JP6196661B2 - サンプル調製または自律分析のための流体デバイスおよびシステム - Google Patents

サンプル調製または自律分析のための流体デバイスおよびシステム Download PDF

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Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０１２年４月２０日出願の米国仮特許出願第６１／６３６，４２６号の利益と、２０１２年１１月１４日出願の米国仮特許出願第６１／７２６，０８９号の利益とを主張し、それらの各々は、参照によってその全体が本明細書によって援用される。
連邦政府支援の研究に関する声明
本発明は、国立衛生研究所によって授与されたＤＰ１ＯＤ００３５８４およびＲ０１ＥＢ０１２９４６の下、および国防高等研究計画局によって授与されたＨＲ００１１−１１−２−０００６の下でなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。
本発明は、サンプルを調製、処理、貯蔵、保存、および／または分析するための流体デバイスに関する。具体的には、そのようなデバイスは、汚染を最小限化しながら、複数の反応が行われることを可能にする。
流体デバイスおよびシステムは、サンプル体積を最小限化しながら、種々の種類の反応、診断、および検定を行うために有用である。最小限の電力および／または電子構成要素を用いて動作するように、これらのデバイスを単純化することができる場合には、そのようなデバイスは、単純化された器具の利益を享受するであろう、有限資源設定（ＬＲＳ）または非ＬＲＳ環境で、特に有用となるであろう。タンパク質用の現在のＦＤＡ許可ＬＲＳシステムは、感受性、定量化する能力、およびダイナミックレンジの制限によって制約される、ディップスティック等の側方流型アプローチを使用する。加えて、核酸用の現在のＬＲＳシステムは、低度の多重化を用いて定性的な回答のみを提供し、サンプル調製の課題に直面する。複雑な器具は、典型的には、非ＬＲＳ診断測定における流体取扱のために必要とされ、乾燥貯蔵のためのサンプルの製剤等の単純なタスクさえも、ファンおよびヒータを必要とする。したがって、核酸またはタンパク質の検出を含む、種々の用途のための定量的、多重化、および／または超高感度診断を可能にしながら、わずかなサンプル体積を操作することが可能な流体デバイスおよびシステムの必要性がある。
本発明は、サンプルを調製、処理、貯蔵、保存、および／または分析するための流体デバイスに関する。
本発明は、複数の第１のチャンバを含む、第１の層と、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバ）を含む、第２の層と、第１の層と第２の層との間に配置されている中間層であって、中間層は、１つ以上の捕捉領域を含む、中間層とを含み、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ）、および１つ以上の捕捉領域のうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる、デバイス（例えば、サンプル調製、サンプル処置、サンプル体積定量化、および／またはサンプル分析のための、例えば、マイクロ流体デバイス）を特色とする。
いくつかの実施形態では、１つ以上の捕捉領域は、フィルタ、マトリクス、ポリマー、電荷切り替え材料、または膜を含む。特定の実施形態では、１つ以上の捕捉領域は、複数の第１のチャンバのうちの２つ以上、および少なくとも１つの第２のチャンバを接続するように構成される。
さらなる実施形態では、本デバイスは、少なくとも１つの第３のチャンバ（例えば、複数の第３のチャンバ）を含む、第３の層を含み、第３の層は、第２の層の下に配置され、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、少なくとも１つの第２のチャンバ、少なくとも１つの第３のチャンバ（例えば、複数の第３のチャンバのうちの少なくとも１つ）、および捕捉領域のうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。
いくつかの実施形態では、本デバイス（例えば、サンプル調製、サンプル処置、サンプル体積定量化、および／またはサンプル分析のための、例えば、マイクロ流体デバイス）は、複数の第１のチャンバを含む、第１の層と、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバ）を含む、第２の層と、第１の層と第２の層との間に配置されている中間層であって、中間層は、１つ以上の捕捉領域を含む、中間層とを含み、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ）、および１つ以上の捕捉領域のうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。
本発明はまた、複数の第１のチャンバを含む、第１の層と、第１の層の下に配置されている中間層であって、中間層は、膜または１つ以上のブリッジを含む、中間層とを含む、デバイス（例えば、サンプル保存、サンプル貯蔵、サンプル処置、および／またはサンプル体積定量化のための、例えば、マイクロ流体デバイス）も特色とする。いくつかの実施形態では、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つおよび膜またはブリッジは、相対運動によって接続されることができる。他の実施形態では、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも２つ、および膜、または１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。いくつかの実施形態では、デバイスは、サンプルの保存のための１つ以上の試薬を含む。
いくつかの実施形態では、デバイスは、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバ）を含む、第２の層を含み、中間層は、第１の層と第２の層との間にあり、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ）、１つ以上の第３のチャンバのうちの少なくとも１つ、および膜または１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。
他の実施形態では、デバイス（例えば、サンプル保存、サンプル貯蔵、サンプル処置、および／またはサンプル体積定量化のための、例えば、マイクロ流体デバイス）は、複数の第１のチャンバを含む、第１の層と、第１の層の下に配置されている中間層であって、中間層は、膜または１つ以上のブリッジを含む、中間層と、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバ）を含む、第２の層と、複数の第１のチャンバおよび／または１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つの中の１つ以上の乾燥剤とを含む。さらなる実施形態では、中間層は、第１の層と第２の層との間にあり、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ）、および膜または１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。いくつかの実施形態では、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、および膜またはブリッジは、相対運動によって接続されることができる。
いくつかの実施形態では、ブリッジは、チャネルである。他の実施形態では、ブリッジは、中間層の中のチャンバ（例えば、チャネル）であり、相対運動が、ブリッジを２つ以上の第１のチャンバに接続する。さらに他の実施形態では、ブリッジは、中間層の中のチャンバ（例えば、チャネル）であり、相対運動が、ブリッジを第１のチャンバおよび第２のチャンバに接続する。いくつかの実施形態では、ブリッジは、中間層の中のチャンバ（例えば、チャネル）であり、相対運動が、ブリッジを２つ以上の第２のチャンバに接続する。
さらなる実施形態では、本デバイスは、少なくとも１つの第３のチャンバ（例えば、複数の第３のチャンバ）を含む、第３の層を含み、第３の層は、第２の層の下にあり、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ）、少なくとも１つの第３のチャンバ（例えば、複数の第３のチャンバのうちの少なくとも１つ）、膜または１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。
本発明はまた、本明細書で説明される１つ以上の特徴の任意の組み合わせを有する、デバイスも含む。したがって、本発明は、複数の第１のチャンバを含む、第１の層と、第１の層の下に配置されている中間層であって、中間層は、１つ以上の捕捉領域、膜、または１つ以上のブリッジを含む、中間層とを含み、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、および１つ以上の捕捉領域、膜、または１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる、デバイス（例えば、サンプル保存、サンプル貯蔵、サンプル調製、サンプル処置、サンプル体積定量化、および／またはサンプル分析のうちの２つ以上のための、例えば、マイクロ流体デバイス）を特色とする。いくつかの実施形態では、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、および捕捉領域のうちの少なくとも１つ、または膜、あるいは１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。他の実施形態では、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、捕捉領域のうちの少なくとも１つ、および膜または１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。
したがって、本発明はまた、複数の第１のチャンバを含む、第１の層と、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバ）を含む、第２の層と、第１の層と第２の層との間に配置されている中間層であって、中間層は、１つ以上の捕捉領域、膜、または１つ以上のブリッジを含む、中間層とを含み、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、および少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ）、ならびに１つ以上の捕捉領域、膜、または１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる、デバイス（例えば、サンプル保存、サンプル貯蔵、サンプル調製、サンプル処置、サンプル体積定量化、および／またはサンプル分析のうちの２つ以上のための、例えば、マイクロ流体デバイス）も特色とする。いくつかの実施形態では、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、および捕捉領域のうちの少なくとも１つ、または膜、あるいは１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。いくつかの実施形態では、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、および捕捉領域のうちの少なくとも１つ、および膜、または１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。さらなる実施形態では、本デバイスは、本明細書で説明されるような１つ以上の層、チャンバ、捕捉領域、膜、および／またはブリッジを含む。
したがって、本発明は、複数の第１のチャンバを含む、第１の層と、第１の層の下に配置される、第１の中間層であって、第１の中間層は、１つ以上の捕捉領域を含む、第１の中間層と、第１の層と第１の中間層との間に配置されるか、または第１の中間層の下に配置されるかのいずれかである、第２の中間層であって、第２の中間層は、膜または１つ以上のブリッジを含む、第２の中間層とを含み、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、および１つ以上の捕捉領域、膜、または１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる、デバイス（例えば、サンプル保存、サンプル貯蔵、サンプル調製、サンプル処置、サンプル体積定量化、および／またはサンプル分析のうちの２つ以上のための、例えば、マイクロ流体デバイス）を特色とする。いくつかの実施形態では、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、および捕捉領域のうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。いくつかの実施形態では、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つおよび膜またはブリッジは、相対運動によって接続されることができる。いくつかの実施形態では、捕捉領域のうちの少なくとも１つ、および膜または１つ以上のブリッジは、相対運動によって接続されることができる。さらなる実施形態では、本デバイスは、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバ）を含む、第２の層を含み、第２の層は、第１の中間層または第２の中間層の下にある。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ）および捕捉領域のうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ）および膜またはブリッジは、相対運動によって接続されることができる。
本発明はまた、デバイス（例えば、複数の第１のチャンバ、および複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つに接続する貫通穴を含む、第１の層と、第１の層の下に配置されている中間層とを含む、または本明細書で説明される任意のデバイス）と、容積Ｖ１を有する空洞を封入して貫通穴を包囲する蓋であって、蓋の閉鎖は、空洞を封入し、容積Ｖ１と容積Ｖ０を有する開放システムとの間の容積差に相応する圧力を及ぼす、蓋とを含む、システムも特色とする。
本システムのいくつかの実施形態では、デバイスはさらに、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバ）を含む、第２の層を含み、第２の層は、中間層の下に配置される。
いくつかの実施形態では、蓋はさらに、貫通穴と繋がり合うバックルポンプ（ｂｕｃｋｌｅ ｐｕｍｐ）、可撓性膜、またはポンピングカップ（ｐｕｍｐｉｎｇ ｃｕｐ）を含む。
他の実施形態では、本システムはさらに、存在する場合、複数の第１のチャンバまたは複数の第２のチャンバを充填するための貫通穴と繋がり合う、改変ピペット先端、改変シリンジ、または多孔質スポンジをさらに含む。
本発明はまた、デバイス（例えば、複数の第１のチャンバ、および複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つに接続する貫通穴を含む、第１の層と、第１の層の下に配置されている中間層とを含む、または本明細書で説明される任意の他のデバイス）と、デバイスを包囲する筐体システムであって、筐体システムは、サンプルを挿入するための、貫通穴に接続するアクセスポートを含む、筐体システムと、筐体システムを封入するためのキャップであって、キャップを閉鎖することは、貫通穴へのサンプルの導入をもたらし、かつ／または第１の層および／または中間層の相対的な移動をもたらす、キャップとを含む、システムも特色とする。
本システムのいくつかの実施形態では、本デバイスはさらに、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバ）を含む、第２の層を含み、第２の層は、中間層の下に配置される。
いくつかの実施形態では、キャップを閉鎖することは、サンプルをデバイスに導入させる。他の実施形態では、キャップを閉鎖することは、相対運動をもたらす（例えば、第１の層および／または中間層の相対的な移動をもたらす）。さらに他の実施形態では、キャップを閉鎖することにより、サンプルをデバイスに導入させ、相対運動をもたらす。
いくつかの実施形態では、キャップは、容積Ｖ１を有する空洞を封入して貫通穴を包囲し、キャップの閉鎖は、空洞を封入し、容積Ｖ１と容積Ｖ０を有する開放システムとの間の容積差に相応する圧力を及ぼす。
さらなる実施形態では、本システムは、筐体内でキャップを移動させるように構成される、移動要素（例えば、ばね機構、レールシステム、または本明細書で説明されるいずれか）を含む。
本発明はまた、サンプルを調製および／または分析する方法であって、デバイス（例えば、１つ以上の膜、ブリッジ、および／または捕捉領域を有するものを含む、本明細書で説明されるいずれか）、またはシステム（例えば、キャップ、蓋、および／または自律コントローラのうちの１つ以上を有するものを含む、本明細書で説明されるいずれか）を提供するステップと、試験サンプルをデバイスまたはシステムに導入するステップと、存在する場合、第１の層、中間層、および／または第２の層を移動させ、それによって、サンプル調製および／またはサンプル分析をもたらすステップ（例えば、移動させることにより、さらに、随意に、サンプルの自律分析をもたらす）とを含む、方法も特色とする。
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、１つ以上の捕捉領域を用いてサンプルから１つ以上の被分析物（例えば、本明細書で説明されるいずれか）を捕捉するステップを含む。他の実施形態では、本方法はさらに、相対運動によって、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、または１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つに接続されるように、中間層を移動させるステップを含む。さらに他の実施形態では、本方法は、洗浄緩衝剤（例えば、本明細書で説明されるいずれか）を使用して、１つ以上の被分析物を、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、または１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つの中へ洗い流すステップを含む。いくつかの実施形態では、本方法は、溶出緩衝剤（例えば、イオン液体等の本明細書で説明されるいずれか）を使用して、１つ以上の被分析物を、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、または１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つの中へ溶出するステップを含む。
いくつかの実施形態では、サンプル調製および／またはサンプル分析は、試験サンプルを別個のアリコート（ａｌｉｑｕｏｔ）に分割するステップ、アリコートのうちの１つ以上を濾過するステップ、アリコートのうちの１つ以上を洗浄するステップ、および／または分割後、濾過後、または洗浄後に１つ以上のアリコートの体積を定量化するステップのうちの１つ以上を含む。
いくつかの実施形態では、サンプル調製は、試験サンプルを濾過する、溶解させる、結合する、洗浄する、溶出する、分析する、および／または検出するステップを含む。他の実施形態では、サンプル調製は、本明細書で説明される任意のステップを含む。さらに他の実施形態では、サンプル調製は、核酸抽出、核酸精製、核酸富化（ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ）、核酸の濃縮、タンパク質抽出、タンパク質精製、タンパク質富化、タンパク質の濃縮、細胞分離、サンプル富化、核酸増幅、核酸検出、および／またはタンパク質検出を含む。
本発明はまた、サンプルを貯蔵および／または保存する方法であって、デバイス（例えば、１つ以上の膜、ブリッジ、および／または捕捉領域を有するものを含む、本明細書で説明されるいずれか）、またはシステム（例えば、キャップ、蓋、および／または自律コントローラのうちの１つ以上を有するものを含む、本明細書で説明されるいずれか）を提供するステップと、試験サンプルをデバイスに導入するステップと、存在する場合、第１の層、中間層、および／または第２の層を移動させ、それによって、サンプル貯蔵および／またはサンプル保存をもたらすステップ（例えば、移動させることにより、さらに、随意に、サンプルの自律貯蔵および／または保存をもたらす）とを含む、方法も特色とする。いくつかの実施形態では、移動させることにより、サンプル貯蔵および／または保存に先立ってサンプル分析をもたらす。
本方法のいくつかの実施形態では、本デバイスは、乾燥剤（例えば、本明細書で説明されるいずれか）を含む。
いくつかの実施形態では、サンプル貯蔵および／または保存は、試験サンプルを別個のアリコートに分割するステップ、アリコートのうちの１つ以上を乾燥させるステップ、アリコートのうちの１つ以上を回収するステップ、および／または分割後、乾燥前、または回収後に１つ以上のアリコートの体積を定量化するステップのうちの１つ以上を含む。
いくつかの実施形態では、サンプル貯蔵および／または保存は、試験サンプルを濾過する、溶解させる、脱水する、再水和する、結合する、洗浄する、溶出する、分析する、および／または検出するステップを含む。他の実施形態では、サンプル貯蔵および／または保存は、核酸抽出、核酸精製、核酸富化、核酸の濃縮、タンパク質抽出、タンパク質精製、タンパク質富化、タンパク質の濃縮、細胞分離、サンプル富化、核酸増幅、核酸検出、および／またはタンパク質検出を含む。
本明細書で説明されるデバイス、システム、および方法のうちのいずれかでは、サンプル（例えば、試験サンプル）は、血液、血漿、血清、痰、尿、糞便物質（ｆｅｃａｌ ｍａｔｔｅｒ）、汗、髄液、羊水、間質液、涙液、骨髄、スワブ、組織サンプル、口腔内洗浄サンプル（ｂｕｃｃａｌ ｍｏｕｔｈｗａｓｈ ｓａｍｐｌｅ）、エアロゾル、核酸、細胞、タンパク質、および／または酵素、あるいは本明細書で説明される任意の他のサンプルを含む。
本発明はまた、本明細書で説明される１つ以上のデバイスおよび／またはシステムと、（例えば、ランセット、毛細管、針、シリンジ、スワブ、サンプル管、またはマイクロチューブを含む、本明細書で説明されるいずれか等の本デバイスまたはシステムとともに使用するためのサンプルを収集するための）コレクタとを含む、キットも特色とする。さらなる実施形態では、キットはさらに、デバイスとは別に、またはデバイス内のいずれかで、１つ以上の物質を含む。例示的な物質は、サンプル、洗浄緩衝剤、溶出緩衝剤、溶解剤、試薬、染料、乾燥剤、安定剤、タンパク質、核酸、フィルタ、膜、またはマーカーのうちの１つ以上を含む、本明細書で説明されるいずれかを含む。
本明細書で説明される任意のデバイス、システム、または方法では、層（例えば、中間層）は、膜（例えば、膜の表面全体を通した流体連通を可能にする連続膜、または領域を通した流体連通を可能にしない１つ以上の領域を有する、不連続（例えば、パターン化）膜）を含む。
本明細書で説明される任意のデバイス、システム、または方法では、層（例えば、存在する場合、第１の層、中間層、または第２の層）は、平面または非平面である。さらに他の実施形態では、層（例えば、第１の層、第２の層、または中間層、あるいはその一部分）は、特異的に湿らされる。
本明細書で説明される任意のデバイス、システム、または方法では、本デバイスはさらに、（例えば、第１の層と中間層との間、および／または第２の層と中間層との間に）変形可能層を含む。いくつかの実施形態では、本デバイスはさらに、（例えば、存在する場合、第１の層、中間層、第２の層、または変形可能層のうちの１つ以上の上に）コーティングを含む。特定の実施形態では、コーティングは、フッ素重合体（例えば、本明細書で説明されるいずれか）を含む。
本明細書で説明される任意のデバイス、システム、または方法では、層（例えば、第１の層、第２の層、および／または中間層）は、長手方向に並進し、および／または軸方向に回転する。
本明細書で説明される任意のデバイス、システム、または方法では、本デバイスは、２つより多くの層（例えば、本明細書で説明されるいずれか等の１つ以上の特色を有する、３、４、５、６、７つ以上の層）を含む。
本明細書で説明される任意のデバイス、システム、または方法では、本デバイスはさらに、（例えば、存在する場合、第１の層と中間層との間、および／または第２の層と中間層との間、および／または第２の層と第３の層との間に）潤滑剤を含む。例示的な潤滑剤は、炭化水素、フルオラス物質、イオン液体、非ニュートン流体、潤滑粉末あるいはビーズ、または不混和流体（例えば、本明細書で説明されるような）を含む。
いくつかの実施形態では、複数の第１のチャンバのうちの１つ以上、複数の第２のチャンバのうちの１つ以上、または１つ以上の捕捉領域は、サンプル、洗浄緩衝剤、溶出緩衝剤、溶解剤、試薬、染料、安定剤、タンパク質、核酸、フィルタ、膜、またはマーカー（例えば、本明細書で説明されるいずれか）を含む。
いくつかの実施形態では、複数の第１のチャンバのうちの１つ以上、または複数の第２のチャンバのうちの１つ以上は、ウェル、マイクロチャネル、またはダクトである。
本明細書で説明される任意のデバイス、システム、または方法では、本デバイスまたはシステムはさらに、（例えば、複数の第１のチャンバまたは少なくとも１つの第２のチャンバの連続的および／または逐次的な充填のための）注入ポートを含む。
本明細書で説明される任意のデバイス、システム、または方法では、本デバイスまたはシステムはさらに、複数の第１のチャンバおよび／または少なくとも１つの第２のチャンバの中の１つ以上の流体の体積を制御するための１つ以上の受け取りチャンバを含む。
本明細書で説明される任意のデバイス、システム、または方法では、第１の層および中間層は、単一の層として加工され、または中間層および第２の層は、単一の層として加工される。いくつかの実施形態では、層（例えば、第１の層、中間層、および／または第２の層）および膜は、単一の層として加工される。
本明細書で説明されるデバイス、システム、または方法のうちのいずれかについて、本デバイスは、マイクロ流体デバイスである。いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、少なくとも１つの寸法で１，０００μｍ以下である、少なくとも１つの特徴を含む。他の実施形態では、特徴は、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、少なくとも１つの第２のチャンバ、膜の少なくとも１つの特徴（例えば、寸法、細孔径等）、１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つ、および／または少なくとも１つの捕捉領域である。
本明細書で説明されるデバイス、システム、または方法のうちのいずれかについて、サンプル分析は、電子デバイス（例えば、携帯電話、スマートフォン、モバイルデバイス、携帯電話、カメラ、ハンドヘルドカメラ、ビデオカメラ、撮像デバイス、または本明細書で説明されるような任意の検出器、電子デバイス、あるいは中継デバイス）を用いて起こる。さらなる実施形態では、サンプル分析は、電子デバイスを用いてサンプル分析からの結果を中継するステップを含む。
本明細書で説明されるデバイス、システム、または方法のうちのいずれかについて、サンプル貯蔵、サンプル調製、サンプル貯蔵、サンプル処置、サンプル体積定量化、および／またはサンプル分析は、自律コントローラの使用によって起こる。いくつかの実施形態では、コントローラは、電力要素、随意的であり、電源の比較的一定の速度を維持する働きをする調節要素、デバイスの相対運動速度を判定するタイミング要素、デバイスの相対運動を助長する移動要素、電源の力を移動要素および／またはタイミング要素へ伝達する伝達要素、および／または随意的であり、直接的または間接的のいずれかで電力要素を移動要素に接続する働きをするスイッチを含み、これらの要素のそれぞれは、（例えば、本明細書で説明されるいずれか等の連鎖部によって）直接的または間接的のいずれかで相互接続することができる。例示的なコントローラが、本明細書で説明される。
定義
本明細書で使用されるように、「約」とは、記載された値の＋／−１０％を意味する。
「上方」とは、第１の構造が第２の構造より高い位置にある、相対位置を意味する。例えば、第１の層と、第１の層の上方の第２の層と、第２の層の上方の第３の層とを含む、デバイスでは、「上方」という用語は、第１、第２、および第３の層の相対位置関係を提供し、第３の層が必ずデバイスの中の上または最上層でなければならないことを決して表すものではない。例えば、本デバイスが反転させられた場合には、第３の層が、デバイスの中の最低層になるであろう。したがって、本明細書で説明される全ての相対位置（例えば、上方、下、間等）は、使用時、動作時、または製造中のデバイスの異なる配向を包含することを目的としていることを理解されたい。
「下」とは、第１の構造が第２の構造より低い位置にある、相対位置を意味する。例えば、第１の層と、第１の層の下の第２の層と、第２の層の下の第３の層とを含む、デバイスでは、「下」という用語は、第１、第２、および第３の層の相対位置関係を提供し、第１の層が必ずデバイスの中の上または最上層でなければならないことを決して表すものではない。
「間」とは、中間構造が第１および第２の構造を分離する、相対位置を意味する。例えば、第１の層と第２の層との間に配置されている中間層を含む、デバイスでは、「間」という用語は、第１、第２、および中間層の相対位置関係を提供し、第１の層が必ずデバイスの中の上または最上層でなければならないことを決して表すものではない。
「チャンバ」とは、１つ以上の物質、例えば、試薬、サンプル、不混和流体、および／または潤滑剤を含有することが可能な層の容積測定部分を意味する。そのようなチャンバは、任意の有用な断面あるいは寸法を有する、ウェル、チャネル（例えば、マイクロチャネル）、穴、ダクト、ブリッジ、または空洞等の任意の有用な構造を有することができる。
「接続すること」とは、２つ以上の構造の間の流体連通を可能にすることを意味する。そのような流体連通は、２つ以上の類似構造の間（例えば、２つ以上の層の間または２つ以上のチャンバの間）、または２つ以上の異なる構造（例えば、１つ以上の層と１つ以上のチャンバとの間）にあり得る。
「流体連通」とは、実質的に制限されていないチャンバの中で液体または気体を通過させることが可能である状態を意味する。流体連通は、膜を横断する拡散、能動輸送、または受動輸送を含む、任意の物理的なプロセスによって起こり得る。流体連通は、層を構成するバルク材料の中への物質（例えば、本明細書で説明されるような試薬、サンプル、または流体）の有限拡散を含まない。
「不混和流体」とは、概して、第２の流体と比較して、温度、圧力、および組成のある範囲にわたって異なる位相を形成する、第１の流体（例えば、気体または液体）を意味する。いくつかの実施形態では、第２の流体は、水溶液、貯蔵、保存、処理、または分析用のサンプル、および／またはサンプルを貯蔵、保存、処理、または分析するための試薬であり、第１の流体は、サンプルを貯蔵、保存、処理、または分析するために有用な温度、圧力、および組成のある範囲で、第２の流体のうちの１つ以上と不混和性である流体である。
「マイクロ流体」構造とは、少なくとも１つの寸法で１，０００μｍ以下である、少なくとも１つの特徴を有する構造を意味する。例示的な特徴は、層（例えば、層の厚さ、または層に埋め込まれた構成要素の長さ、幅、あるいは高さ）、チャンバ（例えば、ウェル、チャネル、穴、ダクト、ブリッジ、または空洞）、膜（例えば、膜の厚さ、または膜に埋め込まれた構成要素（例えば、１つ以上の細孔または他の物理的構造）の長さ、幅、あるいは高さ）、または捕捉領域を含む。いくつかの実施形態では、構造は、少なくとも１つの寸法（例えば、高さ、幅、深度、または厚さ）で１，０００μｍ以下である、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０個以上の特徴を含む。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
デバイスであって、前記デバイスは、
（ｉ）複数の第１のチャンバを備える第１の層と、
（ｉｉ）１つ以上の第２のチャンバを備える第２の層と、
（ｉｉｉ）前記第１の層と前記第２の層との間に配置されている中間層であって、前記中間層は、１つ以上の捕捉領域を備える、中間層と
を備え、前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ、および前記１つ以上の捕捉領域のうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる、
デバイス。
（項目２）
前記１つ以上の捕捉領域は、フィルタ、マトリクス、ポリマー、電荷切り替え材料、または膜を備える、項目１に記載のデバイス。
（項目３）
前記１つ以上の捕捉領域は、前記複数の第１のチャンバのうちの２つ以上、および前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つを接続するように構成される、項目１に記載のデバイス。
（項目４）
前記中間層は、連続膜を備える、項目１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目５）
前記第１の層、前記第２の層、または前記中間層は、平面または非平面である、項目１〜４のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目６）
前記第１の層、前記第２の層、または前記中間層、あるいはそれらの一部分は、特異的に湿らされる、項目１〜５のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目７）
前記第１の層と前記中間層との間、および／または前記第２の層と前記中間層との間に変形可能層をさらに備える、項目１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目８）
前記第１の層、前記中間層、前記第２の層、または前記変形可能層（存在する場合）のうちの１つ以上の上にコーティングをさらに備える、項目１〜７のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目９）
前記コーティングは、フッ素重合体を備える、項目８に記載のデバイス。
（項目１０）
前記第１の層、前記第２の層、および／または前記中間層は、長手方向に並進する、項目１〜９のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目１１）
前記第１の層、前記第２の層、および／または前記中間層は、軸方向に回転する、項目１〜１０のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目１２）
１つ以上の第３のチャンバを備える第３の層をさらに備え、前記第３の層は、前記第２の層の下に配置され、前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ、前記１つ以上の第３のチャンバのうちの少なくとも１つ、および前記捕捉領域のうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる、項目１〜１１のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目１３）
前記第１の層と前記中間層との間、および／または前記第２の層と前記中間層との間、および／または前記第２の層と前記第３の層との間（存在する場合）に潤滑剤をさらに備える、項目１〜１２のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目１４）
前記複数の第１のチャンバのうちの１つ以上、前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ、または前記１つ以上の捕捉領域のうちの少なくとも１つは、サンプル、洗浄緩衝剤、溶出緩衝剤、溶解剤、試薬、染料、安定剤、タンパク質、核酸、フィルタ、膜、またはマーカーを備える、項目１〜１３のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目１５）
前記複数の第１のチャンバのうちの１つ以上、または前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つは、ウェル、マイクロチャネル、またはダクトである、項目１〜１４のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目１６）
前記複数の第１のチャンバまたは前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つの連続的および／または逐次的な充填のための注入ポートをさらに備える、項目１〜１５のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目１７）
前記複数の第１のチャンバの中、または前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つの中の１つ以上の流体の体積を制御するための受け取りチャンバをさらに備える、項目１〜１６のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目１８）
前記第１の層および前記中間層は、単一の層として加工され、または前記中間層および前記第２の層は、単一の層として加工される、項目１〜１７のいずれか１項に記載のデバイス。
（項目１９）
システムであって、前記システムは、
（ｉ）デバイスであって、前記デバイスは、複数の第１のチャンバと前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つに接続する貫通穴とを備える第１の層、および前記第１の層の下に配置されている中間層を備える、デバイスと、
（ｉｉ）容積Ｖ １ を有する空洞を封入して前記貫通穴を包囲する蓋であって、前記蓋の閉鎖は、前記空洞を封入し、前記容積Ｖ １ と容積Ｖ ０ を有する開放システムとの間の容積差に相応する圧力を及ぼす、蓋と
を備える、システム。
（項目２０）
前記デバイスは、１つ以上の第２のチャンバを備える第２の層をさらに備え、前記第２の層は、前記中間層の下に配置される、項目１９に記載のシステム。
（項目２１）
前記デバイスは、項目１〜１８のいずれか１項に記載のデバイスである、項目１９または２０に記載のシステム。
（項目２２）
前記蓋は、前記貫通穴と繋がり合うバックルポンプ、可撓性膜、またはポンピングカップをさらに備える、項目１９〜２１のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２３）
前記複数の第１のチャンバまたは前記１つ以上の第２のチャンバ（存在する場合）のうちの少なくとも１つを充填するための、前記貫通穴と繋がり合う改変ピペット先端、改変シリンジ、または多孔質スポンジをさらに備える、項目１９〜２２のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２４）
システムであって、前記システムは、
（ｉ）デバイスであって、前記デバイスは、複数の第１のチャンバと前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つに接続する貫通穴とを備える第１の層、および前記第１の層の下に配置されている中間層を備える、デバイスと、
（ｉｉ）前記デバイスを包囲する筐体システムであって、前記筐体システムは、サンプルを挿入するための、前記貫通穴に接続するアクセスポートを備える、筐体システムと、
（ｉｉｉ）前記筐体システムを封入するためのキャップであって、前記キャップを閉鎖することは、前記貫通穴への前記サンプルの導入をもたらし、かつ／または前記第１の層および／または前記中間層の相対的な移動をもたらす、キャップと
を備える、システム。
（項目２５）
前記キャップを閉鎖することは、前記サンプルの導入をもたらし、前記第１の層および／または前記中間層の相対的な移動をもたらす、項目２４に記載のシステム。
（項目２６）
前記デバイスは、１つ以上の第２のチャンバを備える第２の層をさらに備え、前記第２の層は、前記中間層の下に配置される、項目２４に記載のシステム。
（項目２７）
前記デバイスは、項目１〜１８のいずれか１項に記載のデバイスである、項目２４〜２６のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２８）
前記キャップは、容積Ｖ １ を有する空洞を封入し、前記貫通穴を包囲し、前記キャップの閉鎖は、前記空洞を封入し、前記容積Ｖ １ と容積Ｖ ０ を有する開放システムとの間の容積差に相応する圧力を及ぼす、項目２４〜２７のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２９）
前記筐体内で前記キャップを移動させるように構成されているばね機構またはレールシステムをさらに備える、項目２４〜２８のいずれか１項に記載のシステム。
（項目３０）
サンプルを調製および／または分析する方法であって、前記方法は、
（ｉ）項目１〜１８のいずれか１項に記載のデバイスまたは項目１９〜２９のいずれか１項に記載のシステムを提供するステップと、
（ｉｉ）試験サンプルを前記デバイスまたは前記システムに導入するステップと、
（ｉｉｉ）前記第１の層、前記中間層、および／または前記第２の層（存在する場合）を移動させ、それによって、サンプル調製および／またはサンプル分析をもたらすステップと
を含む、方法。
（項目３１）
前記１つ以上の捕捉領域を用いて前記サンプルから１つ以上の被分析物を捕捉するステップをさらに含む、項目３０に記載の方法。
（項目３２）
相対運動によって、前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、または前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つに接続されるように、前記中間層を移動させるステップをさらに含む、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
洗浄緩衝剤を使用して、前記１つ以上の被分析物を、前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つの中へ、または前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つの中へ洗い流すステップをさらに含む、項目３２に記載の方法。
（項目３４）
溶出緩衝剤を使用して、前記１つ以上の被分析物を、前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つの中、または前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つの中へ溶出するステップをさらに含む、項目３３に記載の方法。
（項目３５）
前記サンプル調製および／またはサンプル分析は、前記試験サンプルを別個のアリコートに分割するステップ、前記アリコートのうちの前記１つ以上を濾過するステップ、前記アリコートのうちの前記１つ以上を洗浄するステップ、および／または分割後、濾過後、または洗浄後に前記１つ以上のアリコートの体積を定量化するステップのうちの１つ以上を含む、項目３０〜３４のいずれか１項に記載の方法。
（項目３６）
前記サンプル調製は、前記試験サンプルを濾過する、溶解させる、結合する、洗浄する、溶出する、分析する、および／または検出するステップを含む、項目３０〜３５のいずれか１項に記載の方法。
（項目３７）
前記サンプル調製は、核酸抽出、核酸精製、核酸富化、核酸の濃縮、タンパク質抽出、タンパク質精製、タンパク質富化、タンパク質の濃縮、細胞分離、サンプル富化、核酸増幅、核酸検出、および／またはタンパク質検出を含む、項目３０〜３６のいずれか１項に記載の方法。
（項目３８）
前記サンプル分析は、携帯電話を用いて起こる、項目３０〜３７のいずれか１項に記載の方法。
（項目３９）
前記携帯電話を用いて前記サンプル分析からの結果を中継するステップをさらに含む、項目３８に記載の方法。
（項目４０）
ステップ（ｉｉｉ）は、前記サンプルの自律分析をもたらす、項目３０〜３９のいずれか１項に記載の方法。
（項目４１）
前記試験サンプルは、血液、血漿、血清、痰、尿、糞便物質、汗、髄液、羊水、間質液、涙液、骨髄、スワブ、組織サンプル、口腔内洗浄サンプル、エアロゾル、核酸、細胞、タンパク質、および／または酵素を含む、項目３０〜４０のいずれか１項に記載の方法。
（項目４２）
キットであって、前記キットは、
（ｉ）項目１〜１８のいずれか１項に記載のデバイスまたは項目１９〜２９のいずれか１項に記載のシステムと、
（ｉｉ）前記デバイスとともに使用するためのサンプルを収集するためのコレクタと
を備える、キット。
（項目４３）
前記デバイスは、サンプル、洗浄緩衝剤、溶出緩衝剤、溶解剤、試薬、染料、乾燥剤、安定剤、タンパク質、核酸、フィルタ、膜、またはマーカーのうちの１つ以上をさらに備える、項目４２に記載のキット。
図１Ａ−１Ｅは、ブリッジを有するデバイスを使用して試料を保存するための例示的な方式を提供する。Ａ：組み立てたデバイスは、（底層１２０の中の）サンプルチャンバ１２１と、（底層１２０の中の）乾燥剤１３０を事前装填したチャンバ１２２と、（上層１１０の中の）ブリッジ１１５とを含む。Ｂ：サンプル１３１は、サンプルチャンバの中に装填され、上層は、底層に対して移動させられる（ブロック矢印１５０）。Ｃ：相対運動は、チャンバをブリッジと整合させ、サンプルと乾燥剤との間の蒸気接触を可能にし、乾燥プロセスを開始する。Ｄ：サンプルチャンバの中の水和乾燥剤１３４および（例えば、乾燥または液体状態で）保存または濃縮された残留物質１３３の存在によって証明されるように、乾燥剤がサンプルから溶媒（例えば、水）を吸収または吸着したときに、保存（例えば、乾燥）が完了する。Ｅ：ブリッジからチャンバを断絶するように相対運動が行われ（ブロック矢印１６０）、再水和サンプル１３５を提供するように、溶媒をデバイスの中に導入することができる。
図２Ａ−２Ｆは、本発明のデバイスの中の膜を使用して試料を保存するための例示的な方式を提供する。Ａ：装填位置で、上層２１０は、サンプルチャンバと、多孔質材料２１５（メッシュ充填）とを含有する。底層２２０は、乾燥剤２３１および２３２を事前装填した乾燥剤チャンバを含有する。サンプルおよび乾燥剤チャンバは、整合させられず、蒸気接触は、この位置で最小限化される。Ｂ：サンプル２４１および２４２は、上層の中に装填される。Ｃ：相対運動（ブロック矢印２５０）は、デバイスを乾燥位置に運ぶ。これは、サンプルチャンバと乾燥剤チャンバとの間の蒸気接触を生成し、それによって、保存を開始する。Ｄ：サンプルチャンバの中の水和乾燥剤２３３および２３４ならびに（例えば、乾燥または液体状態で）保存または濃縮された残留物質２４３および２４４の存在によって証明されるように、乾燥剤がサンプルから溶媒（例えば、水）を吸収または吸着したときに、保存が完了する。Ｅ：相対運動（ブロック矢印２５５）は、デバイスを回収位置に運び、それにより、蒸気接触を抑制する。Ｆ：再水和サンプル２４５を提供するように、水または任意の有用な溶媒（例えば、緩衝剤）を注入することができる。さらに、再水和を、サンプルチャンバのアレイ、またはそのようなチャンバのうちの一部のみの上で行うことができる。図２Ｆでは、サンプルのうちの１つのみ（すなわち、左チャンバの中のサンプル２４５）が、再水和させられる一方で、他方のサンプル（すなわち、右チャンバの中のサンプル２４３）は、保存されたままであり、所望であれば、以降でのさらなる回収のために貯蔵することができる。
図３Ａ−３Ｆは、サンプルモジュールおよび乾燥モジュールを使用して試料を保存するための例示的な方式を提供する。Ａ：例示的なサンプルモジュールは、上層３１０の中のサンプルチャンバと、多孔質材料３１５（メッシュ充填）とを含む。Ｂ：サンプル３１１および３１２は、上層の中のチャンバの中に装填される。Ｃ：サンプルモジュールは、乾燥剤３２１を含有するチャンバを含む、乾燥モジュール３２０と組み合わせられ、それによって、保存を開始する。Ｄ：乾燥剤３２２がサンプルから溶媒（例えば、水）を吸収または吸着し、（例えば、乾燥または液体状態で）保存または濃縮された残留物質３１３および３１４がサンプルチャンバの中に存在するときに、保存が完了する。Ｅ：サンプルモジュールは、乾燥モジュールから分離される。Ｆ：再水和サンプル３３５を提供するように、水または任意の有用な溶媒（例えば、緩衝剤）を注入することができる。再水和を、サンプルチャンバのアレイ、またはそのようなチャンバのうちの一部のみの上で行うことができる。図３Ｆでは、サンプルのうちの１つのみ（すなわち、左チャンバの中のサンプル３３５）が、再水和させられる一方で、他方のサンプル（すなわち、右チャンバの中のサンプル３１３）は、保存されたままであり、所望であれば、以降でのさらなる回収のために貯蔵することができる。
図４Ａ−４Ｄは、貯蔵モジュールを使用して試料を保存するための例示的な方式を提供する。Ａ：例示的な貯蔵モジュールは、上層４１０の中のサンプルチャンバと、多孔質材料４１５（メッシュ充填）とを含む。Ｂ：サンプル４１１および４１２は、チャンバの中に装填される。次いで、貯蔵モジュールは、外部雰囲気に暴露され、それによって、保存を開始する。Ｃ：乾燥剤がサンプルから溶媒（例えば、水）を吸収または吸着し、（例えば、乾燥または液体状態で）保存または濃縮された残留物質４１３および４１４がサンプルチャンバの中に存在するときに、保存が完了する。代替として、たとえ乾燥剤が存在しなくても、全ての溶媒（例えば、水）がサンプルから蒸発して大気中で拡散するときに、保存が完了する。Ｄ：再水和サンプル４２５を提供するように、水または任意の有用な溶媒（例えば、緩衝剤）を注入することができる。再水和を、サンプルチャンバのアレイ、またはそのようなチャンバのうちの一部のみの上で行うことができる。図４Ｄでは、サンプルのうちの１つのみ（すなわち、左チャンバの中のサンプル４２５）が、再水和させられる一方で、他方のサンプル（すなわち、右チャンバの中のサンプル４１３）は、保存されたままであり、所望であれば、以降でのさらなる回収のために貯蔵することができる。
図５は、ブリッジ（左）、多孔質膜（中央）、またはパターン化多孔質膜（右）を含む、種々の構造を有するデバイスを使用する、サンプル保存のための例示的な方式を提供する。以下のＡ−Ｅは、左側のデバイス５１０を説明する。Ａ：デバイス５１０は、サンプル５２１用のチャンバを有する上層５１１と、乾燥剤５２２およびマトリクス５２３用のチャンバを有する底層５１２と、ブリッジ５１３とを含む。Ｂ：上層の相対運動は、マトリクスと組み合わせられたサンプル５２４をもたらす。Ｃ：上層の別の相対運動は、複合サンプル５２４と乾燥剤との間の流体連通（例えば、矢印５１５によって示される蒸気接触）を生成し、それによって、保存を開始する。サンプルチャンバの中の水和乾燥剤５２６および（例えば、乾燥または液体状態で）保存または濃縮された残留物質５２５の存在によって証明されるように、乾燥剤がサンプルから溶媒（例えば、水）を吸収または吸着したときに、保存が完了する。ＤおよびＥ：再水和サンプル５２８を提供するように、水５２７または任意の有用な溶媒（例えば、緩衝剤）を注入することができる。以下のＡ−Ｅは、中央のデバイス５３０を説明する。Ａ：デバイス５３０は、サンプル５４１用のチャンバを有する上層５３１と、マトリクス５４２用のチャンバおよび多孔質膜５３３を含む中間層５３２と、乾燥剤５４３用のチャンバを有する底層５３４とを含む。Ｂ：上層の相対運動は、マトリクスとの複合サンプル５４４をもたらし、流体連通（例えば、矢印によって示される蒸気接触）を可能にし、それによって、保存を開始する。Ｃ：サンプルチャンバの中の水和乾燥剤５４６および（例えば、乾燥または液体状態で）保存または濃縮された残留物質５４５の存在によって証明されるように、乾燥剤がサンプルから溶媒（例えば、水）を吸収または吸着したときに、保存が完了する。ＤおよびＥ：再水和サンプル５４８を提供するように、水５４７または任意の有用な溶媒（例えば、緩衝剤）を注入することができ、この再水和ステップを省略することによって、いくつかのサンプル（例えば、サンプル５４９）は、保存されたままになることができる。以下のＡ−Ｅは、右側のデバイス５６０を説明する。Ａ：デバイス５６０は、サンプル５７１用のチャンバを有する上層５６１と、マトリクス５７２用のチャンバおよびパターン化多孔質膜５６３を含む中間層５６２と、乾燥剤５７３用のチャンバを有する底層５６６とを含む。パターン化多孔質膜５６３は、層またはチャンバの間の流体連通を可能にする領域５６４、ならびにそのような流体連通に抵抗する他の領域５６５を含む。パターン化多孔質膜は、（例えば、外側被覆または積層によって）中間層に組み込むことができ、または中間層とは別の層の中に存在することができる。Ｂ：上層の相対運動は、マトリクスと組み合わせられたサンプル５７４をもたらし、流体連通（例えば、矢印によって示される蒸気接触）を可能にし、それによって、乾燥を開始する。Ｃ：サンプルチャンバの中の水和乾燥剤５７６および（例えば、乾燥または液体状態で）保存または濃縮された残留物質５７５の存在によって証明されるように、乾燥剤がサンプルから溶媒（例えば、水）を吸収または吸着したときに、乾燥が完了する。ＤおよびＥ：再水和サンプル５７８を提供するように、水５７７または任意の有用な溶媒（例えば、緩衝剤）を注入することができ、この再水和ステップを省略することによって、いくつかのサンプル（例えば、サンプル５７９）は、保存されたままになることができる。
図６は、ゲル電気泳動実験を提供する。左から右へ提供されるものは、Ｌａｄｄｅｒ（レーン１）、対照（レーン２については、典型的な貯蔵条件である−８０℃で貯蔵される、管の中のＲＮＡ）、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスから回収されたＲＮＡ（レーン３）、および別のＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスから回収されたＲＮＡ（レーン４）を含む。
図７は、サンプルの数および／または量の貯蔵容量を増加させる、多層デバイスの例示的な方式を提供する。本デバイスは、多孔質膜７２０を含む複数の層（層７２１−７２６）と、乾燥剤用のチャンバ（チャンバ７３１−７３４）と、サンプル７４１−７４３用の複数のチャンバとを含み、層およびチャンバは、本明細書で説明されるように、任意の有用な材料７１０から形成することができる。
図８Ａ−８Ｅは、側面図（左）および上面図（右）でサンプル貯蔵デバイスのための例示的な方式を提供する。Ａ：本デバイスは、上層８０１と、マトリクス８１２用のチャンバおよび多孔質膜８０３を含む中間層８０２と、乾燥剤８１４用のチャンバを含む底層８０４とを含む。Ｂ：サンプルを導入し、上層８０１の相対運動によって弁を閉鎖することにより、マトリクスとの複合サンプル８１５をもたらす。Ｃ：中間および底層の中のチャンバ間の流体連通（例えば、矢印によって示される蒸気接触）は、乾燥を開始する。Ｄ：サンプルチャンバの中の水和乾燥剤８２４および乾燥残留物質８２５の存在によって証明されるように、乾燥剤がサンプルから溶媒（例えば、水）を吸収または吸着したときに、乾燥が完了する。Ｅ：再水和サンプル８３５を提供するように、任意の有用な溶媒（例えば、緩衝剤）を注入することによって、再水和を達成することができる。このデバイスについては、上層８０１のみが、デバイスを操作するために、滑動させられるか、または相対的に移動させられる必要がある。上面図（右）は、選択された入口または出口を開閉することによって、どのようにして選択的再水和を達成することができるかを提供し、Ｘは、閉鎖入口または出口を示す。入口および出口は、中間層８０２の中に配置することができる。上層８０１は、弁システム用のビアホール８３０を含むことができる。（矢印８０８−８１１によって示されるように）層を滑動させることにより、ビアホール８３０を入口および出口と整合／不整合させ、それによって、弁システムを提供することができる。例えば、図８Ａでは、入口８０５および出口８０７の両方とのビアホール９３０の整合は、開放入口８０５および開放出口８０７をもたらす。出口とのビアホールの不整合は、閉鎖出口８０６をもたらす。（矢印８０８および８０９によって示されるような）層の滑動は、入口８０５および出口８０７の閉鎖をもたらす（図８Ｂ）。（矢印８１０および８１１によって示されるような）層のさらなる滑動は、ビアホールを出口と整合させ、それによって、開放出口８４０および８０７をもたらす。
図９Ａ−９Ｅは、側面図（左）および上面図（右）で多層サンプル貯蔵デバイスのための例示的な方式を提供する。Ａ：本デバイスは、ビアホール９３０を有する第１の層９０１（上層）と、マトリクス９１２用のチャンバおよび多孔質膜９０３を含む第２の層９０２（中間層）と、第２の層９０２と第４の層９０５との間の流体連通のための複数の開口部を含む第３の層９０４と、乾燥剤９１４用のチャンバを含む第４の層９０５（底層）とを含む。いくつかの実施形態では、第２および第３の層は、単一の層に積層するか、または組み込むことができる。Ｂ：サンプルを導入し（上面図）および上層９０１の相対運動によって（矢印９４０によって示されるように）弁を閉鎖することにより、マトリクスとの複合サンプル９１５をもたらす。Ｃ：第４の層（矢印９４１によって示されるような底層）の相対運動は、第１の層（上層）および第４の層（底層）の中のチャンバ間の流体連通（例えば、矢印によって示される蒸気接触）をもたらし（側面図）、デバイスの中の全ての弁を閉鎖することにより、乾燥を開始する（上面図）。Ｄ：サンプルチャンバの中の水和乾燥剤９２４および乾燥残留物質９２５の存在によって証明されるように、乾燥剤がサンプルから溶媒（例えば、水）を吸収または吸着したときに、乾燥が完了する。Ｅ：再水和サンプル９３５を提供するように、弁を開放し（上面図）、任意の有用な溶媒（例えば、緩衝剤）を注入することによって、再水和を達成することができる。上面図（右）は、選択された入口または出口を開閉することによって、どのようにして選択的再水和を達成することができるかを提供し、Ｘは、閉鎖入口または出口を示す。そのような多層デバイスは、サンプルと乾燥剤との間の可逆的蒸気接触を生成するために使用することができる。幾何学形状は、より長い時間的尺度で部分的回収を可能にしながら、（例えば、乾燥剤の量を増加させることによって、および／または可逆的接触域を制御することによって）乾燥を最適化するように適合することができる。さらに、注入体積を正確に定量化するため、および充填チャンバの部分的回収を制御するために、順次充填を使用することができる。入口および出口は、中間層９０２の中に配置することができる。上層９０１は、弁システム用のビアホール９３０を含むことができる。（矢印９４０および９４２によって示されるように）層を滑動させることにより、ビアホール９３０を入口および出口と整合／不整合させ、それによって、弁システムを提供することができる。例えば、図９Ａでは、入口９０６および出口９０８の両方とのビアホールの整合は、開放入口９０６および開放出口９０８をもたらす。出口とのビアホールの不整合は、閉鎖出口９０７をもたらす。（矢印９４０によって示されるような）層の滑動は、入口９０６および出口９０８の閉鎖をもたらす（図９Ｃ、右）。（矢印９４２によって示されるような）層のさらなる滑動は、ビアホールを出口と整合させ、それによって、開放出口９０７および９０８をもたらす。（矢印９４１および９４３によって示されるような）底層の移動は、サンプルと乾燥剤との間の可逆的蒸気接触を生成する。
図１０Ａ−１０Ｄは、デバイス充填のための方略を示す、例示的な方式を提供する。Ａ：ＳｌｉｐＣｈｉｐの層を相対的に移動させると、複数のチャンバに流体的に接続する単一の経路を設計することによって、順次充填を達成することができる。Ｂ：ＳｌｉｐＣｈｉｐの層を相対的に移動させると、各分岐が複数のチャンバのうちの一部に流体的に接続する、分岐経路を設計することによって、並行充填を達成することができる。Ｃ：（図１０Ｂのような）分岐経路を設計し、次いで、各経路用の入口と出口（デバイスの右側の白い円）との間の距離を修正することによって、複合順次および並行充填を達成することができる。特定の経路用の入口と出口との間の距離を増加させることによって、チャンバを充填するために必要とされる相対圧力が増加させられ、それによって、より遅い充填速度をもたらす。このようにして、流体の蒸発速度を調節することができ、一度に一列の充填を、このようにして達成することができる。Ｄ：実施例のみとして、４つのアレイおよび４つの別個の入口がこの方式で提供される、別個の入口を伴う複数のチャンバの各アレイを提供することによって、多重充填を達成することができる。このようにして、同時に、または連続的に、異なるサンプルを装填するために、複数の入口穴が使用される。図１０Ａ−１０Ｄについては、本デバイスは、終端充填に基づいて装填される。２つのＳｌｉｐＣｈｉｐ層の間の間隙のみが、主要充填チャネルを出口に接続する。このようにして、充填液体（例えば、水、試薬、サンプル、または本明細書で説明される任意の物質）が、チャネルの中に閉じ込められる一方で、間隙を通してチャネルから出口へ、不混和相（例えば、潤滑剤）を排出することができる。
図１１Ａ−１１Ｈは、デバイス充填（または装填）、乾燥、および部分的回収のための方略を示す、例示的な方式を提供する。Ａ：底層１１１０（貯蔵モジュール）は、４つのチャンバ１１１１と、８つのビアホール１１１２（円）とを含む。Ｂ：上層１１２０は、充填用の１つの入口１１２１と、底層の中のチャンバ１１１１との流体連通が可能な３つのチャンバ１１２２−１１２４と、８つのビアホール１１２５（円）とを含む。Ｃ：相対運動は、図１０Ａのように連続的に充填することができる単一の経路を形成するように、チャンバを接続する。Ｄ：別の相対運動（例えば、滑動による、矢印１１３０）は、上層および底層の中のチャンバを断絶するとともに、乾燥を始動させる。Ｅ：乾燥後、本デバイスは、チャンバ内に乾燥または保存したサンプルを含む。Ｆ：相対運動（例えば、滑動による、矢印１１４０）は、チャンバを上層の中のビアホールと接続し、本デバイスは、（例えば、ピペッタ１１４５で水を注入することによる）再水和の準備ができている。Ｇ：ビアホールを通した溶媒（例えば、水）の注入は、第２のチャンバ１１２１の再水和を可能にする。Ｈ：サンプルが、（例えば、ピペッタ１１４６を使用することによって）第２のチャンバから再収集される一方で、他方のチャンバは、異なる時間に回収することができる、乾燥したサンプルを依然として含有する。そのような方略は、液体貯蔵に、または溶液を等分するために使用することができる。
図１２Ａ−１２Ｆは、デバイス充填（または装填）、乾燥、および部分的回収のための方略を示す、例示的な方式を提供する。Ａ：底層１２１０（貯蔵モジュール）は、４つのチャンバ１２１１と、８つのビアホール１２１２（円）とを含む。Ｂ：上層１２２０は、充填用の１つの入口１２２１と、底層の中のチャンバ１２１１との流体連通が可能な３つのチャンバ１２２２−１２２４と、８つのビアホール１２２５（円）とを含む。Ｃ：相対運動は、図１０Ａのように連続的に充填することができる単一の経路を形成するように、チャンバを接続する。Ｄ：別の相対運動（例えば、滑動による、矢印１２３０）は、上層および底層の中のチャンバを断絶し、それによって、アリコートを作成する。貯蔵は、随意に、この位置で起こり得る。Ｅ：別の相対運動（例えば、滑動による、矢印１２４０）は、チャンバを上層の中のビアホールと整合させ、それによって、回収のためにデバイスを準備する。Ｆ：（例えば、ピペッタを使用することによって）第２のウェル１２２１の中のアリコートの回収を達成することができる。他のアリコートを同様に回収することができ、本デバイスはまた、（例えば、図１２Ｄに示されるように）以降の回収のために貯蔵することもできる。
図１３Ａ−１３Ｈは、乾燥および収集用の３層デバイスのための例示的な方式を提供する。Ａ：本デバイスは、３つの層を含む。Ｌ１は、図１１Ａ−１１Ｈまたは１２Ａ−１２Ｆに説明されるように、装填／回収用のビアホールと、順次装填用のチャンバ（図示せず）とを含む。Ｌ２は、ビアホールと、チャンバと、多孔質膜（斜交平行線）とを含む。Ｌ３は、乾燥剤を含む。Ｂ：組み立てたデバイスは、層Ｌ１−Ｌ３を含み、示されるように、装填位置にある。Ｃ：サンプルを層Ｌ２のチャンバの中へ装填することができる。Ｄ：（例えば、滑動による）層Ｌ２の相対運動は、乾燥位置でデバイスを提供する。Ｅ：乾燥は（例えば、３０分後に）、乾燥した保存サンプルおよび水和乾燥剤をもたらす。Ｆ：（例えば、滑動による）層Ｌ２の相対運動は、回収位置でデバイスを提供する。Ｇ：溶媒（例えば、水または緩衝剤）の注入は、再水和サンプルを提供する。Ｈ：任意の有用な方法または装置（例えば、ピペッタ先端）を使用して、サンプルがデバイスから再収集される。本デバイスは、本明細書で説明されるように、終端充填で装填することもできる。
図１４Ａ−１４Ｂは、サンプル調製用のＳｌｉｐＣｈｉｐの例示的な方式を提供する。Ａ：本デバイスは、チャンバ１４１５（例えば、サンプルウェル）を含む上層１４１０（層１）と、捕捉領域１４２５（例えば、マトリクス）を含む中間層１４２０（層２）と、チャンバ１４３５（例えば、受け取りウェル）を含む底層１４３０（層３）とを含む。サンプルは、大型被分析物１４１７および小型被分析物１４１６の両方を含む。Ｂ：相対運動は、サンプルウェル１４１５、マトリクス１４２５、および受け取りウェル１４３５を接続し、圧力変化は、マトリクスを通してサンプルを駆動する。マトリクスのサイズ除外特性に基づいて、大型被分析物１４１７は、マトリクスに閉じ込められ、小型被分析物１４１６は、マトリクスを通して受け取りウェルの中へ輸送される。
図１５Ａ−１５Ｄは、サンプル調製用の代表的な並進ＳｌｉｐＣｈｉｐのための例示的な方式を提供する。Ａ：本デバイスは、複数のチャンバ１５１１−１５１３および入口１５６０を含む上層１５１０と、捕捉領域１５２５（例えば、膜マトリクス）を含む中間層１５２０と、複数のチャンバ１５３１−１５３３を含む底層１５３０とを含む。濾過、溶解、および結合反応を行うために、上層１５１０の中のチャンバは、サンプル１５０１を含み、底層１５３０の中のチャンバは、洗浄緩衝剤１５０２および溶出緩衝剤１５０３を含む。サンプルチャンバ１５１１、膜マトリクス１５２５、およびサンプル受け取りチャンバ１５３１の間の流体連通は、膜マトリクスを通したサンプルの輸送を可能にし、それによって、マトリクスに被分析物（アスタリスク）を閉じ込める。Ｂ：相対運動（例えば、滑動による、矢印１５５１）は、洗浄緩衝剤チャンバ１５３２、被分析物を含むマトリクス１５２５、および洗浄緩衝剤受け取りチャンバ１５１２を接続する。洗浄緩衝剤チャンバ用の入口１５６１での圧力の印加は、マトリクスを通して洗浄緩衝剤を輸送し、それが、マトリクスを洗浄する。Ｃ：相対運動（例えば、滑動による、矢印１５５２）は、溶出緩衝剤チャンバ１５３３、被分析物を含むマトリクス１５２５、および溶出緩衝剤受け取りチャンバ１５１３を接続する。溶出緩衝剤チャンバ用の入口１５６２での圧力の印加は、マトリクスを通して溶出緩衝剤を輸送し、それが、マトリクスからチャンバ１５１３の中へ被分析物を溶出する。本デバイスは、さらなるサンプル分析、検出、および／または貯蔵のための１つ以上の試薬と反応させられる被分析物を輸送するように、１つ以上のチャンバ等の他の構造を含むことができる。
図１６は、フィルタ１６２０およびカートリッジ１６１０を組み込むことによる、ＳｌｉｐＣｈｉｐにおけるサンプル調製のための例示的な方式を示す。カートリッジ１６１０は、サンプル１６１１と、１つ以上の洗浄緩衝剤１６１２および１６１３と、エタノール１６１４と、溶出緩衝剤１６１５とを含む。本明細書で説明されるいずれか等のカートリッジは、フィルタ１６２０を介してＳｌｉｐＣｈｉｐデバイス１６３０に界面接触させることができる。
図１７Ａ−１７Ｂは、平面図（Ａ）および断面図（Ｂ、図１７Ａで「Ｂ」と標示された点線に沿った）で、サンプル調製用の例示的な非限定的ＳｌｉｐＣｈｉｐのための方式を示す。Ａ：本デバイスは、サンプル１７１１、洗浄剤１７１２、および溶出剤１７１３を含有するように、１つ以上の構造を含むことができる。上層１７１０および底層１７４０の（例えば、滑動による）相対運動は、種々のチャンバ、フィルタ１７６０、および収集ウェル１７１４を接続または断絶することを可能にする。Ｂ：本デバイスは、第１の層１７１０（上ＰＤＭＳ層）と、第２の層１７２０と、第３の層１７３０と、第４の層１７５０（底ＰＤＭＳ層）と、第５の層１７５０とを含むことができる。
図１８Ａ−１８Ｂは、斜視図（Ａ）および分解図（Ｂ）で、サンプル調製用の例示的な回転ＳｌｉｐＣｈｉｐの方式を示す。Ａ：デバイス１８００は、最上部分１８０１および底部分１８０２を有する、筐体システムを含み、最上部分は、捕捉領域１８２１（例えば、膜）を含むサンプルチャンバ１８１１と、１つ以上の洗浄緩衝剤チャンバ１８１２と、１つ以上の溶出緩衝剤チャンバ１８１３とを含む。「Ｐ」は、陽圧を示し、「Ｍ」は、膜を示す。Ｂ：デバイス１８００は、第１の層１８１０（層１）と、捕捉領域１８２１（例えば、フィルタ）を含む第２の層１８２０（層２と）と、貫通穴１８３５および複数の受け取りチャンバ１８３０（例えば、受け取りウェル）を含む第３の層１８３０（層３）と、第２の層に接続するための支柱１８４５を含む第４の層１８４０（層４）とを含む。第１の層は、サンプル１８１１、洗浄緩衝剤１８１２、および溶出緩衝剤１８１３用のチャンバを含む。図１８Ａに示されるように、第１の層は、１つより多くの洗浄および／または溶出ステップを達成するように、洗浄緩衝剤および／または溶出緩衝剤用の１つより多くのチャンバを含むことができる。（ｉ）に示されるように、第１および第２の層は、サンプルチャンバ、捕捉領域、および受け取りウェルのうちの１つへ接続するように相対的に移動させられる。次いで、捕捉領域を通して整合した受け取りウェルの中へサンプルを輸送するように、圧力が印加され、所望の被分析物が捕捉領域の中で捕捉される。（ｉｉ）に示されるように、（例えば、第２の層に接続される第４の層を回転させることによる）第２の層の相対運動は、捕捉領域、洗浄チャンバ、および第２の受け取りウェルの接続をもたらす。捕捉領域を通して洗浄緩衝剤を輸送するように、圧力が印加され、それによって、洗浄ステップを行う。（ｉｉｉ）および（ｉｖ）に示されるように、（例えば、第２の層に接続される第４の層を回転させることによる）第２の層の相対運動は、捕捉領域、溶出チャンバ、および第３の受け取りウェルの接続をもたらす。捕捉領域を通して溶出緩衝剤を輸送するように、圧力が印加され、それによって、溶出ステップを行う。相対運動は、サンプルおよび／または被分析物を含むチャンバまたは捕捉領域に対して層を移動させる、任意の有用な移動（例えば、デバイスの最上部分１８０１を回転させること、またはデバイスの底部分１８０２を回転させること）を含むことができる。特定の実施形態では、デバイスの最上および／また底部分１８０１および１８０２は、サンプル、洗浄緩衝剤、または溶出緩衝剤を含むチャンバの場所を示す、標示（例えば、図１８Ａおよび２０Ａ−２０Ｄのデバイスの縁の上に提供されるＦ、Ｓ、およびＷ１−Ｗ４指示表示参照）を含むことができる。
図１９Ａ−１９Ｂは、方式（Ａ）として、およびプロトタイプ（Ｂ）として、添加血漿サンプルからの拡散精製のためのデバイスを提供する。
図２０Ａ−２０Ｄは、方式（Ａ、Ｂ）として、および写真（Ｃ、Ｄ）として、統合加圧モジュールを伴うデバイスを提供する。デバイス２０００は、サンプルチャンバ２０１０と、最上部分２００１および底部分２００２を有する筐体システムと、システムを封入するためのキャップ２００３とを含む。図２０Ｄに示されるように、最上部分２００１は、この特定の非限定的デバイスにおいて、底部分２００２に対して回転させられる。
図２１Ａ−２１Ｂは、方式（Ａ）として、および明視野像（Ｂ）として、大量のサンプル（例えば、約１ｍＬ以上のサンプル）を処理するためのＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスを提供する。
図２２Ａ−２２Ｂは、デバイスを充填するための圧力を生成するためのシステム提案を提供する。Ａ：筐体システムは、貫通穴２２０４を有するデバイス２２０２用の蓋２２０１を含む。開放または部分開放システム（図２２Ａの上）および完全閉鎖システム（図２２Ａの下）の方式が提供される。Ｂ：このシステムを達成するために、筐体システムは、陽圧および陰圧の両方をシステムに印加するために使用することができる、加圧蓋（左）を含むことができる。
図２３Ａ−２３Ｂは、ＨＩＶ ＲＮＡが添加されたヒト血漿からの第２世代デバイス上のサンプル調製の回収効率の定量化のためのリアルタイムｑＰＣＲを提供する。ＨＩＶ ＲＮＡが添加されたヒト血漿からのＨＩＶ ＲＮＡサンプル調製（約７０％効率、図２３Ａ）は、（図１９に示されるような）回転ＳｌｉｐＣｈｉｐ上で達成された。サンプル調製の効率は、リアルタイムｑＰＣＲおよびデジタルＲＴ−ＬＡＭＰを使用することによって定量化された。
図２４は、ＨＩＶ ＲＮＡが添加されたヒト血漿から精製されたＨＩＶ ＲＮＡのデジタルＲＴ−ＬＡＭＰデータを提供する。エラーバーは、チップサンプル調製上のそれぞれに対するデジタルＲＴ−ＬＡＭＰの標準偏差を表す。
図２５は、多重サンプル保存のための例示的な方式を提供する。本デバイスは、それぞれ、多重サンプル保存、サンプル精製、およびサンプル収集用の３つの層２５０１−２５０３を含む。３つのサンプルのそれぞれは、３つの被分析物（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、およびタンパク質）を貯蔵するように、収集、精製、および分割される。
図２６Ａ−２６Ｃは、整合入口を介したサンプル収集（Ａ）、不整合入口を介したサンプル収集（Ｂ）、およびサンプル体積のデジタル定量化（Ｃ）のための例示的な方式を提供する。サンプル収集に関する付加的な方式は、図５５Ａ−５５Ｄ、５６、５７Ａ−５７Ｂ、ならびに本明細書の実施例１５で説明される。
図２７は、中央研究室および／または現場での分析用のサンプル全体の再水和またはわずかなサンプルの再水和のための例示的な方式を提供する。
図２８Ａ−２８Ｄは、ＳｌｉｐＣｈｉｐを用いたサンプル調製のための例示的な使用を提供する。Ａ：サンプルが血液サンプル（例えば、全血サンプル）であるとき、ＳｌｉｐＣｈｉｐは、血液サンプルを濾過するとともに、捕捉領域中で捕捉された被分析物を精製、洗浄、および溶出するためのステップを含むように設計することができる。これらの分析ステップは、デバイスの上および底層の相対運動によって行うことができる。Ｂ：ＳｌｉｐＣｈｉｐはまた、大量（例えば、１ｍＬ以上のサンプル）の核酸抽出の予備結果を判定するように設計することもできる。Ｃ：ＳｌｉｐＣｈｉｐは、サンプル（例えば、血液サンプル）の急速分離、ならびに膜濾過および溶出による核酸抽出を助長するよう、１つ以上のチャンバ（例えば、様々な断面寸法のチャネル）を含むように設計することができる。Ｄ：ＳｌｉｐＣｈｉｐは、被分析物捕捉、不混和濾過、および溶出を含む、種々の分析ステップを含むように設計することができる。
図２９は、ＳｌｉｐＣｈｉｐの充填（左）および充填後の（例えば、滑動による）相対運動を介したデジタル化を示す、マイクロ写真を提供する。そのようなデジタル化サンプル（または区分化サンプルあるいはアリコート）はさらに、本明細書で説明されるように、処理、輸送、分析、および／または貯蔵することができる。
図３０Ａ−３０Ｇは、終端充填によって流体をデバイスの中へ装填するための例示的な方式を提供する。Ａ−Ｃ：装填は、サンプルを得るための先端およびストッパの使用を含むことができ、毛細管力（Ｆｃａｐ）は、先端内でサンプルを保持する。Ｄ：先端は、潤滑剤で充填され、ルアーロックおよび受け取りチャンバ（例えば、油受け取りチャネル）を有する、デバイスと界面接触させることができる。随意に、サンプルの汚染を低減させるように、サンプルの蒸発を低減させるように、および／またはデバイス内の気泡形成を最小限化するように、障壁層（例えば、潤滑剤）が先端とルアーロックとの間に提供される。Ｅ：ルアーロックの中への先端の挿入および／またはストッパの押下は、デバイスの中へのサンプル流を助長する圧力差、ならびに受け取りチャンバの中への潤滑剤の変位をもたらす。Ｆ：図３０Ａ−３０Ｅで説明される構成要素との色変化反応を行うために、ＳｌｉｐＣｈｉｐが使用された。Ｇ：ＳｌｉｐＣｈｉｐの層を締め付けるために磁石を使用することができ、磁石を上層に埋め込むことができ、付加的な磁石を組立中に底層に挿入することができる。
図３１Ａ−３１Ｄは、改変シリンジを使用した終端充填によって、流体をデバイスの中へ装填するための付加的な例示的方式を提供する。Ａ：サンプルは、入口貯留部の中へピペットで採取され、潤滑剤の存在が、サンプルの汚染を低減させ、サンプルの蒸発を低減させ、および／またはデバイス内の気泡形成を最小限化する。Ｂ：ある容積を含む改変シリンジは、ルアーロックを介してデバイスに接続される。ＣおよびＤ：プランジャを押勢することにより、方式（Ｃ）および写真（Ｄ）に示されるように、閉じ込められた空気をΔＶだけ圧縮し、デバイスの自動終端充填のための装填圧力ΔＰを生成した。
図３２は、デバイスを充填するための圧力を生成するためのシステム提案を示す、例示的な方式である。具体的には、サンプルは、ウェルの中へ分注され、蓋（またはキャップ）は、ウェルを覆って位置付けられ、次いで、蓋は、サンプルをデバイスに注入するように閉鎖される。
図３３Ａ−３３Ｃは、デバイスを充填するための圧力を生成するためのシステムを提供する。Ａ：図２２Ａ−２２Ｂのシステムと同様に、筐体システムは、貫通穴を有するデバイス２用の蓋を含む。部分開放システム（図３３Ａの上）では、関連容積は、Ｖ＝Ｖ０＝Ｖｃ＋Ｖ１−Ｖｓであり、Ｖｃは、（図３３Ａに示されるように）蓋の容積であり、Ｖ１は、完全に封入されたときの空洞の容積であり、Ｖｓは、サンプルによって包含される容積である。完全閉鎖システム（図３３Ａの下）では、関連容積は、Ｖ＝Ｖ１であり、Ｖ１は、完全に封入されたときの空洞の容積である。生成された圧力Ｐは、容積Ｖのこれらの変化に相応する。開放または部分開放システムでは、生成された圧力Ｐ＝Ｐａｔｍであり、サンプル２２１０をデバイスへ駆動するためには十分ではない。閉鎖システムでは、生成された圧力Ｐ＝Ｐａｔｍ＋ΔＰであり、ΔＰは、蓋の完全閉鎖時の容積の変化を反映する。したがって、蓋を閉鎖することによって誘発される容積差は、デバイスを充填するために使用される付加的な圧力を生成する。Ｂ：このシステムを達成するために、筐体システムは、陽圧および陰圧の両方をシステムに印加するために使用することができる、加圧蓋（左）を含むことができる。例示的なシステムが、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスのために実装され、訓練を受けていない６歳児によって実行が成功した。Ｃ：自律ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイス内で１６００ｎＬコンパートメントまたは液滴を形成するための段階的な指示表示が提供される。
図３３Ａ−３３Ｃは、デバイスを充填するための圧力を生成するためのシステムを提供する。Ａ：図２２Ａ−２２Ｂのシステムと同様に、筐体システムは、貫通穴を有するデバイス２用の蓋を含む。部分開放システム（図３３Ａの上）では、関連容積は、Ｖ＝Ｖ０＝Ｖｃ＋Ｖ１−Ｖｓであり、Ｖｃは、（図３３Ａに示されるように）蓋の容積であり、Ｖ１は、完全に封入されたときの空洞の容積であり、Ｖｓは、サンプルによって包含される容積である。完全閉鎖システム（図３３Ａの下）では、関連容積は、Ｖ＝Ｖ１であり、Ｖ１は、完全に封入されたときの空洞の容積である。生成された圧力Ｐは、容積Ｖのこれらの変化に相応する。開放または部分開放システムでは、生成された圧力Ｐ＝Ｐａｔｍであり、サンプル２２１０をデバイスへ駆動するためには十分ではない。閉鎖システムでは、生成された圧力Ｐ＝Ｐａｔｍ＋ΔＰであり、ΔＰは、蓋の完全閉鎖時の容積の変化を反映する。したがって、蓋を閉鎖することによって誘発される容積差は、デバイスを充填するために使用される付加的な圧力を生成する。Ｂ：このシステムを達成するために、筐体システムは、陽圧および陰圧の両方をシステムに印加するために使用することができる、加圧蓋（左）を含むことができる。例示的なシステムが、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスのために実装され、訓練を受けていない６歳児によって実行が成功した。Ｃ：自律ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイス内で１６００ｎＬコンパートメントまたは液滴を形成するための段階的な指示表示が提供される。
図３３Ａ−３３Ｃは、デバイスを充填するための圧力を生成するためのシステムを提供する。Ａ：図２２Ａ−２２Ｂのシステムと同様に、筐体システムは、貫通穴を有するデバイス２用の蓋を含む。部分開放システム（図３３Ａの上）では、関連容積は、Ｖ＝Ｖ０＝Ｖｃ＋Ｖ１−Ｖｓであり、Ｖｃは、（図３３Ａに示されるように）蓋の容積であり、Ｖ１は、完全に封入されたときの空洞の容積であり、Ｖｓは、サンプルによって包含される容積である。完全閉鎖システム（図３３Ａの下）では、関連容積は、Ｖ＝Ｖ１であり、Ｖ１は、完全に封入されたときの空洞の容積である。生成された圧力Ｐは、容積Ｖのこれらの変化に相応する。開放または部分開放システムでは、生成された圧力Ｐ＝Ｐａｔｍであり、サンプル２２１０をデバイスへ駆動するためには十分ではない。閉鎖システムでは、生成された圧力Ｐ＝Ｐａｔｍ＋ΔＰであり、ΔＰは、蓋の完全閉鎖時の容積の変化を反映する。したがって、蓋を閉鎖することによって誘発される容積差は、デバイスを充填するために使用される付加的な圧力を生成する。Ｂ：このシステムを達成するために、筐体システムは、陽圧および陰圧の両方をシステムに印加するために使用することができる、加圧蓋（左）を含むことができる。例示的なシステムが、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスのために実装され、訓練を受けていない６歳児によって実行が成功した。Ｃ：自律ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイス内で１６００ｎＬコンパートメントまたは液滴を形成するための段階的な指示表示が提供される。
図３４Ａ−３４Ｅは、薄膜バックルポンプの例示的な説明図を提供する。Ａ：薄膜ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイス３４０３は、アクリルクランプ３４０２を使用することによって、薄膜バックルポンプ３４０１と統合することができる。Ｂ：サンプル３４０３は、バックルポンプの開口部を通して装填することができる。Ｃ：空洞は、栓３４０５を挿入することによって密閉することができる。Ｄ：ポンプ作用は、指先でバックルポンプを押し下げることによって開始することができる。Ｅ：バックルポンプの機能を示す、ビデオクリップから得られた一連のフレームが提供される。
図３５Ａ−３５Ｃは、剛性キャップ３５０１を取り付けられた可撓性ポンピングカップ３５０２と組み合わせることによって、陽圧を生成するための装置の例示的な説明図を提供する。Ａ：キャップの閉鎖は、ポンピングカップをＳｌｉｐＣｈｉｐ３５０３と接触させる。Ｂ：密閉空洞は、ねじに対して下方に蓋を回転させることによって生成される。Ｃ：陽圧は、蓋をさらに回転させることによって生成され、それによって、貯留部３５０４の中の装填された溶液をＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスの中へ輸送する。
図３６Ａ−３６Ｇは、ポンピングカップに取り付けられた剛性キャップを使用したＳｌｉｐＣｈｉｐ装填装置の例示的な動作順序を示す、写真である。Ａ：本システムは、２つの構成要素、つまり、ポンピングカップを伴うキャップ（右）およびＳｌｉｐＣｈｉｐデバイス（左）を含む。ＢおよびＣ：サンプル（例えば、患者のサンプル）は、薄膜ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイス上の貯留部の中に導入される。Ｄ：キャップは、ポンピングカップでサンプルを保護するように閉鎖される。Ｅ：ポンプ作用および装填は、ＳｌｉｐＣｈｉｐ上へキャップを回転させる（矢印）ことによって開始される。Ｆ：（例えば、スライドによって示されるように、滑動による）相対運動は、デバイスの中でデジタル液滴（例えば、微小液滴）アレイの作成をもたらす。Ｇ：ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスは、さらなる分析、例えば、定量的検出のために、基部から除去することができる。
図３７Ａ−３７Ｃは、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイス３７０３上で剛性キャップ３７０１および可撓性ポンピングカップ３７０２を組み合わせることによって、陽圧を生成するための装置の例示的な概念図を提供する。Ａ：キャップを閉鎖することにより、ポンピングカップとの接触をもたらす。Ｂ：密閉空洞は、ねじ３７０４に対して下方に蓋を回転させることによって生成される。Ｃ：陽圧は、キャップをさらに回転させることによって生成され、それによって、貯留部３７０４の中の装填された溶液をＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスの中へ輸送する。
図３８Ａ−３８Ｂは、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスの真空充填を示す、ビデオから得られたフレームを提供する。Ａ：本デバイスは、指先からサンプル入口の中へＦｅ（ＳＣＮ）３の０．１Ｍ溶液で装填された。タイムコードは、指がデバイスに接近すると始まる。Ｂ：本デバイスは、４２秒未満に完全に充填された。本サンプルが、入口上に配置され、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）管およびＰＤＭＳガスケットによってデバイスに接続されたシリンジを介して、０．１ａｔｍ圧力差が印加された。
図３９Ａ−３９Ｃは、スポンジによって生成される陰圧による、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスの終端充填を提供する。Ａ：終端充填は、潤滑剤（例えば、油栓）を使用することによって助長することができ、デバイスの中の水容積の充填は、密閉圧力によって終了させられた。Ｂ：終端充填は、疎水性スポンジを使用することによって助長することができ、デバイスの中の水溶液の充填は、疎水性スポンジ自体によって終了させられる。Ｃ：多孔質材料が組み込まれた装置を使用することによって装填されたＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスの画像。
図４０は、本発明のデバイスにおけるサンプル処理、サンプルを調製および処理するための自動システムの使用、および結果を分析して結果を伝送するための外部携帯電話の使用を示す、方式である。
図４１は、相対運動（例えば、滑動）を誘導するＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスの中の２組の内部支柱・溝構造を示す、例示的な方式を提供する。一組の構造は、滑動距離（左から右の側面図）を制御するために使用され、別の一組は、滑動方向（前から後の側面図）を制御するために使用される。
図４２Ａ−４２Ｂは、熱サイクル中の効率的な熱伝達のために密接な接触を生成する中間磁石の除去を示す。Ａ：デジタルＰＣＲ ＳｌｉｐＣｈｉｐは、間隙を伴わずに熱アダプタに接触するように設計された。Ｂ：デバイスとアダプタとの間に間隙を作成するために磁石を使用することができるが、効率的な熱伝達を防止することができる。
図４３Ａ−４３Ｂは、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスのための例示的な方式を提供する。Ａ：本デバイスの断面図は、デバイスのための装填を実証する。Ｂ：本デバイスの側面図は、デバイスの終端充填のための圧力を生成するように、キャッピングシステムを提供する。
図４４Ａ−４４Ｂは、デバイスの中の層の相対運動後に１，６００ナノリットルスケール実験を同時に行うように（Ｂ）、段階的実証でＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスの使い易い動作（Ａ）を示す、写真を提供する。
図４５は、ＳｌｉｐＣｈｉｐ４５０３の動作を自律的に制御する単一の単純な巻装手順のための例示的な方式を提供する。例示的なコントローラは、巻解構造４５０１と、回転アーキテクチャ４５０２とを含む。
図４６は、ＳｌｉｐＣｈｉｐにおける相対運動の自律コントローラのための例示的な方式を提供する。この非限定的なシステムは、脱進リング４６０１と、４つのタイミングばね４６０２と、タイミング歯４６０３と、主要ばね４６０４と、二次ばね４６０５と、ラッチシステムの外側リング４６０６および内側リング４６０７と、制御ピン４６０８とを含む。
図４７は、ＳｌｉｐＣｈｉｐにおける相対運動の自律コントローラのための例示的な方式を提供する。この非限定的なシステムは、脱進車輪４７０１と、主要ばね４７０２と、バージ４７０３と、ラッチシステムの内側リング４７０４と、制御ピン４７０５とを含む。
図４８Ａ−４８Ｄは、ＳｌｉｐＣｈｉｐにおける相対運動の自律コントローラのためのさらに別の例示的な方式を提供する。この非限定的なシステムは、光学窓４８０１と、サンプル４８０５と、可撓性ポンピングカップ４８１１を有するキャップ４８１０と、ピン４８２１および滑動アーキテクチャ４８２５を有するレールシステム４８２０とを含む。このシステムは、（Ａ）溶液装填、（Ｂ）ポンプ作用開始、（Ｃ）滑動開始、および（Ｄ）完全滑動および圧力解放を可能にする。
図４９は、サンプル調製のためのデバイスの例示的な方式を提供する。左：本デバイスは、可撓性Ｏリング（Ｖ＝ＶＲＩＮＧ）と、入口穴の上に配置された液体サンプルとを含む。蓋は、空の容積ＶＴＯＴを伴う空洞を有する。右：デバイス上に蓋を配置し、可撓性Ｏリングで密封を生成することによって、自動充填を達成することができる。生成される最大圧力は、空洞およびＯリング幾何学形状に依存する。特定の実施形態では、この図に示される本デバイスは、終端充填で装填され、乾燥サンプル保存に使用することができる。
図５０は、本発明のデバイスにおける容積定量化のための非限定的な例示的方式を提供する。左：本デバイスの異なる部分の形状および場所を示す、食品色素を装填した乾燥サンプル保存モジュールの上面図写真が提供されている。蓋およびＯリングは、明確にするために省略された。右：装填位置での同一のモジュールのための側面図方式が提供されている。（第１の水平鎖線に沿った）上の方式は、入口穴、入口チャネル、通気ウェル、およびダクトを提供する。（第２の水平鎖線に沿った）下の方式は、１つのサンプルウェル、ダクト、および回収穴を示す。両方の方式では、Ｏリングおよび蓋は、明確にするために省略された。
図５１Ａ−５１Ｃは、乾燥サンプル保存モジュール用の自動装填のための非限定的な例示的方式を提供する。Ａ：サンプル（水および食品色素溶液）を伴う空のデバイスが、入口に配置された。Ｂ：順次充填が示されている。蓋がデバイス上に配置された後、デバイスの順次充填が自動的に起こる。ウェルは、黒い矢印によって示される経路に沿って１つずつ充填される。Ｃ１：完全装填が示されている。サンプル体積が全デバイス容積より高い場合には、装填は、終端充填により自動的に停止する。Ｃ２：部分装填が示されている。サンプル体積が全デバイス容積より低い場合には、いったん空気が通気ウェルに進入すると、装填は自動的に停止する。第１のウェルは完全に装填され、その容積は既知である。第２のウェルは、部分的にのみ装填され、その内容物は、サンプルで充填された分画の画像分析によって定量化することができる。
図５２は、入口に配置されたサンプル体積と対比して、デバイスに注入された体積を示す、グラフを提供する。完全な充填が、デバイスが完全に充填される５０μＬより大きいサンプル体積について観察された。サンプル体積が５０μＬを下回る場合には、直線関係がサンプル体積とデバイスの中の注入体積との間で観察される。
図５３は、ＳｌｉｐＣｈｉｐにおける相対運動の自律コントローラのための例示的な方式を提供する。この非限定的なシステム５３００は、制御ピン５３０１と、キャップ５３０２と、ポンピングカップ５３０３と、上クランプ５３０４と、滑動コントローラ５３０５と、薄膜ＳｌｉｐＣｈｉｐ５３０６と、レールシステム５３０７と、Ｃクランプ５３０８と、底クランプ５３０９と、基部５３１０とを含む。
図５４は、図１３に示されるような膜デバイスにおける逆転写定量的ポリメラーゼ連鎖反応法（ＲＴ−ｑＰＣＲ）を提供する。左：安定化マトリクス（ＲＮＡｓｔａｂｌｅ（登録商標）、Ｂｉｏｍａｔｒｉｃａ）と混合させられ、４日間貯蔵された、対照ＲＮＡ（８０ｎｇ／ｍＬ）の電気泳動特性化が提供されている。アリコートが、−８０℃の冷凍庫内の微小遠心管の中（「凍結」）、５０℃にて保存状態で膜デバイスの中（「デバイス５０Ｃ」）、または５０℃にて液体状態で微小遠心管の中（「液体５０Ｃ」）のいずれかで貯蔵された。５０℃にて膜デバイスの中に保存状態で貯蔵されたアリコートが、冷凍庫の中で凍結して貯蔵されたアリコートとの差異を示さなかった一方で、５０℃にて液体状態で貯蔵されたアリコートは、可視的な劣化を示す。右：定量的分析が、ＲＴ−ｑＰＣＲを使用して行われた。ＲＮＡが、不活性化ＨＩＶ−１ウイルス粒子から精製された。ＲＮＡの約３７５０個のコピーを含有するアリコートが、−８０℃の冷凍庫内の微小遠心管の中（「凍結」）、５０℃にて保存状態で膜デバイスの中（「デバイス５０Ｃ」）、または５０℃にて液体状態で微小遠心管の中（「液体５０Ｃ」）のいずれかで貯蔵された。ＲＴ−ｑＰＣＲが異なる時点で行われ、３５日の貯蔵後でさえも、凍結して貯蔵された、またはデバイスの中のサンプルの間に有意な変動を示さなかった。液体状態で高温にて貯蔵されたアリコートは、７日後に可視的な劣化を示し、Ｃｑの差異は、経時的に漸進的に増加した。
図５５Ａ−５５Ｄは、サンプル定量化のための非限定的なＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスを提供する。平面図（Ａ）および接近図（Ｂ）、ならびに９．８７μＬの全血を定量化するデバイスのマイクロ写真（Ｃ）、および体積９．８μＬに対応し、９９．１％の体積比を実証する、最後に充填されたウェル（番号２６）の接近画像（Ｄ）のレイアウトとを示す、方式が提供されている。
図５６は、例示的な収集ＳｌｉｐＣｈｉｐを使用した体積定量化を示すグラフである。較正曲線（菱形）は、９６．７％の体積比、および＋／−５％より良好な精度を示す。赤い円は、全血を用いた実験を示す。
図５７Ａ−５７Ｂは、市販の血液収集デバイスを用いた定量化ＳｌｉｐＣｈｉｐの統合使用の写真を提供する。Ａ：ＳＡＲＳＴＥＤＴミニベットを使用して、全血サンプルが収集された。Ｂ：ミニベットは、サンプル定量化のためのＳｌｉｐＣｈｉｐに界面接触させられ、示された体積は、１７．３μＬであった。
図５８Ａ−５８Ｄは、完全乾燥を用いた蒸発による濃縮のための方式を提供する。Ａ：サンプルは、デバイスの中に装填され、サンプルは、初期低濃度の標的被分析物を有する。ここで、サンプルは、２つの異なる層の中に位置する、２つのチャンバ５８０１および５８０２の中に存在する。Ｂ：底層を滑動させることにより、蒸発を開始する。溶媒（例えば、水）は、乾燥剤との蒸気接触（示されていないが、乾燥剤は、デバイスの中に事前充填されるか、または大気中に存在することができる）によって、または大気中の単純拡散によって駆動されて、膜を通して蒸発する。次いで、蒸発は、膜と直接接触しているチャンバに向かって液体流を誘発する。Ｃ：完全乾燥後に、被分析物は、膜に近接して位置する。Ｄ：滑動は、２つのチャンバの断絶を可能にする。最終濃度の標的被分析物が、サンプル中の初期濃度より高いように、膜と接触しているチャンバのみを再水和させることができる。ここで、濃度の増加は、チャンバ５８０１の容積に対するチャンバ５８０１および５８０２の容積の比にほぼ等しい（すなわち、最終濃度／初期濃度＝チャンバ５８０１および５８０２の容積／チャンバ５８０１の容積）。
図５９Ａ−５９Ｄは、部分乾燥を用いた蒸発による濃縮のための方式を提供する。Ａ：サンプルは、デバイスの中に装填され、サンプルは、初期低濃度の標的被分析物を有する。ここで、サンプルは、２つの異なる層の中に位置する、２つのチャンバ５９０１および５９０２の中に存在する。Ｂ：底層を滑動させることにより、蒸発を開始する。溶媒（例えば、水）は、乾燥剤との蒸気接触（示されていないが、乾燥剤は、デバイスの中に事前充填されるか、または大気中に存在することができる）によって、または大気中の単純拡散によって駆動されて、膜を通して蒸発する。次いで、蒸発は、膜と直接接触しているチャンバに向かって液体流を誘発する。Ｃ：所与の時間後に、被分析物は、膜に最も近いチャンバ５９０１の中でより濃縮されている。Ｄ：滑動は、２つのチャンバの断絶を可能にする。チャンバ５９０１に含有される溶液は、開始サンプル溶液よりも濃縮されている。
図６０は、デバイスの幾何学形状を制御すること、または乾燥の時間的尺度を制御することによって、蒸発速度を調節することができることを示す、方式を提供する。明確にするために、この図は、図５８Ａおよび５９Ａからの中心層のみを示す。短い時間的尺度で、サンプルチャンバと乾燥剤を含有するチャンバとの間の流体連通速度を増加させることによって、蒸発速度を増加させることができる。図６０（上）では、この流体連通速度は、乾燥剤を含有するチャンバを伴う膜の間の接触面積を増加させることによって増加させられる。このようにして、標的被分析物の濃度を、短い時間的尺度で増加させることができる。代替として、蒸発の時間的尺度を増加させることによって、濃度を増加させることができる（図６０、中央）。さらに、これらの方略を組み合わせることができ（下）、所与の時間にデバイスに導入されるサンプルの体積が、蒸発によって除去される溶媒の体積と同一である場合、最大濃縮係数を達成することができる。この方略は、常に増加する濃縮係数を伴って定常状態を生成する。
図６１は、貯留部を使用して蒸発を自動的に制御する方式を提供する。左：本デバイスは、サンプルで充填された貯留部を含む。鎖線は、膜等の多孔質材料を表す。この実施形態では、蒸発は、乾燥剤（図示せず）によって、または外部雰囲気に暴露させることによって駆動される。貯留部は、最上入口において開放している。右：蒸発は、溶液が多孔質材料と接触していないときに、停止するか、または大幅に減速する。露出界面を最小限化するように、実施例として、細い部分または収縮チャンバ（例えば、チャネル）を使用して、幾何学形状を調節することによって、蒸発速度を低減または抑制することができる。濃縮溶液は、重力、毛管現象、または任意の他の機構によって維持することができる。
図６２Ａ−６２Ｄは、写真、および滑動によって始動させられるサンプル乾燥のための方式を提供する。写真（上）およびサンプルチャンバに沿った側面図の方式（下）が提供されている。Ａ：デバイスは、サンプル（この場合、染料を含有する水溶液）で充填された。Ｂ：滑動によって開始した乾燥が開始された。１回の滑動は、アリコートを分離し、サンプルを乾燥剤と蒸気接触させ、したがって、乾燥プロセスを始動させる。乾燥は、気泡核形成とともに開始する。Ｃ：乾燥が進行すると、気泡が成長する一方で、サンプルは液相でますます濃縮する。Ｄ：完全乾燥後、固形残留物のみがチャンバの中に存在する。
図６３Ａ−６３Ｄは、写真、およびサンプル再水和および回収のための方式を提供する。写真（上）およびサンプルチャンバに沿った側面図の方式（下）が提供されている。Ａ：（例えば、図６２Ａ−６２Ｄで説明されるような）乾燥サンプルを含む、デバイスが提供されている。Ｂ：滑動は、デバイスを回収位置へ移動させる。特定の実施形態では、訓練を受けていないユーザによる偶発的な過剰滑動、または取扱の誤りを低減させるように、外部ツールを用いて滑動を達成することができる。Ｃ：選択的再水和を使用して、水または他の溶液（例えば、緩衝剤）をピペットで１つのウェルに注入することができる。サンプルは、そのチャンバの中のみで再水和させられる。Ｄ：選択的回収を使用して、再水和サンプルは、標準ピペッタでデバイスから回収され、標準研究室技法で処理する準備ができている。
図６４Ａ−６４Ｃは、蒸発によるサンプル濃度の説明を提供する。Ａ：本デバイスは、サンプルで装填することができ、右側の円は、開放入口を示す。Ｂ：左チャネル（「乾燥領域」）を乾燥剤に暴露させることによって、乾燥を始動させることができる。乾燥によって流動を生成することができ、それが、サンプルをデバイスに導入した。Ｃ：サンプルは、乾燥領域中で濃縮させられる。
本発明は、サンプルを調製、処理、貯蔵、保存、および／または分析するためのデバイスおよび方法を提供する。具体的には、そのようなデバイスは、汚染を最小限化しながら、複数の反応が行われることを可能にする。本明細書では、そのようなデバイスのための構造的特徴、ならびにサンプル調製または貯蔵でのそれらの使用のための方法が説明される。
デバイス
本発明のデバイスは、層、チャンバ（例えば、ウェル、チャネル、穴、ブリッジ、または空洞、あるいは本明細書で説明されるいずれか）、または捕捉領域等の１つ以上の構造特徴を含むことができる。具体的には、チャンバは、完成させるか、または（例えば、封入チャネルの中等に）部分的に封入することができ、あるいは（例えば、ウェルの中等で）開放し得る。本明細書で説明される種々の構造は、任意の有用な寸法、断面、平面性、または表面特性を有することができる。本明細書で説明されるデバイスのうちのいずれかは、個別に、または例えば、米国出願公開第２００６−０００３４３９号、第２００７−０１７２９５４号、第２０１０−００７８０７７号、第２０１０−０２３３０２６号、第２０１１−０１１２５０３号、第２０１１−０１４２７３４号、第２０１１−０１６５０３７号、第２０１１−０１７６９６６号、第２０１１−０１７７５８６号、および第２０１２−０３２９１７１号、米国特許第７，１２９，０９１号、第７，６５５，４７０号、第７，９０１，９３９号、第８，３０４，１９３号、第８，２７３，５７３号、および第８，３２９，４０７号、２０１２年１０月１０日に出願された米国特許出願第１３／６４８，９２２号、国際公開第ＷＯ ２００４／０３８３６３号、第ＷＯ ２００９／１４９２５７号、第ＷＯ ２００８／０７９２７４号、第ＷＯ ２００６／１０１８５１号、および米国仮特許出願第６０／３７９，９２７号、第６０／３９４，５４４号、第６０／５８５，８０１号、第６０／６２３，２６１号、第６０／７６３，５７４号、第６０／８７５，８５６号、第６０／８８１，０１２号、第６０／８９９，４４９号、第６０／９３０，３１６号、第６０／９３６，６０６号、第６０／９６２，４２６号、第６１／１３０，９３０号、および第６１／３３５，５７０号で説明されるデバイス、またはデバイスの１つ以上の特徴と組み合わせて、使用することができる。さらに、これらのデバイスのうちのいずれかは、本明細書で説明される任意の方法、ならびに参照することにより本明細書に組み込まれる、上記の米国特許、米国出願公開、米国特許出願、国際公開、および米国仮特許出願で説明される、これらの方法とともに使用することができる。
寸法および断面
層、チャンバ、捕捉領域、または他の構造は、任意の有用な寸法を含むことができる。有用な寸法は、任意の有用な軸に沿って一様または多様であり得る、任意の長さ、幅、または深度を含む。任意の有用な軸における（例えば、流体流動の軸と垂直な）例示的な寸法は、約５０ｍｍ未満（例えば、約４０ｍｍ、２０ｍｍ、１５ｍｍ、１０ｍｍ、５ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、５００μｍ、２００μｍ、６０μｍ、５０μｍ、４０μｍ、３０μｍ、１５μｍ、１０μｍ、３μｍ、１μｍ、３００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、３０ｎｍ、または１０ｎｍ未満）、または約１０ｎｍから約５０ｍｍ（例えば、１０ｎｍから４０ｍｍ、１０ｎｍから２０ｍｍ、１０ｎｍから１５ｍｍ、１０ｎｍから１０ｍｍ、１０ｎｍから５ｍｍ、１０ｎｍから２ｍｍ、１０ｎｍから１ｍｍ、１０ｎｍから５００μｍ、１０ｎｍから２００μｍ、１０ｎｍから６０μｍ、１０ｎｍから５０μｍ、１０ｎｍから４０μｍ、１０ｎｍから３０μｍ、１０ｎｍから１５μｍ、１０ｎｍから１０μｍ、１０ｎｍから３μｍ、１０ｎｍから１μｍ、１００ｎｍから５０ｍｍ、１００ｎｍから４０ｍｍ、１００ｎｍから２０ｍｍ、１００ｎｍから１５ｍｍ、１００ｎｍから１０ｍｍ、１００ｎｍから５ｍｍ、１００ｎｍから２ｍｍ、１００ｎｍから１ｍｍ、１００ｎｍから５００μｍ、１００ｎｍから２００μｍ、１００ｎｍから６０μｍ、１００ｎｍから５０μｍ、１００ｎｍから４０μｍ、１００ｎｍから３０μｍ、１００ｎｍから１５μｍ、１００ｎｍから１０μｍ、１００ｎｍから３μｍ、１００ｎｍから１μｍ、１μｍから５０ｍｍ、１μｍから４０ｍｍ、１μｍから２０ｍｍ、１μｍから１５ｍｍ、１μｍから１０ｍｍ、１μｍから５ｍｍ、１μｍから２ｍｍ、１μｍから１ｍｍ、１μｍから５００μｍ、１μｍから２００μｍ、１μｍから６０μｍ、１μｍから５０μｍ、１μｍから４０μｍ、１μｍから３０μｍ、１μｍから１５μｍ、１μｍから１０μｍ、１μｍから３μｍ、１０μｍから５０ｍｍ、１０μｍから４０ｍｍ、１０μｍから２０ｍｍ、１０μｍから１５ｍｍ、１０μｍから１０ｍｍ、１０μｍから５ｍｍ、１０μｍから２ｍｍ、１０μｍから１ｍｍ、１０μｍから５００μｍ、１０μｍから２００μｍ、１０μｍから６０μｍ、１０μｍから５０μｍ、１０μｍから４０μｍ、１０μｍから３０μｍ、１０μｍから１５μｍ、５０μｍから５０ｍｍ、５０μｍから４０ｍｍ、５０μｍから２０ｍｍ、５０μｍから１５ｍｍ、５０μｍから１０ｍｍ、５０μｍから５ｍｍ、５０μｍから２ｍｍ、５０μｍから１ｍｍ、５０μｍから５００μｍ、５０μｍから２００μｍ、５０μｍから６０μｍ、１００μｍから５０ｍｍ、１００μｍから４０ｍｍ、１００μｍから２０ｍｍ、１００μｍから１５ｍｍ、１００μｍから１０ｍｍ、１００μｍから５ｍｍ、１００μｍから２ｍｍ、１００μｍから１ｍｍ、１００μｍから５００μｍ、または１００μｍから２００μｍ）を含む。
任意の構造（例えば、１つ以上のチャンバ）の寸法は、デバイスの中の流体の特定の体積または線形流速を維持するように選択されてもよい。例えば、そのような寸法は、特定の流体を用いたデバイスの充填、あるいは領域および／または捕捉領域を通るそのような流体の流速を制御するために有用であり得る。
層、チャンバ、捕捉領域、または他の構造は、任意の有用な断面を含むことができる。断面は、任意の構造の軸に沿って随意に変化することができる、任意の有用な形状（例えば、長方形、正方形、円形、楕円形、不整形、または三角形の断面）であり得る。例えば、構造がチャネルであるとき、流体流動の軸に沿ったチャネルの断面は、円形から長方形の断面等の１つの断面形状から別の断面形状に変化することができる。別の場合においては、断面の寸法は、一様であり得、または流体流動の軸に沿って先細になるか、あるいは拡張するチャネル等、任意の軸に沿って変化することができる。
平面性
層、チャンバ、捕捉領域、または他の構造は、任意の有用な平面性を含むことができる。場合によっては、第１および第２の層の表面は、これらの層の移動を促進するように実質的に平面的である。そのような層はさらに、高さ、幅、および／または深度等の他の特性において一様または非一様であり得る。
代替として、構造の表面は、移動を可能にするように非平面かつ実質的に相補的であり得る。例えば、１つ以上の層は、円筒の表面、凹面、または凸面等の曲面を含むことができる。一実施例では、第１の層は、第１の円筒面を含むことができ、第２の層は、開口部、内側円筒面、および外側円筒面を有する、環状円筒を含む。第１の層が第２の層の開口部に挿入されたとき、第１の円筒面および第２の層の内側円筒面は、相補的であり、それによって、第１の層が第２の層内で移動することを可能にする。したがって、層は、同心球、円錐、円筒等の任意の有用な相補的表面を含むことができる。
さらに、本デバイスは、任意の有用な平面性を有する付加的な層を含むことができ、各層は、類似する、異なる、または相補的な構造特性（例えば、平面性）を有することができる。また、一様な圧力が第１および第２の領域または層にわたって印加されることを確実にするために、表面は、圧力がデバイスに沿った離散場所で印加されるときに、一様な圧力を印加できることを確実にするように変化し得る。例えば、２つの表面が円錐形であるとき、２つの表面を密接に接触させるように圧力が印加されてもよい。例示的なデバイスおよびそれらの特性は、それぞれがその全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国出願公開第２０１２−００２８３４２号、米国出願公開第２０１２−０２６４１３２号、米国出願公開第２０１２−０３２９０３８号、国際公開第ＷＯ ２０１０／１１１２６５号、ならびに２００９年３月２４日に出願された米国仮出願第６１／１６２，９２２号、２００９年１１月１８日に出願された第６１／２６２，３７５号、２０１０年３月２２日に出願された第６１／３４０，８７２号、２０１１年４月５日に出願された第６１／５１６，６２８号、および２０１１年５月９日に出願された第６１／５１８，６０１号で説明されている。
表面特性
層、チャンバ、捕捉領域、または他の構造は、任意の有用な表面特性を含むことができる。例示的な表面特性は、特異的湿潤（例えば、疎水性、疎油性、親フッ素性、または親水性）、平滑性、または多孔性を含む。各層は、実質的に同一または異なる表面特性を有することができる。例えば、第１および第２の層の両方は、実質的に疎水性であり得、または第１の層は、実質的に疎水性であり得、および第２の層は、実質的に親水性であり得る。同様に、第１の層の第１のチャンバのそれぞれは、実質的に同一または異なる表面特性を有することができる。一実施例では、第１のチャンバの全ては、実質的に親水性であり、第１の層の残りの部分は、疎水性であり、それによって、第１の層の他の部分と比較して、第１のチャンバ内の水性試薬の優先的湿潤を可能にする。別の実施例では、第１のチャンバを含む、第１の層全体は、実質的に親フッ素性であり、捕捉領域は、実質的に親水性である。このようにして、水性試薬および／またはサンプルは、第１の層の中に残ることと比較して、捕捉領域を通って優先的に流動するであろう。さらに、潤滑剤がフルオラス液体である場合には、この液体は、捕捉領域と比較して、第１のチャンバを優先的に湿らすであろう。示されるように、表面特性を制御することによって、流体流動および／または区画化を制御することができる。例えば、開放チャンバ（例えば、開放ウェル）が使用される場合、流体は、特に、開放チャンバが流体の優先的湿潤を可能にする表面特性を有する場合に、表面張力（すなわち、凹状または凸状メニスカス）を使用して開放チャンバ内で保持されてもよい。
表面特性は、任意の有用な材料または表面修正プロセスを使用することによって得ることができる。例えば、１つ以上のチャンバは、多孔質材料、例えば、多孔質ガラス、酸化アルミニウム、またはセルロースマトリクスを含むことができる。そのようなチャンバは、マトリクスを領域の中へ堆積させることによって、多孔質層をパターン化することによって、および／または領域の周囲で多孔質層を充填または被覆することによって、作製されてもよい。例示的なセルロースパターン化プロセスは、Ｍａｒｔｉｎｅｚ ｅｔ ａｌ．， Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ８０：３６９９−３７０７ （２００８）、Ｍａｒｔｉｎｅｚ ｅｔ ａｌ．， Ａｎｇｅｗ． Ｃｈｅｍｉｅ Ｉｎｔ． Ｅｄ． ４６：１３１８−１３２０ （２００７）、Ｍａｒｔｉｎｅｚ ｅｔ ａｌ．， Ｌａｂ Ｃｈｉｐ ８：２１４６−２１５０ （２００８）、およびＭａｃｅｋ ｅｔ ａｌ．， Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｒｅｖ． １５：１−２８ （１９７１）で説明され、他の材料は、ＰＬＧＡ足場についてはＶｏｚｚｉ ｅｔ ａｌ．， Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ２４：２５３３−２５４０ （２００３）、多孔質シリコン膜についてはＤｅｓａｉ ｅｔ ａｌ．， Ｂｉｏｓｅｎｓ． Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎ． １５： ４５３−４６２ （２０００）、Ｐｉｃｈｏｎａｔ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ． １５：Ｓ１７９−Ｓ１８４ （２００５）、Ｃｏｈｅｎ ｅｔ ａｌ．、Ｂｉｏｍｅｄ． Ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅｓ ５：２５３−２５９ （２００３）、Ｏｈｊｉ ｅｔ ａｌ．， Ｐｒｏｃ． ＳＰＩＥ Ｉｎｔ’ｌ Ｓｏｃ． Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇ． ３２２３：１８９−１９７ （１９９７）、および Ｃｈｕ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈ． Ｓｙｓ． １５： ６７１−６７７ （２００６）、薄型デバイスについてはＤｅ Ｊｏｎｇ ｅｔ ａｌ．， Ｌａｂ Ｃｈｉｐ ５： １２４０−１２４７ （２００５）、シリコン基板についてはＰｅｔｒｏｎｉｓ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｂｉｏｍｅｄ． Ｍａｔｅｒ． Ｒｅｓ． ６６：７０７−７２１ （２００３）、および水素感知用のパラジウム銀薄膜についてはＷａｎｇ ｅｔ ａｌ．， Ｓｅｎｓ． Ａｃｔｕａｔ． Ｂ １２３：１０１−１０６ （２００７）で説明される方法によって、パターン化されてもよく、それぞれは、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる。
層、チャンバ、捕捉領域、または他の構造は、任意の有用な材料から形成することができる。本発明のデバイスを形成するために使用される材料は、デバイスの適正な機能に望ましい物理的および化学的特性に関して選択される。好適な非限定的材料は、シリコーンポリマー（例えば、ポリジメチルシロキサンおよびエポキシポリマー）、ポリイミド（例えば、市販のＫａｐｔｏｎ（登録商標）（ＤｕＰｏｎｔ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ， Ｄｅｌ．）からのポリ（４，４’−オキシジフェニレン−ピロメリトイミド）およびＵｐｉｌｅｘＴＭ（Ｕｂｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｌｔｄ．（Ｊａｐａｎ）からのポリ（ジフェニルテトラカルボン酸二無水物））、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリフルオロカーボン、フッ素化ポリマー（例えば、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシポリマー、フッ素化エチレンプロピレン、ポリエチレンテトラフルオロエチレン、ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン、パーフルオロポリエーテル、ペルフルオロスルホン酸、パーフルオロポリオキセタン、ＦＦＰＭ／ＦＦＫＭ（過フッ素化エラストマー［パーフルオロエラストマー］）、ＦＰＭ／ＦＫＭ（フルオロカーボン［フッ化物クロロトリフルオロエチレンビニリデン］）、ならびにその共重合体）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスチレン、ポリ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）（ＡＢＳ）、ポリメチルメタクリレート等のアクリレートおよびアクリル酸ポリマー、ならびに他の置換および非置換ポリオレフィン（例えば、シクロオレフィンポリマー、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリエチレン（ＰＥ、例えば、架橋ＰＥ、高密度ＰＥ、中密度ＰＥ、直鎖状低密度ＰＥ、低密度ＰＥ、または超高分子量ＰＥ）、ポリメチルペンテン、ポリブテン−１、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンモノマー（Ｍクラス）ゴム）、およびそれらの共重合体（例えば、シクロオレフィン共重合体）、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、および同等物等のセラミック、シリコン、ガリウムヒ素、および同等物等の半導体、ガラス、金属、ならびにコーティングされた組み合わせ、複合材料（例えば、ブロック複合材料、例えば、本明細書で説明される任意の材料のＡ−Ｂ−Ａブロック複合材料、Ａ−Ｂ−Ｃブロック複合材料、または同等物）、およびそれらの積層（例えば、ポリマー積層またはポリマー金属積層、例えば、銅でコーティングされたポリマー、金属内セラミックまたは金属内ポリマー材料等の同一または異なる材料のいくつかの異なる結合層から形成された複合材料）等のポリマー材料を含む。
本デバイスは、成形（例えば、射出成形、真空成形、または外側被覆）、機械加工（例えば、掘削、フライス加工、またはサンディング）、およびエッチング（例えば、深部反応性イオンエッチング、ＫＯＨエッチング、またはＨＦエッチング）を含むが、それらに限定されない、任意の有用なプロセスによって形成することができる。マイクロ流体用途では、層は、マイクロ加工技法（例えば、所望の小型表面特徴を有するための、ドライエッチング、ウェットエッチング、レーザエッチング、レーザアブレーション、成形、エンボス加工、または同等物）を使用することによって等、高分解能特徴（例えば、ミリメートル、ミクロン、またはサブミクロン寸法である、マイクロチャネル、チャンバ、混合特徴、および同等物）の形成を可能にする、材料から加工することができる。さらに、材料は、随意に、化学的不活性表面（例えば、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル−１−トリクロロシランを用いたシラン化によって）、生体適合性表面（例えば、ウシ血清アルブミンを用いた処置によって）、および／または物理的に安定した材料（例えば、広範な架橋結合によって）を提供するように、処置することができる。
層は、任意の有用な材料を含むことができる。例えば、層の一部分は、膜を含むことができ、層全体は、連続膜またはパターン化膜を含むことができる。さらに、そのような膜は、１つ以上のチャンバおよび／または入口を有する、１つ以上の層と（例えば、外側被覆または積層によって）統合することができる。代替として、そのような膜は、別個の層の中に存在することができる。例示的な膜は、ＰＴＦＥ（例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））膜、ポリカーボネート膜、セルロース膜、ニトロセルロース膜、ナイロン膜、紙膜、または当技術分野で公知である他の膜を含む。
本デバイスはまた、１つ以上の変形可能層を含むことができる。そのような変形可能層は、局所圧力をデバイスの表面にわたって一様な圧力に再分配するため、および／または層あるいはチャンバ間の接続または断絶を制御するため等、圧力が印加されると変形するように設計することができる。
さらに、１つ以上の層および／またはチャンバを随意にコーティングすることができる。特定の実施形態では、層の間の二次汚染を最小限化するために、コーティングが使用され、層の間の相対運動が、層の間で形成する試薬の薄膜をもたらすことができる。コーティングは、（例えば、水との接触角を約１５４°まで増加させることによって）表面化学を制御するために使用することができる。特定の実施形態では、１つ以上の層および／またはチャンバは、フッ素重合体でコーティングされる。例示的なフッ素重合体は、フッ素化エチレンプロピレン樹脂（例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰ ＴＥ−９５６８、ＦＥＰ固体の重量に基づいて、（総重量あたり）約５４％の負に帯電した疎水性コロイドフッ素重合体樹脂（水に懸濁した０．１〜０．３０μｍＦＥＰ粒子）および（ＦＥＰ樹脂の重量あたり）約６％の非イオン性湿潤剤および安定剤から成る分散液）、パーフルオロアルコキシ共重合体樹脂（例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標） ＰＦＡ ＴＥ−７２２４、ＰＦＡ固体の重量に基づいて、水中に分散された（総重量あたり）約６０％のＰＦＡ樹脂（０．０５〜０．５μｍ粒子）および約５重量％の非イオン性湿潤剤および安定剤から成る分散液、またはＴｅｆｌｏｎ（登録商標） ＰＦＡＤ ３３５Ｄ、ＰＦＡ固体の重量に基づいて、水中に分散された（総重量あたり）約６０％のＰＦＡ樹脂（０．２０μｍ平均直径粒子）および約６重量％の非イオン性界面活性剤から成る分散液）、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標） ＰＴＦＥ ＤＩＳＰ ３０、ＰＴＦＥ固体の重量に基づいて、水中に分散された（総重量あたり）約６０％のＰＴＦＥ樹脂（０．２２０μｍ平均直径粒子）および約６重量％の非イオン性界面活性剤から成る分散液）、またはテトラフルオロエチレンおよびエチレンの共重合体（例えば、０．０００５、０．００１０、０．００２０、０．００５０、０．００７５、０．０１００、または０．０２００インチの厚さを有する、５０、１００、２００、５００、７５０、１０００、または２０００の公称ゲージで入手可能である、Ｔｅｆｚｅｌ（登録商標）タイプＬＺ、ＣＬＺ、またはＣＬＺ−２０）を含む。
本デバイスは、多重サンプル処理、調製、および／または分析に適応する複数の層を含むことができる（例えば、図７および９参照）。特定の実施形態では、層は、上層、底層、および複数の中間層を有する、積み重ね構成で提供される。中間層は、種々のチャンバおよび／または捕捉領域が相対運動によって接続されることができるように、１つ以上の開口部および／または捕捉領域を有することができる。層のそれぞれを接続し、およびスタック内の他の層から分離して断絶することができる。このようにして、所望の反応または多重分析を行うように、層間の接続および断絶を制御することができる。
層は、各チャンバが同一または異なり得る、複数のチャンバを含むことができる。さらに、そのようなチャンバの複数のアレイが、１つ以上の層の中に存在することができる（例えば、連続的または順次に接続することができる、図１０のアレイを参照）。そのようなチャンバは、任意の容積構造を含むことができる。層またはアレイの中の各チャンバは、同一の表面寸法、断面、平面性、または表面特性を有してもよい。代替として、層またはアレイの中の各チャンバは、異なる表面寸法、断面、平面性、または表面特性を有してもよい。例示的なチャンバは、開放溝またはトレンチ、閉鎖チャネル、開放または閉鎖ウェル等を含む。そのようなチャンバは、１つ以上の試薬、サンプル、または流体（例えば、潤滑剤）を保持または輸送するために有用である。
１つの例示的なチャンバは、同一の層の中の２つの他のチャンバ、またはそれぞれ別個の層の中の２つの他のチャンバを接続することを可能にすることができる、ブリッジである。ブリッジの表面寸法、断面、平面性、または表面特性は、サンプル貯蔵または保存のためのデバイスの中等で、急速な蒸気拡散または流体連通を助長するように最適化することができる。いくつかの実施形態では、ブリッジは、デバイス使用条件下で、液体水によって優先的に湿らされない（例えば、ブリッジの表面は、実質的に疎水性であり、および／またはブリッジは、気体で充填される）。いくつかの実施形態では、ブリッジおよび２つのチャンバの間の距離は、約５００μｍ未満（例えば、約３００μｍ、１００μｍ、５０μｍ、または２０μｍ未満）である。
層の運動
本発明のデバイスは、相対運動によって１つ以上のチャンバの接続および断絶を可能にする層を含む。例えば、第１の位置で、第１のチャンバは、第２のチャンバに接続されていない（すなわち、第１のチャンバは、第２のチャンバと流体的に連通しない）。第２のチャンバに対して第１のチャンバを移動させることにより、接続が形成される。この運動は、第２の層に対して第１のチャンバを有する第１の層を移動させることによって達成することができる。代替として、この運動は、第２の層に対して第２のチャンバを有する第２の層を移動させることを含むことができる。チャンバ間の接続はまた、捕捉領域、ブリッジ、膜、または第１および第２のチャンバの間の流体連通を提供するように説明される任意の他の構造を介しても起こり得る。
運動は、任意の有用な相対運動であり得る。例えば、そのような運動は、同一の軸上の２つ以上の層の軸方向回転、または異なる軸上の２つ以上の層の回転を含むことができる。例えば、本デバイスは、円筒形の略平面をそれぞれ有する、３つの層（例えば、図２５の層２５０１、２５０２、および２５０３）を含むことができる。軸２５０５上の層２５０１の相対運動は、層２５０２および２５０３に対する層２５０１の軸方向並進をもたらす。別の場合において、そのような運動は、２つ以上の層の間の長手方向並進を含むことができる。例えば、本デバイスは、それぞれ正面（例えば、図１４の層１４１０、１４２０、および１４３０の左縁）および裏面（例えば、図１４の層１４１０、１４２０、および１４３０の右縁）をそれぞれ有する、３つの層を含むことができる。左への層１４１０の相対運動は、層１４２０および１４３０に対する層１４１０の長手方向並進をもたらす。さらに別の場合において、運動は、軸方向回転および長手方向並進の組み合わせであり得る。
したがって、相対運動は、線形、回転、または両方の組み合わせであってもよい。場合によっては、２次元運動（例えば、Ｘ−Ｙ運動）が、線形および／または回転運動の組み合わせを通して達成されてもよい。例えば、線形および回転摺動運動を達成するために、摺動および回転手段が採用されてもよい。加えて、相対的摺動運動を生成するためのそのような手段は、例えば、モータ、レバー、滑車、歯車、水力学、空気力学、それらの組み合わせ、または当業者に公知である他の電気機械または機械的手段から構築されてもよい。別の部品に対する１つの部品の運動を制御する方法の他の実施例は、それぞれがその全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、摺動ガイド、ラックアンドピニオンシステム（米国特許第７，１３６，６８８号）、回転板（米国特許第７，００３，１０４号）、スライダアセンブリ（米国出願公開第２００７−０１５５４５１号および第２００８−００５８０３９号）、ガイド溝（米国特許第５，８０５，９４７号および第５，０２６，１１３号）、圧電アクチュエータ（米国出願公開第２００５−０００９５８２号）、玉軸受および切り込み（米国特許第２，５４１，４１３号）、および駆動ケーブル（米国特許第５，１１４，２０８号）を含むが、それらに限定されない。また、相互に対する層の運動は、典型的には、単独で、または電気コネクタと組み合わせて使用されるような、例えば、切り込み、保持器、および／または穴および噛合ピンのシステムによって、制約されてもよい。また、相互に対する層の運動は、ケース、支柱、溝および隆起、歯車、または例えば、回転運動の場合は中心軸によって、制約されてもよい。ある実施形態では、本デバイスは、ロボットによって操作されるように構成される。
本明細書で説明される層のうちのいずれかについては、層間の距離は、基板の種類に応じて変化し得る。ある実施形態では、距離は、例えば、設計または表面粗度により、異なるデバイス位置で変化し得る。一般的に言えば、間隙は、０．２ナノメートルから２０マイクロメートルの間に及び得る。特定の実施形態では、層間の間隙は、本明細書で説明されるもの等の任意の有用な潤滑剤で充填される。
デバイスおよび／または層内の構造は、行われる相対運動に適応するように設計することができる。例えば、回転運動は、層を切断または断絶するために使用され、次いで、層内の構造要素（例えば、チャンバまたはチャネル）は、半径方向またはらせんパターンに配列することができる。
相対運動は、任意の有用なアセンブリによって達成することができる。回転のための例示的なアセンブリは、回転継手機構、回転作動機構（例えば、回転作動のために引張紐を採用する）、および回転シャフトアセンブリを含む。回転運動は、モータ、ばね、例えば、クロックスプリング、引張紐、軸受、カム、回転可能ハブ、ケーブル要素、歯車、および／またはアクチュエータを含む、標準機構によって達成されてもよい。これらの機構は、回転の数、力、および／または速度を制御するように設計することができる。本デバイスは、一度だけ起動されるように設計されてもよく、または無限に使用されてもよい。本デバイスは、使用に先立つ作動を防止する１つ以上のスイッチを含んでもよい。スイッチは、これらの構造の間で適正な接触を確保するように、デバイスの表面、キャップ、または蓋の上に配置されてもよい。層間の並進は、相対運動の方向および量を制限するために、誘導／追跡構成（例えば、図４１および４８、ならびに実施例９参照）、または層に摺動して係合するように構成される玉軸受によって誘導されてもよい。加えて、層間の相対運動は、（例えば、本明細書で説明されるもの等の任意の有用な機構を使用して）自動化されてもよい。
１つの例示的な回転継手機構では、回転可能層が、固定層と接続される。回転を達成するために、回転可能層は、外側軸受（例えば、外側リング軸受）を含むことができ、固定層は、内側軸受（例えば、内側リング軸受）を含むことができ、これらの軸受は、外側軸受が内側軸受に対して回転することを可能にする。そのような軸受は、少なくとも１つのモータを含むか、または（例えば、ケーブル要素、歯車機構等を通して）それに連結することができる。別の例示的なアセンブリは、固定層に含まれる基部に相互接続される、静止シャフトと、静止シャフトに回転可能に相互接続されるハブを含む、回転可能層とを含む。ハブは、軸受（例えば、油または空気充填軸受）によって、軸方向および半径方向に支持することができる。回転可能層は、少なくとも１つのモータを含むか、または（例えば、ケーブル要素、歯車機構等を通して）それに連結することができる。モータは、任意の種類のアクチュエータ、例えば、電気モータ、電気活性ポリマー、検流計アクチュエータ、油圧ピストン、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータ、圧電アクチュエータ、継電器、またはステッピングモータであり得る。
自律コントローラ
相対運動は、任意の有用な自律コントローラによって達成することができる。自律コントローラは、本明細書で説明される任意の機構またはアセンブリを含むことができる。自律コントローラは、ＳｌｉｐＣｈｉｐ、薄膜ＳｌｉｐＣｈｉｐ、または別のデバイスの動作を制御するために有用であり得る。種々の機能が、訓練を受けていないユーザのためのハンズオフインターフェースを提供するコントローラの設計の一部であり得る。これらは、（１）ポンプ作用、（２）滑動、および（３）最初の２つの動作およびデバイスの動作のうちのいずれかのタイミング制御を含むが、それらに限定されない。例えば、タイミング制御を使用することによって、多重ステップポンプ作用および滑動をプログラムすることができる。これらの動作はまた、例えば、（例えば、バッテリ等の）ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスに貯蔵されるエネルギー源を必要とすることなく、行われてもよい。
特定の実施形態では、自律コントローラは、ユーザ入力を伴わずに１つ以上のプロセス（例えば、本明細書で説明されるいずれか）を制御することを可能にする。例えば、そのような制御は、自律コントローラを起動するスイッチをオンにすることによって、達成することができる。いくつかの実施形態では、コントローラは、手持ち式または可搬性使用を可能にする、１つ以上の要素を含む。例えば、本明細書で説明される構成要素のうちのいずれか（例えば、電力要素、調節要素、タイミング要素、移動要素、伝達要素、スイッチ、および／または連鎖部）は、最小限の電力を使用するか、または外部電源を使用しない小型形態で提供することができる。
自律コントローラは、機械、空気圧、流体、電子機械、または電子機構、あるいはそれらの組み合わせを含んでもよい。非限定的な例示的コントローラは、電力要素、随意的であり、電源の比較的の一定の速度を維持する働きをする調節要素、デバイスの相対運動速度を判定するタイミング要素、デバイスの相対運動を助長する移動要素、電源の力を移動要素および／またはタイミング要素に伝達する伝達要素、および／または随意的であり、電力要素を移動要素に直接または間接的のいずれかで接続するスイッチを含み、これらの要素のそれぞれは、直接または間接的のいずれかで（例えば、本明細書で説明されるいずれか等の連鎖部によって）相互接続することができる。
電力要素は、相対運動を駆動する、機械、電気、電子機械的、空気圧、または流体源を含む、任意の電源であってもよい。電力要素の実施例は、巻き取り機、ばね（例えば、主要ばね、らせんねじりばね、半逆転ねじりばね、または逆転ねじりばね）、手回しクランク、ロータ機構（例えば、回転振り子、およびユーザの運動によって生成される運動エネルギーによって移動可能なピニオンを有し、ピニオンは、発電機に連結され、エネルギーは、コンデンサまたはバッテリに貯蔵される）、光起電性電池、バッテリ、太陽電池、発電機（例えば、ダイナモ、電磁流体力学的発電機、誘導発電機、単極発電機、または励起発電機等の発電機）、交流発電機、および／またはコンデンサを含むが、それらに限定されない。電力要素は、移動要素と直接的に、または（例えば、１つ以上の伝達要素または連鎖部を通して）移動要素と間接的に相互接続することができる。
電力要素は、電源の相対的に一定の速度を維持する、１つ以上の随意的な調節要素に接続することができる。例えば、機械的電力要素では、調節要素は、振り子、平衡車輪、スタックフリード（例えば、電力要素の軸上に搭載され、ばね荷重ローラを含む、ばね荷重カム）、カム、ラチェット、フュージ（例えば、鎖または別の有用な連鎖部によって電力要素に取り付けられた円錐形の滑車システム）、ストップワーク、ルモントワール（例えば、脱進機に電力供給する二次ばねまたは重り）、進行バレル（例えば、張力下で機械的電力要素を含有し、一定のトルクを提供するように機械的電力要素の使用を可能にする構造）、モータバレル、またはピニオン（例えば、進行バレル等のバレルに係合する安全ピニオン）、ならびにそれらの組み合わせから選択することができる。例えば、電気電力要素では、調節要素は、コネクタ、コイル、ヒューズ、抵抗器、変圧器、サーミスタ、コンデンサ、および／またはダイオードから選択することができる。
１つの非限定的実施例では、アセンブリは、電力要素としてのばねと、１つ以上の調節要素とを含む。特定の実施形態では、アセンブリは、ばねと、ばねのための軸としての機能を果たすアーバと、ばねの巻解を防止するようにアーバに移動可能に接続されるラチェット、歯車の歯を有し、ばねを含有する進行バレルと、歯車が、随意に、伝達要素（例えば、歯車列、または本明細書で説明されるいずれか）に直接または間接的に接続される、進行バレルの歯車の歯に移動可能に接続されるピニオン（例えば、中心車輪ピニオン）とを含む。
アセンブリは、相対運動速度を判定する、タイミング要素を含むことができる。タイミング要素は、平衡車輪（例えば、らせんばねまたは平衡ばねを含む、加重車輪）、振り子、音叉、同期モータ、同期化モータ、直接同期化発振システム、ステッピングモータ、電子機械的ステッピング機構、または水晶振動子（例えば、石英振動子）を含むことができる。タイミング要素は、特定の反応時間（例えば、サンプルインキュベーション、反応、保存、貯蔵、処理、または分析のための期間を含む）を達成するように設計することができる。タイミング要素（例えば、平衡車輪または振り子）は、随意に、電源の力をタイミング要素に伝達し、タイミング要素の中の振動数を監視し、タイミング要素の振動に相応する相対運動を達成するために（例えば、１つ以上の連鎖部または１つ以上の伝達要素を通して）移動要素に接続する、脱進機構を含むことができる。例示的な非限定的脱進機構は、バージ脱進機、アンカ脱進機（例えば、デッドビート脱進機）、着脱型脱進機（例えば、戻り止め脱進機または同軸脱進機）、クロスビート脱進機、シリンダ脱進機、デュプレックス脱進機、レバー脱進機、グラスホッパ脱進機、重力脱進機、または電磁脱進機（例えば、タイミング要素に連結された電磁石を含む、スイッチまたは光電管）、ならびに本明細書で説明されるいずれかを含む。タイミング要素（例えば、モータシステムまたは水晶振動子）は、随意に、振動モータ、振動ドライバ（例えば、水晶振動子の出力に接続される分周器）、蓄積回路（例えば、分周器の出力に接続される、双安定マルチバイブレータ）、切り替え回路（例えば、蓄積回路の出力に接続される）、および／または電子平衡車輪システム（例えば、切り替え回路の出力に接続される）を含むことができる。例示的なタイミング要素は、それぞれがその全体で本明細書に組み込まれる、米国特許第３４４，９２２号、第１，４８９，７６２号、第４，０３６，００６号、第７，３５２６，５５号、第８，３０８，３４６号、および第８，２６３，８８３号で提供される。
本デバイスにおいて相対運動を達成するために、アセンブリは、移動要素を含むことができる。移動要素は、（例えば、本明細書で説明されるような）任意の有用な連鎖部または伝達要素を使用して、本デバイスまたはその一部分（例えば、回転運動のための中心軸を通して等、１つ以上の層）に直接または間接的に接続することができる。例示的な移動要素は、歯車、ばね、フライホイール、振り子、および／またはモータのうちの１つ以上を含む。特定の実施形態では、移動要素は、相対運動が特定の速度で起こることを確実にするように、タイミング要素に接続される。さらなる実施形態では、移動要素とタイミング要素との間のこの接続は、脱進機構（例えば、本明細書で説明されるいずれか）である。
電力をタイミング要素および／または移動要素に伝達するために、アセンブリは、１つ以上の伝達要素を含むことができる。例示的な伝達要素は、歯車列（例えば、１つ以上の車輪および１つ以上のピニオンを含む）、車輪、ピニオン、歯車、プレート、バー、カム、ラチェット、レバー、脱進機、ケーブル、および／または滑車のうちの１つ以上を含む。
アセンブリは、随意に、電力要素と移動要素との間の接続を制御する、スイッチを含むことができる。例示的なスイッチは、トグルスイッチ、瞬時スイッチ、ロッカースイッチ、回転スイッチ、付勢スイッチ（例えば、押しボタンスイッチ）、フロートスイッチ、リミットスイッチ（または回転運動によって促されるマイクロスイッチ）、リードスイッチ、キースイッチ、制御スイッチ、セールスイッチ、圧力スイッチ、傾転スイッチ、ナイフスイッチ、電子スイッチ（例えば、アナログスイッチ等の継電器）、膜スイッチ、圧電スイッチ、またはタッチスイッチ（例えば、静電容量タッチスイッチ、抵抗タッチスイッチ、または圧電タッチスイッチ）、ならびに、それぞれがその全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第４，００１，５２７号、第４，０２１，６２６号、第４，９１２，３７６号、第５，１６０，８５３号、第６，８６１，６０１号、第７，２５１，１４２号、第７，５７９，５６５号、および第８，２６３，８８３号で説明されるものを含む。
例示的な機械的機構は、移動要素としてのばねに機械的に接続される、電力要素としての可動巻き取り機、入力歯車、出力歯車、および中間歯車を含む、歯車列、出力歯車によって駆動される脱進機、歯車列との運動のためにこの歯車列に連結される連鎖部を含んでもよい。非限定的な機構が、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第５，９２６，６６０号の図２３−３１で提供される。
別の例示的な機械的機構は、回転可能シャフトを通してばね（運動要素）に固定されるノブ（電力要素）と、ばねの機械力をデバイスの１つ以上の層に伝達し、それによって、これらの層の運動を達成するように、シャフト（伝達要素）によって移動可能な接触部材とを含んでもよい。非限定的な機構が、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第７，５７９，５６５号で提供される。
別の例示的な機構は、ばね（移動要素）を持つ回転可能シャフトに固定される、巻き取り機（電力要素）を含んでもよい。シャフトは、１つ以上のカムまたは随意に歯車付きの車輪を介して、１つ以上の可動層と相互接続することができる、歯車機構および成形カムから成る伝達要素と相互接続される。非限定的な機構が、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第２，８９５，５４７号の図３−６で提供される。
別の例示的な機構は、歯車および／または成形カム（伝達要素）を介して可動層に相互接続される、フライホイール（移動要素）を含んでもよい。フライホイールは、外部電力要素によって発動されることが可能であり、本質的に、回転可能に搭載される要素から成り、遠心力で可動であり、かつ遠心運動に対して定位置で屈服可能に保持される部材を有する。非限定的な機構が、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第１，９２６，２７６号で提供される。
別の例示的な機構は、流体（電力要素）用の入力と、この流体を貯蔵するための１つ以上の貯留部と、タイマ弁と、１つ以上の時間セレクタ弁と、直接的に、または歯車列あるいは可動層を伴う滑車を通してのいずれかで、相互接続されるピストン（移動要素）等の出力とを含んでもよい。入力は、タイマ弁を介して、出力および１つ以上のセレクタ弁の両方に接続される。次いで、セレクタ弁のそれぞれは、流体を貯蔵するための別個の貯留部に個別に接続される。タイマ弁は、時間セレクタ弁が開放している、全ての貯留部内で、閾値圧力に達すると、貯留部の供給から出力の供給へ流体流動を切り替えるように従事する。非限定的な実施例が、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第６，０７０，６１０号で提供される。
別の例示的な機構は、バッテリ等の電力要素と、モータに連結される電気タイマ等の移動要素と、少なくとも可動層の運動を達成するモータのシャフトを含む、伝達要素とを含む。電気タイマは、モータと、プログラム可能なスケジュールおよび１つ以上のコントローラ設定を記憶するための少なくとも１つのメモリと、プログラム可能なスケジュールに従ってモータへの電力の切り替えを制御するためにメモリに連結されるコントローラと、ディスプレイおよび少なくとも１つのボタンを含むユーザインターフェースとを含む。コントローラは、少なくとも１つのボタンと相互作用することによって、ユーザがプログラム可能なスケジュールおよび１つ以上のコントローラ設定をプログラムすることができるように、プログラムされる。コントローラは、少なくとも１つのボタンと相互作用することによって切り替えることができる、動作モードおよび設定モードを有する。非限定的な実施例が、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第８，３１４，５１７号で提供される。
例えば、その変形状態でポテンシャルエネルギーを貯蔵することができる、標準機械的構造を使用することによって、滑動、ポンプ作用、およびタイミング制御を含み得る、種々の操作のためのエネルギー源が生成されてもよい。１つの非限定的実施形態では、一定力のばねが、自律動作を達成するためのエネルギーおよび一定の力を提供するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、単一の単純な巻装手順が、（機械的タイマと同様に、図４５参照）ＳｌｉｐＣｈｉｐの動作を開始するためにエンドユーザが行う必要がある、唯一の必要動作である。本実施形態では、いったんポテンシャルエネルギーが変形したばねに貯蔵され、ユーザがコントローラを起動すると、ある時点でポンプ作用および滑動する（またはデバイスの層を相対的に移動させる）ようにＳｌｉｐＣｈｉｐを駆動するためのアーキテクチャの位置を制御する一定の速度で、機械力を形成するように、貯蔵されたポテンシャルエネルギーが放出されるであろう。図４５は、このコントローラの一実施形態の非限定的な例示的方式を示す。
図４５で図示されるように、本実施形態では、連続放出ポテンシャルエネルギーが、一定速度で巻解構造４５０１を回転させる。場合によっては、回転アーキテクチャ４５０２は、この巻解構造４５０１に取り付けられ、時限回転運動に従ってもよい。例えば、回転アーキテクチャ４５０２が巻解構造４５０１とともに回転している間に、事前にプログラムされたタイミングシステムを用いて連続的に、各ＳｌｉｐＣｈｉｐ４５０３に接続されたノブに触れ、次いで、押勢してもよい（図４５）。この場合において、各動作を完了する機械力が、変形したばねから生成される巻解力によって提供される。この概念を使用することによって、ポンプ作用および滑動ステップを含む、複数の動作を達成することができる。付加的な例示的コントローラ機構は、ある時点で複数の弁またはスイッチを制御するためのもの、およびそれぞれが参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第６，３２５，１７２号、第６，３５４，１７２号、第５，５９０，６８７号、および第８，２６３，８８３号で説明されるいずれか等の任意の有用な機械的システムを含む。
別の実施形態では、自律コントローラの設計概念は、機械的タイマの標準設計に類似する。それは、例えば、エネルギー源を提供する主要ばね、およびタイミング制御を提供するバージおよび脱進車輪（または類似設計）（例えば、それぞれが参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｇｌａｓｇｏｗ， Ｄａｖｉｄ （１８８５）． Ｗａｔｃｈ ａｎｄ Ｃｌｏｃｋ Ｍａｋｉｎｇ． Ｌｏｎｄｏｎ： Ｃａｓｓｅｌ ＆ Ｃｏ．、Ｍｉｌｈａｍ， Ｗｉｌｌｉｓ Ｉ． （１９４５）． Ｔｉｍｅ ａｎｄ Ｔｉｍｅｋｅｅｐｅｒｓ． Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ： ＭａｃＭｉｌｌａｎ． ＩＳＢＮ ０−７８０８−０００８−７、およびＢｒｉｔｔｅｎ， Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｊ． （１８８１）． Ｔｈｅ Ｗａｔｃｈ ａｎｄ Ｃｌｏｃｋｍａｋｅｒ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ， ４ｔｈ Ｅｄ． Ｌｏｎｄｏｎ： Ｗ． Ｋｅｎｔ ＆ Ｃｏ．， ｐ． ５６−５８で説明されるもの）を含有してもよい。ＳｌｉｐＣｈｉｐの総動作時間（例えば、１分から数分）を最適化するために、所望であれば、通常の機械的タイミングシステムの複雑な歯車列を最小限化することができる。
図４６は、自律コントローラの１つの非限定的実施例を図示する。本実施形態では、タイミングシステムは、コントローラ上の３つの構成要素によって達成される。ここで、それは、（１）一定力のばねによって作製される少なくとも１つの主要ばね、（２）少なくとも１つのタイミングばね、および（３）脱進リングを含む。この場合、主要ばね４６０４は、コントローラの基部上に固定され、ラッチシステム４６０６の一部に接続される。この場合、ラッチシステムは、巻解手順が、ＳｌｉｐＣｈｉｐへの制御されていない動作を開始または導入しない方法で、設計されている。この実施形態では、いったん巻解され（ｔ＝０）、次いで、解放されると、同一の時間でラッチシステムの第２の部分を回転させながら（緑色のリング、ｔ＝ｔ１）、青色のラッチシステムに一定の巻装力を提供する。タイミング制御は、例えば、タイミングばね（内側リング４６０７に取り付けられた黒色のバー４６０２）およびタイミング４６０３を使用することによって、作成されてもよい。この特定の場合において、ラッチシステムが回転している間に、タイミングばねは、タイミング歯の設計された位相幾何学に対して移動し、脱進リングは、変形をタイミングばねに導入する方法で設計されている。この機構は、一定力のばねからの巻装力に対する周期的な抵抗力を生成する。それは、例えば、巻装運動を減速し、ラッチシステムへの時限回転運動を生成することができる。この時限回転運動は、ＳｌｉｐＣｈｉｐ動作のタイミングを統制するための種々のオプションのうちの１つである。この反復において、制御ピン４６０８をラッチシステムに取り付け、図４５で説明されるように、複数のポンプ作用および滑動ステップを連続的に開始しながら、ラッチシステムとともに移動させることができる。
図４７は、自律コントローラの第２の非限定的実施例を図示する。このバージョンは、３つの構成要素、すなわち、（１）主要ばね（４７０２）、（２）脱進車輪（４７０１）、および（３）バージ（４７０３）を含有する。ここで、内側リング４７０４は、脱進車輪を定位置で保持する。標準機械的クロッキングシステムの脱出型脱進機設計と同様に、バージは、非共鳴振動塊としての機能を果たし、脱進車輪の回転に相互作用する（図４７参照、ｔ＝０およびｔ＝ｔ１）。主要ばねが、その元の形状に戻って巻装し、脱進車輪を回転させると、楔が、例えば、回転に周期的に干渉し、回転速度を減速するように、振動してもよい。図４６と同様に、制御ピン４７０５を脱進車輪に取り付け、図４５で説明されるように、複数のポンプ作用および滑動ステップを連続的に開始しながら、ラッチシステムとともに移動させることができる。
１つの非限定的実施例では、ポンプ作用および滑動を含むが、それらに限定されない、種々の機能の制御が、レールシステムを使用することによって達成されてもよい。図４８は、デバイス（この場合は薄膜ＳｌｉｐＣｈｉｐ）上でポンプ作用、滑動、および圧力放出システムを含む機能を果たすために、どのようにして１つのレールシステムを使用することができるかという設計を説明する。鎖線および二重線で輪郭を描いたボックスの詳細が、以下の図４８Ａ−４８Ｄの各図で提供される。本実施形態では、ポンプ作用方法は、デバイス（ここでは薄膜ＳｌｉｐＣｈｉｐ）の上方の密閉空洞の中で陽圧を生成することに基づく。例えば、密閉空洞を生成する、タイミング制御キャップ４８１０および可撓性ポンピングカップ４８１１を使用することにより、例えば、ＳｌｉｐＣｈｉｐに対してキャップを押し下げることによって陽圧を生成することができる。陰圧もまた、同一のアプローチによって生成することができる。図４８では、キャップ４８１０の４分の１、光学窓４８０１、およびポンプ４８１１カップは、実証を容易にするために省かれている。本実施形態では、デバイスの中心における試薬貯留部の中へ溶液を装填した（ＳｌｉｐＣｈｉｐ上の赤色の液滴）後、溶液４８０５は、ポンピングカップを用いて空洞を密閉するようにキャップを閉鎖することによって固着される（図４８Ａ）。１つの非限定的実施形態では、キャップは、キャップを閉鎖するときに、図４６または図４７で説明される自律コントローラに接続される。第１に、ユーザは、例えば、一定力のばねにエネルギーを貯蔵するためにキャップを回してもよく、次いで、ユーザは、ＳｌｉｐＣｈｉｐアセンブリ全体を解放してもよく、一定力のばねは、反跳し、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスを自律的に操作する。１つの非限定的な配列では、次いで、ＳｌｉｐＣｈｉｐを保持するキャップおよびアーキテクチャが、相互に対して自動的に回転させられ、したがって、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスにおいて一連の順次動作を開始する。
一連の順次動作は、種々の方法でプログラムすることができる。図４８の非限定的実施形態では、これらの動作は、ＳｌｉｐＣｈｉｐを保持するアーキテクチャ上に設計されるレールシステム４８２０に対してピン４８２１を使用すること（差し込み画像内の白い矢印によって示される）によって、プログラムすることができる。以下のステップは、装填手順のためのいくつかの可能な順序のうちの１つを実証する。
ステップ１：溶液装填。本実施形態では、レールに沿って下方にキャップを回転させることによって、ポンプ陽圧が生成される（図４８Ｂ、大きい画像内の白い矢印によって示される）。キャップは、（差し込み画像内で）可撓性ポンピングカップ４８１１を圧縮し、したがって、装填を開始するように陽圧を生成する（図４８Ｂ、差し込み画像内の黒い矢印によって示される）。
ステップ２：滑動。いったん溶液がＳｌｉｐＣｈｉｐウェルの中へ装填されると、本実施形態では、レールシステム４８２０は、滑動を開始することができる、滑動アーキテクチャ４８２５と接触させるように（図４８Ｃ、差し込み画像内の白い矢印によって示される）ピン４８２１を誘導する。キャップを回転させ続けることによって、ＳｌｉｐＣｈｉｐのうちの１つは、例えば、サンプルをデジタル化するようにプログラムされた角度で滑動されてもよい（図４８Ｄ）。
ステップ３：圧力放出。デジタル化が行われるとすぐに、レールシステムは、例えば、上方に移動させる（図４８Ｄ、白い矢印によって示される）ようにキャップを誘導し、陽圧を放出し（ポンピングカップ４８１１が、差し込み図内の黒い矢印によって示される、その元の形状に回復している）、したがって、装填手順を完了することができる。
図５３は、図４８に示される自律コントローラシステムの構成要素を提供する。明確にするために、タイミング制御構成要素は、図５３に示されていない。この非限定的実施例では、システム５３００は、少なくとも２つの薄膜層が上クランプ５３０４と底クランプ５３０９との間に挟持される、構成要素を保持するための基部５３１０を含む。本実施形態では、薄膜ＳｌｉｐＣｈｉｐの間の小さい間隙は、上クランプ５３０４および底クランプ５３０９に締め付け力を提供する、２つのＣクランプ５３０８によって維持される。滑動コントローラ５３０５が、薄膜ＳｌｉｐＣｈｉｐ５３０６と上クランプ５３０４との間に配置される。この非限定的実施例では、滑動コントローラ５３０５は、例えば、図４６または４７で説明されるような機械的タイマに取り付けられた回転ピンによって滑動させることができる、滑動を上層に導入するためのアーキテクチャとしての機能を果たす。可撓性ポンピングカップ５３０３は、例えば、上クランプ５３０４の上に配置し、ＳｌｉｐＣｈｉｐ５３０６とキャップ５３０２との間に密閉空洞を作成するためにキャップ５３０２に接触するように構成することができる。次いで、例えば、キャップ５３０２を下げ、次いで、サンプルをＳｌｉｐＣｈｉｐ５３０６の中へ装填することによって、陽圧を生成することができる。１つの非限定的実施形態では、図４８で説明される複数のステップの自律動作は、制御ピン５３０１がＣクランプ５３０８上に設計されたレールシステム５３０７に沿って回転することを可能にすることによって、達成される。さらなる非限定的実施形態では、キャップを図４６または４７で説明されるもの等のタイミングシステムに接続することによって、回転運動が導入される。
潤滑剤
本デバイスおよび方法は、任意の有用な潤滑剤を含むことができる。いくつかの実施形態では、潤滑剤は、第１、第２、および／または中間層の運動を促進し、および／または、これらの層内の第１、第２、および／または中間層またはチャンバの間の汚染を最小限化する。
加えて、潤滑剤は、デバイスと接触する、および／またはデバイスを通して輸送されるであろう、物質（例えば、試薬および／またはサンプル）に関して実質的に不活性であるように選択することができる。例えば、潤滑剤は、随意に、試薬および／またはサンプルと実質的に不混和性である、流体であり得る。潤滑剤は、随意に、試薬および／またはサンプルの区画化を助長する物理的特性を有するように選択することができる。例えば、層および／またはチャンバは、親フッ素性であり得、潤滑剤は、フルオラス液体であり得る。本実施例では、張力が、試薬および／またはサンプル流体を潤滑剤によって封入された別個の栓または液滴に分離させる、競合表面特性によって、区画化が起こる。
例示的な潤滑剤は、炭化水素、フルオラス物質、イオン液体、非ニュートン流体、または潤滑粉末あるいはビーズを含む。例示的な炭化水素は、アルカン、パラフィン油、ヘキサン、ヘキサデカン、シリコン油、グリース（例えば、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ高真空グリース、Ｆｏｍｂｌｉｎ真空グリース、Ｋｒｙｔｏｘグリース）、鉱油、および他の有機材料またはポリマー、ならびにそれらの混合物を含む。例示的なフルオラス物質は、フッ化炭素（過フッ素化および半フッ素化アルカン、例えば、オクタデカフルオロ−デカヒドロナフタレンおよびペルフルオロオクチルエタンを含む）、アルキルおよびアリルフッ化炭素、ハロフッ化炭素（例えば、臭化ペルフルオロオクチル）、フッ素化アルコール（例えば、１−（１，２，２，３，３，４，４，５，５，６，６−ウンデカ−フルオロシクロヘキシル）エタノールまたはＣ６Ｆ１１Ｃ２Ｈ４ＯＨ）、フッ素化油、液体フッ素重合体（例えば、ペルフルオロポリエーテル）、Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（３Ｍ）、Ｋｒｙｔｏｘ油、Ｆｏｍｂｌｉｎ油、およびＤｅｍｎｕｍ油を含む。
イオン液体は、塩を形成し、かつ液体状態である、カチオンおよびアニオンを含む。例示的なカチオンは、コリン、随意に置換されたイミダゾリウム系カチオン等のイミダゾリウム系カチオン（例えば、１−Ｃ１−１０アルキル−３−メチル−イミダゾリウム、（３−メチルイミダゾリウム−１−イル）−Ｃ１−１０アルカノール、または１−Ｃ１−１０アルキル−２，３−ジメチルイミダゾリウム等の、１−Ｃ１−１０アルキル−３−Ｃ１−１０アルキル−イミダゾリウム、（３−Ｃ１−１０アルキル−イミダゾリウム−１−イル）−Ｃ１−１０アルカノール、または１−Ｃ１−１０アルキル−２，３−ジ−Ｃ１−１０アルキル−イミダゾリウム）、または二環式イミダゾリウム系カチオン（例えば、１−アルキル−２，３−トリメチレンイミダゾリウムまたは１−アルキル−２，３−テトラメチレンイミダゾリウム等の随意に置換された２，３−（ＣＨ２）２−６−イミダゾリウム）、１−Ｃ１−１０アルキル−ピリジニウム等のピリジニウム系カチオン、Ｒ１およびＲ２のそれぞれが、独立して、Ｃ１−１０アルキルである、１−Ｒ１−１−Ｒ２−ピロリジニウム等のピロリジニウム系カチオン、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４のそれぞれが、独立して、Ｃ１−１０アルキルである、ＮＲ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４等のアンモニア系カチオン、ならびに、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４のそれぞれが、独立して、Ｃ１−１０アルキルである、ＰＲ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４等のホスホニウム系カチオンを含む。例示的なアニオン（例えば、本明細書で説明される任意のイオン液体用のＸ等）は、ハロゲン（例えば、フッ化物、臭化物、塩化物、またはヨウ化物）、リン酸アニオン（例えば、ヘキサフルオロリン酸［ＰＦ６］、リン酸二水素［ｄｈｐ］、またはトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスファート［ＦＡＰ］）、ホウ酸アニオン（例えば、テトラシアノボレート［ＴＣＢ］、テトラフルオロボレート［ＢＦ４］、またはビス（オキサラト）ボレート［ＢＯＢ］）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２または［ＴＦＳＩ］）、またはビス（ペルフルオロエタンスルホニル）イミド（Ｎ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、［ＢＥＴＩ］または［ＰＦＳＩ］）等の、ｎおよびｍのそれぞれが、独立して、１から１０の間の整数であり、随意に、ｎ＝ｍである、スルホニルイミドアニオンＮ（ＳＯ２ＣｎＦ２ｎ＋１）（ＳＯ２ＣｍＦ２ｍ＋１）、スルホン酸アニオン（例えば、トリフラート［ＳＯ３ＣＦ３］、メシラート［ＳＯ３ＣＨ３］または、トシラート［ＳＯ３Ｃ６Ｈ４ＣＨ３］）、アルキル硫酸アニオン（例えば、Ｃ１−１０アルキル−ＯＳＯ３）、シアンイミドアニオン（例えば、［（ＣＮ）２Ｎ］）、またはカルボン酸アニオン（例えば、ギ酸塩、酢酸塩、乳酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩、リンゴ酸塩、グリコール酸塩、またはサッカリン酸塩）を含む。
例示的なイオン液体は、コリンイオン液体（例えば、コリンリン酸二水素（コリンｄｈｐ）またはコリンサッカリン酸塩）、１−アルキル−３−メチルイミダゾリウム［Ｒ−ｍｉｍ］イオン液体（例えば、１，３−ヨウ化ジメチルイミダゾリウムヨージド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムビス（ペルフルオロエタンスルホニル）イミド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（ペルフルオロエタンスルホニル）イミド、１−ペンチル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、１−ヘプチル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、または１−ノニル−３−メチルイミダゾリウムブロミドを含む、１−アルキル−３−メチルイミダゾリウムアニオン［Ｒ−ｍｉｍ］［Ｘ］イオン液体等）、（３−メチルイミダゾリウム−１−イル）アルカノール［ＲＯＨ−ｍｉｍ］イオン液体（例えば、３−（３−メチルイミダゾイル−３−イウム−１−イル）プロパン−１−オールブロミド、３−（３−メチルイミダゾイル−３−イウム−１−イル）プロパン−１−オールクロリド、４−（３−メチルイミダゾイル−３−イウム−１−イル）ブタン−１−オールブロミド、５−（３−メチルイミダゾイル−３−イウム−１−イル）ペンタン−１−オールブロミド、または６−（３−メチルイミダゾイル−３−イウム−１−イル）ヘキサン−１−オールブロミドを含む、（３−メチルイミダゾリウム−１−イル）アルカノールアニオン［ＲＯＨ−ｍｉｍ］［Ｘ］イオン液体等）、１−アルキル−２，３−ジメチルイミダゾリウム［Ｒ−ｄｍｉｍ］イオン液体（例えば、１，２，３−トリメチルイミダゾリウムヨージド、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、１−ペンチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、１−ヘプチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、１−オクチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミド、または１−ノニル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロミドを含む、１−アルキル−２，３−ジメチルイミダゾリウムアニオン［Ｒ−ｄｍｉｍ］［Ｘ］イオン液体等）、１−アルキル−２，３−トリメチレンイミダゾリウム［Ｒ−３Ｃ−ｉｍ］イオン液体（例えば、１−メチル−２，３−トリメチレンイミダゾリウムヨージド、１−エチル−２，３−ジメチレンイミダゾリウムブロミド、１−プロピル−２，３−ジメチレンイミダゾリウムブロミド、１−ブチル−２，３−ジメチレンイミダゾリウムブロミド、１−ペンチル−２，３−ジメチレンイミダゾリウムブロミド、または１−ヘキシル−２，３−ジメチレンイミダゾリウムブロミドを含む、１−アルキル−２，３−トリメチレンイミダゾリウムアニオン［Ｒ−３Ｃ−ｉｍ］［Ｘ］イオン液体等）、１−アルキル−２，３−テトラメチレンイミダゾリウム［Ｒ−４Ｃ−ｉｍ］イオン液体（例えば、１−メチル−２，３−テトラメチレンイミダゾリウムヨージド、１−エチレン−２，３−テトラメチレンイミダゾリウムブロミド、１−プロピル−２，３−テトラメチレンイミダゾリウムブロミド、１−ブチル−２，３−テトラメチレンイミダゾリウムブロミド、１−ペンチル−２，３−テトラメチレンイミダゾリウムブロミド、または１−ヘキシル−２，３−テトラメチレンイミダゾリウムブロミドを含む、１−アルキル−２，３−テトラメチレンイミダゾリウムアニオン［Ｒ−４Ｃ−ｉｍ］［Ｘ］イオン液体等）、および１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム［Ｂｍｉｍ］イオン液体（例えば、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート（Ｂｍｉｍ ＰＦ６）または１−ブチル３−メチルイミダゾリウムラクテート（Ｂｍｉｍラクテート）を含む、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムアニオン［Ｂｍｉｍ］［Ｘ］イオン液体等）を含む。
特定の実施形態では、核酸（例えば、ＤＮＡおよび／またはＲＮＡ）と組み合わせて、以下のイオン液体、すなわち、１−アルキル−３−メチルイミダゾリウム［Ｒ−ｍｉｍ］イオン液体（例えば、［Ｒ−ｍｉｍ］［Ｘ］イオン液体または本明細書で説明されるいずれか等）、（３−メチルイミダゾリウム−１−イル）アルカノール［ＲＯＨ−ｍｉｍ］イオン液体（例えば、［ＲＯＨ−ｍｉｍ］［Ｘ］イオン液体または本明細書で説明されるいずれか等）、１−アルキル−２，３−ジメチルイミダゾリウム［Ｒ−ｄｍｉｍ］イオン液体（例えば、［Ｒ−ｄｍｉｍ］［Ｘ］イオン液体または本明細書で説明されるいずれか等）、［Ｒ−３Ｃ−ｉｍ］イオン液体（例えば、［Ｒ−３Ｃ−ｉｍ］［Ｘ］イオン液体または本明細書で説明されるいずれか等）、［Ｒ−４Ｃ−ｉｍ］イオン液体（例えば、［Ｒ−４Ｃ−ｉｍ］［Ｘ］イオン液体または本明細書で説明されるいずれか等）、または［Ｂｍｉｍ］イオン液体（例えば、［Ｂｍｉｍ］［Ｘ］イオン液体または本明細書で説明されるいずれか）を使用することができる。さらなるイオン液体は、それぞれが参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｓｈｉ ｅｔ ａｌ．， Ｃｈｅｍ． Ｃｏｍｍｕｎ． ４８：５３２５−５３２７ （２０１２）、Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．， Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ７９：６２０−６２５ （２００７）、およびＦｕｋａｙａ ｅｔ ａｌ．， ＡＥ１−Ｆｏｕｒｔｅｅｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｍｏｌｔｅｎ Ｓａｌｔｓ Ｊｏｉｎｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ， Ｏｃｔｏｂｅｒ ３−Ｏｃｔｏｂｅｒ ８， ２００４， “Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｂａｓｅｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ａｓ ｓｏｌｖｅｎｔｓ ｆｏｒ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄｓ，” Ａｂｓｔｒａｃｔ ２４３７で説明されている。
例示的な非ニュートン流体は、剪断増粘流体、ヒドロゲルを含むゲル、ならびに脂質立方相または他の脂質中間相を含む、炭水化物が豊富または脂質が豊富な相を含む。いくつかの実施形態では、気体に対する透過性が、例えば、デバイスの内側で生細胞および組織を使用するいくつかの用途において、望ましくあり得る。例示的な潤滑粉末またはビーズは、種々のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ビーズまたは粉末（例えば、ＰＴＦＥ（ポリ（１，１，２，２−テトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ共重合体樹脂）、またはＦＥＰ（フッ素化エチレンプロピレン樹脂）から成る）、黒鉛、二硫化モリブデン、または二硫化タングステンを含む。これらの潤滑剤のうちのいずれかは、随意に、例えば、表面凝集を引き起こすか、または防止するように、および／または物質の安定性に影響を及ぼすように、１つ以上の表面活性剤を含むことができる。
不混和流体
本デバイスおよび方法は、任意の有用な不混和流体を含むことができる。いくつかの実施形態では、不混和流体は、１つ以上の第１、第２、および／または中間層、あるいはこれらの層内のチャンバの中で、１つ以上の物質（例えば、本明細書で説明されるようなサンプル、試薬、または任意の他の有用な物質）の区画化を促進する。他の実施形態では、不混和流体は、（例えば、本明細書で説明されるような）１つ以上の捕捉領域を通る流動を促進する。
不混和流体は、サンプルを貯蔵、保存、処理、または分析するために有用な温度、圧力、および組成のある範囲で、第２の流体のうちの１つ以上と不混和性である流体（例えば、気体または液体）である。いくつかの実施形態では、第２の流体は、水溶液、貯蔵、保存、処理、または分析用のサンプル、および／またはサンプルを貯蔵、保存、処理、または分析するための試薬である。他の実施形態では、流体は、水または水溶液と不混和性である。
温度、圧力、および組成に有用な条件下で任意の有用な方法を用いて、混和性を試験することができる。概して、これらの有用な条件は、サンプル貯蔵、保存、処理、または分析に有用なものに類似するであろう。有用な温度および圧力条件は、試験される所望のサンプルおよび／またはこのサンプルとともに使用するための試薬の安定性を維持するための条件（例えば、約−８０℃から約１５０℃ならびにその中の任意の範囲の温度、および概して約１ａｔｍの圧力）、ならびに本明細書で説明される貯蔵、保存、処理、または分析方法を行うための条件を含む。例えば、サンプルがヒト血液サンプルであるとき、このサンプルは、約３７℃の生理的温度またはそれ以下で維持されるべきである。したがって、約−８０℃から約４０℃の範囲で有用な不混和流体を試験することができる。さらに、ヒト血液サンプルが、（例えば、＞９０℃の上昇温度で熱サイクリングを必要とするＰＣＲによる）付加的な分析を必要とする１つ以上の核酸を含む場合には、約−８０℃から約１００℃の範囲で有用な不混和流体を試験することができる。有用な組成物は、サンプル貯蔵、保存、処理、または分析のためにデバイス内で使用される比等の、試験サンプル、試薬、または物質との混合物の中の不混和性について試験される流体の種々の比を含む。
混和性を試験するための方法は、単一の相が混合物に存在する（混和性を示す）か、または複数の相が混合物に存在する（不混和性を示す）かどうかを判定するように、光散乱、Ｘ線散乱、および／または中性子散乱を含むが、それらに限定されない。
例示的な不混和流体は、イオン流体、含水水性不混和流体、油、フッ化炭素等、ならびに本明細書で説明される任意の潤滑剤を含む。
不混和流体は、本明細書で説明される任意の流体、溶液、または緩衝剤の成分として使用することができる。例えば、不混和流体は、潤滑剤、洗浄緩衝剤、および／または溶出緩衝剤のうちの１つ以上に含むことができる。いくつかの実施形態では、（例えば、サンプル調製のため等の本明細書で説明されるような）溶出緩衝剤は、１つ以上の不混和流体を含む。例えば、不混和流体は、チャンバまたは捕捉領域から、少量（例えば、本明細書で説明されるように、これらの値の任意の範囲を含む、約７５０μＬ、５００μＬ、２５０μＬ、１００μＬ、５０μＬ、１０μＬ、５μＬ、１μＬ、７５０ｎＬ、５００ｎＬ、２５０ｎＬ、１００ｎＬ、５０ｎＬ、１０ｎＬ、５ｎＬ、１ｎＬ、７５０ｐＬ、５００ｐＬ、２５０ｐＬ、１００ｐＬ、５０ｐＬ、１０ｐＬ、５ｐＬ、１ｐＬ、７５０ｆＬ、５００ｆＬ、２５０ｆＬ、１００ｆＬ、５０ｆＬ、１０ｆＬ、５ｆＬ、１ｆＬ、７５０ａＬ、５００ａＬ、２５０ａＬ、１００ａＬ、５０ａＬ、１０ａＬ、５ａＬ、または１ａＬ）を溶出するために使用することができる。１つの非限定的実施形態では、１つ以上の不混和流体（例えば、本明細書で説明されるいずれか等の１つ以上のイオン流体）を含む、溶出緩衝剤は、捕捉領域を通過する物質から水を除去する。例えば、本方法は、溶出緩衝剤（例えば、イオン液体等の１つ以上の不混和流体を含む）を１つ以上の捕捉領域に充填または添加し、それによって、溶出緩衝剤（例えば、不混和流体）を用いて溶離物（例えば、水、標的、被分析物、核酸、サンプル、不純物等）を除去および／または捕捉するステップを含む。さらに他の非限定的実施形態では、１つ以上の不混和流体（例えば、本明細書で説明されるいずれか等の１つ以上のイオン流体）を含む、溶出緩衝剤は、被分析物（例えば、核酸、標的、タンパク質、不純物、またはサンプルの任意の有用な成分）を抽出する。
デバイス内で物質を移動させる
本発明のデバイスは、デバイス内で１つ以上の物質を移動させるように、１つ以上の力または勾配の使用を含むことができる。本明細書で説明されるキャッピングシステム等の本明細書で説明される任意の構成要素によって、圧力勾配を生成することができる。本明細書のデバイスは、随意に、チャンバおよび／またはチャネルを部分的または完全に封鎖する支柱または他の３次元構造を含むことができる。例えば、第２の層に対する第１の層を移動させると第２の層の中のチャンバを封鎖する、支柱部材が第１の層の中で提供される。このようにして、陽圧が支柱部材の前で生成されてもよく、陰圧が後で生成されてもよい。それはまた、デバイス内で物質を装填し、配置し、または移動させるために使用されてもよい。流動もまた、相対運動によって生成される圧力勾配によって生成されてもよい。
例示的で非限定的な力および勾配は、遠心力、表面張力勾配、浸透圧、毛細管圧の勾配を生成するチャネルおよび／またはチャンバのアレイを含むことによる等の毛細管圧、例えば、ポンプまたはシリンジを使用することによって外部から生成することができる陽圧または陰圧、１つ以上の層の相対運動による等の滑動、流体を含有するチャンバを圧縮または拡張することによって生成される圧力、電気力、電気浸透力、重力、磁力、または外部から開始され、あるいは相対運動によって（例えば、滑動によって）開始され得る、（例えば、炭酸塩との硫酸の組み合わせ、または水の添加によって活性化される固体酸、例えば、酒石酸との重炭酸ナトリウムの組み合わせ等の気体生成物を産生する試薬を使用し、それによって、圧力を生成することによる、または二酸化炭素との水酸化ナトリウムの組み合わせ等の気体を消費する試薬を使用し、それによって、圧力の上昇を引き起こすことによる）化学反応またはプロセスの使用を含む。流体を充填または装填するためのさらなる方法およびデバイスが、本明細書で説明されている。
捕捉領域
本発明のデバイスは、１つ以上の捕捉領域を含むことができる。捕捉領域は、１つ以上の標的または被分析物（例えば、核酸または本明細書で説明されるいずれか）を捕捉するように、任意の有用な材料を含むことができる。
捕捉領域は、１つ以上の被分析物を捕捉するための任意の有用な材料を含むことができる。例示的な材料は、本明細書で説明されるいずれかを含む、フィルタ、マトリクス、ポリマー、電荷切り替え材料、ゲル、および膜（例えば、シリカ膜、ガラス繊維膜、セルロース膜、ニトロセルロース膜、ポリスルホン膜、ナイロン膜、ポリフッ化ビニリデン膜、ビニル共重合体膜、またはイオン交換膜）、繊維（例えば、ガラス繊維）、または粒子（例えば、シリカ粒子、ビーズ、親和性樹脂、またはイオン交換樹脂）を含む。
捕捉領域は、任意の有用な寸法を含むことができる。特定の実施形態では、捕捉領域は、約１，０００μｍ未満である１つ以上の寸法を有する。
いくつかの実施形態では、捕捉領域は、周囲条件に基づいて電荷を変化させる、イオン化群を有する電荷切り替え材料を含む。そのような電荷切り替え材料は、低ｐＨ（例えば、ｐＨ＜６．０または６．５、あるいはイオン化群のｐＫａ以下のｐＨ）で正電荷を有する電荷切り替え材料を用いて標的（例えば、核酸等の負に帯電した標的）を捕捉する、イオン交換手順に有用であり得る。次いで、標的は、上昇したｐＨ（例えば、ｐＨ≧８．５、またはイオン化群のｐＫａより高いｐＨ）での溶出によって等、電荷切り替え材料からそれを放出することによって溶出することができる。例示的な電荷切り替え材料は、生物学的緩衝剤（例えば、−２−アセトアミド−２−アミノエタンスルホン酸（ＡＣＥＳ）、Ｎ−２−アセトアミド−２−イミノ二酢酸（ＡＤＡ）、アミノメチルプロパンジオール（ＡＭＰ）、３−１，１−ジメチル−２−ヒドロキシエチルアミノ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳＯ）、Ｎ，Ｎ−ビス２−ヒドロキシエチル−２−アミノエタンスルホン酸（ＢＥＳ）、Ｎ，Ｎ−ビス−２−ヒドロキシエチルグリシン（ＢＩＣＩＮＥ）、ビス−２−ヒドロキシエチルイミノトリスヒドロキシメチルメタン（ビストリス）、１，３−ビストリスヒドロキシメチルメチルアミノプロパン（ビストリスプロパン）、４−シクロヘキシルアミノ−１−ブタンスルホン酸（ＣＡＢＳ）、３−シクロヘキシルアミノ−１−プロパンスルホン酸（ＣＡＰＳ）、３−シクロヘキシルアミノ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸（ＣＡＰＳＯ）、２−Ｎ−シクロヘキシルアミノエタンスルホン酸（ＣＨＥＳ）、３−Ｎ，Ｎ−ビス−２−ヒドロキシエチルアミノ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（ＤＩＰＳＯ）、−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ−３−プロパンスルホン酸（ＥＰＰＳ）、−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ−４−ブタンスルホン酸（ＨＥＰＢＳ）、−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ−２−エタンスルホン酸（ＨＥＰＥＳ）、−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ−２−プロパンスルホン酸（ＨＥＰＰＳＯ）、２−Ｎ−モルホリノエタンスルホン酸（ＭＥＳ）、４−Ｎ−モルホリノブタンスルホン酸（ＭＯＢＳ）、３−Ｎ−モルホリノプロパンスルホン酸（ＭＯＰＳ）、３−Ｎ−モルホリノ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（ＭＯＰＳＯ）、ピペラジン−Ｎ−Ｎ−ビス−２−エタンスルホン酸（ＰＩＰＥＳ）、ピペラジン−Ｎ−Ｎ−ビス−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（ＰＯＰＳＯ）、Ｎ−トリスヒドロキシメチル−メチル−４−アミノブタンスルホン酸（ＴＡＢＳ）、Ｎ−トリスヒドロキシメチル−メチル−３−アミノプロパンスルホン酸（ＴＡＰＳ）、３−Ｎ−トリスヒドロキシメチル−メチルアミノ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（ＴＡＰＳＯ）、Ｎ−トリスヒドロキシメチル−メチル−２−アミノエタンスルホン酸（ＴＥＳ）、Ｎ−トリスヒドロキシメチルメチルグリシン（ＴＲＩＣＩＮＥ）、トリスヒドロキシメチルアミノメタン（トリス）、ポリヒドロキシ化イミダゾール、トリエタノールアミン二量体およびポリマー、およびジ／トリ／オリゴアミノ酸、例えば、Ｇｌｙ−Ｇｌｙ、Ｓｅｒ−Ｓｅｒ、Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−Ｇｌｙ、およびＳｅｒ−Ｇｌｙ）、ポリヒドロキシ化アミン（例えば、トリスまたはビストリス）、イミダゾール、ヒスチジン、およびポリヒスチジンから選択される、イオン化群を伴うものを含む。いくつかの実施形態では、電荷切り替え材料は、ビストリス、ビストリスポリマー（例えば、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）主鎖へのビストリスモノマーの付着によって形成される）、ＰＡＡ、またはビストリスおよびＰＡＡの組み合わせ（例えば、ビストリスおよびＰＡＡの両方は、ポリマー形態であり、共重合体として、または交互のビストリスおよびＰＡＡ層を含む層として形成することができる）を含むことができる。他の実施形態では、電荷切り替え材料は、酸性ｐＨでカチオン性電荷を有するが、塩基性ｐＨで中性電荷を有する、弱塩基性ポリマーである。そのような材料は、ポリ［Ｎ−（３−イミダゾリルプロピル）メタクリルアミド塩酸塩−コ−アクリルアミド］、ポリ［Ｎ−（３−イミダゾリルプロピル）メタクリルアミド塩酸塩−コ−２−ヒドロキシエチルメタクリル酸塩］、ポリ（１−ビニルイミダゾール）、ポリ（２−アミノエチルメタクリレート塩酸塩−コ−２−ヒドロキシエチルメタクリル酸塩）、ポリ（１−ビニルイミダゾール−コ−２−ヒドロキシエチルメタクリル酸塩）、ポリ［Ｎ−（１，１−ジメチル−３−イミダゾイルプロピル）アクリルアミド］、またはポリ（Ｎ−２−メチル−１−ビニルイミダゾールを含む。付加的な電荷切り替え材料は、ｐＨ非感受性であるものを含むが、標的は、電荷を変化させる。さらなる電荷切り替え材料が、それぞれが参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第５，５８２，９８８号、第６，９１４，１３７号、および第７，３１９，００４号で説明されている。
そのような材料および手順は、ＣｈａｒｇｅＳｗｉｔｃｈ（登録商標） Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＣｈａｒｇｅＳｗｉｔｃｈ（登録商標）被覆膜、磁気ビーズ、またはウェルプレート等で、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ Ｃｏｒｐ．またはＬｉｆｅ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＴＭ Ｃｏｒｐ．（Ｃａｒｌｓｂａｄ， ＣＡ）から多数の形態で入手可能である）等で市販されている。さらなる電荷切り替え材料および／またはイオン交換プロセスが、それぞれが参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第５，２３４，８０９号、第６，７１８，７４２号、第６，９１４，１３７号、および第７，３１９，００４号、ならびに米国出願公開第２００３／０００８３２０号、第２００５／００５３９４１号、第２００３／００５４３９５号、第２００３／０１７３２８４号、第２００３／０１３０４９９号、第２００５／００５３９４１号、第２００６／０１５４２４７号、第２００６／０２６３７８０号、第２００７／０１２２８０９号、第２００６／００２４７１２号、第２０１２／０１９６９４４号、および第２０１２／０１９７００９号、ならびに国際公開第ＷＯ ０２／４８１６４号、第ＷＯ ９９／２９７０３号、第ＷＯ ０１／８８１８５号、第ＷＯ ０１／０３１４９号、第ＷＯ ０３／１０１４９４号、第ＷＯ ０３／０４６１７７号、第ＷＯ ２００５／０１２５２１号、および第ＷＯ ２００６／００４６１１号で説明されている。
電荷切り替え材料は、任意の有用な形態と組み合わせることができる。場合によっては、電荷切り替え材料は、任意の有用な材料から形成される（例えば、磁鉄鉱、酸化鉄、遷移金属酸化物、強磁性材料、または常磁性材料から形成される）磁性粒子（例えば、２０μｍから１ｍｍの間の直径を有する）と組み合わせることができる。例示的な電荷切り替え材料は、ポリメタクリレートカルボキシイオン交換体、負電荷でコーティングされたシリカ粒子、リン酸または硫酸基を伴うセルロースまたはアガロース、または任意の負に帯電した種を含む。例示的な磁性粒子は、参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第６，７１８，７４２号で説明されている。
さらに、捕捉領域は、１つ以上の被分析物を捕捉するための任意の有用な物質を含むことができる。例示的な物質は、阻害剤、オスモライト、トレハロース、オリゴ糖（スクロース、マルトース等）、Ｎ−オキシド、リポ多糖、アルコール（例えば、沈殿用のエタノールまたはイソプロパノール）、カオトロピック物質（例えば、（イソ）チオシアン酸グアニジン、チオシアン酸グアニジン、またはグアニジンＨＣｌ等のグアニジン塩、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ４）、ヨウ化カリウム、臭化カリウム、チオシアン酸ナトリウム、または尿素）、有機試薬、その断片を含む抗体、タンパク質（例えば、ウシ血清アルブミン、オボアルブミン、βラクトグロブリン、αラクトアルブミン、ミオグロブリン、ラクトフェリン、リボヌクレアーゼＡ、またはシトクロムＣ）、疎水性または親水性表面、リガンド（例えば、ビオチンまたは任意の他の有用なリガンド）等のうちの１つ以上を含む。捕捉領域は、１つ以上の粒子（例えば、シリカ粒子、ガラス粒子、または珪藻等の本明細書で説明されるいずれか）とのカオトロピック物質の組み合わせ等の物質（例えば、本明細書で説明されるいずれか）の任意の有用な組み合わせを含むことができる。
サンプルおよび試薬
本発明のデバイスおよび方法は、任意の有用なサンプルおよび／または試薬とともに使用することができる。具体的には、任意の有用な試薬（例えば、乾燥剤、マトリクス、または本明細書で説明されるいずれか）でデバイスを事前装填することができ、またはデバイスおよび１つ以上の有用な試薬を含むキットの一部として、デバイスを提供することができる。
サンプルを、対象（例えば、被験者）、食品サンプル（例えば、有機体を含む）、または環境サンプル（例えば、１つ以上の有機体を含む）から得ることができる。例示的な非限定的サンプルは、血液、血漿、血清、痰、尿、糞便物質（例えば、便サンプル）、スワブ、汗、髄液、羊水、間質液、涙液、骨髄、組織サンプル（例えば、皮膚サンプルまたは生検サンプル）、口腔内洗浄サンプル、（例えば、咳によって産生される）エアロゾル、核酸、細胞（例えば、腫瘍細胞、血液中の胎児細胞、幹細胞、細菌および真菌細胞、Ｔ細胞、またはＢ細胞）、タンパク質、酵素、土、水、堆肥積み、堆肥の山、堆積物（例えば、海底または淡水堆積物）、水サンプル、空気サンプル、岩石、植物サンプル、食品サンプル、または腸サンプルを含む。サンプルは、検出、濾過、濃縮、および／または処理される任意の有用な標的または被分析物を含むことができる。
任意の目的とする被分析物が、サンプル中に存在し得る。そのような被分析物は、さらなる分析、処置、反応、および／または検出のために、処理、捕捉、保存、および／または除去することができる。例示的な被分析物は、試験サンプル（例えば、本明細書で説明されるいずれか）に存在するもの等の本明細書で説明されるもの、ならびにタンパク質（例えば、エプスタインバーウイルス（ＥＢＶ）抗体、肝炎抗原／抗体（例えば、Ａ、Ｂ、またはＣ型肝炎）、またはＨＩＶ抗体、Ｃ反応性タンパク質（ＣＲＰ）、アポリポタンパク質（例えば、Ａ−ＩまたはＢ）、ＩＧＦＢＰ−２、ＩＧＦＢ−３、トランスフェリン受容体、リポタンパク質（例えば、（ａ）、Ｂ／Ａ−１、またはβ）、チログロブリン、またはヘモグロビン（例えば、グリコシル化ヘモグロビンまたはＨｂＡ１ｃを含む）等の１つ以上の抗体）、核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、細胞（例えば、ＣＤ４＋リンパ球）、ウイルス（例えば、ＨＩＶ、ＣＭＶ、Ｃ型肝炎ウイルス、Ｂ型肝炎ウイルス、Ａ型肝炎ウイルス、または単純ヘルペスウイルスを含む、ウイルス全体）、寄生虫（例えば、トキソプラズマ原虫、熱帯熱マラリア原虫、クルーズ・トリパノソーマ、ランブル鞭毛虫、リーシュマニア属、単包条虫、ビルハルツ住血吸虫、またはマレー糸状虫）、細菌（例えば、ハンセン菌、ヘリコバクター・ピロリ、ブルセラ菌、または梅毒トレポネーマ）、サイトカイン（例えば、ＩＬ−１、ＩＬ−１ｂ、ＩＬ−２、ＩＬ−６、ＩＬ−７、ＩＬ−１０、ＩＬ−１３、ＩＬ−１７、ＩＦＮ、ＩＦＮｇ、ＴＮＦ、またはＴＮＦ−ベータ）、抗体（例えば、本明細書のいずれか）、ホルモン（例えば、エストラジオール、プロゲステロン、プロラクチン、コルチゾール、デヒドロエピアンドロステロン（その硫酸エステル、ＤＨＥＡ−Ｓを含む、ＤＨＥＡ）、卵胞刺激ホルモン（ＦＳＨ）、サイロトロピン（ＴＳＨ）、チロキシン（Ｔ４）、トリヨードチロニン（Ｔ３）、黄体形成ホルモン（ＬＨ）、インスリン、レプチン、性ホルモン結合グロブリン（ＳＨＢＧ）、ソマトメジン−Ｃ（ＩＧＦ−１）、テストステロン、またはアンドロステンジオン）、アミノ酸（例えば、アルギニン、ヒスチジン／ウロカニン酸、ホモシステイン、フェニルアラニン／チロシン、および／またはトリプトファン）、薬剤（候補薬剤または臨床試験用の研究新薬を含む）、小分子（例えば、ペプチドまたはペプトイド、葉酸塩、またはグルコース）、汚染物資（例えば、Ｈｇ、Ｈ２Ｓ、硫黄酸化物等）、気体または蒸気（例えば、酸素、ＣＯ、ＣＯ２、または本明細書で説明されるいずれか）、揮発性成分（例えば、揮発性有機化合物）、酵素（例えば、プロテアーゼ、アミラーゼ、プロテアーゼ、グルカナーゼ、リパーゼ、ラクターゼ、アミログルコシダーゼ、グルコアミラーゼ、プロテアーゼ、イソメラーゼ、セルラーゼ、リグニナーゼ、キシラナーゼ、カタラーゼ、ポリメラーゼ、トリプシン、前立腺特異抗原（ＰＳＡ）、イズロニダーゼ、酸α−グルコセレブロシダーゼ（ＡＢＧ）、酸α−ガラクトシダーゼＡ（ＧＬＡ）、リソソーム酸α−グルコシダーゼ（ＧＡＡ）、ガラクトセレブロシドα−ガラクトシダーゼ（ＧＡＬＣ）、または酸スフィンゴミエリナーゼ（ＡＳＭ））、ステロール（例えば、コレステロール（例えば、総コレステロールまたは高密度リポタンパク質コレステロール（ＨＤＬ）を含む）、またはトリグリセリド）のうちの１つ以上を含む。
そのような被分析物は、（例えば、１つ以上の膜および／またはブリッジを有するもの等の本明細書の任意のデバイスを使用して）保存し、（例えば、１つ以上の捕捉領域を有するもの等の本明細書の任意のデバイスを使用して）分析し、または（例えば、１つ以上の膜、ブリッジ、および／または捕捉領域を有するもの等の本明細書の任意のデバイスを使用して）保存および分析することができる。
本デバイスは、使用に先立って事前充填するか、または任意の有用な試薬とともに使用している間に、後に装填することができる。これらの試薬はまた、１つ以上のチャンバ、層（例えば、１つ以上のチャンバが欠けている層の部分等のその複数部分を含む）、捕捉領域、ブリッジ、および／または膜等のデバイスの任意の特徴に含むこともできる。さらに、そのような試薬は、気体、液体、または固体形態で、ならびに１つ以上の特徴上のコーティングで、または１つ以上の特徴内の１つ以上の固体支持体（例えば、ビーズ、粒子等）上のコーティングで使用することができ、そのような特徴は、例えば、１つ以上のチャンバ、層（例えば、１つ以上のチャンバが欠けている層の部分等のその複数部分を含む）、捕捉領域、ブリッジ、および／または膜を含む。
例示的な試薬は、乾燥剤（例えば、本明細書で説明されるいずれか）、マトリクス（例えば、本明細書で説明されるいずれか等の安定化マトリクス）、有機または無機化学物質、化合物、混合物、溶液、乳剤、分散、懸濁液、分子、イオン、二量体、ポリマーまたはタンパク質等の巨大分子、核酸、生体分子、オリゴ糖（例えば、トレハロース、スクロース、またはマルトース）、抗凝固剤（例えば、ヘパリン、ＥＤＴＡ、クエン酸塩、またはシュウ酸塩）、（例えば、キレート剤（例えば、本明細書で説明されるいずれか）、抗生物質、フッ素化ポリマー、ＰＥＧ、アルブミン、生体適合性コーティング（例えば、ＰＤＭＳ）、防汚剤（例えば、トリブチルスズ）、または殺生物剤等の１つ以上の細菌および／または他の有機体の成長を阻害する）阻害剤、沈殿物、水晶、化学部分または基、粒子、ナノ粒子、反応生成物、溶媒、緩衝剤（例えば、洗浄緩衝剤（例えば、トリス／ＥＤＴＡ、７０％エタノール、ＳＴＥＴ（生理食塩水／トリス／ＥＤＴＡ／Ｔｒｉｔｏｎ＊Ｘ−１００溶液）、生理食塩水・クエン酸塩ナトリウム（ＳＳＣ）緩衝剤、ＳＳＰＥ（２．９８Ｍ ＮａＣｌおよび０．０２Ｍ ＥＤＴＡを含有する、０．２Ｍリン酸緩衝剤、ｐＨ約７．４）、ＦＴＡ精製試薬、および同等物）、または溶出緩衝剤（例えば、ＴＲＩＳ／ＥＤＴＡ、ＴＲＩＳ／酢酸塩／ＥＤＴＡ、例えば、４ｍＭトリス酢酸塩（ｐＨ７．８）、０．１ｍＭ ＥＤＴＡおよび５０ｍＭ ＮａＣｌ、ＴＲＩＳ／ホウ酸塩、ＴＲＩＳ／ホウ酸塩／ＥＤＴＡ、リン酸カリウム／ＤＭＳＯ／グリセロール、ＮａＣｌ／ＴＲＩＳ／ＥＤＴＡ、ＮａＣｌ／ＴＲＩＳ／ＥＤＴＡ／ＴＷＥＥＮ、ＴＲＩＳ／ＮａＣｌ／ＴＷＥＥＮ、リン酸緩衝剤、ＴＲＩＳ緩衝剤、ＨＥＰＥＳ緩衝剤、核酸増幅緩衝剤、または核酸ハイブリダイゼーション緩衝剤））、溶解剤（例えば、酵素（例えば、リゾチーム、トリプシン、プロテアーゼＫ、または他のプロテアーゼ）、洗剤（例えば、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００（ポリエチレングリコールｐ−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）−フェニルエーテル）またはドデシル硫酸ナトリウム）、または本明細書で説明されるいずれか等のカオトロピック物質）、キレート剤（例えば、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、エチレングリコール四酢酸（ＥＧＴＡ）、トランス−１，２−ジアミノシクロヘキサン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−四酢酸（ＣＤＴＡ）、１，２−ビス（２−アミノフェノキシ）エタン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−四酢酸（ＢＡＰＴＡ）、１，４，７，１０−テトラアザシクロドデカン−１，４，７，１０−四酢酸（ＤＯＴＡ）、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−三酢酸、またはニトリロ三酢酸（ＮＴＡ））、還元剤（例えば、２−メルカプトエタノール、チオ硫酸塩、ＴＣＥＰ（トリス−（２−カルボキシエチル）ホスホリン）、ジチオスレイトール、またはジチオエリトリトール）、染料、安定剤、マーカー、塩（例えば、尿酸塩）、界面活性剤（例えば、ドデシル硫酸ナトリウム等のアニオン性界面活性剤、またはカチオン性界面活性剤）、塩基（例えば、トリスヒドロキシメチルメタン等の弱塩基）、フルオロフォア、または流体を含み、そのうちのいずれか１つは、固体、液体、または気体状態で存在し得る。さらに、これらの試薬のうちのいずれかは、フィルタ、膜、粒子、または捕捉領域について説明されるいずれか等の本明細書で説明される任意の他の有用な構造または固体支持体と組み合わせることができる。加えて、１つ以上の試薬を任意の有用な様式で組み合わせることができる。
具体的には、１つ以上の乾燥剤は、サンプルを貯蔵、保存、処置、および／または調製するときに有用であり得る。例示的な乾燥剤は、無水硫酸カルシウム（Ｄｒｉｅｒｉｔｅ（登録商標）（４、６、８、１０〜２０、または２０〜４０の粒径子（メッシュ））等の石膏）、アルミナ（例えば、酸化アルミニウムまたはＡｌ２Ｏ３等の活性化アルミナ）、ガラス、シリカ（例えば、ＳｉＯ２（例えば、約２μｍから約１０μｍの直径を有するもの等のサイズ分画ＳｉＯ２粒子）、シリカゲル、Ａｓｃａｒｉｔｅ ＩＩ（登録商標）吸収剤（例えば、水酸化ナトリウム被覆シリカを含む、二酸化炭素吸収剤）、または珪藻土シリカ（例えば、Ｃｅｌｉｔｅ（登録商標）、Ｃｅｌａｔｏｍ（登録商標）、ＣＡＦＡ（Ｃｅｌｉｔｅ（登録商標） Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒ Ａｉｄ））、吸湿性ポリマーおよび／または塩（例えば、ＣａＣｌ２、ＣａＯ、ＺｎＣｌ２、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＣａＨ２、ＣａＳＯ４、およびＮａ２ＳＯ４を含むが、それらに限定されない）、分子篩（または結晶性金属アルミノケイ酸塩、例えば、粉末またはビーズ形態の３Ａ、４Ａ、５Ａ、または１３Ｘ型）、活性炭（例えば、粒状または粉末形態の褐炭）、モンモリロナイト（例えば、（Ａｌ２Ｏ３．４ＳｉＯ２．ｘＨ２Ｏ））、または乾燥剤（例えば、酸化バリウム、酸化ホウ素、カルシウム塩（例えば、塩化カルシウムまたは水素化カルシウム）、硫酸銅（ＩＩ）、水素化アルミニウムリチウム、酸化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、五酸化リン、水酸化カリウム、ナトリウム、水酸化ナトリウム、またはナトリウム・カリウム合金（例えば、２２％ナトリウムまたは４４％カリウム））を含む。
サンプル保存
本発明のデバイスは、分子（例えば、タンパク質、核酸）および細胞ならびに複数の生物検体（例えば、血液および血漿等の生物学的流体およびヒト生物学的流体）を含む、液体状態または乾燥状態でのサンプル貯蔵および安定化によって等、サンプル（例えば、生物検体）保存を行うために有用であり得る。デバイスは、随意的な収集および／または随意的なサンプル調製能力を含んでもよい。一般に、本デバイスは、サンプルを装填すること、随意に、サンプルをマトリクスと組み合わせること、結果として生じたサンプルを液体または乾燥状態で所望の時間にわたって貯蔵すること、次いで、サンプルを回収することを可能にする。マトリクス（例えば、安定化マトリクス）は、液体または固体であり得、随意に、デバイスに事前に装填し、装填に先立ってサンプルと混合し、またはサンプルと同時に、あるいは異なる時間にデバイスに装填することができる。
現在、分析のために輸送され、長期間の使用のために貯蔵または保管される必要がある、生物学的サンプルを取り扱う２つの主要な方法、すなわち、凍結および乾燥がある（凍結乾燥は２つの組み合わせである）。凍結および凍結乾燥の不利点は、エネルギー消費、資源が限定された地域にとってのアクセス不可能性、および停電がある場合の不具合の起こりやすさである。
ＳｌｉｐＣｈｉｐ上で、生物学的サンプル、例えば、血液サンプルを乾燥させて貯蔵することにより、いくつかの利点を提供することができる。そのような利点は、いかなる外部電源も伴わずに数分以内に乾燥させること、（例えば、滑動による）単一の相対運動後にサンプルが収集された後に輸送する準備ができていること、単一のデバイス上のサンプル収集、乾燥、貯蔵、および分析の統合、および／または小型、高速、デジタル、および高スループット分析を提供する（例えば、マイクロ流体デバイスのような）マイクロ流体特徴の適用を含んでもよい。
乾燥は、任意の数の方法で、本デバイスにおいて行うことができる。ある場合において、高度活性および大容量乾燥剤をデバイスの中へ事前装填することができる。本デバイスは、サンプルが装填される前に乾燥剤が周囲湿度を吸収することを防止するように（例えば、弁を閉鎖することによる本明細書で説明される方法等の任意の有用な方法によって）密閉される。サンプルチャンバは、随意に、乾燥および貯蔵中のサンプルの劣化を回避するように、防腐剤マトリクスで事前にコーティングすることができる。例えば、高速乾燥およびデジタル分析の両方を可能にするように、１０μＬサンプルを数１００のアリコートにデジタル化または分割することができる。
本明細書で説明されるマトリクス（例えば、安定化マトリクス）は、室温で液体サンプル保存または乾燥サンプル保存を可能にすることができる。例示的なマトリクスは、液体または乾燥であり得、Ｂｉｏｍａｔｒｉｃａ、ＩｎｔｅｇｅｎＸ／Ｇｅｎｖａｕｌｔ、Ｑｉａｇｅｎ、およびＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃを含むが、それらに限定されない供給業者から入手可能である。例示的な市販の安定化マトリクスは、Ｂｉｏｍａｔｒｉｃａ、ＤＮＡｓｔａｂｌｅ（登録商標）／ＤＮＡｓｔａｂｌｅ（登録商標） ＬＤ、ＤＮＡｓｔａｂｌｅ（登録商標） Ｂｌｏｏｄ、ＤＮＡｇａｒｄ（登録商標） Ｂｌｏｏｄ、ＤＮＡｇａｒｄ（登録商標） Ｓａｌｉｖａ、ＤＮＡｇａｒｄ（登録商標） Ｔｉｓｓｕｅ、ＲＮＡｓｔａｂｌｅ（登録商標）、ＲＮＡｇａｒｄ（登録商標）、Ｃｌｏｎｅｓｔａｂｌｅ（登録商標）、ＩｎｔｅｇｅｎＸ／Ｇｅｎｖａｕｌｔ、ＧｅｎＴｅｇｒａ ＤＮＡ、ＧｅｎＴｅｇｒａ ＲＮＡ、ＧｅｎＰｌａｔｅ、Ｌｕｎａ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ、Ｑｉａｇｅｎ、Ａｌｌｐｒｏｔｅｃｔ組織試薬、ＲＮＡｌａｔｅｒ（登録商標）ＲＮＡ安定化試薬、ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ／Ｗｈａｔｍａｎ ｐｌｃ、およびＦＴＡ紙を含む。付加的なマトリクスは、乾燥剤（例えば、本明細書で説明されるいずれか）、弱塩基、キレート剤、アニオン性界面活性剤または洗剤、尿酸、塩（例えば、単独であるか、またはヌクレアーゼを不活性化するようにセルロース系マトリクス（濾紙）に添加されるかのいずれかである尿酸塩、または硫酸アンモニウム、重硫酸アンモニウム、硫酸セシウム、硫酸カドミウム、硫酸セシウム鉄（ＩＩ）、硫酸クロム（ＩＩＩ）、硫酸コバルト（ＩＩ）、硫酸銅（ＩＩ）、硫酸リチウム、硫酸マグネシウム、硫酸マンガン、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、または硫酸亜鉛等の硫酸塩）、および／またはオリゴ糖（例えば、無水生活、凍結乾燥、ガラス化、および／または室温空気乾燥のためにＤＮＡ、ＲＮＡ、またはタンパク質を安定化させるトレハロース、スクロース、マルトース等）を有するものを含む。特定の実施形態では、マトリクスは、硫酸塩（例えば、溶液中の最終塩濃度を含む硫酸アンモニウムは、１０ｇ／１００ｍｌから飽和濃度（例えば、１００ｇ／１００ｍＬ）の間である）、随意的なキレート剤（例えば、ＥＤＴＡ）、緩衝剤（例えば、４から８の間のｐＨを有する）、または沈殿剤（例えば、エタノール、メタノール、アセトン、トリクロロ酢酸、１−プロパノール、２−プロパノール、ポリエチレングリコール、または酢酸）を含む。他の実施形態では、マトリクスは、（ｉ）１−メチル−３−カルボキシエチル−イミダゾリウムブロミド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、１−デシル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、１−（２−ヒドロキシエチル）−３−メチルイミダゾリウムブロミド、または１−ベンジル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミド、および（ｉｉ）沈殿剤（例えば、５−（４−ジメチル）アミノベンジリデンロダニン、スルホサリチル酸、塩化リチウム、または水酸化リチウム）、低級アルコール（例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、またはイソブタノール（２−メチルプロパン−１−ｏｌ））、またはカオトロピック物質（例えば、本明細書で説明されるいずれか）のうちの１つ以上を含む。そのようなマトリクスはまた、随意的なキレート剤（例えば、本明細書で説明されるいずれか）、随意的な還元剤（例えば、本明細書で説明されるいずれか）、随意的なｐＨ緩衝剤（例えば、本明細書で説明されるいずれか）、および随意に水を含むこともできる。いくつかの実施形態では、マトリクスは、（ｉ）ホウ酸塩組成物（例えば、ホウ酸、ホウ酸無水物、ホウ酸二水素、ホウ酸水素、二ホウ酸塩、三ホウ酸塩、四ホウ酸塩、メタホウ酸塩、ヒドロキソホウ酸塩（ホウ砂）、ホウ酸塩、ホウ酸グリセロール、ホウ酸−１，３プロパンジオール）、および（ｂ）少なくとも１つの安定剤（例えば、ヒドロキシエクトイン、エクトイン、ホモエクトイン、ベタイン、Ｌ−カルニチン、サルコシン、Ｎ，Ｎ−ジメチルグリシン、酢酸トリエチルアンモニウム、リン酸グリセロール、Ｎ−（２−ヒドロキシ−１，１−ビス（ヒドロキシメチル）エチル）グリシン（トリシン）、３−（Ｎ−モルホリノ）−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（ＭＯＰＳＯ）、ペンタエリトリトール、Ｎ−エチル−Ｎ，Ｎ−ビス−（２−ヒドロキシエチル）アンモニウム−Ｎ−４−スルホン酸ブチル、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、２−ヒドロキシ酪酸、３−ヒドロキシ酪酸、４−アミノ−３−ヒドロキシ酪酸、ピリジン２，５−ジカルボン酸、３−（１−アゾニアビシクロ［２．２．２］オクト−１−イル）プロパン−１−スルホネート、１−（２−カルボキシラトエチル）−１−アザビシクロ［２．２．２］オクタン−１−イウム、または４−［ベンジル（２−ヒドロキシエチル）メチルアザニウムイル］ブタン−１−スルホネート）を含む。さらに他の実施形態では、マトリクスは、（ｉ）液体または乾燥材料（例えば、ポリビニルアルコール）、および（ｉｉ）安定剤（例えば、トレハラーゼ安定剤、グリコシダーゼ阻害剤、トレハラーゼ阻害剤（例えば、スイダトレスチン、バリダマイシンＡ、バリドキシルアミンＡ、ＭＤＬ ２６５３７、トレハゾリン、サルボスタチン、またはカジュアリン−６−Ｏ−アルファ−Ｄ−グルコピラノシド）、キチナーゼ阻害剤、アルファグルコシダーゼ阻害剤、グリコーゲンホスホリラーゼ阻害剤、ノイラミニダーゼ阻害剤、セラミドグルコシルトランスフェラーゼ阻害剤、ベータフルクトフラノシダーゼ阻害剤（例えば、アルファメチルグルコシド、セロビオース、Ｄ−フルクトース、Ｄ−グルコース、フルクトース、ガラクトース、グルコース、ラクトース、マルトース、メレジトース、メリビオース、スクロース、トレハロース、またはツラノース）、またはリソソームグリコシダーゼ阻害剤を含む、本明細書で説明されるいずれか）を含む。他の実施形態では、マトリクスは、（ｉ）液体または乾燥材料（例えば、ポリビニルアルコール）、および（ｉｉ）安定剤（例えば、本明細書で説明されるいずれか等のトレハロースおよびトレハラーゼ阻害剤の組み合わせを含む、本明細書で説明されるいずれか）を含む。さらなるマトリクスは、それぞれがその全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第６，５２８，６４１号または５，２５６，５７１号、ならびに米国出願公開第２００５−０２７６７２８号、第２００６−００９９５６７号、第２００８−０１７６２０９号、第２００８−０２６８５１４号、第２０１１−００８１３６３号、および第２０１２−００５２５７２号で提供されている。
処理または分析前または後のいずれかのサンプル、ならびに本明細書で説明される任意の物質（例えば、試薬、緩衝剤等）を、乾燥状態または液体状態のいずれかで保存または貯蔵することができる。場合によっては、サンプルは、液体サンプルであり、液体状態での保存が好ましくあり得る。他の場合において、サンプルは、長期間の貯蔵（例えば、６ヶ月よりも長く）のために、および／または高温（例えば、約４℃よりも高く）での貯蔵のために意図された液体サンプルであり、乾燥状態での保存が好ましくあり得る。さらに他の場合において、サンプルは、乾燥液体サンプル（例えば、ＤＮＡ分析、臨床試験、または本明細書で説明される任意の分析のため等の乾燥血斑）である。
ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスを使用して、液体サンプル貯蔵および保存を行うことができる。液体サンプル（血液、唾液、尿、血漿、血清、精製タンパク質または核酸溶液、細胞培地、環境サンプル等、または本明細書で説明される任意のその他等）を、デバイスに装填することができる。余分な乾燥ステップを追加することによって、乾燥保存および貯蔵を行うことができる。サンプルの乾燥は、乾燥剤およびブリッジを含むデバイス、乾燥剤および多孔質膜を含むデバイス、多孔質材料を有する第１のモジュールおよび乾燥剤を有する第２のモジュールを含むデバイス、または周囲条件下で乾燥を可能にする多孔質材料を含む、モジュールを含むデバイスを使用することによって等、いくつかの方略で行うことができる。そのようなデバイスは、本明細書で説明され、外部周囲条件（湿度等）に依存していない乾燥方略を可能にする。乾燥剤は、例えば、本明細書で説明される、任意の有用な乾燥剤であり得る。さらに、乾燥プロセスは、気体（例えば、空気）、液体（例えば、潤滑剤または油等の不混和流体）、または固体（例えば、ＧｏｒｅＴｅｘ、およびＰＥ、ＰＰ、ＰＴＦＥ、ＰＥＳ、ＰＣで作製された多孔質膜（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅおよび Ｗｈａｔｍａｎ／Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｓから市販されている）、ならびに本明細書で説明されるいずれかを含むことができるが、それらに限定されない多孔質膜）を通して起こる水の輸送に起因し得る。
特定の実施形態では、サンプル（例えば、そのようなサンプルのアリコート）を（例えば、乾燥状態で、または液体状態で）保存するため、およびサンプルを装填するための時間的尺度を制御することができる。いくつかの実施形態では、これら２つのプロセスは、同時に実行することができる。例えば、本デバイスは、並列に、または直列に装填することができる。マトリクスは、デバイスに事前充填するか、またはサンプルと事前混合させることができる。充填速度および／または蒸発速度を制御することによって体積を制御することができる、装填および乾燥を同時に達成することができる。そのようなアプローチは、装填および乾燥の時間的尺度が同程度である場合に、チャンバの実際の容積よりも大きいサンプル体積を貯蔵することを可能にすることができる。
サンプルを（例えば、乾燥状態で、または液体状態で）保存するために、種々の方略を実装することができる。一実施例では、サンプルおよび乾燥剤チャンバを接続する浅い空のブリッジを通して、蒸気接触を達成することができる（例えば、図１参照）。この方略では、保存されるサンプルは、多数のチャンバ（例えば、約１０〜１００ｎＬの容積）の中でデジタル化される。乾燥中、各サンプルチャンバは、ダクト（「ブリッジ」）を通して乾燥剤（例えば、固形乾燥剤塩）を含有する、別のチャンバに接続される。特定の実施形態では、ブリッジは、２つのチャンバの液体（単数または複数）および／または内容物（単数または複数）の間の任意の物理的接触を防止しながら、蒸気核酸を可能にするように十分に浅い。
一実施形態では、本デバイスは、乾燥剤と、ブリッジとを含む（図１）。この乾燥方略を実装するために、潤滑剤が層の間の間隙の中に存在する非常に粘性の材料（例えば、粘度＞＞１０，０００ｃｓｔ）である、「乾燥チップ構成」を適用することができる。これらの材料の実施例は、シリコーングリース、フッ素化グリース（ＤｕＰｏｎｔ Ｋｒｙｔｏｘ等）、高分子量ポリマー（ＰＤＭＳ等）、および部分的に硬化したエラストマーを含むが、それらに限定されない。サンプルは、本明細書で説明されるいずれか等の任意の有用な方法によって、サンプルチャンバに装填することができる。蒸気接触は、可逆的であり、相対運動によって（例えば、滑動によって）開始することができる。サンプルと乾燥剤との間の直接接触は、浅いブリッジを使用することによって防止され、液体は、表面張力によってサンプルチャンバに閉じ込められる。乾燥剤は、デバイスを組み立てる前に事前装填することができる。乾燥剤が液体である場合、それはまた、デバイスを組み立てた後に装填することもできる。代替として、本デバイスは、空気弁等の異なるブリッジ様方略を使用して生産することができる。予備試験は、この構成が、１０分未満で１０ｎＬチャンバに貯蔵された溶液を乾燥させるために好適であることを示した。（例えば、滑動による）別の相対運動は、所望の時間に脱水サンプルを再水和させるために、水を注入されているチャンバと脱水サンプルを接触させる（例えば、図１Ｅ参照）。再水和に関するさらなる詳細が、本明細書で提供される。
別の実施形態では、本デバイスは、多孔質膜と、乾燥剤とを含む（図２）。このアプローチでは、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスは、サンプル乾燥のための少なくとも１つのチャンバ（「サンプルチャンバ」）を含み、チャンバのうちの少なくとも１つは、ポリマー膜等の疎水性多孔質材料を含む。本デバイスはまた、乾燥剤を含有する、少なくとも１つのチャンバ（「乾燥剤チャンバ」）も含む。任意の有用な装填方略、例えば、本明細書で説明されるいずれかを使用して、サンプルをデバイスに注入することができる。蒸気接触は、可逆的であり、相対運動によって（例えば、滑動によって）開始することができる。乾燥剤は、デバイスを組み立てる前に事前装填することができる。
さらに別の実施形態では、本デバイスは、多孔質材料を含む第１のモジュールと、乾燥剤を含有する第２のモジュールとを含む（図３）。このアプローチでは、モジュール（「貯蔵モジュール」）は、サンプル乾燥用の少なくとも１つのチャンバ（「サンプルチャンバ」）を含み、チャンバのうちの少なくとも１つは、ポリマー膜等の疎水性多孔質材料を含む。サンプルを装填した後、貯蔵モジュールは、乾燥剤を含有する少なくとも１つのチャンバを含む、第２のモジュール（「乾燥モジュール」）と組み合わせることができる。２つを組み合わせることにより、乾燥剤とサンプルチャンバとの間の流体連通（例えば、蒸気接触）をもたらし、それにより、乾燥を開始する。
別の実施形態では、本デバイスは、周囲条件下で乾燥を可能にする、多孔質材料を含む、モジュールを含む（図４）。このアプローチでは、モジュール（「貯蔵モジュール」）は、サンプル乾燥用の少なくとも１つのチャンバ（「サンプルウェル」）を含み、チャンバのうちの少なくとも１つは、ポリマー膜等の疎水性多孔質材料を含む。装填後、周囲雰囲気または制御された環境（乾燥キャビネット、層流フード、または乾燥剤を含有する閉鎖コンテナ等）等の外部雰囲気にモジュールを暴露させることによって、乾燥が自動的に達成される。
一実施形態では、本デバイスは、デバイス内の層として膜を含む（図５）。膜の細孔が小さすぎて水溶液が浸透できないため、蒸気拡散がチャンバの間で可能にされる。さらに、そのような多孔質材料は、乾燥マトリクスおよび／またはサンプルを支持するために使用されてもよい。膜の使用は、乾燥時間を減少させることができる。例えば、そのような膜は、ブリッジを含む構造と比較して、サンプルと乾燥剤との間の有効相互作用領域を最大限化することができる。実施例として、低濃度（１０００〜１００コピー／μＬ）でさえもＲＮＡの後続の回収を可能にしながら、５０μＬの全体積を１０分未満で容易に乾燥させることができる。ゲル実験が、検出可能な枯渇を伴わない濃縮ＲＮＡの回収を示した一方で、ｑＰＣＲは、１００コピー／μＬほども希薄なサンプルを検出する能力を確認した。加えて、「乾燥チップ構成」は、この方略、すなわち、本デバイスの層の間で潤滑剤を使用する必要なく、間隙を充填してチャンバを単離するために粘性流体を使用することに適合し得る。
図５（中央）は、膜方略を実装する１つの方法の概略図を提供する。サンプルを再水和させるように水を注入することによって、回収が可能である。外圧を印加すること、外部低真空を印加すること、または毛細管圧を活用することにより、デバイスからの液体の抽出を可能にする。乾燥剤を含有する層は、回収を行いながら除去されてもよく、または除去されなくてもよい。場合によっては、乾燥剤を含有する層を除去することは、乾燥の時間的尺度が水和の時間的尺度と同程度であるか、またはそれより速い場合に、正確な体積定量化を達成するために望ましくあり得る。
図５（右）は、可逆的蒸気接触のための滑動可能なパターン化膜を含む、デバイスを提供する。膜は、サンプルと乾燥剤との間の可逆的蒸気接触を達成するように、層内に埋め込むことができる。したがって、膜は、乾燥手順を開始、一時停止、または停止することを可能にする、相対運動が可能な層として操作することができる。この特徴は、再水和および蒸発の時間的尺度が同程度であるときでさえも、部分的回収を可能にするであろう。
サンプル貯蔵は、安定化マトリクスとの混合を必要とする。いくつかのマトリクスが、（例えば、本明細書で説明されるように）市販されており、種々の液体サンプル（血液、唾液、尿、血漿、血清、細胞培地、環境胞サンプル等）中の被分析物（タンパク質、ＲＮＡ、ＤＮＡ、細胞、ウイルス等）の安定化を可能にする。マトリクスは、装填に先立ってサンプルを混合すること、サンプルを導入することに先立ってデバイスに事前装填すること、またはサンプルを導入した後にデバイスにマトリクスを装填することによって等、任意の有用な様式でサンプルに導入することができる。特定の実施形態では、マトリクスは、液体または固体状態でＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスに事前装填し、次いで、サンプルと混合することができる。混合に先立って、装填したサンプルをアリコートに分割することができ、各アリコートを適切な量のマトリクスと混合させるために相対運動を使用することができる。さらに、多重安定化を可能にするように、デバイスの異なる領域またはチャンバを異なる安定化マトリクスで装填することができる。サンプル保存の予備結果が、本明細書で説明され、図６で提供される。
貯蔵されたサンプルの量を増加させるために、多層デバイスも使用することができる（例えば、図７参照）。いくつかの実施形態では、（乾燥が蒸気拡散のための有効表面に依存するため）総乾燥時間が保存されるか、または増加させられさえする（例えば、乾燥剤の複数の層によって各サンプルを乾燥させることができる）ように、いくつかの層を積み重ねることによって、アーキテクチャが数回再現されてもよい。乾燥剤は、随意に、加工を容易にするためにマトリクスに埋め込むことができる。多層デバイス用の例示的なマトリクスは、本明細書で説明されるもの等の紙、ヒドロゲル、または任意の多孔質親水性媒体を含むが、それらに限定されない。本デバイスは、（例えば、単層デバイスについて説明される弁システム等の方略を使用することによって）各層を独立デバイスとして使用することができるように、いくつかの層の積層によって、および／または本明細書で説明されるような１つより多くのサンプルモジュールおよび乾燥モジュールを含むことによって、生産することができる。
デバイスはまた、同時装填および乾燥を用いた自動区画化を含むこともできる（図８参照）。サンプルが全てのチャネル長の中で分配されるように、乾燥速度を制御することができる。次いで、例えば、外部弁システムを使用して、チャネルの複数部分の中でのみ回収を達成することができる。独立して開放することができる異なる入口穴を使用すること（例えば、本明細書および図２６で説明されるように、層の中の整合／不整合入口を使用すること、および／または外部弁を制御すること）を含むが、それに限定されない、方略によって、選択的再水和を達成することができる。図８の上面図は、１本のラインのみが再水和である、２つの線形チャネルに貯蔵されたサンプルのための選択的回収原理を示す。図８Ａで説明される構成を使用して、完全再水和を達成することができる。注入された液体が、再水和されるべきではないラインの中で拡散することを防止する、「毛細管弁」を作成するように、溝または他の幾何学的特徴をチャネルに含むことができる。そのような技法はまた、多層デバイスに含むこともできる（図９参照）。多層加工技法は、デバイス内の膜の統合を可能にする。膜が中心層に埋め込まれ、部分的回収を達成することができる、提案された幾何学形状を用いて、膜と乾燥と剤との間の可逆的蒸気接触を達成することができる。ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスを使用することなく（例えば、入口を閉鎖するために蓋またはキャップを使用することによって）、（例えば、図９の右に示されるような）外部弁システムが、達成されてもよい。
本明細書で説明されるデバイスのうちのいずれかについて、任意の有用な方法を使用して、膜をデバイスに統合することができる。例示的な方法は、糊または接着剤を使用した結合、接着テープを使用した結合、熱可塑性材料に一般的に使用されている技法をした結合（溶媒結合、熱結合等）、硬化する前に硬化性材料に膜を埋め込むこと（実施例は、エポキシ樹脂、チオレン系光学接着剤、熱硬化性材料、および光硬化性材料を含むが、それらに限定されない）、および熱伝達によって細孔に埋め込むことができる粘性材料の堆積を含むが、それらに限定されない。
そのようなデバイスの装填は、任意の有用な方法を使用して達成することができる。チャンバの順次充填によって、正確な定量化を達成することができる。順次充填を可能にするために、チップ幾何学形状の特定の設計を使用することができる。チャンバは、１つずつ充填することができ、次の１つが充填を開始する前に、各１つが完全に充填されるであろう。このようにして、いくつのウェル／チャネルが充填されているかを数えることによって、収集された体積を容易に定量化することができる。（収集で充填されたチャンバのみからの）部分的回収は、目的とする標的分子の正確な定量化を可能にする。断面を縮小することによって（例えば、一方または両方の寸法を変更し、「細い部分」を作成するように、より狭いまたは浅いチャネルを生産することによって）チャネル幾何学形状を変化させること、毛細管抵抗を増加させるようにチャンバ幾何学形状を漸進的に変化させること（例えば、分岐／集中幾何学形状を伴うチャネルを作成すること）、およびチャンバ（例えば、マイクロチャネル）の局所湿潤性質を変化させることを含むが、それらに限定されない、受動方略を使用して、順次充填を得ることができる。
装填は、直列で、または並列で起こり得る。非限定的実施形態のための直列の装填については、デバイスを装填するために１つの入口が使用され、本デバイスは、断絶が別個のアリコートを生じる、順次充填のための流体経路を含む（図１０Ａ）。１つの非限定的実施形態のための並列の側点については、サンプルを装填するために１つの入口が使用され、本デバイスは、同時に装填される分岐経路を含む（図１０Ｂ）。１つの非限定的実施形態については、異なる装填速度をチャンバのアレイに使用することができる（図１０Ｃ）。１つの非限定的実施形態については、異なるサンプルを同時にデバイスに装填することができる（図１０Ｄ）。これらの装填方略のそれぞれについては、各チャンバが、次を充填する前に完全に充填されるか、または特定の速度で充填されるように、条件を制御することができる。この制御された装填を達成する例示的な方略は、（例えば、充填を遅延する細い部分を作成するように）チャンバ幾何学形状を調節すること、（例えば、空気、油等を使用することによって等）チャンバの中に最初に存在する流体の排出速度を制御すること、流体がより高いまたは低い流体抵抗で排出されるように幾何学形状を調節すること（例えば、サンプルチャンバからの異なる距離での排出チャネル）、（例えば、本明細書で説明されるような）終端充填を使用すること、または順次充填を達成するために多孔質材料を使用することを含む。
（例えば、本明細書で説明されるような蓋またはキャップによる）装填は、蓋を主要デバイスに可逆的に留める（例えば、輸送中に蓋を定位置で保つ、および装填後にユーザが蓋を非意図的に開放することを防止する）特徴を組み込むことができる。そのような特徴は、外部に（例えば、本明細書で説明されるように筐体に）、またはデバイス自体に追加することができる。随意に、蓋は、存在する場合、任意の過剰なサンプルを乾燥させるように、１つ以上の乾燥剤および／またはマトリクスを含んでもよい。
本明細書のデバイスのいずれかでは、チャンバまたは一連のチャンバを入口／出口穴に接続し、次いで、サンプル、被分析物、または溶液をデバイスから押し出すように、チャンバに不混和流体（例えば、空気、気体、鉱油、潤滑油等）を注入することによって、サンプル、被分析物、または溶液をデバイスから取り出すことができる。代替として、サンプル、被分析物、または溶液は、（例えば、ピペッタまたは低真空源を使用して）ビアホールを通した吸引によって回収することができる。
本明細書のデバイスのいずれかでは、デバイスに溶媒（例えば、水）を注入することによって、サンプルを再水和させることができ、全ての貯蔵されたサンプルで、または特定のチャンバあるいはチャンバの一部に貯蔵されたサンプルのみで、回収を行うことができる。さらに、任意の有用な装填方略、例えば、本明細書で説明されるいずれかを使用して、１つ以上の流体（例えば、サンプル、試薬、潤滑剤、またはマトリクス）をデバイスに注入することができる。代替として、一組のチャンバの中に（例えば、液滴または微小液滴として）いくつかの流体を堆積させることによって、そのような流体を組立前にデバイスに事前装填することができる。本発明のデバイスはまた、１つの体積をさらなるアリコートに分けること、異なる溶液から数組のアリコートを作成すること、溶液Ａの各アリコートを溶液Ｂのアリコートと混合させることによって２組のアリコートを組み合わせること、および／または各アリコートを異なるウェルに含有される一連の溶液と後に混合させること等の他の流体動作に使用することもできる。サンプル回収は、残りのサンプルの貯蔵とともに、完全回収および再収集、または部分的回収および再収集を含むことができる。完全回収については、貯蔵されたサンプルの全てが再水和させられ、同時にデバイスから再収集される。例えば、１つの入口および１つの出口に接続される単一の経路を形成するように、チャンバを再整合させることによって、デバイスから被分析物を回収するように、単一の経路が溶媒（例えば、水または緩衝剤）で充填される。最終経路は、図１０Ａに示されるもののように、装填に使用される同一のものであり得る。特定の回収については、いくつかの経路を形成するために、チャンバの一部を整合させることができる。各経路を１つの入口および１つの出口に接続することができ、かつ個別に対処することができる。したがって、回収をチャンバの所望の一部で行うことができる一方で、残りのチャンバは、以降の回収のために留保される。いくつかの実施形態では、各チャンバを１つの入口および１つの出口に接続することができ、回収を単一のチャンバの中で行うことができる。部分的回収の実施例が、本明細書で（例えば、図２Ｆ、３Ｆ、４Ｄ、１１、および１２）で説明される。
本明細書のデバイスのいずれかでは、サンプルの区画化または分割は、任意の有用な方法を含むことができる。例えば、受動または能動方略によって液体層の分解を誘発することによって、区画化を達成することができる。受動方略は、チャネル幾何学形状を変化させること、チャネル湿潤性質を変化させること、および／または乾燥プロセス中に液体分解を誘発するように特定のチャネルネットワークを作成すること（デバイス装填中に水で充填されないであろうチャネル、例えば、終端チャネルまたはバイパスチャネルを含むが、それらに限定されない）を含むが、それらに限定されない。能動方略は、（例えば、チャンバを切断または断絶するように１つ以上の層を滑動させることによる）相対運動の使用、および／またはデバイスの異なる部分を分離する標準弁システム（例えば、空気圧または電子弁）の使用を含むが、それらに限定されない。区画化および回収は、マイクロ流体デバイスを弁システムと組み合わせて得ることができる。いくつかの実施形態では、本デバイスは、複数の層を含み、層のうちのいくつかは、ともに結合されてもよい（すなわち、滑動可能ではない）。
サンプル濃縮
本発明のデバイスは、１つ以上のサンプルを濃縮するために有用であり得る。サンプルおよび／またはサンプル内の１つ以上の被分析物を、任意の有用な方法、例えば、蒸発によって濃縮することができる。１つの非限定的実施形態では、サンプルがデバイスに注入され、次いで、多孔質材料（例えば、膜）を介して乾燥剤または外部雰囲気に暴露させられる。ここで、サンプルの溶媒が除去され、したがって、被分析物の濃度を増加させるであろう。さらなる実施形態では、例えば、それぞれがその全体で参照することにより組み込まれる、Ｒａｎｄａｌｌ ｅｔ ａｌ．， Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． １０２：１０８１３−１０８１８ （２００５）およびＭｅｒｌｉｎｅ ｅｔ ａｌ．， Ｓｏｆｔ Ｍａｔｔｅｒ ８：３５２６−３５３７ （２０１２）で提供される原理を使用して等、デバイス内で流動を開始するために蒸発が使用される。
任意の有用なデバイスまたは方法によって、蒸発を制御することができる。１つの非限定的実施形態では、蒸発は、図５８で説明されるように、サンプルの完全乾燥をもたらす。例えば、サンプル用の溶媒は、完全に除去され、結果として生じた被分析物は、既知の体積の溶液（例えば、水、緩衝剤、または本明細書で説明される任意の流体）を用いて溶出される。例えば、１つ以上のチャンバおよび／または捕捉領域の幾何学形状を制御することによって、濃縮係数を制御することができる。別の非限定的実施形態では、蒸発は、図５９−６０で説明されるように、サンプルの部分的乾燥をもたらす。例えば、蒸発は、所与の時間にわたってデバイスの制御された領域中で起こる。次いで、結果として生じた濃縮溶液をさらなる処理に使用することができる。例えば、１つ以上のチャンバおよび／または捕捉領域の幾何学形状、総蒸発面積（例えば、サンプルに暴露された膜の総面積）、および／または蒸発時間を制御することによって、濃縮係数を制御することができる。
完全乾燥および部分的乾燥アプローチのうちのいずれかについては、一連のアリコートを異なる方法で処理することができ、異なる濃縮係数を達成するようにパラメータを調節することができる、多重体積実験を行うことができる。そのような方法は、分析のダイナミックレンジを増加させることができる。さらに、これらの方法は、濃縮係数を最大限化するように、同時装填および乾燥を可能にすることができる。例えば、デバイス装填速度が、溶媒が蒸発によって除去される速度と合致させられる場合には、被分析物を濃縮する程度を最大限化するように、定常状態流を生成することができる（例えば、図６０参照）。
随意に、任意の有用な構造を使用することによって、蒸発をデバイスにおいて自動的に制御することができる。１つの非限定的実施形態では、本デバイスは、水で充填された貯留部を含み、貯留部の一部分は、多孔質材料（例えば、多孔質膜等）を含む（例えば、図６１参照）。ここで、蒸発は、サンプルが多孔質壁と依然として接触している限り起こり、蒸発速度は、サンプルが貯留部の封入末端に到達するとすぐに減少するであろう。例えば、液体が貯留部の封入末端に到達した後に、露出液体界面を最小限化するために収縮を使用することにより、幾何学形状を調節することによって、蒸発速度を低減または抑制することができる。この時点で、蒸発速度は、減少し、定義された体積の濃縮サンプルが、重力によって（その場合、本デバイスは、垂直位置で保たれる必要があり得る、またはその必要がない場合がある）、毛細管作用によって（その場合、本デバイスは、図６１のような収縮を含んでもよく、または含まなくてもよい）、または任意の他の方法によって、定位置で保たれるであろう。
上記の方略の全ては、例えば、（例えば、本明細書で使用されるような）膜を含むデバイスを使用して、ならびに流体の取扱および／またはサンプルの保存の制御された起動／動作停止のための本明細書で説明される方法のうちのいずれかを使用して、実装することができる。
いくつかの実施形態では、保存されたサンプルの再水和は、流体で充填されるチャンバの容積より小さい流体（例えば、水、緩衝剤、または本明細書で説明される任意の液体）の体積を使用することを含む。このようにして、最終被分析物濃度は、元のサンプル中の被分析物の濃度より高くなるであろう。より少ない体積を用いて再水和を達成する方略は、保存の前または後のいずれかでサンプルを分割することによって等、栓ベースのマイクロ流体の使用を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のチャンバは、不混和流体（例えば、油、潤滑剤、または本明細書で説明されるものを含む任意の不混和流体）で装填することができる。次いで、チャンバの中の保存されたサンプル（例えば、固体または液体状態の完全または部分的に乾燥したサンプル）を回収するために、流体（例えば、水、緩衝剤、または本明細書で説明される任意の液体等の液体）の液滴（例えば、微小液滴または栓）を使用することができる。例示的な方法およびデバイスは、それぞれがその全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第８，３０４，１９３号、第８，３２９，４０７号、第８，２７３，５７３号、第７，９０１，９３９号、第７，１２９，０９１号、および第７，６５５，４７０号で説明されている。
サンプル保存は、本明細書で説明される任意のサンプル処置、サンプル分析、またはサンプル濃縮方法と組み合わせることができる。例えば、サンプル保存は、新生児検診、薬物検査、創薬、臨床試験、遠隔臨床試験、サンプル輸送、輸送、バイオバンキング、バイオマーカー発見、（例えば、個別患者の病理歴を追跡するための）アーカイビング、長期間の貯蔵、遠隔分析、診療点（ＰＯＣ）または有限資源設定（ＬＲＳ）試験に対する付随分析、ＰＯＣまたはＬＲＳ試験後の追跡分析、核酸試験、タンパク質試験、血清学、サンプル処理、未加工サンプルにおける被分析物の安定化、精製サンプルにおける被分析物の安定化、ならびに本明細書で説明される任意の付加的なサンプル処置、サンプル分析、またはサンプル濃縮方法のうちの１つ以上と組み合わせることができる。
サンプル処置
本発明のデバイスは、サンプル処置を行うために（例えば、サンプルを解毒する、サンプルを保存する、サンプルを分析する、またはサンプルの反応進行を判定するために）有用であり得る。特定の実施形態では、サンプル処置のためのデバイスは、サンプルを保存または貯蔵するための本明細書で説明されるいずれかである（例えば、１つ以上の膜および／またはブリッジを含む）。特定の実施形態では、サンプル処置のためのデバイスは、サンプルを処理または分析するための本明細書で説明されるいずれかである（例えば、１つ以上の捕捉領域を含む）。
いくつかの実施形態では、本デバイス（例えば、本明細書で説明されるように１つ以上の膜および／またはブリッジを含む）は、サンプルから蒸気または気体を除去および／または回収するために有用である。特定の実施形態では、本デバイスは、マトリクスへのサンプルの暴露が、目的とする蒸気または気体の除去および／または収集をもたらす、マトリクス（例えば、目的とする蒸気または気体に対する適切な選択性を伴う収集マトリクス、または本明細書で説明されるいずれか）を含む。例示的な蒸気および気体は、Ｈ２Ｓ、酸素（例えば、Ｏ２ならびに活性酸素種）、ＣＯ、ＣＯ２、メタン、硫黄酸化物、水銀蒸気、揮発性有機化合物の蒸気、カルボン酸、アミン、アルデヒド、臭気物質等を含む。他の実施形態では、本デバイスは、マトリクスへのサンプルの暴露が、所望の物理的または化学的性質を有する、目的とする被分析物の除去および／または収集をもたらす、マトリクス（例えば、極性、サイズ、電荷、密度、酸性、塩基性、疎水性、親油性、または本明細書で説明されるいずれか等の１つ以上の物理的または化学的性質に対する適切な選択性を伴う収集マトリクス）を含む。
例示的な収集マトリクスは、中空繊維膜（例えば、ポリ２，６−ジメチル−１，４−フェニレンオキシド）（ＰＰＯ）および軸節型ポリイミド（ＰＩ）中空繊維膜）、ナイロン膜（例えば、ナイロン６またはナイロン６．６（ポリイミド））、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）膜、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）膜、ポリウレタン（ＰＵ）膜、ポリウレタン尿素（ＰＵＵ）膜、酢酸セルロース（ＣＡ）膜、イオン液体、ゲル（例えば、天然ガスからの重質（極性）炭化水素の吸収のため等のシリカゲル）、（例えば、ガス貯蔵、水銀蒸気または他の臭気物質を閉じ込めるため等の）活性炭／木炭、ならびに本明細書で説明されるいずれかを含む。
いくつかの実施形態では、マトリクスは、（例えば、交換プロセスが起こるように、標的蒸気、気体、または被分析物の存在に応答して）特定の物質を放出するように設計されてもよい。これは、標的蒸気、気体、または被分析物が、特定の物質（例えば、不活性蒸気、保存蒸気、反応蒸気、可溶化剤、試薬、緩衝剤、または本明細書で説明される任意の有用な物質）で補完されることから利益を享受するであろうときに、望ましくあり得る。例えば、そのような交換を介して、サンプル（例えば、生物学的サンプル）が保護、保存、および／または安定化させられてもよい。
種々の種類のサンプルを、サンプル処置に使用することができる。例示的なサンプルは、（例えば、揮発性化合物の除去のための）液体サンプル、または（例えば、気体混合物からのいくつかの化合物の除去のための）気体サンプル、あるいは本明細書で説明されるいずれかを含む。例示的なサンプル処置ステップは、（例えば、デバイスの中のサンプル分析に先立って、またはデバイスの中のサンプル安定化または保存に先立って）例えば、１つ以上の毒性成分、干渉成分、または揮発性成分等の１つ以上の汚染物質を除去すること、そのようなサンプルの保存を増進するための物質（例えば、酸素）を除去すること、および／または１つ以上の目的とする被分析物を捕捉することを含む。これらの実施形態のうちのいずれかでは、デバイスからマトリクスを除去することによって、または１つ以上の溶出緩衝剤にマトリクスを暴露させ、結果として生じた溶離剤を分析することによって等、マトリクスをさらに分析することができる。特定の非限定的実施形態では、本デバイスは、収集されている蒸気に透過性ではない、または最小限に透過性である材料から作製される。実質的な専門知識が、当業界に、例えば、酸素および水蒸気の透過性を低減させるプラスチックフィルムに存在する。例えば、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）および環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）の透過性は、概して、ポリカーボネート（ＰＣ）の透過性より低い。例示的なＣＯＣおよびＣＯＰは、エチレン・ノルボルネン共重合体を含有するＴＯＰＡＳ（登録商標） ＣＯＣ（例えば、ＴＯＰＡＳ−８００７（Ｔｇ＝７８℃）、ＴＯＰＡＳ−５０１３（Ｔｇ＝１３０℃）、ＴＯＰＡＳ−６０１５（Ｔｇ＝１６０℃）、およびＴＯＰＡＳ ６０１７（Ｔｇ＝１３０℃））を含む、（例えば、エテンまたはエチレンとともに）ノルボルネンを含む共重合体、（例えば、エテンまたはエチレンとともに）テトラシクロドデセンを含む共重合体、ならびに本明細書で説明されるいずれかを含む。
サンプル調製
本発明のデバイスは、サンプル（例えば、本明細書で説明されるいずれか）を処理、調製、および／または分析する方法に有用である。そのような方法は、相対運動によって接続または断絶されることが可能な１つ以上の層、１つ以上のチャンバ、および／または１つ以上の捕捉領域を含む、本発明のデバイスから利益を享受する。具体的には、これらの方法の各ステップは、相対運動を制御することによって、および適切な層を設計することによって、複雑または反復ステップにさえも適応することができる、そのような相対運動を制御することによって、達成することができる。例えば、所望の試薬（単数または複数）およびサンプルを含有するチャンバを接続するように、デバイスの層を相対的に移動させることによって、異なる層の中の試薬（単数または複数）とサンプルとの間の特定の相対的ステップを開始することができる。
本方法はさらに、（例えば、約１ｍＬより大きい体積を有する）試験サンプルを別個のアリコート（例えば、それぞれ約１ｍＬ未満の体積を有する、複数の液滴または複数の微小液滴）に分割するステップ、（例えば、本明細書で説明されるような１つ以上の乾燥剤を使用して）アリコートのうちの１つ以上を乾燥させるステップ、および／または（例えば、本明細書で説明されるように、水、緩衝剤、または有機溶媒等の１つ以上の溶媒を使用して）アリコートのうちの１つ以上を回収するステップを含むことができる。各アリコートの体積は、適切なサイズのチャンバによって制御することができる。さらに、そのようなアリコートはさらに、液滴または微小液滴内にアリコートを封入するように、潤滑剤の使用によって区画化することができる。特定の実施形態では、体積は、約１ｍＬ、７５０μＬ、５００μＬ、２５０μＬ、１００μＬ、５０μＬ、１０μＬ、５μＬ、１μＬ、７５０ｎＬ、５００ｎＬ、２５０ｎＬ、１００ｎＬ、５０ｎＬ、１０ｎＬ、５ｎＬ、１ｎＬ、７５０ｐＬ、５００ｐＬ、２５０ｐＬ、１００ｐＬ、５０ｐＬ、１０ｐＬ、５ｐＬ、１ｐＬ、７５０ｆＬ、５００ｆＬ、２５０ｆＬ、１００ｆＬ、５０ｆＬ、１０ｆＬ、５ｆＬ、１ｆＬ、７５０ａＬ、５００ａＬ、２５０ａＬ、１００ａＬ、５０ａＬ、１０ａＬ、５ａＬ、または１ａＬ未満である。他の実施形態では、体積は、約１ａＬから約１ｍＬ（例えば、１ａＬから７５０μＬ、１ａＬから５００μＬ、１ａＬから２５０μＬ、１ａＬから１００μＬ、１ａＬから５０μＬ、１ａＬから１０μＬ，１ａＬから５μＬ、１ａＬから１μＬ、１ａＬから７５０ｎＬ、１ａＬから５００ｎＬ、１ａＬから２５０ｎＬ、１ａＬから１００ｎＬ、１ａＬから５０ｎＬ、１ａＬから１０ｎＬ、１ａＬから５ｎＬ、１ａＬから１ｎＬ、１ａＬから７５０ｐＬ、１ａＬから５００ｐＬ、１ａＬから２５０ｐＬ、１ａＬから１００ｐＬ、１ａＬから５０ｐＬ、１ａＬから１０ｐＬ、１ａＬから５ｐＬ、１ａＬから１ｐＬ、１ａＬから７５０ｆＬ、５ａＬから１ｍＬ、５ａＬから７５０μＬ、５ａＬから５００μＬ、５ａＬから２５０μＬ、５ａＬから１００μＬ、５ａＬから５０μＬ、５ａＬから１０μＬ、５ａＬから５μＬ、５ａＬから１μＬ、５ａＬから７５０ｎＬ、５ａＬから５００ｎＬ、５ａＬから２５０ｎＬ、５ａＬから１００ｎＬ、５ａＬから５０ｎＬ、５ａＬから１０ｎＬ、５ａＬから５ｎＬ、５ａＬから１ｎＬ、５ａＬから７５０ｐＬ、５ａＬから５００ｐＬ、５ａＬから２５０ｐＬ、５ａＬから１００ｐＬ、５ａＬから５０ｐＬ、５ａＬから１０ｐＬ、５ａＬから５ｐＬ、５ａＬから１ｐＬ、５ａＬから７５０ｆＬ、１ｆＬから１ｍＬ、１ｆＬから７５０μＬ、１ｆＬから５００μＬ、１ｆＬから２５０μＬ、１ｆＬから１００μＬ、１ｆＬから５０μＬ、１ｆＬから１０μＬ、１ｆＬから５μＬ、１ｆＬから１μＬ、１ｆＬから７５０ｎＬ、１ｆＬから５００ｎＬ、１ｆＬから２５０ｎＬ、１ｆＬから１００ｎＬ、１ｆＬから５０ｎＬ、１ｆＬから１０ｎＬ、１μＬから５ｎＬ、１ｆＬから１ｎＬ、１ｆＬから７５０ｐＬ、１ｆＬから５００ｐＬ、１ｆＬから２５０ｐＬ、１ｆＬから１００ｐＬ、１ｆＬから５０ｐＬ、１ｆＬから１０ｐＬ、１ｐＬから５ｐＬ、１ｆＬから１ｐＬ、１ｆＬから７５０ｆＬ、１ｐＬから１ｍＬ、１ｐＬから７５０μＬ、１ｐＬから５００μＬ、１ｐＬから２５０μＬ、１ｐＬから１００μＬ、１ｐＬから５０μＬ、１ｐＬから１０μＬ、１ｐＬから５μＬ、１ｐＬから１μＬ、１ｐＬから７５０ｎＬ、１ｐＬから５００ｎＬ、１ｐＬから２５０ｎＬ、１μＬから１００ｎＬ、１ｐＬから５０ｎＬ、１ｐＬから１０ｎＬ、１ｐＬから５ｎＬ、１ｐＬから１ｎＬ、１ｐＬから７５０ｐＬ、１ｐＬから５００ｐＬ、１ｐＬから２５０ｐＬ、１ｐＬから１００ｐＬ、１ｐＬから５０ｐＬ、１ｐＬから１０ｐＬ、１ｐＬから５ｐＬ、１ｎＬから１ｍＬ、１ｎＬから７５０μＬ、１ｎＬから５００μＬ、１ｎＬから２５０μＬ、１ｎＬから１００μＬ、１ｎＬから５０μＬ、１ｎＬから１０μＬ、１ｎＬから５μＬ、１ｎＬから１μＬ、１ｎＬから７５０ｎＬ、１ｎＬから５００ｎＬ、１ｎＬから２５０ｎＬ、１ｎＬから１００ｎＬ、１ｎＬから５０ｎＬ、１ｎＬから１０ｎＬ、または１ｎＬから５ｎＬ）である。
種々の種類のサンプル調製および分析を、本発明のデバイスで行うことができる。例示的なサンプル調製および分析は、核酸抽出、核酸精製、核酸富化、核酸濃縮、タンパク質抽出、タンパク質精製、タンパク質富化、タンパク質濃縮、細胞分離、サンプル富化、核酸増幅、核酸検出、タンパク質検出、濾過、溶解、脱水、再水和、結合反応、洗浄ステップ、溶出、検定反応、および／または１つ以上のサンプルあるいはサンプル内の１つ以上の被分析物の検出を含む。
具体的には、本明細書で説明される方法は、低濃度の被分析物を伴うサンプル、例えば、希薄サンプル、希核酸、タンパク質、マーカー、および遺伝子または感染疾患のバイオマーカー、環境汚染物質、循環癌細胞、幹細胞、または出生前診断用の母体血中の胎児細胞等の希細胞、感染症の高速早期診断のための血液、痰、骨髄吸引物、ならびに尿および脳髄液等の他の体液中の微生物細胞、サンプル中の（例えば、クラミジア、淋病、および／またはＨＩＶを有する、または有する疑いがある対象からのサンプル中の）（例えば、ＨＩＶおよび／またはＨＣＶの）ウイルス量、酵素アッセイ、細胞生存、細胞付着、細胞結合等を判定するため等の細胞アッセイ、触媒活性、選択性、または貯蔵能力あるいは隔離（気体の吸収または毒性化合物の捕捉等）に対する生物学または化学スクリーン、または電気、磁気、光学等の種々の性質の分析試験を分析するときに、有益であり得る。例えば、参照することにより本明細書に組み込まれる、米国出願公開第２００５／０００３３９９号および国際公開第ＷＯ２００９／０４８６７３号を参照されたい。具体的には、低濃度の被分析物（例えば、単一の分子または単一の細菌）を検出することは、食品、医療、および安全業界で課題のままである。本発明のデバイスは、そのようなサンプルを濃縮し、分析を行うために有用であり得る。一実施例では、本発明のデバイスは、バルク溶液用の希釈濃度中にのみ存在するであろう、高局所濃度の被分析物を（例えば、チャンバおよび／または液滴内の区画化によって、または捕捉領域を使用することにより濃縮することによって）生成するために有用であり得る。別の実施例では、本発明のデバイスは、ＤＮＡサンプルを用いたＰＣＲによって、または細菌サンプルを用いた定足数感知によって等、さらに増幅させることができる、高局所濃度の被分析物を生成することができる。したがって、本発明のデバイスは、任意の有用なＰＣＲ技法と組み合わせて使用することができる。例示的なＰＣＲ技法は、それぞれがその全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、以下の公開、すなわち、米国出願公開第２００８／０１６６７９３号、国際公開第０８／０６９，８８４号、米国出願公開第２００５／００１９７９２号、国際公開第０７／０８１，３８６号、国際公開第０７／０８１，３８７号、国際公開第０７／１３３，７１０号、国際公開第０７／０８１，３８５号、国際公開第０８／０６３，２２７号、米国出願公開第２００７／０１９５１２７号、国際公開第０７／０８９，５４１号、国際公開第０７／０３０，５０１号、米国出願公開第２００７／００５２７８１号、国際公開第０６／０９６５７１号、米国出願公開第２００６／００７８８９３号、米国出願公開第２００６／００７８８８８号、米国出願公開第２００７／０１８４４８９号、米国出願公開第２００７／００９２９１４号、米国出願公開第２００５／０２２１３３９号、米国出願公開第２００７／０００３４４２号、米国出願公開第２００６／０１６３３８５号、米国出願公開第２００５／０１７２４７６号、米国出願公開第２００８／０００３１４２号、および米国出願公開第２００８／００１４５８９号で開示されている。ＰＣＲを伴う特定の用途とともに、少数のアイテムが領域に組み込まれているか、またはいかなるアイテムも組み込まれていない、わずかな体積の領域を作製することによって、細胞および／または化学物質を濃縮するための方法を説明する、以下の論説、すなわち、Ｋｏｈ ｅｔ ａｌ．， Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ７５：４５９１−４５９８ （２００３）、Ｇｕｌｌｉｋｓｅｎ ｅｔ ａｌ．， Ｌａｂ Ｃｈｉｐ． ５：４１６−４２０ （２００５）、Ａｂｒａｍｓ ｅｔ ａｌ．， Ａｎｎ Ｎ Ｙ Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． １０９８：３７５−３８８ （２００７）、Ｃａｄｙ ｅｔ ａｌ．， Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ Ｓｅｎｓｏｒｓ， ２４−２７ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００４ ３：１１９１−１１９４ （２００４）、Ｏｔｔｅｓｅｎ ｅｔ ａｌ．， Ｓｃｉｅｎｃｅ ３１４：１４６４−１４６７ （２００６）、Ｇｏｖｉｎｄ ｅｔ ａｌ．， Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ ２７：３７５３−３７６３ （２００６）、Ｌａｐｉｚｃｏ−Ｅｎｃｉｎａｓ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ． Ｍｅｔｈｏｄｓ ６２：３１７−３２６ （２００５）、Ｗｏｎｇ ｅｔ ａｌ．， Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ７６：６９０８−６９１４ （２００４）、Ｙａｎｇ ｅｔ ａｌ．， Ｌａｂ Ｃｈｉｐ ２：１７９−１８７ （２００２）、Ｄｕ ｅｔ ａｌ．， Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ７７：１３３０−１３３７ （２００５）、Ｈｕａｎｇ ｅｔ ａｌ．， Ｓｃｉｅｎｃｅ ３１５：８１−８４ （２００４）、Ｈｏｎｇ ｅｔ ａｌ．， Ｎａｔ． Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ． ２２：４３５−４３９ （２００４）、Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ．， Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ ２３：１５３１−１５３６ （２００３）、Ｍａｔｓｕｂａｒａ ｅｔ ａｌ．， Ｂｉｏｓｅｎｓ． Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎ． ２０：１４８２−１４９０ （２００５）、およびＬｅａｍｏｎ ｅｔ ａｌ．， Ｎａｔ． Ｍｅｔｈｏｄｓ ３：５４１−５４３ （２００６）が、参照することにより本明細書に組み込まれる。
本発明のデバイスは、凝固または凝血検定、タンパク質凝集、タンパク質結晶化（脂質立方相の使用を含む）、小分子、巨大分子、および粒子の結晶化および分析、多形体の結晶化および分析、医薬品、薬剤、および薬剤の結晶化、バイオミネラル化、ナノ粒子形成、（水性および空気サンプリングを介した）環境、培養条件（例えば、確率的閉じ込め、細胞の溶解等）、薬剤感受性、薬剤相互作用、高スループットスクリーニング（例えば、多くの異なる第２の物質を伴う１つの第１の物質、または多くの異なる第２の物質を伴う多くの異なる第１の物質）、多重アッセイ（例えば、ＰＣＲ、Ｔａｑｍａｎ、免疫検定（例えば、ＥＬＩＳＡ、ＦＩＳＨ等））、増幅（例えば、ＰＣＲ、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、転写媒介増幅（ＴＭＡ）、逆転写酵素開始ＰＣＲ、ＤＮＡまたはＲＮＡハイブリダイゼーション技法、配列決定、および同等物）、サンドイッチ免疫検定、走化性検定、分岐増幅（ＲＡＭ）等を研究して行うために使用することができる。血液検定、結晶化検定、タンパク質凝集検定、培養検定のための例示的な技法は、それぞれがその全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第７，１２９，０９１号、第６，９４９，５７５号、第５，６８８，６５１号、第７，３２９，４８５号、第６，９４９，５７５号、第５，６８８，６５１号、第７，３２９，４８５号、および第７，３７５，１９０号、米国出願公開第２００７／０１７２９５４号、第２００６／０００３４３９号、第２００３／００２２２４３号、および第２００５／００８７１２２号、国際公開第ＷＯ ２００７／０８９７７７号、および第ＷＯ ２００９／０１５３９０号で説明されている。本発明のデバイスは、触媒、多段階反応、固定化多段階合成（例えば、小分子、ペプチド、および核酸合成）、固相合成、放射性同位体合成等を含む、種々の合成に使用することができる。最終的に、本発明のデバイスは、サンプルの精製および富化に使用することができる。
いくつかの実施形態では、本デバイスは、陽性対照（例えば、チャンバに事前装填された被分析物）および／または陰性対照（例えば、チャンバに事前装填された緩衝剤）として使用されるチャンバを含有することができる。
発明のデバイスおよび方法は、任意の有用な反応を行うために使用することができる。例示的な非限定的反応は、光化学および電気化学反応、合成反応（例えば、放射性同位体の合成）、中和反応、分解反応、変位反応、還元酸化反応、沈殿、結晶化（例えば、自由界面拡散および／または蒸気拡散によるタンパク質結晶化）、燃焼反応、および重合反応等の化学反応、ならびに共有および非共有結合、相変化、色変化、相形成、溶解、発光、光吸収または放射性質の変化、温度変化あるいは熱吸収または放射、立体構造変化、およびタンパク質等の巨大分子の折り畳みまたは展開を含む。多段階反応は、デバイスの各後続の相対運動時に条件を制御することによって行われてもよい。
本発明のデバイスは、容易かつ経済的に異なる物質で複数の領域を装填するように設計することができる。例えば、図２５では、本デバイスは、サンプル１、２、および３を保存および分析するための複数のチャンバを含むように製造される。さらに、各層２５０１、２５０２、および２５０３は、特定の機能を果たすように設計することができる。例えば、層２５０１は、（例えば、本明細書で説明されるいずれか等の１つ以上の乾燥剤を含むことによって）サンプル調製を可能にし、層２５０２は、（例えば、本明細書で説明されるいずれか等の１つ以上の捕捉領域の使用によって）サンプル精製を可能にし、層２５０３は、サンプル収集（例えば、本明細書で説明される任意の有用なサンプル）を可能にする。
他の実施形態では、本デバイスは、標準多重ウェルプレートと同一の場所に構成される、または（例えば、図２５のように）半径方向に構成される、複数のチャンバを含有することができる。各層は、例えば、６、２４、９６、３８４、１５３６、３４５６、または９６００個のチャンバを含有することができる。他の実施形態では、本デバイスは、少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、２４、３０、４０、４８、５０、６０、７０、８０、９０、９６、１００、２００、３００、３８４、４００、５００、５１２、１０００、１５００、１５３６、２０００、２５００、３０００、３４５６、３５００、４０００、４５００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、９６００、１００００、１５００、２０００、２５００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、１００００、２００００、３００００、４００００、５００００、６００００、７００００、８００００、９００００、１０００００、２０００００、２０００００、４０００００、５０００００、６０００００、７０００００、８０００００、９０００００、１００００００個以上のチャンバを含有することができる。
ＳｌｉｐＣｈｉｐは、濾過によってサンプル調製を行うことができ、同一のアプローチはまた、標的富化に使用することもできる。図１４に示されるように、第２および／または第３の層（１４２０および／または１４３０）に対して第１の層１４１０を滑動させることによって、濾過膜、ゲル、および貫通穴／細孔等のマトリクス１４２５を、収集されたサンプルと接触させることができる。陽圧、陰圧、または勾配等の駆動力を用いて、マトリクス細孔径より小さいサイズを伴うサンプル層の中の粒子および分子のみ（すなわち、粒子１４１６）が、第２の層１４２０の中のマトリクス１４２５を通過し、第３の層１４３０の中の受け取りウェル１４３５に進入することができる（図１４）。より大きい粒子１４１７が、サンプルウェル１４１５の中にとどまるか、またはマトリクス１４２５の中に捕捉されるであろう。場合によっては、サイズ選択マトリクスを通過する材料は、免疫検定等の下流分析、または核酸抽出等のさらなるサンプル操作に使用することができる。場合によっては、細孔サイズより大きい粒子（すなわち、粒子１４１７）は、マトリクス１４２５上で富化させることができ、例えば、細胞計数、細胞溶解、および核酸抽出等のさらなる分析を、マトリクス上で直接適用することができる（図１４）。
代替として、マトリクスは、標的分子を濃縮／富化するように、アプタマーおよびＣｈａｒｇｅＳｗｉｔｃｈ（登録商標）材料等の捕捉分子を含有してもよい。他の場合において、マトリクスは、サンプル溶液から阻害剤等の標的分子または被分析物を除去するように、捕捉分子を含有してもよい。
例えば、この一般的方法は、全血からの血漿分離のために適用することができる。我々は、マトリクスとしてＰａｌｌ（登録商標）鮮明血漿分離膜を用いて、血漿分離モジュールを設計および最適化した。周囲陽圧の約１／５０が、血漿濾過の速度を増加させるように印加される。この血漿調製デバイスは、６０秒以内に１００μＬのヒト全血から約１０〜２０μＬの無細胞血漿を調製することができた。自由流血漿を、デバイスの底部から収集することができる。立体鏡を使用することによって、調製された血漿からの血液細胞が観察されなかった。
代替として、このＳｌｉｐＣｈｉｐは、白血球細胞富化のために適用することができる。白血球細胞単離（ｌｅｕｋｏｓｏｒｂ）媒体の膜を、マトリクスとしてデバイスに組み込むことができる。圧力または重力によってマトリクスを通して、全血を駆動することができ、下流分析のために、白血球細胞をマトリクスに閉じ込めることができる。
本デバイスは、弁、プランジャ、または他の流体制御方法を使用する代わりに、終端充填方法によって、分離マトリクスを通過する全体積を制御することができる。サンプル調製中の全通過体積は、受け取りチャンバの容積によって画定される。したがって、プロセス圧力が漏出圧力より小さい限り、毛細管力による漏出を伴わずに、水性流体が含有されるであろう。この終端充填特徴は、本デバイスが、並行して複数のサンプルを処理し、複数のステップ手順で単一または複数のサンプルを操作し、複数の体積中のサンプルを処理することを可能にする。本方法はまた、受け取りウェルの容積によって画定される、ロバストで正確な体積制御も可能にする。
サンプル調製は、核酸増幅および免疫検定等の下流反応および分析を可能にする重要ステップである。現在のサンプル調製方法は、概して、診療点および資源限定設定ではあまり好ましくない、複数の器具、プラグイン電力供給、および訓練を受けた職員を必要とする。本発明のデバイスは、ポンプ、弁、シリンジバレル等の複雑な流体操作システムを伴わずに、サンプル調製を行うことができる。そのようなデバイスは、サンプル溶液、ならびに洗浄および溶出緩衝剤等の異なる試薬を、サンプル調製マトリクスと接触させ、または接触を外すように、層の相対運動によって、サンプル調製を行うことができる。異なるプレート／層の相対運動は、並進、回転、または両方の組み合わせであり得る。
種々の機能を伴うモジュールの統合等のデバイスの能力をさらに拡張するために、多層アプローチを使用することができる。各層は、他の層に対して自由に移動する（例えば、滑動する）ように設計することができる。例えば、サンプル調製では、分離マトリクスまたは核酸抽出マトリクスは、中間層に埋め込むことができ、試薬チャンバは、上層の中に提供され、受け取りチャンバは、底層の中に提供される。中間層を滑動させることによって、捕捉領域またはマトリクスは、それぞれ、各組の試薬チャンバおよび受け取りチャンバと整合させられる。終端充填設計を伴う受け取りチャンバは、マトリクスを通過する溶液体積を正確に制御するために使用することができる。油または潤滑剤変位の速度は、間隙または界面化学によって制御することができる。
例えば、並進ＳｌｉｐＣｈｉｐ設計（図１５）では、膜マトリクス１５２５は、最初に、上層１５１０の中のサンプルウェル１５１１および底層１５３０の中の受け取りウェル１５３１と整合させられる。被分析物（アスタリスク）を含有するサンプル１５０１は、膜１５２５を通して押勢され（矢印１５６０）、被分析物は、膜マトリクス１５２５上で捕捉される。次いで、中間層１５２０は、膜マトリクス１５２５を緩衝剤ウェル１５１２の中の洗浄緩衝剤１５０２と、およびそれぞれの受け取りウェル１５１２と整合させるように、滑動させられる（矢印１５５１）。膜から不純物を洗い流すように、１つまたは複数の洗浄ステップ（矢印１５６１）を適用することができる。次いで、中間層は、膜マトリクス１５２５を溶出ウェル１５１３の中の溶出緩衝剤１５０３と、およびそれぞれの受け取りウェル１５３３と整合させるように、滑動させられる（矢印１５５２）。下流分析のために膜から被分析物を溶出するように、１つまたは複数の溶出ステップ（矢印１５６２）を適用することができる。
代替として、フィルタベースの方法をＳｌｉｐＣｈｉｐプラットフォームと統合するために、我々は、例示的な加圧プロトコルを開発した。分離フィルタ１６２０を通して、作用物質のアレイ１６１０、溶解サンプル１６１１、洗浄緩衝剤１６１２および１６１３、エタノール１６１４、および溶出緩衝剤１６１５を送達することができる。ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイス１６３０の層を異なる位置まで滑動させることによって画定される、複数部分の中で濾過物質を収集することができる。作用物質のアレイ１６１０は、１本の管の中で事前形成するか（図１６）、またはＳｌｉｐＣｈｉｐ上で事前装填することができる（図１７）。アレイがＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスの上で形成されるとき、異なる試薬を最初に別々に事前装填することができる。（例えば、滑動による）相対運動は、次いで、フィルタを通して送達されるアレイを形成するように、試薬を接続する。その間に、溶出緩衝剤を装填することができる。（例えば、滑動による）別の相対運動は、フィルタからカートリッジを断絶することができ、サンプルを溶出するように溶出緩衝剤をフィルタに接続する。
カートリッジベースの方法はまた、完全ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスに組み込むこともできる（図１７）。第１の結合位置（図１７Ａ、左）では、サンプル１７１１を装填し、標的結合のためにフィルタ１７６０を通して移送することができる。洗浄位置（図１７Ａ、中央）まで滑動することによって、溶出剤が装填されることを可能にしながら、洗浄剤１７１２がフィルタを通して移送される。溶出位置（図１７Ａ、右）まで滑動することによって、溶出剤１７１３がフィルタを通して移送され、標的定量化に連結されたさらなる操作のために、標的を収集ウェル１７１４に送達する。図１７Ｂは、フィルタ１７６０、上ＰＤＭＳ層１７１０、底ＰＤＭＳ層１７４０、および種々のガラス層１７２０、１７３０、および１７５０を伴うデバイスの断面図を提供する。１つの非限定的実施形態では、フィルタは、ＱｉａＡＭＰ ＭｉｎＥｌｕｔｅ（Ｑｉａｇｅｎ）からの直接接続された修正フィルタである。核酸抽出のためのＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスの例示的な簡略化バージョンが、本明細書の図１６および実施例２で説明されている。特定の実施形態では（例えば、製造プロセスでは）、層１７１０は、試薬貯蔵のためのブリスター型であり得る。いくつかの実施形態では（例えば、製造プロセスでは）、フィルタ１７６０は、熱形成チップ上の積層によって加工される。他の実施形態では（例えば、製造プロセスでは）、本デバイスは、空洞を伴って加工することができ、フィルタ１７６０（例えば、以前に加工および／または購入されたフィルタ）は、空洞に挿入される。さらに他の実施形態では（例えば、製造プロセスでは）、本デバイスは、空洞を伴って加工することができ、フィルタ１７６０は、外側被覆によって加工することができる。本デバイスは、（例えば、層２および層３が単一の層に加工される、図１４で説明されるような）２つの層、（例えば、層１、層２、および層３のそれぞれが３つの別個の層に加工される、図１４で説明されるような）３つの層、または（例えば、図１７Ａ−１７Ｂで説明されるような）複数の層等のサンプル調製および／またはサンプル保存に有用である、任意の数の有用な層を含むことができる。
例えば、サンプル調製は、回転多層ＳｌｉｐＣｈｉｐ設計で使用することができる（図１８Ａ−１８Ｂ）。第１に、膜マトリクス１８２１（またはフィルタ）は、最初に、上層１８１０の中のサンプルウェル１８１１および底層１８３０の中の受け取りウェル１８３０のうちの１つと整合させられる（図１８Ｂ（ｉ））。被分析物を含有するサンプル１８１１は、膜を通して押勢され、被分析物は、膜マトリクス１８２１上で捕捉される。被分析物を含有する膜マトリクス１８２１を通して、（図１８Ｂ（ｉｉ）のように）洗浄試薬１８１２および／または（図１８Ｂ（ｉｉｉ）−（ｉｖ）のように）溶出試薬１８１３を押勢するために、圧力源を使用することによって、付加的な洗浄および溶出ステップを達成することができる。
図１８Ａに示されるように、デバイス１８００の最上部分１８０１は、底部分１８０２に対して回転することができる。このようにして、サンプル１８１１は、最初に、膜マトリクス内で被分析物を捕捉するように、膜マトリクス１８２１と整合させられる。次いで、最上部分１８０１は、洗浄チャンバ１８１２（４つのそのようなチャンバが図１８Ａで提供されている）を、捕捉した被分析物を含有する膜マトリクス１８２１と整合させるように、回転させることができる。最終的に、最上部分１８０１は、溶出チャンバ１８１３（４つのそのようなチャンバが図１８Ａで提供されている）を膜マトリクス１８２１と整合させるように、回転させることができる。図１８Ａ−１８Ｂで見ることができるように、デバイスの最上部分１８０１または底部分１８０２は、これら２つの部分に対して回転が起こる限り回転することができる。例示的な非限定的プロトタイプおよびそれらの使用は、図１９Ａ−１９Ｂおよび２０Ａ−２０Ｂ、ならびに実施例３−７で提供されている。
特定の実施形態では、キャップ２００３（図２０Ａ−２０Ｂ）をデバイスの上に置き、陽圧を提供するように締めることができ、２）層２００１（図１５Ａ）を回転させて膜マトリクス２０１０を洗浄緩衝剤（例えば、それぞれ１００μＬ）および受け取りウェルと整合させ、膜から不純物を洗い流すように、多重洗浄ステップを提供することができ、３）層２００１を回転させて膜マトリクス２０１０を溶出緩衝剤（それぞれ５０μＬ）と整合させ、下流分析のために膜から被分析物を溶出するように、複数の溶出ステップを適用することができる。例えば、我々は、マトリクスを通して溶液を駆動するように陽圧または陰圧を印加するために使用することができるキャップ（図２２Ｂ）を伴う第３世代デバイス（本明細書の図２０および実施例４で説明される）を設計した。場合によっては、加圧チャンバの中の封入容積を減少させるためにキャップを使用することによって、陽圧をシステム全体に印加することができ、他の場合において、加圧チャンバの中の封入体積を増加させるためにキャップを使用することによって、陰圧をシステム全体に印加することができる。例示的な圧力キャッピングシステムが、本明細書の図３３Ａ−３３Ｂおよび実施例８で提供されている。
このＳｌｉｐＣｈｉｐプラットフォームは、ガラスおよびプラスチック等の種々の材料から加工することができる（例えば、図１９−２１で提供される例示的なプロトタイプを参照）。我々は、３Ｄ印刷を使用することによって、使い易い特徴を伴うプラスチック回転ＳｌｉｐＣｈｉｐを以前に実証している（例えば、図３６参照）。ユーザは、単純に、サンプルチャンバの中へサンプルを装填し、圧力を印加するように蓋を閉鎖し、底ディスクを保持し、サンプル調製を行うように最上部分を回転させる。
ＳｌｉｐＣｈｉｐプラットフォームは、例えば、カオトロピック物質および粒子の組み合わせ（例えば、サイズ分画ＳｉＯ２粒子を伴う、またはＢｏｏｍ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｃｌｉｎ． Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ． ２８：４９５−５０３ （１９９０）で説明されるような珪藻土シリカ（例えば、Ｃｅｌｉｔｅ（登録商標））を伴うチオシアン酸グアニジン等の本明細書で説明されるいずれか）、ＣｈａｒｇｅＳｗｉｔｃｈ（登録商標）、およびＦＴＡ（Ｗｈａｔｍａｎ， ＧＥ）Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ等の多種多様の核酸サンプル調製方法に適合し得る。例えば、ＣｈａｒｇｅＳｗｉｔｃｈ（登録商標）膜を伴うＳｌｉｐＣｈｉｐプラットフォームは、市販の核酸調製方法に匹敵する効率で、添加ヒト血漿サンプルからのＨＩＶウイルスＲＮＡの抽出を用いて、正当性が立証されている（例えば、本明細書の実施例を参照）。
ＳｌｉｐＣｈｉｐは、元の出願で説明されるように、固液および液固相転移中に温度が一定に維持される、例えば、単純相転移に基づく温度制御方法等の、核酸抽出のためのサンプル溶解に好適な温度制御方法を統合することができる。別の実施例として、ＳｌｉｐＣｈｉｐは、滑動および混合による開始等の温度制御のためのオンチップ開始機構と統合することができる。
いくつかの他の実施形態では、膜、マトリクス、またはフィルタは、（例えば、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第８，２４７，１７６号および第６，６４５，７１７号で説明されるように）加熱すること、および／または乾燥剤で湿気を吸収することによって、膜、マトリクス、またはフィルタ上のサンプルを乾燥させながら、サンプル中の細胞、胞子、または微生物を溶解させるための少なくとも１つの物質で含浸することができる。放出された核酸または他のバイオマーカーは、膜マトリクスまたはフィルタに結合することができ、さらなる洗浄および溶出を適用することができる。
体積定量化
本発明のデバイスおよびシステムは、サンプル、試薬、または任意の有用な物質（例えば、本明細書で説明されるいずれか）の体積を定量化するために使用することができる。具体的には、体積の定量化は、サンプル保存、サンプル処置、サンプル調製、および／またはサンプル分析のため等に、本明細書で説明される他のデバイスおよび方法のうちのいずれかと組み合わせて使用することができる。具体的には、そのような体積定量化技法は、特別な集団のスクリーニングのために（新生児、幼児、または小型動物等、例えば、ファブリ、ゴーシェ、クラッベ、ニーマンピックＡ／Ｂ、およびポンペ病等の遺伝性代謝疾患またはリソソーム蓄積症を検査するため、ＨＩＶまたはＣＭＶ等のウイルス感染症を検査するため、または新生児または幼児においてＩ型チロシン血症（ＴＹＲ １）を検出するように、スクシニルアセトン、アシルカルニチン、アミノ酸のスクリーニング等の有用な診断マーカーを使用して他の疾患を検査するために）、（例えば、本明細書で説明されるような１つ以上のサンプル保存および／または貯蔵デバイスおよび方法と組み合わせて）乾燥血斑（ＤＢＳ）サンプルとともに使用するために、代謝産物を検査するために（例えば、薬物動態、薬力学、毒物動態、または他の薬物監視査定のために）、臨床試験で使用するために（例えば、臨床試験での治験薬の薬物動態または薬力学査定のために）、および特定の薬剤との付着を判定するために（例えば、薬物動態、薬力学、毒物動態、または他の薬物監視査定のために）有用であり得る。特定の実施形態では、試験サンプルは、乾燥血斑サンプルである。１つの非限定的実施形態では、コレクタを伴って、またはコレクタを伴わずにのいずれかで、膜、ブリッジ、マトリクス、捕捉領域、および／または乾燥剤のうちの１つ以上を含む、デバイス（例えば、膜、ブリッジ、および／または乾燥剤のうちの１つ以上を含む、サンプル保存のためのデバイス）が使用され、血液サンプルが、デバイスに導入される。次に、血液サンプルは、（例えば、本明細書で説明されるように、部分的または完全のいずれかで）乾燥させられる。いくつかの実施形態では、血液サンプルは、随意に乾燥剤と流体連通しているセルロース膜上に乾燥させられる。したがって、乾燥血液サンプルは、１つ以上の有用な物質または試薬を使用して、処理および／または分析される。例示的な物質または試薬は、増幅（例えば、ＰＣＲ）、ウイルス、細菌、原生動物、および／または寄生蠕虫（例えば、ＨＩＶ、Ｃ型肝炎ウイルス、Ｂ型肝炎ウイルス、Ａ型肝炎ウイルス、単純ヘルペスウイルス、風疹、麻疹、ＭＭＲ（麻疹、おたふく風邪、および風疹）、ジフテリア、デング熱、破傷風抗毒素、サイトメガロウイルス、ヒトＴ細胞白血病／リンパ腫ウイルスＩまたはＩＩ、ハンセン菌、ヘリコバクター・ピロリ、ブルセラ菌、梅毒トレポネーマ、トキソプラズマ原虫、熱帯熱マラリア原虫、クルーズ・トリパノソーマ、ランブル鞭毛虫、リーシュマニア属、単包条虫、ビルハルツ住血吸虫、またはマレー糸状虫）の検出、１つ以上の代謝産物（例えば、薬剤代謝産物）の検出、１つ以上の被分析物（例えば、本明細書で説明されるいずれか、およびアンドロステンジオン、アミノ酸（例えば、アルギニン（クレブス回路）、ヒスチジン／ウロカニン酸、ホモシステイン、フェニルアラニン／チロシン、および／またはトリプトファン）、アポリポタンパク質（例えば、Ａ−ＩまたはＢ）、コルチゾール、ＣＤ４＋リンパ球、コレステロール（例えば、総コレステロールまたは高密度リポタンパク質コレステロール（ＨＤＬ）を含む）、Ｃ反応性タンパク質（ＣＲＰ）、デヒドロエピアンドロステロン（その硫酸エステル、ＤＨＥＡ−Ｓを含む、ＤＨＥＡ）、エプスタインバーウイルス（ＥＢＶ）抗体、エストラジオール、葉酸塩、卵胞刺激ホルモン（ＦＳＨ）、グルコース、ヘモグロビン（例えば、グリコシル化ヘモグロビンまたはＨｂＡ１ｃを含む）、肝炎抗原／抗体（例えば、Ａ、Ｂ、またはＣ型肝炎）、ＨＩＶ抗体、ホモシステイン、ＩＦＮｇ、ＩＧＦ−Ｉ、ＩＧＦＢＰ−２、ＩＧＦＢ−３、ＩＬ−１ｂ、ＩＬ−６、インスリン、レプチン、黄体形成ホルモン（ＬＨ）、リポタンパク質（例えば、（ａ）、Ｂ／Ａ−１、またはβ）、前立腺特異抗原（ＰＳＡ）、プロゲステロン、プロラクチン、レチノール、性ホルモン結合グロブリン（ＳＨＢＧ）、ソマトメジン−Ｃ、テストステロン、トランスフェリン受容体、サイロトロピン（ＴＳＨ）、チロキシン（Ｔ４）、チログロブリン、トリグリセリド、トリヨードチロニン（Ｔ３）、またはＴＮＦ（例えば、ＴＮＦａ）を含む）の検出、リソソーム蓄積症（例えば、ポンペ、ムコ多糖症（例えば、Ｉ型）、ファブリ、ゴーシェ、クラッベ、またはニーマンピックＡ／Ｂ病）を診断するためのリソソーム代謝に関与する、新生児、生後２８日未満の新生児、または幼児等の特別な集団に対する１つ以上の診断マーカーの検出（例えば、感染症を診断するためのＩｇＧ抗体の検出、Ｉ型チロシン血症（ＴＹＲ １）を診断するためのスクシニルアセトン、アシルカルニチン、およびアミノ酸の検出、ＭＣＡＤ欠乏症を診断するための中位鎖アシルＣｏＡデヒドロゲナーゼの検出、ダウン症候群を診断するためのヒト絨毛性ゴナドトロピン（ｈＣＧ）の検出、インスリン依存性糖尿病を診断するための糖化ヘモグロビンの検出、嚢胞性線維症を診断するためのトリプシンの検出、ＰＣＲと組み合わせたＨＩＶ特異的抗体および／またはＨＩＶウイルスの検出、先天性甲状腺機能低下症を診断するためのチロキシン（Ｔ４）およびサイロトロピン（ＴＳＨ）の検出、１つ以上の酵素（例えば、酸α−グルコセレブロシダーゼ（ＡＢＧ）、酸α−ガラクトシダーゼＡ（ＧＬＡ）、リソソーム酸α−グルコシダーゼ（ＧＡＡ）、ガラクトセレブロシドα−ガラクトシダーゼ（ＧＡＬＣ）、または酸スフィンゴミエリナーゼ（ＡＳＭ）の検出）を含む、ＤＢＳ技術におけるスクリーニングのために、ＰＣＲ分析と組み合わせたＤＮＡ分析のために（例えば、アセチル化多型、アルコールデヒドロゲナーゼ、アルファ１−抗トリプシン、嚢胞性線維症、デュシェンヌ／ベッカー型筋ジストロフィー、グルコース−６−リン酸デヒドロゲナーゼ、Ａ型異常ヘモグロビン症、Ｓ型異常ヘモグロビン症、Ｃ型異常ヘモグロビン症、Ｅ型異常ヘモグロビン症、Ｄパンジャブ、ベータサラセミア、Ｂ型肝炎ウイルス、ＨＣＭＶ、ＨＩＶ−１、ＨＴＬＶ−１、レーベル遺伝性視神経症、ＭＣＡＤ、ＰＫＵ、三日熱マラリア原虫、性分化、または２１−デオキシコルチゾールを検出または診断するために）、ある抗原（例えば、Ｂ型肝炎ウイルスまたはＨＩＶ−１）を検出するために、ある抗体（例えば、アデノウイルス、抗核抗体、抗ゼータ抗体、アルボウイルス、オーエスキー病ウイルス、デング熱ウイルス、メジナ虫、単包条虫、赤痢アメーバ、エンテロウイルス、ランブル鞭毛虫、ヘリコバクター・ピロリ、Ｂ型肝炎ウイルス、ヘルペスウイルス、ＨＩＶ−１、ＩｇＥ（アトピー性疾患）、インフルエンザウイルス、ドノバン・リーシュマニア、レプトスピラ、麻疹／おたふく風邪／風疹、ハンセン菌、肺炎マイコプラズマ、回旋糸状虫、パラインフルエンザウイルス、熱帯熱マラリア原虫、ポリオウイルス、緑膿菌、呼吸器合胞体ウイルス、リケッチア（ツツガムシ病）、マンソン住血吸虫、トキソプラズマ原虫、梅毒トレポネーマ、クルーズ／ランゲル・トリパノソーマ水胞病ウイルス、バンクロフト糸状虫、または黄熱病ウイルス）を検出するために、または１つ以上の薬物代謝産物または薬物被分析物のスクリーニングのために（例えば、臨床試験で、臨床監視で、または特定の薬剤との付着を判定する際に、薬物動態、薬力学、毒物動態、または他の薬物監視査定のために、例示的な薬剤は、エベロリムスまたはタクロリムス等の抗癌薬、アセトアミノフェン、研究新薬、またはその他を含む）使用されるもの等の緩衝剤（例えば、洗浄緩衝剤または溶出緩衝剤、例えば、０．０５％Ｔｗｅｅｎ ８０および０．００５％アジ化ナトリウムを含有するＰＢＳ、または本明細書で説明されるいずれか）を含む。さらなる被分析物、ＤＢＳ検定、および方法は、それぞれがその全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、ＭｃＤａｄｅ ｅｔ ａｌ．， Ｄｅｍｏｇｒａｐｈｙ ４４：８９９−９２５ （２００７）、Ｃａｓｓｏｌ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｃｌｉｎ． Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ． ２９：６６７−６７１ （１９９１）、Ｂｅｌｌｉｓａｒｏ ｅｔ ａｌ．， Ｃｌｉｎ． Ｃｈｅｍ． ４６：１４２２−１４２４ （２０００）、Ｗｉｌｌｉａｍｓ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｇｅｒｏｎｔｏｌ． Ｂ Ｐｓｙｃｈｏｌ． Ｓｃｉ． Ｓｏｃ． Ｓｃｉ． ６４Ｂ（ｓｕｐｐｌ＿１）：ｉ１３１−ｉ１３６（２００９）、Ｐａｒｋｅｒ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｃｌｉｎ． Ｐａｔｈｏｌ． ５２：６３３−６３９ （１９９９）、Ｌｉ ｅｔ ａｌ．， Ｂｉｏｍｅｄ． Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ． ２４：４９−６５ （２０１０） 、およびＤｅ Ｊｅｓｕｓ ｅｔ ａｌ．， Ｃｌｉｎ． Ｃｈｅｍ． ５５：１５８−１６４ （２００９）で説明されている。
複合サンプル保存、サンプル処置、サンプル調製、および／または体積定量化
本明細書のデバイスおよび／または方法のうちのいずれかは、多重サンプル貯蔵、サンプル保存、および／または分析を達成するように、組み合わせることができる。例えば、（例えば、１つ以上の膜、ブリッジ、および／または乾燥剤を含む）サンプル保存および／または体積定量化のための本明細書のデバイスは、（例えば、１つ以上の捕捉領域を含む）サンプル処置および／またはサンプル分析のための本明細書のデバイスのために提供される、１つ以上の特徴と組み合わせることができる。したがって、本発明のデバイスは、複数の層を有するものを包含し、少なくとも１つの層は、複数の第１のチャンバを含み、少なくとも１つの層は、１つ以上の捕捉領域を含み、少なくとも１つ以上の層は、膜または１つ以上のブリッジを含み、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、１つ以上の捕捉領域のうちの少なくとも１つ、および膜または１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって接続されることができる。さらなる実施形態では、本デバイスは、少なくとも１つの第２のチャンバ（例えば、複数の第２のチャンバ）を有する層を含み、複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、１つ以上の捕捉領域のうちの少なくとも１つ、または膜あるいは１つ以上のブリッジのうちの少なくとも１つは、相対運動によって少なくとも１つの第２のチャンバに接続されることができる。同様に、そのようなデバイスは、付加的な層（例えば、１つ以上の中間層、変形可能層、および／または膜を含む、本明細書で説明されるいずれか）、ならびに任意の構成要素（例えば、本明細書で説明されるいずれかの自律コントローラ、筐体、キャップ、システム、または蓋）、または本明細書で説明される任意の修正（例えば、１つ以上のコーティング）を有することができる。さらに、本デバイスは、任意の有用な試薬、物質、またはサンプル（例えば、１つ以上の乾燥剤、マトリクス、膜、または本明細書で説明されるようないずれか）、および（例えば、本明細書で説明されるような）任意の有用な方法のデバイスの使用を含むことができる。
サンプル保存、サンプル処置、サンプル調製、および／または体積定量化のためのキット
本明細書のデバイスおよび／または方法のうちのいずれかには、サンプル貯蔵、サンプル保存、および／または分析を促進するように、付加的な構成要素を提供することができる。さらなる例示的な構成要素は、（例えば、ランセット（例えば、ＳＡＲＳＴＥＤＴ（Ｎuｍｂｒｅｃｈｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手可能なＳａｆｅｔｙ−Ｌａｎｃｅｔ）、毛細管（例えば、ＳＡＲＳＴＥＤＴから入手可能なＭｉｃｒｏｖｅｔｔｅ（登録商標）毛細管またはＭｕｌｔｉｖｅｔｔｅ（登録商標）毛細管）、針（例えば、ＳＡＲＳＴＥＤＴから入手可能なＳ−Ｍｏｎｏｖｅｔｔｅ（登録商標）システム等のシリンジと組み合わせた安全針）、シリンジ、綿棒、サンプル管（例えば、ＳＡＲＳＴＥＤＴから入手可能なＭｏｎｏｖｅｔｔｅ（登録商標）管）、またはマイクロチューブ等の流体サンプル（例えば、血液、唾液、尿、痰、糞便、または組織、あるいは本明細書で説明されるいずれか）を収集するための）コレクタ、１つ以上の試薬（例えば、ヘパリン、クエン酸塩、ゲル（例えば、ポリアクリル酸エステルゲル）、凝固活性化因子（例えば、ケイ酸塩粒子等の粒子）、またはＥＤＴＡ等の血液サンプルを収集および／または保存するために有用なもの、および本明細書で説明されるいずれか等の目的とする１つ以上の被分析物を結合し、反応させ、または保存するために有用なものを含む、本明細書で説明されるいずれか）、および／または１つ以上の対照（例えば、目的とする被分析物に対する１つ異常の標準対照および／または緩衝剤等の１つ以上の陰性対照）を含む。キットは、随意に、本明細書で説明される任意の方法のための段階的な指示表示等を提供する、使用説明書を含むことができる。
圧力キャッピング
本発明のシステムは、デバイスを充填するための圧力を生成するように、１つ以上の蓋またはキャップを含むことができる。
図２２に示されるように、筐体システムは、貫通穴２２０４を有するデバイス２２０２用の蓋２２０１を含むことができる。開放または部分的開放システム（図２２Ａの上）では、関連容積は、Ｖ＝Ｖ０＝Ｖ１＋ΔＶであり、ΔＶは、完全閉鎖システム（蓋の完全閉鎖）と開放システム（蓋を伴わない）または部分的開放システム（蓋の部分的閉鎖）との間の任意の容積差を包含する。完全閉鎖システム（図２２Ａの下）では、関連容積は、Ｖ＝Ｖ１であり、Ｖ１は、完全に封入されたときの空洞２２０３の容積である。生成された圧力Ｐは、容積Ｖのこれらの変化、およびおそらく閉鎖中に印加される力に相応する。
開放または部分開放システムでは、生成された圧力Ｐ＝Ｐ０であり、サンプル２２１０をデバイスへ駆動するために十分ではない。閉鎖システムでは、生成された圧力Ｐ＝Ｐ０ΔＰであり、ΔＰ＝Ｐ０＊ΔＶ／Ｖ１である。したがって、蓋を閉鎖することによって誘発される容積差は、デバイスを充填するために使用される付加的な圧力を生成する。剛性キャップまたは蓋（図２２Ｂ、右）をオンチップ貯留部または筐体システム上へ押勢することによって、陽圧を生成することができる。キャップまたは蓋は、「半分オン」になり得ないが、「完全オフ」または「完全オン」のみであり得るように、設計することができる（図３２）。キャップを取り付けることにより、ウェルの中の気体（例えば、空気）を圧縮することによって生成される約５０ミリバールの陽圧をウェルに印加することができる。サンプル体積の変動が、生成される圧力に有意な影響を及ぼさないように、ウェルを極めて大きくする（円錐形）ことが最適であり得る（図３３Ａ−３３Ｂ、実施例８）。
サンプル装填
物質の装填は、本明細書で説明されるように、いくつかの方法によって行われてもよい。装填は、例えば、物質が出口に到達するときに流動抵抗を増加させるように出口を設計することによって、デバイスのダクトおよび領域を充填するようにも行われてもよい。このアプローチは、有限体積サンプルにとって、または随意に物質から被分析物を捕捉しながら、出口を通して過剰な体積を流動させるために有益である。被分析物は、マイクロスケールシステムを通して流動させることができる、事実上あらゆる離散材料であり得る。被分析物捕捉は、例えば、デバイスの領域に閉じ込められる捕捉要素（磁力を介して、または幾何学形状によって領域内で保持される粒子、ビーズ、またはゲル、あるいはビーズおよびダクトの相対的サイズを伴う、または膜を伴う）で領域を事前装填することによって達成されてもよく、したがって、これらのビーズまたはゲルを吸収する、吸着する、またはそれらと反応するあらゆるものも閉じ込められる。次いで、これらの領域は、暴露される物質の量または成分または被分析物を保持するであろう。サンプルの保持はまた、領域の表面の機能化、領域上の材料の堆積、重合反応（ペプチドまたはＤＮＡ合成等）におけるモノマーを領域に付着させること等によって達成することもできる。
特定の実施形態では、装填装置は、外部構成要素を使用すること、または陽圧または陰圧のいずれか一方を生成するように１つまたは複数のオンチップ構成要素を組み合わせることによって、デバイスの中へ試薬、サンプル、または流体を装填する。そのような圧力は、単層または多層デバイスの中へ１つまたは複数の試薬、サンプル、または流体を送出するように、圧力勾配をもたらし得る。装填装置は、デバイスの中へ試薬、サンプル、または流体を装填するための圧力勾配を生成することができる、任意の有用なオンチプ、オフチップ、またはオンチップおよびオフチップ装置の組み合わせを含むことができる。開示された装置は、デバイスの中で圧力勾配を生成することができる、剛性構造、可撓性構造、または多孔質構造、ならびに他の構成要素を含むことができる。
装填装置は、流体流動を生じるように、陽圧および／または陰圧を生成することができる。したがって、任意の有用な圧力勾配を生成するためのデバイスの中の別個の位置で陽圧および陰圧を生成するように、装置を組み合わせることができる。そのような装置は、陽圧または陰圧の規模、あるいは圧力勾配の規模を制御することができる。
１つの非限定的実施形態では、本デバイスは、存在する場合、第１および／または第２のチャンバの中の反応流体および／または潤滑剤の体積を制御するための受け取りチャンバを含む。さらなる実施形態では、装填装置は、陽圧を生成するように、剛性構造を含む。剛性構造を適切に設計することによって、この陽圧の規模を制御することができる。本方法では、本デバイスを装填するために、改変ピペット先端およびストッパが使用される（図３０Ａ）。先端が装填される溶液の中へ浸されたとき、ストッパを引くことにより、溶液を先端に押し込む瞬時真空を生成した（図３０Ｂ）。毛細管圧により、ある量の溶液が、先端に含有され（図３０Ｃ）、次いで、入口に挿入された（図３０Ｄ）。最初にストッパの中に押し戻すことにより、ピペット先端を密閉し、次いで、接続された流体経路の中へ溶液を駆動し、終端充填によってチップを装填するように、陽圧が生成された。生成された圧力を上昇させることにより（例えば、単純に深度を増加させることによって、ストッパを押し込むことができる）、装填速度を増加させる（図３０Ｅ）。我々は、制御された体積が圧縮され、漏出を伴わずに１分で装填を終えることができるように、ストッパを設計した。我々は、５分で色変化反応を実行するために、訓練を受けていない個人が使用することができる、ＳｌｉｐＣｈｉｐを開発した（図３０Ｆ）。随意に、気泡の閉じ込めを回避するために、入口における雌ルアーロックが、入口オリフィスを覆う潤滑油を含油するように組み込まれてもよい（図３０Ｄ）。随意に、本デバイスは、磁石でともに締め付けることができる。磁力は、磁石のサイズならびにそれらの等級に比例する。サイズが１／８インチ（Ｄ）×１／４インチ（Ｗ）×１／２インチである、２組のＮ４２磁石が、溶液装填中に漏出を引き起こさずに、チップ（１．５インチ（Ｗ）×２インチ（Ｌ））を密接な接触で保持するために十分な力を提供した。磁石は、反応ウェルの視界を封鎖しないように、縁においてチップの幅に沿って配置された（図３０Ｇ）。
図３０において上記で説明される装置と同様に、ＳｌｉｐＣｈｉｐの中へ溶液を装填するために、改変シリンジを使用することができる（図３１Ａ−３１Ｄ）。シリンジ内の閉鎖空洞の中の容積を減少させることによって、制御された陽圧が生成される。所定のストロークまでプランジャを押し下げることによって、所定の陽圧を生成し、装填を開始することができる。
終端充填では、２つの層の間の間隙が、主要充填チャネルまたはチャンバを出口に接続する。このようにして、充填液体（例えば、本明細書で説明されるサンプル、試薬、または任意の物質）が、チャネルまたはチャンバに閉じ込められる一方で、間隙を通してチャネルから出口へ不混和相（例えば、本明細書で説明されるような潤滑剤または油）を排出することができる。具体的には、圧力および充填を制御するように本明細書で提示されるデバイスおよび方法は、チャネルの充填のみ以外の他の用途で使用することができる。これらのデバイスおよび方法は、弁（例えば、毛細管または疎水性弁、あるいは本明細書で説明されるいずれか）を開閉する圧力を制御するために使用することができる。例示的な弁は、水性流体流動を防止または妨害する構造（例えば、疎水性チャネル断面の減少）を有する、疎水性弁、流体流動を防止または妨害するように毛細管圧を及ぼす構造（例えば、チャネル断面の増加）を有する、毛細管弁、ならびに参照することにより本明細書に組み込まれる［［ｈｔｔｐ：／／］］ｍｍａｄｏｕ．ｅｎｇ．ｕｃｉ．ｅｄｕ／ｒｅｓｅａｒｃｈ＿ｃｄ．ｈｔｍｌで説明されているものを含む。本明細書で説明されるデバイスおよび方法はまた、デバイスにおける印加された圧力および流動抵抗の両方を考慮することによって等、流速を制御するために使用することもできる。
別の非限定的実施形態では、装填装置は、規模が制御された陽圧を生成するように、可撓性構造を含む。バックルポンプとしての機能を果たす薄いプラスチックフィルムを使用すること等の可撓性構造を使用することによって、陽圧を生成することができる（図３４）。湾曲した薄いプラスチックフィルムを使用することによって、湾曲３Ｄ構造は、湾曲の中心に向かって機械的に不安定になる。指先またはレバー等の外力を印加することによって、屈服運動を容易に生成することができる。図３４Ａ−３４Ｄは、バックルポンプ３４０１およびＳｌｉｐＣｈｉｐ３４０３を統合することの概念図である。ＳｌｉｐＣｈｉｐの上にバックルポンプを配置することによって、密閉空洞を生成することができる。力をバックルポンプに印加することによって、空洞の内側で陽圧を生成することができる（図３４Ｄ）。この概念は、薄膜デバイスと組み合わせて薄膜バックルポンプを使用することによって検証された。薄膜バックルポンプを変形させるために指先を使用し、したがって、薄膜バックルポンプとＳｌｉｐＣｈｉｐとの間に密閉空洞を生成することによって、陽圧を生成することができる。図３４Ｅは、この装置を使用することによる統合デバイスを示す。可撓性構造の幾何学形状は、湾曲構造に限定されず、変形を導入することによって類似ポンプ機構を作成することができる、平坦な薄いプラスチップフィルムを含む、全ての変形可能構造が含まれるべきである。
１つの非限定的実施形態では、装填装置は、規模が制御された陽圧を生成するように、剛性構造および可撓性構造を含む。剛性構造に対して可撓性構造を組み合わせることによって、制御された規模の陽圧を生成することができる（例えば、図３５参照）。可撓性構造は、最初に、剛性構造とデバイスとの間に密閉空洞を生成するように剛性構造を移動させることによって、変形させることができる。（図３５Ｂのように）剛性構造を移動させることによる、さらなる変形が、密閉空洞の中の容積を減少させ続け、したがって、デバイスの中へサンプルを送出するための陽圧を生成することができる。可撓性構造は、剛性構造（図３５）に、またはＳｌｉｐＣｈｉｐ（図３７）の上に取り付けることができる。
図３５は、生成された陽圧の規模を制御するように、可撓性構造（ポンピングカップ３５０２）および剛性構造（キャップ３５０１）を組み合わせることの説明図である。キャップおよびＳｌｉｐＣｈｉｐ（３５０３）は、ユーザがポンピングカップをデバイスに接触させ（Ａ）、空洞を密閉し（Ｂ）、次いで、陽圧を生成する（Ｃ）ことを可能にする、ねじを相互に対して有する。各ステップは、キャップがＳｌｉｐＣｈｉｐ上にねじ留めしたピッチ数によって制御され、陽圧の規模を制御することができる。密閉空洞は、ＳｌｉｐＣｈｉｐに対して変形したポンピングカップによって生成され、陽圧は、ポンピングカップのさらなる変形によって生成される。図３６は、薄膜ＳｌｉｐＣｈｉｐの中へ溶液を装填するためにこの装置を使用する、統合デバイスを示す。
図３７の類似概念に従って、陽圧はまた、ＳｌｉｐＣｈｉｐ上に可撓性構造を取り付けることによって生成することもできる。図３７は、剛性キャップ３７０１、およびＳｌｉｐＣｈｉｐ３７０３に取り付けられたポンピングカップ３７０２を使用する、装置を図示する。キャップをポンピングカップ３７０２と接触させ（Ａ）、キャップ３７０１とＳｌｉｐＣｈｉｐ３７０３との間に密閉空洞を生成し（Ｂ）、密閉空洞の中の容積を減少させることによって陽圧を生成する（Ｃ）ように、ＳｌｉｐＣｈｉｐ３７０３上のねじ３７０４に対してキャップ３７０１を閉鎖することによって、密閉空洞を生成することができる。オンチップ貯留部の中の装填された溶液（３７０４）は、ＳｌｉｐＣｈｉｐの中へ駆動される。
１つの非限定的実施形態では、装填装置は、規模が制御された陰圧を生成するように、剛性構造を含む。気体透過性シーラントが、潤滑剤用の密閉空洞を生成するようにデバイスの層の間に適用される。密閉空洞の容積を増加させることによって、陰圧を生成することができる。このようにして、陰圧が油潤滑層に印加され、したがって、装填装置とチャンバとの間でデバイスにおいて圧力勾配を生成する。図３８は、（管に接続された）改変シリンジを使用することによって、ＳｌｉｐＣｈｉｐの中へ溶液を装填する装置を示す。環状チャネルが、ガスケットとしての機能を果たすようにシリコーングリースを適用するために、チャンバの周囲に設計された。したがって、閉鎖油空洞が層の間に生成され、外界への唯一の接続は、溶液貯留部および陰圧源である。（所定のストリークでプランジャを引くことによって）いったん陰圧が改変シリンジから提供されると、溶液がデバイスの中のチャンバに引き込まれるであろう。この装置は、最初に、装填前にデバイスの層の間の間隙を縮小し、それに続いて、生成された真空で溶液をチャンバに引き込むことによって稼働する。
別の非限定的実施形態では、装填装置は、規模が制御された陰圧を生成するように、可撓性構造を含む。本明細書で説明される可撓性構造は、陽圧を生成することに限定されない。例えば、バックルポンプは、デバイスに接続し、外力を印加することによって変形させることができる。いったん外力を解放すると、可撓性バックルポンプがその元の形状に戻るときに、陰圧を生成することができる。このようにして、溶液貯留部からデバイスにサンプル、試薬、または流体を引き込むために、圧力勾配を生成することができる。
１つの非限定的実施形態では、装填装置は、規模が制御された陰圧を生成するように、剛性構造および可撓性構造を含む。例えば、ポンピングカップは、陰圧を生成するように、吸引カップとしての機能を果たすことができる。剛性キャップとデバイスとの間の密閉空洞の中の空洞を増加させることによって（例えば、単純にデバイスから上方にキャップを回転させることによって）、陰圧をデバイスに印加することができる。
１つの非限定的実施形態では、装填装置は、規模が制御された陰圧を生成するように、多孔質構造を含む。多孔質材料をデバイスの層の間の潤滑剤に適用または接続することによって、陰圧を生成することができる（例えば、図３９参照）。多孔質材料は、潤滑剤用の吸収剤としての機能を果たし、溶液貯留部からデバイスにおける圧力勾配を生成することができる。この充填装置は、層の間の密閉空間から潤滑剤を引き離すことによって陰圧（吸引）が生成されるという点で、以前に説明された装置と区別される。陰圧の規模は、溶液をデバイスに引き込むために必要な圧力以上であるが、溶液の漏出を防止するための密閉圧力未満であるように制御される。陰圧は、親油性多孔質材料（例えば、スポンジ）によって直接生成することができ、吸引は、ＳｌｉｐＣｈｉｐの中へ水溶液流を押動する、スポンジの内側の潤滑剤吸い上げによって、または多孔質材料の中の細孔の容積の増加によって吸引が導入される、弾性多孔質材料によって、生成される。
図３９Ａは、終端充填で溶液を充填するための陰圧を生成するように多孔質材料を使用する装置を図示する。多孔質材料は、疎油性、親油性、または親水性であり得る。疎水性多孔質材料を使用して、別の種類の終端充填を達成することができる。疎水性界面が水溶液のための低親和性界面を提供するため、多孔質材料の界面に到達するとすぐに、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスに引き込まれた溶液を停止させることができる（図３９Ｂ）。図３９Ｃは、埋め込まれた多孔質材料を伴う装置を使用することによって装填されたＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスを示す。
デバイスを用いた自動分析
本発明はさらに、デバイスを包囲する筐体システムを含むことができ、筐体システムは、サンプルを挿入するためのアクセスポートと、筐体システムを封入するためのキャプまたは蓋とを含む。本明細書で説明されるように、キャップを閉鎖することにより、サンプルをデバイスに導入させる。自動化を達成するために、キャップまたは筐体システムは、キャップを閉鎖すると第１、第２、および／または中間層の相対運動を生じるように、１つ以上のアセンブリ（例えば、本明細書で説明されるいずれか等の自律コントローラ）を含むことができる。そのような例示的なアセンブリは、本明細書で説明され、線形または回転作動機構を含むことができる。図４０に示されるように、サンプル調製用の層の相対運動をもたらす、デバイスを巻き上げるキャップを使用することによって、自動化を実現することができる。さらなる自律コントローラが本明細書で説明される（図４５−４８および関連テキストを参照）。
携帯電話検出
本発明のシステムはさらに、分析の結果を検出および／または中継するための検出システムを含むことができる。図４０に示されるように、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイス上のドットのパターンを撮像するため、分析のために写真を自動的に処理するため、および結果を自律的に送受信するために、携帯電話（または同等のハンドヘルドカメラ）を使用することができる。高レベルの医療を可能にするために、ユーザの努力を伴わずに、結果を参照研究所または遠隔の医師に伝送することができる。いくつかの実施形態では、当技術分野での最大効用のために、本デバイスおよび携帯電話をともに提供することができる。
デバイスおよびシステムのための統合
本発明のデバイスおよびシステムは、多段階プロセスを可能にするように、他のデバイスと統合することができる。例えば、貯蔵前にサンプルを調製するために、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスのモジュール性を活用することによって、サンプル調製モジュールをデバイスに含むことができる。実施例は、核酸抽出のための多段階プロトコル用のデバイス、およびデバイスの中の幾何学的特徴等の膜および／または統合濾過要素（例えば、制限またはプレート間の間隙）を使用して、全血から血漿を分離する濾過要素を含むが、それらに限定されない。本デバイスはさらに、本明細書で説明されるように、使用に有用である随意的な構成要素を含むことができる。
正確な体積定量化のための構成要素を、本発明のデバイスまたはシステムと組み合わせることができる。充填されたウェルの数を数えることによって、全収集体積をデジタルで定量化することができる（図２６Ｃ参照）。ウェルが１つずつ充填されることを確実にするために、本明細書で説明されるような順次充填を使用することができるため、定量化が自明になる。
血漿分離構成要素を、本発明のデバイスまたはシステムと容易に統合することができる。血漿分離のための膜を、本明細書で説明される任意のデバイスのための上層として統合することができる。膜を通して全血を濾過するために必要とされる圧力（約１０〜５０ｍｍＨｇ）が、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスを装填するために十分である。予備データは、単一の圧力源を用いて、血漿分離およびデバイス充填を同時に達成できることを示す。この圧力源は、外部デバイス（例えば、ピペッタまたは接着シリンジ）であり得るか、またはデバイス本体に組み込むことができる（例えば、図２２Ａ参照）。
これらのデバイスのうちのいくつかは、多重化・多目的安定化を可能にすることができる。各サンプルは、複数の部分に分割または区分し、異なる被分析物（タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡを含むが、それらに限定されない）を貯蔵するために乾燥して保存することができる。（例えば、図２９のように）デジタル化体積の乾燥時間が、バルク溶液の乾燥時間より大幅に短いため、この技術は、非常に脆弱なバイオマーカー（例えば、ＨＣＶウイルスＲＮＡ）の安定化を可能にすることができる。同一のサンプルまたは被分析物のための複数の保存マトリクス（例えば、本明細書で説明されるいずれか）も使用することができる（例えば、ＲＮＡおよびタンパク質を保存する異なる化学的性質、または異なる方法でＲＮＡのみを保存する異なる化学性質）。
これらのデバイスのうちのいくつかは、同一のデバイスの中のいくつかのサンプルの収集を可能にすることができる。入口の整合アレイを使用することによって、同時にいくつかの独立サンプルの並行収集を達成することができる（例えば、図２６Ａ参照）。不整合入口を使用することによって、異なる時点でサンプルの汚染のない収集を達成することができる（例えば、図２６Ｂ参照）。
本明細書のデバイスまたはシステムのうちのいずれかについては、サンプル回収構成要素を含むことができる。溶液（例えば、水または緩衝剤）をデバイスに注入し、乾燥サンプルを再分散させるために使用することができる、再水和によって、回収を達成することができる。最初に、不混和流体（例えば、油、潤滑剤、または不混和水溶液等）が、チャンバに注入されてもよく、または注入されなくてもよく、その後に、既知の水量（保存された溶液の開始量と同一であり得る）が続く。回収は、サンプルを再水和させるように、溶液（例えば、水または緩衝剤）を再注入することによって可能である。外圧を印加すること、外部低真空を印加すること、または毛細管圧を活用することにより、デバイスからの液体の抽出を可能にすることができる。回収は、本明細書で説明されるように、完全または部分的回収を含むことができる。
本明細書のデバイスまたはシステムのうちのいずれかについては、現場（例えば、ＳｌｉｐＣｈｉｐ検出モジュールを使用して）または現場外（現場で、中心施設で）のいずれかで、サンプル分析を行うことができる（例えば、図２７参照）。現場分析については、部分的回収が十分であり得（例えば、数μＬの全体積）、サンプルは、デジタル核酸またはタンパク質検出等の目的で検出モジュールに直接移送することができる。中心施設での分析については、完全回収（例えば、１０〜５０μＬ）が必要であり得る。この場合、保存されたサンプルを含有する全てのチャンバを同時に再水和させることができ、さらなる分析のために全保存体積を収集することができる。
本明細書のデバイスまたはシステムのうちのいずれかは、加圧装置（例えば、本明細書で説明されるいずれか）、装填装置（例えば、本明細書で説明されるいずれか）、チャンバ（単数または複数）の連続的および／または逐次的な充填のための注入ポート、加熱要素、オンチップ溶解構成要素、または分子認識モジュールと統合することができる。例えば、本デバイスは、例えば、単純相転移に基づく温度制御方法等の核酸抽出のためのサンプル溶解に好適な統合温度制御方法であり得、温度は、元の出願で説明されるように、固液および液固相転移中に一定に維持される。別の実施例として、本デバイスは、相対運動（例えば、滑動）および混合による開始等の温度制御のためのオンチップ開始機構と統合することができる。
本明細書のデバイスまたはシステムのうちのいずれかは、導電性材料（例えば、そのアレイを含む、１つ以上の電極）を含むことができる。そのような電極およびアレイは、検出、分離（例えば、電気泳動分離）、輸送、および／または合成のための電気化学反応を行うために有用であり得る。いくつかの実施形態では、１つ以上の電極は、層の相対運動時に接続または断絶を可能にするよう配列される。
本発明のデバイスおよび方法はまた、（例えば、光学、Ｘ線、ＭＡＬＤＩ、ＦＰ／ＦＣＳ、ＦＣＳ、蛍光分析、比色分析、化学発光、生物発光、散乱、表面プラズモン共鳴、電気化学、電気泳動、レーザ、質量分析、ラマン分光測定、ＦＬＩＰＲＴＭ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ）等の測定によって）デバイス内の反応を記録および／または測定するように、撮像またはセンサ構成要素等の検出器を含んでもよい。そのような検出器および撮像デバイスの実施例は、両方とも参照することにより本明細書に組み込まれる、米国出願公開第２００９−００１０８０４号および国際公開第ＷＯ ２００８／００２２６７号で見出すことができる。検出器は、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、国際公開第ＷＯ ２００８／００２２６７号で説明されるように、ウェブカメラ、デジタルカメラ、携帯電話の中のデジタルカメラ、およびビデオカメラから成る群から選択され得る、検出に好適な任意の検出器であってもよい。代替として、検出器は、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国出願公開第２００９−００１０８０４号で説明されるように、デバイスによって生成される個々の信号を空間的に分解するための十分な照明および分解能を有する、カメラまたは撮像デバイスであり得る。
この点に関して、本発明の撮像デバイスは、本デバイスの種々の設計および構成に適合する、当技術分野で公知であるいずれかであり得る。例えば、カメラは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、電荷注入デバイス（ＣＩＤ）、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）、または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）を含む、任意の一般的なソリッドステート画像センサを採用することができる。
本デバイスは、随意に、位置合わせおよび／または分析を可能にするように、ダクトおよび／またはチャンバの中に線、ドット、または可視的な物質等のマーカーを組み込んでもよい。光学収差の自動補正、または写真が撮影された角度および配向の画像の調整を可能にするように、位置合わせマークがデバイス上に含まれてもよい。蛍光出力を検出するために、チャープ励起／読取を使用することができる。例えば、本デバイスは、例えば、数ナノ秒にわたって青色励起光に暴露させ、次いで、オフにすることができ、例えば、１ナノ秒後に蛍光が検出されてもよい。次いで、１０ナノ秒後に、例えば、減算のために背景強度画像を生じるように、（初期励起フラッシュを伴わずに）別の画像が収集される。このようにして、日中でさえも蛍光を分析することができる。安全性のために、デバイスに向けられたときに、検出器が励起光のみを生じるように、例えば、本デバイスが認識可能なパターンを含む場合に、本デバイスを自動的に認識するように検出器を設計することができる（雑音を低減させるためにパルス変調を使用することを含む、多重流体デバイスにおいて信号を検出するための付加的な手段を説明する、参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｓｉａ ｅｔ ａｌ．， Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｃｈｅｍｉｅ Ｉｎｔ． Ｅｄ． ４３：４９８−５０２ （２００４）を参照）。検出はまた、当業者に公知であるように、励起／放射光の偏光を使用することによって向上させることもできる。
本発明のデバイスおよびシステムは、使用前に無菌状態である（例えば、本デバイスを滅菌環境で組み立て、次いで、サンプル収集までに密閉コンテナに包装することができる）、最終分析までに干渉および汚染物質に耐性がある（例えば、潤滑剤を層の間に提供することができ、汚染を防止し、貯蔵されたサンプルの中に存在する潜在的に危険な被分析物の漏出を回避する、サンプルと外界との間の障壁の役割を果たすことができる）、これらのデバイスのうちのいくつかが流体取扱（自律的な生物検体収集）または乾燥（加熱または換気の必要がない）のために電力を必要としなくてもよい、無電力使用、容易なデジタル化貯蔵および再水和の適合可能性（例えば、本デバイスは、並行して多くの体積の正確な操作を可能にし、サンプルは、小さい体積またはアリコートに分割または区分し、デジタル化形態で保存することができ、そのようなサンプルは、オンチップまたはオフチップ分析のために選択的、完全、または完全に回収することができる）、製造し易さ（例えば、安価な材料および加工技法を使用した大量生産に従う）、モジュール性および再構成可能性（例えば、これらのデバイスのうちのいくつかは、完全なデバイスを生産するように組み合わせることができる別個のモジュールの開発を可能にし、したがって、各モジュールを別個に開発し、次いで、プラットフォームに組み込むことができる）、使い易さ（例えば、最小限の訓練を受けたユーザによって、いかなる外部機器も伴わずにサンプルを収集することができ、生物検体収集からサンプル保存までの必要なステップは、自律的であり得るか、またはユーザからの最小限の動作（例えば、プレートを滑動させること、またはボタンを押すこと）を必要とし得るかのいずれかである）、種々のサンプルサイズの適合可能性（例えば、これらのデバイスのうちのいくつかは、ＬＲＳに典型的な量の生物検体収集（例えば、指を針で刺すことから得られる血液の量）を含む、広範囲の体積（１ｎＬ〜１ｍＬ）の容易な操作を可能にする）、市販の乾燥保存マトリクスまたは乾燥剤との互換性（例えば、多重標的または多重被分析物安定化（ＤＮＡ、ＲＮＡ、および／またはタンパク質に対するものを含む）を、例えば、貯蔵デバイスの異なる部分で異なるマトリクスを使用することによって達成することができる）、異なるマトリクスまたは乾燥剤を用いたアップグレード可能性（例えば、新しいマトリクス、乾燥剤、または乾燥剤を、マトリクス製剤化での新しい開発の統合に適応するプラットフォームに容易に組み込むことができる）、急速乾燥（例えば、小さい寸法での作業から生じ、劣化に敏感なサンプルを保存する際に重要な問題であり得る、１０分未満での乾燥）、およびサンプル再収集および下流分析の適合可能性（例えば、保存されたサンプルを回収するために、再水和をチップ上で容易に達成することができる）を含む、任意の数の修正または利益を含むことができる。
（実施例）
生物検体保存のためのデバイス
図６では、ブリッジデバイスの中のＢｉｏｍａｔｒｉｃａ， Ｉｎｃ．（Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ， ＣＡ）製の安定化マトリクスＲＮＡｓｔａｂｌｅ（登録商標）と混合されたＲＮＡサンプルの予備結果を示す。ＲＮＡサンプルが２つのＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスに注入され、ＳｌｉｐＣｈｉｐの層が滑動させられ、次いで、実質的な損失を伴わずにサンプルが回収された。対照として、ＲＮＡサンプルが−８０℃で一晩貯蔵された。実験が２つのデバイスにおいて行われ、それぞれにＲＮＡサンプルが注入され、次いで、乾燥させられた。乾燥後、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスは、６５℃で一晩貯蔵された。脱イオン水を注入することによって、サンプルが再水和させられ、デバイスから再収集された。
図６に示されるように、電気泳動ゲルは、これらの実験中にＲＮＡが分解されなかったことを示す。漏出により、レーン３の中で装填されたサンプルの量は、他のレーンの中に装填された量より低かった。レーン３および４の中の単一の鮮明な帯によって示されるように、サンプルのうちのいずれでも劣化が観察されなかった。比較として、同一の温度（６５℃）にて液体状態で貯蔵されたサンプルは、一夜後に可視的な劣化を示した。
核酸抽出のための例示的なデバイス
ＱｉａＡＭＰ ＭｉｎＥｌｕｔｅ（Ｑｉａｇｅｎ）からの修正フィルタを核酸抽出のためのＳｌｉｐＣｈｉｐの修正バージョンに直接接続した。次いで、（約）６７５μＬ溶解サンプル、５００μＬ洗浄緩衝剤ＡＷ１＊、５００μＬ洗浄緩衝剤ＡＷ２＊、および５００μＬ １００％エタノールを含有する、溶液のアレイが、加圧によってフィルタを通して、および初期装填位置に配列された層を伴うＳｌｉｐＣｈｉｐの廃棄物出口を通して押勢された（図１６）。このステップ中に経過した合計時間は、３分未満であった。次いで、約２分かけて、チップをフィルタ乾燥のための第２の位置まで滑動させ、１分未満かけて、溶出のための第３の位置まで滑動させた。次いで、サンプルが貯留部から収集された。つまり、ＳｌｉｐＣｈｉｐ上で核酸抽出を行う合計時間は、６分程度と短くあり得る。抽出プロトコルが乾燥を必要としない場合は、空気乾燥ステップを排除することができる。そのようなプロトコルは、Ｌｉｆｅ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓのＣｈａｒｇｅＳｗｉｔｃｈ（登録商標）を含むが、それに限定されない。
核酸抽出のための第２世代デバイス
核酸精製ＳｌｉｐＣｈｉｐ（ＮＡ−ＳｌｉｐＣｈｉｐ）は、低いｐＨで核酸を結合し、高いｐＨで核酸を解放することができる、修正ＣｈａｒｇｅＳｗｉｔｃｈ（登録商標）膜を含有した。サンプル溶液、洗浄緩衝剤、および溶出緩衝剤が、上層の上のチャンバから膜を通して底層の中の受け取りウェルの中へ連続的に押勢された。これは、上層を加圧し、膜層と内部で接続される底グリップディスクを回転させることによって達成される。種々のサンプル種類と連動し、ＰＣＲ等の下流用途を損ない得る、エタノールまたは他の有機溶媒を必要としないため、ＣｈａｒｇｅＳｗｉｔｃｈ（登録商標）膜を試験した。
第２世代デバイス（図１９）は、ＣｈａｒｇｅＳｗｉｔｃｈ（登録商標）膜を用いて核酸精製プロトコルを行うことが可能であった。さらなる修正は、加圧、加熱、オンチップ溶解、または分子認識モジュールとの第２世代デバイスの統合を含むことができる。
核酸抽出のための第３世代デバイス
陽圧または陰圧を印加し、マトリクスを通して溶液を駆動するために使用することができるキャップを伴って、第３世代デバイス（図２０）を設計した。場合によっては、加圧チャンバの中の封入容積を減少させるためにキャップを使用することによって、陽圧がシステム全体に印加された。いくつかの他の場合において、加圧チャンバの中の封入容積を増加させるためにキャップを使用することによって、陰圧がシステム全体に印加された。
大容量デバイス
ＳｌｉｐＣｈｉｐはまた、大量のサンプルを取り扱い、下流分析のために、被分析物をより高い濃度で少量に濃縮するように適用することもできる。例えば、１ｍＬの全サンプル体積、ならびに２００μＬの洗浄および溶出緩衝剤を取り扱うことができる、ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスが、３Ｄ印刷によって設計され、プラスチックで加工されている（図２１）。
定量的ＰＣＲ
約７０％効率でＨＩＶ ＲＮＡが添加されたヒト血漿からサンプル調製を達成することによって、ＳｌｉｐＣｈｉｐ（ＮＡ−ＳｌｉｐＣｈｉｐ）において核酸分析の正当性を立証した。リアルタイムｑＰＣＲおよびデジタルＲＴ−ＬＡＭＰを使用することによって、サンプル調製の効率が定量化された。ＡｃｒｏＭｅｔｒｉｘ（登録商標）ＨＩＶ−１ Ｐａｎｅｌ（５×１０６コピー／ｍＬ）からのＱｉａｇｅｎ ｍｉｎｉｐｒｅｐキットを使用することによって、ＨＩＶ ＲＮＡが精製された。サンプル溶液は、３２μＬのウイルス溶解緩衝剤、２μＬのＲＮＡｓｅ阻害剤（Ｎｅｗ Ｅｎｇｌａｎｄ ＢｉｏＬａｂｓ）、１μＬのキャリアＲＮＡ（Ｑｉａｇｅｎ）、５μＬのヒト血漿（Ｇｅｏｒｇｅ Ｋｉｎｇ Ｂｉｏ−Ｍｅｄｉｃａｌ， Ｉｎｃ．）、５μＬのＨＩＶ ＲＮＡ、および１０μＬの結合緩衝剤（Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）を含有した。それぞれ１００μＬの２つの洗浄緩衝剤、およびそれぞれ５０μＬの３つの溶出緩衝剤が、デバイスの中に事前装填された。ウイルス溶解緩衝剤、結合緩衝剤、および洗浄緩衝剤は、ＣｈａｒｇｅＳｗｉｔｃｈ（登録商標） ＥａｓｙＰｌｅｘＴＭ Ｖｉｒａｌ ＲＮＡ／ＤＮＡ Ｋｉｔとして、Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから購入された。フィルタは、ＣｈａｒｇｅＳｗｉｔｃｈ（登録商標）−Ｐｒｏ Ｐｌａｓｍｉｄ Ｍｉｎｉｐｒｅｐ Ｋｉｔから修正された。溶出緩衝剤は、ＣｈａｒｇｅＳｗｉｔｃｈ（登録商標） Ｔｏｔａｌ ＲＮＡ Ｃｅｌｌ Ｋｉｔから得られた。プロトコル全体は、約１０分かかった。
ｑＰＣＲ実験では、ＩｌｌｕｍｉｎａリアルタイムｑＰＣＲ機器を使用することによって、３つの溶出（それぞれ５０μＬ）が行われ、定量化された。３つのサンプル調製実験が、ＮＡ−ＳｌｉｐＣｈｉｐ上で行われ、３つの溶離剤にＲＮＡを組み合わせることによって、７０％以上の回収効率が達成された（図２３Ａ−２３Ｂ）。第１の溶離剤の回収効率は、４３±１２％であり、第２の溶離剤の回収効率は、２０±８％であり、第３の溶離剤の回収効率は、９±３％であった。溶出体積、溶出緩衝剤のｐＨ、温度、および他の緩衝構成要素等のさらなる最適化が、第１の溶離剤における回収効率を潜在的に増加させることができる。
デジタルＲＴ−ＬＡＭＰ
また、下流デジタルＲＴ−ＬＡＭＰとの（図１９に示されるような）ＮＡ−ＳｌｉｐＣｈｉｐによって調製されたＨＩＶ ＲＮＡの適合性の正当性も立証した（図２４）。デジタルＲＴ−ＬＡＭＰプロトコルは、Ｓｕｎ ｅｔ ａｌ．， Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ８５： １５４０−１５４６ （２０１３）で詳細に説明された。簡潔には、デジタルＲＴ−ＬＡＭＰ実験が、ＮＡ−ＳｌｉｐＣｈｉｐから回収された生成物を用いてガラスデバイス上で行われた。第１および第２の溶出から回収された材料は、デジタルＲＴ−ＬＡＭＰのためのテンプレートとして組み合わせられた。少なくとも２つのデジタルＲＴ−ＬＡＭＰ実験が、ＨＩＶ ＲＮＡの濃度を得るように行われた。３つのサンプル調製実験が、ＨＩＶ ＲＮＡが添加されたヒト血漿を用いてＮＡ−ＳｌｉｐＣｈｉｐ上で行われ、平均回収率は、７０％を上回った（図２４）。
サンプル装填および圧力キャッピングシステム
筐体システムは、図３３Ａに示される以下のパラメータ、すなわち、サンプル体積（Ｖｓ）＝２０μＬ、入口の容積（Ｖ１）＝５００μＬ、キャップヘッドの内側の容積（Ｖｃ）＝５０μＬ、キャップを閉鎖することによって生成される絶対圧力＝１０００ミリバール×（５００−２０＋５０）／（５００−２０）＝１１０４ミリバール（＝１０４ミリバールゲージ圧力）、２０μＬのサンプルがウェルから流出した後の絶対圧力＝１１０４ミリバール×（５００−２０＋５０）／（５００＋５０）＝１０６４ミリバール（＝６４ミリバールゲージ圧力）、および１１０４ミリバール×（５００−２０）／５００＝１０６０ミリバール（＝６０ミリバールゲージ圧力）を伴って設計された。この方法は、６歳児によって実装された（図３３Ｂ）。キャップが完全に押されているかどうかを示すために、可聴クリック音がそれによって提供されてもよく、または形状の歪曲等の視覚的指標、あるいは触覚フィードバック、あるいは任意の組み合わせを使用することができる。バックルポンプ（図３４）、ポンピングカップ（図３６）、真空充填（図３８）、および多孔質材料の使用（図３９）を含む、他のシステムもまた、デバイスを装填および充填するために使用された。
相対運動を制御する誘導システム
任意の有用な様式で相対運動を制御することができる。１つのデバイスでは、滑動の方向ならびに画定された開始位置からの滑動の程度を制御するために、２組の支柱・溝構造を使用することによって、滑動を一方向性および自律的にした（図４１）。構造は、多層ウェットエッチング技法によって加工された。常に幅に沿っているよう、滑動の方向を画定するように、第１組の支柱および溝が、幅の縁に、かつそれと平行に加工された。支柱（高さ約２０μｍ）は、形状が長方形であり、サンプル形状の溝（深度約６０μｍ）内に位置した。溝は、引っ掛かることを防止するようにわずかに幅広く、滑動距離に適応するようにはるかに長かった。支柱は、デバイスの２つのプレートの間で緊密な接触を保証するように、溝の深度より短く加工された。第２組の長方形の支柱および溝が、長さの縁に、かつそれと平行に加工され、滑動距離を制御した。溝は、引っ掛かることを防止するように支柱より長かった。より重要なことには、支柱は、溝および滑動距離の差より狭かった。支柱が長さに沿った溝の１つの縁と同一平面であるとき、チップは、全ての流体経路がそれぞれ接続されたときの装填モードにある。次いで、チップの１つの層を、１つの方向のみに移動させることができ、チップが反応モードにあるときに支柱が溝の他方の縁と同一平面であるときに移動を停止するであろう（すなわち、流体経路が断絶され、反対のプレートからのウェルがペアで重複した）。潤滑剤の蒸発が、グリース密閉によって防止された。チップの縁の周囲にシリコーン真空グリースを適用し、チップは、シカゴからロサンゼルの間の飛行および１週間の貯蔵に耐え抜いた。両方のチップで実験が成功した。
熱循環装置との統合
２組の磁石をデバイスの縁の上で使用することができる。デバイスを熱循環装置と統合するために、第３組の磁石をデバイスの中央で使用することができる。この第３組は、漏出を防止したが、熱循環用のアダプタとのデバイスの底層の接触も防止した（図４２Ａ）。装填および滑動後、デバイスと熱循環装置との間の接触を可能にするように、中央磁石のうちの１つを除去した（図４２Ｂ）。アダプタとのそのような接触が、より効率的な熱伝達を可能にし、２組の磁石が、熱循環中に層を締め付けるために十分であった。
さらに、デジタルＰＣＲ用のＳｌｉｐＣｈｉｐを開発した。プラスチックは、それらの低熱伝導度により、底プレートに理想的ではない。薄膜を使用して、熱伝達問題を解決することにより、特に、熱循環中に高温で、いくつかのポリマー（ＰＣ等）を通した透過による、水分損失という別の問題を導入した。熱輸送を最大限化するために、随意に、効果的な熱輸送のために金属層と置換するか、または金属でコーティングするか、あるいは埋め込まれた磁石を伴う上層を直接取り付けるように常磁性材料（鉄等）と置換することができる、ガラス底層が使用された。上層については、本明細書で開発される装填特徴および磁石の配列を組み込むことによって、プラスチックを依然として使用することができる。そのようなプラスチック層はまた、撮像アクセスも提供する。
射出成形デバイス
ポリカーボネート（ＰＣ）の射出成形を使用して、プラスチックデバイスが加工された。各部品を１分の処理時間以内に作製することができた。次いで、プラズマ化学蒸着プロセス（ＰＥＣＶＤ）とともにシラン処理を使用し、ＰＣ表面を疎水性表面にすることによって、製造された部品を表面改質した。次いで、プラスチックチップを組み立て、一対のフレームによって締め付けた（図４３Ａ）。
ＳｌｉｐＣｈｉｐデバイス用の装填構成要素は、ＳＡＲＳＴＥＤＴデバイスならびにＭＩＣＲＯＳＡＦＥ血液収集および分注管（Ｓａｆｅ−Ｔｅｃ， Ｉｎｃ．）等の任意のサンプル収集デバイス（例えば、コレクタ）を使用することによって等、サンプルを入口へ移送することを含んだ。拡張した空隙容積を伴うキャップが、本明細書で説明されるように、貯蔵のためのサンプルまたは試薬の閉鎖、およびチップの終端充填のための加圧の両方に役立った。キャップのバルク部分は、３Ｄ印刷によって加工され、２ｍＬの複合容積を提供するようにＰＶＣ管（１／４内径および３／８インチ外径）に接続された。キャップは、７．２ｍｍの外径を有する貯留部の底部の上縁と同一平面である、入口貯留部を封入した。貯留部は、ポリカーボネートを機械加工することによって加工され、糊によってＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスに取り付けられた。底層の高さは１ｍｍであった。約４，４００Ｐａの陽圧を生成した、キャップを押し下げることによって、チップの充填が達成された（図４３Ｂ）。
色変化反応がプラスチックチップで実行された（図４４）。試薬を模倣する０．３Ｍ ＫＳＣＮを含有する、１０μＬの黄色染色溶液が、入口貯留部の中に装填され、貯蔵のためにキャップを付けられた。サンプルを模倣する０．１Ｍ Ｆｅ（ＮＯ３）３を含有する、緑色染色溶液が、最初に、ＭＩＣＲＯＳＡＦＥ管の中で収集された。次いで、ユーザが、サンプルを入口へ移送した（図４４Ａ、ステップ３）。入口の上の誘導特徴が、より優れた照準を可能にし、溢流を防止した（図４４Ａ、ステップ２）。いったんサンプルが入口の中へ移送されると、キャップが再設置された。キャップは、通気孔のみが覆われる点までしか挿入することができず、結果として、加圧が開始されず、干渉の存在（より大きい直径）により、大幅により強い力を伴わずにさらに挿入することができない。ＳｌｉｐＣｈｉｐの頂面に触れるまで、両方のキャップをさらに下方に押動することによって、充填が達成された（図４３Ｂおよび図４４Ａ、ステップ４）。両方の溶液が、自動的に装填された（図４４Ａ、ステップ５）。いったん充填が行われると、指示表示された位置でプレートを圧迫することによって、ユーザがチップを滑動させた。次いで、１，６００回の色変化反応が同時に起こった（図４４Ａ、ステップ６、および図４４Ｂ）。
サンプル保存モジュールの装填
サンプル貯蔵モジュールのための無電力ポンプ作用方法を開発し、正当性を立証した。デバイスを充填するために必要とされる唯一の動作は、入口の中に液体サンプルを配置し、次いで、デバイスの上に蓋を配置することであった。蓋は、空の空洞を有し、デバイス上の１つの位置にのみ配置することができるように設計されている。この位置で、図４９に示されるように可撓性Ｏリングを使用して、緊密な密閉が生成される。
密閉は、制御された超過圧力が蓋の中で生成され、この超過圧力がデバイスを装填するための駆動力であることを確実にした。理論によって限定されることを所望することなく、最大印加圧量は、この関係によると、空洞およびＯリング容積（それぞれ、ＶＴＯＴおよびＶＲＩＮＧ）に依存する。
ＶＭＡＸ＝ＶＲＩＮＧ／ＶＴＯＴ （方程式１）
蓋がＶＴＯＴ＝２ｍＬを提供し、ＰＤＭＳリングがＶＲＩＮＧ＝０．１５ｍＬを提供したため、期待圧力は約０．０７５ａｔｍ（７６ミリバール）であった。このアプローチを使用して、表１で報告されるように、異なる流体を使用してＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスを装填することができた。流体は、８５％グリセロールを含有する溶液（約１１０ｍＰａ ｓの粘度を有する、例えば、Ｓｅｇｕｒ ｅｔ ａｌ．， Ｉｎｄｕｓ． Ｅｎｇ． Ｃｈｅｍ． ４３：２１１７−２１２０ （１９５１）を参照）、および０．４ｍＭのウシ血清アルブミンの溶液（ＢＳＡ、約７ｍＮ／ｍの表面エネルギーを有する、Ｇｕｚｍａｎ， ｅｔ ａｌ．， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２ｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｃｏｎｆ． Ｐｈａｒｍ． Ｓｃｉ．， １−３１ Ｍａｙ ２０１２； Ｓｃｉｆｏｒｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｓ Ｓｅｒｉｅｓ， ２０１２を参照）を含んだ。印加圧力は、流速と同様に、デバイスの中にサンプルを装填すると減少した。５０μＬの体積に対する総装填時間は、全ての液体については２分を下回り、１０〜１２．５μＬ／秒の平均流速に対応して、脱イオン水については４〜５秒まで下がった。
サンプル保存モジュールにおける体積定量化
乾燥サンプル貯蔵モジュールにおける自動装填および正確な体積定量化を実証した。乾燥状態でのサンプル保存のためのプロトタイプモジュールを設計して生産した。この貯蔵モジュールは、３つのみの単純なステップ、すなわち、（１）サンプルを配置すること、（２）蓋を配置すること（したがって、自動充填を始動させること）、および（３）滑動させること（したがって、自動乾燥を始動させること）が行われることを必要とするため、訓練を受けていないユーザのために意図されている。このアプローチの主要な特徴は、充填のロバスト性、およびデバイスに貯蔵されたサンプル体積の正確な定量化を含む。
図５０で説明されるように、蓋がデバイスの上に配置されたときに生成される超過圧力を使用することによって、充填が達成された。合計５つのウェルを含み、終端充填モードで装填されるようにデバイスを設計した。４つのウェルが、サンプル貯蔵のために意図された一方で（容積は、５０μＬの全体積を伴って、２０μＬ、１５μＬ、１０μＬ、および５μＬである）、余分な通気ウェルが、装填を制御するために使用された。２つの側面図方式を含む、貯蔵モジュールの上面図の写真が、図５０に示されている。
注入体積は、ユーザによるいかなる動作も必要とすることなく、正確に制御された。図５１は、貯蔵モジュールの完全および部分的充填のための装填プロセスを示す。ウェル幾何学形状は、装填が連続的であるように設計され、各ウェルは、サンプルが次のウェルに進入する前に完全に充填された（図５１Ｂ）。ユーザによってデバイス上に配置されたサンプル体積が５０μＬより大きい場合には、全てのウェルが満杯であるときに充填が自動的に停止する（図５１Ｃ１）。代替として、サンプル体積がデバイスの全容量より小さい場合には、空気が通気ウェルに注入されるとすぐに充填が自動的に停止する。通気ウェルの下方の膜を通して、任意の余分な圧力が放出される。順次充填は、単純に完全に充填されたウェルを数えることによって、正確なサンプル定量化が可能であることを確実にする（図５１Ｃ２）。
異なるサンプル体積を使用し、それらを異なるデバイスに注入することによって、充填のロバスト性を評価した。各条件が、少なくとも３つのデバイスを用いて試験され、デバイスが、それぞれ最大３回充填された。５０μＬを上回る全ての体積については、デバイスが完全に充填され、充填が自動的に停止した。より小さい体積を装填するとき、充填は、空気が通気ウェルに進入するとすぐに停止し、全てのデバイスは、完全に充填されたウェルの期待数を示した。
部分的に充填されたウェルの中の実際の注入体積を測定することによって、充填ロバスト性をさらに試験した。着色溶液（水および食用色素）で装填した後に、デバイスの画像が取得された（例えば、図５１参照）。次いで、溶液を含有するウェルの割合を測定し、注入体積を計算するためにデバイス寸法を使用した。図５２は、（ピペッタで測定された）期待サンプル体積と対比した（デバイスの中で測定された）サンプル体積のグラフを示す。これらの結果は、２つの体積の間の正確な相関を示す。
膜デバイスの中のＲＮＡの貯蔵
市販の安定化マトリクスを含む、デバイスの中のＲＮＡの貯蔵を試験した。図１３に示されるようなデバイスが、ＲＮＡの貯蔵に使用された。図４９で説明されるように、標準ピペッタを使用して、または蓋によって生成された圧力を使用して、デバイスが装填された。分子篩が、全ての実験で乾燥剤として使用された。（図１３Ｅのように）デバイスを「乾燥位置」まで滑動させることによって、乾燥が始動させられた。（図１３Ｆのように）デバイスの中心層を「回収位置」まで滑動させることによって、および標準ピペッタを使用して各チャネルに脱イオン水を導入することによって、回収が行われた。サンプルがピペッタで再収集され、チャネルが全ての乾燥被分析物を溶解させるように３回洗浄された。次いで、以下で説明されるように、電気泳動またはＰＣＲによる検出のための全てのアリコートの中の同一濃度の被分析物を得るために、体積が全てのアリコートおよび全ての貯蔵条件について正規化された。
ある実験では、高濃度のＲＮＡが種々の条件下で貯蔵された。概略すると、ＲＮＡ（８０ｎｇ／μＬ）がＲＮＡｓｔａｂｌｅ（登録商標）安定化マトリクス（Ｂｉｏｍａｔｒｉｃａ， Ｉｎｃ．（Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ， Ｃａｌｉｆ．）から入手可能）と混合させられた。ＲＮＡｓｔａｂｌｅ（登録商標）は、無水生活およびガラス化の原理を使用して、ＲＮＡサンプルの周囲にガラス様シェルを形成することによって機能する、独自混合物である。この混合物は、＜１０％のＴＲＡＤＥ ＳＥＣＲＥＴ ０６８１３６、＜５％のＴＲＡＤＥ ＳＥＣＲＥＴ ０７３７５０、＜５％のエチレンジアミン四酢酸無水二ナトリウム（ＥＤＴＡ）、および＜０．１％のフェノールレッドを含む。ＲＮＡおよびＲＮＡｓｔａｂｌｅ（登録商標）溶液のアリコートが、３つの方法で貯蔵され、つまり、１）−８０℃にて微小遠心管の中で凍結され、２）膜貯蔵デバイスに装填されて乾燥させられ、次いで、５０℃で貯蔵され、３）微小遠心管に装填され、次いで、５０℃にて液体状態で貯蔵された。４日後に、保存されたサンプルが再水和させられ、デバイスから再収集された。Ａｇｉｌｅｎｔ Ｂｉｏａｎａｌｙｚｅｒ（ＲＮＡナノキット）を使用して、電気泳動が行われた。
図５４（左）に示されるように、凍結状態で貯蔵されたサンプルは、５０℃にて膜デバイスの中で保存または乾燥状態で貯蔵されたものに匹敵した。対照的に、５０℃にて液体状態で貯蔵されたサンプルは、可視的な劣化を示した。
別の実験では、精製ウイルスＲＮＡが種々の条件下で貯蔵された。概略すると、ＲＮＡが、血漿中の不活性化ＨＩＶ−１ウイルス粒子（Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐ．（Ｃａｒｌｓｂａｄ， ＣＡ）から入手可能なＡｃｒｏＭｅｔｒｉｘ（登録商標） ＨＩＶ−１ Ｐａｎｅｌ、コピー／ｍＬ）から精製された。精製ＲＮＡは、上記で説明されるＲＮＡｓｔａｂｌｅ（登録商標）安定化マトリクスと混合させられた。ＲＮＡが種々の条件下で貯蔵された。ＲＮＡの約３７５０コピーを含有するアリコートが、−８０℃の冷凍庫内の微小遠心管の中（「凍結」）、５０℃にて乾燥状態で膜デバイスの中（「デバイス５０Ｃ」）、または５０℃にて液体状態で微小遠心管の中（「液体５０Ｃ」）のいずれかで貯蔵された。所望の時点で、保存されたアリコートが再水和させられ、デバイスから回収された。ＲＴ−ｑＰＣＲを使用してＲＮＡを定量化し、測定されたＣｑ（各条件について３つのアリコート）を比較することによって、異なる貯蔵条件が比較された。ＲＴ−ｑＰＣＲが異なる時点で行われ、３５日の貯蔵後でさえも、凍結して貯蔵された、またはデバイスの中のサンプルの間に有意な変動を示さなかった。結果は、乾燥状態でデバイスの中に貯蔵された、および凍結状態で貯蔵されたアリコートの間に有意差を示さなかった。液体状態で５０℃のより高い温度にて貯蔵されたアリコートは、７日後に可視的な劣化を示し、Ｃｑの差は、経時的に漸進的に増加した。
サンプル収集のための体積定量化
デバイスの中の種々の物質（例えば、溶液および血液）の終端充填を特性評価した。第１に、溶液を迅速に収集することができるかどうかを試験した（例えば、５μＬ／秒の流速で５０μＬサンプルを収集するために１０秒未満）。具体的には、この短縮した時間的尺度は、リアルタイムで得られる急速結果から利益を享受する、診療点検査を促進した。この目的で、（他の水性試薬またはサンプルと比較して）そのはるかに高い流動抵抗による、間隙を通した潤滑剤の散逸によって流速が判定されると仮定した。この仮定に基づいて、流動抵抗Ｒｈが以下のように判定された。
式中、μは、流動流体の粘度であり、Ｌは、流体によって進行される経路長であり、ｗは、流体の幅であり、ｈは、流体の深度であり、ｈ＜ｗである。その結果として、流速は、１〜１０ｎＬ／秒の規模であった。流速を増加させるために、層の間の間隙の中の流動抵抗を低減させるように収集デバイスを設計した。具体的には、それを通って潤滑剤が消散する長さを減少させ、チャンバまたはウェルとしての幅を増加させた。結果として、間隙の中の抵抗は、流体経路の中に装填されている水溶液の流動抵抗に匹敵し、溶液装填および潤滑剤散逸の両方が、全体的な流速に寄与した。このようにして、流速を数百ｎＬ／秒まで増加させた（表２）。
このシナリオでは、水性サンプルの粘度が流速に影響を及ぼし、流体経路の中の流動抵抗の有意性を示した。したがって、流体経路の寸法をさらに増加させた。加えて、間隙の増加が装填速度を変化させないように、間隙の中の抵抗を有意でなくするように、潤滑剤を空気と置換した。結果として、流速を１５μＬ／秒以上まで増加させ、２７μＬ体積を収集するように収集時間を２秒未満まで低減させた。このようにして、当業者であれば、（例えば、様々な粘度の種々の潤滑剤を選択することによって、潤滑剤を空気と置換することによって、および／または本明細書で説明されるように、所望の流速、収集時間、および／または収集体積に適応するように、特定の断面寸法を有するデバイスを設計することによって）方法を修正することができるであろう。
次に、収集デバイスの精度を特性評価した。チップは、短くて狭いチャネル（または細い部分）によって接続された定量化ウェルを含んだ（図５５Ａ）。各ウェルおよび接続する細い部分は、それらの寸法によって画定される既知の容積を有する。上記で説明される終端充填技法を使用したため、いったん装填が完了すると、ウェルは常に完全かつ連続的に充填された。このようにして、収集されたサンプルの体積の定量化が、充填されたウェルの数を数えるタスクに要約された。ウェルを充填の順番に数字で標識した（図５５Ｂ）。最後の充填されたウェルの数を識別すると（図５５Ｃ−５５Ｄ）、その数を１つのウェルおよび１つの細い部分の容積の合計で乗算することによって、サンプルの体積が判定された。体積比（すなわち、実際の体積に対する指示体積の比）および２通りまたは３通りに測定された各実際の体積の標準偏差を特性評価することによって、収集デバイスの精度を判定した（表３）。
特性評価を行うように、赤色溶液（０．１Ｍ Ｆｅ（ＳＣＮ）３＋０．３Ｍ ＫＮＯ３）を使用した。この溶液は、１ｃｐの粘度を有し、その表面張力は、潤滑油および空気を用いて約５０ｍＮ／ｍである。ＰＥＧ ８０００を添加することによって、溶液の粘度を変化させ、水溶性界面活性剤ＳＤＳを添加することによって、その表面張力を変化させた。装填された溶液の粘度または表面張力、あるいは潤滑油の粘度にかかわらず、体積比は９５％以上であった。さらに、全ての場合において、収集デバイスによって判定された体積は、１つの場合を除いて全て９５％以上の体積比を伴って一貫しており、９５％以上の精度を示す（表３、図５６）。現在の設計では、各ウェルおよび細い部分が約３６０ｎＬの複合容積を有する、６０個のウェルを有し、ここで我々が実装した定量化プロトコルは、どれだけ完全に最後のウェルが充填されるかを考慮しない。定量化の精度は、１０μＬの４％未満に対応する、３６０ｎＬ未満である。しかしながら、任意の用途のために、より高い精度が必要とされる場合、ウェルの数を増加させ、それに対応して、それらの容積を減少させることができる。
次いで、血液サンプルを使用して、収集デバイスを定量化した。第１に、体積比が９５％以上であると確認した（表３、図５６）。次いで、指を針で刺すことから血液を収集するために、市販の血液収集デバイスを使用した（図５７Ａ）。この血液サンプルは、体積定量化のためにＳｌｉｐＣｈｉｐ収集デバイスの中に装填された（図５７Ｂ）。区画化サンプルの体積の定量化に成功した。
滑動、再水和、および回収によって始動させられるサンプル保存
チップ上のサンプルを保存する（例えば、乾燥させる）ように、例示的なＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスを試験し、その後に、保存されたサンプルの再水和および回収が続いた（図６２Ａ−６２Ｄおよび６３Ａ−６３Ｄ）。
サンプル（染料を伴う水溶液、図６２Ａ）でデバイスを充填した。サンプルを乾燥剤と蒸気接触させるように、デバイスの層を滑動させ、したがって、乾燥プロセスを始動させた（図６２Ｂ−６２Ｃ）。完全な乾燥後、固形残留物がウェルの中に存在した（図６２Ｄ）。乾燥プロセス（例えば、乾燥時間）および乾燥剤またはマトリクスの種類を制御することによって、液体または乾燥固体状態でサンプルを保存するように、このデバイスおよび方法を修正することができる。
デバイス内の保存されたサンプルを、選択的に再水和させて回収することができる。選択されたウェルの中（図６３Ｃ）への流体（例えば、水、緩衝剤、または任意の有用な溶液）の導入を可能にするように、デバイスの層が回収位置まで滑動させられた（図６３Ａ−６３Ｂ）。次いで、再水和サンプルを標準ピペッタでデバイスから回収し（図６３Ｄ）、標準研究室技法を用いた随意的なさらなるプロセスに使用することができる。
サンプル濃縮
チップ上で蒸発によってサンプルを濃縮するように、例示的なＳｌｉｐＣｈｉｐデバイスを試験した。図６４Ａ−６４Ｃに示されるように、試験サンプルがデバイスに導入された。乾燥が始動させられ、流動を生成させ、付加的なサンプルをデバイスに導入させた。結果として生じた濃縮サンプルが、図６４Ｃで提供されている。
オンチップ乾燥またはサンプル濃縮は、１つ以上のチャンバ内で気泡の核生成をもたらし得る。そのような気泡の形成は、（例えば、乾燥剤、マトリクス、または膜を有するチャンバ等の蒸気または気体の捕捉を助長する領域を提供することによって）デバイスの中の核生成を最小限化するか、またはデバイスの１つ以上の特定の領域中で核生成を助長する、１つ以上の特徴を設計することを含むが、それに限定されない、任意の有用な方略によって最小限化することができる。例示的な方略は、乾燥が他方の先端に向かってサンプルを濃縮するように、特定の位置（例えば、チャンバの一方の先端）で核生成を助長すること、またはサンプルが種々の領域中で一様に分配されるように、チャンバの中で（例えば、チャンバの中の複数の場所で）１つ以上の核生成部位を提供することを含む。
他の実施形態
本発明は、その具体的実施形態に関連して説明されているが、それは、さらなる修正が可能であり、本願は、一般に本発明の原理に従う、本発明の任意の変形例、使用、または適合を対象とすることを目的としており、本開示からのそのような逸脱を含むことは、本発明が関連する公知または慣習的の実践内にあり、本明細書で以前に記載された不可欠な特徴に適用され得ることが理解されるであろう。
全ての出版物、特許、および特許出願は、各個別出版物、特許、または特許出願が、その全体で参照することにより組み込まれるように具体的かつ個別に示された場合と同一の程度に、それらの全体で参照することにより本明細書に組み込まれる。

Claims (39)

  1. サンプル調製デバイスであって、前記デバイスは、
    （ｉ）複数の第１のチャンバを備える第１の層であって、該複数の第１のチャンバは、サンプルを受容するように構成されたサンプルチャンバ、サンプルを洗浄するための洗浄緩衝剤を含むように構成された洗浄チャンバ、およびサンプルを溶出するための溶出緩衝剤を含むように構成された溶出チャンバを含む、第１の層と、
    （ｉｉ）１つ以上の第２のチャンバを備える第２の層と、
    （ｉｉｉ）前記第１の層と前記第２の層との間に配置されている中間層であって、前記中間層は膜マトリクスを備える、中間層と
    を備え、前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ、および前記膜マトリクスは、相対運動によって接続されることができる、
    デバイス。
  2. 前記膜マトリクスは、前記複数の第１のチャンバのうちの２つ以上、および前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つを接続するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記サンプルチャンバ、前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ、および前記膜マトリクスが、第１の相対的な移動により接続されるように構成され、前記洗浄チャンバ、前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ、および前記膜マトリクスが、第２の相対的な移動により接続されるように構成され、前記溶出チャンバ、前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ、および前記膜マトリクスが、第３の相対的な移動により接続されるように構成される、請求項１〜２のいずれか１項に記載のデバイス。
  4. 前記第１の層、前記第２の層、または前記中間層は、平面または非平面である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。
  5. 前記第１の層、前記第２の層、または前記中間層、あるいはそれらの一部分は、特異的に湿らされる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイス。
  6. 前記第１の層と前記中間層との間、および／または前記第２の層と前記中間層との間に変形可能層をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のデバイス。
  7. 前記第１の層、前記中間層、前記第２の層、または前記変形可能層（存在する場合）のうちの１つ以上の上にコーティングをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
  8. 前記コーティングは、フッ素重合体を備える、請求項７に記載のデバイス。
  9. 前記第１の層、前記第２の層、および／または前記中間層は、長手方向に並進する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のデバイス。
  10. 前記第１の層、前記第２の層、および／または前記中間層は、軸方向に回転する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のデバイス。
  11. １つ以上の第３のチャンバを備える第３の層をさらに備え、前記第３の層は、前記第２の層の下に配置され、前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つ、前記１つ以上の第３のチャンバのうちの少なくとも１つ、および前記膜マトリクスは、相対運動によって接続されることができる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のデバイス。
  12. 前記第１の層と前記中間層との間、および／または前記第２の層と前記中間層との間、および／または前記第２の層と前記第３の層との間（存在する場合）に潤滑剤をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のデバイス。
  13. 前記複数の第１のチャンバのうちの１つ以上、または前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つは、ウェル、マイクロチャネル、またはダクトである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のデバイス。
  14. 前記複数の第１のチャンバまたは前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つの連続的および／または逐次的な充填のための注入ポートをさらに備える、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のデバイス。
  15. 前記複数の第１のチャンバの中、または前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つの中の１つ以上の流体の体積を制御するための受け取りチャンバをさらに備える、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のデバイス。
  16. 前記第１の層および前記中間層は、単一の層として加工され、または前記中間層および前記第２の層は、単一の層として加工される、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のデバイス。
  17. システムであって、前記システムは、
    （ｉ）請求項１〜１６のいずれか１項に記載のデバイスであって、前記第１の層が、前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つに接続する貫通穴を備える、デバイスと、
    （ｉｉ）容積Ｖ１を有する空洞を封入して前記貫通穴を包囲する蓋であって、前記蓋の閉鎖は、前記空洞を封入し、前記容積Ｖ１と容積Ｖ０を有する開放システムとの間の容積差に相応する圧力を及ぼす、蓋と
    を備える、システム。
  18. 前記デバイスは、１つ以上の第２のチャンバを備える第２の層をさらに備え、前記第２の層は、前記中間層の下に配置される、請求項１７に記載のシステム。
  19. 前記デバイスは、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のデバイスである、請求項１７または１８に記載のシステム。
  20. 前記蓋は、前記貫通穴と繋がり合うバックルポンプ、可撓性膜、またはポンピングカップをさらに備える、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のシステム。
  21. 前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、または前記１つ以上の第２のチャンバ（存在する場合）のうちの少なくとも１つを充填するための、前記貫通穴と繋がり合う改変ピペット先端、改変シリンジ、または多孔質スポンジをさらに備える、請求項１７〜２０のいずれか１項に記載のシステム。
  22. システムであって、前記システムは、
    （ｉ）請求項１〜１６のいずれか１項に記載のデバイスであって、前記第１の層が、前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つに接続する貫通穴を備える、デバイスと、
    （ｉｉ）前記デバイスを包囲する筐体システムであって、前記筐体システムは、サンプルを挿入するための、前記貫通穴に接続するアクセスポートを備える、筐体システムと、
    （ｉｉｉ）前記筐体システムを封入するためのキャップであって、前記キャップを閉鎖することは、前記貫通穴への前記サンプルの導入をもたらし、かつ／または前記第１の層および／または前記中間層の相対的な移動をもたらす、キャップと
    を備える、システム。
  23. 前記キャップを閉鎖することは、前記サンプルの導入をもたらし、前記第１の層および／または前記中間層の相対的な移動をもたらす、請求項２２に記載のシステム。
  24. 前記デバイスは、１つ以上の第２のチャンバを備える第２の層をさらに備え、前記第２の層は、前記中間層の下に配置される、請求項２２に記載のシステム。
  25. 前記デバイスは、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のデバイスである、請求項２２〜２４のいずれか１項に記載のシステム。
  26. 前記キャップは、容積Ｖ１を有する空洞を封入し、前記貫通穴を包囲し、前記キャップの閉鎖は、前記空洞を封入し、前記容積Ｖ１と容積Ｖ０を有する開放システムとの間の容積差に相応する圧力を及ぼす、請求項２２〜２５のいずれか１項に記載のシステム。
  27. 前記筐体内で前記キャップを移動させるように構成されているばね機構またはレールシステムをさらに備える、請求項２２〜２６のいずれか１項に記載のシステム。
  28. サンプルを調製および／または分析する方法であって、前記方法は、
    （ｉ）請求項１〜１６のいずれか１項に記載のサンプル調製デバイスまたは請求項１７〜２７のいずれか１項に記載のシステムを提供する段階と、
    （ｉｉ）試験サンプルを前記デバイスまたは前記システムに導入する段階と、
    （ｉｉｉ）前記第１の層、前記中間層、および／または前記第２の層（存在する場合）を移動させ、それによって、サンプル調製および／またはサンプル分析をもたらす段階と
    を含む、方法。
  29. 前記膜マトリクスを用いて前記サンプルから１つ以上の被分析物を捕捉することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
  30. 相対運動によって、前記複数の第１のチャンバのうちの少なくとも１つ、または前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つに接続されるように、前記中間層を移動させることをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
  31. 溶出チャンバからの溶出緩衝剤を使用して、前記１つ以上の被分析物を、前記１つ以上の第２のチャンバのうちの少なくとも１つの中へ溶出することをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
  32. 前記サンプル調製は、前記試験サンプルを別個のアリコートに分割するステップ、前記アリコートのうちの前記１つ以上を濾過するステップ、前記アリコートのうちの前記１つ以上を洗浄するステップ、および／または分割後、濾過後、または洗浄後に前記１つ以上のアリコートの体積を定量化するステップのうちの１つ以上を含む、請求項２８〜３１のいずれか１項に記載の方法。
  33. 前記サンプル調製は、前記試験サンプルを濾過する、溶解させる、結合する、洗浄する、溶出する、分析する、および／または検出することを含む、請求項２８〜３２のいずれか１項に記載の方法。
  34. 前記サンプル調製は、核酸抽出、核酸精製、核酸富化、核酸の濃縮、タンパク質抽出、タンパク質精製、タンパク質富化、タンパク質の濃縮、細胞分離、サンプル富化、核酸増幅、核酸検出、および／またはタンパク質検出を含む、請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の方法。
  35. ステップ（ｉｉｉ）は、前記サンプルの自律分析をもたらす、請求項２８〜３４のいずれか１項に記載の方法。
  36. 前記試験サンプルは、血液、血漿、血清、痰、尿、糞便物質、汗、髄液、羊水、間質液、涙液、骨髄、スワブ、組織サンプル、口腔内洗浄サンプル、エアロゾル、核酸、細胞、タンパク質、および／または酵素を含む、請求項２８〜３５のいずれか１項に記載の方法。
  37. キットであって、前記キットは、
    （ｉ）請求項１〜１６のいずれか１項に記載のサンプル調製デバイスまたは請求項１７〜２７のいずれか１項に記載のシステムと、
    （ｉｉ）前記デバイスとともに使用するためのサンプルを収集するためのコレクタと
    を備える、キット。
  38. 前記サンプルチャンバがサンプルを含み、前記洗浄チャンバが洗浄緩衝剤を含み、前記溶出チャンバが溶出緩衝剤を含む、請求項１記載のデバイス。
  39. 前記サンプルチャンバがサンプルを含み、前記洗浄チャンバが洗浄緩衝剤を含み、前記溶出チャンバが溶出緩衝剤を含む、請求項３７記載のキット。
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