JP6896784B2 - サンプル体積の自己デジタル処理 - Google Patents
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Description
本出願は、2013年6月25日に出願された米国仮出願番号第61/839,250号および2013年9月9日に出願された米国仮特許出願番号第61/875,311号に基づく利益を主張しており、これらの出願は、それら全体がすべての目的のために参考として本明細書中に援用される。
本発明は、米国国立衛生研究所によって授与されたR21GM103459の下で政府の支援でなされた。政府は本発明において特定の権利を有している。
小さな流体溜まり(fluidic harbor)によって画定された体積への試料の離散化は、多くの化学的および生物学的用途において有用である。これを達成するための多くの機構が存在し、その重要性を強調している。噴霧器および撹拌に基づくエマルジョン生成器は、使用し易いが、多くの用途に十分な制御を提供しない。非常に精密な制御を付与するマイクロ流体技術に基づく多くの方法が開発されているが、多大な複雑性および費用を伴う場合が多い。
本発明は、例えば、試料体積の離散化および操作における使用のためのデバイス、システム、および装置を提供する。関連方法もまた提供される。種々の側面では、本開示は、中心領域および外縁を有するディスク形状本体であって、中心軸を中心として回転するために構成され、かつディスク形状本体の中心領域に位置する流体入口ポートと、近位端、遠位端、および流動軸を有する流動チャネルであって、流体入口ポートと流体連通する流動チャネルと、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりと、流動チャネルと連通する流体出口ポートであって、流動チャネルの遠位端よりディスク形状本体の中心領域の近くに位置する、流体出口ポートとをさらに備える、ディスク形状本体を備える、マイクロ流体デバイスを提供する。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
マイクロ流体デバイスであって、
中心領域および外縁を有するディスク形状本体であって、中心軸を中心として回転するために構成され、かつ
前記ディスク形状本体の前記中心領域内に位置する流体入口ポートと、
近位端、遠位端、および流動軸を有する流動チャネルであって、前記流体入口ポートと流体連通する、流動チャネルと、
前記流動チャネルと流体連通し、かつ前記流動軸からずれている複数の流体溜まりと、
前記流動チャネルと連通する流体出口ポートであって、前記流動チャネルの前記遠位端よりも前記ディスク形状本体の前記中心領域の近くに位置する、流体出口ポートと、をさらに備える、ディスク形状本体を備える、マイクロ流体デバイス。
(項目2)
マイクロ流体デバイスであって、
中心領域、外縁、および中心軸を有するディスク形状本体を備え、前記ディスク形状本体は、前記中心軸を中心として回転するために構成され、かつ
前記ディスク形状本体の前記中心領域に位置決めされた流体入口ポートと、
流動軸と最外領域とを有する流動チャネルであって、前記流動チャネルの前記最外領域は前記中心領域から最も遠い前記流動チャネルの領域であり、前記流動チャネルは前記流体入口ポートと流体連通する、流動チャネルと、
前記流動チャネルと流体連通し、かつ前記流動軸からずれている複数の流体溜まりと、
前記流動チャネルと流体連通する流体出口ポートであって、前記中心領域から前記流体出口ポートまでの距離が前記流動チャネルの前記中心領域から前記最外領域までの距離よりも小さい、流体出口ポートと、
をさらに備える、マイクロ流体デバイス。
(項目3)
フローセルをさらに備え、前記フローセルは前記流体入口ポート、前記流体出口ポート、および複数の流動チャネルを備え、前記流動チャネルのそれぞれは、前記流体入口ポートおよび前記流体出口ポートと流体連通する、項目1〜2のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目4)
前記複数の流動チャネルは、各流動チャネルの前記流動軸が前記ディスク形状本体の前記外縁に垂直であるように構成される、項目3に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目5)
前記複数の流動チャネルは、前記流動チャネルが平行に配列されるように構成される、項目3に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目6)
前記流体溜まりのうちの少なくとも1つは、前記流動軸に直交する以外の角度である、項目1〜5のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目7)
前記流体溜まりのうちの少なくとも1つは、前記流動軸に直交する角度である、項目1〜5のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目8)
前記流体溜まりのそれぞれは、開口管路によって前記流動チャネルと流体連通する、項目1〜7のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目9)
前記流体溜まりのうちの少なくとも1つは、前記流動チャネルと流体連通する少なくとも1つのチャネルをさらに備える、項目1〜8のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目10)
前記デバイスは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、熱硬化性ポリエステル(TPE)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリウレタンメタクリレート、ポリエチレン、ポリエステル(PET)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリカーボネート、パリレン、ポリ塩化ビニル、フルオロエチルプロピレン、レキサン(lexan)、ポリスチレン、環状オレフィンコポリマー、ポリウレタン、ポリアクリレートとブレンドされたポリウレタン、ポリエステルカーボネート、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリアクリレート、ポリカプロラクトン、ポリケトン、ポリフタルアミド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、エポキシポリマー、熱可塑性物質、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリイミド、ガラス、石英、ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ケイ素、溶融シリカ、セラミック、金属、またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、項目1〜9のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目11)
前記流動チャネルおよび前記複数の流体溜まりのうちの少なくとも1つは、疎水性表面を備える、項目1〜10のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目12)
前記ディスク形状本体の少なくとも一部分は、天然に疎水性であるか、または表面処理されたポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリカーボネート(PC)、グリコール改質ポリエチレンテレフタレート(PETG)、環状オレフィンコポリマー(COC)、環状オレフィンポリマー(COP)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、多層材料、またはそれらの組み合わせを含む、項目1〜11のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目13)
前記流動チャネルおよび前記複数の流体溜まりのうちの少なくとも1つは、親フルオロ性表面を備える、項目1〜12のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目14)
前記デバイスには、第1の流体が装填される、項目1〜13のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目15)
前記第1の流体は、油を含む、項目14に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目16)
前記第1の流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせを含む、項目14〜15のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目17)
共通流体リザーバをさらに備え、前記共通流体リザーバは、前記流動チャネルのそれぞれの前記遠位端と流体連通し、前記共通流体リザーバは、前記流体出口ポートと流体連通する、項目3〜16のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目18)
前記流体出口ポートは、前記流体入口ポートよりも前記ディスク形状本体の中心の近くに位置する、項目1〜17のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目19)
前記流体出口ポートは、前記流体入口ポートよりも前記ディスク形状本体の中心から離れて位置する、項目1〜17のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目20)
前記流体出口ポートは、前記流体入口ポートと同等に、前記ディスク形状デバイスの中心の近くに位置する、項目1〜17のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目21)
複数のフローセルをさらに備え、各フローセルは、
複数の流動チャネルと、
流体入口ポートと、
流体出口ポートであって、前記流動チャネルの前記遠位端よりも前記ディスク形状本体の前記中心領域の近くに位置する、流体出口ポートと、
を備える、項目1〜20のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目22)
複数のフローセルをさらに備える、項目3〜20のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目23)
前記フローセルのそれぞれは、複数の流体入口ポート、複数の流体出口ポート、またはそれらの組み合わせを備える、項目21〜22のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目24)
マイクロ流体デバイスに流体を導入するための方法であって、
項目1〜23のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの第2の流体入口ポートに第2の流体を提供するステップと、
を含む、方法。
(項目25)
前記マイクロ流体デバイスをその中心軸を中心として回転させて、前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに前記第2の流体を装填するステップをさらに含む、項目24に記載の方法。
(項目26)
前記第2の流体に圧力を印加するステップを含み、前記圧力は、前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルを通じて第2の流体を推し進めるために十分である、項目24に記載の方法。
(項目27)
前記圧力は、正圧または負圧である、項目26に記載の方法。
(項目28)
前記第2の流体は、水溶液を含む、項目24〜27のいずれか1項に記載の方法。
(項目29)
前記マイクロ流体デバイスの第1の流体入口ポートに第1の流体を導入するステップをさらに含み、前記第1の流体入口ポートおよび前記第2の流体入口ポートは独立して同じポートまたは異なるポートであり、前記第1の流体は油を含む、項目24〜28のいずれか1項に記載の方法。
(項目30)
前記マイクロ流体デバイスの第3流体入口ポートに第3の流体を導入するステップをさらに含み、前記第1の流体入口ポート、前記第2の流体入口ポート、および前記第3の流体入口ポートは、独立して同じポートまたは異なるポートであり、前記第3の流体は油を含む、項目24〜29のいずれか1項に記載の方法。
(項目31)
前記第3の流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせを含む、項目30に記載の方法。
(項目32)
分析システムであって、
項目1〜23のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイスをその中心軸を中心として回転させるために構成される回転構成要素と、
前記マイクロ流体デバイスの前記流体溜まりのうちの少なくとも1つを光学的に分析するように構成される光学検出構成要素と、
前記回転構成要素と前記光学検出構成要素とを制御するために構成され、かつ前記光学検出構成要素から生成されるデータを記憶するように構成される処理装置と、
を備える、分析システム。
(項目33)
それぞれ流体を収容することができる複数の流体リザーバをさらに備え、前記複数の流体リザーバは、前記流体を前記マイクロ流体デバイスの前記流体入口ポートに提供するように構成される、項目32に記載の分析システム。
(項目34)
前記複数の流体溜まりに熱を付与するように構成される熱制御構成要素をさらに備える、項目32〜33のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目35)
前記熱制御構成要素は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、等温増幅、またはそれらの組み合わせを行うに十分に前記複数の流体溜まりを加熱するように構成される、項目34に記載の分析システム。
(項目36)
前記流動チャネルを通じて流体を移動させるように構成される流体導入構成要素をさらに備える、項目32〜35のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目37)
前記流体導入構成要素は、前記流体入口ポートのうちの少なくとも1つと流体連通する圧力源を備え、前記圧力源は、前記流動チャネルを通じて流体を移動させるのに十分な正圧または負圧を印加するように構成され、前記正圧または負圧は、気圧、空気圧、水圧、またはその組み合わせからなる群から選択される、項目36に記載の分析システム。
(項目38)
前記流体導入構成要素は、毛管現象、ウィッキング、または遠心力駆動流によって、前記流動チャネルを通って流体を移動させるように構成される、項目32〜37のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目39)
前記光学検出構成要素は、50RPM〜2000RPMで回転する前記マイクロ流体デバイスを分析するように構成される、項目32〜38のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目40)
前記光学検出構成要素は、顕微鏡、レーザスキャナ、光ディスクドライブ、またはそれらの組み合わせを備える、項目32〜39のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目41)
前記回転構成要素は、前記マイクロ流体デバイスの回転速度を調節して、前記光学検出構成要素の読出し速度に一致させるように構成される、項目32〜40のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目42)
前記回転構成要素は、前記マイクロ流体デバイスを50RPM〜5000RPMで回転させるように構成される、項目32〜40のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目43)
光ディスクドライブをさらに備える、項目32〜42のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目44)
前記光ディスクドライブは、コンパクトディスク(CD)ドライブ、デジタルビデオディスク(DVD)ドライブ、ブルーレイドライブ、もしくはそれらの修正版、またはそれらの組み合わせである、項目43に記載の分析システム。
(項目45)
複数のマイクロ流体デバイスを収容、回転、および処理するために構成される、項目32〜44のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目46)
マイクロ流体デバイスであって、
複数のウェルを備えるマイクロウェルプレートを備え、前記ウェルのそれぞれは、
前記ウェルと流体連通する流体入口ポートと、
前記ウェルと流体連通する流体出口ポートと、
流動軸を有する流動チャネルであって、前記流体入口ポートおよび前記流体出口ポートと流体連通する、流動チャネルと、
前記流動チャネルと流体連通し、かつ前記流動軸からずれている複数の流体溜まりと、
を備える、マイクロ流体デバイス。
(項目47)
前記ウェルのうちの少なくとも1つは、複数の流動チャネルを備える、項目46に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目48)
前記ウェルのうちの少なくとも1つは、複数の流体入口ポートを備える、項目46〜47のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目49)
前記ウェルのうちの少なくとも1つは、複数の流体出口ポートを備える、項目46〜48のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目50)
前記複数のウェルは、アレイに配列される、項目46〜49のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目51)
前記複数のウェルは、正方マトリクスアレイに配置される、項目46〜50のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目52)
前記複数のウェルは、2:3または3:4の行対列の比を有する矩形マトリクスアレイに配置される、項目46〜50のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目53)
前記マイクロ流体デバイスは、6、12、24、48、96、384、または1536個のウェルを含む、項目46〜52のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目54)
前記流体溜まりのうちの少なくとも1つは、前記流動軸に直交する以外の角度である、項目46〜53のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目55)
前記流体溜まりのうちの少なくとも1つは、前記流動軸に直交する角度にある、項目46〜54のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目56)
前記流体溜まりのそれぞれは、開口管路によって前記流動チャネルと流体連通する、項目46〜55のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目57)
前記流体溜まりのうちの少なくとも1つは、前記流動チャネルと流体連通するチャネルを備える、項目46〜56のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目58)
前記デバイスは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、熱硬化性ポリエステル(TPE)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリウレタンメタクリレート、ポリエチレン、ポリエステル(PET)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリカーボネート、パリレン、ポリ塩化ビニル、フルオロエチルプロピレン、レキサン(lexan)、ポリスチレン、環状オレフィンコポリマー、ポリウレタン、ポリアクリレートとブレンドされたポリウレタン、ポリエステルカーボネート、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリアクリレート、ポリカプロラクトン、ポリケトン、ポリフタルアミド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、エポキシポリマー、熱可塑性物質、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリイミド、ガラス、石英、ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ケイ素、溶融シリカ、セラミック、金属、またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、項目46〜57のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目59)
前記流動チャネルおよび前記流体溜まりのうちの少なくとも1つは、疎水性表面を備える、項目46〜58のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目60)
各ウェルは、内チャンバと外チャンバとをさらに備え、前記内チャンバは前記入口ポートと流体連通し、前記外チャンバは前記出口ポートと流体連通する、項目46〜59のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目61)
前記内チャンバおよび前記外チャンバの構成は、前記流動チャネルを通る非円形の流動の方向を創出するのに十分である、項目60に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目62)
前記デバイスの少なくとも一部が、天然に疎水性であるか、または表面処理されたポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリカーボネート(PC)、グリコール改質ポリエチレンテレフタレート(PETG)、環状オレフィンコポリマー(COC)、環状オレフィンポリマー(COP)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、または多層材料を含み、前記流動チャネル、前記複数の流体溜まり、またはそれらの組み合わせに疎水性表面を提供する、項目46〜61のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目63)
前記デバイスには、第1の流体が装填され、前記第1の流体は油を含む、項目46〜62のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目64)
前記第1の流体は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせを含む、項目63に記載のマイクロ流体デバイス。
(項目65)
マイクロ流体デバイスに流体を導入する方法であって、
項目1〜23または46〜64のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第1の流体を導入するステップと、
を含む、方法。
(項目66)
前記第1の流体は、油を含む、項目65に記載の方法。
(項目67)
前記油は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される、項目66に記載の方法。
(項目68)
マイクロ流体デバイスに流体を導入する方法であって、
項目1〜23または46〜64のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第2の流体を導入するステップと、
を含み、前記第2の流体は水溶液である、方法。
(項目69)
前記第2の流体は、検体を含み、前記方法は、前記流体溜まりのうちの少なくとも1つ内で前記検体の分析を行うステップをさらに含む、項目68に記載の方法。
(項目70)
前記検体は、生物学的材料を含む、項目69に記載の方法。
(項目71)
前記生物学的材料は、細胞、細菌、ウイルス、プリオン、核酸、タンパク質、遺伝物質の発現産物、結晶化分子、粒子、またはそれらの組み合わせから選択される、項目70に記載の方法。
(項目72)
前記第2の流体は、第1の核酸分子および第2の核酸分子を含み、前記方法は、前記第1の核酸分子を第1の流体溜まりに分配するステップをさらに含み、前記第1の流体溜まりは、前記第2の核酸分子を含まない、項目68〜71のいずれか1項に記載の方法。
(項目73)
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第1の流体を導入するステップをさらに含み、前記第1の流体は、前記第2の流体が前記流動チャネルに導入される前に前記流動チャネルに導入される、項目65〜67のいずれか1項に記載の方法。
(項目74)
前記第1の流体は、油を含む、項目73に記載の方法。
(項目75)
前記油は、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される、項目74に記載の方法。
(項目76)
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第3の流体を導入するステップをさらに含む、項目65〜75のいずれか1項に記載の方法。
(項目77)
前記第3の流体は、前記第2の流体が前記流動チャネルに導入された後に前記流動チャネルに導入される、項目76に記載の方法。
(項目78)
前記第1の流体は油であり、前記第2の流体は水溶液であり、前記第3の流体は油である、項目76または77のいずれか1項に記載の方法。
(項目79)
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第4の流体を導入するステップをさらに含む、項目65〜78のいずれか1項に記載の方法。
(項目80)
前記第4の流体は、前記第1の流体が前記流動チャネルに導入された後、かつ前記第2の流体が前記流動チャネルに導入される前に、前記流動チャネルに導入される、項目79に記載の方法。
(項目81)
前記第4の流体は、前記第2の流体が前記流動チャネルに導入された後、かつ前記第3の流体が前記流動チャネルに導入される前に、前記流動チャネルに導入される、項目79または80のいずれか1項に記載の方法。
(項目82)
前記第4の流体は、前記第3の流体が前記流動チャネルに導入された後に、前記流動チャネルに導入される、項目79または80のいずれか1項に記載の方法。
(項目83)
前記第1の流体は油であり、前記第2の流体は水溶液であり、前記第3の流体は油であり、前記第4の流体は油であり、前記第1、第3、および第4の流体は、独立して同じであるか互いに異なる、項目79〜82のいずれか1項に記載の方法。
(項目84)
前記油のそれぞれは、独立して、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される、項目83に記載の方法。
(項目85)
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第5の流体を導入するステップをさらに含む、項目65〜84のいずれか1項に記載の方法。
(項目86)
前記第5の流体は、前記第2の流体が前記流動チャネルに導入された後に、前記流動チャネルに導入される、項目85に記載の方法。
(項目87)
前記第5の流体は、前記第3の流体が前記流動チャネルに導入された後に、前記流動チャネルに導入される、項目85および86のいずれか1項に記載の方法。
(項目88)
前記流動チャネルに第4の流体を導入するステップをさらに含み、前記第4の流体は、前記第1の流体が前記流動チャネルに導入された後、かつ前記第2の流体が前記流動チャネルに導入される前に、前記流動チャネルに導入される、項目85〜87のいずれか1項に記載の方法。
(項目89)
前記第1の流体は油であり、前記第2の流体は水溶液であり、前記第3の流体は油であり、前記第4の流体は油であり、前記第5の流体は油であり、前記第1、第3、第4、および第5の流体は、独立して同じであるか互いに異なる、項目85〜88のいずれか1項に記載の方法。
(項目90)
前記油のそれぞれは、独立して、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される、項目89に記載の方法。
(項目91)
マイクロ流体デバイスに流体を導入する方法であって、
項目1〜23または46〜64のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第1の流体を導入するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第2の流体を導入するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第3の流体を導入するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第4の流体を導入するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第5の流体を導入するステップと、
を含み、前記第1の流体は油であり、第2の流体は水溶液であり、第3の流体は油であり、第4の流体は油であり、第5の流体は油であり、前記第1、第3、第4、および第5の流体は独立して同じであるか互いに異なる、方法。
(項目92)
前記油のそれぞれは、独立して、フッ素化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される、項目91に記載の方法。
(項目93)
前記第1の流体は、前記流動チャネルに導入される初期流体であり、前記第1の流体の後に前記第2の流体が導入され、前記第2の流体の後に前記第4の流体が導入され、前記第4の流体の後に前記第3の流体が導入され、前記第3の流体の後に前記第5の流体が導入される、項目91〜92のいずれか1項に記載の方法。
(項目94)
前記第1の流体は、前記流動チャネルに導入される初期流体であり、前記第1の流体の後に前記第4の流体が導入され、前記第4の流体の後に前記第2の流体が導入され、前記第2の流体の後に前記第3の流体が導入され、前記第3の流体の後に前記第5の流体が導入される、項目91〜92のいずれか1項に記載の方法。
(項目95)
マイクロ流体デバイスに流体を導入する方法であって、
項目1〜23または46〜64のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第1の流体を導入するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第2の流体を導入するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第3の流体を導入するステップと、
必要に応じて前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第4の流体を導入するステップと、
必要に応じて前記マイクロ流体デバイスの前記流動チャネルに第5の流体を導入するステップと、
を含み、前記第1の流体は油であり、前記第2の流体は水溶液であり、前記第3の流体は油であり、前記第4の流体は油であり、前記第5の流体は油であり、前記第1、第3、第4、および第5の流体は、独立して同じであるか互いに異なる、方法。
(項目96)
前記第1の流体は、最初に導入され、前記第1の流体の後に前記第2の流体が導入され、前記第2の流体の後に前記第4の流体が導入され、前記第4の流体の後に前記第3の流体が導入され、必要に応じて前記第3の流体の後に前記第5の流体が導入される、項目95に記載の方法。
(項目97)
前記第1の流体は、最初に導入され、前記第1の流体の後に第4の流体が導入され、前記第4の流体の後に前記第2の流体が導入され、前記第2の流体の後に前記第3の流体が導入され、必要に応じて第3の流体の後に前記第5の流体が導入される、項目95に記載の方法。
(項目98)
前記流動チャネルへの流体導入のシーケンスは、
(a)油、水溶液、および油、
(b)油、油、水溶液、油、および油、
(c)油、油、水溶液、および油、または
(d)油、水溶液、油、および油、から選択され、前記油のそれぞれの組成は独立して同じであるか異なる、項目65〜97のいずれか1項に記載の方法。
(項目99)
前記シーケンスの任意の時点で、油または水溶液から選択される1つまたはそれを上回る追加の流体を導入することをさらに含む、項目98に記載の方法。
(項目100)
前記流動チャネルに導入される前記第1の流体が油である、項目65〜99のいずれか1項に記載の方法。
(項目101)
前記流動チャネルに導入される前記第1の流体は、水溶液でない、項目65〜100のいずれか1項に記載の方法。
(項目102)
前記流体は、気圧、空気圧、水圧、またはそれらの組み合わせから選択される流体圧を印加することで前記流動チャネルに導入され、前記流体圧は陽流体圧または陰流体圧である、項目65〜101のいずれか1項に記載の方法。
(項目103)
前記流体は、毛管現象またはウィッキングによって前記流動チャネルに導入される、項目65〜101のいずれか1項に記載の方法。
(項目104)
前記流体は、遠心力駆動流によって前記流動チャネルに導入される、項目65〜101のいずれか1項に記載の方法。
(項目105)
前記流体を、前記マイクロ流体デバイスの前記流体入口ポートを介して前記流動チャネルに導入するステップをさらに含む、項目65〜103のいずれか1項に記載の方法。
(項目106)
前記流体は、前記マイクロ流体デバイスの前記流体溜まりを介して前記流動チャネルに導入される、項目65〜105のいずれか1項に記載の方法。
(項目107)
前記複数の流体溜まり内でデジタルポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を実行するステップをさらに含む、項目70〜106のいずか1項に記載の方法。
(項目108)
前記複数の流体溜まり内で等温増幅を実行するステップをさらに含む、項目70〜106のいずれか1項に記載の方法。
(項目109)
前記検体は、前記流体溜まり内で結晶化される、項目69〜106のいずれか1項に記載の方法。
(項目110)
前記検体は、悪性表現型を発現する細胞、胎児細胞、循環内皮細胞、腫瘍細胞、ウイルスに感染した細胞、対象とする遺伝子でトランスフェクトした細胞、免疫細胞の亜型、または自己免疫もしくは自己反応性障害に罹患した患者の末梢血中に存在するT細胞もしくはB細胞から選択される、少なくとも1つの希少細胞を含む、項目69〜106のいずれか1項に記載の方法。
(項目111)
前記第1の流体を第1の流体入口ポートに、および前記第2の流体を第2の流体入口ポートに導入するステップをさらに含み、前記第1の流体入口ポートおよび前記第2の流体入口ポートは同じポートまたは異なるポートである、項目68〜110のいずれか1項に記載の方法。
(項目112)
前記第3の流体を第3の流体入口ポートに、前記第4の流体を第4の入口ポートに、および前記第5の流体を流体入口ポートに導入するステップをさらに含み、前記第3の流体入口ポート、前記第4の流体入口ポート、および前記第5の流体入口ポートは独立して同じポートまたは異なるポートであり、前記第3の流体入口ポート、前記第4の流体入口ポート、および前記第5の流体入口ポートは独立して前記第1の流体入口ポートならびに前記第2の流体入口ポートと同じまたは異なるポートである、項目111に記載の方法。
(項目113)
分析システムであって、
項目1〜23または46〜64のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイスを受容するように構成されるチャンバと、
前記流動チャネルを通じて流体を推し進めるために十分な圧力を前記流動チャネルに印加するように構成される流体加圧装置と、
前記マイクロ流体デバイスの前記流体溜まりのうちの少なくとも1つを光学的に分析するための光学検出構成要素と、
前記光学検出構成要素を制御するように構成され、かつ前記光学検出構成要素から生成されるデータを記憶するように構成される処理装置と、
を備える、分析システム。
(項目114)
分析システムであって、
項目1〜23または46〜64のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイスを受容するように構成されるチャンバと、
流動チャネルの少なくとも一部を通って流体を導入するように構成される流体導入構成要素と、
流体溜まりを光学的に分析するように構成される光学検出構成要素と、
前記光学検出構成要素を制御するように構成され、かつ前記光学検出構成要素から生成されるデータを記憶するように構成される処理装置と、
を備える、分析システム。
(項目115)
前記流体導入構成要素は、複数の流動チャネルのうちの少なくとも1つを通じて流体を動かすように構成される、項目114に記載の分析システム。
(項目116)
流体導入構成要素は、気圧源、空気圧源、水圧源、またはそれらの組み合わせから選択され、前記流体導入構成要素は、流体を流動チャネルに流動させるのに十分な正圧または負圧の源を含む、項目114〜115のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目117)
前記流体導入構成要素は、前記流体を、毛管現象、ウィッキング、遠心力、またはそれらの組み合わせによって、少なくとも部分的に流動チャネルを通って動かすように構成される、項目114〜116のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目118)
前記光学検出構成要素は、複数の流体溜まりを光学的に分析するように構成される、項目114〜117のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目119)
前記流体溜まりのうちの少なくとも1つに熱を付与するように構成される熱制御構成要素をさらに備える、項目114〜118のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目120)
前記光学検出構成要素は、撮像デバイス、光ディスクドライブ、レーザスキャナ、またはそれらの組み合わせを備える、項目114〜119のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目121)
流体を収容するための複数の流体リザーバをさらに備え、前記複数の流体リザーバは前記マイクロ流体デバイスの前記流体入口ポートに前記流体を提供するように構成される、項目114〜120のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目122)
第2の流体リザーバおよび第3の流体リザーバをさらに備え、前記第2の流体リザーバは第2の流体を含み、前記第3の流体リザーバは第3の流体を含み、前記第2の流体は水溶液を含み、前記第3の流体は油を含む、項目113〜121のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目123)
前記マイクロ流体デバイスには、第1の流体および前記第2の流体が装填され、前記第1の流体は油を含む、項目114〜122のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目124)
前記光学検出構成要素は、流体溜まり内に存在する検体を検出するように構成される、項目114〜123のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目125)
前記光学検出構成要素および前記処理装置は、前記流体溜まりのうちの少なくともいくつかにおける水溶液の体積を決定するように構成される、項目114〜124のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目126)
前記流体溜まりのそれぞれは、開口管路を通して流動チャネルと流体連通する、項目113〜125のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目127)
前記流体溜まりのうちの少なくとも1つは、前記流動チャネルと流体連通する少なくとも1つチャネルを備える、項目113〜126のいずれか1項に記載の分析システム。
(項目128)
装置であって、
流動軸と、上流端と、下流端とを有する流動チャネルと、
前記流動チャネルと流体連通し、かつ前記流動軸からずれている複数の流体溜まりと、
を備え、前記流体溜まりのそれぞれは、上流端および下流端を有し、前記流動チャネルは、前記流体溜まりそれぞれの上流または下流に位置決めされる収縮部を備える、装置。
(項目129)
前記収縮部は、前記流動チャネルの最大幅のおよそ3分の1の幅である、項目128に記載の装置。
(項目130)
前記複数の流体溜まりは、前記流動チャネルを備える前記デバイスの面の下または上の面に位置決めされる、項目128に記載の装置。
(項目131)
前記流動チャネルは、第2の流体の源、および前記第2の流体とは混合しない第3の流体の源と流体連通している、項目128〜130のいずれか1項に記載の装置。
(項目132)
前記流動チャネルまたは前記複数の流体溜まりのいずれか1つには、第1の流体が装填され、前記第1の流体は、油である、項目128〜131のいずれか1項に記載の装置。
(項目133)
前記流体溜まりのそれぞれは、前記下流端上でテーパー状である、項目128〜132のいずれか1項に記載の装置。
(項目134)
前記流動チャネルの幅と流体溜まりの幅との差は、前記流体溜まりの幅の0.001〜1.5倍の間である、項目128〜133のいずれか1項に記載の装置。
(項目135)
流体溜まりの高さは、前記流動チャネルの高さよりも大きい、項目128〜134のいずれか1項に記載の装置。
(項目136)
流体溜まりの長さは、前記流体溜まりの幅よりも大きい、項目128〜135のいずれか1項に記載の装置。
(項目137)
第1の流体溜まりの前記下流端および第2の流体溜まりの前記上流端は、ある距離で離されており、前記距離は、前記第1の流体溜まりの長さの0.1〜3倍の間である、項目128〜136のいずれか1項に記載の装置。
(項目138)
前記流動チャネルの幅は、流体溜まりの幅よりも大きく、流体溜まりの下流端は、別の流体溜まりの前記上流端に重ならない、項目128〜137のいずれか1項に記載の装置。
(項目139)
項目1〜23および46〜64のいずれか1項に記載のデバイスを備える、装置。
本明細書において述べられる全ての刊行物、特許、および特許出願は、それぞれ個々の刊行物、特許、または特許出願が、参照によって援用ことが具体的かつ個々に示されるのと同じ程度に参照によって本明細書に援用される。
本発明は、例えば、試料体積の離散化および操作における使用のためのデバイス、システム、および装置を提供する。関連方法も提供される。
特定の実施形態では、本開示の発明は、複数のチャネルと、流体溜まりと、リザーバとを備えるデバイスおよび装置を含む。図1aを参照すると、本発明のデバイスは、例えば、少なくとも1つの入口(2)または出口(3)の近傍に油または水性試料を保管するために使用される大きなチャンバを含み得る、リザーバ(1)を含み得る。リザーバは、設計に応じて随意である。デバイスは、多種の流動チャネルを含むこともできる。例えば、入口チャネル(単数また複数)(4)は、種々の流体および試料がチップ上に導入され得る場所である。分岐要素(5)をまた使用して流体を分配し、多くの流動チャネルと流体溜まりの組を同時にサンプリングすることもできる。主充填チャネル(6)は、試料を流体溜まり(7)に送達することができ、流体溜まりと直接接触することができる。いくつかの実施形態では、主チャネルは、流体流動を方向付け、それを流体溜まりと接続するのを助けるための特徴(例えば、くぼみまたは突出)を有し得る。主チャネルと流体溜まりとの間の接続はまた、主チャネルに対する流体溜まりの形状、ずれ、および配向によっても異なり得る。排液チャネル(8)は、より小さく、流体溜まりから主充填チャネルに接続して充填中に油を排出するための経路を提供することができる。排液チャネルは、必ずしも必要ではなく、異なる複雑性を有し得、1つまたはそれを上回る排液接合部が所定の流体溜まりに接続されている。チャネルの側方に流体溜まりを伴ういくつかの実施形態は、排液チャネルを利用する一方、チャネルの底部/上部に流体溜まりを伴う実施形態は利用しない。出口チャネル(9)は、任意の過剰な試料または油を流体溜まりから出口または出口リザーバに送達することができる。それらは、主チャネル間のより均一な流動の確立を助けるために「抵抗器」チャネル(10)を含み得る。それらは、出口(リザーバ)に脱分岐的に一緒に接続するか、または個々に接続するかのいずれかであり得る。いくつかの実施形態では、流体溜まりは、例えば、主チャネルおよび任意の排液チャネルの両方に接続され得る。図1bは、本発明のデバイスの簡略版を表す。
特定の実施形態では、本発明のデバイスは、デジタル化プロセスを促進するために適した表面特性を伴う材料で構成され得る。例えば、本発明のデバイスは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)または/およびガラスから製造され得る。他の基材は、ケイ素、熱硬化性ポリエステル(TPE)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリウレタンメタクリレート、ポリエチレン、ポリエステル(PET)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリカーボネート、パリレン、ポリ塩化ビニル、フルオロエチルプロピレン、レキサン、ポリスチレン、環状オレフィンコポリマー、ポリウレタン、ポリアクリレートとブレンドされたポリウレタン、ポリエステルカーボネート、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリアクリレート、ポリカプロラクトン、ポリケトン、ポリフタルアミド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、エポキシポリマー、熱可塑性物質、フルオロポリマー、およびポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリイミド、無機材料(ガラス、石英、ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ケイ素)、溶融シリカ、セラミック、ガラス(有機)、金属、および/または他の材料、ならびにそれらの組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。
(試料体積の自己デジタル化のための流体)
図5a−5eは、流体溜まりを装填するための例示的シーケンスを表す。図示されるように、デバイス操作は、リザーバ、チャネル、および流体溜まり内により暗い灰色で示される第1の流体を提供するステップを含み得る。特定の実施形態では、第1の流体は、例えば、あらゆる気泡を置換するために、デバイスに導入され得る油を含み得る。特定の実施形態では、水性試料等の第2の流体は、いくつかの装填機構を経由し、入口/入口リザーバ(例えば、図5bを参照)を通じて提供され、分岐入口によって主チャネルに分配された後、流体溜まりに入り、第1の流体(例えば、油)を置換する。特定の実施形態では、排液チャネルは、排油を促進する(例えば、図5eを参照)。水性試料が装填された後、第1の流体と同じ油、または異なる油であり得る第3の流体が提供され、流体溜まりではなく、チャネルからの水性試料を置換する(例えば、図5cを参照)。これは、水性試料を、流体溜まりの寸法によって画定された離散体積に単離または区画化する(例えば、図5dを参照)。そのような単離または区画化は、デジタル化または離散化として特徴付けられ得る。区画化された体積は、離散化またはデジタル化体積と呼ばれ得る。一実施形態では、全ての水性試料は、流体溜まりに区画化され、「損失の少ない」充填をもたらすが、全ての流体溜まりが完全に充填されるとは限らない。別の実施形態では、全ての流体溜まりが完全に充填されるが、いくらかの試料が出口/出口リザーバへと失われる。
本明細書に記載されるデバイスおよび方法は、検出、撮像、および/または分析をさらに含み得る。いくつかの側面では、本発明は、例えば、本明細書に記載されるマイクロ流体デバイスを受容または収容するように構成されたチャンバを含み得る、分析システムを含むことができる。いくつかの側面では、システムは、複数のマイクロ流体デバイスを収容、回転、および処理するために構成される。本開示の側面による例示的なシステムを図20に表す。分析システムは、1つまたはそれを上回る流体を収容するための複数の流体リザーバを含むこともできる。複数の流体リザーバは、例えば、流体をマイクロ流体デバイスの流体入口ポートに提供するように構成され得る。システムは、デバイスへの流体の装填を促進するための構成要素を含むこともできる。例えば、システムは、流動チャネルを通じて流体を駆動するか、または推し進めるように、流動チャネルに圧力を印加するように構成された流体加圧装置を含むことができる。システムは、デバイスに結合する回転構成要素(例えば、モータ)を含むこともでき、例えば、マイクロ流体デバイスの中心軸を中心としてデバイスをスピンまたは回転させるように構成される。いくつかの側面では、回転構成要素は、コンパクトディスク(CD)ドライブ、デジタルビデオディスク(DVD)ドライブ、ブルーレイドライブ等の修正された光ディスクドライブ、もしくはそれらの修正版、またはそれらの組み合わせの一部である。
この実施例は、広体積範囲にわたって試料をデジタル化するためのデバイスを説明する。
この実施例は、流動チャネルおよび出口ポートを有するディスク形状デバイスを説明し、デバイスの中心から流動チャネルの少なくとも一部までの距離は、デバイスの中心から出口ポートまでの距離よりも大きい。
この実施例は、流動チャネルに対して垂直以外の角度で位置決めされた流体溜まりを有するデバイスを説明する。
この実施例は、遠心力を使用してディスク形状デバイスに流体を装填または充填する方法を説明する。
この実施例は、回転するディスク形状デバイスからの光シグナルを検出するための方法およびシステムを説明する。
この実施例は、複数の流体溜まりを撮像するための方法を説明する。
この実施例は、統合ウェルプレートマイクロ流体デバイス設計を説明する。
この実施例は、マイクロ流体デバイスを製造する方法を説明する。
この実施例は、流動チャネルの下に位置決めされた流体溜まりを有するデバイスを説明する。
この実施例は、流動チャネルの底部に流体溜まりを伴う設計における試料デジタル化の組織的研究を説明する。
m−1s−1)を水溶液および油相としてそれぞれ使用した。モデルソルバーは、圧力に基づく3次元として、絶対速度公式、および非反復時間経過とともに一次陰関数非定常公式を用いて定義された。
いくつかの側面では、本開示は、中心領域および外縁を有するディスク形状本体であって、中心軸を中心として回転するために構成され、かつディスク形状本体の中心領域に位置する流体入口ポートと、近位端、遠位端、および流動軸を有し、流体入口ポートと流体連通する流動チャネルと、流動チャネルと流体連通し、かつ流動軸からずれている複数の流体溜まりと、流動チャネルと連通する流体出口ポートとをさらに備えた、ディスク形状本体を備え、流体出口ポートが、流動チャネルの遠位端よりもディスク形状本体の中心領域の近くに位置する、マイクロ流体デバイスを提供する。
Claims (17)
- 装置であって、
複数の流動チャネルであって、前記流動チャネルのそれぞれは、流動軸と、上流端と、下流端とを有する、複数の流動チャネルと、
前記複数の流動チャネルの中の流動チャネルと流体連通し、かつ前記流動軸からずれている複数の流体溜まりと
を備え、前記流体溜まりのそれぞれは、上流端および下流端を有し、前記流動チャネルは、前記複数の流体溜まりの少なくとも一部の上流または下流に位置決めされる収縮部を備え、前記流動チャネルは、オーバーハングを備え、前記オーバーハングは、液体流動のために構成されているかまたは液体流動のために適切であり、前記収縮部は、前記複数の流体溜まりの前記少なくとも一部間で前記流動チャネル上に位置決めされ、
前記複数の流動チャネルは、前記流動チャネルが平行に配列されるように構成され、
前記複数の流体溜まりおよび前記流動チャネルは、前記装置内の異なるレベルに位置決めされ、
前記収縮部は、前記流動チャネルと同一のレベルに位置決めされ、
前記流動チャネルの幅と流体溜まりの幅との差は、前記流体溜まりの幅の0.001〜1.5倍の間であり、
流体溜まりの高さは、前記流動チャネルの高さよりも大きく、
流体溜まりの長さは、前記流体溜まりの幅よりも大きく、
第1の流体溜まりの前記下流端および第2の流体溜まりの前記上流端は、ある距離だけ離されており、前記距離は、前記第1の流体溜まりの長さの0.1〜3倍の間であり、
前記流動チャネルの幅は、流体溜まりの幅よりも大きく、流体溜まりの下流端は、別の流体溜まりの前記上流端に重ならず、
前記オーバーハングは、前記流動軸に垂直に測定された幅を有し、前記流動チャネルの幅は、前記流体溜まりの幅と、前記オーバーハングの幅の2倍との和に等しく、
前記チャネルオーバーハングの幅(W)と前記流体溜まりの幅(w)とは、0.5〜0の比(W/w)を有する、装置。 - 前記収縮部は、前記流動チャネルの最大幅のおよそ3分の1の幅である、請求項1に記載の装置。
- 前記流動チャネルまたは前記複数の流体溜まりのいずれか1つには、第1の流体が装填され、前記第1の流体は、油である、請求項1〜2のいずれか一項に記載の装置。
- 前記流動チャネルは、第2の流体の源、および前記第2の流体とは混合しない第3の流体の源と流体連通している、請求項3に記載の装置。
- 前記流動チャネルは、第1の流体の源および第2の流体の源と流体連通しており、前記第2の流体は、前記第1の流体とは混合しない、請求項1〜2のいずれか一項に記載の装置。
- 前記流体溜まりのそれぞれは、前記下流端上でテーパー状である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記複数の流体溜まりは、前記流動チャネルの1つの側方に位置する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置。
- 前記複数の流体溜まりは、前記流動チャネルの2つ、3つまたは4つの側方に位置する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置。
- 複数の抵抗器チャネルをさらに備える、請求項1〜8のいずれか一項に記載の装置。
- 装置に流体を導入するための方法であって、前記方法は、
請求項3〜9のいずれか一項に記載の装置を提供することであって、前記装置は、入口および出口をさらに備える、ことと、
前記入口に第2の流体を提供することと
を含む、方法。 - 前記第2の流体に圧力を印加することを含み、前記圧力は、前記装置の前記流動チャネルを通じて前記第2の流体を推し進めるために十分である、請求項10に記載の方法。
- 前記圧力は、遠心力を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記圧力は、正圧または負圧である、請求項11に記載の方法。
- 前記第1の流体は、油を含み、前記第2の流体は、水性試料を含む、請求項10〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記入口に第3の流体を提供することをさらに含み、前記第1の流体は、第1の油を含み、前記第2の流体は、水性試料を含み、前記第3の流体は、第2の油を含む、請求項10〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の油および前記第2の油は、同じであるか、または異なる、請求項15に記載の方法。
- 前記複数の流体溜まりのうちの水性試料を含有している一部の流体溜まりは、前記複数の流体溜まりのうちの他の流体溜まりから単離されている、請求項14〜16のいずれか一項に記載の方法。
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