JP2022079482A - マイクロ流体デバイスでのtリンパ球の選別 - Google Patents
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Abstract
【課題】最も高い腫瘍死滅能を有するT細胞集団を生成するようにエクスビボでT細胞を選択する方法が欠如している。【解決手段】マイクロ流体デバイスでTリンパ球を選別する方法が提供される。本方法は、ポストのアレイを含むマイクロ流体デバイスの領域を通して、Tリンパ球を含む流体サンプルを流動させることを含み得る。ポストのアレイは、活性化Tリンパ球をナイーブTリンパ球から分離する臨界サイズ(Dc)を有するように構成され得る。また、活性化Tリンパ球をナイーブTリンパ球から分離するように構成されたポストのアレイを有するマイクロ流体デバイス、Tリンパ球、特に対象抗原に反応することが知られる活性化Tリンパ球が富化された組成物、並びにかかる組成物を投与することにより、病原性障害又は癌に罹患している対象を治療する方法も提供される。【選択図】 図1
Description
関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、合衆国法典第35巻第119条の下、2016年7月21日出願の米国特許出願第62/365,372号(そのそれぞれの開示の全ては、参照により本明細書に援用される)の利益を主張する。
[0001] 本出願は、合衆国法典第35巻第119条の下、2016年7月21日出願の米国特許出願第62/365,372号(そのそれぞれの開示の全ては、参照により本明細書に援用される)の利益を主張する。
発明の分野
[0002] 本分野は、概して、マイクロ流体環境内でTリンパ球、特に活性化Tリンパ球を選別するための方法、システム及びデバイスに関する。
[0002] 本分野は、概して、マイクロ流体環境内でTリンパ球、特に活性化Tリンパ球を選別するための方法、システム及びデバイスに関する。
発明の背景
[0003] 免疫療法は、患者自身の免疫系を用いて癌との闘病を支援する急成長中の分野である。患者自身の免疫系の刺激による癌細胞の攻撃又は外部源からの免疫系成分の投与をはじめとする様々な免疫療法ストラテジーが評価されてきた。例えば、生体内で癌細胞を攻撃するように設計されたモノクローナル抗体は、単独で又は遺伝子工学操作構築物として投与されてきた。加えて、種々のT細胞療法が研究されてきた。自己T細胞療法は、対象からT細胞を得ることと、エクスビボでT細胞を増殖させることと、増殖させたT細胞を対象に再導入することとを含む。キメラ抗原受容体T細胞(CAR-T)療法は、対象の癌を標的とするキメラ抗体含有融合タンパク質をその表面上に発現させて、T細胞によって癌細胞を死滅させるようにT細胞を遺伝子工学操作することを含む。いずれらのタイプのT細胞療法も利点を提供する。しかし、これらの療法は、依然として更なる改良を必要とする。
[0003] 免疫療法は、患者自身の免疫系を用いて癌との闘病を支援する急成長中の分野である。患者自身の免疫系の刺激による癌細胞の攻撃又は外部源からの免疫系成分の投与をはじめとする様々な免疫療法ストラテジーが評価されてきた。例えば、生体内で癌細胞を攻撃するように設計されたモノクローナル抗体は、単独で又は遺伝子工学操作構築物として投与されてきた。加えて、種々のT細胞療法が研究されてきた。自己T細胞療法は、対象からT細胞を得ることと、エクスビボでT細胞を増殖させることと、増殖させたT細胞を対象に再導入することとを含む。キメラ抗原受容体T細胞(CAR-T)療法は、対象の癌を標的とするキメラ抗体含有融合タンパク質をその表面上に発現させて、T細胞によって癌細胞を死滅させるようにT細胞を遺伝子工学操作することを含む。いずれらのタイプのT細胞療法も利点を提供する。しかし、これらの療法は、依然として更なる改良を必要とする。
[0004] 自己T細胞療法及びCAR-T療法の両方の主要な問題の1つは、最も高い腫瘍死滅能を有するT細胞集団を生成するようにエクスビボでT細胞を選択する方法が欠如していることである。本実施形態は、望ましい表現型を有するT細胞が富化された集団が得られるようにエクスビボでT細胞を選別するための解決策を提供する。本実施形態は、かかる選別を促進するマイクロ流体デバイス及びそれから得られる組成物も提供する。
発明の概要
[0005] 一態様では、Tリンパ球のサイズに基づき、マイクロ流体デバイスでTリンパ球を選別する方法が提供される。本方法は、対象抗原を特異的に認識する活性化Tリンパ球が富化されたサンプルを生成することを含み得る。マイクロ流体デバイスは、第1のポストのアレイを含む第1の領域を有する流路を含み得る。第1の領域は、チャネル(例えば、メインチャネル)であり得、及び第1のポストのアレイは、チャネルの幅全体にわたって延在し得る。本方法は、Tリンパ球を含有する流体サンプルを、マイクロ流体デバイスの流路(又はチャネル)の第1の領域を通して、したがって第1のポストのアレイを通して流動させることを含む。
[0005] 一態様では、Tリンパ球のサイズに基づき、マイクロ流体デバイスでTリンパ球を選別する方法が提供される。本方法は、対象抗原を特異的に認識する活性化Tリンパ球が富化されたサンプルを生成することを含み得る。マイクロ流体デバイスは、第1のポストのアレイを含む第1の領域を有する流路を含み得る。第1の領域は、チャネル(例えば、メインチャネル)であり得、及び第1のポストのアレイは、チャネルの幅全体にわたって延在し得る。本方法は、Tリンパ球を含有する流体サンプルを、マイクロ流体デバイスの流路(又はチャネル)の第1の領域を通して、したがって第1のポストのアレイを通して流動させることを含む。
[0006] 第1のアレイは、約4ミクロンから約10ミクロンの臨界サイズ(Dc)によって特徴付けられ得る。第1のアレイのポストは、行及び列において配置され得、ポストの行は、第1の領域の第1の方向と傾斜角(ε)だけ異なる第1のアレイ方向を画定し、第1の領域の第1の方向は、流体が第1の領域を貫流する全体方向によって画定される。第1のアレイのポストの列は、1/εに等しい周期性で周期的に繰り返すことができ、ここで、εは、ラジアン単位で測定される。第1のアレイのそれぞれの各列の隣接ポストは、流体が列に対して略横方向に貫流することができるギャップを画定する。ポストの列は、第1の領域の第1の方向に対して実質的に横方向に配置され得る(例えば、ポストの各列は、第1の領域の第1の方向に対して約80°から約100°配向される軸に沿って配置され得る)か、又はより一般的には、ポストの列は、第1の領域の第1の方向に対して約45°から約135°配向される軸に沿って配置され得る。
[0007] Tリンパ球を含有する流体サンプルは、例えば、CD8+Tリンパ球を含み得る。流体サンプルは、対象抗原を含む活性化剤と共にインキュベートされた出発Tリンパ球集団に由来し得る。活性化剤は、例えば、樹状細胞(DC)又は人工抗原提示細胞(aAPC)であり得る。出発Tリンパ球集団は、例えば、末梢血又はPBMCから得られ得る。任意選択的に、出発Tリンパ球集団は、ナイーブT細胞(例えば、CD8+ナイーブT細胞)が富化され得る。例えば、出発Tリンパ球集団は、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%又はそれを超えるのナイーブT細胞(例えば、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%又はそれを超えるナイーブCD8+T細胞)を含有し得る。
[0008] 本方法は、例えば、対象抗原に特異的なTCRを有するT細胞の同定に使用され得る。対象抗原は、細菌病原体、真菌病原体、寄生病原体又はウイルス病原体等の病原体に由来するペプチド配列であり得る。代替的に、対象抗原は、腫瘍関連抗原のペプチド配列であり得る。同定されたT細胞は、クローニングされ得、且つ1つ以上のかかるクローンに由来する細胞のサブセットは、TCRシーケンシング解析に使用され得る。代替的又は追加的に、本方法は、内因性T細胞治療剤としての使用に好適な(又は増殖時に好適な)活性化T細胞集団の分離に使用され得る。
[0009] 他の態様では、Tリンパ球の選別に好適なマイクロ流体デバイスが提供される。マイクロ流体デバイスは、第1のポストのアレイを含む第1の領域を有する流路を含み得、流路の第1の領域は、第1の領域を通した流体フローの全体方向に対応する第1の方向を有する。第1の領域は、チャネル(例えば、メインチャネル)であり得、及び第1のポストのアレイは、チャネルの幅全体にわたって延在し得る。第1のアレイは、約4ミクロンから約7ミクロン又は約7ミクロンから約10ミクロンの臨界サイズ(Dc)によって特徴付けられ得る。第1のアレイのポストは、行及び列において配置され得、第1のアレイのポストの行は、第1の領域の第1の方向と傾斜角(ε)だけ異なる第1のアレイ方向を画定する。第1のアレイのポストの列は、1/εに等しい周期性で周期的に繰り返すことができ、ここで、εは、ラジアン単位で測定される。第1のアレイのそれぞれの各列の隣接ポストは、流体が列に対して略横方向に貫流することができるギャップを画定する。ポストの列は、第1の領域の第1の方向に対して実質的に横方向に配置され得る(例えば、ポストの各列は、第1の領域の第1の方向に対して約80°から約100°配向される軸に沿って配置され得る)か、又はより一般的には、ポストの列は、第1の領域の第1の方向に対して約45°から約135°配向される軸に沿って配置され得る。
[0010] マイクロ流体デバイスの流路は、第1の領域を通して通過する流体を収容する第2の領域を含み得、及び第2の領域は、第2の領域を第1のチャネルと第2のチャネルとに分離する仕切りを含み得る。第1のチャネルは、第1の領域を通して通過する任意の流体の第1の部分を収容し得、及び第2のチャネルは、第1の領域を通して通過する任意の流体の第2の部分を収容し得る。第1のチャネル又は第2のチャネルのいずれかは、第2のポストのアレイを含み得る。マイクロ流体デバイスは、1つ以上の隔離ペンを更に含み得、そのそれぞれは、第1のチャネル又は第2のチャネルのいずれかに開口する開口を有し得る。
[0011] 更に他の態様では、Tリンパ球、特に本明細書に開示される方法のいずれか1つに従って選別/富化されたTリンパ球を含む組成物が提供される。以上で考察したように、かかる組成物は、内因性T細胞治療剤として又はかかる治療剤生成用の出発材料として使用するのに好適であり得る。
[0012] 追加の態様、目的及び利点は、部分的に以下の説明に示され、部分的にその説明から明らかであり、又は実施することによって分かるであろう。態様、目的及び利点は、添付の特許請求の範囲で特に指定された要素及び組合せによって認識及び達成されるであろう。
[0013] 以上の概要及び以下の詳細な説明の両方は、例示的且つ解説的なものにすぎず、特許請求の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。
[0014] 本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、1つ(幾つか)の実施形態を例示し、本記載と合わせて本明細書に記載の原理を説明する役割を果たす。
実施形態の詳細な説明
[0029]
本明細書には、本発明の例示的な実施形態及び適用が記載されている。しかし、本発明は、これらの例示的な実施形態及び適用、例示的な実施形態及び適用を行う方式、又はそれについて本明細書に記載される方式に限定されない。さらに、図は、簡略図又は部分図を示し得、図中の要素の寸法は、誇張されるか又は他に比例していないことがあり得る。加えて、「上」、「付着される」、「接続される」、「結合される」という用語又は類似語が本明細書で使用される場合、一方の要素が直接他方の要素上にあるか、それに付着されるか、それに接続されるか、若しくはそれに結合されるか、又は一方の要素と他方の要素との間に1つ以上の介在要素があるかにかかわらず、一方の要素(例えば、材料、層、基板等)は、他方の要素「上」にあるか、それに「付着される」か、それに「接続される」か、又はそれに「結合される」。要素のリスト(例えば、要素a、b、c)が参照される場合、かかる参照は、列挙された要素のいずれか1つのみ、列挙された要素の全てに満たない任意の組合せ、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、概説を容易にすることのみを目的とし、考察される要素のいずれの組合せにも限定されない。
[0029]
本明細書には、本発明の例示的な実施形態及び適用が記載されている。しかし、本発明は、これらの例示的な実施形態及び適用、例示的な実施形態及び適用を行う方式、又はそれについて本明細書に記載される方式に限定されない。さらに、図は、簡略図又は部分図を示し得、図中の要素の寸法は、誇張されるか又は他に比例していないことがあり得る。加えて、「上」、「付着される」、「接続される」、「結合される」という用語又は類似語が本明細書で使用される場合、一方の要素が直接他方の要素上にあるか、それに付着されるか、それに接続されるか、若しくはそれに結合されるか、又は一方の要素と他方の要素との間に1つ以上の介在要素があるかにかかわらず、一方の要素(例えば、材料、層、基板等)は、他方の要素「上」にあるか、それに「付着される」か、それに「接続される」か、又はそれに「結合される」。要素のリスト(例えば、要素a、b、c)が参照される場合、かかる参照は、列挙された要素のいずれか1つのみ、列挙された要素の全てに満たない任意の組合せ、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、概説を容易にすることのみを目的とし、考察される要素のいずれの組合せにも限定されない。
[0030]
本明細書で使用される場合、「実質的に」は、意図された目的で機能するのに十分であることを意味する。そのため、「実質的に」という用語は、当業者によって予想されるような、ただし全体性能にそれほど影響を及ぼさない、絶対的又は完全な状態、寸法、測定、結果等からのわずかな有意でない変動を許容する。数値又は数値として表現され得るパラメータ若しくは特性に対して用いられる場合、「実質的に」は、10パーセント以内を意味する。本明細書で使用される場合、「ones」という用語は、2つ以上を意味する。
本明細書で使用される場合、「実質的に」は、意図された目的で機能するのに十分であることを意味する。そのため、「実質的に」という用語は、当業者によって予想されるような、ただし全体性能にそれほど影響を及ぼさない、絶対的又は完全な状態、寸法、測定、結果等からのわずかな有意でない変動を許容する。数値又は数値として表現され得るパラメータ若しくは特性に対して用いられる場合、「実質的に」は、10パーセント以内を意味する。本明細書で使用される場合、「ones」という用語は、2つ以上を意味する。
[0031]
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又はそれを超え得る。
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又はそれを超え得る。
[0032]
本明細書で使用される場合、「配置される」という用語は、その意味内において「位置する」を包含する。
本明細書で使用される場合、「配置される」という用語は、その意味内において「位置する」を包含する。
[0033]
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つ以上の離散マイクロ流体回路(各マイクロ流体回路は、限定されるものではないが、領域、流路、チャネル、チャンバ及び/又はペンをはじめとする流体相互接続回路要素を含む)と、マイクロ流体デバイスに対して流体(及び任意選択的に流体中に懸濁された微小物体)の流入及び/又は流出を可能にするように構成された少なくとも2つのポートとを含むデバイスである。典型的には、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と少なくとも1つのチャンバとを含み、約1mL未満、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未満の体積の流体を保持するであろう。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。
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つ以上の離散マイクロ流体回路(各マイクロ流体回路は、限定されるものではないが、領域、流路、チャネル、チャンバ及び/又はペンをはじめとする流体相互接続回路要素を含む)と、マイクロ流体デバイスに対して流体(及び任意選択的に流体中に懸濁された微小物体)の流入及び/又は流出を可能にするように構成された少なくとも2つのポートとを含むデバイスである。典型的には、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と少なくとも1つのチャンバとを含み、約1mL未満、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未満の体積の流体を保持するであろう。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。
[0034]
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、例えば約750nL未満、約500nL未満、約250nL未満、約200nL未満、約150nL未満、約100nL未満、約75nL未満、約50nL未満、約25nL未満、約20nL未満、約15nL未満、約10nL未満、約9nL未満、約8nL未満、約7nL未満、約6nL未満、約5nL未満、約4nL未満、約3nL未満、約2nL未満、約1nL以下の体積の流体を保持するように構成された少なくとも1つの回路要素を含有する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。典型的には、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、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、50、75、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、6000、7000、8000、9000、10,000個又はそれを超える)を含むであろう。特定の実施形態では、少なくとも1つの回路要素の1つ以上(例えば、全て)は、約100pLから1nL、約100pLから2nL、約100pLから5nL、約250pLから2nL、約250pLから5nL、約250pLから10nL、約500pLから5nL、約500pLから10nL、約500pLから15nL、約750pLから10nL、約750pLから15nL、約750pLから20nL、約1から10nL、約1から15nL、約1から20nL、約1から25nL又は約1から50nLの体積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つ以上(例えば、全て)は、約100から200nL、約100から300nL、約100から400nL、約100から500nL、約200から300nL、約200から400nL、約200から500nL、約200から600nL、約200から700nL、約250から400nL、約250から500nL、約250から600nL又は約250から750nLの体積の流体を保持するように構成される。
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、例えば約750nL未満、約500nL未満、約250nL未満、約200nL未満、約150nL未満、約100nL未満、約75nL未満、約50nL未満、約25nL未満、約20nL未満、約15nL未満、約10nL未満、約9nL未満、約8nL未満、約7nL未満、約6nL未満、約5nL未満、約4nL未満、約3nL未満、約2nL未満、約1nL以下の体積の流体を保持するように構成された少なくとも1つの回路要素を含有する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。典型的には、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、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、50、75、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、6000、7000、8000、9000、10,000個又はそれを超える)を含むであろう。特定の実施形態では、少なくとも1つの回路要素の1つ以上(例えば、全て)は、約100pLから1nL、約100pLから2nL、約100pLから5nL、約250pLから2nL、約250pLから5nL、約250pLから10nL、約500pLから5nL、約500pLから10nL、約500pLから15nL、約750pLから10nL、約750pLから15nL、約750pLから20nL、約1から10nL、約1から15nL、約1から20nL、約1から25nL又は約1から50nLの体積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つ以上(例えば、全て)は、約100から200nL、約100から300nL、約100から400nL、約100から500nL、約200から300nL、約200から400nL、約200から500nL、約200から600nL、約200から700nL、約250から400nL、約250から500nL、約250から600nL又は約250から750nLの体積の流体を保持するように構成される。
[0035] 本明細書で使用される「マイクロ流体チャネル」又は「チャネル」とは、水平寸法及び垂直寸法の両寸法よりも有意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意味する。チャネルの長さは、一般にチャネルの流路によって画定される。直線チャネルの場合、長さは、チャネルの「長手方向軸」になるであろう。チャネルの「水平寸法」又は「幅」とは、チャネルの長手方向軸に垂直に配向される横断面で(又はチャネルがカーブしている場合には横断面の平面でチャネルの流路の接線方向軸に垂直に)観測される水平寸法である。チャネルの「垂直寸法」又は「高さ」とは、チャネルの長手方向軸に垂直に配向される横断面で(又はチャネルがカーブしている場合には横断面の平面でチャネルの流路の接線方向軸に垂直に)観測される垂直寸法である。フローチャネルは、例えば、水平寸法又は垂直寸法のいずれかの長さの少なくとも5倍、例えばその長さの少なくとも10倍、その長さの少なくとも25倍、その長さの少なくとも100倍、その長さの少なくとも200倍、その長さの少なくとも500倍、その長さの少なくとも1,000倍、その長さの少なくとも5,000倍又はそれを超え得る。幾つかの実施形態では、フローチャネルの長さは、介在する任意の範囲を含めて約100,000ミクロンから約500,000ミクロンの範囲内である。幾つかの実施形態では、水平寸法(又は幅)は、約100ミクロンから約1000ミクロン(例えば、約150から約500ミクロン)の範囲内であり、且つ垂直寸法(又は高さ)は、約25ミクロンから約200ミクロン、例えば約40から約150ミクロンの範囲内である。フローチャネルは、マイクロ流体デバイス内で多様な空間構成を有し得るため、完全に線状の要素に限定されないことに留意しなければならない。例えば、フローチャネルは、次の構成、即ちカーブ、ベンド、スパイラル、傾斜、下降、フォーク(例えば、複数の異なる流路)及びそれらの任意の組合せを有する1つ以上のセクションであり得るか又はそれらを含み得る。加えて、フローチャネルは、その中に所望の流体フローを提供するように、その通路に沿って異なる断面積、拡幅及び狭窄を有し得る。
[0036] 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の2つの異なる領域間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)妨げるのに十分な大きさのバンプ又は類似のタイプの構造物を意味する。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。
[0037] 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の回路要素(又は2つの回路要素間のインターフェース)の幅の狭小化を意味する。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インターフェース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インターフェースに位置決めし得る。
[0038] 本明細書で使用される場合、「透明」という用語は、透過時に光を実質的に変化させることなく可視光を透過させる材料を意味する。
[0039] 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、本開示に従って分離及び収集し得る任意の微視的物体を意味する。限定されるものではないが、微小物体の例としては、無生物微小物体、例えばマイクロ粒子、マイクロビーズ(例えば、ポリスチレンビーズ、Luminex(商標)ビーズ等)、磁気ビーズ、マイクロロッド、マイクロワイヤ、量子ドット等、生物学的微小物体、例えば細胞(例えば、胚、卵母細胞、精子細胞、組織解離細胞、真核細胞、原生生体細胞、動物細胞、哺乳動物細胞、ヒト細胞、免疫細胞、ハイブリドーマ、培養細胞、細胞系由来細胞、癌細胞、感染細胞、トランスフェクト細胞及び/又はトランスフォーム細胞、レポーター細胞、原核細胞等)、生物オルガネラ、ベシクル又は複合体、合成ベシクル、リポソーム(例えば、合成又は膜調製物由来)、脂質ナノラフト(Ritchie et al. (2009)“Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs,”Methods Enzymol., 464:211-231に記載)等、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、細胞付着マイクロビーズ、リポソームコーティングマイクロビーズ、リポソームコーティング磁気ビーズ等)が挙げられる。ビーズは、共有結合又は非共有結合された他の部分/分子、例えば蛍光標識、タンパク質、低分子シグナリング部分、抗原又はアッセイで使用され得る化学的/生物学的種を更に有し得る。
[0040] 本明細書で使用される場合、「Tリンパ球」及び「T細胞」という用語は、同義的に用いられる。
[0041]
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、細胞の生存及び/又は増殖を続けるのに必要な条件を提供する、流体及び気体の両方の成分と任意選択的に表面とを含む環境を提供することを意味する。
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、細胞の生存及び/又は増殖を続けるのに必要な条件を提供する、流体及び気体の両方の成分と任意選択的に表面とを含む環境を提供することを意味する。
[0042]
流体培地の「成分」は、溶媒分子、イオン、低分子、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、代謝物等をはじめとする培地中に存在する任意の化学分子又は生化学分子である。
流体培地の「成分」は、溶媒分子、イオン、低分子、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、代謝物等をはじめとする培地中に存在する任意の化学分子又は生化学分子である。
[0043]
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」又は「拡散」は、流体培地の成分が濃度勾配の下方に熱力学的に移動することを意味する。
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」又は「拡散」は、流体培地の成分が濃度勾配の下方に熱力学的に移動することを意味する。
[0044]
「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する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、点間の圧力差に起因する一方の点から他方の点への流体培地の移動を含み得る。かかるフローは、液体の連続フロー、パルスフロー、周期フロー、ランダムフロー、間欠フロー若しくは往復フロー又はそれらの任意の組合せを含み得る。一方の流体培地が他方の流体培地に流入する場合、培地の乱流及び混合を生じ得る。
「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する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、点間の圧力差に起因する一方の点から他方の点への流体培地の移動を含み得る。かかるフローは、液体の連続フロー、パルスフロー、周期フロー、ランダムフロー、間欠フロー若しくは往復フロー又はそれらの任意の組合せを含み得る。一方の流体培地が他方の流体培地に流入する場合、培地の乱流及び混合を生じ得る。
[0045]
「実質的にフローなし」という語句は、時間平均で流体培地中への又は流体培地中での材料の成分(例えば、対象のアナライト)の拡散速度未満の流体培地の流速を意味する。かかる材料の成分の拡散速度は、例えば、温度、成分のサイズ及び成分と流体培地との間の相互作用の強度に依存し得る。
「実質的にフローなし」という語句は、時間平均で流体培地中への又は流体培地中での材料の成分(例えば、対象のアナライト)の拡散速度未満の流体培地の流速を意味する。かかる材料の成分の拡散速度は、例えば、温度、成分のサイズ及び成分と流体培地との間の相互作用の強度に依存し得る。
[0046]
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たときに各領域内の流体が単一体の流体を形成するように接続されることを意味する。これは、異なる領域内の流体(又は流体培地)が必ずしも同一の組成であることを意味するものではない。より正確には、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、溶質がそのそれぞれの濃度勾配の下方に移動するとき及び/又はマイクロ流体デバイスを貫流するときに流束内で異なる組成(例えば、タンパク質、炭水化物、イオン、他の分子等の溶質の濃度が異なる)を有し得る。
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たときに各領域内の流体が単一体の流体を形成するように接続されることを意味する。これは、異なる領域内の流体(又は流体培地)が必ずしも同一の組成であることを意味するものではない。より正確には、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、溶質がそのそれぞれの濃度勾配の下方に移動するとき及び/又はマイクロ流体デバイスを貫流するときに流束内で異なる組成(例えば、タンパク質、炭水化物、イオン、他の分子等の溶質の濃度が異なる)を有し得る。
[0047]
マイクロ流体(又はナノ流体)デバイスは、「掃引」領域と「非掃引」領域とを含み得る。本明細書で使用される場合、「掃引」領域は、流体がマイクロ流体回路を貫流するときに培地のフローにそれぞれ遭遇するマイクロ流体回路の1つ以上の流体相互接続回路要素を含む。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部又は一部を含み得る。本明細書で使用される場合、「非掃引」領域は、流体がマイクロ流体回路を貫流するときに実質的に流体のフラックスなしにそれぞれ遭遇するマイクロ流体回路の1つ以上の流体相互接続回路要素を含む。拡散を可能とするが、掃引領域と非掃引領域との間で培地が実質的にフローなしとなるように流体接続が構造化される限り、非掃引領域は、掃引領域に流体接続され得る。そのため、マイクロ流体デバイスは、掃引領域と非掃引領域との間で実質的に拡散流体連通のみを可能にしつつ、掃引領域内の培地のフローから非掃引領域を実質的に分離するように構造化され得る。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(以下にさらに詳細に記載される)は、非掃引領域の例である。
マイクロ流体(又はナノ流体)デバイスは、「掃引」領域と「非掃引」領域とを含み得る。本明細書で使用される場合、「掃引」領域は、流体がマイクロ流体回路を貫流するときに培地のフローにそれぞれ遭遇するマイクロ流体回路の1つ以上の流体相互接続回路要素を含む。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部又は一部を含み得る。本明細書で使用される場合、「非掃引」領域は、流体がマイクロ流体回路を貫流するときに実質的に流体のフラックスなしにそれぞれ遭遇するマイクロ流体回路の1つ以上の流体相互接続回路要素を含む。拡散を可能とするが、掃引領域と非掃引領域との間で培地が実質的にフローなしとなるように流体接続が構造化される限り、非掃引領域は、掃引領域に流体接続され得る。そのため、マイクロ流体デバイスは、掃引領域と非掃引領域との間で実質的に拡散流体連通のみを可能にしつつ、掃引領域内の培地のフローから非掃引領域を実質的に分離するように構造化され得る。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(以下にさらに詳細に記載される)は、非掃引領域の例である。
[0048] 本明細書で使用される場合、「流路」とは、培地のフローのトラジェクトリーを画定し、且つその対象となる1つ以上の流体接続回路要素(例えば、チャネル、領域、チャンバ等)を意味する。そのため、流路は、マイクロ流体デバイスの掃引領域の例である。他の回路要素(例えば、非掃引領域)は、流路の培地のフローの対象とならない流路を含む回路要素に流体接続し得る。
[0049]
特定の生体物質(例えば、抗体等のタンパク質)を産生する生物学的微小物体(例えば、生体細胞)の能力は、かかるマイクロ流体デバイスでアッセイされ得る。アッセイの具体的な実施形態では、対象のアナライトを産生するためにアッセイされる生物学的微小物体(例えば、細胞)を含むサンプル材料は、マイクロ流体デバイスの掃引領域に装填され得る。生物学的微小物体(例えば、ヒト細胞等の哺乳動物細胞)のうち、特定の特徴のものを選択して非掃引領域に配置することができる。次いで、残留サンプル材料を掃引領域から流出させ、アッセイ材料を掃引領域に流入させることができる。選択された生物学的微小物体は、非掃引領域内にあるため、選択された生物学的微小物体は、残留サンプル材料の流出又はアッセイ材料の流入の影響を実質的に受けない。選択された生物学的微小物体は、対象のアナライトの産生を可能にし得る。この場合、対象のアナライトは、非掃引領域から掃引領域内に拡散し得、掃引領域では、対象のアナライトは、アッセイ材料と反応して、局在化された検出可能な反応を引き起こすことができ、各反応は、特定の非掃引領域に関連付けられ得る。検出された反応に関連付けられる任意の非掃引領域を分析して、非掃引領域内のいずれの生物学的微小物体(存在する場合)が対象のアナライトの十分なプロデューサーであるかを決定することができる。
特定の生体物質(例えば、抗体等のタンパク質)を産生する生物学的微小物体(例えば、生体細胞)の能力は、かかるマイクロ流体デバイスでアッセイされ得る。アッセイの具体的な実施形態では、対象のアナライトを産生するためにアッセイされる生物学的微小物体(例えば、細胞)を含むサンプル材料は、マイクロ流体デバイスの掃引領域に装填され得る。生物学的微小物体(例えば、ヒト細胞等の哺乳動物細胞)のうち、特定の特徴のものを選択して非掃引領域に配置することができる。次いで、残留サンプル材料を掃引領域から流出させ、アッセイ材料を掃引領域に流入させることができる。選択された生物学的微小物体は、非掃引領域内にあるため、選択された生物学的微小物体は、残留サンプル材料の流出又はアッセイ材料の流入の影響を実質的に受けない。選択された生物学的微小物体は、対象のアナライトの産生を可能にし得る。この場合、対象のアナライトは、非掃引領域から掃引領域内に拡散し得、掃引領域では、対象のアナライトは、アッセイ材料と反応して、局在化された検出可能な反応を引き起こすことができ、各反応は、特定の非掃引領域に関連付けられ得る。検出された反応に関連付けられる任意の非掃引領域を分析して、非掃引領域内のいずれの生物学的微小物体(存在する場合)が対象のアナライトの十分なプロデューサーであるかを決定することができる。
[0050] マイクロ流体/ナノ流体デバイスでのTリンパ球の培養、選択及び増殖。
マイクロ流体デバイス内でTリンパ球をはじめとする生体細胞の選択及び増殖を行う方法は、例えば、2016年4月22日出願の米国特許出願公開第15/135,707号(その全内容が参照により本明細書に援用される)に記載されている。マイクロ流体デバイス内でTリンパ球の活性化及び増殖を行う方法は、2017年3月16日出願の国際出願第PCT/米国特許出願公開第17/22846号(その全内容が参照により本明細書に援用される)に記載されている。
マイクロ流体デバイス内でTリンパ球をはじめとする生体細胞の選択及び増殖を行う方法は、例えば、2016年4月22日出願の米国特許出願公開第15/135,707号(その全内容が参照により本明細書に援用される)に記載されている。マイクロ流体デバイス内でTリンパ球の活性化及び増殖を行う方法は、2017年3月16日出願の国際出願第PCT/米国特許出願公開第17/22846号(その全内容が参照により本明細書に援用される)に記載されている。
[0051] マイクロ流体デバイス並びにかかるデバイスの操作及び観測のためのシステム。
図1は、マイクロ流体デバイス100と、マイクロ流体デバイスの操作及び観測に使用することができるシステム150との一般化例を例示する。マイクロ流体デバイス100の斜視図は、マイクロ流体デバイス100に部分図を提供するために、そのカバー110の部分破断図を伴って示されている。マイクロ流体デバイス100は、一般に、流体培地180が貫流することができ、任意選択的に1つ以上の微小物体(図示せず)をマイクロ流体回路120に搬入及び/又は搬送する流路106を含むマイクロ流体回路120を含む。図1には単一のマイクロ流体回路120が例示されているが、好適なマイクロ流体デバイスは、複数(例えば、2つ又は3つ)のかかるマイクロ流体回路を含み得る。それにもかかわらず、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1に例示される実施形態では、マイクロ流体回路120は、流路106に流体連通する単一開口をそれぞれ有する複数のマイクロ流体隔離ペン124、126、128及び130を含む。以下で更に考察されるように、マイクロ流体隔離ペンは、培地180が流路106を貫流する場合でも、マイクロ流体デバイス100等のマイクロ流体デバイス内に微小物体を保持するように最適化された各種の特徴及び構造を含む。しかし、上記に注目する前に、マイクロ流体デバイス100及びシステム150の簡単な説明を提供する。
図1は、マイクロ流体デバイス100と、マイクロ流体デバイスの操作及び観測に使用することができるシステム150との一般化例を例示する。マイクロ流体デバイス100の斜視図は、マイクロ流体デバイス100に部分図を提供するために、そのカバー110の部分破断図を伴って示されている。マイクロ流体デバイス100は、一般に、流体培地180が貫流することができ、任意選択的に1つ以上の微小物体(図示せず)をマイクロ流体回路120に搬入及び/又は搬送する流路106を含むマイクロ流体回路120を含む。図1には単一のマイクロ流体回路120が例示されているが、好適なマイクロ流体デバイスは、複数(例えば、2つ又は3つ)のかかるマイクロ流体回路を含み得る。それにもかかわらず、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1に例示される実施形態では、マイクロ流体回路120は、流路106に流体連通する単一開口をそれぞれ有する複数のマイクロ流体隔離ペン124、126、128及び130を含む。以下で更に考察されるように、マイクロ流体隔離ペンは、培地180が流路106を貫流する場合でも、マイクロ流体デバイス100等のマイクロ流体デバイス内に微小物体を保持するように最適化された各種の特徴及び構造を含む。しかし、上記に注目する前に、マイクロ流体デバイス100及びシステム150の簡単な説明を提供する。
[0052]
図1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1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。支持構造体104、マイクロ流体回路構造108、及びカバー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108は、支持構造体104の内面109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108を覆って配置することができる。支持構造体104及びカバー110と一緒に、マイクロ流体回路構造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。
図1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1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。支持構造体104、マイクロ流体回路構造108、及びカバー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108は、支持構造体104の内面109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108を覆って配置することができる。支持構造体104及びカバー110と一緒に、マイクロ流体回路構造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。
[0053]
図1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1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、流体が流路106を通って流れる方向に依存し得る。
図1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1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、流体が流路106を通って流れる方向に依存し得る。
[0054] 支持構造体104は、剛性材料を含み得る。剛性材料は、ガラス又は類似の性質を有する材料であり得る。幾つかの実施形態では、支持構造体104は、変形可能材料を含み得る。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、支持構造体104は、剛性材料及び変形可能材料の両方を含み得る。
[0055] 支持構造体104は、1つ以上の電極(図示せず)と基板又は複数の相互接続基板とを含み得る。例えば、支持構造体104は、電極にそれぞれ電気接続された1つ以上の半導体基板を含み得る(例えば、半導体基板の全部又は一部は、単一電極に電気接続され得る)。支持構造体104は、プリント回路基板アセンブリ(「PCBA」)を更に含み得る。例えば、半導体基板は、PCBA上に実装され得る。しかし、支持構造体104は、電極も半導体基板も何ら含有する必要はない。
[0056] 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である。かかる回路要素は、マイクロ流体回路120に流体が充填されたときに流体相互接続が可能な空間又は領域、例えばフローチャネル又はチャンバを含み得、これらのいずれかは、ポストのアレイ(例えば、マイクロ流体回路構造体108によって形成される)、ペン、トラップ等を含み得る。図1に例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を部分的に又は完全に包囲することができる。フレーム114は、例えば、マイクロ流体回路材料116を実質的に取り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、金属材料を含み得る。
[0057] マイクロ流体回路材料116は、マイクロ流体回路120の回路要素(示されていないがポストのアレイを含む)及び相互接続部を画定するようにキャビティ等によってパターニングされ得る。マイクロ流体回路材料116は、ガス透過性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み得る。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、エッチング可能な材料、例えばシリコーン(例えば、光パターニング可能なシリコーン又は「PPS」)、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、かかる材料、即ちマイクロ流体回路材料116は、剛性及び/又はガスに対して実質的に不透過性であり得る。それとは関係なく、マイクロ流体回路材料116は、支持構造体104上及びフレーム114内に配置され得る。
[0058]
カバー110は、枠114及び/又はマイクロ流体回路材料116の一体部分であり得る。代替的に、カバー110は、図1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、示されるように枠114若しくはマイクロ流体回路材料116とは別個の構造であってもよく、又は枠114若しくはマイクロ流体回路材料116の一体部分であってもよい。同様に、枠114及びマイクロ流体回路材料116は、図1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。
カバー110は、枠114及び/又はマイクロ流体回路材料116の一体部分であり得る。代替的に、カバー110は、図1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、示されるように枠114若しくはマイクロ流体回路材料116とは別個の構造であってもよく、又は枠114若しくはマイクロ流体回路材料116の一体部分であってもよい。同様に、枠114及びマイクロ流体回路材料116は、図1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。
[0059]
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さら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、細胞の接着、生存、及び/又は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調整することにより)。変更は、合成ポリマー又は天然ポリマーのコーティングを含み得る。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、ガス透過可能な少なくとも1つの材料(例えば、PDMS又はPPS)を含むこともできる。
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さら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、細胞の接着、生存、及び/又は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調整することにより)。変更は、合成ポリマー又は天然ポリマーのコーティングを含み得る。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、ガス透過可能な少なくとも1つの材料(例えば、PDMS又はPPS)を含むこともできる。
[0060] マイクロ流体デバイスの流路は、ポストのアレイを含む第1の領域を含み得る。第1の領域は、流路の第1の領域の流体フローの予想方向に対応する第1の方向を共同で画定する壁(例えば、第1の側壁及び第2の側壁)の対によって境界付けられる。図6に一般的に示されるように、ポストアレイのポストは、行及び列において配置され得る。ポストの行は、第1の領域の第1の方向と傾斜角(ε)だけ異なる第1のアレイ方向を画定し得、及び第1のアレイのポストの列は、1/εに等しい周期性で周期的に繰り返し、ここで、εは、ラジアン単位で測定される。第1のアレイのそれぞれの各列の隣接ポストは、流体が列に対して略横方向に貫流することができるギャップを画定する。一般的には、ポストアレイの列の隣接ポスト間のギャップは、特性サイズを有するであろう。ポストアレイの列の隣接ポスト間のギャップを参照して本明細書で使用される場合、「特性サイズ」という用語は、ポストアレイのギャップの大部分に対して同一のサイズ(±5%)を意味する。換言すると、ポストアレイの列の隣接ポスト間のギャップの少なくとも50%は、特性サイズを有し得る。より典型的には、ポストアレイの列の隣接ポスト間のギャップの少なくとも60%、70%、80%、90%、95%又はそれを超えるものは、特性サイズを有し得る。
[0061] アレイのポストは、より一般的には障害物と称される。障害物/ポストアレイは、例えば、米国特許第7,150,812号及び同第8,783,467号(それらの内容は、その全体が参照により本明細書に援用される)に記載されている。
[0062] ポストアレイは、一般に、流路の第1の領域の幅全体にわたって延在するであろう。マイクロ流体デバイスは、流入口として機能する1つ以上のポート及び流出口として機能する1つ以上のポートを有し得る。例えば、図7Bに示されるように、第1の領域706の上流のポートは、流入口702として機能し得る一方、第1の領域706の下流のポートは、流出口708/710として機能し得る。代替的に、図7Aに例示されるように、第1の領域の上流に位置するポートの対は、マイクロ流体デバイスへの流入口702及び704として機能し得る(例えば、第1の上流ポート702は、Tリンパ球等の細胞を含む流体サンプルのフローを提供し得る一方、第2の上流ポート704は、細胞の欠如した培地又は緩衝液のフローを提供し得る)。同様に、下流に位置するポート708及び710の対は、マイクロ流体デバイスからの流体フローの流出を可能にし得る。例えば、第1の下流ポート708は、所望の細胞集団、特に活性化Tリンパ球集団が富化された流体の流出口を提供し得、且つ第2の下流ポート710は、廃棄物の流出口を提供し得る。幾つかの実施形態では、廃棄物ストリームは、バイパスチャネルから到来することができる。
[0063] ポストのアレイは、一般に、約3ミクロンから約15ミクロン(例えば、約4ミクロンから約10ミクロン又は約7ミクロンから約12ミクロン)であり得る臨界サイズ(Dc)によって特徴付けられ得る。幾つかの実施形態では、アレイは、約4ミクロンから約7ミクロン(例えば、約4ミクロンから約5ミクロン、約4.5ミクロンから約5.5ミクロン、約5ミクロンから約6ミクロン、約5.5、ミクロンから約6.5ミクロン、約6ミクロンから約7ミクロン又は上記の端点によって画定される任意の範囲)のDcによって特徴付けられる。他の実施形態では、アレイは、約7ミクロンから約10ミクロン(例えば、約7ミクロンから約8ミクロン、約7.5ミクロンから約8.5ミクロン、約8ミクロンから約9ミクロン、約8.5、ミクロンから約9.5ミクロン、約9ミクロンから約10ミクロン又は上記の端点によって画定される任意の範囲)のDcによって特徴付けられる。重要なことに、Dcは、典型的には、活性化Tリンパ球未満の直径を有するナイーブTリンパ球が主に流体フローの全体方向にポストアレイを貫流する一方、活性化Tリンパ球がアレイの行によって画定される第1のアレイ方向に移動するように選択され得る。このようにして、ポストアレイを貫流する流体は、活性化Tリンパ球が富化された状態になり得る。本明細書で使用される場合、「富化」とは、流体部分の対象細胞の割合が、ポストアレイを通って移動した結果として、流体がポストアレイを通って移動する前の流体部分のかかる対象細胞の割合と比較して増加することを意味する。富化の量は、様々な方法で計算され得る。例えば、単純な測定法の1つでは、ポストアレイを通って移動した後の流体部分の活性化Tリンパ球のパーセントを、ポストアレイに入る直前の流体部分の活性化Tリンパ球のパーセントで除算する。代替的に、富化は、(N+
out/N-
out)/(N+
in/N-
in)として計算され得、ここで、N+
outは、ポストアレイを通って移動した後の流体部分で検出された対象細胞の数であり、N-
outは、ポストアレイを通って移動した後の流体部分で検出された対象細胞以外の細胞の数であり、N+
inは、ポストアレイを通って移動する直前の流体部分で検出された対象細胞の数であり、且つN-
inは、ポストアレイを通って移動する直前の流体部分で検出された対象細胞以外の細胞の数である。富化の正確な計算は、クリティカルではない。例えば、上記の定義のいずれも使用され得、少なくとも1つの計算が富化を示唆する場合、ポストアレイを通って移動した流体部分は、富化されたとみなされるであろう。
[0064] 特定の実施形態では、アレイは、約1/3ラジアンから約1/100ラジアン(例えば、約1/5ラジアンから約1/20ラジアン又は約1/10ラジアンから約1/16ラジアン)の傾斜角εを有する。
[0065] 第1のアレイの各列の隣接ポスト間のギャップは、約15ミクロンから約100ミクロン(例えば、約20ミクロンから約30ミクロン、約25ミクロンから約35ミクロン、約30ミクロンから約40ミクロン、約35、ミクロンから約45ミクロン、約40ミクロンから約50ミクロン、約45ミクロンから約55ミクロン、約50ミクロンから約60ミクロン、約55ミクロンから約65ミクロン、約60ミクロンから約70ミクロン、約65ミクロンから約75ミクロン、約70ミクロンから約90ミクロン、約80ミクロンから約100ミクロン又は上記の端点によって画定される任意の範囲)であり得る。幾つかの特定の実施形態では、ギャップは、約15ミクロンから約30ミクロン、約20ミクロンから約35ミクロン又は約25ミクロンから約40ミクロンであり得る。
[0066] 一般的には、第1のアレイの同一列の隣接ポスト間のギャップサイズは、実質的に等しく、且つ特性サイズと均等なサイズを有する。しかし、例外が許容される。特に、ポストアレイを含有する領域を境界付ける側壁に最も近接する(同一列の)隣接ポスト間のギャップサイズは、特性サイズから逸脱し得る。当業者であれば分かるように、ギャップサイズのかかる逸脱は、側壁と、かかる壁に直接隣接するポストとの間隔によって引き起こされるアレイを通る流体フローの境界不規則性を低減するように設計され得る。
[0067] 特定の実施形態では、アレイのポストは、断面が円形状である。代替的に、第1のアレイのポストは、断面で見たときに三角形状、正方形状、偏菱形状、平行四辺形状、五角形状、六角形状等の多面体形状又は更に不規則形状を有する。典型的には、アレイのポストの全ては、同一の配向を有するであろう(アレイの第1の方向に対して断面で見たとき。特定の実施形態では、多面体形状/不規則形状のポストは、第1の方向によって画定される軸に対して非対称に配向される。このようにして、ポストは、ポストの断面形状の対称軸がアレイの第1の方向によって画定される軸に平行でないように配向され得る。
[0068] 第1のアレイのポストは、約30ミクロンから約100ミクロン(例えば、約30ミクロンから約50ミクロン、約30ミクロンから約60ミクロン、約30ミクロンから約70ミクロン、約40ミクロンから約60ミクロン、約40ミクロンから約70ミクロン、約40ミクロンから約80ミクロン、約40ミクロンから約90ミクロン、約50ミクロンから約70ミクロン、約50ミクロンから約80ミクロン、約50ミクロンから約90ミクロン、約50ミクロンから約100ミクロン、約60から約80ミクロン、約60ミクロンから約90ミクロン、約60ミクロンから約100ミクロン、約70ミクロンから約90ミクロン、約70ミクロンから約100ミクロン、約80ミクロンから約100ミクロン又は上記の端点によって画定される任意の範囲)の直径を有し得る。多面体形状又は不規則形状のポストでは、ポストの「直径」は、流体フローの方向(即ち第1の方向)に垂直な軸に沿って測定される最大断面幅である。
[0069] 表1は、所望のサイズ分離に依存して、いずれも開示された方法に使用され得る例示的なポストアレイ及びその対応する臨界サイズDcの幾つかの設計を提供する。
[0070] 第1のアレイのポストは、マイクロ流体回路材料116等のマイクロ流体デバイスの構築用として本明細書に記載されるいずれの材料も含め、多様な材料のいずれからも形成され得る。そのため、例えば、ポストは、シリコーンポリマー(例えば、PDMS、PPS等)から作製され得る。
[0071] 以上に記載のポストアレイを有するマイクロ流体デバイスは、典型的には、ポストアレイを有する第1の領域と、流体が第1の領域を通して通過した後に流体フローを受容するように構成された第2の領域とを含む流路を有するであろう。第1の領域は、第1の方向によって画定される軸に沿って長さを測定したときに約5mmから約15mm(例えば、約5mmから約10mm、約6mmから約11mm、約7mmから約12mm、約8mmから約13mm、約9mmから約14mm、約10mmから約15mm又は上記の端点によって画定される任意の範囲)の長さを有し得る。第2の領域は、第2の領域を、例えば第1のチャネルと第2のチャネルとに分離する仕切り(又は壁)によってスプリットされ得る。以下の考察から明らかであろうが、複数の仕切り(又は壁)等の他の配置も可能である。第2の領域は、ポストアレイの特性Dc未満の直径を有する粒子/細胞(例えば、Tリンパ球)が主に第1のチャネルに流入するように、且つアレイの特性Dcよりも大きい直径を有する粒子/細胞(例えば、Tリンパ球)が主に第2のチャネルに流入するように第1の領域に対して構成され得る。本明細書で使用される場合、Tリンパ球等の粒子/細胞の「直径」とは、ポストアレイを通して通過する際の粒子/細胞の有効サイズである。この有効直径は、細胞の健康、細胞周期のステージ、アレイポストの組成、アレイポストのコーティング等をはじめとする様々な因子の影響を受ける可能性がある。特定の実施形態では、第1のチャネルは、搬出/廃棄に直結する「バイパスチャネル」であり得、第2のチャネルは、ほとんどの所望の粒子/細胞(例えば、Tリンパ球)が方向付けられる選択チャネル及び/又はアッセイチャネルであり得る。
[0072] 幾つかの実施形態では、第1のチャネルは、第1の領域(及びポストアレイ)から流出する流体の少なくとも50%(例えば、少なくとも60%、70%、75%、80%、85%、90%又はそれを超える)を受容するように構成される。幾つかの実施形態では、第1のチャネルは、第1の領域(及びポストアレイ)から流出する流体の約85%から約95%(例えば、約87%から約93%、約88%から約92%、約89%から約91%、約90%又は上記の端点によって画定される任意の範囲)を受容するように構成される。かかる実施形態では、第2のチャネルに流入する残りの流体(例えば、第1の領域から流出する流体の50%、45%、40%、35%、30%、25%、20%、15%、10%、5%又はそれ未満であり得る)は、ポストアレイのDcよりも大きい有効直径を有する粒子/細胞の全て又はほとんどを含み得る。そのため、例えば、Dcよりも大きい直径を有するTリンパ球が第1の領域から出て第2の領域の第2のチャネルに入ると、それらは、少なくとも約2、約2.5、約3、約3.5、約4、約4.5、約5、約6、約7、約8、約9、約10、約15、約20倍又はそれを超えて効果的に濃縮され得る。
[0073] 特定の実施形態では、マイクロ流体デバイスの流路は、第1のチャネルと第2のチャネルとにスプリットされる第2の領域を含み得、第1及び第2のチャネルは、第1のチャネルの両端の圧力差が第2のチャネルの両端の圧力差に等しくなるように構成される。この等しい圧力は、例えば、チャネルが再連結される場合(例えば、流出口ポートに達する前に)又はそれらが個別の流出口ポートに至る場合に達成され得る。各チャネルに実質的に等しい圧力が存在することを保証するために、式ΔP=QCH1×RCH1=QCH2×RCH2(式中、QCH1は、単位時間当たりの第1のチャネルの体積流量であり、QCH2は、単位時間当たりの第2のチャネルの体積流量であり、且つRCH1及びRCH2は、第1及び第2のチャネルのそれぞれの流動抵抗である)に従ってチャネルの抵抗をマッチさせることが可能である。断面が矩形状のチャネルでは、R=L/(W×d3)(式中、Lは、チャネルの長さであり、Wは、チャネルの断面寸法の1つであり、且つdは、チャネルの最小断面寸法である)である。
[0074] 特定の実施形態では、第1のチャネルは、長さを含み、且つ第2のチャネルは長さを含み、第2のチャネルの長さは、第1のチャネルの長さよりも大きい(例えば、少なくとも6、7、8、9、10、11、12、15又は20倍大きい)。マイクロ流体デバイスは、第2の領域の第2のチャネルに通じ、且つ少なくとも1つのTリンパ球を保持するのに十分に大きい容積を有する、本明細書に記載の少なくとも1つの隔離ペンを含み得る。隔離ペンは、約250pLから約3nL(例えば、約250pLから約1nL、約375pLから約1nL、約500pLから約1nL、約750pLから約1nL、約250pLから約1.25nL、約500pLから約1.25nL、約750pLから約1.25nL、約1nLから約1.25nL、約500pLから約1.5nL、約750pLから約1.5nL、約1nLから約1.5nL、約500pLから約2nL、約750pLから約2nL、約1nLから約2nL、約1.25nLから約2nL、約1.5nLから約2nL、約1nLから約2.5nL、約1.5nLから約2.5nL、約2nLから約2.5nL、約1nLから約3nL、約1.5nLから約3nL、約2nLから約3nL又は約2.5nLから約3nL)の容積を有し得る。
[0075] マイクロ流体デバイスは、2つ以上のポストアレイを含み得る。例えば、第2のチャネルは、第2のポストのアレイを含む第1のサブ領域を含み得る。第2のチャネルは、流路の第1の領域を貫流する流体部分が第2のチャネルに進入するように、且つその流体部分及びそれに含有される任意の細胞が第2のアレイを通して通過するように構成され得る。第2のアレイは、第1のアレイに類似し得る。例えば、同一の臨界サイズDc(又は類似の臨界サイズ、例えば±0.5ミクロン)を有することで、望ましくない細胞/微小物体の除去及びサンプルの更なる富化を促進することができる。幾つかの実施形態では、第2のアレイは、異なる臨界サイズ(Dc)を有し得る。例えば、第1のアレイは、約4ミクロンから約7ミクロン(例えば、約6ミクロン)の臨界サイズを有し得、第2のアレイは、約7ミクロンから約10ミクロン(例えば、約9ミクロン)の臨界サイズを有し得る。第2のアレイの臨界サイズをより大きくすれば、所望のものよりも大きい微小物体、例えば分裂寸前の望ましくない細胞を除去することができる。
[0076] 幾つかの実施形態では、第2のチャネルは、その第2のポストアレイを含む第1のサブ領域と第2のサブ領域とを含み得る。第2のサブ領域は、流体フローが第1のサブ領域(及び第2のポストアレイ)を通して通過した後に流体フローを受容するように構成され得る。第2のサブ領域は、例えば、第2のチャネルを第3のチャネルと第4のチャネルとに分離する仕切り、例えば壁を含み得る。このようにして、サンプルを、一連のポストアレイを通すことにより、サンプル中の細胞(Tリンパ球)をより細かく選別することが可能である。加えて、第3のチャネル又は第4のチャネルのいずれかに通じるように隔離ペンを位置決めすることができ、これにより、液体フローを停止させて対象細胞をペンに隔離することができ、且つ任意選択的にオンチップで培養することができる。
[0077] ポストアレイを有するマイクロ流体チップの例示的な設計は、図7A及び7B(即ちマイクロ流体デバイス700及び715)に示され、且つ実施例との関連で記載される。
[0078] 図1は、マイクロ流体デバイス、例えばマイクロ流体デバイス100の操作及び制御を行うためのシステム150も示す。例示されるシステム150は、電源192、撮像デバイス194及び傾斜デバイス190を含む。
[0079]
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)を有する検出器をさらに含む。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4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)をさらに含み得、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。
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)を有する検出器をさらに含む。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4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)をさらに含み得、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。
[0080]
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る傾斜デバイス190を含むことができる。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、流路106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。
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る傾斜デバイス190を含むことができる。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、流路106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。
[0081]
幾つかの場合、マイクロ流体デバイス100は、流路106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、流路106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、流路106の上方の隔離ペン内の物体が流路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、流路106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、流路106の下方の隔離ペン内の物体が流路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。
幾つかの場合、マイクロ流体デバイス100は、流路106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、流路106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、流路106の上方の隔離ペン内の物体が流路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、流路106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、流路106の下方の隔離ペン内の物体が流路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。
[0082]
幾つかの場合、傾斜デバイス190は、流路106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。さらに、マイクロ流体デバイス100は、流路106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、流路106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。さらに他の場合、傾斜デバイス190は、流路106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。
幾つかの場合、傾斜デバイス190は、流路106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。さらに、マイクロ流体デバイス100は、流路106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、流路106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。さらに他の場合、傾斜デバイス190は、流路106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。
[0083]
システム150は培地源178をさら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1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。
システム150は培地源178をさら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1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。
[0084]
図1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、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(図示せず)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とを含むマスタコントローラ154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をさらに含むことができる。
図1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、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(図示せず)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とを含むマスタコントローラ154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をさらに含むことができる。
[0085]
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る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る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。
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る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る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。
[0086]
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内部の流路106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、培地モジュール160は、傾斜モジュール166が傾斜デバイス190に所望の傾斜角までマイクロ流体デバイス100を傾斜させる前に、流路106内及びエンクロージャ102を通る培地180のフローを停止させる。
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内部の流路106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、培地モジュール160は、傾斜モジュール166が傾斜デバイス190に所望の傾斜角までマイクロ流体デバイス100を傾斜させる前に、流路106内及びエンクロージャ102を通る培地180のフローを停止させる。
[0087]
原動モジュール162は、マイクロ流体回路120での微小物体(図示せず)の選択、捕捉、及び移動を制御するように構成され得る。図2A及び図2Bに関して後述するように、エンクロージャ102は、誘電泳動(DEP)構成、光電子ピンセット(OET)構成、及び/又は光電子ウェッティング(OEW)構成(図1に示されず)を含むことができ、原動モジュール162は、電極及び/又はトランジスタ(例えば、フォトトランジスタ)のアクティブ化を制御して、流路106及び/又は隔離ペン124、126、128、130で微小物体(図示せず)及び/又は培地の液滴(図示せず)を選択し移動させることができる。
原動モジュール162は、マイクロ流体回路120での微小物体(図示せず)の選択、捕捉、及び移動を制御するように構成され得る。図2A及び図2Bに関して後述するように、エンクロージャ102は、誘電泳動(DEP)構成、光電子ピンセット(OET)構成、及び/又は光電子ウェッティング(OEW)構成(図1に示されず)を含むことができ、原動モジュール162は、電極及び/又はトランジスタ(例えば、フォトトランジスタ)のアクティブ化を制御して、流路106及び/又は隔離ペン124、126、128、130で微小物体(図示せず)及び/又は培地の液滴(図示せず)を選択し移動させることができる。
[0088]
撮像モジュール164は撮像デバイス194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)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さらに計算することができる。
撮像モジュール164は撮像デバイス194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)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さらに計算することができる。
[0089]
傾斜モジュール166は、傾斜デバイス190の傾斜移動を制御することができる。代替的に又は追加として、傾斜モジュール166は、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。
傾斜モジュール166は、傾斜デバイス190の傾斜移動を制御することができる。代替的に又は追加として、傾斜モジュール166は、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。
[0090]
図1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及び隔離ペン124、126、128、130を含むものとして示されている。各ペンは、チャネル122への開口部を含むが、ペンがペン内部の微小物体を流体培地180及び/又はチャネル122の流路106又は他のペン内の微小物体から実質的に分離することができるように、その他では閉じられている。幾つかの場合、ペン124、126、128、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。本開示による隔離ペンは、以下に詳細に考察し示すように、DEP、OET、OEW、及び/又は重力との併用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。
図1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及び隔離ペン124、126、128、130を含むものとして示されている。各ペンは、チャネル122への開口部を含むが、ペンがペン内部の微小物体を流体培地180及び/又はチャネル122の流路106又は他のペン内の微小物体から実質的に分離することができるように、その他では閉じられている。幾つかの場合、ペン124、126、128、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。本開示による隔離ペンは、以下に詳細に考察し示すように、DEP、OET、OEW、及び/又は重力との併用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。
[0091] 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ているが、マイクロ流体回路120は、より少ない又はより多い隔離ペンを有し得る。本開示による隔離ペンは、T細胞の培養、選択及び増殖に有用である。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、T細胞の培養、選択及び増殖に有用な1つ以上の利益を提供し得る様々な特徴及び形状をそれぞれ含む。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。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、隔離ペンの2つ以上は、T細胞の培養、選択及び増殖で様々な利益を提供する様々な構造及び/又は特徴を含む。
[0092]
図1に示される実施形態では、1つのチャネル122及び流路106が示される。しかし、他の実施形態は、それぞれが流路106を含むように構成される複数のチャネル122を含み得る。マイクロ流体回路120は、流路106及び流体培地180と流体連通する流入弁又はポート107をさらに含み、それにより、流体培地180は、流入口107を介してチャネル122にアクセスすることができる。幾つかの場合、流路106は1つの経路を含む。幾つかの場合、1つの経路はジグザグパターンで配置され、それにより、流路106は、交互になった方向で2回以上にわたってマイクロ流体デバイス100にわたり移動する。
図1に示される実施形態では、1つのチャネル122及び流路106が示される。しかし、他の実施形態は、それぞれが流路106を含むように構成される複数のチャネル122を含み得る。マイクロ流体回路120は、流路106及び流体培地180と流体連通する流入弁又はポート107をさらに含み、それにより、流体培地180は、流入口107を介してチャネル122にアクセスすることができる。幾つかの場合、流路106は1つの経路を含む。幾つかの場合、1つの経路はジグザグパターンで配置され、それにより、流路106は、交互になった方向で2回以上にわたってマイクロ流体デバイス100にわたり移動する。
[0093]
幾つかの場合、マイクロ流体回路120は、複数の平行チャネル122及び流路106を含み、各流路106内の流体培地180は同じ方向に流れる。幾つかの場合、各流路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、それらが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、チャネル122に相対して)。
幾つかの場合、マイクロ流体回路120は、複数の平行チャネル122及び流路106を含み、各流路106内の流体培地180は同じ方向に流れる。幾つかの場合、各流路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、それらが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、チャネル122に相対して)。
[0094]
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をさらに含む。トラップ132は、一般に、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、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、流路106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、流路106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。
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をさらに含む。トラップ132は、一般に、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、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、流路106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、流路106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。
[0095]
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る開口部をさらに含み得る。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概ね等しい高さ及び幅を有する開口部を含み、それにより、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る他の特徴をさらに含み得る。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。
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る開口部をさらに含み得る。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概ね等しい高さ及び幅を有する開口部を含み、それにより、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る他の特徴をさらに含み得る。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。
[0096]
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、流路及び/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つ又は複数の部分に適用されて、1つの微小物体を流路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。さらに、幾つかの実施形態では、DEP力を使用して、本開示の教示により、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。
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、流路及び/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つ又は複数の部分に適用されて、1つの微小物体を流路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。さらに、幾つかの実施形態では、DEP力を使用して、本開示の教示により、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。
[0097]
他の実施形態では、光電子ウェッティング(OEW)力が、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)での1つ又は複数の位置(例えば、流路及び/又は隔離ペンの画定に役立つ位置)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、OEW力は支持構造体104(及び/又はカバー110)の1つ又は複数の位置に適用されて、1つの液滴を流路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、OEW力を使用して、隔離ペン(例えば、隔離ペン124、126、128、又は130)内の液滴が隔離ペンから変位しないようにする。さらに、幾つかの実施形態では、OEW力を使用して、本開示の教示により、前に収集された液滴を隔離ペンから選択的に取り出す。
他の実施形態では、光電子ウェッティング(OEW)力が、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)での1つ又は複数の位置(例えば、流路及び/又は隔離ペンの画定に役立つ位置)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、OEW力は支持構造体104(及び/又はカバー110)の1つ又は複数の位置に適用されて、1つの液滴を流路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、OEW力を使用して、隔離ペン(例えば、隔離ペン124、126、128、又は130)内の液滴が隔離ペンから変位しないようにする。さらに、幾つかの実施形態では、OEW力を使用して、本開示の教示により、前に収集された液滴を隔離ペンから選択的に取り出す。
[0098]
幾つかの実施形態では、DEP力及び/又はOEW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)、流路106及び流路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OEW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OEW力は、他の力の後に適用することができる。さらに他の場合、DEP力及び/又はOEW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。
幾つかの実施形態では、DEP力及び/又はOEW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)、流路106及び流路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OEW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OEW力は、他の力の後に適用することができる。さらに他の場合、DEP力及び/又はOEW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。
[0099]
図2A~図2Fは、本開示の実施に使用することができるマイクロ流体デバイスの様々な実施形態を示す。図2Aは、マイクロ流体デバイス200が光学作動動電学的デバイスとして構成される実施形態を示す。光電子ピンセット(OET)構成を有するデバイス及び光電子ウェッティング(OEW)構成を有するデバイスを含め、様々な光学作動動電学的デバイスが当技術分野で既知である。適するOET構成の例は、以下の米国特許文献に示されており、各文献は全体的に参照により本明細書に援用される: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);及び米国特許第7,956,339号(Ohtaら)。OEW構成の例は、米国特許第6,958,132号(Chiouら)及び米国特許出願公開第2012/0024708号(Chiouら)に示されており、これらは両方とも全体的に参照により本明細書に援用される。光学作動動電的デバイスのさらに別の例は、OET/OEW結合構成を含み、その例は、米国特許出願公開第20150306598号(Khandrosら)及び同第20150306599号(Khandrosら)並びにそれらの対応するPCT公報である国際公開第2015/164846号及び国際公開第2015/164847号に示されており、これらは全て全体的に参照により本明細書に援用される。
図2A~図2Fは、本開示の実施に使用することができるマイクロ流体デバイスの様々な実施形態を示す。図2Aは、マイクロ流体デバイス200が光学作動動電学的デバイスとして構成される実施形態を示す。光電子ピンセット(OET)構成を有するデバイス及び光電子ウェッティング(OEW)構成を有するデバイスを含め、様々な光学作動動電学的デバイスが当技術分野で既知である。適するOET構成の例は、以下の米国特許文献に示されており、各文献は全体的に参照により本明細書に援用される: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);及び米国特許第7,956,339号(Ohtaら)。OEW構成の例は、米国特許第6,958,132号(Chiouら)及び米国特許出願公開第2012/0024708号(Chiouら)に示されており、これらは両方とも全体的に参照により本明細書に援用される。光学作動動電的デバイスのさらに別の例は、OET/OEW結合構成を含み、その例は、米国特許出願公開第20150306598号(Khandrosら)及び同第20150306599号(Khandrosら)並びにそれらの対応するPCT公報である国際公開第2015/164846号及び国際公開第2015/164847号に示されており、これらは全て全体的に参照により本明細書に援用される。
[00100]
マイクロ流体デバイス構成。
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。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。例えば、誘電泳動(DEP)構成を利用して、マイクロ流体回路において微小物体を選択し移動させることができる。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は、マイクロ流体回路120内の流体培地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の選択、捕捉、及び/又は移動を行うDEP構成を含むことができる。代替的に、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。
マイクロ流体デバイス構成。
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。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。例えば、誘電泳動(DEP)構成を利用して、マイクロ流体回路において微小物体を選択し移動させることができる。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は、マイクロ流体回路120内の流体培地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の選択、捕捉、及び/又は移動を行うDEP構成を含むことができる。代替的に、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。
[00101]
DEP構成を含むマイクロ流体デバイス200の一例を図2A及び図2Bに示す。簡潔にするために、図2A及び図2B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の部分の側面断面図及び上面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、流域、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。さらに、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さらに理解されたい。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。
DEP構成を含むマイクロ流体デバイス200の一例を図2A及び図2Bに示す。簡潔にするために、図2A及び図2B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の部分の側面断面図及び上面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、流域、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。さらに、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さらに理解されたい。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。
[00102]
図2A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/チャンバ202の両面を画定する。したがって、領域/チャンバ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/チャンバ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る電源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。
図2A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/チャンバ202の両面を画定する。したがって、領域/チャンバ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/チャンバ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る電源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。
[00103]
特定の実施形態では、図2A及び図2B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220からの光222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2B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は、正方形の光パターン224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、流域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/チャンバ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/チャンバ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。
特定の実施形態では、図2A及び図2B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220からの光222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2B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は、正方形の光パターン224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、流域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/チャンバ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/チャンバ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。
[00104]
電源212が活性化されている場合、上記の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220からマイクロ流体デバイス200に投射される光パターン222を変更することにより、領域/チャンバ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。
電源212が活性化されている場合、上記の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220からマイクロ流体デバイス200に投射される光パターン222を変更することにより、領域/チャンバ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。
[00105]
図2Bに示される照明DEP電極領域214aの正方形パターン224は単なる例である。マイクロ流体デバイス200に投射される光パターン222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222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。
図2Bに示される照明DEP電極領域214aの正方形パターン224は単なる例である。マイクロ流体デバイス200に投射される光パターン222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222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。
[00106]
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208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222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。
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208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222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。
[00107]
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222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/チャンバ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222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/チャンバ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。
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222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/チャンバ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222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/チャンバ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。
[00108]
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)(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)に記載されており、それぞれ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。
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)(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)に記載されており、それぞれ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。
[00109]
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/チャンバ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。さらに、光源220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。
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/チャンバ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。さらに、光源220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。
[00110]
DEP構成を有する図2A及び図2B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222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224)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/チャンバ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222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222に相対して移動させることができる。
DEP構成を有する図2A及び図2B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222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224)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/チャンバ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222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222に相対して移動させることができる。
[00111]
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/チャンバ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/チャンバ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224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/チャンバ202における1つ又は複数の微小物体を捕捉し、領域/チャンバ202内で移動させることができる。図1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/チャンバ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。
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/チャンバ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/チャンバ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224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/チャンバ202における1つ又は複数の微小物体を捕捉し、領域/チャンバ202内で移動させることができる。図1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/チャンバ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。
[00112]
更なる別例として、マイクロ流体デバイス200は電子ウェッティング(EW)構成を有することができ、EW構成は、DEP構成の代わりであってもよく、又はDEP構成を有する部分とは別個のマイクロ流体デバイス200の部分に配置されてもよい。EW構成は、光電子ウェッティング構成又は誘電体上の電子ウェッティング(EWOD)構成であり得、これらは両方とも当技術分野で既知である。幾つかのEW構成では、支持構造体104は、誘電層(図示せず)と下部電極204との間に挟まれた電極活性化基板206を有する。誘電層は、疎水性材料を含むことができ、及び/又は疎水性材料でコーティングすることができる。EW構成を有するマイクロ流体デバイス200の場合、支持構造体104の内面208は、誘電層の内面又はその疎水性コーティングである。
更なる別例として、マイクロ流体デバイス200は電子ウェッティング(EW)構成を有することができ、EW構成は、DEP構成の代わりであってもよく、又はDEP構成を有する部分とは別個のマイクロ流体デバイス200の部分に配置されてもよい。EW構成は、光電子ウェッティング構成又は誘電体上の電子ウェッティング(EWOD)構成であり得、これらは両方とも当技術分野で既知である。幾つかのEW構成では、支持構造体104は、誘電層(図示せず)と下部電極204との間に挟まれた電極活性化基板206を有する。誘電層は、疎水性材料を含むことができ、及び/又は疎水性材料でコーティングすることができる。EW構成を有するマイクロ流体デバイス200の場合、支持構造体104の内面208は、誘電層の内面又はその疎水性コーティングである。
[00113]
誘電層(図示せず)は、1つ又は複数の酸化物層を含むことができ、厚さ約50nm~約250nm(例えば、約125nm~約175nm)を有することができる。特定の実施形態では、誘電層は、金属酸化物(例えば、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム)等の酸化物の層を含むことができる。特定の実施形態では、誘電層は、酸化ケイ素又は窒化物等の金属酸化物以外の誘電材料を含むことができる。厳密な組成及び厚さに関係なく、誘電層は約10kオーム~約50kオームのインピーダンスを有することができる。
誘電層(図示せず)は、1つ又は複数の酸化物層を含むことができ、厚さ約50nm~約250nm(例えば、約125nm~約175nm)を有することができる。特定の実施形態では、誘電層は、金属酸化物(例えば、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム)等の酸化物の層を含むことができる。特定の実施形態では、誘電層は、酸化ケイ素又は窒化物等の金属酸化物以外の誘電材料を含むことができる。厳密な組成及び厚さに関係なく、誘電層は約10kオーム~約50kオームのインピーダンスを有することができる。
[00114]
幾つかの実施形態では、領域/チャンバ202に向かって内側に面した誘電層の表面は、疎水性材料でコーティングされる。疎水性材料は、例えば、フッ素化炭素分子を含むことができる。フッ素化炭素分子の例としては、ポリテトラフルオロエチレン(例えば、TEFLON(登録商標)又はポリ(2,3-ジフルオロメチレニル-ペルフルオロテトラヒドロフラン)(例えば、CYTOP(商標))などのパーフルオロポリマーが挙げられる。疎水性材料を構成する分子は、誘電層の表面に共有結合され得る。例えば、疎水性材料の分子は、シロキサン基、ホスホン酸基、又はチオール基等のリンカーにより、誘電層の表面に共有結合され得る。したがって、幾つかの実施形態では、疎水性材料は、アルキル末端シロキサン、アルキル末端ホスホン酸、又はアルキル末端チオールを含むことができる。アルキル基は長鎖炭化水素(例えば、少なくとも10個の炭素又は少なくとも16個、18個、20個、22個、若しくはそれを超える個数の炭素の鎖を有する)であり得る。代替的に、フッ素化(又はパーフルオロ化)炭素鎖をアルキル基の代わりに使用することができる。したがって、例えば、疎水性材料は、フルオロアルキル末端シロキサン、フルオロアルキル末端ホスホン酸、又はフルオロアルキル末端チオールを含むことができる。幾つかの実施形態では、疎水性コーティングは約10nm~約50nmの厚さを有する。他の実施形態では、疎水性コーティングは厚さ10nm未満(例えば、5nm未満又は約1.5nmから3.0nm)を有する。
幾つかの実施形態では、領域/チャンバ202に向かって内側に面した誘電層の表面は、疎水性材料でコーティングされる。疎水性材料は、例えば、フッ素化炭素分子を含むことができる。フッ素化炭素分子の例としては、ポリテトラフルオロエチレン(例えば、TEFLON(登録商標)又はポリ(2,3-ジフルオロメチレニル-ペルフルオロテトラヒドロフラン)(例えば、CYTOP(商標))などのパーフルオロポリマーが挙げられる。疎水性材料を構成する分子は、誘電層の表面に共有結合され得る。例えば、疎水性材料の分子は、シロキサン基、ホスホン酸基、又はチオール基等のリンカーにより、誘電層の表面に共有結合され得る。したがって、幾つかの実施形態では、疎水性材料は、アルキル末端シロキサン、アルキル末端ホスホン酸、又はアルキル末端チオールを含むことができる。アルキル基は長鎖炭化水素(例えば、少なくとも10個の炭素又は少なくとも16個、18個、20個、22個、若しくはそれを超える個数の炭素の鎖を有する)であり得る。代替的に、フッ素化(又はパーフルオロ化)炭素鎖をアルキル基の代わりに使用することができる。したがって、例えば、疎水性材料は、フルオロアルキル末端シロキサン、フルオロアルキル末端ホスホン酸、又はフルオロアルキル末端チオールを含むことができる。幾つかの実施形態では、疎水性コーティングは約10nm~約50nmの厚さを有する。他の実施形態では、疎水性コーティングは厚さ10nm未満(例えば、5nm未満又は約1.5nmから3.0nm)を有する。
[00115]
幾つかの実施形態では、電子ウェッティング構成を有するマイクロ流体デバイス200のカバー110も同様に疎水性材料(図示せず)でコーティングされる。疎水性材料は、支持構造体104の誘電層のコーティングに使用されるものと同じ疎水性材料であり得、疎水性コーティングは、支持構造体104の誘電層の疎水性コーティングの厚さと略同じである厚さを有することができる。さらに、カバー110は、支持構造体104の様式で、誘電層と上部電極210との間に挟まれた電極活性化基板206を含むことができる。電極活性化基板206及びカバー110の誘電層は、電極活性化基板206及び支持構造体104の誘電層と同じ組成及び/又は寸法を有することができる。したがって、マイクロ流体デバイス200は2つの電子ウェッティング表面を有することができる。
幾つかの実施形態では、電子ウェッティング構成を有するマイクロ流体デバイス200のカバー110も同様に疎水性材料(図示せず)でコーティングされる。疎水性材料は、支持構造体104の誘電層のコーティングに使用されるものと同じ疎水性材料であり得、疎水性コーティングは、支持構造体104の誘電層の疎水性コーティングの厚さと略同じである厚さを有することができる。さらに、カバー110は、支持構造体104の様式で、誘電層と上部電極210との間に挟まれた電極活性化基板206を含むことができる。電極活性化基板206及びカバー110の誘電層は、電極活性化基板206及び支持構造体104の誘電層と同じ組成及び/又は寸法を有することができる。したがって、マイクロ流体デバイス200は2つの電子ウェッティング表面を有することができる。
[00116]
幾つかの実施形態では、電子活性化基板206は、上述した光伝導性材料等の光伝導性材料を含むことができる。したがって、特定の実施形態では、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(水素原子の総数及びケイ素原子の総数/水素原子の総数に100を掛けたものとして計算)。a-Si:Hの層は厚さ約500nm~約2.0ミクロンを有することができる。代替的に、電子活性化基板206は、上述したように、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)を含むことができる。光電子ウェッティング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、及び/又は当技術分野で既知の電極活性化基板を用いて構築することができる。例えば、内容全体が参照により本明細書に援用される米国特許第6,958,132号(Chiouら)には、a-Si:H等の光伝導性材料を有する光電子ウェッティング構成が開示されており、一方、上記で引用した米国特許出願公開第2014/0124370号(Shortら)には、フォトトランジスタスイッチにより制御される電極を有する電極活性化基板が開示されている。
幾つかの実施形態では、電子活性化基板206は、上述した光伝導性材料等の光伝導性材料を含むことができる。したがって、特定の実施形態では、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(水素原子の総数及びケイ素原子の総数/水素原子の総数に100を掛けたものとして計算)。a-Si:Hの層は厚さ約500nm~約2.0ミクロンを有することができる。代替的に、電子活性化基板206は、上述したように、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)を含むことができる。光電子ウェッティング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、及び/又は当技術分野で既知の電極活性化基板を用いて構築することができる。例えば、内容全体が参照により本明細書に援用される米国特許第6,958,132号(Chiouら)には、a-Si:H等の光伝導性材料を有する光電子ウェッティング構成が開示されており、一方、上記で引用した米国特許出願公開第2014/0124370号(Shortら)には、フォトトランジスタスイッチにより制御される電極を有する電極活性化基板が開示されている。
[00117]
したがって、マイクロ流体デバイス200は光電子ウェッティング構成を有することができ、光パターン222を使用して、電極活性化基板206での光応答性EW領域又は光応答性EW電極を活性化することができる。電極活性化基板206のそのような活性化されたEW領域又はEW電極は、支持構造体104の内面208(すなわち、重なった誘電層の内面又はその疎水性コーティング)において電子ウェッティング力を生成することができる。電子活性化基板206に入射する光パターン222を変更する(又は光源220に相対してマイクロ流体デバイス200を移動させる)ことにより、支持構造体104の内面208に接触する液滴(例えば、水性培地、水溶液又は水性溶媒を含む)は、領域/チャンバ202内に存在する不混和流体(例えば、油媒体)を通って移動することができる。
したがって、マイクロ流体デバイス200は光電子ウェッティング構成を有することができ、光パターン222を使用して、電極活性化基板206での光応答性EW領域又は光応答性EW電極を活性化することができる。電極活性化基板206のそのような活性化されたEW領域又はEW電極は、支持構造体104の内面208(すなわち、重なった誘電層の内面又はその疎水性コーティング)において電子ウェッティング力を生成することができる。電子活性化基板206に入射する光パターン222を変更する(又は光源220に相対してマイクロ流体デバイス200を移動させる)ことにより、支持構造体104の内面208に接触する液滴(例えば、水性培地、水溶液又は水性溶媒を含む)は、領域/チャンバ202内に存在する不混和流体(例えば、油媒体)を通って移動することができる。
[00118]
他の実施形態では、マイクロ流体デバイス200は、EWOD構成を有することができ、電極活性化基板206は、活性化のために光に依存しない、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。したがって、電極活性化基板206は、パターンになったそのような電子ウェッティング(EW)電極を含むことができる。パターンは、例えば、図2Bに示される等の行列に配置された略正方形のEW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略六角形のEW電極のアレイであり得る。パターンに関係なく、EW電極は、電気スイッチ(例えば、半導体基板のトランジスタスイッチ)により選択的に活性化(又は非活性化)することができる。電極活性化基板206でのEW電極を選択的に活性化及び非活性化することにより、重なった誘電層の内面208又はその疎水性コーティングに接触する液滴(図示せず)は、領域/チャンバ202内で移動することができる。図1の原動モジュール162は、そのようなスイッチを制御することができ、したがって、個々のEW電極を活性化及び非活性化して、領域/チャンバ202の周囲で特定の液滴を選択し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有するEWOD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8,685,344号(Sundarsanら)に記載されており、この内容全体は参照により本明細書に援用される。
他の実施形態では、マイクロ流体デバイス200は、EWOD構成を有することができ、電極活性化基板206は、活性化のために光に依存しない、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。したがって、電極活性化基板206は、パターンになったそのような電子ウェッティング(EW)電極を含むことができる。パターンは、例えば、図2Bに示される等の行列に配置された略正方形のEW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略六角形のEW電極のアレイであり得る。パターンに関係なく、EW電極は、電気スイッチ(例えば、半導体基板のトランジスタスイッチ)により選択的に活性化(又は非活性化)することができる。電極活性化基板206でのEW電極を選択的に活性化及び非活性化することにより、重なった誘電層の内面208又はその疎水性コーティングに接触する液滴(図示せず)は、領域/チャンバ202内で移動することができる。図1の原動モジュール162は、そのようなスイッチを制御することができ、したがって、個々のEW電極を活性化及び非活性化して、領域/チャンバ202の周囲で特定の液滴を選択し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有するEWOD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8,685,344号(Sundarsanら)に記載されており、この内容全体は参照により本明細書に援用される。
[00119]
マイクロ流体デバイス200の構成に関係なく、電源212を使用して、マイクロ流体デバイス200の電気回路に給電する電位(例えば、AC電源電位)を提供することができる。電源212は、図1で参照される電源192と同じ又は電源192の構成要素であり得る。電源212は、上部電極210及び下部電極204にAC電圧及び/又は電流を提供するように構成され得る。AC電圧の場合、電源212は、上述したように、領域/チャンバ202内の個々の微小物体(図示せず)を捕捉して移動させ、及び/又はこれらも上述したように、領域/チャンバ202内の支持構造体104の内面208(すなわち、誘電層及び/又は誘電層上の疎水性コーティング)のウェッティング特性を変更するのに十分に強い正味DEP力(又は電子ウェッティング力)を生成するのに十分な周波数範囲及び平均又はピーク電力(例えば、電圧又は電流)を提供することができる。そのような周波数範囲及び平均又はピーク電力範囲は、当技術分野で既知である。例えば、米国特許第6,958,132号(Chiouら)、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)、並びに米国特許出願公開第2014/0124370号(Shortら)、同第2015/0306598号(Khandrosら)、及び同第2015/0306599号(Khandrosら)を参照されたい。
マイクロ流体デバイス200の構成に関係なく、電源212を使用して、マイクロ流体デバイス200の電気回路に給電する電位(例えば、AC電源電位)を提供することができる。電源212は、図1で参照される電源192と同じ又は電源192の構成要素であり得る。電源212は、上部電極210及び下部電極204にAC電圧及び/又は電流を提供するように構成され得る。AC電圧の場合、電源212は、上述したように、領域/チャンバ202内の個々の微小物体(図示せず)を捕捉して移動させ、及び/又はこれらも上述したように、領域/チャンバ202内の支持構造体104の内面208(すなわち、誘電層及び/又は誘電層上の疎水性コーティング)のウェッティング特性を変更するのに十分に強い正味DEP力(又は電子ウェッティング力)を生成するのに十分な周波数範囲及び平均又はピーク電力(例えば、電圧又は電流)を提供することができる。そのような周波数範囲及び平均又はピーク電力範囲は、当技術分野で既知である。例えば、米国特許第6,958,132号(Chiouら)、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)、並びに米国特許出願公開第2014/0124370号(Shortら)、同第2015/0306598号(Khandrosら)、及び同第2015/0306599号(Khandrosら)を参照されたい。
[00120] 隔離ペン。
限定されるものではないが、一般的な隔離ペン244、246及び248の例は、図2C~2Dに表されるマイクロ流体デバイス240内に示される。各隔離ペン244、246及び248は、分離領域258と、分離領域258をチャネル122に流体接続する接続領域254とを画定する分離構造体250を含み得る。接続領域254は、チャネル122への基端開口252と、分離領域258への先端開口256とを含み得る。接続領域254は、チャネル122から隔離ペン244、246、248に流入する流体培地フロー(図示せず)の最大浸透深さが分離領域258内に延在しないように構成され得る。そのため、接続領域254があるため、隔離ペン244、246、248の分離領域258に配置された微小物体(図示せず)又は他の物質(図示せず)は、チャネル122の培地180のフローからこうして分離されて、その影響を実質的に受けないようにし得る。
限定されるものではないが、一般的な隔離ペン244、246及び248の例は、図2C~2Dに表されるマイクロ流体デバイス240内に示される。各隔離ペン244、246及び248は、分離領域258と、分離領域258をチャネル122に流体接続する接続領域254とを画定する分離構造体250を含み得る。接続領域254は、チャネル122への基端開口252と、分離領域258への先端開口256とを含み得る。接続領域254は、チャネル122から隔離ペン244、246、248に流入する流体培地フロー(図示せず)の最大浸透深さが分離領域258内に延在しないように構成され得る。そのため、接続領域254があるため、隔離ペン244、246、248の分離領域258に配置された微小物体(図示せず)又は他の物質(図示せず)は、チャネル122の培地180のフローからこうして分離されて、その影響を実質的に受けないようにし得る。
[00121] そのため、チャネル122は、掃引領域の例であり得、隔離ペン244、246、248の分離領域258は、非掃引領域の例であり得る。記載のように、チャネル122及び隔離ペン244、246、248は、1つ以上の流体培地180を含有するように構成され得る。図2C~2Dに示される例では、ポート242をチャネル122に接続して、流体培地180をマイクロ流体デバイス240に導入するか又はそれから取り出すことができるようにし得る。流体培地180の導入前にマイクロ流体デバイスを二酸化炭素ガス等のガスでプライムし得る。マイクロ流体デバイス240が流体培地180を含有した後、チャネル122の流体培地180のフロー260の発生及び停止を選択的に行うことが可能である。例えば、示されるように、ポート242は、チャネル122の異なる位置(例えば、対向端)に配置され得、且つ培地のフロー260は、流入口として機能する1つのポート242から流出口として機能する他のポート242の方向に形成され得る。
[0122] 図2Eは、本開示による隔離ペン244の例の詳細図を例示する。微小物体270の例も示される。
[00123] 分かるように、隔離ペン244の基端開口252を通過したマイクロ流体チャネル122の流体培地180のフロー260は、隔離ペン244への及び/又はそこからの培地180の二次フロー262を引き起こし得る。微小物体270を二次フロー262から隔離ペン244の分離領域258に分離するために、隔離ペン244の接続領域254の長さLcon(即ち基端開口252から先端開口256まで)は、接続領域254への二次フロー262の浸透深さDpよりも長くすべきである。二次フロー262の浸透深さDpは、チャネル122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254の基端開口252の構成に関する種々の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252の構成は固定されるであろうが、チャネル122の流体培地180のフロー260のレートは、可変であろう。したがって、各隔離ペン244では、チャネル122の流体培地180のフロー260の最大速度Vmaxは、二次フロー262の浸透深さDpが接続領域254の長さLconを超えないことを保証するように同定され得る。チャネル122の流体培地180のフロー260のレートが最高速度Vmaxを超えない限り、得られる二次フロー262は、チャネル122及び接続領域254に限定して分離領域258に入らないようにすることが可能である。そのため、チャネル122の培地180のフロー260は、分離領域258から微小物体270を引き出さないであろう。より正確には、分離領域258に位置する微小物体270は、チャネル122の流体培地180のフロー260にかかわらず分離領域258に留まるであろう。
[00124] 更に、チャネル122の培地180のフロー260のレートがVmaxを超えない限り、チャネル122の流体培地180のフロー260は、多様な粒子(例えば、ナノ粒子及び/又はマイクロ粒子)をチャネル122から隔離ペン244の分離領域258に移動させないであろう。接続領域254の長さLconを二次フロー262の最大浸透深さDpよりも長くすれば、チャネル122又は他の隔離ペン(例えば、図2Dの隔離ペン246、248)からの多様な粒子による隔離ペン244の汚染を防止することができる。
[00125] チャネル122及び隔離ペン244、246、248の接続領域254は、チャネル122の培地180のフロー260の影響を受け得るため、チャネル122及び接続領域254は、マイクロ流体デバイス240の掃引(又はフロー)領域とみなし得る。一方、隔離ペン244、246、248の分離領域258は、非掃引(又は非フロー)領域とみなし得る。例えば、チャネル122の第1の流体培地180の成分(図示せず)は、チャネル122から接続領域254を介して分離領域258の第2の流体培地280に第1の培地180の成分が実質的に拡散するのみで、分離領域258の第2の流体培地280と混合し得る。同様に、分離領域258の第2の培地280の成分(図示せず)は、分離領域258から接続領域254を介してチャネル122の第1の培地180に第2の培地280の成分が実質的に拡散するのみで、チャネル122の第1の培地180と混合し得る。第1の培地180は、第2の培地280と同一の培地又は異なる培地であり得る。更に、第1の培地180及び第2の培地280は、同一のものから開始して後に異なるものになり得る(例えば、分離領域258の1つ以上の細胞による第2の培地280の調整を介して、又はチャネル122を貫流する培地180を変化させることにより)。
[00126] チャネル122の流体培地180のフロー260によって引き起こされる二次フロー262の最大浸透深さDpは、上述した幾つかのパラメータに依存し得る。かかる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254に方向付けたり、培地を接続領域254から遠ざけたり、又はチャネル122への接続領域254の基端開口252に実質的に垂直な方向に培地を方向付けたりすることが可能である)、基端開口252におけるチャネル122の幅Wch(又は断面積)及び基端開口252における接続領域254の幅Wcon(又は断面積)、チャネル122の流体培地180のフロー260の速度V、第1の培地180及び/又は第2の培地280の粘度等が挙げられる。
[00127] 幾つかの実施形態では、チャネル122及び隔離ペン244、246、248の寸法は、チャネル122の流体培地180のフロー260のベクトルに対して以下のように、即ちチャネル幅Wch(又はチャネル122の断面積)が培地180のフロー260に実質的に垂直になり得るように、開口252における接続領域254の幅Wcon(又は断面積)がチャネル122の培地180のフロー260に実質的に平行になり得るように、及び/又は接続領域の長さのLconがチャネル122の培地180のフロー260に実質的に垂直になり得るように配向され得る。上記は、単なる例にすぎず、チャネル122及び隔離ペン244、246、248の相対位置は、互いに他の配向をとり得る。
[00128] 図2Eに例示されるように、接続領域254の幅Wconは、基端開口252から先端開口256まで均一であり得る。そのため、先端開口256における接続領域254の幅Wconは、基端開口252における接続領域254の幅Wconに対して本明細書に明記されたいずれかの範囲内にあり得る。代替的に、先端開口256における接続領域254の幅Wconは、基端開口252における接続領域254の幅Wconよりも大きくし得る。
[00129] 図2Eに例示されるように、先端開口256における分離領域258の幅は、基端開口252における接続領域254の幅Wconと実質的に同一であり得る。そのため、先端開口256における分離領域258の幅は、基端開口252における接続領域254の幅Wconに対して本明細書に明記されたいずれかの範囲内にあり得る。代替的に、先端開口256における分離領域258の幅は、基端開口252における接続領域254の幅Wconよりも大きく又は小さくし得る。更に、先端開口256は、基端開口252よりも小さくし得、接続領域254の幅Wconは、基端開口252と先端開口256との間で狭窄化し得る。例えば、接続領域254は、多様なジオメトリー(例えば、接続領域の面取り、接続領域の傾斜)を用いて基端開口と先端開口との間で狭窄化し得る。更に、接続領域254の任意の部分又はサブ部分を狭窄化し得る(例えば、基端開口252に隣接する接続領域部分)。
[00130] 隔離ペン(例えば、124、126、128、130、244、246又は248)の種々の実施形態では、分離領域(例えば、258)は、複数の微小物体を含有するように構成される。他の実施形態では、分離領域は、1、2、3、4、5個のみ又は類似の比較的小さい数の微小物体を含有する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3×103、6×103、9×103、1×104、2×104、4×104、8×104、1×105、2×105、4×105、8×105、1×106、2×106、4×106、6×106立方ミクロン又はそれを超え得る。
[00131] 隔離ペンの種々の実施形態では、基端開口(例えば、252)におけるチャネル122の幅Wchは、次のいずれかの範囲内、即ち50~1000ミクロン、50~500ミクロン、50~400ミクロン、50~300ミクロン、50~250ミクロン、50~200ミクロン、50~150ミクロン、50~100ミクロン、70~500ミクロン、70~400ミクロン、70~300ミクロン、70~250ミクロン、70~200ミクロン、70~150ミクロン、90~400ミクロン、90~300ミクロン、90~250ミクロン、90~200ミクロン、90~150ミクロン、100~300ミクロン、100~250ミクロン、100~200ミクロン、100~150ミクロン及び100~120ミクロンの範囲内にあり得る。上記は、単なる例にすぎず、チャネル122の幅Wchは他の範囲内にあり得る(例えば、以上に列挙した端点のいずれかによって画定される範囲内)。更に、チャネル122のWchは、隔離ペンの基端開口以外におけるチャネルの領域がこれらのいずれかの範囲内になるように選択され得る。
[00132] 幾つかの実施形態では、隔離ペンは、約30から約200ミクロン又は約50から約150ミクロンの断面高さを有する。幾つかの実施形態では、隔離ペンは、約100,000から約2,500,000平方ミクロン又は約200,000から約2,000,000平方ミクロンの断面積を有する。幾つかの実施形態では、接続領域は、対応する隔離ペンの断面高さにマッチする断面高さを有する。幾つかの実施形態では、接続領域は、約50から約500ミクロン又は約100から約300ミクロンの断面幅を有する。
[00133] 隔離ペンの種々の実施形態では、基端開口252におけるチャネル122の高さHchは、次のいずれかの範囲内、即ち20~100ミクロン、20~90ミクロン、20~80ミクロン、20~70ミクロン、20~60ミクロン、20~50ミクロン、30~100ミクロン、30~90ミクロン、30~80ミクロン、30~70ミクロン、30~60ミクロン、30~50ミクロン、40~100ミクロン、40~90ミクロン、40~80ミクロン、40~70ミクロン、40~60ミクロン又は40~50ミクロンの範囲内にあり得る。上記は、単なる例にすぎず、チャネル122の高さHchは、他の範囲内にあり得る(例えば、以上に列挙した端点のいずれかによって画定される範囲内)。チャネル122の高さHchは、隔離ペンの基端開口以外におけるチャネルの領域のこれらのいずれかの範囲内になるよう選択され得る。
[00134] 隔離ペンの種々の実施形態では、基端開口252におけるチャネル122の断面積は、次のいずれかの範囲内、即ち500~50,000平方ミクロン、500~40,000平方ミクロン、500~30,000平方ミクロン、500~25,000平方ミクロン、500~20,000平方ミクロン、500~15,000平方ミクロン、500~10,000平方ミクロン、500~7,500平方ミクロン、500~5,000平方ミクロン、1,000~25,000平方ミクロン、1,000~20,000平方ミクロン、1,000~15,000平方ミクロン、1,000~10,000平方ミクロン、1,000~7,500平方ミクロン、1,000~5,000平方ミクロン、2,000~20,000平方ミクロン、2,000~15,000平方ミクロン、2,000~10,000平方ミクロン、2,000~7,500平方ミクロン、2,000~6,000平方ミクロン、3,000~20,000平方ミクロン、3,000~15,000平方ミクロン、3,000~10,000平方ミクロン、3,000~7,500平方ミクロン又は3,000~6,000平方ミクロンの範囲内にあり得る。上記は、単なる例にすぎず、基端開口252におけるチャネル122の断面積は、他の範囲内にあり得る(例えば、以上に列挙した端点のいずれかによって画定される範囲内)。
[00135] 隔離ペンの種々の実施形態では、接続領域254の長さLconは、次のいずれかの範囲内、即ち1~200ミクロン、5~150ミクロン、10~100ミクロン、15~80ミクロン、20~60ミクロン、20~500ミクロン、40~400ミクロン、60~300ミクロン、80~200ミクロン及び100~150ミクロンの範囲内にあり得る。上記は、単なる例にすぎず、接続領域254の長さLconは、上記の例と異なる範囲内にあり得る(例えば、以上に列挙した端点のいずれかによって画定される範囲内)。
[00136] 隔離ペンの種々の実施形態では、基端開口252における接続領域254の幅Wconは、次のいずれかの範囲内、即ち20~500ミクロン、20~400ミクロン、20~300ミクロン、20~200ミクロン、20~150ミクロン、20~100ミクロン、20~80ミクロン、20~60ミクロン、30~400ミクロン、30~300ミクロン、30~200ミクロン、30~150ミクロン、30~100ミクロン、30~80ミクロン、30~60ミクロン、40~300ミクロン、40~200ミクロン、40~150ミクロン、40~100ミクロン、40~80ミクロン、40~60ミクロン、50~250ミクロン、50~200ミクロン、50~150ミクロン、50~100ミクロン、50~80ミクロン、60~200ミクロン、60~150ミクロン、60~100ミクロン、60~80ミクロン、70~150ミクロン、70~100ミクロン及び80~100ミクロンの範囲内にあり得る。上記は、単なる例にすぎず、基端開口252における接続領域254の幅Wconは、上記の例と異なり得る(例えば、以上に列挙した端点のいずれかによって画定される範囲内)。
[00137] 隔離ペンの種々の実施形態では、基端開口252における接続領域254の幅Wconは、次のいずれかの範囲内、即ち2~35ミクロン、2~25ミクロン、2~20ミクロン、2~15ミクロン、2~10ミクロン、2~7ミクロン、2~5ミクロン、2~3ミクロン、3~25ミクロン、3~20ミクロン、3~15ミクロン、3~10ミクロン、3~7ミクロン、3~5ミクロン、3~4ミクロン、4~20ミクロン、4~15ミクロン、4~10ミクロン、4~7ミクロン、4~5ミクロン、5~15ミクロン、5~10ミクロン、5~7ミクロン、6~15ミクロン、6~10ミクロン、6~7ミクロン、7~15ミクロン、7~10ミクロン、8~15ミクロン及び8~10ミクロンの範囲内にあり得る。上記は、単なる例にすぎず、基端開口252における接続領域254の幅Wconは、上記の例と異なり得る(例えば、以上に列挙した端点のいずれかによって画定される範囲内)。
[00138] 隔離ペンの種々の実施形態では、接続領域254の長さLconと基端開口252における接続領域254の幅Wconとの比は、次の比のいずれか以上、即ち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又はそれを超え得る。上記は、単なる例にすぎず、接続領域254の長さのLconと基端開口252における接続領域254の幅Wconとの比は、上記の例と異なり得る。
[00139] マイクロ流体デバイス100、200、240、290、500、700、715の種々の実施形態では、Vmaxは、約0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4又は1.5μL/secに設定され得る。
[00140] 隔離ペンを有するマイクロ流体デバイスの種々の実施形態では、隔離ペンの分離領域258の容積は、例えば、少なくとも3×103、6×103、9×103、1×104、2×104、4×104、8×104、1×105、2×105、4×105、8×105、1×106、2×106、4×106、6×106立方ミクロン又はそれを超え得る。隔離ペンを有するマイクロ流体デバイスの種々の実施形態では、隔離ペンの容積は、約5×103、7×103、1×104、3×104、5×104、8×104、1×105、2×105、4×105、6×105、8×105、1×106、2×106、4×106、8×106、1×107、3×107、5×107若しくは約8×107立方ミクロン又はそれを超え得る。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、1×102以下の生体細胞を維持し得る隔離ペンを有し、且つ隔離ペンの容積は、2×106立方ミクロン以下であり得る。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、1×102以下の生体細胞を保持し得る隔離ペンを有し、且つ隔離ペンは、4×105立方ミクロン以下であり得る。更に他の実施形態では、マイクロ流体デバイスは、50以下の生体細胞を保持し得る隔離ペンを有し、且つ隔離ペンは、4×105立方ミクロン以下であり得る。
[00141] 各種実施形態では、マイクロ流体デバイスは、本明細書で考察される実施形態のいずれかで構成される隔離ペンを有する。この場合、マイクロ流体デバイスは、約100から約500の隔離ペン、約200から約1000の隔離ペン、約500から約1500の隔離ペン、約1000から約2000の隔離ペン又は約1000から約3500の隔離ペンを有する。
[00142] 幾つかの他の実施形態では、マイクロ流体デバイスは、本明細書で考察される実施形態のいずれかで構成される隔離ペンを有する。この場合、マイクロ流体デバイスは、約1500から約3000の隔離ペン、約2000から約3500の隔離ペン、約2500から約4000の隔離ペン、約3000から約4500の隔離ペン、約3500から約5000の隔離ペン、約4000から約5500の隔離ペン、約4500から約6000の隔離ペン、約5000から約6500の隔離ペン、約5500から約7000の隔離ペン、約6000から約7500の隔離ペン、約6500から約8000の隔離ペン、約7000から約8500の隔離ペン、約7500から約9000の隔離ペン、約8000から約9500の隔離ペン、約8500から約10,000の隔離ペン、約9000から約10,500の隔離ペン、約9500から約11,000の隔離ペン、約10,000から約11,500の隔離ペン、約10,500から約12,000の隔離ペン、約11,000から約12,500の隔離ペン、約11,500から約13,000の隔離ペン、約12,000から約13,500の隔離ペン、約12,500から約14,000の隔離ペン、約13,000から約14,500の隔離ペン、約13,500から約15,000の隔離ペン、約14,000から約15,500の隔離ペン、約14,500から約16,000の隔離ペン、約15,000から約16,500の隔離ペン、約15,500から約17,000の隔離ペン、約16,000から約17,500の隔離ペン、約16,500から約18,000の隔離ペン、約17,000から約18,500の隔離ペン、約17,500から約19,000の隔離ペン、約18,000から約19,500の隔離ペン、約18,500から約20,000の隔離ペン、約19,000から約20,500の隔離ペン、約19,500から約21,000の隔離ペン又は約20,000から約21,500の隔離ペンを有する。
[00143] 図2Fは、一実施形態によるマイクロ流体デバイス290を例示する。図2Fに例示されるマイクロ流体デバイス290は、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290及びその構成要素の回路要素(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る寸法を有するであろう。図2Fに例示されるマイクロ流体回路120は、2つのポート107と、4つの個別のチャネル122と、4つの個別の流路106とを有する。マイクロ流体デバイス290は、各チャネル122に通じる複数の隔離ペンを更に含む。図2Fに例示されるマイクロ流体デバイスでは、隔離ペンは、図2Eに例示されるペンに類似したジオメトリーを有するため、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及び二次フロー262の最大浸透深さDp以内の接続領域254の部分)と、非掃引領域(例えば、分離領域258及び二次フロー262の最大浸透深さDp以内にない接続領域254の部分)との両方を含む。
[00144] 図3及び4は、本開示によるマイクロ流体デバイス(例えば、100、200、240、290、500、700、715)の操作及び観測に使用することができるシステム150の各種実施形態を示す。図3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の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る構造体(「ネスト」)300を含み得る。ネスト300は、マイクロ流体デバイス360(例えば、光学作動動電デバイス100)とのインターフェースと、電源192からマイクロ流体デバイス360への電気接続の提供とが可能なソケット302を含み得る。ネスト300は、組み込まれた電気シグナル発生サブシステム304を更に含み得る。電気シグナル発生サブシステム304は、ソケット302にバイアス電圧を供給して、ソケット302によって保持されているときにマイクロ流体デバイス360の電極対の両端にバイアス電圧を印加するように構成され得る。そのため、電気シグナル発生サブシステム304は、電源192の一部であり得る。マイクロ流体デバイス360にバイアス電圧を印加する能力は、マイクロ流体デバイス360がソケット302によって保持されている全ての時間にバイアス電圧が印加されることを意味するものではない。より正確には、ほとんどの場合、バイアス電圧は、間欠的に、例えばマイクロ流体デバイス360で誘電泳動又はエレクトロウェッティング等の動電力の発生を促進する必要があるときのみ、印加されるであろう。
[00145] 図3に示されるように、ネスト300は、プリント回路基板アセンブリ(PCBA)320を含み得る。電気シグナル発生サブシステム304は、PCBA320への実装及び電気的組込みが可能である。例示的な支持体は、同様にPCBA320に実装されたソケット302を含む。
[00146] 典型的には、電気シグナル発生サブシステム304は、波形発生器(図示せず)を含むであろう。電気シグナル発生サブシステム304は、オシロスコープ(図示せず)及び/又は波形発生器から受け取った波形を増幅するように構成された波形増幅回路(図示せず)を更に含み得る。オシロスコープは、存在する場合、ソケット302によって保持されるマイクロ流体デバイス360に供給された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360に近接する位置(及び波形発生器の先端)で波形を測定することにより、デバイスに印加される波形の実際の測定でより高い確度を保証する。オシロスコープ測定から得られるデータは、例えば、波形発生器へのフィードバックとして提供され得、且つ波形発生器は、かかるフィードバックに基づいてその出力を調整するように構成され得る。波形発生器とオシロスコープとの好適な組合せの例は、Red Pitaya(商標)である。
[00147] 特定の実施形態では、ネスト300は、電気シグナル発生サブシステム304の感知及び/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。好適な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は、機能を発揮したり分析を実施したりするために使用され得るか、又は機能を発揮したり分析を実施したりするために外部マスターコントローラ154(図1に示される)と通信し得る。図3に例示される実施形態では、コントローラ308は、インターフェース310(例えば、プラグ又はコネクター)を介してマスターコントローラ154と通信する。
[00148] 幾つかの実施形態では、ネスト300は、Red Pitaya(商標)波形発生器/オシロスコープユニット(「Red Pitayaユニット」)を含む電気シグナル発生サブシステム304と、Red Pitayaユニットによって発生された波形を増幅して増幅電圧をマイクロ流体デバイス100に送る波形増幅回路とを含み得る。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360における測定電圧が所望の値になるように、マイクロ流体デバイス360で増幅電圧を測定してから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、PCBA320に実装されたDC-DCコンバーターの対によって発生された+6.5Vから-6.5Vの電源を有することにより、マイクロ流体デバイス100において13Vppまでのシグナルをもたらし得る。
[00149] 図3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を更に含み得る。熱制御サブシステム306は、支持構造体300によって保持されるマイクロ流体デバイス360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、ペルティエ熱電デバイス(図示せず)と冷却ユニット(図示せず)とを含み得る。ペルティエ熱電デバイスは、マイクロ流体デバイス360の少なくとも1つの表面とインターフェースするように構成された第1の表面を有し得る。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。ペルティエ熱電デバイスの第2表面(例えば、第1の表面に対向する表面)は、かかる冷却ブロックの表面とインターフェースするように構成され得る。冷却ブロックは、冷却ブロックを介して冷却流体を循環させるように構成された流体路330に接続され得る。図3に例示される実施形態では、支持構造体300は、外部リザーバー(図示せず)からの冷却流体の受容、冷却ブロックへの冷却流体の導入及び流体路330への貫流、次いで外部リザーバーへの冷却流体の帰還を行うように、流入口332と流出口334とを含む。幾つかの実施形態では、ペルティエ熱電デバイス、冷却ユニット及び/又は流体路330は、支持構造体300のケーシング340に実装され得る。幾つかの実施形態では、熱制御サブシステム306は、マイクロ流体デバイス360の目標温度を達成するようにペルティエ熱電デバイスの温度を調整するように構成される。ペルティエ熱電デバイスの温度調整は、例えば、Pololu(商標)熱電源(Pololu Robotics and Electronics Corp.)等の熱電源によって達成され得る。熱制御サブシステム306は、アナログ回路によって提供される温度値等のフィードバック回路を含み得る。代替的に、フィードバック回路は、ディジタル回路によって提供され得る。
[00150] 幾つかの実施形態では、ネスト300は、レジスタ(例えば、抵抗1kΩ±0.1%、温度係数±0.02ppm/C0を有する)とNTCサーミスタ(例えば、公称抵抗値1kΩ±0.01%を有する)とを含むアナログ分圧回路であるフィードバック回路を備えた熱制御サブシステム306を含み得る。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電圧を測定し、次いで、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)モータドライブ(図示せず)の方向シグナルピン及びパルス幅変調シグナルピンの両方を駆動して熱電源を作動させることにより、ペルティエ熱電デバイスを制御することができる。
[00151] ネスト300は、インターフェース310を介してコントローラ308のマイクロプロセッサと外部マスターコントローラ154との通信を可能にするシリアルポート350を含み得る。加えて、コントローラ308のマイクロプロセッサは、電気シグナル発生サブシステム304及び熱制御サブシステム306との通信が可能である(例えば、Plinkツール(図示せず)を介して)。そのため、コントローラ308と、インターフェース310と、シリアルポート350とを組み合わせることにより、電気シグナル発生サブシステム308及び熱制御サブシステム306は、外部マスターコントローラ154との通信が可能である。このようにして、マスターコントローラ154は、特に、出力電圧調整のためにスケーリング計算を実施することにより、電気シグナル発生サブシステム308を支援し得る。外部マスターコントローラ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ーインターフェース(GUI)は、熱制御サブシステム306及び電気シグナル発生サブシステム308からそれぞれ得られる温度及び波形のデータをプロットするように構成され得る。代替的又は追加的に、GUIは、コントローラ308、熱制御サブシステム306及び電気シグナル発生サブシステム304へのアップデートを可能にし得る。
[00152] 以上で考察したように、システム150は、撮像デバイス194を含み得る。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404を含む。光変調サブシステム404は、ディ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)を含み得、いずれも光源402から光を受け取り、受け取った光の一部を顕微鏡400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404は、それ自体が光を生成する(したがって光源402を必要としないで済む)デバイス、例えば有機発光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)又は透過液晶ディスプレイ(LCD)を含み得る。光変調サブシステム404は、例えば、プロジェクタであり得る。そのため、光変調サブシステム404は、構造化光及び非構造化光の両方を発光することができる。好適な光変調サブシステム404の一例は、Andor Technologies(商標)製の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404を制御することができる。
[00153] 特定の実施形態では、撮像デバイス194は、顕微鏡400を更に含む。かかる実施形態では、ネスト300及び光変調サブシステム404は、顕微鏡400に実装されるように個別に構成され得る。顕微鏡400は、例えば、標準的な研究グレードの光学顕微鏡又は蛍光顕微鏡であり得る。そのため、ネスト300は、顕微鏡400のステージ410に実装されるように構成され得、及び/又は光変調サブシステム404は、顕微鏡400のポートに実装されるように構成され得る。他の実施形態では、本明細書に記載のネスト300及び光変調サブシステム404は、顕微鏡400の一体化コンポーネントであり得る。
[00154] 特定の実施形態では、顕微鏡400は1つ以上の検出器422を更に含み得る。幾つかの実施形態では、検出器422は撮像モジュール164によって制御される。検出器422は、接眼レンズ、電荷結合デバイス(CCD)、カメラ(例えば、ディジタルカメラ)又はそれらの任意の組合せを含み得る。少なくとも2つの検出器422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、他の検出器は、高感度カメラであり得る。更に、顕微鏡400は、マイクロ流体デバイス360からの反射光及び/又は発光光を受け取り、反射光及び/又は発光光の少なくとも一部を1つ以上の検出器422に集束させるように構成された光学縦列を含み得る。顕微鏡の光学縦列は、各検出器の最終倍率が異なり得るように、異なる検出器に対して異なるチューブレンズ(図示せず)も含み得る。
[00155] 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402は、構造化光(例えば、光変調サブシステム404を介する)を出力するために使用され得、第2の光源432は、非構造化光を提供するために使用され得る。第1の光源402は、光学作動動電性及び/又は蛍光励起のために構造化光を生成し得、第2の光源432は、明視野照明を提供するために使用され得る。これらの実施形態では、原動モジュール162は、第1の光源404を制御するために使用され得、撮像モジュール164は、第2の光源432を制御するために使用され得る。顕微鏡400の光学縦列は、(1)デバイスが支持構造体200によって保持されたとき、光変調サブシステム404から構造化光を受け取って、マイクロ流体デバイスの少なくとも第1の領域、例えば光学作動動電デバイスに構造化光を集束させるように、且つ(2)マイクロ流体デバイスから反射光及び/又は発光光を受け取って、かかる反射光及び/又は発光光の少なくとも一部を検出器422に集束させるように構成され得る。光学縦列は、デバイスが支持構造体300によって保持されたとき、第2の光源から非構造化光を受け取って、マイクロ流体デバイスの少なくとも第2の領域に非構造化光を集束させ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の領域はオーバーラップ領域であり得る。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。
[00156] 図3Bでは、第1の光源402は、顕微鏡400の光学縦列に構造化光を提供する光変調サブシステム404に光を供給するように示される。第2の光源432は、ビームスプリッター436を介して光学縦列に非構造化光を提供するように示される。光変調サブシステム404からの構造化光及び第2の光源432からの非構造化光は、ビームスプリッター436から光学縦列を介して進行して一緒に第2のビームスプリッター436(又は光変調サブシステム404によって提供される光に依存してダイクロイックフィルタ406)に達し、そこで、光は、下方に反射されて、対物レンズ408を介してサンプル平面412に至る。次いで、サンプル平面412からの反射光及び/又は発光光は、対物レンズ408を介して上向きに進行して戻り、ビームスプリッター及び/又はダイクロイックフィルタ406を介してダイクロイックフィルタ424に至る。ダイクロイックフィルタ424に達する光の一部のみが通過して検出器422に達する。
[00157] 幾つかの実施形態では、第2の光源432は、青色光を発する。適切なダイクロイックフィルタ424を用いると、サンプル平面412から反射された青色光は、ダイクロイックフィルタ424を通して通過して検出器422に達し得る。これとは対照的に、光変調サブシステム404から到来する構造化光は、サンプル平面412から反射されるが、ダイクロイックフィルタ424を通して通過しない。この例では、ダイクロイックフィルタ424は、495nmよりも長い波長を有する可視光を除去している。光変調サブシステム404からの光のかかる除去は、光変調サブシステムから発せられた光が495nmよりも短い波長を何ら含んでいない場合のみ、(示されるように)完全であるにすぎない。実際には、光変調サブシステム404から到来する光が495nm(例えば、青色波長)よりも短い波長を含んでいれば、光変調サブシステムからの光の一部は、フィルタ424を通して通過して検出器422に達するであろう。かかる実施形態では、フィルタ424は、第1の光源402及び第2の光源432から検出器422に達する光の量のバランスを変化させるように作用する。これは、第1の光源402が第2の光源432よりも有意に強い場合に有益であり得る。他の実施形態では、第2の光源432は、赤色光を発することが可能であり、且つダイクロイックフィルタ424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)を除去し得る。
[00158] ブロッキング溶液及びブロッキング剤。
理論により限定することを意図するものではないが、マイクロ流体デバイスの1つ以上の内面が調整されているか、又はマイクロ流体デバイスとその中で成長させるT細胞との間の主要なインターフェースを提供する有機分子及び/又は親水性分子の層を呈するようにコーティングされている場合、マイクロ流体デバイス内でのT細胞の培養及び増殖が促進される(即ち、T細胞は、生存能及び増殖の増加を呈する)。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの内面(例えば、DEP構成マイクロ流体デバイスの電極活性化基板の内面、マイクロ流体デバイスのカバーの内面及び/又は回路材料の表面)の1つ以上は、有機分子及び/又は親水性分子の所望の層を生成するようにコーティング溶液及び/又はコーティング剤で処理される。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイス内で培養及び任意選択的に増殖が行われるT細胞は、1種以上のコーティング剤を含むコーティング溶液中に搬入される。
理論により限定することを意図するものではないが、マイクロ流体デバイスの1つ以上の内面が調整されているか、又はマイクロ流体デバイスとその中で成長させるT細胞との間の主要なインターフェースを提供する有機分子及び/又は親水性分子の層を呈するようにコーティングされている場合、マイクロ流体デバイス内でのT細胞の培養及び増殖が促進される(即ち、T細胞は、生存能及び増殖の増加を呈する)。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの内面(例えば、DEP構成マイクロ流体デバイスの電極活性化基板の内面、マイクロ流体デバイスのカバーの内面及び/又は回路材料の表面)の1つ以上は、有機分子及び/又は親水性分子の所望の層を生成するようにコーティング溶液及び/又はコーティング剤で処理される。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイス内で培養及び任意選択的に増殖が行われるT細胞は、1種以上のコーティング剤を含むコーティング溶液中に搬入される。
[00159] 他の実施形態では、マイクロ流体デバイス(例えば、DEP構成マイクロ流体デバイス)の内面は、マイクロ流体デバイス内へのT細胞の導入前に、コーティング剤を含むコーティング溶液で処理又は「プライミング」される。限定されるものではないが、血清又は血清因子、ウシ血清アルブミン(BSA)、ポリマー、界面活性剤、酵素及びそれらの任意の組合せをはじめとする任意の便利なコーティング剤/コーティング溶液を使用し得る。幾つかの特定の実施形態では、マイクロ流体デバイスの内面を処理するためにコーティング剤が使用されるであろう。一例では、コーティング剤としてアルキレンエーテル部分を含むポリマーがコーティング溶液に含まれ得る。多様なアルキレンエーテル含有ポリマーが好適であり得る。限定されるものではないが、アルキレンエーテル含有ポリマーの例示的なクラスの1つは、ポリエチレンオキシド(PEO)サブユニットのブロックとポリプロピレンオキシド(PPO)サブユニットのブロックとを様々な比で及びポリマー鎖内の様々な位置で含む両親媒性非イオン性ブロックコポリマーである。Pluronic(登録商標)ポリマー(BASF)は、このタイプのブロックコポリマーであり、生細胞に接触した状態で使用するのに好適であることが当技術分野で公知である。このポリマーは、平均分子量Mwが約2000Daから約20KDaの範囲内である。幾つかの実施形態では、PEO-PPOブロックコポリマーは、約10超(例えば、12~18)の親水性親油性バランス(HLB)を有し得る。コーティング表面の生成に有用な具体的なPluronic(登録商標)ポリマーとしては、Pluronic(登録商標)L44、L64、P85及びF127(F127NFを含む)が挙げられる。アルキレンエーテル含有ポリマーの他のクラスは、ポリエチレングリコール(PEG Mw<100,000Da)又は代替的にポリエチレンオキシド(PEO、Mw>100,000)である。幾つかの実施形態では、PEGは、約1000Da、5000Da、10,000Da又は20,000DaのMwを有し得る。
[00160] 幾つかの実施形態では、コーティング溶液は、コーティング剤として各種タンパク質及び/又はペプチドを含み得る。具体的な実施形態では、本開示で使用されるコーティング溶液は、アルブミン(例えば、BSA)及び/又はアルブミンを含む血清(若しくは複数の異なる血清の組合せ)及び/又は1種以上の他の類似のタンパク質等のタンパク質をコーティング剤として含む。血清は、限定されるものではないが、ウシ胎仔血清、ヒツジ血清、ヤギ血清、ウマ血清等をはじめとする任意の便利な供給源に由来し得る。特定の実施形態では、ブロッキング溶液中のBSAは、5mg/mL、10mg/mL、20mg/mL、30mg/mL、40mg/mL、50mg/mL、60mg/mL、70mg/mL、80mg/mL、90mg/mL若しくはそれを超えるもの又はそれらの間の任意の位置を含めて、約1mg/mLから約100mg/mLの範囲内で存在する。特定の実施形態では、コーティング溶液中の血清は、25%、30%、35%、40%、45%若しくはそれを超えるもの又はそれらの間の任意の位置を含めて、約20%(v/v)から約50%v/vの範囲内で存在する。幾つかの実施形態では、BSAは、5mg/mLでコーティング溶液中にコーティング剤として存在するのに対し、他の実施形態では、BSAは、70mg/mLでコーティング溶液中にコーティング剤として存在する。特定の実施形態では、血清は、30%でコーティング溶液中にコーティング剤として存在する。
[00161] コーティング材料。
実施形態に依存して、上記のコーティング剤/コーティング溶液のいずれも、マイクロ流体デバイス(例えば、DEP構成及び/又はEW構成のマイクロ流体デバイス)の内面の1つ以上にコーティングするために使用される各種コーティング材料と交換され得るか又はそれらと組み合わせて使用され得る。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの少なくとも1つの表面は、T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するコーティング材料を含む。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの内面の実質的に全ては、コーティング材料を含む。コーティングされた内面は、フロー領域(例えば、チャネル)、チャンバ若しくは隔離ペンの表面又はそれらの組合せを含み得る。幾つかの実施形態では、複数の隔離ペンのそれぞれは、コーティング材料でコーティングされた少なくとも1つの内面を有する。他の実施形態では、複数のフロー領域又はチャネルのそれぞれは、コーティング材料でコーティングされた少なくとも1つの内面を有する。幾つかの実施形態では、複数の隔離ペンのそれぞれ及び複数のチャネルのそれぞれの少なくとも1つの内面は、コーティング材料でコーティングされる。
実施形態に依存して、上記のコーティング剤/コーティング溶液のいずれも、マイクロ流体デバイス(例えば、DEP構成及び/又はEW構成のマイクロ流体デバイス)の内面の1つ以上にコーティングするために使用される各種コーティング材料と交換され得るか又はそれらと組み合わせて使用され得る。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの少なくとも1つの表面は、T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するコーティング材料を含む。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの内面の実質的に全ては、コーティング材料を含む。コーティングされた内面は、フロー領域(例えば、チャネル)、チャンバ若しくは隔離ペンの表面又はそれらの組合せを含み得る。幾つかの実施形態では、複数の隔離ペンのそれぞれは、コーティング材料でコーティングされた少なくとも1つの内面を有する。他の実施形態では、複数のフロー領域又はチャネルのそれぞれは、コーティング材料でコーティングされた少なくとも1つの内面を有する。幾つかの実施形態では、複数の隔離ペンのそれぞれ及び複数のチャネルのそれぞれの少なくとも1つの内面は、コーティング材料でコーティングされる。
[00162] ポリマー系コーティング材料。
少なくとも1つの内面は、ポリマーを含むコーティング材料を含み得る。ポリマーは、少なくとも1つの表面に共有結合又は非共有結合(又は連結)され得る。ポリマーは、ブロックポリマー(及びコポリマー)、スターポリマー(スターコポリマー)及びグラフトポリマー又はコームポリマー(グラフトコポリマー)に見られるような様々な構造モチーフを有し得、それらは、全て本明細書に開示される方法に好適であり得る。
少なくとも1つの内面は、ポリマーを含むコーティング材料を含み得る。ポリマーは、少なくとも1つの表面に共有結合又は非共有結合(又は連結)され得る。ポリマーは、ブロックポリマー(及びコポリマー)、スターポリマー(スターコポリマー)及びグラフトポリマー又はコームポリマー(グラフトコポリマー)に見られるような様々な構造モチーフを有し得、それらは、全て本明細書に開示される方法に好適であり得る。
[00163] ポリマーは、アルキレンエーテル部分を含むポリマーを含み得る。多様なアルキレンエーテル含有ポリマーが本明細書に記載のマイクロ流体デバイスに使用するのに好適であり得る。限定されるものではないが、アルキレンエーテル含有ポリマーの例示的なクラスの1つは、ポリエチレンオキシド(PEO)サブユニットのブロックとポリプロピレンオキシド(PPO)サブユニットのブロックとを様々な比で及びポリマー鎖内の様々な位置で含む両親媒性非イオン性ブロックコポリマーである。Pluronic(登録商標)ポリマー(BASF)は、このタイプのブロックコポリマーであり、生細胞に接触した状態で使用するのに好適であることが当技術分野で公知である。このポリマーは、平均分子量Mwが約2000Daから約20KDaの範囲内である。幾つかの実施形態では、PEO-PPOブロックコポリマーは、約10超(例えば、12~18)の親水性親油性バランス(HLB)を有し得る。コーティング表面の生成に有用な具体的なPluronic(登録商標)ポリマーとしては、Pluronic(登録商標)L44、L64、P85及びF127(F127NFを含む)が挙げられる。アルキレンエーテル含有ポリマーの他のクラスは、ポリエチレングリコール(PEG Mw<100,000Da)又は代替的にポリエチレンオキシド(PEO、Mw>100,000)である。幾つかの実施形態では、PEGは、約1000Da、5000Da、10,000Da又は20,000DaのMwを有し得る。
[00164] 他の実施形態では、コーティング材料は、カルボン酸部分を含有するポリマーを含み得る。カルボン酸サブユニットは、アルキル部分、アルケニル部分又は芳香族部分を含有するサブユニットであり得る。限定されるものではないが、一例は、ポリ乳酸(PLA)である。
[00165] 他の実施形態では、コーティング材料は、スルホン酸部分を含有するポリマーを含み得る。スルホン酸サブユニットは、アルキル部分、アルケニル部分又は芳香族部分を含有するサブユニットであり得る。限定されるものではないが、一例は、ポリスチレンスルホン酸(PSSA)又はポリアネトールスルホン酸である。これらの後者の例示的なポリマーは、高分子電解質であり、T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように表面特性を改変し得る。
[00166] 幾つかの実施形態では、コーティング材料は、ウレタン部分を含有するポリマー、例えば、限定されるものではないが、ポリウレタンを含み得る。
[00167] 他の実施形態では、コーティング材料は、ポリマー骨格の末端又はポリマー骨格からのペンダントのいずれかにリン酸部分を含有するポリマーを含み得る。
[00168] 他の実施形態では、コーティング材料は、糖部分を含有するポリマーを含み得る。限定されるものではないが、例として、多糖、例えば藻由来のもの又は真菌多糖例えばキサンタンガム若しくはデキストランは、マイクロ流体デバイスにおいて細胞固着を低減又は防止し得る材料の形成に好適であり得る。例えば、約3Kdaのサイズを有するデキストランポリマーは、マイクロ流体デバイス内の表面のコーティング材料を提供するために使用し得る。
[00169] 他の実施形態では、コーティング材料は、ヌクレオチド部分を含有するポリマー、即ちリボヌクレオチド部分又はデオキシリボヌクレオチド部分を有し得る核酸を含み得る。核酸は、天然ヌクレオチド部分のみを含有し得るか、又はヌクレオ塩基、リボース若しくはリン酸の部分のアナログ、例えば、限定されるものではないが、7-デアザアデニン、ペントース、メチルホスホネート又はホスホロチオエートの部分を含む非天然ヌクレオチド部分を含有し得る。核酸含有ポリマーは、T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供し得る高分子電解質を含み得る。
[00170] 更に他の実施形態では、コーティング材料は、アミノ酸部分を含有するポリマーを含み得る。アミノ酸部分を含有するポリマーは、天然アミノ酸含有ポリマー又は非天然アミノ酸含有ポリマーを含み得、それらはいずれもペプチド、ポリペプチド又はタンパク質を含み得る。限定されるものではないが、一例では、タンパク質は、ウシ血清アルブミン(BSA)であり得る。幾つかの実施形態では、細胞接着を最適化して細胞成長を促進するために細胞外マトリックス(ECM)タンパク質をコーティング材料中に提供し得る。コーティング材料に含まれ得る細胞マトリックスタンパク質としては、限定されるものではないが、コラーゲン、エラスチン、RGD含有ペプチド(例えば、フィブロネクチン)又はラミニンが挙げられ得る。更に他の実施形態では、成長因子、サイトカイン、ホルモン又は他の細胞シグナリング種をマイクロ流体デバイスのコーティング材料中に提供し得る。
[00171] 更なる実施形態では、コーティング材料は、アミン部分を含むポリマーを含み得る。ポリアミノポリマーは、天然ポリアミンポリマー又は合成ポリアミンポリマーを含み得る。天然ポリアミンの例としては、スペルミン、スペルミジン及びプトレシンが挙げられる。
[00172] 幾つかの実施形態では、コーティング材料は、アルキレンオキシド部分、カルボン酸部分、スルホン酸部分、リン酸部分、糖部分、ヌクレオチド部分又はアミノ酸部分の2つ以上を含有するポリマーを含み得る。他の実施形態では、ポリマーで調整された表面は、アルキレンオキシド部分、カルボン酸部分、スルホン酸部分、リン酸部分、糖部分、ヌクレオチド部分及び/又はアミノ酸部分をそれぞれ有する2種以上のポリマーの混合物を含み得、それらは、独立に又は同時にコーティング材料に組み込み得る。
[00173] 共有結合コーティング材料。
幾つかの実施形態では、少なくとも1つの内面は、マイクロ流体デバイス内におけるT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供する共有結合分子を含む。共有結合分子は、結合基を含み、結合基はマイクロ流体デバイスの1つ以上の表面に共有結合される。結合基は、T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分にも共有結合される。結合基が結合する表面は、マイクロ流体デバイスの基板の表面を含み得、この表面は、マイクロ流体デバイスがDEP構成を含む実施形態では、シリコン及び/又は二酸化ケイ素を含み得る。幾つかの実施形態では、共有結合コーティング材料は、マイクロ流体デバイスの内面の実質的に全てをコーティングする。
幾つかの実施形態では、少なくとも1つの内面は、マイクロ流体デバイス内におけるT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供する共有結合分子を含む。共有結合分子は、結合基を含み、結合基はマイクロ流体デバイスの1つ以上の表面に共有結合される。結合基は、T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分にも共有結合される。結合基が結合する表面は、マイクロ流体デバイスの基板の表面を含み得、この表面は、マイクロ流体デバイスがDEP構成を含む実施形態では、シリコン及び/又は二酸化ケイ素を含み得る。幾つかの実施形態では、共有結合コーティング材料は、マイクロ流体デバイスの内面の実質的に全てをコーティングする。
[00174] 幾つかの実施形態では、T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された共有結合部分は、アルキル部分又はフルオロアルキル(ペルフルオロアルキルを含む)部分、単糖又は多糖(限定されるものではないが、デキストランを含み得る)、アルコール(限定されるものではないが、プロパルギルアルコールを含む)、ポリアルコール、限定されるものではないが、ポリビニルアルコールを含む、アルキレンエーテル、限定されるものではないが、ポリエチレングリコールを含む、高分子電解質(限定されるものではないが、ポリアクリル酸又はポリビニルホスホン酸を含む)、アミノ基(その誘導体、例えば、限定されるものではないが、アルキル化アミン、ヒドロキシアルキル化アミノ基、グアニジニウム及び非芳香族窒素環原子含有ヘテロ環式基、例えば、限定されるものではないが、モルホリニル又はピペラジニルを含む)、カルボン酸、限定されるものではないが、プロピオル酸を含む(カルボキシレートアニオン性表面を供給し得る)、ホスホン酸、限定されるものではないが、エチニルホスホン酸を含む(ホスホネートアニオン性表面を提供し得る)、スルホネートアニオン、カルボキシベタイン、スルホベタイン、スルファミン酸又はアミノ酸を含み得る。
[00175] マイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された共有結合部分は、本明細書に記載の任意のポリマーであり得、アルキレンオキシド部分、カルボン酸部分、糖部分、スルホン酸部分、リン酸部分、アミノ酸部分、核酸部分又はアミノ部分を含有する1種以上のポリマーを含み得る。
[00176] 他の実施形態では、マイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された共有結合部分は、非ポリマー部分、例えばアルキル部分、置換アルキル部分、例えばフルオロアルキル部分(限定されるものではないが、ペルフルオロアルキル部分を含む)、アミノ酸部分、アルコール部分、アミノ部分、カルボン酸部分、ホスホン酸部分、スルホン酸部分、スルファミン酸部分又は糖部分を含み得る。
[00177] 幾つかの実施形態では、共有結合部分は、直鎖(例えば、少なくとも10個の炭素又は少なくとも14、16、18、20、22個若しくはそれを超える炭素の直鎖)を形成する炭素原子を含むアルキル基であり得る。そのため、アルキル基は、非分岐状アルキルであり得る。幾つかの実施形態では、アルキル基は、置換アルキル基を含み得る(例えば、アルキル基の炭素の幾つかは、フッ素化又は過フッ素化し得る)。アルキル基は、非置換炭素の直鎖に連結された置換(例えば、フッ素化又は過フッ素化)炭素の直鎖を含み得る。例えば、アルキル基は、非置換アルキル基を含み得る第2のセグメントに連結された、ペルフルオロアルキル基を含み得る第1のセグメントを含み得る。第1及び第2のセグメントは、直接的又は間接的に(例えば、エーテル結合により)連結し得る。アルキル基の第1のセグメントは、結合基から離れて位置し得、アルキル基の第2のセグメントは結合基に近接して位置し得る。他の実施形態では、アルキル基は、分岐状アルキル基を含み得、アルキル基のアルキル骨格に介在する1つ以上のアリーレン基を更に有し得る。幾つかの実施形態では、アルキル基又はフッ素化アルキル基の分岐状部分又はアリーレン介在部分は、結合基及び表面への共有結合から離れた箇所に位置する。
[0178] 他の実施形態では、共有結合部分は、少なくとも1つのアミノ酸を含み得、2つ以上のタイプのアミノ酸を含み得る。そのため、共有結合部分は、ペプチド又はタンパク質を含み得る。幾つかの実施形態では、共有結合部分は、細胞の成長、生存能、可搬性又はそれらの任意の組合せをサポートするために双性イオン性表面を提供し得るアミノ酸を含み得る。
[00179]
共有結合部分は1つ又は複数のサッカリドを含み得る。共有結合サッカリドはモノ、ジ、又はポリサッカリドであり得る。共有結合サッカリドは、表面に付着するような結合又は加工を可能にする反応ペア部分を導入するように修飾し得る。例示的な反応ペア部分は、アルデヒド、アルキン、又はハロ部分を含み得る。ポリサッカリドは、ランダムに修飾し得、各サッカリドモノマーが修飾されてもよく、又はポリサッカリド内のサッカリドモノマーの一部のみが、表面に直接若しくは間接的に結合され得る反応ペア部分を提供するように修飾される。一例は、直鎖リンカーを介して表面に間接的に結合され得るデキストランポリサッカリドを含み得る。
共有結合部分は1つ又は複数のサッカリドを含み得る。共有結合サッカリドはモノ、ジ、又はポリサッカリドであり得る。共有結合サッカリドは、表面に付着するような結合又は加工を可能にする反応ペア部分を導入するように修飾し得る。例示的な反応ペア部分は、アルデヒド、アルキン、又はハロ部分を含み得る。ポリサッカリドは、ランダムに修飾し得、各サッカリドモノマーが修飾されてもよく、又はポリサッカリド内のサッカリドモノマーの一部のみが、表面に直接若しくは間接的に結合され得る反応ペア部分を提供するように修飾される。一例は、直鎖リンカーを介して表面に間接的に結合され得るデキストランポリサッカリドを含み得る。
[00180]
共有結合部分は1つ又は複数のアミノ基を含み得る。アミノ基は、置換アミン部分、グアニジン部分、窒素含有ヘテロ環部分又はヘテロアリール部分であり得る。アミノ含有部分は、マイクロ流体デバイス内及び任意選択的に隔離ペン及び/又は流域(例えば、チャネル)内の環境のpH変更を可能にする構造を有し得る。
共有結合部分は1つ又は複数のアミノ基を含み得る。アミノ基は、置換アミン部分、グアニジン部分、窒素含有ヘテロ環部分又はヘテロアリール部分であり得る。アミノ含有部分は、マイクロ流体デバイス内及び任意選択的に隔離ペン及び/又は流域(例えば、チャネル)内の環境のpH変更を可能にする構造を有し得る。
[00181] コーティング材料は、1種類のみの共有結合部分を含み得るか又は2種類以上の異なる共有結合部分を含み得る。例えば、フルオロアルキルで調整された表面(ペルフルオロアルキルを含む)は、全て同一の、例えば同一の結合基及び表面への共有結合、同一の全長、並びにフルオロアルキル部分を含む同一の数のフルオロメチレンユニットを有する複数の共有結合部分を有し得る。代替的に、コーティング材料は、表面に付着された2種類以上の共有結合部分を有し得る。例えば、コーティング材料は、特定数のメチレンユニット又はフルオロメチレンユニットを有する共有結合されたアルキル部分又はフルオロアルキル部分を有する分子を含み得、より多数のメチレンユニット又はフルオロメチレンユニットを有するアルキル鎖又はフルオロアルキル鎖に付着された共有結合荷電部分を有する分子の更なるセットを更に含み得る。幾つかの実施形態では、2種類以上の共有結合部分を有するコーティング材料は、骨格原子の数がより多い、したがって表面への共有結合の長さがより長い分子の第1のセットが、より嵩高い部分をコーティング表面に呈する能力を提供し得る一方、末端が異なり立体的要求がより低い且つ骨格原子の数がより少ない分子の第2のセットが、全基板表面を官能基化することにより、基板自体を構成するシリコン又はアルミナとの望ましくない接着又は接触を防止するのに役立ち得るように設計し得る。他の例では、共有結合部分は、表面上にランダムに交互電荷を呈する双性イオン性表面を提供し得る。
[00182] 調整された表面特性。
幾つかの実施形態では、共有結合部分は、マイクロ流体デバイスの表面(例えば、DEP構成基板表面)に共有結合されたとき、単層を形成し得る。幾つかの実施形態では、共有結合部分によって形成される調整された表面は、10nm未満(例えば、5nm未満又は約1.5から3.0nm)の厚さを有し得る。他の実施形態では、共有結合された部分によって形成された調整された表面は、約10nmから約50nmの厚さを有し得る。幾つかの実施形態では、調整された表面は、DEP構成のマイクロ流体デバイス内の操作で好適には機能するために完全に形成された単層を必要とするものではない。
幾つかの実施形態では、共有結合部分は、マイクロ流体デバイスの表面(例えば、DEP構成基板表面)に共有結合されたとき、単層を形成し得る。幾つかの実施形態では、共有結合部分によって形成される調整された表面は、10nm未満(例えば、5nm未満又は約1.5から3.0nm)の厚さを有し得る。他の実施形態では、共有結合された部分によって形成された調整された表面は、約10nmから約50nmの厚さを有し得る。幾つかの実施形態では、調整された表面は、DEP構成のマイクロ流体デバイス内の操作で好適には機能するために完全に形成された単層を必要とするものではない。
[00183] 種々の実施形態では、マイクロ流体デバイスのコーティング材料は、望ましい電気的性質を提供し得る。理論により限定することを意図するものではないが、特定のコーティング材料でコーティングされた表面のロバスト性に影響を及ぼす因子の1つは、固有電荷トラッピングである。様々なコーティング材料が電子をトラップし得るため、コーティング材料が破壊されるおそれがある。コーティング材料の欠陥は、電荷トラッピングを増加させてコーティング材料の更なる破壊をもたらし得る。同様に、様々なコーティング材料が様々な絶縁耐力(即ち絶縁破壊をもたらす最小印加電界)を有するため、電荷トラッピングが影響を受けるおそれがある。特定の実施形態では、コーティング材料は、電荷トラッピングの量を低減又は制限する全体構造(例えば、密充填単層構造)を有し得る。
[00184] コーティング材料の組成以外に、コーティング材料の物理的(及び電気的)厚さ等の他の因子が、マイクロ流体デバイスにおいて基板によるDEP力及び/又はエレクトロウェッティング力の発生に影響を及ぼし得る。コーティング材料を基板上に堆積させる方法(例えば、気相堆積、液相堆積、スピンコーティング又は静電コーティング)を含めて、各種因子がコーティング材料の物理的厚さ及び電気的厚さを変化させ得る。コーティング材料の物理的厚さ及び均一性は、エリプソメータを用いて測定され得る。
[00185] 電気的性質以外に、コーティング材料は、生物学的分子との併用に有益な性質を有し得る。例えば、フッ素化(又は過フッ素化)アルキル基を含有するコーティング材料は、表面ファウリング量の低減に関して非置換アルキル基と比べて利益を提供し得る。本明細書で使用される表面ファウリングとは、マイクロ流体デバイスの表面上に無差別に堆積された材料の量を意味し、これは、バイオ材料、例えばタンパク質及び分解産物、核酸及び各分解産物の永久的又は半永久的な堆積を含み得る。かかるファウリングは、表面への生物学的微小物体の接着量を増加させる可能性がある。
[00186] マイクロ流体デバイスに使用することができる様々なコーティング材料の各種電気的性質及び機能性は、以下の表に含まれる。
[00187] 調整された表面の組成以外に、疎水性材料の物理的厚さ等の他の因子がDEP力に影響を及ぼし得る。調整された表面を基板に形成する方法(例えば、気相堆積、液相堆積、スピンコーティング、フラッディング、静電コーティング)等の各種因子は、調整された表面の物理的厚さを変化させ得る。調整された表面の物理的厚さ及び均一性は、エリプソメータを用いて測定され得る。
[00188] 電気的性質に加えて、調整された表面は、生物学的分子との併用に有益な性質も有し得る。例えば、フッ素化(又は過フッ素化)炭素鎖を含有する調整された表面は、表面ファウリング量の低減に関してアルキル末端鎖と比べて利益を提供し得る。本明細書で使用される表面ファウリングとは、マイクロ流体デバイスの表面上への無差別な材料堆積量を意味し、これは、バイオ材料、例えばタンパク質及びその分解産物、核酸及び各分解産物等の永久的又は半永久的な堆積を含み得る。
[00189] 表面への結合基。
コーティング材料を形成する共有結合部分は、結合基を介する表面に付着される。結合基は、シロキサン含有試薬と、酸化ケイ素(例えば、DEP構成基板の場合)又は酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム(例えば、EW構成基板の場合)を含み得る基板表面の酸化物との反応によって形成されるシロキシ結合基であり得る。幾つかの他の実施形態では、結合基は、ホスホン酸含有試薬と基板表面の酸化物との反応によって形成されるホスホネートエステルであり得る。
コーティング材料を形成する共有結合部分は、結合基を介する表面に付着される。結合基は、シロキサン含有試薬と、酸化ケイ素(例えば、DEP構成基板の場合)又は酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム(例えば、EW構成基板の場合)を含み得る基板表面の酸化物との反応によって形成されるシロキシ結合基であり得る。幾つかの他の実施形態では、結合基は、ホスホン酸含有試薬と基板表面の酸化物との反応によって形成されるホスホネートエステルであり得る。
[00190] 複数部分で調整された表面。
共有結合コーティング材料は、以下に記載されるように、マイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分をすでに含有する分子の反応によって形成し得る(例えば、アルキルシロキサン試薬又はペルフルオロアルキルシロキサン試薬を含み得るフルオロ置換アルキルシロキサン試薬)。代替的に、共有結合コーティング材料は、T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分と、それ自体が表面に共有結合される表面改質リガンドとをカップリングさせることによって形成し得る。
共有結合コーティング材料は、以下に記載されるように、マイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分をすでに含有する分子の反応によって形成し得る(例えば、アルキルシロキサン試薬又はペルフルオロアルキルシロキサン試薬を含み得るフルオロ置換アルキルシロキサン試薬)。代替的に、共有結合コーティング材料は、T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分と、それ自体が表面に共有結合される表面改質リガンドとをカップリングさせることによって形成し得る。
[00191] 共有結合コーティング材料を調製する方法。
幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの表面(例えば、隔離ペン及び/又はフロー領域の少なくとも1つの表面を含む)に共有結合されるコーティング材料は、式1で示される構造を有する。
幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの表面(例えば、隔離ペン及び/又はフロー領域の少なくとも1つの表面を含む)に共有結合されるコーティング材料は、式1で示される構造を有する。
[00192] コーティング材料は、DEP構成基板の表面の酸化物に共有結合し得る。DEP構成基板は、シリコン又はアルミナ又は酸化ハフニウムを含み得、酸化物は、基板の天然化学構造の一部として存在し得るか又は以下で考察されるように導入し得る。
[00193] コーティング材料は、シロキサン基又はホスホン酸基と酸化物との反応から形成されるシロキシ基又はホスホネートエステル基であり得る結合基(「LG」)を介して酸化物に付着し得る。マイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分は、本明細書に記載の部分のいずれかであり得る。結合基LGは、マイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分に直接的又は間接的に接続し得る。結合基LGが部分に直接的に接続される場合、任意選択的なリンカー(「L」)が存在しないため、nは、0である。結合基LGが部分に間接的に接続される場合、リンカーLが存在するため、nは、1である。リンカーLは、線状部分を有し得、線状部分の骨格は、当技術分野で公知の化学結合制限に従ってケイ素、炭素、窒素、酸素、硫黄及びリンの原子の任意の組合せから選択される1から200個の非水素原子を含み得る。限定されるものではないが、幾つかの例として、エーテル、アミノ、カルボニル、アミド又はホスホネートの基からなる群から選択される1つ以上の部分の任意の組合せがそれに介在し得る。加えて、リンカーLは、リンカーの骨格に介在する1つ以上のアリーレン、ヘテロアリーレン又はヘテロ環式の基を有し得る。幾つかの実施形態では、リンカーLの骨格は、10から20原子を含み得る。他の実施形態では、リンカーLの骨格は、約5原子から約200原子、約10原子から約80原子、約10原子から約50原子又は約10原子から約40原子を含み得る。幾つかの実施形態では、骨格原子は、全て炭素原子である。他の実施形態では、骨格原子は、全て炭素であるとは限らず、当技術分野で公知の化学結合制限に従ってケイ素、炭素、窒素、酸素、硫黄又はリンの原子の任意の可能な組合せを含み得る。
[00194] マイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分が一ステッププロセスで基板の表面に付加される場合、式2の分子を用いてコーティング材料を導入し得る。
部分-(L)n-LG
式2
部分-(L)n-LG
式2
[00195] 幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分は、多ステッププロセスで基板の表面に付加し得る。T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分が表面にステップワイズにカップリングされる場合、リンカーLは、式3に示されるようにカップリング基CGを更に含み得る。
[00196] 幾つかの実施形態では、カップリング基CGは、反応性部分Rxと反応性対部分Rpx(即ち反応性部分Rxと反応するように構成された部分)との反応から得られる基を表す。例えば、典型的なカップリング基CGの1つは、アミノ基と、カルボン酸の誘導体、例えば活性化エステル、酸塩化物等との反応の結果であるカルボキサミジル基を含み得る。他のCGは、トリアゾリレン基、カルボキサミジル、チオアミジル、オキシム、メルカプチル、ジスルフィド、エーテル若しくはアルケニル基又は反応性部分とそのそれぞれの反応性対部分との反応によって形成し得る任意の他の好適な基を含み得る。カップリング基CGは、リンカーLの第2の末端(即ちマイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分に近接する末端)に位置し得る。幾つかの他の実施形態では、カップリング基CGは、リンカーLの骨格に介在し得る。幾つかの実施形態では、カップリング基CGは、いずれもクリックカップリング反応に使用されることが当技術分野で公知の反応性部分Rx又は反応性対部分Rpxであり得るアルキン基とアジド基との反応の結果であるトリアゾリレンである。トリアゾリレン基はまた、更に置換され得る。例えば、以下の段落でより詳細に説明するが、ジベンゾシクロオクテニル(dibenzocylcooctenyl)縮合トリアゾリレン基は、ジベンゾシクロオクチニル反応性対部分Rpxに結合された部分と、表面改質分子のアジド反応性部分Rxとの反応から生じ得る。様々なジベンゾシクロオクチニル修飾分子は、当技術分野で公知であるか、又はT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分を組み込むように合成し得る。
[00197] コーティング材料が多ステッププロセスで形成される場合、マイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分は、部分含有試薬(式5)と表面改質リガンドを共有結合して有する基板(式6)との反応によって導入し得る。
[00198] 式4の改質表面は、基板の酸化物に結合される且つ式1の調整された表面に対して以上に記載したのと同様に形成される-LG-(L’’)j-Rxの式を有する表面改質リガンドを付着して有する。基板の表面は、以上に記載のDEP構成基板表面であり得、基板に固有のもの又は導入されたもののいずれかである酸化物を含み得る。結合基LGは、以上に記載した通りである。リンカーL’’は、存在(j=1)又は不在(j=0)であり得る。リンカーL’’は、線状部分を有し得、線状部分の骨格は、当技術分野で公知の化学結合制限に従ってケイ素、炭素、窒素、酸素、硫黄及びリンの原子の任意の組合せから選択される1から100個の非水素原子を含み得る。限定されるものではないが、幾つかの例として、エーテル、アミノ、カルボニル、アミド又はホスホネートの基の任意の組合せがそれに介在し得る。加えて、リンカーL’’は、リンカーの骨格に介在する1つ以上のアリーレン、ヘテロアリーレン又はヘテロ環式の基を有し得る。幾つかの実施形態では、リンカーL’’の骨格は、10から20個の炭素原子を含み得る。他の実施形態では、リンカーL’’の骨格は、約5原子から約100原子、約10原子から約80原子、約10原子から約50原子又は約10原子から約40原子を含み得る。幾つかの実施形態では、骨格原子は、全て炭素原子である。他の実施形態では、骨格原子は、全て炭素であるとは限らず、当技術分野で公知の化学結合制限に従ってケイ素、炭素、窒素、酸素、硫黄又はリンの原子の任意の可能な組合せを含み得る。
[00199] 反応性部分Rxは、表面改質リガンドと表面との共有結合から離れた表面改質リガンドの末端に存在する。反応性部分Rxは、部分を導入し、マイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するカップリング反応に有用な任意の好適な反応性部分である。幾つかの実施形態では、反応性部分Rxは、アジド、アミノ、ブロモ、チオール、活性化エステル、スクシンイミジル又はアルキニルの部分であり得る。
[00200] 部分含有試薬。
部分含有試薬(式5)は、マイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分を供給するように構成される。
部分-(L’)m-Rpx
式5
部分含有試薬(式5)は、マイクロ流体デバイスにおいてT細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分を供給するように構成される。
部分-(L’)m-Rpx
式5
[00201] T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分含有試薬中の部分は、反応性対部分Rpxと反応性部分Rxとの反応によって表面改質リガンドに結合される。反応性対部分Rpxは、それぞれの反応性部分Rxと反応するように構成された任意の好適な反応性基である。限定されるものではないが、一例では、好適な反応性対部分Rpxの1つは、アルキンであり得、反応性部分Rxは、アジドであり得る。反応性対部分Rpxは、代替的にアジド部分であり得、それぞれの反応性部分Rxは、アルキンであり得る。他の実施形態では、反応性対部分Rpxは、活性エステル機能基であり得、反応性部分Rxは、アミノ基であり得る。他の実施形態では、反応性対部分Rpxは、アルデヒドであり得、反応性部分Rxは、アミノであり得る。他の反応性部分-反応性対部分の組合せが可能であり、これらの例は、何ら限定されるものではない。
[00202] T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された式5の部分含有試薬の部分は、アルキル部分又はフルオロアルキル(ペルフルオロアルキルを含む)部分、単糖又は多糖(限定されるものではないが、デキストランを含み得る)、アルコール(限定されるものではないが、プロパルギルアルコールを含む)、ポリアルコール、限定されるものではないが、ポリビニルアルコールを含む、アルキレンエーテル、限定されるものではないが、ポリエチレングリコールを含む、高分子電解質(限定されるものではないが、ポリアクリル酸又はポリビニルホスホン酸を含む)、アミノ基(その誘導体、例えば、限定されるものではないが、アルキル化アミン、ヒドロキシアルキル化アミノ基、グアニジニウム及び非芳香族窒素環原子含有ヘテロ環式基、例えば、限定されるものではないが、モルホリニル又はピペラジニルを含む)、カルボン酸、限定されるものではないが、プロピオル酸を含む(カルボキシレートアニオン性表面を供給し得る)、ホスホン酸、限定されるものではないが、エチニルホスホン酸を含む(ホスホネートアニオン性表面を提供し得る)、スルホネートアニオン、カルボキシベタイン、スルホベタイン、スルファミン酸又はアミノ酸を含めて、本明細書に記載の部分のいずれかを含み得る。
[00203] T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された式5の部分含有試薬の部分は、反応性対部分Rpxに直接的に接続し得るか(即ちL’、m=0のとき)又は間接的に接続し得る。T細胞の培養及び増殖に好適な有機分子及び/又は親水性分子の層を提供するように構成された部分に反応性対部分Rpxが間接的に接続される場合、反応性対部分Rpxは、リンカーL’(m=1)に接続し得る。反応性対部分Rpxは、リンカーL’の第1の末端に接続し得、表面ファウリングを低減するように及び/又は細胞固着を防止若しくは低減するように構成された部分は、リンカーL’の第2の末端に接続し得る。リンカーL’は、線状部分を有し得、線状部分の骨格は、当技術分野で公知の化学結合制限に従ってケイ素、炭素、窒素、酸素、硫黄及びリンの原子の任意の組合せから選択される1から100個の非水素原子を含む。限定されるものではないが、幾つかの例として、エーテル、アミノ、カルボニル、アミド又はホスホネートの基の任意の組合せがそれに介在し得る。加えて、リンカーL’は、リンカーL’の骨格に介在する1つ以上のアリーレン、ヘテロアリーレン又はヘテロ環式の基を有し得る。幾つかの実施形態では、リンカーL’の骨格は、10から20原子を含み得る。他の実施形態では、リンカーL’の骨格は、約5原子から約100原子、約10原子から約80原子、約10原子から約50原子又は約10原子から約40原子を含み得る。幾つかの実施形態では、骨格原子は、全て炭素原子である。他の実施形態では、骨格原子は、全て炭素であるとは限らず、当技術分野で公知の化学結合制限に従ってケイ素、炭素、窒素、酸素、硫黄又はリンの原子の任意の可能な組合せを含み得る。
[00204] 部分含有試薬(式5)が表面改質リガンド(式3)を有する表面と反応する場合、式2の調整された表面を有する基板が形成される。この場合、リンカーL’及びリンカーL’’は、形式的にはリンカーLの一部であり、反応性対部分Rpxと反応性部分Rxとの反応は、式2のカップリング基CGを生成する。
[00205] 表面改質試薬。
表面改質試薬は、構造LG-(L’’)j-Rx(式4)を有する化合物である。結合基LGは、基板の表面の酸化物に共有結合する。基板は、DEP構成基板であり得、シリコン又はアルミナ又は酸化ハフニウムを含み得る。また、酸化物は、基板の天然化学構造の一部として存在し得るか又は本明細書で考察されるように導入し得る。結合基LGは、シロキサン基又はホスホン酸基と基板の表面上の酸化物との反応によって形成されるシロキシ基又はホスホネートエステル基等の本明細書に記載の任意の結合基であり得る。反応性部分Rxは、以上に記載される。反応性部分Rxは、結合基LGに直接的に(L’’、j=0)又はリンカーL’’(j=1)を介して間接的に接続し得る。結合基LGは、リンカーL’’の第1の末端に付着し得、反応性部分Rxは、表面改質試薬が式6のように表面に付着されると基板の表面から離れるリンカーL’’の第2の末端に接続し得る。
表面改質試薬は、構造LG-(L’’)j-Rx(式4)を有する化合物である。結合基LGは、基板の表面の酸化物に共有結合する。基板は、DEP構成基板であり得、シリコン又はアルミナ又は酸化ハフニウムを含み得る。また、酸化物は、基板の天然化学構造の一部として存在し得るか又は本明細書で考察されるように導入し得る。結合基LGは、シロキサン基又はホスホン酸基と基板の表面上の酸化物との反応によって形成されるシロキシ基又はホスホネートエステル基等の本明細書に記載の任意の結合基であり得る。反応性部分Rxは、以上に記載される。反応性部分Rxは、結合基LGに直接的に(L’’、j=0)又はリンカーL’’(j=1)を介して間接的に接続し得る。結合基LGは、リンカーL’’の第1の末端に付着し得、反応性部分Rxは、表面改質試薬が式6のように表面に付着されると基板の表面から離れるリンカーL’’の第2の末端に接続し得る。
[00206] リンカーL’’は、線状部分を有し得、線状部分の骨格は、ケイ素、炭素、窒素、酸素、硫黄及びリンの原子の任意の組合せから選択される1から100個の非水素原子を含む。限定されるものではないが、幾つかの例として、エーテル、アミノ、カルボニル、アミド又はホスホネートの基の任意の組合せがそれに介在し得る。加えて、リンカーL’’は、リンカーL’’の骨格に介在する1つ以上のアリーレン、ヘテロアリーレン又はヘテロ環式の基を有し得る。幾つかの実施形態では、リンカーL’’の骨格は、10から20原子を含み得る。他の実施形態では、リンカーL’’の骨格は、約5原子から約100原子、約10原子から約80原子、約10原子から約50原子又は約10原子から約40原子を含み得る。幾つかの実施形態では、骨格原子は、全て炭素原子である。他の実施形態では、骨格原子は、全て炭素であるとは限らず、当技術分野で公知の化学結合制限に従ってケイ素、炭素、窒素、酸素、硫黄又はリンの原子の任意の可能な組合せを含み得る。
[00207] 幾つかの実施形態では、コーティング材料(又は表面改質リガンド)は、化学気相堆積を用いてマイクロ流体デバイスの内面上に堆積される。化学気相堆積を介して、コーティング材料は、コーティング材料を含む分子がマイクロ流体デバイスの内面の分子に共有結合される密充填単層を達成し得る。望ましい充填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、25、30、35、40、45時間又はそれを超える)の期間にわたり気相堆積され得る。かかる気相堆積は、典型的には、真空下且つ水和硫酸塩(例えば、MgSO4・7H20)等の水源の存在下で実施される。典型的には、気相堆積の温度及び継続時間を増加させると、向上した疎水性コーティング材料特性が得られる。
[00208] 気相堆積プロセスは、任意選択的に、例えば、カバー110、マイクロ流体回路材料116及び/又は基板(例えば、DEP構成基板の電極活性化基板206の内面208又はEW構成基板の支持構造体104の誘電体層)のプレクリーニングによって改善され得る。例えば、かかるプレクリーニングは、溶媒浴、例えばアセトン浴、エタノール浴又はそれらの組合せを含み得る。溶媒浴は超音波処理を含み得る。代替的又は追加的に、かかるプレクリーニングは、各種不純物を除去し得ると同時に、酸化表面(例えば、本明細書に記載されるように共有結合修飾し得る表面の酸化物)を導入する酸素プラズマクリーナによるカバー110、マイクロ流体回路材料116及び/又は基板の処理を含み得る。酸素プラズマクリーナは、例えば、真空条件下100Wで60秒間にわたりで操作され得る。代替的に、酸素プラズマクリーナの代わりに、表面を酸化するために過酸化水素等の酸化剤を含む液相処理を使用し得る。例えば、酸素プラズマクリーナの代わりに、塩酸と過酸化水素との混合物又は硫酸と過酸化水素との混合物(例えば、約3:1から約7:1の範囲内の硫酸対過酸化水素比を有し得るピラニア溶液)を使用し得る。
[00209] 幾つかの実施形態では、気相堆積は、マイクロ流体デバイス200をアセンブルしてマイクロ流体回路120を画定するエンクロージャ102を形成した後にマイクロ流体デバイス200の内面をコーティングするために使用される。完全にアセンブルされたマイクロ流体回路120上に密充填単層を含むコーティング材料を堆積させることは、各種機能性の提供に有益であり得る。理論により限定することを意図するものではないが、完全にアセンブルされたマイクロ流体回路120上にかかるコーティング材料を堆積させることは、マイクロ流体回路材料116と電極活性化基板206/誘電体層及び/又はカバー110との間の結合の弱化によって引き起こされるデラミネーションの防止に有益であり得る。
[00210] 図5は、例示的なクラスのコーティング材料を含むマイクロ流体デバイス500の断面図を表す。例示されるように、コーティング材料529(概略的に示される)は、基板504の内面508及びマイクロ流体デバイス500のカバー510の内面509の両方に共有結合された密充填分子の単層を含み得る。コーティング材料529は、幾つかの実施形態において以上で考察したように、マイクロ流体デバイス500内の回路要素及び/又は構造体を画定するために使用されるマイクロ流体回路材料(図示せず)の表面を含めて、マイクロ流体デバイス500のエンクロージャ502に近接する内向きの全ての内面508、509上に配置され得る。代替的な実施形態では、コーティング材料529は、マイクロ流体デバイス500の内面の1つのみ又は幾つかの上に配置され得る。
[00211] 図5に示される実施形態では、コーティング材料529は、アルキル末端シロキサン分子の単層を含み、各分子は、シロキシ基を介してマイクロ流体デバイス500の内面508、509に共有結合される。しかし、以上で考察されるコーティング材料529のいずれも使用され得る(例えば、アルキル末端ホスホネートエステル分子)。より特定的には、アルキル基は、少なくとも10個の炭素原子(例えば、10、12、14、16、18、20、22個又はそれを超える炭素原子)の直鎖を含み得、任意選択的に、置換アルキル基であり得る。以上で考察されるように、密充填分子の単層を含むコーティング材料529は、DEP構成マイクロ流体デバイス500の使用に有益な機能特性、例えば最小限の電荷トラッピング、低減された物理的/電気的厚さ及び実質的に均一な表面を有し得る。
[00212] 他の具体的な実施形態では、コーティング材料529は、そのエンクロージャ対向末端(即ち内面508、509に結合されておらず、且つエンクロージャ502に近接するコーティング材料529の単層の部分)にフルオロアルキル基(例えば、フッ素化アルキル基又は過フッ素化アルキル基)を含み得る。以上で考察されるように、コーティング材料529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ネートエステルの単層を含み得、フルオロアルキル基は、コーティング材料529のエンクロージャ対向末端に存在する。かかるコーティング材料529は、非生物学的分子(例えば、基板のシリコン及び/又は酸化ケイ素)からT細胞を分離又は「遮蔽」することにより、向上したT細胞の培養及び増殖を提供することで機能利益を提供する。
[0001] 他の具体的な実施形態では、マイクロ流体デバイス500の内面508、509をコーティングするために使用されるコーティング材料529は、アニオン性、カチオン性若しくは双性イオン性の部分又はそれらの任意の組合せを含み得る。理論により限定することを意図するものではないが、マイクロ流体回路500のエンクロージャ502の内面にカチオン性部分、アニオン性部分及び/又は双性イオン性部分を呈することにより、コーティング材料529は、得られる水和水が核部と非生物学的分子(例えば、基板のシリコン及び/又は酸化ケイ素)との相互作用を回避する層(又は「シールド」)として作用するように水分子との強い水素結合を形成し得る。加えて、コーティング材料529がブロッキング剤と併用される実施形態では、コーティング材料529のアニオン、カチオン及び/又は双性イオンは、エンクロージャ502内の培地180(例えば、ブロッキング溶液)に存在するブロッキング剤(例えば、溶液中のタンパク質)の荷電部分とのイオン結合を形成し得る。
[0002] 更に他の具体的な実施形態では、コーティング材料は、そのエンクロージャ対向末端に親水性コーティング剤を含み得るか又はそれを呈するように化学修飾し得る。幾つかの実施形態では、コーティング剤は、PEG等のアルキレンエーテル含有ポリマーであり得る。幾つかの実施形態では、コーティング剤は、デキストラン等の多糖であり得る。以上で考察される荷電部分(例えば、アニオン性、カチオン性及び双性イオン性の部分)のように、親水性コーティング剤は、得られる水和水が核部と非生物学的分子(例えば、基板のシリコン及び/又は酸化ケイ素)との相互作用を回避する層(又は「シールド」)として作用するように水分子との強い水素結合を形成し得る。
[00213] 富化方法。
本明細書に開示されるデバイスは、Tリンパ球を選別するために、及び例えばTリンパ球、特に対象抗原に機能的に反応する活性化Tリンパ球が富化された集団を提供するために使用され得る。図11は、かかる方法の1つ1100のアウトラインを提供する。
本明細書に開示されるデバイスは、Tリンパ球を選別するために、及び例えばTリンパ球、特に対象抗原に機能的に反応する活性化Tリンパ球が富化された集団を提供するために使用され得る。図11は、かかる方法の1つ1100のアウトラインを提供する。
[00214] ステップ1110では、対象から末梢血のサンプルが取得される。対象は、ヒトドナー又は幾つかの他のタイプの動物、例えば哺乳動物(例えば、マウス、ラット、モルモット、ウサギ、ヒツジ、ブタ、ウシ、ウマ、霊長動物等)、トリ、爬虫動物、両生動物等であり得る。対象は健常状態であり得るか、又は対象は障害に罹患した状態であり得る。例えば、ヒト対象では、障害は、細菌病原体、真菌病原体、寄生病原体、ウイルス病原体等の病原性生物が原因となり得る。代替的に、障害は、癌の形態をとり得る。非ヒト動物では、動物は、上記のいずれかに罹患した状態であり得(即ち病原体感染又は癌)、及び/又は動物は対応するヒト障害のモデルとなる障害を有し得る。
[00215] 末梢血サンプルは、末梢血単核細胞(PBMC)を得るために白血球搬出によって処理され得る。PBMCは、後に使用するために洗浄及び凍結され得る。代替的に、PBMCは、洗浄及び直後の更なる処理を受け得る。
[00216] ステップ1120では、PBMCからCD8+Tリンパ球を分離し得る。PBMCからCD8+Tリンパ球を分離するために多様な市販のキットを利用することができる。例としては、ビーズベースの精製キット、例えばEasySep(商標)ヒトCD8+T細胞富化キット(Stem Cell Technologies)及びEasySep(商標)ヒトナイーブCD8+T細胞富化キット(Stem Cell Technologies)が挙げられる。全てのCD8+T細胞が所望のものであるか又はナイーブCD8+T細胞等の特定のサブ集団のみであるかに依存して、様々なキットを選択し得る。幾つかの実施形態では、ナイーブCD8+T細胞は、ステップ1130(抗原特異的活性化)の良好な出発材料を提供し得る。
[00217] ビーズベースの精製の代わりとして、FACS細胞選別を用いてCD8+T細胞及び任意選択的にCD8+ナイーブT細胞を取得し得る。例えば、FACS選別のために蛍光標識抗CD8抗体を使用し得る。当業者であれば分かるように、多様な抗体及び抗体の組合せを用いて所望のCD8+T細胞集団を取得し得る。例えば、抗CD45RO(ネガティブ選択用)抗体と抗CCR7抗体(ポジティブ選択用)抗体との組合せを用いてCD8+ナイーブT細胞集団を分離し得る。加えて、抗CD45RA及び/又は抗CD62L抗体を使用し得る。以上に挙げたのと同一の抗体を用いるが、異なって用いて(例えば、ポジティブ選択のために抗CD45RO、ネガティブ選択のために抗CD45RA、ポジティブ選択のために抗CCR7等を用いて)、CD8+ナイーブT細胞の代わりにセントラルメモリT細胞(TCM)を精製し得る。
[00218] ステップ1130では、CD8+T細胞サンプルと既知の抗原とを接触させて抗原特異的活性化を刺激する。既知の抗原は、人工抗原提示細胞(aAPC)の一部であり得る。aAPCは、抗原ペプチドに結合されるMHCクラスI分子を呈するように設計され得る。MHCクラスI分子は、米国特許第5,635,363号(その全内容が参照により本明細書に援用される)に記載されるようにテトラマーとして結合され得る。aAPCは、例えば、PCT出願の国際公開第2013/086500号(2013年6月13日公開)、国際公開第2014/160132号(2014年10月2日公開)及び国際公開第2016/044530号(2016年3月24日公開)(それらの全内容が参照により本明細書に援用される)に記載されている。接触されるCD8+T細胞の数は、約1×105から約1×107(例えば、約5×105から約5×106又は約1×106)であり得る。aAPC:CD8+T細胞の比は、さまざまであり得る。例えば、比は、5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4又は1:5であり得る。
[00219] インキュベーションは、例えば、マイクロタイタープレートのウェル内で実施され得る。インキュベーションの長さは、少なくとも約12時間(例えば、約12時間、約24時間、約36時間、約48時間、約60、時間、約72時間、約84時間、約96時間、約108、時間、約120時間又は上記の値の2つによって画定される任意の範囲)であり得る。インキュベーションは、T細胞培養培地中で実施され得、その例は、当技術分野で広く知られる。例えば、Ho et al. (2006), J. Immunological Methods 310:40-52及び2017年3月16日出願の国際出願第PCT/米国特許出願公開第17/22846号を参照されたく、細胞培養培地にCD28アゴニスト(例えば、2マイクログラム/mLの抗CD28アゴニスト抗体)を追加し得るか、又はCD28アゴニストをaAPCに結合し得る。培養は、標準条件下(例えば、5%CO2下37℃)に維持され得る。
[00220] aAPCを使用する代わりとして、対象抗原を含有する抗原ペプチドでパルスされたDCを使用し得る。DCの使用は、例えば、2017年3月16日出願の国際出願第PCT/米国特許出願公開第17/22846号に記載されている。
[00221] 多様な抗原ペプチドが当技術分野で公知である。例としては、Melan-AのM27Lペプチド(以上のHo et al. (2006)を参照されたい)、ウィルムス腫瘍タンパク質のWT1126ペプチド(Ho et al. (2006)にも記載されている)及びNY-ESO-1(Pollack et al.(2014), J. Immunother Cancer 2:36)が挙げられる。ペプチドの選択は、aAPC上又はDC中に存在するMHCクラスI分子のタイプに依存し得る。
[00222] ステップ1140では、ステップ1130で活性化剤に接触させたCD8+Tリンパ球のサンプルは、幾つかの大きくなった抗原特異的な活性化T細胞を含むと予想される。かかるT細胞は、活性化T細胞と休止/ナイーブT細胞とを分離するように構成されたポストアレイを有するマイクロ流体デバイスにサンプルを通して流動させることによって選択的に富化され得る。マイクロ流体デバイス(及びそれに含まれるポストアレイ)は、本明細書の種々の実施形態に記載される通りであり得る。そのため、マイクロ流体デバイスは、図7Aのマイクロ流体デバイス700に概略的に示される構成を有し得る。ポストアレイは、例えば、傾斜角ε=1/12ラジアン、同一列のポスト間ギャップ25ミクロン及び約50ミクロンの直径を有する三角形状ポストを用いて約6ミクロンの予測臨界サイズ(Dc)を有し得る。代替的に、マイクロ流体デバイスは、図7Bのマイクロ流体デバイス715に概略的に示される構成を有し得る。ポストアレイは、傾斜角ε=1/12ラジアン、同一列のポスト間ギャップ25ミクロン及び約50ミクロンの直径を有する三角形状ポストを用いて、約6ミクロンの予測臨界サイズ(Dc)を有し得、マイクロ流体デバイスはDEP構成を含む。
[00223] サンプルを、マイクロ流体デバイスを通して流動させる前に、バブルを排除するためにデバイスを通して緩衝液を迅速に(例えば、10~100マイクロリットル/secで)流動させることが可能である。次いで、約1.0~約10マイクロリットル/secのレートで又は約10psi~約30psi(例えば、約20psi)の圧力を用いて、ステップ1140からの接触/活性化されたT細胞サンプルを、マイクロ流体デバイスのポストアレイを通して流動させることが可能である。
[00224] ステップ1140前に、抗原に特異的に結合する個別T細胞を同定するために、ステップ1130から得られるインキュベートされたサンプルを標識し得る。例えば、抗原特異的Tリンパ球の標識化及び同定を促進するために、ステップ1130からのサンプルと、抗原ペプチドに(必要に応じて)結合された蛍光標識可溶性MHCクラスIテトラマーとを接触させることが可能である。かかる標識化及び同定を用いて、図7Bのデバイス715等のマイクロ流体デバイス上の隔離ペン725内に移動させる個別Tリンパ球の選択及び後続のクローニングを行うことが可能である。代替的に、隔離ペン725内で個別Tリンパ球のクローニングを行った後、蛍光標識可溶性MHCクラスIテトラマーに結合された抗原ペプチド(必要に応じて)をマイクロ流体デバイス715の選別チャネル720に流入させて隔離ペン725内に拡散させ、そこで抗原特異的Tリンパ球クローンの標識化及び同定を行うことが可能である。以下で考察されるように、かかる標識化及び同定を用いて搬出及び後続の分析に供するTリンパ球クローンを選択し得る。
[00225] ステップ1150では、活性化CD8+Tリンパ球の富化サンプルは、任意選択的に、マイクロ流体デバイス内で増殖され得る。例えば、サンプルがマイクロ流体デバイスのポストアレイを通して通過した後、デバイスを通る流体フローを停止することができる。マイクロ流体デバイスが図7Bのマイクロ流体デバイス715に示されるような隔離ペンを含む限り、個別Tリンパ球を選択して対応する隔離ペンに移動さることが可能であり、且つ分離されたTリンパ球をクローン細胞集団に成長させることが可能である。このようにしてマイクロ流体デバイス内で活性化Tリンパ球のクローニングを行うことについては、例えば、以上で参照される2017年3月16日出願の国際出願第PCT/米国特許出願公開第17/22846号に記載されている。
[00226] ステップ1160では、活性化剤との接触によって活性化されたT細胞は、マイクロ流体デバイスから搬出され得る。図7Aのマイクロ流体デバイス700等のデバイスでは、かかる搬出は、選別の直後に行われ、活性化T細胞は選別流出口708から収集される。図7Bのマイクロ流体デバイス715等のデバイスでは、隔離ペン725内で増殖に成功したT細胞クローンは、チャネル720(例えば、第2のチャネル)に戻るように移動させ、流体フローを用いて流出口708/710を介して搬出され得る。ペンからの活性化T細胞クローンの移動は、例えば、OEP等の光学作動可能なDEP力を用いて達成され得る。
[00227] マイクロ流体デバイスの正確な構成及び搬出のタイミングにかかわらず、活性化T細胞を収集して、任意選択的にオフチップで更に増殖させたり又は各種アッセイで試験したりすることが可能である。例えば、選択されたT細胞は、TCRシーケンシング処理を行って抗原特異的TCRを同定し得る。代替的に、マイクロ流体デバイス700の流出口から収集される活性化CD8+Tリンパ球の富化サンプルは、急速増殖プロトコル(REP)を用いて増殖させてから、黒色腫に罹患している患者に導入され得る。REPは、当技術分野で公知である。例えば、以上で参照されるHo et al. (2006)を参照されたい。
実施例
実施例1:マイクロ流体デバイスにおける活性化ヒトTリンパ球及び休止ヒトTリンパ球のポストアレイベースの分離
[00228] 末梢血から分離されたCD3+ヒトTリンパ球は、抗CD3/抗CD28磁気ビーズ(DYNABEADS(商標)、Thermo Fisher Scientific, Inc.)と1ビーズ/1細胞の比で混合することによって活性化させた。混合物を37℃の5%CO2インキュベーターで5時間インキュベートした。インキュベーション後、活性化T細胞/ビーズ混合物を再懸濁させ、CellTracker(商標)蛍光標識(Thermo Fisher Scientific、Inc.)で標識した。次いで、約9ミクロンの予測臨界サイズ(Dc)のポストアレイを有するマイクロ流体デバイスに標識T細胞を通して約0.1マイクロリットル/秒の流量で流動させた。ポストアレイは、同一列のポスト間ギャップ30ミクロンで傾斜角ε=1/15ラジアンを特徴とした。ポストは、約50ミクロンの直径を有する円形状を有していた。
実施例1:マイクロ流体デバイスにおける活性化ヒトTリンパ球及び休止ヒトTリンパ球のポストアレイベースの分離
[00228] 末梢血から分離されたCD3+ヒトTリンパ球は、抗CD3/抗CD28磁気ビーズ(DYNABEADS(商標)、Thermo Fisher Scientific, Inc.)と1ビーズ/1細胞の比で混合することによって活性化させた。混合物を37℃の5%CO2インキュベーターで5時間インキュベートした。インキュベーション後、活性化T細胞/ビーズ混合物を再懸濁させ、CellTracker(商標)蛍光標識(Thermo Fisher Scientific、Inc.)で標識した。次いで、約9ミクロンの予測臨界サイズ(Dc)のポストアレイを有するマイクロ流体デバイスに標識T細胞を通して約0.1マイクロリットル/秒の流量で流動させた。ポストアレイは、同一列のポスト間ギャップ30ミクロンで傾斜角ε=1/15ラジアンを特徴とした。ポストは、約50ミクロンの直径を有する円形状を有していた。
[00229] 標識T細胞は、ポストアレイを貫流するときに撮像を行った。図8に示されるように、「より大きい」サイズを有する活性化T細胞は、アレイの「選別方向」に(即ちポストの行によって画定される軸に略沿って)ポストアレイを通して通過する一方、「より小さい」サイズを有する活性化T細胞は、アレイを貫流する流体フローの略方向に(即ちポストアレイを含有するマイクロ流体デバイスの領域によって画定される流路の方向に略沿って)ポストアレイを通して通過した。休止T細胞も、アレイを通した略流体フローの方向にポストアレイを通して通過した。
[00230] この実験から、Tリンパ球は、様々なサイズを有し、適切に構成されたポストアレイを通して流動させることにより、かかるサイズ差に基づいて選別され得ることが実証される。
実施例2:マイクロ流体デバイスにおける活性化Tリンパ球と休止Tリンパ球との混合集団の処理後の活性化ヒトTリンパ球の富化
[00231] 実施例1に一般的に記載されるように、末梢血から分離されたCD3+ヒトTリンパ球は、抗CD3/抗CD28磁気ビーズ(DYNABEADS(商標)、Thermo Fisher Scientific, Inc.)と1ビーズ/1細胞の比で混合することによって活性化させた。インキュベーション後、活性化Tリンパ球集団を再懸濁させ、赤色蛍光標識を有するCellTracker(商標)試薬(Thermo Fisher Scientific、Inc.)で標識した。同時に、末梢血から分離されたCD3+Tリンパ球の非活性集団(即ち「休止」集団)を、緑色蛍光標識を有するCellTracker(商標)試薬で標識した。次いで、活性化Tリンパ球集団と休止Tリンパ球集団とを混合して、活性化集団に由来する約5%のTリンパ球を有する約1.2×106細胞/mLの密度のTリンパ球混合物を生成した。
[00231] 実施例1に一般的に記載されるように、末梢血から分離されたCD3+ヒトTリンパ球は、抗CD3/抗CD28磁気ビーズ(DYNABEADS(商標)、Thermo Fisher Scientific, Inc.)と1ビーズ/1細胞の比で混合することによって活性化させた。インキュベーション後、活性化Tリンパ球集団を再懸濁させ、赤色蛍光標識を有するCellTracker(商標)試薬(Thermo Fisher Scientific、Inc.)で標識した。同時に、末梢血から分離されたCD3+Tリンパ球の非活性集団(即ち「休止」集団)を、緑色蛍光標識を有するCellTracker(商標)試薬で標識した。次いで、活性化Tリンパ球集団と休止Tリンパ球集団とを混合して、活性化集団に由来する約5%のTリンパ球を有する約1.2×106細胞/mLの密度のTリンパ球混合物を生成した。
[00232] 図7Aのマイクロ流体デバイス700に一般的に示されるような構成を有し、2つの流入口702/704と、デバイスの流路の第1の領域に位置するポストアレイ706と、2つの流出口708/710とを備えたマイクロ流体デバイスに400マイクロリットルのTリンパ球混合物を通して流動させた。緩衝液(DPBS、5mM EDTA、10mM Hepes、2%FBS)を第2の流入口704に流入させながら、Tリンパ球混合物をサンプル流入口702に流入させた。28psiの圧力で加圧リザーバーによってリンパ球混合物を提供しながら、且つ30psiの圧力で加圧リザーバーによって緩衝液を提供しながら、リンパ球混合物及び緩衝液を、マイクロ流体デバイスを通して共流動させた。ポストアレイは、傾斜角ε=1/12ラジアン、同一列のポスト間ギャップ17.5ミクロン及び約70ミクロンの直径を有する菱形状ポストを用いて約5ミクロンの予測臨界サイズ(Dc)を有した。処理細胞サンプルを収集流出口708(「選別サンプル」)及び廃棄流出口710(「廃棄サンプル」)の両方から収集した。
[00233] 出発Tリンパ球混合物の一部並びに選別サンプル及び廃棄サンプルのそれぞれをBD FACSAria(商標)セルソーター(Becton Dickinson)で分析した。図9Aに示されるように、出発Tリンパ球混合物の前方散乱分析では、2つのメインピーク、即ちより小さい休止Tリンパ球を表す1つのメインピーク及びより大きい活性化Tリンパ球を表す第2のピークが同定された。CellTracker(商標)緑色標識/CellTracker(商標)赤色標識に基づくサンプル分析でも2つの主要なタイプの細胞が同定された(図9B~9D)。予想通り、出発Tリンパ球混合物(図9B)では、細胞の93.5%は、休止Tリンパ球集団に由来するものと同定され(即ち緑色++/赤色-)、細胞の4.9%は、活性化Tリンパ球集団に由来するものと同定された(即ち緑色-/赤色++)。廃棄サンプルは、出発Tリンパ球サンプルに類似していたが、活性化Tリンパ球集団の細胞がいくらか枯渇し(図9C)、細胞の97.1%は、休止Tリンパ球集団に由来するものと同定され、細胞の1.54%は、活性化Tリンパ球集団に由来するものと同定された。これとは対照的に、選別集団(図9D)では、細胞の1.06%は、休止Tリンパ球集団に由来するものと同定され、細胞の97.9%は、活性化Tリンパ球集団に由来するものと同定された。59%の収率及び914%の富化率に対応して、選別サンプル中の合計8738細胞は、活性化Tリンパ球集団に由来するものと同定された。この実施例では、富化率は、(N+
out/N-
out)/(N+
in/N-
in)として計算し、式中、N+
outは、選別サンプルで検出された活性化Tリンパ球の数であり、N-
outは、選別サンプルで検出された休止Tリンパ球の数であり、N+
inは、出発混合物で検出された活性化Tリンパ球の数であり、且つN-
inは、出発混合物で検出された休止リンパ球の数である。
[00234] この実験から、開示されたマイクロ流体デバイスは、活性化Tリンパ球の実質的に富化された細胞集団を生成するように活性化Tリンパ球と休止Tリンパ球との混合物を処理できることが実証される。こうした結果を生成するために使用される約6ミクロンの臨界直径Dcを有するポストアレイの多くの変形形態を作製することができ、以上に実質的に示されたように、かかる変形形態のいずれも活性化Tリンパ球の富化サンプルを生成するものと予想されるであろう。
実施例3:バイパスチャネルと、隔離ペンを特徴とする選別チャネルとを有するマイクロ流体デバイスにおける活性化ヒトTリンパ球の富化
[00235] 実施例1に一般的に記載されるように、末梢血から分離されたCD3+ヒトTリンパ球は、抗CD3/抗CD28磁気ビーズ(DYNABEADS(商標)、Thermo Fisher Scientific, Inc.)と1ビーズ/1細胞の比で混合することによって活性化させた。インキュベーション後、活性化Tリンパ球集団を再懸濁させ、赤色蛍光標識を有するCellTracker(商標)試薬(Thermo Fisher Scientific、Inc.)で標識した。同時に、末梢血から分離されたCD3+Tリンパ球の非活性集団(即ち「休止」集団)を、緑色蛍光標識を有するCellTracker(商標)試薬で標識した。次いで、活性化Tリンパ球集団と休止Tリンパ球集団とを混合して、活性化集団に由来する約50%のTリンパ球を有する約1.0×106細胞/mLの密度のTリンパ球混合物を生成した。
[00235] 実施例1に一般的に記載されるように、末梢血から分離されたCD3+ヒトTリンパ球は、抗CD3/抗CD28磁気ビーズ(DYNABEADS(商標)、Thermo Fisher Scientific, Inc.)と1ビーズ/1細胞の比で混合することによって活性化させた。インキュベーション後、活性化Tリンパ球集団を再懸濁させ、赤色蛍光標識を有するCellTracker(商標)試薬(Thermo Fisher Scientific、Inc.)で標識した。同時に、末梢血から分離されたCD3+Tリンパ球の非活性集団(即ち「休止」集団)を、緑色蛍光標識を有するCellTracker(商標)試薬で標識した。次いで、活性化Tリンパ球集団と休止Tリンパ球集団とを混合して、活性化集団に由来する約50%のTリンパ球を有する約1.0×106細胞/mLの密度のTリンパ球混合物を生成した。
[00236] 図7Bのマイクロ流体デバイス715に一般的に示される構成を有し、単一の流入口702と、デバイスのメインチャネルの第1の領域に位置するポストアレイ706と、バイパスチャネルとして機能する第1のチャネル730と、選別チャネル720として機能する第2のチャネル720と、第1のチャネル730及び第2のチャネル720が後に連結一体化される位置の直接下流に位置する単一の流出口708/710とを備えたマイクロ流体デバイスにTリンパ球混合物を通して流動させた。複数の隔離ペン725(図10参照)が第2のチャネルに開口する接続領域を有していた。Tリンパ球混合物をサンプル流入口702に流入させ、約1.0マイクロリットル/秒のレートでポストアレイ706を通して流動させた。ポストアレイは、傾斜角ε=1/12ラジアン、同一列のポスト間ギャップ25ミクロン及び約50ミクロンの直径を有する三角形状ポスト(この場合、50ミクロンの高さ及び50ミクロンの底辺で画定される)を用いて、約6ミクロンの予測臨界サイズ(Dc)を有した。
[00237] Tリンパ球混合物を、ポストアレイ706を通して流動させた後、流量をゼロに低下させ、図10に示されるようなマイクロ流体チップの画像を取得した。画像の分析から、第2のチャネル720の活性化Tリンパ球(赤色染色)の密度は、約4.1×106細胞/mL±2.6%であることが示された。出発混合物は、約5×105細胞/mLの活性化Tリンパ球密度を有していたため、これから約8倍の富化率が示された。この実施例では、富化率をP+
out/P+
inとして計算した。式中、P+
outは、第2のチャネルで検出された活性化Tリンパ球の濃度であり、P+
inは、出発混合物で検出された活性化Tリンパ球の濃度である。
実施例4:マイクロ流体デバイスにおける富化に続くヒトTリンパ球の抗原特異的活性化
[00238] ステップ1:末梢血のサンプルを健常ヒトドナーから取得し、末梢血単核細胞(PBMC)を白血球搬出によってサンプルから採取する。PBMCは、後に使用するために洗浄及び凍結され得るか又は直ちに処理され得る。
[00238] ステップ1:末梢血のサンプルを健常ヒトドナーから取得し、末梢血単核細胞(PBMC)を白血球搬出によってサンプルから採取する。PBMCは、後に使用するために洗浄及び凍結され得るか又は直ちに処理され得る。
[00239] ステップ2:EasySep(商標)ヒトCD8+T細胞富化キット(Stem Cell Technologies)を用いてCD8+Tリンパ球をPBMCから分離する。
[00240] ステップ3:Melan-AのM27Lペプチドに結合されたMHCクラスIテトラマーを呈する人工抗原提示細胞(aAPC)と1T細胞:1aAPCの比で接触させることにより、5×106細胞/mLのCD8+Tリンパ球を抗原特異的に活性化させた。aAPCは、例えば、PCT出願の国際公開第2013/086500号(2013年6月13日公開)、国際公開第2014/160132号(2014年10月2日公開)及び国際公開第2016/044530号(2016年3月24日公開)(それらの全内容が参照により本明細書に援用される)に記載されている。MHCクラスI分子のテトラマーは、米国特許第5,635,363号(その全内容が参照により本明細書に援用される)に記載されている。黒色腫に関連する腫瘍抗原M27Lペプチドは、例えば、Ho et al. (2006), Journal of Immunological Methods 310:40-52(その全内容が参照により本明細書に援用される)に記載されている。
[00241] CD8+Tリンパ球の接触は、2μg/mLの可溶性機能グレード抗CD28抗体(クローン15E8、Miltenyi130-093-375)を含有するT細胞培養培地で実施される。各種T細胞培養培地は、当技術分野で公知である。例えば、以上で参照されるHo et al. (2006)及び2017年3月16日出願の国際出願第PCT/米国特許出願公開第17/22846号を参照されたい。接触ステップは、3から4日間の期間にわたり37℃の5%CO2インキュベーター内の96ウェルプレート中においてオフチップで行われる。
[00242] ステップ4:活性化されたCD8+Tリンパ球は、大きくなっていると予想されるため、図7Aのマイクロ流体デバイス700に一般的に示される構成を有するマイクロ流体デバイスにステップ3のインキュベーションの終了時に得られたサンプルを流動させることによって選択的に富化される。ポストアレイは、傾斜角ε=1/12ラジアン、同一列のポスト間ギャップ25ミクロン及び約50ミクロンの直径を有する三角形状ポストを用いて、約6ミクロンの予測臨界サイズ(Dc)を有する(上記の実施例3に記載の通り)。ステップ3のインキュベートされたサンプルをマイクロ流体デバイスのポストアレイに約1.0から約10マイクロリットル/secのレートで流動させる。
[00243] ステップ5:活性化CD8+Tリンパ球の富化サンプルは、マイクロ流体デバイスの流出口から収集される。その時点で、CD8+Tリンパ球は、オフチップで更に増殖され得るか又は各種免疫学的アッセイで試験され得る。
[00244] 上記の方法に組み込まれ得る変形形態は、以下を含む
[00245] ステップ1では、末梢血は、黒色腫又はステップ3で使用される抗原ペプチドに依存して、異なる対応する癌に罹患しているヒトドナーから取得され得る。
[00246] ステップ2では、CD8+ナイーブTリンパ球は、EasySep(商標)ヒトナイーブCD8+T細胞富化キット(Stem Cell Technologies)を用いてPBMCから分離され得る。
[00247] ステップ2では、CD8+ナイーブTリンパ球は、FACS及び抗CD45RO抗体(ネガティブ選択用)と抗CCR7抗体(ポジティブ選択用)との組合せを用いてPBMCから分離され得る。CD8+ナイーブTリンパ球のポジティブ選択に使用され得る追加の抗体としては、抗CD45RA及び/又は抗CD62L抗体が挙げられる。
[00248] ステップ2では、CD8+Tリンパ球は、FACS及び抗CD8抗体を用いてPBMCから分離され得る。
[00249] ステップ3では、aAPCは、広範にわたる白血病、リンパ腫及び固形腫瘍で広く発現されるウィルムス腫瘍タンパク質のWT1126ペプチドに結合されたMHCクラスIテトラマーを呈する。ステップ3でのWT1126ペプチドの使用は、ステップ1での任意のウィルムス腫瘍関連癌に罹患しているヒトドナーからの末梢血の取得と組み合わされ得る。
[00250] ステップ3では、抗CD28抗体は、それを培地中に提供する代わりにaAPCにコンジュゲートすることが可能である。
[00251] ステップ3では、aAPCは、Melan-AのM27Lペプチド、ウィルムス腫瘍タンパク質のWT1126ペプチド又は幾つかの他の腫瘍関連ペプチドであり得る抗原性腫瘍関連ペプチドでパルスされた樹状細胞(DC)と交換され得る。かかるDCの調製方法及びCD8+Tリンパ球を刺激するそれらの使用は、当技術分野で公知である。例えば、両方とも以上で参照されるHo et al. (2006)及び2017年3月16日出願の国際出願第PCT/米国特許出願公開第17/22846号を参照されたい。
[00252] ステップ4では、図7Bのマイクロ流体デバイス715に一般的に示される構成を有するマイクロ流体デバイスのポストアレイを通して、ステップ3のインキュベーション後に得られたサンプルを流動させる。ポストアレイは、傾斜角ε=1/12ラジアン、同一列のポスト間ギャップ25ミクロン及び約50ミクロンの直径を有する三角形状ポストを用いて、約6ミクロンの予測臨界サイズ(Dc)を有し(上記の実施例3に記載の通り)、マイクロ流体デバイスは、DEP構成を含む。ステップ3のインキュベートされたサンプルは、選別チャネル720に選別Tリンパ球が充填されるまで、ポストアレイを通して約0.1マイクロリットル/秒のレートで流動させ、その時点でフローを停止させる。個別Tリンパ球を選択して対応する隔離ペン725に移動させ、分離されたTリンパ球をクローン細胞集団に成長させる。このようにしてマイクロ流体デバイス内で活性化Tリンパ球のクローニングを行うことについては、例えば、以上で参照される2017年3月16日出願の国際出願第PCT/米国特許出願公開第17/22846号に記載されている。クローニング後、抗原特異的TCRを同定するためのTCRシーケンシングを含み得る後続の分析に供するため、選択されたT細胞クローンの1つ以上の細胞をマイクロ流体デバイスから搬出することができる。
[00253] ステップ4の直前、ステップ3のインキュベートされたサンプルは、マイクロ流体デバイス715の選別チャネル720における抗原特異的Tリンパ球の標識化及び同定を促進するために、Melan-AのM27Lペプチド(又は必要に応じて他の抗原ペプチド)に結合された蛍光標識可溶性MHCクラスIテトラマーに接触させることが可能である。かかる標識化及び同定は、隔離ペン725への移動及び後続のクローニングに供する個別Tリンパ球を選択するために使用され得る。
[00254] 代替的に、隔離ペン725内で個別Tリンパ球のクローニングを行った後、Melan-AのM27Lペプチド(又は必要に応じて他の抗原ペプチド)に結合された蛍光標識可溶性MHCクラスIテトラマーをマイクロ流体デバイス715の選別チャネル720に流入させて隔離ペン725内に拡散させ、そこで抗原特異的Tリンパ球クローンの標識化及び同定を行うことが可能である。以上で考察されるように、かかる標識化及び同定を用いて搬出及び後続の分析に供するTリンパ球クローンを選択し得る。
[00255] ステップ5では、マイクロ流体デバイス700の流出口から収集される活性化CD8+Tリンパ球の富化サンプルは、黒色腫に罹患している患者を治療するために使用され得る。この変形形態は、黒色腫に罹患している対象が末梢血ドナーであるステップ1の変形形態で実施され得る。末梢血ドナーである対象は、活性化CD8+Tリンパ球の富化サンプルで治療される患者でもあり得る。任意選択的に、マイクロ流体デバイス700の流出口から収集される活性化CD8+Tリンパ球の富化サンプルは、急速増殖プロトコル(REP)を用いて増殖させてから、黒色腫に罹患している患者に導入され得る。REPは、当技術分野で公知である。例えば、以上で参照されるHo et al.(2006)を参照されたい。
実施形態のリスト
[00256] 実施形態1。マイクロ流体デバイスを用いて、活性化Tリンパ球が富化されたサンプルを作製する方法であって、マイクロ流体デバイスは、ポストの第1のアレイを含む第1の領域を有する流路を含み、方法は、活性化Tリンパ球と休止Tリンパ球との混合物を含む流体サンプルを、マイクロ流体デバイスの流路の第1の領域を通して流動させることを含み、流路の第1の領域の流体フローの方向は、第1の方向を画定し、第1のアレイのポストは、行及び列において配置され、第1のアレイのポストの行は、第1の領域の第1の方向と傾斜角(ε)だけ異なる第1のアレイ方向を画定し、及び第1のアレイのポストの列は、1/εに等しい周期性で周期的に繰り返し、εは、ラジアン単位で測定され、第1のアレイのそれぞれの各列の隣接ポストは、流体サンプルの流体が列に対して略横方向に貫流することができるギャップによって分離され、ギャップの大部分は、第1のアレイの主要なギャップサイズに対応する特性サイズを有し、及び第1のアレイは、約4ミクロンから約10ミクロンの臨界サイズ(Dc)によって特徴付けられる、方法。
[00256] 実施形態1。マイクロ流体デバイスを用いて、活性化Tリンパ球が富化されたサンプルを作製する方法であって、マイクロ流体デバイスは、ポストの第1のアレイを含む第1の領域を有する流路を含み、方法は、活性化Tリンパ球と休止Tリンパ球との混合物を含む流体サンプルを、マイクロ流体デバイスの流路の第1の領域を通して流動させることを含み、流路の第1の領域の流体フローの方向は、第1の方向を画定し、第1のアレイのポストは、行及び列において配置され、第1のアレイのポストの行は、第1の領域の第1の方向と傾斜角(ε)だけ異なる第1のアレイ方向を画定し、及び第1のアレイのポストの列は、1/εに等しい周期性で周期的に繰り返し、εは、ラジアン単位で測定され、第1のアレイのそれぞれの各列の隣接ポストは、流体サンプルの流体が列に対して略横方向に貫流することができるギャップによって分離され、ギャップの大部分は、第1のアレイの主要なギャップサイズに対応する特性サイズを有し、及び第1のアレイは、約4ミクロンから約10ミクロンの臨界サイズ(Dc)によって特徴付けられる、方法。
[00257] 実施形態2。流路の第1の領域は、幅を有するメインチャネルによって画定され、ポストの第1のアレイは、メインチャネルの幅全体にわたって延在する、実施形態1に記載の方法。
[00258] 実施形態3。第1のアレイは、約4ミクロンから約5ミクロン、約4.5ミクロンから約5.5ミクロン、約5ミクロンから約6ミクロン、約5.5ミクロンから約6.5ミクロン、約6ミクロンから約7ミクロン、約6.5ミクロンから約7.5ミクロン、約7ミクロンから約8ミクロン、約7.5ミクロンから約8.5ミクロン、約8ミクロンから約9ミクロン、約8.5ミクロンから約9.5ミクロン、約9ミクロンから約10ミクロン又は上記の端点の2つによって画定される任意の範囲のDcによって特徴付けられる、実施形態1又は2に記載の方法。
[00259] 実施形態4。第1のアレイは、約4ミクロンから約7ミクロンのDcによって特徴付けられる、実施形態1又は2に記載の方法。
[00260] 実施形態5。第1のアレイは、約7ミクロンから約10ミクロンのDcによって特徴付けられる、実施形態1又は2に記載の方法。
[00261] 実施形態6。第1のアレイは、約1/3ラジアンから約1/100ラジアンの傾斜角εを有する、実施形態1又は5に記載の方法。
[00262] 実施形態7。第1のアレイは、約1/5ラジアンから約1/30ラジアンの傾斜角εを有する、実施形態1から5のいずれか1つに記載の方法。
[00263] 実施形態8。第1のアレイは、約1/10ラジアンから約1/16ラジアンの傾斜角εを有する、実施形態1から5のいずれか1つに記載の方法。
[00264] 実施形態9。第1のアレイの主要なギャップサイズは、約15ミクロンから約25ミクロンである、実施形態1から8のいずれか1つに記載の方法。
[00265] 実施形態10。第1のアレイの主要なギャップサイズは、約25ミクロンから約40ミクロンである、実施形態1から8のいずれか1つに記載の方法。
[00266] 実施形態11。第1のアレイのポストは、約30ミクロンから約100ミクロン(例えば、約40ミクロンから約85ミクロン又は約50ミクロンから約70ミクロン)の直径を有する、実施形態1から10のいずれか1つに記載の方法。
[00267] 実施形態12。第1のアレイのポストは、主要なギャップサイズよりも大きい(例えば、1.5から5倍)の直径を有する、実施形態10又は11に記載の方法。
[00268] 実施形態13。第1のアレイのポストは、主要なギャップサイズの2から4倍の直径を有する、実施形態10又は11に記載の方法。
[00269] 実施形態14。第1のアレイの列は、第1の領域の第1の方向に対して横方向に配置される、実施形態1から13のいずれか1つに記載の方法。
[00270] 実施形態15。第1のアレイのポストは、丸形状(例えば、円形状又は楕円形状)の断面を有する、実施形態1から14のいずれか1つに記載の方法。
[00271] 実施形態16。第1のアレイのポストは、多角形状(例えば、三角形状、正方形状、偏菱形状又は平行四辺形状)の断面を有する、実施形態1から14のいずれか1つに記載の方法。
[00272] 実施形態17。第1のアレイのポストの全ては、同一の配向を有し、配向は、ポストの断面形状の対称軸が、第1の方向によって画定される軸に平行でないようなものである、実施形態15又は16に記載の方法。
[00273] 実施形態18。第1のアレイのポストは、シリコーンポリマーを含む、実施形態1から17のいずれか1つに記載の方法。
[00274] 実施形態19。流路の第1の領域は、第1の方向を共同で画定する第1の側壁及び第2の側壁を含み、第1又は第2の側壁のいずれかに最も近接する同一列の隣接ポスト間のギャップサイズが主要なギャップサイズから逸脱し得ることを例外として、第1のアレイの列の隣接ポスト間の全てのギャップは、第1のアレイの主要なギャップサイズに等しく、第1のアレイのポスト間のギャップサイズの逸脱は、それがなければ第1及び第2の側壁によって引き起こされる、第1のアレイを通した流体サンプルのフローの境界不規則性を低減する、実施形態1から18のいずれか1つに記載の方法。
[00275] 実施形態20。マイクロ流体デバイスの流路は、流体サンプルがマイクロ流体デバイスの第1の領域を通して通過した後に流体サンプルを受容するように構成される第2の領域を含み、第2の領域は、第2の領域を、流体サンプルの第1の部分を受容する第1のチャネルと、流体サンプルの第2の部分を受容する第2のチャネルとに分離する仕切りを有し、第2の領域の仕切りは、流体サンプルの第2の部分において、Dcよりも大きい直径を有するTリンパ球が流体サンプルに対して富化されるように位置決めされる、実施形態1から19のいずれか1つに記載の方法。
[00276] 実施形態21。Dc未満の直径を有するTリンパ球は、流体サンプルの第1の部分に主に位置する、実施形態20に記載の方法。
[00277] 実施形態22。流体サンプルの第1の部分は、流体サンプルの少なくとも50%(例えば、少なくとも55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%又はそれを超える)を含む、実施形態20又は21に記載の方法。
[00278] 実施形態23。流体サンプルの第1の部分は、流体サンプルの約85%から約95%を含む、実施形態20又は21に記載の方法。
[00279] 実施形態24。第1のチャネル及び第2のチャネルは、第1のチャネルの両端の圧力差が第2のチャネルの両端の圧力差に等しくなるように構成される、実施形態20から23のいずれか1つに記載の方法。
[00280] 実施形態25。第1のチャネルは、第1の長さを含み、且つ第2のチャネルは、第2の長さを含み、第2の長さは、第1の長さよりも大きい(例えば、第2のチャネルの第2の長さは、第1のチャネルの第1の長さの少なくとも5倍である)、実施形態20から24のいずれか1つに記載の方法。
[00281] 実施形態26。マイクロ流体デバイスは、第2のチャネルへの基端開口を備えた接続領域を有する少なくとも1つの隔離ペンを含み、更に、少なくとも1つの隔離ペンは、少なくとも1つのTリンパ球(例えば、複数のTリンパ球)を保持するのに十分に大きい容積を有する分離領域を有する、実施形態20から25のいずれか1つに記載の方法。
[00282] 実施形態27。マイクロ流体デバイスは、複数の隔離であって、第2の領域の第2のチャネルへの基端開口を備えた接続領域をそれぞれ有し、且つ少なくとも1つのTリンパ球(例えば、複数のTリンパ球)を保持するのに十分に大きい容積を有する分離領域をそれぞれ有する複数の隔離ペンを含む、実施形態26に記載の方法。
[00283] 実施形態28。隔離ペン又は複数のうちの各隔離ペンは、約250pLから約3nL(例えば、約250pLから約750pL、約400pLから約900pL、約500pLから約1.5nL、約1nLから約2nL、約1.5nLから約2.5nL、約2nLから約3nL又は上記の端点の2つによって画定される任意の範囲)の容積を有する、実施形態26又は27に記載の方法。
[00284] 実施形態29。CD8+、CD45 RO+/RA-、CCR7-、CD62L-の表現型を有するTリンパ球は、流体サンプルの第2の部分において富化される、実施形態20から28のいずれか1つに記載の方法。
[00285] 実施形態30。CD8+、CD45 RO+/RA-、CCR7+、CD62L-の表現型を有するTリンパ球は、流体サンプルの第2の部分において富化される、実施形態20から28のいずれか1つに記載の方法。
[00286] 実施形態31。第1の領域は、約5mmから約15mmの長さを有する、実施形態1から30のいずれか1つに記載の方法。
[00287] 実施形態32。流体サンプルは、流路の第1の領域を通して約0.01マイクロリットル/秒から約10マイクロリットル/秒(例えば、約0.001から約0.01マイクロリットル/秒、約0.005から約0.05マイクロリットル/秒、約0.01から約0.1マイクロリットル/秒、約0.05から約0.5マイクロリットル/秒、約0.1から約1.0マイクロリットル/秒、約0.5から約5マイクロリットル/秒、約1.0から約10マイクロリットル/秒、約5から約50マイクロリットル/秒、約10から約100マイクロリットル/秒、約15から約50マイクロリットル/秒、約25から約75マイクロリットル/秒、約50から約100マイクロリットル/秒又は上記の端点の2つによって画定される任意の範囲)のレートで流動される、実施形態1から31のいずれか1つに記載の方法。
[00288] 実施形態33。第2のチャネルは、ポストの第2のアレイを含む第1のサブ領域を含み、流体サンプルを、流路の第1の領域を通して流動させることは、流体サンプルの第2の部分が、それに含有される任意の細胞と共に、第1のサブ領域の第2のポストアレイを通して流動することを引き起こし、更に、第2のチャネルの第1のサブ領域の流体フローの方向は、第2の方向を画定し、第2のアレイのポストは、行及び列において配置され、第2のアレイのポストの行は、第2の方向と傾斜角(ε)だけ異なる第2のアレイ方向を画定し、及び第2のアレイのポストの列は、1/ε’に等しい周期性で周期的に繰り返し、ε’は、ラジアン単位で測定され、第2のアレイのそれぞれの各列の隣接ポストは、流体サンプルの第2の部分の流体が列に対して略横方向に貫流することができるギャップによって分離され、ギャップの大部分は、第2のアレイの二次的なギャップサイズに対応する特性サイズを有し、及び第2のアレイは、約4ミクロンから約10ミクロンの臨界サイズ(Dc)によって特徴付けられる、実施形態20から32のいずれか1つに記載の方法。
[00289] 実施形態34。第2のチャネルは、幅を有し、第2のポストアレイは、第2のチャネルの幅全体にわたって延在する、実施形態33に記載の方法。
[00290] 実施形態35。第2のアレイは、約4ミクロンから約5ミクロン、約4.5ミクロンから約5.5ミクロン、約5ミクロンから約6ミクロン、約5.5ミクロンから約6.5ミクロン、約6ミクロンから約7ミクロン、約6.5ミクロンから約7.5ミクロン、約7ミクロンから約8ミクロン、約7.5ミクロンから約8.5ミクロン、約8ミクロンから約9ミクロン、約8.5ミクロンから約9.5ミクロン、約9ミクロンから約10ミクロン又は上記の端点の2つによって画定される任意の範囲のDcによって特徴付けられる、実施形態33又は34に記載の方法。
[00291] 実施形態36。第2のポストアレイは、約4ミクロンから約7ミクロンのDcによって特徴付けられる、実施形態35に記載の方法。
[00292] 実施形態37。第2のポストアレイは、約7ミクロンから約10ミクロンのDcによって特徴付けられる、実施形態35に記載の方法。
[00293] 実施形態38。第2のアレイは、約1/3ラジアンから約1/100ラジアンの傾斜角εを有する、実施形態33から37のいずれか1つに記載の方法。
[00294] 実施形態39。第2のアレイは、約1/5ラジアンから約1/30ラジアンの傾斜角εを有する、実施形態33から37のいずれか1つに記載の方法。
[00295] 実施形態40。第2のアレイは、約1/10ラジアンから約1/16ラジアンの傾斜角εを有する、実施形態33から37のいずれか1つに記載の方法。
[00296] 実施形態41。第2のアレイの二次的なギャップサイズは、約15ミクロンから約25ミクロンである、実施形態33から40のいずれか1つに記載の方法。
[00297] 実施形態42。第2のアレイの二次的なギャップサイズは、約25ミクロンから約40ミクロンである、実施形態33から40のいずれか1つに記載の方法。
[00298] 実施形態43。第2のアレイのポストは、約30ミクロンから約100ミクロン(例えば、約40ミクロンから約85ミクロン又は約50ミクロンから約70ミクロン)の直径を有する、実施形態33から42のいずれか1つに記載の方法。
実施形態44。第2のアレイのポストは、二次的なギャップサイズよりも大きい(例えば、1.5から5倍)の直径を有する、実施形態41又は42に記載の方法。
実施形態45。第2のアレイのポストは、二次的なギャップサイズの2から4倍の直径を有する、実施形態41又は42に記載の方法。
[00299] 実施形態46。第2のアレイの列は、第2のチャネルの第1のサブ領域の第2の方向に対して横方向に配置される、実施形態33から45のいずれか1つに記載の方法。
[00300] 実施形態47。第2のアレイのポストは、丸形状(例えば、円形状又は楕円形状)の断面を有する、実施形態33から46のいずれか1つに記載の方法。
[00301] 実施形態48。第2のアレイのポストは、多角形状(例えば、三角形状、正方形状、偏菱形状又は平行四辺形状)の断面を有する、実施形態33から46のいずれか1つに記載の方法。
[00302] 実施形態49。第2のアレイのポストの全ては、同一の配向を有し、配向は、ポストの断面形状の対称軸が、第2の方向によって画定される軸に平行でないようなものである、実施形態47又は48に記載の方法。
[00303] 実施形態50。第2のアレイのポストは、シリコーンポリマーを含む、実施形態33から49のいずれか1つに記載の方法。
[00304] 実施形態51。第2のチャネルの第1のサブ領域は、第2の方向を共同で画定する第3の側壁及び第4の側壁を含み、第3又は第4の側壁のいずれかに最も近接する同一列の隣接ポスト間のギャップサイズが二次的なギャップサイズから逸脱し得ることを例外として、第2のアレイの列の隣接ポスト間の全てのギャップは、第2のアレイの二次的なギャップサイズに等しく、第2のアレイのポスト間のギャップサイズの逸脱は、それがなければ第3及び第4の側壁によって引き起こされる、第2のアレイを通した流体サンプルの第2の部分のフローの境界不規則性を低減する、実施形態33から50のいずれか1つに記載の方法。
[00305] 実施形態52。第2のチャネルは、第1のサブ領域を通して通過した後に流体サンプルの第2の部分を受容するように構成される第2のサブ領域を含み、第2のサブ領域は、第2のチャネルを、流体サンプルの第2の部分から流体の第1のサブ部分を受容する第3のチャネルと、流体サンプルの第2の部分から流体の第2のサブ部分を受容する第4のチャネルとに分離する仕切りを有し、第2のサブ領域の仕切りは、流体の第2のサブ部分において、Dcよりも大きい直径を有するTリンパ球が流体サンプルの第2の部分に対して富化されるように位置決めされる、実施形態33から51のいずれか1つに記載の方法。
[00306] 実施形態53。Dc未満の直径を有するTリンパ球は、流体の第1のサブ部分に主に位置する、実施形態52に記載の方法。
[00307] 実施形態54。流体の第1のサブ部分は、流体サンプルの第2の部分の少なくとも50%(例えば、少なくとも55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%又はそれを超える)を含む、実施形態52に記載の方法。
[00308] 実施形態55。流体の第1のサブ部分は、流体サンプルの第2の部分の約85%から約95%を含む、実施形態52に記載の方法。
[00309] 実施形態56。第3のチャネル及び第4のチャネルは、第3のチャネルの両端の圧力差が第4のチャネルの両端の圧力差に等しくなるように構成される、実施形態52から55のいずれか1つに記載の方法。
[00310] 実施形態57。第3のチャネルは、第3の長さを含み、且つ第4のチャネルは、第4の長さを含み、第4の長さは、第3の長さよりも大きい、実施形態56に記載の方法。
[00311] 実施形態58。第4の長さは、第3の長さの少なくとも5倍である、実施形態57に記載の方法。
[00312] 実施形態59。マイクロ流体デバイスは、第3のチャネル又は第4のチャネルへの基端開口を備えた接続領域を有する少なくとも1つの隔離ペンを含み、更に、少なくとも1つの隔離ペンは、少なくとも1つのTリンパ球(例えば、複数のTリンパ球)を保持するのに十分に大きい容積を有する分離領域を有する、実施形態52から58のいずれか1つに記載の方法。
[00313] 実施形態60。マイクロ流体デバイスは、複数の隔離ペンを含み、複数のうちの各隔離ペンは、第3のチャネル(又は第4のチャネル)への基端開口を備えた接続領域と、少なくとも1つのTリンパ球(例えば、複数のTリンパ球)を保持するのに十分に大きい容積を有する分離領域とを有する、請求項42から45のいずれか一項に記載の方法。
[00314] 実施形態61。隔離ペン又は複数のうちの各隔離ペンは、約250pLから約3nL(例えば、約250pLから約750pL、約400pLから約900pL、約500pLから約1.5nL、約1nLから約2nL、約1.5nLから約2.5nL、約2nLから約3nL又は上記の端点の2つによって画定される任意の範囲)の容積を有する、実施形態59又は60に記載の方法。
[00315] 実施形態62。流体サンプルは、対象から得られる末梢血サンプル又はそれに由来するサンプルである、実施形態1から61のいずれか1つに記載の方法。
[00316] 実施形態63。流体サンプルは、少なくとも1つの非Tリンパ球細胞型(例えば、骨髄細胞、例えば単球、マクロファージ、好中球、好塩基球、好酸球、赤血球、樹状細胞、巨核球及び血小板、Bリンパ球、ナチュラルキラー(NK)細胞、幹細胞又はそれらの任意の組合せ)が枯渇した末梢血サンプルである、実施形態62に記載の方法。
[00317] 実施形態64。流体サンプルは、CD8+Tリンパ球が富化された末梢血サンプルである、実施形態62又は63に記載の方法。
[00318] 実施形態65。流体サンプルは、エフェクタTリンパ球(TEFF)及び/又はメモリTリンパ球(TCM)が枯渇している、実施形態64に記載の方法(例えば、PD-1+、PD-L1+、CD137+若しくはそれらの任意の組合せと任意選択的に組み合わせて又は代替的にCCR7+及び/又はCD62L+と組み合わせてCD45RO+表現型を有する細胞)。
[00319] 実施形態66。流体サンプルは、ナイーブTリンパ球(Tnaive)又はCD45RA+表現型(CCR7+及び/又はCD62L+と任意選択的に組み合わせて)を有する細胞が富化されている、実施形態64又は65に記載の方法。
[00320] 実施形態67。流体サンプルは、セントラルメモリTリンパ球(TCM)或いはCCR7+及び/又はCD62L+表現型と組み合わせてCD45RO+表現型を有する細胞が富化されている、実施形態64又は65に記載の方法。
[00321] 実施形態68。末梢血のサンプル又はそれに由来するサンプルを取得することであって、末梢血は、ヒト対象に由来する、取得することと、末梢血のサンプル又はそれに由来するサンプルから流体サンプルを生成することとを更に含む、実施形態62又は63に記載の方法。
[00322] 実施形態69。流体サンプルを生成することは、末梢血サンプル又はそれに由来するサンプルから少なくとも1つの非Tリンパ球細胞型を枯渇させること、及び/又は末梢血サンプル又はそれに由来するサンプルのCD8+Tリンパ球を富化することを含む、実施形態68に記載の方法。
[00323] 実施形態70。富化するステップは、末梢血サンプル又はそれに由来するサンプルのCD8+ナイーブTリンパ球又はCD45RA+表現型(CCR7+及び/又はCD62L+と任意選択的に組み合わせて)を有する細胞を富化することを含む、実施形態69に記載の方法。
[00324] 実施形態71。流体サンプルは、対象の固形腫瘍サンプルから分離された細胞を含む、実施形態1から61のいずれか1つに記載の方法。
[00325] 実施形態72。固形腫瘍サンプルは、細針吸引物(FNA)である、実施形態71に記載の方法。
[00326] 実施形態73。固形腫瘍サンプルは、生検物である、実施形態71に記載の方法。
[00327] 実施形態74。固形腫瘍は、乳癌、泌尿生殖器癌(例えば、腎臓(例えば、腎細胞癌)、尿管、膀胱、尿道等の尿路に発生する癌、男性生殖管の癌(例えば、精巣癌、前立腺癌又は精嚢、精管若しくは陰茎の癌)又は女性生殖管の癌(例えば、卵巣癌、子宮癌、頸癌、腟癌若しくは卵管癌))、神経系癌(例えば、神経芽腫)、腸癌(例えば、結腸直腸癌)、肺癌、黒色腫又は他のタイプの癌である、実施形態71から73のいずれか1つに記載の方法。
[00328] 実施形態75。固形腫瘍は、髄様乳癌である、実施形態71から73のいずれか1つに記載の方法。
[00329] 実施形態76。固形腫瘍は、中皮腫である、実施形態71から73のいずれか1つに記載の方法。
[00330] 実施形態77。固形腫瘍は、黒色腫である、実施形態71から73のいずれか1つに記載の方法。
[00331] 実施形態78。固形腫瘍サンプルから分離された細胞は、少なくとも1つの非Tリンパ球細胞型(例えば、骨髄細胞、例えば単球、マクロファージ、好中球、好塩基球、好酸球、赤血球、樹状細胞、巨核球及び血小板、Bリンパ球、ナチュラルキラー(NK)細胞、幹細胞又はそれらの任意の組合せ)が枯渇している、実施形態71から77のいずれか1つに記載の方法。
[00332] 実施形態79。固形腫瘍サンプルから分離された細胞は、CD8+Tリンパ球が富化されている、実施形態71から78のいずれか1つに記載の方法。
[00333] 実施形態80。固形腫瘍サンプルから分離された細胞は、CD4+表現型を有するTリンパ球及び/又はCD45RA+表現型(CCR7+及び/又はCD62L+表現型と任意選択的に組み合わせて)を有する細胞が枯渇している、実施形態79に記載の方法。
[00334] 実施形態81。流体サンプル中のTリンパ球と活性化剤とを接触させることを更に含む、実施形態1から80のいずれか1つに記載の方法。
[00335] 実施形態82。Tリンパ球は、少なくとも、流体サンプルを、マイクロ流体デバイスの流路の第1の領域を通して流動させる前に活性化剤に接触される、実施形態81に記載の方法。
[00336] 実施形態83。流体サンプル中のTリンパ球は、流体サンプルを、マイクロ流体デバイスの流路を通して流動させた後に活性化剤に接触される、実施形態81に記載の方法。
[00337] 実施形態84。Tリンパ球は、隔離ペン(例えば、第2のチャネル、第3のチャネル又は第4のチャネルへの基端開口を備えた接続領域を有する隔離ペン)内に移動された後に活性化剤に接触される、実施形態83に記載の方法。
[00338] 実施形態85。流体サンプル中のTリンパ球は、流体サンプルを、マイクロ流体デバイスの流路の第1の領域を通して流動させる前に少なくとも1時間の期間にわたって活性化剤に接触される、実施形態81から84のいずれか1つに記載の方法。
[00339] 実施形態86。流体サンプル中のTリンパ球は、流体サンプルを、マイクロ流体デバイスの流路の第1の領域を通して流動させる前に少なくとも24時間の期間(例えば、少なくとも36時間、少なくとも48時間、少なくとも60時間、少なくとも72時間、少なくとも84時間、少なくとも96時間、少なくとも108時間、少なくとも120時間又は上記の値の2つによって画定される任意の時間範囲)にわたって活性化剤に接触される、実施形態81から85のいずれか1つに記載の方法。
[00340] 実施形態87。活性化剤は、人工抗原提示細胞(aAPC)を含み、aAPCは、抗原ペプチド(例えば、腫瘍関連ペプチド)と複合体化されるMHCクラスI分子を含む、実施形態81から86のいずれか1つに記載の方法。
[00341] 実施形態88。aAPCは、CD28アゴニストを更に含む、実施形態87に記載の方法(例えば、抗CD28アゴニスト抗体)。
[00342] 実施形態89。活性化剤は、樹状細胞(DC)を含む、実施形態81から86のいずれか1つに記載の方法。
[00343] 実施形態90。DC及び流体サンプルのTリンパ球は、自己細胞である、実施形態89に記載の方法。
[00344] 実施形態91。DCは、流体サンプル中のTリンパ球に接触させる前に抗原ペプチドでパルスされる、実施形態89又は90に記載の方法。
[00345] 実施形態92。抗原ペプチドは、流体サンプルのTリンパ球と同一個体由来の腫瘍細胞で同定されるか又はそれから分離される、実施形態87、88又は91に記載の方法(代替的に、抗原ペプチドは、細菌病原体、真菌病原体、寄生病原体、ウイルス病原体等の病原体で同定され得るか又はそれから分離され得る)。
[00346] 実施形態93。抗原ペプチドは、腫瘍細胞(例えば、流体サンプルのTリンパ球と同一個体由来の腫瘍細胞)のゲノム解析によって同定される、実施形態87、88又は91に記載の方法。
[00347] 実施形態94。流体サンプルが流路の第1の領域を通して且つマイクロ流体デバイスの第2のチャネル(又はマイクロ流体デバイスの第3若しくは第4のチャネル)内に通過した後、マイクロ流体デバイスの流路を通した流体サンプルのフローを停止させることを更に含む、実施形態20から94のいずれか1つに記載の方法。
[00347] 実施形態95。少なくとも1つの活性化Tリンパ球を隔離ペンに導入することを更に含む、実施形態94に記載の方法。
[00348] 実施形態96。少なくとも1つの活性化Tリンパ球を複数の隔離ペンのそれぞれに導入することを更に含む、実施形態94に記載の方法。
[00350] 実施形態97。隔離ペン又は複数のうちの隔離ペンのそれぞれは、マイクロ流体デバイスの流路の第2のチャネル(又はマイクロ流体デバイスの流路の第3若しくは第4のチャネル)への基端開口を備えた接続領域を有する、実施形態95又は96に記載の方法。
[00351] 実施形態98。マイクロ流体デバイスは、誘電泳動(DEP)構成を有する基板を含み、少なくとも1つのTリンパ球を隔離ペン(又は複数のうちの各隔離ペン)に導入することは、少なくとも1つのTリンパ球を選択し、且つそれを隔離ペン(又は複数のうちの各隔離ペン)に移動させるためにDEP力を使用することを含む、実施形態94から97のいずれか1つに記載の方法。
[00352] 実施形態99。少なくとも1つのTリンパ球は、少なくとも部分的に、細胞表面がCD8+である(及び/又は対象抗原を特異的に検出するTCRを有する)ために選択される、実施形態98に記載の方法。
[00353] 実施形態100。少なくとも1つのTリンパ球を隔離ペン(又は複数のうちの各隔離ペン)に導入することは、重力により、少なくとも1つのTリンパ球を隔離ペン(又は複数のうちの各隔離ペン)に引き込むようにマイクロ流体デバイスを傾斜させることを含む、実施形態94から97のいずれか1つに記載の方法。
[00354] 実施形態101。少なくとも1つのTリンパ球を隔離ペン(又は複数のうちの各隔離ペン)に導入した後、培養培地は、マイクロ流体デバイスの流路を通して少なくとも24時間(例えば、少なくとも48時間、少なくとも72時間、少なくとも96時間又はそれを超える)の期間にわたってかん流される、実施形態94から100のいずれか1つに記載の方法。
[00355] 実施形態102。少なくとも1つのTリンパ球は、隔離ペン(又は複数のうちの各隔離ペン)に導入した後に活性化剤に接触される、実施形態94から101のいずれか1つに記載の方法。
[00356] 実施形態103。マイクロ流体デバイスの流路の第2のチャネル(又は第3若しくは第4のチャネル)からTリンパ球集団を選択的に搬出することを更に含み、Tリンパ球集団は、マイクロ流体デバイスの流路の第2の領域の第1のチャネルを貫流した任意の細胞又はTリンパ球とは別個に搬出される、実施形態20から102のいずれか1つに記載の方法。
[00357] 実施形態104。Tリンパ球集団は、マイクロ流体デバイスの流路の第2の領域の第2のチャネルの第2のサブ領域の第3のチャネルから搬出され、Tリンパ球集団は、第2のチャネルの第2のサブ領域の第4のチャネルを貫流した任意の細胞又はTリンパ球とは別個に搬出される、実施形態103に記載の方法。
[00358] 実施形態105。流体を、マイクロ流体デバイスの流路の第1の領域を通して流動させる前に、マイクロ流体デバイスのフロー領域は、マイクロ流体デバイスの内面(例えば、チャネル及び/又は任意の隔離ペンの表面)に結合するブロッキング剤を含むブロッキング溶液で処理される、実施形態1から104のいずれか1つに記載の方法。
[00359] 実施形態106。ブロッキング溶液は、血清、BSA又はポリマー(例えば、ポリエチレングリコール(PEG)及び/又はポリプロピレングリコール(PPG)を含むポリマー)を含む、実施形態105に記載の方法。
[00360] 実施形態107。マイクロ流体デバイスは、コーティング材料を含む内面を含む、実施形態1から106のいずれか1つに記載の方法。
[00361] 実施形態108。コーティング材料は、フルオロアルカン部分を含む、実施形態107に記載の方法。
[00362] 実施形態109。コーティング材料は、カルボン酸部分、糖部分(例えば、デキストラン)又はポリエチレングリコール(PEG)部分を含む、実施形態107に記載の方法。
[00363] 実施形態110。流体サンプルを、マイクロ流体デバイスの流路の第1の領域を通して流動させることは、活性化Tリンパ球が富化された選別サンプルを生成し、富化は、少なくとも2倍(例えば、少なくとも3倍、少なくとも4倍、少なくとも5倍)、少なくとも6倍、少なくとも7倍、少なくとも8倍、少なくとも9倍、少なくとも10倍又はそれを超える)である、実施形態1から109のいずれか1つに記載の方法。
[00364] 実施形態111。ポストの第1のアレイを含む第1の領域を有する流路を含むマイクロ流体デバイスであって、第1の領域は、流路の第1の領域の流体フローの全体方向を共同で画定する第1の側壁及び第2の側壁を含み、全体方向は、第1の領域の第1の方向に対応し、第1のアレイのポストは、行及び列において配置され、第1のアレイのポストの行は、第1の領域の第1の方向と傾斜角(ε)だけ異なる第1のアレイ方向を画定し、及び第1のアレイのポストの列は、1/εに等しい周期性で周期的に繰り返し、εは、ラジアン単位で測定され、第1のアレイのそれぞれの各列の隣接ポストは、流体サンプルの流体が列に対して略横方向に貫流することができるギャップによって分離され、ギャップの大部分は、第1のアレイの主要なギャップサイズに対応する特性サイズを有し、及び第1のアレイは、約4ミクロンから約10ミクロンの臨界サイズ(Dc)によって特徴付けられる、マイクロ流体デバイス。
[00365] 実施形態112。流路の第1の領域は、第1及び第2の側壁によって画定される幅を有するメインチャネルであり、第1のポストアレイは、メインチャネルの幅全体にわたって延在する、実施形態111に記載のデバイス。
[00366] 実施形態113。第1のアレイは、約4ミクロンから約7ミクロンのDcによって特徴付けられる、実施形態111又は112に記載のデバイス。
[00367] 実施形態114。第1のアレイは、約7ミクロンから約10ミクロンのDcによって特徴付けられる、実施形態111又は112に記載のデバイス。
[00368] 実施形態115。第1のアレイは、約1/3ラジアンから約1/100ラジアンの傾斜角εを有する、実施形態111から114のいずれか1つに記載のデバイス。
[00369] 実施形態116。第1のアレイは、約1/5ラジアンから約1/30ラジアンの傾斜角εを有する、実施形態111から114のいずれか1つに記載のデバイス。
実施形態117。第1のアレイは、約1/10ラジアンから約1/16ラジアンの傾斜角εを有する、実施形態111から114のいずれか1つに記載のデバイス。
[00370] 実施形態118。第1のアレイの主要なギャップサイズは、約15ミクロンから約25ミクロンである、実施形態111から117のいずれか1つに記載のデバイス。
[00371] 実施形態119。第1のアレイの主要なギャップサイズは、約25ミクロンから約40ミクロンである、実施形態111から117のいずれか1つに記載のデバイス。
[00372] 実施形態120。第1のアレイのポストは、約30ミクロンから約100ミクロン(例えば、約40ミクロンから約85ミクロン又は約50ミクロンから約70ミクロン)の直径を有する、実施形態111から119のいずれか1つに記載のデバイス。
[00373] 実施形態121。第1のアレイのポストは、主要なギャップサイズよりも大きい(例えば、1.5から5倍)の直径を有する、実施形態118又は119に記載のデバイス。
[00374] 実施形態122。第1のアレイのポストは、主要なギャップサイズの2から4倍の直径を有する、実施形態118又は119に記載のデバイス。
[00375] 実施形態123。第1のアレイの列は、第1の領域の第1の方向に対して横方向に配置される、実施形態111から122のいずれか1つに記載のデバイス。
[00376] 実施形態124。第1のアレイのポストは、丸形状(例えば、円形状又は楕円形状)の断面を有する、実施形態111から123のいずれか1つに記載のデバイス。
[00377] 実施形態125。第1のアレイのポストは、多角形状(例えば、三角形状、正方形状、偏菱形状又は平行四辺形状)の断面を有する、実施形態111から123のいずれか1つに記載のデバイス。
[00378] 実施形態126。第1のアレイのポストの全ては、同一の配向を有し、配向は、ポストの断面形状の対称軸が、第1の方向によって画定される軸に平行でないようなものである、実施形態124又は125に記載のデバイス。
[00379] 実施形態127。第1のアレイのポストは、シリコーンポリマーを含む、実施形態111から126のいずれか1つに記載のデバイス。
[00380] 実施形態128。第1又は第2の側壁のいずれかに最も近接する同一列の隣接ポスト間のギャップサイズが主要なギャップサイズから逸脱し得ることを例外として、第1のアレイの列の隣接ポスト間の全てのギャップは、第1のアレイの主要なギャップサイズに等しく、第1のアレイのポスト間のギャップサイズの逸脱は、それがなければ第1及び第2の側壁によって引き起こされる、第1のアレイを通した流体サンプルのフローの境界不規則性を低減する、実施形態111から126のいずれか1つに記載のデバイス。
[00381] 実施形態129。マイクロ流体デバイスの流路は、流体サンプルがマイクロ流体デバイスの第1の領域を通して通過した後に流体サンプルを受容するように構成される第2の領域を含み、第2の領域は、第2の領域を、流体サンプルの第1の部分を受容する第1のチャネルと、流体サンプルの第2の部分を受容する第2のチャネルとに分離する仕切りを有する、実施形態111から128のいずれか1つに記載のデバイス。
[00382] 実施形態130。第2の領域の仕切りは、流体サンプルの第2の部分において、Dcよりも大きい直径を有するTリンパ球が流体サンプルに対して富化されるように位置決めされ、及びDc未満の直径を有するTリンパ球は、主に流体サンプルの第1の部分に位置する、実施形態129に記載のデバイス。
[00383] 実施形態131。流体サンプルの第1の部分は、流体サンプルの少なくとも50%(例えば、少なくとも55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%又はそれを超える)を含む、実施形態129又は130に記載のデバイス。
[00384] 実施形態132。流体サンプルの第1の部分は、流体サンプルの約85%から約95%を含む、実施形態129又は130に記載のデバイス。
[00385] 実施形態133。第1のチャネル及び第2のチャネルは、第1のチャネルの両端の圧力差が第2のチャネルの両端の圧力差に等しくなるように構成される、実施形態129から132のいずれか1つに記載のデバイス。
[00386] 実施形態134。第1のチャネルは、第1の長さを含み、且つ第2のチャネルは、第2の長さを含み、第2の長さは、第1の長さよりも大きい(例えば、第2のチャネルの第2の長さは、第1のチャネルの第1の長さの少なくとも5倍である)、実施形態129から133のいずれか1つに記載のデバイス。
[00387] 実施形態135。マイクロ流体デバイスは、第2のチャネルへの基端開口を備えた接続領域を有する少なくとも1つの隔離ペンを含み、更に、少なくとも1つの隔離ペンは、少なくとも1つのTリンパ球(例えば、複数のTリンパ球)を保持するのに十分に大きい容積を有する分離領域を有する、実施形態129から134のいずれか1つに記載のデバイス。
[00388] 実施形態136。マイクロ流体デバイスは、複数の隔離ペンであって、第2の領域の第2のチャネルへの基端開口を備えた接続領域をそれぞれ有し、且つ少なくとも1つのTリンパ球(例えば、複数のTリンパ球)を保持するのに十分に大きい容積を有する分離領域をそれぞれ有する複数の隔離ペンを含む、実施形態129から134のいずれか1つに記載のデバイス。
[00389] 実施形態137。隔離ペン又は複数のうちの各隔離ペンは、約250pLから約3nL(例えば、約250pLから約750pL、約400pLから約900pL、約500pLから約1.5nL、約1nLから約2nL、約1.5nLから約2.5nL、約2nLから約3nL又は上記の端点の2つによって画定される任意の範囲)の容積を有する、実施形態135又は136に記載のデバイス。
[00390] 実施形態138。第1の領域は、約5mmから約15mmの長さを有する、実施形態111から137のいずれか1つに記載のデバイス。
[00391] 実施形態139。第2のチャネルは、ポストの第2のアレイを含む第1のサブ領域を含み、流体サンプルを、流路の第1の領域を通して流動させることは、流体サンプルの第2の部分が、それに含有される任意の細胞と共に、第2のチャネルの第1のサブ領域の第2のポストアレイを通して流動することを引き起こし、更に、第2のチャネルの第1のサブ領域の流体フローの全体方向は、第2の方向を画定し、第2のアレイのポストは、行及び列において配置され、第2のアレイのポストの行は、第2の方向と傾斜角(ε)だけ異なる第2のアレイ方向を画定し、及び第2のアレイのポストの列は、1/ε’に等しい周期性で周期的に繰り返し、ε’は、ラジアン単位で測定され、第2のアレイのそれぞれの各列の隣接ポストは、流体サンプルの第2の部分の流体が列に対して略横方向に貫流することができるギャップによって分離され、ギャップの大部分は、第2のアレイの二次的なギャップサイズに対応する特性サイズを有し、及び第2のアレイは、約4ミクロンから約10ミクロンの臨界サイズ(Dc)によって特徴付けられる、実施形態129から138のいずれか1つに記載のデバイス。
[00392] 実施形態140。第2のチャネルは、幅を有し、第2のポストアレイは、第2のチャネルの幅全体にわたって延在する、実施形態139に記載のデバイス。
[00393] 実施形態141。第1のアレイは、約4ミクロンから約5ミクロン、約4.5ミクロンから約5.5ミクロン、約5ミクロンから約6ミクロン、約5.5ミクロンから約6.5ミクロン、約6ミクロンから約7ミクロン、約6.5ミクロンから約7.5ミクロン、約7ミクロンから約8ミクロン、約7.5ミクロンから約8.5ミクロン、約8ミクロンから約9ミクロン、約8.5ミクロンから約9.5ミクロン、約9ミクロンから約10ミクロン又は上記の端点の2つによって画定される任意の範囲のDcによって特徴付けられる、実施形態139又は140に記載のデバイス。
[00394] 実施形態142。第2のポストアレイは、約4ミクロンから約7ミクロンのDcによって特徴付けられるか、又は第2のポストアレイは、約7ミクロンから約10ミクロンのDcによって特徴付けられる、実施形態139又は140に記載のデバイス。
[00395] 実施形態143。第2のアレイは、約1/3ラジアンから約1/100ラジアンの傾斜角εを有する、実施形態139から142のいずれか1つに記載のデバイス。
[00396] 実施形態144。第2のアレイは、約1/5ラジアンから約1/30ラジアンの傾斜角εを有する、実施形態139から142のいずれか1つに記載のデバイス。
[00397] 実施形態145。第2のアレイの二次的なギャップサイズは、約15ミクロンから約25ミクロンである、実施形態139から144のいずれか1つに記載のデバイス。
[00398] 実施形態146。第2のアレイの二次的なギャップサイズは、約25ミクロンから約40ミクロンである、実施形態139から144のいずれか1つに記載のデバイス。
[00399] 実施形態147。第2のアレイのポストは、約30ミクロンから約100ミクロン(例えば、約40ミクロンから約85ミクロン又は約50ミクロンから約70ミクロン)の直径を有する、実施形態139から146のいずれか1つに記載のデバイス。
[00400] 実施形態148。第2のアレイのポストは、二次的なギャップサイズよりも大きい(例えば、1.5から5倍)の直径を有する、実施形態145又は146に記載のデバイス。
[00401] 実施形態149。第2のアレイのポストは、二次的なギャップサイズの2から4倍の直径を有する、実施形態145又は146に記載のデバイス。
[00402] 実施形態150。第2のアレイの列は、第2のチャネルの第1のサブ領域の第2の方向に対して横方向に配置される、実施形態139から149のいずれか1つに記載のデバイス。
[00403] 実施形態151。第2のアレイのポストは、丸形状(例えば、円形状又は楕円形状)の断面を有する、実施形態139から150のいずれか1つに記載のデバイス。
[00404] 実施形態152。第2のアレイのポストは、多角形状(例えば、三角形状、正方形状、偏菱形状又は平行四辺形状)の断面を有する、実施形態139から150のいずれか1つに記載のデバイス。
[00405] 実施形態153。第2のアレイのポストの全ては、同一の配向を有し、配向は、ポストの断面形状の対称軸が、第2の方向によって画定される軸に平行でないようなものである、実施形態151又は152に記載のデバイス。
[00406] 実施形態154。第2のアレイのポストは、シリコーンポリマーを含む、実施形態139から153のいずれか1つに記載のデバイス。
[00407] 実施形態155。第2のチャネルの第1のサブ領域は、第2の方向を共同で画定する第3の側壁及び第4の側壁を含み、第3又は第4の側壁のいずれかに最も近接する同一列の隣接ポスト間のギャップサイズが二次的なギャップサイズから逸脱し得ることを例外として、第2のアレイの列の隣接ポスト間の全てのギャップは、第2のアレイの二次的なギャップサイズに等しく、第2のアレイのポスト間のギャップサイズの逸脱は、それがなければ第3及び第4の側壁によって引き起こされる、第2のアレイを通した流体サンプルの第2の部分のフローの境界不規則性を低減する、実施形態139から154のいずれか1つに記載のデバイス。
[00408] 実施形態156。第2のチャネルは、流体サンプルが第1のサブ領域を通して通過した後に流体サンプルの第2の部分を受容するように構成される第2のサブ領域を含み、第2のサブ領域は、第2のチャネルを、流体サンプルの第2の部分から流体の第1のサブ部分を受容する第3のチャネルと、流体サンプルの第2の部分から流体の第2のサブ部分を受容する第4のチャネルとに分離する仕切りを有する、実施形態139から155のいずれか1つに記載のデバイス。
[00409] 実施形態157。第2のサブ領域の仕切りは、流体の第2のサブ部分において、Dcよりも大きい直径を有するTリンパ球が流体サンプルの第2の部分に対して富化されるように位置決めされ、Dc未満の直径を有するTリンパ球は、主に流体の第1のサブ部分に位置する、実施形態156に記載のデバイス。
[00410] 実施形態158。流体の第1のサブ部分は、流体サンプルの第2の部分の少なくとも50%(例えば、少なくとも55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%又はそれを超える)を含む、実施形態156又は157に記載のデバイス。
[00411] 実施形態159。流体の第1のサブ部分は、流体サンプルの第2の部分の約85%から約95%を含む、実施形態156又は157に記載のデバイス。
[00412] 実施形態160。第3のチャネル及び第4のチャネルは、第3のチャネルの両端の圧力差が第4のチャネルの両端の圧力差に等しくなるように構成される、実施形態156から159のいずれか1つに記載のデバイス。
[00413] 実施形態161。第3のチャネルは、第3の長さを含み、且つ第4のチャネルは、第4の長さを含み、第4の長さは、第3の長さよりも大きい(例えば、第4の長さは、第3の長さの少なくとも5倍である)、実施形態160に記載のデバイス。
[00414] 実施形態162。マイクロ流体デバイスは、第3のチャネル又は第4のチャネルへの基端開口を備えた接続領域を有する少なくとも1つの隔離ペンを含み、更に、少なくとも1つの隔離ペンは、少なくとも1つのTリンパ球(例えば、複数のTリンパ球)を保持するのに十分に大きい容積を有する分離領域を有する、実施形態156から161のいずれか1つに記載のデバイス。
[00415] 実施形態163。マイクロ流体デバイスは、複数の隔離ペンを含み、複数のうちの各隔離ペンは、第3のチャネル(又は第4のチャネル)への基端開口を備えた接続領域と、少なくとも1つのTリンパ球(例えば、複数のTリンパ球)を保持するのに十分に大きい容積を有する分離領域とを有する、実施形態156から161のいずれか1つに記載のデバイス。
[00416] 実施形態164。隔離ペン又は複数のうちの各隔離ペンは、約250pLから約3nL(例えば、約250pLから約750pL、約400pLから約900pL、約500pLから約1.5nL、約1nLから約2nL、約1.5nLから約2.5nL、約2nLから約3nL又は上記の端点の2つによって画定される任意の範囲)の容積を有する、実施形態162又は163に記載のデバイス。
[00417] 実施形態165。マイクロ流体デバイスは、コーティング材料を含む内面(例えば、第1の領域、第2の領域、第1のサブ領域、第2のサブ領域、第1のチャネル、第2のチャネル、第3のチャネル、第4のチャネルの少なくとも1つの内面)を含む、実施形態111から164のいずれか1つに記載のデバイス。
[00418] 実施形態166。コーティング材料は、フルオロアルカン部分を含む、実施形態165に記載のデバイス。
[00419] 実施形態167。コーティング材料は、カルボン酸部分、糖部分(例えば、デキストラン)又はポリエチレングリコール(PEG)部分を含む、実施形態165に記載のデバイス。
[00420] 実施形態168。実施形態20から51及び62から110のいずれか1つに記載の方法に従って選別されたTリンパ球を含む組成物であって、Tリンパ球は、マイクロ流体デバイスの流路の第2のチャネルから細胞を搬出することによって取得され、Tリンパ球集団は、マイクロ流体デバイスの流路の第1のチャネルを貫流した任意の細胞又はTリンパ球とは別個に搬出される、組成物。
[00421] 実施形態169。実施形態52から110のいずれか1つに記載の方法に従って選別されたTリンパ球を含む組成物であって、Tリンパ球は、マイクロ流体デバイスの流路の第3のチャネル(又は第4のチャネル)から細胞を搬出することによって取得され、Tリンパ球集団は、マイクロ流体デバイスの流路の第4のチャネル(又は第3のチャネル)を貫流した任意の細胞又はTリンパ球とは別個に搬出される、組成物。
[00422] 実施形態170。薬学的に許容可能な担体を更に含む、実施形態168又は169に記載の組成物。
[00423] 実施形態171。病原性障害又は癌に罹患している対象を治療する方法であって、実施形態170に記載の組成物を投与することを含む方法。
均等物
[00424] 上記の本明細書は、当業者による実施形態の実施を可能とするのに十分であると考えられる。以上の説明及び実施例は、特定の実施形態を詳述し、企図される最良形態を記述する。しかし、以上の内容が本文でいかに詳細に見えても、実施形態は、多くの方法で実施し得るため、添付の特許請求の範囲及びその任意の均等物に従って解釈すべきであることが分かるであろう。
[00424] 上記の本明細書は、当業者による実施形態の実施を可能とするのに十分であると考えられる。以上の説明及び実施例は、特定の実施形態を詳述し、企図される最良形態を記述する。しかし、以上の内容が本文でいかに詳細に見えても、実施形態は、多くの方法で実施し得るため、添付の特許請求の範囲及びその任意の均等物に従って解釈すべきであることが分かるであろう。
Claims (98)
- マイクロ流体デバイスを用いて、活性化Tリンパ球が富化されたサンプルを作製する方法であって、前記マイクロ流体デバイスが、ポストの第1のアレイを備える第1の領域を有する流路を備え、前記方法が、活性化Tリンパ球と休止Tリンパ球との混合物を含む流体サンプルを、前記マイクロ流体デバイスの前記流路の前記第1の領域を通して流動させることを含み、
前記流路の前記第1の領域における流体の流れの方向が、第1の方向を画定し、
前記第1のアレイの前記ポストが、行及び列において配置され、
前記第1のアレイのポストの前記行が、前記第1の領域の前記第1の方向と傾斜角(ε)だけ異なる第1のアレイ方向を画定し、前記第1のアレイのポストの前記列が、1/εに等しい周期性で周期的に繰り返し、εは、ラジアン単位で測定され、
前記第1のアレイのそれぞれの各列の隣接ポストが、前記流体サンプルの流体が前記列に対して略横方向に貫流することができるギャップによって分離され、前記ギャップの大部分が、前記第1のアレイの主要なギャップサイズに対応する特性サイズを有し、
前記第1のアレイが、約4ミクロンから約10ミクロンの臨界サイズ(Dc)によって特徴付けられる、
方法。 - 前記流路の前記第1の領域が、幅を有するメインチャネルによって画定され、前記ポストの第1のアレイが、前記メインチャネルの前記幅全体にわたって延在する、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のアレイが、約4ミクロンから約7ミクロンのDcによって特徴付けられる、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のアレイが、約1/5ラジアンから約1/30ラジアンの傾斜角εを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のアレイの前記主要なギャップサイズが、約15ミクロンから約25ミクロンである、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のアレイの前記主要なギャップサイズが、約25ミクロンから約40ミクロンである、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のアレイの前記ポストが、約30ミクロンから約100ミクロンの直径を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のアレイの前記列が、前記第1の領域の前記第1の方向に対して横方向に配置される、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のアレイの前記ポストが、丸形状の断面又は多角形状の断面を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のアレイの前記ポストの全てが、同一の配向を有し、前記配向は、前記ポストの前記断面形状の対称軸が、前記第1の方向によって画定される軸に平行でないようなものである、請求項9に記載の方法。
- 前記マイクロ流体デバイスの前記流路が、前記流体サンプルが前記マイクロ流体デバイスの前記第1の領域を通して通過した後に前記流体サンプルを受容するように構成される第2の領域を含み、前記第2の領域が、前記第2の領域を、前記流体サンプルの第1の部分を受容する第1のチャネルと、前記流体サンプルの第2の部分を受容する第2のチャネルとに分離する仕切りを有し、
前記第2の領域の前記仕切りが、前記流体サンプルの前記第2の部分において、Dcよりも大きい直径を有するTリンパ球が前記流体サンプルに対して富化されるように位置決めされる、請求項1に記載の方法。 - 前記流体サンプルの前記第1の部分が、前記流体サンプルの約85%から約95%を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記第1のチャネルが、第1の長さを含み、且つ前記第2のチャネルが、第2の長さを含み、前記第2のチャネルの前記第2の長さが、前記第1のチャネルの前記第1の長さの少なくとも5倍である、請求項11に記載の方法。
- 前記マイクロ流体デバイスが、前記第2のチャネルへの基端開口を備えた接続領域を有する少なくとも1つの隔離ペンを含み、更に、前記少なくとも1つの隔離ペンが、少なくとも1つのTリンパ球を保持するのに十分に大きい容積を有する分離領域を有する、請求項11に記載の方法。
- 前記マイクロ流体デバイスが、複数の前記隔離ペンを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記隔離ペンが、約250pLから約3nLの容積を有する、請求項14に記載の方法。
- CD8+、CD45 RO+/RA-、CCR7-、CD62L-の表現型を有するTリンパ球が、前記流体サンプルの前記第2の部分において富化される、請求項11に記載の方法。
- CD8+、CD45 RO+/RA-、CCR7+、CD62L-の表現型を有するTリンパ球が、前記流体サンプルの前記第2の部分において富化される、請求項11に記載の方法。
- 前記第1の領域が、約5mmから約15mmの長さを有する、請求項11に記載の方法。
- 前記流体サンプルが、前記流路の前記第1の領域を通して約0.01マイクロリットル/秒から約10マイクロリットル/秒のレートで流動される、請求項11に記載の方法。
- 前記第2のチャネルが、ポストの第2のアレイを含む第1のサブ領域を含み、前記流体サンプルを、前記流路の前記第1の領域を通して流動させることが、前記流体サンプルの前記第2の部分が、それに含有される任意の細胞と共に、前記第1のサブ領域の前記ポストの第2のアレイを通して流動することを引き起こし、
更に、前記第2のチャネルの前記第1のサブ領域における流体フローの方向が、第2の方向を画定し、
前記第2のアレイの前記ポストが、行及び列において配置され、
前記第2のアレイのポストの前記行が、前記第2の方向と傾斜角(ε’)だけ異なる第2のアレイ方向を画定し、及び前記第2のアレイのポストの前記列が、1/ε’に等しい周期性で周期的に繰り返し、ε’は、ラジアン単位で測定され、
前記第2のアレイのそれぞれの各列の隣接ポストが、前記流体サンプルの前記第2の部分の流体が前記列に対して略横方向に貫流することができるギャップによって分離され、前記ギャップの大部分が、前記第2のアレイの二次的なギャップサイズに対応する特性サイズを有し、及び
前記第2のアレイが、約4ミクロンから約10ミクロンの臨界サイズ(Dc)によって特徴付けられる、請求項11に記載の方法。 - 前記第2のチャネルが、幅を有し、前記ポストの第2のアレイが、前記第2のチャネルの前記幅全体にわたって延在する、請求項21に記載の方法。
- 前記ポストの第2のアレイが、約4ミクロンから約7ミクロンのDcによって特徴付けられる、請求項21に記載の方法。
- 前記ポストの第2のアレイが、約7ミクロンから約10ミクロンのDcによって特徴付けられる、請求項21に記載の方法。
- 前記第2のアレイが、約1/5ラジアンから約1/30ラジアンの傾斜角ε’を有する、請求項21に記載の方法。
- 前記第2のアレイの前記二次的なギャップサイズが、約15ミクロンから約25ミクロンである、請求項21に記載の方法。
- 前記第2のアレイ前記二次的なギャップサイズが、約25ミクロンから約40ミクロンである、請求項21に記載の方法。
- 前記第2のアレイの前記ポストが、約30ミクロンから約100ミクロンの直径を有する、請求項21に記載の方法。
- 前記第2のアレイの前記列が、前記第2のチャネルの前記第1のサブ領域の前記第2の方向に対して横方向に配置される、請求項21に記載の方法。
- 前記第2のアレイの前記ポストが、丸形状の断面又は多角形状の断面を有する、請求項21に記載の方法。
- 前記第2のアレイの前記ポストの全てが、同一の配向を有し、前記配向が、前記ポストの前記断面形状の対称軸が、前記第2の方向によって画定される軸に平行でないようなものである、請求項30に記載の方法。
- 前記第2のチャネルが、前記流体サンプルが前記第1のサブ領域を通して通過した後に前記流体サンプルの前記第2の部分を受容するように構成される第2のサブ領域を含み、前記第2のサブ領域が、前記第2のチャネルを、前記流体サンプルの前記第2の部分から流体の第1のサブ部分を受容する第3のチャネルと、前記流体サンプルの前記第2の部分から流体の第2のサブ部分を受容する第4のチャネルとに分離する仕切りを有し、
前記第2のサブ領域の前記仕切りが、前記流体の第2のサブ部分において、Dcよりも大きい直径を有するTリンパ球が前記流体サンプルの前記第2の部分に対して富化されるように位置決めされる、請求項21に記載の方法。 - 前記流体の第1のサブ部分が、前記流体サンプルの前記第2の部分の少なくとも50%を含む、請求項32に記載の方法。
- 前記第3のチャネルが、第3の長さを含み、且つ前記第4のチャネルが、第4の長さを含み、前記第4の長さが、前記第3の長さよりも大きい、請求項32に記載の方法。
- 前記マイクロ流体デバイスが、前記第3のチャネル又は前記第4のチャネルへの基端開口を備えた接続領域を有する少なくとも1つの隔離ペンを含み、更に、前記少なくとも1つの隔離ペンが、少なくとも1つのTリンパ球を保持するのに十分に大きい容積を有する分離領域を有する、請求項32に記載の方法。
- 前記マイクロ流体デバイスが、複数の前記隔離ペンを含む、請求項35に記載の方法。
- 前記隔離ペンが、約250pLから約3nLの容積を有する、請求項32に記載の方法。
- 前記流体サンプルが、対象から得られる末梢血サンプル又はそれに由来するサンプルである、請求項1から37のいずれか一項に記載の方法。
- 前記流体サンプルが、少なくとも1つの非Tリンパ球細胞型が枯渇した末梢血サンプルである、請求項38に記載の方法。
- 前記流体サンプルが、CD8+Tリンパ球が富化された末梢血サンプルである、請求項38に記載の方法。
- 前記流体サンプルが、エフェクタTリンパ球(TEFF)及び/又はメモリTリンパ球(TCM)が枯渇している、請求項40に記載の方法。
- 前記流体サンプルが、ナイーブTリンパ球(Tnaive)又はCD45RA+表現型を有する細胞が富化されている、請求項40に記載の方法。
- 前記流体サンプルが、セントラルメモリTリンパ球(TCM)或いはCCR7+及び/又はCD62L+表現型と組み合わせてCD45RO+表現型を有する細胞が富化されている、請求項40に記載の方法。
- 末梢血のサンプル又はそれに由来するサンプルを取得することであって、末梢血が、ヒト対象に由来する、取得することと、
前記末梢血のサンプル又は前記それに由来するサンプルから前記流体サンプルを生成することと
を更に含む、請求項38に記載の方法。 - 前記流体サンプルを生成することが、
前記末梢血サンプル又は前記それに由来するサンプルから少なくとも1つの非Tリンパ球細胞型を枯渇させること、及び/又は
前記末梢血サンプル又は前記それに由来するサンプルをCD8+Tリンパ球について富化すること
を含む、請求項44に記載の方法。 - 前記富化するステップが、前記末梢血サンプル又は前記それに由来するサンプルを、CD8+ナイーブTリンパ球又はCD45RA+表現型を有する細胞について富化することを含む、請求項45に記載の方法。
- 前記流体サンプル中の前記Tリンパ球を活性化剤と接触させることを更に含む、請求項38に記載の方法。
- 前記Tリンパ球が、少なくとも、前記流体サンプルを、前記マイクロ流体デバイスの前記流路の前記第1の領域を通して流動させる前に前記活性化剤に接触される、請求項47に記載の方法。
- 前記流体サンプル中の前記Tリンパ球が、前記流体サンプルを、前記マイクロ流体デバイスの前記流路の前記第1の領域を通して流動させる前に少なくとも48時間の期間にわたって前記活性化剤に接触される、請求項48に記載の方法。
- 前記活性化剤が、人工抗原提示細胞(aAPC)を含み、前記aAPCが、抗原ペプチドと複合体化されるMHCクラスI分子を含む、請求項48に記載の方法。
- 前記aAPCが、CD28アゴニストを更に含む、請求項50に記載の方法。
- 前記活性化剤が、樹状細胞(DC)を含む、請求項48に記載の方法。
- 前記DC及び前記流体サンプルの前記Tリンパ球が、自己細胞である、請求項52に記載の方法。
- 前記抗原ペプチドが、細菌病原体、真菌病原体、寄生病原体、ウイルス病原体又は腫瘍細胞で同定されるか又はそれらから分離される、請求項50に記載の方法。
- 前記抗原ペプチドが、前記流体サンプルの前記Tリンパ球と同一個体由来の癌細胞で同定されるか又はそれから分離される、請求項54に記載の方法。
- 前記流体サンプルが前記流路の前記第1の領域を通して且つ前記マイクロ流体デバイスの前記第2のチャネル内に通過された後、前記マイクロ流体デバイスの前記流路を通した前記流体サンプルの前記フローを停止させることと、
少なくとも1つの活性化Tリンパ球を前記複数の隔離ペンの1つ以上の隔離ペンに導入することと
を更に含む、請求項15に記載の方法。 - 前記マイクロ流体デバイスが、誘電泳動(DEP)構成を有する基板を含み、少なくとも1つ活性化Tリンパ球を前記1つ以上の隔離ペンに導入することは、少なくとも1つのTリンパ球を選択し、且つそれを前記1つ以上の隔離ペンのそれぞれに移動させるためにDEP力を使用することを含む、請求項56に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのTリンパ球が、少なくとも部分的に、その細胞表面がCD8+であるために選択される、請求項57に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのTリンパ球が、少なくとも部分的に、その細胞表面が、対象抗原を特異的に検出するTCRを有するために選択される、請求項58に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのTリンパ球を前記1つ以上の隔離ペンのそれぞれに導入した後、培養培地が、前記マイクロ流体デバイスの前記流路を通して少なくとも24時間の期間にわたってかん流される、請求項56に記載の方法。
- 前記マイクロ流体デバイスの前記流路の前記第2のチャネルからTリンパ球集団を選択的に搬出することを更に含み、前記Tリンパ球集団が、前記マイクロ流体デバイスの前記流路の前記第1のチャネルを貫流した任意の細胞又はTリンパ球とは別個に搬出される、請求項11に記載の方法。
- 前記流体を、前記マイクロ流体デバイスの前記流路の前記第1の領域を通して流動させる前に、前記マイクロ流体デバイスのフロー領域が、前記マイクロ流体デバイスの少なくとも1つの内面に結合するブロッキング剤を含むブロッキング溶液で処理され、前記ブロッキング溶液が、血清、BSA或いはポリエチレングリコール(PEG)及び/又はポリプロピレングリコール(PPG)を含むポリマーを含む、請求項1から37又は56から61のいずれか一項に記載の方法。
- 前記マイクロ流体デバイスが、コーティング材料を含む内面を含む、請求項1から37又は56から61のいずれか一項に記載の方法。
- 前記コーティング材料が、フルオロアルカン部分を含む、請求項63に記載の方法。
- 前記コーティング材料が、カルボン酸部分、糖部分又はポリエチレングリコール(PEG)部分を含む、請求項63に記載の方法。
- 前記流体サンプルを、前記マイクロ流体デバイスの前記流路の前記第1の領域を通して流動させることが、活性化Tリンパ球が富化される選別サンプルを生成し、前記富化が、少なくとも2倍である、請求項1から37のいずれか一項に記載の方法。
- ポストの第1のアレイを含む第1の領域を有する流路を含むマイクロ流体デバイスであって、
前記第1の領域が、前記流路の前記第1の領域の流体フローの全体方向を共同で画定する第1の側壁及び第2の側壁を含み、前記全体方向は、前記第1の領域の第1の方向に対応し、
前記第1のアレイの前記ポストが、行及び列において配置され、
前記第1のアレイのポストの前記行が、前記第1の領域の前記第1の方向と傾斜角(ε)だけ異なる第1のアレイ方向を画定し、及び前記第1のアレイのポストの前記列が、1/εに等しい周期性で周期的に繰り返し、εは、ラジアン単位で測定され、
前記第1のアレイのぞれぞれの各列の隣接ポストが、前記流体サンプルの流体が前記列に対して略横方向に貫流することができるギャップによって分離され、前記ギャップの大部分が、前記第1のアレイの主要なギャップサイズに対応する特性サイズを有し、及び
前記第1のアレイが、約4ミクロンから約10ミクロンの臨界サイズ(Dc)によって特徴付けられる、マイクロ流体デバイス。 - 前記流路の前記第1の領域が、前記第1及び第2の側壁によって画定される幅を有するメインチャネルであり、前記第1のポストのアレイは、前記メインチャネルの前記幅全体にわたって延在し、
前記第1のアレイは、約4ミクロンから約7ミクロンのDcによって特徴付けられ、
前記第1のアレイは、約1/5ラジアンから約1/30ラジアンの傾斜角εを有し、
前記第1のアレイの前記主要なギャップサイズは、約15ミクロンから約40ミクロンであり、
前記第1のアレイの前記ポストは、約30ミクロンから約100ミクロンの直径を有する、請求項67に記載のデバイス。 - 前記第1のアレイの前記列が、前記第1の領域の前記第1の方向に対して横方向に配置される、請求項67に記載のデバイス。
- 前記第1のアレイの前記ポストが、丸形状の断面又は多角形状の断面を有する、請求項67に記載のデバイス。
- 前記第1のアレイの前記ポストの全てが、同一の配向を有し、前記配向が、前記ポストの前記断面形状の対称軸が、前記第1の方向によって画定される軸に平行でないようなものである、請求項70に記載のデバイス。
- 前記第1又は第2の側壁のいずれかに最も近接する同一列の隣接ポスト間の前記ギャップの前記サイズが前記主要なギャップサイズから逸脱し得ることを例外として、前記第1のアレイの前記列の隣接ポスト間の全てのギャップが、前記第1のアレイの前記主要なギャップサイズに等しく、前記第1のアレイのポスト間のギャップサイズの前記逸脱は、それがなければ前記第1及び第2の側壁によって引き起こされる、前記第1のアレイを通した流体サンプルのフローの境界不規則性を低減する、請求項67に記載のデバイス。
- 前記マイクロ流体デバイスの前記流路が、前記流体サンプルが前記マイクロ流体デバイスの前記第1の領域を通して通過した後に流体サンプルを受容するように構成される第2の領域を含み、前記第2の領域が、前記第2の領域を、前記流体サンプルの第1の部分を受容する第1のチャネルと、前記流体サンプルの第2の部分を受容する第2のチャネルとに分離する仕切りを有する、請求項67に記載のデバイス。
- 前記流体サンプルの前記第1の部分が、前記流体サンプルの約85%から約95%を含む、請求項73に記載のデバイス。
- 前記第1のチャネルが、第1の長さを含み、且つ前記第2のチャネルが、第2の長さを含み、前記第2のチャネルが、前記第1のチャネルの前記第1の長さの少なくとも5倍だけ長い、請求項73に記載のデバイス。
- 複数の隔離ペンであって、前記流路の前記第2のチャネルへの基端開口を備えた接続領域をそれぞれ有し、且つ複数のTリンパ球を保持するのに十分に大きい容積を有する分離領域をそれぞれ有する複数の隔離ペンを含む、請求項73に記載のデバイス。
- 前記複数のうちの各隔離ペンが、約250pLから約3nLの容積を有する、請求項76に記載のデバイス。
- 前記第1の領域が、約5mmから約15mmの長さを有する、請求項67に記載のデバイス。
- 第2のチャネルが、ポストの第2のアレイを含む第1のサブ領域を含み、前記流体サンプルを、前記流路の前記第1の領域を通して流動させることが、前記流体サンプルの前記第2の部分が、それに含有される任意の細胞と共に、前記第2のチャネルの前記第1のサブ領域の前記第2のポストのアレイを通して流動することを引き起こし、
更に、前記第2のチャネルの前記第1のサブ領域における流体フローの全体方向が、第2の方向を画定し、
前記第2のアレイの前記ポストが、行及び列において配置され、
前記第2のアレイのポストの前記行が、前記第2の方向と傾斜角(ε’)だけ異なる第2のアレイ方向を画定し、及び前記第2のアレイのポストの前記列が、1/ε’に等しい周期性で周期的に繰り返し、ε’は、ラジアン単位で測定され、
前記第2のアレイのそれぞれの各列の隣接ポストが、前記流体サンプルの前記第2の部分の流体が前記列に対して略横方向に貫流することができるギャップによって分離され、前記ギャップの大部分が、前記第2のアレイの二次的なギャップサイズに対応する特性サイズを有し、及び
前記第2のアレイが、約4ミクロンから約10ミクロンの臨界サイズ(Dc)によって特徴付けられる、請求項73に記載のデバイス。 - 前記第2のチャネルが、幅を有し、前記ポストの第2のアレイが、前記第2のチャネルの前記幅全体にわたって延在し、
前記第2のアレイが、約1/5ラジアンから約1/30ラジアンの傾斜角ε’を有し、
前記第2のアレイの前記二次的なギャップサイズが、約15ミクロンから約40ミクロンであり、
前記第2のアレイの前記ポストが、約30ミクロンから約100ミクロンの直径を有する、請求項117に記載のデバイス。 - 前記ポストの第2のアレイが、約4ミクロンから約7ミクロンのDcによって特徴付けられる、請求項80に記載のデバイス。
- 前記ポストの第2のアレイが、約7ミクロンから約10ミクロンのDcによって特徴付けられる、請求項80に記載のデバイス。
- 前記第2のアレイの前記列が、前記第2のチャネルの前記第1のサブ領域の前記第2の方向に対して横方向に配置される、請求項80に記載のデバイス。
- 前記第2のアレイの前記ポストが、丸形状の断面又は多角形状の断面を有する、請求項80に記載のデバイス。
- 前記第2のアレイの前記ポストの全てが、同一の配向を有し、前記配向が、前記ポストの前記断面形状の対称軸が、前記第2の方向によって画定される軸に平行でないようなものである、請求項84に記載のデバイス。
- 前記第2のチャネルが、前記流体サンプルが前記第1のサブ領域を通して通過した後に前記流体サンプルの前記第2の部分を受容するように構成される第2のサブ領域を含み、前記第2のサブ領域が、前記第2のチャネルを、前記流体サンプルの前記第2の部分から流体の第1のサブ部分を受容する第3のチャネルと、前記流体サンプルの前記第2の部分から流体の第2のサブ部分を受容する第4のチャネルとに分離する仕切りを有し、
前記第2のサブ領域の前記仕切りが、前記流体の第2のサブ部分において、Dcよりも大きい直径を有するTリンパ球が前記流体サンプルの前記第2の部分に対して富化されるように位置決めされる、請求項80に記載のデバイス。 - 前記流体の第1のサブ部分が、前記流体サンプルの前記第2の部分の少なくとも50%を含む、請求項86に記載のデバイス。
- 前記マイクロ流体デバイスが、複数の隔離ペンを含み、前記複数のうちの各隔離ペンが、前記第3のチャネルへの基端開口を備えた接続領域と、複数のTリンパ球を保持するのに十分に大きい容積を有する分離領域とを有する、請求項86に記載のデバイス。
- 前記複数のうちの各隔離ペンが、約250pLから約3nLの容積を有する、請求項88に記載のデバイス。
- コーティング材料を含む少なくとも1つの内面を含む、請求項67から89のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記コーティング材料が、フルオロアルカン部分を含む、請求項90に記載のデバイス。
- 前記コーティング材料が、カルボン酸部分、糖部分又はポリエチレングリコール(PEG)部分を含む、請求項90に記載のデバイス。
- 請求項42に記載の方法に従って選別されたTリンパ球を含む組成物であって、前記Tリンパ球が、前記マイクロ流体デバイスの前記流路の前記第2のチャネルから細胞を搬出することによって取得され、Tリンパ球集団が、前記マイクロ流体デバイスの前記流路の前記第1のチャネルを貫流した任意の細胞又はTリンパ球とは別個に搬出される、組成物。
- 薬学的に許容可能な担体を更に含む、請求項93に記載の組成物。
- 請求項43に記載の方法に従って選別されたTリンパ球を含む組成物であって、前記Tリンパ球が、前記マイクロ流体デバイスの前記流路の前記第2のチャネルから細胞を搬出することによって取得され、Tリンパ球集団が、前記マイクロ流体デバイスの前記流路の前記第1のチャネルを貫流した任意の細胞又はTリンパ球とは別個に搬出される、組成物。
- 薬学的に許容可能な担体を更に含む、請求項95に記載の組成物。
- 病原性障害又は癌に罹患している対象を治療する方法であって、請求項94に記載の組成物を投与することを含む方法。
- 病原性障害又は癌に罹患している対象を治療する方法であって、請求項96に記載の組成物を投与することを含む方法。
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