JP2021510516A - 粒子の精製および分画のための方法およびマイクロ流体装置 - Google Patents

粒子の精製および分画のための方法およびマイクロ流体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】粒子の精製もしくは分画またはその両方を促進できる、１つ以上のマイクロスケールおよび／またはメソスケール凝縮器アレイを含むマイクロ流体チップが本明細書に記載される。【解決手段】一実施形態において、装置はマイクロ流体チップの層を含み得る。この層は、流体を受け取り得る入口と、流体の精製バージョンを送出し得る出口と、入口および出口の間に結合されてそれらと流体連絡する凝縮器アレイとを含み得る。凝縮器アレイは、複数の列に配置された複数の支柱を含み得る。加えて、複数の列の第１の列内の複数の支柱の第１の支柱と、第１の列内の複数の支柱の第２の支柱との間に、約１．０ナノリットル毎時以上の流体のスループット速度を促進するようにサイズ決めされた支柱間隙が位置し得る。【選択図】図６

Description

本発明はマイクロ流体チップに関し、より具体的には、粒子の精製もしくは分画またはその両方を促進できる１つ以上のマイクロスケールおよび／またはメソスケールの凝縮器アレイを含むマイクロ流体チップに関する。
たとえば生物学および医学など、タンパク質から小胞およびオルガネラにわたる生体コロイドがすべての生物の分子構成要素を構成するところにおけるナノ材料の実際の適用および分析において、粒子（例、コロイド）を精製する能力は重要である。たとえば、エキソソームはナノメートル・サイズの細胞外小胞（ＥＶ：ｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ ｖｅｓｉｃｌｅｓ）であってそのサイズは３０〜１５０ナノメートル（ｎｍ）の範囲であり、かつ細胞から定期的に排出されており、たとえば癌などの疾患に対する診断、処置モニタリング、もしくは治療、またはその組み合わせにおける広い適用を有するバイオマーカー（例、腫瘍特異的タンパク質、マイクロリボ核酸（ｍｉｃｒｏ−ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）（「マイクロＲＮＡ」）、メッセンジャー（ｍｅｓｓｅｎｇｅｒ）ＲＮＡ（「ｍＲＮＡ」）、およびデオキシリボ核酸（ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）（「ＤＮＡ」））の有望なソースとして浮上している。これらのＥＶの魅力の一部は、それらを分析のために最低限の侵襲性または非侵襲性の液体生検（例、血液、血漿、もしくは尿サンプル、またはその組み合わせ）から抽出できるために、診断情報を得るための組織生検の必要性を低減できることである。大いに有望であることを示しているにもかかわらず、生物学的サンプルから高収率で高純度のエキソソームを単離する信頼性の高い方法は、それらの研究および疾患の予後因子としての実現、ならびにバイオマーカーの発見を顕著に妨害し続けている。ＥＶ単離に対する標準として超遠心分離（ＵＣ：ｕｌｔｒａｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｔｉｏｎ）が出現する一方で、たとえばろ過、沈降、および免疫親和性に基づく捕捉などのその他の技術も用いられている。しかしこれらの技術はすべて、以下に説明するとおりの本質的な欠点を有する。
ＵＣは細胞と、ＥＶと、タンパク質とのサイズの差を利用して、徐々に高くなるスピン速度および中間抽出プロトコルを用いてこれらの材料を互いから単離するものである。主な欠点は、ＥＶの品質に影響する高いスピン速度と、長い実行時間（例、約５時間）とを含む。加えてＵＣは手動のバッチ・プロセスであり、しばしば低いエキソソーム回収率および最適でないＥＶ品質をもたらす。
生物学的サンプルから細胞およびより大きな多胞体（ＭＶＢ：ｍｕｌｔｉｖｅｓｃｕｌａｒ ｂｏｄｉｅｓ）をふるい分けるために、たとえばポリビニリデンジフルオリド（ＰＶＤＦ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）またはポリカーボネートなどのメンブレン・フィルタが従来より用いられている。メンブレン・フィルタは、ときにはタンパク質からエキソソームをさらに分離するためにＵＣと結合される。多段階装置は巨大な遠心分離または真空システムを必要とし、大きなサンプル体積（例、３０〜１００ミリリットル「ｍＬ」）を用い、バッチ処理を必要とし、通常は目詰まりのために収率が低くなる。
ＵＣの必要を回避するためにいくつかのキットに基づく解決策が出現し、それにはＥＸＯＥＡＳＹ（Ｒ）、ＥＸＯ−ＳＰＩＮ（Ｒ）、ＥＸＯＱＵＩＣＫ（Ｒ）エキソソーム沈降、ＴＯＴＡＬ ＥＸＯＳＯＭＥ ＩＳＯＬＡＴＩＯＮ ＲＥＡＧＥＮＴ（Ｒ）、もしくはＰＵＲＥＥＸＯ（Ｒ）、またはその組み合わせが含まれる。これらの製品は、エキソソームの沈降を誘導するためにたとえばポリエチレングリコール（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）（「ＰＥＧ」）ベースの添加剤などの特殊な試薬を用いる。これらのキットは通常、ポリマーの混入によって許容できない純度がもたらされるため、下流の分析が困難になり、しばしば小さいバッチのサンプル体積に限定される。
免疫親和性に基づく捕捉は、複雑な生物学的流体からのエキソソームを標的として、それらを単離するためにたとえばエキソソームの表面に見出されるＣＤ８１などのテトラスパニンタンパク質、またはエキソソームの元の細胞に特異的なマーカーなどを用いる。一般的な技術は、体液から特異的マーカーを含有するエキソソームを捕捉するために、抗体をコートした磁気ビーズを使用する。これらの方法は高価であり、バッチごとに変動しかつ安定性の問題を有する特異的抗体に依拠するものである。この方法はエキソソームの特定の部分母集団を単離することを可能にするが、抗体のコストのため、大量の生物学的サンプルからエキソソームを単離するために一般的に好適ではない。
現解決策の本質的な欠点に照らして、簡単で安価で自動的かつ迅速なＥＶ単離技術が望まれている。これらの要求を満たすために、これらの領域の多くに届ける可能性を有することから、多くがマイクロ流体またはラボ・オン・チップ（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）（「ＬＯＣ」）の概念に変わってきている。この骨組の中で、一般的にナノ粒子分離のために多数の機構を使用する技術が探索および利用されており、それはたとえばフィールド・フロー分画、遠心分離、光学、親和性捕捉、電気泳動、誘電泳動、磁気泳動、音響泳動、イオン濃度分極、電気流体力学渦、決定論的横置換、もしくはふるい分け、またはその組み合わせなどである。ＬＯＣ法は以下の特性を有し、その大多数はこれらの目的に付随するものである。短い拡散距離、高速加熱、高い表面積対体積率、小さい熱容量によって、分析および応答時間が速くなること、製作コストが低くなるために大量生産で製作できるコスト効果の高い使い捨てチップが可能となり、かつ複数のプロセス（例、標識、精製、分離、もしくは検出、またはその組み合わせ）を統合できること、統合がコンパクトであることによって大規模な並列化による高スループット分析が可能であること、もしくは機構サイズをミリメートルからナノメートルに縮小したことによってピコリットルの体積ほどの小さい流体体積を処理できること、またはその組み合わせ。ＬＯＣ技術の例は、以下を含み得る。
ナノスケール決定論的横置換（ｎａｎｏｓｃａｌｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ ｌａｔｅｒａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）（「ナノＤＬＤ」）技術は、動作の理論によって連続的な流動系（バッチ処理ではない）において数十ナノメートルの分解能でエキソソーム集団を亜分画できる。たとえば、ＵＣ精製エキソソームがデバイス内で用いられた。しかし、この技術は体積スケール・アップのための大規模な並行化には適しているが、非常に小さいサンプル体積が示された。
Ｅｘｏｄｉｓｃ技術は、卓上サイズの遠心マイクロ流体システムを用いて３０分以内に２０〜６００ｎｍのサイズ範囲のＥＶの自動的な無標識の濃縮を可能にする、２つのナノフィルタと統合されたラボ・オン・ディスクとみなされ得る。Ｅｘｏｄｉｓｃは、細胞培養物からのＥＶの＞９５％の回収率と、ＵＣと比較して＞１００倍高いｍＲＮＡ濃度とを報告した。この技術は自動化でき、最大１ミリリットル（ｍＬ）の尿または細胞培地を処理でき、より小さい混入物を除去するための緩衝液洗浄を含む。しかしディスクは大きく、これは付加的なコストを意味し、サンプル処理は連続的流動ではなくバッチである。さらに、エキソソームの亜分画は示されていない。
粘弾性流動技術によって、ナノスケールＥＶに働く粘弾性力を制御するために添加剤ポリマー（ポリオキシエチレン（ｐｏｌｙ−ｏｘｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）すなわちＰＥＯ）を用いて、連続的流動の無電界かつ無標識の方式で細胞培地および血清からエキソソームを単離できる。＞９０％の分離純度が、＞８０％の回収率および２００マイクロリットル毎時（「μＬ／ｈｒ」）のスループットとともに示され得る。しかし、粘弾性流動を促進するためのデバイスは大きくなる可能性があり、粒子の流れの横方向分解能を達成するために長さ３２ミリメートル（ｍｍ）のチャネル（に加えて入力／出力ポートのためのスペース）を必要とする。１００ｎｍもしくは５００ｎｍまたはその両方の粒度の単離を達成できるが、ここでのサイズ選択性はエキソソーム分画に容易に役立たない。
エキソソーム・トータル・アイソレーション・チップ（ｅｘｏｓｏｍｅ ｔｏｔａｌ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｃｈｉｐ）（「ＥｘｏＴＩＣ」）ろ過装置は、トラックエッチド・ポリカーボネートの低タンパク質結合フィルタ・メンブレンおよびシリンジ・ポンプ・ドライバを用いて、最大５ｍＬ／ｈｒ（例、６つの平行シリンジにおいて最大３０ｍＬ／ｈｒが示される）の流速にて、ＵＣよりも約４〜１０００倍高いＥＶ収率を達成できる。緩衝液洗浄ステップは、より小さい混入物からのＥＶ精製を可能にする。フィルタをナノスケールまで段階分けすることによって亜分画も行うことができ、特定の細胞株からのエキソソームをそのサイズ分布によって分析できる。しかし、ろ過もしくは精製またはその両方は本質的に連続したプロセスであるため、これは必然的にバッチ・プロセスとなり、サンプル調製を行うために２時間超を必要とする。さらに、亜分画されたＥＶ集団に対して行われるナノ粒子トラッキング分析（ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ）（「ＮＴＡ」）は、分画サイズの強力な制御を示すようにみえない。
上記のとおり、ＬＯＣ技術は小さい流体体積に限られており、これは生物学的流体の１〜数ｍＬ毎時のスループットを要求し得る診断とは対照的なものとしてエキソソーム・サンプル調製に適用されるときに高スループットもしくはより短い処理時間またはその両方の産業的要求に反している。よって、流体体積が小さいことは、エキソソーム・サンプル調製に対して使用可能な従来のマイクロ流体技術（例、オンおよびオフ・チップの両方）のリストを減らし得る。
以下に、本発明の１つ以上の実施形態の基本的理解を提供するための概要を提供する。この概要は重要または決定的な構成要素を識別したり、本発明の特定の実施形態の任意の範囲または請求項の任意の範囲を記述したりすることは意図されていない。この概要の唯一の目的は、後で提供されるより詳細な説明に対する前置きとして、簡略化した形の概念を提供することである。本明細書に記載される本発明の１つ以上の実施形態において、マイクロ流体チップを実現でき、粒子の精製もしくは分画またはその両方を促進できるシステム、装置、もしくは方法、またはその組み合わせが記載される。
本発明の実施形態によると、装置が提供される。この装置は、マイクロ流体チップの層を含む。この層は流体を受け取るための入口と、流体の精製バージョンを送出するための出口と、入口および出口の間に結合されてこれらと流体連絡する凝縮器アレイとを含む。凝縮器アレイは、複数の列に配置された複数の支柱を含む。加えて、複数の列の第１の列内の複数の支柱の第１の支柱と、第１の列内の複数の支柱の第２の支柱との間に、約１．０ナノリットル毎時以上の流体のスループット速度を促進するようにサイズ決めされた支柱間隙が位置する。
マイクロ流体チップの層はさらに、ナノスケール決定論的横置換アレイを含んでもよい。加えて、ナノスケール決定論的横置換アレイは凝縮器アレイに結合される。さらに、ナノスケール決定論的横置換アレイは、凝縮器アレイにおいて精製された流体の粒子を分離する。
入口は、収集チャネルと流体連絡する入口バスと流体連絡していてもよい。収集チャネルは、出口と流体連絡する出口バスと流体連絡していてもよい。
本発明の別の実施形態によると、方法が提供される。この方法は、凝縮器アレイと、入口と、出口とを含むマイクロ流体チップにおいて緩衝溶液およびサンプル溶液を受け取るステップを含む。サンプル溶液は、サンプルおよび不要物を含む。緩衝溶液およびサンプル溶液は、約１．０ナノリットル毎時よりも大きい速度で凝縮器アレイを通って流れる。この方法はさらに、凝縮器アレイによって、サンプル溶液からのサンプルをマイクロ流体チップの側壁に対して横の方向に移動させるステップを含む。サンプルは緩衝溶液内に移動する。加えてこの方法は、出口を介して不要物から分離したサンプルを収集するステップを含む。凝縮器アレイは、マイクロスケール凝縮器アレイおよびメソスケール凝縮器アレイからなる群より選択されてもよい。
本発明の別の実施形態によると、装置が提供される。この装置は、マイクロ流体チップの層を含む。この層は入口と、出口と、入口および出口と流体連絡する凝縮器アレイとを含む。凝縮器アレイは、約１．０ナノリットル毎時よりも大きいスループット流速を有する。
任意の実施形態によると、凝縮器アレイは複数の列に配置された複数の支柱を含み得る。複数の列の第１の列内の複数の支柱の第１の支柱と、第１の列内の複数の支柱の第２の支柱との間に、約０．５マイクロメートル以上の支柱間隙が位置し得る。加えて、第１の支柱は第２の支柱と隣り合っている。
よって、本明細書に記載される本発明のさまざまな実施形態は、高いスループット体積にて迅速な合計粒子（例、エキソソーム）の単離および精製ならびに下流の粒子（例、エキソソーム）の亜分画を達成するためのマイクロ流体チップ設計および方法を実現する。さらに、１つ以上のマイクロスケールおよび／またはメソスケール凝縮器アレイの配置を介して高スループット能力が達成される。本明細書に記載される本発明の実施形態は、高感度、高体積スループット、連続流動粒子（例、エキソソーム）の精製もしくは収集またはその両方、処理時間の低減、亜分画能力、および／あるいは自動化を可能にできるコンパクトなアーキテクチャを提供する粒子（例、エキソソーム）単離を達成する。
本発明を具現化するマイクロ流体チップを含むマイクロスケール凝縮器アレイを示す図である。 本発明を具現化するマイクロ流体チップを示す図である。 凝縮器アレイに対する格子構造を示す図である。 凝縮器アレイに対する格子構造を示す図である。 凝縮器アレイに対する格子構造を示す図である。 本発明を具現化するマイクロ流体チップを示す図である。 本発明を具現化するマイクロ流体チップによって促進される流動経路を示す図である。 本発明を具現化するマイクロ流体チップによって促進される流動経路を示す図である。 本発明の実施形態におけるマニホルド界面を示す図である。 本発明を具現化する１つ以上の粒子を精製および／または分画するための方法を示す流れ図である。
以下の詳細な説明は単なる例示であり、本発明または本発明の適用もしくは使用あるいはその両方を制限することは意図されていない。さらに、先行する「背景技術」もしくは「発明の概要」のセクション、または「発明を実施するための形態」のセクションにおいて提供される任意の表現または暗示される情報に結び付けられることは意図されていない。
ここで図面を参照して本発明の１つ以上の実施形態が説明され、図面全体にわたって類似の構成要素を示すために類似の参照番号が用いられる。以下の記載においては、説明の目的のために、本発明のより完全な理解を提供するために多数の特定の詳細が示されている。しかしさまざまな場合に、これらの特定の詳細を伴わずに本発明が実施され得ることは明白である。
図１は、本発明を具現化する凝縮器アレイ１００の図を示している。アレイ１００はマイクロチャネル１０３内に位置し、複数の支柱１０２を含む。アレイ１００は、支柱１０２によって定められる１つ以上の格子構造１０４によって促進される流体力学的カオスの原理で動作する。アレイ１００はマイクロスケール・アレイもしくはメソスケール凝縮器アレイ、またはその両方であり得る。たとえば、アレイ１００はマイクロスケールもしくはメソスケールまたはその両方における１つ以上のジオメトリを有する。本明細書において用いられる「マイクロスケール」という用語は、１マイクロメートル以上かつ９９９マイクロメートル以下である１つ以上の特徴的寸法を有するデバイス、装置、もしくは特徴、またはその組み合わせを示す。本明細書において用いられる「メソスケール」という用語は、０．１ミリメートル以上かつ１００ミリメートル以下である１つ以上の特徴的寸法を有するデバイス、装置、もしくは特徴、またはその組み合わせを示す。
流体は、図１の矢印「Ｆ」で示される方向にマイクロチャネル１０３を通ることによって、アレイ１００を流れ得る。流体流動Ｆがアレイ１００を通って導かれるとき、支柱１０２は流体自体を逸らせる働きをして、流体流動に対する小さい横方向成分をもたらし、この横方向成分は平均してマイクロチャネル１０３の長さを超えることはない。流体の正味の横移動によって、流体を含む粒子（例、コロイド）が横方向に動き、それによってアレイ１００内の空間的移動または「凝縮」がもたらされる。アレイ１００は、１つ以上の粒子（例、コロイド）を濃縮して濃縮流にする。さらに、濃縮流は特定のサイズの粒子（例、コロイド）、もしくはさまざまなサイズの粒子（例、コロイド）、またはその両方を含み得る。
流体の粒子（例、コロイド）を凝縮して濃縮流にすることは、サンプルを濃縮すること、もしくは精製のためにサイズ／化学物質に基づく複数の流れにさらに分離するためにサンプルを調製すること、またはその両方のために有用である。アレイ１００は流体流動自体を取り扱い得るため、流体内の粒子（例、コロイド）はサイズにかかわらず同じ横移動を経験する。アレイ１００による凝縮（例、横方向の流体移動）は、格子構造１０４もしくは支柱１０２またはその両方のジオメトリに依存する。先行技術は、ナノスケール（例、全寸法に対して５００ナノメートル（ｎｍ）未満）のみに対するジオメトリを明記している。本明細書に記載される本発明の１つ以上の実施形態において、凝縮器アレイ１００はナノサイズの粒子（例、コロイド）を取り扱い得るマイクロスケール構造を含む。
図１に示されるとおり、支柱１０２は列（例、マイクロチャネル１０３を「ｙ」軸に沿って横切る列１０５）もしくは行（例、マイクロチャネル１０３を「ｘ」軸に沿って横切る行１０７）またはその両方に配置され得る。加えて、隣り合う列（例、隣り合う列１０５、１０９）が互いに（例、ｙ軸に沿って）オフセットに配置されることによって、行をマイクロチャネルの１つ以上の壁１０６に対して角度を付けて位置決めできる。図１は、４つの支柱（例、支柱１０２は４つの支柱のうちの１つの例であり得る）によって定められる格子構造１０４の拡大図を示す。
格子構造１０４は、４つの支柱（例、１つ以上の支柱は支柱１０２に示されるとおりであり得る）によって定められ得る。格子構造１０４は凝縮器アレイ１００全体にわたって位置しても、凝縮器アレイ１００の一部に位置しても、その両方であってもよい。さらに、４つの支柱１０２は互いに隣り合い得る。たとえば、列１０５の２つの隣り合う支柱１０２と、行１０７の２つの隣り合う支柱とが格子構造１０４を定めることができ、ここで列１０５および行１０７は互いに隣り合い得る。図１は、格子構造１０４を定める４つの例示的支柱の例を破線によって示している。さらに図１に示されるとおり、破線は４つの支柱１０２によって定められる格子構造１０４の拡大図を描いている。アレイ１００は、図１に示される格子構造１０４の場所以外のマイクロチャネル１００内の１つ以上の場所に１つ以上の格子構造１０４を含み得ることを当業者は認識するだろう。
図１に示されるとおり、「Ｅ」は連続する列の支柱１０２の中心１０８間の横方向シフトを表す。連続する列の支柱１０２間の横方向シフト（例、Ｅで表される）は、式１すなわちＤｙ／Ｎを特徴とする。アレイ１００の横方向シフト（例、Ｅで表される）は、０．０１以上もしくは０．３以下、またはその両方である。
図１に示されるとおり、「Ｄｙ」はアレイ１００のｙ軸に沿った格子構造１０４を横切る第１の距離を表す。Ｄｙは、格子構造１０４の第１の境界１１０から格子構造１０４の第２の境界１１２まで伸長する。さらに、第１の境界１１０は支柱１０２の第１の行の第１の中心線によって定められ、第２の境界１１２は支柱１０２の第２の行の第２の中心線によって定められ、支柱１０２の第１の行と支柱１０２の第２の行とは互いに隣り合っている。Ｄｙは、１μｍ以上もしくは１００μｍ以下、またはその両方である。
図１に示されるとおり、「Ｎ」は横方向シフトを克服して２つの列を整列させて置くために必要な連続する列の数を表す。たとえば、図１に示されるアレイ１００に対しては、横方向シフトを例示する破線の三角形１１４によって示されるとおり、Ｎは１０に等しい。
さらに、図１に示されるとおり、「Ｄｘ」はアレイ１００のｘ軸に沿った格子構造１０４を横切る第２の距離を表す。Ｄｘは、格子構造１０４の第３の境界１１６から格子構造１０４の第４の境界１１８まで伸長する。さらに、第３の境界１１６は支柱１０２の第１の列の第３の中心線によって定められ、第４の境界１１８は支柱１０２の第２の列の第４の中心線によって定められ、支柱１０２の第１の列と支柱１０２の第２の列とは互いに隣り合っている。加えて、Ｄｙは（例、アレイ１００のｙ軸に沿った）第１の方向に沿って測定され、この第１の方向はＤｘが測定され得る（例、アレイ１００のｘ軸に沿った）第２の方向と直交している。Ｄｘは１μｍ以上かつ１００μｍ以下である。
さらに、図１に示されるとおり、「Ｄ０」は格子構造１０４を定める支柱１０２の直径を表す。Ｄ０は０．５μｍ以上もしくは９９．５μｍ以下、またはその両方である。さらに、支柱１０２の高さは１μｍ以上もしくは１００μｍ以下、またはその両方である。図１に示されるとおり、「Ｇ」は同じ列の隣り合う支柱１０２間の支柱間隙を表す。アレイ１００の有するＧは０．５マイクロメートル（μｍ）以上もしくは１００μｍ以下、またはその両方である。さらに、図１に示されるとおり、「θ」はマイクロチャネル１０３の壁１０６に関する角度を表す。θは０度より大きく、かつ９０度未満である。
格子構造１０４の格子比は、式２すなわちＤｘ／Ｄｙを特徴とする。アレイ１００の動作を促進するための格子比は０．１より大きいか、もしくは１．０以下か、またはその両方である。加えて、アレイ１００のジオメトリ比は、式３すなわちＤ０／Ｄｙを特徴とする。アレイ１００の動作を促進するためのジオメトリ比は０．１より大きく、かつ１．０以下である。加えて、凝縮器アレイ１００は動作を促進するために支柱１０２の１００以上の列を含む。たとえば、凝縮器アレイ１００の（例、ｘ軸に沿った）全長は０．１ミリメートル（ｍｍ）以上かつ１０ｍｍ以下である。本明細書に記載されるジオメトリの１つ以上を含むアレイ１００の例は、マイクロスケールおよび／もしくはメソスケールアレイ１００構造を促進でき、かつ／または高スループット速度を促進できる。
支柱１０２は、本明細書に記載される（例、アレイ１００もしくは格子構造１０４またはその両方に関する）ジオメトリ寸法を促進できるさまざまな形状を有し得る。支柱１０２の形状は円形、三角形、正方形、Ｕ形状、カブラ形の形状、五角形の形状（例、不規則な五角形）、もしくはその類似物、またはその組み合わせを含み得るが、それに限定されない。アレイ１００は複数の格子構造１０４を有してもよく、それぞれの格子構造１０４は凝縮器アレイ１００に沿った格子構造１０４の場所に依存して変動するジオメトリを有し得る。
アレイ１００が本明細書に記載されるジオメトリを含む本発明の実施形態は、マイクロスケールもしくはメソスケールまたはその両方の支柱間隙（例、Ｇで表される）を有することができ、これは従来のナノスケール支柱間隙よりも流体流動に対する伝導性が高くなり得る。加えて、マイクロスケールもしくはメソスケールまたはその両方の支柱間隙は、従来のアレイよりも大きい支柱１０２を容易にでき、これは製作中に反応性イオン・エッチングを用いて形成できるために、スループットのさらなる線形的向上が得られる。
図２は、本発明を具現化するマイクロ流体チップの層２００の図を示している。簡潔のために、本明細書に記載される本発明の他の実施形態において使用される類似の構成要素の反復的な説明は省略される。チップは、サンプル流体（例、生物学的サンプル流体）の精製もしくは分画またはその両方のために設計されたラボ・オン・チップであり得る。加えて、チップはハンドヘルド装置もしくは精製システム（例、自動システムを含む）またはその両方の一部であり得る。たとえば、この装置もしくはシステムまたはその両方は、流体（例、サンプル流体もしくは緩衝液流体またはその両方）を１つ以上の第１のリザーバ（例、入口ベイスン）から１つ以上の凝縮器アレイ１００を通じて１つ以上の第２のリザーバ（例、出口ベイスン）の中に流すことを促進するための１つ以上の圧力デバイスを含み得る。
層２００は、１つ以上の流体の精製もしくは分画またはその両方を促進するための１つ以上のアレイ１００と流体連絡する複数の入口もしくは出口またはその両方を含む。チップは複数の層２００を含み得る（例、ここでそれぞれの層２００は互いに、または他のチップ層と水平もしくは鉛直またはその両方に隣り合って位置し得る）。１つ以上の流体は、電気浸透流、圧力駆動流、毛細管流動、それらの組み合わせ、および／またはその類似物を含み得るがそれに限定されない外部駆動力によってもたらされる定常状態にて、層２００を通って流れ得る。
ナノＤＬＤをサンプル調製に適用する際の課題およびより強力な制約は、結果として得られる小さいアレイおよび機構が高い流体抵抗を有し、よって所与のアレイに対してより低いスループット（例、約０．２μＬ／ｈｒ）を有するために、単一のアレイが１〜１０ｍＬというより大きい体積のエキソソーム・サンプル調製に対して実用的でないことである。しかし、単層もしくは多層またはその両方の基体上に集積された凝縮器アレイ１００は、サンプル体積を数ｍＬ毎時のスループット速度にスケール・アップする手段を提供できる。
図２に示されるとおり、アレイ１００はサンプル入口２０２と流体連絡する。サンプル流体は、入口２０２を介してアレイ１００に入る。層２００は、アレイ１００と流体連絡する１つ以上の入口バス２０６と流体連絡する緩衝液入口２０４を含む。緩衝液入口２０４は、マイクロ流体チップの上またはそこから離れて位置する緩衝液リザーバとも流体連絡し得る。緩衝液は、緩衝液リザーバから緩衝液入口２０４を介して入口バス２０６に流れ得る。緩衝液はさらに入口バス２０６を通って流れて、凝縮器アレイ１００に入り得る。緩衝液は、アレイ１００内の粒子（例、エキソソーム）の交換を促進するための精製媒体の働きをし得る。
層２００を含むアレイ１００は、１つ以上の収集チャネル２０８（例、アレイ１００の一部を含む）に向かって流体を移動させるように構成された複数の格子構造１０４を含み得る。緩衝液は、入口バス２０６から収集チャネル２０８の中に流れ得る。サンプル流体を含む粒子（例、エキソソーム）は、横方向に移動して収集チャネル２０８に入り得る。図１は、粒子を移動させて収集チャネル２０８に入れるための格子構造１０４の構成の拡大図を示す。よって、アレイ１００は粒子（例、エキソソーム）集団を粒度によって緩衝液の流れの中に濃縮もしくは再方向付けするか、またはその両方を行うことによって、サンプル流体から目的の粒子（例、エキソソーム）を精製できる。
アレイ１００はさらに、１つ以上の不要物出口２１０もしくは１つ以上の出口バス２１２またはその両方と流体連絡し得る。出口バス２１２は、１つ以上の粒子出口２１４と流体連絡し得る。緩衝液および移動した粒子（例、エキソソーム）の濃縮流は、収集チャネル２０８を通って出口バス２１２の中に流れ得る。緩衝液および粒子（例、エキソソーム）の流れはさらに、出口バス２１２を通って粒子出口２１４を介して粒子リザーバの中に流れ得る。収集チャネル２０８内に移動されないサンプル流体（例、サンプル流体を含む不要物）は、アレイ１００から１つ以上の不要物出口２１０の中に流れ得る。不要な塩、小さい分子、タンパク質、もしくはその類似物、またはその組み合わせは粒度が十分に小さいために、アレイ１００を通る不変の軌道を示すことによって、不要物出口２１０に入り得る。
アレイ１００は、行シフト・フラクション値が小さいときの所与の支柱間隙サイズＧに対する分離において最も効率的であり得るため、アレイ１００の長さは凝縮器アレイ１００の幅と比較して２０倍（２０Ｘ）以上の距離であり得る。よって、このアレイ１００の狭くて長い寸法は凝縮器アレイ１００の多重配置に対して好適であり、ここではマイクロ流体チップ表面をより効率的に使用して、加えられたアレイ１００の数によってスループットを線形的に増大できる。入口（例、緩衝液入口２０４もしくはサンプル入口２０２またはその両方）および出口（例、粒子出口２１４もしくは不要物出口２１０またはその両方）は、ガラスの結合天井を有するスルー・シリコン・ビア（ＴＳＶ：ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｉｌｉｃｏｎ ｖｉａｓ）を用いてマイクロ流体チップを通って延在するか、もしくはチップの頂部から結合されたガラス内の整列され構造化されたガラス穴を通って延在するか、またはその両方であり得る。ビアは、生物学的サンプルに適合し得るたとえばシクロオレフィンポリマー（ｃｙｃｌｏ−ｏｌｅｆｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）（「ＣＯＰ」）などの成形プラスチック内にも製作され得る。
再び図２を参照すると、ここではたとえば尿、血液、血漿などの生物学的サンプル（例、サンプル流体）が頂部ビア（例、サンプル入口２０２）から入れられて、任意のオン・チップろ過構成要素に導入され得る。このオン・チップろ過構成要素は、細胞およびもっと大きなＭＶＢもしくはＥＶまたはその両方を捕捉する一方で、エキソソームを下流の凝縮器デバイスの中に通すためのクロスフロー蛇行フィルタ、トラップ、ふるい、またはいくつかのその他のマイクロ流体フィルタ配置を含んでもよい。代替的に、オフ・チップで前ろ過が行われてもよいし、それら２つの組み合わせが行われてもよい（例、細胞をオフ・チップでろ過し、もっと大きなＭＶＢもしくはＥＶまたはその両方をオン・チップでろ過する）。サンプル流体は患者から完全に濃縮されたものとして（または受け取られたままで）導入されてもよいし、最初にオペレータによって希釈されてもよい。洗浄緩衝液は、凝縮器アレイ１００に供給し得る共通の入口（例、入口バス２０６）から導入され得る。アレイ１００は、凝縮器の寸法およびジオメトリによって定められる３０〜１００ｎｍの間の指定カットオフによって、粒子（例、ＥＶ）を１つ以上の収集チャネル２０８に向かって逸らせ得る。逸らされたＥＶは緩衝液内に移動してそこで精製されてもよく、もっと小さい混入物（例、小さい分子、脂質、タンパク質、もしくはその類似物、またはその組み合わせ）は流動とともに移動して不要物出口２１０に入り得る。
精製された粒子（例、エキソソーム）はアレイ１００から出て、共通の出口（例、粒子リザーバ）に出ることができ、そこでそれらの粒子はオペレータによって収集され得る。流動セル中にマイクロ流体チップを装着して予め湿潤させるか、もしくはこの技術を使い捨てプラスチック形態に組み込んで圧力マニホルドによって流体流動を駆動するか、またはその両方によって、このプロセスを部分的または完全に自動化できる。図２において、支柱１０２は三角形の柱として示されており、それらは円形の柱と比べて偏向の効率が高いことが示されている。
図３は、本発明を具現化する層２００内の１つ以上の凝縮器アレイ１００を含み得る支柱１０２の第１の配置３００（例、複数の格子構造１０４）の図である。図３に示される第１の配置３００は、収集チャネル２０８の間に位置し得る。さらに、図３に示される支柱配置は、１つ以上の粒子（例、エキソソーム）の収集チャネル２０８への移動（例、第１の配置の左に位置し得る第１の収集チャネル２０８に向かう移動、もしくは第１の配置３００の右に位置し得る第２の収集チャネル２０８に向かう移動、またはその両方）を促進し得る。図３は第１の配置３００の一部を示していること、寸法（例、支柱１０２の数）は図３に示されるものに限定されないこと、および／または第１の配置３００は１つ以上の隣り合う収集チャネル２０８の長さを横断し得ることを当業者は認識するだろう。
図４は、本発明を具現化する層２００内の１つ以上のアレイ１００を含み得る支柱１０２の第２の配置４００（例、複数の格子構造１０４）の図である。図４に示される第２の配置４００も、収集チャネル２０８の間に位置し得る。さらに、第２の配置４００も１つ以上の粒子（例、エキソソーム）の複数の収集チャネル２０８への移動（例、第２の配置４００の左に位置し得る第１の収集チャネル２０８に向かう移動、もしくは第２の配置４００の右に位置し得る第２の収集チャネル２０８に向かう移動、またはその両方）を促進し得る。図４は第２の配置４００の一部を示していること、寸法（例、支柱１０２の数）は図４に示されるものに限定されないこと、および／または第２の配置４００は１つ以上の隣り合う収集チャネル２０８の長さを横断し得ることを当業者は認識するだろう。
図３および図４に示されるとおり、第２の配置４００は区画壁４０２を含むのに対し、第１の配置３００にはこうした壁はない。第１および第２の配置４００は両方とも、アレイ１００に入れられたサンプル流体を１つ以上の収集チャネル２０８（例、第１の配置３００もしくは第２の配置４００またはその両方に隣り合って位置する）に向けて導く働きをし得る。さらにアレイ１００は、１つ以上の第１の配置３００、１つ以上の第２の配置４００、ならびに／または１つ以上の第１および第２の配置を含み得る。さらに第１もしくは第２の配置またはその両方は、隣り合うアレイ１００を動作可能に結合する働きをし得る。第１もしくは第２の配置またはその両方を含む本発明のさまざまな実施形態は、共通の緩衝液および粒子（例、エキソソーム）の流れを共有し得る１つ以上のアレイ１００を有利に含むことによって、層２００におけるレイアウトの複雑さを最小化できる。
図５は、マイクロ流体チップの１つ以上の層２００を含む１つ以上の凝縮器アレイ１００に適用可能な勾配ジオメトリ・スキーム５００の図である。図５に示されるとおり、アレイ１００の（例、格子構造１０４、第１の配置３００、第２の配置４００、もしくは収集チャネル２０８、またはその組み合わせの）ジオメトリは、アレイ１００の異なる部分に沿って変動し得る。
アレイ１００は、第１のジオメトリを特徴とする第１の領域、もしくは第２のジオメトリを特徴とする第２の領域、またはその両方を含み得る。たとえば、図５は収集チャネル２０８の一部の支柱配置を示しており、この配置は第１の領域もしくは第２の領域またはその両方を含み得る。第１の領域は「Ｇ１領域」によって表すことができ、これは「Ｇ１」で表され得る第１の支柱間隙を有することを特徴とし得る。第２の領域は「Ｇ２領域」によって表すことができ、これは「Ｇ２」で表され得る第２の支柱間隙を有することを特徴とし得る。第１の支柱間隙（例、Ｇ１で表される）は、第２の支柱間隙（例、Ｇ２で表される）とは異なり得る。たとえば、第１の支柱間隙（例、Ｇ１で表される）は、第２の支柱間隙（例、Ｇ２で表される）よりも大きくなり得る。
図５においては支柱間隙の変動が示されているが、このスキーム５００は本明細書に記載されるその他のジオメトリのいずれかを特徴とし得ることを当業者は認識するだろう。さらに、スキーム５００は２つの領域に関して上述されているが、アレイ１００の効率をさらに高めるためにスキーム５００は付加的な領域（例、３つ以上）を含み得る。アレイ１００が勾配ジオメトリ・スキーム５００を含む本発明の実施形態は、有利には下流で間隙サイズが低減する前により大きい粒子（例、ＥＶ）がアレイ１００を出て対象収集チャネル２０８内の代替出口チャネルに入ることを可能にでき、このことは特に、単一の支柱間隙サイズによって効率的に捕捉できない広範囲の粒子（例、ＥＶ）が存在する場合の詰まりの軽減に有用であってもよい。
図６は、凝縮器アレイ１００とともにナノＤＬＤアレイ・バンクを含むマイクロ流体チップの層６００の図である。層６００は１つ以上の凝縮器アレイ１００と、１つ以上のナノＤＬＤと、複数の入口と、複数の出口とを含む。チップは複数の層６００を含んでもよい（例、ここでそれぞれの層６００は互いに、または他のチップ層と水平もしくは鉛直またはその両方に隣り合って位置してもよい）。流体は、電気浸透流、圧力駆動流、毛細管流動、それらの組み合わせ、および／またはその類似物を含んでもよいがそれに限定されない外部駆動力によってもたらされる定常状態にて、層６００を通って流れ得る。
図６において、サンプル入口２０２および緩衝液入口２０４はアレイ１００と流体連絡する。図２に関して説明したとおり、サンプル流体はサンプル入口２０２からアレイ１００に流れ得る。緩衝液も緩衝液入口２０４からアレイ１００に流れ得る。サンプル流体がアレイ１００を通って流れる際に、サンプル流体内の粒子（例、エキソソーム）はアレイ１００の収集壁６０２に向かって移動する。サンプル流体内の移動した粒子は収集壁６０２に沿って集まることによってサンプルの濃縮流を形成し、この濃縮流は収集壁６０２に隣接して１つ以上の第１の入口バス６０４へと流れる。緩衝液もアレイ１００を通って収集壁６０２に隣接し、第１の入口バス６０４へと流れ得ることによって、移動した粒子は緩衝液の中に移動して濃縮流を形成する。加えて、アレイ１００によって移動させられなかったサンプル流体のその他の粒子（例、サンプル流体の不要物もしくはその他の混入物またはその両方）は、アレイ１００を通って１つ以上の不要物バス６０１へと流れ、この不要物バス６０１は流体を不要物出口２１０（例、不要物リザーバと流体連絡する）へと誘導する。
第１の入口バス６０４は、ナノＤＬＤと流体連絡する。たとえば、第１の入口バス６０４はナノＤＬＤアレイの第１のバンク６０６と流体連絡する。サンプルもしくは緩衝液またはその両方の濃縮流が第１の入口バス６０４からナノＤＬＤアレイの第１のバンク６０６を通って流れる際に、サンプルの第１のサイズの粒子は移動して出口に運ばれ、一方で残りのサンプルは１つ以上の第２の入口バス６０８へと流れる。第２の入口バス６０８は、ナノＤＬＤアレイの第２のバンク６１０と流体連絡する。よって、残りのサンプルは第２の入口バス６０８からナノＤＬＤアレイの第２のバンク６１０の中に流れ得る。残りのサンプルがナノＤＬＤアレイの第２のバンク６１０を通って流れる際に、第２のサイズの粒子は移動して１つ以上の他の出口に運ばれ、一方で残りのサンプルの移動しなかった粒子は１つ以上の出口バス２１２へと流れる。出口バス２１２は、１つ以上の粒子出口２１４と流体連絡する。よって、第３のサイズのサンプルの粒子は、出口バス２１２を通って粒子出口２１４（例、１つ以上の粒子リザーバと流体連絡する）へと流れる。図６はナノＤＬＤアレイの２つのバンクを示しているが、層６００のアーキテクチャはそれに限定されない。たとえば、層６００は図６に示される２つよりも多いかまたは少ないバンクを含み得る。
層６００の動作は、図２に示される層２００の動作と同様であるが、層６００は１つ以上の凝縮器アレイ１００の下流で（例、１つ以上のナノＤＬＤアレイのバンクを介して）１つ以上の精製粒子（例、エキソソーム）集団を亜分画することもできる。前の場合と同様に、サンプル入口はサンプルを任意の上流ろ過構成要素に導き得る。ここでサンプルは、緩衝液交換を伴って１つ以上の凝縮器アレイ１００に入れられ得る。加えて、凝縮器アレイ出口における精製粒子（例、エキソソーム）集団は次に、多重ナノＤＬＤアレイの１つ以上のバンクを供給し得るバス・システム（例、第１の入口バス６０４、第２の入口バス６０８、もしくは出口バス２１２、またはその組み合わせを含む）に分配されてもよく、ここで精製粒子はサイズによってより細かく分画され得る。適切な流体の分配を確実にするために、バス・システムは独立に定められてアレイ（例、１つ以上の凝縮器アレイもしくはナノＤＬＤアレイまたはその両方）自体よりも深くエッチングされ得る。ナノＤＬＤ構成要素は、単一の分画バンクまたはいくつかを含んでもよい。粒子（例、エキソソーム）集団のより小さい画分は次のナノＤＬＤアレイ・バンクに送られてもよく、そこでより小さいサイズの集団はさらに細分され得る。連続するナノＤＬＤアレイ・バンクは漸進的に小さくなる間隙を有し得ることによって、バンクの伝導性を適合させるために、連続するバンクは前のバンクよりも多くの多重アレイを有し得る。
さらに、伝導性を適合させる目的のために、不要物出口バス６０１には不要材料に対する抵抗性構成要素６１２が含まれることによって、アレイ出口に沿った任意の予想外または不均一な流動分配が防がれる。抵抗性構成要素６１２は蛇行チャネルから構築されてもよいし、たとえば支柱もしくはふるいなどの抑制チャネルもしくは特徴、または当該技術分野において公知のその他のこうしたマイクロ流体特徴を含み得る。
図７は、ナノＤＬＤアレイの第１のバンク６０６を含むアレイ７００の図である。
図７において、アレイ７００は第１の入口バス６０４および第２の入口バス６０８と流体連絡する。流体は第１の入口バス６０４からアレイ７００を通って第２の入口バス６０８の中に流れ得る。流体がアレイ７００を通って流れる際に、第１のサイズの粒子はアレイ出口７０２へと導かれてもよく、一方で第２のサイズの粒子は第２の入口バス６０８へと流れ得る。図７において、第１の領域７０４は第１のサイズの粒子の流動経路であり、第２の領域７０６は第２のサイズの粒子の流動経路である。
図８は、ナノＤＬＤアレイの第２のバンク６０８を含むアレイ８００の図である。
図８において、アレイ８００は第２の入口バス６０８および出口バス２１２と流体連絡する。流体は第２の入口バス６０８からアレイ８００を通って出口バス２１２の中に流れ得る。流体がアレイ８００を通って流れる際に、第２のサイズの粒子はアレイ出口８０２へと導かれ、一方で第３のサイズの粒子は出口バス２１２へと流れる。図８において、第３の領域８０４は第２のサイズの粒子の流動経路であり、第４の領域８０６は第３のサイズの粒子の流動経路である。第１の粒度（例、アレイ出口７０２から出ることのできる粒子を特徴付ける）は第２の粒度（例、アレイ出口８０２から出ることのできる粒子を特徴付ける）よりも大きく、第２の粒度は第３の粒度（例、出口バス２１２に流れ込み得る粒子を特徴付ける）よりも大きい。
図９は層６００と、層２００と、マイクロ流体チップとの流体連絡を容易にする界面マニホルド９００の図である。マニホルド９００は、１つ以上の不要物ポート９０２、１つ以上のサンプル入口ポート９０４、１つ以上の緩衝液入口ポート９０６、１つ以上の粒子出口ポート９０８、１つ以上の第１の粒子リザーバ９１０、もしくは１つ以上の第２の粒子リザーバ９１２、またはその組み合わせを含む。
界面マニホルド９００は、マイクロ流体チップの層６００（例、または層２００）とは別の層に位置し得る。不要物ポート９０２は不要物出口２１０と流体連絡しており、不要物出口２１０を介して層６００（例、もしくは層２００またはその両方）から出る不要物を受け取る。サンプル入口ポート９０４はサンプル入口２０２と流体連絡しており、サンプル入口２０２を介してサンプル流体を層６００（例、もしくは層２００またはその両方）に供給する。緩衝液入口ポート９０６は緩衝液入口２０４と流体連絡しており、緩衝液入口２０４を介して緩衝液流体を層６００（例、もしくは層２００またはその両方）に供給する。粒子出口ポート９０８は粒子出口２１４と流体連絡しており、粒子出口２１４を介して層６００（例、もしくは層２００またはその両方）から出る粒子（例、エキソソーム）を受け取る。第１の粒子リザーバ９１０はアレイ出口７０２と流体連絡しており、アレイ出口７０２を介して層６００から出る第１のサイズの粒子を受け取る。第２の粒子リザーバ９１２はアレイ出口８０２と流体連絡しており、アレイ出口８０２を介して層６００から出る第２のサイズの粒子を受け取る。マニホルド９００はさらに、層６００（例、もしくは層２００またはその両方）とマニホルド９００との封止を促進するか、もしくは層６００（例、もしくは層２００またはその両方）に対する構造的支持を提供するか、またはその両方のためのｏリング（例、１つ以上のガスケットもしくはその類似物またはその両方）を含んでもよい。
図１０は、本発明を具現化する１つ以上の凝縮器アレイ１００を含むマイクロ流体チップを介したサンプル流体の精製もしくは分画またはその両方を促進するための方法の流れ図である。
１００２において、方法１０００は凝縮器アレイ１００と、入口（例、サンプル入口２０２、緩衝液入口２０４、もしくは入口バス２０６、またはその組み合わせ）と、出口（例、不要物出口２１０、出口バス２１２、もしくは粒子出口２１４、またはその組み合わせ）とを含むマイクロ流体チップにおいて緩衝溶液およびサンプル溶液を受け取るステップを含み、サンプル溶液はサンプルおよび不要物を含み、緩衝溶液およびサンプル溶液は約１．０ナノリットル毎時よりも高い速度でアレイ１００を通って流れる。緩衝溶液およびサンプル溶液は、約１．０ｎＬ／ｈｒ以上かつ約５ｍＬ／ｈｒ以下の速度で凝縮器アレイ１００を通って流れてもよい。
１００４において、方法１０００はアレイ１００によって、サンプル溶液からのサンプルをチップの側壁に対して横の方向に移動させるステップを含む。サンプルは緩衝溶液内に移動してもよい。１００６において、方法１０００は出口を介して不要物から分離したサンプルを収集するステップを含む。
方法１０００はさらに、サンプル溶液の前ろ過もしくは希釈またはその両方、および／あるいは防汚化学薬剤によってマイクロ流体チップを予め湿潤させるステップを含んでもよく、防汚化学薬剤はさまざまなｐＨおよびイオン強度の緩衝液、界面活性剤、もしくはたとえばウシ血清アルブミン（ｂｏｖｉｎｅ ｓｅｒｕｍ ａｌｂｕｍｉｎ）（「ＢＳＡ」）などの生物学的コーティング剤、またはその組み合わせを含むが、それに限定されない。
「または（ｏｒ）」という用語は、排他的論理和（ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ「ｏｒ」）ではなく包含的論理和（ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ「ｏｒ」）を意味することが意図される。すなわち、別様に指定されるか、または状況から明らかでない限り、「ＸはＡまたはＢを使用する」は自然な包含的順列のいずれかを意味することが意図される。すなわち、ＸがＡを使用するか、ＸがＢを使用するか、またはＸがＡおよびＢの両方を使用するとき、前述の場合のいずれにおいても「ＸはＡまたはＢを使用する」が満たされる。さらに、本明細書および添付の図面において用いられる冠詞「ａ」および「ａｎ」は一般的に、別様に指定されるか、または単数形に向けられていることが状況から明らかでない限り、「１つ以上」を意味するものと解釈されるべきである。本明細書において用いられる「例」もしくは「例示的」という用語またはその両方は、例、実例、または例示の役割をすることを意味するために使用される。疑いを避けるために、本明細書において開示される本発明はこうした例によって限定されない。加えて、本明細書において「例」もしくは「例示的」またはその両方として記載される任意の態様または設計は、必ずしも他の態様または設計よりも好ましいかまたは有利であると解釈されるべきではなく、当業者に公知である同等の例示的構造および技術を除外することを意味するものでもない。
上述したものは、システムおよび方法の単なる例を含む。もちろん、本発明を説明する目的のために構成要素および方法の考えられるすべての組み合わせを記載することは不可能であるが、多くのさらなる組み合わせおよび順列が可能であることを当業者は認識できる。さらに、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する」、および「所有する」などの用語が詳細な説明、請求項、付表、および図面において用いられる範囲において、こうした用語は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が請求項における移行語として使用されるときに解釈されるときの「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と類似の方式で包含的であることが意図される。本発明のさまざまな実施形態の説明は、例示の目的のために提供されたものであるが、開示される本発明の実施形態に対して網羅的または限定的になることは意図されていない。本発明の範囲から逸脱することなく、多くの修正および変形が当業者に明らかになるだろう。本明細書において用いられる用語は、本発明の実施形態の原理、実際の適用、もしくは市場に見出される技術に対する技術的改善を最もよく説明するため、または他の当業者が本明細書に開示される本発明の実施形態を理解できるようにするために選択されたものである。

Claims (20)

  1. マイクロ流体チップの層を含む装置であって、前記層は入口と、出口と、前記入口および前記出口と流体連絡する凝縮器アレイとを含み、前記凝縮器アレイは１．０ナノリットル毎時以上のスループット速度を有する、装置。
  2. 前記層の入口は流体を受け取り、前記出口は前記流体の精製バージョンを送出し、前記凝縮器アレイは複数の列に配置された複数の支柱を含み、前記複数の列の第１の列内の前記複数の支柱の第１の支柱と、前記第１の列内の前記複数の支柱の第２の支柱との間に、１．０ナノリットル毎時以上の前記流体のスループット速度を促進するようにサイズ決めされた支柱間隙が位置する、請求項１に記載の装置。
  3. 前記マイクロ流体チップは、生物学的サンプル流体を精製するために設計されたラボ・オン・チップである、請求項２に記載の装置。
  4. 前記装置は、ハンドヘルド・デバイスまたは精製システムの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の装置。
  5. 前記層は、ナノスケール決定論的横置換アレイをさらに含み、前記ナノスケール決定論的横置換アレイは前記凝縮器アレイに結合され、前記ナノスケール決定論的横置換アレイは前記凝縮器アレイにおいて精製される前記流体の粒子を分離する、請求項２に記載の装置。
  6. 前記装置はさらに、前記入口と結合されて流体連絡する第１のリザーバと、前記出口と結合されて流体連絡する第２のリザーバとを含み、前記第１のリザーバは前記凝縮器アレイによって精製される前記流体を受け取り、前記第２のリザーバは前記出口から送出される前記流体の前記精製バージョンを受け取る、請求項２に記載の装置。
  7. 前記複数の支柱は、前記凝縮器アレイを通って流れる流体を収集壁に向かって横方向に移動させる格子を定める、請求項２に記載の装置。
  8. 前記入口は入口バスと流体連絡し、前記入口バスは前記収集チャネルと流体連絡し、前記収集チャネルは出口バスと流体連絡し、前記出口バスは前記出口と流体連絡する、請求項７に記載の装置。
  9. 前記複数の支柱は格子を定め、第１の比率は第１の定められた値以下であり、前記第１の比率はＤｘ／Ｄｙを特徴とし、ここでＤｘは前記格子を第１の方向に横切る第１の距離を表し、Ｄｙは前記格子を第２の方向に横切る第２の距離を表し、前記第１の方向は前記第２の方向と直交する、請求項２に記載の装置。
  10. 第２の比率は第２の定められた値よりも大きく、前記第２の比率はＤ０／Ｄｙを特徴とし、ここでＤ０は前記複数の支柱の直径を表す、請求項９に記載の装置。
  11. 凝縮器アレイと、入口と、出口とを含むマイクロ流体チップにおいて緩衝溶液およびサンプル溶液を受け取るステップであって、前記サンプル溶液はサンプルおよび不要物を含み、前記緩衝溶液および前記サンプル溶液は、約１．０ナノリットル毎時よりも大きい速度で前記凝縮器アレイを通って流れる、ステップと、
    前記凝縮器アレイによって、前記サンプル溶液からの前記サンプルを前記マイクロ流体チップの側壁に対して横の方向に移動させるステップであって、前記サンプルは前記緩衝溶液内に移動する、ステップと、
    前記出口を介して前記不要物から分離した前記サンプルを収集するステップとを含む、方法。
  12. 前記凝縮器アレイは、マイクロスケール凝縮器アレイおよびメソスケール凝縮器アレイからなる群より選択される、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記凝縮器アレイは格子を定める複数の支柱を含み、第１の比率は第１の定められた値以下であり、前記第１の比率はＤｘ／Ｄｙを特徴とし、ここでＤｘは前記格子を第１の方向に横切る第１の距離を表し、Ｄｙは前記格子を第２の方向に横切る第２の距離を表し、前記第１の方向は前記第２の方向と直交し、第２の比率は第２の定められた値よりも大きく、前記第２の比率はＤ０／Ｄｙを特徴とし、ここでＤ０は前記複数の支柱の直径を表す、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記第１の定められた値は１．０であり、前記第２の定められた値は０．５である、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記マイクロ流体チップに前記緩衝溶液および前記サンプル溶液を前記受け取るステップは圧力駆動される、請求項１２に記載の方法。
  16. ナノスケール決定論的横置換アレイを介して前記サンプルを分画するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記凝縮器アレイは複数の列に配置された複数の支柱を含み、前記複数の列の第１の列内の前記複数の支柱の第１の支柱と、前記第１の列内の前記複数の支柱の第２の支柱との間に約０．５マイクロメートル以上の支柱間隙が位置しており、前記第１の支柱は前記第２の支柱と隣り合っている、請求項１に記載の装置。
  18. 前記複数の支柱は格子を定め、第１の比率は第１の定められた値以下であり、前記第１の比率はＤｘ／Ｄｙを特徴とし、ここでＤｘは前記格子を第１の方向に横切る第１の距離を表し、Ｄｙは前記格子を第２の方向に横切る第２の距離を表し、前記第１の方向は前記第２の方向と直交し、第２の比率は第２の定められた値よりも大きく、前記第２の比率はＤ０／Ｄｙを特徴とし、ここでＤ０は前記複数の支柱の直径を表す、請求項１に記載の装置。
  19. 前記第１の定められた値は１．０であり、前記第２の定められた値は０．５である、請求項１に記載の装置。
  20. 前記層は、ナノスケール決定論的横置換アレイをさらに含む、請求項１に記載の装置。
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