JP2023511588A

JP2023511588A - 高スループット微小液滴操作の方法及び装置

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Publication number: JP2023511588A
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Abstract

本発明は、マイクロ流体チップの表面上で多数の微小液滴の含有物を並行して操作し調査する方法及び装置を提供する。本発明の一態様によれば、光学的に媒介されるエレクトロウェッティング（ｏＥＷＯＤ）によりマイクロ流体チップ上の微小液滴を操作及び検査する方法であって、第１光学アセンブリを用いて、チップの表面上に複数のｏＥＷＯＤトラップを形成するステップと、第２光学アセンブリを用いて、チップの表面上のｏＥＷＯＤトラップの第２アレイを形成するステップと、微小液滴の１つ又は複数がｏＥＷＯＤトラップの第２アレイにより所定位置に保持されている間に第１光学アセンブリの調整を行うステップとを含む方法が提供される。マイクロ流体チップと第１及び第２光学アセンブリとを備えた装置も提供される。【選択図】図２

Description

本開示は、微小液滴の操作の方法及び装置、特にマイクロ流体チップの表面上で多数の微小液滴の含有物を並行して操作し調査する、光学的に媒介されるエレクトロウェッティングオンデバイス／光学的な誘電体上エレクトロウェッティング（ｏＥＷＯＤ）技術の適用に関する。

誘電体上エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）は、液体と基板との間に印加された電界が表面上の液体の濡れ性を自然状態より高くする既知の効果である。エレクトロウェッティングの効果を用いて、一連の空間的に変化する電界を基板に印加することにより流体を操作（例えば、移動、分割、又は形状変更）して、一連の空間的変化に従って表面濡れ性を高めることができる。エレクトロウェッティングベースのデバイスで操作された液滴は、通常は２つの平行板間に挟まれて複数のデジタル電極により作動される。ピクセル型電極のサイズは、操作可能な最小液滴サイズと液滴を並行して処理できるレート及びスケールとを制限する。

全体を参照により本明細書に援用する本発明者らの公開された出願である特許文献１に、光エレクトロェッティングを用いて原動力を提供する、微小液滴を操作するデバイスが記載されている。この光学的に媒介されるエレクトロウェッティング（ｏＥＷＯＤ）デバイスでは、微小液滴は、収容壁により画定されるマイクロ流体空間、例えばマイクロ流体空間を挟んだ一対の平行板を通して移送される。収容壁の少なくとも１つは、内部に埋め込まれた半導体層の領域を選択的に照射することにより生成される、以下で「仮想」エレクトロウェッティング電極位置と称するものを含む。光学アセンブリにより制御された別個の光源からの光での層の選択的な照射により、仮想エレクトロウェッティング電極位置の仮想経路を一時的に生成することができ、それに沿って微小液滴を移動させることができる。したがって、導電セルを省いて恒久的な液滴受け位置を用いずに、例えばピクセル化された光源を用いた光導電層上の点の照明を選択的に変化させることにより液滴受け位置が一時的に生じる均質な誘電体表面を用いる。これにより、誘導毛管式の力により表面上の微小液滴を移動させることが可能な局所性の高いエレクトロウェッティング電界を、場合によっては例えば乳化により微小液滴が分散したキャリア媒体の方向性のあるマイクロ流体流に関連して、誘電体層のどこにでも設けることが可能である。

ｏＥＷＯＤの別の開示は、非特許文献１の片面開放構成プラットフォームである。

これら既存のプラットフォームは、顕微鏡光学系を用いて試料を扱うことにより細粒度の微小液滴運動制御を可能にするが、単一の視野内で並行して処理できる液滴数が事実上制限される（数千個）。しかしながら、一部の用途では、特に医薬品産業で多くの場合に必要であるような大規模スクリーニング用途では、１０^６以上のオーダの液滴数を扱う必要がある。

例えば、細胞系開発及び抗体開発の分野では、（最大数百万個もの）多数の生物学的作用物質の初期スクリーニングにより作用物質の数をかなりの数（数千個）まで減らすことができるようにする必要がある。効率的なワークフローを実現するために、この初期スクリーニングは、多数の生物学的作用物質にわたって多重化して行われる必要がある。

国際公開第２０１８／２３４４４５号

Park, Sung-Yong, Michael A. Teitell, and Eric PY Chiou, "Single-sided continuous optoelectrowetting (SCOEW) for droplet manipulation with light patterns." Lab on a Chip 10.13 (2010): 1655-1661.

本開示は、ｏＥＷＯＤマイクロ流体チップの柔軟性を、両方がｏＥＷＯＤチップの表面上に固定だが切り替え可能な光スポットのアレイを生成可能である２つの個別制御可能な光学アセンブリと組み合わせた、方法及び関連する装置を開示する。このような構成により、微小液滴の高スループットで柔軟な投入及び処理が可能となり、よってスクリーニング用途での多重処理の必要性を解消することができる。

本発明によれば、光学的に媒介されるエレクトロウェッティング（ｏＥＷＯＤ）によりマイクロ流体チップ上の微小液滴を検査及び／又は選択する方法であって、チップの表面上に複数のｏＥＷＯＤトラップを形成して、チップの表面上の複数の微小液滴に微小液滴のアレイを形成させるステップと、アレイの少なくとも１つのサブセットを検査しつつ微小液滴のアレイ全体を保持するステップとを含む方法が提供される。

本発明の方法の通常の実施態様は、循環的且つ階層的である。最低でも、本方法は、微小液滴の検査又は微小液滴のサブセットの選択を伴わなければならない。微小液滴のサブセットにわたって均一性があり、したがってサブセットを検査なしで自動的に選択できる場合、検査なしの選択が適用可能であり得る。検査なしの選択は、複数の微小液滴の状態を監視するのに適している。通常の動作モードは、微小液滴を検査してから、検査ステップから収集された情報に基づき検査された微小液滴のサブセットを選択することである。選択が済むと、微小液滴のサブセットを保持及び／又は操作することができる。検査及び選択のサイクルを続いて繰り返すことができ、検査で収集されたデータに基づき、その後の保持及び／又は操作ステップが続き得る。

一時的なアレイを作るためのｏＥＷＯＤトラップの開発は、微小液滴の収容に関して物理的構造に依存する関連技術よりもはるかに有利である。一時的構造は、異なる構造の形成及びリアルタイムの構造の変更の柔軟性を大幅に高める。

本明細書で用いるｏＥＷＯＤトラップという用語は、スプライトとも称することができる。これは、表面への光投影であり、表面上に恒久的に位置付けられたペン又はウェルを包含しない。スプライトは、アレイを形成し、アレイのある割合を移動させ、且つ異なるアレイをそれ以後に再形成することができる。したがって、スプライトが投影される表面は、事実上、微小液滴を位置付ける恒久的な物理的幾何形状に制約されない空白のキャンバスである。

アレイのサブセットの検査中に微小液滴のアレイ全体を保持できることで、アレイ全体との接触を失うことなく微小液滴１つずつまでアレイを逐次詳細に検査することができる。アレイのサブセットを検査することにより、検査視野内にない微小液滴を失うことなく異なる視野を有する光学アセンブリを配置することができる。

微小液滴のアレイ全体を保持するステップは、アレイ全体を静止構成で保持することを含み得る。代替として、保持するステップは、アレイの一部又は全部を可動に保持することを含み得る。アレイの一部又は全部は、チップの表面にわたって前進を実行しつつ保持され得る。この前進は、実質的に一定の速度であり得るか、又は微小液滴の一部又は全部がその後保持される静止構成に達するまでの減速を含み得る。このステップは、スプライト又はｏＥＷＯＤトラップに付着もロックもされない液滴の捕捉を含み得る。

微小液滴のアレイ全体を保持するステップは、チップの表面上にｏＥＷＯＤトラップの第２アレイを一時的に形成するサブステップと、第２アレイのｏＥＷＯＤトラップの１つ又は複数を第１アレイのｏＥＷＯＤトラップと位置合わせするサブステップとにより容易になり得る。

ｏＥＷＯＤトラップの第１及び第２アレイの位置合わせにより、各アレイを形成する第１及び第２光学アセンブリ間での受け渡しが可能となり、アレイ全体が所定位置に保持されている間に各光学アセンブリが微小液滴のアレイのサブセットを検査又は操作することが可能となる。いくつかの実施形態において、第２光学アセンブリのみがアレイ全体を保持することができる一方で、両方の光学アセンブリがアレイのサブセットを検査及び保持することができる。

２つのアセンブリのいずれもがアレイの少なくともサブセットを保持、検査、及び操作できるので、微小液滴のそのサブセットの詳細な検査及び／又は操作を担う光学アセンブリの光学性能を最適化するために、微小液滴を保持する担当を２つのアセンブリ間で受け渡すことができる。

通常、光学アセンブリの一方は他方よりも小さな視野を有し、したがってアレイのサブセットのみを保持、検査、及び操作することが可能である。視野が小さい方の光学アセンブリは、光スプライトの高分解能化により選択されたサブセット内の液滴のより細かい操作を行うことができる。

複数のｏＥＷＯＤトラップを一時的に形成するステップは、光学アセンブリにより実行することができ、表面上にｏＥＷＯＤトラップの第２アレイを一時的に形成するステップは、第２光学アセンブリにより実行することができる。

第２アレイのｏＥＷＯＤトラップの１つ又は複数を第１アレイのｏＥＷＯＤトラップと位置合わせするステップは、第１光学アセンブリと第２光学アセンブリとの間で微小液滴のアレイ全体の保持を受け渡すステップを可能にし得る。

この文脈中、アレイ全体という語句は、現在保持、検査、及び／又は操作中の微小液滴の全部を指す。これらの液滴は、チップの表面全体を占める均一な直線アレイ状であり得る。しかしながら、微小液滴が検査、合体、分割、及びその他の方法で操作される際に、アレイはチップの一部にしか及ばなくてもよい。さらに、液滴は直線アレイ状でなくてもよく、パターン化されてもよい。さらに、アレイ全体という語句は、その時点で実行中の微小液滴の全部を指すので、微小液滴のサブセットが選択解除されて除去された場合は残りの液滴がその後の時点でのアレイ全体である。

さらに、本発明の一態様によれば、光学的に媒介されるエレクトロウェッティング（ｏＥＷＯＤ）によりマイクロ流体チップ上の微小液滴を操作及び検査する方法であって、第１光学アセンブリを用いてチップの表面上に複数のｏＥＷＯＤトラップを形成して、チップの表面上の複数の微小液滴にｏＥＷＯＤトラップの第１アレイに対応する微小液滴のアレイを形成させるステップと、第２光学素子を用いてチップの表面上にｏＥＷＯＤトラップの第２アレイを形成するステップであり、第２アレイのｏＥＷＯＤトラップの１つ又は複数は第１アレイのｏＥＷＯＤトラップと位置合わせされるステップと、微小液滴のアレイの含有物を検査するステップと、微小液滴の１つ又は複数がｏＥＷＯＤトラップの第２アレイにより所定位置に保持されている間に第１光学アセンブリの調整を行うステップとを含む方法が提供される。

第１及び第２光学アセンブリの両方が、チップの表面上の微小液滴を保持及び操作するためのｏＥＷＯＤトラップのアレイを形成可能であることにより、他方のアセンブリの停止又は調整中に光学アセンブリの一方を用いて微小液滴の全部又は選択部分を表面上の所定位置に保つことができるので、マイクロ流体チップの動作柔軟性が大幅に向上し、つまり、アセンブリの一方の調整により必要となる中断中に液滴を失うことなく、何千個もの液滴を、異なるパラメータを用いて操作することができるか又は異なる場所に移動させることができる。

いくつかの実施形態において、本方法は、微小液滴の含有物の検査に基づき微小液滴のアレイから微小液滴のサブセットを選択するステップと、微小液滴の選択サブセットを捕捉するもの以外の全部のｏＥＷＯＤトラップを非活性化するステップと、フラッシュ動作を行って選択サブセットにない微小液滴を微小液滴のアレイから除去するステップとをさらに含む。

分類動作中に望ましくないと判断されたもの等の非選択微小液滴に対してｏＥＷＯＤトラップを非活性化するステップと、フラッシュ動作を行って不要な微小液滴を除去するステップとは、初期スクリーニングアッセイ等において非常に大規模に難なく実行することができる。例えば、微小液滴の含有物の検査は、どの微小液滴が空でどの微小液滴がさらなる観察対象の細胞を含有するかを判断するための検査である場合があり、フラッシュすべき非選択微小液滴は、細胞を含有しない微小液滴であり得る。いくつかの実施形態において、フラッシュ動作は、サブセットにない微小液滴の除去がサブセットにある微小液滴により妨げられないように第１光学アセンブリのｏＥＷＯＤトラップを用いて微小液滴のアレイを並べ替えるステップ、及び／又は関連するｏＥＷＯＤトラップが非活性化されたら、複数の流体入口を介してマイクロ流体チップに連続相を入れて選択サブセットにない微小液滴を除去するステップを含む。

フラッシュ動作の初期ステップは、アレイを並べ替えて、不要な液滴の除去が選択サブセットにある液滴液滴により妨げられないこと、及び特に除去中に不要な微小液滴がさらに検査するようマークされた液滴と衝突しないことを確実にすることである。このような並べ替えは、例えば、アレイの中心にある不要な微小液滴をアレイの外縁にあるさらなる検査用に選択された微小液滴と入れ換えることを含み得る。さらに、連続相を用いて非選択微小液滴を洗い流すことで、光学アセンブリを用いてチップの表面にわたって非選択液滴を操作する必要がなく、各ｏＥＷＯＤトラップを非活性化せずに選択サブセットの微小液滴の位置を維持するだけでよいので、大規模動作での微小液滴の細粒度の制御の必要性がさらに低減する。連続相は、シリコーン油、鉱油、及びフルオロカーボン油のいずれかからなり得る。

いくつかの実施形態において、第１光学アセンブリの調整は、分解能の変更、倍率の変更、視野の変更、アセンブリに含まれる色選択素子の変更、及び撮像中の試料に最も近接したレンズアセンブリの交換の少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、調整後に第１光学アセンブリを用いて微小液滴のアレイの含有物のさらなる検査を実行するステップをさらに含む。

上述のように、本発明の方法は、微小液滴アッセイにおける、特に大規模な微小液滴操作の動作柔軟性を高めることができる。いくつかの実施形態において、本発明の方法は、形成される初期アレイからの微小液滴を失うことなくアッセイのパラメータを調整することを可能にする。例えば、広視野を有する第１光学アセンブリを用いて数千個もの微小液滴を含むアレイで第１アッセイを実行することができ、それらの微小液滴のサブセットをさらなる検査用に選択することができ、続いてより精密な液滴操作又は検査ができるように第１光学アセンブリの視野を減らしつつ第２光学アセンブリで選択微小液滴を所定位置に保持することができる。この例は限定的なものではなく、微小液滴のアレイの微小液滴の選択サブセット又は全部を第２光学アセンブリにより所定位置に保持しつつ連続するアッセイ間で第１光学アセンブリのパラメータを調整するという原理を適用して、様々な方法で効率を高め且つ微小液滴アッセイを微調整することができる。

いくつかの実施形態において、本明細書に開示する本発明による第１光学アセンブリは、微小液滴の移動、合体、及び／又は分割に用いることができる。

いくつかの実施形態において、本明細書に開示する本発明による第２光学アセンブリは、光学的に媒介されるエレクトロウェッティング（ｏＥＷＯＤ）によるマイクロ流体チップ上の微小液滴の移動、合体、及び／又は分割等の微小液滴の操作に用いることができる。

いくつかの実施形態において、本発明は、第１光学アセンブリを停止させ、第２光学アセンブリにより形成されたｏＥＷＯＤトラップを用いてマイクロ流体チップの表面にわたって微小液滴のアレイを並進させるステップをさらに含む。マイクロ流体チップは、特定の動作を実行するよう設計された複数の異なるゾーンを含むことが多い。例えば、微小液滴の表面は、分類ゾーン、検査ゾーン、又は特定のタイプの細胞を用いたアッセイに適するようにチップの表面が処理されたゾーンを含み得る。このようなアッセイの動作柔軟性をデュアルアセンブリ構成の使用により高めることができる別の方法は、微小液滴の同じアレイ又は微小液滴の選択サブセットがアッセイの実行前又は実行後に第２光学アセンブリにより上記ゾーン間で輸送されることである。第２光学アセンブリを用いたｏＥＷＯＤトラップのアレイ全体の並進には、ｏＥＷＯＤトラップの細粒度の液滴単位の制御が不要であり、且つ輸送されたアレイの液滴の相対位置が相互に対して維持されるという利点がある。

いくつかの実施形態において、第１光学アセンブリは、第２光学アセンブリよりも撮像分解能が高い。本発明のデュアルアセンブリ構成では、多数の微小液滴を一度に保持し輸送することが可能な「保持アレイ」の生成装置として一方の光学アセンブリが指定され、他方の光学アセンブリは、必要に応じてアレイの微小液滴の細粒度制御を実施するのに適した高分解能の調整可能なアレイに関与することが有利である。

いくつかの実施形態において、微小液滴のアレイを形成するステップは、第２光学アセンブリを用いて対象アレイの形状で複数のｏＥＷＯＤトラップを形成する初期ステップと、第１光学アセンブリを用いてマイクロ流体チップの表面上の複数の微小液滴の場所を決定する初期ステップと、第１アセンブリにより形成された複数のｏＥＷＯＤトラップを用いて複数の微小液滴をｏＥＷＯＤトラップの対象アレイに一致するアレイになるよう操作する初期ステップとを含む。この動作は精密な液滴制御を必要とするが、チップ構成によっては確実なアレイ形成方法である。

他の実施形態において、微小液滴のアレイを形成するステップは、第１光学アセンブリを用いてｏＥＷＯＤトラップの第１アレイを形成するステップと、ｏＥＷＯＤトラップの第１アレイが位置付けられたチップの表面上に複数の微小液滴を投入するステップとを含む。チップの表面に位置付けられた微小液滴をｏＥＷＯＤトラップアレイ位置にまとまらせるようにｏＥＷＯＤトラップのアレイをチップの表面に形成することは、投入段階中の精密な液滴単位の制御を不要にするので、分析対象の多数の微小液滴を伴うアッセイで微小液滴のアレイを形成する効率的な方法である。このように、数千個もの微小液滴のアレイを迅速且つ容易に形成することができる。

いくつかの実施形態において、第１光学アセンブリからの電磁放射線が、微小液滴及びその含有物を検査するよう構成された検査コンポーネントからの電磁放射線と多重化される。ｏＥＷＯＤトラップを形成する光学アセンブリを検査コンポーネントと組み合わせることで、検査用放射線をより効率的に方向付けることができる。

いくつかの実施形態において、微小液滴の含有物の検査は、蛍光イメージング、金属ナノ粒子での局在光学プラズモン共鳴、ＦＲＥＴ、暗視野、明視野、ラマン、吸収、量子ドット蛍光、分光法の少なくとも１つを用いて実行される。蛍光ベースの方法が特に有利である。調査メトリックが金属ナノ粒子での局在光学プラズモン共鳴である場合、粒子は抗原又は抗体で機能化され、検出方法は、表面への標的分子の結合に応じた機能化されたナノ粒子のスペクトル応答の変化を検出する。

いくつかの実施形態において、第１及び第２アレイのｏＥＷＯＤトラップの少なくとも一方は、ＴＦＴ、ＤＭＤプロジェクタ、ＤＬＶ、及びＬＣｏＳプロジェクタ等の空間光変調器、ＯＬＥＤ、ＣＲＴ、スクリーン付きプロジェクタ、及びマイクロＬＥＤアレイ等の発光アレイの少なくとも一方からなる投影光学系を用いて形成される。

本発明の別の態様によれば、微小液滴を操作する装置であって、マイクロ流体空間を画定する第１及び第２複合壁を含み且つ光学的に媒介されるエレクトロウェッティング（ｏＥＷＯＤ）によりマイクロ流体空間を画定する表面上の微小液滴を操作するよう構成された、マイクロ流体チップと、複数の第１ｏＥＷＯＤトラップを形成して表面上の複数の微小液滴を操作するよう構成された第１光学アセンブリと、表面に複数の第２ｏＥＷＯＤトラップを形成して第１光学アセンブリの調整中且つ／又は投入動作中に複数の微小液滴の相対位置を維持するよう構成された第２光学アセンブリと、複数の微小液滴の含有物を調査するよう構成された検査コンポーネントとを備えた装置が提供される。

いくつかの実施形態において、検査コンポーネントは電磁放射源であり、第１光学アセンブリからの電磁放射線と多重化される。

いくつかの実施形態において、第１及び第２複合壁は少なくとも部分的に透明であり、第１及び第２光学アセンブリはマイクロ流体空間の両側に位置付けられる。他の実施形態において、第１及び第２光学複合壁の少なくとも一方は透明であり、第１及び第２光学アセンブリはマイクロ流体空間の同じ側に位置付けられ、色フィルタが第２光学アセンブリに適用されて第１光学アセンブリへの干渉を防止する。

いくつかの実施形態において、第１及び第２光学アセンブリの少なくとも一方はマイクロレンズアレイを含む。いくつかの実施形態において、第２光学アセンブリ又は両方の光学アセンブリは、比較的粗粒度の光学制御をし、必ずしも全ての照射スポットを独立して切り替えるのではなく、別個に作動され得る小さなバンクに配置する。

いくつかの実施形態において、本装置は、外部の流量制御弁及びポンプのセットと、投入及びフラッシュ動作用の入口の配列とをさらに備える。

いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、２０μｍ～２５０μｍの直径を有するスポットアレイを提供するよう構成され、５０μｍ～６７５μｍのピッチで、特に３０μｍ～２５０μｍの直径及び３０μｍ～３００μｍのピッチで形成される。ピッチは、通常は液滴径の２．５倍である。いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、１００μｍ又は１２０μｍの近似ピッチ及び約５０μｍのスポットサイズを有するスポットアレイを提供するよう構成される。いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、５μｍ～３０μｍの直径を有するスポットアレイを提供するよう構成され、１２．５μｍ～７５μｍのピッチで形成される。

いくつかの実施形態において、本発明の方法は、誘電泳動により液滴中のマイクロ粒子を含むマイクロ粒子を操作するよう構成されたデバイス等の光活性デバイスに適用される。細胞又は粒子は、仮想光誘電泳動勾配を発生させるための機能的に同一の光学機器を用いて操作及び検査される。本明細書で定義されるマイクロ粒子は、生体細胞、ポリスチレン及びラテックスを含む材料でできたマイクロビーズ、磁気マイクロビーズ、又はコロイド等の粒子を指し得る。

光エレクトロウェッティングについて上述した方法と同様に、高分解能の第１光学アセンブリを用いて、光学的に媒介される誘電泳動の組み合わせにより粒子及び／又は細胞の細かい操作及び詳細な検査が行われる。粗い第２光学アセンブリを用いて、誘電泳動トラップのアレイが形成される。これら２つのアセンブリの組み合わせにより、本方法は、細かい光学アセンブリを用いて操作及び検査動作を行いつつ粗い光学アセンブリを用いて非常に多数の粒子及び／又は細胞を保持し輸送することができる。

したがって、本発明の別の態様によれば、マイクロ粒子を操作する装置であって、保持空間を画定する透明な第１及び第２複合壁を含み且つ保持空間を画定する表面上に位置付けられたマイクロ粒子を操作するよう構成されたチップと、第１複合壁を介して表面に光ビームを指向させて複数の第１光トラップを形成し、表面上の複数のマイクロ粒子を操作するよう構成された第１光学アセンブリと、第２複合壁を介して表面に光ビームを指向させて表面に複数の第２光トラップを形成し、第１光学アセンブリの調整中且つ／又は投入動作中に複数のマイクロ粒子の相対位置を維持するよう構成された第２光学アセンブリと、複数のマイクロ粒子の含有物を調査するよう構成された検査コンポーネントとを備えた装置が提供される。

特許文献１に記載の例示的なマイクロ流体チップの断面図を示す。本発明の方法の実行に適した例示的なマイクロ流体チップの断面図を示す。マイクロ流体空間の表面の上面図を示す。投入動作及び液滴調査ワークフローのプロセスの例を示す。投入動作及び液滴調査ワークフローのプロセスの例を示す。投入動作及び液滴調査ワークフローのプロセスの例を示す。投入動作及び液滴調査ワークフローのプロセスの例を示す。投入動作及び液滴調査ワークフローのプロセスの例を示す。本発明による液滴の合体動作の図を示す。本発明による液滴の合体動作の図を示す。本発明による液滴の分割動作の図を示す。本発明による液滴の分割動作の図を示す。本発明による液滴の合体動作の代替図を示す。本発明による液滴の合体動作の代替図を示す。本発明による液滴の分割動作の代替図を示す。本発明による液滴の分割動作の代替図を示す。

本開示の例示的な種々の態様をさらに説明するために、次に本開示の具体的な実施形態を添付図面と共に詳細に記載する。

図１を参照すると、特許文献１に記載のような、水微小液滴の高速操作に適したｏＥＷＯＤ構造を備えた例示的なマイクロ流体チップデバイスの断面図が示されている。

デバイスは、厚さ１３０ｎｍの導電性酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の透明層１５で被覆した各５００μｍ厚の上ガラス板１３及び下ガラス板１４を備える。ＩＴＯ層１５のそれぞれは、下ガラス板１４上のＩＴＯ層を接地としてＡ／Ｃ源１６に接続される。下ガラス板１４は、８００ｎｍ厚のアモルファスシリコン層１７で被覆される。上ガラス板１３及びアモルファスシリコン層１７は、それぞれ１６０ｎｍ厚の高純度アルミナ又はハフニア層１８で被覆され、層１８はさらに、アルミナ／ハフニア層１８の表面を疎水性にするトリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ－パーフルオロオクチル）シラン層１９を支持する二酸化ケイ素介在層で被覆される。上ガラス板１３及びアモルファスシリコン層１７は、微小液滴がデバイスへの導入時にある程度の圧縮を受けるようにスペーサを用いて８０μｍ離間させられる。

第１光学アセンブリ、この例ではＬＥＤ光源２０により照射された反射ピクセル型スクリーンの像が、下ガラス板１４の下に概ね配置され、０．０１Ｗｃｍ^－２のレベルの可視光（波長６６０ｎｍ又は８３０ｎｍ）が、各ダイオード２１から放出され、下層１４及び１５を通る複数の上矢印の方向の伝播によりアモルファスシリコン層１７に入射する。様々な入射点で、光励起電荷領域２２がアモルファスシリコン層１７に生じ、これがアルミナ／ハフニア層１８の対応のエレクトロウェッティング位置２３で固液接触角の変更を誘導して、これらの位置でｏＥＷＯＤトラップを形成する。ｏＥＷＯＤトラップ位置の変性により、微小液滴２を所定位置に保持するか又は微小液滴２を１つの点２３から別の点へ進ませるのに必要な毛管力が得られる。光学アセンブリ２０は、アレイのダイオード２１のうちどれを予めプログラムされたアルゴリズムにより任意の時点で照射するかを決定するマイクロプロセッサ２４により制御される。

図２を参照すると、図１のチップと同一又は同様のスタック構造を有するマイクロ流体チップの断面図が示されており、第１光学アセンブリ２０に加えて、多数の微小液滴２の処理を含む動作についての柔軟性及び能力を高めるために別個に制御可能な第２光学アセンブリ２５が導入されている。

第２光学アセンブリからの光源は、起動されて、投入オプション中に第１光源により保持された微小液滴の位置に位置合わせされることができ、且つ／又は第１光学アセンブリの調整中、例えば第１光源のレンズの切り替え中、調査中、又はマイクロ流体空間の表面にわたる微小液滴アレイの並進中等に、保持用光源として働くことができる。

光学アセンブリの光源は、必ずしもＬＥＤ光源である必要はない。光活性層にプログラム可能な光スポットを投影するのに用いることができる任意の光学配置構成が適している。例えば、投影光学系は、マイクロレンズアレイ配置構成又はフライアイ配置構成と組み合わせたＬＥＤ又はＬＣＤスクリーンからなり得る。本開示の例では、光エレクトロウェッティング照射パターンは、例えばデジタルマイクロミラーデバイス、ＬＣＤディスプレイ、空間光変調器、又はＬＥＤアレイを用いて、物体面、すなわちｏＥＷＯＤトラップが形成された表面の平面にわたって空間変調される。例示的な投影スポットアレイは、直径５０μｍでピッチ、すなわちスポット間の中心間距離が１００μｍのスポットからなり得る。

いくつかの例において、図２の装置は、光エレクトロウェッティング操作に適した光を蛍光励起に適した光と多重化する、複合検査・操作光学アセンブリを備える。代替として、例えば調査コンポーネントが電磁放射源ではなく受動集光系である場合、検査及び操作コンポーネントは物理的に分離され得る。

図３を参照すると、多数の微小液滴が投入されたマイクロ流体空間の表面の上面図が示されている。この例では、第１光学アセンブリ２０の視野、すなわち表面上の微小液滴２に影響が及ぶ領域を第１境界２６で示し、第２光学アセンブリ２５の視野を第２境界２７で示す。図３の例示的な構成では、第１光学アセンブリの方がはるかに狭い視野を有し、したがって少数の微小液滴の細かい操作により適しているのに対し、第２光学アセンブリは、表面の大部分にわたって多数の微小液滴を所定位置に維持するのに適したはるかに広い視野を有することが分かる。

通常、検査コンポーネントは、集光効率及び蛍光イメージングの分解能を最大化するのに適した高開口数を有する対物レンズを有する。この対物レンズの切り替えにより、結像倍率を増減させると共にチップの微小液滴の含有物を検査するアッセイ中の分解能及び集光効率を増減させることが可能である。高倍率にすると、必然的に結像系の視野が小さくなり得る。

検査光路と光エレクトロウェッティング操作光路とが多重化される場合、視野の縮小により、操作パターンにより所定位置に保持されていた液滴が光学系の視野外になり、この間に拡散又は流体の流れにより移動し得る。

同様に、対物レンズを交換するプロセスにより、操作パターンが一時的に中断され、その間に液滴が流れ去って無くなり得る。さらに、場合によっては、操作パターンからの光が蛍光画像に干渉するのを防止するために蛍光イメージング中に光学的操作光を中断する必要があり得るが、この長い中断中に液滴が制御されずに移動する可能性がこの場合もある。

低分解能のスポット生成光学アセンブリを高分解能の検査・操作アセンブリと組み合わせることにより、これらの制限を克服することが可能である。

例示的なプロセスにおいて、液滴は、高分解能光学アセンブリを用いてマイクロ流体チップで特定のレイアウトに位置決めされてから撮像される。続いて、液滴位置に位置合わせした低分解能スポット生成アセンブリでパターンが生成される。低分解能アセンブリからのこのパターンは、検査アセンブリの対物レンズの交換時の保持パターンとして活性化することができ、視野外になってしまう液滴の保持に用いることもでき、蛍光取得中の液滴の保持に用いることができる。代替として、いくつかの実施形態において、液滴は、低分解能光学アセンブリにより特定のレイアウトに位置決めされて高分解能光学アセンブリにより検査され得る。

プロセスは、ソフトウェアで両方の照明源から対象表面上にピクセルマップを生成して２つの光源間の２Ｄ座標変換を行い、続いてこれを高分解能源に適用することにより制御され得る。座標変換は、２つのプロジェクタ間のピクセルスケーリング及び変位と、高分解能光源の種々の対物レンズの範囲とを考慮する。

広帯域光源が低分解能光学アセンブリに選択される場合、スペクトルのある帯域を除去しつつその帯域外の光を保持パターンに用いることを可能にするブロッキング「ノッチ」フィルタを入力光に適用することにより、蛍光イメージングに用いられる光への干渉をなくすことが可能である。

さらに、低分解能光学アセンブリは、試料の移動時に液滴間の相対位置を保持する保持機構として用いることができる。例えば、機械式の電動運動ステージを用いて試料を並進させる必要がある場合、液滴の相対位置が不変であるように液滴が段階的にステージと略一致して移動するようにパターンレジストレーションをシフトさせることが可能である。

（高分解能及び低分解能アセンブリからの）２つの光エレクトロウェッティング制御パターンを重ね合わせるために、実質的に透明な光エレクトロウェッティングデバイスを用いて、１つのパターンをデバイスの各側から投影できるようにすることが好ましい。代替として、低分解能パターンは、高分解能パターンと同じ側から、但し高分解能アセンブリの対物レンズの開口数の外側に光が入るような斜めの角度で適用することができる。この場合、補償光学素子を低分解能プロジェクタに加えて、斜めの角度の投影により起こる画像歪みを回避するように投影パターンの形状及び焦点を調整することが好ましい。

図４Ａ～図４Ｅを参照すると、精密な液滴単位の制御の必要なく例えば百万個を超える多数の微小液滴を処理するのに適した、投入動作及び液滴調査ワークフローの別の例示的なプロセスが示されている。

図４Ａを参照すると、第１ステップにおいて、光学アセンブリによりアレイの形状で投影された光スポットが光活性層の光励起を引き起こす結果として、誘電体層の表面に電荷が蓄積し、これはマイクロ流体チップ内のマイクロ流体空間の表面上の微小液滴のための光トラップ（ｏＥＷＯＤトラップ）として働く。

図４Ｂを参照すると、第２ステップにおいて、細胞等の液滴化された生物学的作用物質が、シリコーン油、鉱油、又はフルオロカーボン油等の油からなり得る連続相の流れでデバイスに導入される。生物学的作用物質を含有する微小液滴と光トラップとの間の相互作用が、投影光学系（光学アセンブリ）のアレイパターンに一致するパターンに微小液滴を自己配置させまとまらせる。

図４Ｃを参照すると、捕捉された微小液滴のアレイは、続いてマイクロ流体チップの透明基板を通して調査され、調査の結果は所定のメトリックに基づく液滴のサブセットの選択に用いられる。このメトリックは、例えば、金属ナノ粒子での蛍光イメージング又は表面プラズモン共鳴であり得る。

図４Ｄを参照すると、微小液滴のサブセットが選択されたら、選択サブセットにない不要な微小液滴に対応する光スポットがオフにされ、一連のポンプ及び弁を介してその目的でマイクロ流体チップに導入された連続流で、対応する微小液滴がチップの表面の調査ゾーンから除去され、場合によってはマイクロ流体チップから完全に除去される。

図４Ｅを参照すると、選択微小液滴のセットは、続いてさらなる後処理又は分析のためにチップから流し出されるか、又はマイクロミラーアレイを用いて光スポット及び液滴運動を制御する前述の配置構成を用いてさらなる処理及び分析のためにチップ上に保たれる。

図１に示す具体例に加えて、本発明の方法の実行に適したｏＥＷＯＤマイクロ流体チップ及びそれに含まれる複合構造の一般的特性及び任意の特徴を次に説明する。

ｏＥＷＯＤ構造は、第１基板、基板上の７０ｎｍ～２５０ｎｍの範囲の厚さを有する透明な第１導体層、導体層上の４００ｎｍ～８５０ｎｍの波長域の電磁放射線により活性化された３００ｎｍ～１５００ｎｍの範囲の厚さを有する光活性層、及び光活性層上の３０ｎｍ～１６０ｎｍの範囲の厚さを有する第１誘電体層からなる第１複合壁と、第２基板、基板上の７０ｎｍ～２５０ｎｍの範囲の厚さを有する第２導体層、及び第２導体層上の３０ｎｍ～１６０ｎｍの範囲の厚さを有する任意の第２誘電体層からなる第２複合壁と、なお、第１及び第２誘電体層の露出面は、２０μｍ～１８０μｍ離れて配置されて微小液滴を収容するようになされたマイクロ流体空間を画定し、第１及び第２複合壁に第１及び第２導体層を接続する電圧を供給するＡ／Ｃ源と、光活性層に入射して対応する仮想エレクトロウェッティング位置を第１誘電体層の表面上で誘導するようになされた、光活性層のバンドギャップよりも大きなエネルギーを有する第１及び第２電磁放射線源と、仮想エレクトロウェッティング位置の配置を変えることにより微小液滴を移動させ得る少なくとも１つのエレクトロウェッティング経路を作るように、光活性層への電磁放射線の入射点を操作する手段とからなる。これらの構造の第１及び第２壁は、マイクロ流体空間を間に挟んで透明である。

第１及び第２基板は、機械的強度が高い材料、例えばガラス金属又はエンジニアリングプラスチックでできているのが適切である。いくつかの実施形態において、基板はある程度の柔軟性を有し得る。さらに別の実施形態において、第１及び第２基板は、１００μｍ～１０００μｍの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態において、第１基板は、シリコン、石英ガラス、及びガラスの１つからなる。いくつかの実施形態において、第２基板は、石英ガラス又はガラスからなる。

第１及び第２導体層は、第１及び第２基板の片面に位置付けられ、通常は７０ｎｍ～２５０ｎｍ、好ましくは７０ｎｍ～１５０ｎｍの範囲の厚さを有する。これらの層の少なくとも一方は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明導電材料、銀等の非常に薄い導電性金属膜、又はＰＥＤＯＴ等の導電性高分子でできている。これらの層は、連続シート又はワイヤ等の一連の離散構造として形成され得る。代替として、導体層は、電磁放射線が網目を通る導電性材料のメッシュであり得る。

光活性層は、第２電磁放射線源による刺激に応答して局所的な変化領域を発生させることができる半導体材料からなるのが適切である。例として、３００ｎｍ～１５００ｎｍの範囲の厚さを有する水素化アモルファスシリコン層が挙げられる。いくつかの実施形態において、光活性層は可視光の使用により活性化される。第１壁の場合の光活性層及び場合によっては第２壁の場合の導体層は、通常は３０ｎｍ～１６０ｎｍの範囲の厚さである誘電体層で被覆される。この層の誘電特性は、１０^７Ｖ／ｍを超える高い絶縁耐力及び３を超える誘電率を含むことが好ましい。好ましくは、これは、絶縁破壊の回避と整合的にできる限り薄い。いくつかの実施形態において、誘電体層は、アルミナ、シリカ、ハフニア、又は非導電性高分子薄膜から選択される。

これらの構造の別の実施形態において、少なくとも第１誘電体層、好ましくは両方の誘電体層が防汚層で被覆されて、様々な仮想エレクトロウェッティング電極位置で所望の微小液滴／キャリア流体／表面接触角を成立させるのを助け、さらに微小液滴がチップを移動する際に微小液滴の含有物が表面に付して減少するのを防止する。第２壁が第２誘電体層を含まない場合、第２防汚層が第２導体層に直接施され得る。

最適な性能のために、防汚層は、気－液－表面３点界面として２５０Ｃで測定された場合に５０～１８０の範囲にあるべき微小液滴／キャリア流体／表面接触角を成立させるのを助けるべきである。いくつかの実施形態において、これらの層（単数又は複数）は、１０ｎｍ未満の厚さを有し、通常は単分子層である。別の実施形態において、これらの層は、親水基、例えばアルコキシシリルで置換されたメタクリル酸メチル又はその誘導体等のアクリル酸エステルの重合体からなる。防汚層のいずれか又は両方は、最適な性能を確保するために疎水性である。いくつかの実施形態において、化学適合性のある橋かけとなるために厚さ２０ｎｍ未満のシリカの介在層が防汚コーティングと誘電体層との間に挟まれ得る。

第１及び第２誘電体層、したがって第１及び第２壁は、幅１０μｍ以上の、好ましくは２０μｍ～１８０μｍの範囲の、微小液滴を収容するマイクロ流体空間を画定する。好ましくは、微小液滴自体は、収容される前に微小液滴空間の幅よりもその１０％を超えて、適切には２０％を超えて大きい固有径を有する。したがって、チップに入ると、微小液滴は圧縮されることで、例えば微小液滴合体能力が高まることによりエレクトロウェッティング性能が向上する。いくつかの実施形態において、第１及び第２誘電体層は、フルオロシラン等の疎水性コーティングで被覆される。

別の実施形態において、マイクロ流体空間は、第１及び第２壁を所定の量だけ離して保持するための１つ又は複数のスペーサを含む。スペーサの選択肢として、光パターニングにより生成された中間レジスト層から形成されたビード又はピラー、リッジが挙げられる。代替として、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素等の堆積材料を用いてスペーサを作製してもよい。代替として、接着コーティングの有無を問わず可撓性のプラスチックフィルムを含むフィルム層を用いて、スペーサ層を形成することができる。様々なスペーサ幾何形状を用いて、ピラーの列により画定された狭い流路、テーパ状流路、又は部分的に囲まれた流路を形成することができる。慎重な設計により、これらのスペーサを用いて微小液滴の変形を助け、続いて微小液滴分割を行い且つ変形した微小液滴の操作を行うことが可能である。同様に、これらのスペーサを用いてチップのゾーンを物理的に分離して、液滴集団間の相互汚染を防止し、液圧下でのチップの投入時に液滴の流れを正しい方向に促すことができる。

第１及び第２壁は、適切には１０ボルト～５０ボルトの範囲の電位差を両者間に与えるように、導体層に取り付けられたＡ／Ｃ電源を用いてバイアスがかけられる。これらのｏＥＷＯＤ構造は、４００ｎｍ～８５０ｎｍの範囲、好ましくは６６０ｎｍの波長及び光活性層のバンドギャップを超えるエネルギーを有する第２電磁放射線源に関連して通常は用いられる。光活性層は、用いられる放射線の入射強度が０．０１Ｗｃｍ^－２～０．２Ｗｃｍ^－２の範囲である仮想エレクトロウェッティング電極位置で活性化されるのが適切である。

電磁放射源がピクセル化される場合、ＬＥＤ又は他のランプからの光を照射されたデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等の反射スクリーンを用いて直接又は間接的に供給されるのが適切である。これにより、仮想エレクトロウェッティング電極位置の非常に複雑なパターンを第１誘電体層上に迅速に形成し且つ破壊することができ、それにより、厳密に制御されたエレクトロウェッティング力を用いて微小液滴を本質的にいかなる仮想経路に沿っても精密に操ることができる。このようなエレクトロウェッティング経路は、第１誘電体層上の仮想エレクトロウェッティング電極位置の連続から構成されるものとして見ることができる。

光活性層への電磁放射源の入射点は、従来の円形又は環状を含む任意の好都合な形状とすることができる。いくつかの実施形態において、これらの点の形態は、対応するピクセル化の形態により決まり、別の実施形態においては、マイクロ流体空間に入った微小液滴の形態に完全に又は部分的に対応する。一実施形態において、入射点、したがってエレクトロウェッティング電極位置は、三日月形で微小液滴の所期の進行方向に向いていてもよい。エレクトロウェッティング電極位置自体は、第１壁に付着する微小液滴表面よりも小さく且つ液滴と表面誘電体との間に形成された接触線にわたって最大の電界強度勾配を与えるのが適切である。

ｏＥＷＯＤ構造のいくつかの実施形態において、第２壁は、同じ又は異なる電磁放射源により仮想エレクトロウェッティング電極位置を第２誘電体層でも誘導できるようにする光活性層も含む。第２誘電体層の追加により、構造の上面から下面への微小液滴の濡れ縁の移行と、各微小液滴へのより大きなエレクトロウェッティング力の付与とが可能となる。

第１及び第２誘電体層は、単一の誘電体材料からなり得るか、又は２つ以上の誘電体材料の複合材であり得る。誘電体層は、限定はされないが、Ａｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２からできていてもよい。

第１及び第２誘電体層間に構造が設けられ得る。第１及び第２誘電体層間の構造は、限定はされないが、エポキシ、ポリマー、シリコン若しくはガラス、又はそれらの混合物若しくは複合材でできていて、直線状、傾斜状、湾曲状、又は微細構造の壁／面を有し得る。第１及び第２誘電体層間の構造は、上及び下複合壁に接続されて、シールされたマイクロ流体デバイスを作ってデバイス内に流路及び領域を画定する。この構造は、２つの複合壁間のギャップを占め得る。代替として又は追加として、導体及び誘電体は、既に壁を有する成形基板に堆積してもよい。

本発明の方法及び装置のいくつかの態様は、エレクトロウェッティングデバイス以外の、誘電泳動又は光ピンセットにより微小液滴を操作するよう構成されたデバイス等の光活性デバイスへの適用に適している。このようなデバイスでは、細胞又は粒子は、仮想光誘電泳動勾配を発生させるための機能的に同一の光学機器を用いて操作及び検査される。本明細書で定義されるマイクロ粒子は、生体細胞、ポリスチレン及びラテックスを含む材料でできたマイクロビーズ、ヒドロゲル、磁気マイクロビーズ、又はコロイド等の粒子を指し得る。誘電泳動及び光ピンセット機構は、当該技術分野では既知であり、当業者により容易に実施され得る。

光エレクトロウェッティングについて上述した本発明と同様に、高分解能の第１光学アセンブリを用いて、光学的に媒介される誘電泳動の組み合わせにより粒子及び／又は細胞の細かい操作及び詳細な検査が行われる。粗い第２光学アセンブリを用いて、誘電泳動トラップのアレイが形成される。これら２つのアセンブリの組み合わせにより、本方法は、細かい光学アセンブリを用いて操作及び検査動作を行いつつ粗い光学アセンブリを用いて非常に多数の粒子及び／又は細胞を保持し輸送することができる。

図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、液滴を本明細書に記載のような第２光学セットアップを用いて大きな領域５２内に保持し、且つ本明細書に記載のような第１光学セットアップを用いてより小さな視野５４内で合体させる、合体動作の図が示されている。図５Ａは、合体前の液滴を示す。図５Ａに示す矢印は、液滴が合体する方向を示す。図５Ｂは、合体動作後の合体した液滴を示す。

図５Ｃ及び図５Ｄを参照すると、液滴を本明細書に記載のような第２光学セットアップを用いて大きな領域５２内に保持し、且つ本明細書に記載のような第１光学セットアップを用いてより小さな視野５４内で分割する、分割動作の図が示されている。図５Ｃに示す矢印は、さらなる液滴を提供するための液滴の分割方向を示す。図５Ｄは、分割動作後の分割後事象を示す。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、液滴を第２光学セットアップ５２により動作間で保持し、且つ本明細書に記載のような第２光学セットアップ５２を用いて動作中に合体させる、合体動作の図が示されている。図６Ａに示す矢印は、合体動作中の液滴の方向を示す。図６Ｂは、合体動作後の合体した液滴を示す。

図６Ｃ及び図６Ｄを参照すると、第２光学セットアップ５２により動作間で保持された液滴の分割動作の図が示されており、液滴は、第２光学セットアップを用いて分割動作中に分割される。図６Ｃに示す矢印は、さらなる液滴を形成するための分割動作中の液滴分割方向を示す。図６Ｄは、分割動作後に形成された複数の液滴を示す。

アレイのサブセットを検査する光学アセンブリは、アレイを所定位置に保持する光学アセンブリよりもかなり小さな視野を有する。縮小された視野内には、１つの微小液滴しかない場合がある。代替として、検査用光学アセンブリの視野内には、２４個、４８個、２５６個、１０４８個、又は任意の適当な数の微小液滴があり得る。検査は、微小液滴１つずつで行われ、光学アセンブリがその視野を走査して各微小液滴を逐次検査し得る。これに関して、光学系は単一の場所にあり、走査は、光学アセンブリの一部を形成するカメラ等のイメージセンサに投影された像の一部からの情報を処理することによるＦＯＶの一部の検査に関連する。代替として又は追加として、光学アセンブリは、その視野全体を統合して微小液滴放出の割合の概観を得てもよい。この粗粒度データは、アレイの最も情報豊富な部分に素早く焦点を当てるために、微小液滴単位のレビューと組み合わせることができる。

本発明の様々なさらなる態様及び実施形態は、本開示に鑑みて当業者には明らかであろう。

本明細書で用いる場合の「及び／又は」は、他方の有無を問わず２つの指定された特徴又はコンポーネントのそれぞれの特定の開示とみなされるものとする。例えば、「Ａ及び／又はＢ」は、それぞれが本明細書で個別に述べられているかのような、（ｉ）Ａ、（ｉｉ）Ｂ、及び（ｉｉｉ）Ａ及びＢのそれぞれの特定の開示とみなされるものとする。

文脈上特に指示のない限り、上述の特徴の説明及び定義は、本発明のいかなる特定の態様又は実施形態にも限定されず、記載された全ての態様及び実施形態に等しく当てはまる。

当業者にはさらに理解されるように、本発明をいくつかの実施形態を参照して例として記載したが、開示した実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱せずに代替的な実施形態が構成され得る。

Claims

光学的に媒介されるエレクトロウェッティング（ｏＥＷＯＤ）によりマイクロ流体チップ上の微小液滴を検査及び／又は選択する方法であって、
前記チップの表面上に複数のｏＥＷＯＤトラップを一時的に形成して、前記チップの前記表面上の複数の微小液滴に微小液滴のアレイを形成させるステップと、
前記アレイの少なくとも１つのサブセットを検査しつつ前記微小液滴のアレイ全体を保持するステップと
を含む方法。
請求項１に記載の方法において、前記微小液滴のアレイ全体を保持するステップは、
前記チップの表面上にｏＥＷＯＤトラップの第２アレイを一時的に形成するサブステップと、
前記第２アレイの前記ｏＥＷＯＤトラップの１つ又は複数を第１アレイの前記ｏＥＷＯＤトラップと位置合わせするサブステップと
により容易になる方法。
請求項１又は２に記載の方法において、前記複数のｏＥＷＯＤトラップを一時的に形成するステップは、光学アセンブリにより実行され、前記ｏＥＷＯＤトラップの第２アレイを一時的に形成するステップは、第２光学アセンブリにより実行される方法。
請求項２に従属する場合の請求項３に記載の方法において、前記第２アレイの前記ｏＥＷＯＤトラップの１つ又は複数を前記第１アレイの前記ｏＥＷＯＤトラップと位置合わせするステップは、第１光学アセンブリと前記第２光学アセンブリとの間で前記微小液滴のアレイ全体の保持を受け渡すステップを可能にする方法。
請求項１～４のいずれか１項に記載の方法において、
前記微小液滴の１つ又は複数がｏＥＷＯＤトラップの第２アレイにより所定位置に保持されている間に第１光学アセンブリの調整を行うステップ
をさらに含む方法。
請求項１～５のいずれか１項に記載の方法において、
前記微小液滴の含有物の検査に基づき前記微小液滴のアレイから微小液滴のサブセットを選択するステップ、
微小液滴の選択サブセットを捕捉するもの以外の全部のｏＥＷＯＤトラップを非活性化するステップ、及び
フラッシュ動作を行って前記選択サブセットにない前記微小液滴を前記微小液滴のアレイから除去するステップ
での前記微小液滴の操作をさらに含む方法。
請求項３に従属する場合の請求項６に記載の方法において、前記フラッシュ動作は、
前記サブセットにない前記微小液滴の除去が前記サブセットにある前記微小液滴により妨げられないように第１光学アセンブリ又は第２アセンブリの前記ｏＥＷＯＤトラップを用いて前記微小液滴のアレイを並べ替えるステップ、及び／又は
関連するｏＥＷＯＤトラップが非活性化されたら、複数の流体入口を介して前記マイクロ流体チップに連続相を入れて前記選択サブセットにない微小液滴を除去するステップ
を含む方法。
請求項５に記載の方法において、前記第１光学アセンブリの調整は、分解能の変更、倍率の変更、視野の変更、照射源の変更、前記アセンブリに含まれる色選択素子の変更、及び撮像中の試料に最も近接したレンズアセンブリの交換の少なくとも１つを含む方法。
請求項５に記載の方法において、前記調整後に前記第１光学アセンブリを用いて前記微小液滴のアレイの含有物のさらなる検査を実行するステップをさらに含む方法。
請求項３に記載の方法において、第１光学アセンブリを停止させ、前記第２光学アセンブリにより形成された前記ｏＥＷＯＤトラップを用いて前記マイクロ流体チップの表面にわたって前記微小液滴のアレイを並進させるステップをさらに含む方法。
請求項３に記載の方法において、前記微小液滴のアレイを形成するステップは、
前記第２光学アセンブリを用いて対象アレイの形状で複数のｏＥＷＯＤトラップを形成する初期ステップと、
第１光学アセンブリを用いて前記マイクロ流体チップの表面上の前記複数の微小液滴の場所を決定する初期ステップと、
第１アセンブリにより形成された前記複数のｏＥＷＯＤトラップを用いて前記複数の微小液滴をｏＥＷＯＤトラップの前記対象アレイに一致するアレイになるよう操作する初期ステップと
を含む方法。
請求項３に記載の方法において、前記微小液滴のアレイを形成するステップは、
第１光学アセンブリを用いてｏＥＷＯＤトラップの第１アレイを形成するステップと、
ｏＥＷＯＤトラップの前記第１アレイが位置付けられた前記チップの表面上に前記複数の微小液滴を投入するステップと
を含む方法。
請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法において、前記微小液滴の含有物の前記検査は、蛍光イメージング、金属ナノ粒子での局在光学プラズモン共鳴、ＦＲＥＴ、暗視野、明視野、ラマン、吸収、量子ドット蛍光、分光法の少なくとも１つを用いて実行される方法。
微小液滴を操作する装置であって、
マイクロ流体空間を画定する第１及び第２複合壁を含み且つ光学的に媒介されるエレクトロウェッティング（ｏＥＷＯＤ）により前記マイクロ流体空間を画定する表面上の微小液滴を操作するよう構成された、マイクロ流体チップと、
複数の第１ｏＥＷＯＤトラップを形成して前記表面上の複数の微小液滴を操作するよう構成された第１光学アセンブリと、
前記表面に複数の第２ｏＥＷＯＤトラップを形成して前記第１光学アセンブリの調整中且つ／又は投入動作中に前記複数の微小液滴の相対位置を維持するよう構成された第２光学アセンブリと、
前記複数の微小液滴の含有物を調査するよう構成された検査コンポーネントと
を備えた装置。
請求項１４に記載の装置において、前記検査コンポーネントは電磁放射源であり、前記第１光学アセンブリからの電磁放射線と多重化される装置。
請求項１４又は１５に記載の装置において、前記第１及び第２複合壁は少なくとも部分的に透明であり、前記第１及び第２光学アセンブリは前記マイクロ流体空間の両側に位置付けられる装置。
請求項１４又は１５に記載の装置において、第１及び第２光学複合壁の少なくとも一方は透明であり、前記第１及び第２光学アセンブリは前記マイクロ流体空間の同じ側に位置付けられ、色フィルタが前記第２光学アセンブリに適用されて前記第１光学アセンブリへの干渉を防止する装置。
請求項１４～１７のいずれか１項に記載の装置において、前記第１及び第２光学アセンブリの少なくとも一方はマイクロレンズアレイを含む装置。
マイクロ粒子を操作する装置であって、
保持空間を画定する透明な第１及び第２複合壁を含み且つ前記保持空間を画定する表面上に位置付けられたマイクロ粒子を操作するよう構成されたチップと、
前記第１複合壁を介して前記表面に光ビームを指向させて複数の第１光トラップを形成し、前記表面上の複数のマイクロ粒子を操作するよう構成された第１光学アセンブリと、
前記第２複合壁を介して前記表面に光ビームを指向させて前記表面に複数の第２光トラップを形成し、前記第１光学アセンブリの調整中且つ／又は投入動作中に前記複数のマイクロ粒子の相対位置を維持するよう構成された第２光学アセンブリと、
前記複数のマイクロ粒子の含有物を調査するよう構成された検査コンポーネントと
を備えた装置。
請求項１４～１９のいずれか１項に記載の方法において、前記第１又は第２光学アセンブリは、ＴＦＴ、ＤＭＤプロジェクタ、ＤＬＶ、及びＬＣｏＳプロジェクタ等の空間光変調器、ＯＬＥＤ、ＣＲＴ、スクリーン付きプロジェクタ、及びマイクロＬＥＤアレイ等の発光アレイの少なくとも一方を含む投影光学系を含む方法。