KR20180072812A - 공유 결합으로 바인딩된 소수성 표면을 갖는 미세유체 전기습윤 디바이스 장치 - Google Patents
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Abstract
전기습윤 구성 및 최적화된 액적 액츄에이션 표면을 갖는 미세유체 디바이스가 제공된다. 디바이스들은 유전체 층, 유전체 층에 공유 결합으로 본딩된 소수성 층, 및 유전체 층에 전기적으로 커플링되고 전압원에 접속되도록 구성된 제 1 전극을 갖는 전도성 기판을 포함한다. 미세유체 디바이스들은 또한, 선택적으로 커버에 포함되고, 전압원에 접속되도록 구성된 제 2 전극을 포함한다. 소수성 층은 극성 분자들 또는 종들에 의한 인터칼레이션 및/또는 침투에 저항하는 조밀하게-패킹된 모노층을 생성하는 방식으로 유전체 층의 표면에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 특징으로 한다. 또한, 유전이동 구성을 갖는 섹션 또는 모듈을 더 포함하는 전기습윤 구성을 갖는 미세유체 디바이스들; 수성 액적 및 수성 액적의 매질과 비혼합성인 유체 매질 결합하여 미세유체 디바이스들 중 임의의 것을 포함하는 시스템들; 관련 키트들; 및 미세유체 디바이스 내에서, 생물학적 세포들과 같은 미세-객체들을 선택적으로 함유하는, 액적들을 조작하는 방법들이 제공된다.
Description
관련 출원들의 상호 참조
본 출원은 2015년 10월 27일자로 출원된 미국 가출원 제 62/246,605 호, 2015년 10월 28일자로 출원된 미국 가출원 제 62/247,725 호, 2016년 5월 26일자로 출원된 미국 가출원 제 62/342,131 호, 및 2016년 10월 19일자로 출원된 미국 가출원 제 62/410,238 호로부터 우선권을 주장하고, 이들 각각의 내용들은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다. 본 출원은 2016년 4월 22일자로 출원된 미국 특허출원 제 15/135,707 호의 계속-출원이고, 이것의 내용들은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
생물학적 세포들과 같은 미세-객체들은 미세유체 장치들에서 처리될 수 있다. 예를 들어, 미세-객체들 또는 시약들을 함유하는 액적들은 미세유체 장치 주위에서 이동되고 이 장치 내에서 병합 (merge) 될 수 있다. 본 발명의 실시형태들은, 복잡한 화학적 및 생물학적 반응들이 작은 스케일에서 정확하게 그리고 재생 가능하게 수행되는 것을 허용하는, 액적들의 강건한 조작을 용이하게 하는 미세유체 장치들에서의 개선들에 관련된다. 액적들은 미세유체 장치에서 전기습윤 표면의 유효한 습윤 특성을 변화시킴으로써 미세유체 장치 내에서 이동 및 병합될 수 있다. 이러한 이동들은, 선택적으로 미세유체 장치 내에서 세포를 배양한 후에, 다양한 세포 특성들을 평가하도록 세포들이 처리되는 워크플로우들을 용이하게 할 수 있다. 전기습윤에 대한 현재의 솔루션들은 본질적으로 극히 제한되고 추가적인 기능의 스케일링 또는 구현에 실패한다. 결과적으로, 개선된 전기습윤 표면들, 미세유체 적용들에 대한 안정적인 기판들, 및 추가적인 기능성의 통합 (예를 들어, 전기습윤에 의해 가능하게 이루어진 다운스트림 프로세싱 이전에 세포 성장 및 캐릭터라이제이션) 에 대한 필요성이 존재하고, 이들 모두는 추가적인 의료 연구 애플리케이션들을 용이하게 할 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 액적 액츄에이션 표면을 갖는 기판을 포함하는 전기습윤 구성을 포함하는 미세유체 디바이스를 제공하고, 액적 액츄에이션 표면은 밑에 있는 유전체 층 (즉, 내측 유전체 층) 의 표면에 공유 결합으로 본딩된 소수성 층 (즉, 외측 소수성 층) 을 포함한다 (또는 이것으로 이루어진다, 또는 본질적으로 이것으로 이루어진다). 미세유체 디바이스가 전압원에 동작 가능하게 접속되는 경우, 소수성 층 위에 있는 또는 다르게는 이를 접촉하는 수성 액적은 신뢰성 있고 견고하게 습윤되고, 이로써 전기습윤 힘에 의해 이동될 수 있다.
미세유체 디바이스는 기판을 포함하는 베이스를 포함할 수 있고, 기판은 또한, 전압원 (예를 들어, AC 전압원) 에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극 (예를 들어, 제 1 전극) 을 가질 수 있고, 적어도 하나의 전극은 내측 유전체 층에 전기적으로 커플링된다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 커버 및 적어도 하나의 공간 엘리먼트를 더 포함한다. 기판 및 커버는 서로 실질적으로 평행하고, 공간 엘리먼트에 의해 함께 접합되어 액체 매질을 보유하도록 구성된 인클로저를 정의할 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 커버는 전압원 (예를 들어, AC 전압원) 에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 단일-사이드 전기습윤 구성을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 커버를 포함할 필요가 없다. 예를 들어, 베이스는 기판 및 전압원 (예를 들어, AC 전압원) 에 접속되도록 구성된 제 1 전극을 포함할 수 있고, 기판은 전압원에 접속되도록 구성된 제 2 전극 (예를 들어, 메쉬 전극) 을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 외측 소수성 층은 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하도록 내측 유전체 층에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 소수성 모노층의 자기-연관 분자들 각각은 실록산 기를 포함한다. 다른 실시형태들에서, 소수성 모노층의 자기-연관 분자들 각각은 포스폰산 기를 포함한다. 실록산 기들 또는 포스폰산 기들은 내측 유전체 층의 표면에 공유 결합으로 본딩될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 소수성 모노층의 자기-연관 분자들 각각은 표면 개질 리간드 및 내측 유전체 층의 표면에 표면 개질 리간드를, 직접적으로나 간접적으로 연결하는 연결 기 (linking group) 를 포함한다. 표면 개질 리간드는 본원에 개시된 임의의 표면 개질 리간드일 수 있다. 예를 들어, 표면 개질 리간드는 알칸 기와 같은 지방족 기를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어 소수성 모노층의 자기-연관 분자들은 알킬-말단 실록산 또는 알킬-말단 포스폰산 분자들일 수 있다. 알킬 기들은 적어도 10 개의 탄소들 (예를 들어, 적어도 14, 16, 18, 20, 22, 또는 그 이상의 탄소들) 의 체인 (예를 들어, 비분기형 체인) 을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 표면 개질 리간드는 플루오로알킬 기와 같은 플루오르-치환된 지방족 기를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어 자기-연관 분자들은 플루오로알킬-말단 실록산 또는 플루오로알킬-말단 포스폰산 분자들일 수 있다. 플루오로알킬 기들은 적어도 10 개의 탄소들 (예를 들어, 적어도 14, 16, 18, 20, 22, 또는 그 이상의 탄소들) 의 체인 (예를 들어, 비분기형 체인) 을 포함할 수 있다. 소정 실시형태들에서, 플루오로알킬 기들은 하나 이상 (예를 들어, 적어도 4, 6, 8, 10, 12, 또는 그 이상) 의 퍼플루오르화된 탄소들을 포함한다. 예를 들어, 플루오로알킬 기들은 화학적 식 CF3-(CF2)m-(CH2)n- 를 가질 수 있고, 여기서 m 은 적어도 2 이고, n 은 적어도 2 이며, m+n 은 적어도 9 이다. 일부 실시형태들에서, 표면 개질 리간드는 제 1 지방족 기와 제 2 지방족 기 사이의 에테르 결합을 포함한다. 예를 들어, 제 1 지방족 기는 알킬 기일 수 있고, 제 2 지방족 기는 플루오로알킬 기 (예를 들어, 퍼플루오로알킬 기) 일 수 있다. 소정 실시형태들에서, 표면 개질 리간드의 알킬 또는 플루오로알킬 기는 비분기형이다. 일부 실시형태들에서, 표면 개질 리간드의 알킬 또는 플루오로알킬 기는 임의의 순환식 구조들을 포함하지 않는다.
일부 실시형태들에서, 기판의 외측 소수성 층은 5 나노미터 미만 (예를 들어, 약 1.5 내지 3.0 나노미터) 의 두께를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 기판의 외측 소수성 층은, 선택 영역들이 외측 소수성 층의 나머지와 비교하여 상대적으로 친수성이도록 패터닝될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 기판의 내측 유전체 층은 유전체 재료의 제 1 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 내측 유전체 층은 유전체 재료의 단일 층으로 이루어질 수 있다. 유전체 재료의 제 1 층은 금속 산화물 층 (예를 들어, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 등) 과 같은 산화물을 포함할 수 있다. 소정 실시형태들에서, 제 1 산화물 층은 원자층 증착 (ALD) 에 의해 형성된다. 대안으로, 내측 유전체 층은 유전체 재료의 2 이상의 층들을 포함하는 유전체 스택일 수 있다. 따라서, 소정의 실시형태들에서, 내측 유전체 층은 유전체 재료의 제 1 층 및 유전체 재료의 제 2 층을 포함할 수 있다. 유전체 재료의 제 1 층은 금속 산화물 층 (예를 들어, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 등) 과 같은 산화물을 포함할 수 있고; 유전체 재료의 제 2 층은 실리콘 산화물과 같은 산화물, 또는 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 유전체 재료의 제 1 층은 유전체 재료의 제 1 층은 유전체 재료의 제 2 층을 접촉하는 제 1 표면 및 소수성 층이 공유 결합으로 본딩되는 대향 표면을 가질 수 있다. 소정 실시형태에서, 유전체 재료의 제 2 층은, 사용된 유전체 재료의 유형에 따라, 약 30 30 nm 내지 약 100 nm 의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 유전체 재료의 제 2 층은 실리콘 산화물을 포함할 수 있고, 약 30 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 30 nm 내지 약 40 nm 의 두께를 가질 수 있다. 대안으로, 유전체 재료의 제 2 층은 실리콘 질화물을 포함할 수 있고, 약 50nm 내지 약 100 nm, 또는 약 80 nm 내지 약 100 nm 의 두께를 가질 수 있다. 소정 실시형태들에서, 유전체 재료의 제 2 층은 ALD 에 의해 형성된다. 다른 실시형태들에서, 유전체 재료의 제 2 층은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착 (PECVD) 기법에 의해 형성된다. 소정 실시형태들에서, 유전체 재료의 제 1 층은 약 10 nm 내지 약 50 nm (예를 들어, 약 10 nm 내지 약 20 nm, 약 15 nm 내지 약 25 nm, 약 20 nm 내지 약 30 nm, 약 25 nm 내지 약 35 nm, 약 30 nm 내지 약 40 nm, 약 35 nm 내지 약 45 nm, 약 40 nm 내지 약 50 nm, 또는 상기 중 2 개 (엔드포인트들) 에 의해 정의된 임의의 범위의 두께를 가질 수 있고, ALD 에 의해 형성될 수 있다.
또 다른 실시형태들에서, 내측 유전체는 유전체 재료의 제 3 층을 포함할 수 있고, 유전체 재료의 제 3 층은 유전체 재료의 제 1 층을 접촉하는 제 1 표면 및 소수성 층에 공유 결합으로 본딩되는 대향 표면을 갖는다. 이러한 실시형태들에서, 유전체 재료의 제 1 층은 상기에서 (또는 본원의 다른 곳에서) 설명된 바와 같이 산화물을 포함할 수 있고, 유전체 재료의 제 2 층은 상기에서 (또는 본원의 다른 곳에서) 설명된 바와 같이 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있다. 소정 실시형태들에서, 유전체 재료의 제 3 층은 산화물, 예컨대 실리콘 다이옥사이드 또는 실론산 기들에 잘 본딩되는 다른 유전체 재료들을 포함할 수 있다. 소정 실시형태들에서, 유전체 재료의 제 3 층은 ALD 에 의해 증착된다. 소정 실시형태들에서, 유전체 재료의 제 3 층은 약 2 nm 내지 약 10 nm, 또는 약 4 nm 내지 약 6 nm 의 두께를 갖는다.
내측 유전체 층을 구성하는 층들의 수에 관계 없이, 내측 유전체 층은 약 40 nm 내지 약 120 nm (예를 들어, 약 40 nm 내지 약 60 nm, 약 50 nm 내지 약 70 nm, 약 60 nm 내지 약 80 nm, 약 70 nm 내지 약 90 nm, 약 80 nm 내지 약 100 nm, 약 90 nm 내지 약 110 nm, 약 100 nm 내지 약 120 nm, 또는 상기 엔드포인트들 중 임의의 2 개에 의해 정의된 범위) 의 총 두께를 가질 수 있다. 마찬가지로, 유전체 층은 약 50 kOhms 내지 약 150 kOhms (예를 들어, 약 50 kOhms 내지 약 75 kOhms, 약 75 kOhms 내지 약 100 kOhms, 약 100 kOhms 내지 약 125 kOhms, 약 125 kOhms 내지 약 150 kOhms, 또는 상기 엔드포인트들 중 임의의 2 개에 의해 정의된 범위) 의 임피던스를 가질 수 있다.
일부 실시형태들에서, 기판은 광반응성 층을 더 포함할 수 있다. 광반응성 층은 내측 유전체 층을 접촉하는 제 1 사이드 및 적어도 하나의 전극을 접촉하는 제 2 사이드를 가질 수 있다. 소정 실시형태들에서, 광반응성 층은 수소화 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 광의 빔으로 광반응성 층의 복수의 영역들 중 어느 것을 조명하는 것은 조명된 영역(들)에서 광반응성 층의 전기 임피던스를 감소시킬 수 있다. 다른 실시형태들에서, 광반응성 층은 복수의 도체들을 포함하고, 각각의 도체는 포토트랜지스터 스위치를 통해 기판의 적어도 하나의 전극에 제어 가능하게 접속 가능하다.
미세유체 디바이스가 커버를 포함하는 실시형태들에 대해, 인클로저를 향해 안쪽으로 면하는 커버의 표면은 내측 층 및 내측 층에 공유 결합으로 본딩된 소수성 층 (즉, 외측 소수성 층) 을 포함할 수 있다. 기판의 외측 소수성 층과 유사하게, 커버의 외측 소수성 층은 조밀하게-패킹된 소수성 모노층을 형성하도록 내측 층에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 포함할 수 있다. 따라서, 외측 소수성 층은 기판의 외측 소수성 층에 대해 상기 (또는 본원의 다른 곳에서) 설명된 자기-연관 분자들 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 커버의 외측 소수성 층은 기판의 외측 소수성 층과 동일한 자기-연관 분자들을 포함한다. 다른 실시형태들에서, 기판의 외측 소수성 층은 기판의 외측 소수성 층과 상이한 유형의 (또는 유형들의) 자기-연관 분자들을 갖는다.
일부 실시형태들에서, 커버의 내향 표면의 외측 소수성 층은 5 나노미터 미만의 두께 (예를 들어, 약 1.5 내지 3.0 나노미터) 를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 커버의 내향 표면의 외측 소수성 층은, 선택 영역들이 외측 소수성 층의 나머지와 비교하여 상대적으로 친수성이도록 패터닝될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 적어도 하나의 미세유체 채널을 갖는 인클로저를 포함할 수 있다. 또한, 인클로저는 미세유체 채널에 유동적으로 접속된 적어도 하나의 미세유체 챔버 (또는 시퀘스트레이션 펜) 를 포함할 수 있다. 미세채널 및/또는 챔버를 정의하는 기판의 적어도 일부는 전기습윤 구성을 가질 수 있다. 전기습윤 구성은 바이어싱 전위에 접속될 수 있고, 따라서 접속되는 동안, 기판 표면 (즉, 액적 액츄에이팅 표면) 의 복수의 대응하는 영역들 중 어느 하나의 유효 습윤 특징을 변화시킬 수 있다. 기판 표면의 습윤 특징은 미세유체 채널과 챔버 사이 및 기판 표면을 가로질러 액체 액적을 이동시키기에 충분히 변화될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 챔버 (또는 시퀘스트레이션 펜) 는 액체 액적을 보유하도록 구성된 보유 영역 (예를 들어, 격리 영역), 및 미세유체 채널에 보유 영역을 유동적으로 접속시키는 하나 (또는 그 이상) 의 접속 영역을 포함할 수 있다. 제 1 접속 영역은 미세유체 채널과 챔버 사이의 액체 액적의 이동을 허용하도록 구성될 수 있다. 제 2 접속 영역이 존재하는 경우, 액체 액적이 미세유체 채널과 보유 영역 사이에서 이동될 때 유체 흐름 및 압력 방출 (pressure relief) 을 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 인클로저는 제 2 미세유체 채널을 더 포함할 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 챔버는 제 1 미세유체 채널과 제 2 미세유체 채널 양자 모두에 접속될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 채널(들)은 약 30 내지 약 200 마이크론, 또는 약 50 내지 약 150 마이크론의 높이를 가질 수 있고, 이 높이는 채널을 통과하는 유체 흐름의 방향에 수직인 방향에서 측정된다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 채널(들)은 약 0 내지 약 1000 마이크론, 또는 100 내지 약 500 마이크론의 폭을 갖고, 이 폭은 채널을 통과하는 유체 흐름의 방향에 수직인 방향에서 측정된다.
일부 실시형태들에서, 챔버 (또는 스퀘스트레이션 펜) 는 미세유체 채널(들)의 높이와 실질적으로 동일한 높이를 갖는다. 예를 들어, 챔버 높이는 약 30 내지 약 200 마이크론, 또는 약 50 내지 약 150 마이크론일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 챔버 (또는 보유 펜) 는 약 100,000 내지 약 2,500,000 제곱 마이크론, 또는 약 200,000 내지 약 2,000,000 제곱 마이크론의 단면적을 갖는다. 일부 실시형태들에서, 접속 영역 (제 1, 제 2 등) 은 접속 영역들을 개방하는 미세유체 채널 및 대응하는 챔버의 높이와 실질적으로 동일한 높이를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 접속 영역은 약 50 내지 약 500 마이크론, 또는 약 100 내지 약 300 마이크론의 폭을 갖는다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 액적 생성기를 더 포함할 수 있다. 액적 생성기는 하나 이상의 액체 매질 (예를 들어, 수성 액체 매질) 의 액적들을 인클로저 또는 인클로저 내의 미세유체 채널 안으로 선택적으로 제공하도록 구성될 수 있다. 액적들은, 예를 들어 미세-객체들, 예컨대 생물학적 미세-객체들 (예를 들어, 세포들) 또는 비드들을 함유할 수 있다. 대안으로 또는 추가하여, 액적들은 시약들, 예컨대 용해 완충액, 친화성 시약, 검출 가능한 라벨들, 효소 혼합물 등을 함유할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 생물학적 미세-객체들을 배양하기에 적합한 배양 챔버 (예를 들어, 시퀘스트레이션 펜) 를 포함한다. 배양 챔버는 인클로저 내에 위치될 수 있고, 미세유체 채널에 접속될 수 있다. 배양 챔버가 인클로저 내에 위치되는 경우, 인클로저는, 신선한 배양 배지에서의 영양분들 및 배양 챔버에서의 노폐물들이 (예를 들어, 배양 챔버로의 영양분들의 확산과 배양 배지로의 노폐물들의 확산에 의해) 교환될 수 있도록 신선한 배양 배지가 배양 챔버를 지나 유동하도록 구성된 관류 미세유체 채널을 포함할 수 있다. 관류 채널은 액적 생성기에 접속된 미세유체 채널로부터 분리될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 전기습윤 장치는 전자 포지셔닝 장치와 통합된다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 전기습윤 구성을 갖는 기판을 포함할 수 있고 기판의 일부는 유전이동 (DEP) 구성을 더 포함할 수 있다. 따라서, 기판은 모놀리식일 수 있다. 대안으로, 미세유체 디바이스 또는 장치는 유전이동 (DEP) 구성을 갖는 제 1 기판을 갖는 제 1 모듈 또는 섹션, 및 전기습윤 구성을 포함하는 제 2 기판을 갖는 제 2 모듈 또는 섹션을 포함할 수 있다. 이러한 디바이스들은 듀올리식 기판을 갖는 것으로서 고려될 수 있고, 각각의 기판 및 그 특정 구성과 연관된 기능들의 통합을 제공하는 제 1 모듈 또는 섹션 및 제 2 모듈 또는 섹션 사이에 브리지가 존재할 수 있다. 브리지는2 개의 다르게는 별개의 디바이스들을 접속시키는 튜빙 등을 포함할 수 있다. 대안으로, 브리지는 기판들을 가깝게 (예를 들어, 2 mm, 1.5 mm, 1.0 mm, 0.5 mm, 또는 그 미만 내) 병렬배치시키는 본딩제를 포함할 수 있다. 또 다른 대안들에서, 브리지는 모놀리식 기판 상의 비-기능성 영역일 수 있고, 여기서 비-기능성의 존은 기판 구성이 하나의 구성 (예를 들어, 전기습윤 구성) 에서부터 다른 구성 (예를 들어, DEP 구성) 으로 스위치하는 곳이다. 미세유체 디바이스가 모놀리식 또는 듀올리식 기판 (또는 심지어 멀티리식 (multi-lithic) 기판) 을 갖는지 여부에 관계 없이, 전기습윤 구성 및 DEP 구성 각각은 당해 분야에 알려진 또는 본원에 개시된 임의의 이러한 구성일 수 있다. 예를 들어, 전기습윤 구성은 광-전기습윤 (OEW) 구성, 유전체 상의 전기습윤 (EWOD) 구성, 단일-사이드 전기습윤 구성 등일 수 있다. 유사하게, DEP 구성은, 예컨대 비정질 실리콘의 층 및/또는 포토트랜지스터드들의 어레이, 포토트랜지스터들에 의해 제어된 전극들의 어레이, 전기적으로 작동된 전극들의 어레이 등을 포함하는 광전도성 기판에 의해 제공된, 광전자 트위저 (OET) 구성일 수 있다. 소정의 대안의 실시형태들에서, 기판은 전기습윤 구성을 포함할 수 있지만 임의의 추가의 구성의 부족 (예를 들어, 유전이동 (DEP) 구성이 부족) 할 수 있다.
결과적으로, 일부 실시형태들에서, 단일의 모놀리식 장치는 양자 모두의 장치의 기능성을 조합할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 본 발명의 미세유체 디바이스를 제조하는 방법을 제공한다. 방법은, (예를 들어, 미세유체 회로 재료로부터 만들어진) 공간 엘리먼트를 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 커버의 내측 표면에 본딩하는 단계; 공간 엘리먼트 및 커버를 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 기판의 내측 유전체 표면에 본딩하는 단계; 및 기상 증착에 의해, 커버의 내측 표면의 적어도 일부 및 기판의 내측 유전체 표면의 적어도 일부 상에 소수성 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 소정 실시형태들에서, 공간 엘리먼트는, 커버 및 기판이 서로 실질적으로 평행하게 배향되도록 커버의 내측 표면과 기판의 내측 유전체 표면 사이에 샌드위치된다. 기판, 공간 엘리먼트, 및 커버는 액체 매질을 보유하도록 구성된 인클로저를 집단적으로 정의할 수 있다. 소정 실시형태들에서, 소수성 층들은 커버의 내측 표면의 실질적으로 모든 노출된 영역들 및 기판의 내측 유전체 표면의 실질적으로 모든 노출된 영역들 (즉, 인클로저는 향해 내측으로 면하는 실질적으로 모든 표면들) 상에 증착된다. 소정 실시형태들에서, 소수성 층은 또한, 인클로저를 향해 내측으로 면하는 공간 엘리먼트의 표면들 상에 증착된다.
소정 실시형태들에서, 소수성 층들은 커버의 내측 표면 및 기판의 내측 유전체 표면에 공유 결합으로 바인딩된 자기-연관 분자들을 포함하고, 여기서 자기-연관 분자들은 조밀하게-패킹된 모노층들을 형성한다. 일부 실시형태들에서, 기상 증착에 의해 증착된 자기-연관 분자들 각각은 표면 개질 리간드 및 내측 유전체 층의 표면에 표면 개질 리간드를 직접적으로나 간접적으로 연결하는 연결 기를 포함한다. 따라서, 자기-연관 분자들은 상기에서 또는 본원의 다른 곳에서 설명된 자기-연관 분자들 중 임의의 것일 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 미세유체 장치에서, 화학물질들 및/또는 생물학적 재료들과 같은 재료들을 처리하는 방법들을 제공한다. 소정 실시형태들에서, 방법들은, 전기습윤 구성을 갖는 기판, 커버, 및 제 1 액체 매질과 인클로저를 함께 정의하는 공간 엘리먼트를 포함하는 미세유체 장치의, 인클로저 또는 그 일부를 충진하는 단계; 기판의 적어도 하나의 전극과 커버의 적어도 하나의 전극 사이에 AC 전압 포텐셜을 인가하는 단계; 액체 매질의 제 1 액적을 인클로저 안으로 도입하는 단계로서, 액적의 액체 매질은 제 1 액체 매질에서 비혼합성인, 상기 도입하는 단계; 및 전기습윤 힘을 제 1 액적에 인가함으로써 인클로저 내의 원하는 로케이션으로 제 1 액적을 이동시키는 단계를 포함한다. 제 1 액체 매질은 실리콘 오일, 플루오르화 오일, 또는 이들의 조합과 같은 본원에 설명된 제 1 액체 매질들 중 임의의 것을 포함할 수 있고, 제 1 액적은 수성 매질을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 방법들은 미세유체 채널과 같은 인클로저의 제 1 섹션으로부터 제 1 액적을 챔버와 같은 인클로저의 제 2 섹션으로 드래그하는, 또는 그 반대로 하는 단계를 포함할 수 있다. 상기의 드래깅은 제 1 액적과 접촉하고/하거나 이에 인접한 기판 표면의 영역의 유효한 전기습윤 특징을 변화시키는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 액체 매질로 인클로저를 충진하는 것은 제 1 액체 매질로 미세유체 채널 및 챔버를 충진하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 장치는 액적 생성기를 포함한다. 방법들은 액적 생성기를 사용하여 제 1 액적을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 액적 생성기는 제 1 액적을 인클로저 안으로 도입할 수 있다. 생성된 액적들은 약 100 피코리터 내지 100 나노리터, 또는 약 1 내지 50 나노리터의 볼륨을 가질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 액적은 비드와 같은 미세-객체, 또는 생물학적 미세-객체 (예를 들어, 세포, 소낭 등), 세포 분비물, 또는 시약을 포함할 수 있다. 비드는 관심 있는 재료에 대한 친화성을 갖는 분자들, 예컨대 세포 분비물 (예를 들어, 항체) 또는 다른 생체분자 (예를 들어, DNA, 게놈 DNA, 미토콘드리아 DNA, RNA, mRNA, miRNA, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 핵산) 를 가질 수 있다. 액적은 단일의 미세-객체, 예컨대 단일의 생물학적 세포, 또는 다수의 미세-객체들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액적은 2 내지 20 개, 또는 그 이상의 미세-객체들, 예컨대 비드들을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 액적은 시약, 예컨대 세포 용해 완충액, 라벨 (예를 들어, 형광성으로 라벨링된 시약), 발광 시약, 효소 혼합물 등을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 방법들은 제 2, 제 3, 제 4 등의 액적들을 인클로저 안으로 도입하는 단계 및 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 제 2, 제 3, 제 4 등의 액적을 인클로저 내의 원하는 로케이션으로 이동시키는 단계를 더 포함한다. 제 2 액적은 제 1 액적에 근접한 포지션으로 이동되고 그 후, 제 1 액적과 병합되어 제 1 조합된 액적을 형성할 수 있고; 제 3 액적은 제 1 조합된 액적에 근접한 포지션으로 이동되고 그 후, 제 1 조합된 액적과 병합되어 제 2 조합된 액적을 형성할 수 있고; 제 4 액적은 제 2 조합된 액적에 근접한 포지션으로 이동되고 그 후, 제 2 조합된 액적과 병합되어 제 3 조합된 액적을 형성할 수 있는; 등등이다. 각각의 추가적인 액적은 제 1 액체 매질에서 비혼합성이지만 제 1 액적의 액체 매질과 혼합성인 유체 매질을 함유할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 제 1 액적은 생물학적 세포를 함유하고 제 2 액적은 시약을 함유한다. 시약은, 제 1 및 제 2 액적들이 병합되는 경우 생물학적 세포를 용해하는 세포 용해 완충액일 수 있다. 대안으로, 시약은 형광성 라벨 (예를 들어, 형광성으로-라벨링된 항체 또는 다른 친화성 시약) 또는 발광 분석에 사용된 시약일 수 있다. 제 3 액적은 시약, 예컨대 관심 있는 재료에 대한 친화성을 갖는 하나 이상의 (예를 들어, 2 내지 20) 포획 비드들을 함유할 수 있다. 예를 들어, 관심 있는 재료는 항체 또는 핵산, 예컨대 DNA, 게놈 DNA, 미토콘드리아 DNA, RNA, mRNA, miRNA, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 이러한 포획 비드들은 선택적으로, 후속의 분석을 위해 장치로부터 배출될 수 있다. 제 4 액적은, 제 2 및 제 3 액적들과 같이, 역전사 효소 반응 또는 전체 게놈 증폭 반응과 같은 반응을 수행하기에 적합한 효소 혼합물과 같은 시약을 함유할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 액적들을 이동 및 병합하는 것은 전기습윤 힘을 사용하는 것을 수반하여 액적(들)에 근접한 기판 표면의 영역의 유효한 전기습윤 특징을 변화시켜 이에 의해 액적들을 이동 또는 병합하는 것을 포함한다. 소정 실시형태들에서, 기판 표면의 유효한 전기습윤 특징을 변화시키는 것은 액적(들)에 근접한 기판 표면의 영역에서 전기습윤 전극들을 활성화시키는 것을 포함할 수 있다. 소정 실시형태들에서, 액적(들)에 근접한 기판 표면의 영역에서 전기습윤 전극들을 활성화시키는 것은 기판 표면의 영역 위로 광의 패턴을 향하게 하는 것을 수반한다.
본 발명의 추가의 양태들 및 실시형태들은 후속하는 도면들 및 상세한 설명들로부터 명백해질 것이다.
도 1a 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 일반화된 미세유체 디바이스 및 미세유체 디바이스를 제어 및 모니터링하기 위한 연관된 제어 장비를 갖는 시스템을 예시한다.
도 1b 는 액체 매질 및 액체 매질에 혼합되지 않는 액체의 액적들을 보유하도록 구성된 인클로저를 함께 형성하는 기판, 커버, 및 공간 엘리먼트를 갖는 미세유체 장치의 수직 단면뷰이다. 기판은 인클로저 내에서 액적들이 조작되는 것을 허용하는 전기습윤 구성을 갖는다.
도 1c 및 도 1d 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스를 예시한다.
도 2a 및 도 2b 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 격리 펜들을 예시한다.
도 2c 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 상세한 시퀘스트레이션 펜을 예시한다.
도 2d 내지 도 2f 는 본 발명의 일부 다른 실시형태들에 따른 시퀘스트레이션 펜들을 예시한다.
도 2g 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스를 예시한다.
도 2h 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스의 코팅 표면을 예시한다.
도 3a 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스 및 연관된 제어 장비와의 사용을 위한 시스템의 특정 예를 예시한다.
도 3b 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 이미징 디바이스를 예시한다.
도 4 는 듀올리식 기판 (duolithic substrate) 을 갖는 DEF 구성 및 EW 구성을 갖는 미세유체 디바이스의 예를 예시한다.
도 5 는 모놀리식 기판 (monolithic substrate) 을 갖는 DEP 구성 및 EW 구성을 갖는 미세유체 디바이스의 예를 예시한다.
도 6 은 도 1b 에 도시된 바와 같은 전기습윤 구성을 포함할 수 있고, 다수의 미세유체 채널들, 미세유체 채널들 중 적어도 하나를 개방하는 챔버들, 및 액적 생성기를 포함하는, 미세유체 장치의 수평 단면뷰이다. 이 실시형태에서, 하나의 미세유체 채널은 수성 매질 (더 밝은 컬러) 를 함유하는 한편, 액적 생성기에 접속된 미세유체 채널은 비-수성 매질 (더 어두운 컬러) 를 함유한다. 챔버들은 마찬가지로, 수성 매질 또는 비-수성 매질 중 어느 하나를 함유한다.
도 7 은 도 1b 에 도시된 바와 같은 전기습윤 구성을 포함할 수 있고, 다수의 미세유체 채널들, 미세유체 채널들 중 적어도 하나를 개방하는 챔버들, 및 액적 생성기를 포함하는 미세유체 장치의 수평 단면뷰이다. 이 실시형태에서, 하나의 미세유체 채널 및 챔버들의 제 1 세트는 수성 매질 (더 밝은 컬러) 를 함유하는 한편, 액적 생성기에 접속된 미세유체 채널 및 챔버들의 제 2 세트는 소수성 매질 (더 어두운 컬러) 를 함유한다. 도 6 은 도 5 에 도시된 실시형태에 대한 변형을 제시하고, 여기서 수성 매질을 함유하는 각각의 챔버는 소수성 매질을 함유하는 대응하는 챔버로부터의 소수성 매질을 갖는 채널을 직접적으로 가로질러 위치된다.
도 8 은 미세유체 장치 내에서 생물학적 미세-객체들을 처리하는 방법의 다이어그램이다.
도 9 는 전기습윤 구성을 갖는 제 1 섹션 및 유전이동 구성을 갖는 제 2 섹션을 갖는 미세유체 디바이스용 기판을 제조하도록 적용될 수 있는 방법이다.
도 10 내지 도 18 은 도 9 에 도시된 방법에 따라 처리되는 기판의 수직 단면뷰들을 제공한다.
도 19a 는 도 17 과 연관되어 도시된 실시형태에 따른 하나의 기능적 양태에 대한 전기적 처리 동작 표현의 뷰이다.
도 19b 는 도 17 과 연관되어 도시된 실시형태에 따른 하나의 기능적 양태에 대한 전기적 처리 동작 표현의 뷰이다.
도 20a 내지 도 20c 는 본 발명의 실시형태에 따라 수정된 미세유체 표면 상의 수성 액적의 이동의 사진 표현들이다.
도 1b 는 액체 매질 및 액체 매질에 혼합되지 않는 액체의 액적들을 보유하도록 구성된 인클로저를 함께 형성하는 기판, 커버, 및 공간 엘리먼트를 갖는 미세유체 장치의 수직 단면뷰이다. 기판은 인클로저 내에서 액적들이 조작되는 것을 허용하는 전기습윤 구성을 갖는다.
도 1c 및 도 1d 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스를 예시한다.
도 2a 및 도 2b 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 격리 펜들을 예시한다.
도 2c 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 상세한 시퀘스트레이션 펜을 예시한다.
도 2d 내지 도 2f 는 본 발명의 일부 다른 실시형태들에 따른 시퀘스트레이션 펜들을 예시한다.
도 2g 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스를 예시한다.
도 2h 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스의 코팅 표면을 예시한다.
도 3a 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스 및 연관된 제어 장비와의 사용을 위한 시스템의 특정 예를 예시한다.
도 3b 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 이미징 디바이스를 예시한다.
도 4 는 듀올리식 기판 (duolithic substrate) 을 갖는 DEF 구성 및 EW 구성을 갖는 미세유체 디바이스의 예를 예시한다.
도 5 는 모놀리식 기판 (monolithic substrate) 을 갖는 DEP 구성 및 EW 구성을 갖는 미세유체 디바이스의 예를 예시한다.
도 6 은 도 1b 에 도시된 바와 같은 전기습윤 구성을 포함할 수 있고, 다수의 미세유체 채널들, 미세유체 채널들 중 적어도 하나를 개방하는 챔버들, 및 액적 생성기를 포함하는, 미세유체 장치의 수평 단면뷰이다. 이 실시형태에서, 하나의 미세유체 채널은 수성 매질 (더 밝은 컬러) 를 함유하는 한편, 액적 생성기에 접속된 미세유체 채널은 비-수성 매질 (더 어두운 컬러) 를 함유한다. 챔버들은 마찬가지로, 수성 매질 또는 비-수성 매질 중 어느 하나를 함유한다.
도 7 은 도 1b 에 도시된 바와 같은 전기습윤 구성을 포함할 수 있고, 다수의 미세유체 채널들, 미세유체 채널들 중 적어도 하나를 개방하는 챔버들, 및 액적 생성기를 포함하는 미세유체 장치의 수평 단면뷰이다. 이 실시형태에서, 하나의 미세유체 채널 및 챔버들의 제 1 세트는 수성 매질 (더 밝은 컬러) 를 함유하는 한편, 액적 생성기에 접속된 미세유체 채널 및 챔버들의 제 2 세트는 소수성 매질 (더 어두운 컬러) 를 함유한다. 도 6 은 도 5 에 도시된 실시형태에 대한 변형을 제시하고, 여기서 수성 매질을 함유하는 각각의 챔버는 소수성 매질을 함유하는 대응하는 챔버로부터의 소수성 매질을 갖는 채널을 직접적으로 가로질러 위치된다.
도 8 은 미세유체 장치 내에서 생물학적 미세-객체들을 처리하는 방법의 다이어그램이다.
도 9 는 전기습윤 구성을 갖는 제 1 섹션 및 유전이동 구성을 갖는 제 2 섹션을 갖는 미세유체 디바이스용 기판을 제조하도록 적용될 수 있는 방법이다.
도 10 내지 도 18 은 도 9 에 도시된 방법에 따라 처리되는 기판의 수직 단면뷰들을 제공한다.
도 19a 는 도 17 과 연관되어 도시된 실시형태에 따른 하나의 기능적 양태에 대한 전기적 처리 동작 표현의 뷰이다.
도 19b 는 도 17 과 연관되어 도시된 실시형태에 따른 하나의 기능적 양태에 대한 전기적 처리 동작 표현의 뷰이다.
도 20a 내지 도 20c 는 본 발명의 실시형태에 따라 수정된 미세유체 표면 상의 수성 액적의 이동의 사진 표현들이다.
본 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태들 및 애플리케이션들을 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 예시적인 실시형태들 및 애플리케이션들에 또는 예시적인 실시형태들 및 애플리케이션들이 동작하거나 본원에 설명되는 방식에 제한되지 않는다. 더욱이, 도면들은 단순화된 또는 부분 뷰들을 나타낼 수도 있고, 도면들에서 엘리먼트들의 치수들은 과장되거나 또는 다르게는 비례적이지 않을 수도 있다. 또한, 용어들 "~ 상에 (on)", "~ 에 부착된 (attached to)", "~ 에 접속된 (connected to)", "~ 에 결합된 (coupled to)" 또는 유사한 단어들이 본원에서 사용되는 바와 같이, 하나의 엘리먼트가 다른 엘리먼트 바로 위에 있고, 그것에 부착되거나, 그것에 접속되고 또는 그것에 결합되는지, 또는 하나의 엘리먼트와 다른 엘리먼트 사이에 하나 이상의 중간 엘리먼트들이 있는지 여부에 관계 없이, 하나의 엘리먼트 (예를 들어, 재료, 층, 기판 등) 는 다른 엘리먼트 "상에" 있을 수 있고, 그것에 "부착될" 수 있고, 그것에 "접속될" 수 있고, 또는 그것에 "결합될" 수 있다. 또한, 콘텍스트가 다르게 기술하지 않으면, 방향들 (예를 들어, 위 (above), 아래 (below), 상단 (top), 하단 (bottom), 측면 (side), 상 (up), 하 (down), 상부에서 (over), 상부 (upper), 하부 (lower), 수평, 수직, "x", "y", "z" 등) 은 제공된다면 상대적이고, 제한이 아니라, 전적으로 예로서 그리고 예시 및 논의의 용이함을 위해 제공된다. 또한, 엘리먼트들 (예를 들어, 엘리먼트들 a, b, c) 의 리스트에 대해 참조가 이루어지는 경우, 이러한 참조는 열거된 엘리먼트들 자체, 전부보다 적은 열거된 엘리먼트들의 임의의 조합, 및/또는 열거된 엘리먼트들의 전부의 조합 중의 임의의 하나를 포함하도록 의도된다. 상세한 설명에서 섹션 분할들은 단지 리뷰의 용이함을 위한 것이고 논의된 엘리먼트들의 임의의 조합을 제한하지 않는다.
본원에서 사용된 바와 같이, "실질적으로" 는 의도된 목적을 위해 작동하기에 충분하다는 것을 의미한다. 용어 "실질적으로" 는 따라서, 당업자에 의해 예상될 것이지만, 전체적인 성능에 인식가능하게 영향을 주지 않는 바와 같은, 절대적인 또는 완전한 상태, 치수, 측정, 결과 등으로부터의 소수의 중요하지 않은 변형들을 허용한다. 수치 값들 또는 수치 값들로서 표현될 수 있는 파라미터들 또는 특징들에 대하여 사용될 때, "실질적으로" 는 10 퍼센트 이내를 의미한다.
용어 "것들" 은 하나보다 많은 것을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "복수" 는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 그 이상일 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "배치된" 은 그 의미 내에 "위치된" 을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "미세유체 디바이스" 또는 "미세유체 장치" 는 유체를 보유하도록 구성된 하나 이상의 별개의 미세유체 회로들을 포함하는 디바이스이고, 각각의 미세유체 회로는, 영역(들), 흐름 영역(들), 채널(들), 챔버(들), 및/또는 펜(들), 및 유체 (및, 선택적으로는 유체에서 부유된 미세-객체들) 가 (커버를 포함하는 미세유체 디바이스에 대한) 미세유체 디바이스의 안 및/또는 밖으로 유동하는 것을 허용하도록 구성된 적어도 2 개의 포트들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는, 유동적으로 서로접속된 회로 엘리먼트들로 이루어진다. 통상적으로, 미세유체 디바이스의 미세유체 회로는 적어도 하나의 미세유체 채널 및 적어도 하나의 챔버를 포함할 것이고, 약 1 mL 미만, 예를 들어 약 750, 500, 250, 200, 150, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 또는 2 μL 미만의 유체의 볼륨을 보유할 것이다. 소정 실시형태들에서, 미세유체 회로는 약 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 2-5, 2-8, 2-10, 2-12, 2-15, 2-20, 5-20, 5-30, 5-40, 5-50, 10-50, 10-75, 10-100, 20-100, 20-150, 20-200, 50-200, 50-250, 또는 50-300 μL 를 보유한다.
본원에 사용된 바와 같이, "나노유체 디바이스" 또는 "나노유체 장치" 는 약 1 μL 미만, 예를 들어 약 750, 500, 250, 200, 150, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 nL 미만의 유체의 볼륨을 보유하도록 구성된 적어도 하나의 회로 엘리먼트를 포함하는 미세유체 회로를 갖는 미세유체 디바이스의 유형이다. 나노유체 디바이스는 복수의 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 6000, 7000, 8000, 9000, 10,000, 또는 그 이상) 을 포함할 수도 있다. 소정의 실시형태들에서, 적어도 하나의 회로 엘리먼트들 중 하나 이상 (예를 들어, 전부) 은 약 100 pL 내지 1 nL, 100 pL 내지 2 nL, 100 pL 내지 5 nL, 250 pL 내지 2 nL, 250 pL 내지 5 nL, 250 pL 내지 10 nL, 500 pL 내지 5 nL, 500 pL 내지 10 nL, 500 pL 내지 15 nL, 750 pL 내지 10 nL, 750 pL 내지 15 nL, 750 pL 내지 20 nL, 1 내지 10 nL, 1 내지 15 nL, 1 내지 20 nL, 1 내지 25 nL, 또는 1 내지 50 nL 의 유체의 볼륨을 보유하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 회로 엘리먼트들 중 하나 이상 (예를 들어, 전부) 은 약 20 nL 내지 200 nL, 100 내지 200 nL, 100 내지 300 nL, 100 내지 400 nL, 100 내지 500 nL, 200 내지 300 nL, 200 내지 400 nL, 200 내지 500 nL, 200 내지 600 nL, 200 내지 700 nL, 250 내지 400 nL, 250 내지 500 nL, 250 내지 600 nL, 또는 250 내지 750 nL 의 유체의 볼륨을 보유하도록 구성된다.
본원에 사용된 바와 같은 "미세유체 채널" 또는 "흐름 채널" 은 수평 및 수직 치수들 양자 모두보다 상당히 더 긴 길이를 갖는 미세유체 디바이스의 흐름 영역을 지칭한다. 예를 들어, 흐름 채널은 수평 또는 수직 치수 중 어느 하나의 길이의 적어도 5 배, 예를 들어 적어도 10 배 길이, 적어도 25 배 길이, 적어도 100 배 길이, 적어도 200 배 길이, 적어도 500 배 길이, 적어도 1,000 배 길이, 적어도 5,000 배 길이, 또는 더 길 수 있다. 일부 실시형태들에서, 흐름 채널의 길이는 그 사이의 임의의 범위를 포함하는, 약 50,000 마이크론 내지 약 500,000 마이크론의 범위에 있다. 일부 실시형태들에서, 수평 치수는 약 100 마이크론 내지 약 1000 마이크론 (예를 들어, 약 150 내지 500 마이크론) 의 범위에 있고, 수직 치수는 약 25 마이크론 내지 약 200 마이크론, 예를 들어 약 40 내지 약 150 마이크론의 범위에 있다. 흐름 채널은 미세유체 디바이스에서 다양한 상이한 공간적 구성들을 가질 수도 있고, 따라서 완벽히 선형 엘리먼트에 제한되지 않는다는 것이 주목된다. 예를 들어, 흐름 채널은 다음의 구성들: 커브, 벤드, 나선형, 경사, 쇠퇴, 포크 (예를 들어, 다수의 상이한 유동 경로들), 및 이들의 임의의 조합 중 어느 하나를 갖는 하나 이상의 섹션들을 포함할 수도 있다. 또한, 흐름 채널은, 원하는 유체 흐름을 그 안에 제공하기 위해 넓히고 수축시키는, 그 경로를 따른 상이한 단면 영역들을 가질 수도 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "장애물"은 일반적으로 미세유체 디바이스 내의 2 개의 상이한 영역들 또는 회로 엘리먼트들 사이의 타겟 미세-객체들의 이동을 부분적으로 (그러나 완전히는 아님) 방해하기에 충분히 큰 범프 또는 유사한 유형의 구조를 지칭한다 . 2 개의 상이한 영역들/회로 엘리먼트들은, 예를 들어 미세유체 시퀘스트레이션 펜 및 미세유체 채널, 또는 미세유체 시퀘스트레이션 펜의 접속 영역 및 격리 영역일 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "수축 (constriction)" 은 일반적으로 미세유체 디바이스에서 회로 엘리먼트 (또는 2 개의 회로 엘리먼트들 사이의 인터페이스) 의 폭을 좁히는 것을 지칭한다. 수축은, 예를 들어 미세유체 시퀘스트레이션 펜과 미세유체 채널 사이의 인터페이스에, 또는 미세유체 시퀘스트레이션 펜의 격리 영역과 접속 영역 사이의 인터페이스에 위치될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "투명한" 은 가시 광이 통과될 때 가시 광이 광을 실질적으로 바꾸지 않고 통과하는 것을 허용하는 재료를 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "미세-객체" 는 일반적으로, 본 발명에 따라 격리 및 수집될 수도 있는 임의의 미세한 객체를 지칭한다. 미세-객체들의 비-제한적 예들은: 미세입자들; 미세비드들 (예를 들어, 폴리스티렌 비드들, Luminex™ 비드들 등); 자기 비드들; 미세로드들; 미세와이어들; 양자 점들 등과 같은 무생물의 미세-객체들; 세포들 (예를 들어, 배아들, 난모 세포들, 정자 세포들, 조직으로부터 분리된 세포들, 진핵 세포들, 원생생물 세포들, 동물 세포들, 포유류 세포들, 인간 세포들, 면역 세포들, 하이브리도마들, 배양된 세포들, 세포주 (cell line) 로부터의 세포들, 암 세포들, 감염된 세포들, 형질감염된 (transfected) 및/또는 형질전환된 세포들, 리포터 세포들, 원핵 세포 등); 생물학적 세포기관들; 소낭들, 또는 착물들; 합성 소낭들; (예를 들어, 막 표본들로부터 유래된 또는 합성의) 리포솜들; (Ritchie 등의, (2009) 『"Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs" Methods Enzymol., 464:211-231』에 설명된 바와 같은) 지질 나노래프트 (lipid nanoraft) 들 등과 같은 생물학적 미세-객체들; 또는 무생물의 미세-객체들 및 생물학적 미세-객체들의 조합 (예를 들어, 세포들에 부착된 미세비드들, 리포좀-코팅된 미세-비드들, 리포솜-코팅된 자기 비드들, 등) 을 포함한다. 비드들은 또한, 공유결합으로 또는 비-공유결합으로 부착된 다른 모이어티들/분자들, 예컨대 형광성 라벨들, 단백질들, 소분자 시그널링 모이어티들, 항원들, 또는 분석에서 사용할 수 있는 화학적/생물학적 종들을 가질 수도 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "세포(들)을 유지하는" 은 세포들의 생존 및/또는 증식을 유지하는데 필요한 컨디션들을 제공하는 유체 및 기체 성분들 양자 모두, 및 선택적으로는 표면을 포함하는 환경을 제공하는 것을 지칭한다.
유체 매질의 "성분" 은, 용매 분자들, 이온들, 소분자들, 항생물질들, 뉴클레오티드들 및 뉴클레오시드들, 핵산들, 아미노산들, 펩티드들, 단백질들, 설탕들, 탄수화물들, 지질들, 지방산들, 콜레스테롤, 대사물들 등을 포함하는, 매질에 존재하는 임의의 화학적 또는 생물학적 분자이다.
유체 매질을 참조하여 본원에 사용된 바와 같이, "확산하다" 및 "확산" 은 농도 구배 아래의 유체 매질 성분의 열역학 운동을 지칭한다.
문구 "매질의 흐름" 은 주로 확산 이외의 임의의 메커니즘으로 인한 유체 매질의 벌크 이동을 의미한다. 예를 들어, 매질의 흐름은 포인트들 사이의 압력 차이로 인한 유체 매질의 한 포인트에서 다른 포인트로의 이동을 수반할 수 있다. 이러한 흐름은 액체의 연속적인, 펄싱된, 주기적인, 랜덤한, 간헐적인, 또는 왕복 흐름, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나의 유체 매질이 다른 유체 매질로 유동하는 경우, 매질의 터뷸런스 및 혼합이 초래될 수 있다.
문구 "실질적으로 유동하지 않음" 은, 시간 경과에 따라 평균화될 때, 유체 매질 안으로 또는 유체 매질 내에서 재료 (예를 들어, 관심 있는 분석물) 의 성분들의 확산 속도보다 작은 유체 매질의 흐름 속도를 지칭한다. 이러한 재료의 성분들의 확산 속도는, 예를 들어 온도, 성분들의 크기, 및 성분들과 유체 매질 간의 상호작용들의 강도에 의존할 수 있다.
미세유체 디바이스 내의 상이한 영역들을 참조하여 본원에 사용된 바와 같이, 문구 "유동적으로 접속된" 은, 상이한 영역들이 유체 매질과 같은 유체로 실질적으로 채워지는 경우, 유체의 단일 바디를 형성하도록 영역들 각각에서의 유체가 접속되는 것을 의미한다. 이것은, 상이한 영역들에서의 유체들 (또는 유체 매질) 이 반드시 조성이 동일한 것을 의미하지 않는다. 차라리, 미세유체 디바이스의 상이한 유동적으로 접속된 영역들에서의 유체들은, 용질들이 그들 각각의 농도 구배들을 하강시키고/시키거나 유체들이 디바이스를 통해 유동할 때 유입되는 상이한 조성들 (예를 들어, 단백질들, 탄수화물들, 이온들, 또는 다른 분자들과 같은 용질들의 상이한 농도들) 을 가질 수 있다.
미세유체 (또는 나노유체) 디바이스는 "스윕" 영역들 및 "비스윕" 영역들을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "스윕" 영역은, 미세유체 회로의 하나 이상의 유동적으로 상호접속된 회로 엘리먼트들로 이루어지고, 엘리먼트들 각각은 유체가 미세유체 회로를 통해 유동되고 있을 때 매질의 흐름을 경험한다. 스윕 영역의 회로 엘리먼트들은, 예를 들어 영역들, 채널들, 및 챔버들의 전부 또는 부분들을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "비스윕" 영역은 미세유체 회로의 하나 이상의 유동적으로 상호접속된 회로 엘리먼트로 이루어지고, 엘리먼트 각각은 유체가 미세유체 회로를 통해 유동되고 있을 때 유체의 플럭스를 실질적으로 경험하지 않는다. 비스윕 영역은, 유체 접속들이 확산을 가능하게 하도록 구조화되지만 스윕 영역과 비스윕 영역 사이의 매질의 흐름이 실질적으로 없다면, 스윕 영역에 유동적으로 접속될 수 있다. 미세유체 디바이스는 따라서, 스윕 영역에서의 매질의 흐름으로부터 비스윕 영역을 실질적으로 격리시키면서, 스윕 영역과 비스윕 영역 사이에서 단지 확산성 유체 연통만이 실질적으로 가능하도록 구조화될 수 있다. 예를 들어, 미세유체 디바이스의 흐름 채널은 스윕 영역의 예인 한편, 미세유체 디바이스의 격리 영역 (이하에서 더 상세히 설명됨) 은 비스윕 영역의 예이다.
본원에 사용된 바와 같이, "흐름 영역" 은 매질의 흐름의 궤적을 정의하고 그 대상이 되는 하나 이상의 유동적으로 접속된 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 채널(들), 영역(들), 챔버(들) 등) 을 지칭한다. 흐름 영역은 따라서, 미세유체 디바이스의 스윕 영역의 예이다. 다른 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 비스윕 영역들) 은 흐름 영역에서 매질의 흐름을 받지 않고 흐름 영역을 포함하는 회로 엘리먼트들과 유동적으로 접속될 수도 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "알킬" 은 1 내지 6 개의 탄소 원자들 (예를 들어, C1-C6 알킬) 을 갖는, 불포화를 함유하지 않는, 탄소 및 수소 원자들 만으로 이루어진 직쇄 또는 분기형 탄화수소 체인 라디칼을 지칭한다. 이것이 본원에 나타날 때마다, "1 내지 6" 과 같은 수치 범위는 소정의 범위에서의 각각의 정수를 지칭한다; 예를 들어, "1 내지 6 개의 탄소 원자들" 은 알킬 기가 1 개의 탄소 원자들, 2 개의 탄소 원자들, 3 개의 탄소 원자들 등 그리고 최대 6 개의 탄소 원자들을 포함하는 것으로 이루어질 수도 있는 것을 의미하지만, 본 정의는 또한, 수치 범위가 지정되지 않은 용어 "알킬" 의 발생을 커버한다. 일부 실시형태들에서, 이것은 C1-C3 알킬 기이다. 통상적인 알킬 기들은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소-부틸, 이차-부틸, 이소부틸, 삼차 부틸, 펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, 헥실, 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 알킬은 단일 본드에 의해 나머지 분자, 예를 들어, 메틸 (Me), 에틸 (Et), n-프로필, 1-메틸에틸 (이소-프로필), n-부틸, n-펜틸, 1,1-디메틸에틸 (t-부틸), 헥실 등에 부착된다.
명세서에 달리 구체적으로 언급되지 않으면, 알킬 기는 독립적인 하나 이상의 치환기들: 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 하이드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, ―OR', ―SR', ―OC(O)―R', ―N(R')2, ―C(O)R', ―C(O)OR', ―OC(O)N(R')2, ―C(O)N(R')2, ―N(R')C(O)OR', ―N(R')C(O)R', ―N(R')C(O)N(R')2, N(R')C(NR')N(R')2, ―N(R')S(O)tR' (여기서, t 는 1 또는 2), ―S(O)tOR' (여기서, t 는 1 또는 2), ―S(O)tN(R')2 (여기서, t 는 1 또는 2), 또는 PO3(R')2 에 의해 선택적으로 치환될 수도 있고, 여기서 각각의 R' 은 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 아릴, 아랄킬, 헤테로시클로알킬 또는 헤테로아릴 이다.
본원에 지칭된 바와 같이, 플루오르화 알킬 모이어티는 플루오로 치환기에 의해 대체된 알킬 모이어티의 하나 이상의 수소들을 갖는 알킬 모이어티이다. 퍼플루오르화된 알킬 모이어티는 플루오로 치환기들에 의해 대체된 알킬 모이어티에 부착된 모든 수소들을 갖는다.
본원에 지칭된 바와 같이, "할로" 모이어티는 브로모, 클로로, 또는 플루오로 모이어티이다.
본원에 지칭된 바와 같이, "올레핀" 화합물은 "알켄" 모이어티를 함유하는 유기 분자이다. 알켄 모이어티는 적어도 2 개의 탄소 원자들 및 적어도 1 개의 탄소-탄소 이중 결합으로 이루어진 군을 지칭한다. 분자의 비-알켄 부분은 임의의 클래스의 유기 분자일 수도 있고, 일부 실시형태들에서 알킬 또는 (퍼플루오르화를 포함하지만 이에 제한되지는 않는) 플루오르화 알킬 모이어티들을 포함할 수도 있고, 이들 중 임의의 것은 추가로 치환될 수도 있다.
여기에 사용되는 바와 같이, "조밀하게 패킹된 소수성 모노층" 은 물, 이온들, 및 다른 충전된 종들과 같은 극성 분자들의 인터칼레이션 및/또는 침입에 저항하도록 함께 충분히 조밀하게 패킹되는 소수성 분자들의 단일 층을 지칭한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "㎛" (또는 "um") 는 마이크로미터를 의미하고, "㎛3" 은 큐빅 마이크로미터를 의미하며, "pL" 은 피코리터를 의미하고, "nL" 은 나노리터를 의미하며, "μL" (또는 "uL") 는 마이크로리터를 의미한다.
로딩의 방법들. 생물학적 미세-객체들 및/또는 비드들과 같은 미세-객체들의 미세유체 디바이스의 상이한 영역들로의 로딩은 여기에 기술된 바와 같이 유체 흐름, 중력, 유전영동 (DEP) 력, 전기습윤력, 자기력, 또는 이들의 임의의 조합의 사용을 수반할 수 있다. DEP 력은 예를 들어 광전 핀셋들 (OET) 구성에 의해 광학적으로, 및/또는 일시적/공간적 패턴으로 전극들/전극 영역들의 활성화에 의해 전기적으로 생성될 수 있다. 유사하게, 전기습윤력은 예를 들어 광-전기습윤 (OEW) 구성에 의해 광학적으로, 및/또는 일시적 공간적 패턴으로 전극들/전극 영역들의 활성화에 의해 전기적으로 제공될 수도 있다.
미세유체 디바이스들 및 이러한 디바이스들을 동작 및 관측하기 위한 시스 템들. 도 1a 는 미세유체 디바이스 (100) 및 그 안의 미세-객체들 및/또는 액적의 이동을 제어하기 위해 사용될 수 있는 미세유체 디바이스 (100) 및 시스템 (150) 의 일반화된 예를 예시한다. 미세유체 디바이스 (100) 의 사시도는 미세유체 디바이스 (100) 안의 부분 뷰를 제공하도록 그 커버 (110) 의 부분 컷-어웨이를 갖고 도시된다. 미세유체 디바이스 (100) 는 일반적으로, 흐름 영역 (106) 를 포함하는 미세유체 회로 (120) 를 포함하고, 이 흐름 경로를 통해 유체 매질 (180) 이 유동하여 선택적으로, 하나 이상의 마이크로-객체들 (미도시) 을 미세유체 회로 (120) 안으로 운반하고/하거나 통과시킬 수 있다. 단일의 미세유체 회로 (120) 가 도 1a 에 예시되지만, 적합한 미세유체 디바이스들은 복수 (예를 들어, 2 또는 3) 의 이러한 미세유체 회로들을 포함할 수 있다. 관계없이, 미세유체 디바이스 (100) 는 나노유체 디바이스이도록 구성될 수 있다. 도 1a 에 예시된 실시형태에서, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 미세유체 격리 펜들 (124, 126, 128, 및 130) 을 포함하고, 이들 각각은 흐름 영역 (106) 와 유체 연통하는 단일의 개구를 갖는다. 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이, 미세유체 격리 펜들은, 매질 (180) 이 흐름 영역 (106) 를 통해 유동하고 있을 때에도, 미세유체 디바이스 (100) 와 같은 미세유체 디바이스 내에 마이크로-객체들을 보유하기 위해 최적화되어 있는 다양한 피처들 및 구조들을 포함한다. 그러나, 전술한 것을 시작하기 전에, 미세유체 디바이스 (100) 및 시스템 (150) 의 간단한 설명이 제공된다.
일반적으로 도 1a 에 예시된 바와 같이, 미세유체 회로 (120) 는 인클로저 (102) 에 의해 정의된다. 인클로저 (102) 는 상이한 구성들로 물리적으로 구조화될 수 있지만, 도 1a 에 도시된 예에서 인클로저 (102) 는 지지 구조 (104)(예를 들어, 베이스), 미세유체 회로 구조 (108), 및 커버 (110) 를 포함하는 것으로 도시된다. 소정의 실시형태들에서, 그러나, 인클로저 (102) 는 커버 (110) 가 없을 수도 있고, 미세유체 회로 (120) 는 지지 구조 (104) 및 미세유체 회로 구조 (108) 에 의해 정의될 수도 있다. 지지 구조 (104), 미세유체 회로 구조 (108), 및 (선택적으로) 커버 (110) 는 서로 부착될 수 있다. 예를 들어, 미세유체 회로 구조 (108) 는 지지 구조 (104) 의 내측 면 (109) 상에 배치될 수 있고, 커버 (110) 는 미세유체 회로 구조 (108) 위에 배치될 수 있다. 지지 구조 (104) 및 (선택적으로) 커버 (110) 와 함께, 미세유체 회로 구조 (108) 는 미세유체 회로 (120) 의 엘리먼트들을 정의할 수 있다.
지지 구조 (104) 는 도 1a 에 예시된 바와 같이 미세유체 회로 (120) 의 하단에 있고 커버 (110) 는 상단에 있을 수 있다. 대안으로, 지지 구조 (104) 및 커버 (110) 는 다른 배향들에서 구성될 수 있다. 예를 들어, 지지 구조 (104) 는 미세유체 회로 (120) 의 상단에 있을 수 있고 커버 (110) 는 하단에 있을 수 있다. 관계없이, 인클로저 (102) 안 또는 밖으로의 통로를 각각 포함하는 하나 이상의 포트들 (107) 이 존재할 수 있다. 통로의 예들은 밸브, 게이트, 관통 홀 (pass-through hole) 등을 포함한다. 예시된 바와 같이, 포트 (107) 는 미세유체 회로 구조 (108) 에서 갭에 의해 생성된 관통 홀이다. 그러나, 포트 (107) 는 커버 (110) 와 같은, 인클로저 (102) 의 다른 컴포넌트들에 놓일 수 있다. 단지 하나의 포트 (107) 가 도 1a 에 예시되지만, 미세유체 회로 (120) 는 2 이상의 포트들 (107) 을 가질 수 있다. 예를 들어, 미세유체 회로 (120) 로 진입하는 유체에 대한 인렛로서 기능하는 제 1 포트 (107) 가 존재할 수 있고, 미세유체 회로 (120) 를 나가는 유체에 대한 아웃렛으로서 기능하는 제 2 포트 (107) 가 존재할 수 있다. 포트 (107) 가 인렛 또는 아웃렛으로서 기능하는지 여부는 유체가 흐름 영역 (106) 를 통해 유동하는 방향에 의존할 수 있다.
지지 구조 (104) 는 하나 이상의 전극들 (미도시) 및 기판 또는 복수의 상호접속된 기판들을 포함할 수 있다. 기판은 본 기술에서 알려져 있는 임의의 적합한 기판일 수 있다. 예를 들어, 지지 구조 (104) 는 하나 이상의 반도체 기판들을 포함할 수 있고, 이 기판들 각각은 하나 이상의 전극들 중 적어도 하나에 전기적으로 접속된다 (예를 들어, 반도체 기판들의 전부 또는 서브세트는 단일 전극에 전기적으로 접속될 수 있다). 대안적으로, 지지 구조 (104) 는 하나 이상의 전극들을 포함하는 인쇄 회로 기판 어셈블리 ("PCBA") 를 포함할 수 있다. 또 다른 실시형태들에서, 지지 구조 (104) 는 PCBA 상에 장착되는 기판 (예를 들어, 반도체 기판) 을 포함할 수 있다.
미세유체 회로 구조 (108) 는 미세유체 회로 (120) 의 회로 엘리먼트들을 정의할 수 있다. 이러한 회로 엘리먼트들은, 미세유체 회로 (120) 가 유체로 채워질 때 유동적으로 상호접속될 수 있는 공간들 또는 영역들을, 예컨대 (하나 이상의 흐름 채널들을 포함하거나 하나 이상의 흐름 채널들일 수도 있는) 흐름 영역들, 챔버들, 펜들, 트랩들 등을 포함할 수 있다. 도 1a 에 예시된 미세유체 회로 (120) 에서, 미세유체 회로 구조 (108) 는 프레임 (114) 및 미세유체 회로 재료 (116) 를 포함한다. 프레임 (114) 은 미세유체 회로 재료 (116) 를 부분적으로 또는 완전히 인클로징할 수 있다. 프레임 (114) 은, 예를 들어 미세유체 회로 재료 (116) 를 실질적으로 둘러싸는 상대적으로 강성 구조일 수 있다. 예를 들어, 프레임 (114) 은 금속 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 미세유체 회로 구조 (108) 는 프레임이 없을 수 있다. 예를 들어, 미세유체 회로 구조 (108) 는 미세유체 회로 재료 (116) 로 이루어지거나 본질적으로 미세유체 회로 재료 (116) 로 이루어질 수 있다.
미세유체 회로 재료 (116) 는 미세유체 회로 (120) 의 상호접속들 및 회로 엘리먼트들을 정의하도록 캐비티들 등으로 패터닝될 수 있다. 미세유체 회로 재료 (116) 는, 기체 투과성일 수 있는 유연성 재료, 예컨대 유연성 폴리머 (예를 들어, 고무, 플라스틱, 엘라스토머, 실리콘, 폴리디메틸실록산 ("PDMS"), 등) 을 포함할 수 있다. 미세유체 회로 재료 (116) 를 구성할 수 있는 재료들의 다른 예들은 몰딩된 유리, 실리콘 (예를 들어, 포토-패턴 가능 실리콘 또는 "PPS") 과 같은 식각 가능 재료, 포토-레지스트 (예를 들어, SU8) 등을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 이러한 재료들 - 및 이에 따른 미세유체 회로 재료 (116) - 은 강성 및/또는 실질적으로 기체에 대해 불투과성일 수 있다. 관계없이, 미세유체 회로 재료 (116) 는 지지 구조 (104) 상에 그리고 (선택적으로) 프레임 (114) 안에 배치될 수 있다.
커버 (110) 는 미세유체 회로 재료 (116) 및/또는 프레임 (114) 의 일체형 부품일 수 있다. 대안으로, 커버 (110) 는 도 1a 에 예시된 바와 같이 구조적으로 별개의 엘리먼트일 수 있다. 커버 (110) 는 미세유체 회로 재료 (116) 및/또는 프레임 (114) 과 동일한 또는 상이한 재료들을 포함할 수 있다. 유사하게, 지지 구조 (104) 는 예시된 바와 같이 프레임 (114) 또는 미세유체 회로 재료 (116) 로부터 별개의 구조이거나, 또는 프레임 (114) 또는 미세유체 회로 재료 (116) 의 일체형 부품일 수 있다. 마찬가지로, 프레임 (114) 및 미세유체 회로 재료 (116) 는 도 1a 에 도시된 바와 같이 별개의 구조들이거나 또는 동일한 구조의 일체형 부분들일 수 있다.
일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 강성 재료를 포함할 수 있다. 강성 재료는 유리 또는 유사한 특성들을 갖는 재료일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 변형 가능한 재료를 포함할 수 있다. 변형 가능한 재료는 폴리머, 예컨대 PDMS 일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 강성 및 변형 가능한 재료들 양자 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 커버 (110) 의 하나 이상의 부분들 (예를 들어, 격리 펜들 (124, 126, 128, 130) 위에 위치된 하나 이상의 부분들) 은 커버 (110) 의 강성 재료들과 인터페이스하는 변형 가능한 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 하나 이상의 전극들을 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 전극들은 유리 또는 유사한 절연 재료 상에 코팅될 수도 있는, 전도성 산화물, 예컨대 인듐-틴-옥사이드 (ITO) 를 포함할 수 있다. 대안으로, 하나 이상의 전극들은, 변형 가능한 재료, 예컨대 폴리머 (예를 들어, PDMS) 에 임베딩된, 유연성 전극들, 예컨대 단일-벽 나노튜브들, 멀티-벽 나노튜브들, 나노와이어들, 전기적으로 전도성 나노입자들의 클러스터들, 또는 이들의 조합들일 수 있다. 미세유체 디바이스들에서 사용될 수 있는 유연성 전극들은, 예를 들어 미국 2012/0325665 (Chiou 등) 에서 설명되어 있고, 이 내용들은 참조로서 본원에 통합된다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 액적 이동 및/또는 세포 부착, 세포 생존성 및/또는 세포 성장을 지원하도록 (예를 들어, 미세유체 회로 (120) 를 향해 내측으로 대면하는 표면의 전부 또는 부분을 코팅하거나 컨디셔닝함으로써) 변경될 수 있다. 이 변경은 합성 또는 천연 폴리머의 코팅 또는 공유 결합으로 본딩된 분자들 (예를 들어, 자기 연관 분자들) 을 갖는 컨디셔닝된 표면을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 및/또는 지지 구조 (104) 는 광에 투명할 수 있다. 커버 (110) 는 기체 투과성인 적어도 하나의 재료 (예를 들어, PDMS 또는 PPS) 를 포함할 수도 있다.
도 1a 은 또한, 미세유체 디바이스들, 예컨대 미세유체 디바이스 (100) 를 동작 및 제어하는 시스템 (150) 을 나타낸다. 시스템 (150) 은 전기 전원 (192), 이미징 디바이스 (194) (도시하지 않지만, 이미징 모듈 (164) 의 부분일 수 있음), 및 틸팅 디바이스 (190) (도시하지 않지만, 틸팅 모듈 (166) 의 부분일 수 있음) 를 포함한다.
전기 전원 (192) 은, 필요에 따라 바이어싱 전압들 또는 전류들을 제공하는, 미세유체 디바이스 (100) 및/또는 틸팅 디바이스 (190) 에 전기 전력을 제공할 수 있다. 전기 전원 (192) 은, 예를 들어 하나 이상의 교류 (AC) 및/또는 직류 (DC) 전압 또는 전류 소스들을 포함할 수 있다. 이미징 디바이스 (194) 는 미세유체 회로 (120) 내의 이미지들을 캡처하기 위한 디바이스, 예컨대 디지털 카메라를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 (예를 들어, 낮은 광 애플리케이션들에 대해) 빠른 프레임 속도 및/또는 고 감도를 갖는 검출기를 더 포함한다. 이미징 디바이스 (194) 는 또한, 시뮬레이팅 방사 및/또는 광 빔들을 미세유체 회로 (120) 로 지향시키고 미세유체 회로 (120) (또는 그 안에 포함된 마이크로-객체들) 로부터 반사 또는 방출된 방사 및/또는 광 빔들을 수집하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 방출된 광 빔들은 가시적 스펙트럼에 있을 수도 있고, 예를 들어 형광 방출들을 포함할 수도 있다. 반사된 광 빔들은 LED 또는 넓은 스펙트럼 램프, 예컨대 수은등 (예를 들어, 고 압력 수은등) 또는 크세논 아크 등에서 비롯되는 반사된 방출들을 포함할 수도 있다. 도 3b 에 대하여 논의된 바와 같이, 이미징 디바이스 (194) 는 아이피스를 포함하거나 포함하지 않을 수도 있는 현미경 (또는 광학 트레인) 을 더 포함할 수도 있다.
시스템 (150) 은 하나 이상의 회전 축들을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 회전시키도록 구성된 틸팅 디바이스 (190) 를 더 포함한다. 일부 실시형태들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는, 미세유체 디바이스 (100)(및 이에 따른 미세유체 회로 (120)) 가 레벨 배향 (즉, x 및 y 축에 대해 0°), 수직 배향 (즉, x 축 및/또는 y 축에 대해 90°), 또는 그 사이의 임의의 배향에서 홀딩될 수 있도록 적어도 하나의 축을 중심으로 미세유체 회로 (120) 를 포함하는 인클로저 (102) 를 지지 및/또는 홀딩하도록 구성된다. 축에 대한 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 의 배향은 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 의 "틸트" 로서 본원에서 지칭된다. 예를 들어, 틸팅 디바이스 (190) 는 미세유체 디바이스 (100) 를 x-축 또는 y-축 에 대하여 0.1°, 0.2°, 0.3°, 0.4°, 0.5°, 0.6°, 0.7°, 0.8°, 0.9°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65°, 70°, 75°, 80°, 90°에서 또는 그 사이의 임의의 각도에서 틸팅할 수 있다. 레벨 배향 (및 이에 따른, x- 및 y-축) 은 중력에 의해 정의된 수직 축에 대해 법선으로서 정의된다. 틸팅 디바이스는 또한, x-축 및/또는 y-축에 대해 90°보다 큰 임의의 각도까지 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 를 틸팅하거나, 또는 x-축 또는 y-축에 대해 180°로 미세유체 디바이스 (및 미세유체 회로 (120)) 를 틸팅하여 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 를 완전히 인버팅할 수 있다. 유사하게, 일부 실시형태들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 미세유체 회로 (120) 의 일부 다른 부분 또는 흐름 영역 (106)/채널 (122) 에 의해 정의된 회전 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 를 틸팅한다.
일부 경우들에서, 미세유체 디바이스 (100) 는, 흐름 영역 (106)/채널 (122) 가 하나 이상의 격리 펜들 위 또는 아래에 위치되도록 수직 배향으로 틸팅된다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 "~위" 는, 흐름 영역 (106)/채널 (122) 가 중력에 의해 정의된 수직 축 상에서 하나 이상의 격리 펜들보다 더 높이 위치된다 (즉, 흐름 영역 (106)/채널 (122) 위의 격리 펜에서의 객체는 흐름 영역/채널에서의 객체보다 더 높은 중력 포텐셜 에너지를 가질 것이다) 는 것을 나타낸다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 "~아래" 는, 흐름 영역 (106)/채널 (122) 가 중력에 의해 정의된 수직 축 상에서 하나 이상의 격리 펜들보다 더 낮게 위치된다 (즉, 흐름 영역 (106)/채널 (122) 아래의 격리 펜에서의 객체는 흐름 영역/채널에서의 객체보다 더 낮은 중력 포텐셜 에너지를 가질 것이다) 는 것을 나타낸다.
일부 경우들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 흐름 영역 (106)/채널 (122) 에 평행한 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅한다. 또한, 미세유체 디바이스 (100) 는, 흐름 영역 (106)/채널 (122) 가 격리 펜들 바로 위 또는 아래에 위치되지 않고 하나 이상의 격리 펜들 위 또는 아래에 위치되도록 90°미만의 각도로 틸팅될 수 있다. 다른 경우들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 흐름 영역 (106)/채널 (122) 에 수직한 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅한다. 또 다른 경우들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 흐름 영역 (106)/채널 (122) 에 평행하지도 또는 수직하지도 않은 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅한다.
시스템 (150) 은 매질 소스 (178) 를 더 포함할 수 있다. 매질 소스 (178)(예를 들어, 콘테이너, 저장고 등) 는 상이한 유체 매질 (180) 을 각각 홀딩하기 위해 다수의 섹션들 또는 콘테이너들을 포함할 수 있다. 따라서, 매질 소스 (178) 는 도 1a 에 예시된 바와 같이, 미세유체 디바이스 (100) 밖에 있는 그리고 이로부터 별개인 디바이스일 수 있다. 대안으로, 매질 소스 (178) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 인클로저 (102) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 매질 소스 (178) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 부분인 저장고들을 포함할 수 있다.
도 1a 은 또한, 시스템 (150) 의 부분을 구성하고 미세유체 디바이스 (100) 와 함께 이용될 수 있는 제어 및 모니터링 장비 (152) 의 예들의 단순화된 블록도 도시들을 예시한다. 도시된 바와 같이, 이러한 제어 및 모니터링 장비 (152) 의 예들은 마스터 제어기 (154), 매질 소스 (178) 를 제어하기 위한 매질 모듈 (160), 미세유체 회로 (120) 내의 마이크로-객체들 및/또는 매질 (예를 들어, 매질의 액적들) 의 이동 및/또는 선택을 제어하기 위한 동기 모듈 (162), 이미지들 (예를 들어, 디지털 이미지들) 을 캡처하는 이미징 디바이스 (194)(예를 들어, 카메라, 현미경, 광원 또는 이들의 임의의 조합) 를 제어하기 위한 이미징 모듈 (164), 및 틸팅 디바이스 (190) 를 제어하기 위한 틸팅 모듈 (166) 을 포함한다. 제어 장비 (152) 는 또한, 미세유체 디바이스 (100) 에 대하여 제어, 모니터링, 또는 다른 기능들을 수행하기 위한 다른 모듈들 (168) 을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 장비 (152) 는 디스플레이 디바이스 (170) 및 입/출력 디바이스 (172) 와 동작적으로 커플링될 (수 있거나 더 포함할) 수 있다.
마스터 제어기 (154) 는 제어 모듈 (156) 및 디지털 메모리 (158) 를 포함할 수 있다. 제어 모듈 (156) 은, 예를 들어 메모리 (158) 내에 비-일시적 데이터 또는 신호들로서 저장된 머신 실행가능 명령들 (예를 들어, 소프트웨어, 펌웨어, 소스 코드, 등) 에 따라 동작하도록 구성된 디지털 프로세서를 포함할 수 있다. 대안으로, 또는 추가적으로, 제어 모듈 (156) 은 하드웨어 디지털 회로부 및/또는 아날로그 회로부를 포함할 수 있다. 매질 모듈 (160), 동기 모듈 (162), 이미징 모듈 (164), 틸팅 모듈 (166), 및/또는 다른 모듈들 (168) 은 유사하게 구성될 수 있다. 따라서, 미세유체 디바이스 (100) 또는 임의의 다른 미세유체 장치에 대하여 수행되는 것으로서 본원에 설명된 기능들, 프로세스들, 액트들, 액션들, 또는 프로세스의 단계들은 위에서 논의된 바와 같이 구성된 마스터 제어기 (154), 매질 모듈 (160), 동기 모듈 (162), 이미징 모듈 (164), 틸팅 모듈 (166), 및/또는 다른 모듈들 (168) 중 임의의 하나 이상에 의해 수행될 수 있다. 유사하게, 마스터 제어기 (154), 매질 모듈 (160), 동기 모듈 (162), 이미징 모듈 (164), 틸팅 모듈 (166), 및/또는 다른 모듈들 (168) 은 본원에 논의된 임의의 기능, 프로세스, 액트, 액션 또는 단계에서 사용된 데이터를 송신 및 수신하도록 통신 가능하게 커플링될 수도 있다.
매질 모듈 (160) 은 매질 소스 (178) 를 제어한다. 예를 들어, 매질 모듈 (160) 은 선택된 유체 매질 (180) 을 (예를 들어, 인렛 포트 (107) 를 통해) 인클로저 (102) 안으로 입력하도록 매질 소스 (178) 를 제어할 수 있다. 매질 모듈 (160) 은 또한, (예를 들어, 아웃렛 포트 (미도시) 를 통해) 인클로저 (102) 로부터 매질의 제거를 제어할 수 있다. 하나 이상의 매질은 따라서, 선택적으로 미세유체 회로 (120) 안으로 입력되고 이로부터 제거될 수 있다. 매질 모듈 (160) 은 또한, 미세유체 회로 (120) 내의 흐름 영역 (106)/채널 (122) 에서의 유체 매질 (180) 의 흐름을 제어할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서 매질 모듈 (160) 은 (예를 들어, 중력, 전기습윤 (EW) 력, 유전영동 (DEP) 력, 또는 이들의 조합을 사용하여) 격리 펜으로 마이크로-객체 또는 비드의 로딩 이전에 인클로저 (120) 를 통해 그리고 흐름 영역 (106)/채널 (122) 에서의 매질 (180) 의 흐름을 정지시킨다.
동기 모듈 (162) 은 미세유체 회로 (120) 에서 마이크로-객체들 및/또는 매질의 액적들의 선택, 트랩핑, 및 이동을 제어하도록 구성될 수 있다. 여기서 상세히 논의된 바와 같이, 인클로저 (102) 는 광-전기습윤 (opto-electrowetting; OEW) 구성, 유전체 상의 전기습윤 (EWOD) 구성, 단일-사이드 전기습윤 구성 등과 같은 전기습윤 (EW) 구성을 포함할 수 있다. 소정의 실시형태들에서, 인클로저 (102) 는 광전 트위저 (optoelectronic tweezer; OET) 구성, 전기 작동 DEP 구성 등과 같은 유전영동 (DEP) 구성을 더 포함할 수 있다. 동기 모듈 (162) 은 흐름 영역 (106)/채널 (122) 및/또는 격리 펜들 (124, 126, 128, 130) 에서 매질의 액적 (droplet) 들 및/또는 마이크로-객체들을 선택 및 이동시키도록 그러한 EW 및/또는 DEP 구성들에 의해 포함되는 전극들 및/또는 트랜지스터들 (예를 들어, 포토트랜지스터들) 의 활동을 제어할 수 있다.
이미징 모듈 (164) 은 이미징 디바이스 (194) (도시하지 않음) 를 제어할 수 있다. 예를 들어, 이미징 모듈 (164) 은 이미징 디바이스 (194) 로부터 이미지 데이터를 수신 및 프로세싱할 수 있다. 이미징 디바이스 (194) 로부터의 이미지 데이터는 이미징 디바이스 (194) 에 의해 캡처된 정보의 임의의 유형 (예를 들어, 마이크로-객체들의 존재 또는 부재, 매질의 액적들, 형광 라벨과 같은 라벨의 축적 등) 을 포함할 수 있다. 이미징 디바이스 (194) 에 의해 캡처된 정보를 사용하여, 이미징 모듈 (164) 은 또한, 객체들 (예를 들어, 마이크로-객체들, 매질의 액적들) 의 포지션 및/또는 미세유체 디바이스 (100) 내에서의 이러한 객체들의 모션 속도를 계산할 수 있다.
틸팅 모듈 (166) 은 틸팅 디바이스 (190) (도시하지 않음) 의 틸팅 모션들을 제어할 수 있다. 추가적으로, 틸팅 모듈 (166) 은 틸팅 속도 및 타이밍을 제어하여, 중력들을 통해 하나 이상의 격리 펜들로의 마이크로-객체들의 트랜스퍼를 최적화할 수 있다. 틸팅 모듈 (166) 은 미세유체 회로 (120) 에서 매질의 액적들 및/또는 마이크로-객체들의 모션을 설명하는 데이터를 수신하도록 이미징 모듈 (164) 과 통신 가능하게 커플링된다. 이 데이터를 사용하여, 틸팅 모듈 (166) 은, 마이크로-객체들 및/또는 매질의 액적들이 미세유체 회로 (120) 에서 이동하는 속도를 조정하기 위해 미세유체 회로 (120) 의 틸트를 조정할 수도 있다. 틸팅 모듈 (166) 은 또한, 이 데이터를 사용하여 미세유체 회로 (120) 에서 마이크로-객체 및/또는 매질의 액적의 포지션을 반복적으로 조정할 수도 있다.
도 1a 에 도시된 예들에서, 미세유체 회로 (120) 는 미세유체 채널 (122) 로 본질적으로 이루어지는 단일의 흐름 영역 (106) 을 포함하는 것으로서 예시된다. 격리 펜들 (124, 126, 128, 130) 각각은 흐름 영역 (106)/채널 (122) 에 대한 단일의 개구를 포함하지만, 다르게는 펜들이 펜 내부의 마이크로-객체들을 흐름 영역 (106)/채널 (122) 내 또는 다른 펜들 내의 마이크로-객체들 및/또는 유체 매질 (180) 로부터 실질적으로 격리할 수 있도록 인클로징된다. 격리 펜의 벽들은 베이스의 내부 표면 (109) 로부터 커버 (110) 의 내측 표면까지 연장될 수 있어, 그러한 격리를 용이하게 한다. 흐름 영역 (106)/채널 (122) 에 대한 펜의 개구는 유체 매질 (180) 의 흐름이 펜들로 지향되지 않도록 흐름 영역 (106)/채널 (122) 에서의 유체 매질 (180) 의 흐름에 대해 소정 각도로 배향될 수 있다. 그 흐름은 예를 들어 펜의 개구의 평면에 접하거나 직교할 수도 있다. 일부 경우들에서, 펜들 (124, 126, 128, 및/또는 130) 은 미세유체 회로 (120) 내에 하나 이상의 마이크로-객체들을 물리적으로 몰아넣도록 구성된다. 본 발명에 따른 격리 펜들은, 이하에서 상세히 논의되는 바와 같이, EW, OEW, DEP, 및/또는 OET 력들, 유체 흐름, 및/또는 중력들과의 사용을 위해 최적화되는 다양한 형상들, 표면들 및 피처들을 포함할 수 있다.
미세유체 회로 (120) 는 임의의 수의 미세유체 격리 펜들을 포함할 수도 있다. 5 개의 격리 펜들이 도시되지만, 미세유체 회로 (120) 는 더 적은 또는 더 많은 격리 펜들을 가질 수도 있다. 도시된 바와 같이, 미세유체 회로 (120) 의 미세유체 격리 펜들 (124, 126, 128, 및 130) 은 각각 미세유체 디바이스 (100) 로 마이크로-객체들 및/또는 유체 매질의 액적들의 조작에 유용한 하나 이상의 이익들을 제공할 수도 있는 상이한 특징들 및 형상들을 포함한다. 따라서, 일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 미세유체 격리 펜들을 포함할 수도 있으며, 여기서 2 이상의 격리 펜들은 상이한 이익들을 제공하는 상이한 구조들 및/또는 특징들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 그러나, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 동일한 미세유체 격리 펜들을 포함한다. 마이크로-객체들 및/또는 매질의 액적들의 조작에 유용한 미세유체 디바이스들은 이하에 논의되는 바와 같이 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e 및 도 2f 에 도시된 것들 처럼 구성된 펜들을 포함하여, 격리 펜들 (124, 126, 128, 및 130) 중 임의의 것, 또는 이것의 변형들을 포함할 수도 있다.
도 1a 에 예시된 실시형태에서, 단일의 흐름 영역 (106) 이 도시된다. 그러나, 미세유체 디바이스 (100) 의 다른 실시형태들은 다수의 흐름 영역들 (106) 을 포함할 수도 있고, 흐름 영역들 각각은 유체가 미세유체 디바이스 (100) 를 통해 흐르도록 별개의 경로를 제공하도록 구성된다. 미세유체 회로 (120) 는 흐름 영역 (106) 과 유체 연통하는 인렛 밸브 또는 포트 (107) 를 포함하고, 이로써 유체 매질 (180) 은 인렛 포트 (107) 를 통해 흐름 영역 (106)/채널 (122) 에 접근할 수 있다. 일부 경우들에서, 흐름 영역 (106) 는 단일의 흐름 경로를 포함한다. 다른 경우들에서, 흐름 영역 (106) 은 복수의 흐름 경로들 (예를 들어, 2, 3, 4, 5, 6 개 또는 그 이상) 을 포함하고, 그들 각각은 (예를 들어, 채널 (122) 과 같은) 마이크로채널 을 포함할 수도 있다. 복수의 흐름 경로들 중 2 개 이상 (예를 들어, 전부) 은 실질적으로 서로 평행할 수도 있다. 예를 들어, 흐름 영역 (106) 은 (예를 들어, 채널 (122) 과 같은) 복수의 평행한 채널들로 분할될 수 있다. 소정의 실시형태들에서, 흐름 영역 (106) (및 흐름 영역에 의해 포함되는 하나 이상의 채널들) 은 지그재그 패턴으로 배열되고, 이에 의해 흐름 영역 (106) 는 교번하는 방향들에서 2 회 이상 미세유체 디바이스 (100) 를 가로질러 이동한다.
일부 경우들에서, 각각의 흐름 영역 (106) 내의 유체 매질은 순방향 또는 역방향 중 적어도 하나로 유동한다. 일부 경우들에서, 복수의 격리 펜들은, 격리 펜들이 타겟 마이크로-객체들과 병렬로 로딩될 수 있도록 (예를 들어, 흐름 영역 (106)/채널 (122) 에 대해) 구성된다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 (120) 는 하나 이상의 마이크로-객체 트랩들 (132) 을 더 포함한다. 트랩들 (132) 은 일반적으로, 흐름 영역 (106)/채널 (122) 의 경계를 형성하는 벽에 형성되고, 미세유체 격리 펜들 (124, 126, 128, 130) 중 하나 이상의 개구 반대편에 위치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 트랩들 (132) 은 흐름 영역 (106)/채널 (122) 로부터 단일의 마이크로-객체를 수신 또는 캡처하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 트랩들 (132) 은 흐름 영역 (106)/채널 (122) 로부터 복수의 마이크로-객체들을 수신 또는 캡처하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 트랩들 (132) 은 단일의 타겟 마이크로-객체의 체적과 거의 동일한 체적을 포함한다.
트랩들 (132) 은 타겟이되는 마이크로-객체들의 트랩들 (132) 안으로의 흐름을 돕도록 구성되는 개구를 더 포함할 수도 있다. 일부 경우들에서, 트랩들 (132) 은 단일의 타겟 마이크로-객체의 치수들에 따른 사이즈인 높이 및 폭을 갖는 개구를 포함하고, 이에 의해 다른 마이크로-객체들 (또는 사이즈가 더 큰 마이크로-객체들) 이 마이크로-객체 트랩 안으로 진입하는 것이 방지된다. 트랩들 (132) 은 트랩 (132) 내에 타겟이되는 마이크로-객체들의 보유를 돕도록 구성된 다른 피처들을 더 포함할 수도 있다. 일부 경우들에서, 트랩 (132) 은, 채널 (122) 에 평행한 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅할 때, 트랩된 마이크로-객체가, 마이크로-객체로 하여금 격리 펜의 개구 안으로 들어가게 하는 궤적에서 트랩 (132) 을 나가도록, 미세유체 격리 펜의 개구에 대해 채널 (122) 의 반대 측에 놓이고 이와 정렬된다. 일부 경우들에서, 트랩 (132) 은, 트랩 (132) 을 통한 흐름을 용이하게 하고 이에 의해 트랩 (132) 에서 마이크로-객체를 캡처하는 가능성을 증가시키기 위해 타겟 마이크로-객체보다 더 작은 사이드 통로 (134) 를 포함한다.
이하에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 일부 실시형태들에서 전기습윤 (EW) 력들은 미세유체 회로 (120) 내에 위치된 액적들을 조작, 수송, 분리 및 분류하기 위해 하나 이상의 전극들 (도시하지 않음) 을 통해 미세유체 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) (및/또는 커버 (110)) 의 표면상의 하나 이상의 위치들 (예를 들어, 흐름 영역 및/또는 격리 펜들 내의 위치들) 에 인가된다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, EW 력들은 흐름 영역 (106) 으로부터 원하는 미세유체 격리 펜 내로 액적을 이송하기 위해 지지 구조 (104) (및/또는 커버 (110)) 의 표면상의 하나 이상의 위치들에 인가된다. 일부 실시형태들에서, EW 력들은 격리 펜 (예를 들어, 격리 펜 (124, 126, 128, 또는 130)) 내의 액적이 그것으로부터 변위되는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 일부 실시형태들에서, EW 력들은 본 발명의 교시들에 따라 이전에 수집되었던 액적을 격리 펜으로부터 선택적으로 제거하기 위해 사용된다. 일부 실시형태들에서, EW 력들은 광-전기습윤 (OEW) 력들을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 유전영동 (DEP) 힘들이 하나 이상의 전극들 (미도시) 을 통해 (예를 들어, 흐름 영역에서 및/또는 격리 펜들에서) 유체 매질 (180) 을 가로질러 인가되어 그 안에 위치된 마이크로-객체들을 조작, 이송, 분리 및 소팅한다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 단일의 마이크로-객체를 흐름 영역 (106) 로부터 원하는 미세유체 격리 펜 안으로 트랜스퍼하기 위해 미세유체 회로 (120) 의 하나 이상의 부분들 내에서 DEP 힘들이 인가된다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 격리 펜 (예를 들어, 격리 펜 (124, 126, 128, 또는 130)) 내의 마이크로-객체가 챔버로부터 변위되는 것을 방지하는데 사용된다. 또한, 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 본 발명의 교시들에 따라 이전에 수집되었던 마이크로-객체를 격리 펜으로부터 선택적으로 제거하는데 사용된다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 광전 트위저 (OET) 힘들을 포함한다.
일부 실시형태들에서, DEP 및/또는 EW 힘들은 미세유체 회로 (120) 내의 액적들 및/또는 마이크로-객체들을 조작, 이송, 분리 및 소팅하도록, 다른 힘들, 예컨대 흐름 및/또는 중력과 결합된다. 예를 들어, 인클로저 (102) 는 흐름 영역 (106)/채널 (122) 및 그 안에 위치된 마이크로-객체들을 미세유체 격리 펜들 위에 위치시키도록 (예를 들어, 틸팅 디바이스 (190) 에 의해) 틸팅될 수 있고, 중력의 힘은 마이크로-객체들 및/또는 액적들을 펜들 안으로 이송할 수 있다. 일부 실시형태들에서, DEP 및/또는 EW 힘들은 다른 힘들 전에 인가될 수 있다. 다른 실시형태들에서, DEP 및/또는 EW 힘들은 다른 힘들 후에 인가될 수 있다. 또 다른 경우들에서, DEP 및/또는 EW 힘들은 다른 힘들과 동시에 또는 다른 힘들과 교번하는 방식으로 인가될 수 있다.
미소유체 디바이스 동기 (motive) 구성들. 전술된 바와 같이, 시스템의 제어 및 모니터링은 미세유체 디바이스의 미세유체 회로에서, 마이크로-객체들 또는 액적들과 같은 객체들을 선택 및 이동시키기 위한 동기 모듈을 포함할 수 있다. 본 발명의 미세유체 디바이스들은, 이동되고 있는 객체의 유형 및 다른 고려사항들에 따라, 다양한 동기 구성들을 가질 수 있다. 특히, 미세유체 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) 및/또는 커버 (110) 는 미세유체 회로 (120) 의 유체 매질 (180) 에서 액적들 상에 EW 힘들을 선택적으로 유도하기 위한 전기습윤 (EW) 구성을 포함하고, 이에 의해 개별의 액적들 또는 액적들의 그룹들을 선택, 캡처, 및/또는 이동시킬 수 있다. 소정의 실시형태들에서, 본 발명의 미세유체 디바이스는 EW 구성을 갖는 제 1 섹션 및 유전영동 (DEP) 구성을 갖는 제 2 섹션을 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 미세유체 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) 및/또는 커버 (110) 의 섹션은 미세유체 회로 (120) 내의 유체 매질 (180) 내의 마이크로-객체들상에 DEP 힘들을 선택적으로 유도하기 위한 DEP 구성을 포함할 수 있고, 이것에 의해 개개의 마이크로-객체들 또는 마이크로-객체들의 그룹들을 선택, 캡쳐, 및/또는 이동시킬 수 있다.
전기습윤 구성들. 소정의 실시형태들에서, 본 발명의 미세유체 디바이스는 유전체 층 및 액적 액츄에이션 표면을 갖는 기판을 포함하는 전기습윤 구성을 포함할 수 있으며, 액적 액츄에이션 표면은 유전체 층에 공유 결합으로 본딩된 소수성 층을 포함한다. 유전체 층은 직접 기판상에 있는 액적이 소수성 층과 접촉하도록 소수성 층 아래에 위치될 수 있다. 도 2a 는 그러한 미세유체 디바이스의 일부의 예를 도시한다.
도시된 바와 같이, 장치 (400) 는 기판 및 적어도 하나의 전극 (예를 들어, 제 1 전극) (418) 을 포함하는 베이스 (104) 를 포함할 수 있다. 기판은 외부 소수성 층 (412), 내부 유전체 층 (414), 도전층 (416), 전극 (418), 및 선택적으로 지지체 (420) 를 포함하는 여러 층들을 포함할 수 있다. 소수성 층 (412) 및 내부 유전체 층 (414) 은 부분적으로 인클로저를 정의하는 기판 (102) 의 내부 대면 표면을 제공할 수 있다.
장치 (400) 는 또한 적어도 하나의 전극, 및 선택적으로 지지체 (430) 를 포함할 수도 있는, 외부 소수성 층 (422), 내부 층 (428) 을 포함하는 커버 (110) 를 포함한다. 커버 (110) 및 베이스 (104) 는 서로 실질적으로 평행하고 간격 엘리먼트 (108) (예를 들어, 미세유체 회로 재료) 에 의해 함께 결합되어 액체 매질을 유지하도록 구성된 인클로저 (435) 를 정의한다. 액체 매질은 예를 들어 기름과 같은 소수성 액체일 수 있다. 또, 인클로저 (435) 는 수성 매질과 같은 액체 (440) 의 액적을 유지할 수 있다. 통상적으로, 액체 매질 및 액적의 액체는 혼합되지 않는 액체들이도록 선택된다.
간격 엘리먼트 (108) 는 폴리머를 포함할 수 있다. 폴리머는 예를 들어 폴리디메틸실록산 (PDMS) 또는 광-패터닝가능 실리콘 (PPS) 과 같은 실리콘계 유기 폴리머일 수 있고, 양자는 다우 코닝사로부터 이용가능하다. 대안적으로, 간격 엘리먼트 (108) 는 에폭시계 접착제를 포함할 수 있다. 에폭시계 접착제는 예를 들어 SU-8 또는 등가 타입들의 재료들일 수 있다. 간격 엘리먼트 (108) 는 적어도 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 또는 그이상의 미크론들의 두께 (즉, 기판 (104) 의 내부 표면과 커버 (110) 사이의 갭) 를 가질 수 있다. 따라서, 예를 들어, 간격 엘리먼트 (108) 의 두께는 30-60 미크론, 40-80 미크론, 50-100 미크론, 60-120 미크론, 70-140 미크론, 75-150 미크론, 80-160 미크론, 90-180 미크론, 또는 100-200 미크론일 수 있다.
간격 엘리먼트 (108) 는 인클로저 내의 하나 이상의 미세유체 채널들을 정의할 수 있다. 또, 간격 엘리먼트 (108) 는 또한 인클로저 내의 복수의 챔버들 (또는 격리 펜들) 을 정의할 수 있으며, 여기서 각 챔버는 적어도 하나의 미세유체 채널에 유동적으로 연결되고 적어도 하나의 미세유체 채널에 대해 개방된다. 따라서, 예를 들어, 간격 엘리먼트 (108) 는 단일의 미세유체 채널 및 그것에 유동적으로 연결된 복수의 챔버들, 또는 복수의 챔버들에 유동적으로 연결된 각각의 채널을 갖는 복수의 미세유체 채널들을 정의할 수 있다. 더욱이, 각 챔버는 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이 2 이상의 미세유체 채널에 유동적으로 연결될 수 있다.
기판 (104) 의 적어도 하나의 전극 (418) 및 커버 (110) 의 적어도 하나의 전극 (428) 이 AC 전압원 (도시하지 않음) 의 대향 단자들에 연결되는 경우, 기판 (104) 은 기판 (104) 의 외부 소수성 표면 (412) (즉, 액적 엑츄에이션 표면) 과 접촉하는 수성 액적들에 전기습윤 힘을 인가할 수 있다. 소정의 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 내의 액적의 전기습윤 기반 이동을 달성하기 위해 사용되는 AC 전압은 적어도 20 볼트 피크-투-피크 (ppV) (예를 들어, 약 20 내지 80 ppV, 약 20 내지 60 ppV, 약 25 내지 50 ppV, 약 25 내지 40 ppV, 또는 약 25 내지 35 ppV) 이다. 소정의 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 내의 액적의 전기습윤 기반 이동을 달성하기 위해 사용되는 AC 전압의 주파수는 약 1 내지 100 kHz (예를 들어, 약 5 내지 90 kHz, 약 10 내지 80 kHz, 약 15 내지 70 kHz, 약 20 내지 60 kHz, 약 25 내지 50 kHz, 또는 약 30 내지 40 kHz) 이다.
기판 (104) 의 외부 소수성 층 (412) 및 커버 (110) 의 외부 소수성 층 (422) 은 각각 커버 (110) 의 내부 층 (428) 또는 기판 (104) 의 내부 유전체 층 (414) 에 공유 결합으로 바인딩된 자기 연관 분자들의 조밀하게 팩킹된 모노층을 각각 포함할 수 있다. 모노층의 자기-연관 분자들은 모노층이 바인딩되는 표면과 친수성 액체 사이의 소수성 배리어를 생성하도록 (즉, 모노층으로의 극성 분자들 또는 다른 화학 종들의 인터칼레이션 및/또는 침투를 방지하도록) 충분한 2 차원 패킹 밀도를 포함한다. 조밀하게 팩킹된 모노층의 팩킹 밀도는 사용된 자기-연관 분자들에 의존할 것이다. 알킬-말단 실록산을 포함하는 조밀하게 팩킹된 모노층은 통상적으로 적어도 1x1014 분자/㎠ (예를 들어, 적어도 1.5x1014, 2.0x1014, 2.5x1014, 또는 그 이상의 분자/㎠) 를 포함할 것이다.
이하에 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 자기-연관 분자들은 각각 실록산 기 또는 포스폰산 기와 같은 연결 기를 포함할 수 있다. 실록산 기들은 내부 유전체 층 (414) 또는 내부 층 (428) 의 분자들에 공유 결합으로 본딩될 수 있다. 유사하게, 포스폰산 기들은 내부 유전체 층 (414) 또는 내부 층 (428) 의 분자들에 공유 결합으로 본딩될 수 있다. 자기-연관 분자들은 분기되지 않을 수 있는 장사슬 탄화수소들을 포함할 수 있다. 따라서, 자기-연관 분자들은 알킬-말단 실록산 또는 알킬-말단 포스폰산을 포함할 수 있다. 장사슬 탄화수소들은 적어도 10 개의 탄소들 (예를 들어, 적어도 16, 18, 20, 22 개, 또는 그 이상의 탄소들) 의 사슬을 포함할 수 있다. 자기-연관 분자들은 플루오르화 탄소 사슬들을 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 자기-연관 분자들은 플루오로알킬-말단 실록산 또는 플루오로알킬-말단 포스폰산을 포함할 수 있다. 플루오르화 탄소 사슬들은 화학식 CF3-(CF2)m-(CH2)n- 을 가질 수 있으며, 여기서 m 은 적어도 2 이고, n 은 0, 1, 2 이거나 더 크고, 및 m+n 은 적어도 9 이다.
자기-연관 분자들의 모노층은 약 5 나노미터보다 작은 (예를 들어, 약 1.0 내지 약 4.0 나노미터, 약 1.5 내지 약 3.0 나노미터, 또는 약 2.0 내지 약 2.5 나노미터의) 두께를 가질 수 있다.
기판 (104) 의 외부 소수성 층 (412) 은 선택 영역들이 그 외부 소수성 층의 나머지와 비교하여 상대적으로 친수성이도록 패터닝될 수 있다. 이것은 예를 들어 시간의 주기 동안 50 ppV 이상 (예를 들어, 60, 65, 70, 75, 80, 또는 그 이상의 ppV) 까지 언더라잉 내부 유전체 층 (122) 에 걸친 전압 강하를 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 이론에 의해 속박되도록 의도하지 않고, 상대적으로 친수성인 영역들이 모노층으로 인터칼레이트한 물 분자들을 포함한다고 생각된다.
일부 실시형태들에서, 기판의 내부 유전체 층은 하나 이상의 산화물 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 유전체 층은 금속 산화물 층과 같은 단일의 산화물 층을 포함하거나 그것으로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 내부 유전체 층은 2 개의 층들을 포함하거나 그들로 이루어질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 층은 실리콘 디옥사이드 또는 실리콘 니트라이드일 수 있고, 다른 층은 알루미늄 산화물과 같은 금속 산화물일 수 있다. 소정의 실시형태에서, 금속 산화물 층의 두께는 약 15 nm 내지 약 45 nm, 또는 약 30 nm 내지 약 40 nm, 또는 약 33 nm 내지 약 36 nm 의 범위일 수 있다. 금속 산화물 층은 원자층 증착 (ALD) 기법에 의해 증착될 수 있고, 실리콘 디옥사이드 또는 실리콘 니트라이드를 포함하는 층은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착 (PECVD) 기법에 의해 증착될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 내부 유전체 층은 유전체 재료의 3 개의 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 층은 실리콘 디옥사이드 층과 실리콘 니트라이드 층 사이에 샌드위치될 수 있는 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 등과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에서, 금속 산화물 층의 두께는 약 5 nm 내지 약 20 nm 의 범위에 있을 수 있고, 그 층은 원자층 증착 (ALD) 기법에 의해 증착될 수 있다. 실리콘 산화물 층은 또한 ALD 에 의해 증착될 수 있고, 약 2 nm 내지 약 10 nm 의 두께를 가질 수 있다. 실리콘 니트라이드 층은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착 (PECVD) 기법에 의해 증착될 수 있고, 약 80 nm 내지 약 100 nm 의 두께, 또는 약 90 nm 두께를 가질 수 있다.
내부 유전체 층을 구성하는 층들의 수에 관계없이, 내부 유전체 층은 약 50 내지 105 nm 의 두께 및/또는 약 50 내지 150 kOhms 의 임피던스를 가질 수 있으며, 바람직한 실시형태는 약 100 kOhms 이다.
기판 (104) 은 내부 유전체 층 (414) 과 접촉하는 제 1 측면을 갖는 광응답성 층 (146) 을 포함할 수 있다. 광응답성 층 (146) 의 제 2 측면은 적어도 하나의 전극 (418) 과 접촉할 수 있다. 광응답성 층 (146) 은 수소화 비정질 실리콘 (a-Si:H) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, a-Si:H 는 (100 * 수소 원자들의 수/수소 및 규소 원자들의 총 수로서 계산된) 약 8% 내지 40% 수소를 포함할 수 있다. a-Si:H 의 층은 적어도 약 500 nm (예를 들어, 적어도 약 600 내지 1400, 약 700 내지 1300, 약 800 내지 1200, 약 900 내지 1100, 또는 약 1000 nm) 의 두께를 가질 수 있다. 그러나, a-Si:H 층의 두께는 기판 (104) 이 온 상태 (즉, 조명되고 전도하는) 및 오프 상태 (즉, 어둡고 비전도하는) 에 있을 때 내부 유전체 층 (414) 의 임피던스와 a-Si:H 층의 임피던스 사이의 적합한 차이를 달성하도록 내부 유전체 층 (414) 의 두께에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 내부 유전체 층 (414) 의 임피던스는 약 50 kOhms 내지 약 150 kOhms 로 튜닝될 수 있고, a-Si:H 층의 임피던스는 오프 상태에서 적어도 약 0.5 MOhms 및 온 상태에서는 약 1 kOhms 이하까지 튜닝될 수 있다. 이들은 단지 예들일 뿐이지만, 그들은 강건한 온/오프 성능을 디스플레이하는 광응답성 (이러한 경우에, 광전도성) 층 (416) 을 달성하도록 임피던스들이 튜닝될 수 있는 방법을 예시한다. 기판 (104) 이 a-Si:H 로부터 형성된 광응답성 층 (146) 을 갖는 실시형태들에서, 기판 (104) 은 선택적으로 광응답성 층 (146) 과 내부 유전체 층 (414) 사이에 위치된 플로팅 전극 패드들을 포함할 수 있다. 그러한 플로팅 전극들은 예를 들어 미국 특허 제 6,958,132 호에 기술되어 있으며, 그의 내용들은 참조에 의해 여기에 병합된다.
광응답성 층 (146) 은 대안적으로 복수의 도체들을 포함할 수 있으며, 각각의 도체는 포토트랜지스터 스위치를 통해 기판 (102) 의 적어도 하나의 전극에 제어가능하게 연결가능하다. 포토트랜지스터 스위치들에 의해 제어되는 도체들은 본 기술에서 잘 알려져 있고, 예를 들어 미국 특허 출원 제 2014/0124370 호에 기술되어 있으며, 그의 내용들은 참조에 의해 여기에 병합된다.
기판 (104) 은 AC 전압원에 연결되도록 구성된 단일 전극 (418) 을 포함할 수 있다. 단일 전극 (418) 은 인듐-주석-산화물 (ITO) 의 층을 포함할 수 있으며, 그것은 예를 들어 유리 지지체 (420) 위에 형성될 수 있다. 대안적으로, 단일 전극 (418) 은 전기 전도성 실리콘의 층을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 기판 (104) 은 본 기술에서 잘 알려져 있는 EWOD 디바이스들의 방식에서와 같이 개별적으로 어드레스가능한 복수의 전극들을 포함할 수 있다. 개별적으로 어드레스가능한 전극들은 대응하는 트랜지스터 스위치들을 통해 하나 이상의 AC 전압원들에 연결가능할 수 있을 수 있다.
커버 (110) 는, 기판의 방식에서, 소수성 층 (422) 과 병치된 유전체 층 (도시하지 않음), 및 그 유전체 층과 전극 (428) 사이에 병치된 도전층 (도시하지 않음) 을 더 포함할 수 있다. 따라서, 미세유체 장치 (400) 는 인클로저 (435) 내에 위치된 수성 액적 (440) 에 전기습윤력을 제공하도록 구성된 기판 (104) 및 커버 (110) 양자를 가질 수 있다. 그러한 실시형태들에서, 커버 (110) 의 유전체 층은 기판 (104) 의 내부 유전체 층 (414) 에 대해 여기에 개시된 방법들 중 임의의 방법으로 구성될 수 있고, 커버 (110) 의 도전층은 기판 (102) 의 도전층 (126) 에 대해 여기에 개시된 방법들 중 임의의 방법으로 구성될 수 있다.
유전영동 (DEP) 구성들. 여기서 논의된 바와 같이, 본 발명의 미세유체 디바이스들은 DEP 구성을 갖는 섹션을 포함할 수 있다. 그러한 섹션의 하나의 예는 도 1c 및 도 1d 에 도시된 미세유체 디바이스 (200) 이다. 간단성의 목적으로, 도 1c 및 도 1d 는 개방 영역/챔버 (202) 를 갖는 미세유체 디바이스 (200) 의 인클로저 (102) 의 부분의, 각각, 수직 단면도 및 수평 단면도를 도시하지만, 그 영역/챔버 (202) 는 성장 챔버, 격리 펜, 흐름 영역, 또는 흐름 채널과 같은 더 상세한 구조를 갖는 유체 회로 엘리먼트의 부분일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 미세유체 디바이스 (200) 는 다른 유체 회로 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 미세유체 디바이스 (200) 는, 미세유체 디바이스 (100) 에 대하여 본원에 설명된 바와 같은, 복수의 성장 챔버들 또는 격리 펜들 및/또는 하나 이상의 흐름 영역들 또는 흐름 채널들을 포함할 수 있다. DEP 구성은 미세유체 디바이스 (200) 의 임의의 이러한 유체 회로 엘리먼트들 안에 통합되거나, 또는 그 부분들을 선택할 수도 있다. 위 또는 아래에 설명된 미세유체 디바이스 컴포넌트들 및 시스템 컴포넌트들 중 어느 하나는 미세유체 디바이스 (200) 에 통합되고/되거나 이와 결합되어 사용될 수도 있다는 것이 또한 인식되어야 한다. 예를 들어, 전술된 제어 및 모니터링 장비 (152) 를 포함하는 시스템 (150) 은, 매질 모듈 (160), 동기 모듈 (162), 이미징 모듈 (164), 틸팅 모듈 (166), 및 다른 모듈들 (168) 중 하나 이상을 포함하는 미세유체 디바이스 (200) 와 함께 사용될 수도 있다.
도 1c 에서 알 수 있는 바와 같이, 미세유체 디바이스 (200) 는 하단 전극 (204) 및 하단 전극 (204) 위에 있는 전극 활성화 기판 (206) 을 갖는 지지 구조 (104), 및 하단 전극 (204) 으로부터 떨어져 이격된 상단 전극 (210) 을 갖는 커버 (110) 를 포함한다. 상단 전극 (210) 및 전극 활성화 기판 (206) 은 영역/챔버 (202) 의 반대 표면들을 정의한다. 영역/챔버 (202) 에 포함된 매질 (180) 은 따라서, 상단 전극 (210) 과 전극 활성화 기판 (206) 간의 저항성 접속을 제공한다. 하단 전극 (204) 및 상단 전극 (210) 에 접속되고 영역/챔버 (202) 에서 DEP 힘들의 생성에 필요한 바와 같은 전극들 간의 바이어싱 전압을 생성하도록 구성된 전원 (212) 이 또한 도시된다. 전원 (212) 은, 예를 들어 교류 (AC) 전원일 수 있다.
소정 실시형태들에서, 도 1c 및 도 1d 에 예시된 미세유체 디바이스 (200) 는 광학적으로-작동된 DEP 구성을 가질 수 있다. 따라서, 동기 모듈 (162) 에 의해 제어될 수도 있는 광원 (216) 으로부터의 광 (218) 의 패턴들을 변경하는 것은 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 의 영역들 (214) 에서 DEP 전극들의 패턴들을 변경하는 것을 선택적으로 활성화 및 비활성화할 수 있다. (이하에서, DEP 구성을 갖는 미세유체 디바이스의 영역들 (214) 은 "DEP 전극 영역들" 로서 지칭된다). 도 1d 에 예시된 바와 같이, 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 위로 지향된 광 패턴 (218) 은 정사각형과 같은 패턴으로 DEP 전극 영역들 (214a)(화이트로 도시됨) 을 선택적으로 조명할 수 있다. 비-조명된 DEP 전극 영역들 (214)(십자-해칭됨) 은 "어두운" DEP 전극 영역들 (214) 로서 이하에서 지칭된다. DEP 전극 활성화 기판 (206) 을 통한 (즉, 하부 전극 (204) 으로부터 흐름 영역 (106) 에서 매질 (180) 과 인터페이스하는 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 까지의) 상대적인 전기적 임피던스는 각각의 어두운 DEP 전극 영역 (214) 에서 영역/챔버 (202) 내의 매질 (180) 을 통한 (즉, 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 으로부터 커버 (110) 의 상단 전극 (210) 까지의) 상대적 전기적 임피던스보다 더 크다. 그러나, 조명된 DEP 전극 영역 (214a) 은, 각각의 조명된 DEP 전극 영역 (214a) 에서 영역/챔버 (202) 내의 매질 (180) 을 통한 상대적 임피던스보다 작은 전극 활성화 기판 (206) 을 통한 감소된 상대적 임피던스를 보인다.
전원 (212) 이 활성화됨에 따라, 상기 DEP 구성은 조명된 DEP 전극 영역들 (214a) 과 인접한 어두운 DEP 전극 영역들 (214) 사이의 유체 매질 (180) 에서 전계 구배를 생성하고, 이것은 이어서 유체 매질 (180) 에서 부근의 마이크로-객체들 (미도시) 을 끌어당기거나 밀어내는 로컬 DEP 힘들을 생성한다. 유체 매질 (180) 내의 마이크로-객체들을 끌어당기거나 밀어내는 DEP 전극들은 따라서, 광원 (216) 으로부터 미세유체 디바이스 (200) 로 프로젝팅된 광 패턴들 (218) 을 변경함으로써 영역/챔버 (202) 의 내측 면 (208) 에서 많은 상이한 이러한 DEP 전극 영역들 (214) 에서 선택적으로 활성화 및 비활성화될 수 있다. DEP 힘들이 부근의 마이크로-객체들을 끌어당기거나 밀어내는지 여부는, 매질 (180) 및/또는 마이크로-객체들 (미도시) 의 유전 특성들 및 전원 (212) 의 주파수와 같은 이러한 파라미터들에 의존할 수 있다.
도 1c 에 예시된 조명된 DEP 전극 영역들 (214a) 의 정사각형 패턴 (220) 은 단지 일 예이다. DEP 전극 영역들 (214) 의 임의의 패턴이 디바이스 (200) 로 프로젝팅된 광의 패턴 (218) 에 의해 조명 (및 이에 의해 활성화) 될 수 있고, 조명된/활성화된 DEP 전극 영역들 (214) 의 패턴은 광 패턴 (218) 을 변경 또는 이동시킴으로써 반복적으로 변경될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 은 광전도 재료를 포함하거나 이들로 이루어질 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 은 특색이 없을 수 있다. 예를 들어, 전극 활성화 기판 (206) 은 수소화 비정질 실리콘 (a-Si:H) 을 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. a-Si:H 는, 예를 들어 (100 * 수소 원자들의 수/수소 및 규소 원자들의 총 수로서 계산된) 약 8% 내지 40% 수소를 포함할 수 있다. a-Si:H 의 층은 약 500 nm 내지 약 2.0 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 이러한 실시형태들에서, DEP 전극 영역들 (214) 은 광 패턴 (218) 에 따라, 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 상에 임의의 패턴으로 그리고 어디든 생성될 수 있다. 따라서, DEP 전극 영역들 (214) 의 패턴 및 수는 고정될 필요가 없고, 광 패턴 (218) 에 대응할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같은 광전도성 층을 포함하는 DEP 구성을 갖는 미세유체 디바이스들의 예들은, 예를 들어 미국특허 제 RE 44,711 (Wu 등)(미국특허 제 7,612,355 호로서 최로로 발행됨) 에서 설명되어 있고, 이 전체 내용들은 참조로서 본원에 포함된다.
다른 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 은 복수의 도핑된 층들, 전기적으로 절연 층들 (또는 영역들), 및 반도체 분야들에서 알려진 바와 같은 반도체 집적 회로들을 형성하는 전기적으로 전도성 층들을 포함하는 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 활성화 기판 (206) 은 예를 들어, 측방 바이폴러 포토레지스터들을 포함하는 복수의 포토레지스터들을 포함할 수 있고, 포토레지스터들 각각은 DEP 전극 영역 (214) 에 대응한다. 대안으로, 전극 활성화 기판 (206) 은 포토레지스터 스위치들에 의해 제어된 전극들 (예를 들어, 전도성 금속 전극들) 을 포함할 수 있고, 각각의 이러한 전극은 DEP 전극 영역 (214) 에 대응한다. 전극 활성화 기판 (206) 은 이러한 포토레지스터들 또는 포토레지스터-제어된 전극들의 패턴을 포함할 수 있다. 패턴은, 예를 들어 도 2b 에 도시된 바와 같이 행들 및 열들로 배열된 실질적으로 정사각형의 포토레지스터들 또는 포토레지스터-제어된 전극들의 어레이일 수 있다. 대안으로, 패턴은 육각형 격자를 형성하는 실질적으로 육각의 포토레지스터들 또는 포토레지스터-제어된 전극들의 어레이일 수 있다. 패턴에 관계없이, 전기 회로 엘리먼트들은 하단 전극 (210) 과 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 에서의 DEP 전극 영역들 (214) 간의 전기적 접속들을 형성할 수 있고, 이들 전기적 접속들 (즉, 포토레지스터들 또는 전극들) 은 광 패턴 (218) 에 의해 선택적으로 활성화 및 비활성화될 수 있다. 활성화되지 않은 경우, 각각의 전기적 접속은, 전극 활성화 기판 (206) 을 통한 (즉, 하단 전극 (204) 으로부터 영역/챔버 (202) 에서 매질 (180) 과 인터페이스하는 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 까지의) 상대적 임피던스가 대응하는 DEP 전극 영역 (214) 에서 매질 (180) 을 통한 (즉, 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 으로부터 커버 (110) 의 상단 전극 (210) 까지의) 상대적 임피던스보다 더 크도록 높은 임피던스를 가질 수 있다. 그러나 광 패턴 (218) 에서 광에 의해 활성화되는 경우, 전극 활성화 기판 (206) 을 통한 상대적 임피던스는 각각의 조명된 DEP 전극 영역 (214) 에서 매질 (180) 을 통한 상대적 임피던스보다 더 작고, 이에 의해 위에서 논의된 바와 같이 대응하는 DEP 전극 영역 (214) 에서 DEP 전극을 활성화시킨다. 매질 (180) 내의 마이크로-객체들 (미도시) 을 끌어당기거나 밀어내는 DEP 전극들은 따라서, 광 패턴 (218) 에 의해 결정된 방식으로 영역/챔버 (202) 의 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 에서 많은 상이한 DEP 전극 영역들 (214) 에서 선택적으로 활성화 및 비활성화될 수 있다.
포토레지스터들을 포함하는 전극 활성화 기판들을 갖는 미세유체 디바이스들의 예들은, 예를 들어 미국특허 제 7,956,339 (Ohta 등) (예를 들어, 도 21 및 도 22 에 예시된 디바이스 (300), 및 그 설명들을 참조) 에서 설명되어 있고, 그 전체 내용들은 참조로서 본원에 포함된다. 포토레지스터 스위치들에 의해 제어된 전극들을 포함하는 전극 활성화 기판들을 갖는 미세유체 디바이스들의 예들은, 예를 들어 미국 특허공개 제 2014/0124370 (Short 등) (예를 들어, 도면들 전체에 예시된 디바이스들 (200, 400, 500, 600, 및 900) 및 그 설명들을 참조) 에서 설명되어 있고, 그 전체 내용들은 참조로서 본원에 포함된다.
DEP 구성된 미세유체 디바이스의 일부 실시형태들에서, 상단 전극 (210) 은 인클로저 (102) 의 제 1 벽 (또는 커버 (110)) 의 부분이고, 전극 활성화 기판 (206) 및 하단 전극 (204) 은 인클로저 (102) 의 제 2 벽 (또는 지지 구조 (104)) 의 부분이다. 영역/챔버 (202) 는 제 1 벽과 제 2 벽 사이에 있을 수 있다. 다른 실시형태들에서, 전극 (210) 은 제 2 벽 (또는 지지 구조 (104)) 의 부분이고, 하나 또는 양자 모두의 전극 활성화 기판 (206) 및/또는 전극 (210) 은 제 1 벽 (또는 커버 (110)) 의 부분이다. 또한, 광원 (216) 은 대안으로 아래로부터 인클로저 (102) 를 조명하도록 사용될 수 있다.
DEP 구성을 갖는 도 1c 및 도 1d 의 미세유체 디바이스 (200) 로, 동기 모듈 (162) 은, 마이크로-객체를 둘러싸고 캡처하는 패턴 (예를 들어, 정사각형 패턴 (220)) 에서 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 의 DEP 전극 영역들 (214a) 에서 하나 이상의 DEP 전극들의 제 1 세트를 활성화시키도록 광 패턴 (218) 을 디바이스 (200) 로 프로젝팅함으로써 영역/챔버 (202) 내의 매질 (180) 에서 마이크로-객체 (미도시) 를 선택할 수 있다. 동기 모듈 (162) 은 그 후, DEP 전극 영역들 (214) 에서 하나 이상의 DEP 전극들의 제 2 세트를 활성화시키도록 디바이스 (200) 에 대해 광 패턴 (218) 을 이동시킴으로써 캡처된 마이크로-객체를 이동시킬 수 있다. 대안으로, 디바이스 (200) 는 광 패턴 (218) 에 대해 이동될 수 있다.
다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (200) 는 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 에서 DEP 전극들의 광 활성화에 의존하지 않는 DEP 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 전극 활성화 기판 (206) 은 적어도 하나의 전극을 포함하는 표면 (예를 들어, 커버 (110)) 의 반대편에 위치된 선택적으로 어드레싱 가능 및 에너자이징 가능한 전극들을 포함할 수 있다. 스위치들 (예를 들어, 반도체 기판에서의 트랜지스터 스위치들) 은 DEP 전극 영역들 (214) 에서 DEP 전극들을 활성화 또는 비활성화시키도록 선택적으로 개방 및 폐쇄될 수도 있고, 이에 의해 활성화된 DEP 전극들 근처에서 영역/챔버 (202) 내의 마이크로-객체 (미도시) 상에 순 (net) DEP 힘을 생성한다. 영역/챔버 (202) 에서 마이크로-객체들 및/또는 매질 (미도시) 의 유전 특성들 및 전원 (212) 의 주파수와 같은 이러한 특징들에 따라, DEP 힘은 부근의 마이크로-객체를 끌어당기거나 밀어낼 수 있다. (예를 들어, 정사각형 패턴 (220) 을 형성하는 DEP 전극 영역들 (214) 의 세트에서) DEP 전극들의 세트를 선택적으로 활성화 및 비활성화시킴으로써, 영역/챔버 (202) 내의 하나 이상의 마이크로-객체들은 영역/챔버 (202) 내에서 트랩 및 이동될 수 있다. 도 1a 에서의 동기 모듈 (162) 은 이러한 스위치들을 제어하고, 따라서 영역/챔버 (202) 주변의 특정한 마이크로-객체들 (미도시) 을 선택, 트랩, 및 이동시키도록 DEP 전극들 중 개별의 전극들을 활성화 및 비활성화시킬 수 있다. 선택적으로 어드레싱 가능 및 에너자이징 가능한 전극들을 포함하는 DEP 구성을 갖는 미세유체 디바이스들은 당해 분야에 알려져 있고, 예를 들어 미국특허 제 6,294,063 (Becker 등) 및 6,942,776 (Medoro) 에서 설명되어 있고, 그 전체 내용들은 참조로서 본원에 포함된다.
전기습윤 및 유전영동 (DEP) 구성들을 갖는 미세유체 디바이스들. 도 4 는 여러 실시형태들에 따라 다수의 미세유체 애플리케이션들을 통합하는 미세유체 디바이스 또는 장치 (450) 의 수직 단면도이다. 디바이스 (450) 는 2 개의 상이한 섹션들 (더 많을 수도 있지만) 을 포함하며, 각각은 단일의 미세유체 구성을 갖는다. 섹션 (460) 은 기판을 포함하는 베이스 (104) 를 포함하는 전기습윤 구성을 포함한다. 기판은 외부 소수성 층 (412), 내부 유전체 층 (414), 도전층 (416), 및 전극 (418) 을 포함하는 여러 층들을 포함한다. 소수성 층 (412) 및 내부 유전체 층 (414) 은 인클로저 (435) 를 부분적으로 정의하는 기판의 내부 대면 표면을 제공할 수 있다. 섹션 (460) 은 또한 전극 (428) 및 외부 소수성 층 (422) 을 포함하는 커버 (110), 및 커버 (110) 와 베이스 (104) 를 연결하고, 혼합되지 않는 유체를 유지하도록 구성되는 인클로저 (435) 를 포함하는 전기습윤 섹션의 미세유체 회로를 정의하는 것을 또한 돕는 미세유체 회로 재료 (108) 를 포함한다.
미세유체 디바이스 (450) 의 섹션 (470) 은 베이스 (104), 제 1 전극 (479), 전극 활성화 기판 (474), 및 인클로저 (475) 를 부분적으로 정의하는 내부 대면 표면을 포함한다. 섹션 (470) 전극 (468) 을 포함하는 커버 (110), 및 커버 (110) 와 베이스 (104) 를 연결하고 DEP 섹션의 미세유체 회로를 정의하는 것을 또한 돕는 미세유체 회로 재료 (108) 를 더 포함한다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 전기습윤 섹션 (460) 및 DEP 섹션 (470) 은 동일한 베이스 (104) 및 커버 (110) 를 공유할 수 있지만, 그들의 기판들 및 전극들은 공유되지 않는다. 디바이스 (450) 의 전기습윤 섹션 (460) 및 DEP 섹션 (470) 은 배관, 접착제 재료 등 또는 이들의 임의의 조합일 수 있는 브리지 (465) 에 의해 결합될 수 있다.
도 5 는 여러 실시형태들에 따라 다수의 미세유체 애플리케이션들을 통합하는 미세유체 디바이스 또는 장치 (500) 의 수직 단면도이다. 디바이스 (400) 처럼, 디바이스 (500) 는 2 개의 상이한 섹션들 (더 많을 수도 있지만) 을 포함하며, 각각은 단일의 미세유체 구성을 갖는다. 구체적으로, 섹션 (460) 은 전기습윤 구성을 포함하고, 섹션 (470) 은 DEP 구성을 포함한다. 디바이스 (500) 의 여러 컴포넌트들은 대응하는 참조 번호들에 의해 도시되는 바와 같이 디바이스 (400) 내의 그것들에 대해 대응하는 부분들을 갖는다. 그러나, 디바이스 (500) 는 도전층 (416), 제 1 전극 (418), 및 제 2 전극 (428) 을 갖는 모노리딕 기판을 가지며, 이들 모두는 양 섹션들 (460 및 470) 에 의해 공유된다.
도 19a 및 도 19b 는 도 5 와 관련하여 도시된 실시형태들에 따라 하나의 기능적 양태에 대한 전기적 어드레싱 동작 표현의 도면을 제공한다. 도 5 와 관련하여 이전에 기술된 바와 같이, 시스템은 모노리딕 기판 (416) 을 공유하는 DEP 및 EW 모듈들에 의해 묘사되는 바와 같이 2 개의 미세유체 동작들을 통합한다. 이러한 실시형태에서, (OET 일 수 있는) DEP 모듈은 EW 모듈에 비해 더 낮은 임피던스를 갖는다. 동작 동안, EW 모듈의 임피던스는 DEP 모듈의 임피던스를 극복하고 본질적으로 DEP 모듈을 단락이 되게 한다.
도 19a 에 도시된 바와 같은 하나의 실시형태에서, OEP 모듈은 100 kHz 내지 10 mHz 의 범위의 주파수에서 1-10 볼트의 범위의 전압을 인가함으로써 동작한다. 동일한 실시형태에서, 도 19b 에 도시된 바와 같이, OEW 모듈은 1 kHz 내지 300 kHz 의 범위의 주파수에서 10-100 볼트의 범위의 전압을 인가함으로써 동작한다. 하나의 바람직한 실시형태에서, OEP 모듈은 1 MHz 의 주파수에서 5 볼트의 전압을 인가함으로써 동작하고, OEW 모듈은 30 kHz 의 주파수에서 30 볼트의 전압을 인가함으로써 동작한다.
격리 펜들. 일반적인 격리 펜들 (224, 226, 및 228) 의 비-제한 예들은 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 미세유체 디바이스 (230) 내에 도시된다. 각각의 격리 펜 (224, 226, 및 228) 는 고립 영역 (240) 및 고립 영역 (240) 을 채널 (122) 에 유동성으로 접속시키는 접속 영역 (236) 을 정의하는 고립 구조 (232) 를 포함할 수 있다. 접속 영역 (236) 은 채널 (122) 로의 근위 (proximal) 개구 (234) 및 고립 영역 (240) 로의 원위 (distal) 개구 (238) 를 포함할 수 있다. 접속 영역 (236) 은, 채널 (122) 로부터 격리 펜 (224, 226, 228) 안으로 유동하는 유체 매질 (미도시) 의 흐름의 최대 침투 깊이가 고립 영역 (240) 안으로 확장하지 않도록 구성될 수 있다. 따라서, 접속 영역 (236) 으로 인해, 격리 펜 (224, 226, 228) 의 고립 영역 (240) 에 배치된 마이크로-객체 (미도시) 또는 다른 재료 (미도시) 는 채널 (122) 에서의 매질 (180) 의 흐름으로부터 고립될 수 있고, 실질적으로 이에 의해 영향을 받지 않는다.
도 2a 내지 도 2c 의 격리 펜들 (224, 226, 및 228) 은 각각 채널 (122) 에 대해 직접 개방하는 단일 개구를 갖는다. 격리 펜의 개구는 채널 (122) 로부터 측면방향으로 개방된다. 전극 활성화 기판 (206) 은 채널 (122) 및 격리 펜들 (224, 226, 및 228) 양자의 아래에 놓인다. 격리 펜의 바닥을 형성하는, 격리 펜의 인클로저 내의 전극 활성화 기판 (206) 의 상부 표면은 미세유체 디바이스의 흐름 채널 (또는 각각, 흐름 영역) 의 바닥을 형성하는, 채널 (122) (또는 채널이 존재하지 않는 경우 흐름 영역) 내의 전극 활성화 기판 (206) 의 상부 표면의 동일한 레벨 또는 실질적으로 동일한 레벨에 배치된다. 전극 활성화 기판 (206) 은 피쳐리스 (featureless) 일 수도 있거나 그것의 최고 고도로부터 그것의 최저 함몰부까지 약 3 미크론 이하만큼, 2.5 미크론, 2 미크론, 1.5 미크론, 1 미크론, 0.9 미크론, 0.5 미크론, 0.4 미크론, 0.2 미크론, 0.1 미크론 이하만큼 변화하는 불규칙적이거나 패터닝된 표면을 가질 수도 있다. 채널 (122) (또는 흐름 영역) 및 격리 펜들 양자에 걸친 기판의 상부 표면에서의 고도의 변동은 격리 펜의 벽들 또는 미세유체 디바이스의 벽들의 높이의 약 3%, 2%, 1%, 0.9%, 0.8%, 0.5%, 0.3% 또는 0.1% 보다 작을 수도 있다. 미세유체 디바이스 (200) 에 대해 상세히 설명되지만, 이것은 또한 여기에 기술된 미세유체 디바이스들 (100, 230, 250, 280, 290, 600, 700) 중 임의의 것에 적용된다.
채널 (122) 은 따라서, 스윕 영역의 일 예일 수 있고, 격리 펜들 (224, 226, 228) 의 고립 영역들 (240) 은 스윕되지 않은 영역들의 예들일 수 있다. 주목된 바와 같이, 채널 (122) 및 격리 펜들 (224, 226, 228) 은 하나 이상의 유체 매질 (180) 을 포함하도록 구성될 수 있다. 도 2a 및 도 2b 에 도시된 예에서, 포트들 (222) 은 채널 (122) 에 접속되고 유체 매질 (180) 이 미세유체 디바이스 (230) 안으로 도입되거나 이로부터 제거되는 것을 허용한다. 유체 매질 (180) 의 도입 전에, 미세유체 디바이스는 이산화탄소 기체와 같은 기체로 프라이밍될 수도 있다. 일단, 미세유체 디바이스 (230) 가 유체 매질 (180) 을 포함하면, 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 은 선택적으로 생성 및 정지될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 포트들 (222) 은 채널 (122) 의 상이한 로케이션들 (예를 들어, 반대편 단부들) 에 배치될 수 있고, 매질의 흐름 (242) 은 인렛로서 기능하는 하나의 포트 (222) 로부터 아웃렛으로서 기능하는 다른 포트 (222) 로 생성될 수 있다.
도 2c 는 본 발명에 따른 격리 펜 (224) 의 일 예의 상세 뷰를 예시한다. 마이크로-객체들 (246) 의 예들이 또한, 도시된다.
알려진 바와 같이, 격리 펜 (224) 의 근위 개구 (234) 를 지나 미세유체 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 은 격리 펜 (224) 의 안 및/또는 밖으로의 매질 (180) 의 세컨더리 흐름 (244) 을 야기할 수 있다. 격리 펜 (224) 의 고립 영역 (240) 에서 마이크로-객체들 (246) 을 세컨더리 흐름 (244) 으로부터 고립시키기 위해, (즉, 근위 개구 (234) 로부터 원위 개구 (238) 로의) 격리 펜 (224) 의 접속 영역 (236) 의 길이 (Lcon) 는 세컨더리 흐름 (244) 의 접속 영역 (236) 안으로의 침투 깊이 (Dp) 보다 커야 한다. 세컨더리 흐름 (244) 의 침투 깊이 (Dp) 는 채널 (122) 에서 유동하는 유체 매질 (180) 의 속도 및 채널 (122) 및 채널 (122) 에 대한 접속 영역 (236) 의 근위 개구 (234) 의 구성에 관련한 다양한 파라미터들에 의존한다. 소정의 미세유체 디바이스에 대해, 채널 (122) 및 개구 (234) 의 구성들은 고정될 것이지만 반면에, 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 의 속도는 가변적일 것이다. 따라서, 각각의 격리 펜 (224) 에 대해, 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 에 대한 최대 속도 (Vmax) 는, 세컨더리 흐름 (244) 의 침투 깊이 (Dp) 가 접속 영역 (236) 의 길이 (Lcon) 를 초과하지 않는 것을 보장하도록 식별될 수 있다. 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 의 속도가 최대 속도 (Vmax) 를 초과하지 않는 한, 결과의 세컨더리 흐름 (244) 은 채널 (122) 및 접속 영역 (236) 에 제한되고 고립 영역 (240) 밖에서 유지될 수 있다. 채널 (122) 에서 매질 (180) 의 흐름 (242) 은 따라서, 마이크로-객체들 (246) 을 고립 영역 (240) 밖으로 인출하지 않을 것이다. 차라리, 고립 영역 (240) 에 위치된 마이크로-객체들 (246) 은 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 에 관계없이 고립 영역 (240) 에 머무를 것이다.
또한, 채널 (122) 에서의 매질 (180) 의 흐름 (242) 의 속도가 Vmax 를 초과하지 않는 한, 채널 (122) 에서의 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 은 채널 (122) 로부터 격리 펜 (224) 의 고립 영역 (240) 으로 잡다한 입자들 (예를 들어, 마이크로입자들 및/또는 나노입자들) 을 이동시키지 않을 것이다. 접속 영역 (236) 의 길이 (Lcon) 가 세컨더리 흐름 (244) 의 최대 침투 깊이 (Dp) 보다 더 큰 것은 따라서, 채널 (122) 또는 다른 격리 펜 (예를 들어, 도 2d 에서 격리 펜들 (226, 228)) 로부터의 잡다한 입자들로 하나의 격리 펜 (224) 의 오염을 방지할 수 있다.
격리 펜들 (224, 226, 228) 의 접속 영역들 (236) 및 채널 (122) 이 채널 (122) 에서의 매질 (180) 의 흐름 (242) 에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 채널 (122) 및 접속 영역들 (236) 은 미세유체 디바이스 (230) 의 스윕 (또는 흐름) 영역들로 간주될 수 있다. 한편, 격리 펜들 (224, 226, 228) 의 고립 영역들 (240) 은, 스윕되지 않은 (또는 비-흐름) 영역들로 간주될 수 있다. 예를 들어, 채널 (122) 에서의 제 1 유체 매질 (180) 내의 성분들 (미도시) 은 채널 (122) 로부터 접속 영역 (236) 을 통해 그리고 고립 영역 (240) 내의 제 2 유체 매질 (248) 로의 제 1 매질 (180) 의 성분들의 확산에 의해서만 실질적으로, 고립 영역 (240) 에서 제 2 유체 매질 (280) 와 혼합할 수 있다. 유사하게, 고립 영역 (240) 에서의 제 2 매질 (248) 의 성분들 (미도시) 은 고립 영역 (240) 으로부터 접속 영역 (236) 을 통해 그리고 채널 (122) 의 제 1 매질 (180) 안으로 제 2 매질 (248) 의 성분들의 확산에 의해서만 실질적으로, 채널 (122) 에서 제 1 매질 (180) 과 혼합할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 확산에 의한 격리 펜의 고립 영역과 흐름 영역 사이의 유체 매질 교환의 정도는 유체 교환의 약 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% 보다 더 크거나 약 99% 보다 더 크다. 제 1 매질 (180) 은 제 2 매질 (248) 와 동일한 매질이거나 상이한 매질일 수 있다. 또한, 제 1 매질 (180) 및 제 2 매질 (248) 는 동일하게 시작하고, 그 후 (예를 들어, 고립 영역 (240) 에서 하나 이상의 세포들에 의해 제 2 매질 (248) 의 컨디셔닝을 통해, 또는 채널 (122) 을 통해 유동하는 매질 (180) 을 변경함으로써) 상이하게 될 수 있다.
채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 에 의해 야기된 세컨더리 흐름 (244) 의 최대 침투 깊이 (Dp) 는, 위에서 언급된 바와 같이 다수의 파라미터들에 의존할 수 있다. 이러한 파라미터들의 예들은: 채널 (122) 의 형상 (예를 들어, 채널은 접속 영역 (236) 안으로 매질을 지향시키고, 접속 영역 (236) 으로부터 멀리 매질을 전환시키고, 또는 접속 영역 (236) 의 근위 개구 (234) 에 실질적으로 수직한 방향에서 매질을 채널 (122) 로 지향시킬 수 있음); 근위 개구 (234) 에서 채널 (122) 의 폭 (Wch)(또는 단면적); 및 근위 개구 (234) 에서 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon)(또는 단면적); 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 의 속도 (V); 제 1 매질 (180) 및/또는 제 2 매질 (248) 의 속도 등을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 채널 (122) 및 격리 펜들 (224, 226, 228) 의 치수들은 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 의 벡터에 대하여 다음과 같이 배향될 수 있다: 채널 폭 (Wch)(또는 채널 (122) 의 단면적) 은 매질 (180) 의 흐름 (242) 에 실질적으로 수직할 수 있다; 개구 (234) 에서 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon)(또는 단면적) 은 채널 (122) 에서의 매질 (180) 의 흐름 (242) 에 실질적으로 평행할 수 있다; 및/또는 접속 영역의 길이 (Lcon) 는 채널 (122) 에서 매질 (180) 의 흐름 (242) 에 실질적으로 수직할 수 있다. 상기는 단지 예들이며, 채널 (122) 및 격리 펜들 (224, 226, 228) 의 상대적 포지션은 서로에 대하여 다른 배향들에 있을 수 있다.
도 2c 에 예시된 바와 같이, 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon) 은 근위 개구 (234) 로부터 원위 개구 (238) 까지 균일할 수 있다. 따라서, 원위 개구 (238) 에서 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon) 은 근위 개구 (234) 에서 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon) 에 대해 본원에 식별된 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다. 대안으로, 원위 개구 (238) 에서 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon) 은 근위 개구 (234) 에서 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon) 보다 더 클 수 있다.
도 2c 에 예시된 바와 같이, 원위 개구 (238) 에서 고립 영역 (240) 의 폭은 근위 개구 (234) 에서 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon) 과 실질적으로 동일할 수 있다. 원위 개구 (238) 에서 고립 영역 (240) 의 폭은 따라서, 근위 개구 (234) 에서 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon) 에 대해 본원에 식별된 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다. 대안으로, 원위 개구 (238) 에서 고립 영역 (240) 의 폭은 근위 개구 (234) 에서 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon) 보다 더 크거나 또는 더 작을 수 있다. 또한, 원위 개구 (238) 는 근위 개구 (234) 보다 더 작을 수도 있고, 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon) 은 근위 개구 (234) 와 원위 개구 (238) 사이에서 좁아질 수도 있다. 예를 들어, 접속 영역 (236) 은 다양한 상이한 지오메트리들을 사용하여 (예를 들어, 접속 영역을 챔퍼링, 접속 영역을 베벨링), 근위 개구와 원위 개구 사이에서 좁아질 수도 있다. 또한, 접속 영역 (236) 의 임의의 부분 또는 하위부분 (예를 들어, 근위 개구 (234) 에 인접한 접속 영역의 부분) 이 좁아질 수도 있다.
도 2d 내지 도 2f 는 도 1 의 각각의 미세유체 디바이스 (100), 회로 (132) 및 채널 (134) 의 변형들인, 미세유체 회로 (262) 및 흐름 채널들 (264) 을 포함하는 미세유체 디바이스 (400) 의 다른 예시적인 실시형태를 도시한다. 미세유체 디바이스 (250) 는 또한, 전술된 격리 펜들 (124, 126, 128, 130, 224, 226 또는 228) 의 추가적인 변형들인 복수의 격리 펜들 (266) 을 갖는다. 특히, 도 2d 내지 도 2f 에 도시된 디바이스 (250) 의 격리 펜들 (266) 은 전술된 디바이스들 (100, 200, 230, 280, 290, 또는 320) 내의 격리 펜들 (124, 126, 128, 130, 224, 226 또는 228) 중 어느 하나를 대체할 수 있다. 마찬가지로, 미세유체 디바이스 (400) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 다른 변형이고, 또한 전술된 미세유체 디바이스 (100, 200, 230, 280, 320), 뿐만 아니라 본원에 설명된 다른 미세유체 시스템 컴포넌트들 중 어느 하나와 동일한 또는 상이한 DEP 구성을 가질 수도 있다.
도 2d 내지 도 2f 의 미세유체 디바이스 (250) 는 지지 구조 (도 2d 내지 도 2f 에서 보이지 않지만, 도 1a 에 도시된 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) 와 동일하거나 일반적으로 유사할 수 있음), 미세유체 회로 구조 (256), 및 커버 (도 2d 내지 도 2f 에서 보이지 않지만, 도 1a 에 도시된 디바이스 (100) 의 커버 (122) 와 동일하거나 일반적으로 유사할 수도 있음) 를 포함한다. 미세유체 회로 구조 (256) 는, 도 1a 에 도시된 디바이스 (100) 의 프레임 (252) 및 미세유체 회로 재료 (260) 와 동일하거나 또는 일반적으로 유사할 수 있는 프레임 (252) 및 미세유체 회로 재료 (260) 를 포함한다. 도 2d 에 나타낸 바와 같이, 미세유체 회로 재료 (260) 에 의해 정의된 미세유체 회로 (262) 는 다수의 격리 펜들 (266) 이 유동적으로 접속되는 다수의 채널들 (264)(2 개가 도시되지만 더 많이 존재할 수 있음) 을 포함할 수 있다.
각각의 격리 펜 (266) 는 고립 구조 (272), 고립 구조 (272) 내의 고립 영역 (270), 및 접속 영역 (268) 을 포함할 수 있다. 채널 (264) 에서의 근위 개구 (274) 로부터 고립 구조 (272) 에서의 원위 개구 (276) 까지, 접속 영역 (268) 은 채널 (264) 을 고립 영역 (270) 에 유동적으로 접속시킨다. 일반적으로, 도 2b 및 도 2c 의 상기 논의에 따르면, 채널 (264) 에서 제 1 유체 매질 (254) 의 흐름 (278) 은 채널 (264) 로부터 격리 펜들 (266) 의 각각의 접속 영역들 (268) 안으로 및/또는 밖으로 제 1 매질 (254) 의 세컨더리 흐름들 (282) 을 생성할 수 있다. 도 2e 에 예시된 바와 같이, 각각의 격리 펜 (266) 의 접속 영역 (268) 은 일반적으로, 채널 (264) 로의 근위 개구 (274) 와 고립 구조 (272) 로의 원위 개구 (276) 사이에서 확장하는 영역을 포함한다. 접속 영역 (268) 의 길이 (Lcon) 는 세컨더리 흐름 (282) 의 최대 침투 깊이 (Dp) 보다 더 클 수 있고, 이 경우에서 세컨더리 흐름 (282) 은 (도 2d 에 도시된 바와 같이) 고립 영역 (270) 을 향해 재지향되지 않고 접속 영역 (268) 으로 확장할 것이다. 대안으로, 도 2f 에 예시된 바와 같이, 접속 영역 (268) 은 최대 침투 깊이 (Dp) 보다 작은 길이 (Lcon) 를 가질 수 있고, 이 경우에서 세컨더리 흐름 (282) 은 접속 영역 (268) 을 통해 확장하고 고립 영역 (270) 을 향해 재지향될 것이다. 이 후자의 상황에서, 접속 영역 (268) 의 길이들 (LC1 및 LC2) 의 합은 최대 침투 깊이 (Dp) 보다 커서, 세컨더리 흐름 (282) 이 고립 영역 (270) 안으로 확장하지 않을 것이다. 접속 영역 (268) 의 길이 (Lcon) 가 침투 깊이 (Dp) 보다 크든 아니든, 또는 접속 영역 (268) 의 길이들 (LC1 및 LC2) 의 합이 최대 침투 깊이 (Dp) 보다 크든 아니든, 최대 속도 (Vmax) 를 초과하지 않는 채널 (264) 에서의 제 1 매질 (254) 의 흐름 (278) 은 침투 깊이 (Dp) 를 갖는 세컨더리 흐름을 생성할 것이고, 격리 펜 (266) 의 고립 영역 (270) 에서 마이크로-객체들 (도시되지 않지만, 도 2e 에 도시된 마이크로-객체들 (246) 과 동일하거나 또는 일반적으로 유사할 수 있음) 은 채널 (264) 에서 제 1 매질 (254) 의 흐름 (278) 에 의해 고립 영역 (270) 밖으로 인출되지 않을 것이다. 또한, 채널 (264) 에서의 흐름 (278) 은 채널 (264) 로부터 격리 펜 (266) 의 고립 영역 (270) 안으로 잡다한 재료들 (미도시) 을 인출하지도 않을 것이다. 이와 같이, 확산은, 채널 (264) 에서 제 1 매질 (254) 내의 성분들이 채널 (264) 로부터 격리 펜 (266) 의 고립 영역 (270) 내의 제 2 매질 (258) 로 이동할 수 있는 유일한 메커니즘이다. 마찬가지로, 확산은, 격리 펜 (266) 의 고립 영역 (270) 에서의 제 2 매질 (258) 내의 성분들이 고립 영역 (270) 으로부터 채널 (264) 내의 제 1 매질 (254) 로 이동할 수 있는 유일한 메커니즘이다. 제 1 매질 (254) 은 제 2 매질 (258) 과 동일한 매질일 수 있고, 또는 제 1 매질 (254) 은 제 2 매질 (258) 과 상이한 매질일 수 있다. 대안으로, 제 1 매질 (254) 및 제 2 매질 (258) 는 동일하게 시작할 수 있고, 그 후 예를 들어 고립 영역 (270) 내의 하나 이상의 세포들에 의한 제 2 매질의 컨디셔닝을 통해, 또는 채널 (264) 을 통해 유동하는 매질을 변경함으로써 상이하게 될 수 있다.
도 2e 에 예시된 바와 같이, 채널 (264) 내의 (즉, 도 2d 에서 화살표들 (482) 에 의해 표시된 채널을 통한 유체 매질 흐름의 방향을 가로질러 취해진) 채널들 (264) 의 폭 (Wch) 은 근위 개구 (274) 의 폭 (Wcon1) 에 실질적으로 수직하고 따라서 원위 개구 (276) 의 폭 (Wcon2) 에 실질적으로 평행할 수 있다. 근위 개구 (274) 의 폭 (Wcon1) 및 원위 개구 (276) 의 폭 (Wcon2) 은 그러나, 서로 실질적으로 수직할 필요는 없다. 예를 들어, 근위 개구 (274) 의 폭 (Wcon1) 이 배향되는 축 (미도시) 과 원위 개구 (276) 의 폭 (Wcon2) 이 배향되는 다른 축 간의 각도는 수직 외 및 따라서 90°이외일 수 있다. 다르게 배향된 각도들의 예들은 다음의 범위들 중 어느 하나의 각도들을 포함한다: 약 30°내지 약 90°, 약 45°내지 약 90°, 약 60°내지 약 90°등.
격리 펜들 (예를 들어, 124, 126, 128, 130, 224, 226, 228, 또는 266) 의 다양한 실시형태들에서, 고립 영역 (예를 들어, 240 또는 270) 은 복수의 마이크로-객체들을 포함하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 고립 영역은 단지 1, 2, 3, 4, 5, 또는 유사한 상대적으로 작은 수의 마이크로-객체들 만을 포함하도록 구성될 수 있다. 따라서, 고립 영역의 체적은, 예를 들어 적어도 1x106, 2x106, 4x106, 6x106 세제곱 마이크론, 또는 그 이상일 수 있다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 채널 (예를 들어, 122) 의 폭 (Wch) 은 다음의 범위들 중 어느 하나 내에 있을 수 있다: 약 50-1000 마이크론, 50-500 마이크론, 50-400 마이크론, 50-300 마이크론, 50-250 마이크론, 50-200 마이크론, 50-150 마이크론, 50-100 마이크론, 70-500 마이크론, 70-400 마이크론, 70-300 마이크론, 70-250 마이크론, 70-200 마이크론, 70-150 마이크론, 90-400 마이크론, 90-300 마이크론, 90-250 마이크론, 90-200 마이크론, 90-150 마이크론, 100-300 마이크론, 100-250 마이크론, 100-200 마이크론, 100-150 마이크론, 및 100-120 마이크론. 일부 다른 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 채널 (예를 들어, 122) 의 폭 (Wch) 은 약 200-800 마이크론, 200-700 마이크론, 또는 200-600 마이크론의 범위에 있을 수 있다. 상기의 것은 단지 예들이며, 채널 (122) 의 폭 (Wch) 은 다른 범위들 (예를 들어, 위에 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다. 또한, 채널 (122) 의 폭 (Wch) 은 격리 펜의 근위 개구 외의 채널의 영역들에서 이들 범위들 중 어느 하나에 있도록 선택될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 격리 펜은 약 30 내지 약 200 마이크론, 또는 약 50 내지 약 150 마이크론의 높이를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 격리 펜은 약 1x104 내지 3x106 제곱 마이크론, 2x104 내지 2x106 제곱 마이크론, 4x104 내지 1x106 제곱 마이크론, 2x104 내지 5x105 제곱 마이크론, 2x104 내지 1x105 제곱 마이크론 또는 약 2x105 내지 2x106 제곱 마이크론의 단면적을 갖는다. 일부 실시형태들에서, 접속 영역은 약 100 내지 약 500 마이크론, 200 내지 약 400 마이크론 또는 약 200 내지 약 300 마이크론의 단면 폭을 갖는다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 채널 (예를 들어, 122) 의 높이 (Hch) 는 다음의 범위들 중 어느 하나 내에 있을 수 있다: 20-100 마이크론, 20-90 마이크론, 20-80 마이크론, 20-70 마이크론, 20-60 마이크론, 20-50 마이크론, 30-100 마이크론, 30-90 마이크론, 30-80 마이크론, 30-70 마이크론, 30-60 마이크론, 30-50 마이크론, 40-100 마이크론, 40-90 마이크론, 40-80 마이크론, 40-70 마이크론, 40-60 마이크론, 또는 40-50 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 채널 (예를 들어, 122) 의 높이 (Hch) 는 다른 범위들 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다. 채널 (122) 의 높이 (Hch) 는 격리 펜의 근위 개구 이외의 채널의 영역들에서 이들 범위들 중 어느 하나에 있도록 선택될 수 있다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 채널 (예를 들어, 122) 의 단면적은 다음의 범위들 중 어느 하나 내에 있을 수 있다: 500-50,000 제곱 마이크론, 500-40,000 제곱 마이크론, 500-30,000 제곱 마이크론, 500-25,000 제곱 마이크론, 500-20,000 제곱 마이크론, 500-15,000 제곱 마이크론, 500-10,000 제곱 마이크론, 500-7,500 제곱 마이크론, 500-5,000 제곱 마이크론, 1,000-25,000 제곱 마이크론, 1,000-20,000 제곱 마이크론, 1,000-15,000 제곱 마이크론, 1,000-10,000 제곱 마이크론, 1,000-7,500 제곱 마이크론, 1,000-5,000 제곱 마이크론, 2,000-20,000 제곱 마이크론, 2,000-15,000 제곱 마이크론, 2,000-10,000 제곱 마이크론, 2,000-7,500 제곱 마이크론, 2,000-6,000 제곱 마이크론, 3,000-20,000 제곱 마이크론, 3,000-15,000 제곱 마이크론, 3,000-10,000 제곱 마이크론, 3,000-7,500 제곱 마이크론, 또는 3,000 내지 6,000 제곱 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 채널 (예를 들어, 122) 의 단면적은 다른 범위들 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 길이 (Lcon) 는 다음의 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다: 약 1-600 마이크론, 5-550 마이크론, 10-500 마이크론, 15-400 마이크론, 20-300 마이크론, 20-500 마이크론, 40-400 마이크론, 60-300 마이크론, 80-200 마이크론, 또는 약 100-150 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 길이 (Lcon) 는 상기 예들과 상이한 범위 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (Wcon) 은 다음의 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다: 20-500 마이크론, 20-400 마이크론, 20-300 마이크론, 20-200 마이크론, 20-150 마이크론, 20-100 마이크론, 20-80 마이크론, 20-60 마이크론, 30-400 마이크론, 30-300 마이크론, 30-200 마이크론, 30-150 마이크론, 30-100 마이크론, 30-80 마이크론, 30-60 마이크론, 40-300 마이크론, 40-200 마이크론, 40-150 마이크론, 40-100 마이크론, 40-80 마이크론, 40-60 마이크론, 50-250 마이크론, 50-200 마이크론, 50-150 마이크론, 50-100 마이크론, 50-80 마이크론, 60-200 마이크론, 60-150 마이크론, 60-100 마이크론, 60-80 마이크론, 70-150 마이크론, 70-100 마이크론, 및 80-100 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (Wcon) 은 상기 예들과 상이 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 할 수 있다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (Wcon) 은 적어도 격리 펜이 그에 대해 의도되는 마이크로-객체 (예를 들어, T 세포, B 세포, 또는 난자 또는 배아일 수도 있는 생물학적 세포) 의 최대 치수만큼 클 수 있다. 예를 들어, 액적이 배치될 격리 펜의 근위 개구 (234) 에서의 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon) 은 다음의 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다: 약 100 마이크론, 약 110 마이크론, 약 120 마이크론, 약 130 마이크론, 약 140 마이크론, 약 150 마이크론, 약 160 마이크론, 약 170 마이크론, 약 180 마이크론, 약 190 마이크론, 약 200 마이크론, 악 225 마이크론, 약 250 마이크론, 약 300 마이크론 또는 약 100-400 마이크론, 약 120-350 마이크론, 약 140-300 마이크론, 또는 약 140-200 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (Wcon) 은 상기 예들과 상이 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 할 수 있다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 접속 영역의 근위 개구의 폭 (Wpr) 은 적어도 격리 펜이 그에 대해 의도되는 마이크로-객체 (예를 들어, 세포와 같은 생물학적 마이크로-객체) 의 최대 치수만큼 클 수도 있다. 예를 들어, 폭 (Wpr) 은 약 50 마이크론, 약 60 마이크론, 약 100 마이크론, 약 200 마이크론, 약 300 마이크론일 수도 있거나, 약 50-300 마이크론, 약 50-200 마이크론, 약 50-100 마이크론, 약 75-150 마이크론, 약 75-100 마이크론, 또는 약 200-300 마이크론의 범위에 있을 수도 있다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 길이 (Lcon) 대 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (Wcon) 의 비율은 다음의 비율들 중 어느 하나 이상일 수 있다: 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0, 또는 그 이상. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 접속 영역 (236) 의 길이 (Lcon) 대 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (Wcon) 의 비율은 상기 예들과 상이할 수 있다.
미세유체 디바이스들 (100, 200, 230, 250, 280, 290, 320, 600, 700) 의 다양한 실시형태들에서, Vmax 는 대략 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 또는 1.5 마이크로리터/초로 설정될 수 있다.
격리 펜들을 갖는 미세유체 디바이스들의 다양한 실시형태들에서, 격리 펜의 고립 영역 (예를 들어, 240) 의 체적은, 예를 들어 적어도 5x105, 8x105, 1x106, 2x106, 4x106, 6x106, 8x106, 1x107, 5x107, 1x108, 5x108, 또는 8x108 세제곱 마이크론, 또는 그 이상일 수 있다. 격리 펜들을 갖는 미세유체 디바이스들의 다양한 실시형태들에서, 격리 펜의 체적은 약 5x105, 6x105, 8x105, 1x106, 2x106, 4x106, 8x106, 1x107, 3x107, 5x107, 또는 약 8x107 세제곱 마이크론, 또는 그 이상일 수 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 격리 펜의 체적은 약 1 나노미터 내지 약 50 나노미터, 2 나노미터 내지 약 25 나노미터, 2 나노미터 내지 약 20 나노미터, 약 2 나노미터 내지 약 15 나노미터, 또는 약 2 나노미터 내지 약 10 나노미터일 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 미세유체 디바이스는, 본원에 논의된 실시형태들 중 어느 하나로서 구성된 격리 펜들을 갖고, 여기서 미세유체 디바이스는 약 5 내지 약 10 개의 격리 펜들, 약 10 내지 약 50 개의 격리 펜들, 약 100 내지 약 500 개의 격리 펜들; 약 200 내지 약 1000 개의 격리 펜들, 약 500 내지 약 1500 개의 격리 펜들, 약 1000 내지 약 2000 개의 격리 펜들, 또는 약 1000 내지 약 3500 개의 격리 펜들을 갖는다. 격리 펜들은 모두 동일한 사이즈일 필요는 없고 다양한 구성들 (예를 들어, 격리 펜 내의 상이한 폭들, 상이한 특징들) 을 포함할 수도 있다.
일부 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 본원에 논의된 실시형태들 중 어느 하나로서 구성된 격리 펜들을 갖고, 여기서 미세유체 디바이스는 약 1500 내지 약 3000 개의 격리 펜들, 약 2000 내지 약 3500 개의 격리 펜들, 약 2500 내지 약 4000 개의 격리 펜들, 약 3000 내지 약 4500 개의 격리 펜들, 약 3500 내지 약 5000 개의 격리 펜들, 약 4000 내지 약 5500 개의 격리 펜들, 약 4500 내지 약 6000 개의 격리 펜들, 약 5000 내지 약 6500 개의 격리 펜들, 약 5500 내지 약 7000 개의 격리 펜들, 약 6000 내지 약 7500 개의 격리 펜들, 약 6500 내지 약 8000 개의 격리 펜들, 약 7000 내지 약 8500 개의 격리 펜들, 약 7500 내지 약 9000 개의 격리 펜들, 약 8000 내지 약 9500 개의 격리 펜들, 약 8500 내지 약 10,000 개의 격리 펜들, 약 9000 내지 약 10,500 개의 격리 펜들, 약 9500 내지 약 11,000 개의 격리 펜들, 약 10,000 내지 약 11,500 개의 격리 펜들, 약 10,500 내지 약 12,000 개의 격리 펜들, 약 11,000 내지 약 12,500 개의 격리 펜들, 약 11,500 내지 약 13,000 개의 격리 펜들, 약 12,000 내지 약 13,500 개의 격리 펜들, 약 12,500 내지 약 14,000 개의 격리 펜들, 약 13,000 내지 약 14,500 개의 격리 펜들, 약 13,500 내지 약 15,000 개의 격리 펜들, 약 14,000 내지 약 15,500 개의 격리 펜들, 약 14,500 내지 약 16,000 개의 격리 펜들, 약 15,000 내지 약 16,500 개의 격리 펜들, 약 15,500 내지 약 17,000 개의 격리 펜들, 약 16,000 내지 약 17,500 개의 격리 펜들, 약 16,500 내지 약 18,000 개의 격리 펜들, 약 17,000 내지 약 18,500 개의 격리 펜들, 약 17,500 내지 약 19,000 개의 격리 펜들, 약 18,000 내지 약 19,500 개의 격리 펜들, 약 18,500 내지 약 20,000 개의 격리 펜들, 약 19,000 내지 약 20,500 개의 격리 펜들, 약 19,500 내지 약 21,000 개의 격리 펜들, 또는 약 20,000 내지 약 21,500 개의 격리 펜들을 갖는다.
도 2g 는 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스 (280) 를 예시한다. 도 2g 에 예시된 미세유체 디바이스 (280) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 양식화된 다이어그램이다. 실제로, 미세유체 디바이스 (280) 및 그 구성 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 채널들 (122) 및 격리 펜들 (128)) 은 본원에 논의된 치수들을 가질 것이다. 도 2g 에 예시된 미세유체 회로 (120) 는 2 개의 포트들 (107) 및 4 개의 별개의 채널들 (122) 을 갖는 흐름 영역 (106) 을 갖는다. 미세유체 디바이스 (280) 는 각각의 채널 (122) 에서 개방된 복수의 격리 펜들을 더 포함한다. 도 2g 에 예시된 미세유체 디바이스에서, 격리 펜들은 도 2c 에 예시된 펜들과 유사한 지오메트리를 갖고, 따라서 양자의 접속 영역들 및 고립 영역들을 갖는다. 따라서, 미세유체 회로 (120) 는 스윕 영역들 (예를 들어, 세컨더리 흐름 (244) 의 최대 침투 깊이 (Dp) 내의 접속 영역들 (236) 의 부분들 및 채널들 (122)) 및 비-스윕 영역들 (예를 들어, 세컨더리 흐름 (244) 의 최대 침투 깊이 (Dp) 내에 있지 않은 접속 영역들 (236) 의 부분들 및 고립 영역들 (240)) 양자 모두를 포함한다.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 미세유체 디바이스들 (예를 들어, 100, 200, 230, 280, 250, 290, 320) 을 동작 및 관측하는데 사용될 수 있는 시스템 (150) 의 다양한 실시형태들을 나타낸다. 도 3a 에 예시된 바와 같이, 시스템 (150) 은 미세유체 디바이스 (100)(미도시), 또는 본원에 설명된 임의의 다른 미세유체 디바이스를 홀딩하도록 구성된 구조 ("네스트 (nest)")(300) 를 포함할 수 있다. 네스트 (300) 는 미세유체 디바이스 (320) (예를 들어, 광학적으로-작동된 동전기 디바이스 (100)) 와 인터페이스하고 전원 (192) 으로부터 미세유체 디바이스 (320) 로 전기적 접속들을 제공할 수 있는 소켓 (302) 을 포함할 수 있다. 네스트 (300) 는 집적된 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 을 더 포함할 수 있다. 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 은, 바이어싱 전압이, 미세유체 디바이스가 소켓 (302) 에 의해 홀딩되는 경우 미세유체 디바이스 (320) 내의 전극들의 쌍 양단에 인가되도록 바이어싱 전압을 소켓 (302) 에 공급하도록 구성될 수 있다. 따라서, 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 은 전원 (192) 의 부분일 수 있다. 미세유체 디바이스 (320) 에 바이어싱 전압을 인가하는 능력은, 바이어싱 전압이, 미세유체 디바이스 (320) 가 소켓 (302) 에 의해 홀딩되는 경우 항상 인가될 것이라는 것을 의미하지는 않는다. 차라리, 대부분의 경우들에서, 바이어싱 전압은 간헐적으로, 예를 들어 미세유체 디바이스 (320) 에서 유전영동 또는 전기습윤과 같은 동전기적 힘들의 생성을 용이하게 하도록 필요할 때에만, 인가될 것이다.
도 3a 에 예시된 바와 같이, 네스트 (300) 는 인쇄 회로 기판 어셈블리 (PCBA)(322) 를 포함할 수 있다. 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 은 PCBA (322) 상에 장착되고 이 안에 전기적으로 집적될 수 있다. 예시적인 지지체는 PCBA (322) 상에 또한 장착된 소켓 (302) 을 포함한다.
통상적으로, 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 은 파형 생성기 (미도시) 를 포함할 것이다. 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 은 파형 생성기로부터 수신된 파형을 증폭시키도록 구성된 파형 증폭 회로 (미도시) 및/또는 오실로스코프 (미도시) 를 더 포함할 수 있다. 오실로스코프는, 존재하는 경우, 소켓 (302) 에 의해 홀딩된 미세유체 디바이스 (320) 에 인가된 파형을 측정하도록 구성될 수 있다. 소정 실시형태들에서, 오실로스코프는 미세유체 디바이스 (320) 에 근접한 (및 파형 생성기에 대해 먼) 로케이션에서 파형을 측정하고, 따라서 디바이스에 실제로 인가된 파형을 측정하는데 있어서 더 큰 정확도를 보장한다. 오실로스코프 측정으로부터 획득된 데이터는, 예를 들어 파형 생성기에 피드백으로서 제공될 수 있고, 파형 생성기는 이러한 피드백에 기초하여 그 출력을 조정하도록 구성될 수 있다. 적합한 결합형 파형 생성기 및 오실로스코프의 예는 Red Pitaya™ 이다.
소정의 실시형태들에서, 네스트 (300) 는 제어기 (308), 예컨대 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 을 감지 및/또는 제어하는데 사용된 마이크로프로세서를 더 포함한다. 적합한 마이크로프로세서들의 예들은 Arduino™ 마이크로프로세서들, 예컨대 Arduino Nano™ 을 포함한다. 제어기 (308) 는 기능들 및 분석을 수행하는데 사용될 수도 있고, 또는 기능들 및 분석을 수행하도록 (도 1a 에 도시된) 외부 마스터 제어기 (154) 와 통신할 수도 있다. 도 3a 에 예시된 실시형태에서, 제어기 (308) 는 인터페이스 (310)(예를 들어, 플러그 또는 커넥터) 를 통해 마스터 제어기 (154) 와 통신한다.
일부 실시형태들에서, 네스트 (300) 는 Red Pitaya™ 파형 생성기/오실로스코프 유닛 ("Red Pitaya 유닛") 및 Red Pitaya 유닛에 의해 생성된 파형을 증폭시키고 증폭된 전압을 미세유체 디바이스 (100) 로 패스하는 파형 증폭 회로를 포함하는 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, Red Pitaya 유닛은 미세유체 디바이스 (320) 에서 증폭된 전압을 측정하고, 그 후, 미세유체 디바이스 (320) 에서 측정된 전압이 원하는 값이도록 필요에 따라 그 자신의 출력 전압을 조정하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 파형 증폭 회로는, 미세유체 디바이스 (100) 에서 최대 13 Vpp 의 신호를 초래하는, PCBA (322) 상에 장착된 DC-DC 컨버터들의 쌍에 의해 생성된 +6.5V 내지 -6.5V 전력 공급을 가질 수 있다.
도 3a 에 예시된 바와 같이, 지지 구조 (300) 는 열 제어 서브시스템 (306) 을 더 포함할 수 있다. 열 제어 서브시스템 (306) 은 지지 구조 (300) 에 의해 홀딩된 미세유체 디바이스 (320) 의 온도를 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 열 제어 서브시스템 (306) 은 펠티어 열전기 디바이스 (미도시) 및 냉각 유닛 (미도시) 을 포함할 수 있다. 펠티어 열전기 디바이스는 미세유체 디바이스 (320) 의 적어도 하나의 표면과 인터페이스하도록 구성된 제 1 표면을 가질 수 있다. 냉각 유닛은, 예를 들어 냉각 블록 (미도시), 예컨대 수냉식 (liquid-cooled) 알루미늄 블록일 수 있다. 펠티어 열전기 디바이스의 제 2 표면 (예를 들어, 제 1 표면의 반대 표면) 은 이러한 냉각 블록의 표면과 인터페이스하도록 구성될 수 있다. 냉각 블록은 냉각 블록을 통해 냉각된 유체를 순환시키도록 구성된 유체 경로 (314) 에 접속될 수 있다. 도 3a 에 예시된 실시형태에서, 지지 구조 (300) 는 인렛 (316) 및 아웃렛 (318) 를 포함하여, 외부 저장소 (미도시) 로부터 냉각된 유체를 수신하고, 냉각된 유체를 유체 경로 (314) 안으로 그리고 냉각 블록을 통해 도입하며, 그 후 냉각된 유체를 외부 저장소로 리턴한다. 일부 실시형태들에서, 펠티어 열전기 디바이스, 냉각 유닛, 및/또는 유체 경로 (314) 는 지지 구조 (300) 의 케이싱 (312) 상에 장착될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 열 제어 서브시스템 (306) 은 미세유체 디바이스 (320) 에 대한 목표 온도를 달성하도록 펠티어 열전기 디바이스의 온도를 조절하도록 구성된다. 펠티어 열전기 디바이스의 온도 조절은, 예를 들어 Pololu™ 열전기 전력 공급기 (Pololu Robotics and Electronics Corp.) 와 같은 열전기 전력 공급기에 의해 달성될 수 있다. 열 제어 서브시스템 (306) 은 아날로그 회로에 의해 제공된 온도 값과 같은 피드백 회로를 포함할 수 있다. 대안으로, 피드백 회로는 디지털 회로에 의해 제공될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 네스트 (300) 는 (예를 들어, 저항 1 kOhm+/-0.1 %, 온도 계수 +/-0.02 ppm/CO 를 갖는) 저항기 및 (예를 들어, 공칭 저항 1 kOhm+/-0.01 % 를 갖는) NTC 서미스터를 포함하는 아날로그 분압기 회로 (미도시) 인 피드백 회로를 갖는 열 제어 서브시스템 (306) 을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 열 제어 서브시스템 (306) 은 피드백 회로로부터의 전압을 측정하고, 그 후 온-보드 PID 제어 루프 알고리즘에 대한 입력으로서 계산된 온도 값을 사용한다. PID 제어 루프 알고리즘으로부터의 출력은, 예를 들어 Pololu™ 모터 드라이브 (미도시) 상에서 방향성 및 펄스-폭-변조 신호 핀 양자 모두를 구동하여 열전기 전력 공급기를 작동시키고, 이에 의해 펠티어 열전기 디바이스를 제어할 수 있다.
네스트 (300) 는, 제어기 (308) 의 마이크로프로세서가 인터페이스 (310) (미도시) 를 통해 외부 마스터 제어기 (154) 와 통신하는 것을 허용하는 직렬 포트 (324) 를 포함할 수 있다. 또한, 제어기 (308) 의 마이크로프로세서는 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 및 열 제어 서브시스템 (306) 과 (예를 들어, Plink 툴 (미도시) 을 통해) 통신할 수 있다. 따라서, 제어기 (308), 인터페이스 (310), 및 직렬 포트 (324) 의 조합을 통해, 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 및 열 제어 서브시스템 (306) 은 외부 마스터 제어기 (154) 와 통신할 수 있다. 이 방식으로, 마스터 제어기 (154) 는, 다른 것들 중에서, 출력 전압 조정들을 위한 스케일링 계산들을 수행함으로써 전기적 신호 생성 서브시스템 (308) 을 도울 수 있다. 외부 마스터 제어기 (154) 에 커플링된 디스플레이 디바이스 (170) 를 통해 제공된, 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)(미도시) 는 열 제어 서브시스템 (306) 및 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 각각으로부터 획득된 온도 및 파형 데이터를 플롯 (p10t) 하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 또는 추가적으로, GUI 는 제어기 (308), 열 제어 서브시스템 (306), 및 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 에 대한 업데이트들을 허용할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 시스템 (150) 은 이미징 디바이스 (194) 를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 광 조절 서브시스템 (330) (도 3b 참조) 을 포함한다. 광 조절 서브시스템 (330) 은 디지털 미러 디바이스 (DMD) 또는 마이크로셔터 어레이 시스템 (MSA) 을 포함할 수 있고, 이들 중 어느 하나는 광원 (332) 으로부터 광을 수신하고 수신된 광의 서브세트를 현미경 (450) 의 광학 트레인으로 송신하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 광 조절 서브시스템 (330) 은 그 자신의 광을 생성하고 (따라서 광원 (332) 에 대한 필요성을 없애는) 디바이스, 예컨대 유기 발광 다이오드 디스플레이 (OLED), 액정 온 실리콘 (LCOS) 디바이스, 강유전성 액정 온 실리콘 디바이스 (FLCOS), 또는 투과형 액정 디스플레이 (LCD) 를 포함할 수 있다. 광 조절 서브시스템 (330) 은, 예를 들어 프로젝터일 수 있다. 따라서, 광 조절 서브시스템 (330) 은 구조화된 및 구조화되지 않은 광 양자 모두를 방출할 수 있다. 적합한 광 조절 서브시스템 (330) 의 일 예는 Andor Technologies™ 로부터의 Mosaic™ 시스템이다. 소정의 실시형태들에서, 시스템 (150) 의 이미징 모듈 (164) 및/또는 동기 모듈 (162) 은 광 조절 서브시스템 (330) 을 제어할 수 있다.
소정의 실시형태들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 현미경 (350) 을 더 포함한다. 이러한 실시형태들에서, 네스트 (300) 및 광 조절 서브시스템 (330) 은 현미경 (350) 상에 장착되도록 개별적으로 구성될 수 있다. 현미경 (350) 은, 예를 들어 표준 연구-등급 광 현미경 또는 형광 현미경일 수 있다. 따라서, 네스트 (300) 는 현미경 (350) 의 스테이지 (344) 상에 장착되도록 구성될 수도 있고/있거나 광 조절 서브시스템 (330) 은 현미경 (350) 의 부분 상에 장착하도록 구성될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 본원에 설명된 네스트 (300) 및 광 조절 서브시스템 (330) 은 현미경 (350) 의 일체형 컴포넌트들일 수 있다.
소정의 실시형태들에서, 현미경 (450) 은 하나 이상의 검출기들 (348) 을 더 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 검출기 (348) 는 이미징 모듈 (164) 에 의해 제어된다. 검출기 (348) 는 아이 피스 (eye piece), 전하-결합 디바이스 (CCD), 카메라 (예를 들어, 디지털 카메라), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 적어도 2 개의 검출기들 (348) 이 존재하면, 하나의 검출기는 예를 들어, 고속-프레임율 (fast-frame-rate) 카메라일 수 있는 한편, 다른 검출기는 고 감도 카메라일 수 있다. 또한, 현미경 (350) 은 미세유체 디바이스 (320) 로부터 반사 및/또는 방출된 광을 수신하고, 반사 및/또는 방출된 광의 적어도 일부분을 하나 이상의 검출기들 (348) 상에 포커싱하도록 구성된 광학 트레인을 포함할 수 있다. 현미경의 광학 트레인은 또한, 각각의 검출기 상의 최종 배율이 상이할 수 있도록, 상이한 검출기들에 대한 상이한 튜브 렌즈들 (미도시) 을 포함할 수 있다.
소정 실시형태들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 적어도 2 개의 광원들을 사용하도록 구성된다. 예를 들어, 제 1 광원 (332) 은 (예를 들어, 광 조절 서브시스템 (330) 을 통해) 구조화된 광을 생성하도록 사용될 수 있고, 제 2 광원 (334) 은 비구조화된 광을 제공하도록 사용될 수 있다. 제 1 광원 (332) 은 광학적으로-작동된 전기역학 및/또는 형광성 여기를 위해 구조화된 광을 생성할 수 있고, 제 2 광원 (334) 은 밝은 필드 조명을 제공하도록 사용될 수 있다. 이들 실시형태들에서, 동기 모듈 (164) 은 제 1 광원 (332) 을 제어하도록 사용될 수 있고, 이미징 모듈 (164) 은 제 2 광원 (334) 을 제어하도록 사용될 수 있다. 현미경 (350) 의 광학 트레인은 (1) 디바이스가 네스트 (300) 에 의해 홀딩되는 경우, 광 조절 서브시스템 (330) 으로부터 구조화된 광을 수신하고, 이 구조화된 광을 광학적으로-작동된 전기역학 디바이스와 같은 미세유체 디바이스에서의 적어도 제 1 영역에 포커싱하고, (2) 미세유체 디바이스로부터 반사 및/또는 방출된 광을 수신하고 이러한 반사 및/또는 방출된 광의 적어도 일부를 검출기 (348) 로 포커싱하도록 구성될 수 있다. 광학 트레인은 또한, 디바이스가 네스트 (300) 에 의해 홀딩되는 경우, 제 2 광원으로부터 비구조화된 광을 수신하고, 이 비구조화된 광을 미세유체 디바이스의 적어도 제 2 영역 상에 포커싱하도록 구성될 수 있다. 소정 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 제 1 및 제 2 영역들은 오버랩하는 영역들일 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역은 제 2 영역의 서브세트일 수 있다.
도 3b 에서, 제 1 광원 (332) 은, 시스템 (355)(미도시) 의 현미경 (350) 의 광학 트레인에 구조화된 광을 제공하는, 광 조절 서브시스템 (330) 에 광을 공급하는 것으로 도시된다. 제 2 광원 (334) 은 비구조화된 광을 빔 스플리터 (336) 를 통해 광학 트레인에 제공하는 것으로 도시된다. 광 조절 서브시스템 (330) 으로부터의 구조화된 광 및 제 2 광원 (334) 으로부터의 비구조화된 광은 빔 스플리터 (336) 로부터 광학 트레인을 통해 함께 이동하여 제 2 빔 스플리터 (또는 광 조절 서브시스템 (330) 에 의해 제공된 광에 따라, 이색성 필터 (338)) 에 도달하며, 여기서 광은 대물렌즈 (336) 를 통해 샘플 평면 (342) 으로 아래로 반사된다. 샘플 평면 (342) 으로부터 반사 및/또는 방출된 광은 그 후, 대물렌즈 (340) 를 통해, 빔 스플리터 및/또는 이색성 필터 (338) 를 통해, 이색성 필터 (346) 로 위로 다시 이동한다. 이색성 필터 (346) 에 도달하는 광의 일부 만이 통과하여 검출기 (348) 에 도달한다.
일부 실시형태들에서, 제 2 광원 (334) 은 블루 광을 방출한다. 적합한 이색성 필터 (346) 로, 샘플 평면 (342) 으로부터 반사된 블루 광은 이색성 필터 (346) 를 통과하고 검출기 (348) 에 도달할 수 있다. 반대로, 광 조절 서브시스템 (330) 으로부터 오는 구조화된 광은 샘플 평면 (342) 으로부터 반사되지만, 이색성 필터 (346) 를 통과하지 않는다. 이 예에서, 이색성 필터 (346) 는 495 nm 보다 긴 파장을 갖는 가시 광을 필터링한다. 광 조절 서브시스템 (330) 으로부터의 광의 이러한 필터링은 단지, 광 조절 서브시스템으로부터 방출된 광이 495 nm 보다 짧은 임의의 파장을 포함하지 않는다면 (도시된 바와 같이) 완료될 것이다. 실제로, 광 조절 서브시스템 (330) 으로부터 오는 광이 495 nm 보다 짧은 파장들 (예를 들어, 블루 파장들) 을 포함하면, 광 조절 서브시스템으로부터의 광의 일부는 필터 (346) 를 통과하여 검출기 (348) 에 도달한다. 이러한 실시형태에서, 필터 (346) 는 제 1 광원 (332) 및 제 2 광원 (334) 으로부터 검출기 (348) 에 도달하는 광의 양 간의 균형을 변화시키도록 작용한다. 이것은, 제 1 광원 (332) 이 제 2 광원 (334) 보다 상당히 더 강한 경우 유리할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 제 2 광원 (334) 은 레드 광을 방출할 수 있고, 이색성 필터 (346) 는 레드 광 외의 가시 광 (예를 들어, 650 nm 보다 짧은 파장을 갖는 가시 광) 을 필터링할 수 있다.
표면 개질. 생체물질들의 조작 및 저장을 위한 재료들, 디바이스들, 및/또는 장치들의 표면들은 (생물학적 세포들과 같은 생물학적 미세-객체들을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 미세-객체들, 생체분자들, 생체분자들 또는 생물학적 미세-객체들의 단편들, 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는, 이러한 재료와의 단기 및/또는 장기 접촉에 의해 최적화되지 않은 고유 특성들을 가질 수도 있다. 재료, 디바이스 또는 장치의 하나 이상의 표면들을 개질하여 하나 이상의 생체물질들과 접촉하는 고유 표면과 연관된 하나 이상의 원하지 않는 현상을 감소시키는 것이 유용할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 재료, 디바이스, 및/또는 장치의 표면 특성들을 강화하여 표면에 원하는 특징을 도입하고, 이로써 재료, 디바이스, 및/또는 장치의 핸들링, 조작 또는 처리 능력들을 넓히는 것이 유용할 수도 있다. 이를 위해, 원하지 않는 특성들을 감소시키거나 또는 원하는 특성들을 도입하기 위해 표면을 개질할 수 있는 분자들이 필요하다.
표면들의 개질에 유용한 화합물들. 다양한 실시형태들에서, 표면 개질 화합물은, 그것이 부착되는 표면을 공유 결합으로 개질하는 알킬 모이어티와 같은 비-폴리머 모이어티 또는 (퍼플루오로알킬 모이어티를 포함하지만 이에 제한되지 않는) 플루오로알킬 모이어티와 같은 치환된 알킬 모이어티일 수도 있는 표면 개질 리간드를 포함할 수도 있다. 표면 개질 화합물은 또한, 식 1 에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 표면에 표면 개질 리간드를 공유 결합으로 부착하는 기인 연결 모이어티 (connecting moiety) 를 포함한다. 공유 결합으로 개질된 표면은, (수산화물, 산화물, 아민 또는 황을 포함하는) 표면의 작용 기들과 연결 모이어티의 반응의 산물인, 연결 기 (linking group; LG) 를 통해 부착된 표면 개질 리간드를 갖는다.
식 1.
일부 실시형태들에서, 표면 개질 화합물은 선형 체인 (예를 들어, 적어도 10 개의 탄소들, 또는 적어도 14, 16, 18, 20, 22 개, 또는 그 이상의 탄소들의 선형 체인) 을 형성하는 탄소 원자들을 포함할 수도 있고, 비분기형 알킬 모이어티일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 기는 치환된 알킬 기 (예를 들어, 알킬 기에서의 탄소들의 일부는 플루오르화 또는 퍼플루오르화될 수 있음) 를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 기는 비-치환된 알킬 기를 포함할 수도 있는 제 2 분절 (segment) 에 결합된, 퍼플루오로알킬 기를 포함할 수도 있는 제 1 분절을 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 및 제 2 분절들은 직접적으로 또는 (예를 들어, 에테르 결합에 의해) 간접적으로 결합될 수도 있다. 알킬 기의 제 1 분절은 연결 기에서 멀리 위치될 수도 있고, 알킬 기의 제 2 분절은 연결 모이어티에 근접하여 위치될 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 표면 개질 화합물은 화학식 I 의 구조를 가질 수도 있다:
화학식 I
여기서, 연결 모이어티 (V) 는 -P(O)(OH)Q- 또는 -Si(T)2W 이고; W 는 -T, -SH, 또는 -NH2 이며 표면에 접속하도록 구성된 모이어티이고; Q 는 -OH 이며 표면에 접속하도록 구성된 모이어티이며; T 는 OH, OC1-3알킬, 또는 Cl 이다. R 은 수소 또는 플루오르이고, M 은 수소 또는 플루오르이다. h 의 각각의 경우는 독립적으로, 2 또는 3 의 정수이고; j 는 0 또는 1 이고; k 는 0 이고 또는 1 이고; m 은 0 또는 1 내지 25 의 정수이며; n 은 0 또는 1 내지 25 의 정수이다. 일부 다른 실시형태들에서, (n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 11 내지 25 의 정수일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, M 은 수소이다. 다양한 실시형태들에서, m 은 2 이다. 일부 실시형태들에서, k 는 0 이다. 다른 실시형태들에서, k 는 1 이다. 다양한 실시형태들에서, j 는 1 이다. 화학식 I 의 화합물에 대해, k 가 1 의 정수인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 일 수도 있고 M 은 수소이다. 화학식 I 의 화합물에 대해, k 가 0 이고 R 이 플루오르인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 일 수도 있고 M 은 수소이다.
표면 개질 화합물이 화학식 I 의 구조를 갖는 다양한 실시형태들에서, 연결 모이어티 (V) 는 -Si(T)2W 일 수도 있고, 여기서 T 및 W 는 위와 같이 정의된다. W 는 OC1-3알킬, 또는 Cl 일 수도 있다. W 는 메톡시, 에톡시 또는 프로폭시일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, W 는 메톡시일 수도 있다. T 는 OC1-3알킬, 또는 Cl 일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 연결 모이어티 (V) 는 -Si(OMe)3 이다. 다양한 다른 실시형태들에서, V 는 -P(O)(OH)Q 일 수도 있고, 여기서 Q 는 OH 이다.
화학식 I 의 표면 개질 화합물은 화합물의 선형 백본을 구성하는 원자들의 수의 바람직한 범위를 가질 수도 있다. 위에서 정의된 바와 같이, 화학식 I 의 화합물을 구성하는 분절들 각각은 일 범위의 사이즈들을 가질 수도 있다. 따라서, 화학식 I 의 화합물은, (n + [(h + j)·k] + m) 이 25 와 동일하도록 위에서 정의된 바와 같이 반복 유닛들을 가질 수도 있고, 이것은 연결 모이어티에 부착된, 말단 CR3- 기를 포함하는, 26 개의 원자들의 총 길이를 산출한다. (n + [(h + j)·k] + m) 이 25 와 동일한 경우에서, 다양한 상이한 조성들이 포함될 수 있다. 예를 들어, 분절 -[CR2]n- 은 n = 23 을 가질 수도 있고; -[(CH2)h-(O)j]k- 은 k= 0 을 가질 수도 있으며; -[CM2]m- 은 m= 2 를 가질 수도 있다. 25 와 동일한 동일 합계 (n + [(h + j)·k] + m) 을 갖는 다른 경우는 분절 -[CR2]n- 를 가질 수도 있고, 여기서 n = 6 이고; -[(CH2)h-(O)j]k- 를 가질 수도 있고, 여기서 k= 3 이고, j= 1 및 h= 2 를 포함하며; -[CM2]m- 은 m= 4 를 가질 수도 있다.
일부 실시형태들에서, (n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 11, 13, 15, 17, 또는 21 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, (n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 15 또는 17 일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, (n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 13 또는 15 일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 하나 이상의 에테르 결합들은 화학식 I 의 화합물에 존재할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, j 는 1 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, k 및 j 양자 모두는 1 일 수도 있고, m 은 적어도 2 일 수도 있다.
또 다른 실시형태들에서, 백본 탄소들은 플루오르화될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 백본 탄소들은 퍼플루오르화될 수도 있고, 여기서 CR3-, 및/또는 -[CR2]n- 및/또는 -[CM2]m- 의 각각의 R 은 플루오르화될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 화합물의 섹션은 플루오르화되는 탄소 백본 원자들을 가질 수도 있고, 화합물의 다른 섹션들은 수소로 치환되는 탄소 백본 원자를 가질 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, CR3- 및 -[CR2]n- 분절들은 플루오르 비백본 치환기들 (예를 들어, R 은 플루오르임) 을 가질 수도 있는 한편, -[CM]m- 분절들은 수소 비백본 치환기들 (예를 들어, M 은 수소임) 을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, R 이 플루오르인 경우, k 는 0 이다. 다른 실시형태들에서, R 은 플루오르일 수도 있고, k 는 1 이고, j 는 1 이며 h 는 2 이다. 다양한 실시형태들에서, M 은 수소일 수도 있다.
또 다른 실시형태들에서, 화학식 I 의 화합물은 이하에서 설명되는 바와 같이 올레핀의 수소화규소첨가 (hydrosilation) 로부터 합성될 수도 있고, 여기서 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소이다. 일부 실시형태들에서, m 은 2 이고 M 은 수소이다.
화학식 I 의 다양한 화합물들 중 일부는 다음의 화학식들에서 설명된 화합물들의 서브세트들에서 더 쉽게 보여질 수도 있지만, 이들 화학식들은 화학식 I 의 폭넓음에 대한 제한의 방식이 아니다.
일부 실시형태들에서, 화학식 I 의 화합물은 화학식 110 의 화합물을 포함할 수도 있다:
CH3(CH2)mSi(OC1-3알킬)3 ;
화학식 110
여기서 m 은 9 내지 23 의 정수이다. 일부 실시형태들에서, m 은 11, 13, 15, 17, 또는 19 일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, m 은 13 또는 15 일 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 화학식 I 의 화합물은 화학식 111 의 화합물을 포함할 수도 있다:
CF3(CF2)n(CH2)2Si(OC1-3알킬)3
화학식 111
여기서, n 은 9 내지 22 의 정수일 수도 있다. 대안으로, n 은 11 내지 17 일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, n 은 9, 11, 13, 또는 15 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, n 은 13 또는 15 일 수도 있다.
또 다른 실시형태들에서, 화학식 I 의 화합물은 화학식 112 의 화합물을 포함할 수도 있다:
CR3(CR2)n(CH2)hO(CH2)mSi(OC1-3알킬)3;
화학식 112
여기서, n 은 3 내지 19 의 정수이고; h 는 2 또는 3 의 정수이며; m 은 2 내지 18 의 정수이다. 일부 실시형태들에서, R 은 플루오르일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, n 은 3 내지 11 의 정수일 수도 있고, h 는 2 일 수도 있으며, m 은 2 내지 15 의 정수일 수도 있다.
대안으로, 화학식 I 의 화합물은 화학식 113 의 화합물을 포함할 수도 있다:
CR3(CR2)n(CM2)mP(O)(OH)2;
화학식 113
여기서, n 은 3 내지 21 의 정수이며; m 은 2 내지 21 의 정수이다. 화학식 113 의 화합물의 일부 실시형태들에서, R 은 플루오르일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, M 은 수소일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, n 은 5, 7, 9, 또는 11 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, m 은 2, 4, 5, 7, 9, 11 또는 13 일 수도 있다.
개질을 위한 표면들. 화학식 I 의 화합물을 포함하는, 본원에 설명된 표면 개질 화합물들에 의해 개질될 수 있는 표면은 금속, 금속 산화물, 유리 또는 폴리머일 수도 있다. 그 안에 도입된 공유 결합으로 개질된 표면을 가질 수도 있는 일부 재료들은 실리콘 및 그 산화물들, 실리콘들, 알루미늄 또는 그 산화물 (Al2O3), 인듐 탄탈륨 산화물 (ITO), 이산화 티타늄 (TiO2), 지르코늄 산화물 (ZrO2), 하프늄 (IV) 산화물 (HfO2), 탄탈룸 (V) 산화물 (Ta2O5), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지는 않는다. 표면은 이들 재료들의 시트 또는 웨이퍼일 수도 있고, 또는 장치 또는 디바이스 내에 통합될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 이들 재료들 중 어느 하나를 포함하는 표면은 본원에 설명된 바와 같이 미세유체 디바이스 내에 통합될 수도 있다.
폴리머들은 임의의 적합한 폴리머를 포함할 수도 있다. 적합한 폴리머는 기체 투과성일 수 있는, (예를 들어, 고무, 플라스틱, 엘라스토머, 실리콘, 폴리 디메틸실록산 ("PDMS") 등과 같은 오르가노실리콘) 을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지는 않는다. 다른 예들은 몰딩된 유리, 패터닝 가능한 재료, 예컨대 실리콘 폴리머 (예를 들어, 광-패턴 가능 실리콘 또는 "PPS"), 포토-레지스트 (예를 들어, SU8 과 같은 에폭시-기반 포토-레지스트) 등을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 천연 섬유 또는 목재와 같은 재료의 표면은, 화학식 I 의 화합물을 포함하는, 본원에 설명된 표면 개질 화합물들에 의해 작용화되어 공유 결합으로 개질된 표면을 도입할 수도 있다.
개질되는 표면은 수산화물, 아미노 및 티올을 포함하지만 이에 제한되지 않는 친핵성 모이어티를 포함할 수도 있다. 표면 상의 친핵성 모이어티 (예를 들어, 수산화물 (일부 실시형태들에서, 산화물로서 지칭됨)) 는 화학식 I 의 화합물을 포함하는, 본원에 설명된 표면 개질 화합물들과 반응하여, 실록시 연결 기 또는 포스포네이트 연결 기를 통해, 표면에 표면 개질 리간드를 공유 결합으로 연결하여 작용화된 표면을 제공할 수도 있다. 개질되는 표면은 천연 친핵성 모이어티를 포함할 수도 있고, 또는 시약들 (예를 들어, 피라니아 용액) 로 또는 플라즈마 처리에 의해 처리되어 친핵성 모이어티들 (예를 들어, 수산화물 (대안으로, 산화물로 지칭됨)) 을 도입할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 표면은 상기의 재료들 중 어느 하나로부터, 단일로 또는 임의의 조합으로 형성될 수도 있다. 표면은 반도체 기판을 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 반도체 기판을 포함하는 표면은 본원에 설명된 바와 같은 DEP 또는 EW 기판을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, DEP 또는 EW 기판을 갖는 반도체 기판을 포함하는 표면은 본원에 설명된 바와 같은 미세유체 디바이스의 부분일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 개질된 표면은 본원에 설명된 바와 같은 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 내향 표면 (inward-facing surface) 일 수도 있다. 적어도 하나의 표면은 (채널을 포함할 수도 있는) 미세유체 디바이스의 흐름 영역의 부분일 수도 있고, 또는 본원에 설명된 바와 같은 스퀘스트레이션 펜을 포함할 수도 있는, 펜과 같은 인클로징된 구조의 표면을 포함할 수도 있다.
공유 결합으로 개질된 표면. 공유 결합으로 개질된 표면은, 비-폴리머 모이어티, 예컨대 알킬 모이어티, 치환된 알킬 모이어티, 예컨대 (퍼플루오로알킬 모이어티를 포함하지만 이에 제한되지 않는) 플루오로알킬 모이어티일 수도 있고, 표면과 연결 모이어티의 반응으로부터 생긴 모이어티인, 연결 기를 통해 표면에 공유 결합으로 바인딩되는, 전술된 임의의 표면 개질 리간드일 수도 있는, 표면 개질 리간드를 포함할 수도 있다. 연결 기는 실록시 연결 기 또는 포스포네이트 연결 기일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 표면 개질 리간드는 선형 체인 (예를 들어, 적어도 10 개의 탄소들, 또는 적어도 14, 16, 18, 20, 22, 또는 그 이상의 탄소들의 선형 체인) 을 형성하는 탄소 원자들을 포함할 수도 있고, 비분기형 알킬 모이어티일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 기는 치환된 알킬 기 (예를 들어, 알킬 기에서 탄소들의 일부는 플루오르화 또는 퍼플루오르화될 수 있음) 를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 기는 비-치환된 알킬 기를 포함할 수도 있는, 제 2 분절에 결합된, 퍼플루오로알킬 기를 포함할 수도 있는 제 1 분절을 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 및 제 2 분절들은 직접적으로 또는 (예를 들어, 에테르 결합에 의해) 간접적으로 결합될 수도 있다. 알킬 기의 제 1 분절은 연결 기에서 멀리 위치될 수도 있고, 알킬 기의 제 2 분절은 연결 모이어티에 근접하여 위치될 수도 있다.
화학식 II 의 공유 결합으로 개질된 표면. 일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 II 의 구조를 갖는다:
화학식 II
여기서, 
는 표면이고; V 는 -P(O)(OY)W- 또는 -Si(OZ)2W 이다. W 는 -O-, -S-, 또는 -NH- 이고 표면에 접속한다. Z 는 표면에 부착된 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이고, 또는 표면에 대한 본드이다. Y 는 표면에 부착된 인접한 인 원자에 대한 본드이고, 또는 표면에 대한 본드이다. 화학식 II 의 공유 결합으로 개질된 표면에 대해, R, M, h, j, k, m, 및 n 은 위에서 정의된 바와 같다. k 가 1 의 정수인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소이다. k 가 0 이고 R 이 플루오르인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소이다. 화학식 II 의 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 IIA 에서와 같이, 연결 기 (LG) 를 통해 부착된 표면 개질 리간드로서 설명될 수 있고, 여기서 LG 는 표면에 연결된다:
화학식 IIA
공유 결합으로 개질된 표면은, 화학식 I 의 표면 개질 화합물에 대해 전술된 바와 같이, 임의의 조합으로 화학식 II 의 임의의 표면을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 화학식 II 의 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 210 의 표면일 수도 있다:
화학식 210
여기서, 
은 표면이고, 실리콘 원자에 부착된 산소는 또한, 표면에 바인딩되며, m 은 11 내지 23 의 정수이다. 일부 실시형태들에서, m 은 11, 13, 15, 17, 또는 19 일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, m 은 13 또는 15 일 수도 있다.
일부 다른 실시형태들에서, 화학식 II 의 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 211 의 표면일 수도 있다:
화학식 211
여기서, 
은 표면이고, 실리콘 원자에 부착된 산소는 또한, 표면에 바인딩되며, n 은 9 내지 22 의 정수이다. 대안으로, n 은 11 내지 17 일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, n 은 7, 9, 11, 13, 또는 15 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, n 은 13 또는 15 일 수도 있다.
또 다른 실시형태들에서, 화학식 II 의 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 212 의 표면일 수도 있다:
화학식 212
여기서, 
은 표면이고, 실리콘 원자에 부착된 산소는 또한, 표면에 바인딩되며, n 은 3 내지 21 의 정수이고, h 는 2 또는 3 의 정수이며, m 은 2 내지 21 의 정수이다. 일부 실시형태들에서, R 은 플루오르일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, n 은 3 내지 11 의 정수일 수도 있고, h 는 2 일 수도 있으며, m 은 2 내지 15 의 정수일 수도 있다.
대안으로, 화학식 II 의 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 213 의 표면일 수도 있다:
화학식 213
여기서, 
은 표면이고, 인 원자에 부착된 산소는 또한, 표면에 바인딩되고, n 은 3 내지 21 의 정수이며 m 은 2 내지 21 의 정수이다. 화학식 113 의 화합물의 일부 실시형태들에서, R 은 플루오르일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, M 은 수소일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, n 은 5, 7, 9, 또는 11 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, m 은 2, 4, 5, 7, 9, 11 또는 13 일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 제 1 유입구 및 제 1 유출구에 유동적으로 접속된 흐름 영역을 포함하고, 흐름 영역은 제 1 유체 매질의 흐름을 함유하도록 구성된다. 미세유체 디바이스는 흐름 영역을 개방하는 하나 이상의 챔버들을 포함할 수도 있다. 공유 결합으로 개질된 표면은 미세유체 디바이스의 공유 결합으로 개질된 기판일 수도 있고, 흐름 영역 및/또는 적어도 하나의 챔버의 기저를 이룰 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유체를 대면하도록 구성된 미세유체 디바이스의 모든 또는 실질적으로 모든 내부 표면들은 화학식 II 의 공유 결합으로 개질된 표면을 갖는다.
도 2h 는 예시적인 공유 결합으로 개질된 표면 (298) 을 포함하는 미세유체 디바이스 (280) 의 단면뷰를 도시한다. 예시된 바와 같이, 공유 결합으로 개질된 표면 (298)(개략적으로 도시됨) 은 미세유체 디바이스 (280) 의 커버 (288) 의 내측 표면 (292) 및 기판 (286) 의 내측 표면 (294) 양자 모두에 공유 결합으로 바인딩된 조밀하게-패킹된 분자들의 모노층을 포함할 수 있다. 공유 결합으로 개질된 표면 (298) 은, 일부 실시형태들에서 그리고 위에서 논의된 바와 같은, 미세유체 디바이스 (280) 내의 회로 엘리먼트들 및/또는 구조들을 정의하는데 사용된 미세유체 회로 재료 (미도시) 의 표면들을 포함하는, 미세유체 디바이스 (280) 의 인클로저 (284) 에 근접하고, 이를 향해 내측으로 향하는 실질적으로 모든 내측 표면들 (294, 292) 상에 배치될 수 있다. 대안의 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면 (298) 은 미세유체 디바이스 (280) 의 내측 표면들 중 단지 하나 또는 일부 상에 배치될 수 있다.
도 2h 에 도시된 실시형태에서, 공유 결합으로 개질된 표면 (298) 은 알킬-말단 실록산 분자들의 모노층을 포함하고, 각각의 분자는 실록시 연결기 (296) 를 통해 미세유체 디바이스 (280) 의 내측 표면들 (292, 294) 에 공유 결합으로 본딩된다. 간략함을 위해, 추가의 실리콘 산화물 본드들이 인접한 실리콘 원자들에 연결되는 것으로 도시되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면 (298) 은 그 인클로저 - 대향 종단들 (즉, 내측 표면들 (292, 294) 에 바인딩되지 않고 인클로저 (284) 에 근접하는 표면 개질 리간드 (298) 의 모노층의 일부) 에서 플루오로알킬 기 (예를 들어, 플루오르화 알킬기 또는 퍼플루오르화 알킬 기) 를 포함할 수 있다. 도 2h 는 알킬-말단 개질된 표면을 갖는 것으로서 논의되지만, 임의의 적합한 표면 개질 화합물이 본원에 설명된 바와 같이 사용될 수도 있다.
천연 표면. 개질될 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 표면은 유리, 금속, 금속 산화물 또는 폴리머일 수도 있다. 미세유체 디바이스 내에 통합될 수도 있고 그 안에 도입된 화학식 II 의 공유 결합으로 개질된 표면을 갖도록 개질될 수도 있는 일부 재료들은 실리콘 및 그 산화물들, 실리콘들, 알루미늄 또는 그 산화물 (Al2O3), 인듐 탄탈륨 산화물 (ITO), 이산화 티타늄 (TiO2), 지르코늄 산화물 (ZrO2), 하프늄 (IV) 산화물 (HfO2), 탄탈룸 (V) 산화물 (Ta2O5), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는다. 폴리머들은 임의의 적합한 폴리머를 포함할 수도 있다. 적합한 폴리머는 기체 투과성일 수 있는 (예를 들어, 고무, 플라스틱, 엘라스토머, 실리콘, 오르가노실리콘, 예컨대 폴리디메틸실록산 ("PDMS") 등) 을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지는 않는다. 다른 예들은 몰딩된 유리, 패턴 가능한 재료, 예컨대 실리콘 폴리머 (예를 들어, 광-패턴 가능한 실리콘 또는 "PPS"), 포토-레지스트 (예를 들어, SU8 와 같은 에폭시-기반 포토-레지스트), 등을 포함할 수 있다.
공유 결합으로 개질된 표면의 물리적 및 성능 특성들. 일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 증가된 소수성 특징을 가질 수도 있다. 개질된 표면의 증가된 소수성 특징은 생체물질들에 의한 오염을 방지할 수도 있다. 본원에 사용된 바와 같은, 표면 오염은 단백질 및 분해 산물, 핵산들, 및 각각의 분해 산물들과 같은 생체물질들의 영구적 또는 반-영구적 디포지션을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스의 표면 상에 무분별하게 디포짓된 재료의 양을 지칭한다. 이러한 오염은 표면에 대한 생물학적 미세-객체들의 부착량을 증가시킬 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면의 증가된 소수성 특징은, 표면 오염에 의해 개시된 부착에 관계 없이, 표면 상에 생물학적 미세-객체들의 부착을 감소시킬 수도 있다.
표면의 개질은 표면의 내구성, 기능성, 및/또는 생체적합성을 증가시킬 수도 있다. 이들 특징들 각각은 또한, (성장 속도 및/또는 세포 더블링 속도를 포함하는) 생존력, 화학식 II 의 구조를 갖는 표면을 포함하는, 본원에 설명된 바와 같은 공유 결합으로 개질된 표면 위에 형성된 클로니의 성질, 또는 공유 결합으로 개질된 표면을 갖는 디바이스들 및/또는 장치들 내에 그리고 개질된 표면 위의 미세-객체들 또는 생체분자들의 (배출 시 생존력을 포함하는) 이식성에 유익할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 화학식 II 의 표면을 포함하는, 본원에 설명된 바와 같은 임의의 표면일 수도 있는 공유 결합으로 개질된 표면은 10 nm 미만 (예를 들어, 약 7 nm 미만, 약 5 nm 미만, 또는 약 1.5 내지 3.0 nm) 의 두께를 가질 수도 있다. 이것은, 특히 다른 소수성 재료들, 예컨대 CYTOP®, 스핀-코팅되어 약 30 내지 50 nm 의 통상적인 두께를 산출하는 퍼플루오로 테트라하이드로푸라닐 폴리머와 대조적으로, 개질된 표면 상에 유리하게 얇은 층을 제공할 수도 있다. 표 1 에 도시된 데이터는 표에 도시된 바와 같은 공유 결합으로 개질된 표면을 갖도록 처리되는 실리콘/실리콘 산화물 표면에 대한 것이다. 정적 고정 드롭 방법 (Drelich, J. Colloid Interface Sci. 179, 37-50, 1996.) 을 사용하여 접촉각 측정들치들이 획득되었다. 두께는 편광해석법에 의해 측정되었다.
Biolin Scientific 접촉각 고니오미터를 사용하여 접촉각 히스테리시스 측정들이 수행되었다. 화학적으로 개질된 OEW 표면들은 투명한 홀더에 넣은 5 cSt 실리콘 오일의 조 (bath) 에 배치되었다. 포스포네이트 완충 식염수 (PBS) 액적이 그 후, 오일의 표면 위에 뿌려졌다. 백금 (Pt) 와이어 전극이 액적에 삽입되었고, 정착 수 접촉각이 측정되었다. 다음으로, 30 kHz 주파수에서 50 Vppk 의 인가된 AC 전압이 OEW 기판과 PBS 액적 안에 삽입된 Pt 와이어 사이에 10 초 동안 인가되었다. 다음으로, 인가된 전압이 제거되었고, 접촉각이 다시 측정되었다. 접촉각 히스테리시스는 전압을 인가하기 전에 제로 바이어스에서의 원래의 접촉각으로부터, 50Vppk AC 전압을 인가한 후에 제로 바이어스에서의 접촉각을 감산함으로써 계산되었다.
표 1. 선택된 표면들에 대한 물리적 데이터
T 및 Q 는 전술된 바와 같다.
개질된 표면들에 대해 관측된 접촉각들은 10 °미만의 플라즈마 세정된 실리콘 표면 상에서 물에 대한 접촉각과 대조적이다. 이들 표면들 각각은 천연 실리콘/실리콘 산화물 표면의 것보다 덜 습윤성이다.
표면을 특징화하기에 적합한 다른 분석 방법들은 적외선 분광법 및/또는 X-레이 광전자 분광법을 포함할 수 있다.
본 발명의 개질된 표면들의 다른 바람직한 특징은 표면 개질 화합물의 화학적 성질에 의존할 수 있는, 자가형광 (autofluorescence) 의 부족이다.
일부 실시형태들에서, 화학식 II 의 표면을 포함하는, 본원에 설명된 공유 결합으로 개질된 표면은 모노층을 형성할 수도 있다. 모노층 개질된 표면의 균일성 및 균등성은, 특히 모노층 개질된 표면이 다른 기능적 속성들을 갖는 경우 유리한 성능을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 화학식 II 의 표면을 포함하는, 본원에 설명된 공유 결합으로 개질된 표면은 또한, 전극 활성화 기판을 포함할 수도 있고, 선택적으로, 유전이동 구성 또는 전기습윤 구성을 갖는 재료들, 디바이스들, 및/또는 장치들에서 발견될 수도 있는 바와 같은, 유전체 층을 더 포함할 수도 있다. 개질된 표면의 퍼플루오로알킬 모이어티들의 불포화의 부족은, 예를 들어 올레핀 또는 방향족 모이어티들을 함유하는 모노층과 비교하여 "전하 트래핑" 을 최소화할 수 있다. 부가적으로, 화학식 II 의 표면을 포함하는, 본원에 설명된 표면에 형성된 모노층의 조밀하게 패킹된 성질은 모노층을 통해 밑에 있는 금속, 금속 산화물, 유리 또는 폴리머 기판으로 양이온들이 구동되는 포텐셜을 최소화할 수도 있다. 이론에 제한되지 않고, 기판 조성물에 양이온을 첨가하는 것에 의한 기판 표면의 파괴는 기판의 전기적 특성들을 손상시키고, 이에 의해 동전기적으로 기능할 그 능력을 감소시킬 수도 있다.
또한, 공유 결합을 통해 개질된 표면을 도입하는 능력은 개질된 표면의 유전 강도를 증가시키고 전기장의 인가 하에서 밑에 있는 재료를 파괴로부터 보호할 수도 있다. 화학식 II 의 표면을 포함하는, 본원에 설명된 공유 결합으로 개질된 표면을 갖는 재료, 디바이스 및/또는 장치의 유전영동 또는 전기 습윤 표면의 균일 성 및 얇음은, 재료, 디바이스 및/또는 장치가 광학적으로 작동되는 경우 이러한 개질된 유전영동 및/또는 전기습윤 표면에 유리한 이점을 더 제공할 수도 있다.
공유 결합으로 개질된 표면의 준비 방법. 디바이스 또는 장치의 컴포넌트로서 사용될 수도 있는 재료의 표면은 디바이스 또는 장치의 어셈블리 전에 개질될 수도 있다. 대안으로, 부분적으로 또는 완전히 구축된 디바이스 또는 장치는, 생체분자들을 포함하는 생체물질들 및/또는 미세-객체들 (생물학적 미세-객체들을 포함할 수도 있음) 과 접촉할 모든 표면들이 동시에 개질되도록 개질될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 디바이스 및/또는 장치의 전체 내부는, 디바이스 및/또는 장치 내의 상이한 표면들에서 구별되는 재료들이 존재하더라도 개질될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 부분적으로 또는 완전히 구축된 디바이스 및/또는 장치는 본원에 설명된 바와 같은 미세유체 디바이스, 또는 이들의 컴포넌트일 수도 있다.
개질될 표면은 표면 상의 친핵성 모이어티들이 반응을 위해 자유롭게 이용가능한 것, 예를 들어 오일들 또는 접착제들에 의해 커버되지 않는 것을 보장하도록 개질 전에 세정될 수도 있다. 세정은 알콜들 또는 아세톤을 포함하는 용매들로의 처리, 초음파 처리, 증기 세정 등을 포함하는 임의의 적합한 방법에 의해 달성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 개질될 표면은 오염물들을 제거하는 산소 플라즈마 처리로 처리되고, 동시에 표면 상에 추가의 산화물 (예를 들어, 수산화물) 을 도입할 수 있다. 이것은 유리하게 표면 상에 개질을 위한 더 많은 사이트들을 제공할 수 있고, 이에 의해 더 밀접하게 패킹된 개질된 표면 층을 제공한다.
개질될 표면은 표면 상의 친핵성 모이어티들이 반응을 위해 자유롭게 이용가능한 것, 예를 들어 오일들 또는 접착제들에 의해 커버되지 않는 것을 보장하도록 개질 전에 세정될 수도 있다. 세정은 알콜들 또는 아세톤을 포함하는 용매들로의 처리, 초음파 처리, 증기 세정 등을 포함하는 임의의 적합한 방법에 의해 달성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 개질될 표면은 오염물들을 제거하는 산소 플라즈마 처리로 처리되고, 동시에 표면 상에 추가의 산화물 (예를 들어, 수산화물) 을 도입할 수 있다. 이것은 유리하게 표면 상에 개질을 위한 더 많은 사이트들을 제공할 수 있고, 이에 의해 더 밀접하게 패킹된 개질된 표면 층을 제공한다.
일부 실시형태들에서, 표면을 공유 결합으로 개질하는 방법은 화학식 I 의 화합물과 표면을 접촉시키는 단계를 포함한다:
화학식 I
여기서 V 는 -P(O)(OH)Q 또는 -Si(T)2W 이다. W 는 -T, -SH, 또는 -NH2 이고 표면에 접속하도록 구성된 모이어티이다. 대안으로, V 가 -P(O)(OH)Q 인 경우, Q 는 -OH 이고 표면에 접속하도록 구성된 모이어티이다. T 는 OH, OC1-3a알킬, 또는 Cl 이다. R, M, h, j, k, m, 및 n 의 각각은 화학식 I 의 화합물에 대해 위에서 정의된 바와 같다. (n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 11 내지 25 의 정수이다. 다양한 실시형태들에서, k 가 1 의 정수인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소이다; k 가 0 이고 R 이 플루오르인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소이다. 화학식 I 의 화합물은 표면의 친핵성 모이어티와 반응하고; 공유 결합으로 개질된 표면이 형성된다. 화학식 I 의 화합물의 임의의 조합 및 서브조합은, 전술된 바와 같이 사용될 수도 있다.
방법의 다양한 실시형태들에서, 그렇게 형성된 공유결합 개질된 표면은 모노층일 수도 있다.
방법의 일부 실시형태들에서, 화학식 I 의 화합물은 화학식 110 의 화합물일 수도 있다:
CH3(CH2)mSi(OC1-3알킬)3 ;
화학식 110
여기서, m 은 9 내지 23 의 정수이다. 일부 실시형태들에서, m 은 11, 13, 15, 17, 또는 19 일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, m 은 13 또는 15 일 수도 있다.
방법의 일부 실시형태들에서, 화학식 I 의 화합물은 화학식 111 의 화합물일 수도 있다:
CF3(CF2)n(CH2)2Si(OC1-3알킬)3;
화학식 111
여기서, m 은 9 내지 22 의 정수이다. 대안으로, n 은 11 내지 17 의 정수일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, n 은 11 내지 17 의 정수일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, n 은 9, 11, 13, 또는 15 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, n 은 13 또는 15 일 수도 있다.
방법의 또 다른 실시형태들에서, 화학식 I 의 화합물은 화학식 112 의 화합물일 수도 있다:
CR3(CR2)n(CH2)hO(CH2)mSi(OC1-3알킬)3;
화학식 112
여기서, n 은 3 내지 21 의 정수이고; h 는 2 또는 3 의 정수이며; m 은 2 내지 21 의 정수이다. 일부 실시형태들에서, R 은 플루오르일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, n 은 3 내지 11 의 정수일 수도 있고, h 는 2 일 수도 있으며, m 은 2 내지 15 의 정수일 수도 있다.
대안으로, 표면은 화학식 113 의 화합물일 수도 있는 화학식 I 의 화합물에 의해 접촉될 수도 있다:
CR3(CR2)n(CM2)mP(O)(OH)2;
화학식 113
여기서, n 은 3 내지 21 의 정수이고; m 은 2 내지 21 의 정수이다. 화학식 113 의 화합물의 일부 실시형태들에서, R 은 플루오르일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, M 은 수소일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, n 은 5, 7, 9, 또는 11 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, m 은 2, 4, 5, 7, 9, 11 또는 13 일 수도 있다.
접촉시키는 단계는 화학식 I 의 화합물을 함유하는 액체 용액과 표면을 접촉시킴으로써 수행될 수도 있다. 예를 들어, 표면들은 화학식 I 의 화합물의 0.01 mM, 0.1 mM, 0.5 mM, 1 mM, 10 mM, 또는 100 mM 를 함유하는 용액들에 노출될 수도 있다. 반응은 주위 온도에서 수행될 수도 있고, 약 2 h, 4 h, 8 h, 12 h, 18 h, 24 h, 또는 그 사이의 임의의 값의 범위에서의 기간 동안 수행될 수도 있다. 용매들의 예들은 톨루엔, 1,3 비스트리플루오로벤젠, 또는 FluorinertTM (3M) 플루오르화 용매들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 존재하는 경우, 트리알콕시 기들의 가수 분해를 촉진시킴으로써 반응 속도를 증가시키도록 아세트산과 같은 산이 용액에 첨가될 수도 있다.
대안으로, 표면은 화학식 I 의 화합물을 함유하는 기상 (vapor phase) 과 접촉될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 기상에서 화학식 I 의 화합물과 표면을 접촉시킴으로써 반응 단계가 수행되는 경우, 제어된 양의 수증기가 또한 존재한다. 제어된 양의 수증기는 개질될 표면을 갖는 객체와 미리선택된 양의 황산 마그네슘 7수화물을 동일한 챔버 또는 인클로저에 배치함으로써 제공될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제어된 양의 물은 외부 수증기 피드를 통해 반응 챔버 또는 인클로저 안으로 도입될 수도 있다. 반응은 대기압에 비해, 감소된 압력 하에서 발생할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 감소된 압력은 100 Torr 이하일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 감소된 압력은 10 Torr 미만 또는 1 Torr 미만일 수도 있다.
반응은 약 150 ℃ 내지 약 200 ℃ 의 범위의 온도에서 행해질 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 반응은 약 150 ℃, 155 ℃, 160 ℃, 165 ℃, 170 ℃¸ 175 ℃, 180 ℃, 185 ℃, 또는 약 190 ℃ 의 온도에서 행해질 수도 있다. 반응은 약 2 h, 6 h, 8 h, 18 h, 24 h, 48 h, 72 h, 84 h, 또는 그 이상 동안 계속하도록 허용될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 II 의 구조를 가질 수도 있다:
화학식 II
여기서, R, M, n, h, j, k, m 및 V 는 임의의 조합에서 전술된 바와 같다. 방법의 일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은, 각각의 화학식에 대한 허용 가능한 엘리먼트들의 임의의 조합을 갖는, 전술된 바와 같은 화학식 210, 211, 212, 또는 213 의 화학식을 가질 수도 있다.
방법의 다양한 실시형태들에서, 표면은 수산화물, 아미노 및 티올로 이루어진 군으로부터 선택된 친핵성 잔기를 포함할 수도 있다. 표면은 금속, 금속 산화물, 유리, 폴리머, 또는 이들의 임의의 조합일 수도 있다. 금속 표면은 실리콘, 실리콘 산화물, 하프늄 산화물, 인듐 탄탈륨 산화물, 알루미나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
방법의 다양한 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계는 DEP 기판 또는 EW 기판 상에서 수행될 수도 있다. 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계는 미세유체 디바이스의 미세유체 회로 엘리먼트의 적어도 하나의 표면 상에 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 것을 포함할 수도 있다. 미세유체 회로 엘리먼트들은 벽들, 흐름 영역들, 펜들, 및 DEP 또는 EW 기판들을 포함하는 전극 활성화 기판들을 포함할 수도 있다. 공유 결합으로 개질될 수도 있는 미세유체 회로 내의 표면은 미세유체 디바이스의 유체 베어링 부분들을 대면하는 표면들의 전부 또는 실질적으로 전부일 수도 있다. 예를 들어, 미세유체 디바이스들 (200, 230) 에서, 상부 전극 (210) 의 내측 표면, 전극 활성화 기판 (206) 의 상부면, 미세유체 회로 재료 (116) 의 표면들 (도 1b, 도 1c, 도 2a, 도 2b 참조), 이들 모두는 미세유체 채널 (122) 을 대면하고 펜들 (224, 226, 228) 이 개질될 수도 있다. 유사하게, 도 2d 내지 도 2f 에서, 미세유체 회로 재료 (260) 의 내측 표면들, 스퀘스트레이션 펜 (266) 을 정의하는 격리 구조들 (272) 의 표면들, 또는 미세유체 회로 (262) 를 대면하는 모든 표면들은 본원에 설명된 방법들에 의해 공유 결합으로 개질될 수도 있다.
비혼합성 매질. 기판의 표면 위에서 수성 액적들의 이동은 (흐름 채널들을 포함할 수도 있는) 하나 이상의 흐름 영역들 내에, 그리고 존재한다면 흐름 영역들에 유동적으로 접속된 챔버들 내에 국지적으로 분포된 수 비혼합성 유체 매질 내에서 수행될 수도 있다. 수 비혼합성 유체 매질은 순수 물의 액적의 것보다 큰 동적 점성 (kinematic viscosity) 을 가질 수도 있다. 수 비혼합성 유체 매질은 약 1 센티스토크 (cSt) 내지 약 15 cSt 의 범위에서의 동적 점성을 가질 수도 있고, 여기서 1 cSt 는 1 밀리파스칼 또는 1 센티포오즈 (CPS) 와 동일하다. 일부 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질은 약 3 cSt 내지 약 10 cSt 또는 약 3cSt 내지 약 8 cSt 의 범위에서의 점성을 가질 수도 있다. 수 비혼합성 유체 매질은 적어도 100 ℃ 의 온도에서 불연성일 수도 있다. 수 비혼합성 유체 매질은 생물학적 세포들이 처리되고, 배양되고, 또는 수 비혼합성 유체 매질 내의 수성 액적 내에 저장되는 시간의 지속기간 동안 살아 있는 생물학적 세포들에 무-독성일 수도 있다.
수 비혼합성 유체 매질은 물에서의 용해도가 낮거나 매우 적을 수도 있다. 수 비혼합성 유체 매질은, 물의 층 (예를 들어, 물과의 파티셔닝) 과 접촉되는 경우, 물의 총 볼륨의 약 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 % 미만 또는 1 % 미만을 용해시킬 수도 있다. 수 비혼합성 유체 매질은 약 25 ℃ 내지 약 38 ℃ 의 범위의 온도에서 수 비혼합성 유체 매질 내에 존재하는 수성 액적의 볼륨의 약 5 %, 약 10 %, 약 15 %, 약 20 %, 약 25 %, 또는 약 30 % 보다 많이 용해시키지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질은 수 비혼합성 유체 매질 내에 존재하는 수성 액적의 볼륨의 약 20 % 미만을 용해시킨다.
수 비혼합성 유체 매질은 탄소, 실리콘 및 산소로부터 선택된 원자들을 포함하는 백본 구조를 갖는 적어도 하나의 유기 또는 오르가노실리콘 화합물을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질은 하나 보다 많은 유기/오르가노실리콘 화합물을 포함할 수도 있고, 여기서 하나 보다 많은 화합물은 폴리머 화합물의 서브유닛들의 분자량들의 범위를 갖는 폴리머 유기/오르가노실리콘 화합물이다. 예를 들어, 폴리머 유기/오르가노실리콘 화합물은 폴리머 (예를 들어, 코폴리머) 를 구성하는 2 개의 상이한 서브-유닛들을 가질 수도 있고, 2 개의 상이한 서브-유닛들 각각은 일반적인 화학식 AaBb 을 갖는, 반복들의 범위에 존재할 수도 있고, 여기서 A 및 B 는 2 개의 상이한 폴리머 서브유닛들이고, a 및 b 는 각각의 서브유닛의 반복들의 수이다. 반복들의 수 (a 및 b) 는 단일의 정수가 아닐 수도 있지만, 반복 유닛들의 범위일 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 하나 보다 많은 유기/오르가노실리콘 화합물을 포함하는 수 비혼합성 유체 매질은 유기 화합물들의 혼합물, 오르가노실리콘 화합물들의 혼합물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 수 비혼합성 유체 매질은 적합한 성능을 제공할 상이한 화학적 구조들 및/또는 분자량들을 갖는 화합물들의 임의의 적합한 혼합물을 포함할 수도 있다.
수 비혼합성 유체 매질의 화합물은 약 1000 Da, 약 700 Da, 약 500 Da, 또는 약 350 Da 미만의 분자량을 가질 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 수 비혼합성 매질의 화합물(들)은 약 1000Da 보다 큰 분자량을 가질 수도 있고, 적합한 성능을 여전히 제공한다.
다양한 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질의 유기/오르가노실리콘 화합물(들)은 백본을 구성하는 원자들이 탄소, 실리콘 또는 산소인 백본 구조를 가질 수도 있다. 백본 탄소들의 치환기들은 수소 또는 플루오르일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질은 하나 이상의 오르가노실리콘 화합물들을 포함할 수도 있고, 여기서 오르가노실리콘 화합물(들)의 백본은 실리콘 및 산소 원자들을 포함할 수도 있다. 오르가노실리콘 화합물(들)의 실리콘 원자들은 탄소 치환기들을 가질 수도 있고, 이는 또한 수소 또는 플루오르 치환기들을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 오르가노실리콘 화합물의 탄소 치환기들은 모두 플루오르 (예를 들어, 퍼플루오르화) 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 오르가노실리콘 화합물의 탄소 치환기들은 부분적으로 플루오르화될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 오르가노실리콘 화합물의 탄소 원자들의 치환기들은 약 90 % 플루오르, 80 % 플루오르, 70 % 플루오르, 60 % 플루오르, 50 % 플루오르, 40 % 플루오르, 30 % 플루오르, 20 % 플루오르 또는 그 미만보다 많지 않을 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질의 유기 화합물(들)은 백본을 구성하는 원자들이 탄소 또는 산소인 백본 구조를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 백본 탄소들의 치환기들은 수소 또는 플루오르일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 백본 탄소들의 치환기들은 에테르, 카르보닐, 또는 카보네이트 성분과 같은 모이어티를 함유하는 산소를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질의 유기 화합물(들)은 모든-탄소 백본 구조를 가질 수도 있다. 수 비혼합성 유체 매질의 유기 화합물(들)의 모든-탄소 백본 구조의 일부 실시형태들에서, 탄소 원자들 상에서 모든 플루오르 치환기들을 가질 수도 있다 (예를 들어, 퍼플루오르화된다). 다른 실시형태들에서, 유기 화합물의 치환기들은 부분적으로 플루오르화될 수도 있다 (예를 들어, 퍼플루오르화되지 않는다). 다양한 실시형태들에서, 모든-탄소 백본을 갖는 화합물을 포함하는, 유기 화합물의 탄소 원자들의 치환기들은 약 90 % 플루오르, 80 % 플루오르, 70 % 플루오르, 60 % 플루오르, 50 % 플루오르, 40 % 플루오르 또는 그 미만보다 많지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질의 적합한 유기 화합물은 모노플루오로-치환된 탄화수소, 예컨대 1-플루오로옥탄, 1-플루오로데칸, 1-플루오로도데칸, 또는 1-플루오로테트라데칸이거나 이들을 포함할 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질의 유기 화합물(들)은 탄소들 상에서 플루오르 치환기들을 갖지 않을 수도 있지만, 수소 치환기들을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질의 유기 화합물(들)은 불포화 탄소-탄소 결합, 예를 들어 백본 탄소들 내 또는 말단 포지션 중 어느 하나에서 올레핀 기를 가질 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질에 포함될 적합한 화합물의 선택은 화합물의 다른 특성들을 고려할 것이다. 다양한 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질 내에서의 사용에 적합한 화합물은, 레이저, 미세유체 디바이스 안으로 프로젝팅된 구조화된 광, 또는 일광/실험실 조명에 의해 조명되는 경우 자가형광하지 않을 것이다.
다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 소수성 표면의 성질은 수 비혼합성 유체 매질 내에서의 사용에 적합한 화합물들의 선택에 영향을 줄 것이다. 예를 들어, 공유 결합으로 개질된 표면은 퍼플루오르화된 수 비혼합성 유체 매질 내의 물의 액적이, 물의 액적이 본원에 설명된 바와 같은 광-전기습윤 구성을 사용하여 이동 가능하지 않을 수도 있는 충분히 높은 표면 장력을 나타낼 수도 있도록 충분히 소수성일 수도 있다.
일부 다른 실시형태들에서, 미세유체 회로 재료의 성질은 수 비혼합성 유체 매질 내에서의 사용에 적합한 화합물들의 선택에 영향을 줄 수도 있다. 수 비혼합성 유체 매질에 의한 회로 재료의 팽윤은 수용 가능한 한계들 내에서 유지될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 재료가 SU8 또는 광 패턴가능 아릴-치환된 오르가노실리콘이면, 선형 하이드로카본, 선형 플루오로카본 또는 고리형의 아릴 또는 헤테로아릴 기들을 포함하는 탄소-백본 화합물들이 사용을 위해 선택될 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 미세유체 회로 재료는 아릴 치환을 함유하지 않는 광 패턴가능 오르가노실리콘과 같은 다른 재료들을 포함할 수도 있고, 팽윤은 수 비혼합성 유체 매질에서 상이한 화합물들의 사용에 의해 허용 가능한 한계들에 제한될 수도 있다. 예를 들어, 수 비혼합성 유체 매질에 대한 사전-노출과 비교하여 약 40 %, 30 %, 20 %, 또는 10 % 미만의 팽윤이 허용 가능할 수도 있다. 그러나, 일부 실시형태들에서, 팽윤을 야기하는 수 비혼합성 유체 매질 내의 화합물이 사용을 위해 여전히 선택될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질의 화합물은 탄소 또는 산소 원자들을 함유하는 백본을 갖는 유기 화합물일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유기 화합물은 탄소 원자들을 함유하고 산소 원자들을 함유하지 않는 백본을 가질 수도 있고, 추가로 여기서 탄소 원자 백본은 분기된다. 다양한 실시형태들에서, 수 비혼합성 유체 매질의 유기 화합물의 분기형 탄소 원자 백본은 비고리형이다. 분기형 탄소 백본을 갖는 수 비혼합성 유체 매질의 유기 화합물은 또한, 어떤 고리화된 모이어티도 함유하지 않을 수도 있다.
상기의 선택 기준은 수 비혼합성 유체 매질 내에 통합될 하나 이상의 화합물들을 선택하고, 수용 가능한 성능을 제공하지 않을 수도 있는 화합물들을 제거하는데 사용될 수도 있지만, 수용 가능한 수 비혼합성 유체 매질은 다중-성분 혼합물일 수도 있고, 수 비혼합성 유체 매질의 유일한 성분으로서 사용되는 경우 수용 가능한 성능을 제공하지 않는 개별의 유기 또는 오르가노실리콘 화합물의 일부 부분을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 성분이 너무 많이 플루오르화되거나 또는 단독으로 사용되는 경우 미세유체 회로 재료를 허용되지 않는 정도로 팽윤시킬 수도 있지만, 다른 유기 또는 오르가노실리콘 화합물들과 조합되어 수 비혼합성 유체 매질을 형성할 수도 있다.
단독으로나 또는 임의의 종류와 조합하여 수 비혼합성 유체 매질에서의 사용을 위한 일부 적합한 유기 화합물들은 이소세탄, 2-(트리플루오로메틸)-3-에톡시도데카 플루오로헥산 (HFE-7500, 3MTM, NovecTM), 헵타메틸 노난 (HMN), 비스(2-에틸헥실) 카보네이트 (TEGOSOFT® DEC, Evonik)), 및 (트리데카플루오로-1, 1, 2, 2, -테트라 하이드로옥틸)테트라메틸디실록산 (Gelest, Cat # SIB1816.0), 또는 실리콘 오일 (5 센티스토크 점성, Gelest Cat.# DMS-T05) 을 포함할 수도 있다.
수성 액적. 수성 액적은 생물학적 세포 또는 비드를 포함할 수도 있는, 하나 이상의 미세-객체들을 함유할 수도 있다. 수정 액적은 핵산 또는 단백질을 포함할 수도 있는 생물학적 산물들을 함유할 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 수성 액적은 효소, 항체, 형광성으로 라벨링된 프로브, 또는 화학 시약과 같은 임의의 종류의 시약일 수도 있는 분석용 시약들을 함유할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 수성 액적은 또한, 계면활성제를 포함할 수도 있다. 계면활성제는 수 비혼합성 유체 매질 내에서 수성 액적의 휴대성을 증가시킬 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적합한 계면활성제는 비-이온 계면활성제를 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 계면활성제는 F68 (ThermoFisher Cat.# 2400032) 을 포함하는 Pluronic® 블록 알킬렌 옥사이드 코폴리머; TWEEN® 20 (Signa Aldrich Cat.# P1379) 또는 TWEEN® 60 (Sigma Aldrich P1629) 과 같은 지방 에스테르 에톡실레이트화된 소르비탄; 2, 4, 7, 9, 테트라메틸-5-데신-4,7,-디올 에톡실레이트 (TET, Sigma Aldrich Cat # 9014-85-1); 캡스톤® FS-30 (DuPontTM, 신퀘스트 연구소 Cat.# 2108-3-38) 과 같은 에톡시화 비이온성 플루오로계면활성제일 수도 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시형태들에서, 도데실 황산 나트륨 (SDS) 이 계면활성제로서 사용될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 인산염 완충 식염수 (PBS) 가 계면활성제로서 사용될 수도 있다. 계면활성제는 약 1 %, 3 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 약 25 % v/v 또는 그 사이의 임의의 값의 범위에서 수성 액적에 첨가될 수도 있다.
시스템들. 수성 매질과 호환 가능한 및/또는 가용성인 미세-객체들, 생물학적 산물들, 및/또는 시약들을 이송하기 위한 시스템이 본 발명에 의해 제공된다. 시스템은, 예를 들어 본원에 개시된 미세유체 디바이스들 (예를 들어, 베이스 및 미세유체 회로 구조를 포함하는 인클로저를 갖는 미세유체 디바이스, 여기서 베이스는 베이스의 상부 표면의 적어도 일부에 공유 결합으로 본딩된 소수성 모노층을 포함함) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 시스템들은 유체 매질 및 수성 액적을 포함하고, 여기서 유체 매질 및 수성 액적은 비혼합성 유체들이다. 유체 매질은 본원에 설명된 비혼합성 매질 중 어느 하나일 수 있고, 수성 액적은 본원에 설명된 생물학적 재료들 및/또는 화학적 시약들 (예를 들어, 단백질들, 핵산들, 세정제들, 계면활성제들 등) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
키트들. 본 발명은 또한, 수성 매질과 호환 가능하고/하거나 수성 매질에서 수용성인 미세-객체들, 생물학적 산물들, 및/또는 시약들을 이송하기에 적합한 키트들을 제공한다. 키트들은 본원에 설명된 미세유체 디바이스들 (예를 들어, 베이스 및 미세유체 회로 구조를 포함하는 인클로저를 갖는 미세유체 디바이스들, 여기서 베이스는 베이스의 상부 표면의 적어도 일부에 공유 결합으로 본딩된 소수성 모노층을 포함함) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 키트들은 수성 매질과 비혼합성인 유체 매질, 뿐만 아니라 다른 유용한 시약들 (예를 들어, 계면활성제들 등) 을 더 포함할 수 있다.
미세유체 디바이스들을 제조하는 방법들. 장치 (400) 와 같은 본 발명의 미세유체 디바이스는 (i) AC 전압원 (미도시) 에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 커버 (110) 의 내측 표면 (428) 에 공간 엘리먼트 (108) 을 본딩하고, (ii) AC 전압원 (미도시) 에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극 (418) 을 갖는 기판 (104) 의 유전체 표면 (414) 에 공간 엘리먼트 (108)(및 연관된 커버 (110)) 를 본딩하여, 이에 의해 공간 엘리먼트 (108) 가 커버 (110) 의 내측 표면 (428) 과 기판 (104) 의 유전체 표면 (414) 사이에 샌드위치되고, 커버 (110) 및 기판 (104) 은 서로에게 실질적으로 평행하게 배향되며, 기판 (108), 공간 엘리먼트 (108), 및 커버 (110) 는 액체를 보유하도록 구성된 인클로저 (435) 를 집단적으로 정의하고, (iii) 기상 증착에 의해, 기판 (104) 의 내측 유전체 층 (414) 의 적어도 일부 상에 외측 소수성 층 (412) 및 커버 (110) 의 내측 표면 (428) 의 적어도 일부 상에 외측 소수성 층 (412) 을 형성함으로써 제조될 수 있다.
양 친매성 분자들의 증기 증착을 통해, 소수성 층들 (422 및 412) 은 양 친매성 분자들이 커버 (110)의 내측 표면 (428) 및 기판 (104) 의 내측 유전체 표면 (414) 의 분자들에 각각 공유 결합으로 본딩되는 조밀하게 패킹된 모노층들을 달성할 수 있다. 본원에 설명된 자기-연관 분자들 및 그 등가물들은 미세유체 장치의 내측 표면들 상에 기상 증착될 수 있다. 바람직한 패킹 밀도를 달성하기 위해, 예를 들어 알킬-말단 실록산을 포함하는 자기-연관 분자들은 적어도 15 시간 (예를 들어, 적어도 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 그 이상의 시간들) 의 주기 동안, 적어도 110 ℃ (예를 들어, 적어도 120, 130, 140, 150, 160, 등) 의 온도에서 기상 증착될 수 있다. 이러한 기상 증착은 통상적으로, 진공 하에서 그리고 황산 마그네슘 7수화물 (즉, MgSO4·7H20) 와 같은 수원의 존재에서 수행된다. 통상적으로, 기상 증착의 온도 및 지속기간을 증가시키는 것은 소수성 층들 (422 및 412) 의 개선된 특징을 생성한다. 기상 증착 프로세스는 선택적으로, 예를 들어 (공간 엘리먼트들 (108) 을 갖는) 커버 (110) 및 기판 (104) 을 미리-세정함으로써 개선될 수 있다. 예를 들어, 이러한 사전-세정은 아세톤 조, 에탄올 조, 또는 이들의 조합과 같은 용액 조를 포함할 수 있다. 용액 조는 초음파처리를 포함할 수 있다. 대안으로, 또는 추가하여, 이러한 사전-세정은 산소 플라즈마 세정기에서 기판 (104) 및 (공간 엘리먼트들 (108) 을 갖는) 커버 (110) 를 처리하는 것을 포함할 수 있다. 산소 플라즈마 세정기는, 예를 들어 진공 컨디션들 하에서, 60 초 동안 100W 에서 동작될 수 있다.
도 6 은 미세유체 채널들 (612, 614) 및 복수의 챔버들 (616) 을 갖는 인클로저, 및 유체 액적들 (620) 을 인클로저에 제공하기 위한 액적 생성기 (606) 를 포함하는 예시의 미세유체 장치 (600) 예시한다. 미세유체 채널 (614) 은 제 1 유체 매질 (624) 을 보유하도록 구성된다. 통상적으로, 제 1 유체 매질은 소수성 유체, 예컨대 오일 (예를 들어, 실리콘 오일 또는 플루오르화 오일) 이다. 미세유체 채널 (614) 은, 인터페이스 (608) 를 통해 액적 생성기 (606) 에 접속되어 채널 (614) 이 액적 생성기 (606) 에 의해 생성된 액적들 (620) 을 수신하는 것을 허용한다. 수신된 액적들 (620) 은 제 1 유체 매질 (624) 에서 비혼합성인 액체를 포함한다. 통상적으로, 수신된 액적들은, 세포들, 또는 비드들과 같은 미세-객체들, 또는 수성 매질에서 수용성인 시약들을 함유할 수도 있는 수성 매질을 포함할 것이다. 미세유체 채널 (614) 은 또한, 복수의 챔버들 (616) 각각에 접속되어, 수신된 액적들 (620)(뿐만 아니라 제 1 유체 매질 (624) 에서 비혼합성인 유체의 저장소로부터 인출된 액적들 (632)) 의 챔버들 (616) 로의 그리고 그 사이에서의 이동을 용이하게 한다.
장치 (600) 의 미세유체 채널 (612) 은 챔버들 (616) 의 서브세트에 접속되고, 따라서 이러한 챔버들 (616) 을 통해 미세유체 채널 (614) 에 간접적으로 접속된다. 예시된 바와 같이, 미세유체 채널 (612) 및 여기에 접속된 챔버들 (616) 은 제 1 유체 매질 (624) 에서 비혼합성인 유체 매질 (622) 을 함유한다. 따라서, 예를 들어 유체 매질 (622) 은 세포 배양 배지와 같은 수성 매질일 수 있다. 유체 매질 (622) 이 세포 배양 배지인 경우, 배양 배지를 함유하는 챔버들 (616) 은 세포들을 성장시키기 위한 배양 챔버들로서 사용될 수 있고, 미세유체 채널 (612) 은 신선한 배양 배지의 흐름을 제공하는 관류 채널일 수 있다. 본원에 논의된 바와 같이, 관류 채널에서 신선한 배양 배지의 흐름은, 관류 채널과 배양 챔버 사이에서 분자들의 확산을 통해, 챔버에 영양분들을 제공하고 챔버로부터 노폐물을 제거할 수 있고, 따라서 계속된 세포 성장을 용이하게 한다.
도 7 은 미세유체 채널들 (612, 614), 제 1 복수의 챔버들 (716), 및 제 2 복수의 챔버들 (616) 을 갖는 인클로저, 및 유체 액적들 (620) 을 인클로저에 제공하기 위한 액적 생성기 (606) 를 포함하는 미세유체 장치 (700) 의 다른 예를 예시한다. 도 7 은 도 6 에 도시된 미세유체 장치 (600) 에 대한 변형을 제시하고, 여기서 챔버들 (616) 은 (미세유체 채널 (614) 에 위치된) 제 1 유체 매질 (624) 에서 비혼합성이고 대응하는 챔버들 (716) 로부터 미세유체 채널 (614) 을 직접 가로질러 위치되는 매질 (622) 을 함유한다. 이 구성은 선택 챔버 (616) 로부터 대응하는 챔버 (716) 로 (선택적으로 미세-객체들 (630) 또는 생물학적 재료를 함유하는) 유체 액적들 (632) 의 이동을 용이하게 하고, 여기서 유체 액적들 (및 임의의 미세-객체들 (630) 또는 생물학적 재료) 이 처리될 수 있다.
미세유체 장치의 다른 예는 미세유체 채널들 (612, 614), 제 1 복수의 챔버들 (716), 및 제 2 복수의 챔버들 (616) 을 갖는 인클로저, 및 유체 액적들 (620) 을 인클로저에 제공하기 위한 액적 생성기 (606) 를 포함한다. 이 실시형태는 도 7 에 도시된 미세유체 장치 (700) 에 대한 변형을 제시하고, 여기서 챔버들 (616) 은, 챔버들 (616) 의 테이퍼링된 단부들이 테이퍼링되지 않은 단부들에 비해 (적용 가능한 중력장에서) 더 낮은 포텐셜 에너지를 갖도록 미세유체 장치가 틸팅되는 경우 제 1 유체 매질 (624) 및 제 2 유체 매질 (622) 의 인터페이스로의 미세-입자들의 이동을 용이하게 하도록 일 단부에서 테이퍼링된다.
미세유체 채널들 (612, 614) 및 챔버들 (616, 716) 에 의해 형성된 미세유체 회로들은 단지 예들이고, 채널들 및 챔버들의 많은 다른 구성들이 본 발명에 의해 포함된다. 예를 들어, 장치들 (600 및 700) 각각에서, 미세유체 채널 (612) 및 채널 (612) 에 직접적으로 접속된 챔버들 (616) 은 선택적 특성들이다. 따라서, 장치들 (600 및 700) 은 관류 채널들 및 배양 챔버들이 부족할 수 있다.
미세유체 채널 (612) 이 존재하는 실시형태들에서, (예를 들어, 채널 및/또는 챔버들의 베이스를 형성함으로써) 채널 (612) 및 직접적으로 접속된 챔버들 (616) 을 정의하도록 돕는 기판은 전기습윤 구성을 가질 수 있다. 그러나, 대안으로, 채널 (612) 및/또는 직접적으로 접속된 챔버들 (616) 을 정의하도록 돕는 기판은 전기습윤 구성이 부족할 수 있다 (예를 들어, 대신에 DEP 구성을 가질 수 있고, 또는 전기습윤도 DEP 구성도 갖지 않을 수 있다). 미세유체 채널 (612) 이 존재하고, 채널 (612) 및/또는 직접적으로 접속된 챔버들 (616) 을 정의하도록 돕는 기판이 전기습윤 구성을 갖는 실시형태들에서, 기판의 외측 소수성 표면은 채널 (614) 을 정의하도록 돕는 기판의 외측 소수성 표면보다 더 친수성이도록 패터닝될 수 있다. 증가된 친수성은, 예를 들어 위에서 논의된 바와 같이 달성될 수 있다.
액적 생성기 (606) 및 그것이 액적들을 제공하는 임의의 미세유체 회로는, 본원에 설명되고 도면들에 예시된 미세유체 디바이스들 중 어느 하나와 유사할 수 있는, 미세유체 디바이스의 부분 (통합부이거나 여기에 접속됨) 일 수 있다. 하나의 액적 생성기 (606) 가 도 6 및 도 7 에 도시되지만, 하나 보다 많은 이러한 액적 생성기 (606) 가 장치들 (600 및 700) 의 미세유체 회로에 액적들을 제공할 수 있다. 액적 생성기 (606) 그 자체는 전기습윤 구성을 포함할 수 있고, 따라서 (예를 들어, 미국 특허 출원 제 6,958,132 호에 예시된 바와 같은) a-Si:H, (예를 들어, 미국 특허출원 공개 제 2014/0124370 호에 예시된 바와 같은) 광-작동 회로 기판, (예를 들어, 미국 특허 제 7,956,339 호에 예시된 바와 같은) 포토트랜지스터-기반 기판, 또는 (예를 들어, 미국 특허 제 8,685,344 호에 예시된 바와 같은) 전기적으로-작동된 회로 기판을 포함할 수 있는, 광반응성 층을 갖는 기판을 포함할 수 있다. 대안으로, 액적 생성기는 (예를 들어, 미국 특허들 및 특허출원 공개 제 7,708,949, 7,041,481 (RE41,780 로서 재발행됨), 2008/0014589, 2008/0003142, 2010/0137163, 및 2010/0172803 에 예시된 바와 같은) T- 또는 Y-형상의 유체역학적 구조를 가질 수 있다. 상기의 미국 특허 문헌들 모두는 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
도시된 바와 같이, 액적 생성기 (606) 는 하나 이상의 유체 입력들 (602 및 604)(2 개가 도시되지만, 더 적은 또는 더 많을 수 있음) 및 미세유체 채널 (614) 에 접속될 수 있는 유체 출력 (208) 을 포함할 수 있다. 액체 매질 (622, 624), 생물학적 미세-객체들 (630), 시약들, 및/또는 생물학적 매질이 입력들 (602 및 604) 을 통해 액적 생성기 (606) 안으로 로딩될 수 있다. 액적 생성기 (606) 는 (하나 이상의 생물학적 미세-객체들 (630) 을 함유할 수 있지만 반드시 필요하지는 않은) 액체 매질 (622), 시약들, 또는 다른 생물학적 매질의 액적들 (620) 을 생성하고 채널 (614) 안으로 출력할 수 있다. 채널 (614) 이 전기습윤 구성을 가지면, 액적들 (620) 은 전기습윤 (또는 광전기습윤) 을 이용하여 채널 (614) 에서 이동될 수 있다. 대안으로, 액적들 (620) 은 다른 수단에 의해 채널 (614) 에서 이동될 수 있다. 예를 들어, 액적들 (620) 은 유체 흐름, 중력 등을 사용하여 채널 (614) 에서 이동될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 미세유체 채널 (614) 및 선택 챔버들 (616/716) 은 제 1 유체 매질 (624) 로 채워질 수 있고, 미세유체 채널 (612) 및 여기에 직접 접속된 챔버들 (616) 은 제 2 유체 매질 (622) 로 채워질 수 있다. 제 2 유체 매질 (622)(이하에서, "수성 매질") 은 생물학적 미세-객체들 (630) 을 유지, 배양 등을 하기 위한 샘플 매질과 같은 수성 매질일 수 있다. 제 1 유체 매질 (624)(이하에서, "비혼합성 매질") 은, 수성 매질 (622) 이 비혼합성인 매질일 수 있다. 수성 매질 (622) 및 비혼합성 매질 (624) 의 예들은 다양한 매질에 대해 위에서 논의된 예들 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
액적 생성기 (606) 는 생물학적 미세-객체들을 로딩하고/하거나 미세유체 장치 상에서 생화학적 및/또는 분자 생물학적 워크플로우들의 실행을 용이하게 하도록 이용될 수 있다. 도 6 및 도 7 은 비-제한의 예들을 예시한다. 액적 생성기를 사용함으로써, 장치는 유체 회로 전체에 걸쳐 전기습윤 구성을 가질 수 있다.
도 6 및 도 7 은, 액적 생성기 (606) 가 시약 (또는 다른 생물학적 재료) 을 포함하는 액적 (620) 을 생성하는 예를 예시한다. 시약-함유 액적 (620) 은 미세유체 채널 (614) 을 통해 그리고, 비혼합성 매질 (624) 을 함유하는 챔버들 (616/716) 중 하나 안으로 이동될 수 있다. 시약-함유 액적 (620) 을 챔버들 (616/716) 중 하나 안으로 이동시키기 전에 또는 후에, 하나 이상의 액적들 (632) 에서의 하나 이상의 미세-객체들 (630) 은 동일한 챔버들 (616/716) 안으로 이동될 수 있다. 시약-함유 액적 (620) 은 그 후, 미세-객체 (630) 를 함유하는 액적 (632) 과 병합될 수 있어, 액적 (620) 의 시약들이 액적 (632) 의 함량들과 혼합 및 화학적으로 반응하는 것을 허용한다. 하나 이상의 미세-객체-함유 액적들 (632) 은, 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이, 액적 생성기 (606)(미도시) 에 의해 공급될 수 있고, 또는 보유 펜 (616) 으로부터 획득될 수 있다. 미세-객체 (630) 는, 프로세싱 챔버 (616/716) 로 이동되기 전에 (예를 들어, 챔버 (616) 에서) 선택적으로 배양되어 있던, 세포와 같은 생물학적 미세-객체일 수 있다. 대안으로, 미세-객체 (630) 는, 샘플 (예를 들어, 샘플 재료 (622) 가 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하기 위해 사용된 후에 샘플 재료 (622) 에 존재하는 세포 분비물들) 내의 관심 분자들에 바인딩할 수 있는 친화성 비드와 같은 비드일 수 있다. 또 다른 대안에서, 하나 이상의 액적들 (632) 은 미세-객체들을 함유하지 않고, 예를 들어 샘플 재료 (622) 가 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하기 위해 사용된 후에 셀 분비물들을 함유하는, 샘플 재료 (622) 와 같은 단지 수성 매질을 함유할 수 있다.
도 8 은 장치들 (600 및 700) 중 어느 하나와 같은 미세유체 회로를 포함하는 미세유체 디바이스에서 수행될 수 있는 프로세스 (800) 의 일 예를 예시한다.
프로세스 (800) 의 단계 802 에서, 생물학적 미세-객체는 샘플 매질 (예를 들어, 세포 배양 배지) 로 채워진 보유 펜에서 배양될 수 있다. 예를 들어, 도 6 또는 도 7 의 미세-객체 (630) 는 생물학적일 수 있고, 그 챔버 (616) 에서 배양될 수 있다. 배양은 일반적으로 위에서 논의된 바와 같을 수 있다. 예를 들어, 배양은 채널 (612) 을 배양 배지 (622) 로 관류시키는 것을 포함할 수 있다. 단계 802 는 지정된 기간 동안 수행될 수 있다.
단계 804 에서, 배양된 생물학적 미세-객체는, 그것이 배양되었던 샘플-매질-충진 챔버 (616) 로부터, 샘플 매질이 비혼합성인 매질로 채워진 챔버 (616/716) 로 이동될 수 있다. 예를 들어, 배양된 미세-객체 (630) 는, 위에서 논의된 바와 같은 도 6 및 도 7 에 예시된 바와 같이, 보유 펜들 (616) 중 하나로부터 보유 펜들 (616/716) 중 하나로 샘플 매질 (622) 의 액적 (620 또는 632) 에서 이동될 수 있다.
단계 806 에서, 배양된 생물학적 미세-객체는 비혼합성-매질-충진 보유 펜에서 하나 이상의 처리들 또는 프로세스들의 대상이 될 수 있다. 예를 들어, 도 6 및 도 7 에서 도시되고 위에서 논의된 바와 같이, 하나 이상의 시약들을 함유하는 하나 이상의 액적들 (620) 은 액적 생성기 (606) 에 의해 생성되고 비혼합성-매질-충진 챔버 (612/716) 안으로 이동되고 배양된 생물학적 미세-객체 (630) 를 함유하는 액적 (632) 과 병합될 수 있다. 예를 들어, 제 1 시약-함유 액적 (620) 은 용해제를 함유할 수 있다. 용해제를 함유하는 제 1 시약-함유 액적 (620) 과 배양된 생물학적 미세-객체 (630) 를 함유하는 액적 (632) 의 통합은 배양된 생물학적 미세-객체 (630) 의 용해를 초래할 것이다. 다시 말해, 배양된 생물학적 미세-객체 (630) 로부터 세포 용해물을 함유하는 조합된 액적 (미도시) 이 형성될 것이다. 추가의 (예를 들어, 제 2, 제 3, 제 4 등) 시약-함유 액적들 (620) 은 그 후, 세포 용해물을 원하는 바와 같이 추가로 프로세싱하도록, 새로운 액적을 함유하는 세포 용해물과 병합될 수 있다.
또한 또는 다른 예로서, 배양된 생물학적 미세-객체 (630) 에서 생성된 분비물 또는 관심 있는 다른 재료 또는 재료들 (예를 들어, DNA 또는 RNA 와 같은 핵산들, 단백질들, 대사물질들, 또는 다른 생물학적 분자들) 에 대한 친화성을 갖는 하나 이상의 라벨링된 포획 미세-객체들 (미도시) 을 함유하는 하나 이상의 액적들은, 유사한 방식으로 액적 생성기 (606) 에 의해 생성되고 비혼합성-매질-충진 펜 (616 또는 716) 으로 이동되고 배양된 생물학적 미세-객체 (630) 를 함유하는 샘플 매질 (622) 의 액적과 병합될 수 있다. 배양된 생물학적 미세-객체 (630) 가 이미 용해된 경우들에서, 포획 미세-객체-함유 액적 (620) 은 (예를 들어, DNA, RNA, 마이크로RNA 등과 같은 핵산들에 대한 친화성을 갖는) 하나 이상의 친화성 비드들을 함유할 수 있고, 이것은 보유 펜 (616 또는 716) 에서 세포 용해물-함유 액 적과 병합할 때, 용해물에 존재하는 표적 (target) 분자들에 바인딩할 수 있다.
단계 808 에서, 처리된 생물학적 미세-객체는 선택적으로 프로세싱될 수 있다. 예를 들어, 단계 806 에서, 포획 객체 (미도시) 가 배양된 생물학적 미세-객체 (630) 를 갖는 비혼합성-매질-충진 챔버 (616/716) 안으로 이동되면, 챔버 (616/716) 는 라벨링된 포획 미세-객체에 바인딩된 관심 있는 재료의 양을 나타내는 반응 (예를 들어, 형광성 신호) 에 대해 단계 808 에서 모니터링될 수 있다. 대안으로, 이러한 포획 미세-객체 (미도시) 는 챔버 (616/716) 로부터 (예를 들어, 액적 (622) 에서) 제거되고 후속의 분석을 위해 (도 6 및 도 7 에 미도시된) 미세유체 디바이스로부터 배출될 수 있다. 또 다른 예로서, 처리된 생물학적 미세-객체 (630) 는 챔버 (616/716) 로부터 (예를 들어, 액적 (632) 에서) 제거되고, 후속의 분석을 위해 미세유체 디바이스 (미도시) 로부터 배출될 수 있다.
도 9 는 전기습윤 구성 및 유전이동 (DEP) 구성 양자 모두를 포함하는 미세유체 디바이스에 대한 기판을 형성하는 방법을 요약한다. 예를 들어, 도 9 에 도시된 방법은 도 5 의 미세유체 디바이스에 도시된 유형의 모놀리식 기판을 형성하도록 이용될 수 있다. 도 10 내지 도 18 은 도 9 의 방법에서 다양한 단계들이 수행된 후에 형성된 중간 기판들의 단면 뷰들을 도시한다. 포토트랜지스터들의 어레이를 포함하는 DEP 구성을 갖는 기판은 도 10 내지 도 18 에서 시작 포인트이다. 물론, 당업자는, 시작 기판이 포토트랜지스터들의 어레이를 갖는 DEP 구성된 기판에 제한되지 않고, 차라리 기판들의 다른 유형들, 예컨대 비정질 실리콘의 층 또는 전기적으로 작동되는 전극들의 어레이를 포함하는 기판에 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 도 9 의 방법에서 단계들은 개별적으로 및/또는 다른 조합들로 사용되어, 본원에 설명되어 있는 다른 미세유체 디바이스들을 포함하는, 전도성 기판을 갖는 미세유체 디바이스들의 다른 유형들을 생성할 수 있다.
도 9 의 방법에서 단계 902 는 추가의 프로세싱을 위해 초기 기판을 준비하는 것을 포함한다. 도 10 에서 수직 단면에 도시된 바와 같이, 초기 기판 (1000) 은 포토트랜지스터들의 어레이 (1020) 가 형성되어 있는 도전성 실리콘 (1010) 의 고 도핑 층을 포함한다. 기판 (1000) 을 준비하는 단계는 열 어닐링 프로세스를 포함할 수 있다. 단계 902 의 프로세스는 기판 (1000) 상에 후속적으로 증착된 재료들의 적절한 본딩을 보장하도록 기판 (1000) 의 표면을 준비할 수 있다.
도 9 의 방법에서 단계 904 는 초기 기판의 상부면 상에 선택적으로 내-에칭성 재료의 증착을 포함한다. 도 11 에서 수직 단면으로 도시된 바와 같이, 조건부 내-에칭성 재료 (1130) 의 층은 그것이 어레이에서의 포토트랜지스터들 (1020) 의 표면들을 커버하도록 기판 (1000) 의 상부면 상에 증착된다. 일부 실시형태들에서, 조건부 내-에칭성 재료 (1130) 는 질화물일 수 있다.
도 9 의 방법에서 단계 906 은 단계 904 동안 기판 상에 증착되었던 조건부 내-에칭성 재료 위에 제 1 패턴을 적용하는 것을 포함한다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 패턴은 조건부 내-에칭성 재료 (1130) 가 선택 영역들 (예를 들어, 기판 (1000) 의 좌측 사이드 상의 포토레지스터 어레이의 표면) 에서 기판 (1000) 으로부터 제거되는 것을 허용한다. 단계 904 동안 기판 (1000) 상에 증착되었던 조건부 내-에칭성 재료 (1130) 에 패턴을 적용하는 것은, 반도체 공정 산업에서 잘 알려져 있는 바와 같은, 리소그래피 공정에 의해 달성될 수 있다. 이러한 리소그래피 공정들은, 예를 들어, E-빔, X-레이, UV, 및 딥 UV 를 포함한다. 통상적으로, 패턴을 정의하기 위해 폴리머가 사용된다.
도 9 의 방법의 단계 908 에서 설명된 바와 같이, 단계 906 에서 증착된 패턴 (예를 들어, 폴리머) 은 후속적으로, 패턴 위에 광-반응성 층을 증착하고 그 후 광-반응성 층의 일부들을 광 (예를 들어, 광-반응성 층의 재료에 대해 적합한 파장 및 세기를 갖는 광) 에 선택적으로 노광시킴으로써 처리된다.
도 9 의 방법에서 단계 910 은 광-반응성 층 (및 광-반응성 층의 에칭 가능한 일부들 아래에 위치된 조건부 내-에칭성 재료) 을 제 1 미리결정된 포지션까지 아래로 에칭하는 것을 포함한다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 제 1 미리결정된 포지션은, 예를 들어 기판의 표면 (예를 들어, 포토트랜지스터들 (1020) 의 표면) 일 수 있다.
도 9 의 방법에서 단계들의 선택적인 후속의 세트 (미도시) 는 일단 기판이 조건부 내-에칭성 층에 대하여 패터닝되었으면 전도성 재료의 층의 증착, 패터닝 및 에칭이다. 도 13 에 도시된 바와 같이, 전도성 재료 (1330) 는 단계들 (908 및 910) 동안 제거되지 않았던 조건부 내-에칭성 층 (1130) 의 일부 및 기판 표면 (예를 들어, 기판 (1000) 의 좌측 사이드 상의 포토트랜지스터들 (1020) 의 표면) 양자 모두 위에 증착될 수 있다. 전도성 재료 (1330) 는, 예를 들어 전도성 실리콘, 예컨대 비정질 실리콘 또는 고-도핑된 실리콘일 수 있다. 도 14 에 도시된 바와 같이, 전도성 재료 (1330) 의 패터닝 및 에칭은 그 후, 그 위에 (예를 들어, 기판 (1000) 의 좌측 사이드 상의 포토트랜지스터들 (1020) 의 표면들 상에) 직접 증착된 전도성 재료 (1330) 의 층을 갖는 기판 (1000) 의 제 1 일부, 및 그 위에 (예를 들어, 기판 (1000) 의 우측 사이드 상의 포토트랜지스터들 (1020) 의 표면들 상에) 직접 증착된 조건부 내-에칭성 재료의 층 (1130) 을 갖는 기판 (1000) 의 제 2 일부를 초래할 수 있다.
도 9 의 단계에서 단계 912 는 기판 위에 적어도 하나의 유전체 층 (또는 기판 상에 이미 증착되고 아직 에칭되지 않은 임의의 재료들) 을 증착하는 것을 포함한다. (예를 들어, 도 1b 의 디바이스와 연관되어) 본원의 다른 곳에서 논의된 바와 같이, 유전체 층들의 스택의 개별의 층들 (예를 들어, 유전체 재료의 제 1 층, 유전체 재료의 제 2 층, 유전체 재료의 제 3 층 등) 은 기판 상에 순차적으로 증착될 수 있다. 예를 들어, 도 15 에 도시된 바와 같이, 유전체 재료의 2 개의 층들로 이루어진 유전체 스택 (1530) 은 기판 (1000) 위에 증착될 수 있다. 본원의 다른 섹션들과의 일관성을 위해, 유전체 스택 (1530) 의 제 1 층은 기판 (1000) 상에 증착된 제 1 층일 필요는 없다. 차라리, 용어들 제 1 및 제 2 는 표면에서부터 시작하고 기판 내측으로 이동하는 유전체 재료의 층들의 순서에 대하여 또는 임의적으로 사용될 수 있다. 따라서, 도 15 의 맥락에서, 기판 (1000) 상에 증착된 유전체 재료의 제 1 층은 유전체 재료의 "제 2 층" 일 수 있고, 기판 (1000) 상에 증착된 유전체 재료의 제 2 층은 유전체 재료의 "제 1 층" 일 수 있다.
도 9 의 방법에서 단계 914 는 적어도 하나의 유전체 층의 상부 상에 제 2 패턴을 적용하고 적어도 하나의 유전체 층을 제 2 미리결정된 로케이션까지 에칭하는 것을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 제 2 미리결정된 로케이션은 조건부 내-에칭성 재료 (1130) 의 층의 표면일 수 있다. 따라서, 도 16 에 도시된 바와 같이, 유전체 스택 (1530) 의 층들은 기판 (1000) 의 선택된 부분으로부터 조건부 내 에칭성 재료 (1130) 의 표면까지 아래로 에칭될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 조건부 내-에칭성 재료 (1130) 는 질화물일 수 있다. 따라서, 단계 914 에서 사용된 에칭 재료는 유전체 재료들을 에칭하기에 적합할 수 있지만 질화물이 아닐 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 선택적 단계들이 추가로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 제 3 패턴이 증착될 수 있고, 조건부 내-에칭성 층의 박리가 수행될 수 있다 (이것은 선택적으로, 실리콘 기판 안으로 최대 10 um 에칭을 초래할 수 있다). 도 17 에 도시된 바와 같이, 조건부 내-에칭성 층 (1130) 은 기판 (1000) 의 우측 사이드로부터 에칭되어, 우측 사이드 상의 포토트랜지스터들 (1020) 의 표면이 일단 다시 노출되는 것을 초래한다. 또한, 도 18 에 도시된 바와 같이, 단계들은 기판 (1000) 의 하부의 산화물 박리 및 도전성 금속 (1830)(예를 들어, 은 또는 금) 의 층을 기판에 추가하기 위한 백사이드 금속화를 수행하도록 취해질 수 있다. 도 18 에 도시된 결과의 기판은 DEP 힘들을 생성하도록 구성되는 (예를 들어, 우측 사이드 상의) 제 1 섹션 및 전기습윤 힘들을 생성하도록 구성되는 (예를 들어, 좌측 사이드 상의) 제 2 섹션을 가질 수 있다. 제 1 섹션과 제 2 섹션 간의 접합 (junction) 에서, 기판은 적어도 DEP 및 전기습윤 힘들을 생성하는 것에 대하여 전기적으로 비활성적일 수 있다. 비활성 영역의 두께는 마스킹 및 에칭 단계들의 정확도에 의존할 것이고, 예를 들어 2 mm 미만의 두께 (예를 들어, 1.5 mm 미만, 1.0 mm 미만, 0.5 mm 미만, 또는 그 미만) 일 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태들 및 애플리케이션들이 이 상세한 설명에서 설명되어 있으나, 이들 실시형태들 및 애플리케이션들은 단지 예시적이며, 많은 변형들이 가능하다. 예를 들어, 도 8 의 방법들은 (예를 들어, 샘플 재료 (682) 가 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하는데 사용된 후에) 샘플 재료 함유 세포 분비물들에 대하여 수행될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 단계 802 는 동일한 채로 있을 것이지만, 단계 804 는 미세-객체들이 아니라 세포 분비물들을 함유하는 샘플 재료 (622) 와 같은 단지 수성 매질을 포함할 수 있는 액적들 (632) 을 비혼합성-매질-함유 챔버들 (616/716) 안으로 이동시키는 것을 수반할 것이고, 단계들 (806 및 808) 은 이러한 수성 매질-함유 액적들 (632) 에 대하여 수행될 것이다. 또한, 본원에 논의된 전기습윤 구성들은 당해 분야에 알려진 전자 습윤 구성의 임의의 유형일 수 있고, 이것의 예들은 (OEW 구성들에 대한) 미국특허 제 6,958,132 호 및 (단일-사이드 OEW 구성들에 대한) 미국 특허출원 공개 제 US2016/0158748 호에 개시된다. 전기습윤 구성들의 다른 예들은 전자적으로 제어될 수 있는 유전체 상의 전기습윤 (EWOD) 디바이스들을 포함하고, 이것의 예는 미국 특허 제 8,685,344 호에 개시된다. 유사하게, 본원에 논의된 유전이동 구성들은 당해 분야에 알려진 유전이동 구성의 임의의 유형일 수 있고, 이것의 예들은 미국 특허 제 RE 44,711 (Wu 등), 7,956,339 (Ohta 등), 6,294,063 (Becker 등), 6,942,776 (Medoro), 및 9,403,172 (Wu 등) 호에서 개시된다. 상기의 미국 특허 문헌들의 모두는 참조로서 그 전체가 본원에 포함된다.
실시예들
시스템 및 미세유체 디바이스: 미세유체 디바이스 및 그것을 동작시키기 위한 기구는 Berkeley Lights, Inc. 에 의해 제조되었다. 시스템은 적어도 흐름 제어기, 온도 제어기, 유체 매질 컨디셔닝 및 펌프 컴포넌트, 광 활성화된 DEP 또는 EW 구성들에 대한 광원, 장착 스테이지, 및 카메라를 포함하였다. 미세유체 디바이스는 이하에서 설명된 바와 같은 표면을 갖는 EW 구성을 포함하였다.
실시예 1. 개질된 내부 표면들을 갖는 전기습윤 미세유체 디바이스의 준비. 감광성 실리콘의 반도체 층을 갖는 전극 활성화 기판 및 알루미나의 상부 표면을 갖는 유전체 층을 포함한 베이스, ITO 전극을 갖는 유리 지지부를 갖는 커버, 및 베이스 및 커버를 분리하는 광패터닝된 실리콘의 미세유체 회로 재료를 갖는 미세유체 디바이스 (Berkeley Lights, Inc.) 는 100W 전력, 240 mTorr 압력 및 440 sccm 산소 유동 속도를 사용하여, 1 분 동안 산소 플라즈마 세정기 (Nordson Asymtek) 에서 처리되었다. 플라즈마 처리된 미세유체 디바이스는 진공 반응기의 바닥에 있는 별개의 호일 보트에서, 물 반응물 소스로서, 황산 마그네슘 헵타하이드레이트 (0.5g, 아크로스) 의 존재 하에 진공 반응기의 바닥에 있는 호일 보트에서 트리메톡시 (3, 3, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 9, 9, 10, 10, 11, 11, 12, 12, 13, 13, 14, 14, 15, 15, 16, 16, 16)-노나이코사플루오로헥사데실)실란 (0.3g, 2016 년 10 월 19 일자로 출원된 미국 가출원 제 62/410238 호에 설명된 바와 같은 합성의 세부사항) 으로 진공 반응기에서 처리되었다. 챔버는 그 후, 진공 펌프를 사용하여 750 mTorr 로 펌핑되어 실링되었다. 진공 반응기는 24-48 시간 동안 180 ℃ 로 가열된 오븐 내에 배치되었다. 상온으로 냉각시키고 진공 챔버로 아르곤을 도입한 후에, 모든 내부 표면들 상에 디메톡시 (3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 9, 9, 10, 10, 11, 11, 12, 12, 13, 13, 14, 14, 15, 15, 16, 16, 16- 노나코카플루오로-헥사데실)실록시 모이어티들의 외측 소수성 층을 갖는 미세유체 디바이스는 반응기로부터 제거되었다. 제거 다음에, 미세유체 디바이스는 사용하기 전에 실리콘 오일 (5 센티스토크 점성, Gelest Cat.# DMS-T05) 로 준비되었다. 도 20a 내지 도 20c 는 비혼합성 실리콘 오일 페이즈 내에서, 소수성 층 (즉, 액적 액츄에이션 표면) 위에서 이동되는 물의 액적의 연속적인 사진 이미지들이다. 액적은 미세유체 디바이스의 광학적으로 작동된 전기습윤 구성 및 액적 액츄에이션 표면을 사용하여 이동되는 우수한 능력을 보여주었다.
실시형태들의 열거
1. 전기습윤 구성을 갖는 미세유체 디바이스로서,
상기 미세유체 디바이스는,
유전체 층, 액적 액츄에이션 표면, 및 AC 전압원에 접속되도록 구성된 제 1 전극을 갖는 기판; 및
상기 AC 전압원에 접속되도록 구성된 제 2 전극을 포함하고,
상기 유전체 층은 상기 제 1 전극에 전기적으로 커플링되며,
상기 액적 액츄에이션 표면은 상기 유전체 층에 공유 결합으로 본딩된 소수성 층을 포함하는, 미세유체 디바이스.
2. 실시형태 1 에 있어서,
상기 디바이스는 단일-사이드 전기습윤 구성을 갖는, 미세유체 디바이스.
3. 실시형태 2 에 있어서,
상기 제 2 전극은 상기 기판에 의해 포함된 메쉬 전극인, 미세유체 디바이스.
4. 실시형태 1 에 있어서,
상기 디바이스는 광-전기습윤 (OEW) 구성을 갖는, 미세유체 디바이스.
5. 실시형태 1 에 있어서,
상기 디바이스는 유전체 상의 전기습윤 (EWOD) 구성을 갖는, 미세유체 디바이스.
6. 실시형태 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 소수성 층은 표면 개질 리간드 및 상기 표면에 상기 표면 개질 리간드를 연결하는 연결 기를 포함하는 모노층이고,
상기 액적 액츄에이션 표면은 화학식 II 의 구조를 갖고:
화학식 II
7. 실시형태 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서,
상기 디바이스의 상기 전기습윤 구성은 상기 디바이스의 제 1 섹션에 의해 포함되고, 상기 디바이스는 유전이동 (DEP) 구성을 갖는 제 2 섹션을 더 포함하는, 미세유체 디바이스.
8. 미세유체 디바이스로서,
전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 기판; 상기 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 커버; 및 적어도 하나의 공간 엘리먼트를 포함하고,
상기 기판 및 상기 커버는 서로 실질적으로 평행하고 액체를 보유하도록 구성된 인클로저를 정의하도록 상기 공간 엘리먼트에 의해 함께 접합되고, 상기 기판은 상기 인클로저에서 부분적으로 정의하는 액적 액츄에이션 표면을 갖고, 상기 액적 액츄에이션 표면은 내측 유전체 층 및 외측 소수성 층을 갖고,
상기 외측 소수성 층은 상기 내측 유전체 층의 표면에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 포함하여, 이에 의해 그 위에 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하며,
상기 기판의 상기 적어도 하나의 전극 및 상기 커버의 상기 적어도 하나의 전극은 상기 전압원의 반대 단자들에 접속되고, 상기 기판은 상기 기판의 액적 액츄에이팅 표면과 접촉하는 수성 액적들에 전기습윤 힘을 인가할 수 있는, 미세유체 디바이스.
9. 실시형태 8 에 있어서,
상기 소수성 모노층의 상기 자기-연관 분자들 각각은 표면 개질 리간드 및 상기 내측 유전체 층의 표면에 상기 표면 개질 리간드를 연결하는 연결 기를 포함하고, 상기 액적 액츄에이션 표면은 화학식 II 의 구조를 갖고:
화학식 II
10. 실시형태 9 에 있어서,
V 는 -Si(OZ)2W- 인, 미세유체 디바이스.
11. 실시형태 9 에 있어서,
V 는 -P(O)(OY)W- 인, 미세유체 디바이스.
12. 실시형태 9 내지 11 중 어느 하나에 있어서,
n 은 1 내지 20 의 정수이고, R 은 수소인, 미세유체 디바이스.
13. 실시형태 12 에 있어서,
m 은 1 내지 20 의 정수이고, M 은 수소인, 미세유체 디바이스.
14. 실시형태 13 에 있어서,
m 은 2 인, 미세유체 디바이스.
15. 실시형태 9 내지 11 중 어느 하나에 있어서,
n 은 1 내지 20 의 정수이고, R 은 플루오르인, 미세유체 디바이스.
16. 실시형태 15 에 있어서,
m 은 1 내지 20 의 정수이고, M 은 수소인, 미세유체 디바이스.
17. 실시형태 16 에 있어서,
m 은 2 인, 미세유체 디바이스.
18. 실시형태 9 내지 17 중 어느 하나에 있어서,
k 는 1 인, 미세유체 디바이스.
19. 실시형태 9 내지 17 중 어느 하나에 있어서,
k 는 0 인, 미세유체 디바이스.
20. 실시형태 9 내지 19 중 어느 하나에 있어서,
(n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 13 내지 19 의 정수인, 미세유체 디바이스.
21. 실시형태 8 내지 20 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 외측 소수성 층은 5 나노미터 미만의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스.
22. 실시형태 8 내지 21 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 외측 소수성 층은, 선택 영역들이 상기 외측 소수성 층의 나머지에 비해 상대적으로 친수성이도록 상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 외측 소수성 층이 패터닝되는, 미세유체 디바이스.
23. 실시형태 8 내지 22 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 내측 유전체 층은 산화물을 포함하는 유전체 재료의 제 1 층을 포함하는, 미세유체 디바이스.
24. 실시형태 8 내지 23 중 어느 하나에 있어서,
상기 산화물은 금속 산화물인, 미세유체 디바이스.
25. 실시형태 24 에 있어서,
상기 금속 산화물은 알루미늄 산화물인, 미세유체 디바이스.
26. 실시형태 23 내지 25 중 어느 하나에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 원자 층 증착에 의해 형성되는, 미세유체 디바이스.
27. 실시형태 23 내지 26 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 내측 유전체 층은 유전체 재료의 제 2 층을 더 포함하고, 상기 외측 소수성 층은 상기 유전체 재료의 제 1 층에 공유 결합으로 본딩되는, 미세유체 디바이스.
28. 실시형태 27 에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 2 층은 산화물 또는 질화물을 포함하는, 미세유체 디바이스.
29. 실시형태 28 에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 2 층은 실리콘 다이옥사이드 및 실리콘 질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 미세유체 디바이스.
30. 실시형태 27 내지 29 중 어느 하나에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 2 층은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착에 의해 형성되는, 미세유체 디바이스.
31. 실시형태 23 내지 30 중 어느 하나에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 유전체 재료들의 제 1 및 제 2 서브층들을 포함하고, 상기 제 1 서브층은 상기 소수성 층에 공유 결합으로 본딩되는, 미세유체 디바이스.
32. 실시형태 31 에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 서브층은 실리콘 산화물을 포함하는, 미세유체 디바이스.
33. 실시형태 31 에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 서브층은 ALD 에 의해 증착되는, 미세유체 디바이스.
34. 실시형태 31 내지 33 중 어느 하나에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 약 10 nm 내지 약 20 nm 의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스.
35. 실시형태 34 에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 서브층은 약 2 nm 내지 약 10 nm 의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스.
36. 실시형태 8 내지 35 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 내측 유전체 층은 적어도 약 40 나노미터의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스.
37. 실시형태 36 에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 내측 유전체 층은 약 40 나노미터 내지 약 120 나노미터의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스.
38. 실시형태 8 내지 37 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판은 상기 내측 유전체 층을 접촉하는 제 1 사이드 및 상기 적어도 하나의 전극을 접촉하는 제 2 사이드를 갖는 광반응성 층을 더 포함하는, 미세유체 디바이스.
39. 실시형태 38 에 있어서,
상기 광반응성 층은 수소화 비정질 실리콘 (a-Si:H) 을 포함하는, 미세유체 디바이스.
40. 실시형태 38 또는 39 에 있어서,
상기 광반응성 층은 적어도 900 나노미터의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스.
41. 실시형태 40 에 있어서,
상기 광반응성 층은 약 900 내지 1100 나노미터의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스.
42. 실시형태 38 에 있어서,
상기 광반응성 층은 복수의 도체들을 포함하고, 각각의 도체는 포토트랜지스터 스위치를 통해 상기 기판의 상기 적어도 하나의 전극에 제어 가능하게 접속 가능한, 미세유체 디바이스.
43. 실시형태 8 내지 42 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판은 AC 전압원에 접속되도록 구성된 단일 전극을 포함하고, 상기 단일 전극은 인듐-틴-옥사이드 (ITO) 의 층을 포함하는, 미세유체 디바이스.
44. 실시형태 8 내지 42 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판은 AC 전압원에 접속되도록 구성된 단일 전극을 포함하고, 상기 단일 전극은 전기적으로 전도성 실리콘의 층을 포함하는, 미세유체 디바이스.
45. 실시형태 8 내지 37 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판은 복수의 전극들을 포함하고, 각각의 전극은 하나 이상의 AC 전압원(들)에 접속되도록 구성되는, 미세유체 디바이스.
46. 실시형태 45 에 있어서,
상기 복수 중 각각의 전극은 트랜지스터 스위치를 통해 상기 하나 이상의 AC 전압원(들)에 접속 가능한, 미세유체 디바이스.
47. 실시형태 8 내지 46 중 어느 하나에 있어서,
상기 커버는 상기 인클로저를 부분적으로 정의하는 내향 표면 (inward-facing) 을 갖고, 상기 커버의 내향 표면은 내측 층 및 외측 소수성 층을 갖고,
상기 커버의 상기 외측 소수성 층은 상기 커버의 상기 내측 층의 표면에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 포함하여, 이에 의해 그 위에 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하는, 미세유체 디바이스.
48. 실시형태 47 에 있어서,
상기 커버의 상기 소수성 모노층의 상기 자기-연관 분자들 각각은 표면 개질 리간드 및 상기 커버의 내측 층의 표면에 상기 표면 개질 리간드를 연결하는 연결 기를 포함하고,
상기 커버의 상기 내향 표면은 화학식 II 의 구조를 갖고:
화학식 II
49. 실시형태 48 에 있어서,
상기 커버의 상기 소수성 모노층의 상기 자기-연관 분자들은 상기 기판의 액적 액츄에이팅 표면의 상기 소수성 모노층의 상기 자기-연관 분자들과 동일한, 미세유체 디바이스.
50. 실시형태 47 내지 49 중 어느 하나에 있어서,
상기 커버의 상기 내향 표면의 상기 외측 소수성 층은 5 나노미터 미만의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스.
51. 실시형태 47 내지 50 중 어느 하나에 있어서,
상기 커버의 상기 내측 층은 내측 유전체 층인, 미세유체 디바이스.
52. 실시형태 51 에 있어서,
상기 커버는 광반응성 층을 더 포함하는, 미세유체 디바이스.
53. 실시형태 51 에 있어서,
상기 커버는 복수의 전극들을 포함하고, 각각의 전극은 하나 이상의 AC 전압원(들)에 접속되도록 구성되는, 미세유체 디바이스.
54. 실시형태 8 에 있어서,
상기 적어도 하나의 공간 엘리먼트는 실리콘-기반 유기 폴리머를 포함하는, 미세유체 디바이스.
55. 실시형태 54 에 있어서,
상기 실리콘-기반 유기 폴리머는 폴리디메틸실록산 (PDMS) 및 광-패턴가능 실리콘 (PPS) 로 이루어진 군으로부터 선택되는, 미세유체 디바이스.
56. 실시형태 8 내지 53 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 공간 엘리먼트는 SU-8 을 포함하는, 미세유체 디바이스.
57. 실시형태 8 내지 56 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 공간 엘리먼트는 적어도 30 마이크론의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스.
58. 실시형태 8 내지 57 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 공간 엘리먼트는 상기 인클로저 내에 하나 이상의 마이크로채널들을 정의하는, 미세유체 디바이스.
59. 실시형태 58 에 있어서,
상기 적어도 하나의 공간 엘리먼트는 또한, 상기 인클로저 내에 복수의 챔버들을 정의하고, 각각의 챔버는 적어도 하나의 마이크로채널을 개방하는, 미세유체 디바이스.
60. 미세유체 장치를 제조하는 방법으로서,
공간 엘리먼트를, 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 커버의 내측 표면에 본딩하는 단계;
상기 공간 엘리먼트 및 커버를, 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 기판의 유전체 표면에 본딩하여, 이에 의해 상기 공간 엘리먼트는 상기 커버의 상기 내측 표면과 상기 기판의 상기 유전체 표면 사이에 샌드위치되는 단계로서, 상기 커버 및 상기 기판은 서로 실질적으로 평행하게 배향되고, 상기 기판, 공간 엘리먼트, 및 커버는 액체를 보유하도록 구성된 인클로저를 집단적으로 정의하는, 상기 공간 엘리먼트 및 커버를 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 기판의 유전체 표면에 본딩하는 단계;
기상 증착에 의해, 상기 커버의 상기 내측 표면의 적어도 일부 상에 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하는 단계로서, 상기 소수성 모노층은 상기 커버의 상기 내측 표면에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 포함하는, 상기 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하는 단계; 및
기상 증착에 의해, 상기 기판의 상기 유전체 표면의 적어도 일부 상에 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하는 단계로서, 상기 소수성 모노층은 상기 기판의 상기 유전체 표면에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 포함하는, 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하는 단계를 포함하는, 미세유체 장치를 제조하는 방법.
61. 실시형태 60 에 있어서,
상기 커버의 상기 소수성 모노층의 상기 자기-연관 분자들 및 상기 기판의 상기 소수성 모노층의 상기 자기-연관 분자들 각각은 표면 개질 리간드 및 상기 커버의 상기 내측 표면 및 상기 기판의 상기 유전체 표면에 각각 상기 표면 개질 리간드를 연결하는 연결 기를 포함하고, 상기 커버 및 상기 기판의 결과의 표면들은 화학식 II 의 구조를 갖고:
화학식 II
62. 실시형태 61 에 있어서,
V 는 -Si(OZ)2W- 인, 미세유체 장치를 제조하는 방법.
63. 실시형태 61 에 있어서,
V 는 -P(O)(OY)W- 인, 미세유체 장치를 제조하는 방법.
64. 실시형태 61 내지 63 중 어느 하나에 있어서,
n 은 1 내지 20 의 정수이고, R 은 수소인, 미세유체 장치를 제조하는 방법.
65. 실시형태 64 에 있어서,
m 은 1 내지 20 의 정수이고, M 은 수소인, 미세유체 장치를 제조하는 방법.
66. 실시형태 65 에 있어서,
m 은 2 인, 미세유체 장치를 제조하는 방법.
67. 실시형태 61 내지 63 중 어느 하나에 있어서,
n 은 1 내지 20 의 정수이고, R 은 플루오르인, 미세유체 장치를 제조하는 방법.
68. 실시형태 67 에 있어서,
m 은 1 내지 20 의 정수이고, M 은 수소인, 미세유체 장치를 제조하는 방법.
69. 실시형태 68 에 있어서,
m 은 2 인, 미세유체 장치를 제조하는 방법.
70. 실시형태 61 내지 69 중 어느 하나에 있어서,
k 는 1 인, 미세유체 장치를 제조하는 방법.
71. 실시형태 61 내지 69 중 어느 하나에 있어서,
k 는 0 인, 미세유체 장치를 제조하는 방법.
72. 실시형태 61 내지 71 중 어느 하나에 있어서,
(n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 13 내지 19 의 정수인, 미세유체 장치를 제조하는 방법.
73. 미세유체 장치로서,
유전체 스택 및 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 전도성 실리콘 기판; 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 커버; 및 적어도 하나의 공간 엘리먼트를 포함하고,
상기 전도성 실리콘 기판 및 상기 커버는 서로 실질적으로 평행하고 액체를 보유하도록 구성된 인클로저를 정의하도록 상기 공간 엘리먼트에 의해 함께 접합되고,
상기 전도성 실리콘 기판은 상기 인클로저를 부분적으로 정의하는 내향 표면을 갖고, 상기 내향 표면은 상기 유전체 스택의 최외측 표면을 포함하고, 상기 기판의 상기 적어도 하나의 전극 및 상기 커버의 상기 적어도 하나의 전극이 AC 전압원의 반대 단자들에 접속되는 경우, 상기 기판은 상기 기판의 상기 내향 표면과 접촉하는 수성 액적들에 전기습윤 힘을 인가할 수 있는, 미세유체 장치.
74. 실시형태 73 에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 비정질 실리콘을 포함하는, 미세유체 장치.
75. 실시형태 73 에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 포토트랜지스터 어레이를 포함하는, 미세유체 장치.
76. 실시형태 73 에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 전극들의 어레이를 포함하는, 미세유체 장치.
77. 실시형태 73 내지 76 중 어느 하나에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판의 상기 내향 표면은 외측 소수성 층을 더 포함하고, 상기 외측 소수성 층은 상기 내측 유전체 스택에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 포함하는, 미세유체 장치.
78. 실시형태 73 내지 77 중 어느 하나에 있어서,
상기 내측 유전체 스택은 유전체 재료의 제 1 층 및 유전체 재료의 제 2 층을 포함하는, 미세유체 장치.
79. 실시형태 78 에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 제 1 표면 및 대향 표면을 갖고, 상기 제 1 층의 상기 제 1 표면은 상기 제 2 층에 붙어있으며, 상기 제 1 층의 상기 대향 표면은 상기 유전체 스택의 상기 최외측 표면을 형성하는, 미세유체 장치.
80. 실시형태 78 또는 79 에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 금속 산화물을 포함하는, 미세유체 장치.
81. 실시형태 80 에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 알루미늄 산화물 또는 하프늄 산화물을 포함하는, 미세유체 장치.
82. 실시형태 78 내지 81 중 어느 하나에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 2 층은 산화물 또는 질화물을 포함하는, 미세유체 장치.
83. 실시형태 82 에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 2 층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하는, 미세유체 장치.
84. 실시형태 78 내지 83 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 2 층은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착 (PECVD) 기법에 의해 증착되는, 미세유체 장치.
85. 실시형태 78 내지 84 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 층은 원자층 증착 (ALD) 기법에 의해 증착되는, 미세유체 장치.
86. 실시형태 78 내지 85 중 어느 하나에 있어서,
상기 내측 유전체 스택은 제 1 표면 및 대향 표면을 갖는 제 3 층을 포함하고, 상기 제 3 층의 상기 제 1 표면은 상기 제 1 층의 상기 대향 표면에 붙어 있으며, 상기 제 3 층의 상기 대향 표면은 상기 유전체 스택의 상기 최외측 표면을 형성하는, 미세유체 장치.
87. 실시형태 86 에 있어서,
상기 제 3 층은 실리콘 산화물을 포함하는, 미세유체 장치.
88. 실시형태 86 또는 87 에 있어서,
상기 제 3 층은 원자층 증착 (ALD) 기법에 의해 증착되는, 미세유체 장치.
89. 실시형태 78 내지 85 중 어느 하나에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 약 10 nm 내지 약 50 nm 의 두께를 갖는, 미세유체 장치.
90. 실시형태 86 내지 88 중 어느 하나에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 약 5 nm 내지 약 20 nm 의 두께를 갖고 상기 유전체 재료의 제 3 층은 약 2 nm 내지 약 10 nm 의 두께를 갖는, 미세유체 장치.
91. 실시형태 78 내지 90 중 어느 하나에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 2 층은 약 30 nm 내지 약 100 nm 의 두께를 갖는, 미세유체 장치.
92. 실시형태 73 내지 91 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 유전체 스택은 적어도 약 40 나노미터의 두께를 갖는, 미세유체 장치.
93. 실시형태 92 에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 유전체 스택은 약 40 나노미터 내지 약 120 나노미터의 두께를 갖는, 미세유체 장치.
94. 실시형태 73 내지 93 중 어느 하나에 있어서,
상기 유전체 층은 약 50 kOhm 내지 약 150 kOhm 의 임피던스를 갖는, 미세유체 장치.
95. 실시형태 73 내지 94 중 어느 하나에 있어서,
상기 장치는,
제 1 주파수에서 실시형태 1 인가된 전압에 응답하여 제 1 미세유체 동작을 수행하기 위한 유전이동 모듈; 및
상기 유전이동 모듈로부터 출력을 수신하고 제 2 주파수에서 제 2 인가된 전압에 응답하여 제 2 미세유체 동작을 수행하기 위한 전기습윤 모듈을 포함하고,
상기 전기습윤 모듈은 상기 전도성 실리콘 기판의 상기 유전체 스택을 포함하는, 미세유체 장치.
96. 실시형태 95 에 있어서,
상기 제 1 모듈과 상기 제 2 모듈 사이에 브리지를 더 포함하는, 미세유체 장치.
97. 실시형태 96 에 있어서,
상기 브리지는 상기 제 1 또는 제 2 미세유체 동작을 수행하지 않는, 미세유체 장치.
98. 실시형태 96 또는 97 에 있어서,
상기 브리지는 전기적으로 중성 존인, 미세유체 장치.
99. 실시형태 96 내지 98 중 어느 하나에 있어서,
상기 브리지는 튜빙 (tubing) 을 포함하는, 미세유체 장치.
100. 실시형태 96 내지 98 중 어느 하나에 있어서,
상기 브리지는 폴리머를 포함하는, 미세유체 장치.
101. 실시형태 95 내지 100 중 어느 하나에 있어서,
상기 출력은 생물학적 재료인, 미세유체 장치.
102. 실시형태 95 내지 101 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 주파수는 100 kHz 내지 10 mHz 의 범위 내에 있는, 미세유체 장치.
103. 실시형태 95 내지 102 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 2 주파수는 1 kHz 내지 300 kHz 의 범위 내에 있는, 미세유체 장치.
104. 실시형태 95 내지 103 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 전압은 1 내지 10 볼트의 범위 내에 있는, 미세유체 장치.
105. 실시형태 95 내지 104 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 2 전압은 10 내지 100 볼트의 범위 내에 있는, 미세유체 장치.
106. 실시형태 95 내지 105 중 어느 하나에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 모놀리식인, 미세유체 장치.
107. 실시형태 95 내지 106 중 어느 하나에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 듀올리식인, 미세유체 장치.
108. 실시형태 106 에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 비정질 실리콘을 포함하는, 미세유체 장치.
109. 실시형태 107 에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 비정질 실리콘을 포함하는, 미세유체 장치.
110. 실시형태 106 에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 포토트랜지스터 어레이를 포함하는, 미세유체 장치.
111. 실시형태 107 에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 포토트랜지스터 어레이를 포함하는, 미세유체 장치.
112. 실시형태 106 에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 전극들의 어레이를 포함하는, 미세유체 장치.
113. 실시형태 107 에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 전극들의 어레이를 포함하는, 미세유체 장치.
114. 수성 매질과 호환 가능하고/하거나 수성 매질에서 용해 가능한 미세-객체들, 생물학적 산물들, 및/또는 시약들을 이송시키기 위한 시스템으로서,
베이스 및 미세유체 회로 구조를 포함하는 인클로저를 갖는 미세유체 디바이스로서, 상기 베이스는 상기 베이스의 상부 표면의 적어도 일부에 공유 결합으로 본딩된 소수성 모노층을 포함하는, 상기 미세유체 디바이스;
수성 매질과 비혼합성인 제 1 유체 매질; 및
적어도 하나의 수성 액적을 포함하는, 시스템.
115. 실시형태 114 에 있어서,
상기 소수성 모노층은 표면 개질 리간드 및 상기 표면에 상기 표면 개질 리간드를 연결하는 연결 기를 갖고, 상기 소수성 표면은 화학식 II 의 구조를 갖고:
화학식 II
116. 실시형태 114 또는 115 에 있어서,
상기 베이스는 전도성 기판을 포함하는, 시스템.
117. 실시형태 114 내지 116 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 디바이스는 실시형태 1 내지 59 중 어느 하나에 기재된 미세유체 디바이스인, 시스템.
118. 실시형태 117 에 있어서,
상기 미세유체 디바이스는 광학적으로 작동된 EW 구성을 포함하는, 시스템.
119. 실시형태 117 또는 118 에 있어서,
상기 미세유체 디바이스는 DEP 구성을 더 포함하는, 시스템.
120. 실시형태 114 내지 119 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 유체 매질은 탄소, 실리콘, 및 산소로부터 선택된 원자들을 포함하는 백본 구조를 갖는 적어도 하나의 유기 또는 오르가노실리콘 화합물을 포함하는, 시스템.
121. 실시형태 120 에 있어서,
상기 적어도 하나의 오르가노실리콘 화합물의 상기 백본 구조는 실리콘 원자들, 및 선택적으로는 산소 원자들을 포함하는, 시스템.
122. 실시형태 120 에 있어서,
상기 적어도 하나의 유기 화합물의 상기 백본 구조는 탄소 원자들, 및 선택적으로는 산소 원자들을 포함하는, 시스템.
123. 실시형태 122 에 있어서,
상기 백본 구조를 분기형인, 시스템.
124. 실시형태 120 내지 123 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 유체 매질은 하나 이상의 비고리형 유기 또는 오르가노실리콘 화합물들을 포함하는, 시스템.
125. 실시형태 124 에 있어서,
상기 제 1 유체 매질은 비고리형 유기 또는 오르가노실리콘 화합물들로 이루어진, 시스템.
126. 실시형태 114 내지 125 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 유체 매질은 퍼플루오르화된 탄소 원자들을 포함하지 않는, 시스템.
127. 실시형태 114 내지 125 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 유체 매질의 화합물의 탄소 원자들의 치환기들은 90 % 보다 많지 않은 플루오르 치환기들을 포함하는, 시스템.
128. 실시형태 115 내지 125 중 어느 하나에 있어서,
상기 표면 개질 리간드는 상기 소수성 모노층의 내향 말단에서 퍼플루오르화된 탄소 원자들을 포함하는 적어도 제 1 부분을 포함하는, 시스템.
129. 실시형태 128 에 있어서,
상기 소수성 모노층의 모든 탄소 원자들은 퍼플루오르화되는, 시스템.
130. 실시형태 114 내지 129 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 유체 매질은 하나 보다 많은 유기 또는 오르가노실리콘 화합물을 포함하는, 시스템.
131. 실시형태 114 내지 130 중 어느 하나에 있어서,
상기 인클로저는 커버를 더 포함하는, 시스템.
132. 실시형태 131 에 있어서,
상기 커버는 광에 투명한, 시스템.
133. 실시형태 131 또는 132 에 있어서,
상기 커버는 유리 및/또는 인듐 탄탈륨 옥사이드 (ITO) 를 포함하는, 시스템.
134. 실시형태 131 내지 133 중 어느 하나에 있어서,
상기 커버는 전극을 포함하는, 시스템.
135. 실시형태 114 내지 134 중 어느 하나에 있어서,
상기 수성 액적은 계면활성제를 포함하는, 시스템.
136. 실시형태 135 에 있어서,
상기 계면활성제는 비-이온성 계면활성제를 포함하는, 시스템.
137. 실시형태 135 항 또는 136 에 있어서,
상기 계면활성제는 블록 알킬렌 옥사이드 코폴리머, 지방 에스테르 에톡실화 소르비탄, 에톡실화 플루오로계면활성제, 도데실황산나트륨, 또는 2, 4, 7, 9, 테트라메틸-5-데신-4,7,-디올 에톡시레이트를 포함하는, 시스템.
138. 실시형태 135 내지 137 중 어느 하나에 있어서,
상기 계면활성제는 Capstone® FS-30 (DuPontTM, 신퀘스트 연구소) 를 포함하는, 시스템.
139. 실시형태 114 내지 139 중 어느 하나에 있어서,
상기 액적은 포스포네이트 완충 식염수를 포함하는, 시스템.
140. 실시형태 114 내지 139 중 어느 하나에 있어서,
상기 수성 액적은 적어도 하나의 미세-객체를 포함하는, 시스템.
141. 실시형태 140 에 있어서,
상기 미세-객체는 생물학적 미세-객체인, 시스템.
142. 실시형태 114 내지 141 중 어느 하나에 있어서,
상기 수성 액적은 핵산 및/또는 단백질을 포함하는 생물학적 산물을 포함하는, 시스템.
143. 실시형태 114 내지 142 중 어느 하나에 있어서,
상기 수성 액적은 시약을 포함하는, 시스템.
144. 수성 매질과 호환 가능하고/하거나 수성 매질에서 용해 가능한 미세-객체들, 생물학적 산물들, 및/또는 시약들을 이송시키기 위한 키트로서,
베이스 및 미세유체 회로 구조를 포함하는 인클로저를 갖는 미세유체 디바이스로서, 상기 베이스는 상기 베이스의 상부 표면의 적어도 일부에 공유 결합으로 본딩된 소수성 모노층을 포함하는, 상기 미세유체 디바이스; 및 수성 매질과 비혼합성인 제 1 유체 매질을 포함하는, 키트.
145. 실시형태 144 에 있어서,
상기 소수성 모노층은 표면 개질 리간드 및 상기 표면에 상기 표면 개질 리간드를 연결하는 연결 기를 갖고, 상기 소수성 표면은 화학식 II 의 구조를 갖고:
화학식 II
146. 실시형태 144 또는 145 에 있어서,
상기 베이스는 전도성 기판을 포함하는, 키트.
147. 실시형태 144 내지 146 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 디바이스는 실시형태 1 내지 59 중 어느 하나에 기재된 미세유체 디바이스인, 키트.
148. 실시형태 8 내지 59 중 어느 하나의 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스로서,
제 1 액체 매질로 인클로저, 또는 그 일부를 충진시키는 단계;
상기 기판의 상기 적어도 하나의 전극과 상기 커버의 상기 적어도 하나의 전극 사이에 AC 전압 포텐셜을 인가하는 단계;
액체의 제 1 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계로서, 상기 제 1 액적은 상기 제 1 액체 매질에서 비혼합성인, 상기 액체의 제 1 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계; 및
상기 제 1 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 인클로저 내의 원하는 로케이션으로 상기 제 1 액적을 이동시키는 단계를 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
149. 실시형태 148 에 있어서,
상기 제 1 액체 매질은 오일인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
150. 실시형태 148 에 있어서,
상기 제 1 액체 매질은 실리콘 오일, 플루오르화된 오일, 또는 이들의 조합인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
151. 실시형태 148 내지 150 중 어느 하나에 있어서,
인가된 상기 AC 전압 포텐셜은 적어도 20 ppV 인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
152. 실시형태 151 에 있어서,
상기 인가된 AC 전압 포텐셜은 약 25 와 35 ppV 사이인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
153. 실시형태 148 내지 152 중 어느 하나에 있어서,
상기 인가된 AC 전압 포텐셜은 약 1 내지 100 kHz 의 주파수를 갖는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
154. 실시형태 148 내지 153 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 장치는 액적 생성기를 포함하고, 상기 액적 생성기는 상기 제 1 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
155. 실시형태 148 내지 154 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 액적은 수성 용액을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
156. 실시형태 155 에 있어서,
상기 제 1 액적은 적어도 하나의 미세-객체를 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
157. 실시형태 156 에 있어서,
상기 적어도 하나의 미세-객체는 생물학적 미세-객체인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
158. 실시형태 157 에 있어서,
상기 생물학적 미세-객체는 세포인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
159. 실시형태 155 내지 158 중 어느 하나에 있어서,
상기 수성 용액은 세포 배양 배지인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
160. 실시형태 156 에 있어서,
상기 적어도 하나의 미세-객체는 관심 있는 재료에 대한 친화성을 갖는 포획 비드인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
161. 실시형태 160 에 있어서,
상기 제 1 액적은 2 내지 20 개의 포획 비드들을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
162. 실시형태 160 에 있어서,
상기 관심 있는 재료는 생물학적 세포 분비물인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
163. 실시형태 160 또는 161 에 있어서,
상기 관심 있는 재료는 DNA, 게놈 DNA, 미토콘드리아 DNA, RNA, mRNA, miRNA, 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
164. 실시형태 155 또는 156 에 있어서,
상기 제 1 액적은 시약을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
165. 실시형태 164 에 있어서,
상기 시약은 세포 용해 시약인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
166. 실시형태 165 에 있어서,
상기 시약은 비-이온성 세정제를 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
167. 실시형태 166 에 있어서,
상기 비-이온성 세정제는 0.2 % 미만의 농도에 있는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
168. 실시형태 164 에 있어서,
상기 시약은 단백질 분해효소인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
169. 실시형태 168 에 있어서,
상기 단백질 분해효소는 비활성화될 수 있는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
170. 실시형태 148 내지 169 중 어느 하나에 있어서,
액체의 제 2 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계로서, 상기 제 2 액적의 액체는 상기 제 1 액체 매질에서 비혼합성이지만 상기 제 1 액적의 액체와 혼합 가능한, 상기 액체의 제 2 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계;
상기 제 2 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 제 1 액적에 인접한 상기 인클로저 내의 로케이션으로 상기 제 2 액적을 이동시키는 단계; 및
상기 제 2 액적을 상기 제 1 액적과 병합하여 제 1 조합된 액적을 형성하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
171. 실시형태 170 에 있어서,
상기 제 2 액적은 상기 제 2 및/또는 상기 제 1 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 제 1 액적과 병합되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
172. 실시형태 170 또는 171 에 있어서,
상기 제 1 액적은 생물학적 미세-객체를 포함하고, 상기 제 2 액적은 시약을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
173. 실시형태 172 에 있어서,
상기 제 2 액적에 함유된 상기 시약은 용해 완충액, 형광성 라벨, 및 발광성 분석 시약으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
174. 실시형태 172 에 있어서,
상기 제 2 액적에 함유된 상기 시약은 용해 완충액이고, 상기 생물학적 세포는 상기 제 1 액적 및 상기 제 2 액적의 병합 시에 용해되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
175. 실시형태 170 내지 174 중 어느 하나에 있어서,
액체의 제 3 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계로서, 상기 제 3 액적의 액체는 상기 제 1 액체 매질에서 비혼합성이지만 상기 제 1 조합된 액적의 상기 액체와 혼합 가능한, 상기 액체의 제 3 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계;
상기 제 3 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 제 1 조합된 액적에 인접한 상기 인클로저 내의 로케이션으로 상기 제 3 액적을 이동시키는 단계; 및
상기 제 3 액적을 상기 제 1 조합된 액적과 병합하여 제 2 조합된 액적을 형성하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
176. 실시형태 175 에 있어서,
상기 제 3 액적은 상기 제 3 및/또는 상기 제 1 조합된 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 제 1 조합된 액적과 병합되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
177. 실시형태 175 또는 176 에 있어서,
상기 제 3 액적은 시약을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
178. 실시형태 177 에 있어서,
상기 제 3 액적은 프로테아제 억제제를 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
179. 실시형태 177 에 있어서,
상기 제 3 액적은 관심 있는 재료에 대한 친화성을 갖는 1 내지 20 개의 포획 비드들을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
180. 실시형태 179 에 있어서,
상기 포획 비드들은 올리고뉴클레오티드 포획제들을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
181. 실시형태 180 에 있어서,
상기 올리고뉴클레오티드 포획제들은 폴리-dT 올리고뉴클레오티드들인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
182. 실시형태 179 내지 181 중 어느 하나에 있어서,
상기 관심 있는 재료는 DNA, 게놈 DNA, 미토콘드리아 DNA, RNA, mRNA, miRNA, 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
183. 실시형태 179 내지 182 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 장치로부터 상기 1 내지 20 개의 포획 비드들을 배출시키는 단계를 더 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
184. 실시형태 175 내지 183 중 어느 하나에 있어서,
액체의 제 4 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계로서, 상기 제 4 액적의 액체는 상기 제 1 액체 매질에서 비혼합성이지만 상기 제 2 조합된 액적의 액체와 혼합 가능한, 상기 액체의 제 4 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계;
상기 제 4 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 제 2 조합된 액적에 인접한 상기 인클로저 내의 로케이션으로 상기 제 4 액적을 이동시키는 단계; 및
상기 제 4 액적을 상기 제 2 조합된 액적과 병합하여 제 3 조합된 액적을 형성하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
185. 실시형태 184 에 있어서,
상기 제 4 액적은 상기 제 4 및/또는 상기 제 2 조합된 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 제 2 조합된 액적과 병합되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
186. 실시형태 184 또는 185 에 있어서,
상기 제 4 액적은 시약을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
187. 실시형태 186 에 있어서,
상기 제 4 액적에 함유된 상기 시약은 완충액, dNTP들, 및 역전사 반응을 수행하기에 적합한 폴리메라아제를 포함하는 혼합물을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
188. 실시형태 186 에 있어서,
상기 제 4 액적에 함유된 상기 시약은 완충액, dNTP들, 및 전체 게놈 증폭 반응을 수행하기에 적합한 폴리메라아제를 포함하는 혼합물을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
189. 실시형태 148 내지 188 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 액적, 제 2 액적, 제 3 액적, 및 제 4 액적 각각은 약 5 내지 50 나노리터의 볼륨을 갖는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
190. 실시형태 189 에 있어서,
상기 제 1 액적, 제 2 액적, 및 제 3 액적 각각은 약 5 내지 20 나노리터의 볼륨을 갖는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
191. 실시형태 190 에 있어서,
상기 제 2 액적 및/또는 상기 제 3 액적은 상기 제 1 액적의 볼륨과 실질적으로 동일한 볼륨을 갖는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
192. 실시형태 190 또는 191 에 있어서,
상기 제 4 액적은 상기 제 1 액적 보다 약 1 내지 3 배 큰 볼륨을 갖는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
193. 실시형태 192 에 있어서,
상기 제 4 액적은 약 10 내지 30 나노리터의 볼륨을 갖는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
194. 실시형태 148 내지 193 중 어느 하나에 있어서,
상기 인클로저는 적어도 하나의 마이크로채널을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
195. 실시형태 194 에 있어서,
상기 제 1 액적을 상기 인클로저 내의 원하는 로케이션으로 이동시키는 것은 상기 제 1 액적을 상기 적어도 하나의 마이크로채널을 통해 이동시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
196. 실시형태 194 또는 195 에 있어서,
상기 인클로저는 상기 적어도 하나의 마이크로채널을 개방하는 복수의 챔버들을 더 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
197. 실시형태 196 에 있어서,
상기 제 1 액적을 상기 인클로저 내의 원하는 로케이션으로 이동시키는 것은 상기 제 1 액적을 상기 복수의 챔버들 중 하나의 챔버 안으로 이동시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
198. 실시형태 194 내지 197 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 2 액적을 상기 제 1 액적에 인접한 포지션으로 이동시키는 것은 상기 제 2 액적을 상기 적어도 하나의 마이크로채널을 통해, 그리고 선택적으로는 상기 제 1 액적을 함유하는 챔버 안으로 이동시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
199. 실시형태 198 에 있어서,
상기 제 3 액적을 상기 제 1 조합된 액적에 인접한 포지션으로 이동시키는 것은 상기 제 3 액적을 상기 적어도 하나의 마이크로채널을 통해, 그리고 선택적으로는 상기 제 1 조합된 액적을 함유하는 챔버 안으로 이동시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
200. 실시형태 199 에 있어서,
상기 제 4 액적을 상기 제 2 조합된 액적에 인접한 포지션으로 이동시키는 것은 상기 제 4 액적을 상기 적어도 하나의 마이크로채널을 통해, 그리고 선택적으로는 상기 제 2 조합된 액적을 함유하는 챔버 안으로 이동시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
201. 실시형태 148 내지 200 중 어느 하나에 있어서,
액적들을 이동 및/또는 병합하도록 전기습윤 힘을 인가하는 것은 상기 액적(들)에 근접한 상기 기판 표면의 영역의 유효한 전기습윤 특징을 변화시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
202. 실시형태 201 에 있어서,
유효한 전기습윤 특징을 변화시키는 것은 상기 액적(들)에 근접한 기판 표면의 영역에서 전기습윤 전극들을 활성화시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
203. 실시형태 202 에 있어서,
상기 기판은 광반응성 층을 포함하고, 상기 액적(들)에 근접한 상기 기판 표면의 영역에서 상기 전기습윤 전극들을 활성화시키는 것은 광의 패턴을 상기 전기습윤 표면의 영역 위로 향하게 하는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
등가물들
상기 기입된 상세한 설명은 당업자가 실시형태들을 실시할 수 있게 하기에 충분한 것으로 고려된다. 상기의 설명 및 예들은 소정의 실시형태들을 상세히 설명하고 고려된 최선의 모드를 설명한다. 그러나 전술한 내용이 어느 정도 상세히 텍스트에 나타날 수 있더라도, 실시형태는 많은 방식들로 실시될 수도 있고 첨부된 청구항들 및 이들의 임의의 등가물들에 따라 해석되어야 한다.
Claims (203)
- 전기습윤 구성을 갖는 미세유체 디바이스로서,
유전체 층, 액적 액츄에이션 표면, 및 AC 전압원에 접속되도록 구성된 제 1 전극을 갖는 기판; 및
상기 AC 전압원에 접속되도록 구성된 제 2 전극을 포함하고,
상기 유전체 층은 상기 제 1 전극에 전기적으로 커플링되며,
상기 액적 액츄에이션 표면은 상기 유전체 층에 공유 결합으로 본딩된 소수성 층을 포함하는, 미세유체 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 단일-사이드 전기습윤 구성을 갖는, 미세유체 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 전극은 상기 기판에 의해 포함된 메쉬 전극인, 미세유체 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 광-전기습윤 (OEW) 구성을 갖는, 미세유체 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 유전체 상의 전기습윤 (EWOD) 구성을 갖는, 미세유체 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 소수성 층은 표면 개질 리간드 및 상기 표면에 상기 표면 개질 리간드를 연결하는 연결 기를 포함하는 모노층이고,
상기 액적 액츄에이션 표면은 화학식 II 의 구조를 갖고:
;
화학식 II
는 상기 유전체 층의 표면이고;
V 는 -P(O)(OY)W- 또는 -Si(OZ)2W- 이고;
W 는 -O-, -S-, 또는 -NH- 이고 상기 표면에 접속하고;
Z 는 상기 표면에 부착된 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이고 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
Y 는 상기 표면에 부착된 인접한 인 원자에 대한 본드이고 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
R 은 수소 또는 플루오르이고;
M 은 수소 또는 플루오르이고;
h 는 독립적으로 2 또는 3 의 정수이고;
j 는 1 이고;
k 는 0 또는 1 이고;
m 은 0 또는 1 내지 20 의 정수이고;
n 은 0 또는 1 내지 20 의 정수이고;
(n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 11 내지 25 의 정수이고;
k 가 1 인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소이며;
k 가 0 이고 R 이 플루오르인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소인, 미세유체 디바이스. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디바이스의 상기 전기습윤 구성은 상기 디바이스의 제 1 섹션에 의해 포함되고, 상기 디바이스는 유전이동 (DEP) 구성을 갖는 제 2 섹션을 더 포함하는, 미세유체 디바이스. - 미세유체 디바이스로서,
전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 기판;
상기 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 커버; 및
적어도 하나의 공간 엘리먼트를 포함하고,
상기 기판 및 상기 커버는 서로 실질적으로 평행하고 액체를 보유하도록 구성된 인클로저를 정의하도록 상기 공간 엘리먼트에 의해 함께 접합되고,
상기 기판은 상기 인클로저를 부분적으로 정의하는 액적 액츄에이션 표면을 갖고, 상기 액적 액츄에이션 표면은 내측 유전체 층 및 외측 소수성 층을 갖고,
상기 외측 소수성 층은 상기 내측 유전체 층의 표면에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 포함하여, 이에 의해 그 위에 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하며,
상기 기판의 상기 적어도 하나의 전극 및 상기 커버의 상기 적어도 하나의 전극은 상기 전압원의 반대 단자들에 접속되고, 상기 기판은 상기 기판의 액적 액츄에이팅 표면과 접촉하는 수성 액적들에 전기습윤 힘을 인가할 수 있는, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 소수성 모노층의 상기 자기-연관 분자들 각각은 표면 개질 리간드 및 상기 내측 유전체 층의 표면에 상기 표면 개질 리간드를 연결하는 연결 기를 포함하고, 상기 액적 액츄에이션 표면은 화학식 II 의 구조를 갖고:
;
화학식 II
는 상기 유전체 층의 표면이고;
V 는 -P(O)(OY)W- 또는 -Si(OZ)2W 이고;
W 는 -O-, -S-, 또는 -NH- 이고 상기 표면에 접속하고;
Z 는 상기 표면에 부착된 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이고 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
Y 는 상기 표면에 부착된 인접한 인 원자에 대한 본드이고 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
R 은 수소 또는 플루오르이고;
M 은 수소 또는 플루오르이고;
h 는 독립적으로 2 또는 3 의 정수이고;
j 는 1 이고;
k 는 0 또는 1 이고;
m 은 0 또는 1 내지 20 의 정수이고;
n 은 0 또는 1 내지 20 의 정수이고;
(n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 11 내지 25 의 정수이고;
k 가 1 인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소이며;
k 가 0 이고 R 이 플루오르인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소인, 미세유체 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
V 는 -Si(OZ)2W- 인, 미세유체 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
V 는 -P(O)(OY)W- 인, 미세유체 디바이스. - 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
n 은 1 내지 20 의 정수이고, R 은 수소인, 미세유체 디바이스. - 제 12 항에 있어서,
m 은 1 내지 20 의 정수이고, M 은 수소인, 미세유체 디바이스. - 제 13 항에 있어서,
m 은 2 인, 미세유체 디바이스. - 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
n 은 1 내지 20 의 정수이고, R 은 플루오르인, 미세유체 디바이스. - 제 15 항에 있어서,
m 은 1 내지 20 의 정수이고, M 은 수소인, 미세유체 디바이스. - 제 16 항에 있어서,
m 은 2 인, 미세유체 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
k 는 1 인, 미세유체 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
k 는 0 인, 미세유체 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
(n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 13 내지 19 의 정수인, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 외측 소수성 층은 5 나노미터 미만의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 외측 소수성 층은, 선택 영역들이 상기 외측 소수성 층의 나머지에 비해 상대적으로 친수성이도록 패터닝되는, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 내측 유전체 층은 산화물을 포함하는 유전체 재료의 제 1 층을 포함하는, 미세유체 디바이스. - 제 23 항에 있어서,
상기 산화물은 금속 산화물인, 미세유체 디바이스. - 제 24 항에 있어서,
상기 금속 산화물은 알루미늄 산화물인, 미세유체 디바이스. - 제 23 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 원자 층 증착에 의해 형성되는, 미세유체 디바이스. - 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 내측 유전체 층은 유전체 재료의 제 2 층을 더 포함하고, 상기 외측 소수성 층은 상기 유전체 재료의 제 1 층에 공유 결합으로 본딩되는, 미세유체 디바이스. - 제 27 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 2 층은 산화물 또는 질화물을 포함하는, 미세유체 디바이스. - 제 28 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 2 층은 실리콘 다이옥사이드 및 실리콘 질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 미세유체 디바이스. - 제 27 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 2 층은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착에 의해 형성되는, 미세유체 디바이스. - 제 23 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 유전체 재료들의 제 1 및 제 2 서브층들을 포함하고, 상기 제 1 서브층은 상기 소수성 층에 공유 결합으로 본딩되는, 미세유체 디바이스. - 제 31 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 서브층은 실리콘 산화물을 포함하는, 미세유체 디바이스. - 제 31 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 서브층은 ALD 에 의해 증착되는, 미세유체 디바이스. - 제 31 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 약 10 nm 내지 약 20 nm 의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스. - 제 34 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 서브층은 약 2 nm 내지 약 10 nm 의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 내측 유전체 층은 적어도 약 40 나노미터의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스. - 제 36 항에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 내측 유전체 층은 약 40 나노미터 내지 약 120 나노미터의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 기판은 상기 내측 유전체 층을 접촉하는 제 1 사이드 및 상기 적어도 하나의 전극을 접촉하는 제 2 사이드를 갖는 광반응성 층을 더 포함하는, 미세유체 디바이스. - 제 38 항에 있어서,
상기 광반응성 층은 수소화 비정질 실리콘 (a-Si:H) 을 포함하는, 미세유체 디바이스. - 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서,
상기 광반응성 층은 적어도 900 나노미터의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스. - 제 40 항에 있어서,
상기 광반응성 층은 약 900 내지 1100 나노미터의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스. - 제 38 항에 있어서,
상기 광반응성 층은 복수의 도체들을 포함하고, 각각의 도체는 포토트랜지스터 스위치를 통해 상기 기판의 상기 적어도 하나의 전극에 제어 가능하게 접속 가능한, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 기판은 AC 전압원에 접속되도록 구성된 단일 전극을 포함하고, 상기 단일 전극은 인듐-틴-옥사이드 (ITO) 의 층을 포함하는, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 기판은 AC 전압원에 접속되도록 구성된 단일 전극을 포함하고, 상기 단일 전극은 전기적으로 전도성 실리콘의 층을 포함하는, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 기판은 복수의 전극들을 포함하고, 각각의 전극은 하나 이상의 AC 전압원(들)에 접속되도록 구성되는, 미세유체 디바이스. - 제 45 항에 있어서,
상기 복수 중 각각의 전극은 트랜지스터 스위치를 통해 상기 하나 이상의 AC 전압원(들)에 접속 가능한, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 커버는 상기 인클로저를 부분적으로 정의하는 내향 (inward-facing) 표면을 갖고, 상기 커버의 상기 내향 표면은 내측 층 및 외측 소수성 층을 갖고,
상기 커버의 상기 외측 소수성 층은 상기 커버의 상기 내측 층의 표면에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 포함하여, 이에 의해 그 위에 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하는, 미세유체 디바이스. - 제 47 항에 있어서,
상기 커버의 상기 소수성 모노층의 상기 자기-연관 분자들 각각은 표면 개질 리간드 및 상기 커버의 상기 내측 층의 표면에 상기 표면 개질 리간드를 연결하는 연결 기를 포함하고,
상기 커버의 상기 내향 표면은 화학식 II 의 구조를 갖고:
;
화학식 II
는 상기 유전체 층의 표면이고;
V 는 -P(O)(OY)W- 또는 -Si(OZ)2W- 이고;
W 는 -O-, -S-, 또는 -NH- 이고 상기 표면에 접속하고;
Z 는 상기 표면에 부착된 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이고 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
Y 는 상기 표면에 부착된 인접한 인 원자에 대한 본드이고 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
R 은 수소 또는 플루오르이고;
M 은 수소 또는 플루오르이고;
h 는 독립적으로 2 또는 3 의 정수이고;
j 는 1 이고;
k 는 0 또는 1 이고;
m 은 0 또는 1 내지 20 의 정수이고;
n 은 0 또는 1 내지 20 의 정수이고;
(n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 11 내지 25 의 정수이고;
k 가 1 인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소이며;
k 가 0 이고 R 이 플루오르인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소인, 미세유체 디바이스. - 제 48 항에 있어서,
상기 커버의 상기 소수성 모노층의 상기 자기-연관 분자들은 상기 기판의 액적 액츄에이팅 표면의 상기 소수성 모노층의 상기 자기-연관 분자들과 동일한, 미세유체 디바이스. - 제 47 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버의 상기 내향 표면의 상기 외측 소수성 층은 5 나노미터 미만의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스. - 제 47 항에 있어서,
상기 커버의 상기 내측 층은 내측 유전체 층인, 미세유체 디바이스. - 제 51 항에 있어서,
상기 커버는 광반응성 층을 더 포함하는, 미세유체 디바이스. - 제 51 항에 있어서,
상기 커버는 복수의 전극들을 포함하고, 각각의 전극은 하나 이상의 AC 전압원(들)에 접속되도록 구성되는, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 공간 엘리먼트는 실리콘-기반 유기 폴리머를 포함하는, 미세유체 디바이스. - 제 54 항에 있어서,
상기 실리콘-기반 유기 폴리머는 폴리디메틸실록산 (PDMS) 및 광-패턴가능 실리콘 (PPS) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 공간 엘리먼트는 SU-8 을 포함하는, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 공간 엘리먼트는 적어도 30 마이크론의 두께를 갖는, 미세유체 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 공간 엘리먼트는 상기 인클로저 내에 하나 이상의 마이크로채널들을 정의하는, 미세유체 디바이스. - 제 58 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 공간 엘리먼트는 또한, 상기 인클로저 내에 복수의 챔버들을 정의하고, 각각의 챔버는 적어도 하나의 마이크로채널을 개방하는, 미세유체 디바이스. - 미세유체 장치를 제조하는 방법으로서,
공간 엘리먼트를, 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 커버의 내측 표면에 본딩하는 단계;
상기 공간 엘리먼트 및 커버를, 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 기판의 유전체 표면에 본딩하여, 이에 의해 상기 공간 엘리먼트는 상기 커버의 상기 내측 표면과 상기 기판의 상기 유전체 표면 사이에 샌드위치되는 단계로서, 상기 커버 및 상기 기판은 서로 실질적으로 평행하게 배향되고, 상기 기판, 공간 엘리먼트, 및 커버는 액체를 보유하도록 구성된 인클로저를 집단적으로 정의하는, 상기 공간 엘리먼트 및 커버를, 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 기판의 유전체 표면에 본딩하는 단계;
기상 증착에 의해, 상기 커버의 상기 내측 표면의 적어도 일부 상에 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하는 단계로서, 상기 소수성 모노층은 상기 커버의 상기 내측 표면에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 포함하는, 상기 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하는 단계; 및
기상 증착에 의해, 상기 기판의 상기 유전체 표면의 적어도 일부 상에 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하는 단계로서, 상기 소수성 모노층은 상기 기판의 상기 유전체 표면에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 포함하는, 조밀하게 패킹된 소수성 모노층을 형성하는 단계를 포함하는, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 제 60 항에 있어서,
상기 커버의 상기 소수성 모노층의 상기 자기-연관 분자들 및 상기 기판의 상기 소수성 모노층의 상기 자기-연관 분자들 각각은 표면 개질 리간드 및 상기 커버의 상기 내측 표면 및 상기 기판의 상기 유전체 표면에 상기 표면 개질 리간드를 연결하는 연결 기를 포함하고, 상기 커버 및 상기 기판의 결과의 표면들은 화학식 II 의 구조를 갖고:
;
화학식 II
는 상기 유전체 층의 표면이고;
V 는 -P(O)(OY)W- 또는 -Si(OZ)2W 이고;
W 는 -O-, -S-, 또는 -NH- 이고 상기 표면에 접속하고;
Z 는 상기 표면에 부착된 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이고 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
Y 는 상기 표면에 부착된 인접한 인 원자에 대한 본드이고 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
R 은 수소 또는 플루오르이고;
M 은 수소 또는 플루오르이고;
h 는 독립적으로 2 또는 3 의 정수이고;
j 는 1 이고;
k 는 0 또는 1 이고;
m 은 0 또는 1 내지 20 의 정수이고;
n 은 0 또는 1 내지 20 의 정수이고;
(n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 11 내지 25 의 정수이고;
k 가 1 인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소이며;
k 가 0 이고 R 이 플루오르인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소인, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 제 61 항에 있어서,
V 는 -Si(OZ)2W- 인, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 제 61 항에 있어서,
V 는 -P(O)(OY)W- 인, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 제 61 항에 있어서,
n 은 1 내지 20 의 정수이고, R 은 수소인, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 제 64 항에 있어서,
m 은 1 내지 20 의 정수이고, M 은 수소인, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 제 65 항에 있어서,
m 은 2 인, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 제 61 항에 있어서,
n 은 1 내지 20 의 정수이고, R 은 플루오르인, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 제 67 항에 있어서,
m 은 1 내지 20 의 정수이고, M 은 수소인, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 제 68 항에 있어서,
m 은 2 인, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 제 61 항 내지 제 69 항 중 어느 한 항에 있어서,
k 는 1 인, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 제 61 항 내지 제 69 항 중 어느 한 항에 있어서,
k 는 0 인, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 제 61 항에 있어서,
(n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 13 내지 19 의 정수인, 미세유체 장치를 제조하는 방법. - 미세유체 장치로서,
유전체 스택 및 전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 전도성 실리콘 기판;
전압원에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 전극을 갖는 커버; 및
적어도 하나의 공간 엘리먼트를 포함하고,
상기 전도성 실리콘 기판 및 상기 커버는 서로 실질적으로 평행하고 액체를 보유하도록 구성된 인클로저를 정의하도록 상기 공간 엘리먼트에 의해 함께 접합되고,
상기 전도성 실리콘 기판은 상기 인클로저를 부분적으로 정의하는 내향 표면을 갖고, 상기 내향 표면은 상기 유전체 스택의 최외측 표면을 포함하고,
상기 기판의 상기 적어도 하나의 전극 및 상기 커버의 상기 적어도 하나의 전극이 AC 전압원의 반대 단자들에 접속되는 경우, 상기 기판은 상기 기판의 상기 내향 표면과 접촉하는 수성 액적들에 전기습윤 힘을 인가할 수 있는, 미세유체 장치. - 제 73 항에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 비정질 실리콘을 포함하는, 미세유체 장치. - 제 73 항에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 포토트랜지스터 어레이를 포함하는, 미세유체 장치. - 제 73 항에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 전극들의 어레이를 포함하는, 미세유체 장치. - 제 73 항에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판의 상기 내향 표면은 외측 소수성 층을 더 포함하고, 상기 외측 소수성 층은 상기 내측 유전체 스택에 공유 결합으로 본딩된 자기-연관 분자들을 포함하는, 미세유체 장치. - 제 73 항에 있어서,
상기 내측 유전체 스택은 유전체 재료의 제 1 층 및 유전체 재료의 제 2 층을 포함하는, 미세유체 장치. - 제 78 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 제 1 표면 및 대향 표면을 갖고, 상기 제 1 층의 상기 제 1 표면은 상기 제 2 층에 붙어있으며, 상기 제 1 층의 상기 대향 표면은 상기 유전체 스택의 상기 최외측 표면을 형성하는, 미세유체 장치. - 제 78 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 금속 산화물을 포함하는, 미세유체 장치. - 제 80 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 알루미늄 산화물 또는 하프늄 산화물을 포함하는, 미세유체 장치. - 제 78 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 2 층은 산화물 또는 질화물을 포함하는, 미세유체 장치. - 제 82 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 2 층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하는, 미세유체 장치. - 제 78 항에 있어서,
상기 제 2 층은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착 (PECVD) 기법에 의해 증착되는, 미세유체 장치. - 제 78 항에 있어서,
상기 제 1 층은 원자층 증착 (ALD) 기법에 의해 증착되는, 미세유체 장치. - 제 78 항에 있어서,
상기 내측 유전체 스택은 제 1 표면 및 대향 표면을 갖는 제 3 층을 포함하고, 상기 제 3 층의 상기 제 1 표면은 상기 제 1 층의 상기 대향 표면에 붙어 있으며, 상기 제 3 층의 상기 대향 표면은 상기 유전체 스택의 상기 최외측 표면을 형성하는, 미세유체 장치. - 제 86 항에 있어서,
상기 제 3 층은 실리콘 산화물을 포함하는, 미세유체 장치. - 제 86 항에 있어서,
상기 제 3 층은 원자층 증착 (ALD) 기법에 의해 증착되는, 미세유체 장치. - 제 78 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 약 10 nm 내지 약 50 nm 의 두께를 갖는, 미세유체 장치. - 제 86 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 1 층은 약 5 nm 내지 약 20 nm 의 두께를 갖고 상기 유전체 재료의 제 3 층은 약 2 nm 내지 약 10 nm 의 두께를 갖는, 미세유체 장치. - 제 78 항에 있어서,
상기 유전체 재료의 제 2 층은 약 30 nm 내지 약 100 nm 의 두께를 갖는, 미세유체 장치. - 제 73 항에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 유전체 스택은 적어도 약 40 나노미터의 두께를 갖는, 미세유체 장치. - 제 92 항에 있어서,
상기 기판의 상기 액적 액츄에이션 표면의 상기 유전체 스택은 약 40 나노미터 내지 약 120 나노미터의 두께를 갖는, 미세유체 장치. - 제 73 항에 있어서,
상기 유전체 층은 약 50 kOhm 내지 약 150 kOhm 의 임피던스를 갖는, 미세유체 장치. - 제 73 항 내지 제 94 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는,
제 1 주파수에서 제 1 인가된 전압에 응답하여 제 1 미세유체 동작을 수행하기 위한 유전이동 모듈; 및
상기 유전이동 모듈로부터 출력을 수신하고, 제 2 주파수에서 제 2 인가된 전압에 응답하여 제 2 미세유체 동작을 수행하기 위한 전기습윤 모듈을 포함하고,
상기 전기습윤 모듈은 상기 전도성 실리콘 기판의 상기 유전체 스택을 포함하는, 미세유체 장치. - 제 95 항에 있어서,
상기 제 1 모듈과 상기 제 2 모듈 사이에 브리지를 더 포함하는, 미세유체 장치. - 제 96 항에 있어서,
상기 브리지는 상기 제 1 또는 제 2 미세유체 동작을 수행하지 않는, 미세유체 장치. - 제 96 항에 있어서,
상기 브리지는 전기적으로 중성 존인, 미세유체 장치. - 제 96 항에 있어서,
상기 브리지는 튜빙 (tubing) 을 포함하는, 미세유체 장치. - 제 96 항에 있어서,
상기 브리지는 폴리머를 포함하는, 미세유체 장치. - 제 95 항에 있어서,
상기 출력은 생물학적 재료인, 미세유체 장치. - 제 95 항에 있어서,
상기 제 1 주파수는 100 kHz 내지 10 mHz 의 범위 내에 있는, 미세유체 장치. - 제 95 항에 있어서,
상기 제 2 주파수는 1 kHz 내지 300 kHz 의 범위 내에 있는, 미세유체 장치. - 제 95 항에 있어서,
상기 제 1 전압은 1 내지 10 볼트의 범위 내에 있는, 미세유체 장치. - 제 95 항에 있어서,
상기 제 2 전압은 10 내지 100 볼트의 범위 내에 있는, 미세유체 장치. - 제 95 항에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 모놀리식 (monolithic) 인, 미세유체 장치. - 제 95 항에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 듀올리식 (duolithic) 인, 미세유체 장치. - 제 106 항에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 비정질 실리콘을 포함하는, 미세유체 장치. - 제 107 항에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 비정질 실리콘을 포함하는, 미세유체 장치. - 제 106 항에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 포토트랜지스터 어레이를 포함하는, 미세유체 장치. - 제 107 항에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 포토트랜지스터 어레이를 포함하는, 미세유체 장치. - 제 106 항에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 전극들의 어레이를 포함하는, 미세유체 장치. - 제 107 항에 있어서,
상기 전도성 실리콘 기판은 전극들의 어레이를 포함하는, 미세유체 장치. - 수성 매질과 호환 가능하고/하거나 수성 매질에서 용해 가능한 미세-객체들, 생물학적 산물들, 및/또는 시약들을 이송시키기 위한 시스템으로서,
베이스 및 미세유체 회로 구조를 포함하는 인클로저를 갖는 미세유체 디바이스로서, 상기 베이스는 상기 베이스의 상부 표면의 적어도 일부에 공유 결합으로 본딩된 소수성 모노층을 포함하는, 상기 미세유체 디바이스;
수성 매질과 비혼합성인 제 1 유체 매질; 및
적어도 하나의 수성 액적을 포함하는, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 소수성 모노층은 표면 개질 리간드 및 상기 표면에 상기 표면 개질 리간드를 연결하는 연결 기를 갖고, 상기 소수성 표면은 화학식 II 의 구조를 갖고:
;
화학식 II
는 상기 표면이고;
V 는 -P(O)(OY)W- 또는 -Si(OZ)2W 이고;
W 는 -O-, -S-, 또는 -NH- 이고 상기 표면에 접속하고;
Z 는 상기 표면에 부착된 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이고 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
Y 는 상기 표면에 부착된 인접한 인 원자에 대한 본드이고 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
R 은 수소 또는 플루오르이고;
M 은 수소 또는 플루오르이고;
h 는 독립적으로 2 또는 3 의 정수이고;
j 는 1 이고;
k 는 0 또는 1 이고;
m 은 0 또는 1 내지 20 의 정수이고;
n 은 0 또는 1 내지 20 의 정수이고;
(n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 11 내지 25 의 정수이고;
k 가 1 인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소이며;
k 가 0 이고 R 이 플루오르인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소인, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 베이스는 전도성 기판을 포함하는, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 미세유체 디바이스는 제 1 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 기재된 미세유체 디바이스인, 시스템. - 제 117 항에 있어서,
상기 미세유체 디바이스는 광학적으로 작동된 EW 구성을 포함하는, 시스템. - 제 117 항에 있어서,
상기 미세유체 디바이스는 DEP 구성을 더 포함하는, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 제 1 유체 매질은 탄소, 실리콘, 및 산소로부터 선택된 원자들을 포함하는 백본 구조를 갖는 적어도 하나의 유기 또는 오르가노실리콘 화합물을 포함하는, 시스템. - 제 120 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 오르가노실리콘 화합물의 상기 백본 구조는 실리콘 원자들, 및 선택적으로는 산소 원자들을 포함하는, 시스템. - 제 120 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 유기 화합물의 상기 백본 구조는 탄소 원자들, 및 선택적으로는 산소 원자들을 포함하는, 시스템. - 제 122 항에 있어서,
상기 백본 구조를 분기형인, 시스템. - 제 120 항에 있어서,
상기 제 1 유체 매질은 하나 이상의 비고리형 유기 또는 오르가노실리콘 화합물들을 포함하는, 시스템. - 제 124 항에 있어서,
상기 제 1 유체 매질은 비고리형 유기 또는 오르가노실리콘 화합물들로 이루어지는, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 제 1 유체 매질은 퍼플루오르화된 탄소 원자들을 포함하지 않는, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 제 1 유체 매질의 화합물의 탄소 원자들의 치환기들은 90 % 보다 많지 않은 플루오르 치환기들을 포함하는, 시스템. - 제 115 항에 있어서,
상기 표면 개질 리간드는 상기 소수성 모노층의 내향 말단에서 퍼플루오르화된 탄소 원자들을 포함하는 적어도 제 1 부분을 포함하는, 시스템. - 제 128 항에 있어서,
상기 소수성 모노층의 모든 탄소 원자들은 퍼플루오르화되는, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 제 1 유체 매질은 하나 보다 많은 유기 또는 오르가노실리콘 화합물을 포함하는, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 인클로저는 커버를 더 포함하는, 시스템. - 제 131 항에 있어서,
상기 커버는 광에 투명한, 시스템. - 제 131 항에 있어서,
상기 커버는 유리 및/또는 인듐 탄탈륨 옥사이드 (ITO) 를 포함하는, 시스템. - 제 131 항 내지 제 133 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버는 전극을 포함하는, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 수성 액적은 계면활성제를 포함하는, 시스템. - 제 135 항에 있어서,
상기 계면활성제는 비-이온성 계면활성제를 포함하는, 시스템. - 제 135 항 또는 제 136 항에 있어서,
상기 계면활성제는 블록 알킬렌 옥사이드 코폴리머, 지방 에스테르 에톡실화 소르비탄, 에톡실화 플루오로계면활성제, 도데실황산나트륨, 또는 2, 4, 7, 9, 테트라메틸-5-데신-4,7,-디올 에톡시레이트를 포함하는, 시스템. - 제 135 항에 있어서,
상기 계면활성제는 Capstone® FS-30 (DuPontTM, 신퀘스트 연구소) 를 포함하는, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 액적은 포스포네이트 완충 식염수를 포함하는, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 수성 액적은 적어도 하나의 미세-객체를 포함하는, 시스템. - 제 140 항에 있어서,
상기 미세-객체는 생물학적 미세-객체인, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 수성 액적은 핵산 및/또는 단백질을 포함하는 생물학적 산물을 포함하는, 시스템. - 제 114 항에 있어서,
상기 수성 액적은 시약을 포함하는, 시스템. - 수성 매질과 호환 가능하고/하거나 수성 매질에서 용해 가능한 미세-객체들, 생물학적 산물들, 및/또는 시약들을 이송시키기 위한 키트로서,
베이스 및 미세유체 회로 구조를 포함하는 인클로저를 갖는 미세유체 디바이스로서, 상기 베이스는 상기 베이스의 상부 표면의 적어도 일부에 공유 결합으로 본딩된 소수성 모노층을 포함하는, 상기 미세유체 디바이스; 및
수성 매질과 비혼합성인 제 1 유체 매질을 포함하는, 키트. - 제 144 항에 있어서,
상기 소수성 모노층은 표면 개질 리간드 및 상기 표면에 상기 표면 개질 리간드를 연결하는 연결 기를 갖고, 상기 소수성 표면은 화학식 II 의 구조를 갖고:
;
화학식 II
는 상기 표면이고;
V 는 -P(O)(OY)W- 또는 -Si(OZ)2W 이고;
W 는 -O-, -S-, 또는 -NH- 이고 상기 표면에 접속하고;
Z 는 상기 표면에 부착된 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이고 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
Y 는 상기 표면에 부착된 인접한 인 원자에 대한 본드이고 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
R 은 수소 또는 플루오르이고;
M 은 수소 또는 플루오르이고;
h 는 독립적으로 2 또는 3 의 정수이고;
j 는 1 이고;
k 는 0 또는 1 이고;
m 은 0 또는 1 내지 20 의 정수이고;
n 은 0 또는 1 내지 20 의 정수이고;
(n + [(h + j)·k] + m) 의 합은 11 내지 25 의 정수이고;
k 가 1 인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소이며;
k 가 0 이고 R 이 플루오르인 경우, 그러면 m 은 적어도 2 이고 M 은 수소인, 키트. - 제 144 항에 있어서,
상기 베이스는 전도성 기판을 포함하는, 키트. - 제 144 항 내지 제 146 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미세유체 디바이스는 제 1 내지 제 72 항 중 어느 한 항에 기재된 미세유체 디바이스인, 키트. - 제 8 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항의 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스로서,
제 1 액체 매질로, 인클로저 또는 그 일부를 충진시키는 단계;
상기 기판의 상기 적어도 하나의 전극과 상기 커버의 상기 적어도 하나의 전극 사이에 AC 전압 포텐셜을 인가하는 단계;
액체의 제 1 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계로서, 상기 제 1 액적은 상기 제 1 액체 매질에서 비혼합성인, 상기 액체의 제 1 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계; 및
상기 제 1 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 인클로저 내의 원하는 로케이션으로 상기 제 1 액적을 이동시키는 단계를 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 148 항에 있어서,
상기 제 1 액체 매질은 오일인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 148 항에 있어서,
상기 제 1 액체 매질은 실리콘 오일, 플루오르화된 오일, 또는 이들의 조합인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 148 항에 있어서,
인가된 상기 AC 전압 포텐셜은 적어도 20 ppV 인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 151 항에 있어서,
상기 인가된 AC 전압 포텐셜은 약 25 와 35 ppV 사이인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 148 항에 있어서,
인가된 상기 AC 전압 포텐셜은 약 1 내지 100 kHz 의 주파수를 갖는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 148 항에 있어서,
상기 미세유체 장치는 액적 생성기를 포함하고, 상기 액적 생성기는 상기 제 1 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 148 항에 있어서,
상기 제 1 액적은 수성 용액을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 155 항에 있어서,
상기 제 1 액적은 적어도 하나의 미세-객체를 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 156 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 미세-객체는 생물학적 미세-객체인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 157 항에 있어서,
상기 생물학적 미세-객체는 세포인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 155 항에 있어서,
상기 수성 용액은 세포 배양 배지인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 156 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 미세-객체는 관심 있는 재료에 대한 친화성을 갖는 포획 비드인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 160 항에 있어서,
상기 제 1 액적은 2 내지 20 개의 포획 비드들을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 160 항에 있어서,
상기 관심 있는 재료는 생물학적 세포 분비물인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 160 항에 있어서,
상기 관심 있는 재료는 DNA, 게놈 DNA, 미토콘드리아 DNA, RNA, mRNA, miRNA, 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 155 항에 있어서,
상기 제 1 액적은 시약을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 164 항에 있어서,
상기 시약은 세포 용해 시약인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 165 항에 있어서,
상기 시약은 비-이온성 세정제를 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 166 항에 있어서,
상기 비-이온성 세정제는 0.2 % 미만의 농도에 있는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 164 항에 있어서,
상기 시약은 단백질 분해효소인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 168 항에 있어서,
상기 단백질 분해효소는 비활성화될 수 있는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 148 항에 있어서,
액체의 제 2 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계로서, 상기 제 2 액적의 액체는 상기 제 1 액체 매질에서 비혼합성이지만 상기 제 1 액적의 액체와 혼합 가능한, 상기 액체의 제 2 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계;
상기 제 2 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 제 1 액적에 인접한 상기 인클로저 내의 로케이션으로 상기 제 2 액적을 이동시키는 단계; 및
상기 제 2 액적을 상기 제 1 액적과 병합하여 제 1 조합된 액적을 형성하는 단계를 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 170 항에 있어서,
상기 제 2 액적은 상기 제 2 및/또는 상기 제 1 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 제 1 액적과 병합되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 170 항에 있어서,
상기 제 1 액적은 생물학적 미세-객체를 포함하고, 상기 제 2 액적은 시약을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 172 항에 있어서,
상기 제 2 액적에 함유된 상기 시약은 용해 완충액, 형광성 라벨, 및 발광성 분석 시약으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 172 항에 있어서,
상기 제 2 액적에 함유된 상기 시약은 용해 완충액이고, 상기 생물학적 세포는 상기 제 1 액적 및 상기 제 2 액적의 병합 시에 용해되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 170 항에 있어서,
액체의 제 3 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계로서, 상기 제 3 액적의 액체는 상기 제 1 액체 매질에서 비혼합성이지만 상기 제 1 조합된 액적의 상기 액체와 혼합 가능한, 상기 액체의 제 3 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계;
상기 제 3 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 제 1 조합된 액적에 인접한 상기 인클로저 내의 로케이션으로 상기 제 3 액적을 이동시키는 단계; 및
상기 제 3 액적을 상기 제 1 조합된 액적과 병합하여 제 2 조합된 액적을 형성하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 175 항에 있어서,
상기 제 3 액적은 상기 제 3 액적 및/또는 상기 제 1 조합된 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 제 1 조합된 액적과 병합되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 175 항에 있어서,
상기 제 3 액적은 시약을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 177 항에 있어서,
상기 제 3 액적은 프로테아제 억제제를 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 177 항에 있어서,
상기 제 3 액적은 관심 있는 재료에 대한 친화성을 갖는 1 내지 20 개의 포획 비드들을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 179 항에 있어서,
상기 포획 비드들은 올리고뉴클레오티드 포획제들을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 180 항에 있어서,
상기 올리고뉴클레오티드 포획제들은 폴리-dT 올리고뉴클레오티드들인, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 179 항에 있어서,
상기 관심 있는 재료는 DNA, 게놈 DNA, 미토콘드리아 DNA, RNA, mRNA, miRNA, 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 179 항에 있어서,
상기 미세유체 장치로부터 상기 1 내지 20 개의 포획 비드들을 배출시키는 단계를 더 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 175 항에 있어서,
액체의 제 4 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계로서, 상기 제 4 액적의 액체는 상기 제 1 액체 매질에서 비혼합성이지만 상기 제 2 조합된 액적의 액체와 혼합 가능한, 상기 액체의 제 4 액적을 상기 인클로저 안으로 도입하는 단계;
상기 제 4 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 제 2 조합된 액적에 인접한 상기 인클로저 내의 로케이션으로 상기 제 4 액적을 이동시키는 단계; 및
상기 제 4 액적을 상기 제 2 조합된 액적과 병합하여 제 3 조합된 액적을 형성하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 184 항에 있어서,
상기 제 4 액적은 상기 제 4 액적 및/또는 상기 제 2 조합된 액적에 전기습윤 힘을 인가함으로써 상기 제 2 조합된 액적과 병합되는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 184 항에 있어서,
상기 제 4 액적은 시약을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 186 항에 있어서,
상기 제 4 액적에 함유된 상기 시약은 완충액, dNTP들, 및 역전사 반응을 수행하기에 적합한 폴리메라아제를 포함하는 혼합물을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 186 항에 있어서,
상기 제 4 액적에 함유된 상기 시약은 완충액, dNTP들, 및 전체 게놈 증폭 반응을 수행하기에 적합한 폴리메라아제를 포함하는 혼합물을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 148 항에 있어서,
상기 제 1 액적, 제 2 액적, 제 3 액적, 및 제 4 액적 각각은 약 5 내지 50 나노리터의 볼륨을 갖는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 189 항에 있어서,
상기 제 1 액적, 상기 제 2 액적, 및 상기 제 3 액적 각각은 약 5 내지 20 나노리터의 볼륨을 갖는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 190 항에 있어서,
상기 제 2 액적 및/또는 상기 제 3 액적은 상기 제 1 액적의 볼륨과 실질적으로 동일한 볼륨을 갖는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 190 항에 있어서,
상기 제 4 액적은 상기 제 1 액적 보다 약 1 내지 3 배 큰 볼륨을 갖는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 192 항에 있어서,
상기 제 4 액적은 약 10 내지 30 나노리터의 볼륨을 갖는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 148 항에 있어서,
상기 인클로저는 적어도 하나의 마이크로채널을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 194 항에 있어서,
상기 제 1 액적을 상기 인클로저 내의 원하는 로케이션으로 이동시키는 것은 상기 제 1 액적을 상기 적어도 하나의 마이크로채널을 통해 이동시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 194 항에 있어서,
상기 인클로저는 상기 적어도 하나의 마이크로채널을 개방하는 복수의 챔버들을 더 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 196 항에 있어서,
상기 제 1 액적을 상기 인클로저 내의 원하는 로케이션으로 이동시키는 것은 상기 제 1 액적을 상기 복수의 챔버들 중 하나의 챔버 안으로 이동시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 194 항에 있어서,
상기 제 2 액적을 상기 제 1 액적에 인접한 포지션으로 이동시키는 것은 상기 제 2 액적을 상기 적어도 하나의 마이크로채널을 통해, 그리고 선택적으로는 상기 제 1 액적을 함유하는 챔버 안으로 이동시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 198 항에 있어서,
상기 제 3 액적을 상기 제 1 조합된 액적에 인접한 포지션으로 이동시키는 것은 상기 제 3 액적을 상기 적어도 하나의 마이크로채널을 통해, 그리고 선택적으로는 상기 제 1 조합된 액적을 함유하는 챔버 안으로 이동시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 199 항에 있어서,
상기 제 4 액적을 상기 제 2 조합된 액적에 인접한 포지션으로 이동시키는 것은 상기 제 4 액적을 상기 적어도 하나의 마이크로채널을 통해, 그리고 선택적으로는 상기 제 2 조합된 액적을 함유하는 챔버 안으로 이동시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 148 항에 있어서,
액적들을 이동 및/또는 병합하도록 전기습윤 힘을 인가하는 것은 상기 액적(들)에 근접한 상기 기판 표면의 영역의 유효한 전기습윤 특징을 변화시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 201 항에 있어서,
유효한 전기습윤 특징을 변화시키는 것은 상기 액적(들)에 근접한 상기 기판 표면의 영역에서 전기습윤 전극들을 활성화시키는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스. - 제 202 항에 있어서,
상기 기판은 광반응성 층을 포함하고, 상기 액적(들)에 근접한 상기 기판 표면의 영역에서 상기 전기습윤 전극들을 활성화시키는 것은 광의 패턴을 상기 전기습윤 표면의 영역 위로 향하게 하는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 프로세스.
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