KR20080059146A - 입자 조작 및/또는 검출을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

힘의 시간에 따라 변하는 필드에 의해 입자들의 위치를 조작 및/또는 제어하기 위한 방법 및 장치. 힘의 필드는 입자들의 안정된 평형의 세트에 의해 특징지어지는 양 또는 음의 유전영동(positive or negative dielectrophoresis), 전기영동(electrophoresis), 전기유체(electrohydrodynamic) 또는 전기습윤(electrowetting on dielectric)이 될 수 있다.

Description

입자 조작 및/또는 검출을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR THE MANIPULATION AND/OR THE DETECTION OF PARTICLES}
본 발명은 입자 조작 및/또는 검출을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 주로 개별 셀에서의 생물학적 프로토콜의 실행에의 적용을 찾는다.
G. Medoro 명의의 국제공개번호 PCT/WO 00/69565는 폐쇄된 이중 유전영동-포텔셜 케이지를 이용한 입자조작 방법을 기재한다. 그 기재된 방법은 2차원 공간에서 다른 입자들 전부와 독립된 각 입자의 위치를 제어하는 방법을 교시한다. 현가된 입자를 포착(entrap)하는데 사용되는 힘은 음의 유전영동(negative dielectrophoresis, NDEP)이다. 조작 과정에 대한 개별 제어는 하나의 동일 기판에서 통합된 전극 배열의 각 요소와 연관된 메모리 요소와 회로를 프로그래밍함으로써 수행된다. 여기에는 각 트랩의 크기로 인한 중요한 제한이 있는데, 프로그래밍에 필요한 개별 전극에 대응하는 공간에서 통합되어야 할 필요에 의해 제한된다. IEEE Sensors Journal (2003) 317-325, 3 G. Medoro 외에 더 기재된 것은 평행한 세장 전극 사용에 근거한 셀의 조작을 위한 장치로, 그에 대한 제어는 기판 자체에 통합된 트랜지스트 사용을 필요로 하지 않는다. 길어진(elongated) 전극의 모양과 공간 분포는 원통형 모양의 트랩 생성을 가능하게 하는데, 이를 수단으로 하여 입 자 그룹을 포착하는 것이 가능하다. 개별 입자의 독립된 조작의 불가능성 때문에 중요한 제한이 있다.
유전영동에 근거한 입자 조작을 위한 다른 방법은 T. Schenlle et al., Biochim. Biophys. Acta 1157, 127-140 (1993)에 기재된 것처럼 다수의 입자에 대해 독립적인 제어를 가능하게 하지 않는다. 다수의 셀들 사이의 상호작용의 연구를 필요로 하는 중요한 제한이 있다.
유전영동에 근거한 다른 방법은 셀과 기판이 양 유전영동(positive dielectrophoresis, PDEF)의 힘을 이용하기 때문에 이들 간의 직접적 접촉을 필요로 한다. 구체적으로 J. Suehiro, J. Phys. D: Appl. Phys., 31, 3298-3305 (1998)에 기재된 것은 양의 유전영동의 힘을 수단으로 하여 입자를 기판으로 끌어당길 수 있는 트랩의 생성을 예상하는 방법이다. 결과적으로 입자는 기판에 고착하는데, 이로부터 탈착되어 음 유전영동 (NDEP)의 힘을 수단으로 새로운 영역을 향하여 밀 수 있다. 셀에 대한 치료 불가한 손상을 일으키는 리스크 외에도 예를 들면 고 도전성을 갖는 생리학적 용액을 이용할 수 없는 불가능성 또는 폴리스틸렌 마이크로스피어(polystyrene microspheres)와 함께 작용할 수 없는 불가능성과 같은 중요한 제한이 있는데, 양자의 경우에 양 유전영동의 힘을 활성화시키는데 필요한 조건이 존재하지 않기 때문이다.
마찬가지로, Becker et al. 명의의 미국특허 제6,294,063호는 프로그램 가능한 힘의 분산을 수단으로 고체, 액체 또는 기체 생리학적 물질의 패킷 조작을 위한 방법과 장치를 기재한다. 이 경우에도 작용하는 표면과의 접촉이 그 방법과 장치 의 작동을 위해 불가결한 필수 조건이다. 그러나 가장 큰 제한은 수동(passive)기판 (그리하여 덜 비싼 것)을 이용하는 것이 바람직하다면 전극 수(n×m)에 대응하는 제어 신호의 수(n×m)에 대한 필요와 연관되는 것이다. 수백 또는 수천 정도의 전극 수를 증가시키기 위해서는, n×m개의 전극을 개별적으로 어드레스하고 제어신호를 국부적으로 생성하기 위한 트랜지스터를 포함하는 P.R.C. Gascoyne et al., Lab Chip, 2004, 4, 299-309에 설명된 것처럼 능동(active)기판을 사용하는 것이 필요하다. 이러한 식으로 칩에 대한 입력신호의 수가 수용가능한 한계 내에서 유지될 수 있다.
액체 입자(드로플렛,droplet) 조작을 위해 알려진 또 다른 방법은 T.B. Jones, Journal of Micromechanics and Microengineering, 15 (2005) 1184-1187에 기재된 전기습윤(electro-wetting on dielectric: EWOD)이다. 이 경우에 기판에 만들어진 전극에 의해 발휘도는 전기장은 일련의 에너지화된 전극에 의해 제어되는 방향에서 기체상으로 둘러싸인 드로플렛의 추진을 가능하게 한다. 이 원리에 근거한 장치는 Pamula et al 명의의 미국출원공개 제2004/0058450A1호에 교시된 것처럼 리드 (이는 또한 절연체로 코팅된다), 또는 J. Berthier et al., NSTI Nanotech 2005, ,vol.1,2005에서 기판의 상단에 있는 드로플렛과 전기접촉을 확고하게 하는 “체인(chain)”으로 지칭되는 와이어를 포함함으로써 얻을 수 있다. 상기 유전영동의 사용의 간주에서 토의된 장치의 비슷한 방법에서 종래의 발명에 알려진 입자들을 조작하기 위해 완전한 2차원 배열에서 EWOD 구체화들은 입력 신호들의 사용 전극 배열의 숫자에 대응하는 트랜지스터가 마련된 작용 기판의 사용 중 어느 하나 로 분류된다.
입자들의 조작을 위해 더 먼 힘은 전열(ETF)의 흐름 또는 AC 전기침투와 같이, 전기 유체(EHD) 흐름에 의해 발생되는 점성 마찰력의 힘이다. N.G Green, A. Ramos and H. Morgan, J. Phys. D: Appl. phys. 22(2000)에서 EHD 흐음은 입자들을 대체하기 위해 사용되어 졌다. 예를 들어, 특허 No. PCT WO 2004/071668 A1은 전극들에 입자를 집중시키고, 전술한 전기 유체 흐름을 활용하기 위한 장치를 기재한다.
2차원 공간에서 개별 조작 입자들을 위한 다른 방법들은 알려져 있다. 한편, 이 방법들은 프로그램된 외부 광원에 대해 광학 또는 광전자 핀셋들로 불리우는 것을 사용하는 것에 관련된다. 그 결과는 다루기 어렵고 많은 적용들에 기대되어 지지 않는 특성의 고비용 시스템이다. 구체적으로 A. T. Ohtaet al., Tech. Dig. of the Solid-State Sensor, 엑츄에이터 및 마이크로시스템들이다. Workshop, 216-219, (2004)은 상기 기술들의 가능한 이용성을 기재한다.
종래 기술의 제한들은 2차원 공간에서 복수의 입자들의 조작이 가능하고 사용된 힘을 의존하기 위해 접촉 또는 접촉없이 조작이 가능한 본 발명에 의해 극복된다. 본 발명에 의해 방법은 이행은 기판에 통합된 전기회로 또는 메모리요소의 사용을 할 필요가 없다. 본 발명에 따른 방법 및 장치의 다른 구체화들은 부가적 크기의 2차원 공간 배열에서 입자들의 조작 n× m, n+m 배열 제어신호의 숫자, 또는 n, 또는 10 제어신호보다 작고, 절감, 다른 절충들에 따른, 입자들 움직임의 평행성과 유연성, 그 결과로 스텝들의 숫자가 변위의 연속 수행이 가능해 진다. (실 행 시간에 명백히 관련된 변수).
본 발명에 따른 방법들은 트랜지스터 없는 기판에 의해 처리됨에도, 한편 종래기술 또는 외부 제어신호들의 전체 숫자에 절감에 비교해서, 진행 중인 기판의 사용으로부터 본 발명에 따른 장치의 구성에 의한 개별 요소의 배열의 전체 차원 절감하기 위한 이득을 얻는 것이 가능해 진다.
셀들의 조작 가능성에 더불어, 본 발명은 동일 기판 상에 상기 작동들을 통합하고, 또한 본 기술 사용에 따라 다른 기판들 상에 마련된 센서들 및 액츄에이터들을 조작함으로써 조작 및 검출을 결합하는 방법을 교시한다.
본 발명은 힘의 시간 변동하는 비동일계에 의해 입자들의 조작 및/또는 그들의 검출을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 양 유전영동 또는 음유전영동, 전기이동 또는 전기 유체 운동이 될 수 있는 힘의 필드는 입자들(고체, 액체 또는 기체)에 대한 평행의 안정된 상태에 의해 특성을 나타낸다. 본 발명에 따른 방법은 드로플릿들(액체 입자들)의 조작에 의해 적용되고, 국제 과학 사회에 “전기습윤"(electrowetting on dielectric, EWOD)로 알려진 효과들을 이용하는 것에 적용된다. 본 발명의 목적은 단순하게 각 현재 입자들의 위치 제어에 적용하고, 상기 입자들을 독립적으로 최초의 위치로부터 주어진 공간 장치의 마이크로챔버 이내에 어떤 요소 최종 위치에 속하도록 치환하는 목적을 위한 것이다.
방법의 제1실시예에서, 요소들의 동일성 배열 상태에 평형의 각 포인트는 입자 또는 입자들의 그룹을 포함할 수 있다. 각각의 평형의 상기 포인트들은 평형의 인접한 포인트들의 구별 없이, 포착된 입자들이 인력의 베이진(basin)을 공유하게 하면서 결합될 수 있다. 이 제어는 배타적으로 같은 열 또는 행에 속하는 모든 요소에 의해 공유된 신호들에 적용되어 지고, 힘들의 발생을 위한 필요한 전압을 분해하는 데 사용된다. 본 발명에 의해, 각 경로는 인력의 인접한 베이진들의 통합에 의해 구성된 최초의 단계의 연속으로 분석되어 지고, 각 입자들 최초 위치로부터 최종 목적지로 안내를 허용하는 것으로 분석되어 질 수 있다. 형성되는 본 발명의 주제는 또한 n×m 사이즈의 배열을 위한 n+m+2 제어신호들과 n+2m+2 제어신호들에 의해 구성된 장치들에 의한 몇몇의 실용적인 방법의 이행이다.
상기 방법의 제2 실시예에서, 제어는 힘의 생성을 위해 필요한 전압을 분배함으로써, 배열(배열)의 각 구성요소와 관련된 편향부(deviator)를 제어하는 디지털 신호에 대한 독점적인 동작에 의해 이루어진다. 본 발명의 목적은 또한 nxm 배열에서의 힘의 생성을 위해 필요한 2개의 전압의 분배의 제어를 위한 n+m 디지털 신호에 의해 구성되는 장치이다.
상기 방법의 다른 실시예로서, 동종이 아닌(non-homogeneous) 배열에서 평형상태의 각 포인트는 입자(입자) 또는, 입자의 그룹을 담는 구성요소 (이하, "파킹 셀(parking cells)"이라 칭함), 또는 미리 설정된 방향에서의 입자를 수송하기 위한 구성요소 (이하, "통로(lanes)" 혹은 "컨베이어(conveyer)"라 칭함)으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 각 경로(path)는, 예를 들면, 각각의 입자가 최초의 위치에서 최종 목적지로 가이드되도록, 수송을 위해 미리 설정된 영역으로의 들어감이나 영역으로부터의 빠져 나옴에 의해 구성되는 기초적인 단계의 연속으로 파손될 수 있다.
상기 방법의 또다른 실시예로서, 상기 평형상태의 포인트는 특정 통로(lane)을 따라 동기방식으로 움직이도록 그룹지어진다. 그룹간의 교환의 포인트는 입자가 하나의 그룹에서 또다른 그룹으로 움직일 수 있게 하는 것 즉, 통로를 변경하는 것, 을 가능하게 한다. 이러한 부가적인 제한에도 불구하고, 어느 케이스에서든 상기 방법은 개개의 입자 조작의 이행 및, 일련의 단계 이후에. 단일 입자의 변위, 변경되지 않은 다른 모든 위치의 남김을 가능하게 한다.
본 발명의 목적은 전술한 방법의 몇가지를 더욱 유리하게 만드는 장치로서, 트랜지스터나 메모리 소자를 갖거나 갖지 않는 배열 전극에 의해 구성되며, 시간에 따라 변하는 전위(potential)에 응용된다.
본 발명의 목적은 또한 임피던스 계측기 및/또는 광센서에 의한 입자의 식별(identification) 및/또는 정량화(quantification) 및/또는 특징부여(characterization)를 위한 장치들의 집단이다. 센서와 액츄에이터(actuators)의 결합은 복잡한 연산의 자동화에 특히 유용하지만, 어쨌든 센서에 대하여 보다 감도가 큰 영역에 있어 정확하게 구별된 입자를 포지셔닝하는데 있어 유리한 것으로 증명된다.
아래의 입자(입자들)라는 용어는 파킹 셀, 파킹 셀하위의 성분, 바이러스, 리포솜(liposomes), niosome, 마이크로스피어(microspheres), 나노스피어(nanospheres) 또는 마이크로분자(macro-molecules), 단백질(protein), DNA, RNA 등과 같은 보다 더 작은 존재 뿐만 아니라 매질(suspension medium)과 혼합할 수 없는 액체방울, 예를 들어 물에 기름 또는 기름에 물 또는 심지어 가스에 액제 방울(공기의 물과 같은) 또는 액체에 가스방울(물에 공기와 같은), 과 같은 자연물 또는 인공물로서 마이크로미터 또는 나노미터의 존재를 지칭하기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 전극의 배열들에 의한 힘의 필드(field)의 생성 원리를 나타낸다.
도 2는 어드레스로 불러낼 수 있는(addressable) 전극의 전압을 인가함으로 인한 효과의 조합을 나타낸다.
도 3은 유전영동 케이지(cage)의 생성을 위한 어드레스로 불러낼 수 있는 소자의 배열를 나타낸다.
도 4는 어드레스로 불러낼 수 있는 네스티드(nested) 전극을 갖고 트랜지스터가 없는 장치의 단면을 나타낸다.
도 5는 단지 2개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극과 관련 있는 효과의 조합에 기초하며, 트랜지스터 없는 처리 방법을 실행하기 위한 장치를 나타낸다.
도 6은 단지 2개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극을 갖는 장치의 원형(prototype)의 실행과 원형(prototype)의 이미지를 위해 필요한 3개의 마스크의 부분을 나타낸다.
도 7은 트랜지스터 없이 단지 2개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극과 실험에 의한 결과를 갖는 장치에 있어서, 한 단계로부터 우측으로 입자의 변위를 위한 기초적인 단계의 순서를 나타낸다.
도 8은 트랜지스터 없이 단지 2개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극과 실험에 의한 결과를 갖는 장치에 있어서, 한 단계 아래로 입자의 변위를 위한 기초적인 단계의 순서를 나타낸다.
도 9는 트랜지스터 없이 단지 2개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극을 갖는 장치에 있어서, 일반적(generic) 경로를 따른 입자 처리의 실험에 의한 결과를 나타낸다
도 10은 단지 2개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극을 갖는 장치에 있어서, 오른쪽 또는 아래로 처리의 단계를 수행하는 전압의 상(phase)의 순서를 나타낸다.
도 11은 4개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극에 전압을 인가함으로써 관련있는 효과의 조합에 기초한 트랜지스터 없는 처리 방법의 실행을 위한 장치를 나타낸다.
도 12는 트랜지스터 없이 4개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극을 갖는 장치에 있어서, 한 단계 오른쪽, 아래쪽, 오른쪽, 왼쪽에 의한 입자의 변위를 위한 기초적인 단계의 순서를 나타낸다.
도 13은 3개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극에 전압을 인가함으로써 관련 있는 효과의 조합에 기초한 트랜지스터 없는 처리 방법의 실행을 위한 장치를 나타낸다.
도 14는 트랜지스터 없이 3개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극을 갖는 장치에 있어서, 한 단계 우측으로 입자의 변위를 위한 기초적인 단계의 순서를 나타낸다.
도 15는 트랜지스터 없이 3개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극을 갖는 장치에 있어서, 한 단계 아래로 입자의 변위를 위한 기초적인 단계의 순서를 나타낸다.
도 16은 3개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극을 가지고, 오른쪽 또는 아래로 처리의 단계를 수행하는 전압의 상(phase)의 순서를 나타낸다.
도 17은 3개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극을 갖는 장치의 원형(prototype)의 실행과 원형(prototype)의 이미지를 위해 필요한 3개의 마스크의 부분을 나타낸다.
도 18은 메모리 소자 없이 단지 하나의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극을 갖는 처리 방법의 실행을 위한 장치를 나타낸다.
도 19는 단지 1개의 어드레스로 불러낼 수 있는 전극을 갖고, 메모리 소자의 프로그래밍 없이 한 단계 우측으로 입자의 변위를 위한 기초적인 단계의 순서를 나타낸다.
도 20은 유전영동 케이지(cage) 내에 입자를 보유(parking)하기 위한 어드레스로 불러낼 수 있는 소자의 배열과 상기 입자를 하나의 소자로부터 배열의 다른 소자로 운반하기 위한 수송 복도(corridors)를 나타낸다.
도 21은 유전영동 케이지(cage) 내에 입자를 보유하기 위한 어드레스로 불러낼 수 있는 소자의 배열과 상기 입자를 하나의 소자로부터 배열의 다른 소자로 운반하기 위한 소수의 수송 복도(corridors)를 나타낸다.
도 22는 제1 마이크로챔버로부터 제2 마이크로챔버로의 입자의 선택적인 수 송을 위한 방법의 가능한 사용을 나타낸다.
도 23은 트랜지스터 없이, 수송수단과 파킹 셀(parking cells)을 갖는 처리 방법의 실행을 위한 제1 장치를 나타낸다.
도 24는 트랜지스터 없이, 수송수단과 파킹 셀(parking cells)을 갖는 처리 방법의 실행을 위한 제2 장치를 나타낸다.
도 25는 수송수단과 파킹 셀(parking cells)을 갖는 장치의 동작의 기초적인 단계를 수행하는 전압의 상(phase)의 순서를 나타낸다.
도 26은 원형의 폐쇄된 2개의 통로(lanes)를 갖는 입자(입자)의 처리를 위한 방법의 수행을 나타낸다.
도 27은 사각형의 전극 배열 케이스 내의 2개의 통로 사이의 입자의 교환을 위해 필요한 단계의 순서를 나타낸다.
도 27은 육각형의 전극 배열 케이스 내의 2개의 통로 사이의 입자의 교환을 위해 필요한 단계의 순서를 나타낸다.
도 29는 9개의 제어신호들에 기초하여 트랜지스터 없이 통로를 갖는 입자의 조작을 위한 장치를 나타낸다.
도 30은 7개의 제어신호들에 기초하여 트랜지스터 없이 통로를 갖는 입자를 조작하기 위한 장치를 보여준다.
도 31은 트랜지스터 없이 격리된 통로 및 챔버를 가지고 입자를조작하기 위한 장치를 도시한다.
도 32는 트랜지스터 없이 통로, 완벽하게 프로그램 가능한 매트릭스 배열(배 열) 및 격리된 챔버를 가지고 입자 조작을 위한 장치를 도시한다.
도 33은 도 32의 입자 조작 장치의 수직 통로 및 수평 통로 사이에서 한 입자의 이동을 위한 교환점(point of exchange)을 보여준다.
도 34는 도 32의 입자 조작 장치의 어느 그룹 및 구성요소의 수직통로와 수평통로 사이에서 한 입자의 이동을 위해 필요한 단계들의 순서를 보여준다.
도 35는 동일 그룹의 다른 구성요소에 속하는 수직 컨베이어(conveyor)에 있어서 어느 그룹 및 구성요소의 수직 컨베이어 및 수평 컨베이어 사이의 교환 중에 도 32의 입자 조작 장치의 동작을 보여준다.
도 36은 완벽하게 프로그램 가능한 매트릭스 배열(배열)에 가장 근접한 도 32의 입자 조작 장치의 일부를 보여준다.
도 37은 완벽하게 프로그램 가능한 매트릭스 배열로부터 여분의 통로(waste 통로)까지 한 입자의 이동에 필요한 단계의 순서를 보여준다.
도 38은 완벽하게 프로그램 가능한 매트릭스 배열로부터 보조통로(auxiliary 통로)까지 한 입자의 이동을 위한 교환점(point of exchange)을 보여준다.
도 39는 보조 통로에서부터 여분의 통로까지의 한 입자의 긴 이동을 위한 교환게이트(exchange gate)를 보여준다.
도 40은 완벽하게 프로그램 가능한 매트릭스 배열에서부터 출구 통로(exit 통로)까지의 한 입자의 이동을 위한 교환게이트(exchange gate)를 보여준다.
도 41은 도 32의 입자 조작 장치의 출구통로(exit 통로)을 보여준다.
도 42는 도 32의 입자조작장치를 구성하는 한 칩의 활성영역(active area)을 둘러싸는 루프의 주변 범위를 보여준다.
도 43은 트랜지스터 없이 임피던스 미터센서를 갖는 입자 조작 장치를 보여준다.
도 44는 격자 전극과 광학센서 한 배열(배열)에 의해 형성된 입자의 조작 및 검출 및/또는 확인을 위한장치를 보여준다.
도 45는 격자 전극 및 외부 광센서에 의해 형성된 원형 장치(prototype device)에 의해 구해진 조작 및 검출의 실험결과를 보여준다.
도 46은 접촉 광학센서 및 전송받은 광에 의해 입자의 조작 및 검출 및/또는 확인을 위한 장치를 보여준다.
도 47은 측정 감도를 증가시키기 위해 마이크로 렌즈를 사용하며 접촉 광학센서 및 전송받은 광에 의해 입자의 조작 및 검출 및/또는 확인을 위한 장치를 보여준다.
도 48은 시간 순서대로 상기 배열의 부분(portions)을 측정함으로써 측정이 수행되는 광학센서에 의해 입자의 조작 및 검출 및/또는 확인을 위한 장치를 보여준다.
도 49는 선택된 파킹 셀(컨베이어) 및 선택되지 않은 파킹 셀(컨베이어)에 있어서, 상기 파킹 셀이 4차원의 논리 구성인 경우 파킹 셀 (또는 컨베이어) 및 컨베이어 간의 교환을 수행하는 단계의 순서를 보여준다.
본 발명의 목적은 입자의조작(manipulation) 및/또는 검출을 위한 방법 및 장치를 구현하는 것이다. 특히, 다음의 동작 및/또는 그들의 결합 중 어느 하나가 "조작(manipulation)"을 의미한다.
1. 선택(selection), 다수의 입자들을 포함하고 있는 샘플에서 주어진 입자의 분리에있다.
2. 재배열(reorder), 출발한 것과는 다른 순서대로상기 입자들을 배열시키는 데 있다.
3. 결합(union), 2개 이상의 입자들을 접촉시키거나 그것들을 융합시키거나 그들 하나를 나머지 다른 하나에 포함시키기 위하여 2개 이상의 입자들을 선택하고, 서로 반대로 힘을 받을 때까지 그것들을 함께 더 가까이 가져오는 데 있다.
4. 격리(separation), 처음에 서로 접촉되어 있는 입자들을 격리시키는 데 있다.
상기 방법은 안정한 평형점(CAGE)을 향해 입자군(群) 또는 개별 입자를 끌어당기기 위해 비균일한 힘(F)의 장(field, 場)을 사용하는 것을 기초로 한다. 상기 장은 예를 들어, 유전영동장(dielectrophoresis field, DEP), 즉 음의 유전영동(negative dielectrophoresis, NDEP) 또는 양의 유전영동장(positive dielectrophoresis, PDEP)일 수 있고, 전기영동장(electrophoretic field, EF), 또는 그 밖에 전기수력학적(electrohydrodynamic, EHD) 운동의 장, 또는 유전체 상의 전기습윤(electro-wetting on dielectric, EWOD) 일 수 있다.
상기 검출은 다음의 국면 또는 그들의 결합 중 어느 하나를 고려할 수 있다.
1. 개별 입자의 개수 또는 정량화(quantification);
2. 식별 및/또는 특성부여
3. 위치
이와 관련하여 임피던스의 변화 측정 및/또는 광의 강도/흡수의 변화 측정이 주로 활용된다.
힘의 생성
알려진 기술에 따라, 기판 상에 만들어진 전극(EL)의 배열에 의해 입자들을 치환하기 위한 힘을 생성하기 위해 다른 방법들이 존재한다. 일반적으로 차례로 전극이 될 수 있고, 마이크로 챔버의 범위를 정할 수 있으며, 내부에서 상기 입자들이 일반적으로 액상 완충장치(liquid suspension)에 있는 커버(LID)가 사용된다.
상기 다양한 힘들에 대한 몇몇 구성이 도 1에 도시되어 있다. DEP의 경우, 작용하는 전압들은 더하기(+) 부호로 지시된 동위상(in-phase) 주기전압(Vphip)과 빼기(-) 부호로 지시된역위상(phase-opposition) 주기 전압(Vhpin)이다. "역위상(phase-opposition) 전압"은 위상이 180도 다른 전압들을의미한다. 상기 장(field, 場)은 입자들에 작용하는, 평형점(CAGE)을 향해 끌어당기는 힘을 생성한다. 음의 DEP (NDEP)의 경우, 상기 알려진 기술(도1의 a)참조)에 따라 만약 상기 커버(LID)가 도전성 전극인 경우 닫혀진 힘의 공간(closed cages of force)을 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 인접한 전극들이 상기 역위상Vphip (+)에 연결되고 상기 커버(LID)가 상기 동위상 Vphin(-)에 연결되면 평형점(CAGE)이 Vphin(-)에 연결된 각 전극에서 획득된다. 상기 평형점(CAGE)는 보통 상기 전극들과 거리를 둔 액체 내에서 세팅되어 상기 입자들(BEAD)이 정상상태(steady-state) 조건에서 부양상 태(levitation)에 있다. 양의 DEP(PDEP)의 경우, 상기 평형점(CAGE)는 보통 상기 전극들이 형성된 표면에 위치하고(도1의 b)참조), 상기 입자들(BEAD)은 상기 정상상태 조건에서 그에접촉한다. PDEP에있어서, 상기PDEP의 평형점들이 상기 전기장의 최고점들에 대응하기 때문에 상기 커버에 추가적인 전극들이 필요한 것은 아니다. 상기 완충매체 내에서 혼합될 수 없고 이것보다 무거운 액적(예를 들어, 기름 내에서의 물)에 의해 형성된 입자들을 조작하기 위해, 유전층(D) 및 소수성(疏水性) 층(hydrophobic layer, HPB)에 의해 코팅된 전극(EL)을 갖는 기판(SUB)에 의해 얻어지는, 상기 음의 유전영동(NDEPDR, 도1의 c)참조)이 유리하게 사용될 수 있다. 전극의 배열은, 반대극성을 갖는 상기 전극들을 향해 대전입자들을 끌어당기기 위해, 전기영동(electrophoresis)에서 사용될 수 있다. 상기 EHD 운동에 있어서, 전극들의 배치는 상기 입자들을 흐름의 최소점을 향해 밀어내는 흐름을 생성한다. EWOD(도1의 d) 참조)에 있어서, 유전체로 코팅된 전극을 포함하는 커버(LID)가 일반적으로 사용되고, 상기 전극 배열는 상기 입자들(보통 공기 내의 액적)을 끌어당기기 위한 위치의 상기 커버에 대해 역위상의 신호에 의해 전압을 받는다. 대신에, 상기 입자들이 존재하지 않는 상기 전극들은 유동적이 된다. EWOD에 있어서, 상기 전극 배열의 정상 위에 있는 공기내의 액적을 조작할 때, 상기 커버의 대체수단으로서 일련의 와이어(wire, 도1의 e) 참조)를 사용할 수도 있다.
상기 방법 및 장치를 설명하기 위해, 단순화의 이유로 닫혀진 공간(closed cage)를 사용하는 것 다음에 올 것에서 힘의 작용으로서 NDEP를 사용하는 것은 결코 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니며, 순전히 예제를 위해 고려된것이 다(이하에서는, 전극으로서 기능을 할 덮개를 사용하는 것이 필요하다). 다른 힘의 작용 및 다른 형태의 입자들의 사용을 위해 이하에서 기술될 상기 방법과 장치를 일반화시키는 것은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다.
행과 열에 의해 활성화된 힘의 효과를 논리적으로 조합하여 입자운동을 제어하기
음의 유전영동의 힘을 위한 안정된 균형점을 생성하기 위해서, 공지의 기술에 따라, 커버(LID)와 같은 위상 신호(Vphin)로 공급되는 제1전극(EL) 및 제1전극을 완전히 둘러싸여 반대되는 위상 신호(Vphip)로 공급되는 하나 또는 다수의 전극들(L1)을 유효하게 하는 것으로 충분하다. 이 구성(도2의 (a)에 그려진)은 음의 유전영동의 힘을 위한 안정된 균형점(CAGE)에 대응하도록 최소한의 전기장을 발생시킨다. 도2의 (b)에 도시된 바와 같이, 만약 제1전극배열(배열)(L1)에 적용된 신호의 위상을 반대로 한다면, 상기 균형점은 잃게 된다. 만약 제2배열(L2)에 속한 각각의 전극이 제1배열(L1)에 속한 하나의 전극의 주위에 배치하도록 제2전극배열(L2)를 유효하게 한다면, 도2의 (f)에 도시된 바와 같이 제1전극배열(L1)와 제2전극배열(L2)에 적용된 신호의 양측 위상을 반대로 하는 경우에는 균형점을 잃게 될 것이며, 다른 모든 경우에는 케이지(cage)는 적용된 전압에 의존된 치수(dimension) 및 형태를 가질 수 있다. 특히, 도2의 (e)에서 큰 치수(dimension)를 갖는 하나의 케이지(cage)가 존재하는 반면, 도2의 (c) 및 (d)에서 두 개의 동일한 케이지(cage)가 존재하며, 이들은 동일한 위치의 중심을 갖는다. 결론적으로, 전극(EL) 및 전극(EL)의 주위에 배치된 하나 또는 다수의 전극열(L1, L2)에 의 해 각각 만들어진 다수의 블록(BLOCK_i,j)을 고려한다면, 두 개의 일반적으로 인접한 블록의 전극(L1, L2)에 적용되는 전압의 형태에 따라, 다음과 같은 상태가 발생할 수 있다.
● 각각의 블록을 위해 분리된 안정된 균형점, F_i라고 지칭하게 될 역장(field of force)의 구성;
● 두 개의 블록에 의해 공유되는 하나의 안정된 균형점, F_ii라고 지칭하게 될 역장(field of force)의 구성;
이러한 특성은 아래에 설명과 같이, 공지의 기술과 비교하여 일련의 중요한 이점을 갖는 본 발명에 의해 입자들의 조작을 위한 다양한 방법의 수행을 위해 활용될 수 있다.
트랜지스터 없는 동종의 배열 상에서 입자의 조작 방법
본 발명에 따른 방법의 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 전극의 일반적인 그룹(BLOCK_i,j)의 동종의 배열는 안정된 균형점(CAGE_i,j)으로 정의되는 인력 케이지(attraction cage)의 배열를 제공하며, 전극의 일반적인 그룹(BLOCK_i,j)의 각각은 싱글입자(BEAD) 혹은 입자들의 그룹을 포획할 수 있다. 배열(BLOCK_i,j)의 각 엘리먼트(혹은 블록)는 각각 열과 행으로 배열에 분배되며 동일한 열과 행을 공유하는 블록들에 전기적으로 연결된 두 개의 전압 그룹 (Vrow_i [p], Vcol_j [q], p=l...u, q=l...v)에 전기적으로 연결된다. 행 신호들의 전체의 수는 u로 나타나고, 반면에 열 신호들의 전체의 수는 v로 나타낸다.
블록의 인덱스 상에서 계산된 균일한(혹은 Manhattan) 기준에 의한 거리 d= |i-h| + |j-k| 는 두 블록 (BLOCK_i,j 및 BLOCK_h,k) 사이의 거리로 정의한다. 거리1에 있는 블록들은 “인접한 블록들”로 정의한다. 동일한 신호(Vrow_i [p], Vcol_j [q])는 케이지의 생성 및 케이지의 위치를 제어하기 위해 사용된다. 아래와 같은 특성을 갖는 유전영동의 힘 필드의 활성화를 위해 필수적인 전압이 사실상 이러한 신호들을 통해 분포된다.
1. 각각의 인력 케이지(attraction cage)가 닫히고 다른 모든 것과 구별되도록 배열의 신호에 적용되는 포텐셜(potentials)의 구성이 항상 존재한다.
2. 각 쌍의 인접한 블록을 위해, 한 쌍의 블록의 인력의 베이진(basin)에서 오직 배타적으로 만나는 것이 가능하도록 상기 한 쌍(의 인접한 블록)로 입력되는 신호에 적용되는 포텐셜(potentials)의 구성이 항상 존재한다.
3. 각 쌍의 인접한 블록을 위해, 두 개의 인접한 케이지 중에 하나가 가득찬 경우에, 한 위치에서 인접한 위치로 포획된 입자를 옮길 수 있도록 상기 한 쌍(의 인접한 블록)로 입력되는 신호에 적용되는 포텐셜(potentials)의 연속성이 항상 존재한다.
4. 각 쌍의 인접한 블록을 위해, 양측의 인접한 케이지가 가득찬 경우에, 양측의 입자를 같은 위치로 옮길 수 있도록 상기 한 쌍(의 인접한 블록)로 입력되는 신호에 적용되는 포텐셜(potentials)의 연속성이 항상 존재한다.
사용되는 전압은 제로 평균값을 갖는 배타적이 아닌 일반적인 주기적 파 (사인파 또는 그 밖의 구형파)이고, 다른 위상을 갖는 전압 세트 사이에서 선택된다. 제한되지 않는 예를 들면, 서로 180도가 다른 두 위상만을 사용하는 것이 가능하 다.
인접한 블록의 인력의 중심들을 두 개씩 결합시킴으로서, 움직이는 입자들의 경로 밖에 있는 입자들에게는 영향을 주지 않고, 입자를 일반적인 초기위치로부터 마지막 위치로 옮기거나, 혹은 샘플에 존재하고 있는 모든 입자들 중에서 선택된 같은 위치에 있는 두 개 혹은 그 이상의 입자들을 하나로 모으는 것도 가능하다.
이와 동일한 방법이 몇 가지 제한은 있지만, 다수의 입자를 동시에 조작하는 일반적인 케이스에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 일반적인 블록에 위치하고 있는 두 개의 다른 케이지에 포획된 두 개의 입자만을 동시에 조작하는 경우에 제한을 둔다.
1. 제1블록과 제2블록이 동일한 행 혹은 열에 있지 않거나, 혹은 인접한 행과 열에 있지 않으면, 그 두 블록에 포획된 입자들은 만약 제1블록의 열과 제2블록의 행, 색은 제1블록의 열과 제2블록의 행에 대응하는 혹은 인접한 블록들에 포획된 입자들이 없다면 동시 그리고 방향과 감지에 무관하게 조작될 수 있다.
2. 만약 상기 두 블록들이 같은 열 상에 그러나 적어도 3개의 행 만큼 멀리 떨어져 있다면, 그 블록들은 센스와는 상관없이 세로방향으로 동시 조작될 수있다.
3. 만약에 상기 두 블록들이 같은 열상에 있지만 적어도 두 개의 행 만큼 멀리 떨어져 있다면, 그 블록들은 같은 센스라면 가로방향에서 동시 조작 될수 있다.
4. 만약 상기 두 블록이 같은 행 상에 있지만 적어도 세 개 열만큼 멀리 떨어져 있다면, 그 블록들은 센스와 무관하게 가로방향에서 동시 조작될 수 있다.
5. 만약 상기 두 블록들이 같은 행 상에 있지만 적어도 두 개 열만큼 떨어져 있다면, 그 블록들은 같은 센스라면 가로방향에서 동시 조작될 수 있다. 또한 두 개 이상의 입자들이 동시 조작될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 위에서 열거된 제약조건들이 각 쌍의 입자들에서 예상된다.
그러나, 상기 언급된 제약조건들을 만족시키는 두 개 혹은 그 이상의 입자들을 독립적으로 조작할 수 있다 해도, 그 입자들을 동시에 움직이는 것은 상기 배열의 다른 케이지들에게 부작용을 가져올 수 있다는 것을 지적해야 한다. 예를 들어, 블록BLOCK_i,j 에서의 제1 입자와 블록 BLOCK_h, k에서의 제2입자를 바람직한 방법으로 동시 조작시킴으로서, 필수적인 운동이 블록 BLOCK_h,j 와 BLOCK_i,k의 입자들에게 부과된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서, 그 적용에 따라, 시퀀싱이나 나열(serialization)의 다양한 알고리즘을 통해, 그리고 모든 입자들의 위치의 인식(knowledge)에 따라 다른 방식으로 행동(act)하는 것이 가능하다.
예로서 우리는 특히 중요한 케이스를 제공한다: 훨씬 큰 이종 개체군으로부터 다수의 입자들의 회복이다. 이 경우, 샘플에는 임의적으로 배열된 입자들이 주입된다. 상기 입자들은 예를 들어 현미경에서 선택될 수 있으며, 일단 이들의 관심 위치가 결정되면, 칩의 외부로 유동 가능하게 구성된 입자들을 게이트(예를 들어, 제2 회복 마이크로챔버와 통하는)로 전달하여야 하는 문제가 야기된다. 이 경우, 모든 입자가 아닌 선택된 입자들의 위치를 알아내는 간단하고 효율적인 해결은 다음과 같다(상기 게이트가 마이크로챔버의 우측과 저면에 구성된 것으로 가정한다):
1. 수직 가상 채널들이 선택된 각 입자의 위치 우측 상에 인접한 열들(선택 열)에 생성되고(라우팅 열), 더 우측 열(폐기 열)로 변위된 후보 입자들로부터 선 택된 각 입자를 유리한다.
2. 수평 가상 채널이 상기 회복 마이크로챔버의 게이트에 생성되고(라우팅 행), 상기 열에서 행한 바와 같이 입자들로부터 각 입자를 유리(遊離)한다.
3. 각 입자에 인접한 라우팅 열에 회복된 모든 입자들은 변위된다.
4. 상기 라우팅 행으로부터 가장 많이 회복된 입자의 열 인덱스는 논리 세트 이동열에 삽입된다.
5. 상기 라우팅 행으로부터 가장 많이 회복된 입자의 행 인덱스는 이동행 인덱스로 정의된다.
6. 상기 세트 이동열과 상기 행 이동행이 속한 열들 내의 케이지들이 단계적으로 상기 라우팅 행으로 변위된다.
7. 상기 인덱스 이동행이 증가된다.
8. 만일 상기 새로운 행 이동행이 회복될 입자들을 포함하는 경우, 상기 새로운 입자의 열 인덱스가 상기 세트 이동열에 삽입된다.
9. 만일 상기 새로운 행 이동행이 상기 라우팅 행에 대응되는 일 행보다 낮은 인덱스를 가지면, 순서가 단계 6으로 돌아간다.
또한, 양자택일적으로, 단계 3 이후 순서가 다음과 같다: 4'. 상기 행으로부터 시작해서 라우팅 행으로 가장많이 기동하면, 입자들이 포함되었는지 유무에 무관하게 모든 라우팅 열의 케이지들이 동시에 단계적으로 아래로(예를 들어, 라우팅 행을 향하여) 변위된다. 이 방식으로, 모든 입자들이 전체 배열(행의 수와 같은 다수의 단계들에 대응)의 스캐닝이 끝난 후에 라우팅 행으로 이동될 것이다.
지금, 열 위치들이 알려진 선택될 모든 입자들이 라우팅 행에 있다.
10. 상기 전체 라우팅 행은 모든 입자들이 상기 회복 마이크로챔버와 통하는 게이트를 지날 때까지 우측으로 이동된다.
11. 상기 회복 마이크로챔버 내의 입자들은 상기 칩 외부로 유동을 형성한다.
상기 방법은 회복될 입자들의 열 사이의 거리가 항상 2 이하인 경우이거나, 순서의 시작시에 회복되어야 하는 라우팅 행 상의 입자들이 있는 경우에 예비 동작에 의하여 다소 복잡해 진다. 간략화를 위하여, 이 분야에 속한 통상의 기술을 가진 자에 명백한 상기 동작들의 설명을 생략한다. 통계상, 이들 예비 동작의 이행은 회복될 입자들이 열들에 대하여 무시할 만한 하다면 불필요할 것이다.
일반적으로, 상술한 바와 같이 병렬적으로 수행함에 있어서, 입자들의 회복을 위해 주어진 단계들은 전체적으로 프로그램할 수 있는 전극의 배열에 필요한 단계들 보다 더 중요한 것은 아님에 특히 주의할 것이다.
트랜지스터 없이 동종 배열의 입자 조작장치
또한 본 발명의 주제는 이미 설명된 방법에 따른 개별 입자들의 조작에 필요한 필드 배치를 얻기 위한 장치이다. 제한하지 않는 실시예로서, 트랜지스터 없는 기판과 메모리 소자 모두의 사용에 기초한 가능한 실시예들을 제공한다.
n+m+2 제어신호들을 사용한 입자 조작 장치
도 4 및 도 5 각각은 본 발명의 제1실시예에 따른 장치의 단면도와 평면도이다. 전극들의 동종 배열 그룹(BLOCK_i,j)은 n×m 크기의 배열을 형성한다. 각 블 록(BLOCK_i, j)은 도 5에 도시된 바와 같이 행과 열로 배열에 각각 분포된 전체 배열(Vcore)의 공통신호에 연결되는 중앙전극(EL_i, j)과, 두 가지 다른 전압(Vrow_i, Vcol_j)에 연결된 두 동심전극(ring_i, j_l, ring_i, j_2)으로 구성된다. 더 나아가 단일 전극(ITO)(도 4에만 도시됨)으로 구성된 신호(Vlid)가 커버(LID)에 연결된다. 그 결과로서, 이 장치는 n×m 인력 케이지들의 제어를 위한 n+m+1+1 신호들을 전체로서 요구하며, 각 케이지는 단일 입자(BEAD) 또는 일 그룹의 입자들을 인트랩(entrap) 할 수 있다. 평방 배열(n=m)은 n×m 배열을 구성하는 블록에 대한 제어 신호들을 최소화함이 분명하다.
정위상(Vphip)에서 주기적인 전압이 외부로부터 상기 커버(LID)에 연결된 모든 신호 Vrow_i와 Vcol_j로 인가되고, 반대위상(Vphin)에서 주기적인 전압이 외부로부터 상기 커버(LID)에 연결된 공통신호 Vcore와 신호로 인가됨에 의하여, 인력 케이지(CAGE_i, j)가 배열에서 다른 모든 것과 구별 및 식별되는 각 블록(BLOCK_i, j)에서 활성화된다. 일반적 블록(BLOCK_i, j)에 인트랩 된 상기 입자(BEAD)는 제어신호들에 인가된 적합한 일련의 전압들에 의하여 인접 케이지들 중 어느 하나로 변위될 수 있다. 본 발명의 범위를 제한하지 않는 예로서, 도 7은 일반적 블록(BLOCK_i, j)에서 우측에 인접한 블록(BLOCK_i, j+1)으로 입자를 변위하는데 이용되는 일련의 단계들(a, b, c, d, e)을 도시한다; 각 단계 이후 천이 조건에서 각 입자의 위치가 도 7에 표시(b, c', d', e', a")되며, 상기 동작을 구성하는 여러 단계에 관여된 신호들에 인가된 전압들이 도 10에 표시된다(sequence move_x). 도 7에 도시된 (bp, cp', dp', ep', ap'')는 원형(prototype) 장치를 통하여 획득한 배치(b, c', d', e', a")에 순서대로 대응하는 실험 이미지이다.
마찬가지로, 도 8은 일반적 블록(BLOCK_i,j)으로부터 하방으로 인접한 블록(BLOCK_i+1, j)으로 수직 방향으로의 일련의 입자의 변위를 도시한 것이다. 각 단계 이후 정상 조건에서 각 입자의 위치가 도 8에 표시되며(b, c', d', e', a"), 상기 동작을 구성하는 여러 단계에 관여된 신호들에 인가되는 전압들이 도 10에 표시된다(sequence move_y). 특정한 경우, 도 7 및 도 8에 도시된 순서에서 선택된 단계들의 부분집합으로 구성된 감소된 순서를 사용하는 것이 가능하다. 선택적으로, 각각의 가능한 방향에 있어서, 도 7 및 도 8로 한정되지 않는 실시예로서, 상술한 단계들과 다른 단계들로 구성된 순서를 이용하는 것이 가능하다.
배열에서 일반적 위치로부터 시작하여 배열의 임의의 다른 위치에서 끝나는 어떤 경로는 도 7 및 8에 도시된 기본 단계의 연속 및 반대 방향으로의 유사한 단계로 분석될 수 있음은 분명하다. 도 9는 상기한 개념의 실시예를 도시한 것으로, 초기 위치(BLOCK_i,j)로부터 일반적 경로를 따라서 목적지(BLOCK_i+l, j+4) 쪽으로 폴리스티렌 마이크로스피어 (microsphere)를 변위하기 위한 기본 단계를 연속으로 보인 것이다.
본 발명에 따른 장치의 구현은 공지기술에 따른 다른 기술을 이용하여 달성될 수 있다. 공지기술에 따른 포토리소그래피 기술에 의하여 장치의 가능한 실시예를 위하여 필요한 마스크들이 본 발명의 범위를 제한하지 않는 방식의 실시예로서 도 6의 (a) 내지 (c)에 도시되어 있으며, 프로토타입의 이미지가 도 6의 (d)에 도시되어 있다. 실시를 위하여 3개의 마스크와 2개의 금속레벨이면 충분하다. 두 인 접블록 사이의 최소 거리(PITCH)는 금속 표면 사이의 피치의 5배이다. 이 장치에서 피치(PITCH)는 100㎛이고; 이 것은 제조를 위하여 요구되는 기술이 20㎛의 최소 피치를 가지는 전극을 생산할 수 있음을 의미한다. 전극을 생산하기 위하여 귀금속(금, 백금 등)이 사용될 수 있다. 그 외에도 전도성 산화물이 사용될 수 있는 바, 상기 산화물이 투명(인듐 주석 산화물-ITO)하므로 이를 요구하는 경우에 특히 유용하다. 기판을 생산하기 위하여, 절연체(유리, 폴리카보네이트 등)가 사용될 수 있다. 그 외에도 제1금속 레벨로부터 상기 기판을 전기적으로 절연하기 위하여 패시베이션(passivation) 산화물이 요구되는 경우에 반도체(실리콘 등)가 사용될 수 있다. 커버(LID)를 생산하기 위하여, 전극에 마련되며 금속이나 전도성 산화물로 이루어진 절연 기판이 사용될 수 있다. 상기 전도성 산화물이 부분적 또는 전체적으로 투명하므로, 이를 요구하는 경우에 특히 유용하다. 마찬가지로, 그리드의 형성에 있어, 반투명성은 불투명 금속을 이용하여 확보할 수 있다.
본 특허에서 실시예에 따라 설명된 것과 다른 타 기하학적 배열을 본 발명에 따른 장치의 생산에 사용될 수 있음은 당해 분야에서 통상의 기술을 가진 자에게 자명하다. 한정되지 않는 실시예의 방편으로, 원형, 육각형, 사각형 기하구조 등을 가지는 전극을 인용할 수 있다. 마찬가지로, 본 특허에서 언급한 것과 다른 타 물질이 본 발명에 따른 장치의 생산에 사용될 수 있음은 자명하다. 한정되지 않는 실시예의 방편으로, 알루미늄, 티타늄, 탄탈, 금 등과 같은 물질을 인용할 수 있다.
4n+4m+2 제어 신호를 사용한 입자조작장치
도 11은 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예의 평면도이다. 이 경우에, 4개 의 신호는 각 column을 위해 사용되고, 4개는 각 열을 위하여 사용되고, 덧붙여 (여기서는 column에 의해 분배된) 모든 블록에 공통인 신호는 세계적으로 사용되는 신호(Vcore), 그리고 신호(Vlid)이다. 각 블록의 내외부 링 전극들은 각각 수직, 수평 두 가지로 분리된다. 엇갈리게 연결된 각 블록의 전극들은 4개의 행 신호들 중 단 2개, 4개의 열 신호들 중 단 2개이다. 정상적으로, 행 신호들과 열 신호들은 Vphip에 모두 연결되어 있으며, 각 블록에 대한 인력케이지 (CAGE_i,j)와 함께 필드구성(F_i)을 발생시킨다. 행과 열에 의한 제어 신호들 중 적절하게 선택되는 7개의 신호들을 Vphin에 연결함으로써, 2개의 인접하는 블록들의 인력케이지들을 결합하는 제2구성(F_ii)을 발생시킬 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 간단하게 필드구성(F_ii)과 초기필드구성 (F_i)를 적용함으로써 인접한 케이지들에 포착(entrap)된 다른 입자의 위치를 바꾸지 않고 우향(R), 좌향 (L), 하향 (D) 또는 상향 (U)에 입자(BEAD)를 치환하는 것이 가능하다.
n+m 위상을 가진 실시예와 비교하여, 이 실시예는 각 기초 변위를 위해 단 2개의 필드 구성들만 요구되는 이점이 있으며, 4배 많은 제어 신호의 수가 ㅍ필요하다는 단점이 있다.
n+2m+2 제어신호들을 사용한 입자조작장치
도 13은 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예의 평면도이다. 블록들(BLOCK_i,j)의 동종 배열은 n×m 크기의 배열을 형성한다. 각 블록(BLOCK_i의j)은, 전체배열(Vcore)에서 공통인 신호에 연결된 중심 전극(EL_i,j); 열들을(Venable_j )을 따라 배열에 분배된 신호들에 연결된 L형상의 전극(elle_j); 및 전극 elle_j의 외부 (즉, 중심 전극에 대하여) 반경방향으로 배열되고 행에 따라 배열에 분포된 두 개의 다른 신호(Vrow_i [x], Vrow_i[y])에 각각 연결되는, 하나는 수직세그먼트(segment) (wallx_i)의 형태로, 다른 하나는 수평세그먼트(segment) (wally_i)의 형태로 마련된 두 개의 전극으로 구성된다. 또한, 신호(Vlid)는 the cover (LID)에 연결되며, 하나의 전극(ITO)에 의하여 구성된다. 본 장치는 필수적으로 전체적으로 n×m개의 인력케이지들을 제어하기 위한 n+2m+l+l신호로서, 각 케이지는 하나의 입자(BEAD)나 입자의 그룹을 포착(entrap)할 수 있다. n=2m인 직사각형 배열은 배열(n×m)을 구성하는 블록들의 수에 관한 제어 신호 수를 최소화할 수 있다.
외부로부터 위상(Vphip)의 주기적 전압을 모든신호 (Vrow_i [x], Vrow_i[y]와 Venable_j)에 인가하고, 반대위상(Vphin)의 주기전압을 커버(LID)에 연결된 신호(Vlid)와 공통 신호(Vcore)로 인가하여, 배열의 다른 블록과 분리되어 구분지어지는 각 블록(BLOCK_i,j)의 인력케이지(CAGE_i,j)가 활성화된다. 각 일반적인 블록(BLOCK_i,j)안에 포착되는 입자(BEAD)는 제어 신호에 적용되는 전압의 적당한 순서에 의하여 인접하는 케이지들 중 어떤 하나를 향해 치환될 수 있다. 본 발명의 범위에 한정되지 않는 예로, 도 14는 일반적 블록(BLOCK_i,j)으로부터 오른쪽에 인접한 블록(BLOCK_i, j+1)으로 입자를 치환하기 위해 이용되는 (a, b, c, d) 단계의 순서를 도시한 것이며; 상기 공정의 여러 단계들에 관련된 신호들에 적용된 전압은 도 16(sequence move_x)에 개시되었으며, 한편, 각 단계 후에 일시적인 상태의 입자의 위치가 도 14b', c'에 개시되어 있다. 마찬가지로, 도 15는 일반적블 록(BLOCK_i,j)으로부터 아래쪽의 인접한 블록(BLOCK_i+l, j )으로 입자를 치환하기 위해 이용되는 단계(a, b, c, d)의 순서를 도시한 것이다. 상기 작동을 보완하는 여러 단계에 연관된 신호에 적용된 전압은 도 16(move_y)에 개시되어 있으며, 한편, 각 단계 후에 정상상태의 입자의 위치는 도 15b', c'에 개시되어 있다. 어떤 경우에는, 도 14 및 도 15에 도시된 순서로부터 선택된 단계의 부분으로 구성된 간략해진 순서가 이용될 수 있다. 선택적으로, 가능한 방향 각각에 대하여, 순서는 도 14 및 도 15에서 한정하지 않는 예가 도시된 것과 다른 단계들로 구성되어 사용될 수 있다.
배열의 일반 위치에서 시작하고 배열의 어떤 다른 위치에서 끝나는 어떤 경로가, 반대 방향으로 유사한 단계에서, 도 14 및 도 15에 도시된 기초적인 단계의 연속으로 분류될 수 있음은 명백하다. 본 발명에 따른 장치의 이행은 공지 기술에 따른 다른 기술을 활용하여 얻을 수 있다. By way of example in no way limiting the scope of the present invention, shown in Figurel7 (a-c) are the masks necessary for a possible implementation of the apparatus by means of photolithographic techniques according to the known art, and shown in Figure 17d is an image of the prototype. 도시된 바와 같이, 본 발명의 범위를 한정하지 않는 예로써, 도 17의 (a) 내지 (c)에는 공지 기술에 따른 포토리소그래피 기술에 의한 장치의 가능한 실시를 위해 필요한 마스크가 도시되어있고, 도17의 (d)에는 원형(prototype)의 이미지가 도시되어 있다. 3개의 마스크 및 2개의 금속 층(level)이면 실시를 위해 충분하다. 본 발명에 따른 장치의 실시는 공지 기술에 따른 또 다른 기술을 활용하여 얻을 수 있다. 거리(PITCH), 즉 두 개의 인접한 블록들의 중심 사이의 간격은 이 장치에서 100μm이다. 전극으로 귀금속(금,백금 등) 이나 전도성산화물이 사용될 수 있는데 이 경우, 특히 상기 산화물(Indium Tin Oxide - ITO)은 투과성을 갖는다. 기판으로서 절연체(유리, 폴리탄산염 등)이 사용될 수 있고 그렇지 않으면 반도체(실리콘 등)가 사용될 수 있는데, 이러한 경우 보호막을 입힌 산화물이 1차 금속층으로부터 기판을 전기적으로 절연시키게 된다.
메모리소자 없이 동종배열에서 입자의 조작을 위한 방법
본 발명에 따른 또 다른 실시예는 행과 열 내에 각각 각 블록(BLOCK_i,j)이 배열에 배치된 두 개의 신호 그룹(Vrow_i[p], Vcol_j [q])과 전기적으로 연결되어 있는 인력케이지(CAGE_i,j)의 배열을 사용한다. 이들 신호들 중 일부는 케이지들 (CAGE)의 생성에 필요한 전압(Vphin, Vphip)의 배치에 이용되며, 한편, 나머지는 전극에 적용하기 위한 상태의 제어를 위하여 이용되는 디지털 신호이다. 이러한 경우, 정적 평형(CAGE_i,j)의 점의 위치는 각 블록에서 인력케이지가 인접케이지에 연결되거나 고립되 있는지를 결정하는 전자 회로에 의하여 제어된다.
메모리소자 없이 동종배열에서 입자의 조작을 위한 장치)
본 발명의 목적은 이전에 기술된 방법에 따른 개별적인 입자의 조작을 위해 필요한 필드 구성들의 생산을 위한 장치이다. 가령 예를 들면, 가능한 실시예는 공지기술에 보고된 것과는 다르게 각 블록에 메모리소자가 없는 활동적인 기질의 이용을 기초로하여 개시된다.
도 18은 본 발명에 따른 장치의 가능한 실시예의 평면도이다. 블 록(BLOCK_i,j)의 동종배열은 n×m크기의 인력케이지들을 형성한다. 각 블록(BLOCK_i의j)은 전체배열에 공통인 신호(Vphin)에 연결된 중심 전극(EL_i,j)과, 마이크로챔버(멀티플렉서)의 출력(output)과 연결된 전극(ring_i,j)으로 구성되는데, 두 개의 다른 신호(Vphin, Vphip)와 하기 논리 값 표에 따른 행 디지털 제어 신호(row_i) 및 열 디지털 제어 신호의 논리 조합에 의존하는 출력을 받는다.
row Row
i=0 i=l
col Vphip Vphip
j=0
col Vphip Vphin
j=1
추가적인 신호(Vlid)는 도시되지 않았지만 하나의 전극(ITO)에 의하여 구성된 커버(LID)에 연결된다. 상기 장치는 두 개의 전체 아날로그 신호(Vphin 및 Vphip)와, 하나의 입자(BEAD) 또는 입자들의 그룹을 포착(entrap)할 수 있는 n×m개의 인력케이지들을 제어하기 위한 n+m개 디지털 신호를 필수적으로 요구한다. 정방 배열(n=m)인 경우가 n×m 배열을 구성하는 블록들의 수를 기준으로 최소의 제어 신호의 수를 갖는다는 것은 명백하다.
모든 신호 (row_i와 col_j)와 커버(LID)에 연결된 신호(Vlid)에 대하여 반대위상(Vphin)인 주기적 전압에 논리 값 0을 적용함으로써, 인력케이지 (CAGE_i,j)는 그 배열에서 모든 다른 것으로부터 구별되고 분리된 각 블록(BLOCK_i,j)에서 활성 화된다. 각 일반 블록(BLOCK_i,j)에 포착된 입자(BEAD)는 제어 신호에 적용된 논리 값의 적절한 순서를 이용하여 인접한 케이지들 중 어느 하나를 향해 치환(displace)될 수 있다. 본 발명의 범위를 한정하지 않는 예로, 도 19에는 일반블록 (BLOCK_i,j)로부터 오른쪽에 인접한 블록으로 입자를 치환하기 위해 이용되는 단계(a, b, c)의 순서가 개시되어 있다; 행 (row i), 열 (col j) 및 열 (col j+1) 의 신호들에 적용된 논리 값들의 순서는 다음과 같다:
(a) (b) (c) (a')
col 0 1 0 0
j
col 0 1 1 0
j +1
row 0 1 1 0
i
각 단계 이후 일시적인 조건들에서의 입자들의 위치는 도19의 (b'), (c'), (a') 에 표시되어있다.
어느 방향으로든 비슷한 방법으로 이 방법이 적용될 수 있음은 명백하다. 덧붙여, 배열의일반적 위치에서 시작하여 배열의 어느 다른 위치에서 끝나는 어떤 경로든 단지 하나의 위치 변위에 의해 구성된 기초 단계들의 연속에 분류될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 공지된 마이크로전자회로의 다른 조립 기술들을 이용하여 이행될 수 있다.
통로 및 파킹 셀 ( parking cell )들을 가진입자들의 조작방법
본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예가 도20에 개략적으로 도시되어 있다. 본 방법은 (BLOCK_i,j) 내에 위치한 입자들에 작용하는 안정적인 힘(F)의 평형 포인트들을 이용하는데, 이 기능은 입자들과, 수평방향(HRCHl-HRCHM) 혹은 수직방향(VRCH1-VRCHN)의 통로들을 따라 움직이는 안정적인 평형포인트 무리를 안정적으로 인트랩하는 것이다. 이러한 블록들(BLOCK_i,j) 각각은 입자들을 잡거나, 통로들을 따라 움직이는 안정적인 평형포인트들 중에 하나를 끌어당기는베이진 내에 밀어 넣도록 구성될 수 있다. 이는 본 발명에 따라 서술된 방법들 중에 하나, 예를 들어, 통로들의 안정적인 평형포인트들 중 하나에 블록의 안정적인 평형포인트을 결합하는 것과 같은 방법을 이용하여 달성될 수 있다. 물론, 샘플에 제공된 입자들 각각이 결과적으로 블록들 내에 머물 수 있거나 그렇지 않으면 가장 편리한 방향으로 하나 이상의 통로를 이용하여 한 블록에서 어떤 다른 블록으로 이동할 수 있다 사실상, 입자는움직이면서 있는 통로에 진입하고, 마찬가지로 새로운 블록에 들어가기 위해 혹은 새로운 통로로 나아가며 움직이는 방향을 바꾸기 위해 이러한 통로들로부터 빠져나올 수 있다. 본 발명에 따른 방법을 이용하여 각 입자가 한 블록으로부터 다른 어떤 블록으로 나아갈 수 있음은 당업자에게 명백하다. 이 기술은 다음에 서술될 장치들에 묘사된 바와 같이 전체 배열의 제어를 위한 총 신호의 수를 줄일 수 있는 이점이 있다. 이처럼, 도21은 줄어든 수의 수평경로를 가지는 방법의 제2실시예를 보여준다. 또한, 이러한 경우 각 입자는 단일의 수평경로(HRCHl)를 이용하여 하나의 블록으로부터 어떤 다른 블록으로 나아갈 수 있음이 명백하다. 이 기술은 필요한 신호들의 수를 더욱 줄일 수 있으면, 케이지들을 제공하기에 유용한 표면들을 증가시킨다. 본 발명의 범위를 제한하지 않는 선에서, 예를 들면, 도22는 본 방법의 가능한 응용을 보여준다. 마이크로챔버(CHW)에 제공된 것은 이미 서술한 하나의 기능을 가진 블록들 (BLOCK_i, j )의 배열이다. 마이크로챔버는 배열을 두 부분으로 쪼갠다: 한 부분(MCH)은 처리될 샘플의 억제를 위해 마련되고, 다른 부분(RCH)는 처리된 샘플의 억제를 위해 마련된다. 예를 들어, 이 계획은 제1마이크로챔버(MCH)에 보존된 단지 하나의 입자를 선택하는데 사용될 수 있고 제2마이크로챔버(RCH)로부터 이를 복구할 수 있다. 각 블록 (BLOCK_i,j)은 기능적으로 수직 복도(corridor, VRCHJ)에 연결되고, 이 방향과 움직임의 감지는 전체배열 내에서 일치하고 단일 수평 복도 (HRCH1)에서 끝나며, 이 방향과 움직임의 감지는 이동되는 입자들이 제1마이크로챔버(MCH)로부터 제2마이크로챔버(RCH)로 옮겨져서 마지막 복도(VRCHR)를 통하여 단일 영역에 쌓이도록 선택된다. 제1마이크로챔버에 보유된 n×m 개의 입자들 중에서 입자의 선택은 예를 들어 이를 대응하는 통로에 전달하여 초기에 입자들로부터 자유로운 제2마이크로챔버(RCH)로 옮김으로써 이루어질 수 있다. 이로써 선택된 입자들이 추출될 수 있다.
트랜지스터 없이 통로 및 파킹 셀 ( parking cell )들을 가진입자들의 조작을 위한 장치
또한, 본 발명의 주제는 보유 블록들과 통로들을 사용한 전술한 방법에 따라 입자들을 조작하는 데 필요한 필드 구성 생성을 위한 장치이다. 한정하지 않고 예를 들어, 가능한 실시예는 각 블록이 어떠한 메모리소자 또는 트랜지스터를 가지고 있지 않은 수동(passive)기판의 사용하고 있다.
도23은 본 발명에 따른 제1실시예의 위에서 내려다본 평면도이다. A homogeneous 배열 of blocks 블록(BLOCK_i,j)의 동일 배열은 입자를 안정적으로 인트랩할 수 있는 인력 케이지들의 배열을 형성한다. 각 블록(BLOCK_i,j)은 같은 열 (혹은 전체 배열까지도)에 있는 블록들에 공통인 제어신호(Vcage_j )에 연결되는 중심전극 전체 배열에 공통이고 Vphip에 대응하는 신호(Vpj)에 연결되는 전극 같은 열의 모든 블록들에 공통인 제어신호(Vcol_j)에 연결되는 전극 및 마지막으로, 같은 행의 모든 블록들에 공통인 제어신호(Vrow_i)에 연결되는 전극으로 만들어진다. 신호들 Vcage_j, Vcol_j 및 Vrow_i 에 적용되는 위상(phase)에 작용함으로써, 입자를 인트랩(entrap)하는 힘이 안정적인 평형을 이루는포인트은 블록(BLOCK_i,j)으로부터 복도(VRCHJ)로 혹은 복도로부터 블록으로 위치 변경될 수 있다. 각 복도는 전체 복도(Vl_j, V2_j 및 V3_j )에 공통인 신호들에 연결되는 전극들의 배열로 만들어진다. 이러한신호들에 적용되는 위상(phase)에 작용함으로써, 전체 복도를 따라 힘(F)이 안정적인 평형을 이루는 포인트을 원하는 대로 만들고 위치 변경 가능하다. 이처럼, 본 장치는 수직으로 향하는 복도들(VRCHJ)과 모두 유사한 동작을 하며, 전체 복도(Vh_l, Vh_2 및 Vh_3)에 공통인 세 개의 신호들에 의해 제어되는, 수평방향(HRCH)을 향하는 하나 이상의 유용한 복도들을 가질 수 있다. 도25는 블록(CHACCIJ)로부터 나가고, 수직복도(CONVEYV)를 따라 위치 이동하고, 수평복도(HCHACC)로 들어가고, 수평복도(CONVEYH)를 따라 움직이는 순환을 구성하는 다양한 단계들에 수반되는 신호들에 적용되는 전압들을 보여준다. 수평복도 혹은 수직 복도를 따라 이동하는 것을 반대로 감지하기 위하여 도25에 도시된 것을 기준으로 위상(phases)의 일련을 반대로 하면 된다는 것은 명백하다.
도24는 본 발명에 다른 통로와 파킹 셀들(parking cells)로 조작하는 장치의 또 다른 실시예를 보여주는 위에서 내려다본 평면도이다. 동작은 이전에 언급한 실시예와 모두 유사하지만, 블록들(BLOCK_ij)의 각 열을 위해, Vpj의 포텐셜에서 n개의 전극들이 골짜기(comb)모양의 전극에 의해 대체될 정도로 단위 면적당 매우 큰 밀도의 인력 케이지들이 얻어질 수 있게 한다.
G및 f와 각각 같은 독립적인 수평 및 수직 복도들의 수를 가지는 n×m 블록들의 배열에 대해, 통로와 파킹 셀들을 가지는 장치를 트랜지스터들 없이 다루기 위한 제어 신호들의 수는 2n+m+3 (g+f) +2이다. 만일 신호(Vcage_j)가 모든 열들에서 공유된다면, 신호의 수는 n+m+3 (f-fg) +2로 떨어질 수 있다. 일반적으로(예에서 도시된 바와 같이), f=m이지만, 또한 케이지들의 두 열들 간에 동일한 수직통로를 공유하여, f=m/2일 수도 있다. 수평채널들의 수는 원하는 대로 선택될 수 있다. 수평채널의 수가 많을수록 유연성이 커지지만, 케이지들을 위한 유용한 영역은 작아지고 필요한 제어신호의 수는 많아진다.
실제로, 상기의 예에서, 파킹 셀들은 논리적으로 2-차원(행, 열) 공간에서 조직되어, 각각의 차원 (행, 열)이 활성화되었을 때 신호들이 적절한 순서로 수직통로에 각각 접속한다. 본 발명에 따르면, 2 보다 높은 수의 차원으로 전술한 파킹 셀들을 논리적으로 조작함으로써, 파킹 셀로부터 통로를 향한 케이지의 전달에 필요한 면과 제어신호의 수 사이에서 다른 절충안들이 가능하다. 사실상, 파킹 셀로 부터 통로를 향한 전달용 표면은 논리적 차원(이 영역은 소용없는 것으로 고려된다. )의 수에 비례한다. 파킹 셀들의 수가 각 차원에 의한 제어신호들의 생성에 대응한다는 것은 유리하다. 예로써, 2차원의 경우 아니면 22×3=66개의 제어신호의 경우, 3차원의 경우 혹은 10×4=40개의 제어신호의 경우, 4차원의 구조를 위해, 10,000개의 파킹 셀들은 100개의 행들과 100개의 열들, 즉 200개의 제어신호들을 요구할 수 있다. 파킹 셀들의 공간적 배치는 어떤 논리 구조든 간에 명백히 이차원적으로 남을 수 있다.
케이지를 파킹 셀로부터 통로로 전달하는 것은 일반적으로 제어신호들의 적절한 활성화 순서에 의해 이루어진다. 파킹 셀들에 있는 모든 다른 케이지들이 통로의 방향으로 기껏해야 몇 단계를 만들지만, 전달을 마치지 못하고 변위의 감지를 거꾸로 하여 마침내 원래의 위치로 돌아가는 동안, 원하는 위치에 대응하는 케이지를 파킹 셀로부터 통로로 밀기 위한 순서가 정해진다. 도49는 사차원 (dl, d.2, d.3, d.4) 논리적 구조의 경우 파킹 셀(케이지)로부터 컨베이어(conv)로 입자를 가져오기 위해, 전극들(EL)의 가능한 활성화 순서의 예를 보여준다. 각 신호"di" 의 밑줄은 셀이 선택된 차원에 대응하는 사실을 나타낸다. 결론적으로, 신호들"di " 는 네가티브 위상(활성, 어둡게 표시됨) 및 포지티브 위상(비어있음) 둘 다를 위해 프로그램 가능하다. 신호 "cage"는 이 경우에 프로그램 가능하고, 다른 신호들 "cage"의 수는 제1차원 d1의 주소신호들 (D1)의 수와 일치해야 한다. 이러한방법에 따라, 시작케이지로부터의 입자(BEAD)의 이동은 도49에 도시된 바와 같이 반복가능하고 결정론적이다. D 차원들로 어드레스할 수 있는 파킹 셀들의 수는 각 차원, 즉, Dl×D2×... DD 의 생성된 어드레싱 신호들의 수와 동일하고, 반면 필요한 제어신호의 수는2×Dl+D2+...+DD 에 달한다.
본 발명에 따른 장치는 공지기술에 따른 다른 기술분야에서 실시되는 것도 가능하다. 예를 들어, 사진석판술을 인용할 수 있다. 경로의 저항을 최소화하기 위해서 금속을 3단으로 하는 것이 이상적이며, 이런 경우에 하나의 단과 다른 단 사이에서 행 또는 열 방향으로 어떤 이동도 불필요하다(방법들과, 관련된 저항들이 회피된다). 그러나, 행과 열 신호들에 사용되는 방법의 경우에는 두 번의 금속화이면 충분하다. 수평과 수직 간격, 즉 이 장치에서 두 개의 인접블록의 중심 사이의 수평 또는 수직 거리는 인접한 표면 금속들 사이의 간격의 5배 또는 2배와 동일하다. 금, 백금 등의 전극으로 이용되는 순금속들을 얻는 것이 사용될 수 있으며, 전도성이 있는 산화물도 가능하다. 이러한 방법은 산화물이 투명한 경우(인듐 주석 산화물, Indium Tin Oxide(ITO))에 한해 특별히 사용된다. 기질 절연체(유리, 폴리카보네이트 등) 또는 반도체(실리콘 등)를 만드는 방법이 사용될 수 있다. 커버(LID)를 전극이 마련된 절연기질로 만드는 방법이 사용될 수 있으며, 그것은 금속들과 전도성 산화물에 의해 얻어질 수 있고, 특히 전도성 산화물이 부분적으로 또는 전체적으로 투명한 경우에 유용하다. 본 발명에서 설명된 것들과는 다른 기하학적 구조(geometries)에 의해서도 본 발명에 따른 장치를 생산할 수 있다는 사실은 당업자에게 자명하다.
일반적으로, 통상의 전극들 (즉, 링과 같은 모양이 없는 것들)의 배열을 가 지는 장치들이 EWOD 힘과 함께 사용됨이 바람직하다.
트랜지스터 및/또는 메모리소자를 이용하여 통로 및 파킹 셀로 입자를 조작하는 장치
한정되지 않은 예에 의해, 활동적인 기질의 사용에 기초하여 실시예들이 추가적으로 가능하며, 여기서 트랜지스터 및/또는 메모리가 사용된다.
통로를 위한 회로들의 상태를 조절하는 입자들의 조작장치
수평으로 위치하는 통로들의 전극(HRCH)을 공급하기 위해 사용되는 Vh_1, Vh_2, Vh_3 등의 신호 각각, 그리고 수직으로 위치하는 통로들의 전극(VRCHJ)을 공급하기 위해 사용되는 V1_j, V2_j 및 V3_j 등의 신호 각각은 마이크로챔버(멀티플렉서)를 형성하는 전기회로를 통해 전체의 장치(Vphin, Vphip)에 공통되는 신호들에 연결될 수 있다. 마이크로챔버들은 디지털 신호를 통하거나 개별적으로 주소에 의해 접근할 수 있는 메모리 요소에 의해 프로그램될 수 있다. 이러한 설계를 수행하는 회로는 본 기술분야의 당업자에게 자명한 방법들 중 어느 하나에 따라 얻어질 수 있다. 이러한 기술은 전체 장치를 구동하거나 프로그램하는 데 필요한 신호의 전체 수를 감소시킬 수 있다.
파킹 셀들을 배치시키는 회로의 상태를 조절하는 입자들의 조작장치
마찬가지로, 파킹 셀들을 배치시키는 전극을 공급하는 데 사용되는 Vcage_j, Vcol_j, Vrow_i 등의 신호 각각은 마이크로챔버를 형성하는 전기회로를 통해 전체 장치(Vphin, Vphip)에 공통되는 신호들에 연결될 수 있다. 마이크로챔버들은 디지털 신호를 통하거나 개별적으로 주소에 의해 접근할 수 있는 메모리 요소에 의해 프로그램될 수 있다. 이러한 설계를 수행하는 회로는 본 기술분야의 당업자에게 자명한 방법들 중 어느 하나에 따라 얻어질 수 있다.
이러한 기술은 전체 장치를 구동하거나 프로그램하는 데 필요한 신호의 전체 수를 감소시킬 수 있다.
통로로 입자들을 조작하는 방법
본 발명에 따른 방법의 또다른 실시예에서, 평형의 점들이 "통로"로서 언급되는 기설정된 경로를 따라 동기되어 이동하는 것은 제한된다. 그룹들 사이에서 교환의 점들은 통로를 교환하기 위해 입자들이 하나의 그룹으로부터 다른 그룹으로 이동하도록 할 수 있다. 이러한 추가적인 제한들에도 불구하고, 그 방법들은 어떠한 경우에도 개별적인 입자들을 조작할 수 있다. 그리고, 일련의 단계 후에 나머지 모든 입자들의 위치를 변경시키지 않고 하나의 입자를 이동시킬 수 있다.
이 방법들이 동작하는 원리의 일예가 도 26에 도시되어 있다. 하나의 원 안에서 페쇄된 두 개의 통로이면 충분하다. 첫 번째 통로(C_STORE)에서 NS 단계들에 의해 구동되는 Si. SNS 입자들은 NIS 번 반복되어 나타나며, 임의의 방향으로도 가능하다. 하나 이상의 입자들을 NT 단계들에 의해 구동되는 Ti. TNTf 입자들은 NIT 번 반복되어 나타나며 제2통로(C_TMP) 위에서 이동시킴으로써, 제1통로 위에 있는 입자들을 재위치시킬 수 있다. 각각의 통로에서 단계들의 최소 수는 3이다. 결과적으로, 6개의 단계에서 입자들을 임의로 분배하도록 제어하는 것이 가능하다. 두 개의 통로 사이에서 교환은 도 27의 (a)-(e)에 도시된 일련의 단계와 함께 얻어질 수 있으며, 도 27의 (c)의 또다른 통로에서 교환의 점이 전극(EL)들의 프로그램을 교 환하여 옮겨지는 동안 도 27의 (a)-(e)는 제1통로(CON_1) 위의 인력공간에서 입자(BEAD)를 보여준다. 도 27의 (d)에서 제2통로(CON_2) 위의 교환의 점에서 공간이 있는 경우 제1통로의 공간을 떠남으로써, 입자들은 후자의 다른 통로를 통과한다. 도 28은 6각형의 전극들의 배열의 경우에 일어나는 유사한 과정을 보여준다. 이러한 실시예는 EWOD 힘을 사용하는 경우에 특히 적합하다. 그러나, 전극들의 더욱 복잡한 설정을 이용하는 통로들 사이에서 교환이 일어날 수 있고, 본 발명의 목적을 설명하는 방법을 이용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 모든 입자들이 주어진 위치에 주어진 입자가 재배치되도록 하기 위해 오직 하나의 통로가 사용된다. 이러한 방법이 통로들 사이에 어떠한 교환도 생각하지 않고 여러 개의 통로가 있는 일반적인 경우에 적용되는 것은 명백하다. 이러한 경우, 통로들이 상호 제한되지 않는 것은 유용하다.
트랜지스터 없이 통로들을 이용하여 입자들을 조작하는 장치.
9개의 제어신호들을 이용하여 입자 조작장치.
도 29는 트랜지스터들을 이용하지 않고 통로들을 이용하여 입자들을 조작하는 장치의 바람직한 실시예를 도시하고 있다. NCV 수직순환통로 VC_1, VC_NCV 각각은 3개의 단계, V1, V2, V3에 의해 NI 케이지(CAGES)을 형성한다. 각각의 단계들은 3개의 전극의 하나의 그룹의 I_1, ..., I_JSII 각각에 반복적으로 연결되어 있다. 각 단계들은 모든 통로들에 공통적이다. H1, H2, H3의 세 단계에 의해 구동되는 두 번째의 수평순환통로(HCONV)는 수직 컨베이어로 교환되는 NCV 점들을 포함하고, V1+H1 단계에서 활동적이므로, 수직통로들로부터 수평통로로 NCV 케이지의 내용들 을 동시에 전송하는 것이 가능하다. 수직 및 수평 통로들은 제1마이크로챔버(MCH)에서 얻어진다. R1, R2, R3의 세 단계에 의해 구동되는 제3통로(RCONV)는 격판(CHW)에 의해 제1마이크로챔버으로부터 분리된 제2마이크로챔버(RCH)에서 얻어진다. 제3통로는 H2+R2 위상 동안 활성화된 교환의 점을 포함한다.
이 장치는 예를 들어 액체에 띄워져 있는 파킹 셀들과 같은 각각의 입자들을 고립시키는 데 특별히 적합하다. 다량의 입자들은 제1마이크로챔버(MCH)으로 주사될 수 있다. 입자들을 포함하지 않은 액체는 제2마이크로챔버(RCH)으로 주사된다. 대상이 되는 하나 이상의 입자들은 제1마이크로챔버(MCH)의 수직통로들로부터 수평통로로, 그리고, 이곳부터 제2마이크로챔버의 제3통로로 선택되고 이동될 수 있다. 이곳으로부터 입자들은 유출되어 각각 회복될 수 있다.
7개의 제어신호들을 이용한 입자 조작장치.
본 발명에 따른 실시예는, 도 30에 도시된 바와 같이 V1, V2, V3의 단계들을 공유하기 위해 수직통로들을 이용하여 동기된 경로로 이동하기 위해 제3통로(RCONV)를 제한함으로써, 각각의 입자들을 고립시키기 위해 더욱 단순화될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에 THR 단계는 수평 컨베이어(HCONV)로부터 제3컨베이어(RCONV)로 이동하는 것을 제어하기 위해 추가된다. 단계들의 총 개수는 그리하여 7개로 감소된다. 통로들만을 사용하여 이 장치를 제한함에도 불구하고, 각각의 입자를 제1마이크로챔버(MCH)의 점으로부터 제2마이크로챔버(RCH)의 점으로 이동하는 단계들의 수는 제1근사에 따라 모든 입자들을 독립적으로 이동할 수 있게 하는 장치에서의 단계의 수와 거의 동일하다.
별도의 통로와 와 챔버를 갖는 입자 조작 장치
도 31에는 다른 종류의 입자 조작을 위한 장치의 바람직한 실시예가 도 31에 도시되어 있다. 이 경우, 각 수직통로는 별도의 마이크로챔버에서 얻어지며, 별도의 신호들에 의해 제어된다. 예를 들면, 다른 입자는 다른 수직챔버에 주입될 수 있다. 따라서 다른 종류의 입자를 수평 통로(HCONV)로 차례로 이송시키거나, 그렇지 않으면 하나의 타입의 입자가 제2마이크로챔버에서 나온 제2 종류의 입자와 상호 작용하도록 할 수 있다.
트랜지스터와 메모리소자를 가지고 통로로 입자를 조작하는 장치
복도들(corridors)(C_STORE, C_TEMP, VC_i, HCONV, RCONV)의 전극을 공급하기 위해 사용된 각 시그널은 멀티플렉서를 형성하는 전기회로를 통해 전체 장치(Vphin, Vphip)에 공통인 시그널과 연결될 수 있다. 상기 멀티플렉서는 디지털 시그널을 통하여, 또는 각 어드레스할 수 있는 메모리 소자들에 의해 프로그램될 수 있다. 이러한 구성을 충족시키는 회로의 실시예는 이 분야의 통상의 기술을 가진 자에게 알려진 방법에 따라 얻을 수 있다. 이 기술은 전체 장치를 구동 및 프로그래밍을 위해 필요한 전체 시그널 수를 줄일 수 있다.
통로와 완전히 프로그램가능한 배열로 입자를 조작하는 장치
본 발명의 다른 실시예로, 상술한 도 29,30,31의 장치에 사용된 것과 비슷한 기술에 따라 행해진 도 23의 장치의 기술은, 입자의 조작 가능성과 시간을 최적화하고 동시에 필요한 제어 시그널의 수의 억제가 가능한 도 32에 도시된 바와 같은 복합 장치를 얻는 데 사용된다. 도 32에 도시된 것에 의거 본 발명에 따른 장치는 중합 재질로 이루어진 다이아프램(CHW)에 의해 두 개의 마이크로챔버(MCH,RCH)로 나누어진다.
제1 마이크로챔버(MCH)는 기본적으로 다음과 같이 구성된다:
a. 3개의 위상 Vl, V2 및 V3에 의해, 3개의 전극으로 된 한 그룹의 각 반복 I_l... I_NI에서 반복적으로 연결된 수직 순환 통로(“컨베이어”로도 칭함) (즉, 비록 길기는 하나 폐곡선을 형성하는 것들) VC1_1... VC1_NCV와 VC2_1... VC2_NCV 각각 NI 케이지를 형성하는 (CAGES)의 제1 다중도 및 제2 다중도.
b. 수직통로들로부터 제1 수평통로로 하나 이상의 케이지 보유물이 동시에 이송될 수 있도록, 수직통로들(컨베이어들)과의 교환지점 NCV를 포함하는 4 개의 위상 Hl, H2, H3 and H4에 의해 구동되고, V2+H3 위상에서 작용하는 제1 수평순환통로와 제2 수평순환통로 HCONV_UP, HCONV_DOWN (그렇지 않으면 단지 선형 통로, 즉 루프 대신에 직선으로 배열 부분을 형성하도록 배치된 전극을 갖는 선형통로).
c. 컨베이어 또는 상부 수평통로 HCONV_UP과의 교환 지점 NCAUXl, 서로 대응하는 위치에 위치하는 컨베이어 또는 하부 수평통로 (HCONV_DOWN 과의 교환 점인 동일 수 NCAUX2를 포함하며, 4개의 위상들(AUXl, AUX2, AUX3 및 AUX4)에 의해 구동되는 제3 순환 수평 (또는 단지 직선) 통로 (HCONV_AUX).
d. 예를 들면 5 x 5 전극의 정방 배열, 특정 목적을 위한 위상(phases)을 통하여 각각 제어되고, 또는 완전히 활성화된 형태의 전극을 다시 사용하고, 공지된 기술과 같이, 프로그램가능한 메모리 소자들과 트랜지스터들을 구비하고, 일반적으로 행해지고 있는 각 프로그램가능한 인력 케이지들의 매트릭스 배열을 형성하기 위한 전극의 완전히 프로그램가능한 매트릭스 배열;
e. 수직통로들 (VCl_i 및 VC2_j)에 대해 이미 설명한 것과 실질적으로 비슷한 방법으로 3개의 위상에 의해 구동되고, 그 배열로부터 원하지 않는 입자들을 제거하는 기능을 가지는 제1순환 수직 폐기(dump) 통로(VCW_UP 및 제2 순환 수직폐기(dump) 통로 (VCW_DOWN);
f. 수직통로들(VCl_i 및 VC2_j)의 약 2배의 치수를 가지며, 또한 수직통로들 (VCl_i 및 VC2_j)에 대해 이미 설명한 것과 실질적으로 비슷한 방법으로 3상에 의해 구동되고, 그 배열의 반대측의 마이크로챔버 MCH의 부분에 세팅되는 긴 순환 수직 폐기(dump) 통로 (VCW_LONG).
제2 마이크로챔버 (RCH)는 기본적으로, 4개의 위상 Rl, R2, R3, R4에 의해 구동되고, 두 개의 마이크로챔버들 사이의 연결 통로를 구성하는 중합 재질(CHW)로 이루어진 다이아프램(diaphragm)의 불연속점을 통하여 관심(interest)의 배열을 제2 마이크로챔버에 남기는 입자를 이송하기 위한 탈출(exit) 통로(RCONV)로 구성된다. 더욱이, 4 개의 상 FBI, FB2, FB3, FB4에 의해 구동되고, 보조 수평통로에 의해 동일해진 동일 직선상에 기본적으로 놓여지며, 탈출통로(RCONV)로부터 입자을 되돌아가게 할 수 있는 것에 의해, 이로써 마이크로챔버 RCH로부터 배열로, 다이아프램 CHW의 상기 통로를 통해 한번 더 입자을 되돌아가게 할 수 있는 수평피드백통로(HCONV_FB)가 마련된다.
본 발명의 특별한 실시예로, 수직순환통로들은 400개이고, 20개의 소자들로 이루어진 20개의 그룹으로 정렬된다. 제1 마이크로챔버 MCH는 수평통로들에 의해 기본적으로 2개의 절반챔버들, 즉 상부 및 하부로 나누어지기 때문에, 수직통로들는 상부에 200개이고, 하부에 200개이다. 여기서, 그 구조는 완전히 대칭이다.
각각의 통로는 3상 프로토콜을 사용하여 입자를 치환(displace) 하고 회전시킬 수 있다. 아무튼 수직통로들에 대해 수평통로 HCONV_UP의 상부에 상방으로 인접하게 위치하고, 수직통로들에 대해 수평통로 HCONV_DOWN 아래에 하방으로 인접하게 위치하는 (제어가능한) NCV 교환지점들 중 하나를 사용하여 통로로부터 관심(interest) 입자를 추출할 수 있다. 각 교환점은 각각 "소자"와 "그룹"(도 32)으로 불리는 한 쌍의 전극에 의해 한정된다. 그룹전극들과 소자전극들은 20개이므로, 어드레스할 수 있는 교환의 수는 수직통로들의 수와 같은 400개이다. ㅌ특별 위상신호는 신호특별위상과 그룹전극의 신호들 작용이 그룹의 각 콘베이어와 동일하도록 한 그룹 내의 각 통로과 동일하다. 동일한 것은 소자전극들에 적용되지 않는다. 이런 식으로, 어떤 다른 입자을 수평 컨베이어에 싣지(loading) 않고 관심 입자를 프로그램 가능한 배열까지 어떻게든 탈출지점으로 이송하도록, 수직컨베이어로부터 수평컨베이어로 관심 입자를 상시 이송시킬 수 있다. 방향의 변화, 즉 수직 통로로부터 수평통로까지의 이송은 특별한 위상에 의해 안내된 전극에 의해 가능해진다(도 33참조). 대체로, 상기 전극은 위상 2의 신호와 동일한 위상에 위치한다. 그러나, 관심 입자에 대해서는 나머지 모든 시그널들이 음(negative), 즉 활성화(active)일 때, 특수 신호 또한 음(negative)이 되고(도 34 참조), 따라서 소자전극 및 그룹전극이 활성화(active)이면 셀(cell)을 접촉점을 통해 이송되도록 한다. 대신에, 소자의 신호가 음의 위상 (교환에 관여하지 않는 나머지 모든 19개 통로들 대신 정확한 것)에 있지 않을 때, 그 작용은 도 35에 도시되어 있다. 이런 식으로, 입자들이 상하로 컨베이어에 결합될 수 있다. 수직통로 외측의 그룹전극에 입자의 임시 증착(deposit)이 가능하며 수직통로 자체로 복귀함에 있어서는, 입자들의 정렬을 하나 이내에서 그리고 동일 수직통로 내에서 변경이 요구될 때 도 35에 도시한 작용은 더 유용하다.
이전의 트랜지스터 없이 통로들 및 파킹 셀을 갖는 장치와 또한 통로들 및 프로그램가능한 배열을 갖는 장치의 경우에 있어서의 설명에서 기술한 것과 비슷한 방법으로, 2차원(상기 기재된 바와 같이)이 아니지만 D차원인 컨베이어의 논리조직을 채택할 수 있다. 일 예로, 수직컨베이어(cage)의 끝에서 수평 컨베이어(conv)로의 입자 (BEAD)의 이송의 설명으로서 이전에 기술한 도 49를 한번 더 참고한다. 그 분야에 통상의 기술을 가진 자에게, 선택된 통로에 대해서만, 즉 선택된 각 차원의 모든 D (=4, 예로써) 교환 신호에 대해서만 수직통로들로부터 수평통로으로의 교환의 이행에 대한 조작 절차를 어떻게 추론할 수 있는지 명확하다.
수평통로들 (HC0NV_UP, HCONV_DOWN)로, 관심 입자들은, 예를 들면 클러스터 분할 입자들와 같은 복잡한 조작을 수행할 수 있는 완전한 프로그램가능한 매트 릭스 배열로 이송될 수 있다. 예를 들면, 주입된 샘플에 케이지 당 셀들의 평균 밀도가 1보다 크거나 같을 때 이것은 특히 유용하다. 이 경우에, 케이지에 단일셀을 가질 가능성은 감소하고, 결과적으로 관심 셀(cells of interest)이 ㅋ클러스터(cluster)의 부분을 형성하는 것과 같다. 완전히 프로그램가능한 매트릭스 배열의 존재는 클러스터의 부분을 형성하는 셀의 다른 케이지에 분리가 일어날 수 있다. 선택적인 실시예로, 수평컨베이어와 보조컨베이어의 상대적인 상호 작용을 나타내는 도 38에 도시된 바와 같이. 매트릭스 배열은 5 x 5 정방형의 완전히 프로그램가능한 전극들이다.
분리 케이지에서의 분리 후, 덤프 통로으로 옮겨진 다음 다른 것들이 이동할 수 있게 되는 동안, 매트릭스 배열에 의해, 관심 있는 입자들의 선별 및 중지(withhold)가 가능하다. 배열와 덤프 통로 사이의 교환 점은 두 개의 전지와 그룹 전극이 없다는 것 이외에 다른 교환점들과 유사한 기능을 한다.
보조통로(HCONV_AUX)은 예를 들어 입자들의 막힘 등에 기인한 어떤 오작동의 경우에 두 개의 수평레인 (HCONV_UP 및 HCONV_DOWN)의 지지물로서 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 장치 실시예에서 12개의 교화점이 제공된 세 개가 수평레인 사이에서 도 38에 도시한 바와 같이 이중 교환점을 만든다.
보조통로은 또한 특히 장치를 시동하는 단계 동안 목적하지 않는 입자를 제 거하는데 사용될 수 있다. 도 39는 개개의 교환점을 통해 장측의 덤프통로으로 입자를 전달하는 것을 가능하게 하는 보조통로의 왼쪽 말단을 나타낸다.
덤프통로 상부측 (VCW_UP) 및 덤프통로 하류측 VCW_DOWN는 매트릭스 배열로부터의 출구에 위치한다(도 40). 출구통로 RCONV는 4-위상 통로으로, 마이크로챔버 MCH은 외부 및 마이크로챔버(RCH)의 내부로 관심있는 전자를 운반한다. 최고의 가능한 수의 게이지를 갖기 위해서는 출구점을 향한 경로는 마이크로챔버(RCH)를 통한 모든 경로로 지그재그로 움직여 나아간다. 입자들이 출구통로에 존재할 때, 입자들은 수평 피드백 통로(HCONV_FB)에 의해 배열로 다시 들어갈 수 있다. 후자는 상단 출구 절반-통로 및 바닥 출구 절반통로를 효과적으로 식별할 수 있는 대칭방법으로 출구통로를 분할한다. 상기 절반 통로는 완전히 효율적인 관점에 따르는 것이고, 결과적으로 그것들 중 단지 하나를 사용하는 것을 가능하게 한다는 것을 숙지하여야 한다.
장치의 활성영역은 고리에 의해 둘러 쌓여 있고, 양의 위상에서 두 개의 동심원 고리의 상단에 교대로 만들어져 있으며, 이어서 더미전극(예를 들어 플로팅전극)과 교대로 있는 양의 위상에서의 전극들의 고리에 의해 둘러 쌓여 있고, 더미전극은 양의 위상에서 전극들의 두 개의 링에 의해 교대로 있다. 더미 전극들은 컨베이어의 컬럼들과 일직선으로 정렬된다.
본 발명의 실시예는 프로그래밍의 단순함과 정밀함(그것을 구성하는 개개의 케이지(cage)들에 의존하여 사이에 존재할 가능성을 갖는 배열 내부에 관심 있는 입자들의 복합조작을 수행할 가능성을 갖는 관리(상부측 통로의 조절을 위한 위상의 수)의 결합을 가능하게 하는 장점을 설명한다.
입자들의 인지 및 카운팅 ( counting ) 장치
본 발명에 따라 입자들이 조작을 위한 각각의 방법은, 입자들의 검출을 위하여 동종 배열 및 전자들 모두를 갖거나 또는 통로이 일부분을 갖을때 조차, 전자/입자들을 구별, 인지, 특성화 또는 개수를 하기 위해서 추가될 수 있다. 구별 또는 인지는 공지의 방법에 따라 다른 방법으로 얻어질 수 있다.
1. 힘 F의 가압시 동일한 반응행동을 하지만 센서의 리딩에 다르게 영향을 미치는 다른 입자/전자들의 구별/인지; 예를 들어, 다른 투명도 지수를 가진 입자들은 포토다이오드의 빛의 강도의 리딩에 다르게 영향을 미친다.
2. 힘 F의 가압시 다른 행동을 하지만, 센서에서는 동일한 행동을 하는 입자들의 구별/인지: 예를들어 다른 용적을 갖는 전자들은 다른 이동율을 갖을 수 있고, 따라서, 한블럭(BLOCK_i,j)에서 인접한 다른 블록으로 이동하는데 사용된 시간을 모니터링하는 것에 의해 인지되는 것이 가능한다.
3. 힘 F의 가압시 다른 반응행동은 갖지만, 어느 경우 센서에 대해 다은 행동을 갖는 입자/전자들의 구별/인지.
인지는 센서의 배열의 요소들에 대응하는 포인트에서 각각의 전지(또는 전지들의 그룹) 위치에 가한 힘(F)의 효과 및 상기 센서에 의해 각각의 전지(또는 전지들의 그룹)의 존재를 확인하기 위한 커패시티의 결합에 의해 얻어진 전지들을 개수하는 방법과 결합될 수 있다. 이 방법은 인지에 더하여 각각의 타입의 입자들의 개수 또한 가능하게 한다.
본 발명에 따른 입자의 조작을 위한 장치의 실시예에서 동종 배열 및 파킹 전자 및 통로을 모두 갖거나 또한 단지 통로을 갖는 것은 결과적으로 입자들의 검출을 위하여 한부분을 추가하는 것을 가능하게 한다.
다른 실시예들은 검출을 임피던스 미터 또는 센처를 통하 수행하는 것을 가능하게 한다. 특히 관심 있는 것은 활성기질, 즉 트랜지시터가 없을때 조차 입자의 검출가능성이 있다는 것이다.
트랜지스터 없이 임피던스 미터 센서로 입자들을 조작하는 장치
입자들의 존재를 구별하고, 정량 및/정석 분석의 목적을 위하여 전극 배열의 인접한 요소들 사이에서 생긴 전기장에의 입자의 존재에 의해 부가된 섭동을 모니터하는 것이 가능하다. 동종의 배열들의 경우에서, 측정은 하나(또는 이상)의 입자들의 존재에 의해 가능하고, 가능한 열신호 및 행 신호는 운반하는데 정상적으로 사용된 경로들 사이의 임피던스를 측정하여 그(그들)의 특성을 만들 수 있다.
도 5를 참고로, 예를 들어 Vrow_i 및 Vcol_j 사이의 임피던스가 케이지 CAGE_i,j,에서 가능한 잡혀있는 입자들의 존재 또는 부재 및 타입에 따라 뚜렷하게는 어떻게 영향을 미치지는지, 그리고, 주변 케이지들에서 입자들의 존재가능성에 의해 약하게는 어떻게 영양을 미치는지 이해할 수 있을 것이다.
유사한 측정은 통로과 파킹 전자를 갖는 장치의 경우에서 만들어 질 수 있다. 도 23을 참고로, 예를 들어 Vrow_i 및 Vcol_j 사이의 임피던스가 블록 BLOCK_i,j의 케이지에서 가능한 포착된 입자들의 존재 또는 부재 및 타입에 따라 뚜렷하게는 어떻게 영향을 미치는지, 그리고, 주변 케이지들에서 입자들의 존재가능성에 의해 약하게는 어떻게 영양을 미치는지 이해할 수 있을 것이다.
물론, 멀티플렉스에 발동작용 및 검출을 갖지 않고, 특별히 열과 행의 경로를 추가하는 것이 가능하다.
도 43은 인접한 열 (Zrow)과 행(Zcol)사이의 결합 인피던스가 작용하지 않아 검출을 불가능하게 하고, 그들 값이 Zcage_ij에 대하여 우세하게 되는 열신호(Ri)과 행신호(Cj)의 일반적 라인사이의 각각의 교차점(Zcage_ij)의 임피던스 검출하기 위한 본 발명에 따른 리딩 스킴을 나타낸다. 이 리딩 스킴은 미세하게 제작된 칩의 외부에 구성요소를 갖는 전자 시스템으로 얻을 수 있고, 따라서, 트랜지스터 없이 기질의 사용과 양립될 수 있지만, 또한 트랜지스터를 사용하는 경우에 칩에 집적화될 수 있다.
제로 평균값을 갖는 입력 자극은 단지 그것의 멀피플렉서 MRi를 가능하게 하는 열(Ri)에 선택적으로 적용된다. 다른 열 멀티플서 MRl... MRi-I, MRi+1... MRm은 접지의 남아있는 열에 접속된다. 측정되는 교차점 임피던스(Zcage_ij)의 배위에 대응하는 단지 하나의 열(Cj)은 트랜스임피던스 증폭기의 가상접지(Vvgnd)에서 다중 송신되고, 그것의 출력(Vout)은 알려지지 않은 임피던스에 반비례한다.
Vout = - Vin × Zr / Zcage_ij
상기 출력전압은 공지의 Vin 및 Zr 로 Zcage_ij를 유도하는데 사용될 수 있다. 출력(Vout)는 일반적으로 아날로그 또는 디지털 타입의 신호 과정(PROC)을 위한 블록에 의해, 하나 이상의-아날로그 또는 디지털- 출력(OUT)를 생산하기 위하여, 임피던스 및 측정점에서 입자들의 존재 또는 부존재 또는 타입의 측정을 나타내는 입력(Vin)과 함께 어떻게든지 진행될 수 있다.
그 예로서, 입력(Vin)이 어떤 기지의 주파수에서 사인 곡선인 경우를 들어 본다. 이 경우에는, Vin과 함께 증폭기(Vout)의 출력을 처리함으로써, 이미 알려진 기술을 이용하여 정확한 Zcage_ij의 측정을 어렵지 않게 얻을 수 있다. 예컨대, 그 블록에서 신호(PROC)를 처리하는 데 락인(lock-in) 증폭기 필터링과 같은 필터링 기술이 이용될 수 있다.
다시 한 번 그 예로서, 다른 주파수들에서 다수의 사인 곡선의 합으로 형성되는 입력 전압(Vin)을 적용하는 가능성을 들어 본다. 효과들의 중첩 때문에, 처리하는 블록(PROC)에 아날로그 혹은 디지털 필터를 이용하여 출력 전압(Vout)의 스펙트럼 성분을 분리함으로써, 입력(Vin)을 만드는 모든 주파수에서 행 및 열 마이크로챔버(MRi) (MCj)에 의해 지정되는 cage의 임피던스(Zcage_ij)를 동시에 검출할 수 있다.
읽기 동작을 신속히 하기 위하여, 각 열에 대하여 증폭기 및 처리 블록을 반복하여 모든 열을 병렬로 읽는 것이 가능하다. 이 경우, 어떠한 열 마이크로챔버(MCj)도 이용될 필요는 없다.
임피던스 미터 센서를 이용하여 입자를 검출하는 방법 및 장치
본 발명에 의하면, 검출 장치는 액추에이터와 같은 칩과는 독립적으로 제공될 수 있다. 이 경우, 개별 셀들의 분석(resolution)을 가능하게 하는 샘플의 임피던스 미터 이미지를 얻어서, 검출 포인트(상부 금속화의 피치와 동등한 해상도를 얻는 한계점)의 공간 해상도를 증가시키는 것이 통상적으로 가능하다.
미용 분야의 적용 또는 피부의 연구에 유용한 거칠기(roughness), 습도 또는 다른 파라미터들을 평가하기 위하여, 셀 클러스터에 의해 형성되는 조직의 형태에 관한 연구는 특히 유용하다. 이 경우, 임피던스의 측정은 힘의 이용을 수반하지 않으며, 전극들의 배열이 위치하는 기판에 접하는 조직들을 위치시킴으로써 2차원 공간에서 통상적인 방법으로 나열된 인접한 전극들 사이에는 영향이 미치지 않는다.
본 발명의 주제는, 행 신호에 연결된 적어도 하나의 전극과, 열 신호에 연결된 적어도 하나의 전극으로 구성되는 전극들로서, 이러한 전극들 간의 임피던스가 행 및 열 간의 임피던스를 측정함으로써 평가될 수 있도록, 전극들의 블록의 배열을 통해 이러한 기술을 구현하는 장치에 관한 것이다. 각 행 및 열의 교차점에 인근하는 가능한 입자는 행 및 열 간의 임피던스를 측정하는 방법으로 검출될 수 있다.
본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니지만 그 하나의 예로서, 열들은 제1기판과 마주하여 그로부터 소정 거리 이격된 커버(LID)에 형성된 반면, 행들은 기판(SUB)에 형성된 때, 혹은 그 역의 경우에 특히 유용한 장치의 가능한 구현예를 제공한다. 이러한 방법으로, 행 신호를 얻기 위하여 기판(SUB)에 수평하게 배열되고, 열 신호를 얻기 위하여 커버(LID)에 배열된 장치 전체의 길이와 동등한 병렬의 직사각형의 전극들을 제공하는 것이 가능하다. 이러한 방법으로, 두 신호 간의 교 차점에서 행 전극 및 열 전극 간의 입자 셋의 존재를 결정하기 위하여 각 행 및 열 간의 임피던스를 평가함으로써 측정이 이루어진다. 그 결과 장치는 단지 기판(SUB)에 금속화의 하나의 레벨 및 커버(LID) 상의 금속화의 하나의 레벨만으로 얻어질 수 있다.
트랜지스터가 없이 광학 센서와 투명 전극들을 이용한 입자 조작장치
입자 검출의 또 다른 가능성은, 투명 전극들(예컨대, 인듈 주석 산화물: ITO)과, 디바이스에 아래에 배치되는 광학 센서의 이용의 조합에 의해 구성된다. 이 경우, 디바이스가 위로부터 조명되는 때, 디바이스의 아래에서 외부 검출 배열에 입사되는 광학 전력의 변동에 의해 입자들은 검출된다. 도 44에 도시된 바와 같이, 광학 센서들(pixel), 예컨대 포토다이오드 혹은 CCD 등의 배열에 의해 기본적인 검출 시스템이 구성될 수 있는데, 센서들의 배열에서 인접한 구성요소들 간의 거리는 두 개의 인접한 블록들(BLOCK_i,j) 간의 거리의 1/N배가 된다. 여기에서, N=I 정수이다. 이러한 기술의 주요한 특징은, 측정의 감도를 개선하고, 입자와 센서 구성 요소 간의 2방향 유일성의 대응(biunique correspondence)을 획득하여, 검출되는 입자를 센서의 구성 요소(pixel)에 배열할 수 있는 가능성에 있다. 이러한 기술은 각 입자는 단지, 그리고 배타적으로 센서들의 배열에서 단 하나의 구성 요소의 센서 영역에만 위치할 수 있다는 사실을 보장한다.
다른 예로서, 액추에이션 디바이스로부터 소정 거리에 설치된 외부 센서들 셋의 배열을 이용하는 것도 가능한데, 여기에서, 위로 반사되는 혹은 아래로부터 투과되는 빛은 전달되어 센서를 향하는 일련의 렌즈들에 의해 초점이 맞추어지나, 렌즈들의 구성 요소(pixel)는 배열의 블록들에 광학적으로 정렬된다.
트랜지스터가 없이 광학 센서와 비투명 전극들을 이용한 입자 조작장치
입자 검출의 또 다른 가능성은, 비투명 전극들(예컨대, 인듈 주석 산화물: ITO)과, 디바이스에 아래에 배치되는 광학 센서들(OPTISENS)의 이용의 조합에 의해 구성된다. 이 경우, 잠재적 홀(CAGE)은 기판 근처에, 금속으로 코팅되지 않은 전극들의 영역들에서 얻어질 수 있다. 도 44에 도시된 한 예는 본 발명에 의한 장치의 단순한 구현예인데, 여기에서, 전극들(EL)의 배열은 정사각형 격자 형상(직사각형, 원, 육각형, 삼각형 등 다른 기하학적 형상도 당연히 가능함)의 단지 하나의 전극으로 구성된다. 이 경우, 블록들(BLOCK_i,j)은 금속으로 코팅되지 않은 전극들의 영역들에 의해 구성되어(도 44) 얻어질 수 있는데, 여기에서, 안정한 평형상태(CAGE_i,j)의 포인트들이 제공된다. 이러한 방법으로, 만일 기판이 투명한 경우, 안정한 평형상태의 포인트들에 포착된(entrapped) 입자들의 존재의 검출에 대해서는 장치(도 44b)의 아래에, 감광성의 구성 요소들(pixel)의 배열에 의해 구성되는 센서(OPTISENS)를 적용할 수 있다. 이와 관련하여, 센서들의 배열의 구성 요소들(pixel)은 안정한 평형상태(CAGE_i,j)의 포인트들에 광학적으로 정렬될 수 있는데, 여기에서, 센서들의 배열의 구성 요소들 간의 거리는 두 개의 인접한 블록들(BLOCK_i,j) 간의 거리의 1/N배가 된다. 여기에서, N=I 정수이다. 이러한 장치는 액체 샘플에 함유된 입자들을 카운트하는 데 특히 유용하다. 이 경우, 이러한 구현예는 입자들(BEAD)을 센서들의 배열의 구성 요소들에 정렬하는 것에 제한된다.
도 45에 도시된 바와 같이, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니지만 그 예들은 투명-유리 기판으로부터 얻어진 프로토타입을 이용하여 수행된 실험의 결과인데, 투명-유리 기판은, 사인파 신호(Vphip)가 공급되는 금속 그리드와; 저면이 도전성이며 투명한 (Vphin과 역상인 신호가 공급되는) 커버 lid와; 현미경의 렌즈들에 의해 디바이스의 저부에 모아진 빛을 검출하는 외부 센서와; 디바이스 상에 빛을 조사하는 광원으로 구성되는 전극을 가진다. 이 경우, 센서의 복수의 픽셀들이 안정한 평형상태(CAGE_i,j)의 포인트들의 배열의 각 구성 요소에 광학적으로 관련된다. 외부 센서가 이용되는 경우에 있어서, 상술한 바와 같이, 기판(SUB)이 반드시 투명해야 하는 것은 아닌데, 그 이유는 디바이스를 반사된 빛으로 조사하여, 위로 수집되는 이미지를 이용할 수 있기 때문이다.
도 46의 저부와 관련하여, 센서의 각 픽셀로부터 오는 신호(LINT)는 센서로부터 오는 신호와, 적절히 정해진 문턱치(LLINE)를 비교하는 하드웨어/소프트웨어 비교기에 의해 디지털 신호로 변환되는데, 여기에서, 문턱치(LLINE)는, 논리값 LDIG=O (black)은 어떠한 입자도 존재하지 않는 것에 대응하는 한편, 논리값 LDIG=I (white)은 셀(BLOCK_i,j)에 입자가 존재하는 것에 대응하도록 정해진다. 도 45a에는 디바이스의 확대된 이미지가 도시되는데, 여기에서, 안정한 평형상 태(CAGE_i,j)의 포인트들에 포착된 블록들(BLOCK_i,j) 및 마이크로스피어(BEAD)는 명백히 가시적인 반면, 도 45의 (b)에는 장치의 동일한 부분에 대응하여 처리된 신호가 도시된다. 예에 보여진 바와 같이, 처리 과정은 그레이 레벨의 인버전과, 그 다음으로 블러링(blurring) 및 쓰레숄딩(thresholding)으로 이루어진다. 그 결과 이미지로부터, 자동 카운트가 용이하게 이루어질 수 있다. 유사한 결과들은 도 46에 도시된 바와 같이 아래로부터의 빛을 모으는 컨택트 센서를 이용하여 얻어질 수 있거나, 기판 자체 내에 집적될 수 있다. 컨택트 센서를 이용하는 장점은 현미경의 렌즈들의 이용이 불필요한 점에 있다. 그 결과로, 장치의 크기를 줄일 수 있고, 따라서 휴대가 가능하다.
다른 많은 일반적이고 간단한 센서들이 존재할 수 있음은, 해당 분야에 통상의 기술을 가진 사람에게 명백하다. 트랜지스터를 갖는 능동 기판을 이용할 수 있다면, 능동 기판은 광학적 임피던스 계 선서들의 배열과 인력 케이지들이 결합하여 사용될 수 있다.
광학적 센서들을 이용하여 성능을 향상시키기 위해 마이크로렌즈(MICROLENSE)가 이용될 수 있다. 마이크로렌즈는, 예를 들면, 포착된 입자들 위로 빛을 전달하기 위해 커버(LID)의 윗부분에 제공될 수 있다. 도 47에서, 개략적으로 어떻게 마이크로 렌즈를 이용하여 측정의 감도를 향상시킬 수 있는지(그 밖에 센서 영역 밖에 도달한 빛을 수집하는) 그리고 입자의 존재 또는 부재 여부와 관련 된 서로 다른 신호의 레벨 사이에 콘트라스트를 증가시킬 수 있는 지(모든 빛의 광선을 입자가 위치한 케이지의 에너지(force) 중심으로 전달하는) 본 발명의 일예를 설명한다. 렌즈, 포물선 모양의 접시, 프리즘, 거울, 필터 또는 편광자의 효과가 빛을 조사하는 장치와 결합될 수 있음은 해당 분야의 기술을 가진 사람에게 더욱 명백하다.
광학적 센서들(pixel)의 2차원적 배열의 이용은 선택적이다. 도 48과 같이 광학적으로 안정된 평형의 포인트의 정렬의 열(row) (또는 행(column))과 나란하게 정렬된 센서 요소들(pixel)을 갖는 1차원적 배열(SENSHEAD)이 이용될 수도 있다. 센서들의 배열에서 인접한 요소들 간의 거리는 동일한 열(또는 행)에서 두 개의 인접한 블록들(BLOCK_i,j) 간의 거리의 1/N배가 된다. N은 정수이다. 전체 배열에서 입자의 존재/부재에 대한 정보를 취득하기 위해, 취득은 배열의 각 열(또는 행)에서 시간 순서대로 달성된다. 그리고 취득은 피치(PITCH)를 통해 표시한다. 각 취득 후에, 블록의 배열 또는 그 반대에 관한 센서들(pixel)의 배열은 행(또는 열)과 평행하다.
본 발명의 범위는 도 48에 도시된 예에 단순히 한정되지 않는다. 이 경우, 장치는 장착된 센서(SENSHEAD), 라이트 콘덴서(CONDENSOR), 정밀 광학기기(OPTIC), 적절한 필터들(FILTER), 그리고 광원(LSOURCE)과 동시에 가동된다.
최종적으로, 전체 배열의 시간 순서대로 스캔을 수행하기 위해 단일 감광성 요소를 사용할 수 있다. 이 경우, 각 취득 후에, 센서의 변위는 열(row)에 평행한 방향으로 이루어진다. 거리는 열의 요소들 간의 피치(pitch)와 같다. 다음, 각 열의 끝에서, 센서의 변위는 행(column)에 평행한 방향으로 이루어진다. 거리는 행의 요소들 간의 피지와 같다. 그 다음, 다음 열이 전체 배열의 완성을 위해 같은 방법으로 스캔된다.
마지막으로, 앞서 서술된 취득 방법 및/또는 장치는 본 발명의 목적을 이루는 모든 방법 또는 장치에 적용된다. 특히 본 발명은 센서의 사용이 입자 또는 셀의 조작과 결합될 때 유용하다.

Claims (45)

  1. 전극 그룹들(BLOCK_i,j)의 적어도 2차원적 배열에 의하여 입자들(BEAD)을 조작하는 방법에 있어서,
    1) 상기 입자들(BEAD)이 안정된 평형을 이루는 적어도 하나의 제1 포인트(CAGE_i,j)와 제2 포인트(CAGE_i,j+l)를 제공하는 힘의 필드(field of force)(F_i)의 제1구성을 생성하rh, 상기 포인트들은 상기 제1구성에 직접적으로 인접한 상기 배열의 제1그룹(BLOCK_i,j) 및 제2그룹(BLOCK_i,j+1) 상에 각각 위치하고, 적어도 하나의 입자(BEAD)가 상기 안정된 평형의 제1 포인트(CAGE_i,j)에 포착되도록 하는 단계;
    2) 힘의 필드(F_ii)의 적어도 하나의 제2구성을 생성하여, 상기 적어도 하나의 안정된 평형의 제2 포인트(CAGE_i,j+1)의 인력의 베이진(basin) 내에 입자를 밀어넣는 단계; 및
    3) 힘의 필드의 상기 제1 구성(F_i)을 다시 생성하여, 상기 입자(BEAD)가 안정된 평형의 제2 포인트(CAGE_i,j+l)로 끌어당겨 지는 단계를 포함하며,
    힘의 필드의 상기 제1구성(F_i)와 상기 제2구성(F_ii)이, 배열의 제1 그룹(BLOCK_i,j)의 전극들에 적용된 제1 전압(Vrow_i [p] and Vcol_j [q])과 배열의 제2 그룹(BLOCK_i,j +1)의 전극들에 적용된 제2 전압(Vrow_i [p] and Vcol_j +l[q])으로 이루어진 적어도 둘 이상의 다른 구성들에 의해 생성되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    전극들의 상기 이웃한 그룹들의 연속에 의해 만들어진 경로들을 따라 적어도 하나의 상기 전극들의 그룹(BLOCK_i,j)에 제공된 적어도 하나의 입자(BEAD)를 치환하기 위하여 서로 두 개씩 인접한 상기 배열의 전극들의 복수의 상기 그룹들에 상기 단계 1)부터 상기 단계3)을 반복 실행하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배열의 전극들의 각 그룹(BLOCK_i,j)은 행신호들 (Vrow_i[p] )에 따른 전압들(Vphip, Vphin)과 연결된 전극들의 적어도 하나의 제1세트와, 열 신호들(Vcol_j[q] )에 따른 전압들(Vphip, Vphin)과 연결된 전극들의 적어도 하나의 제2세트와, 배열의 전극들의 모든 그룹으로 공통 신호(Vcore)에 따른 전압들(Vphip, Vphin)과 연결된 적어도 하나의 전극을 포함하고, 각 전극들의 상기 한 쌍의 이웃한 그룹들 (BLOCK_i,j 및 BLOCK_i,j+1)과 연결된 상기 행 신호 (Vrow_i[p])및 열 신호(Vcol_j[q])를 통해 적용된 전압의 변경에 의해서 전극들의 각 한 쌍의 이웃한 그룹들은 힘의 필드의 상기 적어도 하나의 제2 구성(F_ii)을 취하고, 상기 배열의 다른 전극들의 그룹은 상기 제1 구성(F_i)을 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배열의 전극들의 각 그룹(BLOCK_i,j)은
    디지털 행 신호들(row_i) 및 열 신호들(col_j)의 제1세트에 의하여 제어되는 전자 회로들(MUX_i,j 및 AND_i,j)에 의해서 전압들(Vphip, Vphin)에 연결된 적어도 하나의 제1 전극세트 및 배열의 모든 전극 그룹(BLOCK_i,j)에 공통인 신호들 (Vcore)의 제2세트에 의해서 전압들(Vphip, Vphin)에 연결된 적어도 하나의 전극을 포함하고, 각 전극들의 상기 한 쌍의 이웃한 그룹들 (BLOCK_i,j 및 BLOCK_i,j+1)의 상기 전자 회로들(MUX_i,j 및 AND_i,j)과 연결된 상기 행 신호들 (row_i[p])및 열 신호들(col_j[q])의 제1 세트를 통해 상기 한 쌍의 이웃한 그룹들 (BLOCK_i,j 및 BLOCK_i,j+1)에 적용된 전압의 변경에 의해서 전극들의 각 한 쌍의 이웃한 그룹들(BLOCK_i,j 및 BLOCK_i,j+1)은 힘의 필드의 상기 적어도 하나의 제2 구성(F_ii)을 취하고, 상기 배열의 다른 전극들의 그룹은 상기 제1 구성(F_i)를 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 적어도 하나의 통로(C_STORE; VRCHJ)를 형성하는 전극들의 제1그룹의 배열에 의해 입자들(BEAD)을 조작하는 방법에 있어서,
    1) 상기 입자들(BEAD)을 위한 안정된 평형의 적어도 하나의 포인트(CAGE_i,j)를 만들도록 힘의 필드(field of force)의 제1 구성을 생성하고, 상기 포인트는 적어도 하나의 통로(C_STORE; VRCHJ) 상에 위치하고, 적어도 하나의 입자(BEAD)는 안정된 평형의 상기 적어도 하나의 포인트(CAGE_i,j)에서 포착되는 단계와,
    2) 각각의 위치를 적어도 하나의 전극 또는 전극들의 제1 그룹으로 정의하여, 상기 적어도 하나의 통로(C_STORE; VRCHJ)를 따라 앞서 생성된 안정된 평형의 모든 상기 포인트를 하나 이상의 위치로 치환하는 단계를 포함하며,
    상기 통로상의 안정된 평형의 포인트들은 전극들의 제1 그룹들의 전극들에 따라 생성 및 이동되고,상기 전극들은 적어도 3개 이상의 다른 전압들(Vl_j, V2_j, V3_j )의 구성의 상기 적어도 하나의 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서
    복수의 통로에 의해 그리고 서로 나란하게 그리고/또는 상기 통로와 나란하게 파킹 셀들(BLOCK_i, j)을 형성하는 상기 배열의 전극들의 제2 그룹들에 의해 상기 입자들(BEAD)을 조작하고,
    1) 파킹 셀들(BLOCK_i, j)에 위치하고 상기 입자들(BEAD)이 상기 안정된 평형의 적어도 하나의 포인트(CAGE_i,j)에 포착되도록하는, 상기 입자들(BEAD)을 위 한 적어도 하나의 안정된 평형의 포인트를 생성하도록 설계된 힘의 필드의 제2구성을 발생시키는 단계;
    2) 파킹셀 (BLOCK_i,j)에 포착된 입자(BEAD)들이 상기 파킹셀에 인접한 안정된 평형상태의 포인트들의 인력의 베이진(basin)으로 밀어넣어지고 상기 통로(VRCHJ)들의 전극에 의해 형성되도록 힘의 필드의 제3구성을 발생시키는 단계;와
    3) 상기 통로(VRCHJ)를 따라 상기 통로에 제공된 모든 안정된 평형의 포인트들을 하나 이상의 위치로 치환하는 단계를 포함하고,
    상기 통로의 안정된 평형의 포인트들은 상기 통로들의 전극들에 적용된 전압들(Vl_j, V2_j, V3_j )의 적어도 3개 이상의 다른 구성들의 의하여 발생 및 이동되고; 입자(BEAD)를 하나의 파킹셀(BLOCK_i,j)의 안정된 평형상태의 포인트로부터 통로(VRCHJ)의 안정된 평형의 포인트들 중 하나로 혹은 그 반대로 밀어내기 위한 다른 필드 구성들은, 제2그룹(BLOCK_i,j)의 전극에 인가되는 행전압 (Vrow_i)과 열전압들 (Vcol_i 및 Vcage_j)에 의해 그리고 상기 통로들(VRCHJ)를 형성하는 전극들의 제1그룹의 전극에 인가되는 전압들(Vl_j, V2_j, V3_j )에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 입자(BEAD)를 한 통로로부터 상기 입자가 있었던 통로와는 다른 파킹셀(BLOCK_i+1,j)에 속하는 안정된 평형의 포인트의 인력베이진(CAGE_i+1)으로 밀어 낼 수 있도록 힘의 필드의 제4구성을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    각 입자를 다른 경로로 치환하기 위해 어떤 수의 입자에도 동시에 작용하는, 상기 입자(BEAD)를 파킹 셀의 안정되어 있는 평형의 포인트(BLOCK_i, j)에서 통로(VRCHJ)의 안정적 평형상태의 포인트 중에 하나로 밀어내거나 그 반대로 밀기 위해 필요한 상기 필드 구성과 상기 안정적 평형상태의 포인트의 상기 움직임에 의해 특징지어지는 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    전극의 첫번째 그룹의 배열에 의하여 상기 입자(BEAD)를 조작하기 위해, 적어도 두개의 통로들(C_STORE과 C_TEMP)을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법은,
    1) 적어도 하나의 입자(BEAD)가 상기 적어도 한 포인트에 안정된 평형 상태(CAGE_i, j)에 포착되도록, 적어도 하나의 첫 번째 통로(c_store)에 위치하는, 상기 입자들(BEAD)을 위한 적어도 하나의 안정적인 평형 포인트((CAGE_i, j)를 발생시키는 단계;
    2) 상기 적어도 하나의 안정적인 평형 포인트(CAGE_i,j)가 적어도 하나의 제 2통로(C_TEMP)에 공유될 수 있도록 하나 또는 이상의 통로를 따라 안정적인 평형의 모든 포인트들을 하나 또는 이상의 위치로 치환하는 단계; 및
    3) 상기 입자(BEAD)가 상기 적어도 하나의 제2통로(C_TEMP)에 속하는 적어도 하나의 안정적인 평형 포인트(CAGE_i,j)에 포착되도록 하나 또는 이상의 통로(C_STORE)를 따라서 안정된 평형의 모든 포인트들을 하나 또는 이상의 위치로 치환하는 단계를 포함하고,
    상기 통로의 상기 안정적인 평형의 포인트들은 상기 통로 각각에 대해 적어도 세개의 다른 구성의 전압(V1_j, V2_j, V3_j)을 전극 배열의 상기 제1그룹의 전극들에 인가함으로써 발생되어 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자를 안정된 평형의 포인트에 포착하고, 하나 또는 그 이상의 입자를 선택하는 방식으로 결합된 상기 안정된 평형의 포인트의 치환하는 복수의 단계를 차례로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자를 안정된 평형의 포인트에 포착하고, 둘 또는 그 이상의 입자를 재배열하는 방식으로 결합된 상기 안정된 평형의 포인트의 치환하는 복수의 단계를 차례로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자를 안정된 평형의 포인트에 포착하고, 하나 혹은 동일한 그룹의 전극들(BLOCK_i, j)에 제공된 하나 또는 그 이상의 입자(BEAD)를치환하는 방식으로 결합되는 상기 안정된 평형의 포인트를 치환하는 복수의 단계를 차례로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자를 안정된 평형의 포인트에 포착하고, 적어도 두개의 다른 위치를 향하여 하나 혹은 동일한 그룹의 전극들(BLOCK_i, j)에 위치한 하나 또는 그 이상의 입자(BEAD)를 분리 및/또는 멀어지게 하는 방식으로 결합되는 상기 안정된 평형의 포인트 치환하는 복수의 단계를 차례로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 상기 모든 청구항들 중 어느 하나에 있어서, 상기 힘(F)의 필드는
    1) 양의 유전영동(positive dielectrophoresis, PDEP);
    2) 음의 유전영동(negative dielectrophoresis, PDEP);
    3) 전기영동(electrophoresis, PDEP); 및
    4) 전기습윤 (electrowetting on dielectric, EWOD) 중 적어도 하나의 힘을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 수성 현탁액 또는 조직안에 군집한 셀 또는 입자의 검색 및/또는 특징부여 및/또는 정량화 방법에 있어서,
    적어도 하나의 제1행 신호와 연결된 제1전극과, 상기 제1전극과 인접하며 적어도 하나의 제1열 신호와 연결된 한 적어도 하나의 제2전극 사이에서 임피던스를 측정하는 것을 포함하고, 상기 적어도 두 개의 인접하는 전극 사이에서의 측정은 상기 제1행 신호와 상기 제1열 신호 사이의 임피던스를 평가하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    청구항 제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 방법에 따른 조작이 실행된 이후에 적어도 하나의 입자(BEAD)에 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 입자(BEAD)를 조작하는 장치는
    1) 블럭들의 같은 열의 제1그룹 모두에 공통인 공통신호들(Vcol_j[q])에 연결된 전극들의 상기 제1그룹, 블럭들의 같은 행의 제2그룹 모두에 공통인 공통신호들(Vcol_j[q])에 연결된 전극들의 상기 제2그룹, 및 전극들의 배열의 전극들의 그룹의 모든 블럭(BLOCK_i,j)에 공통인 신호들에 연결된 전극들의 제3그룹을 포함하는, 행과 열로 배열된 전극의 그룹 블럭(BLOCK_i,j)의 배열을 형성하는 전극의 배열;
    2) 적어도 하나의 다른 전압들(Vphin, Vphip)을 발생시키는 수단; 및
    3) 상기 전압들(Vphin, Vphip)을 상기 행 신호들 (Vrow_i[p]), 상기 열 신호들 (Vcol_j[q]) 및 상기 공통 신호들에 분배하는 수단을 포함하고,
    상기전압(Vphin, Vphip)을 분배하는 수단은, 전극들의 그룹인 제1블럭(BLOCK_i,j) 및 제1블럭에 인접한 전극들의 그룹인 제2블럭(BLOCK_i,j+1)에의해 형성된 각 쌍을 위해, 힘의 필드의 적어도 하나의 제1구성(F_i) 및 하나의 제2구성(F_ii)이 상기 다른 두 개의 구성의 전압들(Vphin, Vphip)을 행 신호들 (Vrow_i[p]) 및 열 신호들 (Vcol_j[q])에 인가함으로써 생성될 수 있도록 하며; 상기 힘의 필드 제1구성(F_i)은 상기 입자들(BEAD)을 위한 안정된 평형의 적어도 제1포인트(CAGE_i,j) 및 적어도 하나의 제2포인트(CAGE_i,j+1)을 생성하도록 설계되고,상기 포인트들은 배열의 전극의 그룹의 상기 제1블럭(BLOCK_i,j)과 상기 제2블럭(BLOCK_i,j+1) 각각에 위치하며; 상기 힘의 필드의 제2구성(F_ii)은 상기 적어도 하나의 안정된 평형의 제2 포인트의 인력베이진으로 상기 안정된 평형(CAGE_i,j)에 가능하게 포착된 상기 입자(BEAD)를 밀어 넣도록 설계된 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    각 블록(BLOCK_i, j)의 전극들의 상기 제1그룹은 동일 열의 모든 그룹에 공통인 공통신호(Venable_j)에 연결된 적어도 하나의 제1전극(ring_i,j_1)을 포함하고;각 블록의 전극들의 상기 제2그룹은 동일 행의 모든 그룹들에 공통인 행 신호(Vrow_i[x])에 연결된 적어도 하나의 제2전극(ring_i,j_2)를 포함하며; 각 블록의 전극들의 상기 제3그룹은 공통 신호(Vcore)에 연결된 적어도 하나의 제3전극(EL_i.j)를 포함하고, 상기 제3전극(EL_i,j)는 상기 제1전극(ring_i,j_1)에 의해 둘러싸이고, 상기 제3전극(EL_i,j) 및 상기 제1전극(ring_i,j_1)은 상기 제2전극(ring_i,j_2)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    각 블록(BLOCK_i, j)의 전극들의 상기 제1그룹은 동일 열의 모든 그룹에 공통인 공통신호(Venable_j)에 연결된 적어도 하나의 제1전극(elle_j)을 포함하고; 각 블록의 전극들의 상기 제2그룹은 동일 행의 모든 그룹들에 공통인 행 신호(Vrow_i[x])에 연결된 적어도 하나의 제2전극(wallx_1)을 포함하며; 각 블록의 전극들의 상기 제3그룹은 공통 신호(Vcore)에 연결된 적어도 하나의 제3전극(EL_i.j)를 포함하고, 각 블럭의 전극들의 상기 제2그룹은 동일한 행의 모든 그 룹들에 공통인 행 신호(Vrow_i[y])에 연결되는 적어도 하나의 제4전극(wally_i)를 더 포함하고, 상기 제3전극 (EL_i,j)은 상기 제1전극(elle_j)에 인접한 양방향으로 배치되고, 상기 제1전극(elle_j)은 상기 제2전극(wallx_i)과 상기 제4전극(wally_i) 쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 각 블록(BLOCK_i, j)의 전극의 상기 제1그룹은 짝수 열 인덱스와 홀수 열 인덱스를 가지는 전극으로 분류되는 반면, 상기 각 블록(BLOCK_i, j)의 전극의 상기 제2그룹은 짝수 행 인덱스와 홀수 행 인덱스를 가지는 전극으로 분류되고; 상기 각 블록의 제3그룹은 공통 신호(Vcore)에 연결된 제3전극(EL_i,j)를포함하며; 상기 제1그룹은 짝수 열 인덱스를 가지는 동일한 열의 블록들에 공통인 열 신호(Vcol_i[D1])에 연결되거나 홀수 열 인덱스를 가지는 동일한 열의 블록들에 공통인 열 신호(Vcol_i[D2])에 연결된 적어도 하나의 제1전극 및 짝수 열 인덱스를 가지는 동일한 열의 블록들에 공통인 열 신호(Vcol_i[U1])에 연결되거나 홀수 열 인덱스를 가지는 동일한 열의 블록들에 공통인 열 신호(Vcol_i[U2])에 연결된 적어도 하나의 제2전극 을 포함하고; 상기 제2그룹은 짝수 행 인덱스를 가지는 동일한 행의 블록들에 공통인 행 신호(Vrow_i[R1])에 연결되거나 홀수 행 인덱스를 가지는 동일한 행의 블록들에 공통인 행 신호(Vcol_i[R2])에 연결된 적어도 하나의 제4 전극 및 짝수 행 인덱스를 가지는 동일한 행의 블록들에 공통인 행 신호(Vcol_i[L1])에 연결되거나 홀수 행 인덱스를 가지는 동일한 행의 블록들에 공통인 행 신호(Vcol_i[L2])에 연결된 적어도 하나의 제5전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 입자(BEAD) 조작(manipulation)장치에 있어서, 상기 장치는
    i. 모든 블록에 대하여 공통적인 신호에 연결되어 있는 적어도 하나의 제1전극(EL_i,j)으로 구성된 제1그룹과 적어도 하나의 제2회로(AND_i,j)에 의하여 구동되는 회로(MUX_i,j)의 출력신호에 연결되어 있는 적어도 하나의 제2전극(ring_i,j)으로 구성된 제2그룹을 포함하는 개별 블록을 포함하고, 행렬로 배열되어 있는 전극의 그룹 블럭(BLOCK_i,j) 배열을 형성하는 전극배열과,
    ii. 적어도 두 개의 다른 전압(Vphin, Vphip)을 생성하는 수단과;
    iii. 각 블럭(BLOCK_i,j)의 적어도 하나의 제2전극(ring_i,j)에 연결되어 있는 상기 전압(Vphin, Vphip)이 선택되는 것에 의해 상기 회로(AND_i,j)를 구동하기 위하여 동일한 행의 모든 블럭(BLOCK_i,j)에 공통인 행신호(row_i)와 동일한 열의 모든 블럭(BLOCK_i,j)에 공통인 열신호(col_j)를 생성하는 수단을 포함하고,
    신호를 생성하는 수단은 제1블럭(BLOCK_i,j)과 상기 제1블럭(BLOCK_i,j)과 인접한 제2블럭(BLOCK_i,j+1)으로 구성된 각 쌍에 대하여 두 개의 상이한 구성값을 행신호(Vrow_i)와 열신호(Vcol_j과 Vcol_j+1)에 인가함으로써 힘의 필드(field of force)의 제1구성(F_i)은 입자(BEAD)가 배열의 제1블럭(BLOCK_i,j)에 위치하는 적어도 하나의 안정 평형 상태의 제1포인트(CAGE_i,j)와 배열의 제2블럭(BLOCK_i,j+1)에 위치하는 적어도 하나의 안정 평형 상태의 제2포인트(CAGE_i,j+1)을 나타내고, 힘의 필드의 제2구성(F_ii)은 안정 평형상태의 제1포인트(CAGE_i,j)에 갇혀 있을 수 있는 상기 입자(BEAD)를 적어도 하나의 안정 상태의 제2포인트(CAGE_i,j+1)의 인력 우물로 밀어내도록 힘의 필드(field of force)의 제1구성(configuration)(F_i)과 제2구성(F_ii) 중 적어도 하나의 생성을 판단하는 것을 특징으로 하는 입자조작장치.
  22. 제21항에 있어서,
    각 블럭(BLOCK_i,j)의 제1전극그룹은,
    상기 한 전압 중 하나(Vphin)로 이루어지며 모든 블럭에 공통적인 신호에 연결되어 있는 적어도 하나의 제1전극(EL_i,j)과;
    분산기(deviator, MUX_i,j)로 구성되는 회로의 출력신호에 연결되어 있는 적어도 하나의 제2전극(ring_i,j)을 포함하고,
    분산기로 입력되는 두개의 상이한 신호(Vphin, Vphip) 중 하나는 다른 회로(AND_i,j)의 출력신호 값에 따라 상기 분산기의 출력에 연결되고, 상기 회로는 행신호(row_i)와 열신호(col_j)값 사이의 논리 기능을 수행하며, 상기 제1전극(EL_i,j)은 제2전극(ring_i,j)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 입자조작 장치.
  23. 입자(BEAD)조작장치에 있어서,
    i. 제1신호(V1_j; S1)에 연결되어 있는 적어도 하나의 제1전극과, 제2신호(V2_j; S2)에 연결되어 있는 적어도 하나의 제2전극과, 및 제3신호(V3_j; S3)에 연결되어 있는 적어도 하나의 제3전극으로 구성되는 전극들의 제1그룹을 포함하여 상기 제1그룹의 셋트가 선택된 방향에 따라 입자(BEAD)를 이동시키는 적어도 제1통로(VRCHJ; C_STORE)를 형성하도록 하는 전극 배열과;
    ii. 적어도 두 개의 다른 전압(Vphin, Vphip)을 생성하는 수단과;
    iii. 상기 전압(Vphin, Vphip)을 제1신호(V1_j; S1), 제2신호(V2_j, S2) 및 제3신호(V3_j, S3) 중 적어도 하나로 분배하는 수단을 포함하고,
    각 통로(VRCHJ; C_STORE)는 적어도 하나의 제1통로(VRCHJ; C_STORE)에 위치하는 입자(BEAD)의 안정 평형상태(CAGE_i,j)의 적어도 하나의 제1포인트를 생성하는 힘의 필드(field of force)의 적어도 하나의 제1구성(F_i)을 생성할 수 있으며,
    상기 제1그룹의 전극에 상기 신호(V1_j, V2_j, V3_j;S1, S2, S3)에 대한 적어도 세 개의 상이한 전압을 인가함으로써 적어도 하나의 입자(BEAD)는 안정 평형상태의 적어도 하나의 포인트(CAGE_i,j)에 빠지고, 상기 제1통로(VRCHJ; C_STORE)를 따라 위치할 수 있으며, 자발적으로(simultaneously) 상기 제1통로에 존재하는 안정 평형상태의 모든 제1포인트에 위치할 수도 있는 것을 특징으로 하는 입자조작 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 전극 배열dms 입자(BEAD)의 조작을 위하여 행렬로 배열되어 있는 전극 그룹의 블럭(BLOCK_i,j) 배열을 포함하고,
    배열의 각 블럭(BLOCK_i,j)은,
    i. 동일한 열의 모든 블럭(BLOCK_i,j)에 공통적인 열신호(Vcage_j, Vcol_j)에 연결되어 있는 배열 전극의 제2그룹과;
    ii. 동일한 행의 모든 그룹에 공통적인 행신호(Vrow_i)에 연결되어 있는 배열 전극의 제3그룹과;
    iii. 모든 블럭(BLOCK_i,j)에 공통적인 신호(Vp_j)에 연결되어 있는 배열 전극의 제4그룹을 포함하고,
    각 블럭(BLOCK_i,j)은 적어도 하나의 제1통로의 일변 및/또는 다른 일변을 따라 상기 입자를 위한 파킹셀(parking cell)을 구성할 수 있고,
    상기 장치는, 상기 전압(Vphin, Vphip)을 상기 행신호(Vrow_i), 상기 열신호(Vcage_j, Vcol_j) 및 상기 공통신호(Vp_j)에 분배하는 수단을 더 포함하며, 배열의 각 블럭(BLOCK_i,j)은 전압(Vphin, Vphip)의 상이한 구성을 행신호(Vrow_i)와 열신호(Vcage_j, Vcol_j)에 인가함으로써 힘의 필드의 적어도 하나의 제1구성(F_i) 및 제2구성(F_ii)을 생성할 수 있으며, 힘의 필드의 상기 제1구성(F_i)은 상기 블 럭(BLOCK_i,j)에 위치하는 입자(BEAD)에 대한 안전 평형상태의 적어도 제2포인트(CAGE_i,j)을 나타내며 힘의 필드의 상기 제2구성(F_ii)은 적어도 하나의 제1통로(VRCH_j) 및 상기 통로(VRCH_j)을 따라 위치할 수 있는 전극에 의하여 형성된 안정 평형상태의 적어도 하나의 제1포인트의 인력 우물로 상기 입자를 밀어내는 것을 특징으로 하는 입자조작장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 전압(Vphin, Vphip)을 행신호(Vrow_i) 및/또는 열신호(Vcage_j과 Vcol_j) 및/또는 상기 공통신호(Vp_j)로 분배하는 수단은 신호 조절 회로 및/또는 메모리에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입자조작장치.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 전압(Vphin, Vphip)을 제1신호(V1_j), 제2신호(V2_j) 및 제3신호(V3_j) 중 적어도 하나로 분배하는 수단은 신호 조절 회로 및/또는 메모리에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입자조작장치.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 전극 배열은,
    i. 제4신호(T1)에 연결되어 있는 적어도 하나의 제1전극과, 제5신호(T2)에 연결되어 있는 적어도 하나의 제2전극과, 제6신호(T3)에 연결되어 있는 적어도 하나의 제3전극으로 구성되어,
    그 세트는 선택된 방향을 따라 상기 입자(BEAD)를 움직이도록 설계된 적어도 하나의 제2통로(C_TMP)를 형성하는 전극들의 제2그룹과;
    ii. 상기 제1 및 제2 통로에 각각 속해있는 인접한 전극에 의해 형성된 적어도 하나의 교환(exchange) 포인트와;
    iii. 상기 전압(Vphin, Vphip)을 제4신호(T1), 제5신호(T2) 및 제6신호(T3) 중 적어도 하나로 분배하는 수단을 더 포함하고,
    적어도 하나의 각 제1통로(lane) 및 제2통로(C_STORE 및 C_TEMP)는 힘의 필드의 상기 제1구성(F_i)이 안정 평형상태의 적어도 하나의 제1포인트 및 제2포인트를 제1통로 및 제2통로(C_STORE 및 C_TEMP) 각각에 나타내도록 힘의 필드의 적어도 하나의 제1구성(F_i) 및 제2구성(F_ii)을 선택적으로 생성하도록 설계되고,
    적어도 세 개의 상이한 신호(S1 및/또는 S2 및/또는 S3 및/또는 T1 및/또는 T2 및/또는 T3) 전압을 상기 제1그룹 및 제2그룹의 전극들에 인가하여 적어도 하나의 입자(BEAD)는 안정 평형상태의 적어도 하나의 제1포인트 또는 제2포인트에 갇혀 상기 통로(C_STORE 및 C_TEMP)를 따라 배열되고 안정 평형상태의의 모든 제1 또는 제2포인트가 자발적으로 상기 제1통로 및 제2통로에 나타나도록 하고, 힘의 필드의 상기 제2구성(F_ii)은 상기 교환포인트에 형성되고, 상기 입자(BEAD)를 제2통 로(C_TEMP)의 전극에 의하여 얻어진 안정 평형상태의 적어도 하나의 제2포인트의 인력 우물로 밀도록 구성되는 것을 특징으로 하는 입자조작장치.
  28. 제27항에 있어서,
    적어도 세 개의 전압(V1, V2 및 V3)에 의해 구동되는 하나 이상의 제1통로(VC_1)와, 적어도 세 개의 신호(H1, H2 및 H3)에 의해 구동되는 하나 이상의 제2통로(HCONV)와, 제1통로(VC_1)와 제2통로(HCONV) 사이의 적어도 하나의 제1교환포인트를 갖는 적어도 하나의 적어도 하나의 제1마이크로챔버(MCH)와;
    적어도 세 개의 신호(R1, R2 및 R3)에 의해 구동되는 하나 이상의 제3통로(RCONV)와, 제2통로(HCONV)와 제3통로(RCONV) 사이의 적어도 하나의 제2교환포인트를 갖는 적어도 하나의 제2마이크로챔버(RCH)을 포함하며,
    상기 제1통로(VC_1), 상기 제2통로(HCONV) 및 적어도 하나의 상기 제1교환포인트 및 적어도 하나의 상기 제2교환포인트를 통하여 상기 입자를 상기 제1마이크로챔버(MCH)로부터 상기 제2마이크로챔버(RCH)로 이동시키는 것이 가능한 입자조작장치.
  29. 제27항에 있어서,
    적어도 세 신호(V1, V2, V3) 에 의해 구동되는 적어도 하나의 제1경로(VC_1)와, 적어도 세 신호(H1, H2, H3)에 의해 상기 제1경로(VC_1)와의 제1교환포인트에서 구동되는 적어도 하나의 제2경로(HCNV)를 포함하는 적어도 하나의 제1마이크로 챔버(MCH)와;
    상기 제1경로와 동기하며 상기 세 신호(V1, V2, V3)에 의해 구동되는 적어도 하나의 제3경로(RCONV)와, 소정 신호(THR)에 의해 구동되는 전극으로부터 얻어지는 제3경로(RCONV) 및 상기 제2경로(HCONV) 사이의 적어도 하나의 제2교환포인트를 포함하는 적어도 하나의 제2마이크로 챔버(RCH)을 포함하며,
    상기 제1경로(VC_1)와, 상기 제2경로(HCONV)와, 상기 제1 및 제2교환포인트를 통하여 상기 제1마이크로 챔버(MCH)로부터 상기 제2마이크로 챔버(RCH)로 입자를 전달 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 입자조작장치.
  30. 제27항, 제28항 또는 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압(Vphin, Vphip)을 상기 신호들에 분배하는 상기 수단은, 신호조절회로 및/또는 메모리에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 입자조작장치.
  31. 제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 중합체로 이루어진 격막(CHW)에 의해 두 개의 마이크로 챔버(MCH, RCH)로 구획되며,
    상기 제1마이크로 챔버(MCH)는,
    a. 수직의 닫힌 루프((VC1_1... VC1_NCV 및 VC2_1... VC2_NCV)를 형성하며, 세 위상(Vl, V2, V3)에 의해, 각 경로의 세 전극들의 그룹의 각 반복부(respective iterations)(I_l... I_NI)에서 반복적으로 연결되며, 상기 입자(BEAD)을 포획하기 위한 안정된 평형(CAGES)의 복수의 상기 포인트(NI) 각각을 형성하도록 마련되는 제1다중 및 제2다중 경로들과,
    b. 네 개의 위상(Hl, H2, H3, H4)에 의해 구동되며, 상기 수직 경로에 대한 복수의 교환포인트(NCV)을 포함하며, 상기 수직 경로들로부터 제1수평경로 또는 제2수평경로로 적어도 하나의 안정 평형 포인트의 컨텐츠를 동시에 전달 가능하도록 상기 위상(V2+H3) 중 어느 하나에서 작동하는, 각각 상부와 하부를 가지는 제1수평경로 및 제2수평경로(HCONVJLJP, HCONV_DOWN)와,
    c. 네 위상(AUXl, AUX2, AUX3, AUX4)에 의해 구동되며, 상기 상부 수평경로(HCONV_UP)와의 복수의 교환포인트(NCAUXl) 및 이에 대응하게 구성된 상기 하부 수평경로(HC0NV_D0WN)와의 동일 수의 교환포인트(NCAUX2)를 포함하는 제3수평경로(HCONV_AUX)와,
    d. 전극들을 통해 생성된 힘의 필드(field of force)의 안정된 평형 포인트에 의해 정의된 상기 입자에 대해 개별적으로 프로그램 가능한 어트랙션 케이지의 배열로 형성된 상기 전극들의 완전히 프로그램 가능한 배열과,
    e. 상기 수직 경로들(VCl_i, VC2_j)과 실질적으로 유사한 방식의 세 위상들에 의해 구동되며, 상기 배열로부터 의도하지 않은 입자를 제거하는 기능을 가지는 제1수직 덤프 경로 및 제2수직 덤프 경로(VCW_UP, VCW_DOWN)와,
    f. 상기 배열에 대하여 반대 측에 마련된 상기 제1마이크로 챔버(MCH)의 일 영역에 설치된 다른 상기 수직 경로(VCl_i, VC2_j)의 거의 두배의 차원을 가지는 수직 롱 덤프 경로(VCW_LONG)를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자조작장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제2마이크로 챔버(RCH)는,
    상기 두 마이크로 챔버 사이의 통신로를 형성하는 상기 중합체 격막의 단절 을 통해, 상기 제2마이크로 챔버로 상기 배열을 벗어나는 입자를 전달하기 위해(for conveying particles of interest leaving said array), 네 위상(Rl, R2, R3, R4)에 의해 구동되는 출구 경로(RCONV)와;
    이에 의하여 상기 제2마이크로 챔버(RCH)로부터 상기 배열로, 상기 격막(CHW)에서의 상기 경로를 통하여 다시 한번 상기 출구 경로(RCONV)로부터 입자를 회수 가능하도록 하기 위한 수단으로서, 상기 보조 수평 경로에 의해 확인된 동일 직선을 대체로 따라서, 네 위상 (FBI, FB2, FB3, FB4)에 의해 구동되는 수평 피드백 경로(HCONV_FB)를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자조작장치.
  33. 제17항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 두 개의 마이크로 챔버를 포함하며,
    고유 신호를 갖는 상기 전극들의 구동에 의해 하나의 마이크로 챔버로부터 다른 하나로 그리고 이와 반대로 상기 입자(BEAD)를 대체 가능하도록 상기 전극들의 배열의 상기 전극들의 배치를 나타내는 것을 특징으로 하는 입자조작장치.
  34. 제17항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들은 실질적으로 평면상인 기판(SUB) 상에 형성되어, 상기 제1기 판(SUB)으로부터 이격되어 마주하도록 설치된 별도 기판(LID) 상에 형성된 별도 전극(ITO)을 포함하며,
    상기 별도 전극(ITO)은 별도 전기적 신호로 연결된 것을 특징으로 하는 입자조작장치.
  35. 조직 내에서의 집합되거나 유체에서 부유하는 셀 또는 입자(BEAD)를 감지, 및/또는 특성화, 및/또는 정량화 및/또는 인식하는 장치에 있어서,
    i. 동일 열의 모든 그룹들에 공통적인 열 신호(Cj)로 연결된 제1전극 그룹과, 동일 행의 모든 그룹들에 공통적인 행 신호(Ri)로 연결된 적어도 하나의 제2전극 그룹을 포함하는 전극 그룹 배열;
    ii. 적어도 하나의 전압(Vin)을 생성하기 위한 수단;
    iii. 행(Ri) 및 열(Cj)의 교차에 의해 부여된 임피던스(Zcage_i,j)를 독취하기 위한 적어도 하나의 회로;
    iv. 상기 전압(Vin)을 상기 행 신호(Ri)에 분배하기 위한 수단과, 상기 열 신호(Cj)를 상기 적어도 하나의 독취 회로에 분배하기 위한 수단을 포함하며,
    상기 독취 회로를 열(Cj)에 연결하고 상기 전압을 행(Ri)에 인가함에 의하여, 상기 독취 회로의 상기 출력 신호(Vout 및/또는 out)는 상기 행 및 열 사이의 임피던스(Zcage_ij) 값에 의해 영향을 받는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 제35항에 있어서,
    하나 이상의 입자(BEAD)가 존재함으로써 하나 이상의 포텐셜 홀(CAGE)에서 임피던스가 변화하는 것을 독취하기 위한 수단을 포함하며, 제17항 내지 제34항 중 어느 한 항에 따른 장치에 통합되는 것을 특징으로 하는 장치.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 임피던스의 변화를 독취하기 위한 수단은, 적어도 하나 이상의 입자(BEAD)가 적어도 하나의 행(Ri) 및 적어도 하나의 열(Cj) 사이의 교차로 인한 임피던스 값을 변경하도록, 행 신호(Ri) 및 열 신호(Cj)에 의하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  38. 제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 신호(Cj)는 실질적으로 평면인 제1기판(SUB) 상에서 얻어지며, 상기 행 신호(Ri)는 상기 제1기판(SUB)에 이격 및 마주하도록 설치된 별도 기판(LID) 상에서 얻어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  39. 제36항에 있어서,
    상기 임피던스 변화를 독취하기 위한 수단은 상기 힘(F)의 필드의 분배를 형성하기 위해 사용한 동일 신호에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  40. 입자(BEAD)을 조작하기 위한 장치에 있어서,
    1) 적어도 하나의 전압(Vphin)을 생성하기 위한 수단과;
    2) 상기 전기적 신호 (Vphin)에 연결된 적어도 하나의 전극(EL)을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 전극은 그리드를 형성하고, 상기 전기적 신호를 상기 전극에 인가하는 결과로서, 상기 입자(BEAD)에 대한 안정된 평형 포인트(CAGE_i,j)를 형성하도록 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  41. 제17항 내지 제34항 또는 제40항 중 어느 한 항에 따른 입자(BEAD)의 조작, 감지 및/또는 확인을 위한 장치에 있어서,
    그 내에 포착된 하나 이상의 입자(BEAD)의 존재로 인한 하나 또는 이상의 상기 안정된 평형 포인트로 반사 및/또는 전달된 빛(LIGHT)의 강도 변화를 독취하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 반사 및/또는 전달된 빛(LIGHT)의 강도 변화를 독취하기 위한 수단은 기판(SUB)으로부터 분리되며 모빌 헤드(SENSHEAD) 상에 배치된 하나 이상의 옵티컬 센서(pixel) 배열을 포함하며, 각 평형 포인트에서 반사 및/또는 전달된 빛(LIGHT)의 변화를 독취하는 것은 헤드 및 기판 사이의 상대 운동에 의해 각 평형 포인트에 대한 상기 헤드의 정렬에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  43. 제41항에 있어서,
    상기 반사 및/또는 전달된 빛의 강도 변화를 독취하기 위한 수단은 상기 기판(SUB) 내에 통합된 하나 이상의 옵티컬 센서(pixel) 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  44. 제41항에 있어서,
    상기 빛의 강도 변화를 독취하기 위한 수단은 상기 제1기판(SUB)의 하부 또는 제2기판(LID)의 상부에 위치한 별도 기판(OPTISENS)에 배치된 하나 이상의 외부 옵티컬 센서(pixel) 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  45. 제43항 또는 제44항에 있어서,
    상기 입자(BEAD)에 대한 상기 안정된 평형 포인트(CAGE_i,j)가 제공될 수 있도록 각 전극 또는 전극 그룹(BLOCK_i,j)에 대응하는 위치에서 상기 투사되는 빛을 각각 집중시키는 렌즈 배열(MICROLENSES)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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