JP6964590B2 - 光学的に駆動される対流及び変位のマイクロ流体デバイス、そのキット及び方法 - Google Patents

光学的に駆動される対流及び変位のマイクロ流体デバイス、そのキット及び方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6964590B2
JP6964590B2 JP2018533906A JP2018533906A JP6964590B2 JP 6964590 B2 JP6964590 B2 JP 6964590B2 JP 2018533906 A JP2018533906 A JP 2018533906A JP 2018533906 A JP2018533906 A JP 2018533906A JP 6964590 B2 JP6964590 B2 JP 6964590B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
enclosure
microfluidic
microfluidic device
isolation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018533906A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019510959A (ja
JP2019510959A5 (ja
Inventor
エル．エス． クルツ，ヴォルカー
エー． ライオンバーガー，トロイ
ケー． サックマン，エリック
ダブリュー． スートゥー，カイ
エム． ルベル，ポール
アール． ブルーン，ブランドン
ジェイ． ブレインリンガー，キース
ディー． ホブス，エリック
ダブリュー． マクファーランド，アンドリュー
ネビル，ジェイ．タナー
ワン，シャオフア
Original Assignee
バークレー ライツ，インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by バークレー ライツ，インコーポレイテッド filed Critical バークレー ライツ，インコーポレイテッド
Publication of JP2019510959A publication Critical patent/JP2019510959A/ja
Publication of JP2019510959A5 publication Critical patent/JP2019510959A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6964590B2 publication Critical patent/JP6964590B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/20—Material Coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C12M33/12—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus by pressure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/08—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a stream of discrete samples flowing along a tube system, e.g. flow injection analysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0668—Trapping microscopic beads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1822—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using Peltier elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0427—Electrowetting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0442—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces thermal energy, e.g. vaporisation, bubble jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0454—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces radiation pressure, optical tweezers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/08—Regulating or influencing the flow resistance
    • B01L2400/084—Passive control of flow resistance
    • B01L2400/086—Passive control of flow resistance using baffles or other fixed flow obstructions

Description

本願は、２０１５年１２月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／２７３，１０４号、２０１６年３月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／３１４，８８９号、及び２０１６年１２月１日に出願された米国仮特許出願第６２／４２８，５３９号の米国特許法第１１９（ｅ）条に基づく利益を主張する非仮出願であり、これらの仮特許出願のそれぞれを全体的に参照により本明細書に援用する。
背景
マイクロ流体工学の分野が発展するにつれて、マイクロ流体デバイスは、生体細胞等の微小物体の処理及び操作に都合の良いプラットフォームになった。本発明の幾つかの実施形態は、光学的に駆動される気泡、対流、及び変位流体フローを使用して、マイクロ流体デバイスにおいて原動力を提供する方法及びデバイスに関する。
概要
一態様では、マイクロ流体デバイスが提供され、本マイクロ流体デバイスは、フロー領域及び隔離囲いを更に含むエンクロージャを含み、隔離囲いは、接続領域、分離領域、及び変位力生成領域を含み、接続領域は、フロー領域への基端開口部及び分離領域への先端開口部を含み、分離領域は、変位力生成領域への少なくとも１つの流体接続を含み、変位力生成領域は、熱標的を更に含む。
別の態様では、マイクロ流体デバイスが提供され、本マイクロ流体デバイスはエンクロージャを含み、エンクロージャは、流体媒体を含むように構成されるマイクロ流体回路であって、マイクロ流体回路は、流体媒体の少なくとも１つの循環フローに対応するように構成される、マイクロ流体回路と、マイクロ流体回路内のエンクロージャの表面に配置される第１の熱標的であって、第１の熱標的は、光学的に照明されると、流体媒体の第１の循環フローを生成するように構成される、第１の熱標的とを含む。
更に別の態様では、マイクロ流体デバイスが提供され、本マイクロ流体デバイスはエンクロージャを含み、エンクロージャは、マイクロ流体チャネル及び隔離囲いを有し、さらに、隔離囲いはマイクロ流体チャネルに隣接し、マイクロ流体チャネルにおいて開き、熱標的が、隔離囲いへの開口部に隣接するチャネルに配置され、熱標的は、光学的に照明されると、流体媒体のフローを隔離囲いに向けるように更に構成される。
別の態様では、微小物体を培養するキットが提供され、本キットは、本明細書に記載されるマイクロ流体デバイスと、マイクロ流体デバイスのエンクロージャ内に少なくとも１つの被覆面を提供するように構成される１つ又は複数の試薬とを含む。
別の態様では、マイクロ流体デバイス内で１つ又は複数の微小物体を除去する方法が提供され、本方法は、マイクロ流体デバイスのエンクロージャにおける流体媒体内に配置される１つ又は複数の微小物体を含むか、又は隣接する選択された離散領域を照明するステップであって、エンクロージャは、フロー領域及び基板を含むマイクロ流体回路を含む、照明するステップと、除去力の生成に十分な第１の時間期間、選択された離散領域の照明を維持するステップであって、それにより、１つ又は複数の微小物体を表面から除去する、維持するステップとを含む。
更に別の態様では、マイクロ流体デバイスのエンクロージャ内で流体媒体及び／又はそれに含まれる微小物体を混合する方法が提供され、本方法は、少なくとも１つの流体媒体及び／又は微小物体を含むマイクロ流体回路内のエンクロージャの表面に配置された熱標的に光源を集束させることであって、それにより、少なくとも１つの流体媒体の第１の部分を加熱する、集束させることと、少なくとも１つの流体媒体の循環フローをマイクロ流体回路内に導入することであって、それにより、内部に配置された流体媒体及び／又は微小物体を混合する、導入することを含む。
本開示の幾つかの実施形態による、マイクロ流体デバイス及び関連する制御機器と併用されるシステムの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体デバイスの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体デバイスの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による分離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による分離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による詳細な隔離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの他の実施形態による隔離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの他の実施形態による隔離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの他の実施形態による隔離囲いの図表現である。 本開示の実施形態によるマイクロ流体デバイスの図表現である。 本開示の実施形態によるマイクロ流体デバイスの被覆面の図表現である。 本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体デバイス及び関連する制御機器と併用されるシステムの特定の例の図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による撮像デバイス概略表現である。 本開示の実施形態による様々な熱標的の図表現である。 本開示の実施形態による様々な熱標的の図表現である。 本開示の実施形態による様々な熱標的の図表現である。 本開示の実施形態による様々な熱標的の図表現である。 本開示の実施形態による様々な熱標的の図表現である。 本開示の実施形態による様々な熱標的の図表現である。 本開示の実施形態による様々な熱標的の図表現である。 本開示の実施形態による様々な熱標的の図表現である。 本開示の実施形態による様々な熱標的の図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いの図表現である。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いの図表現である。 本開示による隔離囲いの更なる実施形態の図表現である。 本開示による隔離囲いの更なる実施形態の図表現である。 本開示による隔離囲いの更なる実施形態の図表現である。 本開示による隔離囲いの更なる実施形態の図表現である。 本開示による隔離囲いの更なる実施形態の図表現である。 本開示による隔離囲いの更なる実施形態の図表現である。 本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体デバイスを示す。 本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体デバイスを示す。 本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体デバイスを示す。 本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体デバイスを示す。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いから細胞を搬出するのに使用される光学駆動力の使用の写真表現及びその後の生存率である。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いから細胞を搬出するのに使用される光学駆動力の使用の写真表現及びその後の生存率である。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いから細胞を搬出するのに使用される光学駆動力の使用の写真表現及びその後の生存率である。 本開示の幾つかの実施形態による隔離囲いから細胞を搬出するのに使用される光学駆動力の使用の写真表現及びその後の生存率である。 隔離囲いから細胞を搬出するための光学駆動変位の使用及びその後の生存率を示す。 隔離囲いから細胞を搬出するための光学駆動変位の使用及びその後の生存率を示す。 隔離囲いから細胞を搬出するための光学駆動変位の使用及びその後の生存率を示す。 本開示による光学駆動変位前後にマイクロ流体デバイス内に維持された細胞の写真表現である。 本開示による光学駆動変位前後にマイクロ流体デバイス内に維持された細胞の写真表現である。 本開示による光学駆動変位前後でマイクロ流体デバイス内に維持された細胞の写真表現である。 本開示による光学駆動変位前後でマイクロ流体デバイス内に維持された細胞の写真表現である。 本開示による光学駆動変位前後でマイクロ流体デバイス内に維持された細胞の写真表現である。 本開示による光学駆動変位前後でマイクロ流体デバイス内に維持された細胞の写真表現である。 照明を使用して、微小物体を移動可能な循環フローを生成する方法の写真表現である。 照明を使用して、微小物体を移動可能な循環フローを生成する方法の写真表現である。 照明を使用して、微小物体を移動可能な循環フローを生成する方法の写真表現である。 微小物体を除去するレーザ照明の方法の一実施形態の写真表現である。 微小物体を除去するレーザ照明の方法の一実施形態の写真表現である。 微小物体を除去するレーザ照明の方法の一実施形態の写真表現である。 微小物体を除去するレーザ照明の方法の別の実施形態の写真表現である。 微小物体を除去するレーザ照明の方法の別の実施形態の写真表現である。 微小物体を除去するレーザ照明の方法の別の実施形態の写真表現である。 微小物体を除去するレーザ照明の方法の別の実施形態の写真表現である。 微小物体を除去するレーザ照明の方法の別の実施形態の写真表現である。
例示的な実施形態の詳細な説明
本明細書は、本開示の例示的な実施形態及び用途について説明する。しかし、本開示は、これらの例示的な実施形態及び用途に又は例示的な実施形態及び用途が動作若しくは本明細書において説明される様式に限定されない。さらに、図は簡易化された図又は部分図を示し得、図中の要素の寸法は強調又は他の方法で比例していないことがある。加えて、「上」、「に取り付けられる」、「に接続される」、「に結合される」という用語又は同様の用語が本明細書で使用される場合、ある要素（例えば、材料、層、基板等）は、ある要素が他の要素の直接上にある、直接付着する、直接接続される、又は直接結合されるか否かに関係なく、又はある要素と別の要素との間に１つ若しくは複数の介在要素があるか否かに関係なく、別の要素の「上」にあり、別の要素「に付着」し、「に接続」し、又は「に結合」することができる。また、文脈により別のことが示される場合を除き、方向（例えば、上方、下方、上部、下部、横、上、下、の下、の上、上部の、下部の、横、縦、「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」等）は、提供される場合、相対的なものであり、単に例として、例示及び考察を容易にするために提供され、限定として提供されるものではない。加えて、要素のリスト（例えば、要素ａ、ｂ、ｃ）が言及される場合、そのような言及は、リスト自体に列挙された要素のいずれか１つ、列挙された要素の全て未満の任意の組合せ、及び／又は列挙された全ての要素の組合せを包含することが意図される。本明細書でのセクション分割は、検討を容易にすることのみを目的とし、考察されるいかなる要素の組合せも限定しない。
マイクロ流体特徴の寸法が、幅又は面積を有するものとして説明される場合、その寸法は通常、両方ともマイクロ流体デバイスの基板及び／又はカバーに平行する平面内にあるｘ軸及び／又はｙ軸次元に相対して説明される。マイクロ流体特徴の高さは、マイクロ流体デバイスの基板及び／又はカバーに平行する平面に直交するｚ軸方向に相対して説明し得る。幾つかの場合、チャネル又は通路等のマイクロ流体特徴の断面積は、ｘ軸／ｚ軸、ｙ軸／ｚ軸、又はｘ軸／ｙ軸の面積を参照し得る。
本明細書で使用される場合、「実質的に」は、意図される目的で十分に機能することを意味する。したがって、「実質的に」という用語は、全体的な性能にあまり影響しない、当業者により予期されるような絶対的又は完全な状態、寸法、測定、結果等からの小さく取るに足らない変動を許容する。数値として表現することができる数値、パラメータ、又は特性に関して使用される場合、「実質的に」は１０％以内を意味する。
「それぞれ（ones）」という用語は２つ以上を意味する。
本明細書で使用される場合、「複数」という用語は２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又は１１以上であることができる。
本明細書で使用される場合、「配置される（disposed）」という用語は、その意味内に「位置する（located）」を包含する。
本明細書で使用される場合、「マイクロ流体デバイス」又は「マイクロ流体装置」とは、流体を保持するように構成された１つ又は複数の別個のマイクロ流体回路であって、各マイクロ流体回路は、領域、流路、チャネル、チャンバ、及び／又は囲いを含むがこれに限定されない流体的に相互接続された回路要素で構成される、１つ又は複数の別個のマイクロ流体回路と、流体（及び任意選択的に流体中に懸濁した微小物体）をマイクロ流体デバイス内及び／又は外に流すように構成される少なくとも１つのポートとを含むデバイスである。通常、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体回路は、マイクロ流体チャネルを含み得るフロー領域及び少なくとも１つのチャンバを含み、約１ｍＬ未満、例えば、約７５０μＬ未満、約５００μＬ未満、約２５０μＬ未満、約２００μＬ未満、約１５０μＬ未満、約１００μＬ未満、約７５μＬ未満、約５０μＬ未満、約２５μＬ未満、約２０μＬ未満、約１５μＬ未満、約１０μＬ未満、約９μＬ未満、約８μＬ未満、約７μＬ未満、約６μＬ未満、約５μＬ未満、約４μＬ未満、約３μＬ未満、又は約２μＬ未満の容量の流体を保持する。特定の実施形態では、マイクロ流体回路は、約１μＬ〜約２μＬ、約１μＬ〜約３μＬ、約１μＬ〜約４μＬ、約１μＬ〜約５μＬ、約２μＬ〜約５μＬ、約２μＬ〜約８μＬ、約２μＬ〜約１０μＬ、約２μＬ〜約１２μＬ、約２μＬ〜約１５μＬ、約２μＬ〜約２０μＬ、約５μＬ〜約２０μＬ、約５μＬ〜約３０μＬ、約５μＬ〜約４０μＬ、約５μＬ〜約５０μＬ、約１０μＬ〜約５０μＬ、約１０μＬ〜約７５μＬ、約１０μＬ〜約１００μＬ、約２０μＬ〜約１００μＬ、約２０μＬ〜約１５０μＬ、約２０μＬ〜約２００μＬ、約５０μＬ〜約２００μＬ、約５０μＬ〜約２５０μＬ、又は約５０μＬ〜約３００μＬを保持する。マイクロ流体回路は、マイクロ流体デバイスの第１のポート（例えば、流入口）と流体的に接続される第１の端部と、マイクロ流体デバイスの第２のポート（例えば、流出口）と流体的に接続される第２の端部とを有するように構成し得る。
本明細書で使用される場合、「ナノ流体デバイス」又は「ナノ流体装置」とは、約１μＬ未満、例えば、約７５０ｎＬ未満、約５００ｎＬ未満、約２５０ｎＬ未満、約２００ｎＬ未満、約１５０ｎＬ未満、約１００ｎＬ未満、約７５ｎＬ未満、約５０ｎＬ未満、約２５ｎＬ未満、約２０ｎＬ未満、約１５ｎＬ未満、約１０ｎＬ未満、約９ｎＬ未満、約８ｎＬ未満、約７ｎＬ未満、約６ｎＬ未満、約５ｎＬ未満、約４ｎＬ未満、約３ｎＬ未満、約２ｎＬ未満、約１ｎＬ未満、又はそれ未満の容量の流体を保持するように構成された少なくとも１つ回路要素を含むマイクロ流体回路を有するタイプのマイクロ流体デバイスである。ナノ流体デバイスは、複数の回路要素（例えば、少なくとも２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１５個、２０個、２５個、５０個、７５個、１００個、１５０個、２００個、２５０個、３００個、４００個、５００個、６００個、７００個、８００個、９００個、１０００個、１５００個、２０００個、２５００個、３０００個、３５００個、４０００個、４５００個、５０００個、６０００個、７０００個、８０００個、９０００個、１０，０００個、又はそれ以上）を含み得る。特定の実施形態では、少なくとも１つの回路要素のうちの１つ又は複数（例えば、全て）は、約１００ｐＬ〜約１ｎＬ、約１００ｐＬ〜約２ｎＬ、約１００ｐＬ〜約５ｎＬ、約２５０ｐＬ〜約２ｎＬ、約２５０ｐＬ〜約５ｎＬ、約２５０ｐＬ〜約１０ｎＬ、約５００ｐＬ〜約５ｎＬ、約５００ｐＬ〜約１０ｎＬ、約５００ｐＬ〜約１５ｎＬ、約７５０ｐＬ〜約１０ｎＬ、約７５０ｐＬ〜約１５ｎＬ、約７５０ｐＬ〜約２０ｎＬ、約１ｎＬ〜約１０ｎＬ、約１ｎＬ〜約１５ｎＬ、約１ｎＬ〜約２０ｎＬ、約１ｎＬ〜約２５ｎＬ、又は約１ｎＬ〜約５０ｎＬの容量の流体を保持するように構成される。他の実施形態では、少なくとも１つの回路要素のうちの１つ又は複数（例えば、全て）は、約２０ｎＬ〜約２００ｎＬ、約１００ｎＬ〜約２００ｎＬ、約１００ｎＬ〜約３００ｎＬ、約１００ｎＬ〜約４００ｎＬ、約１００ｎＬ〜約５００ｎＬ、約２００ｎＬ〜約３００ｎＬ、約２００ｎＬ〜約４００ｎＬ、約２００ｎＬ〜約５００ｎＬ、約２００ｎＬ〜約６００ｎＬ、約２００ｎＬ〜約７００ｎＬ、約２５０ｎＬ〜約４００ｎＬ、約２５０ｎＬ〜約５００ｎＬ、約２５０ｎＬ〜約６００ｎＬ、又は約２５０ｎＬ〜約７５０ｎＬの容量の流体を保持するように構成される。
本明細書で使用される場合、「マイクロ流体チャネル」又は「フローチャネル」は、横寸法及び縦寸法の両方よりも実質的に長い長さを有するマイクロ流体デバイスのフロー領域を指す。例えば、フローチャネルは、横寸法又は縦寸法のいずれかの長さの少なくとも５倍、例えば、長さの少なくとも１０倍、長さの少なくとも２５倍、長さの少なくとも１００倍、長さの少なくとも２００倍、長さの少なくとも５００倍、長さの少なくとも１，０００倍、長さの少なくとも５，０００倍、又はそれよりも長い長さであることができる。幾つかの実施形態では、フローチャネルの長さは、間の任意の範囲を含む約１００，０００μｍ〜約５００，０００μｍの範囲である。幾つかの実施形態では、横寸法は約１００μｍ〜約１０００μｍ（例えば、約１５０μｍ〜約５００μｍ）の範囲であり、縦寸法は約２５μｍ〜約２００μｍの範囲、例えば、約４０μｍ〜約１５０μｍの範囲である。なお、フローチャネルは、マイクロ流体デバイスにおいて多種多様な異なる空間構成を有し得、したがって、完全に線形の要素に限定されない。例えば、フローチャネルは、以下の構成：曲線、湾曲、螺旋、傾斜、下降、分岐（例えば、複数の異なる流路）、及びそれらの任意の組合せを有する１つ又は複数の部分であり得、又は含み得る。加えて、フローチャネルは、経路に沿って異なる断面積を有し得、広がるか、又は収縮して、所望の流体フローを内部に提供し得る。フローチャネルは弁を含み得、弁は、マイクロ流体の分野で既知の任意のタイプのものであり得る。弁を含むマイクロ流体チャネルの例は、米国特許第６，４０８，８７８号及び同第９，２２７，２００号に開示されており、これらのそれぞれは全体的に参照により本明細書に援用される。
本明細書で使用される場合、「障害物」という用語は一般に、マイクロ流体デバイス内の２つの異なる領域又は回路要素間の標的微小物体の移動を部分的に（しかし、完全にではない）妨げるのに十分に大きいバンプ又は同様のタイプの構造を指す。２つの異なる領域／回路要素は、例えば、マイクロ流体隔離囲いの接続領域及び分離領域であることができる。
本明細書で使用される場合、「狭窄」という用語は一般に、マイクロ流体デバイス内の回路要素（又は２つの回路要素間の界面）の幅の狭まりを指す。狭窄は、例えば、本開示のマイクロ流体隔離囲いの分離領域と接続領域との界面に位置することができる。
本明細書で使用される場合、「透明」という用語は、可視光が透過する際、可視光を実質的に変更せずに透過させる材料を指す。
本明細書で使用される場合、「微小物体」という用語は一般に、本発明により分離及び／又は操作し得る任意の顕微鏡的物体を指す。微小物体の非限定的な例としては、微粒子；微小ビーズ（例えば、ポリスチレンビーズ、Luminex（商標）ビーズ等）；磁性ビーズ
；微小ロッド；微小ワイヤ；量子ドット等の無生物微小物体、細胞；生物学的細胞小器官；ベシクル又は複合体；合成ベシクル；リポソーム（例えば、合成又は膜標本由来）；脂質ナノクラフト（lipid nanoraft）等の生物学的微小物体、又は無生物微小物体と生物学的微小物体との組合せ（例えば、細胞に付着した微小ビーズ、リポソームコーティング微小ビーズ、リポソームコーティング磁性ビーズ等）が挙げられる。ビーズは、蛍光標識、タンパク質、炭水化物、抗原、小分子シグナリング部分、又はアッセイで使用可能な他の化学／生物種等の共有結合又は非共有結合した部分／分子を含み得る。脂質ナノクラフトは、例えば、Ritchieら著、（２００９）“Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs”，Methods Enzymol.，464:211-231において説明されて
いる。
本明細書で使用される場合、「細胞」という用語は用語「生体細胞」と同義で使用される。生体細胞の非限定的な例としては、真核細胞、植物細胞、哺乳類細胞、爬虫類細胞、鳥類細胞、魚類細胞等の動物細胞、原核細胞、細菌細胞、真菌細胞、原生細胞等、筋肉、軟骨組織、脂肪、皮膚、肝臓、肺、神経組織等の組織から解離された細胞、Ｔ細胞、Ｂ細胞、ナチュラルキラー細胞、マクロファージ等の免疫細胞、胚（例えば、接合子）、卵母細胞、卵子、精子細胞、ハイブリドーマ、培養細胞、細胞株からの細胞、がん細胞、感染細胞、トランスフェクト細胞及び／又は形質転換細胞、レポーター細胞等が挙げられる。哺乳類細胞は、例えば、ヒト、マウス、ラット、ウマ、ヤギ、ヒツジ、ウシ、霊長類等からの細胞であることができる。
生体細胞のコロニーは、生殖可能なコロニー内の生細胞の全てが、単一の親細胞由来の娘細胞である場合、「クローン」である。特定の実施形態では、クローンコロニー内の全ての娘細胞は、１０以下の細胞分裂での単一の親細胞からのものである。他の実施形態では、クローンコロニー内の全ての娘細胞は、１４以下の細胞分裂での単一の親細胞からのものである。他の実施形態では、クローンコロニー内の全ての娘細胞は、１７以下の細胞分裂での単一の親細胞からのものである。他の実施形態では、クローンコロニー内の全ての娘細胞は、２０以下の細胞分裂での単一の親細胞からのものである。「クローン細胞」という用語は、同じクローンコロニーの細胞を指す。
本明細書で使用される場合、生体細胞の「コロニー」は、２つ以上の細胞（例えば、約２〜約２０個、約４〜約４０個、約６〜約６０個、約８〜約８０個、約１０〜約１００個、約２０約２００個、約４０約４００個、約６０約６００個、約８０約８００個、約１００約１０００個、又は約１０００個を超える細胞）を指す。
本明細書で使用される場合、「細胞を維持する」という用語は、細胞を生存した状態に保ち、及び／又は増殖させるのに必要な状況を提供する流体成分及びガス成分の両方並びに任意選択的に表面を含む環境を提供することを指す。
本明細書で使用される場合、「増殖」という用語は、細胞を指す場合、細胞数の増大を指す。
流体の媒体の「成分」とは、溶媒分子、イオン、小分子、抗生物質、ヌクレオチド及びヌクレオシド、核酸、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、糖、炭水化物、脂質、脂肪酸、コレステロール、代謝産物等を含む、媒体に存在する任意の化学分子又は生化学分子である。
流体媒体を参照して本明細書で使用される場合、「拡散する」及び「拡散」とは、濃度勾配を下がる流体媒体の成分の熱力学的移動を指す。
「媒体の流れ」という語句は、拡散以外の任意のメカニズムに主に起因する流体媒体のバルク移動を意味する。例えば、媒体の流れは、ポイント間の圧力差に起因する流体媒体のあるポイントから別のポイントへの移動を含むことができる。そのようなフローは、液体の連続フロー、パルスフロー、周期的フロー、ランダムフロー、断続的フロー、又は往復フロー、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。ある流体媒体が別の流体媒体中に流れる場合、媒体の乱流及び混合が生じ得る。
「実質的に流れがない」という語句は、流体媒体内への又は流体媒体内の材料（例えば、対象となる検体）の成分の拡散率未満である、経時平均される流体媒体の流量を指す。そのような材料の成分の拡散率は、例えば、成分の温度、サイズ、及び成分と流体媒体との相互作用の強さに依存することができる。
マイクロ流体デバイス内の異なる領域を参照して本明細書で使用される場合、「流体的に接続される」という語句は、異なる領域が流体媒体等の流体で実質的に充填されているとき、各領域内の流体が接続されて、単一の流体を形成することを意味する。これは、異なる領域内の流体（又は流体媒体）の組成が必ずしも同一であることを意味しない。正確に言えば、マイクロ流体デバイスの流体的に接続される異なる領域内の流体は、溶質が各濃度勾配を下に移動し、及び／又は流体がマイクロ流体デバイスを通って流れるとき、流動的である異なる組成（例えば、タンパク質、炭水化物、イオン、又は他の分子等の異なる濃度の溶質）を有することができる。
本明細書で使用される場合、「流路」とは、媒体の流れの軌道を画定し、媒体の流れの軌道を受ける１つ又は複数の流体的に接続された回路要素（例えば、チャネル、領域、チャンバ等）を指す。したがって、流路は、マイクロ流体デバイスの掃引領域の例である。他の回路要素（例えば、非掃引領域）は、流路における媒体の流れを受けることなく、流路を含む回路要素と流体的に接続し得る。
本明細書で使用される場合、「微小物体の分離」は、マイクロ流体デバイス内の画定エリアに微小物体を閉じ込めることを意味する。微小物体はそれでもなお、ｉｎ ｓｉｔｕ生成捕捉構造内で動くことが可能であり得る。
マイクロ流体（又はナノ流体）デバイスは、「掃引」領域及び「非掃引」領域を含むことができる。本明細書で使用される場合、「掃引」領域は、流体がマイクロ流体回路を流れているとき、媒体の流れを受ける、マイクロ流体回路の１つ又は複数の流体的に相互接続された回路要素で構成される。掃引領域の回路要素は、例えば、領域、チャネル、及びチャンバの全て又は一部を含むことができる。本明細書で使用される場合、「非掃引」領域は、流体がマイクロ流体回路を流れているとき、流体流動を実質的に受けない、マイクロ流体回路の１つ又は複数の流体的に相互接続された回路要素で構成される。非掃引領域は、流体接続が、掃引領域と非掃引領域との間の拡散は可能であるが、実質的に媒体フローがないような構造を有する場合、掃引領域に流体的に接続することができる。したがって、マイクロ流体デバイスは、実質的に掃引領域と非掃引領域との間の拡散流通のみを可能にしながら、掃引領域内の媒体のフローから非掃引領域を実質的に分離するような構造を有することができる。例えば、マイクロ流体デバイスのフローチャネルは、掃引領域の例であり、一方、マイクロ流体デバイスの分離領域（以下に更に詳細に説明する）は、非掃引領域の例である。
本明細書で使用される場合、「犠牲特徴」とは、本開示のマイクロ流体デバイス及び方法において熱標的として使用し得、気泡、キャビテーション力、又は剪断流を本明細書に記載のように生成するのに十分に照明されると、少なくとも部分的に破壊されるマイクロ流体回路要素を指す。
そのようなマイクロ流体デバイスにおいて、特定の生物学的材料（例えば、抗体等のタンパク質）を生成する生物学的微小物体（例えば、生体細胞）の能力をアッセイすることができる。アッセイの特定の実施形態では、対象となる検体の生産についてアッセイする生物学的微小物体（例えば、細胞）を含む試料材料をマイクロ流体デバイスの掃引領域に装填することができる。生物学的微小物体（例えば、ヒト細胞等の哺乳類細胞）のそれぞれは、特定の特性に関して選択することができ、非掃引領域に配置することができる。次に、残りの試料材料を掃引領域から流出させ、アッセイ材料を掃引領域に流入させることができる。選択された生物学的微小物体は非掃引領域にあるため、選択された生物学的微小物体は、残りの試料材料の流出又はアッセイ材料の流入による影響を実質的に受けない。選択された生物学的微小物体は、対象となる検体を生成することが可能であることができ、検体は非掃引領域から掃引領域中に拡散することができ、掃引領域において、対象となる検体はアッセイ材料と反応して、それぞれを特定の非掃引領域に相関付けることができる、局所化された検出可能反応を生成することができる。検出された反応に関連する任意の非掃引領域を分析して、非掃引領域中の生物学的微小物体のうち、対象となる検体の十分な生産者物体がある場合、それがいずれかを特定することができる。
マイクロ流体デバイス及びそのようなデバイスを操作し観測するシステム
図１Ａは、卵子、及び／又は卵母細胞、及び／又は精子の選択及び評価を含め、インビトロでの胚の生成に使用することができるマイクロ流体デバイス１００及びシステム１５０の例を示す。カバー１１０を一部切り欠き、マイクロ流体デバイス１００内の部分図を提供するマイクロ流体デバイス１００の斜視図を示す。マイクロ流体デバイス１００は、一般に、流路１０６を含むマイクロ流体回路１２０を含み、流路１０６を通って流体培地１８０が流れることができ、任意選択的に１つ又は複数の微小物体（図示せず）をマイクロ流体回路１２０内及び／又はマイクロ流体回路１２０を通して搬送する。１つのマイクロ流体回路１２０が図１Ａに示されているが、適するマイクロ流体デバイスは、複数（例えば、２又は３個）のそのようなマイクロ流体回路を含むことができる。それに関係なく、マイクロ流体デバイス１００はナノ流体デバイスであるように構成され得る。図１Ａに示されるように、マイクロ流体回路１２０は、複数のマイクロ流体隔離囲い１２４、１２６、１２８、及び１３０を含み得、ここで、各隔離囲いは、流路１０６に流体接続する１つ又は複数の開口部を有し得る。図１Ａのデバイスの幾つかの実施形態では、隔離囲いは、流路１０６と流通する１つのみの開口部を有し得る。更に以下で考察するように、マイクロ流体隔離囲いは、培地１８０が流路１０６を通って流れているときであっても、マイクロ流体デバイス１００等のマイクロ流体デバイスに微小物体を保持するように最適化された様々な特徴及び構造を含む。しかし、上記を参照する前に、マイクロ流体デバイス１００及びシステム１５０の概説を提供する。
図１Ａに概して示されるように、マイクロ流体回路１２０はエンクロージャ１０２により画定される。エンクロージャ１０２は異なる構成で物理的に構造化することができるが、図１Ａに示される例では、エンクロージャ１０２は、支持構造体１０４（例えば、基部）、マイクロ流体回路構造１０８、及びカバー１１０を含むものとして示されている。支持構造体１０４、マイクロ流体回路構造１０８、及びカバー１１０は、互いに取り付けることができる。例えば、マイクロ流体回路構造１０８は、支持構造体１０４の内面１０９に配置することができ、カバー１１０は、マイクロ流体回路構造１０８を覆って配置することができる。支持構造体１０４及びカバー１１０と一緒に、マイクロ流体回路構造１０８は、マイクロ流体回路１２０の要素を画定することができる。
図１Ａに示されるように、支持構造体１０４は、マイクロ流体回路１２０の下部にあり得、カバー１１０はマイクロ流体回路１２０の上部にあり得る。代替的に、支持構造体１０４及びカバー１１０は、他の向きで構成され得る。例えば、支持構造体１０４は、マイクロ流体回路１２０の上部にあり得、カバー１１０はマイクロ流体回路１２０の下部にあり得る。それに関係なく、それぞれがエンクロージャ１０２内又は外への通路を含む１つ又は複数のポート１０７があり得る。通路の例としては、弁、ゲート、貫通孔等が挙げられる。示されるように、ポート１０７は、マイクロ流体回路構造１０８のギャップにより作られる貫通孔である。しかし、ポート１０７は、カバー１１０等のエンクロージャ１０２の他の構成要素に配置することができる。１つのみのポート１０７が図１Ａに示されているが、マイクロ流体回路１２０は２つ以上のポート１０７を有することができる。例えば、流体がマイクロ流体回路１２０に入るための流入口として機能する第１のポート１０７があり得、流体がマイクロ流体回路１２０を出るための流出口として機能する第２のポート１０７があり得る。ポート１０７が流入口として機能するか、それとも流出口として機能するかは、流体が流路１０６を通って流れる方向に依存し得る。
支持構造体１０４は、１つ又は複数の電極（図示せず）と、基板又は複数の相互接続された基板を含むことができる。例えば、支持構造体１０４は、１つ又は複数の半導体基板を含むことができ、各半導体基板は電極に電気的に接続される（例えば、半導体基板の全て又はサブセットは、１つの電極に電気的に接続することができる）。支持構造体１０４は、プリント回路基板組立体（「ＰＣＢＡ」）を更に含むことができる。例えば、半導体基板はＰＣＢＡ上に搭載することができる。
マイクロ流体回路構造１０８は、マイクロ流体回路１２０の回路要素を画定することができる。そのような回路要素は、マイクロ流体回路１２０に流体が充填される場合、流体的に相互接続することができる、フロー領域（１つ又は複数のフローチャネルを含み得る）、チャンバ、囲い、トラップ等の空間又は領域を含むことができる。図１Ａに示されるマイクロ流体回路１２０では、マイクロ流体回路１０８は、枠１１４及びマイクロ流体回路材料１１６を含む。枠１１４は、マイクロ流体回路材料１１６を部分的又は完全に囲むことができる。枠１１４は、例えば、マイクロ流体回路材料１１６を実質的に囲む比較的剛性の構造であり得る。例えば、枠１１４は金属材料を含むことができる。
マイクロ流体回路材料１１６には、キャビティ等をパターニングして、マイクロ流体回路１２０の回路要素及び相互接続を画定することができる。マイクロ流体回路材料１１６は、ガス透過可能であり得る可撓性ポリマー（例えば、ゴム、プラスチック、エラストマー、シリコーン、ポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）等）等の可撓性材料を含むことができる。マイクロ流体回路材料１１６を構成することができる材料の他の例としては、成形ガラス、シリコーン（フォトパターニング可能シリコーン又は「ＰＰＳ」）等のエッチング可能材料、フォトレジスト（例えば、ＳＵ８）等が挙げられる。幾つかの実施形態では、そのような材料 − したがって、マイクロ流体回路材料１１６ − は、剛性及び／又はガスを実質的に不透過であり得る。それに関係なく、マイクロ流体回路材料１１６は、支持構造体１０４上及び枠１１４内部に配置することができる。
カバー１１０は、枠１１４及び／又はマイクロ流体回路材料１１６の一体部分であり得る。代替的に、カバー１１０は、図１Ａに示されるように、構造的に別個の要素であり得る。カバー１１０は、枠１１４及び／又はマイクロ流体回路材料１１６と同じ又は異なる材料を含むことができる。同様に、支持構造体１０４は、示されるように枠１１４若しくはマイクロ流体回路材料１１６とは別個の構造であってもよく、又は枠１１４若しくはマイクロ流体回路材料１１６の一体部分であってもよい。同様に、枠１１４及びマイクロ流体回路材料１１６は、図１Ａに示されるように別個の構造であってもよく、又は同じ構造の一体部分であってもよい。
幾つかの実施形態では、カバー１１０は剛性材料を含むことができる。剛性材料は、ガラス又は同様との特性を有する材料であり得る。幾つかの実施形態では、カバー１１０は変形可能材料を含むことができる。変形可能材料は、ＰＤＭＳ等のポリマーであり得る。幾つかの実施形態では、カバー１１０は、剛性材料及び変形可能材料の両方を含むことができる。例えば、カバー１１０の１つ又は複数の部分（例えば、隔離囲い１２４、１２６、１２８、１３０上に位置する１つ又は複数の部分）は、カバー１１０の剛性材料と界面を接する変形可能材料を含むことができる。幾つかの実施形態では、カバー１１０は１つ又は複数の電極を更に含むことができる。１つ又は複数の電極は、ガラス又は同様の絶縁材料でコーティングし得る、インジウム−錫−酸化物（ＩＴＯ）等の導電性酸化物を含むことができる。代替的に、１つ又は複数の電極は、ポリマー（例えば、ＰＤＭＳ）等の変形可能ポリマーに埋め込まれた単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、ナノワイヤ、導電性ナノ粒子のクラスタ、又はそれらの組合せ等の可撓性電極であり得る。マイクロ流体デバイスで使用することができる可撓性電極は、例えば、米国特許出願公開第２０１２／０３２５６６５号（Chiouら）に記載されており、この内容は参照により本明細書に援用さ
れる。幾つかの実施形態では、カバー１１０は、細胞の接着、生存、及び／又は成長を支持するように変更することができる（例えば、マイクロ流体回路１２０に向かって内側に面する表面の全て又は部分を調整することにより）。変更は、合成ポリマー又は天然ポリマーのコーティングを含み得る。幾つかの実施形態では、カバー１１０及び／又は支持構造体１０４は、光を透過することができる。カバー１１０は、ガス透過可能な少なくとも１つの材料（例えば、ＰＤＭＳ又はＰＰＳ）を含むこともできる。
図１Ａは、マイクロ流体デバイス１００等のマイクロ流体デバイスを動作させ制御するシステム１５０も示す。システム１５０は、電源１９２、撮像デバイス１９４（撮像モジュール１６４内に組み込まれ、デバイス１９４自体は図１Ａに示されていない）、及び傾斜デバイス１９０（傾斜モジュール１６６の部分であり、デバイス１９０は図１Ａに示されていない）を含む。
電源１９２は、電力をマイクロ流体デバイス１００及び／又は傾斜デバイス１９０に提供し、バイアス電圧又は電流を必要に応じて提供することができる。電源１９２は、例えば、１つ又は複数の交流（ＡＣ）及び／又は直流（ＤＣ）電圧源又は電流源を含むことができる。撮像デバイス１９４（以下で述べられる撮像モジュール１６４の一部）は、マイクロ流体回路１２０内部の画像を捕捉する、デジタルカメラ等のデバイスを含むことができる。幾つかの場合、撮像デバイス１９４は、高速フレームレート及び／又は高感度（例えば、低光用途用）を有する検出器を更に含む。撮像デバイス１９４は、刺激放射線及び／又は光線をマイクロ流体回路１２０内に向け、マイクロ流体回路１２０（又はマイクロ流体回路１２０内に含まれる微小物体）から反射されるか、又は発せられる放射線及び／又は光線を収集する機構を含むこともできる。発せられる光線は可視スペクトル内であり得、例えば、蛍光放射を含み得る。反射光線は、ＬＥＤ又は水銀灯（例えば、高圧水銀灯）若しくはキセノンアーク灯等の広域スペクトル灯から発せられた反射放射を含み得る。図３Ｂに関して考察するように、撮像デバイス１９４は顕微鏡（又は光学縦列）を更に含み得、これは接眼レンズを含んでもよく、又は含まなくてもよい。
システム１５０は、１つ又は複数の回転軸の周りでマイクロ流体デバイス１００を回転させるように構成される傾斜デバイス１９０（以下で述べられる傾斜モジュール１６６の一部）を更に含む。幾つかの実施形態では、傾斜デバイス１９０は、マイクロ流体デバイス１００（したがって、マイクロ流体回路１２０）を水平向き（すなわち、ｘ軸及びｙ軸に相対して０°）、垂直向き（すなわち、ｘ軸及び／又はｙ軸に相対して９０°）、又はそれらの間の任意の向きで保持することができるように、少なくとも１つの軸の周りでマイクロ流体回路１２０を含むエンクロージャ１０２を支持及び／又は保持するように構成される。軸に相対するマイクロ流体デバイス１００（及びマイクロ流体回路１２０）の向きは、本明細書では、マイクロ流体デバイス１００（及びマイクロ流体回路１２０）の「傾斜」と呼ばれる。例えば、傾斜デバイス１９０は、ｘ軸に相対して０．１°、０．２°、０．３°、０．４°、０．５°、０．６°、０．７°、０．８°、０．９°、１°、２°、３°、４°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、９０°、又はそれらの間の任意の度数でマイクロ流体デバイス１００を傾斜させることができる。水平向き（したがって、ｘ軸及びｙ軸）は、重力により定義される垂直軸に垂直なものとして定義される。傾斜デバイスは、マイクロ流体デバイス１００（及びマイクロ流体回路１２０）をｘ軸及び／又はｙ軸に相対して９０°よりも大きい任意の角度に傾斜させるか、又はマイクロ流体デバイス１００（及びマイクロ流体回路１２０）をｘ軸若しくはｙ軸に相対して１８０°に傾斜させて、マイクロ流体デバイス１００（及びマイクロ流体回路１２０）を真逆にすることもできる。同様に、幾つかの実施形態では、傾斜デバイス１９０は、流路１０６又はマイクロ流体回路１２０の何らかの他の部分により定義される回転軸の周りでマイクロ流体デバイス１００（及びマイクロ流体回路１２０）を傾斜させる。
幾つかの場合、マイクロ流体デバイス１００は、流路１０６が１つ又は複数の隔離囲いの上方又は下方に位置するように、垂直向きに傾斜する。「上方」という用語は、本明細書で使用される場合、流路１０６が、重力により定義される垂直軸上で１つ又は複数の隔離囲いよりも高く位置する（すなわち、流路１０６の上方の隔離囲い内の物体が流路内の物体よりも高い重力位置エネルギーを有する）ことを示す。「下方」という用語は、本明細書で使用される場合、流路１０６が、重力により定義される垂直軸上で１つ又は複数の隔離囲いよりも下に位置する（すなわち、流路１０６の下方の隔離囲い内の物体が流路内の物体よりも低い重力位置エネルギーを有する）ことを示す。
幾つかの場合、傾斜デバイス１９０は、流路１０６と平行な軸の周りでマイクロ流体デバイス１００を傾斜させる。更に、マイクロ流体デバイス１００は、流路１０６が、隔離囲いの真上又は真下に配置されずに、１つ又は複数の隔離囲いの上方又は下方に配置されるように、９０°未満の角度に傾斜することができる。他の場合、傾斜デバイス１９０は、流路１０６に直交する軸の周りでマイクロ流体デバイス１００を傾斜させる。更に他の場合、傾斜デバイス１９０は、流路１０６に平行でもなく直交もしない軸の周りでマイクロ流体デバイス１００を傾斜させる。
システム１５０は培地源１７８を更に含むことができる。培地源１７８（例えば、容器、リザーバ等）は、それぞれが異なる流体培地１８０を保持する複数のセクション又は容器を含むことができる。したがって、培地源１７８は、図１Ａに示されるように、マイクロ流体デバイス１００の外部にある、マイクロ流体デバイス１００とは別個のデバイスであり得る。代替的に、培地源１７８は、全体的又は部分的に、マイクロ流体デバイス１００のエンクロージャ１０２内部に配置することができる。例えば、培地源１７８は、マイクロ流体デバイス１００の部分であるリザーバを含むことができる。
図１Ａは、システム１５０の一部を構成し、マイクロ流体デバイス１００と併せて利用することができる制御及び監視機器１５２の例の簡易ブロック図表現も示す。示されるように、そのような制御及び監視機器１５２の例は、培地源１７８を制御する培地モジュール１６０と、マイクロ流体回路１２０での微小物体（図示せず）及び／又は培地（例えば、培地の液滴）の移動及び／又は選択を制御する原動モジュール１６２と、画像（例えば、デジタル画像）を捕捉する撮像デバイス１９４（例えば、カメラ、顕微鏡、光源、又はそれらの任意の組合せ）を制御する撮像モジュール１６４と、傾斜デバイス１９０を制御する傾斜モジュール１６６とを含むマスタコントローラ１５４を含む。制御機器１５２は、マイクロ流体デバイス１００に関する他の機能を制御、監視、又は実行する他のモジュール１６８を含むこともできる。示されるように、機器１５２は、表示デバイス１７０及び入／出力デバイス１７２を更に含むことができる。
マスタコントローラ１５４は、制御モジュール１５６及びデジタルメモリ１５８を含むことができる。制御モジュール１５６は、例えば、メモリ１５８内に非一時的データ又は信号として記憶される機械実行可能命令（例えば、ソフトウェア、ファームウェア、ソースコード等）に従って動作するように構成されるデジタルプロセッサを含むことができる。代替的に又は追加として、制御モジュール１５６は、ハードワイヤードデジタル回路及び／又はアナログ回路を含むことができる。培地モジュール１６０、原動モジュール１６２、撮像モジュール１６４、傾斜モジュール１６６、及び／又は他のモジュール１６８は、同様に構成され得る。したがって、マイクロ流体デバイス１００又は任意の他のマイクロ流体装置に関して実行されるものとして本明細書で考察される機能、プロセス、行動、動作、又はプロセスのステップは、上述したように構成されるマスタコントローラ１５４、培地モジュール１６０、原動モジュール１６２、撮像モジュール１６４、傾斜モジュール１６６、及び／又は他のモジュール１６８の任意の１つ又は複数により実行され得る。同様に、マスタコントローラ１５４、培地モジュール１６０、原動モジュール１６２、撮像モジュール１６４、傾斜モジュール１６６、及び／又は他のモジュール１６８は、通信可能に結合されて、本明細書において考察される任意の機能、プロセス、行動、動作、又はステップで使用されるデータを送受信し得る。
培地モジュール１６０は培地源１７８を制御する。例えば、培地モジュール１６０は、培地源１７８を制御して、選択された流体培地１８０をエンクロージャ１０２に入れる（例えば、流入口１０７を介して）ことができる。培地モジュール１６０は、エンクロージャ１０２からの培地の取り出し（例えば、流出口（図示せず）を通して）を制御することもできる。したがって、１つ又は複数の培地を選択的にマイクロ流体回路１２０に入れ、マイクロ流体回路１２０から搬出することができる。培地モジュール１６０は、マイクロ流体回路１２０内部の流路１０６での流体培地１８０のフローを制御することもできる。例えば、幾つかの実施形態では、培地モジュール１６０は、傾斜モジュール１６６が傾斜デバイス１９０に所望の傾斜角までマイクロ流体デバイス１００を傾斜させる前に、流路１０６内及びエンクロージャ１０２を通る培地１８０のフローを停止させる。
原動モジュール１６２は、マイクロ流体回路１２０での微小物体（図示せず）の選択、捕捉、及び移動を制御するように構成され得る。図１Ｂ及び図１Ｃに関して後述するように、エンクロージャ１０２は、誘電泳動（ＤＥＰ）構成、光電子ピンセット（ＯＥＴ）構成、及び／又は光電子ウェッティング（ＯＥＷ）構成（図１Ａに示されず）を含むことができ、原動モジュール１６２は、電極及び／又はトランジスタ（例えば、フォトトランジスタ）のアクティブ化を制御して、流路１０６及び／又は隔離囲い１２４、１２６、１２８、１３０で微小物体（図示せず）及び／又は培地の液滴（図示せず）を選択し移動させることができる。
撮像モジュール１６４は撮像デバイス１９４を制御することができる。例えば、撮像モジュール１６４は、撮像デバイス１９４から画像データを受信し、処理することができる。撮像デバイス１９４からの画像データは、撮像デバイス１９４により捕捉された任意のタイプの情報を含むことができる（例えば、微小物体、培地の液滴、蛍光標識等の標識の蓄積の有無等）。撮像デバイス１９４により捕捉された情報を使用して、撮像モジュール１６４は、物体（例えば、微小物体、培地の液滴）の位置及び／又はマイクロ流体デバイス１００内のそのような物体の移動速度を更に計算することができる。
傾斜モジュール１６６は、傾斜デバイス１９０の傾斜移動を制御することができる。代替的に又は追加として、傾斜モジュール１６６は、重力を介して１つ又は複数の隔離囲いへの微小物体の移送を最適化するように、傾斜率及びタイミングを制御することができる。傾斜モジュール１６６は、撮像モジュール１６４と通信可能に結合されて、マイクロ流体回路１２０での微小物体及び／又は培地の液滴の移動を記述するデータを受信する。このデータを使用して、傾斜モジュール１６６は、マイクロ流体回路１２０の傾斜を調整して、マイクロ流体回路１２０内で微小物体及び／又は培地の液滴が移動する率を調整し得る。傾斜モジュール１６６は、このデータを使用して、マイクロ流体回路１２０内での微小物体及び／又は培地の液滴の位置を繰り返し調整することもできる。
図１Ａに示される例では、マイクロ流体回路１２０は、マイクロ流体チャネル１２２及び隔離囲い１２４、１２６、１２８、１３０を含むものとして示されている。各囲いは、チャネル１２２への開口部を含むが、囲いが囲い内部の微小物体を流体培地１８０及び／又はチャネル１２２の流路１０６又は他の囲い内の微小物体から実質的に分離することができるように、その他では閉じられている。隔離囲いの壁は、ベースの内面１０９からカバー１１０の内面まで延び、エンクロージャを提供する。マイクロ流体チャネル１２２への囲いの開口部は、フロー１０６が囲い内に向けられないように、フロー１０６に対して傾斜して向けられる。フローは、囲いの開口部の平面に対して接線方向にあり得るか又は直交し得る。幾つかの場合、囲い１２４、１２６、１２８、１３０は、１つ又は複数の微小物体をマイクロ流体回路１２０内に物理的に囲い入れるように構成される。本開示による隔離囲いは、以下に詳細に考察し示すように、ＤＥＰ、ＯＥＴ、ＯＥＷ、流体フロー、及び／又は重力との併用に最適化された様々な形状、表面、及び特徴を含むことができる。
マイクロ流体回路１２０は、任意の数のマイクロ流体隔離囲いを含み得る。５つの隔離囲いが示されているが、マイクロ流体回路１２０は、より少数又はより多数の隔離囲いを有し得る。示されるように、マイクロ流体回路１２０のマイクロ流体隔離囲い１２４、１２６、１２８、及び１３０は、ある卵子の隣接卵子からの分離等の胚を生成するに当たり有用な１つ又は複数の利点を提供し得る異なる特徴及び形状をそれぞれ含む。テスト、シミュレーション、及び受精は、全て個々単位で実行し得、幾つかの実施形態では、個々のタイムスケールで実行し得る。幾つかの実施形態では、マイクロ流体回路１２０は、複数の同一のマイクロ流体隔離囲いを含む。
幾つかの実施形態では、マイクロ流体回路１２０は、複数のマイクロ流体隔離囲いを含み、その場合、隔離囲いの２つ以上は、胚の生成において異なる利点を提供する異なる構造及び／又は特徴を含む。非限定的な一例として、あるタイプの囲い内に卵子を維持しながら、異なるタイプの囲い内に精子を維持することを挙げることができる、別の実施形態では、隔離囲いの少なくとも１つは、卵子に電気活性化を提供するのに適した電気接点を有するように構成される。更に別の実施形態では、異なるタイプの細胞（例えば、子宮細胞、子宮内膜細胞、卵管（uterine tube）（例えば、卵管（oviduct）若しくはファロー
ピウス管）等）由来のＰＥＧ（介在）細胞、卵丘細胞、又はそれらの組合わせ）は、卵子を含む隔離囲いに隣接する隔離囲いに配置し得、それにより、周囲の隔離囲いからの分泌物は各囲いから出て、卵子を含む囲い中に拡散し得、これは、マクロスケールでのインビトロ培養及び受精では不可能である。胚の生成に有用なマイクロ流体デバイスは、隔離囲い１２４、１２６、１２８、及び１３０又はそれらの変形形態のいずれかを含み得、及び／又は後述するように、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅ、及び図２Ｆに示されるように構成される囲いを含み得る。
図１Ａに示される実施形態では、１つのチャネル１２２及び流路１０６が示される。しかし、他の実施形態は、それぞれが流路１０６を含むように構成される複数のチャネル１２２を含み得る。マイクロ流体回路１２０は、流路１０６及び流体培地１８０と流体連通する流入弁又はポート１０７を更に含み、それにより、流体培地１８０は、流入口１０７を介してチャネル１２２にアクセスすることができる。幾つかの場合、流路１０６は１つの経路を含む。幾つかの場合、１つの経路はジグザグパターンで配置され、それにより、流路１０６は、交互になった方向で２回以上にわたってマイクロ流体デバイス１００にわたり移動する。
幾つかの場合、マイクロ流体回路１２０は、複数の平行チャネル１２２及び流路１０６を含み、各流路１０６内の流体培地１８０は同じ方向に流れる。幾つかの場合、各流路１０６内の流体培地は、順方向又は逆方向の少なくとも一方で流れる。幾つかの場合、複数の隔離囲いは、隔離囲いが標的微小物体と並列に配置されることができるように構成される（例えば、チャネル１２２に相対して）。
幾つかの実施形態では、マイクロ流体回路１２０は、１つ又は複数の微小物体トラップ１３２を更に含む。トラップ１３２は、一般に、チャネル１２２の境界を形成する壁に形成され、マイクロ流体隔離囲い１２４、１２６、１２８、１３０の１つ又は複数の開口部の逆に位置し得る。幾つかの実施形態では、トラップ１３２は、流路１０６から１つの微小物体を受け取り、又は捕捉するように構成される。幾つかの実施形態では、トラップ１３２は、流路１０６から複数の微小物体を受け取り、又は捕捉するように構成される。幾つかの場合、トラップ１３２は、１つの標的微小物体の容積に概ね等しい容積を含む。
トラップ１３２は、標的微小物体のトラップ１３２へのフローを支援するように構成される開口部を更に含み得る。幾つかの場合、トラップ１３２は、１つの標的微小物体の寸法に概ね等しい高さ及び幅を有する開口部を含み、それにより、より大きい微小物体が微小物体トラップに入らないようにされる。トラップ１３２は、トラップ１３２内への標的微小物体の保持を支援するように構成される他の特徴を更に含み得る。幾つかの場合、トラップ１３２は、微小流体隔離囲いの開口部と位置合わせされ、微小流体隔離囲いの開口部に関してチャネル１２２の逆側に配置され、それにより、マイクロ流体チャネル１２２に平行な軸の周りでマイクロ流体デバイス１００を傾斜されると、捕捉された微小物体は、微小物体を隔離囲いの開口部に落とす軌道でトラップ１３２を出る。幾つかの場合、トラップ１３２は、標的微小物体よりも小さく、トラップ１３２を通るフローを促進し、それによりトラップ１３２内への微小物体の捕捉確率を増大させるサイド通路１３４を含む。
幾つかの実施形態では、誘電泳動（ＤＥＰ）力は、１つ又は複数の電極（図示せず）を介して流体培地１８０にわたり適用されて（例えば、流路及び／又は隔離囲いにおいて）、内部に配置された微小物体の操作、輸送、分離、及びソートを行う。例えば、幾つかの実施形態では、ＤＥＰ力は、マイクロ流体回路１２０の１つ又は複数の部分に適用されて、１つの微小物体を流路１０６から所望のマイクロ流体隔離囲いに輸送する。幾つかの実施形態では、ＤＥＰ力を使用して、隔離囲い（例えば、隔離囲い１２４、１２６、１２８、又は１３０）内の微小物体が隔離囲いから変位しないようにする。更に、幾つかの実施形態では、ＤＥＰ力を使用して、本開示の形態により前に収集された微小物体を隔離囲いから選択的に取り出す。幾つかの実施形態では、ＤＥＰ力は、光電子ピンセット（ＯＥＴ）力を含む。
他の実施形態では、光電子ウェッティング（ＯＥＷ）力が、１つ又は複数の電極（図示せず）を介してマイクロ流体デバイス１００の支持構造体１０４（及び／又はカバー１１０）での１つ又は複数の位置（例えば、流路及び／又は隔離囲いの画定に役立つ位置）に適用されて、マイクロ流体回路１２０に配置された液滴の操作、輸送、分離、及びソートを行う。例えば、幾つかの実施形態では、ＯＥＷ力は支持構造体１０４（及び／又はカバー１１０）の１つ又は複数の位置に適用されて、１つの液滴を流路１０６から所望のマイクロ流体隔離囲いに輸送する。幾つかの実施形態では、ＯＥＷ力を使用して、隔離囲い（例えば、隔離囲い１２４、１２６、１２８、又は１３０）内の液滴が隔離囲いから変位しないようにする。更に、幾つかの実施形態では、ＯＥＷ力を使用して、本開示の形態により前に収集された液滴を隔離囲いから選択的に取り出す。
幾つかの実施形態では、ＤＥＰ力及び／又はＯＥＷ力は、フロー及び／又は重力等の他の力と組み合わせられて、マイクロ流体回路１２０内の微小物体及び／又は液滴の操作、輸送、分離、及びソートを行う。例えば、エンクロージャ１０２は傾斜して（例えば、傾斜デバイス１９０により）、流路１０６及び流路１０６内に配置された微小物体をマイクロ流体隔離囲いの上に位置決めすることができ、重力は、微小物体及び／又は液滴を囲い内に輸送することができる。幾つかの実施形態では、ＤＥＰ力及び／又はＯＥＷ力は、他の力の前に適用することができる。他の実施形態では、ＤＥＰ力及び／又はＯＥＷ力は、他の力の後に適用することができる。更に他の場合、ＤＥＰ力及び／又はＯＥＷ力は、他の力と同時に又は他の力と交互に適用することができる。
図１Ｂ、図１Ｃ及び図２Ａ〜図２Ｈは、本開示の形態に使用することができるマイクロ流体デバイスの様々な実施形態を示す。図１Ｂは、マイクロ流体デバイス２００が光学作動動電学的デバイスとして構成される実施形態を示す。光電子ピンセット（ＯＥＴ）構成を有するデバイス及び光電子ウェッティング（ＯＥＷ）構成を有するデバイスを含め、様々な光学作動動電学的デバイスが当技術分野で既知である。適するＯＥＴ構成の例は、以下の米国特許文献に示されており、各文献は全体的に参照により本明細書に援用される：米国特許第ＲＥ４４，７１１号（Wuら）（元々は米国特許第７，６１２，３５５号として発行された）；及び米国特許第７，９５６，３３９号（Ohtaら）。ＯＥＷ構成の例は、米国特許第６，９５８，１３２号（Chiouら）及び米国特許出願公開第２０１２／００２４
７０８号（Chiouら）に示されており、これらは両方とも全体的に参照により本明細書に援用される。光学作動動電的デバイスの更に別の例は、ＯＥＴ／ＯＥＷ結合構成を含み、その例は、米国特許出願公開第２０１５０３０６５９８号（Khandrosら）及び同第２０１５０３０６５９９号（Khandrosら）並びにそれらの対応するＰＣＴ公報である国際公開第２０１５／１６４８４６号及び国際公開第２０１５／１６４８４７号に示されており、これらは全て全体的に参照により本明細書に援用される。
卵母細胞、卵子、又は胚を配置し、培養し、及び／又は監視することができる隔離囲いを有するマイクロ流体デバイスの例は、例えば、米国特許出願公開第２０１４／０１１６８８１号（出願番号１４／０６０，１１７、２０１３年１０月２２日出願）、米国特許出願公開第２０１５／０１５１２９８号（出願番号１４／５２０，５６８、２０１４年１０月２２日出願）、及び米国特許出願公開第２０１５／０１６５４３６号（出願番号１４／５２１，４４７、２０１４年１０月２２日出願）に記載されており、これらはそれぞれ全体的に参照により援用される。米国特許出願公開第１４／５２０，５６８号及び同第１４／５２１，４４７号は、マイクロ流体デバイスで培養された細胞の分泌物を分析する例示的な方法についても記載している。上記の各出願は、光電子ツイーザ（ＯＥＴ）等の誘電泳動（ＤＥＰ）力を生成するように構成されるか、又は光電子ウェッティング（ＯＥＷ）を提供するように構成されるマイクロ流体デバイスを更に記載している。例えば、米国特許出願公開第２０１４／０１１６８８１号の図２に示される光電子ツイーザデバイスは、本開示の実施形態で利用して、個々の生物学的微小物体又は生物学的微小物体のグループを選択し移動させることができるデバイスの例である。
原動マイクロ流体デバイス構成
上述したように、システムの制御及び監視機器は、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体回路において微小物体又は液滴等の物体を選択し移動させる原動モジュールを含むことができる。マイクロ流体デバイスは、移動される物体のタイプ及び他の考慮事項に応じて様々な原動構成を有することができる。例えば、誘電泳動（ＤＥＰ）構成を利用して、マイクロ流体回路において微小物体を選択し移動させることができる。したがって、マイクロ流体デバイス１００の支持構造体１０４及び／又はカバー１１０は、マイクロ流体回路１２０内の流体培地１８０内の微小物体に対してＤＥＰ力を選択的に誘導し、それにより個々の微小物体又は微小物体群の選択、捕捉、及び／又は移動を行うＤＥＰ構成を含むことができる。代替的に、マイクロ流体デバイス１００の支持構造体１０４及び／又はカバー１１０は、マイクロ流体回路１２０内の流体培地１８０内の液滴に対して電子ウェッティング（ＥＷ）力を選択的に誘導し、それにより個々の液滴又は液滴群の選択、捕捉、及び／又は移動を行う電子ウェッティング（ＥＷ）構成を含むことができる。
ＤＥＰ構成を含むマイクロ流体デバイス２００の一例を図２１Ｂ及び図１Ｃに示す。簡潔にするために、図１Ｂ及び図１Ｃは、開放領域／チャンバ２０２を有するマイクロ流体デバイス２００のエンクロージャ１０２の部分の側面断面図及び上面断面図をそれぞれ示すが、領域／チャンバ２０２が、成長チャンバ、隔離囲い、フロー領域、又はフローチャネル等のより詳細な構造を有する流体回路要素の部分であり得ることを理解されたい。更に、マイクロ流体デバイス２００は他の流体回路要素を含み得る。例えば、マイクロ流体デバイス２００は、マイクロ流体デバイス１００に関して本明細書に記載される等の複数の成長チャンバ、或いは隔離囲い及び／又は１つ若しくは複数のフロー領域又はフローチャネルを含むことができる。ＤＥＰ構成は、マイクロ流体デバイス２００の任意のそのような流体回路要素に組み込み得るか、又はその部分を選択し得る。上記又は下記の任意のマイクロ流体デバイス構成要素及びシステム構成要素がマイクロ流体デバイス２００内に組みこまれ得、及び／又はマイクロ流体デバイス２００と組み合わせて使用し得ることを更に理解されたい。例えば、培地モジュール１６０、原動モジュール１６２、撮像モジュール１６４、傾斜モジュール１６６、及び他のモジュール１６８の１つ又は複数を含む上述した制御及び監視機器１５２を含むシステム１５０は、マイクロ流体デバイス２００と併用し得る。
図１Ｂにおいて見られるように、マイクロ流体デバイス２００は、下部電極２０４及び下部電極２０４に重なる電極活性化基板２０６を有する支持構造体１０４と、上部電極２１０を有するカバー１１０とを含み、上部電極２１０は下部電極２０４から離間される。上部電極２１０及び電極活性化基板２０６は、領域／チャンバ２０２の両面を画定する。したがって、領域／チャンバ２０２に含まれる培地１８０は、上部電極２１０と電極活性化基板２０６との間に抵抗接続を提供する。下部電極２０４と上部電極２１０との間に接続され、領域／チャンバ２０２でのＤＥＰ力の生成のために必要に応じて電極間にバイアス電圧を生成するように構成される電源２１２も示されている。電源２１２は、例えば、交流（ＡＣ）電源であり得る。
特定の実施形態では、図１Ｂ及び図１Ｃに示されるマイクロ流体デバイス２００は、光学作動ＤＥＰ構成を有することができる。したがって、原動モジュール１６２により制御し得る光源２１６からの光２１８の変更パターンは、電極活性化基板２０６の内面２０８の領域２１４においてＤＥＰ電極の変更パターンを選択的に活性化又は非活性化することができる。（以下ではＤＥＰ構成を有するマイクロ流体デバイスの領域２１４を「ＤＥＰ電極領域」と呼ぶ）。図１Ｃに示されるように、電極活性化基板２０６の内面２０８に向けられる光パターン２１８は、正方形等のパターンで、選択されたＤＥＰ電極領域２１４ａ（白色で示される）を照明することができる。照明されないＤＥＰ電極領域２１４（斜線が付される）を以下では「暗」ＤＥＰ電極領域２１４と呼ぶ。ＤＥＰ電極活性化基板２０６を通る相対電気インピーダンス（すなわち、下部電極２０４から、フロー領域１０６において培地１８０と界面を接する電極活性化基板２０６の内面２０８まで）は、各暗ＤＥＰ電極領域２１４での領域／チャンバ２０２において培地１８０を通る（すなわち、電極活性化基板２０６の内面２０８からカバー１１０の上部電極２１０まで）相対電気インピーダンスよりも大きい。しかし、照明ＤＥＰ電極領域２１４ａは、各照明ＤＥＰ電極領域２１４ａでの領域／チャンバ２０２での培地１８０を通る相対インピーダンス未満である電極活性化基板２０６を通る相対インピーダンスの低減を示す。
電源２１２が活性化されている場合、上記のＤＥＰ構成は、照明ＤＥＰ電極領域２１４ａと隣接する暗ＤＥＰ電極領域２１４との間に流体培地１８０内で電場勾配を生じさせ、次に、電場勾配は、流体培地１８０内の付近の微小物体（図示せず）を引き寄せるか、又は排斥する局所ＤＥＰ力を生成する。したがって、流体培地１８０内の微小物体を引き寄せるか、又は排斥するＤＥＰ電極は、光源２１６からマイクロ流体デバイス２００に投射される光パターン２１８を変更することにより、領域／チャンバ２０２の内面２０８での多くの異なるそのようなＤＥＰ電極領域２１４において選択的に活性化及び非活性化することができる。ＤＥＰ力が付近の微小物体を引き寄せるか、それとも排斥するかは、電源２１２の周波数並びに培地１８０及び／又は微小物体（図示せず）の誘電特性等のパラメータに依存し得る。
図１Ｃに示される照明ＤＥＰ電極領域２１４ａの正方形パターン２２０は単なる例である。マイクロ流体デバイス２００に投射される光パターン２１８により、任意のパターンのＤＥＰ電極領域２１４を照明する（それにより活性化する）ことができ、照明／活性化されるＤＥＰ電極領域２１４のパターンは、光パターン２１８を変更又は移動させることにより繰り返し変更することができる。
幾つかの実施形態では、電極活性化基板２０６は、光伝導性材料を含むか、又は光導電性材料からなることができる。そのような実施形態では、電極活性化基板２０６の内面２０８は、特徴を有さないことができる。例えば、電極活性化基板２０６は、水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の層を含むか、又はａ−Ｓｉ：Ｈの層からなることができる。ａ−Ｓｉ：Ｈは、例えば、約８％〜４０％の水素を含むことができる（水素原子の数／水素及びケイ素原子の総数に１００を掛けたものとして計算）。ａ−Ｓｉ：Ｈの層は厚さ約５００ｎｍ〜約２．０μｍを有することができる。そのような実施形態では、ＤＥＰ電極領域２１４は、光パターン２１８により、電極活性化基板２０６の内面２０８上の任意の場所に任意のパターンで作成することができる。したがって、ＤＥＰ電極領域２１４の数及びパターンは、固定される必要がなく、光パターン２１８に対応することができる。上述したような光伝導層を含むＤＥＰ構成を有するマイクロ流体デバイスの例は、例えば、米国特許第ＲＥ４４，７１１号（Wuら）（元々は米国特許第７，６１２，３５５号として発行された）に記載されており、その内容全体は参照により本明細書に援用される。
他の実施形態では、電極活性化基板２０６は、半導体分野で既知等の半導体集積回路を形成する複数のドープ層、絶縁層（又は領域）、及び導電層を含む基板を含むことができる。例えば、電極活性化基板２０６は、例えば、横型バイポーラフォトトランジスタを含む複数のフォトトランジスタを含むことができ、各フォトトランジスタはＤＥＰ電極領域２１４に対応する。代替的に、電極活性化基板２０６は、フォトトランジスタスイッチにより制御される電極（例えば、導電性金属電極）を含むことができ、そのような各電極はＤＥＰ電極領域２１４に対応する。電極活性化基板２０６は、パターンになったそのようなフォトトランジスタ又はフォトトランジスタ制御される電極を含むことができる。パターンは、例えば、図２Ｂに示される等、行列に配置された実質的に正方形のフォトトランジスタ又はフォトトランジスタ制御される電極のアレイであり得る。代替的に、パターンは、六角形格子を形成する実質的に六角形のフォトトランジスタ又はフォトトランジスタ制御される電極のアレイであり得る。パターンに関係なく、電気回路素子は、電極活性化基板２０６の内面２０８におけるＤＥＰ電極領域２１４と下部電極２１０との間に電気接続を形成することができ、それらの電気接続（すなわち、フォトトランジスタ又は電極）は、光パターン２１８により選択的に活性化又は非活性化することができる。活性化されない場合、各電気接続は、電極活性化基板２０６を通る（すなわち、下部電極２０４から、領域／チャンバ２０２内の培地１８０と界面を接する電極活性化電極２０６の内面２０８まで）相対インピーダンスが、対応するＤＥＰ電極領域２１４における培地１８０を通る（すなわち、電極活性化基板２０６の内面２０８からカバー１１０の上部電極２１０まで）相対インピーダンスよりも大きいような高いインピーダンスを有することができる。しかし、光パターン２１８内の光により活性化される場合、電極活性化基板２０６を通る相対インピーダンスは、各照明ＤＥＰ電極領域２１４での培地１８０を通る相対インピーダンス未満であり、それにより、上述したように、対応するＤＥＰ電極領域２１４でのＤＥＰ電極を活性化する。したがって、培地１８０内の微小物体（図示せず）を引き寄せるか、又は排斥するＤＥＰ電極は、光パターン２１８により決まるように、領域／チャンバ２０２での電極活性化基板２０６の内面２０８での多くの異なるＤＥＰ電極領域２１４において選択的に活性化及び非活性化することができる。
フォトトランジスタを含む電極活性化基板を有するマイクロ流体デバイスの例は、例えば、米国特許第７，９５６，３３９号（Ohtaら）に記載されており（例えば、図２１及び図２２に示されるデバイス３００並びにその説明を参照されたい）、この内容全体は参照により本明細書に援用される。フォトトランジスタスイッチにより制御される電極を含む電極活性化基板を有するマイクロ流体デバイスの例は、例えば、米国特許出願公開第２０１４／０１２４３７０号（Shortら）に記載されており（例えば、図面全体を通して示さ
れるデバイス２００、４００、５００、６００、及び９００並びにその説明を参照されたい）、これらの内容全体は参照により本明細書に援用される。
ＤＥＰ構成のマイクロ流体デバイスの幾つかの実施形態では、上部電極２１０はエンクロージャ１０２の第１の壁（又はカバー１１０）の一部であり、電極活性化基板２０６及び下部電極２０４は、エンクロージャ１０２の第２の壁（又は支持構造体１０４）の一部である。領域／チャンバ２０２は、第１の壁と第２の壁との間にあり得る。他の実施形態では、電極２１０は第２の壁（又は支持構造体１０４）の一部であり、電極活性化基板２０６及び／又は電極２１０の一方又は両方は、第１の壁（又はカバー１１０）の一部である。更に、光源２１６は代替的に、下からエンクロージャ１０２を照明するのに使用することができる。
ＤＥＰ構成を有する図１Ｂ及び図１Ｃのマイクロ流体デバイス２００を用いて、原動モジュール１６２は、光パターン２１８をマイクロ流体デバイス２００に投射して、微小物体を囲み捕捉するパターン（例えば、正方形パターン２２０）で電極活性化基板２０６の内面２０８のＤＥＰ電極領域２１４ａでの第１の組の１つ又は複数のＤＥＰ電極を活性化することにより、領域／チャンバ２０２での培地１８０内の微小物体（図示せず）を選択することができる。次に、原動モジュール１６２は、光パターン２１８をマイクロ流体デバイス２００に相対して移動させて、ＤＥＰ電極領域２１４での第２の組の１つ又は複数のＤＥＰ電極を活性化することにより、インサイチューで生成され捕捉された微小物体を移動させることができる。代替的に、マイクロ流体デバイス２００を光パターン２１８に相対して移動させることができる。
他の実施形態では、マイクロ流体デバイス２００は、電極活性化基板２０６の内面２０８でのＤＥＰ電極の光活性化に依存しないＤＥＰ構成を有することができる。例えば、電極活性化基板２０６は、少なくとも１つの電極を含む表面（例えば、カバー１１０）とは逆に位置する、選択的にアドレス指定可能且つエネルギー付与可能な電極を含むことができる。スイッチ（例えば、半導体基板のトランジスタスイッチ）を選択的に開閉して、ＤＥＰ電極領域２１４でのＤＥＰ電極を活性化又は非活性化し得、それにより、活性化されたＤＥＰ電極の近傍での領域／チャンバ２０２内の微小物体（図示せず）に対する正味ＤＥＰ力を生成する。電源２１２の周波数及び培地（図示せず）及び／又は領域／チャンバ２０２内の微小物体の誘電特性等の特徴に応じて、ＤＥＰ力は、付近の微小物体を引き寄せるか、又は排斥することができる。ＤＥＰ電極の組（例えば、正方形パターン２２０を形成するＤＥＰ電極領域２１４の組における）を選択的に活性化又は非活性化することにより、領域／チャンバ２０２における１つ又は複数の微小物体を捕捉し、領域／チャンバ２０２内で移動させることができる。図１Ａの原動モジュール１６２は、そのようなスイッチを制御し、したがって、ＤＥＰ電極の個々の電極を活性化及び非活性化して、領域／チャンバ２０２の周囲の特定の微小物体（図示せず）を選択、捕捉、及び移動させることができる。選択的にアドレス指定可能且つエネルギー付与可能な電極を含むＤＥＰ構成を有するマイクロ流体デバイスは、当技術分野で既知であり、例えば、米国特許第６，２９４，０６３号（Beckerら）及び同第６，９４２，７７６号（Medoro）に記載されており、これらの内容全体は参照により本明細書に援用される。
更なる別例として、マイクロ流体デバイス２００は電子ウェッティング（ＥＷ）構成を有することができ、ＥＷ構成は、ＤＥＰ構成の代わりであってもよく、又はＤＥＰ構成を有する部分とは別個のマイクロ流体デバイス２００の部分に配置されてもよい。ＥＷ構成は、光電子ウェッティング構成又は誘電体上の電子ウェッティング（ＥＷＯＤ）構成であり得、これらは両方とも当技術分野で既知である。幾つかのＥＷ構成では、支持構造体１０４は、以下に記載するように、誘電層（図示せず）と下部電極２０４との間に挟まれた電極活性化基板２０６を有する。誘電層は、疎水性材料を含むことができ、及び／又は疎水性材料でコーティングすることができる。ＥＷ構成を有するマイクロ流体デバイス２００の場合、支持構造体１０４の内面２０８は、誘電層の内面又はその疎水性コーティングである。
誘電層（図示せず）は、１つ又は複数の酸化物層を含むことができ、厚さ約５０ｎｍ〜約２５０ｎｍ（例えば、約１２５ｎｍ〜約１７５ｎｍ）を有することができる。特定の実施形態では、誘電層は、金属酸化物（例えば、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム）等の酸化物の層を含むことができる。特定の実施形態では、誘電層は、酸化ケイ素又は窒化物等の金属酸化物以外の誘電材料を含むことができる。厳密な組成及び厚さに関係なく、誘電層は約１０ｋオーム〜約５０ｋオームのインピーダンスを有することができる。
幾つかの実施形態では、領域／チャンバ２０２に向かって内側に面した誘電層の表面は、疎水性材料でコーティングされる。疎水性材料は、例えば、フッ素化炭素分子を含むことができる。フッ素化炭素分子の例としては、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、TEFLON（登録商標）又はポリ（２，３−ジフルオロメチレニル−ペルフルオロテトラヒドロフラン）（例えば、CYTOP（商標））などのパーフルオロポリマーが挙げられる。疎水性
材料を構成する分子は、誘電層の表面に共有結合され得る。例えば、疎水性材料の分子は、シロキサン基、ホスホン酸基、又はチオール基等のリンカーにより、誘電層の表面に共有結合され得る。したがって、幾つかの実施形態では、疎水性材料は、アルキル末端シロキサン、アルキル末端ホスホン酸、又はアルキル末端チオールを含むことができる。アルキル基は長鎖炭化水素（例えば、少なくとも１０個の炭素又は少なくとも１６個、１８個、２０個、２２個、若しくはそれを超える個数の炭素の鎖を有する）であり得る。代替的に、フッ素化（又はパーフルオロ化）炭素鎖をアルキル基の代わりに使用することができる。したがって、例えば、疎水性材料は、フルオロアルキル末端シロキサン、フルオロアルキル末端ホスホン酸、又はフルオロアルキル末端チオールを含むことができる。幾つかの実施形態では、疎水性コーティングは約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの厚さを有する。他の実施形態では、疎水性コーティングは厚さ１０ｎｍ未満（例えば、５ｎｍ未満又は約１．５〜３．０ｎｍ）を有する。
幾つかの実施形態では、電子ウェッティング構成を有するマイクロ流体デバイス２００のカバー１１０も同様に疎水性材料（図示せず）でコーティングされる。疎水性材料は、支持構造体１０４の誘電層のコーティングに使用されるものと同じ疎水性材料であり得、疎水性コーティングは、支持構造体１０４の誘電層の疎水性コーティングの厚さと略同じである厚さを有することができる。更に、カバー１１０は、支持構造体１０４の様式で、誘電層と上部電極２１０との間に挟まれた電極活性化基板２０６を含むことができる。電極活性化基板２０６及びカバー１１０の誘電層は、電極活性化基板２０６及び支持構造体１０４の誘電層と同じ組成及び／又は寸法を有することができる。したがって、マイクロ流体デバイス２００は２つの電子ウェッティング表面を有することができる。
幾つかの実施形態では、電子活性化基板２０６は、上述した光伝導性材料等の光伝導性材料を含むことができる。したがって、特定の実施形態では、電極活性化基板２０６は、水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の層を含むか、又はａ−Ｓｉ：Ｈの層からなることができる。ａ−Ｓｉ：Ｈは、例えば、約８％〜４０％の水素を含むことができる（水素原子の総数及びケイ素原子の総数／水素原子の総数に１００を掛けたものとして計算）。ａ−Ｓｉ：Ｈの層は厚さ約５００ｎｍ〜約２．０μｍを有することができる。代替的に、電子活性化基板２０６は、上述したように、フォトトランジスタスイッチにより制御される電極（例えば、導電性金属電極）を含むことができる。光電子ウェッティング構成を有するマイクロ流体デバイスは当技術分野で既知であり、及び／又は当技術分野で既知の電極活性化基板を用いて構築することができる。例えば、内容全体が参照により本明細書に援用される米国特許第６，９５８，１３２号（Chiouら）には、ａ−Ｓｉ：Ｈ等の光伝導
性材料を有する光電子ウェッティング構成が開示されており、一方、上記で引用した米国特許出願公開第２０１４／０１２４３７０号（Shortら）には、フォトトランジスタスイ
ッチにより制御される電極を有する電極活性化基板が開示されている。
したがって、マイクロ流体デバイス２００は光電子ウェッティング構成を有することができ、光パターン２１８を使用して、電極活性化基板２０６での光応答性ＥＷ領域又は光応答性ＥＷ電極を活性化することができる。電極活性化基板２０６のそのような活性化されたＥＷ領域又はＥＷ電極は、支持構造体１０４の内面２０８（すなわち、重なった誘電層の内面又はその疎水性コーティング）において電子ウェッティング力を生成することができる。電子活性化基板２０６に入射する光パターン２１８を変更する（又は光源２１６に相対してマイクロ流体デバイス２００を移動させる）ことにより、支持構造体１０４の内面２０８に接触する液滴（例えば、水性培地、水溶液又は水性溶媒を含む）は、領域／チャンバ２０２内に存在する不混和流体（例えば、油媒体）を通って移動することができる。
他の実施形態では、マイクロ流体デバイス２００は、ＥＷＯＤ構成を有することができ、電極活性化基板２０６は、活性化のために光に依存しない、選択的にアドレス指定可能且つエネルギー付与可能な電極を含むことができる。したがって、電極活性化基板２０６は、パターンになったそのような電子ウェッティング（ＥＷ）電極を含むことができる。パターンは、例えば、図２Ｂに示される等の行列に配置された略正方形のＥＷ電極のアレイであり得る。代替的に、パターンは、六角形格子を形成する略六角形のＥＷ電極のアレイであり得る。パターンに関係なく、ＥＷ電極は、電気スイッチ（例えば、半導体基板のトランジスタスイッチ）により選択的に活性化（又は非活性化）することができる。電極活性化基板２０６でのＥＷ電極を選択的に活性化及び非活性化することにより、重なった誘電層の内面２０８又はその疎水性コーティングに接触する液滴（図示せず）は、領域／チャンバ２０２内で移動することができる。図１Ａの原動モジュール１６２は、そのようなスイッチを制御することができ、したがって、個々のＥＷ電極を活性化及び非活性化して、領域／チャンバ２０２の周囲で特定の液滴を選択し移動させることができる。選択的にアドレス指定可能且つエネルギー付与可能な電極を有するＥＷＯＤ構成を有するマイクロ流体デバイスは、当技術分野で既知であり、例えば、米国特許第８，６８５，３４４号（Sundarsanら）に記載されており、この内容全体は参照により本明細書に援用される。
マイクロ流体デバイス２００の構成に関係なく、電源２１２を使用して、マイクロ流体デバイス２００の電気回路に給電する電位（例えば、ＡＣ電源電位）を提供することができる。電源２１２は、図１で参照される電源１９２と同じ又は電源１９２の構成要素であり得る。電源２１２は、上部電極２１０及び下部電極２０４にＡＣ電圧及び／又は電流を提供するように構成され得る。ＡＣ電圧の場合、電源２１２は、上述したように、領域／チャンバ２０２内の個々の微小物体（図示せず）を捕捉して移動させ、及び／又はこれらも上述したように、領域／チャンバ２０２内の支持構造体１０４の内面２０８（すなわち、誘電層及び／又は誘電層上の疎水性コーティング）のウェッティング特性を変更するのに十分に強い正味ＤＥＰ力（又は電子ウェッティング力）を生成するのに十分な周波数範囲及び平均又はピーク電力（例えば、電圧又は電流）を提供することができる。そのような周波数範囲及び平均又はピーク電力範囲は、当技術分野で既知である。例えば、米国特許第６，９５８，１３２号（Chiouら）、米国特許第ＲＥ４４，７１１号（Wuら）（元々
は米国特許第７，６１２，３５５号として発行された）、並びに米国特許出願公開第２０１４／０１２４３７０号（Shortら）、同第２０１５／０３０６５９８号（Khandrosら）
、及び同第２０１５／０３０６５９９号（Khandrosら）を参照されたい。
隔離囲い。一般的な隔離囲い２２４、２２６、及び２２８の非限定的な例は、図２Ａ〜図２Ｃに示されるマイクロ流体デバイス２３０内に示されている。各隔離囲い２２４、２２６、及び２２８は、分離領域２４０と、分離領域２４０をチャネル１２２に流体接続する接続領域２３６とを画定する分離構造体２３２を含むことができる。接続領域２３６は、マイクロ流体チャネル１２２への基端開口部２３４及び分離領域２４０への先端開口部２３８を含むことができる。接続領域２３６は、マイクロ流体チャネル１２２から隔離囲い２２４、２２６、２２８内に流れる流体培地（図示せず）のフローの最大侵入深さが分離領域２４０内に及ばないように構成され得る。したがって、接続領域２３６に起因して、隔離囲い２２４、２２６、２２８の分離領域２４０内に配置された微小物体（図示せず）又は他の材料（図示せず）は、チャネル１２２内の培地１８０のフローから分離され、マイクロ流体チャネル１２２内の培地１８０のフローにより実質的に影響されないことができる。
図２Ａ〜図２Ｃの隔離囲い２２４、２２６、及び２２８は、マイクロ流体チャネル１２２に対して直接開く単一の開口部をそれぞれ有する。隔離囲いの開口部は、マイクロ流体チャネル１２２から横に開く。電極活性化基板２０６がマイクロ流体チャネル１２２及び隔離囲い２２４、２２６、及び２２８の両方の下にある。隔離囲いのフロアを形成する、隔離囲いのエンクロージャ内の電極活性化基板２０６の上面は、マイクロ流体デバイスのフローチャネル（又はそれぞれフロー領域）のフロアを形成する、マイクロ流体チャネル１２２（又はチャネルが存在しない場合、フロー領域）内の電極活性化基板２０６の上面と同じ高さ又は略同じ高さに配置される。電極活性化基板２０６は、特徴を有さなくてもよく、又は約３μｍ未満、約２．５μｍ未満、約２μｍ未満、約１．５μｍ未満、約１μｍ未満、約０．９μｍ未満、約０．５μｍ未満、約０．４μｍ未満、約０．２μｍ未満、約０．１μｍ未満、又はそれを下回って最高隆起部から最低陥没部まで変化する不規則又はパターン化表面を有してもよい。マイクロ流体チャネル１２２（又はフロー領域）及び隔離囲いの両方にわたる基板の上面の隆起の変動は、隔離囲いの壁の高さ又はマイクロ流体デバイスの壁の高さの約３％未満、約２％未満、約１％未満、約０．９％未満、約０．８％未満、約０．５％未満、約０．３％未満、又は約０．１％未満であり得る。マイクロ流体デバイス２００について詳細に説明したが、これは、本明細書に記載される任意のマイクロ流体デバイス１００、２３０、２５０、２８０、２９０、３２０、４００、４５０、５００、７００にも当てはまる。
したがって、マイクロ流体チャネル１２２は掃引領域の例であり得、隔離囲い２２４、２２６、２２８の分離領域２４０は非掃引領域の例であり得る。述べたように、マイクロ流体チャネル１２２及び隔離囲い２２４、２２６、２２８は、１つ又は複数の流体培地１８０を含むように構成され得る。図２Ａ〜図２Ｂに示される例では、ポート２２２はマイクロ流体チャネル１２２に接続され、流体培地１８０がマイクロ流体デバイス２３０内に導入又は外に取り出せるようにすることができる。流体培地１８０を導入する前に、マイクロ流体デバイスは、二酸化炭素ガス等のガスでプライミングし得る。マイクロ流体デバイス２３０が流体培地１８０を含むと、マイクロ流体チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２は選択的に生成及び停止させることができる。例えば、示されるように、ポート２２２はマイクロ流体チャネル１２２の異なる位置（例えば、両端部）に配置することができ、流入口として機能するあるポート２２２から流出口として機能する別のポート２２２への培地のフロー２４２を生成することができる。
図２Ｃは、本開示による隔離囲い２２４の例の詳細図を示す。微小物体２４６の例も示されている。
既知のように、隔離囲い２２４の基端開口部２３４を越えたマイクロ流体チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２は、隔離囲い２２４内及び／又は外への培地１８０の２次フロー２４４を生じさせることができる。隔離囲い２２４の分離領域２４０内の微小物体２４６を２次フロー２４４から分離するために、隔離囲い２２４の接続領域２３６の長さＬｃｏｎ（すなわち、基端開口部２３４から先端開口部２３８まで）は、接続領域２３６への２次フロー２４４の侵入深さＤｐよりも大きい値であるはずである。２次フロー２４４の侵入深さＤｐは、マイクロ流体チャネル１２２内を流れる流体培地１８０の速度並びにマイクロ流体チャネル１２２及びマイクロ流体チャネル１２２への接続領域２３６の基端開口部２３４の構成に関連する様々なパラメータに依存する。所与のマイクロ流体デバイスでは、マイクロ流体チャネル１２２及び開口部２３４の構成は固定され、一方、マイクロ流体チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２の速度は可変である。したがって、隔離囲い２２４毎に、２次フロー２４４の侵入深さＤｐが接続領域２３６の長さＬｃｏｎを超えないことを保証するチャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２の最高速度Ｖｍａｘを識別することができる。マイクロ流体チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２の流量が最大速度Ｖｍａｘを超えない限り、結果として生成される、マイクロ流体チャネル１２２及び接続領域２３６への２次フロー２４４を制限することができ、分離領域２４０に入らないようにすることができる。したがって、マイクロ流体チャネル１２２内の培地１８０のフロー２４２は、微小物体２４６を分離領域２４０外に引き込まない。むしろ、分離領域２４０内に配置された微小物体２４６は、マイクロ流体チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２に関係なく、分離領域２４０内に留まる。
更に、マイクロ流体チャネル１２２内の培地１８０のフロー２４２の流量がＶｍａｘを超えない限り、マイクロ流体チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２は、様々な粒子（例えば、微粒子及び／又はナノ粒子）をマイクロ流体チャネル１２２から隔離囲い２２４の分離領域２４０内に移動させない。したがって、接続領域２３６の長さＬｃｏｎを２次フロー２４４の最大侵入深さＤｐよりも大きくすることで、ある隔離囲い２２４の、マイクロ流体チャネル１２２又は別の隔離囲い（例えば、図２Ｄの隔離囲い２２６、２２８）からの様々な粒子による汚染を回避することができる。
マイクロ流体チャネル１２２及び隔離囲い２２４、２２６、２２８の接続領域２３６は、マイクロ流体チャネル１２２内の培地１８０のフロー２４２により影響を及ぼすことができるため、マイクロ流体チャネル１２２及び接続領域２３６は、マイクロ流体デバイス２３０の掃引（又はフロー）領域と見なすことができる。他方、隔離囲い２２４、２２６、２２８の分離領域２４０は、非掃引（又は非フロー）領域と見なすことができる。例えば、マイクロ流体チャネル１２２内の第１の流体培地１８０中の成分（図示せず）は、実質的に、マイクロ流体チャネル１２２から接続領域２３６を通り分離領域２４０内の第２の流体培地２４８への第１の培地１８０の成分の拡散によってのみ、分離領域２４０内の第２の流体培地２４８と混合することができる。同様に、分離領域２４０内の第２の培地２４８の成分（図示せず）は、実質的に、分離領域２４０から接続領域２３６を通り、マイクロ流体チャネル１２２内の第１の培地１８０への第２の培地２４８の成分の拡散によってのみ、マイクロ流体チャネル１２２内の第１の培地１８０と混合することができる。幾つかの実施形態では、拡散による隔離囲いの分離領域とフロー領域との間での流体媒体交換の程度は、流体交換の約９０％、約９１％、約９２％、約９３％、約９４％、約９５％、約９６％、約９７％、約９８％、又は約９９％よりも高い割合である。第１の培地１８０は、第２の培地２４８と同じ培地であってもよく、又は異なる培地であってもよい。更に、第１の培地１８０及び第２の培地２４８は、同じ培地として開始され、異なるようになることができる（例えば、分離領域２４０内の１つ又は複数の細胞により又はマイクロ流体チャネル１２２を通って流れる培地１８０を変更することにより、第２の培地２４８を調整することを通して）。
マイクロ流体チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２により生じる２次フロー２４４の最大侵入深さＤｐは、上述したように、幾つかのパラメータに依存し得る。そのようなパラメータの例としては、マイクロ流体チャネル１２２の形状（例えば、チャネルは、培地を接続領域２３６に向けることができ、接続領域２３６から培地を逸らすことができ、又はマイクロ流体チャネル１２２への接続領域２３６の基端開口部２３４に実質的に直交する方向に培地を向けることができる）、基端開口部２３４でのマイクロ流体チャネル１２２の幅Ｗｃｈ（又は断面積）及び基端開口部２３４での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎ（又は断面積）、マイクロ流体チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２の速度Ｖ、第１の培地１８０及び／又は第２の培地２４８の粘度等が挙げられる。
幾つかの実施形態では、マイクロ流体チャネル１２２及び隔離囲い２２４、２２６、２２８の寸法は、マイクロ流体チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２のベクトルに対して以下のように向けることができる：マイクロ流体チャネル幅Ｗｃｈ（又はマイクロ流体チャネル１２２の断面積）は、培地１８０のフロー２４２に略直交することができ、開口部２３４での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎ（又は断面積）は、マイクロ流体チャネル１２２内の培地１８０のフロー２４２に略平行であり得、及び／又は接続領域の長さＬｃｏｎは、マイクロ流体チャネル１２２内の培地１８０のフロー２４２に略直交することができる。上記は単なる例であり、マイクロ流体チャネル１２２及び隔離囲い２２４、２２６、２２８の相対位置は、互いに対して他の向きであり得る。
図２Ｃに示されるように、接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎは、基端開口部２３４から先端開口部２３８まで均一であり得る。したがって、先端開口部２３８での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎは、基端開口部２３４での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎについて本明細書において識別された任意の範囲内にあり得る。代替的に、先端開口部２３８での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎは、基端開口部２３４での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎよりも大きい値であり得る。
図２Ｃに示されるように、先端開口部２３８での分離領域２４０の幅は、基端開口部２３４での基端領域２３６の幅Ｗｃｏｎと略同じであり得る。したがって、先端開口部２３８での分離領域２４０の幅は、基端開口部２３４での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎについて本明細書において識別された任意の範囲内であり得る。代替的に、先端開口部２３８での分離領域２４０の幅は、基端開口部２３４での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎよりも大きくてもよく、又は小さくてもよい。更に、先端開口部２３８は基端開口部２３４よりも小さくてよく、接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎは、基端開口部２３４と先端開口部２３８との間で狭め得る。例えば、接続領域２３６は、様々な異なるジオメトリ（例えば、接続領域を面取りする、接続領域に勾配を付ける）を使用して基端開口部と先端開口部との間で狭め得る。更に、接続領域２３６の任意の部分又はサブ部分を狭め得る（例えば、基端開口部２３４に隣接する接続領域の部分）。
図２Ｄ〜図２Ｆは、図１Ａの各マイクロ流体デバイス１００、回路１３２、及びチャネル１３４の変形形態であるマイクロ流体回路２６２及びフローチャネル２６４を含むマイクロ流体デバイス２５０の別の例示的な実施形態を示す。マイクロ流体デバイス２５０は、上述した隔離囲い１２４、１２６、１２８、１３０、２２４、２２６、又は２２８の追加の変形形態である複数の隔離囲い２６６も有する。特に、図２Ｄ〜図２Ｆに示されるデバイス２５０の隔離囲い２６６をデバイス１００、２００、２３０、２５０、２８０、２９０、５００、５５０、５６０、６００、６２０、６４０、６７０、７００、７２０、７２０、７５０、７６０、７８０、８０８、８１０、８１２、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００での上述した隔離囲い１２４、１２６、１２８、１３０、２２４、２２６、又は２２８のいずれかで置換可能なことを理解されたい。同様に、マイクロ流体デバイス２５０は、マイクロ流体デバイス１００の別の変形形態であり、上述したマイクロ流体デバイス１００、２００、２３０、２５０、２８０、２９０、５００、５５０、５６０、６００、６２０、６４０、６７０、７００、７２０、７２０、７５０、７６０、７８０、８０８、８１０、８１２、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００と同じ又は異なるＤＥＰ構成及び本明細書に記載される任意の他のマイクロ流体システム構成要素を有することもできる。
図２Ｄ〜図２Ｆのマイクロ流体デバイス２５０は、支持構造体（図２Ｄ〜図２Ｆでは見えないが、図１Ａに示されるデバイス１００の支持構造体１０４と同じ又は概して同様であり得る）、マイクロ流体回路構造２５６、及びカバー（図２Ｆ〜図２Ｆでは見えないが、図１Ａに示されるデバイス１００のカバー１２２と同じ又は概して同様であり得る）を備える。マイクロ流体回路構造２５６は枠２５２及びマイクロ流体回路材料２６０を含み、これらは図１Ａに示されるデバイス１００の枠１１４及びマイクロ流体回路材料１１６と同じ又は概して同様であり得る。図２Ｄに示されるように、マイクロ流体回路材料２６０により画定されるマイクロ流体回路２６２は複数のチャネル２６４（２つが示されるが、より多くのチャネルがあり得る）を含むことができ、チャネル２６４に複数の隔離囲い２６６が流体接続される。
各隔離囲い２６６は、分離構造２７２、分離構造２７２内の分離領域２７０、及び接続領域２６８を含むことができる。マイクロ流体チャネル２６４の基端開口部２７４から分離構造２７２での先端開口部２７６まで、接続領域２６８はマイクロ流体チャネル２６４を分離領域２７０に流体接続する。一般に、図２Ｂ及び図２Ｃの上記考察によれば、チャネル２６４内の第１の流体培地２５４のフロー２７８は、マイクロ流体チャネル２６４から隔離囲い２６６の各接続領域２６８内及び／又は外への第１の培地２５４の２次フロー２８２をもたらすことができる。
図２Ｅに示されるように、各隔離囲い２６６の接続領域２６８は、一般に、チャネル２６４の基端開口部２７４と分離構造２７２の先端開口部２７６との間に延びるエリアを含む。接続領域２６８の長さＬｃｏｎは、２次フロー２８２の最大侵入深さＤｐよりも大きい値であり得、その場合、２次フロー２８２は、分離領域２７０に向かってリダイレクトされずに接続領域２６８内に延びる（図２Ｄに示されるように）。代替的に、図２Ｆに示されるように、接続領域２６８は、最大侵入深さＤｐよりも小さい長さＬｃｏｎを有することができ、その場合、２次フロー２８２は、接続領域２６８を通って延び、分離領域２７０に向かってリダイレクトされる。この後者の状況では、接続領域２６８の長さＬｃ１及びＬｃ２との和は最大侵入深さＤｐよりも大きく、したがって、２次フロー２８２は分離領域２７０内に延びない。接続領域２６８の長さＬｃｏｎが侵入深さＤｐよりも大きいか否か又は接続領域２６８の長さＬｃ１及びＬｃ２の和が侵入深さＤｐよりも大きいか否かに関係なく、最大速度Ｖｍａｘを超えないチャネル２６４内の第１の培地２５４のフロー２７８は、侵入深さＤｐを有する２次フローをもたらし、隔離囲い２６６の分離領域２７０内の微小物体（示されていないが、図２Ｃに示される微小物体２４６と同じ又は概して同様であり得る）は、チャネル２６４内の第１の培地２５４のフロー２７８により分離領域２７０外に引き出されない。チャネル２６４内のフロー２７８は、様々な材料（図示せず）もチャネル２６４から隔離囲い２６６の分離領域２７０内に引き込まない。したがって、マイクロ流体チャネル２６４内の第１の培地２５４内の成分をマイクロ流体チャネル２６４から隔離囲い２６６の分離領域２７０内の第２の培地２５８内に移動させることができる唯一の機構は、拡散である。同様に、隔離囲い２６６の分離領域２７０内の第２の培地２５８内の成分を分離領域２７０からマイクロ流体チャネル２６４内の第１の培地２５４内に移動させることができる唯一の機構も拡散である。第１の培地２５４は、第２の培地２５８と同じ培地であり得、又は第１の培地２５４は、第２の培地２５８と異なる培地であり得る。代替的に、第１の培地２５４及び第２の培地２５８は、同じ培地から始まり、例えば、分離領域２７０内の１つ又は複数の細胞により又はマイクロ流体チャネル２６４を通って流れる培地を変更することにより、第２の培地を調整することを通して異なるようになることができる。
図２Ｅに示されるように、マイクロ流体チャネル２６４内のマイクロ流体チャネル２６４の幅Ｗｃｈ（すなわち、図２Ｄにおいて矢印２７８で示されるマイクロ流体チャネルを通る流体培地フローの方向を横断してとられる）は、基端開口部２７４の幅Ｗｃｏｎ１に略直交することができ、したがって、先端開口部２７６の幅Ｗｃｏｎ２に略平行であり得る。しかし、基端開口部２７４の幅ｃｏｎ１及び先端開口部２７６の幅Ｗｃｏｎ２は、互いに略直交する必要はない。例えば、基端開口部２７４の幅Ｗｃｏｎ１が向けられる軸（図示せず）と、先端開口部２７６の幅Ｗｃｏｎ２が向けられる別の軸との間の角度は、直交以外であり得、したがって、９０°以外であり得る。代替的に向けられる角度の例としては、以下の任意の範囲内の角度を含む：約３０°〜約９０°、約４５°〜約９０°、約６０°〜約９０°等。
隔離囲いの様々な実施形態（例えば、１２４、１２６、１２８、１３０、２２４、２２６、２２８、又は２６６）では、分離領域（例えば、２４０又は２７０）は、複数の微小物体を含むように構成される。他の実施形態では、分離領域は、１つのみ、２つ、３つ、４つ、５つ、又は同様の相対的に少数の微小物体を含むように構成され得る。したがって、分離領域の容積は、例えば、少なくとも１×１０６立方μｍ、少なくとも２×１０６立方μｍ、少なくとも４×１０６立方μｍ、少なくとも６×１０６立方μｍ、又はこれを超える大きさであり得る。
隔離囲いの様々な実施形態では、基端開口部（例えば、２３４）でのマイクロ流体チャネル（例えば、１２２）の幅Ｗｃｈは、以下の任意の範囲内であり得る：約５０〜１０００μｍ、約５０〜５００μｍ、約５０〜４００μｍ、約５０〜３００μｍ、約５０〜２５０μｍ、約５０〜２００μｍ、約５０〜１５０μｍ、約５０〜１００μｍ、約７０〜５００μｍ、約７０〜４００μｍ、約７０〜３００μｍ、約７０〜２５０μｍ、約７０〜２００μｍ、約７０〜１５０μｍ、約９０〜４００μｍ、９０〜３００μｍ、約９０〜２５０μｍ、約９０〜２００μｍ、約９０〜１５０μｍ、約１００〜３００μｍ、約１００〜２５０μｍ、約１００〜２００μｍ、約１００〜１５０μｍ、及び約１００〜１２０μｍ。幾つかの他の実施形態では、基端開口部（例えば、２３４）におけるマイクロ流体チャネル（例えば、１２２）の幅Ｗｃｈは、約２００〜８００μｍ、約２００〜７００μｍ、又は約２００〜６００μｍの範囲であり得る。上記は単なる例であり、マイクロ流体チャネル１２２の幅Ｗｃｈは、他の範囲（例えば、上記列挙された任意の端点により定義される範囲）であってもよい。更に、マイクロ流体チャネル１２２の幅Ｗｃｈは、隔離囲いの基端開口部以外のマイクロ流体チャネルの領域において、これらの任意の範囲であるように選択することができる。
幾つかの実施形態では、隔離囲いは、約３０〜約２００μｍ又は約５０〜約１５０μｍの高さを有する。幾つかの実施形態では、隔離囲いは、約１×１０４〜約３×１０６平方μｍ、約２×１０４〜約２×１０６平方μｍ、約４×１０４〜約１×１０６平方μｍ、約２×１０４〜約５×１０５平方μｍ、約２×１０４〜約１×１０５平方μｍ、又は約２×１０５〜約２×１０６平方μｍの断面積を有する。
隔離囲いの様々な実施形態において、基端開口部（例えば、２３４）におけるマイクロ流体チャネル（例えば、１２２）の高さＨｃｈは、以下の任意の範囲内であり得る：２０〜１００μｍ、２０〜９０μｍ、２０〜８０μｍ、２０〜７０μｍ、２０〜６０μｍ、２０〜５０μｍ、３０〜１００μｍ、３０〜９０μｍ、３０〜８０μｍ、３０〜７０μｍ、３０〜６０μｍ、３０〜５０μｍ、４０〜１００μｍ、４０〜９０μｍ、４０〜８０μｍ、４０〜７０μｍ、４０〜６０μｍ、又は４０〜５０μｍ。上記は単なる例であり、マイクロ流体チャネル（例えば、１２２）の高さＨｃｈは、他の範囲（例えば、上記列挙された任意の端点により定義される範囲）であってもよい。マイクロ流体チャネル１２２の高さＨｃｈは、隔離囲いの基端開口部以外のマイクロ流体チャネルの領域において、これらの任意の範囲であるように選択することができる。
隔離囲いの様々な実施形態において、基端開口部（例えば、２３４）におけるマイクロ流体チャネル（例えば、１２２）の断面積は、以下の任意の範囲内であり得る：５００〜５０，０００平方μｍ、５００〜４０，０００平方μｍ、５００〜３０，０００平方μｍ、５００〜２５，０００平方μｍ、５００〜２０，０００平方μｍ、５００〜１５，０００平方μｍ、５００〜１０，０００平方μｍ、５００〜７，５００平方μｍ、５００〜５，０００平方μｍ、１，０００〜２５，０００平方μｍ、１，０００〜２０，０００平方μｍ、１，０００〜１５，０００平方μｍ、１，０００〜１０，０００平方μｍ、１，０００〜７，５００平方μｍ、１，０００〜５，０００平方μｍ、２，０００〜２０，０００平方μｍ、２，０００〜１５，０００平方μｍ、２，０００〜１０，０００平方μｍ、２，０００〜７，５００平方μｍ、２，０００〜６，０００平方μｍ、３，０００〜２０，０００平方μｍ、３，０００〜１５，０００平方μｍ、３，０００〜１０，０００平方μｍ、３，０００〜７，５００平方μｍ、又は３，０００〜６，０００平方μｍ。上記は単なる例であり、基端開口部（例えば、２３４）におけるマイクロ流体チャネル（例えば、１２２）の断面積は、他の範囲（例えば、上記列挙された任意の端点により定義される範囲）であってもよい。
隔離囲いの様々な実施形態では、接続領域（例えば、２３６）の長さＬｃｏｎは、以下の任意の範囲内であり得る：約１〜６００μｍ、５〜５５０μｍ、１０〜５００μｍ、１５〜４００μｍ、２０〜３００μｍ、２０〜５００μｍ、４０〜４００μｍ、６０〜３００μｍ、８０〜２００μｍ、又は約１００〜１５０μｍ。上記は単なる例であり、接続領域（例えば、２３６）の長さＬｃｏｎは、上記例と異なる範囲（例えば、上記列挙される任意の終点により定義される範囲）内であることもできる。
隔離囲いの様々な実施形態では、基端開口部（例えば、２３４）での接続領域（例えば、２３６）の幅Ｗｃｏｎは、以下の任意の範囲内であり得る：２０〜５００μｍ、２０〜４００μｍ、２０〜３００μｍ、２０〜２００μｍ、２０〜１５０μｍ、２０〜１００μｍ、２０〜８０μｍ、２０〜６０μｍ、３０〜４００μｍ、３０〜３００μｍ、３０〜２００μｍ、３０〜１５０μｍ、３０〜１００μｍ、３０〜８０μｍ、３０〜６０μｍ、４０〜３００μｍ、４０〜２００μｍ、４０〜１５０μｍ、４０〜１００μｍ、４０〜８０μｍ、４０〜６０μｍ、５０〜２５０μｍ、５０〜２００μｍ、５０〜１５０μｍ、５０〜１００μｍ、５０〜８０μｍ、６０〜２００μｍ、６０〜１５０μｍ、６０〜１００μｍ、６０〜８０μｍ、７０〜１５０μｍ、７０〜１００μｍ、及び８０〜１００μｍ。上記は単なる例であり、基端開口部（例えば、２３４）の接続領域（例えば、２３６）の幅Ｗｃｏｎは、上記例と異なることができる（例えば、上記列挙される任意の終点により定義される範囲）。
隔離囲いの様々な実施形態において、基端開口部（例えば、２３４）における接続領域（例えば、２３６）の幅Ｗｃｏｎは、隔離囲いが意図される微小物体（例えば、Ｔ細胞、Ｂ細胞、卵子、又は胚であり得る生体細胞）の最大寸法と少なくとも同じ大きさであり得る。例えば、卵母細胞、卵子、又は胚が配置される隔離囲いの基端開口部２３４における接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎは、以下の任意の範囲であり得る：約１００μｍ、約１１０μｍ、約１２０μｍ、約１３０μｍ、約１４０μｍ、約１５０μｍ、約１６０μｍ、約１７０μｍ、約１８０μｍ、約１９０μｍ、約２００μｍ、約２２５μｍ、約２５０μｍ、約３００μｍ、又は約１００〜４００μｍ、約１２０〜３５０μｍ、約１４０〜２００〜２００ ３００μｍ、又は約１４０〜２００μｍ。上記は単なる例であり、基端開口部（例えば、２３４）における接続領域（例えば、２３６）の幅Ｗｃｏｎは、上記例と異なってもよい（例えば、上記列挙される任意の端点により定義される範囲）。
隔離囲いの様々な実施形態において、接続領域の基端開口部の幅Ｗｐｒは、隔離囲いが意図される微小物体（例えば、細胞等の生物学的微小物体）の最大寸法と少なくとも同じ大きさであり得る。例えば、幅Ｗｐｒは、約５０μｍ、約６０μｍ、約１００μｍ、約２００μｍ、約３００μｍ、又は約５０〜３００μｍ、約５０〜２００μｍ、約５０〜１００μｍ、約７５〜１５０μｍ、約７５〜１００μｍ、又は約２００〜３００μｍの範囲であり得る。
隔離囲いの様々な実施形態において、接続領域（例えば、２３６）の長さＬｃｏｎと基端開口部２３４における接続領域（例えば、２３６）の幅Ｗｃｏｎとの比率は、以下の任意の比率以上であり得る：０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、６．０、７．０、８．０、９．０、１０．０、又はこれを超える比率。上記は単なる例であり、接続領域２３６の長さＬｃｏｎと基端開口部２３４における接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎとの比率は、上記例と異なってもよい。
マイクロ流体デバイスの様々な実施形態１００、２００、２３０、２５０、２８０、２９０、５００、５５０、５６０、６００、６２０、６４０、６７０、７００、７２０、７２０、７５０、７６０、７８０、８０８、８１０、８１２、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００において、Ｖｍａｘは、約０．２マイクロリッター／秒、約０．３マイクロリッター／秒、約０．４マイクロリッター／秒、約０．５マイクロリッター／秒、約０．６マイクロリッター／秒、約０．７マイクロリッター／秒、約０．８マイクロリッター／秒、約０．９マイクロリッター／秒、約１．０マイクロリッター／秒、約１．１マイクロリッター／秒、約１．２マイクロリッター／秒、約１．３マイクロリッター／秒、約１．４マイクロリッター／秒、又は約１．５マイクロリッター／秒に設定することができる。
隔離囲いを有するマイクロ流体デバイスの様々な実施形態において、隔離囲いの分離領域（例えば、２４０）の容積は、例えば、少なくとも５×１０５立方μｍ、少なくとも８×１０５立方μｍ、少なくとも１×１０６立方μｍ、少なくとも２×１０６立方μｍ、少なくとも４×１０６立方μｍ、少なくとも６×１０６立方μｍ、少なくとも８×１０６立方μｍ、少なくとも１×１０７立方μｍ、少なくとも５×１０７立方μｍ、少なくとも１×１０８立方μｍ、少なくとも５×１０８立方μｍ、少なくとも８×１０８立方μｍ、又はそれを超える容積であり得る。隔離囲いを有するマイクロ流体デバイスの様々な実施形態において、隔離囲いの容積は、約５×１０５立方μｍ、約６×１０５立方μｍ、約８×１０５立方μｍ、約１×１０６立方μｍ、約２×１０６立方μｍ、約４×１０６立方μｍ、約８×１０６立方μｍ、約１×１０７立方μｍ、約３×１０７立方μｍ、約５×１０７立方μｍ、又は約８×１０７立方μｍ、又はそれを超える容積であり得る。幾つかの他の実施形態では、隔離囲いの容積は、約１ナノリットル〜約５０ナノリットル、２ナノリットル〜約２５ナノリットル、２ナノリットル〜約２０ナノリットル、約２ナノリットル〜約１５ナノリットル、又は約２ナノリットル〜約１０ナノリットルであり得る。
様々な実施形態において、マイクロ流体デバイスは、本明細書に記載される任意の実施形態でのように構成された隔離囲いを有し、その場合、マイクロ流体デバイスは、約５〜約１０個の隔離囲い、約１０〜約５０個の隔離囲い、約１００〜約５００個の隔離囲い、約２００〜約１０００個の隔離囲い、約５００〜約１５００個の隔離囲い、約１０００〜約２０００個の隔離囲い、又は約１０００〜約３５００個の隔離囲いを有する。隔離囲いは、全て同じサイズである必要はなく、様々な構成（例えば、異なる幅、隔離囲い内の異なる特徴を含み得る。
図２Ｇは、一実施形態によるマイクロ流体デバイス２８０を示す。マイクロ流体デバイス２８０は図２Ｇに示され、マイクロ流体デバイス１００の定型化された図である。実際には、マイクロ流体デバイス２８０及びその構成回路要素（例えば、チャネル１２２及び隔離囲い１２８）は本明細書で考察された寸法を有する。図２Ｇに示されるマイクロ流体回路１２０は、２つのポート１０７、４つの別個のチャネル１２２、及び４つの別個の流路１０６を有する。マイクロ流体デバイス２８０は、各チャネル１２２に通じる複数の隔離囲いを更に含む。図２Ｇに示されるマイクロ流体デバイスでは、隔離囲いは、図２Ｃに示される囲いと同様のジオメトリを有し、したがって、接続領域及び分離領域の両方を有する。したがって、マイクロ流体回路１２０は、掃引領域（例えば、チャネル１２２及び２次フロー２４４の最大侵入深さＤｐ内の接続領域２３６の部分）及び非掃引領域（例えば、分離領域２４０及び２次フロー２４４の最大侵入深さＤｐ内にない接続領域２３６の部分）の両方を含む。
被覆溶液及び被覆剤
理論による限定を意図せずに、マイクロ流体デバイス（例えば、ＤＥＰ構成及び／又はＥＷ構成マイクロ流体デバイス）内での生物学的微小物体（例えば、生体細胞）の維持は、マイクロ流体デバイスの少なくとも１つ又は複数の内面が、マイクロ流体デバイスと内部に維持される生物学的微小物体との間の主な界面を提供する有機分子及び／又は親水性分子の層を提示するように調整又は被覆される場合に促進し得る（すなわち、生物学的微小物体は、マイクロ流体デバイス内で生存率の増大、より大きい増殖、及び／又はより大きい可搬性を示す）。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの内面の１つ又は複数（例えば、ＤＥＰ構成マイクロ流体デバイスの電極活性化基板の内面、マイクロ流体のカバー、及び／又は回路材料の表面）は、有機分子及び／又は親水性分子の所望の層を生成するように、被覆溶液及び／又は被覆剤により処理又は修飾し得る。
被覆は、生物学的微小物体を導入する前又は後に塗布してもよく、又は生物学的微小物体と同時に導入してもよい。幾つかの実施形態では、生物学的微小物体は、マイクロ流体デバイスの１つ又は複数の被覆剤を含む流体媒体中に搬入し得る。他の実施形態では、マイクロ流体デバイス（例えば、ＤＥＰ構成マイクロ流体デバイス）の内面は、生物学的微小物体をマイクロ流体デバイスに導入する前に、被覆剤を含む被覆溶液を用いて処理又は「プライミング」される。
幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの少なくとも１つの表面は、生物学的微小物体の維持及び／又は増殖に適した有機分子及び／又は親水性分子の層を提供する（例えば、後述するような調整面を提供する）被覆剤を含む。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの略全ての内面は被覆材料を含む。被覆された内面は、フロー領域（例えば、チャネル）の表面、チャンバの表面、隔離囲いの表面、又はそれらの組合わせを含み得る。幾つかの実施形態では、複数の隔離囲いのそれぞれは、被覆材料で被覆された少なくとも１つの内面を有する。他の実施形態では、複数のフロー領域又はチャネルのそれぞれは、被覆材料で被覆された少なくとも１つの内面を有する。幾つかの実施形態では、複数の隔離囲いのそれぞれ及び複数のチャネルのそれぞれの少なくとも１つの内面は、被覆材料で被覆される。
被覆剤／溶液
限定ではなく、血清又は血清因子、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）、ポリマー、洗剤、酵素、及びそれらの任意の組合わせを含む任意の従来の被覆剤／被覆溶液を使用することができる。
ポリマーベースの被覆材料
少なくとも１つの内面は、ポリマーを含む被覆材料を含み得る。ポリマーは、少なくとも１つの表面に共有結合又は非共有結合し得る（又は非特異的に付着し得る）。ポリマーは、ブロックポリマー（及びコポリマー）、星型ポリマー（星型コポリマー）、並びにグラフト又は櫛形ポリマー（グラフトコポリマー）に見られる等の多種多様な構造モチーフを有し得、これらは全て本明細書に開示される方法に適し得る。
ポリマーは、アルキレンエーテル部分を含むポリマーを含み得る。広範囲のアルキレンエーテル含有ポリマーが、本明細書に記載されるマイクロ流体デバイスでの使用に適し得る。アルキレンエーテル含有ポリマーの非限定的で例示的な一クラスは、ポリマー鎖内で異なる比率及び異なる場所にあるポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）サブユニット及びポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）サブユニットのブロックを含む両親媒性非イオンブロックコポリマーである。Pluronic（登録商標）ポリマー（ＢＡＳＦ）は、このタイプのブロックコポリマーであり、生細胞と接触する場合の使用に適することが当技術分野で既知である。ポリマーは、平均分子質量ＭＷで、約２０００Ｄａ〜約２０ＫＤａの範囲であり得る。幾つかの実施形態では、ＰＥＯ−ＰＰＯブロックコポリマーは、約１０よりも大きい（例えば、１２〜１８）の親水性親油性バランス（ＨＬＢ）を有することができる。被覆された表面をもたらすのに有用な特定のPluronic（登録商標）ポリマーは、Pluronic（登録商標）Ｌ４４、Ｌ６４、Ｐ８５、及びＦ１２７（Ｆ１２７ＮＦを含む）を含む。別のクラスのアルキレンエーテル含有ポリマーは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ ＭＷ＜１００，０００Ｄａ）又は代替的にポリエチレンオキシド（ＰＥＯ、ＭＷ＞１００，０００）である。幾つかの実施形態では、ＰＥＧは約１０００Ｄａ、５０００Ｄａ、１０，０００Ｄａ、又は２０，０００ＤａのＭＷを有し得る。
他の実施形態では、被覆材料は、カルボン酸部分を含むポリマーを含み得る。カルボン酸サブユニットは、アルキル、アルケニル、又は芳香族部分含有サブユニットであり得る。非限定的な一例はポリ乳酸（ＰＬＡ）である。他の実施形態では、被覆材料は、ポリマー骨格の末端又はポリマー骨格からのペンダントのいずれかにリン酸部分を含むポリマーを含み得る。更に他の実施形態では、被覆材料は、スルホン酸部分を含むポリマーを含み得る。スルホン酸サブユニットは、アルキル、アルケニル、又は芳香族部分含有サブユニットであり得る。非限定的な一例はポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳＡ）又はポリアネトールスルホン酸である。更なる実施形態では、被覆材料はアミン部分を含むポリマーを含み得る。ポリアミノポリマーは、天然ポリアミンポリマー又は合成ポリアミンポリマーを含み得る。天然ポリアミンの例としては、スペルミン、スペルミジン、及びプトレッシンが挙げられる。
他の実施形態では、被覆材料は、糖類部分を含むポリマーを含み得る。非限定的な例では、キサンタンガム又はデキストラン等のポリサッカリドが、マイクロ流体デバイスにおける細胞の突き刺しを低減又は阻止し得る材料を形成するのに適し得る。例えば、約３ｋＤａのサイズを有するデキストランポリマーを使用して、マイクロ流体デバイス内の表面に被覆材料を提供し得る。
他の実施形態では、被覆材料は、リボヌクレオチド部分又はデオキシリボヌクレオチド部分を有し、高分子電解質表面を提供し得る、ヌクレオチド部分、すなわち、核酸を含むポリマーを含み得る。核酸は、天然ヌクレオチド部分のみを含んでもよく、又は限定ではなく、７−デアザアデニン、ペントース、メチルホスホン酸、又はホスホロチオエート部分等の核酸塩基、リボース、リン酸塩部分類似物を含む非天然ヌクレオチド部分を含んでもよい。
更に他の実施形態では、被覆材料は、アミノ酸部分を含むポリマーを含み得る。アミノ酸部分を含むポリマーは、天然アミノ酸含有ポリマー又は非天然アミノ酸含有ポリマーを含み得、これらのいずれかはペプチド、ポリペプチド、又はタンパク質を含み得る。非限定的な一例では、被覆剤として、タンパク質は、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）並びに／或いはアルブミン及び／又は１つ又は複数の他の同様のタンパク質を含む血清（又は複数の異なる血清の組合わせ）であり得る。血清は、限定ではなく、ウシ胎仔血清、ヒツジ血清、ヤギ血清、ウマ血清等を含む任意の好都合のソースからのものであり得る。特定の実施形態では、被覆溶液中のＢＳＡは、５ｍｇ／ｍＬ、１０ｍｇ／ｍＬ、２０ｍｇ／ｍＬ、３０ｍｇ／ｍＬ、４０ｍｇ／ｍＬ、５０ｍｇ／ｍＬ、６０ｍｇ／ｍＬ、７０ｍｇ／ｍＬ、８０ｍｇ／ｍＬ、９０ｍｇ／ｍＬ、又はそれを超えるか、若しくはそれらの間の任意の値を含め、約１ｍｇ／ｍＬ〜約１００ｍｇ／ｍＬの範囲で存在する。特定の実施形態では、被覆溶液中の血清は、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、又はそれを超えるか、若しくはそれらの間の任意の値を含め、約２０％（ｖ／ｖ）〜約５０％ｖ／ｖの範囲で存在し得る。幾つかの実施形態では、ＢＳＡは、５ｍｇ／ｍＬで被覆溶液中に被覆剤として存在し得、一方、他の実施形態では、ＢＳＡは、７０ｍｇ／ｍＬで被覆溶液中に被覆剤として存在し得る。特定の実施形態では、血清は、３０％で被覆溶液中に被覆剤として存在する。幾つかの実施形態では、フォスター細胞成長への細胞の付着を最適化するために、細胞外基質（ＥＣＭ）タンパク質を被覆材料内に提供し得る。被覆材料に包含し得る細胞基質タンパク質としては、限定ではなく、コラーゲン、エラスチン、ＲＧＤ含有ペプチド（例えば、フィブロネクチン）、又はラミニンを挙げることができる。更に他の実施形態では、成長因子、サイトカイン、ホルモン、又は他の細胞シグナリング種をマイクロ流体デバイスの被覆材料内に提供し得る。
幾つかの実施形態では、被覆材料は、アルキレンオキシド部分、カルボン酸部分、スルホン酸部分、リン酸塩部分、サッカリド部分、ヌクレオチド部分、又はアミノ酸部分の２つ以上を含むポリマーを含み得る。他の実施形態では、ポリマーの調整された表面は、被覆材料に独立して又は同時に組み込み得る、アルキレンオキシド部分、カルボン酸部分、スルホン酸部分、リン酸塩部分、サッカリド部分、ヌクレオチド部分、及び／又はアミノ酸部分をそれぞれ有する２つ以上のポリマーの混合物を含み得る。
共有結合される被覆材料
幾つかの実施形態では、少なくとも１つの内面は、マイクロ流体デバイス内の生物学的微小物体の維持／増殖に適した有機分子及び／又は親水性分子の層を提供して、そのような細胞に調整面を提供する共有結合分子を含む。
共有結合分子は結合基を含み、結合基は、後述するように、マイクロ流体デバイスの１つ又は複数の表面に共有結合する。結合基は、生物学的微小物体の維持／増殖に適した有機分子及び／又は親水性分子の層を提供するように構成される部分にも共有結合する。
幾つかの実施形態では、生物学的微小物体の維持／増殖に適した有機分子及び／又は親水性分子の層を提供するように構成される共有結合部分は、アルキル又はフルオロアルキル（ペルフルオロアルキルを含む）部分；モノ又はポリサッカリド（デキストランを含み得るが、これに限定されない）；アルコール（プロパルギルアルコールを含むが、これに限定されない）；ポリビニルアルコールを含むが、これに限定されないポリアルコール；ポリエチレングリコールを含み得るが、これに限定されないアルキレンエーテル；高分子電解質（ポリアクリル酸又はポリビニルホスホン酸を含むが、これに限定されない）；アミノ基（アルキル化アミン、モルホルニル又はピペラジニル等であるが、これらに限定されない非芳香族化された窒素環原子を含むヒドロキシアルキル化されたアミノ基、グアニジニウム基、及びヘテロ環基等であるが、これらに限定されないその誘導体）；プロピオル酸（カルボン酸塩アニオン表面を提供し得る）を含むが、これに限定されないカルボン酸；エチニルホスホン酸（ホスホン酸塩アニオン表面を提供し得る）を含むが、これに限定されないホスホン酸；スルホン酸アニオン；カルボキシベタイン；スルホベタイン；スルファミン酸；又はアミノ酸を含み得る。
様々な実施形態では、マイクロ流体デバイスにおける生物学的微小物体の維持／増殖に適した有機分子及び／又は親水性分子の層を提供するように構成される共有結合部分は、アルキル部分、フルオロアルキル部分（ペルフルオロアルキル部分を含むが、これに限定されない）等の置換アルキル部分、アミノ酸部分、アルコール部分、アミノ部分、カルボン酸部分、ホスホン酸部分、スルホン酸部分、スルファミン酸部分、又はサッカリド部分等の非ポリマー部分を含み得る。代替的には、共有結合部分は、上述した任意の部分であり得るポリマー部分を含み得る。
幾つかの実施形態では、共有結合部分は、線状鎖（例えば、少なくとも１０個の炭素又は少なくとも１４、１６、１８、２０、２２、若しくはそれを超える個数の炭素の線状鎖）を形成する炭素原子を含むことができ、且つ直鎖アルキル部分であり得る。幾つかの実施形態では、アルキル基は置換アルキル基を含み得る（例えば、アルキル基の炭素の幾つかはフッ素化又はパーフルオロ化することができる）。幾つかの実施形態では、アルキル基は、非置換アルキル基を含み得る第２のセグメントに結合される、ペルフルオロアルキル基を含み得る第１のセグメントを含み得る。第１及び第２のセグメントは、直接又は間接的（例えば、エーテル結合により）に結合され得、ここで、アルキル基の第１のセグメントは、結合基の先端部に配置し得、アルキル基の第２のセグメントは、結合基の基端部に配置し得る。
他の実施形態では、共有結合部分は、２つ以上の種類のアミノ酸を含み得る少なくとも１つのアミノ酸を含み得る。したがって、共有結合部分は、ペプチド又はタンパク質を含み得る。幾つかの実施形態では、共有結合部分は、双性イオン性表面を提供して、細胞成長、生存、可搬性、又はそれらの任意の組合せを支持し得るアミノ酸を含み得る。
他の実施形態では、共有結合部分は、少なくとも１つのアルキレンオキシド部分を含み得、上述した任意のアルキレンオキシドポリマーを含み得る。アルキレンエーテル含有ポリマーの有用な１クラスは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ Ｍｗ＜１００，０００Ｄａ）又は代替的にはポリエチレンオキシド（ＰＥＯ、Ｍｗ＞１００，０００）である。幾つかの実施形態では、ＰＥＧは約１０００Ｄａ、約５０００Ｄａ、約１０，０００Ｄａ、又は約２０，０００ＤａのＭｗを有し得る。
共有結合部分は１つ又は複数のサッカリドを含み得る。共有結合サッカリドはモノ、ジ、又はポリサッカリドであり得る。共有結合サッカリドは、表面に付着するような結合又は加工を可能にする反応ペア部分を導入するように修飾し得る。例示的な反応ペア部分は、アルデヒド、アルキン、又はハロ部分を含み得る。ポリサッカリドは、ランダムに修飾し得、各サッカリドモノマーが修飾されてもよく、又はポリサッカリド内のサッカリドモノマーの一部のみが、表面に直接若しくは間接的に結合され得る反応ペア部分を提供するように修飾される。一例は、直鎖リンカーを介して表面に間接的に結合され得るデキストランポリサッカリドを含み得る。
共有結合部分は１つ又は複数のアミノ基を含み得る。アミノ基は、置換アミン部分、グアニジン部分、窒素含有ヘテロ環部分又はヘテロアリール部分であり得る。アミノ含有部分は、マイクロ流体デバイス内及び任意選択的に隔離囲い及び／又はフロー領域（例えば、チャネル）内の環境のｐＨ変更を可能にする構造を有し得る。
調整面を提供する被覆材料は、一種のみの共有結合部分を含んでもよく、又は２つ以上の異なる種類の共有結合部分を含んでもよい。例えば、フルオロアルキル調整面（ペルフルオロアルキルを含む）は、全て同じ、例えば、表面への同じ結合基及び共有結合、同じ全体長、及びフルオロアルキル部分を含む同数のフルオロメチレン単位を有する複数の共有結合部分を有し得る。代替的には、被覆材料は、表面に付着する２種類以上の共有結合部分を有し得る。例えば、被覆材料は、指定された数のメチレン又はフルオロメチレン単位を有する共有結合アルキル又はフルオロアルキル部分を有する分子を含み得、被覆面においてより嵩張った部分を提示する能力をお提供し得る、より多数のメチレン又はフルオロメチレン単位を有するアルキル又はフルオロアルキル鎖に共有結合した荷電部分を有する更なる組の分子を更に含み得る。この場合、異なる、立体的に要求が余り厳しくない末端及びより少数の骨格原子を有する第１の組の分子は、基板表面全体を官能化し、それにより基板自体を構成するケイ素／酸化ケイ素、酸化ハフニウム、又はアルミナへの望ましくない付着又は接触を回避するのに役立つことができる。別の例では、共有結合部分は、表面上でランダムに交流電荷を提示する両性イオン表面を提供し得る。
調整面特性
調整された表面の組成以外で、疎水性材料の物理的厚さ等の他の要因がＤＥＰ力に影響し得る。調整された表面が基板に形成される様式（例えば、蒸着、液相堆積、スピンコーティング、フラッディング、及び静電コーティング）等の様々な要因が調整された表面の物理的厚さを変更し得る。幾つかの実施形態では、調整面は、約１ｎｍ〜約１０ｎｍ、約１ｎｍ〜約７ｎｍ、約１ｎｍ〜約５ｎｍ、又はそれらの間の任意の個々の値の厚さを有する。他の実施形態では、共有結合部分により形成される調整面は、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの厚さを有し得る。様々な実施形態では、本明細書において記載されるように準備される調整面は、１０ｎｍ未満の厚さを有する。幾つかの実施形態では、調整面の共有結合部分は、マイクロ流体デバイスの表面（例えば、ＤＥＰ構成基板表面）に共有結合した場合、単層を形成し得、１０ｎｍ未満（例えば、５ｎｍ未満又は約１．５ｎｍ〜３．０ｎｍ）の厚さを有し得る。これらの値は、約３０ｎｍの範囲の厚さを有するＣＹＴＯＰ（登録商標）（Asahi Glass Co., Ltd.、日本）フルオロポリマースピンコーティングの厚さとは
対照的である。幾つかの実施形態では、調整面は、ＤＥＰ構成マイクロ流体デバイス内での動作に適宜機能的であるために、完全に形成された単層を必要としない。
様々な実施形態では、マイクロ流体デバイスの調整面を提供する被覆材料は、所望の電気特性を提供し得る。理論による限定を意図せずに、特定の被覆材料が被覆された表面の堅牢性に影響する一因子は、本質的に電荷捕獲である。異なる被覆材料は電子を捕獲し得、これは被覆材料の破壊に繋がる恐れがある。被覆材料の欠陥は、電荷捕獲を増大させ、被覆材料の更なる破壊に繋がる恐れがある。同様に、異なる被覆材料は異なる絶縁耐力（すなわち、絶縁破壊が生じる最小印加電場）を有し、これは電荷捕獲に影響を有し得る。特定の実施形態では、被覆材料は、その電荷捕獲量を低減又は制限する全体構造（例えば、高密度単層構造）を有することができる。
調整された表面は、その電気特性に加えて、生体分子との併用に有利な特性を有することもできる。例えば、フッ化（又はパーフルオロ化）炭素鎖を含む調整された表面は、表面ファウリング量を低減するに当たり、アルキル末端鎖と比較して利点を提供し得る。表面ファウリングは、本明細書で使用される場合、タンパク質及びその老廃物、核酸及び各老廃物等のバイオ材料の永久的又は半永久的な堆積を含み得る、マイクロ流体デバイスの表面への無差別材料堆積量を指す。
単一又は複数パートの調整面
共有結合被覆材料は、後述するように、マイクロ流体デバイスにおける生物学的微小物体の維持／増殖に適した有機分子及び／又は親水性分子の層を提供するように構成される部分を既に含む分子の反応により形成し得る。代替的には、共有結合被覆材料は、生物学的微小物体の維持／増殖に適した有機分子及び／又は親水性分子の層を提供するように構成される部分を、それ自体が表面に共有結合した表面修飾リガンドに結合することにより、２部シーケンスで形成し得る。
共有結合された被覆材料を準備する方法
幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの表面（例えば、隔離囲い及び／又はフロー領域の少なくとも１つの表面を含む）に共有結合した被覆材料は、式１又は式２の構造を有する。被覆材料は、表面に１ステップで導入される場合、式１の構造を有し、一方、被覆材料は、複数ステッププロセッサで導入される場合、式２の構造を有する。
Figure 0006964590
被覆材料は、ＤＥＰ構成又はＥＷ構成基板の表面の酸化物に供給結合し得る。ＤＥＰ又はＥＷ構成基板は、ケイ素、酸化ケイ素、アルミナ、又は酸化ハフニウムを含み得る。酸化物は、基板の元の化学構造の一部として存在してもよく、又は後述するように導入し得る。
被覆材料は、結合基（「ＬＧ」）を介して酸化物に結合し得、ＬＧは、シロキサン基又はホスホン酸基と酸化物との反応から形成されるシロキシ又はホスホネートエステル基であり得る。マイクロ流体デバイスにおける生物学的微小物体の維持／増殖に適した有機分子及び／又は親水性分子の層を提供するように構成される部分は、本明細書に記載される任意の部分であり得る。結合基ＬＧは、マイクロ流体デバイスにおける生物学的微小物体の維持／増殖に適した有機分子及び／又は親水性分子の層を提供するように構成される部分に直接又は間接的に接続し得る。結合基ＬＧがその部分に直接接続される場合、任意選択的なリンカーＬは存在せず、ｎは０である。結合基ＬＧが部分に間接的に接続される場合、リンカーＬが存在し、ｎは１である。リンカーＬは、線状部の骨格が、当技術分野で既知の化学結合制約を受けるケイ素原子、炭素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、及びリン原子の任意の組合せから選択される１〜２００個の非水素原子を含み得る線状部を有し得る。それは、エーテル基、アミノ基、カルボニル基、アミド基、又はリン酸基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、又はヘテロ環基からなる群から選択される１つ又は複数の部分の任意の組合せで中断され得る。幾つかの実施形態では、リンカーＬの骨格は１０〜２０個の炭素を含み得る。他の実施形態では、リンカーＬの骨格は約５原子〜約２００原子、約１０原子〜約８０原子、約１０原子〜約５０原子、又は約１０原子〜約４０原子を含み得る。幾つかの実施形態では、骨格原子は全て炭素原子である。
幾つかの実施形態では、生物学的微小物体の維持／増殖に適した有機分子及び／又は親水性分子の層を提供するように構成される部分は、複数ステッププロセスで基板の表面に追加し得、上で示された式２の構造を有する。この部分は、上述した任意の部分であり得る。
幾つかの実施形態では、結合基ＣＧは、反応部分Ｒｘとペアとなる反応部分Ｒｐｘ（すなわち、反応部分Ｒｘと反応するように構成される部分）との反応の結果生成される基を表す。例えば、典型的な１つの結合基ＣＧはカルボキサミジル（carboxamidyl）基を含み得、これは、アミノ基と、活性化エステル、酸クロリド等のカルボン酸の誘導体との反応の結果である。他のＣＧは、トリアゾリレン（triazolylene）基、カルボキサミジル（carboxamidyl）、チオアミジル、オキシム、メルカプチル（mercaptyl）、二硫化物、エー
テル、又はアルケニル基、又は反応部分とペアとなる各反応部分との反応時に形成し得る任意の他の適する基を含み得、結合基ＣＧは、リンカーＬの第２の端部（すなわち、マイクロ流体デバイスにおける生物学的微小物体の維持／増殖に適した有機分子及び／又は親水性分子の層を提供するように構成される部分に近い端部）に配置し得、これは上述した要素の任意の組合せを含み得る。幾つかの他の実施形態では、結合基ＣＧは、リンカーＬの骨格を中断し得る。結合基ＣＧは、トリアゾリレン（triazolylene）である場合、クリック結合反応からの結果である産物であり得、更に置換し得る（例えば、ジベンゾシクロオクチル溶融トリアゾリレン（triazolylene）基）。
幾つかの実施形態では、被覆材料（又は表面修飾リガンド）は、化学蒸着を使用してマイクロ流体デバイスの内面に堆積する。蒸着プロセスは任意選択的に、例えば、溶媒浴への露出、超音波処理、又はそれらの組合せにより、カバー１１０、マイクロ流体回路材料１１６、及び／又は基板（例えば、ＤＥＰ構成基板の電極活性化基板２０６の内面２０８又はＥＷ構成基板の支持構造体１０４の誘電層）を予めクリーニングすることにより改善することができる。代替又は追加として、そのような事前クリーニングは、カバー１１０、マイクロ流体回路材料１１６、及び／又は基板を酸素プラズマクリーナにおいて処理することを含むことができ、酸素プラズマクリーナは、様々な不純物を除去することができ、それと同時に酸化表面（例えば、表面における酸化物、本明細書に記載されるように共有結合的に修飾し得る）を導入することができる。代替的には、塩酸と過酸化水素との混合物又は硫酸と過酸化水素との混合物（例えば、硫酸と過酸化水素との比率が約３：１〜約７：１であり得るピラニア溶液）等の液相処理を酸素プラズマクリーナの代わりに使用することもできる。
幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイス２００が組み立てられて、マイクロ流体回路１２０を画定するエンクロージャ１０２を形成した後、蒸着を使用して、マイクロ流体デバイス２００の内面を被覆し得る。理論による限定を意図せずに、そのような被覆材料を完全に組み立てられたマイクロ流体回路１２０に堆積させることは、マイクロ流体回路材料１１６と電極活性化基板２０６の誘電層及び／又はカバー１１０との結合の弱化により生じる剥離を回避するに当たり有利であり得る。２ステッププロセスが利用される実施形態では、表面修飾リガンドは、上述したように蒸着を介して導入し得、続けて、生物学的微小物体の維持／増殖に適した有機分子及び／又は親水性分子の層を提供するように構成される部分が導入される。続く反応は、表面修飾マイクロ流体デバイスを溶液中の適する結合試薬に露出させることにより実行し得る。
図２Ｈは、調整面を提供する例示的な共有結合被覆材料を有するマイクロ流体デバイス２９０の断面図を示す。示されるように、被覆材料２９８（概略的に示される）は、ＤＥＰ基板であり得る基板２８６の内面２９４と、マイクロ流体デバイス２９０のカバー２８８の内面２９２と、の両方に共有結合した高密度分子の単層を含むことができる。被覆材料２９８は、幾つかの実施形態では、上述したように、マイクロ流体デバイス２９０内の回路要素及び／又は構造の画定に使用されるマイクロ流体回路材料（図示せず）の表面を含む、マイクロ流体デバイス２９０のエンクロージャ２８４に近くエンクロージャ２８４に向かって内側に面する略全ての内面２９４、２９２に配置することができる。代替の実施形態では、被覆材料２９８は、マイクロ流体デバイス２９０の内面の１つのみ又は幾つかに配置することができる。
図２Ｈに示される実施形態では、被覆材料２９８は、オルガノシロキサン分子の単層を含むことができ、各分子は、シロキシリンカー２９６を介してマイクロ流体デバイス２９０の内面２９２、２９４に共有結合する。上記の被覆材料２９８のいずれかを使用することができ（例えば、アルキル末端、フルオロアルキル末端部分、ＰＥＧ末端部分、デキストラン末端部分、又はオルガノシロキサン部分に正電荷又は負電荷を含む末端部分）、末端部分は、エンクロージャに面する末端に配置される（すなわち、内面２９２、２９４に結合されず、エンクロージャ２８４に近い被覆材料２９８の単層の部分）。
他の実施形態では、マイクロ流体デバイス２９０の内面２９２、２９４の被覆に使用される被覆材料２９８はアニオン部分、カチオン部分、両性イオン部分、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。理論による限定を意図せずに、カチオン部分、アニオン部分、及び／又は両性イオン部分をマイクロ流体回路１２０のエンクロージャ２８４の内面に提示することにより、被覆材料２９８は、その結果生成される水和の水が、生物学的微小物体を非生物学的分子（例えば、基板のケイ素及び／又は酸化ケイ素）との相互作用から分離する層（又は「シールド」）として機能するような、強力な水との水素結合を形成することができる。加えて、被覆材料２９８が被覆剤と併用される実施形態では、被覆材料２９８のアニオン、カチオン、又は両性イオンは、エンクロージャ２８４内の媒体１８０（例えば、被覆溶液）中に存在する非共有結合被覆剤（例えば、溶液中のタンパク質）の荷電部分とイオン結合を形成することができる。
更に他の実施形態では、被覆材料は、エンクロージャに面した末端において親水性被覆剤を含み得るか、又は提示するように化学的に修飾し得る。幾つかの実施形態では、被覆材料は、ＰＥＧ等のアルキレンエーテル含有ポリマーを含み得る。幾つかの実施形態では、被覆材料は、デキストラン等のポリサッカリドを含み得る。上述した荷電部分（例えば、アニオン部分、カチオン部分、及び両性イオン部分）のように、親水性被覆剤は、その結果生成される水和の水が、生物学的微小物体を非生物学的分子（例えば、基板のケイ素及び／又は酸化ケイ素）との相互作用から分離する層（又は「シールド」）として機能するような、強力な水との水素結合を形成することができる。適切な被覆処理及び修飾の更なる詳細については、２０１６年４月２２日に出願された米国特許出願公開第１５／１３５，７０７号において見出し得、この特許出願は全体的に参照により本明細書に援用される。
マイクロ流体デバイスの隔離囲い内の細胞の生存性を維持する追加のシステム構成要素
細胞集団の成長及び／又は増殖を促進するために、システムの追加の構成要素により、機能的な細胞の維持を促す環境状況を提供し得る。例えば、そのような追加の構成要素は、栄養素、細胞成長シグナリング種、ｐＨ調整、ガス交換、温度制御、及び細胞からの老廃物の除去を提供することができる。
システム動作及び光学制御
図３Ａ〜図３Ｂは、本開示によるマイクロ流体デバイス（例えば、１００、２００、２３０、２５０、２８０、２９０、５００、５５０、５６０、６００、６２０、６４０、６７０、７００、７２０、７２０、７５０、７６０、７８０、８０８、８１０、８１２、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００）を動作させるため及び観測のために使用することができるシステム１５０の様々な実施形態を示す。図３Ａに示されるように、システム１５０は、マイクロ流体デバイス１００（図示せず）又は本明細書に記載される任意の他のマイクロ流体デバイスを保持するように構成された構造体（「ネスト」）３００を含むことができる。ネスト３００は、マイクロ流体デバイス３２０（例えば、光学的に作動される動電学的デバイス１００）と界面を接することができ、電源１９２からマイクロ流体デバイス３２０への電気接続を提供することができるソケット３０２を含むことができる。ネスト３００は、一体型電気信号生成サブシステム３０４を更に含むことができる。電気信号生成サブシステム３０４は、マイクロ流体デバイス３２０がソケット３０２により保持されているとき、バイアス電圧がマイクロ流体デバイス３２０内の電極の対にわたり印加されるように、バイアス電圧をソケット３０２に供給するように構成され得る。したがって、電気信号生成サブシステム３０４は電源１９２の部分であり得る。バイアス電圧をマイクロ流体デバイス３２０に印加する能力は、マイクロ流体デバイス３２０がソケット３０２により保持されている場合には常にバイアス電圧が印加されることを意味しない。むしろ、大半の場合、バイアス電圧は、断続的に、例えば、マイクロ流体デバイス３２０内での電気泳動又は電子ウェッティング等の動電力の生成を促進するために必要な場合にのみ印加される。
図３Ａに示されるように、ネスト３００は、プリント回路基板組立体（ＰＣＢＡ）３２２を含むことができる。電気信号生成サブシステム３０４は、ＰＣＢＡ３２２に搭載され、ＰＣＢＡ３２２に電気的に集積することができる。例示的な支持体は、同様にＰＣＢＡ３２２に搭載されるソケット３０２も含む。
通常、電気信号生成サブシステム３０４は波形生成器（図示せず）を含む。電気信号生成サブシステム３０４は、波形生成器から受信される波形を増幅するように構成されたオシロスコープ（図示せず）及び／又は波形増幅回路（図示せず）を更に含むことができる。オシロスコープは、存在する場合、ソケット３０２により保持されるマイクロ流体デバイス３２０に供給される波形を測定するように構成され得る。特定の実施形態では、オシロスコープは、マイクロ流体デバイス３２０の基端位置（及び波形生成器の先端位置）において波形を測定し、それにより、デバイスに実際に印加されている波形を測定するに当たりより大きい精度を保証する。オシロスコープ測定から得られるデータは、例えば、フィードバックとして波形生成器に提供され得、波形生成器は、そのようなフィードバックに基づいて出力を調整するように構成され得る。適する結合された波形生成器及びオシロスコープの例は、Red Pitaya（商標）である。
特定の実施形態では、ネスト３００は、電気信号生成サブシステム３０４の検知及び／又は制御に使用される、マイクロプロセッサ等のコントローラ３０８を更に含む。適するマイクロプロセッサの例としては、Arduino Nano（商標）等のArduino（商標）マイクロ
プロセッサが挙げられる。コントローラ３０８を使用して機能及び分析を実行し、又は外部マスタコントローラ１５４（図１Ａに示される）と通信して機能及び分析を実行し得る。図３Ａに示される実施形態では、コントローラ３０８は、インタフェース３１０（例えば、プラグ又はコネクタ）を通してマスタコントローラ１５４と通信する。
幾つかの実施形態では、ネスト３００は、Red Pitaya（商標）波形生成器／オシロスコープユニット（「Red Pitayaユニット」）を含む電気信号生成サブシステム３０４と、Red Pitayaユニットにより生成された波形を増幅し、増幅電圧をマイクロ流体デバイス１００に渡す波形増幅回路とを含むことができる。幾つかの実施形態では、Red Pitayaユニットは、マイクロ流体デバイス３２０での増幅電圧を測定し、次に、マイクロ流体デバイス３２０での測定電圧が所望の値であるように、必要に応じてそれ自体の出力電圧を調整するように構成される。幾つかの実施形態では、波形増幅回路は、ＰＣＢＡ３２２に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータの対により生成される＋６．５Ｖ〜−６．５Ｖ電源を有することができ、その結果、マイクロ流体デバイス１００において１３Ｖｐｐまでの信号が生成される。
図３Ａに示されるように、支持構造体３００（例えば、ネスト）は、熱制御サブシステム３０６を更に含むことができる。熱制御サブシステム３０６は、支持構造体３００により保持されるマイクロ流体デバイス３２０の温度を調整するように構成され得る。例えば、熱制御サブシステム３０６は、ペルチェ熱電デバイス（図示せず）及び冷却ユニット（図示せず）を含むことができる。ペルチェ熱電デバイスは、マイクロ流体デバイス３２０の少なくとも１つの表面と界面を接するように構成された第１の表面を有することができる。冷却ユニットは、例えば、液冷アルミニウムブロック等の冷却ブロック（図示せず）であり得る。ペルチェ熱電デバイスの第２の表面（例えば、第１の表面とは逆の表面）は、そのような冷却ブロックの表面と界面を接するように構成され得る。冷却ブロックは、冷却ブロックを通して冷却流体を循環させるように構成された流体路３１４に接続することができる。図３Ａに示される実施形態では、支持構造体３００は、流入口３１６及び流出口３１８を含む、外部リザーバ（図示せず）から冷却された流体を受け取り、冷却された流体を流体路３１４に導入し、冷却ブロックを通し、次に、冷却された流体を外部リザーバに戻す。幾つかの実施形態では、ペルチェ熱電デバイス、冷却ユニット、及び／又は流体路３１４は、支持構造体３００のケース３１２に搭載することができる。幾つかの実施形態では、熱制御サブシステム３０６は、ペルチェ熱電デバイスの温度を調整して、マイクロ流体デバイス３２０の標的温度を達成するように構成される。ペルチェ熱電デバイスの温度調整は、例えば、Pololu（商標）熱電電源（Pololu Robotics and Electronics Corp.）等の熱電電源により達成することができる。熱制御サブシステム３０６は、アナ
ログ回路により提供される温度値等のフィードバック回路を含むことができる。代替的に、フィードバック回路はデジタル回路により提供され得る。
幾つかの実施形態では、ネスト３００は、抵抗（例えば、抵抗１ｋオーム＋／−０．１％、温度係数＋／−０．０２ｐｐｍ／Ｃ０）及びＮＴＣサーミスタ（例えば、公称抵抗１ｋオーム＋／−０．０１％を有する）を含むアナログ分圧回路（図示せず）であるフィードバック回路を有する熱制御サブシステム３０６を含むことができる。幾つかの場合、熱制御サブシステム３０６は、フィードバック回路からの電圧を測定し、次に、計算された温度値をオンボードＰＩＤ制御ループアルゴリズムへの入力として使用する。ＰＩＤ制御ループアルゴリズムからの出力は、例えば、Pololu（商標）モーター駆動デバイス（図示せず）上の方向信号及びパルス幅変調信号ピンの両方を駆動して熱電電源を作動させることができ、それにより、ペルチェ熱電デバイスを制御する。
ネスト３００はシリアルポート３５０を含むことができ、シリアルポート３２４により、コントローラ３０８のマイクロプロセッサは、インタフェース３１０（図示せず）を介して外部マスタコントローラ１５４と通信することができる。加えて、コントローラ３０８のマイクロプロセッサは、電気信号生成サブシステム３０４及び熱制御サブシステム３０６と通信することができる（例えば、Plinkツール（図示せず）を介して）。したがっ
て、コントローラ３０８、インタフェース３１０、及びシリアルポート３２４の組合せを介して、電気信号生成サブシステム３０４及び熱制御サブシステム３０６は、外部マスタコントローラ１５４と通信することができる。このようにして、マスタコントローラ１５４は、特に、出力電圧調整のためにスケーリング計算を実行することにより電気信号生成サブシステム３０４を支援することができる。外部マスタコントローラ１５４に結合された表示デバイス１７０を介して提供されるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）（図示せず）は、熱制御サブシステム３０６及び電気信号生成サブシステム３０４からそれぞれ得られる温度データ及び波形データをプロットするように構成され得る。代替的に又は追加として、ＧＵＩは、コントローラ３０８、熱制御サブシステム３０６、及び電気信号生成サブシステム３０４への更新を可能にすることができる。
上述したように、システム１５０は撮像デバイス１９４を含むことができる。幾つかの実施形態では、撮像デバイス１９４は光変調サブシステム３３０（図３Ｂ参照）を含む。光変調サブシステム３３０は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）又はマイクロシャッタアレイシステム（ＭＳＡ）を含むことができ、これらのいずれかは、光源３３２から光を受け取り、受け取った光のサブセットを顕微鏡３５０の光学縦列に送るように構成され得る。代替的に、光変調サブシステム３３０は、有機発行ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）デバイス、強誘電性液晶オンシリコンデバイス（ＦＬＣＯＳ）、又は透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のそれ自体の光を生成する（したがって、光源３３２の必要性をなくす）デバイスを含むことができる。光変調サブシステム３３０は、例えば、プロジェクタであり得る。したがって、光変調サブシステム３３０は、構造化光及び非構造化光の両方を発することが可能であり得る。適する光変調サブシステム４２２の一例は、Andor Technologies（商標）のMosaic（商標）システムである。特定の実施形態では、システム１５０の撮像モジュール１６４及び／又は原動モジュール１６２は、光変調サブシステム３３０を制御することができる。
特定の実施形態では、撮像デバイス１９４は顕微鏡３５０を更に含む。そのような実施形態では、ネスト３００及び光変調サブシステム３３０は、顕微鏡３５０に搭載されるように個々に構成され得る。顕微鏡３５０は、例えば、標準の研究等級の光学顕微鏡又は蛍光顕微鏡であるように構成され得る。したがって、ネスト３００は、顕微鏡３５０のステージ３４４に搭載するように構成され得、及び／又は光変調サブシステム３３０は、顕微鏡３５０のポートに搭載されるように構成され得る。他の実施形態では、本明細書に記載されるネスト３００及び光変調サブシステム３３０は、顕微鏡３５０の一体構成要素であり得る。
特定の実施形態では、顕微鏡３５０は１つ又は複数の検出器３４８を更に含むことができる。幾つかの実施形態では、検出器３４８は撮像モジュール１６４により制御される。検出器３４８は、接眼レンズ、電荷結合素子（ＣＣＤ）、カメラ（例えば、デジタルカメラ）、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。少なくとも２つの検出器３４８が存在する場合、１つの検出器は、例えば、高速フレームレートカメラであり得、一方、他の検出器は高感度カメラであり得る。更に、顕微鏡３５０は、マイクロ流体デバイス３２０から反射された光及び／又は発せられた光を受け取り、反射光及び／又は放射光の少なくとも部分を１つ又は複数の検出器３４８に結像するように構成された光学縦列を含むことができる。顕微鏡の光学縦列は、各検出器での最終倍率が異なることができるように、異なる検出器で異なるチューブレンズ（図示せず）を含むこともできる。
特定の実施形態では、撮像デバイス１９４は、少なくとも２つの光源を使用するように構成される。例えば、第１の光源３３２は構造光の生成（例えば、光変調サブシステム３３０を介して）に使用することができ、第２の光源３３４は非構造光の提供に使用することができる。第１の光源３３２は、光学作動エレクトロキネシス及び／又は蛍光励起の構造光を生成することができ、第２の光源３３４は明視野照明の提供に使用することができる。これらの実施形態では、原動モジュール１６４を使用して、第１の光源３３２を制御することができ、撮像モジュール１６４を使用して、第２の光源３３４を制御することができる。顕微鏡３５０の光学列は、（１）構造光を光変調サブシステム３３０から受信し、デバイスがネスト３００により保持されているとき、構造光を光学作動エレクトロキネシスデバイス等のマイクロ流体デバイス内の少なくとも第１の領域に集束させ、（２）マイクロ流体デバイスから反射光及び／又は放射光を受け取り、そのような反射光及び／又は放射光の少なくとも一部を検出器３４８に集束させるように構成することができる。光学列は、非構造光を第２の光源から受け取り、デバイスがネスト３００により保持されているとき、非構造光をマイクロ流体デバイスの少なくとも第２の領域に集束させるように更に構成することができる。特定の実施形態では、マイクロ流体デバイスの第１及び第２の領域は、重複する領域であることができる。例えば、第１の領域は第２の領域のサブセットであることができる。他の実施形態では、第２の光源３３４は追加又は代替として、レーザを含み得、レーザは、任意の適する波長の光を有し得る。図３Ｂに示される光学システムの表現は、概略表現にすぎず、光学システムは、追加のフィルタ、ノッチフィルタ、レンズ等を含み得る。第２の光源３３４が、明視野及び／又は蛍光励起用の１つ又は複数の光源及びレーザ照明を含む場合、光源の物理的配置は図３Ｂに示される配置から異なり得、レーザ照明は、光学システムの任意の適する物理的位置に導入し得る。光源４３２及び光源４０２／光変調サブシステム４０４の概略位置も同様に交換することが可能である。
図３Ｂでは、第１の光源３３２は、光を光変調サブシステム３３０に供給して示されており、光変調サブシステム３３０は、構造光をシステム３５５（図示せず）の顕微鏡３５０の光学列に提供する。第２の光源３３４は、ビームスプリッタ３３６を介して非構造光を光学列に提供して示されている。光変調サブシステム３３０からの構造光及び第２の光源３３４からの非構造光は、ビームスプリッタ３３６から光学列を通って移動し、第２のビームスプリッタ（又は光変調サブシステム３３０により提供される光に応じてダイクロイックフィルタ３３８）に一緒に到達し、第２のビームスプリッタにおいて、光は対物レンズ３３６を通して試料平面３４２に向けて下に反射される。次に、試料平面３４２から反射及び／又は放射された光は、再び対物レンズ３４０を通り、ビームスプリッタ及び／又はダイクロイックフィルタ３３８を通り、ダイクロイックフィルタ３４６に到達する。ダイクロイックフィルタ３４６に到達した光の一部のみが透過され、検出器３４８に到達する。
幾つかの実施形態では、第２の光源３３４は青色光を発する。適切なダイクロイックフィルタ３４６を用いて、試料平面３４２から反射された青色光は、ダイクロイックフィルタ３４６を透過し、検出器３４８に到達することが可能である。逆に、光変調サブシステム３３０から来る構造光は、試料平面３４２から反射されるが、ダイクロイックフィルタ３４６を透過しない。この例では、ダイクロイックフィルタ３４６は、４９５ｎｍよりも長い波長を有する可視光をフィルタリングして除去する。光変調サブシステム３３０からの光のそのようなフィルタリングは、光変調サブシステムから発せられた光が４９５ｎｍよりも短いいかなる波長も含まない場合のみ、完了する（示されるように）。実際には、光変調サブシステム３３０から来る光が４９５ｎｍよりも短い波長（例えば、青色波長）を含む場合、光変調サブシステムからの光のいくらかは、フィルタ３４６を透過して検出器３４８に到達する。そのような実施形態では、フィルタ３４６は、第１の光源３３２から検出器３４８に到達する光の量と第２の光源３３４から検出器３４８に到達する光の量のバランスを変更するように機能する。これは、第１の光源３３２が第２の光源３３４よりもかなり強い場合、有益であることができる。他の実施形態では、第２の光源３３４は赤色光を発することができ、ダイクロイックフィルタ３４６は、赤色光以外の可視光（例えば、６５０ｎｍよりも短い波長を有する可視光）をフィルタリングして除去することができる。
光学駆動対流及び微小物体変位を使用して１つ又は複数の微小物体を除去するデバイス及び方法
生体細胞又は胚等の微小物体は、限定ではなく、重力、機械ポンプにより誘導される流体フロー、エレクトロウェッティング及び／又は誘電泳動（ＤＥＰ）を含む幾つかの力により、マイクロ流体デバイス内等の局所環境内で移動し得る。ある場所（例えば、微小物体がマイクロ流体デバイス内で培養された可能性がある特定の場所）から別の場所（例えば、同じマイクロ流体デバイスの別のエリア又はマルチウェルプレート等の別個のデバイス）に微小物体をより効率的に移動させるために、様々な力ベクトルを適用して、細胞の位置替えを達成し得る。誘電泳動（ＤＥＰ）、流体変位等は、細胞を所望のように移動させるのに十分であり得るが、異なる尺度（例えば、より強力な力又はより局所的な力）、異なる方法（対流力、剪断流力、キャビテーション又は気泡のメニスカスとの接触等の衝撃力、又はそれらの任意の組合せ）、及び／又は異なる時間尺度（例えば、数ミリ秒から数分の持続時間）で適用される力を利用して、現在の位置からの及び／又は選択された位置への細胞の移動を支援することもできる。非限定的な一例では、生体細胞がある時間期間にわたりマイクロ流体デバイス内で培養された動かすために、ＤＥＰ以外の力の適用が有用であり得る。細胞は、ＤＥＰ力又は重力が、付着位置から細胞を動かすには十分ではないように、マイクロ流体デバイスの表面に付着していることがある。したがって、他の特性を有する力が、ＤＥＰ力が十分ではないか、又は重力若しくは機械的にポンピングされた流体フローが、選択された細胞を選択的及び／又は十分に除去することができない１つ又は複数の生体細胞を除去することにおいて有用であり得る。
驚くべきことに、マイクロ流体デバイス上又は内の選択された離散領域の光学照明が、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体回路内の流体媒体の一部を加熱して、変位した微小物体の少なくとも一部がなお生存可能であることをなお提供しながら、微小物体（限定ではなく、生体細胞を含む）を除去し、及び／又はマイクロ流体デバイス内で流体媒体（生体細胞を含む微小物体を含み得る）を混合することが可能な、尺度、物理的タイプ、及び／又は時間尺度が異なる様々な変位力を提供可能なことが分かった。そのような変位力の生成は、選択された同じ離散領域又はそれに隣接した領域に２回以上、適用し得、それにより、力を繰り返し適用して、微小物体に向けて十分に非破壊的でありながら、細胞を除去し、及び／又は媒体（微小物体を含み得る）を混合することができる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスのチャンバ、隔離囲い、又は他のマイクロ流体回路要素であり得るあるエリアから、マイクロ流体デバイス内の別のエリア及び／又は位置に、又は代替的にはマイクロ流体デバイス外の別のデバイス（例えば、マルチウェルプレート）に細胞を位置替えすることは、光学照明パルスをマイクロ流体デバイス内の選択された離散領域に適用することにより達成し得る。光学照明のパルスは、対象となる細胞に又はその近傍内に適用し得る。適用される力ベクトルは、光学照明パルスのエネルギー、持続時間、及び位置の関数である。幾つかの実施形態では、光学照明パルスを使用して、周囲の細胞培地（すなわち、流体媒体）を局所的に加熱し、それにより、局所蒸気圧を増大させ、気泡を生成する蒸気−流体界面を生成することができる。熱誘導気泡生成の周囲流体媒体及び／又は細胞への効果は、持続時間及びマイクロ流体デバイス及び／又は熱標的の構成に応じて様々であり得る。幾つかの種類の効果としては以下を挙げ得る。
キャビテーション
短い光パルスを使用して、熱標的を加熱し、一時的な気泡を生成し得る。気泡は、潰れると、付近に位置し得る細胞を除去し得るキャビテーション力を生成する。幾つかの実施形態では、短い光パルスは１つ又は複数の細胞に向けられ、それらの１つ又は複数の細胞は、そうして形成されたキャビテーション力により除去し得る。
剪断流
他の実施形態では、連続して照明して、付近の細胞に向けられた流体剪断流を生成し、それにより細胞を除去することにより、気泡を成長させ得る。
メニスカス接触
代替的には、熱標的の部分において流体媒体を加熱することにより生成された気泡を細胞に向け得る。気泡が移動するにつれて、気泡のメニスカスは細胞に接触し、表面から細胞を除去し得る。
他の実施形態では、流体媒体内で安定化し持続することが熱力学的に好ましくなるまで、気泡を成長させることができる。次に、気泡は、周囲の液相を変位させ、それにより、細胞を除去し得る。
対流
理論による限定を意図せずに、熱標的の周囲の流体媒体の加熱を生み出す熱標的の照明は、気泡に核を持たせ、気泡を伝搬させ得る。熱勾配を有する持続的な気泡の存在は、熱細管対流（ギブス−マランゴニ効果）を生み出し得る。ギブス−マランゴニ効果とは、表面張力勾配に沿った液体の流れを指す。液体は、表面張力の低いエリアから表面張力の高いエリアに流れ得る。表面張力は高温ほど低くなるため、気泡表面上の温度勾配により、気泡周囲の液体は勾配の方向に（すなわち、高温のエリアから低温のエリアに）流れることができ、対流を形成し得る。説明を簡潔にするために、気泡表面上の温度勾配により生じる流れを本明細書では「マランゴニ効果フロー」と呼ぶ。表面の高温エリアと低温エリアとの温度差が大きいほど、マランゴニ効果フローの速度は大きくなる。光学電力を変更することにより、フローを変調し得る。そのような対流を使用して、細胞を移動させ、又は流体媒体を混合し得る。幾つかの実施形態では、光学照明により誘導される加熱により生み出される循環フローを使用して、隔離囲いの分離領域内で細胞を除去し得る。他の実施形態では、循環フローは、循環フローがなければ流体フローがないマイクロ流体デバイスの局所領域に誘導し得、これを使用して、局所領域において媒体を混合し得る。
細胞を除去した後、限定ではなく、流体変位、ＤＥＰ、重力等を含む任意の他の適する細胞移動方法を使用することにより、細胞の更なる位置替えを達成し得る。
光学照明
光学照明は、コヒーレント光源（例えば、レーザ）又は非コヒーレント光源であることができる。コヒーレント光源は、可視光スペクトルの波長（例えば、６６２ｎｍ等の赤色波長）を特徴とするレーザであってもよく、スペクトルの赤外線部分の波長（例えば、７８５ｎｍ等の近赤外線波長）を特徴とするレーザであってもよく、又は任意の他の適する波長を有するレーザであってもよい。非コヒーレント光源は、可視範囲の波長を有する光を含んでもよく、及び／又は紫外線（ＵＶ）又は赤外線範囲の波長を有する光を含んでもよい。光源は、構造光又は非構造光を提供し得る。光源を用いての照明により誘導される温度勾配は、光源の強度を増減することにより変調し得る。構造光源は、構造光源の特性を制御するように、幾つかの方法で変調し得る（例えば、ＤＭＤを使用して、光源を空間的に変調するか、又はアパーチャ及び対物レンズを使用して、図３Ｂに関して上述したように光源を変調する。
理論により拘束せずに、入射光学照明は、エンクロージャマイクロ流体デバイスの透明、略透明、及び／又は半透明のカバー又はベースを透過し得る。エンクロージャのカバー又はベースを透過した後、入射照明は、後述するように、光学照明を熱エネルギーに変換するように構成される熱標的まで伝達することができる。
電力
非コヒーレント光は、約１ミリワット（ｍＷ）〜約１０００ミリワット（ｍＷ）の範囲で投射し得るが、この範囲に限定されない。幾つかの実施形態では、構造化又は非構造化の非コヒーレント光の電力は、約１ミリワット〜約５００ミリワット、約１ミリワット〜約１００ミリワット、約１ミリワット〜約５０ミリワット、約１ミリワット〜約２０ミリワット、約１０ミリワット〜約５００ミリワット、約１０ミリワット〜約２００ミリワット、約１０ミリワット〜約１００ミリワット、約５０ミリワット〜約８００ミリワット、約５０ミリワット〜約５００ミリワット、約５０ミリワット〜約２００ミリワット、約７５ミリワット〜約７００ミリワット、約７５ミリワット〜約４００ミリワット、約７５ミリワット〜約１７５ミリワット、又はそれらの間の任意の値の範囲であり得る。光が集束される面積及び照明の持続時間に応じて、非コヒーレント光の電力は、上述した電力レベルの任意のレベルよりも大きい又は小さいレベルであり得る。コヒーレント光は、約１ミリワット〜約１０００ミリワットの範囲で投射し得るが、この範囲に限定されない。光が集束される面積及び照明の持続時間に応じて、コヒーレント光の電力は、上述した電力レベルの任意のレベルよりも大きい又は小さいレベルであり得る。幾つかの実施形態では、コヒーレント光の電力は、１ミリワット〜約５００ミリワット、約１ミリワット〜約１００ミリワット、約１ミリワット〜約５０ミリワット、約１ミリワット〜約２０ミリワット、約１０ミリワット〜約５００ミリワット、約１０ミリワット〜約２００ミリワット、約１０ミリワット〜約１００ミリワット、約５０ミリワット〜約８００ミリワット、約５０ミリワット〜約５００ミリワット、約５０ミリワット〜約２００ミリワット、約７５ミリワット〜約７００ミリワット、約７５ミリワット〜約４００ミリワット、約７５ミリワット〜約１７５ミリワットの範囲、又はそれらの間の任意の値であり得る。
入射光の電力は、所望の除去力のタイプに基づいて異なるように選び得る。例えば、マランゴニ効果フローを組み込み得る循環フローが望ましい場合、入射光の電力は、１ミリワットという低い値であるように選択し得、循環フローが確立され、及び／又は維持されるとき、様々に変調し得る。キャビテーション力、剪断流力、又は気泡接触力の使用により微小物体を除去する場合、電力は、より高い範囲、例えば、約１０ミリワット〜約１００ミリワットであるように選択し得る。電力はまた、所望の照明の持続時間に基づいて調整することもできる。
照明場所
照明場所は、有用であり得るように、マイクロ流体デバイスの選択された任意の離散領域であるように選択し得る。幾つかの実施形態では、照明の選択された離散領域は、マイクロ流体デバイスの隔離囲い内の位置であり得る。様々な実施形態では、照明の選択された離散領域は、隔離囲いの分離領域内に位置し、隔離囲いは、限定ではなく、１２４、１２６、１２８、１３０、２２４、２２６、２２８、２６６、５０２、５０４、５０６、６０４、６０６、６０８、７０４、７３２、７３４、７３６、７３８、８０２、８０４、８０６、９０２、１００２、１１０２、１２０２、１４０２、１５０２を含め、本明細書に記載される任意の隔離囲いのように構成し得る。様々な実施形態では、照明の選択された離散領域は、より完全に後述するように、隔離囲いの変位力生成領域内にあり得る。他の実施形態では、照明の離散領域は循環培養囲い内にあり得る。照明が循環培養囲い内で実行される場合、変位力生成領域、接続領域、細胞培養領域内の選択された離散領域又は循環培養囲いの開口部において、照明をマイクロ流体チャネルに向け得る。更に他の実施形態では、照明の選択された離散領域は、より完全に後述するように、マイクロ流体チャネル内に位置し得る。
マイクロ流体デバイス
本開示は、光学駆動対流生成及び／又は内部の微小物体の変位が可能であるように構成されるマイクロ流体デバイスを提供する。本開示の一態様では、エンクロージャを有するマイクロ流体デバイスが提供され、エンクロージャはフロー領域及び隔離囲いを含み、隔離囲いは、接続領域及び分離領域を含み得、接続領域は、フロー領域への基端開口部及び分離領域への先端開口部を含む。隔離囲いは、分離領域に熱標的を含み得る。様々な実施形態では、隔離囲いは変位力生成領域を更に含み、分離領域は、変位力生成領域への少なくとも１つの流体接続を含み、変位力生成領域は熱標的を更に含む。様々な実施形態では、マイクロ流体デバイスは、少なくとも１つの隔離囲いを有し得、隔離囲いは、隔離囲い１２４、１２６、１２８、１３０、２２４、２２６、２２８、２６６、５０２、５０４、５０６、６０４、６０６、６０８、７０４、７３２、７３４、７３６、７３８、８０２、８０４、８０６、９０２、１００２、１１０２、１２０２、１４０２、１５０２のいずれかとして構成し得る。様々な実施形態では、熱標的又は変位力生成領域は、１つの主方向において、そこに形成される気泡の拡大を制限するように構成し得る。
様々な実施形態では、マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、隔離囲いを部分的に画定するカバーを更に含み得、熱標的はカバーに配置し得る。幾つかの実施形態では、熱標的は、エンクロージャに面するカバーの内面に配置し得る。他の実施形態では、マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、隔離囲いを部分的に画定するマイクロ流体回路構造を更に含み得、熱標的はマイクロ流体回路構造に配置し得る。更に他の実施形態では、マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、隔離囲いを部分的に画定するベースを更に含み得、熱標的はベースの内面に配置し得る。
本開示の別の態様では、エンクロージャを有するマイクロ流体デバイスが提供され、エンクロージャは、流体媒体を含むように構成されたマイクロ流体回路であって、流体媒体の少なくとも１つの循環フローに対応するように構成される、マイクロ流体回路と、マイクロ流体回路内のエンクロージャの表面に配置される第１の熱標的であって、光学的に照明されると、流体媒体の第１の循環フローを生成するように構成される、第１の熱標的とを含む。
循環フローに対応するように構成されるマイクロ流体回路を含むマイクロ流体デバイスの様々な実施形態では、マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、マイクロ流体チャネル及び隔離囲いを更に含み得、さらに、隔離囲いはマイクロ流体チャネルに隣接して、マイクロ流体チャネルに向かって開き得る。様々な実施形態では、隔離囲いは、隔離囲い１２４、１２６、１２８、１３０、２２４、２２６、２２８、２６６、５０２、５０４、５０６、６０４、６０６、６０８、７０４、７３２、７３４、７３６、７３８、８０２、８０４、８０６、９０２、１００２、１１０２、１２０２、１４０２、１５０２のいずれかとして構成し得る。他の実施形態では、循環フローに対応するように構成されるマイクロ流体回路を含むマイクロ流体デバイス、マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、マイクロ流体チャネル及び循環培養囲いを更に含み得る。循環培養囲いは、循環培養囲い６０２、８０２、１３０２のいずれかとして構成し得る。循環培養囲いは、マイクロ流体チャネルにおいて開き得、循環培養囲いについて本明細書に記載されるような任意の他の特徴又は寸法を更に有し得る。
循環フローに対応するように構成されるマイクロ流体回路を含むマイクロ流体デバイスの様々な実施形態では、循環流路は、チャネルの一部及び隔離囲いの少なくとも一部を含み得る。他の実施形態では、循環流路は隔離囲い内に配置し得る。幾つかの実施形態では、循環流路は狭窄部を含み得る。
循環フローに対応するように構成されるマイクロ流体回路を含むマイクロ流体デバイスの様々な実施形態では、マイクロ流体デバイスは、光学的に照明されると、流体媒体の第２の循環フローを生成するように構成される第２の熱標的を含み得る。第２の熱標的は、エンクロージャの表面上に第１の熱標的に隣接して配置し得る。第２の熱標的は、第１の熱標的と同じマイクロ流体回路内に配置し得る。様々な実施形態では、第１の熱標的及び第２の熱標的は、逆方向で流体媒体の第１の循環フロー及び第２の循環フローを提供するように向けられ得る。
循環フローに対応するように構成されるマイクロ流体回路を含むマイクロ流体デバイスの様々な実施形態では、熱標的はマイクロ流体チャネル内の表面に配置される。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、２つ以上のマイクロ流体チャネルを更に含み得、第１のマイクロ流体チャネルは、第２のマイクロ流体チャネルに沿って第１の位置において第２のマイクロ流体チャネルから開くように構成し得、第２の位置において第２のマイクロ流体チャネルに再接続し、それにより、マイクロ流体回路を形成するように更に構成し得、熱標的は、第１のマイクロ流体チャネル内の表面に配置し得る。様々な実施形態では、少なくとも１つの隔離囲いは、第１のマイクロ流体チャネルにおいて開き得る。様々な実施形態では、少なくとも１つの隔離囲いは、隔離囲い１２４、１２６、１２８、１３０、２２４、２２６、２２８、２６６、５０２、５０４、５０６、６０４、６０６、６０８、７０４、７３２、７３４、７３６、７３８、８０２、８０４、８０６、９０２、１００２、１１０２、１２０２、１４０２、１５０２のいずれかとして構成し得る。幾つかの実施形態では、第１のチャネルの流体抵抗は、第２のチャネルの流体抵抗の約１０倍〜約１００倍であり得る。第２のマイクロ流体チャネルは、第１のマイクロ流体チャネルの幅の約１．５倍〜約３倍大きな幅を有し得る。幾つかの実施形態では、第２のマイクロ流体チャネルの幅は、約１００μｍ〜約１０００μｍである。様々な実施形態では、第１のマイクロ流体チャネルの幅は約２０μｍ〜約３００μｍであり得る。
更に別の態様では、エンクロージャを有するマイクロ流体デバイスが提供され、エンクロージャは、マイクロ流体チャネル及び隔離囲いを含み、さらに、隔離囲いは、マイクロ流体チャネルに隣接し、マイクロ流体チャネルにおいて開き、熱標的が、隔離囲いへの開口部に隣接するチャネルに配置され、熱標的は、光学的に照明されると、流体媒体のフローを隔離囲いに向けるように更に構成される。様々な実施形態では、少なくとも１つの隔離囲いは、隔離囲い１２４、１２６、１２８、１３０、２２４、２２６、２２８、２６６、５０２、５０４、５０６、６０４、６０６、６０８、７０４、７３２、７３４、７３６、７３８、８０２、８０４、８０６、９０２、１００２、１１０２、１２０２、１４０２、１５０２のいずれかとして構成し得る。幾つかの実施形態では、チャネル内に隔離囲い及び熱標的を有するマイクロ流体デバイスが、隔離囲い５０２、５０４、５０６、６０２、６０４、６０６、６０８、７０４、７３２、７３４、７３６、７３８、９０２として構成された隔離囲いを有する場合、隔離囲いは、隔離囲い自体内に熱標的を有さなくてもよい。幾つかの実施形態では、熱標的は、マイクロ流体チャネル内の表面に配置し得る。
任意のマイクロ流体デバイスでは、エンクロージャは誘電泳動構成を更に含み得る。幾つかの実施形態では、誘電泳動構成は光学的に作動し得る。
任意のマイクロ流体デバイスでは、エンクロージャの少なくとも１つの表面は被覆面を含み得る。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの隔離囲いは、被覆面である少なくとも１つの表面を含み得る。幾つかの実施形態では、被覆面は共有結合的に修飾された表面であり得る。
熱標的
熱標的とは、この目的で設計された別個の特徴であり得るマイクロ流体デバイスのマイクロ流体特徴である。代替的には、熱標的は、光学照明が適用されるマイクロ流体回路内の位置であり得る。熱標的は、受動的なマイクロ流体特徴であり、いかなる自己活性化抵抗又は電気加熱器も含まない。熱標的の受動的な性質は、マイクロ流体デバイスの製作を簡易化する。金属又は微小構造を含む熱標的の場合、後述するように、製作の複雑さは、抵抗等の能動的な熱標的よりもはるかに低い。本開示の受動的な熱標的と異なり、抵抗等の能動的な熱標的は、固定された電気接続を有さなければならず、固定位置に作られる。熱標的がマイクロ流体回路材料又はベースの選択された位置である場合、追加の構造特徴なしで、必要な場所に特に選択的に力を生成する柔軟性が、固定される能動的な熱標的と比較して特に有利である。
図４Ａ〜図４Ｅは、本開示の幾つかの実施形態による様々な熱標的の幾何学的形状を示す。当業者には理解できるように、図４Ａ〜図４Ｅに示される熱標的の任意の特性を組み合わせて、様々な所望の機能を有する熱標的を生成することができる。
図４Ａは、正方形の熱標的４３０を示す。図４Ａの熱標的４３０の鈍い角及び均一な辺は、略均一の気泡を核形成するに当たり有利であり得る。同様に、図４Ｂに示される円形熱標的４３２も、均一な局所熱源を生成して、略均一の気泡を核形成するように構成された形状を提供する。
逆に、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、及び図４Ｇに示される熱標的は非対称形状を有し、非対称形状は、温度勾配を有する気泡の生成に有利であり得る。理論による限定を意図せずに、温度勾配を有する気泡は、上述したように、ギブス−マランゴニ効果（熱細管対流としても知られる）を生み出し得る。図４Ｃに示される非対称熱標的４３４は、マランゴニ効果フローの生成に使用することができる温度勾配を有する気泡の生成に使用される涙滴様形状を特徴とする。涙滴様形状の広い部分４３４ａは、涙滴様形状の先細り部分４３４ｂよりも大きな表面積を有するため、光学照明により加熱されると、より高い温度を生成する。したがって、図４Ｃの非対称熱標的４３４を使用して生成される気泡は、熱標的の広い部分４３４ａにわたり位置する気泡のエリアは、熱標的の先細り部分４３４ｂにわたり位置する気泡のエリアよりも高い温度を有する温度勾配を有することができる。
温度勾配は、熱標的の物理的に隔てられた、異なるサイズの部分により変調することもできる。図４Ｄは、物理的に隔てられるが、同じ構造光源を使用して加熱することができるように近くに配置される、サイズの異なる２つの部分４３８、４４０で構成された熱標的４３６を示す。熱標的４３６の２つの部分４３８、４４０の物理的な隔たりは、より高速のマランゴニ効果フローの生成に使用することができるより大きな温度差を生み出し、したがって、力を増大させる。図４Ｅは、３つの部分４４４、４４６、４４８に更に分けられた熱標的４４２を示す。
図４Ａ〜図４Ｇに示される熱標的４３０、４３２、４３４、４３６、４４２、４５０、４５２は、連続金属形状又は非連続金属形状をマイクロ流体回路構造１０８又はカバー１１０の一表面に堆積させることにより作製することができる。幾つかの実施形態では、熱標的はカバー１１０の内面に堆積させ得る。熱標的は、流体媒体に接触し得るエンクロージャ１０２の内部（チャンバ／領域２０２）に面する。熱標的４３０、４３２、４３４、４３６、４４２、４５０、４５２は、光源により励起して、熱を生成することができる任意のタイプの金属を含むことができる。適する金属は、クロム、金、銀、アルミニウム、インジウム錫酸化物、又はそれらの任意の組合せを含む。他の金属（及び合金）も当分野で既知である。熱標的４４０は、連続した金属表面を有することができ、又は非連続形状の金属（例えば、ドット等の金属形状）で構成することができる。様々なパターンを使用して、均一な気泡の加熱及び生成を最適化することができる。
図４Ｆは、非連続金属形状を含む熱標的４５０を示す。図４Ｆに示される実施形態では、形状はドットである。しかし、任意のタイプの金属形状が使用可能である（例えば、正方形、線、円錐形、くねった線）。加えて、様々な異なる金属形状を同じ熱標的で使用することができる。
幾つかの実施形態では、非連続金属形状は、熱標的４５０の温度勾配を強化するために、ますます増大する濃度で分布し得る。図４Ｇは、金属形状の勾配がある状態でパターン化された熱標的４５２を示す。熱標的４５２の広い部分４５２ａにおける金属ドットの分布密度を上げ、熱標的４５２の狭い部分４５２ｂにおける金属ドットの分布密度を下げることにより、熱標的４５２の温度勾配を強化し得る。
幾つかの実施形態では、熱標的に連続金属形状又は非連続金属形状として堆積する金属の厚さは、熱標的の温度勾配を強化するように変更し得る。例えば、より厚い金属堆積を使用して、熱標的のより大きな（又はより広い）部分により高い熱を生成し得、それにより、温度勾配を強化し得る。幾つかの実施形態では、熱標的に堆積する金属の厚さは、約３ｎｍ〜約５０ｎｍ、約３ｎｍ〜約３０ｎｍ、約５ｎｍ〜約５０ｎｍ、約５ｎｍ〜約３０ｎｍ、約５ｎｍ〜約２５ｎｍの範囲、又はそれらの間の任意の値であり得る。
微小構造
上述したように、幾つかの実施形態では、エンクロージャ１０２のマイクロ流体回路構造１０８又はカバー１１０は、光学的に照明されると生成される熱からの気泡有核化及び／又は形成を促進し、熱標的として機能し得る表面トポグラフィを作製するように導入された１つ又は複数の微小構造を有し得る。微小構造は非連続形成であり得る微小構造は、負の特徴（例えば、ベースの表面又は壁の表面に作られた陥没又は窪みであり得る。当分野で既知のように、ピラー、ドット、キャビティ、又は窪み等の微小構造をマイクロ流体回路構造１０８又はカバー１１０にパターン化して、気泡核形成に適する場所を作製し得る。図４Ｈは、気泡核形成に使用し得る窪みを含む熱標的４５４の様式化された図である。幾つかの実施形態では、表面トポグラフィは様々な方法で金属パターンと組み合わせて、続けて変位力を生成する吸熱に理想的な表面を作製し得る。微小構造は、上から見たとき、ｘ軸及びｙ軸方向において、約５０平方μｍ、１００平方μｍ、約２００平方μｍ、約３００平方μｍ、約５００平方μｍの範囲、又はそれらの間の任意の値を超える面積を有し得る。微小構造は、１つのみのユニットを含んでもよく、又は一緒になって上述した総面積を有する複数の微小構造であってもよい。負の微小構造は、ベースに配置し得、又は壁の一部であり得るパターン化可能マイクロ流体回路材料上に光源（例えば、レーザ又は非コヒーレント光）を集束させることにより形成し得、集束光は、パターン化可能マイクロ流体回路材料をパターン化し、陥没又は窪みを形成し得る。
代替的には、微小構造は、正の特徴、例えば、ベースの表面から上に上がるか、又はエンクロージャ、フロー領域、若しくは隔離囲いの壁から延出し得る（非限定的な例として、ピラー又はドット（図示せず）が挙げられる）。微小構造は、エンクロージャ内で任意の都合のよい製作高さを有し得る。微小構造は、それでもなお微小構造にわたり生体細胞等の微小物体を通過させる高さを有し得る。微小構造の高さは、約５μｍ、約１０μｍ、約１５μｍ、約２０μｍ、約２５μｍ、約３０μｍ、約３５μｍ、約４０μｍ、又はそれらの間の任意の値であり得る。複数の微小構造のそれぞれは、同じ高さを有する必要がなく、互いと異なる高さを有し得る。正の微小構造は、マイクロ流体回路構造の形成に使用されたものと同じ材料、例えば、ＰＤＭＳ又は任意のフォトパターン化可能なシリコーンから形成し得、壁、隔離囲い、又はチャネル等のマイクロ流体回路の他の要素の作製に使用されるものと同じプロセス中、形成し得る。
幾つかの他の実施形態では、正の微小構造は、光開始ポリマー等のヒドロゲルから形成し得る。光開始ポリマーは、合成ポリマー、修飾合成ポリマー、又は光活性化可能な生体ポリマーであり得る。幾つかの実施形態では、生体ポリマーは、光活性化可能な能力を提供する部分を組み込むように修飾し得る。
幾つかの実施形態では、光開始ポリマーは、ポリエチレングリコール、修飾ポリエチレングリコール、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、修飾ポリ乳酸、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、修飾ポリグリコール酸、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、修飾ポリアクリルアミド、ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＰＮＩＰＡｍ）、修飾ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、修飾ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、修飾ポリアクリル酸、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、修飾ポリカプロラクトン、フィブロネクチン、修飾フィブロネクチン、コラーゲン、修飾コラーゲン、ラミニン、修飾ラミニン、ポリサッカリド、修飾ポリサッカリド、又は任意の組合せのコポリマーの少なくとも１つを含み得る。他の実施形態では、ポリマーは、ポリエチレングリコール、修飾ポリエチレングリコール、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、修飾ポリ乳酸、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、修飾ポリグリコール酸、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、修飾ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、修飾ポリアクリル酸、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、修飾ポリカプロラクトン、フィブロネクチン、修飾フィブロネクチン、コラーゲン、修飾コラーゲン、ラミニン、修飾ラミニン、ポリサッカリド、修飾ポリサッカリド、又は任意の組合せのコポリマーの少なくとも１つを含み得る。更に他の実施形態では、ポリマーは、ポリエチレングリコール、修飾ポリエチレングリコール、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、修飾ポリ乳酸、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、修飾ポリグリコール酸、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、修飾ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、修飾ポリアクリル酸、フィブロネクチン、修飾フィブロネクチン、コラーゲン、修飾コラーゲン、ラミニン、修飾ラミニン、又は任意の組合せのコポリマーの少なくとも１つを含み得る。幾つかの実施形態では、光開始ポリマーはシリコーンポリマーを含まない。幾つかの実施形態では、光開始ポリマーは、ポリ乳酸（ＰＬＡ）又は修飾ポリ乳酸ポリマーを含まなくてよい。他の実施形態では、光開始ポリマーは、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）又は修飾ポリグリコール酸ポリマーを含まなくてよい。幾つかの実施形態では、光開始ポリマーは、ポリアクリルアミド又は修飾ポリアクリルアミドポリマーを含まなくてよい。更に他の実施形態では、光開始ポリマーは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）又は修飾ポリビニルアルコールポリマーを含まなくてもよい。幾つかの実施形態では、光開始ポリマーは、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）又は修飾ポリアクリル酸ポリマーを含まなくてもよい。幾つかの他の実施形態では、光開始ポリマーは、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）又は修飾ポリカプロラクトンポリマーを含まなくてもよい。他の実施形態では、光開始ポリマーは、フィブロネクチン又は修飾フィブロネクチンポリマーから形成しなくてよい。幾つかの他の実施形態では、光開始ポリマーは、コラーゲン又は修飾コラーゲンポリマーから形成しなくてよい。幾つかの他の実施形態では、光開始ポリマーは、ラミニン又は修飾ラミニンポリマーから形成しなくてよい。
固化ポリマー網目構造で使用するポリマーの安定性を決める物理的特性及び化学的特性としては、分子量、疎水性、可溶性、拡散速度、粘度（例えば、媒体の）、励起、及び／又は放射範囲（例えば、内部で不動化された蛍光試薬の）、既知の背景蛍光、重合化に影響する特性、及び固化ポリマー網目構造の孔のサイズを挙げ得る。光開始ポリマーは、流動性ポリマー（例えば、プレポリマー溶液）が重合化されることで形成し得る。手短に言えば、流動性ポリマー溶液は、本明細書に記載される方法で使用される前、マイクロ流体デバイスに流入し、ｉｎ ｓｉｔｕで固化し得る。光開始ポリマーから導出される微小構造を設置する方法については、２０１６年１２月７日に出願された米国特許出願第１５／３７２０９４号により完全に記載されている。
使用し得る多くのポリマーの中でも特に、１つのタイプのポリマーは、ポリエチレングリコールジアクリラート（ＰＥＧＤＡ）である。光開始重合化は、非常に効率的であり、無黄変ラジカルであり、αヒドロキシケトン光開始剤である遊離基開始剤Igracure（登録商標）２９５９（ＢＡＳＦ）の存在下で開始し得るは通常、ＵＶ領域（例えば、３６５ｎｍ）の波長での開始に使用されるが、他の開始剤を使用することも可能である。重合化反応に有用な別の光開始剤クラスの例は、リチウムアシルホスフィン酸塩（lithium acyl phosphinate salt）のグループであり、そのリチウムフェニル２，４，６，−トリメチル
ベンゾイルホスフィン酸塩は、αヒドロキシケトンクラスよりも長い波長（例えば、４０５ｎｍ）でのより効率的な吸収に起因して、特定の有用性を有する。
光重合化し得る他のタイプのＰＥＧとしては、ＰＥＧジメチルアクリラート及び／又はマルチアームＰＥＧ（ｎ−ＰＥＧ）アクリラート（ｎ−ＰＥＧ−Ａｃｒ）が挙げられる。使用し得る他のポリマークラスとしては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、又はポリカプロラクトン（ＰＣＬ）が挙げられる。
ポリマーの分子量範囲は、微小構造の性能の必要性に応じて様々であり得る。ポリマーの構造に応じて、広範囲の分子量の流動性ポリマーが適し得る。有用な星型ポリマーは、約５００Ｄａ〜約２０ｋＤａ（例えば、４アームポリマー）の範囲のＭｗ（重量平均分子量）、又は各アーム若しくは線状ポリマーに最高で約５ｋＤａ、又はそれらの間の任意の値を有し得る。幾つかの実施形態では、高い分子量範囲を有するポリマーほど、低い濃度で流動性ポリマーにおいて使用し得、それでもなお、本明細書に記載される方法で使用し得る微小構造を提供し得る。
限定ではなく、上記列挙したポリマー又はフィブロネクチン、コラーゲン、若しくはラミニン等の生体ポリマーを含め、様々なコポリマークラスが使用可能である。デキストラン又は修飾コラーゲン等のポリサッカリドが使用可能である。
幾つかの実施形態では、微小構造は、本明細書に記載される方法で使用される犠牲特徴の一部であり得、又は一部を形成し得、光学照明を吸収し、微小物体の移動に使用することができる熱的効果を生成した結果として変形又は劣化し得る。
代替的には、熱標的は、マイクロ流体回路構造１０８又はカバー１１０に構造光を投射して、熱標的４５０と同じ幾何学的形状を有する光パターンを作製することにより、ｉｎ
ｓｉｔｕで作製し得る。この手法は、いかなる特別な金属堆積又はマイクロ流体回路材料パターン化も必要としない。図４Ｉは、マイクロ流体回路構造１０８又はカバー１１０に円形パターンの光を投射することにより作製される熱標的４５６の様式化された図を提供する。特定の幾何学的形状を有する光のパターンを投射すること、様々な幾何学的形状、表面トポグラフィ、金属パターン、及びそれらの組合せを含む熱標的と併せて使用することもできる。
更に他の実施形態では、光学照明は、隔離囲いの壁のマイクロ流体回路材料の部分、マイクロ流体デバイスのエンクロージャに面するベースの内面、又はマイクロ流体チャネル壁上の選択されたポイントに集束し、熱標的の上述した特別な特徴のいずれも含まない。しかし、隔離囲い若しくは壁のマイクロ流体回路材料のこれらの選択された離散領域又はベースの内面は、熱標的として利用することもでき、犠牲特徴として機能し得る。
サイズ
熱標的は、約１ｍｍ、約０．９ｍｍ、約０．７ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．３ｍｍ、約１００μｍ、約８０μｍ、約６０μｍ、約４０μｍ、約２０μｍ、約１０μｍ、約５μｍ、又はそれらの間の任意の値の第１の寸法（例えば、マイクロ流体エンクロージャの幅又はｘ軸寸法）を有し得る。選択された離散領域を照明するステップは、約１ｍｍ、約０．９ｍｍ、約０．７ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．３ｍｍ、約１００μｍ、約８０μｍ、約６０μｍ、約４０μｍ、約２０μｍ、約１０μｍ、約５μｍ、又はそれらの間の任意の値の第２の寸法（例えば、マイクロ流体エンクロージャ内のｙ軸寸法）を有する領域を照明することを更に含み得る。ｘ軸寸法又はｙ軸寸法は、上記寸法の任意の組合せであり得る。幾つかの実施形態では、熱標的は、約１００μｍのｘ軸寸法及び約１００μｍのｙ軸寸法を有し得る。他の非限定的な実施形態では、熱標的は、約５μｍのｘ軸寸法及び約５μｍのｙ軸寸法を有し得る。
光学駆動対流及び変位の隔離囲い及び循環培養囲いの幾つかの実施形態
上述したように、微小物体の光学駆動対流及び／又は変位に有用な隔離囲いは、隔離囲いの分離領域に流体的に接続される変位力生成領域を有し得、変位力生成領域内に微小物体を配置し、任意選択的に維持し得る。変位力生成領域は、接続領域への分離領域の開口部とは逆の分離領域の先端部分に接続し得る。代替的には、変位力生成領域は、接続領域への分離領域の開口部において又はそれに隣接して、分離領域に接続し得る。幾つかの実施形態では、変位力生成領域は、分離領域への２つ以上の流体接続を有し得る（図７Ａ〜図７Ｆ参照）。幾つかの実施形態では、隔離囲いは循環流路を含み得る。循環流路は、分離領域及び変位力生成領域を含み得る（図６Ａ〜図６Ｃ参照）。幾つかの実施形態では、循環流路は狭窄部を含み得る（図６Ａ参照）。
幾つかの他の実施形態では、変位力生成領域は、接続領域への分離領域の開口部を妨げる、分離領域への１つ又は複数の流体接続を含み得る。幾つかの実施形態では、分離領域と変位力生成領域との間の少なくとも１つの流体接続は、微小物体が分離領域から変位力生成領域に通過しないように構成される断面寸法を含み得る。微小物体の変位力生成領域への生じ得る進入を阻止することにより、熱又は衝撃からのダメージを低減し得、隔離囲いの分離領域内の微小物体の維持を更に支援し得る。幾つかの実施形態では、分離領域と変位力生成領域との間の少なくとも１つの流体接続は、１つ又は複数のバリアモジュールを含み（図７Ａ〜図７Ｆ、７２６、７２６ａ、７２６ｂ、７２６ｃ、７２６ｄ、又は７２６ｅ参照）、１つ又は複数のバリアモジュールは、微小物体が分離領域から変位力生成領域に通過するのを阻止するように構成される。バリアモジュールは任意のサイズ又は形状のものであり得、バリアモジュールとその隣のバリアモジュールとの間のギャップ（図７Ａ〜図７Ｆ、７２８、７２８ａ、７２８ｂ、７２８ｃ、７２８ｄ、７２８ｅ参照）又はバリアモジュールと隔離囲いの壁との間のギャップは、生体細胞等の微小物体が分離領域から変位力生成領域に通過しないような寸法を有し得る。幾つかの実施形態では、微小ビーズ等の微小物体は、分離領域から変位力生成領域に通過し得るが、生体細胞又は胚等の微小物体は、バリアモジュールにより変位力生成領域中に通過しない。バリアモジュールは、隔離囲いの幅の約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、約８０％、又はそれらの間の任意の値である隔離囲いにわたる寸法を有し得る。バリアモジュールとその隣のバリアモジュールとの間のギャップ又はバリアモジュールと壁との間のギャップは、分離領域内に配置される微小物体のサイズに応じて、約５μｍ、約７μｍ、約９μｍ、約１１μｍ、約１３μｍ、約１５μｍ、約１７μｍ、約２０μｍ、約２５μｍ、又は４０約μｍであり得る。
様々な実施形態では、分離領域と変位力生成領域との間の少なくとも１つの流体接続は、拡散によるものを除き、内部に生成された力がない状態で、変位力生成領域からの流体フローを阻止するように構成された断面寸法を有し得る。（図９Ａ〜図９Ｃ参照）。変位力生成領域の寸法は、分離領域の寸法に一致し得る。変位力生成領域は、隔離囲いの別個の区画であり得る。様々な実施形態では、変位力生成領域は、二次フローを最小化するように構成し得る。
幾つかの実施形態では、隔離囲いは、光学的に照明されると、流体媒体の第２の循環フローを生成するように構成された第２の熱標的を含み得る。第２の熱標的は、変位力生成領域内に配置し得る。第１の熱標的及び第２の熱標的は、逆方向の流体媒体の第１の循環フロー及び第２の循環フローを提供するように向け得る。
様々な実施形態では、変位力生成領域は１つの開口部を含み得、１つの開口部は、分離領域への変位力生成領域の流体接続であり得る。幾つかの実施形態では、変位力生成領域の流体接続は、流体コネクタを含み得る。（図５Ａの流体コネクタ５１４参照）。幾つかの実施形態では、変位力生成領域の流体コネクタは、少なくとも１つの湾曲部を含み得る（図５Ａの流体コネクタ５１４参照）。幾つかの実施形態では、流体コネクタの少なくとも１つの湾曲部は、約６０度〜約１８０度、約６０度〜約１２０度、約６０度〜約９０度、約４０度〜約１８０度、約４０度〜約１２０度、約４０度〜約９０度、又はそれらの間の任意の値のターンを含み得る。他の実施形態では、変位力生成領域の流体コネクタは、少なくとも２つの湾曲部を含み得る。幾つかの実施形態では、流体コネクタの少なくとも２つの湾曲部のそれぞれは、約６０度〜約１８０度、約６０度〜約１２０度、約６０度〜約９０度、約４０度〜約１８０度、約４０度〜約１２０度、約４０度〜約９０度、又はそれらの間の任意の値のターンを含み得る。ターンが変位力生成領域と分離領域との間の流体コネクタに含まれる場合、隔離囲いは全体として、「Ｕ」字、「Ｎ」字、又は逆「Ｎ」字のような形状に似た形状を有し得る。
様々な実施形態では、流体コネクタの幅は、分離領域及び／又は変位力生成領域の幅と同じであり得る。幾つかの実施形態では、流体コネクタは、微小物体が分離領域から変位力生成領域に通過するのを阻止するように構成された断面寸法をｘ軸寸法及びｙ軸寸法において含み得る。様々な実施形態では、ｚ軸方向における流体コネクタの高さは、微小物体が通過することができないように様々であることができる。分離領域から変位力生成領域に。
様々な実施形態では、隔離囲い内の熱標的又は変位力生成領域は、一主方向において、形成された気泡の拡大を制限するように構成し得る。例えば、変位力領域は長尺状であり得、キャビテーション力／気泡成長／剪断流／対流が、分離領域との流体接続に向かう方向に強制されるように、変位領域の先端部分に配置された熱標的を有し得る。これは、気泡の拡大を制限することができる熱標的又は変位力生成領域の構成を限定する記載ではなく、他の構成も可能である。
様々な実施形態では、熱標的は、分離領域への少なくとも１つの流体接続への先端にある変位力生成領域の部分に位置決めし得る。幾つかの実施形態では、変位力生成領域は、マイクロ流体デバイス内の変位力生成領域の向きに応じて、ｘ軸又はｙ軸寸法において約２０μｍ〜約１００μｍの幅を有し得る。幾つかの実施形態では、変位力生成領域は、流体媒体の二次フローを最小化するように構成し得、それにより、分離領域内の細胞に向けられる力を最大化する。
循環培養囲いは、隔離囲いについて上述した特徴又は寸法の任意の組合せを有する接続領域及び変位力生成領域を有し得る。循環培養囲いは、隔離囲いの分離領域について説明した任意の寸法又は特徴を有し得るが、能動的に循環しているとき、循環培養囲いが主チャネルを通り培養領域に入る流れを循環させるように構成されるという点で異なる培養領域を含み得る。様々な実施形態では、循環培養囲いの変位力生成領域は、フロー領域への開口部を更に含み得る。循環培養囲いの一実施形態について、図６Ａに関してより完全に以下に説明する。
本開示のマイクロ流体デバイスの構成及びその使用については、図５Ａ〜図８Ｄを参照することにより、より完全に理解し得る。
図５Ａは、マイクロ流体デバイス５００に流体媒体フロー５３０を含むように構成されたチャネル５２２に向かって開く隔離囲い５０２の例を示す。隔離囲い５０２は、本開示の幾つかの実施形態により、微小物体５０４を隔離囲い５０２から搬出するのに使用される気泡（図示せず）を生成するように構成された熱標的５４０を含む。隔離囲い５０２は、細胞等の微小物体５０４を貯蔵及び／又は培養する分離領域５１０を含む。分離領域５１０及び熱標的５４０は、変位力生成領域５１２により物理的に隔てられ、変位力生成領域５１２は、熱標的５４０に光（図示せず）を集束させることにより、気泡が核形成され、容積を増大させる（本明細書では「気泡の拡大」と呼ぶ）のに十分な空間を可能にする流体コネクタ５１４も含む。容積の増大により気泡が成長するにつれて、拡大する気泡は、変位力生成領域（５１２＋５１４）において流体に対する力を生成し、したがって、経路５１６に沿って流体の剪断流（図示せず）を生成する。多くの実施形態では、熱標的５４０は、変位力生成領域５１２（＋５１４）の先端部に位置決めされて、気泡が拡大するにつれて、主方向において力を及ぼすことを保証し得る。幾つかの実施形態では、熱標的又は変位力生成領域のいずれかは、熱エネルギーが連続照明により供給し続けられているとき、気泡が１つのみの主方向において拡大し得るように気泡の拡大を制限するように構成される。分離領域と変位力生成領域（５１２＋５１４）との間の流体コネクタ５１４は、拡散による力を除き、内部に生成される力がない状態で、変位力生成領域（５１２＋５１４）からの流体フローを阻止するように構成された断面寸法を有し得る。
微小物体が生物学的微小物体（例えば、生体細胞）である場合、変位力生成領域（５１２＋５１４）は、光学的に照明されると熱標的４５０により生成される熱から生物学的微小物体を物理的に隔てるようにも機能する。幾つかの場合、拡大しつつある気泡は、微小物体５０４と熱標的５４０との間に物理的バリアを提供するようにも機能する。後述するように、隔離囲い５０２の幾何学的形状は、気泡の核形成及び拡大からの力（及びその結果生じる剪断流）を最大にするように最適化し得る。
図５Ａに示される隔離囲い５０２は、文字「Ｎ」を逆にしたもの（すなわち、逆「Ｎ」字のような形状）に似た形状を有するが、他の実施形態は、隔離囲い５０２から微小物体５０４を変位させるのに十分な剪断流を生成することにおいて有益な異なる形状を有し得る。
さらに、簡潔にするために、隔離囲い５０２は、重力の力により細胞を所定位置に保持するのに使用される特徴又は微小物体５０４を収集し、微小物体５０４を隔離囲い５０２内に位置決めする、隔離囲い５０２の向かいに位置するトラップ等の他の望ましい機能を提供するために実際に使用し得るいかなる他の特徴も有さずに示されている。しかし、実際には、これらの特徴又は隔離囲いについて本明細書に記載される任意の他の特徴を隔離囲い５０２と併せて使用することが可能である。同様に、図５Ａに示される隔離囲い５０２は、均一な気泡の生成に使用される正方形の熱標的５４０を有して示されている。他の実施形態では、他の形状又は材料の対称な熱標的を使用し得る。更に他の実施形態では、熱標的５４０は存在せず、光学照明は、熱標的５４０の近傍のマイクロ流体回路材料５０６に向けられて、不安定又は安定であり得る気泡を核形成し、気泡は、微小物体５０４を除去するキャビテーション力、剪断流の流体力、又は気泡接触力を生じさせ得る。
図５Ｂは、気泡５２０の形成及び図５Ａの隔離囲い５０２から微小物体５０４を変位させる、成長しつつある気泡５２０により生成される剪断流５４２の使用を示す。光源（図示せず）は熱標的５４０に集束し、熱標的５４０を励起させ（すなわち、加熱し）、それにより、気泡５２０ａを核生成する。光源を熱標的５４０上に集束し続けることにより、気泡５２０ａは容積を拡大して、連続してより大きな気泡５２０ｂ、５２０ｃ、５２０ｄ、５２０ｅを生成することができる。気泡５２０のサイズ増大は、隔離囲い５０２内の流体媒体（図示せず）に対する力を生み出し、そしてこの力は、微小物体５０４を分離領域５１０からチャネル５２２に変位させる剪断流５４２を生み出す。微小物体５０４がチャネル５２２に変位されると、チャネル５２２内のフロー５３０を制御することにより、微小物体５０４を操作若しくは移動させることができ、又はＤＥＰを使用して移動させることができる。
変位力生成領域５１２は、流体コネクタ５１４を含み、変位力生成領域の幾何学的形状及び長さを調整することにより剪断流５４２を強化するように最適化し得る。例えば、熱標的５４０と分離領域５１０との間の変位力生成領域の長さ及び幅は、剪断流５４２を生成するように最適化し得る。熱標的５４０は、隔離囲い５０２の先端部分に位置決めして、気泡５２０が一方向において拡大することを保証し得る。同様に、熱標的５４０を含む変位力生成領域５１２＋５１４の先端部分の幅を狭めて、核形成された気泡５２０が主に一方向で拡大することを保証し得る。変位力生成領域５１２＋５１４の先端部分の適する幅は、約２０μｍ〜約１００μｍの範囲であることができる。幾つかの実施形態では、変位力生成領域の流体コネクタ領域５１４は、変位力生成領域５１２の先端部分と同じ幅を有し得る。
幾つかの実施形態では、変位力生成領域５１２＋５１４は、剪断流５４２を干渉し得る二次フローを最小化するように最適化し得る。後述するように、変位力生成領域５１２＋５１４は、変位力生成領域５１４＋５１２の幅が大幅に小さくなる狭窄部を含み得る。実施形態に応じて、狭窄部の幅は、変位力生成領域５１２＋５１４の幅の１／２〜１／２０であり得る。例えば、狭窄部は約５μｍ〜約５０μｍの範囲の幅を有し得、変位力生成領域５１２＋５１４は、約２０μｍ〜約１００μｍの範囲の幅を有し得る。幾つかの実施形態では、変位力生成領域５１２＋５１４は、変位力生成領域の流体コネクタ領域５１４に１つ又は複数（２つ、３つ、４つ、又は５つ）のターンを含む。
図５Ｂに示される場合では、気泡５２０は微小物体５０４に接触せず、微小物体６５０は、気泡の成長により生成された剪断流５４２を受けるだけである。しかし、隔離囲い５０２の使用の他の実施形態では、気泡５２０のメニスカスを微小物体５０４に接触させて、微小物体５０４を分離領域５１０から変位させ、任意選択的に微小物体５０４を隔離囲い５０２から搬出する接触力を提供することが望ましい又は更には有利なことがある。搬出は、気泡の流れにより駆動される能動的搬出であってもよく、又は単に、ＤＥＰ等の別の力により細胞５０４を隔離囲い５０２から搬出し得るように細胞を除去してもよい。幾つかの実施形態では、変位力生成領域５１２＋５１４の長さは、気泡５２０のメニスカスを分離領域５１０内の微小物体５０４に接触させるために、短くし得る。実施形態に応じて、変位力生成領域５１２＋５１４は、分離領域５１０に部分的に重なり得、さらに、任意のターンを含む流体コネクタ５１４を有さなくてもよい。
他の場合、隔離囲い５０２を通って移動し、チャネル５２２に入る気泡５２０を核形成することが有利であり得る。幾つかの場合、気泡５２０を使用して、微小物体をチャネル５２２内に搬出し得る。他の場合、気泡５２０を使用して、チャネル５２２をブロックし（例えば、微小物体がチャネル５２２を通って移動しないようにし）、及び／又はチャネル５２２において流体媒体（図示せず）のフロー５３０をリダイレクトし得る。例えば、複数のチャネル１２２を含むマイクロ流体回路（図２Ｆに示されるマイクロ流体回路２８０等）では、気泡５２０を誘導し、流路１０６を第１のチャネル１２２から他のチャネル１２２の１つにリダイレクトするブロック機構として使用し得る。
代替的には、この構成を使用して、気泡フロー、剪断流、気泡のメニスカスとの接触、又は対流力により微小物体５０４を除去する任意のモードを実施し得る。
隔離囲いからチャネル又は他の回路要素への微小物体の光学駆動変位及び搬出と併せて、他の方法及び技法を使用し得る。例えば、傾斜装置１９０を使用して、マイクロ流体回路を傾斜（すなわち、水平軸上のマイクロ流体回路を回転させる）又は反転させ、それにより、微小物体に重力を受けさせ得、これは、光学駆動方法を使用することと同時に又はその予備ステップとして使用し得る。同様に、幾つかの場合、磁性ビーズを使用して、微小物体を邪魔又は除去し得る。これらの場合、磁性ビーズは、磁力を使用して隔離囲いに配置し得、取り出し得る。磁性ビーズが隔離囲いから取り出されるときの磁性ビーズの動きは、隔離囲いに貼り付いた微小物体の変位及び／又は除去を支援し得る。
図５Ｃは、熱標的５４１に向けられた光学照明の使用を示し、熱標的５４１は単に、マイクロ流体デバイス５００の隔離囲い５０２内に気泡５２１を生成するのに使用することができる、変位力生成領域の内面の選択された離散領域である。熱標的５４１を形成する、選択された離散領域は、いかなる金属堆積もマイクロ流体回路材料又はベースの内面のいかなる特別なパターン化も必要としない。図５Ｃに示される実施形態では、光源は、正方形パターンの光（図示せず）で隔離囲い５０２のエリアに集束し得る。この正方形パターンの光は、マイクロ流体回路構造１０８、内面１０９、及び／又はカバー１１０を加熱することができ、それにより、任意の選択された位置に熱標的５４１を作製し、熱標的５４１は、微小物体５０４を隔離囲い５０２から搬出するのに十分な剪断力５４２を生成する気泡５２１を核形成し成長させるのに使用することができる。代替的には、この構成を使用して、気泡フロー、剪断流、気泡のメニスカスとの接触、又はキャビテーション力により微小物体５０４を除去する任意の方法を実施し得る。
図５Ｄは、繰り返される番号の要素が上記のように定義される、マイクロ流体デバイス５５０の隔離囲い５４４を示す。隔離囲い５４４は、本開示の幾つかの実施形態により、光学駆動変位力を生成するように構成され、微小物体５０４の搬出に使用される。図５Ｄに示される隔離囲い５４４は、文字「Ｕ」（すなわち、「Ｕ」字のような形状）に似た形状を特徴とし、分離領域５５４は、基端開口部５３４及び接続領域５５２の真下にある。熱標的５４３は、変位力生成領域５５６内の隔離囲い５４４の先端部に配置される。図５Ａと同様に、変位力生成領域５５６は、気泡（図示せず）の核形成及びキャビテーション力、剪断力、微小物体５０４に接触することができる気泡、又は分離領域５５４内で微小物体５０４を除去することができる気泡の流れを作製し、任意選択的に微小物体５０４をチャネル５２２に変位させるための気泡の使用を可能にするのに十分な距離を分離領域５５４と熱標的５４３との間に提供する。気泡、剪断流、又はキャビテーション力の経路は、経路５４６により示される。
図５Ｅは、繰り返される番号の要素が上記のように定義される、マイクロ流体デバイス５６０の隔離囲い５４８を示す。隔離囲い５４８は、本開示の幾つかの実施形態により、光学駆動変位力を生成するように構成され、微小物体５０４の搬出に使用される。図５Ｅに示される隔離囲い５４８はまた、図５Ａ及び図５Ｂに示される隔離囲い５０２と同様の逆「Ｎ」字形を有する。しかし、この実施形態における変位力生成領域は、熱標的５４５と分離領域５６４とを隔てる３つのサブ領域５６６、５６７、及び５６８を含み、分離領域５６４は接続領域５６２に更に接続される。変位力生成領域は、熱標的５４５も含む先端部分５６６と、変位力生成領域／の先端部分５６６と同じ寸法を有する第１の流体コネクタ５６７を含む。変位力生成領域は、分離領域５６４に接続する第２の狭窄流体コネクタ５６８を更に含み、流体コネクタ５６８の幅（図を見たときｘ軸平面における寸法）は、第１の流体コネクタ５６７及び／又は分離領域５６４と比較して狭められる。第２の流体コネクタ５６７の狭窄幅は、熱標的５４５において生成された気泡が分離領域５６４内の微小物体５０４と接触するのを阻止するように機能する。加えて、第２の流体コネクタ５６７の狭窄幅は、微小物体５０４の変位に使用される剪断流若しくはキャビテーション力を妨げるか、又は剪断流若しくはキャビテーション力に干渉する異常な流れを生み出し得る望ましくない二次フローを回避する。さらに、第２の流体コネクタ５６７の狭窄幅は、微小物体５０４が分離領域から変位力生成領域（５６６、５６７、及び５６８）に通過するのを阻止する。
図６Ａは、本開示の一実施形態による、マランゴニ効果フロー６８０の生成に使用されるマイクロ流体デバイス６００の循環培養囲い６０２及び熱標的６２２を示す。熱標的６２２は、光源６６０を使用して加熱されたとき、循環マランゴニ効果フロー６８０を生じさせる温度勾配を有する気泡６７５を作る非対称涙滴様形状を有する。図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、及び図４Ｇに関して上述したように、様々な異なる非対称熱標的を使用して、マランゴニ効果フロー６８０を生成し得る。
図６Ａに示される実施形態では、より大きな表面積を含む熱標的６２２の部分は、より小さな表面積を含む熱標的６２２の部分の下に位置決めされる。したがって、その結果、気泡上の温度勾配により生成することができるマランゴニ効果フロー６８０は、気泡６７５の下部から気泡６７５の上部に（変位力生成領域６１４の基端開口部６３４に向けられ、変位力生成領域６１４＋６１６の流体コネクタ６１６から離れて向けられる）移動し、この場合では反時計回りの循環マランゴニ効果フロー６８０を生成する。
図６Ａに示される実施形態では、マイクロ流体デバイス６００の循環培養囲い６０２は、接続領域６１０と、培養領域６１２と、流体コネクタ６１６を含む変位力生成領域６１４とを有する。循環培養囲い６０２は隔離囲いと同様であり得るが、能動的に循環しているとき、主チャネルを通る流れを循環させるように構成される。変位力生成領域６１４は、マイクロ流体チャネル５２２への基端開口部６３４と、その流体コネクタ６１６から培養領域６１２への先端開口部６３６とを有する。繰り返される番号の要素は、上で定義されたようなものである。熱標的６２２が光６６０で照明されると、気泡６７５が核形成され、循環培養囲い６０２及びチャネル５２２の両方を通って循環する循環フロー６８０（マランゴニ効果フロー）を生み出す。循環フロー６８０を使用して、流体を混合し、及び／又は循環培養囲い６０２及び隣接するチャネル５２２内の任意の場所に微小物体（例えば、細胞）を変位させることができる。フローの速度、ひいてはその変位力は、開始に必要な電力がわずか１ミリワットであり得る照明の電力を変調することにより変調し得る。幾つかの場合、循環フロー６８０は、媒体モジュール１６０及び媒体源１７８により制御される媒体５３０のフローと同じ方向にフローのベクトルの少なくとも一部を有し得る。循環フロー６８０を使用して、チャネル５２２内の媒体を培養領域６１２に流し得る。同様に、循環フロー６８０を使用して、循環培養囲い６０２内の微小物体を変位及び搬出することもできる。
幾つかの他の実施形態では、隔離囲いは、循環（マランゴニ効果）フロー６８０を生成する回路を含み得る他の幾何学的形状を含み得る。図６Ａに示される循環培養囲い６０２は、主チャネル５２２（本明細書では「開ループ」循環培養囲い６０２と呼ばれる）を組み込む回路を含むが、他の囲いの幾何学的形状は、「閉ループ」隔離囲い（すなわち、主チャネル５２２のいかなる部分も含まない回路）を生成する、隔離囲い内のマイクロ流体回路構造の円形部分を含み得る。
実施形態及び気泡により生成されるマランゴニ効果フローの力に応じて、開ループ循環培養囲い及び閉ループ隔離囲いは異なるサイズ及び形状を有することができる。例えば、開ループ及び閉ループ隔離囲い内に含まれる回路は、異なる容量の流体を収容し得る。同様に、回路の長さは、マランゴニ効果フロー６８０の力及び使用される熱標的６２２のタイプに従って様々であり得る。図８Ｃ及び図８Ｄに関して後述するように、回路はチャネル全体を含み得る。
図６Ｂは、循環マランゴニ効果フロー６８２を生成するように構成されたマイクロ流体デイス６２０の「閉ループ」隔離囲い６０４を示す。隔離囲い６０４は、小文字「ｂ」に似た形状（すなわち、「ｂ」字のような形状）を有する。図６Ｂに示される隔離囲いでは、分離領域６３２は接続領域６３０の真下に位置決めされ、接続領域６３０はマイクロ流体チャネル５２２への基端開口部５３４を有する。閉ループ隔離囲い６０４は円形チャネルを有するが、任意のタイプの回路（例えば、正方形又は多角形チャネル）が使用可能である。隔離囲い６０４は非対称熱標的６２４を更に含み、この熱標的は、分離領域６３２への２つの流体接続、例えば、分離領域６３０から及び分離領域６３０への円形チャネルの２つのアームを有する変位力生成領域６３８内に配置される。熱標的６２４は、光源６６２を使用して加熱されて、温度勾配を有する気泡６７２を生成し得、そして気泡６７２は、閉ループ円形チャネル内にマランゴニ効果フロー６８２を生成することができる。円形チャネルは主チャネル５２２に対して開かないため、マランゴニ効果フロー６８２を使用して、主チャネル５２２内の流体媒体から独立して、物体又は流体媒体を混合し得る。
図６Ｃは、マランゴニ効果フロー６８４を生成するように構成されたマイクロ流体デバイス６４０の隔離囲い６０６を示す。隔離囲い６０６は、接続領域６４２の真下に位置する分離領域６６４を含み、接続領域６４２はチャネル５３０への基端開口部５３４を有する。隔離囲い６０６はまた、変位力生成領域６４６から分離領域６４４への２つの流体接続を有する閉ループ円形チャネルを提供するマイクロ流体回路材料の部分を囲む。変位力生成領域６４６内の非対称熱標的６２６は、光源６６４を使用して加熱されて、マランゴニ効果フロー６８４を生成する温度勾配を有する気泡６７４を生成することができる。
図６Ｄは、交互の方向にマランゴニ効果フローを生成するように構成されたマイクロ流体デバイス６７０の隔離囲い６０８を示す。マイクロ流体デバイス６４０の隔離囲い６０６と同様に、隔離囲い６０８は、分離領域６５４と、２つの流体接続（循環チャネルのアーム）を介して分離領域に接続される変位力生成領域６５６と、チャネル５２２への基端開口部５３４を有する接続領域６５２とを有する。隔離囲い６０８は、交互の方向にマランゴニ効果フロー（図示せず）を生成するように構成された２つの熱標的６２８、６２９を有する。マランゴニ効果フローの方向を交互にすることを使用して、隔離囲い６０８内の微小物体又は流体媒体への攪拌運動を生み出すことができ、攪拌運動は、微小物体及び媒体の混合及び除去における効果の強化を提供するように機能し得る。
図７Ａ〜図７Ｆは、光学駆動対流及び微小物体変位に有用な隔離囲いの他の実施形態を示す。図７Ａ〜図７Ｆに示される各実施形態では、バリアは、隔離囲いの分離領域からの変位力生成領域の物理的な分離を生み出す。１つのバリアモジュールであってもよく、又は複数のバリアモジュールであってもよいバリアと隔離囲いの壁との間のギャップは、２つの領域間に流体接続を提供するが、微小物体の分離領域から変位力生成領域への通過を阻止するように構成される。同様に、バリアモジュールと隣接するバリアモジュールとの間のギャップは、２つの領域間に流体接続を提供するが、微小物体が分離領域から変位力生成領域に通過するのを阻止するように構成される。それぞれの場合において、バリアモジュールは、光学駆動対流により生成される力及び変位力の直接衝撃から微小物体へのダメージを回避するように構成することもでき、分離領域内の微小物体をより効率的に除去するように、チャネル剪断流、キャビテーション力、又は気泡力を支援することもできる。同じ番号を有する付番要素は同等である。
図７Ａにおいて、マイクロ流体デバイス７００の隔離囲い７０４は、流体媒体７０６のフローを含むように構成されたマイクロ流体チャネル７２２に向かって開く。マイクロ流体チャネル７０６及び隔離囲いの壁は、マイクロ流体回路材料７１６から作製し得る。隔離囲い７０４は、マイクロ流体チャネル７２２への基端開口部７１０を有する接続領域７１４を有する。接続領域は、微小物体７０２を配置及び／又は維持し得る分離領域７１２に流体的に接続される。分離領域７１２は変位力生成領域７１８に更に接続され、変位力生成領域７１８は、本明細書に記載される任意の熱標的であり得る熱標的７２４を含む。隔離囲い７０４は、分離領域７１４と変位力生成領域７１８との間に境界を形成する１つのバリアモジュール７２６も含む。分離領域７１４と変位力生成領域７１８との間には２つの流体接続があり、これらは、バリア７２８と隔離囲い７０４の壁との間のギャップ７２８である。隔離囲い７０４は、光学駆動対流及び微小物体変位の方法で使用し得る。幾つかの実施形態では、熱標的は光源により照明し得、光源は、コヒーレント光源又は非コヒーレント光源であり得、構造化されていてもよく、又は構造化されていなくてもよい。幾つかの実施形態では、熱標的は、隔離囲い７０４内の追加の特徴であり、隔離囲い７０４の上のカバーに堆積してもよく、又はベース７０８の表面に堆積してもよい金属、パターン化可能なマイクロ流体回路材料、又は光開始ヒドロゲルポリマーから作製し得る。幾つかの実施形態では、この目的で作製された熱標的は犠牲特徴である。他の実施形態では、照明される選択された離散領域は、変位力生成領域の上面７０８又は壁のマイクロ流体回路材料７２６上の選択された位置である。通常、上面７０８又はマイクロ流体回路材料７１６は、照明されると、犠牲特徴として挙動し、熱を生成するが、プロセスにより破壊されもする。照明の持続時間は、どの種類の変位力が生成中であるかを決め得る。非限定的な一例では、約１０マイクロ秒〜約２００マイクロ秒の範囲である、本明細書に記載される短パルスは、変位のためのキャビテーション力を生み出し得る。非限定的な一例では、約１０００ミリ秒〜約２０００ミリ秒というより長い持続時間の照明は、分離領域７１２内の１つ又は複数の微小物体を除去することができる気泡接触力、気泡流力、気泡メニスカス力、又は剪断流力の１つを提供し得る。１つ又は複数の微小物体を除去する力は、細胞を全体的に分離領域からマイクロ流体チャネル７２２に変位させるのに十分であり得、又は分離領域７１２の表面から微小物体を除去するのに十分であり得るが、隔離囲い７０４から細胞を搬出するには十分ではない。
図７Ｂは、マイクロ流体デバイス７２０の隔離囲い７３０が、変位力生成領域７１８を分離領域７１２から隔てる複数のバリアモジュール７２６ａを有する別の構成を示す。変位力生成領域７１８は、複数の流体接続、ギャップ７２８ａを介して分離領域７１２に流体的に接続される。
図７Ｃは、複数の長尺状バリアモジュール７２６ｂが変位力生成領域７１８を分離領域７１２から隔てるマイクロ流体デバイス７４０の隔離囲い７３２の別の変形を表す。変位力生成領域７１８は、複数の流体接続、ギャップ７２８ｂを介して分離領域７１２に流体的に接続される。
図７Ｄは、マイクロ流体デバイス７５０の隔離囲い７３４を有する更に別の変形である。１つのバリアモジュール７２６ｃは、微小物体を直接衝撃から保護し得る弧を構成に有する。変位力生成領域７１８は、２つの流体接続、ギャップ７２８ｃを介して分離領域７１２に流体的に接続される。
図７Ｅは、マイクロ流体デバイス７６０の隔離囲い７３６を有する更なる変形である。１つのバリアモジュール７２６ｄは、微小物体を変位するように変位力をより効率的に向けるのに役立ち得る幅の狭い突起を構成に有する。変位力生成領域７１８は、２つの流体接続、ギャップ７２８ｄを介して分離領域７１２に流体的に接続される。
図７Ｆは、マイクロ流体デバイス７８０の隔離囲い７３８の別の変形を表し、この変形では、複数のバリアモジュール７２６ｅが、熱標的７２４を囲み、領域７１８を分離領域７１２から隔てる円形領域として変位力生成領域７１８を画定する。変位力生成領域７１８は、複数の流体接続、ギャップ７２８ｅを介して分離領域７１２に流体的に接続される。
隔離囲い７３０、７３２、７３４、７３６、及び／又は７３８は、隔離囲い７０４の作製と任意の同様の様式で作製し得、隔離囲い７０４について説明した方法として、光学駆動対流及び／又は微小物体変位の任意の方法において利用し得る。
図８Ａは、チャネル内に配置され、隔離囲い８０２、８０４、８０６内に延びる非対称熱標的８４０、８４２、８４４を有する一連の隔離囲い８０２、８０４、８０６を含むマイクロ流体デバイスを示す。熱標的８４２は、光源８６０を使用して加熱されて、温度勾配を有する気泡８７０を核形成し得、そして、温度勾配は、隔離囲い８０４内の微小物体５０４を妨げる又はチャネル８２２に変位させるのに使用され、隔離囲い８０４内に循環フローを生成することができるマランゴニ効果フロー８８０を生成する。マランゴニ効果フロー８８０は、流体媒体をチャネル８２２から隔離囲い８０４に導入するのに使用することもできる。図８Ａに示される熱標的８４０、８４２、８４４は、隔離囲い８０２、８０４、８０６の上に位置決めされ、流体媒体を隔離囲い８０２、８０４、８０６の非掃引位置に導入するのに使用することができるが、マランゴニ効果フロー８８０を生成するように構成される熱標的は、流体を掃引領域から非掃引領域に導入することが有益な場合、マイクロ流体回路内の任意の場所に位置決めし得る。速度、その結果としての循環フローの力は、照明の電力を増減することにより変調し得、それにより、循環フローの速度を加速又は減速させ得る。
図８Ｂは、チャネル８２２の終端に配置される非対称熱標的８４６を有するマイクロ流体デバイス８１０を示す。熱標的８４６が、温度勾配を有する気泡８７２の生成に使用される場合、その結果生成されるマランゴニ効果フロー８８２をチャネル内の流路８３０の代わり又は流路８３０と組み合わせて使用して、チャネル８２２内の物体を移動させることができる。
図８Ｃは、主チャネル８２４及び主チャネル８２４から垂直に延びる１０のサイドチャネル８２６ａ〜ｊを含む別のマイクロ流体デバイス８１２を示す。１０のサイドチャネルのそれぞれは、別のサイドチャネルに接続して、主チャネル８２４を有するマイクロ流体回路を形成する。特に、８２６ａは８２６ｂに接続し、８２６ｃは８２６ｄに接続し、８２６ｅは８２６ｆに接続し、８２６ｇは８２６ｈに接続し、８２６ｉは８２６ｊに接続して、回路を形成する。そうして形成された５つのマイクロ流体回路のそれぞれは、マランゴニ効果フローを生じさせる気泡を生成するように構成される非対称熱標的８４８ａ〜ｅを含む。図８Ｃに示される実施形態では、主チャネル８２４にはサイドチャネル８２６ａ〜ｅよりもはるかに低い流体抵抗がある。主チャネル８２４とサイドチャネル８２６ａ〜ｅとの流体抵抗差に起因して、主チャネル８２４に導入される流体媒体のフローは、サイドチャネル８２６ａ〜ｅに入らない。換言すれば、サイドチャネル８２６ａ〜ｅは、光学照明により誘導される循環フローが存在しない場合、マイクロ流体デバイス８１２の非掃引領域である。
実施形態に応じて、主チャネル８２４とサイドチャネルとの流体抵抗の比率は変化し得る。大半の実施形態では、サイドチャネル８２６に分岐するポイントにおける主チャネル８２４での流体抵抗は、サイドチャネル８２６の流体抵抗の１／１０〜１／１００である。流体抵抗は、チャネルの長さに比例し、チャネルの幅に反比例するため、サイドチャネルは通常、主チャネルよりも長く、かつ狭く、主チャネルとサイドチャネルとの流体抵抗の最適な比率を達成する。幾つかの実施形態では、主チャネルはサイドチャネルよりも１．５倍〜３倍広い幅を有することができる。例えば、主チャネルは１００μｍ〜１０００μｍの範囲の幅を有することができ、サイドチャネルは２０μｍ〜３００μｍの範囲の幅を有することができる。
しかし、図８Ｄに示されるように、気泡８７４ａ及び８７４ｂが非対称熱標的８４８ａ及び８４８ｃを使用して生成される場合、その結果として気泡８７４ａ及び８７４ｂにより生成されるマランゴニ効果フローを主チャネル８２４内のフローと併せて使用して、主チャネル８２４からサイドチャネル８２６ａ、８２６ｂ、８２６ｅ、８２６ｆに流体媒体を選択的に導入し得る。このようにして、マランゴニ効果フローを使用して、検体、試薬、及び又は微小物体（例えば、ビーズ）を含む媒体を対象となるチャネルに選択的に導入して、アッセイを実行し、又は微小物体を培養し得る。
キット
対流及び／又は微小物体変位の光学駆動デバイス及び方法のキットが提供され、キットは、本明細書に記載される任意のマイクロ流体デバイスであって、任意の組合せで本明細書に記載される任意の特徴を含み得る、マイクロ流体デバイスと、被覆面を提供する試薬とを含む。マイクロ流体デバイスは、任意のマイクロ流体デバイス１００、２００、２３０、２５０、２８０、２９０、５００、５５０、５６０、６００、６２０、６４０、６７０、７００、７２０、７２０、７５０、７６０、７８０、８０８、８１０、８１２、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００から選択し得る。被覆面の試薬は、その目的で本明細書に記載される任意の試薬であり得る。被覆面を提供するための試薬は、共有結合表面を提供する試薬を含み得る。
キットの幾つかの実施形態では、１つ又は複数の流体媒体を提供し得る。他の実施形態では、キットは光開始可能ヒドロゲルを含み得、これは、流動性ポリマーとして既に形成されてもよく、又は乾燥粉末若しくは凍結乾燥された製品であってもよい。幾つかの実施形態では、キットは光開始剤を更に含み得る。キットの構成要素は１つ又は複数の容器内で提供し得る。
熱標的を有する隔離囲いを作製する方法
熱標的は、マイクロ流体デバイスの所定の製造中に作製し得る。金属標的は、電気接続に金属接点を追加する等の同じ動作中、マイクロ流体デバイスのカバーに堆積し得る。マイクロ流体回路材料から作製される熱標的は、ソフトリソグラフィ中、マスクに含め得る。このようにして設置された熱標的は犠牲標的を含み得る。気泡生成の表面トポグラフィは、作製中、マイクロ流体回路構造１０８又はカバー１１０にパターン化し得、又は光源（図示せず）を使用してｉｎ ｓｉｔｕでパターン化し得る。パターン化可能材料が使用される実施形態では、構造光源を使用し得る。ヒドロゲル熱標的は、マイクロ流体デバイスが作製された後であるが、本開示の方法で使用される前に設置し得る。
１つ又は複数の微小物体を除去及び／又は流体媒体を混合する方法
したがって、１つ又は複数の微小物体（例えば、細胞等の生物学的微小物体）をマイクロ流体デバイス内の表面から除去する方法が提供され、マイクロ流体デバイスのエンクロージャにおける流体媒体内に配置される１つ又は複数の微小物体を含む又は微小物体に隣接する、選択された離散領域を照明することであって、エンクロージャは、フロー領域及び基板を含むマイクロ流体回路を含む、照明すること、除去力の生成に十分な第１の時間期間の選択された離散領域の照明を維持すること、表面から１つ又は複数の微小物体を除去すること。
方法は、選択された離散領域を照明するステップを実行する前、第２の時間期間にわたり、１つ又は複数の微小物体をエンクロージャ内の流体媒体内に維持するステップを含み得る。エンクロージャ内の流体媒体内の細胞の維持中、幾つかのタイプの細胞は、マイクロ流体デバイスのエンクロージャの１つ又は複数の内面に付着し得る。付着は、細胞と１つ又は複数の表面との非特異的又は特異的相互作用であり得る。特異的相互作用は、細胞のカルボン酸等の表面部分と表面の酸化物部分との共有結合又は非共有結合による付着を含み得、これは、会合されると、水素結合又はエステル結合を形成し得る。１つ又は複数の細胞の付着は、１つ又は複数の表面に対して直接的又は非直接的であり得る。直接付着の非限定的な例は、１つ又は複数の細胞の一部と、表面に酸化物部分を有する表面の酸化物部分との相互作用である。１つ又は複数の細胞と表面との間接的な付着の非限定的な例は、細胞の一部（限定ではなく、細胞の表面上の部分を含む）と、それ自体が、エンクロージャ内に存在する他の細胞により生成されるタンパク質が付着した表面等であるがこれに限定されない表面に関連付けられることになる介在物質又は材料との相互作用を含み得る。これらは、細胞が維持される、細胞と表面との可能な付着のタイプの非限定的な例である。任意の種類の付着が、１つ又は複数の細胞の可搬性を低減し得る。
様々な実施形態では、マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、少なくとも１つの隔離囲いを更に含み得る。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、複数の隔離囲いを含み得る。複数の隔離囲いのそれぞれは、フロー領域への基端開口部を有し得る。幾つかの実施形態では、フロー領域はマイクロ流体チャネルを含み得る。
幾つかの実施形態では、１つ又は複数の微小物体が維持される表面は、基板の表面であり得る。１つ又は複数の微小物体が維持される基板の表面は、少なくとも１つの隔離囲い内の基板の表面であり得る。
様々な実施形態では、選択された離散領域を照明するステップは、約１ｍｍ、約０．９ｍｍ、約０．７ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．３ｍｍ、約１００μｍ、約８０μｍ、約６０μｍ、約４０μｍ、約２０μｍ、約１０μｍ、約５μｍ、又はそれらの間の任意の第１の寸法（例えば、マイクロ流体エンクロージャの幅又はｘ軸寸法）を有する領域を照明することを含み得る。選択された離散領域を照明するステップは、約１ｍｍ、約０．９ｍｍ、約０．７ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．３ｍｍ、約１００μｍ、約８０μｍ、約６０μｍ、約４０μｍ、約２０μｍ、約１０μｍ、約５μｍ、又はそれらの間の任意の第２の寸法（例えば、マイクロ流体エンクロージャ内の高さ又はｙ軸寸法）を有する領域を照明することを更に含み得る。ｘ軸寸法又はｙ軸寸法は、上記寸法の任意の組合せであり得る。照明の選択された離散領域は、約２００平方μｍ、約１５０平方μｍ、約１００平方μｍ、約８０平方μｍ、約７０平方μｍ、約５０平方μｍ、約２５平方μｍ、約１０平方μｍ、又はそれらの間の任意の値の面積を有し得る。
照明の期間
照明するステップは、本明細書に記載される任意の光源を使用して実行し得、コヒーレント光又は非コヒーレント光であり得る。光は構造光又は非構造光であり得る。簡潔にするために、以下の説明はレーザ照明を参照するが、本発明はそのように限定されない。
様々な実施形態では、選択された離散領域を照明するステップは、選択された離散領域をレーザで照明することを含み得る。レーザは、約４５０ｎｍ〜約８００ｎｍの領域の波長を有する光で照射し得る。レーザは、約０．５アンペア、約０．７アンペア、約０．９アンペア、約１．１アンペア、約１．４アンペア、約１．６アンペア、約１．６アンペア、約２．０アンペア、約２．２アンペア、約２．５アンペア、約２．７アンペア、約３．０アンペア、又はそれらの間の任意の値の電流を有し得る。
レーザ照明は、約１ｍＷ〜約１０００ｍＷ、約１００ｍＷ〜約１０００ｍＷ、約１００ｍＷ〜約８００ｍＷ、約１００ｍＷ〜約６００ｍＷ、約１００ｍＷ〜約５００ｍＷ、又はそれらの間の任意の値の範囲の入射電力を有し得る。
様々な実施形態では、選択された離散領域をレーザ照明で照明するステップは、約１０マイクロ秒〜約８０００ミリ秒の範囲の時間期間にわたり実行し得、それらの間の任意の値であり得る。幾つかの他の実施形態では、選択された離散領域を照明するステップは、約１００ミリ秒〜約３分の範囲の時間期間にわたり実行し得る。
様々な実施形態では、レーザ照明は、約５０ミリ秒、約７５ミリ秒、約１００ミリ秒、約１５０ミリ秒、約２５０ミリ秒、約５００ミリ秒、約７５０ミリ秒、又は約１０００ミリ秒にわたり、選択された離散領域に向けられ得る。様々な実施形態では、レーザ照明は、約５０ミリ秒〜約２０００ミリ秒、約５０ミリ秒〜約１０００ミリ秒、約５０ミリ秒〜約５００ミリ秒、約５０ミリ秒〜約３００ミリ秒、約１００ミリ秒〜約１０００ミリ秒、約２００ミリ秒〜約１０００ミリ秒、約２００ミリ秒〜約７００ミリ秒、約３００ミリ秒〜約６００ミリ秒、又はこれらの任意の範囲の間の任意の値の範囲の時間期間にわたり、選択された離散領域に向けられ得る。他の実施形態では、レーザ照明は、約１ミリ秒〜約２００ミリ秒、約１ミリ秒〜約１５０ミリ秒、約１ミリ秒〜約１００ミリ秒、約１ミリ秒〜約５０ミリ秒、約１ミリ秒〜約３０ミリ秒、約２５ミリ秒〜約２００ミリ秒、約２５ミリ秒〜約１００ミリ秒、約２５ミリ秒〜約７５ミリ秒、約５０ミリ秒〜約２００ミリ秒、約５０ミリ秒〜約１２５ミリ秒、約５０ミリ秒〜約９０ミリ秒の範囲の時間期間にわたり、選択された離散領域に向けられ得、又はこれらの任意の範囲の間の任意の値であり得る。これらの範囲の１つ内で選択された照明期間は、微小物体に接触し、それにより、微小物体を除去する気泡の生成を光学的に駆動するのに十分であり得る。
様々な他の実施形態では、レーザ照明は、約５００ミリ秒〜約３０００ミリ秒、約１０００ミリ秒〜約２７００ミリ秒、約１０００ミリ秒〜約２５００ミリ秒、約１０００ミリ秒〜約２０００ミリ秒、約１０００ミリ秒〜約１５００ミリ秒、約１３００ミリ秒〜約３０００ミリ秒、約１３００ミリ秒〜約２７００ミリ秒、約１３００ミリ秒〜約２３００ミリ秒、約１３００ミリ秒〜約２０００ミリ秒、約１３００ミリ秒〜約１７００ミリ秒、約１５００ミリ秒〜約３０００ミリ秒、約１５００ミリ秒〜約２６００ミリ秒、約１５００ミリ秒〜約２３００ミリ秒、約１５００ミリ秒〜約２０００ミリ秒、約１７００ミリ秒〜約３０００ミリ秒、約１７００ミリ秒〜約２６００ミリ秒、約１７００ミリ秒〜約２０００ミリ秒の範囲、又はそれらの間の任意の値の時間期間にわたり、選択された離散領域に向けられ得る。これらの範囲の１つ内で選ばれた照明期間は、光学駆動剪断流又は気泡流接触力の生成に適し得る。
更に他の実施形態では、選択された離散領域を照明するステップは、約１０マイクロ秒〜約２００ミリ秒、約１０マイクロ秒〜約１００ミリ秒、約１０マイクロ秒〜約１ミリ秒、約１０マイクロ秒〜約１ミリ秒、約１０マイクロ秒〜約５００マイクロ秒、約５０マイクロ秒〜約１ミリ秒、約５０マイクロ秒〜約５００マイクロ秒、約５０マイクロ秒〜約３００マイクロ秒、約１ミリ秒〜約２００ミリ秒、約１ミリ秒〜約１５０ミリ秒、約１ミリ秒〜約１００ミリ秒、約１ミリ秒〜約５０ミリ秒、約１ミリ秒〜約３０ミリ秒、約２５ミリ秒〜約２００ミリ秒、約２５ミリ秒〜約１００ミリ秒、約２５ミリ秒〜約７５ミリ秒、約５０ミリ秒〜約２００ミリ秒、約５０ミリ秒〜約１２５ミリ秒、約５０ミリ秒〜約９０ミリ秒にわたり実行し得、又はこれら任意の範囲の間の任意の値であり得る。そのような照明範囲内の照明期間は、微小物体を含むか、又は微小物体に隣接する離散した選択領域内にキャビテーション力を生成し、それにより、微小物体の１つ又は複数を除去するのに十分であり得る。幾つかの実施形態では、照明の時間期間は、約１０マイクロ秒〜約５００マイクロ秒又は約１０マイクロ秒〜約１００ミリ秒の範囲であり得る。
幾つかの他の実施形態では、選択された離散領域を照明するステップは、約１００ミリ秒〜約３分、約１００ミリ秒〜約２分、約１００ミリ秒〜約１分、約１００ミリ秒〜約１０，０００ミリ秒、約１００ミリ秒〜約５，０００ミリ秒、約１００ミリ秒〜約１０００ミリ秒、約５００ミリ秒〜約３分、約５００ミリ秒〜約１分、約５００ミリ秒〜約１０，０００ミリ秒、約５００ミリ秒〜約３，０００ミリ秒、又はそれらの間の任意の値にわたり実行し得る。これらの範囲の１つから選択された範囲内の照明期間は、流体媒体及び／又は微小物体を混合する循環フロー（マランゴニ効果）を生成するのに十分であり得る。循環フローの照明期間は、選択された離散領域の照明に使用される電力に応じて、増減し得る。
これらの範囲は単なる例示であり、本開示を限定する意図はない。本開示の範囲内になお残りながら、各タイプの対流又は変位力について記載した範囲外の照明期間も識別し使用することが可能である。
幾つかの実施形態では、離散領域を照明するステップは、１つ又は複数の微小物体の少なくとも１つを含む選択された離散領域にレーザ照明を向けることを含む。これは、マイクロ流体デバイスのエンクロージャ内の任意の場所で実行し得る。幾つかの実施形態では、照明される離散領域は隔離囲い内にあり得、さらに、隔離囲い内の基板の表面であり得る。隔離囲い内の１つ又は複数の微小物体の少なくとも１つの微小物体を照明するとき、選択された離散領域は、フロー領域への隔離囲いの基端開口部への先端にある位置（例えば、隔離囲いの下部又は基部）又は少なくとも１つの隔離囲い内の中央位置）であるように選択し得る。
レーザ照明は、１つ又は複数の微小物体の少なくとも１つに対する除去力を直接生じさせ得る。理論により拘束されずに、照明は追加又は代替として、１つ又は複数の微小物体の周囲の流体媒体の部分を加熱し、１つ又は複数の微小物体の少なくとも幾つかを除去することができるキャビテーション除去力を生成し得る。
方法の他の実施形態では、照明される選択された離散領域は、１つ又は複数の微小物体に隣接し得る。選択された離散領域は、除去すべき１つ又は複数の微小物体から約１ｍｍ、約０．９ｍｍ、約０．７ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．３ｍｍ、約１００μｍ、約８０μｍ、約６０μｍ、約４０μｍ、約２０μｍ、約１０μｍ、約５μｍ、又はそれらの間の任意の値、離れて位置し得る。１つ又は複数の微小物体に隣接したレーザ照明は、マイクロ流体デバイスのエンクロージャ内の任意の場所で実行し得る。幾つかの実施形態では、１つ又は複数の微小物体に隣接した、選択された離散領域を照明するステップは、基板上、壁のマイクロ流体回路材料上、又は熱標的で実行し得、熱標的は、さらに犠牲特徴であり得る、本明細書に記載される任意の熱標的であり得る。幾つかの実施形態では、１つ又は複数の微小物体が隔離囲い内に維持される場合、基板を照明するステップは、フロー領域への少なくとも１つの隔離囲いの基端開口部近くの基板上の選択された離散領域で実行し得る。他の実施形態では、１つ又は複数の微小物体が少なくとも１つの隔離囲い内に維持される場合、選択された離散領域を照明するステップは、少なくとも１つの隔離囲いのマイクロ流体回路材料の選択された離散領域を照明することを含み得る。更に他の実施形態では、１つ又は複数の微小物体が少なくとも１つの隔離囲い内に維持される場合、選択された離散領域を照明するステップは、少なくとも１つの隔離囲い内に配置された犠牲特徴を照明することを含み得る。
犠牲特徴は、レーザ照明からのエネルギーを吸収し得る任意の適する材料で作ることができ、金属パッド又はマイクロ流体回路材料（例えば、隔離囲いの壁及びフロー領域（例えば、マイクロ流体チャネル）の壁と同じ又は同様の材料）を含むことができる。幾つかの実施形態では、犠牲特徴は、基板の上面（追加の被覆又は共有結合修飾された表面層を含んでもよく、又は含まなくてもよい）又はマイクロ流体デバイス内に含み得る任意の他の材料を含み得る。
照明（例えば、レーザ照明を含むが、これに限定されない）は、１つ又は複数の微小物体の少なくとも１つに対して除去力を直接生じさせ得る。理論により拘束されずに、照明は追加又は代替として、１つ又は複数の微小物体の周囲の流体媒体の部分を加熱し、１つ又は複数の微小物体を除去することができるキャビテーション除去力を生み出し得る。
レーザ照明は、１つ又は複数の微小物体の少なくとも１つに対して除去力を直接生じさせ得る。理論により拘束されずに、１つ又は複数の微小物体に隣接した選択領域を照明するステップは追加又は代替として、流体媒体の第１の部分を加熱し、１つ又は複数の微小物体の周囲の流体媒体の第２の部分を変位する持続的な気泡を生成し、それにより、１つ又は複数の微小物体を除去し得る。流体媒体の第２の部分を除去するステップは、第１の照明期間中、流体媒体の循環流体フローを生成することを更に含み得る。他の実施形態では、方法は、流体媒体の第１の部分を加熱することと、１つ又は複数の気泡を生成し、それにより、１つ又は複数の微小物体に向かう流体媒体の剪断流を生成することとを更に含み得る。更に他の実施形態では、方法は、流体媒体の第１の部分を加熱することと、１つ又は複数の微小物体に向かって流れるように構成された複数の気泡を生成することと、１つ又は複数の微小物体を複数の気泡の少なくとも１つの気泡のメニスカスに接触させることとを更に含み得る。
レーザ照明は、上述した任意の場所に向け得る。代替的には、１つ又は複数の微小物体がエンクロージャ内の隔離囲い内に維持される場合、選択された離散は、隔離囲いの先端部を形成する壁の少なくとも一部を含み得、壁はフロー領域への基端開口部とは逆に位置決めされる。隔離囲いのベースにおける照明は、１つ又は複数の微小物体へのダメージを回避し得る。
代替的には、１つ又は複数の微小物体がエンクロージャ内の隔離囲い内に配置される場合、選択された離散領域は、隔離囲いの変位力生成領域に位置し得る。幾つかの実施形態では、１つ又は複数の微小物体は、隔離囲いの分離領域内に配置し得、変位力生成領域は分離領域に流体的に接続される。
マイクロ流体デバイス内の１つ又は複数の微小物体を除去する方法の様々な実施形態では、方法は、少なくとも１つの隔離囲いから１つ又は複数の微小物体を搬出するステップを更に含み得る。少なくとも１つの隔離囲いから１つ又は複数の微小物体を搬出するステップは、誘電泳動力を用いて１つ又は複数の微小物体を移動させることを含み得る。
マイクロ流体デバイス内の１つ又は複数の微小物体を除去する方法の様々な実施形態では、方法は、マイクロ流体デバイスのエンクロージャのフロー領域から１つ又は複数の微小物体を搬出するステップを更に含み得る。１つ又は複数の微小物体をフロー領域から搬出するステップは、重力、流体フロー、誘電泳動力、又はそれらの任意の組合せを使用することを含み得る。
特定の実施形態では、本開示は、上記方法を実行する非一時的機械可読命令を記憶する機械可読記憶装置を更に提供する。機械可読命令は更に、画像の取得に使用される撮像デバイスを制御することができる。
別の態様では、マイクロ流体デバイスのエンクロージャ内で流体媒体及び／又は流体媒体に含まれる微小物体を混合する方法が提供され、方法は、少なくとも１つの流体媒体及び／又は微小物体を含むマイクロ流体回路内のエンクロージャの表面に配置された熱標的に光源を集束させるステップであって、それにより、少なくとも１つの流体媒体の第１の部分を加熱する、集束させるステップと、マイクロ流体回路内の少なくとも１つの流体媒体の循環フローを誘導させるステップであって、それにより、内部に配置された流体媒体及び／又は微小物体を混合する、誘導させるステップを含む。方法の幾つかの実施形態では、熱標的が第１のマイクロ流体チャネル内に配置され、第１のマイクロ流体チャネルが、第１の位置において第２の流体チャネルに分岐するように構成されるとともに、第２の位置において第２の流体チャネルに再結合するようにも構成され、熱標的はそれらの間の表面に配置される。
実験
システム及びマイクロ流体デバイス：Berkeley Lights, Inc.製。システムは、少なく
ともフローコントローラ、温度コントローラ、流体媒体調整及びポンプ構成要素、光活性化ＤＥＰ構成用の光源、レーザ、Berkeley Lights, Inc. OptoFluidic（商標）マイクロ
流体デバイスの搭載ステージ、及びカメラを含んだ。Berkeley Lights, Inc. OptoFluidic（商標）マイクロ流体デバイスは、約７×１０５立方μｍの容積を有するNanoPen（商標）チャンバを含んだ。
材料：細胞は、別段のことが記される場合を除き、ＡＴＣＣから取得した、マウス骨髄腫ハイブリドーマ細胞株であるＯＫＴ３細胞（ＡＴＣＣ（登録商標）カタログ番号ＣＲＬ−８００１（商標））であった。細胞は懸濁細胞株として提供された。空気中の５％二酸化炭素をガス環境として使用して、１ｍＬ当たり約１×１０５〜約２×１０５個の生存細胞を播種し、３７℃で培養することにより、培養を維持した。細胞を２〜３日ごとに分割した。ＯＫＴ３細胞の数及び生存率をカウントし、マイクロ流体デバイスに装填するために、細胞密度を５×１０５／ｍＬに調整した。
培養培地：イスコフ改変ダルベッコ培地（ＡＴＣＣ（登録商標）カタログ番号３０−２００５）５００ｍＬ、ウシ胎仔血清（ＡＴＣＣ（登録商標）カタログ番号３０−２０２０）２００ｍＬ、及びペニシリン−ストレプトマイシン（Life Technologies（登録商標）
カタログ番号１５１４０−１２２）１ｍＬを混合して、培地を作製した。完成した培地を０．２２μｍフィルタで濾して、使用まで光を避けて４℃で貯蔵した。
プライミング手順：２５０μＬの１００％二酸化炭素を１２μＬ／秒の流量で流入させた。この後、０．１％のPluronic（登録商標）Ｆ２７（Life Technologies（登録商標）
カタログ番号Ｐ６８６６）を含む２５０μＬのＰＢＳを１２μＬ／秒の流量で流入させた。プライミングの最終ステップは、２５０μＬのＰＢＳを１２Ｌ／秒の流量で流入させることを含んだ。その後、培地の導入が続いた。
灌流方式（チップ上での細胞培養中：灌流方法は以下の２つの方法のいずれかであった。
１．０．０１μＬ／秒で２時間灌流、２μＬ／秒で６４秒間灌流、そして繰り返す。
２．０．０２μＬ／秒で１００秒間灌流、フローを５００秒間停止、２μＬ／秒で６４秒間灌流、そして繰り返す。
光学システム：実施例１及び２では、光学システムは７８５ｎｍレーザOlympus顕微鏡Prosilicaカメラ及びレーザ用に専用コリメート光学系を有する落射光学列を含んだ。
実施例１．金属熱標的の光学照明
図９Ａ〜図９Ｄは、隔離囲いから細胞を搬出するのに使用される気泡を生成するための熱標的の使用を示す。図９Ａ〜図９Ｃに示されるマイクロ流体デバイス９００の隔離囲い９０２は、図５Ａに示される隔離囲いと同様の逆「Ｎ」字のような幾何学的形状を有し、接続領域９０６と、ヒトハイブリドーマ細胞９０４が培養された分離領域９０８と、分離領域に接続する基端狭窄セグメント９１２及び変位力生成領域９１０のリザーバ領域９１３に接続する先端狭窄セグメント９１４を有する３部流体コネクタ９０９を含む変位力生成領域９１０（図９Ｃにおいて記される）とを含む。変位力生成領域９１０の基端狭窄セグメント９１２は、細胞の直径よりも小さい幅を有し、いかなる細胞も分離領域９０８から変位力生成領域９１０に移動しないようにし、特に、光学照明が集束し、加熱強度が最も高いリザーバ領域９１３から細胞を分離する。変位力生成領域は、マイクロ流体デバイスのカバーの内面に堆積した金（Ａｕ）から形成された連続金属形状である熱標的９１６をリザーバ領域９１３内に更に含む。図９Ａは、光学照明前、分離領域内で３日間培養した後の複数の細胞を有する隔離囲いを示した。
０．８アンペア〜１．０アンペアの範囲の電流を用いる７８５ｎｍレーザを使用して、熱標的を５秒〜１０秒間、加熱した。図９Ｂは、照明期間内の時点で撮像した写真であり、この写真では、気泡（図示せず）が熱標的９１６において形成され、細胞を分離領域９０８から変位させ、細胞９０４を接続領域９０６及び隔離囲い９０２に近いマイクロ流体チャネル９２２に搬出した。図９Ｃは、細胞が搬出された後の時点における隔離囲いを示す。搬出された細胞９０４を標準ウェルプレートに移し、個々に播種した。ウェルプレート内で３日間培養した後、細胞９０４は、より大きな細胞集団（図９Ｄ）に増殖することにより生存性を実証した。
実施例２．気泡流力を生成する犠牲特徴の光学照明
図１０Ａ及び図１０Ｂは、接続領域１００６及び分離領域１００８を有する隔離囲い１００２からのヒトハイブリドーマ細胞の搬出を示した。この例では、隔離囲いは離散又は別個の変位力生成領域を有さなかった。
細胞をマイクロ流体デバイス１０００の隔離囲い１００２内で３日間培養した（図示せず）。１．４アンペア電流を有するレーザ（電力は９０ミリワットであった）を、誘電移動基板及びインジウム錫酸化物（「ＩＴＯ」）を含むカバーであったマイクロ流体回路の内面（熱標的）に５秒〜１０秒間、集束させることにより、搬出を実行した。照明した特定の位置は、マイクロ流体チャネル１０２２への隔離囲いの開口部とは逆の、隔離囲い１００２のベースにおける内面の選択された離散領域１０２０であった。熱標的は、光学照明を吸収し、照明を熱エネルギーに変換し、それにより、周囲の流体媒体を加熱した基板であった。このプロセスでは、犠牲特徴として機能する基板の一部を破壊した。気泡の流れを核形成するのに十分に流体媒体を加熱した。図１０Ａは、光を基板に集束させることにより、気泡１０２４が隔離囲い１００２の下部に形成された照明期間中の時点を示した。細胞１００４を分離領域１００８から接続領域１００６隔離囲いに移動させた。図１０Ｂは、気泡１０２４の流れの容積が成長し、細胞１００４の大半が囲い１００２からマイクロ流体チャネル１０２２内に搬出された、後の時点における隔離囲い１００２を示した。搬出された細胞１００４をウェルプレートに移し、更に培養するために、個々に播種した。図１０Ｃは、３日後のウェルプレートのうちの１つのウェルを示し、個々に播種した細胞が生存しており、増殖したことを示す。
実施例３及び４の光学システム
７８５ｎｍレーザであるChroma ZT745spxrxt-UF1ダイクロイックフィルタ（Chroma、Below Falls,バーモント州）、ＺＥＴ７８５ｎｆ（Chroma）放射フィルタ、及び４Ｘ Nikon対物レンズを組み込むように、光学列を変更した。
実施例３及び４のプロトコール。７８５ｎｍレーザを隔離囲いの内面（誘電泳動基板）及び囲いの上方のカバーに集束させ、９０ミリワット（ｍＷ）の電力を約１秒間、生成し、流体媒体を加熱し、１つ又は複数の気泡を生成した。気泡により生成される気泡接触力及び剪断流により、細胞を各分離領域から除去した。除去後、ＯＥＴ力を使用して、除去された個々の細胞を隣接する囲いに送出し位置決めした。培養下で２４時間後、新たに位置替えされた細胞を観測して、細胞の生存性及び増殖に対する効果を特定した。
実施例３．ＯＫＴ３細胞の光学駆動変位及び生存性
図１１Ａ〜図１１Ｃは、ＯＫＴ３細胞の光学駆動変位及び位置替えの前後からの実験結果を示す。図１１Ａは、隔離囲い１１０２からの細胞１１０４の搬出前のマイクロ流体デバイス１１００の一連の隔離囲いを示す。熱標的として機能する、隔離囲い１１０２の表面である犠牲特徴１１２０に光学照明を向けた。その結果、細胞１１０４を除去した。１つの細胞を隣接する隔離囲いに位置決めした。図１１Ｂは、ＯＥＴを用いて変位し位置替えした後の、除去され、新たに占有される囲い内に位置決めされた個々の１つの細胞１１０４ｂ、１１０４ｃ、１１０４ｄ、及び１１０４ｅを示した。当初占有されていた隔離囲い１１０２内の細胞１１０４ａの数は減り、細胞は除去されたが、隔離囲い１１０３内に残っている可能性がある。図１１Ｃは、数時間後の同じ隔離囲い２０を示した。図１２Ｃに示されるように、細胞１１０４ｂ、１１０４ｃ、１１０４ｄ、及び１１０４ｅは、除去、搬出、及び位置替え後、引き続き分裂し増殖した。さらに、元々占有されていた隔離囲い１１０２内の残留細胞も増殖した。これらの結果により、光学照明、加熱、除去、及び位置替えのプロセスが、この実験では細胞生存性に検出可能な影響を有さなかったことが示された。図１２Ｃに示されるように、２から４に増大した細胞１１０４ｃの数、細胞１１０４ｄの数は１から４に増大し、細胞１１０４ｅは１から２に増大した。
実施例４．ＪＩＭＴ−１細胞の光学駆動変位及びその結果としての生存性
培地：培地調整添加剤Ｂ−２７（登録商標）補足剤（２％ｖ／ｖ）を有する無血清培地（ThermoFisher Scientificカタログ番号１２０４５−０９６）。
図１２Ａ〜図１２Ｃは、付着ヒト乳がん細胞株であるＪＩＭＴ−１細胞（AddexBioカタログ番号Ｃ０００６０５５から市販されている）の光学駆動変位及び位置替え前後からの実験結果を示す。図１２Ａは、隔離囲い１２０２からの細胞１２０４の変位前のマイクロ流体デバイス１２００の一連の隔離囲いを示した。光学照明を隔離囲い１２０２の表面である犠牲特徴１２２０（熱標的に）に向け、細胞１２０４を除去した。図１４Ｂは、除去され、当初占有していた隔離囲い１２０２に隣接する空の隔離囲いに新たに位置替えされた個々の細胞１２０４ａを示した。図１４Ｃは、細胞１２０４ａが生存しており、２０時間培養期間内に１つから２つに２倍になったことを示す、変位及び位置替え後、２０時間後の時点を示す。
実施例５．循環（マランゴニ効果）フローの導入
図１３Ａ〜図１３Ｃは、循環培養囲いジオメトリを使用する循環マランゴニ効果フローを示す実験結果を示す。図１３Ａは、レーザが熱標的１３２０に向けられて、マイクロ流体デバイス１３００の循環培養囲い１３０２及び隣接するチャネル１３２２内にマランゴニ効果フローを生じさせる気泡１３３０を生成した第１の時点における幾つかの微小物体１３０５（直径６μｍのポリスチレンビーズ）を示す。図１３Ｂは、微小物体１３０５がマランゴニ効果フローにより培養囲い１３０２を通り反時計回りに循環した（白色矢印はフロー方向を示す）第２の時点（気泡１３３０ａが核形成の部分から離れて壊れた後）における微小物体１３０５を有する同じ循環培養囲い１３０２を示す。図１３Ｃは、レーザ照明がなお存在した第３の時点を示す。微小物体１３０５は、熱標的１３２０を超えてチャネル１３２２内に押し出され、循環して循環培養囲い１３０２の第２の側に戻っている。図１３Ａ〜図１３Ｃに示される実験では、７８５レーザをマイクロ流体デバイスのカバーの内面に堆積した金の熱標的に集束させることにより、気泡を核形成した。特に、レーザは、直径４０μｍの光点の生成に使用され、１．４ｋＷ／ｃｍ２に対応する９０ｍＷを有した。
実施例６．より短い照明期間でのＯＫＴ３細胞の光学駆動変位
ＯＫＴ３マウスハイブリドーマ細胞を示されるマイクロ流体デバイス１４００の隔離囲い内の流体媒体内で培養した。図１４Ａは、中央隔離囲い１４０２内に維持された細胞１４４０のコロニーを示す。細胞群は白色楕円形内で強調表示され、レーザ照明はまだ導入されていない。図１４Ｂは、レーザが、１．４アンペアを使用して約５０ミリ秒〜約１０００ミリ秒の範囲の持続時間にわたり、細胞の幾つかが含まれた隔離囲い１３０２の表面の選択された離散領域１４２０（犠牲特徴である熱標的）に向けられている間の、図の中央隔離囲い１４０２内の細胞１４４０の同じ群（白色楕円形内）を示す。図１４Ｃは、レーザ照明により導入された熱から核形成された気泡のキャビテーション及び崩壊が、隔離囲い１４０２から細胞１４０４ｂの群を完全に除去し、マイクロ流体チャネル１４２２内に変位させたことを示した。細胞１４０４ａの残りは、いくらか変位されたが、隔離囲い１４０２から搬出されなかった。
実施例７．より長い照明期間でのＯＫＴ３細胞の光学駆動変位
ＯＫＴ３マウスハイブリドーマ細胞１５０４をマイクロ流体デバイス１５００の隔離囲い内の流体媒体内に維持し、あらゆるレーザ照明前の細胞１５０４を図１５Ａに示し、図１５Ａでは、白色楕円形は除去すべき細胞のコロニーを指摘している。レーザ照明は図１５Ｂに示される。レーザ電力は１．４アンペアであり、レーザパルスの持続時間は約２０００ミリ秒であった。白色楕円形は、除去すべき細胞１５０４を囲み、照明１５２０の離散領域は隔離囲い１５０２の下部にあり、特に、隔離囲いの壁を形成するマイクロ流体回路材料に向けられた。標的とされたエリアは犠牲特徴（例えば、熱標的）として機能した。図１５Ｃは、２０００ミリ秒レーザ照明の終わり近くの時点を示し、この時点では、細胞１５０４（白色楕円形内）は除去され、細胞１５０４の群（見えない）下で気泡により押されて、フロー領域（例えば、マイクロ流体チャネル）への隔離囲いの基端開口部に向けて変位した。隔離囲いのベースに見られる黒色化は、隔離囲い１５０２内の基板材料及び隔離囲いの壁のいくらかの破壊を示す（図１５Ｄにおける照明後の犠牲特徴１５２４も参照）。図１５Ｄは光学照明の完了後の時点を示し、この時点では、光学作動した誘電泳動力が適用されて、ここでは除去された細胞１５０４を隔離囲い１５０４から更に遠くに動かし続けた。図１５Ｄでは、白色バー１５３０、１５３２、１５３４、１５３６は、基板表面に表示された光（ＯＥＴ）パターンであり、基板はそこに誘電泳動構成を含んだ。光パターンバー１５３０、１５３２、１５３４、１５３６は、マイクロ流体チャネル１５２２への隔離囲いの開口部に向かう方向に移動したため、各光バーパターンにより生成された誘電泳動力により捕捉及び排斥された細胞は、隔離囲いの開口部に向かって移動した（白色楕円形内の細胞１５０４ｂ及び１５０４ｃ参照）。細胞１５０４ｃは、光パターンバー１５３０により排斥され、隔離囲いから完全に搬出され、フロー領域（例えば、マイクロ流体チャネル１５２２）に再配置された。図１５Ｅは、光学作動した誘電泳動光パターン１５３０、１５３２、１５３４、１５３６が、一連の細胞の捕捉、排斥、及び隔離囲いからの搬出を完了し、流体フローフロー領域に回復した、後の時点を示す。レーザパルス方法により除去され、隔離囲いからフロー領域に更に搬出された細胞は、マイクロ流体デバイスから搬出された。細胞１５０４ｄ（強調のために白色楕円形内）はなお、隔離囲い内に残っているが、レーザ照明前の隔離囲い１５０２内の元の位置から明らかに除去された（図１５Ａと比較して）。光学作動誘電泳動による選択及び移動の追加のシーケンスにより、残りの細胞を隔離囲い外に搬出し得る。
実施形態の記載
１．フロー領域及び隔離囲いを更に含むエンクロージャを含むマイクロ流体デバイスであって、隔離囲いは、接続領域、分離領域、及び変位力生成領域を含み、接続領域は、フロー領域への基端開口部及び分離領域への先端開口部を含み、分離領域は、変位力生成領域への少なくとも１つの流体接続を含み、変位力生成領域は、熱標的を更に含む、マイクロ流体デバイス。
２．分離領域と変位力生成領域との間の少なくとも１つの流体接続は、微小物体を分離領域から変位力生成領域に通さないように構成される断面寸法を含む、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
３．分離領域と変位力生成領域との間の少なくとも１つの流体接続は、拡散による力を除き、内部に生成される力がない場合、流体が変位力生成領域から流れないようにするよう構成される断面寸法を含む、実施形態１又は２に記載のマイクロ流体デバイス。
４．分離領域と変位力生成領域との間の少なくとも１つの流体接続は、１つ又は複数のバリアモジュールを含み、１つ又は複数のバリアモジュールは、微小物体が分離領域から変位力生成領域に通さないようにするよう構成される、実施形態１〜３のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
５．変位力生成領域は、フロー領域への開口部を更に含む、実施形態１〜５のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
６．変位力生成領域は、分離領域への２つ以上の流体接続を有する、実施形態１〜５のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
７．隔離囲いは循環流路を含む、実施形態６に記載のマイクロ流体デバイス。
８．循環流路は狭窄部を含む、実施形態７に記載のマイクロ流体デバイス。
９．光学的に照明されると、流体媒体の第２の循環フローを生成するように構成される第２の熱標的を更に含む、実施形態６〜８のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
１０．第１の熱標的及び第２の熱標的は、逆方向での流体媒体の第１の循環フロー及び第２の循環フローを提供するように向けられる、実施形態９に記載のマイクロ流体デバイス。
１１．変位力生成領域は１つの開口部を含み、１つの開口部は、分離領域への流体接続である、実施形態１〜５のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
１２．変位力生成領域の流体接続は、少なくとも１つの湾曲部を含む流体コネクタを含む、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
１３．流体コネクタの少なくとも１つの湾曲部は、約６０度〜約１８０度のターンを含む、実施形態１２に記載のマイクロ流体デバイス。
１４．変位力生成領域の流体コネクタは、少なくとも２つの湾曲部を含む、実施形態１２又は１３に記載のマイクロ流体デバイス。
１５．流体コネクタの少なくとも２つの湾曲部のそれぞれは、約６０度〜約１８０度のターンを含む、実施形態１４に記載のマイクロ流体デバイス。
１６．流体コネクタの幅は、分離領域及び／又は変位力生成領域の幅と同じである、実施形態１２〜１５のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
１７．流体コネクタは、微小物体を分離領域から変位力生成領域に通さないようにするよう構成される断面寸法を含む、実施形態１２〜１５のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
１８．マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、隔離囲いを部分的に画定するカバーを更に含み、熱標的はカバーに配置される、実施形態１〜１７のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
１９．熱標的は、エンクロージャに面するカバーの内面に配置される、実施形態１８に記載のマイクロ流体デバイス。
２０．マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、隔離囲いを部分的に画定するマイクロ流体回路構造を更に含み、熱標的はマイクロ流体回路構造に配置される、実施形態１〜１７のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
２１．マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、隔離囲いを部分的に画定するベースを更に含み、熱標的はベースの内面に配置される、実施形態１〜１７のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
２２．熱標的は金属を含む、実施形態１〜２１のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
２３．熱標的は連続形状を有する、実施形態１〜２２のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
２４．熱標的は非連続形状を有する、実施形態１〜２２のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
２５．熱標的は複数の微小構造を含む、実施形態１〜２２又は２４のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
２６．熱標的は犠牲特徴である、実施形態１〜２１又は２３〜２５のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
２７．熱標的又は変位力生成領域は、１つの主方向において形成される気泡の拡大を制限するように構成される、実施形態１〜２６のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
２８．熱標的は、分離領域への少なくとも１つの流体接続への先端の変位力生成領域の部分に位置決めされる、実施形態１〜２７のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
２９．変位力生成領域は、約２０μｍ〜約１００μｍの幅を有する、実施形態２８に記載のマイクロ流体デバイス。
３０．エンクロージャは、誘電泳動構成を更に含む、実施形態１〜２９のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
３１．誘電泳動構成は光学的に作動する、実施形態３０に記載のマイクロ流体デバイス。
３２．隔離囲いは、被覆面である少なくとも１つの表面を含む、実施形態１〜３１のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
３３．被覆面は共有結合表面である、実施形態３２に記載のマイクロ流体デバイス。
３４．エンクロージャを含むマイクロ流体デバイスであって、エンクロージャは、流体媒体を含むように構成されるマイクロ流体回路であって、マイクロ流体回路は、流体媒体の少なくとも１つの循環フローに対応するように構成される、マイクロ流体回路と、マイクロ流体回路内のエンクロージャの表面に配置される第１の熱標的であって、第１の熱標的は、光学的に照明されると、流体媒体の第１の循環フローを生成するように構成される、第１の熱標的とを含む、マイクロ流体デバイス。
３５．熱標的は連続形状を有する、実施形態３４に記載のマイクロ流体デバイス。
３６．熱標的は形状のパターンを有する、実施形態３４に記載のマイクロ流体デバイス。
３７．熱標的は、エンクロージャの表面上に非均一な厚さを含み、非均一な厚さは、光学的に照明されると、熱標的による流体媒体の異なる加熱を提供するように構成される、実施形態３４〜３６のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
３８．形状のパターンは、光学的に照明されると、熱標的による流体媒体の異なる加熱を提供するように構成される、実施形態３６又は３７に記載のマイクロ流体デバイス。
３９．熱標的は金属を含む、実施形態３４〜３８のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
４０．熱標的は複数の微小構造を含む、実施形態３４〜３９のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
４１．複数の微小構造は、光学的に照明されると、熱標的により流体媒体の異なる加熱を提供するように構成される微小構造の密度増大パターンを含む、実施形態４０に記載のマイクロ流体デバイス。
４２．マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、マイクロ流体チャネル及び隔離囲いを更に含み、さらに、隔離囲いはマイクロ流体チャネルに隣接して、マイクロ流体チャネルに向かって開く、実施形態３４〜４１のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
４３．循環流路は、チャネルの部分及び隔離囲いの少なくとも一部を含む、実施形態４２に記載のマイクロ流体デバイス。
４４．隔離囲いは循環流路を含む、実施形態４２に記載のマイクロ流体デバイス。
４５．循環流路は狭窄部を含む、実施形態３４〜４４のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
４６．光学的に照明されると、流体媒体の第２の循環フローを生成するように構成される第２の熱標的を更に含む、実施形態３４〜４５のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
４７．第１の熱標的及び第２の熱標的は、逆方向での流体媒体の第１の循環フロー及び第２の循環フローを提供するように向けられる、実施形態４６に記載のマイクロ流体デバイス。
４８．熱標的は、マイクロ流体チャネル内の表面に配置される、実施形態４２に記載のマイクロ流体デバイス。
４９．マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、２つ以上のマイクロ流体チャネルを更に含み、第１のマイクロ流体チャネルは、第２のマイクロ流体チャネルに沿って第１の位置において第２のマイクロ流体チャネルから開くように構成され、第２の位置において第２のマイクロ流体チャネルに再接続し、それにより、マイクロ流体回路を形成するように更に構成され、熱標的は第１のマイクロ流体チャネル内の表面に配置される、実施形態３４〜４１のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
５０．少なくとも１つの隔離囲いは、第１のマイクロ流体チャネルにおいて開く、実施形態４９に記載のマイクロ流体デバイス。
５１．第１のチャネルの流体抵抗は、第２のチャネルの流体抵抗の約１０倍〜約１００倍である、実施形態４９又は５０に記載のマイクロ流体デバイス。
５２．第２のマイクロ流体チャネルは、第１のマイクロ流体チャネルの幅の約１．５倍〜約３倍の幅を含む、実施形態４９〜５１のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
５３．第２のマイクロ流体チャネルの幅は、約１００μｍ〜約１０００μｍである、実施形態５２に記載のマイクロ流体デバイス。
５４．第１のマイクロ流体チャネルの幅は、約２０μｍ〜約３００μｍである、実施形態４９〜５３のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
５５．エンクロージャを含むマイクロ流体デバイスであって、エンクロージャは、マイクロ流体チャネル及び隔離囲いを含み、さらに、隔離囲いはマイクロ流体チャネルに隣接し、マイクロ流体チャネルにおいて開き、熱標的が、隔離囲いへの開口部に隣接するチャネルに配置され、熱標的は、光学的に照明されると、流体媒体のフローを隔離囲いに向けるように更に構成される、マイクロ流体デバイス。
５６．熱標的は、マイクロ流体チャネル内の表面に配置される、実施形態５５に記載のマイクロ流体デバイス。
５７．熱標的は連続形状を有する、実施形態５５又は５６に記載のマイクロ流体デバイス。
５８．標的熱は形状のパターンを有する、実施形態５５又は５６に記載のマイクロ流体デバイス。
５９．熱標的は、エンクロージャの表面上に非均一な厚さを含み、非均一な厚さは、光学的に照明されると、熱標的による流体媒体の異なる加熱を提供するように構成される、実施形態５５〜５８のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
６０．形状のパターンは、光学的に照明されると、熱標的による流体媒体の異なる加熱を提供するように構成される、実施形態５８又は５９に記載のマイクロ流体デバイス。
６１．熱標的は金属を含む、実施形態５５〜６０のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
６２．熱標的は複数の微小構造を含む、実施形態５５〜６０のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
６３．複数の微小構造は、光学的に照明されると、熱標的により流体媒体の異なる加熱を提供するように構成される微小構造の密度増大パターンを含む、実施形態６２に記載のマイクロ流体デバイス。
６４．実施形態１〜６３のいずれか１つ記載のマイクロ流体デバイスと、マイクロ流体デバイスのエンクロージャ内に少なくとも１つの被覆面を提供するように構成される１つ又は複数の試剤とを含む、微小物体を培養するキット。
６５．少なくとも１つの流体媒体をさらに含む、実施形態６４に記載のキット。
６６．マイクロ流体デバイス内で１つ又は複数の微小物体を除去する方法であって、マイクロ流体デバイスのエンクロージャにおける流体媒体内に配置される１つ又は複数の微小物体を含むか、又は隣接する選択された離散領域を照明するステップであって、エンクロージャは、フロー領域及び基板を含むマイクロ流体回路を含む、照明するステップと、除去力の生成に十分な第１の時間期間、選択された離散領域の照明を維持するステップであって、それにより、１つ又は複数の微小物体を表面から除去する、維持するステップとを含む、方法。
６７．選択された離散領域は約１００平方μｍの面積を有する、実施形態６６に記載の方法。
６８．選択された離散領域は約２５平方μｍの面積を有する、実施形態６６に記載の方法。
６９．照明するステップは、レーザで選択された離散領域を照明することを含む、実施形態６６に記載の方法。
７０．１つ又は複数の微小物体は、基板の表面に配置される、実施形態６６〜６９のいずれか１つに記載の方法。
７１．選択された離散領域を照明するステップを実行する前、第２の時間期間にわたり流体媒体内の１つ又は複数の微小物体をエンクロージャに維持するステップを更に含む、実施形態６６〜７０のいずれか１つに記載の方法。
７２．マイクロ流体デバイスのエンクロージャは、少なくとも１つの隔離囲いを含む、実施形態６６〜７１のいずれか１つに記載の方法。
７３．１つ又は複数の微小物体は、少なくとも１つの隔離囲い内の基板の表面に配置及び／又は維持される、実施形態７２に記載の方法。
７４．選択された離散領域を照明するステップは、約１ｍＷ〜約１０００ｍＷの範囲の入射電力を有する照明で照明することを含む、実施形態６６〜７３のいずれか１つに記載の方法。
７５．第１の時間期間は、約１０マイクロ秒〜約３０００ミリ秒又は約１００ミリ秒〜約３分の範囲である、実施形態７４に記載の方法。
７６．照明するステップは、１つ又は複数の微小物体の少なくとも１つを照明することを含む、実施形態６６〜７５のいずれか１つに記載の方法。
７７．第１の時間期間は、約１０マイクロ秒〜約２００ミリ秒の範囲であり、それにより、１つ又は複数の微小物体を除去するキャビテーション力を生成する、実施形態７６に記載の方法。
７８．１つ又は複数の微小物体が、エンクロージャ内の少なくとも１つの隔離囲い内に配置及び／又は維持される場合、選択された離散領域は、フロー領域への隔離囲いの基端開口部への先端の位置又は少なくとも１つの隔離囲いの中央位置にある、実施形態７６又は７７に記載の方法。
７９．選択された離散領域は、１つ又は複数の微小物体に隣接した選択されたポイントである、実施形態６６〜７８のいずれか１つに記載の方法。
８０．選択された離散領域を照明するステップは、照明を基板、壁のマイクロ流体回路材料、又は熱標的に向けることを含む、実施形態７９に記載の方法。
８１．熱標的は、金属堆積物、金属堆積物のパターン、又は表面上にパターン化された微小構造を含む、実施形態８０に記載の方法。
８２．熱標的は犠牲特徴を含む、実施形態８０又は８１に記載の方法。
８３．１つ又は複数の微小物体は、エンクロージャ内の少なくとも１つの隔離囲い内に配置され、選択された離散領域は、フロー領域への少なくとも１つの隔離囲いの基端開口部の近くに配置される、実施形態７９〜８２のいずれか１つに記載の方法。
８４．１つ又は複数の微小物体が、エンクロージャ内の少なくとも１つの隔離囲い内に配置される場合、選択された離散領域は、少なくとも１つの隔離囲いの画定に役立つマイクロ流体回路材料の選択されたポイントを含む、実施形態７９〜８２のいずれか１つに記載の方法。
８５．１つ又は複数の微小物体が、エンクロージャ内の少なくとも１つの隔離囲い内に維持される場合、選択された離散領域は、少なくとも１つの隔離囲い内に配置される犠牲特徴を含む、実施形態７９〜８２のいずれか１つに記載の方法。
８６．犠牲特徴はマイクロ流体回路材料を含む、実施形態８５に記載の方法。
８７．第１の時間期間は、１０マイクロ秒〜２００ミリ秒の範囲である、実施形態７９〜８６のいずれか１つに記載の方法。
８８．選択された離散領域を照明するステップは、選択された離散領域内に又は隣接して配置される流体媒体の第１の部分を加熱し、それにより、キャビテーション力を生成することを更に含む、実施形態７９〜８７のいずれか１つに記載の方法。
８９．方法は、流体媒体の第１の部分を加熱することと、持続的気泡を生成することであって、それにより、１つ又は複数の微小物体を囲む流体媒体の第２の部分を変位させる、持続的な気泡を生成することとを更に含む、実施形態７９〜８７のいずれか１つに記載の方法。
９０．流体媒体の第２の部分を変位するステップは、照明の第１の期間中、流体媒体の循環流体フローを生成することを更に含む、実施形態８９に記載の方法。
９１．方法は、流体媒体の第１の部分を加熱することと、１つ又は複数の気泡を生成することであって、それにより、１つ又は複数の微小物体に向かう流体媒体の剪断流を生成する、気泡を生成することとを更に含む、実施形態７９〜８７のいずれか１つに記載の方法。
９２．方法は、流体媒体の第１の部分を加熱することと、１つ又は複数の微小物体に向けて流れるように構成される複数の気泡を生成することと、複数の気泡の少なくとも１つの気泡のメニスカスを用いて１つ又は複数の微小物体に接触することとを更に含む、実施形態７９〜８７のいずれか１つに記載の方法。
９３．第１の時間期間は約１００ミリ秒〜約３０００分の範囲である、実施形態８９〜９２のいずれか１つに記載の方法。
９４．第１の期間は、約１０００ミリ秒〜約２０００ミリ秒の範囲である、実施形態９１又は９２に記載の方法。
９５．１つ又は複数の微小物体が、エンクロージャ内の隔離囲い内に維持される場合、選択された離散領域は、隔離囲いの先端部を形成する壁の少なくとも一部を含み、壁は、フロー領域への基端開口部とは逆に位置決めされる、実施形態７９〜９４のいずれか１つに記載の方法。
９６．１つ又は複数の微小物体がエンクロージャ内の隔離囲い内に配置される場合、選択された離散領域は、隔離囲いの変位力生成領域内に位置する、実施形態７９〜９４のいずれか１つに記載の方法。
９７．前記１つ又は複数の微小物体は、前記隔離囲いの分離領域内に配置され、前記変位力生成領域は、前記分離領域に流体的に接続される、実施形態９６に記載の方法。
９８．前記１つ又は複数の微小物体を前記エンクロージャ内に配置される少なくとも１つの隔離囲いから搬出するステップを更に含む、実施形態６６〜９３のいずれか１つに記載の方法。
９９．１つ又は複数の微小物体を少なくとも１つの隔離囲いから搬出するステップは、誘電泳動力を用いて１つ又は複数の微小物体を移動させることを含む、実施形態９８に記載の方法。
１００．１つ又は複数の微小物体をマイクロ流体デバイスのエンクロージャのフロー領域から搬出するステップを更に含む、実施形態６６〜９９のいずれか１つに記載の方法。
１０１．１つ又は複数の微小物体をフロー領域から搬出するステップは、流体フロー又は誘電泳動力を使用することを含む、実施形態１００に記載の方法。
１０２．マイクロ流体デバイスのエンクロージャ内で流体媒体及び／又は流体媒体に含まれる微小物体を混合する方法であって、少なくとも１つの流体媒体及び／又は微小物体を含むマイクロ流体回路内のエンクロージャの表面に配置された熱標的に光源を集束させることであって、それにより、少なくとも１つの流体媒体の第１の部分を加熱する、集束させることと、マイクロ流体回路内に少なくとも１つの流体媒体の循環フローを誘導することであって、それにより、流体媒体及び／又は流体媒体内に配置された微小物体を混合する、誘導することとを含む、方法。
１０３．熱標的は、第１の位置において第２の流体チャネルに分岐するように構成されるとともに、第２の位置において第２の流体チャネルに再結合するようにも構成される第１のマイクロ流体チャネル内に配置され、熱標的はそれらの間の表面に配置される、実施形態１０２に記載の方法。
本開示の特定の実施形態及び応用例について本明細書に記載したが、これらの実施形態及び応用例は単なる例示であり、多くの変形が可能である。

Claims (27)

  1. マイクロ流体デバイス内で１つ又は複数の微小物体を除去する方法であって、
    前記マイクロ流体デバイスは、エンクロージャを備え、前記エンクロージャは、基部と、前記基部上に配置されたマイクロ流体回路構造と、を備え、
    前記マイクロ流体回路構造は、フロー領域と、少なくとの一つの隔離囲いと、を備え、
    前記隔離囲いは、接続領域と、分離領域と、前記分離領域に流体接続された変位力生成領域と、を有し、
    当該方法は、
    前記マイクロ流体デバイスの前記エンクロージャにおける流体媒体内に配置された１つ又は複数の微小物体に隣接する選択された離散領域を照明するステップであって、前記選択された離散領域が、前記変位力生成領域内に配置されるステップと、
    前記流体媒体の一部の加熱に十分な第１の時間期間、前記選択された離散領域の照明を維持して、前記流体媒体の前記加熱された部分に１つ又は複数の気泡を生成し、除去力を生成するステップと、
    を含み、
    前記１つ又は複数の気泡が、下記（ａ）から（ｃ）から選択される少なくとも１つであり、
    （ａ）前記１つ又は複数の微小物体を囲む前記流体媒体を変位させる、持続的な気泡；
    （ｂ）前記１つ又は複数の微小物体に向かう前記流体媒体の剪断流を生成する１つ又は複数の気泡；又は
    （ｃ）前記１つ又は複数の微小物体に向けて流れるように構成される複数の気泡であって、当該複数の気泡の少なくとも１つの気泡のメニスカスで前記１つ又は複数の微小物体に接触するよう構成された複数の気泡、
    当該方法は、
    前記１つ又は複数の微小物体を前記マイクロ流体デバイスから前記除去力で除去するステップを更に含み、
    前記１つ又は複数の微小物体の周囲の前記流体媒体が、前記除去力で変位する、
    方法。
  2. 前記選択された離散領域が、１０平方μｍから２００平方μｍの面積を有するか、２５平方μｍから１００平方μｍの面積を有する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記照明するステップが、レーザで前記選択された離散領域を照明することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記１つ又は複数の微小物体が、重力、誘電泳動（ＤＥＰ）、又は前記マイクロ流体デバイスのフロー領域における灌流で動かない、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 前記選択された離散領域を照明するステップを実行する前、第２の時間期間にわたり前記流体媒体内の前記１つ又は複数の微小物体を前記エンクロージャに維持するステップを更に含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記１つ又は複数の微小物体が、前記少なくとも１つの隔離囲い内の前記基部の表面に配置及び／又は維持される、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記選択された離散領域を照明するステップが、１ｍＷから１０００ｍＷの範囲の入射電力を有する照明で照明することを含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 前記第１の時間期間が、１０マイクロ秒から３０００ミリ秒又は１００ミリ秒から３分の範囲である、請求項７に記載の方法。
  9. 前記選択された離散領域を照明するステップが、照明を前記基部、壁のマイクロ流体回路材料、又は熱標的に向けることを含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 前記１つ又は複数の微小物体が、前記エンクロージャ内の前記少なくとも１つの隔離囲い内に配置される場合、
    前記選択された離散領域が、前記少なくとも１つの隔離囲いの画定に役立つマイクロ流体回路材料の選択されたポイントを含むか、又は、
    前記選択された離散領域が、前記少なくとも１つの隔離囲い内に配置される犠牲特徴を含む、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 前記第１の時間期間が、１０マイクロ秒から２００ミリ秒の範囲である、請求項９又は１０に記載の方法。
  12. マイクロ流体デバイス内で１つ又は複数の微小物体を除去する方法であって、
    前記マイクロ流体デバイスは、エンクロージャを備え、前記エンクロージャは、基部と、前記基部上に配置されたマイクロ流体回路構造と、を備え、
    前記マイクロ流体回路構造は、フロー領域と、少なくとの一つの隔離囲いと、を備え、
    前記隔離囲いは、接続領域と、分離領域と、前記分離領域に流体接続された変位力生成領域と、を有し、
    当該方法は、
    前記マイクロ流体デバイスの前記エンクロージャにおける流体媒体内に配置された１つ又は複数の微小物体に隣接する選択された離散領域を照明するステップであって、前記選択された離散領域が、前記変位力生成領域内に配置されるステップと、
    前記流体媒体の一部の加熱に十分な第１の時間期間、前記選択された離散領域の照明を維持して、前記流体媒体の前記加熱された部分に１つ又は複数の気泡を生成し、キャビテーション力を生成するステップと、
    前記１つ又は複数の微小物体を前記マイクロ流体デバイスから前記キャビテーション力で除去するステップと、
    を含み、
    前記１つ又は複数の微小物体の周囲の前記流体媒体が、前記キャビテーション力で変位する、
    方法。
  13. 前記第１の時間期間が、１００ミリ秒から３分の範囲、５００ミリ秒から３０００ミリ秒の範囲、又は１０００ミリ秒から２０００ミリ秒の範囲である、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記１つ又は複数の微小物体が、前記エンクロージャ内の少なくとも１つの隔離囲い内に維持される場合、前記選択された離散領域が、前記隔離囲いの先端部を形成する壁の少なくとも一部を含み、前記壁が、前記フロー領域への基端開口部とは反対に位置し、前記１つ又は複数の微小物体が、前記隔離囲いの前記分離領域内に配置される、請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 前記１つ又は複数の微小物体を前記エンクロージャ内に配置された少なくとも１つの隔離囲いから搬出するステップを更に含む、請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
  16. 前記１つ又は複数の微小物体を前記マイクロ流体デバイスの前記エンクロージャの前記フロー領域から搬出するステップを更に含む、請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法。
  17. 前記１つ又は複数の微小物体を前記少なくとも１つの隔離囲いから搬出するステップが、前記１つ又は複数の微小物体を誘電泳動力で移動させることを含む、請求項１５に記載の方法。
  18. 前記１つ又は複数の微小物体を前記フロー領域から搬出するステップが、流体の流れを使用することを含む、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記隔離囲いの前記接続領域が、前記フロー領域に対して垂直に開口している、請求項１に記載の方法。
  20. 基部と、
    前記基部上に配置されたマイクロ流体回路構造と、
    を備えるマイクロ流体デバイスであって、
    前記マイクロ流体回路構造は、フロー領域と、前記フロー領域に対する単一の開口部を有する隔離囲いと、を備え、
    前記隔離囲いは、接続領域と、分離領域と、前記分離領域に流体接続された変位力生成領域と、を有し、
    前記流体接続は、微小物体が前記分離領域から前記変位力生成領域に移動することを妨げるよう構成され、
    前記接続領域は、前記フロー領域への基端開口部と、前記分離領域への先端開口部と、を有し、
    前記分離領域は、前記変位力生成領域への少なくとも１つの流体接続を有し、
    前記変位力生成領域は、熱標的をさらに備える、
    マイクロ流体デバイス。
  21. 前記分離領域と前記変位力生成領域の間の前記少なくとも１つの流体接続が、前記微小物体が前記分離領域から前記変位力生成領域に移動することを妨げるよう構成された断面寸法を有する、請求項２０に記載のマイクロ流体デバイス。
  22. 前記分離領域と前記変位力生成領域の間の前記少なくとも１つの流体接続が、１つ又は複数のバリアモジュールを備え、
    前記１つ又は複数のバリアモジュールが、前記微小物体が前記分離領域から前記変位力生成領域に移動することを妨げるよう構成される、
    請求項２０に記載のマイクロ流体デバイス。
  23. 前記マイクロ流体回路構造が、前記隔離囲いを少なくとも部分的に画定し、
    前記熱標的が、前記マイクロ流体回路構造に配置される、
    請求項２０に記載のマイクロ流体デバイス。
  24. 前記基部が、前記隔離囲いを少なくとも部分的に画定し、
    前記熱標的が、前記基部の内面に配置される、
    請求項２０に記載のマイクロ流体デバイス。
  25. 前記熱標的が、犠牲特徴である、請求項２０に記載のマイクロ流体デバイス。
  26. 前記熱標的が、前記分離領域への少なくとも１つの流体接続への先端にある前記変位力生成領域の部分に位置する、請求項２０に記載のマイクロ流体デバイス。
  27. 前記熱標的が、金属堆積物、金属堆積物のパターン、又は表面上にパターン化された微小構造を含む、請求項９に記載の方法。
JP2018533906A 2015-12-30 2016-12-29 光学的に駆動される対流及び変位のマイクロ流体デバイス、そのキット及び方法 Active JP6964590B2 (ja)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562273104P 2015-12-30 2015-12-30
US62/273,104 2015-12-30
US201662314889P 2016-03-29 2016-03-29
US62/314,889 2016-03-29
US201662428539P 2016-12-01 2016-12-01
US62/428,539 2016-12-01
PCT/US2016/069249 WO2017117408A1 (en) 2015-12-30 2016-12-29 Microfluidic devices for optically-driven convection and displacement, kits and methods thereof

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2019510959A JP2019510959A (ja) 2019-04-18
JP2019510959A5 JP2019510959A5 (ja) 2021-07-26
JP6964590B2 true JP6964590B2 (ja) 2021-11-10

Family

ID=59225802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018533906A Active JP6964590B2 (ja) 2015-12-30 2016-12-29 光学的に駆動される対流及び変位のマイクロ流体デバイス、そのキット及び方法

Country Status (10)

Country Link
US (2) US10829728B2 (ja)
EP (1) EP3397586A4 (ja)
JP (1) JP6964590B2 (ja)
KR (2) KR20230042540A (ja)
CN (1) CN108698814A (ja)
AU (2) AU2016381833C1 (ja)
CA (1) CA3009073A1 (ja)
IL (2) IL299835A (ja)
SG (1) SG11201805473SA (ja)
WO (1) WO2017117408A1 (ja)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11192107B2 (en) 2014-04-25 2021-12-07 Berkeley Lights, Inc. DEP force control and electrowetting control in different sections of the same microfluidic apparatus
CN107223074B (zh) 2014-12-08 2019-10-18 伯克利之光生命科技公司 包含横向/纵向晶体管结构的微流体装置及其制造和使用方法
KR20230078838A (ko) 2015-04-22 2023-06-02 버클리 라잇츠, 인크. 미세유체 세포 배양
US10799865B2 (en) 2015-10-27 2020-10-13 Berkeley Lights, Inc. Microfluidic apparatus having an optimized electrowetting surface and related systems and methods
US11666913B2 (en) 2015-11-23 2023-06-06 Berkeley Lights, Inc In situ-generated microfluidic isolation structures, kits and methods of use thereof
WO2017100347A1 (en) 2015-12-08 2017-06-15 Berkeley Lights, Inc. Microfluidic devices and kits and methods for use thereof
EP3397586A4 (en) 2015-12-30 2019-07-17 Berkeley Lights, Inc. MICROFLUIDIC DEVICES FOR CONVECTION AND DISPLACEMENT WITH OPTICAL CONTROL, KITS AND RELATED METHODS
TWI808934B (zh) 2015-12-31 2023-07-21 美商伯克利之光生命科技公司 經工程化以表現促發炎多肽之腫瘤浸潤細胞
EP3429753A4 (en) 2016-03-16 2019-11-06 Berkeley Lights, Inc. METHODS, SYSTEMS AND DEVICES FOR SELECTION AND PRODUCTION OF GENERICALLY WORKED CLONES
IL262367B (en) 2016-04-15 2022-09-01 Berkeley Lights Inc Systems methods and kits for tests based on isolation in a confinement cell
US10675625B2 (en) 2016-04-15 2020-06-09 Berkeley Lights, Inc Light sequencing and patterns for dielectrophoretic transport
WO2017205830A1 (en) 2016-05-26 2017-11-30 Berkeley Lights, Inc. Covalently modified surfaces, kits, and methods of preparation and use
CN109952106B (zh) 2016-07-21 2022-08-05 伯克利之光生命科技公司 在微流体装置中分选t淋巴细胞
WO2018111765A1 (en) 2016-12-12 2018-06-21 xCella Biosciences, Inc. Methods and systems for screening using microcapillary arrays
CN110546495B (zh) 2016-12-30 2022-11-01 加利福尼亚州立大学董事会 用于基因组编辑t细胞的选择和传代的方法
WO2018183744A1 (en) 2017-03-29 2018-10-04 The Research Foundation For The State University Of New York Microfluidic device and methods
JP7227162B2 (ja) 2017-06-06 2023-02-21 ザイマージェン インコーポレイテッド 真菌株を改良するためのｈｔｐゲノム操作プラットフォーム
WO2019075476A2 (en) 2017-10-15 2019-04-18 Berkeley Lights, Inc. METHODS, SYSTEMS AND KITS FOR ENCLOSED TESTS
EP3810750A4 (en) 2018-06-06 2022-03-23 Zymergen, Inc. MANIPULATION OF GENES INVOLVED IN SIGNAL TRANSDUCTION TO CONTROL FUNGAL MORPHOLOGY DURING FERMENTATION AND PRODUCTION
CN113767315A (zh) * 2019-01-18 2021-12-07 Essenlix 公司 多模式照明系统
WO2020196635A1 (ja) * 2019-03-25 2020-10-01 株式会社ニコン 細胞操作デバイス及び細胞操作方法
CN116174068A (zh) 2019-04-30 2023-05-30 伯克利之光生命科技公司 用于包封和测定细胞的方法
KR20220088465A (ko) * 2019-10-25 2022-06-27 버클리 라잇츠, 인크. 미세유체 디바이스들을 동작시키기 위한 시스템들
KR102308065B1 (ko) * 2019-11-08 2021-09-30 경북대학교 산학협력단 입자검출장치 및 이를 이용한 입자검출방법
CN115298534A (zh) 2019-11-17 2022-11-04 伯克利之光生命科技公司 用于生物样本的分析的系统和方法
CN114901793A (zh) * 2019-12-30 2022-08-12 美国圣戈班性能塑料公司 用于细胞转导的容器和方法
US11479779B2 (en) 2020-07-31 2022-10-25 Zymergen Inc. Systems and methods for high-throughput automated strain generation for non-sporulating fungi
KR20230049744A (ko) * 2020-08-19 2023-04-13 스핀디아그 게엠바하 Dna를 복제하기 위한 방법, 회전 장치 및 dna를 복제하기 위한 시스템
CN112871227B (zh) * 2021-01-07 2022-10-11 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 基于光热效应进行微量液滴操控的微流控芯片及方法
CN117836043A (zh) * 2021-08-30 2024-04-05 株式会社大赛璐 微流体设备及其制造方法

Family Cites Families (73)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2288760T3 (es) 1996-04-25 2008-01-16 Bioarray Solutions Ltd. Ensamblaje electrocinetico controlado por luz de particulas proximas a superficies.
US6294063B1 (en) 1999-02-12 2001-09-25 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for programmable fluidic processing
US6942776B2 (en) 1999-05-18 2005-09-13 Silicon Biosystems S.R.L. Method and apparatus for the manipulation of particles by means of dielectrophoresis
IL147302A0 (en) 1999-06-28 2002-08-14 California Inst Of Techn Microfabricated elastomeric valve and pump systems
AU1592501A (en) * 1999-11-10 2001-06-06 Massachusetts Institute Of Technology Cell analysis and sorting apparatus for manipulation of cells
US20030007894A1 (en) 2001-04-27 2003-01-09 Genoptix Methods and apparatus for use of optical forces for identification, characterization and/or sorting of particles
ITTO20010411A1 (it) 2001-05-02 2002-11-02 Silicon Biosystems S R L Metodo e dispositivo per l'esecuzione di test e saggi ad alta processivita' ed alto valore biologico su cellule e/o composti.
US7312085B2 (en) 2002-04-01 2007-12-25 Fluidigm Corporation Microfluidic particle-analysis systems
US6910797B2 (en) 2002-08-14 2005-06-28 Hewlett-Packard Development, L.P. Mixing device having sequentially activatable circulators
US7790443B2 (en) 2002-08-27 2010-09-07 Vanderbilt University Bioreactors with substance injection capacity
US7217542B2 (en) * 2002-10-31 2007-05-15 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic system for analyzing nucleic acids
WO2004065618A2 (en) 2003-01-16 2004-08-05 Thermogenic Imaging Methods and devices for monitoring cellular metabolism in microfluidic cell-retaining chambers
JP4356694B2 (ja) 2003-03-19 2009-11-04 日本電気株式会社 マイクロチップならびに試料抽出方法、試料分離方法、試料分析方法、および試料回収方法
EP2340890B1 (en) 2003-04-03 2016-10-19 Fluidigm Corporation Method of performimg digital PCR
JP4328168B2 (ja) 2003-10-02 2009-09-09 ソニー株式会社 毛細管現象を利用する物質間の相互作用検出部と該検出部を用いる方法及びバイオアッセイ用基板
WO2005072399A2 (en) 2004-01-29 2005-08-11 Massachusetts Institute Of Technology Microscale sorting cytometer
CN1942590B (zh) 2004-02-18 2012-09-05 周小川 多元化学和生化反应的流体装置和方法
WO2005100541A2 (en) 2004-04-12 2005-10-27 The Regents Of The University Of California Optoelectronic tweezers for microparticle and cell manipulation
JP4442884B2 (ja) * 2004-09-24 2010-03-31 アイダエンジニアリング株式会社 マイクロ流体デバイス
US20060091015A1 (en) 2004-11-01 2006-05-04 Applera Corporation Surface modification for non-specific adsorption of biological material
ES2865180T3 (es) 2005-07-07 2021-10-15 Univ California Aparato para formación de cultivo celular
US20100003666A1 (en) 2005-08-19 2010-01-07 The Regents Of The University Of California Microfluidic Methods for Diagnostics and Cellular Analysis
WO2007102839A2 (en) 2005-10-27 2007-09-13 Applera Corporation Optoelectronic separation of biomolecules
EP1790861A1 (en) * 2005-11-25 2007-05-30 Bonsens AB Microfluidic system
US8124015B2 (en) 2006-02-03 2012-02-28 Institute For Systems Biology Multiplexed, microfluidic molecular assay device and assay method
EP2001990B1 (en) 2006-03-24 2016-06-29 Handylab, Inc. Integrated system for processing microfluidic samples, and method of using same
TW200810834A (en) * 2006-04-28 2008-03-01 Univ California Method of manufacture of a plate of releasable elements and its assembly into a cassette
WO2008061165A2 (en) 2006-11-14 2008-05-22 Handylab, Inc. Microfluidic cartridge and method of making same
WO2008089493A2 (en) 2007-01-19 2008-07-24 Fluidigm Corporation High precision microfluidic devices and methods
WO2008119066A1 (en) 2007-03-28 2008-10-02 The Regents Of The University Of California Single-sided lateral-field and phototransistor-based optoelectronic tweezers
US20080302732A1 (en) 2007-05-24 2008-12-11 Hyongsok Soh Integrated fluidics devices with magnetic sorting
JP5282088B2 (ja) * 2007-06-21 2013-09-04 ジェン−プロウブ インコーポレイテッド 処理実行に使用する機器および容器
US9211537B2 (en) 2007-11-07 2015-12-15 The University Of British Columbia Microfluidic device and method of using same
EP2279238A2 (en) 2008-04-21 2011-02-02 Cell Kinetics, Ltd. Flat cell carriers with cell traps
CN101275114A (zh) 2008-04-22 2008-10-01 北京大学 一种微流细胞培养阵列及其应用
WO2009131677A1 (en) 2008-04-25 2009-10-29 Claros Diagnostics, Inc. Flow control in microfluidic systems
KR100991752B1 (ko) 2008-07-15 2010-11-03 한국과학기술원 단일 평면 광전자 소자를 이용한 미세입자 구동장치 및구동방법
GB2464300A (en) 2008-10-10 2010-04-14 Univ Dublin City Microfluidic multiplexed cellular and molecular analysis device and method
JP2012522518A (ja) 2009-04-03 2012-09-27 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 細胞および生体粒子を選別するための方法および装置
US20100273681A1 (en) 2009-04-27 2010-10-28 Wisconsin Alumni Research Foundation Combinatorial chemistry reaction cell with optical tweezers
GB0909923D0 (en) 2009-06-09 2009-07-22 Oxford Gene Tech Ip Ltd Picowell capture devices for analysing single cells or other particles
JP2011000079A (ja) 2009-06-19 2011-01-06 Univ Of Tokyo 粒子を操作する方法及びマイクロ流体装置
WO2011005781A1 (en) 2009-07-06 2011-01-13 Sony Corporation Microfluidic device
US9364831B2 (en) * 2009-08-08 2016-06-14 The Regents Of The University Of California Pulsed laser triggered high speed microfluidic switch and applications in fluorescent activated cell sorting
FR2950544B1 (fr) 2009-09-29 2011-12-09 Ecole Polytech Circuit microfluidique
JPWO2011149032A1 (ja) 2010-05-26 2013-07-25 東ソー株式会社 生体試料固定装置
CN101947124B (zh) 2010-06-25 2012-07-04 博奥生物有限公司 一种集成式微流控芯片装置及其使用方法
US10087408B2 (en) 2010-07-07 2018-10-02 The University Of British Columbia System and method for microfluidic cell culture
US20130115606A1 (en) 2010-07-07 2013-05-09 The University Of British Columbia System and method for microfluidic cell culture
US9188593B2 (en) 2010-07-16 2015-11-17 The University Of British Columbia Methods for assaying cellular binding interactions
WO2012037030A2 (en) 2010-09-14 2012-03-22 The Regents Of The University Of California Method and device for isolating cells from heterogeneous solution using microfluidic trapping vortices
US8581167B2 (en) 2010-11-16 2013-11-12 Palo Alto Research Center Incorporated Optically patterned virtual electrodes and interconnects on polymer and semiconductive substrates
WO2012072823A1 (en) 2010-12-03 2012-06-07 Mindseeds Laboratories Srl Rapid screening of monoclonal antibodies
CN105842435B (zh) 2010-12-03 2019-03-05 塞普莱有限公司 细胞功能的微分析
CN102181361B (zh) * 2011-03-25 2013-10-02 哈尔滨工业大学（威海） 一种分选细胞的装置及方法
EP2714884B1 (en) 2011-05-27 2019-08-21 The University Of British Columbia Microfluidic cell trap and assay apparatus for high-throughput analysis
US9227200B2 (en) 2011-06-03 2016-01-05 The Regents Of The University Of California Microfluidic devices with flexible optically transparent electrodes
CA2842359A1 (en) 2011-08-01 2013-02-07 Denovo Sciences Cell capture system and method of use
US9050593B2 (en) 2011-11-23 2015-06-09 Wisconsin Alumni Research Foundation Self-loading microfluidic device and methods of use
TWI512383B (zh) 2012-07-04 2015-12-11 Ind Tech Res Inst 光學感應式介電泳裝置
US9857333B2 (en) * 2012-10-31 2018-01-02 Berkeley Lights, Inc. Pens for biological micro-objects
US9403172B2 (en) 2012-11-08 2016-08-02 Berkeley Lights, Inc. Circuit based optoelectronic tweezers
WO2014153651A1 (en) 2013-03-28 2014-10-02 The University Of British Columbia Microfluidic devices and methods for use thereof in multicellular assays of secretion
JP2014219261A (ja) * 2013-05-08 2014-11-20 コニカミノルタ株式会社 マイクロチャンバーチップの製造方法
EP3783094B1 (en) 2013-10-22 2023-10-11 Berkeley Lights, Inc. Micro-fluidic devices for assaying biological activity
EP3760703A1 (en) * 2013-10-22 2021-01-06 Berkeley Lights, Inc. Microfluidic devices having isolation pens and methods of testing biological micro-objects with same
US9889445B2 (en) 2013-10-22 2018-02-13 Berkeley Lights, Inc. Micro-fluidic devices for assaying biological activity
CN107223074B (zh) 2014-12-08 2019-10-18 伯克利之光生命科技公司 包含横向/纵向晶体管结构的微流体装置及其制造和使用方法
WO2016094715A2 (en) 2014-12-10 2016-06-16 Berkeley Lights, Inc. Movement and selection of micro-objects in a microfluidic apparatus
KR20230078838A (ko) 2015-04-22 2023-06-02 버클리 라잇츠, 인크. 미세유체 세포 배양
EP3397586A4 (en) 2015-12-30 2019-07-17 Berkeley Lights, Inc. MICROFLUIDIC DEVICES FOR CONVECTION AND DISPLACEMENT WITH OPTICAL CONTROL, KITS AND RELATED METHODS
IL262367B (en) 2016-04-15 2022-09-01 Berkeley Lights Inc Systems methods and kits for tests based on isolation in a confinement cell
WO2017205830A1 (en) 2016-05-26 2017-11-30 Berkeley Lights, Inc. Covalently modified surfaces, kits, and methods of preparation and use

Also Published As

Publication number Publication date
EP3397586A1 (en) 2018-11-07
JP2019510959A (ja) 2019-04-18
IL299835A (en) 2023-03-01
AU2022203587A1 (en) 2022-06-16
US11802264B2 (en) 2023-10-31
AU2016381833C1 (en) 2022-10-06
AU2016381833B2 (en) 2022-04-14
SG11201805473SA (en) 2018-07-30
AU2016381833A1 (en) 2018-07-12
KR102512607B1 (ko) 2023-03-21
WO2017117408A1 (en) 2017-07-06
CA3009073A1 (en) 2017-07-06
US10829728B2 (en) 2020-11-10
US20210102150A1 (en) 2021-04-08
IL260343A (en) 2018-08-30
WO2017117408A8 (en) 2018-06-28
US20180298318A1 (en) 2018-10-18
KR20230042540A (ko) 2023-03-28
KR20180097746A (ko) 2018-08-31
CN108698814A (zh) 2018-10-23
IL260343B2 (en) 2023-06-01
EP3397586A4 (en) 2019-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6964590B2 (ja) 光学的に駆動される対流及び変位のマイクロ流体デバイス、そのキット及び方法
JP2019510959A5 (ja)
JP7222057B2 (ja) インサイチュー生成マイクロ流体分離構造、そのキット、及びその使用方法
JP7083752B2 (ja) マイクロ流体デバイス、そのキット、及びその使用方法
US11376591B2 (en) Light sequencing and patterns for dielectrophoretic transport
KR20180072812A (ko) 공유 결합으로 바인딩된 소수성 표면을 갖는 미세유체 전기습윤 디바이스 장치
JP7019590B2 (ja) 核酸安定化試薬、キット、及びその使用方法
US20210339249A1 (en) Microfluidic device with programmable switching elements

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180828

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191216

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191216

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201125

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201203

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20210301

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20210430

A524 Written submission of copy of amendment under article 19 pct

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A524

Effective date: 20210528

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210716

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210806

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210921

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211019

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6964590

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150