KR102512607B1 - 광학적으로 구동되는 대류 및 변위를 위한 미세유체 디바이스들, 키트들 및 그 방법들 - Google Patents

Abstract

미세유체 디바이스들에서 모티브 힘을 제공하기 위해 광학적으로 구동된 버블, 대류 및 변위 유체 유동의 사용을 위한 장치들 및 방법들이 기재된다. 대안의 모티브 양상들은 미세유체 디바이스의 인클로저 내의 다양한 위치들로부터, 생물학적 세포들을 포함하는, 미세 객체들을 선택적으로 제거하고 변위시키는데 유용하다.

Description

광학적으로 구동되는 대류 및 변위를 위한 미세유체 디바이스들, 키트들 및 그 방법들

이 출원은 2015 년 12 월 30 일에 출원된 미국 가출원 제 62/273,104 호, 2016 년 3 월 29 일에 출원된 미국 가출원 제 62/314,889 호; 및 2016 년 12 월 1 일에 출원된 미국 가출원 제 62/428,539 호의 35 U.S.C.119(e) 하의 이익을 주장하는 정규 출원이며, 이 개시물들의 각각은 그 전부가 본 명세서에 참조로서 통합된다.

미세유체 공학 (microfluidics) 의 분야가 발전함에 따라, 미세유체 디바이스들은 생물학적 세포들과 같은 미세 객체 (micro-object) 들을 프로세싱하고 조작하기 위한 편리한 플랫폼들이 되고 있다. 본 발명의 일부 실시형태들은 디바이스들에서 모티브 (motive) 힘을 제공하기 위해 광학적으로 구동되는 버블, 대류 및 변위 유체 유동 (flow) 의 사용을 위한 방법들 및 디바이스들에 관련된다.

일 양태에서, 미세유체 디바이스가 제공되며, 미세유체 디바이스는 유동 영역 및 격리 펜을 갖는 인클로저를 포함하고, 격리 펜은 연결 영역, 단리 영역 및 변위 힘 생성 영역을 포함하고; 연결 영역은 유동 영역에 대한 근위 개구 및 단리 영역에 대한 원위 개구를 포함하고; 단리 영역은 변위 힘 생성 영역으로의 적어도 하나의 유체 연결부를 포함하며; 그리고 변위 힘 생성 영역은 열적 타겟을 더 포함한다.

다른 양태에서, 미세유체 디바이스가 제공되며, 미세유체 디바이스는 유체 배지 (fluidic medium) 를 포함하도록 구성된 미세유체 회로를 갖는 인클로저를 포함하고, 미세유체 회로는 유체 배지의 적어도 하나의 순환 유동을 수용하도록 구성되며; 그리고 제 1 열적 타겟이 미세유체 회로 내의 인클로저의 표면 상에 배치되고, 제 1 열적 타겟은 광학 조명 시 유체 배지의 제 1 순환 유동을 생성하도록 구성된다.

또 다른 양태에서, 미세유체 디바이스가 제공되며, 미세유체 디바이스는 미세유체 채널 및 격리 펜을 갖는 인클로저를 포함하고, 또한 격리 펜은 미세유체 채널에 인접하고 미세유체 채널에서 개방되며, 열적 타겟이 격리 펜에 대한 개구에 인접한 채널에 배치되고, 그리고 열적 타겟은 또한, 광학 조명 시 격리 펜으로 유체 배지의 유동을 지향시키도록 구성된다.

다른 양태에서, 미세 객체들을 배양하기 위한 키트가 제공되며, 키트는, 본 명세서에 기재된 바와 같은 미세유체 디바이스; 및 미세유체 디바이스의 인클로저 내에 적어도 하나의 코팅된 표면을 제공하도록 구성된 하나 이상의 시약들을 포함한다.

다른 양태에서, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거 (dislodgin) 하기 위한 방법이 제공되며, 방법은, 미세유체 디바이스의 인클로저에서의 유체 배지 내에 배치된 하나 이상의 미세 객체들을 포함하거나 이에 인접한 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계로서, 인클로저가 기판 및 유동 영역을 포함하는 미세유체 회로를 포함하는, 상기 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계; 및 제거 힘을 생성하기에 충분한 제 1 시간 기간의 선택된 별개의 영역의 조명을 유지하여, 표면으로부터 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 단계를 포함한다.

또 다른 양태에서, 미세유체 디바이스의 인클로저 내에서, 유체 배지들, 및/또는 그 내에 포함된 미세 객체들을 혼합하기 위한 방법이 제공되며, 방법은 적어도 하나의 유체 배지 및/또는 미세 객체들을 포함하는 미세유체 회로 내에서 인클로저의 표면 상에 배치된 열적 타겟 상에 광원을 포커싱함으로써, 적어도 하나의 유체 배지의 제 1 부분을 가열하는 단계; 및 미세유체 회로 내에 적어도 하나의 유체 배지의 순환 유동을 유도함으로써 유체 배지들 및/또는 그 내에 배치된 미세 객체들을 혼합하는 단계를 포함한다.

도 1a 는 개시물의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스 및 연관된 제어 장비와 함께 사용하기 위한 시스템의 그래픽 표현이다.
도 1b 및 도 1c 는 개시물의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스의 그래픽 표현들이다.
도 2a 및 도 2b 는 개시물의 일부 실시형태들에 따른 격리 펜들의 그래픽 표현들이다.
도 2c 는 개시물의 일부 실시형태들에 따른 상세한 격리 펜의 그래픽 표현이다.
도 2d 내지 도 2f 는 개시물의 일부 다른 실시형태들에 따른 격리 펜의 그래픽 표현들이다.
도 2g 는 개시물의 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스의 그래픽 표현이다.
도 2h 는 개시물의 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스의 코팅된 표면의 그래픽 표현이다.
도 3a 는 개시물의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스 및 연관된 제어 장비와 함께 사용하기 위한 시스템의 특정 예의 그래픽 표현이다.
도 3b 는 개시물의 일부 실시형태들에 따른 이미징 디바이스의 개략적인 표현이다.
도 4a 내지 도 4i 는 개시물의 실시형태들에 따른 다양한 열적 타겟들의 그래픽 표현들이다.
도 5a 내지 도 5e 는 개시물의 일부 실시형태들에 따른 격리 펜들의 그래픽 표현들이다.
도 6a 내지 도 6d 는 개시물의 일부 실시형태들에 따른 격리 펜들의 그래픽 표현들이다.
도 7a 내지 도 7f 는 개시물에 따른 격리 펜들의 추가 실시형태들의 그래픽 표현들이다.
도 8a 내지 도 8d 는 개시물의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스들을 도시한다.
도 9a 내지 도 9d 는 개시물의 일부 실시형태들에 따른 격리 펜으로부터 세포를 반출하는데 사용된 광학적으로 구동되는 힘의 사용 및 그 이후의 생존력의 사진 표현들이다.
도 10a 내지 도 10c 는 격리 펜으로부터 세포를 반출하기 위해 광학적으로 구동된 변위의 사용 및 그 이후의 생존력을 도시한다.
도 11a 내지 도 11c 는 개시물에 따른 광학적으로 구동된 변위 전후의 미세유체 디바이스에서 유지된 세포들의 사진 표현들이다.
도 12a 내지 도 12c 는 개시물에 따른 광학적으로 구동된 변위 전후의 미세유체 디바이스에서 유지된 세포들의 사진 표현들이다.
도 13a 내지 도 13c 는 조명을 사용하여 미세 객체들을 이동시킬 수 있는 환화 유동 (cyclized flow) 을 생성하는 방법의 사진 표현들이다.
도 14a 내지 도 14c 는 미세 객체들을 제거하기 위한 레이저 조명 방법의 일 실시형태의 사진 표현들이다.
도 15a 내지 도 15e 는 미세 객체들을 제거하기 위한 레이저 조명 방법의 다른 실시형태의 사진 표현들이다.

이 명세서는 개시물의 예시적인 실시형태들 및 어플리케이션들을 기재한다. 하지만, 이 개시물은 이러한 예시적인 실시형태들 및 어플리케이션들에 또는 본 명세서에서 예시적인 실시형태들 및 어플리케이션들이 동작하거나 기재되는 방식에 제한되지 않는다. 게다가, 도들은 단순화된 또는 부분적인 뷰들을 나타낼 수도 있고, 도들에서 엘리먼트들의 치수는 과장될 수도 있고 또는 그렇지 않으면 비례하지 않을 수도 있다. 또한, 용어들 "상에", "에 부착된", "에 연결된", "커플링된" 또는 유사한 단어들이 본 명세서에서 사용될 때, 하나의 엘리먼트 (예를 들어, 재료, 층, 기판 등) 는, 그 하나의 엘리먼트가 다른 엘리먼트 상에 직접 있거나, 다른 엘리먼트에 부착되어 있거나, 연결되어 있거나 또는 커플링되어 있든 또는 그 하나의 엘리먼트와 다른 엘리먼트 사이에 하나 이상의 다른 개재 엘리먼트들이 있든지에 관계없이 또 다른 엘리먼트 "상에" 있거나, 또 다른 엘리먼트에 "부착", "연결" 또는 "커플링" 될 수 있다. 또한, 문맥이 달리 명시하지 않으면, 방향들 (예를 들어, 위, 아래, 상단, 하단, 측면, 위로, 아래로, 하부에, 상부, 하부, 수평, 수직, "x", "y", "z" 등) 은, 제공된 경우, 상대적이며, 제한으로서가 아니라, 예시 및 논의의 용이성을 위해 예시로서만 제공된다. 또한, 엘리먼트들의 리스트 (예를 들어, 엘리먼트들 a, b, c) 에 대해 언급이 이루어지는 경우, 그러한 언급은 그 자체로 열거된 엘리먼트들 중 어느 하나, 열거된 모든 엘리먼트들 보다 적은 엘리먼트들의 임의의 조합, 및/또는 열거된 모든 엘리먼트들의 조합을 포함하도록 의도된다. 명세서에서의 섹션 분할들은 검토를 용이하게 하기 위한 것이며 논의된 엘리먼트들의 임의의 조합을 제한하지 않는다.

미세유체 피처들의 치수들이 폭 또는 면적을 갖는 것으로 기재되는 경우, 치수는 전형적으로 x 축 및/또는 y 축 치수에 대해 기재되며, 이들 양자 모두는 미세유체 디바이스의 커버 및/또는 기판에 평행한 평면 내에 놓인다. 미세유체 피처의 높이는 z 축 방향에 대해 기재될 수도 있으며, 이는 미세유체 디바이스의 커버 및/또는 기판에 평행한 평면에 수직이다. 일부 예들에서, 채널 또는 통로와 같은 미세유체 피처의 단면 면적은, x 축/z 축, y 축/z 축 또는 x 축/y 축 면적과 관련될 수도 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "실질적으로" 는 의도된 목적을 지지하기에 충분한 것을 의미한다. 따라서, 용어 "실질적으로" 는 전반적인 성능에는 영향을 미치지 않는 당업자에 의해 예상될 것과 같은 절대적이거나 완벽한 상태, 치수, 측정치, 결과 등으로부터 경미한, 사소한 변동들을 허용한다. 수치 값들 또는 수치 값들로서 표현될 수 있는 파라미터들 또는 특징들과 관련하여 사용될 때, "실질적으로" 는 10 % 이내를 의미한다.

용어 "것(ones)" 은 하나 이상을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "복수" 는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 또는 그 이상일 수 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "배치된" 은 그 의미 내에 "위치된" 을 포괄한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "미세유체 디바이스" 또는 "미세유체 장치" 는 유체를 유지하도록 구성된 하나 이상의 별개의 미세유체 회로들을 포함하는 디바이스이며, 각각의 미세유체 회로는 영역(들), 유동 경로(들), 채널(들), 챔버(들), 및/또는 펜(들), 및 유체 (및, 옵션으로 유체에 서스펜딩된 미세 객체들) 가 미세유체 디바이스 내부로 및/또는 외부로 유동하는 것을 허용하도록 구성된 적어도 하나의 포트를 포함하지만 이에 제한되지 않는 유체적으로 상호연결된 회로 엘리먼트들로 구성된다. 통상적으로, 미세유체 디바이스의 미세유체 회로는, 적어도 하나의 챔버, 및 미세유체 채널을 포함할 수도 있는 유동 영역을 포함할 것이며, 약 1 mL 미만, 예를 들어 약 750, 500, 250, 200, 150, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3 또는 2 마이크로리터 미만의 유체 체적을 유지할 것이다. 소정의 실시형태들에서, 미세유체 회로는 약 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 2-5, 2-8, 2-10, 2-12, 2-15, 2-20, 5-20, 5-30, 5-40, 5-50, 10-50, 10-75, 10-100, 20-100, 20-150, 20-200, 50-200, 50-250 또는 50-300 마이크로리터를 유지한다. 미세유체 회로는 제 1 단부가 미세유체 디바이스에서 제 1 포트 (예를 들어, 인렛) 와 유체 연결되고 제 2 단부가 미세유체 디바이스에서의 제 2 포트 (예를 들어, 아웃렛) 와 유체 연결되도록 구성될 수도 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "나노유체 (nanofluidic) 디바이스" 또는 "나노유체 장치"는 약 1 마이크로리터 보다 적은, 예를 들어 750, 500, 250, 200, 150, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 nL 이하보다 적은 유체의 체적을 유지하도록 구성된 적어도 하나의 회로 엘리먼트를 포함하는 미세유체 회로를 갖는 미세유체 디바이스의 유형이다. 나노유체 디바이스는 복수의 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 6000, 7000, 8000, 9000, 10,000 또는 그 이상) 을 포함할 수도 있다. 소정의 실시형태들에서, 적어도 하나의 회로 엘리먼트들의 하나 이상 (예를 들어, 모두) 은 약 100 pL 내지 1 nL, 100 pL 내지 2 nL, 100 pL 내지 5 nL, 250 pL 내지 2 nL, 250 pL 내지 5 nL, 250 pL 내지 10 nL, 500 pL 내지 5 nL, 500 pL 내지 10 nL, 500 pL 내지 15 nL, 750 pL 내지 10 nL, 750 pL 내지 15 nL, 750 pL 내지 20 nL, 1 내지 10 nL, 1 내지 15 nL, 1 내지 20 nL, 1 내지 25 nL, 또는 1 내지 50 nL 의 유체 체적을 유지하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 회로 엘리먼트들의 하나 이상 (예를 들어, 모두) 은 약 20 nL 내지 200 nL, 100 내지 200 nL, 100 내지 300 nL, 100 내지 400 nL, 100 내지 500 nL, 200 내지 300 nL, 200 내지 400 nL, 200 내지 500 nL, 200 내지 600 nL, 200 내지 700 nL, 250 내지 400 nL, 250 내지 500 nL, 250 내지 600 nL, 또는 250 내지 750 nL 의 유체 체적을 유지하도록 구성된다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이 "미세유체 채널" 또는 "유동 채널" 은 수평 및 수직 치수 양자 모두보다 상당히 더 긴 길이를 갖는 미세유체 디바이스의 유동 영역을 지칭한다. 예를 들어, 유동 채널은 수평 또는 수직 치수의 길이의 적어도 5 배, 예를 들어 길이의 적어도 10 배, 길이의 적어도 25 배, 길이의 적어도 100 배, 길이의 적어도 200 배, 길이의 적어도 500 배, 길이의 적어도 1,000 배, 길이의 적어도 5,000 배, 또는 그 이상일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 유동 채널의 길이는 약 100,000 마이크론 내지 약 500,000 마이크론의 범위이며, 그 사이의 임의의 범위를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 수평 치수는 약 100 마이크론 내지 약 1000 마이크론 (예를 들어, 약 150 내지 약 500 마이크론) 의 범위이고, 수직 치수는 약 25 마이크론 내지 약 200 마이크론, 예를 들어 약 40 내지 약 150 마이크론의 범위이다. 유동 채널은 미세유체 디바이스에서 다양한 상이한 공간적 구성들을 가질 수 있으며, 따라서 완전 선형 엘리먼트에 한정되지 않음을 유의해야 한다. 예를 들어, 유동 채널은 다음의 구성들: 만곡, 벤드, 나선형, 경사, 쇠퇴, 포크 (예컨대, 다수의 상이한 유동 경로들), 및 이들의 임의의 조합을 갖는 하나 이상의 섹션들일 수도 있거나 이들을 포함할 수도 있다. 부가적으로, 유동 채널은 그 경로를 따라 상이한 단면 면적들을 가질 수도 있어서, 원하는 유체 유동을 제공하도록 넓히고 수축될 수도 있다. 유동 채널은 밸브들을 포함할 수도 있으며, 밸브들은 미세유체 공학의 기술에 알려진 임의의 유형일 수도 있다. 밸브들을 포함하는 미세유체 채널들의 예들은 미국 특허 제 6,408,878 호 및 제 9,227,200 호에 개시되어 있으며, 이들 각각은 그 전부가 참조로서 본 명세서에 포함된다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "장애물(obstruction)" 은 일반적으로 미세유체 디바이스에서의 2 개의 상이한 영역들 또는 회로 엘리먼트들 사이의 타겟 미세 객체들의 이동을 부분적으로 (그러나 완전히는 아닌) 방해하도록 충분히 큰 범프 또는 유사한 유형의 구조를 지칭한다. 2 개의 상이한 영역들/회로 엘리먼트들은, 예를 들어 미세유체 격리 펜의 연결 영역 및 단리 영역일 수 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "수축" 은 일반적으로 미세유체 디바이스에서의 회로 엘리먼트의 폭 (또는 2 개의 회로 엘리먼트들 사이의 계면) 을 좁히는 것을 지칭한다. 수축은 예를 들어, 바로 개시물의 미세유체 격리 펜의 단리 영역과 연결 영역 사이의 계면에 위치될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "투명한" 은 통과할 때 광을 실질적으로 변경시키지 않으면서 가시광이 통과하도록 하는 재료를 지칭한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "미세 객체"는 일반적으로 본 개시물에 따라 단리 및/또는 조작될 수도 있는 임의의 미세한 객체를 지칭한다. 미세 객체들의 비제한적인 예들은, 미립자들과 같은 무생물 미세 객체; 미세비드들 (예를 들어, 폴리스티렌 비드들, Luminex ™ 비드들 등); 자성 비드들; 미세로드들; 미세 와이어들; 양자점들 등; 세포들과 같은 생물학적 미세 객체들; 생물학적 소기관들; 소포들 (vesicles) 또는 복합체들; 합성 소포들; 리포솜들 (예를 들어, 멤브레인 제제들로부터 합성 또는 유도됨); 지질 나노래프트들 (lipid nanorafts) 등; 또는 무생물 미세 객체들 및 생물학적 미세 객체들의 조합 (예를 들어, 세포들에 부착된 미세비드들, 리포솜 코팅된 미세비드들, 리포솜 코팅된 자성 비드들 등) 을 포함한다. 비드들은 공유결합으로 또는 비공유결합으로 부착된 모이어티들/분자들, 예컨대 형광 라벨들, 단백질들, 탄수화물들, 항원들, 소분자 시그널링 모이어티들, 또는 분석에 사용할 수 있는 다른 화학적/생물학적 종들을 포함할 수도 있다. 지질 나노래프트들은 예를 들어, Ritchie 등의 (2009) "“Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs", Methods Enzymol., 464:211-231 에 기재되었다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "세포"는 용어 "생물학적 세포"와 상호 교환가능하게 사용된다. 생물학적 세포의 비제한적인 예들은, 진핵 세포, 식물 세포, 포유류 세포, 파충류 세포, 조류 세포, 어류 세포 등과 같은 동물 세포, 원핵 세포, 박테리아 세포, 진균 세포, 원충 세포 등, 근육, 연골, 지방, 피부, 간, 폐, 신경 조직 등과 같은 조직으로부터 해리된 세포, T 세포, B 세포, 자연 살해 세포, 대식세포 등과 같은 면역 세포, 배아 (예를 들어, 접합체), 난모세포, 난자, 정자 세포, 하이브리도마, 배양된 세포, 세포주로부터의 세포, 암 세포, 감염된 세포, 형질주입된 세포 및/또는 형질전환된 세포, 리포터 세포 등을 포함한다. 포유류 세포는 예를 들어 인간, 마우스, 래트, 말, 염소, 양, 소, 영장류 등일 수 있다.

번식할 수 있는 콜로니에서의 모든 생존 세포들이 단일 친세포로부터 유도된 딸 세포들인 경우, 생물학적 세포의 콜로니는 "클론 (clonal)" 이다. 소정의 실시형태들에서, 클론 클로니에서의 모든 딸 세포들은 단일 친세포로부터 10 개보다 많지 않은 분할들에 의해 유도된다. 다른 실시형태들에서, 클론 콜로니에서의 모든 딸 세포들은 단일 친세포로부터 14 개보다 많지 않은 분할들에 의해 유도된다. 다른 실시형태들에서, 클론 클로니에서의 모든 딸 세포들은 단일 친세포로부터 17 개보다 많지 않은 분할들에 의해 유도된다. 다른 실시형태들에서, 클론 클로니에서의 모든 딸 세포들은 단일 친세포로부터 20 개보다 많지 않은 분할들에 의해 유도된다. 용어 "클론 세포들" 은 동일한 클론 클로니의 세포들을 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 생물학적 세포들의 "콜로니"는 2 이상의 세포들 (예를 들어, 약 2 내지 약 20, 약 4 내지 약 40, 약 6 내지 약 60, 약 8 내지 약 80, 약 10 내지 약 100, 약 20 내지 약 200, 약 40 내지 약 400, 약 60 내지 약 600, 약 80 내지 약 800, 약 100 내지 약 1000, 또는 1000 개보다 많은 세포들) 을 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "세포(들) 을 유지하는 것 (a)" 은 세포를 생존 및/또는 팽창 상태로 유지하는데 필요한 조건들을 제공하는 유체 및 기체 컴포넌트들의 양자 모두, 및 옵션으로 표면을 포함하는 환경을 제공하는 것을 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "팽창하는 것" 은 세포들을 지칭할 때, 세포 수에서의 증가를 지칭한다.

유체 배지의 "컴포넌트"는 용매 분자, 이온, 소분자, 항생제, 뉴클레오타이드 및 뉴클레오시드, 핵산, 아미노산, 펩타이드, 단백질, 당, 탄수화물, 지질, 지방산, 콜레스테롤, 대사 산물 등을 포함하는 배지에 존재하는 임의의 화학적 또는 생화학적 분자이다.

유체 배지과 관련하여 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "확산하다" 및 "확산"은 농도 구배 아래로의 유체 배지의 컴포넌트의 열역학적 이동을 지칭한다.

구절 "배지의 유동"은 주로 확산 이외의 임의의 메커니즘으로 인한 유체 배지의 벌크 이동을 의미한다. 예를 들어, 배지의 유동은 지점들 사이의 압력 차이로 인한 일 지점에서 다른 지점으로의 유체 배지의 이동을 수반할 수 있다. 이러한 유동은 액체의 연속적인, 펄싱된, 주기적인, 랜덤한, 간헐적인, 또는 왕복 유동, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나의 유체 배지가 다른 유체 배지로 유동할 때, 배지들의 혼합 및 난류가 발생할 수 있다.

구절 "실질적으로 유동이 없음" 은 시간에 걸쳐 평균화된 유체 배지의 유동 속도가 유체 배지 내로 또는 유체 배지 내에서 재료 (예를 들어, 관심의 분석물) 의 컴포넌트들의 확산 속도보다 작은 것을 지칭한다. 이러한 재료의 컴포넌트들의 확산 속도는 예를 들어 온도, 컴포넌트들의 사이즈, 및 컴포넌트들과 유체 배지 사이의 상호 작용들의 강도에 의존할 수 있다.

미세유체 디바이스 내의 상이한 영역들과 관련하여 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 구절 "유체적으로 연결된" 은 상이한 영역들이 유체 배지들과 같은 유체로 실질적으로 충진될 때, 영역들의 각각에서의 유체는 체액을 형성하도록 연결되는 것을 의미한다. 이것은 상이한 영역들에서의 유체들 (또는 유체 배지들) 이 반드시 조성이 동일하다는 것을 의미하지는 않는다. 오히려, 미세유체 디바이스의 상이한 유체 연결 영역들에서의 유체들은, 용질들이 그 개개의 농도 구배들 아래로 이동하고 및/또는 유체들이 미세유체 디바이스를 통해 유동할 때 플럭스에 있는 상이한 조성들 (예를 들어, 단백질, 탄수화물, 이온 또는 다른 분자와 같은 용질들의 상이한 농도들) 을 가질 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "유동 경로"는 배지의 유동 궤적을 정의하고 그에 종속되는 하나 이상의 유체적으로 연결된 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 채널(들), 영역(들), 챔버(들) 등) 을 지칭한다. 따라서, 유동 경로는 미세유체 디바이스의 스윕된 (swept) 영역의 일 예이다. 다른 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 스윕되지 않은 영역들) 은 유동 경로에서의 배지의 유동에 종속되지 않으면서 유동 경로를 포함하는 회로 엘리먼트들과 유체적으로 연결될 수도 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "미세 객체를 단리시키는 것"은 미세유체 디바이스 내의 정의된 영역에 미세 객체를 한정한다. 미세 객체는 인 시튜 (in situ) 로 생성된 캡처 구조 내에서 여전히 움직이는 것이 가능할 수도 있다.

미세유체 (또는 나노유체) 디바이스는 "스윕된" 영역들 및 "스윕되지 않은" 영역들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "스윕된" 영역은 미세유체 회로의 하나 이상의 유체적으로 상호연결된 회로 엘리먼트들로 구성되며, 그 각각은 유체가 미세유체 회로를 통해 유동하고 있을 때 배지의 유동을 경험한다. 스윕된 영역의 회로 엘리먼트들은 예를 들어 영역들, 채널들 및 챔버들의 전부 또는 부분들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "스윕되지 않은" 영역은 미세유체 회로의 하나 이상의 유체적으로 상호연결된 회로 엘리먼트로 구성되며, 그 각각은 유체가 미세유체 회로를 통해 유동하고 있을 때 실질적으로 유체 플럭스를 경험하지 않는다. 유체 연결부들이 스윕된 영역과 스윕되지 않은 영역 사이에서 확산을 가능하게 하지만 실질적으로 배지들의 유동은 없도록 구조화되는 것이 제공되면, 스윕되지 않은 영역이 스윕된 영역에 유체적으로 연결될 수 있다. 따라서, 미세유체 디바이스는 실질적으로 스윕된 영역과 스윕되지 않은 영역 사이의 확산적 유체 연통만을 가능하게 하면서, 스윕된 영역에서의 배지의 유동으로부터 스윕되지 않은 영역을 실질적으로 단리시키도록 구조화될 수 있다. 예를 들어, 미세유체 디바이스의 유동 채널은 스윕된 영역의 일 예인 한편, 미세유체 디바이스의 단리 영역 (하기에서 더 상세하게 기재됨) 은 스윕되지 않은 영역의 일 예이다.

본원에서 사용된 바와 같이, "희생 피처"는 개시물의 미세유체 디바이스들 및 방법들에서의 열적 타겟으로서 사용될 수도 있고, 본 명세서에 기재된 바와 같이 버블, 캐비테이팅 힘 (cavitating force), 또는 전단 유동을 생성하도록 충분히 조명되고 있을 시에 적어도 부분적으로 파괴되는 미세유체 회로 엘리먼트를 지칭한다.

생물학적 미세 객체들 (예를 들어, 생물학적 세포들) 의 특정 생물학적 재료들 (예를 들어, 항체와 같은 단백질) 을 생성하는 능력은 이러한 미세유체 디바이스에서 분석될 수 있다. 분석의 특정 실시형태에서, 관심의 분석물의 생성을 위해 분석될 생물학적 미세 객체들 (예를 들어, 세포들) 을 포함하는 샘플 재료는 미세유체 디바이스의 스윕된 영역 내로 로딩될 수 있다. 생물학적 미세 객체들의 것 (예를 들어, 인간 세포와 같은 포유 동물 세포) 은 특정 특징들에 대해 선택되고 스윕되지 않은 영역들에 배치될 수 있다. 잔류 샘플 재료는 그 후 스윕된 영역으로부터 유출되고 분석 재료는 스윕된 영역으로 유입된다. 선택된 생물학적 미세 객체들은 스윕되지 않은 영역들에 있기 때문에, 선택된 생물학적 미세 객체들은 잔류 샘플 재료의 유출 또는 분석 재료의 유입에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다. 선택된 생물학적 미세 객체들은 스윕되지 않은 영역들로부터 스윕된 영역으로 확산할 수 있는, 관심의 분석물을 생성하도록 허용될 수 있으며, 관심의 분석물은 분석 재료와 반응하여 국부화된 검출가능한 반응들을 생성할 수 있으며, 이들 각각은 특정 스윕되지 않은 영역에 상관될 수 있다. 검출된 반응과 연관된 임의의 스윕되지 않은 영역은, 있다면, 스윕되지 않은 영역에서의 어느 생물학적 미세 객체들이 관심의 분석물의 충분한 생산자인지를 결정하기 위해 분석될 수 있다.

미세유체 디바이스들 및 이러한 디바이스들을 동작 및 관찰하기 위한 시스템들. 도 1a 는 난자들 및/또는 난모세포들 및/또는 정자를 선택하고 평가하는 것을 포함하는, 체외에서 진행되는 배아들의 생성을 위해 사용될 수 있는 미세유체 디바이스 (100) 및 시스템 (150) 의 예를 예시한다. 미세유체 디바이스 (100) 의 사시도는 미세유체 디바이스 (100) 안의 부분 뷰를 제공하도록 그 커버 (110) 의 부분 컷-어웨이를 갖고 도시된다. 미세유체 디바이스 (100) 는 일반적으로, 유동 경로 (106) 를 포함하는 미세유체 회로 (120) 를 포함하고, 이 유동 경로를 통해 유체 배지 (180) 가 유동하여 선택적으로, 하나 이상의 미세 객체들 (미도시) 을 미세유체 회로 (120) 안으로 및/또는 이를 통해 반송할 수 있다. 단일의 미세유체 회로 (120) 가 도 1a 에 예시되지만, 적합한 미세유체 디바이스들은 복수 (예를 들어, 2 또는 3) 의 이러한 미세유체 회로들을 포함할 수 있다. 관계없이, 미세유체 디바이스 (100) 는 나노유체 디바이스이도록 구성될 수 있다. 도 1a 에 예시된 바와 같이, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 미세유체 격리 펜들 (124, 126, 128, 및 130) 을 포함할 수도 있고, 여기서 각각의 격리 펜들은 유동 경로 (106) 와 유체 연통하는 하나 이상의 개구들을 가질 수도 있다. 도 1a 의 디바이스의 일부 실시형태들에서, 격리 펜들은 유동 경로 (106) 와 유체 연통하는 단지 단일의 개구만을 가질 수도 있다. 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이, 미세유체 격리 펜들은, 배지 (180) 가 유동 경로 (106) 를 통해 유동하고 있을 때에도, 미세유체 디바이스 (100) 와 같은 미세유체 디바이스 내에 미세 객체들을 보유하기 위해 최적화되어 있는 다양한 피처들 및 구조들을 포함한다. 그러나, 전술한 것을 시작하기 전에, 미세유체 디바이스 (100) 및 시스템 (150) 의 간단한 설명이 제공된다.

일반적으로 도 1a 에 예시된 바와 같이, 미세유체 회로 (120) 는 인클로저 (102) 에 의해 정의된다. 인클로저 (102) 는 상이한 구성들로 물리적으로 구조화될 수 있지만, 도 1a 에 도시된 예에서 인클로저 (102) 는 지지 구조 (104)(예를 들어, 베이스), 미세유체 회로 구조 (108), 및 커버 (110) 를 포함하는 것으로 도시된다. 지지 구조 (104), 미세유체 회로 구조 (108), 및 커버 (110) 는 서로 부착될 수 있다. 예를 들어, 미세유체 회로 구조 (108) 는 지지 구조 (104) 의 내면 (109) 상에 배치될 수 있고, 커버 (110) 는 미세유체 회로 구조 (108) 상에 배치될 수 있다. 지지 구조 (104) 및 커버 (110) 와 함께, 미세유체 회로 구조 (108) 는 미세유체 회로 (120) 의 엘리먼트들을 정의할 수 있다.

지지 구조 (104) 는 도 1a 에 예시된 바와 같이 미세유체 회로 (120) 의 하단에 있고 커버 (110) 는 상단에 있을 수 있다. 대안으로, 지지 구조 (104) 및 커버 (110) 는 다른 배향들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 지지 구조 (104) 는 미세유체 회로 (120) 의 상단에 있을 수 있고 커버 (110) 는 하단에 있을 수 있다. 관계없이, 인클로저 (102) 의 내부 또는 외부로의 통로를 각각 포함하는 하나 이상의 포트들 (107) 이 존재할 수 있다. 통로의 예들은 밸브, 게이트, 관통 홀 (pass-through hole) 등을 포함한다. 예시된 바와 같이, 포트 (107) 는 미세유체 회로 구조 (108) 에서 갭에 의해 생성된 관통 홀이다. 그러나, 포트 (107) 는 커버 (110) 와 같은, 인클로저 (102) 의 다른 컴포넌트들에 놓일 수 있다. 단지 하나의 포트 (107) 가 도 1a 에 예시되지만, 미세유체 회로 (120) 는 2 이상의 포트들 (107) 을 가질 수 있다. 예를 들어, 미세유체 회로 (120) 로 진입하는 유체에 대한 인렛으로서 기능하는 제 1 포트 (107) 가 존재할 수 있고, 미세유체 회로 (120) 를 나가는 유체에 대한 아웃렛으로서 기능하는 제 2 포트 (107) 가 존재할 수 있다. 포트 (107) 가 인렛 또는 아웃렛으로서 기능하는지 여부는 유체가 유동 경로 (106) 를 통해 유동하는 방향에 의존할 수 있다.

지지 구조 (104) 는 하나 이상의 전극들 (미도시) 및 기판 또는 복수의 상호연결된 기판들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 구조 (104) 는 하나 이상의 반도체 기판들을 포함할 수 있고, 이 기판들 각각은 전극에 전기적으로 연결된다 (예를 들어, 반도체 기판들의 전부 또는 서브세트는 단일 전극에 전기적으로 연결될 수 있다). 지지 구조 (104) 는 인쇄 회로 기판 어셈블리 ("PCBA") 를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(들) 은 PCBA 상에 탑재될 수 있다.

미세유체 회로 구조 (108) 는 미세유체 회로 (120) 의 회로 엘리먼트들을 정의할 수 있다. 이러한 회로 엘리먼트들은, 미세유체 회로 (120) 가 유체로 채워질 때 유동적으로 상호연결될 수 있는 공간들 또는 영역들을, 예컨대 (하나 이상의 유동 채널들을 포함하거나 하나 이상의 유동 채널들일 수도 있는) 유동 영역들, 챔버들, 펜들, 트랩들 등을 포함할 수 있다. 도 1a 에 예시된 미세유체 회로 (120) 에서, 미세유체 회로 구조 (108) 는 프레임 (114) 및 미세유체 회로 재료 (116) 를 포함한다. 프레임 (114) 은 미세유체 회로 재료 (116) 를 부분적으로 또는 완전히 인클로징할 수 있다. 프레임 (114) 은, 예를 들어 미세유체 회로 재료 (116) 를 실질적으로 둘러싸는 상대적으로 강성 구조일 수 있다. 예를 들어, 프레임 (114) 은 금속 재료를 포함할 수 있다.

미세유체 회로 재료 (116) 는 미세유체 회로 (120) 의 상호연결들 및 회로 엘리먼트들을 정의하도록 캐비티들 등으로 패터닝될 수 있다. 미세유체 회로 재료 (116) 는, 기체 투과성일 수 있는 유연성 재료, 예컨대 유연성 폴리머 (예를 들어, 고무, 플라스틱, 엘라스토머, 실리콘, 폴리디메틸실록산 ("PDMS"), 등) 을 포함할 수 있다. 미세유체 회로 재료 (116) 를 구성할 수 있는 재료들의 다른 예들은 몰딩된 유리, 실리콘 (예를 들어, 포토-패턴 가능 실리콘 또는 "PPS") 과 같은 식각 가능 재료, 포토-레지스트 (예를 들어, SU8) 등을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 이러한 재료들 - 및 이에 따른 미세유체 회로 재료 (116) - 은 강성 및/또는 실질적으로 기체에 대해 불투과성일 수 있다. 관계없이, 미세유체 회로 재료 (116) 는 지지 구조 (104) 상에 그리고 프레임 (114) 내측에 배치될 수 있다.

커버 (110) 는 미세유체 회로 재료 (116) 및/또는 프레임 (114) 의 일체형 부품일 수 있다. 대안으로, 커버 (110) 는 도 1a 에 예시된 바와 같이 구조적으로 구별되는 엘리먼트일 수 있다. 커버 (110) 는 미세유체 회로 재료 (116) 및/또는 프레임 (114) 과 동일한 또는 상이한 재료들을 포함할 수 있다. 유사하게, 지지 구조 (104) 는 예시된 바와 같이 프레임 (114) 또는 미세유체 회로 재료 (116) 로부터 별도의 구조이거나, 또는 프레임 (114) 또는 미세유체 회로 재료 (116) 의 일체형 부품일 수 있다. 마찬가지로, 프레임 (114) 및 미세유체 회로 재료 (116) 는 도 1a 에 도시된 바와 같이 별도의 구조들이거나 또는 동일한 구조의 일체형 부분들일 수 있다.

일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 강성 재료를 포함할 수 있다. 강성 재료는 유리 또는 유사한 특성들을 갖는 재료일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 변형가능한 재료를 포함할 수 있다. 변형가능한 재료는 폴리머, 예컨대 PDMS 일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 강성 및 변형가능한 재료들 양자 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 커버 (110) 의 하나 이상의 부분들 (예를 들어, 격리 펜들 (124, 126, 128, 130) 위에 위치된 하나 이상의 부분들) 은 커버 (110) 의 강성 재료들과 인터페이스하는 변형가능한 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 하나 이상의 전극들을 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 전극들은 유리 또는 유사한 절연 재료 상에 코팅될 수도 있는, 전도성 산화물, 예컨대 인듐-틴-옥사이드 (ITO) 를 포함할 수 있다. 대안으로, 하나 이상의 전극들은, 변형가능한 재료, 예컨대 폴리머 (예를 들어, PDMS) 에 임베딩된, 유연성 전극들, 예컨대 단일-벽 나노튜브들, 멀티-벽 나노튜브들, 나노와이어들, 전기 전도성 나노입자들의 클러스터들, 또는 이들의 조합들일 수 있다. 미세유체 디바이스들에서 사용될 수 있는 유연성 전극들은, 예를 들어 미국 2012/0325665 (Chiou 등) 에서 설명되어 있고, 이 내용들은 참조로서 본원에 통합된다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 세포 부착, 생존력 및/또는 성장을 지원하도록 (예를 들어, 미세유체 회로 (120) 를 향해 내측으로 대면하는 표면의 전부 또는 부분을 컨디셔닝함으로써) 변경될 수 있다. 이 변경은 합성 또는 천연 폴리머의 코팅을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 및/또는 지지 구조 (104) 는 광에 투명할 수 있다. 커버 (110) 는 기체 투과성인 적어도 하나의 재료 (예를 들어, PDMS 또는 PPS) 를 포함할 수도 있다.

도 1a 은 또한, 미세유체 디바이스들, 예컨대 미세유체 디바이스 (100) 를 동작 및 제어하는 시스템 (150) 을 나타낸다. 시스템 (150) 은 전기 전원 (192), 이미징 디바이스 (194) (이미징 모듈 (164) 내에 통합된, 여기서 디바이스 (194) 는 도 1a 자체에는 도시되지 않음), 및 틸팅 디바이스 (190) (틸팅 모듈 (166) 의 부분, 여기서 디바이스 (190) 는 도 1a 에 도시되지 않음) 를 포함한다.

전기 전원 (192) 은, 필요에 따라 바이어싱 전압들 또는 전류들을 제공하는, 미세유체 디바이스 (100) 및/또는 틸팅 디바이스 (190) 에 전기 전력을 제공할 수 있다. 전기 전원 (192) 은, 예를 들어 하나 이상의 교류 (AC) 및/또는 직류 (DC) 전압 또는 전류 소스들을 포함할 수 있다. 이미징 디바이스 (194) (이하에 논의되는 이미징 모듈 (164) 의 부분) 는 미세유체 회로 (120) 내의 이미지들을 캡처하기 위한 디바이스, 예컨대 디지털 카메라를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 (예를 들어, 낮은 광 어플리케이션들에 대해) 빠른 프레임 속도 및/또는 고 감도를 갖는 검출기를 더 포함한다. 이미징 디바이스 (194) 는 또한, 시뮬레이팅 방사 및/또는 광 빔들을 미세유체 회로 (120) 로 지향시키고 미세유체 회로 (120) (또는 그 안에 포함된 미세 객체들) 로부터 반사 또는 방출된 방사 및/또는 광 빔들을 수집하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 방출된 광 빔들은 가시적 스펙트럼에 있을 수도 있고, 예를 들어 형광 방출들을 포함할 수도 있다. 반사된 광 빔들은 LED 또는 넓은 스펙트럼 램프, 예컨대 수은등 (예를 들어, 고 압력 수은등) 또는 크세논 아크 등에서 비롯되는 반사된 방출들을 포함할 수도 있다. 도 3b 에 대하여 논의된 바와 같이, 이미징 디바이스 (194) 는 아이피스를 포함하거나 포함하지 않을 수도 있는 현미경 (또는 광학 트레인) 을 더 포함할 수도 있다.

시스템 (150) 은 하나 이상의 회전 축들을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 회전시키도록 구성된 틸팅 디바이스 (190) (이하에 논의되는 틸팅 모듈 (166) 의 부분) 를 더 포함한다. 일부 실시형태들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는, 미세유체 디바이스 (100)(및 이에 따른 미세유체 회로 (120)) 가 레벨 배향 (즉, x 및 y 축에 대해 0°), 수직 배향 (즉, x 축 및/또는 y 축에 대해 90°), 또는 그 사이의 임의의 배향에서 유지될 수 있도록 적어도 하나의 축을 중심으로 미세유체 회로 (120) 를 포함하는 인클로저 (102) 를 지지 및/또는 유지하도록 구성된다. 축에 대한 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 의 배향은 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 의 "틸트" 로서 본원에서 지칭된다. 예를 들어, 틸팅 디바이스 (190) 는 미세유체 디바이스 (100) 를 x-축에 대하여 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°에서 또는 그 사이의 임의의 각도에서 틸팅할 수 있다. 레벨 배향 (및 이에 따른, x- 및 y-축) 은 중력에 의해 정의된 수직 축에 대해 법선으로서 정의된다. 틸팅 디바이스는 또한, x-축 및/또는 y-축에 대해 90°보다 큰 임의의 각도까지 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 를 틸팅하거나, 또는 x-축 또는 y-축에 대해 180°로 미세유체 디바이스 (및 미세유체 회로 (120)) 를 틸팅하여 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 를 완전히 인버팅할 수 있다. 유사하게, 일부 실시형태들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 미세유체 회로 (120) 의 일부 다른 부분 또는 유동 경로 (106) 에 의해 정의된 회전 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 를 틸팅한다.

일부 경우들에서, 미세유체 디바이스 (100) 는, 유동 경로 (106) 가 하나 이상의 격리 펜들 위 또는 아래에 위치되도록 수직 배향으로 틸팅된다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 "~위" 는, 유동 경로 (106) 가 중력에 의해 정의된 수직 축 상에서 하나 이상의 격리 펜들보다 더 높이 위치된다 (즉, 유동 경로 (106) 위의 격리 펜에서의 객체는 유동 영역/채널에서의 객체보다 더 높은 중력 포텐셜 에너지를 가질 것이다) 는 것을 나타낸다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 "~아래" 는, 유동 경로 (106) 가 중력에 의해 정의된 수직 축 상에서 하나 이상의 격리 펜들보다 더 낮게 위치된다 (즉, 유동 경로 (106) 아래의 격리 펜에서의 객체는 유동 경로에서의 객체보다 더 낮은 중력 포텐셜 에너지를 가질 것이다) 는 것을 나타낸다.

일부 경우들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 유동 경로 (106) 에 평행한 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅한다. 또한, 미세유체 디바이스 (100) 는, 유동 경로 (106) 가 격리 펜들 바로 위 또는 아래에 위치되지 않고 하나 이상의 격리 펜들 위 또는 아래에 위치되도록 90°미만의 각도로 틸팅될 수 있다. 다른 경우들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 유동 경로 (106) 에 수직한 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅한다. 또 다른 경우들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 유동 경로 (106) 에 평행하지도 또는 수직하지도 않은 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅한다.

시스템 (150) 은 배지 소스 (178) 를 더 포함할 수 있다. 배지 소스 (178)(예를 들어, 콘테이너, 저장고 등) 는 상이한 유체 배지 (180) 을 각각 유지하기 위해 다수의 섹션들 또는 콘테이너들을 포함할 수 있다. 따라서, 배지 소스 (178) 는 도 1a 에 예시된 바와 같이, 미세유체 디바이스 (100) 외측에 있는 그리고 이로부터 분리된 디바이스일 수 있다. 대안으로, 배지 소스 (178) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 인클로저 (102) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 배지 소스 (178) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 부분인 저장고들을 포함할 수 있다.

도 1a 은 또한, 시스템 (150) 의 부분을 구성하고 미세유체 디바이스 (100) 와 함께 이용될 수 있는 제어 및 모니터링 장비 (152) 의 예들의 단순화된 블록 다이어그램 도시들을 예시한다. 도시된 바와 같이, 이러한 제어 및 모니터링 장비 (152) 의 예들은 배지 소스 (178) 를 제어하기 위한 배지 모듈 (160), 미세유체 회로 (120) 내의 미세 객체들 (미도시) 및/또는 배지 (예를 들어, 배지의 액적들) 의 이동 및/또는 선택을 제어하기 위한 모티브 모듈 (162), 이미지들 (예를 들어, 디지털 이미지들) 을 캡처하는 이미징 디바이스 (194)(예를 들어, 카메라, 현미경, 광원 또는 이들의 임의의 조합) 를 제어하기 위한 이미징 모듈 (164), 및 틸팅 디바이스 (190) 를 제어하기 위한 틸팅 모듈 (166) 을 포함하는 마스터 제어기 (154)를 포함한다. 제어 장비 (152) 는 또한, 미세유체 디바이스 (100) 에 대하여 제어, 모니터링, 또는 다른 기능들을 수행하기 위한 다른 모듈들 (168) 을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 장비 (152) 는 디스플레이 디바이스 (170) 및 입력/출력 디바이스 (172) 를 더 포함할수 있다.

마스터 제어기 (154) 는 제어 모듈 (156) 및 디지털 메모리 (158) 를 포함할 수 있다. 제어 모듈 (156) 은, 예를 들어 메모리 (158) 내에 비-일시적 데이터 또는 신호들로서 저장된 머신 실행가능 명령들 (예를 들어, 소프트웨어, 펌웨어, 소스 코드, 등) 에 따라 동작하도록 구성된 디지털 프로세서를 포함할 수 있다. 대안으로, 또는 추가적으로, 제어 모듈 (156) 은 하드웨어 디지털 회로부 및/또는 아날로그 회로부를 포함할 수 있다. 배지 모듈 (160), 모티브 모듈 (162), 이미징 모듈 (164), 틸팅 모듈 (166), 및/또는 다른 모듈들 (168) 은 유사하게 구성될 수 있다. 따라서, 미세유체 디바이스 (100) 또는 임의의 다른 미세유체 장치에 대하여 수행되는 것으로서 본원에 설명된 기능들, 프로세스들, 액트들, 액션들, 또는 프로세스의 단계들은 위에서 논의된 바와 같이 구성된 마스터 제어기 (154), 배지 모듈 (160), 모티브 모듈 (162), 이미징 모듈 (164), 틸팅 모듈 (166), 및/또는 다른 모듈들 (168) 중 임의의 하나 이상에 의해 수행될 수 있다. 유사하게, 마스터 제어기 (154), 배지 모듈 (160), 모티브 모듈 (162), 이미징 모듈 (164), 틸팅 모듈 (166), 및/또는 다른 모듈들 (168) 은 본원에 논의된 임의의 기능, 프로세스, 액트, 액션 또는 단계에서 사용된 데이터를 송신 및 수신하도록 통신 가능하게 커플링될 수도 있다.

배지 모듈 (160) 은 배지 소스 (178) 를 제어한다. 예를 들어, 배지 모듈 (160) 은 선택된 유체 배지 (180) 를 (예를 들어, 인렛 포트 (107) 를 통해) 인클로저 (102) 안으로 입력하도록 배지 소스 (178) 를 제어할 수 있다. 배지 모듈 (160) 은 또한, (예를 들어, 아웃렛 포트 (미도시) 를 통해) 인클로저 (102) 로부터 배지의 제거를 제어할 수 있다. 하나 이상의 배지는 따라서, 선택적으로 미세유체 회로 (120) 내부로 입력되고 이로부터 제거될 수 있다. 배지 모듈 (160) 은 또한, 미세유체 회로 (120) 내측의 유동 경로 (106) 에서의 유체 배지 (180) 의 유동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서 배지 모듈 (160) 은 틸팅 모듈 (166) 이 틸팅 디바이스 (190) 로 하여금 원하는 각도의 기울기로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅하게 하기 전에 인클로저 (120) 를 통해 그리고 유동 경로 (106) 에서의 배지 (180) 의 유동을 정지시킨다.

모티브 모듈 (162) 은 미세유체 회로 (120) 에서 미세 객체들 (미도시) 의 선택, 트랩핑, 및 이동을 제어하도록 구성될 수 있다. 도 1b 및 도 1c 를 참조하여 이하에 논의된 바와 같이, 인클로저 (102) 는 유전영동 (DEP), 광전 트위저들 (optoelectronic tweezers; OET) 및/또는 광-전기습윤 (OEW) 구성 (도 1a 에 미도시) 을 포함할 수 있고, 모티브 모듈 (162) 은 유동 경로 (106) 및/또는 격리 펜들 (124, 126, 128, 130) 에서 배지 (미도시) 의 액적 (droplet) 들 및/또는 미세 객체들 (미도시) 을 선택 및 이동시키도록 전극들 및/또는 트랜지스터들 (예를 들어, 광트랜지스터들) 의 활성화를 제어할 수 있다.

이미징 모듈 (164) 은 이미징 디바이스 (194) 를 제어할 수 있다. 예를 들어, 이미징 모듈 (164) 은 이미징 디바이스 (194) 로부터 이미지 데이터를 수신 및 프로세싱할 수 있다. 이미징 디바이스 (194) 로부터의 이미지 데이터는 이미징 디바이스 (194) 에 의해 캡처된 정보의 임의의 유형 (예를 들어, 미세 객체들의 존재 또는 부재, 배지의 액적들, 형광 라벨과 같은 라벨의 축적 등) 을 포함할 수 있다. 이미징 디바이스 (194) 에 의해 캡처된 정보를 사용하여, 이미징 모듈 (164) 은 또한, 객체들 (예를 들어, 미세 객체들, 배지의 액적들) 의 위치 및/또는 미세유체 디바이스 (100) 내에서의 이러한 객체들의 모션 속도를 계산할 수 있다.

틸팅 모듈 (166) 은 틸팅 디바이스 (190) 의 틸팅 모션들을 제어할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 틸팅 모듈 (166) 은 틸팅 속도 및 타이밍을 제어하여, 중력들을 통해 하나 이상의 격리 펜들로의 미세 객체들의 트랜스퍼를 최적화할 수 있다. 틸팅 모듈 (166) 은 미세유체 회로 (120) 에서 배지의 액적들 및/또는 미세 객체들의 모션을 설명하는 데이터를 수신하도록 이미징 모듈 (164) 과 통신 가능하게 커플링된다. 이 데이터를 사용하여, 틸팅 모듈 (166) 은, 미세 객체들 및/또는 배지의 액적들이 미세유체 회로 (120) 에서 이동하는 속도를 조정하기 위해 미세유체 회로 (120) 의 틸트를 조정할 수도 있다. 틸팅 모듈 (166) 은 또한, 이 데이터를 사용하여 미세유체 회로 (120) 에서 미세 객체 및/또는 배지의 액적의 위치를 반복적으로 조정할 수도 있다.

도 1a 에 도시된 예들에서, 미세유체 회로 (120) 는 미세유체 채널 (122) 및 격리 펜들 (124, 126, 128, 130) 을 포함하는 것으로서 예시된다. 각각의 펜은 채널 (122) 에 대한 개구를 포함하지만, 다르게는 펜들이 펜 내부의 미세 객체들을 채널 (122) 의 유동 경로 (106) 내 또는 다른 펜들 내의 미세 객체들 및/또는 유체 배지 (180) 로부터 실질적으로 단리시킬 수 있도록 인클로징된다. 격리 펜의 벽들은 베이스의 내면 (109) 로부터 커버 (110) 의 내측 표면까지 연장되어 인클로저를 제공한다. 미세유체 채널 (122) 에 대한 펜의 개구는 유동 (106) 이 펜들로 지향되지 않도록 유체 배지 (180) 의 유동 (106) 에 대해 소정 각도로 배향된다. 그 유동은 펜의 개구의 평면에 접하거나 직교할 수도 있다. 일부 경우들에서, 펜들 (124, 126, 128, 130) 은 미세유체 회로 (120) 내에 하나 이상의 미세 객체들을 물리적으로 몰아넣도록 구성된다. 본 개시물에 따른 격리 펜들은, 이하에서 상세히 논의 및 도시되는 바와 같이, DEP, OET, OEW, 유체 유동, 및/또는 중력들과의 사용을 위해 최적화되는 다양한 형상들, 표면들 및 피처들을 포함할 수 있다.

미세유체 회로 (120) 는 임의의 수의 미세유체 격리 펜들을 포함할 수도 있다. 5 개의 격리 펜들이 도시되지만, 미세유체 회로 (120) 는 더 적은 또는 더 많은 격리 펜들을 가질 수도 있다. 도시된 바와 같이, 미세유체 회로 (120) 의 미세유체 격리 펜들 (124, 126, 128, 및 130) 은 각각 인접한 난자로부터 하나의 난자를 단리시키는 것과 같은, 배아를 생성하는데 있어서 유용한 하나 이상의 이익들을 제공할 수도 있는 상이한 특징들 및 형상들을 포함한다. 테스팅, 스티뮬레이팅, 및 퍼틸라이징 (fertilizing) 은 모두 개별적 단위로 수행될 수도 있고, 일부 실시형태들에서는, 개별적 시간 스케일로 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 동일한 미세유체 격리 펜들을 포함한다.

일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 미세유체 격리 펜들을 포함하며, 여기서 2 이상의 격리 펜들은 배아들을 생성하는데 있어서의 상이한 이익들을 제공하는 상이한 구조들 및/또는 특징들을 포함한다. 하나의 비제한적인 예는 상이한 타입의 펜에 정자를 유지하면서 하나의 타입의 펜에 난자를 유지하는 것을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 격리 펜들 중 적어도 하나는 난자에 대해 전기적 활성화를 제공하는데 적합한 전기적 접촉들을 갖도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, (예를 들어, 자궁 세포들, 자궁 내막 세포들, 자궁관 (예를 들어, 수란관 또는 나팔관) 으로부터 도출된 PEG (개재적) 세포들, 난구세포들, 또는 이들의 조합과 같은) 상이한 타입들의 세포들은, 둘러싸는 격리 펜들로부터의 분비물들이 각각의 별개의 펜 밖으로 및 난자를 포함하는 펜 내로 확산할 수 있도록, 난자를 포함하는 격리 펜에 인접한 격리 펜들에 배치될 수도 있으며, 이것은 대규모 체외 배양 및 수정에 의해 가능하지 않다. 배아를 생성하기 위해 유용한 미세유체 디바이스들은 격리 펜들 (124, 126, 128, 및 130) 중 임의의 것, 또는 이것의 변형들을 포함할 수도 있고, 및/또는 이하에 논의되는 바와 같이 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e 및 도 2f 에 도시된 것들처럼 구성된 펜들을 포함할 수도 있다.

도 1a 에 예시된 실시형태에서, 단일의 채널 (122) 및 유동 경로 (106) 가 도시된다. 그러나, 다른 실시형태들은 다수의 채널들 (122) 을 포함할 수도 있고, 채널들 각각은 유동 경로 (106) 를 포함하도록 구성된다. 미세유체 회로 (120) 는 유동 경로 (106) 및 유체 배지 (180) 와 유체 연통하는 인렛 밸브 또는 포트 (107) 를 더 포함하고, 이로써 유체 배지 (180) 은 인렛 포트 (107) 를 통해 채널 (122) 에 접근할 수 있다. 일부 경우들에서, 유동 경로 (106) 는 단일의 경로를 포함한다. 일부 경우들에서, 그 단일의 경로는 지그재그 패턴으로 배열되고, 이에 의해 유동 경로 (106) 는 교번하는 방향들에서 2 회 이상 미세유체 디바이스 (100) 를 가로질러 이동한다.

일부 경우들에서, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 병렬 채널들 (122) 및 유동 경로들 (106) 을 포함하며, 여기서 각각의 유동 경로 (106) 내의 유체 배지 (180) 는 동일한 방향으로 흐른다. 일부 경우들에서, 각각의 유동 경로 (106) 내의 유체 배지는 순방향 또는 역방향 중 적어도 하나로 유동한다. 일부 경우들에서, 복수의 격리 펜들은, 격리 펜들이 타겟 미세 객체들과 병렬로 로딩될 수 있도록 (예를 들어, 채널 (122) 에 대해) 구성된다.

일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 (120) 는 하나 이상의 미세 객체 트랩들 (132) 을 더 포함한다. 트랩들 (132) 은 일반적으로, 채널 (122) 의 경계를 형성하는 벽에 형성되고, 미세유체 격리 펜들 (124, 126, 128, 130) 중 하나 이상의 개구 반대편에 위치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 트랩들 (132) 은 유동 경로 (106) 로부터 단일의 미세 객체를 수신 또는 캡처하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 트랩들 (132) 은 유동 경로 (106) 로부터 복수의 미세 객체들을 수신 또는 캡처하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 트랩들 (132) 은 단일의 타겟 미세 객체의 체적과 거의 동일한 체적을 포함한다.

트랩들 (132) 은 타겟이 되는 미세 객체들의 트랩들 (132) 내부로의 유동을 돕도록 구성되는 개구를 더 포함할 수도 있다. 일부 경우들에서, 트랩들 (132) 은 단일의 타겟 미세 객체의 치수들과 대략 동일한 높이 및 폭을 갖는 개구를 포함하고, 이에 의해 더 큰 미세 객체들이 미세 객체 트랩 안으로 진입하는 것이 방지된다. 트랩들 (132) 은 트랩 (132) 내에 타겟이 되는 미세 객체들의 보유를 돕도록 구성된 다른 피처들을 더 포함할 수도 있다. 일부 경우들에서, 트랩 (132) 은, 미세유체 채널 (122) 에 평행한 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅할 때, 트랩된 미세 객체가, 미세 객체로 하여금 격리 펜의 개구 안으로 들어가게 하는 궤적에서 트랩 (132) 을 나가도록, 미세유체 격리 펜의 개구에 대해 채널 (122) 의 반대 측에 놓이고 이와 정렬된다. 일부 경우들에서, 트랩 (132) 은, 트랩 (132) 을 통한 유동을 용이하게 하고 이에 의해 트랩 (132) 에서 미세 객체를 캡처하는 가능성을 증가시키기 위해 타겟 미세 객체보다 더 작은 사이드 통로 (134) 를 포함한다.

일부 실시형태들에서, 유전영동 (DEP) 힘들이 하나 이상의 전극들 (미도시) 을 통해 (예를 들어, 유동 경로에서 및/또는 격리 펜들에서) 유체 배지 (180) 를 가로질러 인가되어 그 내에 위치된 미세 객체들을 조작, 이송, 분리 및 소팅한다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 단일의 미세 객체를 유동 경로 (106) 로부터 원하는 미세유체 격리 펜 안으로 트랜스퍼하기 위해 미세유체 회로 (120) 의 하나 이상의 부분들에 DEP 힘들이 인가된다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 격리 펜 (예를 들어, 격리 펜 (124, 126, 128, 또는 130)) 내의 미세 객체가 챔버로부터 변위되는 것을 방지하는데 사용된다. 또한, 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 본 개시물의 실시형태들에 따라 이전에 수집되었던 미세 객체를 격리 펜으로부터 선택적으로 제거하는데 사용된다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 광전 트위저 (OET) 힘들을 포함한다.

다른 실시형태들에서, 광전기습윤 (OEW) 힘들은 미세유체 회로 (120) 내에 위치된 액적들을 조작, 이송, 분리 및 분류하기 위해 하나 이상의 전극들 (도시하지 않음) 을 통해 미세유체 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) (및/또는 커버 (110)) 에서의 하나 이상의 위치들 (예를 들어, 유동 경로 및/또는 격리 펜들을 정의하는 것을 돕는 위치들) 에 인가된다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, OEW 힘들은 유동 경로 (106) 로부터 원하는 미세유체 격리 펜 내로 단일의 액적을 이송하기 위해 지지 구조 (104) (및/또는 커버 (110)) 에서의 하나 이상의 위치들에 인가된다. 일부 실시형태들에서, OEW 힘들은 격리 펜 (예를 들어, 격리 펜 (124, 126, 128, 또는 130)) 내의 액적이 그것으로부터 변위되는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 일부 실시형태들에서, OEW 힘들은 본 개시물의 실시형태들에 따라 이전에 수집되었던 액적을 격리 펜으로부터 선택적으로 제거하기 위해 사용된다.

일부 실시형태들에서, DEP 및/또는 OEW 힘들은 미세유체 회로 (120) 내의 액적들 및/또는 미세 객체들을 조작, 이송, 분리 및 소팅하도록, 다른 힘들, 예컨대 유동 및/또는 중력과 결합된다. 예를 들어, 인클로저 (102) 는 유동 경로 (106)) 및 그 안에 위치된 미세 객체들을 미세유체 격리 펜들 위에 위치시키도록 (예를 들어, 틸팅 디바이스 (190) 에 의해) 틸팅될 수 있고, 중력의 힘은 미세 객체들 및/또는 액적들을 펜들 안으로 이송할 수 있다. 일부 실시형태들에서, DEP 및/또는 OEW 힘들은 다른 힘들 전에 인가될 수 있다. 다른 실시형태들에서, DEP 및/또는 OEW 힘들은 다른 힘들 후에 인가될 수 있다. 또 다른 경우들에서, DEP 및/또는 OEW 힘들은 다른 힘들과 동시에 또는 다른 힘들과 교번하는 방식으로 인가될 수 있다.

도 1b, 도 1c, 및 도 2a 내지 도 2h 는 본 개시물의 실시형태들의 실시에서 사용될 수 있는 미세유체 디바이스들의 여러 실시형태들을 도시한다. 도 1b 는 미세유체 디바이스 (200) 가 광학적으로 작동되는 동전기적 디바이스로서 구성되는 실시형태를 묘사한다. 광전 트위저 (OET) 구성을 갖는 디바이스들 및 광전기습윤 (OEW) 구성을 갖는 디바이스들을 포함하는 여러 광학적으로 작동되는 동전기적 디바이스들이 당업계에서 알려져 있다. 적합한 OET 구성들의 예들은 각각 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함되는 다음의 미국 특허 문서들에 예시된다: 미국 특허 제 RE 44,711 호 (Wu 등) (US 특허 제 7,612,355 호로서 최초로 발행됨); 및 US 특허 제 7,956,339 호 (Ohta 등). OEW 구성들의 예들은 양자 모두가 전부 참조에 의해 여기에 포함되는 미국 특허 제 6,958,132 (Chiou 등) 및 US 특허 출원 공개 제 2012/0024708 호 (Chiou 등) 에 예시되어 있다. 광학적으로 작동되는 동전기적 디바이스의 또 다른 예는 결합된 OET/OEW 구성을 포함하며, 이것의 예들은 미국 특허 공보들 제 20150306598 호 (Khandros 등) 및 제 20150306599 호 (Khandros 등) 및 그들의 대응하는 PCT 공보들 WO2015/164846 호 및 WO2015/164847 호에 도시되며, 이들 모두는 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함된다.

난모세포들, 난자들, 또는 배아들이 배치, 배양, 및/또는 모니터될 수 있는 펜들을 갖는 미세유체 디바이스들의 예들은 예를 들어 US 2014/0116881 (2013년 10월 22일자로 출원된 출원 번호 제 14/060,117 호), US 2015/0151298 (2014년 10월 22일자로 출원된 출원 번호 제 14/520,568 호), 및 US 2015/0165436 (2014년 10월 22일자로 출원된 출원 번호 제 14/521,447 호) 에 기재되어 있으며, 이들 각각은 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함된다. 미국 출원 번호들 제 14/520,568 호 및 제 14/521,447 호는 또한 미세유체 디바이스에서 배양된 세포들의 분비물들을 분석하는 예시적인 방법들을 기술한다. 상기 출원들 각각은 광전 트위저들 (OET) 과 같은 유전영동 (DEP) 힘들을 생성하도록 구성되거나 광-전기습윤 (OEW) 을 제공하도록 구성된 미세유체 디바이스들을 더 기술한다. 예를 들어, US 2014/0116881 의 도 2 에 도시된 광전 트위저 디바이스는 개개의 생물학적 미세 객체 또는 생물학적 미세 객체들의 그룹을 선택하고 이동시키기 위해 본 개시물의 실시형태들에서 이용될 수 있는 디바이스의 예이다.

미세유체 디바이스 모티브 구성들. 전술된 바와 같이, 시스템의 제어 및 모니터링은 미세유체 디바이스의 미세유체 회로에서, 미세 객체들 또는 액적들과 같은 객체들을 선택 및 이동시키기 위한 모티브 모듈을 포함할 수 있다. 미세유체 디바이스는, 이동되고 있는 객체의 유형 및 다른 고려사항들에 따라, 다양한 모티브 구성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 유전영동 (DEP) 구성은 미세유체 회로에서 미세 객체들을 선택하고 이동시키기 위해 이용될 수 있다. 따라서, 미세유체 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) 및/또는 커버 (110) 는 미세유체 회로 (120) 내의 유체 배지 (180) 내의 미세 객체들상에 DEP 힘들을 선택적으로 유도하기 위한 DEP 구성을 포함할 수 있고, 이것에 의해 개개의 미세 객체들 또는 미세 객체들의 그룹들을 선택, 캡처, 및/또는 이동시킬 수 있다. 대안적으로, 미세유체 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) 및/또는 커버 (110) 는 미세유체 회로 (120) 에서의 유체 배지 (180) 내의 액적들상에 전기 습윤 (EW) 힘들을 선택적으로 유도하기 위한 EW 구성을 포함할 수 있고, 이것에 의해 개개의 액적들 또는 액적들의 그룹들을 선택, 캡처, 및/또는 이동시킬 수 있다.

DEP 구성을 포함하는 미세유체 디바이스 (200) 의 하나의 예가 도 1b 및 도 1c 에 도시된다. 간단성의 목적으로, 도 1b 및 도 1c 는 개구 영역/챔버 (202) 를 갖는 미세유체 디바이스 (200) 의 인클로저 (102) 의 부분의, 각각, 측단면도 및 평면 단면도를 도시하지만, 그 영역/챔버 (202) 는 성장 챔버, 격리 펜, 유동 영역, 또는 유동 채널과 같은 더 상세한 구조를 갖는 유체 회로 엘리먼트의 부분일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 미세유체 디바이스 (200) 는 다른 유체 회로 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 미세유체 디바이스 (200) 는, 미세유체 디바이스 (100) 에 대하여 본원에 설명된 바와 같은, 복수의 성장 챔버들 또는 격리 펜들 및/또는 하나 이상의 유동 영역들 또는 유동 채널들을 포함할 수 있다. DEP 구성은 미세유체 디바이스 (200) 의 임의의 이러한 유체 회로 엘리먼트들 안에 통합되거나, 또는 그 부분들을 선택할 수도 있다. 위 또는 아래에 설명된 미세유체 디바이스 컴포넌트들 및 시스템 컴포넌트들 중 어느 하나는 미세유체 디바이스 (200) 에 통합되고/되거나 이와 결합되어 사용될 수도 있다는 것이 또한 인식되어야 한다. 예를 들어, 전술된 제어 및 모니터링 장비 (152) 를 포함하는 시스템 (150) 은, 배지 모듈 (160), 모티브 모듈 (162), 이미징 모듈 (164), 틸팅 모듈 (166), 및 다른 모듈들 (168) 중 하나 이상을 포함하는 미세유체 디바이스 (200) 와 함께 사용될 수도 있다.

도 1b 에서 알 수 있는 바와 같이, 미세유체 디바이스 (200) 는 하단 전극 (204) 및 하단 전극 (204) 위에 있는 전극 활성화 기판 (206) 을 갖는 지지 구조 (104), 및 하단 전극 (204) 으로부터 떨어져 이격된 상단 전극 (210) 을 갖는 커버 (110) 를 포함한다. 상단 전극 (210) 및 전극 활성화 기판 (206) 은 영역/챔버 (202) 의 반대 표면들을 정의한다. 영역/챔버 (202) 에 포함된 배지 (180) 는 따라서, 상단 전극 (210) 과 전극 활성화 기판 (206) 간의 저항성 연결을 제공한다. 하단 전극 (204) 및 상단 전극 (210) 에 연결되고 영역/챔버 (202) 에서 DEP 힘들의 생성에 필요한 바와 같은 전극들 간의 바이어싱 전압을 생성하도록 구성된 전원 (212) 이 또한 도시된다. 전원 (212) 은, 예를 들어 교류 (AC) 전원일 수 있다.

소정 실시형태들에서, 도 1b 및 도 1c 에 예시된 미세유체 디바이스 (200) 는 광학적으로-작동된 DEP 구성을 가질 수 있다. 따라서, 모티브 모듈 (162) 에 의해 제어될 수도 있는 광원 (216) 으로부터의 광 (218) 의 패턴들을 변경하는 것은 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208) 의 영역들 (214) 에서 DEP 전극들의 패턴들을 변경하는 것을 선택적으로 활성화 및 비활성화할 수 있다. (이하에서, DEP 구성을 갖는 미세유체 디바이스의 영역들 (214) 은 "DEP 전극 영역들" 로서 지칭된다). 도 1c 에 예시된 바와 같이, 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208) 위로 지향된 광 패턴 (218) 은 정사각형과 같은 패턴으로 DEP 전극 영역들 (214a)(화이트로 도시됨) 을 선택적으로 조명할 수 있다. 비-조명된 DEP 전극 영역들 (214)(십자-해칭됨) 은 "어두운" DEP 전극 영역들 (214) 로서 이하에서 지칭된다. DEP 전극 활성화 기판 (206) 을 통한 (즉, 하부 전극 (204) 으로부터 유동 영역 (106) 에서 배지 (180) 와 인터페이스하는 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208) 까지의) 상대적인 전기적 임피던스는 각각의 어두운 DEP 전극 영역 (214) 에서 영역/챔버 (202) 내의 배지 (180) 을 통한 (즉, 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208) 으로부터 커버 (110) 의 상단 전극 (210) 까지의) 상대적 전기적 임피던스보다 더 크다. 그러나, 조명된 DEP 전극 영역 (214a) 은, 각각의 조명된 DEP 전극 영역 (214a) 에서 영역/챔버 (202) 내의 배지 (180) 을 통한 상대적 임피던스보다 작은 전극 활성화 기판 (206) 을 통한 감소된 상대적 임피던스를 보인다.

전원 (212) 이 활성화됨에 따라, 상기 DEP 구성은 조명된 DEP 전극 영역들 (214a) 과 인접한 어두운 DEP 전극 영역들 (214) 사이의 유체 배지 (180) 에서 전계 구배를 생성하고, 이것은 이어서 유체 배지 (180) 에서 부근의 미세 객체들 (미도시) 을 끌어당기거나 밀어내는 국부적 DEP 힘들을 생성한다. 유체 배지 (180) 내의 미세 객체들을 끌어당기거나 밀어내는 DEP 전극들은 따라서, 광원 (216) 으로부터 미세유체 디바이스 (200) 로 투영된 광 패턴들 (218) 을 변경함으로써 영역/챔버 (202) 의 내면 (208) 에서 많은 상이한 이러한 DEP 전극 영역들 (214) 에서 선택적으로 활성화 및 비활성화될 수 있다. DEP 힘들이 부근의 미세 객체들을 끌어당기거나 밀어내는지 여부는, 배지 (180) 및/또는 미세 객체들 (미도시) 의 유전 특성들 및 전원 (212) 의 주파수와 같은 이러한 파라미터들에 의존할 수 있다.

도 1c 에 예시된 조명된 DEP 전극 영역들 (214a) 의 정사각형 패턴 (220) 은 단지 일 예이다. DEP 전극 영역들 (214) 의 임의의 패턴이 미세유체 디바이스 (200) 로 투영된 광의 패턴 (218) 에 의해 조명 (및 이에 의해 활성화) 될 수 있고, 조명된/활성화된 DEP 전극 영역들 (214) 의 패턴은 광 패턴 (218) 을 변경 또는 이동시킴으로써 반복적으로 변경될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 은 광전도성 재료를 포함하거나 이들로 이루어질 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208) 은 특색이 없을 수 있다. 예를 들어, 전극 활성화 기판 (206) 은 수소화 비정질 실리콘 (a-Si:H) 을 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. a-Si:H 는, 예를 들어 (100 * 수소 원자들의 수/수소 및 실리콘 원자들의 총 수로서 계산된) 약 8% 내지 40% 수소를 포함할 수 있다. a-Si:H 의 층은 약 500 nm 내지 약 2.0 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 이러한 실시형태들에서, DEP 전극 영역들 (214) 은 광 패턴 (218) 에 따라, 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208) 상에 임의의 패턴으로 그리고 어디든 생성될 수 있다. 따라서, DEP 전극 영역들 (214) 의 패턴 및 수는 고정될 필요가 없고, 광 패턴 (218) 에 대응할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같은 광전도성 층을 포함하는 DEP 구성을 갖는 미세유체 디바이스들의 예들은, 예를 들어 미국특허 제 RE 44,711 (Wu 등)(미국특허 제 7,612,355 호로서 최초로 발행됨) 에서 설명되어 있고, 이 전체 내용들은 참조로서 본원에 포함된다.

다른 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 은 복수의 도핑된 층들, 전기 절연 층들 (또는 영역들), 및 반도체 분야들에서 알려진 바와 같은 반도체 집적 회로들을 형성하는 전기 전도성 층들을 포함하는 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 활성화 기판 (206) 은 예를 들어, 횡방향 바이폴라 광트랜지스터들을 포함하는 복수의 광트랜지스터들을 포함할 수 있고, 각각의 광트랜지스터는 DEP 전극 영역 (214) 에 대응한다. 대안으로, 전극 활성화 기판 (206) 은 광트랜지스터 스위치들에 의해 제어된 전극들 (예를 들어, 전도성 금속 전극들) 을 포함할 수 있고, 각각의 이러한 전극은 DEP 전극 영역 (214) 에 대응한다. 전극 활성화 기판 (206) 은 이러한 광트랜지스터들 또는 광트랜지스터-제어된 전극들의 패턴을 포함할 수 있다. 패턴은, 예를 들어 도 2b 에 도시된 바와 같이 행들 및 열들로 배열된 실질적으로 정사각형의 광트랜지스터들 또는 광트랜지스터-제어된 전극들의 어레이일 수 있다. 대안으로, 패턴은 육각형 격자를 형성하는 실질적으로 육각형 광트랜지스터들 또는 광트랜지스터-제어된 전극들의 어레이일 수 있다. 패턴에 관계없이, 전기 회로 엘리먼트들은 하단 전극 (204) 과 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208) 에서의 DEP 전극 영역들 (214) 간의 전기적 연결들을 형성할 수 있고, 이들 전기적 연결들 (즉, 광트랜지스터들 또는 전극들) 은 광 패턴 (218) 에 의해 선택적으로 활성화 및 비활성화될 수 있다. 활성화되지 않은 경우, 각각의 전기적 연결은, 전극 활성화 기판 (206) 을 통한 (즉, 하단 전극 (204) 으로부터 영역/챔버 (202) 에서 배지 (180) 와 인터페이스하는 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208) 까지의) 상대적 임피던스가 대응하는 DEP 전극 영역 (214) 에서 배지 (180) 을 통한 (즉, 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208) 으로부터 커버 (110) 의 상단 전극 (210) 까지의) 상대적 임피던스보다 더 크도록 높은 임피던스를 가질 수 있다. 그러나 광 패턴 (218) 에서 광에 의해 활성화되는 경우, 전극 활성화 기판 (206) 을 통한 상대적 임피던스는 각각의 조명된 DEP 전극 영역 (214) 에서 배지 (180) 를 통한 상대적 임피던스보다 더 작고, 이에 의해 위에서 논의된 바와 같이 대응하는 DEP 전극 영역 (214) 에서 DEP 전극을 활성화시킨다. 배지 (180) 내의 미세 객체들 (미도시) 을 끌어당기거나 밀어내는 DEP 전극들은 따라서, 광 패턴 (218) 에 의해 결정된 방식으로 영역/챔버 (202) 의 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208) 에서 많은 상이한 DEP 전극 영역들 (214) 에서 선택적으로 활성화 및 비활성화될 수 있다.

광트랜지스터들을 포함하는 전극 활성화 기판들을 갖는 미세유체 디바이스들의 예들은, 예를 들어 미국특허 제 7,956,339 (Ohta 등) (예를 들어, 도 21 및 도 22 에 예시된 디바이스 (300), 및 그 설명들을 참조) 에서 설명되어 있고, 그 전체 내용들은 참조로서 본원에 포함된다. 광트랜지스터 스위치들에 의해 제어된 전극들을 포함하는 전극 활성화 기판들을 갖는 미세유체 디바이스들의 예들은, 예를 들어 미국 특허공개 제 2014/0124370 (Short 등) (예를 들어, 도면들 전체에 예시된 디바이스들 (200, 400, 500, 600, 및 900) 및 그 설명들을 참조) 에서 설명되어 있고, 그 전체 내용들은 참조로서 본원에 포함된다.

DEP 구성된 미세유체 디바이스의 일부 실시형태들에서, 상단 전극 (210) 은 인클로저 (102) 의 제 1 벽 (또는 커버 (110)) 의 부분이고, 전극 활성화 기판 (206) 및 하단 전극 (204) 은 인클로저 (102) 의 제 2 벽 (또는 지지 구조 (104)) 의 부분이다. 영역/챔버 (202) 는 제 1 벽과 제 2 벽 사이에 있을 수 있다. 다른 실시형태들에서, 전극 (210) 은 제 2 벽 (또는 지지 구조 (104)) 의 부분이고, 하나 또는 양자 모두의 전극 활성화 기판 (206) 및/또는 전극 (210) 은 제 1 벽 (또는 커버 (110)) 의 부분이다. 또한, 광원 (216) 은 대안으로 아래로부터 인클로저 (102) 를 조명하도록 사용될 수 있다.

DEP 구성을 갖는 도 1b 및 도 1c 의 미세유체 디바이스 (200) 로, 모티브 모듈 (162) 은, 미세 객체를 둘러싸고 캡처하는 패턴 (예를 들어, 정사각형 패턴 (220)) 에서 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208) 의 DEP 전극 영역들 (214a) 에서 하나 이상의 DEP 전극들의 제 1 세트를 활성화시키도록 광 패턴 (218) 을 미세유체 디바이스 (200) 로 투영함으로써 영역/챔버 (202) 내의 배지 (180) 에서 미세 객체 (미도시) 를 선택할 수 있다. 모티브 모듈 (162) 은 그 후, DEP 전극 영역들 (214) 에서 하나 이상의 DEP 전극들의 제 2 세트를 활성화시키도록 미세유체 디바이스 (200) 에 대해 광 패턴 (218) 을 이동시킴으로써 인 시츄 생성된 캡처된 미세 객체를 이동시킬 수 있다. 대안으로, 미세유체 디바이스 (200) 는 광 패턴 (218) 에 대해 이동될 수 있다.

다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (200) 는 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208) 에서 DEP 전극들의 광 활성화에 의존하지 않는 DEP 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 전극 활성화 기판 (206) 은 적어도 하나의 전극을 포함하는 표면 (예를 들어, 커버 (110)) 의 반대편에 위치된 선택적으로 어드레싱 가능 및 에너자이징 가능한 전극들을 포함할 수 있다. 스위치들 (예를 들어, 반도체 기판에서의 트랜지스터 스위치들) 은 DEP 전극 영역들 (214) 에서 DEP 전극들을 활성화 또는 비활성화시키도록 선택적으로 개방 및 폐쇄될 수도 있고, 이에 의해 활성화된 DEP 전극들 근처에서 영역/챔버 (202) 내의 미세 객체 (미도시) 상에 네트 (net) DEP 힘을 생성한다. 영역/챔버 (202) 에서 미세 객체들 및/또는 배지 (미도시) 의 유전 특성들 및 전원 (212) 의 주파수와 같은 이러한 특징들에 따라, DEP 힘은 부근의 미세 객체를 끌어당기거나 밀어낼 수 있다. (예를 들어, 정사각형 패턴 (220) 을 형성하는 DEP 전극 영역들 (214) 의 세트에서) DEP 전극들의 세트를 선택적으로 활성화 및 비활성화시킴으로써, 영역/챔버 (202) 내의 하나 이상의 미세 객체들은 영역/챔버 (202) 내에서 트랩 및 이동될 수 있다. 도 1a 에서의 모티브 모듈 (162) 은 이러한 스위치들을 제어하고, 따라서 영역/챔버 (202) 주변의 특정한 미세 객체들 (미도시) 을 선택, 트랩, 및 이동시키도록 DEP 전극들 중 개별의 전극들을 활성화 및 비활성화시킬 수 있다. 선택적으로 어드레싱 가능 및 에너자이징 가능한 전극들을 포함하는 DEP 구성을 갖는 미세유체 디바이스들은 당업계에 알려져 있고, 예를 들어 미국특허 제 6,294,063 (Becker 등) 및 6,942,776 (Medoro) 에서 설명되어 있고, 그 전체 내용들은 참조로서 본원에 포함된다.

또 다른 예로서, 미세유체 디바이스 (200) 는 전기습윤 (EW) 구성을 가질 수 있으며, 이것은 DEP 구성 대신일 수 있거나 DEP 구성을 갖는 부분으로부터 분리된 미세유체 디바이스 (200) 의 부분에 위치될 수 있다. EW 구성은 광-전기습윤 구성 또는 유전체상의 전기습윤 (EWOD) 구성일 수도 있으며, 이들 양자는 당업계에 알려져 있다. 일부 EW 구성들에서, 지지 구조 (104) 는 유전체층 (미도시) 과 하부 전극 (204) 사이에 샌드위치된 전극 활성화 기판 (206) 을 갖는다. 유전체층은 이하에 기술되는 바와 같이 소수성 재료를 포함할 수 있고 및/또는 소수성 재료로 코팅될 수 있다. EW 구성을 갖는 미세유체 디바이스들 (200) 의 경우, 지지 구조 (104) 의 내면 (208) 은 유전체층의 내면 또는 그것의 소수성 코팅이다.

유전체층 (미도시) 은 하나 이상의 산화물 층들을 포함할 수 있고, 약 50 nm 내지 약 250 nm (예를 들어, 약 125 nm 내지 약 175 nm) 의 두께를 가질 수 있다. 소정의 실시형태들에서, 유전체층은 금속 산화물 (예를 들어, 알루미늄 산화물 또는 하프늄 산화물) 과 같은 산화물의 층을 포함할 수도 있다. 소정의 실시형태들에서, 유전체층은 실리콘 산화물 또는 질화물과 같은, 금속 산화물 이외의 유전체 재료를 포함할 수 있다. 정확한 조성 및 두께에 관계 없이, 유전체층은 약 10 kOhms 내지 약 50 kOhms 의 임피던스를 가질 수 있다.

일부 실시형태들에서, 영역/챔버 (202) 를 향해 내부 대면하는 유전체층의 표면은 소수성 재료로 코팅된다. 소수성 재료는 예를 들어 플루오리네이티드 카본 분자들을 포함할 수 있다. 플루오리네이티드 카본 분자들의 예들은 폴리테트라플루오로에틸렌 (예를 들어, TEFLON®) 또는 폴리(2,3-디플루오로메틸렌일-퍼플루오로테트라하이드로퓨란) (예를 들어, CYTOP^TM) 과 같은 퍼플루오로-폴리머들을 포함한다. 소수성 재료를 구성하는 분자들은 유전체층의 표면에 공유결합으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 소수성 재료의 분자들은 실록산 기, 포스포닉산 기, 또는 티올 기와 같은 링커 (linker) 에 의해 유전체층의 표면에 공유결합으로 결합될 수 있다. 따라서, 일부 실시형태들에서, 소수성 재료는 알킬-말단 실록산, 알킬-말단 포스포닉산, 또는 알킬-말단 티올을 포함할 수 있다. 일킬 기는 (예를 들어, 적어도 10 개의 탄소들, 또는 적어도 16, 18, 20, 22 개 또는 그 이상의 탄소들의 사슬을 갖는) 긴-사슬 탄화수소들일 수 있다. 대안적으로, 플루오리네이티드 (또는, 퍼플루오리네이티드) 카본 사슬들이 알킬 기들을 대신하여 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 소수성 재료는 플루오로알킬-말단 실록산, 플루오로알킬-말단 포스포닉산, 또는 플루오로알킬-말단 티올을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 소수성 코팅은 약 10 nm 내지 약 50 nm 의 두께를 갖는다. 다른 실시형태들에서, 소수성 코팅은 10 nm 미만 (예를 들어, 5 nm 미만, 또는 약 1.5 내지 3.0 nm) 의 두께를 갖는다.

일부 실시형태들에서, 전기습윤 구성을 갖는 미세유체 디바이스 (200) 의 커버 (110) 는 마찬가지로 소수성 재료 (미도시) 로 코팅된다. 소수성 재료는 지지 구조 (104) 의 유전체층을 코팅하기 위해 사용되는 동일한 소수성 재료일 수 있고, 소수성 코팅은 지지 구조 (104) 의 유전체층상의 소수성 코팅의 두께와 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다. 게다가, 커버 (110) 는 지지 구조 (104) 의 방식으로, 유전체층과 상부 전극 (210) 사이에 샌드위치된 전극 활성화 기판 (206) 을 포함할 수 있다. 커버 (110) 의 전극 활성화 기판 (206) 및 유전체층은 지지 구조 (104) 의 전극 활성화 기판 (206) 및 유전체층과 동일한 조성 및/또는 치수들을 가질 수 있다. 따라서, 미세유체 디바이스 (200) 는 2 개의 전기습윤 표면들을 가질 수 있다.

일부 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 은 상술된 바와 같은 광전도성 재료를 포함할 수 있다. 이에 따라, 소정의 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 은 수소화 비정질 실리콘 (a-Si:H) 의 층을 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. a-Si:H 는, 예를 들어 (100 * 수소 원자들의 수/수소 및 실리콘 원자들의 총 수로서 계산된) 약 8% 내지 40% 수소를 포함할 수 있다. a-Si:H 의 층은 약 500 nm 내지 약 2.0 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 대안적으로, 전극 활성화 기판 (206) 은 상술된 바와 같이 광트랜지스터 스위치들에 의해 제어되는 전극들 (예를 들어, 도전성 금속 전극들) 을 포함할 수 있다. 광-전기습윤 구성을 갖는 미세유체 디바이스들은 당업계에 알려져 있고 및/또는 당업계에 알려져 있는 전극 활성화 기판들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 그 전체 내용들이 참조로 여기에 포함되는 미국 특허 제 6,958,132 호 (Chiou 등) 는 a-Si:H 와 같은 광전도성 재료를 갖는 광-전기습윤 구성들을 개시하는 반면, 상술된 미국 특허 공보 제 2014/0124370 호 (Short 등) 는 광트랜지스터 스위치들에 의해 제어되는 전극들을 갖는 전극 활성화 기판들을 개시한다.

미세유체 디바이스 (200) 는 따라서 광-전기습윤 구성을 가질 수 있고, 광 패턴들 (218) 은 전극 활성화 기판 (206) 에서의 광전도성 EW 영역들 또는 광응답성 EW 전극들을 활성화하기 위해 사용될 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 의 그러한 활성화된 EW 영역들 또는 EW 전극들은 지지 구조 (104) 의 내면 (208) (즉, 오버레이잉 유전체층 또는 그것의 소수성 코팅의 내면) 에서 전기습윤력을 생성할 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 상에 입사하는 광 패턴들 (218) 을 변경함으로써 (또는 광원 (216) 에 대해 미세유체 디바이스 (200) 를 이동시킴으로써), 지지 구조 (104) 의 내면 (208) 과 접촉하는 (예를 들어, 수성 배지, 용액, 또는 용매를 포함하는) 액적들이 영역/챔버 (202) 에 존재하는 비혼성 유체 (예를 들어, 오일 배지) 를 통해 이동될 수 있다.

다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스들 (200) 은 EWOD 구성을 가질 수 있고, 전극 활성화 기판 (206) 은 활성화를 위해 광에 의존하지 않는 선택적으로 어드레싱가능한 및 에너자이징가능한 전극들을 포함할 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 은 따라서 그러한 전기습윤 (EW) 전극들의 패턴을 포함할 수 있다. 그 패턴은 예를 들어 도 2b 에 도시된 바와 같은 열들 및 행들로 배열된 실질적으로 정사각형 EW 전극들의 어레이일 수 있다. 대안적으로, 패턴은 육각형 격자를 형성하는 실질적으로 육각형 EW 전극들의 어레이일 수 있다. 패턴에 관계없이, EW 전극들은 전기 스위치들 (예를 들어, 반도체 기판 내의 트랜지스터 스위치들) 에 의해 선택적으로 활성화 (또는 활성화해제) 될 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 내의 EW 전극들을 선택적으로 활성화 및 활성화해제함으로써, 오버레이잉 유전체층 또는 그것의 소수성 코팅의 내면 (208) 과 접촉하는 액적들 (미도시) 은 영역/챔버 (202) 내에서 이동될 수 있다. 도 1a 에서의 모티브 모듈 (162) 은 그러한 스위치들을 제어할 수 있고 따라서 영역/챔버 (202) 주위의 특정의 액적들을 선택하고 이동시키기 위해 개개의 EW 전극들을 활성화 및 활성화해제할 수 있다. 선택적으로 어드레싱가능한 및 에너자이징가능한 전극들을 갖는 EWOD 구성을 갖는 미세유체 디바이스들은 당업계에 알려져 있고 예를 들어 미국 특허 제 8,685,344 호 (Sundarsan 등) 에 기술되었으며, 이것의 전체 내용들은 참조에 의해 여기에 포함된다.

미세유체 디바이스 (200) 의 구성에 관계없이, 전원 (212) 은 미세유체 디바이스 (200) 의 전기 회로들에 전력을 공급하는 전위 (예를 들어, AC 전압 전위) 를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 전원 (212) 은 도 1 에서 참조되는 전원 (192) 과 동일하거나, 그 전원의 컴포넌트일 수 있다. 전원 (212) 은 상부 전극 (210) 및 하부 전극 (204) 에 AC 전압 및/또는 전류를 제공하도록 구성될 수 있다. AC 전압의 경우, 전원 (212) 은 상술된 바와 같이 영역/챔버 (202) 내에서 개개의 미세 객체들 (미도시) 을 트랩하고 이동시키며, 및/또는 또한 상술된 바와 같이 영역/챔버 (202) 에서 지지 구조 (104) (예를 들어, 유전체층 및/또는 유전체층상의 소수성 코팅) 의 내면 (208) 의 습윤 특성들을 변경하기에 충분히 강한 네트 DEP 힘들 (또는 습윤력들) 을 발생시키기에 충분한 주파수 범위 및 평균 또는 피크 전력 (예를 들어, 전압 또는 전류) 범위를 제공할 수 있다. 그러한 주파수 범위들 및 평균 또는 피크 전력 범위들은 당업계에 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 6,958,132 호 (Chiou 등), 미국 특허 제 RE44,711 (Wu 등) (미국특허 제 7,612,355 호로서 최초로 발행됨), 및 미국 특허 출원 공개 제 US2014/0124370 호 (Short 등), 제 US2015/0306598 호 (Khandros 등) 및 제 US2015/0306599 호 (Khandros 등) 를 참조한다.

격리 펜들. 일반적인 격리 펜들 (224, 226, 및 228) 의 비-제한 예들은 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 미세유체 디바이스 (230) 내에 도시된다. 각각의 격리 펜 (224, 226, 및 228) 는 단리 영역 (240) 및 단리 영역 (240) 을 미세유체 채널 (122) 에 유체 연결하는 연결 영역 (236) 을 정의하는 단리 구조 (232) 를 포함할 수 있다. 연결 영역 (236) 은 미세유체 채널 (122) 로의 근위 (proximal) 개구 (234) 및 단리 영역 (240) 으로의 원위 (distal) 개구 (238) 를 포함할 수 있다. 연결 영역 (236) 은, 채널 (122) 로부터 격리 펜 (224, 226, 228) 안으로 유동하는 유체 배지 (미도시) 의 유동의 최대 침투 깊이가 단리 영역 (240) 안으로 확장하지 않도록 구성될 수 있다. 따라서, 연결 영역 (236) 으로 인해, 격리 펜 (224, 226, 228) 의 단리 영역 (240) 에 배치된 미세 객체 (미도시) 또는 다른 재료 (미도시) 는 미세유체 채널 (122) 에서의 배지 (180) 의 유동으로부터 단리될 수 있고, 실질적으로 이에 의해 영향을 받지 않는다.

도 2a 내지 도 2c 의 격리 펜들 (224, 226, 및 228) 은 각각 미세유체 채널 (122) 에 대해 직접 개방하는 단일 개구를 갖는다. 격리 펜의 개구는 미세유체 채널 (122) 로부터 측방향으로 개방된다. 전극 활성화 기판 (206) 은 미세유체 채널 (122) 및 격리 펜들 (224, 226, 및 228) 양자의 아래에 놓인다. 격리 펜의 바닥을 형성하는, 격리 펜의 인클로저 내의 전극 활성화 기판 (206) 의 상부 표면은 미세유체 디바이스의 유동 채널 (또는 각각, 유동 영역) 의 바닥을 형성하는, 미세유체 채널 (122) (또는 채널이 존재하지 않는 경우 유동 영역) 내의 전극 활성화 기판 (206) 의 상부 표면의 동일한 레벨 또는 실질적으로 동일한 레벨에 배치된다. 전극 활성화 기판 (206) 은 피처리스 (featureless) 일 수도 있거나 그것의 최고 고도로부터 그것의 최저 함몰부까지 약 3 마이크론 이하만큼, 2.5 마이크론, 2 마이크론, 1.5 마이크론, 1 마이크론, 0.9 마이크론, 0.5 마이크론, 0.4 마이크론, 0.2 마이크론, 0.1 마이크론 또는 그 이하보다 작은 만큼 변화하는 불규칙적이거나 패터닝된 표면을 가질 수도 있다. 미세유체 채널 (122) (또는 유동 영역) 및 격리 펜들 양자에 걸친 기판의 상부 표면에서의 고도의 변동은 격리 펜의 벽들 또는 미세유체 디바이스의 벽들의 높이의 약 3%, 2%, 1%, 0.9%, 0.8%, 0.5%, 0.3% 또는 0.1% 보다 작을 수도 있다. 미세유체 디바이스 (200) 에 대해 상세히 설명되지만, 이것은 또한 여기에 기술된 미세유체 디바이스들 (100, 230, 250, 280, 290, 320, 400, 450, 500, 700) 중 임의의 것에 적용된다.

미세유체 채널 (122) 은 따라서, 스윕된 영역의 일 예일 수 있고, 격리 펜들 (224, 226, 228) 의 단리 영역들 (240) 은 스윕되지 않은 영역들의 예들일 수 있다. 주목된 바와 같이, 미세유체 채널 (122) 및 격리 펜들 (224, 226, 228) 은 하나 이상의 유체 배지 (180) 을 포함하도록 구성될 수 있다. 도 2a 및 도 2b 에 도시된 예에서, 포트들 (222) 은 미세유체 채널 (122) 에 연결되고 유체 배지 (180) 가 미세유체 디바이스 (230) 안으로 도입되거나 이로부터 제거되는 것을 허용한다. 유체 배지 (180) 의 도입 전에, 미세유체 디바이스는 이산화탄소 기체와 같은 기체로 프라이밍될 수도 있다. 일단, 미세유체 디바이스 (230) 가 유체 배지 (180) 을 포함하면, 미세유체 채널 (122) 에서 유체 배지 (180) 의 유동 (242) 은 선택적으로 생성 및 정지될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 포트들 (222) 은 미세유체 채널 (122) 의 상이한 위치들 (예를 들어, 반대편 단부들) 에 배치될 수 있고, 배지의 유동 (242) 은 인렛으로서 기능하는 하나의 포트 (222) 로부터 아웃렛으로서 기능하는 다른 포트 (222) 로부터 생성될 수 있다.

도 2c 는 본 개시물에 따른 격리 펜 (224) 의 일 예의 상세 뷰를 예시한다. 미세 객체들 (246) 의 예들이 또한, 도시된다.

알려진 바와 같이, 격리 펜 (224) 의 근위 개구 (234) 를 지나 미세유체 채널 (122) 에서 유체 배지 (180) 의 유동 (242) 은 격리 펜 (224) 의 안 및/또는 밖으로의 배지 (180) 의 세컨더리 유동 (244) 을 야기할 수 있다. 격리 펜 (224) 의 단리 영역 (240) 에서 미세 객체들 (246) 을 세컨더리 유동 (244) 으로부터 단리시키기 위해, (즉, 근위 개구 (234) 로부터 원위 개구 (238) 로의) 격리 펜 (224) 의 연결 영역 (236) 의 길이 (L_con) 는 세컨더리 유동 (244) 의 연결 영역 (236) 안으로의 침투 깊이 (D_p) 보다 커야 한다. 세컨더리 유동 (244) 의 침투 깊이 (D_p) 는 미세유체 채널 (122) 에서 유동하는 유체 배지 (180) 의 속도 및 미세유체 채널 (122) 및 미세유체 채널 (122) 에 대한 연결 영역 (236) 의 근위 개구 (234) 의 구성에 관련한 다양한 파라미터들에 의존한다. 소정의 미세유체 디바이스에 대해, 미세유체 채널 (122) 및 개구 (234) 의 구성들은 고정될 것이지만 반면에, 미세유체 채널 (122) 에서 유체 배지 (180) 의 유동 (242) 의 속도는 가변적일 것이다. 따라서, 각각의 격리 펜 (224) 에 대해, 미세유체 채널 (122) 에서 유체 배지 (180) 의 유동 (242) 에 대한 최대 속도 (V_max) 는, 세컨더리 유동 (244) 의 침투 깊이 (D_p) 가 연결 영역 (236) 의 길이 (L_con) 를 초과하지 않는 것을 보장하도록 식별될 수 있다. 미세유체 채널 (122) 에서 유체 배지 (180) 의 유동 (242) 의 속도가 최대 속도 (V_max) 를 초과하지 않는 한, 결과의 세컨더리 유동 (244) 은 미세유체 채널 (122) 및 연결 영역 (236) 에 제한되고 단리 영역 (240) 밖에서 유지될 수 있다. 미세유체 채널 (122) 에서 배지 (180) 의 유동 (242) 은 따라서, 미세 객체들 (246) 을 단리 영역 (240) 밖으로 인출하지 않을 것이다. 차라리, 단리 영역 (240) 에 위치된 미세 객체들 (246) 은 미세유체 채널 (122) 에서 유체 배지 (180) 의 유동 (242) 에 관계없이 단리 영역 (240) 에 머무를 것이다.

또한, 미세유체 채널 (122) 에서의 배지 (180) 의 유동 (242) 의 속도가 V_max 를 초과하지 않는 한, 미세유체 채널 (122) 에서의 유체 배지 (180) 의 유동 (242) 은 미세유체 채널 (122) 로부터 격리 펜 (224) 의 단리 영역 (240) 으로 잡다한 입자들 (예를 들어, 마이크로입자들 및/또는 나노입자들) 을 이동시키지 않을 것이다. 연결 영역 (236) 의 길이 (L_con) 가 세컨더리 유동 (244) 의 최대 침투 깊이 (D_p) 보다 더 큰 것은 따라서, 미세유체 채널 (122) 또는 다른 격리 펜 (예를 들어, 도 2d 에서 격리 펜들 (226, 228)) 로부터의 잡다한 입자들로 하나의 격리 펜 (224) 의 오염을 방지할 수 있다.

격리 펜들 (224, 226, 228) 의 연결 영역들 (236) 및 미세유체 채널 (122) 이 미세유체 채널 (122) 에서의 배지 (180) 의 유동 (242) 에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 미세유체 채널 (122) 및 연결 영역들 (236) 은 미세유체 디바이스 (230) 의 스윕 (또는 유동) 영역들로 간주될 수 있다. 한편, 격리 펜들 (224, 226, 228) 의 단리 영역들 (240) 은, 스윕되지 않은 (또는 비-유동) 영역들로 간주될 수 있다. 예를 들어, 미세유체 채널 (122) 에서의 제 1 유체 배지 (180) 내의 컴포넌트들 (미도시) 은 미세유체 채널 (122) 로부터 연결 영역 (236) 을 통해 그리고 단리 영역 (240) 내의 제 2 유체 배지 (248) 로의 제 1 배지 (180) 의 컴포넌트들의 확산에 의해서만 실질적으로, 단리 영역 (240) 에서 제 2 유체 배지 (280) 와 혼합할 수 있다. 유사하게, 단리 영역 (240) 에서의 제 2 배지 (248) 의 컴포넌트들 (미도시) 은 단리 영역 (240) 으로부터 연결 영역 (236) 을 통해 그리고 미세유체 채널 (122) 의 제 1 배지 (180) 안으로 제 2 배지 (248) 의 컴포넌트들의 확산에 의해서만 실질적으로, 미세유체 채널 (122) 에서 제 1 배지 (180) 과 혼합할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 확산에 의한 격리 펜의 단리 영역과 유동 영역 사이의 유체 배지 교환의 정도는 유체 교환의 약 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% 보다 더 크거나 약 99% 보다 더 크다. 제 1 배지 (180) 은 제 2 배지 (248) 와 동일한 배지이거나 상이한 배지일 수 있다. 또한, 제 1 배지 (180) 및 제 2 배지 (248) 는 동일하게 시작하고, 그 후 (예를 들어, 단리 영역 (240) 에서 하나 이상의 세포들에 의해 제 2 배지 (248) 의 컨디셔닝을 통해, 또는 미세유체 채널 (122) 을 통해 유동하는 배지 (180) 을 변경함으로써) 상이하게 될 수 있다.

미세유체 채널 (122) 에서 유체 배지 (180) 의 유동 (242) 에 의해 야기된 세컨더리 유동 (244) 의 최대 침투 깊이 (D_p) 는, 위에서 언급된 바와 같이 다수의 파라미터들에 의존할 수 있다. 이러한 파라미터들의 예들은: 미세유체 채널 (122) 의 형상 (예를 들어, 미세유체 채널은 연결 영역 (236) 안으로 배지를 지향시키고, 연결 영역 (236) 으로부터 멀리 배지를 전환시키고, 또는 연결 영역 (236) 의 근위 개구 (234) 에 실질적으로 수직한 방향에서 배지를 미세유체 채널 (122) 로 지향시킬 수 있음); 근위 개구 (234) 에서 미세유체 채널 (122) 의 폭 (W_ch)(또는 단면적); 및 근위 개구 (234) 에서 연결 영역 (236) 의 폭 (W_con)(또는 단면적); 미세유체 채널 (122) 에서 유체 배지 (180) 의 유동 (242) 의 속도 (V); 제 1 배지 (180) 및/또는 제 2 배지 (248) 의 속도 등을 포함한다.

일부 실시형태들에서, 미세유체 채널 (122) 및 격리 펜들 (224, 226, 228) 의 치수들은 미세유체 채널 (122) 에서 유체 배지 (180) 의 유동 (242) 의 벡터에 대하여 다음과 같이 배향될 수 있다: 미세유체 채널 폭 (W_ch)(또는 미세유체 채널 (122) 의 단면적) 은 배지 (180) 의 유동 (242) 에 실질적으로 수직할 수 있다; 개구 (234) 에서 연결 영역 (236) 의 폭 (W_con)(또는 단면적) 은 미세유체 채널 (122) 에서의 배지 (180) 의 유동 (242) 에 실질적으로 평행할 수 있다; 및/또는 연결 영역의 길이 (L_con) 는 미세유체 채널 (122) 에서 배지 (180) 의 유동 (242) 에 실질적으로 수직할 수 있다. 상기는 단지 예들이며, 미세유체 채널 (122) 및 격리 펜들 (224, 226, 228) 의 상대적 위치는 서로에 대하여 다른 배향들에 있을 수 있다.

도 2c 에 예시된 바와 같이, 연결 영역 (236) 의 폭 (W_con) 은 근위 개구 (234) 로부터 원위 개구 (238) 까지 균일할 수 있다. 따라서, 원위 개구 (238) 에서 연결 영역 (236) 의 폭 (W_con) 은 근위 개구 (234) 에서 연결 영역 (236) 의 폭 (W_con) 에 대해 본원에 식별된 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다. 대안으로, 원위 개구 (238) 에서 연결 영역 (236) 의 폭 (W_con) 은 근위 개구 (234) 에서 연결 영역 (236) 의 폭 (W_con) 보다 더 클 수 있다.

도 2c 에 예시된 바와 같이, 원위 개구 (238) 에서 단리 영역 (240) 의 폭은 근위 개구 (234) 에서 연결 영역 (236) 의 폭 (W_con) 과 실질적으로 동일할 수 있다. 원위 개구 (238) 에서 단리 영역 (240) 의 폭은 따라서, 근위 개구 (234) 에서 연결 영역 (236) 의 폭 (W_con) 에 대해 본원에 식별된 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다. 대안으로, 원위 개구 (238) 에서 단리 영역 (240) 의 폭은 근위 개구 (234) 에서 연결 영역 (236) 의 폭 (W_con) 보다 더 크거나 또는 더 작을 수 있다. 또한, 원위 개구 (238) 는 근위 개구 (234) 보다 더 작을 수도 있고, 연결 영역 (236) 의 폭 (W_con) 은 근위 개구 (234) 와 원위 개구 (238) 사이에서 좁아질 수도 있다. 예를 들어, 연결 영역 (236) 은 다양한 상이한 기하학적 구조들을 사용하여 (예를 들어, 연결 영역을 챔퍼링, 연결 영역을 베벨링), 근위 개구와 원위 개구 사이에서 좁아질 수도 있다. 또한, 연결 영역 (236) 의 임의의 부분 또는 하위부분 (예를 들어, 근위 개구 (234) 에 인접한 연결 영역의 부분) 이 좁아질 수도 있다.

도 2d 내지 도 2f 는 도 1a 의 각각의 미세유체 디바이스 (100), 회로 (132) 및 채널 (134) 의 변형들인, 미세유체 회로 (262) 및 유동 채널들 (264) 을 포함하는 미세유체 디바이스 (400) 의 다른 예시적인 실시형태를 도시한다. 미세유체 디바이스 (250) 는 또한, 전술된 격리 펜들 (124, 126, 128, 130, 224, 226 또는 228) 의 추가적인 변형들인 복수의 격리 펜들 (266) 을 갖는다. 특히, 도 2d 내지 도 2f 에 도시된 디바이스 (250) 의 격리 펜들 (266) 은 전술된 디바이스들 (100, 200, 230, 250, 280, 290, 500, 550, 560, 600, 620, 640, 670, 700, 720, 750, 760, 780, 808, 810, 812, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500) 내의 격리 펜들 (124, 126, 128, 130, 224, 226 또는 228) 중 어느 하나를 대체할 수 있다. 마찬가지로, 미세유체 디바이스 (400) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 다른 변형이고, 또한 전술된 미세유체 디바이스 (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), 뿐만 아니라 본원에 설명된 다른 미세유체 시스템 컴포넌트들 중 어느 하나와 동일한 또는 상이한 DEP 구성을 가질 수도 있다.

도 2d 내지 도 2f 의 미세유체 디바이스 (250) 는 지지 구조 (도 2d 내지 도 2f 에서 보이지 않지만, 도 1a 에 도시된 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) 와 동일하거나 일반적으로 유사할 수 있음), 미세유체 회로 구조 (256), 및 커버 (도 2d 내지 도 2f 에서 보이지 않지만, 도 1a 에 도시된 디바이스 (100) 의 커버 (122) 와 동일하거나 일반적으로 유사할 수도 있음) 를 포함한다. 미세유체 회로 구조 (256) 는, 도 1a 에 도시된 디바이스 (100) 의 프레임 (252) 및 미세유체 회로 재료 (260) 와 동일하거나 또는 일반적으로 유사할 수 있는 프레임 (252) 및 미세유체 회로 재료 (260) 를 포함한다. 도 2d 에 나타낸 바와 같이, 미세유체 회로 재료 (260) 에 의해 정의된 미세유체 회로 (262) 는 다수의 격리 펜들 (266) 이 유동적으로 연결되는 다수의 채널들 (264)(2 개가 도시되지만 더 많이 존재할 수 있음) 을 포함할 수 있다.

각각의 격리 펜 (266) 는 단리 구조 (272), 단리 구조 (272) 내의 단리 영역 (270), 및 연결 영역 (268) 을 포함할 수 있다. 미세유체 채널 (264) 에서의 근위 개구 (274) 로부터 단리 구조 (272) 에서의 원위 개구 (276) 까지, 연결 영역 (268) 은 미세유체 채널 (264) 을 단리 영역 (270) 에 유체로 연결시킨다. 일반적으로, 도 2b 및 도 2c 의 상기 논의에 따르면, 미세유체 채널 (264) 에서 제 1 유체 배지 (254) 의 유동 (278) 은 미세유체 채널 (264) 로부터 격리 펜들 (266) 의 각각의 연결 영역들 (268) 안으로 및/또는 밖으로 제 1 배지 (254) 의 세컨더리 유동들 (282) 을 생성할 수 있다.

도 2e 에 예시된 바와 같이, 각각의 격리 펜 (266) 의 연결 영역 (268) 은 일반적으로, 미세유체 채널 (264) 로의 근위 개구 (274) 와 단리 구조 (272) 로의 원위 개구 (276) 사이에서 확장하는 영역을 포함한다. 연결 영역 (268) 의 길이 (L_con) 는 세컨더리 유동 (282) 의 최대 침투 깊이 (D_p) 보다 더 클 수 있고, 이 경우에서 세컨더리 유동 (282) 은 (도 2d 에 도시된 바와 같이) 단리 영역 (270) 을 향해 재지향되지 않고 연결 영역 (268) 으로 확장할 것이다. 대안으로, 도 2f 에 예시된 바와 같이, 연결 영역 (268) 은 최대 침투 깊이 (D_p) 보다 작은 길이 (L_con) 를 가질 수 있고, 이 경우에서 세컨더리 유동 (282) 은 연결 영역 (268) 을 통해 확장하고 단리 영역 (270) 을 향해 재지향될 것이다. 이 후자의 상황에서, 연결 영역 (268) 의 길이들 (L_C1 및 L_C2) 의 합은 최대 침투 깊이 (D_p) 보다 커서, 세컨더리 유동 (282) 이 단리 영역 (270) 안으로 확장하지 않을 것이다. 연결 영역 (268) 의 길이 (L_con) 가 침투 깊이 (D_p) 보다 크든 아니든, 또는 연결 영역 (268) 의 길이들 (L_C1 및 L_C2) 의 합이 최대 침투 깊이 (D_p) 보다 크든 아니든, 최대 속도 (V_max) 를 초과하지 않는 미세유체 채널 (264) 에서의 제 1 배지 (254) 의 유동 (278) 은 침투 깊이 (D_p) 를 갖는 세컨더리 유동을 생성할 것이고, 격리 펜 (266) 의 단리 영역 (270) 에서 미세 객체들 (도시되지 않지만, 도 2e 에 도시된 미세 객체들 (246) 과 동일하거나 또는 일반적으로 유사할 수 있음) 은 미세유체 채널 (264) 에서 제 1 배지 (254) 의 유동 (278) 에 의해 단리 영역 (270) 밖으로 인출되지 않을 것이다. 또한, 미세유체 채널 (264) 에서의 유동 (278) 은 미세유체 채널 (264) 로부터 격리 펜 (266) 의 단리 영역 (270) 안으로 잡다한 재료들 (미도시) 을 인출하지도 않을 것이다. 이와 같이, 확산은, 미세유체 채널 (264) 에서 제 1 배지 (254) 내의 컴포넌트들이 미세유체 채널 (264) 로부터 격리 펜 (266) 의 단리 영역 (270) 내의 제 2 배지 (258) 로 이동할 수 있는 유일한 메커니즘이다. 마찬가지로, 확산은, 격리 펜 (266) 의 단리 영역 (270) 에서의 제 2 배지 (258) 내의 컴포넌트들이 단리 영역 (270) 으로부터 미세유체 채널 (264) 내의 제 1 배지 (254) 로 이동할 수 있는 유일한 메커니즘이다. 제 1 배지 (254) 는 제 2 배지 (258) 와 동일한 배지일 수 있고, 또는 제 1 배지 (254) 는 제 2 배지 (258) 와 상이한 배지일 수 있다. 대안으로, 제 1 배지 (254) 및 제 2 배지 (258) 는 동일하게 시작할 수 있고, 그 후 예를 들어 단리 영역 (270) 내의 하나 이상의 세포들에 의한 제 2 배지의 컨디셔닝을 통해, 또는 미세유체 채널 (264) 을 통해 유동하는 배지를 변경함으로써 상이하게 될 수 있다.

도 2e 에 예시된 바와 같이, 미세유체 채널 (264) 내의 (즉, 도 2d 에서 화살표들 (482) 에 의해 표시된 미세유체 채널을 통한 유체 배지 유동의 방향을 가로질러 취해진) 미세유체 채널들 (264) 의 폭 (W_ch) 은 근위 개구 (274) 의 폭 (W_con1) 에 실질적으로 수직하고 따라서 원위 개구 (276) 의 폭 (W_con2) 에 실질적으로 평행할 수 있다. 근위 개구 (274) 의 폭 (W_con1) 및 원위 개구 (276) 의 폭 (W_con2) 은 그러나, 서로 실질적으로 수직할 필요는 없다. 예를 들어, 근위 개구 (274) 의 폭 (W_con1) 이 배향되는 축 (미도시) 과 원위 개구 (276) 의 폭 (W_con2) 이 배향되는 다른 축 간의 각도는 수직 외 및 따라서 90°이외일 수 있다. 다르게 배향된 각도들의 예들은 다음의 범위들 중 어느 하나의 각도들을 포함한다: 약 30°내지 약 90°, 약 45°내지 약 90°, 약 60°내지 약 90°등.

격리 펜들 (예를 들어, 124, 126, 128, 130, 224, 226, 228, 또는 266) 의 다양한 실시형태들에서, 단리 영역 (예를 들어, 240 또는 270) 은 복수의 미세 객체들을 포함하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 단리 영역은 단지 1, 2, 3, 4, 5, 또는 유사한 상대적으로 작은 수의 미세 객체들 만을 포함하도록 구성될 수 있다. 따라서, 단리 영역의 체적은, 예를 들어 적어도 1x10⁶, 2x10⁶, 4x10⁶, 6x10⁶ 세제곱 마이크론, 또는 그 이상일 수 있다.

격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 미세유체 채널 (예를 들어, 122) 의 폭 (W_ch) 은 다음의 범위들 중 어느 하나 내에 있을 수 있다: 약 50-1000 마이크론, 50-500 마이크론, 50-400 마이크론, 50-300 마이크론, 50-250 마이크론, 50-200 마이크론, 50-150 마이크론, 50-100 마이크론, 70-500 마이크론, 70-400 마이크론, 70-300 마이크론, 70-250 마이크론, 70-200 마이크론, 70-150 마이크론, 90-400 마이크론, 90-300 마이크론, 90-250 마이크론, 90-200 마이크론, 90-150 마이크론, 100-300 마이크론, 100-250 마이크론, 100-200 마이크론, 100-150 마이크론, 및 100-120 마이크론. 일부 다른 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 미세유체 채널 (예를 들어, 122) 의 폭 (W_ch) 은 약 200-800 마이크론, 200-700 마이크론, 또는 200-600 마이크론의 범위에 있을 수 있다. 상기의 것은 단지 예들이며, 미세유체 채널 (122) 의 폭 (W_ch) 은 다른 범위들 (예를 들어, 위에 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다. 또한, 미세유체 채널 (122) 의 폭 (W_ch) 은 격리 펜의 근위 개구 외의 미세유체 채널의 영역들에서 이들 범위들 중 어느 하나에 있도록 선택될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 격리 펜은 약 30 내지 약 200 마이크론, 또는 약 50 내지 약 150 마이크론의 높이를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 격리 펜은 약 1x10⁴ 내지 3x10⁶ 제곱 마이크론, 2x10⁴ 내지 2x10⁶ 제곱 마이크론, 4x10⁴ 내지 1x10⁶ 제곱 마이크론, 2x10⁴ 내지 5x10⁵ 제곱 마이크론, 2x10⁴ 내지 1x10⁵ 제곱 마이크론 또는 약 2x10⁵ 내지 2x10⁶ 제곱 마이크론의 단면적을 갖는다.

격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 미세유체 채널 (예를 들어, 122) 의 높이 (H_ch) 는 다음의 범위들 중 어느 하나 내에 있을 수 있다: 20-100 마이크론, 20-90 마이크론, 20-80 마이크론, 20-70 마이크론, 20-60 마이크론, 20-50 마이크론, 30-100 마이크론, 30-90 마이크론, 30-80 마이크론, 30-70 마이크론, 30-60 마이크론, 30-50 마이크론, 40-100 마이크론, 40-90 마이크론, 40-80 마이크론, 40-70 마이크론, 40-60 마이크론, 또는 40-50 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 미세유체 채널 (예를 들어, 122) 의 높이 (H_ch) 는 다른 범위들 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다. 미세유체 채널 (122) 의 높이 (H_ch) 는 격리 펜의 근위 개구 이외의 미세유체 채널의 영역들에서 이들 범위들 중 어느 하나에 있도록 선택될 수 있다.

격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 미세유체 채널 (예를 들어, 122) 의 단면적은 다음의 범위들 중 어느 하나 내에 있을 수 있다: 500-50,000 제곱 마이크론, 500-40,000 제곱 마이크론, 500-30,000 제곱 마이크론, 500-25,000 제곱 마이크론, 500-20,000 제곱 마이크론, 500-15,000 제곱 마이크론, 500-10,000 제곱 마이크론, 500-7,500 제곱 마이크론, 500-5,000 제곱 마이크론, 1,000-25,000 제곱 마이크론, 1,000-20,000 제곱 마이크론, 1,000-15,000 제곱 마이크론, 1,000-10,000 제곱 마이크론, 1,000-7,500 제곱 마이크론, 1,000-5,000 제곱 마이크론, 2,000-20,000 제곱 마이크론, 2,000-15,000 제곱 마이크론, 2,000-10,000 제곱 마이크론, 2,000-7,500 제곱 마이크론, 2,000-6,000 제곱 마이크론, 3,000-20,000 제곱 마이크론, 3,000-15,000 제곱 마이크론, 3,000-10,000 제곱 마이크론, 3,000-7,500 제곱 마이크론, 또는 3,000 내지 6,000 제곱 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 미세유체 채널 (예를 들어, 122) 의 단면적은 다른 범위들 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다.

격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 연결 영역 (예를 들어, 236) 의 길이 (L_con) 는 다음의 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다: 약 1-600 마이크론, 5-550 마이크론, 10-500 마이크론, 15-400 마이크론, 20-300 마이크론, 20-500 마이크론, 40-400 마이크론, 60-300 마이크론, 80-200 마이크론, 또는 약 100-150 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 연결 영역 (예를 들어, 236) 의 길이 (L_con) 는 상기 예들과 상이한 범위 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다.

격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 연결 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (W_con) 은 다음의 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다: 20-500 마이크론, 20-400 마이크론, 20-300 마이크론, 20-200 마이크론, 20-150 마이크론, 20-100 마이크론, 20-80 마이크론, 20-60 마이크론, 30-400 마이크론, 30-300 마이크론, 30-200 마이크론, 30-150 마이크론, 30-100 마이크론, 30-80 마이크론, 30-60 마이크론, 40-300 마이크론, 40-200 마이크론, 40-150 마이크론, 40-100 마이크론, 40-80 마이크론, 40-60 마이크론, 50-250 마이크론, 50-200 마이크론, 50-150 마이크론, 50-100 마이크론, 50-80 마이크론, 60-200 마이크론, 60-150 마이크론, 60-100 마이크론, 60-80 마이크론, 70-150 마이크론, 70-100 마이크론, 및 80-100 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 연결 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (W_con) 은 상기 예들 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 과 상이할 수 있다.

격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 연결 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (W_con) 은 적어도 격리 펜이 그에 대해 의도되는 미세 객체 (예를 들어, T 세포, B 세포, 또는 난자 또는 배아일 수도 있는 생물학적 세포) 의 최대 치수만큼 클 수 있다. 예를 들어, 난모세포, 난자, 또는 배아가 배치될 격리 펜의 근위 개구 (234) 에서의 연결 영역 (236) 의 폭 (W_con) 은 다음의 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다: 약 100 마이크론, 약 110 마이크론, 약 120 마이크론, 약 130 마이크론, 약 140 마이크론, 약 150 마이크론, 약 160 마이크론, 약 170 마이크론, 약 180 마이크론, 약 190 마이크론, 약 200 마이크론, 악 225 마이크론, 약 250 마이크론, 약 300 마이크론 또는 약 100-400 마이크론, 약 120-350 마이크론, 약 140-300 마이크론, 또는 약 140-200 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 연결 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (W_con) 은 상기 예들(예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 과 상이할 수 있다.

격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 연결 영역의 근위 개구의 폭 (W_pr) 은 적어도 격리 펜이 그에 대해 의도되는 미세 객체 (예를 들어, 세포와 같은 생물학적 미세 객체) 의 최대 치수만큼 클 수도 있다. 예를 들어, 폭 (W_pr) 은 약 50 마이크론, 약 60 마이크론, 약 100 마이크론, 약 200 마이크론, 약 300 마이크론일 수도 있거나, 약 50-300 마이크론, 약 50-200 마이크론, 약 50-100 마이크론, 약 75-150 마이크론, 약 75-100 마이크론, 또는 약 200-300 마이크론의 범위에 있을 수도 있다.

격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 연결 영역 (예를 들어, 236) 의 길이 (L_con) 대 연결 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (W_con) 의 비율은 다음의 비율들 중 어느 하나 이상일 수 있다: 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, 또는 그 이상. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 연결 영역 (236) 의 길이 (L_con) 대 연결 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (W_con) 의 비율은 상기 예들과 상이할 수 있다.

미세유체 디바이스들 (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) 의 다양한 실시형태들에서, V_max 는 대략 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 또는 1.5 마이크로리터/초로 설정될 수 있다.

격리 펜들을 갖는 미세유체 디바이스들의 다양한 실시형태들에서, 격리 펜의 단리 영역 (예를 들어, 240) 의 체적은, 예를 들어 적어도 5x10⁵, 8x10⁵, 1x10⁶, 2x10⁶, 4x10⁶, 6x10⁶, 8x10⁶, 1x10⁷, 5x10⁷, 1x10⁸, 5x10⁸, 또는 8x10⁸ 세제곱 마이크론, 또는 그 이상일 수 있다. 격리 펜들을 갖는 미세유체 디바이스들의 다양한 실시형태들에서, 격리 펜의 체적은 약 5x10⁵, 6x10⁵, 8x10⁵, 1x10⁶, 2x10⁶, 4x10⁶, 8x10⁶, 1x10⁷, 3x10⁷, 5x10⁷, 또는 약 8x10⁷ 세제곱 마이크론, 또는 그 이상일 수 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 격리 펜의 체적은 약 1 나노미터 내지 약 50 나노미터, 2 나노미터 내지 약 25 나노미터, 2 나노미터 내지 약 20 나노미터, 약 2 나노미터 내지 약 15 나노미터, 또는 약 2 나노미터 내지 약 10 나노미터일 수도 있다.

다양한 실시형태에서, 미세유체 디바이스는, 본원에 논의된 실시형태들 중 어느 하나로서 구성된 격리 펜들을 갖고, 여기서 미세유체 디바이스는 약 5 내지 약 10 개의 격리 펜들, 약 10 내지 약 50 개의 격리 펜들, 약 100 내지 약 500 개의 격리 펜들; 약 200 내지 약 1000 개의 격리 펜들, 약 500 내지 약 1500 개의 격리 펜들, 약 1000 내지 약 2000 개의 격리 펜들, 또는 약 1000 내지 약 3500 개의 격리 펜들을 갖는다. 격리 펜들은 모두 동일한 사이즈일 필요는 없고 다양한 구성들 (예를 들어, 격리 펜 내의 상이한 폭들, 상이한 특징들) 을 포함할 수도 있다.

도 2g 는 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스 (280) 를 예시한다. 도 2g 에 예시된 미세유체 디바이스 (280) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 양식화된 다이어그램이다. 실제로, 미세유체 디바이스 (280) 및 그 구성 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 채널들 (122) 및 격리 펜들 (128)) 은 본원에 논의된 치수들을 가질 것이다. 도 2g 에 예시된 미세유체 회로 (120) 는 2 개의 포트들 (107), 4 개의 별개의 채널들 (122) 및 4 개의 별개의 유동 영역들 (106) 을 갖는다. 미세유체 디바이스 (280) 는 각각의 미세유체 채널 (122) 에서 개방된 복수의 격리 펜들을 더 포함한다. 도 2g 에 예시된 미세유체 디바이스에서, 격리 펜들은 도 2c 에 예시된 펜들과 유사한 기하학적 구조라서 연결 영역들 및 단리 영역들 양자 모두를 갖는다. 따라서, 미세유체 회로 (120) 는 스윕된 영역들 (예를 들어, 세컨더리 유동 (244) 의 최대 침투 깊이 (D_p) 내의 연결 영역들 (236) 의 부분들 및 채널들 (122)) 및 스윕되지 않은 영역들 (예를 들어, 세컨더리 유동 (244) 의 최대 침투 깊이 (D_p) 내에 있지 않은 연결 영역들 (236) 의 부분들 및 단리 영역들 (240)) 양자 모두를 포함한다.

코팅 용액들 및 코팅제들. 이론에 의해 제한되도록 의도하지 않으면서, 미세유체 디바이스 (예를 들어, DEP-구성된 및/또는 EW-구성된 미세유체 디바이스) 내에서의 생물학적 미세 객체 (예를 들어, 생물학적 세포) 의 유지보수는, 미세유체 디바이스와 그 안에 유지되는 생물학적 미세 객체(들) 사이의 프라이머리 인터페이스를 제공하는 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 미세유체 디바이스의 적어도 하나 이상의 내면들이 컨디셔닝 또는 코팅된 경우, 용이하게 될 수도 있다 (즉, 생물학적 미세 객체는 미세유체 디바이스 내에서 증가된 생존력, 더 큰 증식 및/또는 더 큰 운반가능성을 나타낸다). 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 내면들 중 하나 이상 (예를 들어, DEP-구성된 미세유체 디바이스의 전극 활성화 기판의 내면, 미세유체 디바이스의 커버, 및/또는 회로 재료의 표면들) 은 생체 분자 및/또는 친수성 분자들의 원하는 층을 생성하기 위해 코팅 용액 및/또는 코팅제에 의해 처리 또는 개질될 수도 있다.

코팅은 생물학적 미세 객체(들) 의 도입 전 또는 후에 도포될 수도 있거나, 생물학적 미세 객체(들) 과 동시에 도입될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생물학적 미세 객체(들) 은 하나 이상의 코팅제들을 포함하는 유체 배지에서 미세유체 디바이스 내로 들여와 질 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (예를 들어, DEP-구성된 미세유체 디바이스) 의 내면(들) 은 미세유체 디바이스 내로 생물학적 미세 객체(들) 의 도입 이전에 코팅제를 포함하는 코팅 용액으로 처리 또는 "프라이밍" 된다.

일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 표면은 생물학적 미세 객체(들) 의 유지 및/또는 증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자들의 층을 제공하는 (예를 들어, 이하에 기술된 바와 같이 컨디셔닝된 표면을 제공하는) 코팅 재료를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 실질적으로 모든 내면들은 코팅 재료를 포함한다. 코팅된 내면(들) 은 유동 영역 (예를 들어, 채널), 챔버, 또는 격리 펜, 또는 이들의 조합의 표면을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 복수의 격리 펜들 각각은 코팅 재료들로 코팅된 적어도 하나의 내면을 갖는다. 다른 실시형태들에서, 복수의 유동 영역들 또는 채널들 각각은 코팅 재료들로 코팅된 적어도 하나의 내면을 갖는다. 일부 실시형태들에서, 복수의 격리 펜들 각각 및 복수의 채널들 각각의 적어도 하나의 내면은 코팅 재료들로 코팅된다.

코팅제/ 용액. 혈청 또는 혈청 인자들, 소 혈청 알부민 (BSA), 폴리머들, 계면활성제들, 효소들, 및 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 임의의 편리한 코팅제/코팅 용액이 사용될 수 있다.

폴리머계 코팅 재료들. 적어도 하나의 내면은 폴리머를 포함하는 코팅 재료를 포함할 수도 있다. 폴리머는 적어도 하나의 표면에 공유결합으로 또는 비공유결합으로 결합될 수도 있다 (또는 비특정적으로 부착될 수도 있다). 폴리머는 예를 들어 블록 폴리머들 (및 코폴리머들), 성형 폴리머들 (성형 코폴리머들), 및 그래프트 또는 빗살모양 폴리머들 (그래프트 코폴리머들) 에서 발견되는 다양한 구조성 모티프들을 가질 수도 있으며, 이들 모두는 여기에 개시된 방법들에 적합할 수도 있다.

폴리머는 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 매우 다양한 알킬렌 에테르 함유 폴리머들이 여기에 기술된 미세유체 디바이스들에서의 사용을 위해 적합할 수도 있다. 알킬렌 에테르 함유 폴리머들의 하나의 비제한적인 예시의 부류는 폴리머 사술 내에 상이한 비율들로 및 상이한 위치들에서 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO) 및 폴리프로필렌 옥사이드 (PPO) 서브유닛들의 블록들을 포함하는 양쪽 친매성 비이온 블록 코폴리머들이다. Pluronic® 폴리머들 (BASF) 은 이러한 타입의 블록 코폴리머들이고, 살아있는 세포들과 접촉할 때 사용하기에 적합한 것으로 당업계에 알려져 있다. 폴리머들은 평균 분자 질량 (M_W) 에서 약 2000Da 로부터 약 20KDa 까지의 범위에 있을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, PEO-PPO 블록 코폴리머는 약 10 (예를 들어, 12-18) 보다 큰 친수성-친유성 밸런스 (HLB) 를 가질 수 있다. 코팅된 표면을 산출하기 위해 유용한 특정의 Pluronic® 폴리머들은 Pluronic® L44, L64, P85, 및 F127 (F127NF 를 포함) 을 포함한다. 알킬렌 에테르 함유 폴리머들의 다른 부류는 폴리에틸렌 글리콜 (PEG M_W < 100,000Da) 또는 대안적으로 폴리에티렌 옥사이드 (PEO, M_W > 100,000) 이다. 일부 실시형태들에서, PEG 는 약 1000Da, 5000Da, 10,000Da 또는 20,000Da 의 M_W 를 가질 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 카르복실릭산 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 카르복실릭산 서브유닛은 알킬, 알케닐 또는 방향족 모이어티 포함 서브유닛일 수도 있다. 하나의 비제한적인 예는 폴리락틱산 (PLA) 이다. 다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 폴리머 백본의 말단 또는 폴리머의 백본으로부터의 펜던트 (pendant) 에서 포스페이트 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 술포닉산 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 술포닉산 서브유닛은 알킬, 알케닐 또는 방향족 모이어티 포함 서브유닛일 수도 있다. 하나의 비제한적인 예는 폴리스티렌 술포닉산 (PSSA) 또는 폴리아네톨 술포닉산이다. 추가의 실시형태들에서, 코팅 재료는 아민 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 폴리아미노 폴리머는 천연 폴리아민 폴리머 또는 합성 폴리아민 폴리머를 포함할 수도 있다. 천연 폴리아민들의 예들은 스페르민, 스페르미딘, 및 푸트레신을 포함한다.

다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 당류 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 비제한적인 예에서, 크산탄 검 또는 덱스트란과 같은 다당류들은 미세유체 디바이스에서 세포 스티킹 (sticking) 을 감소시키거나 방지할 수 있는 재료를 형성하는데 적합할 수도 있다. 예를 들어, 약 3kDa 의 사이즈를 갖는 덱스트란 폴리머는 미세유체 디바이스 내의 표면을 위한 코팅 재료를 제공하기 위해 사용될 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 뉴클레오티드 모이어티들을 포함하는 폴리머, 즉 핵산을 포함할 수도 있으며, 이것은 리보뉴클레오티드 모이어티들 또는 데옥시리보뉴클레오티드 모이어티들을 가져서 고분자전해질 표면을 제공할 수도 있다. 핵산은 천연 뉴클레오티드 모이어티들만을 포함할 수도 있거나 제한 없이 7-디아자아데닌, 펜토오스, 메틸 포스포네이트 또는 포스포로티오에이트 모이어티들과 같은 핵염기, 리보오스 또는 포스페이트 모이어티 유사체들을 포함하는 비천연 뉴클레오티브 모이어티들을 포함할 수도 있다.

또 다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 아미노산 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 아미노산 모이어티들을 포함하는 폴리머는 천연 아미노 액시드 포함 폴리머 또는 비천연 아미노 액시드 포함 폴리머를 포함할 수도 있으며, 이들 중 어느 것은 펩티드, 폴리펩티드 또는 단백질을 포함할 수도 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 단백질은 코팅제들로서 알부민 및/또는 하나 이상의 다른 유사한 단백질들을 포함하는 소 혈청 알부민 (BSA) 및/또는 혈청 (또는 다수의 상이한 혈청들의 조합) 일 수도 있다. 혈청은 신생 우아 (fetal calf) 혈청, 양 혈청, 염소 혈청, 말 혈청 등을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 임의의 편리한 소스로부터일 수 있다. 소정의 실시형태들에서, 코팅 용액 내의 BSA 는 5 mg/mL, 10 mg/mL, 20 mg/mL, 30 mg/mL, 40 mg/mL, 50 mg/mL, 60 mg/mL, 70 mg/mL, 80 mg/mL, 90 mg/mL, 또는 그 이상 또는 이들 사이의 임의의 값을 포함하는 약 1 mg/mL 로부터 약 100 mg/mL 까지의 범위에서 존재한다. 소정의 실시형태들에서, 코팅 용액 내의 혈청은 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 그 이상 또는 이들 사이의 임의의 값을 포함하는 약 20% (v/v) 로부터 약 50% v/v 까지의 범위에서 존재할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, BSA 는 5 mg/mL 로 코팅 용액 내에서 코팅제로서 존재할 수도 있지만, 다른 실시형태들에서, BSA 는 70 mg/mL 로 코팅 용액 내에서 코팅제로서 존재할 수도 있다. 소정의 실시형태들에서, 혈청은 30% 로 코팅 용액 내에서 코팅제로서 존재한다. 일부 실시형태들에서, 세포외 기질 (ECM) 단백질은 세포 성장을 조성하기 위해 최적화된 세포 부착을 위해 코팅 재료 내에 제공될 수도 있다. 코팅 재료에 포함될 수도 있는 세포 기질 단백질은 콜라겐, 엘라스틴, RGD-함유 펩티드 (예를 들어, 피브로넥틴), 또는 라미닌을 포함할 수 있지만, 이들에 제한되지 않는다. 또 다른 실시형태들에서, 성장 인자들, 사이토킨들, 호르몬들 또는 다른 세포 시그널링 종이 미세유체 디바이스의 코팅 재료 내에 제공될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 코팅 재료는 알킬렌 옥사이드 모이어티들, 카르복실릭산 모이어티들, 술포닉산 모이어티들, 포스페이트 모이어티들, 당류 모이어티들, 뉴클레오티드 모이어티들, 또는 아미노산 모이어티들 중 2 이상을 함유하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 폴리머 컨디셔닝된 표면은 각각 알킬렌 옥사이드 모이어티들, 카르복실릭산 모이어티들, 술포닉산 모이어티들, 포스페이트 모이어티들, 당류 모이어티들, 뉴클레오티드 모이어티들, 및/또는 아미노산 모이어티들을 갖는 2 이상의 폴리머의 혼합물을 포함할 수도 있으며, 그것은 코팅 재료 내로 독립적으로 또는 동시에 통합될 수도 있다.

공유결합으로 연결된 코팅 재료들. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 내면은 미세유체 디바이스 내에서 생물학적 미세 객체(들) 의 유지보수/증식을 위해 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하는 공유결합으로 연결된 분자들을 포함하여, 그러한 세포들에 대한 컨디셔닝된 표면을 제공한다.

공유결합으로 연결된 분자들은 연결 기 (linking group) 를 포함하며, 여기서 연결 기는 이하에 기술된 바와 같이 미세유체 디바이스의 하나 이상의 표면들에 공유결합으로 연결된다. 연결 기는 또한 생물학적 미세 객체(들) 의 유지보수/증식을 위해 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티에 공유결합으로 연결된다.

일부 실시형태들에서, 생물학적 미세 객체(들) 의 유지보수/증식을 위해 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 공유결합으로 연결된 모이어티는 알킬 또는 플루오로알킬 (퍼플루오로알킬을 포함함) 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이것에 제한되지 않는) 단당류 또는 다당류; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이것에 제한되지 않는) 알콜류; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이것에 제한되지 않는 폴리알콜류; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이것에 제한되지 않는 알킬렌 에테르류; (폴리아크릴릭산 또는 폴리비닐 포스포닉산을 포함하지만 이것에 제한되지 않는) 고분자 전해질류; 아미노기들 (알킬레이티드 아민류, 히드록시알킬레이티드 아미노기, 구아니디늄과 같은, 그러나 이들에 제한되지 않는 그것의 유도체들, 및 모르폴리닐 또는 피페라지닐과 같은, 그러나 이들에 제한되지 않는 비방향화된 질소 고리 원자를 함유하는 헤테로실릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온성 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올릭산을 포함하지만 이것에 제한되지 않는 카르복실릭산류; (포스포네이트 음이온성 표면을 제공할 수도 있는) 에티닐 포스포닉산을 포함하지만 이것에 제한되지 않는 포스포닉산류; 술포네이트 음이온들; 카르복시베타인류; 술포베타인류; 술파믹산류; 또는 아미노산류를 포함할 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 내의 생물학적 미세 객체(들) 의 유지보수/증식을 위해 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 공유결합으로 연결된 모이어티는 알킬 모이어티와 같은 비-폴리머 모이어티들, (퍼플루오로알킬 모이어티를 포함하지만 이에 제한되지 않는) 플루오로알킬 모이어티와 같은 치환된 알킬 모이어티, 아미노산 모이어티, 알콜 모이어티, 아미노 모이어티, 카르복실릭산 모이어티, 포스포닉산 모이어티, 술포닉산 모이어티, 술파믹산 모이어티, 또는 당류 모이어티를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 공유결합으로 연결된 모이어티는 상술된 모이어티들 중 임의의 것일 수도 있는 폴리머 모이어티들을 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 공유결합으로 연결된 알킬 모이어티는 선형 체인 (예를 들어, 적어도 10 개의 탄소들, 또는 적어도 14, 16, 18, 20, 22 개, 또는 그 이상의 탄소들의 선형 체인) 을 형성하는 탄소 원자들을 포함할 수도 있고, 비분기형 알킬 모이어티일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 기는 치환된 알킬 기 (예를 들어, 알킬 기에서의 탄소들의 일부는 플루오르화 또는 퍼플루오르화될 수 있음) 를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 기는 비-치환된 알킬 기를 포함할 수도 있는 제 2 분절 (segment) 에 결합된, 퍼플루오로알킬 기를 포함할 수도 있는 제 1 분절을 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 및 제 2 분절들은 직접적으로 또는 (예를 들어, 에테르 결합에 의해) 간접적으로 결합될 수도 있다. 알킬 기의 제 1 분절은 연결 기에서 멀리 위치될 수도 있고, 알킬 기의 제 2 분절은 연결 기에 근접하여 위치될 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 공유결합으로 연결된 모이어티는 2 이상의 타입의 아미노산을 포함할 수도 있는 적어도 하나의 아미노산을 포함할 수도 있다. 따라서, 공유결합으로 연결된 모이어티는 펩티드 또는 단백질을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 공유결합으로 연결된 모이어티는 세포 성장, 생존력, 운반가능성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하기 위해 양쪽성 이온 표면을 제공할 수도 있는 아미노산을 포함할 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 공유결합으로 연결된 모이어티는 적어도 하나의 알킬렌 옥사이드 모이어티를 포함할 수도 있고, 상술된 바와 같은 임의의 알킬렌 옥사이드 폴리머를 포함할 수도 있다. 알킬렌 에테르 함유 폴리머들의 하나의 유용한 부류는 폴리에틸렌 글리콜 (PEG M_W < 100,000Da) 또는 대안적으로 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO, M_W > 100,000) 이다. 일부 실시형태들에서, PEG 는 약 1000Da, 5000Da, 10,000Da 또는 20,000Da 의 M_W 를 가질 수도 있다.

공유결합으로 연결된 모이어티는 하나 이상의 당류를 포함할 수도 있다. 공유결합으로 연결된 당류는 단당류, 이당류, 또는 다당류일 수도 있다. 공유결합으로 연결된 당류는 표면에 대한 부착을 위해 커플링 또는 정교화 (elaboration) 를 허용하는 반응성 페어링 (pairing) 모이어티를 도입하기 위해 개질될 수도 있다. 예시적인 반응성 페어링 모이어티들은 알데히드, 알킨 또는 할로 모이어티들을 포함할 수도 있다. 다당류는 랜덤 양식으로 개질될 수도 있으며, 여기서 당류 모노머들 각각이 개질될 수도 있거나 다당류 내의 당류 모노머들의 일부만이 표면에 직접 또는 간접으로 커플링될 수도 있는 반응성 페어링 모이어티를 제공하기 위해 개질된다. 하나의 예는 비분기형 링커를 통해 표면에 간접적으로 커플링될 수도 있는 덱스트란 다당류를 포함할 수도 있다.

공유결합으로 연결된 모이어티는 하나 이상의 아미노기들을 포함할 수도 있다. 아미노기는 치환된 아민 모이어티, 구아니딘 모이어티, 질소 함유 헤테로시클릭 모이어티 또는 헤테로아릴 모이어티일 수도 있다. 아미노 함유 모이어티들은 미세유체 디바이스 내의, 및 선택적으로 격리 펜들 및/또는 유동 영역들 (예를 들어, 채널들) 내의 환경의 pH 변경을 허용하는 구조들을 가질 수도 있다.

컨디셔닝된 표면을 제공하는 코팅 재료는 단지 한 종류의 공유결합으로 연결된 모이어티를 포함할 수도 있거나 2 이상의 상이한 종류의 공유결합으로 연결된 모이어티를 포함할 수도 있다. 예를 들어, (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 컨디셔닝된 표면들은 모두 동일한, 예를 들어, 표면에 대한 동일한 연결 기 및 공유결합 부착, 동일한 전체 길이, 및 플루오로알킬 모이어티를 포함하는 동일한 수의 플루오로메틸렌 유닛들을 갖는 복수의 공유결합으로 연결된 모이어티들을 가질 수도 있다. 대안적으로, 코팅 재료는 표면에 부착된 2 이상의 종류의 공유결합으로 연결된 모이어티를 가질 수도 있다. 예를 들어, 코팅 재료는 특정의 수의 메틸렌 또는 플루오로메틸렌 유닛들을 가지는 공유결합으로 연결된 알킬 또는 플루오로알킬 모이어티들을 갖는 분자들을 포함할 수도 있고, 더 큰 수의 메틸렌 또는 플루오로메틸렌 유닛들을 갖는 알킬 또는 플루오로알킬 사슬에 공유결합으로 부착된 대전된 모이어티들을 갖는 분자들의 추가의 세트를 더 포함할 수도 있으며, 이것은 코팅된 표면에서 더 덩치가 큰 (bulkier) 모이어티들을 제공하는 용량을 제공할 수도 있다. 이러한 예에서, 상이한, 덜 입체구조로 요구하는 말단들 및 더 적은 백본 원자들을 갖는 분자들의 제 1 세트는 전체 기판 표면을 기능화하고, 이것에 의해 기판 자체를 구성하는 실리콘/실리콘 옥사이드, 하프늄 옥사이드 또는 알루미나와의 원하지 않는 부착 또는 접촉을 방지하는 것을 도울 수 있다. 다른 예에서, 공유결합으로 연결된 모이어티들은 표면상에서 랜덤한 양식으로 교번하는 전하들을 제시하는 양쪽성 이온 표면을 제공할 수도 있다.

컨디셔닝된 표면 특성들. 컨디셔닝된 표면의 조성은 별문제로 하고, 소수성 재료의 물리적 두께와 같은 다른 인자들은 DEP 힘에 영향을 줄 수 있다. 컨디셔닝된 표면이 기판상에 형성되는 방식 (예를 들어, 기상증착, 액상 증착, 스핀 코팅, 플러딩, 및 정전 코팅) 과 같은 여러 인자들이 컨디셔닝된 표면의 물리적 두께를 변경할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 약 1 nm 내지 약 10 nm; 약 1 nm 내지 약 7 nm; 약 1 nm 내지 약 5 nm 의 범위의 또는 이들 사이의 임의의 개개의 값의 두께를 갖는다. 다른 실시형태들에서, 공유결합으로 연결된 모이어티들에 의해 형성된 컨디셔닝된 표면은 약 10 nm 내지 약 50 nm 의 두께를 가질 수도 있다. 여러 실시형태들에서, 여기에 기술된 바와 같이 준비된 컨디셔닝된 표면은 10 nm 미만의 두께를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면의 공유결합으로 연결된 모이어티들은 미세유체 디바이스의 표면 (예를 들어, DEP 구성 기판 표면) 에 공유결합으로 연결될 때 단분자층을 형성할 수도 있고, 10 nm 미만 (예를 들어, 5 nm 미만, 또는 약 1.5 내지 3.0 nm) 의 두께를 가질 수도 있다. 이들 값들은 약 30 nm 의 범위에서의 두께를 갖는 CYTOP® (Asahi Glass Co., Ltd. JP) 플루오로폴리머 스핀 코팅의 값들과 대조적이다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 완벽하게 형성된 단분자층이 DEP 구성 미세유체 디바이스 내에서의 동작을 위해 적합하게 기능적이도록 요구하지 않는다.

여러 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 컨디셔닝된 표면을 제공하는 코팅 재료는 바람직한 전기적 특성들을 제공할 수도 있다. 이론에 의해 제한되도록 의도하지 않고, 특정의 코팅 재료로 코팅된 표면의 강건성에 영향을 주는 하나의 인자는 본질적 (intrinsic) 전하 트랩핑이다. 상이한 코팅 재료들이 전자들을 트랩할 수도 있고, 이것은 코팅 재료의 고장을 야기할 수 있다. 코팅 재료에서의 결함들은 전하 트랩핑을 증가시킬 수도 있고 코팅 재료의 추가의 고장을 야기할 수도 있다. 유사하게, 상이한 코팅 재료들은 전하 트랩핑에 영향을 줄 수도 있는 상이한 절연 내력들 (즉, 절연 파괴를 야기하는 최소 인가 전계) 을 갖는다. 소정의 실시형태들에서, 코팅 재료는 전하 트랩핑의 양을 감소시키거나 제한하는 전체 구조 (예를 들어, 빽빽히 채워진 단분자층 구조) 를 가질 수 있다.

그것의 전기적 특성들에 더하여, 컨디셔닝된 표면은 또한 생물학적 분자들과 함께 사용하는데 유익한 특성들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 플루오리네이티드 (또는 퍼플루오리네이티드) 탄소 사슬들을 함유하는 컨디셔닝된 표면은 표면 부착물의 양을 감소시킴에 있어서 알킬-말단 사슬들에 비해 이익을 제공할 수도 있다. 여기서 사용된 표면 부착물은 미세유체 디바이스의 표면상의 무분별한 재료 증착의 양을 지칭하며, 그것은 단백질 및 그것의 분해 생성물들, 핵산들 및 각각의 분해 생성물들 등과 같은 생체재료들의 영구적인 또는 반영구적인 증착을 포함할 수도 있다.

유니터리 (unitary) 또는 멀티- 파트 컨디셔닝된 표면. 공유결합으로 연결된 코팅 재료는 이하에 기술되는 바와 같이, 미세유체 디바이스 내의 생물학적 미세 객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자들의 층을 제공하도록 구성된 모이어티를 이미 함유하는 분자의 반응에 의해 형성될 수도 있다. 대안적으로, 공유결합으로 연결된 코팅 재료는 그 자신이 표면에 공유결합으로 연결된 표면 개질 리간드에 생물학적 미세 객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티를 커플링함으로써 2-파트 시퀀스에서 형성될 수도 있다.

공유결합으로 연결된 코팅 재료를 준비하는 방법들. 일부 실시형태들에서, (예를 들어, 격리 펜들 및/또는 유동 영역들의 적어도 하나의 표면을 포함하는) 미세유체 디바이스의 표면에 공유결합으로 연결되는 코팅 재료는 식 1 또는 식 2 의 구조를 갖는다. 코팅 재료가 하나의 단계에서 표면에 도입될 때, 그것은 식 1 의 구조를 갖는 반면, 코팅 재료가 다수의 단계 프로세스에서 도입되는 경우, 그것은 식 2 의 구조를 갖는다.

식 1 ,

또는,

식 2

코팅 재료는 DEP-구성 또는 EW-구성 기판의 표면의 산화물들에 공유결합으로 연결될 수도 있다. DEP- 또는 EW-구성 기판은 실리콘, 실리콘 옥사이드, 알루미나, 또는 하프늄 옥사이드를 포함할 수도 있다. 산화물들은 기판의 본래의 화학적 구조의 부분으로서 제공될 수도 있거나 이하에 논의된 바와 같이 도입될 수도 있다.

코팅 재료는 산화물들과 실록산 또는 포스포닉산기의 반응으로부터 형성된 실록시 또는 포스포네이트 에스테르기일 수도 있는 연결 기 ("LG") 를 통해 산화물들에 부착될 수도 있다. 미세유체 디바이스 내에서 생물학적 미세 객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티는 여기에 기술된 모이어티들 중 임의의 것일 수 있다. 연결 기 (LG) 는 미세유체 디바이스 내에서 생물학적 미세 객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티에 직접 또는 간접으로 연결될 수도 있다. 연결 기 (LG) 가 모이어티에 직접 연결되는 경우, 선택적 링커 ("L") 는 존재하지 않고 n 은 0 이다. 연결 기 (LG) 가 모이어티에 간접으로 연결되는 경우, 링커 (L) 는 존재하고 n 은 1 이다. 링커 (L) 는 선형 부분을 포함할 수도 있으며, 여기서 그 선형 부분의 백본은 당업계에 알려진 바와 같은 화학 결합 제한들을 받는, 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비수소 원자들을 포함할 수도 있다. 그것은 에테르, 아미노, 카르보닐, 아미도, 또는 포스포네이트 기들, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 또는 헤테로시클릭 기들로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 모이어티들의 임의의 조합으로 차단될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 링커 (L) 의 백본은 10 내지 20 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 링커 (L) 의 백본은 약 5 개의 원자들 내지 약 200 개의 원자들; 약 10 개의 원자들 내지 약 80 개의 원자들; 약 10 개의 원자들 내지 약 50 개의 원자들; 또는 약 10 개의 원자들 내지 약 40 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 백본 원자들은 모두 탄소 원자들이다.

일부 실시형태들에서, 생물학적 미세 객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티는 멀티-단계 프로세스에서 기판의 표면에 첨가될 수도 있고, 상술된 바와 같이 식 2 의 구조를 갖는다. 그 모이어티는 상술된 모이어티들 중 임의의 것일 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 커플링 기 (CG) 는 반응성 모이어티 (R_X) 와 반응성 페어링 모이어티 (R_PX) (즉, 반응성 모이어티 (R_X) 와 반응하도록 구성된 모이어티) 의 반응으로부터의 결과의 기를 나타낸다. 예를 들어, 하나의 통상적인 커플링 기 (CG) 는 활성화된 에스테르, 산 클로라이드 등과 같은 카르복실릭산의 유도체와 아미노기의 반응의 결과인 카로복사미딜기를 포함할 수도 있다. 다른 CG 는 트리아졸릴렌기, 카르복사미딜, 티오아미딜, 옥심, 메르캅틸, 디술피드, 에테르, 또는 알케닐기, 또는 반응성 모이어티의 그의 각각의 반응성 페어링 모이어티와의 반응 시에 형성될 수도 있는 임의의 다른 적합한 기를 포함할 수도 있다. 커플링 기 (CG) 는 상술된 바와 같은 원소들의 임의의 조합을 포함할 수도 있는 링커 (L) 의 제 2 단부 (즉, 미세유체 디바이스 내에서 생물학적 미세 객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티에 근접한 단부) 에 위치될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 커플링 기 (CG) 는 링커 (L) 의 백본을 차단할 수도 있다. 커플링 기 (CG) 가 트리아졸릴렌인 경우, 그것은 클릭 커플링 반응으로부터 야기되는 생성물일 수도 있고 더 치환될 수도 있다 (예를 들어, 디벤조시클로옥테닐 용융 트리아졸릴렌기).

일부 실시형태들에서, 코팅 재료 (또는 표면 개질 리간드) 는 화학적 기상 증착을 사용하여 미세유체 디바이스의 내면들에 증착된다. 기상 증착 프로세스는 예를 들어, 용매 배스, 음파처리, 또는 이들의 조합에 노출함으로써 커버 (110), 미세유체 회로 재료 (116), 및/또는 기판 (DEP-구성 기판의 전극 활성화 기판 (206) 의 내면 (208), 또는 EW-구성 기판의 지지 구조 (104) 의 유전체층) 을 사전 세정함으로써 선택적으로 향상될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 그러한 사전 세정은 동시에 산화된 표면 (여기에 기술된 바와 같이 공유결합으로 개질될 수도 있는 표면에서의 산화물들) 을 도입하면서 여러 불순물들을 제거할 수 있는 산소 플라즈마 클리너에서 커버 (110), 미세유체 회로 재료 (116), 및/또는 기판을 처리하는 것을 포함할 수 있다. 대안적으로, 하이드로클로릭산와 하이드로전 페록사이드의 혼합물 또는 설퓨릭산와 하이드로전 페록사이드의 혼합물 (예를 들어, 약 3:1 내지 약 7:1 의 범위의 설퓨릭산 대 하이드로전 페록사이드의 비를 가질 수도 있는 피라냐 용액) 과 같은 액상 처리들은 산소 플라즈마 클리너 대신에 사용될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 기상 증착은 미세유체 디바이스 (200) 가 미세유체 회로 (120) 를 정의하는 인클로저 (102) 를 형성하기 위해 조립된 후 미세유체 디바이스 (200) 의 내면을 코팅하기 위해 사용된다. 이론에 의해 제한되도록 의도하지 않고, 완전히 조립된 미세유체 회로 (120) 상에 그러한 코팅 재료를 증착하는 것은 미세유체 회로 재료 (116) 와 전극 활성화 기판 (206) 유전체층 및/또는 커버 (110) 사이의 약해진 결합에 의해 야기되는 박리를 방지하는데 유익할 수도 있다. 2-단계 프로세스가 채용되는 실시형태들에서, 표면 개질 리간드는 생물학적 미세 객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티의 후속적인 도입으로, 상술된 바와 같은 기상 증착을 통해 도입될 수도 있다. 후속적인 반응은 용액 내의 적합한 커플링 시약에 표면 개질된 미세유체 디바이스를 노출시킴으로써 수행될 수도 있다.

도 2h 는 컨디셔닝된 표면을 제공하는 예시적인 공유결합으로 연결된 코팅 재료를 갖는 미세유체 디바이스 (290) 의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, (개략적으로 도시된) 코팅 재료들 (298) 은 DEP 기판일 수도 있는 베이스 (286) 의 내면 (294), 및 미세유체 디바이스 (290) 의 커버 (288) 의 내면 (292) 양자에 공유결합으로 결합된 빽빽하게 채워진 분자들의 단분자층을 포함할 수 있다. 코팅 재료 (298) 는 일부 실시형태들에서 그리고 상술된 바와 같이 미세유체 디바이스 (290) 내의 회로 엘리먼트들 및/또는 구조들을 정의하기 위해 사용되는 미세유체 회로 재료 (미도시) 의 표면들을 포함하는, 미세유체 디바이스 (290) 의 인클로저 (284) 에 근접하고, 그것을 향해 내부로 마주하는 실질적으로 모든 내면들 (294, 292) 에 증착될 수 있다. 대안적인 실시형태들에서, 코팅 재료들 (298) 은 미세유체 디바이스 (290) 의 내면들의 단지 하나 또는 일부에만 증착될 수 있다.

도 2h 에 도시된 실시형태에서, 코팅 재료 (298) 는 오르가노실록산 분자들의 단분자층을 포함할 수 있고, 각각의 분자는 실록시 링커 (296) 를 통해 미세유체 디바이스 (290) 의 내면들 (292, 294) 에 공유결합으로 결합된다. 상술된 코팅 재료들 (298) 중 임의의 것이 사용될 수 있으며 (예를 들어, 알킬-말단, 플루오로알킬 말단 모이어티, PEG-말단 모이어티, 덱스트란 말단 모이어티, 또는 오르가노실록시 모이어티들에 대한 포지티브 또는 네거티브 전하들을 함유하는 말단 모이어티), 여기서 말단 모이어티는 그것의 인클로저 대향 말단 (즉, 내면들 (292, 294) 에 결합되지 않고 인클로저 (284) 에 근접한 코팅 재료 (298) 의 단부자층의 부분) 에 배치된다.

다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (290) 의 내면(들) (292, 294) 을 코팅하기 위해 사용되는 코팅 재료 (298) 는 음이온성, 양이온성, 또는 양쪽성 이온 모이어티들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이론에 의해 제한되도록 의도하지 않고, 미세유체 회로 (120) 의 인클로저 (284) 의 내면들에 양이온성 모이어티들, 음이온성 모이어티들, 및/또는 양쪽성 이온 모이어티들을 제공함으로써, 코팅 재료 (298) 는 수화의 결과의 물이 비생물학적 분자들 (예를 들어, 기판의 실리콘 및/또는 실리콘 산화물) 과의 상호작용들로부터 생물학적 미세 객체들을 분리하는 층 (또는 "실드 (shield)") 으로서 작용하도록 물 분자들과 강한 수소 결합들을 형성할 수 있다. 또, 코팅 재료 (298) 가 코팅제들과 함께 사용되는 실시형태들에서, 코팅 재료 (298) 의 음이온들, 양이온들, 및/또는 양쪽성 이온들은 인클로저 (284) 내의 배지 (180) (예를 들어, 코팅 용액) 에 존재하는 비공유결합 코팅제들 (예를 들어, 용액 내의 단백질들) 의 대전된 부분들과 이온성 결합들을 형성할 수 있다.

또 다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 친수성 코팅제를 그것의 인클로저-대향 말단에 포함하거나 제공하도록 화학적으로 개질될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 코팅 재료는 PEG 와 같은 알킬렌 에테르 함유 폴리머를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 코팅 재료는 덱스트란과 같은 다당류를 포함할 수도 있다. 상술된 대전된 모이어티들 (예를 들어, 양이온성 모이어티들, 음이온성 모이어티들, 및/또는 양쪽성 이온 모이어티들) 처럼, 친수성 코팅제는 수화의 결과의 물이 비생물학적 분자들 (예를 들어, 기판의 실리콘 및/또는 실리콘 산화물) 과의 상호작용들로부터 생물학적 미세 객체들을 분리하는 층 (또는 "실드 (shield)") 으로서 작용하도록 물 분자들과 강한 수소 결합들을 형성할 수 있다. 적절한 코팅 처리들 및 개질들의 추가의 상세들이 2016 년 4월 22일자로 출원되고, 그 전체가 참조에 의해 포함되는 미국 출원 번호 제 15/135,707 호에서 발견될 수도 있다.

미세유체 디바이스의 격리 펜들 내의 세포들의 생존력의 유지보수를 위한 추가적인 시스템 컴포넌트들. 세포 개체수들의 성장 및/또는 증식을 증진시키기 위해, 기능성 세포들을 유지하게 하는 환경적 조건들은 시스템의 추가적인 컴포넌트들에 의해 제공될 수도 있다. 예를 들어, 그러한 추가적인 컴포넌트들은 영양분들, 세포 성장 시그널링 종, pH 조절, 가스 교환, 온도 제어, 및 세포들로부터의 쓰레기 산물들의 제거를 제공할 수 있다.

시스템 동작 및 광학적 제어. 도 3a 및 도 3b 는 본 개시물에 따른 미세유체 디바이스들 (예를 들어, 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) 을 동작 및 관찰하는데 사용될 수 있는 시스템 (150) 의 다양한 실시형태들을 나타낸다. 도 3a 에 예시된 바와 같이, 시스템 (150) 은 미세유체 디바이스 (100)(미도시), 또는 본원에 설명된 임의의 다른 미세유체 디바이스를 유지하도록 구성된 구조 ("네스트 (nest)")(300) 를 포함할 수 있다. 네스트 (300) 는 미세유체 디바이스 (320) (예를 들어, 광학적으로-작동된 동전기 디바이스 (100)) 와 인터페이스하고 전원 (192) 으로부터 미세유체 디바이스 (320) 로 전기적 연결들을 제공할 수 있는 소켓 (302) 을 포함할 수 있다. 네스트 (300) 는 집적된 전기 신호 생성 서브시스템 (304) 을 더 포함할 수 있다. 전기 신호 생성 서브시스템 (304) 은, 바이어싱 전압이, 미세유체 디바이스가 소켓 (302) 에 의해 유지되는 경우 미세유체 디바이스 (320) 내의 전극들의 쌍 양단에 인가되도록 바이어싱 전압을 소켓 (302) 에 공급하도록 구성될 수 있다. 따라서, 전기 신호 생성 서브시스템 (304) 은 전원 (192) 의 부분일 수 있다. 미세유체 디바이스 (320) 에 바이어싱 전압을 인가하는 능력은, 바이어싱 전압이, 미세유체 디바이스 (320) 가 소켓 (302) 에 의해 유지되는 경우 항상 인가될 것이라는 것을 의미하지는 않는다. 차라리, 대부분의 경우들에서, 바이어싱 전압은 간헐적으로, 예를 들어 미세유체 디바이스 (320) 에서 유전영동 또는 전기습윤과 같은 동전기적 힘들의 생성을 용이하게 하도록 필요할 때에만, 인가될 것이다.

도 3a 에 예시된 바와 같이, 네스트 (300) 는 인쇄 회로 기판 어셈블리 (PCBA)(322) 를 포함할 수 있다. 전기 신호 생성 서브시스템 (304) 은 PCBA (322) 상에 장착되고 이 안에 전기적으로 집적될 수 있다. 예시적인 지지체는 PCBA (322) 상에 또한 장착된 소켓 (302) 을 포함한다.

통상적으로, 전기 신호 생성 서브시스템 (304) 은 파형 생성기 (미도시) 를 포함할 것이다. 전기 신호 생성 서브시스템 (304) 은 파형 생성기로부터 수신된 파형을 증폭시키도록 구성된 파형 증폭 회로 (미도시) 및/또는 오실로스코프 (미도시) 를 더 포함할 수 있다. 오실로스코프는, 존재하는 경우, 소켓 (302) 에 의해 유지된 미세유체 디바이스 (320) 에 인가된 파형을 측정하도록 구성될 수 있다. 소정 실시형태들에서, 오실로스코프는 미세유체 디바이스 (320) 에 근접한 (및 파형 생성기에 대해 먼) 위치에서 파형을 측정하고, 따라서 디바이스에 실제로 인가된 파형을 측정하는데 있어서 더 큰 정확도를 보장한다. 오실로스코프 측정으로부터 획득된 데이터는, 예를 들어 파형 생성기에 피드백으로서 제공될 수 있고, 파형 생성기는 이러한 피드백에 기초하여 그 출력을 조정하도록 구성될 수 있다. 적합한 결합형 파형 생성기 및 오실로스코프의 예는 Red Pitaya™ 이다.

소정의 실시형태들에서, 네스트 (300) 는 제어기 (308), 예컨대 전기 신호 생성 서브시스템 (304) 을 감지 및/또는 제어하는데 사용된 마이크로프로세서를 더 포함한다. 적합한 마이크로프로세서들의 예들은 Arduino™ 마이크로프로세서들, 예컨대 Arduino Nano™ 을 포함한다. 제어기 (308) 는 기능들 및 분석을 수행하는데 사용될 수도 있고, 또는 기능들 및 분석을 수행하도록 (도 1a 에 도시된) 외부 마스터 제어기 (154) 와 통신할 수도 있다. 도 3a 에 예시된 실시형태에서, 제어기 (308) 는 인터페이스 (310)(예를 들어, 플러그 또는 커넥터) 를 통해 마스터 제어기 (154) 와 통신한다.

일부 실시형태들에서, 네스트 (300) 는 Red Pitaya™ 파형 생성기/오실로스코프 유닛 ("Red Pitaya 유닛") 및 Red Pitaya 유닛에 의해 생성된 파형을 증폭시키고 증폭된 전압을 미세유체 디바이스 (100) 로 패스하는 파형 증폭 회로를 포함하는 전기 신호 생성 서브시스템 (304) 을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, Red Pitaya 유닛은 미세유체 디바이스 (320) 에서 증폭된 전압을 측정하고, 그 후, 미세유체 디바이스 (320) 에서 측정된 전압이 원하는 값이도록 필요에 따라 그 자신의 출력 전압을 조정하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 파형 증폭 회로는, 미세유체 디바이스 (100) 에서 최대 13 Vpp 의 신호를 초래하는, PCBA (322) 상에 장착된 DC-DC 컨버터들의 쌍에 의해 생성된 +6.5V 내지 -6.5V 전력 공급을 가질 수 있다.

도 3a 에 예시된 바와 같이, 지지 구조 (300) (예를 들어, 네스트 (nest)) 는 열 제어 서브시스템 (306) 을 더 포함할 수 있다. 열 제어 서브시스템 (306) 은 지지 구조 (300) 에 의해 유지된 미세유체 디바이스 (320) 의 온도를 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 열 제어 서브시스템 (306) 은 펠티어 열전기 디바이스 (미도시) 및 냉각 유닛 (미도시) 을 포함할 수 있다. 펠티어 열전기 디바이스는 미세유체 디바이스 (320) 의 적어도 하나의 표면과 인터페이스하도록 구성된 제 1 표면을 가질 수 있다. 냉각 유닛은, 예를 들어 냉각 블록 (미도시), 예컨대 수냉식 (liquid-cooled) 알루미늄 블록일 수 있다. 펠티어 열전기 디바이스의 제 2 표면 (예를 들어, 제 1 표면의 반대 표면) 은 이러한 냉각 블록의 표면과 인터페이스하도록 구성될 수 있다. 냉각 블록은 냉각 블록을 통해 냉각된 유체를 순환시키도록 구성된 유체 경로 (314) 에 연결될 수 있다. 도 3a 에 예시된 실시형태에서, 지지 구조 (300) 는 인렛 (316) 및 아웃렛 (318) 를 포함하여, 외부 저장소 (미도시) 로부터 냉각된 유체를 수신하고, 냉각된 유체를 유체 경로 (314) 안으로 그리고 냉각 블록을 통해 도입하며, 그 후 냉각된 유체를 외부 저장소로 리턴한다. 일부 실시형태들에서, 펠티어 열전기 디바이스, 냉각 유닛, 및/또는 유체 경로 (314) 는 지지 구조 (300) 의 케이싱 (312) 상에 장착될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 열 제어 서브시스템 (306) 은 미세유체 디바이스 (320) 에 대한 타겟 온도를 달성하도록 펠티어 열전기 디바이스의 온도를 조절하도록 구성된다. 펠티어 열전기 디바이스의 온도 조절은, 예를 들어 Pololu™ 열전기 전력 공급기 (Pololu Robotics and Electronics Corp.) 와 같은 열전기 전력 공급기에 의해 달성될 수 있다. 열 제어 서브시스템 (306) 은 아날로그 회로에 의해 제공된 온도 값과 같은 피드백 회로를 포함할 수 있다. 대안으로, 피드백 회로는 디지털 회로에 의해 제공될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 네스트 (300) 는 (예를 들어, 저항 1 kOhm+/-0.1 %, 온도 계수 +/-0.02 ppm/CO 를 갖는) 저항기 및 (예를 들어, 공칭 저항 1 kOhm+/-0.01 % 를 갖는) NTC 서미스터를 포함하는 아날로그 분압기 회로 (미도시) 인 피드백 회로를 갖는 열 제어 서브시스템 (306) 을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 열 제어 서브시스템 (306) 은 피드백 회로로부터의 전압을 측정하고, 그 후 온-보드 PID 제어 루프 알고리즘에 대한 입력으로서 계산된 온도 값을 사용한다. PID 제어 루프 알고리즘으로부터의 출력은, 예를 들어 Pololu™ 모터 드라이브 (미도시) 상에서 방향성 및 펄스-폭-변조 신호 핀 양자 모두를 구동하여 열전기 전력 공급기를 작동시키고, 이에 의해 펠티어 열전기 디바이스를 제어할 수 있다.

네스트 (300) 는, 제어기 (308) 의 마이크로프로세서가 인터페이스 (310) (미도시) 를 통해 외부 마스터 제어기 (154) 와 통신하는 것을 허용하는 직렬 포트 (324) 를 포함할 수 있다. 또한, 제어기 (308) 의 마이크로프로세서는 전기 신호 생성 서브시스템 (304) 및 열 제어 서브시스템 (306) 과 (예를 들어, Plink 툴 (미도시) 을 통해) 통신할 수 있다. 따라서, 제어기 (308), 인터페이스 (310), 및 직렬 포트 (324) 의 조합을 통해, 전기 신호 생성 서브시스템 (304) 및 열 제어 서브시스템 (306) 은 외부 마스터 제어기 (154) 와 통신할 수 있다. 이 방식으로, 마스터 제어기 (154) 는, 다른 것들 중에서, 출력 전압 조정들을 위한 스케일링 계산들을 수행함으로써 전기 신호 생성 서브시스템 (308) 을 도울 수 있다. 외부 마스터 제어기 (154) 에 커플링된 디스플레이 디바이스 (170) 를 통해 제공된, 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)(미도시) 는 열 제어 서브시스템 (306) 및 전기 신호 생성 서브시스템 (304) 각각으로부터 획득된 온도 및 파형 데이터를 플롯 (p10t) 하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 또는 추가적으로, GUI 는 제어기 (308), 열 제어 서브시스템 (306), 및 전기 신호 생성 서브시스템 (304) 에 대한 업데이트들을 허용할 수 있다.

위에서 논의된 바와 같이, 시스템 (150) 은 이미징 디바이스 (194) 를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 광 변조 서브시스템 (330) (도 3b 참조) 을 포함한다. 광 변조 서브시스템 (330) 은 디지털 미러 디바이스 (DMD) 또는 마이크로셔터 어레이 시스템 (MSA) 을 포함할 수 있고, 이들 중 어느 하나는 광원 (332) 으로부터 광을 수신하고 수신된 광의 서브세트를 현미경 (450) 의 광학 트레인으로 송신하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 광 변조 서브시스템 (330) 은 그 자신의 광을 생성하고 (따라서 광원 (332) 에 대한 필요성을 없애는) 디바이스, 예컨대 유기 발광 다이오드 디스플레이 (OLED), 액정 온 실리콘 (LCOS) 디바이스, 강유전성 액정 온 실리콘 디바이스 (FLCOS), 또는 투과형 액정 디스플레이 (LCD) 를 포함할 수 있다. 광 변조 서브시스템 (330) 은, 예를 들어 프로젝터일 수 있다. 따라서, 광 변조 서브시스템 (330) 은 구조화된 및 구조화되지 않은 광 양자 모두를 방출할 수 있다. 적합한 광 변조 서브시스템 (330) 의 일 예는 Andor Technologies™ 로부터의 Mosaic™ 시스템이다. 소정의 실시형태들에서, 시스템 (150) 의 이미징 모듈 (164) 및/또는 모티브 모듈 (162) 은 광 변조 서브시스템 (330) 을 제어할 수 있다.

소정의 실시형태들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 현미경 (350) 을 더 포함한다. 이러한 실시형태들에서, 네스트 (300) 및 광 변조 서브시스템 (330) 은 현미경 (350) 상에 장착되도록 개별적으로 구성될 수 있다. 현미경 (350) 은, 예를 들어 표준 연구-등급 광 현미경 또는 형광 현미경일 수 있다. 따라서, 네스트 (300) 는 현미경 (350) 의 스테이지 (344) 상에 장착되도록 구성될 수도 있고/있거나 광 변조 서브시스템 (330) 은 현미경 (350) 의 부분 상에 장착하도록 구성될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 본원에 설명된 네스트 (300) 및 광 변조 서브시스템 (330) 은 현미경 (350) 의 일체형 컴포넌트들일 수 있다.

소정의 실시형태들에서, 현미경 (450) 은 하나 이상의 검출기들 (348) 을 더 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 검출기 (348) 는 이미징 모듈 (164) 에 의해 제어된다. 검출기 (348) 는 아이 피스 (eye piece), 전하-결합 디바이스 (CCD), 카메라 (예를 들어, 디지털 카메라), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 적어도 2 개의 검출기들 (348) 이 존재하면, 하나의 검출기는 예를 들어, 고속-프레임율 (fast-frame-rate) 카메라일 수 있는 한편, 다른 검출기는 고 감도 카메라일 수 있다. 또한, 현미경 (350) 은 미세유체 디바이스 (320) 로부터 반사 및/또는 방출된 광을 수신하고, 반사 및/또는 방출된 광의 적어도 일부분을 하나 이상의 검출기들 (348) 상에 포커싱하도록 구성된 광학 트레인을 포함할 수 있다. 현미경의 광학 트레인은 또한, 각각의 검출기 상의 최종 배율이 상이할 수 있도록, 상이한 검출기들에 대한 상이한 튜브 렌즈들 (미도시) 을 포함할 수 있다.

소정 실시형태들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 적어도 2 개의 광원들을 사용하도록 구성된다. 예를 들어, 제 1 광원 (332) 은 (예를 들어, 광 변조 서브시스템 (330) 을 통해) 구조화된 광을 생성하도록 사용될 수 있고, 제 2 광원 (334) 은 비구조화된 광을 제공하도록 사용될 수 있다. 제 1 광원 (332) 은 광학적으로-작동된 전기역학 및/또는 형광성 여기를 위해 구조화된 광을 생성할 수 있고, 제 2 광원 (334) 은 명시야 조명을 제공하도록 사용될 수 있다. 이들 실시형태들에서, 모티브 모듈 (164) 은 제 1 광원 (332) 을 제어하도록 사용될 수 있고, 이미징 모듈 (164) 은 제 2 광원 (334) 을 제어하도록 사용될 수 있다. 현미경 (350) 의 광학 트레인은 (1) 디바이스가 네스트 (300) 에 의해 유지되는 경우, 광 변조 서브시스템 (330) 으로부터 구조화된 광을 수신하고, 이 구조화된 광을 광학적으로-작동된 전기역학 디바이스와 같은 미세유체 디바이스에서의 적어도 제 1 영역에 포커싱하고, (2) 미세유체 디바이스로부터 반사 및/또는 방출된 광을 수신하고 이러한 반사 및/또는 방출된 광의 적어도 일부를 검출기 (348) 로 포커싱하도록 구성될 수 있다. 광학 트레인은 또한, 디바이스가 네스트 (300) 에 의해 유지되는 경우, 제 2 광원으로부터 비구조화된 광을 수신하고, 이 비구조화된 광을 미세유체 디바이스의 적어도 제 2 영역 상에 포커싱하도록 구성될 수 있다. 소정 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 제 1 및 제 2 영역들은 오버랩하는 영역들일 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역은 제 2 영역의 서브세트일 수 있다. 다른 실시형태들에서, 제 2 광원 (334) 은 부가적으로 또는 대안으로, 임의의 적절한 파장의 광을 가질 수도 있는 레이저를 포함할 수도 있다. 도 3b 에 나타낸 광학 시스템의 표현은 단지 개략적인 표현이며, 광학 시스템은 부가 피터들, 노치 필터들, 렌즈 등을 포함할 수도 있다. 제 2 광원 (334) 이 레이저 조명 뿐만 아니라, 명시야 및/또는 형광성 여기를 위해 하나 이상의 광원(들) 을 포함할 때, 광원(들) 의 물리적 배열은 도 3b 에 나타낸 것으로부터 달라질 수도 있고 레이저 조명은 광학 시스템 내의 임의의 적절한 물리적 위치에 도입될 수도 있다. 광원 (432) 및 광원 (402)/광 변조 시스템 (404) 의 개략적 위치들은 또한 상호교환될 수도 있다.

도 3b 에서, 제 1 광원 (332) 은, 시스템 (355)(미도시) 의 현미경 (350) 의 광학 트레인에 구조화된 광을 제공하는, 광 변조 서브시스템 (330) 에 광을 공급하는 것으로 도시된다. 제 2 광원 (334) 은 비구조화된 광을 빔 스플리터 (336) 를 통해 광학 트레인에 제공하는 것으로 도시된다. 광 변조 서브시스템 (330) 으로부터의 구조화된 광 및 제 2 광원 (334) 으로부터의 비구조화된 광은 빔 스플리터 (336) 로부터 광학 트레인을 통해 함께 이동하여 제 2 빔 스플리터 (또는 광 변조 서브시스템 (330) 에 의해 제공된 광에 따라, 이색성 필터 (338)) 에 도달하며, 여기서 광은 대물렌즈 (336) 를 통해 샘플 평면 (342) 으로 아래로 반사된다. 샘플 평면 (342) 으로부터 반사 및/또는 방출된 광은 그 후, 대물렌즈 (340) 를 통해, 빔 스플리터 및/또는 이색성 필터 (338) 를 통해, 이색성 필터 (346) 로 위로 다시 이동한다. 이색성 필터 (346) 에 도달하는 광의 일부 만이 통과하여 검출기 (348) 에 도달한다.

일부 실시형태들에서, 제 2 광원 (334) 은 블루 광을 방출한다. 적합한 이색성 필터 (346) 로, 샘플 평면 (342) 으로부터 반사된 블루 광은 이색성 필터 (346) 를 통과하고 검출기 (348) 에 도달할 수 있다. 반대로, 광 변조 서브시스템 (330) 으로부터 오는 구조화된 광은 샘플 평면 (342) 으로부터 반사되지만, 이색성 필터 (346) 를 통과하지 않는다. 이 예에서, 이색성 필터 (346) 는 495 nm 보다 긴 파장을 갖는 가시 광을 필터링한다. 광 변조 서브시스템 (330) 으로부터의 광의 이러한 필터링은 단지, 광 변조 서브시스템으로부터 방출된 광이 495 nm 보다 짧은 임의의 파장을 포함하지 않는다면 (도시된 바와 같이) 완료될 것이다. 실제로, 광 변조 서브시스템 (330) 으로부터 오는 광이 495 nm 보다 짧은 파장들 (예를 들어, 블루 파장들) 을 포함하면, 광 변조 서브시스템으로부터의 광의 일부는 필터 (346) 를 통과하여 검출기 (348) 에 도달한다. 이러한 실시형태에서, 필터 (346) 는 제 1 광원 (332) 및 제 2 광원 (334) 으로부터 검출기 (348) 에 도달하는 광의 양 사이의 균형을 변화시키도록 작용한다. 이것은, 제 1 광원 (332) 이 제 2 광원 (334) 보다 상당히 더 강한 경우 유리할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 제 2 광원 (334) 은 적색 광을 방출할 수 있고, 이색성 필터 (346) 는 적색 광 외의 가시 광 (예를 들어, 650 nm 보다 짧은 파장을 갖는 가시 광) 을 필터링할 수 있다.

광학적으로 구동된 대류 및 미세 객체 변위를 사용하여 하나 이상의 미세 객체들을 제거하기 위한 디바이스들 및 방법. 생물학적 세포 또는 배아와 같은 미세 객체들은 기계적 펌프, 전기습윤 및/또는 유전영동 (DEP) 에 의해 유도된 유체 유동, 중력을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 힘들에 의해 미세유체 디바이스 내에서와 같은, 그 국부적 환경에서 이동될 수도 있다. 미세 객체들을 일 위치 (예들 들어, 미세 객체들이 미세유체 디바이스 내에서 배양되었을 수도 있는 특정 위치) 에서 다른 위치 (예를 들어, 멀티웰 플레이트와 같은 별도의 디바이스 또는 동일한 미세유체 디바이스의 다른 영역) 로 보다 효과적으로 이동하기 위해서, 힘 벡터들을 변화시키는 것이 세포 전좌 (translocation) 를 달성하기 위해 적용될 수도 있다. 유전영동 (DEP), 유체 변위 등이 원하는 방식으로 세포들을 이동시키기에 충분할 수도 있지만, 상이한 스케일로 (예를 들어, 더 강력한 힘 또는 더 국부화된 힘), 상이한 방식들로 (대류 힘, 전단 유동 힘, 버블의 메니스커스와의 접촉 또는 캐비테이션과 같은 충격 힘, 또는 이들의 임의의 조합) 및/또는 상이한 시간 스케일들 상에서 (예를 들어, 지속기간이 밀리초부터 분까지) 적용된 힘들이 또한 현재 위치로부터 및/또는 선택된 위치로 세포들을 이동하는 것을 보조하기 위해 채용될 수도 있다. 하나의 비제한적인 예로서, DEP 이외의 힘들의 적용이 시간 기간 동안 미세유체 디바이스 내에서 배양되었던 생물학적 세포들을 이동하는데 유용할 수도 있다. 세포들은 미세유체 디바이스의 표면에 부착되었을 수도 있어서 DEP 힘들 또는 중력이 부착된 위치로부터 세포들을 이동하는데 충분하지 않을 수도 있다. 이에 따라, 다른 특징들을 갖는 힘은 DEP 힘이 충분하지 않거나 또는 중력 또는 기계적으로 펌핑된 유체 유동이 선택된 세포를 선택적으로 및/또는 충분히 제거할 수 없는 하나 이상의 생물학적 세포를 제거하는데 유용할 수도 있다.

놀랍게도, 미세유체 디바이스 상에 또는 그 내에 별개의 선택된 영역들의 광학 조명은, 미세유체 디바이스 내에서 유체 배지들 (생물학적 세포들을 포함하는 미세 객체들을 포함할 수도 있음) 을 혼합하고 및/또는 미세 객체들 (생물학적 세포들을 포함하지만 이에 제한되지 않음) 을 변위시킬 수 있는 스케일, 물리적 유형 및/또는 시간 스케일에서 상이한 다양한 변위 힘을 제공하기 위해 미세유체 디바이스의 미세유체 회로 내에서 유체 배지의 일부를 가열할 수 있는 한편, 그렇게 변위된 미세 객체들의 적어도 일부를 여전히 제공하는 것이 여전히 실행가능하다. 그러한 변위 힘의 생성은 거기에 인접하거나 동일한 별개의 선택된 영역에서 한번 보다 많게 적용될 수도 있어서, 반복된 힘이 세포들을 제거하고 및/또는 배지들을 혼합하는데 적용될 수 있는 한편, 미세 객체들에 대해 충분히 비파괴적이다. 일부 실시형태들에서, 챔버, 격리 펜, 또는 미세유체 디바이스의 다른 미세유체 회로 엘리먼트일 수도 있는 일 영역으로부터, 또 다른 영역 및/또는 미세유체 디바이스 내의 위치, 또는 대안으로, 미세유체 디바이스 외부의 또 다른 디바이스 (예를 들어, 멀티 웰 플레이트) 로 세포들을 전좌시키는 것은 미세유체 디바이스 내의 선택된 별개의 영역들에 광학 조명의 펄스를 인가함으로써 달성될 수도 있다. 광학 조명의 펄스는 관심의 세포들 상에, 또는 그 세포들에 근접도 내에 인가될 수도 있다. 인가된 힘 벡터는 광학 조명의 펄스의 에너지, 지속기간, 및 위치의 함수이다. 일부 실시형태들에서, 광학 조명의 펄스는 주변 세포 배지들 (즉, 유체 배지) 을 국부적으로 가열하여, 국부적 증기압을 증가시켜 버블을 생성하는 증기- 유체 계면을 생성하는데 사용될 수 있다. 가열 유도된 버블 생성의 주변 유체 배지들 및/또는 세포(들) 에 대한 영향은 미세유체 디바이스 및/또는 열적 타겟의 지속기간 및 구성에 의존하여 달라질 수도 있다. 일부 다양한 효과들은 다음을 포함할 수도 있다:

캐비테이션. 짧은 펄스의 광은 짧은 수명의 버블을 생성하기 위해 열적 타겟을 가열하는데 사용될 수도 있다. 버블은 붕괴 시, 근방에 배치될 수도 있는 세포들을 제거할 수도 있는 캐비테이팅 힘을 생성한다. 일부 실시형태들에서, 짧은 펄스의 광은 그렇게 형성된 캐비테이팅 힘에 의해 제거될 수도 있는 하나 이상의 세포들로 지향된다.

전단 유동. 다른 실시형태들에서, 버블은 계속되는 조명에 의해 성장되어 근방의 세포(들) 을 향해 지향된 유체의 전단 유동을 생성하고 이에 의해 세포(들) 을 제거할 수도 있다.

메니스커스 접촉. 대안으로, 열적 타겟의 사이트에서 유체 배지를 가열하는 것에 의해 생성된 버블(들) 은 세포(들) 을 향해 지향될 수도 있다. 버블이 이동함에 따라, 버블의 메니스커스는 세포(들) 에 접촉하고 표면으로부터 이들을 제거할 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 버블은 열역학적으로 유리하게 될 때까지 성장되어 유체 배지에서 안정화되고 유지될 수 있다. 그 후 버블은 주변 액상을 변위시키고 이에 의해 세포들을 제거할 수도 있다.

대류 유동. 이론에 의해 제한되도록 의도되지 않으면서, 열적 타겟을 둘러싸는 유체 배지에서 가열을 발생시키는 열적 타겟의 조명은 버블들을 핵생성하고 전파할 수도 있다. 온도 구배를 갖는 지속적인 버블의 존재는 열적 모세관 대류 유동 (기브스 마링고니 효과 (Gibbs-Marangoni effect)) 를 생성할 수도 있다. 기브스 마링고니 효과는 표면 장력 구배에 따른 액체의 유동을 지칭한다. 액체는 낮은 표면 장력의 영역으로부터 높은 표면 장력의 영역으로 유동할 수도 있다. 표면 장력은 고온에서 감소하기 때문에, 버블의 표면의 온도 구배는 버블을 둘러싸는 액체가 구배의 방향에서 (즉, 높은 온도의 영역에서 낮은 온도의 영역으로) 유동하게 할 수 있고, 대류 유동을 형성할 수도 있다. 설명을 단순화하기 위해, 버블의 표면 상의 온도 구배에 의해 생성된 유동은 본 명세서에서 "마링고니 효과 유동" 으로서 지칭된다. 표면의 고온과 냉온 영역들 사이의 온도 차이가 커질수록, 마링고니 효과 유동의 속도가 더 커진다. 광학 전력을 변화시킴으로써, 유동이 조절될 수도 있다. 그러한 대류 유동은 세포들을 이동시키고 유체 배지를 혼합하는데 사용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광학 조명에 의해 유도된 가열에 의해 생성된 환화 유동은 격리 펜의 단리 영역 내의 세포들을 제거하는데 사용될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 환화 유동은 미세유체 디바이스들의 국부화된 영역에서 그렇지 않으면 유체 유동 없이 유도될 수도 있으며, 이는 국부화된 영역들에서 배지들을 혼합하는데 사용될 수도 있다.

세포(들) 을 제거한 후, 세포(들) 의 추가적인 전좌는 유체 변위, DEP, 중력 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 세포들을 이동하는 임의의 다른 적절한 방법에 의해 달성될 수도 있다.

광학 조명. 광학 조명은 간섭성 (coherent) 광원 (예를 들어, 레이저) 또는 비간섭성 (incoherent) 광원일 수 있다. 간섭성 광원은 가시광 스펙트럼 의 파장 (예를 들어, 662 nm 와 같은 적색 파장) 을 특징으로 하는 레이저일 수도 있거나, 또는 스펙트럼의 적외선 부분의 파장 (예를 들어, 785 nm 와 같은 근 적외선 파장) 을 특징으로 하는 레이저일 수도 있거나, 또는 임의의 다른 적절한 파장을 갖는 레이저일 수도 있다. 비간섭성 광원은 가시 범위의 파장을 갖는 광을 포함할 수도 있고, 및/또는 자외선 (uv) 또는 적외선 범위의 파장을 갖는 광을 포함할 수도 있다. 광원은 구조화된 또는 비구조화된 광을 제공할 수도 있다. 광원에 의한 조명에 의해 도입된 온도 구배는 광원의 강도를 증가 또는 감소시킴으로써 변조될 수도 있다. 구조화된 광원은 구조화된 광원의 특성들을 제어하기 위해 많은 방식들로 변조될 수도 있다 (예를 들어, 도 3b 에 관하여 상술한 바와 같이, DMD 를 사용하여 광원을 공간적으로 변조하거나, 또는 어퍼처 및 대물 렌즈를 사용하여 광원을 변조함).

이론에 의해 속박되지 않으면서, 입사 광학 조명은 인클로저 미세유체 디바이스의 투명한, 실질적으로 투명한 및/또는 반투명한 커버 또는 베이스를 통해 투과될 수도 있다. 인클로저의 커버 또는 베이스를 통해 투과된 후, 입사 조명은 광학 조명을 열 에너지로 변환하도록 구성되는, 하기에 기재되는 바와 같이, 열적 타겟으로 투과될 수 있다.

전력. 비간섭성 광은 약 1 밀리와트 (mW) 에서 약 1000 밀리와트 (mW) 의 범위로 투영될 수도 있지만, 이 범위로 제한되지는 않는다. 일부 실시형태들에서, 구조화된 또는 비구조화된 비간섭성 광의 전력은, 약 1 밀리와트 내지 약 500 밀리와트; 약 1 밀리와트 내지 약 100 밀리와트; 약 1 밀리와트 내지 약 50 밀리와트; 약 1 밀리와트 내지 약 20 밀리와트; 약 10 밀리와트 내지 약 500 밀리와트; 약 10 밀리와트 내지 약 200 밀리와트, 약 10 밀리와트 내지 약 100 밀리와트; 약 50 밀리와트 내지 약 800 밀리와트; 약 50 밀리와트 내지 약 500 밀리와트; 약 50 밀리와트 내지 약 200 밀리와트; 약 75 밀리와트 내지 약 700 밀리와트; 약 75 밀리와트 내지 약 400 밀리와트; 약 75 밀리와트 내지 약 175 밀리와트의 범위일 수도 있고 또는 그 사이의 임의의 값일 수도 있다. 광이 포커싱되는 영역 및 조명의 지속기간에 의존하여, 비간섭성 광의 전력은 상술한 전력 레벨들 중 어느 것보다 적거나 클 수도 있다. 간섭성 광은 약 1 밀리와트에서 약 1000 밀리와트의 범위에서 투영될 수도 있지만, 이 범위로 제한되지는 않는다. 광이 포커싱되는 영역 및 조명 지속기간에 의존하여, 간섭성 광의 전력은 상술한 전력 레벨들 중 어느 것보다 적거나 더 클 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 간섭성 광의 전력은 1 밀리와트 내지 500 밀리와트; 약 1 밀리와트 내지 약 100 밀리와트; 약 1 밀리와트 내지 약 50 밀리와트; 약 1 밀리와트 내지 약 20 밀리와트; 약 10 밀리와트 내지 약 500 밀리와트; 약 10 밀리와트 내지 약 200 밀리와트, 약 10 밀리와트 내지 약 100 밀리와트; 약 50 밀리와트 내지 약 800 밀리와트; 약 50 밀리와트 내지 약 500 밀리와트; 약 50 밀리와트 내지 약 200 밀리와트; 약 75 밀리와트 내지 약 700 밀리와트; 약 75 밀리와트 내지 약 400 밀리와트; 약 75 밀리와트 내지 약 175 밀리와트의 범위일 수도 있고 또는 그 사이의 임의의 값일 수도 있다.

입사 광의 전력은 원하는 제거 힘의 유형에 따라 상이하도록 선택될 수도 있다. 예를 들어, 마랑고니 효과 유동을 통합할 수도 있는 환화 유동이 바람직한 경우, 입사 광의 전력은 1 밀리와트 정도로 낮게 선택될 수도 있고 환화 유동이 확립 및/또는 유지될 때 다양하게 변조될 수도 있다. 캐비테이션 힘 (cavitating force), 전단 유동 힘 (shear flow force) 또는 버블 접촉 힘 (bubble contact force) 을 사용하여 미세 객체들을 제거할 때, 전력은 보다 높은 범위, 예를 들어 약 10 밀리와트 내지 약 100 밀리와트로 선택 될 수도 있다. 전력은 또한 원하는 조명의 지속기간에 기초하여 조정될 수도 있다.

조명의 사이트. 조명의 사이트는 유용할 수도 있는 바와 같이, 미세유체 디바이스의 임의의 별개의 선택된 영역이도록 선택될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 조명의 별개의 선택된 영역은 미세유체 디바이스의 격리 펜 내의 위치일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 조명의 별개의 선택된 영역은 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 를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 본 명세서에 기재된 임의의 격리 펜처럼 구성될 수도 있는, 격리 펜의 단리 영역 내에 위치된다. 다양한 실시형태들에서, 조명의 별개의 선택된 영역은 하기에서 더 충분히 기재되는 바와 같이, 격리 펜의 변위 힘 생성 영역 내에 있을 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 조명의 별개의 영역은 순환 배향 펜 내에 있을 수도 있다. 조명이 순환 배양 펜 내에서 수행될 때, 순환 배향 펜의 개구에서 또는 변위 힘 생성 영역, 연결 영역, 세포 배양 영역에서의 별개의 선택된 영역에서 미세유체 채널로 지향될 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 조명의 별개의 선택된 영역은 하기에서 충분히 더 기재되는 바와 같이, 미세유체 채널 내에 위치될 수도 있다.

미세유체 디바이스. 개시물은 광학적으로 구동되는 대류 유동 생성 및/또는 그 내에서의 미세 객체들의 변위가 가능하도록 구성된 미세유체 디바이스를 제공한다. 개시물의 일 양태에서, 인클로저를 갖는 미세유체 디바이스가 제공되며, 여기서 인클로저는 유동 영역 및 격리 펜을 포함하고, 격리 펜은 연결 영역 및 단리 영역을 포함할 수도 있으며, 연결 영역은 유동 영역에 대한 근위 개구 및 단리 영역에 대한 원위 개구를 포함한다. 격리 펜은 단리 영역에서 열적 타겟을 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 격리 펜은 변위 힘 생성 영역을 더 포함하며, 단리 영역은 변위 힘 생성 영역에 대한 적어도 하나의 유체 연결부를 포함하며; 그리고 변위 힘 생성 영역은 열적 타겟을 더 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 격리 펜들 (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) 중 임의의 것으로 구성될 수도 있는 적어도 하나의 격리 펜을 가질 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 열적 타겟 또는 변위 힘 생성 영역은 하나의 우세한 방향으로 그 위에 형성된 기체 버블의 팽창을 제약하도록 구성될 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 격리 펜을 부분적으로 정의하는 커버를 더 포함할 수도 있으며, 여기서 열적 타겟이 커버 상에 배치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 열적 타겟은 인클로저와 대면하는 커버의 내면 상에 배치될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 격리 펜을 부분적으로 한정하는 미세유체 회로 구조를 더 포함할 수도 있고, 열적 타겟은 미세유체 회로 구조 상에 배치될 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 격리 펜을 부분적으로 한정하는 베이스를 더 포함할 수도 있고, 열적 타겟은 베이스의 내면 상에 배치될 수도 있다.

개시물의 다른 양태에서, 인클로저를 갖는 미세유체 디바이스가 제공되며, 인클로저는 유체 배지를 포함하도록 구성된 미세유체 회로를 포함하고, 미세유체 회로는 유체 배지의 적어도 하나의 순환 유동을 수용하도록 구성되며; 그리고 제 1 열적 타겟이 미세유체 내의 인클로저의 표면 상에 배치되고, 제 1 열적 타겟은 광학 조명 시 유체 배지의 제 1 순환 유동을 생성하도록 구성된다.

환화 유동을 수용하도록 구성된 미세유체 회로를 포함하는 미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 미세유체 채널 및 격리 펜을 더 포함할 수도 있고, 또한 격리 펜은 미세유체 채널에 인접하고 이 미세유체 채널에서 개방될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 격리 펜은 격리 펜들 (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) 중 임의의 것으로 구성될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 환화 유동을 수용하도록 구성된 미세유체 회로를 포함하고, 미세유체 디바이스의 인클로저는 미세유체 채널 및 순환 배양 펜을 더 포함할 수도 있다. 순환 배양 펜은 순환 배양 펜 (602, 802, 1302) 중 임의의 것으로 구성될 수도 있다. 순환 배양 펜은 미세유체 채널에서 개방될 수도 있고 또한 순환 배양 펜에 대해 본 명세서에 기재된 바와 같이 임의의 다른 피처 또는 치수를 가질 수도 있다.

환화 유동을 수용하도록 구성된 미세유체 회로를 포함하는 미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 순환 유동 경로는 격리 펜의 적어도 일부 및 채널의 일부를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 순환 유동 경로는 격리 펜 내에 배치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 순환 유동 경로는 수축된 부분을 포함할 수도 있다.

환화 유동을 수용하도록 구성된 미세유체 회로를 포함하는 미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 광학 조명 시 유체 배지의 제 2 순환 유동을 생성하도록 구성된 제 2 열적 타겟을 포함할 수도 있다. 제 2 열적 타겟은 인클로저의 표면 상에 제 1 열적 타겟에 인접하여 배치될 수도 있다. 제 2 열적 타겟은 제 1 열적 타겟과 동일한 미세유체 회로 내에 배치될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 제 1 열적 타겟 및 제 2 열적 타겟은 유체 배지의 제 1 순환 유동 및 제 2 순환 유동을 반대 방향으로 제공하도록 배향될 수도 있다.

환화 유동을 수용하도록 구성된 미세유체 회로를 포함하는 미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 열적 타겟은 미세유체 채널 내의 표면 상에 배치된다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 하나보다 많은 미세유체 채널을 더 포함할 수도 있으며, 제 1 미세유체 채널은 제 2 미세유체 채널을 따라 제 1 위치에서 제 2 미세유체 채널로부터 개방하도록 구성될 수도 있고, 또한 제 2 위치에서 제 2 미세유체 채널에 재연결하도록 구성될 수도 있으며 이로써 미세유체 회로를 형성하고; 그리고 열적 타겟은 제 1 미세유체 채널 내의 표면 상에 배치될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 격리 펜은 제 1 미세유체 채널에서 개방될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 격리 펜은 격리 펜들 (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) 중 임의의 것으로 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 미세유체 채널의 유체 저항은 제 2 채널의 유체 저항보다 대략 10 내지 100 배 더 높을 수도 있다. 제 2 미세유체 채널은 제 1 미세유체 채널의 폭보다 대략 1.5 내지 3 배 더 큰 폭을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 2 미세유체 채널의 폭은 약 100 내지 1000 마이크론이다. 다양한 실시형태들에서, 제 1 미세유체 채널의 폭은 약 20 내지 300 마이크론일 수도 있다.

또 다른 양태에서, 인클로저를 갖는 미세유체 디바이스가 제공되며, 인클로저는 미세유체 채널 및 격리 펜을 포함하고, 또한 격리 펜은 미세유체 채널에 인접하고 이 채널에서 개방되며, 열적 타겟은 격리 펜에 대한 개구에 인접한 채널에 배치되고, 또한 열적 타겟은 광학 조명 시 격리 펜 내로 유체 배지의 유동을 지향시키도록 구성된다. 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 격리 펜은 격리 펜들 (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) 중 임의의 것으로 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 채널에서의 열적 타겟 및 격리 펜을 갖는 미세유체 디바이스가 격리 펜들 (502, 504, 506, 602, 604, 606, 608, 704, 732, 734, 736, 738, 902) 로 구성된 격리 펜들을 가질 때, 격리 펜들은 격리 펜 자체 내에 열적 타겟을 가지지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 열적 타겟은 미세유체 채널 내의 표면 상에 배치될 수도 있다.

임의의 미세유체 디바이스들에 대해, 인클로저는 유전영동 구성을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유전영동 구성은 광학적으로 작동될 수도 있다.

임의의 미세유체 디바이스들에 대해, 인클로저의 적어도 하나의 표면은 코팅된 표면을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 격리 펜은 코팅된 표면인 적어도 하나의 표면을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 코팅된 표면은 공유결합으로 개질된 표면일 수도 있다.

열적 타겟들. 열적 타겟은 이러한 목적을 위해 설계된 별도의 피처일 수도 있는 미세유체 디바이스의 미세유체 피처이다. 대안으로, 열적 타겟은 광학 조명이 적용되는 미세유체 회로 내의 위치일 수도 있다. 열적 타겟은 수동 미세유체 피처이며 자기 활성화 저항기들 또는 전기 히터들을 포함하지 않는다. 열적 타겟들의 수동 성질은 미세유체 디바이스의 제조를 단순화한다. 금속 또는 미세구조들을 포함하는 열적 타겟들에 대해, 제조는 하기에 기재되는 바와 같이, 저항기와 같은 능동 열적 타겟보다 훨씬 덜 복잡하다. 저항기 등과 같은 능동 열적 타겟은 고정된 전기 연결들을 가져야 하고, 본 개시물의 수동 열적 타겟과 달리 고정된 위치들로 제조된다. 열적 타겟이 부가의 구조적 피처가 없는 미세유체 회로 재료 또는 베이스의 선택된 위치일 때, 필요한 경우 구체적으로 그리고 선택적으로 힘을 생성하기 위한 유연성은 고정된 능동 열적 타겟들에 비해 특히 유리하다.

도 4a 내지 도 4e 는 본 개시물의 일부 실시형태들에 따른 다양한 열적 타겟들의 기하학적 구조를 도시한다. 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 도 4a 내지 도 4e 에 도시된 열적 타겟들의 임의의 특성은 원하는 범위의 기능성들을 갖는 열적 타겟을 생성하기 위해 조합될 수도 있다.

도 4a 는 정사각형 형상인 열적 타겟 (430) 을 도시한다. 도 4a 의 열적 타겟 (430) 의 둔각 모서리 및 균일한 측면은 실질적으로 균일한 버블을 핵생성하는데 유리할 수도 있다. 유사하게, 도 4b 에 도시된 원형 열적 타겟 (432) 은 실질적으로 균일한 버블을 핵생성하기 위해 균일한 국부화된 가열 소스를 생성하도록 구성된 형상을 제공한다.

반대로, 도 4c, 도 4d, 도 4e 및 도 4g 에 도시된 열적 타겟들은 온도 구배를 갖는 버블을 생성하는데 유리할 수도 있는 비대칭 형상들을 갖는다. 이론에 의해 제한되도록 의도되지 않으면서, 온도 구배가 있는 버블은 상술한 바와 같이, 깁스-마랑고니 효과 (또한 열 모세관 대류라고도 알려짐) 를 생성할 수도 있다. 도 4c 에 도시된 비대칭 열적 타겟 (434) 은 마랑고니 효과 유동을 생성하는데 사용될 수 있는 온도 구배를 갖는 버블을 생성하는데 사용되는 눈물방울형 형상을 특징으로 한다. 눈물방울형 형상의 넓은 부분 (434a) 은 눈물방울형 형상의 테이퍼 부분 (434b) 보다 더 큰 표면적을 가지기 때문에, 더 큰 표면적이 광학 조명에 의한 가열시 더 높은 온도를 생성할 것이다. 결과적으로, 도 4c 의 비대칭 열적 타겟 (434) 을 사용하여 생성되는 버블은 열적 타겟의 더 넓은 부분 (434a) 상부에 위치된 버블의 영역이 열적 타겟의 테이퍼된 부분 (434b) 상부에 위치된 버블의 영역보다 더 높은 온도를 가지게 될 온도 구배를 가질 수 있다.

온도 구배는 또한 열적 타겟의 상이한 사이즈의 부분들을 물리적으로 분리함으로써 조절될 수도 있다. 도 4d 는 물리적으로 분리되지만 동일한 구조화된 광원을 사용하여 가열될 수 있도록 근접하여 놓이는 상이한 사이즈의 2 개의 부분들 (438, 440) 로 구성되는 열적 타겟 (436) 을 도시한다. 열적 타겟 (436) 의 2 개의 부분들 (438, 440) 의 물리적 분리는 더 큰 속도 및 이로써 증가된 힘을 갖는 마랑고니 효과 유동을 생성하는데 사용될 수 있는 더 큰 온도차를 생성한다. 도 4e 는 3 개의 부분들 (444, 446, 448) 로 추가로 분절된 열적 타겟 (442) 을 도시한다.

도 4a 내지 도 4g 에 도시된 열적 타겟 (430, 432, 434, 436, 442, 450, 452) 은 미세유체 회로 구조 (108) 또는 커버 (110) 의 일 표면 상으로 연속 금속 형상 또는 불연속 금속 형상을 성막 (depositing) 함으로써 생성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 열적 타겟은 커버 (110) 의 내면 상에 배치될 수도 있다. 열적 타겟은 유체 배지과 접촉할 수도 있는 인클로저 (102) 의 내부 (챔버/영역 (202)) 를 향해 대면한다. 열적 타겟 (430, 432, 434, 436, 442, 450, 452) 은 열을 생성하기 위해 광원에 의해 여기될 수 있는 임의의 유형의 금속을 포함할 수 있다. 적합한 금속은 크롬, 금, 은, 알루미늄, 인듐 주석 산화물 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 다른 금속 (및 합금) 이 당업계에 알려져 있다. 열적 타겟 (440) 은 연속 금속 표면을 가질 수 있거나 또는 금속의 불연속 형상 (예를 들어, 도트들과 같은 금속 형상들) 으로 구성될 수 있다. 다양한 패턴들이 균일한 버블들의 가열 및 생성을 최적화하는데 사용될 수 있다.

도 4f 는 불연속 금속 형상을 포함하는 열적 타겟 (450) 을 도시한다. 도 4f 에 도시된 실시형태에서, 형상은 도트이다. 하지만, 임의의 유형의 금속 형상 (예를 들어, 사각형, 라인, 원뿔, 스퀴글 (squiggle)) 이 사용될 수 있다. 또한, 다양한 상이한 금속 형상들이 동일한 열적 타겟에 사용될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 불연속 금속 형상은 열적 타겟 (450) 의 온도 구배를 강화하기 위해 증가하는 농도로 분포될 수도 있다. 도 4g 는 금속 형상들의 구배로 패터닝된 열적 타겟 (452) 을 도시한다. 열적 타겟 (452) 의 더 넓은 부분 (452a) 에서의 금속 도트들의 분포 밀도를 증가시키고 열적 타겟 (452) 의 더 좁은 부분 (452b) 에서의 금속 도트의 분포 밀도를 감소시킴으로써, 열적 타겟 (452) 의 온도 구배가 강화될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 열적 타겟의 연속 금속 형상 또는 불연속 금속 형상(들) 로서 성막된 금속의 두께는 열적 타겟의 온도 구배를 강화하기 위해 변화될 수도 있다. 예를 들어, 금속의 더 두꺼운 성막이 열적 타겟의 더 큰 (또는 더 넓은) 부분에서 더 많은 열을 생성하는데 사용될 수도 있어서, 온도 구배를 강화한다. 일부 실시형태들에서, 열적 타겟에서의 성막된 금속의 두께는 약 3 nm 내지 약 50 nm, 약 3 nm 내지 약 30 nm, 약 5 nm 내지 약 50 nm, 약 5 nm 내지 약 30 약 5 nm 내지 약 25 nm 의 범위, 또는 이들 사이의 임의의 값일 수도 있다.

미세구조들. 상술한 바와 같이, 일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 구조 (108) 또는 인클로저 (102) 의 커버 (110) 는 광학 조명 시 생성된 열로부터 버블 핵생성 및/또는 형성을 촉진시킬 수도 있는 표면 토포그래피를 생성하고, 열적 타겟으로서 기능하기 위해 그 위에 도입된 하나 이상의 미세구조들을 가질 수도 있다. 미세구조(들) 은 불연속 형태일 수도 있다. 미세구조(들) 은 네거티브 피처 (예를 들어, 베이스의 표면 상에 또는 벽의 표면 상에 생성된 함몰부 또는 디봇 (divot)) 일 수도 있다. 당업계에 알려진 바와 같이, 기둥, 도트, 캐비티 또는 디봇과 같은 미세구조(들) 은 버블 핵생성을 위해 적절한 사이트들을 생성하기 위해 미세유체 회로 구조 (108) 또는 커버 (110) 내로 패터닝될 수도 있다. 도 4h 는 버블 핵생성을 위해 사용될 수도 있는 디봇들을 포함하는 열적 타겟 (454) 의 양식화된 도시이다. 일부 실시형태들에서, 표면 토포그래피는 다양한 방식으로 금속 패턴과 결합되어 후속 변위 힘을 생성하는 열적 흡수를 위해 이상적인 표면을 생성할 수도 있다. 미세구조(들) 은 약 50 제곱 마이크론, 100 제곱 마이크론; 약 200 제곱 마이크론, 약 300 제곱 마이크론, 약 500 제곱 마이크론, 또는 그 사이의 임의의 값의 범위로 위에서 볼 때 x 축 및 y 축 방향의 면적을 가질 수도 있다. 미세구조는 단지 하나의 유닛을 포함할 수도 있거나 또는 기재된 바와 같이 총 면적을 함께 갖는 복수의 미세구조들일 수도 있다. 네거티브 미세구조는 베이스 상에 배치되거나 벽의 일부일 수도 있는 패터닝가능한 미세유체 회로 재료 상에 광원 (예를 들어, 레이저 또는 비간섭성 광) 을 포커싱함으로써 형성될 수도 있으며, 여기서 포커싱된 광은 패터닝가능한 미세유체 회로 재료를 패터닝하고 디봇 또는 함몰부를 형성할 수도 있다.

대안으로, 미세구조(들) 은 포지티브 피처, 예를 들어 베이스의 표면 위로 상승하거나 인클로저의 벽, 유동 영역 또는 격리 펜 (기둥 또는 도트 (미도시) 를 포함하지만 제한되지 않는 예들) 으로부터 연장하는 포지티브 피처일 수도 있다. 미세구조(들) 은 인클로저 내에서 임의의 편리하게 제작된 높이를 가질 수도 있다. 이것은 미세구조에 걸쳐 생물학적 세포와 같은 미세 객체의 통과를 여전히 허용하는 높이를 가질 수도 있다. 미세구조(들) 의 높이는 약 5 마이크론, 약 10 마이크론, 약 15 마이크론, 약 20 마이크론, 약 25 마이크론, 약 30 마이크론, 약 35 마이크론, 약 40 마이크론 또는 이들 사이의 임의의 값일 수도 있다. 복수의 미세구조들의 각각은 동일한 높이를 가져야 하는 것이 아니라 서로 상이한 높이를 가질 수도 있다. 포지티브 미세구조(들) 은 미세유체 회로 구조, 예를 들어, PDMS 또는 임의의 광패터닝가능한 실리콘을 형성하는데 사용된 동일한 재료로 형성될 수도 있고, 미세유체 회로의 다른 엘리먼트들, 예컨대 벽, 격리 펜 또는 채널을 제조하는데 사용된 동일한 프로세스 동안 형성될 수도 있다.

일부 다른 실시형태들에서, 포지티브 미세구조는 광 개시 폴리머와 같은 하이드로겔로 형성될 수도 있다. 광 개시 폴리머는 합성 폴리머, 변성된 합성 폴리머 또는 광 활성화가능한 생물학적 폴리머일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생물학적 폴리머는 광 활성화가 될 수 있는 능력을 제공하는 모이어티를 포함하도록 변성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 광 개시 폴리머는 폴리에틸렌 글리콜, 변성 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락트산 (PLA), 변성 폴리락트산, 폴리글리콜산 (PGA), 변성 폴리글리콜산, 폴리아크릴아미드 (PAM), 변성 폴리아크릴아미드, 폴리-N-이소프로필아크릴아미드 (PNIPAm), 변성 폴리-N-이소프로필아크릴아미드, 폴리비닐 알코올 (PVA), 변성 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산 (PAA), 변성 폴리아크릴산, 폴리카프로락톤 (PCL), 변성 폴리카프로락톤, 파이브로넥틴, 변성 파이브로넥틴, 콜라겐, 변성 콜라겐, 라미닌, 변성 라미닌, 다당류, 변성 다당류 또는 임의의 조합에서의 코폴리머일 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 폴리머는 폴리에틸렌 글리콜, 변성 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락트산 (PLA), 변성 폴리락트산, 폴리글리콜산 (PGA), 변성 폴리글리콜산, 폴리비닐 알코올 (PVA), 변성 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴산 (PAA), 변성 폴리아크릴산, 폴리카프로락톤 (PCL), 변성 폴리카프로락톤, 피브로넥틴, 변성 피브로넥틴, 콜라겐, 변성 콜라겐, 라미닌, 변성 라미닌, 폴리사카라이드, 변성 폴리사카라이드 또는 임의의 조합의 코폴리머 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 폴리머는 폴리에틸렌 글리콜, 변성 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락트산 (PLA), 변성 폴리락트산, 폴리글리콜 산 (PGA), 변성 폴리글리콜산, 폴리비닐 알코올 (PVA), 변성 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴산 (PAA), 변성 폴리아크릴산, 피브로넥틴, 변성 피브로넥틴, 콜라겐, 변성 콜라겐, 라미닌, 변성 라미닌 또는 임의의 조합의 코폴리머 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광 개시 폴리머는 실리콘 폴리머를 포함하지 않는다. 일부 실시형태들에서, 광 개시 폴리머는 폴리락트산 (PLA) 또는 변성 폴리락트산 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 광 개시 폴리머는 폴리글리콜산 (PGA) 또는 변성 폴리글리콜 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광 개시 폴리머는 폴리아크릴아미드 또는 변성 폴리아크릴아미드 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 광 개시 폴리머는 폴리비닐 알코올 (PVA) 또는 변성 폴리비닐 알코올 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광 개시 폴리머는 폴리아크릴 (PAA) 또는 변성 PAA 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 광 개시 폴리머는 폴리카프로락톤 (PCL) 또는 변성 폴리카프로 락톤 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 광 개시 폴리머는 피브로넥틴 또는 변성 피브로넥틴 폴리머로부터 형성되지 않을 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 광 개시 폴리머는 콜라겐 또는 변성 콜라겐 폴리머로부터 형성되지 않을 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 광 개시 폴리머는 라미닌 또는 변성 라미닌 폴리머로부터 형성되지 않을 수도 있다.

고형화된 폴리머 네트워크에서 사용하기 위한 폴리머의 적합성을 결정하는 물리적 및 화학적 특징들은 분자량, 소수성, 용해도, 확산 속도, 점도 (예를 들어, 배지의), 여기 및/또는 방출 범위 (예를 들어, 그 내부에서 부동성인 형광성 시약들), 공지된 배경 형광, 폴리머화에 영향을 미치는 특징들 및 고형화된 폴리머 네트워크의 기공 사이즈를 포함할 수도 있다. 광 개시 폴리머는 유동성 폴리머 (예를 들어, 프리 폴리머 용액) 의 폴리머화 시 형성될 수도 있다. 간단히 말하면, 유동성 폴리머 용액은 본 명세서에 기재된 방법들에서 사용하기 전에, 미세유체 디바이스로 유입되고 인 시튜로 고형화된다. 광 개시 폴리머로부터 유도된 미세구조를 설치하는 방법은 2016 년 12 월 7 일 출원된 미국 특허 출원 제 15/372094 호에 더 충분히 기재되어 있다.

사용될 수도 있는 많은 폴리머들 중에서, 하나의 유형의 폴리머는 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 (PEGDA) 이다. 광 개시 폴리머화는 고효율의, 비황화성 라디칼, 알파히드록시 케톤 광 개시제인 Igracure® 2959 (BASF) 와 같은 자유 라디칼 개시제의 존재에서 개시될 수도 있으며, 일반적으로 UV 영역의 파장 (예를 들어, 365nm) 에서 개시를 위해 사용되지만, 다른 개시제들이 사용될 수도 있다. 폴리머화 반응을 위한 또 다른 유용한 광 개시제 부류의 일 예는, 리튬 페닐 2, 4, 6, - 트리메틸벤조일포스피네이트가 알파 히드록시 케톤 부류보다 더 긴 파장 (예를 들어, 405nm) 에서의 그 더 효율적인 흡수로 인해 특히 활용성을 갖는 리튬 아실포스피네이트 염의 그룹이다.

폴리머화될 수도 있는 다른 유형의 PEG 는 PEG 디메틸아크릴레이트 및/또는 멀티암 PEG (n-PEG) 아크릴레이트 (n-PEG-Acr) 를 포함한다. 사용될 수도 있는 다른 폴리머 부류는 폴리비닐 알코올 (PVA), 폴리락트산 (PLA) 폴리아크릴산 (PAA), 폴리아크릴아미드 (PAM), 폴리글리콜산 (PGA) 또는 폴리카프로 락톤 (PCL) 을 포함한다.

폴리머의 분자량 범위는 미세구조(들) 의 성능을 위해 필요한 바에 따라 변화될 수도 있다. 유동성 폴리머의 광범위한 분자량은 폴리머의 구조에 의존하여 적합할 수도 있다. 유용한 성형 (star type) 폴리머는 약 500Da 내지 약 20kDa (예를 들어, 4 개의 암 폴리머) 의 범위, 또는 각각의 암에 대해 또는 선형 폴리머에 대해 약 5kDa 까지, 또는 그 사이의 임의의 값의 Mw (중량 평균 분자량) 를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 고 분자량 범위를 갖는 폴리머는 유동성 폴리머에서 더 낮은 농도로 사용될 수도 있으며, 본 명세서에 기재된 방법에서 사용될 수도 있는 미세구조(들)을 여전히 제공할 수도 있다.

다양한 코폴리머 부류가 사용될 수도 있으며, 이는 상기 열거된 폴리머 중 임의의 것, 또는 피브로넥틴, 콜라겐 또는 라미닌과 같은 생물학적 폴리머를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 덱스트란 또는 변성 콜라겐과 같은 폴리사카라이드가 사용될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 미세구조(들) 은 본 명세서에 기재된 방법에서 사용된 바와 같은 희생 피처이거나 그 부분을 형성할 수도 있으며, 미세 객체를 이동하는데 사용될 수 있는, 광학 조명을 흡수하고 열적 효과를 생성하는 결과로서 변형되거나 열화될 수도 있다.

대안으로, 열적 타겟은 열적 타겟 (450) 과 동일한 기하학적 구조를 갖는 광의 패턴을 생성하기 위해 구조화된 광을 미세유체 회로 구조 (108) 또는 커버 (110) 상에 투영함으로써 인 시튜로 생성될 수도 있다. 이러한 접근법은 어떠한 특별한 금속 성막 또는 미세유체 회로 재료 패터닝을 필요로 하지 않는다. 도 4i 는 원형 패턴의 광을 미세유체 회로 구조 (108) 또는 커버 (110) 상에 투영함으로써 생성된 열적 타겟 (456) 의 양식화된 예시를 제공한다. 특정 기하학적 구조를 갖는 광의 투영 패턴은 또한 다양한 기하학적 구조, 표면 토포그래피, 금속 패턴 및 이들을 포함하는 열적 타겟과 함께 사용될 수도 있다.

또 다른 실시형태들에서, 광학 조명은 격리 펜 벽의 미세유체 회로 재료의 부분, 미세유체 디바이스의 인클로저와 대면하는 베이스의 내면, 또는 미세유체 채널 벽 상의 선택된 지점에 포커싱되며, 열적 타겟의 상술한 특수 피처들 중 어느 것도 포함하지 않는다. 하지만, 베이스의 내면, 또는 격리 펜 또는 벽의 미세유체 회로 재료의 이러한 별개의 선택된 영역들은 또한 열적 타겟으로서 활용될 수도 있고 희생 피처로서 기능할 수도 있다.

사이즈. 열적 타겟은 약 1 mm, 0.9 mm, 0.7 mm, 0.5 mm, 0.3 mm, 100 마이크론, 80 마이크론, 60 마이크론, 40 마이크론, 20 마이크론, 약 10 마이크론, 약 5 마이크론, 또는 이들 사이의 임의의 값의 제 1 치수 (예를 들어, 미세유체 인클로저의 폭 또는 x 축 치수) 를 가질 수도 있다. 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는 약 1 mm, 0.9 mm, 0.7 mm, 0.5 mm, 0.3 mm, 100 마이크론, 80 마이크론, 60 마이크론, 40 마이크론, 20 마이크론, 약 10 마이크론, 약 5 마이크론 또는 이들 사이의 임의의 값의 제 2 치수 (예를 들어, 미세유체 인크로저 내의 y 축 방향 치수) 를 갖는 영역을 조명하는 것을 더 포함할 수도 있다. x 축 및 y 축 치수는 상기와 같은 치수의 임의의 조합일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 열적 타겟은 약 100 마이크론의 x 축 치수 및 약 100 마이크론의 y 축 치수를 가질 수도 있다. 다른 비제한적인 실시형태들에서, 열적 타겟은 약 5 마이크론의 x 축 치수 및 약 5 마이크론의 y 축 치수를 가질 수도 있다.

광학적으로 구동되는 대류 및 변위를 위한 격리 펜 및 순환 배양 펜의 일부 실시형태들. 상술한 바와 같이, 미세 객체의 광학적으로 구동되는 대류 및/또는 변위에 유용한 격리 펜은, 미세 객체가 배치되고, 옵션으로 유지될 수도 있는 격리 펜의 단리 영역에 유체적으로 연결되는 변위 힘 생성 영역을 가질 수도 있다. 변위 힘 생성 영역은 단리 영역의 연결 영역으로의 개구와 반대측의, 단리 영역의 원위 부분에 연결될 수도 있다. 대안으로, 변위 힘 생성 영역은 연결 영역에 대한 단리 영역의 개구에서 또는 이에 인접하여 단리 영역에 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 변위 힘 생성 영역은 단리 영역에 대해 하나보다 많은 유체 연결부를 가질 수도 있다. (도 7a-7f 참조). 일부 실시형태들에서, 격리 펜은 순환 유동 경로를 포함할 수도 있다. 순환 유동 경로는 단리 영역 및 변위 힘 생성 영역을 포함할 수도 있다. (도 6a-6c 참조). 일부 실시형태들에서, 순환 유동 경로는 수축된 부분을 포함할 수도 있다. (도 6a 참조).

일부 다른 실시형태들에서, 변위 힘 생성 영역은 연결 영역에 대한 단리 영역의 개구를 차단하는 단리 영역에 대한 하나 이상의 유체 연결부들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 단리 영역과 변위 힘 생성 영역 사이의 적어도 하나의 유체 연결부는 단리 영역으로부터 변위 힘 생성 영역으로의 미세 객체의 통로를 방지하도록 구성된 단면 치수를 포함할 수도 있다. 미세 객체가 변위 힘 생성 영역으로 진입하는 것을 방지하면 열 또는 충격으로 인한 손상을 감소시킬 수도 있으며 격리 펜의 단리 영역 내에서 미세 객체들을 유지하는 것을 보조할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 단리 영역과 변위 힘 생성 영역 사이의 적어도 하나의 유체 연결부는 하나 이상의 배리어 모듈들 (도 7a-7f, 726, 726a, 726b, 726c, 726d 또는 726e 참조) 을 포함하며, 하나 이상의 배리어 모듈들은 단리 영역으로부터 변위 힘 생성 영역으로의 미세 객체의 통로를 방지하도록 구성된다. 배리어 모듈(들) 은 임의의 사이즈 또는 형상일 수도 있고, 배리어 모듈과 그의 이웃 사이의 갭 (도 7a-7f, 728, 728a, 728b, 728c, 728d, 728e 참조) 또는 배리어 모듈 및 격리 펜의 벽 사이의 갭은 생물학적 세포와 같은 미세 객체가 단리 영역으로부터 변위 힘 생성 영역으로 통과할 수 없도록 하는 치수를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세비드와 같은 미세 객체는 단리 영역으로부터 변위 힘 생성 영역으로 통과할 수도 있지만, 생물학적 세포 또는 배아와 같은 미세 객체는 배리어 모듈(들) 에 의해 변위 힘 생성 영역으로 통과할 수 없을 수도 있다. 배리어 모듈은 격리 펜의 폭의 약 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 % 60 % 70 %, 약 80 % 또는 이들 사이의 임의의 값인 격리 펜에 걸친 치수를 가질 수도 있다. 배리어 모듈과 그의 이웃 사이의 갭 또는 배리어 모듈과 벽 사이의 갭은 단리 영역 내에 배치된 미세 객체의 사이즈에 의존하여, 약 5 마이크론, 7 마이크론, 9 마이크론, 11 마이크론, 13 마이크론, 15 마이크론, 17 마이크론, 20 마이크론, 25 마이크론 또는 약 40 마이크론일 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 단리 영역과 변위 힘 생성 영역 사이의 적어도 하나의 유체 연결부는 확산을 제외하고, 그 내에 생성된 힘의 부재 시 변위 힘 생성 영역으로부터의 유체 유동을 방지하도록 구성된 단면 치수를 가질 수도 있다. (도 9a-9c 참조). 변위 힘 생성 영역의 치수는 단리 영역의 치수와 매치할 수도 있다. 변위 힘 생성 영역은 격리 펜의 별도의 구획일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 변위 힘 생성 영역은 세컨더리 유동을 최소화하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 격리 펜은 광학 조명 시 유체 배지의 제 2 순환 유동을 생성하도록 구성된 제 2 열적 타겟을 포함할 수도 있다. 제 2 열적 타겟은 변위 힘 생성 영역 내에 배치될 수도 있다. 제 1 열적 타겟 및 제 2 열적 타겟은 유체 배지의 제 1 순환 유동 및 제 2 순환 유동을 반대 방향으로 제공하도록 배향될 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 변위 힘 생성 영역은 단일 개구를 포함할 수도 있으며, 단일 개구는 변위 힘 생성 영역과 단리 영역의 유체 연결일 수도 있다. 일부 실시형태에서, 변위 힘 생성 영역의 유체 연결부는 유체 커넥터를 포함할 수도 있다. (도 5a, 유체 커넥터 (514) 참조). 일부 실시형태들에서, 변위 힘 생성 영역의 유체 커넥터는 적어도 하나의 만곡부를 포함할 수도 있다. (도 5A, 유체 커넥터 (514) 참조). 일부 실시형태들에서, 유체 커넥터의 하나 이상의 만곡부들은 약 60 도 내지 약 180 도; 약 60 도 내지 약 120 도, 약 60 도 내지 약 90 도; 약 40 도 내지 약 180 도, 약 40 도 내지 약 120 도, 약 40 도 내지 약 90 도, 또는 이들 사이의 임의의 값의 턴을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 변위 힘 생성 영역의 유체 커넥터는 적어도 2 개의 만곡부를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유체 커넥터의 적어도 2 개의 만곡부의 각각은 약 60 도 내지 약 180 도; 약 60 도 내지 약 120 도, 약 60 도 내지 약 90 도; 약 40 도 내지 약 180 도, 약 40 도 내지 약 120 도, 약 40 도 내지 약 90 도 또는 이들 사이의 임의의 값의 턴을 포함할 수도 있다. 변위 힘 생성 영역과 단리 영역 사이의 유체 커넥터에 턴이 포함되면, 격리 펜은 전체적으로 "U" 형 형상, "N" 형 또는 역 "N" 형 형상과 유사한 형상을 가질 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 유체 커넥터의 폭은 단리 영역 및/또는 변위 힘 생성 영역의 폭과 동일할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유체 커넥터는 미세 객체가 단리 영역으로부터 변위 힘 생성 영역으로 통과하는 것을 방지하도록 구성된 x 축 및 y 축 치수에서의 단면 치수를 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, z 축 방향에서의 유체 커넥터의 높이는 또한 미세 객체가 통과할 수 없도록 변화할 수도 있다. 단리 영역에서 변위 힘 생성 영역까지.

다양한 실시형태들에서, 격리 펜 내의 열적 타겟 또는 변위 힘 생성 영역은 하나의 우세한 방향으로 그 위에 형성된 기체 버블의 팽창을 제약하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 변위 힘 생성 영역은 길어질 수 있고, 캐비테이션 힘/버블 성장/전단 유동/대류 유동이 단리 영역과의 유체 연결부를 향하는 방향으로 강제되도록 변위 영역의 원위 부분에 위치된 열적 타겟을 가질 수도 있다. 이는 기체 버블의 팽창을 제약할 수 있는 열적 타겟 또는 변위 힘 생성 영역의 구성의 제한적인 기재가 아니며, 다른 구성들이 가능하다.

다양한 실시형태들에서, 열적 타겟은 단리 영역에 대한 적어도 하나의 유체 연결부보다 원위의 변위 힘 생성 영역의 부분에 위치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 변위 힘 생성 영역은 미세유체 디바이스 내의 변위 힘 생성 영역의 배향에 의존하여 x 축 또는 y 축 방향으로 대략적으로 20-100 마이크론의 폭을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 변위 힘 생성 영역은 단리 영역 내의 세포(들) 로 지향되는 힘을 최대화하는, 유체 배지의 세컨더리 유동을 최소화하도록 구성될 수도 있다.

순환 배양 펜은 격리 펜에 대해 위에 기재된 피처들 또는 치수의 임의의 조합을 갖는 변위 힘 생성 영역 및 연결 영역을 가질 수도 있다. 순환 배양 펜은 격리 펜의 단리 영역에 대해 기재된 임의의 치수 또는 피처를 가질 수도 있는 배양 영역을 포함할 수도 있지만, 활성으로 순환할 때, 순환 배양 펜이 메인 채널을 통해 배양 영역 내로 순환 유동하도록 구성된다는 관점에서 상이하다. 다양한 실시형태들에서, 순환 배양 펜의 변위 힘 생성 영역은 유동 영역에 대한 개구를 더 포함할 수도 있다. 순환 배양 펜의 일 실시형태가 도 6a 에 대해 하기에서 더 충분히 기재된다.

본 개시물의 미세유체 디바이스의 구성 및 그 용도는 도 5a 내지 도 8d 로 돌아감으로써 더 충분히 이해될 수도 있다.

도 5a 는 미세유체 디바이스 (500) 에서 유체 배지 유동 (530) 을 포함하도록 구성된 채널 (522) 에서 개구하는 격리 펜 (502) 의 일 예를 도시한다. 격리 펜 (502) 은 본 개시물의 일부 실시형태에 따라 격리 펜 (502) 으로부터 미세 객체 (504) 를 반출하는데 사용되는 버블 (도시되지 않음) 을 생성하도록 구성된 열적 타겟 (540) 을 포함한다. 격리 펜 (502) 은 세포와 같은 미세 객체 (504) 를 저장 및/또는 배양하기 위한 단리 영역 (510) 을 포함한다. 단리 영역 (510) 및 열적 타겟 (540) 은, 열적 타겟 (540) 에 광 (미도시) 을 포커싱하는 것에 의해 버블이 핵생성되고 체적이 증가 (본 명세서에서는 "버블 팽창" 으로 지칭됨) 하기에 충분한 공간을 허용하는 유체 커넥터 (514) 를 포함하는 변위 힘 생성 영역 (512) 에 의해 물리적으로 분리된다. 버블이 체적 증가에 의해 성장함에 따라, 팽창하는 버블은 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 에서 유체에 힘을 생성하여, 경로 (516) 를 따라 유체의 전단 유동 (미도시) 을 생성한다. 많은 실시형태들에서, 열적 타겟 (540) 은 버블이 팽창함에 따라 우세한 방향으로 힘을 발휘하도록 변위 힘 생성 영역 (512)(플러스 (514)) 의 원위 단부에 위치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 열적 타겟 또는 변위 힘 생성 영역은 버블의 팽창을 제약하도록 구성되어 열 에너지가 계속적인 조명에 의해 계속 공급됨에 따라 하나의 우세한 방향으로만 팽창할 수도 있다. 단리 영역과 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 사이의 유체 커넥터 (514) 는 확산을 제외하고, 내부에 생성된 힘의 부재 시 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 으로부터 유체 유동을 방지하도록 구성된 단면 치수를 가질 수도 있다.

미세 객체가 생물학적 미세 객체 (예를 들어, 생물학적 세포) 인 경우, 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 은 광학 조명 시 열적 타겟 (450) 에 의해 생성된 열로부터 생물학적 미세 객체를 물리적으로 분리하도록 작용한다. 일부 경우, 팽창하는 버블은 또한 미세 객체 (504) 와 열적 타겟 (540) 사이에 물리적 배리어를 제공하도록 작용한다. 하기에서 논의되는 바와 같이, 격리 펜 (502) 의 기하학적 구조는 버블 팽창 및 핵생성으로부터 힘 (및 결과의 전단 유동) 을 최대화하기 위해 최적화될 수도 있다.

도 5a 에 도시된 격리 펜 (502) 은 역으로 글자 "N" 과 유사한 형상 (즉, 역 "N" 형 형상)을 가지지만, 다른 실시형태들은 격리 펜 (502) 으로부터 미세 객체들 (504) 을 변위시키기에 충분한 전단 유동을 생성하는데 유리한 상이한 형상을 가질 수도 있다.

또한, 단순화를 위해, 격리 펜 (502) 은 격리 펜 (502) 에 미세 객체들 (504) 을 수집하고 미세 객체들 (504) 을 위치시키기 위해 격리 펜으로부터 걸쳐 위치되는 트랩들 또는 중력의 힘에 의해 대신에 세포들을 유지하는데 사용된 피처들과 같은, 다른 원하는 기능성들을 제공하기 위해 실제로 사용될 수도 있는 임의의 다른 피처들 없이 도시되었다. 하지만, 실제로, 격리 펜에 대해 본 명세서에 기재된 이들 피처 또는 임의의 다른 피처들은 격리 펜 (502) 과 관련하여 사용될 수도 있다. 유사하게, 도 5a 에 도시된 격리 펜 (502) 은 균일한 버블을 생성하는데 사용된 정사각형 열적 타겟 (540) 으로 도시되어 있다. 다른 실시형태들에서, 대칭 열적 타겟의 다른 형상들 또는 재료들이 사용될 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 열적 타겟 (540) 은 존재하지 않으며, 광학 조명은 열적 타겟 (540) 의 근방에서 미세유체 회로 재료 (506) 로 지향되어, 불안정하거나 안정한 버블을 핵생성하며, 이는 캐비테이션 힘, 전단 유동 유체 힘, 또는 버블 접촉 힘을 초래하여 미세 객체 (504) 를 제거할 수도 있다.

도 5b 는 도 5a 의 격리 펜 (502) 으로부터 미세 객체 (504) 를 변위시키기 위해 성장하는 버블 (520) 에 의해 생성된 전단 유동 (542) 의 사용 및 버블 (520) 의 형성을 도시한다. 광원 (미도시) 은 열적 타겟 (540) 을 여기 (즉, 가열) 시키기 위해 열적 타겟 (540) 상에 포커싱됨으로써, 버블 (520a) 을 핵생성한다. 열적 타겟 (540) 상에 광원을 계속 포커싱함으로써, 버블 (520a) 은 체적이 팽창하여 연속적으로 더 큰 버블 (520b, 520c, 520d, 520e) 을 생성할 수 있다. 버블 (520) 의 크기가 증가하면 격리 펜 (502) 의 유체 배지 (미도시) 상에 힘을 생성하며, 이는 결국 미세 객체 (504) 를 단리 영역 (510) 으로부터 채널 (522) 로 변위시키는 전단 유동 (542) 을 생성한다. 미세 객체 (504) 가 채널 (522) 내로 변위되면, 이들은 채널 (522) 에서의 유동 (530) 을 제어함으로써 조작되거나 이동될 수도 있거나 또는 DEP 를 사용하여 이동될 수도 있다.

유체 커넥터 (514) 를 포함하는 변위 힘 생성 영역 (512) 은 변위 힘 생성 영역의 구조 및 길이를 조정함으로써 전단 유동 (542) 을 강화하도록 최적화될 수도 있다. 예를 들어, 열적 타겟 (540) 과 단리 영역 (510) 사이의 변위 힘 생성 영역의 길이 및 폭은 전단 유동 (542) 을 생성하도록 최적화될 수도 있다. 열적 타겟 (540) 은 버블 (520) 이 단일 방향으로 팽창하는 것을 보장하기 위해 격리 펜 (502) 의 원위 부분에 위치될 수도 있다. 유사하게, 열적 타겟 (540) 을 포함하는 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 의 원위 부분은 핵생성된 버블 (520) 이 우세하게 일 방향으로 팽창하는 것을 보장하기 위해 폭이 좁아질 수도 있다. 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 의 원위 부분에 적합한 폭은 약 20 내지 100 마이크론의 범위일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 변위 힘 생성 영역의 유체 커넥터 영역 (514) 은 변위 힘 생성 영역 (512) 의 원위 부분과 동일한 폭을 가질 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 은 전단 유동 (542) 을 방해할 수도 있는 세컨더리 유동을 최소화하도록 최적화될 수도 있다. 하기에서 논의되는 바와 같이, 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 은 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 의 폭이 현저하게 감소되는 수축을 포함할 수도 있다. 실시형태들에 의존하여, 수축의 폭은 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 의 폭의 1/2 내지 1/20 일 수도 있다. 예를 들어, 수축은 대략적으로 5-50 마이크론 범위의 폭을 가질 수도 있고, 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 은 대략적으로 20-100 마이크론 범위의 폭을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 은 변위 힘 생성 영역의 유체 커넥터 영역 (514) 에서 하나 이상의 (2, 3, 4 또는 5) 턴을 포함한다.

도 5b 에 도시된 예에서, 버블 (520) 는 미세 객체 (504) 와 접촉하지 않는다; 미세 객체 (650) 는 버블을 성장시킴으로써 생성된 전단 유동 (542) 에만 종속된다. 하지만, 격리 펜 (502) 을 사용하는 다른 실시형태들에서, 격리 펜 (501) 으로부터 미세 객체들 (504) 을 변위시키고, 옵션으로 격리 펜 (502) 으로부터 미세 객체들 (504) 을 반출하기 위해 접촉 힘을 제공하는 미세 객체들 (504) 과 버블의 메니스커스가 접촉하게 되도록 하는 것이 바람직하거나 심지어 이로울 수도 있다. 반출은 버블의 유동에 의해 유도된 능동적인 반출일 수도 있고 또는 DEP 와 같은 다른 힘이 격리 펜 (502) 으로부터 세포 (504) 을 내보낼 수 있도록 세포를 단순히 제거할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 변위 힘 생성 영역 (512 + 514) 의 길이는 버블 (520) 의 메니스커스가 단리 영역 (510) 내의 미세 객체들 (504) 과 접촉하게 되도록 하기 위해 단축될 수도 있다. 실시형태들에 의존하여, 영역 (512 + 514) 은 단리 영역 (510) 과 부분적으로 오버랩할 수도 있고, 또한 임의의 턴들을 포함하는 유체 커넥터 (514) 를 가지지 않을 수도 있다.

다른 경우들에서, 채널 (522) 에 진입하기 위해 격리 펜 (502) 을 통해 이동하는 버블 (520) 을 핵생성하는 것이 이로울 수도 있다. 일부 경우들에서, 버블 (520) 은 미세 객체들을 채널 (522) 로 반출하는데 사용될 수도 있다. 다른 경우들에서, 버블 (520) 은 채널 (522) 을 블록킹하고 (예를 들어, 미세 객체가 채널 (522) 을 통해 이동하는 것을 방지하고) 및/또는 채널 (522) 에서의 유체 배지 (미도시) 의 유동 (530) 을 재지향시키는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 다수의 채널들 (122) 을 포함하는 (도 2f 에 도시된 미세유체 회로 (280) 와 같은) 미세유체 회로에서는, 버블 (520) 이 유도되고 블록킹 메커니즘으로서 사용되어 제 1 채널 (122) 로부터 다른 채널들 (122) 중 하나로 유동 경로 (106) 를 재지향시킬 수도 있다.

버블 유동, 전단 유동, 버블의 메니스커스와의 접촉, 또는 캐비테이팅 힘에 의해 미세 객체 (504) 를 제거하는 모드들 중 임의의 것이 이러한 구성을 사용하여 대안으로 실행될 수도 있다.

다른 방법들 및 기법들은 격리 펜으로부터 채널 또는 다른 회로 엘리먼트로의 미세 객체들의 반출 및 광학적으로 구동된 변위와 함께 사용될 수도 있다. 예를 들어, 틸팅 장치 (190) 는 미세유체 회로를 틸트 (즉, 수평축 상에서 미세유체 회로를 회전) 시키거나 이를 반전시키는데 사용됨으로써, 미세 객체에 중력을 가할 수도 있으며, 이는 광학적으로 구동된 방법들의 사용에 동시에 또는 예비 단계로서 사용될 수도 있다. 유사하게, 일부 경우들에서는, 자성 비드들이 미세 객체들을 분열시키거나 제거하는데 사용될 수도 있다. 이러한 경우들에서는, 자성 비드들이 자기력을 사용하여 격리 펜에 배치되고 제거될 수도 있다. 격리 펜으로부터 제거될 때의 자성 비드들의 모션은 격리 펜에 부착되게 되는 미세 객체들을 변위시키고 및/또는 제거하는 것을 보조할 수도 있다.

도 5c 는 미세유체 디바이스 (500) 의 격리 펜 (502) 에 버블 (521) 을 생성하는데 사용될 수 있는, 단순하게 변위 힘 생성 영역의 내면의 선택된 별개의 영역인 열적 타겟 (541) 에서 지향된 광학 조명의 사용을 도시한다. 열적 타겟 (541) 을 형성하는 선택된 별개의 영역은 어떠한 금속 성막도 필요로 하지 않으며 또한 베이스의 내면 또는 미세유체 회로 재료의 어떠한 특정 패터닝도 필요로 하지 않는다. 도 5c 에 도시된 실시형태에서, 광원은 정사각형 패턴의 광 (미도시)에서 격리 펜 (502) 의 영역 상에 포커싱될 수도 있다. 이러한 정사각형 패턴의 광은 미세유체 회로 구조 (108), 내면 (109) 및/또는 커버 (110) 를 가열함으로써, 격리 펜 (502) 으로부터 미세 객체들 (504) 을 반출하는데 충분한 전단 힘 (542) 을 생성하는 버블 (521) 을 핵생성하고 성장시키는데 사용될 수 있는, 열적 타겟 (541) 을 임의의 선택된 위치에 생성할 수도 있다. 버블 유동, 전단 유동, 버블의 메니스커스와의 접촉, 또는 캐비테이팅 힘에 의해 미세 객체 (504) 를 제거하는 모드들 중 임의의 것이 이러한 구성을 사용하여 대안으로 실시될 수도 있다.

도 5d 는 반복 넘버링된 엘리먼트들이 상기와 같이 정의되는, 미세유체 디바이스 (550) 의 격리 펜 (544) 을 도시한다. 격리 펜 (544) 은 광학적으로 구동된 변위 힘 생성을 위해 구성되고 본 개시물의 일부 실시형태들에 따라 미세 객체들 (504) 을 반출하는데 사용된다. 도 5d 에 도시된 격리 펜 (544) 은 단리 영역 (554) 이 근위 개구 (534) 및 연결 영역 (552) 바로 아래에 는 글자 "U" (즉, "U"형 형상) 과 유사한 형상인 것을 특징으로 한다. 열적 타겟 (543) 은 변위 힘 생성 영역 (556) 내의 격리 펜 (544) 의 원위 단부에 놓여진다. 도 5a 에서와 같이, 변위 힘 생성 영역 (556) 은 단리 영역 (554) 과 열적 타겟 (543) 사이에 충분한 거리를 제공하여 단리 영역 (554) 내에 미세 객체들 (504) 을 제공하고, 옵션으로 채널 (522) 로 미세 객체들 (504) 을 변위시킬 수 있는 버블들의 스트림, 또는 미세 객체들 (504) 과 연결할 수 있는 버블, 전단 힘, 캐비테이팅 힘을 생성하기 위한 버블 (미도시) 의 핵생성 및 그 사용을 허용한다. 버블들, 전단 유동 또는 캐비테이팅 힘의 경로는 경로 (546) 으로 도시된다.

도 5e 는 반복 넘버링된 엘리먼트들이 상기와 같이 정의되는, 미세유체 디바이스 (560) 의 격리 펜 (548) 을 도시한다. 격리 펜 (548) 은 본 개시물의 일부 실시형태들에 따라 광학적으로 구동된 변위 힘 생성을 위해 구성되고 미세 객체들 (504) 을 반출하기 위해 사용된다. 도 5e 에 도시된 격리 펜 (548) 은 또한 도 5a 및 도 5b 에 도시된 격리 펜 (502) 과 유사한 역 "N" 형상을 갖는다. 하지만, 이 실시형태에서의 변위 힘 생성 영역은, 연결 영역 (562) 에 추가로 연결되는, 단리 영역 (564) 및 열적 타겟을 분리하는 3 개의 서브 영역들 (566, 567, 및 568) 을 포함한다. 변위 힘 생성은 또한 열적 타겟 (545) 을 포함하는 원위 부분 (566); 변위 힘 생성 영역의 원위 부분 (566) 과 동일한 치수를 갖는 제 1 유체 커넥터 (567) 를 포함한다. 변위 힘 생성 영역은 단리 영역 (564) 에 연결되는 제 2 수축된 유체 커넥터 (568) 를 더 포함하며, 유체 커넥터 (568) 의 폭 (도면을 볼 때 x 축 평면에서의 치수) 은 제 1 유체 커넥터 (567) 및/또는 단리 영역 (564) 대해 좁아진다. 제 2 유체 커넥터 (567) 의 수축된 폭은 열적 타겟 (545) 에서 생성된 버블들이 단리 영역 (564) 에서의 미세 객체 (504) 와 접촉하게 되는 것을 방지하도록 작용한다. 또한, 제 2 유체 커넥터 (567) 의 수축된 폭은 미세 객체 (504) 를 변위시키는데 사용된 전단 유동 또는 캐비테이팅 힘과 간섭하는 비정상적인 전류를 분열시키거나 생성할 수 있는 바람직하지 않은 세컨더리 유동을 방지한다. 또한, 제 2 유체 커넥터 (567) 의 수축된 폭은 단리 영역으로부터 변위 힘 생성 영역 (566, 567 및 568) 으로의 미세 객체들 (504) 의 통과를 방지한다.

도 6a 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른 마랑고니 효과 유동 (680) 을 생성하는데 사용되는 미세유체 디바이스 (600) 의 순환 배양 펜 (602) 및 열적 타겟 (622) 을 도시한다. 열적 타겟 (622) 은 광원 (660) 을 사용하여 가열될 때 순환 마랑고니 효과 유동 (680) 을 초래하는 온도 구배를 갖는 버블 (675) 을 생성하는 비대칭 눈물방울형 형상을 갖는다. 도 4c, 4d, 4e 및 4g 와 관련하여 위에 논의된 바와 같이, 다양한 상이한 비대칭 열적 타겟들이 사용되어 마랑고니 효과 유동 (680) 을 생성할 수도 있다.

도 6a 에 도시된 실시형태에서, 더 큰 표면적을 포함하는 열적 타겟 (622) 의 부분은 더 작은 표면적을 포함하는 열적 타겟 (622) 의 부분 아래에 위치된다. 이에 따라, 버블 상의 온도 구배에 의해 생성될 수 있는 결과의 마랑고니 효과 유동 (680) 은 버블 (675) 의 하단 부분으로부터 버블 (675) 의 상단 부분으로 이동하여 (변위 힘 생성 영역 (614) 의 근위 개구 (634) 를 향해 그리고 변위 힘 생성 영역 (614 + 616) 의 유체 커넥터 (616) 로부터 멀리 지향됨), 순환, 이 경우 반시계 방향의, 마랑고니 효과 유동 (680) 을 생성한다.

도 6a 에 도시된 실시형태에서, 미세유체 디바이스 (600) 의 순환 배양 펜 (602) 은 유체 커넥터 (616) 를 포함하는 변위 힘 생성 영역 (614) 및 배양 영역 (612), 및 연결 영역 (610) 을 갖는다. 순환 배양 펜 (602) 은 격리 펜과 유사할 수도 있지만, 능동적으로 순환할 때 메인 채널을 통해 순환 유동하도록 구성된다. 변위 힘 생성 영역 (614) 은 미세유체 채널 (522) 에 대한 근위 개구 (634) 및 그의 유체 커넥터 (616) 로부터 배양 영역 (612) 으로의 원위 개구 (636) 를 갖는다. 반복 넘버링된 엘리먼트들은 위에 정의된 바와 같다. 열적 타겟 (622) 이 광 (660) 으로 조명될 때, 버블 (675) 이 생성되어, 순환 배양 펜 (602) 과 채널 (522) 의 양자 모두를 통해 순환하는 순환 유동 (680)(마란 고니 효과 유동) 을 전개한다. 순환 유동 (680) 은 순환 배양 펜 (602) 및 인접한 채널 (522) 에서 어디에서든 유체를 혼합하고 및/또는 미세 객체들 (예를 들어, 세포들) 을 변위시키는데 사용될 수 있다. 유동의 속도 및 이에 따른 그 변위 힘은 조명의 전력을 감속시킴으로써 감속될 수도 있으며, 이는 개시하는데 1 밀리와트 만큼 작은 것을 필요로 할 수도 있다. 일부 경우들에서, 순환 유동 (680) 은 배지 모듈 (160) 및 배지 소스 (178) 에 의해 제어되는 배지의 유동 (530) 과 동일한 방향으로 유동의 벡터의 적어도 일부를 가질 수도 있다. 순환 유동 (680) 은 채널 (522) 에서의 배지를 배양 영역 (612) 내로 플러싱하는데 사용될 수도 있다. 유사하게, 순환 유동 (680) 은 또한 순환 배양 펜 (602) 에서 미세 객체들을 변위시키고 반출하는데 사용될 수도 있다.

일부 다른 실시형태들에서, 격리 펜은 순환 (마랑고니 효과) 유동 (680) 을 생성하기 위한 회로를 포함할 수도 있는 다른 기하학적 구조를 포함할 수도 있다. 도 6a 에 도시된 순환 배양 펜 (602) 은 메인 채널 (522) (본 명세서에서 "개방 루프" 순환 배양 펜 (602) 으로 지칭됨) 을 포함하는 회로를 포함하지만, 다른 펜 기하학적 구조들은 "폐쇄 루프" 격리 펜을 생성하기 위해 격리 펜 내에 미세유체 회로 구조의 원형 부분 (즉, 메인 채널 (522) 의 임의의 부분을 포함하지 않는 회로) 을 포함할 수도 있다.

실시형태 및 버블에 의해 생성된 마랑고니 효과 유동의 힘에 의존하여, 개방 루프 순환 배양 펜 및 폐쇄 루프 격리 펜은 상이한 사이즈 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 개방 루프 및 폐쇄 루프 격리 펜들 내에 포함된 회로는 상이한 체적의 유체를 수용할 수도 있다. 유사하게, 회로의 길이는 마랑고니 효과 유동 (680) 의 힘 및 사용된 열적 타겟 (622) 의 유형에 따라 달라질 수도 있다. 도 8c 및 도 8d 와 관련하여 하기에서 논의되는 바와 같이, 회로는 전체 채널을 포함할 수도 있다.

도 6b 는 순환 마랑고니 효과 유동 (682) 을 생성하도록 구성된 미세유체 디바이스 (620) 의 "폐쇄 루프" 격리 펜 (604) 을 도시한다. 격리 펜 (604) 은 소문자 "b" (즉, "b" 형 형상) 과 유사한 형상을 갖는다. 도 6b 에 도시된 격리 펜에서, 단리 영역 (632) 은 미세유체 채널 (522) 에 대한 근위 개구 (534) 를 갖는 연결 영역 (630) 바로 아래에 위치된다. 폐쇄 루프 격리 펜 (604) 은 원형 채널을 가지지만, 임의의 유형의 회로 (예를 들어, 정사각형 또는 다각형 채널)가 사용될 수 있다. 격리 펜 (604) 은 또한 단리 영역 (632) 에 대한 2 개의 유체 연결부, 예를 들어 단리 영역 (630) 으로부터 및 이 단리 영역 (630) 에 이르는 원형 채널의 2 개의 암들을 갖는 변위 힘 생성 영역 (638) 내에 위치되는 비대칭 열적 타겟 (624) 을 포함한다. 열적 타겟 (624) 은 온도 구배를 갖는 버블 (672) 을 생성하기 위해 광원 (662) 을 사용하여 가열될 수 있으며, 이는 결국 폐쇄 루프 원형 채널에서 마랑고니 효과 유동 (682) 을 생성할 수 있다. 원형 채널이 메인 채널 (522) 에 개방되지 않기 때문에, 마랑고니 효과 유동 (682) 은 메인 채널 (522) 에서의 유체 배지로부터 독립적으로 객체들 또는 유체 배지를 혼합하는데 사용될 수도 있다.

도 6c 는 마랑고니 효과 유동 (684) 을 생성하도록 구성된 미세유체 디바이스 (640) 의 격리 펜 (606) 을 도시한다. 격리 펜 (606) 은 채널 (530) 에 대한 근위 개구 (534) 를 갖는 연결 영역 (642) 바로 아래에 위치된 단리 영역 (664) 을 포함한다. 격리 펜 (606) 은 또한 변위 힘 생성 영역 (646) 으로부터 단리 영역 (644) 에 대한 2 개의 유체 연결부를 갖는 폐쇄 루프 원형 채널을 제공하는 미세유체 회로 재료의 일부를 둘러싼다. 변위 힘 생성 영역 (646) 내의 비대칭 열적 타겟 (626) 은 마랑고니 효과 유동 (684) 을 생성하는 온도 구배로 버블 (674) 을 생성하기 위해 광원 (664) 을 사용하여 가열되고 있을 수 있다.

도 6d 는 미세유체 디바이스 (670) 의 격리 펜 (608) 을 도시하며, 이는 마랑고니 효과 유동을 교번 방향으로 생성하도록 구성된다. 미세유체 디바이스 (640) 의 격리 펜 (606) 에 대해서, 격리 펜 (608) 은 단리 영역 (654), 2 개의 유체 연결부 (순환 채널의 암) 를 통해 단리 영역에 연결되는 변위 힘 생성 영역 (656), 및 채널 (522) 에 대한 근위 개구 (534) 를 갖는 연결 영역을 갖는다. 격리 펜 (608) 은 마랑고니 효과 유동 (미도시) 을 교번 방향으로 생성하도록 구성된 2 개의 열적 타겟들 (628, 629) 을 갖는다. 마랑고니 효과 유동의 방향을 교번하는 것은 격리 펜 (608) 에서의 미세 객체 또는 유체 배지 상에 교반 모션을 생성하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 미세 객체 및 배지를 혼합 및 제거하는데 강화된 효과를 제공하도록 작용할 수도 있다.

도 7a-7f 는 광학적으로 구동되는 대류 및 미세 객체 변위에 유용한 격리 펜들의 다른 실시형태들을 도시한다. 도 7a 내지 도 7f 에 나타낸 실시형태들의 각각에 있어서, 배리어는 격리 펜의 단리 영역으로부터 변위 힘 생성 영역의 물리적 분리를 생성한다. 단일 배리어 모듈일 수도 있거나 복수의 배리어 모듈들일 수도 있는 배리어와 격리 펜의 벽 사이의 갭은 2 개의 영역들 사이에 유체 연결부를 제공하지만, 단리 영역으로부터 변위 힘 생성 영역으로 미세 객체의 통로를 방지하도록 구성된다. 유사하게, 배리어 모듈과 인접한 배리어 모듈 사이의 갭은 2 개의 영역들 사이에 유체 연결부를 제공하지만 단리 영역으로부터 변위 힘 생성 영역으로의 미세 객체의 통과를 방지하도록 구성된다. 각각의 경우에, 배리어 모듈(들) 은 또한 광학적으로 유도된 대류 및 변위 힘에 의해 생성된 힘의 직접적인 충격으로부터 미세 객체들의 손상을 방지하도록 구성될 수도 있으며, 또한 분리 영역 내에서 미세 객체들을 보다 효과적으로 제거하기 위해 전단 유동, 캐비테이팅 힘, 또는 버블력을 채널링하는데 보조할 수도 있다. 동일한 번호로 넘버링된 엘리먼트들은 동일하다.

도 7a 에서, 미세유체 디바이스 (700) 의 격리 펜 (704) 은 유체 배지 (706) 의 유동을 포함하도록 구성되는 미세유체 채널 (722) 에서 개방된다. 미세유체 채널 (706) 및 격리 펜의 벽은 미세유체 회로 재료 (716) 로 제조된다. 격리 펜 (704) 은 미세유체 채널 (722) 에 대한 근위 개구 (710) 를 갖는 연결 영역 (714) 을 갖는다. 연결 영역은 미세 객체 (702) 가 배치 및/또는 유지될 수도 있는 단리 영역 (712) 에 유동적으로 연결된다. 단리 영역 (712) 은 본 명세서에 기재된 임의의 열적 타겟일 수도 있는 열적 타겟 (724) 을 포함하는 변위 힘 생성 영역 (718) 에 추가로 연결된다. 격리 펜 (704) 은 또한 단리 영역 (714)과 변위 힘 생성 영역 (718) 사이의 경계를 형성하는 단일 배리어 모듈 (726) 을 포함한다. 배리어 (728) 와 격리 펜 (704) 의 벽 사이의 갭 (728) 인, 단리 영역 (714) 과 변위 힘 생성 영역 (718) 사이에는 두 개의 유체 연결부가 있다. 격리 펜 (704) 은 광학적으로 구동되는 대류 및 미세 객체 변위의 방법에 사용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 열적 타겟은 간섭성 또는 비간섭성 광원일 수도 있는 광원에 의해 조명될 수도 있고, 구조화되거나 비구조화될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 열적 타겟은 격리 펜 (704) 내의 부가적인 피처이며, 금속, 패터닝가능한 미세유체 회로 재료, 또는 광 개시 하이드로겔 폴리머로 제조될 수도 있으며, 이는 격리 펜 (704) 위의 커버 상에 성막될 수도 있거나 또는 베이스 (708) 의 표면 상에 성막될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 이 목적을 위해 제조된 열적 타겟은 희생 피처이다. 다른 실시형태들에서, 조명되는 별개의 선택된 영역은 변위 힘 생성 영역의 벽의 미세유체 회로 재료 (726) 또는 상부 표면 (708) 상의 선택된 위치이다. 통상적으로, 상부 표면 (708) 또는 미세유체 회로 재료 (716) 는 조명될 때, 희생 피처로서 거동하여, 열을 생성하지만 프로세스에 의해 또한 파괴된다. 조명의 지속기간은 어떤 종류의 변위 힘이 발생되는지를 결정할 수도 있다. 약 10 마이크로초 내지 약 200 마이크로초의 범위의 하나의 비제한적인 예에서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 짧은 펄스는 변위를 위한 캐비테이팅 힘을 생성할 수도 있다. 약 1000 밀리초 내지 약 2000 밀리초의 하나의 비제한적인 예에서, 보다 긴 조명 지속기간은 버블 접촉 힘, 버블 유동 힘, 버블 메니스커스 힘, 또는 전단 유동 힘 중 하나를 제공할 수도 있으며, 이는 단리 영역 (712) 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거할 수도 있다. 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 힘은 세포를 단리 영역으로부터 미세유체 채널 (722) 로 전부 변위시키는데 충분할 수도 있거나, 단리 영역 (712) 의 표면으로부터 미세 객체들을 제거하기에 충분할 수도 있지만, 격리 펜 (704) 으로부터 세포를 반출하는데는 충분하지 않다.

도 7b 는 미세유체 디바이스 (720) 의 격리 펜 (730) 이 변위 힘 생성 영역 (718) 을 단리 영역 (712) 으로부터 분리시키는 다수의 배리어 모듈 (726a) 을 갖는 또 다른 배열을 나타낸다. 변위 힘 생성 영역 (718) 은 복수의 유체 연결부, 갭들 (728a) 을 통해 단리 영역 (712) 에 유체 연결된다.

도 7c 는 복수의 긴 배리어 모듈 (726b) 이 단리 영역 (712) 으로부터 변위 힘 생성 영역 (718) 을 분리시키는 미세유체 디바이스 (740) 의 격리 펜 (732)의 다른 변형을 나타낸다. 변위 힘 생성 영역 (718) 은 복수의 유체 연결부, 갭 (728b) 을 통해 단리 영역 (712) 에 유체 연결된다.

도 7d 는 미세유체 디바이스 (750) 의 격리 펜 (734) 을 갖는 또 다른 변형이다. 단일 배리어 모듈 (726c) 은 직접 충돌로부터 미세 객체를 보호할 수도 있는 그 구성에서 아크를 갖는다. 변위 힘 생성 영역 (718) 은 2 개의 유체 연결부, 갭 (728c) 을 통해 단리 영역 (712) 에 유체 연결된다.

도 7e 는 미세유체 디바이스 (760) 의 격리 펜 (736) 을 갖는 또 다른 변형이다. 단일 배리어 모듈 (726d) 은 미세 객체들을 변위시키는데 더 효과적으로 변위 힘들을 지향시키는 것을 도울 수도 있는 그 구성이 좁은 돌출부를 갖는다. 변위 힘 생성 영역 (718) 은 2 개의 유체 연결부, 갭 (728d) 을 통해 단리 영역 (712) 에 유체 연결된다.

도 7f 는 복수의 배리어 모듈 (726e) 이 열적 타겟 (724) 을 둘러싸는 원형 영역으로서 변위 힘 생성 영역 (718) 을 정의하고 단리 영역 (712) 으로부터 영역 (718) 을 분리하는 미세유체 디바이스 (780) 의 격리 펜 (738) 의 다른 변형을 나타낸다. 변위 힘 생성 영역 (718) 은 복수의 유체 연결부, 갭 (728e) 을 통해 단리 영역 (712) 에 유체 연결된다.

격리 펜 (730, 732, 734, 736 및/또는 738) 은 격리 펜 (704) 의 제조와 유사한 방식으로 제조될 수도 있으며, 격리 펜 (704) 에 대해 기재된 방법들과 같은 광학적 구동되는 대류 유동 및/또는 미세 객체 변위의 임의의 방법에 채용될 수도 있다.

도 8a 는 채널 내에 놓이고 격리 펜들 (802, 804, 806) 내로 연장하는 비대칭 열적 타겟들 (840, 842, 844) 을 갖는 일련의 격리 펜들 (802, 804, 806) 을 포함하는 미세유체 디바이스를 도시한다. 열적 타겟 (842) 은 광원 (860) 을 사용하여 가열되어 온도 구배를 갖는 버블 (870) 을 핵생성할 수도 있으며, 이는 결국 채널 (822) 내로 격리 펜 (804) 에서 미세 객체들 (504) 을 분열 또는 변위시키는데 사용될 수 있는 마랑고니 효과 유동 (880) 을 생성하여, 격리 펜 (804) 내에 환화 유동을 생성한다. 마랑고니 효과 유동 (880) 은 또한 채널 (822) 로부터 격리 펜 (804) 내로 유체 배지들을 도입하는데 사용될 수 있다. 도 8a 에 도시된 열적 타겟들 (840, 842, 844) 은 격리 펜들 (802, 804, 806) 위에 위치되고, 격리 펜들 (802, 804, 806) 스윕되지 않은 부분들로 유체 배지를 도입하는데 사용될 수 있지만, 마란 고니 효과 유동 (880) 을 생성하도록 구성된 열적 타겟들은 스윕된 영역으로부터 스윕되지 않은 영역으로 도입하는 것이 유리한 미세유체 회로에서 어디든 위치될 수도 있다. 환화 유동의 속도 및 결과의 힘은 조명의 전력을 증가 또는 감소시킴으로써 조절될 수도 있으며, 이에 의해 환화 유동의 속도를 가속 또는 감속시킨다.

도 8b 는 채널 (822) 의 종점에 배치된 비대칭 열적 타겟 (846) 을 갖는 미세유체 디바이스 (810) 를 도시한다. 열적 타겟 (846) 이 온도 구배를 갖는 버블 (872) 을 생성하는데 사용될 때, 결과의 마랑고니 효과 유동 (882) 은 채널 (822) 내의 객체들을 이동시키기 위해 채널에서의 유동 경로 (830) 대신 또는 그와 조합하여 사용될 수 있다.

도 8c 는 메인 채널 (824) 및 메인 채널 (824) 로부터 수직으로 연장되는 10 개의 사이드 채널들 (826a-j) 을 포함하는 또 다른 미세유체 디바이스 (812) 를 도시한다. 10 개의 사이드 채널들의 각각은 다른 사이드 채널에 연결되어 메인 채널 (824) 과 함께 미세유체 회로를 형성한다. 특히, 826a 는 826b 와 연결되고, 826c 는 826d 와 연결되며, 826e 는 826f 와 연결되고, 826g 는 826h 와 연결되며, 826i 는 826j 와 연결되어 회로를 형성한다. 이와 같이 형성된 5 개의 미세유체 회로 각각은 마랑고니 효과 유동을 야기하는 버블을 생성하도록 구성된 비대칭 열적 타겟 (848a-e) 을 포함한다. 도 8c 에 도시된 실시형태에서, 사이드 채널 (826a-e) 보다 메인 채널 (824) 에서 훨씬 낮은 유체 저항이 있다. 메인 채널 (824) 과 사이드 채널 (826a-e) 사이의 유체 저항의 차이로 인해, 메인 채널 (824) 로 도입된 유체 배지의 유동은 사이드 채널 (826a-e) 로 진입하지 않을 것이다. 환언하면, 사이드 채널 (826a 내지 826e) 은 광학 조명에 의해 유도된 환화 유동의 부재 시 미세유체 디바이스 (812) 의 스윕되지 않은 영역들이다.

실시형태들에 의존하여, 메인 채널 (824) 과 사이드 채널 사이의 유체 저항의 비는 달라질 수 있다. 대부분의 실시형태들에서, 사이드 채널 (826) 내로 분기하는 지점에서 메인 채널 (824) 에서의 유체 저항은 사이드 채널 (826) 의 유체 저항보다 10 내지 100 배 낮을 것이다. 유체 저항은 채널의 길이에 비례하고 채널의 폭에 반비례하기 때문에, 사이드 채널은 일반적으로 메인 채널과 사이드 채널 사이의 최적의 유체 저항 비를 달성하기 위해 메인 채널보다 더 길고 더 좁을 것이다. 일부 실시형태들에서, 메인 채널은 사이드 채널보다 1.5 내지 3 배 더 넓을 수 있다. 예를 들어, 메인 채널은 100 마이크론 내지 1000 마이크론 범위의 폭을 가질 수 있고, 사이드 채널은 20 마이크론 내지 300 마이크론 범위의 폭을 가질 수 있다.

하지만, 도 8d 에 도시된 바와 같이, 비대칭 열적 타겟들 (848a 및 848c) 을 사용하여 버블들 (874a 및 874b) 이 생성될 때, 버블들 (874a 및 874b) 에 의해 생성된 결과의 마랑고니 효과 유동은 메인 채널 (824) 로부터 사이드 채널들 (826a, 826b, 826e, 826f) 로 유체 배지를 선택적으로 도입하기 위해 메인 채널 (824) 에서의 유동과 함께 사용될 수도 있다. 이러한 방식으로, 마랑고니 효과 유동은 미세 객체를 배양하거나 분석을 수행하기 위한 관심의 채널들로 분석물, 시약 및/또는 미세 객체 (예를 들어, 비드) 를 함유하는 배지들을 선택적으로 도입하는데 사용될 수도 있다.

키트들. 키트는 본 명세서에 기재된 바와 같은 임의의 미세유체 디바이스를 포함하는, 광학적으로 구동되는 디바이스들 및 대류 유동 및/또는 미세 객체 변위의 방법들에 대해 제공되며, 미세유체 디바이스는 코팅된 표면을 제공하기 위한 시약, 및 본 명세서에 기재된 임의의 피처들을 임의의 조합으로 포함할 수도 있다. 미세유체 디바이스는 미세유체 디바이스들 (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) 중 임의의 것으로부터 선택될 수도 있다. 코팅된 표면을 위한 시약들은 그 목적을 위해 본 명세서에 기재된 바와 같은 임의의 시약일 수도 있다. 코팅된 표면을 제공하기 위한 시약은 공유결합으로 연결된 표면을 제공하는 시약을 포함할 수도 있다.

키트의 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 유체 배지가 제공될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 키트는 광활성가능한 하이드로겔을 포함할 수도 있으며, 이는 유동성 폴리머로서 이미 제제화될 수도 있거나 또는 건조 분말 또는 동결 건조된 제품일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 키트는 광 개시제를 더 포함할 수도 있다. 키트의 컴포넌트들은 하나 이상의 컨테이너들에 제공될 수도 있다.

열적 타겟을 갖는 격리 펜을 제조하는 방법. 열적 타겟은 미세유체 디바이스의 일상적인 제조 중에 제조될 수도 있다. 금속 타겟은 전기 연결 등을 위한 금속 콘택을 부가하는 동일한 동작 동안 미세유체 디바이스의 커버 상에 성막될 수도 있다. 미세유체 회로 재료로부터 제조된 열적 타겟은 소프트 리소그라피 동안 마스크에 포함될 수도 있다. 이러한 방식으로 설치된 열적 타겟들은 희생 타겟을 포함할 수도 있다. 버블 생성을 위한 표면 토포그래피는 제조 동안 미세유체 회로 구조 (108) 또는 커버 (110) 내로 패터닝될 수도 있거나 또는 광원 (미도시) 을 사용하여 인 시튜로 패터닝될 수도 있다. 패터닝가능한 재료가 사용되는 실시형태들에서, 구조화된 광원이 사용될 수도 있다. 하이드로겔 열적 타겟은 미세유체 디바이스가 제조된 후 그러나 개시물의 방법들에서의 사용 전에 설치될 수도 있다.

하나 이상의 미세 객체들을 제거 및/또는 유체 배지를 혼합하는 방법들. 따라서, 미세유체 디바이스 내의 표면으로부터 하나 이상의 미세 객체들 (예를 들어, 세포와 같은 생물학적 미세 객체) 를 제거하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 미세유체 디바이스의 인클로저에서 유체 배지 내에 배치된 하나 이상의 미세 객체들을 포함하거나 이에 인접한 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계로서, 인클로저는 기판 및 유동 영역을 포함하는 미세유체 회로를 포함하는, 상기 조명하는 단계; 제거 힘을 생성하기에 충분한 제 1 시간 기간의 선택된 별개의 영역의 조명을 유지하여, 표면으로부터 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 단계를 포함한다.

방법은 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계를 수행하기 전에 제 2 시간 기간 동안 인클로저에서의 유체 배지 내의 하나 이상의 미세 객체들을 유지하는 단계를 포함할 수도 있다. 인클로저 내의 유체 배지 내에서 세포를 유지하는 동안, 일부 유형의 세포가 미세유체 디바이스의 인클로저의 하나 이상의 내면에 부착될 수도 있다. 부착은 세포와 하나 이상의 표면 사이의 비특정적 또는 특정적인 상호작용일 수도 있다. 특정 상호 작용은 연관시 수소 결합 또는 에스테르 결합을 형성할 수도 있는, 표면의 산화물 모이어티를 갖는 세포의 카르복실산과 같은 표면 모이어티의 공유결합또는 비공유결합 부착을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 세포의 부착은 하나 이상의 표면에 직접 또는 간접일 수도 있다. 직접 부착의 비제한적인 예는 표면 상에 산화물 모이어티를 갖는 표면의 산화물 모이어티와 하나 이상의 세포의 일부의 상호작용일 것이다. 표면을 갖는 하나 이상의 세포의 간접 부착의 비제한적인 예는, 이에 제한되지는 않지만, 인클로저 내에 존재하는 다른 세포들에 의해 생성된 표면 오염 단백질과 같은, 표면과 그 자체가 연관된 개재 물질 또는 재료로 세포의 일부 (세포의 표면 상의 모이어티를 포함하지만 이에 제한되지 않음) 사이의 상호작용을 포함할 수도 있다. 이들은 세포와 세포가 유지되는 표면 사이에서 가능한 부착 유형의 비제한적인 예이다. 임의의 종류의 부착이 하나 이상의 세포의 운반성을 감소시킬 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 적어도 하나의 격리 펜을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 복수의 격리 펜을 포함할 수도 있다. 복수의 격리 펜의 각각은 유동 영역에 대한 근위 개구를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유동 영역은 미세유체 채널을 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 하나 이상의 미세 객체들이 유지되는 표면은 기판의 표면일 수도 있다. 하나 이상의 미세 객체들이 유지되는 기판의 표면은 적어도 하나의 격리 펜 내의 기판의 표면일 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는 약 1mm, 0.9mm, 0.7mm, 0.5mm, 0.3mm, 100 마이크론, 80 마이크론, 60 마이크론, 40 마이크론, 20 마이크론, 약 10 마이크론, 약 5 마이크론 또는 그 사이의 임의의 값의 제 1 치수 (예를 들어, 미세유체 인클로저의 폭 또는 x 축 치수) 를 갖는 영역을 조명하는 것을 포함할 수도 있다. 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는 약 1mm, 0.9mm, 0.7mm, 0.5mm, 0.3mm, 100 마이크론, 80 마이크론, 60 마이크론, 40 마이크론, 20 마이크론, 약 10 마이크론, 약 5 마이크론 또는 그 사이의 임의의 값의 제 2 치수 (즉, 미세유체 인클로저 내의 높이 또는 y 축 치수) 를 갖는 영역을 조명하는 것을 더 포함할 수도 있다. x 축 및 y 축 치수는 상기와 같은 치수의 임의의 조합일 수도 있다. 조명의 선택된 별개의 영역은 약 200 제곱 마이크론, 약 150 제곱 마이크론, 약 100 제곱 마이크론, 약 80 제곱 마이크론, 약 70 제곱 마이크론, 약 50 제곱 마이크론, 약 25 제곱 마이크론, 약 10 제곱 마이크론, 또는 그 사이의 임의의 값의 면적을 가질 수도 있다.

조명의 기간. 조명의 단계는 본 명세서에 기재된 바와 같은 임의의 광원을 사용하여 수행될 수도 있고, 간섭성 또는 비간섭성일 수도 있다. 광은 구조화되거나 구조화되지 않은 과일 수도 있다. 단순화를 위해, 이하의 설명은 레이저 조명을 지칭하지만 발명은 이에 제한되지 않는다.

다양한 실시형태들에서, 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는 레이저로 선택된 별개의 영역을 조명하는 것을 포함할 수도 있다. 레이저는 약 450nm 내지 약 800nm 의 영역에서 파장을 갖는 광을 조명할 수도 있다. 레이저는 약 0.5 암페어, 0.7 암페어, 0.9 암페어, 1.1 암페어, 1.4 암페어, 1.6 암페어, 1.8 암페어, 2.0 암페어, 2.2 암페어, 2.5 암페어, 2.7 암페어, 3.0 암페어 또는 그 사이의 임의의 값의 전류를 가질 수도 있다.

레이저 조명은 약 1 mW 내지 약 1000 mW, 약 100 mW 내지 약 1000 mW, 약 100 mW 내지 약 800 mW, 약 100 mW 내지 약 600 mW, 약 100 mW 내지 약 500 mW, 또는 그 사이의 임의의 범위 또는 개별 값의 범위에서 입사 전력을 가질 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 레이저 조명으로 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는 약 10 마이크로초 내지 약 8000 밀리초의 범위의 시간 기간 동안 수행될 수도 있으며, 그 사이의 임의의 값일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는 약 100 밀리초 내지 약 3 분의 범위의 시간 기간 동안 수행될 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 레이저 조명은 약 50 밀리초, 75 밀리초, 100 밀리초, 150 밀리초, 250 밀리초, 500 밀리초, 750 밀리초 또는 약 1000 밀리초 동안 선택된 개별 영역으로 지향될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 레이저 조명은 약 50 밀리초 내지 약 2000 밀리초; 약 50 밀리초 내지 약 1000 밀리초; 약 50 밀리초 내지 약 500 밀리초; 약 50 밀리초 내지 약 300 밀리초; 약 100 밀리초 내지 약 1000 밀리초; 약 200 밀리초 내지 약 1000 밀리초; 약 200 밀리초 내지 약 700 밀리초; 약 300 밀리초 내지 약 600 밀리초; 또는 임의의 범위의 그 사이의 임의의 값의 범위의 시간 기간 동안 선택된 개별 영역으로 지향될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 레이저 조명은 약 1 밀리초 내지 약 200 밀리초; 약 1 밀리초 내지 약 150 밀리초; 약 1 밀리초 내지 약 100 밀리초; 약 1 밀리초 내지 약 50 밀리초, 약 1 밀리초 내지 약 30 밀리초; 약 25 밀리초 내지 약 200 밀리초; 약 25 밀리초 내지 약 100 밀리초; 약 25 밀리초 내지 약 75 밀리초; 약 50 밀리초 내지 약 200 밀리초; 약 50 밀리초 내지 약 125 밀리초; 약 50 밀리초 내지 약 90 밀리초의 범위; 또는 임의의 범위의 그 사이의 임의의 값의 시간 기간 동안 선택된 별개의 영역으로 지향될 수도 있다. 이들 범위들 중 하나에서 선택된 조명 기간은 미세 객체와 접촉하고 이로써 이를 제거할 수 있는 버블의 광학적 구동 생성에 충분할 수도 있다.

다양한 다른 실시형태들에서, 레이저 조명은 약 500 밀리초 내지 약 3000 밀리초; 약 1000 밀리초 내지 약 2700 밀리초; 약 1000 밀리초 내지 약 2500 밀리초; 약 1000 밀리초 내지 약 2000 밀리초; 약 1000 밀리초 내지 약 1500 밀리초; 약 1300 밀리초 내지 약 3000 밀리초; 약 1300 밀리초 내지 약 2700 밀리초; 약 1300 밀리초 내지 약 2300 밀리초; 약 1300 밀리초 내지 약 2000 밀리초; 약 1300 밀리초 내지 약 1700 밀리초; 약 1500 밀리초 내지 약 3000 밀리초; 약 1500 밀리초 내지 약 2600 밀리초; 약 1500 밀리초 내지 약 2300 밀리초; 약 1500 밀리초 내지 약 2000 밀리초; 약 1700 밀리초 내지 약 3000 밀리초; 약 1700 밀리초 내지 약 2600 밀리초; 약 1700 밀리초 내지 약 2000 밀리초; 또는 그 사이의 임의의 값의 범위의 시간 동안 선택된 별개의 영역으로 지향될 수도 있다. 이들 범위들 중 하나에서 선택된 조명 기간은 광학적으로 구동되는 전단 유동 또는 버블 유동 접촉 힘을 생성하는데 적합할 수도 있다.

또 다른 실시형태들에서, 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는, 약 10 마이크로초 내지 약 200 밀리초; 약 10 마이크로초 내지 약 100 밀리초; 약 10 마이크로초 내지 약 1 밀리초; 약 10 마이크로초 내지 약 1 밀리초; 약 10 마이크로초 내지 약 500 마이크로초; 약 50 마이크로초 내지 약 1 밀리초; 약 50 마이크로초 내지 약 500 마이크로초; 약 50 마이크로초 내지 약 300 마이크로초; 약 1 밀리초 내지 약 200 밀리초; 약 1 밀리초 내지 약 150 밀리초; 약 1 밀리초 내지 약 100 밀리초; 약 1 밀리초 내지 약 50 밀리초; 약 1 밀리초 내지 약 30 밀리초; 약 25 밀리초 내지 약 200 밀리초; 약 25 밀리초 내지 약 100 밀리초; 약 25 밀리초 내지 약 75 밀리초; 약 50 밀리초 내지 약 200 밀리초; 약 50 밀리초 내지 약 125 밀리초; 약 50 밀리초 내지 약 90 밀리초; 또는 임의의 범위의 그 사이의 임의의 값 동안 수행될 수도 있다. 하나의 그러한 조명 범위에서의 조명 기간은 미세 객체들을 포함하거나 이에 인접하는 별개의 선택 영역 내에 캐비테이팅 힘을 생성하기에 충분할 수 있으며, 이에 의해 미세 객체들의 하나 이상을 제거한다. 일부 실시형태들에서, 조명의 시간 기간은 약 10 마이크로초 내지 약 500 마이크로초 또는 약 10 마이크로초 내지 약 100 밀리초 범위일 수도 있다.

일부 다른 실시형태들에서, 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는, 약 100 밀리초 내지 약 3 분; 약 100 밀리초 내지 약 2 분; 약 100 밀리초 내지 약 1 분; 약 100 밀리초 내지 약 10,000 밀리초; 약 100 밀리초 내지 약 5,000 밀리초; 약 100 밀리초 내지 약 1000 밀리초; 약 500 밀리초 내지 약 3 분; 약 500 밀리초 내지 약 1 분; 약 500 밀리초 내지 약 10,000 밀리초, 약 500 밀리초 내지 약 3,000 밀리초; 또는 그 사이의 임의의 값 동안 수행될 수도 있다. 이들 범위 중 하나로부터 선택된 범위에서의 조명 기간은 유체 배지 및/또는 미세 객체들을 혼합하기 위한 환화 유동 (마랑고니 효과) 을 생성하기에 충분할 수도 있다. 환화 유동의 조명 기간은 별개의 선택된 영역을 조명하는데 사용되는 전력에 의존하여 길어지거나 짧아질 수도 있다.

이러한 범위는 단지 예시적인 것이고 개시물을 제한하려고 의도되지 않는다. 각각의 유형의 대류 유동 또는 변위 힘에 대해 기재된 범위 외부에서의 조명 기간이 개시물의 범위 내에 여전히 존재하면서 식별되고 사용될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 별개의 영역을 조명하는 단계는 하나 이상의 미세 객체들 중 적어도 하나를 포함하는 선택된 별개의 영역에서 레이저 조명을 지향시키는 것을 포함한다. 이는 미세유체 디바이스의 인클로저 내의 어디에서든 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 조명되는 별개의 영역은 격리 펜 내에 있을 수 있고, 또한 격리 펜 내의 기판의 표면일 수도 있다. 격리 펜 내의 하나 이상의 미세 객체들 중 적어도 하나의 미세 객체를 조명할 때, 선택된 별개의 영역은 (예를 들어, 적어도 하나의 격리 펜 내의 중심 위치에 있거나 또는 유동 영역에 대한 격리 펜의 하단 또는 베이스에서) 격리 펜의 근위 개구에 대해 원위 위치에 있을 수도 있다.

레이저 조명은 하나 이상의 미세 객체들 중 적어도 하나 상에서 직접적으로 제거 힘을 야기할 수도 있다. 이론에 의해 구속되지 않으면서, 조명은 또한 또는 대안으로, 하나 이상의 미세 객체들 주위의 유체 배지의 일부를 가열하고 하나 이상의 미세 객체들 중 적어도 일부를 제거할 수 있는 캐비테이팅 제거 힘을 생성할 수도 있다.

방법의 다른 실시형태들에서, 조명될 선택된 별개의 영역은 하나 이상의 미세 객체들에 인접할 수도 있다. 선택된 별개의 영역은 제거될 하나 이상의 미세 객체들로부터 멀리, 약 1mm, 0.9mm, 0.7mm, 0.5mm, 0.3mm, 100 마이크론, 80 마이크론, 60 마이크론, 40 마이크론, 20 마이크론, 약 10 마이크론, 약 5 마이크론, 또는 이들 사이의 임의의 값에 위치될 수도 있다. 하나 이상의 미세 객체들에 인접한 레이저 조명은 미세유체 디바이스의 인클로저 내의 어디에서든 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 미세 객체들에 인접한 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는, 기판 상에서, 벽의 미세유체 회로 재료 상에서; 또는 추가로 희생 피처일 수도 있는 본 명세서에 기재된 임의의 열적 타겟일 수도 있는 열적 타겟에서 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 미세 객체들이 격리 펜 내에 유지될 때, 기판을 조명하는 단계는 유동 영역에 대해 적어도 하나의 격리 펜의 근위 개구 근방의 기판 상의 선택된 별개의 영역 상에서 수행될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 하나 이상의 미세 객체들이 적어도 하나의 격리 펜 내에 유지될 때, 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는 적어도 하나의 격리 펜의 미세유체 회로 재료의 선택된 별개의 영역을 조명하는 것을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 하나 이상의 미세 객체들이 적어도 하나의 격리 펜 내에 유지될 때, 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치된 희생 피처를 조명하는 것을 포함할 수도 있다.

희생 피처는 금속 패드 또는 미세유체 회로 재료 (예를 들어, 격리 펜 벽 및 유동 영역 (예를 들어, 미세유체 채널) 의 벽과 동일하거나 유사한 재료) 를 포함할 수 있는, 레이저 조명으로부터 에너지를 흡수할 수도 있는 임의의 적절한 재료로 제조될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 희생 피처는 (부가 코팅 또는 공유결합으로 개질된 표면층을 포함할 수도 있거나 포함하지 않을 수도 있는) 기판의 상부 표면 또는 미세 유체 디바이스 내에 포함될 수도 있는 임의의 다른 재료를 포함할 수도 있다.

조명 (예를 들어, 레이저 조명을 포함하지만 이에 제한되지 않음) 은 하나 이상의 미세 객체들 중 적어도 하나에 제거 힘을 직접 야기할 수도 있다. 이론에 의해 구속되지 않으면서, 조명은 또한 또는 대안으로, 하나 이상의 미세 객체들 주위의 유체 배지의 일부를 가열하고 하나 이상의 미세 객체들을 제거할 수 있는 캐비테이팅 제거 힘을 생성할 수도 있다.

레이저 조명은 하나 이상의 미세 객체들 중 적어도 하나에 제거 힘을 직접 야기할 수도 있다. 이론에 의해 구속되지 않으면서, 하나 이상의 미세 객체에 인접한 선택된 영역을 조명하는 단계는 또한 또는 대안으로, 유체 배지의 제 1 부분을 가열하고; 그리고 하나 이상의 미세 객체들을 둘러싸는 유체 배지의 제 2 부분을 변위시키는 지속적인 버블을 생성함으로써, 하나 이상의 미세 객체들을 제거할 수도 있다. 유체 배지의 제 2 부분을 변위시키는 단계는 조명의 제 1 기간 동안 유체 배지의 순환 유체 유동을 생성하는 것을 더 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 방법은 유체 배지의 제 1 부분을 가열하는 단계; 및 하나 이상의 기체 버블을 생성함으로써, 하나 이상의 미세 객체들을 향해 유체 배지의 전단 유동을 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 방법은 유체 배지의 제 1 부분을 가열하는 단계; 하나 이상의 미세 객체들을 향해 스트림하도록 구성된 복수의 기체 버블들을 생성하는 단계; 및 복수의 기체 버블들 중 적어도 하나의 기체 버블들의 메니스커스와 하나 이상의 미세 객체들을 접촉시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.

상술한 바와 같이 레이저 조명은 어디에서든 지향될 수도 있다. 대안으로, 하나 이상의 미세 객체들이 인클로저 내의 격리 펜 내에 유지될 때, 선택된 별개의 영역은 격리 펜의 원위 단부를 형성하는 벽의 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 벽은 유동 영역에 대한 근위 개구에 대향하여 위치된다. 격리 펜의 베이스에서의 조명은 하나 이상의 미세 객체들에 대한 손상을 방지할 수도 있다.

대안으로, 하나 이상의 미세 객체들이 인클로저 내의 격리 펜 내에 배치될 때, 선택된 별개의 영역은 격리 펜의 변위 힘 생성 영역에 위치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 미세 객체들은 격리 펜의 단리 영역 내에 배치될 수도 있고, 변위 힘 생성 영역은 단리 영역에 유체 연결된다.

미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법의 다양한 실시형태들에서, 방법은 적어도 하나의 격리 펜으로부터 하나 이상의 미세 객체들을 반출하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 격리 펜으로부터 하나 이상의 미세 객체들을 반출하는 단계는 유전영동 힘으로 하나 이상의 미세 객체들을 이동시키는 것을 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법의 다양한 실시형태들에서, 방법은 미세유체 디바이스의 인클로저의 유동 영역으로부터 하나 이상의 미세 객체들을 반출하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 유동 영역으로부터 하나 이상의 미세 객체들을 반출하는 단계는 중력, 유체 유동, 유전영동 힘, 또는 이들의 임의의 조합을 사용하는 것을 포함할 수도 있다.

소정의 실시형태들에서, 개시물은 전술한 방법들을 수행하기 위한 비일시적 머신 판독가능 명령들을 저장하기 위한 머신 판독가능 저장 디바이스들을 더 제공한다. 머신 판독가능 명령들은 이미지를 획득하는데 사용되는 이미징 디바이스를 추가로 제어할 수 있다.

또 다른 양태에서, 방법은 미세유체 디바이스의 인클로저 내에서, 내부에 포함된 유체 배지들 및/또는 미세 객체들을 혼합하기 위한 방법이 제공되며, 방법은 적어도 하나의 유체 배지 및/또는 미세 객체들을 포함하는 미세유체 회로 내에서 인클로저의 표면 상에 배치된 열적 타겟에 광원을 포커싱함으로써, 적어도 하나의 유체 배지의 제 1 부분을 가열하는 단계; 및 미세유체 회로 내의 적어도 하나의 유체 배지의 순환 유동을 유도함으로써 내부에 배치된 유체 배지들 및/또는 미세 객체들을 혼합하는 단계를 포함한다. 방법의 일부 실시형태들에서, 열적 타겟은 제 1 위치에서 제 2 유체 채널에서 분지하도록 구성되고 또한 제 2 위치에서 제 2 유체 채널과 재결합하도록 구성되는, 제 1 미세유체 채널 내에 배치되고, 열적 타겟은 그 사이의 표면 상에 배치된다.

실험

시스템 및 미세유체 디바이스 : Berkeley Lights, Inc.에 의해 제조 됨. 이 시스템은 적어도 유동 제어기, 온도 제어기, 유체 배지 컨디셔닝 및 펌프 컴포넌트, 광 활성화 DEP 구성을 위한 광원, 레이저, Berkeley Lights, Inc. 에 대한 마운팅 스테이지, OptoFluidic ™ 미세유체 디바이스, 및 카메라를 포함하였다. Berkeley Lights, Inc. Optofluidic^TM 미세유체 디바이스는 약 7 x 10⁵ 세제곱 마이크론의 체적을 갖는 NanoPen^TM 챔버를 포함하였다.

재료들: 달리 명시되지 않는 한, 세포는 ATCC (ATCC® Cat. # CRL-8001 ™)에서 획득된 OKT3 세포, 쥐의 골수종 하이브리도마 세포주였다. 세포는 현탁 세포주로서 제공되었다. 배양은 약 1 x 10⁵ 에서 약 2 x 10⁵ 의 생존가능 세포/ mL 를 접종하고 공기에서 5 % 이산화탄소를 기체 환경으로 사용하여, 37 ℃ 에서 배양함으로써 유지되었다. 세포는 2 ~ 3 일 마다 분열되었다. OKT3 세포 수 및 생존력이 카운팅되었고 세포 밀도가 미세유체 디바이스로 로딩하기 위해 5 x 10⁵/ml 로 조정되었다.

배양 배지: Iscove's Modified Dulbecco's Medium (ATCC® 카탈로그 번호 30-2005) 500 ml, 태아 혈청 200 ml (ATCC® Cat. # 30-2020) 및 페니실린-스트렙토마이신 (Life Technologies® Cat. # 15140- 122) 이 배합되어 배양 배지를 제조 하였다. 완전한 배지는 0.22 마이크론 필터를 통해 여과되었고, 사용시까지 4 ℃에서 광으로부터 멀리 저장되었다.

프라이밍 절차: 250 마이크로리터의 100 % 이산화탄소가 12 마이크로리터/초의 속도로 유입되었다. 그 다음 12 마이크로리터/초로 유입된, 0.1 % Pluronic® F27 (Life Technologies® Cat # P6866) 을 함유한 PBS 250 마이크로 리터가 이어진다. 프라이밍의 최종 단계는 12 마이크로 리터/초로 유입된 250 마이크로 리터의 PBS 를 포함하였다. 배양 배지의 도입은 다음과 같다.

관류 체제 (칩에서 세포 배양 동안: 관류 방법은 다음 2 가지 방법들 중 하나였다:

1. 2 시간 동안 0.01 마이크로리터/초로 관류; 64 초 동안 2 마이크로리터/초로 관류; 반복.

2. 100 초 동안 0.02 마이크로리터/초로 관류; 정지 유동 500 초; 64 초 동안 2 마이크로리터/초로 관류; 반복.

광학 시스템. 예 1 및 예 2 에 대해, 광학 시스템은 785 nm 레이저, Olympus 현미경 Prosilica 카메라 및 레이저를 위한 특수 시준 광학을 갖는 에피형광성 광 트레인 (epifluorescence light train) 을 포함하였다.

예 1. 금속 열적 타겟의 광학 조명. 도 9a-9d 는 격리 펜으로부터 세포를 반출하는데 사용되는 버블을 생성하기 위한 열적 타겟의 사용을 도시한다. 도 9a-9c 에 도시된 미세유체 디바이스 (900) 의 격리 펜 (902) 은 도 5a 에 도시된 격리 펜과 유사한 역 "N" 형 기하학적 구조를 가지며, 연결 영역 (906), 인간 하이브리도마 세포 (904) 가 배양되었던 단리 영역 (908); 및 단리 영역에 연결되는 근위 협착 (narrowed) 세그먼트 (912), 및 변위 힘 생성 영역 (910) 의 저장고 영역 (913) 에 연결하는 원위 협착 세그먼트 (914) 를 갖는 삼자 유체 커넥터를 포함하는 변위 힘 생성 영역 (910) 을 포함한다. 변위 힘 생성 영역 (910) 의 근위 협착 세그먼트 (912) 는 세포의 직경보다 작은 폭을 가지며, 임의의 세포가 단리 영역 (908) 으로부터 변위 힘 생성 영역 (910) 으로 이동하는 것을 방지하고, 특히 저장고 영역 (913) 으로부터 세포들을 분리하는 것을 방지하며, 여기서 광학 조명이 포커싱되며 가열이 가장 강렬하다. 변위 힘 생성 영역은 미세유체 디바이스의 커버의 내면 상에 성막된 금 (Au) 으로 형성된 연속 금속 형상인 저장고 영역 (913) 에서 열적 타겟 (916) 을 더 포함한다. 도 9a 는 광학 조명 전에 3 일 동안 단리 영역에서 배양한 후의 복수의 세포를 갖는 격리 펜을 나타내었다.

열적 타겟은 0.8-1.0 암페어 범위의 전류로 785nm 레이저를 사용하여 5-10 초 동안 가열되었다. 도 9b 는 열적 타겟 (916) 에서 버블 (미도시) 이 형성되는 조명 기간 내의 시점에서 촬영된 사진이며, 열적 타겟 (916) 은 단리 영역 (908) 으로부터 세포를 변위시켰고 세포 (904) 를 격리 펜 (902) 에 근접한 미세유체 채널 (922) 뿐만 아니라 연결 영역 (906) 으로 반출하였다. 도 9c 는 세포가 반출된 후의 시점에서의 격리 펜을 도시한다. 반출된 세포 (904) 는 표준 웰 플레이트로 이송되고 개별적으로 도금되었다. 웰 플레이트 내에서 3 일간 배양 한 후, 세포 (904) 는 더 큰 세포 집단으로 확대됨으로써 생존력을 입증하였다 (도 9d).

예 2. 버블 유동 힘을 발생하는 희생 피처의 광학 조명. 도 10a 및 도 10b 는 연결 영역 (1006) 및 단리 영역 (1008) 을 갖는 격리 펜 (1002) 으로부터의 인간 하이브리도마 세포의 반출을 입증하였다. 이 예에서, 격리 펜은 별개의 또는 별도의 변위 힘 생성 영역을 갖지 않았다.

세포는 3 일 동안 미세유체 디바이스 (1000) 의 격리 펜 (1002) 내에서 배양되었다 (미도시). 반출은 5-10 초 동안 인듐 틴 산화물 ("ITO") 을 포함하는 커버 및 유전영동 기판인, 미세유체 회로의 내면 (열적 타겟) 에 1.4 암페어 전류로 레이저 (전력은 90 밀리와트였음) 를 포커싱함으로써 수행되었다. 조명된 특정 위치는 미세유체 채널 (1022) 에 대한 격리 펜의 개방에 대향하는 격리 펜 (1002) 의 베이스에서 내면의 별개의 선택된 지점 (1020) 이었다. 열적 타겟은 광학 조명을 흡수하고, 이 조명을 열에너지로 변환시키고, 이에 의해 주변 유체 배지를 가열한 기판이었다. 이 프로세스에서, 기판의 일부가 파괴되어 희생 피처로 작용하였다. 유체 배지는 기체 버블의 스트림을 핵생성하기 위해 충분히 가열되었다. 도 10a 는 기판 상에 광을 포커싱함으로써 격리 펜 (1002) 의 하단에 버블 (1024) 이 형성될 때 조명 기간 동안의 시점을 나타내었다. 세포 (1004) 은 격리 펜의 단리 영역 (1008) 에서 연결 영역 (1006) 으로 이동되었다. 도 10b 는 버블 (1024) 의 스트림이 부피 성장하고 세포들 (1004) 의 대부분이 펜 (1002) 으로부터 미세유체 채널 (1022) 로 반출된, 이후 시점에서의 격리 펜 (1002) 을 나타내었다. 반출된 세포들 (10004) 은 웰 플레이트로 이송되고, 추가 배양을 위해 단독으로 시딩되었다. 도 10c 는 3 일 후 웰 플레이트의 하나의 웰을 나타내며, 이는 단독 시딩된 세포가 생존가능하고 팽창된 것을 나타낸다.

예 3 및 예 4 에 대한 광학 시스템. 광학 시스템은 785 nm 레이저, Chroma ZT745spxrxt-UF1 dichroic 필터 (Chroma, Below Falls, VT), ZET785nf (Chroma) 방출 필터 및 4X Nikon 대물 렌즈를 통합하도록 수정되었다.

예 3 및 예 4 에 대한 프로토콜. 785 nm 레이저는 약 1 초 동안 90 밀리와트 (mW) 의 전력을 생성하기 위해 격리 펜의 내면 (유전영동 기판) 및 그 펜 위의 커버 상에 포커싱되어, 유체 배지를 가열하고 하나 이상의 버블을 생성하였다. 버블 접촉 힘 및/또는 버블들에 의해 생성된 전단 유동에 의해 개개의 분리 영역들로부터 세포들이 제거되었다. 제거 후, OET 힘이 인접 펜들로 개별 제거된 세포들을 전달 및 위치시키는데 사용되었다. 새롭게 재배치된 세포들은 세포 생존력 및 증식에 대한 효과를 결정하기 위해 배양에서 24 시간 후에 관찰되었다.

예 3. OKT3 세포들의 광학적으로 구동된 변위 및 생존력. 도 11a 내지 도 11c 는 OKT3 세포들의 광학적으로 구동된 변위 및 재배치 전후로부터의 실험 결과들을 도시한다. 도 11a 는 격리 펜 (1102) 으로부터 세포들 (1104) 의 반출 전에 미세유체 디바이스 (1100) 의 일련의 격리 펜들을 나타낸다. 광학 조명은 열적 타겟으로서 작용하는, 격리 펜 (1102) 의 표면인 희생 피처 (1120) 를 향해 지향되었다. 결과적으로, 세포들 (1104) 이 제거되었다. 단일 세포들이 인접 격리 펜들에 위치되었다. 도 11b 는 OET 로 변위 및 재위치시킨 후에 새롭게 점유된 펜들에서의 개별 제거된 그리고 재배치된 단일 세포들 (1104b, 1104c, 1104d 및 1104e) 을 나타내었다. 원래 점유된 격리 펜 (1102) 은 감소된 수의 세포들 (1104a) 을 가지는데, 이 세포들은 제거되었지만 격리 펜 (1103) 내에 남아있을 수도 있다. 도 11c 는 20 시간 후에 동일한 격리 펜들을 나타내었다. 도 12c 에 나타낸 바와 같이, 세포들 (1104b, 1104c, 1104d 및 1104e) 은 제거, 반출 및 재위치시킨 후에 계속해서 분할되고 증식한다. 또한, 원래 점유된 격리 펜 (1102) 에서의 나머지 세포들이 또한 증식 하였다. 이러한 결과들은 광학 조명, 가열, 제거 및 재위치시키는 프로세스가 이러한 실험에서 세포 생존력에 대해 검출가능한 효과가 없음을 나타내었다. 도 12c 에 나타낸 바와 같이, 세포들 (1104c) 의 수가 2 에서 4 로 증가하였고; 세포들 (1104d) 의 수가 1 에서 4 로 증가하였으며, 그리고 세포들 (1104e) 이 1 에서 2 로 증가하였다.

예 4. JIMT -1 세포들의 광학적으로 구동된 변위 및 결과의 생존력.

배지: 컨디셔닝 배양 배지 첨가제, B-27® 보충제 (2 % v/v) 를 갖는, 무혈청 배지 (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 12045-096).

도 12a 내지 도 12c 는 JIMT-1 세포들 (AddexBio Cat. # C0006055 로부터 상업적으로 입수가능), 접착성 인간 유방암 세포주의 광학적으로 구동된 변위 및 재위치시키기 전 후의 실험 결과들을 도시한다. 도 12a 는 격리 펜 (1202) 으로부터의 세포들 (1204) 의 변위 이전에 미세유체 디바이스 (1200) 의 일련의 격리 펜들을 나타내었다. 광학 조명은 희생 피처 (1220)(열적 타겟), 격리 펜 (1202) 의 표면을 향해 지향되었고, 세포들 (1204) 이 제거되었다. 도 14b 는 원래 점유된 격리 펜 (1202) 에 인접한 빈 격리 펜에서 제거되고 새롭게 재위치밀리와트개별 세포 (1204a) 를 나타내었다. 도 14c 는 20 시간 배양 기간 내에서 세포들 (1204a) 이 생존가능하였고 하나의 세포에서 2 개의 세포로 두 배가 된 것을 나타내는 변위 및 재위치시킨 후의 시점 20 시간을 나타낸다.

예 5. 순환 ( 마랑고니 효과) 유동의 유도. 도 13a 내지 도 13c 는 순환 배양 펜 기하학적 구조를 사용하는 순환 마랑고니 효과 유동을 입증하는 실험 결과들을 도시한다. 도 13a 는 미세유체 디바이스 (1300) 의 인접 채널 (1322) 및 순환 배양 펜 (1302) 내에서 마랑고니 효과 유동을 야기하는 버블 (1330) 을 생성하기 위해 레이저가 열적 타겟 (1320) 에서 지향되었던 제 1 시점에서 다수의 미세 객체들 (1305)(6 마이크론 직경 폴리스티렌 비드들) 을 나타낸다. 도 13b 는 마랑고니 효과 유동에 의해 배양 펜 (1302) 을 통해 미세 객체들 (1305) 이 반시계 방향으로 (백색 화살표는 유동 방향을 나타냄) 순환되었던 제 2 시점에서 (핵생성의 사이트로부터 멀리 버블 (1330a) 이 파괴된 후) 미세 객체들 (1305) 을 갖는 동일한 순환 배양 펜 (1302) 을 나타낸다. 도 13c 는 레이저 조명이 여전히 존재하였던 제 3 시점을 나타낸다. 미세 객체들 (1305) 은 열적 타겟 (1320) 을 지나서 채널 (1322) 내로 푸시되었고, 순환형 배양 펜 (1302) 의 제 2 측면으로 다시 순환되었다. 도 13a 내지 도 13c 에 도시된 실험에서, 미세 객체 디바이스의 커버의 내면 상에 성막된 금 열적 타겟들 상에 785 레이저를 포커싱함으로써 버블이 핵생성되었다. 특히, 레이저는 직경이 40 마이크론인 광의 스팟을 생성하는데 사용되었고, 1.4kW/cm^2 에 대응하는 90mW 를 가졌다.

예 6. OKT3 세포들의 광학적으로 구동된 변위, 더 짧은 조명 기간. OKT3 쥐의 하이브리도마 세포들은 나타낸 바와 같이 미세유체 디바이스 (1400) 의 격리 펜 내의 유체 배지에서 배양되었다. 도 14a 는 중앙 격리 펜 (1402) 내에 유지된 세포들 (1440) 의 콜로니를 나타낸다. 세포들의 그룹은 백색 타원 내에서 강조되고, 레이저 조명은 아직 도입되지 않았다. 도 14b 는 도면의 중앙 격리 펜 (1402) 에서의 (백색 타원 내의) 세포들 (1440) 의 동일한 그룹을 나타내는 한편, 레이저는 1.4 암페어를 사용하여 약 50 밀리초 내지 약 1000 밀리초의 범위의 지속기간 동안, 세포들의 일부가 포함되었던 격리 펜 (1302) 의 표면의 별개의 선택된 지점 (1420)(희생 피처인 열적 타겟) 에서 지향되었다. 도 14c 는 레이저 조명에 의해 도입된 열로부터 핵생성된 버블의 결과의 캐비테이션 및 붕괴가 미세유체 채널 (1422) 내부로, 그리고 격리 펜 (1402) 외부로 세포들 (1404b) 의 그룹을 완전히 제거 및 변위한 것을 나타내었다. 세포들 (1404a) 의 나머지는 어느 정도 변위되었지만 격리 펜 (1402) 으로부터 반출되지는 않았다.

예 7. OKT3 세포들의 광학적으로 구동된 변위, 긴 기간의 조명. OKT3 쥐의 하이브리도마 세포들 (1504) 은 미세유체 디바이스 (1500) 에서 격리 펜들 내의 유체 배지 내에서 유지되었고 도 15a 에서 임의의 레이저 조명 전에 나타나 있으며, 여기서 백색 타원 지점들은 제거될 세포들의 콜로니를 가리킨다. 레이저 조명은 도 15b 에 나타나 있다. 레이저 전력은 1.4 암페어였고, 레이저 펄스의 지속기간은 약 2000 밀리초였다. 백색 타원은 제거될 세포들 (1504) 을 둘러싸며, 조명의 별개의 영역 (1520) 은 격리 펜 (1502) 의 하단에 있고, 특히 격리 펜 벽을 형성하는 미세유체 회로 재료에서 지향되었다. 타겟팅된 영역은 희생 피처 (예를 들어, 열적 타겟) 로서 작용하였다. 도 15c 는 2000 밀리초 레이저 조명의 종단 근방의 시점을 도시하며, 여기서 (백색 타원 내) 세포들 (1504) 은 제거되었고 유동 영역 (예를 들어, 미세유체 채널) 에 대한 격리 펜의 근위 개구를 향해 변위되었으며, 세포들 (1504) 그룹 아래의 버블에 의해 푸시되었다 (가시적이지는 않음). 격리 펜의 베이스에서 보여지는 흑색화는 기판 재료 및 격리 펜 (1502) 내의 격리 펜 벽 재료 중 일부의 파괴를 나타낸다 (또한, 도 15d 의 조명 후 희생 피처 (1524) 참조). 도 15d 는 광학적으로 작동된 유전영동 힘이 인가되어 지금 제거된 세포들 (1504) 을 격리 펜 (1504) 외부로 멀리 계속 이동시키는 광학 조명의 결론 후의 시점을 나타낸다. 도 15d 에서, 백색 바들 (1530, 1532, 1534, 1536) 은 기판 표면 상에 디스플레이된 광 (OET) 패턴들이었고, 여기서 기판은 유전영동 구성을 포함하였다. 광 패턴 바들 (1530, 1532, 1534, 1536) 이 미세유체 채널 (1522) 에 대해 격리 펜의 개구를 향하는 방향으로 이동함에 따라, 각각의 광 바 패턴에 의해 생성된 유전영동 힘에 의해 캡처되고 반발된 세포들은 격리 펜의 개구들을 향해 이동되었다 (백색 타원들 내의 세포들 (1504b 및 1504c) 참조). 광 패턴 바 (1530) 에 의해 반발된 세포들 (1504c) 은 격리 펜으로부터 완전히 반출되었고, 유동 영역 (예를 들어, 미세유체 채널 (1522)) 내로 재위치되었다. 도 15e 는 광학적으로 작동된 유전영동 광 패턴들 (1530, 1532, 1534, 1536) 이 격리 펜으로부터 세포들을 캡처, 반발 및 이동시키는 시퀀스를 완료하였고, 유체 유동은 유동 영역으로 포착, 쫓아 내고 이동시키는 시퀀스를 완료하고 유체 유동이 유동 영역으로 회복되었다. 레이저 펄스 방법에 의해 제거되고 격리 펜으로부터 유동 영역으로 추가로 이동된 세포들은 미세유체 디바이스의 외부로 반출되었다. (강조하기 위해 백색 타원 내) 세포들 (1504d) 은 격리 펜에 여전히 남아 있지만 레이저 조명 전에 (도 15a 와 비교), 격리 펜 (1502) 내의 그 원리 위치로부터 명백히 제거되었다. 광학적으로 작동된 유전영동 선택 및 이동의 부가적인 시퀀스는 잔류 세포들이 격리 펜 외부로 배출되도록 허용될 수도 있다.

실시형태들의 열거

1. 유동 영역 및 격리 펜을 추가로 포함하는 인클로저를 포함하는 미세유체 디바이스로서, 격리 펜은, 연결 영역, 단리 영역 및 변위 힘 생성 영역을 포함하고, 연결 영역은 유동 영역에 대한 근위 개구와 단리 영역에 대한 원위 개구를 포함하고; 단리 영역은 변위 힘 생성 영역에 대한 적어도 하나의 유체 연결부를 포함하며; 그리고 변위 힘 생성 영역은 열적 타겟을 더 포함하는, 미세유체 디바이스.

2. 단리 영역과 변위 힘 생성 영역 사이의 적어도 하나의 유체 연결부는 단리 영역으로부터 변위 힘 생성 영역으로의 미세 객체의 통로를 방지하도록 구성된 단면 치수를 포함하는, 실시형태 1 의 미세유체 디바이스.

3. 단리 영역과 변위 힘 생성 영역 사이의 적어도 하나의 유체 연결부는 확산에 의한 것을 제외하고, 그 내부에서 생성된 힘의 부재시 변위 힘 생성 영역으로부터 유체 유동을 방지하도록 구성된 단면 치수를 포함하는, 실시형태 1 또는 2 의 미세유체 디바이스.

4. 단리 영역과 변위 힘 생성 영역 사이의 적어도 하나의 유체 연결부는 하나 이상의 배리어 모듈들을 포함하고, 하나 이상의 배리어 모듈들은 단리 영역으로부터 변위 힘 생성 영역으로의 미세 객체의 통로를 방지하도록 구성되는, 실시형태 1 내지 3 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

5. 변위 힘 생성 영역은 유동 영역으로의 개구를 더 포함하는, 실시형태 1 내지 4 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

6. 변위 힘 생성 영역은 단리 영역에 대해 하나보다 많은 유체 연결부를 갖는, 실시형태 1 내지 5 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

7. 격리 펜은 순환 유동 경로를 포함하는, 실시형태 6 의 미세유체 디바이스.

8. 순환 유동 경로는 수축된 부분을 포함하는, 실시형태 7 의 미세유체 디바이스.

9. 광학 조명 시 유체 배지의 제 2 순환 유동을 생성하도록 구성된 제 2 열적 타겟을 더 포함하는, 실시형태 6 내지 8 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

10. 제 1 열적 타겟 및 제 2 열적 타겟은 반대 방향들로 유체 배지의 제 1 순환 유동 및 제 2 순환 유동을 제공하도록 배향되는, 실시형태 9 의 미세유체 디바이스.

11. 변위 힘 생성 영역은 단일 개구를 포함하고, 단일 개구는 단리 영역으로의 유체 연결인, 실시형태 1 내지 5 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

12. 변위 힘 생성 영역의 유체 연결부는 적어도 하나의 만곡 부분을 포함하는 유체 커넥터를 포함하는, 실시형태 1 내지 11 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

13. 유체 커넥터의 적어도 하나의 만곡 부분은 약 60 도 내지 약 180 도의 턴을 포함하는, 실시형태 12 의 미세유체 디바이스.

14. 변위 힘 생성 영역의 유체 커넥터는 적어도 2 개의 만곡 부분들을 포함하는, 실시형태 12 또는 13 의 미세유체 디바이스.

15. 유체 커넥터의 적어도 2 개의 만곡 부분들의 각각은 약 60 도 내지 약 180 도의 턴을 포함하는, 실시형태 14 의 미세유체 디바이스.

16. 유체 커넥터의 폭은 단리 영역 및/또는 변위 힘 생성 영역의 폭과 동일한, 실시형태 12 내지 15 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

17. 유체 커넥터는 단리 영역으로부터 변위 힘 생성 영역으로의 미세 객체의 통로를 방지하도록 구성된 단면 치수를 포함하는, 실시형태 12 내지 15 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

18. 미세유체 디바이스의 인클로저는 격리 펜을 부분적으로 정의하는 커버를 더 포함하고, 열적 타겟은 커버 상에 배치되는, 실시형태 1 내지 17 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

19. 열적 타겟은 인클로저와 대면하는 커버의 내면 상에 배치되는, 실시형태 18 의 미세유체 디바이스.

20. 미세유체 디바이스의 인클로저는 격리 펜을 부분적으로 정의하는 미세유체 회로 구조를 더 포함하고, 열적 타겟은 미세유체 회로 구조 상에 배치되는, 실시형태 1 내지 17 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

21. 미세유체 디바이스의 인클로저는 격리 펜을 부분적으로 정의하는 베이스를 더 포함하고, 열적 타겟은 베이스의 내면 상에 배치되는, 실시형태 1 내지 17 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

22. 열적 타겟은 금속을 포함하는, 실시형태 1 내지 21 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

23. 열적 타겟은 연속 형상을 갖는, 실시형태 1 내지 22 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

24. 열적 타겟은 불연속 형상을 갖는, 실시형태 1 내지 22 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

25. 열적 타겟은 복수의 미세구조들을 포함하는, 실시형태 1 내지 22 또는 24 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

26. 열적 타겟은 희생 피처인, 실시형태 1 내지 21 또는 실시형태 23 내지 25 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

27. 열적 타겟 또는 변위 힘 생성 영역은 하나의 우세한 방향으로 그 위에 형성된 기체 버블의 팽창을 제약하도록 구성되는, 실시형태 1 내지 26 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

28. 열적 타겟은 단리 영역으로의 적어도 하나의 유체 연결부에 대해 원위인 변위 힘 생성 영역의 일부에 위치되는, 실시형태 1 내지 27 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

29. 변위 힘 생성 영역은 대략 20-100 마이크론의 폭을 갖는, 실시형태 28 의 미세유체 디바이스.

30. 인클로저는 유전영동 구성을 더 포함하는, 실시형태 1 내지 29 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

31. 유전영동 구성은 광학적으로 작동되는, 실시형태 30 의 미세유체 디바이스.

32. 격리 펜은 코팅된 표면인 적어도 하나의 표면을 포함하는, 실시형태 1 내지 31 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

33. 코팅된 표면은 공유결합으로 연결된 표면인, 실시형태 32 의 미세유체 디바이스.

34. 인클로저를 포함하는 미세유체 디바이스로서, 유체 배지를 포함하도록 구성된 미세유체 회로로서, 미세유체 회로는 유체 배지의 적어도 하나의 순환 유동을 수용하도록 구성되는, 상기 미세유체 회로; 및 미세유체 회로 내에서 인클로저의 표면 상에 배치된 제 1 열적 타겟으로서, 제 1 열적 타겟은 광학 조명 시 유체 배지의 제 1 순환 유동을 생성하도록 구성되는, 상기 제 1 열적 타겟을 포함하는, 미세유체 디바이스.

35. 열적 타겟은 연속 형상을 갖는, 실시형태 34 의 미세유체 디바이스.

36. 열적 타겟은 형상들의 패턴을 갖는, 실시형태 34 의 미세유체 디바이스.

37. 열적 타겟은 인클로저의 표면 상에서 불균일한 두께를 포함하고, 불균일한 두께는 광학 조명 시 열적 타겟에 의해 유체 배지의 상이한 가열을 제공하도록 구성되는, 실시형태 34 내지 36 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

38. 형상들의 패턴은 광학 조명 시 열적 타겟에 의해 유체 배지의 상이한 가열을 제공하도록 구성되는, 실시형태 36 또는 37 의 미세유체 디바이스.

39. 열적 타겟은 금속을 포함하는, 실시형태 34 내지 38 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

40. 열적 타겟은 복수의 미세구조들을 포함하는, 실시형태 34 내지 39 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

41. 복수의 미세구조들은 광학 조명 시 열적 타겟에 의해 유체 배지의 상이한 가열을 제공하도록 구성된 미세구조들의 증가 밀도의 패턴을 포함하는, 실시형태 40 의 미세유체 디바이스.

42. 미세유체 디바이스의 인클로저는 미세유체 채널 및 격리 펜을 더 포함하고, 격리 펜은 미세유체 채널에 인접하고 미세유체 채널에서 개방되는, 실시형태 34 내지 41 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

43. 순환 유동 경로는 채널의 일부 및 격리 펜의 적어도 일부를 포함하는, 실시형태 42 의 미세유체 디바이스.

44. 격리 펜은 순환 유동 경로를 포함하는, 실시형태 42 의 미세유체 디바이스.

45. 순환 유동 경로는 수축된 부분을 포함하는, 실시형태 34 내지 44 의 미세유체 디바이스.

46. 광학 조명 시 유체 배지의 제 2 순환 유동을 생성하도록 구성된 제 2 열적 타겟을 더 포함하는, 실시형태 34 내지 45 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

47. 제 1 열적 타겟 및 제 2 열적 타겟은 유체 배지의 제 1 순환 유동 및 제 2 순환 유동을 반대 방향으로 제공하도록 배향되는, 실시형태 46 의 미세유체 디바이스.

48. 열적 타겟은 미세유체 채널 내의 표면 상에 배치되는, 실시형태 42 의 미세유체 디바이스.

49. 미세유체 디바이스의 인클로저는 하나보다 많은 미세유체 채널을 더 포함하고, 제 1 미세유체 채널은 제 2 미세유체 채널을 따라 제 1 위치에서 제 2 미세유체 채널로부터 개방되도록 구성되고 또한 제 2 위치에서 제 2 미세유체 채널에 재연결하도록 구성됨으로써 미세유체 회로를 형성하며; 그리고 열적 타겟은 제 1 미세유체 채널 내의 표면 상에 배치되는, 미세유체 디바이스.

50. 적어도 하나의 격리 펜은 제 1 미세유체 채널에서 개방되는, 실시형태 49 의 미세유체 디바이스.

51. 제 1 채널의 유체 저항은 제 2 채널의 유체 저항보다 대략적으로 10 내지 100 배 더 높은, 실시형태 49 또는 50 의 미세유체 디바이스.

52. 제 2 미세유체 채널은 제 1 미세유체 채널의 폭보다 대략적으로 1.5 내지 3 배 더 큰 폭을 포함하는, 실시형태 49 내지 51 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

53. 제 2 미세유체 채널의 폭은 약 100 내지 1000 마이크론인, 실시형태 52 의 미세유체 디바이스.

54. 제 1 미세유체 채널의 폭은 약 20 내지 300 마이크론인, 실시형태 49 내지 53 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

55. 인클로저를 포함하는 미세유체 디바이스로서, 미세유체 채널 및 격리 펜을 포함하고, 또한 격리 펜은 미세유체 채널에 인접하고 미세유체 채널에서 개방되며; 그리고 열적 타겟이 격리 펜에 대한 개구에 인접한 채널에 배치되고, 열적 타겟은 또한, 광학 조명 시 격리 펜으로 유체 배지의 유동을 지향시키도록 구성되는, 미세유체 디바이스.

56. 열적 타겟은 미세유체 채널 내의 표면 상에 배치되는, 실시형태 55 의 미세유체 디바이스.

57. 열적 타겟은 연속 형상을 갖는, 실시형태 55 또는 56 의 미세유체 디바이스.

58. 열적 타겟은 형상들의 패턴을 갖는, 실시형태 55 또는 56 의 미세유체 디바이스.

59. 열적 타겟은 인클로저의 표면 상에서 불균일한 두께를 포함하고, 불균일한 두께는 광학 조명 시 열적 타겟에 의해 유체 배지의 상이한 가열을 제공하도록 구성되는, 실시형태 55 내지 58 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

60. 형상들의 패턴은 광학 조명 시 열적 타겟에 의해 유체 배지의 상이한 가열을 제공하도록 구성되는, 실시형태 58 또는 59 의 미세유체 디바이스.

61. 열적 타겟은 금속을 포함하는, 실시형태 55 내지 60 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

62. 열적 타겟은 복수의 미세구조들을 포함하는, 실시형태 55 내지 60 중 어느 하나의 미세유체 디바이스.

63. 복수의 미세구조들은 광학 조명 시 열적 타겟에 의해 유체 배지의 상이한 가열을 제공하도록 구성된 미세구조들의 증가 밀도의 패턴을 포함하는, 실시형태 62 의 미세유체 디바이스.

64. 실시형태 1 내지 63 중 어느 하나의 미세유체 디바이스; 및 미세유체 디바이스의 인클로저 내에 적어도 하나의 코팅된 표면을 제공하도록 구성된 하나 이상의 시약들을 포함하는, 미세 객체들을 배양하기 위한 키트.

65. 적어도 하나의 유체 배지를 더 포함하는, 실시형태 64 의 미세 객체들을 배양하기 위한 키트.

66. 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법으로서, 미세유체 디바이스의 인클로저에서의 유체 배지 내에 배치된 하나 이상의 미세 객체들을 포함하거나 이에 인접한 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계로서, 인클로저는 기판 및 유동 영역을 포함하는 미세유체 회로를 포함하는, 상기 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계; 및 제거하는 힘을 생성하기에 충분한 제 1 시간 기간의 선택된 별개의 영역의 조명을 유지하여, 표면으로부터 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

67. 선택된 별개의 영역은 약 100 제곱 마이크론의 면적을 갖는, 실시형태 66 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

68. 선택된 별개의 영역은 약 25 제곱 마이크론의 면적을 갖는, 실시형태 66 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

69. 조명하는 단계는 선택된 별개의 영역을 레이저로 조명하는 단계를 포함하는, 실시형태 66 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

70. 하나 이상의 미세 객체들은 기판의 표면 상에 배치되는, 실시형태 66 내지 69 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

71. 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계를 수행하기 전에 제 2 시간 기간 동안 인클로저에서의 유체 배지 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 유지하는 단계를 더 포함하는, 실시형태 66 내지 70 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

72. 미세유체 디바이스의 인클로저는 적어도 하나의 격리 펜을 포함하는, 실시형태 66 내지 71 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

73. 하나 이상의 미세 객체들은 적어도 하나의 격리 펜 내에서 기판의 표면 상에 배치 및/또는 유지되는, 실시형태 72 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

74. 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는 약 1 mW 내지 약 1000 mW 의 범위의 입사 전력을 갖는 조명으로 조명하는 단계를 포함하는, 실시형태 66 내지 73 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

75. 제 1 시간 기간은 약 10 마이크로초 내지 약 3000 밀리초 또는 약 100 밀리초 내지 약 3 분의 범위인, 실시형태 74 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

76. 조명하는 단계는 하나 이상의 미세 객체들 중 적어도 하나를 조명하는 단계를 포함하는, 실시형태 66 내지 75 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

77. 제 1 시간 기간은 약 10 마이크로초 내지 약 200 밀리초의 범위이고, 이에 의해 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 캐비테이팅 힘 (cavitating force) 을 생성하는, 실시형태 76 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

78. 하나 이상의 미세 객체들이 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치 및/또는 유지될 때, 선택된 별개의 영역은 적어도 하나의 격리 펜의 중심 위치에 있거나 또는 유동 영역에 대한 격리 펜의 근위 개구에 대해 원위 위치인, 실시형태 76 또는 77 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

79. 선택된 별개의 영역은 하나 이상의 미세 객체들에 인접한 선택된 지점인, 실시형태 66 내지 78 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

80. 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는 기판; 벽의 미세유체 회로 재료; 또는 열적 타겟을 향해 조명을 지향시키는 단계를 포함하는, 실시형태 79 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

81. 열적 타겟은 금속 성막물, 금속 성막물들의 패턴, 또는 표면 상에 패터닝된 미세구조들을 포함하는, 실시형태 80 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

82. 열적 타겟은 희생 피처를 포함하는, 실시형태 80 또는 81 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

83. 하나 이상의 미세 객체들이 인클로저 내의 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치될 때, 선택된 별개의 영역은 유동 영역에 대한 적어도 하나의 격리 펜의 근위 개구 근방에 위치되는, 실시형태 79 내지 82 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

84. 하나 이상의 미세 객체들이 인클로저 내의 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치될 때, 선택된 별개의 영역은 적어도 하나의 격리 펜을 정의하는 것을 돕는 미세유체 회로 재료의 선택된 지점을 포함하는, 실시형태 79 내지 82 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

85. 하나 이상의 미세 객체들이 인클로저 내의 적어도 하나의 격리 펜 내에 유지될 때, 선택된 별개의 영역은 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치된 희생 피처를 포함하는, 실시형태 79 내지 82 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

86. 희생 피처는 미세유체 회로 재료를 포함하는, 실시형태 85 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

87. 제 1 시간 기간은 약 10 마이크로초 내지 200 밀리초의 범위인, 실시형태 79 내지 86 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

88. 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는 선택된 별개의 영역 내에 또는 이에 인접하여 위치된 유체 배지의 제 1 부분을 가열함으로써 캐비테이팅 힘을 생성하는 단계를 더 포함하는, 실시형태 79 내지 87 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

89. 방법은, 유체 배지의 제 1 부분을 가열하는 단계; 및 지속적인 기체 버블을 생성하여, 하나 이상의 미세 객체들을 둘러싸는 유체 배지의 제 2 부분을 변위시키는 단계를 더 포함하는, 실시형태 79 내지 87 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

90. 유체 배지의 제 2 부분을 변위시키는 단계는 조명의 제 1 기간 동안 유체 배지의 순환 유체 유동을 생성하는 단계를 더 포함하는, 실시형태 89 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

91. 방법은, 유체 배지의 제 1 부분을 가열하는 단계; 및 하나 이상의 기체 버블들을 생성함으로써, 하나 이상의 미세 객체들을 향한 유체 배지의 전단 (shear) 유동을 생성하는 단계를 더 포함하는, 실시형태 79 내지 87 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

92. 방법은, 유체 배지의 제 1 부분을 가열하는 단계; 하나 이상의 미세 객체들을 향해 스트림하도록 구성된 복수의 기체 버블들을 생성하는 단계; 및 하나 이상의 미세 객체들을 복수의 기체 버블들 중 적어도 하나의 기체 버블의 메니스커스 (meniscus) 와 접촉시키는 단계를 더 포함하는, 실시형태 79 내지 87 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

93. 제 1 시간 기간은 약 100 밀리초 내지 약 3000 분의 범위인, 실시형태 89 내지 92 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

94. 제 1 기간은 약 1000 밀리초 내지 약 2000 밀리초의 범위인, 실시형태 91 또는 92 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

95. 하나 이상의 미세 객체들이 인클로저 내의 적어도 하나의 격리 펜 내에 유지될 때, 선택된 별개의 영역은 격리 펜의 원위 단부를 형성하는 벽의 적어도 일부를 포함하고, 벽은 유동 영역에 대한 근위 개구에 대향하여 위치되는, 실시형태 79 내지 94 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

96. 하나 이상의 미세 객체들이 인클로저 내의 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치될 때, 선택된 별개의 영역은 격리 펜의 변위 힘 생성 영역에 위치되는, 실시형태 79 내지 94 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

97. 하나 이상의 미세 객체들은 격리 펜의 단리 영역 내에 배치되고, 변위 힘 생성 영역은 단리 영역에 유체 연결되는, 실시형태 96 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

98. 인클로저 내에 배치된 적어도 하나의 격리 펜으로부터 하나 이상의 미세 객체들을 반출하는 단계를 더 포함하는, 실시형태 66 내지 93 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

99. 적어도 하나의 격리 펜으로부터 하나 이상의 미세 객체들을 반출하는 단계는 유전영동 힘으로 하나 이상의 미세 객체들을 이동시키는 단계를 포함하는, 실시형태 98 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

100. 미세유체 디바이스의 인클로저의 유동 영역으로부터 하나 이상의 미세 객체들을 반출하는 단계를 더 포함하는, 실시형태 66 내지 99 중 어느 하나의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

101. 유동 영역으로부터 하나 이상의 미세 객체들을 반출하는 단계는 유체 유동 또는 유전영동 힘을 사용하는 단계를 포함하는, 실시형태 100 의 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.

102. 미세유체 디바이스의 인클로저 내에서, 유체 배지들, 및/또는 그 내부에 포함된 미세 객체들을 혼합하는 방법으로서, 방법은, 적어도 하나의 유체 배지 및/또는 미세 객체들을 포함하는 미세유체 회로 내의 인클로저의 표면 상에 배치된 열적 타겟 상에 광원을 포커싱함으로써, 적어도 하나의 유체 배지의 제 1 부분을 가열하는 단계; 및 미세유체 회로 내의 적어도 하나의 유체 배지의 순환 유동을 유도함으로써 유체 배지들 및/또는 그 내부에 배치된 미세 객체들을 혼합하는 단계를 포함한다.

103. 열적 타겟은 제 1 위치에서 제 2 유체 채널로부터 분기하도록 구성되는 제 1 미세유체 채널 내에 배치되고, 또한 제 2 위치에서 제 2 유체 채널과 재결합하도록 구성되며, 열적 타겟은 그 사이의 표면 상에 배치되는, 실시형태 102 의 미세 객체들을 포함하는 방법.

개시물의 특정 실시형태들 및 어플리케이션들이 이 명세서에 기재되었지만, 이러한 실시형태들 및 어플리케이션들은 단지 예시로서만이며, 많은 변형들이 가능하다.

Claims (84)

1. 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거 (dislodging) 하는 방법으로서,
   상기 미세유체 디바이스는 인클로저 (enclosure) 를 포함하고, 상기 인클로저는 베이스 및 상기 베이스 상에 배치된 미세유체 회로 구조를 포함하며, 상기 미세유체 회로 구조는 유동 영역 및 적어도 하나의 격리 펜을 포함하고,
   상기 격리 펜은,
   연결 영역, 단리 영역, 및 상기 단리 영역에 유체적으로 연결된 변위 힘 생성 영역을 포함하며, 상기 유동 영역 내에서 유동하는 유체 배지의 컴포넌트들은 확산에 의해 상기 단리 영역 내 유체 배지와 교환하고,
   상기 방법은,
   상기 미세유체 디바이스의 상기 인클로저에서의 유체 배지 내에 배치된 하나 이상의 미세 객체들에 인접한 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계로서, 상기 선택된 별개의 영역은 상기 변위 힘 생성 영역 내에 배치되는, 상기 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계;
   상기 유체 배지의 부분을 가열하기에 충분한 제 1 시간 기간 동안 상기 선택된 별개의 영역의 조명을 유지하고, 상기 유체 배지의 가열된 상기 부분에서 하나 이상의 기체 버블들을 생성함으로써 제거하는 힘 (dislodging force) 을 생성하는 단계; 및
   상기 제거하는 힘에 의해 상기 미세유체 디바이스로부터 상기 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 단계로서, 상기 하나 이상의 미세 객체들을 둘러싸는 상기 유체 배지는 상기 제거하는 힘에 의해 변위되는, 상기 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 선택된 별개의 영역은 10 제곱 마이크론 내지 200 제곱 마이크론의 면적, 또는 25 제곱 마이크론 내지 100 제곱 마이크론의 면적을 갖는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 조명하는 단계는 상기 선택된 별개의 영역을 레이저로 조명하는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 미세 객체들은 기판의 표면 상에 배치되고, 중력, 유전영동 (DEP), 또는 상기 미세유체 디바이스의 유동 영역에서의 관류에 의해 이동가능하지 않은, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계를 수행하기 전에 제 2 시간 기간 동안 상기 인클로저에서의 상기 유체 배지 내에서 상기 하나 이상의 미세 객체들을 유지하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 미세 객체들은 상기 적어도 하나의 격리 펜 내의 기판의 표면 상에 배치 및/또는 유지되는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는, 1 mW 내지 1000 mW 의 범위의 입사 전력을 갖는 조명으로 조명하는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 1 시간 기간은 10 마이크로초 내지 3000 밀리초 또는 100 밀리초 내지 3 분의 범위인, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계는, 기판; 벽의 미세유체 회로 재료; 또는 열적 타겟을 향해 조명을 지향시키는 단계를 포함하고, 상기 열적 타겟은 금속 성막물, 금속 성막물들의 패턴, 또는 표면 상에 패터닝된 미세구조들을 포함하는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 미세 객체들이 상기 인클로저 내의 상기 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치될 때:
    상기 선택된 별개의 영역은 상기 적어도 하나의 격리 펜을 정의하는 것을 돕는 미세유체 회로 재료의 선택된 지점을 포함하거나, 또는
    상기 선택된 별개의 영역은 상기 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치된 희생 피처를 포함하는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 시간 기간은 10 마이크로초 내지 200 밀리초의 범위인, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
12. 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거 (dislodging) 하는 방법으로서,
    상기 미세유체 디바이스는 인클로저 (enclosure) 를 포함하고, 상기 인클로저는 베이스 및 상기 베이스 상에 배치된 미세유체 회로 구조를 포함하며, 상기 미세유체 회로 구조는 유동 영역 및 적어도 하나의 격리 펜을 포함하고,
    상기 격리 펜은,
    연결 영역, 단리 영역, 및 상기 단리 영역에 유체적으로 연결된 변위 힘 생성 영역을 포함하며, 상기 유동 영역 내에서 유동하는 유체 배지의 컴포넌트들은 확산에 의해 상기 단리 영역 내 유체 배지와 교환하고,
    상기 방법은,
    상기 미세유체 디바이스의 상기 인클로저에서의 유체 배지 내에 배치된 하나 이상의 미세 객체들에 인접한 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계로서, 상기 선택된 별개의 영역은 상기 변위 힘 생성 영역 내에 배치되는, 상기 선택된 별개의 영역을 조명하는 단계;
    상기 유체 배지의 부분을 가열하기에 충분한 제 1 시간 기간 동안 상기 선택된 별개의 영역의 조명을 유지하고, 상기 유체 배지의 가열된 상기 부분에서 하나 이상의 기체 버블들을 생성함으로써 캐비테이팅 힘 (cavitating force) 을 생성하는 단계; 및
    상기 캐비테이팅 힘에 의해 상기 미세유체 디바이스로부터 상기 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 단계로서, 상기 하나 이상의 미세 객체들을 둘러싸는 상기 유체 배지는 상기 캐비테이팅 힘에 의해 변위되는, 상기 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 시간 기간은 100 밀리초 내지 3 분, 500 밀리초 내지 3000 밀리초, 또는 1000 밀리초 내지 2000 밀리초의 범위인, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
14. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 9 항, 제 10 항, 제 12 항, 및 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 미세 객체들이 상기 인클로저 내의 적어도 하나의 격리 펜 내에서 유지될 때:
    상기 선택된 별개의 영역은 상기 격리 펜의 원위 단부를 형성하는 벽의 적어도 일부를 포함하고, 여기서, 상기 벽은 상기 유동 영역에 대한 근위 개구에 대향하여 위치되고; 또는
    상기 선택된 별개의 영역은 상기 격리 펜의 변위 힘 생성 영역에 위치되고, 상기 하나 이상의 미세 객체들은 상기 격리 펜의 상기 단리 영역 내에 배치되고, 상기 변위 힘 생성 영역은 상기 단리 영역에 유체적으로 연결되는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
15. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 9 항, 제 10 항, 제 12 항, 및 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저 내에 배치된 적어도 하나의 격리 펜으로부터 상기 하나 이상의 미세 객체들을 반출하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
16. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 9 항, 제 10 항, 제 12 항, 및 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스의 상기 인클로저의 상기 유동 영역으로부터 상기 하나 이상의 미세 객체들을 반출하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 격리 펜으로부터 상기 하나 이상의 미세 객체들을 반출하는 단계는, 유전영동 힘으로 상기 하나 이상의 미세 객체들을 이동시키는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
18. 제 16 항에 있어서,
    상기 유동 영역으로부터 상기 하나 이상의 미세 객체들을 반출하는 단계는, 유체 유동을 이용하는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
19. 제 1 항에 있어서,
    상기 격리 펜의 상기 연결 영역은 유동 채널에 대해 측방향으로 개방되는, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 미세 객체들을 제거하는 방법.
20. 베이스 및 상기 베이스 상에 배치된 미세유체 회로 구조를 포함하는 미세유체 디바이스로서,
    상기 미세유체 회로 구조는 유동 영역 및 상기 유동 영역에 대한 개구를 갖는 격리 펜을 포함하며,
    상기 격리 펜은,
    연결 영역, 단리 영역 및 상기 단리 영역에 유체 연결된 변위 힘 생성 영역을 포함하고, 그 유체 연결은 상기 단리 영역으로부터 상기 변위 힘 생성 영역으로의 미세 객체의 통과를 방지하도록 구성되며,
    상기 연결 영역은 상기 유동 영역에 대한 근위 개구와 상기 단리 영역에 대한 원위 개구를 포함하고;
    상기 단리 영역은 상기 변위 힘 생성 영역에 대한 적어도 하나의 유체 연결부를 포함하고, 상기 유동 영역 내에서 유동하는 유체 배지의 컴포넌트들은 확산에 의해 상기 단리 영역 내 유체 배지와 교환하며; 그리고
    상기 변위 힘 생성 영역은 열적 타겟을 더 포함하는, 미세유체 디바이스.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 단리 영역과 상기 변위 힘 생성 영역 사이의 상기 적어도 하나의 유체 연결부는 상기 단리 영역으로부터 상기 변위 힘 생성 영역으로의 미세 객체의 통과를 방지하도록 구성된 단면 치수를 포함하는, 미세유체 디바이스.
22. 제 20 항에 있어서,
    상기 단리 영역과 상기 변위 힘 생성 영역 사이의 상기 적어도 하나의 유체 연결부는 하나 이상의 배리어 모듈들을 포함하고, 상기 하나 이상의 배리어 모듈들은 상기 단리 영역으로부터 상기 변위 힘 생성 영역으로의 미세 객체의 통과를 방지하도록 구성되는, 미세유체 디바이스.
23. 제 20 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스의 인클로저는 상기 격리 펜을 부분적으로 정의하는 미세유체 회로 구조를 더 포함하고, 상기 열적 타겟은 상기 미세유체 회로 구조 상에 배치되는, 미세유체 디바이스.
24. 제 20 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스의 인클로저는 상기 격리 펜을 부분적으로 정의하는 베이스를 더 포함하고, 상기 열적 타겟은 상기 베이스의 내면에 배치되는, 미세유체 디바이스.
25. 제 20 항에 있어서,
    상기 열적 타겟은 희생 피처인, 미세유체 디바이스.
26. 제 20 항에 있어서,
    상기 열적 타겟은 상기 단리 영역으로의 상기 적어도 하나의 유체 연결부에 대해 원위인 상기 변위 힘 생성 영역의 부분에 위치되는, 미세유체 디바이스.
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