KR20160144428A - 생물학적 물질 분리를 위한 개선된 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생물학적 샘플로부터 핵산을 비롯한 나노미립자를 단리하기 위한 방법, 장치 및 시스템을 포함한다. 다양한 양태에서, 그 방법, 장치 및 시스템은 최소량의 물질을 필요로 하고/하거나, 복합 유체, 예컨대, 혈액 또는 환경 샘플로부터 생물학적 성분을 고순도로 단리하는 신속한 절차를 허용할 수 있다.

Description

생물학적 물질 분리를 위한 개선된 장치{IMPROVED DEVICES FOR SEPARATION OF BIOLOGICAL MATERIALS}

상호 참조

본 출원은 2014년 4월 8일 출원된 미국 가출원 연속 번호 제61/977,006호, 및 2014년 4월 9일 출원된 미국 가출원 연속 번호 제61/977,249호의 이익을 주장하고, 이들 가출원은 각각 그 전문이 본원에서 참조로 포함된다.

기술 분야

본 발명은 생물학적 물질 분리를 위한 개선된 장치에 관한 것이다.

생물학적 샘플 중에 존재하는 다른 물질로부터 나노스케일 분석물을 분리하는 것은 추후 진단학적 또는 생물학적 특징 규명을 위해 핵산을 비롯한, 생물학적 분석물 물질을 정제하는 데 있어 중요한 단계이다. 현 기술은 조작을 위해 다량의 샘플을 필요로 하는 것으로서, 전형적으로 벌키성을 띤다. 추가의 정제 단계 없이 최소 부피의 샘플을 사용하면서, 복합 생물학적 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리할 수 있는 강력한 플랫폼이 계속해서 요구되고 있다.

일부 경우에서, 본 발명은 효율적인 방식으로 최소 부피의 샘플을 사용하면서, 복합 생물학적 샘플로부터 나노스케일 분석물을 분리하는 개선된 방법에 대한 요구를 충족시킨다. 본원에서 제공하는 일부 양태에서, 샘플은 단기간에 프로세싱되고, 나노스케일 분석물은 단리된다. 다른 양태에서, 단리된 나노스케일 분석물은 추가의 샘플 제조 또는 농축을 필요로 하지 않는다. 추가의 다른 양태에서, 추가의 분석 및 특징 규명이 추가의 프로세싱 또는 정제 없이 이루어질 수 있도록 충분한 나노스케일 분석물 물질을 원하는 수준의 순도 및 농도로 단리하는 데 최소량의 출발 물질이 사용된다. 추가의 다른 양태에서, 본원의 방법, 장치 및 조성물 개시내용은 다중화된 고처리 운영 방식으로 쉽게 진행될 수 있다. 본원에 개시된 방법 및 장치를 사용하여 단리된 나노스케일 분석물은 진단 목적으로 사용되는 용리가능하고, 직접 전달가능하며, 다른 장치 및 방법에서 사용되는 추가의 조작 없이 분석 및 특징 규명이 가능하다.

한 양태에서, 본원에서는 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 복수 개의 교류(AC: alternating current) 전극을 사용하여 생물학적 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리하기 위한 조성물, 장치 및 방법을 개시한다. 일부 실시양태에서, AC 전극은 높은 AC 동전기 장(AC electrokinetic high field)을 확립하기 위해 선택적으로 동력을 공급받도록 배열된다. 다른 실시양태에서, AC 전극은 낮은 AC 동전기 장을 확립하기 위해 선택적으로 동력을 공급받도록 배열된다. 추가의 다른 실시양태에서, AC 전극은 높은 AC 동전기 장 영역 및 낮은 AC 동전기 장 영역을 확립하기 위해 선택적으로 동력을 공급받도록 배열된다.

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 방법, 장치 및 조성물은 전극 표면에서의 나노스케일 분석물의 포획을 개선하기 위한 전극 어레이의 배열 및 디자인을 이용한다. 일부 실시양태에서, 전극 어레이는 전극 어레이 둘레 또는 전극 어레이 내에서의 나노스케일 분석물의 국재화 및/또는 체류를 허용하면서, 전극의 인근 둘레 또는 그 인근 내에서의 유체 유동을 방해하거나, 변경하도록 배열된다.

일부 실시양태에서, 전극의 인근 둘레 또는 그 인근 내에서의 유동은 종래 전극과 비교될 때, 실질적으로 감소되거나, 줄어들게 된다. 추가의 다른 실시양태에서, 유동 감소는 전극 및/또는 전극 어레이의 조성에 기인하는 것이다. 추가의 다른 실시양태에서, 유동 감소는 전극 및/또는 어레이의 물리적 디자인 또는 배열에 기인하는 것이다. 다른 실시양태에서, 유동 감소는 전극 및/또는 전극 어레이의 조성 뿐만 아니라, 전극 및/또는 전극 어레이의 디자인 또는 배열의 물리적 변화의 조합에 기인하는 것이다. 추가의 다른 실시양태에서, 유동 감소는 전극 어레이의 물리적 경계부의 바로 밖에 있는 조성 및/또는 물리적 배열에 기인하는 것이다. 추가의 다른 실시양태에서, 유동 감소는 전극 및/또는 전극 어레이의 물리적 경계부 밖에 있는 조성 및/또는 물리적 배열과 함께 조합하여 전극 및/또는 전극 어레이의 조성 및/또는 그의 물리적 디자인 및 배열의 변경의 조합에 기인하는 것이다.

일부 실시양태에서, 전극은 50 mA 초과의 전류를 소싱(sourcing)할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전극은 100 mA 초과의 전류를 소싱할 수 있다. 일부 실시양태에서, 은 250 mA 초과의 전류를 소싱할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전극은 500 mA 초과의 전류를 소싱할 수 있다.

일부 실시양태에서, 본원에서는 (1) 하우징; (2) 히터 및/또는 단백질 분해제를 포함하는 저장소; 및 (3) 하우징 내의, 본원에 개시된 바와 같은 복수 개의 교류(AC) 전극으로서, AC 전극은 높은 AC 동전기 장 및 낮은 AC 동전기 장 영역을 확립하기 위해 선택적으로 동력을 공급받도록 배열되고, 전극은, 전극의 인근 사이에 또는 실질적으로 그 인근 너머에 있는 영역의 유체 유동과 비교될 때, 전극의 인근 둘레 또는 그 인근 내에서의 유체 유동을 감소, 방해 또는 변경하는, 전극 상에 또는 그 둘레에 배열된 전도성 물질을 포함하는 것인 AC 전극을 포함하는, 샘플 중 나노스케일 분석물을 단리하기 위한 장치가 개시된다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 어레이 중 개별 전극의 중심에는 실질적으로 존재하지 않는다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 전극 어레이 중 개별 전극의 가장자리에 존재한다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 개방형 디스크 형상으로 존재한다. 일부 실시양태에서, 전극은 중공형 링 형상으로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극은 중공형 튜브 형상으로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극 어레이는 비전도성 물질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 비전도성 물질은 전극내 전도성 물질을 둘러싸고, 전도성 물질에 대한 물리적 장벽으로서의 역할을 한다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 어레이의 비전도성 물질 중의 함몰부를 충전한다. 일부 실시양태에서, 전극 어레이는 3차원으로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 일정 각도로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 중공형 삼각형 튜브로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 이웃 평면 전극 표면 사이에 약 180° 미만인 각도로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 이웃 평면 전극 표면 사이에 약 180° 이하인 각도로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 약 60°초과 또는 60°인 각도로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 이웃 평면 전극 표면 사이에 60° 이상인 각도로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 함몰된 오목 형상으로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질의 3차원 배열은 전극내 전도성 물질의 전체 표면적을 증가시킨다. 일부 실시양태에서, 개별 전극의 직경은 약 40 ㎛ 내지 약 100 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 전극은 비원형 배열로 존재한다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 25 내지 90°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열은 웨이브형 라인 배열을 포함하고, 여기서 배열은 링커에 의해 연결된 한 쌍의 도트 형상을 포함하는 반복 단위를 포함하고, 링커는 한 쌍의 도트 사이의 중심점을 향하여 안쪽으로 점점 가늘어지고, 도트의 직경은 반복 단위의 길이를 따라 가장 넓은 점이고,반복 단위의 평행 세트 사이의 가장자리에서 가장자리까지의 거리는 등거리이거나, 또는 대략적으로 등거리이다.

일부 실시양태에서, 어레이 중 (AC) 전극은 하나 이상의 플로팅 전극(floating electrode)을 포함한다. 플로팅 전극은 AC 동전기 영역을 확립하도록 동력을 공급받지 않는다. 일부 실시양태에서, 플로팅 전극은 AC 전극을 둘러싸고 있다. 추가의 실시양태에서, 어레이 중 플로팅 전극은 어레이 중 비플로팅 전극에 의해 유도된 전기장보다 더 높은 구배로 전기장을 유도한다.

또 다른 양태에서, 본원에서는 일부 실시양태에서, a. 샘플을 장치에 적용하는 단계로서, 장치는 AC 동전기 장 영역을 확립할 수 있는 전극 어레이를 포함하고, 전극은, 전극의 인근 사이에 또는 실질적으로 그 인근 너머에 있는 영역에서의 유체 유동과 비교될 때, 전극의 인근 둘레 또는 그 인근 내에서의 유체 유동을 감소, 방해 또는 변경하는, 전극 상에 또는 그 둘레에 배열된 전도성 물질을 포함하는 것인 단계; b. 1개 이상의 AC 동전기 장 영역을 생성하는 단계로서, 1개 이상의 AC 동전기 장 영역은 높은 유전영동 장 영역인 것인 단계; 및 c. 높은 유전영동 장 영역에서 나노스케일 분석물을 단리하는 단계를 포함하는, 샘플 중 나노스케일 분석물을 단리하는 방법을 개시한다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 어레이 중 개별 전극의 중심에는 실질적으로 존재하지 않는다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 전극 어레이 중 개별 전극의 가장자리에 존재한다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 개방형 디스크 형상으로 존재한다. 일부 실시양태에서, 전극은 중공형 링 형상으로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극은 중공형 튜브 형상으로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질의 감소(reduction)는 전극 표면 내 및 그 둘레에서의 유체 유동을 감소시켜 전극 표면 상의 나노스케일 분석물 포획을 증가시킨다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물 포획 증가는 전극내 전도성 물질의 감소가 없는 종래 전극 배열 또는 디자인을 사용한 경우보다 나노스케일 분석물이 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90% 또는 적어도 100% 이상 포획된다. 일부 실시양태에서, 전극 어레이는 비전도성 물질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 비전도성 물질은 전극내 전도성 물질을 둘러싸고, 전도성 물질에 대한 물리적 장벽으로서의 역할을 한다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 어레이의 비전도성 물질 중의 함몰부를 충전한다. 일부 실시양태에서, 전극 어레이는 3차원으로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 일정 각도로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 중공형 삼각형 튜브로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 이웃 평면 전극 표면 사이에 약 180° 미만인 각도로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 이웃 평면 전극 표면 사이에 약 180° 이하인 각도로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 약 60°초과의 각도로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 이웃 평면 전극 표면 사이에 60° 이상의 각도로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 함몰된 오목 형상으로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질의 3차원 배열은 전극내 전도성 물질의 전체 표면적을 증가시킨다. 일부 실시양태에서, 개별 전극의 직경은 약 40 ㎛ 내지 약 100 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 전극은 비원형 배열로 존재한다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 25 내지 90°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열은 웨이브형 라인 배열을 포함하고, 여기서 배열은 링커에 의해 연결된 한 쌍의 도트 형상을 포함하는 반복 단위를 포함하고, 링커는 한 쌍의 도트 사이의 중심점을 향하여 안쪽으로 점점 가늘어지고, 도트의 직경은 반복 단위의 길이를 따라 가장 넓은 점이고, 반복 단위의 평행 세트 사이의 가장자리에서 가장자리까지의 거리는 등거리이거나, 또는 대략적으로 등거리이다. 일부 실시양태에서, AC 동전기 장은 1 볼트 내지 40 볼트 피크-피크의 전압, 및/또는 5 Hz 내지 5,000,000 Hz의 주파수 및 5% 내지 50%의 듀티 사이클(duty cylce)을 가지는 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, 샘플은 유체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 유체의 전도도는 300 mS/m 미만이다. 일부 실시양태에서, 유체의 전도도는 300 mS/m 초과이다. 일부 실시양태에서, 전극은 제1 높은 유전영동 장 영역을 제공하도록 선택적으로 동력을 공급받고, 순차적으로 또는 연속적으로, 제2 높은 유전영동 장 영역을 제공하도록 선택적으로 동력을 공급받는다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물은 핵산이다. 일부 실시양태에서, 단리된 핵산은 약 10 질량% 미만의 비핵산 세포성 물질 또는 세포성 단백질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 유체는 세포를 포함한다. 일부 실시양태에서, 본 방법은 어레이 상에서 세포를 용해시키는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 세포는 직류, 화학적 용해제, 효소적 용해제, 열, 압력, 음파 에너지, 또는 이들의 조합을 사용하여 용해된다. 일부 실시양태에서, 본 방법은 세포 용해 후 잔류 단백질을 분해시키는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 세포는 1회 이상 인가된, 1-500 볼트의 전압, 0.2 내지 200 Hz의 펄스 주파수와 10-50%의 듀티 사이클, 및 0.01 내지 10초의 펄스 지속 시간을 갖는 직류를 사용하여 용해된다. 일부 실시양태에서, 전극 어레이는 약 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛의 두께를 갖는 하이드로겔에 의해 스핀 코팅된다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔은 화학적 증착 또는 표면 개시 중합에 의해 전극 어레이 상에 증착된다. 추가의 다른 실시양태에서, 하이드로겔은 딥 코팅, 분무 코팅, 잉크젯 프린팅, 랭뮤어-블로젯(Langmuir-Blodgett) 코팅, 또는 이들의 조합에 의해 전극 어레이 상에 증착된다. 추가의 다른 실시양태에서, 하이드로겔은 단부 작용화 기에 의한 중합체의 그라프트화에 의해, 또는 용매 선택성을 통한 용액으로부터의 자기 조립에 의해 전극 어레이 상에 증착된다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 합성 중합체로 이루어진 2개 이상의 층을 포함한다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔은 전극 어레이 상의 스핀 코팅 또는 증착 이전에 약 0.5 cP 내지 약 5 cP의 점도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔은 약 0.1 S/m 내지 약 1.0 S/m의 전도도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 본 방법은 10분 미만 내에 완료된다. 일부 실시양태에서, 전극 어레이는 약 2.0 내지 약 4.0의 상대 유전율(relative electrical permittivity)을 갖는 패시베이션(passivation) 층을 포함한다.

일부 실시양태에서, 전극은 하나 이상의 플로팅 전극을 포함한다. 플로팅 전극은 AC 동전기 영역을 확립하도록 동력을 공급받지 않는다. 플로팅 전극은 동력을 공급받은 전극을 둘러싸고 있다. 일부 실시양태에서, 어레이 중 플로팅 전극은 어레이 중 비플로팅 전극에 의해 유도된 전기장보다 더 높은 구배로 전기장을 유도한다.

본 명세서에서 언급된 모든 공개 문헌, 특허, 및 특허 출원은, 마치 각각의 개별 공개 문헌, 특허, 및 특허 출원이 참조로 포함된다고 구체적으로 및 개별적으로 명시된 것과 같은 정도로 본원에서 참조로 포함된다.

본 발명의 신규한 특징은 첨부된 특허청구범위에서 자세히 기술된다. 본 발명의 원리가 이용되는 예시적인 실시양태를 기술하는 하기 상세한 설명, 및 하기와 같이 첨부된 도면을 참조함으로써 본 발명의 특징 및 이점을 더욱 잘 이해할 수 있게 될 것이다:
도 1은 중공형 디스크 형상의 표준 전극 배열을 예시한 것이다. 전극은 전극 가장자리 둘레에 전도성 물질을 포함한다. 색으로 채워진 전극은 애노드를 나타내고, 색으로 채워지지 않은 전극은 캐소드를 나타낸다.
도 2는 중공형 링 형상의 전극 배열을 예시한 것이다. 전극은 전극 가장자리 둘레에 전도성 물질을 포함한다. 색으로 채워진 전극은 애노드를 나타내고, 색으로 채워지지 않은 전극은 캐소드를 나타낸다.
도 3은 전극이 웨이브형 라인 배열로 존재하고, 여기서 배열은 링커에 의해 연결된 한 쌍의 도트 형상을 포함하는 반복 단위를 포함하고, 링커는 한 쌍의 도트 사이의 중심점을 향하여 안쪽으로 점점 가늘어지고, 도트의 직경은 반복 단위의 길이를 따라 가장 넓은 점이고, 반복 단위의 평행 세트 사이의 가장자리에서 가장자리까지의 거리는 등거리이거나, 또는 대략적으로 등거리인 것인, 전극 배열을 예시한 것이다. 전극은 모든 다른 웨이브형 라인 배열 상에 전도성 물질을 포함한다. 색으로 채워진 전극은 애노드를 나타내고, 색으로 채워지지 않은 전극은 캐소드를 나타낸다.
도 4는 연속 중공형 웨이브형 라인 배열 형상의 전극 배열을 예시한 것이다. 전극은 전극 가장자리 둘레에 전도성 물질을 포함한다. 색으로 채워진 전극은 애노드를 나타내고, 색으로 채워지지 않은 전극은 캐소드를 나타낸다.
도 5는 전극이 압출형 중심을 포함하는 중공형 링 형상으로 배열되어 있는 것인, 전극 배열을 예시한 것이다. 전극은 전극 가장자리 둘레에 전도성 물질을 포함한다. 예시된 링은 노출된 백금으로 이루어진 10 ㎛ 고리를 포함한다. 색으로 채워진 전극은 애노드를 나타내고, 색으로 채워지지 않은 전극은 캐소드를 나타낸다.
도 6은 미지 샘플 챔버 중의 중공형 디스크 배열로 된 전극을 포함하는 미세전극 어레이의 명시야 영상을 예시한 것이다. 디스크는 노출된 백금을 포함한다. 영상에서 보이는 "검은색 도트"는 적혈구이다.
도 7은 각 미세전극의 가장자리 상에서 단리된 나노스케일 분석물을 포함하는 미지 샘플 챔버 중의 미세전극 중공형 디스크 어레이의 형광 영상을 예시한 것이다.
도 8은 20분 프로세스 종료시 각 미세전극의 가장자리 상에서 단리된 나노스케일 분석물을 포함하는 미지 샘플 챔버 중의 미세전극 중공형 디스크 어레이의 형광 영상을 예시한 것이다.
도 9는 AC 동전기 생성 종료에 의해 전극의 가장자리로부터의 나노스케일 분석물의 유리 이후의 미지 샘플 챔버 중의 미세전극 어레이의 형광 영상을 예시한 것이다.
도 10은 미세전극 중공형 디스크 어레이 상의 DEP 구배를 예시한 것이다. DEP 구배 크기는 색상으로 표시되어 있다. 양의 DEP 구역은 전극의 가장자리에 위치하는 반면, 음의 DEP 구역은 전극 사이에 위치한다.
도 11은 전극 챔버 중의 ACET 유동 패턴을 예시한 것이다. 유동 크기는 색상으로 도시되어 있으며, 여기서, 가장 강한 유동은 챔버 가장자리 위쪽 수 ㎛ 떨어진 곳에서 관찰되는 반면, 유동 사각 구역은 와류 중심에 및 전극 링 중심에 위치한다(화살표로 표시). 유선형 표시는 ACET 효과에 의해 형성된 와류를 예시한 것이다. 적색 화살표 표시는 유동 방향을 나타낸다.
도 12는 새로운 플로팅 전극 디자인을 포함하는 미세전극 어레이에 의해 발생된 유동 속도 프로파일(우측) 및 DEP 구배(우측)를 예시한 것이다.

본원에서는 복합 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리 또는 분리하는 데 적합한 방법, 장치 및 시스템을 기술한다. 구체적인 실시양태에서, 본원에서는 다른 미립자 물질을 포함하는 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리 또는 분리하기 위한 방법, 장치 및 시스템을 제공한다. 일부 양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 샘플 중 입자 및 나노스케일 분석물을 신속하게 분리할 수 있다. 다른 양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 샘플 중 입자로부터 나노스케일 분석물을 신속하게 단리할 수 있다. 다양한 양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 최소량의 물질을 필요로 하고/하거나, 복합 유체, 예컨대, 혈액 또는 환경 샘플로부터 나노스케일 분석물을 고순도로 단리하는, 신속한 절차를 허용할 수 있다.

특정 실시양태에서, 본원에서는 본원에 개시된 바와 같은 전극 어레이를 포함하고, (예컨대, 전극 어레이가 동력을 공급받았을 때) AC 동전기력(electrokinetic force)을 생성할 수 있는 장치에 유체를 적용시키는 것을 포함하는 것인, 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리 또는 분리하기 위한 방법, 장치 및 시스템을 제공한다. AC 동전기(ACE: AC Electrokinetics) 포획은 유전영동력(dielectrophoretic force)(F_DEP)과, AC 전열(ACET: AC electrothermal) 및 AC 전기삼투(ACEO: AC electroosmostic) 유동의 조합으로부터 유도된 유동력(F_유동) 사이의 함수 관계이다. 일부 실시양태에서, 발생된 유전영동 장은 AC 동전기력 효과의 성분이다. 다른 실시양태에서, AC 동전기력 효과의 성분은 AC 전기삼투 또는 AC 전열 효과이다. 일부 실시양태에서, 유전영동 장을 비롯한, AC 동전기력은 높은 장 영역(양의 DEP, 즉, 비균일 전기장에 기인하여 전기장선 농도가 강한 영역) 및/또는 낮은 장 영역(음의 DEP, 즉, 비균일 전기장에 기인하여 전기장선 농도가 약한 영역)을 포함한다.

구체적인 경우에서, 나노스케일 분석물(예컨대, 핵산)은 유전영동 장의 장 영역(예컨대, 높은 장 영역)에서 단리된다(예컨대, 미립자 물질로부터 단리 또는 분리된다). 일부 실시양태에서, 본 방법, 장치, 또는 시스템은 높은 장 DEP 영역에서 나노스케일 분석물을 단리 및 농축하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 본 방법, 장치, 또는 시스템은 낮은 장 DEP 영역에서 나노스케일 분석물을 단리 및 농축하는 것을 포함한다. 본 방법은 또한 임의적으로 하기 단계: 나노스케일 분석물로부터 잔류(예컨대, 세포성 또는 단백질성) 물질을 세척 또는 달리 제거하는 단계(예컨대, 나노스케일 분석물을 농축하고, 어레이의 높은 장 DEP 영역 내에 유지하면서, 어레이를 물 또는 완충제로 세정하는 단계), 잔류 단백질을 분해하는 단계(예컨대, 분해는 임의의 적합한 메커니즘에 따라, 예컨대, 열, 프로테아제, 또는 화학물질을 이용하여 발생하게 된다), 분해된 단백질을 나노스케일 분석물로부터 플러싱하는 단계, 및 나노스케일 분석물을 수집하는 단계 중 하나 이상의 단계를 수행할 수 있는 장치 및/또는 시스템을 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 장치의 작동, 및 시스템의 작동의 결과는 임의적으로, 예를 들어, 효소적 검정법(예컨대, PCR 검정법)에서의 추가 분석 또는 특징 규명에 적합한 양 및 순도의 단리된 나노스케일 분석물이다.

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 방법, 장치 및 조성물은 미립자 물질로부터의 나노스케일 분석물의 분리 및 포획을 개선하는 전극 배열 및 디자인을 사용한다. 일부 실시양태에서, 전극 어레이는 전극 어레이 둘레 또는 전극 어레이 내에서의 나노스케일 분석물의 국재화 및/또는 체류를 허용하면서, 전극의 인근 둘레 또는 그 인근 내에서의 유체 유동을 방해하거나, 변경하도록 배열된다. 다른 실시양태에서, 나노스케일 분석물 포획 개선은 전극내 전도성 물질의 감소가 없는 종래 전극 배열 또는 디자인을 사용한 경우보다 나노스케일 분석물이 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90% 또는 적어도 100% 이상 포획된다.

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 바와 같은 전극 어레이는 두께가 약 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛인 하이드로겔에 의해 스핀 코팅된다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔은 화학적 증착 또는 표면 개시 중합에 의해 전극 어레이 상에 증착된다. 추가의 다른 실시양태에서, 하이드로겔은 딥 코팅, 분무 코팅, 잉크젯 프린팅, 랭뮤어-블로젯 코팅, 또는 이들의 조합에 의해 전극 어레이 상에 증착된다. 추가의 다른 실시양태에서, 하이드로겔은 단부 작용화 기에 의한 중합체의 그라프트화에 의해, 또는 용매 선택성을 통한 용액으로부터의 자기 조립에 의해 전극 어레이 상에 증착된다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔은 합성 중합체로 이루어진 2개 이상의 층을 포함한다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 점도는 전극 어레이 상의 스핀 코팅 또는 증착 이전에 약 0.5 cP 내지 약 5 cP이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.1 S/m 내지 약 1.0 S/m이다.

일부 실시양태에서, 단리된 나노스케일 분석물은 약 10 질량% 미만의 비-나노스케일 분석물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 본 방법은 10분 미만 내에 완료된다.

일부 실시양태에서, 본 방법은 어레이 상에서 잔류 단백질을 분해하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 잔류 단백질은 화학적 분해제 또는 효소적 분해제 중 하나 이상의 것에 의해 분해된다. 일부 실시양태에서, 잔류 단백질은 프로테이나제 K에 의해 분해된다.

일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물은 핵산이다. 다른 실시양태에서, 핵산은 중합효소 연쇄 반응에 의해 추가로 증폭된다. 일부 실시양태에서, 핵산은 DNA, RNA, 또는 그의 임의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 단리된 핵산은 약 80 질량% 미만, 약 70 질량% 미만, 약 60 질량% 미만, 약 50 질량% 미만, 약 40 질량% 미만, 약 30 질량% 미만, 약 20 질량% 미만, 약 10 질량% 미만, 약 5 질량% 미만, 또는 약 2 질량% 미만으로 비핵산 세포성 물질 및/또는 단백질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 단리된 핵산은 약 99 질량% 초과, 약 98 질량% 초과, 약 95 질량% 초과, 약 90 질량% 초과, 약 80 질량% 초과, 약 70 질량% 초과, 약 60 질량% 초과, 약 50 질량% 초과, 약 40 질량% 초과, 약 30 질량% 초과, 약 20 질량% 초과, 또는 약 10 질량% 초과로 핵산을 포함한다. 일부 실시양태에서, 본 방법은 약 1시간 미만 내에 완료된다. 일부 실시양태에서, 원심분리는 사용되지 않는다. 일부 실시양태에서, 잔류 단백질은 화학적 분해 및 효소 분해 중 하나 이상의 것에 의해 분해된다. 일부 실시양태에서, 잔류 단백질은 프로테이나제 K에 의해 분해된다. 일부 실시양태에서, 잔류 단백질은 효소에 의해 분해되고, 본 방법은 단백질 분해 후 효소를 불활성화시키는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 효소는 열(예컨대, 50 내지 95℃에서 5 - 15분 동안)에 의해 불활성화된다. 일부 실시양태에서, 잔류 물질 및 분해된 단백질은 별도 또는 동시 단계에서 플러싱된다. 일부 실시양태에서, 단리된 나노스케일 분석물은 (i) 제2 AC 동전기 장 영역을 끄고; (ii) 용리제 중에서 어레이로부터 나노스케일 분석물을 용리시킴으로써 수집된다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물은 시퀀싱에 적합한 형태로 단리된다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물은 샷건-시퀀싱에 적합한 단편화된 형태로 단리된다.

일부 실시양태에서, 핵산은 생어(Sanger) 시퀀싱, 파이로시퀀싱(pyrosequencing), 이온 반도체 시퀀싱, 폴로니 시퀀싱, 라이게이션에 의한 시퀀싱, DNA 나노볼 시퀀싱, 라이게이션에 의한 시퀀싱, 또는 단일 분자 시퀀싱에 의해 시퀀싱된다. 일부 실시양태에서, 본 방법은 본원에 개시된 장치로부터 단리되고, 용리된 DNA 상에서의 반응(예컨대, 단편화, 제한 분해, 라이게이션)을 수행하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 반응은 어레이 상에서 또는 근처에서 또는 장치 내에서 발생한다. 일부 실시양태에서, 유체 또는 생물학적 샘플은 10,000개 이하의 세포를 포함한다.

일부 실시양태에서, 샘플은 생물학적 샘플이고, 낮은 전도도 또는 높은 전도도를 가진다. 일부 실시양태에서, 샘플은 체액, 혈액, 혈청, 혈장, 소변, 타액, 식품, 음료, 성장 배지, 환경 샘플, 액체, 물, 클론 세포, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 세포는 클론 세포, 병원체 세포, 박테리아 세포, 바이러스, 식물 세포, 동물 세포, 곤충 세포, 및/또는 이들의 조합을 포함한다.

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 장치 및 방법은 나노스케일 분석물로서 단리된 핵산의 증폭을 수행하기 위해 용리 튜브, 챔버 및 저장소 중 적어도 하나를 사용하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 단리 및 용리된 핵산의 증폭은 중합효소 연쇄 반응(PCR) 기반이다. 일부 실시양태에서, 핵산의 증폭은 복수 개의 온도 구역을 포함하는 사행형(serpentine) 마이크로채널에서 수행된다. 일부 실시양태에서, 증폭은 비혼화성 유체 중에 포획된 수성 액적 중에서 수행된다(즉, 디지털 PCR). 일부 실시양태에서, 열순환은 대류를 포함한다. 일부 실시양태에서, 장치는 전극에 접촉하거나, 전극에 근접한 표면을 포함하고, 여기서 표면은 생체 분자를 선택적으로 포획할 수 있는 생물학적 리간드로 작용화된다. 일부 실시양태에서, 표면은 a. 핵산 하이브리드화; b. 항체 - 항원 상호작용; c. 비오틴 - 아비딘 상호작용; d. 이온 또는 정전기 상호작용; 또는 e. 이들의 임의 조합에 의해 생체 분자를 선택적으로 포획한다. 일부 실시양태에서, 표면은 중합체(예컨대, 폴리에틸렌 글리콜 PEG); b. 이온 또는 정전기 상호작용; c.계면활성제; 또는 d. 이들의 임의 조합에 의한 비특이적 결합 상호작용을 최소화 및/또는 억제하기 위해 작용화된다. 일부 실시양태에서, 장치는 (a) 나란히 평평하게, (b) 수직 대향으로, 또는 (c) 수평 대향으로 배향된 복수 개의 미세전극 장치를 포함한다. 일부 실시양태에서, 장치는 생어 시퀀싱을 수행할 수 있는 모듈을 포함한다. 일부 실시양태에서, 생어 시퀀싱을 수행할 수 있는 모듈은 모세관 전기영동이 가능한 모듈, 다색 형광 검출이 가능한 모듈, 또는 이들의 조합을 포함한다.

일부 경우에서, 본원에 기술된 방법은 짧은 시간 내에 수행되고, 장치는 짧은 시간 내에 작동되고, 시스템은 짧은 시간 내에 작동되는 것이 유리하다. 일부 실시양태에서, 시간 기간은 장치에 유체를 첨가하는 것과 단리된 나노스케일 분석물을 수득하는 것 사이의 시간으로부터 측정된 "절차 시간"에 관하여 짧은 시간이다. 일부 실시양태에서, 절차 시간은 3시간 미만, 2시간 미만, 1시간 미만, 30분 미만, 20분 미만, 10분 미만, 또는 5분 미만이다.

또 다른 양태에서, 시간 기간은 장치에 유체를 첨가하는 것과 단리된 나노스케일 분석물을 수득하는 것 사이의 시간으로부터 사람이 반드시 절차에 참여해야 하는 시간의 누적량으로서 측정되는 "체험(hands-on) 시간"에 관하여 짧은 시간이다. 일부 실시양태에서, 체험 시간은 20분 미만, 10분 미만, 5분 미만, 1분 미만, 또는 30초 미만이다.

일부 경우에서, 본원에 기술된 장치는 단일 용기를 포함하고, 본원에 기술된 시스템은 단일 용기를 포함하는 장치를 포함하고, 본원에 기술된 방법은 단일 용기 내에서, 예컨대, 본원에 기술된 유전영동 장치 내에서 수행될 수 있는 것이 유리하다. 일부 양태에서, 상기 단일 용기 실시양태는 유체 취급 단계의 수를 최소화하고/하거나, 단시간 내에 수행된다. 일부 경우에서, 본 발명의 방법, 장치 및 시스템은 하나 이상의 원심분리 단계 및/또는 배지 교환을 사용하는 방법, 장치 및 시스템과 대조적이다. 일부 경우에서, 원심분리는 나노스케일 분석물을 단리하는 데 수용되는 체험 시간량을 증가시킨다. 또 다른 양태에서, 단일 용기 절차 또는 장치는 최소량의 소모성 시약을 사용하여 나노스케일 분석물을 단리한다.

장치 및 시스템

일부 실시양태에서, 본원에서는 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리, 정제, 및 수집하는 장치를 기술한다. 한 양태에서, 본원에서는 세포 등을 비롯한 복합 샘플 다른 미립자 물질로부터 나노스케일을 단리, 정제 및 수집 또는 용리시키는 장치를 기술한다. 다른 양태에서, 본원에 개시된 장치는 세포성 또는 단백질 물질을 포함하는 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리, 정제, 수집 및/또는 용리시킬 수 있다. 추가의 다른 양태에서, 본원에 개시된 장치는 유기 및 무기 물질의 복합 혼합물을 포함하는 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리, 정제, 수집 및/또는 용리시킬 수 있다. 일부 양태에서, 본원에 개시된 장치는 유기 물질을 포함하는 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리, 정제, 수집 및/또는 용리시킬 수 있다. 추가의 다른 양태에서, 본원에 개시된 장치는 무기 물질을 포함하는 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리, 정제, 수집 및/또는 용리시킬 수 있다.

일부 실시양태에서, 본원에서는 a. 하우징; b. 히터 및/또는 단백질 분해제를 포함하는 저장소; 및 c. 하우징 내의, 본원에 개시된 바와 같은 복수 개의 교류(AC) 전극으로서, AC 전극은 높은 AC 동전기 장 및 낮은 AC 동전기 장 영역을 확립하기 위해 선택적으로 동력을 공급받도록 배열되고, 전극은, 전극 인근 사이 또는 실질적으로 그 인근 너머에 있는 영역에서의 유체 유동과 비교될 때, 전극의 인근 둘레 또는 그 인근 내에서의 유체 유동을 감소, 방해 또는 변경하는, 전극 상에 또는 그 둘레에 배열된 전도성 물질을 포함하는 것인 AC 전극을 포함하는, 샘플 중 나노스케일 분석물을 단리하기 위한 장치를 개시한다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 전극 어레이 중 개별 전극의 중심에는 실질적으로 존재하지 않는다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 전극 어레이 중 개별 전극의 가장자리에 존재한다.

일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물이 수집, 분리 또는 단리하기 위한 AC 동전기 장이 발생된다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물은 생체 분자, 예컨대, 핵산이다. 일부 실시양태에서, AC 동전기 장은 유전영동 장이다. 따라서, 일부 실시양태에서 유전영동(DEP)이 본원에 기술된 방법의 여러 단계 및 장치에서 사용된다.

따라서, 본원에서는 AC 전극은 유전영동성(DEP) 장 영역을 확립하기 위해 선택적으로 동력을 공급받도록 배열된 것인, 본원에 개시된 복수 개의 교류(AC) 전극을 포함하는 시스템 및 장치를 제공한다. 일부 양태에서, AC 전극은 유전영동성(DEP) 높은 장 및 유전영동성(DEP) 낮은 장 영역을 비롯한, 다중 유전영동성(DEP) 장 영역을 확립하기 위해 선택적으로 동력을 공급받도록 배열될 수 있다. 일부 경우에서, AC 동전기 효과는 DEP 장의 낮은 장 영역에서는 더 큰 미립자 물질을 농축하고/하거나, 그의 높은 장 영역에서는 나노스케일 분석물(예컨대, 거대분자, 예컨대, 핵산)을 농축한다. 예를 들어, 전극에 관한 추가 설명 및 DEP 장에서의 세포의 농축은 PCT 특허 공보 WO 2009/146143 A2(이 특허는 상기 개시내용에 대하여 본원에 포함된다)에서 살펴볼 수 있다.

구체적인 실시양태에서, DEP는 나노스케일 분석물 및 더 큰 미립자 물질을 동시적으로 또는 다른 시점에서 농축하는 데 사용된다. 특정 실시양태에서, 본원에 기술된 방법 및 장치는 1개 이상의 DEP 장을 생성하기 위해 본원에 개시된 바와 같은 전극 어레이에 동력을 공급할 수 있다. 다른 실시양태에서, 본원에 기술된 방법 및 장치는 제1, 제2 및 임의의 추가의 임의적 DEP 장을 생성하기 위해 전극 어레이에 동력을 공급하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 장치 및 시스템은 제1, 제2 및 임의의 추가의 임의적 DEP 장을 생성하기 위해 동력을 공급받을 수 있다.

DEP는 유전체 입자가 불균일한 전기장에 있는 경우에, 힘이 유전체 입자에 가해지는 현상이다. 본원에 기술된 방법의 단계, 본원에 기술된 장치 및 시스템의 측면 등에 의존하여, 본원의 다양한 실시양태에서 유전체 입자는 생물학적 나노스케일 분석물, 예컨대, 핵산 분자이다. 본원에 기술된 방법의 상이한 단계 또는 본원에 기술된 장치 또는 시스템의 양태는 상이한 성분, 예컨대, 무손상 세포 또는 다른 특정 물질을 단리 및 분리하는 데 사용될 수 있고; 추가로, DEP 장의 상이한 장 영역은 본원에 기술된 방법의 상이한 단계 또는 장치 및 시스템의 양태에서 사용될 수 있다. 장치에서 발생되는 유전영동력은 입자의 하전을 필요로 하지 않는다. 일부 경우에서, 그 힘의 강도는 매질 및 특이적인 입자의 전기적 특성, 입자의 형상 및 크기 뿐만 아니라, 전기장의 주파수에 의존한다. 일부 경우에서, 특정한 주파수의 장은 입자를 선택적으로 조작한다. 본원에 기술된 특정 양태에서, 상기 프로세스를 통해 다른 성분, 예컨대, 세포 및 단백질성 물질로부터, 핵산 분자를 비롯한 나노스케일 분석물을 분리할 수 있다.

본원에서는 또한 복수 개의 직류(DC) 전극을 포함하는 시스템 및 장치를 제공한다. 일부 실시양태에서, 복수 개의 DC 전극은 어레이 전역에 퍼져 있는 2개 이상의 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전극은 어레이의 가장자리에 위치한다. 일부 실시양태에서, DC 전극은 AC 전극 사이에 산재되어 있다.

일부 실시양태에서, 본원에서는 (1) 하우징; (2) 하우징 내의, 본원에 개시된 바와 같은 복수 개의 교류(AC) 전극으로서, AC 전극은 높은 AC 동전기 장 및 낮은 AC 동전기 장 영역을 확립하기 위해 선택적으로 동력을 공급받도록 배열되고, 이로써, AC 동전기 효과는 장치의 동전기 장 영역에서 나노스케일 분석물 세포를 농축하는 것인 AC 전극을 포함하는, 샘플 중 나노스케일 분석물을 단리하기 위한 장치를 개시한다. 일부 실시양태에서, 복수 개의 전극은 높은 유전영동 장 및 낮은 유전영동 장 영역을 확립하기 위해 선택적으로 동력을 공급받도록 배열된다.

일부 실시양태에서, 본원에서는 (1) 높은 AC 동전기 장 및 낮은 AC 동전기 장 영역을 확립하기 위해 선택적으로 동력을 공급받도록 배열된, 본원에 개시된 복수 개의 교류(AC) 전극; 및 (2) 효소 반응, 예컨대, 중합효소 연쇄 반응(PCR) 또는 다른 효소 반응을 수행할 수 있는 모듈을 포함하는 장치를 개시한다. 일부 실시양태에서, 복수 개의 전극은 높은 유전영동 장 및 낮은 유전영동 장 영역을 확립하기 위해 선택적으로 동력을 공급받도록 배열된다. 일부 실시양태에서, 장치는 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리할 수 있고, 나노스케일 분석물을 수집 또는 용리시킬 수 있고, 추가로 나노스케일 분석물에서 효소 반응을 수행할 수 있다. 일부 실시양태에서, 효소 반응은 단리 및 용리 단계와 동일한 챔버에서 수행된다. 다른 실시양태에서, 효소 반응은 단리 및 용리 단계와 다른 또 다른 챔버에서 수행된다. 추가의 다른 실시양태에서, 나노스케일 분석물은 단리되고, 효소 반응은 다중 챔버에서 수행된다.

일부 실시양태에서, 장치는 효소 반응 수행을 위해 용리 튜브, 챔버 및 저장소 중 적어도 하나를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 효소 반응은 복수 개의 온도 구역을 포함하는 사행형 마이크로채널에서 수행된다. 일부 실시양태에서, 효소 반응은 비혼화성 유체 중에 포획된 수성 액적 중에서 수행된다(즉, 디지털 PCR). 일부 실시양태에서, 열적 반응은 대류를 포함한다. 일부 실시양태에서, 장치는 전극에 접촉하거나, 전극에 근접한 표면을 포함하고, 여기서, 표면은 생체 분자를 선택적으로 포획할 수 있는 생물학적 리간드로 작용화된다.

한 양태에서, 본원에서는, 전극이 개별 챔버 내에 배치되어 있고, DEP 장은 공극 구조 통과에 의해 내부 챔부 내에서 생성되는 것인, 전극을 포함하는 장치를 기술한다. 예시적인 장치는 복수의 전극 및 하우징 내의 전극 함유 챔버를 포함한다. PCT 특허 공보 WO 2009/146143 A2(이 특허는 상기 개시내용에 대하여 본원에 포함된다)에 추가로 기술되어 있는 바와 같이, 장치의 제어 장치는 전극을 제어한다.

일부 실시양태에서, 챔버형 장치는 다양한 소공 및/또는 홀 구조(나노스케일, 마이크스케일 및 심지어 마크로스케일)로 생성되고, AC/DC 전기장, 용질 분자, 완충재 및 다른 소분자는 챔버를 통해 통과할 수 있는 반면, 세포, 나노입자 또는 다른 엔티티는 내부 챔버 내로 확산 또는 수송되지 못하게 제어, 국한 또는 방지하는 막, 겔 또는 여과재를 함유한다.

상기 장치는 다중화 전극 및 챔버형 장치, 재배열 가능한 전기장 패턴이 생성될 수 있도록 허용하는 장치, DC 전기영동 및 유체 프로세스를 조합하는 장치; 샘플 제조 장치, 샘플 제조, 단리된 핵산 분자의 효소적 조작 및 후속 검출 및 분석을 포함하는 진단 장치, 랩온칩(lab-on-chip) 장치, 현장 진단(point-of-care) 및 다른 임상학적 진단 시스템 또는 버전을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

일부 실시양태에서, 평면형 전극 어레이 장치는 이를 통해 샘플 유체가 유동하게 되는 하우징을 포함한다. 일부 실시양태에서, 유체는 유입구 단부로부터, 임의적으로, 측면 분석물 배출구를 포함하는 배출구 단부로 유동한다. 예시적인 장치는 다중 AC 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 샘플은 마이크로미터 크기의 엔티티 또는 세포, 더 큰 나노스케일 분석물 및 더 작은 나노스케일 분석물 또는 생체 분자의 조합으로 이루어진다.

일부 실시양태에서, 더 작은 나노스케일 분석물은 단백질, 더 작은 DNA, RNA 및 세포 단편이다. 일부 실시양태에서, 평면형 전극 어레이 장치는 개별적으로 제어되지만, 동시에 작동될 수 있는 3개의 20x20 어레이로 임의적으로 구획화된 60x20 전극 어레이이다. 임의적 DC 전극이 전기영동 목적으로 음전하로 전원이 켜지는 동안, 임의적 보조 DC 전극은 양전하로 전원이 켜질 수 있다. 일부 경우에서, 각각의 제어된 AC 및 DC 시스템은 다양한 실시양태에서 연속 및/또는 펄스 방식(예컨대, 각각은 비교적 짧은 시간 간격으로 펄스가 꺼지고 켜질 수 있다) 둘 모두로 사용된다. 샘플 유동 측면을 따라 진행되는 임의적 평면형 전극 어레이는 임의적으로 DC 전기영동력 뿐만 아니라, AC DEP를 발생시키는 데 사용된다. 추가로,분리 프로세스는 임의적으로 어레이의 평면형 전극 및/또는 x-y-z 차원의 보조 전극을 사용하여 전극 어레이 상에서 나노포어 또는 하이드로겔 층과의 조합으로 수행될 수 있다.

다양한 실시양태에서, 상기 방법, 장치 및 시스템은 1,000 Hz 내지 100 MHz 범위의 AC 주파수에서, 대략 1 볼트 내지 2,000 볼트 pk-pk의 범위일 수 있는 전압에서; 1 볼트 내지 1000 볼트의 DC 전압에서, 10 ㎕/분 내지 10 ml/분의 유속에서, 및 1℃ 내지 120℃ 범위의 온도에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 약 3 내지 약 15 kHz 범위의 AC 주파수에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치, 및 시스템은 5-25 볼트 pk-pk의 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 약 1 내지 약 50 볼트/cm의 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 약 1 내지 약 5 볼트의 DC 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 약 10 ㎕/분 내지 약 500 ㎕/분의 유속으로 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 약 20℃ 내지 약 60℃ 범위의 온도에서 작동된다.

일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 1,000 Hz 내지 10 MHz 범위의 AC 주파수에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 1,000 Hz 내지 1 MHz 범위의 AC 주파수에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 1,000 Hz 내지 100 kHz 범위의 AC 주파수에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 1,000 Hz 내지 10 kHz 범위의 AC 주파수에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 10 kHz 내지 100 kHz 범위의 AC 주파수에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 100 kHz 내지 1 MHz 범위의 AC 주파수에서 작동된다.

일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 대략 1 볼트 내지 1,500 볼트 pk-pk의 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 대략 1 볼트 내지 1,500 볼트 pk-pk의 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 대략 1 볼트 내지 1,000 볼트 pk-pk의 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 대략 1 볼트 내지 500 볼트 pk-pk의 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 대략 1 볼트 내지 250 볼트 pk-pk의 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 대략 1 볼트 내지 100 볼트 pk-pk의 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 대략 1 볼트 내지 50 볼트 pk-pk의 전압에서 작동된다.

일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 1 볼트 내지 1,000 볼트의 DC 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 1 볼트 내지 500 볼트의 DC 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 1 볼트 내지 250 볼트의 DC 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 1 볼트 내지 100 볼트의 DC 전압에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 및 시스템은 1 볼트 내지 50 볼트의 DC 전압에서 작동된다.

일부 실시양태에서, AC 동전기 장은 전압이 1 볼트 내지 40 볼트 피크-피크이고/이거나, 주파수가 5 Hz 내지 5,000,000 Hz이고, 듀티 사이클이 5% 내지 50%인 교류를 사용하여 생성된다.

일부 실시양태에서, 방법, 장치, 및 시스템은 10 ㎕/분 내지 1 ml/분의 유속으로 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치, 및 시스템은 10 ㎕/분 내지 500 ㎕/분의 유속으로 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치, 및 시스템은 10 ㎕/분 내지 250 ㎕/분의 유속으로 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치, 및 시스템은 10 ㎕/분 내지 100 ㎕/분의 유속으로 작동된다

일부 실시양태에서, 방법, 장치, 및 시스템은 1℃ 내지 100℃ 범위의 온도로 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치, 및 시스템은 20℃ 내지 95℃ 범위의 온도로 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치, 및 시스템은 25℃ 내지 100℃ 범위의 온도로 작동된다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치, 및 시스템은 실온에서 작동된다.

일부 실시양태에서, 제어 장치는 각 전극을 독립적으로 제어한다. 일부 실시양태에서, 제어 장치는 예컨대, 소켓 및 플러그 연결에 의하여 장치에 외부적으로 연결되거나, 또는 장치 하우징 내로 통합된다.

일부 실시양태에서, 장치는 하우징 및 히터 또는 열원 및/또는 단백질 분해제를 포함하는 저장소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 히터 또는 열원은 유체의 온도를 원하는 온도(예컨대, 단백질 분해에 적합한 온도, 약 30℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃ 등)로 증가시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 히터 또는 열원은 PCR 열순환기로서 작동에 적합하다. 다른 실시양태에서, 히터 또는 열원은 일정한 온도(등온 조건)를 유지시키는 데 사용된다. 일부 실시양태에서, 단백질 분해제는 프로테아제이다. 다른 실시양태에서, 단백질 분해제는 프로테이나제 K이고, 히터 또는 열원은 단백질 분해제를 불활성화시키는 데 사용된다.

일부 실시양태에서, 장치는 용리제를 포함하는 제2 저장소를 포함한다. 용리제는 장치로부터 단리된 나노스케일 분석물을 용리시키는 데 적합한 임의의 유체이다. 일부 경우에서, 용리제는 물 또는 완충제이다. 일부 경우에서, 용리제는 DNA 시퀀싱 방법에 필요한 시약을 포함한다.

일부 실시양태에서, 본원에 기술된 시스템 또는 장치는 일정한 온도를 유지시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 시스템 또는 장치는 어레이 또는 챔버를 냉각시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 시스템 또는 장치는 어레이 또는 챔버를 가열할 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 시스템 또는 장치는 열순환기를 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 장치는 국한된 온도 제어 부재를 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 장치는 온도의 감지 및 제어가 모두 가능하다.

일부 실시양태에서, 장치는 가열 또는 열적 부재를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 가열 또는 열적 부재는 전극의 아래에 위치한다. 일부 실시양태에서, 가열 또는 열적 부재는 금속을 포함한다. 일부 실시양태에서, 가열 또는 열적 부재는 탄탈, 알루미늄, 텅스텐, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일반적으로, 가열 또는 열적 부재에 의해 달성된 온도는 이를 통해 흐르는 전류에 비례한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 장치는 편재된 냉각 부재를 포함한다. 일부 실시양태에서, 내열 부재는 노출된 전극 어레이 바로 아래에 위치한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 장치는 약 20℃ 내지 약 120℃의 온도를 달성하여 유지할 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 장치는 약 30℃ 내지 약 100℃의 온도를 달성하여 유지할 수 있다. 다른 실시양태에서, 본원에 개시된 장치는 약 20℃ 내지 약 95℃의 온도를 달성하여 유지할 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 장치는 약 25℃ 내지 약 90℃, 약 25℃ 내지 약 85℃, 약 25℃ 내지 약 75℃, 약 25℃ 내지 약 65℃ 또는 약 25℃ 내지 약 55℃의 온도를 달성하여 유지할 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 장치는 약 20℃, 약 30℃, 약 40℃, 약 50℃, 약 60℃, 약 70℃, 약 80℃, 약 90℃, 약 100℃, 약 110℃ 또는 약 120℃의 온도를 달성하여 유지할 수 있다.

전극

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 방법, 장치 및 조성물은 미립자 물질로부터 나노스케일 분석물의 분리 및 포획을 개선하는 전극 배열 및 디자인을 이용한다. 일부 실시양태에서, 전극 어레이는 전극 어레이 둘레 또는 전극 어레이 내에서의 나노스케일 분석물의 국재화 및/또는 체류를 허용하면서, 전극의 인근 둘레 또는 그 인근 내에서의 유체 유동을 방해하거나, 변경하도록 배열된다. 다른 실시양태에서, 나노스케일 분석물 포획 개선은 종래 전극 배열 또는 디자인을 사용한 경우보다 나노스케일 분석물이 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90% 또는 적어도 100% 이상 포획된다.

일부 실시양태에서, 전도성 물질은 개방형 디스크 형상으로 존재한다. 일부 실시양태에서, 전극은 중공형 링 형상으로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극은 중공형 튜브 형상으로 배열된다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 전극 어레이는 비전도성 물질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 비전도성 물질은 전극내 전도성 물질을 둘러싸고 있고, 전도성 물질에 대한 물리적 장벽으로서의 역할을 한다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 어레이의 비전도성 물질 중의 함몰부를 충전한다. 일부 실시양태에서, 본원에서는 개시된 전극 어레이는 3차원으로 배열된다.

한 실시양태에서, 본원에 개시된 전극 어레이는 전도성 물질을 오직 전극 어레이의 일부로만 포함한다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 오직 전극 어레이의 약 10% 미만으로만 존재한다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 오직 전극 어레이의 약 10%로만 존재한다. 다른 실시양태에서, 전도성 물질은 오직 전극 어레이의 약 20%로만 존재한다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도성 물질은 오직 전극 어레이의 약 30%로만 존재한다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도성 물질은 오직 전극 어레이의 약 40%로만 존재한다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도성 물질은 오직 전극 어레이의 약 50%로만 존재한다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 오직 전극 어레이의 약 60%로만 존재한다. 한 실시양태에서, 전도성 물질은 오직 전극 어레이의 약 70%로만 존재한다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도성 물질은 오직 전극 어레이의 약 80%로만 존재한다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도성 물질은 오직 전극 어레이의 약 90%로만 존재한다.

추가의 다른 실시양태에서, 전도성 물질은 오직 전극 어레이의 약 10%, 약 15%, 약 20%, 약 25%, 약 30%, 약 35%, 약 40%, 약 45%, 약 50%, 약 55%, 약 60%, 약 65%, 약 70%, 약 75%, 약 80%, 약 85% 및 약 90%로만 존재한다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도성 물질은 전극 어레이의 약 10-70%로, 전극 어레이의 약 10-60%로, 전극 어레이의 약 10-50%로, 전극 어레이의 약 10-40%로, 또는 전극 어레이의 약 10-30%로 존재한다. 다른 실시양태에서, 전도성 물질은 전극 어레이의 약 30-90%로, 전극 어레이의 약 30-80%로, 전극 어레이의 약 30-70%로, 전극 어레이의 약 30-60%로, 또는 전극 어레이의 약 30-50%로 존재한다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 전극 어레이의 약 8 내지 약 40%로 존재한다.

추가의 다른 실시양태에서, 전도성 물질은 전극 어레이 중 개별 전극의 중심에는 실질적으로 존재하지 않는다. 다른 실시양태에서, 전도성 물질은 오직 전극 어레이 중 개별 전극의 가장자리에만 존재한다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도성 물질은, 개방형 디스크 전극에서 불연속적인 전도성 물질을 포함하는 개방형 디스크 형상으로 존재한다. 일부 실시양태에서, 전극은, 개별 전극의 중심에는 실질적으로 존재하지 않거나, 또는 오직 개별 전극의 가장자리에만 존재하는 전극 어레이 중에 전도성 물질을 포함하는 것인, 중공형 링 전극 형상이다. 개방형 디스크 형상과 같은 중공형 링 전극 형상은 전극 중 전도성 물질의 표면적으로 감소시킨다. 전극 상에 존재하는 전도성 물질의 감소는 전극 표면 내 및 그 둘레에서의 유동을 일으켜 전극 표면에 포획되는 나노스케일 분석물을 증가시킨다.

일부 실시양태에서, 비전도성 물질의 층은 전극의 특정 부위에 또는 전극 어레이의 가장 가까운 인접부에 존재한다. 한 실시양태에서, 비전도성 물질의 층은 전극 어레이를 둘러싸고 있고, 이를 통해 어레이 둘레에 물리적 장벽 또는 벽이 생성된다. 일부 실시양태에서, 전극 어레이는 어레이 물질 내에 함몰되어 있고 이로써, 어레이 표면 상에 웰 또는 함몰부가 형성되며, 여기서, 전극 물질 또는 실질적으로 전극 물질이 웰 또는 함몰부에 존재한다.

일부 실시양태에서, 전극 배열은 3차원으로 존재한다. 일부 실시양태에서, 전극 물질은 각 배열로 폴딩된다. 다른 실시양태에서, 전극 물질은 삼각형 튜브로 형성된다. 다른 실시양태에서, 전극 물질은 중공형 삼각형 튜브로 형성된다. 추가의 다른 실시양태에서, 3차원 전극은 약 180° 미만, 약 170° 미만, 약 160° 미만, 약 150° 미만, 약 140° 미만, 약 130° 미만, 약 120° 미만, 약 110° 미만, 약 100° 미만, 약 90° 미만, 약 80° 미만, 약 70°미만이지만, 약 60° 이상인 이웃 평면 전극 표면 사이의 각도를 포함한다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 180° 이하인 이웃 평면 전극 표면 사이의 각도로 배열된다. 일부 실시양태에서, 3차원 전극 배열은 약 60° 초과, 약 70° 초과, 약 80° 초과, 약 90° 초과, 약 100° 초과, 약 110° 초과, 약 120° 초과, 약 130° 초과, 약 140° 초과, 약 150° 초과, 약 160° 초과, 약 170° 초과이지만, 약 180° 이하인 이웃 평면 전극 표면 사이의 각도를 포함한다. 일부 실시양태에서, 전도성 물질은 60° 이상인 이웃 평면 전극 표면 사이의 각도로 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극내 전도성 물질은 함몰된 오목 형상으로 배열된다. 추가의 다른 실시양태에서, 전극 배열은 함몰된 바스켓 모양의 전극이다. 전극의 3차원 구조는 전극의 전체 표면적을 증가시켜 정의된 시간 단위에 더 많은 유체에 대한 정보를 얻을 수 있다.

일부 실시양태에서, 개별 전극의 직경은 약 40 ㎛ 내지 약 100 ㎛이다. 추가의 다른 실시양태에서, 개별 전극의 직경은 약 40 ㎛, 약 45 ㎛, 약 50 ㎛, 약 55 ㎛, 약 60 ㎛, 약 65 ㎛, 약 70 ㎛, 약 75 ㎛, 약 80 ㎛, 약 85 ㎛, 약 90 ㎛, 약 95 ㎛ 또는 약 100 ㎛이다. 추가의 다른 실시양태에서, 개별 전극은 약 40 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 40 ㎛ 내지 약 60 ㎛ 또는 약 40 ㎛ 내지 약 70 ㎛이다. 추가의 다른 실시양태에서, 개별 전극의 직경은 약 100 ㎛, 약 200 ㎛, 약 300 ㎛, 약 400 ㎛, 약 500 ㎛, 약 600 ㎛, 약 700 ㎛, 약 800 ㎛, 약 900 ㎛, 또는 약 1,000 ㎛이다.

복수 개의 교류 전극은 임의적으로 본원에 기술된 분리 프로세스에 적합한 임의의 방식으로 배열된다. 다른 실시양태에서, 본원에 개시된 전극 어레이는, 배열이 전극 어레이의 반복 단위를 포함하는 것인, 전극 배열 패턴을 포함한다. 일부 실시양태에서, 반복 단위의 평행 세트 사이의 가장자리에서 가장자리까지의 거리는 등거리이거나, 또는 대략적으로 등거리이다. 전극 및/또는 DEP 장에서의 세포의 농축을 비롯한, 시스템 또는 장치에 관한 추가 설명은 PCT 특허 공보 WO 2009/146143(이 특허는 상기 개시내용에 대하여 본원에 포함된다)에서 살펴볼 수 있다.

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 전극은 임의의 적합한 금속을 포함한다. 다른 실시양태에서, 본원에 개시된 전극은 귀금속을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전극은 알루미늄, 구리, 탄소, 철, 은, 금, 팔라듐, 백금, 이리듐, 백금 이리듐 합금, 루테늄, 로듐, 오스뮴, 탄탈, 티탄, 텅스텐, 폴리실리콘, 및 산화 인듐 주석, 또는 이들의 조합 뿐만 아니라 실리사이드 물질, 예컨대, 백금 실리사이드, 티탄 실리사이드, 금 실리사이드, 또는 텅스텐 실리사이드를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 일부 실시양태에서, 전극은 스크린 인쇄될 수 있는 전도성 잉크를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전극은 전도성 중합체, 예컨대, 폴리아세틸렌 또는 폴리티오펜을 포함한다.

한 실시양태에서, 전극 물질의 두께는 약 100 내지 약 1,000 nm이다. 일부 실시양태에서, 전극 물질의 두께는 약 200 내지 약 800 nm이다. 추가의 다른 실시양태에서, 전극 물질의 두께는 약 300 내지 약 500 nm이다. 추가의 다른 실시양태에서, 전극 물질의 두께는 약 100 nm, 약 150 nm, 약 200 nm, 약 250 nm, 약 300 nm, 약 350 nm, 약 400 nm, 약 450 nm, 약 500 nm, 약 550 nm, 약 600 nm, 약 650 nm, 약 700 nm, 약 750 nm, 약 800 nm, 약 850 nm, 약 900 nm, 약 950 nm 또는 약 1,000 nm이다.

일부 실시양태에서, 접착층은 보호층으로서 전극 물질의 증착 이전에 어레이 상에 증착되거나, 또는 인쇄된다. 일부 실시양태에서, 접착층은 임의의 적합한 물질을 포함한다. 한 실시양태에서, 접착층은 티탄 또는 텅스텐을 포함한다. 다른 실시양태에서, 접착층의 두께는 약 10 내지 약 50 nm이다. 일부 실시양태에서, 접착층의 두께는 약 20 내지 약 40 nm이다. 추가의 다른 실시양태에서, 접착층의 두께는 약 20 내지 약 30 nm이다. 추가의 다른 실시양태에서, 접착층의 두께는 약 10 nm, 약 20 nm, 약 30 nm, 약 40 nm 또는 약 50 nm이다.

일부 실시양태에서, 개별 전극의 직경에 대한 가장자리에서 가장자리까지의 거리(E2E: edge to edge)의 비는 약 10 ㎛ 내지 약 500 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 전극의 E2E는 약 50 ㎛ 내지 약 300 ㎛이다. 추가의 다른 실시양태에서, 전극의 E2E는 약 100 ㎛ 내지 약 200 ㎛이다. 추가의 다른 실시양태에서, 전극의 E2E는 약 50 ㎛, 약 60 ㎛, 약 70 ㎛, 약 80 ㎛, 약 90 ㎛, 약 100 ㎛, 약 110 ㎛, 약 120 ㎛m 약 130 ㎛, 약 140 ㎛, 약 150 ㎛, 약 160 ㎛, 약 170 ㎛, 약 180 ㎛, 약 190 ㎛, 약 200 ㎛, 약 210 ㎛, 약 220 ㎛, 약 230 ㎛, 약 240 ㎛, 약 250 ㎛, 약 260 ㎛, 약 270 ㎛, 약 280 ㎛, 약 290 ㎛, 약 300 ㎛, 약 310 ㎛, 약 320 ㎛, 약 330 ㎛, 약 340 ㎛, 약 350 ㎛, 약 360 ㎛, 약 370 ㎛, 약 380 ㎛, 약 390 ㎛, 약 400 ㎛, 약 410 ㎛, 약 420 ㎛, 약 430 ㎛, 약 440 ㎛, 약 450 ㎛, 약 460 ㎛, 약 470 ㎛, 약 480 ㎛, 약 490 ㎛ 또는 약 500 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 전극의 E2E는 약 750 ㎛, 약 1,000 ㎛, 약 1,500 ㎛, 또는 약 2,000 ㎛이다.

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 전극은 건식 에칭된다. 일부 실시양태에서, 전극은 습식 에칭된다. 일부 실시양태에서, 전극은 건식 에칭 및 습식 에칭의 조합을 거친다.

일부 실시양태에서, 각 전극은 개별적으로 부위에서 제어된다.

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 전극 어레이는 단위로서 제어된다.

어레이는 임의의 적합한 물질로 이루어질 수 있다. 일부 실시양태에서, 어레이는 플라스틱 또는 실리카를 포함한다. 일부 실시양태에서, 어레이는 이산화규소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 어레이는 알루미늄을 포함한다.

일부 실시양태에서, 패시베이션 층이 사용된다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층은 당업계에 공지된 임의의 적합한 물질로부터 형성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층은 질화규소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층은 이산화규소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층의 상대 유전율은 약 2.0 내지 약 8.0이다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층의 상대 유전율은 약 3.0 내지 약 8.0, 약 4.0 내지 약 8.0 또는 약 5.0 내지 약 8.0이다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층의 상대 유전율은 약 2.0 내지 약 4.0이다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층의 상대 유전율은 약 2.0 내지 약 3.0이다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층의 상대 유전율은 약 2.0, 약 2.5, 약 3.0, 약 3.5 또는 약 4.0이다.

일부 실시양태에서, 패시베이션 층의 두께는 약 0.1 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층의 두께는 약 0.5 ㎛ 내지 8 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층의 두께는 약 1.0 ㎛ 내지 5 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층의 두께는 약 1.0 ㎛ 내지 4 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층의 두께는 약 1.0 ㎛ 내지 3 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층의 두께는 약 0.25 ㎛ 내지 2 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층의 두께는 약 0.25 ㎛ 내지 1 ㎛이다.

일부 실시양태에서, 패시베이션 층은 질화규소, 이산화규소 또는 이산화티탄을 포함하나, 이에 한정되지 않는, 임의의 적합한 절연성 저유전율(low k) 유전성 물질로 구성된다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층은 폴리아미드, 탄소, 도핑된 질화규소, 탄소 도핑된 이산화규소, 불소 도핑된 질화규소, 불소 도핑된 이산화규소, 다공성 이산화규소, 또는 이들의 임의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 패시베이션 층은 스크린 인쇄될 수 있는 유전성 잉크를 포함할 수 있다.

전극 기하학적 구조

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 전극은 본원에 개시된 본원에 개시된 방법을 실시하는 데 적합한 임의의 방식으로 배열될 수 있다.

다양한 실시양태에서, 장치에 대해 다양한 배열이 가능하다. 예를 들어, AC 동전기학을 가능하게 하는 반복적 비균일 전기장을 생성하도록 배열된 사각형 또는 직사각형인 것과 같은 더 큰 전극 어레이를 포함하는 장치가 있다. 단지 예시적인 목적으로, 적합한 전극 어레이는 10x10 전극 배열, 50x50 전극 배열, 10x100 전극 배열, 20x100 전극 배열, 또는 20x80 전극 배열을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

일부 실시양태에서, 전극은 전극은 도트 배열로 존재하고, 예컨대, 전극은 일반적으로 원형 또는 둥근 배열을 포함한다(예컨대, 도 1 & 2 참조). 일부 실시양태에서, 전극은 디스크로서 배열된다. 일부 실시양태에서, 전극은 링으로서 배열된다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 30° 내지 약 90°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 25° 내지 약 60°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 30° 내지 약 55°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 30° 내지 약 50°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 35° 내지 약 45°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 25°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 30°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 35°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 40°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 45°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 50°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 55°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 60°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 65°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 70°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 75°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 80°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 85°이다. 일부 실시양태에서, 도트 사이의 배향 각도는 약 90°이다.

다른 실시양태에서, 전극은 비원형 배열로 존재한다(예컨대, 도 3 & 4 참조). 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 25 내지 90°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 30° 내지 약 90°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 25° 내지 약 60°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 30° 내지 약 55°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 30° 내지 약 50°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 35° 내지 약 45°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 25°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 30°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 35°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 40°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 45°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 50°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 55°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 60°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 65°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 70°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 75°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 80°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 85°이다. 일부 실시양태에서, 비원형 배열 사이의 배향 각도는 약 90°이다.

일부 실시양태에서, 전극은 실질적으로 장방형 배열로 존재한다.

일부 실시양태에서, 전극은 파형 또는 비선형 라인과 유사한 배열로 존재한다(예컨대, 도 3 & 4 참조). 일부 실시양태에서, 전극 어레이는 파형 또는 비선형 라인 배열로 존재하고, 여기서 배열은 링커에 의해 연결된 한 쌍의 도트 형상을 포함하는 반복 단위를 포함하고, 도트 및 링커는 전극의 경계를 정의하고, 링커는 한 쌍의 도트 사이의 중심점에서 또는 그를 향하여 안쪽으로 점점 가늘어지고, 도트의 직경은 반복 단위의 길이를 따라 가장 넓은 점이고, 반복 단위의 평행 세트 사이의 가장자리에서 가장자리까지의 거리는 등거리이거나, 또는 대략적으로 등거리이다. 일부 실시양태에서, 전극은 웨이브형 라인과 유사한 스트립이다. 일부 실시양태에서, 전극 사이의 가장자리에서 가장자리까지의 거리는 웨이브형 라인 배열 전역에서 등거리, 또는 대략적으로 등거리이다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 바와 같은 웨이브형 라인 전극의 사용은 DEP 장 구배를 증강시킨다.

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 전극은 평면형 배열로 존재한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 전극은 비평면형 배열로 존재한다(예컨대, 도 5 참조).

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 장치 표면은 그의 표면 상에 나노스케일생체 분자를 선택적으로 포획한다. 예를 들어, 본원에 개시된 장치는 예를 들어, a. 핵산 하이브리드화; b. 항체 - 항원 상호작용; c. 비오틴 - 아비딘 상호작용; d. 이온 또는 정전기 상호작용; 또는 e. 이들의 임의 조합에 의해 나노스케일 분석물, 예컨대, 핵산을 포획할 수 있다. 그러므로, 본원에 개시된 장치는 포획 분자, 예컨대, 상보성 핵산 프로브, 항체, 또는 생체 분자(예컨대, 핵산)를 포획할 수 있는 다른 단백질 포획물, 예컨대, 아비딘과 같은 상보성 표적 분자를 포획할 수 있는 비오틴 또는 다른 고정 포획물, 이온 또는 정전기 상호작용에 의해 생체 분자(예컨대, 핵산)를 포획할 수 있는 포획 분자, 또는 그의 임의 조합을 포함하는 작용화된 표면을 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 표면은 a. 중합체(예컨대, 폴리에틸렌 글리콜 PEG); b. 이온 또는 정전기 상호작용; c. 계면활성제; 또는 d. 그의 임의 조합에 의한 비특이적 결합 상호작용을 최소화하고/하거나 억제하도록 작용화된다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 방법은 예컨대, 트윈(Tween) 20 등, 우혈청 알부민, 비특이적 면역글로블린 등과 같은, 상기 상호작용에서 간섭에 의해 비특이적인 결합 상호작용을 감소시키는 첨가제의 사용을 포함한다.

일부 실시양태에서, 장치는 (a) 나란히 평평하게, (b) 수직 대향으로, 또는 (c) 수평 대향으로 배향된 복수 개의 미세전극 장치를 포함한다. 다른 실시양태에서, 전극은 예컨대, 수직 형태로 서로 상부에 적층된 것과 같은, 샌드위치 배열로 존재한다.

하이드로겔

전극 구조에 하나 이상의 물질 층으로 중첩시키면, 전극 상에서 또는 그 근처에서 발생할 수 있는 전기분해 반응, 가열, 및 혼란한 유체 이동을 포함하나, 이에 한정되지 않는 유해한 전기화학적 효과를 감소시킬 수 있으면서, 여전히 세포, 박테리아, 바이러스, 나노입자, DNA, 및 다른 생체 분자를 효과적으로 분리할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전극 구조 상에 적층된 물질은 하나 이상의 다공성 층일 수 있다. 다른 실시양태에서, 하나 이상의 다공성 층은 중합체 층이다. 다른 실시양태에서, 하나 이상의 다공성 층은 하이드로겔이다.

일반적으로, 하이드로겔은 손상(disconfiguration) 또는 분해를 일으키지 않으면서, 전극 표면에서 전기화학적 효과를 견딜 수 있도록, 충분한 기계적 강도를 갖고, 상대적으로 화학적으로 불활성이어야 한다. 일반적으로, 하이드로겔은 작은 수성 이온에 충분히 투과성이지만, 생체 분자는 전극 표면으로부터 멀리 유지시킨다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 단일 층 또는 코팅이다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 하이드로겔 층의 하부의 다공성이 하이드로겔 층의 상부보다 더 큰 것인, 다공성 구배를 가진다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 다중 층 또는 코팅을 포함한다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔은 2개를 코트를 포함한다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔은 3개의 코트를 포함한다. 일부 실시양태에서, 하부(제1) 코팅은 후속 코팅보다 큰 다공성을 가진다. 일부 실시양태에서, 상부 코트는 제1 코팅보다 더 작은 다공성을 가진다. 일부 실시양태에서, 상부 코트는 직경이 100 피코미터 초과인 입자의 크기 컷 오프로서 작용하는 평균 공극 직경을 가진다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.001 S/m 내지 약 10 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.01 S/m 내지 약 10 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.1 S/m 내지 약 10 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 1.0 S/m 내지 약 10 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.01 S/m 내지 약 5 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.01 S/m 내지 약 4 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.01 S/m 내지 약 3 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.01 S/m 내지 약 2 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.1 S/m 내지 약 5 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.1 S/m 내지 약 4 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.1 S/m 내지 약 3 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.1 S/m 내지 약 2 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.1 S/m 내지 약 1.5 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.1 S/m 내지 약 1.0 S/m이다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.1 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.2 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.3 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.4 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.5 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.6 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.7 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.8 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 0.9 S/m이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 전도도는 약 1.0 S/m이다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔의 두께는 약 0.1 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 두께는 약 0.1 ㎛ 내지 약 5 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 두께는 약 0.1 ㎛ 내지 약 4 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 두께는 약 0.1 ㎛ 내지 약 3 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 두께는 약 0.1 ㎛ 내지 약 2 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 4 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 3 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 2 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔의 두께는 약 0.5 ㎛ 내지 약 1 ㎛이다.

일부 실시양태에서, 전극 어레이 상의 스핀 코팅 또는 적층 이전의 하이드로겔 용액의 점도는 약 0.5 cP 내지 약 5 cP 범위이다. 일부 실시양태에서, 전극 어레이 상의 스핀 코팅 또는 적층 이전의 하이드로겔 용액의 단일 코팅의 점도는 약 0.75 cP 내지 5 cP이다. 일부 실시양태에서, 다중 코트 하이드로겔에서, 전극 어레이 상의 스핀 코팅 또는 적층 이전의 제1 하이드로겔 용액의 점도는 약 0.5 cP 내지 약 1.5 cP이다. 일부 실시양태에서, 제2 하이드로겔 용액의 점도는 약 1 cP 내지 약 3 cP이다. 하이드로겔 용액의 용액은 용매 중 중합체 농도(0.1%-10%) 및 중합체 분자량(10,000 내지 300,000), 및 용매의 출발 점도에 기초한다.

일부 실시양태에서, 제1 하이드로겔 코팅의 두께는 약 0.5 ㎛ 내지 1 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 제1 하이드로겔 코팅의 두께는 약 0.5 ㎛ 내지 0.75 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 제1 하이드로겔 코팅의 두께는 약 0.75 내지 1 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 제2 하이드로겔 코팅의 두께는 약 0.2 ㎛ 내지 0.5 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 제2 하이드로겔 코팅의 두께는 약 0.2 내지 0.4 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 제2 하이드로겔 코팅의 두께는 약 0.2 내지 0.3 ㎛이다. 일부 실시양태에서, 제2 하이드로겔 코팅의 두께는 약 0.3 내지 0.4 ㎛이다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 하이드로겔을 형성하는 임의의 적합한 합성 중합체를 포함한다. 일반적으로, 본원에 개시된 바와 같은 용도의 합성 중합체 하이드로겔 제조에서 임의의 충분히 친수성이고, 중합 가능한 분자가 사용될 수 있다. 단량체 중 중합 가능한 모이어티로는 이중 결합이, 산소에는 이중 결합되어 있고, 또 다른 산소, 질소, 황, 할로겐, 또는 탄소에 단일 결합되어 있는 탄소에 직접 부착되어 있는 것인 알케닐 모이어티(치환 또는 비치환된 α,β-불포화 카르보닐을 포함하나, 이에 한정되지 않는다); 이중 결합이 산소, 질소, 할로겐, 인 또는 황에 단일 결합되어 있는 것인 비닐; 이중 결합이, 산소, 질소, 할로겐, 인 또는 황에 단일 결합되어 있는 탄소에 단일 결합되어 있는 것인 알릴; 이중 결합이, 또 다른 탄소에 단일 결합되어 있고, 이어서, 산소, 질소, 할로겐, 인 또는 황에 단일 결합되어 있는 것인 탄소에 단일 결합되어 있는 것인 호모알릴; 2개의 탄소 원자 사이에 삼중 결합이 존재하는 알키닐 모이어티를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 아크릴로일 또는 아크릴아미도 단량체, 예컨대, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 메타크릴아미드 등은 본원에 개시된 하이드로겔 형성에 유용하다. 더욱 바람직한 아크릴아미도 단량체로는 아크릴아미드, N 치환된 아크릴아미드, N 치환된 메타크릴아미드, 및 메타크릴아미드를 포함한다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔은 중합체, 예컨대, 에폭시드 기반 중합체, 비닐 기반 중합체, 알릴 기반 중합체, 호모알릴 기반 중합체, 사이클릭 무수물 기반 중합체, 에스테르 기반 중합체, 에테르 기반 중합체, 알킬렌 글리콜 기반 중합체(예컨대, 폴리프로필렌 글리콜) 등을 포함한다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 폴리(2-하이드록시에틸메타크릴레이트)(pHEMA), 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 아세테이트프탈레이트, 셀룰로스 아세테이트 부티레이트, 또는 임의의 적절한 아크릴아미드 또는 비닐 기반 중합체, 또는 그의 유도체를 포함한다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔 증착에 의해 도포된다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 원자 이동 라디칼 중합(ATRP: atom-transfer radical-polymerization)을 통해 중합된다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 전자 이동 중합에 의해 재발생된 활성인자(ARGET: Activators ReGenerated by Electron Transfer-polymerization)를 통해 중합된다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 연속 활성인자 재생 중합을 위한 개시제(ICAR: Initiators for Continuous Activator Regeneration-polymerization)를 통해 중합된다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 니트록시드 매개 라디칼 중합(NMP: Nitroxide-Mediated Radical Polymerization)를 통해 중합된다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 광개시된 ATRP을 통해 중합된다.

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 가역적 첨가 단편화 쇄 이동(RAFT: reversible addition-fragmentation chain-transfer) 중합을 통해 중합된다.

일부 실시양태에서, 겔의 전도도를 증가시키기 위해 첨가제가 하이드로겔에 첨가된다. 일부 실시양태에서, 하이드로겔 첨가제는 전도성 중합체(예컨대, PEDOT: PSS), 염(예컨대, 염화구리), 금속(예컨대, 금), 가소화제(예컨대, PEG200, PEG 400, 또는 PEG 600), 또는 공용매이다 .

일부 실시양태에서, 하이드로겔은 또한 히스티딘, 히스티딘 펩티드, 폴리히스티딘, 리신, 리신 펩티드, 및 다른 양이온성 화합물 또는 물질을 포함하나, 이에 한정되지 않는, DNA 하이브리드의 안정성을 유지시키는 데 도움을 주는 화합물 또는 물질을 포함한다.

본원에서 제공하는 다양한 실시양태에서, 본원에 기술된 방법은 DEP 장 영역 및 임의적으로 어레이가 있는 제2 DEP 장 영역을 생성하는 단계를 포함한다. 본원에서 제공하는 다양한 실시양태에서, 본원에 기술된 장치 또는 시스템은 DEP 장 영역 및 임의적으로 어레이가 있는 제2 DEP 장 영역을 생성할 수 있다. 일부 경우에서, 제1 및 제2 장 영역은 단일 장의 일부분이다(예컨대, 제1 및 제2 영역이 동시에 존재하지만, 이는 장치 내에 및/또는 어레이 상에 상이한 위치에서 확인된다). 일부 실시양태에서, 제1 및 제2 장 영역은 상이한 장이다(예컨대, 제1 영역은 첫번째로 전극에 동력을 공급함으로써 생성되고, 제2 영역은 두번째로 전극에 동력을 공급함으로써 생성된다). 구체적인 양태에서, DEP 장 영역은 (예컨대, 낮은 장 DEP 영역으로) 세포를 농축 또는 단리하는 데 적합하다. 일부 실시양태에서, 임의적 제2 DEP 장 영역은 더 작은 입자, 예컨대, 분자(예컨대, 핵산)를 예를 들어, 높은 장 DEP 영역으로 농축하는 데 적합하다. 일부 경우에서, 본원에 기술된 방법은 임의적으로 제1 또는 제2 DEP 장 영역 중 하나를 사용하는 것을 배제한다.

일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 본원에 개시된 장치 중, 임의적 제2 DEP 장 영역과 동일한 챔버에 존재한다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역 및 임의적 제2 DEP 장 영역은 전극 어레이의 동일 부위에 존재한다.

일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 본원에 개시된 장치 중, 제2 DEP 장 영역과 다른 별개의 챔버에, 또는 완전히 별개인 장치에 존재한다.

DEP 장 영역

일부 양태에서, 예컨대, 전도도가 높은 완충제(>100 mS/m)에서, 본원에 기술된 방법은 나노스케일 분석물 및 다른 미립자 물질을 포함하는 샘플을 본원에 개시된 전극 어레이를 포함하는 장치에 적용하여, 이로써, DEP 장 영역에서 나노스케일 분석물을 단리하고, 수집하는 단계를 포함한다. 일부 양태에서, 본원에 기술된 장치 및 시스템은 나노스케일 분석물 및 다른 미립자 물질을 포함하는 샘플을 본원에 개시된 전극 어레이를 포함하는 장치에 적용하여, 이로써, DEP 장 영역에서 나노스케일 분석물을 단리하고, 수집할 수 있다. 후속적으로 또는 동시적으로 제2, 또는 임의적 제3 및 제4 DEP 영역은 무손상 세포 및 다른 미립자 물질을 비롯한, 다른 샘플 성분을 수집 또는 단리할 수 있다.

발생된 DEP 장 영역은 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리 및 수집하는 데 적합한 임의의 장 영역일 수 있다. 이러한 적용의 경우, 나노스케일 분석물을 일반적으로 본원에 개시된 전극 어레이 근처에서 농축된다. DEP 장 영역은 낮은 유전영동 장 영역이다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 높은 유전영동 장 영역이다. 일부 양태에서, 예컨대, 전도도가 낮은 완충제(<100 mS/m)에서, 본원에 기술된 방법은 세포를 포함하는 유체를 본원에 개시된 전극 어레이를 포함하는 장치에 적용하여, 이로써, DEP 장 영역에서 나노스케일 분석물을 농축하는 것을 포함한다.

일부 양태에서, 본원에 기술된 장치 및 시스템은 나노스케일 분석물 및 다른 미립자 물질을 포함하는 샘플을 본원에 개시된 전극 어레이를 포함하는 장치에 적용시킬 수 있고, DEP 장 영역에서 나노스케일 분석물을 단리할 수 있다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물은 높은 유전영동 장 영역에서 포획된다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물은 낮은 유전영동 장 영역에서 포획된다. 높은 장 포획 대 낮은 장 포획은 일반적으로 유체의 전도도에 의존하며, 일반적으로, 전도도가 높은 유체와 전도도가 낮은 유체 사이의 교차점은 약 300-500 mS/m이다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 약 300 mS/m 초과의 유체 전도도에서 수행되는 낮은 유전영동 장 영역이다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 약 300 mS/m 미만의 유체 전도도에서 수행되는 낮은 유전영동 장 영역이다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 약 300 mS/m 초과의 유체 전도도에서 수행되는 높은 유전영동 장 영역이다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 약 300 mS/m 미만의 유체 전도도에서 수행되는 높은 유전영동 장 영역이다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 약 500 mS/m 초과의 유체 전도도에서 수행되는 낮은 유전영동 장 영역이다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 약 500 mS/m 미만의 유체 전도도에서 수행되는 낮은 유전영동 장 영역이다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 약 500 mS/m 초과의 유체 전도도에서 수행되는 높은 유전영동 장 영역이다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 약 500 mS/m 미만의 유체 전도도에서 수행되는 높은 유전영동 장 영역이다.

일부 실시양태에서, 유전영동 장 영역은 교류에 의해 생성된다. 교류는 세포를 농축하는 데 적합한 임의의 암페어수, 전압, 주파수 등을 가진다. 일부 실시양태에서, 유전영동 장 영역은 암페어수가 0.1 마이크로암페어-10 암페어; 전압이 1-50 볼트 피크-피크; 및/또는 주파수가 1-10,000,000 Hz인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 전압이 5-25 볼트 피크-피크인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 주파수가 3-15 kHz인 교류를 사용하여 생성된다.

일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 암페어수가 100 밀리암페어 내지 5 amp인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 암페어수가 0.5 암페어-1 암페어인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 암페어수가 0.5 암페어-5 암페어인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 암페어수가 100 밀리암페어-1 암페어인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 암페어수가 500 밀리암페어-2.5 암페어인 교류를 사용하여 생성된다.

일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 전압이 1-25 볼트 피크-피크인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 전압이 1-10 볼트 피크-피크인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 전압이 25-50 볼트 피크-피크인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 주파수가 10-1,000,000 Hz인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 주파수가 100-100,000 Hz인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 주파수가 100-10,000 Hz인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 주파수가 10,000-100,000 Hz인 교류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 주파수가 100,000-1,000,000 Hz인 교류를 사용하여 생성된다.

일부 실시양태에서, 제1 유전영동 장 영역은 직류에 의해 생성된다. 직류는 세포를 농축하는 데 적합한 임의의 암페어수, 전압, 주파수 등을 가진다. 일부 실시양태에서, 제1 유전영동 장 영역은 암페어수가 0.1 마이크로암페어-1 암페어; 전압이 10 밀리볼트-10 볼트; 및/또는 펄스 폭이 밀리초-1,000초 및 펄스 주파수가 0.001-1,000 Hz인 직류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 암페어수가 1 마이크로암페어-1 암페어인 직류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 암페어수가 100 마이크로암페어-500 밀리암페어인 직류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 암페어수가 1 밀리암페어-1 암페어인 직류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 암페어수가 1 마이크로암페어-1 밀리암페어인 직류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 펄스 폭이 500 밀리초-500초인 직류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 펄스 폭이 500 밀리초-100초인 직류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 펄스 폭이 1초-1,000초인 직류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 펄스 폭이 500 밀리초-1초인 직류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 펄스 주파수가 0.01-1,000 Hz인 직류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 펄스 주파수가 0.1-100 Hz인 직류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 펄스 주파수가 1-100 Hz인 직류를 사용하여 생성된다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 펄스 주파수가 100-1,000 Hz인 직류를 사용하여 생성된다.

일부 실시양태에서, 샘플은 세포 유형의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 혈액은 적혈구 및 백혈구를 포함한다. 환경 샘플은 많은 유형의 세포 및 다른 미립자 물질을 광범위한 농도로 포함한다. 일부 실시양태에서, 한 세포 유형(또는 샘플을 포함하는 세포 유형의 총 개수보다 적은 임의 개수의 세포 유형)이 DEP 장 영역이 우선적으로 농축될 수 있다. 또 다른 비제한적인 예에서, DEP 장은 특이적으로 세포가 아닌 바이러스를 농축하는 방식으로 작동된다(예컨대, 전도도가 300 mS/m 초과인 유체에서, 높은 DEP 장 영역에서는 바이러스가 농축되는 반면, 더 큰 세포는 낮은 DEP 장 영역에서 농축될 것이다).

따라서, 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 장치 또는 시스템은 나노스케일 분석물이 효율적으로 단리 및 수집될 수 있도록 특이 세포 유형을 단리 또는 분리하는 데 적합하다. 일부 실시양태에서, 방법, 장치 또는 시스템의 DEP 장은 DEP 장의 장 영역 내로 특정 유형의 세포를 분리 또는 농축할 수 있도록 특이적으로 조정된다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 장치 또는 시스템은 1 초과의 세포 유형이 단리 또는 농축되는 1 초과의 장 영역을 제공한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 장치 또는 시스템은 그의 DEP 장 영역 내에서 상이한 유형의 세포가 단리 또는 농축될 수 있도록 조정 가능하다. 일부 실시양태에서, 본원에서 제공하는 방법은 DEP 장을 조정하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에서 제공하는 장치 또는 시스템은 DEP 장을 조정할 수 있다. 일부 경우에서, 상기 조정은 특히 원하는 목적에 적합화된 DEP를 제공하는 데 이루어질 수 있다. 예를 들어, DEP 장을 조정하는 데 어레이, 에너지, 또는 또 다른 파라미터의 변형이 임의적으로 사용된다. 더 미세한 해상도를 위한 조정 파라미터는 전극 직경, 전극 사이의 가장자리에서 가장자리까지의 거리, 전압, 주파수, 유체 전도도 및 하이드로겔 조성을 포함한다.

일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 본원에 개시된 전극 어레이 전체를 포함한다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 본원에 개시된 전극 어레이 중 일부를 포함한다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 본원에 개시된 전극 어레이의 약 90%, 약 80%, 약 70%, 약 60%, 약 50%, 약 40%, 약 30%, 약 25%, 약 20%, 또는 약 10%를 포함한다. 일부 실시양태에서, DEP 장 영역은 본원에 개시된 전극 어레이의 약 ⅓을 포함한다.

세포 용해

한 양태에서, 제1 유전영동 장 영역에서 세포를 농축한 후, 본 방법은 세포로부터 나노스케일 분석물을 유리시키는 단계를 포함한다. 또 다른 양태에서, 본원에 기술된 장치 및 시스템은 세포로부터 핵산을 유리시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 핵산은 제1 DEP 장 영역에서 세포로부터 유리된다.

일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법은 세포를 용해시킴으로써 복수 개의 세포로부터 핵산을 유리시킨다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 장치 및 시스템은 세포를 용해시킴으로써 복수 개의 세포로부터 핵산을 유리시킬 수 있다. 세포를 용해시키는 한 방법은 어레이 상에서 세포를 단리한 후, 세포에 직류를 인가하는 단계를 포함한다. 직류는 세포를 용해시키는 데 적합한 임의의 적합한 암페어수, 전압 등을 가진다. 일부 실시양태에서, 전류의 전압은 약 1 볼트 내지 약 500 볼트이다. 일부 실시양태에서, 전류의 전압은 약 10 볼트 내지 약 500 볼트이다. 다른 실시양태에서, 전류의 전압은 약 10 볼트 내지 약 250 볼트이다. 추가의 다른 실시양태에서, 전류의 전압은 약 50 볼트 내지 약 150 볼트이다. 높은 전기장은 막 무결성의 결함을 초래하기 때문에, 전압은 일반적으로 세포 용해의 구동자가 된다.

일부 실시양태에서, 용해에 사용되는 직류는 세포를 용해시키는 데 적합한 임의의 지속 시간, 주파수 등을 갖는 하나 이상의 펄스를 포함한다. 일부 실시양태에서, 세포를 용해시키기 위해 약 100 볼트의 전압이 약 1 밀리초 동안 인가된다. 일부 실시양태에서, 약 100 볼트의 전압이 1초 동안 공급원 상에 2 또는 3회에 걸쳐 인가된다.

일부 실시양태에서, 직류의 주파수는 볼트/cm, 펄스 폭, 및 유체 전도도에 의존한다. 일부 실시양태에서, 펄스 주파수는 약 0.001 내지 약 1,000 Hz이다. 일부 실시양태에서, 펄스 주파수는 약 10 내지 약 200 Hz이다. 다른 실시양태에서, 펄스 주파수는 약 0.01 Hz-1,000 Hz이다. 추가의 다른 실시양태에서, 펄스 주파수는 약 0.1 Hz-1,000 Hz, 약 1 Hz-1,000 Hz, 약 1 Hz-500 Hz, 약 1 Hz-400 Hz, 약 1 Hz-300 Hz, 또는 약 1 Hz-약 250 Hz이다. 일부 실시양태에서, 펄스 주파수는 약 0.1 Hz이다. 다른 실시양태에서, 펄스 주파수는 약 1 Hz이다. 추가의 다른 실시양태에서, 펄스 주파수는 약 5 Hz, 약 10 Hz, 약 50 Hz, 약 100 Hz, 약 200 Hz, 약 300 Hz, 약 400 Hz, 약 500 Hz, 약 600 Hz, 약 700 Hz, 약 800 Hz, 약 900 Hz 또는 약 1,000 Hz이다.

다른 실시양태에서, 펄스 지속 시간은 약 1 밀리초(ms)-1,000초(s)이다. 일부 실시양태에서, 펄스 지속 시간은 약 10 ms-1,000 s이다. 추가의 다른 실시양태에서, 펄스 지속 시간은 약 100 ms-1,000 s, 약 1 s-1,000 s, 약 1 s-500 s, 약 1 s-250 s 또는 약 1 s-150 s이다. 일부 실시양태에서, 펄스 지속 시간은 약 1 ms, 약 10 ms, 약 100 ms, 약 1 s, 약 2 s, 약 3 s, 약 4 s, 약 5 s, 약 6 s, 약 7 s, 약 8 s, 약 9 s, 약 10 s, 약 20 s, 약 50 s, 약 100 s, 약 200 s, 약 300 s, 약 500 s 또는 약 1,000 s이다. 일부 실시양태에서, 펄스 주파수는 0.2 내지 200 Hz이고, 듀티 사이클은 10-50%이다.

일부 실시양태에서, 직류는 1회, 또는 다중 펄스로서 인가된다. 약 1-20 펄스를 포함하여 임의의 적합한 수의 펄스가 인가될 수 있다. 약 1 밀리초-1,000초를 비롯한, 펄스 사이에 임의의 적합한 시간량이 존재한다. 일부 실시양태에서, 펄스 지속 시간은 0.01 내지 10초이다.

일부 실시양태에서, 세포는 단리된 세포에 인가된 직류와 함께 조합하여 다른 방법을 사용하여 용해된다. 추가의 다른 실시양태에서, 세포는 직류의 사용 없이 용해된다. 다양한 양태에서, 장치 및 시스템은 다른 수단과 함께 조합하여 직류를 사용하여 세포를 용해시킬 수 있거나, 또는 직류의 사용 없이 세포를 용해시킬 수 있다. 화학적 용해제(예컨대, 산), 효소적 용해제, 열, 압력, 전단력, 음파 에너지, 삼투압 충격, 또는 그의 조합의 적용을 포함하나, 이에 한정되지 않는, 당업자에게 공지된 임의의 세포 용해 방법이 적합할 수 있다. 리소자임은 효소적 용해제의 예이다.

나노스케일 분석물 단리 및 그의 수율

한 양태에서, 본원에서는 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리하기 위한 방법 및 장치를 기술한다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물의 직경은 1,000 nm 미만이다. 다른 실시양태에서, 나노스케일 분석물의 직경은 500 nm 미만이다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물의 직경은 250 nm 미만이다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물의 직경은 약 100 nm 내지 약 1,000 nm이다. 다른 실시양태에서, 나노스케일 분석물의 직경은 약 250 nm 내지 약 800 nm이다. 추가의 다른 실시양태에서, 나노스케일 분석물의 직경은 약 300 nm 내지 약 500 nm이다.

일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물의 직경은 1,000 ㎛ 미만이다. 다른 실시양태에서, 나노스케일 분석물의 직경은 500 ㎛ 미만이다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물의 직경은 250 ㎛ 미만이다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물의 직경은 약 100 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛이다. 다른 실시양태에서, 나노스케일 분석물의 직경은 약 250 ㎛ 내지 약 800 ㎛이다. 추가의 다른 실시양태에서, 나노스케일 분석물의 직경은 약 300 ㎛ 내지 약 500 ㎛이다.

일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 장치 또는 시스템은 임의적으로 상기 방법, 장치 또는 시스템으로부터 수득될 수 있는 임의의 원하는 나노스케일 분석물을 수득, 단리, 또는 분리하는 데 이용된다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물은 핵산이다. 다르게는, 본원에 기술된 방법, 장치 및 시스템에 의해 단리된 핵산은 DNA(데옥시리보핵산), RNA(리보핵산), 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 핵산은 시퀀싱, 또는 증폭, 라이게이션 또는 클로닝을 비롯한, 추가의 핵산 조작에 적합한 형태로 단리된다.

다양한 실시양태에서, 단리 또는 분리된 나노스케일 분석물은 99 질량% 이상의 다른 물질을 함유하지 않거나, 99 질량% 이상의 잔류 세포성 물을 함유하지 않거나, 98 질량% 이상의 다른 물질을 함유하지 않거나, 98 질량% 이상의 잔류 세포성 물질을 함유하지 않거나, 95 질량% 이상의 다른 물질을 함유하지 않거나, 95 질량% 이상의 잔류 세포성 물질을 함유하지 않거나, 90 질량% 이상의 다른 물질을 함유하지 않거나, 90 질량% 이상의 잔류 세포성 물질을 함유하지 않거나, 80 질량% 이상의 다른 물질을 함유하지 않거나, 80 질량% 이상의 잔류 세포성 물질을 함유하지 않거나, 70 질량% 이상의 다른 물질을 함유하지 않거나, 70 질량% 잔류 세포성 물질을 함유하지 않거나, 60 질량% 이상의 다른 물질을 함유하지 않거나, 60 질량% 이상의 잔류 세포성 물질을 함유하지 않거나, 50 질량% 이상의 다른 물질을 함유하지 않거나, 50 질량% 이상의 잔류 세포성 물질을 함유하지 않거나, 30 질량% 이상의 다른 물질을 함유하지 않거나, 30 질량% 이상의 잔류 세포성 물질을 함유하지 않거나, 10 질량% 이상의 다른 물질을 함유하지 않거나, 10 질량% 이상의 잔류 세포성 물질을 함유하지 않거나, 5 질량% 이상의 다른 물질을 함유하지 않거나, 또는 5 질량% 이상의 잔류 세포성 물질을 함유하지 않는 나노스케일 분석물을 포함하는 조성물이다.

다양한 실시양태에서, 나노스케일 분석물은 임의의 적합한 순도를 가진다. 예를 들어, DNA 시퀀싱 절차를 약 20% 잔류 세포 물질을 갖는 핵산 샘플로 수행할 수 있는 경우, 80%로 핵산을 단리하는 것이 적합하다. 효소적 검정법이 약 20% 잔류 세포성 물질을 포함하는 나노스케일 분석물 샘플을 요구한다면, 이때 핵산을 80%로 단리하는 것이 적합하다. 일부 실시양태에서, 단리된 나노스케일 분석물은 약 80 질량% 미만, 약 70 질량% 미만, 약 60 질량% 미만, 약 50 질량% 미만, 약 40 질량% 미만, 약 30 질량% 미만, 약 20 질량% 미만, 약 10 질량% 미만, 약 5 질량% 미만, 또는 약 2 질량% 미만의 비-나노스케일 분석물 세포성 물질 및/또는 단백질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 단리된 나노스케일 분석물은 약 99 질량% 초과, 약 98 질량% 초과, 약 95 질량% 초과, 약 90 질량% 초과, 약 80 질량% 초과, 약 70 질량% 초과, 약 60 질량% 초과, 약 50 질량% 초과, 약 40 질량% 초과, 약 30 질량% 초과, 약 20 질량% 초과, 또는 약 10 질량% 초과의 나노스케일 분석물을 포함한다.

나노스케일 분석물은 비변형된 형태, 유도체화된 형태, 단편화된 형태, 비단편화된 형태 등을 비롯한, 임의의 적합한 형태로 단리된다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물이 핵산일 때, 핵산은 시퀀싱에 적합한 형태로 수집된다. 일부 실시양태에서, 핵산은 샷건-시퀀싱, 증폭 또는 다른 조작에 적합한 단편화된 형태로 수집된다. 핵산은 예컨대, 합성 방법에 의하여 시퀀싱에서 사용된 바와 같은 뉴클레오티드와 같은 DNA 시퀀싱 절차에서 사용되는 시약을 포함하는 용액 중에서 장치로부터 수집될 수 있다.

일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법을 통해 출발 샘플의 나노스케일 분석물의 거의 대표적인 나노스케일 분석물 샘플이 단리된다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 장치 및 시스템은 출발 샘플의 나노스케일 분석물의 거의 대표적인 나노스케일 분석물을 샘플로부터 단리할 수 있다. 즉, 본 방법에 의해 수집되거나, 또는 장치 또는 시스템에 의해 수집될 수 있는 나노스케일 분석물 집단은 실질적으로 유체 중의 세포에 존재하는 나노스케일 분석물 집단에 비례한다. 일부 실시양태에서, 상기 양태는 유체가 다수의 세포 유형의 복합 혼합물이고, 실시자가 다양한 세포 유형의 상대적인 집단을 밝혀내는 나노스케일 분석물 기반 절차를 원하는 적용 분야에서 유리하다.

일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법에 의해 단리되거나, 본원에 기술된 장치에 의해 단리될 수 있는 나노스케일 분석물의 농도는 0.5 ng/mL 이상이다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법에 의해 단리되거나, 본원에 기술된 장치에 의해 단리될 수 있는 나노스케일 분석물의 농도는 1 ng/mL 이상이다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법에 의해 단리되거나, 본원에 기술된 장치에 의해 단리될 수 있는 나노스케일 분석물의 농도는 5 ng/mL 이상이다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법에 의해 단리되거나, 본원에 기술된 장치에 의해 단리될 수 있는 나노스케일 분석물의 농도는 10 ng/ml 이상이다.

일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치를 사용하여 약 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 약 50 pg의 나노스케일 분석물이 단리된다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 약 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 10 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 약 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 20 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 약 5,000개의 세포로부터 50 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 약 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 75 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 약 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 100 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 200 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 300 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 400 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 500 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 1,000 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 10,000 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 20,000 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 30,000 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 40,000 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 시스템, 또는 장치는 5,000개의 세포를 포함하는 샘플로부터 50,000 pg 이상의 나노스케일 분석물을 수득한다.

나노스케일 분석물이 핵산일 때, 본원에 기술된 방법을 사용하여 단리되거나, 또는 본원에 기술된 장치에 의해 단리될 수 있는 핵산은 고순도이고/이거나, 하류 절차, 예컨대, DNA 시퀀싱, 핵산 증폭, 예컨대, PCR, 또는 다른 핵산 조작, 예컨대, 라이게이션, 클로닝 또는 추가의 번역 또는 형질전환 검정에서 직접 사용되는 데 적합하다. 일부 실시양태에서, 수집된 핵산은 0.01% 이하의 단백질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 수집된 핵산은 0.5% 이하의 단백질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 수집된 핵산은 0.1% 이하의 단백질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 수집된 핵산은 1% 이하의 단백질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 수집된 핵산은 2% 이하의 단백질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 수집된 핵산은 3% 이하의 단백질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 수집된 핵산은 4% 이하의 단백질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 수집된 핵산은 5% 이하의 단백질을 포함한다.

샘플

한 양태에서, 방법, 본원에 기술된 시스템 및 장치는 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리한다. 일부 실시양태에서, 샘플은 유체를 포함한다. 한 양태에서, 샘플은 세포 또는 다른 미립자 물질 및 나노스케일 분석물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 샘플은 세포를 포함하지 않는다.

일부 실시양태에서, 샘플은 액체, 임의적으로 물 또는 수용액 또는 수성 분산액이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 체액이다. 예시적인 체액으로는 혈액, 혈청, 혈장, 담즙, 젖, 뇌척수액, 위액, 사출액, 점액, 복막액, 타액, 땀, 눈물, 소변, 윤활액 등을 포함한다. 일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물은 의학적 치료 및 진단 절차, 장치 또는 시스템의 부분으로서 본원에 기술된 방법, 시스템 또는 장치를 사용하여 체액으로부터 단리된다. 일부 실시양태에서, 샘플은 유체 매질에 용해되고/되거나, 분산된 조직 및/또는 세포이다. 예를 들어, 조직은 이로부터 본원에 기술된 방법, 장치 또는 시스템을 사용하여 나노스케일 분석물, 예컨대, 핵산이 단리될 수 있는 암 종양일 수 있다.

일부 실시양태에서, 샘플은 환경 샘플이다. 일부 실시양태에서, 환경 샘플은 특정 오염, 기생충 등의 체내 침입 발생 등을 나타내는 특정 핵산 서열의 존재에 대하여 검정되거나, 또는 모니터링된다. 환경 샘플은 또한 본원에 기술된 방법, 장치 또는 시스템을 사용하여 특정 오염, 기생충 등의 체내 침입 발생 등의 기점을 밝혀내는 데에도 사용될 수 있다. 예시적인 환경 샘플로는 도시 폐수, 산업 폐수, 다양한 제조 공정에서 사용되거나 그 결과로서 생산된 물 또는 유체, 호수, 강, 바다, 대수층, 지하수, 빗물, 식물 또는 식물의 부분, 동물 또는 동물의 부분, 곤충, 도시 상수도 등을 포함한다.

일부 실시양태에서, 샘플은 식품 또는 음료이다. 식품 또는 음료는 특정 오염, 기생충 등의 체내 침입 발생 등을 나타내는 특정 나노스케일 분석물의 존재에 대하여 검정되거나, 또는 모니터링될 수 있다. 식품 또는 음료는 또한 본원에 기술된 방법, 장치 또는 시스템을 사용하여 특정 오염, 기생충 등의 체내 침입 발생 등의 기점을 밝혀내는 데에도 사용될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 본원에 기술된 방법, 장치 및 시스템은 공중 위생을 모니터링하고, 유해한 공중 위생 발생에 반응하는 데 하나 이상의 체액, 환경 샘플, 및 식품 및 음료와 함께 사용될 수 있다.

일부 실시양태에서, 샘플은 성장 배지이다. 성장 배지는 세포를 배양하는 데 적합한 임의의 배지, 예를 들어, E. 콜라이(E. coli) 배양용의 용원성 브로쓰(LB: lysogeny broth), 포유동물 세포 배양용의 햄스터 조직 배양 배지 등일 수 있다. 배지는 풍부 배지, 최소 배지, 선별 배지 등일 수 있다. 일부 실시양태에서, 배지는 본질적으로 복수 개의 클론 세포를 포함하거나, 또는 그 세포로 이루어진다. 일부 실시양태에서, 배지는 2개 이상의 종으로 이루어진 혼합물을 포함한다.

일부 실시양태에서, 샘플은 물이다.

일부 실시양태에서, 샘플은 또한 다른 미립자 물질을 포함할 수 있다. 상기 미립자 물질은 예를 들어, 봉입체(예컨대, 세로이드 또는 말로리 소체(Mallory bodies)), 세포원주(예컨대, 과립원주, 초자원주, 세포원주, 납양원주 및 가원주), 픽소체(Pick's bodies), 루이소체(Lewy bodies), 섬유 매듭, 원섬유 형성, 세포 잔해 및 다른 미립자 물질일 수 있다. 일부 실시양태에서, 미립자 물질은 응집된 단백질(예컨대, 베타-아밀로이드)이다.

샘플은 높은 또는 낮은 전도도를 비롯한, 임의의 전도도를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 전도도는 약 1 μS/m 내지 약 10 mS/m이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 약 10 μS/m 내지 약 10 mS/m이다. 다른 실시양태에서, 전도도는 약 50 μS/m 내지 약 10 mS/m이다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도도는 약 100 μS/m 내지 약 10 mS/m, 약 100 μS/m 내지 약 8 mS/m, 약 100 μS/m 내지 약 6 mS/m, 약 100 μS/m 내지 약 5 mS/m, 약 100 μS/m 내지 약 4 mS/m, 약 100 μS/m 내지 약 3 mS/m, 약 100 μS/m 내지 약 2 mS/m, 또는 약 100 μS/m 내지 약 1 mS/m이다.

일부 실시양태에서, 전도도는 약 1 μS/m이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 약 10 μS/m이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 약 100 μS/m이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 약 1 mS/m이다. 다른 실시양태에서, 전도도는 약 2 mS/m이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 약 3 mS/m이다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도도는 약 4 mS/m이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 약 5 mS/m이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 약 10 mS/m이다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도도는 약 100 mS/m이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 약 1 S/m이다. 다른 실시양태에서, 전도도는 약 10 S/m이다.

일부 실시양태에서, 전도도는 1 μS/m 이상이다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도도는 10 μS/m 이상이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 100 μS/m 이상이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 1 mS/m 이상이다. 추가의 실시양태에서, 전도도는 10 mS/m 이상이다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도도는 100 mS/m 이상이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 1 S/m이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 10 S/m 이상이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 1 μS/m 이하이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 10 μS/m 이하이다. 다른 실시양태에서, 전도도는 100 μS/m 이하이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 1 mS/m 이하이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 10 mS/m 이하이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 100 mS/m 이하이다. 추가의 다른 실시양태에서, 전도도는 1 S/m 이하이다. 일부 실시양태에서, 전도도는 10 S/m 이하이다.

일부 실시양태에서, 샘플은 10 ml 미만을 포함하는 작은 부피의 액체이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 8 ml 미만이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 5 ml 미만이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 2 ml 미만이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 1 ml 미만이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 500 ㎕ 미만이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 200 ㎕ 미만이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 100 ㎕ 미만이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 50 ㎕ 미만이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 10 ㎕ 미만이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 5 ㎕ 미만이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 1 ㎕ 미만이다.

일부 실시양태에서, 장치에 적용되거나, 방법에서 사용된 샘플의 양은 약 100,000,000개 미만의 세포를 포함한다. 일부 실시양태에서, 샘플은 약 10,000,000개 미만의 세포를 포함한다. 일부 실시양태에서, 샘플은 약 1,000,000개 미만의 세포를 포함한다. 일부 실시양태에서, 샘플은 약 100,000개의 세포개 미만의 세포를 포함한다. 일부 실시양태에서, 샘플은 약 10,000개 미만의 세포를 포함한다. 일부 실시양태에서, 샘플은 약 1,000개 미만의 세포를 포함한다.

일부 실시양태에서, 본원에 기술된 장치, 시스템 및 방법을 사용하여 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리하는 데에는 약 30분 미만, 약 20분 미만, 약 15분 미만, 약 10분 미만, 약 5분 미만 또는 약 1분 미만의 시간이 소요된다. 다른 실시양태에서, 본원에 기술된 장치, 시스템 및 방법을 사용하여 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리하는 데에는 30분 이하, 약 20분 이하, 약 15분 이하, 약 10분 이하, 약 5분 이하, 약 2분 이하 또는 약 1분 이하의 시간이 소요된다. 추가의 실시양태에서, 본원에 기술된 장치, 시스템 및 방법을 사용하여 샘플로부터 나노스케일 분석물을 단리하는 데에는 약 15분 미만, 바람직하게, 약 10분 미만 또는 약 5분 미만의 시간이 소요된다.

잔류 물질 제거

일부 실시양태에서, DEP 장 영역에서 나노스케일 분석물을 단리한 후, 본 방법은 단리된 나노스케일 분석물로부터 잔류 물질을 플러싱하는 단계를 임의적으로 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 장치 또는 시스템은 나노스케일 분석물으로부터 잔류 물질을 플러싱하는 데 적합한 유체를 포함하는 저장소를 임의적으로 포함할 수 있고/있거나, 포함할 수 있다. "잔류 물질"은 세포(예컨대, 무손상 세포 또는 잔류 세포성 물질)를 포함하나, 이에 한정되지 않는, 원래 샘플에 존재하던 것, 원래 세포에 존재하던 것, 절차 중에 첨가된 것, 프로세스 중 임의의 단계를 통해 생성된 것 등이다. 예를 들어, 잔류 물질은 무손상 세포, 세포벽 단편, 단백질, 지질, 탄수화물, 무기질, 염, 완충제, 혈장 등을 포함한다. 일부 실시양태에서, 특정한 양이 나노스케일 분석물이 잔류 물질과 함께 플러싱된다.

일부 실시양태에서, 잔류 물질은 임의의 적합한 유체, 예를 들어, 물, TBE 완충제 등에서 플러싱된다. 일부 실시양태에서, 잔류 물질은 임의의 적합한 부피의 유체로 플러싱되거나, 임의의 적합한 시간 기간 동안 플러싱되거나, 1 초과의 유체, 또는 임의의 다른 변형으로 플러싱된다. 일부 실시양태에서, 잔류 물질을 플러싱하는 방법은 원하는 수준으로 나노스케일 분석물을 단리하는 것과 관련이 있으며, 나노스케일 분석물이 더 높은 고순도일수록, 더 엄격한 플러싱 및/또는 세척이 요구된다. 다른 실시양태에서, 잔류 물질을 플러싱하는 방법은 특정 출발 물질 및 그의 조성과 과 관련이 있다. 일부 경우에서, 지질이 많은 출발 물질은 지질을 용해시키는 데 적합한 소수성 유체를 포함하는 플러싱 절차를 필요로 한다.

일부 실시양태에서, 본 방법은 잔류 단백질을 비롯한 잔류 물질을 분해하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 장치 또는 시스템은 잔류 단백질을 포함한 잔류 물질을 분해할 수 있다. 예를 들어, 단백질은 화학적 분해(예컨대, 산 가수분해) 및 효소 분해 중 하나 이상의 것에 의해 분해된다. 일부 실시양태에서, 효소 분해제는 프로테아제이다. 다른 실시양태에서, 단백질 분해제는 프로테이나제 K이다. 잔류 물질의 분해의 임의적의 단계는 임의의 적합한 시간, 온도 등에서 수행된다. 일부 실시양태에서, 분해된 잔류 물질(분해된 단백질 포함)은 단리된 나노스케일 분석물로부터 플러싱된다.

일부 실시양태에서, 잔류 물질을 분해하는데 사용되는 작용제는 불활성화되거나, 분해된다. 일부 실시양태에서, 장치 또는 시스템은 잔류 물질을 분해하는 데 사용되는 제제를 분해하거나, 불활성화시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 잔류 물질을 분해하는 데 사용된 효소는 열(예컨대, 50-95℃ 5-15분 동안)에 의해 불활성화된다. 예를 들어, 프로테아제(예를 들어, 프로테이나제 K)를 포함한 효소는 열(전형적으로, 15분, 70℃)을 사용하여 분해되고/되거나 불활성화된다. 잔류 단백질이 효소에 의해 분해되는 일부 실시양태에서, 본 방법은 단백질 분해 후, 분해 효소(예컨대, 프로테이나제 K)를 불활성화시키는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 열은 장치에서 가열 모듈에 의해 제공된다(예컨대, 30 내지 95℃의 온도 범위).

본 방법의 특정 단계의 순서 및/또는 조합은 달라질 수 있다. 일부 실시양태에서, 장치 또는 방법은 특정한 단계를 임의의 순서로 또는 조합으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 잔류 물질 및 분해된 단백질은 개별적 또는 동시적 단계에서 플러싱된다. 즉, 잔류 물질이 플러싱된 후, 잔류 단백질이 분해되고, 이어서, 분해된 단백질이 단리된 나노스케일 분석물로부터 플러싱된다. 일부 실시양태에서, 먼저 잔류 단백질을 분해한 후, 조합된 단계에서 나노스케일 분석물로부터 잔류 물질 및 분해된 단백질, 둘 모두를 플러싱한다.

일부 실시양태에서, 나노스케일 분석물은 장치에 보유되고, 예컨대, PCR, 효소적 검정법 또는 나노스케일 분석물을 분석, 특징 규명, 또는 증폭시키는 다른 절차과 같은 추가의 절차에서 임의적으로 사용된다.

예를 들어, 일부 실시양태에서, 단리된 나노스케일 분석물은 핵산이고, 장치 및 시스템은 단리된 핵산에 대하여 PCR 또는 다른 임의의 절차를 수행할 수 있다. 다른 실시양태에서, 핵산은 장치로부터 수집되고/되거나 용리된다. 일부 실시양태에서, 장치 및 시스템은 장치 또는 시스템으로부터 핵산을 수집 및/또는 용리시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 단리된 핵산은 (i) 제2 유전영동 장 영역을 끄고; (ii) 용리제 중에서 어레이로부터 핵산을 용리시킴으로써 수집된다. 예시적인 용리제로는 물, TE, TBE 및 L-히스티딘 완충제를 포함한다.

검정법 및 적용

일부 실시양태에서, 본원에 기술된 시스템 또는 장치는 효소 반응을 수행하는 수단을 포함한다. 다른 실시양태에서, 본원에 기술된 시스템 또는 장치는 중합효소 연쇄 반응(PCR), 등온 증폭, 라이게이션 반응, 제한 분석, 핵산 클로닝, 전사 또는 번역 검정법, 또는 다른 효소 기반 분자 생물학적 검정법을 수행하는 수단을 포함한다.

일부 실시양태에서, 본원에 기술된 시스템 또는 장치는 핵산 시퀀서. 시퀀서를 포함한다. 시퀀서는 임의적으로, 생어 시퀀서, 파이로시퀀서, 이온 반도체 시퀀서, 폴로니 시퀀서, 라이게이션에 의한 시퀀싱 장치, DNA 나노볼 시퀀싱 장치, 라이게이션에 의한 시퀀싱 장치, 또는 단일 분자 시퀀싱 장치를 포함하나, 이에 한정되지 않는, 임의의 적합한 DNA 시퀀싱 장치이다.

일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법은 임의적으로 중합효소 연쇄 반응(PCR)에 의해 단리된 핵산을 증폭시키는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, PCR 반응은 전극 어레이 상에서 또는 그 근처에서 또는 장치 내에서 수행된다. 일부 실시양태에서, 장치 또는 시스템은 히터 및/또는 열순환에 적합한 온도 제어 메커니즘을 포함한다.

PCR은 임의적으로 2개의 효율적인 열전도성 부재(예컨대, 알루미늄 또는 은) 사이에 반응 화학 분석물을 배치하고, TEC를 사용하여 반응 온도를 조절함으로써 종래 열순환을 사용하여 수행된다. 추가의 디자인은 임의적으로 유리 또는 열 중합체와 같은 임의적으로 투명한 물질을 통한 적외선 가열을 사용한다. 일부 경우에서, 디자인은 기판을 통해 네트워크화된 전도성 배선을 포함하는 스마트 중합체 또는 스마트 유리를 사용한다. 이러한 전도성 배선은 물질의 신속한 열 전도를 가능하게 하고, (적절한 DC 전압을 인가함으로써) 효율적인 PCR 반응을 지속시키는 데 필요한 온도 변화 및 구배를 제공한다. 특정한 경우에서, 가열은 저항 칩 히터 및 다른 저항 부재를 사용하여 가해지고 상기 저항 칩 히터 및 다른 저항 부재는 이들을 통과하는 전류의 양에 비례하게 및 신속하게 온도를 변화시킬 것이다.

일부 실시양태에서, 종래 형광분석(ccd, pmt, 다른 광학 검출기, 및 광학 필터)과 함께 사용된 경우에서, 증폭 배수는 실시간으로 또는 일정 시간 간격을 두고 모니터링된다. 특정 경우에서, 최종 증폭 배수의 정량화는 AFU(배가 분석과 상관 관계가 있는 임의적인 형광 단위(arbitrary fluorescence unit))로 전환된 광학 검출을 통해 기록되거나, 임피던스 측정 또는 다른 전기화학적 감지를 통해 전기 신호로 번역된다.

미세전극 어레이의 크기가 작다고 가정할 때, 상기 부재가 임의적으로 미세전극 어레이 둘레에 부가되고, PCR 반응은 (DEP 어레이 상의) 주요 샘플 프로세싱 챔버에서 수행될 것이며, 또는 증폭시키고자 하는 분석물은 유체를 통해 온-카트리지 랩-온-칩 프로세싱을 가능하게 하는 유체 카트리지 내의 또 다른 챔버로 임의적으로 수송된다.

일부 경우에서, 광 전달 방식은 광학적 여기 및/또는 방출, 및/또는 증폭 배수의 검출을 제공하는 데 사용된다. 특정 실시양태에서, 이는 외부 성분의 사용 필요성을 제거하는 광학파 가이드로서 유동셀 물질(아크릴(PMMA) 사이클릭 올레핀 중합체(COP: cyclic olefin polymer)와 같은 열 중합체, 사이클릭 올레핀 공중합체(COC: cyclic olefin co-polymer) 등)을 사용하는 것을 포함한다. 추가로, 일부 경우에서, 내장형의 제어식 및 동력시 광원을 포함하도록 광원-발광 다이오드-LED, 수직-공동 표면-방출 레이저-VCSEL, 및 다른 조명 방식은 유동셀 내부에 직접 통합되거나, 미세전극 어레이 표면 상에 직접 구축된다. 소형 PMT, CCD, 또는 CMOS 검출기 또한 유동셀 내에 구축될 수 있다. 이러한 최소화 및 소형화는 유사한 종래 장치(즉, 표준 벤치 탑 PCR/QPCR/형광계)의 풋프린트를 감소시키면서, 신속한 신호 전달 및 검출이 가능한 소형 장치를 가능하게 한다.

칩 상의 증폭

일부 경우에서, 실리콘 미세전극 어레이는 PCR에 필수적인 열순환을 견딜 수 있다. 일부 적용에서, 온-칩(onchip) PCR은 전달 단계 동안 소량의 표적 핵산이 손실될 수 있기 때문에 유리하다. 본원에 기술된 장치, 시스템 또는 프로세스의 특정 실시양태에서, 다중 PCR 기술 중 임의의 하나 이상의 것이 임의적으로 사용되고, 상기 기술은 하기: 유동셀에서 직접적인 열순환; 상이한 온도 구역을 갖는 마이크로채널을 통한 물질의 이동; 및 시스템 상에서 증폭될 수 있거나, PCR 기계로 수송될 수 있는 부피의 PCR 튜브 내로의 이동 중 임의의 하나 이상의 것을 임의적으로 포함한다. 일부 경우에서, 배출구가 비혼화성 유체 및 계면 안정제(계면활성제 등)을 함유하는 T-접합부를 함유할 경우, 액적 PCR이 수행된다. 특정 실시양태에서, 액적은 임의의 적합한 방법에 의해 열순환된다.

일부 실시양태에서, 증폭은 등온 반응, 예를 들어, 전사 매개 증폭, 핵산 서열 기반 증폭, RNA 기술의 신호 매개 증폭, 가닥 치환 증폭, 회전환 증폭, DNA의 루프 매개 등온 증폭, 등온 다중 치환 증폭, 헬리카제 의존 증폭, 단일 프라이머 등온 증폭 또는 원형 헬리카제 의존 증폭을 사용하여 수행된다.

다양한 실시양태에서, 증폭은 균질 용액에서 또는 고정된 프라이머(들)을 포함하는 비균질 시스템으로서 수행된다. 후자의 일부 실시양태에서, 수득된 앰플리콘은 다중화 정도가 더 높은 경우, 표면에 직접 연결된다. 일부 실시양태에서, 앰플리콘은 변성되어 전극 상에서 또는 그 근처에서 단일 가닥 생성물을 제공한다. 이어서, 하이브리드화 반응을 임의적으로 수행하여 유전 정보, 예컨대, 단일 뉴클레오티드 다형성(SNP: single nucleotide polymorphism), 짧은 탠덤 반복부(STR: Short Tandem Repeat), 돌연변이, 삽입/결실, 메틸화 등의 정보를 얻는다. 메틸화는 임의적으로 하나의 DNA 샘플이 비술파이트 처리되고, 하나는 그렇지 않는 병렬 분석에 의해 결정된다. 비술파이트는 U가 되는 변형되지 않은 C를 탈퓨린화시킨다. 메틸화된 C는 일부 경우에서 영향을 받지 않는다. 일부 실시양태에서, 대립형질 특이적 염기 연장은 관심의 대상이 되는 염기를 기록하는 데 사용된다.

특이적 상호작용 이외에, 표면은 임의적으로 포획을 위한 비특이적 모이어티로 변형된다. 예를 들어, 표면은 폴리양이온, 즉, 폴리리신에 의해 변형되어 역 바이어스(-V)의 의해 방출될 수 있는 DNA 분자를 포획할 수 있다. 일부 실시양태에서, 표면에 대한 변형은 표면 상에서 균일하거나, 특히 전극 또는 비 전극 영역을 작용화하기 위하여 패턴화된다. 특정 실시양태에서, 이는 포토리소그래피, 전기화학적 활성화, 스폿팅 등에 의해 달성된다.

다중 칩 디자인이 사용되는 일부 적용에서, 유동셀을 형성하기 위해서는 스페이서에 의해 이격되어 있는, 두 장치가 서로 마주보고 있는 칩 샌드위치를 갖는 것이 유리하다. 다양한 실시양태에서, 장치는 순차적으로 또는 동시에 작동된다. 시퀀싱 및 차세대 시퀀싱(NGS: next generation sequencing)의 경우, 크기 단편화 및 선별은 시퀀싱 효율 및 품질에 영향을 미친다. 일부 실시양태에서, 다중 칩 디자인은 대역 통과 필터를 생성하는 수집된 물질의 크기 범위를 협소화시키는 데 사용된다. 일부 경우에서, 전류 칩 기하학적 구조(예컨대, 200 ㎛ 중심-중심 피치 상에 80 ㎛ 직경 전극(80/200))는 500 bp 컷오프 필터(예컨대, 약 10 Vpp 및 10 kHz의 전압 및 주파수 조건을 사용)로서 작용한다. 상기 경우에서, 500 bp 초과의 핵산이 포획되고, 500 bp 미만의 핵산은 포획되지 않는다. 대안적인 전극 직경 및 피치 기하학적 구조는 상이한 컷오프 크기를 갖는 바, 이에, 칩의 조합이 원하는 단편 크기를 제공하도록 한다. 일부 경우에서, 100 ㎛ 중심-중심 피치 상에 40 ㎛ 직경 전극(40/100)은 더 낮은 컷오프 역치를 갖는 반면, 400 ㎛ 중심-중심 피치 상에 160 ㎛ 직경 전극(160/400)은 유사한 조건하에 80/200 기하학적 구조에 비해 더 높은 컷오프 역치를 가진다. 다양한 실시양태에서, 특정 크기의 단편 또는 입자를 선별하도록 단일 칩 또는 다중 칩 상의 기하학적 구조는 조합된다. 예를 들어, 600 bp 컷오프 칩은 용액 중에 600 bp 미만의 핵산을 남길 것이며, 이어서, 물질은 임의적으로 500 bp 컷오프 칩(600 bp 칩과 대립)에 의해 다시 포획된다. 이는 용액 중에 500-600 bp를 포함하는 핵산 집단을 남긴다. 이어서, 이 집단은 임의적으로 동일 챔버, 측면 챔버, 또는 임의의 다른 배열에서 증폭된다. 일부 실시양태에서, 크기 선별은 단일 전극 기하학적 구조를 사용하여 달성되고, 여기서, >500 bp의 핵산이 전극 상에서 단리되고, 이어서, 세척 후, <600 bp의 핵산을 방출시키기 위한 높은 ACEK 장 강도의 감소(전압, 주파수, 전도도 변화)로 500-600 bp의 상청액 핵산 집단이 생성된다.

일부 실시양태에서, 칩 장치는 온도 구배 컬럼을 생성하는 하부 가장자리에서 히터와 수직으로 배향된다. 특정 경우에서, 하부는 변성 온도에 있고, 중간 부분은 어닐링 온도에 있고, 상부는 연장 온도에 있다. 일부 경우에서, 대류는 연속적으로 프로세스를 구동시킨다. 일부 실시양태에서, 본원에서는 구체적으로 프로세스를 가속화하고, 전열을 유동시키는 전극 디자인을 포함하는 방법 또는 시스템을 제공한다. 일부 실시양태에서, 상기 디자인은 임의적으로 동일 장치 상에 또는 적절하게 배치된 별개의 장치 상에 있다. 일부 경우에서, 핀 또는 팬 등을 통한 상부에서의 능동 또는 수동 냉각은 가파른 온도 구배를 제공한다. 일부 경우에서, 본원에 기술된 장치 또는 시스템은 장치 상에 또는 반응 챔버 모니터 온도 내에 온도 감지기를 포함하거나, 또는 본원에 기술된 방법은 그를 사용하고, 상기 감지기는 임의적으로 피드백 기반으로 온도를 조정하는 데 사용된다. 일부 경우에서, 상기 감지기는 상이한 열 전달 특성을 보유하는 물질과 커플링되어 연속적인 및/또는 비연속적인 구배 프로파일을 생성한다.

일부 실시양태에서, 증폭은 일정한 온도로 진행된다(즉, 등온 증폭).

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 방법은 본원에 개시된 바와 같이 단리된 핵산을 시퀀싱하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 핵산은 생어 시퀀싱 또는 차세대 시퀀싱(NGS)에 의해 시퀀싱된다. 일부 실시양태에서, 차세대 시퀀싱 방법은 파이로시퀀싱, 이온 반도체 시퀀싱, 폴로니 시퀀싱, 라이게이션에 의한 시퀀싱, DNA 나노볼 시퀀싱, 라이게이션에 의한 시퀀싱, 또는 단일 분자 시퀀싱을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 단리된 핵산은 생어 시퀀싱에서 사용된다. 일부 실시양태에서, 생어 시퀀싱은 핵산 단리와 동일한 장치 내에서 수행된다(랩-온-칩). 샘플 제조 및 생어 시퀀싱 결과를 위한 랩-온-칩 작업 흐름은 하기 단계를 포함할 수 있다: a) ACE 칩을 사용하여 샘플을 추출하는 단계; b) 칩 상에서 표적 서열의 증폭을 수행하는 단계; c) ACE에 의해 PCR 생성물을 포획하는 단계; d) 순환 시퀀싱을 수행하여 표적 가닥을 강화시키는 단계; e) 강화된 표적 가닥을 포획하는 단계; f) 생어 쇄 종결 반응을 수행하는 단계; 온 칩 다색 형광 검출과 모세관 전기영동에 의한 표적 서열의 전기영동 분리를 수행하는 단계. 핵산 세척, 시약 첨가 및 전압 끄기는 필요할 경우에 수행된다. 반응은 복수 개의 포획 구역이 있는 단일 칩 상에서 또는 별개의 칩 및/또는 반응 챔버 상에서 수행될 수 있다.

일부 실시양태에서, 본원에 개시된 방법은 핵산에 대한 반응(예컨대, DNA 또는 RNA의 예컨대, 단편화, 제한 분해, 라이게이션)을 수행하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 반응은 본원에 개시된 바와 같이, 어레이 상에서 또는 그 근처에서 또는 장치에서 발생한다.

다른 검정법

본원에 개시된 단리된 핵산은 다양한 검정 포맷으로 추가로 이용될 수 있다. 예를 들어, 핵산 프로브 또는 앰플리콘을 다루는 장치는 도트 블롯 또는 역 도트 블롯 분석, 염기 중첩 단일 뉴클레오티드 다형성(SNP: single nucleotide polymorphism) 분석, 전자적 엄격성을 갖는 SNP 분석에서, 또는 STR 분석에서 이용될 수 있다. 추가로, 본원에 개시된 장치는 효소적 핵산 변형, 또는 단백질-핵산 상호작용, 예컨대, 효소적 리포팅에 의한 유전자 발현 분석, 고정된 핵산 증폭, 또는 제한 엔도뉴클레아제 절단, 엔도뉴클레아제 또는 엑소뉴클레아제 절단, 마이너 그루브 결합 단백질 검정법, 말단 트랜스페라제 반응, 폴리뉴클레오티드 키나제 또는 포스파타제 반응, 리가제 반응, 토포이소머라제 반응, 및 다른 핵산 결합 또는 변형 단백질 반응을 비롯한 고체상 포맷에 적합한 다른 핵산 변형을 위한 포맷으로 이용될 수 있다.

추가로, 본원에 개시된 장치는 면역검정법에서 유용할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 장치의 위치는 샌드위치 검정법, 경쟁적 검정법, 또는 다른 포맷에 의해 체액 샘플 중의 항체를 검정하기 위하여 항원(예컨대, 펩티드, 단백질, 탄수화물, 지질, 프로테오글리칸, 당단백질 등)과 연결될 수 있다. 대안적으로, 장치의 위치는 샌드위치 검정법, 경쟁적 검정법, 또는 다른 검정 포맷에 의해 샘플 중에 항원을 검출하기 위하여 항체로 처리될 수 있다. 항체 및 단백질의 등전점이 실험 또는 pH/전하 계산에 의해 매우 용이하게 측정될 수 있기 때문에, 장치의 전자적 지정 및 전자 농도 이점은 지정된 종 또는 분석물 종이 하전되도록 완충제의 pH를 간단히 조정함으로써 이용될 수 있다.

일부 실시양태에서, 단리된 핵산은 면역검정형 어레이 또는 핵산 어레이에서의 사용에 유용하다.

전극 어레이

다양한 실시양태에서, 미세전극은 어레이로 배열된다. 미세전극 어레이 디자인의 이점으로는 임의의 특정 전압에서 발생된 AC 전열 흐름을 감소시킴과 동시에, 발생된 전기장의 구배를 증가시키는 것을 포함한다. 한 실시양태에서, 미세전극 어레이는 플로팅 전극, 즉, ACE 동안 동력을 공급받지 않음으로써 작업 전극을 둘러싸고 있는 전극을 포함한다. 도 12는 일반 전극 및 플로팅 전극이 교대로 배열된 미세전극 어레이에 의해 발생된 DEP 구배 및 유동 속도 프로파일(좌측)의 예를 보여주는 것이다. 하기 표 1은 상이한 배열의 마이크로어레이 전극 어레이로부터 유도된 성능을 보여주는 것이다.

[표 1]

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 일반 디자인, 즉, 플로팅 전극을 포함하지 않는 마이크로어레이 전극 어레이와 비교하였을 때, 전기장 구배는 10배 정도(one order) 크기가 증가한다. 일부 실시양태에서, 플로팅 전극을 사용할 경우, DEP 힘(F_DEP)은 유동력(F_유동)보다 크거나, 또는 그보다 훨씬 더 크고, 이로써, 더 낮은 전압을 사용할 수 있게 함으로써 포획이 달성된다. 플로팅 전극 사용에 기초하여, 낮은 전력 소비를 요구하는 시스템 또는 장치가 제작될 것이다.

정의 및 약어

"하나"("a," "an") 및 "그"라는 관사는 비제한적인 것이다. 예를 들어, "그 방법"은 상기 어구의 의미에 대해 가장 광범위한 정의를 포함하며, 이는 1 초과의 방법일 수 있다.

"Vp-p"는 피크에서 피크까지의 전압이다.

"TBE"는 트리스(Tris) 염기, 붕산 및 EDTA의 혼합물을 함유하는 완충제 용액이다.

"TE"는 트리스 염기 및 EDTA의 혼합물을 함유하는 완충제 용액이다.

"L-히스티딘 완충제"는 L-히스티딘을 함유하는 용액이다.

"DEP"는 유전영동에 대한 약어이다.

"ACE"는 교류 동전기(Alternate Current Electrokinetics)에 대한 약어이다.

"ACET"는 AC 전열에 대한 약어이다.

실시예

실시예 1: 하이드로겔로 코팅된 미세전극 어레이를 함유하는 2 챔버 유체 카트리지를 ATS 시스템에 로딩하였다. 미세전극 어레이는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 중공형 링 형상으로 전극을 포함하였다. 한 챔버에서, 전도도가 0.8 S/m이고, DNA(프로메가(Promega)로부터 구입한 게놈 DNA 또는 바이오랩스(BioLabs)로부터 구입한 람다)가 스파이킹된(spiked) 표준 용액 25 pg/㎕를 전체 부피 530 ㎕를 위해 로딩하였다. 나머지 다른 한 챔버에서는, 체액(혈액, 혈청, 혈장, 객담 등) 중의 미지 샘플을 총 530 ㎕까지 로딩하였다. 라이프 테크놀러지즈(Life Technologies)로부터 구입한 YOYO®-1 녹색 형광 염료를 사용하여 1:5000x 비로 DNA를 염색하였다. 상기 두 액체 모두를 가변 유속(5 내지 250 ㎕/min)으로 유동시키면서, 10분 동안 15 kHz 및 피크에서 피크까지의 전압 10 볼트에서 ATS 시스템 상에서 전개시켰다(도 6 및 7). 이어서, 전극 상에 포획되지 않은 모든 물질을 제거하기 위해 어레이를 가변 유속으로 추가로 10분 동안 등장성 완충제(물 + 삼투물질)로 세척하였다. 20분 동안의 프로세스 종료시, 녹색 형광 필터(FITC)를 사용하여 현미경 상에서 10x 대물렌즈가 장착된 CCD 카메라를 이용하여 미세전극 어레이의 영상을 촬영하였다(각 챔버에서 한번씩)(도 8). 이를 통해 공지된 샘플과 비교함으로써 미지 샘플 중의 포획 물질을 영상으로 정량화할 수 있었다. ACE 전원을 끄로, 포획된 물질을 미세전극 어레이로부터 유리시킨 후(도 9), 포획 물질이 유리되어 그 안으로 유입된 유체를 카트리지로부터 검색하고, 후속 분석을 위해 수집하였다.

실시예 2 : 실시예 1에 기술된 방법에 따라 다양한 전극 디자인을 시험하였다. 일반적으로, F_유동은 감쇠시키면서, F_DEP를 증가시킨 전극 기하학적 구조는 나노스케일 분석물을 더욱 강력하게 포획할 수 있었다. 전극 디자인 사이의 ACE 성능 차이에 관한 설명은 하기에 기재되어 있다.

[표 2]

본원에서는 본 발명의 바람직한 실시양태가 제시되어 기술되어 있지만, 그러한 실시양태는 단지 일례로만 제공되는 것이라는 것이 해당 기술 분야의 당업자에게는 자명할 것이다. 이에, 해당 기술 분야의 당업자는 본 발명으로부터 벗어나는 일 없이 다수의 변형예, 변경예, 및 대체예를 실시할 수 있을 것이다. 본원에 기술된 본 발명의 실시양태에 대한 다양한 대안이 본 발명의 실시에서 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 후술하는 특허청구범위는 본 발명의 영역을 한정하고, 이러한 특허청구범위의 영역 내에 속한 방법 및 구조 및 이들의 등가물은 그러한 특허청구범위의 영역 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (69)

1. 샘플 중 나노스케일 분석물을 단리하기 위한 장치로서,
   (a) 하우징; 및
   (b) 하우징 내의 교류(AC) 전극으로서, AC 전극은 높은 AC 동전기 장 영역 및 낮은 AC 동전기 장 영역을 확립하기 위해 선택적으로 동력을 공급받도록 배열되고, AC 전극은, AC 전극의 인근 사이에 또는 실질적으로 그 인근 너머에 있는 영역에서의 유체 유동과 비교될 때, AC 전극의 인근 둘레 또는 그 인근 내에서의 유체 유동을 감소, 방해 또는 변경하기 위한, AC 전극 상에 또는 그 둘레에 배열된 전도성 물질을 포함하는 것인 AC 전극
   을 포함하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 전도성 물질은 개별 전극의 중심에는 실질적으로 존재하지 않는 것인 장치.
3. 제1항에 있어서, 전도성 물질은 개별 AC 전극의 가장자리에 존재하는 것인 장치.
4. 제1항에 있어서, 전도성 물질은 개방형 디스크 형상의 라인으로서 배열되는 것인 장치.
5. 제1항에 있어서, 개별 AC 전극은 중공형 링 형상으로 배열되는 것인 장치.
6. 제1항에 있어서, 개별 AC 전극은 중공형 튜브 형상으로 배열되는 것인 장치.
7. 제1항에 있어서, AC 전극은 비전도성 물질을 포함하는 것인 장치.
8. 제7항에 있어서, 비전도성 물질은 AC 전극내 전도성 물질을 둘러싸고, 전도성 물질에 대한 물리적 장벽으로서의 역할을 하는 것인 장치.
9. 제7항에 있어서, AC 전극내 전도성 물질은 비전도성 물질 중의 함몰부를 충전하는 것인 장치.
10. 제1항에 있어서, AC 전극은 3차원으로 배열되는 것인 장치.
11. 제10항에 있어서, 3차원 AC 전극의 전도성 물질은 AC 전극내 전도성 물질의 전체 표면적을 증가시키는 것인 장치.
12. 제1항에 있어서, AC 전극내 전도성 물질이 일정 각도로 배열되는 것인 장치.
13. 제1항에 있어서, AC 전극내 전도성 물질이 중공형 삼각형 튜브로 배열되는 것인 장치.
14. 제1항에 있어서, AC 전극내 전도성 물질은 이웃 평면 전극 표면들 사이에 180° 미만인 각도로 배열되는 것인 장치.
15. 제1항에 있어서, AC 전극내 전도성 물질은 60°초과의 각도로 배열되는 것인 장치.
16. 제1항에 있어서, AC 전극내 전도성 물질은 함몰된 오목 형상으로 배열되는 것인 장치.
17. 제1항에 있어서, 개별 AC 전극의 직경이 40 ㎛ 내지 100 ㎛인 장치.
18. 제1항에 있어서, AC 전극은 비원형 배열로 존재하는 것인 장치.
19. 제18항에 있어서, 비원형 배열 사이의 배향 각도가 25 내지 90°인 장치.
20. 제18항에 있어서, 비원형 배열이 웨이브형 라인 배열을 포함하고, 비원형 배열이 링커에 의해 연결된 한 쌍의 도트 형상을 포함하는 반복 단위를 포함하며, 링커가 한 쌍의 도트 사이의 중심점을 향하여 안쪽으로 점점 가늘어지고, 도트의 직경이 반복 단위의 길이를 따라 가장 넓은 점이고, 반복 단위의 평행 세트 사이의 가장자리에서 가장자리까지의 거리가 등거리이거나, 또는 대략적으로 등거리인 장치.
21. 제1항에 있어서, AC 전극은 하나 이상의 플로팅 전극을 포함하는 것인 장치.
22. 제21항에 있어서, 플로팅 전극은 AC 동전기 영역을 확립하도록 동력을 공급받지 않는 것인 장치.
23. 제21항에 있어서, 플로팅 전극은 동력을 공급받는 전극을 둘러싸는 것인 장치.
24. 제21항에 있어서, 플로팅 전극은 비플로팅 전극에 의해 유도된 전기장보다 더 높은 구배로 전기장을 유도하는 것인 장치.
25. 샘플 중 나노스케일 분석물을 단리하는 방법으로서,
    (a) 샘플을 장치에 적용하는 단계로서, 장치는 AC 동전기 장 영역을 확립할 수 있는 전극 어레이를 포함하고, 전극은, 전극의 인근 사이에 또는 실질적으로 그 인근 너머에 있는 영역에서의 유체 유동과 비교될 때, 전극의 인근 둘레 또는 그 인근 내에서의 유체 유동을 감소, 방해 또는 변경하는, 전극 상에 또는 그 둘레에 배열된 전도성 물질을 포함하는 것인 단계;
    (b) 1개 이상의 AC 동전기 장 영역을 생성하는 단계로서, 1개 이상의 AC 동전기 장 영역은 높은 유전영동 장 영역인 단계; 및
    (c) 높은 유전영동 장 영역에서 나노스케일 분석물을 단리하는 단계
    를 포함하는 방법.
26. 제25항에 있어서, 전도성 물질은 어레이 중 개별 전극의 중심에는 실질적으로 존재하지 않는 것인 방법.
27. 제25항에 있어서, 전도성 물질은 어레이 중 개별 전극의 가장자리에 존재하는 것인 방법.
28. 제25항에 있어서, 전도성 물질은 개방형 디스크 형상으로 배열되는 것인 방법.
29. 제25항에 있어서, 개별 전극은 중공형 링 형상으로 배열되는 것인 방법.
30. 제25항에 있어서, 개별 전극은 중공형 튜브 형상으로 배열되는 것인 방법.
31. 제25항에 있어서, 전극내 전도성 물질의 감소가 전극 표면 내 및 둘레에서의 유체 유동을 감소시켜 그 표면 상에서의 나노스케일 분석물 포획의 증가를 유도하는 것인 방법.
32. 제25항에 있어서, 나노스케일 분석물 포획의 증가는 전극내 전도성 물질의 감소가 없는 종래 전극 배열을 사용하는 경우보다 나노스케일 분석물이 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90%, 또는 적어도 100% 이상 포획되는 것인 방법.
33. 제25항에 있어서, 전극 어레이는 비전도성 물질을 포함하는 것인 방법.
34. 제33항에 있어서, 비전도성 물질은 전극내 전도성 물질을 둘러싸고, 전도성 물질에 대한 물리적 장벽으로서의 역할을 하는 것인 방법.
35. 제33항에 있어서, 전극내 전도성 물질은 어레이의 비전도성 물질 중의 함몰부를 충전하는 것인 방법.
36. 제25항에 있어서, 전극 어레이는 3차원으로 배열되는 것인 방법.
37. 제36항에 있어서, 3차원 전극 어레이의 전도성 물질은 전극내 전도성 물질의 전체 표면적을 증가시키는 것인 방법.
38. 제25항에 있어서, 전극내 전도성 물질은 일정 각도로 배열되는 것인 방법.
39. 제25항에 있어서, 전극내 전도성 물질은 중공형 삼각형 튜브로 배열되는 것인 방법.
40. 제25항에 있어서, 전극내 전도성 물질은 이웃 평면 전극 표면들 사이에 180° 미만인 각도로 배열되는 것인 방법.
41. 제25항에 있어서, 전극내 전도성 물질은 60°초과의 각도로 배열되는 것인 방법.
42. 제25항에 있어서, 전극내 전도성 물질은 함몰된 오목 형상으로 배열되는 것인 방법.
43. 제25항에 있어서, 개별 전극의 직경이 40 ㎛ 내지 100 ㎛인 방법.
44. 제25항에 있어서, 전극은 비원형 배열로 존재하는 것인 방법.
45. 제44항에 있어서, 비원형 배열 사이의 배향 각도가 25 내지 90°인 방법.
46. 제44항에 있어서, 비원형 배열이 웨이브형 라인 배열을 포함하고, 비원형 배열이 링커에 의해 연결된 한 쌍의 도트 형상을 포함하는 반복 단위를 포함하고, 링커가 한 쌍의 도트 사이의 중심점을 향하여 안쪽으로 점점 가늘어지고, 도트의 직경이 반복 단위의 길이를 따라 가장 넓은 점이고, 반복 단위의 평행 세트 사이의 가장자리에서 가장자리까지의 거리가 등거리이거나, 또는 대략적으로 등거리인 방법.
47. 제25항에 있어서, AC 동전기 장은 1 볼트 내지 40 볼트 피크-피크의 전압, 및/또는 5 Hz 내지 5,000,000 Hz의 주파수 및 5% 내지 50%의 듀티 사이클을 가지는 교류를 사용하여 생성되는 것인 방법.
48. 제25항에 있어서, 샘플은 유체를 포함하는 것인 방법.
49. 제48항에 있어서, 유체의 전도도가 300 mS/m 미만인 방법.
50. 제48항에 있어서, 유체의 전도도가 300 mS/m 초과인 방법.
51. 제25항에 있어서, 전극은 제1 높은 유전영동 장 영역을 제공하도록 선택적으로 동력을 공급받고, 순차적으로 또는 연속적으로, 제2 높은 유전영동 장 영역을 제공하도록 선택적으로 동력을 공급받는 것인 방법.
52. 제25항에 있어서, 나노스케일 분석물이 핵산인 방법.
53. 제48항에 있어서, 유체는 세포를 포함하는 것인 방법.
54. 제53항에 있어서, 어레이 상에서 세포를 용해하는 단계를 더 포함하는 방법.
55. 제54항에 있어서, 세포는 직류, 화학적 용해제, 효소적 용해제, 열, 압력, 음파 에너지, 또는 이들의 조합을 사용하여 용해되는 것인 방법.
56. 제54항에 있어서, 방법은 세포 용해 후 잔류 단백질을 분해하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
57. 제55항에 있어서, 세포는 1회 이상 인가된, 1-500 볼트의 전압, 0.2 내지 200 Hz의 펄스 주파수와 10-50%의 듀티 사이클, 및 0.01 내지 10초의 펄스 지속 시간을 갖는 직류를 사용하여 용해되는 것인 방법.
58. 제25항에 있어서, 전극 어레이가 약 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛의 두께를 갖는 하이드로겔로 스핀 코팅된 것인 방법.
59. 제25항에 있어서, 약 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛의 두께를 갖는 하이드로겔이 화학적 증착, 표면 개시 중합, 딥 코팅, 분무 코팅, 잉크젯 프린팅, 랭뮤어-블로젯(Langmuir-Blodgett) 코팅, 단부 작용화 기에 의한 중합체의 그라프트화, 용매 선택성을 통한 용액으로부터의 자기 조립, 전자빔 증발, 플라즈마 중합, 스퍼터링 또는 이들의 조합에 의해 전극 어레이 상에 증착된 것인 방법.
60. 제25항에 있어서, 하이드로겔은 합성 중합체로 이루어진 2개 이상의 층을 포함하는 것인 방법.
61. 제25항에 있어서, 하이드로겔은 스핀 코팅 이전에 0.5 cP 내지 5 cP의 점도를 갖는 것인 방법.
62. 제25항에 있어서, 하이드로겔은 0.1 S/m 내지 1.0 S/m의 전도도를 갖는 것인 방법.
63. 제25항에 있어서, 단리된 핵산은 10 질량% 미만의 비핵산 세포성 물질 또는 세포성 단백질을 포함하는 것인 방법.
64. 제25항에 있어서, 방법은 10분 미만 내에 완료되는 것인 방법.
65. 제25항에 있어서, 전극 어레이는 2.0 내지 4.0의 상대 유전율을 지닌 패시베이션(passivation) 층을 포함하는 것인 방법.
66. 제25항에 있어서, 전극은 하나 이상의 플로팅 전극을 포함하는 것인 방법.
67. 제66항에 있어서, 플로팅 전극은 AC 동전기 영역을 확립하도록 동력을 공급받지 않는 것인 방법.
68. 제66항에 있어서, 플로팅 전극은 동력을 공급받는 전극을 둘러싸는 것인 방법.
69. 제66항에 있어서, 어레이 중 플로팅 전극은 어레이 중 비플로팅 전극에 의해 유도된 전기장보다 더 높은 구배로 전기장을 유도하는 것인 방법.
    

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