JP6964579B2 - 光学キャビティpcr - Google Patents
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Description
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2015年7月30日に出願された米国仮特許出願第62/199,069号に対する優先権およびその利益を主張する。
該当せず
該当せず
本特許文書中の資料の一部は、米国および他国の著作権法に基づく著作権保護の対象となる。著作権の所有者は、米国特許商標庁の公開ファイルまたは記録に記載されているように、特許文書または特許開示の複製に異論を唱えないが、それ以外のすべての著作権を留保する。著作権所有者は、本特許文書を秘密保持する権利を放棄しない。これには、連邦規則集第37編セクション1.14に基づく権利を含むがこれに限定されない。
前記流体サンプルを保持するよう構成された複数のチャンバ壁によって画定される少なくとも1つのマイクロ流体熱サイクルチャンバと、
第1の基板上に配置され、前記熱サイクルチャンバの第1のチャンバ壁を画定する第1の薄膜と、
第2の基板上に配置され、前記第1のチャンバ壁に対向する第2のチャンバ壁を形成する第2の金属薄膜と、
前記第1の薄膜を照明するよう構成される光源と、
を備え、
前記第1の薄膜上に照明された光の第1の部分が前記第1の薄膜に吸収され、前記第1の薄膜上に照明された前記光の第2の部分が前記第1の薄膜を透過し、
前記第1の薄膜を透過した前記光が前記第2の薄膜を照明し、
前記第2の薄膜上に照明された前記透過光の少なくとも一部が前記第2の薄膜に吸収され、
前記第1の薄膜および前記第2の薄膜への前記吸収光は、前記第1の薄膜および前記第2の薄膜の温度を上昇させて、前記熱サイクルチャンバ内の前記流体サンプルを加熱するよう構成される、
装置。
前記金属構造は、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、チタニウム(Ti)、クロム(Cr)、ゲルマニウム(Ge)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、イリジウム(Ir)、または白金(Pt)からなる前記群から選択される1つまたは複数の金属を備える、
前述したあらゆる態様に記載の装置。
前記第1および第2のポートは、前記流体サンプルが前記熱サイクルチャンバに入ることを可能にするよう構成される、
前述したあらゆる態様に記載の装置。
対向する第1および第2の薄膜によって画定されるマイクロ流体熱サイクルチャンバを提供することと、
前記熱サイクルチャンバを前記流体サンプルで満たすことと、
前記第1の薄膜を光源で照明することであって、
前記第1の薄膜上に照明された光の第1の部分が前記第1の薄膜に吸収され、前記第1の薄膜上に照明された前記光の第2の部分が前記第1の薄膜を透過することと、
前記第1の薄膜を透過した前記光で前記第2の薄膜を照明することであって、
前記第2の薄膜を照明する前記透過光の少なくとも一部が前記第2の薄膜に吸収されることと、
前記第1の薄膜および前記第2の薄膜への前記吸収光の関数として前記第1の薄膜および前記第2の薄膜の温度を均一に上昇させることと、
前記第1の薄膜および前記第2の薄膜の前記温度上昇の結果として、前記熱サイクルチャンバ内で前記流体サンプルを加熱することと、
を備える、方法。
前記熱サイクルチャンバ内の前記流体サンプルの前記温度を第1の期間選択された温度に上昇させるために、第1の持続期間に前記第1および第2の膜を照明することと、
前記熱サイクルチャンバ内の前記流体サンプルの前記温度を第2の期間選択された温度に上昇させるために、第2の持続期間に前記第1および第2の膜を照明することと、
前記熱サイクルチャンバ内の前記流体サンプルの前記温度を第3の期間選択された温度に上昇させるために、第3の持続期間に前記第1および第2の膜を照明することと、
前記流体サンプルを増幅するために複数のサイクルの間、照明期間のサイクルを繰り返すこと、
を備える、前述したあらゆる態様に記載の方法。
をさらに備える、前述したあらゆる態様に記載の方法。
前記熱サイクルチャンバに結合される第1のポートを介して流体サンプルを前記サイクルチャンバに注入すること、
を備え、
前記注入された流体サンプルが、前記熱サイクルチャンバに結合された第2のポートから空気を押し出す、
前述したあらゆる態様に記載の方法。
Claims (22)
- 流体サンプルの熱サイクルのための装置であって、前記装置は、
前記流体サンプルを保持するよう構成された複数のチャンバ壁によって画定される少なくとも1つのマイクロ流体熱サイクルチャンバと、
第1の基板上に配置され、前記熱サイクルチャンバの第1のチャンバ壁を画定する第1の薄膜と、
第2の基板上に配置され、前記第1のチャンバ壁に対向する第2のチャンバ壁を形成する第2の薄膜であって、前記第1のチャンバ壁および前記第2のチャンバ壁が光学キャビティを画定する、第2の薄膜と、
前記第1の基板および前記第2の基板の間に配置され、前記光学キャビティの厚みを画定する中間キャビティ層と、
前記第1の薄膜を照明するよう構成される光源であって、発光ダイオード(LED)を含む光源と、
を備え、
前記第1の基板および前記第2の基板は、前記光源からの光を前記第1の基板および前記第2の基板を通過させるように構成された透明材料を含み、
前記第1の薄膜および前記第2の薄膜は光吸収材料を含み、第1の薄膜上に照明された光の第1の部分が前記第1の薄膜に吸収され、前記第1の薄膜上に照明された前記光の第2の部分が前記第1の薄膜を透過し、
前記第1の薄膜を透過した前記光が前記第2の薄膜を照明し、
前記第2の薄膜上に照明された前記透過光の少なくとも一部が前記第2の薄膜に吸収され、
前記第1の薄膜および前記第2の薄膜への前記吸収光は、前記第1の薄膜および前記第2の薄膜の温度を上昇させて、前記熱サイクルチャンバ内の前記流体サンプルを加熱する、光−熱交換を生成する、
装置。 - 前記第1の薄膜および前記第2の薄膜のうちの1つまたは複数は、金属層を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記金属層は、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、チタニウム(Ti)、クロム(Cr)、ゲルマニウム(Ge)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、イリジウム(Ir)、または白金(Pt)からなる群から選択される金属を備える、請求項2に記載の装置。
- 前記第1の薄膜および前記第2の薄膜のうちの1つまたは複数は多層金属構造を備え、
前記金属構造は、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、チタニウム(Ti)、クロム(Cr)、ゲルマニウム(Ge)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、イリジウム(Ir)、または白金(Pt)からなる前記群から選択される1つまたは複数の金属を備える、
請求項1に記載の装置。 - 前記第1の薄膜および前記第2の薄膜のうちの1つまたは複数が、グラフェン、グラファイト、カーボンナノチューブ(CNT)、または塗料からなる群から選択される非金属光吸収材料を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の薄膜および前記第2の薄膜のうちの1つまたは複数が、共振による光吸収を増加させるためのパターン化された表面を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の基板および前記第2の基板が、ポリマーを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の基板および前記第2の基板のうちの1つまたは複数が、ピラーアレイ、1Dもしくは2D格子、フォトニック結晶、または半球の1つまたは複数の形態の2Dまたは3Dマイクロ構造またはナノ構造を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の薄膜は第1の厚さを有し、前記第2の薄膜は前記第1の厚さとは異なる第2の厚さを有する、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の薄膜の厚さおよび前記第2の薄膜の厚さが、前記第1の薄膜および前記第2の薄膜が実質的に均一な温度上昇率を有するように、前記第1の薄膜および前記第2の薄膜への光の吸収速度を一致させるよう選択される、請求項9に記載の装置。
- 前記熱サイクルチャンバ内の温度を感知するよう構成される少なくとも1つの温度センサをさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の薄膜および前記第2の薄膜は、前記熱サイクルチャンバ内のPCR反応阻害を防止するために、パッシベーション層で覆われた表面を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記熱サイクルチャンバに結合される第1および第2のポートをさらに備え、
前記第1および第2のポートは、前記流体サンプルが前記熱サイクルチャンバに入ることを可能にするよう構成される、
請求項1に記載の装置。 - 流体サンプルの超高速熱サイクルを実施するための方法であって、前記方法が、
対向する第1および第2の薄膜によって画定されるマイクロ流体熱サイクルチャンバを提供することであって、第1の薄膜が第1の基板に配置され、第2の薄膜が第2の基板に配置され、前記第1の基板および前記第2の基板は透明であり、
前記熱サイクルチャンバを前記流体サンプルで満たすことと、
前記第1の薄膜を、発光ダイオード(LED)を含む光源で照明することであって、前記光源からの光は第1の基板を通過し第1の薄膜まで達し、
前記第1の薄膜上に照明された光の第1の部分が前記第1の薄膜に吸収され、前記第1の薄膜上に照明された前記光の第2の部分が前記第1の薄膜を透過することと、
前記第1の薄膜を透過した前記光で前記第2の薄膜を照明することであって、
前記第2の薄膜を照明する前記透過光の少なくとも一部が前記第2の薄膜に吸収されることと、
前記第1の薄膜および前記第2の薄膜への前記吸収光の関数として前記第1の薄膜および前記第2の薄膜の温度を均一に上昇させることと、
前記第1の薄膜および前記第2の薄膜の前記温度上昇の結果として、前記熱サイクルチャンバ内で前記流体サンプルを加熱することと、
を備える、方法。 - 前記第1の薄膜の照明は、前記流体サンプルの超高速マイクロ流体ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を行うために間欠的に適用される、請求項14に記載の方法。
- 前記第1の薄膜および前記第2の薄膜の温度を均一に上昇させることが、
前記熱サイクルチャンバ内の前記流体サンプルの前記温度を第1の期間選択された温度に上昇させるために、第1の持続期間に前記第1および第2の膜を照明することと、
前記熱サイクルチャンバ内の前記流体サンプルの前記温度を第2の期間選択された温度に上昇させるために、第2の持続期間に前記第1および第2の膜を照明することと、
前記熱サイクルチャンバ内の前記流体サンプルの前記温度を第3の期間選択された温度に上昇させるために、第3の持続期間に前記第1および第2の膜を照明することと、
前記流体サンプルを増幅するために複数のサイクルの間、照明期間のサイクルを繰り返すこと、
を備える、請求項15に記載の方法。 - 前記第1の薄膜は第1の厚さを有し、前記第2の薄膜は前記第1の厚さとは異なる第2の厚さを有する、請求項15に記載の方法。
- 前記第1の薄膜の厚さおよび前記第2の薄膜の厚さは、前記第1の薄膜および前記第2の薄膜が実質的に均一な温度上昇率を有するように、前記第1の薄膜および前記第2の薄膜への光の吸収速度を一致させるよう選択される、請求項17に記載の方法。
- 前記熱サイクルチャンバ内の温度を測定すること、
をさらに備える、請求項15に記載の方法。 - 前記第1の薄膜および前記第2の薄膜は、前記熱サイクルチャンバ内のPCR反応阻害を防止するために、パッシベーション層で覆われた表面を有する、請求項15に記載の方法。
- 前記熱サイクルチャンバを前記流体サンプルで満たすことが、
前記熱サイクルチャンバに結合される第1のポートを介して流体サンプルを前記サイクルチャンバに注入すること、
を備え、
前記注入された流体サンプルが、前記熱サイクルチャンバに結合された第2のポートから空気を押し出す、
請求項15に記載の方法。 - 前記光学キャビティが、前記PCR反応中に蛍光発光を発生させるよう構成される、請求項15に記載の方法。
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