と隣り合い、第1の層の逆表面は、誘電体積層の最外面を形成する、実施形態78に記載のマイクロ流体装置。 79. The first layer of the dielectric material has a first surface and an inverted surface, the first surface of the first layer is adjacent to the second layer, and the inverted surface of the first layer is dielectric. The microfluidic apparatus according to embodiment 78, which forms the outermost surface of the body laminate.

80.誘電体材料の第1の層は、金属酸化物を含む、実施形態78又は79に記載のマイクロ流体装置。 80. The microfluidic apparatus according to embodiment 78 or 79, wherein the first layer of the dielectric material comprises a metal oxide.

81.誘電体材料の第1の層は、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウムを含む、実施形態80に記載のマイクロ流体装置。 81. The microfluidic apparatus according to embodiment 80, wherein the first layer of the dielectric material comprises aluminum oxide or hafnium oxide.

82.誘電体材料の第2の層は、酸化物又は窒化物を含む、実施形態78〜81のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 82. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 78-81, wherein the second layer of the dielectric material comprises an oxide or a nitride.

83.誘電体材料の第2の層は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含む、実施形態82に記載のマイクロ流体装置。 83. The microfluidic apparatus according to embodiment 82, wherein the second layer of the dielectric material comprises silicon oxide or silicon nitride.

84.第2の層は、プラズマ化学気相成長(PECVD)技法によって堆積される、実施形態78〜83のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 84. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 78-83, wherein the second layer is deposited by a plasma chemical vapor deposition (PECVD) technique.

85.第1の層は、原子層堆積(ALD)技法によって堆積される、実施形態78〜84のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 85. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 78-84, wherein the first layer is deposited by an atomic layer deposition (ALD) technique.

86.内部誘電体積層は、第1の表面及び逆表面を有する第3の層を含み、第3の層の第1の表面は、第1の層と隣り合い、第3の層の逆表面は、誘電体積層の最外面を形成する、実施形態78〜85のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 86. The internal dielectric laminate comprises a third layer having a first surface and a reverse surface, the first surface of the third layer is adjacent to the first layer, and the reverse surface of the third layer is The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 78 to 85, which forms the outermost surface of the dielectric laminate.

87.第3の層は、酸化ケイ素を含む、実施形態86に記載のマイクロ流体装置。 87. The microfluidic apparatus according to embodiment 86, wherein the third layer contains silicon oxide.

88.第3の層は、原子層堆積(ALD)技法によって堆積される、実施形態86又は87に記載のマイクロ流体装置。 88. The microfluidic apparatus according to embodiment 86 or 87, wherein the third layer is deposited by an atomic layer deposition (ALD) technique.

89.誘電体材料の第1の層は、約10nm〜約50nmの厚さを有する、実施形態78〜85のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 89. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 78-85, wherein the first layer of the dielectric material has a thickness of about 10 nm to about 50 nm.

90.誘電体材料の第1の層は、約5nm〜約20nmの厚さを有し、及び誘電体材料の第3の層は、約2nm〜10nmの厚さを有する、実施形態86〜88のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 90. Any of embodiments 86-88, the first layer of the dielectric material has a thickness of about 5 nm to about 20 nm, and the third layer of the dielectric material has a thickness of about 2 nm to 10 nm. The microfluidic device according to one.

91.誘電体材料の第2の層は、約30nm〜約100nmの厚さを有する、実施形態78〜90のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 91. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 78-90, wherein the second layer of the dielectric material has a thickness of about 30 nm to about 100 nm.

92.基板の液滴作動表面の誘電体積層は、少なくとも約40ナノメートルの厚さを有する、実施形態73〜91のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 92. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 73-91, wherein the dielectric stacking of the droplet working surface of the substrate has a thickness of at least about 40 nanometers.

93.基板の液滴作動表面の誘電体積層は、約40ナノメートル〜約120ナノメートルの厚さを有する、実施形態92に記載のマイクロ流体装置。 93. The microfluidic apparatus according to embodiment 92, wherein the dielectric stacking of the droplet working surface of the substrate has a thickness of about 40 nanometers to about 120 nanometers.

94.誘電層は、約50kオーム〜約150kオームのインピーダンスを有する、実施形態73〜93のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 94. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 73 to 93, wherein the dielectric layer has an impedance of about 50 k ohms to about 150 k ohms.

95.
第1の周波数における第1の印加電圧に応答して第1のマイクロ流体動作を実行する誘電泳動モジュールと、
誘電泳動モジュールから出力を受信し、且つ第2の周波数における第2の印加電圧に応答して第2のマイクロ流体動作を実行するエレクトロウェッティングモジュールと
を含み、
エレクトロウェッティングモジュールは、導電性シリコン基板の誘電体積層を含む、実施形態73〜94のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。
95.
A dielectrophoresis module that performs a first microfluidic operation in response to a first applied voltage at a first frequency,
Includes an electrowetting module that receives output from the dielectrophoresis module and performs a second microfluidic operation in response to a second applied voltage at a second frequency.
The microfluidic device according to any one of embodiments 73 to 94, wherein the electrowetting module comprises a dielectric lamination of a conductive silicon substrate.

96.第1のモジュールと第2のモジュールとの間にブリッジを更に含む、実施形態95に記載のマイクロ流体装置。 96. The microfluidic apparatus according to embodiment 95, further comprising a bridge between the first module and the second module.

97.ブリッジは、第1又は第2のマイクロ流体動作を実行しない、実施形態96に記載のマイクロ流体装置。 97. The microfluidic device according to embodiment 96, wherein the bridge does not perform a first or second microfluidic operation.

98.ブリッジは、電気的に中性である、実施形態96又は97に記載のマイクロ流体装置。 98. The microfluidic device according to embodiment 96 or 97, wherein the bridge is electrically neutral.

99.ブリッジは、管を含む、実施形態96〜98のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 99. The microfluidic device according to any one of embodiments 96-98, wherein the bridge comprises a tube.

100.ブリッジは、ポリマーを含む、実施形態96〜98のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 100. The microfluidic device according to any one of embodiments 96-98, wherein the bridge comprises a polymer.

101.出力は、生体材料を含む、実施形態95〜100のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 101. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 95-100, wherein the output comprises a biomaterial.

102.第1の周波数は、100kHz〜10mHzの範囲内である、実施形態95〜101のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 102. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 95 to 101, wherein the first frequency is in the range of 100 kHz to 10 MHz.

103.第2の周波数は、1kHz〜300kHzの範囲内である、実施形態95〜102のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 103. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 95 to 102, wherein the second frequency is in the range of 1 kHz to 300 kHz.

104.第1の電圧は、1〜10ボルトの範囲内である、実施形態95〜103のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 104. The microfluidic device according to any one of embodiments 95 to 103, wherein the first voltage is in the range of 1 to 10 volts.

105.第2の電圧は、10〜100ボルトの範囲内である、実施形態95〜104のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 105. The microfluidic device according to any one of embodiments 95 to 104, wherein the second voltage is in the range of 10 to 100 volts.

106.導電性シリコン基板は、モノリシックである、実施形態95〜105のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 106. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 95 to 105, wherein the conductive silicon substrate is monolithic.

107.導電性シリコン基板は、デュオリシックである、実施形態95〜106のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置。 107. The microfluidic apparatus according to any one of embodiments 95 to 106, wherein the conductive silicon substrate is dual chic.

108.導電性シリコン基板は、アモルファスシリコンを含む、実施形態106に記載のマイクロ流体装置。 108. The microfluidic apparatus according to embodiment 106, wherein the conductive silicon substrate contains amorphous silicon.

109.導電性シリコン基板は、アモルファスシリコンを含む、実施形態107に記載のマイクロ流体装置。 109. The microfluidic apparatus according to embodiment 107, wherein the conductive silicon substrate contains amorphous silicon.

110.導電性シリコン基板は、フォトトランジスタアレイを含む、実施形態106に記載のマイクロ流体装置。 110. The microfluidic apparatus according to embodiment 106, wherein the conductive silicon substrate comprises a phototransistor array.

111.導電性シリコン基板は、フォトトランジスタアレイを含む、実施形態107に記載のマイクロ流体装置。 111. The microfluidic apparatus according to embodiment 107, wherein the conductive silicon substrate comprises a phototransistor array.

112.導電性シリコン基板は、電極のアレイを含む、実施形態106に記載のマイクロ流体装置。 112. The microfluidic apparatus according to embodiment 106, wherein the conductive silicon substrate comprises an array of electrodes.

113.導電性シリコン基板は、電極のアレイを含む、実施形態107に記載のマイクロ流体装置。 113. The microfluidic apparatus according to embodiment 107, wherein the conductive silicon substrate comprises an array of electrodes.

114.水性媒体と相溶性であり且つ/又は水性媒体に溶融可能な微小物体、生物由来物質、及び/又は試剤を輸送するシステムであって、
ベース及びマイクロ流体回路構造体を含むエンクロージャを有するマイクロ流体デバイスであって、ベースは、ベースの上面の少なくとも一部に共有結合した疎水性単層を含む、マイクロ流体デバイスと、
水性媒体と混合しない第1の流体媒体と、
少なくとも1つの水性液滴と
を含む、システム。
114. A system for transporting microobjects, biological substances, and / or reagents that are compatible with and / or meltable in aqueous media.
A microfluidic device having an enclosure containing a base and a microfluidic circuit structure, wherein the base comprises a hydrophobic monolayer covalently bonded to at least a portion of the upper surface of the base.
A first fluid medium that does not mix with the aqueous medium,
A system comprising at least one aqueous droplet.

115.疎水性単層は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドを表面に結合させる結合基とを有し、疎水性表面は、式II:

Figure 2021126656


の構造体を有し、式中、
Figure 2021126656


は、表面であり、Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)2W−であり、Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ表面に接続し、Zは、表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Yは、表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Rは、水素又はフッ素であり、Mは、水素又はフッ素であり、hは、独立して2又は3の整数であり、jは、1であり、kは、0又は1であり、mは、0又は1〜20の整数であり、nは、0又は1〜20の整数であり、(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり、kが1である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及びkが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である、実施形態114に記載のシステム。 115. The hydrophobic monolayer has a surface-modifying ligand and a binding group that binds the surface-modifying ligand to the surface, and the hydrophobic surface is of formula II :.
Figure 2021126656


Has the structure of
Figure 2021126656


Is the surface, V is -P (O) (OY) W- or -Si (OZ) 2W-, W is -O-, -S-, or -NH-, and the surface. In connection with, Z is a bond to an adjacent silicon atom attached to the surface or a bond to the surface, and Y is a bond to an adjacent phosphorus atom attached to the surface or to the surface. Bond, R is hydrogen or fluorine, M is hydrogen or fluorine, h is an independently integer of 2 or 3, j is 1, and k is 0 or 1. Yes, m is an integer of 0 or 1-20, n is an integer of 0 or 1-20, and the sum of (n + [(h + j) · k] + m) is an integer of 11-25. , K is 1, m is at least 2, and M is hydrogen, and k is 0, and R is fluorine, then m is at least 2, and M is. , Hydrogen, the system according to embodiment 114.

116.ベースは、導電性基板を含む、実施形態114又は115に記載のシステム。 116. The system according to embodiment 114 or 115, wherein the base comprises a conductive substrate.

117.マイクロ流体デバイスは、実施形態1〜59のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイスである、実施形態114〜116のいずれか1つに記載のシステム。 117. The system according to any one of embodiments 114 to 116, wherein the microfluidic device is the microfluidic device according to any one of embodiments 1-59.

118.マイクロ流体デバイスは、光学作動EW構成を含む、実施形態117に記載のシステム。 118. The system according to embodiment 117, wherein the microfluidic device comprises an optically actuated EW configuration.

119.マイクロ流体デバイスは、DEP構成を更に含む、実施形態117又は118に記載のシステム。 119. The system according to embodiment 117 or 118, wherein the microfluidic device further comprises a DEP configuration.

120.第1の流体媒体は、炭素、ケイ素、及び酸素から選択される原子を含む主鎖構造を有する少なくとも1つの有機化合物又は有機ケイ素化合物を含む、実施形態114〜119のいずれか1つに記載のシステム。 120. 13. system.

121.少なくとも1つの有機ケイ素化合物の主鎖構造は、ケイ素原子及び任意選択的に酸素原子を含む、実施形態120に記載のシステム。 121. The system according to embodiment 120, wherein the main chain structure of the at least one organosilicon compound comprises a silicon atom and optionally an oxygen atom.

122.少なくとも1つの有機化合物の主鎖構造は、炭素原子及び任意選択的に酸素原子を含む、実施形態120に記載のシステム。 122. The system according to embodiment 120, wherein the main chain structure of at least one organic compound comprises a carbon atom and optionally an oxygen atom.

123.主鎖構造は、分岐している、実施形態122に記載のシステム。 123. The system according to embodiment 122, wherein the main chain structure is branched.

124.第1の流体媒体は、1つ又は複数の非環式の有機化合物又は有機ケイ素化合物を含む、実施形態120〜123のいずれか1つに記載のシステム。 124. The system according to any one of embodiments 120-123, wherein the first fluid medium comprises one or more acyclic organic compounds or organosilicon compounds.

125.第1の流体媒体は、非環式の有機化合物又は有機ケイ素化合物からなる、実施形態124に記載のシステム。 125. The system according to embodiment 124, wherein the first fluid medium comprises an acyclic organic compound or an organosilicon compound.

126.第1の流体媒体は、パーフルオロ化炭素原子を含まない、実施形態114〜125のいずれか1つに記載のシステム。 126. The system according to any one of embodiments 114-125, wherein the first fluid medium is free of perfluorocarbon atoms.

127.第1の流体媒体の化合物の炭素原子の置換基は、90%以下のフッ素置換基を含む、実施形態114〜125のいずれか1つに記載のシステム。 127. The system according to any one of embodiments 114 to 125, wherein the substituent of the carbon atom of the compound of the first fluid medium contains 90% or less of a fluorine substituent.

128.表面修飾リガンドは、疎水性単層の内向きの末端においてパーフルオロ化炭素原子を含む少なくとも第1の部分を含む、実施形態115〜125のいずれか1つに記載のシステム。 128. The system according to any one of embodiments 115-125, wherein the surface-modifying ligand comprises at least a first moiety comprising a perfluorocarbonated carbon atom at the inward end of the hydrophobic monolayer.

129.疎水性単層の全ての炭素原子は、パーフルオロ化される、実施形態128に記載のシステム。 129. The system according to embodiment 128, wherein all carbon atoms in the hydrophobic monolayer are perfluorolated.

130.第1の流体媒体は、2つ以上の有機化合物又は有機ケイ素化合物を含む、実施形態114〜129のいずれか1つに記載のシステム。 130. The system according to any one of embodiments 114 to 129, wherein the first fluid medium comprises two or more organic compounds or organosilicon compounds.

131.エンクロージャは、カバーを更に含む、実施形態114〜130のいずれか1つに記載のシステム。 131. The system according to any one of embodiments 114-130, wherein the enclosure further comprises a cover.

132.カバーは、光を透過する、実施形態131に記載のシステム。 132. The system according to embodiment 131, wherein the cover transmits light.

133.カバーは、ガラス及び/又はインジウムタンタル酸化物(ITO)を含む、実施形態131又は132に記載のシステム。 133. The system according to embodiment 131 or 132, wherein the cover comprises glass and / or indium tantalum oxide (ITO).

134.カバーは、電極を含む、実施形態131〜133のいずれか1つに記載のシステム。 134. The system according to any one of embodiments 131-133, wherein the cover comprises electrodes.

135.水性液滴は、界面活性剤を含む、実施形態114〜134のいずれか1つに記載のシステム。 135. The system according to any one of embodiments 114-134, wherein the aqueous droplet comprises a surfactant.

136.界面活性剤は、非イオン性界面活性剤を含む、実施形態135に記載のシステム。 136. The system according to embodiment 135, wherein the surfactant comprises a nonionic surfactant.

137.界面活性剤は、ブロックアルキレンオキシドコポリマー、脂肪酸エステルエトキシル化ソルビタン、エトキシル化フッ素系界面活性剤、ドデシル硫酸ナトリウム、又は2,4,7,9,テトラメチル−5−デシン−4,7,−ジオールエトキシレートを含む、実施形態135又は136に記載のシステム。 137. Surfactants include block alkylene oxide copolymers, fatty acid ester ethoxylated sorbitan, ethoxylated fluorine-based surfactants, sodium dodecyl sulfate, or 2,4,7,9, tetramethyl-5-decyne-4,7, -diol. The system according to embodiment 135 or 136, comprising ethoxylate.

138.界面活性剤は、Capstone(登録商標)FS-30(DuPont商標、Synquest Laboratories)を含む、実施形態135〜137のいずれか1つに記載のシステム。 138. The system according to any one of embodiments 135-137, wherein the surfactant comprises Capstone® FS-30 (DuPont Trademark, Synquest Laboratories).

139.液滴は、リン酸緩衝生理食塩溶液を含む、実施形態114〜139のいずれか1つに記載のシステム。 139. The system according to any one of embodiments 114-139, wherein the droplet comprises a phosphate buffered physiological saline solution.

140.水性液滴は、少なくとも1つの微小物体を含む、実施形態114〜139のいずれか1つに記載のシステム。 140. The system according to any one of embodiments 114-139, wherein the aqueous droplet comprises at least one microobject.

141.微小物体は、生物学的微小物体である、実施形態140に記載のシステム。 141. The system according to embodiment 140, wherein the micro-object is a biological micro-object.

142.水性液滴は、核酸及び/又はタンパク質を含む生物由来物質を含む、実施形態114〜141のいずれか1つに記載のシステム。 142. The system according to any one of embodiments 114-141, wherein the aqueous droplet comprises a biological material comprising nucleic acid and / or protein.

143.水性液滴は、試剤を含む、実施形態114〜142のいずれか1つに記載のシステム。 143. The system according to any one of embodiments 114-142, wherein the aqueous droplet comprises a reagent.

144.水性媒体と相溶性であり且つ/又は水性媒体に溶融可能な微小物体、生物由来物質、及び/又は試剤を輸送するキットであって、ベース及びマイクロ流体回路構造体を含むエンクロージャを有するマイクロ流体デバイスであって、ベースは、ベースの上面の少なくとも一部に共有結合した疎水性単層を含む、マイクロ流体デバイスと、水性媒体と混合しない第1の流体媒体とを含む、キット。 144. A kit for transporting micro-objects, biological substances, and / or reagents that are compatible with and / or meltable in an aqueous medium and that have an enclosure containing a base and a microfluidic circuit structure. A kit comprising a microfluidic device comprising a hydrophobic monolayer covalently attached to at least a portion of the upper surface of the base and a first fluid medium that is immiscible with an aqueous medium.

145.疎水性単層は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドを表面に結合させる結合基とを有し、疎水性表面は、式II:

Figure 2021126656


の構造体を有し、式中、
Figure 2021126656


は、表面であり、Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)2W−であり、Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ表面に接続し、Zは、表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Yは、表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Rは、水素又はフッ素であり、Mは、水素又はフッ素であり、hは、独立して2又は3の整数であり、jは、1であり、kは、0又は1であり、mは、0又は1〜20の整数であり、nは、0又は1〜20の整数であり、(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり、kが1である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及びkが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である、実施形態144に記載のキット。 145. The hydrophobic monolayer has a surface-modifying ligand and a binding group that binds the surface-modifying ligand to the surface, and the hydrophobic surface is of formula II :.
Figure 2021126656


Has the structure of
Figure 2021126656


Is the surface, V is -P (O) (OY) W- or -Si (OZ) 2W-, W is -O-, -S-, or -NH-, and the surface. In connection with, Z is a bond to an adjacent silicon atom attached to the surface or a bond to the surface, and Y is a bond to an adjacent phosphorus atom attached to the surface or to the surface. Bond, R is hydrogen or fluorine, M is hydrogen or fluorine, h is an independently integer of 2 or 3, j is 1, and k is 0 or 1. Yes, m is an integer of 0 or 1-20, n is an integer of 0 or 1-20, and the sum of (n + [(h + j) · k] + m) is an integer of 11-25. , K is 1, m is at least 2, and M is hydrogen, and k is 0, and R is fluorine, then m is at least 2, and M is. , Hydrogen, the kit according to embodiment 144.

146.ベースは、導電性基板を含む、実施形態144又は145に記載のキット。 146. The kit according to embodiment 144 or 145, wherein the base comprises a conductive substrate.

147.マイクロ流体デバイスは、実施形態1〜59のいずれか1つに記載のマイクロ流体デバイスである、実施形態144又は145に記載のキット。 147. The kit according to embodiment 144 or 145, wherein the microfluidic device is the microfluidic device according to any one of embodiments 1-59.

148.実施形態8〜59のいずれか1つに記載のマイクロ流体装置を動作させるプロセスであって、
エンクロージャ又はその一部に第1の流体媒体を充填することと、
AC電圧電位を基板の少なくとも1つの電極とカバーの少なくとも1つの電極との間に印加することと、
液体の第1の液滴をエンクロージャに導入することであって、第1の液滴は、第1の流体媒体と混合しない、導入することと、
エレクトロウェッティング力を第1の液滴に適用することにより、第1の液滴をエンクロージャ内の所望の位置に移動させることと
を含む、プロセス。
148. A process of operating the microfluidic apparatus according to any one of embodiments 8 to 59.
Filling the enclosure or part of it with a first fluid medium,
Applying an AC voltage potential between at least one electrode on the substrate and at least one electrode on the cover,
Introducing a first droplet of liquid into the enclosure, where the first droplet is immiscible with the first fluid medium.
A process comprising moving the first droplet to a desired position within the enclosure by applying an electrowetting force to the first droplet.

149.第1の液体媒体は、油である、実施形態148に記載のプロセス。 149. The process of embodiment 148, wherein the first liquid medium is oil.

150.第1の液体媒体は、シリコーン油、フッ素化油、又はそれらの組み合わせである、実施形態148に記載のプロセス。 150. The process according to embodiment 148, wherein the first liquid medium is a silicone oil, a fluorinated oil, or a combination thereof.

151.印加されるAC電圧電位は、少なくとも20ppVである、実施形態148〜150のいずれか1つに記載のプロセス。 151. The process according to any one of embodiments 148-150, wherein the applied AC voltage potential is at least 20 ppV.

152.印加されるAC電圧電位は、約25〜35ppVである、実施形態151に記載のプロセス。 152. The process of embodiment 151, wherein the applied AC voltage potential is about 25-35 ppV.

153.印加されるAC電圧電位は、約1〜100kHzの周波数を有する、実施形態148〜152のいずれか1つに記載のプロセス。 153. The process according to any one of embodiments 148-152, wherein the applied AC voltage potential has a frequency of about 1-100 kHz.

154.マイクロ流体装置は、液滴生成器を含み、液滴生成器は、第1の液滴をエンクロージャに導入する、実施形態148〜153のいずれか1つに記載のプロセス。 154. The process according to any one of embodiments 148-153, wherein the microfluidic apparatus comprises a droplet generator, the droplet generator introducing a first droplet into an enclosure.

155.第1の液滴は、水溶液を含む、実施形態148〜154のいずれか1つに記載のプロセス。 155. The process according to any one of embodiments 148-154, wherein the first droplet comprises an aqueous solution.

156.第1の液滴は、少なくとも1つの微小物体を含む、実施形態155に記載のプロセス。 156. The process of embodiment 155, wherein the first droplet comprises at least one microobject.

157.少なくとも1つの微小物体は、生物学的微小物体である、実施形態156に記載のプロセス。 157. 156. The process of embodiment 156, wherein the at least one micro-object is a biological micro-object.

158.生物学的微小物体は、細胞である、実施形態157に記載のプロセス。 158. 157. The process of embodiment 157, wherein the biological microobject is a cell.

159.水溶液は、細胞培地である、実施形態155〜158のいずれか1つに記載のプロセス。 159. The process according to any one of embodiments 155-158, wherein the aqueous solution is a cell medium.

160.少なくとも1つの微小物体は、対象となる材料に対する親和性を有する捕捉ビーズである、実施形態156に記載のプロセス。 160. 156. The process of embodiment 156, wherein the at least one microobject is a capture bead that has an affinity for the material of interest.

161.第1の液滴は、2〜20個の捕捉ビーズを含む、実施形態160に記載のプロセス。 161. The process of embodiment 160, wherein the first droplet comprises 2 to 20 capture beads.

162.対象となる材料は、生体細胞分泌物である、実施形態160に記載のプロセス。 162. The process according to embodiment 160, wherein the material of interest is a living cell secretion.

163.対象となる材料は、DNA、ゲノムDNA、ミトコンドリアDNA、RNA、mRNA、miRNA、又はそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、実施形態160又は161に記載のプロセス。 163. The process according to embodiment 160 or 161, wherein the material of interest is selected from the group consisting of DNA, genomic DNA, mitochondrial DNA, RNA, mRNA, miRNA, or any combination thereof.

164.164.第1の液滴は、試剤を含む、実施形態155又は156に記載のプロセス。 164.164. The process according to embodiment 155 or 156, wherein the first droplet comprises a reagent.

165.試剤は、細胞溶解試剤である、実施形態164に記載のプロセス。 165. The process according to embodiment 164, wherein the reagent is a cytolytic reagent.

166.試剤は、非イオン性洗剤を含む、実施形態165に記載のプロセス。 166. The process of embodiment 165, wherein the reagent comprises a nonionic detergent.

167.非イオン性洗剤は、0.2%未満の濃度である、実施形態166に記載のプロセス。 167. The process according to embodiment 166, wherein the nonionic detergent has a concentration of less than 0.2%.

168.試剤は、タンパク質分解酵素である、実施形態164に記載のプロセス。 168. The process according to embodiment 164, wherein the reagent is a proteolytic enzyme.

169.タンパク質分解酵素は、非活性化され得る、実施形態168に記載のプロセス。 169. The process of embodiment 168, wherein the proteolytic enzyme can be deactivated.

170.液体の第2の液滴をエンクロージャに導入することであって、第2の液滴の液体は、第1の液体媒体中に混合しないが、第1の液滴の液体と混合する、導入することと、
エレクトロウェッティング力を第2の液滴に適用することにより、エンクロージャ内の第1の液滴に隣接する位置に第2の液滴を移動させることと、
第2の液滴を第1の液滴と混合して、第1の結合液滴を形成することと
を更に含む、実施形態148〜169のいずれか1つに記載のプロセス。
170. Introducing a second droplet of liquid into the enclosure, where the liquid in the second droplet does not mix in the first liquid medium, but mixes with the liquid in the first droplet. That and
By applying an electrowetting force to the second droplet, moving the second droplet to a position adjacent to the first droplet in the enclosure and
The process according to any one of embodiments 148-169, further comprising mixing the second droplet with the first droplet to form a first combined droplet.

171.第2の液滴は、エレクトロウェッティング力を第2の液滴及び/又は第1の液滴に適用することにより、第1の液滴と混合される、実施形態170に記載のプロセス。 171. The process of embodiment 170, wherein the second droplet is mixed with the first droplet by applying an electrowetting force to the second droplet and / or the first droplet.

172.第1の液滴は、生物学的微小物体を含み、第2の液滴は、試剤を含む、実施形態170又は171に記載のプロセス。 172. The process according to embodiment 170 or 171 wherein the first droplet comprises a biological microobject and the second droplet comprises a reagent.

173.第2の液滴に含有される試剤は、溶解バッファー、蛍光標識、及びルミネッセントアッセイ試剤からなる群から選択される、実施形態172に記載のプロセス。 173. The process according to embodiment 172, wherein the reagent contained in the second droplet is selected from the group consisting of a lysis buffer, a fluorescent label, and a luminescent assay reagent.

174.第2の液滴に含有される試剤は、溶解バッファーであり、生体細胞は、第1の液滴と第2の液滴との混合時に溶解される、実施形態172に記載のプロセス。 174. The process according to embodiment 172, wherein the reagent contained in the second droplet is a lysis buffer and the living cells are lysed upon mixing the first and second droplets.

175.液体の第3の液滴をエンクロージャに導入することであって、第3の液滴の液体は、第1の液体媒体と混合しないが、第1の結合液滴の液体と混合する、導入することと、
エレクトロウェッティング力を第3の液滴に適用することにより、エンクロージャ内の第1の結合液滴に隣接する位置に第3の液滴を移動させることと、
第3の液滴を第1の結合液滴と混合して、第2の結合液滴を形成することとを更に含む、実施形態170〜174のいずれか1つに記載のプロセス。
175. Introducing a third droplet of liquid into the enclosure, where the liquid in the third droplet does not mix with the first liquid medium, but mixes with the liquid in the first bound droplet. That and
By applying an electrowetting force to the third droplet, moving the third droplet to a position adjacent to the first combined droplet in the enclosure and
The process according to any one of embodiments 170-174, further comprising mixing the third droplet with the first combined droplet to form a second bonded droplet.

176.第3の液滴は、エレクトロウェッティング力を第3の液滴及び/又は第1の結合液滴に適用することにより、第1の結合液滴と混合される、実施形態175に記載のプロセス。 176. The process of embodiment 175, wherein the third droplet is mixed with the first combined droplet by applying an electrowetting force to the third droplet and / or the first bonded droplet. ..

177.第3の液滴は、試剤を含む、実施形態175又は176に記載のプロセス。 177. The process according to embodiment 175 or 176, wherein the third droplet comprises a reagent.

178.第3の液滴は、プロテアーゼ阻害剤を含む、実施形態177に記載のプロセス。 178. The process of embodiment 177, wherein the third droplet comprises a protease inhibitor.

179.第3の液滴は、対象となる材料に対する親和性を有する1〜20個の捕捉ビーズを含む、実施形態177に記載のプロセス。 179. The process of embodiment 177, wherein the third droplet comprises 1 to 20 capture beads that have an affinity for the material of interest.

180.捕捉ビーズは、オリゴヌクレオチド捕捉剤を含む、実施形態179に記載のプロセス。 180. The process of embodiment 179, wherein the capture beads include an oligonucleotide capture agent.

181.オリゴヌクレオチド捕捉剤は、ポリ−dTオリゴヌクレオチドである、実施形態180に記載のプロセス。 181. The process of embodiment 180, wherein the oligonucleotide scavenger is a poly-dT oligonucleotide.

182.対象となる材料は、DNA、ゲノムDNA、ミトコンドリアDNA、RNA、mRNA、miRNA、又はそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、実施形態179〜181のいずれか1つに記載のプロセス。 182. The process according to any one of embodiments 179-181, wherein the material of interest is selected from the group consisting of DNA, genomic DNA, mitochondrial DNA, RNA, mRNA, miRNA, or any combination thereof.

183.1〜20個の捕捉ビーズをマイクロ流体装置から搬出することを更に含む、実施形態179〜182のいずれか1つに記載のプロセス。 The process according to any one of embodiments 179-182, further comprising removing 183.1-20 capture beads from the microfluidic apparatus.

184.液体の第4の液滴をエンクロージャに導入することであって、第4の液滴の液体は、第1の液体媒体と混合しないが、第2の結合液滴の液体と混合する、導入することと、
エレクトロウェッティング力を第4の液滴に適用することにより、エンクロージャ内の第2の結合液滴に隣接する位置に第4の液滴を移動させることと、
第4の液滴を第2の結合液滴と混合して、第3の結合液滴を形成することと
を更に含む、実施形態175〜183のいずれか1つに記載のプロセス。
184. Introducing a fourth droplet of liquid into the enclosure, where the liquid in the fourth droplet does not mix with the first liquid medium, but mixes with the liquid in the second bound droplet. That and
By applying an electrowetting force to the fourth droplet, moving the fourth droplet to a position adjacent to the second coupling droplet in the enclosure and
The process according to any one of embodiments 175-183, further comprising mixing a fourth droplet with a second bonded droplet to form a third bonded droplet.

185.第4の液滴は、エレクトロウェッティング力を第4の液滴及び/又は第2の結合液滴に適用することにより、第2の結合液滴と混合される、実施形態184に記載のプロセス。 185. The process of embodiment 184, wherein the fourth droplet is mixed with the second combined droplet by applying an electrowetting force to the fourth droplet and / or the second bonded droplet. ..

186.第4の液滴は、試剤を含む、実施形態184又は185に記載のプロセス。 186. The process according to embodiment 184 or 185, wherein the fourth droplet comprises a reagent.

187.第4の液滴に含有される試剤は、緩衝剤、dNTP、及び逆転写反応の実行に適したポリメラーゼを含む混合物を含む、実施形態186に記載のプロセス。 187. 186. The process of embodiment 186, wherein the reagent contained in the fourth droplet comprises a mixture containing a buffer, dNTP, and a polymerase suitable for performing a reverse transcription reaction.

188.第4の液滴に含有される試剤は、緩衝剤、dNTP、及び全ゲノム増幅反応の実行に適したポリメラーゼを含む混合物を含む、実施形態186に記載のプロセス。 188. The process of embodiment 186, wherein the reagent contained in the fourth droplet comprises a mixture containing a buffer, dNTP, and a polymerase suitable for performing a whole genome amplification reaction.

189.第1の液滴、第2の液滴、第3の液滴、及び第4の液滴は、約5〜50ナノリットルの容量をそれぞれ有する、実施形態148〜188のいずれか1つに記載のプロセス。 189. The first droplet, the second droplet, the third droplet, and the fourth droplet each have a capacity of about 5 to 50 nanoliters, according to any one of embodiments 148 to 188. Process.

190.第1の液滴、第2の液滴、及び第3の液滴は、約5〜20ナノリットルの容量をそれぞれ有する、実施形態189に記載のプロセス。 190. 189. The process of embodiment 189, wherein the first droplet, the second droplet, and the third droplet each have a volume of about 5 to 20 nanoliters.

191.第2の液滴及び/又は第3の液滴は、第1の液滴の容量と実質的に等しい容量を有する、実施形態190に記載のプロセス。 191. The process of embodiment 190, wherein the second and / or third droplet has a volume substantially equal to that of the first droplet.

192.第4の液滴は、第1の液滴の約1〜3倍の容量を有する、実施形態190又は191に記載のプロセス。 192. The process according to embodiment 190 or 191 wherein the fourth droplet has a volume about 1-3 times that of the first droplet.

193.第4の液滴は、約10〜30ナノリットルの容量を有する、実施形態192に記載のプロセス。 193. The process of embodiment 192, wherein the fourth droplet has a volume of about 10-30 nanoliters.

194.エンクロージャは、少なくとも1つのマイクロチャネルを含む、実施形態148〜193のいずれか1つに記載のプロセス。 194. The process according to any one of embodiments 148-193, wherein the enclosure comprises at least one microchannel.

195.第1の液滴をエンクロージャ内の所望の位置に移動させることは、少なくとも1つのマイクロチャネルを通して第1の液滴を移動させることを含む、実施形態194に記載のプロセス。 195. The process of embodiment 194, wherein moving the first droplet to a desired location within the enclosure comprises moving the first droplet through at least one microchannel.

196.エンクロージャは、少なくとも1つのマイクロチャネルが終わる箇所で開く複数のチャンバを更に含む、実施形態194又は195に記載のプロセス。 196. The process of embodiment 194 or 195, wherein the enclosure further comprises a plurality of chambers that open at the end of at least one microchannel.

197.第1の液滴をエンクロージャ内の所望の位置に移動させることは、複数のチャンバのうちの1つのチャンバ内に第1の液滴を移動させることを含む、実施形態196に記載のプロセス。 197. The process of embodiment 196, wherein moving the first droplet to a desired position within the enclosure comprises moving the first droplet into one of a plurality of chambers.

198.第2の液滴を第1の液滴に隣接する位置に移動させることは、少なくとも1つのマイクロチャネルを通して、且つ任意選択的に第1の液滴を含有するチャンバ内に第2の液滴を移動させることを含む、実施形態194〜197のいずれか1つに記載のプロセス。 198. Moving the second droplet to a position adjacent to the first droplet causes the second droplet to pass through at least one microchannel and optionally into a chamber containing the first droplet. The process according to any one of embodiments 194 to 197, comprising moving.

199.第3の液滴を第1の結合液滴に隣接する位置に移動させることは、少なくとも1つのマイクロチャネルを通して、且つ任意選択的に第1の結合液滴を含有するチャンバ内に第3の液滴を移動させることを含む、実施形態198に記載のプロセス。 199. Moving the third droplet to a position adjacent to the first bound droplet is a third liquid through at least one microchannel and optionally into a chamber containing the first bound droplet. 198. The process of embodiment 198, which comprises moving the droplets.

200.第4の液滴を第2の結合液滴に隣接する位置に移動させることは、少なくとも1つのマイクロチャネルを通して、且つ任意選択的に第2の結合液滴を含有するチャンバ内に第4の液滴を移動させることを含む、実施形態199に記載のプロセス。 200. Moving the fourth droplet to a position adjacent to the second bound droplet is a fourth liquid through at least one microchannel and optionally into a chamber containing the second bound droplet. 199. The process of embodiment 199, which comprises moving the droplets.

201.エレクトロウェッティング力を適用して液滴を移動させ、且つ/又はそれを混合することは、液滴の近傍の基板表面の領域の有効エレクトロウェッティング特性を変えることを含む、実施形態148〜200のいずれか1つに記載のプロセス。 201. The application of electrowetting forces to move and / or mix the droplets comprises altering the effective electrowetting properties of the area of the substrate surface in the vicinity of the droplets, embodiments 148-200. The process described in any one of.

202.有効エレクトロウェッティング特性を変えることは、液滴の近傍の基板表面の領域におけるエレクトロウェッティング電極を活性化することを含む、実施形態201に記載のプロセス。 202. The process of embodiment 201, wherein altering the effective electrowetting properties comprises activating the electrowetting electrodes in a region of the substrate surface in the vicinity of the droplet.

203.基板は、光応答層を含み、液滴の近傍の基板表面の領域におけるエレクトロウェッティング電極を活性化することは、エレクトロウェッティング表面の領域に光のパターンを向けることを含む、実施形態202に記載のプロセス。 203. The substrate comprises a photoresponsive layer, and activating the electrowetting electrodes in the region of the substrate surface in the vicinity of the droplet comprises directing a pattern of light to the region of the electrowetting surface, according to embodiment 202. Described process.

均等物
上記の本明細書は、当業者が実施形態を実施できるようにするのに十分であると見なされる。上記説明及び例は、特定の実施形態を詳述し、考えられる最良の形態を説明している。しかし、上記が文章でいかに詳細に見え得るかに関係なく、実施形態が多くの方法で実施可能であり、添付の特許請求の範囲及び任意のその均等物に従って解釈されるべきであることが理解されるであろう。
Equivalents The above specification is considered sufficient to allow one of ordinary skill in the art to implement the embodiment. The above description and examples detail specific embodiments and describe the best possible embodiments. However, it is understood that the embodiments can be implemented in many ways and should be construed according to the appended claims and any equivalent thereof, regardless of how detailed the above may appear in the text. Will be done.

Claims (203)

エレクトロウェッティング構成を有するマイクロ流体デバイスであって、
誘電層、液滴作動表面、及びAC電圧源に接続されるように構成される第1の電極を有する基板と、
前記AC電圧源に接続されるように構成される第2の電極と
を含み、
前記誘電層は、前記第1の電極に電気的に結合され、
前記液滴作動表面は、前記誘電層に共有結合された疎水性層を含む、マイクロ流体デバイス。
A microfluidic device with an electrowetting configuration
A substrate having a dielectric layer, a droplet working surface, and a first electrode configured to be connected to an AC voltage source.
Includes a second electrode configured to be connected to the AC voltage source.
The dielectric layer is electrically coupled to the first electrode.
The droplet working surface comprises a hydrophobic layer covalently bonded to the dielectric layer, a microfluidic device.
片面エレクトロウェッティング構成を有する、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to claim 1, which has a single-sided electrowetting configuration. 前記第2の電極は、前記基板に含まれるメッシュ電極である、請求項2に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to claim 2, wherein the second electrode is a mesh electrode included in the substrate. 光学エレクトロウェッティング(OEW)構成を有する、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 1, which has an optical electrowetting (OEW) configuration. 誘電体エレクトロウェッティング(EWOD)構成を有する、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 1, which has a dielectric electrowetting (EWOD) configuration. 前記疎水性層は、表面修飾リガンドと、前記表面修飾リガンドを前記表面に結合させる結合基とを含む単層であり、前記液滴作動表面は、式II:
Figure 2021126656


の構造体を有し、式中、
Figure 2021126656


は、前記誘電層の表面であり、
Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)W−であり、
Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ前記表面に接続し、
Zは、前記表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Yは、前記表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Rは、水素又はフッ素であり、
Mは、水素又はフッ素であり、
hは、独立して2又は3の整数であり、
jは、1であり、
kは、0又は1であり、
mは、0又は1〜20の整数であり、
nは、0又は1〜20の整数であり、
(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり、
kが1である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及び
kが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
The hydrophobic layer is a monolayer comprising a surface modifying ligand and a binding group that binds the surface modifying ligand to the surface, and the droplet working surface is of formula II :.
Figure 2021126656


Has the structure of
Figure 2021126656


Is the surface of the dielectric layer,
V is -P (O) (OY) W- or -Si (OZ) 2 W-
W is -O-, -S-, or -NH- and is connected to the surface.
Z is a bond to an adjacent silicon atom attached to the surface, or a bond to the surface.
Y is a bond to an adjacent phosphorus atom attached to the surface, or a bond to the surface.
R is hydrogen or fluorine,
M is hydrogen or fluorine,
h is an independently integer of 2 or 3
j is 1,
k is 0 or 1 and
m is an integer of 0 or 1-20,
n is an integer of 0 or 1-20,
The sum of (n + [(h + j) · k] + m) is an integer of 11 to 25.
When k is 1, m is at least 2, and M is hydrogen, and k is 0, and R is fluorine, then m is at least 2, and M is. The microfluidic device of claim 1, which is hydrogen.
前記デバイスの前記エレクトロウェッティング構成は、前記デバイスの第1のセクションによって構成され、前記デバイスは、誘電泳動(DEP)構成を有する第2のセクションを更に含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。 The electrowetting configuration of the device is configured by a first section of the device, wherein the device further comprises a second section having a dielectrophoresis (DEP) configuration, any one of claims 1-6. The microfluidic device described in the section. マイクロ流体デバイスであって、
電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有する基板と、
前記電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有するカバーと、
少なくとも1つの離間要素と
を含み、
前記基板及び前記カバーは、互いに実質的に平行であり、且つ前記離間要素によって一緒に接合されて、液体を保持するように構成されるエンクロージャを画定し、
前記基板は、前記エンクロージャを部分的に画定する液滴作動表面を有し、前記液滴作動表面は、誘電内層及び疎水性外層を有し、
前記疎水性外層は、前記誘電内層の表面に共有結合した自己会合性分子を含み、それによりその上に高密度の疎水性単層を形成し、
前記基板の前記少なくとも1つの電極及び前記カバーの前記少なくとも1つの電極が前記電圧源の逆の端子に接続される場合、前記基板は、前記基板の前記液滴作動表面に接触する水性液滴にエレクトロウェッティング力を適用することが可能である、マイクロ流体デバイス。
It ’s a microfluidic device,
A substrate having at least one electrode configured to be connected to a voltage source,
A cover having at least one electrode configured to be connected to the voltage source.
Including at least one separating element
The substrate and the cover define an enclosure that is substantially parallel to each other and is joined together by the separating elements to hold the liquid.
The substrate has a droplet working surface that partially defines the enclosure, and the droplet working surface has a dielectric inner layer and a hydrophobic outer layer.
The hydrophobic outer layer contains self-associating molecules covalently bonded to the surface of the dielectric inner layer, thereby forming a dense hydrophobic monolayer on it.
When the at least one electrode on the substrate and the at least one electrode on the cover are connected to opposite terminals of the voltage source, the substrate becomes an aqueous droplet in contact with the droplet working surface of the substrate. A microfluidic device to which electrowetting forces can be applied.
前記疎水性単層の前記自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、前記表面修飾リガンドを前記誘電内層の前記表面に結合させる結合基とをそれぞれ含み、前記液滴作動表面は、式II:
Figure 2021126656


の構造体を有し、式中、
Figure 2021126656


は、前記誘電層の表面であり、
Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)W−であり、
Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ前記表面に接続し、
Zは、前記表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Yは、前記表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Rは、水素又はフッ素であり、
Mは、水素又はフッ素であり、
hは、独立して2又は3の整数であり、
jは、1であり、
kは、0又は1であり、
mは、0又は1〜20の整数であり、
nは、0又は1〜20の整数であり、
(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり、
kが1である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及び
kが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である、請求項8に記載のマイクロ流体装置。
The self-associating molecule of the hydrophobic monolayer comprises a surface modifying ligand and a binding group that binds the surface modifying ligand to the surface of the dielectric inner layer, respectively, and the droplet working surface is of formula II:
Figure 2021126656


Has the structure of
Figure 2021126656


Is the surface of the dielectric layer,
V is -P (O) (OY) W- or -Si (OZ) 2 W-
W is -O-, -S-, or -NH- and is connected to the surface.
Z is a bond to an adjacent silicon atom attached to the surface, or a bond to the surface.
Y is a bond to an adjacent phosphorus atom attached to the surface, or a bond to the surface.
R is hydrogen or fluorine,
M is hydrogen or fluorine,
h is an independently integer of 2 or 3
j is 1,
k is 0 or 1 and
m is an integer of 0 or 1-20,
n is an integer of 0 or 1-20,
The sum of (n + [(h + j) · k] + m) is an integer of 11 to 25.
When k is 1, m is at least 2, and M is hydrogen, and k is 0, and R is fluorine, then m is at least 2, and M is. The microfluidic apparatus according to claim 8, which is hydrogen.
Vは、−Si(OZ)W−である、請求項9に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 9, wherein V is −Si (OZ) 2 W−. Vは、−P(O)(OY)W−である、請求項9に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to claim 9, wherein V is −P (O) (OY) W−. nは、1〜20の整数であり、Rは、水素である、請求項9〜11のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to any one of claims 9 to 11, wherein n is an integer of 1 to 20 and R is hydrogen. mは、1〜20の整数であり、Mは、水素である、請求項12に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to claim 12, wherein m is an integer of 1 to 20 and M is hydrogen. mは、2である、請求項13に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to claim 13, wherein m is 2. nは、1〜20の整数であり、Rは、フッ素である、請求項9〜11のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to any one of claims 9 to 11, wherein n is an integer of 1 to 20 and R is fluorine. mは、1〜20の整数であり、Mは、水素である、請求項15に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 15, wherein m is an integer of 1-20 and M is hydrogen. mは、2である、請求項16に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to claim 16, wherein m is 2. kは、1である、請求項9に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to claim 9, wherein k is 1. kは、0である、請求項9に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 9, wherein k is 0. (n+[(h+j)・k]+m)の和は、13〜19の整数である、請求項9に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to claim 9, wherein the sum of (n + [(h + j) · k] + m) is an integer of 13 to 19. 前記基板の前記液滴作動表面の前記疎水性外層は、5ナノメートル未満の厚さを有する、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 8, wherein the hydrophobic outer layer of the droplet working surface of the substrate has a thickness of less than 5 nanometers. 前記基板の前記液滴作動表面の前記疎水性外層は、選択領域が前記疎水性外層の残りの部分と比較して相対的に親水性であるようにパターン化される、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 8. The hydrophobic outer layer of the droplet working surface of the substrate is patterned such that the selected region is relatively hydrophilic relative to the rest of the hydrophobic outer layer. Microfluidic device. 前記基板の前記液滴作動表面の前記誘電内層は、酸化物を含む誘電体材料の第1の層を含む、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 8, wherein the dielectric inner layer of the droplet working surface of the substrate comprises a first layer of a dielectric material containing an oxide. 前記酸化物は、金属酸化物である、請求項23に記載のマイクロ流体デバイス。 23. The microfluidic device of claim 23, wherein the oxide is a metal oxide. 前記金属酸化物は、酸化アルミニウムである、請求項24に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 24, wherein the metal oxide is aluminum oxide. 前記誘電体材料の第1の層は、原子層堆積によって形成される、請求項23に記載のマイクロ流体デバイス。 23. The microfluidic device of claim 23, wherein the first layer of the dielectric material is formed by atomic layer deposition. 前記基板の前記液滴作動表面の前記誘電内層は、誘電体材料の第2の層を更に含み、前記疎水性外層は、前記誘電体材料の第1の層に共有結合する、請求項23〜26のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。 23 to 23. The dielectric inner layer of the droplet working surface of the substrate further comprises a second layer of the dielectric material, and the hydrophobic outer layer is covalently bonded to the first layer of the dielectric material. The microfluidic device according to any one of 26. 前記誘電体材料の第2の層は、酸化物又は窒化物を含む、請求項27に記載のマイクロ流体デバイス。 27. The microfluidic device of claim 27, wherein the second layer of the dielectric material comprises an oxide or nitride. 前記誘電体材料の第2の層は、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素からなる群から選択される、請求項28に記載のマイクロ流体デバイス。 28. The microfluidic device of claim 28, wherein the second layer of the dielectric material is selected from the group consisting of silicon dioxide and silicon nitride. 前記誘電体材料の第2の層は、プラズマ化学気相成長法によって形成される、請求項27に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 27, wherein the second layer of the dielectric material is formed by plasma chemical vapor deposition. 前記誘電体材料の第1の層は、誘電体材料の第1及び第2の副層を含み、前記第1の副層は、前記疎水性層に共有結合する、請求項23に記載のマイクロ流体デバイス。 23. The micro according to claim 23, wherein the first layer of the dielectric material comprises first and second sublayers of the dielectric material, the first sublayer covalently bonding to the hydrophobic layer. Fluid device. 前記誘電体材料の第1の副層は、酸化ケイ素を含む、請求項31に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 31, wherein the first sublayer of the dielectric material comprises silicon oxide. 前記誘電体材料の第1の副層は、ALDによって堆積される、請求項31に記載のマイクロ流体デバイス。 31. The microfluidic device of claim 31, wherein the first adrenoleukodys of the dielectric material is deposited by ALD. 前記誘電体材料の第1の層は、約10nm〜約20nmの厚さを有する、請求項31〜33のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to any one of claims 31 to 33, wherein the first layer of the dielectric material has a thickness of about 10 nm to about 20 nm. 前記誘電体材料の第1の副層は、約2nm〜約10nmの厚さを有する、請求項34に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 34, wherein the first sublayer of the dielectric material has a thickness of about 2 nm to about 10 nm. 前記基板の前記液滴作動表面の前記誘電内層は、少なくとも約40ナノメートルの厚さを有する、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 8, wherein the dielectric inner layer of the droplet working surface of the substrate has a thickness of at least about 40 nanometers. 前記基板の前記液滴作動表面の前記誘電内層は、約40ナノメートル〜約120ナノメートルの厚さを有する、請求項36に記載のマイクロ流体デバイス。 36. The microfluidic device of claim 36, wherein the dielectric inner layer of the droplet working surface of the substrate has a thickness of about 40 nanometers to about 120 nanometers. 前記基板は、前記誘電内層に接触する第1の面及び前記少なくとも1つの電極に接触する第2の面を有する光応答層を更に含む、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 8, wherein the substrate further comprises a photoresponsive layer having a first surface in contact with the dielectric inner layer and a second surface in contact with the at least one electrode. 前記光応答層は、水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)を含む、請求項38に記載のマイクロ流体デバイス。 38. The microfluidic device of claim 38, wherein the photoresponsive layer comprises hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H). 前記光応答層は、少なくとも900ナノメートルの厚さを有する、請求項38又は39に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 38 or 39, wherein the photoresponsive layer has a thickness of at least 900 nanometers. 前記光応答層は、約900〜1100ナノメートルの厚さを有する、請求項40に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 40, wherein the photoresponsive layer has a thickness of about 900 to 1100 nanometers. 前記光応答層は、複数の導体を含み、各導体は、フォトトランジスタスイッチを介して前記基板の前記少なくとも1つの電極に制御可能に接続可能である、請求項38に記載のマイクロ流体デバイス。 38. The microfluidic device of claim 38, wherein the photoresponsive layer comprises a plurality of conductors, each of which is controllably connectable to said at least one electrode of the substrate via a phototransistor switch. 前記基板は、AC電圧源に接続されるように構成される単一の電極を含み、前記単一の電極は、インジウム錫酸化物(ITO)の層を含む、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluide of claim 8, wherein the substrate comprises a single electrode configured to be connected to an AC voltage source, the single electrode comprising a layer of indium tin oxide (ITO). device. 前記基板は、AC電圧源に接続されるように構成される単一の電極を含み、前記単一の電極は、導電性シリコンの層を含む、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 8, wherein the substrate comprises a single electrode configured to be connected to an AC voltage source, wherein the single electrode comprises a layer of conductive silicon. 前記基板は、複数の電極を含み、各電極は、1つ又は複数のAC電圧源に接続されるように構成される、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 8, wherein the substrate comprises a plurality of electrodes, each electrode being configured to be connected to one or more AC voltage sources. 前記複数のうちの各電極は、トランジスタスイッチを介して前記1つ又は複数のAC電圧源の1つに接続可能である、請求項45に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 45, wherein each electrode of the plurality is connectable to one of the one or more AC voltage sources via a transistor switch. 前記カバーは、前記エンクロージャを部分的に画定する内向き面を有し、前記カバーの前記内向き面は、内層及び疎水性外層を有し、前記カバーの前記疎水性外層は、前記カバーの前記内層の表面に共有結合した自己会合性分子を含み、それによりその上に高密度の疎水性単層を形成する、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 The cover has an inward surface that partially defines the enclosure, the inward surface of the cover has an inner layer and a hydrophobic outer layer, and the hydrophobic outer layer of the cover is said to the cover. The microfluidic device of claim 8, wherein the microfluidic device comprises a covalently bonded self-associating molecule on the surface of the inner layer, thereby forming a dense hydrophobic monolayer on it. 前記カバーの前記疎水性単層の前記自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、前記表面修飾リガンドを前記カバーの前記内層の前記表面に結合させる結合基とをそれぞれ含み、前記カバーの前記内向き面は、式II:
Figure 2021126656


の構造体を有し、式中、
Figure 2021126656


は、前記誘電層の表面であり、
Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)W−であり、
Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ前記表面に接続し、
Zは、前記表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Yは、前記表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Rは、水素又はフッ素であり、
Mは、水素又はフッ素であり、
hは、独立して2又は3の整数であり、
jは、1であり、
kは、0又は1であり、
mは、0又は1〜20の整数であり、
nは、0又は1〜20の整数であり、
(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり、
kが1である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及び
kが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、及びMは、水素である、請求項47に記載のマイクロ流体デバイス。
The self-associating molecule of the hydrophobic monolayer of the cover comprises a surface-modifying ligand and a binding group that binds the surface-modifying ligand to the surface of the inner layer of the cover, respectively, and the inward facing of the cover. The surface is equation II:
Figure 2021126656


Has the structure of
Figure 2021126656


Is the surface of the dielectric layer,
V is -P (O) (OY) W- or -Si (OZ) 2 W-
W is -O-, -S-, or -NH- and is connected to the surface.
Z is a bond to an adjacent silicon atom attached to the surface, or a bond to the surface.
Y is a bond to an adjacent phosphorus atom attached to the surface, or a bond to the surface.
R is hydrogen or fluorine,
M is hydrogen or fluorine,
h is an independently integer of 2 or 3
j is 1,
k is 0 or 1 and
m is an integer of 0 or 1-20,
n is an integer of 0 or 1-20,
The sum of (n + [(h + j) · k] + m) is an integer of 11 to 25.
If k is 1, m is at least 2, and M is hydrogen, and k is 0, and R is fluorine, then m is at least 2, and M is. The microfluidic device of claim 47, which is hydrogen.
前記カバーの前記疎水性単層の前記自己会合性分子は、前記基板の前記液滴作動表面の前記疎水性単層の前記自己会合性分子と同じである、請求項48に記載のマイクロ流体デバイス。 48. The microfluidic device of claim 48, wherein the self-associating molecule of the hydrophobic monolayer of the cover is the same as the self-associating molecule of the hydrophobic monolayer of the droplet working surface of the substrate. .. 前記カバーの前記内向き面の前記疎水性外層は、5ナノメートル未満の厚さを有する、請求項47〜49のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of any one of claims 47-49, wherein the hydrophobic outer layer of the inward facing surface of the cover has a thickness of less than 5 nanometers. 前記カバーの前記内層は、誘電内層である、請求項47に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 47, wherein the inner layer of the cover is a dielectric inner layer. 前記カバーは、光応答層を更に含む、請求項51に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 51, wherein the cover further comprises a photoresponsive layer. 前記カバーは、複数の電極を含み、各電極は、1つ又は複数のAC電圧源に接続されるように構成される、請求項51に記載のマイクロ流体デバイス。 51. The microfluidic device of claim 51, wherein the cover comprises a plurality of electrodes, each electrode being configured to be connected to one or more AC voltage sources. 前記少なくとも1つの離間要素は、シリコンベースの有機ポリマーを含む、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 8, wherein the at least one separating element comprises a silicon-based organic polymer. 前記シリコンベースの有機ポリマーは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)及び光パターン化可能シリコーン(PPS)からなる群から選択される、請求項54に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 54, wherein the silicon-based organic polymer is selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS) and photopatternable silicone (PPS). 前記少なくとも1つの離間要素は、SU−8を含む、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 8, wherein the at least one separating element comprises SU-8. 前記少なくとも1つの離間要素は、少なくとも30μmの厚さを有する、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 8, wherein the at least one separating element has a thickness of at least 30 μm. 前記少なくとも1つの離間要素は、前記エンクロージャ内に1つ又は複数のマイクロチャネルを画定する、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device of claim 8, wherein the at least one separating element defines one or more microchannels within the enclosure. 前記少なくとも1つの離間要素は、前記エンクロージャ内に複数のチャンバを更に画定し、各チャンバは、少なくとも1つのマイクロチャネルが終わる箇所で開く、請求項58に記載のマイクロ流体デバイス。 58. The microfluidic device of claim 58, wherein the at least one separating element further defines a plurality of chambers within the enclosure, each chamber opening at the end of at least one microchannel. マイクロ流体装置を製造する方法であって、
電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有するカバーの内面に離間要素を接合することと、
電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有する基板の誘電面に前記離間要素及びカバーを接合することであって、それにより、前記離間要素は、前記カバー及び前記基板が互いに実質的に平行な向きにされた状態で、前記カバーの前記内層と前記基板の前記誘電面との間に挟まれ、前記基板、離間要素、及びカバーは、集合的に、液体を保持するように構成されるエンクロージャを画定する、接合することと、
蒸着により、高密度の疎水性単層を前記カバーの前記内面の少なくとも一部に形成することであって、前記疎水性単層は、前記カバーの前記内面に共有結合した自己会合性分子を含む、形成することと、
蒸着により、高密度の疎水性単層を前記基板の前記誘電面の少なくとも一部に形成することであって、前記疎水性単層は、前記基板の前記誘電面に共有結合された自己会合性分子を含む、形成することと
を含む、方法。
A method of manufacturing microfluidics
Joining a separating element to the inner surface of a cover having at least one electrode configured to be connected to a voltage source
The separating element and the cover are joined to the dielectric surface of a substrate having at least one electrode configured to be connected to a voltage source, whereby the separating element is such that the cover and the substrate are attached to each other. It is sandwiched between the inner layer of the cover and the dielectric surface of the substrate in a substantially parallel orientation so that the substrate, the separating elements, and the cover collectively hold the liquid. Demarcate, join, and
By vapor deposition, a high density hydrophobic monolayer is formed on at least a portion of the inner surface of the cover, the hydrophobic monolayer comprising self-associating molecules covalently bonded to the inner surface of the cover. , Forming and
By vapor deposition, a high-density hydrophobic single layer is formed on at least a part of the dielectric surface of the substrate, and the hydrophobic single layer is covalently bonded to the dielectric surface of the substrate. Methods that include, form, and include molecules.
前記カバーの前記疎水性分子の前記自己会合性分子及び前記基板の前記疎水性単層の前記自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、前記表面修飾リガンドを前記カバーの前記内面及び前記基板の前記誘電面にそれぞれ結合させる結合基とをそれぞれ含み、前記カバー及び前記基板の結果的な表面は、式II:
Figure 2021126656


の構造体を有し、式中、
Figure 2021126656


は、前記誘電層の表面であり、
Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)W−であり、
Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ前記表面に接続し、
Zは、前記表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Yは、前記表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Rは、水素又はフッ素であり、
Mは、水素又はフッ素であり、
hは、独立して2又は3の整数であり、
jは、1であり、
kは、0又は1であり、
mは、0又は1〜20の整数であり、
nは、0又は1〜20の整数であり、
(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり、
kが1である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及び
kが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である、請求項60に記載の方法。
The self-associating molecule of the hydrophobic molecule of the cover and the self-associating molecule of the hydrophobic monolayer of the substrate are composed of a surface-modifying ligand and the surface-modifying ligand on the inner surface of the cover and the substrate. The resulting cover and the resulting surface of the substrate, each containing a binding group to be attached to the dielectric surface, are of formula II :.
Figure 2021126656


Has the structure of
Figure 2021126656


Is the surface of the dielectric layer,
V is -P (O) (OY) W- or -Si (OZ) 2 W-
W is -O-, -S-, or -NH- and is connected to the surface.
Z is a bond to an adjacent silicon atom attached to the surface, or a bond to the surface.
Y is a bond to an adjacent phosphorus atom attached to the surface, or a bond to the surface.
R is hydrogen or fluorine,
M is hydrogen or fluorine,
h is an independently integer of 2 or 3
j is 1,
k is 0 or 1 and
m is an integer of 0 or 1-20,
n is an integer of 0 or 1-20,
The sum of (n + [(h + j) · k] + m) is an integer of 11 to 25.
When k is 1, m is at least 2, and M is hydrogen, and k is 0, and R is fluorine, then m is at least 2, and M is. The method of claim 60, which is hydrogen.
Vは、−Si(OZ)W−である、請求項61に記載の方法。 The method of claim 61, wherein V is −Si (OZ) 2 W−. Vは、−P(O)(OY)W−である、請求項61に記載の方法。 The method of claim 61, wherein V is −P (O) (OY) W−. nは、1〜20の整数であり、Rは、水素である、請求項61に記載の方法。 The method of claim 61, wherein n is an integer of 1-20 and R is hydrogen. mは、1〜20の整数であり、Mは、水素である、請求項64に記載の方法。 The method of claim 64, wherein m is an integer of 1-20 and M is hydrogen. mは、2である、請求項65に記載の方法。 The method according to claim 65, wherein m is 2. nは、1〜20の整数であり、Rは、フッ素である、請求項61に記載の方法。 The method of claim 61, wherein n is an integer of 1-20 and R is fluorine. mは、1〜20の整数であり、Mは、水素である、請求項67に記載の方法。 67. The method of claim 67, wherein m is an integer of 1-20 and M is hydrogen. mは、2である、請求項68に記載の方法。 The method according to claim 68, wherein m is 2. kは、1である、請求項61〜69のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 61 to 69, wherein k is 1. kは、0である、請求項61〜69のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 61 to 69, wherein k is 0. (n+[(h+j)・k]+m)の和は、13〜19の整数である、請求項61に記載の方法。 The method of claim 61, wherein the sum of (n + [(h + j) · k] + m) is an integer of 13-19. マイクロ流体装置であって、
誘電体積層と、電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極とを有する導電性シリコン基板と、
電圧源に接続されるように構成される少なくとも1つの電極を有するカバーと、
少なくとも1つの離間要素と
を含み、
前記導電性シリコン基板及び前記カバーは、互いに実質的に平行であり、且つ前記離間要素によって一緒に接合されて、液体を保持するように構成されるエンクロージャを画定し、
前記導電性シリコン基板は、前記エンクロージャを部分的に画定する内向き面を有し、前記内向き面は、前記誘電体積層の最外面を含み、
前記基板の前記少なくとも1つの電極及び前記カバーの前記少なくとも1つの電極がAC電圧源の逆の端子に接続される場合、前記基板は、前記基板の前記内向き面に接触する水性液滴にエレクトロウェッティング力を適用することが可能である、マイクロ流体装置。
It ’s a microfluidic device,
A conductive silicon substrate having a dielectric laminate and at least one electrode configured to be connected to a voltage source.
A cover with at least one electrode configured to be connected to a voltage source,
Including at least one separating element
The conductive silicon substrate and the cover define an enclosure that is substantially parallel to each other and is joined together by the separating elements to hold a liquid.
The conductive silicon substrate has an inward facing surface that partially defines the enclosure, the inward facing surface including the outermost surface of the dielectric laminate.
When the at least one electrode of the substrate and the at least one electrode of the cover are connected to the opposite terminals of the AC voltage source, the substrate is electrowetting the aqueous droplets in contact with the inward surface of the substrate. A microfluidic device to which wetting forces can be applied.
前記導電性シリコン基板は、アモルファスシリコンを含む、請求項73に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device according to claim 73, wherein the conductive silicon substrate contains amorphous silicon. 前記導電性シリコン基板は、フォトトランジスタアレイを含む、請求項73に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device according to claim 73, wherein the conductive silicon substrate includes a phototransistor array. 前記導電性シリコン基板は、電極のアレイを含む、請求項73に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 73, wherein the conductive silicon substrate comprises an array of electrodes. 前記導電性シリコン基板の前記内向き面は、疎水性外層を更に含み、前記疎水性外層は、前記内部誘電体積層に共有結合された自己会合性分子を含む、請求項73に記載のマイクロ流体装置。 33. The microfluidic of claim 73, wherein the inward facing surface of the conductive silicon substrate further comprises a hydrophobic outer layer, the hydrophobic outer layer containing self-associating molecules covalently bonded to the internal dielectric laminate. Device. 前記内部誘電体積層は、誘電体材料の第1の層及び誘電体材料の第2の層を含む、請求項73に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 73, wherein the internal dielectric laminate comprises a first layer of dielectric material and a second layer of dielectric material. 前記誘電体材料の第1の層は、第1の表面及び逆表面を有し、前記第1の層の前記第1の表面は、前記第2の層と隣り合い、前記第1の層の前記逆表面は、前記誘電体積層の前記最外面を形成する、請求項78に記載のマイクロ流体装置。 The first layer of the dielectric material has a first surface and an inverted surface, and the first surface of the first layer is adjacent to the second layer and is of the first layer. The microfluidic apparatus according to claim 78, wherein the reverse surface forms the outermost surface of the dielectric laminate. 前記誘電体材料の第1の層は、金属酸化物を含む、請求項78に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 78, wherein the first layer of the dielectric material comprises a metal oxide. 前記誘電体材料の第1の層は、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウムを含む、請求項80に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 80, wherein the first layer of the dielectric material comprises aluminum oxide or hafnium oxide. 前記誘電体材料の第2の層は、酸化物又は窒化物を含む、請求項78に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 78, wherein the second layer of the dielectric material comprises an oxide or nitride. 前記誘電体材料の第2の層は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含む、請求項82に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 82, wherein the second layer of the dielectric material comprises silicon oxide or silicon nitride. 前記第2の層は、プラズマ化学気相成長(PECVD)技法によって堆積される、請求項78に記載のマイクロ流体装置。 28. The microfluidic apparatus of claim 78, wherein the second layer is deposited by a plasma chemical vapor deposition (PECVD) technique. 前記第1の層は、原子層堆積(ALD)技法によって堆積される、請求項78に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic apparatus of claim 78, wherein the first layer is deposited by an atomic layer deposition (ALD) technique. 前記内部誘電体積層は、第1の表面及び逆表面を有する第3の層を含み、前記第3の層の前記第1の表面は、前記第1の層と隣り合い、前記第3の層の前記逆表面は、前記誘電体積層の前記最外面を形成する、請求項78に記載のマイクロ流体装置。 The internal dielectric laminate comprises a third layer having a first surface and an inverted surface, the first surface of the third layer being adjacent to the first layer and the third layer. The microfluidic apparatus according to claim 78, wherein the reverse surface of the above forms the outermost surface of the dielectric laminate. 前記第3の層は、酸化ケイ素を含む、請求項86に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic apparatus according to claim 86, wherein the third layer contains silicon oxide. 前記第3の層は、原子層堆積(ALD)技法によって堆積される、請求項86に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic apparatus of claim 86, wherein the third layer is deposited by an atomic layer deposition (ALD) technique. 前記誘電体材料の第1の層は、約10nm〜約50nmの厚さを有する、請求項78に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic apparatus of claim 78, wherein the first layer of the dielectric material has a thickness of about 10 nm to about 50 nm. 前記誘電体材料の第1の層は、約5nm〜約20nmの厚さを有し、及び前記誘電体材料の第3の層は、約2nm〜10nmの厚さを有する、請求項86に記載のマイクロ流体装置。 86. The first layer of the dielectric material has a thickness of about 5 nm to about 20 nm, and the third layer of the dielectric material has a thickness of about 2 nm to 10 nm. Microfluidic device. 前記誘電体材料の第2の層は、約30nm〜約100nmの厚さを有する、請求項78に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic apparatus of claim 78, wherein the second layer of the dielectric material has a thickness of about 30 nm to about 100 nm. 前記基板の液滴作動表面の前記誘電体積層は、少なくとも約40ナノメートルの厚さを有する、請求項73に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic apparatus of claim 73, wherein the dielectric laminate on the droplet working surface of the substrate has a thickness of at least about 40 nanometers. 前記基板の前記液滴作動表面の前記誘電体積層は、約40ナノメートル〜約120ナノメートルの厚さを有する、請求項92に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic apparatus according to claim 92, wherein the dielectric laminate on the droplet working surface of the substrate has a thickness of about 40 nanometers to about 120 nanometers. 前記誘電層は、約50kオーム〜約150kオームのインピーダンスを有する、請求項73に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 73, wherein the dielectric layer has an impedance of about 50 k ohms to about 150 k ohms. 第1の周波数における第1の印加電圧に応答して第1のマイクロ流体動作を実行する誘電泳動モジュールと、
前記誘電泳動モジュールから出力を受信し、且つ第2の周波数における第2の印加電圧に応答して第2のマイクロ流体動作を実行するエレクトロウェッティングモジュールと
を含み、
前記エレクトロウェッティングモジュールは、前記導電性シリコン基板の前記誘電体積層を含む、請求項73〜94のいずれか一項に記載のマイクロ流体装置。
A dielectrophoresis module that performs a first microfluidic operation in response to a first applied voltage at a first frequency,
Includes an electrowetting module that receives output from the dielectrophoresis module and performs a second microfluidic operation in response to a second applied voltage at a second frequency.
The microfluidic device according to any one of claims 73 to 94, wherein the electrowetting module includes the dielectric lamination of the conductive silicon substrate.
前記第1のモジュールと前記第2のモジュールとの間にブリッジを更に含む、請求項95に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 95, further comprising a bridge between the first module and the second module. 前記ブリッジは、前記第1又は第2のマイクロ流体動作を実行しない、請求項96に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 96, wherein the bridge does not perform the first or second microfluidic operation. 前記ブリッジは、電気的に中性である、請求項96に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 96, wherein the bridge is electrically neutral. 前記ブリッジは、管を含む、請求項96に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 96, wherein the bridge comprises a tube. 前記ブリッジは、ポリマーを含む、請求項96に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 96, wherein the bridge comprises a polymer. 前記出力は、生体材料を含む、請求項95に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 95, wherein the output comprises a biomaterial. 前記第1の周波数は、100kHz〜10mHzの範囲内である、請求項95に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic apparatus according to claim 95, wherein the first frequency is in the range of 100 kHz to 10 MHz. 前記第2の周波数は、1kHz〜300kHzの範囲内である、請求項95に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic apparatus according to claim 95, wherein the second frequency is in the range of 1 kHz to 300 kHz. 前記第1の電圧は、1〜10ボルトの範囲内である、請求項95に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 95, wherein the first voltage is in the range of 1-10 volts. 前記第2の電圧は、10〜100ボルトの範囲内である、請求項95に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 95, wherein the second voltage is in the range of 10 to 100 volts. 前記導電性シリコン基板は、モノリシックである、請求項95に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic apparatus according to claim 95, wherein the conductive silicon substrate is monolithic. 前記導電性シリコン基板は、デュオリシックである、請求項95に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device according to claim 95, wherein the conductive silicon substrate is dual chic. 前記導電性シリコン基板は、アモルファスシリコンを含む、請求項106に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device according to claim 106, wherein the conductive silicon substrate contains amorphous silicon. 前記導電性シリコン基板は、アモルファスシリコンを含む、請求項107に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device according to claim 107, wherein the conductive silicon substrate contains amorphous silicon. 前記導電性シリコン基板は、フォトトランジスタアレイを含む、請求項106に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device according to claim 106, wherein the conductive silicon substrate includes a phototransistor array. 前記導電性シリコン基板は、フォトトランジスタアレイを含む、請求項107に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device according to claim 107, wherein the conductive silicon substrate includes a phototransistor array. 前記導電性シリコン基板は、電極のアレイを含む、請求項106に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 106, wherein the conductive silicon substrate comprises an array of electrodes. 前記導電性シリコン基板は、電極のアレイを含む、請求項107に記載のマイクロ流体装置。 The microfluidic device of claim 107, wherein the conductive silicon substrate comprises an array of electrodes. 水性媒体と相溶性であり且つ/又は水性媒体に溶融可能な微小物体、生物由来物質、及び/又は試剤を輸送するシステムであって、
ベース及びマイクロ流体回路構造体を含むエンクロージャを有するマイクロ流体デバイスであって、前記ベースは、前記ベースの上面の少なくとも一部に共有結合した疎水性単層を含む、マイクロ流体デバイスと、
水性媒体と混合しない第1の流体媒体と、
少なくとも1つの水性液滴と
を含む、システム。
A system for transporting microobjects, biological substances, and / or reagents that are compatible with and / or meltable in aqueous media.
A microfluidic device having an enclosure comprising a base and a microfluidic circuit structure, wherein the base comprises a hydrophobic monolayer covalently bonded to at least a portion of the upper surface of the base.
A first fluid medium that does not mix with the aqueous medium,
A system comprising at least one aqueous droplet.
前記疎水性単層は、表面修飾リガンドと、前記表面修飾リガンドを前記表面に結合させる結合基とを有し、前記疎水性表面は、式II:
Figure 2021126656


の構造体を有し、式中、
Figure 2021126656


は、前記表面であり、
Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)2W−であり、
Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ前記表面に接続し、
Zは、前記表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Yは、前記表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Rは、水素又はフッ素であり、
Mは、水素又はフッ素であり、
hは、独立して2又は3の整数であり、
jは、1であり、
kは、0又は1であり、
mは、0又は1〜20の整数であり、
nは、0又は1〜20の整数であり、
(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり、
kが1である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及び
kが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である、請求項114に記載のシステム。
The hydrophobic monolayer has a surface-modifying ligand and a binding group that binds the surface-modifying ligand to the surface, and the hydrophobic surface is of formula II :.
Figure 2021126656


Has the structure of
Figure 2021126656


Is the surface
V is −P (O) (OY) W− or −Si (OZ) 2W−.
W is -O-, -S-, or -NH- and is connected to the surface.
Z is a bond to an adjacent silicon atom attached to the surface, or a bond to the surface.
Y is a bond to an adjacent phosphorus atom attached to the surface, or a bond to the surface.
R is hydrogen or fluorine,
M is hydrogen or fluorine,
h is an independently integer of 2 or 3
j is 1,
k is 0 or 1 and
m is an integer of 0 or 1-20,
n is an integer of 0 or 1-20,
The sum of (n + [(h + j) · k] + m) is an integer of 11 to 25.
When k is 1, m is at least 2, and M is hydrogen, and k is 0, and R is fluorine, then m is at least 2, and M is. The system of claim 114, which is hydrogen.
前記ベースは、導電性基板を含む、請求項114に記載のシステム。 The system of claim 114, wherein the base comprises a conductive substrate. 前記マイクロ流体デバイスは、請求項1〜59のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイスである、請求項114に記載のシステム。 The system of claim 114, wherein the microfluidic device is the microfluidic device of any one of claims 1-59. 前記マイクロ流体デバイスは、光学作動EW構成を含む、請求項117に記載のシステム。 The system of claim 117, wherein the microfluidic device comprises an optically actuated EW configuration. 前記マイクロ流体デバイスは、DEP構成を更に含む、請求項117に記載のシステム。 The system of claim 117, wherein the microfluidic device further comprises a DEP configuration. 前記第1の流体媒体は、炭素、ケイ素、及び酸素から選択される原子を含む主鎖構造を有する少なくとも1つの有機化合物又は有機ケイ素化合物を含む、請求項114に記載のシステム。 The system of claim 114, wherein the first fluid medium comprises at least one organosilicon or organosilicon compound having a backbone structure comprising atoms selected from carbon, silicon, and oxygen. 前記少なくとも1つの有機ケイ素化合物の前記主鎖構造は、ケイ素原子及び任意選択的に酸素原子を含む、請求項120に記載のシステム。 The system according to claim 120, wherein the main chain structure of the at least one organosilicon compound comprises a silicon atom and optionally an oxygen atom. 前記少なくとも1つの有機化合物の前記主鎖構造は、炭素原子及び任意選択的に酸素原子を含む、請求項120に記載のシステム。 The system of claim 120, wherein the backbone structure of the at least one organic compound comprises a carbon atom and optionally an oxygen atom. 前記主鎖構造は、分岐している、請求項122に記載のシステム。 The system according to claim 122, wherein the main chain structure is branched. 前記第1の流体媒体は、1つ又は複数の非環式の有機化合物又は有機ケイ素化合物を含む、請求項120に記載のシステム。 The system according to claim 120, wherein the first fluid medium comprises one or more acyclic organic compounds or organosilicon compounds. 前記第1の流体媒体は、非環式の有機化合物又は有機ケイ素化合物からなる、請求項124に記載のシステム。 The system according to claim 124, wherein the first fluid medium comprises an acyclic organic compound or an organosilicon compound. 前記第1の流体媒体は、パーフルオロ化炭素原子を含まない、請求項114に記載のシステム。 The system of claim 114, wherein the first fluid medium is free of perfluorocarbon atoms. 前記第1の流体媒体の化合物の炭素原子の置換基は、90%以下のフッ素置換基を含む、請求項114に記載のシステム。 The system according to claim 114, wherein the substituent of the carbon atom of the compound of the first fluid medium contains 90% or less of a fluorine substituent. 前記表面修飾リガンドは、前記疎水性単層の内向きの末端においてパーフルオロ化炭素原子を含む少なくとも第1の部分を含む、請求項115に記載のシステム。 15. The system of claim 115, wherein the surface-modifying ligand comprises at least a first moiety comprising a perfluorocarbonated carbon atom at the inward end of the hydrophobic monolayer. 前記疎水性単層の全ての炭素原子は、パーフルオロ化される、請求項128に記載のシステム。 The system of claim 128, wherein all carbon atoms in the hydrophobic monolayer are perfluorolated. 前記第1の流体媒体は、2つ以上の有機化合物又は有機ケイ素化合物を含む、請求項114に記載のシステム。 The system according to claim 114, wherein the first fluid medium comprises two or more organic compounds or organosilicon compounds. 前記エンクロージャは、カバーを更に含む、請求項114に記載のシステム。 The system of claim 114, wherein the enclosure further comprises a cover. 前記カバーは、光を透過する、請求項131に記載のシステム。 The system according to claim 131, wherein the cover transmits light. 前記カバーは、ガラス及び/又はインジウムタンタル酸化物(ITO)を含む、請求項131に記載のシステム。 13. The system of claim 131, wherein the cover comprises glass and / or indium tantalum oxide (ITO). 前記カバーは、電極を含む、請求項131〜133のいずれか一項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 131 to 133, wherein the cover comprises electrodes. 前記水性液滴は、界面活性剤を含む、請求項114に記載のシステム。 The system of claim 114, wherein the aqueous droplet comprises a surfactant. 前記界面活性剤は、非イオン性界面活性剤を含む、請求項135に記載のシステム。 The system of claim 135, wherein the surfactant comprises a nonionic surfactant. 前記界面活性剤は、ブロックアルキレンオキシドコポリマー、脂肪酸エステルエトキシル化ソルビタン、エトキシル化フッ素系界面活性剤、ドデシル硫酸ナトリウム、又は2,4,7,9,テトラメチル−5−デシン−4,7,−ジオールエトキシレートを含む、請求項135又は136に記載のシステム。 The surfactant may be a block alkylene oxide copolymer, a fatty acid ester ethoxylated sorbitan, an ethoxylated fluorine-based surfactant, sodium dodecyl sulfate, or 2,4,7,9, tetramethyl-5-decyne-4,7,-. The system according to claim 135 or 136, which comprises a diol ethoxylate. 前記界面活性剤は、Capstone(登録商標)FS-30(DuPont商標、Synquest Laboratories)を含む、請求項135に記載のシステム。 The system of claim 135, wherein the surfactant comprises Capstone® FS-30 (DuPont Trademark, Synquest Laboratories). 前記液滴は、リン酸緩衝生理食塩溶液を含む、請求項114に記載のシステム。 The system of claim 114, wherein the droplet comprises a phosphate buffered physiological saline solution. 前記水性液滴は、少なくとも1つの微小物体を含む、請求項114に記載のシステム。 The system of claim 114, wherein the aqueous droplet comprises at least one microobject. 前記微小物体は、生物学的微小物体である、請求項140に記載のシステム。 The system of claim 140, wherein the micro-object is a biological micro-object. 前記水性液滴は、核酸及び/又はタンパク質を含む生物由来物質を含む、請求項114に記載のシステム。 The system of claim 114, wherein the aqueous droplet comprises a biological material, including nucleic acids and / or proteins. 前記水性液滴は、試剤を含む、請求項114に記載のシステム。 The system of claim 114, wherein the aqueous droplet comprises a reagent. 水性媒体と相溶性であり且つ/又は水性媒体に溶融可能な微小物体、生物由来物質、及び/又は試剤を輸送するキットであって、
ベース及びマイクロ流体回路構造体を含むエンクロージャを有するマイクロ流体デバイスであって、前記ベースは、前記ベースの上面の少なくとも一部に共有結合した疎水性単層を含む、マイクロ流体デバイスと、
水性媒体と混合しない第1の流体媒体と
を含む、キット。
A kit for transporting microobjects, biological substances, and / or reagents that are compatible with and / or meltable in aqueous media.
A microfluidic device having an enclosure comprising a base and a microfluidic circuit structure, wherein the base comprises a hydrophobic monolayer covalently bonded to at least a portion of the upper surface of the base.
A kit comprising a first fluid medium that is immiscible with an aqueous medium.
前記疎水性単層は、表面修飾リガンドと、前記表面修飾リガンドを前記表面に結合させる結合基とを有し、前記疎水性表面は、式II:
Figure 2021126656


の構造体を有し、式中、
Figure 2021126656


は、前記表面であり、
Vは、−P(O)(OY)W−又は−Si(OZ)2W−であり、
Wは、−O−、−S−、又は−NH−であり、且つ前記表面に接続し、
Zは、前記表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Yは、前記表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Rは、水素又はフッ素であり、
Mは、水素又はフッ素であり、
hは、独立して2又は3の整数であり、
jは、1であり、
kは、0又は1であり、
mは、0又は1〜20の整数であり、
nは、0又は1〜20の整数であり、
(n+[(h+j)・k]+m)の和は、11〜25の整数であり、
kが1である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素であり、及び
kが0であり、且つRがフッ素である場合、mは、少なくとも2であり、且つMは、水素である、請求項144に記載のキット。
The hydrophobic monolayer has a surface-modifying ligand and a binding group that binds the surface-modifying ligand to the surface, and the hydrophobic surface is of formula II :.
Figure 2021126656


Has the structure of
Figure 2021126656


Is the surface
V is −P (O) (OY) W− or −Si (OZ) 2W−.
W is -O-, -S-, or -NH- and is connected to the surface.
Z is a bond to an adjacent silicon atom attached to the surface, or a bond to the surface.
Y is a bond to an adjacent phosphorus atom attached to the surface, or a bond to the surface.
R is hydrogen or fluorine,
M is hydrogen or fluorine,
h is an independently integer of 2 or 3
j is 1,
k is 0 or 1 and
m is an integer of 0 or 1-20,
n is an integer of 0 or 1-20,
The sum of (n + [(h + j) · k] + m) is an integer of 11 to 25.
When k is 1, m is at least 2, and M is hydrogen, and k is 0, and R is fluorine, then m is at least 2, and M is. The kit of claim 144, which is hydrogen.
前記ベースは、導電性基板を含む、請求項144に記載のキット。 The kit of claim 144, wherein the base comprises a conductive substrate. 前記マイクロ流体デバイスは、請求項1〜72のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイスである、請求項144〜146のいずれか一項に記載のキット。 The kit according to any one of claims 144 to 146, wherein the microfluidic device is the microfluidic device according to any one of claims 1 to 72. 請求項8〜59のいずれか一項に記載のマイクロ流体装置を動作させるプロセスであって、
前記エンクロージャ又はその一部に第1の流体媒体を充填することと、
AC電圧電位を前記基板の前記少なくとも1つの電極と前記カバーの前記少なくとも1つの電極との間に印加することと、
液体の第1の液滴を前記エンクロージャに導入することであって、前記第1の液滴は、前記第1の流体媒体と混合しない、導入することと、
エレクトロウェッティング力を前記第1の液滴に適用することにより、前記第1の液滴を前記エンクロージャ内の所望の位置に移動させることと
を含む、プロセス。
A process for operating the microfluidic apparatus according to any one of claims 8 to 59.
Filling the enclosure or a part thereof with a first fluid medium,
Applying an AC voltage potential between the at least one electrode on the substrate and the at least one electrode on the cover,
Introducing a first droplet of liquid into the enclosure, the first droplet being immiscible with the first fluid medium.
A process comprising applying an electrowetting force to the first droplet to move the first droplet to a desired position within the enclosure.
前記第1の液体媒体は、油である、請求項148に記載のプロセス。 The process of claim 148, wherein the first liquid medium is oil. 前記第1の液体媒体は、シリコーン油、フッ素化油、又はそれらの組み合わせである、請求項148に記載のプロセス。 The process of claim 148, wherein the first liquid medium is a silicone oil, a fluorinated oil, or a combination thereof. 前記印加されるAC電圧電位は、少なくとも20ppVである、請求項148に記載のプロセス。 148. The process of claim 148, wherein the applied AC voltage potential is at least 20 ppV. 前記印加されるAC電圧電位は、約25〜35ppVである、請求項151に記載のプロセス。 15. The process of claim 151, wherein the applied AC voltage potential is about 25-35 ppV. 前記印加されるAC電圧電位は、約1〜100kHzの周波数を有する、請求項148に記載のプロセス。 148. The process of claim 148, wherein the applied AC voltage potential has a frequency of about 1-100 kHz. 前記マイクロ流体装置は、液滴生成器を含み、前記液滴生成器は、前記第1の液滴を前記エンクロージャに導入する、請求項148に記載のプロセス。 148. The process of claim 148, wherein the microfluidic apparatus comprises a droplet generator, which introduces the first droplet into the enclosure. 前記第1の液滴は、水溶液を含む、請求項148に記載のプロセス。 The process of claim 148, wherein the first droplet comprises an aqueous solution. 前記第1の液滴は、少なくとも1つの微小物体を含む、請求項155に記載のプロセス。 The process of claim 155, wherein the first droplet comprises at least one microobject. 前記少なくとも1つの微小物体は、生物学的微小物体である、請求項156に記載のプロセス。 156. The process of claim 156, wherein the at least one micro-object is a biological micro-object. 前記生物学的微小物体は、細胞である、請求項157に記載のプロセス。 157. The process of claim 157, wherein the biological microobject is a cell. 前記水溶液は、細胞培地である、請求項155に記載のプロセス。 The process of claim 155, wherein the aqueous solution is a cell medium. 前記少なくとも1つの微小物体は、対象となる材料に対する親和性を有する捕捉ビーズである、請求項156に記載のプロセス。 156. The process of claim 156, wherein the at least one microobject is a capture bead that has an affinity for the material of interest. 前記第1の液滴は、2〜20個の捕捉ビーズを含む、請求項160に記載のプロセス。 The process of claim 160, wherein the first droplet comprises 2 to 20 capture beads. 前記対象となる材料は、生体細胞分泌物である、請求項160に記載のプロセス。 The process of claim 160, wherein the material of interest is a living cell secretion. 前記対象となる材料は、DNA、ゲノムDNA、ミトコンドリアDNA、RNA、mRNA、miRNA、又はそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項160に記載のプロセス。 The process of claim 160, wherein the material of interest is selected from the group consisting of DNA, genomic DNA, mitochondrial DNA, RNA, mRNA, miRNA, or any combination thereof. 前記第1の液滴は、試剤を含む、請求項155に記載のプロセス。 The process of claim 155, wherein the first droplet comprises a reagent. 前記試剤は、細胞溶解試剤である、請求項164に記載のプロセス。 The process of claim 164, wherein the reagent is a cytolytic reagent. 前記試剤は、非イオン性洗剤を含む、請求項165に記載のプロセス。 The process of claim 165, wherein the reagent comprises a nonionic detergent. 前記非イオン性洗剤は、0.2%未満の濃度である、請求項166に記載のプロセス。 166. The process of claim 166, wherein the nonionic detergent has a concentration of less than 0.2%. 前記試剤は、タンパク質分解酵素である、請求項164に記載のプロセス。 The process of claim 164, wherein the reagent is a proteolytic enzyme. 前記タンパク質分解酵素は、非活性化され得る、請求項168に記載のプロセス。 168. The process of claim 168, wherein the proteolytic enzyme can be deactivated. 液体の第2の液滴を前記エンクロージャに導入することであって、前記第2の液滴の前記液体は、前記第1の液体媒体中に混合しないが、前記第1の液滴の前記液体と混合する、導入することと、
エレクトロウェッティング力を前記第2の液滴に適用することにより、前記エンクロージャ内の前記第1の液滴に隣接する位置に前記第2の液滴を移動させることと、
前記第2の液滴を前記第1の液滴と混合して、第1の結合液滴を形成することと
を更に含む、請求項148に記載のプロセス。
Introducing a second droplet of liquid into the enclosure, wherein the liquid in the second droplet is not mixed into the first liquid medium, but the liquid in the first droplet. To mix with, to introduce,
By applying an electrowetting force to the second droplet, the second droplet can be moved to a position adjacent to the first droplet in the enclosure.
148. The process of claim 148, further comprising mixing the second droplet with the first droplet to form a first combined droplet.
前記第2の液滴は、エレクトロウェッティング力を前記第2の液滴及び/又は前記第1の液滴に適用することにより、前記第1の液滴と混合される、請求項170に記載のプロセス。 170. The second droplet is mixed with the first droplet by applying an electrowetting force to the second droplet and / or the first droplet. Process. 前記第1の液滴は、生物学的微小物体を含み、前記第2の液滴は、試剤を含む、請求項170に記載のプロセス。 The process of claim 170, wherein the first droplet comprises a biological microobject and the second droplet comprises a reagent. 前記第2の液滴に含有される前記試剤は、溶解バッファー、蛍光標識、及びルミネッセントアッセイ試剤からなる群から選択される、請求項172に記載のプロセス。 172. The process of claim 172, wherein the reagent contained in the second droplet is selected from the group consisting of a lysis buffer, a fluorescent label, and a luminescent assay reagent. 前記第2の液滴に含有される前記試剤は、溶解バッファーであり、前記生体細胞は、前記第1の液滴と前記第2の液滴との混合時に溶解される、請求項172に記載のプロセス。 172. The reagent according to claim 172, wherein the reagent contained in the second droplet is a lysis buffer, and the living cell is lysed when the first droplet and the second droplet are mixed. Process. 液体の第3の液滴を前記エンクロージャに導入することであって、前記第3の液滴の前記液体は、前記第1の液体媒体と混合しないが、前記第1の結合液滴の液体と混合する、導入することと、
エレクトロウェッティング力を前記第3の液滴に適用することにより、前記エンクロージャ内の前記第1の結合液滴に隣接する位置に前記第3の液滴を移動させることと、
前記第3の液滴を前記第1の結合液滴と混合して、第2の結合液滴を形成することと
を更に含む、請求項170に記載のプロセス。
Introducing a third droplet of liquid into the enclosure, wherein the liquid of the third droplet does not mix with the first liquid medium, but with the liquid of the first bound droplet. Mixing, introducing, and
By applying an electrowetting force to the third droplet, the third droplet is moved to a position adjacent to the first bonded droplet in the enclosure, and the third droplet is moved.
The process of claim 170, further comprising mixing the third droplet with the first binding droplet to form a second binding droplet.
前記第3の液滴は、エレクトロウェッティング力を前記第3の液滴及び/又は前記第1の結合液滴に適用することにより、前記第1の結合液滴と混合される、請求項175に記載のプロセス。 The third droplet is mixed with the first binding droplet by applying an electrowetting force to the third droplet and / or the first binding droplet, claim 175. The process described in. 前記第3の液滴は、試剤を含む、請求項175に記載のプロセス。 The process of claim 175, wherein the third droplet comprises a reagent. 前記第3の液滴は、プロテアーゼ阻害剤を含む、請求項177に記載のプロセス。 The process of claim 177, wherein the third droplet comprises a protease inhibitor. 前記第3の液滴は、対象となる材料に対する親和性を有する1〜20個の捕捉ビーズを含む、請求項177に記載のプロセス。 The process of claim 177, wherein the third droplet comprises 1 to 20 capture beads that have an affinity for the material of interest. 前記捕捉ビーズは、オリゴヌクレオチド捕捉剤を含む、請求項179に記載のプロセス。 179. The process of claim 179, wherein the capture beads include an oligonucleotide capture agent. 前記オリゴヌクレオチド捕捉剤は、ポリ−dTオリゴヌクレオチドである、請求項180に記載のプロセス。 The process of claim 180, wherein the oligonucleotide scavenger is a poly-dT oligonucleotide. 前記対象となる材料は、DNA、ゲノムDNA、ミトコンドリアDNA、RNA、mRNA、miRNA、又はそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項179に記載のプロセス。 179. The process of claim 179, wherein the material of interest is selected from the group consisting of DNA, genomic DNA, mitochondrial DNA, RNA, mRNA, miRNA, or any combination thereof. 前記1〜20個の捕捉ビーズを前記マイクロ流体装置から搬出することを更に含む、請求項179に記載のプロセス。 179. The process of claim 179, further comprising removing the 1-20 capture beads from the microfluidic apparatus. 液体の第4の液滴を前記エンクロージャに導入することであって、前記第4の液滴の前記液体は、前記第1の液体媒体と混合しないが、前記第2の結合液滴の液体と混合する、導入することと、
エレクトロウェッティング力を前記第4の液滴に適用することにより、前記エンクロージャ内の前記第2の結合液滴に隣接する位置に前記第4の液滴を移動させることと、
前記第4の液滴を前記第2の結合液滴と混合して、第3の結合液滴を形成することと
を更に含む、請求項175に記載のプロセス。
Introducing a fourth droplet of liquid into the enclosure, wherein the liquid in the fourth droplet does not mix with the first liquid medium, but with the liquid in the second bound droplet. Mixing, introducing, and
By applying an electrowetting force to the fourth droplet, the fourth droplet is moved to a position adjacent to the second binding droplet in the enclosure.
The process of claim 175, further comprising mixing the fourth droplet with the second binding droplet to form a third binding droplet.
前記第4の液滴は、エレクトロウェッティング力を前記第4の液滴及び/又は前記第2の結合液滴に適用することにより、前記第2の結合液滴と混合される、請求項184に記載のプロセス。 184. The fourth droplet is mixed with the second binding droplet by applying an electrowetting force to the fourth droplet and / or the second binding droplet. The process described in. 前記第4の液滴は、試剤を含む、請求項184に記載のプロセス。 The process of claim 184, wherein the fourth droplet comprises a reagent. 前記第4の液滴に含有される前記試剤は、緩衝剤、dNTP、及び逆転写反応の実行に適したポリメラーゼを含む混合物を含む、請求項186に記載のプロセス。 186. The process of claim 186, wherein the reagent contained in the fourth droplet comprises a mixture containing a buffer, dNTP, and a polymerase suitable for performing a reverse transcription reaction. 前記第4の液滴に含有される前記試剤は、緩衝剤、dNTP、及び全ゲノム増幅反応の実行に適したポリメラーゼを含む混合物を含む、請求項186に記載のプロセス。 186. The process of claim 186, wherein the reagent contained in the fourth droplet comprises a mixture containing a buffer, dNTP, and a polymerase suitable for performing a whole genome amplification reaction. 前記第1の液滴、第2の液滴、第3の液滴、及び第4の液滴は、約5〜50ナノリットルの容量をそれぞれ有する、請求項148に記載のプロセス。 148. The process of claim 148, wherein the first droplet, the second droplet, the third droplet, and the fourth droplet each have a capacity of about 5 to 50 nanoliters. 前記第1の液滴、第2の液滴、及び第3の液滴は、約5〜20ナノリットルの容量をそれぞれ有する、請求項189に記載のプロセス。 189. The process of claim 189, wherein the first, second, and third droplets each have a volume of about 5 to 20 nanoliters. 前記第2の液滴及び/又は前記第3の液滴は、前記第1の液滴の前記容量と実質的に等しい容量を有する、請求項190に記載のプロセス。 The process of claim 190, wherein the second and / or third droplet has a volume substantially equal to that of the first droplet. 前記第4の液滴は、前記第1の液滴の約1〜3倍の容量を有する、請求項190に記載のプロセス。 The process of claim 190, wherein the fourth droplet has a volume about 1-3 times that of the first droplet. 前記第4の液滴は、約10〜30ナノリットルの容量を有する、請求項192に記載のプロセス。 192. The process of claim 192, wherein the fourth droplet has a volume of about 10-30 nanoliters. 前記エンクロージャは、少なくとも1つのマイクロチャネルを含む、請求項148に記載のプロセス。 148. The process of claim 148, wherein the enclosure comprises at least one microchannel. 前記第1の液滴を前記エンクロージャ内の所望の位置に移動させることは、前記少なくとも1つのマイクロチャネルを通して前記第1の液滴を移動させることを含む、請求項194に記載のプロセス。 The process of claim 194, wherein moving the first droplet to a desired location within the enclosure comprises moving the first droplet through the at least one microchannel. 前記エンクロージャは、前記少なくとも1つのマイクロチャネルが終わる箇所で開く複数のチャンバを更に含む、請求項194に記載のプロセス。 194. The process of claim 194, wherein the enclosure further comprises a plurality of chambers that open at the end of the at least one microchannel. 前記第1の液滴を前記エンクロージャ内の所望の位置に移動させることは、前記複数のチャンバのうちの1つのチャンバ内に前記第1の液滴を移動させることを含む、請求項196に記載のプロセス。 196. The movement of the first droplet to a desired position within the enclosure comprises moving the first droplet into one of the plurality of chambers. Process. 前記第2の液滴を前記第1の液滴に隣接する位置に移動させることは、前記少なくとも1つのマイクロチャネルを通して、且つ任意選択的に前記第1の液滴を含有する前記チャンバ内に前記第2の液滴を移動させることを含む、請求項194に記載のプロセス。 Moving the second droplet to a position adjacent to the first droplet is said through the at least one microchannel and optionally into the chamber containing the first droplet. The process of claim 194, which comprises moving a second droplet. 前記第3の液滴を前記第1の結合液滴に隣接する位置に移動させることは、前記少なくとも1つのマイクロチャネルを通して、且つ任意選択的に前記第1の結合液滴を含有する前記チャンバ内に前記第3の液滴を移動させることを含む、請求項198に記載のプロセス。 Moving the third droplet to a position adjacent to the first binding droplet is through the at least one microchannel and optionally within the chamber containing the first binding droplet. 198. The process of claim 198, comprising moving the third droplet. 前記第4の液滴を前記第2の結合液滴に隣接する位置に移動させることは、前記少なくとも1つのマイクロチャネルを通して、且つ任意選択的に前記第2の結合液滴を含有する前記チャンバ内に前記第4の液滴を移動させることを含む、請求項199に記載のプロセス。 Moving the fourth droplet to a position adjacent to the second bound droplet is through the at least one microchannel and optionally within the chamber containing the second bound droplet. 199. The process of claim 199, comprising moving the fourth droplet. エレクトロウェッティング力を適用して液滴を移動させ、且つ/又はそれを混合することは、前記液滴の近傍の前記基板表面の領域の有効エレクトロウェッティング特性を変えることを含む、請求項148に記載のプロセス。 Claim 148, wherein applying an electrowetting force to move and / or mix the droplets changes the effective electrowetting properties of the area of the substrate surface in the vicinity of the droplets. The process described in. 有効エレクトロウェッティング特性を変えることは、前記液滴の近傍の前記基板表面の前記領域におけるエレクトロウェッティング電極を活性化することを含む、請求項201に記載のプロセス。 The process of claim 201, wherein altering the effective electrowetting properties comprises activating an electrowetting electrode in the region of the substrate surface in the vicinity of the droplet. 前記基板は、光応答層を含み、前記液滴の近傍の前記基板表面の前記領域における前記エレクトロウェッティング電極を活性化することは、エレクトロウェッティング表面の領域に光のパターンを向けることを含む、請求項202に記載のプロセス。 The substrate comprises a photoresponsive layer, and activating the electrowetting electrode in the region of the substrate surface in the vicinity of the droplet comprises directing a pattern of light to the region of the electrowetting surface. 202. The process of claim 202.
JP2021088097A 2015-10-27 2021-05-26 Microfluidic electrowetting device system having covalently bonded hydrophobic surface Ceased JP2021126656A (en)

Applications Claiming Priority (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562246605P 2015-10-27 2015-10-27
US62/246,605 2015-10-27
US201562247725P 2015-10-28 2015-10-28
US62/247,725 2015-10-28
US15/135,707 2016-04-22
US15/135,707 US10723988B2 (en) 2015-04-22 2016-04-22 Microfluidic cell culture
US201662342131P 2016-05-26 2016-05-26
US62/342,131 2016-05-26
US201662410238P 2016-10-19 2016-10-19
US62/410,238 2016-10-19
JP2018519385A JP6891169B2 (en) 2015-10-27 2016-10-27 Microfluidic electrowetting device device with covalently bonded hydrophobic surface

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018519385A Division JP6891169B2 (en) 2015-10-27 2016-10-27 Microfluidic electrowetting device device with covalently bonded hydrophobic surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021126656A true JP2021126656A (en) 2021-09-02

Family

ID=57281295

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018519385A Active JP6891169B2 (en) 2015-10-27 2016-10-27 Microfluidic electrowetting device device with covalently bonded hydrophobic surface
JP2021088097A Ceased JP2021126656A (en) 2015-10-27 2021-05-26 Microfluidic electrowetting device system having covalently bonded hydrophobic surface

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018519385A Active JP6891169B2 (en) 2015-10-27 2016-10-27 Microfluidic electrowetting device device with covalently bonded hydrophobic surface

Country Status (10)

Country Link
EP (2) EP3370868B1 (en)
JP (2) JP6891169B2 (en)
KR (1) KR102426825B1 (en)
CN (2) CN114289087B (en)
AU (2) AU2016344171B2 (en)
CA (1) CA3001616C (en)
IL (1) IL258851B2 (en)
SG (2) SG10202107069UA (en)
TW (2) TWI714656B (en)
WO (1) WO2017075295A1 (en)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2017237187B2 (en) 2016-03-24 2022-12-08 Biological Dynamics, Inc. Disposable fluidic cartridge and components
JP7356351B2 (en) 2016-12-12 2023-10-04 エクセラ・バイオサイエンシーズ・インコーポレイテッド Methods and systems for screening using microcapillary arrays
CN114643087A (en) * 2017-04-26 2022-06-21 伯克利之光生命科技公司 Biological treatment system and method using microfluidic devices with optimized electrowetting surfaces
EP3912725A1 (en) * 2017-06-21 2021-11-24 Lightcast Discovery Ltd Method for investigating molecules such as nucleic acids
CN107803228B (en) * 2017-11-06 2019-10-18 南京理工大学 A kind of device and its separation method being automatically separated water-oil mixture drop
CN110785373B (en) * 2017-11-29 2023-11-17 积水化学工业株式会社 Microfluidic Chip
US11731132B2 (en) 2017-12-19 2023-08-22 Biological Dynamics, Inc. Methods and devices for detection of multiple analytes from a biological sample
US20190262829A1 (en) * 2018-02-28 2019-08-29 Volta Labs, Inc. Directing Motion of Droplets Using Differential Wetting
JP2021520218A (en) 2018-04-02 2021-08-19 バイオロジカル ダイナミクス,インク. Dielectric material
KR102040286B1 (en) * 2018-07-09 2019-11-04 성균관대학교 산학협력단 Method for manufacturing paper-based digital microfluidics platform
EP3812451A4 (en) * 2018-07-25 2021-08-11 Able Corporation Cell stimulation device, cell stimulation method, production method for culture product, production method for isolated cells, and cell proliferation method
US11618025B2 (en) * 2018-08-01 2023-04-04 University Of Macau Apparatus and method for on-chip microfluids dispensing
US10913067B2 (en) * 2018-10-01 2021-02-09 Sharp Life Science (Eu) Limited Barrier droplet configurations against migration between droplets on AM-EWOD devices
WO2020081478A1 (en) * 2018-10-15 2020-04-23 E Ink Corporation Digital microfluidic delivery device
KR102585756B1 (en) * 2018-11-12 2023-10-11 현대자동차주식회사 Energy harvesting system based on reverse electro wetting on dielectric
GB201909514D0 (en) * 2018-11-20 2019-08-14 Lightcast Discovery Ltd Device and method for microdroplet detection of cells
CN109487234A (en) * 2018-12-18 2019-03-19 湖北大学 Super oleophobic coating and its preparation method and application
CN111699394B (en) * 2019-01-15 2024-01-09 京东方科技集团股份有限公司 Biological detection substrate, microfluidic chip, driving method and microfluidic detection assembly
CN111450906B (en) * 2019-01-22 2022-02-25 北京纳米能源与系统研究所 Self-driven electrowetting valve, paper-based microfluid chip and immunodetection device
CN109752856B (en) * 2019-03-08 2022-08-12 京东方科技集团股份有限公司 Digital microfluidic device, manufacturing method, naked eye three-dimensional display device and display method
WO2020223077A1 (en) * 2019-04-30 2020-11-05 E Ink Corporation Microfluidic devices and methods of making the same
TWI745719B (en) * 2019-07-15 2021-11-11 長庚大學 Nanoparticle control and detecting system and operating method thereof
CN111056525B (en) * 2019-11-12 2023-04-18 重庆大学 Method for enhancing boiling heat exchange of micro-channel and inhibiting flow instability caused by alternating current infiltration effect
US11927740B2 (en) 2019-11-20 2024-03-12 Nuclera Ltd Spatially variable hydrophobic layers for digital microfluidics
TWI776358B (en) 2020-01-17 2022-09-01 英商核酸有限公司 Spatially variable dielectric layers for digital microfluidics
WO2021154627A1 (en) 2020-01-27 2021-08-05 E Ink Corporation Method for degassing liquid droplets by electrowetting actuation at higher temperatures
KR20220141862A (en) 2020-02-18 2022-10-20 뉴클라 뉴클레익스 리미티드 Adaptive gate drive for driving electrowetting devices
EP4106920A4 (en) 2020-02-19 2024-03-20 Nuclera Ltd Latched transistor driving for high frequency ac driving of ewod arrays
US11596946B2 (en) 2020-04-27 2023-03-07 Nuclera Nucleics Ltd. Segmented top plate for variable driving and short protection for digital microfluidics
CN112175824B (en) * 2020-09-17 2022-05-27 厦门德运芯准科技有限公司 Full-automatic single cell capturing chip based on digital microfluidic technology and application thereof
TW202214866A (en) * 2020-09-30 2022-04-16 富佳生技股份有限公司 Heating structure, detection chip, nucleic acid detection disc and nucleic acid detection device
US20220097052A1 (en) * 2020-09-30 2022-03-31 Icare Diagnostics International Co. Ltd. Detection chip, nucleic acid detection kit, and nucleic acid detection device
JP2022058244A (en) * 2020-09-30 2022-04-11 富佳生技股▲ふん▼有限公司 Nucleic acid detection box and nucleic acid detection device
WO2022216283A1 (en) * 2021-04-07 2022-10-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Dielectric layer for microfluidic receptacle
JP2023157546A (en) * 2022-04-15 2023-10-26 Toppanホールディングス株式会社 Microchannel chip and method for manufacturing microchannel chip
US20240050948A1 (en) * 2022-08-10 2024-02-15 Cytoaurora Biotechnologies, Inc. Contactless selection device, light sensing structure thereof, and biological particle selection apparatus

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6379929B1 (en) * 1996-11-20 2002-04-30 The Regents Of The University Of Michigan Chip-based isothermal amplification devices and methods
JP2007537729A (en) * 2004-04-12 2007-12-27 ザ・レジェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・カリフォルニア Optoelectronic tweezers for manipulation of microparticles and cells
JP2008500554A (en) * 2004-05-21 2008-01-10 キアゲン サイエンシス インコーポレイテッド Sample presentation device
US20080153134A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Willy Wiyatno Methods and apparatus for generating hydrophilic patterning of high density microplates using an amphiphilic polymer
US20080225378A1 (en) * 2007-03-13 2008-09-18 Varioptic Dielectric coatings for electrowetting applications
US20110220505A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 Sparkle Power Inc. Droplet manipulations on ewod microelectrode array architecture
KR20120066100A (en) * 2010-12-14 2012-06-22 한국전자통신연구원 Blood testing device and method for testing blood using the same
JP2013078758A (en) * 2011-09-14 2013-05-02 Sharp Corp Active matrix device for liquid control by electro-wetting and dielectrophoresis, and driving method
US20140144518A1 (en) * 2008-02-25 2014-05-29 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Vibration-driven droplet transport devices
CN103865789A (en) * 2012-12-17 2014-06-18 台湾积体电路制造股份有限公司 Systems and methods for an integrated bio-entity manipulation and processing semiconductor device
US20140274771A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Asociación Centro De Investigación Cooperative En Bioma Teriales Methods for making microarrays and their uses
WO2014167858A1 (en) * 2013-04-12 2014-10-16 パナソニック株式会社 Solvent control method and solvent for electrowetting
US20140378339A1 (en) * 2012-01-24 2014-12-25 Katholieke Universiteit Euven Patterning device
JP2015507507A (en) * 2012-01-10 2015-03-12 プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ Surface modification for fluid and solid resilience
US20150107995A1 (en) * 2006-04-18 2015-04-23 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet Actuator Devices and Methods for Manipulating Beads
WO2015092064A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-25 Universiteit Gent Adiabatic coupler
CN107257711A (en) * 2014-12-05 2017-10-17 加利福尼亚大学董事会 The machine glazing for reticulating ground wire with collection activates microfluidic device

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6294063B1 (en) 1999-02-12 2001-09-25 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for programmable fluidic processing
CN1181337C (en) * 2000-08-08 2004-12-22 清华大学 Solid molecule operating method in microfluid system
US6942776B2 (en) 1999-05-18 2005-09-13 Silicon Biosystems S.R.L. Method and apparatus for the manipulation of particles by means of dielectrophoresis
US6958132B2 (en) * 2002-05-31 2005-10-25 The Regents Of The University Of California Systems and methods for optical actuation of microfluidics based on opto-electrowetting
JP2006507921A (en) 2002-06-28 2006-03-09 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ Method and apparatus for fluid dispersion
US6911132B2 (en) * 2002-09-24 2005-06-28 Duke University Apparatus for manipulating droplets by electrowetting-based techniques
US7041481B2 (en) 2003-03-14 2006-05-09 The Regents Of The University Of California Chemical amplification based on fluid partitioning
US7328979B2 (en) * 2003-11-17 2008-02-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. System for manipulation of a body of fluid
TWI258456B (en) * 2005-05-31 2006-07-21 Academia Sinica Fluid driving device
US20100137163A1 (en) 2006-01-11 2010-06-03 Link Darren R Microfluidic Devices and Methods of Use in The Formation and Control of Nanoreactors
EP2530168B1 (en) 2006-05-11 2015-09-16 Raindance Technologies, Inc. Microfluidic Devices
JP2008089752A (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Sony Corp Electro wetting device and variable focus lens using the same, optical pickup device, optical recording and reproducing device, droplet operating device, optical element, zoom lens, imaging apparatus, optical modulator and display device
US8685344B2 (en) 2007-01-22 2014-04-01 Advanced Liquid Logic, Inc. Surface assisted fluid loading and droplet dispensing
WO2008119066A1 (en) 2007-03-28 2008-10-02 The Regents Of The University Of California Single-sided lateral-field and phototransistor-based optoelectronic tweezers
US8111465B2 (en) * 2007-09-12 2012-02-07 University Of Cincinnati Electrofluidic devices, visual displays, and methods for making and operating such electrofluidic devices
US20110076734A1 (en) * 2008-03-07 2011-03-31 Drexel University Electrowetting Microarray Printing System and Methods for Bioactive Tissue Construct Manufacturing
JP2010107908A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Sony Corp Electro-wetting apparatus, variable focal length lens, optical pickup apparatus, optical record reproduction apparatus, droplet operation apparatus, optical element, zoom lens, imaging apparatus, light modulating device, display, electronic flash apparatus, and method of driving electro-wetting apparatus
CN101592627B (en) * 2009-03-19 2012-12-05 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 Method for manufacturing and integrating multichannel high-sensitive biosensor
FR2946658B1 (en) * 2009-06-11 2011-08-05 Commissariat Energie Atomique MICROFLUIDIC DEVICE COMPRISING TWO HYDROPHOBIC LAYERS ASSEMBLED TO ONE ANOTHER AND METHOD OF ASSEMBLY
CN102671724B (en) * 2011-02-17 2015-03-11 王崇智 Microelectrode array architecture
US9227200B2 (en) 2011-06-03 2016-01-05 The Regents Of The University Of California Microfluidic devices with flexible optically transparent electrodes
US8883014B2 (en) * 2011-06-03 2014-11-11 The Regents Of The University Of California Monolithically formed EWOD device and method of making the same
CN102500436A (en) * 2011-09-28 2012-06-20 复旦大学 Single-sided two-dimensional driving digital microfluidic chip based on electrowetting
US8821705B2 (en) * 2011-11-25 2014-09-02 Tecan Trading Ag Digital microfluidics system with disposable cartridges
CN102866193B (en) * 2012-09-04 2015-04-01 吴传勇 Device and method for controlling particles in liquid based on dielectrophoresis
US9857333B2 (en) * 2012-10-31 2018-01-02 Berkeley Lights, Inc. Pens for biological micro-objects
US9403172B2 (en) 2012-11-08 2016-08-02 Berkeley Lights, Inc. Circuit based optoelectronic tweezers
US9366647B2 (en) * 2013-03-14 2016-06-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Optical detection for bio-entities
EP2869922B1 (en) * 2013-01-09 2019-11-20 Tecan Trading AG Disposable cartridge for microfluidics systems
CN103470852A (en) * 2013-09-12 2013-12-25 东南大学 Microfluid valve gear based on electrowetting technology
SG11201608499XA (en) * 2014-04-25 2016-11-29 Berkeley Lights Inc Providing dep manipulation devices and controllable electrowetting devices in the same microfluidic apparatus
US20150377831A1 (en) * 2014-06-27 2015-12-31 The Governing Council Of The University Of Toronto Digital microfluidic devices and methods employing integrated nanostructured electrodeposited electrodes

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6379929B1 (en) * 1996-11-20 2002-04-30 The Regents Of The University Of Michigan Chip-based isothermal amplification devices and methods
JP2007537729A (en) * 2004-04-12 2007-12-27 ザ・レジェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・カリフォルニア Optoelectronic tweezers for manipulation of microparticles and cells
JP2008500554A (en) * 2004-05-21 2008-01-10 キアゲン サイエンシス インコーポレイテッド Sample presentation device
US20150107995A1 (en) * 2006-04-18 2015-04-23 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet Actuator Devices and Methods for Manipulating Beads
US20080153134A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Willy Wiyatno Methods and apparatus for generating hydrophilic patterning of high density microplates using an amphiphilic polymer
US20080225378A1 (en) * 2007-03-13 2008-09-18 Varioptic Dielectric coatings for electrowetting applications
US20140144518A1 (en) * 2008-02-25 2014-05-29 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Vibration-driven droplet transport devices
US20110220505A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 Sparkle Power Inc. Droplet manipulations on ewod microelectrode array architecture
KR20120066100A (en) * 2010-12-14 2012-06-22 한국전자통신연구원 Blood testing device and method for testing blood using the same
JP2013078758A (en) * 2011-09-14 2013-05-02 Sharp Corp Active matrix device for liquid control by electro-wetting and dielectrophoresis, and driving method
JP2015507507A (en) * 2012-01-10 2015-03-12 プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ Surface modification for fluid and solid resilience
US20140378339A1 (en) * 2012-01-24 2014-12-25 Katholieke Universiteit Euven Patterning device
CN103865789A (en) * 2012-12-17 2014-06-18 台湾积体电路制造股份有限公司 Systems and methods for an integrated bio-entity manipulation and processing semiconductor device
US20140274771A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Asociación Centro De Investigación Cooperative En Bioma Teriales Methods for making microarrays and their uses
WO2014167858A1 (en) * 2013-04-12 2014-10-16 パナソニック株式会社 Solvent control method and solvent for electrowetting
WO2015092064A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-25 Universiteit Gent Adiabatic coupler
CN107257711A (en) * 2014-12-05 2017-10-17 加利福尼亚大学董事会 The machine glazing for reticulating ground wire with collection activates microfluidic device

Also Published As

Publication number Publication date
TW202126571A (en) 2021-07-16
AU2016344171A1 (en) 2018-05-10
CN114289087B (en) 2024-03-26
SG11201802968VA (en) 2018-05-30
IL258851B1 (en) 2023-04-01
EP3370868A1 (en) 2018-09-12
JP2018535088A (en) 2018-11-29
EP3370868B1 (en) 2020-12-09
IL258851B2 (en) 2023-08-01
WO2017075295A1 (en) 2017-05-04
SG10202107069UA (en) 2021-07-29
CN108472649B (en) 2022-01-14
WO2017075295A8 (en) 2018-05-31
CN114289087A (en) 2022-04-08
TWI781484B (en) 2022-10-21
JP6891169B2 (en) 2021-06-18
CA3001616A1 (en) 2017-05-04
TWI714656B (en) 2021-01-01
AU2021286430A1 (en) 2022-01-20
EP3862088A1 (en) 2021-08-11
KR20180072812A (en) 2018-06-29
TW201726540A (en) 2017-08-01
KR102426825B1 (en) 2022-07-28
CN108472649A (en) 2018-08-31
AU2016344171B2 (en) 2021-09-23
IL258851A (en) 2018-06-28
CA3001616C (en) 2023-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6891169B2 (en) Microfluidic electrowetting device device with covalently bonded hydrophobic surface
US10799865B2 (en) Microfluidic apparatus having an optimized electrowetting surface and related systems and methods
JP7046415B2 (en) Covalently modified surfaces, kits and methods of preparation and use
US20200171501A1 (en) Biological Process Systems and Methods Using Microfluidic Apparatus Having an Optimized Electrowetting Surface
US10569271B2 (en) Single-sided light-actuated microfluidic device with integrated mesh ground
US10766033B2 (en) Droplet generation in a microfluidic device having an optoelectrowetting configuration
CN114126762B (en) Methods for encapsulating and assaying cells
US11964275B2 (en) Microfluidic apparatus having an optimized electrowetting surface and related systems and methods

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210527

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210527

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220613

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220912

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20221114

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221212

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230228

A045 Written measure of dismissal of application [lapsed due to lack of payment]

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045

Effective date: 20230623