KR20180091062A - 미세유체 디바이스들 및 키트들 및 그것의 사용을 위한 방법들 - Google Patents

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피터 제이 비밀러
볼커 엘 에스 커즈
그레고리 지 라비유
샤오화 왕
아타반 카루나카란
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버클리 라잇츠, 인크.
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Abstract

고화된 폴리머 네트워크를 포함하는 인 시츄 생성 미세유체 캡쳐 구조들, 그것에 대한 준비 및 사용의 방법들, 조성들 및 키트들이 기술된다. 미세유체 캡쳐 구조들은 미세유체 환경 내에서 수행되는 분석들을 위해 이롭게 사용되어, 생물학적 세포들과 같은 마이크로-객체들을 분석함에 있어서 유연성을 제공할 수도 있다. 분석 시약들 또는 분석물들은 미세유체 캡쳐 구조들 내에 통합될 수도 있다.

Description

미세유체 디바이스들 및 키트들 및 그것의 사용을 위한 방법들
본 출원은 2015년 12월 8일자로 출원된 미국 가출원 제 62/264,665 호, 2016년 5월 9일자로 출원된 미국 가출원 제 62/333,821 호, 2016년 11월 7일자로 출원된 미국 가출원 제 62/418,625 호의 35 U.S.C. 119 (e) 하의 이익을 주장하는 정규출원이며, 이들 개시들 각각은 여기에 그 전체가 참조에 의해 포함된다.
생명과학들 및 관련 분야들에서, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체들을 분석하는 능력을 갖는 것은 유용할 수 있다. 본 개시의 일부 실시형태들은 미세유체 캡쳐 구조들의 인-시츄 (in-situ) 생성을 위한 장치들 및 프로세스들을 포함한다.
일 양태에서, 마이크로-객체들을 분석하기 위한 미세유체 디바이스가 제공되며, 그 미세유체 디바이스는, 기판 및 미세유체 회로 재료를 갖는 인클로저 (enclosure) 로서, 인클로저는 인클로저 내에 위치된 흐름 영역을 정의하는, 상기 인클로저; 및 인클로저 내에 배치된 적어도 하나의 캡쳐 구조로서, 여기서 적어도 하나의 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크을 포함하고, 여기서 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약 및/또는 분석 분석물을 포함하는, 상기 적어도 하나의 캡쳐 구조를 포함한다. 여러 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 적어도 하나의 격리 펜 (sequestration pen) 을 포함할 수도 있고, 적어도 하나의 캡쳐 구조는 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치될 수도 있다. 적어도 하나의 격리 펜은 고립 영역 및 접속 영역을 가질 수도 있으며, 여기서 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구 및 고립 영역으로의 원위 개구를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 복수의 캡쳐 구조들 (예를 들어, 2, 3, 4 개 등) 은 격리 펜의 고립 영역 내에 배치된다. 여러 실시형태에서, 미세유체 디바이스는 커버를 포함할 수도 있다.
다른 양태에서, 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 갖는 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하기 위한 방법이 제공되며, 그 방법은 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역에서 미세유체 디바이스 내에 마이크로-객체를 배치하는 단계로서, 여기서 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크을 포함하고, 또한 여기서 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약을 포함하는, 상기 마이크로-객체를 배치하는 단계를 포함한다. 생물학적 세포와 같은 마이크로-객체는 분석물을 방출하거나 생성하는 것이 허용되고; 분석물 및 분석 시약은 상호작용하는 것이 허용된다. 분석물 및 분석 시약의 상호작용이 검출된다.
다른 양태에서, 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법이 제공되며, 그 방법은 미세유체 디바이스를 제공하는 단계로서, 여기서 미세유체 디바이스는 기판, 미세유체 회로 재료, 및 선택적으로, 커버를 포함하는 인클로저를 포함하고, 그 인클로저는 흐름 영역을 정의하는, 상기 미세유체 디바이스를 제공하는 단계; 흐름 영역 내로 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머 (pre-polymer) 를 도입하는 단계; 및 인클로저 내의 적어도 하나의 선택된 영역에서 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 고화 (solidification) 를 활성화하여, 그 안에 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성하는 단계를 포함한다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 흐름 영역에서 형성될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 인클로저는 흐름 영역에 유동적으로 접속된 적어도 하나의 격리 펜을 포함할 수 있고, 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 격리 펜 (예를 들어, 격리 펜 내의 고립 영역) 내에 형성될 수 있다. 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 고화를 활성화하는 단계는 복수의 격리 펜들 내를 포함하는, 인클로저 내의 복수의 선택된 영역들에서 및/또는 하나 이상의 격리 펜들 각각 내의 복수의 선택된 영역들에서 수행될 수 있다.
또 다른 양태에서, 기판, 미세유체 회로 재료, 및 선택적으로, 커버를 포함하는 인클로저; 및 고화된 폴리머 네트워크를 형성하기 위해 제어가능하게 활성화될 수 있는 기능화된 프리폴리머를 갖는 미세유체 디바이스를 포함하는 키트가 제공된다. 키트는 기능화된 프리폴리머의 부분이거나, 기능화된 프리폴리머와 혼합되거나, 기능화된 프리폴리머와는 별개로 (예를 들어, 별개의 바이알 (vial), 튜브 등에서) 제공될 수도 있는 분석 시약을 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 기판, 미세유체 회로 재료, 및 선택적으로, 커버를 포함하는 인클로저로서, 여기서 인클로저는 흐름 영역을 정의하는, 상기 인클로저; 및 인클로저 내에 배치된 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조로서, 여기서 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는, 상기 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 갖는 미세유체 디바이스를 포함하는 키트가 제공된다. 키트는 인 시츄 생성 캡쳐 구조와 일체이거나 그것과 연관될 수도 있거나 별개로 (예를 들어, 바이알, 튜브 등에서) 제공될 수도 있는 분석 시약을 더 포함할 수 있다. 어느 키트에서의 미세유체 디바이스든지 인클로저 내에 적어도 하나의 격리 펜을 포함할 수 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조가 미세유체 디바이스 내에 이미 배치되어 있는 키트들의 경우, 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 흐름 영역, 미세유체 디바이스의 격리 펜 (예를 들어, 격리 펜 내의 고립 영역), 또는 양자 모두 내에 위치될 수 있다.
도 1a 는 본 개시의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스 및 연관된 제어 장비와 함께 사용하기 위한 시스템의 예를 도시한다.
도 1b 및 도 1c 는 본 개시의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스를 도시한다.
도 2a 및 도 2b 는 본 개시의 일부 실시형태들에 따른 격리 펜들을 도시한다.
도 2c 는 본 개시의 일부 실시형태들에 따른 상세화된 격리 펜을 도시한다.
도 2d 는 본 개시의 일부 다른 실시형태들에 따른 격리 펜들을 도시한다.
도 2g 는 본 개시의 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스를 도시한다.
도 2h 는 본 개시의 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스의 코팅된 표면을 도시한다.
도 3a 는 본 개시의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스 및 연관된 제어 장비와 함께 사용하기 위한 시스템의 특정의 예를 도시한다.
도 3b 는 본 개시의 일부 실시형태들에 따른 이미징 디바이스를 도시한다.
도 4a 및 도 4b 는 인 시츄 생성 분석 구조들의 실시형태들의 그리픽 표현들이다.
도 4c 및 도 4d 는 분석 구조를 인 시츄로 생성하는 프로세스들의 개략적 표현들이다.
도 5a 내지 도 5e 는 본 개시의 인 시츄 생성 분석 구조, 및 생물학적 마이크로-객체에 의해 분비된 사이토카인을 검출하는 분석에서의 그것의 사용의 실시형태의 그래픽 표현들이다.
도 6a 내지 도 6c 는 생물학적 마이크로-객체에 의해 분비된 낮은, 중간 및 높은 분비량들을 검출하는 인 시츄 생성 분석 구조들의 사진 표현들이다.
도 7 은 생물학적 세포의 다양한 분석을 위한 다수의 인 시츄 생성 분석 구조들을 포함하는 격리 펜의 실시형태의 그래픽 표현이다.
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 경로(들), 채널(들), 챔버(들), 및/또는 펜(들), 및 유체 (및, 선택적으로는 유체에서 부유된 마이크로-객체들) 가 미세유체 디바이스의 안 및/또는 밖으로 유동하는 것을 허용하도록 구성된 적어도 하나의 포트를 포함하지만 이에 제한되지는 않는, 유동적으로 서로접속된 회로 엘리먼트들로 이루어진다. 통상적으로, 미세유체 디바이스의 미세유체 회로는 미세유체 채널을 포함할 수도 있는 흐름 영역, 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. 미세유체 회로는 미세유체 디바이스에서의 제 1 포트 (예를 들어, 입구) 와 유동적으로 접속된 제 1 단부 및 미세유체 디바이스에서의 제 2 포트 (예를 들어, 출구) 와 유동적으로 접속된 제 2 단부를 갖도록 구성될 수도 있다.
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 100,000 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 조합을 갖는 하나 이상의 섹션들이거나, 그것들을 포함할 수도 있다. 또한, 흐름 채널은, 원하는 유체 흐름을 그 안에 제공하기 위해 넓히고 수축시키는, 그 경로를 따른 상이한 단면 영역들을 가질 수도 있다. 흐름 채널은 밸브들을 포함할 수도 있고, 밸브들은 미세유체공학의 기술에서 알려져 있는 임의의 타입일 수도 있다. 밸브들을 포함하는 미세유체 채널들의 예들은 미국 특허들 제 6,408,878 호 및 제 9,227,200 호에 개시되어 있으며, 이들 각각은 그 전체가 참조에 의해 여기에 병합된다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "장애물"은 일반적으로 미세유체 디바이스 내의 2 개의 상이한 영역들 또는 회로 엘리먼트들 사이의 타겟 마이크로-객체들의 이동을 부분적으로 (그러나 완전히는 아님) 방해하기에 충분히 큰 범프 또는 유사한 유형의 구조를 지칭한다 . 2 개의 상이한 영역들/회로 엘리먼트들은, 예를 들어 미세유체 격리 펜의 접속 영역 및 고립 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 본 개시의 미세유체 격리 펜의 고립 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 "마이크로-객체" 는 일반적으로, 본 개시에 따라 고립 및/또는 조작될 수도 있는 임의의 미세한 객체를 지칭한다. 마이크로-객체들의 비-제한적 예들은: 미세입자들; 미세비드들 (예를 들어, 폴리스티렌 비드들, Luminex™ 비드들 등); 자기 비드들; 미세로드들; 미세와이어들; 양자 점들 등과 같은 무생물의 마이크로-객체들; 세포들; 생물학적 세포기관들; 소낭들, 또는 착물들; 합성 소낭들; (예를 들어, 막 표본들로부터 유래된 또는 합성의) 리포솜들; 지질 나노래프트 (lipid nanoraft) 들 등과 같은 생물학적 마이크로-객체들; 또는 무생물의 마이크로-객체들 및 생물학적 마이크로-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 모이어티들/분자들, 예컨대 형광성 라벨들, 단백질들, 탄수화물들, 항원들, 소분자 시그널링 모이어티들, 또는 분석에서 사용할 수 있는 다른 화학적/생물학적 종들을 가질 수도 있다. 지질 나노래프트들은 예를 들어 Ritchie 등의, (2009) "Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs," Methods Enzymol., 464:211-231 에 기술되어 있다.
여기서 사용되는 바와 같이, 용어 "세포" 는 용어 "생물학적 세포" 와 교환가능하게 사용된다. 생물학적 세포들의 비제한적 예들은 진핵세포들, 식물 세포들, 포유류 세포들, 파충류 세포들, 조류 세포들, 어류 세포들 등과 같은 동물 세포들, 원핵세포들, 박테리아 세포들, 균류 세포들, 원생 동물 세포들 등, 근육, 연골, 지방, 피부, 간, 폐, 신경 조직 등과 같은 조직으로부터 분리된 세포들, T 세포들, B 세포들, 내추럴 킬러 세포들, 대식세포들 등과 같은 면역학적 세포들, 배아들 (예를 들어, 접합자들), 난모세포들, 난자들, 정자 세포들, 하이브리도마들, 배양 세포들, 세포주로부터의 세포들, 암 세포들, 감염된 세포들, 세포 감염된 및/또는 형질전환된 세포들, 리포터 세포들 등을 포함한다. 포유류 세포는 예를 들어 인간, 생쥐, 쥐, 말, 염소, 양, 소, 영장류 등으로부터일 수 있다.
생물학적 세포들의 콜로니 (colony) 는 재생할 수 있는 콜로니에서의 모든 살아 있는 세포들이 단일의 친세포로부터 도출된 딸 세포들인 경우 "클론"이다. 소정의 실시형태들에서, 클론 콜로니에서의 모든 딸 세포들은 10 회 이하의 분할들에 의해 단일의 친세포로부터 도출된다. 다른 실시형태들에서, 클론 콜로니에서의 모든 딸 세포들은 14 회 이하의 분할들에 의해 단일의 친세포로부터 도출된다. 다른 실시형태들에서, 클론 콜로니에서의 모든 딸 세포들은 17 회 이하의 분할들에 의해 단일의 친세포로부터 도출된다. 다른 실시형태들에서, 클론 콜로니에서의 모든 딸 세포들은 20 회 이하의 분할들에 의해 단일의 친세포로부터 도출된다. 용어 "클론 세포들" 은 동일한 클론 콜로니의 세포들을 지칭한다.
여기서 사용되는 바와 같이, 생물학적 세포들의 "콜로니" 는 2 이상의 세포들 (예를 들어, 약 2 내지 약 20, 약 4 내지 약 40, 약 6 내지 약 60, 약 8 내지 약 80, 약 10 내지 약 100, 약 20 내지 약 200, 약 40 내지 약 400, 약 60 내지 약 600, 약 80 내지 약 800, 약 100 내지 약 1000, 또는 1000 초과 세포들) 을 지칭한다.
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.
여기서 사용된 바와 같이, 세포들을 지칭할 때의 용어 "증식" 은 세포 수에서의 증가를 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.
여기서 사용된 바와 같이, "캡쳐 모이어티" 는 마이크로-객체에 대한 인식 사이트 (site) 를 제공하는 화학적 또는 생물학적 종, 기능성, 또는 모티프 (motif) 이다. 마이크로-객체들의 선택된 클래스는 인 시츄 생성 캡쳐 모이어티를 인식할 수도 있고 인 시츄 생성 캡쳐 모이어티를 결합하거나 그것에 대한 친화력을 가질 수도 있다. 비제한적 예들은 항원들, 항체들, 및 세포 표면 결합 모티프들을 포함한다.
여기서 사용된 바와 같이, "유동가능 폴리머" 는 유체 매질 (예를 들어, 프리폴리머 용액) 내에 용해가능하거나 분산가능한 폴리머 모노머 또는 매크로머이다. 유동가능한 폴리머는 미세유체 흐름 영역으로 투입되고 그 안의 유체 매질의 다른 성분들과 함께 흐를 수도 있다.
여기서 사용된 바와 같이 "광개시 폴리머" 는 광에 노출 시에 공유결합적으로 가교, 특정의 공유결합들을 형성, 고화된 케미컬 모티프 주위의 리지오케미스트리 (regiochemistry) 를 변경, 또는 물리적 상태에서의 변경을 야기하는 이온 쌍들을 형성할 수 있고, 및 이것에 의해 폴리머 네트워크를 형성할 수 있는 폴리머 (또는 그 폴리머를 생성하기 위해 사용될 수 있는 모노머 분자) 를 지칭한다. 일부 예들에서, 광개시 폴리머는 공유결합적으로 가교, 특정의 공유결합들을 형성, 고화된 화학적 모티프 주위의 리지오케미스트리를 변경, 또는 물리적 상태에서의 변경을 야기하는 이온 쌍들을 형성할 수 있는 하나 이상의 화학적 모이어티들에 결합된 폴리머 세그먼트를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 광개시 폴리머는 (예를 들어, 폴리머의 중합을 통해) 폴리머 네트워크의 형성을 개시하기 위해 광활성화가능 라디컬 개시제를 요구할 수도 있다.
여기서 사용된 바와 같이, "항체" 는 면역글로불린 (Ig) 을 지칭하고 다클론성 및 단클론성 항체들 양자 모두; 영장류화된 (예를 들어, 인간화된); 쥣과의; 쥐-인간 (mouse-human); 쥐-영장류 (mouse-primate); 및 키메라를 포함하고, 순수한 (intact) 분자, 그것의 프래그먼트 (예를 들어, scFv, Fv, Fd, Fab, Fab' 및 F(ab)'2 프래그먼트들), 또는 순수한 분자들 및/또는 프래그먼트들의 멀티머들 또는 애그리케이트들일 수도 있고; 자연적으로 발생하거나 예를 들어 면역화, 합성 또는 유전공학에 의해 생성될 수도 있다. 여기서 사용된 바와 같은 "항체 프래그먼트" 는 항체로부터 도출되거나 항체와 관련된, 항원을 결합시키는, 및 일부 실시형태들에서 예를 들어 갈락토스 레지듀들의 병합에 의해 클리어런스 및 활용을 용이하게 하는 구조적 피쳐들을 나타내도록 유도될 수도 있는 프래그먼트들을 지칭한다. 이것은 예를 들어 F(ab), F(ab)'2, scFv, 경쇄 가변 영역 (VL), 중쇄 가변 영역 (VH), 및 이들의 조합을 포함한다.
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 미세유체 디바이스를 통해 유동할 때 유입되는 상이한 조성들 (예를 들어, 단백질들, 탄수화물들, 이온들, 또는 다른 분자들과 같은 용질들의 상이한 농도들) 을 가질 수 있다.
여기서 사용된 바와 같이, "흐름 경로" 는 매질의 흐름의 궤적을 정의하고, 그것에 종속되는 하나 이상의 유동적으로 접속된 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 채널(들), 영역(들), 챔버(들) 등) 을 지칭한다. 흐름 경로는 따라서 미세유체 디바이스의 스윕 영역의 예이다. 다른 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 비스윕 영역들) 은 흐름 경로 내의 매질의 흐름에 종속됨 없이 흐름 경로를 포함하는 회로 엘리먼트들과 유동적으로 접속될 수도 있다.
여기서 사용된 바와 같이, "마이크로-객체를 고립시키는 것" 은 미세유체 디바이스 내의 정의된 영역에 마이크로-객체를 한정한다. 마이크로-객체는 여전히 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에서 모션이 가능할 수도 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 고립 영역 (이하에서 더 상세히 설명됨) 은 비스윕 영역의 예이다.
특정의 생물학적 물질들 (예를 들어, 항체들과 같은 단백질들) 을 생성하는 생물학적 마이크로-객체들 (예를 들어, 생물학적 세포들) 의 능력이 그러한 미세유체 디바이스에서 분석될 수 있다. 분석의 특정의 실시형태에서, 관심의 분석물의 생성을 위해 분석될 생물학적 마이크로-객체들 (예를 들어, 세포들) 을 포함하는 샘플 물질이 미세유체 디바이스의 스윕 (swept) 영역으로 로딩될 수 있다. 생물학적 마이크로-객체들 (예를 들어, 인간 세포들과 같은 포유류 세포들) 의 마이크로-객체들은 특정의 특징들을 위해 선택되고 비스윕 (unswept) 영역들에 배치될 수 있다. 나머지 샘플 재료는 그 후 스윕 영역 밖으로 유출되고 분석 물질이 스윕 영역으로 유입될 수 있다. 선택된 생물학적 마이크로-객체들이 비스윕 영역들에 있기 때문에, 선택된 생물학적 마이크로-객체들은 나머지 샘플 물질의 유출 또는 분석 물질의 유입에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다. 선택된 생물학적 마이크로-객체들은 비스윕 영역으로부터 스윕 영역으로 확산할 수 있는 관심의 분석물을 생성하도록 허용될 수 있으며, 여기서 관심의 분석물은 각각이 특정의 비스윕 영역과 상관될 수 있는 국부화된 검출가능 반응들을 생성하기 위해 분석 물질과 반응할 수 있다. 검출된 반응과 연관된 임의의 비스윕 영역은, 존재하는 경우, 비스윕 영역 내의 생물학적 마이크로-객체들 중 어는 것이 관심의 분석물의 충분한 생산자들인지를 결정하기 위해 분석될 수 있다.
인 시츄 생성 캡쳐 구조들을 갖는 미세유체 디바이스들. 미세유체 채널을 포함하지만 그것에 제한되지 않는, 격리 펜, 트랩, 또는 흐름 영역의 부분과 같은, 미세유체 회로의 특정의 영역 및/또는 피쳐 (feature) 에 (예를 들어, 분석 분석물 또는 분석 시약을 부착시키거나, 분석 분석물 또는 분석 시약의 모션 및/또는 확산을 제한함으로써) 부착되는 분석 분석물 또는 분석 시약을 그러한 분석들이 포함할 수도 있는 것은 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체에 대한 분석들을 수행할 때 이로울 수 있다. 일부 예들에서, 분석 분석물 또는 분석 시약은 폴리머 네트워크를 사용하여 미세유체 디바이스의 특정의 부분 (예를 들어, 격리 펜의 부분) 에 부착될 수도 있다. 고화된 폴리머 네트워크는 선택된 로케이션에서 인 시츄로 생성될 수도 있다. 예를 들어, 구조형 광이 폴리머들을 네트워크로 가교함으로써 폴리머들을 고화시키는 광 유도 중합/가교 반응을 통해 폴리머들의 고화된 네트워크를 생성하기 위해 사용될 수도 있다. 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약 또는 분석 분석물과 (고화된 폴리먼 네트워크의 형성 동안 또는 후에) 반응될 수 있으며, 이것에 의해 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성한다. 분석 시약 또는 분석 분석물은 이러한 방식으로 고화된 폴리머 네트워크 내에, 또는 그것의 표면에 적어도 매우 근접하여 유지되어, (예를 들어, 하나 이상의 미리 정의된 로케이션들에서 분석 신호를 집중시킴으로써) 분석을 최적화할 수 있다.
매우 다양한 캡쳐 구조들이 여기에 기술된 바와 같이 미세유체 (또는 나노유체) 디바이스 내에서 인 시츄로 생성될 수 있다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 갖는 미세유체 디바이스들, 조성들 및 이들 클래스의 디바이스들에 대한 사용의 방법들이 여기에 기술된다.
기판, 및 미세유체 회로 재료 (260) 를 포함하는 인클로저로서, 인클로저는 각각 인클로저 (미도시) 내에 위치된 흐름 영역 (예를 들어, 흐름 채널 (410)) 및 적어도 하나의 격리 펜 (430) 을 정의하는, 상기 인클로저; 및 인클로저 내에 배치된 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 로서, 여기서 적어도 하나의 캡쳐 구조 (404) 는 고화된 폴리머 네트워크을 포함하는, 상기 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 를 포함하는 미세유체 디바이스 (400) 가 제공될 수도 있다. 미세유체 회로 재료 (260) 는 흐름 영역의 벽들을 정의할 수도 있고, 인클로저 내에 다른 미세유체 회로 엘리먼트들을 정의할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (400) 는 커버 (미도시) 를 포함할 수도 있다. 여러 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 미세유체 회로 재료 (260) 로 또한 형성될 수도 있는 적어도 하나의 격리 펜 (430) 을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 는 적어도 하나의 격리 펜 (430) 내에 배치될 수도 있다. 미세유체 디바이스는 또한 인클로저 내에 복수의 격리 펜들을 더 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 마이크로-객체의 생물학적 생성물을 캡쳐할 수 있도록 및/또는 마이크로-객체 또는 마이크로-객체의 생물학적 생성물에 의해 작용될 수 있도록 구성된다. 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있거나, 분석 시약 또는 분석 분석물을 수용하도록 구성될 수도 있다 (예를 들어, 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물과 반응하도록 구성된 기능화된 사이트들을 포함할 수도 있다). 분석 시약은 마이크로-객체의 생물학적 생성물을 캡쳐하도록 구성될 수도 있다. 분석 분석물은 마이크로-객체의 생물학적 생성물을 캡쳐하도록 또는 마이크로-객체 또는 마이크로-객체의 생물학적 생성물에 의해 작용될 수 있도록 구성될 수도 있다.
미세유체 디바이스 (400) 의 일부가 도 4a 에 도시된다. 적어도 하나의 격리 펜 (430) 이 흐름 영역 (예를 들어, 흐름 채널 (410)) 에 유동적으로 접속될 수도 있다. 적어도 하나의 격리 펜 (430) 은 고립 영역 및 접속 영역을 포함하고, 임의의 격리 펜 (124, 126, 128, 130, 224, 226, 228, , 266) 에 대해 상술된 바와 같은 치수들의 임의의 세트를 가질 수도 잇으며, 여기서 연결 영역 (예를 들어, 흐름 채널 (410)) 은 연결 영역으로의 근위 개구 및 고립 영역으로의 원위 개구를 갖는다. 미세유체 디바이스의 흐름 영역 (예를 들어, 흐름 채널 (410)) 은 미세유체 채널 (410) 을 포함할 수도 있다. 흐름 영역 (흐름 채널 (410)) 으로의 격리 펜의 근위 개구는 흐름 영역 (미도시) 에서의 유체 매질의 흐름에 실질적으로 평행하게 배향될 수도 있다. 흐름 영역에서의 유체 매질과 격리 펜의 고립 영역 내의 유체 매질 사이의 성분들의 교환은 실질적으로 확산에 의해서만 발생할 수도 있다. 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 는 격리 펜 (430) 의 고립 영역 내에 배치될 수도 있다.
적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 는 격리 펜의 접속 영역 또는 고립 영역 내에 위치될 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 는 또한 방해 없이 고립 영역으로 세포들을 들여올 수 있도록 격리 펜의 고립 영역의 소정 로케이션에 있도록 선택적으로 형성될 수도 있다. 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 로부터 방해 없이 고립 영역 밖으로 세포들을 내보낼 수 있도록 고립 영역 내에 위치될 수도 있다. 미세유체 디바이스는 임의의 조합으로 상술된 바와 같은 임의의 적합한 배열로 구성될 수도 있는 복수의 격리 펜들 (430) 을 포함할 수도 있다. 미세유체 채널 및 복수의 격리 펜들이 존재할 때, 복수의 격리 펜들은, 미세유체 채널 (410) 의 일 측면의 복수의 개구들의 각 격리펜들로, 일렬로 정렬될 수도 있다. 복수의 격리 펜들의 각 격리 펜의 근위 개구들은 공통 방향으로 미세유체 채널 (410) 로 개방될 수도 있다.
다른 실시형태에서, 그것의 일부가 도 4b 에 도시된 바와 같은, 기판 및 커버를 포함하는 인클로저로서, 인클로저는 각각 인클로저 (미도시) 내에 위치된 흐름 영역 (예를 들어, 흐름 채널 (410)) 및 적어도 하나의 격리 펜 (430) 을 정의하는, 상기 인클로저; 및 적어도 하나의 격리 펜 (430) 내에 배치된 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406) 로서, 여기서 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406) 는 분석 시약 또는 분석 분석물 (R/A, 예를 들어, 도 4c 및 도 4d 의 406B 또는 406A) 을 더 포함하는 고화된 폴리머 네트워크을 포함한다.
기판. 미세유체 디바이스 (400, 450) 의 기판은 인클로저 (미도시) 내에서 유전영동 (DEP) 힘들을 생성하는 구성을 더 포함할 수도 있다. DEP 구성을 갖는 미세유체 디바이스 기판은 여기에 기술된 바와 같은 임의의 DEP 구성을 포함할 수도 있다. DEP 힘들은 선택적으로 작동될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (400, 450) 의 기판은 광-전기습윤 구성 (미도시) 을 포함하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광-전기습윤 기판은 광학적으로 작동될 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (400, 450) 는, 각각이 광학적으로 작동되는, DEP 힘들을 생성하도록 구성된 기판 및 전기습윤 힘들을 생성하도록 구성된 기판의 조합을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (400, 450) 의 커버는 하나 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들로부터의 형광, 색도, 또는 발광 신호에 실질적으로 투명할 수도 있다.
여러 실시형태들에서, 적어도 하나의 캡쳐 구조를 갖는 미세유체 디바이스 (400, 450) 는 상술된 바와 같이 세포 성장, 생존 능력, 운반가능성 및 이들의 임의의 조합을 향상시키는 동적 코딩 또는 컨디셔닝된 표면을 가질 수도 있다. 임의의 적합한 동적 코팅 또는 커디셔닝된 표면이 사용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 여기에 기술된 바와 같은 임의의 적합한 공유결합적으로 개질된 표면일 수도 있는 공유결합적으로 개질된 표면을 포함할 수도 있다. 공유결합적으로 개질된 표면은 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 폴리머 네트워크를 고화시키기 전에 존재할 수도 있다. 동적 코딩이 사용되는 경우, 그것은 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 폴리머 네트워크를 고화시키기 전 또는 후에 도입될 수도 있다.
미세유체 디바이스 (400, 450) 는 임의의 조합으로 여기에 기술된 미세유체 디바이스들 (100, 200, 230, 250, 280, 290, 320, 500, 700) 에 대해 기술된 바와 같은 임의의 다른 성분들, 피쳐들 또는 구성들을 가질 수도 있다.
고화된 폴리머 네트워크를 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조. 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 (404, 406) (도 4a, 도 4b) 의 고화된 폴리머 네트워크는 광개시 폴리머를 포함할 수도 있고, 인 시츄로 고화될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 실리콘 폴리머를 포함하지 않는다. 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 실리콘을 포함하지 않는다. 고화된 폴리머 네트워크는 임의의 적합한 폴리머로부터 제조될 수도 있고 여기에 기술된 임의의 폴리머일 수도 있다.
기능화된 사이트들. 미세유체 디바이스 (400) 의 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 의 고화된 폴리머 네트워크는 하나 이상의 기능화된 사이트들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크는 2 이상의 기능화된 사이트들을 포함할 수도 있다. 기능화된 사이트들은 고화된 폴리머 네트워크에 부착될 수도 있다 (그것은 비특정 비공유 결합을 포함할 수도 있거나 특정의 결합 쌍 또는 모티프를 통한 비공유 결합을 포함할 수도 있다). 다른 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트들은 고화된 폴리머 네트워크의 폴리머(들) 에 공유결합될 수도 있다.
기능화된 사이트들은 분석 시약 또는 분석 분석물이 그것으로 도입되는 것을 허용하는 반응성 모이어티 (Rfs) 를 포함할 수도 있다. 반응성 모이어티 (Rfs) 는 연관 (예를 들어, 하나의 비제한적 예를 들면, 킬레이트화), 결합 (예를 들어, 비오틴과 스트렙타비딘 또는 항체/항원 결합 쌍 사이와 같은 비공유결합), 또는 (예를 들어, 클릭 반응 쌍들 사이와 같은 공유결합을 형성하는) 반응을 포함하는, 반응의 공유결합 또는 비공유결합 모드를 제공할 수도 있다. 단순성을 위해, 용어 결합은 모든 3 개의 타입들의 상호작용들을 포함하도록 사용될 수도 있지만, 이들 상호작용들 중 하나 이상은 특정의 실시형태에서 바람직할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 기능화된 사이트들의 반응성 모이어티 (Rfs) 는 비오틴, 아비딘 또는 스트렙타비딘일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 하나 이상의 기능화된 사이트들의 반응성 모이어티 (Rfs) 는 킬레이팅 모이어티 또는 올리고뉴클레오티드 혼성 (hybridization) 시퀀스를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크의 하나 이상의 기능화된 사이트들은 적어도 하나의 기능화된 사이트를 갖는 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 로, 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (403) 의 변환에 대해 개략적으로 도시된 폴리머 네트워크의 고화 후에 도입될 수도 있다 (예를 들어, 반응성 모이어티 (Rfs) 를 포함하는 비특정적으로 부착된 종이 격리 펜으로 유입되고 적합한 분석 조건들을 위해 반응성 모이어티 (Rfs) 를 포함하는 종의 충분한 수들을 부착하기 위해 시간의 주기 동안 고화된 폴리머 네트워크와 접촉하는 것이 허용될 수도 있다). 다른 실시형태들에서, 반응성 모이어티 (Rfs) 를 포함하는 하나 이상의 기능화된 사이트들은 도 4c 및 도 4d 에서 개략적으로 도시된 폴리머 네트워크의 고화 이전에 프리폴리머 (401) 로 도입된다.
분석 시약 또는 분석 분석물 (예를 들어, 도 4b 의 406 의 R/A) 을 포함하는 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406) 를 갖는 미세유체 디바이스 (450) 는 분석 시약 또는 분석 분석물과 이미 연관되거나, 결합되거나, 반응된 반응성 모이어티 (Rfs) 를 각각 갖는 하나 이상의 기능화된 사이트들을 포함할 수도 있다. 반응성 모이어티 (Rfs) 는 미세유체 디바이스 (400) 및 각각의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 에 대해 상술된 바와 같은 임의의 반응성 모이어티로부터 선택될 수도 있다. 위에서와 같이, 용어 결합은 모든 3 개의 타입들의 상호작용들을 포함하도록 사용될 수도 있지만, 이들 상호작용들의 하나 이상은 특정 실시형태들에서 바람직할 수도 있다. 분석 시약 또는 분석 분석물의 결합은 이하에 기술되고 도 4c 에 도시된 바와 같이, 폴리머 네트워크를 고화시키기 전에 또는 고화에 후속하여 수행될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404, 406) 의 고화된 폴리머 네트워크의 하나 이상의 기능화된 사이트들은 모두 동일한 반응성 모이어티 (Rfs) 를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404, 406) 의 고화된 폴리머 네트워크의 하나 이상의 기능화된 사이트들은 상이한 Rfs 를 포함할 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 2 이상의 타입의 폴리머는 고화된 폴리머 네트워크를 형성하기 위해 사용될 수도 있고, 각각의 폴리머는 동일하거나 상이한 기능화된 사이트들 (예를 들어, 그것에 접착되거나 부착된 반응성 모이어티 (Rfs)) 을 가질 수도 있다.
분석 시약 또는 분석 분석물. 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406) 의 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약 및/또는 분석 분석물 (도 4b, 도 4c, 도 4d) 을 더 포함할 수도 있다. 미세유체 디바이스 (450) 의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406) 는 고화된 폴리머 네트워크에 결합된 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함하여 이미 제공될 수도 있다. 대안적으로, 미세유체 디바이스 (400) 는 분석 시약 또는 분석 분석물 (도 4b 의 R/A) 을 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406) 를 제공하기 위해 분석 시약 또는 분석 분석물과 연관, 결합 또는 반응하도록 구성되고, 도 4c 에 더 개략적인 상세로 도시된 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) (도 4a) 를 가질 수도 있다. 또 다른 대안에서, 고화된 폴리머 네트워크 및 그것의 연관된 분석 시약 또는 분석 분석물은 분석 실험 자체의 시작 전에 도입될 수도 있다. 분석 시약 또는 분석 분석물은 고화된 폴리머 네트워크의 하나 이상의 기능화된 사이트들에 공유결합적으로 또는 비공유결합적으로 결합되도록 구성될 수도 있다. 분석 시약 또는 분석 분석물은 예를 들어 (예를 들어, 프리폴리머 내에 이미 병합된) 유동가능 폴리머 용액에 공유결합됨으로서 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 초기 형성 동안 도입될 수도 있다. 하나의 비제한적 예는 타겟 생물학적 세포상의 인테그린들에 의해 인식될 수도 있는 RGD 모티프와 같은 인식 모티프들의 통합일 수도 있다.
대안적으로, 분석 시약 또는 분석 분석물은 (예를 들어, 고화된 폴리머 네트워크가 고화된 후의 소정 시간에서) 하나 이상의 기능화된 사이트들을 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 를 갖는 미세유체 디바이스 (400) 로 유입될 수도 있다. 분석 시약 또는 분석 분석물은 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406) 를 생성하기 위해 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 의 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트들의 Rfs 와 연관, 결합 또는 반응하도록 구성된 기능성 모이어티 (Mfs) 를 포함할 수도 있다. 위와 같이, 용어 결합은 모든 3 개의 타입들의 상호작용들을 포함하도록 사용될 수도 있지만, 이들 상호작용들 중 하나 이상은 특정의 실시형태에서 바람직할 수도 있다. 임의의 적합한 기능성 모이어티 (Mfs) 가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 분석 시약 또는 분석 분석물의 킬레이팅 기재 (Mfs) 이 캡쳐 구조 (404) 의 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트들의 킬레이팅 리간드 (Rfs) 에 의해 킬레이트될 수도 있다. 기능성 모이어티 (Mfs) 는 캡쳐 구조 (404) 의 기능화된 사이트들의 각각의 아비딘, 스트렙타비딘 또는 비오틴 (Rfs) 과 비공유 결합으로 결합하도록 비오틴 또는 스트렙타비딘을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 기능성 모이어티 (Mfs) 는 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트들의 Rfs 과 공유결합으로 반응하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 기능성 모이어티 (Mfs) 는 아지드일 수도 있고 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 의 기능화된 사이트의 대응하는 클릭 반응 쌍의 알키닐 기능성과 공유결합으로 반응할 수도 있다.
적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는 미세유체 디바이스의 일부 실시형태들에서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 검출가능한 라벨을 포함할 수도 있다. 분석 시약 또는 분석 분석물의 검출가능한 라벨은 형광, 색도, 또는 발광 라벨일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 검출가능한 라벨은 형광 라벨일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 분석 시약 또는 분석 분석물이 검출가능한 라벨을 포함할 때, 그 라벨은 분석이 진행되고 있을 때까지 검출가능하지 않고, 그 검출가능한 라벨은 분석 시약 또는 분석 분석물로부터 생성되거나 유리된다.
반응성 모이어티 및/또는 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있는 고화된 폴리머 네트워크들을 도입하는 방법들. 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 준비는 도 4c 및 도 4d 에서 개략적으로 도시된 바와 같이 다양하게 수행될 수도 있다. 도 4c 에 도시된 하나의 루트에서, 하나 이상의 프리폴리머들 (401) 은 반응성 모이어티 (Rfs) 를 포함하는 적어도 하나의 기능화된 사이트를 포함하는 프리폴리머 (405) 를 제공하도록 개질될 수도 있다. 이러한 비고화된 프리폴리머 (405) 는 미세유체 디바이스의 인클로저 내로 후속적으로 유입되고, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 를 제공하기 위해 인 시츄로 고화될 수도 있으며, 이것은 격리 펜으로 유동가능 프리폴리머를 도입시키는 것을 선택적으로 포함할 수도 있다. 대안적으로, 반응성 모이어티 (Rfs) 를 포함하는 적어도 하나의 기능화된 사이트를 갖는 프리폴리머 (405) 는 분석 분석물을 이미 포함하는 프리폴리머 (407A) 을 제공하기 위해 기능성 모이어티 (Mfs) 를 갖는 분석 분석물과 반응될 수도 있다. 분석 분석물을 이미 포함하는 이러한 프리폴리머 (407A) 는 후속적으로 미세유체 디바이스로, 및 선택적으로 격리 펜으로 유입될 수도 있고, 분석 분석물을 갖는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406A) 를 제공하기 위해 인 시츄로 고화될 수도 있다.
다른 실시형태에서, 반응성 모이어티 (Rfs) 를 포함하는 적어도 하나의 기능화성 사이트를 갖는 프리폴리머 (405) 는 이미 분석 시약을 포함하는 프리폴리머 (407B) 를 제공하기 위해 기능성 모이어티 (Mfs) 를 갖는 분석 시약과 반응된다. 프리폴리머 (407B) 는 후속적으로 미세유체 디바이스의 인클로저 내로 유입되고, 선택적으로 격리 펜으로 도입되며, 분석 시약을 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406B) 를 제공하기 위해 인 시츄로 고화될 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 프리폴리머 (401) 자체가 미세유체 디바이스의 인클로저 내로 유입되고, 선택적으로 격리 펜으로 유입될 수도 있고, 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 부분을 형성하는 고화된 폴리머 네트워크 (403) 를 제공하기 위해 인 시츄로 고화될 수도 있다. 고화된 폴리머 네트워크는 고화된 폴리머 네트워크에 부착하거나 접착할 재료를 유입시킴으로써 반응성 기 (Rfs) 를 갖는 적어도 하나의 기능성 사이트를 도입시키기 위해 개질될 수도 있으며, 이것에 의해 적어도 하나의 반응성 기 (Rfs) (예를 들어, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404)) 를 포함하는 고화된 폴리머 네트워크를 제공한다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 는 분석 분석물을 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406A) 를 제공하기 위해 캡쳐 구조 (404) 의 Rfs 와 반응하는 기능성 모이어티 (Mfs) 를 갖는 분석 분석물을 유입시킴으로써 더욱 개질될 수도 있다. 대안적으로, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 는 분석 시약을 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406B) 를 제공하기 위해 캡쳐 구조 (404) 의 Rfs 와 반응하는 기능성 모이어티 (Mfs) 를 갖는 분석 시약을 유입시킴으로써 더욱 개질될 수도 있다.
도 4d 에 도시된 또 다른 실시형태에서, 예를 들어 RGD 또는 프로테이나아제 기질 (예를 들어, 도 4d 에서의 PEP) 모티프를 포함하는 펩티드 세그먼트와 같은 프리폴리머로 이미 통합된 분석 시약 및/또는 분석 분석물을 갖는 프리폴리머 (401') 가 준비된다. 프리폴리머 (401') 는 미세유체 디바이스의 인클로저로, 및 선택적으로 격리 펜으로 유입되고, 고화된 폴리머 네트워크 내에 통합된 분석 시약 및/또는 분석 분석물을 갖는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406C) 를 제공하기 위해 인 시츄로 고화될 수도 있다.
인 시츄 생성 캡쳐 구조들을 도입하는 방법들은 이하에 더욱 상세히 기술된다.
인 시츄 생성 캡쳐 구조의 분석 시약. 분석 시약은 단백질, 핵산, , 및/또는 당류를 포함할 수도 있다. 분석 시약은 관심의 핵산에 혼성화할 수 있는 인 시츄 생성 캡쳐 올리고뉴클레오티드를 포함할 수도 있다. 올리고뉴클레오티드는 합성적으로 생성될 수도 있거나 생물학적 세포에 의해 생성될 수도 있다. 올리고뉴클레오티드는 사이즈를 위해 또는 다른 기능성을 도입하기 위해 생물학적 생성 후에 더욱 처리될 수도 있다. 단백질 분석 시약은 항체, 구조 단백질, 세포 표면 마커, 또는 사이토카인을 포함할 수도 있지만, 이것들로 제한되지 않는다. 분석 시약은 약 2000Da 이하의 분자량을 갖는 합성의, 반합성의 또는 생물학적으로 생성된 를 포함할 수도 있다. 는 킬레이트화 기재, 킬레이트화 리간드, 펩티드, 또는 비펩티드 를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 분석 시약은 단백질, 핵산, , 또는 당류 중 2 이상의 조합을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 분석 시약은 항체 또는 그것의 프래그먼트를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 분석 시약은 항원을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 항원 분석 시약은 종양 괴사 인자 알파 (TNF alpha), 인터페론 알파 (IFN-alpha), 인터류킨 2 (IL-2) 또는 IFN 감마를 포함하지만 이들에 제한되지 않는 사이토킨일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 분석 시약이 항체를 포함하는 경우, 분석 시약 항체는 여기에 기술된 바와 같은 임의의 종양 항원일 수도 있는 종양 항원에 특정적으로 결합할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 분석 시약 항체는 종양 괴사 인자 알파 (TNF alpha), 인터페론 알파 (IFN-alpha), 인터류킨 2 (IL-2) 또는 IFN 감마를 포함하지만 이들에 제한되지 않는 임의의 적합한 사이토킨일 수도 있는 사이토킨에 특정적으로 결합할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 분석 시약이 항원을 포함하는 경우, 분석 시약은 종양 항원일 수도 있다. 종양 항원 시약은 종양 특정 항원 또는 종양 연관 항원일 수도 있다. 분석 시약으로서 사용될 수도 있는 종양 항원들의 비제한적 리스트는 WT1, MUC1, LMP2, HPV E6 E7, EGFRvIII, HER-2/neu, MAGE A3, p53 비돌연변이, NY-ESO-1, PSMA, GD2, CEA, MelanA/MART1, Ras 돌연변이, gp100, p53 돌연변이, 프로테이나제 3 (PR1), bcr-able. Tyrosinase, Survivin, PSA, hTERT, EphA2, PEP, ML-IAP, AFP, EpCAM, ERG (TMPRSS2 ETS 융합 유전자, NA 17, PAX3, ALK, Androgen receptor, cyclin B1, polysialic acid, MYCN, RhoC, TRP-2, GD3, fucosyl GM1, Mesothelin, 또는 PSCA 를 포함한다.
도 5a 는 미세유체 채널 (264) 로 개방되는 적어도 하나의 격리 펜 (530) 을 갖는 미세유체 디바이스 (500) 의 하나의 예를 도시한다. 격리 펜 (530) 은 항체로서 여기서 도시된 분석 시약 (504) 를 포함하는 고화된 폴리머 네트워크를 갖는 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 를 갖는다.
분석 시약의 이들 예들은 결코 제한이 없으며, 당업자가 선택할 수도 있는 임의의 적합한 분석 시약일 수도 있다.
인 시츄 생성 캡쳐 구조의 분석 분석물. 분석 분석물은 분석 시약과의 공유결합 또는 비공유결합 상호작용을 통해 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크에 결합할 수도 있다. 실시형태들의 일부에서, 분석 분석물이 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 결합/통합되는 경우, 분석 분석물은 또한 형광, 발광 또는 가시적으로 채색된 염료 라벨과 같은 검출가능한 라벨을 포함한다. 분석 분석물은 단백질, 핵산, (상술된 바와 같은) , 및/또는 당류를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 분석 분석물은 단백질, 핵산, , 또는 당류 중 2 이상의 조합을 포함할 수도 있다. 단백질 분석 분석물은 항체, 구조 단백질, 세포 표면 마커, 또는 사이토킨을 포함할 수도 있지만, 이들에 제한되지 않는다.
일부 실시형태들에서, 분석 분석물은 항체 또는 그것의 프래그먼트를 포함할 수도 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 제 1 항체의 결합 사이트를 바인딩하는 "항이디오타입" 항체에 대해 스크리닝하는 것은 항체들을 연구할 때 통상적이다. 항이디오타입 항체는 제 1 항체에 의해 결합된 항원을 모방할 수 있고, 이것에 의해 (1) 제 1 항체에 의해 결합된 항원을 모델링하거나 (2) 동물에게 예방접종을 하기 위해 (따라서 제 1 항체와 유사한 새로운 항체들을 생성하기 위해) 사용될 수 있다. 항이디오타입 항체는 따라서 이러한 콘텍스트에서 분석 분석물로서 보여질 수 있거나, 대안적으로 분석 시약으로 고려되고 이에 따라 사용될 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 단백질 분석 분석물은 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 비공유결합된 항원일 수도 있다. 분석 분석물은 펩티드, 또는 비펩티드 를 포함할 수도 있다. 분석 분석물의 하나의 비제한적인 예는 프로테이나아제에 대한 기질이다. 기질은 펩티드, 또는 비펩티드 일 수도 있다. 분석은 관심의 프로테이나아제를 효과적으로 생성하는 세포를 식별할 수도 있으며, 이것은 상업적 생산을 위해 유용할 수도 있다. 대안적으로, 기질은 병원성 프로테이나이제 식 (expression) 의 타겟일 수도 있고 병원성 활동을 갖는 세포들을 식별하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, (예를 들어, Gly-Pro-Gln-Gly-Trp-Gly-Gln 의 기질 시퀀스를 가질 수도 있는 MMP-2 (예를 들어, PEP) 와 같은) 매트릭스 메탈로프로테이나이제 (MMP) 기질은 프리폴리머 (예를 들어, 401') 내의 통합과 같은 임의의 적합한 방식에 의해 인 시츄 생성 캡쳐 구조로 통합되거나, (예를 들어, 프리폴리머 (407A), 및/또는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406A) 를 산출하는 가교제를 통해) 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 기능화된 사이트로 도입될 수도 있다. 소정의 메탈로프로테이나아제들의 식은 전이 가능성 및 암 진행과 연관된다. MMP 기질 모티프를 통함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 MMP 를 표현하는 세포들을 식별하기 위해 사용될 수도 있다. MMP 기질이 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406C) 의 고화된 폴리머 네트워크의 부분인 경우 (도 4d 참조), 고화된 폴리머 네트워크는 손상될 수도 있고 그 네트워크의 손실이 모니터링될 수도 있다. 예를 들어, MMP 기질 모티프를 통합하는 고화된 폴리머 네트워크는 프로테이나이제 활동이 계속됨에 따라 유리되는 형광 라벨을 더 포함할 수도 있다. 고화된 폴리머 네트워크 내의 신호의 손실이 모니터링되거나 격리 펜 내의 액체 매질 내의 신호의 이득이 모니터링될 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크 내에 결합 또는 통합될 수도 있는 기질들은 임의의 특정 타입의 기질들에 제한되지 않고 분석이 원해질 수도 있는 임의의 적합한 기질일 수도 있다.
인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 결합 또는 통합될 유용한 분석 분석물일 수도 있는 다른 프로테아제 기질은 퓨린 기질일 수도 있다. 퓨린 (세린 엔도프로테아제 활동을 갖는 전구단백질 전환효소) 은 Th1 표현형에 대한 T 세포들의 차별화에 수반될 수도 있다. 분석은 여기에 기술된 바와 같은 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 사용하여 여러 방식들로 수행될 수도 있지만, 하나의 실시형태에서, 펩티드는 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크 내의 기능성 사이트들에 대한 부착을 허용하는, 퓨린, 기능성 모이어티 (Mfs), 예를 들어 비오틴에 대한 클리비지 (cleavage) 모티프, 및 퓨린에 의한 클리비지 시에 방출될 펩티드 내의 소정 로케이션에 부착된 형광단을 통합할 수도 있다. 퓨린 활동을 표현하는 세포들은 인 시츄 생성 캡쳐 구조로부터 형광을 방출할 것이고, 신호의 손실이 검출될 수도 있고 또한 양이 평가될 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 형광으로 라벨링된 항원이 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406) 의 고화된 폴리머 네트워크 내에서, 부착에 의해 또는 가능하게는 다른 비공유결합 모드에 의해 임베딩될 수도 있다. 분석이 B 세포들에 의한 항원 추출을 측정하기 위해 수행될 수도 있다. B 세포들이 고화된 폴리머 네트워크와 연관 또는 결합함에 따라, B 세포가 항원에 대해 특정적인 항체를 표현하는 경우, 항원은 고화된 폴리머 네트워크로부터 추출될 수도 있다. 더 높은 친화도 항체들은 더 높은 레벨들의 항원 추출, 및 이리하여 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크로부터의 형광 신호의 손실을 나타낼 수도 있다.
분석 분석물의 이들 예들은 결코 제한되지 않고, 분석 분석물은 당업자가 선택할 수도 있는 임의의 적합한 분석 분석물일 수도 있다.
검출 시약(들). 분석 시약 (또는 분석물) 과 그것의 의도된 타겟 사이의 상호작용의 결과가 검출 시약에 의해 검출될 수도 있다. 검출 시약은 검출가능한 라벨을 포함할 수도 있다. 검출 시약의 검출가능한 라벨은 형광, 색도, 또는 발광 라벨을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 검출 시약은 적어도 제 1 항체를 포함할 수도 있다. 검출 시약은 검출가능하게 라벨링되는 제 1 항체를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 검출 시약은 제 2 항체를 포함할 수도 있으며, 여기서 제 2 항체는 검출가능한 라벨을 통합할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 라벨링된 제 2 항체는 이차 항체이고, 적어도 제 1 항체에 결합한다. 제 1 및/또는 제 2 항체는 IgG 항체일 수도 있다. 제 1 및/또는 제 2 항체는 항체의 프래그먼트일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 검출 시약은 삽입성 염료를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 검출 시약은 분자 비콘, 이중 혼성화 프로브, Scorpion®, 또는 Eclipse® 프로브를 포함할 수도 있지만 이것들에 제한되지 않는 FRET 라벨링된 올리고뉴클레오티드를 포함할 수도 있다. FRET 라벨링된 올리고뉴클레오티드 프로브 또는 프로브 쌍은 혼성화 이벤트가 발생할 때까지 형광을 발하지 않는 형광 라벨들을 포함할 수도 있다. 검출 시약은 페난트리딘 또는 아크리딘 연료들을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 삽입성 염료일 수도 있다.
멀티플렉싱된 분석들을 위한 하나 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들을 갖는 미세유체 디바이스들. 미세유체 디바이스 (400, 450) 의 인클로저 내의 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 - 및 선택적으로 여기서 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치될 수도 있다 - 는 2 이상의 상호작용을 검출하도록 구성될 수도 있으며 (예를 들어, 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 결합된 2, 3 또는 그 이상의 상이한 분석 시약들 또는 분석물들을 가질 수도 있으며), 따라서 멀티플렉싱된 분석들을 행하는 하나의 모드를 제공한다. 일부 실시형태들에서, 인클로저 또는 적어도 하나의 격리 펜의 단일의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 2 개의 상이한 분석물들 (예를 들어, 세포의 생물학적 생성물들) 을 검출하는 2 개의 분석 시약들을 포함하도록 구성된다.
다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (400, 450) 의 인클로저는 그안에 배치된 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (400, 450) 의 적어도 하나의 격리 펜은 그 안에 배치된 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들을 포함할 수도 있다. 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들은 격리 펜의 고립 영역 내에 배치될 수도 있다. 미세유체 디바이스 (450) 의 경우, 적어도 하나의 격리 펜 내의 각각의 추가적인 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 대해 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 제 1 고화된 폴리머 네트워크는 제 1 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있고, 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 제 2 고화된 폴리머 네트워크는 제 2 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있는 등이다. 미세유체 디바이스 (400) 의 경우, 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 제 1 고화된 폴리머 네트워크는 제 1 타입의 기능화된 사이트들을 포함할 수도 있고, 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 제 2 고화된 폴리머 네트워크는 제 2 타입의 기능화된 사이트들을 포함할 수도 있으며, 이들은 각각 상이한 종류의 분석 시약 또는 분석 분석물을 수락할 수 있다. 인클로저 내에 또는 적어도 하나의 격리 펜 내에 다수의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들을 갖는 미세유체 디바이스 (400, 450) 의 실시형태들에서, 제 1 분석 시약 또는 분석 분석물은 각각의 추가적인 분석 시약 또는 분석 분석물에 대해 제 1 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 2 분석 시약 또는 분석 분석물과 상이할 수도 있는 등이다. 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조 및 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 인클로저 내에, 또는 대안적으로 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 격리 펜 내에 상이한 로케이션들에 배치될 수도 있다. 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조 및 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 인클로저의 각각 제 1 벽 및 제 2 벽에 배치될 수도 있거나 동일한 벽상에서 서로에 인접하여 위치될 수도 있다. 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조 및 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 격리 펜의 각각 제 1 벽 및 제 2 벽에 배치될 수도 있거나, 격리 펜의 제 1 벽상에서 서로에 인접하게 배치될 수도 있다.
격리 펜이 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는, 적어도 하나의 격리 펜을 포함하는 미세유체 디바이스의 예가 도 7 에 도시된다. 하나의 격리 펜 (730) 을 표시하는 미세유체 디바이스 (700) 의 하나의 부분이 도시된다. 미세유체 디바이스 (700) 는 당업자에 의해 선택될 수도 있는 임의의 적합한 조합으로, 임의의 미세유체 디바이스들 (100, 200, 230, 250, 280, 290, 400, 450, 500) 의 성분들 및 피쳐들의 임의의 조합을 가질 수도 있다. 격리 펜 (730) 은 채널 (264) 을 또한 정의하는 동일한 미세유체 회로 재료 (260) 로 구성될 수도 있다. 제 1 유체 매질 (미도시) 은 미세유체 채널 (264) 에서 흐름 (278) 으로 흐를 수도 있다. 격리 펜 (730) 은 격리 펜 (730) 내의 3 개의 물리적으로 구별가능한 로케이션들에 배치된 3 개의 캡쳐 구조들 (702, 704, 708) 을 갖는다. 이러한 실시형태에서 생물학적 생성물들 (716, 718, 및 720) 을 생성하고 있는, 격리 펜 (730) 내로 로딩된 2 개의 마이크로-객체들 (706) 이 존재한다. 하나 만큼 적은 수의 마이크로-객체 (706) 가 존재할 수도 있거나, 선택된 분석을 위해 적합할 수도 있는 복수의 마이크로-객체들 (706) 이 존재할 수도 있다. 생물학적 생성물들 (716, 718, 720) 은 모두 상이할 수도 있거나, 도 4b 의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406), 또는 도 4c 의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 (406A 및/또는 406B) 과 등가인 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 (702 플러스 710), (704 플러스 712), 및 (708 플러스 714) 를 형성하는, 캡쳐 구조들 (702, 704, 708) 내에 및/또는 상에 각각 포함되는 분석 시약들 (710, 712, 714) 에 의해 3 개의 상이한 특징들에 대해 분석되는 (대안적으로 분석 시약 및/또는 분석 분석물의 임의의 선택일 수 있는) 동일한 생물학적 생성물일 수도 있다. 분석 시약들 (710, 712, 714) 은 각각 서로 상이하고 상이한 생물학적 생성물 또는 생물학적 생성물의 상이한 특징에 대해 테스트한다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 분석 시약들 (710, 712 및 714) 은 뷰잉의 편의를 위해 항체들로서 도시되지만, 멀티플렉싱된 인 시츄 생성 캡쳐 구조들은 항체 분석 시약들만을 포함하는 것에 제한되지 않고, 여기에 기술된 바와 같은 분석 시약들 (또는 분석 분석물들) 의 임의의 적합한 조합일 수도 있다.
적어도 하나의 캡쳐 구조의 다른 특성들. 인 시츄 생성 캡쳐 구조가 인클로저 내에, 및 선택적으로 흐름 영역 내에 로딩될 때, 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 사이즈는 흐름 영역을 통한 유체 매질의 흐름을 허용할 수도 있는 임의의 적합한 사이즈를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 흐름 영역의 폭의 80% 미만, 70% 미만, 60% 미만, 50% 미만, 40% 미만, 30% 미만, 20% 미만, 10% 미만, 5% 미만, 1% 미만, 또는 더 작은 (미세유체 채널일 수도 있는) 흐름 영역을 가로지르는 치수를 가질 수도 있다. 미세유체 디바이스의 격리 펜의 고립 영역은 약 50 마이크론 내지 약 250 마이크론의 폭을 가질 수도 있고, 그 안에서 생성된 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 폭은 고립 영역의 약 1/8 로부터 약 3/4 까지의 범위에 있거나, 그들 사이의 임의의 값일 수도 있다. 고립 영역을 가로지르는 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 폭은 약 50 마이크론의 폭을 갖는 고립 영역에서 약 5 마이크론 내지 약 35 마이크론의 범위 (또는 그들 사이의 임의의 값) 에 있거나, 약 250 마이크론의 폭을 갖는 고립 영역에서 약 60 마이크론 내지 약 190 마이크론의 범위 (또는 그들 사이의 임의의 값) 에 있을 수도 있다. 여러 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 격리 펜으로부터 생물학적 마이크로-객체 (예를 들어, 생물학적 세포 또는 배아) 또는 마이크로비드를 포함하지만 이들에 제한되지 않는 마이크로-객체의 퇴출을 허용하도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 유체 매질의 흐름에 대해 다공성일 수도 있다. 고화된 폴리머 네트워크는 복수의 마이크로-객체들의 적어도 서브세트에 대해 다공성이 아닐 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 약 1 nm, 2 nm, 10 nm, 100 nm, 250 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, 1 마이크론, 2 마이크론, 3 마이크론, 4 마이크론, 5 마이크론, 6 마이크론, 7 마이크론, 8 마이크론, 9 마이크론, 10 마이크론, 11 마이크론, 12 마이크론, 13 마이크론, 14 마이크론, 15 마이크론, 또는 그 이상보다 더 큰 직경을 갖는 마이크로-객체에 대해 실질적으로 비다공성이다.
일부 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 적어도 일부는 제거가능할 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 이하에 논의되는 바와 같이 가수분해, 단백질분해, 삼투성 변화, 온도 변화, 또는 광학 조명에 의해 적어도 부분적으로 제거가능할 수도 있다.
적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 갖는 미세유체 디바이스의 다른 피쳐들. 미세유체 디바이스는 여기에 기술된 임의의 미세유체 디바이스일 수도 있고 이하에 기술된 임의의 성분들, 피쳐들, 또는 치수들을 임의의 조합으로 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 선택 섹터를 더 포함할 수도 있다. 선택 영역은 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 및 흐름 영역의 적어도 부분을 포함할 수도 있다. 선택 섹터는 분석들이 여기에 기술된 바와 같이 수행되는 미세유체 디바이스의 인클로저의 별개의 영역일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 고립 섹터를 더 포함할 수도 있다. 고립 섹터는 분석 섹터에서 획득된 분석 결과들에 기초하여 선택된 마이크로-객체들을 유지, 재배 및/또는 증식시키는 위해 사용될 수도 있다. 고립 섹터는 상술된 바와 같은 선택 섹터의 격리 펜들과 같이 구성될 수도 있는 적어도 하나의 격리 펜을 포함할 수도 있지만, 격리 펜 내에 위치된 임의의 캡쳐 구조들을 갖지 않을 수도 있다. 고립 섹터는 복수의 격리 펜들을 포함할 수도 있다. 고립 섹터는 선택 섹터에 유동적으로 접속되는 미세유체 디바이스의 인클로저 내의 별개의 영역일 수도 있다. 고립 섹터는 흐름 영역의 부분인 미세유체 채널을 더 포함할 수도 있고, 여기서 적어도 하나의 격리 펜들 각각은 미세유체 채널에 대해 개방된다. 고립 섹터의 적어도 하나의 격리 펜의 개구는 미세유체 채널로부터 측방향으로 개방될 수도 있다.
인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크에서 사용을 위한 폴리머 들. 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 여러 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 합성 폴리머, 개질된 합성 폴리머, 또는 광 또는 온도 활성화가능 생물학적 폴리머일 수도 있다. 고화된 폴리머 네트워크를 형성하기 위해 사용되는 기능화된 프리폴리머는 고화된 폴리머 네트워크 내에서 사용을 위해 여기서 기술된 임의의 폴리머들일 수도 있다. 생물학적 폴리머는 고화된 폴리머 네트워크를 형성하기 위해 온도 또는 광 활성화가능하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생물학적 폴리머는 온도 또는 광 활성화가능할 능력을 제공하는 모이어티들을 통합하도록 개질될 수도 있다. 합성 폴리머 개질들은 사이즈 개질 모티프들, 클리비지 모티프들, 반응성 말단 모이어티들, 및/또는 세포 인식 모티프들을 포함할 수도 있다.
인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 폴리에틸렌 글리콜, 개질된 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락틱 애시드 (PLA), 개질된 폴리락틱 애시드, 폴리글리콜릭 애시드 (PGA), 개질된 폴리글리콜릭 애시드, 폴리아크릴아미드 (PAM), 개질된 폴리아크릴아미드, 폴리-N-이소프로필아크릴아미드 (PNIPAm), 개질된 폴리-N-이소프로필아크릴아미드, 폴리비닐 알콜 (PVA), 개질된 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴릭 애시드 (PAA), 개질된 폴리아크릴릭 애시드, 폴리카프로락톤 (PCL), 개질된 폴리카프로락톤, 피브로넥틴, 개질된 피브로넥틴, 콜라겐, 개질된 콜라겐, 젤라틴, 개질된 젤라틴, 라미닌, 개질된 라미닌, 다당류, 개질된 다당류, 또는 코-폴리머 중 적어도 하나를 임의의 조합으로 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 폴리머는 폴리에틸렌 글리콜, 개질된 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락틱 애시드 (PLA), 개질된 폴리락틱 애시드, 폴리글리콜릭 애시드 (PGA), 개질된 폴리글리콜릭 애시드, 폴리비닐 알콜 (PVA), 개질된 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴릭 애시드 (PAA), 개질된 폴리아크릴릭 애시드, 폴리카프로락톤 (PCL), 개질된 폴리카프로락톤, 피브로넥틴, 개질된 피브로넥틴, 콜라겐, 개질된 콜라겐, 라미닌, 개질된 라미닌, 다당류, 개질된 다당류, 또는 코-폴리머 중 적어도 하나를 임의의 조합으로 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 폴리머는 폴리에틸렌 글리콜, 개질된 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락틱 애시드 (PLA), 개질된 폴리락틱 애시드, 폴리글리콜릭 애시드 (PGA), 개질된 폴리글리콜릭 애시드, 폴리비닐 알콜 (PVA), 개질된 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴릭 애시드 (PAA), 개질된 폴리아크릴릭 애시드, 피브로넥틴, 개질된 피브로넥틴, 콜라겐, 개질된 콜라겐, 라미닌, 개질된 라미닌, 또는 코-폴리머 중 적어도 하나를 임의의 조합으로 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 실리콘 폴리머를 포함하지 않는다. 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 폴리락틱 애시드 (PLA) 또는 개질된 폴리락틱 애시드 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 폴리글리콜릭 애시드 (PGA) 또는 개질된 폴리글리콜릭 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 폴리아크릴아미드 또는 개질된 폴리아크릴아미드 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 또 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 폴리비닐 알콜 (PVA) 또는 개질된 폴리비닐 알콜 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 폴리아크릴릭 애시드 (PAA) 또는 개질된 PAA 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 폴리카프로락톤 (PCL) 또는 개질된 폴리카프로락톤 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 피브로넥틴 또는 개질된 피브로넥틴 폴리머를 포함하지 않을 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 콜라겐 또는 개질된 콜라겐 폴리머로부터 형성되지 않을 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 라미닌 또는 개질된 라미닌 폴리머로부터 형성되지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 단지 한 종류의 폴리머를 포함할 수도 있다. 여러 실시형태들에서, 단지 한 종류의 폴리머만을 포함하는 고화된 폴리머 네트워크는 개질된 폴리에틸렌 글리콜 폴리머를 포함한다.
고화된 폴리머 네트워크에서의 사용을 위한 폴리머의 적합성을 결정하는 물리적 및 화학적 특징들은 분자량, 소수성, 용해도, 확산의 속도, (예를 들어, 매질의) 점성, (예를 들어, 그 안에 고정된 형광 시약들의) 여기 및/또는 방출 범위, 기지의 배경 형광, 중합에 영향을 주는 특징들, 및 고화된 폴리머 네트워크의 구멍 사이즈를 포함할 수도 있다. 고화된 폴리머 네트워크는 유동가능 폴리머 (예를 들어, 프리폴리머 용액) 의 중합 또는 열 겔링 시에 형성된다.
사용될 수도 있는 다수의 폴리머들 중에서, 하나의 타입의 폴리머는 개질된 폴리에틸렌 글리콜 폴리머들의 그룹의 멤버인 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 (PEGDA) 이다. 광 개시 중합의 메커니즘이 식 1 에 도시된다. 자유 라디칼 개시제 Igracure® 2959 (BASF), 고효율, 비황변성 라디칼, 알파 하이드록시 케톤 광개시제가 UV 영역 (예를 들어, 365 nm) 에서의 파장들에서 개시를 위해 통상 사용되지만, 다른 개시제들이 사용될 수도 있다. 중합 반응들을 위한 다른 유용한 광개시제 클래스의 예는 리튬 아실 포스피네이트 염들의 그룹이며, 그것의 리튬 페닐 2, 4, 6, - 트리메틸벤졸릴포스피네이트는 알파 하이드록시 케톤 클래스의 파장보다 더 긴 파장들 (예를 들어, 405 nm) 에서의 그것의 더 효율적인 흡수성으로 인해 특별한 유용성을 갖는다.
식 1.
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광중합될 수도 있는 다른 타입들의 PEG 는 PEG 디메틸아크릴레이트, 및/또는 멀티아암 PEG (n-PEG) 아크릴레이트 (n-PEG-Acr) 를 포함한다. 사용될 수도 있는 다른 폴리머 클래스들은 폴리비닐 알콜 (PVA), 폴리락틱 애시드 (PLA), 폴리아크릴릭 애시드 (PAA), 폴리아크릴아미드 (PAM), 폴리글리콜릭 애시드 (PGA) 또는 폴리카프로락톤 (PCL) 을 포함한다.
폴리머의 분자량 범위는 개시된 인 시츄 생성 캡쳐 구조들의 성능을 위해 요구되는 바와 같이 변화될 수도 있다. 넓은 범위의 분자량들의 유동가능한 폴리머가 폴리머의 구조에 따라 적합할 수도 있다. 유용한 별 타입 폴리머는 각각의 아암에 대해 또는 선형 폴리머에 대해 약 500Da 로부터 약 20kDa 까지 (예를 들어, 4 아암 폴리머), 또는 최대 약 5kDa 까지의 범위에서, 또는 이들 사이의 임의의 값에서 Mw (중량 평균 분자량) 를 가질 수도 있다.
임의의 상기 리스트된 폴리머, 또는 피브로넥틴, 콜라겐 또는 라미닌과 같은 생물학적 폴리머들을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 여러 코-폴리머 클래스들이 사용될 수도 있다. 덱스트란 또는 개질된 콜라겐들과 같은 다당류들이 사용될 수도 있다. 중합을 위한 광활성화가능한 기능성들을 갖는 생물학적 폴리머들이 또한 사용될 수도 있다.
가교가 선형 또는 분기형 PEG 폴리머들의 방사선, PRG 아크릴레이트들의 자유 라디칼 중합, 및 마이클 첨가, 축합, 클릭 케미스트리, 네이티브 케미컬 리게이션 및/또는 효소 반응들과 같은 특정적으로 테일러링된 화학 반응들에 의해 수행될 수도 있다.
폴리머들은 폴리머의 특성 (성형, 멀티아암 또는 빗살모양 폴리머들과 같은 유동가능한 폴리머들의 구성, 가교가능한 기능성들 사이의 폴리머 세그먼트들의 길이) 및 중합 조건들 (온도 또는 광개시의 정도, 존재하는 광활성화가능 개시제의 양, 존재하는 라디칼 터미네이터 종의 양 등) 에 기초하여 원하는 범위의 가교를 갖도록 선택될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크의 폴리머는 개질된 PEG 폴리머일 수도 있다. 폴리머는 성형, 4-아암 또는 2-아암 PEG 디아크릴레이트 폴리머일 수도 있다.
팽윤형 폴리머들. PEG 폴리머들은 여러 조건들 하에서 팽윤가능할 수도 있고 원래의 매질/온도로 다시 복귀함으로써 반전될 수도 있다. 폴리-N-이소프로필아크릴아미드 (PNIPAm) 는 온도를 증가시킴으로써 팽윤되고 냉각시킴으로써 팽윤 해제 (de-swell) 될 수도 있다.
사이즈 개질 모티프들. 폴리-N-이소프로필아크릴아미드 (PNIPAm) 또는 폴리 아크릴아미드 (PAM) 를 포함하는 일부 하이드로겔들은 또한 기능화된 폴리머의 표면에서 광에 노출 시에 시스/트랜스 배향을 변경하는 아조벤젠과 같은 특정 모이어티들을 통합할 수도 있다. 이러한 시프트는 펜 내의 인 시츄 생성 캡쳐 구조와 같은 폴리머의 부분의 사이즈에서의 상당한 변경을 제공할 수 있다. 이들 폴리머들은 대안적으로 UV 광에 노출 시에 가교하는 시나믹 애시드 기능성들을 포함할 수도 있고, 이것은 광의 제거 시에 반전가능하다. 가교된 폴리머는 비가교된 상태에 비해 신장된다. 이들 폴리머들에 도입될 수도 있는 다른 모이어티는 트리페닐 류코메탄 (triphenyl leucomethane) 을 포함하며, 이것은 광의 적용 시에, 가역적으로, 광에 노출 시에 이온 쌍들을 형성한다. 활성화하는 광의 파장은 트리소듐 코퍼 클로로필린이 폴리머로 통합되는 경우 가시 범위로 가져와 질 수 있다.
기능화를 위한 다른 개질들. 폴리머 (예를 들어, PEG) 는 티올, 말레이미드, 카르복실, 아민, 메톡시, 아지드, 비닐 술폰, 아세틸레닉, 또는 아크릴레이트 기능성들을 포함할 수도 있는 (PEG) 폴리머의 말단들 (termini) 중 하나 또는 양자에서 기능성 기들을 통합함으로써 개질될 수도 있다. 기능성 기들은 동일하거나 상이할 수도 있다. 적절한 화학적 동화 (elaboration) 에 의한 원하는 펩티드 모티프들, 항체들, 또는 다른 정의된 분자 기능화가 모이어티가 폴리머 상의 대응하는 기능성과 특정적으로 반응할 수 있도록 도입될 수도 있다. 비오티닐레이션 (biotinylation) 은 스트렙타비딘에 링크된 다른 종과의 나중의 반응을 위해 도입될 수도 있거나, 그 역도 성립한다.
폴리머는 클리비지 모티프들, 반응성 말단 모티프들, 또는 세포 인식 모티프들을 포함하는 여러 모티프들을 포함할 수도 있다. 클리비지 모티프는 매트릭스 메탈로프로테이나아제, 콜라게나아제, 또는 카스파제 또는 카텝신과 같은 시스테인 프로테아제를 포함하지만 이들에 제한되지 않는 하나 이상의 프로테아제들에 대한 기질인 폴리머로 삽입된 펩티드 시퀀스를 포함할 수도 있다. 클리비지 모티프의 다른 카테고리는 프리폴리머의 선택된 로케이션들로 삽입될 수도 있는 니트로벤질 광절단성 연결자 (linker) 와 같은 광절단성 모티프를 포함할 수도 있다. 클리비지 모티프는 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크를 제거하기 위해 이용될 수도 있거나, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 통합될 때 분석 분석물 자체로서, 기술된 바와 같이, 사용될 수도 있다. 폴리머는 상술된 바와 같은 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크로 분석 시약들 또는 분석 분석물들을 도입하기 위해 사용될 수도 있는, N-하이드록시숙신이미딜 (NHS), 비오틴, 알키닐, 또는 아지도 모이어티들과 같은, 그러나 이들에 제한되지 않는 화학적 반응성 모티프들을 통합하기 위해 개질될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 폴리머는 분석 분석물 또는 분석 시약들로서 사용될 수도 있는, 상술된 인테그린들, 또는 퓨린 기질에 의해 인식되는 RGD 펩티드 모티프를 포함하지만 이것에 제한되지 않는 셀 인식 모티프들을 포함할 수도 있다.
인 시츄 생성 캡쳐 구조를 반전/제거/ 최소화하기. 다수의 메커니즘들이 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 대한 어떠한 추가의 목적도 존재하지 않을 때 그것을 제거하거나 감소시키기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 일단 분석이 완료되고 바람직한 생물학적 세포들이 식별되었으면, 바람직한 활동들 또는 특성들을 나타내는 생물학적 세포를 배양 및 증식하는 것을 계속하기 위해 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 제거하는 것이 유용할 수도 있다.
기계적 힘. 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 적어도 일부가 펜의 고립 영역에 대조적으로 흐름 영역 내에 위치되는 경우 흐름을 증가시키는 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 인 시츄 생성 캡쳐 구조가 인클로저의 흐름 영역 내에 위치될 때, 유체 흐름의 속도는 흐름 영역을 통해 증가될 수도 있으며, 이것은 기판, (미세유체 회로 재료로부터 형성될 수도 있는) 흐름 영역의 벽들, 또는 커버를 포함하지만 이들에 제한되지 않는, 그것이 부착되는 표면들로부터 적어도 하나의 캡쳐 구조를 분리할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 격리 펜의 고립 영역 내에 위치될 수도 있고, 분석이 완료한 후, 격리 펜 또는 그 안의 고립 영역은 고립 영역을 통해 흐름을 가져오도록 수정되어, 유사하게 그것이 부착되는 표면들로부터 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 분리할 수도 있다.
가수분해 감수성: 광개시 폴리머(들) 에 화학적으로 링크될 수 없는 폴리머들을 포함할 수도 있는 기공 유도 물질들 (porogens) 은 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성할 때 포함될 수도 있다. 형성된 하이드로겔 내의 개구들의 정도/사이즈는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내의 접근가능성을 통해 가수분해 레이트를 커스터마이즈할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 형성된 구멍들은 분비물들 또는 화학적 시약들이 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 통과하는 것을 허용하지만 세포가 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 통해 이동하는 것을 방지하기 위해 채용될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 이들 폴리머들의 분해성은 폴리머들 (예를 들어, PEG 폴리머들) 내로 폴리에스테르, 아세탈, 푸마레이트, 폴리(프로필렌 푸마레이트) 또는 폴리하이드록시애시드들과 같은 분해가능한 세그먼트들을 도입함으로서 증가될 수도 있다.
환원제들: PEG 는 랜덤이거나 미리 결정될 수도 있는, 대할구를 따른 간격들에서 디술피드 결합들로 형성될 수도 있다. 디술피드 결합들은 디티오트레이톨 (DTT), 메르캅토에탄올, 또는 TCEP 에 의해 깨질 수도 있다.
열: 폴리 N-이소프로필아크릴아미드 (PNIPAm) 또는 다른 적합한 LCST 폴리머들은 가열 시에 캡쳐 구조들을 도입하기 위해 사용될 수도 있다. 그들은 형성된 폴리머 캡쳐 구조의 온도를 감소시킴으로써 제거될 수도 있다. 폴리머들은 가수분해 또는 단백질분해와 같은 다른 메커니즘들에 의한 제거를 또한 허용하는 ELP 들 또는 다른 모티프들을 포함할 수도 있다. 특히, PNIPAm 은 부착 세포들을 위한 표면을 생성하기 위해 사용되지만, 그 후 익스포트 (export) 를 허용하도록 전환될 수도 있다. 다른 폴리머들은 또한 온도에 의존하여 사이즈 변경을 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 통합된 PEGDA 하이드로겔은 약 40℃ 의 온도로부터 약 20℃ 까지 냉각 시에 약 20% 까지 팽윤할 수도 있다. PEGDA 하이드로겔 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 사이즈는 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 아래에 있는 기판에 또는 예를 들어 ITO 일 수도 있는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 위의 투명 커버에 지향된 레이저 조명을 사용함으로써 국부적으로 증가될 수도 있다.
단백질분해 감수성: 하이드로겔들은 선택된 프로테아제에 의한 선택된 모티프 위의 선택성 단백질분해가 하이드로겔 캡쳐 구조를 제거/반전/또는 최소화할 수 있도록 설계된 임의의 종류의 펩티드 시퀀스를 가질 수도 있다. 일부 클래스들의 개질된 PEG 는 엘라스틴 유사 펩티드 (ELP) 모티프들을 갖는 및/또는 다양한 프로테아제들 (효소 민감성 펩티드 ESP) 에 대한 감수성을 위한 펩티드 모티프들을 갖는 PEG 를 포함한다. 다수의 이들 모티프들이 알려져 있다. 하나의 유용한 모티프는 순환적이도록 제약될 수도 있는 RGD 이다.
삼투 감수성: 칼슘 농도/다른 삼투 전략들이 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 분해하고 제거하기 위해 채용될 수도 있다. 위에서와 같이, 매질 변경들을 사용하여 캡쳐 구조들을 치수적으로 팽윤 또는 팽윤 해제한다.
광개시 포토클리비지: 상술된 바와 같이, 니트로벤질 광절단성 연결자와 같은 광절단성 모티프가 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크 내에 통합될 수도 있다. 광절단성 모티프를 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 광절단성 모티프의 클리비지를 개시하기 위해 적합한 파장을 갖는 적어도 일부 광을 포함하는 광에 대한 노출에 의해 제거 또는 사이즈에서의 감소에 민감할 수도 있다.
일부 애플리케이션들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 제거되지 않을 수도 있지만, 광 또는 매질/용매 변경들을 사용하여 간단히 팽윤되거나 팽윤 해제될 수도 있다. 일부 타입들의 하이드로겔들은 광에 가역적으로 반응하는 (예를 들어, 견고한 결합에 대한 리지오케미스트리를 변경하는; 폴리머 내에 가역적 가교들을 형성하거나 이온 쌍들을 형성하는/깨뜨리는) 모이어티들을 통합할 수도 있다.
미세유체 디바이스 보조 가열. 미세유체 디바이스는 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 소정 로케이션에서 기판 위에 배치된 금속 패드를 더 포함할 수도 있다. 금속 패드는 기판 상에 연속적인 금속 형상 또는 금속 형상들의 패턴을 배치함으로써 생성될 수도 있다. 열 패드는 열을 생성하기 위해 광원에 의해 여기될 수 있는 임의의 타입의 금속을 포함할 수 있다. 적합한 금속들은 크롬, 금, 은, 알루미늄, 인듐 주석 산화물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 금속들은 다층 열 패드, 예를 들어, 크롬의 층, 티타늄의 층, 금의 층에 결합될 수도 있다. 다른 금속들 (및 합금들) 이 본 기술분야에서 알려져 있다. 열 패드는 연속적인 금속 표면을 포함할 수 있거나 금속의 패턴 (예를 들어, 도트들, 정사각형들, 라인들, 콘들, 불규칙한 형태들과 같은 금속 형상들) 을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 금 패드는 인 시츄 생성 캡쳐 구조가 생성될/생성된 로케이션에서 기판상에 배치될 수도 있다. 열 패드는 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 겔화, 팽윤, 감소, 또는 제거하기 위해 열을 생성하기 위해 사용될 수도 있다. 열은 그러한 겔화, 팽윤, 감소 또는 제거가 원해지는 로케이션에 미세유체 디바이스 내로 광을 지향시킴으로써 생성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 감열성 폴리머를 포함할 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크가 감열성 폴리머를 포함할 때, 디바이스는 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조가 도입될 로케이션에서 기판상에 배치된 열 패드를 더 포함할 수도 있다.
기능화된 캡쳐 구조들을 사용하여 마이크로-객체를 분석하는 방법들. 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 갖는 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체 (예를 들어, 생물학적 세포 또는 배아) 또는 마이크로-객체에 의해 생성된 생물학적 생성물을 분석하기 위한 방법이 제공되며, 그 방법은 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역에서 미세유체 디바이스 내에 마이크로-객체를 배치하는 단계로서, 여기서 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크을 포함하고, 또한 여기서 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함하는, 상기 마이크로-객체를 배치하는 단계; 분석 시약 또는 분석 분석물을 마이크로-객체 또는 마이크로-객체의 생물학적 생성물과 접촉시키는 단계; 및 마이크로-객체 또는 생물학적 생성물과 분석 시약 또는 분석 분석물의 상호작용을 검출하는 단계를 포함한다. 여러 실시형태들에서, 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 갖는 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체 (예를 들어, 생물학적 세포) 를 분석하기 위한 방법이 제공되며, 그 방법은 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역에서 미세유체 디바이스 내에 마이크로-객체를 배치하는 단계로서, 여기서 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크을 포함하고, 또한 여기서 고화된 폴리머 네트워크는 분석 분석물을 포함하는, 상기 마이크로-객체를 배치하는 단계; 분석 분석물을 마이크로-객체의 생물학적 생성물과 접촉시키는 단계; 및 생물학적 생성물과 분석 분석물의 상호작용을 검출하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시형태들에서, 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 갖는 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체 (예를 들어, 생물학적 세포) 를 분석하기 위한 다른 방법이 제공되며, 그 방법은 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역에서 미세유체 디바이스 내에 마이크로-객체를 배치하는 단계로서, 여기서 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크을 포함하고, 또한 여기서 고화된 폴리머 네트워크는 분석 분석물을 포함하는, 상기 마이크로-객체를 배치하는 단계; 분석 분석물을 마이크로-객체와 접촉시키는 단계; 및 마이크로-객체와 분석 분석물의 상호작용을 검출하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시형태들에서, 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 갖는 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체 (예를 들어, 생물학적 세포) 를 분석하기 위한 방법이 제공되며, 그 방법은 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역에서 미세유체 디바이스 내에 마이크로-객체를 배치하는 단계로서, 여기서 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크을 포함하고, 또한 여기서 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약을 포함하는, 상기 마이크로-객체를 배치하는 단계; 분석 시약을 마이크로-객체 또는 마이크로-객체의 생물학적 생성물과 접촉시키는 단계; 및 마이크로-객체 또는 생물학적 생성물과 분석 시약의 상호작용을 검출하는 단계를 포함한다.
상기 방법들 중 임의의 것의 분석 시약 또는 분석 분석물은 여기에 기재된 임의의 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있다.
마이크로-객체를 분석하는 임의의 방법들의 여러 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 및/또는 상에 포함되는 분석 시약 또는 분석 분석물은 상술된 임의의 방법으로 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크에 공유결합으로 또는 비공유결합으로 부착될 수도 있다. 분석 시약 또는 분석 분석물은 단백질, 올리고뉴클레오티드, , 또는 당류를 포함할 수도 있다. 분석 시약 또는 분석 분석물은 각각 상술된 바와 같은 임의의 분석 시약 또는 분석 분석물일 수도 있다.
마이크로-객체를 분석하는 임의의 방법들의 여러 실시형태들에서, 마이크로-객체의 생물학적 생성물은 단백질, 올리고뉴클레오티드, , 또는 당류를 포함할 수도 있다. 마이크로-객체의 생물학적 생성물은 여기에 기술된 임의의 생물학적 생성물일 수도 있고, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 및/또는 상에 포함되는 분석 시약에 의해 측정되는 분석물로서 방법들에서 기능할 수도 있다. 대안적으로, 마이크로-객체의 생물학적 생성물은 인 시츄 생성 캡쳐 객체 내에 및/또는 상에 포함되는 분석 시약에 결합하고, 그 분석 시약과 반응하며, 및/또는 그 분석 시약을 절단할 수도 있으며, 이것에 의해 생물학적 생성물은 그 분석 방법에서 시약으로서 작용한다.
마이크로-객체 (예를 들어, 생물학적 세포 또는 배아) 를 분석하는 임의의 방법들의 여러 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 기판, 미세유체 회로 재료들 및 인클로저 내에 위치된 흐름 영역을 포함하는 인클로저 (enclosure) 로서, 여기서 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 인클로저 내에 배치되는, 상기 인클로저를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 적어도 하나의 격리 펜을 더 포함하고, 여기서 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치될 수도 있다. 격리 펜은 고립 영역 및 접속 영역을 포함할 수도 있으며, 여기서 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구 및 고립 영역으로의 원위 개구를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 격리 펜의 고립 영역 내에 배치될 수도 있다. 흐름 영역은 채널을 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 캡쳐 구조는 격리 펜의 제 1 벽에 인접한 제 1 로케이션에 배치될 수도 있다.
마이크로-객체를 분석하는 임의의 방법들의 여러 실시형태들에서, 인클로저는 복수의 격리 펜들을 포함할 수도 있다. 복수의 격리 펜들은 일렬로 정렬될 수도 있고, 복수의 격리 펜들 각각의 근위 개구는 흐름 영역 내에서 공통의 방향으로 개방될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 흐름 영역은 채널을 포함할 수도 있고, 복수의 격리 펜들 각각의 근위 개구는 미세유체 채널의 일 측면으로부터 개방될 수도 있다.
마이크로-객체를 분석하는 임의의 방법들의 여러 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 기판은 인클로저 내의 유체 매질 내의 마이크로-객체에 유전영동 (DEP) 힘을 생성하도록 구성될 수도 있다. 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역으로 미세유체 디바이스 내에서 마이크로-객체(들) (예를 들어, 생물학적 세포(들)) 를 배치하는 단계는 유전영동 힘을 사용하여 마이크로-객체(들) 을 이동시키는 것을 포함할 수도 있다. 유전영동 힘은 광학적으로 작동될 수도 있다. 대안적으로, 미세유체 디바이스의 기판은 인클로저 내의 액적에 전기-습윤력을 생성하도록 구성될 수도 있다. 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역으로 미세유체 디바이스 내에서 마이크로-객체(들) 를 배치하는 단계는 전기습윤력을 사용하여 마이크로-객체(들) 을 이동시키는 것을 포함할 수도 있다. 전기습윤력은 광학적으로 작동될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 각각이 광에 의해 작동될 수도 있는, 미세유체 디바이스의 인클로저 내의 유전영동 힘들 및 전기습윤력들 양자 모두를 생성하도록 구성될 수도 있는 하나 이상의 기판들을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 흐름 영역 (예를 들어, 미세유체 채널) 내의 유체 흐름 및/또는 중력이 미세유체 디바이스 내에 마이크로-객체(들) 을 배치하기 위해 사용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유전영동 힘들, 전기습윤력들, 중력 및/또는 유체 흐름은 마이크로-객체(들) 을 배치하기 위해 사용될 수도 있다. 여러 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 코팅 재료를 포함하는 적어도 하나의 표면을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 코팅 재료는 세포 성장, 생존 능력, 운반가능성 및 이들의 임의의 조합을 향상시키는 컨디셔닝된 표면을 제공하기 위해 적어도 하나의 표면을 공유결합으로 개질할 수도 있다. 컨디셔닝된 표면은 여기에 기술된 임의의 적합한 컨디셔닝된 표면이도록 선택될 수도 있다.
마이크로-객체를 분석하는 임의의 방법들의 여러 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 및/또는 상에 포함되는 분석 시약 또는 분석 분석물은 마이크로-객체 (예를 들어, 생물학적 세포 또는 배아) 또는 마이크로-객체의 생물학적 생성물과 상호작용하는 것이 허용된다. 일부 실시형태들에서, 상호작용은 비공유결합일 수도 있으며, 예를 들어, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 및/또는 상에 포함되는 항체 (예를 들어, 분석 시약) 와, 마이크로-객체의 생물학적 생성물인 항원 또는 사이토킨 (예를 들어, 분석물) 과 같은 단백질의 결합일 수도 있다. 비공유결합 상호작용의 다른 예에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 마이크로-객체의 표면상에 표현된 단백질에 대한 결합 인식 모티프를 포함할 수도 있으며, 여기서 마이크로-객체가 관심의 단백질을 표현하는 경우, 그것은 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 결합될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 화학적 결합들은 예를 들어 인 시츄 생성 캡쳐 구조가 프로테아제 인식 모티프를 포함할 때 상호작용에 의해 절단되어, 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 결합된 분석 분석물을 제공할 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 상호작용은 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 통합된 기질을 절단하기 위해 인식 모티프와 상호작용하는, 마이크로-객체에 의해 분비되거나 마이크로-객체의 표면상에 표현된 프로테아제의 상호작용일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 상호작용은 공유결합성 상호작용을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 생물학적 생성물 (예를 들어, 항원, 사이토킨, 또는 임의의 분비된 생물학적 생성물) 와 특정적으로 결합하도록 구성된 항체와 같은 분석 시약을 포함할 수도 있으며, 여기서 인 시츄 생성 캡쳐 구조 또는 항체는 또한 항체 분석 시약에 비공유결합하는 생물학적 생성물을 공유결합시키는 가교 모이어티 (예를 들어, 카르복실릭 애시드, 아미노 모이어티, 티올 모이어티, 또는 이것의 활성화된 종) 와 같은 반응성 모이어티를 포함한다.
마이크로-객체를 분석하는 임의의 방법들의 여러 실시형태들에서, 검출하는 단계는 적어도 하나의 캡쳐 구조로부터 신호를 검출하는 것을 포함한다. 방법의 여러 실시형태들에서, 그 검출가능한 신호는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 및/또는 상에 포함되는 분석 시약 또는 분석 분석물 내에 통합될 수도 있다. 그 검출가능한 신호는 적어도 하나의 캡쳐 구조의 표면에 집중될 수도 있거나 인클로저 내의 또는 대안적으로 격리 펜 내의 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 바로 인접한 영역에서 검출될 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 검출가능한 신호는 고화된 폴리머 네트워크 전체에 걸친 확산을 통해 발생할 수도 있는, 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 내부 부분에 집중될 수도 있다. 검출가능한 신호는 형광, 발광 또는 색도일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 그 신호는 형광일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 형광 신호를 검출하는 단계는 형광 신호를 정량화하는 것을 더 포함할 수도 있다.
마이크로-객체를 분석하는 임의의 방법들의 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 캡쳐 구조로부터 신호를 검출하는 단계는 적어도 하나의 캡쳐 구조의 초기 형광 신호의 손실을 검출하는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 분석 분석물로서 프로테아제 기질 모티프를 포함하는 고화된 폴리머 네트워크를 포함할 수도 있으며, 여기서 기질 모티프는 형광 라벨과 같은 검출가능한 신호를 포함한다. 분석 분석물과 그것을 절단할 수 있는 프로테아제 사이의 상호작용을 검출하는 것은 형광 프로테아제 기질 모티프를 통합하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조로부터 형광 신호의 손실의 정도를 검출하는 것을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 방법은 분석 분석물로서 프로테아제 기질 모티프를 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조가 소멸된 형광 쌍 (예를 들어, 삽입된 기질 모티프에서의 적적하게 이격된 상이한 아미노 애시드들상에 이중 라벨들을 가질 수도 있거나, 분자 비콘 또는 다른 FRET 프로브 구성을 포함할 수도 있는 FRET 쌍) 을 포함할 때, 형광 신호의 이득을 검출하는 것을 포함할 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 프로테아제 기질 모티프와 마이크로-객체에 의해 생성된 프로테아제 (예를 들어, 생물학적 생성물) 사이의 상호작용은 프로테아제에 의한 기질의 클리비지가 소멸된 형광 쌍 사이의 공간적 분리를 증가시킬 때 신호의 증가의 검출을 허용할 수도 있다.
마이크로-객체를 분석하는 임의의 방법들의 다른 실시형태들에서, 형광 신호는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 및/또는 상에 포함된 분석 시약 또는 분석 분석물과 상호작용하는 생물학적 생성물 또는 마이크로-객체 내에 통합될 수도 있다. 예를 들어, 마이크로-객체에 의해 분비된 관심의 단백질 (예를 들어, 생물학적 생성물) 은 또한 녹색 형광 단백질 (GFP) 과 같은 신호를 포함할 수도 있고, 따라서 관심의 단백질에 특정적으로 결합하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 및/또는 상에 포함된 항체와 상호작용할 때 직접 검출가능할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 그 표면에 관심의 단백질을 표현하는 마이크로-객체는 또한 (mCherry, Discoma sp.와 관련된 시퀀스를 갖는 삽입된 단백질과 같은) 마이크로-객체 내에 포함되는 검출가능한 신호를 가질 수도 있으며, 그 결과 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 및/또는 상에 포함된 항체 (예를 들어, 분석 시약) 와 결합하며, 인트라셀룰러 단백질의 형광 발광이 직접 검출될 수도 있다.
마이크로-객체를 분석하는 임의의 방법들의 또 다른 실시형태들에서, 검출하는 단계는 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역에 검출가능한 라벨을 갖는 검출 시약을 도입하는 것을 더 포함한다. 여기에 기술된 임의의 적합한 검출 시약이 사용될 수도 있다. 검출 시약의 도입은 미세유체 디바이스의 흐름 영역을 통해 검출 시약을 포함하는 용액을 흐르게 하는 것을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조가 격리 펜 내에 위치될 때, 검출 시약은 미세유체 디바이스의 인클로저 내로 유입된 후, 실질적으로 또는 단지 확산에 의해 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는 격리 펜으로 진입할 수도 있다. 검출 시약의 도입은 인클로저 내로 또는 대안적으로 격리 펜 내로 마이크로-객체를 배치하는 단계가 수행된 후 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 검출 시약은 마이크로-객체가 인클로저로 또는 격리 펜으로 도입되기 전에 도입될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 검출 시약을 도입하는 단계는 검출하는 단계를 수행하기 바로 전에 수행될 수도 있다. 여러 실시형태들에서, 검출 시약은 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 및/또는 상에 포함된 분석 시약이 생물학적 생성물 또는 마이크로-객체 자체 (예를 들어, 분석의 분석물) 와 상호작용할 때 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 집중되도록 구성된다. 검출 시약은 분석 시약 또는 분석 분석물/ 미세-개체 또는 이것의 생물학적 생성물 사이의 상호작용의 덕택으로 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 당면한 영역에 그 자체가 제약되는, 결합 쌍을 형성하는 것, 타겟 올리고뉴클레오티드와 혼성화하는 것, 인터카레이팅 또는 생물학적 생성물 또는 마이크로-객체와 공유결합으로 반응하는 것과 같은 임의의 적합한 메커니즘에 의해 (예를 들어, 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 당면한 영역에 제약되는) 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 집중될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 검출 시약/ 마이크로-객체 또는 그것의 생물학적 생성물/ 분석 시약 또는 분석 분석물/ 고화된 폴리머 네트워크 사이의 상호작용은 검출 시약의 검출가능한 신호를 집중시키도록 작용할 수도 있는 착물을 형성할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 검출 시약의 검출가능한 라벨은 그것이 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 집중될 때까지 검출가능하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 검출 시약이 삽입제 염료 또는 분자 비콘 (Fret 소멸 머리핀 프로브), Scorpions (Fret 소멸 프로브/프라이머 조합) 또는 올리고뉴클레오티드의 임의의 다른 FRET 라벨인 경우, 신호를 검출하는 것은, 일부 실시형태들에서 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 고정될 수도 있는 마이크로-객체의 생물학적 생성물 또는 마이크로-객체 자체에 검출 시약이 결합한 후까지는 수행되지 않을 수도 있다. 여러 실시형태들에서, 검출 시약의 검출가능한 라벨은 분석 시약 또는 분석 분석물에 비공유결합으로 부착된다.
마이크로-객체를 분석하는 임의의 방법들의 일부 실시형태들에서, 검출 시약은 적어도 제 1 항체를 포함한다. 하나 이상의 항체들은 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 및/또는 상에 포함된 분석 시약 또는 분석 분석물과 마이크로-객체의 생물학적 생성물 또는 마이크로-객체 자체 사이의 상호작용을 검출하기 위해 사용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 방법은 분석 분석물/(생물학적 생성물 또는 마이크로-객체) 쌍 또는 분석 시약/(생물학적 생성물 또는 마이크로-객체) 쌍의 적어도 일부에 라벨링되고 결합할 수 있는 제 2 항체를 도입하는 것이 후속되는, 분석 분석물/(생물학적 생성물 또는 마이크로-객체) 쌍 또는 분석 시약/(생물학적 생성물 또는 마이크로-객체) 쌍에 대한 특정성을 갖는 제 1 검출 항체를 도입하는 것을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 방법은 제 1 검출 항체에 대한 특정성을 갖는 제 2 항체를 도입하는 것을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 라벨링된 제 2 항체는 분석 분석물/(생물학적 생성물 또는 마이크로-객체) 쌍의 착물 또는 분석 시약/(생물학적 생성물 또는 마이크로-객체) 쌍의 착물에 대한 특정성을 가질 수도 있다.
마이크로-객체를 분석하는 임의의 방법들의 여러 실시형태들에서, 방법은 미세유체 디바이스로부터 마이크로-객체를 내보내는 단계를 더 포함할 수도 있다. 마이크로-객체는 분석의 결과들 (예를 들어, 검출 단계에서 바람직한 레벨의 신호를 나타내는 것) 에 기초하여 내보내질 수도 있다. 방법의 여러 실시형태들에서, 미세유체 디바이스로부터 마이크로-객체를 내보내는 것은 미세유체 디바이스의 기판의 다른 부분으로 마이크로-객체를 이동시키는 것을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 분석하는 단계들은 여기에 기술된 바와 같은 선택 섹터 내에서 수행될 수도 있고, 분석하는 방법에 의해 식별된 선택된 특징들을 나타내는 마이크로-객체들은 추가의 처리를 위해 미세유체 디바이스의 고립 섹터로 DEP 힘들, 전기습윤력들, 중력 또는 유체 흐름에 의해 이동될 수도 있다.
마이크로-객체를 분석하는 임의의 방법들의 여러 실시형태들에서, 방법은 가수분해제를 도입하는 것, 단백질분해제를 도입하는 것, 흐름 영역 및/또는 격리 펜 내의 유체 매질의 삼투질 농도를 증가시키거나 감소시키는 유체 매질을 도입하는 것, 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 온도를 변경하는 것, 또는 선택적으로 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 조명하는 것에 의해 적어도 하나의 캡쳐 구조를 감소시키거나 제거하여 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 감소시키거나 제거하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 온도를 변경하는 단계는 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 인접하거나 그것의 아래의 기판상의 열 패드를 광학적으로 조명하는 것을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 감소시키는 것 (예를 들어, 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 기능화된 사이트들의 사이즈 또는 수를 감소시키는 것) 또는 제거하는 것은 마이크로-객체를 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 대한 그것의 집중/제약으로부터 릴리스할 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 마이크로-객체를 내보내는 단계는 상술된 바와 같이 마이크로-객체가 결합한 분석 시약/분석 분석물에 대한 경합하는 결합 파트너를 도입하는 것을 포함할 수도 있다. 분석 시약/분석 분석물에 대한 경합하는 결합 파트너는 마이크로-객체로 하여금 분석 시약/분석 분석물과의 그것의 결합 상호작용으로부터 릴리스되게 하고 마이크로-객체의 내보내기를 허용할 수도 있다.
도 5a 내지 도 5e 는 인클로저 내에 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 갖는 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체 (예를 들어, 생물학적 세포 또는 배아) 를 분석하는 방법의 하나의 실시형태를 도시한다. 이러한 실시형태에서, 인클로저는 그 안에 배치된 적어도 제 1 캡쳐 구조를 포함하는 격리 펜을 포함하며, 여기서 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 사전 선택된 분석 영역으로서 작용한다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조들은 도 5a 에 도시된 바와 같이 예를 들어 분석 시약으로 기능화될 수도 있다. 방법은 그렇게 제한되지 않고, 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 대신에 분석 분석물을 포함하도록 기능화될 수도 있다.
도 5a 에서, 예를 들어 고화된 폴리머 네트워크로 도입되는 스트렙타비딘을 갖는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 가 도시된다. 구조적 폴리머 (예를 들어, 스트렙타비딘 개질 반응성 프리폴리머) 및 가용성 개시제의 프리폴리머 용액들이 미세유체 디바이스로 유입될 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 정밀하고 선택적인 고화가 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 로의 프리폴리머 (405) 의 변환에 대한 도 4c 에 도시된 개략화된 프로세스와 유사하게 격리 펜 (530) 의 하나의 코너에서 조명에 의해 달성될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 는 유체 매질이 흐르는 (278) 미세유체 채널 (264) 로의 격리 펜 (530) 의 개구에 대해 원위인 고립 영역의 코너에서 미세유체 회로 재료 (260) 으로 형성된 벽에/벽 근처에 위치되도록 생성된다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 형성 후에, 과도한 폴리머 용액 및 개시제는 미세유체 채널 (264) 을 플러싱하고, 미사용 시약들이 격리 펜 (530) 밖으로 확산하는 것을 허용함으로써 시스템으로부터 제거될 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 는 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 표면상에, 그리고 고화된 폴리머 네트워크 전체를 통해 스트렙타비딘을 제시할 수도 있다.
기능화된 항체가 격리 펜 (530) 의 고립 영역으로 도입될 수도 있다. 기능화된 항체는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 의 표면상의 또는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 내의 스트렙타비딘 사이트들에 결합할 수도 있는 비오틴 기능성을 가질 수도 있으며, 이것에 의해 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 의 표면에 또는 그 안에 포함된 항체 (504) 를 제공하여, (도 4c 의 개략적인 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406B) 와 또한 등가인) 도 4b 의 캡쳐 구조 (406) 와 등가인 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502 플러스 504) 를 제공한다. 항체 (504) 는 분비된 생물학적 생성물에 대해 특정적인 임의의 항체일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 항체 (504) 는 IL-2, IFN 알파/베타, TNF 알파 등과 같은 사이토킨일 수도 있다. 항체 (504) 는 관심의 사이토킨을 분비하는 세포들을 검출하기 위해 사용될 수도 있다. 모든 비오티니레이티드 (biotinylated) 항체 (504) 는 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 및/또는 상에 포함될 필요가 없다. 비오티니레이티드 항체 (504) 의 일부 부분은 또한 용액에서 프리-플로우팅 (free-floating) 하고 있을 수도 있다. 반전 페어링이 또한 사용될 수도 있으며, 예를 들어, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 는 폴리머 네트워크의 광개시 고화에 의해 통합된 비오티니레이티드 사이트들을 가질 수도 있고, 항체 (504) 는 스트렙타비딘을 포함하도록 개질될 수도 있다. 스트렙타비딘 기능성은 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 상의 비오틴 사이트들에 결합할 수 있으며, 이것에 의해 또한 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 의 표면에 또는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 내에 포함된 항체 (504) 를 제공한다.
도 5a 내지 도 5e 에서, 분석 시약은 편의성 및 간단성을 위해 항체로서 도시되지만, 방법은 그렇게 제한되지 않는다. 분석 시약은 여기에 기술된 바와 같은 임의의 적합한 분석 시약일 수도 있다.
생물학적 세포들 (506) 은 미세유체 채널 (264) 로 유입되고, 격리 펜 (530) 의 고립 영역들로 여기에 개시된 임의의 적합한 방법에 의해 배치될 수 있다. 관심의 세포(들) (506) 은 스트렙타비딘 기능화 항체가 도입되기 전 또는 후에 스트렙타비딘 기능화 캡쳐 구조를 갖는 펜 내로 도입될 수도 있다. 관심이 있는 하나 이상의 세포들 (506) 이 존재할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 단일의 세포 (506) 가 존재할 수도 있다.
세포(들) 은 배양될 수 있고, 생물학적 생성물을 분비할 수도 있다. 생물학적 생성물은 단백질일 수도 있다. 세포의 단백성 생물학적 생성물의 하나의 비제한적인 예는 사이토킨일 수도 있다. 사이토킨을 생성할 수도 있는 세포의 하나의 비제한적인 예는 T-셀일 수도 있다.
도 5b 에 도시된 바와 같이, 세포 배양이 계속됨에 따라, 세포 (506) 는 항체 분석 시약 (504) 에 결합할 수 있는 생물학적 생성물 (508) 를 생성할 수도 있다. 생물학적 생성물 (508) 는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 상의 분석 시약 (504) 과의 그것의 상호작용에 의해 캡쳐될 것이며, 예를 들어, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 또는 그것의 표면상에 통합된 항체들에 의해 캡쳐될 것이다. 도 5c 는 도 5b 의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 의 확대도를 도시하며, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 의 분석 시약 (504) (예를 들어, 항체) 과 생물학적 생성물 (508) 의 상호작용 (예를 들어, 결합) 에 의해 형성되는 착물 (510) 을 보여준다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 는 펜 내의 미세유체 채널로의 근위 개구 근처에 위치될 수 있거나 펜의 고립 영역 내 또는 접속 영역의 더 원위 섹션 내에 위치될 수 있다.
인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 의 표면에 또는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 내에 포함된 항체들, 분석 시약 (504) 은 관심의 생물학적 생성물 (508) (예를 들어, 분석물) 을 캡쳐하고 집중시킨다. 착물 (510) 의 집중된 캡쳐된 생물학적 생성물 (508)/항체 (504) 는 도 5d 에 도시된 바와 같이 형광성으로 라벨링될 수도 있는 라벨링된 항체 (512) 의 도입에 의해 검출가능하게 될 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502/504) 의 고화된 폴리머 네트워크에 집중되는 고정된 항체/사이토킨/항체 착물 (514) 의 형광 신호의 검출은 더 많은/더 적은 능동적으로 분비하는 생물학적 세포들의 검출 및 랭킹을 허용할 수 있다. 도 5e 는 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (502) 가 위치되는 격리 펜의 영역의 확대도를 도시한다. 고정된 항체 (504)/사이토킨 (예를 들어, 생물학적 생성물 (508))/라벨링된 항체 (512) 의 착물 (514) 이 도시된다. 검출 시약이 여기서 간단성을 위해 항체로서 도시되지만, 검출 시약은 그렇게 제한되지 않고 여기에 기술된 바와 같은 임의의 적합한 검출 시약일 수도 있다.
일부 다른 실시형태들에서, 생물학적 생성물 (508) 자체는 녹색 형광 단백질과 같은, 그러나 그것에 제한되지 않는 검출가능한 라벨을 포함할 수도 있다. 생물학적 생성물 (508) 가 검출가능한 라벨을 포함할 때, 검출 시약에 의한 추가적인 라벨링이 수행되지 않을 수도 있고, 생물학적 생성물 (508) 의 검출가능한 라벨의 양이 직접 검출될 수도 있다. 따라서, 방법의 일부 실시형태들에서, 분석물 (예를 들어, 생물학적 생성물 (508)) 은 검출가능한 분석물일 수도 있고 검출될 수도 있는 검출가능한 착물 (510') (미도시) 을 형성하기 위해 분석 시약 (504) 과 상호작용하고 분석 시약 (504) 에 의해 캡쳐될 수도 있다.
멀티플렉싱된 분석 방법들. 하나 이상의 마이크로-객체들 (예를 들어, 생물학적 세포 또는 배아) 을 분석하는 방법들의 여러 실시형태들에서, 멀티플렉싱된 분석이 수행될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 인클로저 내에, 또는 선택적으로 격리 펜 내에 위치된 적어도 하나의 캡쳐 구조는 2 이상의 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 인클로저, 또는 선택적으로 그 안의 격리 펜은 제 1 캡쳐 및 제 2 캡쳐 구조를 포함할 수도 있다. 제 1 캡쳐 구조는 상술된 바와 같을 수도 있고 제 1 분석 시약 또는 제 1 분석 분석물을 포함할 수도 있다. 제 2 캡쳐 구조는 제 2 고화된 폴리머 네트워크를 포함할 수도 있고, 제 2 고화된 폴리머 네트워크는 제 2 분석 시약 또는 제 2 분석 분석물을 포함할 수도 있다. 제 2 고화된 폴리머 네트워크 및 제 2 분석 시약 또는 제 2 분석 분석물은 상술된 임의의 피쳐를 임의의 조합으로 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 캡쳐 구조들 각각은 상이한 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 캡쳐 구조들은 서로 상이한 제 1 분석 시약 및 제 2 분석 시약을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 캡쳐 구조는 서로 상이한 제 1 분석 분석물 및 제 2 분석 분석물을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 제 1 캡쳐 구조 및 제 2 캡쳐 구조는 하나의 캡쳐 구조상에 분석 시약을 및 제 2 캡쳐 구조상에 분석 분석물을 포함할 수도 있다. 멀티플렉싱된 분석의 일부 실시형태들에서, 제 1 캡쳐 구조 및 제 2 캡쳐 구조는 구별가능한 로케이션들에서 인클로저 또는, 대안적으로 격리 펜 내에 배치될 수도 있다. 제 1 및 제 2 캡쳐 구조의 구별가능한 로케이션들은 인클로저의 동일한 벽에 또는 그 안의 격리 펜의 동일한 벽에 인접하거나, 인클로저의 상이한 벽들에 또는 그 안의 격리 펜의 상이한 벽들에 인접할 수도 있다.
멀티플렉싱된 분석의 여러 실시형태들에서, 검출하는 단계는 제 1 분석물 및 제 2 분석물을 검출하는 단계를 포함하며, 여기서 제 1 분석물은 제 2 분석물과 상이하다. 제 1 분석물 및 제 2 분석물은 마이크로-객체에 의해 분비된 제 1 생물학적 생성물 및 제 2 생물학적 생성물일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제 1 분석물 및 제 2 분석물은 마이크로-객체로부터 분비된 생물학적 생성물일 수도 있고, 제 2 분석물은 마이크로-객체의 표면상에 존재하는 생물학적 생성물일 수도 있으며, 서로 상이할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 검출하는 단계는 제 1 캡쳐 구조 상의 제 1 분석 분석물과 상호작용하는 제 1 생물학적 생성물을 검출하는 것 및 제 2 캡쳐 구조 상의 제 2 분석 분석물과 상호작용하는 제 2 생물학적 생성물을 검출하는 것을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 검출하는 단계는 제 1 분석 시약과 상호작용하는 제 1 생물학적 생성물을 검출하는 것 및 제 2 분석 시약과 상호작용하는 제 2 생물학적 생성물을 검출하는 것을 포함할 수도 있다.
상호작용들을 검출하는 단계는 제 1 및 제 2 캡쳐 구조들에 근접한 영역으로 제 1 검출 시약 및 제 2 검출 시약을 도입하는 것을 더 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 및 제 2 검출 시약들 각각은 검출가능한 라벨을 포함한다. 제 1 검출 시약 및 제 2 검출 시약의 검출가능한 라벨들은 각각 독립적으로 형광, 색도, 또는 발광일 수도 있다. 검출하는 단계는 제 1 검출가능한 라벨의 제 1 형광 신호 및 제 2 검출가능한 라벨의 제 2 형광 신호를 검출하는 것을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 형광 신호 및 제 2 형광 신호는 물리적으로 구별가능할, 예를 들어, 인클로저 내의 상이한 위치들에, 또는 대안적으로 그 안의 격리 펜 내의 상이한 위치들에 위치될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제 1 형광 신호 및 제 2 형광 신호는 스펙트럼적으로 구별가능할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제 1 또는 제 2 검출가능한 신호들 중 하나는 형광일 수도 있고 제 1 또는 제 2 검출가능한 신호들 중 다른 것은 형광이 아닐 수도 있다.
멀티플렉싱된 방법의 여러 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 검출가능한 시약들 각각은 각각의 제 1 또는 제 2 분석 시약 또는 분석 분석물에 비공유결합으로 부착될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 검출 시약들 각각은 항체를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 검출 시약들 각각은 각각의 제 3 및 제 4 항체를 포함하고, 이들 각각은 검출가능한 라벨을 가질 수도 있으며, 여기서 제 3 항체는 제 1 분석 시약 또는 제 1 분석 분석물/(생물학적 생성물 또는 마이크로-객체) 쌍에 특정적으로 결합하고 제 4 항체는 제 2 분석 시약 또는 분석 분석물/(생물학적 생성물 또는 마이크로-객체) 쌍에 특정적으로 결합한다. 일부 실시형태들에서, 제 3 항체는 제 1 분석 시약이 항체일 때 제 1 분석 시약에 대한 이차 항체일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 4 항체는 제 2 분석 시약이 항체일 때 제 2 분석 시약에 대한 이차 항체일 수도 있다.
멀티플렉싱된 분석의 여러 실시형태들에서, 제 1 및/또는 제 2 형광 신호들은 정량화될 수도 있다.
방법의 여러 실시형태들에서, 멀티플렉스 분석은 생물학적 생성물의 3 이상의 특징들 또는 마이크로-객체의 3 이상의 상이한 생물학적 생성물들 또는 마이크로-객체 자체, 또는 이들의 임의의 조합에 대해 수행될 수도 있다. 인클로저 내에 또는 대안적으로 그 안의 적어도 하나의 격리 펜 내에 제 3 의 또는 그 이상의 캡쳐 구조가 존재할 수도 있다. 제 3 의 또는 그 이상의 캡쳐 구조의 각각은 고화된 폴리머 네트워크를 포함할 수도 있고, 제 3 의 또는 그 이상의 고화된 폴리머 네트워크의 각각의 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있다. 제 3 의 또는 그 이상의 캡쳐 구조 각각의 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 캡쳐 구조의 제 1 분석 시약 또는 분석 분석물과 상이할 수도 있고, 및/또는 제 2 캡쳐 구조의 제 2 분석 시약 또는 분석 분석물과 상이할 수도 있다. 제 3 의 또는 그 이상의 캡쳐 구조들의 분석 시약 또는 분석 분석물 각각은 서로 상이할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 캡쳐 구조들 중 하나 또는 양자는 대안적으로 제 1 캡쳐 구조의 제 1 분석 시약 또는 분석 분석물로부터 구별가능하고 제 2 캡쳐 구조의 제 2 분석 시약 또는 분석 분석물로부터 구별가능한 2 이상의 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있다.
하나 이상의 마이크로-객체들을 분석하는 멀티플렉싱된 방법의 여러 실시형태들에서, 검출하는 단계는 적어도 격리 펜 내에서 로케이션에서 구별된, 검출가능하게 스펙트럼적으로 구별된, 또는 이들의 조합인 제 1, 제 2, 제 3, 또는 그 이상의 검출가능한 신호들을 검출하는 것을 포함한다.
멀티플렉싱된 방법은 미세유체 디바이스 내에 하나 이상의 마이크로-객체들을 배치하는 것을 포함하지만 이것에 제한되지 않는 싱글플렉스 방법을 위해 상술된 단계들 중 임의의 것을 포함할 수도 있으며, 여기서 미세유체 디바이스는 인클로저 내에서 또는 그 안의 격리 펜 내에서 2 이상의 특징에 대해 분석하도록 구성된 적어도 하나의 캡쳐 구조를 포함하거나, 또는 대안적으로 인클로저 내에 2 이상의 캡쳐 구조를 또는 적어도 하나의 격리 펜 내에 2 이상의 캡쳐 구조를 포함하며, 여기서 2 이상의 캡쳐 구조의 각각은 하나의 특징; 마이크로-객체가 (임의의 조합이 상술된 멀티플렉싱된 분석 시약들 및/또는 분석 분석물들 중 임의의 것의 분석 시약 또는 분석 분석물과의 임의의 조합으로 사용될 수도 있는) 하나 이상의 생물학적 생성물들을 방출하거나 생성하는 것을 허용하는 것; 분석 시약(들) 또는 분석 분석물(들) 이 생물학적 생성물(들) 또는 마이크로-객체 자체와 상호작용하는 것을 허용하는 것; 및 그 상호 작용을 검출하는 임의의 양태에 대해 분석하도록 구성된다.
도 7 은 여기에 기재된 방법들에 따른 멀티플렉싱된 분석을 도시하고, 인클로저 (미도시) 내의 흐름 영역 (미세유체 채널 (264)), 및 미세유체 채널 (264) 을 정의하는 벽들을 형성하는 미세유체 회로 재료 (260) 를 표시한다. 미세유체 디바이스 (700) 내의 하나의 격리 펜 (730) 이 도시되고, 상술된 바와 같이, 미세유체 회로 재료 (260) 로 만들어진 격리 펜을 인클로징하는 벽들을 갖는다. 격리 펜 (730) 은 격리 펜 (730) 내의 3 개의 물리적으로 구별가능한 로케이션들에 배치된 3 개의 캡쳐 구조들 (702, 704, 708) 을 갖는다. 이러한 실시형태에서 생물학적 생성물들 (716, 718, 및 720) 을 생성하고 있는 격리 펜 (730) 내로 로딩된 2 개의 마이크로-객체들 (706) 이 존재한다. 생물학적 생성물들 (716, 718, 및 720) 은 모두 상이할 수도 있거나, 캡쳐 구조들 (702, 704, 708) 내에 및/또는 상에 각각 포함되는 분석 시약들 (710, 712, 714) 에 의해 3 개의 상이한 특징들에 대해 분석되는 동일한 생물학적 생성물일 수도 있다. 분석 시약들 (710, 712, 714) 은 각각 서로 상이하고, 상이한 생물학적 생성물 또는 생물학적 생성물의 상이한 특징에 대해 테스트한다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 분석 시약들 (710, 712, 714) 은 뷰잉의 편의를 위해 항체들로서 도시되지만, 방법은 항체 분석 시약들에 제한되는 것이 아니라, 여기에 기술된 분석 시약들 및/또는 분석 분석물들의 임의의 적합한 조합일 수도 있다. 도 7 에 도시된 시점은 마이크로-객체들 (706) 이 생물학적 생성물(들) (716, 718, 720) 을 생성하는 것이 허용된 후; 생물학적 생성물(들) (716, 718, 720) 이 각각의 캡쳐 구조들 (702, 704, 708) 에 각각이 고정되는 분석 시약들 (710, 712, 714) 과 이미 상호작용한 후; 및 검출 시약들 (722, 724, 726) 이 격리 펜 (730) 으로 이미 도입되고 그들의 타겟들 (716, 718, 720) 에 특정적으로 결합한 시점 후의 시간에서의 포인트이다. 관찰의 편의를 위해, 검출 시약들 (722, 724, 726) 은 항체들로서 표현되지만, 방법은 상수된 바와 같이 항체 검출 시약들에 제한되지 않는다. 또한, 관찰의 편의를 위해, 검출 시약들 (722, 724, 726) 각각은 라벨 (미도시) 을 포함하며, 여기서 라벨은 검출 시약들 (722, 724, 726) 에 직접 부착된 검출가능한 라벨일 수도 있고, 또는 대안적으로 라벨은 항체들 (722, 724, 726) 에 특정적으로 결합하는 제 2 항체 (미도시) 에 부착될 수도 있다. 검출 시약들 (722, 724, 726) 에 직접 부착된 각각의 검출가능한 라벨은 스펙트럼적으로 구별가능함으로써 다른 검출가능한 라벨들 각각으로부터 검출가능하게 구별가능할 수도 있거나 검출 시약의 검출가능한 라벨이 결합하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 로케이션에 의해 검출가능하게 구별가능할 수도 있다. 캡쳐 구조, (예를 들어, 수행되는 분석에 의존하여) 분석 시약 또는 분석 분석물, 마이크로-객체 또는 생물학적 생성물 (예를 들어, 분석 시약 또는 분석 분석물이 마이크로-객체 또는 마이크로-객체의 생물학적 생성물과 상호작용하는지 여부), 및 검출 시약의 조합을 포함할 수도 있고, (702/710/716/722); (704/712/718/724); 및/또는 (708/714/720/726) 으로서 도 7 에 도시되는 분석 착물들 각각은 독립적으로 검출될 수도 있거나 동시에 검출될 수도 있다. 각각의 착물로부터의 검출가능한 신호들은 인 시츄 표준된 신호와의 비교에 의해, 서로에 대한 정규화에 의해, 및/또는 임의의 방법의 정량화에 의해 정량화될 수도 있다.
로딩의 방법들. 생물학적 마이크로-객체들 (예를 들어, 생물학적 세포들) 또는 (비드들을 포함하지만 이들에 제한되지 않는) 마이크로-객체들의 인클로저 내로 또는 대안적으로 격리 펜으로의 로딩은 여기에 기술된 바와 같이 유체 흐름, 중력, 유전영동 (DEP) 력, 전기습윤, 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.
준비의 방법. 미세유체 디바이스 내에서 적어도 하나의 캡쳐 구조를 준비하는 방법이 제공된다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조들은 미세유체 (또는 나노유체) 디바이스로의 세포들의 도입 전 또는 후에 도입될 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조들은 일시적이도록 설계될 수도 있거나 실험/분석/분류/배양 프로세스의 결말까지 제위치에 유지될 수도 있다.
인 시츄 생성 캡쳐 구조들은 미세유체 디바이스 내에 존재하는 폴리머 용액으로 하여금 생물학적 세포 또는 비드가 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 가로지르는 것을 방지할 수 있는 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성하게 하는 광활성화, 온도 변화, 또는 삼투성 변화에 의해 도입될 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 메시 사이즈에 의존하여, 상이한 카테고리들의 화학적 종이 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 통과하는 것이 허용될 수도 있다. 메시 사이즈가 약 2nm 이도록 선택되는 경우, 단지 작은 분자 성분들만이 통과하도록 허용될 수도 있지만, 단백질 등은 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 의해 격리될 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 단백질들, 핵산들, 세포기관들, 또는 신호 분자들과 같은 더 작은 물질들이 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 가로지르는 것을 방지할 수 없는 더 큰 메시 사이즈를 갖는 가교된 폴리머를 포함할 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 세포 또는 비드가 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 가로지르는 것을 허용하지 않으면서 매질이 통과하는 것을 허용할 수도 있다.
광활성화 중합을 도입하는 프로세스는 미세유체 디바이스 내에서 수행될 수 있다. 확산이 중합 프로세스와 경합하며, 따라서 자유 라디칼들을 빨리 생성하는 능력은 유용할 수도 있다. 추가적으로, 자유 라디칼들은 자유 산호와 빠르게 결합할 수 있다. 광중합이 매질에서의 산소의 부재로 매우 효율적이고 빠르지만, 생물학적 세포들이 존재할 때 (따라서 산소의 존재를 요구할 때), 개시 라디칼들의 수에 대한 조정들이 보상하기 위해 행해질 수도 있다. 사실, 산소의 제한 효과는, 특히 펜 또는 채널로의 진입 또는 펜 또는 채널로부터의 퇴출을 완전히 차단하지 않는 작은 캡쳐 구조들을 형성하기 위해 작은 제한된 양들의 폴리머를 도입할 때, 연쇄정지반응은 더 빠르게 일어나고 형성된 외래의 폴리머의 양을 제한하기 때문에 유용하다.
일부 실시형태들에서, 유동가능 폴리머의 고화를 개시하는 단계는 흐름 영역의 적어도 하나의 선택된 영역을 광학적으로 조명하는 것을 포함할 수도 있고, 또한 여기서 유동가능 폴리머의 고화의 단계는 고화된 폴리머 네트워크를 형성하기 위해 유동가능 폴리머의 폴리머들을 중합시키는 것을 포함할 수도 있다. 유동가능 폴리머를 도입하는 단계는 광활성화가능 중합 개시제를 도입하는 것을 더 포함할 수도 있다.
일부 다른 실시형태들에서, 유동가능 폴리머의 고화를 개시하는 단계는 기판의 적어도 하나의 선택된 영역에서 온도를 변화시키는 것을 포함할 수도 있다. 폴리머의 고화의 단계는 폴리머 네트워크를 형성하기 위해 폴리머를 겔링하는 것을 더 포함할 수도 있다. 기판의 선택된 영역에서 온도를 변화시키는 단계는 기판상의 열 패드를 광학적으로 조명하는 것을 더 포함할 수도 있다.
인 시츄 생성 캡쳐 구조는 2 개의 폴리머들을 공중합시킴으로써 형성될 수 있으며, 하나는 예를 들어 RGD 펩티드 모티프를 갖는다. 다른 실시형태들에서, (도 4d 의 프리폴리머 (401') 같은) 전구체 프리폴리머는 그러한 모티프를 갖도록 개질될 수도 있고, 인 시츄 중합은 (예를 들어, 도 4d 의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406C) 를 형성하는) 분석 분석물을 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 제공한다. 다른 대안은 프리폴리머 (예를 들어, 도 4c 의 407B) 내에 항체들을 통합시키고, 항체 분석 시약들 (예를 들어, 도 4c 의 406B) 을 이미 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조들을 제공하기 위해 폴리머 네트워크를 인 시츄로 고화시키는 것이다. 또 다른 대안은 (도 4c 의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406B) 로의 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (404) 의 변환에서와 같이) 인 시츄 생성 캡쳐 구조가 형성된 후, 항체들을 도입하는 것이다. 하나의 예에서, 비오티니레이티드 또는 스트렙타비딘 사이트들이 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크 전체에 걸쳐 또는 단지 표면상에만 도입될 수 있고, 스트렙타비딘 또는 비오틴 라벨링된 항체들은 각각의 결합 쌍들과 연관될 수도 있다. 대안적으로, 동시에, 또는 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 형성 후에, 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 표면으로의 광개시 삽입될 수도 있는, 벤조페논과 같은 광활성화가능 기능성을 포함하는 개질된 항체가 고안될 수도 있으며, 이것은 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (406B) 로 직접, 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 (403) 의 변환과 유사한 프로세스를 제공할 것이고, 여기서 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크는 도 4c 의 기능화된 사이트에 부착된 분석 시약을 포함한다 (도시되지 않은 프로세스). 동일한 타입들의 변환 전략들이 분석 분석물을 포함하는 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 동등하게 도입하기 위해 수행될 수 있다.
미세유체 디바이스 내에 폴리머 캡쳐 구조를 도입하는 프로세서의 일 예에서, 10% w/v PEGDA (6Kd) 및 1% 광개시제 (IRGACURE 2959, 200 Da) 를 포함하는 용액이 미세유체 디바이스로 유입될 수도 있다. 10 분 미만 동안 평형을 허용한 후, 원하는 영역은 도 4 내지 도 7 에 도시된 것가 같은 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 생성하는 중합을 개시하기 위해, 1 초 동안 400 mW/㎠ 의 전력을 갖는 대략 340 nm (+/- 20 nm) 에서 UV 광으로 조명될 수도 있다.
적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법이 제공되며, 그 방법은 미세유체 디바이스를 제공하는 단계로서, 여기서 미세유체 디바이스는 기판 및 미세유체 회로 재료들을 포함하는 인클로저를 포함하고, 그 인클로저는 흐름 영역을 정의하는, 상기 미세유체 디바이스를 제공하는 단계; 흐름 영역 내로 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머를 도입하는 단계; 및 인클로저의 적어도 하나의 선택된 영역에서 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 고화를 활성화하여, 그 안에 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성하는 단계를 포함한다. 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머를 도입하는 단계는 흐름 영역으로 광활성화가능 중합 개시제를 도입하는 것을 더 포함할 수도 있으며, 여기서 광활성화가능 중합 개시제를 도입하는 단계는 제 1 흐름가능한 프리폴리머를 도입하는 단계 전에, 동반하여 또는 후에 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 흐름 영역에 유동적으로 접속된 적어도 하나의 격리 펜을 더 포함하고, 고화를 활성화하는 단계는 적어도 하나의 격리 펜의 적어도 하나의 선택된 영역에서 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 고화를 활성화하는 것을 포함한다. 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 하나 이상의 기능화된 사이트들을 포함하는 고화된 폴리머 네트워크를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 기능화된 사이트들은 비오틴, 아비딘, 또는 스트렙타비딘 모이어티를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 기능화된 사이트들은 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 적어도 하나의 성분에 공유결합될 수도 있다. 비고화된 흐름가능한 기능화된 프리폴리머는 미세유체 디바이스 밖으로 유출될 수도 있다. 흐름가능한 기능화된 프리폴리머가 적어도 하나의 격리 펜으로 도입된 실시형태들에서, 비고화된 흐름가능한 기능화된 프리폴리머는 펜의 밖으로 확산할 수도 있고, 그 후 그것은 미세유체 디바이스 밖으로 유출될 수도 있다.
방법은 미세유체 디바이스의 흐름 영역을 통해 제 1 유체 매질의 제 1 체적을 흐르게 하여, 적어도 하나의 격리 펜 밖으로 비고화된 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머를 확산시키는 것을 더 포함할 수도 있다. 방법은 인클로저 내의, 또는 대안적으로 적어도 하나의 격리 펜 내의 적어도 제 1 캡쳐 구조로 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 도입하는 것; 및 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 적어도 제 1 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트들과 연관시키는 것을 더 포함할 수도 있다. 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 항체, 항원, , 또는 올리고뉴클레오티드를 포함할 수도 있다. 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물의 는 효소에 대한 기질, 항원, 세포 표면 마커, 사이토킨, 또는 여기에 기술된 임의의 적합한 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있다. 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 적어도 제 1 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트와 연관시키도록 구성된 모이어티를 더 포함할 수도 있다. 여러 실시형태들에서, 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 연관시키도록 구성된 모이어티는 적어도 제 1 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트에 대한 비오틴, 아비딘, 또는 스트렙타비딘 결합 파트너를 포함할 수도 있다. 여러 실시형태들에서, 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 분석 시약일 수도 있다. 방법은 미세유체 디바이스를 통해 제 1 유체 매질의 제 2 체적을 흐르게 하여, 적어도 하나의 격리 펜 밖으로 비연관된 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 확산시키는 것을 더 포함할 수도 있다. 일단 비연관된 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물이 펜 밖으로 확산되었으면, 그것은 미세유체 디바이스 밖으로 유출될 수도 있다.
방법은 제 2 의 또는 그 이상의 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 도입하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 제 2 의 또는 그 이상의 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 적어도 제 1 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 제 2 의 또는 그 이상의 기능화된 사이트들과 연관될 수도 있다. 제 2 의 또는 그 이상의 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물과는 상이하고 및/또는 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물로부터 검출가능하게 구별가능할 수도 있다. 제 2 의 또는 그 이상의 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물과 함께 사용되는 검출 시약으로부터 구별가능한 검출 시약으로 검출되도록 구성될 수도 있다. 제 2 의 또는 그 이상의 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 인클로저 내의, 또는 대안적으로 적어도 하나의 격리 펜 내의 제 2 의 또는 그 이상의 캡쳐 구조상의 제 2 의 또는 그 이상의 기능화된 사이트와 연관될 수도 있다.
방법은 인클로저 내에, 또는 대안적으로 적어도 하나의 격리 펜 내에 제 2 의 또는 그 이상의 캡쳐 구조를 도입하는 단계를 더 포함할 수도 있으며, 여기서 제 2 의 또는 그 이상의 캡쳐 구조를 도입하는 단계는, 미세유체 디바이스의 흐름 영역으로 제 1 유체 매질의 추가의 볼륨을 도입하는 단계; 흐름 영역으로 제 2 흐름가능한 기능화된 프리폴리머를 도입하는 단계; 및 인클로저의 적어도 제 2 선택된 영역에서, 또는 대안적으로 적어도 하나의 격리 펜 내에서 제 2 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 고화를 활성화하여, 그 안에 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성하는 단계; 및 미세유체 디바이스의 흐름 영역으로 제 1 유체 매질의 또 다른 볼륨을 흐르게 하는 단계를 포함할 수도 있다. 제 2 흐름가능한 기능화된 프리폴리머를 도입하는 단계는 흐름 영역으로 광활성화가능 중합 개시제를 도입하는 것을 더 포함할 수도 있으며, 여기서 광활성화가능 중합 개시제를 도입하는 단계는 제 2 흐름가능한 프리폴리머를 도입하는 단계 전에, 동반하여, 또는 후에 수행될 수도 있다. 제 2 캡쳐 구조가 형성된 후, 제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물과 유사하게 유입될 수도 있고 재 2 캡쳐 구조와 연관되는 것이 허용될 수도 있다. 제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물의 연관 후, 과도한 비연관된 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 격리 펜 밖으로 확산되고, 선택적으로 미세유체 디바이스 밖으로 유출될 수도 있다.
방법은 적어도 하나의 격리 펜으로 제 3 의 또는 그 이상의 캡쳐 구조를 도입하는 단계를 더 포함할 수도 있으며, 여기서 제 3 의 또는 그 이상의 캡쳐 구조를 도입하는 단계는, 미세유체 디바이스의 흐름 영역으로 제 1 유체 매질의 추가의 볼륨을 도입하는 단계; 흐름 영역으로 제 3 흐름가능한 기능화된 프리폴리머를 도입하는 단계; 및 인클로저의 적어도 제 3 선택된 영역에서, 또는 대안적으로 적어도 하나의 격리 펜 내에서 제 3 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 고화를 활성화하여, 그 안에 제 3 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성하는 단계; 및 미세유체 디바이스의 흐름 영역으로 제 1 유체 매질의 또 다른 볼륨을 흐르게 하는 단계를 포함할 수도 있다. 제 3 흐름가능한 기능화된 프리폴리머를 도입하는 단계는 흐름 영역으로 광활성화가능 중합 개시제를 도입하는 것을 더 포함할 수도 있으며, 여기서 광활성화가능 중합 개시제를 도입하는 단계는 제 3 흐름가능한 프리폴리머를 도입하는 단계 전에, 동반하여, 또는 후에 수행될 수도 있다. 제 3 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 및/또는 제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물에 대해 상술된 바와 같이 제 3 캡쳐 구조와 유사한 방식으로 도입될 수도 있다. 제 3 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 또는 제 2 기능화된 분석 시약과 상이할 수도 있고, 및/또는 제 1 또는 제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물로부터 검출가능하게 구별가능할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머는 제 2 흐름가능한 기능화된 프리폴리머와는 상이할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머는 제 2 흐름가능한 기능화된 프리폴리머와 동일할 수도 있다. 여러 실시형태들에서, 제 1, 제 2, 및 제 3 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 각각은 서로 상이할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제 1, 제 2, 및 제 3 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 각각은 동일한 기능화된 프리폴리머일 수도 있다. 방법들의 여러 실시형태들에서, 제 1, 제 2, 또는 제 3 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 중 임의의 것의 고화된 폴리머 네트워크는 합성 폴리머, 개질된 합성 폴리머, 또는 생물학적 폴리머를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 합성 폴리머 개질들은 사이즈 개질 모티프들, 클리비지 모티프들, 반응성 말단 모티프들, 및/또는 세포 인식 모티프들을 포함한다. 고화된 폴리머 네트워크는 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 개질된 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락틱 애시드 (PLA), 개질된 폴리락틱 애시드, 폴리글리콜릭 애시드 (PGA), 개질된 폴리글리콜릭 애시드, 폴리아크릴아미드 (PAM), 개질된 폴리아크릴아미드, 폴리-N-이소프로필아크릴아미드 (PNIPAm), 개질된 폴리-N-이소프로필아크릴아미드, 폴리비닐 알콜 (PVA), 개질된 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴릭 애시드 (PAA), 개질된 폴리아크릴릭 애시드, 폴리카프로락톤 (PCL), 개질된 폴리카프로락톤, 피브로넥틴, 개질된 피브로넥틴, 콜라겐, 개질된 콜라겐, 라미닌, 개질된 라미닌, 다당류, 개질된 다당류, 또는 코-폴리머 중 적어도 하나를 임의의 조합으로 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 폴리에틸렌 글리콜, 개질된 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락틱 애시드 (PLA), 개질된 폴리락틱 애시드, 폴리글리콜릭 애시드 (PGA), 개질된 폴리글리콜릭 애시드, 폴리비닐 알콜 (PVA), 개질된 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴릭 애시드 (PAA), 개질된 폴리아크릴릭 애시드, 피브로넥틴, 개질된 피브로넥틴, 콜라겐, 개질된 콜라겐, 라미닌, 개질된 라미닌, 또는 코-폴리머 중 적어도 하나를 임의의 조합으로 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크의 폴리머는 개질된 PEG 폴리머일 수도 있다. 그 폴리머는 성형, 4-아암 또는 2-아암 PEG 디아크릴레이트 폴리머일 수도 있다.
키트들. 또 다른 양태에서, 기판, 미세유체 회로 재료, 및 선택적으로, 커버를 포함하는 인클로저로서, 그 인클로저는 흐름 영역을 정의하는, 상기 인클로저; 및 고화된 폴리머 네트워크를 형성하기 위해 제어가능하게 활성화될 수 있는 기능화된 프리폴리머를 갖는 미세유체 디바이스를 포함하는 키트가 제공된다. 키트는 기능화된 프리폴리머의 부분이거나, 기능화된 프리폴리머와 혼합되거나, 기능화된 프리폴리머와는 별개로 (예를 들어, 별개의 바이알 (vial), 튜브 등에서) 제공될 수도 있는 분석 시약 또는 분석 분석물을 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 기판, 미세유체 회로 재료, 및 선택적으로, 커버를 포함하는 인클로저로서, 여기서 인클로저는 흐름 영역을 정의하는, 상기 인클로저; 및 인클로저 내에 배치된 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조로서, 여기서 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는, 상기 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 갖는 미세유체 디바이스 (예를 들어, 미세유체 디바이스 (400, 700)) 를 포함하는 키트가 제공된다. 키트는 인 시츄 생성 캡쳐 구조와 일체이거나 그것과 연관될 수도 있거나 별개로 (예를 들어, 바이알, 튜브 등에서) 제공될 수도 있는 분석 시약을 더 포함할 수 있다. 어느 키트에서의 미세유체 디바이스든지 인클로저 내에 적어도 하나의 격리 펜을 포함할 수 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조가 미세유체 디바이스 내에 이미 배치되어 있는 키트들의 경우, 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 흐름 영역, 미세유체 디바이스의 격리 펜 (예를 들어, 격리 펜 내의 고립 영역), 또는 양자 모두 내에 위치될 수 있다. 고화된 폴리머 네트워크는 하나 이상의 기능화된 사이트들을 더 포함할 수도 있다. 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트들은 여기에 기술된 임의의 기능화된 사이트들일 수도 있고, 비오틴, 아비딘, 스트렙타비딘, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는 미세유체 디바이스를 포함하는 키트의 여러 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크는 합성 폴리머, 개질된 합성 폴리머, 또는 생물학적 폴리머를 포함할 수도 있다. 기능화된 폴리머가 제공되는 키트들의 실시형태들에서, 기능화된 프리폴리머는 합성 폴리머, 개질된 합성 폴리머, 또는 생물학적 폴리머를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 합성 폴리머 개질들은 사이즈 개질 모티프들, 클리비지 모티프들, 반응성 말단 모티프들, 및/또는 세포 인식 모티프들을 포함한다. 고화된 폴리머 네트워크 또는 기능화된 프리폴리머는 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 개질된 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락틱 애시드 (PLA), 개질된 폴리락틱 애시드, 폴리글리콜릭 애시드 (PGA), 개질된 폴리글리콜릭 애시드, 폴리아크릴아미드 (PAM), 개질된 폴리아크릴아미드, 폴리-N-이소프로필아크릴아미드 (PNIPAm), 개질된 폴리-N-이소프로필아크릴아미드, 폴리비닐 알콜 (PVA), 개질된 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴릭 애시드 (PAA), 개질된 폴리아크릴릭 애시드, 폴리카프로락톤 (PCL), 개질된 폴리카프로락톤, 피브로넥틴, 개질된 피브로넥틴, 콜라겐, 개질된 콜라겐, 라미닌, 개질된 라미닌, 다당류, 개질된 다당류, 또는 코-폴리머 중 적어도 하나를 임의의 조합으로 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크 또는 기능화된 프리폴리머는 폴리에틸렌 글리콜, 개질된 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락틱 애시드 (PLA), 개질된 폴리락틱 애시드, 폴리글리콜릭 애시드 (PGA), 개질된 폴리글리콜릭 애시드, 폴리비닐 알콜 (PVA), 개질된 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴릭 애시드 (PAA), 개질된 폴리아크릴릭 애시드, 피브로넥틴, 개질된 피브로넥틴, 콜라겐, 개질된 콜라겐, 라미닌, 개질된 라미닌, 또는 코-폴리머 중 적어도 하나를 임의의 조합으로 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 고화된 폴리머 네트워크 또는 기능화된 프리폴리머의 폴리머는 개질된 PEG 폴리머일 수도 있다. 폴리머는 성형, 4-아암 또는 2-아암 PEG 디아크릴레이트 폴리머일 수도 있다. 여러 실시형태들에서, 인클로저 또는 적어도 하나의 격리 펜은 각각이 동일한 폴리머를 포함하는 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하거나, 대안적으로 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조, 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조, 제 3 인 시츄 생성 캡쳐 구조 등에 대해 상이한 폴리머들을 포함할 수도 있다. 기능화된 프리폴리머를 제공하는 키트들에서, 2 이상의 기능화된 프리폴리머가 제공될 수도 있다. 키트는 고화된 폴리머 네트워크를 형성하기 위해 고화되도록 구성된 흐름가능한 폴리머 용액을 형성하기 위해 적어도 제 1 기능화된 폴리머와 함께 결합될 수 있는 2 이상의 폴리머를 포함할 수도 있다. 적어도 제 1 기능화된 폴리머는 흐름가능한 폴리머 용액으로서 제공될 수도 있거나 겔, 무수 (dehydrated), 또는 동결건조 형태로서 제공될 수도 있으며, 이들의 임의의 것은 유체 매질로의 희석에 의한 흐름가능한 폴리머 용액으로서 엔드 유저에 의해 포뮬레이팅되도록 구성될 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성하기 위해 사용될 수도 있는, 키트 내에 제공된 다른 폴리머들은 적어도 제 1 기능화된 폴리머로부터 하나 이상의 별개의 컨테이너들에 제공될 수도 있다.
키트의 분석 시약 또는 분석 분석물은 여기에 기술된 임의의 분석 시약 또는 분석 분석물일 수도 있다. 분석 시약 또는 분석 분석물은 적어도 하나의 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트들과 연관되도록 구성된 기능성 모이어티를 포함할 수도 있다. 분석 시약 또는 분석 분석물은 미세유체 디바이스의 흐름 영역으로 도입할 준비가되도록 구성된 포뮬레이션으로 제공될 수도 있다. 대안적으로, 분석 시약 또는 분석 분석물은 미세유체 디바이스로의 도입 및 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트들과의 후속적인 연관을 위해 적절한 매질로의 용해에 대한 지시들과 함께, 고체 또는 동결건조 형태로 제공될 수도 있다. 키트들의 일부 실시형태들에서, 2 이상의 분석 시약 또는 2 이상의 분석 분석물은, 임의의 적합한 조합으로, 멀티플렉스 실험들을 위해 제공될 수도 있고, 다음의 문단들에 기술된 바와 같은 분석 시약들 또는 분석물들 중 임의의 것일 수도 있다.
적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는 미세유체 디바이스를 포함하는 키트들의 여러 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크는 이미 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있다 (예를 들어, 분석 시약 또는 분석 분석물이 공급된 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크 내에/상에 이미 존재하는 미세유체 디바이스 (450)). 분석 시약 또는 분석 분석물은 고화된 폴리머 네트워크의 하나 이상의 기능화된 사이트들에 공유결합으로 또는 비공유결합으로 결합될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 비오틴/스테렙타비딘 또는 비오틴/아비딘 착물을 통해 고화된 폴리머 네트워크의 하나 이상의 기능화된 사이트들에 비공유결합으로 결합될 수도 있다.
분석 시약 또는 분석 분석물이 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 부분으로서 또는 그러한 분석 시약 또는 분석 분석물을 갖는 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 준비하는 키트의 컴포넌트로서 이미 통합되어 제공되는지에 관계없이, 분석 시약 또는 분석 분석물은 여기에 기술된 바와 같은 임의의 적합한 모이어티일 수도 있다. 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 통합되거나 통합될 분석 시약 또는 분석 분석물은 단백질, 핵산, , 또는 당류일 수도 있다. 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는 미세유체 디바이스를 포함하는 키트의 일부 실시형태들에서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 항체일 수도 있고, 여기에 기술된 바와 같은 임의의 종류의 항체일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 내에 통합되거나 통합될 분석 시약 또는 분석 분석물은 항원일 수도 있다. 항원인 분석 시약 또는 분석 분석물은 여기에 기술된 임의의 적합한 항원일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 인 시츄 생성 캡쳐 구조 내에 통합되거나 통합될 분석 시약은 올리고뉴클레오티드일 수도 있다. 올리고뉴클레오티드 분석 시약은 여기에 기술된 임의의 적합한 올리고뉴클레오티드일 수도 있다.
키트들의 일부 실시형태들에서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 검출가능한 라벨을 포함할 수도 있다. 분석 시약 또는 분석 분석물의 검출가능한 라벨은 형광, 색도, 또는 발광 라벨일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 분석 시약 또는 분석 분석물이 검출가능한 라벨을 포함할 때, 그 라벨은 분석 프로세스가 진행중이고, 검출가능한 라벨이 분석 시약 또는 분석 분석물로부터 생성되거나 유리될 때까지 검출가능하지 않다.
키트들의 다른 실시형태들에서, 키트는 검출 시약을 더 포함할 수도 있다. 검출 시약은 검출가능한 라벨을 포함할 수도 있다. 검출 시약의 검출가능한 라벨은 형광, 색도, 또는 발광 라벨을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 검출 시약의 검출가능한 라벨은 형광일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 검출 시약은 적어도 제 1 항체를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 검출 시약은 제 2 항체를 포함할 수도 있고, 여기서 제 2 항체는 분석 프로세스에 대한 이차 항체이고 검출 시약을 포함하는 제 1 및 제 2 항체의 조합에 대한 검출 라벨을 통합한다. 다른 실시형태들에서, 검출 시약은 인터칼레이팅 염료를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 검출 시약은 여기에 기술된 임의의 FRET 라벨링 올리고뉴클레오티드일 수도 있는 FRET 라벨링 올리고뉴클레오티드를 포함할 수도 있다.
키트들의 여러 실시형태들에서, 2 이상의 검출 시약이 제공될 수도 있다. 2 이상의 검출 시약의 제 1 검출 시약은 각각의 상이한 분석 시약 또는 분석 분석물에 대해 제 2 검출 시약으로부터 스펙트럼적으로 구별될 수도 있는 등이다.
키트들의 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 인클로저 내에 또는, 대안적으로 그 안의 격리 펜 내에 배치된 2 이상의 캡쳐 구조들을 포함할 수도 있으며, 여기서 인클로저 내 또는, 대안적으로 적어도 하나의 격리 펜 내의 각각의 추가적인 캡쳐 구조에 대해 제 1 캡쳐 구조의 제 1 고화된 폴리머 네트워크는 제 1 분석 시약 또는 분석 분석물을 이미 포함하거나/통합하도록 설계되고, 제 2 캡쳐 구조의 제 2 고화된 폴리머 네트워크는 제 2 분석 시약 또는 분석 분석물을 이미 포함하거나/통합하도록 설계되는 등이다. 적어도 하나의 격리 펜 내의 각각의 추가적인 캡쳐 구조 내에 통합되거나 통하되도록 설계된 각각의 추가적인 분석 시약 또는 분석 분석물에 대해 제 1 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 2 분석 시약 또는 분석 분석물과는 상이할 수도 있는 등이다. 제 1 캡쳐 구조 및 제 2 캡쳐 구조는 미세유체 디바이스의 인클로저 또는 그 안의 적어도 하나의 격피 펜 내의 상이한 로케이션들에 배치될 수도 있다.
제 1 캡쳐 구조가 제 1 분석 시약 또는 분석 분석물을 통합하거나 통합하도록 설계되고, 제 2 캡쳐 구조가 제 2 분석 시약 또는 분석 분석물을 통합하거나 통합하도록 설계될 때, 키트는 각각의 제 1 검출 시약 및 제 2 검출 시약을 더 포함할 수도 있으며, 여기서 제 1 검출 시약은 제 2 검출 시약과는 상이할 수도 있다. 캡쳐 구도들상에 통합되거나 통합되도록 구성된 임의의 추가적인 분석 시약들 또는 분석물들에 대한 제 1 검출 시약 및 제 2 검출 시약 등은 여기에 기술된 임의의 검출 시약을 포함할 수도 있고, 독립적으로 선택될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 검출 시약은 적어도 제 1 일차 항체를 포함할 수도 있고 제 2 검출 시약은 각각의 분석의 각각의 생물학적 타겟들로 지향된 적어도 제 2 일차 항체를 포함한다. 일차 항체를 포함하는 각각의 검출 시약은 이차 항체를 더 포함할 수도 있고, 그것 자체는 수행되는 각 분석에 대해 검출가능한 라벨을 포함할 수도 있다. 2 이상의 캡쳐 구조가 인클로저 내에, 또는 대안적으로 그 안의 적어도 하나의 격리 펜 내에 제공되는 경우, 각각의 검출 시약들의 라벨들 각각이 스펙트럼적으로 구별되거나 각각의 검출 시약들의 라벨들은 공간적으로 구별된다. 일부 실시형태들에서, 그 라벨들은 스펙트럼적으로 및 공간적으로 구별된다.
적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는 미세유체 디바이스를 포함하는 키트의 여러 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 복수의 격리 펜들을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 복수의 격리 펜들 각각은 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는 적어도 하나의 캡쳐 구조를 포함할 수도 있다. 복수의 격리 펜들은 여기에 기술된 임의의 격리 펜에 대해 기술된 바와 같이 그리고 임의의 조합으로 구성될 수도 있다. 키트의 미세유체 디바이스는 여기에 기술된 미세유체 디바이스들 (100, 200, 230, 250, 280, 290, 320, 400, 450, 500, 700) 의 임의의 것의 임의의 컴포넌트 또는 피쳐를 임의의 조합으로 더 포함할 수도 있다.
키트들의 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 유체 매질이 포함될 수도 있고, 미세유체 디바이스 내의 동적 코팅을 위한 첨가제들을 포함하는, 향상된 성장, 생존 능력, 운반가능성을 제공하기 위해 여기에 기술된 하나 이상의 첨가제들을 더 포함할 수도 있다. 키트의 다른 실시형태들에서, 인클로저의 표면들 중 하나 이상은 코팅을 포함할 수도 있다. 그 코팅은 여기에 기술된 임의의 코팅일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 코팅은 컨디셔닝된 표면을 제공하는 공유결합 코팅이다. 공유결합 코팅은 미세유체 디바이스의 인클로저의 모든 내부 표면들상에 존재할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면을 제공하는 공유결합 코팅은 친수성일 수도 있다.
키트들의 여러 실시형태들에서, 키트는 광활성화가능 중합 개시제를 더 포함할 수도 있다. 광활성화가능 중합 개시제는 유체 매질 및/또는 기능화된 프리폴리머(들) 로부터 별개의 컨테이너에 제공될 수도 있다.
예 1. 하이드로겔 사이토킨 분석.
T 세포들. AllCells Inc. 로부터의 그리고 1 비드/1 세포의 비율로 안티-CD3/안티-CD28 자기 비드들 (Dynabeads®, ThermoFisher Scientific, Cat. No. 11453D) 과 혼합된 CD3+ 세포들. 혼합물은 37℃ 에서 5% CO2 인큐베이터에서 48 시간 동안 배양 실험과 동일한 매질에서 인큐베이팅되었다. 인큐베이션에 후속하여, T 셀/비드 혼합물은 사용을 위해 재부유되었다.
배지. RPMI-1640 (GIBCO®, ThermoFisher Scientific, Cat. No. 11875-127), 10% FBS, 2% Human AB serum (50 U/ml IL2; R&D Systems).
프라이밍 절차: 100% 이산화탄소의 250 마이크로리터가 12 마이크로리터/초의 속도로 유입되었다. 이것은 12 마이크로리터/초로 유입되는 0.1% Pluronic® F27 (Life Technologies® Cat# P6866) 을 포함하는 PBS 의 250 마이크로리터가 후속되었다. 프라이밍의 마지막 단계는 12 마이크로리터/초로 유입되는, PBS 의 250 마이크로리터를 포함했다. 배지의 도입이 후속된다.
살포 레짐 ( 칩상에서의 세포 배양 동안: 살포 방법은 다음의 2 가지 방법들 중 어느 것이었다:
1. 2 시간 동안 0.01 마이크로리터/초로 살포; 64 초 동안 2 마이크로리터/초로 살포; 및 반복.
2. 100 초 동안 0.02 마이크로리터/초로 살포; 500 초 동안 흐름 정지; 64 초 동안 2 마이크로리터/초로 살포; 및 반복.
시스템 및 미세유체 디바이스 : 시스템 및 미세유체 디바이스 : Berkeley Lights, Inc. 에 의해 제조. 시스템은 적어도 흐름 제어기, 온도 제어기, 유체 매질 컨디셔닝 및 펌프 컴포넌트, 광 활성화된 DEP 구성들을 위한 광원, 미세유체 디바이스, 장착 스테이지, 및 카메라를 포함했다. 격리 펜들은 약 7 x 105 큐빅 마이크론의 체적을 갖는다.
하이드로겔 준비. N-모르폴리노 에탄술포닉 애시드 (MES) 내의 스트렙타비딘 아민 (Nanocs) 이 0.1 M 카보네이트-비카보네이트 (pH 9.0 에서의 CBB 버퍼) 로 희석되고 10 mg/200 마이크로리터의 최종 농도를 위해 5% wt 퍼센티지를 제공하도록 계산된 비율로 Ac-PEG-히드록시숙신이미드와 반응되었다. 그 반응은 4℃ 에서 적어도 하룻밤 동안 계속되었다.
탈이온화 초필터링 수 (DIUF) 내의 0.606 wt% 용액에서의 Igracure 광개시제의 용액이 제조되었다.
기능성 하이드로겔에 대한 프리폴리머가 0.606% 광개시제 용액에서 Ac PEG 스타 솔리드 (star solid) (Laysan Bio 로부터의 4 아암 PEG 아크릴레이트 (10k MW) (#4arm-PEG-ACRYL-10k-1g)) 의 5 wt% 용액을 용해화함으로써 제조되었다.
160 마이크로리터 프리폴리머 로트가 NHS-PEG-스트렙타비딘 공액의 28 마이크로리터 및 Ac PEG 스타 아크릴레이트/광개시제 용액의 132 마이크로리터를 혼합함으로써 제조되었다.
프라이밍된 미세유체 디바이스는 0.5 마이크로리터/초로 프리폴리머 용액으로 로딩되고 미세유체 디바이스의 펜들 내로의 프리폴리머의 확산을 허용하기 위해 광개시 이전에 적어도 1 시간 동안 인큐베이팅되었다. 인큐베이션이 완료된 후, 광에 대한 10 초 노출이 펜들의 저부 코너에서 폴리머 고화를 개시하기 위해 사용되었다.
고화가 개시된 후, 일 세트의 린스들이 과도한 가용성 폴리머들 및 개시제를 제거하기 위해 사용되었고, 8 마이크로리터/초 에서 2 x 250 마이크로리터 PBS; 0.2 마이크로리터/초 에서 250 마이크로리터 PBS; 및 PBS 에서 오버나이트 린스 (0.005 마이크로리터/초 에서 250 마이크로리터) 를 포함한다.
하이드로겔 기능화. 하이드로겔 준비 (hydrogel prepared) 미세유체 디바이스가 1 마이크로그램/mL 캡쳐 항체 (R&D Systems 로부터의 비오티니레이티드 고우트 (goat) 안티-휴먼 TNF 알파) (#BAF210) 로 로딩되었으며, 여기서 인 시츄 생성 캡쳐 항체 용액이 5 마이크로리터/초로 250 마이크로리터 내에서 유입되었고, 0.075 마이크로리터/초로 인 시츄 생성 캡쳐 항체 용액의 250 마이크로리터의 제 2 흐름 주기가 후속되었다. 인 시츄 생성 캡쳐 항체의 도입을 완료한 후, 미세유체 디바이스는 PBS (5 마이크로리터/초로 250 마이크로리터) X5 로 플러싱되었다.
T-세포 도입 및 TNF 알파의 검출. T-세포들이 37℃ 에서 하룻밤 동안 도입 및 배양되었다. 제 1 검출 항체는 5 마이크로리터/초로 250 마이크로리터 내에서, Abcam 으로부터의 래빗 (Rabbit) 안티-휴먼 TNF 알파 (#ab9635) 의 용액을 흐르게 함으로써, 인큐베이션 주기의 종료 후에 도입되었고, 0.075 마이크로리터/초로 제 1 검출 항체 용액의 250 마이크로리터의 제 2 흐름 주기가 후속되었다. 제 1 검출 항체의 도입을 완료한 후, 미세유체 디바이스는 PBS (5 마이크로리터/초로 250 마이크로리터) X5 로 플러싱되었다.
이차 검출 항체 (Life Technologies 로부터의 Alexa 488 고우트 안티-래빗 (IgG) (#A11053)) 가 그 후 5 마이크로리터/초로 그 용액의 250 마이크로리터를 흐르게 함으로써 2 마이크로그램/ml 의 농도로 도입되었고; 0.075 마이크로리터/초로 2 마이크로그램/ml 용액의 제 2 의 250 마이크로리터 흐름이 후속되었다.
도 6a 내지 도 6c 는 높게 분비하는 T 세포들, 중간으로 분비하는 T 세포 및 열악하게 분비하는 T 셀들 사이에서 구별하는 능력을 보여준다. 도 6a 에서, 형광 발광이 단지 열악하게 분비하는 T 세포(들) 을 포함하는 이러한 펜에 대해 검출가능하다. 좌측 이미지는 브라이트필드 (brightfield) 이고, 4 개의 세포들을 볼 수 있는 반면, 우측 이미지는 동일한 펜의 형광 발광 이미지를 도시하며, 여기서 기능화된 하이드로겔은 펜의 좌하측 코너에서 희미하게 보인다.
도 6b 는 T 세포들의 중간으로 분비하는 세트를 도시한다. 좌측 이미지는 상이한 펜 내의 1 내지 3 개의 T 세포들의 이미지이고, 그 동일한 펜의 우측 형광발광 이미지는 그 펜의 좌하측 코너에서 기능화된 하이드로겔의 표면에 집중된 상당한 형광발광을 명확하게 보여준다.
도 6c 는 제 3 펜 내의 T 세포들의 높게 분비하는 세트를 도시한다. 도 6c 의 좌측 이미지는 브라이트필드이고 덩어리로 약 4-5 개의 T 세포들의 그룹 뿐아니라 하나의 솔로 세포를 보여준다. 우측 이미지는 형광 검출 하의 동일한 제 3 펜을 보여주며, 여기서 기능화된 하이드로겔 뿐아니라 펜 내의 세포들의 덩어리가 잘 도시된다.
이러한 예는 TNF 알파 사이토킨 생산의 상이한 레벨들이 미세유체 펜들 내에서 검출되고 랭킹될 수 있다는 것을 명확히 나타낸다.
미세유체 디바이스들 및 이러한 디바이스들을 동작 및 관측하기 위한 시스 템들. 도 1a 는 난자들 및/또는 난모세포들 및/또는 정자를 선택하고 평가하는 것을 포함하는, 체외에서 진행되는 배아들의 생성을 위해 사용될 수 있는 미세유체 디바이스 (100) 및 시스템 (150) 의 예를 예시한다. 미세유체 디바이스 (100) 의 사시도는 미세유체 디바이스 (100) 안의 부분 뷰를 제공하도록 그 커버 (110) 의 부분 컷-어웨이를 갖고 도시된다. 미세유체 디바이스 (100) 는 일반적으로, 흐름 경로 (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 바와 같이, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 미세유체 격리 펜들 (124, 126, 128, 및 130) 을 포함할 수도 있고, 여기서 각각의 격리 펜들은 흐름 경로 (106) 와 유체 연통하는 하나 이상의 개구들을 가질 수도 있다. 도 1a 의 디바이스의 일부 실시형태들에서, 격리 펜들은 흐름 경로 (106) 와 유체 연통하는 단지 단일의 개구만을 가질 수도 있다. 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이, 미세유체 격리 펜들은, 매질 (180) 이 흐름 경로 (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. 지지 구조 (104), 미세유체 회로 구조 (108), 및 커버 (110) 는 서로 부착될 수 있다. 예를 들어, 미세유체 회로 구조 (108) 는 지지 구조 (104) 의 내측 면 (109) 상에 배치될 수 있고, 커버 (110) 는 미세유체 회로 구조 (108) 위에 배치될 수 있다. 지지 구조 (104) 및 커버 (110) 와 함께, 미세유체 회로 구조 (108) 는 미세유체 회로 (120) 의 엘리먼트들을 정의할 수 있다.
지지 구조 (104) 는 도 1a 에 예시된 바와 같이 미세유체 회로 (120) 의 하단에 있고 커버 (110) 는 상단에 있을 수 있다. 대안으로, 지지 구조 (104) 및 커버 (110) 는 다른 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 경로 (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. 예를 들어, 지지 구조 (104) 는 하나 이상의 반도체 기판들을 포함할 수 있고, 이 기판들 각각은 전극에 전기적으로 접속된다 (예를 들어, 반도체 기판들의 전부 또는 서브세트는 단일 전극에 전기적으로 접속될 수 있다). 지지 구조 (104) 는 인쇄 회로 기판 어셈블리 ("PCBA") 를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(들) 은 PCBA 상에 장착될 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.
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 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 세포 부착, 생존성 및/또는 성장을 지원하도록 (예를 들어, 미세유체 회로 (120) 를 향해 내측으로 대면하는 표면의 전부 또는 부분을 컨디셔닝함으로써) 변경될 수 있다. 이 변경은 합성 또는 천연 폴리머의 코팅을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 및/또는 지지 구조 (104) 는 광에 투명할 수 있다. 커버 (110) 는 기체 투과성인 적어도 하나의 재료 (예를 들어, PDMS 또는 PPS) 를 포함할 수도 있다.
도 1a 은 또한, 미세유체 디바이스들, 예컨대 미세유체 디바이스 (100) 를 동작 및 제어하는 시스템 (150) 을 나타낸다. 시스템 (150) 은 전기 전원 (192), 이미징 디바이스 (194) (이미징 모듈 (164) 내에 통합된, 여기서 디바이스 (194) 는 도 1a 자체에는 도시되지 않음), 및 틸팅 디바이스 (190) (틸팅 모듈 (166) 의 부분, 여기서 디바이스 (190) 는 도 1a 에 도시되지 않음) 를 포함한다.
전기 전원 (192) 은, 필요에 따라 바이어싱 전압들 또는 전류들을 제공하는, 미세유체 디바이스 (100) 및/또는 틸팅 디바이스 (190) 에 전기 전력을 제공할 수 있다. 전기 전원 (192) 은, 예를 들어 하나 이상의 교류 (AC) 및/또는 직류 (DC) 전압 또는 전류 소스들을 포함할 수 있다. 이미징 디바이스 (194) (이하에 논의되는 이미징 모듈 (164) 의 부분) 는 미세유체 회로 (120) 내의 이미지들을 캡처하기 위한 디바이스, 예컨대 디지털 카메라를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 (예를 들어, 낮은 광 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) (이하에 논의되는 틸팅 모듈 (166) 의 부분) 를 더 포함한다. 일부 실시형태들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는, 미세유체 디바이스 (100)(및 이에 따른 미세유체 회로 (120)) 가 레벨 배향 (즉, x 및 y 축에 대해 0°), 수직 배향 (즉, x 축 및/또는 y 축에 대해 90°), 또는 그 사이의 임의의 배향에서 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-축에 대하여 0.1°, 0.2°, 0.3°, 0.4°, 0.5°, 0.6°, 0.7°, 0.8°, 0.9°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65°, 70°, 75°, 80°, 90°에서 또는 그 사이의 임의의 각도에서 틸팅할 수 있다. 레벨 배향 (및 이에 따른, x- 및 y-축) 은 중력에 의해 정의된 수직 축에 대해 법선으로서 정의된다. 틸팅 디바이스는 또한, x-축 및/또는 y-축에 대해 90°보다 큰 임의의 각도까지 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 를 틸팅하거나, 또는 x-축 또는 y-축에 대해 180°로 미세유체 디바이스 (및 미세유체 회로 (120)) 를 틸팅하여 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 를 완전히 인버팅할 수 있다. 유사하게, 일부 실시형태들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 미세유체 회로 (120) 의 일부 다른 부분 또는 흐름 경로 (106) 에 의해 정의된 회전 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 를 틸팅한다.
일부 경우들에서, 미세유체 디바이스 (100) 는, 흐름 경로 (106) 가 하나 이상의 격리 펜들 위 또는 아래에 위치되도록 수직 배향으로 틸팅된다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 "~위" 는, 흐름 경로 (106) 가 중력에 의해 정의된 수직 축 상에서 하나 이상의 격리 펜들보다 더 높이 위치된다 (즉, 흐름 경로 (106) 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 경로 (106) 가 중력에 의해 정의된 수직 축 상에서 하나 이상의 격리 펜들보다 더 낮게 위치된다 (즉, 흐름 경로 (106) 아래의 격리 펜에서의 객체는 흐름 경로에서의 객체보다 더 낮은 중력 포텐셜 에너지를 가질 것이다) 는 것을 나타낸다.
일부 경우들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 흐름 경로 (106) 에 평행한 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅한다. 또한, 미세유체 디바이스 (100) 는, 흐름 경로 (106) 가 격리 펜들 바로 위 또는 아래에 위치되지 않고 하나 이상의 격리 펜들 위 또는 아래에 위치되도록 90°미만의 각도로 틸팅될 수 있다. 다른 경우들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 흐름 경로 (106) 에 수직한 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅한다. 또 다른 경우들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 흐름 경로 (106) 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 매질 소스 (178) 를 제어하기 위한 매질 모듈 (160), 미세유체 회로 (120) 내의 마이크로-객체들 (미도시) 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 포함하는 마스터 제어기 (154)를 포함한다. 제어 장비 (152) 는 또한, 미세유체 디바이스 (100) 에 대하여 제어, 모니터링, 또는 다른 기능들을 수행하기 위한 다른 모듈들 (168) 을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 장비 (152) 는 디스플레이 디바이스 (170) 및 입/출력 디바이스 (172) 를 더 포함할수 있다.
마스터 제어기 (154) 는 제어 모듈 (156) 및 디지털 메모리 (158) 를 포함할 수 있다. 제어 모듈 (156) 은, 예를 들어 메모리 (158) 내에 비-일시적 데이터 또는 신호들로서 저장된 머신 실행가능 명령들 (예를 들어, 소프트웨어, 펌웨어, 소스 코드, 등) 에 따라 동작하도록 구성된 디지털 프로세서를 포함할 수 있다. 대안으로, 또는 추가적으로, 제어 모듈 (156) 은 하드웨어 디지털 회로부 및/또는 아날로그 회로부를 포함할 수 있다. 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 경로 (106) 에서의 유체 매질 (180) 의 흐름을 제어할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서 매질 모듈 (160) 은 틸팅 모듈 (166) 이 틸팅 디바이스 (190) 로 하여금 원하는 각도의 기울기로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅하게 하기 전에 인클로저 (120) 를 통해 그리고 흐름 경로 (106) 에서의 매질 (180) 의 흐름을 정지시킨다.
동기 모듈 (162) 은 미세유체 회로 (120) 에서 마이크로-객체들 (미도시) 의 선택, 트랩핑, 및 이동을 제어하도록 구성될 수 있다. 도 1b 및 도 1c 를 참조하여 이하에 논의된 바와 같이, 인클로저 (102) 는 유전영동 (DEP), 광전 트위저들 (optoelectronic tweezers; OET) 및/또는 광-전기습윤 (OEW) 구성 (도 1a 에 미도시) 을 포함할 수 있고, 동기 모듈 (162) 은 흐름 경로 (106) 및/또는 격리 펜들 (124, 126, 128, 130) 에서 매질 (미도시)의 액적 (droplet) 들 및/또는 마이크로-객체들 (미도시) 을 선택 및 이동시키도록 전극들 및/또는 트랜지스터들 (예를 들어, 포토트랜지스터들) 의 활성화를 제어할 수 있다.
이미징 모듈 (164) 은 이미징 디바이스 (194) 를 제어할 수 있다. 예를 들어, 이미징 모듈 (164) 은 이미징 디바이스 (194) 로부터 이미지 데이터를 수신 및 프로세싱할 수 있다. 이미징 디바이스 (194) 로부터의 이미지 데이터는 이미징 디바이스 (194) 에 의해 캡처된 정보의 임의의 유형 (예를 들어, 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) 의 틸팅 모션들을 제어할 수 있다. 대안적으로 또는 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) 및 격리 펜들 (124, 126, 128, 130) 을 포함하는 것으로서 예시된다. 각각의 펜은 채널 (122) 에 대한 개구를 포함하지만, 다르게는 펜들이 펜 내부의 마이크로-객체들을 채널 (122) 의 흐름 경로 (106) 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 연장되어 인클로저를 제공한다. 미세유체 채널 (122) 에 대한 펜의 개구는 흐름 (106) 이 펜들로 지향되지 않도록 유체 매질 (180) 의 흐름 (106) 에 대해 소정 각도로 배향된다. 그 흐름은 펜의 개구의 평면에 접하거나 직교할 수도 있다. 일부 경우들에서, 펜들 (124, 126, 128, 130) 은 미세유체 회로 (120) 내에 하나 이상의 마이크로-객체들을 물리적으로 몰아넣도록 구성된다. 본 개시에 따른 격리 펜들은, 이하에서 상세히 논의 및 도시되는 바와 같이, DEP, OET, OEW, 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 인접한 난자로부터 하나의 난자를 고립시키는 것과 같은, 배아를 생성하는데 있어서 유용한 하나 이상의 이익들을 제공할 수도 있는 상이한 특징들 및 형상들을 포함한다. 테스팅, 스티뮬레이팅, 및 퍼틸라이징 (fertilizing) 은 모두 개별적 기초로 수행될 수도 있고, 일부 실시형태들에서는, 개별적 시간 스케일로 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 동일한 미세유체 격리 펜들을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 미세유체 격리 펜들을 포함하며, 여기서 2 이상의 격리 펜들은 배아들을 생성하는 데 있어서의 상이한 이익들을 제공하는 상이한 구조들 및/또는 특징들을 포함한다. 하나의 비제한적인 예는 상이한 타입의 펜에 정자를 유지하면서 하나의 타입의 펜에 난자를 유지하는 것을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 격리 펜들 중 적어도 하나는 난자에 대해 전기적 활성화를 제공하는데 적합한 전기적 콘택들을 갖도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, (예를 들어, 자궁 세포들, 자궁 내막 세포들, 자궁관 (예를 들어, 수란관 또는 나팔관) 으로부터 도출된 PEG (개재적) 세포들, 난구세포들, 또는 이들의 조합과 같은) 상이한 타입들의 세포들은, 둘러싸는 격리 펜들로부터의 분비물들이 각각의 별개의 펜 밖으로 및 난자를 포함하는 펜 내로 확산할 수 있도록, 난자를 포함하는 격리 펜에 인접한 격리 펜들에 배치될 수도 있으며, 이것은 대규모 체외 배양 및 수정에 의해 가능하지 않다. 배아를 생성하기 위해 유용한 미세유체 디바이스들은 격리 펜들 (124, 126, 128, 및 130) 중 임의의 것, 또는 이것의 변형들을 포함할 수도 있고, 및/또는 이하에 논의되는 바와 같이 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e 및 도 2f 에 도시된 것들처럼 구성된 펜들을 포함할 수도 있다.
도 1a 에 예시된 실시형태에서, 단일의 채널 (122) 및 흐름 경로 (106) 가 도시된다. 그러나, 다른 실시형태들은 다수의 채널들 (122) 을 포함할 수도 있고, 채널들 각각은 흐름 경로 (106) 를 포함하도록 구성된다. 미세유체 회로 (120) 는 흐름 경로 (106) 및 유체 매질 (180) 과 유체 연통하는 인렛 밸브 또는 포트 (107) 를 더 포함하고, 이로써 유체 매질 (180) 은 인렛 포트 (107) 를 통해 채널 (122) 에 접근할 수 있다. 일부 경우들에서, 흐름 경로 (106) 는 단일의 경로를 포함한다. 일부 경우들에서, 그 단일의 경로는 지그재그 패턴으로 배열되고, 이에 의해 흐름 경로 (106) 는 교번하는 방향들에서 2 회 이상 미세유체 디바이스 (100) 를 가로질러 이동한다.
일부 경우들에서, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 병렬 채널들 (122) 및 흐름 경로들 (106) 을 포함하며, 여기서 각각의 흐름 경로 (106) 내의 유체 매질 (180) 은 동일한 방향으로 흐른다. 일부 경우들에서, 각각의 흐름 경로 (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, 채널 (122) 에 대해) 구성된다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 (120) 는 하나 이상의 마이크로-객체 트랩들 (132) 을 더 포함한다. 트랩들 (132) 은 일반적으로, 채널 (122) 의 경계를 형성하는 벽에 형성되고, 미세유체 격리 펜들 (124, 126, 128, 130) 중 하나 이상의 개구 반대편에 위치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 트랩들 (132) 은 흐름 경로 (106) 로부터 단일의 마이크로-객체를 수신 또는 캡처하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 트랩들 (132) 은 흐름 경로 (106) 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 치수들과 대략 동일한 높이 및 폭을 갖는 개구를 포함하고, 이에 의해 더 큰 마이크로-객체들이 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, 미세유체 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.
일부 실시형태들에서, 유전영동 (DEP) 힘들이 하나 이상의 전극들 (미도시) 을 통해 (예를 들어, 흐름 경로에서 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 경로 (106) 로부터 원하는 미세유체 격리 펜 안으로 트랜스퍼하기 위해 미세유체 회로 (120) 의 하나 이상의 부분들에 DEP 힘들이 인가된다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 격리 펜 (예를 들어, 격리 펜 (124, 126, 128, 또는 130)) 내의 마이크로-객체가 챔버로부터 변위되는 것을 방지하는데 사용된다. 또한, 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 본 개시의 실시형태들에 따라 이전에 수집되었던 마이크로-객체를 격리 펜으로부터 선택적으로 제거하는데 사용된다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 광전 트위저 (OET) 힘들을 포함한다.
다른 실시형태들에서, 광전기습윤 (OEW) 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)) 에서의 하나 이상의 위치들 (예를 들어, 흐름 경로 및/또는 격리 펜들을 정의하는 것을 돕는 위치들) 에 인가된다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, OEW 력들은 흐름 경로 (106) 로부터 원하는 미세유체 격리 펜 내로 단일의 액적을 이송하기 위해 지지 구조 (104) (및/또는 커버 (110)) 에서의 하나 이상의 위치들에 인가된다. 일부 실시형태들에서, OEW 력들은 격리 펜 (예를 들어, 격리 펜 (124, 126, 128, 또는 130)) 내의 액적이 그것으로부터 변위되는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 일부 실시형태들에서, OEW 력들은 본 개시의 실시형태들에 따라 이전에 수집되었던 액적을 격리 펜으로부터 선택적으로 제거하기 위해 사용된다.
일부 실시형태들에서, DEP 및/또는 OEW 힘들은 미세유체 회로 (120) 내의 액적들 및/또는 마이크로-객체들을 조작, 이송, 분리 및 소팅하도록, 다른 힘들, 예컨대 흐름 및/또는 중력과 결합된다. 예를 들어, 인클로저 (102) 는 흐름 경로 (106)) 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 OEW 힘들은 다른 힘들 전에 인가될 수 있다. 다른 실시형태들에서, DEP 및/또는 OEW 힘들은 다른 힘들 후에 인가될 수 있다. 또 다른 경우들에서, DEP 및/또는 OEW 힘들은 다른 힘들과 동시에 또는 다른 힘들과 교번하는 방식으로 인가될 수 있다.
도 1b, 도 1c, 및 도 2a 내지 도 2h 는 본 개시의 실시형태들의 실시에서 사용될 수 있는 미세유체 디바이스들의 여러 실시형태들을 도시한다. 도 1b 는 미세유체 디바이스 (200) 가 광학적으로 작동되는 동전기적 디바이스로서 구성되는 실시형태를 묘사한다. 광전 트위저 (OET) 구성을 갖는 디바이스들 및 광전기습윤 (OEW) 구성을 갖는 디바이스들을 포함하는 여러 광학적으로 작동되는 동전기적 디바이스들이 본 기술에서 알려져 있다. 적합한 OET 구성들의 예들은 각각 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함되는 다음의 미국 특허 문서들에 예시된다: 미국 특허 제 RE 44,711 호 (Wu 등) (US 특허 제 7,612,355 호로서 특허됨); 및 US 특허 제 7,956,339 호 (Ohta 등). OEW 구성들의 예들은 양자 모두가 전체가 참조에 의해 여기에 포함되는 미국 특허 제 6,958,132 (Chiou 등) 및 US 특허 출원 공개 제 2012/0024708 호 (Chiou 등) 에 예시되어 있다. 광학적으로 작동되는 동전기적 디바이스의 또 다른 예는 결합된 OET/OEW 구성을 포함하며, 이것의 예들은 미국 특허 공보들 제 20150306598 호 (Khandros 등) 및 제 20150306599 호 (Khandros 등) 및 그들의 대응하는 PCT 공보들 WO2015/164846 호 및 WO2015/164847 호에 도시되며, 이들 모두는 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함된다.
난모세포들, 난자들, 또는 배아들이 배치, 배양, 및/또는 모니터될 수 있는 펜들을 갖는 미세유체 디바이스들의 예들은 예를 들어 US 2014/0116881 (2013년 10월 22일자로 출원된 출원 번호 제 14/060,117 호), US 2015/0151298 (2014년 10월 22일자로 출원된 출원 번호 제 14/520,568 호), 및 US 2015/0165436 (2014년 10월 22일자로 출원된 출원 번호 제 14/521,447 호) 에 기재되어 있으며, 이들 각각은 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함된다. 미국 출원 번호들 제 14/520,568 호 및 제 14/521,447 호는 또한 미세유체 디바이스에서 배양된 세포들의 분비물들을 분석하는 예시적인 방법들을 기술한다. 상기 출원들 각각은 광전 트위저들 (OET) 과 같은 유전영동 (DEP) 힘들을 생성하도록 구성되거나 광-전기습윤 (OEW) 을 제공하도록 구성된 미세유체 디바이스들을 더 기술한다. 예를 들어, US 2014/0116881 의 도 2 에 도시된 광전 트위저 디바이스는 개개의 생물학적 마이크로-객체 또는 생물학적 마이크로-객체들의 그룹을 선택하고 이동시키기 위해 본 개시의 실시형태들에서 이용될 수 있는 디바이스의 예이다.
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. 미세유체 디바이스는, 이동되고 있는 객체의 유형 및 다른 고려사항들에 따라, 다양한 동기 구성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 유전영동 (DEP) 구성은 미세유체 회로에서 마이크로-객체들을 선택하고 이동시키기 위해 이용될 수 있다. 따라서, 미세유체 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) 및/또는 커버 (110) 는 미세유체 회로 (120) 내의 유체 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. 대안적으로, 미세유체 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) 및/또는 커버 (110) 는 미세유체 회로 (120) 에서의 유체 매질 (180) 내의 액적들상에 EW 힘들을 선택적으로 유도하기 위한 전기습윤 (EW) 구성을 포함할 수 있고, 이것에 의해 개개의 액적들 또는 액적들의 그룹들을 선택, 캡쳐, 및/또는 이동시킬 수 있다.
DEP 구성을 포함하는 미세유체 디바이스 (200) 의 하나의 예가 도 1b 및 도 1c 에 도시된다. 간단성의 목적으로, 도 1b 및 도 1c 는 개방 영역/챔버 (202) 를 갖는 미세유체 디바이스 (200) 의 인클로저 (102) 의 부분의, 각각, 측단면도 및 평면 단면도를 도시하지만, 그 영역/챔버 (202) 는 성장 챔버, 격리 펜, 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 1b 에서 알 수 있는 바와 같이, 미세유체 디바이스 (200) 는 하단 전극 (204) 및 하단 전극 (204) 위에 있는 전극 활성화 기판 (206) 을 갖는 지지 구조 (104), 및 하단 전극 (204) 으로부터 떨어져 이격된 상단 전극 (210) 을 갖는 커버 (110) 를 포함한다. 상단 전극 (210) 및 전극 활성화 기판 (206) 은 영역/챔버 (202) 의 반대 표면들을 정의한다. 영역/챔버 (202) 에 포함된 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 1b 및 도 1c 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 1c 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 미세유체 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 최초로 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 1b 및 도 1c 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 미세유체 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 미세유체 디바이스 (200) 에 대해 광 패턴 (218) 을 이동시킴으로써 인 시츄 생성된 캡처된 마이크로-객체를 이동시킬 수 있다. 대안으로, 미세유체 디바이스 (200) 는 광 패턴 (218) 에 대해 이동될 수 있다.
다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (200) 는 전극 활성화 기판 (206) 의 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.
또 다른 예로서, 미세유체 디바이스 (200) 는 전기습윤 (EW) 구성을 가질 수 있으며, 이것은 DEP 구성 대신일 수 있거나 DEP 구성을 갖는 부분으로부터 분리된 미세유체 디바이스 (200) 의 부분에 위치될 수 있다. EW 구성은 광-전기습윤 구성 또는 유전체상의 전기습윤 (EWOD) 구성일 수도 있으며, 이들 양자는 본 기술에서 알려져 있다. 일부 EW 구성들에서, 지지 구조 (104) 는 유전체층 (미도시) 과 하부 전극 (204) 사이에 샌드위치된 전극 활성화 기판 (206) 을 갖는다. 유전체층은 이하에 기술되는 바와 같이 소수성 재료를 포함할 수 있고 및/또는 소수성 재료로 코팅될 수 있다. EW 구성을 갖는 미세유체 디바이스들 (200) 의 경우, 지지 구조 (104) 의 내부 표면 (208) 은 유전체층의 내부 표면 또는 그것의 소수성 코팅이다.
유전체층 (미도시) 은 하나 이상의 산화물 층들을 포함할 수 있고, 약 50 nm 내지 약 250 nm (예를 들어, 약 125 nm 내지 약 175 nm) 의 두께를 가질 수 있다. 소정의 실시형태들에서, 유전체층은 금속 산화물 (예를 들어, 알루미늄 산화물 또는 하프늄 산화물) 과 같은 산화물의 층을 포함할 수도 있다. 소정의 실시형태들에서, 유전체층은 실리콘 산화물 또는 질화물과 같은, 금속 산화물 이외의 유전체 재료를 포함할 수 있다. 정확한 조성 및 두께에 관계 없이, 유전체층은 약 10 kOhms 내지 약 50 kOhms 의 임피던스를 가질 수 있다.
일부 실시형태들에서, 영역/채널 (202) 를 향해 내부로 마주하는 유전체층의 표면은 소수성 재료로 코팅된다. 소수성 재료는 예를 들어 플루오리네이티드 카본 분자들을 포함할 수 있다. 플루오리네이티드 카본 분자들의 예들은 폴리테트라플루오로에틸렌 (예를 들어, TEFLON®) 또는 폴리(2,3-디플루오로메틸렌일-퍼플루오로테트라하이드로퓨란) (예를 들어, CYTOPTM) 과 같은 퍼플루오로-폴리머들을 포함한다. 소수서 재료를 구성하는 분자들은 유전체층의 표면에 공유결합될 수 있다. 예를 들어, 소수성 재료의 분자들은 실록산 기, 포스포닉 애시드 기, 또는 티올 기와 같은 연결자에 의해 유전체층의 표면에 공유결합될 수 있다. 따라서, 일부 실시형태들에서, 소수성 재료는 알킬-말단 실록산, 알킬-말단 포스포닉 애시드, 또는 알킬-말단 티올을 포함할 수 있다. 일킬 기는 (예를 들어, 적어도 10 개의 탄소들, 또는 적어도 16, 18, 20, 22 개 또는 그 이상의 탄소들의 사슬을 갖는) 긴-사슬 탄화수소들일 수 있다. 대안적으로, 플루오리네이티드 (또는, 퍼플루오리네이티드) 카본 사슬들이 알킬 기들을 대신하여 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 소수성 재료는 플루오로알킬-말단 실록산, 플루오로알킬-말단 포스포닉 애시드, 또는 플루오로알킬-말단 티올을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 소수성 코팅은 약 10 nm 내지 약 50 nm 의 두께를 갖는다. 다른 실시형태들에서, 소수성 코팅은 10 nm 미만 (예를 들어, 5 nm 미만, 또는 약 1.5 내지 3.0 nm) 의 두께를 갖는다.
일부 실시형태들에서, 전기습윤 구성을 갖는 미세유체 디바이스 (200) 의 커버 (110) 는 마찬가지로 소수성 재료 (미도시) 로 코팅된다. 소수성 재료는 지지 구조 (104) 의 유전체층을 코팅하기 위해 사용되는 동일한 소수성 재료일 수 있고, 소수성 코팅은 지지 구조 (104) 의 유전체층상의 소수성 코팅의 두께와 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다. 게다가, 커버 (110) 는 지지 구조 (104) 의 방식으로, 유전체층과 상부 전극 (210) 사이에 샌드위치된 전극 활성화 기판 (206) 을 포함할 수 있다. 커버 (110) 의 전극 활성화 기판 (206) 및 유전체층은 지지 구조 (104) 의 전극 활성화 기판 (206) 및 유전체층과 동일한 조성 및/또는 치수들을 가질 수 있다. 따라서, 미세유체 디바이스 (200) 는 2 개의 전기습윤 표면들을 가질 수 있다.
일부 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 은 상술된 바와 같은 광도전 재료를 포함할 수 있다. 이에 따라, 소정의 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 은 수소화 비정질 실리콘 (a-Si:H) 의 층을 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. a-Si:H 는, 예를 들어 (100 * 수소 원자들의 수/수소 및 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. 대안적으로, 전극 활성화 기판 (206) 은 상술된 바와 같이 포토트랜지스터 스위치들에 의해 제어되는 전극들 (예를 들어, 도전성 금속 전극들) 을 포함할 수 있다. 광-전기습윤 구성을 갖는 미세유체 디바이스들은 본 기술에서 알려져 있고 및/또는 본 기술에서 알려져 있는 전극 활성화 기판들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 그 전체 내용들이 참조로 여기에 포힘되는 미국 특허 제 6,958,132 호 (Chiou 등) 는 a-Si:H 와 같은 광도전성 재료를 갖는 광-전기습윤 구성들을 개시하는 반면, 상술된 미국 특허 공보 제 2014/0124370 호 (Short 등) 는 포토트랜지스터 스위치들에 의해 제어되는 전극들을 갖는 전극 활성화 기판들을 개시한다.
미세유체 디바이스 (200) 는 따라서 광-전기습윤 구성을 가질 수 있고, 광 패턴들 (218) 은 전극 활성화 기판 (206) 에서의 광도전성 EW 영역들 또는 광응답성 EW 전극들을 활성화하기 위해 사용될 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 의 그러한 활성화된 EW 영역들 또는 EW 전극들은 지지 구조 (104) 의 내부 표면 (208) (즉, 오버레이잉 유전체층 또는 그것의 소수성 코팅의 내부 표면) 에서 전기습윤력을 생성할 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 상에 입사하는 광 패턴들 (218) 을 변경함으로써 (또는 광원 (216) 에 대해 미세유체 디바이스 (200) 를 이동시킴으로써), 지지 구조 (104) 의 내부 표면 (208) 과 접촉하는 (예를 들어, 수성 매질, 용액, 또는 용매를 포함하는) 액적들이 영역/챔버 (202) 에 존재하는 비혼성 유체 (예를 들어, 오일 매질) 를 통해 이동될 수 있다.
다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스들 (200) 은 EWOD 구성을 가질 수 있고, 전극 활성화 기판 (206) 은 활성화를 위해 광에 의존하지 않는 선택적으로 어드레싱가능한 및 에너자이징가능한 전극들을 포함할 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 은 따라서 그러한 전기습윤 (EW) 전극들의 패턴을 포함할 수 있다. 그 패턴은 예를 들어 도 2b 에 도시된 바와 같은 열들 및 행들로 배열된 실질적으로 정사각형 EW 전극들의 어레이일 수 있다. 대안적으로, 패턴은 육각형 격자를 형성하는 실질적으로 육각형 EW 전극들의 어레이일 수 있다. 패턴에 관계없이, EW 전극들은 전기 스위치들 (예를 들어, 반도체 기판 내의 트랜지스터 스위치들) 에 의해 선택적으로 활성화 (또는 활성화해제) 될 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 내의 EW 전극들을 선택적으로 활성화 및 활성화해제함으로써, 오버레이잉 유전체층 또는 그것의 소수성 코팅의 내부 표면 (208) 과 접촉하는 액적들 (미도시) 은 영역/챔버 (202) 내에서 이동될 수 있다. 도 1a 에서의 동기 모듈 (162) 은 그러한 스위치들을 제어할 수 있고 따라서 영역/챔버 (202) 주위의 특정의 액적들을 선택하고 이동시키기 위해 개개의 EW 전극들을 활성화 및 활성화해제할 수 있다. 선택적으로 어드레싱가능한 및 에너자이징가능한 전극들을 갖는 EWOD 구성을 갖는 미세유체 디바이스들은 본 기술에서 알려져 있고 예를 들어 미국 특허 제 8,685,344 호 (Sundarsan 등) 에 기술되었으며, 이것의 전체 내용들은 참조에 의해 여기에 포함된다.
미세유체 디바이스 (200) 의 구성에 관계없이, 전원 (212) 은 미세유체 디바이스 (200) 의 전기 회로들에 전력을 공급하는 전위 (예를 들어, AC 전압 전위) 를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 전원 (212) 은 도 1 에서 참조되는 전원 (192) 과 동일하거나, 그 전원의 컴포넌트일 수 있다. 전원 (212) 은 상부 전극 (210) 및 하부 전극 (204) 에 AC 전압 및/또는 전류를 제공하도록 구성될 수 있다. AC 전압의 경우, 전원 (212) 은 상술된 바와 같이 영역/챔버 (202) 내에서 개개의 마이크로-객체들 (미도시) 을 트랩하고 이동시키며, 및/또는 또한 상술된 바와 같이 영역/챔버 (202) 에서 지지 구조 (104) (예를 들어, 유전체층 및/또는 유전체층상의 소수성 코팅) 의 내부 표면 (208) 의 습윤 특성들을 변경하기에 충분히 강한 네트 DEP 힘들 (또는 습윤력들) 을 발생시키기에 충부난 주파수 범위 및 평균 또는 피크 전력 (예를 들어, 전압 또는 전류) 범위를 제공할 수 있다. 그러한 주파수 범위들 및 평균 또는 피크 전력 범위들은 본 기술에서 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 6,958,132 호 (Chiou 등), 미국 특허 제 RE44,711 (Wu 등) (미국특허 제 7,612,355 호로서 이슈됨), 및 미국 특허 출원 공개 제 US2014/0124370 호 (Short 등), 제 US2015/0306598 호 (Khandros 등) 및 제 US2015/0306599 호 (Khandros 등) 참조.
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 미세유체 채널 (122) 에 유동성으로 접속시키는 접속 영역 (236) 을 정의하는 고립 구조 (232) 를 포함할 수 있다. 접속 영역 (236) 은 미세유체 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 미세유체 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 미세유체 채널 (122) 에 대해 직접 개방하는 단일 개구를 갖는다. 격리 펜의 개구는 미세유체 채널 (122) 로부터 측면방향으로 개방된다. 전극 활성화 기판 (206) 은 미세유체 채널 (122) 및 격리 펜들 (224, 226, 및 228) 양자의 아래에 놓인다. 격리 펜의 바닥을 형성하는, 격리 펜의 인클로저 내의 전극 활성화 기판 (206) 의 상부 표면은 미세유체 디바이스의 흐름 채널 (또는 각각, 흐름 영역) 의 바닥을 형성하는, 미세유체 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. 미세유체 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, 320, 400, 450, 500, 700) 중 임의의 것에 적용된다.
미세유체 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, 미세유체 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 미세유체 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, 미세유체 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 은 선택적으로 생성 및 정지될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 포트들 (222) 은 미세유체 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 개시에 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 미세유체 채널 (122) 에서 유동하는 유체 매질 (180) 의 속도 및 미세유체 채널 (122) 및 미세유체 채널 (122) 에 대한 접속 영역 (236) 의 근위 개구 (234) 의 구성에 관련한 다양한 파라미터들에 의존한다. 소정의 미세유체 디바이스에 대해, 미세유체 채널 (122) 및 개구 (234) 의 구성들은 고정될 것이지만 반면에, 미세유체 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 의 속도는 가변적일 것이다. 따라서, 각각의 격리 펜 (224) 에 대해, 미세유체 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. 미세유체 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 의 속도가 최대 속도 (Vmax) 를 초과하지 않는 한, 결과의 세컨더리 흐름 (244) 은 미세유체 채널 (122) 및 접속 영역 (236) 에 제한되고 고립 영역 (240) 밖에서 유지될 수 있다. 미세유체 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 미세유체 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 에 관계없이 고립 영역 (240) 에 머무를 것이다.
또한, 미세유체 채널 (122) 에서의 매질 (180) 의 흐름 (242) 의 속도가 Vmax 를 초과하지 않는 한, 미세유체 채널 (122) 에서의 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 은 미세유체 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, 미세유체 채널 (122) 또는 다른 격리 펜 (예를 들어, 도 2d 에서 격리 펜들 (226, 228)) 로부터의 잡다한 입자들로 하나의 격리 펜 (224) 의 오염을 방지할 수 있다.
격리 펜들 (224, 226, 228) 의 접속 영역들 (236) 및 미세유체 채널 (122) 이 미세유체 채널 (122) 에서의 매질 (180) 의 흐름 (242) 에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 미세유체 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, 미세유체 채널 (122) 에서의 제 1 유체 매질 (180) 내의 성분들 (미도시) 은 미세유체 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 미세유체 채널 (122) 의 제 1 매질 (180) 안으로 제 2 매질 (248) 의 성분들의 확산에 의해서만 실질적으로, 미세유체 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 미세유체 채널 (122) 을 통해 유동하는 매질 (180) 을 변경함으로써) 상이하게 될 수 있다.
미세유체 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: 미세유체 채널 (122) 의 형상 (예를 들어, 미세유체 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 미세유체 채널 (122) 로 지향시킬 수 있음); 근위 개구 (234) 에서 미세유체 채널 (122) 의 폭 (Wch)(또는 단면적); 및 근위 개구 (234) 에서 접속 영역 (236) 의 폭 (Wcon)(또는 단면적); 미세유체 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, 미세유체 채널 (122) 및 격리 펜들 (224, 226, 228) 의 치수들은 미세유체 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (242) 의 벡터에 대하여 다음과 같이 배향될 수 있다: 미세유체 채널 폭 (Wch)(또는 미세유체 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 미세유체 채널 (122) 에서의 매질 (180) 의 흐름 (242) 에 실질적으로 평행할 수 있다; 및/또는 접속 영역의 길이 (Lcon) 는 미세유체 채널 (122) 에서 매질 (180) 의 흐름 (242) 에 실질적으로 수직할 수 있다. 상기는 단지 예들이며, 미세유체 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 1a 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, 320, 400, 450, 500, 700) 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, 400, 450, 500, 700), 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. 미세유체 채널 (264) 에서의 근위 개구 (274) 로부터 고립 구조 (272) 에서의 원위 개구 (276) 까지, 접속 영역 (268) 은 미세유체 채널 (264) 을 고립 영역 (270) 에 유동적으로 접속시킨다. 일반적으로, 도 2b 및 도 2c 의 상기 논의에 따르면, 미세유체 채널 (264) 에서 제 1 유체 매질 (254) 의 흐름 (278) 은 미세유체 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, 미세유체 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 미세유체 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 미세유체 채널 (264) 에서 제 1 매질 (254) 의 흐름 (278) 에 의해 고립 영역 (270) 밖으로 인출되지 않을 것이다. 또한, 미세유체 채널 (264) 에서의 흐름 (278) 은 미세유체 채널 (264) 로부터 격리 펜 (266) 의 고립 영역 (270) 안으로 잡다한 재료들 (미도시) 을 인출하지도 않을 것이다. 이와 같이, 확산은, 미세유체 채널 (264) 에서 제 1 매질 (254) 내의 성분들이 미세유체 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 미세유체 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 미세유체 채널 (264) 을 통해 유동하는 매질을 변경함으로써 상이하게 될 수 있다.
도 2e 에 예시된 바와 같이, 미세유체 채널 (264) 내의 (즉, 도 2d 에서 화살표들 (482) 에 의해 표시된 미세유체 채널을 통한 유체 매질 흐름의 방향을 가로질러 취해진) 미세유체 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 미세유체 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 미세유체 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, 미세유체 채널 (122) 의 폭 (Wch) 은 다른 범위들 (예를 들어, 위에 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다. 또한, 미세유체 채널 (122) 의 폭 (Wch) 은 격리 펜의 근위 개구 외의 미세유체 채널의 영역들에서 이들 범위들 중 어느 하나에 있도록 선택될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 격리 펜은 약 30 내지 약 200 마이크론, 또는 약 50 내지 약 150 마이크론의 높이를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 격리 펜은 약 1x104 내지 3x106 제곱 마이크론, 2x104 내지 2x106 제곱 마이크론, 4x104 내지 1x106 제곱 마이크론, 2x104 내지 5x105 제곱 마이크론, 2x104 내지 1x105 제곱 마이크론 또는 약 2x105 내지 2x106 제곱 마이크론의 단면적을 갖는다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 미세유체 채널 (예를 들어, 122) 의 높이 (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, 미세유체 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. 미세유체 채널 (122) 의 높이 (Hch) 는 격리 펜의 근위 개구 이외의 미세유체 채널의 영역들에서 이들 범위들 중 어느 하나에 있도록 선택될 수 있다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 미세유체 채널 (예를 들어, 122) 의 단면적은 다음의 범위들 중 어느 하나 내에 있을 수 있다: 500-50,000 제곱 마이크론, 500-40,000 제곱 마이크론, 500-30,000 제곱 마이크론, 500-25,000 제곱 마이크론, 500-20,000 제곱 마이크론, 500-15,000 제곱 마이크론, 500-10,000 제곱 마이크론, 500-7,500 제곱 마이크론, 500-5,000 제곱 마이크론, 1,000-25,000 제곱 마이크론, 1,000-20,000 제곱 마이크론, 1,000-15,000 제곱 마이크론, 1,000-10,000 제곱 마이크론, 1,000-7,500 제곱 마이크론, 1,000-5,000 제곱 마이크론, 2,000-20,000 제곱 마이크론, 2,000-15,000 제곱 마이크론, 2,000-10,000 제곱 마이크론, 2,000-7,500 제곱 마이크론, 2,000-6,000 제곱 마이크론, 3,000-20,000 제곱 마이크론, 3,000-15,000 제곱 마이크론, 3,000-10,000 제곱 마이크론, 3,000-7,500 제곱 마이크론, 또는 3,000 내지 6,000 제곱 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 미세유체 채널 (예를 들어, 122) 의 단면적은 다른 범위들 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 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, 난모세포, 난자, 또는 배아가 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, 400, 450, 500, 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.
도 2g 는 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스 (280) 를 예시한다. 도 2g 에 예시된 미세유체 디바이스 (280) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 양식화된 다이어그램이다. 실제로, 미세유체 디바이스 (280) 및 그 구성 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 채널들 (122) 및 격리 펜들 (128)) 은 본원에 논의된 치수들을 가질 것이다. 도 2g 에 예시된 미세유체 회로 (120) 는 2 개의 포트들 (107), 4 개의 별개의 채널들 (122) 및 4 개의 별개의 흐름 영역들 (106) 을 갖는다. 미세유체 디바이스 (280) 는 각각의 미세유체 채널 (122) 에서 개방된 복수의 격리 펜들을 더 포함한다. 도 2g 에 예시된 미세유체 디바이스에서, 격리 펜들은 도 2c 에 예시된 펜들과 유사한 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 개시에 따른 미세유체 디바이스들 (예를 들어, 100, 200, 230, 250, 280, 290, 320, 400, 450, 500, 700) 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) (예를 들어, 네스트 (nest)) 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.
코팅 용액들 및 코팅제들. 이론에 의헤 제한되도록 의도하지 않고, 미세유체 디바이스 (예를 들어, DEP-구성된 및/또는 EW-구성된 미세유체 디바이스) 내에서의 생물학적 마이크로-객체 (예를 들어, 생물학적 세포) 의 유지보수는, 미세유체 디바이스와 그 안에 유지되는 생물학적 마이크로-객체(들) 사이의 일차 인터페이스를 제공하는 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 미세유체 디바이스의 적어도 하나 이상의 내부 표면들이 컨디셔닝 또는 코팅된 경우, 용이하게 될 수도 있다 (즉, 생물학적 마이크로-객체는 미세유체 디바이스 내에서 증가된 생존 능력, 더 큰 증식 및/또는 더 큰 운반가능성을 나타낸다). 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 내부 표면들 중 하나 이상 (예를 들어, DEP-구성된 미세유체 디바이스의 전극 활성화 기판의 내부표면, 미세유체 디바이스의 커버, 및/또는 회로 재료의 표면들) 은 생체 분자 및/또는 친수성 분자들의 원하는 층을 생성하기 우해 코팅 용액 및/또는 코팅제에 의해 처리 또는 개질될 수도 있다.
코팅은 생물학적 마이크로-객체(들) 의 도입 전 또는 후에 도포될 수도 있거나, 생물학적 마이크로-객체(들) 과 동시에 도입될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생물학적 마이크로-객체(들) 은 하나 이상의 코팅제들을 포함하는 유체 매질에서 미세유체 디바이스 내로 들여와 질 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (예를 들어, DEP-구성된 미세유체 디바이스) 의 내부 표면(들) 은 미세유체 디바이스 내로 생물학적 마이크로-객체(들) 의 도입 이전에 코팅제를 포함하는 코팅 용액으로 처리 또는 "프라이밍" 된다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 표면은 생물학적 마이크로-객체(들) 의 유지 및/또는 증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자들의 층을 제공하는 (예를 들어, 이하에 기술된 바와 같이 컨디셔닝된 표면을 제공하는) 코팅 재료를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 실질적으로 모든 내부 표면들은 코팅 재료를 포함한다. 코팅된 내부 표면(들) 은 흐름 영역 (예를 들어, 채널), 챔버, 또는 격리 펜, 또는 이들의 조합의 표면을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 복수의 격리 펜들 각각은 코팅 재료들로 코팅된 적어도 하나의 내부 표면을 갖는다. 다른 실시형태들에서, 복수의 흐름 영역들 또는 채널들 각각은 코팅 재료들로 코팅된 적어도 하나의 내부 표면을 갖는다. 일부 실시형태들에서, 복수의 격리 펜들 각각 및 복수의 채널들 각각의 적어도 하나의 내부 표면은 코팅 재료들로 코팅된다.
코팅제/ 용액. 혈청 또는 혈청 인자들, 소 혈청 알부민 (BSA), 폴리머들, 계면활성제들, 효소들, 및 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 임의의 편리한 코팅제/코팅 용액이 사용될 수 있다.
폴리머 -기반 코팅 재료들. 적어도 하나의 내부 표면은 폴리머를 포함하는 코팅 재료를 포함할 수도 있다. 폴리머는 적어도 하나의 표면에 공유결합 또는 비공유결합될 수도 있다 (또는 비특정적으로 부착될 수도 있다). 폴리머는 예를 들어 블록 폴리머들 (및 코폴리머들), 성형 폴리머들 (성형 코폴리머들), 및 그래프트 또는 빗살모양 폴리머들 (그래프트 코폴리머들) 에서 발견되는 다양한 구조성 모티프들을 가질 수도 있으며, 이들 모두는 여기에 개시된 방법들에 적합할 수도 있다.
폴리머는 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 매우 다양한 알킬렌 에테르 함유 폴리머들이 여기에 기술된 미세유체 디바이스들에서의 사용을 위해 적합할 수도 있다. 알킬렌 에테르 함유 폴리머들의 하나의 비제한적인 예시의 클래스는 폴리머 사술 내에 상이한 비율들로 및 상이한 위치들에서 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO) 및 폴리프로필렌 옥사이드 (PPO) 서브유닛들의 블록들을 포함하는 양쪽 친매성 비이온 블록 코폴리머들이다. Pluronic® 폴리머들 (BASF) 은 이러한 타입의 블록 코폴리머들이고, 살아있는 세포들과 접촉할 때 사용하기에 적합한 것으로 본 기술에서 알려져 있다. 폴리머들은 평균 분자 질량 (MW) 에서 약 2000Da 로부터 약 20KDa 까지의 범위에 있을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, PEO-PPO 블록 코폴리머는 약 10 (예를 들어, 12-18) 보다 큰 친수성-친유성 밸런스 (HLB) 를 가질 수 있다. 코팅된 표면을 산출하기 위해 유용한 특정의 Pluronic® 폴리머들은 Pluronic® L44, L64, P85, 및 F127 (F127NF 를 포함) 을 포함한다. 알킬렌 에테르 함유 폴리머들의 다른 클래스는 폴리에틸렌 글리콜 (PEG MW < 100,000Da) 또는 대안적으로 폴리에티렌 옥사이드 (PEO, MW > 100,000) 이다. 일부 실시형태들에서, PEG 는 약 1000Da, 5000Da, 10,000Da 또는 20,000Da 의 MW 를 가질 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 카르복실릭 애시드 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 카르복실릭 애시드 서브유닛은 알킬, 알케닐 또는 방향족 모이어티 포함 서브유닛일 수도 있다. 하나의 비제한적인 예는 폴리락틱 애시드 (PLA) 이다. 다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 폴리머 백본의 말단 또는 폴리머의 백본으로부터의 펜던트 (pendant) 에서 포스페이트 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 술포닉 애시드 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 술포닉 애시드 서브유닛은 알킬, 알케닐 또는 방향족 모이어티 포함 서브유닛일 수도 있다. 하나의 비제한적인 예는 폴리스티렌 술포닉 애시드 (PSSA) 또는 폴리아네톨 술포닉 애시드이다. 추가의 실시형태들에서, 코팅 재료는 아민 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 폴리아미노 폴리머는 천연 폴리아민 폴리머 또는 합성 폴리아민 폴리머를 포함할 수도 있다. 천연 폴리아민들의 예들은 스페르민, 스페르미딘, 및 푸트레신을 포함한다.
다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 당류 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 비제한적인 예에서, 크산탄 검 또는 덱스트란과 같은 다당류들은 미세유체 디바이스에서 세포 스티킹 (sticking) 을 감소시키거나 방지할 수 있는 재료를 형성하는데 적합할 수도 있다. 예를 들어, 약 3kDa 의 사이즈를 갖는 덱스트란 폴리머는 미세유체 디바이스 내의 표면을 위한 코팅 재료를 제공하기 위해 사용될 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 뉴클레오티드 모이어티들을 포함하는 폴리머, 즉 핵산을 포함할 수도 있으며, 이것은 리보뉴클레오티드 모이어티들 또는 데옥시리보뉴클레오티드 모이어티들을 가져서 고분자전해질 표면을 제공할 수도 있다. 핵산은 천연 뉴클레오티드 모이어티들만을 포함할 수도 있거나 제한 없이 7-디아자아데닌, 펜토오스, 메틸 포스포네이트 또는 포스포로티오에이트 모이어티들과 같은 핵염기, 리보오스 또는 포스페이트 모이어티 유사체들을 포함하는 비천연 뉴클레오티브 모이어티들을 포함할 수도 있다.
또 다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 아미노 애시드 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 아미노 애시드 모이어티들을 포함하는 폴리머는 천연 아미노 액시드 포함 폴리머 또는 비천연 아미노 액시드 포함 폴리머를 포함할 수도 있으며, 이들 중 어느 것은 펩티드, 폴리펩티드 또는 단백질을 포함할 수도 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 단백질은 코팅제들로서 알부민 및/또는 하나 이상의 다른 유사한 단백질들을 포함하는 소 혈청 알부민 (BSA) 및/또는 혈청 (또는 다수의 상이한 형청들의 조합) 일 수도 있다. 혈청은 신생 우아 혈청, 양 혈청, 염소 혈청, 말 혈청 등을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 임의의 편리한 소스로부터일 수 있다. 소정의 실시형태들에서, 코팅 용액 내의 BSA 는 5 mg/mL, 10 mg/mL, 20 mg/mL, 30 mg/mL, 40 mg/mL, 50 mg/mL, 60 mg/mL, 70 mg/mL, 80 mg/mL, 90 mg/mL, 또는 그 이상 또는 이들 사이의 임의의 값을 포함하는 약 1 mg/mL 로부터 약 100 mg/mL 까지의 범위에서 존재한다. 소정의 실시형태들에서, 코팅 용액 내의 혈청은 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 그 이상 또는 이들 사이의 임의의 값을 포함하는 약 20% (v/v) 로부터 약 50% v/v 까지의 범위에서 존재할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, BSA 는 5 mg/mL 로 코팅 용액 내에서 코팅제로서 존재할 수도 있지만, 다른 실시형태들에서, BSA 는 70 mg/mL 로 코팅 용액 내에서 코팅제로서 존재할 수도 있다. 소정의 실시형태들에서, 혈청은 30% 로 코팅 용액 내에서 코팅제로서 존재한다. 일부 실시형태들에서, 세포외 기질 (ECM) 단백질은 세포 성장을 조성하기 위해 최적화된 세포 부착을 위해 코팅 재료 내에 제공될 수도 있다. 코팅 재료에 포함될 수도 있는 세포 기질 단백질은 콜라겐, 엘라스틴, RGD-함유 펩티드 (예를 들어, 피브로넥틴), 또는 라미닌을 포함할 수 있지만, 이들에 제한되지 않는다. 또 다른 실시형태들에서, 성장 인자들, 사이토킨들, 호르몬들 또는 다른 세포 시그널링 종이 미세유체 디바이스의 코팅 재료 내에 제공될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 코팅 재료는 알킬렌 옥사이드 모이어티들, 카르복실릭 애시드 모이어티들, 술포닉 애시드 모이어티들, 포스페이트 모이어티들, 당류 모이어티들, 뉴클레오티드 모이어티들, 또는 아미노 애시드 모이어티들 중 2 이상을 함유하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 폴리머 컨디셔닝된 표면은 각각 알킬렌 옥사이드 모이어티들, 카르복실릭 애시드 모이어티들, 술포닉 애시드 모이어티들, 포스페이트 모이어티들, 당류 모이어티들, 뉴클레오티드 모이어티들, 및/또는 아미노 애시드 모이어티들을 갖는 2 이상의 폴리머의 혼합물을 포함할 수도 있으며, 그것은 코팅 재료 내로 독립적으로 또는 동시에 통합될 수도 있다.
공유결합으로 연결된 코팅 재료들. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 내부 표면은 미세유체 디바이스 내에서 생물학적 마이크로-객체(들) 의 유지보수/증식을 위해 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하는 공유결합으로 연결된 분자들을 포함하여, 그러한 세포들에 대한 컨디셔닝된 표면을 제공한다.
공유결합으로 연결된 분자들은 연결기를 포함하며, 여기서 연결기는 이하에 기술된 바와 같이 미세유체 디바이스의 하나 이상의 표면들에 공유결합으로 연결된다. 연결기는 또한 생물학적 마이크로-객체(들) 의 유지보수/증식을 위해 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티에 공유결합으로 연결된다.
일부 실시형태들에서, 생물학적 마이크로-객체(들) 의 유지보수/증식을 위해 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 공유결합으로 연결된 모이어티는 알킬 또는 플루오로알킬 (퍼플루오로알킬을 포함함) 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이것에 제한되지 않는) 단당류 또는 다당류; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이것에 제한되지 않는) 알콜류; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이것에 제한되지 않는 폴리알콜류; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이것에 제한되지 않는 알킬렌 에테르류; (폴리아크릴릭 애시드 또는 폴리비닐 포스포닉 애시드를 포함하지만 이것에 제한되지 않는) 고분자 전해질류; 아미노기들 (알킬레이티드 아민류, 히드록시알킬레이티드 아미노기, 구아니디늄과 같은, 그러나 이들에 제한되지 않는 그것의 유도체들, 및 모르폴리닐 또는 피페라지닐과 같은, 그러나 이들에 제한되지 않는 비방향화된 질소 고리 원자를 함유하는 헤테로실릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온성 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올릭 애시드를 포함하지만 이것에 제한되지 않는 카르복실릭 애시드류; (포스포네이트 음이온성 표면을 제공할 수도 있는) 에티닐 포스포닉 애시드를 포함하지만 이것에 제한되지 않는 포스포닉 애시드류; 술포네이트 음이온들; 카르복시베타인류; 술포베타인류; 술파믹 애시드류; 또는 아미노 애시드류를 포함할 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 내의 생물학적 마이크로-객체(들) 의 유지보수/증식을 위해 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 공유결합으로 연결된 모이어티는 알킬 모이어티와 같은 비-폴리머 모이어티들, (퍼플루오로알킬 모이어티를 포함하지만 이에 제한되지 않는) 플루오로알킬 모이어티와 같은 치환된 알킬 모이어티, 아미노 애시드 모이어티, 알콜 모이어티, 아미노 모이어티, 카르복실릭 애시드 모이어티, 포스포닉 애시드 모이어티, 술포닉 애시드 모이어티, 술파믹 애시드 모이어티, 또는 당류 모이어티를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 공유결합으로 연결된 모이어티는 상술된 모이어티들 중 임의의 것일 수도 있는 폴리머 모이어티들을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 공유결합으로 연결된 알킬 모이어티는 선형 체인 (예를 들어, 적어도 10 개의 탄소들, 또는 적어도 14, 16, 18, 20, 22 개, 또는 그 이상의 탄소들의 선형 체인) 을 형성하는 탄소 원자들을 포함할 수도 있고, 비분기형 알킬 모이어티일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 기는 치환된 알킬 기 (예를 들어, 알킬 기에서의 탄소들의 일부는 플루오르화 또는 퍼플루오르화될 수 있음) 를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 기는 비-치환된 알킬 기를 포함할 수도 있는 제 2 분절 (segment) 에 결합된, 퍼플루오로알킬 기를 포함할 수도 있는 제 1 분절을 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 및 제 2 분절들은 직접적으로 또는 (예를 들어, 에테르 결합에 의해) 간접적으로 결합될 수도 있다. 알킬 기의 제 1 분절은 연결 기에서 멀리 위치될 수도 있고, 알킬 기의 제 2 분절은 연결기에 근접하여 위치될 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 공유결합으로 연결된 모이어티는 2 이상의 타입의 아미노 애시드를 포함할 수도 있는 적어도 하나의 아미노 애시드를 포함할 수도 있다. 따라서, 공유결합으로 연결된 모이어티는 펩티드 또는 단백질을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 공유결합으로 연결된 모이어티는 세포 성장, 생존 능력, 운반가능성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하기 위해 양쪽성 이온 표면을 제공할 수도 있는 아미노 애시드를 포함할 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 공유결합으로 연결된 모이어티는 적어도 하나의 알킬렌 옥사이드 모이어티를 포함할 수도 있고, 상술된 바와 같은 임의의 알킬렌 옥사이드 폴리머를 포함할 수도 있다. 알킬렌 에테르 함유 폴리머들의 하나의 유용한 클래스는 폴리에틸렌 글리콜 (PEG MW < 100,000Da) 또는 대안적으로 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO, MW > 100,000) 이다. 일부 실시형태들에서, PEG 는 약 1000Da, 5000Da, 10,000Da 또는 20,000Da 의 MW 를 가질 수도 있다.
공유결합으로 연결된 모이어티는 하나 이상의 당류를 포함할 수도 있다. 공유결합으로 연결된 당류는 단당류, 이당류, 또는 다당류일 수도 있다. 공유결합으로 연결된 당류는 표면에 대한 부착을 위해 커플링 또는 정교화 (elaboration) 를 허용하는 반응성 페어링 (pairing) 모이어티를 도입하기 위해 개질될 수도 있다. 예시적인 반응성 페어링 모이어티들은 알데히드, 알킨 또는 할로 모이어티들을 포함할 수도 있다. 다당류는 랜덤한 양식으로 개질될 수도 있으며, 여기서 당류 모노머들 각각이 개질될 수도 있거나 다당류 내의 당류 모노머들의 일부만이 표면에 직접 또는 간접으로 커플링될 수도 있는 반응성 페어링 모이어티를 제공하기 위해 개질된다. 하나의 예는 비분기형 연결자를 통해 표면에 간접적으로 커플링될 수도 있는 덱스트란 다당류를 포함할 수도 있다.
공유결합으로 연결된 모이어티는 하나 이상의 아미노기들을 포함할 수도 있다. 아미노기는 치환된 아민 모이어티, 구아니딘 모이어티, 질소 함유 헤테로시클릭 모이어티 또는 헤테로아릴 모이어티일 수도 있다. 아미노 함유 모이어티들은 미세유체 디바이스 내의, 및 선택적으로 격리 펜들 및/또는 흐름 영역들 (예를 들어, 채널들) 내의 환경의 pH 변경을 허용하는 구조들을 가질 수도 있다.
컨디셔닝된 표면을 제공하는 코팅 재료는 단지 한 종류의 공유결합으로 연결된 모이어티를 포함할 수도 있거나 2 이상의 상이한 종류의 공유결합으로 연결된 모이어티를 포함할 수도 있다. 예를 들어, (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 컨디셔닝된 표면들은 모두 동일한, 예를 들어, 표면에 대한 동일한 연결기 및 공유결합 부착, 동일한 전체 길이, 및 플루오로알킬 모이어티를 포함하는 동일한 수의 플루오로메틸렌 유닛들을 갖는 복수의 공유결합으로 연결된 모이어티들을 가질 수도 있다. 대안적으로, 코팅 재료는 표면에 부착된 2 이상의 종류의 공유결합으로 연결된 모이어티를 가질 수도 있다. 예를 들어, 코팅 재료는 특정의 수의 메틸렌 또는 플루오로메틸렌 유닛들을 가지는 공유결합으로 연결된 알킬 또는 플루오로알킬 모이어티들을 갖는 분자들을 포함할 수도 있고, 더 큰 수의 메틸렌 또는 플루오로메틸렌 유닛들을 갖는 알킬 또는 플루오로알킬 사슬에 공유결합으로 부착된 대전된 모이어티들을 갖는 분자들의 추가의 세트를 더 포함할 수도 있으며, 이것은 코팅된 표면에서 더 덩치가 큰 (bulkier) 모이어티들을 제공하는 용량을 제공할 수도 있다. 이러한 예에서, 상이한, 덜 입체구조로 요구하는 말단들 및 더 적은 백본 원자들을 갖는 분자들의 제 1 세트는 전체 기판 표면을 기능화하고, 이것에 의해 기판 자체를 구성하는 실리콘/실리콘 옥사이드, 하프늄 옥사이드 또는 알루미나와의 원하지 않는 부착 또는 접촉을 방지하는 것을 도울 수 있다. 다른 예에서, 공유결합으로 연결된 모이어티들은 표면상에서 랜덤한 양식으로 교번하는 전하들을 제시하는 양쪽성 이온 표면을 제공할 수도 있다.
컨디셔닝된 표면 특성들. 컨디셔닝된 표면의 조성은 별문제로 하고, 소수성 재료의 물리적 두께와 같은 다른 인자들은 DEP 힘에 영향을 줄 수 있다. 컨디셔닝된 표면이 기판상에 형성되는 방식 (예를 들어, 기상증착, 액상 증착, 스핀 코팅, 플러딩, 및 정전 코팅) 과 같은 여러 인자들이 컨디셔닝된 표면의 물리적 두께를 변경할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 약 1 nm 내지 약 10 nm; 약 1 nm 내지 약 7 nm; 약 1 nm 내지 약 5 nm 의 범위의 또는 이들 사이의 임의의 개개의 값의 두께를 갖는다. 다른 실시형태들에서, 공유결합으로 연결된 모이어티들에 의해 형성된 컨디셔닝된 표면은 약 10 nm 내지 약 50 nm 의 두께를 가질 수도 있다. 여러 실시형태들에서, 여기에 기술된 바와 같이 준비된 컨디셔닝된 표면은 10 nm 미만의 두께를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면의 공유결합으로 연결된 모이어티들은 미세유체 디바이스의 표면 (예를 들어, DEP 구성 기판 표면) 에 공유결합으로 연결될 때 단분자층을 형성할 수도 있고, 10 nm 미만 (예를 들어, 5 nm 미만, 또는 약 1.5 내지 3.0 nm) 의 두께를 가질 수도 있다. 이들 값들은 약 30 nm 의 범위에서의 두께를 갖는 CYTOP® (Asahi Glass Co., Ltd. JP) 플루오로폴리머 스핀 코팅의 값들과 대조적이다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 완벽하게 형성된 단분자층이 DEP 구성 미세유체 디바이스 내에서의 동작을 위해 적합하게 기능적이도록 요구하지 않는다.
여러 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 컨디셔닝된 표면을 제공하는 코팅 재료는 바람직한 전기적 특성들을 제공할 수도 있다. 이론에 의해 제한되도록 의도하지 않고, 특정의 코팅 재료로 코팅된 표면의 강건성에 영향을 주는 하나의 인자는 본질적 (intrinsic) 전하 트랩핑이다. 상이한 코팅 재료들이 전자들을 트랩할 수도 있고, 이것은 코팅 재료의 고장을 야기할 수 있다. 코팅 재료에서의 결함들은 전하 트랩핑을 증가시킬 수도 있고 코팅 재료의 추가의 고장을 야기할 수도 있다. 유사하게, 상이한 코팅 재료들은 전하 트랩핑에 영향을 줄 수도 있는 상이한 절연 내력들 (즉, 절연 파괴를 야기하는 최소 인가 전계) 을 갖는다. 소정의 실시형태들에서, 코팅 재료는 전하 트랩핑의 양을 감소시키거나 제한하는 전체 구조 (예를 들어, 빽빽히 채워진 단분자층 구조) 를 가질 수 있다.
그것의 전기적 특성들에 더하여, 컨디셔닝된 표면은 또한 생물학적 분자들과 함께 사용하는데 유익한 특성들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 플루오리네이티드 (또는 퍼플루오리네이티드) 탄소 사슬들을 함유하는 컨디셔닝된 표면은 표면 부착물의 양을 감소시킴에 있어서 알킬-말단 사슬들에 비해 이익을 제공할 수도 있다. 여기서 사용된 표면 부착물은 미세유체 디바이스의 표면상의 무분별한 재료 증착의 양을 지칭하며, 그것은 단백질 및 그것의 분해 생성물들, 핵산들 및 각각의 분해 생성물들 등과 같은 생체재료들의 영구적인 또는 반영구적인 증착을 포함할 수도 있다.
유니터리 (unitary) 또는 멀티- 파트 컨디셔닝된 표면. 공유결합으로 연결된 코팅 재료는 이하에 기술되는 바와 같이, 미세유체 디바이스 내의 생물학적 마이크로-객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자들의 층을 제공하도록 구성된 모이어티를 이미 함유하는 분자의 반응에 의해 형성될 수도 있다. 대안적으로, 공유결합으로 연결된 코팅 재료는 그자신이 표면에 공유결합으로 연결된 표면 개질 리간드에 생물학적 마이크로-객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티를 커플링함으로써 2-파트 시퀀스에서 형성될 수도 있다.
공유결합으로 연결된 코팅 재료를 준비하는 방법들. 일부 실시형태들에서, (예를 들어, 격리 펜들 및/또는 흐름 영역들의 적어도 하나의 표면을 포함하는) 미세유체 디바이스의 표면에 공유결합으로 연결되는 코팅 재료는 식 1 또는 식 2 의 구조를 갖는다. 코팅 재료가 하나의 단계에서 표면에 도입될 때, 그것은 식 1 의 구조를 갖는 반면, 코팅 재료가 다수의 단계 프로세스에서 도입되는 경우, 그것은 식 2 의 구조를 갖는다.
Figure pct00002
식 1 ,
또는,
Figure pct00003
식 2
코팅 재료는 DEP-구성 또는 EW-구성 기판의 표면의 산화물들에 공유결합으로 연결될 수도 있다. DEP- 또는 EW-구성 기판은 실리콘, 실리콘 옥사이드, 알루미나, 또는 하프늄 옥사이드를 포함할 수도 있다. 산화물들은 기판의 본래의 화학적 구조의 부분으로서 제공될 수도 있거나 이하에 논의된 바와 같이 도입될 수도 있다.
코팅 재료는 산화물들과 실록산 또는 포스포닉 애시드기의 반응으로부터 형성된 실록시 또는 포스포네이트 에스테르기일 수도 있는 연결기 ("LG") 를 통해 산화물들에 부착될 수도 있다. 미세유체 디바이스 내에서 생물학적 마이크로-객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티는 여기에 기술된 모이어티들 중 임의의 것일 수 있다. 연결기 (LG) 는 미세유체 디바이스 내에서 생물학적 마이크로-객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티에 직접 또는 간접으로 연결될 수도 있다. 연결기 (LG) 가 모이어티에 직접 연결되는 경우, 선택적 연결자 ("L") 는 존재하지 않고 n 은 0 이다. 연결기 (LG) 가 모이어티에 간접으로 연결되는 경우, 연결자 (L) 는 존재하고 n 은 1 이다. 연결자 (L) 는 선형 부분을 포함할 수도 있으며, 여기서 그 선형 부분의 백본은 본 기술에서 알려진 바와 같은 화학 결합 제한들을 받는, 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비수소 원자들을 포함할 수도 있다. 그것은 에테르, 아미노, 카르보닐, 아미도, 또는 포스포네이트 기들, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 또는 헤테로시클릭 기들로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 모이어티들의 임의의 조합으로 차단될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결자 (L) 의 백본은 10 내지 20 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결자 (L) 의 백본은 약 5 개의 원자들 내지 약 200 개의 원자들; 약 10 개의 원자들 내지 약 80 개의 원자들; 약 10 개의 원자들 내지 약 50 개의 원자들; 또는 약 10 개의 원자들 내지 약 40 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 백본 원자들은 모두 탄소 원자들이다.
일부 실시형태들에서, 생물학적 마이크로-객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티는 다중-단계 프로세스에서 기판의 표면에 첨가될 수도 있고, 상술된 바와 같이 식 2 의 구조를 갖는다. 그 모이어티는 상술된 모이어티들 중 임의의 것일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 커플링기 (CG) 는 반응성 모이어티 (RX) 와 반응성 페어링 모이어티 (RPX) (즉, 반응성 모이어티 (RX) 와 반응하도록 구성된 모이어티) 의 반응으로부터의 결과의 기를 나타낸다. 예를 들어, 하나의 통상적인 커플링기 (CG) 는 활성화된 에스테르, 애시드 클로라이드 등과 같은 카르복실릭 애시드의 유도체와 아미노기의 반응의 결과인 카로복사미딜기를 포함할 수도 있다. 다른 CG 는 트리아졸릴렌기, 카르복사미딜, 티오아미딜, 옥심, 메르캅틸, 디술피드, 에테르, 또는 알케닐기, 또는 반응성 모이어티의 그의 각각의 반응성 페어링 모이어티와의 반응 시에 형성될 수도 있는 임의의 다른 적합한 기를 포함할 수도 있다. 커플링기 (CG) 는 상술된 바와 같은 원소들의 임의의 조합을 포함할 수도 있는 연결자 (L) 의 제 2 단부 (즉, 미세유체 디바이스 내에서 생물학적 마이크로-객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티에 근접한 단부) 에 위치될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 커플링기 (CG) 는 연결자 (L) 의 백본을 차단할 수도 있다. 커플링기 (CG) 가 트리아졸릴렌인 경우, 그것은 클릭 커플링 반응으로부터 야기되는 생성물일 수도 있고 더 치환될 수도 있다 (예를 들어, 디벤조시클로옥테닐 용융 트리아졸릴렌기).
일부 실시형태들에서, 코팅 재료 (또는 표면 개질 리간드) 는 화학적 기상 증착을 사용하여 미세유체 디바이스의 내부 표면들에 증착된다. 기상 증착 프로세스는 예를 들어, 용매 배스, 음파처리, 또는 이들의 조합에 노출함으로써 커버 (110), 미세유체 회로 재료 (116), 및/또는 기판 (DEP-구성 기판의 전극 활성화 기판 (206) 의 내부 표면 (208), 또는 EW-구성 기판의 지지 구조 (104) 의 유전체층) 을 사전 세정함으로써 선택적으로 향상될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 그러한 사전 세정은 동시에 산화된 표면 (여기에 기술된 바와 같이 공유결합으로 개질될 수도 있는 표면에서의 산화물들) 을 도입하면서 여러 불순물들을 제거할 수 있는 산소 플라즈마 클리너에서 커버 (110), 미세유체 회로 재료 (116), 및/또는 기판을 처리하는 것을 포함할 수 있다. 대안적으로, 하이드로클로릭 애시드와 하이드로전 페록사이드의 혼합물 또는 설퓨릭 애시드와 하이드로전 페록사이드의 혼합물 (예를 들어, 약 3:1 내지 약 7:1 의 범위의 설퓨릭 애시드 대 하이드로전 페록사이드의 비를 가질 수도 있는 피라냐 용액) 과 같은 액상 처리들은 산소 플라즈마 클리너 대신에 사용될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 기상 증착은 미세유체 디바이스 (200) 가 미세유체 회로 (120) 를 정의하는 인클로저 (102) 를 형성하기 위해 조립된 후 미세유체 디바이스 (200) 의 내부 표면을 코팅하기 위해 사용된다. 이론에 의해 제한되도록 의도하지 않고, 완전히 조립된 미세유체 회로 (120) 상에 그러한 코팅 재료를 증착하는 것은 미세유체 회로 재료 (116) 와 전극 활성화 기판 (206) 유전체층 및/또는 커버 (110) 사이의 약해진 결합에 의해 야기되는 박리를 방지하는데 유익할 수도 있다. 2-단계 프로세스가 채용되는 실시형태들에서, 표면 개질 리간드는 생물학적 마이크로-객체(들) 의 유지보수/증식에 적합한 생체 분자 및/또는 친수성 분자의 층을 제공하도록 구성된 모이어티의 후속적인 도입으로, 상술된 바와 같은 기상 증착을 통해 도입될 수도 있다. 후속적인 반응은 용액 내의 적합한 커플링 시약에 표면 개질된 미세유체 디바이스를 노출시킴으로써 수행될 수도 있다. 도 2h 는 컨디셔닝된 표면을 제공하는 예시적인 공유결합으로 연결된 코팅 재료를 갖는 미세유체 디바이스 (290) 의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, (개략적으로 도시된) 코팅 재료들 (298) 은 DEP 기판일 수도 있는 베이스 (286) 의 내부 표면 (294), 및 미세유체 디바이스 (290) 의 커버 (288) 의 내부 표면 (292) 양자에 공유결합으로 결합된 빽빽하게 채워진 분자들의 단분자층을 포함할 수 있다. 코팅 재료 (298) 는 일부 실시형태들에서 그리고 상술된 바와 같이 미세유체 디바이스 (290) 내의 회로 소자들 및/또는 구조들을 정의하기 위해 사용되는 미세유체 회로 재료 (미도시) 의 표면들을 포함하는, 미세유체 디바이스 (290) 의 인클로저 (284) 에 근접하고, 그것을 향해 내부로 마주하는 실질적으로 모든 내부 표면들 (294, 292) 에 증착될 수 있다. 대안적인 실시형태들에서, 코팅 재료들 (298) 은 미세유체 디바이스 (290) 의 내부 표면들의 단지 하나 또는 일부에만 증착될 수 있다.
도 2h 에 도시된 실시형태에서, 코팅 재료 (298) 는 오르가노실록산 분자들의 단분자층을 포함할 수 있고, 각각의 분자는 실록시 연결자 (296) 를 통해 미세유체 디바이스 (290) 의 내부 표면들 (292, 294) 에 공유결합된다. 상술된 코팅 재료들 (298) 중 임의의 것이 사용될 수 있으며 (예를 들어, 알킬-말단, 플루오로알킬 말단 모이어티, PEG-말단 모이어티, 덱스트란 말단 모이어티, 또는 오르가노실록시 모이어티들에 대한 포지티브 또는 네거티브 전하들을 함유하는 말단 모이어티), 여기서 말단 모이어티는 그것의 인클로저 대향 말단 (즉, 내부 표면들 (292, 294) 에 결합되지 않고 인클로저 (284) 에 근접한 코팅 재료 (298) 의 단부자층의 부분) 에 배치된다.
다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (290) 의 내부 표면(들) (292, 294) 을 코팅하기 위해 사용되는 코팅 재료 (298) 는 음이온성, 양이온성, 또는 양쪽성 이온 모이어티들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이론에 의해 제한되도록 의도하지 않고, 미세유체 회로 (120) 의 인클로저 (284) 의 내부 표면들에 양이온성 모이어티들, 음이온성 모이어티들, 및/또는 양쪽성 이온 모이어티들을 제공함으로써, 코팅 재료 (298) 는 수화의 결과의 물이 비생물학적 분자들 (예를 들어, 기판의 실리콘 및/또는 실리콘 산화물) 과의 상호작용들로부터 생물학적 마이크로-객체들을 분리하는 층 (또는 "실드 (shield)") 으로서 작용하도록 물 분자들과 강한 수소 결합들을 형성할 수 있다. 또, 코팅 재료 (298) 가 코팅제들과 함께 사용되는 실시형태들에서, 코팅 재료 (298) 의 음이온들, 양이온들, 및/또는 양쪽성 이온들은 인클로저 (284) 내의 매질 (180) (예를 들어, 코팅 용액) 에 존재하는 비공유결합 코팅제들 (예를 들어, 용액 내의 단백질들) 의 대전된 부분들과 이온성 결합들을 형성할 수 있다.
또 다른 실시형태들에서, 코팅 재료는 친수성 코팅제를 그것의 인클로저-대향 말단에 포함하거나 제공하도록 화학적으로 개질될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 코팅 재료는 PEG 와 같은 알킬렌 에테르 함유 폴리머를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 코팅 재료는 덱스트란과 같은 다당류를 포함할 수도 있다. 상술된 대전된 모이어티들 (예를 들어, 양이온성 모이어티들, 음이온성 모이어티들, 및/또는 양쪽성 이온 모이어티들) 처럼, 친수성 코팅제는 수화의 결과의 물이 비생물학적 분자들 (예를 들어, 기판의 실리콘 및/또는 실리콘 산화물) 과의 상호작용들로부터 생물학적 마이크로-객체들을 분리하는 층 (또는 "실드 (shield)") 으로서 작용하도록 물 분자들과 강한 수소 결합들을 형성할 수 있다.
적절한 코팅 처리들 및 개질들의 추가의 상세들이 2016 년 4월 22일자로 출원되고, 그 전체가 참조에 의해 포함되는 미국 출원 번호 제 15/135,707 호에서 발견될 수도 있다.
미세유체 디바이스의 격리 펜들 내의 세포들의 생존 능력의 유지보수를 위한 추가적인 시스템 성분들. 세포 개체수들의 성장 및/또는 증식을 증진시키기 위해, 기능성 세포들을 유지하게 하는 환경적 조건들은 시스템의 추가적인 성분들에 의해 제공될 수도 있다. 예를 들어, 그러한 추가적인 성분들은 영양분들, 세포 성장 시그널링 종, pH 조절, 가스 교환, 온도 제어, 및 세포들로부터의 쓰레기 산물들의 제거를 제공할 수 있다.
미세유체 디바이스들 , 방법들 및 키트들의 일부 실시형태들의 기재
1. 미세유체 디바이스로서, 기판 및 미세 유체 회로 재료를 포함하는 인클로저로서, 인클로저는 흐름 영역을 정의하는, 상기 인클로저; 및 인클로저 내에, 및 선택적으로 흐름 영역 내에 배치된 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조로서, 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는, 상기 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는, 미세유체 디바이스.
2. 실시형태 1 의 미세유체 디바이스로서, 고화된 폴리머 네트워크는 하나 이상의 기능화된 사이트들을 포함할 수도 있는, 미세유체 딥바이스.
3. 실시형태 1 또는 2 의 미세유체 디바이스로서, 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
4. 실시형태 1 내지 3 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 적어도 하나의 격리 펜을 포함할 수도 있고, 선택적으로 흐름 영역으로의 격리 펜의 근위 개구는 흐름 영역 내의 유체 매질의 흐름의 평균 방향에 실질적으로 평행하게 배향될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
5. 실시형태 4 의 미세유체로서, 적어도 하나의 격리 펜은 고립 영역과 접속 영역을 포함할 수도 있고, 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구 및 고립 영역으로의 원위 개구를 갖는, 미세유체 디바이스.
6. 실시형태 4 또는 5 의 미세유체 디바이스로서, 하나 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들은 격리 펜 내에, 및 선택적으로 격리 펜의 고립 영역 내에 배치될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
7. 실시형태 3 내지 6 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 분석 시약은 고화된 폴리머 네트워크에 공유결합으로 부착될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
8. 실시형태 3 내지 6 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 분석 시약은 고화된 폴리머 네트워크에 비공유결합으로 부착될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
9. 실시형태 8 의 미세유체 디바이스로서, 분석 시약은 비오틴/스트렙타비딘 착물을 통해 고화된 폴리머 네트워크에 비공유결합으로 부착될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
10. 실시형태 3 내지 9 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 분석 시약은 단백질, 핵산, 생체 분자, 및/또는 당류일 수도 있는, 미세유체 디바이스.
11. 실시형태 10 의 미세유체 디바이스로서, 분석 시약은 항체를 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
12. 실시형태 10 의 미세유체 디바이스로서, 분석 시약은 항원을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
13. 실시형태 10 의 미세유체 디바이스로서, 분석 시약은 캡쳐 올리고뉴클레오티드를 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
14. 실시형태 3 내지 6 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 분석 분석물은 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크에 비공유결합으로 결합될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
15. 실시형태 3 내지 6 또는 14 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 분석 분석물은 단백질을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
16. 실시형태 3 내지 6 또는 14 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 분석 분석물은 올리고뉴클레오티드를 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
17. 실시형태 3 내지 6 또는 14 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 분석 분석물은 항체 또는 사이토킨을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
18. 실시형태 3 내지 6 또는 14 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 분석 분석물은 생체 분자를 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
19. 실시형태 1 내지 18 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들은 흐름 영역 및/또는 적어도 하나의 격리 펜에 배치될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
20. 실시형태 19 의 미세유체 디바이스로서, 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 중 제 1 캡쳐 구조는 제 1 분석 시약 또는 제 1 분석 분석물에 결합할 수도 있고, 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 중 제 2 캡쳐 구조는 제 2 분석 시약 또는 제 2 분석 분석물에 결합할 수도 있고, 제 1 분석 시약 또는 제 1 분석 분석물은 제 2 분석 시약 또는 제 2 분석 분석물과는 상이한, 미세유체 디바이스.
21. 실시형태 19 또는 20 의 미세유체 디바이스로서, 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 각각은 적어도 하나의 격리 펜 내의 상이한 로케이션에 배치될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
22. 실시형태 1 내지 21 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 미세유체 디바이스의 커버는 하나 이상의 캡쳐 구조들로부터의 형광, 색도, 또는 발광 신호에 실질적으로 투명할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
23. 실시형태 1 내지 22 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 고화된 폴리머 네트워크는 광개시된 폴리머를 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
24. 실시형태 1 내지 23 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 고화된 폴리머 네트워크는 합성 폴리머, 개질된 합성 폴리머, 생물학적 폴리머, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
25. 실시형태 24 의 미세유체 디바이스로서, 개질된 합성 폴리머는 클리비지 모티프들, 반응성 말단 모티프들, 및/또는 세포 인식 모티프들을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
26. 실시형태 1 내지 25 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 고화된 폴리머 네트워크는 폴리에틸렌 글리콜, 개질된 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락틱 애시드 (PLA), 개질된 폴리락틱 애시드, 폴리글리콜릭 애시드 (PGA), 개질된 폴리글리콜릭 애시드, 폴리아크릴아미드 (PAM), 개질된 폴리아크릴아미드, 폴리-N-이소프로필아크릴아미드 (PNIPAm), 개질된 폴리-N-이소프로필아크릴아미드, 폴리비닐 알콜 (PVA), 개질된 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴릭 애시드 (PAA), 개질된 폴리아크릴릭 애시드, 폴리카프로락톤 (PCL), 개질된 폴리카프로락톤, 피브로넥틴, 개질된 피브로넥틴, 콜라겐, 개질된 콜라겐, 라미닌, 개질된 라미닌, 다당류, 개질된 다당류, 또는 코-폴리머 중 적어도 하나를 임의의 조합으로 포함할 수도 있다.
27. 실시형태 1 내지 26 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 고화된 폴리머 네트워크는 개질된 폴리에틸린 글리콜 폴리머를 포함하는, 미세유체 디바이스.
28. 실시형태 1 내지 27 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 미세유체 디바이스는 복수의 격리 펜들을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
29. 실시형태 4 내지 28 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 격리 펜으로부터 마이크로-객체의 퇴출을 허용하도록 구성될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
30. 실시형태 1 내지 29 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 기판은 인클로저 내에서 유전영동 (DEP) 힘들을 생성하도록 구성될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
31. 실시형태 30 의 미세유체 디바이스로서, DEP 힘들은 광학적으로 작동될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
32. 실시형태 1 내지 31 중 어느 하나의 미세유체 디바이스로서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 내부 표면은 컨디셔닝된 표면을 더 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
33. 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법으로서, 그 방법은 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역에서 미세유체 디바이스 내에 마이크로-객체를 배치하는 단계로서, 여기서 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크을 포함하고, 여기서 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함하는, 상기 마이크로-객체를 배치하는 단계; 분석 시약 또는 분석 분석물을 마이크로-객체 또는 마이크로-객체의 생물학적 생성물과 접촉시키는 단계; 및 마이크로-객체 또는 생물학적 생성물과 분석 시약 또는 분석 분석물의 상호작용을 검출하는 단계를 포함한다.
34. 실시형태 33 의 방법으로서, 미세유체 디바이스는 기판; 흐름 영역; 및 선택적으로 적어도 하나의 격리 펜을 포함하는 인클로저를 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 흐름 영역 또는 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치되는, 방법.
35. 실시형태 33 또는 34 의 방법으로서, 적어도 하나의 격리 펜은 고립 영역과 접속 영역을 포함할 수도 있고, 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구 및 고립 영역으로의 원위 개구를 갖는, 방법.
36. 실시형태 35 의 방법으로서, 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 격리 펜의 고립 영역 내에 배치될 수도 있는, 방법.
37. 실시형태 33 내지 36 중 어느 하나의 방법으로서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 고화된 폴리머 네트워크에 비공유결합으로 부착될 수도 있는, 방법.
38. 실시형태 33 내지 37 중 어느 하나의 방법으로서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 단백질, 올리고뉴클레오티드, 생체 분자, 또는 당류를 포함할 수도 있는, 방법.
39. 실시형태 33 내지 38 중 어느 하나의 방법으로서, 분석 시약은 항체를 포함할 수도 있는, 방법.
40. 실시형태 33 내지 39 중 어느 하나의 방법으로서, 생물학적 생성물은 단백질, 올리고뉴클레오티드, 생체 분자, 또는 당류를 포함할 수도 있는, 방법.
41. 실시형태 40 의 방법으로서, 단백질 생물학적 생성물은 항체 또는 항원을 포함할 수도 있는, 방법.
42. 실시형태 33 내지 41 중 어느 하나의 방법으로서, 마이크로-객체는 생물학적 마이크로-객체를 포함할 수도 있는, 방법.
43. 실시형태 33 내지 42 중 어느 하나의 방법으로서, 마이크로-객체는 하이브리도마 세포, B 세포 또는 T 세포를 포함할 수도 있는, 방법.
44. 실시형태 33 내지 43 중 어느 하나의 방법으로서, 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 격리 펜의 제 1 벽에 인접한 제 1 로케이션에 배치될 수도 있는, 방법.
45. 실시형태 33 내지 44 중 어느 하나의 방법으로서, 분석 시약 또는 분석 분석물을 마이크로-객체 또는 생물학적 생성물과 접촉시키는 단계는 비공유결합 착물을 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있는, 방법.
46. 실시형태 33 내지 45 중 어느 하나의 방법으로서, 상호작용을 검출하는 단계는 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역으로 검출 가능한 라벨을 갖는 검출 시약을 도입하는 단계를 더 포함할 수도 있는, 방법.
47 실시형태 46 의 방법으로서, 검출가능한 라벨은 분석 시약 또는 분석 분석물이 생물학적 생성물 또는 마이크로-객체와 상호작용할 때 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 집중되도록 구성될 수도 있는, 방법.
48. 실시형태 46 또는 47 의 방법으로서, 검출 시약의 검출가능한 라벨은 형광, 색도, 또는 발광인, 방법.
49. 실시형태 46 내지 48 중 어느 하나의 방법으로서, 검출 시약은 적어도 제 1 항체를 포함할 수도 있는, 방법.
50. 실시형태 49 의 방법으로서, 항체 검출 시약은 이차 항체를 더 포함할 수도 있는, 방법.
51. 실시형태 46 내지 48 중 어느 하나의 방법으로서, 검출 시약은 인터칼레이팅 염료를 포함할 수도 있는, 방법.
52. 실시형태 46 내지 48 중 어느 하나의 방법으로서, 검출 시약은 올리고뉴클레오티드를 포함할 수도 있는, 방법.
53. 실시형태 46 내지 53 중 어느 하나의 방법으로서, 마이크로-객체 또는 생물학적 생성물과 분석 시약 또는 분석 분석물의 상호작용을 검출하는 단계는 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 부착된 검출가능한 라벨의 양을 정량화하는 단계를 더 포함할 수도 있는, 방법.
54. 실시형태 33 내지 53 중 어느 하나의 방법으로서, 검출하는 단계는 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조로부터 형광 신호를 검출하는 단계를 포함할 수도 있는, 방법.
55. 실시형태 34 내지 54 중 어느 하나의 방법으로서, 미세유체 디바이스는 흐름 영역 또는 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치된 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 더 포함할 수도 있고, 여기서 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 제 2 고화된 폴리머 네트워크를 포함할 수도 있고, 또한 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 제 2 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있는, 방법.
56. 실시형태 55 의 방법으로서, 제 1 및 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 각각은 상이한 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있는, 방법.
57. 실시형태 55 또는 56 의 방법으로서, 제 1 및 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조들은 흐름 영역 또는 격리 펜 내에 구별가능한 로케이션들에 배치될 수도 있ㄴ는, 방법.
58. 실시형태 55 내지 57 중 어느 하나의 방법으로서, 검출하는 단계는 마이크로-객체의 제 1 생물학적 생성물 및 마이크로-객체의 제 2 생물학적 생성물을 검출하는 단계를 포함할 수도 있고, 제 1 생물학적 생성물은 제 2 생물학적 생성물과는 상이한, 방법.
59. 실시형태 55 내지 58 중 어느 하나의 방법으로서, 상호작용을 검출하는 단계는 제 1 및 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조들에 근접한 영역으로 제 1 검출 시약 및 제 2 검출 시약을 도입하는 단계를 더 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 검출 시약 및 제 2 검출 시약 각각은 검출가능한 라벨을 포함할 수도 있는, 방법.
60. 실시형태 59 의 방법으로서, 검출하는 단계는 제 1 및 제 2 검출가능한 라벨들 각각이 각각의 제 1 분석 시약 또는 분석 분석물 및 제 2 분석 시약 또는 분석 분석물에 비공유결합으로 부착되는 것을 허용하는 단계를 포함할 수도 있는 방법.
61. 실시형태 59 또는 60 의 방법으로서, 상호작용을 검출하는 단계는 제 1 검출가능한 라벨로부터 제 1 형광 신호를 및 제 2 검출가능한 라벨로부터 제 2 형광 신호를 검출하는 단계를 더 포함할 수도 있는, 방법.
62. 실시형태 61 의 방법으로서, 제 1 및 제 2 형광 신호들은 스펙트럼적으로 구별될 수도 있는, 방법.
63. 실시형태 61 또는 62 의 방법으로서, 제 1 및 제 2 형광 신호들은 위치에 의해 구별가능할 수도 있는, 방법.
64. 실시형태 61 내지 63 중 어느 하나의 방법으로서, 제 1 및/또는 제 2 형광 신호들을 정량화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
65. 실시형태 55 내지 64 중 어느 하나의 방법으로서, 흐름 영역 또는 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치된 제 3 의 또는 그 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 더 포함하고, 여기서 제 3 의 또는 그 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 각각은 고화된 폴리머 네트워크를 포함할 수도 있고, 또한 제 3 의 또는 그 이상의 고화된 폴리머 네트워크들 각각의 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약 또는 분석 에이전트를 포함할 수도 있는, 방법.
66. 실시형태 65 의 방법으로서, 검출하는 단계는 서로 검출가능하게 스펙트럼적으로 구별가능한, 흐름 영역 또는 적어도 하나의 격리 펜 내에서 로케이션에 있어서 구별된 제 1, 제 2, 제 3 또는 그 이상의 검출가능한 신호들을 검출하는 단계를 더 포함할 수도 있는, 방법.
67. 실시형태 33 내지 66 중 어느 하나의 방법으로서, 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역에서 미세유체 디바이스 내에 마이크로-객체를 배치하는 단계는 유전영동 힘을 사용하여 마이크로-객체를 이동시키는 단계를 포함할 수도 있는, 방법.
68. 실시형태 67 의 방법으로서, 유전영동 힘은 광학적으로 작동될 수도 있는, 방법.
69. 실시형태 33 내지 68중 어느 하나의 방법으로서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 내부 표면은 컨디셔닝된 표면을 더 포함할 수도 있는, 방법.
70. 기판, 미세유체 회로 재료, 및 선택적으로, 커버를 포함하는 인클로저로서, 인클로저는 흐름 영역을 정의하는, 상기 인클로저; 및 고화된 폴리머 네트워크를 형성하기 위해 제어가능하게 활성화될 수 있는 기능화된 프리폴리머를 갖는 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
71. 기판, 미세유체 회로 재료, 및 선택적으로, 커버를 포함하는 인클로저로서, 인클로저는 흐름 영역을 정의하는, 상기 인클로저; 및 인클로저 내에 배치된 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조로서, 여기서 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는, 상기 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 갖는 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
72. 실시형태 70 또는 71 의 키트로서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 흐름 영역에 유동적으로 접속된 적어도 하나의 격리 펜을 더 포함하는, 키트.
73. 실시형태 70 내지 72 중 어느 하나의 키트로서, 고화된 폴리머 네트워크는 하나 이상의 기능화된 사이트들을 포함할 수도 있는, 키트.
74. 실시형태 70 내지 73 중 어느 하나의 키트로서, 분석 시약 또는 분석 분석물을 더 포함하는, 키트.
75. 실시형태 74 의 키트로서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 더 포함할 수도 있는, 키트.
76. 실시형태 75 의 키트로서, 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 고화된 폴리머 네트워크의 하나 이상의 기능화된 사이트들에 연관 또는 결합하도록 구성된 모이어티를 포함할 수도 있는, 키트.
77. 실시형태 74 내지 76 중 어느 하나의 키트로서, 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함할 수도 있는, 키트.
78. 실시형태 77 의 키트로서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 고화된 폴리머 네트워크에 공유결합으로 부착될 수도 있는, 키트.
79. 실시형태 77 의 키트로서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 고화된 폴리머 네트워크에 비공유결합으로 부착될 수도 있는, 키트.
80. 실시형태 79 의 키트로서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 비오틴/스트렙타비딘 착물을 통해 고화된 폴리머 네트워크에 비공유결합으로 부착될 수도 있는, 키트.
81. 실시형태 70 내지 80 중 어느 하나의 키트로서, 고화된 폴리머 네트워크는 합성 폴리머, 개질된 합성 폴리머, 또는 생물학적 폴리머를 포함할 수도 있는, 키트.
82. 실시형태 81 의 키트로서, 합성 폴리머 개질들은 사이즈 개질 모티프들, 클리비지 모티프들, 반응성 말단 모티프들, 및/또는 세포 인식 모티프들을 포함할 수도 있는, 키트.
83. 실시형태 70 내지 82 중 어느 하나의 키트로서, 고화된 폴리머 네트워크는 폴리에틸렌 글리콜, 개질된 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락틱 애시드 (PLA), 개질된 폴리락틱 애시드, 폴리글리콜릭 애시드 (PGA), 개질된 폴리글리콜릭 애시드, 폴리아크릴아미드 (PAM), 개질된 폴리아크릴아미드, 폴리-N-이소프로필아크릴아미드 (PNIPAm), 개질된 폴리-N-이소프로필아크릴아미드, 폴리비닐 알콜 (PVA), 개질된 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴릭 애시드 (PAA), 개질된 폴리아크릴릭 애시드, 폴리카프로락톤 (PCL), 개질된 폴리카프로락톤, 피브로넥틴, 개질된 피브로넥틴, 콜라겐, 개질된 콜라겐, 라미닌, 개질된 라미닌, 다당류, 개질된 다당류, 또는 코-폴리머 중 적어도 하나를 임의의 조합으로 포함할 수도 있는, 키트.
84. 실시형태 70 내지 83 중 어느 하나의 키트로서, 고화된 폴리머 네트워크는 개질된 폴리에틸린 글리콜을 포함하는, 키트.
85. 실시형태 74 내지 84 중 어느 하나의 키트로서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 단백질, 핵산, 생체 분자, 또는 당류를 포함할 수도 있는, 키트.
86. 실시형태 74 내지 85 중 어느 하나의 키트로서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 항체를 포함할 수도 있는, 키트.
87. 실시형태 74 내지 85 중 어느 하나의 키트로서, 분석 시약 또는 분석 분석물은 항원을 포함할 수도 있는, 키트.
88. 실시형태 74 내지 85 중 어느 하나의 키트로서, 분석 시약은 캡쳐 올리고뉴클레오티드를 포함할 수도 있는, 키트.
89. 실시형태 70 내지 88 중 어느 하나의 키트로서, 검출 시약을 더 포함하는, 키트.
90. 실시형태 89 의 키트로서, 검출 시약은 검출가능한 라벨을 포함할 수도 있는, 키트.
91. 실시형태 90 의 키트로서, 검출 시약의 검출가능한 라벨은 형광, 색도, 또는 발광 라벨을 포함할 수도 있는, 키트.
92. 실시형태 89 내지 91 중 어느 하나의 키트로서, 검출 시약은 적어도 제 1 항체를 포함할 수도 있는, 키트.
93. 실시형태 89 내지 91 중 어느 하나의 키트로서, 검출 시약은 인터칼레이팅 염료를 포함할 수도 있는, 키트.
94. 실시형태 89 내지 91 중 어느 하나의 키트로서, 검출 시약은 FRET 라벨링된 올리고뉴클레오티드를 포함할 수도 있는, 키트.
95. 실시형태 71 내지 94 중 어느 하나의 키트로서, 인클로저는 그 안에 배치된 적어도 제 1 및 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조들을 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 제 1 고화된 폴리머 네트워크를 포함하고, 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 제 2 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는, 키트.
96. 실시형태 95 의 키트로서, 제 1 및 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조들은 흐름 영역 내에 배치되는, 키트.
97. 실시형태 95 의 키트로서, 제 1 및 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조들은 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치되는, 키트.
98. 실시형태 95 내지 97 중 어느 하나의 키트로서, 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조 및 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 흐름 영역 또는 격리 펜 내의 상이한 로케이션에 배치될 수도 있는, 키트.
99. 실시형태 70 의 키트로서, 제 2 고화된 폴리머 네트워크를 형성하도록 제어가능하게 활성화될 수 있는 제 2 기능화된 프리폴리머를 더 포함하는, 키트.
100. 실시형태 95 내지 99 중 어느 하나의 키트로서, 제 1 분석 시약 및 제 2 분석 시약을 더 포함하고, 제 1 분석 시약은 제 2 분석 시약과는 상이할 수도 있는, 키트.
101. 실시형태 100 의 키트로서, 제 1 고화된 폴리머 네트워크는 제 1 분석 시약을 포함하고, 제 2 고화된 폴리머 네트워크는 제 2 분석 시약을 포함하는, 키트.
102. 실시형태 95 내지 101 중 어느 하나의 키트로서, 제 1 검출 시약 및 제 2 검출 시약을 더 포함하고, 제 1 검출 시약은 제 2 검출 시약과는 상이할 수도 있는, 키트.
103. 실시형태 102 의 키트로서, 제 1 검출 시약은 제 1 검출가능한 라벨을 포함하고, 제 2 검출 시약은 제 2 검출가능한 라벨을 포함하고, 제 1 검출가능한 라벨 및 제 2 검출가능한 라벨은 스펙트럼적으로 구별될 수도 있는, 키트.
104. 실시형태 70 내지 103 중 어느 하나의 키트로서, 미세유체 디바이스의 인클로저는 복수의 격리 펜들을 더 포함할 수도 있는, 키트.
105. 실시형태 104 의 키트로서, 복수의 격리 펜들 각각은 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는 적어도 하나의 캡쳐 구조를 포함할 수도 있는, 키트.
106. 실시형태 70 내지 105 중 어느 하나의 키트로서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 내부 표면은 컨디셔닝된 표면을 더 포함할 수도 있는, 키트.
107. 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법으로서, 그 방법은 미세유체 디바이스를 제공하는 단계로서, 여기서 미세유체 디바이스는 기판 및 미세유체 회로 재료를 포함하는 인클로저를 포함하고, 그 인클로저는 흐름 영역을 정의하는, 상기 미세유체 디바이스를 제공하는 단계; 흐름 영역 내로 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머를 도입하는 단계; 및 인클로저의 적어도 하나의 선택된 영역에서 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 고화를 활성화하여, 그 안에 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
108. 실시형태 107 의 방법으로서, 인클로저는 적어도 하나의 격리 펜을 더 정의하는, 방법.
109. 실시형태 107 또는 108 의 방법으로서, 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 흐름 영역에 형성되는, 방법.
110. 실시형태 108 의 방법으로서, 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 격리 펜에 형성되는, 방법.
111. 실시형태 107 내지 110 중 어느 하나의 방법으로서, 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 하나 이상의 기능화된 사이트들을 포함하는 고화된 폴리머 네트워크를 포함할 수도 있는, 방법.
112. 실시형태 110 의 방법으로서, 하나 이상의 기능화된 사이트들은 비오틴, 아비딘, 또는 스트렙타비딘 모이어티를 포함할 수도 있는, 방법.
113. 실시형태 111 또는 112 의 방법으로서, 하나 이상의 기능화된 사이트들은 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 적어도 하나의 성분에 공유결합으로 결합될 수도 있는, 방법.
114. 실시형태 107 내지 113 중 어느 하나의 방법으로서, 미세유체 디바이스의 흐름 영역을 통해 제 1 유체 매질의 제 1 체적을 흐르게 하여, 흐름 영역 및, 선택적으로 적어도 하나의 격리 펜 밖으로 비고화된 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머를 확산시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
115. 실시형태 107 내지 114 중 어느 하나의 방법으로서, 적어도 제 1 캡쳐 구조로 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 도입하는 단계; 및 적어도 제 1 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트들과 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 연관시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
116. 실시형태 115 의 방법으로서, 미세유체 디바이스를 통해 제 1 유체 매질의 제 2 체적을 흐르게 하여, 흐름 영역 및, 선택적으로 적어도 하나의 격리 펜 밖으로 비연관된 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 확산시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
117. 실시형태 115 또는 116 의 방법으로서, 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 항체, 항원, 생체 분자, 또는 올리고뉴클레오티드를 포함할 수도 있는, 방법.
118. 실시형태 117 의 방법으로서, 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물의 생체 분자는 효소, 항원, 세포 표면 마커, 또는 사이토킨에 대한 기판을 포함할 수도 있는, 방법.
119. 실시형태 115 내지 118 중 어느 하나의 방법으로서, 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 적어도 제 1 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트와 연관시키도록 구성된 모이어티를 더 포함할 수도 있는, 방법.
120. 실시형태 119 의 방법으로서, 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 연관시키도록 구성된 모이어티는 적어도 제 1 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 기능화된 사이트에 대한 비오틴, 아비딘, 또는 스트렙타비딘 결합 파트너를 포함할 수도 있는, 방법.
121. 실시형태 115 내지 120 중 어느 하나의 방법으로서, 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 분석 시약일 수도 있는, 방법.
122. 실시형태 107 내지 121 중 어느 하나의 방법으로서, 제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 도입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
123. 실시형태 122 의 방법으로서, 제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 적어도 제 1 캡쳐 구조의 고화된 폴리머 네트워크의 제 2 기능화된 사이트들과 연관될 수도 있는, 방법.
124. 실시형태 123 의 방법으로서, 제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물로부터 검출가능하게 구별가능할 수도 있는, 방법.
125. 실시형태 123 의 방법으로서, 제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 적어도 하나의 격리 펜 내의 제 2 캡쳐 구조상의 제 1 기능화된 사이트들과 연관될 수도 있는, 방법.
126. 실시형태 125 의 방법으로서, 흐름 영역 또는 적어도 하나의 격리 펜 내에 제 2 캡쳐 구조를 도입하는 단계를 더 포함하고, 제 2 캡쳐 구조를 도입하는 단계는 흐름 영역 내로 제 2 흐름가능한 기능화된 프로폴리머를 도입하는 단계; 및 인클로저의 적어도 제 2 선택된 영역에서 제 2 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 고화를 활성화하여, 그 안에 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성하는 단계; 및 미세유체 디바이스의 흐름 영역으로 제 1 유체 매질의 또 다른 체적을 흐르게 하는 단계를 포함할 수도 있는, 방법.
127. 실시형태 126 의 방법으로서, 흐름 영역 또는 적어도 하나의 격리 펜 내에 제 3 캡쳐 구조를 도입하는 단계를 더 포함하고, 제 3 캡쳐 구조를 도입하는 단계는 흐름 영역 내로 제 3 흐름가능한 기능화된 프로폴리머를 도입하는 단계; 및 인클로저의 적어도 제 3 선택된 영역에서 제 3 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 고화를 활성화하여, 그 안에 제 3 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성하는 단계; 및 미세유체 디바이스의 흐름 영역으로 제 1 유체 매질의 또 다른 체적을 흐르게 하는 단계를 포함할 수도 있는, 방법
128. 실시형태 122 내지 127 중 어느 하나의 방법으로서, 제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물과는 상이할 수도 있는, 방법.
129. 실시형태 126 내지 128 중 어느 하나의 방법으로서, 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머는 제 2 흐름가능한 기능화된 프리폴리머와는 상이한, 방법.
130. 실시형태 127 내지 129 중 어느 하나의 방법으로서, 제 1, 제 2, 및 제 3 흐름가능한 기능화된 프리폴리머는 서로 상이할 수도 있는, 방법.
131. 실시형태 127 내지 130 중 어느 하나의 방법으로서, 제 3 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 도입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
132. 실시형태 131 의 방법으로서, 제 3 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 적어도 하나의 격리 펜 내의 제 3 캡쳐 구조상의 제 1 기능화된 사이트와 연관될 수도 있는, 방법.
133. 실시형태 131 또는 132 의 방법으로서, 제 3 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물 및 제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물과는 상이할 수도 있는, 방법.
134. 실시형태 107 내지 133 중 어느 하나의 방법으로서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 내부 표면은 컨디셔닝된 표면을 더 포함할 수도 있는, 방법.
임의의 이전에 나타낸 변경에 더하여, 다수의 다른 변형들 및 대안적인 배열들이 본 설명의 사상 및 범위로부터 일탈하지 않고 당업자들에 의해 고안될 수도 있고, 첨두된 청구범위는 그러한 변경들 및 배열들을 커버하도록 의도된다. 따라서, 정보가 가장 실제적이고 바람직한 양태들인 것으로 현재 생각되는 것과 관련하여 특이성 및 상세로 상술되었지만, 형태, 기능, 동작 방식, 및 사용을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 다수의 변경들이 여기에 진술된 원리들 및 개념들로부터 일탈하지 않고 행해질 수도 있다는 것이 당업자들에게 분명할 것이다. 또한, 여기에 사용되는 바와 같이, 모든 양태들에서의 예들 및 실시형태들은 단지 예시적인 것으로 의도되며, 어떠한 방식으로든지 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 더욱이, 엘리먼트들의 리스트 (예를 들어, 엘리먼트들 a, b, c) 에 대한 참조가 여기에서 행해지는 경우, 그러한 참조는 리스트된 엘리먼트들 중 임의의 하나 단독, 리스트된 엘리먼트들의 모두 보다 적은 임의의 조합, 및/또는 리스트된 엘리먼트들의 모두의 조합을 포함하도록 의도된다. 여기서 사용되는 바와 같이, 용어, a, an, 및 하나는 각각 용어들 적어도 하나 및 하나 이상과 교환가능할 수도 있다. 용어 단계가 여기에서 사용되지만, 그 용어는 단지 기술된 방법들의 상이한 부분들에 대한 주의를 끌기 위해 사용될 수도 있고, 방법들의 임의의 부분에 대한 시작 포인트 또는 정지 포인트를 한정하거나 임의의 다른 방식으로 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

Claims (89)

  1. 미세유체 디바이스로서,
    기판 및 미세유체 회로 재료를 포함하는 인클로저로서, 상기 인클로저는 각각 상기 인클로저 내에 위치된 흐름 영역 및 적어도 하나의 격리 펜을 정의하는, 상기 인클로저; 및
    상기 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치된 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조로서, 상기 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는, 상기 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는, 미세유체 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고화된 폴리머 네트워크는 하나 이상의 기능화된 사이트들을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 격리 펜은 고립 영역과 접속 영역을 포함하고,
    상기 접속 영역은 상기 흐름 영역으로의 근위 개구 및 상기 고립 영역으로의 원위 개구를 갖는, 미세유체 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 상기 격리 펜의 상기 고립 영역 내에 배치되는, 미세유체 디바이스.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 분석 시약은 상기 고화된 폴리머 네트워크에 비공유결합으로 부착되는, 미세유체 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 분석 시약은 비오틴/스트렙타비딘 착물을 통해 상기 고화된 폴리머 네트워크에 비공유결합으로 부착되는, 미세유체 디바이스.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 분석 시약은 단백질, 핵산, 생체 분자, 및/또는 당류를 포함하는, 미세유체 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 분석 시약은 항체를 포함하는, 미세유체 디바이스.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 분석 시약은 항원을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 분석 분석물은 상기 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 상기 고화된 폴리머 네트워크에 비공유결합으로 결합되는, 미세유체 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 분석 분석물은 항체 또는 사이토킨을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들이 상기 적어도 하나의 격리 펜에 배치되는, 미세유체 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 중 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 제 1 분석 시약 또는 제 1 분석 분석물에 결합하고, 상기 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 중 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 제 2 분석 시약 또는 제 2 분석 분석물에 결합하고,
    상기 제 1 분석 시약 또는 제 1 분석 분석물은 상기 제 2 분석 시약 또는 제 2 분석 분석물과는 상이한, 미세유체 디바이스.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 각각은 상기 적어도 하나의 격리 펜 내의 상이한 로케이션에 배치되는, 미세유체 디바이스.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스의 커버는 상기 하나 이상의 캡쳐 구조들로부터의 형광, 색도, 또는 발광 신호에 실질적으로 투명한, 미세유체 디바이스.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고화된 폴리머 네트워크는 광개시된 폴리머를 포함하는, 미세유체 디바이스.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고화된 폴리머 네트워크는 합성 폴리머, 개질된 합성 폴리머, 생물학적 폴리머, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고화된 폴리머 네트워크는 폴리에틸렌 글리콜, 개질된 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락틱 애시드 (PLA), 개질된 폴리락틱 애시드, 폴리글리콜릭 애시드 (PGA), 개질된 폴리글리콜릭 애시드, 폴리아크릴아미드 (PAM), 개질된 폴리아크릴아미드, 폴리-N-이소프로필아크릴아미드 (PNIPAm), 개질된 폴리-N-이소프로필아크릴아미드, 폴리비닐 알콜 (PVA), 개질된 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴릭 애시드 (PAA), 개질된 폴리아크릴릭 애시드, 폴리카프로락톤 (PCL), 개질된 폴리카프로락톤, 피브로넥틴, 개질된 피브로넥틴, 콜라겐, 개질된 콜라겐, 라미닌, 개질된 라미닌, 다당류, 개질된 다당류, 또는 이들의 임의의 코-폴리머 조합 중 적어도 하나를 포함하는, 미세유체 디바이스.
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스는 복수의 격리 펜들을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  21. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 인클로저 내에서 유전영동 (DEP) 힘들을 생성하도록 구성되는, 미세유체 디바이스.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 DEP 힘들은 광학적으로 작동되는, 미세유체 디바이스.
  23. 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법으로서,
    고화된 폴리머 네트워크를 포함하는 상기 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역에서 상기 미세유체 디바이스 내에 마이크로-객체를 배치하는 단계로서, 상기 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함하는, 상기 마이크로-객체를 배치하는 단계;
    상기 분석 시약 또는 분석 분석물을 상기 마이크로-객체 또는 상기 마이크로-객체의 생물학적 생성물과 접촉시키는 단계; 및
    상기 마이크로-객체 또는 상기 생물학적 생성물과 상기 분석 시약 또는 분석 분석물의 상호작용을 검출하는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스는, 기판 및 미세유체 회로 재료를 포함하는 인클로저로서, 상기 인클로저는 흐름 영역 및 적어도 하나의 격리 펜을 정의하는, 상기 인클로저를 포함하고,
    상기 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 상기 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치되는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 격리 펜은 고립 영역과 접속 영역을 포함하고,
    상기 접속 영역은 상기 흐름 영역으로의 근위 개구 및 상기 고립 영역으로의 원위 개구를 갖는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 상기 격리 펜의 상기 고립 영역 내에 배치되는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  27. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 분석 시약 또는 분석 분석물은 상기 고화된 폴리머 네트워크에 비공유결합으로 부착되는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  28. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약을 포함하고,
    상기 분석 시약은 단백질을 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 분석 시약은 항원 또는 항체를 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  30. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 생물학적 생성물은 단백질, 올리고뉴클레오티드, 생체 분자, 또는 당류를 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  31. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 마이크로-객체의 상기 생물학적 생성물은 항체 또는 항원인, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  32. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 마이크로-객체는 생물학적 세포인, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 생물학적 세포는 하이브리도마 세포, B 세포, 또는 T 세포인, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  34. 제 24 항에 있어서,
    상기 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 상기 격리 펜의 제 1 벽에 인접한 제 1 로케이션에 배치되는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  35. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 분석 시약 또는 분석 분석물을 상기 마이크로-객체 또는 상기 생물학적 생성물과 접촉시키는 단계는 비공유결합 착물을 형성하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  36. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 상호작용을 검출하는 단계는 상기 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 상기 영역으로 검출 가능한 라벨을 갖는 검출 시약을 도입하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 검출가능한 라벨은 상기 분석 시약 또는 분석 분석물이 상기 생물학적 생성물 또는 상기 마이크로-객체와 상호작용할 때 상기 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 집중되도록 구성되는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 검출 시약의 상기 검출가능한 라벨은 형광, 색도, 또는 발광인, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  39. 제 36 항에 있어서,
    상기 검출 시약은 적어도 제 1 항체를 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  40. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는 상기 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조로부터 형광 신호를 검출하는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 형광 신호를 검출하는 단계는 상기 형광 신호를 정량화하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  42. 제 24 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스는 상기 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치된 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 더 포함하고,
    상기 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 제 2 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 제 2 고화된 폴리머 네트워크는 제 2 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 각각은 상이한 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함하며,
    상기 검출하는 단계는 상기 마이크로-객체의 제 1 생물학적 생성물 및 상기 마이크로-객체의 제 2 생물학적 생성물을 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 생물학적 생성물은 상기 제 2 생물학적 생성물과는 상이한, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 상호작용을 검출하는 단계는 상기 제 1 및 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조들에 근접한 영역으로 제 1 검출 시약 및 제 2 검출 시약을 도입하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 검출 시약들 각각은 검출가능한 라벨을 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 상호작용을 검출하는 단계는 상기 제 1 검출가능한 라벨로부터 제 1 형광 신호를 및 상기 제 2 검출가능한 라벨로부터 제 2 형광 신호를 검출하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 형광 신호들은 스펙트럼적으로 구별되는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  47. 제 45 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 형광 신호들은 위치에 의해 구별가능한, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  48. 제 42 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스는 상기 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치된 제 3 의 또는 그 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들을 더 포함하고,
    상기 제 3 의 또는 그 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들 각각은 고화된 폴리머 네트워크를 포함하며,
    상기 제 3 의 또는 그 이상의 고화된 폴리머 네트워크들 각각의 상기 고화된 폴리머 네트워크는 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는, 검출가능하게 스펙트럼적으로 구별된, 상기 적어도 하나의 격리 펜 내에서 로케이션에 있어서 구별된 제 1, 제 2, 및 제 3 또는 그 이상의 검출가능한 신호들을 검출하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  50. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조에 근접한 영역에서 미세유체 디바이스 내에 마이크로-객체를 배치하는 단계는 유전영동 힘을 사용하여 상기 마이크로-객체를 이동시키는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 유전영동 힘은 광학적으로 작동되는, 미세유체 디바이스 내의 마이크로-객체를 분석하는 방법.
  52. 기판 및 미세유체 회로 재료를 포함하는 인클로저로서, 상기 인클로저는 흐름 영역 및 적어도 하나의 격리 펜을 정의하는, 상기 인클로저; 및
    고화된 폴리머 네트워크를 형성하기 위해 제어가능하게 활성화될 수 있는 기능화된 프리폴리머
    를 포함하는 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  53. 기판 및 미세유체 회로 재료를 포함하는 인클로저로서, 상기 인클로저는 흐름 영역 및 적어도 하나의 격리 펜을 정의하는, 상기 인클로저; 및
    상기 적어도 하나의 격리 펜 내에 배치된 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조로서, 상기 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는, 상기 적어도 하나의 인 시츄 생성 캡쳐 구조
    를 포함하는 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  54. 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,
    상기 고화된 폴리머 네트워크는 하나 이상의 기능화된 사이트들을 포함하는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  55. 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,
    분석 시약 또는 분석 분석물을 더 포함하는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 분석 시약 또는 분석 분석물은 상기 고화된 폴리머 네트워크의 상기 하나 이상의 기능화된 사이트들에 연관 또는 결합하도록 구성된 모이어티를 포함하는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  57. 제 55 항에 있어서,
    상기 고화된 폴리머 네트워크는 상기 분석 시약 또는 분석 분석물을 포함하는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  58. 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,
    검출 시약을 더 포함하는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  59. 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,
    상기 고화된 폴리머 네트워크는 합성 폴리머, 개질된 합성 폴리머, 또는 생물학적 폴리머를 포함하는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 고화된 폴리머 네트워크는 개질된 합성 폴리머를 포함하고,
    상기 개질들은 사이즈 개질 모티프들, 클리비지 모티프들, 반응성 말단 모티프들, 또는 세포 인식 모티프들을 포함하는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  61. 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,
    상기 고화된 폴리머 네트워크는 폴리에틸렌 글리콜, 개질된 폴리에틸렌 글리콜, 폴리락틱 애시드 (PLA), 개질된 폴리락틱 애시드, 폴리글리콜릭 애시드 (PGA), 개질된 폴리글리콜릭 애시드, 폴리아크릴아미드 (PAM), 개질된 폴리아크릴아미드, 폴리-N-이소프로필아크릴아미드 (PNIPAm), 개질된 폴리-N-이소프로필아크릴아미드, 폴리비닐 알콜 (PVA), 개질된 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴릭 애시드 (PAA), 개질된 폴리아크릴릭 애시드, 폴리카프로락톤 (PCL), 개질된 폴리카프로락톤, 피브로넥틴, 개질된 피브로넥틴, 콜라겐, 개질된 콜라겐, 라미닌, 개질된 라미닌, 다당류, 개질된 다당류, 또는 코-폴리머 중 적어도 하나를 임의의 조합으로 포함하는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  62. 제 55 항에 있어서,
    상기 분석 시약 또는 분석 분석물은 상기 고화된 폴리머 네트워크에 비공유결합으로 부착되는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  63. 제 62 항에 있어서,
    상기 분석 시약 또는 분석 분석물은 비오틴/스트렙타비딘 착물을 통해 상기 고화된 폴리머 네트워크에 비공유결합으로 부착되는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  64. 제 55 항에 있어서,
    상기 분석 시약 또는 분석 분석물은 단백질, 핵산, 생체 분자, 또는 당류인, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  65. 제 55 항에 있어서,
    상기 분석 시약 또는 분석 분석물은 항체인, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  66. 제 55 항에 있어서,
    상기 분석 시약 또는 분석 분석물은 항원을 포함하는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  67. 제 58 항에 있어서,
    상기 검출 시약은 검출가능한 라벨을 포함하는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  68. 제 58 항에 있어서,
    상기 검출 시약은 적어도 제 1 항체를 포함하는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  69. 제 53 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 격리 펜은 그 안에 2 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조들을 포함하고,
    제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 제 1 고화된 폴리머 네트워크는 제 1 분석 시약을 포함하고, 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 제 2 고화된 폴리머 네트워크는 제 2 분석 시약을 포함하며,
    상기 제 1 분석 시약은 상기 제 2 분석 시약과는 상이한, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조 및 상기 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 상기 격리 펜 내의 상이한 로케이션들에 배치되는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  71. 제 69 항 또는 제 70 항에 있어서,
    제 1 검출 시약 및 제 2 검출 시약을 더 포함하고,
    상기 제 1 검출 시약은 상기 제 2 검출 시약과는 상이한, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  72. 제 71 항에 있어서,
    상기 제 1 검출 시약의 검출가능한 라벨 및 상기 제 2 검출 시약의 검출가능한 라벨은 스펙트럼적으로 구별되는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  73. 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스는 복수의 격리 펜들을 더 포함하고,
    상기 복수의 격리 펜들 각각은 상기 흐름 영역에 유동적으로 접속되는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  74. 제 73 항에 있어서,
    상기 복수의 격리 펜들 각각은 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는 적어도 하나의 캡쳐 구조를 포함하는, 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
  75. 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 포함하는 미세유체 디바이스를 준비하는 방법으로서,
    상기 미세유체 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 미세유체 디바이스는 기판 및 미세유체 회로 재료를 포함하는 인클로저를 포함하고, 상기 인클로저는 흐름 영역 및 상기 흐름 영역에 유동적으로 접속된 적어도 하나의 격리 펜을 정의하는, 상기 미세유체 디바이스를 제공하는 단계;
    상기 흐름 영역 내로 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머를 도입하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 격리 펜의 적어도 하나의 선택된 영역에서 상기 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 고화를 활성화하여, 그 안에 상기 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성하는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  76. 제 75 항에 있어서,
    상기 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조는 하나 이상의 기능화된 사이트들을 포함하는 고화된 폴리머 네트워크를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  77. 제 76 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기능화된 사이트들은 비오틴, 아비딘, 또는 스트렙타비딘 모이어티를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  78. 제 76 항 또는 제 77 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기능화된 사이트들은 상기 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 적어도 하나의 성분에 공유결합으로 결합되는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  79. 제 75 항 또는 제 76 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스의 상기 흐름 영역을 통해 제 1 유체 매질의 제 1 체적을 흐르게 하여, 상기 적어도 하나의 격리 펜 밖으로 비고화된 제 1 흐름가능한 기능화된 프리폴리머를 확산시키는 단계를 더 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  80. 제 76 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 격리 펜 내의 상기 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조로 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 도입하는 단계; 및
    상기 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 상기 고화된 폴리머 네트워크의 상기 기능화된 사이트들과 상기 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 연관시키는 단계를 더 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  81. 제 80 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스를 통해 상기 제 1 유체 매질의 제 2 체적을 흐르게 하여, 상기 적어도 하나의 격리 펜 밖으로 비연관된 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 확산시키는 단계를 더 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  82. 제 80 항에 있어서,
    상기 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 항체, 항원, 생체 분자, 또는 올리고뉴클레오티드를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  83. 제 80 항에 있어서,
    상기 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 상기 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 상기 적어도 제 1 인 시츄 생성 캡쳐 구조의 상기 고화된 폴리머 네트워크의 상기 기능화된 사이트들과 연관시키도록 구성된 모이어티를 더 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  84. 제 83 항에 있어서,
    상기 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 연관시키도록 구성된 모이어티는 비오틴, 아비딘, 또는 스트렙타비딘 결합 파트너를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  85. 제 80 항에 있어서,
    제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물을 도입하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  86. 제 85 항에 있어서,
    상기 제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 상기 제 1 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물로부터 검출가능하게 구별가능한, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  87. 제 85 항에 있어서,
    상기 제 2 의 또는 그 이상의 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 상기 적어도 하나의 격리 펜 내의 제 2 의 또는 그 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조상의 제 2 의 또는 그 이상의 기능화된 사이트와 연관되는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  88. 제 87 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 격리 펜 내에 상기 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 도입하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 2 의 또는 그 이상의 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 도입하는 단계는,
    상기 흐름 영역 내로 제 2 흐름가능한 기능화된 프로폴리머를 도입하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 격리 펜의 적어도 제 2 선택된 영역에서 상기 제 2 흐름가능한 기능화된 프리폴리머의 고화를 활성화하여, 그 안에 상기 제 2 인 시츄 생성 캡쳐 구조를 형성하는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.
  89. 제 85 항에 있어서,
    상기 제 2 기능화된 분석 시약 또는 분석 분석물은 상기 제 1 기능화된 분석 시약과는 상이한, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법.

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