JP7520833B2 - 感知システムおよび動作方法 - Google Patents
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Description
(i)エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイ、
作動電極を覆い、かつ疎水性最外表面を有する絶縁体層、
第1の感知電極、および
第2の感知電極、を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
(ii)疎水性表面上に配置された、
流体媒体および各々が流体媒体中で液体媒体を含む第1の液滴ならびに第2の液滴であって、液体媒体および流体媒体のうちの一方が、極性であり、液体媒体および流体媒体のうちの他方が、無極性であり、
第1の液滴および/または第2の液滴が、当該第1の液滴および/または第2の液滴と流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴と接触し、
液滴界面が、両親媒性分子の層および第1の膜貫通細孔を含む、流体媒体および第1の液滴ならびに第2の液滴と、
(iii)第1の感知電極および第2の感知電極から電気的測定値を得るように、かつ作動電極のアレイに作動信号を印加するように構成された制御システムと、を備え、
方法が、
a)第1の感知電極および第2の感知電極から電気的測定値を得ることと、
b)電気的測定値を分析し、次いで、制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、電気的測定値に基づいて液滴動作を選択することと、
a)作動電極に作動信号を印加して、液滴動作をもたらすことと、を含む、方法を提供する。
疎水性表面上に配置された、流体媒体、および本明細書で定義されるような第1の液滴および第2の液滴を含む第1の液滴系と、
また、疎水性表面上に配置された、本明細書で定義されるような別の第1の液滴および別の第2の液滴を含む第2の液滴系と、を備え、
方法が、第1の液滴系に対しておよび第2の液滴系に対して同時にステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)を実行することを含む、方法を提供する。
無極性流体媒体、
流体媒体中で極性液体を含む第1の液滴、第2の液滴、および任意選択的に第3の液滴であって、
第1の液滴および/または第2の液滴および/または存在する場合に第3の液滴が、当該第1の液滴および/または第2の液滴および/または第3の液滴と流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴と接触するか、または第3の液滴および第2の液滴が各々、液滴界面を介して第1の液滴と接触し、
液滴界面または各液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
液滴界面のうちの少なくとも1つが、膜貫通細孔を含み、
第1の液滴が、分析物を含み、
第2の液滴が、電子メディエータを含み、
第1の液滴、または存在する場合に任意選択的に第3の液滴が、第1の感知電極と電気的に接触し、
第2の液滴が、第2の感知電極と電気的に接触する、無極性流体媒体、第1の液滴、第2の液滴、および任意選択的に第3の液滴が配置されており、
方法が、
a)第1の電極および第2の電極から電気的測定値を得、このステップを複数回繰り返して複数の電気的測定値を得ることと、
b)複数の電気的測定値の中で、電気的測定値のうちの1つ以上を他の電気的測定値のうちの1つ以上と比較すること、第2の液滴中の、電子メディエータの損失に帰属する、経時的に検出された電気的測定値の変移を判定こと、および液滴動作を選択して、第2の液滴中の、電子メディエータの濃度を増加させることと、
c)作動電極に作動信号を印加して、液滴動作をもたらすことと、を含む、方法を提供する。
無極性流体媒体、
極性液体媒体を含む第1の液滴、第2の液滴、および第3の液滴が配置されており、
第1の液滴および/または第2の液滴および/または第3の液滴が、当該第1の液滴および/または第2の液滴および/または第3の液滴と流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴と接触し、当該液滴界面が、両親媒性分子の層および第1の膜貫通細孔を含み、
第3の液滴が、別の液滴界面を介して第1の液滴または第2の液滴と接触し、当該別の液滴界面が、両親媒性分子の層および第2の膜貫通細孔を含み、
第1の液滴が、分析物を含む。
エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイ、
作動電極を覆い、かつ疎水性最外表面を有する絶縁体層、
第1の感知電極、および
第2の感知電極、を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
制御システムであって、
第1の感知電極および第2の感知電極から電気的測定値を得ること、
電気的測定値を分析し、次いで、制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、電気的測定値に基づいて液滴動作を選択すること、
作動電極に作動信号を印加して、液滴動作をもたらすこと、を行うように構成された、制御システムと、を備える、感知システムを提供する。
第1の液滴が、分析物を含み、
第2の液滴および第3の液滴が各々、電子メディエータを含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴および第3の液滴の各々と接触し、各液滴界面が、両親媒性分子の層を含む、第1の液滴構造体を提供する。
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第3の液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
第1の液滴と第2の液滴との間の液滴界面、および/または第1の液滴と第3の液滴との間の液滴界面が、複数のイオンチャネルを含む、第2の液滴構造体も提供する。
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層および第1の膜貫通細孔を含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第3の液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層および第2の膜貫通細孔を含み、
第1の膜貫通細孔と第2の膜貫通細孔とが、異なる、第3の液滴構造体も提供する。
感知システムは、本明細書に記載されるようなエレクトロウェッティングデバイスと、本明細書で定義されるような制御システムと、を備える。感知システムはまた、任意選択的に、流体媒体および各々が液体媒体を含む第1の液滴ならびに第2の液滴も含む。感知システムは、典型的には、感知システムが使用されているとき、流体媒体と液体媒体の液滴とを含む。
エレクトロウェッティングは、表面上の液体に電界を印加すると、表面上の液体の濡れ挙動が改変される現象である。エレクトロウェッティングにより、電界の印加によって液滴を表面上で操作すること、例えば、再成形するか、または移動させることが可能になる。本発明のEWODデバイスは、この現象を利用して、液体の液滴を分析するのに好適な多用途の感知システムを提供する。
制御システムは、多様な機能を実行する。制御システムは、感知電極を動作させて電気的測定値を取得し、取得された電気的測定値を処理して液滴動作を選択し、作動電極を動作させて液滴動作をもたらす。
●分析物を含有する液滴を別の液滴と接触させて、膜貫通細孔を含む液滴界面を形成すること、
●分析物を含有する液滴を別の液滴から離れるように移動させて、液滴界面を分離すること、
●以前の液滴が劣化したか、または低品質のものである場合、サンプルの新たな液滴をシステムに持ち込むこと、
●分析物が枯渇した場合、分析物を含有する液滴に分析物の追加の液滴を追加すること、
●電子メディエータが枯渇した場合、電子メディエータの追加の液滴を液滴に追加すること、
●保持される系から分析物の液滴を取り除くこと
などを伴い得る。動作システムは、関心のある1つ以上の処理に関する記憶された命令を、1つ以上の電気的測定値から得られた情報に基づいて適用するように、かつ液滴動作を選択するように構成されている。
本発明の方法による感知システムの動作中、感知システムは、流体媒体と、液体媒体の第1の液滴および第2の液滴と、を備える。第1の液滴および第2の液滴は、EWODデバイスの疎水性表面上に配置されている。第1の液滴および第2の液滴はまた、存在する場合にEWODデバイスの第2の基板、またはその第2の基板上の層にも接触し得る。一般に、疎水性表面または第2の基板と接触しない第1の液滴および第2の液滴の任意の部分は、流体媒体と接触する。
液滴界面は、ある液滴が別の液滴と接触する空間の領域である。液滴界面は、液滴界面で互いに接触する一方または両方の液滴が両親媒性分子の層と接触するように、両親媒性分子の層を含み得る。いくつかの実施形態では、液滴界面は、両親媒性分子の二重層、すなわち、両親媒性分子の2つの隣接する単層を含み得る。その場合、二重層を含む液滴界面は、液滴界面二重層(DIB)と呼ばれ得る。DIBは、DIBに挿入された膜貫通細孔の研究のために使用され得る。例えば、Martel et al.,Biomicrofluidics 6、012813(2012)は、タンパク質チャネルが挿入された液滴界面二重層を形成するためのマイクロ流体デバイスを開示している。Ag/AgClパッドが提供された作動電極を含む基板上に金のマイクロワイヤーを堆積させて、膜チャネルを通るイオン電流の流れの測定を実施するために各液滴と電気的に接触させた。
本発明の感知システムは、1つ以上の膜貫通細孔を含み得る。一般に、液滴界面に挿入することが可能である任意の膜貫通細孔を使用し得る。異なる液滴は、同じまたは異なる膜貫通細孔を含み得るので、複数の液滴界面が異なる複数の液滴対の間に形成される場合、同じまたは異なる膜貫通細孔が、それらの液滴界面に挿入され得る。
EWODデバイス上に配置された液滴に対して、電気的測定を実施するための方法が知られている。US2010/0,194,408は、とりわけ、作動電極での液滴の存在、部分的存在、または不在を決定するために、液滴アクチュエータの静電容量を検出するための方法、回路、および装置を開示している。US8,653,832は、インピーダンス(または静電容量)感知機能をEWODデバイスの各アレイ素子のアレイ素子回路に組み込むことができる方法を記載しており、インピーダンスセンサ回路を使用して、アレイ中の各電極に存在する液滴の存在およびサイズを判定し得る。しかしながら、これらのアプローチは、作動信号が印加されるのと同じ電極から信号を得る必要性により限定される。
以後に、本発明の方法におけるステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)の実行前の、感知システム内の第1の液滴および第2の液滴(ならびに存在する場合に、第3の液滴およびさらなる液滴)の初期構成の様々な典型的な態様が記載される。
この方法のステップ(a)は、第1の感知電極および第2の感知電極から電気的測定値を得ることを含む。ステップ(a)は、本発明の感知システムを動作させるときに実行される最初のステップである必要はなく、ステップ(a)が行われる前に、追加のステップを実行することができることに留意されたい。例えば、ステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)が1回実行された後、この方法を繰り返すことができる。この方法は、複数回繰り返され得る。この方法を繰り返すたびに、ステップ(a)で取得される測定値は、同じであってもよいか、または異なってもよく、ステップ(b)で選択され、ステップ(c)で実行される液滴動作は、同じであっても異なってもよい。
活性化電極のアレイを支持する第1の基板と、
絶縁体層の疎水性表面に面し、かつ第1の感知電極および第2の感知電極を支持する第2の基板と、を備える。
この方法のステップ(b)は、意思決定ステップである。ステップ(b)では、制御システムによって得られた電気的測定値が分析され、制御システムは、感知システムによってもたらされるべき液滴動作を判定する。典型的には、制御システムは、動作システムによって指定された結果(例えば、アッセイまたは分析手順)を達成するために、感知システムによってもたらされるべき次の液滴動作を判定する。以下に記載するのは、制御システムが、実行される液滴動作を選択し得る様々なステップである。
複数の電気的測定値の中で、電気的測定値のうちの1つ以上を他の電気的測定値のうちの1つ以上と比較すること、
経時的に検出される電気的測定値の変移を判定すること、および
電気的測定値の変移を元に戻すために液滴動作を選択することを含む。
ステップ(c)では、液滴動作が実行される。
本発明の特定の利点は、分析物を含む液滴が封入されないことであり、このことは、システムの操作後に分析物が回収できることを意味する。さらに、分析物を含む液滴は、第1の感知電極および第2の感知電極と電気的に接触する液滴と同じ液滴である必要はない。代わりに、分析物を含む液滴は、さらなる液滴を介して第1の電極および第2の電極に接続され得る。分析物を含む液滴は、典型的には、第1の液滴であり、この液滴は、膜を介して第2の液滴および第3の液滴(それぞれ第1の電極および第2の電極と接触する)と接触する。
(i)エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイ、
作動電極を覆い、かつ疎水性最外表面を有する絶縁体層、
第1の感知電極、および
第2の感知電極、を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
(ii)疎水性表面上に配置された、
無極性流体媒体、
極性液体媒体を含む第1の液滴、第2の液滴、および第3の液滴であって、
第1の液滴および/または第2の液滴および/または第3の液滴が、当該第1の液滴および/または第2の液滴および/または第3の液滴と流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴と接触し、液滴界面を介して第3の液滴と接触し、
各液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
少なくとも第1の液滴と第2の液滴との間の界面が、膜貫通細孔を含み、
第1の液滴が、分析物を含み、
第2の液滴および第3の液滴が、電子メディエータを含み、
第2の液滴および第3の液滴が、それぞれ第2の感知電極および第1の感知電極と電気的に接触する、無極性流体媒体、第1の液滴、第2の液滴、および第3の液滴と、
(iii)第1の感知電極および第2の感知電極から電気的測定値を得るように、かつ作動電極のアレイに作動信号を印加するように構成された制御システムと、を備え、
方法が、
a)第1の感知電極および第2の感知電極から電気的測定値を得ることと、
b)電気的測定値を分析すること、および次いで、制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、電気的測定値に基づいて液滴動作を選択することと、
c)作動電極に作動信号を印加して、液滴動作をもたらすことと、を含む、方法を提供する。
上で説明したように、本発明の特定の利点は、第1の感知電極と第2の感知電極との間の通信を可能にする電子メディエータ部分を、アクセスできないチャンバ内に入れないことである。このことは、経時的に電子メディエータが減退し(具体的には、Fe3+が、容易に再酸化することができないFe2+に減退し)、かつ新鮮なメディエータを追加することができないものとしてWO2014/064443に記載されているようなデバイスにとっての問題である。電子メディエータは、材料を繰り返し加えることができるか、または新鮮な電子メディエータの液滴と交換することができる液滴に含有されるため、このことは、本発明の感知システムにとって問題ではない。
(i)エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイ、
作動電極を覆い、かつ疎水性最外表面を有する絶縁体層、
第1の感知電極、および
第2の感知電極、を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
(ii)疎水性表面上に配置された、
無極性流体媒体、
流体媒体中で極性液体を含む第1の液滴、第2の液滴、および任意選的に第3の液滴であって、
第1の液滴および/または第2の液滴が、当該第1の液滴および/または第2の液滴と流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴と接触するか、または第3の液滴および第2の液滴が各々、液滴界面を介して第1の液滴と接触し、
液滴界面または各液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
液滴界面のうちの少なくとも1つが、膜貫通細孔を含み、
第1の液滴が、分析物を含み、
液滴のうちの1つ、任意選択的に第2の液滴が、電子メディエータを含み、
第1の液滴、または存在する場合に任意選択的に第3の液滴が、第1の感知電極と電気的に接触し、
第2の液滴が、第2の感知電極と電気的に接触する、無極性流体媒体、第1の液滴、第2の液滴、および任意選択的に第3の液滴と、
(iii)第1の感知電極および第2の感知電極から電気的測定値を得るように、かつ作動電極のアレイに作動信号を印加するように構成された制御システムと、を備え、
方法が、
a)第1の電極および第2の電極から電気的測定値を得、このステップを複数回繰り返して複数の電気的測定値を得ることと、
b)複数の電気的測定値の中で、電気的測定値のうちの1つ以上を他の電気的測定値のうちの1つ以上と比較すること、液滴中の、任意選択的に第2の液滴中の、電子メディエータの損失に帰属する、経時的に検出された電気的測定値の変移を判定すること、および液滴動作を選択して、その液滴中の、任意選択的に第2の液滴中の、電子メディエータの濃度を増加させることと、
c)作動電極に作動信号を印加して、液滴動作をもたらすことと、を含む、方法を提供する。
(i)エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイ、
作動電極を覆い、かつ疎水性最外表面を有する絶縁体層、
第1の感知電極、および
第2の感知電極、を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
(ii)疎水性表面上に配置された、
無極性流体媒体、
各々が流体媒体中で極性液体を含む第1の液滴、第2の液滴、第3の液滴、および第4の液滴であって、
第1の液滴、第2の液滴、第3の液滴、および/または第4の液滴が、第1の液滴、第2の液滴、第3の液滴、および/または第4の液滴と流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
第3の液滴が、液滴界面を介して第1の液滴と接触し、第1の液滴が、別の液滴界面を介して第2の液滴と接触し、第2の液滴が、さらに別の液滴界面を介して第4の液滴と接触し、
各液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
第1の液滴と第2の液滴との間の液滴界面が、第1の膜貫通細孔を含み、
第1の液滴と第3の液滴との間の液滴界面が、イオンチャネルである複数のさらなる膜貫通細孔を含み、
第2の液滴と第4の液滴との間の液滴界面もまた、イオンチャネルである複数のさらなる膜貫通細孔を含み、
第1の液滴が、分析物を含み、
第3の液滴および第4の液滴が、電子メディエータを含み、
第3の液滴が、第1の感知電極と電気的に接触し、
第4の液滴が、第2の感知電極と電気的に接触する、無極性流体媒体、第1の液滴、第2の液滴、第3の液滴、および第4の液滴と、
(iii)第1の感知電極および第2の感知電極から電気的測定値を得るように、かつ作動電極のアレイに作動信号を印加するように構成された制御システムと、を備え、
方法が、
a)第1の電極および第2の電極から電気的測定値を得、このステップを複数回繰り返して複数の電気的測定値を得ることと、
b)複数の電気的測定値の中で、電気的測定値のうちの1つ以上を他の電気的測定値のうちの1つ以上と比較すること、第3の液滴または第4の液滴中の電子メディエータの損失に帰属する、経時的に検出された電気的測定値の変移を判定すること、および液滴動作を選択して、その液滴中の、電子メディエータの濃度を増加させることと、
c)作動電極に作動信号を印加して、液滴動作をもたらすことと、を含む、方法を提供する。
本発明の特定の利点は、感知システムが、サンプルが複数の細孔にさらされることを可能にすることである。これにより、特に分析物がDNAなどのポリマー分析物である場合に、分析物を判定することができる精度を改善することができる。さらに、分析物がさらされる細孔は、分析物と以前の膜貫通細孔との相互作用で得られた電気的測定値に基づいて選択され得る。これにより、分析物の正確な識別を提供するために、最も適切な感知動作を選択および実行することができる動的感知システムが提供される。
無極性流体媒体、
極性液体媒体を含む第1の液滴、第2の液滴、および第3の液滴を備え、
第1の液滴および/または第2の液滴および/または第3の液滴が、当該第1の液滴および/または第2の液滴および/または第3の液滴と流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴と接触し、当該液滴界面が、両親媒性分子の層および第1の膜貫通細孔を含み、
第3の液滴が、別の液滴界面を介して第1の液滴または第2の液滴と接触し、当該別の液滴界面が、両親媒性分子の層および第2の膜貫通細孔を含み、
第1の液滴が、分析物を含む、方法を提供する。
本発明の方法のいくつかの実施形態では、ステップ(a)は、分析物が細孔に対して移動するように第1の膜貫通細孔を分析物と接触させること、および分析物が細孔に対して移動する際に1つ以上の電気的測定値を得ることを含み、この方法は、分析物の存在、不在、または1つ以上の特性を判定することをさらに含む。
a)電気的測定値を得ることによって、分析物と第1の膜貫通細孔との間の相互作用を検出することと、
b)(a)で得られた電気的測定値に基づいて分析物の存在または不在または1つ以上の特性を判定すること、その分析物を保持することを決定すること、および制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、極性水性媒体のさらなる液滴を第2の液滴と接触させるための液滴動作を選択することと、
第1の送信電極および第2の送信電極に電位を印加することによって、分析物を第2の液滴に転位させることと、
c)さらなる液滴を第2の液滴と接触させるために、作動電極のアレイに作動信号を印加することと、を含み得る。さらなる液滴は、さらなる液滴と油性媒体との間の界面に配置された両親媒性分子の層を含み得る。ステップ(c)は、第2の液滴とさらなる液滴との間に膜を含む液滴界面を形成することをさらに含み得、任意選択的に、その膜は、第2の膜貫通細孔を含む。
ai)電気的測定値を得ることによって、分析物と第1の膜貫通細孔との間の相互作用を検出することと、
aii)(a)で得られた電気的測定に基づいて、分析物の存在または不在または1つ以上の特性を判定すること、分析物を拒絶することを決定すること、ならびに第1の送信電極および第2の送信電極に電位を印加して、その分析物が第2の液滴に転位することを妨げることと、
aiii)任意選択的に、ステップ(ai)およびステップ(aii)を1回以上繰り返すことと、
上記の分析物選択方法のステップa~cを実行することと、を含み得る。
a)標的分析物が第1の膜貫通細孔を介して第1の液滴から第2の液滴に通過しているか、または通過したことを示す電気的測定値を得ることと、
b)電気的測定値を分析すること、任意選択的に、分析物が第1の液滴から第2の液滴に通過しているか、または通過したことを判定すること、および第1の液滴と第2の液滴とを分離するための液滴動作を選択することと、
c)第1の液滴と第2の液滴とが互いに接触しなくなるように第1の液滴および/または第2の液滴を移動させるために、作動電極のアレイに作動信号を印加することと、を含み得る。
a)標的分析物が第2の膜貫通細孔を介して第2の液滴からさらなる液滴に通過しているか、または通過したことを示す電気的測定値を得ることと、
b)電気的測定値を分析すること、任意選択的に、分析物が第2の液滴からさらなる液滴に通過しているか、または通過したことを判定すること、および第2の液滴とさらなる液滴とを分離するための液滴動作を選択することと、
c)第2の液滴とさらなる液滴とが互いに接触しなくなるように第2の液滴および/またはさらなる液滴を移動させるために、作動電極のアレイに作動信号を印加することと、を含み得る。
a)新たな標的分析物が新たな膜貫通細孔を介して第1の液滴から新たな液滴に通過しているか、または通過したことを示す電気的測定値を得ることと、
b)電気的測定値を分析すること、任意選択的に、新たな分析物が第1の液滴から新たな液滴に通過しているか、または通過したことを判定すること、および第1の液滴と新たな液滴とを分離するための液滴動作を選択することと、
c)第1の液滴と新たな液滴とが互いに接触しなくなるように第1の液滴および/または新たな液滴を移動させるために、作動電極のアレイに作動信号を印加することと、を含み得る。
a)第1の感知電極と第2の感知電極との間の電気的測定値を得ることと、
b)制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、電気的測定値を分析すること、および液滴動作を選択することであって、液滴動作は、さらなる液滴を第2の液滴と融合させることを含む、電気的測定値を分析すること、および液滴動作を選択することと、
c)さらなる液滴を第2の液滴およびさらなる感知電極と接触するように移動させるために、作動電極に作動信号を印加することと、
第2の液滴とさらなる液滴とを融合するために、第2の感知電極とさらなる感知電極との間にわたって電位を印加することと、を含む。
a)所望のポリヌクレオチド配列(例えば、関心の遺伝子)が第1の液滴から第2の液滴に転位したことを示す、第1の感知電極と第2の感知電極との間の電気的測定値を取得することと、
b)電気的測定を分析すること、および任意選択的に、第1の液滴から第2の液滴への所望のポリヌクレオチド配列の転位が発生したことを判定すること、ならびに制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って液滴動作を選択することであって、液滴動作が、さらなる液滴と第2の液滴とを融合させる、分析することおよび判定すること、ならびに選択することと、
c)さらなる液滴を第2の液滴およびさらなる感知電極と接触するように移動させるために、作動電極に作動信号を印加することと、
第2の液滴とさらなる液滴とを融合させるために、第2の感知電極およびさらなる感知電極にわたって電位を印加することと、を含み、さらなる液滴は、PCR手順のための原材料(酵素および補因子試薬など)を含有する。
ステップ(b)は、任意選択的に、第1の液滴、第2の液滴、および存在する場合に第3の液滴(標的液滴)のうちの1つ以上のイオン濃度または浸透ポテンシャルを判定すること、および異なるイオン濃度または浸透ポテンシャルを有するさらなる液滴を当該第1の液滴、第2の液滴、または第3の液滴(標的液滴)と接触させるための液滴動作を選択することを含み、
ステップ(c)は、作動電極アレイに作動信号を印加して、当該さらなる液滴を当該第1の液滴、第2の液滴、または第3の液滴(標的液滴)と接触させて、さらなる液滴と当該第1の液滴、第2の液滴、または第3の液滴(標的液滴)との間に液滴界面を形成することを含み、
この方法は、水が第1の液滴、第2の液滴、または第3の液滴(標的液滴)とさらなる液滴との間の液滴界面を横切って通過することを可能にすることをさらに含む。
本明細書に記載されるように、分析物を第1の液滴から第2の液滴に通過させることと、
a)第1の感知電極および第2の感知電極(それぞれ第1の液滴および第2の液滴と電気的に接触する)から電気的測定値を得ることと、
b)電気的測定値を分析して、第2の液滴に存在する浸透ポテンシャルまたはイオン濃度を判定すること、および制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、液滴動作を選択することによって、第2の液滴とは異なる浸透ポテンシャルまたはイオン濃度を有するさらなる液滴を第2の液滴と接触させ得ることと、
作動電極に作動信号を印加して、好ましくはさらなる液滴を移動させることによって、さらなる液滴を第2の液滴と接触させることと、を含む。したがって、さらなる液滴および第2の液滴は、両親媒性分子の層を含む液滴界面によって接続される。
本発明の方法は、典型的には、1回以上繰り返される。すなわち、ステップ(c)が実行され、新たに配設された液滴の系が調製されると、ステップ(a)~(c)が繰り返され得る。ステップ(a)で取得された測定値、ステップ(b)で選択され、かつステップ(c)で実行される液滴動作は、方法の各反復で異なり得る。
疎水性表面上に配置された、流体媒体、および本明細書で定義されるような第1の液滴および第2の液滴を含む第1の液滴系と、
また、疎水性表面上に配置された、本明細書で定義されるような別の第1の液滴および別の第2の液滴を含む第2の液滴系と、を備え、
この方法が、第1の液滴系に対しておよび第2の液滴系に対して、同時にステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)を実行することを含む。理論的には、この方法は、多数の液滴系に対して、例えば、少なくとも10個または少なくとも100個の液滴系に対して同時に実行され得る。この方法の各反復では、ステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)は、同じであってもよいか、または異なってもよい。例えば、第1の液滴系に対して実行されるステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)のうちの1つ以上が、第2の液滴系に対して実行されるステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)のうちの1つ以上とは異なり得る。代替的には、第1の液滴および第2の液滴系に対して実行されるステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)は、同じであり得る。しかしながら、第1の液滴および第2の液滴系が同じデバイス中に存在する場合、ステップ(c)で実行される液滴動作は、それらの液滴が一緒に融合することを意図されない限り、液滴を正確に同じ場所に移動させることを含むことができない。
本発明は、本発明の方法を実行することができる、本明細書に記載されるような感知システムを提供する。したがって、本発明は、感知システムであって、
エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイ、
作動電極を覆い、かつ疎水性最外表面を有する絶縁体層、
第1の感知電極、および
第2の感知電極、を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
制御システムであって、
第1の感知電極および第2の感知電極から電気的測定値を得ること、
電気的測定値を分析すること、次いで、制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、電気的測定値に基づいて液滴動作を選択すること、および
作動電極に作動信号を印加して、液滴動作をもたらすこと、を行うように構成された、制御システムと、を備える、感知システムを提供する。
活性化電極のアレイを支持する第1の基板と、
絶縁体層の疎水性表面に面し、かつ第1の感知電極および第2の感知電極を支持する第2の基板と、を備える。
流体媒体および各々が流体媒体中で液体を含む第1の液滴ならびに第2の液滴であって、液体および流体媒体のうちの一方が、極性であり、液体および流体媒体のうちの他方が、無極性であり、
第1の液滴および/または第2の液滴が、当該第1の液滴および/または第2の液滴と流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴と接触し、
液滴界面が、両親媒性分子の層および第1の膜貫通細孔を含む、流体媒体および第1の液滴ならびに第2の液滴を含む、感知システムを提供する。
別の態様では、本発明は、感知システムを動作させる方法であって、感知システムが、
(i)エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイ、
作動電極を覆い、かつ疎水性最外表面を有する絶縁体層、
第1の感知電極、および
すべて本明細書に記載されるような第2の感知電極、を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
(ii)疎水性表面上に配置された、
流体媒体および各々が流体媒体中で液体媒体を含む第1の液滴、第2の液滴、ならびに第3の液滴であって、液体媒体および流体媒体のうちの一方が、極性であり、液体媒体および流体媒体のうちの他方が、無極性であり、
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴と接触し、第1の液滴が、液滴界面を介して第3の液滴と接触し、
各液滴界面が、両親媒性分子の層および膜貫通細孔を含み、
任意選択的に、第1の液滴、第2の液滴、および第3の液滴のうちの1つ以上が、液滴自体と流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含む、流体媒体、および第1の液滴、第2の液滴、ならびに第3の液滴と、
(iii)第1の感知電極および第2の感知電極から電気的測定値を得るように、かつ任意選択的に、作動電極のアレイに作動信号を印加するように構成された制御システムと、を備え、
方法が、
a)第1の感知電極および第2の感知電極から電気的測定値を得ることと、
b)(a)で得られた電気的測定値を分析し、第1の液滴と第3の液滴との間の界面に関連して実行する動作を選択することと、を含む、方法を提供する。
本発明の感知システムを使用して、本発明の一部でもある多様な新規な液滴構造体を調製し、および任意選択的に操作し得る。これらの液滴構造体が、以下に記載される。「液滴構造体」とは、流体媒体中に配置された液体媒体の液滴の集合を意味し、液体媒体および流体媒体のうちの一方は、極性であり、他方は、無極性である。好ましくは、液体媒体は、極性である。液体媒体および流体媒体は、本明細書に記載されている通りである。各液滴に存在する液体媒体は、同じであっても異なってもよい。
第1の液滴が、分析物を含み、
第2の液滴および第3の液滴が各々、電子メディエータを含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴および第3の液滴の各々と接触し、各液滴界面が、両親媒性分子の層を含む。
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第3の液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
第1の液滴と第2の液滴との間の液滴界面、および/または第1の液滴と第3の液滴との間の液滴界面が、複数のイオンチャネルを含む。
第1の液滴が、液滴界面を介して第2の液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層および第1の膜貫通細孔を含み、
第1の液滴が、液滴界面を介して第3の液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層および第2の膜貫通細孔を含み、
第1の膜貫通細孔と第2の膜貫通細孔とが、異なる。
一実施例では、各々が両親媒性分子のコーティングを有する、無極性油媒体に浸漬された水性極性媒体の第1の液滴および第2の液滴は、両親媒性分子の層を含む液滴界面がこの2つの間に形成されるように接続される。この配設が、図14に示されており、第1および第2は、それぞれ「A」および「B」と標示されている。液滴間の二重層に、膜貫通タンパク質(例えば、ナノ細孔)が挿入される。例示的な一態様では、液滴界面は、両親媒性分子の二重層を含み、この実施例の他の態様では、で形成される膜は、ブロックコポリマーの層を含む。最初に、第1の液滴(図14の液滴A)中に分析物が提供される。
上で説明したように、方法のステップ(c)では、膜を含む液滴界面を形成するか、または解体することが可能である。このことは、図15に関連して後述するように、標的分析物の検出に応答して行われ得る。
上で説明したように、1つの可能な液滴動作は、液滴の融合を伴う。このことが、図16に示されている。
上で説明したように、液滴動作が、異なる浸透ポテンシャルの2つの液滴を接続することを伴ういくつかの実施形態では、液滴のうちの1つで内容物を希釈するか、または濃縮することが可能である。
多くのナノ細孔感知用途では、例えばDNAまたはRNAのナノ細孔シーケンシングのために、電気化学メディエータ(例えば、フェロシアン化カリウム、フェリシアン化カリウム対)を分析物から分離することが有利である。電気化学メディエータは、酵素モータとの反応などの、シーケンシング化学との不要な反応を起こす可能性がある。
他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で引用される刊行物およびそれらが引用される資料は、参照により明確に組み込まれる。
本発明の様々な実施形態を以下に示す。
1.感知システムを動作させる方法であって、前記感知システムが、
(i)エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイ、
前記作動電極を覆い、かつ疎水性最外表面を有する絶縁体層、
第1の感知電極、および
第2の感知電極、を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
(ii)前記疎水性表面上に配置された、
流体媒体および各々が前記流体媒体中で液体媒体を含む第1の液滴ならびに第2の液滴であって、前記液体媒体および前記流体媒体のうちの一方が、極性であり、前記液体媒体および前記流体媒体のうちの他方が、無極性であり、
前記第1の液滴および/または前記第2の液滴が、前記第1の液滴および/または前記第2の液滴と前記流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
前記第1の液滴が、液滴界面を介して前記第2の液滴と接触し、
前記液滴界面が、両親媒性分子の層および第1の膜貫通細孔を含む、流体媒体および第1の液滴ならびに第2の液滴と、
(iii)前記第1の感知電極および前記第2の感知電極から電気的測定値を得るように、かつ前記作動電極のアレイに作動信号を印加するように構成された制御システムと、を備え、
前記方法が、
a)前記第1の感知電極および前記第2の感知電極から電気的測定値を得ることと、
b)前記電気的測定値を分析し、次いで、前記制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、前記電気的測定値に基づいて液滴動作を選択することと、
c)作動電極に作動信号を印加して、前記液滴動作をもたらすことと、を含む、方法。
2.前記第1の液滴および前記第2の液滴が各々、前記液体媒体と前記流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含む、上記1に記載の方法。
3.前記第1の液滴が、液滴界面を介して液体媒体の第3の液滴と接触し、前記第1の液滴と前記第3の液滴との間の前記液滴界面が、両親媒性分子の層を含む、上記1または2に記載の方法。
4.前記第2の液滴がまた、液滴界面を介して前記第3の液滴とも接触し、前記第2の液滴と前記第3の液滴との間の前記液滴界面が、両親媒性分子の層を含む、上記3に記載の方法。
5.前記第3の液滴と前記第2の液滴とが互いに接触しない、上記3に記載の方法。
6.前記第1の液滴がまた、さらなる液滴界面を介して液体媒体の1つ以上のさらなる液滴とも接触し、前記さらなる液滴界面が、両親媒性分子の層を含む、上記1~5に記載の方法。
7.前記液滴界面または各液滴界面が、両親媒性分子の二重層を含む、上記1~6のいずれかに記載の方法。
8.前記液滴界面のうちの1つ以上が、膜貫通細孔を含む、上記3~7のいずれかに記載の方法。
9.前記液滴界面のうちの1つ以上が、複数のイオンチャネル、例えば少なくとも10個のイオンチャネルを含む、上記1~8のいずれかに記載の方法。
10.複数のイオンチャネルを含む前記液滴界面が、前記第1の液滴と接触する、上記10に記載の方法。
11.前記第1の液滴が、分析物を含む、上記1~10のいずれかに記載の方法。
12.前記第2の液滴が、電子メディエータを含む、上記1~11のいずれかに記載の方法。
13.前記第1の液滴が、電子メディエータを含む、上記1~12のいずれかに記載の方法。
14.前記システムが、液体媒体の第3の液滴を含み、前記第3の液滴が、電子メディエータを含む、上記1~13のいずれかに記載の方法。
15.前記第2の液滴、および存在する場合に前記第3の液滴が、分析物を実質的に含まない、上記1~14のいずれかに記載の方法。
16.前記第1の液滴、前記第2の液滴、および存在する場合に前記第3の液滴、のうちの1つ以上が、1nL未満の体積を有する、上記1~15のいずれかに記載の方法。
17.前記第1の液滴、前記第2の液滴、および存在する場合に前記第3の液滴が各々、1nL未満の体積を有する、上記1~16のいずれかに記載の方法。
18.ステップ(a)が、前記第1の膜貫通細孔と分析物との間の相互作用を検出することを含む、上記1~17のいずれかに記載の方法。
19.前記第1の液滴(または存在する場合に任意選択的に前記第3の液滴)が、前記第1の感知電極と電気的に接触し、前記第2の液滴が、前記第2の感知電極と電気的に接触する、上記1~18のいずれかに記載の方法。
20.ステップ(a)が、前記第1の感知電極と前記第2の感知電極との間を流れる電流を検出することを含む、上記1~19のいずれかに記載の方法。
21.前記第1の感知電極および前記第2の感知電極が、前記作動電極のアレイの中の電極である、上記1~20のいずれかに記載の方法。
22.前記エレクトロウェッティングデバイスが、
活性化電極のアレイを支持する第1の基板と、
前記絶縁体層の前記疎水性表面に面し、かつ前記第1の感知電極および前記第2の感知電極を支持する第2の基板と、を備える、上記1~20のいずれかに記載の方法。
23.ステップ(a)が、1回以上繰り返される、上記1~22のいずれかに記載の方法。
24.ステップ(a)が、分析物と前記第1の膜貫通細孔との前記相互作用を検出することを含み、ステップ(b)が、前記分析物を全体的または部分的に同定することを含む、上記1~23のいずれかに記載の方法。
25.前記分析物が、ポリヌクレオチドを含み、ステップ(b)が、ポリヌクレオチド配列に存在する2つ以上のヌクレオチドの同一性を判定することを含む、上記1~24のいずれかに記載の方法。
26.ステップ(b)が、前記電気的測定値を、前記制御システムによって記憶された値と比較することを含む、上記1~25のいずれかに記載の方法。
27.ステップ(b)が、前記制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、前記電気的測定値と前記記憶された値との間の前記比較に基づいて液滴動作を選択することをさらに含む、上記26に記載の方法。
28.ステップ(a)が1回以上繰り返されて、複数の電気的測定値を得、ステップ(b)が、前記複数の電気的測定値の中の1つ以上の電気的測定値を、前記複数の電気的測定値の中の1つ以上の他の電気的測定値と比較することを含む、上記1~27のいずれかに記載の方法。
29.ステップ(a)が複数回繰り返されて複数の電気的測定値を得、
ステップ(b)が、
前記複数の電気的測定値の中で、前記電気的測定値のうちの1つ以上を他の電気的測定値のうちの1つ以上と比較すること、
経時的に検出される前記電気的測定値の変移を判定すること、および
前記電気的測定値の前記変移を元に戻すために液滴動作を選択することを含む、上記28に記載の方法。
30.ステップ(b)が、前記第1の液滴および/または前記第2の液滴および/または存在する場合に前記第3の液滴の物理的特性または化学的特性を判定することを含む、上記1~29のいずれかに記載の方法。
31.ステップ(b)が、前記第1の液滴および/または前記第2の液滴および/または存在する場合に前記第3の液滴の前記物理的特性または前記化学的特性を改変または維持するために液滴動作を選択することをさらに含む、上記30に記載の方法。
32.ステップ(b)が、前記第1の液滴および/または前記第2の液滴および/または存在する場合に前記第3の液滴のイオン濃度を判定することを含む、上記1~31のいずれかに記載の方法。
33.ステップ(b)が、前記第1の液滴および/または前記第2の液滴および/または存在する場合に前記第3の液滴のイオン濃度を増加または減少させるために液滴動作を選択することを含む、上記1~32のいずれかに記載の方法。
34.前記イオン濃度が、電子メディエータ種の濃度である、上記32または33に記載の方法。
35.ステップ(b)が、前記第1の液滴中に分析物が存在するかどうかを確立すること、または前記第1の液滴中の分析物の濃度を判定することを含む、上記1~34のいずれかに記載の方法。
36.ステップ(b)が、前記第1の液滴中に存在する分析物の品質を判定することを含む、上記1~35のいずれかに記載の方法。
37.ステップ(b)が、前記第1の液滴を保持するか、または廃棄するかを決定することを含む、上記1~36のいずれかに記載の方法。
38.ステップ(b)が、前記第1の液滴に対して実施するさらなる実験手順を選択すること、および液滴動作を選択して、前記第1の液滴を1つ以上の液滴と接触させて、その実験を実施することができるようにすることを含む、上記1~37のいずれかに記載の方法。
39.ステップ(c)が、ステップ(b)の後に自動的に実行される、上記1~38のいずれかに記載の方法。
40.ステップ(c)が、前記疎水性表面上で液体媒体の被作動液滴を移動させることを含む、上記1~39のいずれかに記載の方法。
41.前記被作動液滴が、前記第1の液滴または前記第2の液滴または存在する場合に前記第3の液滴である、上記40に記載の方法。
42.ステップ(c)が、液滴界面における前記被作動液滴を、液体媒体のさらなる液滴から分離することを含み、このさらなる液滴が、前記第1の液滴、前記第2の液滴、または存在する場合に前記第3の液滴であり得、前記液滴界面が、両親媒性分子の層を含む、上記40または41に記載の方法。
43.ステップ(c)が、複数の液滴界面における前記被作動液滴を、液体媒体の複数のさらなる液滴から分離することを含み、このさらなる液滴が、前記第1の液滴、前記第2の液滴、または存在する場合に前記第3の液滴を含み得、前記液滴界面の各々が、両親媒性分子の層を含む、上記40~42のいずれかに記載の方法。
44.前記1つ以上の液滴界面が各々、両親媒性分子の二重層を含み、ステップ(c)が、前記二重層を分離することを含む、上記40~43のいずれかに記載の方法。
45.ステップ(c)が、前記被作動液滴を液体媒体のさらなる液滴と接触させて液滴界面を形成することを含み、このさらなる液滴が、前記第1の液滴、前記第2の液滴、または存在する場合に前記第3の液滴であり得る、上記40または41に記載の方法。
46.ステップ(c)が、前記被作動液滴を液体媒体の複数のさらなる液滴と接触させて、複数の液滴界面を形成することを含み、このさらなる液滴が、前記第1の液滴、前記第2の液滴、または存在する場合に前記第3の液滴を含み得る、上記45に記載の方法。
47.前記1つ以上の液滴界面が各々、両親媒性分子の層を含む、上記45または46に記載の方法。
48.前記1つ以上の液滴界面が各々、両親媒性分子の二重層を含み、ステップ(c)が、前記二重層を形成することを含む、上記47に記載の方法。
49.ステップ(c)が、上記32~44のいずれかに従って液滴界面における前記被作動液滴を分離すること、および前記被作動液滴を、上記45~48で定義されるような液体媒体のさらなる液滴と接触させることを含む、上記40または41に記載の方法。
50.ステップ(c)が、前記被作動液滴を液体媒体のさらなる液滴と融合させることを含み、このさらなる液滴が、前記第1の液滴、前記第2の液滴、または存在する場合に前記第3の液滴であり得る、上記40または41に記載の方法。
51.前記被作動液滴が、両親媒性分子の外層を含まない、上記50に記載の方法。
52.前記被作動液滴が、電子メディエータを含む、上記50または上記51に記載の方法。
53.前記被作動液滴が、分析物を含む、上記50~52のいずれかに記載の方法。
54.前記被作動液滴が、実験基質を含む、上記50~53のいずれかに記載の方法。
55.ステップ(c)が、前記第1の液滴または前記第2の液滴または存在する場合に前記第3の液滴を、2つ以上の部分に分割することを含む、上記1~39のいずれかに記載の方法。
56.ステップ(c)が、前記第1の液滴または前記第2の液滴または存在する場合に前記第3の液滴を、2つの部分に分割することを含む、上記55に記載の方法。
57.ステップ(c)の間に前記第1の液滴を移動させない、上記1~56のいずれかに記載の方法。
58.上記1~57のいずれかに記載の感知システムを動作させる方法であって、前記感知システムが、
(i)エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイ、
前記作動電極を覆い、かつ疎水性最外表面を有する絶縁体層、
第1の感知電極、および
第2の感知電極、を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
(ii)前記疎水性表面上に配置された、
無極性流体媒体、
極性液体媒体を含む第1の液滴、第2の液滴、および第3の液滴であって、
前記第1の液滴および/または前記第2の液滴および/または前記第3の液滴が、前記第1の液滴および/または前記第2の液滴および/または前記第3の液滴と前記流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
前記第1の液滴が、液滴界面を介して前記第2の液滴と接触し、液滴界面を介して前記第3の液滴と接触し、
各液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
少なくとも前記第1の液滴と前記第2の液滴との間の界面が、膜貫通細孔を含み、
前記第1の液滴が、分析物を含み、
前記第2の液滴および前記第3の液滴が、電子メディエータを含み、
前記第2の液滴および前記第3の液滴が、それぞれ前記第2の感知電極および前記第1の感知電極と電気的に接触する、無極性流体媒体、第1の液滴、第2の液滴、および第3の液滴と、
(iii)前記第1の感知電極および前記第2の感知電極から電気的測定値を得るように、かつ前記作動電極のアレイに作動信号を印加するように構成された制御システムと、を備え、
前記方法が、
a)前記第1の感知電極および前記第2の感知電極から電気的測定値を得ることと、
b)前記電気的測定値を分析すること、および次いで、前記制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、前記電気的測定値に基づいて液滴動作を選択することと、
c)作動電極に作動信号を印加して、前記液滴動作をもたらすことと、を含む、方法。
59.前記液滴動作が、前記第1の液滴を移動させること、および前記第1の液滴を前記第2の液滴および/または前記第3の液滴から分離することを含む、上記58に記載の方法。
60.前記方法が、分析物を含むさらなる液滴を前記第2の液滴および前記第3の液滴と接触するように移動させて、前記第2の液滴および前記第3の液滴の各々と前記さらなる液滴との間の液滴界面を形成することをさらに含み、各液滴界面が、両親媒性分子の層を含む、上記59に記載の方法。
61.前記液滴動作が、前記第2の液滴および/または前記第3の液滴を移動させて、前記第2の液滴および/または前記第3の液滴を前記第1の液滴から分離することを含む、上記58に記載の方法。
62.前記液滴動作が、前記第2の液滴および/または前記第3の液滴を、分析物を含むさらなる液滴と接触するように移動させて、前記第2の液滴および/または前記第3の液滴と前記さらなる液滴との間の液滴界面を形成することをさらに含み、前記界面(複数可)が、両親媒性分子の層を含む、上記61に記載の方法。
63.前記方法が、第4の液滴および任意選択的にまた第5の液滴を、前記第1の液滴と接触するように移動させて、前記第4の液滴および存在する場合に前記第5の液滴と前記第1の液滴との間の液滴界面を形成することをさらに含み、前記液滴界面(複数可)が、両親媒性分子の層を含む、上記62に記載の方法。
64.前記第4の液滴および存在する場合に任意選択的にまた前記第5の液滴が、電子メディエータを含む、上記63に記載の方法。
65.前記方法が、前記第1の液滴を回収することを含む、上記1~64のいずれかに記載の方法。
66.前記方法が、分析物を含む実質的にすべての液滴を回収することを含む、上記1~65のいずれかに記載の方法。
67.ステップ(a)が、分析物が前記細孔に対して移動するように前記第1の膜貫通細孔を前記分析物と接触させること、および前記分析物が前記細孔に対して移動する際に1つ以上の電気的測定値を得ることを含み、
前記方法が、前記分析物の存在、不在、または1つ以上の特性を判定することをさらに含む、上記1~66のいずれかに記載の方法。
68.ステップ(b)が、前記分析物の1つ以上の特徴の前記存在または前記不在を判定することを含み、任意選択的に、ステップ(b)が、前記分析物の前記存在、または前記不在、または前記1つ以上の特性に基づいて、前記第1の液滴を保持するか、または廃棄するかを判定することをさらに含む、上記67に記載の方法。
69.前記分析物が、ポリヌクレオチドである、上記67または68に記載の方法。
70.前記特徴が、(i)前記ポリヌクレオチドの長さ、(ii)前記ポリヌクレオチドの同一性、(iii)前記ポリヌクレオチドの配列、(iv)前記ポリヌクレオチドの二次構造、および(v)前記ポリヌクレオチドが修飾されているか否か、のうちの1つ以上である、上記69に記載の方法。
71.上記1~70のいずれかに記載の感知システムを動作させる方法であって、前記感知システムが、
-エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイ、
前記作動電極を覆い、かつ疎水性最外表面を有する絶縁体層、
第1の感知電極、および
第2の感知電極、を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
-前記疎水性表面上に配置された、
無極性流体媒体、
前記流体媒体中で極性液体を含む第1の液滴、第2の液滴、および任意選択的に第3の液滴であって、
前記第1の液滴および/または前記第2の液滴が、前記第1の液滴および/または前記第2の液滴と前記流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
前記第1の液滴が、液滴界面を介して前記第2の液滴と接触するか、または前記第3の液滴および前記第2の液滴が各々、液滴界面を介して前記第1の液滴と接触し、
前記液滴界面または各液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
前記液滴界面のうちの少なくとも1つが、膜貫通細孔を含み、
前記第1の液滴が、分析物を含み、
前記液滴のうちの1つ、任意選択的に前記第2の液滴が、電子メディエータを含み、
前記第1の液滴、または存在する場合に任意選択的に前記第3の液滴が、前記第1の感知電極と電気的に接触し、
前記第2の液滴が、前記第2の感知電極と電気的に接触する、無極性流体媒体、第1の液滴、第2の液滴、および任意選択的に第3の液滴と、
-前記第1の感知電極および前記第2の感知電極から電気的測定値を得るように、かつ前記作動電極のアレイに作動信号を印加するように構成された制御システムと、を備え、
前記方法が、
a)前記第1の電極および前記第2の電極から電気的測定値を得、このステップを複数回繰り返して複数の電気的測定値を得ることと、
b)前記複数の電気的測定値の中で、前記電気的測定値のうちの1つ以上を他の電気的測定値のうちの1つ以上と比較すること、前記液滴中の、任意選択的に前記第2の液滴中の、電子メディエータの損失に帰属する、経時的に検出された前記電気的測定値の変移を判定すること、および液滴動作を選択して、その液滴中の、任意選択的に前記第2の液滴中の、電子メディエータの濃度を増加させることと、
c)作動電極に作動信号を印加して、前記液滴動作をもたらすことと、を含む、方法。
72.前記液滴動作が、流体媒体の被作動液滴を前記疎水性表面上で移動させ、前記被作動液滴を、任意選択的に前記第2の液滴である、前記電子メディエータを含む前記液滴と融合させることであって、前記被作動液滴が、電子メディエータを含む、融合させること、または(b)前記電子メディエータを含む前記液滴を前記第1の感知電極または前記第2の感知電極との接触から外れるように移動させ、新鮮な電子メディエータを含む新たな液滴を前記第1の感知電極または前記第2の感知電極と電気的に接触するように移動させることを含む、上記71に記載の方法。
73.前記電子メディエータが、Fe 3+ を含む、上記71または72に記載の方法。
74.上記1~73のいずれかに記載の感知システムを動作させる方法であって、前記感知システムが、前記エレクトロウェッティングデバイスの前記疎水性表面上に配置された、
無極性流体媒体、
極性液体媒体を含む第1の液滴、第2の液滴、および第3の液滴を備え、
前記第1の液滴および/または前記第2の液滴および/または前記第3の液滴が、前記第1の液滴および/または前記第2の液滴および/または前記第3の液滴と前記流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
前記第1の液滴が、液滴界面を介して前記第2の液滴と接触し、前記液滴界面が、両親媒性分子の層および第1の膜貫通細孔を含み、
前記第3の液滴が、別の液滴界面を介して前記第1の液滴または前記第2の液滴と接触し、前記別の液滴界面が、両親媒性分子の層および第2の膜貫通細孔を含み、
前記第1の液滴が、分析物を含む、方法。
75.前記第2の膜貫通細孔が、前記第1の膜貫通細孔とは異なる、上記74に記載の方法。
76.前記電気的測定値が、前記分析物と前記第1の膜貫通細孔および/または前記第2の膜貫通細孔との相互作用を示す電気的測定値である、上記74または75に記載の方法。
77.ステップ(b)が、前記分析物が前記第1の膜貫通細孔と相互作用したと判定することを含む、上記74~76のいずれかに記載の方法。
78.ステップ(b)が、前記分析物が前記第2の膜貫通細孔と相互作用したと判定することを含む、上記74~77のいずれかに記載の方法。
79.ステップ(b)が、前記分析物が同時に前記第1の膜貫通細孔および前記第2の膜貫通細孔と相互作用したと判定することを含む、上記74~78のいずれかに記載の方法。
80.前記分析物が、一本鎖のDNAである、上記74~79のいずれかに記載の方法。
81.ステップ(b)で選択され、かつステップ(c)で実行される前記液滴動作が、前記第1の液滴を前記第2の液滴および/または前記第3の液滴から分離するために、前記第1の液滴、前記第2の液滴、および前記第3の液滴のうちの1つ以上を移動させることを含む、上記74~80のいずれかに記載の方法。
82.前記方法が、前記第1の液滴をさらなる液滴と接触させ、前記さらなる液滴が、両親媒性分子の層およびさらなる膜貫通タンパク質を含む液滴界面を介して前記第1の液滴と接触するようにすることをさらに含む、上記74~81のいずれかに記載の方法。
83.前記第1の液滴が、一本鎖のDNAを含有する、上記74~82のいずれかに記載の方法。
84.処理が、前記感知システムに原サンプルを提供する最初のステップを含む、上記1~83のいずれかに記載の方法。
85.前記最初のステップが、前記感知システム内で前記サンプルを調製することをさらに含む、上記84に記載の方法。
86.前記方法が、前記分析物を回収する後続のステップを含む、上記1~85のいずれかに記載の方法。
87.前記感知システムが、
前記疎水性表面上に配置された、前記流体媒体、および上記1で定義されるような前記第1の液滴および前記第2の液滴を含む第1の液滴系と、
また、前記疎水性表面上に配置された、上記1で定義されるような別の第1の液滴および別の第2の液滴を含む第2の液滴系と、を備え、
前記方法が、前記第1の液滴系に対しておよび前記第2の液滴系に対して、同時にステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)を実行することを含む、上記1~86のいずれかに記載の方法。
88.前記第1の液滴系に対して実行されるステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)のうちの1つ以上が、前記第2の液滴系に対して実行されるステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)のうちの1つ以上とは異なる、上記87に記載の方法。
89.感知システムを動作させる方法であって、前記感知システムが、
(i)エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイ、
前記作動電極を覆い、かつ疎水性最外表面を有する絶縁体層、
第1の感知電極、および
第2の感知電極、を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
(ii)前記疎水性表面上に配置された、
無極性流体媒体、
各々が前記流体媒体中で極性液体を含む第1の液滴、第2の液滴、第3の液滴、および第4の液滴であって、
前記第1の液滴、前記第2の液滴、前記第3の液滴、および/または前記第4の液滴が、前記第1の液滴、前記第2の液滴、前記第3の液滴、および/または前記第4の液滴と前記流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
前記第3の液滴が、液滴界面を介して前記第1の液滴と接触し、前記第1の液滴が、別の液滴界面を介して前記第2の液滴と接触し、前記第2の液滴が、さらに別の液滴界面を介して前記第4の液滴と接触し、
各液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
前記第1の液滴と前記第2の液滴との間の前記液滴界面が、第1の膜貫通細孔を含み、
前記第1の液滴と前記第3の液滴との間の前記液滴界面が、イオンチャネルである複数のさらなる膜貫通細孔を含み、
前記第2の液滴と前記第4の液滴との間の前記液滴界面もまた、イオンチャネルである複数のさらなる膜貫通細孔を含み、
前記第1の液滴が、分析物を含み、
前記第3の液滴および前記第4の液滴が、電子メディエータを含み、
前記第3の液滴が、前記第1の感知電極と電気的に接触し、
前記第4の液滴が、前記第2の感知電極と電気的に接触する、無極性流体媒体、第1の液滴、第2の液滴、第3の液滴、および第4の液滴と、
(iii)前記第1の感知電極および前記第2の感知電極から電気的測定値を得るように、かつ前記作動電極のアレイに作動信号を印加するように構成された制御システムと、を備え、
前記方法が、
a)前記第1の電極および前記第2の電極から電気的測定値を得、このステップを複数回繰り返して複数の電気的測定値を得ることと、
b)前記複数の電気的測定値の中で、前記電気的測定値のうちの1つ以上を他の電気的測定値のうちの1つ以上と比較すること、前記第3の液滴または前記第4の液滴中の電子メディエータの損失に帰属する、経時的に検出された前記電気的測定値の変移を判定すること、および液滴動作を選択して、その液滴中の、電子メディエータの濃度を増加させることと、
c)作動電極に作動信号を印加して、前記液滴動作をもたらすことと、を含む、方法。
90.感知システムであって、
エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイ、
前記作動電極を覆い、かつ疎水性最外表面を有する絶縁体層、
第1の感知電極、および
第2の感知電極、を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
制御システムであって、
前記第1の感知電極および前記第2の感知電極から電気的測定値を得ること、
前記電気的測定値を分析すること、次いで、前記制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、前記電気的測定値に基づいて液滴動作を選択すること、および
作動電極に作動信号を印加して、前記液滴動作をもたらすこと、を行うように構成された、制御システムと、を備える、感知システム。
91.前記感知システムが、
活性化電極のアレイを支持する第1の基板と、
前記絶縁体層の前記疎水性表面に面し、かつ前記第1の感知電極および前記第2の感知電極を支持する第2の基板と、を備える、上記90に記載の感知システム。
92.前記制御システムが、上記1~89のいずれかに記載の方法を実行するように構成されている、上記90または上記91に記載の感知システム。
93.前記疎水性表面上に配置された、
流体媒体および各々が前記流体媒体中で液体を含む第1の液滴ならびに第2の液滴であって、前記液体および前記流体媒体のうちの一方が、極性であり、前記液体および前記流体媒体のうちの他方が、無極性であり、
前記第1の液滴および/または前記第2の液滴が、前記第1の液滴および/または前記第2の液滴と前記流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
前記第1の液滴が、液滴界面を介して前記第2の液滴と接触し、
前記液滴界面が、両親媒性分子の層および第1の膜貫通細孔を含む、流体媒体および第1の液滴ならびに第2の液滴を含む、上記90~92のいずれかに記載の感知システム。
94.前記第1の液滴、前記第2の液滴、および存在する場合に前記第3の液滴が、上記2~17のいずれかで定義されるものである、上記93に記載の感知システム。
95.上記1~89のいずれかに記載の方法を実行するための、上記90~94のいずれかに記載の感知システムの使用。
96.各々が液体媒体を含む第1の液滴、第2の液滴、および第3の液滴を含む液滴構造体であって、
前記第1の液滴が、分析物を含み、
前記第2の液滴および前記第3の液滴が各々、電子メディエータを含み、
前記第1の液滴が、液滴界面を介して前記第2の液滴および前記第3の液滴の各々と接触し、各液滴界面が、両親媒性分子の層を含む、液滴構造体。
97.前記第1の液滴と前記第2の液滴との間の前記液滴界面、および/または前記第1の液滴と前記第3の液滴との間の前記液滴界面が、複数のイオンチャネルを含む、上記96に記載の液滴構造体。
98.各々が液体媒体を含む第1の液滴、第2の液滴、および第3の液滴を含む液滴構造体であって、
前記第1の液滴が、液滴界面を介して前記第2の液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
前記第1の液滴が、液滴界面を介して前記第3の液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層を含み、
前記第1の液滴と前記第2の液滴との間の前記液滴界面、および/または前記第1の液滴と前記第3の液滴との間の前記液滴界面が、複数のイオンチャネルを含む、液滴構造体。
99.前記第1の液滴が、分析物を含む、上記98に記載の液滴構造体。
100.前記第2の液滴および/または前記第3の液滴が、電子メディエータを含む、上記98または99に記載の液滴構造体。
101.前記第1の液滴と前記第2の液滴との間の前記液滴界面が、第1の膜貫通細孔を含む、上記90~95のいずれかに記載の液滴構造体。
102.前記第1の液滴と前記第3の液滴との間の前記液滴界面が、第2の膜貫通細孔を含み、任意選択的に前記第2の膜貫通細孔が、前記第1の膜貫通細孔とは異なる、上記96~101のいずれかに記載の液滴構造体。
103.各々が液体媒体を含む第1の液滴、第2の液滴、および第3の液滴を含む液滴構造体であって、
前記第1の液滴が、液滴界面を介して前記第2の液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層および第1の膜貫通細孔を含み、
前記第1の液滴が、液滴界面を介して前記第3の液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層および第2の膜貫通細孔を含み、
前記第1の膜貫通細孔と前記第2の膜貫通細孔とが、異なる、液滴構造体。
104.前記第1の液滴と前記第2の液滴との間の前記液滴界面、および/または前記第1の液滴と前記第3の液滴との間の前記液滴界面が、複数のイオンチャネルを含む、上記103に記載の液滴構造体。
105.DNA鎖をさらに含む、上記103または104に記載の液滴構造体。
106.前記DNA鎖が、前記第1の膜貫通細孔および前記第2の膜貫通細孔に接触する、上記105に記載の液滴構造体。
107.前記第2の液滴と前記第3の液滴とが、互いに接触しない、上記96~106のいずれかに記載の液滴構造体。
108.前記液体媒体が、極性媒体、好ましくは水性媒体である、上記96~107のいずれかに記載の液滴構造体。
109.無極性流体媒体中に配置されている、上記96~108のいずれかに記載の液滴構造体。
110.前記第1の液滴または前記第3の液滴が、第1の電極と電気的に接触する、上記96~109のいずれかに記載の液滴構造体。
111.前記第2の液滴が、第2の電極と電気的に接触する、上記96~110のいずれかに記載の液滴構造体。
112.さらなる液滴を含み、前記第1の液滴が、さらなる液滴界面を介して前記さらなる液滴と接触し、この液滴界面が、両親媒性分子の層を含む、上記96~111のいずれかに記載の液滴構造体。
113.前記さらなる液滴界面が、さらなる膜貫通細孔を含む、上記112に記載の液滴構造体。
114.前記液滴界面または各液滴界面が、両親媒性分子の二重層を含む、上記96~113のいずれかに記載の液滴構造体。
Claims (22)
- 感知システムを動作させる方法であって、前記感知システムが、
(i)エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイを支持する第1の基板、および
前記作動電極を覆う絶縁体層であって、疎水性最外表面を有する絶縁体層、および
前記第1の基板の疎水性表面から離れて配置される第2の基板であって、第1の感知電極および第2の感知電極を支持する第2の基板
を備える、エレクトロウェッティングデバイスと、
(ii)前記疎水性表面上に配置された、
流体媒体および各々が前記流体媒体中で液体媒体を含む第1の液滴ならびに第2の液滴であって、前記液体媒体および前記流体媒体のうちの一方が、極性であり、前記液体媒体および前記流体媒体のうちの他方が、無極性であり、
前記第1の液滴および/または前記第2の液滴が、前記第1の液滴および/または前記第2の液滴と前記流体媒体との間の界面に両親媒性分子の層を含み、
前記第1の液滴が、液滴界面を介して前記第2の液滴と接触し、
前記液滴界面が、両親媒性分子の層および第1の膜貫通細孔を含み、
前記第1および第2の感知電極は、間に液滴界面が形成される液滴との電気的接続を形成する、流体媒体および第1の液滴ならびに第2の液滴と、
(iii)前記第1の感知電極および前記第2の感知電極から電気的測定値を得るように、かつ前記作動電極のアレイに作動信号を印加するように構成された制御システムと、を備え、
前記方法が、
a)前記第1の感知電極および前記第2の感知電極から電気的測定値を得ることと、
b)前記電気的測定値を分析し、次いで、前記制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、前記電気的測定値に基づいて液滴動作を選択することと、
c)作動電極に作動信号を印加して、前記液滴動作をもたらして、被作動液滴をもたらすことと、を含む、方法。 - 前記第1の液滴が、液滴界面を介して液体媒体の第3の液滴と接触し、前記第1の液滴と前記第3の液滴との間の前記液滴界面が、両親媒性分子の層を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の液滴がまた、さらなる液滴界面を介して液体媒体の1つ以上のさらなる液滴とも接触し、前記さらなる液滴界面が、両親媒性分子の層を含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記液滴界面のうちの1つ以上が、複数のイオンチャネルを含む、請求項1~3のいずれかに記載の方法。
- 前記感知システムが、液体媒体の第3の液滴を含み、前記第3の液滴が、電子メディエータを含む、請求項1~4のいずれかに記載の方法。
- ステップ(a)が、前記第1の膜貫通細孔と分析物との間の相互作用を検出することを含む、請求項1~5のいずれかに記載の方法。
- 分析物の存在または不在または1つ以上の特徴を判定することを含む、請求項6に記載の方法。
- 分析物が、ポリマー単位を含むポリマーであり、方法が、電気的測定値を処理して、ポリマー単位の推定同一性を導出する、請求項6または7に記載の方法。
- 前記分析物が、ポリヌクレオチドである、請求項6~8のいずれに記載の方法。
- ステップ(b)が、前記第1の液滴を保持するか、または廃棄するかを決定することを含む、請求項1~9のいずれかに記載の方法。
- ステップ(c)が、液滴界面における前記被作動液滴を、液体媒体のさらなる液滴から分離することを含み、このさらなる液滴が、前記第1の液滴、前記第2の液滴、または存在する場合に前記第3の液滴であり得、前記液滴界面が、両親媒性分子の層を含む、請求項1~10のいずれかに記載の方法。
- ステップ(c)が、複数の液滴界面における前記被作動液滴を、液体媒体の複数のさらなる液滴から分離することを含み、このさらなる液滴が、前記第1の液滴、前記第2の液滴、または存在する場合に前記第3の液滴を含み得、前記液滴界面の各々が、両親媒性分子の層を含む、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記1つ以上の液滴界面が各々、両親媒性分子の二重層を含み、ステップ(c)が、前記二重層を分離することを含む、請求項1~12のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(c)が、前記被作動液滴を液体媒体のさらなる液滴と接触させて液滴界面を形成することを含み、このさらなる液滴が、前記第1の液滴、前記第2の液滴、または存在する場合に前記第3の液滴であり得る、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(c)が、前記被作動液滴を液体媒体の複数のさらなる液滴と接触させて、複数の液滴界面を形成することを含み、このさらなる液滴が、前記第1の液滴、前記第2の液滴、または存在する場合に前記第3の液滴を含み得る、請求項14に記載の方法。
- ステップ(c)が、前記被作動液滴を液体媒体のさらなる液滴と融合させることを含み、このさらなる液滴が、前記第1の液滴、前記第2の液滴、または存在する場合に前記第3の液滴であり得る、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(c)が、前記第1の液滴または前記第2の液滴または存在する場合に前記第3の液滴を、2つ以上の部分に分割することを含む、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(c)が、前記第1の液滴または前記第2の液滴または存在する場合に前記第3の液滴を、2つの部分に分割することを含む、請求項17に記載の方法。
- ステップ(c)の間に前記第1の液滴を移動させない、請求項1~18のいずれかに記載の方法。
- 前記感知システムが、
前記疎水性表面上に配置された、前記流体媒体、および請求項1で定義されるような前記第1の液滴および前記第2の液滴を含む第1の液滴系と、
また、前記疎水性表面上に配置された、請求項1で定義されるような別の第1の液滴および別の第2の液滴を含む第2の液滴系と、を備え、
前記方法が、前記第1の液滴系に対しておよび前記第2の液滴系に対して、同時にステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)を実行することを含む、請求項1~19のいずれかに記載の方法。 - 前記第1の液滴系に対して実行されるステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)のうちの1つ以上が、前記第2の液滴系に対して実行されるステップ(a)、ステップ(b)、およびステップ(c)のうちの1つ以上とは異なる、請求項20に記載の方法。
- 感知システムであって、
エレクトロウェッティングデバイスであって、
作動電極のアレイを支持する第1の基板、および
前記作動電極を覆う絶縁体層であって、疎水性最外表面を有する絶縁体層、および
前記第1の基板の疎水性表面から離れて配置される第2の基板であって、第1の感知電極および第2の感知電極を支持する第2の基板
を備え、前記第1および第2の感知電極は、間に液滴界面が形成される液滴との電気的接続を形成する、エレクトロウェッティングデバイスと、
制御システムであって、
前記第1の感知電極および前記第2の感知電極から電気的測定値を得ること、
前記電気的測定値を分析すること、次いで、前記制御システムに記憶された1つ以上の命令に従って、前記電気的測定値に基づいて液滴動作を選択すること、および
作動電極に作動信号を印加して、前記液滴動作をもたらすこと、を行うように構成された、制御システムと、を備える、感知システム。
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