KR20170066540A - 액체 중 적어도 하나를 효과적으로 격리시키기 위해 비혼화성 액체를 분리하기 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

액체 중 적어도 하나를 효과적으로 격리시키기 위해 비혼화성 액체를 분리하기 위한 방법 및 디바이스 Download PDF

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에릭 한스 버마즈
매튜 헤이쥐
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일루미나, 인코포레이티드
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Abstract

필터 표면을 갖는 다공성 멤브레인을 구비하는 상 분리 디바이스를 제공하는 것을 포함하는, 방법. 필터 표면은, 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 갖는다. 방법은 또한, 액체 혼합물을 다공성 멤브레인의 수용 캐비티 안으로 제공하는 것을 포함한다. 액체 혼합물은, 서로에 대해 비혼화성인 극성 액체 및 비극성 액체를 포함한다. 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 필터 표면을 통한 극성 액체의 흐름을 방해하는 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 비극성 액체의 흐름을 허용하는 표면 에너지를 갖는다. 방법은 또한, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 것을 포함한다. 극성 액체는, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라, 수용 캐비티 내에서 액적을 형성한다.

Description

액체 중 적어도 하나를 효과적으로 격리시키기 위해 비혼화성 액체를 분리하기 위한 방법 및 디바이스{METHOD AND DEVICE FOR SEPARATING IMMISCIBLE LIQUIDS TO EFFECTIVELY ISOLATE AT LEAST ONE OF THE LIQUIDS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 2014년 10월 9일자로 출원된 미국 가출원 제62/062,134호의 이익을 주장하며, 이 기초 출원은 참고로 그의 전문이 본 명세서에 편입된다.
본원의 주제는, 일반적으로, 비혼화성 액체(immiscible liquid)를 분리하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히, 액체(들)가 검정(assay)에서 분석 및/또는 사용될 수도 있도록 액체 중 적어도 하나를 효과적으로 격리시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
생물학적 또는 화학적 분석에서의 다양한 프로토콜은 많은 수의 제어된 반응을 수행하는 것을 수반한다. 생물학적 물질을 조제(preparation) 및/또는 분석하기 위해, 지정된 반응이 수행될 수도 있다. 디지털 유체공학(digital fluidics; DF)은, 이러한 반응을 수행하기 위해 사용될 수도 있는 하나의 기술이다. DF 기술에서, 수성 액적(aqueous droplet)은, 전기습윤 중재 조작(electrowetting-mediated operation)을 사용하여 이동 또는 조작될(manipulated) 수도 있다(예를 들면, 결합 또는 나누어질 수도 있다). 예를 들면, DF 디바이스는, 하나 이상의 기판에 의해 획정되는 봉합된 캐비티를 갖는 카트리지를 포함할 수도 있다. 전극의 어레이가 기판(들)을 따라 정렬될 수도 있고 캐비티 근처에 배치될 수도 있다. 캐비티는, 수성 액적에 대해 비혼화성인 필러 액체(filler liquid)(예를 들면, 오일)로 채워질 수도 있다. 전극은, DF 디바이스 내의 수성 액적을 수송(transport), 혼합, 필터링, 모니터링, 및/또는 분석하기 위해 미리 결정된 시퀀스 또는 스케줄에 따라 상이한 전기장을 제공하도록 구성된다. 미리 결정된 시퀀스는, 예를 들면, 생물학적 물질을 조제하기 위해, 수성 액적이 지정된 반응을 받게 할 수도 있다.
수성 액적을 제어하고 소망의 생물학적 물질을 조제하기 위해, 복합 단계가 구현될 수도 있다. 하나의 예로서, DF 기술은, 차세대 염기서열분석(next generation sequencing; NGS)을 위한 단편화된 핵산의 라이브러리를 조제하기 위해 사용될 수도 있다. 지정된 반응을 행한 이후, 액적은, 사용자가 액세스할 수 있는 DF 디바이스 내의 상이한 위치로 수송될 수도 있다. 사용자는, 예를 들면, 피펫(pipettor)을 캐비티 안으로 삽입하고 수용액 및 필러 액체 둘 다를 포함하는 적은 용적(예를 들면, 20㎕)을 취출하는(withdrawing) 것에 의해, 각각의 액적을 제거할 수도 있다. 종종, 수용액은, 액체의 대부분을 형성하는 필러 액체를 갖는 전체 액체 중 일부이다. 예를 들면, 필러 액체의 부피는, 수용액의 부피의 두 배(2X), 열 배(10X), 또는 이십 배(20X)일 수도 있다.
몇몇 애플리케이션의 경우, 수용액이 검정(assay)에서 사용될 수도 있도록 또는 검정 또는 워크플로우의 끝에서 회수될 수도 있도록, 수용액을 필러 액체와 분리하는 것이 필요할 수도 있다. 그러나, 적은 용적의 액체를 다른 액체로부터 신뢰가능하고 효율적인 방식으로 분리하는 것은 도전과제일 수 있다. 수용액 및 필러 액체를 포함하는 액체 혼합물을 분리하기 위한 하나의 종래의 방법은, 혼합물을 웰(well) 안으로 침착시키는(depositing) 것 및 웰을 원심분리기에서 회전시켜 액체를 상이한 층으로 분리하는 것을 포함한다. 필러 액체의 층은 수용액의 층의 상부에 형성될 수도 있다. 필러 액체의 층은 피펫으로 또는 디캔팅(decanting)을 통해 제거될 수도 있다. 특정한 프로토콜의 경우, 이 분리 프로세스는 45분 또는 그 이상이 걸릴 수도 있다. 또한, 프로세스는, 특히 여러 가지 상이한 샘플을 가지고 작업할 때, 성가실 수 있고 예측불가능할 수 있다.
따라서, 공지의 분리 프로세스보다 더 빠른 것, 더 효율적인 것, 또는 더 신뢰가능한 것 중 적어도 하나의 방식으로 두 개 이상의 비혼화성 액체를 분리하는 방법에 대한 필요성이 존재한다.
한 실시형태에서, 필터 표면을 갖는 다공성 멤브레인(porous membrane)을 구비하는 상 분리 디바이스를 제공하는 것을 포함하는 방법이 제공된다. 필터 표면은, 수용 캐비티(receiving cavity)를 형성하는 비평면의 윤곽(non-planar contour)을 갖는다. 방법은 또한, 액체 혼합물을 다공성 멤브레인의 수용 캐비티 안으로 제공하는 것을 포함한다. 액체 혼합물은, 서로에 대해 비혼화성인 극성 액체 및 비극성 액체를 포함한다. 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 필터 표면을 통한 극성 액체의 흐름을 방해하는 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 비극성 액체의 흐름을 허용하는 표면 에너지를 갖는다. 방법은 또한, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 것을 포함한다. 극성 액체는, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라, 수용 캐비티 내에서 액적을 형성한다.
한 실시형태에서, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스가 제공된다. 필터 표면은 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 구비하는데, 여기서 수용 캐비티를 따른 필터 표면은 극성 액체의 흡수를 방해하지만 그러나 비극성 액체의 다공성 멤브레인 안으로의 흡수를 허용한다.
한 실시형태에서, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 구비하는 상 분리 디바이스를 제공하는 것을 포함하는 방법이 제공된다. 필터 표면은, 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 갖는다. 방법은 또한, 액체 혼합물을 다공성 멤브레인의 수용 캐비티 안으로 침착시키는 것을 포함한다. 액체 혼합물은, 서로에 대해 비혼화성인 제1 액체 및 제2 액체를 포함한다. 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 필터 표면을 통한 제1 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 제2 액체의 흐름을 허용하도록 구성된다. 방법은 또한, 제2 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 것을 포함한다. 제1 액체는, 제2 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라, 수용 캐비티 내에서 액적을 형성한다.
한 실시형태에서, 서로에 대해 비혼화성인 극성 액체 및 비극성 액체를 구비하는 액체 혼합물을 조제하도록 구성되는 샘플 조제 시스템을 포함하는 검정 시스템(assay system)이 제공된다. 검정 시스템은 또한, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 구비하는 상 분리 디바이스를 포함할 수도 있다. 필터 표면은, 액체 혼합물을 수용하도록 구성되는 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 갖는다. 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라 극성 액체가 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록, 필터 표면을 통한 극성 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 비극성 액체의 흐름을 허용하도록 구성된다.
한 실시형태에서, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스를 포함하는 검정 시스템이 제공된다. 필터 표면은, 액체 혼합물을 수용하도록 구성되는 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 갖는다. 액체 혼합물은, 서로에 대해 비혼화성인 극성 액체 및 비극성 액체를 구비하는데, 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라 극성 액체가 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록, 필터 표면을 통한 극성 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 비극성 액체의 흐름을 허용하도록 구성된다. 검정 시스템은 또한, 극성 액체의 액적을 활용하여 하나 이상의 검정 프로토콜을 수행하도록 구성되는 분석 시스템을 포함한다.
한 실시형태에서, 서로에 대해 비혼화성인 제1 액체 및 제2 액체를 구비하는 액체 혼합물을 조제하도록 구성되는 샘플 조제 시스템을 포함하는 검정 시스템이 제공된다. 검정 시스템은 또한, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 구비하는 상 분리 디바이스를 포함할 수도 있다. 필터 표면은, 액체 혼합물을 수용하도록 구성되는 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 갖는다. 제2 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라, 제1 액체가 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록, 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 필터 표면을 통한 제1 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 제2 액체의 흐름을 허용하도록 구성된다.
한 실시형태에서, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스를 포함하는 검정 시스템이 제공된다. 필터 표면은, 액체 혼합물을 수용하도록 구성되는 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 갖는다. 액체 혼합물은 서로에 대해 비혼화성인 제1 액체 및 제2 액체를 구비하는데, 제2 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라, 제1 액체가 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록, 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 필터 표면을 통한 제1 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 제2 액체의 흐름을 허용하도록 구성된다. 검정 시스템은 또한, 제1 액체의 액적을 활용하여 하나 이상의 검정 프로토콜을 수행하도록 구성되는 분석 시스템을 포함한다.
도 1은, 실시형태에 따라 형성되는 지정된 반응을 행하도록 구성되는 검정 시스템의 블록도이다.
도 2는, 도 1의 검정 시스템과 함께 사용될 수도 있는 유체 시스템의 평면도를 예시한다.
도 3은 실시형태에 따라 형성되는 유체 시스템의 개략적인 측면도를 예시한다.
도 4는 각각의 표면 상의 액체의 일련의 방울(drop)을 예시한다.
도 5는, 실시형태에 따른 상 분리 디바이스의 사시도이다.
도 6은, 도 5의 라인 6-6을 따라 취해진 상 분리 디바이스의 단면이다.
도 7은 예시적인 수용 캐비티를 예시하는 도 5의 상 분리 디바이스의 확대 단면이다.
도 8은 필터링 또는 분리 프로세스의 제1 스테이지에서의 수용 캐비티의 단면이다.
도 9는 필터링 또는 분리 프로세스의 나중의 제2 스테이지에서의 수용 캐비티의 단면이다.
도 10은 실시형태에 따른 필터 본체(filter body)의 사시도이다.
도 11은 도 10의 라인 11-11을 따라 취해진 필터 본체의 단면이다.
도 12는, 복수의 필터 본체를 포함하는 실시형태에 따른 상 분리 디바이스의 예시이다.
도 13은, 실시형태에 따른 방법을 예시하는 순서도이다.
도 14는, 실시형태에 따른 상 분리 디바이스의 사시도이다.
도 15는 도 14의 상 분리 디바이스의 단면이다.
도 16은, 실시형태에 따른 상 분리 디바이스의 사시도이다.
도 17은 도 16의 상 분리 디바이스의 상부 평면도(top plan view)이다.
도 18은 도 16의 상 분리 디바이스의 하부 평면도(bottom plan view)이다.
도 19는, 도 17의 라인 A-A를 따라 취해진 도 16의 상 분리 디바이스의 단면을 예시한다.
도 20은, 실시형태에 따른 상 분리 디바이스의 사시도이다.
도 21은 도 20의 상 분리 디바이스의 상부 평면도이다.
도 22는, 도 21의 라인 A-A를 따라 취해진 도 20의 상 분리 디바이스의 단면을 예시한다.
도 23는, 실시형태에 따른 상 분리 디바이스의 사시도이다.
도 24는 도 23의 상 분리 디바이스의 하부 평면도이다.
도 25는 도 23의 상 분리 디바이스의 상부 평면도이다.
도 26은, 도 25의 라인 A-A를 따라 취해진 도 16의 상 분리 디바이스의 단면을 예시한다.
도 27은, 실시형태에 따른 상 분리 디바이스의 사시도이다.
도 28은, 도 27의 라인 28-28을 따라 취해진 도 27의 상 분리 디바이스의 단면이다.
도 29는 도 27의 상 분리 디바이스의 평면도이다.
도 30은, 상 분리 디바이스를 포함하는 실시형태에 따라 형성되는 어셈블리의 측면도이다.
도 31은 실시형태에 따라 형성되는 시스템의 개략도이다.
도 32는 도 27의 상 분리 디바이스를 포함하는 실시형태에 따른 어셈블리의 분해도이다.
도 33은 도 32의 완전히 조립된 어셈블리의 사시도이다.
도 34는 실시형태에 따라 형성되는 시스템의 개략도이다.
도 35는 실시형태에 따라 형성되는 시스템의 개략도이다.
본원에서 설명되는 실시형태는, 비혼화성 액체의 분리가 소망되는 다양한 애플리케이션에서 사용될 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 비혼화성 액체 중 적어도 하나는 후속하여 분석되고 및/또는 지정된 물질을 조제하기 위해 사용된다. 예를 들면, 비혼화성 액체는 극성 액체(예를 들면, 수용액) 및 비극성 액체(예를 들면, 오일)를 포함할 수도 있다. 비혼화성 액체는 액체 혼합물 내에서 결합될 수도 있다. 몇몇 경우에, 비혼화성 액체는 하나 이상의 동작, 예컨대 액체 중 하나와의 하나 이상의 지정된 반응을 수행하기 위해 사용될 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 극성 액체는, 사용자에 의해 후속하여 사용되고 및/또는 분석되는 생물학적 물질을 포함한다. 예를 들면, 극성 액체는, 합성에 의한 서열화(sequencing-by-synthesis; SBS)를 위해 사용되는 단편화된 핵산의 라이브러리를 포함할 수도 있다. 단편화된 핵산의 라이브러리는, 라이브러리 조제 프로토콜(library-preparation protocol), 예컨대 미국 특허 공개 공보 제2013/0203606호 및 제2013/0225452호에서 설명되는 하나 이상의 프로토콜을 사용하여 조제될 수도 있는데, 상기 공개 공보의 각각은 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합된다.
본원에서 설명되는 실시형태는 비혼화성 액체를 분리할 수도 있다. 예를 들면, 액체 혼합물은, 다공성 멤브레인에 의해 정의되는 공통 공간(예를 들면, 수용 캐비티) 안으로 제공될 수도 있다. 다공성 멤브레인은, 비혼화성 액체 중 적어도 하나가 다공성 멤브레인을 통해 흐르는 것을 허용하면서, 적어도 하나의 다른 비혼화성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르는 것을 방해할 수도 있다. 나머지 액체는 공통 공간 내에 고일(pool) 수도 있다. 나머지 액체가 극성 액체를 포함하면, 분자간의 힘, 예컨대 수소 결합 및 반 데르 발스(Van der Waals) 상호 작용에 의해 생성되는 힘은, 극성 액체의 분자로 하여금, 더 큰 부피(예를 들면, 액적)로 모이게 또는 결합하게 할 수도 있다. 그 다음, 극성 액체의 더 큰 부피는 제거될 수도 있고 다른 동작을 위해 사용될 수도 있다. 몇몇 경우에서, 다공성 멤브레인의 표면은 성형될(shaped) 수도 있고 및/또는 극성 액체로 하여금 공통 공간 내에서 방울지게 하도록(bead) 하는 소정의 속성(property)을 가질 수도 있다. 방울(bead)은, 위치 결정하기에 그리고 방울 모양이 되지 않는 액체에 비해 제거하기에 더 용이한 지정된 부피의 극성 액체를 제공할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "액체"는, 상대적으로 압축불가능한 물질이며, 물질을 유지하는 표면 또는 컨테이너의 형상을 실질적으로 따르는 그리고 흐르는 능력을 갖는다. 액체는 수성 기반일 수도 있고 액체를 모이게 유지하는 표면 장력을 나타내는 극성 분자를 포함할 수도 있다. 액체는 또한, 예컨대 오일 기반의 또는 비수성(non-aqueous) 물질에 비극성 분자를 포함할 수도 있다. 본 출원에서의 액체에 대한 언급은, 두 개 이상의 액체의 조합으로부터 형성된 액체를 포함할 수도 있다는 것이 이해된다. 예를 들면, 별개의 혼합가능한 용액이 단일의 액체 안으로 결합될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "비혼화성"은, 실질적으로 서로 용해불가능한 또는 미리 결정된 조건에서 동질성 액체(homogeneous liquid)를 형성하도록 서로 혼합될 수 없는 액체를 설명하기 위해 사용된다. 미리 결정된 조건은, 15℃ 내지 30℃ 사이 그리고 약 1.0 atm과 같은 주변 조건일 수도 있다. 그러나, 상이한 액체의 분리를 용이하게 하기 위해, 다른 조건이 제공될 수도 있다. 제한된 공간에서 함께 결합되는 경우, 비혼화성 유체는 적어도 두 개의 상(phase)으로 분리될 수도 있는데, 각각의 상은, 단일 유체의 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 99.0%, 또는 적어도 99.5%를 포함한다. 또한, 용어 "비혼화성"은, 시간의 연장된 기간에 걸쳐 별개의 유체 상(fluid phase)으로 남아 있지만 결국에는 혼합될 수도 있는 액체를 포괄하도록 의도된다. 예를 들면, 비혼화성 유체는, 적어도 10분 동안, 적어도 20분 동안, 또는 적어도 30분 동안, 본질적으로 별개의 유체 상으로 남아 있을 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 비혼화성 유체는, 적어도 한 시간 동안, 적어도 열 두 시간 동안, 또는 적어도 스물 네 시간 동안, 본질적으로 별개의 유체 상으로 남아 있을 수도 있다. 비혼화성 액체는, 하나의 유체 상이 다른 유체 상의 위 또는 아래에 통상적으로 형성되도록, 상이한 밀도를 가질 수도 있다. 예를 들면, 몇몇 실시형태에서, 비극성 액체는 극성 액체 위로 상승할 수도 있다. 비혼화성 액체는 혼합하여 에멀전과 같은 이질성 액체(heterogeneous liquid)를 형성할 수도 있다.
액체의 액적을 비롯한 액체는 다양한 실시형태에서 상이한 힘을 경험할 수도 있다. 이러한 힘은 응집력(cohesive force)(즉, 액체의 유사한 분자 간의 인력(attractive force)) 및 접착력(adhesive force)(즉, 액체의 분자와 액체를 둘러싸는 고체 표면 또는 증기(vapor) 사이의 인력)을 포함할 수도 있다. 응집력 및 접착력은, 예를 들면, 액체-증기 계면 및 액체-고체 계면을 따라 위치되는 분자 및 원자의 상호 작용으로부터 발생한다. 본원에서 설명되는 실시형태에서 액체의 흐름에 영향을 주는 다른 힘은, 주목 액체(liquid-of-interest)뿐만 아니라 다른 물질에 의해서도 경험되는 중력(gravity)(또는 중력의 힘(gravitational force))이다. 본원에서 설명되는 실시형태는, 액체(들)가 후속하는 태스크 또는 동작에서 사용될 수도 있도록 비혼화성 액체를 분리하기 위해 그리고 액체 중 적어도 하나를 효과적으로 격리하기 위해, 이들 힘을 활용할 수도 있다.
액체는, 액체와 접촉하는 표면의 속성에 기초하여 상이한 습윤(wetting) 특성(characteristic) 또는 속성을 가질 수도 있다. 더 구체적으로는, 액체의 액적은, 액체 및 고체 표면의 속성에 기초하는 접촉각(contact angle)을 가질 수도 있다. 접촉각은, 액적 및 액적이 놓여 있는 대응하는 고체 표면에 접하는 두 개의 평면의 교선에 의해 형성되는 각도이다. 접촉각은 표면에 대한 액체의 습윤 능력(wetting ability)을 나타낸다. 습윤은, 고체 표면을 따라 확산하는 액체의 능력이다. 액체에 의한 고체 표면의 습윤은, 두 상 사이의 계면을 따른 분자의 분자간 상호 작용에 의해 제어된다. 접착력이 응집력보다 상대적으로 더 크면, 표면에 대한 액체의 습윤은 더 크다(즉, 접촉각이 상대적으로 작을 것이다). 응집력이 접착력보다 상대적으로 더 크면, 표면에 대한 액체의 습윤은 더 작다(즉, 접촉각이 상대적으로 클 것이다). 접촉각이 큰 경우, 액체는 표면을 따라 방울을 형성하는 것처럼 보인다.
액체에서의 표면 장력은 액체의 응집력에 의해 야기되며, 그 자체로, 접촉각에 영향을 줄 수 있다. 표면 장력이 증가함에 따라, 액체가 자신의 표면적을 감소시키는(즉, 방울지게 되는(bead up)) 능력도 또한 증가한다. 그러나, 고체의 표면은 표면 에너지를 갖는 것으로 특성 묘사될 수도 있다. 고체의 표면 에너지가 증가함에 따라, 액체와 상호 작용하는 고체의 능력도 또한 증가한다(즉, 접촉각이 감소한다). 예로서, 낮은 표면 장력의 액체가 높은 표면 에너지의 고체 상에 놓이는 경우, 액체는 표면을 가로질러 확산하고 작은 접촉각을 갖는다. 액체가 높은 표면 장력을 가지며 낮은 표면 에너지의 표면 상에 놓이는 경우, 액체는 표면 상에 방울을 형성할 수도 있고 높은 접촉각을 가질 수도 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 수용 캐비티 내에서의 액체의 방울화(beading)는, 부분적으로, 액체의 표면 장력 및 액체를 유지하는 고체 표면의 표면 에너지에 기초할 수도 있다.
마찬가지로, 다공성 멤브레인 안으로 흐르는 액체의 능력은, 주로, (a) 액체의 표면 장력(또는 그 결핍); (b) 고체 표면의 표면 에너지; (c) 다공성 멤브레인의 평균 공극(pore) 사이즈; 및 (d) 다공성 멤브레인의 공극률(porosity) 중 적어도 하나에 의해 결정될 수도 있다. 예를 들면, 다공성 멤브레인은, 액체 중 하나(예를 들면, 비극성 액체)가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하면서, 다른 액체(예를 들면, 극성 액체)가 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록 총괄적으로 동작하는, 표면 에너지, 공극률, 및 평균 공극 사이즈를 가질 수도 있다. 고체 표면의 형상은 또한, 하나의 액체의 흐름 및/또는 다른 액체의 액적 형성을 용이하게 할 수도 있다. 따라서, 본원에서 설명되는 실시형태는, 액체의 흐름을 제어하기 위해, 액체의 고유의 속성(예를 들면, 표면 장력), 액체와 접촉하는 고체 표면의 고유의 속성(예를 들면, 표면 에너지), 및 고체 표면의 형상을 활용할 수도 있다. 총괄적으로, 이들 파라미터는, 하나의 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용할 수도 있지만 다공성 멤브레인 안으로의 다른 액체의 흐름을 방해할 수도 있고, 선택적으로는, 다른 액체의 방울화를 용이하게 할 수도 있다.
접촉각 또는 고체에 대한 액체의 습윤 및 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어가는지의 여부에 다른 인자가 영향을 끼칠 수도 있다는 것을 유의한다. 예를 들면, 액체의 순도(purity) 또는 계면활성제가 사용되는지의 여부가 액체의 표면 장력 및 고체-액체 계면을 따른 분자 상호 작용에 영향을 끼칠 수도 있다. 고체(예를 들면, 다공성 멤브레인)의 순도 또는 코팅이 고체 표면 상에 배치되는지의 여부가 고체의 표면 에너지에 영향을 끼칠 수도 있다. 또한, 환경의 온도, 주변 기체의 조성, 및 표면의 거칠기 또는 평활도(smoothness) 모두가 액체와 고체 표면 사이의 상호 작용에 영향을 끼칠 수도 있다. 상기에서 논의되는 개념은, 『Surfaces, Interfaces, and Colloids: Principles and Applications, Second Edition, Drew Meyers, 1999, John Wiley & Sons, Inc.』에서 그리고 『Contact Angle, Wettability, and Adhesion, edited by Robert F. Gould (1964)』에서 더 상세히 설명되는데, 이들 양자는 참조에 의해 본원에 통합된다.
소정의 실시형태는 DF 기술을 활용할 수도 있는데, DF 기술은 또한 디지털 마이크로유체공학(digital microfluidics; DMF) 또는 유전체 상에서의 전기습윤(electrowetting-on-dielectric; EWOD)으로 칭해질 수도 있다. 그러나, 본원에서 설명되는 실시형태는 DF 애플리케이션으로 제한되지 않으며 비혼화성 액체를 사용하는 다른 시스템에서 사용될 수도 있다. 실시형태는, 하나 이상의 액체가 검정 시스템의 다른 위치로 사람에 의해 수동으로 이송되고(carried) 및/또는 머신에 의해 자동적으로 이송되는 분산형 검정 시스템을 포함할 수도 있다. 실시형태는 또한, 본질적으로 닫힌 시스템(closed system), 예를 들면, 랩 온 칩(lab-on-chip; LOC) 디바이스 또는 마이크로 전자기계 시스템(micro-electro-mechanical systems; MEMS) 디바이스인 검정 시스템을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 1회 사용 후 폐기가능한 디바이스(single-use disposable device), 예컨대 현장 진단용(point-of-care; POC) 디바이스일 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "지정된 반응"은, 화학적, 전기적, 물리적, 또는 광학적 속성(또는 품질) 중 적어도 하나에서의 변화를 포함한다. 더 일반적으로는, 지정된 반응은 화학적 변환(chemical transformation), 화학적 변화(chemical change), 또는 화학적 상호 작용(chemical interaction)일 수도 있다. 예시적인 반응은, 환원, 산화, 첨가, 제거, 재배열, 에스터화, 아마이드화, 에터화, 고리화, 또는 치환과 같은 화학적 반응; 제1 화학 물질(chemical)이 제2 화학물에 결합하는 결합 상호 작용; 두 개 이상의 화학 물질이 서로 분리되는 해리 반응; 형광(fluorescence); 발광; 생물 발광; 화학 발광; 및 핵산 복제, 핵산 증폭, 핵산 혼성화, 핵산 결찰(ligation), 인산화반응, 효소 촉매작용, 수용체 결합, 또는 리간드 결합과 같은 생물학적 반응을 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.
지정된 반응은, 검정 프로토콜에서의 후속하는 활용 및/또는 후속하는 분석을 위한 생물학적 물질을 조제할 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 지정된 반응은 핵산 단편의 라이브러리를 조제할 수도 있다. DF 기술을 사용한 생물학적 샘플의 조제를 설명하는 문헌은, 미국 특허 공개 공보 제2013/0203606호; 제2013/0225452호; 제2010/0291578호; 제2013/0164742호; 제2013/0092539호; 제2013/0178374호; 제2013/0225450호; 제2007/0275415호; 및 제2013/0092539호를 포함하는데, 이들 공보의 각각은 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합된다.
몇몇 실시형태에서, 지정된 반응은, 피분석물(analyte)로의 형광적으로 라벨링된 분자의 통합을 포함한다. 피분석물은 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide)일 수도 있고 형광적으로 라벨링된 분자는 뉴클레오타이드(nucleotide)일 수도 있다. 지정된 반응은, 라벨링된 뉴클레오타이드를 구비하는 올리고뉴클레오타이드를 향해 여기 광이 지향될 때 검출될 수도 있고, 형광단(fluorophore)은 검출가능한 형광 신호를 방출한다. 대안적인 실시형태에서, 검출된 형광은 화학 발광 또는 생물 발광의 결과이다. 지정된 반응은 또한, 예를 들면, 도너 형광단을 억셉터 형광단 근처로 가져가는 것에 의해, 형광(또는 푀르스트(
Figure pct00001
)) 공진 에너지 전달(fluorescence resonance energy transfer; FRET)을 증가시킬 수도 있거나, 도너 및 억셉터 형광단을 분리하는 것에 의해 FRET를 감소시킬 수도 있거나, 형광단으로부터 소광제(quencher)를 분리하는 것에 의해 형광을 증가시킬 수도 있거나 또는 소광제 및 형광단을 병치시키는(co-locating) 것에 의해 형광을 감소시킬 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "고정된(immobilized)"은, 생체 분자(biomolecule) 또는 생화학적 물질(biochemical substance)에 대해 사용될 때, 생체 분자 또는 생화학적 물질을 분자 레벨에서 표면에 실질적으로 부착시키는 것을 포함한다. 예를 들면, 생체 분자 또는 생화학적 물질은, 비공유 상호 작용(예를 들면, 정전기력, 반 데르 발스, 및 소수성 계면(hydrophobic interface)의 탈수화)을 포함하는 흡수 기술 및 작용기 또는 링커가 생체 분자를 표면에 부착시키는 것을 용이하게 하는 공유 결합 기술을 사용하여 기질 재료의 표면에 고정될 수도 있다. 생체 분자 또는 생화학적 물질을 기질 재료의 표면에 고정시키는 것은, 기질 표면의 속성, 생체 분자 또는 생화학적 물질을 이송하는 액체 매체 및 생체 분자 또는 생화학적 물질 그 자체의 속성에 기초할 수도 있다. 몇몇 경우에, 생체 분자(또는 생물학적 또는 화학적 물질)를 기질 표면에 고정시키는 것을 용이하게 하기 위해, 기질 표면이 기능화될 수도 있다(예를 들면, 화학적으로 또는 물리적으로 개질될 수도 있다). 기질 표면은, 먼저, 표면에 결합된 작용기를 가지도록 개질될 수도 있다. 그 다음, 작용기는, 생체 분자 또는 생물학적 또는 화학적 물질에 결합하여, 생체 분자 또는 생물학적 또는 화학적 물질 상에 자신을 고정시킬 수도 있다. 물질은, 예를 들면, 미국 특허 제8,563,477호; 미국 특허 공개 공보 제2011/0059865 A1호 또는 미국 특허 공개 공보 제2014/0079923 A1호에서 설명되는 바와 같이, 겔(gel)을 통해 표면에 고정될 수 있는데, 이들 문헌의 각각은 참조에 의해 본원에 통합된다.
몇몇 실시형태에서, 핵산은 표면에 부착될 수 있고 브리지 증폭(bridge amplification)을 사용하여 증폭될 수 있다. 유용한 브리지 증폭 방법은, 예를 들면, 미국 특허 제5,641,658호; WO 07/010251호, 미국 특허 제6,090,592호; 미국 특허 공개 공보 제2002/0055100 A1호; 미국 특허 제7,115,400호; 미국 특허 공개 공보 제2004/0096853 A1호; 미국 특허 공개 공보 제2004/0002090 A1호; 미국 특허 공개 공보 제2007/0128624 A1호; 및 미국 특허 공개 공보 제2008/0009420 A1호에서 설명되는데, 이들 문헌 각각은 그 전체가 본원에 통합된다. 표면 상의 핵산을 증폭시키기 위한 다른 유용한 방법은, 예를 들면, 하기에서 더 상세히 설명되는 방법을 사용하는 롤링 써클 증폭(rolling circle amplification; RCA)이다. 몇몇 실시형태에서, 핵산은 표면에 부착될 수 있고 하나 이상의 프라이머 쌍을 사용하여 증폭될 수 있다. 예를 들면, 프라이머 중 하나는 용액 중에 있을 수 있고 다른 프라이머는 표면 상에 고정될 수 있다(예를 들면, 5'-부착). 예로서, 핵산 분자는 표면 상의 프라이머 중 하나로 혼성화하고 후속하여 고정된 프라이머를 신장하여 핵산의 제1 카피(copy)를 생성할 수 있다. 그 다음, 핵산의 제1 카피를 템플릿으로서 사용하여 신장될 수 있는 용액 중의 프라이머는, 핵산의 제1 카피로 혼성화한다. 선택적으로, 핵산의 제1 카피가 생성된 이후, 원래의 핵산 분자는 표면 상의 제2 고정된 프라이머로 혼성화할 수 있고 용액 중의 프라이머가 신장되는 것과 동시에 또는 신장된 이후에 신장될 수 있다. 임의의 실시형태에서, 고정된 프라이머 및 용액 중의 프라이머를 사용한 신장(예를 들면, 증폭)의 반복된 라운드는 핵산의 다수의 카피를 제공한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "액적"은, 액체(들)의 고유의 속성(예를 들면, 응집력), 액체(들)와 접촉하는 표면의 형상, 또는 액체(들)와 접촉하는 표면의 속성 중 적어도 하나에 의해 정의되는 삼차원 형상을 갖는 상대적으로 적은 부피의 액체(또는 액체들)(예를 들면, 1 ml 미만)를 포함한다. 액적은, 곡면의 윤곽을 갖는 외부 표면(external surface)을 가질 수도 있다. 예를 들면, 외부 표면은 볼록한 형상을 가질 수도 있다.
몇몇 상황에서, 액적은 다른 액체에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수도 있다. 예를 들면, 액적은 DF 디바이스 내에서 필러 액체에 의해 완전히 둘러싸일 수도 있거나 또는 필러 액체 및 DF 디바이스의 하나 이상의 표면에 의해 한정될 수도 있다. 다른 예로서, 액적은, 필러 액체, DF 디바이스의 하나 이상의 표면, 및/또는 대기에 의해 한정될 수도 있다. 또 다른 예로서, 액적은 필러 액체 및 대기에 의해 한정될 수도 있다. 액적은, 예를 들면, 수성 또는 비수성일 수도 있거나 또는 수성 및 비수성 성분을 포함하는 혼합물 또는 에멀전일 수도 있다. 액적은 아주 다양한 형상을 취할 수도 있다. 비제한적인 예는, 일반적으로 디스크 형상인 것, 슬러그 형상인 것(slug shaped), 잘린 구체, 타원, 구체, 부분적으로 편평한 구체, 반구, 난형체(ovoid), 원통형, 이들의 조합, 및 병합 또는 분할과 같은 액적 조작(droplet operation) 동안 형성되는 또는 액적 액추에이터의 하나 이상의 표면과의 이러한 형상의 접촉의 결과로서 형성되는 다양한 형상을 포함한다.
다양한 실시형태에서, 액적은 생물학적 샘플, 예컨대 전혈(whole blood), 림프액(lymphatic fluid), 혈청(serum), 혈장(plasma), 땀(sweat), 눈물(tear), 타액(saliva), 객담(sputum), 뇌척수액(cerebrospinal fluid), 양수(amniotic fluid), 정액(seminal fluid), 질 분비물(vaginal excretion), 장액(serous fluid), 윤활액(synovial fluid), 심장막액(pericardial fluid), 복막액(peritoneal fluid), 흉수(pleural fluid), 여출액(transudates), 삼출액(exudates), 낭액(cystic fluid), 담즙(bile), 소변(urine), 위액(gastric fluid), 장액(intestinal fluid), 대변 샘플(fecal sample), 단일의 또는 다수의 세포를 포함하는 액체, 세포소기관(organelle)을 포함하는 액체, 유동화된 조직(fluidized tissue), 유동화된 유기체(fluidized organism), 다세포 유기체를 포함하는 액체, 생물학적 면봉(biological swab) 및 생물학적 세정액(biological wash)을 포함할 수도 있다. 또한, 액적은, 물, 탈이온수, 생리식염수, 산성 용액, 염기성 용액, 청정액 및/또는 완충액과 같은 시약을 포함할 수도 있다. 액적은 다음을 포함할 수 있다: DNA, 지놈(genomic) DNA, RNA, mRNA 또는 이들의 유사체(analog)와 같은 핵산; 데옥시리보뉴클레오타이드(deoxyribonucleotide), 리보뉴클레오타이드(ribonucleotide) 또는 이들의 유사체 예컨대 Bentley 등의 네이처(Nature)지 456:53-59 (2008); 2013년 9월 12일자로 공개된 발명의 명칭이 "Improved Methods of Nucleic Acid Sequencing"인 Gormley 등의 국제 특허 공개 제WO/2013/131962호; 2006년 6월 6일자로 발행된 발명의 명칭이 "Labelled Nucleotides"인 Barnes 등의 미국 특허 제7,057,026호; 2008년 4월 10일자로 공개된 발명의 명칭이 "Compositions and Methods for Nucleotide Sequencing"인 Kozlov 등의 국제 특허 공개 제WO/2008/042067호; 2013년 8월 15일자로 공개된 발명의 명칭이 "Targeted Enrichment and Amplification of Nucleic Acids on a Support"인 Rigatti 등의 국제 특허 공개 제WO/2013/117595호; 2008년 2월 12일자로 발행된 발명의 명칭이 "Methods for Real-Time Single Molecule Sequence Fetermination"인 Hardin 등의 미국 특허 제7,329,492호; 2007년 5월 1일자로 발행된 발명의 명칭이 "Enzymatic Nucleic Acid Synthesis: Compositions and Methods for Altering Monomer Incorporation Fidelity"인 Hardin 등의 미국 특허 제7,211,414호; 2008년 1월 1일자로 발행된 발명의 명칭이 "Arrays of Optical Confinements and Uses Thereof"인 Turner 등의 미국 특허 제7,315,019호; 2008년 7월 29일자로 발행된 발명의 명칭이 "Fluorescent Nucleotide Analogs and Uses Therefor"인 Xu 등의 미국 특허 제7,405,281호; 및 2008년 5월 8일자로 공개된 발명의 명칭이 "Polymerase Enzymes and Reagents for Enhanced Nucleic Acid Sequencing"인 Rank 등의 미국 특허 공개 제20080108082호(이들 전체 개시는 참조에 의해 본원에 통합됨)에서 설명되는 것과 같은 터미네이터 일부를 갖는 유사체와 같은 뉴클레오타이드; 폴리메라아제(polymerase), 리가아제(ligase), 재조합효소(recombinase), 또는 트랜스포사제(transposase)와 같은 효소; 항체, 에피토프(epitope), 스트렙타아비딘(streptavidin), 아비딘(avidin), 비오틴(biotin), 렉틴(lectin) 또는 탄수화물과 같은 결합 파트너(binding partner); 또는 다른 생화학적으로 활성의 분자. 액적 내용물의 다른 예는, 핵산 증폭 프로토콜, 친화도 기반의 검정 프로토콜, 효소 검정 프로토콜, 서열화 프로토콜, 및/또는 생물학적 유체의 분석을 위한 프로토콜과 같은 생화학적 프로토콜에 대한 시약과 같은 시약을 포함한다. 액적은 하나 이상의 기판 방울(bead)을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "액적 액추에이터"는, 액적을 조작할 수 있는 디바이스, 시스템, 또는 어셈블리를 의미한다. 하나 이상의 실시형태에서, 액적은 전기습윤 중재 조작을 사용하여 조작된다. 액적 액추에이터의 예에 대해서는, 다음을 참조한다: 2005년 6월 28일자로 발행된 발명의 명칭이 "Apparatus for Manipulating Droplets by Electrowetting-Based Techniques"인 Pamula 등의 미국 특허 제6,911,132호; 2006년 8월 31일자로 공개된 발명의 명칭이 "Apparatuses and Methods for Manipulating Droplets on a Printed Circuit Board"인 Pamula 등의 미국 특허 공개 제20060194331호; 2007년 10월 25일자로 공개된 발명의 명칭이 "Droplet-Based Biochemistry"인 Pollack 등의 국제 특허 공개 제WO/2007/120241호; 2004년 8월 10일자로 발행된 발명의 명칭이 "Electrostatic Actuators for Fluidics and Methods for Using Same"인 Shenderov의 미국 특허 제6,773,566호; 2003년 5월 20일자로 발행된 발명의 명칭이 "Actuators for Fluidics Without Moving Parts"인 Shenderov의 미국 특허 제6,565,727호; 2003년 11월 6일자로 공개된 발명의 명칭이 "Electrowetting-driven Micropumping"인 Kim 등의 미국 특허 공개 제20030205632호; 2006년 7월 27일자로 공개된 발명의 명칭이 "Method and Apparatus for Promoting the Complete Transfer of Liquid Drops from a Nozzle"인 미국 특허 공개 제20060164490호; 2007년 2월 1일자로 공개된 발명의 명칭이 "Small Object Moving on Printed Circuit Board"인 Kim 등의 미국 특허 공개 제20070023292호; 2009년 11월 19일자로 공개된 발명의 명칭이 "Method for Using Magnetic Particles in Droplet Fluidics"인 Shah 등의 미국 특허 공개 제20090283407호; 2010년 4월 22일자로 공개된 발명의 명칭이 "Method and Apparatus for Real-time Feedback Control of Electrical Manipulation of Droplets on Chip"인 Kim 등의 미국 특허 공개 제20100096266호; 2009년 6월 16일자로 발행된 발명의 명칭이 "Droplet Transportation Devices and Methods Having a Liquid Surface"인 Velev의 미국 특허 제7,547,380호; 2007년 1월 16일자로 발행된 발명의 명칭이 "Method, Apparatus and Article for Fluidic Control via Electrowetting, for Chemical, Biochemical and Biological Assays and the Like"인 Sterling 등의 미국 특허 제7,163,612호; 2010년 1월 5일자로 발행된 발명의 명칭이 "Method and Apparatus for Programmable Fluidic Processing"인 Becker 등의 미국 특허 제7,641,779호; 2005년 12월 20일자로 발행된 발명의 명칭이 "Method and Apparatus for Programmable Fluidic Processing"인 Becker 등의 미국 특허 제6,977,033호; 2008년 2월 12일자로 발행된 발명의 명칭이 "System for Manipulation of a Body of Fluid"인 Decre 등의 미국 특허 제7,328,979호; 2006년 2월 23일자로 공개된 발명의 명칭이 "Chemical Analysis Apparatus"인 Yamakawa 등의 미국 특허 공개 제20060039823호; 2008년 12월 31일자로 공개된 발명의 명칭이 "Digital Fluidics Based Apparatus for Heat-exchanging Chemical Processes"인 Wu의 국제 특허 공개 제WO/2009/003184호; 2009년 7월 30일자로 공개된 발명의 명칭이 "Electrode Addressing Method"인 Fouillet 등의 미국 특허 공개 제20090192044호; 2006년 5월 30일자로 발행된 발명의 명칭이 "Device for Displacement of Small Liquid Volumes Along a Micro-catenary Line by Electrostatic Forces"인 Fouillet 등의 미국 특허 제7,052,244호; 2008년 5월 29일자로 공개된 발명의 명칭이 "Droplet Microreactor"인 Marchand 등의 미국 특허 공개 제20080124252호; 2009년 12월 31일자로 공개된 발명의 명칭이 "Liquid Transfer Device"인 Adachi 등의 미국 특허 공개 제20090321262호; 2005년 8월 18일자로 공개된 발명의 명칭이 "Device for Controlling the Displacement of a Drop Between Two or Several Solid Substrates"인 Roux 등의 미국 특허 공개 제20050179746호; 및 Dhindsa 등의 "Virtual Electrowetting Channels: Electronic Liquid Transport with Continuous Channel Functionality", Lab Chip, 10:832-836 (2010). 상기 참조문헌의 각각은 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합된다.
소정의 액적 액추에이터는, 사이에 액적 조작 갭(droplet-operations gap)을 가지고 정렬되는 하나 이상의 기판 및 하나 이상의 기판과 관련되며(예를 들면, 하나 이상의 기판 상에 정렬되는, 하나 이상의 기판에 부착되는, 및/또는 하나 이상의 기판에 임베딩되는) 하나 이상의 액적 조작을 행하도록 정렬되는 전극을 포함할 것이다. 예를 들면, 소정의 액적 액추에이터는, 베이스(또는 하부(bottom)) 기판, 기판과 관련되는 전극, 기판 및/또는 전극 최상부에 있는(atop) 하나 이상의 유전체 층, 및, 선택적으로는, 기판, 유전체층 및/또는 전극 최상부에 있는, 액적 조작 표면을 형성하는 소수성 층을 포함할 것이다. 액적 조작 갭으로 칭해질 수도 있는 갭에 의해 액적 조작 표면으로부터 분리되는 상부 기판이 또한 제공될 수도 있다. 상부 및/또는 하부 기판 상에서의 다양한 전극 배열은, 상기에서 참조되는 통합된 특허 및 출원에서 논의되어 있다.
액적 조작 동안, 액적은 접지 또는 기준 전극과 연속적으로 접촉한 또는 빈번하게 접촉한 상태로 유지될 수도 있다. 접지 또는 기준 전극은, 갭과 대향하는 상부 기판 또는 갭과 대향하는 하부 기판과 관련될 수도 있거나, 또는 전극은 갭 안에 위치될 수도 있다. 전극이 양 기판에 제공되는 경우, 전극을 제어 또는 모니터링하기 위한 액추에이터 기기에 전극을 결합하기 위한 전기적 접촉은 하나의 또는 양 기판과 관련될 수도 있다. 몇몇 경우에, 단지 하나의 기판만이 액적 액추에이터와 접촉한 상태가 되도록, 하나의 기판 상의 전극이 다른 기판에 전기적으로 결합된다. 하나의 실시형태에서, 도전성 재료(예를 들면, 에폭시, 예컨대, 미국 뉴저지 해컨색(Hackensack)의 Master Bond, Inc.으로부터 입수 가능한 MASTER BOND(상표명) Polymer System EP79)는 하나의 기판 상의 전극과 다른 기판 상의 전기적 경로 사이에 전기적 연결을 제공하는데, 예를 들면, 상부 기판 상의 접지 전극은 이러한 도전성 재료에 의해 하부 기판 상의 전기적 경로에 결합될 수도 있다. 다수의 기판이 사용되는 경우, 기판 사이에 스페이서가 제공되어 그들 사이의 갭의 높이를 결정하고 액추에이터 상의 분배 저장소(on-actuator dispensing reservoir)를 정의할 수도 있다. 스페이서 높이는, 예를 들면, 적어도 약 5㎛, 100㎛, 200㎛, 250㎛, 275㎛ 또는 그 이상일 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 스페이서 높이는 기껏해야 약 600㎛, 400㎛, 350㎛, 300㎛ 또는 그 이하일 수도 있다. 스페이서는, 예를 들면, 상부 또는 하부 기판으로부터의 돌출부, 및/또는 상부 및 하부 기판 사이에 삽입되는 재료의 층으로 형성될 수도 있다.
액체가 액적 조작 갭 안으로 전달될 수도 있게 하는 또는 액적 조작 갭으로부터 제거될 수도 있게 하는 액체 경로를 형성하기 위해, 하나 이상의 기판에 하나 이상의 개구 또는 포트가 제공될 수도 있다. 하나 이상의 개구는 몇몇 경우에 하나 이상의 전극과의 상호 작용을 위해 정렬될 수도 있는데, 예를 들면, 개구를 통해 흐르는 액체가 하나 이상의 액적 조작 전극과 충분히 근접하게 되어, 액체를 사용하여 액적 조작 전극에 의해 액적 조작이 달성되는 것을 허용하도록 정렬될 수도 있다. 개구는 액체의 저장소가 수용될 수도 있는 수용 캐비티에 대한 액세스를 제공할 수도 있다. 액적 조작 전극은 액체를 제어하기 위한 수용 캐비티와 관련될 수도 있다.
베이스(또는 하부) 및 상부 기판은 몇몇 경우에 하나의 일체형 컴포넌트로서 형성될 수도 있다. 하나 이상의 기준 전극은 베이스(또는 하부) 및/또는 상부 기판 상에 및/또는 갭 안에 제공될 수도 있다. 기준 전극 배열의 예는, 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합되는 상기 언급된 특허 및 특허 출원에서 제공된다.
다양한 실시형태에서, 액적 액추에이터에 의한 액적의 조작은 전극에 의해 중재될 수도 있는데, 예를 들면, 전기습윤에 의해 중재될 수도 있거나 또는 유전 영동(dielectrophoresis)에 의해 중재될 수도 있거나 또는 쿨롱 힘에 의해 중재될 수도 있다. 그러나, 본원에서 설명되는 실시형태는, 전극 중재 동작을 통해 제어되는 액적으로 제한되지는 않는다. 액적 조작을 제어하기 위한 다른 기술의 예는, 유체역학적 유체 압력을 유도하는 디바이스, 예컨대 기계적 원리(예를 들면, 외부 실린지 펌프, 공기식 멤브레인 펌프, 진동 멤브레인 펌프, 진공 디바이스, 원심력, 압전/초음파 펌프 및 음향 힘(acoustic force)); 전기적 또는 자기적 원리(예를 들면, 전기삼투 유동(electroosmotic flow), 동전기 펌프(electrokinetic pump), 페로플루이드 플러그(ferrofluidic plug), 전기유체역학적 펌프(electrohydrodynamic pump), 자기력을 사용한 인력 또는 척력 및 자기유체역학적 펌프(magnetohydrodynamic pump)); 열역학적 원리(예를 들면, 가스 버블 발생/상 변화 유도 부피 팽창); 다른 종류의 표면 습윤 원리(예를 들면, 전기습윤, 및 옵토전기습윤뿐만 아니라, 화학적으로, 열적으로, 구조적으로 그리고 방사능적으로 유도된 표면 장력 그래디언트); 중력; 표면 장력(예를 들면, 모세관 작용); 정전기력(예를 들면, 전기삼투 유동); 원심력 흐름(콤팩트 디스크 상에 배치되며 회전되는 기판); 자기력(예를 들면, 발진하는 이온이 흐름을 야기함); 자기유체역학적 힘; 및 진공 또는 압력 차이 기반으로 동작하는 디바이스를 사용하는 것을 포함할 수도 있다. 소정의 실시형태에서, 본 개시의 액적 액추에이터에서 액적 조작을 행하기 위해, 상기 기술 중 두 개 이상의 조합이 활용될 수도 있다. 마찬가지로, 액체를, 예를 들면, 다른 디바이스의 저장소로부터 또는 액적 액추에이터의 외부 저장소로부터 액적 조작 갭 안으로 전달하기 위해, 상기의 것 중 하나 이상이 사용될 수도 있다(예를 들면, 액적 액추에이터 기판과 관련되는 저장소 및 저장소로부터 액적 조작 갭 안으로의 흐름 경로).
소정의 액적 액추에이터의 액적 조작 표면은 소수성 재료로 만들어질 수도 있거나 또는 이들을 소수성으로 만들도록 코팅될 수도 있거나 또는 처리될 수도 있다. 예를 들면, 몇몇 경우에, 액적 조작 표면 중 몇몇 부분 또는 전체는, 예를 들면, 중합성 단량체 또는 용액에서 폴리 플루오르화 화합물 또는 퍼 플루오르화 화합물과 같은 화합물을 사용한 인시튜 합성을 사용하는 것에 의해 또는 침착에 의해, 낮은 표면 에너지의 재료 또는 화학 물질로 유도체화될 수도 있다. 예는, TEFLON(등록상표) AF(독일 윌밍톤(Wilmington)의 DuPont으로부터 입수 가능함), 사이톱(cytop) 계열 재료의 멤버, FLUOROPEL(등록상표) 계열의 소수성 또는 초소수성 코팅의 코팅(미국 메릴랜드 벨츠빌(Beltsville)의 Cytonix Corporation으로부터 입수 가능함), 실란 코팅, 플루오로실란 코팅, 소수성 포스포네이트 유도체(hydrophobic phosphonate derivative)(예를 들면, Aculon, Inc에 의해 판매되는 것), 및 NOVEC(상표명) 전자 코팅(미국 미네소타 세인트 폴(St. Paul)의 3M Company로부터 입수 가능함), 플라즈마 강화 화학증기증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD)용의 다른 플루오르화 단량체, 및 PECVD용의 오르가노실록산(예를 들면, SiOC)을 포함한다. 몇몇 경우에, 액적 조작 표면은, 약 10㎚에서부터 약 1,000㎚까지의 범위에 이르는 두께를 갖는 소수성 코팅을 포함할 수도 있다. 또한, 몇몇 실시형태에서, 액적 액추에이터의 상부 기판은 전기적으로 도전성인 유기 폴리머를 포함하는데, 전기적으로 도전성인 유기 폴리머는, 그 다음, 소수성 코팅으로 코팅되거나 또는 다르게는 액적 조작 표면을 소수성으로 만들도록 처리된다. 예를 들면, 플라스틱 기판 상으로 침착되는 전기적으로 도전성인 유기 폴리머는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 폴리(스타이렌설포네이트) (PEDOT:PSS)일 수도 있다. 전기적으로 도전성인 유기 폴리머의 다른 예 및 대안적인 도전성 층은, 2011년 1월 6일자로 공개된 발명의 명칭이 "Droplet Actuator Devices and Methods"인 Pollack 등의 국제 특허 공개 제WO/2011/002957호에서 설명되는데, 이 특허 공개의 전체 개시는 참조에 의해 본원에 통합된다.
액적 액추에이터의 하나 또는 양 기판은, 기판으로서, 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB), 유리, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide; ITO) 코팅 유리, 및/또는 반도체 재료를 사용하여 제조될 수도 있다. 기판이 ITO 코팅 유리인 경우, ITO 코팅은 적어도 약 20㎚, 50㎚, 75㎚, 100㎚ 또는 그 이상의 두께를 가질 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 두께는 기껏해야 약 200㎚, 150㎚, 125㎚ 또는 그 이하일 수 있다. 몇몇 경우에, 상부 및/또는 하부 기판은, 폴리이미드 유전체와 같은 유전체로 코팅되는 PCB 기판을 포함하는데, PCB 기판은 몇몇 경우에 액적 조작 표면을 소수성으로 만들도록 또한 코팅될 수도 있거나 또는 다르게는 처리될 수도 있다. 기판이 PCB를 포함하는 경우, 다음의 재료가 적절한 재료의 예이다: MITSUI(상표명) BN-300(미국 캘리포니아 새너제이의 MITSUI Chemicals America, Inc.로부터 입수 가능함); ARLON(상표명) 11N(미국 캘리포니아 산타아나의 Arlon, Inc로부터 입수 가능함); NELCO(등록상표) N4000-6 및 N5000-30/32(미국 뉴욕 멜빌의 Park Electrochemical Corp.로부터 입수 가능함); ISOLA™ FR406(미국 아리조나 챈들러의 Isola Group으로부터 입수 가능함), 특히 IS620; 플루오로폴리머 계열(낮은 백그라운드 형광을 가지기 때문에 형광 검출에 적합함); 폴리이미드 계열; 폴리에스터; 폴리에틸렌 나프탈레이트; 폴리카보네이트; 폴리에터에터케톤; 액정 폴리머; 환형 올레핀 공중합체(cyclo-olefin copolymer; COC); 환형 올레핀 폴리머(cyclo-olefin polymer; COP); 아라미드; THERMOUNT(등록상표) 비직조 아라미드 강화(nonwoven aramid reinforcement)(독일 윌밍톤의 DuPont으로부터 입수 가능함); NOMEX(등록상표) 브랜드 섬유(독일 윌밍톤의 DuPont으로부터 입수 가능함); 및 종이. 다양한 재료는, 기판의 유전체 성분으로서의 사용에도 또한 적합하다. 예는 다음을 포함한다: 증착 유전체, 예컨대 (특히 유리 상의) PARYLENE(상표명) C, PARYLENE(상표명) N, 및 PARYLENE(상표명) HT(고온, ~300℃의 경우)(미국 텍사스 케이티의 Parylene Coating Services, Inc.로부터 입수 가능함); TEFLON(등록상표) AF 코팅; 사이톱; 솔더마스크(soldermask), 예컨대, TAIYO(상표명) PSR4000 시리즈, TAIYO(상표명) PSR 및 AUS 시리즈(미국 네바다 칼슨 시티의 Taiyo America, Inc.로부터 입수 가능함)(열 제어를 수반하는 애플리케이션에 대한 양호한 열 특성), 및 PROBIMER(상표명) 8165(열 제어를 수반하는 애플리케이션에 대한 양호한 열 특성)(미국 캘리포니아 로스앤젤레스의 Huntsman Advanced Materials Americas Inc.로부터 입수 가능함)와 같은 (예를 들면, PCB 상의) 액체 포토이미지화가능한 솔더마스크(liquid photoimageable soldermask); 드라이 필름 솔더마스크, 예컨대 VACREL(등록상표) 드라이 필름 솔더마스크 라인(독일 윌밍톤의 DuPont으로부터 입수 가능함)의 것들; 필름 유전체, 예컨대 폴리이미드 필름(예를 들면, KAPTON(등록상표) 폴리이미드 필름, 독일 윌밍톤의 DuPont으로부터 입수 가능함), 폴리에틸렌, 및 플루오로폴리머(예를 들면, FEP), 폴리테트라플루오로에틸렌; 폴리에스터; 폴리에틸렌 나프탈레이트; 환형 올레핀 공중합체(COC); 환형 올레핀 폴리머(COP); 상기에서 열거된 임의의 다른 PCB 기판 재료; 블랙 매트릭스 수지; 폴리프로필렌; 및 블랙 플렉시블 회로 재료, 예컨대 DuPont(상표명) Pyralux(등록상표) HXC 및 DuPont(상표명) Kapton(등록상표) MBC(독일 윌밍톤의 DuPont으로부터 입수 가능함).
액적 수송 전압 및 주파수는, 특정한 검정 프로토콜에서 사용되는 시약과의 수행을 위해 선택될 수도 있다. 설계 파라미터는 변할 수도 있는데, 예를 들면, 액추에이터 상의 저장소의 수 및 배치, 독립적인 전극 연결의 수, 상이한 저장소의 사이즈(부피), 자석/방울 세정 구역(bead washing zone)의 배치, 전극 사이즈, 전극간 피치, 및 (상부 기판과 하부 기판 사이의) 갭 높이는, 특정 시약, 프로토콜, 액적 부피 등과의 사용을 위해 변할 수도 있다. 몇몇 경우에, 본 개시의 기판은, 예를 들면, 중합성 단량체 또는 용액에서 폴리 플루오르화 화합물 또는 퍼 플루오르화 화합물을 사용한 인시튜 합성 또는 침착을 사용하는 것에 의해, 낮은 표면 에너지의 재료 또는 화학 물질로 유도체화될 수도 있다. 예는, 딥 또는 스프레이 코팅을 위한 FLUOROPEL(등록상표) 코팅 및 TEFLON(등록상표) AF 코팅, 플라즈마 강화 화학증기증착(PECVD)용의 다른 플루오르화 단량체, 및 PECVD용의 오르가노실록산(예를 들면, SiOC)을 포함한다. 추가적으로, 몇몇 경우에, 액적 조작 표면 중 몇몇 부분 또는 전체는, PCB 기판으로부터의 백그라운드 형광과 같은 백그라운드 노이즈를 감소시키기 위한 물질로 코팅될 수도 있다. 예를 들면, 노이즈 감소 코팅은 블랙 매트릭스 수지, 예컨대 일본 Toray industries, Inc.로부터 입수 가능한 블랙 매트릭스 수지를 포함할 수도 있다.
시약은, 액적 액추에이터 상에서 액적 조작 갭 안에 또는 액적 조작 갭에 유체적으로 결합된 저장소 안에 제공될 수도 있다. 시약은 액체 형태, 예를 들면, 액적일 수도 있거나, 또는 이들은 재구성가능한 형태로 액적 조작 갭 안에 또는 액적 조작 갭에 유체적으로 결합된 저장소 안에 제공될 수도 있다. 재구성가능한 시약은, 통상적으로, 재구성을 위해 액체와 결합될 수도 있다. 본원에서 설명되는 방법 및 장치와 함께 사용하기에 적합한 재구성가능한 시약의 예는, 2010년 6월 1일자로 발행된 발명의 명칭이 "Disintegratable Films for Diagnostic Devices"인 Meathrel 등의 미국 특허 제7,727,466호에서 설명되는 것들을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "활성화한다"는, 하나 이상의 전극과 관련하여 사용되는 경우, 하나 이상의 전극의 전기적 상태에서의 변화에 영향을 끼치는 것을 의미하는데, 그 변화는, 액적의 존재 시, 액적 조작으로 귀결될 수도 있다. 전극의 활성화는, 교류(alternating current; AC) 또는 직류(direct current; DC)를 사용하여 달성될 수 있다. 임의의 적절한 전압이 사용될 수도 있다. 예를 들면, 전극은, 약 150V보다 더 높은, 또는 약 200V보다 더 높은, 또는 약 250V보다 더 높은, 또는 약 275V에서부터 약 1000V까지의, 또는 약 300V의 전압을 사용하여 활성화될 수도 있다. AC 신호가 사용되는 경우, 임의의 적절한 주파수가 활용될 수도 있다. 예를 들면, 전극은, 약 1㎐에서부터 약 10㎒까지의, 또는 약 10㎐에서부터 약 60㎐까지의, 또는 약 20㎐에서부터 약 40㎐까지의, 또는 약 30㎐의 주파수를 갖는 AC 신호를 사용하여 활성화될 수도 있다. 액적 액추에이터의 전극은 컨트롤러 또는 프로세서에 의해 제어될 수도 있는데, 컨트롤러 또는 프로세서는 검정 시스템의 일부로서 제공될 수도 있다. 컨트롤러 또는 프로세서는, 프로세싱 기능뿐만 아니라 데이터 및 소프트웨어 저장과 입력 및 출력 성능을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "액적 조작"은, 액적 액추에이터 상에서의 또는 내에서의 액적의 임의의 조작을 포함한다. 액적 조작은, 예를 들면, 다음을 포함한다: 액적을 액적 액추에이터 안으로 장입하는 것; 소스 액적으로부터 하나 이상의 액적을 분배하는 것; 액적을 두 개 이상의 액적으로 분할하는 것, 분리하는 것 또는 나누는 것; 액적을 한 장소에서 임의의 방향의 다른 장소로 수송하는 것; 두 개 이상의 액적을 단일의 액적으로 병합 또는 결합하는 것; 액적을 희석하는 것; 액적을 혼합하는 것; 액적을 교반하는(agitating) 것; 액적을 변형시키는 것; 액적의 위치를 유지하는 것; 액적을 인큐베이팅시키는(incubating) 것, 액적을 가열하는 것; 액적을 기화시키는 것; 액적을 냉각시키는 것; 액적을 배치하는 것; 액적을 액적 액추에이터 밖으로 수송하는 것; 본원에서 설명되는 다른 액적 조작; 및/또는 상기한 것의 임의의 조합. 용어 "병합한다", "병합하는", "결합한다", "결합하는" 및 등은, 두 개 이상의 액적으로부터 하나의 액적의 생성을 설명하기 위해 사용된다. 이러한 용어가 두 개 이상의 액적과 관련하여 사용되는 경우, 두 개 이상의 액적의 하나의 액적으로의 결합으로 나타나기에 충분한 액적 조작의 임의의 조합이 사용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, "액적 A를 액적 B와 병합한다"는, 고정된 액적 B와 접촉하도록 액적 A를 수송하는 것, 고정된 액적 A와 접촉하도록 액적 B를 수송하는 것, 또는 액적 A와 액적 B를 서로 접촉하도록 수송하는 것에 의해 달성될 수 있다. 용어, "분할하는", "분리하는" 및 "나누는"은, 결과적으로 나타나는 액적의 부피와 관련하여 어떤 특정한 결과를 암시하도록 의도되지 않으며(즉, 결과적으로 나타나는 액적의 부피는 동일할 수도 있거나 상이할 수도 있다) 또는 결과적으로 나타나는 액적의 수와 관련하여 어떤 특정한 결과를 암시하도록 의도되지 않는다(결과적으로 나타나는 액적의 수는 2, 3, 4, 5 또는 그 이상이 될 수도 있다). 용어 "혼합하는"은, 액적 내에서 하나 이상의 성분의 보다 동질적인 분포로 귀결되는 액적 조작을 가리킨다. "장입하는" 액적 조작의 예는, 미소투석법(microdialysis) 장입, 압력 지원 장입, 로봇식 장입, 패시브 장입, 및 피펫(pipette) 장입을 포함한다.
액적 조작은 전극 중재될 수도 있다. 몇몇 경우에, 액적 조작은, 표면 상의 친수성 및/또는 소수성 영역의 사용에 의해 및/또는 물리적 장애물에 의해 더 용이하게 된다. 액적 조작의 예의 경우, "액적 액추에이터"의 정의 하에서 상기에서 언급된 특허 및 특허 출원을 참조한다.
액적 조작의 결과를 결정 또는 확인하기 위해 또는 수용 캐비티 또는 웰 내의 액체의 부피 또는 레벨을 결정 또는 확인하기 위해, 임피던스 또는 커패시턴스 감지 또는 이미징 기술이 때때로 사용될 수도 있다. 이러한 기술의 예는, 2009년 12월 30일자로 공개된 발명의 명칭이 "Capacitance Detection in a Droplet Actuator"인 Sturmer 등의 국제 특허 공개 제WO/2008/101194호에서 설명되는데, 이 특허 공개의 전체 개시는 참조에 의해 본원에 통합된다. 일반적으로 말하면, 감지 또는 이미징 기술은, 특정 전극에서의 또는 웰 또는 수용 캐비티 내에서의 액적의 존재 또는 부재를 확인하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들면, 액적 분배 조작에 뒤이은 목적지 전극에서의 분배된 액적의 존재는, 액적 분배 조작이 효과적이었다는 것을 확인한다. 마찬가지로, 검정 프로토콜의 적절한 단계에서, 검출 지점에서의 액적의 존재는, 액적 조작의 이전 세트가 검출용 액적을 성공적으로 생성했다는 것을 확인할 수도 있다.
액적 수송 시간은 꽤 빠를 수 있다. 예를 들면, 다양한 실시형태에서, 하나의 전극으로부터 다른 번 전극으로의 액적의 수송은, 약 1초, 또는 약 0.1초, 또는 약 0.01초, 또는 약 0.001초를 초과할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 전극은 AC 모드에서 동작되지만 그러나 이미징을 위해 DC 모드로 전환된다. 액적의 풋프린트 영역이 전기습윤 영역과 유사하게 되는 것은, 액적 조작을 행하는 데 도움이 된다; 즉, 1배, 2배, 3배 액적은, 각각, 1개, 2개, 및 3개의 전극을 사용하여 유용하게 제어되어 조작된다. 액적 풋프린트가, 주어진 시간에 액적 조작을 행하는 데 이용가능한 전극의 수보다 더 크면, 액적 사이즈와 전극의 수 사이의 차이는, 통상적으로, 1보다 더 큰지 않아야 한다; 즉, 2배 액적은 1개의 전극을 사용하여 유용하게 제어되고 3배 액적은 2개의 전극을 사용하여 유용하게 제어된다. 액적이 방울을 포함하는 경우, 액적 사이즈가, 액적을 제어하는, 예를 들면, 액적을 수송하는 전극의 수와 동일한 것이 유용하다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "필러 액체(filler liquid)"는, 액적 액추에이터의 액적 조작 기판과 관련되는 액체를 포함하는데, 그 액체는, 액적 상(droplet phase)이 전극 중재된 액적 조작을 받게 하기 위해, 액적 상과 충분히 비혼화성이다. 예를 들면, 액적 액추에이터의 액적 조작 갭은 통상적으로 필러 액체로 채워진다. 필러 액체는 비극성 액체일 수도 있다. 필러 액체는, 예를 들면, 실리콘 오일 또는 헥사데칸(hexadecane) 필러 액체와 같은 저점도(low-viscosity) 오일일 수도 있거나 또는 그 저점도 오일을 포함할 수도 있다. 필러 액체는, 플루오르화 또는 퍼플루오르화 오일과 같은 할로겐화 오일(halogenated oil)일 수도 있거나 또는 그 할로겐화 오일을 포함할 수도 있다. 필러 액체는 액적 액추에이터의 전체 갭을 채울 수도 있거나 또는 액적 액추에이터의 하나 이상의 표면을 코팅할 수도 있다. 필러 액체는 도전성일 수도 있거나 또는 비도전성일 수도 있다. 필러 액체는, 액적 조작을 향상시키도록 및/또는 액적으로부터 목표 물질 또는 시약의 손실을 감소시키도록, 마이크로액적의 형성을 향상시키도록, 액적 사이의 교차 오염을 감소시키도록, 액적 액추에이터 표면의 오염을 감소시키도록, 액적 액추에이터 재료의 저하를 감소시키도록 등을 하도록 선택될 수도 있다. 예를 들면, 필러 액체는 액적 액추에이터 재료와의 호환성을 위해 선택될 수도 있다. 예로서, 플루오르화 필러 액체는 플루오르화 표면 코팅과 함께 유용하게 활용될 수도 있다. 플루오르화 필러 액체는, 친유성 화합물, 예컨대, (예를 들면, 크라베(Krabbe), 니만-피크(Niemann-Pick), 또는 다른 검정에서 사용하기 위한) 6-헥사데카노일아미도-4-메틸움벨리페론 기질과 같은 움벨리페론 기질의 손실을 감소시키는 데 유용하다; 다른 움벨리페론 기질은, 2011년 5월 19일자로 공개된 발명의 명칭이 "Enzymatic Assays Using umbelliferone Substrates with Cyclodextrins in Droplets of Oil"인 Winger 등의 미국 특허 공개 공보 제20110118132호에서 설명되는데, 이 특허 공보의 전체 개시는 참조에 의해 본원에 통합된다. 적절한 플루오르화 오일의 예는, 갈덴(Galden) 라인의 것들, 예컨대 Galden HT170(bp = 170℃, 점도 = 1.8 cSt, 밀도 = 1.77), Galden HT200(bp = 200℃, 점도 = 2.4 cSt, d = 1.79), Galden HT230(bp = 230℃, 점도 = 4.4 cSt, d = 1.82)(모두 Solvay Solexis사 제품); 노벡(Novec) 라인의 것들, 예컨대 Novec 7500(bp = 128℃, 점도 = 0.8 cSt, d = 1.61), 플러리너트(Fluorinert) FC-40(bp = 155℃, 점도 = 1.8 cSt, d = 1.85), 플러리너트 FC-43(bp = 174℃, 점도 = 2.5 cSt, d = 1.86)(둘 다 3M사 제품)을 포함한다. 일반적으로, 퍼플루오르화 필러 액체의 선택은, 동적 점도(kinematic viscosity)(< 7 cSt, 필수는 아님)에, 그리고, 비등점(DNA/RNA 기반의 애플리케이션(PCR 등)에서의 사용을 위해, > 150℃, 그러나 필수는 아님)에 기초한다. 필러 액체는, 예를 들면, 계면활성제 또는 다른 첨가제로 도핑될 수도 있다. 예를 들면, 첨가제는, 액적 조작을 향상시키도록 및/또는 액적으로부터 목표 물질 또는 시약의 손실, 마이크로액적의 형성, 액적 사이의 교차 오염, 액적 액추에이터 표면의 오염, 액적 액추에이터 재료의 저하 등을 감소시키도록 선택될 수도 있다. 계면활성제 도핑을 비롯한, 필러 액체의 조성은, 특정한 검정 프로토콜에서 사용되는 시약과의 수행을 위해 그리고 액적 액추에이터 재료와의 효과적인 상호 작용 또는 비 상호 작용(non-interaction)을 위해 선택될 수도 있다. 본원에서 설명되는 방법 및 장치와 함께 사용하기에 적합한 필러 액체 및 필러 액체 제제(filler liquid formulation)의 예는, 2010년 6월 3일자로 공개된 발명의 명칭이 "Droplet Actuators, Modified Fluids and Methods"인 Srinivasan 등의 국제 특허 공개 제WO/2010/027894호; 2009년 2월 12일자로 공개된 발명의 명칭이 "Use of Additives for Enhancing Droplet Operations"인 Srinivasan 등의 국제 특허 공개 제WO/2009/021173호; 2009년 1월 15일자로 공개된 발명의 명칭이 "Droplet Actuator Devices and Methods Employing Magnetic Beads"인 Sista 등의 국제 특허 공개 제WO/2008/098236호; 및 2008년 11월 20일자로 공개된 발명의 명칭이 "Electrowetting Devices"인 Monroe 등의 미국 특허 공개 제20080283414호(이들의 전체 개시는 참조에 의해 본원에 통합됨)뿐만 아니라, 본원에서 인용되는 다른 특허 및 특허 출원에서 제공된다. 플루오르화 오일은, 몇몇 경우에, 플루오르화 계면활성제, 예를 들면, Zonyl FSO-100(Sigma-Aldrich) 및/또는 다른 것으로 도핑될 수도 있다. 필러 액체는 통상적으로 액체이다. 몇몇 실시형태에서, 액체 대신 필러 가스가 사용될 수도 있다. 예시적인 필러 액체는 미국 특허 공개 공보 제2014/0231259호에서 설명되는데, 이 공보는 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합된다.
임의의 형태(예를 들면, 움직이고 있든 또는 고정되어 있든 간에, 액적 또는 연속체)의 액체가, 전극, 어레이, 매트릭스 또는 표면 "상에(on)", "에(at)", 또는 "위에(over)" 있는 것으로 설명되는 경우, 이러한 액체는 전극/어레이/매트릭스/표면과 직접 접촉할 수 있거나, 또는 액체와 전극/어레이/매트릭스/표면 사이에 개재되는(interposed) 하나 이상의 층과 접촉할 수 있다. 하나의 예에서, 필러 액체는, 이러한 액체와 전극/어레이/매트릭스/표면 사이의 필름으로서 간주될 수 있다.
액적이, 액적 액추에이터 "상에" 있는 것으로 또는 "상에 장입되는" 것으로 설명되는 경우, 액적은, 하나 이상의 액적 조작을 행하기 위해 액적 액추에이터를 사용하는 것을 용이하게 하는 방식으로 또는 액적의 속성 또는 액적으로부터 신호의 감지를 용이하게 하는 방식으로 액적 액추에이터 상에서 또는 내에서 정렬된다는 것이 이해되어야 한다.
소정의 실시형태의 하기의 상세한 설명은, 첨부된 도면과 연계하여 판독될 때 더 잘 이해될 것이다. 도면이 다양한 실시형태의 기능적 블록의 도면을 예시하는 경우, 기능적 블록은, 반드시, 하드웨어 회로부(hardware circuitry) 사이의 분할을 나타내는 것은 아니다. 따라서, 예를 들면, 기능적 블록(예를 들면, 프로세서 또는 메모리) 중 하나 이상은, 단일 피스의 하드웨어(예를 들면, 범용 신호 프로세서 또는 랜덤 액세스 메모리, 하드 디스크, 또는 등)에서 구현될 수도 있다. 마찬가지로, 프로그램은 독립형 프로그램일 수도 있고, 오퍼레이팅 시스템에서 서브루틴으로서 통합될 수도 있고, 설치된 소프트웨어 패키지 내의 기능일 수도 있고, 및 등일 수도 있다. 다양한 실시형태는, 도면에서 도시되는 배치 및 수단에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은, 비혼화성 액체를 활용하는 동안 실시형태에 따라 형성되는 지정된 반응을 행하도록 구성되는 검정 시스템(100)의 블록도이다. 검정 시스템(100)은, 액체 수송 어셈블리(104)와 관련하여 동작가능하게 배치되는 또는 상기 액체 수송 어셈블리에 동작가능하게 결합되는 유체 시스템(102), 검출기 어셈블리(106), 액체 검출 시스템(108), 및 하나 이상의 가열 디바이스(110)를 포함한다. 검정 시스템(100)은 또한, 상 분리 디바이스(phase-separation device; 125), 흐름 용이화 디바이스(184), 및 분석 시스템(186)을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 유체 시스템(102)은 샘플 조제 시스템(sample preparation system)으로 칭해질 수도 있다. 유체 시스템(102)은, 별개의 액적에 액적 조작을 행하기 위해 DF 기술을 활용하도록 구성되는 액적 액추에이터, 예컨대 DF 디바이스 또는 카트리지일 수도 있다. 유체 시스템은 또한, MEMS, LOC, 및/또는 POC 디바이스를 포함할 수도 있다. 용어 DF 디바이스, 플로우 셀(flow cell), MEMS 디바이스, LOC 디바이스, 및 POC 디바이스는 반드시 상호 배타적인 것은 아니다는 것을 유의한다. 예를 들면, 단일의 유체 시스템은, MEMS 디바이스, LOC 디바이스, 및/또는 POC 디바이스로서 특성 묘사될 수도 있다.
소정의 실시형태에서, 유체 시스템(102)은, 액적 조작 갭(도시되지 않음)에 의해 분리되는 제1 기판 및 제2 기판을 포함하는 액적 액추에이터이다. 액적 조작 갭은, 유체 시스템(102)의 동작 동안 액적이 위치되는 내부 캐비티를 정의할 수도 있다. 제1 기판은, 전기적으로 주소지정가능한 전극의 배열을 포함할 수도 있다. 몇몇 경우에, 제2 기판은, 예를 들면, 도전성 잉크 또는 인듐 주석 산화물(ITO)로부터 만들어지는 기준 전극 플레인(reference electrode plane)을 포함할 수도 있다. 제1 기판 및 제2 기판은 소수성 재료로 코팅될 수도 있다. 액적 조작은 액적 조작 갭에서 행해진다. 액적 주변의 공간(즉, 제1 기판과 제2 기판 사이의 액적 조작 갭)은, 액적에 대해 비혼화성인 필러 액체로 채워질 수도 있다. 예를 들면, 필러 액체는, 액적의 증발을 방지하는 그리고 디바이스 내에서의 액적의 수송을 용이하게 하기 위해 사용되는 불활성 유체, 예컨대 실리콘 오일일 수도 있다. 몇몇 경우에, 액적 조작은, 전압 활성화의 패턴을 변경하는 것에 의해 달성될 수도 있다. 액적 조작은, 액적의 병합, 분할, 혼합, 및 분배를 포함할 수도 있다.
유체 시스템(102)은, 검정 시스템(100)의 시스템 하우징(도시되지 않음) 상으로 또는 내에 적합화되도록 설계될 수도 있다. 시스템 하우징은 유체 시스템(102)을 유지할 수도 있고, 액체 수송 어셈블리(104), 검출기 어셈블리(106), 액체 검출 시스템(108), 및 하나 이상의 가열 디바이스(110)와 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 검정 시스템의 다른 컴포넌트를 수용할 수도 있다. 예를 들면, 시스템 하우징은, 영구 자석일 수도 있는 하나 이상의 자석(112)을 수용할 수도 있다. 선택적으로, 시스템 하우징은 하나 이상의 전자석(114)을 수용할 수도 있다. 자석(112) 및/또는 전자석(114)은, 자기적으로 응답하는 기판 비즈의 고정화를 위해 유체 시스템(102)과 관련하여 배치될 수도 있다. 선택적으로, 자석(112) 및/또는 전자석(114)의 위치는, 자석 위치결정 모터(magnet-locating motor; 116)에 의해 제어될 수도 있다. 추가적으로, 시스템 하우징은, 예를 들면, 유체 시스템(102)의 소정의 반응 및/또는 세정 구역 내의 온도를 제어하기 위해 가열 디바이스(110) 중 하나 이상을 수용할 수도 있다. 하나의 예에서, 가열 디바이스(110)는, 열 제어를 제공하기 위해 유체 시스템(102)과 관련하여 배치되는 히터 바(heater bar)일 수도 있다.
검정 시스템(100)은, 하나 이상의 프로토콜 동안 검정 시스템(100)을 자동적으로 제어하기 위해 검정 시스템(100)의 다양한 컴포넌트와 통신하는 시스템 컨트롤러(120)를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 시스템 컨트롤러(120)는, 유체 시스템(102), 전자석(114), 자석 위치결정 모터(116), 가열 디바이스(110), 검출기 어셈블리(106), 액체 검출 시스템(108), 및 액체 수송 어셈블리(104)에 통신 가능하게 결합될 수도 있다. 시스템 컨트롤러(120)는 또한, 검정 시스템(100)을 동작시키기 위한 사용자 입력을 수신하도록 구성되는 사용자 인터페이스(도시되지 않음)에 통신 가능하게 결합될 수도 있다.
시스템 컨트롤러(120)는, 하나 이상의 마이크로컨트롤러, 프로세서, 축약형 명령어 세트 컴퓨터(reduced instruction set computers; RISC), 주문형 반도체(application specific integrated circuit; ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA), 로직 회로, 및 본원에서 설명되는 기능을 실행할 수 있는 임의의 다른 회로부를 비롯한, 하나 이상의 로직 기반의 디바이스를 포함할 수도 있다. 예시적인 실시형태에서, 시스템 컨트롤러(120)는, 하나 이상의 프로토콜을 수행하기 위해 하나 이상의 스토리지 엘리먼트에 저장되는 명령어의 세트를 실행한다. 스토리지 엘리먼트는, 정보 소스 또는 검정 시스템(100) 내의 물리적 메모리 엘리먼트의 형태일 수도 있다. 검정 시스템(100)에 의해 수행되는 프로토콜은, 예를 들면, DNA 또는 RNA의 정량적 분석, 단백질 분석, DNA 서열화(예를 들면, 합성에 의한 서열화(SBS)), 샘플 조제, 및/또는 서열화를 위한 단편 라이브러리의 조제를 수행하는 것일 수도 있다. 액적 액추에이터를 활용하는 실시형태의 경우, 시스템 컨트롤러(120)은, 프로토콜 중 하나 이상을 수행하기 위해 전극을 활성화/비활성화하는 것에 의해, 액적 조작을 제어할 수도 있다. 시스템 컨트롤러(120)는 또한, 본원에서 설명되는 바와 같이 액체 수송 어셈블리(104)의 동작 및 위치 결정을 제어할 수도 있다.
명령어의 세트는, 본원에서 설명되는 다양한 실시형태의 방법 및 프로세스와 같은 특정 동작을 수행할 것을 검정 시스템(100)에게 지시하는 다양한 커맨드를 포함할 수도 있다. 명령어의 세트는 소프트웨어 프로그램의 형태일 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "소프트웨어" 및 "펌웨어"는 상호 교환될 수 있고, 컴퓨터에 의한 실행을 위해, RAM 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 및 불휘발성 RAM(non-volatile RAM; NVRAM) 메모리를 비롯한 메모리에 저장되는 임의의 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 상기 메모리 타입은 예시에 불과하며, 따라서, 컴퓨터 프로그램의 저장에 사용가능한 메모리의 타입에 관해 제한하지 않는다.
소프트웨어는 시스템 소프트웨어 또는 애플리케이션 소프트웨어와 같은 다양한 형태일 수도 있다. 또한, 소프트웨어는, 별개의 프로그램, 또는 더 큰 프로그램 내의 프로그램 모듈, 또는 프로그램 모듈의 일부의 콜렉션의 형태일 수도 있다. 소프트웨어는 또한, 객체 지향 프로그래밍의 형태의 모듈러 프로그래밍을 포함할 수도 있다. 검출 데이터를 획득한 이후, 검출 데이터는 검정 시스템(100)에 의해 자동적으로 프로세싱될 수도 있거나, 사용자 입력에 응답하여 프로세싱될 수도 있거나, 또는 다른 프로세싱 머신에 의해 만들어지는 요청(예를 들면, 통신 링크를 통한 원격 요청)에 응답하여 프로세싱될 수도 있다.
시스템 컨트롤러(120)는, 하드웨어에 내장될 수도 있거나(hardwired) 또는 무선일 수도 있는 통신 링크를 통해 검정 시스템(100)의 다른 컴포넌트 또는 서브시스템에 연결될 수도 있다. 시스템 컨트롤러(120)는 또한, 오프 사이트(off-site) 시스템 또는 서버에 통신가능하게 연결될 수도 있다. 시스템 컨트롤러(120)는, 사용자 인터페이스(도시되지 않음)로부터 사용자 입력 또는 커맨드를 수신할 수도 있다. 사용자 인터페이스는, 키보드, 마우스, 터치스크린 패널, 및/또는 음성 인식 시스템, 및 등을 포함할 수도 있다.
시스템 컨트롤러(120)는, 프로세싱 성능, 예컨대, 소프트웨어 명령어를 저장, 해석, 및/또는 실행하는 것뿐만 아니라, 검정 시스템(100)의 전체 동작을 제어하는 것을 제공하도록 기능할 수도 있다. 시스템 컨트롤러(120)는, 다양한 컴포넌트의 데이터 및/또는 전력 양상을 제어하도록 구성 및 프로그래밍될 수도 있다. 시스템 컨트롤러(120)가 도 1에서는 단일의 구조체로서 표현되지만, 시스템 컨트롤러(120)는, 검정 시스템(100) 전체에 걸쳐 상이한 위치에 분포되는 다수의 별개의 컴포넌트(예를 들면, 프로세서)를 포함할 수도 있다는 것이 이해된다. 몇몇 실시형태에서, 하나 이상의 컴포넌트는 베이스 기기(base instrument)와 통합될 수도 있고 하나 이상의 컴포넌트는 베이스 기기와 관련하여 원격에 위치될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 검출기 어셈블리(106)는, 유체 시스템(102)으로부터 광 신호(예를 들면, 흡수, 반사/굴절, 또는 광 방출)를 검출하도록 유체 시스템(102)과 관련하여 배치되는 이미징 시스템이다. 이미징 시스템은, 하나 이상의 광원(예를 들면, 발광 다이오드(light-emitting diode; LED)) 및 검출 디바이스, 예컨대 전하 결합 소자(charge-coupled device; CCD) 카메라 또는 상보형 금속 산화물 반도체(complementary-metal-oxide semiconductor; CMOS) 이미져를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 검출기 어셈블리(106)는, 화학 발광으로부터 방출되는 광 신호를 검출할 수도 있다. 여전히 다른 실시형태에서, 검출기 어셈블리(106)는 이미징 시스템이 아닐 수도 있다. 예를 들면, 검출기 어셈블리(106)는, 액체의 전기적 속성을 검출하는 하나 이상의 전극일 수도 있다.
액체 검출 시스템(108)은, 액체의 위치 및/또는 액체의 부피를 검출하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 액체 검출 시스템(108)은, 유체 시스템(102) 내에서의 액체의 위치를 및/또는 유체 시스템(102) 내에서의 액적의 또는 저장소(또는 수용 캐비티) 내에서의 액체의 부피를 식별하도록 구성될 수도 있다. 소정의 실시형태에서, 액체 검출 시스템(108)은, 액적 또는 저장소 내의 임피던스를 검출하기 위한 회로부를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 액체 검출 시스템(108)은, 임피던스 분광계를 형성하는 전극을 포함할 수도 있다. 액체 검출 시스템(108)은, 상부에 액적을 갖는 또는 액적을 갖지 않는 임의의 전극, 예컨대 임의의 액적 조작 전극의 용량성 부하를 모니터링하기 위해 사용될 수도 있다. 적절한 커패시턴스 검출 기술의 예에 대해서는, 2008년 8월 21일자로 공개된 발명의 명칭이 "Capacitance Detection in a Droplet Actuator"인 Sturmer 등의 국제 특허 공개 제WO/2008/101194호; 및 2002년 10월 17일자로 공개된 발명의 명칭이 "System and Method for Dispensing Liquids"인 Kale 등의 국제 특허 공개 제WO/2002/080822호(이들 공개 공보의 전체 개시는 참조에 의해 본원에 통합된다)를 참조한다. 대안적으로, 유체 시스템(102) 내에서의 액체의 위치 및/또는 부피를 검출하기 위해 다른 디바이스 또는 엘리먼트가 사용될 수도 있다. 예를 들면, 검출기 어셈블리(106)는, 지정된 영역을 통해 전파하는 및/또는 지정된 영역으로부터 방출되는 광 신호를 검출할 수도 있다. 광 신호에 기초하여, 액체 검출 시스템(108)은, 지정된 영역에 액적이 위치되는지의 여부를 확인할 수도 있고 및/또는 액체가 지정된 영역에서 근사치의 부피를 갖는다는 것을 결정할 수도 있다. 액체 검출 시스템(108)은, 액체의 레벨을 검출하는 프로브를 포함할 수도 있다.
선택적으로, 유체 시스템(102)은 분열 디바이스(disruption device; 122)를 포함할 수도 있다. 분열 디바이스(122)는, 액적 액추에이터 내의 조직, 세포 및 포자와 같은 재료의 분열(용해(lysis))을 촉진하는 임의의 디바이스를 포함할 수도 있다. 분열 디바이스(122)는, 예를 들면, 고주파 분해 기구(sonication mechanism), 가열 기구, 기계적 전단 기구(mechanical shearing mechanism), 비드 비팅 기구(bead beating mechanism), 유체 시스템(102) 안으로 통합된 물리적 피처, 전기장 발생 기구, 열 싸이클링 기구, 및 이들의 임의의 조합일 수도 있다. 분열 디바이스(122)는 시스템 컨트롤러(120)에 의해 제어될 수도 있다.
액체 수송 어셈블리(104)는 스토리지 하우징(115) 및 수송 모터(117)를 포함할 수도 있다. 스토리지 하우징(115)은, 지정된 반응을 행하기 위해 사용되는 액체(예를 들면, 시약, 버퍼 용액, 필러 액체 등)를 저장하도록 구성되는 저장소 또는 캐비티를 포함한다. 수송 모터(117)는, 액체를 유체 시스템(102) 안으로 장입하기 위해 그리고/또는 상기 유체 시스템으로부터 액체를 제거하기 위해 유체 시스템(102)을 기준으로 스토리지 하우징(115)을 이동시키도록 구성된다. 액체는, 유체 시스템(102)의 내부 캐비티에 대한 액세스를 제공하는 액세스 포트(129) 안으로 장입될 수도 있거나 또는 상기 액세스 포트를 통해 인출될 수도 있다. 단지 예로서, 수송 모터(117)(및 자석 위치결정 모터(116))는, 하나 이상의 직접 구동 모터, 직류(DC) 모터, 솔레노이드 드라이브, 리니어 액추에이터, 압전 모터, 및 등을 포함할 수도 있다.
상 분리 디바이스(125)는, 유체 시스템(102)으로부터 액체 혼합물을 수용하도록 각각 구성되는 복수의 수용 캐비티(127)를 구비한다. 액체 혼합물은 액체 수송 어셈블리(104)를 통해 자동적으로 전달될 수도 있거나 또는 사용자(예를 들면, 기술자)에 의해 수동으로 전달될 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 액체 혼합물은 극성 액체(예를 들면, 생물학적 샘플을 포함하는 수용액) 및 비극성 액체(예를 들면, 실리콘 오일)를 포함할 수도 있다. 상 분리 디바이스(125)는, 비극성 액체의 부피를 상당히 감소시키는 것에 의해 비극성 액체로부터 극성 액체를 분리시키도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 상 분리 디바이스(125)는, 극성 액체를 수용 캐비티 내에 유지하면서, 비극성 액체를 상 분리 디바이스(125)의 본체 안으로 흡수할 수도 있다. 예시적인 실시형태에서, 액체 혼합물은 유체 시스템(102)으로부터 수동으로 취출될 수도 있다. 예를 들면, 사용자는 피펫(또는 다중 피펫(multi-pipettor))의 하나 이상의 노즐을 액세스 포트(129)를 통해 삽입할 수도 있고 유체 시스템(102)으로부터 액체 혼합물을 제거할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 액체 혼합물은, 예를 들면, 자동화된 머신에 의해 유체적으로 제어되는 피펫 또는 튜브를 사용하여 자동적으로 제거될 수도 있다. 대안적으로, 검정 시스템(100)은, 수용 캐비티(127)와 유체 연통하는 하나 이상의 유체 채널 및 수용 캐비티(127) 안으로의 액체 혼합물의 흐름을 유도하는 펌프 시스템(도시되지 않음)을 포함할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 액체 혼합물은 패시브 방식으로 분리된다. 예를 들면, 액체 혼합물은 상 분리 디바이스의 다공성 멤브레인의 최상부(top) 상에 놓여 있을 수도 있고, 다른 액체(들)의 다공성 멤브레인 안으로의 흐름을 방해하는 동안, 중력이 하나 이상의 액체로 하여금 다공성 멤브레인 안으로 흐르게 할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 검정 시스템(100)은 흐름 용이화 디바이스(184)를 포함한다. 흐름 용이화 디바이스(184)는, 예를 들면, 상 분리 디바이스(125)를 유지하도록 그리고 제거하도록 구성되는 시스템일 수도 있다. 예로서, 흐름 용이화 디바이스(184)는 상 분리 디바이스(125)를 심하게 움직이거나 또는 흔들 수도 있고 또는 상 분리 디바이스(125) 내에서의 진동으로 하여금 액체 혼합물을 제거하게 하고 액체 혼합물 분리를 용이하게 할 수도 있다. 다른 예로서, 흐름 용이화 디바이스(184)는, 상 분리 디바이스(125)를 수용하는 그리고 액체 혼합물 분리를 용이하게 하기 위해 회전하는 원심분리기일 수도 있다.
하나 이상의 액체를 효과적으로 격리한 후, 격리된 액체는 추가적인 조제 및/또는 분석을 위해 분석 시스템(186)으로 제공될 수도 있다. 예를 들면, 격리된 액체는, PCR을 행하기 위한 및/또는 분리된 액체로부터 유도되는 핵산을 서열화하기 위한 시스템을 제공될 수도 있다. 그러나, 본원에서 설명되는 실시형태는 서열화 프로토콜에 제한되지 않으며 다른 검정 프로토콜이 구현될 수도 있다.
상기에서 설명되는 SBS 프로토콜 중 하나 이상을 수행할 수도 있는 분석 시스템은, Illumina, Inc.에 의해 개발된 시스템, 예컨대 MiSeq, HiSeq 2500, HiSeq X 텐(Ten), 및 HiScan 시스템을 포함한다. 상기에서 설명되는 SBS 프로토콜 중 하나 이상을 수행할 수도 있는 시스템은, 미국 특허 출원 제13/273,666호 및 제13/905,633호; 제WO 07/123744호; 미국 특허 공개 공보 제2012/0270305 A1호; 제2013/0023422 A1호; 및 제2013/0260372 A1호; 및 미국 특허 번호 제5,528,050호; 제5,719,391호; 제8,158,926호 및8,241,573호에서 설명되는데, 이들 각각은 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합된다.
본원에서 설명되는 실시형태의 하나 이상의 양상은, 방법, 시스템, 컴퓨터 판독가능 매체, 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구체화될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 용어 "시스템"은 광의적으로 해석되어야 하고 임의의 어셈블리 또는 디바이스를 의미할 수도 있다. 양상은, 하드웨어 실시형태, 소프트웨어 실시형태(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로코드 등을 포함함), 또는 본원에서 모두 일반적으로 "회로", "모듈", 또는 "시스템"으로서 칭해질 수도 있는, 소프트웨어 및 하드웨어 양상을 결합하는 실시형태의 형태를 취할 수도 있다. 또한, 방법은, 매체에서 구체화되는 컴퓨터 사용가능 프로그램 코드를 구비하는 컴퓨터 사용가능 저장 매체 상의 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수도 있다.
도 2는, 검정 시스템(100)(도 1)과 같은 검정 시스템 내에서 유체 시스템으로서 사용될 수도 있는 액적 액추에이터(130)의 평면도를 예시한다. 액적 액추에이터(130)는 하부 기판(132) 및 하부 기판(132) 위에 배치되는 상부 기판(134)을 포함한다. 하부 기판(132)은, 예를 들면, 액적 조작을 행하기 위한 전극의 어레이를 상부에 구비하는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함할 수도 있다. 상부 기판(134)은, 하부 기판(132) 위에 장착되는 커버 판일 수도 있다. 상부 기판(134)은 액세스 포트(136)의 어레이를 포함한다. 예를 들면, 예시된 실시형태에서, 액세스 포트(136)는 필러 유입구(inlet)(138), 시약 유입구(140, 142)의 로우(row), 어댑터 유입구(144)의 로우, 샘플 유입구(146)의 로우, 및 액체 혼합물 배출구(outlet)(148)의 로우를 포함한다. 액세스 포트(136)의 각각은, 상부 기판(134)과 하부 기판(132) 사이에 위치되는 내부 캐비티(또는 액적 조작 갭)에 대한 유체적 액세스(fluidic access)를 제공한다. 액적 액추에이터(130)는 액세스 포트(136)를 통해 액체(예를 들면, 하나 이상의 시약, 버퍼 용액, 필러 액체, 및 등)를 수용할 수도 있고 및/또는 액체 혼합물 배출구(148)와 같은 액세스 포트(136)를 통해 액체가 취출되게 할 수도 있다.
도 3은, 실시형태에 따라 형성되는 유체 시스템(160)의 개략적인 단면을 예시한다. 유체 시스템(160)은 DF 디바이스 또는 액적 액추에이터, 예컨대 액적 액추에이터(130)(도 2)일 수도 있거나 또는 이들을 포함할 수도 있다. 유체 시스템(160)은, 필러 액체(164)(예를 들면, 오일) 및 하나 이상의 용액(166)(예를 들면, 시약 또는 샘플 용액)을 유지하도록 구성되는 하우징(162)을 구비한다. 하우징(162)은 다수의 컴포넌트로부터 형성될 수도 있다. 예를 들면, 하우징(162)은 상부 또는 커버 기판(168) 및 하부 기판(170)을 포함한다. 상부 기판(168)은 하부 기판(170)에 장착된다. 상부 및 하부 기판(168, 170)은, 디바이스 채널(172)을 정의하는 옵션적인 갭(또는 액적 조작 갭)에 의해 분리된다. 상부 기판(168)은 액세스 개구(173)를 구비한다.
상부 기판(168)이 하부 기판(170)에 장착되면, 상부 및 하부 기판(168, 170)은, 액세스 개구(173)를 통해 액세스가능하며 디바이스 채널(172)과 유체 연통하는 제거 캐비티(removal cavity)(174)를 형성한다. 제거 캐비티(174)는, 용액(166)을 유지하도록 그리고 기기(instrument)(176)가 제거 캐비티(174)로부터 액체를 인출하는 것을 허용하도록 사이즈가 정해지고 성형된다. 인출된 액체는 용액(166) 및 필러 액체(164) 둘 다를 포함할 수도 있고 액체 혼합물로서 칭해질 수도 있다. 기기(176)는, 액세스 개구(173)를 통해 삽입되는 노즐(177)을 갖는 것으로 예시된다. 기기(176)는, 예를 들면, 피펫 또는 다중 피펫(다중 채널 피펫으로 또한 칭해짐)일 수도 있다. 다른 실시형태에서, 기기(176)는, 제거 캐비티(174) 내에서 유지되는 플렉시블 튜브를 포함할 수도 있다. 그러나, 액체 혼합물의 지정된 부피를 제거하기 위한 다른 기구가 사용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
예시된 실시형태에서, 액적(178)은 디바이스 채널(172)을 통해 수송되어 누적되고 제거 캐비티(174) 내에서 더 큰 액적 또는 부피(179)를 형성할 수도 있다. 더 큰 액적(179)은, 동일한 조성을 갖는 다수의 액적(178) 또는 액적 중 적어도 두 개가 상이한 조성을 갖는 다수의 액적(178)으로부터 형성될 수도 있다. 대안적인 실시형태에서, 각각의 단일의 액적(178)은, 다음 번 액적(178) 저장소 전극(182) 위에 위치되기 이전에, 제거 캐비티(174)로부터 개별적으로 제거된다. 액적(178)을 수송하기 위해, 유체 시스템(160)은, 디바이스 채널(172)을 따라 배치되는 전극(180)의 배열을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 하부 기판(170)은, 디바이스 채널(172)을 따라 배치되는 일련의 전극(180)을 포함한다. 상부 기판(168)은 기준 전극(도시되지 않음)을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 하부 기판(170)은 기준 전극을 포함할 수도 있다. 하부 기판(170)은 또한 저장소 전극(182)을 포함할 수도 있다. 저장소 전극(182)은, 더 큰 부피의 용액(166)을 유지하도록 시스템 컨트롤러에 의해 활용될 수도 있다. 예를 들면, 예시된 실시형태에서, 전극(182)은 전극(180)보다 더 큰 면적을 가지도록 사이즈가 정해지고 성형된다. 전극(180, 182)은, 시스템 컨트롤러(120)(도 1)와 같은 시스템 컨트롤러(도시되지 않음)에 전기적으로 결합된다. 시스템 컨트롤러는 전극(180, 182)의 전압을 제어하여 전기습윤 조작을 행하도록 구성된다. 더 구체적으로는, 전극(180, 182)은, 지정된 반응을 행하도록 그리고 그 다음 액적(178)을 디바이스 채널(172)을 통해 제거 캐비티(174)를 향해 수송하도록 활성화/비활성화될 수도 있다.
대안적으로 또는 더 큰 액적(179)을 유지하는 것 외에, 저장소 전극(182)은 더 큰 액적(179)의 부피를 검출하도록 활용될 수도 있다. 더 구체적으로는, 전극(182)은, 지정된 부피의 용액(166)이 전극(182) 위에 존재한다는 것을 결정하기 위해 사용될 수도 있는 정보를 전달할 수도 있다. 부피가 충분한 것으로 결정되면, 시스템 컨트롤러는, 노즐(177)을 통한 제거 캐비티(174) 내에서의 액체의 흐름을 유도하도록 구성되는 기구를 활성화시킬 수도 있다. 더 구체적으로는, 기구는 용액(166) 및 필러 액체(164) 중 적어도 일부를 인출할 수도 있다. 제거된 액체의 양은 미리 결정된 또는 미리 정의된 대략적인 양일 수도 있다. 예를 들면, 피펫은, 피펫의 각각의 펌프 또는 스트로크를 통해 실질적으로 공통적인 양의 액체를 제거하도록 구성될 수도 있다.
도 4는 각각의 고체 표면 상의 액체의 일련의 액적(L1 내지 L6)을 예시한다. 상기에서 논의되는 바와 같이, 본원에서 설명되는 실시형태는, 다공성 멤브레인을 통한 액체의 흐름 및/또는 수용 캐비티 내에서의 액체의 형상을 제어하기 위해, 액체에 의해 경험되는 힘을 활용한다. 이들 힘은 응집력(즉, 액체의 유사한 분자 간의 인력) 및 접착력(즉, 액체의 분자와 액체를 둘러싸는 증기 또는 액체와 접촉하는 고체 표면 사이의 인력)을 포함한다. 응집력 및 접착력은, 예를 들면, 액체-증기 계면 및 액체-고체 계면을 따라 위치되는 분자 및 원자의 상호 작용으로부터 발생한다. 소정의 실시형태에서 액체에 영향을 끼치는 다른 힘은 중력 또는 중력의 힘(Fg)이다.
도 4는 액체의 액적(L1 내지 L6)에 대한 휴지 직경(resting diameter)(DR1 내지 DR6) 및 접촉각(θ1 내지 θ6)을 도시한다. 휴지 직경(DR)은, 액체의 액적이 벽(wall)에 의해 압축되거나 또는 포함되지 않는 경우의 대응하는 평면의 고체 표면 상에서의 액체의 액적의 직경이다. 휴지 직경(DR)은 편평한 고체 표면에 평행하게 측정된다. 접촉각(θ)은 액체(L) 및 대응하는 고체 표면에 접하는 두 개의 평면(P1 및 P2)의 교선에 의해 형성되는 각도이다. 접촉각(θ)이 90°보다 더 크면, 휴지 직경(DR)은 실질적으로 동일하게 유지된다(예를 들면, DR5 및 DR6은 대략 동일하다). 접촉각(θ)은 표면에 대한 액체의 습윤 능력을 나타낸다. 습윤은, 고체 표면을 따라 확산하는 액체의 능력이다. 액체에 의한 고체 표면의 습윤은, 두 상 사이의 계면을 따른 분자의 분자간 상호 작용에 의해 제어된다. 접착력이 응집력보다 상대적으로 더 크면, 표면에 대한 액체의 습윤은 더 크다(즉, 접촉각(θ)은 도 1의 접촉각(θ1 및 θ2)으로 도시되는 바와 같이 더 작을 것이다). 응집력이 접착력보다 상대적으로 더 크면, 표면에 대한 액체의 습윤은 더 작다(즉, 접촉각(θ)은 접촉각(θ5 및 θ6)으로 도시되는 바와 같이 더 클 것이다).
액체에서의 표면 장력은 액체의 응집력에 의해 야기되며, 접촉각(θ)에 영향을 줄 수 있다. 예를 들면, 표면 장력이 증가함에 따라, 고체 표면을 따라 액체가 자신의 표면적을 감소시키는(즉, 방울지게 되는) 능력은 증가한다. 그러나, 고체의 표면은 표면 에너지를 갖는 것으로 특성 묘사될 수도 있다. 고체의 표면 에너지가 증가함에 따라, 액체와 상호 작용하는 고체의 능력도 또한 증가한다(즉, 접촉각(θ)이 감소한다). 예로서, 낮은 표면 장력의 액체가 높은 표면 에너지의 고체 상에 놓이는 경우, 액체는, 액체(L1 및 L2)에 대해 도시되는 바와 같이, 표면을 가로질러 퍼지고 작은 접촉각(θ)을 갖는다. 액체가 높은 표면 장력을 가지며 낮은 표면 에너지를 갖는 표면 상에 놓이는 경우, 액체는, 액체(L5 및 L6)에 대해 도시되는 바와 같이, 표면 상에서 방울을 형성할 수도 있고 높은 접촉각(θ)을 가질 수도 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 다공성 멤브레인을 통한 액체의 흐름 및/또는 수용 캐비티 내에서의 액체의 형상은, 액체의 표면 장력 및 다공성 멤브레인의 표면 에너지에 의해 결정될 수도 있다.
극성 액체와 고체 표면 사이의 상호 작용은, 소수성 또는 친수성으로서 특성 묘사될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 고체 표면은, 그것이 수성 또는 극성 액체를 축출하면, 소수성이다. 예를 들면, 수성 또는 극성 액체(L)와 고체의 소수성 표면 사이의 접촉각(θ)은, 통상적으로, 75도 또는 85도보다 더 크다. 표면이 수성 또는 극성 액체를 끌어 당기면, 표면은 친수성이다. 예를 들면, 수성 또는 극성 액체와 고체의 친수성 표면 사이의 접촉각(θ)은, 통상적으로, 75도 미만일 것이다.
비극성 액체, 예컨대 알칸, 오일, 및 지방이 액체 혼합물의 일부를 형성할 수도 있다. 비극성 액체는, 수성 또는 극성 액체와 소수성 상호 작용을 갖는 표면에 이끌릴 수도 있다. 마찬가지로, 비극성 액체는, 수성 또는 극성 액체와 친수성 상호 작용을 갖는 표면에 이끌리지 않는다. 특정한 실시형태에서, 소수성 표면은 비극성 액체의 다공성 멤브레인 안으로의 흐름을 허용하기 위해 사용될 수도 있다.
본원에서 설명되는 실시형태는, 다공성 멤브레인을 통한 액체(예를 들면, 비극성 액체)의 흐름 및/또는 수용 캐비티 내에서의 액체(예를 들면, 극성 액체)의 형상을 제어하기 위해, 액체의 접촉각 또는 습윤 및 고체 표면의 형상을 활용한다. 고체에 대한 액체의 접촉각(θ) 또는 습윤에, 다른 인자가 영향을 끼칠 수도 있다. 예를 들면, 액체의 순도 또는 계면활성제가 사용되는지의 여부가 액체의 표면 장력 및 고체-액체 계면을 따른 분자 상호 작용에 영향을 끼칠 수도 있다. 고체의 순도 또는 코팅이 고체 표면 상에 배치되는지의 여부가 고체의 표면 에너지에 영향을 끼칠 수도 있다. 또한, 환경의 온도, 주변 기체의 조성, 및 표면의 거칠기 또는 평활도 모두가 액체(L)와 고체 표면 사이의 상호 작용에 영향을 끼칠 수도 있다.
도 5는 상 분리 디바이스(200)의 사시도이다. 상 분리 디바이스(200)는 상 분리 디바이스(125)(도 1)와 유사할 수도 있거나 또는 동일할 수도 있다. 상 분리 디바이스(200)는 지지 프레임(202) 및 지지 프레임(202)에 결합되는 다수의 수용 캐비티(204)를 포함한다. 수용 캐비티(204)의 각각은 지정된 양의 액체 혼합물을 수용하도록 사이즈가 정해지고 성형된다. 지지 프레임(202)은 수용 캐비티(204) 사이에서 연장되어 당해 수용 캐비티를 연결한다. 지지 프레임(202)은 수용 캐비티(204)를 서로에 대해 고정된 위치에서 유지할 수도 있다.
수용 캐비티(204)는 지정된 또는 미리 결정된 어레이(206)에 배치될 수도 있다. 도시되는 바와 같이, 어레이(206)는 이차원 어레이이지만, 그러나 어레이(206)는 다른 실시형태에서 일차원일 수도 있다. 어레이(206)는 다른 실시형태에서 삼차원 어레이일 수도 있다는 것이 또한 고려된다. 예를 들면, 상 분리 디바이스(200)는, 수용 캐비티가 상이한 높이 또는 고도에 위치되도록 성형될 수도 있다(예를 들면, 하나의 단계 또는 레벨에 있는 제1 로우, 상이한 단계 또는 레벨에 있는 제2 로우). 어레이(206)에서의 수용 캐비티(204)의 수 및 위치는, 상 분리 디바이스(200)를 활용하는 지정된 프로토콜에 기초할 수도 있다. 예를 들면, 어레이(206)는 수용 캐비티(204)의 두 개의 로우(211, 212)를 포함하는데, 각각의 로우는 여덟 개의 일련의 수용 캐비티(204)를 구비한다. 수용 캐비티(204)의 수는, 유체 시스템(도시되지 않음)으로부터 취출되는 상이한 액체 혼합물의 수에 기초할 수도 있다. 수용 캐비티(204)의 위치는, 액체 혼합물을 수용 캐비티(204) 안으로 침착시키는 것을 용이하게 할 수도 있다. 예를 들면, 서로에 대한 수용 캐비티(204)의 위치는, 액체 혼합물이 복수의 수용 캐비티(204) 안으로 동시에 침착될 수도 있도록 다중 피펫에 의해 유지되는 노즐의 위치에 기초할 수도 있다.
상 분리 디바이스(200)는, 상 분리 디바이스(200)의 사용자와 대면하도록 또는 당해 상 분리 디바이스의 사용자가 액세스할 수 있도록 구성되는 조작 또는 액티브 면(operating or active side)(208)을 포함한다. 수용 캐비티(204)는, 수용 캐비티(204)의 액세스 개구(210)를 정의하는 각각의 캐비티 에지(209)를 구비한다. 수용 캐비티(204)는 조작 면(208) 쪽으로 열려 있다. 동일한 로우에서의 인접한 수용 캐비티(204)는 캐비티 갭(214)에 의해 분리될 수도 있고, 상이한 로우의 인접한 수용 캐비티(204)는 캐비티 갭(216)에 의해 분리될 수도 있다. 마찬가지로, 수용 캐비티(204)의 각각의 로우는 중심 대 중심 간격(218)을 가질 수도 있다. 상이한 로우의 인접한 수용 캐비티(204)는 중심 대 중심 간격(220)을 가질 수도 있다. 캐비티 갭(214, 216) 및 중심 대 중심 간격(218, 220), 상 분리 디바이스(200)의 의도된 사용 또는 적용에 기초할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 캐비티 갭(214, 216) 및 중심 대 중심 간격(218, 220)은 수용 캐비티(204)의 윤곽 또는 형상에 기초한다.
예시된 실시형태에서, 지지 프레임(202)은 실질적으로 이차원 구조체이다. 예를 들면, 지지 프레임(202)은 패널 형상일 수도 있거나 또는 보드 형상일 수도 있다. 조작 면(208)은, 수용 캐비티(204)를 제외하면, 실질적으로 편평한 면 표면(side surface; 224)을 갖는다. 다른 실시형태에서, 면 표면(224)은 평면이 아닐 수도 있다. 예를 들면, 지지 프레임(202)은 수용 캐비티(204) 사이에서 연장되는 그리고 당해 수용 캐비티를 연결하는 복수의 브리지 또는 링크를 포함할 수도 있다.
상 분리 디바이스(200)는, 상 분리 디바이스(200)의 프로파일을 정의하는 본체 에지(231-234)를 구비할 수도 있다. 도시되는 바와 같이, 프로파일은 실질적으로 직사각형이고 키잉 피처(keying feature)(205)를 포함한다. 키잉 피처(205)는, 사용자에게 상 분리 디바이스(200)의 방위를 시각적으로 나타낼 수도 있다. 대안적으로, 상 분리 디바이스(200)는 착석 공간 또는 홀더 내에 배치될 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 키잉 피처(205)는, 상 분리 디바이스(200)가 착석 공간 내에서 적절한 방위를 갖는 것을 보장할 수도 있다. 키잉 피처(205)가 도 5에서는 모서리가 잘려진 코너로서 예시되지만, 키잉 피처(205)는 다른 실시형태에서 다른 형상을 가질 수도 있다. 예를 들면, 키잉 피처(205)는 돌출부일 수도 있다.
도 6은, 도 5의 라인 6-6을 따라 취해진 상 분리 디바이스(200)의 단면이다. 몇몇 실시형태에서, 조작 면(208) 또는 면 표면(224)은 기준 평면(246)과 일치할 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 대응하는 액세스 개구(210)를 정의하는 캐비티 에지(209)는 기준 평면(246)과 일치할 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 캐비티 에지(209)는 공통 평면 내에서 연장되지 않을 수도 있고, 예를 들면, 비평면의 경로를 가질 수도 있다. 예시적인 실시형태에서, 상 분리 디바이스(200)가 수용 캐비티(204) 내에 액체 혼합물을 수용하도록 동작가능하게 배치되는 경우, 중력의 힘 축(gravitational force axis)(248)은 기준 평면(246)에 수직하게 연장할 수도 있다. 그러나, 상 분리 디바이스(200)는 중력에 대해 특정한 방위를 가질 필요는 없고 다른 실시형태에서 다른 방위를 가질 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 상 분리 디바이스(200)는, 몇몇 실시형태에서 액체를 필터링할 때 도 6에서 도시되는 기준 평면(246)에 대해 기울어질 수도 있다(예를 들면, 30°, 45° 등). 상 분리 디바이스(200)는 유효하게 닫힌 시스템에서 더 넓게(예를 들면, 90°, 180° 등) 회전될 수 있다는 것이 또한 고려된다.
도시되는 바와 같이, 상 분리 디바이스(200)는 또한 필터 본체(226)를 포함할 수도 있다. 필터 본체(226)의 각각은, 대응하는 수용 캐비티(204)를 정의하는 필터 표면(230)을 구비하는 다공성 멤브레인(228)을 포함할 수도 있다. 필터 본체(226)는 서로에 대해 고정된 위치를 가질 수도 있다. 예시적인 실시형태에서, 상 분리 디바이스(200)는 다공성 멤브레인(228)의 단일체(unitary body)를 포함한다. 다공성 멤브레인(228)의 단일체는 필터 본체(226)의 각각 및 상 분리 디바이스(200)의 지지 프레임(202)을 형성하도록 성형될 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 상 분리 디바이스(200)는, 함께 조립되는 별개의 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 지지 프레임(202)은, 다공성 멤브레인(228)을 각각 포함하는 별개의 필터 본체(226) 사이에서 연장되며 그 별개의 필터 본체를 연결하는 링크(예를 들면, 플라스틱 또는 금속)를 포함할 수도 있다.
상 분리 디바이스(200)는, 조작 면(208)에 일반적으로 대향하는 장착 면(mounting side)(236)을 포함한다. 필터 본체(226)는 장착 면(236)을 따라 배치된다. 필터 본체(226)의 각각은 바깥 표면(outer surface)(238)을 갖는다. 필터 본체(226)는, 각각의 필터 본체(226)의 필터 표면(230)과 바깥 표면(238) 사이에서 일반적으로 정의되는 대응하는 흡수 영역(240)을 형성할 수도 있다. 흡수 영역(240)은 수용 캐비티(204)에 인접하게 위치되고, 수용 캐비티(204)로부터 액체를 흡수하는 다공성 멤브레인(228)의 공간을 나타낼 수도 있다. 흡수 영역(240)은, 일반적으로, 대응하는 수용 캐비티(204) 아래에 위치될 수도 있다. 각각의 필터 본체(226)(또는 흡수 영역(240))의 두께가 바깥 표면(238)과 필터 표면(230) 사이에서 정의된다. 두께는 예시된 실시형태에서 균일하지 않다. 몇몇 실시형태에서, 흡수 영역(240)의 두께 및/또는 부피는 수용 캐비티(204)의 부피보다 더 크다. 그러나, 다른 실시형태에서, 흡수 영역(240)의 두께 및/또는 부피는 수용 캐비티(204)의 부피 이하이다.
소정의 실시형태에서, 필터 본체(226)는 지정된 형상을 가지며 다중 웰 플레이트(도시되지 않음)의 대응하는 웰 안으로 필터 본체(226)가 삽입되는 것을 허용하도록 서로에 대해 배치된다. 이러한 실시형태에서, 다중 웰 플레이트는 상 분리 디바이스(200)를 지지할 수도 있고 상 분리 디바이스(200)를 실질적으로 고정된 위치에서 유지할 수도 있다. 다중 웰 플레이트의 웰(도시되지 않음)은 또한, 하기에서 설명되는 바와 같이 필터 본체(226)를 완전히 통과하여 흐르는 임의의 액체를 수용하기 위한 공간을 제공할 수도 있다.
도 7은, 예시적인 수용 캐비티(204)를 더 상세하게 예시하는 상 분리 디바이스(200)의 확대 단면이다. 수용 캐비티(204)는 다공성 멤브레인(228)의 필터 표면(230)에 의해 전체적으로 정의될 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 필터 표면(230)은 수용 캐비티(204)를 부분적으로만 정의할 수도 있다. 예를 들면, 상 분리 디바이스(200)는, 조작 면(208)의 상부에 배치되는 가스켓(도시되지 않음)을 포함할 수도 있다. 가스켓은 액세스 개구(210)와 정렬하는 개구를 구비할 수도 있다. 총괄적으로, 가스켓 및 필터 표면(230)은 수용 캐비티(204)를 정의할 수도 있다.
다공성 멤브레인(228)은, 액체(예를 들면, 극성 액체 또는 비극성 액체)가 다공성 멤브레인(228)을 통해 흐르는 것을 허용하는 공극을 구비하는 하나 이상의 재료를 포함할 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 전체 상 분리 디바이스(200)는 다공성 멤브레인의 단일의 단편 조각으로부터 형성된다. 이와 같이, 동일한 면 표면(224)은 수용 캐비티(204)의 각각을 형성하도록 성형될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 상 분리 디바이스(200)는, 서로 결합되는 다수의 다공성 멤브레인으로부터 형성될 수도 있다. 이러한 다공성 멤브레인은, 동일한 타입일 수도 있거나 또는 상이한 타입일 수도 있다(예를 들면, 상이한 속성 또는 특성을 가질 수도 있다).
특정한 실시형태에서, 다공성 멤브레인(228)은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함할 수도 있지만, PTFE 외에 또는 PTFE 대신 다른 재료가 사용될 수도 있다는 것이 고려된다. 다공성 멤브레인(228)은 지정된 속성을 제공하기 위해 하나 이상의 코팅으로 처리될 수도 있다. 예를 들면, 다공성 멤브레인(228)은, 다공성 멤브레인(228)을 통한 극성 액체의 흐름을 방해하는 소수성 코팅으로 또는 다공성 멤브레인(228)을 통한 극성 액체의 흐름을 용이하게 하는 친수성 코팅으로 함침될 수도 있거나 또는 습윤될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 전체 필터 표면(230) 또는 그 일부는 소망의 속성을 가지도록 코팅된다. 예를 들면, 필터 표면(230)은, 다공성 멤브레인(228) 안으로의 극성 액체의 흐름을 방해하는 소수성 코팅으로 또는 다공성 멤브레인(228) 안으로의 극성 액체의 흐름을 용이하게 하는 친수성 코팅으로 습윤될 수도 있다.
다공성 멤브레인(228)은 지정된 공극률을 가질 수도 있다. 공극률을 다공성 멤브레인(228) 내에서의 보이드(void) 또는 공간을 나타낼 수도 있다. 예로서, 공극률은 20%의 최소 공극률과 85%의 최대 공극률 사이에 있을 수도 있다. 최소 공극률은 25%, 30%, 또는 35%일 수도 있다. 더 특정한 실시형태에서, 최소 공극률은 40%, 41%, 42%, 43%, 44%, 45%, 46%, 47%, 48%, 49%, 또는 50% 이상일 수도 있다. 최대 공극률은 80%, 75%, 또는 70%일 수도 있다. 더 특정한 실시형태에서, 최대 공극률은 69%, 68%, 67%, 66%, 65%, 64%, 63%, 62%, 61%, 또는 60% 이하일 수도 있다. 하나 이상의 실시형태는, 상기에서 언급되는 최소 및 최대 값의 임의의 것 사이인 공극률 범위를 가질 수도 있다. 예를 들면, 몇몇 실시형태에서, 다공성 멤브레인은, 40%와 70% 사이인 공극률을 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 다공성 멤브레인은, 50%와 65% 사이인 공극률을 갖는다. 다공성 멤브레인은 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 공극률을 가질 수도 있거나, 또는, 대안적으로, 상이한 공극률을 갖는 상이한 영역을 구비할 수도 있다. 예를 들면, 다공성 멤브레인(228)은, 각각의 멤브레인 층이 상이한 공극률을 갖는 다수의 멤브레인 층을 포함할 수도 있다.
다공성 멤브레인(228)은 지정된 평균(mean) 또는 평균(average) 공극 사이즈를 가질 수도 있다. 예로서, 평균 공극 사이즈는 1㎛의 최소 평균 값과 100㎛의 최대 평균 값 사이에 있을 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 최소 평균 공극 사이즈는 2㎛, 4㎛, 6㎛, 8㎛, 또는 10㎛이다. 소정의 실시형태에서, 최소 평균 공극 사이즈는 11㎛, 12㎛, 13㎛, 14㎛, 15㎛, 16㎛, 17㎛, 18㎛, 19㎛, 20㎛ 이상이다. 몇몇 실시형태에서, 최대 평균 공극 사이즈는 90㎛, 85㎛, 80㎛, 75㎛, 또는 70㎛이다. 소정의 실시형태에서, 최대 평균 공극 사이즈는 65㎛ 또는 60㎛이다. 특정한 실시형태에서, 최대 평균 공극 사이즈는 59㎛, 58㎛, 57㎛, 56㎛, 55㎛, 54㎛, 53㎛, 52㎛, 51㎛, 또는 50㎛이다. 특정한 실시형태에서, 최대 평균 공극 사이즈는 49㎛, 48㎛, 47㎛, 46㎛, 45㎛, 44㎛, 43㎛, 42㎛, 41㎛, 또는 40㎛ 이하이다. 하나 이상의 실시형태는, 상기에서 언급된 최소 및 최대 값 중 임의의 것 사이에 있는 평균 공극 사이즈를 가질 수도 있다. 예를 들면, 몇몇 실시형태에서, 다공성 멤브레인은, 10㎛와 50㎛ 사이에 있는 평균 공극 사이즈를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 다공성 멤브레인은, 20㎛와 40㎛ 사이에 있는 평균 공극 사이즈를 갖는다.
다공성 멤브레인의 공극률 및 평균 공극 사이즈는, 제조업자 또는 벤더에 의해 제공되는 정보(예를 들면, 다공성 멤브레인 재료에 대한 시방서)에 기초하여 결정될 수도 있다. 몇몇 경우에, 다공성 멤브레인의 공극률 및 평균 공극 사이즈는, 다공성 멤브레인의 의도된 적용(예를 들면, 비혼화성 액체를 분리하는 것)을 위한 업계에서 수용되는 기술에 기초하여 결정될 수도 있다. 이러한 기술은, Souhaimi 등의 『Membrane Distillation: Principles and Applications, Chapter 8: Membrane Characterization, Elsevier (2011)』에서 또는 Nakao의 『Determination of Pore Size and Pore Size Distribution. 3. Filtration Membranes: Review, J. Membr. Sci., 96 (1994) 131-165』에서 설명될 수도 있다.
필터 표면(230)은, 수용 캐비티(204)를 형성하는 또는 정의하는 비평면의 윤곽을 구비할 수도 있다. 필터 표면(230)은, 필터 표면(230)의 일부를 정의하는 하나 이상의 상이한 경사면(251, 252)을 포함할 수도 있다. 경사면(251, 252)은 수용 캐비티의 깊이(250)에서 변화를 야기할 수도 있다. 깊이(250)는 캐비티 에지(209) 또는 기준 평면(246)에 대해 측정될 수도 있다. 경사면(251, 252)은, 중력의 힘 축(248) 및/또는 기준 평면(246)에 대해 기울어지는 필터 표면(230)의 부분에 대응할 수도 있다. 경사면(251, 252)은, 수용 캐비티(204)의 깊이(250)가 선형적인 비율 또는 비선형적인 비율로 각각 변하도록, 선형적일 수도 있거나 또는 비선형적일 수도 있다. 수용 캐비티(204)의 깊이(250)의 최대 값(또는 최대 깊이)에 대응하는 필터 표면(230)을 따른 지점은, 수용 캐비티(204)의 저부(bottom)(256)를 나타낼 수도 있다.
수용 캐비티(204)는 캐비티 축(260)에 대해 배향될 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 캐비티 축(260)은 액세스 개구(210)의 기하학적 중심 및 수용 캐비티(204)의 저부(256)를 통해 연장한다. 필터 표면(230)은, 필터 표면(230)이 캐비티 축(260)을 중심으로 회전 대칭이 되도록 캐비티 축(260)을 둘러쌀 수도 있다. 예를 들면, 수용 캐비티(204)는 반전된 직원뿔(right-circular cone)일 수도 있다. 다른 실시형태에서, 수용 캐비티(204)는 원뿔형일 수도 있지만, 그러나 직원뿔을 정의하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 수용 캐비티(204)는 빗원뿔(oblique circular cone)일 수도 있다. 여전히 다른 실시형태에서, 액세스 개구(210)는, 수용 캐비티(204)가 피라미드형 형상을 가지도록 다각형 프로파일을 갖는다.
수용 캐비티(204)의 형상은, 액체 혼합물이 수용 캐비티(204) 내에 침착되고 있을 때 필터 표면(230)이 상이한 깊이에서 액체 혼합물과 접촉하도록, 구성될 수도 있다. 다공성 멤브레인(228)은, 다공성 멤브레인(228)이 액체 혼합물을 둘러 싸도록 그리고 상이한 깊이에서 액체 혼합물의 일부를 수용할 수 있도록, 성형될 수도 있다.
액세스 개구(210)는 최대 직경(262)을 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 최대 직경(262)은, 캐비티 에지(209)의 두 지점 사이의 최대 거리를 나타낼 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 최대 직경(262)은, 캐비티 에지(209)의 두 지점 사이에서 캐비티 축(260)을 통해 연장되는 라인일 수도 있다. 수용 캐비티(204)는, 최대 깊이(250)가 최대 직경(262) 미만이도록, 성형될 수도 있다. 예를 들면, 최대 직경(262) 대 최대 깊이(250)의 애스펙트 비는 적어도 1.5:1일 수도 있다. 소정의 실시형태에서, 최대 직경(262) 대 최대 깊이(250)의 애스펙트 비는 적어도 2:1일 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 최대 직경(262) 대 최대 깊이(250)의 애스펙트 비는 적어도 2.5:1일 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 최대 직경(262) 대 최대 깊이(250)의 애스펙트 비는 적어도 3:1일 수도 있다. 예로서, 최대 직경(262)은 기껏해야 10 mm, 기껏해야 8 mm, 기껏해야 6 mm, 기껏해야 5 mm, 또는 기껏해야 4 mm일 수도 있다. 예로서, 최대 깊이(250)는 기껏해야 4 밀리미터(mm), 기껏해야 3 mm, 기껏해야 2 mm, 또는 기껏해야 1 mm일 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 수용 캐비티(204)는, 다른 액체가 다공성 멤브레인(228) 안으로 흘러 들어간 이후, 하나의 액체에 의해 형성되는 액적을 사용자가 보는 것을 허용하도록 성형될 수도 있다.
예시된 실시형태에서, 필터 표면(230)은, 필터 표면(230)이 저부(256)로부터 캐비티 에지(209)로 연장함에 따라 깊이(250)가 연속적으로 감소하도록, 저부(256)에 단일의 굴곡 지점을 갖는다. 다른 실시형태에서, 필터 표면(230)은 하나보다 많은 굴곡 지점을 가질 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 깊이(250)는 연속적으로 감소되지 않을 수도 있고, 대신, 증가하는 깊이를 갖는 영역을 구비할 수도 있다. 따라서, 수용 캐비티(204)는 하나보다 많은 저부를 구비할 수도 있거나 또는 서로 분리되는 공간을 구비할 수도 있다.
도시되는 바와 같이, 경사면(251)은 선형적인 비율로 깊이(250)를 변경시키고, 경사면(252)은 비선형적인 비율로(예를 지수적인 비율로) 깊이(250)를 변경시킨다. 따라서, 예시된 실시형태와 관련하여, 필터 표면(230)의 대부분은, 깊이(250)를 선형적인 비율로 변경시키는 경사면을 구비한다. 몇몇 실시형태에서, 저부(256)에 가까운 필터 표면(230)은 곡률 반경을 갖는다. 경사면(251, 252)은, 수용 캐비티(204) 내에 액체의 액적을 형성하기 위해 다른 파라미터를 따라 구성될 수도 있다. 예를 들면, 경사면(251, 252)은, 수용 캐비티(204)의 저부(256)에 위치되는 극성 액체를 방울지게 하도록 구성될 수도 있다.
도 8 및 도 9는, 필터링 동작의 제1 및 제2 스테이지를 각각 예시한다. 제1 스테이지에서, 액체 혼합물(270)이 수용 캐비티(204) 내에 침착되었다. 도시되는 바와 같이, 도 8에서, 액체 혼합물(270)은, 최초, 제1 액체(272) 및 제2 액체(274)의 에멀전을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 제1 액체(272)는 제2 액체(274) 내에 마이크로 액적(micro-droplet)을 형성할 수도 있다. 예를 들면, 제1 액체(272)의 몇몇 액적만이 도 8에서 도시되지만, 제1 액체(272)는 제2 액체(274) 내에 수십, 수백, 또는 수천 개의 마이크로 액적을 형성할 수도 있다. 마이크로 액적은, 수용 캐비티(204) 안으로 최초 침착될 때 다양한 부피(예를 들면, 수십 배의 차이)를 가질 수도 있거나 또는 마이크로 액적은 실질적으로 공통의 부피를 가질 수도 있다. 예를 들면, 액체 혼합물(270) 및 대응하는 마이크로 액적은, 에멀전 타입 애플리케이션에서 사용되는 것들과 유사할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 마이크로 액적은, 그들이 다음 단계를 위해 상 분리 및 고임(pooling)을 통해 단일의 용기(pot)로 후속하여 고이는 역전사(reverse transcription)와 같은 개별 검정 반응을 포함할 것이다.
예시적인 목적을 위해, 액체 혼합물(270)은 도 8에서는 필터링을 시작하지 않았지만, 필터링은 액체 혼합물(270)이 필터 표면(230)과 접촉하는 경우 바로 시작할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 제1 액체(272)는 극성 액체, 예컨대 생물학적 샘플을 포함하는 수용액일 수도 있고, 제2 액체(274)는 비극성 액체, 예컨대 DF 디바이스로부터의 필러 액체(예를 들면, 오일)일 수도 있다. 대안적으로, 제1 액체(272)는 비극성 액체일 수도 있고 제2 액체(274)는 극성 액체일 수도 있다. 수용 캐비티(204)는, 필터 표면(230)과 액세스 개구(210) 또는 기준 평면(246)(도 7) 사이에서 정의되는 부피를 갖는다.
몇몇 실시형태에서, 수용 캐비티(204)는 1000㎕ 미만인 부피를 가질 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 수용 캐비티(204)는 750㎕ 미만 또는 500㎕ 미만인 부피를 가질 수도 있다. 소정의 실시형태에서, 수용 캐비티(204)는 400㎕ 미만, 300㎕ 미만, 200㎕ 미만, 또는 150㎕ 미만인 부피를 가질 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 수용 캐비티(204)는 100㎕ 미만, 90㎕ 미만, 80㎕ 미만, 또는 70㎕ 미만인 부피를 가질 수도 있다. 통상적으로, 액체 혼합물(270)은, 수용 캐비티(204)의 부피보다 더 작은 부피를 갖는다. 예를 들면, 액체 혼합물(270)은, 200㎕ 미만, 150㎕ 미만, 100㎕ 미만, 90㎕ 미만, 80㎕ 미만, 70㎕ 미만, 60㎕ 미만, 또는 50㎕ 미만인 부피를 가질 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 액체 혼합물(270)은, 40㎕ 미만, 30㎕ 미만, 20㎕ 미만, 15㎕ 미만, 14㎕ 미만, 13㎕ 미만, 12㎕ 미만, 11㎕ 미만, 또는 10㎕ 미만인 부피를 가질 수도 있다.
도시되는 바와 같이, 제2 액체(274)의 부피는, 액체 혼합물(270) 내에서의 제1 액체(272)의 부피보다 더 클 수도 있다. 다른 실시형태에서, 제2 액체(274)의 부피는 제1 액체(272) 부피보다 작을 수도 있다. 예로서, 제1 액체(272)에 대한 제2 액체(274)의 부피비는, 적어도 1:1, 적어도 1.5:1, 적어도 2:1, 적어도 3:1, 적어도 4:1, 적어도 5:1, 또는 그 이상일 수도 있다. 소정의 실시형태에서, 제1 액체(272)에 대한 제2 액체(274)의 부피비는, 적어도 6:1, 적어도 8:1, 적어도 10:1, 적어도 12:1, 적어도 14:1, 적어도 16:1, 적어도 18:1, 적어도 20:1일 수도 있다. 더 특정한 실시형태에서, 제1 액체(272)에 대한 제2 액체(274)의 부피비는, 적어도 22:1, 적어도 24:1, 적어도 26:1, 적어도 28:1, 적어도 30:1, 적어도 32:1, 또는 그 이상일 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 제1 액체(272)의 부피는 1 나노리터(nl)와 10,000 nl 사이에 있다. 몇몇 실시형태에서, 제1 액체(272)의 부피는 10 나노리터(nl)와 5000 nl 사이에 있다. 소정의 실시형태에서, 제1 액체(272)의 부피는 50 나노리터(nl)와 1000 nl 사이에 있다. 특정한 실시형태에서, 제1 액체(272)의 부피는 200 나노리터(nl)와 500 nl 사이에 있다. 몇몇 실시형태에서, 제2 액체(274)의 부피는 1㎕와 500㎕ 사이에 있다. 몇몇 실시형태에서, 제2 액체(274)의 부피는 2㎕와 200㎕ 사이에 있다. 소정의 실시형태에서, 제2 액체(274)의 부피는 4㎕와 100㎕ 사이에 있다. 특정한 실시형태에서, 제2 액체(274)의 부피는, 5㎕와 50㎕ 사이, 5㎕와 25㎕ 사이, 또는 5㎕와 15㎕ 사이에 있다. 하나의 예로서, 제2 액체(274)는 약 10㎕의 부피를 가질 수도 있고, 제1 액체(272)는 약 300 nl의 부피를 가질 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 제1 액체(272)의 부피에 대한 제2 액체(274)의 부피는 30:1보다 더 크거나 또는 대략 동일하다.
도 8에서 도시되는 바와 같이, 제2 액체(274)는 제1 액체(272)를 다수의 서브 액적(sub-droplet)(276)으로 분리한다. 몇몇 실시형태에서, 액체 혼합물(270)은, 다수의 서브 액적(276)(또는 마이크로 액적)을 갖는 에멀전으로서 특성 묘사될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 액체 혼합물(270)은, 서브 액적이 형성되지 않으면서 두 개 이상의 층으로 실질적으로 분리될 수도 있다. 도 8에서 도시되는 바와 같이, 윤곽을 이루는 계면 또는 경계(282)는, 최초, 필터 표면(230)과 액체 혼합물(270) 사이에 존재할 수도 있다.
도 9는, 이전 스테이지(도 8)로부터의 제2 액체(274)가 다공성 멤브레인(228) 안으로 흘러 들어간 나중의 제2 스테이지를 예시한다. 점선(278)은, 다공성 멤브레인(228) 내에서의 제2 액체(274)의 포화 경계를 나타낸다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 필터 표면(230)은, 제2 액체(274)가 수용 캐비티(204)로부터 다공성 멤브레인(228) 안으로 흐르게 허용하도록 구성된다. 예를 들면, 필터 표면(230)을 따른 공극 사이즈 및/또는 공극률은, 제2 액체(274)가 필터 표면(230)을 통해 다공성 멤브레인(228)의 흡수 영역(240) 안으로 흐르도록 허용할 수도 있다. 필터 표면(230)은, 제1 액체(272)의 흐름을 방해하면서, 제2 액체(274)가 자신을 통해 흘러 들어가는 것을 허용하는 표면 속성을 가질 수도 있다. 예로서, 제1 액체(272)는, 필터 표면(230)의 소수성 속성에 의해 축출되는 극성 액체일 수도 있다. 그러나, 소수성 속성은 제2 액체(274)를 방해하지 않는데, 제2 액체(274)는 다공성 멤브레인(228) 안으로 흐르도록 허용된다. 제2 액체(274)가 다공성 멤브레인(228) 안으로 흘러 들어감에 따라, 제1 액체(272)의 서브 액적(276)(도 8)은 결합하여 액적(285)을 형성할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 윤곽을 이룬 필터 표면(230)은 필터 표면(230)과 액체 혼합물(270) 사이의 표면 접촉의 양을 증가시킨다. 몇몇 실시형태에서, 제1 및 제2 액체(272, 274)는, 제1 및 제2 액체(272, 274)가 수용 캐비티(204) 내에서 상이한 층으로 분리되도록, 상이한 밀도를 가질 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 필터 표면(230)의 형상은, 필터 표면(230)이, 더 적은 밀도를 갖는 액체와 접촉할 가능성을 증가시킨다. 예를 들면, 제2 액체(274)가 제1 액체(272)보다 더 적은 밀도를 가지면, 제2 액체(274)는 제1 액체(272)의 상부 상에 층을 형성할 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 비평면의 윤곽 때문에 필터 표면(230)은 제2 액체(274)와 접촉할 수 있고, 그 결과 다공성 멤브레인(228)은 제2 액체(274)를 흡수할 수 있다.
본원에서 설명되는 실시형태는, 액체 혼합물 내에서의 비혼화성 액체의 허용가능한 분리 또는 필터링을 달성하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 액체 중 하나는 다른 액체로부터 효과적으로 격리될 수도 있다. 예를 들면, 실시형태는, 제2 액체(274)의 적어도 75%가 수용 캐비티(204)로부터 제거되도록, 제2 액체(274)를 분리 또는 필터링할 수도 있다. 제2 액체(274)는 다공성 멤브레인(228)에 의해 흡수될 수도 있고 및/또는 다공성 멤브레인(228)을 나와 바깥 표면(238)을 통해 다른 공간 안으로 가도록 허용될 수도 있다. 소정의 실시형태는, 수용 캐비티(204)로부터 제2 액체(274)의 적어도 85%를 제거할 수도 있다. 특정한 실시형태는, 수용 캐비티(204)로부터 제2 액체(274)의 적어도 95% 또는 적어도 97%를 제거할 수도 있다. 더 특정한 실시형태는, 수용 캐비티(204)로부터 제2 액체(274)의 적어도 98% 또는 적어도 99%를 제거할 수도 있다.
다공성 멤브레인(228)은 지정된 흡수율로 제2 액체(274)를 흡수할 수도 있다. 특정한 액체의 흡수율은, 환경적 조건(예를 들면, 주변 환경의 온도 및 압력), 액체 혼합물 내에서의 액체의 속성, 필터 표면 및 다공성 멤브레인의 속성, 및 필터 표면(230)의 형상에 기초할 수도 있다. 예를 들면, 흡수율은 필터 표면(230)의 경사면(251)에서의 증가와 함께 증가할 수도 있다.
예로서, 실시형태는, 30초 내에 제2 액체(274)의 적어도 75%를, 30초 내에 제2 액체의 적어도 85%를, 30초 내에 제2 액체의 적어도 95%를, 30초 내에 제2 액체의 적어도 98%를, 또는 30초 내에 제2 액체의 적어도 99%를 제거할 수도 있다. 더 구체적으로는, 실시형태는, 20초 내에 제2 액체(274)의 적어도 85%를, 10초 내에 제2 액체의 적어도 85%를, 또는 5초 내에 제2 액체의 적어도 85%를 제거할 수도 있다. 여전히 더 구체적으로는, 실시형태는, 20초 내에 제2 액체(274)의 적어도 95%를, 10초 내에 제2 액체의 적어도 95%를, 또는 5초 내에 제2 액체의 적어도 95%를 제거할 수도 있다. 원심분리기를 사용하는 종래의 분리 프로세스와 비교하여, 적어도 몇몇 실시형태는, 비혼화성 액체를 분리하는 데 필요한 시간, 복잡성, 및 비용을 상당히 감소시킬 수도 있다.
지정된 양의 시간(예를 들면, 수 초, 수 분, 수 시간) 이후, 수용 캐비티(204) 내에 남아 있는 액체(나머지 액체 또는 나머지(286)로 칭해짐)는 제거될 수도 있다. 나머지 액체(286)는 제1 액체(272)의 액적(285), 및, 어쩌면, 제2 액체(274)의 소량 또는 잔여물을 포함하며, 그 결과 제1 액체(272)는 제2 액체(274)로부터 효과적으로 격리된다. 예를 들면, 제2 액체(274)는 나머지 액체(286)의 부피의 기껏해야 25% 또는 나머지 액체(286)의 부피의 기껏해야 15%를 포함할 수도 있다. 더 구체적으로는, 제2 액체(274)는 나머지 액체(286)의 부피의 기껏해야 10%, 나머지 액체(286)의 부피의 기껏해야 5%, 또는 나머지 액체(286)의 부피의 기껏해야 1%를 포함할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 필터 표면(230)의 형상 및 표면 속성은, 액적(285)으로 하여금 수용 캐비티(204) 내에서 방울지게 할 수도 있다. 예를 들면, 액적(285)의 외면(exterior surface)은, 도 9에서 볼록한 형상을 갖는다. 이러한 실시형태에서, 사용자는 액적(285)을 시각적으로 위치결정할 수도 있고 기기를 수용 캐비티(204) 안으로 그리고 액적(285) 안으로 삽입할 수도 있다. 몇몇 경우에, 기기는 액적(285)으로부터만 액체를 취출할 수 있고 그에 의해 수용 캐비티(204) 내에 제2 액체(274)를 남길 수 있다.
다른 실시형태에서, 제2 액체(274)가 필터링된 이후, 그러나 나머지 액체(286)를 제거하기 이전에, 제2 액체 혼합물(도시되지 않음)이 수용 캐비티(204)에 추가될 수도 있다. 액체 혼합물(270)과 마찬가지로, 제2 액체 혼합물은 제1 액체(예를 들면, 극성 액체) 및 제2 액체(예를 들면, 비극성 액체)를 포함할 수도 있다. 제1 액체는 제1 액체(272)와는 상이한 조성(예를 들면, 상이한 생물학적 샘플)을 가질 수도 있거나 또는 가지지 않을 수도 있다. 다시, 상 분리 디바이스(200)는 제2 액체가 다공성 멤브레인(228) 안으로 흐르도록 허용할 수도 있고 다공성 멤브레인(228) 안으로의 제1 액체의 흐름을 방해할 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 두 개의 상이한 제1 액체(예를 들면, 두 개의 상이한 생물학적 샘플)는 수용 캐비티(204) 내에서 결합될 수도 있다.
대안적인 실시형태에서, 필터 표면(230)은 곡면의 윤곽을 가지지 않는다. 예를 들면, 필터 표면(230)은, 수용 캐비티가 디스크 형상, 입방체 등이도록, 편평하거나 또는 평면일 수도 있다. 선택적으로, 상 분리 디바이스(200)는, 수용 캐비티(204)의 외부 경계를 정의하는 필터 표면(230)에 결합되는 벽(도시되지 않음)을 포함할 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 실시형태에서, 필터 표면(230)은, 제2 액체(274)가 다공성 멤브레인(228) 안으로 흐르도록 허용할 수도 있고 다공성 멤브레인(228) 안으로의 제1 액체(272)의 흐름을 방해할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 제1 액체(272)의 액적(285)은 필터 표면(230)을 따라 방울질 수도 있다.
도 10은, 상 분리 디바이스(350)(도 13)와 같은, 상 분리 디바이스를 단독으로 구성할 수도 있는 또는 상 분리 디바이스의 일부일 수도 있는 필터 본체(300)의 사시도이다. 도 11은 도 10의 라인 11-11을 따라 취해진 필터 본체(300)의 단면이다. 필터 본체(300)는 필터 본체(226)(도 6)와 유사할 수도 있다. 예를 들면, 필터 본체(300)는, 필터 본체(300)의 대응하는 수용 캐비티(306)를 정의하는 필터 표면(304)을 구비하는 다공성 멤브레인(302)을 포함할 수도 있다. 수용 캐비티(204)(도 6)와 마찬가지로, 수용 캐비티(306)는 반전된 직원뿔일 수도 있다. 그러나, 수용 캐비티(306)는 다른 실시형태에서 다른 형상을 가질 수도 있다. 예시적인 실시형태에서, 필터 본체(300)는 다공성 멤브레인(302)으로부터 배타적으로 형성된다. 그러나, 다른 실시형태에서, 필터 본체(300)는, 함께 조립되는 별개의 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 필터 본체(300)는, 다공성 멤브레인(302) 상으로 장착되는 캡(cap) 또는 림(rim)을 포함할 수도 있다.
필터 본체(300)는, 필터 본체(300)의 형상을 정의하는 외면(308)을 갖는다. 외면(308)은, 필터 본체(300)가, 예를 들면, 플레이트의 캐비티 또는 튜브(도시되지 않음) 내에 적합될 수도 있도록 성형될 수도 있다. 필터 본체(300)는 외부 직경(326)을 갖는다. 도 11에서 도시되는 바와 같이, 필터 본체(300)는 상부 본체부(322) 및 하부 본체부(324)를 포함한다. 예시된 실시형태에서, 외부 직경(326)은 상부 본체부(322)를 따라 균일하거나 또는 일정하다. 그러나, 하부 본체부(324)가 상부 본체부(322)로부터 멀어지게 연장함에 따라, 외부 직경(326)은 감소하거나 또는 테이퍼 형상을 갖는다(taper).
필터 본체(300)는 액세스 개구(310)를 포함한다. 예시된 실시형태에서, 액세스 개구(310)는 원형 프로파일을 갖는다. 그러나, 다른 실시형태에서, 액세스 개구(310)는 상이한 프로파일을 가질 수도 있다. 예를 들면, 액세스 개구(310)는 다각형, 반원 등일 수도 있다. 도 11에서 도시되는 바와 같이, 액세스 개구(310)는 최대 직경(312)를 가지며, 수용 캐비티(306)는 깊이(314)를 갖는다. 예시된 실시형태에서, 수용 캐비티(306)는, 최대 깊이(314)가 최대 직경(312)보다 더 크도록 성형된다. 예를 들면, 최대 깊이(314) 대 최대 직경(312)의 애스펙트 비는 적어도 1.5:1일 수도 있다. 소정의 실시형태에서, 최대 깊이(314) 대 최대 직경(312)의 애스펙트 비는 적어도 2:1일 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 최대 깊이(314) 대 최대 직경(312)의 애스펙트 비는 적어도 2.5:1일 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 최대 깊이(314) 대 최대 직경(312)의 애스펙트 비는 적어도 3:1 또는 적어도 5:1일 수도 있다. 따라서, 필터 표면(230)(도 6)과 비교하여, 필터 표면(304)은 더 가파른 경사면을 구비한다. 몇몇 실시형태에서, 필터 표면(304)은, 액체 혼합물과 필터 표면(304) 사이에서 더 큰 접촉 면적을 제공할 수도 있다.
상 분리 디바이스(200)(도 5)와 관련하여 상기에서 설명되는 바와 같이, 필터 본체(300)는 수용 캐비티(306) 내의 액체 혼합물(도시되지 않음)을 수용하도록 구성된다. 다른 액체의 액적이 수용 캐비티(306) 내에 형성되도록, 다공성 멤브레인(302)은 액체 혼합물 내의 액체 중 하나를 흡수할 수도 있고 다른 액체의 흐름을 방해할 수도 있다. 다공성 멤브레인(302) 및 필터 표면(304)의 특성 및 속성은, 각각, 다공성 멤브레인(228) 및 필터 표면(230)과 유사할 수도 있거나 또는 동일할 수도 있다. 필터 본체(300)는 다공성 멤브레인(228)과 유사한 흡수율을 가질 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 흡수율은 다공성 멤브레인(228)의 흡수율보다 더 클 수도 있다.
도 12는, 복수의 필터 본체(352)를 포함하는 실시형태에 따른 상 분리 디바이스(350)의 예시이다. 필터 본체(352)는 필터 본체(300)(도 10)와 유사할 수도 있거나 또는 동일할 수도 있다. 도시되는 바와 같이, 상 분리 디바이스(350)는 또한 별개의 지지 프레임(354)을 포함한다. 지지 프레임(354)은, 복수의 튜브 또는 바이얼(vial)(356) 및 튜브(356)를 서로 연결하는 복수의 링크(358)를 포함한다. 링크(358)는, 튜브(356)가 서로에 대해 움직일 수도 있도록 약간의 유연성(flexibility)을 가질 수도 있다. 튜브(356)의 각각은, 필터 본체(352) 중 하나를 수용하도록 사이즈가 정해지고 성형되는(shaped) 내면(interior surface)을 갖는다. 도시되는 바와 같이, 필터 본체(352)의 저부(362)와 튜브(356)의 내면 사이에 저장소(360)가 형성된다. 몇몇 실시형태에서, 저장소(360)는 필터 본체(352)를 통해 흐르는 액체를 수용하도록 구성될 수도 있다.
다른 실시형태에서, 상 분리 디바이스(350)는 단일의 필터 본체(352) 및 단일의 튜브(356)를 포함할 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 상 분리 디바이스(350)는, 액체 혼합물의 분리 또는 필터링을 용이하게 하기 위해 원심분리기 안으로 장입될 수도 있다. 그러나, 원심분리기는, 단일의 필터 본체만을 포함하는 실시형태로 반드시 제한되지는 않는다. 원심분리기는 다른 실시형태, 예컨대 상 분리 디바이스(200)(도 5)와 함께 사용될 수도 있다는 것이 고려된다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 다공성 멤브레인 안으로의 액체의 흐름을 유도하기 위해, 진공원(vacuum source)(도시되지 않음)이 제공될 수도 있다. 진공원은 다공성 멤브레인을 통과하도록 액체를 푸시하기 위한 공기를 제공할 수도 있거나, 또는 다공성 멤브레인을 통해 액체를 인출할 수도 있다.
도 13은, 실시형태에 따른 방법(400)을 예시하는 순서도이다. 하나 이상의 실시형태에 따라 실행될 수도 있는 방법의 하나의 예를 도 13이 제공하지만, 실시형태는 도 13에서 예시되는 단계로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 단계는 생략될 수도 있고, 단계는 수정될 수도 있고, 및/또는 다른 단계가 추가될 수도 있다. 또한, 본원에서 설명되는 단계는 결합될 수도 있거나, 단계는 동시에 수행될 수도 있거나, 단계는 동시적으로 수행될 수도 있거나, 단계는 다수의 하위 단계로 분할될 수도 있거나, 단계는 상이한 순서로 수행될 수도 있거나, 또는 단계(또는 일련의 단계)는 반복적 양식으로 재수행될 수도 있다. 하나 이상의 단계는 수동으로 수행될 수도 있다. 하나 이상의 단계는, 자동화된 시스템을 사용하여 자동적으로 수행될 수도 있다.
방법(400)은, 402에서, 복수의 비혼화성 액체를 사용하여 관심 대상 샘플(sample-of-interest)을 조제하는 것을 포함한다. 예를 들면, 관심 대상 샘플은 제1 액체 내에 현탁되는 생물학적 샘플(예를 들면, 핵산)일 수도 있다. 상기에서 설명되는 바와 같이, 제1 액체는 극성 액체(예를 들면, 수용액)일 수도 있다. 몇몇 프로토콜의 경우, 제1 액체는, 제2 액체(예를 들면, 비극성 액체)에 의해 둘러싸이는 액적의 형태로 DF 디바이스 내에 한정될 수도 있다. 제1 액체의 액적은, 생물학적 샘플을 조제 또는 개질하기 위해, 전기습윤 중재 조작에 의해 제2 액체를 통해 수송될 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 생물학적 샘플은, SBS 프로토콜 동안 사용되도록 구성되는 핵산의 단편을 포함한다.
방법(400)은 또한, 404에서, 제1 액체 및 제2 액체를 포함하는 액체 혼합물을 획득하는 것을 포함한다. 획득 동작(404)은, 예를 들면, DF 디바이스로부터, 지정된 부피의 제1 및 제2 액체를 제거하는 것을 포함할 수도 있다. 예로서, 획득 동작(404)은, 피펫의 노즐을 DF 디바이스의 캐비티 안으로 삽입하는 것 및 지정된 부피의 액체 혼합물을 취출하는 것을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 지정된 부피의 대다수는 제2 액체를 포함하고 지정된 부피의 소수(minority)는 제1 액체를 포함한다. 특정한 실시형태에서, 제1 액체는, 전체 부피의 25% 미만과 같은, 전체 부피의 일부만을 나타낼 수도 있다.
선택적으로, 404에서, 획득하는 것은, 제3 액체를 액체 혼합물 안으로 도입하는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 액체는 피펫 안으로 도입된 이후, 피펫은 제3 액체를 포함하는 다른 액체 소스로 수송될 수도 있다. 제3 액체는, 제1 액체에 대해 혼합성인 극성 액체를 포함할 수도 있다. 더 구체적으로는, 제3 액체는, 제1 액체와 동질적으로 혼합할 수 있는 수용액(예를 들면, 버퍼 용액)일 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 제3 액체는, 제1 액체와 반응하도록 및/또는 제1 액체 내의 샘플을 개질하도록 구성될 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 제3 액체는, 제1 액체로부터의 하나 이상의 내용물을 희석시키도록 또는 안정화시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 제3 액체는 제1 액체의 내용물과 반응할 필요가 없거나 또는 제1 액체의 내용물을 화학적으로 개질할 필요가 없다. 총괄적으로, 제1, 제2, 및 제3 액체는 에멀전을 형성할 수도 있다. 간략화를 위해, 제1 및 제3 액체는 제1 액체로서 또는 결합된 액체로서 칭해질 수도 있다.
406에서, 상 분리 디바이스가 제공될 수도 있다. 상 분리 디바이스는 본원에서 설명되는 상 분리 디바이스와 유사할 수도 있거나 또는 동일할 수도 있다. 예를 들면, 상 분리 디바이스는 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함할 수도 있다. 필터 표면은, 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 가질 수도 있다. 방법(400)은 또한, 408에서, 액체 혼합물을 다공성 멤브레인의 수용 캐비티 안으로 침착시키는 것을 포함할 수도 있다. 408에서의 침착은, 측정된 부피의 액체 혼합물을 침착시키는 것을 포함할 수도 있다. 측정된 부피는, 예를 들면, 액체 혼합물을 상 분리 디바이스로 수송하기 위해 사용되는 기기에 의해 결정되는 근사 값일 수도 있다. 예를 들면, 피펫은, DF 디바이스로부터 대략적인 또는 측정된 부피(예를 들면, 약 10㎕)를 인출하도록 구성될 수도 있다. 선택적으로, 피펫은 추가적인 부피(예를 들면, 다른 10㎕)의 제3 액체를 인출하도록 구성될 수도 있다. 기기 내에서의 측정된 부피는, 수용 캐비티의 부피와 같거나 또는 더 작을 수도 있다.
수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 필터 표면을 통한 제1 액체(또는 결합된 액체)의 흐름을 방해하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 제1 액체가 극성 액체이면, 필터 표면 및/또는 다공성 멤브레인은, 다공성 멤브레인 안으로의 극성 액체의 흐름을 방해하는 소수성 속성을 가질 수도 있다. 그러나, 필터 표면은, 다공성 멤브레인 안으로의 제2 액체의 흐름을 허용할 수도 있다. 따라서, 방법(400)은, 410에서, 제2 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 것을 포함한다. 액체 혼합물의 나머지는 수용 캐비티 내에서 액적을 형성할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 410에서, 제2 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 것은, 상 분리 디바이스를 이동시키지 않고도 수행된다. 예를 들면, 상 분리 디바이스는 다중 웰 플레이트 또는 튜브 내에 또는 표면 상에 배치될 수도 있다. 제2 액체는, 상 분리 디바이스를 이동시키거나 또는 흔들지 않고도 또는 구심력을 생성하지 않고도, 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어갈 수도 있다. 다시 말하면, 상 분리 디바이스는, 제2 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐를 때 정지할 수도 있다.
그러나, 다른 실시형태에서, 410에서, 제2 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 것은, 제2 액체의 흐름을 용이하게 하는 것 또는 그 흐름을 압박하는(urging) 것을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 상 분리 디바이스는 원심분리기 내에 배치될 수도 있다. 원심분리기는, 액체 혼합물이 필터 표면에 대해 가압되게 하는 구심력을 생성할 수도 있다. 구심력은 제2 액체를 다공성 멤브레인 안으로 압박할 수도 있다. 대안적으로, 상 분리 디바이스는, 상 분리 디바이스를 이동시키는 교반 서브시스템(agitation sub-system)에 결합될 수도 있다. 예를 들면, 교반 서브시스템은, 수용 캐비티 내의 액체 혼합물을 흔들거나 진동시키기 위해 상 분리 디바이스를 흔들거나 또는 진동시킬 수도 있다. 몇몇 경우에, 흔들기/진동시키기는 액체 혼합물 분리를 용이하게 할 수도 있다.
방법(400)은, 412에서, 수용 캐비티로부터 액적을 제거하는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 기기의 노즐은, 수용 캐비티 안으로 수동으로 또는 자동적으로 삽입될 수도 있고 액적에 유체적으로 결합할 수도 있다. 액적은 기기 안으로 도입될 수도 있다. 기기는, 예컨대 사용자 또는 로봇 팔에 의해, 지정된 위치로 이송될 수도 있다. 그 다음, 기기, 예컨대 피펫은, 액적을 활용하는 다른 시스템 안으로 액적을 침착할 수도 있다. 예를 들면, 기기는 액적을 SBS 시스템 내에 침착할 수도 있다. 대안적인 실시형태는 별도의 기기를 사용하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 다른 실시형태에서, 튜브의 일단(end)은 수용 캐비티 내에서 고정된 위치를 가질 수도 있다. 액체 혼합물이 수용 캐비티 안으로 침착되고 시간의 지정된 기간이 경과한 이후, (예를 들면, 진공원을 사용하여) 튜브를 통한 액적의 흐름이 유도될 수도 있다. 액적은 검정 시스템 내의 지정된 위치로 지향될 수도 있다. 414에서, 액적은 지정된 검정 프로토콜, 예컨대 SBS 동안 사용될 수도 있다.
도 14는 실시형태에 따른 상 분리 디바이스(500)의 사시도이고, 도 15는 라인 15-15를 따라 취해진 상 분리 디바이스(500)의 단면이다. 상 분리 디바이스(500)는 상 분리 디바이스(125)(도 1)와 유사할 수도 있거나 또는 상 분리 디바이스(200)(도 5)와 유사할 수도 있다. 도 14와 관련하여, 상 분리 디바이스(500)는 지지 프레임(502) 및 지지 프레임(502)에 결합되는 다수의 수용 캐비티(504)를 포함한다. 수용 캐비티(504)의 각각은 지정된 양의 액체 혼합물을 수용하도록 사이즈가 정해지고 성형된다. 지지 프레임(502)은 수용 캐비티(504) 사이에서 연장되고 당해 수용 캐비티를 연결한다. 지지 프레임(502)은 수용 캐비티(504)를 서로에 대해 고정된 위치에서 유지할 수도 있다.
수용 캐비티(504)는 지정된 또는 미리 결정된 어레이(506)에 배치될 수도 있다. 도시되는 바와 같이, 어레이(506)는 이차원 어레이이지만, 그러나 어레이(506)는 다른 실시형태에서 일차원일 수도 있다. 상 분리 디바이스(200)(도 5)와 마찬가지로, 어레이(506)에서의 수용 캐비티(504)의 수 및 위치는, 상 분리 디바이스(500)를 활용하는 지정된 프로토콜에 기초할 수도 있다.
상 분리 디바이스(500)는, 상 분리 디바이스(500)의 사용자와 대면하도록 또는 당해 상 분리 디바이스의 사용자가 액세스할 수 있도록 구성되는 조작 또는 액티브 면(508)을 포함한다. 수용 캐비티(504)는, 수용 캐비티(504)의 액세스 개구(510)를 정의하는 각각의 캐비티 에지(509)를 구비한다. 수용 캐비티(504)는 조작 면(508) 쪽으로 열려 있다. 예시된 실시형태에서, 지지 프레임(502)은 실질적으로 이차원 구조체이다. 예를 들면, 지지 프레임(502)은 패널 형상일 수도 있거나 또는 보드 형상일 수도 있다. 조작 면(508)은, 캐비티 에지(509)를 정의하는 디바이스 벽 또는 돌출부(511)를 제외하면, 실질적으로 편평한 면 표면(524)을 갖는다. 다른 실시형태에서, 면 표면(524)은 평면이 아닐 수도 있다. 예를 들면, 지지 프레임(502)은 수용 캐비티(504) 사이에서 연장되는 그리고 당해 수용 캐비티를 연결하는 복수의 브리지 또는 링크를 포함할 수도 있다. 상 분리 디바이스(500)는, 상 분리 디바이스(500)의 프로파일을 정의하는 본체 에지(531 내지 534)를 구비할 수도 있다. 도시되는 바와 같이, 프로파일은 실질적으로 직사각형이다.
실시형태는 하나 이상의 방위 피처를 가질 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "방위 피처"는, 상 분리 디바이스의 방위를 결정하기 위해 사용될 수도 있는 시각적으로 식별가능한 피처를 포함한다. 특정한 실시형태에서, 방위 피처는 구조적 피처이다. 예를 들면, 상 분리 디바이스(500)는, 상 분리 디바이스(500)의 방위를 사용자에게 시각적으로 나타내는 키잉 피처(505)를 포함한다. 대안적으로, 상 분리 디바이스(500)는 착석 공간 또는 홀더 내에 배치될 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 키잉 피처(505)는, 상 분리 디바이스(500)가 착석 공간 내에서 적절한 방위를 갖는 것을 보장할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 상 분리 디바이스(500)는 또한, 수치적 식별자(numerical identifier)(507)를 포함할 수도 있다. 키잉 피처(505)와 마찬가지로, 수치적 식별자(507)는, 사용자에게 상 분리 디바이스(500)의 방위를 시각적으로 나타낼 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 수치적 식별자(507A)는 제1 수용 캐비티(504)를 식별하고, 수치적 식별자(507B)는 최종(또는 16번째) 수용 캐비티(504)를 식별한다.
도 15는, 도 14의 라인 15-15를 따라 취해진 상 분리 디바이스(500)의 단면이다. 몇몇 실시형태에서, 조작 면(508) 또는 면 표면(524)은 기준 평면(546)과 일치할 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 캐비티 에지(509) 및 대응하는 액세스 개구(510)를 정의하는 디바이스 벽(511)은 기준 평면(546) 위로 융기(elevation) 또는 높이(height)(550)를 돌출시킬 수도 있다.
예시적인 실시형태에서, 상 분리 디바이스(500)가 수용 캐비티(504) 내에 액체 혼합물을 수용하도록 동작가능하게 배치되는 경우, 중력의 힘 축(548)은 기준 평면(546)에 수직하게 연장할 수도 있다. 그러나, 상 분리 디바이스(500)는 중력에 대해 특정한 방위를 가질 필요는 없고 다른 실시형태에서 다른 방위를 가질 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 상 분리 디바이스(500)는, 몇몇 실시형태에서 액체를 필터링할 때 도 15에서 도시되는 기준 평면(546)에 대해 기울어질 수도 있다(예를 들면, 30°, 45° 등). 상 분리 디바이스(500)는 유효하게 닫힌 시스템에서 더 넓게(예를 들면, 90°, 180° 등) 회전될 수 있다는 것이 또한 고려된다.
상 분리 디바이스(200)(도 5)와 마찬가지로, 상 분리 디바이스(500)는 또한 필터 본체(526)를 포함할 수도 있다. 필터 본체(526)의 각각은, 대응하는 수용 캐비티(504)를 정의하는 필터 표면(530)을 구비하는 다공성 멤브레인(528)을 포함할 수도 있다. 다공성 멤브레인(528)은 다공성 멤브레인(228)과 유사할 수도 있거나 또는 동일할 수도 있고 상기에서 설명되는 바와 같은 유사한 또한 동일한 특성(예를 들면, 공극 사이즈, 공극률 등)을 가질 수도 있다. 필터 본체(526)는 서로에 대해 고정된 위치를 가질 수도 있다. 예시적인 실시형태에서, 상 분리 디바이스(500)는 다공성 멤브레인(528)의 단일체를 포함한다. 다공성 멤브레인(528)의 단일체는 필터 본체(526)의 각각 및 상 분리 디바이스(500)의 지지 프레임(502)을 형성하도록 성형될 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 상 분리 디바이스(500)는, 함께 조립되는 별개의 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 지지 프레임은, 다공성 멤브레인(528)을 각각 포함하는 별개의 필터 본체(526) 사이에서 연장되며 그 별개의 필터 본체를 연결하는 링크(예를 들면, 플라스틱 또는 금속)를 포함할 수도 있다.
상 분리 디바이스(500)는, 조작 면(508)에 일반적으로 대향하는 장착 면(536)을 포함한다. 필터 본체(526)는 장착 면(536)을 따라 배치된다. 필터 본체(526)의 각각은 바깥 표면(538)을 갖는다. 필터 본체(526)는, 각각의 필터 본체(526)의 필터 표면(530)과 바깥 표면(538) 사이에서 일반적으로 정의되는 대응하는 흡수 영역(540)을 형성할 수도 있다. 흡수 영역(540)은 수용 캐비티(504)에 인접하게 위치되고, 수용 캐비티(504)로부터 액체를 흡수하는 다공성 멤브레인(528)의 공간을 나타낼 수도 있다. 흡수 영역(540)은, 일반적으로, 대응하는 수용 캐비티(504) 또는 액세스 개구(510) 아래에 위치될 수도 있다. 각각의 필터 본체(526)(또는 흡수 영역(540))의 두께가 바깥 표면(538)과 필터 표면(530) 사이에서 정의된다. 두께는 예시된 실시형태에서 균일하지 않다. 몇몇 실시형태에서, 흡수 영역(540)의 두께 및/또는 부피는 수용 캐비티(504)의 부피보다 더 크다. 그러나, 다른 실시형태에서, 흡수 영역(540)의 두께 및/또는 부피는 수용 캐비티(504)의 부피 이하이다.
소정의 실시형태에서, 필터 본체(526)는 지정된 형상을 가지며 다중 웰 플레이트(도시되지 않음)의 대응하는 웰 안으로 필터 본체(526)가 삽입되는 것을 허용하도록 서로에 대해 배치된다. 이러한 실시형태에서, 다중 웰 플레이트는 상 분리 디바이스(500)를 지지할 수도 있고 상 분리 디바이스(500)를 실질적으로 고정된 위치에서 유지할 수도 있다. 다중 웰 플레이트의 웰(도시되지 않음)은 또한, 하기에서 설명되는 바와 같이 필터 본체(526)를 완전히 통과하여 흐르는 임의의 액체를 수용하기 위한 공간을 제공할 수도 있다.
도 16 내지 도 19는, 하나의 실시형태에 따른 상 분리 디바이스(601)를 예시한다. 도 20 내지 도 22는, 하나의 실시형태에 따른 상 분리 디바이스(602)를 예시하고, 도 23 내지 도 26은, 하나의 실시형태에 따른 상 분리 디바이스(603)를 예시한다. 상 분리 디바이스(601-603)는, 본원에서 설명되는 다른 실시형태와 유사한 특성 및 피처를 가질 수도 있다. 예를 들면, 상 분리 디바이스(601-603)의 각각은 PTFE(예를 들면, PTFE 10532)를 포함할 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 상 분리 디바이스(601-603)는, 옵션적인 함침된 액체 및/또는 외부 코팅 또는 마감재를 제외한, 전체 상 분리 디바이스(601-603)가 PTFE를 포함할 수도 있도록, PTFE의 단일체일 수도 있다. 도시되는 바와 같이, 도면 17, 19, 22, 25, 및 26은, 대응하는 디바이스의 상이한 치수를 나타낼 수도 있다. 다르게 명시되지 않는 한, 치수는 밀리미터 단위이다. 이들 치수 및 공차(및 다른 실시형태와 관련하여 설명되는 다른 치수 및 공차)는 미국 기계 학회(American Society of Mechanical Engineers; ASME) Y14.5M-1994에 따라 해석될 수도 있다. 치수는 마무리 프로세스 이전에 또는 이후에 존재할 수도 있다.
도 27은, 실시형태에 따른 상 분리 디바이스(700)의 사시도이다. 상 분리 디바이스(500)는 상 분리 디바이스(125)(도 1), 상 분리 디바이스(200)(도 5), 또는 상 분리 디바이스(500)(도 14)와 유사할 수도 있다. 도 27과 관련하여, 상 분리 디바이스(700)는 지지 프레임(702) 및 지지 프레임(702)에 결합되는 다수의 수용 캐비티(704)를 포함한다. 수용 캐비티(704)의 각각은 지정된 양의 액체 혼합물을 수용하도록 사이즈가 정해지고 성형된다. 지지 프레임(702)은 수용 캐비티(704) 사이에서 연장되고 당해 수용 캐비티를 연결한다. 지지 프레임(702)은 수용 캐비티(704)를 서로에 대해 고정된 위치에서 유지할 수도 있다.
수용 캐비티(704)는 지정된 또는 미리 결정된 어레이(706)에 배치될 수도 있다. 어레이(506)는 일차원, 이차원, 또는 삼차원 어레이일 수도 있다. 상 분리 디바이스(200, 500)와 마찬가지로, 어레이(706)에서의 수용 캐비티(704)의 수 및 위치는, 상 분리 디바이스(700)를 활용하는 지정된 프로토콜에 기초할 수도 있다. 상 분리 디바이스(700)는, 상 분리 디바이스(700)의 사용자와 대면하도록 또는 당해 상 분리 디바이스의 사용자가 액세스할 수 있도록 구성되는 조작 또는 액티브 면(708)을 포함한다. 수용 캐비티(704)는, 수용 캐비티(704)의 액세스 개구(710)를 정의하는 각각의 캐비티 에지(709)를 구비한다. 수용 캐비티(704)는 조작 면(708) 쪽으로 열려 있다. 예시된 실시형태에서, 지지 프레임(702)은 실질적으로 이차원 구조체이다. 예를 들면, 지지 프레임(702)은 패널 형상일 수도 있거나 또는 보드 형상일 수도 있다. 다른 실시형태에서, 지지 프레임(702)은 삼차원 구조체일 수도 있다. 예를 들면, 지지 프레임(702)은 계단 형상일 수도 있고 수용 캐비티(704) 중 하나 이상의 그룹은 상이한 고도를 가질 수도 있다.
조작 면(708)은, 수용 캐비티(704)를 제외하면, 실질적으로 편평한 면 표면(724)을 갖는다. 다른 실시형태에서, 면 표면(724)은 평면이 아닐 수도 있다. 예를 들면, 지지 프레임(702)은 수용 캐비티(704) 사이에서 연장되는 그리고 당해 수용 캐비티를 연결하는 복수의 브리지 또는 링크를 포함할 수도 있다. 상 분리 디바이스(700)는, 상 분리 디바이스(700)의 프로파일을 정의하는 본체 에지(731 내지 734)를 구비한다. 도시되는 바와 같이, 프로파일을 실질적으로 직사각형이지만, 그러나 프로파일은 다른 실시형태에서 다른 형상을 가질 수도 있다.
도 28은, 도 27의 라인 28-28을 따라 취해진 상 분리 디바이스(700)의 단면이다. 몇몇 실시형태에서, 조작 면(708) 또는 면 표면(724)은 기준 평면(746)과 일치할 수도 있다. 상 분리 디바이스(200, 500)와 마찬가지로, 상 분리 디바이스(700)는 또한 필터 본체(726)를 포함할 수도 있다. 필터 본체(726)의 각각은, 대응하는 수용 캐비티(704)를 정의하는 필터 표면(730)을 구비하는 다공성 멤브레인(728)을 포함할 수도 있다. 다공성 멤브레인(728)은 다공성 멤브레인(228 또는 528)과 유사할 수도 있거나 또는 동일할 수도 있고 상기에서 설명되는 바와 같은 유사한 또한 동일한 특성(예를 들면, 공극 사이즈, 공극률 등)을 가질 수도 있다. 필터 본체(726)는 서로에 대해 고정된 위치를 가질 수도 있다. 예시적인 실시형태에서, 상 분리 디바이스(700)는 다공성 멤브레인(728)의 단일체를 포함한다. 다공성 멤브레인(728)의 단일체는 필터 본체(726)의 각각 및 상 분리 디바이스(700)의 지지 프레임(702)을 형성하도록 성형될 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 상 분리 디바이스(700)는, 함께 조립되는 별개의 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 지지 프레임은, 다공성 멤브레인(728)을 각각 포함하는 별개의 필터 본체(726) 사이에서 연장되며 그 별개의 필터 본체를 연결하는 링크(예를 들면, 플라스틱 또는 금속)를 포함할 수도 있다.
상 분리 디바이스(700)는, 조작 면(708)에 일반적으로 대향하는 장착 면(736)을 포함한다. 필터 본체(726)는 장착 면(736)을 따라 배치된다. 필터 본체(726)의 각각은 바깥 표면(738)을 갖는다. 필터 본체(726)는, 각각의 필터 본체(726)의 필터 표면(730)과 바깥 표면(738) 사이에서 일반적으로 정의되는 대응하는 흡수 영역(740)을 형성할 수도 있다. 흡수 영역(740)은 수용 캐비티(704)에 인접하게 위치되고, 수용 캐비티(704)로부터 액체를 흡수하는 다공성 멤브레인(728)의 공간을 나타낼 수도 있다. 흡수 영역(740)은, 일반적으로, 대응하는 수용 캐비티(704) 또는 액세스 개구(710) 아래에 위치될 수도 있다. 각각의 필터 본체(726)(또는 흡수 영역(740))의 두께는, 바깥 표면(738)과 필터 표면(730) 사이에서 정의되고, 흡수 영역(740)에 대해 지정된 부피를 갖도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 흡수 영역(740)의 부피는 수용 캐비티(704)의 부피보다 더 작다. 그러나, 다른 실시형태에서, 흡수 영역(740)의 부피는 수용 캐비티(704)의 부피보다 더 크거나 또는 같을 수도 있다.
소정의 실시형태에서, 필터 본체(726)는 지정된 형상을 가지며 다중 웰 플레이트(도시되지 않음)의 대응하는 웰 안으로 필터 본체(726)가 삽입되는 것을 허용하도록 서로에 대해 배치된다. 이러한 실시형태에서, 다중 웰 플레이트는 상 분리 디바이스(700)를 지지할 수도 있고 상 분리 디바이스(700)를 실질적으로 고정된 위치에서 유지할 수도 있다. 다중 웰 플레이트의 웰(도시되지 않음)은 또한, 하기에서 설명되는 바와 같이 필터 본체(726)를 완전히 통과하여 흐르는 임의의 액체를 수용하기 위한 공간을 제공할 수도 있다.
도 29는 상 분리 디바이스(700)의 평면도이다. 도 30은, 상 분리 디바이스(700)를 포함하는 어셈블리(750)의 측면도이다. 어셈블리(750)는 또한, 상 분리 어셈블리로 칭해질 수도 있다. 어셈블리(750)는 또한, 상 분리 디바이스(700)를 유지하도록 구성되는 별개의 지지 구조체(752)를 포함한다. 예시된 실시형태에서, 지지 구조체(752)는, 서로 회전가능하게 결합되는 커버(754) 및 베이스(756)를 포함한다. 커버(754)는 조작 면(708)을 따라 연장되도록 구성되고, 베이스(756)는 장착 면(736) 또는 장착 면(736)의 적어도 일부를 따라 연장되도록 구성된다. 지지 구조체(752)는, 상 분리 디바이스(700)가 이송(예를 들면, 배송(shipping)), 보관, 및/또는 사용 동안 파손될 가능성이 적도록, 상 분리 디바이스(700)의 구조적 무결성(예를 들면, 강도(strength))을 증가시키도록 구성될 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 커버 및 베이스(756)는 힌지(757)를 따라 회전가능하게 결합된다. 지지 구조체(752)가 (도 30에서 도시되는 바와 같이) 닫힌 위치에 있으면, 커버 및 베이스(754, 756)는, 커버 및 베이스(754, 756)가 부주의로 분리될 가능성이 없도록, 끼워맞춤(interference fit)(예를 들면, 스냅 핏(snap-fit))을 형성할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 지지 구조체(752)는 이송 또는 배송 동안 상 분리 디바이스(750)를 유지하도록, 그러나 상 분리 디바이스(750)가 사용 이전에 분리되는 것을 허용하도록 구성된다. 예를 들면, 커버(754) 및/또는 베이스(756)는 분리가능할 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 지지 구조체(752)는 또한, 상 분리 디바이스(750)의 사용 동안 사용될 수도 있다. 예를 들면, 커버(754)는, 수용 캐비티(704)와 정렬하도록 위치되는 옵션적인 통로 또는 개구(756)(점선에 의해 나타내어짐)를 포함할 수도 있다. 선택적으로, 베이스(756)는, 필터 본체(726)가 베이스를 통해 연장되는 것을 허용하는 개구(758)를 포함할 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 필터 본체(726)는 다중 웰 플레이트의 웰 내에 배치될 수도 있는데, 이 경우 베이스(756)는 다중 웰 플레이트와 상 분리 디바이스(700) 사이에 배치될 것이다. 다른 실시형태에서, 베이스(756)는, 베이스(756)에 의해 정의되는 공통 캐비티 내에 필터 본체(726)를 수용하여 봉합할 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 상 분리 디바이스(700)의 사용 이전에 베이스(756)를 제거하는 것이 필요할 수도 있다. 대안적으로, 상 분리 디바이스(700)는, 필터 본체(726)가 공통 캐비티 내에 배치되는 동안, 사용될 수도 있다. 캐비티는, 제2 액체가 필터 본체(726)의 바깥 표면을 빠져나가면 제2 액체를 수용할 수도 있다.
도 31은 시스템(800)의 개략도이다. 시스템(800)은, 비혼화성 액체 내에 생물학적(또는 화학적) 관심 대상 물질(substance-of-interest)을 조제하도록 그리고 관심 대상 물질이 지정된 검정 또는 다른 프로세스에 대해 사용될 수도 있게끔 비혼화성 액체를 분리하도록 구성된다. 특정한 실시형태에서, 시스템(800)은 SBS 서열화를 위한 라이브러리를 자동적으로 조제하도록 구성된다. 그러나, 다른 실시형태에서, 시스템(800)은 다른 애플리케이션을 위한 생물학적 또는 화학적 물질을 생성하기 위해 사용될 수도 있다.
시스템(800)은, 제1 디바이스(802), 유체 시스템(804), 및 제2 디바이스(806)를 포함한다. 유체 시스템(804)은 제1 디바이스(802)과 제2 디바이스(806)를 유체적으로 연결한다. 예시된 실시형태에서, 제1 및 제2 디바이스(802, 806)는, 각각, DF 디바이스(802) 및 상 분리 디바이스(806)이다. DF 디바이스(802)는 관심 대상 물질을 조제하도록 구성된다. 예를 들면, 하나 이상의 액체의 액적은, 예를 들면, DV 디바이스(802)에 의해 행해지는 전기습윤 조작을 통해 제어될 수도 있다. DF 디바이스(802)는 개구(808)를 포함하는데, 이 개구를 통해 액체 혼합물(810)이 제거될 수도 있다. 액체 혼합물(810)은 제1 액체(812) 및 제2 액체(814)를 포함한다. 제1 및 제2 액체(812, 814)는 상기에서 설명되는 바와 같이 비혼화성 액체이다. 예시된 실시형태에서, 제1 액체(812)는 수용액(예를 들면, 극성 액체)이고 제2 액체(814)는 필러 액체(예를 들면, 비극성 액체)이다. 선택적으로, 액체 혼합물(810)은, 제1 액체(812) 및/또는 제2 액체(814)에 대해 비혼화성일 수도 있는 또는 비혼화성이 아닐 수도 있는 추가적인 액체를 포함할 수도 있다.
유체 시스템(804)은, 개구(808)로부터 액체 혼합물(810)을 자동적으로 제거하도록 그리고 액체 혼합물(810)을 상 분리 디바이스(806)의 수용 캐비티(816) 안으로 침착되도록 구성된다. 액체 혼합물(810)의 제거 및 침착은, 동작의 미리 결정된 스케줄 또는 시퀀스에 따라 행해질 수도 있다. 예를 들면, 액체 혼합물(810)은, 지정된 양의 제1 액체(812)가 DF 디바이스(802)에 의해 조제될 때까지, 제거되지 않을 수도 있다. 상 분리 디바이스(806)는 본원에서 설명되는 상 분리 디바이스와 유사할 수도 있거나 또는 동일할 수도 있다.
유체 시스템(804)은 하나 이상의 밸브 및 하나 이상의 펌프를 포함한다. 밸브(들) 및 펌프(들)의 제어는, 사용자에 의한 그리고 미리 결정된 스케줄에 따른 피펫팅(pipetting) 없이 유체 시스템(804)이 액체 혼합물(810)을 수용 캐비티(816)로 수송하도록, 자동화될 수도 있다. 도시되지는 않지만, 시스템(800)은, DF 디바이스(802), 밸브(들), 및 펌프(들)의 동작을 제어하는 시스템 컨트롤러(예를 들면, 프로세서 또는 프로세서들)를 포함할 수도 있다. 시스템 컨트롤러는 또한 분석 시스템의 동작을 제어할 수도 있다.
예시된 실시형태에서, 유체 시스템(804)은, 유체 라인(820), 제어 밸브(822), 및 펌프(824)를 포함한다. 도시되는 바와 같이, 유체 라인(820)은, 개구(806)와 제어 밸브(822)를 유체적으로 연결하는 단일의 도관이다. 그러나, 유체 라인(820)은 복수의 상호 접속된 도관(튜브, MEM 디바이스의 플로우 채널, 다른 밸브, 및 등)을 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 제어 밸브(822)는 상이한 상태 또는 위치 사이를 옮기도록 구성될 수도 있다. 제어 밸브(822)는 상이한 상태 중 하나 또는 전체에서 펌프(824)와 유체 연통할 수도 있다. 예를 들면, 제1 상태에서, 제어 밸브(822)는, 펌프(824)가 액체 혼합물(810)을 DF 디바이스(802)로부터 유체 시스템(804)의 저장 라인(826) 안으로 취출할 수 있도록, 펌프(824)와 유체 라인(820)을 유체적으로 연결된다. 저장 라인(826)은 제어 밸브(822)와 펌프(824) 사이에서 연장되고 펌프(824)와 제어 밸브(822)를 유체적으로 연결할 수도 있다. 펌프(824)는, 지정된 부피를 저장 라인(826) 안으로 도입하기(또는 끌어오기) 위한 음압(negative pressure)을 생성하도록 구성된다.
저장 라인(826)은 그 안에 지정된 부피의 액체 혼합물(810)을 구비하도록 구성된다. 지정된 부피의 액체 혼합물(810)을 저장 라인(826) 안으로 도입한 이후, 제어 밸브(822)는 제1 상태에서 제2 상태로 변하도록 제어될 수도 있다. 예를 들면, 제어 밸브(822)는, 밸브 포트(838)가 유체 라인(820)과 유체 연통하는 것으로부터, 유체 시스템(804)의 침착 라인(830)과 유체 연통하는 것으로 옮겨지도록, 회전될 수도 있다. 침착 라인(830)은, 수용 캐비티(816) 내에 또는 수용 캐비티(816)에 인접하게 배치되는 노즐(844)을 포함한다. 제2 상태에서, 제어 밸브(822)는 저장 라인(826)과 침착 라인(830)을 유체적으로 연결한다. 노즐(844)은, 액체 혼합물(810)을 수용 캐비티(816) 안으로 침착시키도록 배치되는 배출구(832)를 구비한다. 더 구체적으로는, 제어 밸브(822)가 제2 상태에 있는 경우, 펌프(824)는 액체 혼합물(810)을 배출구(832)를 통해 그리고 수용 캐비티(816) 안으로 몰아가는 양압(positive pressure)을 생성할 수도 있다. 액체 혼합물(810)이 수용 캐비티(816) 안으로 침착되면, 상 분리 디바이스(802)는 제1 및 제2 액체(812, 814)를 분리할 수도 있다. 예를 들면, 제2 액체(814)는, 상기에서 설명되는 바와 같이 제1 액체(812)가 수용 캐비티(816) 내에 유지되도록, 상 분리 디바이스(802)의 다공성 멤브레인 안으로 흡수될 수도 있다.
선택적으로, 시스템(800)은, 지정된 시간 기간 이후에 또는 지정된 조건이 충족되는(예를 들면, 지정된 부피의 제1 액체(812)가 획득된) 경우, 수용 캐비티(814)로부터 제1 액체(812)를 취출하도록 구성되는 하류 라인(downstream line; 840)을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 하류 라인(840)의 노즐(842)은, 제1 액체(812)를 하류 라인(840)으로 도입하기 위해 음압을 생성하는 펌프(도시되지 않음)와 유체 연통할 수도 있다. 제1 액체(812)는, 제1 액체(812)를 예컨대 분석 시스템 내의 지정된 공간으로 이송하기 위한 유체 네트워크를 통해 지향될 수도 있다. 예시적인 실시형태에서, 분석 시스템은 SBS 시스템이다.
몇몇 실시형태에서, 시스템(800)은, 제1 액체(812)가 수용 캐비티(804)로부터 취출되기 이전에, 액체 혼합물(810)의 분량을 수용 캐비티(804)으로 반복적으로 침착되도록 구성된다. 이러한 실시형태에서, 다수의 액체가 수용 캐비티(804) 내에 수집될 수도 있다. 이들 액체는, 예를 들면, 다공성 멤브레인 안으로의 흐름에 저항할 수도 있다. 다공성 멤브레인 안으로 흐르지 않는 액체는 서로에 대해 혼합성일 수도 있거나 또는 비혼화성일 수도 있다. 그 다음, 수용 캐비티(804) 내의 액체는 유체 라인(840)을 통해 제거될 수도 있다.
도 32는 상 분리 디바이스(700)를 포함하는 실시형태에 따른 카트리지 어셈블리(900)의 분해도이다. 도 33은, 완전히 조립된 경우의 카트리지 어셈블리(900)의 사시도이다. 카트리지 어셈블리(900)는 또한, 상 분리 어셈블리로 칭해질 수도 있다. 카트리지 어셈블리(900)는, 상 분리 디바이스(700)를 유지하도록 구성되는 별개의 지지 구조체 또는 서브 어셈블리(902)를 포함한다. 지지 구조체(902)는, 상 분리 디바이스(700)가 이송(예를 들면, 배송), 보관, 및/또는 사용 동안 파손될 가능성이 적도록, 상 분리 디바이스(700)의 구조적 무결성(예를 들면, 강도)을 증가시킬 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 지지 구조체(902)는 커버(904) 및 베이스(906)를 포함한다. 완전히 조립되면, 커버(904)는 조작 면(708)을 따라 배치되고, 베이스(906)는 장착 면(736)(도 32)를 따라 배치된다. 커버(904) 및/또는 베이스(906)는 경질의 재료(rigid material), 예컨대 플라스틱 및/또는 금속을 포함할 수도 있다.
예시된 실시형태에서, 커버(904) 및 베이스(906)는, 사이에 상 분리 디바이스(700)를 둔 상태에서 서로 결합하도록 구성된다. 커버(904), 상 분리 디바이스(700), 및 베이스(906)는 샌드위치형 구성을 구비할 수도 있다. 베이스(906)는, 상 분리 디바이스(700) 및 커버(904)를 수용하도록 구성되는 베이스(906)의 홀딩 캐비티(912)를 정의하는 베이스 벽(910)을 포함한다. 베이스(906)는 또한, 홀딩 캐비티(912) 내에 배치되는 베이스 선반(base ledge; 911)(도 32)을 포함할 수도 있다. 상 분리 디바이스(700)는, 필터 본체(726)(도 32)가 동작 동안 홀딩 캐비티(912) 내에서 매달리도록, 베이스 선반(911) 상에 놓이게 구성될 수도 있다. 대안적으로, 필터 본체(726)는 홀딩 캐비티(912)를 정의하는 베이스(906)의 내부 저면(interior bottom surface)과 결합할 수도 있다.
베이스 벽(910)은 상 분리 디바이스(700) 및 커버(904)의 대응하는 둘레를 둘러쌀 수도 있다. 베이스(906) 및 커버(904)는, 마찰 결합(예를 들면, 끼워맞춤 또는 스냅 핏)을 형성하도록 구성되고 서로 결합하기 위한 상보적 피처를 포함할 수도 있다. 도 32에서 도시되는 예시된 실시형태에서, 커버(904)는 탭(tab) 또는 다리(914)를 포함하고 베이스(906)는, 탭(914)을 수용하도록 사이즈가 정해지고 성형되는 슬롯(916)을 포함한다. 상 분리 디바이스(700)가 홀딩 캐비티(912) 내에 배치된 이후, 커버(904)는 베이스와의 사이에 상 분리 디바이스(700)를 둔 상태에서 베이스(906) 상으로 장착될 수도 있다. 커버(904)가 장착될 때, 탭(914)은 베이스 벽(910)과 결합할 수도 있고 안쪽으로 편향될 수도 있다. 탭(914)이 슬롯(916) 안으로 삽입된 이후, 탭(914)은 바깥쪽으로 구부러질 수도 있다. 도시되는 바와 같이, 탭(914)은 베이스(904)와 결합하는 그립 피처(918)를 포함할 수도 있다. 그립 피처(918)는, 동작 또는 수송 동안, 커버(904)가 상 분리 디바이스(700)로부터 부주의하게 제거되는 것을 방지할 수도 있다.
도 32에서 도시되는 바와 같이, 커버(904)는, 수용 캐비티(704)와 정렬하도록 배치되는 통로 또는 개구(930)를 포함한다. 홀딩 캐비티(912)는, 분할 벽(923)에 의해 분리되며 홀딩 캐비티(912)의 일부를 형성하는 캐비티 채널(922, 924)을 포함할 수도 있다. 캐비티 채널(922, 924)의 각각은 필터 본체(726)의 대응하는 로우 또는 칼럼을 수용하도록 사이즈가 정해질 수도 있고 성형될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 상 분리 디바이스(700)의 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어가는 액체는 필터 본체(726)를 빠져 나와 홀딩 캐비티(912) 내에 고이도록 허용될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 카트리지 어셈블리(900)는, 일 회 사용 후 폐기되는 단일 사용 아이템이다. 다른 실시형태에서, 별개의 지지 구조체(902)의 베이스(906) 및 커버(904)는, 지지 구조체(902)가 다른 상 분리 디바이스(700)와 함께 재사용될 수도 있도록, 분리가능할 수도 있다.
도 34 및 도 35는, 상 분리 디바이스의 공통 수용 캐비티 내에 에멀전 액적이 고이는 각각의 시스템의 개략도를 예시한다. 도 34는, 제1 및 제2 유체 시스템(952, 954) 및 그 유체 시스템(952, 954)으로부터 제1 및 제2 액체 혼합물을 각각 수용하도록 배치되는 상 분리 디바이스(956)를 포함하는 시스템(950)을 예시한다. 유체 시스템(952, 954)은 유체 시스템(804)(도 31)과 유사할 수도 있거나 또는 동일할 수도 있다.
유체 시스템(952, 954)의 각각은 대응하는 배출구(958)를 포함한다. 상 분리 디바이스(956)는, 상 분리 디바이스(956)의 수용 캐비티(960)가 대응하는 액체 혼합물을 그 내부에 수용하도록 배치된다. 액체 혼합물은 수성 액적 또는 에멀전 액적을 포함할 수도 있다. 액체 혼합물은, 제1 액체(예를 들면, 수용액)가 수용 캐비티(960) 내에서 함께 고여 액체 풀(962)을 형성하도록, 분리도리 수도 있다. 액체 혼합물의 제2 액체는 동일한 또는 상이한 액체일 수도 있고 상 분리 디바이스(956) 안으로 흐를 수도 있다. 도시되지는 않지만, 시스템(950)은, 선택적으로, 액체 풀(962)을 자동적으로 제거하도록 구성되는 하류 라인을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 상 분리 디바이스(956)는, 수성 액적의 분열 및 수성 액적의 상호 결합의 허용을 용이하게 하기 위해, 상 분리 디바이스(956)를 흔들 수도 있는 교반 디바이스(예를 들면, 쉐이커, 진동기 등)에 결합될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 액체 풀(962)은, 수용 캐비티(958) 내에서 지정된 반응이 발생하는 것을 허용하기 위한 소정의 조건(예를 들면, 열 에너지 또는 다른 반응물)에 종속될 수도 있다. 단지 단일의 수용 캐비티(960)만이 도 34에서 도시되지만, 유체 시스템(952, 954)은 액체 혼합물의 액적을 다수의 수용 캐비티 안으로 침착할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 35는 실시형태에 따라 형성되는 시스템(970)의 개략도이다. 시스템(970)은, 디지털 PCR을 행하는 시스템 또는 마이크로유체 디바이스를 사용하여 에멀전 액적을 생성하는, 그리고, 선택적으로, 에멀전 액적을 결합하여 지정된 반응을 행하는 다른 시스템과 유사할 수도 있다. 이러한 실시형태는, 비극성 액체가 채널 중 하나 이상을 통해 흐르고 수용액(또는 용액)이 하나 이상의 다른 채널을 통해 흐르는 플로우 채널의 네트워크를 포함할 수도 있다. 채널은 서로 교차하여 에멀전 액적을 형성한다. 이러한 기술 및 관련 시스템은, 미국 제2009/0239308 A1호; 미국 제2009/0131543 A1호; 미국 제2010/0173394 A1호; 미국 제2010/0137163 A1호; 미국 제2013/0099018 A1호; 미국 제2013/0323732 A1호; 미국 제2014/0272996 A1호; 미국 제2014/0216579 A1호; 및 미국 US 2014/0256595 A1호에서 더 상세히 설명되는데, 이들 각각은 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합된다.
예를 들면, 시스템(970)은, 제1 채널 그룹(972) 및 제2 채널 그룹(974)을 포함하는 복수의 플로우 채널을 구비하는 유체 네트워크(980)를 포함한다. 제1 채널 그룹(972)은, 에멀전 액적(973)을 생성하도록 구성되는 복수의 교차 채널을 포함한다. 에멀전 액적(973)은, 예를 들면, PCR을 행하기 위한 반응물의 혼합물을 포함할 수도 있다. 제2 채널 그룹(974)은, 에멀전 액적(975)을 생성하도록 구성되는 복수의 교차 채널을 포함한다. 에멀전 액적(975)은, 예를 들면, 지놈 DNA를 포함할 수도 있다. DNA는, 각각의 에멀전 액적(975)이, 평균하여, 단일의 핵산 단편을 포함하도록, 수용액(978) 내에 분산될 수도 있다. 그러나, 에멀전 액적(973, 975)은 다른 타입의 반응물(예를 들면, 시약, 효소) 및/또는 샘플을 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
도시되는 바와 같이, 유체 네트워크(980)를 통한 액체의 흐름은, 에멀전 액적(973)이, 통상적으로, 에멀전 액적(975) 중 단지 하나와 결합하여 결합된 액적(982)을 형성하도록, 구성된다. 결합된 액적(982)이 시스템(970)을 통해 흐름에 따라, 결합된 액적은 지정된 조건에 종속될 수도 있고 및/또는 다른 반응물을 포함하는 액적과 결합할 수도 있다. 유체 네트워크(980)의 끝에서, 하류 채널(984)이 결합된 액적(982)을 상 분리 디바이스(988)의 수용 캐비티(986) 안으로 지향시킬 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 단일의 결합된 액적(982)이 수용 캐비티(986) 안으로 지향될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 복수의 결합된 액적(982)이 수용 캐비티(986) 내에 고일 수도 있다. 선택적으로, 다른 유체 네트워크로부터의 제2 하류 라인(도시되지 않음)이, 도 34와 관련하여 상기에서 설명되는 바와 같이, 결합된 액적을 수용 캐비티(984) 안으로 지향시킬 수도 있다. 선택적으로, 하류 라인(도시되지 않음)은 수용 캐비티(986) 내에 분산될 수도 있고, 고인 액체의 흐름을, 검정 프로토콜의 다른 스테이지로 지향시키도록 구성될 수도 있다.
도 16-도 26에서 도시되는 실시형태를 비롯한, 본원에서 설명되는 특정한 실시형태는 예시적인 것으로 의도되며 제한적인 것이 아니다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 도 16 내지 도 26에서 언급되는 치수 중 하나 이상은, 하나 이상의 치수가 동일하게 유지되는 동안, 증가될 수도 있거나 또는 감소될 수도 있다. 다른 예로서, 치수는, 사이즈 비율이 유지되도록, 서로에 대해 비례적으로 증가할 수도 있거나 또는 감소할 수도 있다. 각도는 증가될 수도 있거나 또는 감소될 수도 있다. 따라서, 실시형태를 특정한 애플리케이션에 적응시키도록 수정이 이루어질 수도 있다.
실시형태에서, 방법이 제공된다. 방법은, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스를 제공하는 것을 포함한다. 필터 표면은, 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 갖는다. 방법은 또한, 액체 혼합물을 다공성 멤브레인의 수용 캐비티 안으로 침착시키는 것을 포함한다. 액체 혼합물은, 서로에 대해 비혼화성인 극성 액체 및 비극성 액체를 포함한다. 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 필터 표면을 통한 극성 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 비극성 액체의 흐름을 허용하도록 구성된다. 방법은 또한, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 것을 포함한다. 극성 액체는, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라, 수용 캐비티 내에서 액적을 형성한다.
하나의 양상에서, 극성 액체는 비극성 액체보다 밀도가 더 높을 수도 있다.
다른 양상에서, 필터 표면은 소수성일 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은 소수성일 수도 있다.
다른 양상에서, 필터 표면은 수용 캐비티의 상이한 깊이에서 액체 혼합물과 접촉할 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는 오목한 형상을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는 원뿔꼴일 수도 있다.
다른 양상에서, 필터 표면의 적어도 일부는 곡률 반경을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 필터 표면의 대부분은, 수용 캐비티의 깊이를 선형적인 비율로 변경시키는 경사면을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는, 수용 캐비티의 최대 깊이를 나타내는 저부를 가질 수도 있다. 저부는 수용 캐비티의 중심에 위치될 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는, 수용 캐비티의 최대 깊이를 나타내는 저부를 가질 수도 있다. 필터 표면은, 저부로부터 수용 캐비티의 액세스 개구까지 증가하는 경사면을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는, 수용 캐비티의 최대 깊이를 나타내는 저부를 가질 수도 있다. 필터 표면은, 저부를 통해 연장되는 캐비티 축을 중심으로 회전 대칭일 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는 캐비티 에지에 의해 정의되는 액세스 개구를 가질 수도 있다. 수용 캐비티는, 액세스 개구의 최대 직경보다 더 작은 최대 깊이를 가질 수도 있다. 선택적으로, 최대 직경 대 최대 깊이의 애스펙트 비는 1.5:1 또는 그 이상일 수도 있다. 선택적으로, 최대 직경 대 최대 깊이의 애스펙트 비는 2:1 또는 그 이상일 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는 캐비티 에지에 의해 정의되는 액세스 개구를 가질 수도 있다. 수용 캐비티는, 액세스 개구의 최대 직경보다 더 큰 최대 깊이를 가질 수도 있다. 선택적으로, 최대 직경 대 최대 깊이의 애스펙트 비는 1:2 또는 그 이하일 수도 있다. 선택적으로, 최대 직경 대 최대 깊이의 애스펙트 비는 1:3 또는 그 이하일 수도 있다.
다른 양상에서, 액적은 필터 표면에 대해 접촉각을 형성할 수도 있다. 접촉각은 60° 이상일 수도 있다. 선택적으로, 접촉각은 65° 이상일 수도 있다. 선택적으로, 접촉각은 70° 이상일 수도 있다. 선택적으로, 접촉각은 75° 이상일 수도 있다. 선택적으로, 접촉각은 80° 이상일 수도 있다. 선택적으로, 접촉각은 85° 이상일 수도 있다.
다른 양상에서, 액적은, 볼록한 윤곽을 갖는 외면을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은, 수용 캐비티에 인접하게 배치되는 흡수 영역을 포함할 수도 있다. 흡수 영역은, 수용 캐비티의 부피보다 더 큰 부피를 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은 필터 표면과 바깥 표면 사이에서 정의될 수도 있다. 바깥 표면은 비극성 액체가 다공성 멤브레인 밖으로 흐르는 것을 허용할 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)을 포함할 수도 있다. 선택적으로, 다공성 멤브레인은 본질적으로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 구성될 수도 있다. 선택적으로, 다공성 멤브레인은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 구성될 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은, 10㎛와 50㎛ 사이인 공극 사이즈를 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은, 20㎛와 40㎛ 사이인 공극 사이즈를 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은, 40%와 70% 사이인 공극률을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은, 50%와 65% 사이인 공극률을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 비극성 액체의 적어도 75%는 30초 내에 수용 캐비티로부터 제거될 수도 있다.
다른 양상에서, 비극성 액체의 적어도 85%는 30초 내에 수용 캐비티로부터 제거될 수도 있다.
다른 양상에서, 비극성 액체의 적어도 95%는 30초 내에 수용 캐비티로부터 제거될 수도 있다.
다른 양상에서, 비극성 액체의 적어도 98%는 30초 내에 수용 캐비티로부터 제거될 수도 있다.
다른 양상에서, 비극성 액체의 적어도 85%는 20초 내에 수용 캐비티로부터 제거될 수도 있다.
다른 양상에서, 비극성 액체의 적어도 85%는 10초 내에 수용 캐비티로부터 제거될 수도 있다.
다른 양상에서, 비극성 액체의 적어도 85%는 5초 내에 수용 캐비티로부터 제거될 수도 있다.
상기 액체 혼합물을 수용 캐비티 안으로 침착시키는 것은, 측정된 부피를 침착시키는 것을 포함한다.
다른 양상에서, 극성 액체 및 비극성 액체의 각각은, 액체 혼합물이 수용 캐비티 안으로 침착될 때, 대응하는 부피를 가질 수도 있다. 비극성 액체의 대응하는 부피는, 극성 액체의 대응하는 부피보다 더 클 수도 있다.
다른 양상에서, 극성 액체의 대응하는 부피에 대한 비극성 액체의 대응하는 부피의 비율은 적어도 2:1일 수도 있다.
다른 양상에서, 극성 액체의 대응하는 부피에 대한 비극성 액체의 대응하는 부피의 비율은 적어도 5:1일 수도 있다.
다른 양상에서, 극성 액체의 대응하는 부피에 대한 비극성 액체의 대응하는 부피의 비율은 적어도 10:1일 수도 있다.
다른 양상에서, 액적은 수용 캐비티 내에서 중앙에 위치될 수도 있다.
다른 양상에서, 방법은 수용 캐비티로부터 액적을 제거하는 것을 더 포함한다. 선택적으로, 제거된 액적의 부피 중 기껏해야 25%는 비극성 액체이다. 선택적으로, 제거된 액적의 부피 중 기껏해야 10%는 비극성 액체이다. 선택적으로, 제거된 액적의 부피 중 기껏해야 5%는 비극성 액체이다.
다른 양상에서, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 것은, 다공성 멤브레인 안으로의 비극성 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 상 분리 디바이스를 이동시키는 것을 포함하지 않는다.
다른 양상에서, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 것은, 상 분리 디바이스를 흔드는 것 또는 비극성 액체로 하여금 다공성 멤브레인 안으로 흐르게 하는 구심력을 생성하는 것을 포함하지 않는다.
다른 양상에서, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 것은, 다공성 멤브레인 안으로의 비극성 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 상 분리 디바이스를 이동시키는 것을 포함한다.
다른 양상에서, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 것은, 상 분리 디바이스를 흔드는 것 또는 비극성 액체로 하여금 다공성 멤브레인 안으로 흐르게 하는 구심력을 생성하는 것을 포함한다.
다른 양상에서, 상 분리 디바이스는 복수의 수용 캐비티를 포함하고, 액체 혼합물을 침착시키는 단계는, 액체 혼합물을 수용 캐비티의 각각으로 침착시키는 것을 포함할 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는 제1 수용 캐비티 및 제2 수용 캐비티를 포함할 수도 있다. 제1 수용 캐비티에 있는 액체 혼합물의 극성 액체는, 제2 수용 캐비티에 있는 액체 혼합물의 극성 액체와는 상이할 수도 있다. 대안적으로, 극성 액체는 동일한 또는 본질적으로 동일한 조성을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인의 필터 표면은 수용 캐비티의 각각을 형성할 수도 있다.
다른 양상에서, 상 분리 디바이스는, 상 분리 디바이스의 폭 또는 길이보다 더 큰 높이를 갖는다.
다른 양상에서, 상 분리 디바이스는 튜브를 포함하고 다공성 멤브레인은 튜브 안으로 삽입되도록 사이즈가 정해지고 성형된다.
다른 양상에서, 방법은 또한, 액체 혼합물을 침착하기 이전에, 디지털 유체공학(DF) 디바이스로부터 액체 혼합물을 제거하는 것을 포함할 수도 있다.
다른 양상에서, 방법은 또한, DF 디바이스를 활용하여 생물학적 샘플을 생성하는 것을 포함할 수도 있다. 생물학적 샘플은 액체 혼합물의 극성 액체 내에 있을 수도 있다. 선택적으로, 생물학적 샘플은 단편화된 핵산의 라이브러리를 포함할 수도 있다.
다른 양상에서, 방법은 또한, 수용 캐비티로부터 액적을 제거하는 것 및 지정된 생화학적 반응을 행하기 위해 액적을 사용하는 것을 포함할 수도 있다.
다른 양상에서, 상 분리 디바이스를 제공하는 것은, 중력이 액체 혼합물을 수용 캐비티 내에서 유지하도록, 상 분리 디바이스를 배향하는 것을 포함한다.
한 실시형태에서, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스가 제공된다. 필터 표면은, 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 가질 수도 있다. 필터 표면은, 다공성 멤브레인 안으로의 극성 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 비극성 액체의 흐름을 허용하도록 구성된다.
하나의 양상에서, 필터 표면은 소수성일 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은 소수성일 수도 있다.
다른 양상에서, 필터 표면은 상이한 깊이에서 액체 혼합물과 접촉하도록 성형될 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는 오목한 형상을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는 원뿔꼴일 수도 있다.
다른 양상에서, 필터 표면의 적어도 일부는 곡률 반경을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 필터 표면의 대부분은, 깊이를 선형적인 비율로 변경시키는 경사면을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는, 수용 캐비티의 최대 깊이를 나타내는 저부를 가질 수도 있다. 저부는 수용 캐비티의 중심에 위치될 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는, 수용 캐비티의 최대 깊이를 나타내는 저부를 가질 수도 있다. 필터 표면은, 저부로부터 수용 캐비티의 액세스 개구까지 증가하는 경사면을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는 캐비티 에지에 의해 정의되는 액세스 개구를 가질 수도 있다. 수용 캐비티는, 액세스 개구의 최대 직경보다 더 작은 최대 깊이를 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 최대 직경 대 최대 깊이의 애스펙트 비는 1.5:1 또는 그 이상이다. 선택적으로, 최대 직경 대 최대 깊이의 애스펙트 비는 2:1 또는 그 이상이다.
다른 양상에서, 수용 캐비티는 캐비티 에지에 의해 정의되는 액세스 개구를 가질 수도 있다. 수용 캐비티는, 액세스 개구의 최대 직경보다 더 큰 최대 깊이를 가질 수도 있다. 선택적으로, 최대 직경 대 최대 깊이의 애스펙트 비는 1:2 또는 그 이하이다. 선택적으로, 최대 직경 대 최대 깊이의 애스펙트 비는 1:3 또는 그 이하이다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은, 수용 캐비티에 인접하게 배치되는 흡수 영역을 포함할 수도 있다. 흡수 영역은, 수용 캐비티의 부피보다 더 큰 부피를 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은 필터 표면과 바깥 표면 사이에서 정의될 수도 있다. 바깥 표면은 비극성 액체가 다공성 멤브레인 밖으로 흐르는 것을 허용하도록 구성될 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함할 수도 있다. 선택적으로, 다공성 멤브레인은 본질적으로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 구성될 수도 있다. 선택적으로, 다공성 멤브레인은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 구성될 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은, 10㎛와 50㎛ 사이인 공극 사이즈를 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은, 20㎛와 40㎛ 사이인 공극 사이즈를 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은, 40%와 70% 사이인 공극률을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인은, 50%와 65% 사이인 공극률을 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 상 분리 디바이스는, 복수의 수용 캐비티를 포함한다.
다른 양상에서, 다공성 멤브레인의 필터 표면은 수용 캐비티의 각각을 형성할 수도 있다.
다른 양상에서, 상 분리 디바이스는, 상 분리 디바이스의 폭 또는 길이보다 더 큰 높이를 가질 수도 있다.
다른 양상에서, 상 분리 디바이스는 튜브를 포함할 수도 있고 다공성 멤브레인은 튜브 안으로 삽입되도록 사이즈가 정해지고 성형될 수도 있다.
한 실시형태에서, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 구비하는 상 분리 디바이스를 제공하는 것을 포함하는 방법이 제공된다. 필터 표면은, 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 갖는다. 방법은 또한, 액체 혼합물을 다공성 멤브레인의 수용 캐비티 안으로 침착시키는 것을 포함한다. 액체 혼합물은, 서로에 대해 비혼화성인 제1 액체 및 제2 액체를 포함한다. 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 필터 표면을 통한 제1 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 제2 액체의 흐름을 허용하도록 구성된다. 방법은 또한, 제2 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 것을 포함한다. 제1 액체는, 제2 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라, 수용 캐비티 내에서 액적을 형성한다.
하나의 양상에서, 제1 액체는 극성 액체일 수도 있고 제2 액체는 비극성 액체일 수도 있다. 선택적으로, 필터 표면 및 다공성 멤브레인 중 적어도 하나는 소수성이다.
다른 양상에서, 제1 액체는 비극성 액체일 수도 있고 제2 액체는 극성 액체일 수도 있다. 선택적으로, 필터 표면 및 다공성 멤브레인 중 적어도 하나는 친수성이다.
한 실시형태에서, 서로에 대해 비혼화성인 극성 액체 및 비극성 액체를 구비하는 액체 혼합물을 조제하도록 구성되는 샘플 조제 시스템을 포함하는 검정 시스템(assay system)이 제공된다. 검정 시스템은 또한, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스를 포함할 수도 있다. 필터 표면은, 액체 혼합물을 수용하도록 구성되는 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 갖는다. 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라 극성 액체가 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록, 필터 표면을 통한 극성 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 비극성 액체의 흐름을 허용하도록 구성된다.
하나의 양상에서, 검정 시스템은, 비극성 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 상 분리 디바이스를 이동시키도록 구성되는 흐름 용이화 디바이스를 포함한다.
한 실시형태에서, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스를 포함하는 검정 시스템이 제공된다. 필터 표면은, 액체 혼합물을 수용하도록 구성되는 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 갖는다. 액체 혼합물은, 서로에 대해 비혼화성인 극성 액체 및 비극성 액체를 구비한다. 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 비극성 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라 극성 액체가 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록, 필터 표면을 통한 극성 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 비극성 액체의 흐름을 허용하도록 구성된다. 검정 시스템은 또한, 극성 액체의 액적을 활용하여 하나 이상의 검정 프로토콜을 수행하도록 구성되는 분석 시스템을 포함한다.
하나의 양상에서, 검정 시스템은 또한, 비극성 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 상 분리 디바이스를 이동시키도록 구성되는 흐름 용이화 디바이스를 포함한다.
한 실시형태에서, 서로에 대해 비혼화성인 제1 액체 및 제2 액체를 구비하는 액체 혼합물을 조제하도록 구성되는 샘플 조제 시스템을 포함하는 검정 시스템이 제공된다. 검정 시스템은 또한, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스를 포함한다. 필터 표면은, 액체 혼합물을 수용하도록 구성되는 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 갖는다. 제2 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라, 제1 액체가 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록, 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 필터 표면을 통한 제1 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 제2 액체의 흐름을 허용하도록 구성된다.
하나의 양상에서, 검정 시스템은 또한, 제2 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 상 분리 디바이스를 이동시키도록 구성되는 흐름 용이화 디바이스를 포함한다.
한 실시형태에서, 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스를 포함하는 검정 시스템이 제공된다. 필터 표면은, 액체 혼합물을 수용하도록 구성되는 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 갖는다. 액체 혼합물은, 서로에 대해 비혼화성인 제1 액체 및 제2 액체를 구비한다. 제2 액체가 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라, 제1 액체가 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록, 수용 캐비티를 따른 필터 표면은, 필터 표면을 통한 제1 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 다공성 멤브레인 안으로의 제2 액체의 흐름을 허용하도록 구성된다. 검정 시스템은 또한, 제1 액체의 액적을 활용하여 하나 이상의 검정 프로토콜을 수행하도록 구성되는 분석 시스템을 포함한다.
하나의 양상에서, 검정 시스템은, 제2 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 상 분리 디바이스를 이동시키도록 구성되는 흐름 용이화 디바이스를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수형으로 언급되는 그리고 단수형태로 진행되는 요소 또는 단계는, 배제가 명시적으로 언급되지 않는 한, 상기 엘리먼트 또는 단계의 복수형을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, "하나의 실시형태"에 대한 언급은, 열거된 피처를 또한 통합하는 추가적인 실시형태의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지는 않는다. 또한, 명시적으로 반대로 언급되지 않는 한, 특정한 속성을 구비하는 엘리먼트 또는 복수의 엘리먼트를 "포함하는" 또는 "구비하는" 실시형태는, 추가적인 엘리먼트를, 이들이 그 속성을 구비하든 또는 그렇지 않든 간에, 포함할 수도 있다.
상기 설명은 예시적인 것으로 의도되며, 제한적인 것이 아니다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 상기 설명된 실시형태(및/또는 그 양상)는 서로 조합하여 사용될 수도 있다. 또한, 특정한 상황 또는 재료를, 그 범위를 벗어나지 않으면서, 다양한 실시형태의 교시에 적응시키기 위해, 많은 수정이 이루어질 수도 있다. 본원에서 설명되는 다양한 컴포넌트의 치수, 재료의 타입, 방위, 및 다양한 컴포넌트의 수 및 위치는, 소정의 실시형태의 파라미터를 정의하도록 의도되며, 결코 제한하는 것이 아니고 단지 예시적인 실시형태이다. 상기 설명의 고찰시, 기술 분야의 숙련된 자에게는, 청구범위의 취지와 범위 내에서 많은 다른 실시형태 및 수정이 명백할 것이다. 따라서, 특허가능한 범위는, 첨부의 청구범위 및 이러한 청구범위의 자격이 주어지는 균등물의 전체 범위를 함께 참조하여 결정되어야 한다.
본 설명에서 사용되는 바와 같이, 어구 "예시적인 실시형태에서" 및 등은, 설명된 실시형태가 단지 하나의 예에 불과하다는 것을 의미한다. 어구는 본 발명의 주제를 그 실시형태로 제한하도록 의도되지 않는다. 본 발명의 주제의 다른 실시형태는, 열거된 피처 또는 구조체를 포함하지 않을 수도 있다. 첨부의 청구범위에서, 용어 "포함하는(including)" 및 "~하되(in which)"는, 각각의 용어 "포함하는" 및 "~하되"의 평문의 영어 등가물로서 사용된다. 또한, 하기의 청구범위에서, 용어 "제1", "제2", 및 "제3" 등은 단지 라벨로서 사용되며, 그들 대상물에 수치적 요건을 부과하도록 의도되지는 않는다. 또한, 하기의 청구범위의 제한사항(limitations)은, 이러한 청구범위 제한사항이 추가적인 구조체 없이 기능의 진술이 후속하는 어구 "~위한 수단"을 명시적으로 사용하지 않는 한 그리고 명시적으로 사용할 때까지, 기능식 청구항(means-plus-function) 포맷으로 작성되지 않으며 35 U.S.C. §112(f)에 기초하여 해석되도록 의도되지 않는다.

Claims (98)

  1. 방법으로서,
    필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스(phase-separation device)를 제공하는 단계로서, 상기 필터 표면은 수용 캐비티(receiving cavity)를 형성하는 비평면의 윤곽(non-planar contour)을 구비하는, 상기 상 분리 디바이스를 제공하는 단계;
    액체 혼합물을 상기 다공성 멤브레인의 상기 수용 캐비티 안으로 침착시키는(depositing) 단계로서, 상기 액체 혼합물은, 서로에 대해 비혼화성인 극성 액체 및 비극성 액체를 포함하고, 상기 수용 캐비티를 따른 상기 필터 표면은 상기 필터 표면을 통한 상기 극성 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 상기 다공성 멤브레인 안으로의 상기 비극성 액체의 흐름을 허용하도록 구성되는, 상기 침착시키는 단계; 및
    상기 비극성 액체가 상기 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 단계로서, 상기 극성 액체는, 상기 비극성 액체가 상기 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라, 상기 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하는, 상기 허용하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 극성 액체는 상기 비극성 액체보다 밀도가 더 높은, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 필터 표면은 소수성(hydrophobic)인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 소수성인, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 표면은 상기 수용 캐비티의 상이한 깊이에서 상기 액체 혼합물과 접촉하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 오목한 형상을 갖는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 원뿔꼴인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 표면 중 적어도 일부는 곡률 반경을 갖는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 표면의 대부분은, 상기 수용 캐비티의 깊이를 선형적인 비율로 변경시키는 경사면을 구비하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 상기 수용 캐비티의 최대 깊이를 나타내는 저부(bottom)를 구비하되, 상기 저부는 상기 수용 캐비티의 중앙에 위치되는, 방법.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 상기 수용 캐비티의 최대 깊이를 나타내는 저부를 구비하되, 상기 필터 표면은 상기 저부로부터 상기 수용 캐비티의 액세스 개구 쪽으로 증가하는 경사면을 구비하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 상기 수용 캐비티의 최대 깊이를 나타내는 저부를 구비하되, 상기 필터 표면은, 상기 저부를 통해 연장되는 캐비티 축을 중심으로 회전 대칭인, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 캐비티 에지에 의해 정의되는 액세스 개구를 구비하되, 상기 수용 캐비티는 상기 액세스 개구의 최대 직경 미만인 최대 깊이를 갖는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 최대 직경 대 상기 최대 깊이의 애스펙트 비는 1.5:1 또는 그 이상인, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 최대 직경 대 상기 최대 깊이의 애스펙트 비는 2:1 또는 그 이상인, 방법.
  16. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 캐비티 에지에 의해 정의되는 액세스 개구를 구비하되, 상기 수용 캐비티는 상기 액세스 개구의 최대 직경보다 더 큰 최대 깊이를 갖는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 최대 직경 대 상기 최대 깊이의 애스펙트 비는 1:2 또는 그 이하인, 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 최대 직경 대 상기 최대 깊이의 애스펙트 비는 1:3 또는 그 이하인, 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적은 상기 필터 표면에 대해 접촉각을 형성하되, 상기 접촉각은 60° 이상인, 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적은 볼록한 윤곽을 갖는 외면(exterior surface)을 구비하는, 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은, 상기 수용 캐비티에 인접하게 배치되는 흡수 영역을 포함하되, 상기 흡수 영역은 상기 수용 캐비티의 부피보다 더 큰 부피를 갖는, 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 상기 필터 표면 및 바깥 표면(outer surface) 사이에서 정의되되, 상기 바깥 표면은 상기 비극성 액체가 상기 다공성 멤브레인 밖으로 흐르도록 허용하는, 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)을 포함하는, 방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 10㎛와 50㎛ 사이인 공극 사이즈(pore size)를 갖는, 방법.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 20㎛와 40㎛ 사이인 공극 사이즈를 갖는, 방법.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 40%와 70% 사이인 공극률(porosity)을 갖는, 방법.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 50%와 65% 사이인 공극률을 갖는, 방법.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비극성 액체의 적어도 75%는 30초 내에 상기 수용 캐비티로부터 제거되는, 방법.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비극성 액체의 적어도 85%는 30초 내에 상기 수용 캐비티로부터 제거되는, 방법.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비극성 액체의 적어도 95%는 30초 내에 상기 수용 캐비티로부터 제거되는, 방법.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비극성 액체의 적어도 98%는 30초 내에 상기 수용 캐비티로부터 제거되는, 방법.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비극성 액체의 적어도 85%는 20초 내에 상기 수용 캐비티로부터 제거되는, 방법.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비극성 액체의 적어도 85%는 10초 내에 상기 수용 캐비티로부터 제거되는, 방법.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비극성 액체의 적어도 85%는 5초 내에 상기 수용 캐비티로부터 제거되는, 방법.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 혼합물을 수용 캐비티 안으로 침착시키는 단계는, 측정된 부피를 침착시키는 단계를 포함하는, 방법.
  36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 극성 액체 및 상기 비극성 액체의 각각은, 상기 액체 혼합물이 상기 수용 캐비티 안으로 침착될 때 대응하는 부피를 가지되, 상기 비극성 액체의 상기 대응하는 부피는 상기 극성 액체의 상기 대응하는 부피보다 더 큰, 방법.
  37. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 극성 액체의 상기 대응하는 부피에 대한 상기 비극성 액체의 상기 대응하는 부피의 비율은 적어도 2:1인, 방법.
  38. 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 극성 액체의 상기 대응하는 부피에 대한 상기 비극성 액체의 상기 대응하는 부피의 비율은 적어도 5:1인, 방법.
  39. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 극성 액체의 상기 대응하는 부피에 대한 상기 비극성 액체의 상기 대응하는 부피의 비율은 적어도 10:1인, 방법.
  40. 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적은 상기 수용 캐비티 내에서 중앙에 위치되는, 방법.
  41. 제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티로부터 상기 액적을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 제거된 액적의 부피 중 기껏해야 25%는 상기 비극성 액체인, 방법.
  43. 제41항에 있어서, 상기 제거된 액적의 부피 중 기껏해야 10%는 상기 비극성 액체인, 방법.
  44. 제41항에 있어서, 상기 제거된 액적의 부피 중 기껏해야 5%는 상기 비극성 액체인, 방법.
  45. 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비극성 액체가 상기 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 단계는, 상기 다공성 멤브레인 안으로의 상기 비극성 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 상기 상 분리 디바이스를 이동시키는 단계를 포함하지 않는, 방법.
  46. 제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비극성 액체가 상기 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 단계는, 상기 상 분리 디바이스를 흔드는 단계 또는 상기 비극성 액체로 하여금 상기 다공성 멤브레인 안으로 흐르게 하는 구심력을 생성하는 단계를 포함하지 않는, 방법.
  47. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비극성 액체가 상기 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 단계는, 상기 다공성 멤브레인 안으로의 상기 비극성 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 상기 상 분리 디바이스를 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  48. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비극성 액체가 상기 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 단계는, 상기 상 분리 디바이스를 흔드는 단계 또는 상기 비극성 액체로 하여금 상기 다공성 멤브레인 안으로 흐르게 하는 구심력을 생성하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  49. 제1항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상 분리 디바이스는 복수의 수용 캐비티를 포함하고, 상기 액체 혼합물을 침착시키는 단계는, 상기 액체 혼합물을 상기 수용 캐비티의 각각으로 침착시키는 단계를 포함하는, 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 제1 수용 캐비티 및 제2 수용 캐비티를 포함하되, 상기 제1 수용 캐비티의 상기 액체 혼합물 중의 상기 극성 액체는, 상기 제2 수용 캐비티의 상기 액체 혼합물 중의 상기 극성 액체와는 상이한, 방법.
  51. 제49항 또는 제50항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인의 상기 필터 표면은 상기 수용 캐비티의 각각을 형성하는, 방법.
  52. 제1항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상 분리 디바이스는, 상기 상 분리 디바이스의 폭 또는 길이보다 더 큰 높이를 갖는, 방법.
  53. 제1항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상 분리 디바이스는 튜브를 포함하고 상기 다공성 멤브레인은 상기 튜브 안으로 삽입되도록 사이즈가 정해지고 성형되는(shaped), 방법.
  54. 제1항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 혼합물을 침착하기 이전에, 상기 액체 혼합물을 디지털 유체공학(digital fluidics; DF) 디바이스로부터 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  55. 제54항에 있어서, 상기 DF 디바이스를 활용하여 상기 생물학적 샘플을 생성하는 단계를 더 포함하되, 상기 생물학적 샘플은 상기 액체 혼합물의 상기 극성 액체 내에 있는, 방법.
  56. 제55항에 있어서, 상기 생물학적 샘플은 단편화된 핵산(fragmented nucleic acid)의 라이브러리를 포함하는, 방법.
  57. 제1항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티로부터 상기 액적을 제거하는 단계 및 지정된 생화학적 반응을 행하기 위해 상기 액적을 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  58. 제1항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상 분리 디바이스를 제공하는 단계는, 중력이 상기 액체 혼합물을 상기 수용 캐비티 내에서 유지하도록, 상기 상 분리 디바이스를 배향하는 단계를 포함하는, 방법.
  59. 필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스로서, 상기 필터 표면은 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 구비하되, 상기 필터 표면은 상기 다공성 멤브레인 안으로의 극성 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 상기 다공성 멤브레인 안으로의 비극성 액체의 흐름을 허용하도록 구성되는, 상 분리 디바이스.
  60. 제59항에 있어서, 상기 필터 표면은 소수성인, 상 분리 디바이스.
  61. 제58항 또는 제59항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 소수성인, 상 분리 디바이스.
  62. 제59항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 표면은, 상이한 깊이에서 상기 액체 혼합물과 접촉하도록 성형되는, 상 분리 디바이스.
  63. 제59항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 오목한 형상을 갖는, 상 분리 디바이스.
  64. 제59항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 원뿔꼴인, 상 분리 디바이스.
  65. 제59항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 표면 중 적어도 일부는 곡률 반경을 갖는, 상 분리 디바이스.
  66. 제59항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 표면의 대부분은, 선형적인 비율로 깊이를 변경시키는 경사면을 구비하는, 상 분리 디바이스.
  67. 제59항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 상기 수용 캐비티의 최대 깊이를 나타내는 저부를 구비하되, 상기 저부는 상기 수용 캐비티의 중앙에 위치되는, 상 분리 디바이스.
  68. 제59항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 상기 수용 캐비티의 최대 깊이를 나타내는 저부를 구비하되, 상기 필터 표면은 상기 저부로부터 상기 수용 캐비티의 액세스 개구 쪽으로 증가하는 경사면을 구비하는, 상 분리 디바이스.
  69. 제59항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 캐비티 에지에 의해 정의되는 액세스 개구를 구비하되, 상기 수용 캐비티는 상기 액세스 개구의 최대 직경 미만인 최대 깊이를 갖는, 상 분리 디바이스.
  70. 제69항에 있어서, 상기 최대 직경 대 상기 최대 깊이의 애스펙트 비는 1.5:1 또는 그 이상인, 상 분리 디바이스.
  71. 제69항에 있어서, 상기 최대 직경 대 상기 최대 깊이의 애스펙트 비는 2:1 또는 그 이상인, 상 분리 디바이스.
  72. 제59항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 캐비티는 캐비티 에지에 의해 정의되는 액세스 개구를 구비하되, 상기 수용 캐비티는 상기 액세스 개구의 최대 직경보다 더 큰 최대 깊이를 갖는, 상 분리 디바이스.
  73. 제72항에 있어서, 상기 최대 직경 대 상기 최대 깊이의 애스펙트 비는 1:2 또는 그 이하인, 상 분리 디바이스.
  74. 제72항에 있어서, 상기 최대 직경 대 상기 최대 깊이의 애스펙트 비는 1:3 또는 그 이하인, 상 분리 디바이스.
  75. 제59항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은, 상기 수용 캐비티에 인접하게 배치되는 흡수 영역을 포함하되, 상기 흡수 영역은 상기 수용 캐비티의 부피보다 더 큰 부피를 갖는, 상 분리 디바이스.
  76. 제59항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 상기 필터 표면 및 바깥 표면 사이에서 정의되되, 상기 바깥 표면은 상기 비극성 액체가 상기 다공성 멤브레인 밖으로 흐르는 것을 허용하도록 구성되는, 상 분리 디바이스.
  77. 제59항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함하는, 상 분리 디바이스.
  78. 제59항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 10㎛ 내지 50㎛ 사이인 공극 사이즈를 갖는, 상 분리 디바이스.
  79. 제59항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 20㎛ 내지 40㎛ 사이인 공극 사이즈를 갖는, 상 분리 디바이스.
  80. 제59항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 40% 내지 70% 사이인 공극률을 갖는, 상 분리 디바이스.
  81. 제59항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 50% 내지 65% 사이인 공극률을 갖는, 상 분리 디바이스.
  82. 제59항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상 분리 디바이스는 복수의 상기 수용 캐비티를 포함하는, 상 분리 디바이스.
  83. 제82항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인의 상기 필터 표면은 상기 수용 캐비티의 각각을 형성하는, 상 분리 디바이스.
  84. 제59항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상 분리 디바이스는, 상기 상 분리 디바이스의 폭 또는 길이보다 더 큰 높이를 갖는, 상 분리 디바이스.
  85. 제59항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상 분리 디바이스는 튜브를 포함하고 상기 다공성 멤브레인은 상기 튜브 안으로 삽입되도록 사이즈가 정해지고 성형되는, 상 분리 디바이스.
  86. 방법으로서,
    필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 필터 표면은 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 구비하는, 상기 상 분리 디바이스를 제공하는 단계;
    액체 혼합물을 상기 다공성 멤브레인의 상기 수용 캐비티 안으로 침착시키는 단계로서, 상기 액체 혼합물은, 서로에 대해 비혼화성인 제1 액체 및 제2 액체를 포함하고, 상기 수용 캐비티를 따른 상기 필터 표면은 상기 필터 표면을 통한 상기 제1 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 상기 다공성 멤브레인 안으로의 상기 제2 액체의 흐름을 허용하도록 구성되는, 상기 침착시키는 단계; 및
    상기 제2 액체가 상기 다공성 멤브레인 안으로 흐르도록 허용하는 단계로서, 상기 제1 액체는, 상기 제2 액체가 상기 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라, 상기 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하는, 상기 허용하는 단계를 포함하는, 방법.
  87. 제86항에 있어서, 상기 제1 액체는 극성 액체이고 상기 제2 액체는 비극성 액체인, 방법.
  88. 제87항에 있어서, 상기 필터 표면 및 상기 다공성 멤브레인 중 적어도 하나는 소수성인, 방법.
  89. 제86항에 있어서, 상기 제1 액체는 비극성 액체이고 상기 제2 액체는 극성 액체인, 방법.
  90. 제87항에 있어서, 상기 필터 표면 및 상기 다공성 멤브레인 중 적어도 하나는 친수성(hydrophilic)인, 방법.
  91. 검정 시스템(assay system)으로서,
    서로에 대해 비혼화성인 극성 액체 및 비극성 액체를 구비하는 액체 혼합물을 조제하도록(prepare) 구성되는 샘플 조제 시스템(sample preparation system); 및
    필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스로서, 상기 필터 표면은 상기 액체 혼합물을 수용하도록 구성되는 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 구비하되, 상기 수용 캐비티를 따른 상기 필터 표면은, 상기 비극성 액체가 상기 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라 상기 극성 액체가 상기 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록, 상기 필터 표면을 통한 상기 극성 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 상기 다공성 멤브레인 안으로의 상기 비극성 액체의 흐름을 허용하도록 구성되는, 상기 상 분리 디바이스를 포함하는, 검정 시스템.
  92. 제91항에 있어서, 상기 비극성 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 상기 상 분리 디바이스를 이동시키도록 구성되는 흐름 용이화 디바이스(flow-facilitating device)를 더 포함하는, 검정 시스템.
  93. 검정 시스템으로서,
    필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스로서, 상기 필터 표면은 액체 혼합물을 수용하도록 구성되는 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 구비하고, 상기 액체 혼합물은 서로에 대해 비혼화성인 극성 액체 및 비극성 액체를 구비하되, 상기 수용 캐비티를 따른 상기 필터 표면은, 상기 비극성 액체가 상기 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라 상기 극성 액체가 상기 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록, 상기 필터 표면을 통한 상기 극성 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 상기 다공성 멤브레인 안으로의 상기 비극성 액체의 흐름을 허용하도록 구성되는, 상기 상 분리 디바이스; 및
    상기 극성 액체의 상기 액적을 활용하여 하나 이상의 검정 프로토콜을 수행하도록 구성되는 분석 시스템을 포함하는, 검정 시스템.
  94. 제93항에 있어서, 상기 비극성 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 상기 상 분리 디바이스를 이동시키도록 구성되는 흐름 용이화 디바이스를 더 포함하는, 검정 시스템.
  95. 검정 시스템으로서,
    서로에 대해 비혼화성인 제1 액체 및 제2 액체를 구비하는 액체 혼합물을 조제하도록 구성되는 샘플 조제 시스템; 및
    필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스로서, 상기 필터 표면은 상기 액체 혼합물을 수용하도록 구성되는 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 구비하되, 상기 수용 캐비티를 따른 상기 필터 표면은, 상기 제2 액체가 상기 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라 상기 제1 액체가 상기 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록, 상기 필터 표면을 통한 상기 제1 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 상기 다공성 멤브레인 안으로의 상기 제2 액체의 흐름을 허용하도록 구성되는, 상기 상 분리 디바이스를 포함하는, 검정 시스템.
  96. 제95항에 있어서, 상기 제2 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 상기 상 분리 디바이스를 이동시키도록 구성되는 흐름 용이화 디바이스를 더 포함하는, 검정 시스템.
  97. 검정 시스템으로서,
    필터 표면을 구비하는 다공성 멤브레인을 포함하는 상 분리 디바이스로서, 상기 필터 표면은 액체 혼합물을 수용하도록 구성되는 수용 캐비티를 형성하는 비평면의 윤곽을 구비하고, 상기 액체 혼합물은 서로에 대해 비혼화성인 제1 액체 및 제2 액체를 구비하되, 상기 수용 캐비티를 따른 상기 필터 표면은, 상기 제2 액체가 상기 다공성 멤브레인 안으로 흘러 들어감에 따라 상기 제1 액체가 상기 수용 캐비티 내에서 액적을 형성하도록, 상기 필터 표면을 통한 상기 제1 액체의 흐름을 방해하도록 그리고 상기 다공성 멤브레인 안으로의 상기 제2 액체의 흐름을 허용하도록 구성되는, 상기 상 분리 디바이스; 및
    상기 제1 액체의 상기 액적을 활용하여 하나 이상의 검정 프로토콜을 수행하도록 구성되는 분석 시스템을 포함하는, 검정 시스템.
  98. 제97항에 있어서, 상기 제2 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 상기 상 분리 디바이스를 이동시키도록 구성되는 흐름 용이화 디바이스를 더 포함하는, 검정 시스템.
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