JP2024041757A - インターフェイスのためのキャビティに近接した粒子の誘電泳動固定化 - Google Patents

Abstract

【課題】流体及び非線形電場環境での直接操作のために単一細胞を分離するための改善されたシステムを提供すること。【解決手段】流体内の粒子を固定化するための装置及びその装置を操作するための方法が開示される。装置は、コンパートメントから流体を分離するための膜と、膜に近接して配置される１つ以上の電極と、対電極であって、１つ以上の電極及び対電極は、１つ以上の電極及び対電極にわたって非線形電場を生成するように構成されている、対電極と、１つ以上の電極及び対電極にわたって交流（ＡＣ）を提供することにより、１つ以上の電極と対電極との間を流れる流体内に懸濁された粒子を固定化するために振動非線形電場を生成する電源とを含む。膜は、コンパートメントから膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、固定された粒子を機械的に操作できるようにするための開口を有することができる。【選択図】図１

Description

本発明はインターフェイスのためのキャビティに近接した粒子の誘電泳動固定化に関する。

誘電泳動（ＤＥＰ）は、非線形電場において、生体分子又は細胞等の電気的に中性であるが分極可能な物質が電場勾配で力を受けた場合に起こる電気物理現象である。これは、粒子にわたる電場の変動のために、粒子の一方の側が他方の側よりも大きな双極子力を受けるために生じる。ＤＥＰ力は名目上下記の式で与えられる。

ここで、ｒは粒子の半径であり、ε_ｍは流体の誘電率であり、Ｅは電場であり、ｆ_ＣＭは、流体と粒子との間での誘電率の差に依存する複雑値であり、ＤＥＰ力が正か又は負かを決定するクラウジウス・モソッティ因子である。

流体環境中で中性粒子又は生物学的分子を捕捉及び分類する能力に基づいて、ＤＥＰは、例えば、マイクロ流体ベースの用途における単一細胞分析のために利用できる。例えば、インピーダンス又は蛍光特性化（又は任意の非接触評価技術）ための単一細胞を分離するためにＤＥＰを適用することによる標準的な生化学的アッセイにおけるＤＥＰの使用は、流体環境で実証されてきた。しかしながら、細胞を直接操作するために単一細胞を単離するためにＤＥＰを用いることは、例えば、限定されないが、流体及び非線形電場環境における細胞の局所操作のためのプロービングツールの導入により、付加的な課題を提起する。したがって、流体及び非線形電場環境での直接操作のために単一細胞を分離するためにＤＥＰを用いることができる新たなシステム及び技術プラットフォームが必要である。

様々な実施形態によれば、粒子を固定化するように構成された装置が提供される。当該装置は、コンパートメントから流体を分離するための膜と、前記膜に近接して配置される１つ以上の電極と、対電極であって、前記１つ以上の電極及び該対電極は、前記１つ以上の電極及び該対電極にわたって非線形電場を生成するように構成されている、対電極と、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたって交流（ＡＣ）を提供することにより、前記１つ以上の電極と前記対電極との間を流れる前記流体内に懸濁された粒子を固定化するために振動非線形電場（oscillating non-linear electric field）を生成する電源と、を含む。

様々な実施形態によれば、粒子を固定化するための装置を操作するための方法が提供される。当該方法は、電源を提供するステップと、コンパートメントから流体を分離するように構成された膜を提供するステップと、前記膜に近接して配置される１つ以上の電極を提供するステップと、対電極を提供するステップであって、前記１つ以上の電極及び該対電極は、前記１つ以上の電極及び該対電極にわたって非線形電場を生成するように構成されている、ステップと、前記電源を介して、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたって交流（ＡＣ）を供給することにより、振動非線形電場を生成するステップと、前記振動非線形電場により生成される誘電泳動力を介して、前記１つ以上の電極と前記対電極との間を流れる前記流体内に懸濁された粒子を固定化するステップと、を含む。

様々な実施形態によれば、粒子を固定化するように構成された装置が提供される。当該装置は、１つ以上の電極及び対電極であって、該１つ以上の電極と該対電極との間を流れる流体内に懸濁された粒子を固定化するために非線形電場を生成するように構成されている、１つ以上の電極及び対電極と、前記１つ以上の電極の表面に近接して配置される膜であって、前記１つ以上の電極の該表面は前記対電極に対して遠位にある、膜と、を含み、前記膜はコンパートメントから前記流体を分離するために構成され、該コンパートメントに配置される鋭利部材を挿入できるようにするように構成された開口を有する。

様々な実施形態によれば、粒子を固定化するための装置を操作するための方法が提供される。当該方法は、電源を提供するステップと、１つ以上の電極及び対電極を提供するステップであって、該１つ以上の電極及び該対電極は、該１つ以上の電極と該対電極との間を流れる流体内に懸濁された粒子を固定化するために非線形電場を生成するように構成されている、ステップと、前記１つ以上の電極の表面に近接して配置される膜を提供するステップであって、前記１つ以上の電極の該表面は前記対電極に対して遠位にあり、該膜はコンパートメントから前記流体を分離するために構成され、該コンパートメントに配置される鋭利部材を挿入できるようにするように構成された開口を有する、ステップと、前記電源を介して、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたって交流（ＡＣ）を供給することにより、振動非線形電場を生成するステップと、前記振動非線形電場により生成される誘電泳動力を介して、前記流体内に懸濁された粒子を固定化するステップと、を含む。

様々な実施形態によれば、粒子を固定化のための装置を操作するための方法が提供される。当該方法は、電源を提供するステップと、コンパートメントから流体を分離するように構成された膜を提供するステップと、前記膜の表面に近接して配置される一対の電極を提供するステップであって、該一対の電極は該電極にわたって非線形電場を生成するように構成されている、ステップと、前記電源を介して、前記電極にわたって交流（ＡＣ）を供給することにより、振動非線形電場を生成するステップと、前記振動非線形電場により生成される誘電泳動力を介して、前記電極間を流れる前記流体内に懸濁された粒子を固定化するステップと、を含む。当該方法は対電極を提供するステップも含む。当該方法は、前記膜の表面に近接して配置される第３の電極を提供するステップも含む。

これらの及び他の態様及び実施を以下で詳細に説明する。前述の情報及び以下の詳細な説明は、様々の態様及び実施の説明のための例を含み、クレームされた態様及び実施の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供する。図面は、様々の態様及び実施の説明及びさらなる理解を提供し、本明細書に組み込まれるとともにその一部を構成する。

添付の図面は縮尺通りに記載することを意図していない。様々な図面における同様の参照番号及び名称は同様の要素を示す。明瞭にするために、全ての構成要素が全ての図面に表記されているわけではない。

図１Ａ～図１Ｄは、様々な実施形態に係る、粒子を固定化するために構成された装置の概略図を示す。 図２Ａ～図２Ｄは、様々な実施形態に係る、粒子を固定化するために構成された装置の概略図を示す。 図３Ａ～図３Ｄは、様々な実施形態に係る、粒子を固定化するために構成された装置の概略図を示す。 図４は、様々な実施形態に係る、粒子の位置操作のために構成された装置の概略図を示す。 図５Ａ～図５Ｄは、様々な実施形態に係る、粒子の位置操作のために構成された装置４００の様々な概略図である。 図６Ａ～図６Ｄは、様々な実施形態に係る、粒子を固定化するために構成された装置の様々な構成を示す。 図７Ａ～図７Ｃは、様々な実施形態に係る、複数の粒子を固定化するために構成された装置の様々な構成の概略図を示す。 図８は、様々な実施形態に係る、粒子を固定化するための装置に関するシミュレーション結果を示すグラフ図である。 図９は、様々な実施形態に係る、粒子を固定化するための装置のための分析の結果を示す三次元チャートである。 図１０は、様々な実施形態に係る、粒子を固定化するための装置を操作する例示の方法のためのフローチャートである。 図１１は、様々な実施形態に係る、粒子の固定化のための装置を操作する例示の方法のためのフローチャートである。 図１２は、様々な実施形態に係る、粒子の固定化のための装置を操作する例示の方法のためのフローチャートである。

本明細書に記載されているように、「粒子」という用語は、個々に又は共に物理的特性を有する物体のグループ又は物体を意味する。粒子は、限定されないが、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー、界面活性剤アセンブリ又はそれらの組み合わせを含む混合物を含むことができる組成を有する。粒子は、個々の又は複数の細胞（又は複数の細胞）、ウイルス（又は複数のウイルス）、細菌又は複数の細菌又は生きているか死んでいるかを問わず任意の生物であり得る。粒子は、流体中で自由に浮遊することができる。例えば、流体中で懸濁でき、接着性を有することができ、形状を変化させることができ、合体することができ、分離することができる等である。

「孔」という用語は、２つの領域の間の開口を意味する。「ペイロード」という用語は任意の化学化合物、ポリマー、生物学的高分子又は組み合わせを含む。「信号」という用語は、ＤＣ、ＡＣ又は周波数成分の重畳を含み得る電圧、電流、周波数、位相又は持続時間の変動等の任意の電気的事象を含む。「干渉」という用語は、信号又は信号成分の有効な伝達又は読み出しを妨げるか、妨害する又はさもなければ劣化させるか若しくは制限する任意の電磁的妨害を意味する。「膜」という用語は２つの領域を隔てる任意の仕切り又は物理的障壁を意味する。「問い合わせ」という用語は、例えば、材料サンプリング、物理的プロービング、検知、ペイロード送達、相互作用、物理的接触、毛細管ウィッキング及び／又は挿入等の活動を意味する。

本開示は概して流体及び非線形電場環境及びその様々な（例えば、マイクロ流体）用途における中性粒子又は生物学的分子の局所操作のための装置に関する。とりわけ、本開示は、分子又は細胞を局所的に操作するために、コンパートメント（又はキャビティ）に近接する、生物学的物体、単一細胞又は細胞群の誘電泳動ベース（ＤＥＰベース）の固定化のための装置に関する。様々な実施では、コンパートメント又はキャビティは、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体又はガスのうちの１つで充填できる。様々な実施では、コンパートメントは、コンパートメントの外の流体と混和しない流体をコンパートメント内に含むことができる。様々な実施では、コンパートメントは非水性流体又は水性環境と互換性がないマイクロエレクトロニクスを含むことができる。

また、本開示は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの構造を有する界面及び／又はプロービングツール及び／又はナノ細孔エレクトロポレーション（ＮＥＰ）用途のための電極を介して、コンパートメントにわたって個々の物体又は細胞を局所的に操作するための装置に関する。本明細書に開示の技術に基づく好適な用途は、原位置生物学的インテロゲーション、細胞工学、単一細胞ゲノミクス、生物学的試料の電気化学的及び物理的インテロゲーション（例えば、パッチクランプ又は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ））、液滴マイクロ流体工学（例えば、液滴流体のサンプリング又はマイクロインジェクション）及び任意の他の適切な用途を含む。本技術を適用可能な好適な用途は個別の生物製剤のインテロゲーション、例えば、細胞、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー、界面活性剤アセンブリ又はそれらの組み合わせのインテロゲーション又はプロービングを含む。

本明細書に開示の技術は、水性マイクロ流体環境を、非水性環境、例えば、疎水性溶媒を用いることができる非導電性の流体又はプロセスにあり得るエレクトロニクスと連結することに関する。開示の技術は、大きな規模で流体環境内の孤立粒子を局所操作することを提供する一方で、高精度のＭＥＭＳコンポーネント又はエレクトロニクスを含むコンパートメントからのアクセスを可能にすることを開示する。これは、ＭＥＭＳプロセスをマイクロ流体プロセスと連結させて、懸濁粒子の高スループットの処理及びインテロゲーションを可能にすることによって行うことができる（粒子又は複数の粒子と言う用語は、「生物学的物体、複数の物体又は細胞」及び非生物学的物体を意味し得る）。とりわけ、本明細書に記載の技術は、ＭＥＭＳ構造を含む電子コンポーネントを含むコンパートメント（隔離されたコンパートメント又はキャビティ）から流体を分離する膜に隣接して流れる流体内の１つ以上の粒子を動かないようにし且つ固定化する、高スループットでＤＥＰベースの粒子固定化（トラップ）装置に関する。本明細書に記載のように、キャビティから流体環境内へのアクセスを提供するために、膜を貫通する１つ以上の膜開口（本明細書では「孔」又は「マイクロ孔」ともいう）を用いることができる。例えば、開口は、コンパートメント内で膜にわたって存在する個々のＭＥＭＳ／電気構造と個々に相互作用される及び／又は相互作用されるために流体内に懸濁された１つ以上の粒子へのアクセスを提供するために用いることができる。本明細書に記載されているように、膜は、限定されないが、疎水性又は親水性コーティングを通じた表面パターン化及び／又は膜の両側にある両方の流体媒体の圧力制御を含む流体力学的戦略を用いて、２つの非混和性流体間の安定した液体／気体界面又は液体－液体界面を維持するように設計することもできる。この界面は、キャビティを加圧若しくは減圧することにより又は孔のサイズ若しくは形状を変更することにより（例えば、有効な毛細管半径を小さくするために孔内に中空のマイクロニードルを挿入することにより）、静電気を介して表面エネルギーを変調させることを通じて、キャビティの内外に流体を意図的に移動させるように制御することもできる。

ＤＥＰを媒介とする粒子の固定化技術（例えば、とラッピング技術）を、単一細胞レベルで（例えば、単一細胞分解能で）の個々の生物学的分子又は細胞の高度な局所操作と相互作用させるプラットフォームを提供することにより、例えば、遺伝物質の抽出及び／又は個々の細胞への薬物分子の送達のための高度に制御可能なアプローチを単一細胞のためだけでなく、高スループットで、信頼性が高く、再現可能な方法で実現できる。

本明細書に記載されているように、流体内の粒子を固定化するための装置の様々な実施を説明する。様々な実施では、装置は、例えばマイクロ流体流路内の流体をコンパートメントから分離するための膜を含む。様々な実施では、装置は、コンパートメントから離れて膜上に配置される１つ以上の電極と、１つ以上の電極とは異なる表面積を有する対電極とを含む。様々な実施では、１つ以上の電極及び対電極（本明細書では「ＤＥＰ電極」ともいう）は、１つ以上の電極及び対電極にわたって非線形電場を生成するように構成されている。様々な実施では、装置は、１つ以上の電極及び／又は対電極にわたって信号を提供及び検知するための電気入出力源も含む。様々な実施では、信号は、１つ以上の電極と対電極との間を流れる流体内で懸濁された粒子を固定化するために振動非線形電場を生成するためのＡＣ電圧である。

装置の様々な実施において、膜は、固定化された粒子の機械的操作を可能にするための開口を有する。様々な実施では、機械的操作は、コンパートメントから膜を横切って入るように構成された鋭利部材で粒子をプロービングすることを含む。様々な実施では、鋭利部材はＭＥＭＳ構造又はナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）構造である。様々な実施では、鋭利部材は、針、ピラー又は中空チューブである。

様々な実施では、開示の技術は、流体媒体内に懸濁された個別の物体（例えば、個別の球状物体）の最適なインテロゲーションのために調整されたマイクロ流体膜ハイブリッドアーキテクチャを有する装置に関する。係る装置を用いることで、ＤＥＰを用いて、球状物体を多孔質膜を含む膜に近接して空間的に閉じ込めることができる。様々な実施では、膜内の孔は、膜にわたって流体交換を防止するために幾何学的且つ化学的に最適化／調整されている。装置の用途は、外部プローブによる流体環境内の別個の生物学的システムをインテロゲーションすることを含むことができる。さらに、本明細書に記載のマイクロ流体膜ハイブリッドアーキテクチャに関する技術は、典型的なＭＥＭＳ製造方法を介して、より大きなデバイスアーキテクチャに統合することができる。例えば、ＭＥＭＳ製造方法により外部プローブを製造でき、コンパートメント内に配置することができる。

様々な実施では、装置は、孔（例えば、開口１２５、２２５ａ～ｄ等）と共に局所化され、キャビティから捕獲された粒子へのアクセスを可能にする一連の電極（又は、１つ以上の電極のアレイ、例えば、一対の電極、３つの電極のセット、４つの電極のセット等）を含む。様々な実施では、孔は、孔の内壁をコーティングする化学処理によって疎水性になるように作られている。様々な実施では、膜のいずれかの側の孔のエッジ面及び／又は孔内部は、例えば、上記で列挙した任意の小分子、タンパク質、ペプチド、ペプトイド、ポリマー又は無機材料の任意の好適な組み合わせを含む、一連の材料クラスでコーティング／化学的に機能化されている。表面化学及びそれらの機能のいくつかの例が本明細書に含まれる。様々な実施形態によれば、孔の内部及び／又は膜の片側のコーティングは、水溶液が孔を通って漏れるのを防止するために、疎水性オルガノシラン、例えばフルオロシラン等の疎水性物質を含むことができる。様々な実施形態によれば、細胞が付着しないようにして、捕獲サイトから離れた場所での、例えば開口又は孔の近くでの非特異的な細胞の付着を防止するために、例えば、限定されないがポロキサマー又はポリ（２－ヒドロキシエチルメタクリレート）等の化学物質又は例えばウシ血清アルブミン等の任意の好適なタンパク質ブロッキング溶液を用いて表面をコーティングすることができる。表面コーティングの一部の例は、例えば、タンパク質、ペプチド、ポリマー、様々な長さの炭化水素鎖、細胞付着に加えてペイロード／検体付着防止のために用いることができるものの任意の組み合わせ等の生物学的又は有機的材料を含み得る。様々な実施形態によれば、このような表面コーティングは、分子ペイロード付着を防止するために、とりわけ、鋭利部材又は針の上に配置される分子ペイロードに関して用いられ得る。様々な実施形態によれば、膜の片側は、それらの面の効率的な濡れを確実にし、開口からの疎水性材料が流出するのを防止するために、ヒアルロン酸、酸化チタン、ポリエチレングリコール等の親水性材料でコーティングされている。様々な実施形態によれば、疎水性及び親水性流体を別々の開口、孔又はキャビティに分離するために、上記のアプローチの任意の組み合わせを用いることができる。

本明細書に開示する様々な実施は、特徴付け、サンプリング、ペイロード送達又は例えば、電気化学的、インピーダンス測定法、光学的方法及びＭＥＭＳベースの細胞操作等の技術を介した流体環境における変更のために生物学的物体及び／又は細胞を大量にトラッピングするためのユニークな能力を表す。本明細書で記載されているように、物理的及び材料的な特性及びパラメータ、例えば、孔（又は開口）のサイズ及び疎水性、電極のサイズ、流体媒体の導電性及び電極の動作周波数等は、用途及びインテロゲーションすべき生物学的物体又は細胞に基づいて最適化できる。本明細書で説明する技術の様々な実施では、装置は、捕獲／捕捉及びプロービング／インテロゲーション／操作の後で細胞を選択的にリリースできるように構成することができる。

さらに、本明細書で説明する様々な実施によれば、装置は、誘電泳動（ＤＥＰ）力を利用することによって最適化することもできる。例えば、生成されるＤＥＰ力は、上述のＤＥＰ方程式にしたがう電場勾配の二乗に比例するため、１つ以上の電極及び対電極にわたって高度に非線形の電場を生成することができる。様々な実施では、サイズの差異及び／又は近接を通じて大きな電場勾配を生成する幾何学的形状を有する１つ以上の電極間に交流（ＡＣ）を印加することによって、高度に非線形の限られた電場を生成して生物学的物体又は細胞に作用させて、それを捕獲領域に固定化することができる。例えば、１つ以上の電極、例えば１対の電極が開口の周囲に配置される場合、開口にある電極間で物体を捕獲するためにＤＥＰ力を調整することができる。加えて、電極内の開口の壁が疎水性材料でコーティングされている場合、開口のコーティングされた内壁の接触角は、以下の式を介して流体の毛細管圧に関係し得る。

式中、ｒは開口の半径であり、γは表面張力（水及び空気の場合、約７２．７５ｍＮ／ｍ）であろ、θは接触角である。従来、９０を超える接触角θは疎水性材料を表すのに対して、９０を下回る接触角θは親水性材料を表す。例えば、疎水性シランコーティングを施すことにより接触角θを約１３０°まで増やすことにより、約４μｍ又は５μｍの比較的大きな開口の場合、空気－水界面の毛細管圧力は４０～６０ｋＰａに達する。本明細書で説明するように、開口の内壁上の疎水性コーティングは、流体が開口を通って水性側からＭＥＭＳ又は他の電子部品を含むことができる空気が充填されたコンパートメントに流れるのを防止することができる。膜にわたる他の種類の流体相分離についても同じ原理があてはまり、膜の水性側又は非水性側が高圧又は低圧であるかに応じて、孔をそれぞれ疎水性又は親水性表面処理でパターン化できる。したがって、非線形電場を生成するように配置された１つ以上の電極及び対電極を有する装置は、流体内の生物学的物体又は細胞を捕獲、固定又は閉じ込め、精密な電子コンポーネントが流体への曝露により損なわれることなく、開口を介して、コンパートメント内に存在するＭＥＭＳ構造によってプロービングされるように構成することができる。様々な実施では、装置は、同じ又は実質的に同様のサイズを有する１つ以上の電極及び対電極を有し、１つ以上の電極及び対電極は、流体内の生物学的物体又は細胞を捕獲、固定又は閉じ込め、精密な電子コンポーネントが流体への曝露により損なわれることなく、開口を介して、コンパートメント内に存在するＭＥＭＳ構造によってプロービングされるように高度に非線形の電場を生成するように構成することができる。様々な実施では、捕獲サイト、例えば、開口又は孔のそれぞれは１つの電極、２つの電極、３つの電極、４つの電極等を含むことができる。様々な実施では、追加の電極は、物体、例えば、粒子又は細胞の存在下でのインピーダンス感知のために構成することができる。さらに、装置の製造は確立されたＭＥＭＳ処理技術及びフォトリソグラフィーに基づく信頼性及び再現性が高い方法を用いて行うことができるため、装置の製造方法は拡張可能であるため、臨床的に適切な量で生物学的物体又は細胞を平行して固定化及びインテロゲーションすることができる。

図１Ａ～図１Ｄは、本明細書で開示の様々な実施に係る、粒子を固定化するための装置の概略図を示す。図１Ａは、様々な実施形態に係る、例示の装置１００の概略上面図を示す。図１Ａに示すように、装置１００は開口１２５（本明細書では「孔」ともいう）、複数の電極１２０及び１つ以上の相互接続部１３０を含む。例えば、図示のように、複数の電極１２０はアレイ又はグリッド状に形成された複数の個別の異なる電極表面積を含むことができる。電極１２０をリング又は円形の電極として示しているが、電極１２０は、図６Ａ～図６Ｄ及び図７Ａ～図７Ｃに関して図示説明するように一対の電極６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、６２０ｄ、７２０であってもいいし、様々な実施形態に係る、開口１２５に近接して配置される任意の数の電極セットであってもよい。したがって、電極１２０に関して以下でさらに説明する物理的、化学的、材料的なパラメータは、図６Ａ～図６Ｄ及び図７Ａ～図７Ｃに関して図示説明する一対の電極６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、６２０ｄ、７２０のいずれにも適用可能である。

様々な実施では、電極１２０は約１ｎｍ～約５０μｍの厚さを有する。様々な実施では、電極１２０は約１０ｎｍ～約５μｍ、約１０ｎｍ～約１０μｍ、約１０ｎｍ～約１０μｍ、約１０ｎｍ～約５μｍ、約１００ｎｍ～約４μｍ、約３００ｎｍ～約３μｍ、約４００ｎｍ～約５μｍ、約５００ｎｍ～約５μｍの厚さ（それらの間の任意の厚さの範囲を含む）を有する。

様々な実施では、電極１２０は十分な電気化学的安定性を有する透明導電材料又はドープ半導体材料のうちの少なくとも１つを含む。様々な実施では、透明導電材料はインジウム錫酸化物、グラフェン、ドープグラフェン、導電性ポリマー又は薄い金属層を含む。

図１Ａに示すように、様々な実施では、複数の電極１２０（一連の電極１２０という）のそれぞれは開口１２５を有する。様々な実施では、複数の電極１２０の一部は開口１２５を有し、一部の電極１２０は開口１２５を有さない。様々な実施では、開口１２５を有する電極１２０と、開口１２５を有さない電極１２０とは、装置１００の用途に基づいて戦略的に配置される。

様々な実施では、開口１２５は、約０.１ｎｍ～約１ｍｍのサイズ（本明細書では、円形の場合には直径、非円形の形状の場合には横方向の寸法ともいう）を有する。様々な実施では、開口１２５は約１ｎｍ～約１００ｎｍ、約１００ｎｍ～約１μｍ、約１μｍ～約１０μｍ、約１００ｎｍ～約２５μｍ、約１μｍ～約１００μｍ又は約１μｍ～約５０μｍのサイズ（それらの間の任意のサイズ範囲を含む）を有する。

様々な実施では、複数の電極１２０内の電極１２０は、約１μｍから約５ｍｍ、約１μｍから約１ｍｍ、約１０μｍから約５００μｍ又は約１０μｍから約１ｍｍの電極間分離距離（それらの間の任意の分離距離範囲を含む）を２つの隣接する電極の間で有する。

様々な実施では、電極１２０及び１つ以上の相互接続部１３０は同じ材料を含む。様々な実施では、１つ以上の相互接続部１３０は、十分な電気化学的安定性を有する透明導電材料又はドープ半導体材料のうちの少なくとも１つを含む。様々な実施では、透明導電材料はインジウム錫酸化物、金属ナノワイヤメッシュ、グラフェン、ドープグラフェン、導電性ポリマー、薄い金属層、原子層金属膜又は任意の他の好適な透明導電体を含む。

図１Ｂは、装置１００の電極１２０のうちの１つの拡大概略図を示す。様々な実施では、装置１００は１つの電極１２０を含む。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、複数の電極１２０は、１つ以上の相互接続部１３０を介して互いにグリッド又はアレイ状に相互接続されている。様々な実施では、複数の電極１２０は任意の数の電極１２０を含むことができるグループ内で互いに相互接続されており、装置１００は任意の数の電極１２０のグループを含むことができる。

図１Ｃは、様々な実施に係る、装置１００の（図１Ｂの図に直交する）断面図を示す。図１Ｃに示すように、装置１００は複数の電極１２０及び対電極１４０を含む。様々な実施形態によれば、複数の電極１２０のうちの各電極１２０は、図６Ａ～図６Ｄ及び図７Ａ～図７Ｃに関して図示説明するように一対の電極６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、６２０ｄ、７２０であってもいいし、開口１２５に近接して配置される任意の数の電極セットであってもよい。様々な実施では、対電極１４０は、装置１００の一部、実質的な部分、ほぼ全体又は全体にわたって広がる平面電極である。例えば、対電極１４０は複数の電極１２０のそれぞれよりも大きくてもよい。例えば、対電極１４０は個々の電極１２０のそれぞれの表面積よりも大きい表面積を有することができる。様々な実施では、対電極１４０と電極１２０との間の表面積の比は約１：１、１．１：１、２：１、５：１、１０：１、５０：１、１００：１、１００万：１又はそれらの間の任意の適切な比であり得る。

様々な実施では、電極１２０及び対電極１４０のサイズは同じであるか又は実質的に同様である。様々な実施では、電極１２０及び対電極１４０が同一平面に配置される。

図１Ｃに示すように、複数の電極１２０及び対電極１４０は、複数の電極１２０と対電極１４０との間の流路１６０を流れる流体（図１Ｃでは平行の矢印として示す）を受容するように構成されている。様々な実施では、流路１６０を流れる流体は、例えば、限定されないが、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体又はガスを含み得る。

様々な実施では、流体は、０～１０ｍＬ/ｓの流速で流路１６０内を流れる。様々な実施では、流体は静止しているため、最低限の流速を有する。様々な実施では、流体は、約０.００１ｍＬ/ｓ～約０.１ｍＬ/ｓ、約０.０１ｍＬ/ｓ～約１ｍＬ/ｓ又は約０．１ｍＬ/ｓ～約１０ｍＬ/ｓの範囲（それらの間の任意の流速範囲を含む）で流れる。

図１Ｄは、装置１００の複数の電極１２０のうちの１つの拡大断面図を示す。図１Ｄに示すように、装置１００は、膜１１０、電極１２０、相互接続部１３０及びパッシベーション層１５０を含む。様々な実施では、膜１１０は電気絶縁材料を含む。様々な実施では、膜１１０は、限定されないが、窒化珪素、酸化珪素、金属酸化物、炭化物（例えば、ＳｉＣＯＨ）、セラミック（例えば、アルミナ）及びポリマーを含む電気絶縁材料を含む。様々な実施態様では、膜１１０は、金属又はドープ半導体材料等の導電性材料を含む。様々な実施では、膜１１０は単層又は前述の材料のいずれかを含む多層積層体を有する複合層であり得る。

様々な実施では、流路１６０を形成する壁は、例えば、限定されないが、シリコン、ガラス、プラスチック又は例えば、流体層の構造材料として用いることができるポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）等の様々なエラストマーを含むことができる流路材料を含む。様々な実施では、流路１６０は約１ｎｍ～約１ｃｍ、約１００ｎｍ～約１００ｍｍ、約２００ｎｍ～約１ｍｍ又は約２００ｎｍ～約５００μｍの寸法（それらの間の任意の寸法を含む）を有する。様々な実施では、流路１６０の高さはプローブされる粒子サイズによって設定され、詰まりを回避するために、粒子の直径の少なくとも２倍でなければならない。

様々な実施では、膜１１０は約１０ｎｍ～約１ｃｍの厚さを有する。様々な実施では、膜は約１０ｎｍ～約５ｍｍ、約１０ｎｍ～約１ｍｍ、約１０ｎｍ～約１００μｍ、約５０ｎｍ～約１０μｍ、約５０ｎｍ～約５μｍ、約１００ｎｍ～約１０μｍ、約１００ｎｍ～約５μｍ又は約１００ｎｍ～約２μｍの厚さ（それらの間の任意の厚さ範囲を含む）を有する。様々な実施では、膜１１０又は膜を含む材料の任意の層をパターン化することができる。

図１Ｄは、流路１６０を流れる流体内で懸濁された粒子１６５も示す。様々な実施では、粒子１６５は、限定されないが、任意の生物学的物体、細胞又は非生物学的物体を含む様々の種類の粒子状物質又は球状物質を含み得る。様々な実施では、粒子１６５は、生物学的生物、生物学的構造、細胞、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー、界面活性剤集合体、小胞、微小小胞、タンパク質、分子、微小液滴又は非生物学的粒子状物質を含み得る。

様々な実施では、粒子１６５は約１ｎｍ～約１ｍｍのサイズを有し得る。様々な実施では、粒子１６５は約１０ｎｍ～約５００μｍ、約５０ｎｍ～約２００μｍ、約２００ｎｍ～約１００μｍ、約３００ｎｍ～約５０μｍ、約１００ｎｍ～約２００μｍ、約１００ｎｍ～約１００μｍ又は約２００ｎｍ～約５０μｍの間のサイズ（それらの間の任意のサイズ範囲を含む）を有し得る。

図１Ｄに示すように、様々な実施によれば、膜１１０は、流体がコンパートメント１８０に入ることから分離するように構成されている。図１Ｄは、装置１００の開口１２５も示す。図１Ｄに示すように、開口１２５は膜１１０及び電極１２０を通って広がる。様々な実施では、開口１２５は、膜１１０、電極１２０及びパッシベーション層１５０を通って広がる。様々な実施では、開口１２５は、装置の動作に２つ以上の流体相（イオン性緩衝液及び空気又は水性及び有機溶媒等）を必要とする場合に、膜１１０にわたって２つの流体相を隔離するためのキャピラリー弁としての役割も果たし得る。図１Ｄの拡大断面図は、膜１１０の近くでコンパートメント１８０に配置された鋭利部材１８５も示す。

様々な実施では、鋭利部材１８５は、開口１２５内を移動し、膜１１０、電極１２０及びパッシベーション層１５０を通って移動するように構成されている。様々な実施では、開口１２５は、固定化された粒子１６５の機械的操作を可能にする。様々な実施では、機械的操作は、プロービング、挿入、貫通、電気穿孔、検知、材料の堆積、材料のサンプリング、さもなければ膜１１０、電極１２０及び／又はパッシベーション層１５０を横切って入るように構成された鋭利部材１８５で粒子１６５を操作することを含む。様々な実施では、機械的操作は鋭利部材１８５によって行われる。様々な実施では、鋭利部材１８５は、鋭利部材１８５が移動の前に、例えば、鋭利部材１８５を長手軸に沿って、例えば、図１Ｄに示すように垂直方向に下方に動かす前に存在するコンパートメント１８０から入る。様々な実施では、鋭利部材１８５は、約１０ｎｍ～約５０μｍの長さを有する針、ピラー、中空管、ナノニードル又はマイクロニードルであり得る。様々な実施では、鋭利部材１８５は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）法又はナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）法によって製造又は作成される。様々な実施形態では、コンパートメント１８０は、鋭利部材１８５を含むＭＥＭＳ構造又はＮＥＭＳ構造を含む。

様々な実施では、鋭利部材１８５は、膜１１０にわたってプローブの形態の第３の電極として動作するように構成できる。この第３の電極プローブは、検知又は作動のためにＤＣ又はＡＣ信号で、例えば、ナノ細孔エレクトロポレーション（ＮＥＰ）用途のためのパルスＤＣ信号又はインピーダンスを測定するための別個の周波数の低電力ＡＣ信号でバイアスされ得る。様々な実施では、ＤＥＰ電極自体は下流フィルタリングを介してＤＥＰ信号から容易に分離されるように選択された別個の重畳ＡＣ信号又はＤＣ信号も運び得る。

様々な実施では、開口１２５の壁は疎水性コーティング又は親水性コーティングを有する。様々な実施では、開口１２５は、開口１２５の内壁をコーティングする化学処理によって疎水性を有するように作られる。様々な実施では、膜のいずれかの側の開口１２５のエッジ面及び／又は開口１２５の壁の内側（内壁）（本明細書では「孔内部」ともいう）は、例えば、上記で列挙した任意の小分子、タンパク質、ペプチド、ペプトイド、ポリマー又は無機材料の任意の好適な組み合わせを含む、一連の材料クラスでコーティング／化学的に機能化されている。コーティングの様々の詳細は、図２Ａ～図２Ｄに関して詳細に提供されている。

様々な実施形態によれば、疎水性コーティング又は親水性コーティングは、膜１１０及び／又は電極１２０の壁に配置（又は堆積）されて、流体がコンパートメントに入るのを防止する。様々な実施では、コーティングは関連する表面に化学的且つ共有結合的に付着されている。様々な実施では、疎水性コーティングは、アジド、オルガノシラン又はフルオロカーボン等の様々のクラスを含むことができる。様々な実施では、親水性コーティングは、任意の小分子、タンパク質、ペプチド、ペプトイド、ポリマー又は無機材料を含む一連の材料クラスを含むことができる。様々な実施では、開口１２５の壁はパターン化された親水性コーティング及び疎水性コーティングとの組み合わせを有する。

様々な実施では、疎水性コーティングは約９５°～約１６５°の接触角を有する。様々な実施では、疎水性コーティングは約１００°～約１６５°、約１０５°～約１６５°、約１１０°～約１６５°、約１２０°～約１６５°、約９５°～約１５０°、約９５°～約１４０°又は約９５°～約１３０°の接触角（これらの間の任意の接触角範囲を含む）を有する。

様々な実施では、親水性コーティングは約２０°～約８０°の接触角を有する。様々な実施では、親水性コーティングは、約２５°～約８０°、約３０°～約８０°、約３５°～約８０°、約４０°～約８０°、約２０°～約７０°、約２０°～約６０°、又は約２０°～約５０°の接触角（これらの間の任意の接触角範囲を含む）を有する。

様々な実施によれば、複数の電極１２０及び対電極１４０にわたって交流（ＡＣ）を供給して、複数の電極１２０と対電極１４０との間を流れる流体内に懸濁された粒子１６５を固定化（又は捕獲）するために振動非線形電場を生成するために、電源（図示せず）を複数の電極１２０及び対電極１４０に電気的に接続することができる。様々な実施では、複数の電極を有する面内電場を適用して、代替ＤＥＰ場の局所場最小化をもたらすことができる。様々な実施では、インピーダンス感知、電気湿潤又はエレクトロポレーションを含む用途のために、１つ以上のＡＣ又はＤＣ信号をＤＥＰ作動信号に重畳してもよい。

様々な実施では、複数の電極１２０（単一の電極の場合は電極１２０又は６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、６２０ｄ、７２０等の一対の電極）及び対電極１４０にわたるＡＣは、約１ｍＶ～約３００Ｖの電圧で供給される。様々な実施では、複数の電極１２０及び対電極１４０にわたるＡＣは、約５ｍＶ～約５０Ｖ、約５ｍＶ～約２０Ｖ、約２５０ｍＶ～約５Ｖ、約５００ｍＶ～約５０Ｖ、約７５０ｍＶ～約５０Ｖ、約１Ｖ～約５０Ｖ、約５Ｖ～約５０Ｖ、約１０Ｖ～約５０Ｖ、約２５０ｍＶ～約４０Ｖ、約２５０ｍＶ～約３０Ｖ、約２５０ｍＶ～約２０Ｖ、約２５０ｍＶ～約１０Ｖ、約２５０ｍＶ～約８Ｖ、約２５０ｍＶ～約６Ｖ、約２５０ｍＶ～約５Ｖ、約５００ｍＶ～約５Ｖ又は約１Ｖ～約５Ｖの電圧（それらの間の任意の電圧範囲を含む）で供給される。様々な実施では、複数の電極１２０（単一の電極の場合は電極１２０）及び対電極１４０にわたるＡＣは、約１ｍＶ～約２０Ｖ、約１ｍＶ～約１０Ｖ、約１ｍＶ～約８Ｖ、約１ｍＶ～約８Ｖ、約１ｍＶ～約６Ｖ、約１ｍＶ～約５Ｖ、約１ｍＶ～約４Ｖ、約１ｍＶ～約３Ｖ、約１ｍＶ～約２Ｖ、約１ｍＶ～約１Ｖ、約１ｍＶ～約７５０ｍＶ、約１ｍＶ～約５００ｍＶ、約１ｍＶ～約２５０ｍＶ、約１ｍＶ～約２００ｍＶ、約１ｍＶ～約１５０ｍＶ、約１ｍＶ～約１００ｍＶ、約１ｍＶ～約５０ｍＶの電圧（それらの間の任意の電圧範囲を含む）で供給される。

様々な実施では、複数の電極１２０（単一の電極の場合は電極１２０又は６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、６２０ｄ、７２０等の一対の電極）及び対電極１４０にわたるＡＣは、約１Ｈｚ～約１ＴＨｚの発振周波数で供給される。様々な実施では、複数の電極１２０及び対電極１４０にわたるＡＣは、約１０Ｈｚ～約１００ＧＨｚ、約１０Ｈｚ～約１０ＧＨｚ、約１００Ｈｚ～約１０ＧＨz、約１ｋＨｚ～約１ＧＨｚ、約１０ｋＨｚ～約１ＧＨｚ、約１００ｋＨｚ～約１ＧＨｚ、約５００ｋＨｚ～約１ＧＨｚ、約１ＭＨｚ～約１ＧＨｚ、約１０ＭＨｚ～約１ＧＨｚ、約１００ＭＨｚ～約１ＧＨｚ、約１０ｋＨｚ～約５００ＭＨｚ、約１０ｋＨｚ～約１００ＭＨｚ、約１０ｋＨｚ～約５０ＭＨｚ、約１０ｋＨｚ～約３０ＭＨｚ、約１０ｋＨｚ～約２０ＭＨｚ、約１０ｋＨｚ～約１０ＭＨｚ、約１００ｋＨｚ～約１０ＭＨｚ又は約５００ｋＨｚ～約１０ＭＨｚ又は約１ＭＨｚ～約１０ＭＨｚの発振周波数（それらの間の任意の周波数範囲を含む）で供給される。

様々な実施では、複数の電極１２０（単一の電極の場合は電極１２０又は６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、６２０ｄ、７２０等の一対の電極）及び対電極１４０にわたって直流（ＤＣ）が印加される。様々な実施では、複数の電極１２０（単一の電極の場合は電極１２０又は６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、６２０ｄ、７２０等の一対の電極）及び対電極１４０にわたって電流を印加する場合に、ＤＣ及びＡＣが重畳され得る。

様々な実施では、複数の電極１２０及び対電極１４０は個別にアドレスされるか、グループでアドレスされるか又は電気的に短絡（例えば、短絡）され得る。様々な実施において、６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、６２０ｄ、７２０のような電極対の各々は、個別にアドレス指定され、グループでアドレス指定され、または電気的に短絡(例えば、短絡)され得る。例えば、複数の電極１２０のそれぞれ及び対電極１４０に個別に又はグループでＡＣを供給できる。例えば、複数の電極１２０及び対電極１４０は、複数の電極１２０の一部及び対電極１４０について短絡させ、複数の電極１２０のうちの他方の電極１２０及び対電極１４０については短絡しないようにすることができる。そのため、複数の電極１２０及び対電極１４０間の配置の任意の組み合わせ又は構成を、装置１００に対して実施できる。

図２Ａ～図２Ｄは、様々な実施形態に係る、粒子の固定化のために構成された装置の概略図を示す。図２Ａ～図２Ｄは、装置の様々な構造構成を示し、これらの構成は、例えば、限定されないが、特定の層配列、配置及び疎水性又は親水性コーティング等のコーティングの種類を示す。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄに示す構成は非限定的な例であるため、図示のものに加えて、様々な実施形態に従って任意の所望の構造構成を用いて粒子の固定化及び／又はインテロゲーションを行うことができる。

図２Ａは、様々な実施形態に係る、装置２００ａの断面図を示す。図２Ａに示すように、装置２００ａは互いに積層された膜２１０ａ、金属層２３０ａ１、パッシベーション層２５０ａ及び他の金属層２３０ａ２を含み、開口２２５ａを含む。装置２００ａは、様々な実施形態によれば、膜２１０ａの露出面に配置されるコーティング２７０ａ１及び開口２２５ａの壁の内側（内壁）に配置されるコーティング２７０ａ２も含む。図２Ａに示すように、コーティング２７０ａ１及びコーティング２７０ａ２は同じコーティングである。様々な実施形態によれば、コーティング２７０ａ１及び２７０ａ２は同じパターン又は異なるパターンを含むことができる。

図２Ｂは、様々な実施形態に係る、装置２００ｂの断面図を示す。図２Ｂに示すように、装置２００ｂは、互いに積層された膜２１０ｂ、金属層２３０ｂ１、パッシベーション層２５０ｂ及び他の金属層２３０ｂ２を含み、開口２２５ｂを含む。装置２００ｂは、様々な実施形態によれば、膜２１０ｂの露出面に配置されるコーティング２７０ｂ１及び開口２２５ｂの壁の内側に配置されるコーティング２７０ｂ２を含む。図２Ｂに示すように、コーティング２７０ｂ１及びコーティング２７０ａ２は異なるコーティングである。様々な実施形態によれば、コーティング２７０ｂ１及び２７０ｂ２は同じパターン又は異なるパターンを含むことができる。

図２Ｃは、様々な実施形態に係る、装置２００ｃの断面図を示す。図２Ｃに示すように、装置２００ｃは、互いに積層された膜２１０ｃ、金属層２３０ｃ１、パッシベーション層２５０ｃ及び他の金属層２３０ｃ２を含み、開口２２５ｃを含む。装置２００ｃは、様々な実施形態によれば、開口２２５ｃの壁の内側に配置されるコーティング２７０ｃを含むが、膜２１０ｃの露出面にコーティングを含まない。様々な実施形態によれば、コーティング２７０ｃはパターンを含むことができる。

様々な実施形態によれば、膜２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃは、別段記載がない限り、図１Ｄに関して説明した膜１１０と同じであるか又は実質的に同様であってもいいため、詳細を完全には説明しない。様々な実施では、膜２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃは電気絶縁材料を含むことができる。様々な実施では、膜２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃは、限定されないが、窒化珪素、酸化珪素、金属酸化物、炭化物（例えば、ＳｉＣＯＨ）、アルミナ等のセラミック及びポリマーを含む電気絶縁材料を含むことができる。様々な実施では、膜２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃは、金属又はドープ半導体材料等の導電性材料を含むことができる。様々な実施では、膜２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃは単層又は前述の材料のいずれかを含む多層積層体を有する複合層であり得る。

様々な実施では、膜２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃは約１０ｎｍ～約１ｃｍの厚さを有することができる。様々な実施では、膜２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃは、約１０ｎｍ～約５ｍｍ、約１０ｎｍ～約１ｍｍ、約１０ｎｍ～約１００μｍ、約５０ｎｍ～約１０μｍ、約５０ｎｍ～約５μｍ、約１００ｎｍ～約１０μｍ、約１００ｎｍ～約５μｍ又は約１００ｎｍ～約２μｍの厚さ（それらの間の任意の厚さ範囲を含む）を有し得る。

様々な実施形態によれば、金属層２３０ａ１、２３０ａ２、２３０ｂ１、２３０ｂ２、２３０ｃ１及び２３０ｃ２は、別段記載が限り、図１Ａ～図１Ｄに関して説明した電極１２０及び／又は相互接続部１３０と同じ又は実質的に同様であってもいいため、完全には詳細を説明しない。様々な実施形態によれば、金属層２３０ａ１、２３０ｂ１及び２３０ｃ１は、例えば、電極１２０又は電極６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、６２０ｄ、７２０を含むことができる電極層であり得る。様々な実施形態によれば、金属層２３０ａ１、２３０ｂ１及び２３０ｃ１は、相互接続層１３０又は７３０であり得る。様々な実施形態によれば、金属層２３０ａ２、２３０ｂ２及び２３０ｃ２は相互接続層１３０若しくは７３０又は鋭利部材（例えば、１８５、３８５ａ～ｄ等）と共に、検知のために（検知電極として）、ＮＥＰ電極として又は金属遮蔽電極として用いられるように構成可能な電極層であり得る。

様々な実施形態では、パッシベーション層２５０ａ、２５０ｂ及び２５０ｃは、別段記載が限り、図１Ｄに関して説明したパッシベーション層１５０と同じ又は実質的に同様であってもいいため、完全には詳細を説明しない。

様々な実施形態によれば、コーティング２７０ａ１、２７０ａ２、２７０ｂ１、２７０ｂ２及び２７０ｃは、別段記載がない限り、図１Ｄに関して説明したコーティングと同じ又は実質的に同様であってもいいため、完全には詳細を説明しない。様々な実施では、コーティング２７０ａ１、２７０ａ２、２７０ｂ１、２７０ｂ２及び２７０ｃはそれぞれ疎水性コーティング又は親水性コーティングであり得る。疎水性コーティング又は親水性コーティングは、膜２１０ａ及び２１０ｂのそれぞれの露出面及び／又は開口２２５ａ、２２５ｂ及び２２５ｃの壁の内側（内壁）に配置（又は堆積）されて、流体がそれぞれの開口２２５ａ、２２５ｂ及び２２５ｃを横切って侵入するのを防止する。様々な実施では、コーティング２７０ａ１、２７０ａ２、２７０ｂ１、２７０ｂ２及び２７０ｃは、関連する表面に化学的及び共有結合的に付着される。様々な実施では、疎水性コーティングは、アジド、オルガノシラン又はフルオロカーボン等の様々のクラスを含むことができる。様々な実施では、親水性コーティングは、任意の小分子、タンパク質、ペプチド、ペプトイド、ポリマー又は無機材料を含む一連の材料クラスを含むことができる。様々な実施では、開口２２５ａ、２２５ｂ及び２２５ｃのそれぞれの壁はパターン化された親水性及び疎水性コーティングの組み合わせを有する。

様々な実施では、コーティング２７０ａ１、２７０ａ２、２７０ｂ１、２７０ｂ２及び２７０ｃのそれぞれの疎水性コーティングは、約９５°～約１６５°の接触角を有することができる。様々な実施では、疎水性コーティングは約１００°～約１６５°、約１０５°～約１６５°、約１１０°～約１６５°、約１２０°～約１６５°、約９５°～約１５０°、約９５°～約１４０°又は約９５°～約１３０°の接触角（それらの間の任意の接触角範囲を含む）を有する。

様々な実施では、コーティング２７０ａ１、２７０ａ２、２７０ｂ１、２７０ｂ２及び２７０ｃのそれぞれの親水性コーティングは約２０°～約８０°の接触角を有することができる。様々な実施では、親水性コーティングは約２５°～約８０°、約３０°～約８０°、約３５°～約８０°、約４０°～約８０°、約２０°～約７０°、約２０°～約６０°又は約２０°～約５０°の接触角（それらの間の任意の接触角範囲を含む）を有する。

図２Ｄは、様々な実施形態に係る、装置２００ｄの断面図を示す。様々な実施形態によれば、装置２００ｄは、装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃ又は１００のうちの１つと同じ又は実質的に同様であり得る。様々な実施形態によれば、装置２００ｄは、装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃ又は１００に含まれるように示される層のいずれか又は層の任意の組み合わせを含むことができる。

図２Ｄに示すように、装置２００ｄは、一方の側に流路２６０ｄを有し、他方の側にコンパートメント２８０ｄを有するものとして図示されている。様々な実施形態によれば、流路２６０ｄは、別段記載がない限り、図１Ｃ及び図１Ｄに関して説明した流路２６０と同じ又は実質的に同様であってもいいため、完全には詳細を説明しない。様々な実施形態によれば、コンパートメント２８０ｄは、別段記載がない限り、図１Ｄに関して説明したコンパートメント１８０と同じ又は実質的に同様であってもいいため、完全には詳細を説明しない。図２Ｄに示すように、コンパートメント２８０ｄは、例えば、限定されないが、窒化ケイ素、酸化ケイ素、ガラス、金属酸化物、炭化物（例えば、ＳｉＣＯＨ）、アルミナ等のセラミック、プラスチックを含むポリマー及びポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）等の様々なエラストマー又は構造材料として用いることが可能な任意の材料を含む電気絶縁材料を含む材料２０５ｄ内に形成されている。

図２Ｄに示すように、装置は開口２２５ｄを含む。様々な実施形態によれば、開口２２５ｄは、開口２２５ａ、２２５ｂ及び２２５ｃのうちの１つと同じ又は実質的に同様であってもよい。様々な実施形態によれば、開口２２５ｄには、別段記載がない限り、開口２２５ａ、２２５ｂ及び２２５ｃの内壁上のコーティングと同じ又は実質的に同様のコーティングが配置されているため、完全には詳細を説明しない。

図２Ｄに示すように、コンパートメント２８０ｄは、様々な実施形態によれば、電極層２９０ｄ及び電極層２９０ｄ内に配置されるビア２９８ｄも含む。様々な実施では、電極層２９０ｄは、図１Ｄに関して説明した鋭利部材１８５等の鋭利部材を作動させるように構成することができる。様々な実施形態によれば、ビア２９８ｄは、コンパートメント２８０ｄから流体を汲み出す／コンパートメント２８０ｄに流体を汲み入れるように構成することができる。様々な実施形態によれば、流体は、例えば、限定されないが、水溶液、生物学的又は化学的試薬を含む水溶液、有機溶媒、鉱物油、フッ素化油、空気、細胞培養のための混合ガス（例えば、５％ＣＯ２）、不活性ガス等を含むことができる。

様々な実施形態によれば、装置２００ｄは、開口２２５ｄの内壁の内側及び／又は表面に配置される１つ以上のコーティングを含むことができる。様々な実施形態によれば、開口２２５ｄの内側及び表面のコーティングは同じであっても異なっていてもよい。様々な実施形態によれば、表面上のコーティング及び開口２２５ｄの内側のコーティングは同じパターン又は異なるパターンを含むことができる。

図３Ａ～図３Ｄは、様々な実施形態に係る、粒子のインテロゲーションのために構成された装置の概略図３００ａ、３００ｂ、３００ｃ及び３００ｄをそれぞれ示す。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄに示す構成は非限定の例であるため、図示のものに加えて、様々な実施形態にしたがって任意の所望の構造構成を利用して、粒子の固定化及び／又はインテロゲーションを行うことができる。

図３Ａ～図３Ｄに示すように、概略図３００ａ、３００ｂ、３００ｃ及び３００ｄは、膜３１０、金属層３３０及びパッシベーション層３５０を含む。様々な実施形態によれば、概略図３００ａ、３００ｂ、３００ｃ及び３００ｄは、流路３６０及びコンパートメント３８０にわたって開口３２５を含む。図３Ａ～図３Ｄに示すように、概略図３００ａ、３００ｂ、３００ｃ及び３００ｄは、開口３２５の近くで捕獲、配置又はさもなければ固定化される内部部分（例えば、核又は内部成分）３６３を有する粒子３６５を含む。様々な実施形態によれば、粒子３６５は固定化され、プロービング又はインテロゲーションのための準備ができている。

様々な実施形態によれば、膜３１０は、別段記載がない限り、図１Ｄ、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに関して説明した膜１１０、２１０ａ、２１０ｂ又は２１０ｃと同じ又は実質的に同様であってもよいため、完全には詳細を説明しない。

様々な実施形態によれば、金属層３３０は、別段記載がない限り、図１Ａ～図１Ｄ、図２Ａ～図２Ｃに関して説明した電極１２０及び／又は相互接続部１３０又は金属層２３０ａ１、２３０ａ２、２３０ｂ１、２３０ｂ２、２３０ｃ１及び２３０ｃ２のいずれかと同じ又は実質的に同様であってもよいため、完全には詳細を説明しない。

様々な実施形態によれば、パッシベーション層３５０は、別段記載がない限り、図１Ｄ、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに関して説明したパッシベーション層１５０、２５０ａ、２５０ｂ又は２５０ｃと同じ又は実質的に同様であってもよいため、完全には詳細を説明しない。

様々な実施形態によれば、開口３２５は、別段記載がない限り、図１Ｄ、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄに関して説明した開口１２５、２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ又は２２５ｄのうちの１つと同じ又は実質的に同様であってもよいため、完全には詳細を説明しない。

様々な実施形態によれば、開口３２５は、別段記載がない限り、図１Ｄ、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに関して説明した開口１２５、２２５ａ、２２５ｂ又は２２５ｃの内壁上のコーティングと同じ又は実質的に同様のコーティングが配置されていてもよいため、完全には詳細を説明しない。

様々な実施形態によれば、流路３６０は、別段記載がない限り、図１Ｃ、図１Ｄ及び図２Ｄに関して説明した流路１６０又は２６０ｄと同じ又は実質的に同様であってもよいため、完全には詳細を説明しない。

様々な実施形態によれば、コンパートメント３８０は、別段記載がない限り、図１Ｄ及び図２Ｄに関して説明したコンパートメント１８０又は２８０ｄと同じ又は実質的に同様であってもよいため、完全には詳細を説明しない。

図３Ａ～図３Ｄに示すように、各概略図３００ａ、３００ｂ、３００ｃ及び３００ｄは、鋭利部材３８５ａ、３８５ｂ、３８５ｃ及び３８５ｄをそれぞれ含む。図３Ａは、鋭利な先端を有する鋭利部材３８５ａを示す。図３Ｂは、中空内部部分３８３ｂ及び被覆された先端３８８ｂを有する鋭利部材３８５ｂを示す。図３Ｃは、その鋭利な先端に配置されたコーティング３８８ｃを有する鋭利部材３８５ｃを示す。図３Ｄは、中空内部部分３８３ｄ及びその先端に配置されたコーティング３８８ｄを有する鋭利部材３８５ｄを示す。

図３Ａ～図３Ｄに示されるように、各概略図３００ａ、３００ｂ、３００ｃ及び３００ｄは、粒子３６５の内部部分３６３に挿入又はプローブ（又はインテロゲーションされた）されたそれぞれの鋭利部材３８５ａ、３８５ｂ、３８５ｃ及び３８５ｄ（本明細書ではまとめて「鋭利部材３８５」という）を示す。様々な実施形態によれば、鋭利部材３８５のそれぞれは開口３２５内で移動し、膜３１０、金属層３３０、及びパッシベーション層３５０を通って移動するように構成されている。様々な実施によれば、開口３２５は固定化された粒子３６５の機械的操作を可能にする。機械的操作は、プロービング、挿入、貫通、電気穿孔、検知、材料の堆積、材料のサンプリング、さもなければ膜３１０、金属層３３０及び／又はパッシベーション層３５０を横切って入るように構成された鋭利部材３８５で粒子３６５を操作することを含む。様々な実施では、機械的操作は、鋭利部材３８５のいずれかによって行われる。様々な実施では、鋭利部材３８５は、約１０ｎｍ～約５０μｍの長さを有する針、ピラー、中空管、ナノニードル又はマイクロニードルであり得る。様々な実施では、内部部分３８３ｂ及び３８３ｄは約２００ｎｍ～約１００μｍ、約１０ｎｍ～約１０μｍ又は約１ｎｍ～１μｍの内径を有し得る。様々な実施では、鋭利部材３８５のそれぞれは、様々な実施形態によれば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）法又はナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）法によって製造又は作成される。

様々な実施では、鋭利部材３８５のそれぞれは、膜３１０にわたってプローブの形態の第３の電極として動作するように構成できる。この第３の電極プローブは、検知又は作動のためにＤＣ又はＡＣ信号で、例えば、ナノ細孔エレクトロポレーション（ＮＥＰ）用途のためのパルスＤＣ信号又はインピーダンスを測定するための別個の周波数の低電力ＡＣ信号でバイアスされ得る。様々な実施では、ＤＥＰ電極自体は下流フィルタリングを介してＤＥＰ信号から容易に分離されるように選択された別個の重畳ＡＣ信号又はＤＣ信号も運び得る。加えて、ナノ細孔エレクトロポレーション（ＮＥＰ）信号とＤＥＰ信号との間の信号分離の手段は、材料による物理的遮蔽又は注意深い信号制御によって実施され得る。

様々な実施では、鋭利部材３８５は、鋭利部材３８５のそれぞれが移動の前に、例えば、鋭利部材３８５を長手軸に沿って、例えば垂直方向に下方に動かす前に存在するコンパートメント３８０から入ることができる。追加の詳細は図１Ｄに関して提供され、さらなる詳細は図４に関して提供される。

図４は、様々な実施形態に係る、粒子の位置操作のために構成された装置４００の概略図を示す。様々な実施形態によれば、装置４００は、図１Ａ～図１Ｄ、図２Ａ～図２Ｄに関して説明した装置１００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ又は２００ｄのうちの１つと同じ又は実質的に同様であり得る。図４に示すように、装置４００は、膜４１０、金属層４３０、パッシベーション層１５０及び開口４２５を含む。図４に示す概略図は、対電極４４０、流路４６０及びコンパートメント４８０も含む。図４に示すように、概略図は開口４２５の近くで捕獲、配置又はさもなければ固定化された内部部分４６３（例えば、核又は内部成分）を有する粒子４６５も含む。

様々な実施形態によれば、流路４６０及びコンパートメント４８０のそれぞれは流体を含むことができる。様々な実施形態によれば、流体は水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体又はガスのうちの１つを含む。様々な実施形態によれば、流路４６０は、コンパートメント４８０に含まれる流体（例えば、第２の流体）と混和しない流体（例えば、第１の流体）を含むことができるか又はその逆であり得る。例えば、流路４６０内の流体は疎水性流体であるのに対して、コンパートメント４８０内の流体は親水性流体であるか又はその逆であり得る。

様々な実施形態によれば、流路４６０は、細胞を輸送する目的又は生化学反応を行う目的で、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）又は細胞培養培地等の水溶液を含むように構成することができ、コンパートメント４８０は、流路４６０の水溶液から精密な電気部品を分離するために空気又は不活性ガスを含むように構成される。

様々な実施形態では、例えば、腐食又は電解に敏感な電気部品を保護するため、有機溶媒を用いることができる化学反応のため又は小分子を試料採取するため等の様々な目的のために、流路４６０は水溶液を含むように構成することができ、コンパートメント４８０は有機溶媒又は油を含有するように構成されるか、又はその逆であり得る。

様々な実施形態によれば、流路４６０及びコンパートメント４８０は各チャンバー内で異なる水溶液を含むように構成することができ、例えば、細胞の懸濁液を含有する溶液を含むように流路４６０を構成し、ナノ細孔エレクトロポレーション（ＮＥＰ）を介して捕獲された細胞に送達するために、溶解された遺伝物質を有する別の溶液を含むようにコンパートメント４８０を構成することができる。

様々な実施形態によれば、コンパートメント４８０は、例えば、限定されないが、窒化珪素、酸化珪素、ガラス、金属酸化物、炭化物（例えば、ＳｉＣＯＨ）、アルミナ等のセラミック、プラスチックを含むポリマー及びポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）等の様々なエラストマー又は構造材料として用いることができる任意の材料を含む電気絶縁材料を含む材料４０５に形成される。図４に示すように、コンパートメント４８０は、様々な実施形態によれば、電極層４９０及び電極層４９０内に配置されるビア４９８も含む。様々な実施形態によれば、ビア４９８は、コンパートメント４８０から流体を汲み出す／コンパートメント４８０に流体を汲み入れるように構成することができる。様々な実施形態によれば、流体は、例えば、限定されないが、水溶液、生物学的又は化学的試薬を含む水溶液、有機溶媒、鉱物油、フッ素化油、空気、細胞培養のための混合ガス（例えば、５％ＣＯ２）、不活性ガス等を含むことができる。

図４に示すように、コンパートメント４８０は、鋭利部材４８５が固定される基板プラットフォーム４９５も含む。様々な実施形態によれば、基板プラットフォーム４９５は、本開示の様々な実施形態で開示されているように、任意の好適な機構（例えば、静電力）を介して、電極層４９０に対して移動するように構成される。例えば、基板プラットフォーム４９５は、鋭利部材４８５を移動させるように上下に移動するように作動するように構成でき、係る作動により、鋭利部材４８５が粒子４６５及び／又はその内部部分４６３をプローブ、挿入又はインテロゲーションすることができる。

図５Ａ～図５Ｄは、様々な実施形態に係る、粒子の位置操作のために構成された装置４００の様々な概略図である。図５Ａは、装置４００の断面図を示し、図５Ｂは、図５Ａの図に対する装置４００の別の図を示す。図５Ｃ及び図５Ｄは、基板プラットフォーム４９５に固定された鋭利部材４８５のベースの拡大斜視図及び拡大断面図を示す。図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄに示すように、鋭利部材４８５は、内側中空（内部）部分４８３を有する中空構造である。図５Ｃ及び図５Ｄの図は、基板プラットフォーム４９５内に配置され、鋭利部材４８５の入口４８６に接続されて、内部部分４８３とコンパートメント４８０の内側との間の流体連通を提供するウィッキング構造４９６を示す。様々な実施形態によれば、ウィッキング構造４９６と入口４８６との組み合せは、制御された流れ、例えば、限定されないが、電気浸透流、電気運動流、毛細管流又は任意の他の好適な流れ等又はウィッキング機構を可能にする。

様々な実施では、ウィッキング機構は、鋭利部材４８５の中空部分４８３を介して、捕獲又は固定化された粒子４６５に任意のペイロード又はペイロード混合物を供給するために用いることができる。様々な実施形態によれば、中空の鋭利部材４８５は、コンパートメント４８０内に存在する基板プラットフォームからの流体ウィッキング経路（例えば、流体が吸引される経路）を介した粒子透過及びエレクトロポレーションが可能になるように構成できる。様々な実施形態によれば、コンパートメント４８０は、任意の好適なペイロード流体、流体混合物又は不活性な無極性液体を充填することができる。様々な実施形態によれば、ペイロードは、粒子４６５の任意の領域、例えば、核等の細胞の特定の部分に送達され得る。

図６Ａ～図６Ｄは、様々な実施形態に係る、粒子の固定化のために構成された装置の様々の構成を示す。図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｄは所与の電極対にわたって電場を制御するための非限定的の例示の電極構成を示す。図６Ｃは電極対及びリング対電極にわたって電場を制御するための非限定的の例示の電極構成を示す。

図６Ａは、開口６２５ａを隔てて配置された一対の電極６２０ａの上面図を示す電極構成６００ａの図である。図６Ａに示すように、電極６２０ａのそれぞれは、電極６２０ａのそれぞれからの２つの対向する平坦な先端の間に真っ直ぐな電場線を生成する平坦な先端を有する。図６Ａに示すレイアウトは、開口６２５ａの近くの２つの平坦な先端にわたって生成される電場線を用いて、開口６２５ａの近くで粒子を捕獲又は固定するように構成されている。様々な実施形態によれば、電極６２０の２つの先端は開口６２５ａに沿って電場を集結させる。様々な実施形態によれば、電極６２０ａ及び開口６２５ａの外側の表面領域は、例えば、漂遊電場線を制限して、電極の腐食又は電解を制限するか又はバルク流体中の電流の流れを防止するために、パッシベーション材料６５０ａで覆われている。

図６Ｂは、開口６２５ｂを隔てて配置された一対の電極６２０ｂの上面図を示す電極構成６００ｂの図である。図６Ｂに示すように、電極６２０ｂのそれぞれは、電極６２０ｂのそれぞれからの２つの対向する鋭利な先端の間に集束電場線を生成する鋭利な先端を有する。図６Ｂに示すレイアウトは、開口６２５ｂの近くの２つの鋭利な先端にわたって生成されるより集束された電場を用いて、開口６２５ｂの近傍で粒子を捕獲又は固定するように構成されている。様々な実施形態によれば、電極６２０ｂの２つの鋭利な先端の間に生成される電場線は非線形で、鋭利な先端に集中している。様々な実施形態によれば、電極６２０ｂ及び開口６２５ｂの外側の表面領域は、例えば、漂遊電場線を制限して、電極の腐食又は電解を制限するか又はバルク流体中の電流の流れを防止するために、パッシベーション材料６５０ｂで覆われている。

図６Ｃは、図６Ａに示すものと同様の一対の電極に加えてリング電極６２２ｃを示す電極構成６００ｃの図である。図６Ａに示すように、電極６２０ｃのそれぞれは埋設された相互接続部６３０ｃに接続され、図７Ｃに示す構成と同様に誘電体材料６５０ｃの層によってリング電極６２２ｃからは分離されている。様々な実施形態によれば、一対の電極６２０ｃは、図６Ａ及び図６Ｂに示す電極６２０ａ及び６２０ｂと同様に機能するように、すなわち、開口６２５ｃの周囲に局在する集中電場を生成するように構成されている。様々な実施形態によれば、リング電極６２２ｃは、２つの電極６２０ｃのための共通接地として構成され、面内漂遊電場を捕獲サイト、すなわち、開口６２５ｃの周囲の領域に制限する。様々な実施形態によれば、電極６２０ｃ、リング電極６２２ｃ及び開口６２５ｃの外の表面領域は、例えば、漂遊電場線を制限して、電極の腐食又は電解を制限するか又はバルク流体中の電流の流れを防止するために、パッシベーション材料６５０ｃで覆われている。

図６Ｄは、様々な実施形態に係る、例示の電極構成６００ｄの断面図を示す電極構成の図である。図６Ｄに示すように、電極構成６００ｄは一対の電極６２０ｄ及び膜６１０ｄ上に開口６２５ｄを隔てて配置されるパッシベーション（誘電）材料６５０ｄを含む。

図７Ａ～図７Ｃは、様々な実施形態に係る、複数の粒子を固定化するために構成された装置の様々な例示の構成の概略図を示す。図７Ａ～図７Ｃに示すように、装置は、互いに積層されて膜７１０の上に配置される絶縁層７５０、電極７２０、相互接続部７３０及び誘電体層７５２を含む。様々な実施形態によれば、絶縁層７５０は、電極７２０のそれぞれの上面部分を露出させるウインドウ７０４を絶縁層７５０内に含む。

図７Ａは、様々な実施形態に係る、固定化及び／又はインテロゲーションのための一連の電極を有する装置の例示の電極構成７００ａの斜視図を示す。図７Ａに示すように、構成７００ａは、複数の開口７２５のそれぞれを隔てて配置される複数の電極対７２０を含む。構成７００ａは、様々な電極７２０を相互接続するように構成された複数の相互接続部７３０も含む。様々な実施形態によれば、相互接続部７３０は電極７２０と同じ層に配置されている。

図７Ｂは、様々な実施形態に係る、固定化及び／又はインテロゲーションのための一連の電極を有する装置の別の例示の電極構成７００ｂの斜視図を示す。図７Ｂに示すように、構成７００ｂは、複数の開口７２５のそれぞれを隔てて配置される複数の電極対７２０を含む。構成７００ａは様々な電極７２０を相互接続するように構成された複数の相互接続部７３０も含む。様々な実施形態によれば、相互接続部７３０は図７Ｂに示すように電極７２０と同じ層に配置されている。様々な実施形態によれば、相互接続部７３０は、図７Ｂに示すように、電極７２０として異なる層上に配置される。

図７Ｃは電極構成７００ｂの断面図７００ｃを示す。図７Ｃに示すように、装置の線Ａ－Ａ’に沿った断面は、電極７２０が、誘電体層７５２内に配置される相互接続部７３０とどのように連結されているかを示す。誘電体層７５２は電極７２０の下に配置される。様々な実施形態によれば、相互接続部７３０は誘電体層７５２内に埋め込まれ、電極７２０と垂直に連結される。

様々な実施では、電極対６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、６２０ｄ及び７２０の各電極は、各電極対の他方の電極に対して約１８０度位相シフトされて位相がずれた状態で動作できる。様々な実施では、位相シフトは３６０度／電極数、例えば、３つの電極構成の場合は１２０度の位相シフト又は捕獲又は固定化に用いられる４つの電極構成の場合は９０度の位相シフトとすることができる。

図８は、粒子（図示せず）の固定化のための装置についてのシミュレーション結果を示すグラフ図８００である。図８に示すように、ＡＣ電場は、複数の電極８２０及び対電極８４０にわたって供給される。数十～数百ナノニュートン（ｎＮ）のオーダーのＤＥＰ力が、複数の電極８２０及び対電極８４０にわたって発生される。生成されたＤＥＰは、例えば、センチメートル／秒（ｃｍ/ｓ）までの流体速度に対して粒子（又は細胞）を捕獲又は固定化できる。図８に示すグラフ図８００におけるシミュレーションはシミュレーションソフトウェアプログラムを用いて生成され、複数の電極８２０及び対電極８４０にわたって１ＭＨｚで発振するシミュレーション５Ｖにおいて最大７０ｋＶ/ｍの電場を有する電場線８２４を示す。

図９は、粒子の固定化のための装置の分析の結果を示す三次元チャート９００である。図９に示すように、接触角及び開口半径の関数としての毛細管背圧（パスカル単位）は、水－空気界面の場合の上述した毛細管圧の数式から計算される。例えば、チャート９００に示される負の値は、例えば、ＭＥＭＳコンポーネントを収容するコンパートメントから離れる流体の方向の圧力に対応する。

図１０は、例示の実施に係る、粒子の固定化のための装置を操作する例示の方法Ｓ１００のフローチャートである。図１０に示すように、方法Ｓ１００は、ステップＳ１１０で、電源を提供することを含む。方法Ｓ１００は、ステップＳ１２０で、コンパートメントから流体を分離するように構成された膜を提供するステップも含む。方法Ｓ１００は、ステップＳ１３０で、膜に近接して配置される１つ以上の電極を提供することも含む。様々な実施形態によれば、１つ以上の電極は膜の表面に近接して配置され、該表面はコンパートメントに対して遠位にある。様々な実施形態によれば、１つ以上の電極は膜の表面に近接して配置され、表面はコンパートメントに対して近位にある。方法Ｓ１００は、ステップＳ１４０で対電極を提供することであって、前記１つ以上の電極及び該対電極は前記１つ以上の電極及び該対電極にわたって非線形電場を生成するように構成されている、ことも含む。

図１０に示すように、方法Ｓ１００は、ステップＳ１５０で、前記電源を介して、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたって交流（ＡＣ）を供給することにより、振動非線形電場を生成することを含む。方法Ｓ１００は、ステップＳ１６０で、前記振動非線形電場により生成される誘電泳動（ＤＥＰ）力を介して、前記１つ以上の電極と前記対電極との間を流れる前記流体内に懸濁された粒子を固定化することも含む。方法Ｓ１００は、ステップＳ１７０で、前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、前記膜の開口を介して前記粒子をプロービングすることを任意で含む。様々な実施では、鋭利部材はＭＥＭＳ構造又はＮＥＭＳ構造を含む。

様々な実施では、本方法は、前記開口を介して固定化された前記粒子を操作することを任意で含む。様々な実施では、本方法は、前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、前記開口を介して前記粒子を挿入することを任意で含む。

方法Ｓ１００の様々な実施では、前記膜は窒化ケイ素、酸化ケイ素、金属酸化物、炭化物、セラミック、アルミナ又はポリマーのうちの少なくとも１つを含む。方法Ｓ１００の様々な実施では、前記膜は約１０ｎｍ～約１ｃｍの厚さを有する。様々な実施では、前記膜は約１００ｎｍ～約１０μｍの厚さを有する。方法Ｓ１００の様々な実施では、前記開口は約１０ｎｍ～約５０μｍのサイズを有する。様々な実施では、前記開口は約１μｍ～約５μｍのサイズを有する。

方法Ｓ１００の様々な実施では、前記開口の壁は疎水性コーティング又は親水性コーティングを有する。方法Ｓ１００の様々な実施では、前記疎水性コーティングは約９５°～約１６５°の接触角を有する。方法Ｓ１００の様々な実施では、前記親水性コーティングは約２０°～約８０°の接触角を有する。

方法Ｓ１００の様々な実施では、第１の表面は第２の表面よりも小さい。方法Ｓ１００の様々な実施では、前記１つ以上の電極は、アレイ状に形成された複数の個々の異なる電極表面積を含む。

方法Ｓ１００の様々な実施では、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約３００Ｖの電圧で供給される。様々な実施では、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約２０Ｖの電圧で供給される。

方法Ｓ１００の様々な実施では、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１０Ｈｚ～約１０ＧＨｚの発振周波数で供給される。前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｋＨｚ～約１ＧＨｚの発振周波数で供給される。

方法Ｓ１００の様々な実施では、前記１つ以上の電極は透明導電材料又はドープ半導体材料のうちの少なくとも１つを含む。様々な実施では、前記透明導電材料は、インジウム錫酸化物、グラフェン、ドープグラフェン、導電性ポリマー又は薄い金属層を含む。

方法Ｓ１００の様々な実施では、前記１つ以上の電極は約１ｎｍ～約５０μｍの厚さを有する。様々な実施では、前記１つ以上の電極は約１０ｎｍ～約５μｍの厚さを有する。

方法Ｓ１００の様々な実施では、前記流体は、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体又はガスのうちの１つを含む。方法Ｓ１００の様々な実施では、前記流体は第１の流体であり、前記コンパートメントは第１の流体と混和しない第２の流体を含む。方法Ｓ１００の様々な実施では、第１の流体は疎水性流体であり、第２の流体は親水性流体であるか又はその逆である。

方法Ｓ１００の様々な実施では、前記粒子は約１ｎｍ～約１ｍｍのサイズを有する。様々な実施では、前記粒子は、生物有機体、生物学的構造、細胞、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー又は界面活性剤アセンブリのうちの１つを含む。

様々な実施では、粒子がプロービングのために固定化される部位（「プロービング部位」ともよぶことができる）の個々のアドレスのために、インピーダンス感知を介してフィードバック制御機構を構成して、自動化されたワークフローにおける細胞捕獲の最適化を可能にすることができる。様々な実施では、粒子捕獲イベントは、粒子のキャパシタンス測定により（例えば、セルの膜のキャパシタンス測定により）フィルタリングされる重畳感知周波数を用いるインピーダンス感知によって検出され得る。次いで、この周波数は、フィルタ回路によって駆動誘電泳動（ＤＥＰ）周波数から分離することができ、この周波数での大きさ及び位相情報は、捕獲された粒子の予想される効果に関連付けられる。

様々な実施では、予期しない信号が検出された場合は、２つ以上の粒子、例えば望ましくない粒子若しくは細胞タイプ又は埃等の捕獲を示す可能性があり、ＤＥＰ電極をオフにすることにより、流れが粒子を処分することができるようになる。その後、捕獲手順を再度試みることができる。様々な実施では、十分な割合の粒子（又は細胞）がプロービングサイトで捕獲されるまで流れを再循環させることによりリアルタイム最適化を行うことができ、それに応じて信号電圧及び流速が調整される。様々な実施では、手順は同様であるが、孔を介して細胞内部に挿入されるＭＥＭＳプローブ内に第３の電極が存在し、細胞内部からの直接インピーダンス測定を可能にする。

様々な実施では、コンパートメント（例えば、キャビティ領域）は、コンパートメント内に収容される流体内容物に電気信号を印加されることができるようにするために導電性である。このキャビティは、孔又は複数の孔を有し、これに付随するＤＥＰ電極が先の実施形態と同様の形で各孔を空間的に覆う流体流動領域から膜によって分離されている。細胞アレイのアドレスエレクトロポレーションを可能にするために、生細胞及び／又は小胞を含む任意のタイプの粒子が膜孔を通って伝達されたキャビティの流体内容物に印加される信号を介して捕獲及びエレクトロポレーションすることができる。この実施形態は、流体流動領域の上部に対電極を含むことができる。加えて、ナノ細孔エレクトロポレーション（ＮＥＰ）信号とＤＥＰ信号との間の信号分離の手段は、材料による物理的遮蔽又は注意深い信号制御によって実施され得る。

同様に、様々な実施では、ＮＥＰキャビティ（以前はＭＥＭＳキャビティ）は、後でＤＥＰ捕獲粒子にＮＥＰを送達のために、任意のペイロード又はペイロード混合物をキャビティに供給可能な流体入力流路を備えるように構成できる。これらの流体入力流路は、ペイロード組成が異なる複数のソースから来るアレイで複合化（例えば、組み合わせ、リダイレクト等）されてもいいし、一種類のペイロード組成を供給するように構成されてもよい。これらのＮＥＰ－ＤＥＰ（プロービング）サイトの単一アレイは、１つのチップ上で複合化された構成及び／又は単一のソース構成を有するセクタを含むようにチップ上に区分化することができる。

様々な実施では、中空プローブ（例えば、鋭利部材）は、プローブに印加される信号を介して粒子浸透及びエレクトロポレーションを可能にするように構成されている。ＭＥＭＳステージからの流体ウィッキング経路（例えば、流体が吸収される経路）は、ＭＥＭＳキャビティから中空プローブを通って粒子までペイロードを通過させることを可能にする。そのような１つの実施では、ＭＥＭＳキャビティは均一なペイロード流体混合物で充填される。別のそのような実施では、ＭＥＭＳキャビティには不活性の無極性液体が充填され、中空プローブの内側を通ってその先端に至る流体ウィッキング経路には極性液体及びペイロード混合物が充填されている。操作の間、この中空プローブが作動されて、任意の深さでＤＥＰ捕獲された粒子内に挿入され、その後にエレクトロポレーション及びペイロード送達のためにプローブに信号が印加される。このようにして、ペイロードが粒子の任意の領域に、そして細胞の場合には核に送達され得る。

様々な実施では、中空プローブは、例えば、粒子、細胞又は小胞内の異なる領域での流体の物理的な容積注入又はサンプリングを可能にするために、その内部で高容積精度でのペイロード溶液の可変収着又は脱着を可能にする信号を受信するように構成され得る。

図１１は、例示の実施に係る、粒子の固定化のための装置を操作する例示の方法Ｓ２００のフローチャートである。図１１に示すように、方法Ｓ２００は、ステップＳ２１０で電源を提供することを含む。方法Ｓ２００は、ステップＳ２２０で、１つ以上の電極及び対電極を提供することであって、該１つ以上の電極及び該対電極は、該１つ以上の電極と該対電極との間を流れる流体内に懸濁された粒子を固定化するために非線形電場を生成するように構成されている、ことも含む。方法Ｓ２００は、ステップＳ２３０で、前記１つ以上の電極の表面に近接して配置される膜を提供することであって、前記１つ以上の電極の該表面は前記対電極に対して遠位にあり、該膜はコンパートメントから前記流体を分離するために構成され、該コンパートメントに配置される鋭利部材を挿入できるようにするように構成された開口を有する、ことも含む。

図１１に示すように、方法Ｓ２００は、ステップＳ２４０で、前記電源を介して、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたって交流（ＡＣ）を供給することにより、振動非線形電場を生成することも含む。方法Ｓ２００は、ステップＳ２５０で、前記振動非線形電場により生成される誘電泳動力を介して、第１の流体内に懸濁された粒子を固定化することも含む。方法Ｓ２００は、ステップＳ２６０で、前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、前記膜の開口を介して前記粒子をプロービングすることを任意で含む。様々な実施では、鋭利部材はＭＥＭＳ構造又はＮＥＭＳ構造を含む。

様々な実施では、本方法は、前記開口を介して、固定化された前記粒子を操作することを任意で含む。様々な実施では、本方法は、前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、前記開口を介して前記粒子を挿入することを任意で含む。

方法Ｓ２００の様々な実施では、前記膜は窒化ケイ素、酸化ケイ素、金属酸化物、炭化物、セラミック、アルミナ又はポリマーのうちの少なくとも１つを含む。方法Ｓ２００の様々な実施では、前記膜は約１０ｎｍ～約１ｃｍの厚さを有する。様々な実施では、前記膜は約１００ｎｍ～約１０μｍの厚さを有する。方法Ｓ２００の様々な実施では、前記開口は約１０ｎｍ～約５０μｍのサイズを有する。様々な実施では、前記開口は約１μｍ～約５μｍのサイズを有する。

方法Ｓ２００の様々な実施では、前記開口の壁は疎水性コーティング又は親水性コーティングを有する。様々な実施では、前記疎水性コーティングは約９５°～約１６５°の接触角を有する。方法Ｓ１００の様々な実施では、前記親水性コーティングは約２０°～約８０°の接触角を有する。

様々な実施では、第１の表面は第２の表面よりも小さい。方法Ｓ２００の様々な実施では、前記１つ以上の電極は、アレイ状に形成された複数の個々の異なる電極表面積を含む。

様々な実施では、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約３００Ｖの電圧で供給される。様々な実施では、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約２０Ｖの電圧で供給される。

様々な実施では、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１０Ｈｚ～約１０ＧＨｚの発振周波数で供給される。様々な実施では、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｋＨｚ～約１ＧＨｚの発振周波数で供給される。

様々な実施では、前記１つ以上の電極は透明導電材料又はドープ半導体材料のうちの少なくとも１つを含む。様々な実施では、前記透明導電材料は、インジウム錫酸化物、グラフェン、ドープグラフェン、導電性ポリマー又は薄い金属層を含む。

方法Ｓ２００の様々な実施では、前記１つ以上の電極は約１ｎｍ～約５０μｍの厚さを有する。様々な実施では、前記１つ以上の電極は約１０ｎｍ～約５μｍの厚さを有する。

方法Ｓ２００の様々な実施では、前記流体は、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体又はガスのうちの１つを含む。方法Ｓ２００の様々な実施では、流体は第１の流体であり、前記コンパートメントは、第１の流体と混和しない第２の流体を含む。方法Ｓ２００の様々な実施では、第１の流体は疎水性流体であり、第２の流体は親水性流体であるか又はその逆である。

様々な実施では、前記粒子は約１ｎｍ～約１ｍｍのサイズを有する。様々な実施では、前記粒子は、生物有機体、生物学的構造、細胞、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー又は界面活性剤アセンブリのうちの１つを含む。

図１２は、様々な実施形態に係る、粒子の固定化のための装置を操作する例示の方法Ｓ３００のフローチャートである。図１２に示すように、方法Ｓ３００は、ステップＳ３１０で、電源を提供することを含む。方法Ｓ３００は、ステップＳ３２０で、コンパートメントから流体を分離するように構成された膜を提供することに含む。方法Ｓ３００は、ステップＳ３３０で、前記膜の表面に近接して配置される一対の電極を提供することであって、該一対の電極は該電極にわたって非線形電場を生成するように構成されている、ことも含む。

図１２に示すように、方法Ｓ３００は、ステップＳ３４０で、前記電源を介して、前記電極にわたって交流（ＡＣ）を供給することにより、振動非線形電場を生成することも含む。方法Ｓ３００は、ステップＳ３５０で、前記振動非線形電場により生成される誘電泳動力を介して、前記電極間を流れる前記流体内に懸濁された粒子を固定化することも含む。方法Ｓ３００は、ステップＳ３６０で、前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、前記膜の開口を介して前記粒子をプロービングすることを任意で含む。様々な実施では、鋭利部材はＭＥＭＳ構造又はＮＥＭＳ構造を含む。

様々な実施では、本方法は、対電極を提供することを任意で含む。様々な実施では、本方法は、前記膜の表面に近接して配置される第３の電極を提供することを任意で含む。様々な実施では、前記第３の電極はリング電極である。様々な実施では、本方法は、固定化された粒子を前記開口を介して操作することを任意で含む。様々な実施では、本方法は、前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、前記開口を介して前記粒子を挿入することを任意で含む。

様々な実施では、前記一対の電極のそれぞれは、鋭利な先端又は平坦な先端を含む。様々な実施では、前記膜は窒化ケイ素、酸化ケイ素、金属酸化物、炭化物、セラミック、アルミナ又はポリマーのうちの少なくとも１つを含む。様々な実施では、前記膜は約１０ｎｍ～約１ｃｍの厚さを有する。様々な実施では、前記膜は約１００ｎｍ～約１０μｍの厚さを有する。

様々な実施では、前記開口は約１０ｎｍ～約５０μｍのサイズを有する。様々な実施では、前記開口は約１μｍ～約５μｍのサイズを有する。

様々な実施では、前記開口の壁は疎水性コーティング又は親水性コーティングを有する。様々な実施では、前記疎水性コーティングは約９５°～約１６５°の接触角を有する。様々な実施では、前記親水性コーティングは約２０°～約８０°の接触角を有する。

様々な実施では、第１の表面は第２の表面よりも小さい。様々な実施では、前記膜は、アレイ状に形成された複数の電極対を含む。

様々な実施では、前記一対の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約３００Ｖの電圧で供給される。様々な実施では、前記一対の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約２０Ｖの電圧で供給される。

様々な実施では、前記一対の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１０Ｈｚ～約１０ＧＨｚの発振周波数で供給される。様々な実施では、前記一対の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｋＨｚ～約１ＧＨｚの発振周波数で供給される。

様々な実施では、前記一対の電極のうちの一方の電極は透明導電材料又はドープ半導体材料のうちの少なくとも１つを含む。様々な実施では、前記透明導電材料は、インジウム錫酸化物、グラフェン、ドープグラフェン、導電性ポリマー又は薄い金属層を含む。

様々な実施では、前記一対の電極は約１ｎｍ～約５０μｍの厚さを有する。様々な実施では、前記一対の電極は約１０ｎｍ～約５μｍの厚さを有する。

様々な実施では、前記流体は、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体又はガスのうちの１つを含む。方法Ｓ３００の様々な実施では、前記流体は第１の流体であり、前記コンパートメントは、該第１の流体と混和しない第２の流体を含む。方法Ｓ３００の様々な実施では、前記第１の流体は疎水性流体であり、前記第２の流体は親水性流体であるか又はその逆である。

実施形態の記載

実施形態１：コンパートメントから流体を分離するための膜と、前記膜に近接して配置される１つ以上の電極と、対電極であって、前記１つ以上の電極及び該対電極は、前記１つ以上の電極及び該対電極にわたって非線形電場を生成するように構成されている、対電極と、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたって交流（ＡＣ）を提供することにより、前記１つ以上の電極と前記対電極との間を流れる前記流体内に懸濁された粒子を固定化するために振動非線形電場を生成する電源と、を含む装置。

実施形態２：前記膜は開口を含む、実施形態１に記載の装置。

実施形態３：前記開口は、固定化された前記粒子の機械的操作を可能にし、該機械的操作は、前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で前記粒子をプロービングすることを含む、実施形態２に記載の装置。

実施形態４：前記膜は窒化ケイ素、酸化ケイ素、金属酸化物、炭化物、セラミック、アルミナ又はポリマーのうちの少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態５：前記膜は約１０ｎｍ～約１ｃｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態６：前記膜は約１００ｎｍ～約１０μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態７：前記開口は約１０ｎｍ～約５０μｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態８：前記開口は約１μｍ～約５μｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態９：前記開口の壁は疎水性コーティング又は親水性コーティングを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１０：前記疎水性コーティングは約９５°～約１６５°の接触角を有する、実施形態９に記載の装置。

実施形態１１：前記親水性コーティングは約２０°～約８０°の接触角を有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１２：前記１つ以上の電極の表面積は前記対電極の表面積よりも小さい、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１３：前記１つ以上の電極は、アレイ状に形成された複数の個々の異なる電極表面積を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１４：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約３００Ｖの電圧で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１５：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約２０Ｖの電圧で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１６：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１０Ｈｚ～約１０ＧＨｚの発振周波数で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１７：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｋＨｚ～約１ＧＨｚの発振周波数で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１８：前記１つ以上の電極は透明導電材料又はドープ半導体材料のうちの少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１９：前記透明導電材料は、インジウム錫酸化物、グラフェン、ドープグラフェン、導電性ポリマー又は薄い金属層を含む、実施形態１８に記載の装置。

実施形態２０：前記１つ以上の電極は約１ｎｍ～約５０μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態２１：前記１つ以上の電極は約１０ｎｍ～約５μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態２２：前記流体は、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体又はガスのうちの１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態２３：前記粒子は約１ｎｍ～約１ｍｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態２４：前記粒子は、生物有機体、生物学的構造、細胞、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー又は界面活性剤アセンブリのうちの１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態２５：前記コンパートメントは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造又はナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）構造を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態２６：装置を操作するための方法であって、電源を提供するステップと、コンパートメントから流体を分離するように構成された膜を提供するステップと、前記膜に近接して配置される１つ以上の電極を提供するステップと、対電極を提供するステップであって、前記１つ以上の電極及び該対電極は、前記１つ以上の電極及び該対電極にわたって非線形電場を生成するように構成されている、ステップと、前記電源を介して、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたって交流（ＡＣ）を供給することにより、振動非線形電場を生成するステップと、前記振動非線形電場により生成される誘電泳動（ＤＥＰ）力を介して、前記１つ以上の電極と前記対電極との間を流れる前記流体内に懸濁された粒子を固定化するステップと、を含む方法。

実施形態２７：前記膜は開口を含む、実施形態２６に記載の方法。

実施形態２８：前記開口を介して固定化された前記粒子を操作するステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態２９：前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、前記開口を介して前記粒子をプロービングするステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態３０：前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、前記開口を介して前記粒子を挿入するステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態３１：前記鋭利部材は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造又はナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）構造を含む、実施形態３０に記載の方法。

実施形態３２：前記膜は窒化ケイ素、酸化ケイ素、金属酸化物、炭化物、セラミック、アルミナ又はポリマーのうちの少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態３３：前記膜は約１０ｎｍ～約１ｃｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態３４：前記膜は約１００ｎｍ～約１０μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態３５：前記開口は約１０ｎｍ～約５０μｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態３６：前記開口は約１μｍ～約５μｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態３７：前記開口の壁は疎水性コーティング又は親水性コーティングを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態３８：前記疎水性コーティングは約９５°～約１６５°の接触角を有する、実施形態３７に記載の方法。

実施形態３９：前記親水性コーティングは約２０°～約８０°の接触角を有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態４０：前記１つ以上の電極の表面積は前記対電極の表面積よりも小さい、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態４１：前記１つ以上の電極は、アレイ状に形成された複数の個々の異なる電極表面積を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態４２：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約３００Ｖの電圧で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態４３：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約２０Ｖの電圧で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態４４：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１０Ｈｚ～約１０ＧＨｚの発振周波数で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態４５：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｋＨｚ～約１ＧＨｚの発振周波数で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態４６：前記１つ以上の電極は透明導電材料又はドープ半導体材料のうちの少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態４７：前記透明導電材料は、インジウム錫酸化物、グラフェン、ドープグラフェン、導電性ポリマー又は薄い金属層を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態４８：前記１つ以上の電極は約１ｎｍ～約５０μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態４９：前記１つ以上の電極は約１０ｎｍ～約５μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態５０：前記流体は、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体又はガスのうちの１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態５１：前記粒子は約１ｎｍ～約１ｍｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態５２：前記粒子は、生物有機体、生物学的構造、細胞、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー又は界面活性剤アセンブリのうちの１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態５３：１つ以上の電極及び対電極であって、該１つ以上の電極と該対電極との間を流れる流体内に懸濁された粒子を固定化するために非線形電場を生成するように構成されている、１つ以上の電極及び対電極と、前記１つ以上の電極の表面に近接して配置される膜であって、前記１つ以上の電極の該表面は前記対電極に対して遠位にある、膜と、を含む装置であって、前記膜はコンパートメントから前記流体を分離するために構成され、該コンパートメントに配置される鋭利部材を挿入できるようにするように構成された開口を有する、装置。

実施形態５４：前記鋭利部材は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造又はナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）構造を含む、実施形態５３に記載の装置。

実施形態５５：前記膜は窒化ケイ素、酸化ケイ素、金属酸化物、炭化物、セラミック、アルミナ又はポリマーのうちの少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態５６：前記膜は約１０ｎｍ～約１ｃｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態５７：前記膜は約１００ｎｍ～約１０μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態５８：前記開口は約１０ｎｍ～約５０μｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態５９：前記開口は約１μｍ～約５μｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態６０：前記開口の壁は疎水性コーティング又は親水性コーティングを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態６１：前記疎水性コーティングは約９５°～約１６５°の接触角を有する、実施形態６０に記載の装置。

実施形態６２：前記親水性コーティングは約２０°～約８０°の接触角を有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態６３：前記１つ以上の電極の表面積は前記対電極の表面積よりも小さい、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態６４：前記１つ以上の電極は、アレイ状に形成された複数の個々の異なる電極表面積を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態６５：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたって交流（ＡＣ）を供給するための電源をさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態６６：前記ＡＣは、約１ｍＶ～約３００Ｖの電圧で供給される、実施形態６５に記載の装置。

実施形態６７：前記ＡＣは、約１ｍＶ～約２０Ｖの電圧で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態６８：前記ＡＣは、約１０Ｈｚ～約１０ＧＨｚの発振周波数で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態６９：前記ＡＣは、約１ｋＨｚ～約１ＧＨｚの発振周波数で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態７０：前記１つ以上の電極は透明導電材料又はドープ半導体材料のうちの少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態７１：前記透明導電材料は、インジウム錫酸化物、グラフェン、ドープグラフェン、導電性ポリマー又は薄い金属層を含む、実施形態７０に記載の装置。

実施形態７２：前記１つ以上の電極は約１ｎｍ～約５０μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態７３：前記１つ以上の電極は約１０ｎｍ～約５μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態７４：前記流体は、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体又はガスのうちの１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態７５：前記粒子は約１ｎｍ～約１ｍｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態７６：前記粒子は、生物有機体、生物学的構造、細胞、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー又は界面活性剤アセンブリのうちの１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態７７：装置を操作するための方法であって、電源を提供するステップと、１つ以上の電極及び対電極を提供するステップであって、該１つ以上の電極及び該対電極は、該１つ以上の電極と該対電極との間を流れる流体内に懸濁された粒子を固定化するために非線形電場を生成するように構成されている、ステップと、前記１つ以上の電極の表面に近接して配置される膜を提供するステップであって、前記１つ以上の電極の該表面は前記対電極に対して遠位にあり、該膜はコンパートメントから前記流体を分離するために構成され、該コンパートメントに配置される鋭利部材を挿入できるようにするように構成された開口を有する、ステップと、前記電源を介して、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたって交流（ＡＣ）を供給することにより、振動非線形電場を生成するステップと、前記振動非線形電場により生成される誘電泳動力を介して、前記流体内に懸濁された粒子を固定化するステップと、を含む方法。

実施形態７８：前記膜は開口を含む、実施形態７７に記載の方法。

実施形態７９：前記開口を介して固定化された前記粒子を操作するステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態８０：前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、前記開口を介して前記粒子をプロービングするステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態８１：前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、前記開口を介して前記粒子を挿入するステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態８２：前記鋭利部材は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造又はナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）構造を含む、実施形態８１に記載の方法。

実施形態８３：前記膜は窒化ケイ素、酸化ケイ素、金属酸化物、炭化物、セラミック、アルミナ又はポリマーのうちの少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態８４：前記膜は約１０ｎｍ～約１ｃｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態８５：前記膜は約１００ｎｍ～約１０μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態８６：前記開口は約１０ｎｍ～約５０μｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態８７：前記開口は約１μｍ～約５μｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態８８：前記開口の壁は疎水性コーティング又は親水性コーティングを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態８９：前記疎水性コーティングは約９５°～約１６５°の接触角を有する、実施形態８８に記載の方法。

実施形態９０：前記親水性コーティングは約２０°～約８０°の接触角を有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態９１：前記１つ以上の電極の表面積は前記対電極の表面積よりも小さい、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態９２：前記１つ以上の電極は、アレイ状に形成された複数の個々の異なる電極表面積を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態９３：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約３００Ｖの電圧で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態９４：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約２０Ｖの電圧で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態９５：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１０Ｈｚ～約１０ＧＨｚの発振周波数で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態９６：前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｋＨｚ～約１ＧＨｚの発振周波数で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態９７：前記１つ以上の電極は透明導電材料又はドープ半導体材料のうちの少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態９８：前記透明導電材料は、インジウム錫酸化物、グラフェン、ドープグラフェン、導電性ポリマー又は薄い金属層を含む、実施形態９７に記載の方法。

実施形態９９：前記１つ以上の電極は約１ｎｍ～約５０μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１００：前記１つ以上の電極は約１０ｎｍ～約５μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１０１：前記流体は、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体又はガスのうちの１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１０２：前記流体は第１の流体であり、前記コンパートメントは第２の流体をさらに含み、該第１の流体は疎水性流体であり、該第２の流体は親水性流体であるか又はその逆である、実施形態１０１に記載の方法。

実施形態１０３：前記第１の流体及び前記第２の流体は混和しない、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１０４：前記粒子は約１ｎｍ～約１ｍｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１０５：前記粒子は、生物有機体、生物学的構造、細胞、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー又は界面活性剤アセンブリのうちの１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１０６：前記流体は第１の流体であり、前記コンパートメントは該第１の流体と混和しない第２の流体を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１０７：前記第１の流体は疎水性流体であり、前記第２の流体は親水性流体であるか又はその逆である、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１０８：前記流体は第１の流体であり、前記コンパートメントは該第１の流体と混和しない第２の流体を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１０９：前記第１の流体は疎水性流体であり、前記第２の流体は親水性流体であるか又はその逆である、請求項１０８に記載の装置。

実施形態１１０：前記流体は第１の流体であり、前記コンパートメントは該第１の流体と混和しない第２の流体を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１１１：前記第１の流体は疎水性流体であり、前記第２の流体は親水性流体であるか又はその逆である、実施形態１１０に記載の装置。

実施形態１１２：装置を操作するための方法であって、電源を提供するステップと、コンパートメントから流体を分離するように構成された膜を提供するステップと、前記膜の表面に近接して配置される一対の電極を提供するステップであって、該一対の電極は該電極にわたって非線形電場を生成するように構成されている、ステップと、前記電源を介して、前記電極にわたって交流（ＡＣ）を供給することにより、振動非線形電場を生成するステップと、前記振動非線形電場により生成される誘電泳動力を介して、前記電極間を流れる前記流体内に懸濁された粒子を固定化するステップと、を含む方法。

実施形態１１３：対電極を提供するステップをさらに含み、前記膜は開口を含む、実施形態１１２に記載の方法。

実施形態１１４：前記膜の表面に近接して配置される第３の電極を提供するステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１１５：前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、前記開口を介して前記粒子をプロービングするステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１１６：前記コンパートメントから前記膜を横切って入るように構成された鋭利部材で、前記開口を介して前記粒子を挿入するステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１１７：前記一対の電極のそれぞれは、鋭利な先端若しくは平坦な先端を含むか又は前記第３の電極はリング電極である、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１１８：前記鋭利部材は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造又はナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）構造を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１１９：前記膜は窒化ケイ素、酸化ケイ素、金属酸化物、炭化物、セラミック、アルミナ又はポリマーのうちの少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１２０：前記膜は約１０ｎｍ～約１ｃｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１２１：前記膜は約１００ｎｍ～約１０μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１２２：前記開口は約１０ｎｍ～約５０μｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１２３：前記開口は約１μｍ～約５μｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１２４：前記開口の壁は疎水性コーティング又は親水性コーティングを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１２５：前記疎水性コーティングは約９５°～約１６５°の接触角を有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１２６：前記親水性コーティングは約２０°～約８０°の接触角を有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１２７：前記開口は前記一対の電極の間に配置されている、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１２８：前記膜は、アレイ状に形成された複数の電極対と、複数の開口とを含み、該開口のそれぞれは該複数の電極対のそれぞれの間に配置されている、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１２９：前記一対の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約３００Ｖの電圧で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１３０：前記一対の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｍＶ～約２０Ｖの電圧で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１３１：前記一対の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１０Ｈｚ～約１０ＧＨｚの発振周波数で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１３２：前記一対の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、約１ｋＨｚ～約１ＧＨｚの発振周波数で供給される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１３３：前記一対の電極のうちの一方の電極は透明導電材料又はドープ半導体材料のうちの少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１３４：前記透明導電材料は、インジウム錫酸化物、グラフェン、ドープグラフェン、導電性ポリマー又は薄い金属層を含む、実施形態１３３に記載の方法。

実施形態１３５：前記一対の電極は約１ｎｍ～約５０μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１３６：前記一対の電極は約１０ｎｍ～約５μｍの厚さを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１３７：前記流体は、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体又はガスのうちの１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１３８：前記粒子は約１ｎｍ～約１ｍｍのサイズを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１３９：前記粒子は、生物有機体、生物学的構造、細胞、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー又は界面活性剤アセンブリのうちの１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１４０：前記流体は第１の流体であり、前記コンパートメントは該第１の流体と混和しない第２の流体を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。

実施形態１４１：前記第１の流体は疎水性流体であり、前記第２の流体は親水性流体であるか又はその逆である、実施形態１４０に記載の方法。

実施形態１４２：前記１つ以上の電極は前記膜の表面に近接して配置され、該表面は前記コンパートメントに対して遠位にある、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１４３：前記１つ以上の電極は前記膜の表面に近接して配置され、該表面は前記コンパートメントに対して近位にある、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。

実施形態１４４：前記１つ以上の電極は前記膜の表面に近接して配置され、該表面は前記コンパートメントに対して遠位にある、実施形態２６に記載の装置。

実施形態１４５：前記１つ以上の電極は前記膜の表面に近接して配置され、該表面は前記コンパートメントに対して近位にある、実施形態２６に記載の装置。

本明細書は、多くの具体的な実施の詳細を含むが、これらは、いずれかの発明の範囲又は特許請求の範囲に記載のものを限定するものではなく、むしろ、特定の発明の特定の実施に特有の特徴の説明として解釈すべきである。別々の実施の文脈で本明細書に記載する特定の特徴は、単一の実施において組み合わせで実施することもできる。逆に、単一の実施の文脈で記載する様々の特徴は、複数の実施で別々に又は任意の適切なサブコンビネーションで実施することもできる。さらに、特徴は、特定の組み合わせで作用するものとして上述され、そのように特許請求の範囲に最初に記載され得るが、特許請求の範囲に記載のものの組み合わせからの１つ以上の特徴は場合によっては組み合わせから切り出すことができ、特許請求の範囲に記載のものの組み合わせは、サブコンビネーション又はサブコンビネーションの変形例に関し得る。

同様に、図面には特定の順序で動作が示されているが、これは、所望の結果を得るためにこのような動作を図示の特定の順番で又は順序で行うこと又は図示の全ての動作を行うことが必要であると理解すべきではない。特定の状況下では、マルチタスク及び並列処理が有利であり得る。さらに、上述の実施における様々のシステムコンポーネントの分離は、全ての実施においてそのような分離を必要とするものと理解すべきではなく、上述のプログラムコンポーネント及びシステムは、一般に、単一のソフトウェア製品内に統合され得るか又は複数のソフトウェア製品内にパッケージされ得ることを理解すべきである。

「又は」への言及は、「又は」を用いて記載される任意の用語が、記載される用語の１つ、複数及び全てのうちのいずれかを示し得るように包含的に解釈され得る。「第１」、「第２」、「第３」等の表記は必ずしも順序を示すことを意味するものではなく、類似の又は同様のアイテム又は要素を区別するために用いているにすぎない。

当業者にとって、本開示に記載の実施に対する様々な変更を容易に明らかであり、本明細書に定義される一般原理は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施に適用され得る。そのため、特許請求の範囲は、本明細書で示す実施に限定されることを意図するものではなく、本開示、原理及び本明細書に開示の新規な特徴と一致する最も広い範囲に与えられるべきである。

Claims (16)

1. コンパートメントから流体を分離するための膜であって、該膜は開口を含む、膜と、
   前記膜に近接して配置される１つ以上の電極と、
   対電極であって、前記１つ以上の電極及び該対電極は、前記１つ以上の電極及び該対電極にわたって非線形電場を生成するように構成されている、対電極と、
   前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたって交流（ＡＣ）を提供することにより、前記１つ以上の電極と前記対電極との間の流路を流れる前記流体内に懸濁された粒子を固定化するために振動非線形電場を生成する電源と、
   を含み、
   前記開口は、固定化された前記粒子の機械的操作を可能にし、該機械的操作は、鋭利部材で前記粒子をプロービングすることを含む、装置。
2. 前記膜は窒化ケイ素、酸化ケイ素、金属酸化物、炭化物、セラミック、アルミナ又はポリマーのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記膜は１０ｎｍ～１ｃｍの厚さを有する、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記開口は１０ｎｍ～５０μｍのサイズを有する、請求項１に記載の装置。
5. 前記開口の壁は疎水性コーティング又は親水性コーティングを有する、請求項１に記載の装置。
6. 前記１つ以上の電極の表面積は前記対電極の表面積よりも小さい、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたる前記ＡＣは、１０Ｈｚ～１０ＧＨｚの発振周波数で供給される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記１つ以上の電極は透明導電材料又はドープ半導体材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記透明導電材料は、インジウム錫酸化物、グラフェン、ドープグラフェン、導電性ポリマー又は薄い金属層を含む、請求項８に記載の装置。
10. 前記流体は、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体又はガスのうちの１つを含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記粒子は、生物有機体、生物学的構造、細胞、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー又は界面活性剤アセンブリのうちの１つを含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 装置を操作するための方法であって、
    電源を提供するステップと、
    コンパートメントから流体を分離するように構成された膜を提供するステップであって、該膜は開口を含む、ステップと、
    前記膜に近接して配置される１つ以上の電極を提供するステップと、
    対電極を提供するステップであって、前記１つ以上の電極及び該対電極は、前記１つ以上の電極及び該対電極にわたって非線形電場を生成するように構成されている、ステップと、
    前記電源を介して、前記１つ以上の電極及び前記対電極にわたって交流（ＡＣ）を供給することにより、振動非線形電場を生成するステップと、
    前記振動非線形電場により生成される誘電泳動（ＤＥＰ）力を介して、前記１つ以上の電極と前記対電極との間の流路を流れる前記流体内に懸濁された粒子を固定化するステップと、
    鋭利部材で、前記開口を介して前記粒子をプロービングするステップと、
    を含む方法。
13. 前記開口を介して固定化された前記粒子を操作するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 鋭利部材で、前記開口を介して前記粒子を挿入するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
15. １つ以上の電極及び対電極であって、該１つ以上の電極と該対電極との間の流路を流れる流体内に懸濁された粒子を固定化するために非線形電場を生成するように構成されている、１つ以上の電極及び対電極と、
    前記１つ以上の電極の表面に近接して配置される膜であって、前記１つ以上の電極の該表面は前記対電極に対して遠位にある、膜と、
    を含む装置であって、
    前記膜はコンパートメントから前記流体を分離するために構成され、前記膜と、前記１つ以上の電極のうちの１つとにわたって延びる開口を有する、装置。
16. 前記粒子は、生物有機体、生物学的構造、細胞、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー又は界面活性剤アセンブリのうちの１つを含む、請求項１５に記載の装置。

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