JP5606496B2 - 粒子の操作及び/又は検出のための方法および装置 - Google Patents
粒子の操作及び/又は検出のための方法および装置 Download PDFInfo
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Description
に、個々の細胞(セル)に関する生物学的なプロトコルの実施において用途を見出す。
じられた誘電泳動電位ケージの使用による粒子の操作のための装置および方法について記
載している。前記方法は、2次元空間において全ての他の粒子とは無関係に各粒子の位置
を制御する方法を教示している。懸濁液中の粒子を取り込むために使用される力はマイナ
スの誘電泳動である。操作動作における個々の制御は、1つの同じ基板中に組み込まれる
電極の配列の各素子に関連する回路およびメモリ素子をプログラムすることによって行な
われる。プログラミングに必要なエレクトロニクスを個々の電極に対応する空間内に組み
込む必要性により制限される、各トラップの寸法に起因する重要な制限を伴う。また、G
.Medoro et al.,3,317−325(2003)IEEE Senso
rs Journalには、その制御が基板自体に組み込まれるトランジスタの使用を必
要としない平行な細長い電極の使用に基づくセルの操作のための装置について記載されて
いる。細長い電極の形状および空間的な分布により、円筒形状のトラップの形成が可能に
なり、それにより、粒子のグループをトラップすることができる。個々の粒子の独立の操
作が不可能なことに起因する重大な制限を伴う。
.,Biochim.Biophys.Acta 1157,127−140(1993
)によって記載されるように、多数の粒子に対する独立制御ができない。多数の細胞(セ
ル)間の相互作用の研究を必要とする用途において重要な制限を伴う。
れらの方法がプラスの誘電泳動(PDEP)の力を使用するからである。特に、J.Su
ehiro,J.Phys.D:Appl.Phys.,31,3298−3305(1
998)には、プラスの誘電泳動(PDEP)の力によって粒子を基板に引き付けること
ができるトラップの形成を想定する方法が記載されている。その結果、粒子は、基板に付
着し、そこから引き離されて、マイナス誘電泳動(NDEP)の力の適切な分布によって
新たな領域へと押し出され得る。セルに対する修復不可能なダメージを引き起こす危険に
加えて、例えば、導電性が高い生理学的溶液を使用できない、あるいは、ポリスチレンミ
クロスフエァと共に作用できないなどの幾つかの重要な制限を伴う。これは、いずれの場
合も、プラス誘電泳動の力を作用させるのに必要な条件が存在しないからである。
号公報は、プログラム可能な力の分布によって固体、液体または気体の生物学的材料のパ
ケットを操作するための方法および装置について記載している。また、この場合、方法お
よび装置の動作において、反応の表面との接触が不可欠である。しかし、最も大きな制限
は、受動基板を使用することが望ましい場合に電極の数(n×m)に対応する制御信号の
数(n×m)が必要であるということである(したがって、あまり高価なものではない)
。電極の数を数百または数千程度に増大するためには、n×m電極を独立にアドレス指定
し且つ制御信号を局所的に生成するためのトランジスタを含むP.R.C.Gascoy
ne et al.,Lab Chip,2004,4,299−309に説明されるよ
うな能動基板を使用する必要がある。このようにして、チップへの入力信号の数を許容可
能な限界内に維持することができる。
nal of Micromechanics and Microengineeri
ng,15(2005)1184−1187に記載される誘電体上でのエレクトロウェッ
ティング(EWOD)である。この場合、基板上に形成される電極によって及ぼされる電
場は、気相によって取り囲まれる液滴の推進を給電された一連の電極によって制御される
方向で可能にする。この原理に基づくデバイスは、Pamula et al.,の名の
下で米国特許出願2004/0058450A1によって教示されるような蓋(これも誘
電体でコーティングされる)または基板の上の液滴との電気接点を確定する「チェーン」
と称される単なるワイヤ(J.Berthier et al.,NSTI Nanot
ech 2005,www.nsti.org,vol.1,2005)を含めることに
よって得ることができる。誘電泳動の使用に関して前述した方法と同様の方法で、EWO
Dによって完全に2次元の配列上の粒子を操作するために、既知の技術で報告される実施
形態は、配列の電極の数に対応する入力信号を使用する手段またはトランジスタを有する
能動基板を使用する手段をとる。
F)流れ或いはAC電気浸透などによって形成される粘性摩擦力である。N.G.Gre
en,A.Ramos and H.Morgan,J.Phys.D:Apply.P
hys.33(2000)においては、粒子を移動させるためにEHD流れが使用されて
いる。例えば、特許PCT WO2004/071668 A1は、前述した電気流体力
学的流れを利用して電極上に粒子を集めるための装置について記載している。
これらは、いわゆる光ピンセットまたは光電子ピンセット、すなわち、プログラム可能な
外部光源の使用を伴う。結果として得られるものは、多くの用途で望ましくない特性を示
す扱いにくい高価なシステムである。特に、A.T.Ohta et al.,Tech
.Dig.of the Solid−State Sensor,Actuator
and Microsystems.Workshop,216−219(2004)は
、前記技術の可能な実施について記載している。
の多数の粒子の独立操作を可能にする本発明によって克服される。本発明に係る方法の実
施は、基板中に組み込まれるメモリ素子または電子回路の使用を必要としない。本発明に
係る方法および装置の様々な実施形態は、n+m個程度の数の制御信号、あるいは、n個
または10個未満の制御信号を用いた任意のサイズのn×m2次元配列での粒子の操作を
可能にし、それにより、異なる歩み寄りにしたがって、粒子の移動の平行度および自由度
を減らし、その結果、一連の移動を行なうためのステップの数(実行の時間に明らかに関
連するパラメータ)を減らす。
を使用して本発明に係る装置を構成する配列の個々の要素の寸法全体を既知の技術に比べ
て減らすことによって或いは外部制御信号の全体数を減らすことによって利益を得ること
もできる。
作を組み入れることによる或いは異なる基板上に形成されるアクチュエータおよびセンサ
とインタフェースをとることよる操作と検出との組み合わせ方法を教示する。
な意味で)ための及び/又はそれらの検出のための方法および装置に関する。力の場は、
粒子(個体、液体または気体)のための安定平衡点の組によって特徴付けられるプラス誘
電泳動またはマイナス誘電泳動、電気泳動または任意の電気流体工学的な動きであっても
よい。同じ方法は、「誘電体上におけるエレクトロウェッティング」(EWOD)の名前
の下で国際科学共同体に知られる効果を利用する液滴(液体粒子)の操作に適用できる。
本発明の目的は、サンプル中に存在する各粒子の位置の制御に影響を与えて、前記粒子を
互いに独立に初期位置からデバイスのマイクロチャンバ内の所与の空間内の最終位置の組
に属する任意の要素へと移動させることである。
子のグループを含みうる。前記各平衡点は、隣接する平衡点のうちの任意の1つと区別な
く結合することができ、それにより、取り込まれた粒子はその引力領域を共有できる。こ
の制御は、力の生成のために必要な電圧を分配するために使用される同じ行または列に属
する全ての要素によって共有される信号に対して排他的に作用することにより行なわれる
。本発明によれば、各経路は、引力の隣接する領域の結合によって構成される一連の基本
ステップに分けることができ、それにより、各粒子を初期位置から最終目的位置へと案内
することができる。本発明の対象の形成は、n×mのサイズの配列におけるn+m+2個
の制御信号およびn+2m+2個の制御信号によって構成される装置を用いた方法の幾つ
かの実用的な実施でもある。
めに使用されるデジタル信号に排他的に作用して、力の生成のために必要な電圧を分配す
ることによって行なわれる。本発明の目的は、n×m配列における力の生成に必要な2つ
の電圧の分配の制御のためにn+m個のデジタル信号によって構成される装置でもある。
たは粒子のグループを収容する(我々は、前記要素を「パーキングセル」と呼ぶ)ため或
いは予め設定された方向に粒子を輸送する(我々は、前記要素を「レーン」または「コン
ベア」と呼ぶ)ために設けられる。本発明によれば、各経路は、輸送の予め設定された領
域からの入口または出口によって構成される一連の基本ステップに分けることができ、そ
れにより、各粒子を初期位置から任意の最終目的位置へと案内することができる。
うにグループで制約される。グループ間の交換点により、粒子は、1つのグループから他
のグループへ通過することができ、すなわち、レーンを変えることができる。これらの更
なる制約にもかかわらず、方法は、いかなる場合でも、個々の粒子の操作を行なうことが
でき、また、一連のステップの後、変えられていない他の全ての粒子の位置をそのままに
しつつ、単一の粒子を移動させることができる。
化する電位が印加される電極の配列によって構成された、前述した方法の一部を有利に利
用できるようにするデバイスである。
び/又は定量化し及び/又は特徴付けるための一群の装置である。センサとアクチュエー
タとの組み合わせは、複雑な動作の自動化にとって特に有益であるが、いかなる場合でも
、センサ(組み込まれてもよいが、外部であってもよい)における高い感度領域で正確に
個別化されるべき粒子を位置決めするのに有益であるのは言うまでも無く、したがって、
測定の感度がかなり高められる。
以下において、用語「粒子」は、細胞(セル)、細胞以下の要素、ウイルス、リポソー
ム、ニオソーム、ミクロスフェア、およびナノスフェア、または、例えば高分子、タンパ
ク質、DNA、RNAなどの更に小さい実体、および、懸濁媒体と混和できない液滴、例
えば水中の油または油中の水、あるいは、ガス中の液滴(空気中の水など)あるいは液体
中の気泡(水中の空気など)などの天然のものまたは人工のもののミクロレベルまたはナ
ノレベルの実体を示すために使用される。
操作」とは、特に、以下の作業及び/又は作業の組み合わせのうちの1つのことである。
1.多数の粒子を含有するサンプルからの所与の粒子の分離からなる選択、
2.初めの順序とは異なる順序での粒子の配置からなる並び換え、
3.2つ以上の粒子を選択し、これらの粒子を接触させるため或いはこれらの粒子を融
合させるため或いはこれらの粒子を他の粒子中に含ませるために、これらの粒子が互いに
押し付けられるまでこれらの粒子を互いに近付ける融合、
4.最初に互いに接触していた粒子を分離することからなる分離。
(F)の不均一場の使用に基づいている。前記場は、例えば、誘電泳動場(DEP)、す
なわち、マイナス誘電泳動場(NDEP)またはプラス誘電泳動場(PDEP)、または
、電気泳動場(EF)、あるいは、電気流体力学的(EHD)動作の場、あるいは、誘電
体上でのエレクトロウェッティング(EWOD)であってもよい。
1.個々の粒子の計数すなわち定量化、
2.識別及び/又は特徴付け、
3.測位。
が主に利用される。
基板上に形成された電極(EL)の配列により既知の技術にしたがって粒子を移動させ
るための力を生成する方法は様々に存在する。一般に、マイクロチャンバを画定する電極
であってもよいカバー(LID)が使用され、マイクロチャンバ内では粒子(BEAD)
が一般に液体懸濁状態にある。様々な力における幾つかの方式が図1に示されている。D
EPの場合、印加電圧は、加算(+)の記号で示された同相周期電圧(Vphip)およ
び減算(−)の記号で示された位相が反対の周期電圧(Vphin)である。「位相が反
対の電圧」とは、位相が180°ずれた電圧を意味する。場は、平衡点(CAGE)に向
けて引き付けられる粒子に作用する力を生成する。マイナスDEP(NDEP)の場合に
は、カバー(LID)が導電電極であれば、既知の技術にしたがって力の閉じられたケー
ジを得ることができる(図1a)。この場合、隣接する電極が反対位相Vphip(+)
に接続され且つカバー(LID)が位相Vphin(−)に接続されていれば、Vphi
n(−)に接続された各電極で平衡点(CAGE)が得られる。前記平衡点(CAGE)
は、通常、電極から距離を隔てた液体中に設定され、それにより、粒子(BEAD)が浮
遊した安定状態となる。プラスDEP(PDEP)の場合、平衡点(CAGE)は、通常
、電極が形成される表面に位置され(図1b)、また、粒子(BEAD)は、表面と接触
した安定状態にある。PDEPにおいては、カバー内に更なる電極を有している必要はな
い。これは、PDEPの平衡点が電場の最大値に対応しているからである。懸濁媒体中に
混合できず且つこれよりも重い液滴(例えば、油中の水)によって形成される粒子を操作
するために、誘電体層(D)および疎水性層(HPB)によりコーティングされた電極(
EL)を有する基板(SUB)によって得られるマイナス誘電泳動(NDEPDR)を有
利に使用することができる(図1c)。電極の配列は、反対の極性を有する電極に向けて
荷電粒子を引き付けるべく電気泳動のために使用できる。EHD動作において、電極の形
態は、流れの最小点へ向けて粒子を押し出す力を生成する。EWOD(図1d)の場合に
は、誘電体でコーティングされた電極を含むカバー(LID)が一般に使用され、電極の
配列は、粒子(一般的には、空気中の液滴)を引き付けることが望ましいポイントでカバ
ーに対して反対の位相の信号によって給電される。その代わり、粒子が存在してはならな
い電極は浮いた状態のままである。EWODにおいて、電極の配列の上の空気中の液滴を
操作する際には、一連のワイヤ(図1e)をカバーの代わりとして使用することもできる
。
れたケージの使用を伴うことは、単なる一例として見なされ、本発明の範囲を決して限定
するものではない(そのため、電極として機能するカバー蓋を使用する必要がある)。様
々な作動力および様々なタイプの粒子の使用に関して後述する方法および装置をどのよう
に一般化できるのかは、当業者にとって自明である。
)
マイナス誘電泳動の力における安定平衡点を生成するためには、既知の技術にしたがっ
て、カバー(LID)と同位相の信号(Vphin)によって給電される第1の電極(E
L)と、第1の電極を完全に取り囲み且つ反対の位相の信号(Vphip)によって給電
される1つ以上の電極(L1)とを利用可能にすれば十分である。この構成(図2aに示
されている)は、マイナス誘電泳動の力における安定平衡点(CAGE)に対応する電場
における最小のものを生成する。前記平衡点は、図2bに示される電極(L1)のこの第
1の配列に印加される信号の位相を逆にする場合に失われる。電極の第2の配列(L2)
を利用可能にして、第2の配列(L2)に属する各電極が第1の配列(L1)に属する1
つの電極を取り囲むようにすれば、電極の第1の配列(L1)および電極の第2の配列(
L2)に対して印加される信号の両方の位相を逆にすると、平衡点が失われる。これは、
図2fに示されるように、他の全てのケースにおいて、ケージが、印加電圧によって決ま
る寸法および形状を有する場合があるからである。特に、図2cおよび図2dにおいて、
我々は2つの同じケージを有しており、一方、図2eにおいて、我々は、更に大きい寸法
を有するが同じ位置に中心付けられる1つのケージを有している。その結果、それぞれが
1つの電極(EL)とそれを取り囲む1つ以上の電極配列(L1,L2)とからなる多数
のブロック(BLOCK_i,j)を考慮する場合、2つの一般的な隣接ブロックの電極
L1およびL2に対して印加される電圧の形態にしたがって以下の状況が生じ得ることが
分かる。
・その力の場の形態をF_iを用いて示す、各ブロックにおける別個の安定平衡点
・その力の場の形態をF_iiを用いて示す、2つのブロックによって共有されるちょ
うど1つの安定平衡点
粒子の操作のための本発明に係る幾つかの方法の実施において利用できる。
本発明に係る方法の一実施形態が図3に示されている。電極の一般的なグループの均一
配列(BLOCK_i,j)は、それぞれが単一の粒子(BEAD)または粒子群を取り
込むことができる安定平衡点(CAGE_i,j)によって規定される引力ケージの配列
を与える。配列(BLOCK_i,j)の各要素(またはブロック)は、行および列をそ
れぞれ成す配列状態で分配される電圧の2つのグループ(Vrow_i[p],Vcol
_j[q],p=1…u,q=1…v)に対して電気的に接続されるとともに、同じ行ま
たは列を共有するブロックに対して電気的に接続される。行信号の総数がuによって表わ
され、一方、列信号の総数がvによって表わされる。
距離d=|i−h|+|j−k|を、2つのブロックBLOCK_i,j,およびBLO
CK_h,k間の距離として規定する。我々は、距離1にあるブロックを、「隣接ブロッ
ク」として規定する。
の位置の制御のための両方で使用される。実際には、これらの信号を通じて、以下の特性
を有する誘電泳動の力の場の作動のために必要な電圧が分配される。
1.各引力ケージが閉じられて他の全ての引力ケージから識別可能となるように配列の
信号に印加される電位の形態が常に存在する。
2.隣接ブロックの各対毎に、ブロックの対の引力の領域を単にもっぱら結合すること
ができるように対への入力信号に印加されるべき電位の形態が常に存在する。
3.隣接ブロックの各対毎に、2つの引力ケージのうちの一方だけが一杯になる場合に
1つの位置から隣接する位置へと取り込まれる粒子を移動させることができるように対へ
の入力信号に印加されるべき一連の電位が常に存在する。
4.隣接ブロックの各対毎に、両方の引力ケージが一杯になる場合に両方の粒子を同じ
位置へと移動させることができるように対への入力信号に印加されるべき一連の電位が常
に存在する。
を有する周期的な波(正弦波または方形波)であるが、これに限定されない。非限定的な
例として、互いに180°だけ異なる2つの位相を使用することができる。
任意の最終位置へと動かすことができ、あるいは、移動している粒子の経路の外側にある
粒子に影響を与えることなく、サンプル中に存在する全ての粒子の中から選択される2つ
以上の粒子を1つの同じ位置へと移動させることができることは明らかである。
適用できる。非限定的な例として、我々は、2つの一般的なブロックに位置される2つの
異なるケージ内に取り込まれるちょうど2つの粒子の同時操作に関して以下のような制限
を与える。
1.第1のブロックおよび第2のブロックが同じ行または列内にない場合或いは隣接す
る行および列内にない場合には、第1のブロックの行および第2のブロックの列に対応し
或いは隣接するブロック内、または、第1のブロックの列および第2のブロックの行に対
応し或いは隣接するブロック内に粒子が存在しなければ、方向およびベクトルの向きとは
無関係に2つのブロック内に取り込まれた粒子を同時に操作することができる。
2.2つのブロックが同じ列上にあるが少なくとも3行の距離を隔てて離れている場合
には、これらのブロックをベクトルの向きとは無関係に同時に垂直方向に操作することが
できる。
3.2つのブロックが同じ列上にあるが少なくとも2行の距離を隔てて離れている場合
、ベクトルの向きが同じであれば、これらのブロックを同時に水平方向に操作することが
できる。
4.2つのブロックが同じ行上にあるが少なくとも3列の距離を隔てて離れている場合
には、これらのブロックをベクトルの向きとは無関係に同時に水平方向に操作することが
できる。
5.2つのブロックが同じ行上にあるが少なくとも2列の距離を隔てて離れている場合
、ベクトルの向きが同じであれば、これらのブロックを同時に垂直方向に操作することが
できる。
作できることは明らかである。
も、それらの同時動作が配列の他のケージに対して副作用を与え得ることを指摘しておか
なければならない。例えば、ブロックBLOCK_i,jにある第1の粒子およびBLO
CK_h,kにある第2の粒子を望ましい方法で同時に操作することにより、BLOCK
_h,jおよびBLOCK_i,kの粒子に対しても強制された動きが課される。この問
題を克服するため、移動の順序付けおよびシリアル化の様々なアルゴリズムによる適用に
応じて、また、全ての粒子の位置の知識等に応じて、異なる方法で行動を起こすことがで
きる。
の粒子を回収するケースを与える。このケースでは、それら自体を配列上に無作為に配置
する粒子を有するサンプルが注入される。前記粒子は例えば顕微鏡で選択でき、また、対
象の粒子の位置が決定されると、それらをゲート(例えば、第2の回収マイクロチャンバ
と通信する)に向けて送るという問題がもたらされる。ゲートからは粒子をチップの外側
へと流すことができる。このケースにおいて、全ての粒子の位置の知識を必要とせず選択
されるべき粒子の知識だけを必要とする簡単で且つ効率的な解決策は、以下の通りである
(ゲートがマイクロチャンバの右側および底部に配置されるという仮定で)。
1.選択されるべき各粒子の位置の右側に隣接する列(選択列)内に垂直仮想チャンネ
ル(ルーティング列)が形成され、それにより、これらのチャンネルが、更に右の列(ダ
ンプ列または廃棄列)に移動される想定し得る粒子から解放される。
2.回収マイクロチャンバのゲートに1つの水平仮想チャンネル(ルーティング行)が
形成され、それにより、列に関して行なわれたと同様に、このチャンネルが粒子から解放
される。
3.各粒子に隣接するルーティング列上の回収されるべき全ての粒子が移動される。
4.ルーティング行から最も離れた回収されるべき粒子の列指標が、論理セットshi
fting−cols内に挿入される。
5.ルーティング行から最も離れた回収されるべき粒子の行指標がshifting−
row指標として規定される。
6.セットshifting−colsおよび行shifting−rowに属する列
内のケージは、ルーティング行へ向かって1ステップだけ下側に移動される。
7.指標shifting−rowがインクリメントされる。
8.新たな行shifting−rowが回収されるべき粒子を含んでいる場合には、
この新たな粒子の列指標がセットshifting−cols内に挿入される。
9.新たな行shifting−rowがルーティング行に対応する指標よりも低い指
標を有している場合には、手続きがステップ6へ戻る。
4’.ルーティング行から最も離れている行から始まって、全てのルーティング列のケ
ージは、それらが粒子を含んでいるか否かにかかわらず、同時に段階的に下側に(すなわ
ち、ルーティング行へ向けて)移動される。このようにして、全ての粒子は、(行の数に
等しいステップの数に対応する)全配列の走査の最後に、ルーティング行へと移動される
。
。
10.ルーティング行の全ては、全ての粒子が回収マイクロチャンバと通信するゲート
を通り過ぎるまで、右へとシフトされる。
11.回収マイクロチャンバ内の粒子がチップから流される。
、手続きの開始時に回収されなければならない粒子がルーティング行に存在する場合には
、予備的な操作により、僅かに複雑となるにちがいない。簡単のため、当業者にとって明
らかな限りにおいて、前記操作の説明が省かれている。統計的に、回収されるべき粒子の
数が列の数に対して無視できる場合、これらの予備的な操作を行なう必要性は、より考え
られない。
れるべきステップの数は、全体的にプログラム可能な電極の配列と共に必要なステップの
数よりあまり多くはない。
また、本発明の対象は、前述した方法にしたがって個々の粒子の操作に必要な場形態を
得るための装置でもある。非限定的な例として、トランジスタを伴わない基板の使用およ
びメモリ素子の使用の両方に基づいて可能な実施形態が与えられる。
図4および図5はそれぞれ、本発明に係る装置の第1の実施形態の断面図および平面図
である。電極のグループの均一配列(BLOCK_i,j)は、サイズn×mの配列を形
成する。各ブロック(BLOCK_i,j)は、図5に示される行および列の状態で、配
列全体に共通の信号(Vcore)に接続される中心電極(EL_i,j)と、配列内に
分配された2つの異なる電圧(Vrow_i,Vcol_j)にそれぞれ接続される2つ
の同心電極(ring_i,j_1,ring_i,j_2)とによって構成される。更
なる信号(Vlid)は、単一の電極(ITO)(図4にだけ示される)によって構成さ
れるカバー(LID)に対して接続される。その結果、デバイスは、それぞれが単一の粒
子(BEAD)または粒子群を取り込むことができるn×m個の引力ケージの制御のため
に、全体としてn+m+1+1個の信号を必要とする。正方形配列(n=m)は、n×m
配列を構成するブロックの数に対して、制御信号の数を最小にすることは言うまでもない
。
phip)を印加するとともに、カバー(LID)に対して接続された共通の信号Vco
reおよび信号Vlidに対して反対の位相の周期電圧(Vphin)を印加することに
より、引力ケージ(CAGE_i,j)は、配列中の他の全てのブロックとは異なる分離
された各ブロック(BLOCK_i,j)内で作動される。一般的なブロック(BLOC
K_i,j)内に取り込まれる粒子(BEAD)は、制御信号に対して印加される電圧の
適切なシーケンスにより、隣接するケージのうちの任意の1つへ向けて移動させることが
できる。本発明の範囲を決して限定しない例として、図7は、一般的なブロック(BLO
CK_i,j)から右側の隣接するブロック(BLOCK_i,j+1)へと粒子を移動
させるために使用されるステップ(a,b,c,d,e)のシーケンスを示しており、前
記操作を構成する様々なステップに関与する信号に印加される電圧が図10に示されてい
る(シーケンスmove_x)。一方、各ステップ後の一時的な状態の粒子の位置が図7
(b,c’,d’,e’,a”)に示されている。図7(bp,cp’,dp’,ep’
,ap”)には、試作デバイスによって得られる形態(b,c’,d’,e’,a”)に
対応する実験の画像のシーケンスが示されている。
ク(BLOCK_i+1,j)への粒子の垂直方向の移動のシーケンスを示している。前
記操作を構成する様々なステップに関与する信号に印加される電圧が図10に示されてお
り(シーケンスmove_y)、一方、各ステップ後の安定状態の粒子の位置が図8(b
,c’,d’,e’,a”)に示されている。特定のケースでは、図7および図8に示さ
れるシーケンスから選択されるステップの一部によって構成される減少されたシーケンス
を使用することができる。随意的に、可能な各方向毎に、図7および図8に非限定的な例
として記載されるステップとは異なるステップにより構成されるシーケンスを使用するこ
とができる。
および図8に示される一連の基本ステップおよび反対方向の類似のステップに分けること
ができるのは言うまでもない。前記考え方の実用的な例が図9に示されており、図9は、
ポリスチレンミクロスフェアを一般的な経路にしたがって初期位置(BLOCK_i,j
)から目的位置(BLOCK_i+1,j+4)へと移動させるための一連の基本ステッ
プを示している。
とにより得ることができる。本発明の範囲を決して限定しない例として図6a〜6cに示
されているのは、既知の技術に係るフォトリソグラフィ技術を用いる装置の可能な実施形
態に必要なマスクであり、図6dに示されているのは試作品の画像である。実施のために
は、3つのマスクおよび2つの金属レベルで十分である。2つの隣接するブロックの中心
間の最小距離(PITCH)は、表面メタライゼーション間のピッチの5倍である。この
デバイスにおいて、ピッチ(PITCH)は100μmである。このことは、製造のため
に必要とされる技術が、その最小ピッチが20μmの電極の形成を可能にしなければなら
ないことを意味する。電極の形成のため、貴金属(金、白金など)を使用することができ
、あるいは、導電酸化物を使用することができる。導電酸化物は、当該酸化物が透明であ
る場合(インジウムスズ酸化物−ITO)に特に役立つ。基板の形成のため、絶縁体(ガ
ラス、ポリカーボネートなど)または半導体(シリコンなど)を使用することができる。
その場合、基板を第1の金属レベルから電気的に絶縁するために不動態酸化物が必要とさ
れる。金属または導電酸化物を用いて形成されてもよい電極が絶縁基板に備えられている
場合には、当該絶縁を基板カバー(LID)の形成のために使用することができる。前記
導電酸化物は、当該導電酸化物が部分的に或いは全体的に透明である場合に特に有益であ
る。同様に、グリッドの形態を成す非透明金属を使用して半透明性を得ることができる。
を使用できることは当業者にとって自明である。非限定的な例として、我々は、円形、六
角形、長方形等の形状を有する電極を挙げることができる。同様に、本発明に係る装置の
製造のために本特許で言及された材料とは異なる他の材料を使用できることは明らかであ
る。非限定的な例として、我々は、アルミニウム、チタン、タンタル、金などの材料を挙
げることができる。
図11は、本発明に係る装置の異なる実施形態の平面図である。この場合、各行毎に4
つの信号が使用され、また、各列毎に4つの信号が使用されるとともに、全てのブロック
に共通のグローバル信号Vcore(ここでは、列によって分配される)および信号Vl
idが使用される。各ブロックの外部および内部リング電極は、2つに分けられ、すなわ
ち、垂直および垂直にそれぞれ分けられる。あるいは、各ブロックの電極に対して、4つ
の行信号のうちのちょうど2つと、4つの列信号のうちのちょうど2つとが接続される。
行信号および列信号は、通常、全てがVphipに対して接続されるとともに、各ブロッ
ク毎に引力ケージ(CAGE_i,j)を伴う場形態(F_i)を生成する。行および列
によって制御信号の中から適切に選択された7つの信号をVphipに対して接続するこ
とにより、2つの隣接するブロックの引力ケージを結合する第2の形態(F_ii)を生
成することができる。したがって、図12に示されるように、単に場形態(F_ii)を
印加した後に最初の場形態(F_i)を再び印加することにより、近くのケージ内に取り
込まれた他の粒子の位置を変えることなく、粒子(BEAD)を右(R)、左(L)、下
(D)または上(U)へと移動することができる。
態しか必要としないという利点を与えるとともに、4倍を越える多数の制御信号を必要と
するという不都合を与える。
図13は、本発明に係る装置の更なる実施形態の平面図である。ブロックの均一配列(
BLOCK_i,j)は、サイズn×mの配列を形成する。各ブロック(BLOCK_i
,j)は、配列全体に共通の信号(Vcore)に接続される中心電極(EL_i,j)
と、列(Venable_j)にしたがって配列内に分配される信号に接続されるL形状
電極(elle_j)と、行にしたがって配列内に分配され且つ電極elle_jの(中
心電極に対して)外側に径方向に配置された2つの異なる電圧(Vrow_i[x],V
row_i[y])に接続される2つの電極、すなわち、垂直セグメント(wallx_
i)の形態を成す一方の電極および水平セグメント(wally_i)の形態を成す他方
の電極とから形成される。更なる信号(Vlid)は、単一の電極(ITO)によって構
成されるカバー(LID)に対して接続される。その結果、デバイスは、それぞれが単一
の粒子(BEAD)または粒子群を取り込むことができるn×m個の引力ケージの制御の
ために、全体としてn+2m+1+1個の信号を必要とする。長方形配列(n=2m)が
、配列(n×m)を構成するブロックの数に対して、制御信号の数を最小にすることは言
うまでもない。
e_jに対して同相の周期電圧(Vphip)を印加するとともに、カバー(LID)に
対して接続された共通の信号Vcoreおよび信号Vlidに対して反対の位相の周期電
圧(Vphin)を印加することにより、配列中の他の全てのブロックとは異なる別個の
各ブロック(BLOCK_i,j)内の引力ケージ(CAGE_i,j)が作動される。
一般的な各ブロック(BLOCK_i,j)内に取り込まれる粒子(BEAD)は、制御
信号に対して印加される電圧の適切なシーケンスにより、隣接するケージのうちの任意の
1つへ向けて移動させることができる。本発明の範囲を決して限定しない例として、図1
4は、一般的なブロック(BLOCK_i,j)から右側の隣接するブロック(BLOC
K_i,j+1)へと粒子を移動させるために使用されるステップ(a,b,c,d)の
シーケンスを示しており、前記操作の様々なステップに関与する信号に印加される電圧が
図16に示されている(シーケンスmove_x)。一方、各ステップ後の一時的な状態
の粒子の位置が図14b’,c’に示されている。同様に、図15は、一般的なブロック
(BLOCK_i,j)から下側の隣接するブロック(BLOCK_i+1,j)へ粒子
を移動させるために使用されるステップのシーケンス(a,b,c,d)を示している。
前記操作を構成する様々なステップに関与する信号に印加される電圧が図16に示されて
おり(move_y)、一方、各ステップ後の安定状態の粒子の位置が図15b’,c’
に示されている。特定のケースでは、図14および図15に示されるシーケンスから選択
されるステップの一部によって構成される減少されたシーケンスを使用することができる
。随意的に、可能な各方向毎に、図14および図15に非限定的な例として記載されるス
テップとは異なるステップからなるシーケンスを使用することができる。
4および図15に示される一連の基本ステップおよび反対方向の類似のステップに分ける
ことができるのは言うまでもない。
ることができる。本発明の範囲を決して限定しない例として図17(a〜c)に示されて
いるのは、既知の技術に係るフォトリソグラフィ技術を用いる装置の可能な実施形態に必
要なマスクであり、図17dに示されているのは試作品の画像である。実施のためには、
3つのマスクおよび2つの金属レベルで十分である。本発明に係る装置の実施は、既知の
技術にしたがって異なるテクノロジーを利用して得ることができる。このデバイスにおい
て、ピッチ(PITCH)、すなわち、2つの隣接ブロックの中心間の距離は100μm
である。電極においては、貴金属(金、白金など)を使用することができ、あるいは、導
電酸化物を使用することができる。導電酸化物は、当該酸化物が透明である場合(インジ
ウムスズ酸化物−ITO)に特に役立つ。基板においては、絶縁体(ガラス、ポリカーボ
ネートなど)または半導体(シリコンなど)を使用することができる。その場合、基板を
第1の金属レベルから電気的に絶縁するために不動態酸化物が必要とされる。
本発明に係る方法の更なる実施形態は、各ブロック(BLOCK_i,j)が行および
列の状態で配列中に分配された信号の2つのグループ(Vrow_i[p],Vcol_
j[q])に対してそれぞれ電気的に接続される引力ケージ(CAGE_i,j)の配列
を使用する。これらの信号の一部は、ケージ(CAGE)の形成に必要な電圧(Vphi
n,Vphip)の分配のために使用され、一方、他の部分は、電極に対して印加される
べき位相の制御のために使用されるデジタル信号である。この場合、安定平衡の点(CA
GE_i,j)の位置は、引力ケージが分離状態か或いは隣接ケージに接続されているか
どうかを各ブロック毎に決定する電子回路によって制御される。
本発明の対象は、前述した方法にしたがって個々の粒子の操作に必要な場形態を生成す
るための装置でもある。一例として、可能な実施形態は能動基板の使用に基づいているが
、既知の技術で報告されているものとは異なり、各ブロックはメモリ素子を伴っていない
。
_i,j)の均一配列は、サイズn×mの引力ケージの配列を形成する。各ブロック(B
LOCK_i,j)は、配列全体に共通の信号(Vphin)に接続される中心電極(E
L_i,j)と、マルチプレクサの出力に接続される電極(ring_i,j)とによっ
て構成されており、前記マルチプレクサは、2つの異なる信号(Vphin,Vphip
)を入力で受けるとともに、その出力が、論理値の以下の表にしたがった列デジタル制御
信号(col_j)と行デジタル制御信号(row_i)との論理組み合わせによって決
まる。
ー(LID)に対して接続される。その結果、デバイスは、それぞれが単一の粒子(BE
AD)または粒子群を取り込むことができるn×m個の引力ケージの制御のために、2つ
のアナログ信号(VphinおよびVphip)とn+m個のデジタル信号とを必要とす
る。正方形配列(n=m)は、配列(n×m)を構成するブロックの数に対して、制御信
号の数を最小にすることは言うまでもない。
(LID)に接続された信号Vlidに対して反対の位相の周期電圧(Vphin)を印
加することにより、引力ケージ(CAGE_i,j)は、配列中の他の全てのブロックと
は異なる別個の各ブロック(BLOCK_i,j)内で作動される。一般的な各ブロック
(BLOCK_i,j)内に取り込まれる粒子(BEAD)は、制御信号に対して印加さ
れる論理値の適切なシーケンスにより、隣接するケージのうちの任意の1つへ向けて移動
させることができる。本発明の範囲を決して限定しない例として、図19は、一般的なブ
ロック(BLOCK_i,j)から右側の隣接するブロック(BLOCK_i,j+1)
へと粒子を移動させるために使用されるステップ(a,b,c)のシーケンスを示してお
り、信号row_i,col_j,およびcol_j+1に対して印加される論理値のシ
ーケンスは以下の通りである。
列中の一般的な位置から始まって配列の任意の他の位置で終わる任意の経路を、たった1
つの位置の移動によって構成される一連の基本ステップに分けることができるのは言うま
でもない。本発明に係る装置の実施は、既知の技術に係る超小型電子回路の様々な製造技
術を利用して得ることができる。
本発明に係る方法の更なる実施形態が図20に概略的に示されている。この方法は、粒
子を安定的に取り込むという機能を有するブロック(BLOCK_i,j)内に位置され
た粒子に作用する力(F)に関して静的である一組の安定平衡点と、水平方向(HRCH
1−HRCHM)または垂直方向(VRCH1−VRCHN)にレーンに沿って移動する
一組の安定平衡点とを使用する。これらの各ブロック(BLOCK_i,j)は、粒子を
取り込み或いはレーンに沿って移動する安定平衡点のうちの1つの引力の領域内に粒子を
押し込むように構成することができる。これは、本発明に係る前述した方法のうちの1つ
を利用して、例えば、ブロックの安定平衡点のうちの1つをレーンの安定平衡点のうちの
1つに対して結び付けることにより得ることができる。結果として、サンプル中に存在す
る各粒子を当該ブロック内に留めておくことができ或いは1つ以上のレーンを利用して最
も都合の良い方向で1つのブロックから他の任意のブロックへと移動させることができる
ことは言うまでもない。粒子は実際には動作時に1つのレーン内に入ることができ、また
、同様に、粒子は、これらのレーンから出て新たなレーン内に入り或いは動きの方向を変
えて新たなレーンに移動することができる。本発明に係る方法を利用して各粒子を1つの
ブロックから任意の他のブロックへ送ることができることは当業者にとって自明である。
この技術の利点は、後述する装置で示されるように配列全体の制御にあてられる信号の総
数の減少にある。同様に、図21は、水平経路の数が減少された方法の第2の実施形態を
示している。この場合も、単一の水平経路(HRCH1)を利用して各粒子を1つのブロ
ックから任意の他のブロックへ送ることができることは言うまでもない。この技術は、必
要とされる信号の数の更なる減少を可能にするとともに、ケージを与えるのに役立つ表面
を増大する。本発明の範囲を決して限定しない例として、図22は、本方法の想定し得る
適用を示している。マイクロチャンバ(CHW)内には、前述した機能を有するブロック
(BLOCK_i,j)の配列が存在する。マイクロチャンバは配列を2つの部分に分け
る。すなわち、一方の部分(MCH)は、処理されるべきサンプルの格納のために設けら
れ、他方の部分(RCH)は、処理されたサンプルの格納のために設けられている。例え
ば、この方式は、第1のマイクロチャンバ(MCH)内に保持された1つの粒子だけを選
択してそれを第2のマイクロチャンバ(RCH)から回収するために使用することができ
る。各ブロック(BLOCK_i,j)は垂直通路(VRCHJ)に対して機能的に接続
されており、その垂直通路の移動方向およびベクトルの向きは、全配列内で一貫している
とともに、単一の水平通路(HRCH1)をもって終わる。前記水平通路の移動方向およ
びベクトルの向きは、運ばれる粒子を第1のマイクロチャンバ(MCH)から第2のマイ
クロチャンバ(RCH)へと移動させた後に最後の通路(VRCHR)を通じて単一の領
域内で蓄積できるように選択される。最初に第1のマイクロチャンバ内に保持されたn×
mの中からの粒子の選択は、例えば、その粒子を対応するレーン内へ移動させるとともに
、当初は粒子が無い第2のマイクロチャンバ(RCH)内へと粒子を運び込むことによっ
て行なうことができ、選択された粒子は第2のマイクロチャンバから引き出すことができ
る。
)
本発明の対象は、パーキングブロックおよびレーンの使用に基づいて前述した方法にし
たがって粒子を操作するために必要な場形態を形成する装置でもある。非限定的な例とし
て、受動基板の使用に基づく可能な実施形態が示されており、この場合、各ブロックは、
メモリ素子またはトランジスタを何ら伴っていない。
_i,j)の均一配列は、粒子を安定的に取り込むことができる引力ケージの配列を形成
する。各ブロック(BLOCK_i,j)は、同じ列の全てのブロック(または、配列全
体)に共通の制御信号(Vcage_j)に接続された中心電極と、配列全体に共通し且
つVphipに対応する信号(Vpj)に接続された一組の電極と、同じ列の全てのブロ
ックに共通の制御信号(Vcol_j)に接続された電極と、最後に同じ行の全てのブロ
ックに共通の制御信号(Vrow_i)に接続された電極とから形成されている。粒子を
取り込む力における安定平衡点は、信号Vcage_j,Vcol_jおよびVrow_
iに対して印加される位相に作用することにより、ブロック(BLOCK_i,j)から
通路(VRCHJ)へ或いは通路からブロックへと移動させることができる。各通路は、
通路全体に共通の信号(V1_j,V2_j,およびV3_j)に接続された電極の配列
からなっている。これらの信号に対して印加される位相に作用することにより、力Fにお
ける安定平衡点を形成して、当該安定平衡点を要望通りに全体の通路に沿って移動させる
ことができる。同様に、装置は、全体の通路に共通の3つの信号(Vh_1,Vh_2,
およびVh_3)によって制御される水平方向に向けられた1つ以上の通路(HRCH)
を利用可能にすることができ、これらの通路の作用は、垂直に向けられた通路(VRCH
J)のそれと全く同様である。図25は、ブロック(CHACCIJ)からの流出、垂直
通路に沿う位置によるシフト(CONVEYV)、水平通路内への流入(HCHACC)
、および、水平通路に沿う移動(CONVEYH)におけるシーケンスを構成する様々な
ステップに関与する信号に対して印加される電圧を示している。水平通路または垂直通路
に沿う移動のベクトルの向きを逆にするためには、位相のシーケンスを図25に示される
位相のシーケンスに対して逆にすれば十分であることは言うまでもない。
る実施形態の平面図を示している。動作は、前述した実施形態の動作と全く同様であるが
、ブロックBLOCK_ijの各列毎に電位Vpjのn個の電極が電位Vpjの単一の櫛
形状電極に置き換えられさえすれば、単位表面当たりに得られる引力ケージの密度を更に
大きくすることができる。
る制御信号の数は、独立の水平通路および垂直通路の数がgおよびfにそれぞれ等しいn
×mブロック配列に関して、2n+m+3(g+f)+2個である。信号Vcage_j
が全ての列間で共有される場合には、信号の数がn+m+3(f+g)+2個まで減る。
一般的には(実施例に示されるように)、f=mであるが、ケージの2つの列間で同じ垂
直レーンを共有することもでき、その場合に、f=m/2である。水平チャンネルの数は
要望通りに選択することができる。水平チャンネルの数が多くなればなるほど、自由度は
大きくなるが、ケージにとって有用な領域が小さくなるとともに、必要とされる制御信号
の数が多くなる。
成され、各次元(行および列)の信号が適切なシーケンスでアクティブにされるときに各
パーキングセルが1つの垂直レーンにアクセスできる。本発明によれば、2次元よりも高
い次元数で前述したパーキングセルを論理的に編成することにより、制御信号の数とパー
キングセルからレーンへとケージを移動させるために必要な表面との間で様々な歩み寄り
を成すこともできる。実際に、パーキングセルからレーンへの移動にあてられる表面は、
論理次元の数に比例する(この領域は役に立たないと見なされるべきである)。利点は、
パーキングセルの数が制御信号の数と各次元との積に対応しているという点である。一例
として、10,000個のパーキングセルは、100個の行と100個の列とを必要とし
得る。すなわち、2つの次元の場合には200個の制御信号を必要とし、あるいは、3つ
の次元の場合には22×3=66個の制御信号を必要とし、あるいは、4つの次元に編成
するためには10×4=40個の制御信号を必要とする。パーキングセルの空間的な配置
は、どんな論理編成でも、明らかに2次元を保つことができる。
ケンスによって行なわれる。シーケンスは、所望の位置に対応するケージだけをパーキン
グセルからレーンへと押し出すように選択され、一方、パーキングセル内の他の全てのケ
ージは、レーンの方向で多くても数ステップしか成さないが、その後、移動を完了するこ
となく移動方向を逆にし、最後に当初の位置へと引き返す。図49は、4つの次元の論理
編成(d1,d2,d3,d4)の場合における、パーキングセル(cage)からコン
ベア(conv)へ粒子(BEAD)を移動させるための電極(EL)の作動の想定し得
るシーケンスの例を示している。各信号「di」の下線は、セルが選択された次元に対応
しているという事実を象徴している。その結果、信号diは、マイナス位相(陰影によっ
て示される作動)およびプラス位相(空白)の両方に関してプログラム可能である。この
場合、信号cageはプログラム可能であり、また、異なる信号cageの数は、第1の
次元d1のアドレス信号(D1)の数に対応しなければならない。このようにすれば、図
49に示されるように、開始ケージからの粒子(BEAD)の移動は、繰り返し可能とな
り且つ決定論的となる。D個の次元とアドレス可能なパーキングセルの数は、各次元のア
ドレス信号の数の積、すなわち、D1×D2×....DDに等しく、一方、必要な制御
信号の数は2×D1+D2+....+DDに相当する。
ができる。一例として、我々はフォトリソグラフィ技術を挙げることができる。経路の抵
抗を最小にするには3つの金属レベルが理想的である。ただし、この場合、行ラインおよ
び列ラインに関して、1つのレベルと他のレベルとの間の任意の移行部を有している必要
はない(経路および関連する抵抗が避けられる)。しかしながら、行信号および列信号の
ための経路も使用される場合には、2つのメタライゼーションで十分である。水平および
垂直ピッチ(PITCH)、すなわち、水平方向または垂直方向のいずれかにおける2つ
の隣接ブロックの中心間の距離は、このデバイスでは、隣接する表面金属間のピッチの5
倍または2倍にそれぞれ等しい。電極を得るため、貴金属(金、白金など)を使用するこ
とができ、あるいは、導電酸化物を使用することができる。導電酸化物は、当該酸化物が
透明(インジウムスズ酸化物−ITO)である限りにおいて特に役立つ。基板を形成する
ため、絶縁体(ガラス、ポリカーボネートなど)または半導体(シリコンなど)を使用す
ることができる。カバー(LID)を形成するために、金属または導電酸化物を用いて得
ることもできる電極を備える絶縁基板を使用できる。前記導電酸化物は、当該導電酸化物
が部分的に或いは全体的に透明である場合に特に有益である。本発明に係る装置の製造の
ために一例として本特許に記載された形状と異なる他の形状を使用できることは当業者に
とって自明である。
ない電極配列)を有する装置が好ましい。
操作のための装置)
非限定的な例として、能動基板の使用に基づく更なる可能な実施形態が示されており、
その場合、トランジスタ及び/又はメモリ素子が使用される。
水平に向けられた通路(HRCH)の電極に給電するために使用される各信号(Vh_
1,Vh_2,Vh_3)、および、垂直に向けられた通路(VRCHJ)の電極に給電
するために使用される各信号(V1_j,V2_j,V3_j)は、マルチプレクサを形
成する電子回路を介して、装置全体に共通の信号(Vphin,Vphip)に対して接
続することができる。前記マルチプレクサは、デジタル信号により或いは独立にアドレス
可能なメモリ素子を用いてプログラムすることができる。この方式を実施する回路の実施
形態は、当業者に知られる任意の方法にしたがって得ることができる。この技術は、装置
全体を駆動し及び/又はプログラムするために必要な信号の総数を減らすことができる。
同様に、パーキングセルの電極に給電するために使用される各信号(Vcage_j,
Vcol_j,Vrow_i)は、マルチプレクサを形成する電子回路を介して、装置全
体に共通の信号(Vphin,Vphip)に対して接続することができる。前記マルチ
プレクサは、デジタル信号により或いは独立にアドレス可能なメモリ素子を用いてプログ
ラムすることができる。この方式を実施する回路の実施形態は、当業者に知られる任意の
方法にしたがって得ることができる。この技術は、装置全体を駆動し及び/又はプログラ
ムするために必要な信号の全体の数を減らすことができる。
本発明に係る方法の更なる実施形態において、平衡点は、「レーン」と称される予め設
定された経路に沿って同期して移動するために、グループに制約される。グループ間の交
換点により、粒子は、1つのグループから他のグループへと通過することができ、すなわ
ち、レーンを変えることができる。これらの更なる制約にもかかわらず、方法は、任意の
ケースにおいて、個々の粒子の操作を可能にするとともに、および一連のステップの後、
他の全ての粒子の位置を不変状態のままにしつつ、単一の粒子の移動を可能にする。
で十分である。NIS回繰り返されるNS個の位相S1・SNSによって駆動される第1の
レーン(C_STORE)では、粒子を場合により無作為の順序でも導入することができ
る。NIT回繰り返されるNT個の位相T1・TNTによって駆動される第2のレーン(C
_TMP)へ1つ以上の粒子を移動させることにより、第1のレーン上に粒子を並べ換え
ることができる。各レーンにおける位相の最小数は3である。その結果、6個の位相を用
いると、粒子の定まらない分布を制御することができる。2つのレーン間のやりとりは、
電極(EL)のプログラミングを変えることにより、他のレーンとの交換点へ運ばれる間
[図27c]の第1のレーン(CON_1)上の引力ケージ(CAGE)内の粒子(BE
AD)を示す図27a〜eに描かれるようなステップのシーケンスを用いて得ることがで
きる。ケージが第2のレーン(CON_2)上の交換点に存在するときに第1のレーンの
ケージを離間移動させる[図27d]ことにより、粒子が第2のレーンへ移動する。図2
8は、六角形電極の配列の場合の同様のシーケンスを示している。この実施形態は、EW
OD力を用いる用途に特に適している。しかしながら、本発明の目的のために記載された
方法のうちの1つを利用する更に複雑な形態の電極を使用してレーン間のやりとりを得る
ことができる。
の位置に再配置するために、たった1つのレーンが使用される。しかしながら、前記方法
は、レーン間の任意のやりとりを想定することなく、多数のレーンの一般的なケースに適
用されることは言うまでもない。この場合、レーンが互いに制約されないことが有益であ
る。
9個の制御信号を用いた粒子の操作のための装置
図29は、トランジスタの使用を伴わないレーンを用いた粒子の操作のための装置の優
先的な実施形態を示している。NCV個の垂直な円形レーンVC_1.VC_NCVはそ
れぞれ、3つの位相V1、V2、およびV3を用いてNI個のケージ(CAGE)を形成
する。
Iで繰り返し関連付けられる。前記位相は全てのレーンに共通のものである。3つの位相
H1、H2、およびH3によって駆動される第2の水平円形レーン(HCONV)は、位
相V1+H1でアクティブな垂直コンベアとのNCV個の交換点を備えており、それによ
り、NCV個のケージの内容物を垂直レーンから水平レーンへと同時に移動させることが
できる。前記垂直および水平レーンは第1のマイクロチャンバ(MCH)内で得られる。
位相R1、R2、およびR3によって駆動される第3のレーン(RCONV)は、ダイア
フラム(CHW)によって第1のマイクロチャンバから分離される第2のマイクロチャン
バ(RCH)内で得られる。前記第3のレーンは、位相H2+R2中にアクティブな交換
点を備える。
いる。多数の粒子を第1のマイクロチャンバ(MCH)内に注入することができる。粒子
を伴わない液体は第2のマイクロチャンバ(RCH)内に注入される。1つ以上の対象粒
子を選択して第1のマイクロチャンバ(MCH)の垂直レーンから水平レーンへと運ぶこ
とができるとともに、ここから第2のマイクロチャンバの第3のレーンへと運ぶことがで
きる。ここから粒子を流出させて個別に回収することができる。
装置の本実施形態は、図30に示されるように第3のレーン(RCONV)を垂直レー
ンと同期して移動させてその位相V1、V2、およびV3を共有し制約することにより、
個々の粒子の分離に関して更に簡略化することができる。しかしながら、この場合には、
水平コンベア(HCONV)から第3のコンベア(RCONV)への移動を制御するため
に位相(THR)が加えられなければならない。したがって、位相の総数が7に減少され
る。レーンだけの使用を伴うこの装置の制約にもかかわらず、個々の粒子を第1のマイク
ロチャンバ(MCH)の1つの点から第2のマイクロチャンバ(RCH)の1つの点へ移
動させるためのステップの数は、第1の近似として、全ての粒子の独立した移動を可能に
する装置のステップの数にほぼ等しいことに留意すべきである。
異なるタイプの粒子を管理するための装置の優先的な実施形態が図31に示されている
。この場合、各垂直レーンは、別個のマイクロチャンバ内で得られるとともに、別個の信
号によって制御される。例えば、異なる垂直チャンバ内には異なる粒子を注入できる。し
たがって、異なるタイプの粒子を水平レーン(HCONV)へと順序正しく移動させるこ
とができ、あるいは、1つのタイプの粒子を第2のマイクロチャンバからくる第2のタイ
プの粒子と相互作用させることができる。
通路の電極に給電するために使用される各信号(C_STORE,C_TEMP,VC
_i,HCONV,RCONV)は、マルチプレクサを形成する電子回路を介して、装置
全体に共通の信号(Vphin,Vphip)に対して接続することができる。前記マル
チプレクサは、デジタル信号により或いは独立にアドレス可能なメモリ素子を用いてプロ
グラムすることができる。この方式を実施する回路の実施形態は、当業者に知られる任意
の方法にしたがって得ることができる。この技術は、装置全体を駆動し及び/又はプログ
ラムするために必要な信号の総数を減らすことができる。
本発明の更なる実施形態において、既に説明した図29、30、および31の装置で使
用される技術と同様の技術にしたがって実施される図23の装置のテクノロジーは、粒子
の操作の可能性および回数の最適化を可能にすると同時に必要な数の制御信号の格納を可
能にする図32に示される複雑な装置を得るために使用される。図32に示されるものに
したがって、本発明に係るこの装置は、高分子材料からなるダイアフラム(CHW)によ
って2つのマイクロチャンバ(MCH,RCH)に分けられる。
a.3つの電極からなる1つのグループのそれぞれの反復I_1...I_NIで繰り
返し関連付けられる3つの位相V1、V2、およびV3を用いてそれぞれがNI個のケー
ジ(CAGES)を形成する第1の多数の垂直円形レーンおよび第2の多数の垂直円形レ
ーン(「コンベア」としても規定できる)(すなわち、細長いにもかかわらず閉じられた
ループを形成するレーン)VC1_1.....VC1_NCVおよびVC2_1...
..VC2_NCVと、
b.1つ以上のケージの内容物を垂直レーンから第1の水平レーンへと同時に移動させ
ることができるように位相V2+H3でアクティブな垂直レーン(コンベア)とのNCV
個の交換点を備える4つの位相H1、H2、H3、およびH4により駆動される第1の水
平円形レーンおよび第2の水平円形レーンHCONV_UP、HCONV_DOWN(ま
たは、単なる直線状のレーン、すなわち、ループ状ではなく直線状の配列の一部を形成す
るように電極が配置されるレーン)と、
c.4つの位相AUX1、AUX2、AUX3、およびAUX4によって駆動されると
ともに、互いに対応する位置に置かれたコンベアまたは上側水平レーンHCONV_UP
とのNCAUX1個の交換点とコンベアまたは下側水平レーンHCONV_DOWNとの
同じ数NCAUX2個の交換点とを備える第3の円形水平(または単なる直線状)レーン
HCONV_AUXと、
d.完全にプログラム可能な電極のマトリクス配列、例えば、それぞれが特定の専用の
位相によって或いは完全にアクティブ型の電極を更に再び使用して独立に制御され且つ当
分野で既知のようにそれぞれが使用時に独立にプログラムできる引力ケージのマトリクス
配列を形成するためにプログラム可能なメモリ素子およびトランジスタを備える正方形の
5×5電極配列と、
e.配列から望ましくない粒子を除去する機能を有する垂直レーンVC1_iおよびV
C2_jに関して既に説明したものと略同様の方法で3つの位相により駆動される第1の
円形垂直ダンプレーンVCW_UPおよび第2の円形垂直ダンプレーンVCW_DOWN
と、
f.配列と反対側のマイクロチャンバ(MCH)の部分に設定される垂直レーンVC1
_iおよびVC2_jに関して既に説明したものと略同様の方法で3つの位相によって駆
動される垂直レーンVC1_iおよびVC2_jの寸法のほぼ2倍の寸法を有する長い円
形垂直ダンプレーンVCW_LONG。
イクロチャンバ間の連通路を構成する高分子材料からなるダイアフラムCHWの不連続部
を介して第2のマイクロチャンバへと運ぶために4つの位相R1、R2、R3、およびR
4によって駆動される出口レーンRCONVによって構成されている。また、補助水平レ
ーンによって特定される同じ真直ぐなライン上にほぼ位置する4つの位相FB1、FB2
、FB3、およびFB4によって駆動される水平フィードバックレーンHCONV_FB
も設けられており、前記補助水平レーンにより、再び前述したダイアフラムCHW内の通
路を介して、粒子を、出口レーンRCONVから、したがってマイクロチャンバRCHか
ら配列内へと戻すことができる。
からなるグループを20個配列して成る。第1のマイクロチャンバMCHは根本的に水平
レーンにより2つの半チャンバすなわち上側チャンバと下側チャンバとに分けられるため
、垂直レーンは、上半分が200個、下半分が200個となる。したがって、この構造は
完全に対称である。
ルを使用して粒子を回転させることができる。いかなる場合でも、上側垂直レーンにおけ
る水平レーンHCONV_UPの真上に位置され且つ下側垂直レーンにおける水平レーン
HCONV_DOWNの真下に位置される(制御可能な)NCV個の交換点のうちの1つ
を使用して対象の粒子をレーンから抽出することができる。各交換点は、それぞれ「要素
」および「グループ」と称される一対の電極によって規定される(図32)。グループ電
極および要素電極は20であるため、アドレス可能な交換数は400となり、これは垂直
レーンの数に等しい。特定位相信号は1つのグループ内の各レーン毎に同じであり、それ
により、信号特定位相の挙動およびグループ電極の信号の挙動は、そのグループの各コン
ベア毎に同じである。この同一性は要素電極に適用されない。このようにすれば、常に、
任意の他の粒子を水平コンベアへロードすることなく、対象の粒子を垂直コンベアから水
平コンベアへと移動させて、当該粒子をプログラム可能な配列の所まで、場合により出口
点まで運ぶことができる。方向の変化、すなわち、垂直レーンから水平レーンへの移動は
、特定位相によって案内される電極により可能となる(図33)。通常、前記電極は、位
相2の信号と同じ位相に位置されるが、対象の粒子の場合には、位相2の他の信号の全て
がマイナス(すなわち、アクティブ)のままであると、特定信号もマイナスとなり(図3
4)、したがって、要素電極およびグループ電極がアクティブの場合には、接触点を通じ
てセルが移動されたままとなる。代わりに、要素の信号がマイナス位相でない場合(これ
は、交換に関与しない他の19個の全てのレーンに当てはまる)には、動作は図35に示
される動作となる。
動作は、垂直レーンの外部のグループ電極で粒子の一時的な堆積を可能にし、その後、そ
れを元の垂直レーン自体に戻すことができる限りにおいて、1つの同じ垂直レーン内で粒
子の順序を変えることが望ましい場合に更に有益である。
たもの、この場合にはレーンおよびプログラム可能配列を用いる装置の説明でも既に示さ
れたものと同様の方法で、2つの次元(前述したような次元)ではなくD個の次元でのコ
ンベアの論理編成を採用することができる。一例として、垂直コンベア(cage)の端
部から水平コンベア(conv)への粒子(BEAD)の移動の表示として、再び前述し
た図49を参照してもよい。選択されたレーンに関してのみ、すなわち、各次元の交換の
D個(一例では、=4)の全ての信号が選択されるレーンに関してのみ垂直レーンから水
平レーンへの交換を行なうための動作のシーケンスを一般化できる方法は当業者にとって
明らかである。
例えば一群の粒子の分割などの複雑な動作を行なうことができる完全にプログラム可能な
マトリクス配列へと移動させることができる。これは、例えば、注入されるサンプル中の
ケージ毎のセルの平均密度が1以上である場合に特に有益である。この場合、ケージ内に
単一のセルを有する確率は減少し、その結果、対象のセルが粒子群の一部を形成すること
があり得る。完全にプログラム可能なマトリクス配列の存在は、粒子群の一部を形成する
セルの異なるケージでの分離を可能にする。
相対的な相互作用を示す図36に示されるように、5×5の完全にプログラム可能な電極
からなる正方形の配列である。
個のゲージでの分離後、他の粒子を、ダンプレーンへ移動された後に離間移動させること
ができる。配列とダンプレーンとの間の交換点は、他の交換点のように機能するが、2つ
の要素およびグループ電極を伴わない(図37)。
合に、2つの水平レーンHCONV_UPおよびHCONV_DOWNのためのサポート
として使用することができる。装置の好ましい実施形態では、図38に示されるように、
3つの水平レーン間に、二重交換点を伴って形成される12個の交換点が設けられる。
使用できる。図39は補助レーンの左側端部を示しており、ここでは、長いダンプレーン
内の粒子を個々の交換点を介して移動させることができる。
ダンプレーンVCW_DOWNが位置されている。出口レーンRCONVは、対象のセル
をマイクロチャンバMCHからマイクロチャンバRCHへと運ぶ4位相レーンである。最
高の可能な数のケージを有するように、出口点への経路は、マイクロチャンバRCHを通
じた全ての通路をジグザグにする(図41)ことによって進む。粒子が出口レーン内にあ
ると、これらの粒子を水平フィードバックレーンHCONV_FBによって配列へ戻すこ
とができる。
下側出口半レーンとを実質的に識別する。なお、前記半レーンは動作の観点から完全に独
立しており、その結果、それらのうちの1つだけでも使用することができることに留意さ
れたい。
プラス位相の電極の2つの同心リングにより形成されており、その後に、ダミー電極と交
互に並ぶプラス位相の電極リングが続いている。また、ダミー電極(例えば浮遊電極)の
後には、プラス位相の電極の2つのリングが続いている。ダミー電極は、コンベアの列と
一直線を成している。
ーンの制御のための位相数)の組み合わせを有利に可能にする(配列を構成する個々のケ
ージのそれぞれに関して独立に介入する可能性を有する、配列内の対象の粒子の複雑な操
作を行なう可能性)ことに留意されたい。
本発明に係る粒子の操作方法のそれぞれに対しては、セル/粒子を区別し、認識し、特
徴付け、あるいは、計数するために、均一な配列およびパーキングセル・レーンまたはレ
ーンのみの両方と共に、粒子を検出するための部分を加えることができる。区別または認
識は、既知の技術にしたがって異なる方法で得ることができる。
1.与えられた力Fに対して同じ反応挙動を有するがセンサの読み取りに異なる影響を
及ぼす異なる粒子/セルを区別/認識する。例えば、透明性の異なる指標を有する粒子は
、フォトダイオードの光の強度の読み取りに対して異なる影響を及ぼす。
2.与えられた力Fに対して異なる挙動を有するがセンサに関して同じ挙動を有する粒
子/セルを区別/認識する。例えば、異なる寸法の細胞は異なる移動速度を有することが
でき、そのため、1つのブロック(BLOCK_i,j)から隣接するブロック(BLO
CK_i,j+1)へと通過するために使用される時間を監視することによりそれらの粒
子を認識することができる。
3.与えられた力Fに対して異なる反応挙動を有し且ついかなる場合でもセンサに関し
て異なる挙動を有する粒子/セルを区別/認識する。
ープ)を位置決めする力(F)の作用と前記センサにより各セル(または、セルのグルー
プ)の存在を認識する能力とを組み合わせることにより得られるセルを計数するための方
法と組み合わせることができる。このようにすると、認識に加えて、各タイプの粒子を計
数することもできる。
グセル・レーンまたはレーンのみの両方を用いると、結果として、粒子の検出のための部
分を加えることができる。
能である。能動基板を伴うことなく、すなわち、トランジスタを伴うことなく粒子を検出
する可能性は特に興味深い。
したがって、粒子の存在を個別化し、定量化し、及び/又は、定性化するために、電極
の配列の隣接する要素間に形成される電場上の粒子の存在によって課される摂動を監視す
ることができる。均一配列の場合、測定は、行信号および列信号を運ぶために一般に使用
される経路間のインピーダンスの測定により、1つ(またはそれ以上の)粒子の存在及び
場合によりその(それらの)特性の存在に関して行なうことができる。
ようにして粒子の存在または非存在および粒子のタイプによって著しく影響され且つ周囲
のケージ内の粒子のあり得る存在によって僅かに影響されるのかを理解することができる
。
。図23を参照すると、例えばVrow_iとVcol_jとの間のインピーダンスがど
のようにしておそらくブロックBLOCK_i,jのケージ内に取り込まれた粒子の存在
または非存在および粒子のタイプによって著しく影響され且つ周囲のケージ内の粒子のあ
り得る存在によって僅かにだけ影響されるのかを理解することができる。
および列経路を加えることができる。
ZCAGE_ij)のインピーダンスを検出するための本発明に係る読み取り方式を示し
ている。この場合、検出を不可能にする隣接する行(Zrow)と列(Zcol)との間
の結合の影響は、それらの値が一般にZCAGE_ijに対して支配的である限りにおい
て、受けることがない。この読み取り方式は、部品が微細加工されたチップの外部にある
電子システム、したがって、トランジスタを伴わない基板の使用に適合する電子システム
を用いて得ることができるが、トランジスタが利用可能な場合にチップ上に取り入れるこ
とができる。
る行(Ri)に対して選択的に印加される。他の行マルチプレクサMR1...MRi−
1,MRi+1...MRmは残りの行をグランドに接続する。測定されるべき交差イン
ピーダンスの座標(ZCAGE_ij)に対応するたった1つの列(Cj)がトランスイ
ンピーダンス増幅器の仮想グランド(Vvgnd)に多重化され、その出力(Vout)
は、未知のインピーダンスに反比例する。
Vout=−Vin×Zr/ZCAGE_ij
E_ijを得るために使用できる。出力Voutは、一般に、アナログまたはデジタルタ
イプの信号を処理するためのブロック(PROC)により、入力Vinと共に処理するこ
とができ、それにより、インピーダンスの測定値したがって測定点の粒子の存在またはタ
イプの測定値を表わす1つ以上の更なる−アナログまたはデジタル−出力(OUT)が生
成される。
の場合では、Vinと共に増幅器の出力(Vout)を処理することにより、既知の技術
を用いてZCAGE_ijの正確な測定値を容易に得ることができる。例えば、信号を処
理するためのブロック(PROC)では、ロックイン増幅フィルタリングなどのフィルタ
リング技術を使用することができる。
圧(Vin)を印加できる可能性を挙げる。処理ブロック(PROC)でアナログまたは
デジタルフィルタを使用して出力電圧(Vout)のスペクトル成分を分離することによ
る効果の重ね合わせに起因して、入力(Vin)を形成する全ての周波数で、行および列
マルチプレクサ(MRi)(MCj)によりアドレス指定されるケージのインピーダンス
(ZCAGE_ij)を同時に検出することができる。
り、各列毎に増幅器および処理ブロックを複製できる。この場合、列マルチプレクサ(M
Cj)を何ら使用する必要はない。
本発明によれば、アクチュエータとしてのチップの使用とは無関係に検出装置を設ける
こともできる。この場合、一般に、検出点の空間分解能を増大させることができ(限界点
で、トップメタライゼーションのピッチに等しい分解能を得る)、それにより、個々のセ
ルの分解を可能にするサンプルのインピーダンス計画像を得ることができる。
タを評価するために細胞集合によって形成される組織の形態学の研究である。この場合、
インピーダンスの測定は、力の使用を伴わず、電極配列が位置される基板と組織を接触し
て位置させることにより2次元空間内に規則的に配置される隣接電極間で影響され得る。
場合、各ブロックは、行信号に接続される少なくとも1つの電極と、列信号に接続される
少なくとも1つの電極とによって構成され、それにより、行と列との間のインピーダンス
を測定することによって前記電極間のインピーダンスを評価することができる。それぞれ
の行および列の交差部に近接して位置される想定し得る粒子は、このようにして行と列と
の間のインピーダンスを測定することにより検出できる。
れる一方で第1の基板から距離を隔てて対向して配置されるカバー(LID)上に列が形
成される場合あるいはその逆の場合に特に有用な前記装置の可能な実施を提供する。この
ようにすると、実際に、行信号を得るために基板(SUB)上に水平に配置され且つ列信
号を得るためにカバー(LID)上に配置された装置の全長に等しい平行な矩形電極を設
けることができる。このように、測定は、それぞれの行と列との間のインピーダンスを評
価して、2つの信号間の交差部で行電極と列電極との間に配置される粒子の存在を決定す
ることにより行なわれる。結果としての装置は、たった1つのレベルのメタライゼーショ
ンを基板(SUB)上に伴い且つ1つのレベルのメタライゼーションをカバー(LID)
上に伴って得ることができる。
粒子の検出の更なる可能性は、デバイスの下側での光センサの使用と、透明電極(例え
ば、インジウムスズ酸化物−ITO)の使用との組み合わせによって構成される。この場
合、デバイスが上側から照明されると、デバイスの下側の外部検出アレーに入射する光出
力の変化によって粒子が検出される。図44に示されるように、下側に位置する検出シシ
テムは、例えばフォトダイオードやCCDなどの光センサ(ピクセル)の配列によって構
成することができる。この場合、センサの配列の隣接素子間の距離は、2つの隣接ブロッ
ク(BLOCK_i,j)間の距離の1/N倍である(N=1整数)。この技術の主な特
徴は、検出されるべき粒子をセンサの素子(ピクセル)と位置合わせでき、測定の感度を
高めることができ、粒子とセンサ素子との間の二方向唯一性のやりとりを得ることができ
る可能性にある。この技術は、実際に、センサ配列のただ1つの素子のセンサ領域にだけ
排他的に各粒子を位置させることができることを保証する。
とができる。この場合、上側から反射され或いは下側から伝わる光は、一連のレンズによ
ってセンサへと運ばれて合焦されるが、センサの素子(ピクセル)は配列のブロックと光
学的に位置合わせされる。
粒子を検出できる更なる可能性は、デバイスの下側での光センサ(OPTISENS)
の使用と不透明電極の使用との組み合わせによって構成される。この場合、電極の金属で
コーティングされていない領域では基板の近傍に電位ホール(CAGE)を得ることがで
きる。図44には、特定の場合として、本発明の対象を形成する装置の簡単な実施形態が
示されている。この場合、電極(EL)の配列は、正方形グリッド(無論、長方形、円形
、六角形または三角形などの他の幾何学的形状も可能である)の形態を成すたった1つの
電極によって構成される。この場合、安定平衡点(CAGE_i,j)が与えられる電極
の金属でコーティングされない領域によって構成される(図44a)ブロック(BLOC
K_i,j)が得られる。このように、基板が透明な場合には、装置の下側(図44b)
に、各安定平衡点で取り込まれた粒子の存在を検出するための感光素子(ピクセル)の配
列により構成されるセンサ(OPTISENS)を適用することができる。これに関連し
て、センサの配列の素子(ピクセル)が安定平衡点(CAGE_i,j)の配列と光学的
に位置合わせされることが好ましく、その場合、センサの配列の隣接素子間の距離は、2
つの隣接ブロック(BLOCK_i,j)間の距離の1/N倍である(N=1整数)。こ
の装置は、液体サンプル中に含有される粒子を計数するのに特に有益である。この場合に
おいて、実施形態は、粒子(BEAD)とセンサの配列の素子(ピクセル)との位置合わ
せに限定されない。
p)が供給される金属グリッドと、その底面が導電性で且つ透明なカバー蓋(反対の位相
の信号Vphinが供給される)と、顕微鏡のレンズを用いてデバイスの底部により集め
られる光を検出する外部センサと、上側からデバイスを照射する光源とによって構成され
た電極を有する透明ガラス基板から得られる試作品によって行なわれる実験の結果が与え
られている。この場合、安定平衡点(CAGE_i,j)の配列の各素子に対しては、セ
ンサの多数のピクセルが光学的に関連付けられる。外部センサが使用される場合には、前
述したように、基板(SUB)が透明であることが不可欠である。これは、上側から集め
られた像を使用し、それにより、反射光を用いてデバイスを照射できるからである。
理値LDIG=0(黒)がセル(BLOCK_i,j)内の任意の粒子の非存在に対応し
且つ論理値LDIG=1(白)がセル(BLOCK_i,j)内の粒子の存在に対応する
ように適切に固定された閾値(LLINE)とセンサからくる信号とを比較するハードウ
ェア/ソフトウェアコンパレータを用いてデジタル信号へと変換される。図45aにはデ
バイスの拡大画像が示されている。この場合、ブロック(BLOCK_i,j)および安
定平衡点(CAGE_i,j)で取り込まれたミクロスフェア(BEAD)ははっきりと
見ることができる。一方、図45bには、デバイスの同じ部分に対応する処理された信号
が示されている。図示の例において、処理は、グレーのレベルを反転した後、ぼかし及び
閾付けを行なうことからなる。結果として得られる画像から、自動計数が容易に得られて
もよい。図46に示されるように下側から光を集める或いは基板自体の中に組み込まれる
接触センサを使用して同様の結果を得ることができる。接触センサの使用の利点は、顕微
鏡のレンズを使用する必要がないという事実にある。結果として、寸法の小さい装置、し
たがって、携帯できる装置が得られる。
センサおよびインピーダンス計センサの配列を引力ケージに対して結合するために用いる
ことができるトランジスタを有する能動基板を使用できれば一般的には更に簡単である。
るためにカバー(LID)の上部に設けることができるマイクロレンズ(MICROLE
NSE)を使用できる。図47には、この考えの一例が示されている。この図には、マイ
クロレンズの使用がどのようにして測定感度を高めることができ(最終的に感度の高い領
域の外側に位置する光を集める)且つ粒子の存在または非存在に関連する異なるレベルの
信号間のコントラストを高めることができる(粒子が位置されるケージの力の中心へと全
ての光線を伝える)のかが概略的に示されている。また、当業者であれば分かるように、
レンズ、放物線ディッシュ、プリズム、ミラー、フィルタまたは偏向器の作用は、装置を
照射するために組み合わせることができる。
)が安定平衡点(CAGE_i,j)の配列の行(または列)と光学的に位置合わせされ
る1次元配列(SENSHEAD)を使用することができる(図48)。この場合、セン
サ配列の隣接素子間の距離は、同じ行(または列)上の2つの隣接ブロック(BLOCK
_i,j)間の距離の1/N倍である(N=1整数)。配列全体における粒子の存在/非
存在に関する情報を取得するため、取得は、配列の各行(または列)毎に時間系列で行な
われ、各取得後、列(または行)と平行な方向(HEADIR)でブロックの配列に対し
てセンサ(ピクセル)の配列を1ピッチ(PITCH)分移動する。あるいは、その逆も
また同様である。
施形態が示されている。この場合、それは移動するデバイスであり、センサ(SENSH
EAD)、集光器(CONDENSOR)、精密光学素子(OPTIC)、可能なフィル
タ(FILTER)、光源(LSOURCE)は固定されたままである。
きる。この場合、各取得後に、行の素子間のピッチに等しい距離分だけ、行と平行な方向
でセンサ(SENSHEAD)の移動が行なわれる。次に、各行の最後に、列の素子間の
ピッチに等しい距離分だけ、センサの移動が列と平行な方向で行なわれる。その後、更な
る行が走査され、全ての配列の完了まで同じ様式で進行する。
使用が粒子またはセルの操作と組み合わせられる場合に特に有益な本発明の対象を形成す
る方法及び/又は装置の全てに適用できる。
Claims (41)
- 行および列の状態で配置される電極のグループでありブロック(BLOCK_i,j)の第1の配列を形成している、少なくとも2つの2次元の電極配列を操作するための方法であって、前記第1の配列の各ブロックが、ブロックの同じ列の第1のグループの全てに共通の列信号(Vcol_j[q])に接続された第1の電極グループと、ブロックの同じ行の第1のグループの全てに共通の行信号(Vrow_i[p])に接続された、前記第1の電極グループとは異なる第2の電極グループとを備えており、
i.前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの第1の安定平衡点(CAGE_i,j)と少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)とを与える力の場の第1の形態(F_i)を生成するステップであって、前記安定平衡点は、第1のブロック(BLOCK_i,j)を形成している前記配列の電極グループ上および前記第1のブロックの直ぐ隣にあり第2のブロック(BLOCK_i,j+1)を形成している前記配列の電極グループ上にそれぞれ位置されるとともに、少なくとも1つの粒子(BEAD)が前記第1の安定平衡点(CAGE_i,j)に取り込まれるようになっているステップと、
ii.粒子(BEAD)が前記少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)の引力領域内に押し込まれるように力の場の少なくとも1つの第2の形態(F_ii)を生成するステップと、
iii.前記粒子(BEAD)が第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)へ向けて引き付けられるように力の場の前記第1の形態(F_i)を再び生成するステップと
を備えており、
力の場の前記第1の形態(F_i)および前記第2の形態(F_ii)は、配列の第1のブロック(BLOCK_i,j)の行信号(Vrow_i[p])および列信号(Vcol_j[g])の電極に対してそれぞれ印加される第1の電圧(Vrow_i[p]およびVcol_j[q])と、配列の第2のブロック(BLOCK_i,j+1)の行信号(Vrow_i[p])および列信号(Vcol_j[g])の電極に対してそれぞれ印加される第2の電圧(Vrow_i[p]およびVcol_j+1[q])との少なくとも2つの異なる位相の形態によって生成されており、
前記方法は、少なくとも前記電極配列によって、第3の電極グループでありブロックの第2の配列を形成することを含み、前記第3の電極のグループでありブロックの第2配列は、前記電極のグループでありブロック(BLOCK_i,j)の前記第1の配列の少なくとも1つの前記行または前記列の電極に平行に配置された前記第3の電極グループによって規定された、少なくとも1つのレーン(C_STORE;VRCHI)を形成するように配置されており、
前記方法は、
iv.前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つ以上の安定平衡点(CAGE_i,j)を形成するようになっている力の場の第1の形態を生成するステップであって、前記安定平衡点は、前記少なくとも1つのレーン(C_STORE;VRCHJ)上に位置されるとともに、前記少なくとも1つ以上の安定平衡点に少なくとも1つの粒子(BEAD)が取り込まれるようになっている、力の場の第1の形態を生成するステップと、
v.それぞれが少なくとも1つの電極によってまたは前記第3の電極グループでありブロックの前記第2の配列のうちのある第3の電極グループによって規定される1つ以上の位置だけ、前記少なくとも1つのレーン(C_STORE、VRCHJ)に沿って、そこに取り込まれた少なくとも1つの粒子を有する前記安定平衡点を移動させるステップであって、少なくとも1つの前記レーンに予め生成された前記安定平衡点の全てと同時に一緒に少なくとも1つの前記安定平衡点を移動するものである、移動させるステップと
をさらに備えており、
少なくとも1つの前記レーン上に存在する前記安定平衡点は、前記少なくとも1つのレーン(C_STORE;VRCHJ)を形成する前記第3の電極グループの電極に対して少なくとも3つの異なる位相の電圧(V1_j、V2_j、V3_j)を印加することによって生成されて移動されることを特徴とする方法。 - 各ブロック(BLOCK_i,j)を形成している前記第1の配列の電極の各グループは、行信号(Vrow_i[p])によって電圧(Vphip,Vphin)に接続される電極の少なくとも1つの第1の組と、列信号(Vcol_j[q])によって電圧(Vphip,Vphin)に接続される電極の少なくとも1つの第2の組と、前記ブロックを形成している前記第1の配列の電極のすべてのグループに共通の信号(Vcore)によって電圧(Vphip,Vphin)に接続される少なくとも1つの電極とによって接続され、それにより、前記第1の配列の電極の隣接するブロックの各対(BLOCK_i,j,およびBLOCK_i,j+1)が力の場の前記少なくとも1つの第2の形態(F_ii)をとることができ、一方、前記第1の配列の電極の他の全てのブロックは、前記第1の配列の電極の隣接するブロックの前記対(BLOCK_i,j,およびBLOCK_i,j+1)に接続された前記行信号(Vrow_i[p])および列信号(Vcol_j[q])を介して印加される電圧を変えることにより、前記第1の形態(F_i)を維持することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の配列の電極の各ブロック(BLOCK_i,j)は、デジタル行信号(row_i)および列信号(col_j)の第1の組によって制御される電子回路(MUX_i,jおよびAND_i,j)を用いて電圧(Vphip,Vphin)に接続される電極の少なくとも1つの第1の組と、前記第1の配列の電極の全てのブロック(BLOCK_i,j)に共通の信号(Vcore)の第2の組によって電圧(Vphip,Vphin)に接続される少なくとも1つの電極とによって接続され、それにより、前記第1の電極の隣接するブロックの各対(BLOCK_i,j,およびBLOCK_i,j+1)が力の場の前記第2の形態(F_ii)をとることができ、一方、前記第1の配列の電極の他の全てのブロックは、前記第1の電極の前記ブロック(BLOCK_i,j,およびBLOCK_i,j+1)の電子回路(MUX_i,jおよびAND_i,j)に接続される行信号(row_i)および列信号(col_j)の前記第1の組を介して前記第1の電極の隣接するブロックの前記対(BLOCK_i,j,およびBLOCK_i,j+1)に印加される電圧を変えることにより、前記第1の形態(F_i)を維持することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記レーンのそれぞれが前記第3の電極グループによって形成されたブロックの前記第2の配列とは異なるブロックによって形成される複数の前記レーンによる前記粒子(BEAD)の操作、並びに、互いに並んで及び/又は前記レーンと並んで配置されるパーキングセル(BLOCK_i,j)を形成するように配置された電極のブロックであり前記2次元の第2の配列の第4の電極グループによる前記粒子(BEAD)の操作を想定し、
vi.前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)を形成するようになっている力の場の第2の形態を生成するステップであって、前記安定平衡点は、パーキングセル(BLOCK_i,j)上に位置されるとともに、前記少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)に少なくとも1つの粒子(BEAD)が取り込まれるようになっているステップと、
vii.パーキングセル(BLOCK_i,j)内に取り込まれる粒子(BEAD)をパーキングセルに隣接する安定平衡点の引力領域内に押し込むことができ且つ前記レーン(VRCHJ)の前記第3の電極グループによって形成できるように力の場の第3の形態を生成するステップと、
viii.前記レーン(VRCHJ)内に存在する安定平衡点の全てを1つ以上の位置だけ前記レーンに沿って移動させるステップと
をさらに備えており、
前記レーンの安定平衡点は、前記レーン(VRCHJ)を形成する電極に印加される少なくとも3つの異なる位相の電圧(V1_j,V2_j,V3_j)によって生成されて移動され、粒子(BEAD)を1つのパーキングセル(BLOCK_i,j)の安定平衡点からレーン(VRCHJ)の安定平衡点のうちの1つへと或いはその逆へと押し込むための異なる場形態は、前記第4の電極グループ(BLOCK_i,j)に対して印加される行電圧(Vrow_i)および列電圧(Vcol_jおよびVcage_j)によって、および、前記レーン(VRCHJ)を形成する前記第3の電極グループの電極に対して印加される電圧(V1_j,V2_j,V3_j)によって生成されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記粒子(BEAD)を、1つのレーンから、前記粒子が以前にそのレーンで移動されたパーキングセルとは異なるパーキングセル(BLOCK_i+1,j)に属する安定平衡点の引力の領域(CAGE_i+1)へと押し込むことができるように、力の場の第4の形態を生成するステップを更に備える、請求項4に記載の方法。
- 安定平衡点の前記移動、および、粒子(BEAD)をパーキングセル(BLOCK_i,j)の安定平衡点からレーン(VRCHJ)の安定平衡点のうちの1つへと或いはその逆へと押し込むために必要な前記場形態は、任意の数の粒子に同時に作用して、各粒子を異なる経路に沿って移動させることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 電極のグループでありブロックの前記第2の配列の前記第3の電極グループによる前記粒子(BEAD)の操作のために、前記第3第の電極グループが少なくとも2つのレーン(C_STOREおよびC_TEMP)を与えるように予め配置され、
iv’.前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)を生成するステップであって、前記安定平衡点は、少なくとも1つの第1のレーン(C_STORE)上に位置されるとともに、前記少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)に少なくとも1つの粒子(BEAD)が取り込まれるようになっているステップと、
v’.1つ以上のレーン(C_STORE)に沿って安定平衡点の全てを1つ以上の位置だけ移動させ、それにより、前記少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)を少なくとも1つの第2のレーン(C_TEMP)によって共有できるようにするステップと、
v’i.1つ以上のレーン(C_STORE)に沿って安定平衡点の全てを1つ以上の位置だけ移動させ、それにより、前記少なくとも1つの第2のレーン(C_TEMP)に属する少なくとも1つの安定平衡点(CAGE_i,j)に前記粒子(BEAD)が取り込まれるようにするステップと
を備えており、
前記レーンの前記安定平衡点は、電極のブロックの前記第2の配列の前記第3の電極グループの電極に対して少なくとも3つの異なる位相の電圧(V1_j,V2_j,V3_j)を前記各レーン毎に印加することによって生成されて移動されることを特徴とする、請求項5に記載の方法。 - 安定平衡点に前記粒子を取り込むステップと、1つ以上の粒子(BEAD)を選択するような様式で組み合わされる前記安定平衡点を移動するステップとの複数のステップを順に備えることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 安定平衡点に前記粒子を取り込むステップと、2つ以上の粒子(BEAD)の配置を並び替えるような様式で組み合わされる前記安定平衡点を移動するステップとの複数のステップを順に備えることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 安定平衡点に前記粒子を取り込むステップと、1つの同じ電極グループ(BLOCK_i,j)に存在する1つ以上の粒子(BEAD)を移動させるような様式で組み合わされる前記安定平衡点を移動するステップとの複数のステップを順に備えることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 安定平衡点に前記粒子を取り込むステップと、1つの同じ電極グループ(BLOCK_i,j)上に位置される2つ以上の粒子(BEAD)を分離して少なくとも2つの異なる位置へと離間移動するような様式で組み合わされる前記安定平衡点を移動するステップとの複数のステップを順に備えることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 力(F)の前記場は、
i.プラス誘電泳動(PDEP)と、
ii.マイナス誘電泳動(NDEP)と、
iii.電気泳動(EF)と、
iv.電気流体力学的流れ(EHD)と、
v.誘電体上のエレクトロウェッティング(EWOD)と
のうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。 - 水性懸濁液中または組織中にある凝集した細胞もしくは粒子(BEAD)の検出、化学分析もしくは定量化を実行することを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法であって、少なくとも1つの行信号および少なくとも1つの列信号に接続した少なくとも1つの第1の電極と、前記第1の電極に隣接する少なくとも1つの第2の電極との間でのインピーダンスの測定を含み、前記第2の電極は少なくとも1つの第1の行信号に接続され、前記第1の行信号と前記第1の列信号との間の前記インピーダンスを評価することによって前記少なくとも2つの隣接する第1の電極及び第2の電極間での前記測定を行うことを特徴とするものである、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 粒子(BEAD)を操作するための装置であって、
i.行および列の状態で配置される電極グループのブロック(BLOCK_i,j)の第1の配列を形成する2次元の電極配列であって、各ブロックが、ブロックの同じ列の第1のグループの全てに共通の列信号(Vcol_j[q])に接続された第1の電極グループと、ブロックの同じ行の第2のグループの全てに共通の行信号(Vrow_i[p])に接続された、前記第1の電極グループとは異なる第2の電極グループと、前記第1の配列の電極の全てのブロック(BLOCK_i,j)に共通の信号に接続された、前記第1の電極グループと前記第2の電極グループとのいずれとも異なる第3の電極グループとを備える、電極配列と、
ii.異なる位相を有する少なくとも2つの異なる電圧(Vphin,Vphip)を生成するための手段と、
iii.前記電圧(Vphin,Vphip)を前記行信号(Vrow_i[p])と前記列信号(Vcol_j[q])と前記共通信号とに分配するための手段と
を備えており、
前記電圧(Vphin,Vphip)を分配するための前記手段は、電極グループの第1のブロック(BLOCK_i,j)と前記第1のブロックに隣接する電極グループの第2のブロック(BLOCK_i,j+1)とにより形成される各対毎に、行信号(Vrow_i[p])および列信号(Vcol_j[q]およびVcol_j+1[q])に対して前記2つの電圧(Vphin,Vphip)をそれぞれ選択的に印加することによって得られた力の場の少なくとも1つの第1の形態(F_i)および少なくとも1つの第2の形態(F_ii)が生成されるようになっており、力の場の前記第1の形態(F_i)は、前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの第1の安定平衡点(CAGE_i,j)および少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)を形成するようになっており、前記安定平衡点が前記第1の配列の電極グループの前記第1のブロック(BLOCK_i,j)および第2のブロック(BLOCK_i,j+1)上にそれぞれ位置され、力の場の前記第2の形態(F_ii)は、前記第1の安定平衡点(CAGE_i,j)内に取り込まれた前記粒子(BEAD)を前記少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)の引力領域内へ押し込むようになっていることを特徴とする装置。 - 水性懸濁液中の或いは組織状態で集められたセルまたは粒子(BEAD)を検出する方法、特徴付ける方法、定量化する方法および/または認識する方法を実行するための、請求項14に記載した装置の使用であって、少なくとも1つの第1の行信号に接続された少なくとも1つの第1の電極と前記第1の電極に隣接する少なくとも1つの第2の電極との間のインピーダンスの測定を含み、少なくとも2つの隣接する電極間の前記測定は、前記第1の行信号と前記第1の列信号との間のインピーダンスを評価することによって行なわれるものである、請求項14に記載した装置の使用。
- 前記各ブロック(BLOCK_i,j)の前記第1の電極グループは、同じ列の全てのグループに共通の列信号(Vcol_j)に接続された少なくとも1つの第1の電極(ring_i,j_1)を備え、各ブロックの前記第2の電極グループは、同じ行の全てのグループに共通の行信号(Vrow_j)に接続された少なくとも1つの第2の電極(ring_i,j_2)を備え、各ブロックの前記第3の電極グループは、共通信号(Vcore)に接続された少なくとも1つの第3の電極(EL_i,j)を備え、前記第3の電極(EL_i,j)が前記第1の電極(ring_i,j_1)によって取り囲まれるとともに、前記第3の電極(EL_i,j)および前記第1の電極(ring_i,j_1)が前記第2の電極(ring_i,j_2)によって取り囲まれることを特徴とする、請求項14に記載の装置。
- 前記各ブロック(BLOCK_i,j)の前記第1の電極グループは、同じ列の全てのグループに共通の列信号(Venable_j)に接続された少なくとも1つの第1の電極(elle_j)を備え、各ブロックの前記第2の電極グループは、同じ行の全てのグループに共通の行信号(Vrow_i[x])に接続された少なくとも1つの第2の電極(wallx_i)を備え、各ブロックの前記第3の電極グループは、共通信号(Vcore)に接続された少なくとも1つの第3の電極(EL_i,j)を備え、各ブロックの前記第2の電極グループは、同じ行の全てのグループに共通の行信号(Vrow_j[y])に接続された少なくとも1つの第4の電極(wally_i)を更に備え、前記第3の電極(EL_i,j)が前記第1の電極(elle_j)により隣接する2つの方向で側面位置され、前記第1の電極(elle_j)が前記第2の電極(wallx_i)および前記第4の電極(wally_i)により側面位置されることを特徴とする、請求項14に記載の装置。
- 前記各ブロック(BLOCK_i,j)の前記第1の電極グループは、偶数の列指標を有する電極と奇数の列指標を有する電極とに区別され、前記各ブロック(BLOCK_i,j)の前記第2の電極グループは、偶数の行指標を有する電極と奇数の行指標を有する電極とに区別され、各ブロックの前記第3の電極グループは、共通信号(Vcore)に接続された少なくとも1つの第3の電極(EL_i,j)を備え、前記第1の電極グループは、偶数の列指標を有する同じ列のブロックに共通の列信号(Vcol_i[D1])または奇数の列指標を有する同じ列のブロックに共通の列信号(Vcol_i[D2])に接続された少なくとも1つの第1の電極と、偶数の列指標を有する同じ列のブロックに共通の列信号(Vcol_i[U1])または奇数の列指標を有する同じ列のブロックに共通の列信号(Vcol_i[U2])に接続された少なくとも1つの第2の電極を備え、前記第2の電極グループは、偶数の行指標を有する同じ行のブロックに共通の行信号(Vrow_i[R1])または奇数の行指標を有する同じ行のブロックに共通の行信号(Vrow_i[R2])に接続された少なくとも1つの第4の電極と、偶数の行指標を有する同じ行のブロックに共通の行信号(Vrow_i[L1])または奇数の行指標を有する同じ行のブロックに共通の行信号(Vrow_i[L2])に接続された少なくとも1つの第5の電極とを備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 粒子(BEAD)を操作するための、請求項14に記載の装置であって、
i.行および列の状態で配置される電極グループのブロック(BLOCK_i,j)の第1の配列を形成する電極配列であって、各ブロックが、全てのブロックに共通の信号に接続された少なくとも1つの第1の電極(EL_i,j)の第1のグループと、1つの回路(MUX_i,j)の出力信号に接続され、少なくとも1つの第2の回路(AND_i,j)によって駆動される少なくとも1つの第2の電極(ring_i,j)の第2のグループとを備える、電極配列と、
ii.異なる位相を有する少なくとも2つの異なる電圧(Vphin,Vphip)を生成するための手段と、
iii.前記回路(AND_i,j)を駆動するために同じ行の全てのブロック(BLOCK_i,j)に共通の行信号(row_i)と同じ列の全てのブロック(BLOCK_i,j)に共通の列信号(col_j)とを生成する手段であって、これらの信号によって、各ブロック(BLOCK_i,j)の前記少なくとも1つの第2の電極(ring_i,j)に接続するための電圧(Vphin,Vphip)が選択される手段と
を備えており、
第1のブロック(BLOCK_i,j)と第1のブロックに隣接する第2のブロック(BLOCK_i,j+1)とにより形成される各対毎に、信号を生成するための前記手段は、行信号(Vrow_i)および列信号(Vcol_jおよびVcol_j+1)に対して2つの異なる位相を印加することによって力の場の少なくとも1つの第1の形態(F_i)および1つの第2の形態(F_ii)の形成を決定するようになっており、それにより、力の場の前記第1の形態(F_i)は、前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの第1の安定平衡点(CAGE_i,j)および少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)を与え、前記安定平衡点は、配列の前記第1のブロック(BLOCK_i,j)および前記第2のブロック(BLOCK_i,j+1)上にそれぞれ位置されるとともに、力の場の前記第2の形態(F_ii)が前記第1の安定平衡点(CAGE_i,j)内に取り込まれる前記粒子(BEAD)を前記少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j+1)の引力領域内へ押し込むようになっている、請求項14に記載の装置。 - 前記各ブロック(BLOCK_i,j)の前記第1の電極グループは、前記異なる電圧のうちの1つ(Vphin)によって構成される全てのブロックに共通の信号に接続された少なくとも1つの第1の電極(EL_i,j)を備え、前記第2の電極グループは、偏差器を構成する回路(MUX_i,j)の出力信号に接続された少なくとも1つの第2の電極(ring_i,j)を備え、それにより、偏差器への入力における2つの異なる信号(Vphin,Vphip)のうちの1つだけを、行信号(row_i)の値と列信号(col_j)の値との間で論理機能を果たす更なる回路(AND_i,j)の出力信号の値にしたがって偏差器からの出力で接続でき、前記第1の電極(EL_i,j)が前記第2の電極(ring_i,j)によって取り囲まれることを特徴とする、請求項19に記載の装置。
- 粒子(BEAD)を操作するための、請求項14に記載の装置であって、
i.第4の電極グループを備える第2の配列である2次元の電極配列であって、前記各第4の電極グループが、第1のワイヤ手段によって第1の信号(V1_j;S1)に接続される少なくとも1つの第1の電極と、第2のワイヤ手段によって第2の信号(V2_j;S2)に接続される少なくとも1つの第2の電極と、第3のワイヤ手段によって第3の信号(V3_j;S3)に接続される少なくとも1つの第3の電極とによって構成され、それにより、前記第4の電極グループの組が選択された方向で前記粒子(BEAD)を移動させるようになっている少なくとも1つの第1のレーン(VRCHJ;C_STORE)を形成し、前記少なくとも1つの第1のレーンは、前記電極のグループでありブロック(BLOCK_i,j)の前記第1の配列の少なくとも1つの前記行または前記列の電極に平行に配置された前記第4の電極グループによって規定される、電極配列と、
ii.異なる位相を有する少なくとも2つの異なる電圧(Vphin,Vphip)を生成するための手段と、
iii.前記第1のワイヤ手段と前記第2のワイヤ手段と前記第3のワイヤ手段とに従って、前記電圧(Vphin,Vphip)を、前記少なくとも1つの第1の信号(V1_j;S1)と、第2の信号(V2_j;S2)と、第3の信号(V3_j;S3)とに分配するための手段と
を備えており、
前記少なくとも1つの第1のレーン(VRCHJ;C_STORE)は、前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つ以上の第1の安定平衡点(CAGE_i,j)を形成するようになっている力の場の少なくとも1つの第1の形態(F_i)を生成するものであり、前記安定平衡点は、前記少なくとも1つの第1のレーン(VRCHJ;C_STORE)上に位置されるとともに、少なくとも1つの粒子(BEAD)が前記少なくとも1つの前記第1の安定平衡点(CAGE_i,j)に取り込まれ且つ前記粒子を前記第1のレーン(VRCHJ;C_STORE)に沿って移動させると同時に、前記第4の電極グループの電極に対して前記信号上の少なくとも3つの異なる位相の電圧(V1_j,V2_j,V3_j;S1,S2,S3)を印加することによって第1のレーン上に予め生成されて存在する前記第1の安定平衡点の全てを移動するようになっている、請求項14に記載の装置。 - 前記第2の電極配列は、前記粒子(BEAD)の操作のために行および列の状態で配置される第5の電極グループのブロック(BLOCK_i,j)の配列を更に備え、前記第2の配列の前記第5の電極グループの各ブロック(BLOCK_i,j)は、
i.前記第2の配列の前記第5の電極グループの同じ列の全てのブロック(BLOCK_i,j)に共通の列信号(Vcage_j,Vcol_j)に接続された第1の電極の集合と、
ii.前記第2の配列の前記第5の電極グループの同じ行の全てのグループに共通の行信号(Vrow_i)に接続された第2の電極の集合と、
iii.前記第2の配列の前記第5の電極グループの全てのブロック(BLOCK_i,j)に共通の信号(Vp_j)に接続された第3の電極の集合と、
を備え、
前記第2の配列の前記第5の電極グループの各ブロック(BLOCK_i,j)は、互いに並んで配置され及び/又は前記少なくとも1つの第1のレーンと並んで配置される前記粒子のためのパーキングセル(CAGE_i,j)を構成するものであり、
前記装置は、前記電圧(Vphin,Vphip)を前記行信号(Vrow_i)と前記列信号(Vcage_j,Vcol_j)と前記共通信号(Vp_j)とに分配するための手段を更に備え、それにより、前記第2の配列の前記第5の電極グループの各ブロック(BLOCK_i,j)は、行信号(Vrow_i)および列信号(Vcage_j,Vcol_j)に対して2つの異なる位相の電圧(Vphin,Vphip)を印加することによって力の場の少なくとも1つの第1の形態(F_i)および1つの第2の形態(F_ii)を生成することができ、これにより、力の場の前記第1の形態(F_i)は、前記第2の配列の前記第5の電極グループの前記ブロック(BLOCK_i,j)に位置された前記粒子(BEAD)のための少なくとも1つの第2の安定平衡点(CAGE_i,j)を与えるとともに、力の場の前記第2の形態(F_ii)は、前記粒子(BEAD)を、前記少なくとも1つの第1のレーン(VRCH_j)の電極によって形成され且つ前記少なくとも1つのレーン(VRCH_j)に沿って移動可能な前記少なくとも1つの第1の安定平衡点の引力領域内へ押し込むことを特徴とする、請求項21に記載の装置。 - 前記電圧(Vphin,Vphip)を前記行信号(Vrow_i)及び/又は前記列信号(Vcage_j,Vcol_j)及び/又は前記共通信号(Vp_j)に分配するための前記手段は、信号調整回路及び/又はメモリ素子によって構成されることを特徴とする、請求項22に記載の装置。
- 前記電圧(Vphin,Vphip)を前記少なくとも1つの第1の信号(V1_j)、1つの第2の信号(V2_j)、および1つの第3の信号(V3_j)に分配するための前記手段は、信号調整回路及び/又はメモリ素子によって構成されることを特徴とする、請求項21〜23のいずれか一項に記載の装置。
- 電極のブロックの前記第2の配列は、
i.第4の信号(T1)に接続される少なくとも1つの第1の電極と、第5の信号(T2)に接続される少なくとも1つの第2の電極と、第6の信号(T3)に接続される少なくとも1つの第3の電極とによってそれぞれが構成される第4の電極グループであって、前記第2の電極グループの組が前記粒子(BEAD)を選択された方向に移動させるようになっている少なくとも1つの第2のレーン(C_TMP)を形成するようになっている、第4の電極グループと、
ii.前記第1および前記第2の少なくとも1つのレーンにそれぞれ属する隣接する電極によって形成される少なくとも1つの交換点と、
iii.前記電圧(Vphin,Vphip)を前記少なくとも1つの第4の信号(T1)、第5の信号(T2)、および第6の信号(T3)に分配するための手段と
を更に備え、
これにより、少なくとも1つの第1および第2のレーン(C_STOREおよびC_TEMP)はそれぞれ、力の場の少なくとも1つの第1の形態(F_i)と1つの第2の形態(F_ii)とを選択的に生成するようになっており、それにより、力の場の前記第1の形態(F_i)は、前記第1および第2のレーン(C_STOREまたはC_TEMP)のそれぞれに少なくとも1つの第1の安定平衡点および1つの第2の安定平衡点を与え、前記安定平衡点は、少なくとも1つの粒子(BEAD)が前記少なくとも1つの第1または第2の安定平衡点に取り込まれるようになっているとともに、前記レーン(C_STOREまたはC_TEMP)に沿って移動させることができる同時に、前記第4および第6の電極グループの電極に対して前記信号上の少なくとも3つの異なる位相の電圧(S1及び/又はS2及び/又はS3及び/又はT1及び/又はT2及び/又はT3)を印加することによって第1または第2のレーン上に存在する前記第1または第2の安定平衡点の全てを移動するようになっており、力の場の前記第2の形態(F_ii)は、前記交換点に形成されるとともに、第2のレーン(C_TEMP)の電極によって得られる前記少なくとも1つの第2の安定平衡点の引力領域内へ前記粒子(BEAD)を押し出すようになっていることを特徴とする、請求項21に記載の装置。 - 少なくとも3つの電圧(V1、V2およびV3)によって駆動される1つ以上の第1のレーン(VC_1)と、少なくとも3つの信号(H1、H2およびH3)によって駆動される少なくとも1つの第2のレーン(HCONV)とを備えるとともに、前記第1のレーン(VC_1)と前記第2のレーン(HCONV)との間に少なくとも1つの第1の交換点を有する少なくとも1つの第1のマイクロチャンバ(MCH)と、少なくとも1つの第2のマイクロチャンバ(RCH)とを備え、第2のマイクロチャンバは、少なくとも3つの信号(R1,R2およびR3)によって駆動され、電極のブロックの前記第2の配列の電極によって形成される少なくとも1つの第3のレーン(RCONV)と、前記第2のレーン(HCONV)と前記第3のレーン(RCONV)との間の少なくとも1つの第2の交換点とを備え、それにより、粒子を、前記第1のレーン(VC_1)および前記第2のレーン(HCONV)と前記少なくとも1つの第1の交換点および少なくとも1つの第2の交換点とを介して、前記第1のマイクロチャンバ(MCH)から前記第2のマイクロチャンバ(RCH)へと移動させることができることを特徴とする、請求項25に記載の装置。
- 少なくとも3つの信号(V1、V2およびV3)によって駆動される少なくとも1つの第1のレーン(VC_1)と、少なくとも3つの信号(H1、H2およびH3)によって駆動される少なくとも1つの第2のレーン(HCONV)とを備えるとともに、前記第1のレーン(VC_1)と前記第2のレーン(HCONV)との間に第1の交換点を有する少なくとも1つの第1のマイクロチャンバ(MCH)と、少なくとも1つの第2のマイクロチャンバ(RCH)とを備え、第2のマイクロチャンバは、電極のブロックの前記第2の配列の電極によって形成され、前記第1のレーンと同期し且つ前記少なくとも3つの信号(V1、V2およびV3)によって駆動される少なくとも1つの第3のレーン(RCONV)と、信号(THR)によって駆動される前記第2の配列の電極を用いて得られる前記第3のレーン(RCONV)と前記第2のレーン(HCONV)との間の少なくとも1つの第2の交換点とを備え、それにより、粒子を、前記第1のレーン(VC_1)および前記第2のレーン(HCONV)と前記第1および第2の交換点とを介して、前記第1のマイクロチャンバ(MCH)から前記第2のマイクロチャンバ(RCH)へと移動させることができることを特徴とする、請求項25に記載の装置。
- 前記電圧(Vphin,Vphip)を前記信号へ分配するための前記手段は、信号調整回路及び/又はメモリ素子によって得られることを特徴とする、請求項25または請求項26または請求項27のいずれか一項に記載の装置。
- 高分子材料からなるダイアフラム(CHW)によって2つのマイクロチャンバ(MCH、RCH)に分けられ、第1のマイクロチャンバ(MCH)は、
a.垂直の閉じられたループ(VC1_1…VC1_NCVおよびVC2_1…VC2_NCV)を形成する第1の多数の前記レーンおよび第2の多数の前記レーンであって、各レーン上の3つの電極のグループのそれぞれの反復(I_1…I_NI)で繰り返し関連付けられる3つの位相(V1、V2およびV3)により前記粒子(BEAD)を取り込むために複数(NI)の前記安定平衡点(CAGE)のそれぞれを形成するようになっている、第1の多数の前記レーンおよび第2の多数の前記レーンと、
b.それぞれ上側のレーンおよび下側のレーンである第1の水平レーンおよび第2の水平レーン(HCONV_UP、HCONV_DOWN)であって、4つの位相(H1、H2、H3およびH4)によって駆動されるとともに、前記位相のうちの1つ(V2+H3)でアクティブな垂直レーンを有する複数(NCV)の交換点を備え、それにより、少なくとも1つの安定平衡点の内容物を垂直レーンから第1の水平レーンまたは第2の水平レーンへと同時に移動させることができる、第1の水平レーンおよび第2の水平レーン(HCONV_UP、HCONV_DOWN)と、
c.4つの位相(AUX1、AUX2、AUX3およびAUX4)によって駆動されるとともに、互いに対応する位置に配置される、上側水平レーン(HCONV_UP)を有する複数(NCAUX1)の交換点と、下側水平レーン(HCONV_DOWN)を有する同じ数(NCAUX2)の交換点とを備える第3の水平レーン(HCONV_AUX)と、
d.前記電極を介して生成される力の場の安定平衡点によって規定される前記粒子のための独立にプログラム可能な引力ケージの配列を使用時に形成するようになっている完全にプログラム可能な電極配列と、
e.配列から望ましくない粒子を除去する機能を有する、前記垂直レーン(VC1_iおよびVC2_j)にほぼ類似する様式で3つの位相により駆動され、前記第2の配列の複数の電極からなる、第1の垂直ダンプレーンおよび第2の垂直ダンプレーン(VCW_UPおよびVCW_DOWN)と、
f.配列に対して反対側に位置された前記第1のマイクロチャンバ(MCH)の部分に配置される他の前記垂直レーン(VC1_iおよびVC2_j)の寸法の約2倍の寸法を有する、前記第2の配列の複数の電極からなる垂直な長いダンプレーン(VCW_LONG)と
を備えることを特徴とする、請求項25〜28のいずれか一項に記載の装置。 - 前記第2のマイクロチャンバ(RCH)は、4つの位相(R1、R2、R3およびR4)によって駆動され、前記配列から出る対象の粒子を2つのマイクロチャンバ間の連通路を構成する高分子材料(CHW)からなる前記ダイアフラムの不連続部を介して第2のマイクロチャンバへ運ぶための、前記第2の配列の複数の電極からなる出口レーン(RCONV)と、前記補助水平レーンによって特定される1つの同じ直線ライン上にほぼ位置し、4つの位相(FB1、FB2、FB3およびFB4)により駆動され、前記第2の配列の複数の電極からなる水平フィードバックレーン(HCONV_FB)とを備え、これにより、粒子を、出口レーン(RCONV)から、したがって、第2のマイクロチャンバ(RCH)から、再びダイアフラム(CHW)の前記通路を介して配列内へ戻すことができることを特徴とする、請求項29に記載の装置。
- 電極のブロックの前記第1の配列および前記第2の配列の前記電極がほぼ平らな基板(SUB)上に形成され、前記第1の基板(SUB)から離間してこれと対向配置される更なる基板(LID)上に形成された更なる電極(ITO)を備え、前記更なる電極(ITO)が更なる電気信号に対して電気的に接続されることを特徴とする、請求項14〜30のいずれか一項に記載の装置。
- 水溶性懸濁液中の或いは組織状態で集められたセルまたは粒子(BEAD)を検出し及び/又は特徴付け及び/又は定量化し及び/又は認識するための、請求項14に記載の装置であって、
i.前記第1の電極の同じ行の全ての電極に共通する少なくとも1つの行信号(Ri)に接続された、電極のブロックの前記第1の配列の少なくとも1つの第1の電極と、電極のブロックの前記第1の配列の少なくとも1つの第2の電極であって、前記第1の電極に隣接し、前記第2の電極の同じ列の全ての電極に共通する少なくとも1つの列信号(Cj)に接続された、少なくとも1つの第2の電極と、
ii.少なくとも1つの電圧(Vin)を生成するための手段と、
iii.行(Ri)と列(Cj)との交差部によって与えられるインピーダンス(ZCAGE_i,j)を読み取るための少なくとも1つの回路と、
iv.前記電圧(Vin)を前記少なくとも1つの行信号(Ri)に分配する手段(MRi)および前記少なくとも1つの列信号(Cj)を前記少なくとも1つの読み取り回路に分配する手段(MCj)と
を備えており、
電極のブロックの前記第1の配列の電極の列(Cj)に前記読み取り回路を接続することにより、および、電極のブロックの前記第1の配列の電極の行(Ri)に対して前記電圧を印加することにより、前記読み取り回路の出力信号(Vout及び/又はout)が前記列と前記行との間のインピーダンス(ZCAGE_ij)の値によって影響される、請求項14に記載の装置。 - 請求項32に記載の装置であって、1つ以上の粒子(BEAD)の存在に起因する1つ以上の電位ホール(CAGE)でのインピーダンスの変化を読み取るための手段を備えることを特徴とする、請求項32に記載の装置。
- インピーダンスの変化を読み取るための前記手段は、少なくとも1つの行(Ri)と少なくとも1つの列(Cj)との間の交差に起因して少なくとも1つ以上の粒子(BEAD)がインピーダンスの値を変えるように行信号(Ri)および列信号(Cj)によって得られることを特徴とする、請求項33に記載の装置。
- 前記列信号(Cj)が第1のほぼ平らな基板(SUB)上で得られ、前記行信号(Ri)は、前記第1の基板(SUB)から離間してこれと対向配置される更なる基板(LID)上で得られることを特徴とする、請求項32〜34のずれか1項に記載の装置。
- 粒子(BEAD)を操作するための、請求項14に記載の装置であって、
i.少なくとも1つの電圧(Vphin)を生成するための手段と、
ii.前記電気信号(Vphin)に接続される少なくとも1つの電極(EL)と
を備えており、
前記少なくとも1つの電極は、グリッドと、前記電気信号を前記電極に対して印加する結果として、前記粒子(BEAD)のための安定平衡点(CAGE_i,j)とを形成するためのホールを備える、請求項14に記載の装置。 - 請求項14に記載の粒子(BEAD)を操作し且つ検出し及び/又は識別するための装置であって、前記安定平衡点に取り込まれる1つ以上の粒子(BEAD)の存在に起因する1つ以上の前記安定平衡点に反射され及び/又は伝えられる光(LIGHT)の強度の変化を読み取るための手段を備えることを特徴とする装置。
- 反射され及び/又は伝えられる光の強度の変化を読み取るための前記手段は、移動ヘッド(SENSHEAD)上に配置され且つ基板(SUB)から離間する1つ以上の光センサ(ピクセル)の配列を備え、それにより、各安定平衡点における反射され及び/又は伝えられる光(LIGHT)の変化の読み取りは、ヘッドと基板との間の相対的な動きにより前記平衡点に対して前記ヘッドを位置合わせすることによって得ることができることを特徴とする、請求項37に記載の装置。
- 反射され及び/又は伝えられる光の強度の変化を読み取るための前記手段は、前記基板(SUB)内に組み込まれる1つ以上の光センサ(ピクセル)の配列を備えることを特徴とする、請求項37に記載の装置。
- 光の強度の変化を読み取るための前記手段は、前記第1の基板(SUB)の下側または前記第2の基板(LID)の上に配置された更なる基板(OPTISENS)内に位置される1つ以上の外部光センサ(ピクセル)の配列を備えることを特徴とする、請求項37に記載の装置。
- レンズ(MICROLENSES)の配列を備え、各レンズは、前記粒子(BEAD)のための前記安定平衡点(CAGE_i,j)を設けることができる各電極または電極グループ(BLOCK_i,j)に対応する位置に入射光を集光することを特徴とする、請求項39または請求項40に記載の装置。
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