KR20190010641A - 공유 결합으로 개질된 표면들, 키트들, 및 준비 및 사용 방법들 - Google Patents

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알렉산더 제이 마스트로얀니
마크 피 화이트
그레고리 지 라비유
크리스틴 지 보몬트
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버클리 라잇츠, 인크.
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Abstract

생명과학 및 관련 분야들에서, 생체분자들 및 생물학적 미세-객체들과 같은 생체물질들을 접촉하는 장치들, 디바이스들, 및 물질들의 표면들을 개질하는 것이 유용할 수 있다. 표면 개질 및 표면 관능화 시약들, 그 준비, 및 생체물질을 이용하여 개선된 또는 변경된 성능을 제공하기 위해 표면들을 개질시키는 방법들이 본원에 설명된다.

Description

공유 결합으로 개질된 표면들, 키트들, 및 준비 및 사용 방법들
본 출원은 2016년 5월 26일자로 출원된 미국 가출원 제 62/342,131 호; 2016년 6월 3일자로 출원된 미국 가출원 제 62/345,603 호; 2016년 6월 23일자로 출원된 미국 가출원 제 62/353,938 호; 2016년 10월 21일자로 출원된 미국 가출원 제 62/411,191 호; 및 2016년 10월 19일자로 출원된 미국 가출원 제 62/410,238 호의 이익을 35 U.S.C. 119(e) 하에서 주장하는 정규 출원이고, 이 개시물 각각은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
생명과학 및 관련 분야들에서, 생체분자들 및 생물학적 미세-객체들 (micro-objects) 과 같은 생체물질들을 접촉하는 장치들, 디바이스들, 및 물질들의 표면들을 개질하는 것이 유용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시형태들은 실록산 시약, 그 제조 방법, 및 생체물질을 이용하여 개선된 또는 변경된 성능을 제공하기 위해 표면들을 개질시키는 방법들을 포함한다.
제 1 양태에서, 미세유체 (microfluidic) 디바이스가 제공되고, 여기서 미세유체 디바이스는 베이스, 커버, 및 내부에 유체 회로를 정의하는 미세유체 회로 물질을 포함하는 인클로저를 포함하고, 베이스, 커버 및 미세유체 회로 물질의 적어도 하나의 내측 표면은 제 1 연결 기 및 제 1 모이어티를 포함하는 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 갖고, 제 1 모이어티는 제 1 표면 접촉 모이어티 또는 제 1 반응성 모이어티이고, 베이스, 커버 및 미세유체 회로 물질의 적어도 하나의 내측 표면은 제 2 연결 기 및 제 2 모이어티를 포함하는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 갖고, 제 2 모이어티는 제 2 표면 접촉 모이어티 또는 제 2 반응성 모이어티이며, 제 1 연결 기 및 제 2 연결 기는 서로 상이하고/하거나 제 1 모이어티는 제 2 모이어티와 상이하다. 일부 실시형태들에서, 베이스, 커버 및 미세유체 회로 물질의 공통의 내측 표면은 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖는다.
다른 양태에서, 베이스, 커버, 및 내부에 유체 회로를 정의하는 미세유체 회로 물질을 갖는 인클로저를 포함하는 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 내측 표면 상에 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법은, 적어도 하나의 내측 표면을 제 1 개질 시약 및 제 2 개질 시약과 접촉시키는 단계; 제 1 개질 시약을 적어도 하나의 내측 표면의 제 1 친핵성 모이어티들과 반응시키는 단계; 제 2 개질 시약을 적어도 하나의 내측 표면의 제 2 친핵성 모이어티들과 반응시키는 단계; 및 제 1 연결 기, 및 제 1 표면 접촉 모이어티 또는 제 1 반응성 모이어티인 제 1 모이어티를 포함하는 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질, 및 제 2 연결 기, 및 제 2 표면 접촉 모이어티 또는 제 2 반응성 모이어티인 제 2 모이어티를 포함하는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 포함하는 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계를 포함하고, 제 1 연결 기는 제 2 연결 기와 상이하고 또는 제 1 모이어티는 제 2 모이어티와 상이하다. 일부 실시형태들에서, 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질은 베이스, 커버 및 미세유체 회로 물질의 공통의 내측 표면 상에 형성될 수도 있다.
다른 양태에서, 미세유체 디바이스 내에서 위치 선택적 방식으로 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법이 제공된다. 미세유체 디바이스는 베이스, 커버, 및 내부에 유체 회로를 정의하는 미세유체 회로 물질을 갖는 인클로저를 포함할 수 있고, 미세유체 회로는 유동 영역 및 시퀘스트레이션 펜을 포함하며, 시퀘스트레이션 펜은 격리 영역 및 접속 영역을 포함하고, 접속 영역은 유동 영역에 대한 근위 개구를 포함하고 유동 영역에 격리 영역을 유동 가능하게 접속시킨다. 방법은, 제 1 개질 시약이 시퀘스트레이션 펜의 격리 영역으로 진입하지 않도록 하는 컨디션들 하에서 유동 영역을 통해 제 1 개질 시약을 유동시키는 단계; 유동 영역의 적어도 하나의 표면 상의 친핵성 모이어티들과 제 1 개질 시약을 반응시켜, 이에 의해 유동 영역 내에 제 1 개질된 표면을 형성하는 단계로서, 제 1 개질된 표면은 시퀘스트레이션 펜의 격리 영역으로 확장하지 않는, 제 1 개질된 표면을 형성하는 단계; 제 2 개질 시약이 시퀘스트레이션 펜의 격리 영역으로 진입하지 않도록 하는 컨디션들 하에서 유동 영역을 통해 제 2 개질 시약을 유동시키는 단계; 및 시퀘스트레이션 펜의 격리 영역의 적어도 하나의 표면 상의 친핵성 모이어티들과 제 2 개질 시약을 반응시켜, 이에 의해 시퀘스트레이션 펜의 격리 영역 내에 제 2 개질된 표면을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 통상적으로, 제 1 개질 시약은 제 2 개질 시약과 동일한 구조를 갖지 않는다.
다른 양태에서, 본원에 설명된 바와 같은 미세유체 디바이스를 포함하는 키트가 제공된다. 키트는 화학식 XII 의 구조를 갖는 표면 개질 시약을 더 포함할 수도 있고:
Figure pct00001
화학식 XII:
RP 는 반응 쌍 모이어티이고; 표면 접촉 모이어티는 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티이고; L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드일 수도 있는 연결자이고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함할 수도 있다.
다른 양태에서, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물이 제공되고:
Figure pct00002
화학식 XIII;
여기서, h 는 1 내지 19 의 정수이고 R 은 H 또는 C1-C6 알킬로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 일부 실시형태들에서, h 는 5 내지 19 이다.
또 다른 양태에서, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법이 제공되고,
Figure pct00003
화학식 XIII
상기 방법은,
다음의 화학식의 구조를 갖는 화합물을 반응시키는 것으로서:
Figure pct00004
화합물은 촉매제 또는 개시제의 존재 시에, 화학식 HSi(OR)3 의 구조를 갖는, 상기 화합물을 반응시키고, 이에 의해 화학식 XIII 의 화합물을 생성하는 단계를 포함하고, h 는 1 내지 19 의 정수이고 R 의 각각의 경우는 독립적으로 H 또는 C1 내지 C6 알킬이다.
추가의 양태에서, 화학식 IV 의 구조를 갖는 화합물이 제공되고:
Figure pct00005
화학식 IV;
n 은 3 내지 21 의 정수이고, R 은 독립적으로 H 또는 C1 내지 C6 알킬이다. 일부 실시형태들에서, n 은 9, 14, 또는 16 이다.
다른 양태에서, 화학식 IV 의 화합물을 합성하는 방법이 제공되고:
Figure pct00006
화학식 IV
상기 방법은, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 반응시키는 것으로서:
Figure pct00007
화학식 XIII
h 는 1 내지 19 의 아지드 이온인, 상기 화합물을 반응시키고, 이에 의해 화학식 IV 의 화합물을 생성하는 단계를 포함하고, n 은 3 내지 21 의 정수이고, R 은 독립적으로 H 또는 C1 내지 C6 알킬이다.
도 1a 는 본 개시물의 일부 실시형태들에 따른, 미세유체 디바이스 및 연관된 제어 장비와의 사용을 위한 시스템의 예를 예시한다.
도 1b 및 도 1c 는 본 개시물의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스를 예시한다.
도 2a 및 도 2b 는 본 개시물의 일부 실시형태들에 따른 격리 펜들을 예시한다.
도 2c 는 본 개시물의 일부 실시형태들에 따른 상세한 시퀘스트레이션 (sequestration) 펜들을 예시한다.
도 2d 내지 도 2f 는 본 개시물의 일부 다른 실시형태들에 따른 시퀘스트레이션 펜들을 예시한다.
도 2g 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스를 예시한다.
도 2h 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스의 코팅된 표면을 예시한다.
도 3a 는 본 개시물의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스 및 연관된 제어 장비와의 사용을 위한 시스템의 특정 예를 예시한다.
도 3b 는 본 개시물의 일부 실시형태들에 따른 이미징 디바이스를 예시한다.
도 4 는 본 개시물의 일부 실시형태들에 따른 개질된 미세유체 회로 물질에 대한 FTIR 스펙트럼의 그래프 표현이다.
도 5a 및 도 5b 는 본 개시물의 일부 실시형태들에 따른 개질된 표면들에 대한 오버레이된 FTIR 의 그래프 표현이다.
도 6a 및 도 6b 는 본 발명의 실시형태에 따른 세포 배양 및 세포 비-가둠 (unpenning) 의 사진 표현들이다.
도 7a 및 도 7b 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 세포 배양 및 세포 비-가둠의 사진 표현들이다.
본 상세한 설명은 본 개시물의 예시적인 실시형태들 및 애플리케이션들을 설명한다. 그러나, 본 개시물은 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 부착되고, 그것에 접속되고 또는 그것에 결합되는지, 또는 하나의 엘리먼트와 다른 엘리먼트 사이에 하나 이상의 중간 엘리먼트들이 있는지 여부에 관계 없이, 하나의 엘리먼트 (예를 들어, 물질, 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), 하부에서 (under), 상부에서 (over), 상위 (upper), 하위 (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, 모두보다 적은 열거된 엘리먼트들의 임의의 조합, 및/또는 열거된 엘리먼트들의 모두의 조합 중의 임의의 하나를 포함하도록 의도된다. 상세한 설명에서 섹션 분할들은 단지 리뷰의 용이함을 위한 것이고 논의된 엘리먼트들의 임의의 조합을 제한하지 않는다.
미세유체 피처들의 치수들이 폭 또는 면적을 갖는 것으로서 설명되는 경우, 치수는 통상적으로 x-축 및/또는 y-축 치수에 대해 설명되고, 이들 양자 모두는 미세유체 디바이스의 기판 및/또는 커버에 평행한 평면 내에 놓인다. 미세유체 피처의 높이는 미세유체 디바이스의 기판 및/또는 커버에 평행한 평면에 수직한, z-축 방향에 대해 설명될 수도 있다. 일부 경우들에서, 미세유체 피처의 단면 영역, 예컨대 채널 또는 경로는 x-축/z-축, y-축/z-축, 또는 x-축/y-축 영역을 참조할 수도 있다.
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, "알킬" 은 1 내지 6 개의 탄소 원자들 (예를 들어, C1-C6 알킬) 을 갖는, 불포화를 함유하지 않는, 탄소 및 수소 원자들 만으로 이루어진 직쇄 또는 분기형 탄화수소 체인 라디칼을 지칭한다. 이것이 본원에 나타날 때마다, "1 내지 6" 과 같은 수치 범위는 소정의 범위에서의 각각의 정수를 지칭한다; 예를 들어, "1 내지 6 개의 탄소 원자들" 은 알킬 기가 1 개의 탄소 원자들, 2 개의 탄소 원자들, 3 개의 탄소 원자들 등 그리고 최대 6 개의 탄소 원자들을 포함하는 것으로 이루어질 수도 있는 것을 의미하지만, 본 정의는 또한, 수치 범위가 지정되지 않은 용어 "알킬" 의 발생을 커버한다. 일부 실시형태들에서, 이것은 C1-C3 알킬 기이다. 통상적인 알킬 기들은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소-부틸, 이차-부틸 이소부틸, 삼차 부틸, 펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, 헥실, 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 알킬은 단일 본드에 의해 나머지 분자, 예를 들어, 메틸 (Me), 에틸 (Et), n-프로필, 1-메틸에틸 (이소-프로필), n-부틸, n-펜틸, 1,1-디메틸에틸 (t-부틸), 헥실 등에 부착된다.
명세서에 달리 구체적으로 언급되지 않으면, 알킬 기는 독립적인 하나 이상의 치환기들: 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 하이드록시, 할로, 시아노, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시, 니트로, 트리메틸실라닐, ―OR', ―SR', ―OC(O)―R', ―N(R')2, ―C(O)R', ―C(O)OR', ―OC(O)N(R')2, ―C(O)N(R')2, ―N(R')C(O)OR', ―N(R')C(O)R', ―N(R')C(O)N(R')2, N(R')C(NR')N(R')2, ―N(R')S(O)tR' (여기서, t 는 1 또는 2), ―S(O)tOR' (여기서, t 는 1 또는 2), ―S(O)tN(R')2 (여기서, t 는 1 또는 2), 또는 PO3(R')2 에 의해 선택적으로 치환될 수도 있고, 여기서 각각의 R' 은 독립적으로 수소, 알킬, 플루오로알킬, 아릴, 아랄킬, 헤테로시클로알킬 또는 헤테로아릴이다.
본원에 지칭된 바와 같이, 플루오르화 알킬 모이어티는 플루오로 치환기에 의해 대체된 알킬 모이어티의 하나 이상의 수소들을 갖는 알킬 모이어티이다. 퍼플루오르화된 알킬 모이어티는 플루오로 치환기들에 의해 대체된 알킬 모이어티에 부착된 모든 수소들을 갖는다.
본원에 지칭된 바와 같이, "할로" 모이어티는 브로모, 클로로, 또는 플루오로 모이어티이다.
본원에 지칭된 바와 같이, "올레핀" 화합물은 "알켄" 모이어티를 함유하는 유기 분자이다. 알켄 모이어티는 적어도 2 개의 탄소 원자들 및 적어도 1 개의 탄소-탄소 이중 결합으로 이루어진 기를 지칭한다. 분자의 비-알켄 부분은 임의의 클래스의 유기 분자일 수도 있고, 일부 실시형태들에서 알킬 또는 (퍼플루오르화를 포함하지만 이에 제한되지는 않는) 플루오르화 알킬 모이어티들을 포함할 수도 있고, 이들 중 임의의 것은 추가로 치환될 수도 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "공기" 는 지구의 대기에서 우세한 기체들의 조성을 지칭한다. 4 개의 가장 풍부한 기체들은 (통상적으로, 예를 들어 약 70-80 % 의 범위에서, 체적 당 약 78 % 의 농도로 존재하는) 질소, (통상적으로, 예를 들어 약 10 % 내지 약 25 % 의 범위에서, 해수면에서 체적 당 약 20.95 % 의 농도로 존재하는) 산소, (통상적으로, 예를 들어 약 0.1 % 내지 약 3 % 의 범위에서, 체적 당 약 1.0 % 로 존재하는) 아르곤, 및 (통상적으로, 예를 들어 약 0.01 % 내지 약 0.07 % 의 범위에서, 약 0.04 % 로 존재하는) 이산화탄소이다. 공기는 메탄, 질소 산화물 또는 오존과 같은 다른 미량의 기체들, 미량의 오염물들 및 꽃가루, 디젤 미립자 들 등과 같은 유기 물질들을 가질 수도 있다. 공기는 (통상적으로, 약 0.25 % 로 존재하거나, 또는 체적 당 약 10ppm 내지 약 5 % 의 범위에 존재할 수도 있는) 수증기를 포함할 수도 있다. 공기는 필터링되고, 제어된 조성물로서 배양 실험들에서 사용하기 위해 제공될 수도 있고 본원에 설명된 바와 같이 컨디셔닝될 수도 있다.
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 내에서 "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), 유동 경로(들), 채널(들), 챔버(들), 및/또는 펜(들), 및 유체 (및, 선택적으로는 유체에서 부유된 미세-객체들) 가 미세유체 디바이스의 안 및/또는 밖으로 유동하는 것을 허용하도록 구성된 적어도 하나의 포트를 포함하지만 이에 제한되지는 않는, 유동 가능하게 서로접속된 회로 엘리먼트들로 이루어진다. 통상적으로, 미세유체 디바이스의 미세유체 회로는 미세유체 채널 및 적어도 하나의 챔버를 포함할 수도 있는 유동 영역을 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 체적을 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 디바이스에서 제 1 포트 (예를 들어, 인렛) 와 유동 가능하게 접속된 제 1 단부 및 미세유체 디바이스에서 제 2 포트 (예를 들어, 아웃렛) 와 유동 가능하게 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 체적을 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, 모두) 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 체적을 보유하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 회로 엘리먼트들 중 하나 이상 (예를 들어, 모두) 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 체적을 보유하도록 구성된다.
미세유체 디바이스 또는 나노유체 디바이스는 "미세유체 칩" 또는 "칩"; 또는 "나노유체 칩" 또는 "칩" 으로서 본원에 지칭될 수도 있다.
본원에 사용된 바와 같은 "미세유체 채널" 또는 "유동 채널" 은 수평 및 수직 치수들 양자 모두보다 상당히 더 긴 길이를 갖는 미세유체 디바이스의 유동 영역을 지칭한다. 예를 들어, 유동 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, 유동 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) 이고, 수직 치수는 약 25 마이크론 내지 약 200 마이크론 (예를 들어, 약 40 내지 약 150 마이크론) 이다. 유동 채널은 미세유체 디바이스에서 다양한 상이한 공간적 구성들을 가질 수도 있고, 따라서 완벽히 선형 엘리먼트에 제한되지 않는다는 것이 주목된다. 예를 들어, 유동 채널은 다음의 구성들: 커브, 벤드, 나선형, 경사, 쇠퇴, 포크 (예를 들어, 다수의 상이한 유동 경로들), 및 이들의 임의의 조합 중 어느 하나를 갖는 하나 이상의 섹션들이거나 또는 이들을 포함할 수도 있다. 또한, 유동 채널은, 원하는 유체 흐름을 그 안에 제공하기 위해 넓히고 수축시키는, 그 경로를 따른 상이한 단면 영역들을 가질 수도 있다. 유동 채널은 밸브들을 포함할 수도 있고, 밸브들은 미세유체들의 분야에서 알려진 임의의 유형일 수도 있다. 밸브들을 포함하는 미세유체 채널들의 예들은 미국특허 제 6,408,878 호 및 제 9,227,200 호에 개시되고, 이들 각각은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "장애물"은 일반적으로 미세유체 디바이스 내의 2 개의 상이한 영역들 또는 회로 엘리먼트들 사이의 타겟 미세-객체들의 이동을 부분적으로 (그러나 완전히는 아님) 방해하기에 충분히 큰 범프 또는 유사한 유형의 구조를 지칭한다. 2 개의 상이한 영역들/회로 엘리먼트들은, 예를 들어 미세유체 시퀘스트레이션 펜 및 미세유체 채널, 또는 미세유체 시퀘스트레이션 펜의 접속 영역 및 격리 영역일 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "수축 (constriction)" 은 일반적으로 미세유체 디바이스에서 회로 엘리먼트 (또는 2 개의 회로 엘리먼트들 사이의 인터페이스) 의 폭을 좁히는 것을 지칭한다. 수축은, 예를 들어 미세유체 시퀘스트레이션 펜과 미세유체 채널 사이의 인터페이스에, 또는 미세유체 시퀘스트레이션 펜의 격리 영역과 접속 영역 사이의 인터페이스에 위치될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "투명한" 은 가시 광이 통과될 때 가시 광이 광을 실질적으로 바꾸지 않고 통과하는 것을 허용하는 물질을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "미세-객체" 는 일반적으로, 본 개시물에 따라 격리 및/또는 수집될 수도 있는 임의의 미세한 객체를 지칭한다. 미세-객체들의 비-제한적 예들은: 무생물의 미세-객체들, 예컨대 미세입자들; 미세비드들 (예를 들어, 폴리스티렌 비드들, Luminex™ 비드들 등); 자기 비드들; 미세로드들; 미세와이어들; 양자 점들 등; 생물학적 미세-객체들, 예컨대 세포들; 생물학적 소기관들; 소포들, 또는 복합체들; 합성 소낭들; (예를 들어, 막 제제들로부터 유도된 또는 합성의) 리포솜들, 등; 지질 나노라프트들, 등; 또는 무생물의 미세-객체들과 생물학적 미세-객체들의 조합 (예를 들어, 세포들에 부착된 미세비드들, 리포솜-코팅된 미세-비드들, 리포솜-코팅된 자기 비드들, 등) 을 포함한다. 비드들은 형광 라벨들, 단백질들, 탄수화물들, 항원들, 소 분자 시그널링 모이어티들, 또는 분석에서 사용할 수 있는 다른 화학적/생물학적 종들과 같이, 공유 결합으로 또는 비-공유 결합으로 부착된 모이어티들/분자들을 포함할 수도 있다. 지질 나노라프트들은, 예를 들어 Ritchie 등의, (2009) 『"Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs" Methods Enzymol., 464:211-231』에서 설명되어 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "세포" 는 용어 "생물학적 세포" 와 상호 교환적으로 사용된다. 생물학적 세포들의 비-제한적 예들은 진핵 세포들, 식물 세포들, 동물 세포들, 예컨대 포유류 세포들, 파충류 세포들, 조류 세포들, 어류 세포들 등, 원핵 세포들, 박테리아 세포들, 진균 세포들, 원생 동물 세포들 등, 근육, 연골, 지방, 피부, 간, 폐, 신경 조직과 같은 조직으로부터 해리된 세포들 등, 면역 세포들, 예컨대 T 세포들, B 세포들, 자연 살해 세포들, 대식 세포들 등, 배아 (예를 들어, 접합체들), 난모 세포, 난자, 정자 세포들, 하이브리도마들, 배양 세포들, 세포주로부터의 세포들, 암 세포들, 감염된 세포들, 형질감염된 및/또는 형질전환된 세포들, 리포터 세포들 등을 포함한다. 포유류 세포는, 예를 들어 인간, 쥐, 랫트 (rat), 말, 염소, 양, 소, 영장류 등일 수 있다.
생물학적 세포들의 군체는, 재생될 수 있는 군체 내의 살아 있는 세포들 모두가 단일의 부모 세포로부터 유래된 딸 세포들이면, "클론성 (clonal)" 이다. 소정 실시형태들에서, 클론성 군체에서의 모든 딸 세포들은 10 개보다 많지 않은 분할들에 의해 단일의 부모 세포로부터 파생된다. 다른 실시형태들에서, 클론성 군체에서의 모든 딸 세포들은 14 개보다 많지 않은 분할들에 의해 단일의 부모 세포로부터 파생된다. 다른 실시형태들에서, 클론성 군체에서의 모든 딸 세포들은 17 개보다 많지 않은 분할들에 의해 단일의 부모 세포로부터 파생된다. 다른 실시형태들에서, 클론성 군체에서의 모든 딸 세포들은 20 개보다 많지 않은 분할들에 의해 단일의 부모 세포로부터 파생된다. 용어 "클론성 세포들" 은 동일한 클론성 군체의 세포들을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 생물학적 세포들의 "군체" 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 약 1000 보다 많은 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 모두를 포함하는 환경 및 선택적으로는 표면을 제공하는 것을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 세포들을 지칭할 때 용어 "증식 (expanding)" 은 세포 수에서의 증가를 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, "기체 투과성" 은, 물질 또는 구조물이 산소, 이산화탄소, 또는 질소 중 적어도 하나에 대해 투과성인 것을 의미한다. 일부 실시형태들에서, 기체 투과성 물질 또는 구조물은 산소, 이산화탄소, 또는 질소 중 1 보다 많은 것에 투과성이고, 또한 이들 기체들 3 개 모두에 대해 투과성일 수도 있다.
유체 매질의 "성분" 은, 용매 분자들, 이온들, 소분자들, 항생물질들, 뉴클레오티드들 및 뉴클레오시드들, 핵산들, 아미노산들, 펩티드들, 단백질들, 설탕들, 탄수화물들, 지질들, 지방산들, 콜레스테롤, 대사물들 등을 포함하는, 매질에 존재하는 임의의 화학적 또는 생물학적 분자이다.
유체 매질을 참조하여 본원에 사용된 바와 같이, "확산하다" 및 "확산" 은 농도 구배 아래의 유체 매질 성분의 열역학 운동을 지칭한다.
문구 "매질의 유동" 은 주로 확산 이외의 메커니즘으로 인한 유체 매질의 벌크 이동을 의미한다. 예를 들어, 매질의 유동은 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, 시간에 대해 평균화될 때, 유체 매질 안으로 또는 유체 매질 내에서 물질 (예를 들어, 관심 있는 분석물) 의 성분들의 확산 속도보다 작은 유체 매질의 유동 속도를 지칭한다. 이러한 물질의 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 "유동 가능하게 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 유동 가능하게 접속된 영역들의 유체들은, 용질들이 각각의 농도 구배들을 하강시키고/시키거나 유체가 디바이스를 통해 유동할 때 유입되는 상이한 조성들 (예를 들어, 단백질들, 탄수화물들, 이온들, 또는 다른 분자들과 같은 상이한 농도들의 용질들) 을 가질 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "유동 경로" 는 매체의 유동의 궤적을 정의하고, 이의 대상이 되는 하나 이상의 유동 가능하게 접속된 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 채널(들), 영역(들), 챔버(들) 등) 을 지칭한다. 유동 경로는 따라서, 미세유체 디바이스의 스윕 영역의 일 예이다. 다른 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 비스윕 영역들) 은 유동 경로에서 매체의 유동을 받지 않고 유동 경로를 포함하는 회로 엘리먼트들과 유동 가능하게 접속될 수도 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "미세-객체를 격리하는" 은 미세유체 디바이스 내의 한정된 영역에 미세-객체를 한정한다.
미세유체 (또는 나노유체) 디바이스는 "스윕" 영역 및 "스윕되지 않은" 영역들을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "스윕" 영역은, 미세유체 회로의 하나 이상의 유동 가능하게 상호접속된 회로 엘리먼트들로 이루어지고, 엘리먼트들 각각은 유체가 미세유체 회로를 통해 유동되고 있을 때 매질의 유동을 경험한다. 스윕 영역의 회로 엘리먼트들은, 예를 들어 영역들, 채널들, 및 챔버들의 모두 또는 부분들을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "스윕되지 않은" 영역은 미세유체 회로의 하나 이상의 유동 가능하게 상호접속된 회로 엘리먼트로 이루어지고, 엘리먼트 각각은 유체가 미세유체 회로를 통해 유동되고 있을 때 유체의 플럭스를 실질적으로 경험하지 않는다. 스윕되지 않은 영역은, 유체 접속들이 확산을 가능하게 하도록 구조화되지만 스윕 영역과 스윕되지 않는 영역 사이의 매질의 유동이 실질적으로 없다면, 스윕 영역에 유동 가능하게 접속될 수 있다. 미세유체 디바이스는 따라서, 스윕 영역에서의 매질의 유동으로부터 스윕되지 않은 영역을 실질적으로 고립시키면서, 스윕 영역과 스윕되지 않은 영역 사이에서 단지 확산성 유체 연통만이 실질적으로 가능하도록 구조화될 수 있다. 예를 들어, 미세유체 디바이스의 유동 채널은 스윕 영역의 예인 한편, 미세유체 디바이스의 격리 영역 (이하에서 더 상세히 설명됨) 은 스윕되지 않은 영역의 예이다.
본원에 사용된 바와 같이, 유체 매질 흐름의 "비-스윕핑 (non-sweeping)" 속도는, 시퀘스트레이션 펜의 격리 영역 내의 제 2 유체 매질의 성분들이 유동 영역 내의 제 1 유체 매질로 확산하는 것 및/또는 제 1 유체 매질의 성분들이 격리 영역 내의 제 2 유체 매질로 확산하는 것을 허용하기에 충분한 흐름의 속도를 의미하고; 또한 제 1 매질은 격리 영역 안으로 실질적으로 유동하지 않는다.
표면 개질. 생체물질들의 조작 및 저장을 위한 물질들, 디바이스들, 및/또는 장치들의 표면들은 (생물학적 세포들과 같은 생물학적 미세-객체들을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 미세-객체들, 생체분자들, 생체분자들 또는 생물학적 미세-객체들의 단편들, 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는, 이러한 물질과의 단기 및/또는 장기 접촉에 대해 최적화되지 않은 고유 특성들을 가질 수도 있다. 물질, 디바이스 또는 장치의 하나 이상의 표면들을 개질하여 하나 이상의 생체물질들과 접촉하는 천연 표면과 연관된 하나 이상의 원하지 않는 현상을 감소시키는 것이 유용할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 물질, 디바이스, 및/또는 장치의 표면 특성들을 강화하여 표면에 원하는 특징을 도입하고, 이에 의해 물질, 디바이스, 및/또는 장치의 핸들링, 조작 또는 처리 능력들을 넓히는 것이 유용할 수도 있다. 이를 위해, 원하지 않는 특성들을 감소시키거나 또는 원하는 특성들을 도입하기 위해 표면을 개질할 수 있는 분자들이 필요하다.
베이스, 커버, 및 내부에 미세유체 회로를 정의하는 미세유체 회로 물질을 포함하는 인클로저를 갖는 미세유체 디바이스가 본원에 설명되고, 여기서 베이스, 커버 및 미세유체 회로 물질의 적어도 하나의 내측 표면은 제 1 연결 기 및 제 1 모이어티를 포함하는 제 1 공유결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖고, 제 1 모이어티는 제 1 표면 접촉 모이어티 또는 제 1 반응성 모이어티이고; 베이스, 커버 및 미세유체 회로 물질의 적어도 하나의 내측 표면은 제 2 연결 기 및 제 2 모이어티를 포함하는 제 2 공유결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖고, 제 2 모이어티는 제 2 표면 접촉 모이어티 또는 제 2 반응성 모이어티이고, 여기서 제 1 연결 기 및 제 2 연결 기는 서로 상이하고 또는 제 1 공유결합으로 바인딩된 모이어티는 제 2 공유결합으로 바인딩된 모이어티와 상이하다. 제 1 표면 개질은 공유결합으로 개질된 표면일 수도 있고 제 2 표면 개질은 관능화된 표면일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제 1 표면 개질은 제 1 공유결합으로 개질된 표면일 수도 있고 제 2 표면 개질은 상이한 연결 기를 갖거나 상이한 표면 개질 리간드를 갖는 제 2 공유결합으로 개질된 표면일 수도 있다.
개질 시약: 표면 개질 화합물. 다양한 실시형태들에서, 표면 개질 화합물은, 그것이 부착되는 표면을 공유 결합으로 개질하는 비-폴리머 모이어티, 예컨대 알킬 모이어티, 치환된 알킬 모이어티, 예컨대 (퍼플루오르알킬 모이어티를 포함하지만 이에 제한되지 않는) 플루오로알킬 모이어티 또는 알킬렌 산화물 모이어티, 아미노산 모이어티, 알콜 모이어티, 아미노 모이어티, 카르복실산 모이어티, 포스폰산 모이어티, 술폰산 모이어티, 술팜산 모이어티, 또는 당류 모이어티일 수도 있는 표면 개질 리간드를 포함할 수도 있다. 표면 개질 화합물은 또한, 식 1 에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 표면에 표면 개질 리간드를 공유 결합으로 부착하는 연결 모이어티, 기를 포함한다. 표면의 조성에 따라, 연결 모이어티는 -Si(T)2W (여기서, W 는 -T, -SH, 또는 -NH2 이고; T 는 독립적으로 OH, OC1-6 알킬, 또는 할로, 또는 이들의 조합임); 포스폰산 모이어티 또는 이들의 활성화된 형태, 말레이미드 모이어티, 단말 올레핀, 또는 당해 분야에 알려진 임의의 적합한 연결 모이어티를 함유하는 실리콘일 수도 있다. 표면 개질 리간드는, (수산화물, 산화물, 아민 또는 황을 포함하는) 표면의 작용 기들과 연결 모이어티의 반응의 산물인, 연결 기 (linking group; LG) 를 통해 공유 결합으로 개질된 표면 부착된다. 연결 기 LG 는 실록시, 포스포네이트, 알킬 설파이드 등을 포함 할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기 LG 는 실록시 또는 포스포네이트 기일 수도 있다.
식 1.
Figure pct00008
일부 실시형태들에서, 표면 개질 화합물은 화학식 XXXII 의 구조를 갖는다:
Figure pct00009
화학식 XXXII;
여기서, 연결 모이어티 V 는 -P(O)(OH)2 또는 -Si(T)2W 이고; W 는 -T, -SH, 또는 -NH2 이고 표면에 접속하도록 구성된 모이어티이며; T 의 각각의 경우는 독립적으로 OH, OC1-6 알킬, 또는 할로이다. Lsm 는 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1, 2, 3, 또는 4 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함한다. CG 를 형성하는 비-수소의 수는 Lsm 의 사이즈에 포함되지 않고, Lsm 의 사이즈에 의해 제한되지 않는다. 표면 개질 리간드는 0, 1, 2, 또는 3 개의 CG 를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 화학식 XXXII 의 표면 개질 화합물은 화학식 I 의 화합물일 수도 있다:
Figure pct00010
화학식 I;
여기서, 연결 모이어티 V 는 -P(O)(OH)Q- 또는 -Si(T)2W 이고; W 는 -T, -SH, 또는 -NH2 이고 표면에 접속하도록 구성된 모이어티이고; Q 는 -OH 이고 표면에 접속하도록 구성된 모이어티이며; n 은 약 3-21 의 정수이다. 일부 실시형태들에서, n 은 약 7 내지 21 의 정수이다. T 의 각각의 경우는 독립적으로 OH, OC1-6 알킬, 또는 할로이고, 여기서 알킬은 메틸, 에틸, n-프로필, 2-프로필, n-부틸 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태들에서, T 는 OH, OC1-3 알킬 또는 Cl 이다. 표면 개질 리간드는 0, 1, 2, 또는 3 개의 CG 를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 화학식 I 의 화합물은 화학식 II 의 구조를 갖는 화합물이다:
Figure pct00011
화힉식 II;
여기서, W, T, 및 n 은 화학식 I 에 대해 위에서 정의된 바와 같다. 표면 개질 리간드는 0, 1, 2, 또는 3 개의 CG 를 포함할 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 화학식 I 의 화합물은 화학식 III 의 구조를 갖는 화합물이다:
Figure pct00012
화힉식 III;
여기서, R 은 C1-6 알킬이고 n 은 3-21 의 정수이다. 표면 개질 리간드는 0, 1, 2, 또는 3 개의 CG 를 포함할 수도 있다.
본원에 설명된 바와 같이, 미세유체 디바이스의 내측 표면(들)의 표면을 공유 결합으로 개질하는데 사용된 표면 개질 화합물은, 생물학적 세포들의 세포 성장, 생존력 또는 이식성을 지원하는, 표면 접촉 모이어티를 갖는 표면 개질 리간드를 도입한다. 표면 접촉 모이어티를 포함하는 표면 개질 리간드는 음이온, 양이온 또는 쌍이온 모이어티들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이론에 제한되도록 의도하지 않고, 미세유체 디바이스의 인클로저의 내측 표면들에서 양이온 모이어티들, 음이온 모이어티들, 및/또는 쌍이온 모이어티들을 존재시킴으로써, 공유 결합으로 개질된 표면의 표면 개질 리간드는 물 분자들과 강한 수소 결합들을 형성할 수 있어 결과의 수화수 (water of hydration) 가 비-생물학적 분자들 (예를 들어, 기판의 실리콘 및/또는 실리콘 산화물) 과의 상호작용들로부터 생물학적 미세-객체들을 분리하는 층 (예를 들어, "차폐물") 으로서 작용하게 한다. 또한, 공유 결합으로 개질된 표면이 코팅제들과 함께 사용되는 실시형태들에서, 표면 개질 리간드의 표면 접촉 모이어티의 음이온들, 양이온들 및/또는 쌍이온들은 인클로저 내의 매질 (예를 들어, 생물학적 세포들을 지지하기 위한 코팅 용액 및/또는 유체 매질) 에 존재하는 비-공유 결합 코팅제들 (예를 들어, 용액 내의 단백질들) 의 하전된 부분들과 이온 결합들을 형성할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 표면 개질 리간드는, 1 보다 많은 유형의 아미노산을 포함할 수도 있는, 적어도 하나의 아미노산을 포함할 수도 있다. 따라서, 표면 개질 리간드는 펩타이드 또는 단백질을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 표면 개질 리간드는 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 쌍이온성 표면을 제공할 수도 있는 아미노산을 포함할 수도 있다.
또 다른 실시형태들에서, 표면 개질 리간드는 적어도 하나의 알킬렌 산화물 모이어티를 포함하지만 이에 제한되지 않는 친수성 표면 접촉 모이어티를 그 인클로저-대면 말단에 나타낼 수도 있다. 알킬렌 에테르 함유 폴리머들의 하나의 유용한 부류는 폴리에틸렌 클리콜이다 (PEG Mw <100,000Da). 일부 실시형태들에서, PEG 는 약 100Da, 300Da, 500Da, 1000Da, 또는 5000Da 의 Mw 을 가질 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 친수성 표면 개질 리간드는 하나 이상의 당류들을 포함할 수도 있다. 공유 결합으로 연결된 당류들은 단당류, 이당류, 또는 다당류일 수도 있다. 위에서 논의된 하전된 모이어티들처럼, 친수성 표면 개질 리간드는 물 분자들과 강한 수소 결합들을 형성할 수 있어 결과의 수화수가 비-생물학적 분자들 (예를 들어, 기판의 실리콘 및/또는 실리콘 산화물) 과의 상호작용들로부터 생물학적 미세-객체들을 분리하는 층 (예를 들어, "차폐물") 으로서 작용하게 한다.
표면 개질 리간드는 대안으로, 하나 이상의 아미노 기들을 표면 접촉 모이어티로서 포함할 수도 있다. 아미노 기는 치환된 아민 모이어티, 구아니딘 모이어티, 질소-함유 헤테로시클릭 모이어티 또는 헤테로아릴 모이어티일 수도 있다. 아미노 함유 모이어티들은 미세유체 디바이스 내의 환경의 pH 변경을 허용하는 구조들을 가질 수도 있다. 본원에 설명된 미세유체 디바이스의 일부 실시형태들에서, 환경은 (채널들을 포함할 수도 있는) 유동 영역들 및/또는 (본원에 설명된 바와 같이, 시퀘스트레이션 펜들과 동일하거나 또는 상이할 수도 있는) 유동 영역으로 개방하는 펜들 내에서 변경될 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 표면 개질 화합물은 탄소, 산소, 질소 또는 황인 8 내지 26 개의 원자들의 선형 백본; 및 -P(O)(OH)2 및 -Si (Y)3 로부터 선택된 연결 모이어티를 포함할 수도 있고, 여기서 Y 는 Cl, OC1-3 알킬, 또는 OH 이고, 선형 백본의 탄소 원자들의 비-백본 치환기들은 수소 또는 불소이다. 표면 개질 화합물은 연결 모이어티를 통해 표면 상의 작용기들 (수산화물, 산화물, 아민 또는 황을 포함) 에 부착할 수 있다. 선형 백본의 제 1 단부는 연결 모이어티의 인 또는 실리콘에 대한 본드를 통해 연결 모이어티에 접속되고 선형 백본의 제 2 단부는 표면에 대해 말단이고 표면에 접속되지 않는다. 선형 백본의 각각의 탄소에 대해 독립적으로, 비-백본 치환기들은 모두 수소이거나 모두 불소이다. 일부 실시형태들에서, 선형 백본은 모두 탄소 원자들일 수도 있다. 모두 탄소 백본 원자들을 갖는 선형 백본은 모두 수소 원자들인 비-백본 치환기들을 가질 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 표면 개질 화합물의 선형 백본은, 전술된 바와 같이 연결자 Lsm 의 부분일 수도 있고, (예를 들어, 연결 모이어티에 직접 부착된) 선형 백본의 제 1 단부에 배치된 2 개의 탄소 원자들을 포함할 수도 있으며, 2 개의 탄소들 각각에 대한 비-백본 치환기들은 수소일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 선형 백본은 황 원자를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 선형 백본은 2 개의 황 원자들을 포함할 수도 있고, 2 개의 황 원자들은 서로 인접하여 배치된다. 서로 인접하여 배치된 2 개의 황 원자들이 선형 백본에 존재하는 경우, 그러면 2 개의 황 원자들은 제 1 단부에 배치되지 않고 (예를 들어, 2 개의 황 원자들 중 어느 것도 연결 모이어티에 직접 연결되지 않고) 또는 (예를 들어, 표면에 대한 접속부에 멀리, 개질 화합물의 단부에 위치된) 선형 백본의 제 2 단부에 배치되지 않는다. 일부 실시형태들에서, 선형 백본의 디설파이드 모이어티는 절단 가능한 모티프일 수도 있고, 표면 개질 리간드의 일부 또는 모두의 제거를 허용 할 수도 있다. 다른 절단 가능한 모티프들은 전술된 바와 같이, 표면 개질 화합물의 연결자 Lsm 에 포함될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 표면 개질 화합물은 전술된 바와 같이 0, 1, 2, 3 또는 4 개의 커플링 기들 CG 를 함유할 수도 있다. 표면 개질 화합물은 연결 기 및 표면 개질 리간드를 제공하도록 서로 커플링된 2 이상의 부분들로부터 형성되었을 수도 있고, 여기서 CG 는 연결자 Lsm 의 부분일 수도 있고 또는 (표면 접촉 모이어티를 또한 포함하는) 표면 개질 리간드의 부분일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 표면 개질 화합물은 선형 체인 (예를 들어, 적어도 10 개의 탄소들, 또는 적어도 14, 16, 18, 20, 22 개, 또는 그 이상의 탄소들의 선형 체인) 을 형성하는 탄소 원자들을 포함할 수도 있고 비분기형 알킬 모이어티일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 기는 치환된 알킬 기를 포함할 수도 있다 (예를 들어, 알킬 키에서의 탄소들 중 일부는 플루오르화 또는 퍼플루오르화될 수 있다). 일부 실시형태들에서, 알킬 기는 비-치환된 알킬 기를 포함할 수도 있는 제 2 세그먼트에 결합된, 퍼플루오로알킬 기를 포함할 수도 있는 제 1 세그먼트를 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 및 제 2 세그먼트들은 (예를 들어, 에테르 결합에 의해) 직접적으로 또는 간접적으로 결합될 수도 있다. 알킬 기의 제 1 세그먼트는 연결 기에 멀리 위치될 수도 있고, 알킬 기의 제 2 세그먼트는 연결 모이어티에 근접하여 위치될 수도 있다.
표면 개질 화합물의 다른 실시형태들에서, 선형 백본은 하나 이상의 산소 원자들을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 산소 원자들 각각은 다른 산소, 황 또는 질소에 직접적으로 접속되지 않을 수도 있고, 선형 백본의 제 1 단부에 배치되지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 선형 백본이 하나 이상의 산소 원자들을 포함하는 경우, 하나 이상의 산소 원자들 각각은 선형 백본의 제 2 단부에 배치되지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 산소 원자들 각각은, 선형 백본의 제 1 단부에 근접한 각각의 산소 원자에 인접하는 적어도 2 개의 백본 원자들이 수소 비-백본 치환기들을 포함하는 탄소 원자들이고 선형 백본의 제 1 단부에 멀리 있는 각각의 산소 원자에 인접하는 적어도 2 개의 백본 원자들이 수소 치환기들을 포함하는 탄소들이도록 선형 백본 내에 배치될 수도 있다.
공유 결합으로 본딩된 개질은 화학식 XXXI 의 구조를 갖는 표면을 제공하도록 화학식 XXXII 의 화합물과의 반응 시에 표면에 도입될 수도 있다:
Figure pct00013
화학식 XXXI;
여기서, LG 는 -W-Si(OZ)2O- 또는 -OP(O)2O- 이고; W 는 O, S, 또는 N 이고, Z 는 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이고; Lsm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1, 2, 3, 또는 4 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하며;
Figure pct00014
는 표면이다. 일부 실시형태들에서, n 은 7 내지 21 의 정수이다.
일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 본딩된 개질은 화학식 VIII 의 구조를 가질 수도 있다:
Figure pct00015
화힉식 VIII;
여기서, W 는 O, S, 또는 N 이고; Z 는 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이고; n 은 3-21 의 정수이며;
Figure pct00016
는 표면이다. 일부 실시형태들에서, W 는 O 이다. 다양한 실시형태들에서, n 은 7 내지 21 의 정수이다. 표면 개질 리간드는 0, 1, 2, 또는 3 개의 CG 를 포함할 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 본딩된 개질은 화학식 IX 의 구조를 갖는다:
Figure pct00017
화학식 IX;
여기서, n 및
Figure pct00018
각각은 위와 같이 정의된다. Z 는 인접한 인 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이다. 표면 개질 리간드는 0, 1, 2, 또는 3 개의 CG 를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 표면 개질 리간드는 화학식 X 의 구조를 가질 수도 있다:
Figure pct00019
화학식 X;
여기서, L 은 연결자이며; 표면 접촉 모이어티는 본원에 설명된 바와 같이, 생물학적 미세-객체들에 대한 개선된 접촉 특징을 제공하는 모이어티이다.
다른 실시형태들에서, 개질된 표면의 표면 개질 리간드는 화학식 X 의 구조를 가질 수도 있다:
Figure pct00020
화학식 XI;
여기서, L 은 연결자가며; 표면 접촉 모이어티는 생물학적 미세-객체들에 대한 개선된 접촉 특징을 제공하는 모이어티이다.
연결자 L 은 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 본딩 제한들에 따라, 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결자 L 은 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 본딩 제한들에 따라, 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함할 수도 있다. 연결자 L 또는 표면 접촉 모이어티는 0, 1, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 포함할 수도 있다.
커플링 기 CG. CG 는 커플링 기이고, 화학식 XXXII 의 표면 개질 시약, 또는 (예를 들어, 표면 개질 리간드의 합성의 부분으로서 형성된) 화학식 I, 화학식 II, 또는 화학식 III 의 표면 개질 화합물의 나머지에 표면 접촉 모이어티를 부착하는 것에서 비롯될 수도 있는 트리아졸일렌, 카르복사미드, 이미드, 에테르, 에스테르, 케토, 술폰아미드, 술포네이트, 시클로옥틸-융합 디아진, 알켄 또는 방향족 모이어티들과 같은 임의의 모이어티일 수도 있지만 이에 제한되지는 않는다.
일부 다른 실시형태들에서, CG 는 본원에 설명된 바와 같이 표면 개질 시약의 개별의 반응 쌍 모이어티와 화학식 XXXIII, 화학식 IV 또는 화학식 VI 의 관능화 시약들의 반응성 모이어티의 반응으로부터 생긴 모이어티이다. 예를 들어, 아지드 반응성 모이어티를 갖는 관능화 시약은 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 또는 화학식 IX 의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성 시에 트리아졸일렌 CG 모이어티를 형성할 수도 있다.
커플링 기 CG 는 추가로 치환될 수도 있는 트리아졸일렌 모이어티일 수도 있고, 트리아졸일렌 모이어티와 융합된 하나 이상의 추가의 링 시스템들을 가질 수도 있다. 추가의 융합된 링 시스템(들)은 그 자체가 추가의 융합된 링들로 더 치환될 수도 있고 연결자 L-표면 접촉 모이어티에 부착점을 제공할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 트리아졸일렌 모이어티는 디벤조시클로옥티닐, 또는 불소와 같은 다른 치환기들 (디플루오르화 시클로옥틴 (DIFO)) 을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 부가적인 융합된 링들로, 추가로 치환될 수도 있는 시클로옥티닐 링 시스템과 융합된다.
CG 는 일부 실시형태들에서, 비공유 결합 쌍일 수도 있다. 예를 들어, 스트렙타비딘과 비오틴의 비공유 결합은 매우 안정한 결합 쌍을 제공하고 CG 일 수도 있다. 또한, 스트렙타비딘은 4 개의 결합 사이트들을 갖기 때문에, 표면 개질 리간드, 표면 개질 시약, 또는 관능화된 표면 중 2 개의 부분들은 비오틴/스트렙타비딘/비오틴의 시퀀스에 의해 결합될 수도 있다. 예를 들어, 관능화된 표면은 비오틴 반응성 모이어티를 갖고, 스트렙타비딘은 그 후, 비오틴 반응성 모이어티에 대한 결합에 도입되며, 최종적으로 여기서 제 2 비오티닐화 모이어티 (예컨대, 비오틴-피브로넥틴) 가 스트렙타비딘 상의 결합 사이트들 중 다른 것에 도입 및 바인딩된다. 산물은 피브로넥틴의 표면 접촉 모이어티를 갖는 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질이며, 비오틴/스트렙타비딘/비오틴의 시퀀스는 단일 커플링 기 CG 인 것으로 고려된다. 스트렙타비딘은 2 개의 유사하게 관능화된 부분들을 함께 연결하는 역할을 수행하고 있다.
표면 접촉 모이어티. 표면 개질 리간드의 표면 접촉 모이어티는 전술된 바와 같은 임의의 표면 접촉 모이어티일 수도 있고, 본 개시물의 다른 부분들에서는 비-폴리머 또는 폴리머 모이어티들을 포함할 수도 있다. 표면 접촉 모이어티는 알킬 또는 (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 모이어티들; 단당류 또는 (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는) 다당류; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콘을 포함하지만 이에 제한되지 않는 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로시클릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에티닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 포스폰산들; 술포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인들; 술팜산들; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다. 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들은 10 개의 탄소들 보다 큰 백본 체인 길이를 가질 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 표면 접촉 모이어티는 당류 모이어티들을 포함할 수도 있고, 덱스트란일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 표면 접촉 모이어티는 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함할 수도 있다. 알킬렌 에테르 모이어티들은 폴리에틸렌 글리콘일 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 표면 개질 리간드의 표면 접촉 모이어티는 비-폴리머 모이어티들, 예컨대 알킬 모이어티, 치환된 알킬 모이어티, 예컨대 (퍼플루오로알킬 모이어티를 포함하지만 이에 제한되지 않는) 플루오로알킬 모이어티, 아미노산 모이어티, 알콜 모이어티, 아미노 모이어티, 카르복실산 모이어티, 포스폰산 모이어티, 술폰산 모이어티, 술팜산 모이어티, 또는 당류 모이어티를 포함한다. 대안으로, 표면 접촉 모이어티는 전술된 모이어티들 중 어느 하나일 수도 있는 폴리머 모이어티들을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 표면 접촉 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 기를 포함할 수도 있다 (예를 들어, 알킬 기의 탄소들 중 일부는 플루오르화 또는 퍼플루오르화될 수 있다). 일부 실시형태들에서, 알킬 기는 비-치환된 알킬 기를 포함할 수도 있는 제 2 세그먼트에 결합된, 퍼플루오로알킬 기를 포함할 수도 있는 제 1 세그먼트를 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 및 제 2 세그먼트들은 (예를 들어, 에테르 결합에 의해) 직접적으로 또는 간접적으로 결합될 수도 있다. 알킬 기의 제 1 세그먼트는 연결 기에 멀리 위치될 수도 있고, 알킬 기의 제 2 세그먼트는 연결 기에 근접하여 위치될 수도 있다.
절단 가능 모이어티. 표면 개질 리간드는 표면 개질 화합물의 연결자 Lsm, 표면 개질 리간드의 연결자 L 내에 위치될 수도 있는 절단 가능 모이어티를 더 포함할 수도 있고 또는 표면 개질 화합물 또는 표면 개질 시약의 표면 접촉 모이어티의 부분일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 절단 가능 모이어티는 화학식 XXX, 화학식 V, 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면의 연결자 Lm 내에 포함될 수도 있다. 절단 가능 모이어티는 공유 결합으로 개질된 표면의 분열을 허용하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 분열은 배양의 주기 후에 하나 이상의 생물학적 세포들의 이식성을 촉진하는데 유용할 수도 있다. 절단 가능 모이어티는 광 절단 가능 모이어티, 예컨대 니트로-치환된 벤질 에스테르들 (예를 들어, BroadPharm 카탈로그 # BP-22675); UV 절단 가능 모이어티, 예컨대 치환된 1,2-디페닐 에틸 케토에스테르 모이어티 (예를 들어, BroadPharm 카탈로그 # BP 22689 와 같은 벤질 유도체) 일 수도 있고; 또는 특정 화학적 컨디션들 하에서 절단될 수 있는 모이어티일 수도 있다. 예를 들어, 공유 결합으로 개질된 표면 상의 생물학적 세포들의 성장 또는 생존력을 간섭하지 않을 수도 있는 컨디션들 (예를 들어, 디티오트레이톨과 같은 환원 컨디션들) 하에서 디설파이드 결합이 절단될 수 있다. 표면 개질 리간드들 또는 관능화된 표면들 내에 통합될 수도 있는 다른 유용한 절단 가능 모이어티들은 과요오드산나트륨에 의해 절단 가능한 비시닐 디올 모이어티를 포함할 수 있다. 과요오드산나트륨 절단은 또 다른 비-세포 독성 절단 시약이다. 디티오나이트에 의해 절단 가능한 디아조 모이어티들은 또한, 유용한 절단 가능 모이어티일 수도 있다. 부가적으로, 5,5-디메틸-엑소-시클로헥센-일-1,3, 디온 모이어티는 화학식 XXX, 화학식 V, 또는 화학식 VII 의 표면 개질 리간드 또는 관능화된 표면에서 사용하기 위한 유용한 절단 가능 모이어티일 수도 있고, 히드라진 용액에 의해 절단될 수도 있다.
개질 시약: 표면 관능화 시약. 미세유체 디바이스의 하나 이상의 표면들에 관능화된 표면 개질을 도입하기 위해, 표면이 관능화 시약에 의해 공유 결합으로 개질될 수도 있다.
관능화 시약은 화학식 XXXIII 의 화합물이다:
Figure pct00021
화학식 XXXIII;
여기서, V 는 -P(O)(OH)2 또는 -Si(T)2W 이고; W 는 -T, -SH, 또는 -NH2 이며 표면에 접속하도록 구성된 모이어티이고; T 는 독립적으로 OH, OC1-6 알킬, 또는 할로이고; Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1 또는 2 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하며; Rx 는 반응성 모이어티이다.
반응성 모이어티. 반응성 모이어티는 알킨 모이어티, 아지드 모이어티, 아민 모이어티, 카르복실산 모이어티, 비오틴 모이어티, 스트렙타비딘 모이어티, 올레핀 모이어티, 트랜스 시클로옥텐 모이어티, s-테트라신 모이어티, 티올 모이어티, 말레이미드 모이어티, 할로겐화물 모이어티, 시아노 모이어티, 이소시아네이트 모이어티, 에폭시 모이어티, 히드록시아민 모이어티, 아세테이트 등과 같은 마스킹된 히드록실, 또는 술포닐 플루오라이드 모이어티 중 어느 하나일 수도 있다. 반응성 모이어티들의 이 리스트는 제한하는 것이 아니고, 임의의 적합한 반응성 모이어티가 적합한 반응 쌍 모이어티와 사용하기 위해 선택될 수도 있다. 대부분의 반응성 모이어티들은 개별의 반응 쌍 모이어티와 반응하여 공유 결합으로 커플링된 CG 를 형성하지만, 비오틴과 스트렙타비딘 간의 높은 결합 친화도는 반응성 모이어티/반응 쌍 모이어티로서의 그 사용을 허용한다.
관능화 시약 XXXIII 의 반응에 의해 형성된 관능화된 표면은 화학식 XXX 의 구조를 갖는다:
Figure pct00022
화학식 XXX;
여기서, LG 는 -W-Si(OZ)2O- 또는 -OP(O)2O- 이고; W 는 O, S, 또는 N 이고, Z 는 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이며, Lfm 및 Rx 는 화학식 XXXIII 에 대해 정의된 바와 같다.
일부 실시형태들에서, 화학식 XXXIII 의 관능화 시약은 화학식 IV 의 화합물일 수도 있다:
Figure pct00023
화학식 IV;
여기서, R 은 OC1-6 알킬이고 n 은 3-21 의 정수이다. 아지드는 반응성 모이어티 Rx 이다. 화학식 IV 의 화합물의 일부 실시형태들에서, n 은 7 내지 21 의 정수일 수도 있다. 화학식 IV 의 화합물에 대해, R 의 각각의 경우는 H 또는 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택될 수도 있고, 여기서 알킬은 메틸, 에틸, n-프로필, 2-프로필, n-부틸 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태들에서, R 은 C1-C3 알킬일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, R 은 메틸 또는 에틸일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, R 의 3 개의 경우들 각각은 메틸이거나 또는 R 의 3 개의 경우들 각각은 에틸이다. 다른 실시형태들에서, n 은 9, 14, 또는 16 일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, n 은 9 일 수도 있다.
화학식 IV 의 표면 관능화 시약과 표면의 반응에 의해 형성된 관능화된 표면은 화학식 V 의 구조를 가질 수도 있다:
Figure pct00024
화학식 V
여기서, W 는 O, S, 또는 N 이고, Z 는 표면에 또한 바인딩된 다른 표면 관능화 리간드 (―WSi(OZ)2(CH2)n―N3) 의 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이고, n 은 3-21 의 정수이며,
Figure pct00025
은 표면이다. 일부 실시형태들에서, n 은 7 내지 21 의 정수일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, W 는 0 일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, R 의 각각의 경우는 H 또는 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택될 수도 있고, 여기서 알킬은 메틸, 에틸, n-프로필, 2-프로필, n-부틸 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태들에서, R 은 C1-C3 알킬일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, R 은 메틸 또는 에틸일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, R 의 3 개의 경우들 각각은 메틸이거나 또는 R 의 3 개의 경우들 각각은 에틸이다. 다른 실시형태들에서, n 은 7 내지 21 의 정수일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, n 은 9 내지 21, 10 내지 21, 11 내지 21, 12 내지 21, 13 내지 21, 14 내지 21, 15 내지 21, 16 내지 21, 17 내지 21, 또는 18 내지 21 의 정수일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, n 은 10 내지 18, 12 내지 18, 13 내지 18, 또는 14 내지 18 의 정수일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, n 은 9, 14, 또는 16 일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, n 은 9 일 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 화학식 XXXIII 의 표면 관능화 시약은 화학식 VI 의 화합물일 수도 있다:
Figure pct00026
화학식 VI;
여기서, n 은 3 내지 21 의 정수이고 R 의 각각의 경우는 독립적으로 H 또는 C1-C6 알킬이다. 알킨은 화학식 VI 의 반응성 모이어티 Rx 이다. 일부 실시형태들에서, n 은 약 7 내지 21 의 정수일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, R 의 각각의 경우는 H 또는 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택될 수도 있고, 여기서 알킬은 메틸, 에틸, n-프로필, 2-프로필, n-부틸 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태들에서, R 은 C1-C3 알킬일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, R 은 메틸 또는 에틸일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, R 의 3 개의 경우들 각각은 메틸이거나 또는 R 의 3 개의 경우들 각각은 에틸이다. 일부 실시형태들에서, n 은 9 내지 21, 10 내지 21, 11 내지 21, 12 내지 21, 13 내지 21, 14 내지 21, 15 내지 21, 16 내지 21, 17 내지 21, 또는 18 내지 21 의 정수일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, n 은 10 내지 18, 12 내지 18, 13 내지 18, 또는 14 내지 18 의 정수일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, n 은 9, 14, 또는 16 일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, n 은 9 일 수도 있다.
화학식 VI 의 화합물은, 화학식 VII 의 구조를 갖는 관능화된 표면을 제공하는, 표면의 친핵성 기들과 실록산 모이어티의 반응을 통해 표면에 공유 결합으로 커플링될 수도 있다:
Figure pct00027
화학식 VII;
여기서, W, Z, 및 n 은 화학식 V 에 대해 위와 같이 정의되며,
Figure pct00028
은 표면이다.
관능화된 표면으로부터 형성된 공유 결합으로 개질된 표면. 일단 표면 관능화 시약이 표면에 커플링되었으면, 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 결과의 관능화된 표면의 반응성 모이어티는 관능화된 표면의 반응성 모이어티에 적합한 반응 파트너이도록 선택된 반응 쌍 모이어티를 갖는 표면 개질 시약으로 차례로 반응될 수도 있다. 표면 개질 시약은 화학식 XII 의 구조를 갖는다:
Figure pct00029
화학식 XII;
여기서, RP 는 반응 쌍 모이어티이고; L 은 연결자이며 표면 접촉 모이어티는 생물학적 미세-객체들에 대한 개선된 접촉 특징을 제공하는 모이어티이다. 연결자 L 은 본드일 수도 있고 또는 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 본딩 제한들에 따라, 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결자 L 은 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 본딩 제한들에 따라, 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함할 수도 있다. 연결자 L 또는 표면 접촉 모이어티는 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 포함할 수도 있다. 표면 접촉 모이어티는 본원에 설명된 임의의 표면 접촉 모이어티이다.
반응 쌍 모이어티. 반응 쌍 모이어티 RP 는 관능화된 표면의 반응성 모이어티와 반응할 수 있는 모이어티이다. 예를 들어, 반응성 모이어티 Rx 는 알킨일 수도 있고 대응하는 반응 쌍 모이어티 RP 는 아지드일 수도 있다. 대안으로, Rx 는 아지드일 수도 있고 RP 는 알킨일 수도 있다. 반응성 모이어티 Rx: 반응 쌍 모이어티 RP 의 다른 쌍들은 시아노 및 아지드; 카르복실산 및 아민; 올레핀 및 친핵체; 아민 및 술포닐 플루오라이드; 트랜스 시클로옥텐 및 s-테트라진, 티올 및 말레이미드; 할로겐화물 및 친핵체; 이소시아네이트 및 아민들; 에폭사이드 및 친핵체; 히드록시아민 및 알데히드 또는 에스테르; 아세테이트와 같은 마스킹된 히드록실 및 친핵체를 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지는 않는다. Rx: RP 쌍의 특수 경우는 비오틴 및 스트렙타비딘인데, 이것은 공유 결합 쌍이 아니고, Rx: RP 쌍으로서 사용될 수도 있는 매우 안정한 비공유 결합 쌍이기 때문이다.
관능화된 표면이 Rx 로서 아지드 또는 알키닐 모이어티를 갖는 경우, 표면 개질 시약은 반응 쌍 모이어티 RP 를 갖고, 이것은 각각 당해 분야에 알려진 바와 같이 고리화 반응 ("클릭 반응") 을 통해 트리아졸리닐 모이어티로부터 반응할 수 있는 알킨 또는 아지드이다. 일부 실시형태들에서, 반응성 모이어티 Rx 또는 반응 쌍 RP 모이어티는 비고리형 알킨이다. 다른 실시형태들에서, 반응성 모이어티 Rx 또는 반응 쌍 RP 모이어티는 시클로옥틴의 일부일 수도 있는 고리화된 알킨이다. 일부 실시형태들에서, 시클로옥틴은 변형될 수도 있다. 시클로옥틴은 시클로옥틴에 융합된 추가의 순환식 링들, 예컨대 벤조기를 가질 수도 있고, 디벤조시클로옥틴일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 시클로옥틴은 플로오로 치환기를 가질 수도 있다. 표면 개질 시약의 알킨이 시클로옥틴인 경우, 시약의 표면 접촉 모이어티는, 시클로옥틴 상의 임의의 적합한 포지션에 부착될 수도 있는, 연결자 L 을 통해 시클로옥틴에 부착된다. 관능화된 표면의 알킨이 시클로옥틴인 경우, 표면에 시클로옥틴을 부착하는 연결 기는 시클로옥틴의 임의의 적합한 포지션에서 시클로옥틴에 부착된다.
공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 XXX 의 관능화된 표면의 반응에서 비롯된다:
Figure pct00030
화학식 XXX;
화학식 XII 의 표면 개질 시약은 화학식 XXXI 의 구조를 가질 수도 있다:
Figure pct00031
화학식 XXXI;
여기서, LG, Lsm, 표면 개질 리간드 및
Figure pct00032
은 위에서 정의된 바와 같고, Lsm 또는 표면 개질 리간드는 적어도 하나의 CG 를 포함하며, 2, 3, 또는 4 개의 CG 를 더 가질 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 화학식 XXXI, 화학식 V, 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면으로부터 형성된 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 VIII 의 구조를 가질 수도 있다:
Figure pct00033
화학식 VIII;
여기서 W, Z, n, 및
Figure pct00034
은 각각 위와 같이 정의된다. 표면 개질 리간드는 0, 1, 2, 또는 3 개의 CG 를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 화학식 XXXI 의 관능화된 표면으로부터 형성된 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 IX 의 구조를 가질 수도 있다:
Figure pct00035
화학식 IX;
여기서, Z, n, 및
Figure pct00036
은 각각 위와 같이 정의된다. 표면 개질 리간드는 0, 1, 2, 또는 3 개의 CG 를 포함할 수도 있다.
관능화된 표면의 추가적 관능화. 또 다른 실시형태들에서, 화학식 XXX 의 관능화된 표면은 화학식 XXXIV 의 세컨더리 관능화 시약과의 반응에 의해 추가된 관능화의 추가의 부분을 가질 수도 있다:
Figure pct00037
화학식 XXXIV,
여기서, RP 는 화학식 XXX 의 반응성 모이어티와 반응하기 위한 반응 쌍 모이어티이고; Rx2 는 화학식 XXX 의 관능화 표면의 반응성 모이어티와 반응하지 않도록 선택된 반응성 모이어티이며; Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1 또는 2 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함한다. Rx2 는 이것이 관능화된 표면의 Rx 모이어티에 대한 RP 의 커플링과 간섭하지 않도록 직교 반응 쌍 모이어티를 갖도록 선택된다. 일부 비제한적 예들에서, 관능화된 표면의 Rx 가 아지드인 경우, Rx2 는 아민, 에폭시드 또는 술포닐 플루오라이드이도록 선택될 수도 있다. 이 능력은 관능화된 표면의 추가 정교화를 제어한다.
산물은 화학식 XXXV 의 관능화된 표면이고, 여기서 제 2 관능화된 표면은 1, 2, 또는 3 개의 CG 를 포함한다:
Figure pct00038
화학식 XXXV;
여기서, Rx2 는 화학식 XXXIV 에 대해 정의된 바와 같고, Lfm 및 LG 는 화학식 XXX 에 대해 위에서 정의된 바와 같다. 화학식 V 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면이 화학식 XXXIV 의 세컨더리 관능화 시약과 반응하는 경우, 산물은 화학식 XXXV 의 관능화된 표면이고, 여기서, LG 는 -W-Si(OZ)2O- 이고 W 는 O, S, 또는 N 이다. 일부 실시형태들에서, W 는 O 이다.
화학식 XXXV 의 관능화된 표면은 화학식 XXXI 의 공유 결합으로 개질된 표면으로 변환될 수도 있다:
Figure pct00039
화학식 XXXI;
여기서, LG, Lsm 및 표면 개질 리간드는 화학식 XII 의 표면 개질 시약과의 추가의 반응에 의해, 위와 같이 정의된다. 이 실시형태에서, 표면 개질 (예를 들어, 공유 결합으로 개질된 표면) 은 Lsm 내에 적어도 2 개의 CG 를 포함한다.
도 2h 는 예시적인 공유 결합으로 개질된 표면 (298) 을 포함하는 미세유체 디바이스 (290) 의 단면뷰를 도시한다. 예시된 바와 같이, 공유 결합으로 개질된 표면 (298)(개략적으로 도시됨) 은 미세유체 디바이스 (290) 의 커버 (288) 의 내측 표면 (292) 및 기판 (286) 의 내측 표면 (294) 양자 모두에 공유 결합으로 바인딩된 조밀하게-패킹된 분자들의 모노층을 포함할 수 있다. 공유 결합으로 개질된 표면 (298) 은, 일부 실시형태들에서 그리고 위에서 논의된 바와 같은, 미세유체 디바이스 (290) 내의 회로 엘리먼트들 및/또는 구조물들을 정의하는데 사용된 미세유체 회로 물질 (미도시) 의 표면들을 포함하는, 미세유체 디바이스 (290) 의 인클로저 (284) 에 근접하고, 이를 향해 내측으로 향하는 실질적으로 모든 내측 표면들 (294, 292) 상에 배치될 수 있다. 대안의 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면 (298) 은 미세유체 디바이스 (290) 의 내측 표면들 중 단지 하나 또는 일부 상에 배치될 수 있다.
도 2h 에 개략적으로 도시된 실시형태에서, 공유 결합으로 개질된 표면 (298) 은 치환된 실록산 분자들의 모노층을 포함하고, 각각의 분자는 실록시 연결자 (296) 를 통해 미세유체 디바이스 (290) 의 내측 표면들 (292, 294) 에 공유 결합으로 본딩된다. 간략함을 위해, 추가의 실리콘 산화물 본드들이 인접한 실리콘 원자들에 연결되는 것으로 도시되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태들에서, 표면 개질 리간드 (298) 는 그 인클로저 - 대향 말단들 (즉, 내측 표면들 (292, 294) 에 바인딩되지 않고 인클로저 (284) 에 근접하는 표면 개질 리간드 (298) 의 모노층의 일부) 에서 본원에 설명된 바와 같은 임의의 종류의 비폴리머 분자 (예를 들어, 플루오르화 알킬기, 폴리에틸렌 글리콜 함유 기, 카르복실산 치환기를 함유하는 알킬기) 를 포함할 수 있다. 도 2h 는 비-폴리머 표면 개질 리간드들을 갖는 것으로서 논의되지만, 본원에 설명된 바와 같이, 폴리머 모이어티들이 또한 적합한 표면 접촉 모이어티 및/또는 표면 개질 리간드일 수도 있고, 공유 결합으로 개질된 표면에 통합될 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (290) 의 내측 표면(들)(292, 294) 을 공유 결합으로 개질하는데 사용된 표면 개질 리간드 (298) 는 음이온, 양이온 또는 쌍이온 모이어티들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이론에 제한되도록 의도하지 않고, 미세유체 디바이스 (120) 의 인클로저 (284) 의 내측 표면들에 양이온 모이어티들, 음이온 모이어티들, 및/또는 쌍이온 모이어티들을 존재시킴으로써, 공유 결합으로 개질된 표면의 표면 개질 리간드 (298) 는 물 분자들과 강한 수소 결합들을 형성할 수 있어 결과의 수화수가 비-생물학적 분자들 (예를 들어, 기판의 실리콘 및/또는 실리콘 산화물) 과의 상호작용들로부터 생물학적 미세-객체들을 분리하는 층 (예를 들어, "차폐물") 으로서 작용하게 한다.
개질될 표면. 화학식 XXXII, I, II, III, XXXIII, IV, VI, XII 또는 XXXIV 중 어느 하나의 화합물에 의해 개질될 수 있는 표면은 금속, 금속 산화물, 유리 또는 폴리머일 수도 있다. 공유 결합으로 개질된 표면 또는 그 안에 도입된 관능화된 표면을 가질 수도 있는 일부 물질들은 실리콘 및 그 산화물들, 실리콘들, 알루미늄 또는 그 산화물 (Al2O3), 인듐 탄탈륨 산화물 (ITO), 이산화 티타늄 (TiO2), 지르코늄 산화물 (ZrO2), 하프늄 (IV) 산화물 (HfO2), 탄탈룸 (V) 산화물 (Ta2O5), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는다. 폴리머들은 임의의 적합한 폴리머를 포함할 수도 있다. 적합한 폴리머는 기체 투과성일 수 있는 (예를 들어, 고무, 플라스틱, 엘라스토머, 실리콘, 오르가노실리콘, 예컨대 폴리디메틸실록산 ("PDMS") 등) 을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지는 않는다. 다른 예들은 몰딩된 유리, 패턴 가능한 물질, 예컨대 실리콘 폴리머 (예를 들어, 광-패턴 가능 실리콘 또는 "PPS"), 포토-레지스트 (예를 들어, SU8 와 같은 에폭시-기반 포토-레지스트), 등을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 천연 섬유 또는 나무와 같은 물질의 표면은 화학식 XXX, 화학식 V, 화학식 VII 또는 화학식 XXXV 의 관능화된 표면 또는 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 또는 화학식 IX 의 공유 결합으로 개질된 표면을 도입하도록 화학식 XXXII, I, II, III, XXXIII, IV, VI, XII 또는 XXXIV 중 어느 하나의 화합물에 의해 개질될 수도 있다.
개질될 표면은 히드록시드, 아미노 및 티올을 포함하지만 이에 제한되지 않는 친핵성 모이어티를 포함할 수도 있다. 표면 상의 친핵성 모이어티 (예를 들어, 수산화물 (일부 실시형태들에서는 산화물로서 지칭됨)) 는 화학식 XXXII, I, II, III, XXXIII, IV 또는 VI 중 어느 하나의 화합물과 반응하여 실록시 연결기 또는 포스포네이트 연결기를 통해 화합물을 표면에 공유 결합으로 연결하여 관능화된 표면을 제공할 수도 있다. 개질될 표면은 천연 친핵성 모이어티들을 포함할 수도 있고, 또는 친핵성 모이어티들 (예를 들어, 히드록시드 (대안으로, 산화물로서 지칭됨)) 을 도입하도록 플라즈마 처리에 의해 또는 시약들 (예를 들어, 피라나 용액) 로 처리될 수도 있다.
공유 결합으로 개질된 표면의 물리적 및 성능 특성들. 일부 실시형태들에서, 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 공유 결합으로 개질된 표면은 10 nm 미만 (예를 들어, 약 7 nm 미만, 약 5 nm 미만, 또는 약 1.5 내지 3.0 nm) 의 두께를 가질 수도 있다. 이것은, 특히 다른 소수성 물질들, 예컨대 CYTOP®, 스핀-코팅되어 약 30 내지 50 nm 의 통상적인 두께를 산출하는 퍼플루오로 테트라하이드로푸라닐 폴리머와 대조적으로, 개질된 표면 상에 유리하게 얇은 층을 제공할 수도 있다. 표 1 에 도시된 데이터는 관능화된 표면 (예를 들어, 화학식 XV (화학식 V 의 부류의 특정 멤버)) 으로 변환된 실리콘/실리콘 산화물 천연 표면 또는 표면 접촉 모이어티들로 개질된 표면 (예를 들어, 화학식 VIII 의 개질된 표면의 실시형태들 특정의, 화학식 XVI 및 화학식 XVII) 에 대한 것이다. 정적 고정 드롭 방법 (Drelich, J. Colloid Interface Sci. 179, 37-50, 1996.) 을 사용하여 접촉각 측정들치들이 획득되었다. 두께는 편광해석법에 의해 측정되었다.
선택된 표면들에 대한 물리적 데이터.
관능화된 또는 개질된 표면 접촉 각 (물 또는 수성 용액) 두께
화학식 XV
실시예들 3 및 5 참조		 80 ° 1.4-1.5 nm
화학식 XVI (PEG, ~ 5000Da)
실시예 6 참조 		35 ° ~3 nm*
화학식 XVII (Dextran ~3000Da)
실시예 7 참조		 40 ° 이용 가능하지 않음
화학식 XVIII (PEG, ~ 5000 Da)
실시예 8 참조		 34 ° ~4 nm*
화학식 XIX (PGA)
실시예 9 참조		 17 ° ~5 nm
화학식 XX (비오틴 PEG)
실시예 10 참조		 39 ° ~5 nm
화학식 XXI (PC 비오틴 PEG)
실시예 11 참조		 42 ° ~5 nm
화학식 XXII (프로피올산)
실시예 12 참조		 64 ° 2 nm
화학식 XXIII (프로파르길 아민)
실시예 13 참조		 해당 없음 해당 없음
화학식 XXIV (PEG 카르복실산)
실시예 14 참조 		42 ° ~5 nm
화학식 XXV (폴리 리신)
실시예 15 참조		 50 ° 3 nm
화학식 XXVI (폴리글루탐산)
실시예 16 참조		 54 ° 3 nm
화학식 XXVII (디설파이드 결합을 갖는비오틴 PEG)
실시예 17 참조		 66 ° 2 nm
예상된 바와 같이, 화학식 XV 의 관능화된 표면을 갖도록 실리콘/실리콘 산화물 표면의 개질은 약 80°의, 물에 대해 증가된 접촉 각을 갖는 개질된 표면을 초래하였다. 이것은 10°미만의 플라즈마 세정된 실리콘 표면 상에서 물에 대한 접촉 각과 대조적이다. (PEG 모이어티들을 포함하는) 화학식 XVI 의 개질된 표면을 제공하기 위한 관능화된 표면의 추가의 정교화는 35°의 감소된 접촉 각을 갖는 더욱 더 친수성 표면을 산출한다. (덱스트란을 포함하는) 화학식 XVII 의 구조를 갖는 개질된 표면은 40°의 접촉 각을 가졌다.
표면을 특징화하기에 적합한 다른 분석 방법들은 적외선 분광법 및/또는 X-레이 광전자 분광법을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 또는 화학식 IX 의 개질된 표면은 모노층을 형성할 수도 있다. 모노층 개질된 표면의 균일성 및 균등성은, 특히 모노층 개질된 표면이 다른 기능적 속성들을 갖는 경우 유리한 성능을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 개질된 표면은 또한, 전극 활성화 기판을 포함할 수도 있고, 선택적으로 유전영동 구성 또는 전기습윤 구성을 갖는 물질들, 디바이스들, 및/또는 장치들에서 발견될 수도 있는 바와 같은, 유전체 층을 더 포함할 수도 있다. 개질된 표면의 퍼플루오로알킬 모이어티들의 불포화의 부족은, 예를 들어 올레핀 또는 방향족 모이어티들을 함유하는 모노층과 비교하여 "전하 트래핑" 을 최소화할 수 있다. 부가적으로, 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 표면들에 형성된 모노층의 조밀하게 패킹된 성질은 양이온들이 모노층을 통해 밑에 있는 금속, 금속 산화물, 유리 또는 폴리머 기판으로 구동되기 위한 포텐셜을 최소화할 수도 있다. 이론에 제한되지 않고, 기판 조성물에 양이온을 첨가하는 것에 의한 기판 표면의 분열은 기판의 전기적 특성들을 손상시키고, 이에 의해 동전기적으로 기능할 그 능력을 감소시킬 수도 있다.
또한, 공유 결합을 통해 개질된 표면을 도입하는 능력은 개질된 표면의 유전 강도를 증가시키고 전기장의 인가 하에서 밑에 있는 물질을 파괴로부터 보호할 수도 있다. 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 공유 결합으로 개질된 구조를 갖는 물질, 디바이스 및/또는 장치의 유전영동 또는 전기 습윤 표면의 균일 성 및 얇음은, 물질, 디바이스 및/또는 장치가 광학적으로 작동되는 경우 이러한 개질된 유전영동 및/또는 전기습윤 표면에 유리한 이점을 더 제공할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 개질된 표면은 동작을 위해 적합하게 기능하도록 완벽하게 형성된 모노층을 필요로 하지 않는다. 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 화학식 IX, 화학식 XXX, 화학식 V, 화학식 VII 또는 화학식 XXXV 중 어느 하나의 표면에서 층의 물리적 두께 및 균일성은 엘립소미터를 사용하여 측정될 수 있다.
다수의 공유 결합으로 본딩된 표면 개질들 및 멀티층 표면들. 미세유체 디바이스는 공유 결합으로 개질된 표면 개질을 갖는 미세유체 디바이스 내에 1 보다 많은 영역을 가질 수도 있고, 여기서 각각의 영역은 단지 한 종류의 공유 결합으로 연결된 모이어티를 갖는다. 대안으로, 미세유체 디바이스는 단일의 선택된 표면 (예를 들어, 미세유체 디바이스의 공통의 내측 표면) 상에 또는 미세유체 디바이스의 내부 표면들의 모두 상에 1 보다 많은 상이한 종류의 공유 결합으로 연결된 모이어티를 포함할 수도 있다.
예를 들어, 표면의 제 1 공유 결합으로 본딩된 표면 개질은 표면 개질 리간드 및/또는 연결자의 부분으로서 특정 수의 비-수소 원자들을 가질 수도 있다. 이 표면의 제 2 공유 결합으로 본딩된 표면은, 미세유체 환경 내에서 생물학적 미세-객체들과 잠재적으로 더 가까이 접촉하는, 그렇게 개질된 표면으로부터 더 먼 하전된 모이어티들을 나타내기 위한 용량을 제공할 수도 있는, 더 많은 수의 비-수소 원자들을 갖는 연결자에 공유 결합으로 부착된 하나 이상의 하전된 모이어티들을 갖는 표면 접촉 모이어티를 포함할 수도 있다.
다른 경우에서, 개질된 표면은 보다 적은 입체적으로 요구되는 표면 접촉 모이어티를 갖는 제 1 공유 결합으로 본딩된 표면 개질 및 표면에 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 부착시키는 연결자 내의 더 적은 비-수소 원자들을 가질 수도 있다. 개질된 표면은 더 많은 수의 비-수소 원자들을 갖는 연결자 및 입체적으로 요구하는 표면 접촉 모이어티를 갖는 제 2 공유 결합으로 본딩된 표면 개질을 가질 수도 있다. 공유 결합으로 본딩된 표면 개질들의 이 혼합물은 입체적으로 요구하는 표면 접촉 모이어티를 나타내는 것을 도우면서 표면 그 자체를 구성하는 실리콘/실리콘 산화물, 하프늄 산화물 또는 알루미나와 원하지 않는 상호작용들을 방지할 수 있다. 다른 예에서, 공유 결합으로 연결된 모이어티들은 표면 상에서 랜덤한 방식으로 반대로 하전된 표면 접촉 모이어티들을 나타내는 쌍이온성 표면을 제공할 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 제 1 공유 결합으로 본딩된 표면 개질 및 제 2 공유 결합으로 본딩된 표면 개질의 조합을 도입함으로써 증가된 친수성 및/또는 양 친매성 특징들을 가질 수도 있다. 제 1 및 제 2 공유 결합으로 본딩된 표면 개질들의 조합의 도입은 (미세유체 디바이스의 공통의 내측 표면을 포함하는) 표면에 조절된 또는 커스터마이징 가능한 친수성, 양 친매성 또는 소수성 특징들을 제공할 수 있다. 공유 결합으로 개질된 표면의 증가된 친수성 및/또는 양 친매성 특징은 생물학적 미세-객체들이 비 가역적으로 부착하지 않고 연관할 수도 있는 친수성 작용기 및/또는 소수성 모이어티들을 제공할 수도 있다. 이들 연관들은 미세유체 디바이스의 천연의, 비개질된 표면들과 비교하여 세포 배양 동안 유리한 환경을 제공할 수도 있다.
이들 특징들 각각은 개질된 표면의 내구성, 기능성 및/또는 생체 적합성을 증가시킬 수도 있다. 이들 특징들 각각은 (성장 속도 및/또는 세포 배가율을 포함하는) 생존력, 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 구조를 갖는 공유 결합으로 개질된 표면 위에 형성된 군체의 성질을 더 이롭게 할 수도 있다. 생존력의 개선은 성장을 촉진시키기에 충분한 기계적 내성을 제공하는 적합한 고정 사이트들을 부착 세포들에 제공하는 표면 접촉 모이어티들을 제공하는 것을 포함 할 수도 있다. 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 공유 결합으로 개질된 표면은 개질된 표면 위에 그리고 공유 결합으로 개질된 표면을 갖는 디바이스들 및/또는 장치들 내에 미세-객체들 또는 생체 분자들의 (배출시 생존력을 포함하는) 이식성을 개선시킬 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 구조를 갖는 공유 결합으로 개질된 표면은 운동성 세포들이 미세유체 디바이스의 특정 영역 (예를 들어, 시퀘스트레이션 펜) 밖으로의 이동을 방해하고 이에 의해 선택된 영역 밖으로의 세포 이동을 최소화는 표면 접촉 모이어티들을 제공할 수도 있다. 이 경우에서 세포들의 이식성이 억제될 수도 있어, 하나의 시퀘스트레이션 펜으로부터 다른 것으로의 세포들의 자체-추진된 이동을 방지하고 시퀘스트레이션 펜으로부터 시퀘스트레이션 펜으로의 오염을 최소화한다. 그러나, 이러한 저해 효과의 조절은 중력 또는 (빛으로 작동될 수도 있는) 유전영동과 같은 힘들을 사용하여 원하는 시점에서 시퀘스트레이션 펜으로부터 여전히 배출될 수 있도록 상이한 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질의 비율의 선택에 의해 획득될 수도 있다.
공유 결합으로 본딩된 표면 개질들의 조합은 본원에 설명된 바와 같이 공유 결합으로 개질된 표면 및/또는 관능화된 표면 또는 세컨더리 관능화된 표면의 임의의 조합일 수도 있다. 연결 기, 연결자, 반응성 모이어티 및/또는 표면 접촉 모이어티의 임의의 조합은 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖는 미세유체 디바이스에 대해 선택될 수도 있고, 여기서 제 1 및 제 2 공유 결합으로 본딩된 표면 개질은 서로 상이하다. 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXX, 화학식 V, 화학식 VII, 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 및/또는 화학식 IX 중 어느 하나일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 사용자에 의한 추가의 개질을 위해, 관능화된 표면들인 제 1 및 제 2 공유 결합으로 본딩된 표면 개질들 중 하나 또는 양자 모두를 가질 수도 있다. 반응성 모이어티, 연결자, 및/또는 연결 기에서 차이가 있는, 1 또는 2 개의 관능화된 표면들을 갖는 미세유체 디바이스는 공유 결합으로 개질된 표면을 제공하도록 표면 개질 시약 (예를 들어, 화학식 XII 의 시약) 과 반응될 수도 있거나 세컨더리 관능화된 표면을 제공하도록 세컨더리 관능화 시약 (예를 들어, 화학식 XXXIV 의 시약) 과의 반응에 의해 더 관능화될 수도 있다. 당해 분야에서 알려진 바와 같이, 직교 화학물질들 (예를 들어, 반응성 모이어티들 및 반응 쌍 모이어티들, 및 반응 컨디션들) 은 제 2 관능화된 표면의 존재에서 또는 공유 결합으로 개질된 표면의 존재에서 하나의 관능화된 표면의 선택적 반응을 허용하도록 선택될 수도 있다. 하나의 비제한적 예에서, 알킨이 제 1 공유 결합으로 본딩된 표면 개질의 제 1 반응성 모이어티 (Rx 또는 Rx2) 로서 존재하는 경우, 이것은 반응 쌍 모이어티로서 아지드와 반응하도록 설계된다. 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은, "클릭" 유형 반응에 참여하지 않는, 아민 또는 카르복실산인 것으로 선택된 제 2 반응성 모이어티를 가질 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면; 및 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질의 조합을 포함할 수도 있다. 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질 및 관능화된 표면의 조합은 공유 결합으로 개질된 표면 위에 랜덤하게 분포될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 포함하는 제 2 영역에 인접하는 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면을 갖는 제 1 영역을 가질 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 XXXI, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면에 의해 서로 분리된 화학식 XXX, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖는 복수의 영역들을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질에 의해 서로 분리된 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면을 포함하는 복수의 영역들을 가질 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질; 및 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질의 조합을 가질 수도 있고, 여기서 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상이하다. 일부 실시형태들에서, 서로 상이한 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 공유 결합으로 개질된 표면 상에 랜덤하게 분포될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖는 제 2 영역에 인접하는 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖는 제 1 영역을 가질 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질에 의해 서로 분리되는, 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖는 복수의 영역들을 가질 수도 있다.
추가의 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질; 및 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질의 조합을 가질 수도 있고, 여기서 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상이하고 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질의 반응성 모이어티는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질의 반응성 모이어티와 반응하지 않는다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 표면 위에 랜덤하게 분포될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖는 제 2 영역에 인접하는 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖는 제 1 영역을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질에 의해 서로 분리되는 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 포함하는 복수의 영역들을 가질 수도 있다.
부착을 조절하기 위한 다수의 표면 개질들. 일부 실시형태들에서, 세포들이 미세유체 디바이스 내의 표면들에 부착하는 능력을 조절하는 것이 유용할 수 있다. 실질적으로 친수성 특징을 갖는 표면은 적절하게 성장 및 팽창하기 위해 부착의 기계적 응력을 필요로 하는 세포들에 대해 고정 포인트들을 제공하지 않을 수도 있다. 과잉의 이러한 고정 모이어티들을 나타내는 표면은 성공적으로 성장하는 부착 세포들이 시퀘스트레이션 펜 내로부터 그리고 미세유체 디바이스 밖으로 배출되는 것을 방지할 수도 있다. 결합 표면 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질은 부착 세포들을 고정하는 것을 돕기 위한 표면 접촉 모이어티들을 포함한다. 본원에 설명된 표면들의 구조들 및 그것들을 준비하는 방법들은 특정 사용을 위해 바람직할 수도 있는 고정 모이어티들의 양을 선택하기 위한 능력을 제공한다. 놀랍게도, 충분한 부착 강화 환경을 제공하기 위해 매우 작은 퍼센티지의 부착 유형 모티프들이 필요할 수도 있다는 것이 발견되었다. 일부 실시형태들에서, 부착 강화 모이어티들은 미세유체 디바이스로 세포들이 도입되기 전에 준비된다. 대안으로, 부착 강화 개질된 표면은 세포들을 도입하기 전에 제공될 수도 있고, 다른 부착 강화 모이어티의 더 추가가 이루어질 수도 있어, 이것은 (예를 들어, 비오틴/스트렙타비딘 결합의 베이스에서와 같이) 공유 결합이나 비-공유 결합으로 제 1 개질된 표면에 어태치하도록 설계된다.
일부 실시형태들에서, 부착 강화 표면 개질들은 표면 개질 리간드의 개별의 분자들의 랜덤한 패턴으로 표면을 개질할 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 부착 강화 표면 개질들의 더 농축된 패턴은, 친수성 표면 개질들을 가져 부착 강화를 조절할 수도 있는, 표면의 나머지에 의해 둘러싸인 표면 개질의 작은 영역들을 생성할 수 있는, 양으로 하전된 리신 측쇄들과 같은 다수의 부착 강화 모티프들을 함유하는 폴리머들을 사용함으로써 도입될 수도 있다. 이것은 다수의 부착 강화 리간드들을 갖는, 수지상 폴리머들의 사용에 의해 추가로 정교화될 수도 있다. 수지상 폴리머 유형 표면 개질 화합물 또는 시약은 단지 친수성 표면 접촉 모이어티들을 갖는 제 2 표면 개질에 대해 매우 작은 비율로 존재할 수도 있지만, 여전히 부착 강화를 제공한다. 또한, 수지상 폴리머 유형 표면 개질 화합물 또는 시약은 그 자체로 전체 표면의 거동을 추가적으로 조절할 수 있는 말단 작용기들의 혼합된 세트를 가질 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 표면들의 위치 선택적 도입을 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 부착-유형 세포들을 성공적으로 배양할 뿐만 아니라 원하는 경우 유전영동 힘들을 사용하여 쉽게 그들을 배출하기 위한 능력을 제공하는 채널을 개방하는 시퀘스트레이션 펜들 내에 표면을 제공하면서 미세유체 채널 내에 제 1 유형의 표면을 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 부착 강화 개질들은 절단 가능 모이어티들을 포함할 수도 있다. 절단 가능 모이어티들은 배양되고 있는 세포들과 양립 가능한 컨디션들 하에서 절단 가능할 수도 있어, 임의의 원하는 시점에서, 절단 가능 모이어티가 절단될 수도 있고 표면의 성질이 부착을 위해 덜 강화되도록 변경될 수도 있다. 밑에 있는 절단된 표면은 그 시간에 배출이 강화되도록 유용하게 비-오염될 수도 있다. 본원에 논의된 예들은 부착 및 이동성을 조절하는 것에 초점을 맞추지만, 이들 위치 선택적으로 개질된 표면들의 사용은 그렇게 제한되지 않는다. 배양되고 있는 세포들에 대한 임의의 종류의 이점에 대한 상이한 표면 개질들은 본 개시물에 따른 제 1 및 제 2 표면 개질을 갖는 표면에 통합될 수도 있다.
부착 모티프들. 일반적으로, 폴리-L-리신, 아민 등과 같은 양으로 하전된 표면 접촉 모이어티를 갖는 표면 개질은 본 개시물의 개질된 표면들 내에서 사용될 수도 있다. 사용될 수도 있는 또 다른 모티프는 비오틴이 부착된 시약으로서 이용 가능하고 본원에 설명된 방법들에 쉽게 적응 가능한, 트리펩티드 시퀀스 RGD 를 포함한다. 사용될 수도 있는 다른 대형 생체분자들은 다른 것들 중에서 피브로넥틴, 라미닌 또는 콜라겐을 포함한다. 놀랍게도, 폴리글루탐산 표면 접촉 모이어티를 포함하는, 화학식 XXVI 의 구조를 갖는 표면 개질은 부착 세포들이 생존 가능하게 부착 및 성장하도록 유도하는 능력을 입증하였다. 부착 사이트를 제공하는 것을 도울 수도 있는 다른 모티프는, VPGXG 의 반복 시퀀스를 포함하는 엘라스틴 유사 펩티드 (Elastin Like Peptide; ELP) 이고, 여기서 X 는 모티프의 효과들을 조절할 수 있는 가변 아미노산이다.
상이한 표면들의 위치 선택적 도입. 일부 실시형태들에서, 유동 영역 (예를 들어, 미세유체 채널) 의 표면은 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질로 개질될 수도 있고 적어도 하나의 시퀘스트레이션 펜의 표면은 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질로 개질될 수도 있고, 여기서 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질은 상이한 표면 접촉 모이어티들, 상이한 반응성 모이어티들, 또는 이들의 조합을 갖는다. 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXX, 화학식 V, 화학식 VII, 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 및/또는 화학식 IX 중 어느 하나로부터 선택될 수도 있다. 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 양자 모두가 화학식 XXX, 화학식 V, 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면을 포함하는 경우, 그러면 직교 반응 화학물질들은 제 1 반응성 모이어티 및 제 2 반응성 모이어티의 선택을 위해 선택된다. 다양한 실시형태들에서, 유동 영역의 표면들 모두는 제 1 공유 결합 표면 개질로 개질될 수도 있고 적어도 하나의 시퀘스트레이션 펜의 표면들 모두는 제 2 공유 결합 개질로 개질될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 화학식 V, 화학식 XVI, 화학식 XVII, 화학식 XVIII, 화학식 XIX, 화학식 XX, 화학식 XXI, 화학식 XXII, 화학식 XXIII, 화학식 XXIV, 화학식 XXV, 화학식 XXVI, 화학식 XXVII, 화학식 XXVIII, 화학식 XXIX, 화학식 XXXVI, 화학식 XXXVII, 화학식 XXXVIII, 화학식 XXXIX, 또는 화학식 XL 의 표면들로부터 선택된 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질의 조합의 표면을 가질 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 화학식 V, 화학식 XVI, 화학식 XVII, 화학식 XVIII, 화학식 XIX, 화학식 XX, 화학식 XXI, 화학식 XXII, 화학식 XXIII, 화학식 XXIV, 화학식 XXV, 화학식 XXVI, 화학식 XXVII, 화학식 XXVIII, 화학식 XXIX, 화학식 XXXVI, 화학식 XXXVII, 화학식 XXXVIII, 화학식 XXXIX, 또는 화학식 XL 의 표면들로부터 선택될 수도 있는 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖는 미세유체 디바이스의 하나의 영역 뿐만 아니라 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖는 미세유체 디바이스의 제 2 영역 (예를 들어, 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖는 유동 영역 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖는 시퀘스트레이션 펜) 을 가질 수도 있다.
공유 결합으로 개질된 표면의 준비 방법. 디바이스 또는 장치의 컴포넌트로서 사용될 수도 있는 물질의 표면은 디바이스 또는 장치의 어셈블리 전에 개질될 수도 있다. 대안으로, 부분적으로 또는 완전히 구축된 디바이스 또는 장치는, 생체분자들을 포함하는 생체물질들 및/또는 미세-객체들 (생물학적 미세-객체들을 포함할 수도 있음) 과 접촉할 모든 표면들이 동시에 개질되도록 개질될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 디바이스 및/또는 장치의 전체 내부는, 디바이스 및/또는 장치 내의 상이한 표면들에서 구별되는 물질들이 존재하더라도 개질될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 부분적으로 또는 완전히 구축된 디바이스 및/또는 장치는 본원에 설명된 바와 같은 미세유체 디바이스, 또는 이들의 컴포넌트일 수도 있다.
개질될 표면은, 표면 상의 친핵성 모이어티들이 반응을 위해 자유롭게 이용가능한 것, 예를 들어 오일들 또는 접착제들에 의해 커버되지 않는 것을 보장하도록 개질 전에 세정될 수도 있다. 세정은 알콜들 또는 아세톤을 포함하는 용매들로의 처리, 초음파 처리, 증기 세정 등을 포함하는 임의의 적합한 방법에 의해 달성될 수도 있다. 대안으로, 또는 추가하여, 이러한 사전-세정은 다양한 불순물들을 제거할 수 있는 산소 플라즈마 세정기에서 커버, 미세유체 회로 물질, 및/또는 기판을 처리하면서, 동시에 산화된 표면 (예를 들어, 본원에 설명된 바와 같이 공유 결합으로 개질될 수도 있는, 표면에서의 산화물들) 을 도입하는 것을 포함할 수 있다. 대안으로, 염산과 과산화수소의 혼합물 또는 황산과 과산화수소의 혼합물 (예를 들어, 약 3:1 내지 약 7:1 의 황산 대 과산화수소의 비율을 가질 수도 있는, 피라냐 (piranha) 용액) 와 같은 액상 처리제들이 이 산소 플라즈마 클리너 대신에 사용될 수도 있다.
이것은 유리하게 표면 상에 개질을 위한 더 많은 사이트들을 제공할 수 있고, 이에 의해 더 밀접하게 패킹된 개질된 표면 층을 제공한다.
표면을 공유 결합으로 개질하는 방법들은 화학식 XXXII, 화학식 I 또는 화학식 III 의 표면 개질 시약으로 표면을 개질하는 것을 포함. 공유 결합으로 개질된 표면을 도입하는 것은 화학식 XXXII 의 표면 개질 화합물과 표면을 접촉시키는 것으로서:
Figure pct00040
화학식 XXXII;
여기서, V, Lsm, 및 표면 개질 리간드는 위와 같이 정의되는, 접촉시키는 것; 화학식 XXXII 의 시약을 표면의 친핵성 모이어티와 반응시키는 것; 및 화학식 XXXI 의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 것을 포함할 수도 있다:
Figure pct00041
화학식 XXXI;
여기서, LG. 일부 실시형태들에서, 화학식 XXXII 의 표면 개질 화합물은 화합물 O 이고 표면
Figure pct00042
은 위의 화학식 I 또는 화학식 III 과 같이 정의된다:
Figure pct00043
화학식 I;
Figure pct00044
화학식 III;
여기서, 생성된 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 VIII 의 표면이다:
Figure pct00045
화학식 VIII,
여기서, Z 는 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이며, 표면
Figure pct00046
은 위와 같이 정의된다.
다른 실시형태들에서, 화학식 XXXI 의 표면 개질 화합물의 반응에 의해 생성된 표면은 화학식 IX 의 구조를 갖는 표면이다:
Figure pct00047
화학식 IX;
여기서, Z 는 인접한 인 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이며, 표면
Figure pct00048
은 위와 같이 정의된다.
표면을 공유 결합으로 개질하는 방법들은 화학식 XXXIII, 화학식 IV 또는 화학식 VI 의 관능화 시약으로 표면을 관능화시키는 것을 포함함. 화학식 XXXIII 의 관능화 시약으로 표면을 공유 결합으로 관능화시키는 것은,
화학식 XXXIII 의 시약과 표면을 접촉시키는 것:
Figure pct00049
화학식 XXXIII;
표면의 친핵성 모이어티와 화학식 XXXIII 의 시약을 반응시키는 것; 및 화학식 XXX 의 관능화된 표면을 형성하는 것을 포함할 수도 있다:
Figure pct00050
화학식 XXX;
여기서, V, Lfm, Rx 및 LG 는 위와 같이 정의된다.
일부 실시형태들에서, 화학식 XXXIII 의 관능화 시약은 다음의 화학식들 중 하나의 구조를 갖고:
Figure pct00051
또는
Figure pct00052
화학식 IV 화학식 VI;
각각, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면을 제공하는, 화학식 IV 또는 화학식 VI 의 관능화 시약이다:
Figure pct00053
또는
Figure pct00054
화학식 V 화학식 VII
W, Z, 및 n 은 위와 같이 정의되고,
Figure pct00055
은 표면이다. 일부 실시형태들에서, W 는 O 이다. R 의 각각의 경우는 독립적으로 H 또는 C1-C6 알킬 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, n 은 7 내지 21 의 정수일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, n 은 9, 14, 또는 16 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, n 은 9이다. 일부 실시형태들에서, R 은 C1-C3 알킬이다. 다른 실시형태들에서, R 은 메틸 또는 에틸이다. 또 다른 실시형태들에서, R 은 메틸이다.
표면 개질 반응들 및 표면 관능화 반응들에 대해. 일부 실시형태들에서, 표면의 친핵성 모이어티는 수산화물, 아미노 또는 티올이다. 일부 다른 실시형태들에서, 표면의 친핵성 모이어티는 수산화물일 수도 있다. 표면은 금속, 금속 산화물, 유리, 폴리머, 또는 이들의 임의의 조합일 수도 있다. 이 방법에 의해 개질될 수도 있는 표면 물질들은 본원에 설명된 임의의 물질일 수도 있다.
접촉시키는 단계는 본원에 설명된 임의의 조합일 수도 있는 화학식 XXXIII, 화학식 IV, 화학식 VI, 화학식 XXXII, 화학식 I, 및/또는 화학식 III 의 개질 시약(들)을 함유하는 액체 용액과 표면을 접촉시킴으로써 수행될 수도 있다. 예를 들어, 표면들은 화학식 XXXIII, 화학식 IV, 화학식 VI, 화학식 XXXII, 화학식 I, 및/또는 화학식 III 의 0.01 mM, 0.1 mM, 0.5 mM, 1 mM, 10 mM, 또는 100 mM 의 개질 시약(들)을 함유하는 용액들에 노출될 수도 있다. 반응은 주위 온도에서 수행될 수도 있고 약 2 h, 4 h, 8 h, 12 h, 18 h, 24 h, 또는 그 사이의 임의의 값의 범위에서의 기간 동안 수행될 수도 있다. 용매의 예들은 디메틸 포름아미드 (DMF), 아세토니트릴 (ACN), 톨루엔, 1,3 비스트리플루오로벤젠 또는 FluorinertTM (3M) 플루오르화 용매들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 존재한다면, 트리 알콕시 기들의 가수 분해를 촉진시킴으로써 반응 속도를 증가시키기 위해 아세트산과 같은 산이 용액에 첨가될 수도 있다.
대안으로, 표면은 본원에 설명된 임의의 조합일 수도 있는 화학식 XXXIII, 화학식 IV, 화학식 VI, 화학식 XXXII, 화학식 I, 및/또는 화학식 III 의 개질 시약(들)을 함유하는 증기 상 (vapor phase) 과 접촉될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 반응 단계가 증기 상에서 화학식 XXXIII, 화학식 IV, 화학식 VI, 화학식 XXXII, 화학식 I, 및/또는 화학식 III 의 개질 시약(들)과 표면을 접촉시킴으로써 수행되는 경우, 제어된 양의 수증기가 또한, 존재한다. 제어된 양의 수증기는 미리선택된 양의 황산 마그네슘 7 수화물을 개질될 표면을 갖는 객체와 동일한 챔버 또는 인클로저 내에 위치시킴으로써 제공될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제어된 양의 물은 외부 수증기 피드를 통해 반응 챔버 또는 인클로저 안으로 도입될 수도 있다. 반응은 대기압에 비해, 감소된 압력 하에서 발생할 수도 있다.
반응은 약 95 ℃ 이상, 또는 약 100 ℃ 내지 약 200 ℃ 의 온도에서 행해질 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 반응은 약 100 ℃, 110 ℃, 120 ℃, 130 ℃, 140 ℃, 150 ℃, 160 ℃, 170 ℃, 180 ℃, 190 ℃, 또는 약 200 ℃ 의 온도에서 행해질 수도 있다. 반응은 약 2 h, 6 h, 8 h, 18 h, 24 h, 48 h, 72 h, 84 h 또는 그 이상 동안 계속하도록 허용될 수도 있다.
개질된 및/또는 관능화된 표면은, 일부 실시형태들에서 모노층일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 개질된 및/또는 관능화된 표면은 미세유체 칩의 미세유체 회로 엘리먼트의 적어도 하나의 표면을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 개질된 및/또는 관능화된 표면은 미세유체 디바이스의 유체 보유 부분들에 대면하는 표면들 모두를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 예시적인 미세유체 디바이스들 (200, 230) 에서, 미세유체 채널 (122) 및 펜들 (224, 226, 228) 을 대면하는 상부 전극 (210) 의 내측 표면, 전극 활성 기판 (206) 의 내측 표면 (208), 미세유체 회로 물질 (116) 의 표면들 (도 1b, 도 2a, 도 2b 참조) 모두는 관능화될 수도 있다. 유사하게, 도 2d 내지 도 2f 에서, 미세유체 회로 물질 (260) 의 내측 표면들, 시퀘스트레이션 펜 (270) 을 정의하는 격리 구조들 (272) 의 표면들, 또는 미세유체 회로 (262) 를 대면하는 표면들 모두는 화학식 XXXIII, 화학식 IV, 화학식 VI, 화학식 XXXII, 화학식 I, 및/또는 화학식 III 의 개질 시약(들)과의 반응에 의해 개질될 수도 있다.
관능화된 표면의 추가의 개질. 표면을 공유 결합으로 개질하는 방법은 화학식 XXX 의 구조를 갖는 관능화된 표면을 제공하는 것으로서:
Figure pct00056
화학식 XXX;
여기서, LG, Lfm, 및 Rx 는 각각 위에서와 같이 정의되고
Figure pct00057
는 표면인, 관능화된 표면을 제공하는 단계; 화학식 XII 의 구조를 갖는 표면 개질 시약과 반응성 모이어티 Rx 를 반응시키는 단계를 포함할 수 있고:
Figure pct00058
화학식 XII;
여기서, RP 는 반응 쌍 모이어티이고; L 은 연결자이며 표면 접촉 모이어티는 위에서 정의된 바와 같다. 연결자 L 은 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 결합 제한들에 따라, 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결자 L 은 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 결합 제한들에 따라, 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함할 수도 있다. 연결자 L 또는 표면 접촉 모이어티는 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 포함할 수도 있으며; 이에 의해 화학식 XXXI 의 구조를 갖는, 공유 결합으로 개질된 표면을 생성한다:
Figure pct00059
화학식 XXXI;
여기서, Lsm 은 위에서 정의된 바와 같다.
일부 실시형태들에서, 화학식 XXX 의 관능화된 표면은 화학식 V 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면일 수도 있다:
Figure pct00060
화학식 V 또는
Figure pct00061
화학식 VII,
여기서, W 는 O, S, 또는 N 이고, Z 는 표면에 바인딩된 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이고, n 은 약 3-21 의 정수이다. 일부 실시형태들에서, n 은 7 내지 21 의 정수이다. Z 가 부착되는 인접한 실리콘 원자는 전술된 바와 같은 다른 표면 개질 분자에 통합될 수도 있다. 생성된 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 VIII 의 구조를 갖는 표면 개질 분자일 수도 있다:
Figure pct00062
화학식 VIII;
여기서, S, Z, n 및
Figure pct00063
은 각각 화학식 V 또는 화학식 VII 에 대해 위에서 정의된 바와 같다. Z 가 인접한 실리콘 원자에 대한 본드인 경우, 실리콘 원자는 다음의 화학식의 다른 표면 개질 분자의 부분일 수도 있다:
Figure pct00064
일부 실시형태들에서, n 은 9 내지 21 의 정수이다. 다른 실시형태들에서, n 은 9, 14, 또는 16 이다. 다른 실시형태들에서, n 은 9 이다. 일부 실시형태들에서, W 는 O 이다.
다른 실시형태들에서, 화학식 XXXI 의 구조를 갖는 산물 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 IX 의 구조를 가질 수도 있다:
Figure pct00065
화학식 IX;
여기서, Z 는 인접한 인 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이며 표면
Figure pct00066
은 위와 같이 정의된다.
화학식 XII (RP 반응 쌍 모이어티) 의 표면 개질 시약 또는 관능화된 표면 (Rx) 에 알킨이 존재하는 경우, 이것은 비순환식 알킨일 수도 있고, "클릭" 고리화 반응에서 아지드와의 반응은 구리(I) 염에 의해 촉매화될 수도 있다. 구리(I) 염이 반응을 촉진시키는데 사용되는 경우, 반응 혼합물은 선택적으로, 반응의 속도 또는 범위를 강화시킬 수 있는 다른 시약들을 포함할 수도 있다. 표면 개질 기약 또는 관능화된 표면의 알킨이 시클로옥틴인 경우, 대응하는 관능화된 표면 또는 표면 개질 시약의 아지드와의 "클릭" 고리화 반응은 구리가 없을 수도 있다. "클릭" 고리화 반응은 이에 의해, 표면 개질 리간드를 관능화된 표면에 커플링하여 공유 결합으로 개질된 표면을 형성한다. 고리화 반응은 구리(I) 염에 의해 촉진될 수도 있고, 선택적으로 반응의 속도 또는 범위를 강화시킬 수 있는 다른 시약들을 포함할 수도 있다. 관능화된 표면에 대해 전술된 바와 같이, 공유 결합으로 개질된 표면은 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 표면일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 미세유체 디바이스의 내부의 유체-대면 표면들 모두를 실질적으로 포함할 수도 있다.
구리 촉매제들. 임의의 적합한 구리(I) 촉매제가 사용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 요오드화 구리(I), 염화 구리(I), 브롬화 구리(I) 또는 다른 구리(I) 염. 다른 실시형태들에서, 구리(II) 염은 인 시추 (in situ) 로 구리(I) 종들을 생성하기 위해 아스코르베이트와 같은 환원제와 결합하여 사용될 수도 있다. 황산구리 또는 아세트산 구리는 적합한 구리(II) 염의 비-제한적 예들이다. 다른 실시형태들에서, 아스코르베이트와 같은 환원제가 구리(I) 염과 결합하여 존재하여 반응의 과정 동안 충분한 구리(I) 종들을 보장할 수도 있다. 구리 금속은 또한, Cu(II) 종들을 생성하는 산화 환원 반응에서 Cu(I) 종들을 제공하는데 사용될 수도 있다. 구리의 배위 착물들, 예컨대 [CuBr(PPh3)3], 구리, [Cu(CH3CN)4]PF6 또는 (Eto)3PCuI 의 규텅스텐산 착물들이 사용될 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 실리카 지지된 구리 촉매제, 구리 나노클러스터들 또는 구리/산화제일구리 나노 입자들이 촉매제로서 이용될 수도 있다.
다른 반응 강화제들. 전술된 바와 같이, 아스코르브산나트륨과 같은 환원제들은, 산소가 반응으로부터 엄격하게 배제되지 않더라도 구리(I) 종들이 반응 전반에 걸쳐 유지되는 것을 허용하도록 사용될 수도 있다. 구리(I) 종들을 안정화시키기 위해 다른 보조 리간드들이 반응 혼합물에 포함될 수도 있다. 트리스(벤질-1H-1,2,3-트리아졸-4-일)메틸아민 (TBTA) 또는 3[트리스(3-하이드록시프로필트리아졸릴메틸)아민 (THPTA) 을 포함하지만 이에 제한되지 않는 트리아졸릴 함유 리간드들이 사용될 수 있다. 반응을 용이하게 하는데 사용될 수 있는 보조 리간드의 다른 부류는 술폰화된 바소페난트롤린이며, 이것은 또한 수용성이며, 산소가 배제될 수 있는 경우 사용될 수 있다.
당해 분야에 알려진 바와 같은 다른 화학적 커플링들이 반응 쌍 모이어티에 대해 설명된 바와 같은 관능화된 표면에 표면 개질 시약을 커플링하는데 사용될 수도 있다.
용매들 및 반응 컨디션들. 미세유체 디바이스의 내부 표면이 표면 개질 시약과 반응하는 관능화된 표면인 경우, 반응은 미세유체 디바이스 안으로 그리고 이를 통해 표면 개질 시약의 용액을 유동시킴으로써 수행될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 표면 개질 시약 용액은 수성 용액일 수도 있다. 다른 유용한 용매들은 수성 디메틸 술폭시드 (DMSO), DMF, 아세토니트릴, 또는 알콜이 사용될 수도 있다. 반응은 실온 또는 상승된 온도들에서 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 반응은 약 15 ℃ 내지 약 60 ℃; 약 15 ℃ 내지 약 55 ℃; 약 15 ℃ 내지 약 50 ℃; 약 20 ℃ 내지 약 45 ℃ 의 범위의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 관능화된 표면을 공유 결합으로 개질된 표면으로 변환하기 위한 반응은 약 15 ℃, 20 ℃, 25 ℃, 30 ℃, 35 ℃, 40 ℃, 45 ℃, 50 ℃, 55 ℃, 또는 약 60 ℃ 의 온도에서 수행된다.
결합된 표면들을 생성하는 방법들. 베이스, 커버 및 내부에 유체 회로를 정의하는 미세유체 회로 물질을 포함하는 인클로저를 갖는 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 내측 표면 상에서 공유 결합으로 개질된 표면을 준비하는 방법은, 제 1 개질 시약 및 제 2 개질 시약과 적어도 하나의 내측 표면을 접촉시키는 단계; 제 1 개질 시약을 적어도 하나의 내측 표면의 제 1 친핵성 모이어티와 반응시키는 단계; 제 2 개질 시약을 적어도 하나의 내측 표면의 제 2 친핵성 모이어티와 반응시키는 단계; 및 제 1 표면 접촉 모이어티 또는 제 1 반응성 모이어티인 제 1 모이어티 및 제 1 연결 기를 포함하는 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질 및 제 2 표면 접촉 모이어티 또는 제 2 반응성 모이어티인 제 2 모이어티 및 제 2 연결 기를 포함하는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 포함하는 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 제 1 연결 기는 제 2 연결 기와 상이하고 또는 제 1 모이어티는 제 2 모이어티와 상이하다.
일부 실시형태들에서, 표면과 제 1 개질 시약의 반응은 제 2 개질 시약을 반응시킬 때와 동시에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 개질 시약 및 제 2 개질 시약 양자 모두가 표면 개질 화합물들 (예를 들어, 화학식 XXXII, 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III) 인 경우, 비 제한적으로 2 개의 상이한 실록산 시약들과 같은 2 개의 표면 개질 시약들의 혼합물이 화학적 기상 증착을 통해 동시에 반응될 수도 있다. 2 개의 시약들의 비율은 원하는 바와 같이 상이한 퍼센티지들의 2 개의 표면 개질들 (예를 들어, 표면 개질 리간드들) 을 획득하기 위해 변경될 수도 있다. 다른 예에서, 표면은 관능화된 표면일 수도 있고 제 1 및 제 2 개질 시약들은 표면 개질 시약(들)(예를 들어, 화학식 XII) 및/또는 세컨더리 관능화 시약(들) (화학식 XXXIV) 이며, 2 개의 개질 시약들의 혼합물은 동시에 관능화된 표면의 반응성 모이어티와 반응될 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 표면과 제 1 개질 시약의 반응은 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 내측 표면과 제 2 개질 시약을 반응시키기 전에 또는 후에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 표면은 (화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 표면을 갖는) 관능화된 표면일 수도 있고 제 1 개질 시약은, 직교 Rx2 또는 표면 개질 시약을 도입할 수 있는, 세컨더리 관능화 시약일 수도 있다. 관능화된 표면의 반응성 모이어티들 Rx 의 단지 일부 만이 커플링되도록 제한된 양들의 세컨더리 관능화 시약으로 반응이 수행될 수도 있다. 대안으로, 제 1 반응은, 반응성 모이어티들의 모두가 커플링되지 않도록 제한된 양의 표면 개질 시약으로 수행될 수도 있다. 이것은, 예를 들어 이들 제 1 도입된 표면 개질들에서 더 긴 연결자 영역을 도입하도록 수행될 수도 있다. 다음의 반응은 노출된 반응성 모이어티들의 모두 상에서 원하는 표면 접촉 모이어티를 도입할 수 있거나 또는 반응되지 않은 원래의 반응성 모이어티 사이트들과만 반응할 수도 있는 표면 개질 시약의 사용으로 제 2 표면 개질을 도입할 수 있다. 직교 Rx2 가 도입되었다면, 단지 Rx2 와만 반응하고 원래의 관능화된 표면의 반응성 모이어티 Rx 와 반응하지 않는 적합한 표면 개질 시약으로 추가의 반응이 수행될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 표면과 제 1 개질 시약의 반응 및 제 2 개질 시약의 반응은 표면 위의 랜덤한 로케이션들에서 발생할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제 1 개질 시약의 반응은 표면의 제 1 영역 내에서 발생할 수도 있고 제 2 개질 시약의 반응은 제 1 영역에 인접하는 표면의 제 2 영역들 내에서 발생할 수도 있다. 예를 들어, 미세유체 디바이스의 채널 내의 표면들은 제 1 표면 개질로 선택적으로 개질될 수도 있고, 채널 내에서 표면들과 인접하는 시퀘스트레이션 펜 내의 표면들은 제 2 의, 상이한 표면 개질로 선택적으로 개질될 수도 있다.
또 다른 실시형태들에서, 제 1 개질 시약의 반응은 적어도 하나의 표면 상에서 서로 분리된 복수의 제 1 영역들 내에서 발생할 수도 있고, 제 2 개질 시약의 반응은 서로 분리된 복수의 제 1 영역들을 둘러싸는 제 2 영역에서 발생할 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 제 1 표면 개질 및 제 2 표면 개질의 조합을 도입하기 위한 미세유체 디바이스의 하나 이상의 표면들의 개질은, 미세유체 디바이스가 어셈블링된 후에 수행될 수도 있다. 하나의 비제한적 예에 대해, 제 1 및 제 2 표면 개질은 미세유체 디바이스의 어셈블리 후에 화학적 기상 증착에 의해 도입될 수도 있다. 다른 비제한적 예에서, 제 1 반응성 모이어티를 갖는 제 1 표면 개질 및 제 2 의, 직교 반응성 모이어티를 갖는 제 2 표면 개질을 갖는 관능화된 표면이 도입될 수도 있다. 2 개의 상이한 표면 접촉 모이어티들을 갖는 2 개의 상이한 표면 개질 리간드들로의 차동 변환이 뒤따를 수 있다. 다른 실시형태에서, 미세유체 디바이스는 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 단일의 관능화된 표면을 가질 수도 있고, 이것은 (세컨더리 관능화된 표면의 제 2 의, 상이한 표면 접촉 모이어티를 갖는 표면 개질 리간드로의 변환 다음에) 2 개의 표면 개질 시약들의 혼합물, 또는 표면 개질 시약 및 세컨더리 관능화 시약의 혼합물에 의해 상이하게 개질될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 표면 개질의 조합의 적어도 하나는 미세유체 디바이스의 어셈블리 전에 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 표면을 개질하는 것은 미세유체 디바이스의 어셈블리 후에 수행될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스를 준비하는 방법은, 미세유체 디바이스의 어셈블리 전에 베이스 또는 커버 중 하나의 제 1 개질된 표면을 형성하는 단계; 미세유체 디바이스를 어셈블링하는 단계로서, 어셈블링은 커버 또는 베이스의 다른 비개질된 표면 및 미세유체 회로 물질들과 베이스 또는 커버 중 하나의 제 1 공유 결합으로 개질된 표면을 어셈블링하는 것을 포함하는, 미세유체 디바이스를 어셈블링하는 단계; 및 어셈블링된 미세유체 디바이스의 비개질된 표면 상에 제 2 개질된 표면을 형성하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 제 1 표면 개질은 어셈블리 전에, 미세유체 디바이스의 커버의 일부들 상에 도입될 수도 있고, 여전히 남아 있는 커버의 비반응된 부분들이 존재할 수도 있다. 미세유체 디바이스는 어셈블링되고, 그 후 커버의 내측 표면 상에 남아 있는 비개질된 영역들의 모두와 반응할 뿐만 아니라, 미세유체 회로 물질들 및 베이스의 남아 있는 내부 표면들 모두와 반응하는, 제 2 표면 개질 (예를 들어, 화학식 XXXII, 화학식 I, 화학식 II, 화학식 III 의 표면 개질 화합물) 과 반응될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 개질된 표면은 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면; 및 그 안에 배치된 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 1 공유 결합으로 개질된 표면의 조합을 갖는다. 방법은 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면을 화학식 XXXIV 의 세컨더리 관능화 시약과 반응시키는 단계:
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화학식 XXXIV, 및
화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 1 공유 결합으로 개질된 표면의 존재 시에, 화학식 XXX 의 세컨더리 관능화된 표면을 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 방법은, 화학식 XII 의 구조를 갖는 표면 개질 시약과 화학식 XXX 의 세컨더리 관능화된 표면을 반응시키고, 이에 의해 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 1 공유 결합으로 개질된 표면의 존재 시에 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 2 공유 결합으로 개질된 표면을 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
대안으로, 방법은, 화학식 XII 의 구조를 갖는 표면 개질 시약과 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 제 1 형성된 관능화된 표면을 반응시키고, 이에 의해 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 1 공유 결합으로 개질된 표면의 존재 시에 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 제 2 공유 결합으로 개질된 표면을 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
용도들. 전술된 바와 같은, 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 구조를 갖는 표면을 도입하기 위한 개질에 적합한 하나 이상의 표면들을 갖는 물질들, 디바이스들 및/또는 장치들은 유동 세포 계측 세포들, 아페레시스 원심 분리 장비, 배관 및 수납 콘테이너들; 또는 임의의 종류의 생물 분석 프로세스 또는 생체물질 분류 프로세스들을 위해 세포들, 세포 분절들, 단백질들 또는 핵산들을 핸들링하는 미세유체 디바이스들을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 화학식 XXXI, 화학식 VIII 또는 화학식 IX 의 구조를 갖는 표면들은 마이크로-스케일 물질들, 디바이스들 및/또는 장치들에 제한되지 않고, 몇몇 비-제한적 예들에 대해, 거대스케일 생물생성 장비, 의료 디바이스들, 또는 정수 장비 및 이들의 분석 기구에 대해 사용될 수도 있다.
로딩 방법들. 생물학적 미세-객체들 또는 미세-객체들, 예컨대 비 제한적으로 비드들의 로딩은 유체 흐름, 중력, 유전영동 (DEP) 힘, 전기습윤, 자기력, 또는 본원에 설명된 바와 같은 이들의 임의의 조합의 사용을 수반할 수 있다. DEP 힘은 광학적으로, 예컨대 광전자 트위저들 (OET) 구성에 의해 및/또는 전기적으로, 예컨대 시간적/공간적 패턴으로 전극들/전극 영역들의 활성화에 의해 생성될 수 있다. 유사하게, 전기습윤 힘은 광학적으로, 예컨대 광-전자 습윤 (OEW) 구성에 의해 및/또는 전기적으로, 예컨대 시간적 공간적 패턴으로 전극들/전극 영역들의 활성화에 의해 제공될 수도 있다.
미세유체 디바이스들 및 이러한 디바이스들을 동작 및 관측하기 위한 시스템들. 도 1a 는 생리학적 미세-객체를 유지, 고립, 검증 또는 배양하는데 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 미세-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 미세-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 는 또한, 미세유체 디바이스들, 예컨대 미세유체 디바이스 (100) 를 동작 및 제어하는 시스템 (150) 을 나타낸다. 시스템 (150) 은 전기 전원 (192), 이미징 디바이스 (이미징 모듈 (164) 내에 통합되며, 그리고 도 1a 에는 명확히 도시되지 않음), 및 틸팅 디바이스 (틸팅 모듈 (166) 의 부분이며, 도 1a 에 명확히 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 미세-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 는 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 미세-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 미세-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 미세-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, 미세-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, 미세-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 미세-객체들의 트랜스퍼를 최적화할 수 있다. 틸팅 모듈 (166) 은 미세유체 회로 (120) 에서 매질의 액적들 및/또는 미세-객체들의 모션을 설명하는 데이터를 수신하도록 이미징 모듈 (164) 과 통신 가능하게 커플링된다. 이 데이터를 사용하여, 틸팅 모듈 (166) 은, 미세-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 미세-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 미세-객체들을 채널 (122) 의 흐름 경로 (106) 내 또는 다른 펜들 내의 미세-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 미세-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 생리학적 미세-객체를 유지, 고립, 검증 또는 배양하는데 있어서 유용한 하나 이상의 이익들을 제공할 수도 있는 상이한 특징들 및 형상들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 동일한 미세유체 격리 펜들을 포함한다.
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 미세-객체들과 병렬로 로딩될 수 있도록 (예를 들어, 채널 (122) 에 대해) 구성된다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 (120) 는 하나 이상의 미세-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 미세-객체를 수신 또는 캡처하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 트랩들 (132) 은 흐름 경로 (106) 로부터 복수의 미세-객체들을 수신 또는 캡처하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 트랩들 (132) 은 단일의 타겟 미세-객체의 체적과 거의 동일한 체적을 포함한다.
트랩들 (132) 은 타겟이되는 미세-객체들의 트랩들 (132) 안으로의 흐름을 돕도록 구성되는 개구를 더 포함할 수도 있다. 일부 경우들에서, 트랩들 (132) 은 단일의 타겟 미세-객체의 치수들과 대략 동일한 높이 및 폭을 갖는 개구를 포함하고, 이에 의해 더 큰 미세-객체들이 미세-객체 트랩 안으로 진입하는 것이 방지된다. 트랩들 (132) 은 트랩 (132) 내에 타겟이되는 미세-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 미세-객체가, 미세-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 미세-객체를 캡처하는 가능성을 증가시키기 위해 타겟 미세-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 미세-객체들을 조작, 이송, 분리 및 소팅한다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 단일의 미세-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 미세-객체가 챔버로부터 변위되는 것을 방지하는데 사용된다. 또한, 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 본 개시의 실시형태들에 따라 이전에 수집되었던 미세-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 미세-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 미세-객체들을 미세유체 격리 펜들 위에 위치시키도록 (예를 들어, 틸팅 디바이스 (190) 에 의해) 틸팅될 수 있고, 중력의 힘은 미세-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.
생리학적 미세-객체들이 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 미세-객체 또는 생물학적 미세-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, 미세-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 미세-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 미세-객체들상에 DEP 힘들을 선택적으로 유도하기 위한 DEP 구성을 포함할 수 있고, 이것에 의해 개개의 미세-객체들 또는 미세-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 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 미세-객체들 (미도시) 을 끌어당기거나 밀어내는 로컬 DEP 힘들을 생성한다. 유체 매질 (180) 내의 미세-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 미세-객체들을 끌어당기거나 밀어내는지 여부는, 매질 (180) 및/또는 미세-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 미세-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, 미세-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 미세-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 미세-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 미세-객체 (미도시) 상에 순 (net) DEP 힘을 생성한다. 영역/챔버 (202) 에서 미세-객체들 및/또는 매질 (미도시) 의 유전 특성들 및 전원 (212) 의 주파수와 같은 이러한 특징들에 따라, DEP 힘은 부근의 미세-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 미세-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 미세-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 미세-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 미세-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) 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. 미세-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 미세-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, 미세-객체들 (246) 을 고립 영역 (240) 밖으로 인출하지 않을 것이다. 차라리, 고립 영역 (240) 에 위치된 미세-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 값들 중 어느 하나일 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 값들 중 어느 하나일 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) 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, 290), 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) 은 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 미세-객체들 (도시되지 않지만, 도 2e 에 도시된 미세-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 약 30°내지 약 90°, 약 45°내지 약 90°, 약 60°내지 약 90°등의 각도를 포함한다.
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 미세-객체들을 포함하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 고립 영역은 단지 1, 2, 3, 4, 5, 또는 유사한 상대적으로 작은 수의 미세-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 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, 또는 100-120 마이크론일 수 있다. 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 마이크론일 수 있다. 상기의 것은 단지 예들이며, 미세유체 채널 (122) 의 폭 (Wch) 은 위에 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나 이내의 임의의 폭일 수 있다. 또한, 미세유체 채널 (122) 의 폭 (Wch) 은 격리 펜의 근위 개구 외의 미세유체 채널의 영역들에서 이들 폭들 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 높이들 중 어느 하나 이내의 높이일 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 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나 이내의 높이일 수 있다. 미세유체 채널 (122) 의 높이 (Hch) 는 격리 펜의 근위 개구 이외의 미세유체 채널의 영역들에서 이들 높이들 중 어느 하나에 있도록 선택될 수 있다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 미세유체 채널 (예를 들어, 122) 의 단면적은 약 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 마이크론일 수 있다. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 미세유체 채널 (예를 들어, 122) 의 단면적은 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나 이내의 임의의 면적일 수 있다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 길이 (Lcon) 는 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 마이크론일 수 있다. 상기의 것은 단지 예들이며, 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 길이 (Lcon) 는 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나의 길이에 있을 수 있다.
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (Wcon) 은 약 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, 또는 80-100 마이크론일 수 있다. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (Wcon) 은 상기 예들과 상이할 수 있다 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나 이내의 임의의 값일 수 있다).
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (Wcon) 은 격리 펜이 그에 대해 의도되는 미세-객체 (예를 들어, T 세포 또는 B 세포일 수 있는 생리학적 세포) 의 최대 치수만큼 적어도 클 수 있다. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (예를 들어, 234) 에서 접속 영역 (예를 들어, 236) 의 폭 (Wcon) 은 상기 예들과 상이할 수 있다 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나 이내의 폭일 수 있다).
격리 펜들의 다양한 실시형태들에서, 접속 영역의 근위 개구의 폭 (Wpr) 은 적어도 격리 펜이 그에 대해 의도되는 미세-객체 (예를 들어, 세포와 같은 생물학적 미세-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 마이크론일 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) 의 다양한 실시형태들에서, Vmax 는 대략 0.2, 0.5, 0.7, 1.0, 1.3, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.7, 7.0, 7.5, 8.0, 8.5, 9.0, 10, 11, 12, 13, 14, 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, 약 1000 내지 약 3500 개의 격리 펜들, 약 3000 내지 약 7000 개의 격리 펜들, 약 5000 내지 약 10,000 개의 격리 펜들, 약 9,000 내지 약 15,000 개의 격리 펜들, 또는 약 12,000 내지 약 20,000 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) 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 플롯하도록 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 (350) 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. 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 (350) 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. 다른 실시형태들에서, 제 2 광원 (334) 은 추가적으로 또는 대안적으로, 임의의 적합한 파장의 광을 가질 수 있는 레이저를 포함할 수 있다. 도 3b에 도시된 광학 시스템의 도시는 단지 개략적인 도시이며, 광학 시스템은 추가 필터들, 노치 필터들, 렌즈들 등을 포함할 수 있다. 제 2 광원 (334) 이 레이저 조명 이외에 브라이트필드 및/또는 형광성 여기를 위한 하나 이상의 광원(들)을 포함하는 경우, 광원(들)의 물리적 배열은 도 3b에 도시된 것과 달라질 수 있고, 그리고 광학 시스템 내의 임의의 적합한 물리적 위치에 레이저 조명이 도입될 수 있다. 광원 (334) 및 광원 (332)/광 변조 서브시스템 (330) 의 개략적인 위치가 인터체인징될 수 있음은 물론이다.
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 미세-객체 (예를 들어, 생물학적 세포) 의 유지보수는, 미세유체 디바이스와 그 안에 유지되는 생물학적 미세-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 미세-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 미세-객체(들) 의 도입 전 또는 후에 도포될 수도 있거나, 생물학적 미세-객체(들) 과 동시에 도입될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생물학적 미세-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 미세-객체(들) 의 도입 이전에 코팅제를 포함하는 코팅 용액으로 처리 또는 "프라이밍" 된다.
일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 표면은 생물학적 미세-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 농도일 수 있다. 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 농도에서 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.
또한, 공유 개질된 표면이 코팅제들과 함께 사용되는 실시형태들에서, 공유 개질된 표면의 음이온들, 양이온들, 및/또는 양쪽성 이온들은 인클로저 내의 유체 매질 (예를 들어, 코팅 용액) 에 존재하는 비공유결합 코팅제들 (예를 들어, 용액 내의 단백질들) 의 대전된 부분들과 이온성 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.
키트들. 다양한 실시형태들에서, 생물학적 세포 성장, 생존력 및/또는 이식성을 지원하도록 구성된 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스를 제공하기 위한 키트는, 베이스, 커버, 및 내부에 유체 회로를 정의하는 미세유체 회로 물질을 포함하는 인클로저를 포함하는 미세유체 디바이스를 포함하고, 베이스, 커버 및 미세유체 회로 물질의 적어도 하나의 내측 표면은 제 1 연결 기, 및 제 1 모이어티를 포함하는 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖고, 제 1 모이어티는 제 1 표면 접촉 모이어티 또는 제 1 반응성 모이어티이고; 베이스, 커버 및 미세유체 회로 물질의 적어도 하나의 내측 표면은 제 2 연결 기, 및 제 2 모이어티를 포함하는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖고, 제 2 모이어티는 제 2 표면 접촉 모이어티 또는 제 2 반응성 모이어티이며, 제 1 연결 기 및 제 2 연결 기는 서로 상이하고/하거나 제 1 모이어티는 제 2 모이어티와 상이하다.
키트의 미세유체 디바이스의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질은 각각 화학식 XXX, 화학식 V, 화학식 VII, 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 및 화학식 IX 로부터 독립적으로 선택된 구조를 가질 수도 있다:
Figure pct00068
화학식 XXX;
Figure pct00069
화학식 V;
Figure pct00070
화학식 VII;
Figure pct00071
화학식 XXXI
Figure pct00072
화학식 VIII
Figure pct00073
화학식 IX;
여기서, LG 는 -W-Si(OZ)2O- 또는 -OP(O)2O- 이고; Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하고; Rx 는 반응성 모이어티이고; W 는 O, S, 또는 N 이고, Z 는 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이고; n 은 3-21 의 정수이고, Lsm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1, 2, 3, 또는 4 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하며;
Figure pct00074
는 표면이다. 본원에 설명된 바와 같은 임의의 미세유체 디바이스를 포함하는 키트들이 제공될 수도 있다.
키트들은 화학식 XII 의 구조를 갖는, 표면 개질 시약을 더 포함할 수도 있다:
Figure pct00075
화학식 XII
여기서, RP 는 반응 쌍 모이어티이고; L 은 연결자이며 표면 접촉 모이어티는 생물학적 미세-객체들에 대한 개선된 접촉 특징들을 제공하는 모이어티이다. L 은 연결자이고; 여기서, 연결자 L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하고, 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 포함한다. 표면 접촉 모이어티는 위에서 정의된 바와 같다. L 및 표면 접촉 모이어티는 표면 개질 시약에서 임의의 조합을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콘을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 표면 접촉 모이어티는 덱스트란을 포함할 수도 있다. 반응 쌍 모이어티는 관능화된 표면의 반응성 모이어티와, 각각 반응하도록 구성된다.
키트는 화학식 XXXIV 의 구조를 갖는 세컨더리 관능화 시약을 더 포함할 수도 있다:
Figure pct00076
화학식 XXXIV,
여기서, RP 는 화학식 XXX, 화학식 V, 또는 화학식 VII 의 반응성 모이어티와 반응하기 위한 반응 쌍 모이어티이며; Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함한다. Rx2 는 관능화된 표면의 반응성 모이어티와 반응하지 않도록 선택된다.
키트는 화학식 VIII 의 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스를 생성하는데 사용되도록 다른 시약들을 더 포함할 수도 있다. 적합한 반응 매질, 버퍼들, 또는 반응 촉진제들이 키트에 제공될 수도 있다. 보조 시약들 및/또는 표면 개질 시약 및/또는 세컨더리 관능화 시약이 별개의 콘테이너들에 제공될 수도 있다.
화학식 IV 의 화합물의 합성. 화학식 VI 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법이 제공되고, 이 방법은 아지드 이온과 화학식 XIII 의 화합물을 반응시키는 단계, 및 식 2 에 도시된 바와 같은 화학식 VI 의 화합물을 생성하는 단계를 포함하고, 여기서 h 는 1 내지 19 이고, n 은 3 내지 21 이며, R 은 H 또는 C1-C6 알킬이다. 일부 실시형태들에서, n 은 7 내지 21 의 정수이다.
식 2.
Figure pct00077
화학식 XIII 화학식 IV
아지드 이온은 나트륨 아지드 또는 임의의 다른 적합한 아지드 이온의 소스로서 제공될 수도 있다. 반응은 아세토니트릴 또는 DMF 와 같은 임의의 적합한 용매에서 수행될 수도 있다. 반응은 약 15 ℃ 내지 약 30 ℃ 의 범위일 수도 있는 주위 온도에서 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 주위 반응 온도는 약 20 ℃ 내지 약 30 ℃ 범위에 있을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 반응은 30 ℃, 40 ℃, 50 ℃, 60 ℃ 또는 70 ℃ 로부터 선택된 온도에서 수행될 수도 있다. 반응은 불활성 분위기 하에서 수행될 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물:
Figure pct00078
화학식 XIII
이 제공되고, h 는 1 내지 19 의 정수이고 R 은 H 및 C1-C6 알킬로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 화학식 II 의 화합물은 화학식 I 의 구조를 갖는 화합물의 합성을 위해 유용한 시작 물질일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, h 는 5 내지 19 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, h 는 7 내지 21, 8 내지 21, 9 내지 21, 10 내지 21, 11 내지 21, 12 내지 21, 13 내지 21, 14 내지 21, 15 내지 21, 또는 16 내지 21 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, h 는 7, 12, 또는 14 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, h 는 10, 12, 또는 14 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, h 는 12 또는 14 일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, R 의 각각의 경우는 Me 또는 Et 일 수도 있다.
화학식 XIII 의 화합물의 합성. 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법이 제공되고, 이 방법은 촉매제 또는 개시제의 존재 시에, 올레핀 화합물 (화합물 1) 을 실란 (화합물 2) 과 반응시켜, 이에 희애 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 생성하는 단계를 포함한다 (식 3 참조).
식 3.
Figure pct00079
화학물 1 화합물 2 화학식 XIII
식 3 의 화합물 1, 2, 및 화학식 XIII 에 대해, h 는 1 내지 19 의 정수이고 R 의 각각의 경우는 독립적으로 H 또는 C1-C6 알킬이다. 일부 실시형태들에서, h 는 약 5 내지 19 의 정수이다. 일부 실시형태들에서, R 은 C1-C6 알킬이다.
일부 실시형태들에서, R 의 각각의 경우는 메틸, 에틸 및 프로필로부터 선택될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, R 의 각각의 경우는 메틸일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, h 는 7 내지 19 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, h 는 7, 12, 또는 14 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, h 는 7 일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 촉매제는 임의의 적합한 하이드로실릴화 촉매제일 수도 있다. 촉매제는 전이 금속 착물 M(L)n 일 수도 있고, 여기서, L 은 리간드이며, M 은 Fe(0), Co(I), Rh(I), Ni(0), Pd(0), Pt(II) 또는 Pt(0) 와 같은 금속이다. 일부 실시형태들에서, 하이드로실릴화 촉매제 착물의 금속은 Co(I), Rh(I), Ni(0), Pt(II) 또는 Pt(0) 일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 금속은 Rh(I), Pt(II), 또는 Pt(0) 일 수도 있다. 리간드들은 전자가 풍부한 착물을 생성하도록 선택될 수도 있고 임의의 적합한 리간드일 수도 있다. 리간드들은 할로겐 (예를 들어, 염소); (단순한 테트라알킬디비닐 실록산 또는 제한된 SILOP 리간드들을 포함하는) 올레핀들, 니트릴들, 실록산들; BINAP, BIPHEP, BINEPINE 또는 PHANEPHOS 와 같은 방향족 모이어티들 2,2'-비스(디페닐포스피노)-대사 제한된 바이페닐 또는 바이나프틸 리간드; 2,3-O-이소프로필리덴-2,3-디히드록시-1,4-비스(디페닐포스피노)부틸(DIOP); (적합한 디하이드로실릴화 촉매제들의 일부 예들은 H2PtCl6 .6H2O/iPrOH (Speier 촉매제); 클로로(1,5-시클로옥타디엔), Rh(1) 이합체 ([Rh(cod)Cl]2;트리스(트리페닐포스핀)-로듐(I) 클로라이드; [PtCl2(NCR)2 여기서, R 은 N(알킬)2, 특히 메틸 또는 고리형 아민, 예컨대 N-피페리디닐, Ph, Ch2Ph 일 수도 있음; 칼에스테르의 촉매제 Pt2{[(CH2=CH2)SiMe2]O}3 를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않음); 및 비스(이미노)피리딘 철 디니트로겐 착물들 (et PDI)Fe(N2)]2(mu2-아지도) 를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 촉매제는 백금 (0) 촉매제일 수도 있다. 백금 (0) 촉매제는 Pt(0)-1,1,3,3-테트라메틸-1,3-디비닐디실록산 착물 (화합물 3) 일 수도 있다:
Figure pct00080
화합물 3
다른 실시형태들에서, 약 0.5 당량 내지 약 1.4 당량의 범위로 존재할 수도 있는 개시제가 사용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 개시제는 트리알킬보란일 수도 있다.
반응은 다른 플루오르화된 또는 부분적으로 플루오르화된 용매들 중에서, DMF, 벤젠, 테트라하이드로퓨란, 톨루엔, 1,3-비스 트리플루오로메틸 벤젠을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는 올레핀 화합물 (식 2 의 화합물 1) 을 용해시킬 수 있는 임의의 용매에서 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 톨루엔 또는 디메틸 포름아미드 (DMF) 가 사용될 수도 있다.
반응은 아르곤 또는 질소 가스일 수도 있는 불활성 분위기 하에서 수행될 수도 있다. 통상적으로, 불활성 분위기는 수증기를 배제할 것이다.
상승된 온도들이 반응을 촉진시키도록 사용될 수도 있고, 반응은 약 60 ℃ 내지 약 110 ℃ 의 범위의 온도에서 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 반응은 약 60 ℃, 65 ℃, 70 ℃, 75 ℃, 80 ℃, 85 ℃, 90 ℃, 95 ℃, 100 ℃, 105 ℃, 또는 약 110 ℃ 에서 수행될 수도 있다. 반응은 약 6h, 10h, 14h, 18h, 24h, 30h, 48h, 60h 또는 그 사이의 임의의 시점 후에 완료될 수도 있다.
일부 다른 실시형태들에서, 화학식 IV 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법이:
Figure pct00081
화학식 IV:
제공될 수도 있고, 이것은 화학식 XIV 의 구조를 갖는 화합물을:
Figure pct00082
화학식 XIV
베이스의 존재 시에 알콜 ROH 과 반응시키고, 여기서 h 는 1 내지 19 의 정수이고; X 의 각각의 경우는 Cl 이고; ROH 는 알콜, 에틸 알콜, 또는 프로필 알콜이고, 이에 의해 화학식 I 의 화합물을 생성하는 단계를 포함하며, 여기서 h 는 1 내지 19 의 정수이고, R 은 C1-C3 알킬이다. 일부 실시형태들에서, 베이스는 피리딘일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, h 는 5 내지 19 의 정수이다. 다양한 실시형태들에서, h 는 7, 12 또는 14 일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, R 은 메틸일 수도 있다.
화학식 L 의 화합물의 합성. 화학식 L 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법이 제공되고, 이 방법은 촉매제 또는 개시제의 존재 시에 올레핀성 화합물 (화합물 1) 을 실란 (화합물 2) 과 반응시켜, 이에 의해 화학식 L 의 구조를 갖는 화합물을 생성하는 단계를 포함한다 (식 1 참조).
식 4.
Figure pct00083
화합물 101 화합물 102 화학식 L
식 4 의 화합물들 101, 102, 및 화학식 L 에 대해, n 은 13 내지 25 의 정수일 수도 있고; Y 의 각각의 경우는 독립적으로, 할로, OH, 또는 OR 이고, 할로는 Br, Cl 또는 F 이며; R 은 C1-C6 알킬이다. 일부 실시형태들에서, Y 의 각각의 경우는 Cl 이다. 다른 실시형태들에서, Y 의 각각의 경우는 메톡시, 에톡시, 또는 프로폭시일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, n 은 13, 15, 17 또는 19 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, n 은 13 또는 15 일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 화학식 L 의 화합물은 화학식 LI 의 구조를 갖는 화합물일 수도 있고, 식 5 에 도시된 방법에 따라 생성될 수도 있다. 올레핀 화합물 (화합물 1) 은 3 개의 치환기들 OR 을 갖는 실란 (화합물 3) 과 반응될 수도 있고, 여기서 R 은 H 또는 C1 내지 C6 알킬일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, R의 각각의 경우는 메틸, 에틸 및 프로필로부터 선택될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, R 의 각각의 경우는 메틸일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, n 은 13, 15, 17 또는 19 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, n 은 13 또는 15 일 수도 있다.
식 5.
Figure pct00084
화합물 103 화합물 104 화학식 LI
다른 실시형태들에서, 화학식 L 의 화합물은 화학식 LII 의 구조를 갖는 화합물일 수도 있고, 식 6 에 도시된 방법에 따라 생성될 수도 있다.
식 6.
Figure pct00085
화합물 105 화합물 104 화학식 LII
올레핀 화합물, 3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 9, 9, 10, 10, 11, 11, 12, 12, 13, 13, 14, 14, 15, 15, 16, 16, 16 - 노나코사플루오로헥사덱-1-엔 (화합물 105) 은 촉매제 또는 개시제의 존재 시에 트리알콕시실란 (화합물 104) 과 반응될 수도 있고; 이에 의해 화학식 LII 의 분자를 생성한다. 촉매제는 임의의 적합한 수소규소화 촉매제일 수도 있다.
화학식 VI 의 화합물의 합성. 화학식 VI 의 화합물은 다양한 루트들에 의해 합성될 수도 있고, 이들 중 하나는 화학식 VI 의 화합물을 금속 아세틸화물과 반응시키는 것을 포함할 수도 있다.
실시예들
시스템 및 미세유체 디바이스. OptoSelect 칩, 나노유체 디바이스는 Berkeley Lights, Inc. 에 의해 제조되었고, 또한 Berkeley Lights, Inc. 에 의해 제조되었던 광학 기구에 의해 제어되었다. 기구는, 온도 제어기에 커플링된 칩에 대한 장착 스테이지; 펌프 및 유체 매질 컨디셔닝 컴포넌트; 및 칩 내의 포토트랜지스터들을 활성화시키기 위해 적합한 구조화된 광원 및 카메라를 포함하는 광학 트레인을 포함하였다. OptoSelectTM 칩은 포토트랜지스터-활성화 OET 힘을 제공하는 OptoElectroPositioning (OEPTM) 기술로 구성된 기판을 포함하였다. 칩은 또한, 복수의 미세유체 채널들을 포함하였고, 채널들 각각은 거기에 유동 가능하게 접속된 복수의 NanoPenTM 챔버들 (또는 시퀘스트레이션 펜) 을 가졌다. 각각의 시퀘스트레이션 펜의 체적은 대략 1x106 입방 마이크론이었다.
프라이밍 용액: 0.1 % Pluronic® F127 (Life Technologies® Cat# P6866) 을 함유하는 완전한 배양 배지.
배양을 위한 준비: 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스가 시스템 상에 로딩되었고 5 분 동안 15 psi 에서 100 % 이산화탄소로 퍼지되었다. 이산화탄소 퍼지 직후에, 프라이밍 용액이 8 분 동안 5 마이크로리터/초로 미세유체 디바이스를 통해 관류되었다. 배양 배지는 그 후, 5 분 동안 5 마이크로리터/초로 미세유체 디바이스를 통해 유동되었다.
프라이밍 체제. 250 마이크로리터의 100 % 이산화탄소가 12 마이크로리터/초의 속도로 유동되었다. 이것 다음에, 12 마이크로리터/초로 유동된, 0.1 % Pluronic® F27 (Life Technologies® Cat# P6866) 을 함유하는 250 마이크로리터의 PBS 가 이어졌다. 프라이밍의 최종 단계는 12 마이크로리터/초로 유동된, 250 마이크로리터의 PBS 를 포함하였다. 배양 배지의 도입은 다음과 같다.
관류 체제. 관류 방법은 다음의 2 개의 방법들 중 어느 하나였다:
1. 2h 동안 0.01 마이크로리터/초로 관류; 64 초 동안 2 마리크로리터/초에서 관류; 및 반복.
2. 100 초 동안 0.02 마이크로리터/초로 관류; 500 초 동안 흐름을 정지; 64 초 동안 2 마이크로리터/초에서 관류; 및 반복.
실시예 1. (11-브로모운데실)트리메톡시실란의 합성. (화합물 4) 1.26g (5.4 mmol) 의 11-브로모운덱-1-엔 (Sigma Aldrich) 이 환류 응축기가 구비된 아르곤 플러싱된 반응 용기에서 150 ml 의 건식 톨루엔 (Oakwood Products) 에 용해되었다. 트리메톡시실란 (1.77 g, 14.5 mmol, Sigma Aldrich 카탈로그 No. 282626) 이 격막을 통해 주사기를 통해 아르곤 퍼징 하에서 반응에 첨가되었다. 다음으로, 하이드로실화 촉매 백금 (0)-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 착물 (화합물 3, 폴리(디메틸실록산) 에서 0.1 M, Sigma Aldrich, 카탈로그 No. 479527) 의 1.5 g 하이드로실화 촉매 용액 (0.08 mmol) 이 주사기를 통한 아르곤 퍼징 하에서 반응에 첨가되었다. 반응은 그 후, 24 시간 동안 80 ℃ 의 온도에서 아르곤 분위기 하에서 계속되어 (11-브로모운데실) 트리메톡시실란 (화합물 4) 을 생성한다. 반응은 아르곤 하에서 실온으로 냉각되도록 허용되고, 필터링되며, 산물이 펜탄으로 추출되고, 용매는 감소된 압력에서 회전 증발에 의해 제거된다. 산물은 진공 증류에 의해 정제된다.
실시예 2. (11-아지도운데실)트리메톡시실란의 합성. (화합물 5). (13-11-아지도운데실트리메톡시실란은 브롬화물을 나트륨 아지드로 치환시킴으로써 11-브로모운데실트리메톡시실란 (Gelest) 으로부터 합성되었다. 통상적인 반응에서, 4.00 g 의 11-브로모운데실트리메톡시실란 (Gelest 카탈로그 # SIB1908.0) 이 60 mL 의 건식 디메틸포름아미드 (Acros) 에서 2.00 g 의 나트륨 아지드 (Sigma-Aldrich) 를 함유하는 용액에 첨가되었다. 이 용액은 질소 하에서 실온에서 24 h 동안 교반되었다. 다음으로, 용액은 필터링되었고, 여과액은 건조 펜탄 (Acros) 으로 추출되었다. 미가공의 11-아지도운데실트리메톡시실란 산물이 회전 증발에 의해 농축되었고 2 회의 연속적인 진공 증류에 의해 정제되었으며 NMR 및 FTIR 분광기들을 사용하여 특징화되었다.
실시예 3. 실리콘 웨이퍼의 관능화된 표면의 준비. 실리콘 웨이퍼 (780 마이크론 두께, 1cm × 1cm) 가 100 W 전력, 240 mTorr 압력 및 440 sccm 산소 유량을 사용하여 5 분 동안 산소 플라즈마 세정기 (Nordson Asymtek) 에서 처리되었다. 플라즈마 처리된 실리콘 웨이퍼는, 진공 반응기의 하단의 별개의 호일 보트에서 물 반응원으로서, 황산 마그네슘 헵타하이드레이트 (0.5 g, Acros Cat# 10034-99-8) 의 존재 시에 진공 반응기의 하단의 호일 보트에서 (11-아지도운데실) 트리메톡시 실란 (화합물 5, 300 마이크로리터) 으로 진공 반응기에서 처리되었다. 챔버는 그 후, 진공 펌프를 사용하여 750 mTorr 로 펌핑되었고 그 후 실링되었다. 진공 반응기는 24-48 h 동안 110 ℃ 에서 가열된 오븐 내에 배치되었다. 이것은 개질된 표면을 웨이퍼에 도입하였고, 여기서 관능화된 표면은 화학식 XV 의 구조를 갖는다:
Figure pct00086
화학식 XV,
여기서, Z 는 표면에 바인딩된 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이며
Figure pct00087
는 표면이다. 실온으로 냉각시키고 아르곤을 배기된 챔버로 도입한 후에, 웨이퍼는 반응기로부터 제거되었다. 웨이퍼는 아세톤, 이소프로판올로 린스되고, 질소 스트림 하에서 건조되었다. 관능화된 표면의 도입의 확인은 엘립소메트리 및 접촉각 측정법에 의해 이루어졌다.
실시예 4. 미세유체 회로 물질의 개질. 미세유체 회로 물질의 일 예는 광 패턴 가능 실리콘이고 미세유체 디바이스 내의 유체 회로를 정의하는데 사용되었다. 이 물질의 개질의 증거가 획득되었다. 광 패턴화된 실리콘 구조들이 위에 통합되어 있는 ITO 웨이퍼는 100 W 전력, 240 mTorr 압력 및 440 sccm 산소 유량을 사용하여, 5 분 동안 산소 플라즈마 세정기 (Nordson Asymtek) 에 있었다. 플라즈마-세정된 광 패턴화된 ITO 웨이퍼는 광 패턴화된 실리콘 위에 화학식 XV 의 개질된 표면을 도입하도록 실시예 3 에 설명된 바와 같이 처리되었다. FTIR ATR (attenuated total reflectance) 스펙트럼이 액체 질소 냉각된 MCT 검출기가 있는 ThermoFisher Nicolet iS50 스펙트로미터를 사용하여 측정되었다. 스펙트럼은 200 N 힘으로 게르마늄 결정의 표면에 대해 화학식 XV 의 표면을 갖고 개질된 광 패턴화된 실리콘을 가압함으로써 Harrick Vari-GATR 액세서리 상에 수집되었다. 게르마늄 결정에 대해 개질된 광 패턴 가능 실리콘 물질을 가압함에 있어서, FTIR ATR 은 개질된 광 패턴화된 실리콘 만이 획득되었다. 250 스캔들이 4 cm-1 해상도로 수집되었고 기본적인 (bare) 게르마늄 결정의 배경 스펙트럼에 대해 참조되었다. 스펙트럼은 FTIR 분광기와 함께 제공된 Omnic 소프트웨어를 사용하여 가시화되었다.
도 4 에 도시된 바와 같이, ~2098 cm-1 (410) 에서의 피크는 아지드 비대칭 스트레치에 기인한다. 2924cm-1 (414) 및 2854cm-1 (412) 에서의 피크들은 C-H 스트레칭 모드들에 기인한다.
유의: 미세유체 디바이스로의 개질된 표면의 도입의 다음의 예들에서, 미세유체 디바이스에서 특정의 개질된 표면과 동일한 방식으로 개질된 실리콘 웨이퍼들 상에서 접촉 각 및 두께 측정들이 수행되었다.
실시예 5. 화학식 XV 의 개질된 내부 표면들을 갖는 미세유체 디바이스의 준비. 제 1 실리콘 전극 활성화 기판 및 반대 벽 상의 제 2 ITO 기판, 및 2 개의 기판들을 분리하는 광 패턴화된 실리콘 미세유체 회로 물질을 갖는 OptoSelect 디바이스는 100 W 전력, 240 mTorr 압력 및 440 sccm 산소 유량을 사용하여, 1 분 동안 산소 플라즈마 세정기 (Nordson Asymtek) 에서 처리되었다. 플라즈마 처리된 미세유체 디바이스는, 진공 반응기의 하단의 별개의 호일 보트에서 물 반응원으로서, 황산 마그네슘 헵타하이드레이트 (0.5g, Acros) 의 존재 시에 진공 반응기의 하단의 호일 보트에서 3-아지도운데실) 트리메톡시실란 (화합물 5, 300 마이크로리터) 으로 진공 반응기에서 처리되었다. 챔버는 그 후, 진공 펌프를 사용하여 750 mTorr 로 펌핑되었고 그 후 실링되었다. 진공 반응기는 24-48 h 동안 110 ℃ 에서 가열된 오븐 내에 배치되었다. 이것은, 미세유체 디바이스의 내측 대면하는 표면들 모두에 관능화된 표면을 도입하였고, 여기서 관능화된 표면은 화학식 XV 의 구조를 가졌다:
Figure pct00088
화학식 XV,
여기서, Z 는 표면에 바인딩된 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이며
Figure pct00089
는 표면이다. 실온으로 냉각시키고 배기된 챔버로 아르곤을 주입한 후에, 미세유체 디바이스는 반응기로부터 제거되었다. 관능화된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 그 후, 실시예들 6 및 7 에서 이하에 설명되는 바와 같이 원하는 개질된 표면을 도입하기 위해 알키닐 종들로 처리되었다.
실시예 6. 미세유체 디바이스로의 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 개질된 표면 (화학식 XVI) 의 도입.
물질들. 알킨-개질된 PEG (j = MW ~5000 Da)(화합물 6) 는 JenKem 로부터 구매되어 수령한 대로 사용되었다.
Figure pct00090
화합물 6
아르코르브산 나트륨과 구리 황산염 펜타하이드레이트는 Sigma-Aldrich 로부터 구매되어 수령한 대로 사용되었다. (3[트리스(3-하이드록시프로필트리아졸릴메틸)아민) THPTA 속도 촉진 리간드 (Glen Research) 는 수령한 대로 사용되었다.
전술된 바와 같은, 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 11-아지도운데실실록시 표면 개질 리간드를 갖는 미세유체 디바이스들을 통해 3.3 밀리몰 알킨-개질된 PEG, 50 밀리몰 구리 황산염, 55 밀리몰 THPTA 리간드 및 100 밀리몰 아르코르브산 나트륨을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 수성 용액을 유동시킴으로써 알킨-개질된 PEG (화합물 5) 과 반응되었다. 이 반응은 적어도 1 시간 동안 실온에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XVI 의 PEG 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는:
Figure pct00091
화학식 XVI;
(여기서, Z 는 화학식 VIII 에 대해 위에서 정의된 바와 같고,
Figure pct00092
는 표면) 그 후, 디바이스들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 탈이온수를 유동시킴으로써 린스되었다. 개질된 표면을 도입하는 고리화 반응의 완료 후에, 층의 두께는 1.4 nm (관능화된 표면 두께) 에서 5 nm 의 두께로 증가했다. 부가적으로, 부동 물방울 접촉각은 약 80°(화학식 XV 의 관능화된 표면) 에서 35°(화학식 XVI 의 표면) 로 감소했다.
실시예 7. 미세유체 디바이스로의 덱스트란 개질된 표면 (화학식 XVII) 의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 기상 증착 후에 표면 개질 아지드 리간드들을 갖는 미세유체 디바이스들을 통해 1.66 밀리몰 DBCO-덱스트란을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 수성 용액을 유동시킴으로써 중량 평균 분자량 3000 Da (화합물 7, Nanocs):
Figure pct00093
화합물 7
인, 디벤질시클로옥티닐 (DBCO) 개질된-덱스트란으로 처리되었다. 반응은 적어도 1 h 동안 실온에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XVII (도시된 2 개의 위치이성질체들 중 하나) 의 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는:
Figure pct00094
화학식 XVII,
(여기서, Z 는 화학식 VIII 에 대해 위에서 정의된 바와 같고,
Figure pct00095
는 표면) 그 후, 칩들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 DI 수를 유동시킴으로써 린스되었다.
실시예 8. 미세유체 디바이스로의 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 개질된 표면 (화학식 XVIII) 의 대안의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 기상 증착 후에 표면 개질 아지드 리간드들을 갖는 미세유체 디바이스를 통해 1.33 밀리몰 DBCO-PEG 를 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 수성 용액을 유동시킴으로써 중량 평균 분자량 5000 Da (화합물 8, Broadpharm, 카탈로그 # BP-22461) 인, 디벤질시클로옥티닐 (DBCO) 개질된-PEG 로 처리되었다. 반응은 적어도 1h 동안 40 ℃ 에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XVIII 의 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 그 후, 칩들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 DI 수를 유동시킴으로써 린스되었다. 2 개의 위치이성질체들 중 하나가 도시되었다.
Figure pct00096
화학식 XVIII
실시예 9. 미세유체 디바이스로의 폴리-L-글루탐산 (PGA) 개질된 표면 (화학식 XIX) 의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 11-아지도운데실실록시 표면 개질 리간드들을 갖는 미세유체 디바이스들을 통해 1.33 밀리몰 알킨-개질된 PGA, 500 밀리몰 황산 구리, 550 밀리몰 THPTA 리간드 및 5 밀리몰 아르코르브산 나트륨을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 완충 생리식염수 (5.4X PBS pH 7.4) 를 유동시킴으로써 알킨-개질된 폴리 (L-글루탐산/염)(PGA, MW= 15,000 Da)(화합물 8, AlamandaTM Polymers, 카탈로그 # AK-PLE100) 와 반응되었다:
Figure pct00097
화합물 8 (여기서, (*) 는 상표등록 연결자임)
반응은 적어도 1 시간 동안 실온에서 또는 적어도 15 분 동안 40 ℃ 에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XIV 의 PGA 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 그 후, 디바이스들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 탈이온수를 유동시킴으로써 린스되었다. 개질된 표면을 도입하는 고리화 반응의 완료 후에, 층의 두께는 1.1 nm (관능화된 표면 두께) 에서 5.2 nm 의 두께로 증가했다. 부가적으로, 부동 물방울 접촉각은 약 80°(화학식 X 의 관능화된 표면) 에서 17°(화학식 XIX 의 표면) 로 감소했다.
Figure pct00098
화학식 XIX
실시예 10. 미세유체 디바이스로의 비오틴 관능화된 PEG 표면의 공유 결합으로 개질된 표면 (화학식 XX) 의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 11-아지도운데실실록시 표면 개질 리간드 (화학식 XV) 를 갖는 미세유체 디바이스들을 통해 31.33 밀리몰 화합물 9, 500 밀리몰 황산 구리, 550 밀리몰 THPTA 리간드 및 5 밀리몰 아르코르브산 나트륨을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 수성 용액을 유동시킴으로써 비오틴 관능화된 알키닐 PEG (PEG 는 1kDA 임, 화합물 9, Nanocs, 카탈로그 # PG2-AKBN-1k)) 와 반응되었다:
Figure pct00099
화합물 9
반응은 적어도 1 h 동안 실온에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XX:
Figure pct00100
화학식 XX
의 비오틴이 부착된 PEG 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 디바이스들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 탈이온수를 유동시킴으로써 린스되었다. 개질된 표면을 도입하는 고리화 반응의 완료 후에, 층의 두께는 1.4 nm (관능화된 표면 두께) 에서 5 nm 의 두께로 증가했다. 부가적으로, 부동 물방울 접촉각은 약 80°(화학식 XV 의 관능화된 표면) 에서 39°(화학식 XX 의 표면) 로 감소했다.
실시예 11. 미세유체 디바이스로의 광절단 가능 비오틴 관능화된 PEG 표면의 공유 결합으로 개질된 표면 (화학식 XXI) 의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 11-아지도운데실실록시 표면 개질 리간드를 갖는 미세유체 디바이스들을 통해 1.33 밀리몰 화합물 10, 500 밀리몰 황산 구리, 550 밀리몰 THPTA 리간드 및 5 밀리몰 아르코르브산 나트륨을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 수성 용액을 유동시킴으로써, 비오틴 관능화된 광절단 가능 알킨 PEG3 (화합물 10, Broadpharm, 카탈로그 # BP-22677, 이것은 연결자 L 의 부분으로서 광 절단 가능 니트로 치환된 페닐기를 함유함) 와 반응되었다. 반응은 적어도 1 시간 동안 실온에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XX1 의 비오틴이 부착된 PEG 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는:
Figure pct00101
화학식 XX1
그 후, 디바이스들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 탈이온수를 유동시킴으로써 린스되었다. 개질된 표면을 도입하는 고리화 반응의 완료 후에, 층의 두께는 1.4 nm (관능화된 표면 두께) 에서 대략 5 nm 의 두께로 증가했다. 부가적으로, 부동 물방울 접촉각은 약 80°(화학식 XV 의 관능화된 표면) 에서 42°(화학식 XXI 의 표면) 로 감소했다.
실시예 12. 미세유체 디바이스로의 프로피올산 개질된 표면 (화학식 XXII) 의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 11-아지도운데실실록시 표면 개질 리간드를 갖는 미세유체 디바이스들을 통해 1.33 밀리몰 프로피올산, 500 밀리몰 황산 구리, 550 밀리몰 THPTA 리간드 및 5 밀리몰 아르코르브산 나트륨을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 완충 생리식염수 (5.4X PBS pH 7.4) 를 유동시킴으로써, 프로피올산 (HC≡CCO2H, Sigma Aldrich, 카탈로그 # P51400-5G) 와 반응되었다. 반응은 적어도 1 시간 동안 실온에서 또는 적어도 15 분 동안 40 ℃ 에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XXII 의 카르복실산 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 그 후, 디바이스들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 탈이온수를 유동시킴으로써 린스되었다. 개질된 표면을 도입하는 고리화 반응의 완료 후에, 층의 두께는 1.1 nm (관능화된 표면 두께) 에서 2 nm 의 두께로 증가했다. 부가적으로, 부동 물방울 접촉각은 약 80°(화학식 XV 의 관능화된 표면) 에서 64°(화학식 XXII 의 표면) 로 감소했다.
Figure pct00102
화학식 XXII
실시예 13. 미세유체 디바이스로의 아민 개질된 표면 (화학식 XXIII) 의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 11-아지도운데실실록시 표면 개질 리간드를 갖는 미세유체 디바이스들을 통해 1.33 밀리몰 프로피올산, 500 밀리몰 황산 구리, 550 밀리몰 THPTA 리간드 및 5 밀리몰 아르코르브산 나트륨을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 완충 생리식염수 (5.4X PBS pH 7.4) 를 유동시킴으로써, 프로파르길 아민 (HC≡CCH2NH2, Sigma Aldrich, 카탈로그 # P50900-5G) 과 반응되었다. 반응은 적어도 1 시간 동안 실온에서 또는 적어도 15 분 동안 40 ℃ 에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XXIII 의 아민 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 그 후, 디바이스들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 탈이온수를 유동시킴으로써 린스되었다.
Figure pct00103
화학식 XXIII
실시예 14. 미세유체 디바이스로의 PEG 카르복실산 개질된 표면 (화학식 XXIV) 의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 11-아지도운데실실록시 표면 개질 리간드를 갖는 미세유체 디바이스들을 통해 1.33 밀리몰 화합물 11, 500 밀리몰 황산 구리, 550 밀리몰 THPTA 리간드 및 5 밀리몰 아르코르브산 나트륨을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 완충 생리식염수 (5.4X PBS pH 7.4) 를 유동시킴으로써, 알킨 PEG 산 (PEG (f=5000 Da, 화합물 11) Nanocs, 카탈로그 # PG2-AKCA-5k) 과 반응되었다. 반응은 적어도 1 시간 동안 실온에서 또는 적어도 15 분 동안 40 ℃ 에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XXIV 의 카르복실산 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 그 후, 디바이스들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 탈이온수를 유동시킴으로써 린스되었다. 개질된 표면을 도입하는 고리화 반응의 완료 후에, 층의 두께는 1.1 nm (관능화된 표면 두께) 에서 5 nm 의 두께로 증가했다. 부가적으로, 부동 물방울 접촉각은 약 80°(화학식 XV 의 관능화된 표면) 에서 48°(화학식 XXIV 의 표면) 로 감소했다.
Figure pct00104
화학식 XXIV
실시예 15. 미세유체 디바이스로의 폴리 리신 개질된 표면 (화학식 XXV) 의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 11-아지도운데실실록시 표면 개질 리간드를 갖는 미세유체 디바이스들을 통해 1.33 밀리몰 화합물 12, 500 밀리몰 황산 구리, 550 밀리몰 THPTA 리간드 및 5 밀리몰 아르코르브산 나트륨을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 완충 생리식염수 (5.4X PBS pH 7.4) 를 유동시킴으로써, 폴리(리신 브롬화수소산염)그래프트-(4펜틴아미드, 화합물 12, PLKB100-g-AK20 Alamanda Polymers, 카탈로그 # PLKB100-g-AK20, 100 리신 반복 유닛들, 20 % 알키닐화된, MW 21,000 Da) 과 반응되었다. 반응은 적어도 1 시간 동안 실온에서 또는 적어도 15 분 동안 40 ℃ 에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XXV 의 아민 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 그 후, 디바이스들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 탈이온수를 유동시킴으로써 린스되었다. 개질된 표면을 도입하는 고리화 반응의 완료 후에, 층의 두께는 1.1 nm (관능화된 표면 두께) 에서 대략 3 nm 의 두께로 증가했다. 부가적으로, 부동 물방울 접촉각은 약 80°(화학식 XV 의 관능화된 표면) 에서 50°(화학식 XXV 의 표면) 로 감소했다.
Figure pct00105
화학식 XXV
실시예 16. 미세유체 디바이스로의 폴리 글루탐산 개질된 표면 (화학식 XXVI) 의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 11-아지도운데실실록시 표면 개질 리간드를 갖는 미세유체 디바이스들을 통해 1.33 밀리몰 화합물 13, 500 밀리몰 황산 구리, 550 밀리몰 THPTA 리간드 및 5 밀리몰 아르코르브산 나트륨을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 완충 생리식염수 (5.4X PBS pH 7.4) 를 유동시킴으로써, 폴리(글루탐산)그래프트-(N-프로파르길), 화합물 13, Alamanda Polymers, 카탈로그 # PLE100-g-AK20, 20 % 알키닐화된, 100 글루탐산 반복들, MW 15,000 Da) 과 반응되었다. 반응은 적어도 1 시간 동안 실온에서 또는 적어도 15 분 동안 40 ℃ 에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XXVI 의 카르복실산 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 그 후, 디바이스들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 탈이온수를 유동시킴으로써 린스되었다. 개질된 표면을 도입하는 고리화 반응의 완료 후에, 층의 두께는 1.1 nm (관능화된 표면 두께) 에서 대략 3 nm 의 두께로 증가했다. 부가적으로, 부동 물방울 접촉각은 약 80°(화학식 XV 의 관능화된 표면) 에서 54°(화학식 XXVI 의 표면) 로 감소했다.
Figure pct00106
화학식 XXVI
실시예 17. 미세유체 디바이스로의 디설파이드 절단 가능 연결자를 갖는 비오틴이 부착된 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 개질된 표면 (화학식 XXVII) 의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 기상 증착 후에 표면 개질 아지드 리간드들을 갖는 미세유체 디바이스를 통해 1.33 밀리몰 화합물 14 를 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 수성 용액을 유동시킴으로써, 디벤질시클로옥티닐 (DBCO) S-S 비오틴 개질된-PEG3, 화합물 14, Broadpharm, 카탈로그 # BP-22453) 로 처리되었다. 반응은 적어도 1 시간 동안 40 ℃ 에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XXVII 의 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 그 후, 칩들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 DI 수를 유동시킴으로써 린스되었다. 2개의 위치이성질체들 중 하나가 도시되었다.
Figure pct00107
화학식 XXVII
개질된 표면을 도입하는 고리화 반응의 완료 후에, 층의 두께는 1.1 nm (관능화된 표면 두께) 에서 대략 2 nm 의 두께로 증가했다. 부가적으로, 부동 물방울 접촉각은 약 80°(화학식 XV 의 관능화된 표면) 에서 66°(화학식 XXVII 의 표면) 로 감소했다.
실시예 18. 미세유체 디바이스로의 PEG5 카르복실산 개질된 표면 (화학식 XXVIII) 의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 기상 증착 후에 표면 개질 아지드 리간드들을 갖는 미세유체 디바이스를 통해 1.33 밀리몰 화합물 15 을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 수성 용액을 유동시킴으로써, 디벤질시클로옥티닐 (DBCO)-PEG5-산, 화합물 15, Broadpharm, 카탈로그 # BP-22449) 로 처리되었다. 반응은 적어도 1 시간 동안 40 ℃ 에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XXVII 의 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 그 후, 칩들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 DI 수를 유동시킴으로써 린스되었다. 접촉 각은 47°에서 측정되었고, 두께는 17.8 옹스트롱이었고, 이들 각각은 본원에 설명된 바와 같이 측정되었다. 위치이성질체들 중 하나가 도시되었다.
화학식 XXVIII
실시예 19. 미세유체 디바이스로의 PEG3 개질된 표면 (화학식 XXIX) 의 도입. 제 1 실리콘 전극 활성화 기판과 반대 벽 상의 제 2 ITO 기판, 및 2 개의 기판들을 분리하는 광 패턴화된 실리콘 미세유체 회로 물질을 갖는 미세유체 디바이스 (Berkeley Lights, Inc.) 는 100 W 전력, 240 mTorr 압력 및 440 sccm 산소 유량을 사용하여, 1 분 동안 산소 플라즈마 세정기 (Nordson Asymtek) 에서 처리되었다. 플라즈마 처리된 미세유체 디바이스는 진공 반응기의 하단의 별개의 호일 보트에서의 물 반응원으로서, 황산 마그네슘 헵타하이드레이트 (0.5g, Acros) 의 존재 시에 진공 반응기의 하단의 호일 보트에서 메톡시트리에틸렌옥시프로필 트리메톡시실란 (화합물 16, Gelest 카탈로그 # SIM6493.4, 300 마이크로리터) 으로 진공 반응기에서 처리되었다. 챔버는 그 후, 진공 펌프를 사용하여 750 mTorr 로 펌핑되었고 그 후 실링되었다. 진공 반응기는 24-48 h 동안 110 ℃ 에서 가열된 오븐 내에 배치되었다. 이것은, 미세유체 디바이스의 내측 대면하는 표면들 모두로 관능화된 표면을 도입하였고, 여기서 관능화된 표면은 화학식 XXIX 의 구조를 갖는다:
Figure pct00109
화학식 XXIX,
여기서, Z 는 표면에 바인딩된 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 표면에 대한 본드이며,
Figure pct00110
는 표면이다. 실온으로 냉각시키고 배기된 챔버로 아르곤을 주입한 후에, 미세유체 디바이스는 반응기로부터 제거되었다. 이 표면의 접촉 각은 55°인 것으로 평균 두께는 10.2 옹스트롱인 것으로 측정되었다.
실시예 20. 포스포네이트 결합된 표면 (화학식 XXXVI) 의 준비. 실리콘 칩 (780 마이크론 두께, 1cm × 1cm) 이 실시예 3 에 대해 전술된 바와 같이 사전처리되었고, 화학식 XXXVI 의 공유 결합으로 개질된 표면을 제공하도록 실시예 19 에서와 같이 옥타데실포스폰산 (화합물 17, Sigma Aldrich 카탈로그 # 715166) 으로 후속적으로 처리되었고, 여기서 Z 는 인접한 연결 기 LG 에서의 인 원자에 대한 본드이거나 또는 표면
Figure pct00111
에 대한 본드이다. 접촉 각은 110°인 것으로 측정되었다.
Figure pct00112
화학식 XXXVI
실시예 21. 미세유체 디바이스로의 스트렙타비딘 개질된 표면 (화학식 XXXVII 또는 화학식 XXXVIII) 의 도입. 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 기상 증착 후에 표면 개질 아지드 리간드들을 갖는 미세유체 디바이스를 통해 2 마이크로몰 화합물 18 을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 수성 용액을 유동시킴으로써, 디벤질시클로옥티닐 (DBCO) 스트렙타비딘 (SAV) 화합물 18, Nanocs, 카탈로그 # SV1-DB-1, 여기서 SAV 의 각각의 분자에 대해 2-7 DBCO 가 존재함) 로 처리되었다. 반응은 적어도 1 시간 동안 실온에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XXVII 의 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 그 후, 디바이스를 통해 적어도 250 마이크로리터의 1xPBS 를 유동시킴으로써 린스되었다.
Figure pct00113
화학식 XXXVII
방법 B. 화학식 XXVII 의 표면을 갖는, 실시예 17 의 미세유체 디바이스의 산물 개질된 표면은 물로 세정되었고, 칩을 40 ℃ 로 가열하는 동안 기체 이산화탄소의 반복된 플러시들로 건조되었다. 1xPBS (ThermoFisher 카탈로그 # 434301) 에서의 2 마이크로몰 SAV 의 용액은 미세유체 디바이스 안으로 유동되었고 30 분 동안 비오틴이 부착된 표면과 접촉되었다. 과잉의 SAV 는 미세유체 디바이스를 통해 1xPBS 를 유동시킴으로써 제거되었고, 화학식 XXXVIII 의 표면을 제공한다:
Figure pct00114
화학식 XXXVIII.
실시예 22. 미세유체 디바이스 내의 피브로넥틴 표면 (화학식 XXXIX) 의 도입. 방법 A. 실시예 21 의, 방법 B 의 산물, 화학식 XXXVIII 의 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 37 ℃ 에서 1 시간 동안 배양되었던, 1xPBS 에서의 46 nM 비오틴이 부착된 소의 피브로넥틴 (랜덤하게 비오틴이 부착된, Cytoskeleton Inc., 카탈로그 # FNR03A, FNR03-B) 의 50 마이크로리터의 용액으로 처리되었고, 화학식 XXXXIX 의 피브로넥틴의 표면을 제공한다.
Figure pct00115
화학식 XXXIX
생물학적 세포들의 존재에서의 개질. 일부 실시형태들에서, 생물학적 세포들은 미세유체 디바이스의 유체 영역들에 스트렙타비딘을 나타내는, 화학식 XXXVIII 의 표면들을 갖는 미세유체 디바이스로 도입되었다. 세포들은 시퀘스트레이션 펜들로 유입된 후에, 비오틴이 부착된 피브로넥틴이 PBS 에 도입되었고, 1 시간 동안 배양되었다. 부착력 (adherence) 이 관측되었다.
방법 B. 피브로넥틴 표면은 비오틴이 부착된 피브로넥틴으로 상기와 같은 화학식 XXXVII 의 표면을 갖는 미세유체 디바이스를 처리함으로써 도입된다.
방법 C. 비오틴이 부착된-피브로넥틴 스톡이 PBS 에서 2.3 마이크로몰로 준비되었고 스트렙타비딘 스톡이 PBS 에서 19.2 마이크로몰로 준비되었다. 2 개는 1:1 내지 1:2 의 피브로넥틴 대 스트렙타비딘 비율들로 혼합되었고, 적어도 300 나노몰의 최종 농도로 1X PBS 에서 희석되었다. 이 용액은 비오틴/스트렙타비딘의 커플링 기 CG 를 갖는 표면 개질 시약을 형성하는, 피브로넥틴 및 스트렙타비딘의 커플링을 허용하도록 실온에서 15 분 동안 배양되었다.
화학식 XXVII 의 표면을 갖는, 실시예 17 의 미세유체 디바이스의 산물 개질된 표면은 물로 세척되고 칩을 40 ℃ 로 가열하는 동안 기체 이산화탄소의 반복된 플러시들로 건조되었다. 비오틴이 부착된 피브로넥틴에 바인딩된 SAV 의 사전-형성된 표면 개질 시약은 미세유체 디바이스 안으로 유동되었다. 디바이스는 적어도 30 분 동안 실온에서 배양되었고, 화학식 XXXIX 의 개질된 표면을 제공하였다.
추가의 일반화. 부가적으로, 임의의 수의 생물학적으로 관련 있는 분자들은, 화학식 XXXVII 또는 화학식 XXXVIII 의 표면에 대한 부착에 의해, 비오틴이 부착된 단백질, 펩타이드, 작은 분자 또는 인식 모티프에서 유동시킴으로써, 동일한 프로세스에 의해 미세유체 디바이스의 개질된 표면으로 도입될 수도 있다. 예를 들어, 비오틴이 부착된 라민은 화학식 XXXVII 또는 XXXVIII 의 표면으로 상기와 같이 준비된 미세유체 디바이스 안으로 유동되어, 라민 표면 접촉 모이어티들을 갖는 개질된 표면 (화학식 XL) 을 생성한다:
Figure pct00116
화학식 XL
실시예 23. 다양한 비율들로 화학식 XLI 의 혼합된 표면의 도입. 실리콘 웨이퍼는 100 W 전력, 240 mTorr 압력 및 440 sccm 산소 유량을 사용하여, 1 분 동안 산소 플라즈마 세정기 (Nordson Asymtek) 에서 처리되었다. 플라즈마 처리된 미세유체 디바이스는 진공 반응기의 하단의 별개의 호일 보트에서의 물 반응원으로서, 황산 마그네슘 헵타하이드레이트 (0.5g, Acros) 의 존재 시에 진공 반응기의 하단의 호일 보트에서 3-아지도운데실) 트리메톡시 실란 (전술된 바와 같이 준비된, 화합물 5) 및 메톡시트리에틸렌옥시프로필 트리메톡시실란 (다양한 비율들로, 화합물 5 와 유사한 분자량을 갖는, Gelest Inc. 카탈로그 # SIM6493.4) 의 혼합물로 진공 반응기에서 처리되었다. 챔버는 그 후, 진공 펌프를 사용하여 750 mTorr 로 펌핑되었고 그 후 실링되었다. 진공 반응기는 24-48 h 동안 110 ℃ 에서 가열된 오븐 내에 배치되었다.
실온으로 냉각시키고 배기된 챔버로 아르곤을 주입한 후에, 웨이퍼는 반응기로부터 제거되었다. 웨이퍼는 아세톤, 이소프로판올로 린스되었고, 질소 스트림의 분위기 하에서 건조되었다. 1 내지 1x 108 의 임의의 값의 x:y 또는 y:x 의 비율로 x 및 y 가 존재할 수도 있는 혼합물이었던 화학식 XLI 의 개질된 표면은 두께, 접촉 각에 대해 그리고 표면의 FTIR 에서 아지드의 존재에 대해 평가되었다. 개별의 웨이퍼들은 1 % 운데실 아지드: 99 % 메톡시 PEG3; 10 % 운데실 아지드: 90 % 메톡시 PEG3; 50 % 운데실 아지드: 50 % 메톡시 PEG3: 및 100 % 운데실 아지드의 혼합물들로 개질되었다.
Figure pct00117
화학식 XLI
도 5a 에 도시된 바와 같이, 오버레이된 FTIR 트레이스들은 ~2098 cm-1 에서 아지드 비대칭 스트레치 (510) 의 감소하는 양을 명확하게 나타내었다. 도 5b 는 각각 10 % 의 화학식 XV, 및 1 % 의 화학식 XV 를 갖는 웨이퍼들에 대한 아지드 비대칭 스트레치의 로케이션에서 오버레이된 트레이스들의 확대 부분을 나타낸다. 아지드의 상대적인 양들은 명확하게 구별 가능하였고 사용된 화학식 XV: 화학식 XXIX 의 비율들로 상관되었다.
화학식 XV: 화학식 XXIX 의 표면들의 비율들이 상이한 경우 또한 구별되는 개질된 표면의 접촉 각 및 두께는 표 2 에 도시된 바와 같이 개질된 표면 상에 존재하였다. 데이터는, 화학적 기상 증착 프로세스 동안 물질들의 비율을 변경시킴으로써 증착의 제어가 획득되었다는 것을 나타낸다. 접촉 각에서의 변화는 또한, 상이한 비율들의 이들 표면 개질들로 상이한 성능이 가능하였다는 것을 나타낸다.
혼합된 표면들의 물리적 측정.
%
아지드		 두께 (Å) 접촉 각
1 % 13.76 56 °
10 % 12.28 62 °
50 % 9.35 68 °
100 % 13.31 85 °
실시예 24. 표면 개질 시약들의 조합을 사용하여 PEG 를 함유하는 제 1 표면 개질 및 폴리-L-리신을 함유하는 블록 코폴리머의 제 2 표면 개질의 혼합물을 갖는 개질된 표면 (화학식 XLII) 의 도입. 전술된 바와 같은, 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 (과잉의) 황산 구리, THPTA 리간드, 및 아르코르브산 나트륨을 갖는, 1.3 밀리몰 프로파르길-PEG1-디설파이드-PEG1-프로파르길 (화합물 19, BroadPharm Inc. 카탈로그 # BP-23283) 를 포함하는 용액으로 처리되었다. 과잉의 황산구리는 약 15 분 동안 40 ℃ (그리고 대안으로 실온에서 약 1 시간 동안 수행될 수도 있음) 에서 수행되었던, 반응 동안 아르코브산염에 의한 디설파이드 쪼개짐을 방지한다. 배양 주기가 완료된 후에, 과잉의 시약 및 부산물들은 물로 플러싱함으로써 제거되었다. 미세유체 디바이스의 내부는 미세유체 디바이스를 40 ℃ 로 가열하는 동안 이산화탄소 가스로 플러싱함으로써 건조되었고, 알키닐 Rx2 모이어티들을 갖는 세컨더리 관능화된 표면인 표면을 제공한다.
알키닐 Rx2 모이어티들을 갖는 세컨더리 관능화된 표면들을 갖는 미세유체 디바이스는 2 개의 표면 개질 시약들의 혼합물로 미세유체 디바이스를 처리함으로써 추가로 개질되었다. 표면 개질 시약들은 PEG-아지드 (5Kda, Aldrich Chemicals, 카탈로그 # 689475): 아지드-PEG5k-블록 코폴리머 폴리-L-리신 100 (Alamanda Polymers, MW 1600) 의 1.3 밀리몰 농도의 혼합물로 미세유체 디바이스 안으로 유동되었고, 여기서 아지드-PEG 및 아지드-PEG5k-b-PLL 의 비율은 (과잉의) 황산 구리, THPTA 리간드, 및 아르코르브산 나트륨과 함께, 1:50000 내지 50000:1 사이에서 변화되었다. 과잉의 황산구리는 약 15 분 동안 40 ℃ (그리고 대안으로 실온에서 약 1 시간 동안 수행될 수도 있음) 에서 수행되었던, 반응 동안 아르코브산염에 의한 디설파이드 쪼개짐을 방지한다. 배양 주기가 완료된 후에, 과잉의 시약 및 부산물들은 물로 플러싱함으로써 제거되었다. 미세유체 디바이스의 내부는 미세유체 디바이스를 40 ℃ 로 가열하는 동안 이산화탄소 가스로 플러싱함으로써 건조되었고, 친수성인 제 1 표면 개질, PEG5K 및 제 2 표면 개질 PEG5k-b-PLL 의 혼합물을 갖는 미세유체 디바이스를 제공하고, 여기서 PLL 의 블록은 양의 전하 (화학식 XLII) 를 제공하였다. 아지드-PEG 및 아지드-PEG5k-b-PLL 의 비율은 블록 코폴리머 폴리-L-리신 표면 접촉 모이어티의 매우 낮은 비율들에서도 부착이 관측되는 것이 증명되었기 때문에, 더 높은 비율, 예를 들어 10,000 : 1 이상일 수도 있다.
Figure pct00118
화학식 XLII
화학식 XLII 의 개질된 표면은 1 내지 1x 108 의 임의의 값의 x:y 또는 y:x 의 비율로 존재하는 x 및 y 를 가질 수도 있다.
대안의 개질 방법. 화학식 XV 의 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 화학식 XV 의 표면들을 갖는 미세유체 디바이스를 통해 1.0 밀리몰 DBCO-PEG 를 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 수성 용액을 유동시킴으로써, 프로파르길-PEG1-디설파이드-PEG1-프로파르길 (화합물 19) 대신에, DBCO-PEG4-알킨 (화합물 20, Conju-Probes, Inc. 카탈로그 # CP-2039) 로 개질될 수도 있다. 반응은 적어도 1 h 동안 40 ℃ 에서 진행하도록 허용되었다. 화학식 XVIII 의 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 그 후 칩들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 DI 수를 유동시킴으로써 린스되었고, 친수성인 제 1 표면 개질, PEG5K 및 제 2 표면 개질, PEG5k-b-PLL 의 혼합물을 갖는 미세유체 디바이스를 제공하도록 앞선 단락들에서 설명된 바와 같이 처리될 수도 있고, 여기서 PLL 의 블록은 양의 전하 (화학식 XLIII) 를 제공하고, 여기서 표면 개질들의 연결자 부분은 화학식 XLII 의 것과 상이하다.
Figure pct00119
화학식 XLIII
화학식 XLIII 의 개질된 표면은 1 내지 1x 108 의 임의의 값의 x:y 또는 y:x 의 비율로 존재하는 x 및 y 를 가질 수도 있다.
부착 세포들을 배양하는데 유용함. 화학식 XLII 나 XLIII 의 표면들은 HeLa 세포들과 같지만, 이에 제한되지 않는 부착 세포들을 배양하기 위한 고정 포인트들 (예를 들어, 블록 코폴리머 내에 제공된 양으로 하전된 폴리-L-리신의 클러스터들) 을 제공하는데 유용하였다. HeLa 세포들은 이들 표면들 중 어느 하나에서 배양 동안 평탄화, 성장 및 증식하는 것으로 관측되었다 (데이터는 나타내지 않음).
실시예 25. 표면 개질 시약들의 조합을 사용하여 PEG 를 함유하는 제 1 표면 개질 및 폴리-L-리신의 제 2 표면 개질의 혼합물을 갖는 개질된 표면 (화학식 XLIV) 의 도입. 전술된 바와 같은, 화학식 XV 의 표면을 갖는, 실시예 5 로부터의 제품 미세유체 디바이스는 (과잉의) 황산 구리, THPTA 리간드, 및 아르코르브산 나트륨과 함께 알킨-폴리-L-리신 HBr 염 (100 mer 유닛, Alamanda Polymers) 및 알킨-개질된 PEG (j = MW ~5000 Da, 화합물 6, JenKem Technologies) 의 1:1 화학량론 혼합물을 포함하는 1.33 밀리몰 용액으로 처리되었다. 과잉의 황산구리는 약 15 분 동안 40 ℃ 에서 수행 (그리고 대안으로 실온에서 약 1 시간 동안 수행될 수도 있음) 되었던, 반응 동안 아르코브산염에 의한 디설파이드 쪼개짐을 방지한다. 배양 주기가 완료된 후에, 과잉의 시약 및 부산물들은 물로 플러싱함으로써 제거되었다. 미세유체 디바이스의 내부는 미세유체 디바이스를 40 ℃ 로 가열하는 동안 이산화탄소 가스로 플러싱함으로써 건조되었고, 양의 전하를 제공하는, 친수성인 제 1 표면 개질, PEG5K 및 제 2 표면 개질, 폴리-L-리신의 혼합물 (화학식 XLIV) 을 갖는 미세유체 디바이스를 제공한다.
Figure pct00120
화학식 XLIV
화학식 XLIV 의 표면들에서, (*) 는 상표등록된 연결자들이고, x 및 y 는 1 내지 1x 108 의 임의의 값의 x:y 또는 y:x 의 비율로 존재할 수도 있다.
부착 세포들을 배양하는데 유용함. 화학식 XLIV 의 표면들은 HeLa 세포들과 같지만, 이에 제한되지 않는 부착 세포들을 배양하기 위한 고정 포인트들 (예를 들어, 블록 코-폴리머 내에 제공된 양으로 하전된 폴리-L-리신의 클러스터들) 을 제공하는데 유용하였다. HeLa 세포들은 이들 표면들 중 어느 하나에서 배양 동안 평탄화, 성장 및 증식하는 것으로 관측되었다 (데이터는 나타내지 않음).
표면 개질 1 : 표면 개질 2 의 적정. 화학식 XLIV 의 제 1 표면 개질 (PEG 5kDa) 및 제 2 표면 개질 (폴리-L-리신) 의 비율들은 부착을 장려하도록 설계된 포인트들의 집단을 99 PEG 5kDa: 1 폴리-L-리신의 비율로 아래로 조절하도록 개질되었다. 1 % 레벨의 하전된 제 2 표면 개질 (폴리-L-리신) 을 사용하여, 변위의 레이저 버블 개시, 다음에 세포들의 유전영동 힘에 의한 배출이 나타났다 (데이터는 표시되지 않음).
PEG 5kDa 의 제 1 표면 개질 및 약 0.00001 % 또는 0.000001 % 의 폴리-L-리신 표면 개질들의 백분율을 갖는 폴리-L-리신의 제 2 표면 개질로 개질된 내측 표면들을 갖는 미세유체 디바이스는 변위의 레이저 개시 없이, 유전영동 힘들을 사용하여 배양된 세포들의 배출을 여전히 허용하면서 부착 세포들 (예컨대, HeLa 세포들) 의 부착을 허용할 것으로 예상된다.
실시예 26. 분기된 PEG 연결자들을 사용하여 혼합된 표면 (화학식 XLV) 의 도입. 친수성 PEG 였던 제 2 표면 개질과 결합하여 제 1 절단 가능한 비오틴이 부착된 표면 개질을 갖는 개질된 표면이 멀티-암 PEG 알킨 모이어티를 사용하여 도입되었다. 존재하는 비오틴 반응 모이어티들의 양은 비오틴 반응 모이어티 대 친수성 표면 접촉 모이어티의 양을 조절함으로써 제어되었다. 조절은 미세유체 디바이스의 표면의 효율적인 개질을 행하기 위해 다중암 PEG 상에 충분한 알킨 반응성 모이어티들을 남기고, 표면 접촉 모이어티들 각각을 함유하는 모이어티들을 다중암 PEG 알킨의 암들에 커플링함으로써 달성되었다. 다음 절차는 1:1 비율의 비오틴 모이어티들 대 PEG 카르복실산 모이어티들에 대해 설명되지만, 100 % 비오틴 모이어티들; 10 % 비오틴 대 90 % PEG 카르복실산; 및 1 % 비오틴 모이어티들 대 99 % 카르복실산 모이어티들에 대해 실험들이 또한 행해졌다.
Figure pct00121
화합물 20.
수성 용액에서 아지드-디설파이드-비오틴 (화합물 20, BroadPharm 카탈로그 # BP-22877) 및 아지드-PEG6-카르복실산 (BroadPharm 카탈로그 # BP-20612) 의 1:1 비율의 1.3 밀리몰 용액, 1.3 밀리몰 4-암 PEG (Creative PEGWorks 카탈로그 # PSB-495) 의 용액은 2 배 과잉의 황산 구리의 존재 시에 아르코르브산 나트륨과 반응되었고, 약 30 분 동안 실온에서 배양 시에 양방향-개질된 다중-암 PEG 를 형성한다. 양방향-개질된 다중-암 PEG 의 용액은 2 배 과잉의 황산 구리를 갖는 아르코르브산 나트륨의 추가 분액을 갖고, 전술된 바와 같은 화학식 XV 의 표면을 갖는 실시예 3 으로부터 실리콘 웨이퍼 상에 도입되었다. 다중-암 PEG 의 나머지 알킨 리간드들은 비오틴의 반응성 모이어티 및 PEG- 카르복실산의 표면 접촉 모이어티를 갖는 혼합된 개질된 표면 (화학식 XLV) 을 생성하도록 화학식 XV 의 표면의 아지드 반응성 모이어티들과 반응하였다.
이 혼합된 표면은 그 후, PBS 에서 스트렙타비딘 (SAV) 의 1 마이크로몰 용액의 추가에 의해 더 개질되고 실온에서 15 분 동안 배양되어, 화학식 XLVI 의 표면을 생성하고, 여기서 제 1 표면 접촉 모이어티는 PEG-COOH 이고 제 2 반응성 모이어티는 SAV 이다. 샘플은 세정되었고 개질된 표면의 두께가 측정되었다.
개질된 층들의 두께들은 표 3 에 나타내고, 이용 가능한 비오틴 표면 접촉 모이어티들에 바인딩된 가변량의 스트렙타비딘으로 예상된 바와 같이 변한다.
개질된 표면의 측정된 두께.

샘플
옹스트롱 단위의
화학식 XV 의
표면
(베이스 표면)
옹스트롱 단위의
PEG COOH 및 비오틴을 갖는
다중-암 PEG 를 갖는 총 개질된 표면
옹스트롱 단위의
PEG COOH 및 비오틴/SAV을 갖는
다중-암 PEG 를 갖는 총 개질된 표면
옹스트롱 단위의
PEG COOH 및 비오틴/SAV을 갖는
추가된 다중-암 PEG 로 인한
두께의 증가
100% 비오틴 11.8 33.7 60.6 26.9
50% 비오틴:
50% PEG COOH 		11.8 31.8 51.6 19.8
10% 비오틴:
90% PEG COOH		 12.0 30.8 44.2 13.4
1% 비오틴:
99% PEG COOH		 12.2 30.8 34.3 3.4
결과들은, 스트렙타비딘 반응성 모이어티와 PEG COOH 표면 접촉 모이어티의 조합을 갖는 조절된 표면이 획득되었다는 것을 나타낸다. 스트렙타비딘은 비오틴- 피브로넥틴과 같은 비오틴이 부착된 종들 또는 비오틴이 부착될 수 있는 임의의 모이어티로 추가로 개질되어, 제 1 접촉 모이어티 (예를 들어, 피브로넥틴) 및 PEG COOH 의 제 2 접촉 모이어티의 혼합된 표면을 임의의 원하는 비율로 획득할 수 있다.
실시예 27. 시퀘스트레이션 펜들 내의 폴리-L-리신 및 미세유체 디바이스의 제 1 영역에서 PEG5k 의 위치 선택적 표면 개질 (화학식 XLVII) 들의 도입. 화학식 XV 의 표면을 갖는 이전에 준비, 건조 및 비프라이밍된 (예를 들어, 이산화탄소 가스로 플러싱되지 않은) 미세유체 디바이스는 대기압 보다 약간 더 낮은 압력에서 디바이스의 미세유체 채널을 통해 용액을 흡입함으로써 중량 평균 분자량 5000 Da (화합물 8, Broadpharm, 카탈로그 # BP-22461) 인, 디벤질시클로옥티닐 (DBCO) 개질된-PEG 의 1.0 내지 3.3 밀리몰 수성 용액으로 처리되었다. 결과적으로 채널은 시약 용액으로 채워졌다. 그러나, 미세유체 디바이스 내의 표면들의 비프라이밍된 성질 및 유체 주입의 낮은 압력으로 인해, DBCO 개질된 PEG5kDa 용액은 미세유체 채널을 개방하는 시퀘스트레이션 펜들로 진입하지 않는다. 실온에서 30 분 동안 배양 후에, 80 마이크로리터의 물은 감소된 압력에서 채널을 통해 흡입되었고, 임의의 남아있는 시약을 미세유체 디바이스로부터 세척하였다. 용액은 단지 미세유체 채널을 통해 유동하도록 여전히 제어되었다. 낮은 압력에서 1 마이크로리터/초로 물을 이용한 추가적인 플러싱이 약 5 분 동안 계속되었다. 표면 개질된 미세유체 채널은, 디바이스를 90 ℃ 로 가열하는 동안 이산화탄소 가스로 반복적으로 플러싱되었다.
PEG5K 의 제 1 표면 개질을 갖는 건조된 미세유체 디바이스는 그 후, 전술된 바와 같이 이산화탄소로 프라이밍되었다. 미세유체 채널을 개방하는 시퀘스트레이션 펜은 그 후, (과잉의) 황산 구리, THPTA 리간드, 및 아르코르브산 나트륨과 함께 알킨-폴리-L-리신 HBr 염 (100 mer 유닛, Alamanda Polymers) 및 알킨-개질된 PEG (j = MW ~5000 Da, 화합물 6, JenKem Technologies) 의 1:1 화학량론 혼합물을 포함하는 1.33 밀리몰 용액에서 유동시킴으로써 위치선택적으로 개질되었다. 과잉의 황산구리는 약 15 분 동안 40 ℃ 에서 수행 (그리고 대안으로 실온에서 약 1 시간 동안 수행될 수도 있음) 되었던, 반응 동안 아르코브산염에 의한 디설파이드 쪼개짐을 방지한다. 배양 주기가 완료된 후에, 과잉의 시약 및 부산물들은 물로 플러싱함으로써 제거되었다. 미세유체 디바이스의 내부는 미세유체 디바이스를 40 ℃ 로 가열하는 동안 이산화탄소 가스로 플러싱함으로써 건조되었고, 단지 시퀘스트레이션 펜들에서 생물학적 세포들의 부착을 강화하기 위해 양의 전하를 제공하는, 폴리-L-리신을 포함하는 제 2 위치선택적 표면 개질 및 미세유체 채널 내에서, 단지 PEG5K 만을 갖는, 제 1 표면 개질의 위치선택적 도입을 미세유체 디바이스에 제공한다. (화학식 XLV). 중요한 것은 시퀘스트레이션 펜들의 표면을 개질하는데 사용된 시약들의 비율들을 조정하는 능력이다. PEG-5K: 폴리-L-리신의 비율은 0:100 에서 99.9999:0.0001 % 로 변경되었고 HeLa 세포들의 부착이 시퀘스트레이션 펜들 내에서 관측되었지만, 운동성 HeLa 세포들의 이동이 채널 내의 단지 친수성 표면의 존재에 의해 억제되었다.
PEG 5kDa 의 제 1 표면 개질 및 약 0.00001 % 또는 0.000001 % 의 폴리-L-리신 표면 개질들의 백분율을 갖는 폴리-L-리신의 제 2 표면 개질로 개질된 내측 표면들을 갖는 미세유체 디바이스는 변위의 레이저 개시 없이, 유전영동 힘들을 사용하여 배양된 세포들의 배출을 여전히 허용하면서 부착 세포들 (예컨대, HeLa 세포들) 의 부착을 허용할 것으로 예상된다.
추가의 일반화. 임의의 유형의 표면 개질 시약이 시퀘스트레이션 펜 내의 제 2 표면 개질의 도입에서 사용될 수도 있고, 폴리-L-리신에 제한되지 않는다.
단지 채널 영역에서만 제 2 표면 개질로 미세유체 채널의 세컨더리 패시베이션. 전술된 바와 같이 미세유체 채널의 초기 표면 개질 후에, 채널에 여전히 존재하는 반응되지 않은 반응성 모이어티들 (예를 들어, 아지드) 이 존재할 수 있다. 이론에 구속되기를 바라지 않고, 이것은 개질 시약이 벌크인 경우 발생할 수도 있다. 덜 입체 구조로 요구되는 표면 개질 시약으로의 세컨더리 패시베이션은 시퀘스트레이션 펜에서 표면들을 개질하지 않고 채널의 개질된 표면들에 제 2 표면 개질을 추가하기 위해 남아 있는 반응성 모이어티들에 접근할 수도 있다.
단지 미세유체 채널로 도입된 PEG5kDa 표면 개질을 갖는, 미세유체 디바이스는 표면 도입 후에 물로만 린스되었다. 수성 용액에서 1.3 마이크로몰의 농도의 DBCO-PEG4-OH (Aldrich 카탈로그 # 761982) 를 이용한 제 2 처리는 전술된 바와 같은 제 1 처리와 유사하게 수행되었다. 미세유체 디바이스가 프라이밍되지 않았기 때문에, 제 2 표면 개질 시약 중 어느 것도 시퀘스트레이션 펜들로 진입하지 않았고 따라서 채널 만이 추가로 개질되었다. 세정, 건조 및 가열, 다음에 이산화탄소 프라이밍 후에, 시퀘스트레이션 펜들의 위치선택적 개질이 그 후, 위와 같이 수행된다.
실시예 28. PEG 개질된 표면을 갖는 미세유체 디바이스 내의 OKT3 세포들의 배양.
물질들.: OKT3 세포들, 마우스 B 림프구 하이브리도마는 ATCC (American Type Culture Collection) (카탈로그 ATCC® CRL-8001TM) 로부터 획득되었고, 현탁 세포주로서 제공되었다. 2x105 생존 세포/mL 를 접종하고 5 % 이산화탄소 가스 환경을 사용하여 37 ℃ 에서 배양함으로써 배양들이 유지되었다. 세포들은 2-3 일마다 2x 104 세포/mL 또는 1x 105 세포/mL 로 분할되었다. 세포들은 5 % 디메틸 술폭시드 (DMSO)/95 % 완전 성장 배지에서 동결되었다.
배양 배지: IMDM (Gibco, 카탈로그 12440053) 은 20 % 소 태아의 혈청 (FBS)과 1 % 페니실린-스트렙토마이신 (10,000 U/mL) (Gibco, 카탈로그 15140122) 으로 보충되었다. 그 후, 완전한 배지는 0.2 μm PES, 멸균 멤브레인 필터 유닛 (Nalgene, 567-0020) 를 통해 필터링되었다.
프라이밍 및 관류 절차들: 일반적인 실험 세부 섹션에서, 위와 같음.
시스템 및 미세유체 디바이스: 일반적인 실험 세부 섹션에서, 위와 같음. 시퀘스트레이션 펜들은 약 7 x105 입방 마이크론의 체적을 갖는다.
개질된 미세유체 표면. 미세유체 디바이스는 실시예 6 (화학식 XVI) 에서 전술된 바와 같이 준비된, 공유 결합으로 연결된 PEG 개질된 표면을 갖는다.
배양 배지에서의 OKT3 세포 현탁액이 유체 인렛을 통해 현탁액을 유동시킴으로써 미세유체 디바이스 안으로 그리고 미세유체 채널 안으로 도입되었다. 유동은 정지되었고, 세포들은 칩을 틸팅하고 중력이 세포들을 시퀘스트레이션 펜들 안으로 끌어 당기게 함으로써 시퀘스트레이션 펜들 안에 랜덤하게 로딩되었다.
OKT3 세포들을 시퀘스트레이션 펜들 안에 로딩한 후에, 배양 배지는 3 일의 주기 동안 나노유체 칩의 미세유체 채널을 통해 관류되었다. 도 6a 는 미세유체 디바이스의 시퀘스트레이션 펜들의 PEG-개질된 표면 상에서 OKT3 세포들의 성장을 나타내었다. PEG 표면 상의 OKT3 세포들의 성장은 유사한 미세유체 디바이스의 비-개질된 표면에 비해 개선되었다 (데이터는 나타내지 않음).
OKT3 세포들은 그 후, OET 에 의해 시퀘스트레이션 펜들로부터 제거되었다. 도 6b 는 팽창된 OKT3 세포들을 유동 채널로 배출하는 우수한 능력을 나타내는, 20 분 주기의 끝에서 시퀘스트레이션 펜으로부터의 제거 정도를 나타내었고, 이는 유사한 미세유체 디바이스의 비-컨디셔닝된 표면으로부터 OKT3 세포의 제거 능력에 비해 개선되었다. OKT3 세포들은 그 후, 미세유체 디바이스 (미도시) 로부터 배출되었다.
실시예 29. 덱스트란 개질된 미세유체 표면 상의 T 림프구들의 배양 및 배출.
물질들. AllCells Inc. 로부터의 CD3+ 세포들 및 1 비드/1 세포의 비율로 안티-CD3/안티-CD28 자기 비드들 (Dynabeads®, Thermofisher Scientific, 카탈로그 No. 11453D) 과 혼합됨. 혼합물은 37 ℃ 에서 5 % CO2 인큐베이터에서 5 시간 동안, 배양 실험 그 자체로서 동일한 배지에서 배양되었다. 배양 다음에, T 세포/비드 혼합물이 사용을 위해 재현탁되었다.
배양 배지. RPMI-1640 (GIBCO®, ThermoFisher Scientific, 카탈로그 No. 11875-127), 10 % FBS, 2 % 인간 AB 혈청 (50 U/ml IL2; R&D Systems).
프라이밍 절차: 일반적인 실험 세부 섹션에서, 위와 같음.
관류 절차: 일반적인 실험 세부 섹션에서, 위와 같음.
시스템 및 미세유체 디바이스: 일반적인 실험 세부 섹션에서, 위와 같음. 시퀘스트레이션 펜들은 약 7 x105 입방 마이크론의 체적을 갖는다.
개질된 미세유체 표면. 미세유체 디바이스는 실시예 7 에서 전술된 바와 같이 준비된, 공유 결합으로 연결된 덱스트란 개질된 표면을 가졌다.
T 세포 (플러스 비드) 현탁액이 유체 인렛을 통해 재현탁액을 유동시킴으로써 미세유체 디바이스 안으로 그리고 미세유체 채널 안으로 도입되었다. 유동은 정지되었고, T 세포들/비드들은 칩을 틸팅하고 중력이 T 세포들/비드들을 성장 챔버들 안으로 끌어 당기게 함으로써 시퀘스트레이션 펜들 안에 랜덤하게 로딩되었다.
T 세포들/비드들을 시퀘스트레이션 펜들 안에 로딩한 후에, 배양 배지는 4 일의 주기 동안 나노유체 칩의 미세유체 채널을 통해 관류되었다. 도 7a 는 미세유체 디바이스의 시퀘스트레이션 펜들의 덱스트란 개질된 표면 상에서 T 세포들의 성장을 나타내었다. 덱스트란 표면 상의 T 세포들의 성장은 유사한 미세유체 디바이스의 비-컨디셔닝된 표면에 비해 개선되었다 (데이터는 나타내지 않음).
T 세포들은 그 후, 중력 (예를 들어, 미세유체 디바이스를 틸팅) 에 의해 시퀘스트레이션 펜들로부터 제거되었다. 도 7b 는 팽창된 T 세포들을 유동 채널로 배출하는 우수한 능력을 나타내는, 20 분 주기의 끝에서 시퀘스트레이션 펜으로부터의 제거 정도를 나타내었고, 이는 유사한 미세유체 디바이스의 비-개질된 표면으로부터 T 세포들의 제거 능력에 비해 개선되었다 (데이터는 나타내지 않음). T 세포들은 그 후, 미세유체 디바이스 (미도시) 로부터 배출되었다.
임의의 이전에 나타낸 개질에 추가하여, 다수의 다른 변형들 및 대안의 어레인지먼트들은 본 상세한 설명의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 당업자에 의해 고안될 수도 있다. 따라서, 정보가 현재 가장 실용적이고 바람직한 양태들로 간주되는 것과 연관되어 특별함 및 디테일로 전술되었지만, 형태, 기능, 작동 방식 및 사용을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 변경들이 본원에 설명된 원리들 및 개념들로부터 벗어남 없이 이루어질 수도 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 본원에 사용된 바와 같이, 예들 및 실시형태들은 모든 면들에서 단지 예시적인 것으로 의미되고 어떠한 방식으로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 용어 단계는 본원에서 사용되지만, 그 용어는 설명된 방법들의 상이한 부분들에 간단하게 주의를 기울이는데 사용될 수도 있고, 방법들의 임의의 부분에 대한 시작점 또는 정지점을 기술하는 것을 의미하지 않고, 또는 어떤 다른 방식으로 제한하는 것을 의미하지 않는다는 것에 주목해야 한다.
본 개시물의 일부 실시형태들의 열거
1. 미세유체 디바이스로서, 베이스, 커버, 및 내부에 유체 회로를 정의하는 미세유체 회로 물질을 포함하는 인클로저를 포함하고, 상기 베이스, 상기 커버 및 상기 미세유체 회로의 적어도 하나의 내측 표면은 제 1 연결 기 및 제 1 모이어티를 각각 포함하는 복수의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 갖고, 상기 제 1 모이어티는 제 1 표면 접촉 모이어티 또는 제 1 반응성 모이어티이고, 상기 베이스, 상기 커버 및 상기 미세유체 회로의 적어도 하나의 내측 표면은 제 2 연결 기 및 제 2 모이어티를 각각 갖는 복수의 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 갖고, 상기 제 2 모이어티는 제 2 표면 접촉 모이어티 또는 제 2 반응성 모이어티이며, 상기 제 1 연결 기 및 상기 제 2 연결 기는 서로 상이하고/하거나 상기 제 1 모이어티는 상기 제 2 모이어티와 상이한, 미세유체 디바이스.
2. 실시형태 1 에 있어서,
상기 제 1 모이어티 및 상기 제 2 모이어티 각각은 -W-Si(OZ)20- 및 -OP(0)20- 로부터 독립적으로 선택된 연결 기 LG 를 통해 상기 표면에 공유 결합으로 바인딩될 수도 있고,
W 는 O, S, 또는 N 이고, Z 는 인접한 연결 기 LG 에서의 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 상기 표면에 대한 본드인, 미세유체 디바이스.
3. 실시형태 1 또는 2 에 있어서,
상기 제 1 표면 접촉 모이어티는 알킬, 플루오로알킬, 단당류, 다당류, 알콜, 폴리알콜, 알킬렌 에테르, 고분자전해질들, 아미노, 카르복실산, 포스폰산, 술폰산염 음이온, 카르복시베타인들, 술포베타인, 술팜산, 아미노산 모이어티, 또는 절단 가능 모이어티 중 하나 이상을 포함할 수도 있고; 및/또는
상기 제 2 표면 접촉 모이어티는 알킬, 플루오로알킬, 단당류, 다당류, 알콜, 폴리알콜, 알킬렌 에테르, 고분자전해질들, 아미노, 카르복실산, 포스폰산, 술폰산염 음이온, 카르복시베타인들, 술포베타인, 술팜산, 아미노산 모이어티, 또는 절단 가능 모이어티 중 하나 이상을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
4. 실시형태 1 또는 2 에 있어서,
상기 제 1 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콜 모이어티, 덱스트란 모이어티, 단백질성 모이어티, 폴리 카르복실산, 폴리리신 모이어티, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있고; 및/또는
상기 제 2 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콜 모이어티, 덱스트란 모이어티, 단백질성 모이어티, 폴리 카르복실산, 폴리리신 모이어티, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
5. 실시형태 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 반응성 모이어티는 알킨 모이어티, 아지드 모이어티, 카르복실산 모이어티, 아민 모이어티, 올레핀 모이어티, 테트라지닐 모이어티, 트랜스-시클로옥테닐 모이어티, 티올 모이어티, 말레이미드 모이어티, 비오틴 모이어티, 스트렙타비딘 모이어티, 할로겐화물 모이어티, 시아노 모이어티, 이소시아네이트 모이어티, 에폭시드 모이어티, 히드록시아민 모이어티, 또는 술포닐 플루오라이드 모이어티일 수도 있고; 및/또는
상기 제 2 반응성 모이어티는 알킨 모이어티, 아지드 모이어티, 카르복실산 모이어티, 아민 모이어티, 올레핀 모이어티, 테트라지닐 모이어티, 트랜스-시클로옥테닐 모이어티, 티올 모이어티, 말레이미드 모이어티, 비오틴 모이어티, 스트렙타비딘 모이어티, 할로겐화물 모이어티, 시아노 모이어티, 이소시아네이트 모이어티, 에폭시드 모이어티, 히드록시아민 모이어티, 또는 술포닐 플루오라이드 모이어티일 수도 있는, 미세유체 디바이스.
6. 실시형태 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 연결자를 포함할 수도 있고, 상기 연결자는 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하고; 및/또는
상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 연결자를 포함할 수도 있고, 상기 연결자는 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는, 미세유체 디바이스.
7. 실시형태 6 에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 상기 연결자는 1 또는 2 개의 커플링 기 CG 모이어티들을 더 포함할 수도 있고; 및/또는
상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 상기 연결자는 1 또는 2 개의 커플링 기 CG 모이어티들을 더 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
8. 실시형태 1 에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXX, 화학식 V, 화학식 VII, 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 및 화학식 IX 로부터 선택된 구조를 가질 수도 있고:
Figure pct00122
화학식 XXX;
Figure pct00123
화학식 V;
Figure pct00124
화학식 VII;
Figure pct00125
화학식 VIII;
Figure pct00126
화학식 IX;
Figure pct00127
화학식 XXXI;
LG 는 -W-Si(OZ)2O- 또는 -OP(O)2O- 이고; Lsm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함할 수도 있고; Rx 는 반응성 모이어티이고; W 는 O, S, 또는 N 이고; Z 는 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 상기 표면에 대한 본드이고; n 은 3 내지 21 의 정수이고; Lsm 는 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함할 수도 있으며;
Figure pct00128
는 표면인, 미세유체 디바이스.
9. 실시형태 8 에 있어서,
LG 는 -W-Si(OZ)2O- 일 수도 있고, W 는 O 일 수도 있는, 미세유체 디바이스.
10. 실시형태 8 또는 9 에 있어서,
n 은 7 내지 21 인, 미세유체 디바이스.
11. 실시형태 8 내지 10 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응성 모이어티 Rx 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 스트렙타비딘, 올레핀, 트랜스 시클로옥텐, s-테트라진, 티올, 말레이미드, 할로겐화물, 시아노, 이소시아네이트, 에폭시드, 히드록시아민, 마스킹된 히드록실, 또는 술포닐 플루오라이드일 수도 있는, 미세유체 디바이스.
12. 실시형태 8 내지 10 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응성 모이어티 Rx 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 또는 스트렙타비딘일 수도 있는, 미세유체 디바이스.
13. 실시형태 1 또는 8 내지 12 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXX', 화학식 V', 화학식 VII', 화학식 XXXI', 화학식 VIII', 및 화학식 IX' 로부터 선택된 구조를 가질 수도 있고:
Figure pct00129
화학식 XXX';
Figure pct00130
화학식 V';
Figure pct00131
화학식 VII';
Figure pct00132
화학식 VIII';
Figure pct00133
화학식 IX';
Figure pct00134
화학식 XXXI';
LG' 는 -W'-Si(OZ)2O- 또는 -OP(O)2O- 이고; L'sm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함할 수도 있고; R'x 는 반응성 모이어티이고; W' 는 O, S, 또는 N 이고; Z' 는 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 상기 표면에 대한 본드이고; n' 은 3 내지 21 의 정수이고; L'sm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함할 수도 있으며;
Figure pct00135
는 표면인, 미세유체 디바이스.
14. 실시형태 13 에 있어서,
LG' 는 -W-Si(OZ')2O- 일 수도 있고, W' 는 O 일 수도 있는, 미세유체 디바이스.
15. 실시형태 13 또는 14 에 있어서,
n' 은 7 내지 21 일 수도 있는, 미세유체 디바이스.
16. 실시형태 13 내지 15 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응성 모이어티 R'x 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 스트렙타비딘, 올레핀, 트랜스 시클로옥텐, s-테트라진, 티올, 말레이미드, 할로겐화물, 시아노, 이소시아네이트, 에폭시드, 히드록시아민, 마스킹된 히드록실, 또는 술포닐 플루오라이드일 수도 있는, 미세유체 디바이스.
17. 실시형태 13 내지 15 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응성 모이어티 R'x 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 또는 스트렙타비딘일 수도 있는, 미세유체 디바이스.
18. 실시형태 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 모이어티는 상기 제 2 모이어티와 상이할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
19. 실시형태 13 내지 17 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXX, 화학식 V, 및 화학식 VII 로부터 선택된 구조를 가질 수도 있고, 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXXI', 화학식 VIII', 및 화학식 IX' 로부터 선택된 구조를 가질 수도 있는, 미세유체 디바이스.
20. 실시형태 19 에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 베이스, 상기 커버, 및/또는 상기 미세유체 회로 물질의 공통의 내측 표면 상에 있을 수도 있는, 미세유체 디바이스.
21. 실시형태 20 에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 공통의 내측 표면 위에 랜덤하게 분포될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
22. 실시형태 20 에 있어서,
상기 공통의 내측 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 1 영역 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 2 영역을 포함할 수도 있고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역에 인접하는, 미세유체 디바이스.
23. 실시형태 20 에 있어서,
상기 공통의 내측 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 복수의 제 1 영역들 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 2 영역을 포함할 수도 있고, 상기 복수의 제 1 영역들은 상기 제 2 영역에 의해 서로 분리되고 또는 상기 제 2 영역에 각각 인접하는, 미세유체 디바이스.
24. 실시형태 20 에 있어서,
상기 공통의 내측 표면은 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 복수의 제 2 영역들 및 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 1 영역을 포함하고, 상기 복수의 제 2 영역들은 상기 제 1 영역에 의해 서로 분리되고 또는 상기 제 1 영역에 각각 인접하는, 미세유체 디바이스.
25. 실시형태 13 내지 18 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 및 화학식 IX 로부터 선택된 구조를 가질 수도 있고, 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXXI', 화학식 VIII' 및 화학식 IX' 로부터 선택된 구조를 가질 수도 있으며, 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들과 상이한, 미세유체 디바이스.
26. 실시형태 25 에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 상기 표면 개질 리간드는 화학식 X 의 구조를 가질 수도 있고, 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 상기 표면 개질 리간드는 화학식 XI 의 구조를 가질 수도 있고:
Figure pct00136
화학식 X
Figure pct00137
화학식 XI
CG 는 커플링 기이며; L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자인, 미세유체 디바이스.
27. 실시형태 25 또는 26 에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 베이스, 상기 커버, 및/또는 상기 미세유체 회로 물질의 공통의 내측 표면 상에 있을 수도 있는, 미세유체 디바이스.
28. 실시형태 27 에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 공통의 내측 표면 위에 랜덤하게 분포될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
29. 실시형태 27 에 있어서,
상기 공통의 내측 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 1 영역 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 2 영역을 가질 수도 있고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역에 인접하는, 미세유체 디바이스.
30. 실시형태 27 에 있어서,
상기 공통의 내측 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 갖는 복수의 제 1 영역들 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 갖는 제 2 영역을 포함할 수도 있고, 상기 복수의 제 1 영역들은 상기 제 2 영역에 의해 서로 분리되고 또는 상기 제 2 영역에 각각 인접하는, 미세유체 디바이스.
31. 실시형태 27 내지 30 중 어느 하나에 있어서,
상기 공통의 내측 표면은 1 보다 많은 종류의 단백질성 모이어티를 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
32. 실시형태 25 내지 31 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 상기 표면 개질 리간드는 제 1 단백질성 모이어티를 포함할 수도 있고, 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 상기 표면 개질 리간드는 제 2 단백질성 모이어티를 포함할 수도 있으며, 상기 제 1 및 제 2 단백질성 모이어티들은 상이한, 미세유체 디바이스.
33. 실시형태 13 내지 18 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXX, 화학식 V, 및 화학식 VII 로부터 선택된 구조를 가질 수도 있고, 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXX', 화학식 V', 및 화학식 VII' 로부터 선택된 구조를 가질 수도 있고, 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들과 상이하며, 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 상기 반응성 모이어티는 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 상기 반응성 모이어티와 반응하지 않는, 미세유체 디바이스.
34. 실시형태 33 에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 베이스, 상기 커버, 및/또는 상기 미세유체 회로 물질의 공통의 내측 표면 상에 있을 수도 있는, 미세유체 디바이스.
35. 실시형태 34 에 있어서,
상기 공통의 내측 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 1 영역 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 2 영역을 포함할 수도 있고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역에 인접하는, 미세유체 디바이스.
36. 실시형태 34 에 있어서,
상기 공통의 내측 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 복수의 제 1 영역들 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 2 영역들을 포함할 수도 있고, 상기 복수의 제 1 영역들은 상기 제 2 영역에 의해 서로 분리되고 또는 상기 제 2 영역에 각각 인접하는, 미세유체 디바이스.
37. 실시형태 1 내지 36 중 어느 하나에 있어서,
상기 유체 회로는 유동 영역 및 시퀘스트레이션 펜을 포함할 수도 있고, 상기 시퀘스트레이션 펜은 격리 영역 및 접속 영역을 포함할 수도 있고, 상기 접속 영역은 상기 유동 영역에 대한 근위 개구를 포함하고 상기 격리 영역을 상기 유동 영역에 유동 가능하게 접속하는, 미세유체 디바이스.
38. 실시형태 37 에 있어서,
상기 유동 영역의 적어도 하나의 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들로 개질될 수도 있고, 상기 시퀘스트레이션 펜의 적어도 하나의 표면은 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들로 개질될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
39. 실시형태 38 에 있어서,
상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 부착 세포들을 고정하도록 구성된 표면 접촉 모이어티를 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
40. 실시형태 38 또는 39 에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 시퀘스트레이션 펜 밖으로의 운동성 세포들의 이동을 억제 또는 실질적으로 방지하도록 구성된 표면 접촉 모이어티를 포함하는, 미세유체 디바이스.
41. 실시형태 37 내지 40 중 어느 하나에 있어서,
상기 유동 영역은 유체 인렛 및 유체 아웃렛에 유동 가능하게 접속될 수도 있고, 제 1 유체 매질의 유동을 포함하도록 구성될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
42. 실시형태 37 내지 41 중 어느 하나에 있어서,
상기 시퀘스트레이션 펜은 미세유체 회로 물질로 제조된 벽들을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
43. 실시형태 42 에 있어서,
상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 벽들은 상기 베이스의 상기 내측 표면으로부터 상기 커버의 상기 내측 표면으로 확장할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
44. 실시형태 37 내지 43 중 어느 하나에 있어서,
상기 베이스의 상기 내측 표면은 상기 유동 영역 및 상기 시퀘스트레이션 펜의 내부 밑에 있을 수도 있는, 미세유체 디바이스.
45. 실시형태 37 내지 44 중 어느 하나에 있어서,
상기 유체 회로는 복수의 시퀘스트레이션 펜들을 더 포함할 수도 있고, 상기 시퀘스트레이션 펜들 각각은 상기 제 1 및/또는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들로 개질된 적어도 하나의 내측 표면을 갖는, 미세유체 디바이스.
46. 실시형태 1 내지 45 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 및/또는 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 모노층을 형성할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
47. 실시형태 1 내지 46 중 어느 하나에 있어서,
상기 인클로저의 상기 베이스의 상기 내측 표면 및/또는 상기 커버의 상기 내측 표면은 유리, 실리콘, 실리콘 산화물, 하프늄 산화물, 인듐 탄탈룸 산화물, 또는 알루미늄 산화물을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
48. 실시형태 1 내지 47 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 회로 물질의 상기 내측 표면은 폴리디메틸실록산 (PDMS) 또는 광 패턴 가능 실리콘 (PPS) 을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
49. 실시형태 1 내지 48 중 어느 하나에 있어서,
상기 인클로저의 상기 내측 표면들의 실질적으로 모두는 공유 결합으로 개질될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
50. 실시형태 1 내지 49 중 어느 하나에 있어서,
상기 베이스, 상기 커버 및 상기 미세유체 회로 물질의 적어도 하나의 내측 표면은 제 3 (제 4, 제 5 등) 연결 기, 및 제 3 (제 4, 제 5 등) 모이어티를 포함하는 복수의 제 3 (제 4, 제 5 등) 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 가질 수도 있고, 상기 제 3 (제 4, 제 5 등) 모이어티는 제 3 (제 4, 제 5 등) 표면 접촉 모이어티 또는 제 3 (제 4, 제 5 등) 반응성 모이어티이고, 상기 제 3 (제 4, 제 5 등) 연결 기는 상기 제 1 및 제 2 연결 기들 각각과 상이할 수도 있고/있거나 상기 제 3 (제 4, 제 5 등) 모이어티는 상기 제 1 및 제 2 모이어티들 각각과 상이할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
51. 실시형태 1 내지 50 중 어느 하나에 있어서,
상기 인클로저의 상기 내측 표면들 중 어느 것도 금 금속을 포함하지 않는, 미세유체 디바이스.
52. 실시형태 1 내지 51 중 어느 하나에 있어서,
상기 커버 및/또는 상기 베이스는 반도체 기판을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
53. 실시형태 52 에 있어서,
상기 반도체 기판은 유전영동 (DEP) 구성을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
54. 실시형태 53 에 있어서,
상기 DEP 구성은 광학적으로 작동될 수도 있는, 미세유체 디바이스.
55. 실시형태 52 내지 54 중 어느 하나에 있어서,
상기 반도체 기판은 전기습윤 (EW) 구성을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
56. 실시형태 55 에 있어서,
상기 유체 회로는, EW 유체 매질의 유동을 포함하도록 구성되는, EW 유체 인렛 및 EW 유체 아웃렛에 유동 가능하게 접속된, 유동 영역을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
57. 실시형태 56 에 있어서,
상기 유동 영역에 대한 개구 및 (격리 영역을 포함할 수 있는) 상기 내부 영역을 인클로징하는 벽들을 포함하는 챔버를 더 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
58. 실시형태 57 에 있어서,
상기 적어도 하나의 챔버의 상기 벽들은 미세유체 회로 물질을 포함하는, 미세유체 디바이스.
59. 실시형태 57 또는 58 에 있어서,
상기 적어도 하나의 챔버의 상기 벽들은 상기 베이스의 상기 내측 표면으로부터 상기 커버의 상기 내측 표면으로 확장할 수도 있는, 미세유체 디바이스.
60. 실시형태 1 내지 59 중 어느 하나에 있어서,
상기 커버는 상기 미세유체 회로 물질의 일체형 부분일 수도 있는, 미세유체 디바이스.
61. 실시형태 1 내지 59 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 또는 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질은 다음의 화학식들: 화학식 XV; 화학식 XVI; 화학식 XVII; 화학식 XVIII; 화학식 XIX; 화학식 XX; 화학식 XXI; 화학식 XXII; 화학식 XXIII; 화학식 XXIV; 화학식 XXV; 화학식 XXVI; 화학식 XXVII; 화학식 XXVIII; 화학식 XXIX; 화학식 XXXVI; 화학식 XXXVII; 화학식 XXXVIII; 화학식 XXXIX; 및 화학식 XL 중 하나의 구조를 가질 수도 있는, 미세유체 디바이스.
62. 실시형태 1 에 있어서,
상기 미세유체 디바이스의 상기 베이스, 상기 커버 및 상기 미세유체 회로 물질의 적어도 하나의 내측 표면은 다음의 화학식: 화학식 XLI; 화학식 XLII; 화학식 XLIII; 화학식 XLIV; 화학식 XLIV; 화학식 XLV; 및 화학식 XLVII 중 하나의 복수의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 및 복수의 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 가질 수도 있는, 미세유체 디바이스.
63. 베이스, 커버, 및 내부에 유체 회로를 정의하는 미세유체 회로 물질을 갖는 인클로저를 포함하는 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 내측 표면 상에 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법으로서, 상기 방법은, 상기 적어도 하나의 내측 표면을 제 1 개질 시약 및 제 2 개질 시약과 접촉시키는 단계; 상기 제 1 개질 시약을 상기 적어도 하나의 내측 표면의 복수의 제 1 친핵성 모이어티들과 반응시키는 단계; 상기 제 2 개질 시약을 상기 적어도 하나의 내측 표면의 복수의 제 2 친핵성 모이어티들과 반응시키는 단계; 및 이에 의해 제 1 연결 기, 및 제 1 표면 접촉 모이어티 또는 제 1 반응성 모이어티인 제 1 모이어티를 각각 포함하는 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들, 및 제 2 연결 기, 및 제 2 표면 접촉 모이어티 또는 제 2 반응성 모이어티인 제 2 모이어티를 각각 포함하는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 연결 기는 상기 제 2 연결 기와 상이하고 또는 상기 제 1 모이어티는 상기 제 2 모이어티와 상이한, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
64. 실시형태 63 에 있어서,
상기 제 1 개질 시약을 상기 적어도 하나의 내측 표면과 반응시키는 단계는 상기 제 2 개질 시약을 상기 미세유체 디바이스의 상기 적어도 하나의 내측 표면과 반응시키는 단계와 동시에 수행될 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
65. 실시형태 63 에 있어서,
상기 제 1 개질 시약을 상기 적어도 하나의 내측 표면과 반응시키는 단계는 상기 제 2 개질 시약을 상기 미세유체 디바이스의 상기 적어도 하나의 내측 표면과 반응시키기 전 또는 그 후에 수행될 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
66. 실시형태 63 내지 65 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 상기 제 1 개질 시약을 상기 적어도 하나의 내측 표면의 임의의 이용 가능한 친핵성 모이어티들과 반응하게 하는 컨디션들 하에서 반응될 수도 있고, 상기 제 2 개질 시약은 상기 제 2 개질 시약을 상기 적어도 하나의 내측 표면의 임의의 이용 가능한 친핵성 모이어티들과 반응하게 하는 컨디션들 하에서 반응될 수도 있어, 상기 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 미세유체 디바이스의 상기 적어도 하나의 내측 표면 위에 랜덤하게 포지셔닝되는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
67. 실시형태 63 내지 66 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 상기 적어도 하나의 표면의 제 1 영역 내에 위치된 친핵성 모이어티들과 상기 제 1 개질 시약 간의 반응을 촉진하는 컨디션들 하에서 반응될 수도 있고, 상기 제 2 개질 시약은 상기 적어도 하나의 표면의 제 2 영역 내에 위치된 친핵성 모이어티들과 상기 제 2 개질 시약 간의 반응을 촉진하는 컨디션들 하에서 반응될 수도 있으며, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역에 인접하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
68. 실시형태 63 내지 66 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 상기 적어도 하나의 표면 상에서 서로 분리된 복수의 제 1 영역들 중 어느 하나 내에 위치된 친핵성 모이어티들과 상기 제 1 개질 시약 간의 반응을 촉진하는 컨디션들 하에서 반응되고, 상기 제 2 개질 시약은 제 2 영역 내에 위치된 친핵성 모이어티들과 상기 제 2 개질 시약 간의 반응을 촉진하는 컨디션들 하에서 반응되며, 상기 제 2 영역은 상기 복수의 제 1 영역들 각각에 인접하고 또는 각각을 둘러싸는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
69. 실시형태 63 내지 68 중 어느 하나에 있어서,
상기 유체 회로는 유동 영역 및 격리 영역과 접속 영역을 갖는 시퀘스트레이션 펜을 포함하고, 상기 접속 영역은 상기 유동 영역에 대한 근위 개구를 포함하고 상기 격리 영역을 상기 유동 영역에 유동 가능하게 접속시키는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
70. 실시형태 69 에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 형성하도록 상기 유동 영역의 표면 상에 위치된 제 1 친핵성 모이어티들과 반응될 수도 있고, 상기 제 2 개질 시약은 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 형성하도록 상기 시퀘스트레이션 펜의 표면 상에 위치된 제 2 친핵성 모이어티들과 반응되는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
71. 실시형태 70 에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 제 1 반응성 모이어티를 포함할 수도 있고 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 제 2 반응성 모이어티를 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
72. 실시형태 71 에 있어서,
상기 제 1 및 상기 제 2 반응성 모이어티들은 서로 반응하지 않는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
73. 실시형태 70 에 있어서,
상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 부착 세포들에 대한 지지 모이어티인 표면 접촉 모이어티를 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
74. 실시형태 70 또는 73 에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 시퀘스트레이션 펜 밖으로의 운동성 세포들의 이동을 억제 또는 실질적으로 방지하도록 구성된 표면 접촉 모이어티를 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
75. 실시형태 63 내지 74 중 어느 하나에 있어서,
상기 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계는 상기 미세유체 디바이스의 실질적으로 상기 내측 표면들 모두 상에 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계를 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
76. 실시형태 63 내지 75 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 다음의 화학식들 중 하나의 구조를 가질 수도 있고:
Figure pct00138
화학식 I;
Figure pct00139
화학식 III;
Figure pct00140
화학식 XXXII;
Figure pct00141
화학식 IV;
Figure pct00142
화학식 VI; 및
Figure pct00143
화학식 XXXIII;
V 는 -P(O)(OH)2 또는 -Si(T)2W 이고; W 는 -T, -SH, 또는 -NH2 이며 상기 적어도 하나의 내측 표면과 공유 결합을 형성하도록 구성된 모이어티이고; T 는 독립적으로 OH, OC1-6 알킬, 또는 할로이고; R 은 C1-6 알킬이고; Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하고; Rx 는 반응성 모이어티이고; n 은 3 내지 21 의 정수이며, Lsm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
77. 실시형태 76 에 있어서,
W 는 OC1-6 알킬 또는 할로일 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
78. 실시형태 76 또는 77 에 있어서,
n 은 7 내지 21 일 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
79. 실시형태 76 내지 78 중 어느 하나에 있어서,
T 는 OC1-3 알킬 또는 할로이고/이거나 R 은 C1-3 알킬인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
80. 실시형태 76 내지 79 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응성 모이어티 Rx 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 또는 스트렙타비딘일 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
81. 실시형태 76 내지 79 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응성 모이어티 Rx 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 스트렙타비딘, 올레핀, 트랜스 시클로옥텐, s-테트라진, 티올, 말레이미드, 할로겐화물, 시아노, 이소시아네이트, 에폭시드, 히드록시아민, 마스킹된 히드록실, 또는 술포닐 플루오라이드일 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
82. 실시형태 76 내지 81 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 화학식 I, 화학식 III, 또는 화학식 XXXII 의 구조를 가질 수도 있고, 상기 제 1 개질 시약의 상기 표면 개질 리간드는 화학식 X 또는 화학식 XI 의 구조를 가질 수도 있고:
Figure pct00144
화학식 X
Figure pct00145
화학식 XI
CG 는 커플링 기이며; L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자이고; Lsm 및 L 의 합은 존재한다면 상기 CG 의 원자들을 포함하지 않는, 1 내지 200 개의 비-수소 원자들이며; 상기 표면 접촉 모이어티는 상기 미세유체 디바이스에서의 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
83. 실시형태 82 에 있어서,
상기 제 1 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 알킬, 플루오로알킬, 모노사카라이드, 폴리사카라이드; 알콜, 폴리알콜, 알킬렌 에테르, 고분자전해질들, 아미노, 카르복실산, 포스폰산, 술포네이트 음이온, 카르복시베타인들, 술포베타인, 술팜산, 아미노산 모이어티, 또는 절단 가능 모이어티 중 하나 이상을 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
84. 실시형태 82 에 있어서,
상기 제 1 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트란 모이어티, 단백질성 모이어티, 폴리 카르복실산, 또는 폴리 리신 모이어티를 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
85. 실시형태 63 내지 84 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 2 개질 시약은 다음의 화학식들 중 하나의 구조를 가질 수도 있고:
Figure pct00146
화학식 I';
Figure pct00147
화학식 III';
Figure pct00148
화학식 XXXII';
Figure pct00149
화학식 IV';
Figure pct00150
화학식 VI';
Figure pct00151
화학식 XXXIII';
V' 는 -P(O)(OH)2 또는 -Si(T')2W' 이고; W' 는 -T', -SH, 또는 -NH2 이며 상기 적어도 하나의 내측 표면과 공유 결합을 형성하도록 구성된 모이어티이고; T' 는 독립적으로 OH, OC1-6 알킬, 또는 할로이고; R' 은 C1-6 알킬이고; L'fm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하고; R'x 는 반응성 모이어티이고; n 은 3 내지 21 의 정수이며, L'sm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
86. 실시형태 85 에 있어서,
W' 는 OC1-6 알킬 또는 할로인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
87. 실시형태 85 또는 86 에 있어서,
n' 은 7 내지 21 인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
88. 실시형태 85 내지 87 중 어느 하나에 있어서,
T' 는 OC1-3 알킬 또는 할로이고/이거나, R' 은 C1-3 알킬인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
89. 실시형태 85 내지 88 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응성 모이어티 R'x 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 또는 스트렙타비딘인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
90. 실시형태 85 내지 88 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응성 모이어티 R'x 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 스트렙타비딘, 올레핀, 트랜스 시클로옥텐, s-테트라진, 티올, 말레이미드, 할로겐화물, 시아노, 이소시아네이트, 에폭시드, 히드록시아민, 마스킹된 히드록실, 또는 술포닐 플루오라이드인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
91. 실시형태 85 내지 90 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 2 개질 시약은 화학식 I', 화학식 III', 또는 화학식 XXXII' 의 구조를 가질 수도 있고, 상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 개질 리간드는 화학식 X 또는 화학식 XI 의 구조를 가질 수도 있고:
Figure pct00152
화학식 X
Figure pct00153
화학식 XI
CG 는 커플링 기이며; L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자이고; Lsm 및 L 의 합은 존재한다면 상기 CG 의 원자들을 포함하지 않는, 1 내지 200 개의 비-수소 원자들이며; 상기 표면 접촉 모이어티는 상기 미세유체 디바이스에서의 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
92. 실시형태 91 에 있어서,
상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 알킬, 플루오로알킬, 모노사카라이드, 폴리사카라이드; 알콜, 폴리알콜, 알킬렌 에테르, 고분자전해질들, 아미노, 카르복실산, 포스폰산, 술포네이트 음이온, 카르복시베타인들, 술포베타인, 술팜산, 아미노산 모이어티 또는 절단 가능 모이어티 중 하나 이상을 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
93. 실시형태 91 에 있어서,
상기 제 1 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트란 모이어티, 단백질성 모이어티, 폴리 카르복실산, 또는 폴리 리신 모이어티를 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
94. 실시형태 82 또는 91 에 있어서,
상기 제 1 개질 시약 및/또는 상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 부착 세포들의 팽창을 지원하고/하거나 그 위에서 배양된 부착 세포들의 배출을 허용하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
95. 실시형태 82 또는 91 에 있어서,
상기 제 1 개질 시약 및/또는 상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 상기 미세유체 디바이스 내의 선택된 영역으로 운동성 세포들이 진입하는 것을 억제할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
96. 실시형태 76 내지 95 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 화학식 I, 화학식 III, 또는 화학식 XXXII 의 구조를 가질 수도 있고, 상기 제 2 개질 시약은 화학식 화학식 IV', 화학식 VI', 또는 화학식 XXXIII' 의 구조를 가질 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
97. 실시형태 76 내지 95 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 화학식 IV, 화학식 VI, 또는 화학식 XXXIII 의 구조를 가질 수도 있고, 상기 제 2 개질 시약은 화학식 I', 화학식 III', 또는 화학식 XXXII' 의 구조를 가질 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
98. 실시형태 74 내지 95 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 화학식 XXXIV 의 세컨더리 관능화 시약과 접촉시키는 단계:
Figure pct00154
화학식 XXXIV; 및
상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면의 상기 제 1 또는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 상의 반응성 모이어티들과 상기 세컨더리 관능화 시약을 반응시켜 추가의 개질된 표면을 형성하는 단계를 더 포함하고,
RP 는 화학식 XXXIII, 화학식 XXXIII', 화학식 IV, 화학식 IV', 화학식 VI, 또는 화학식 VI' 의 상기 반응성 모이어티와 반응하기 위한 반응 쌍 모이어티이고; RX2 는 화학식 XXXIII, 화학식 XXXIII', 화학식 IV, 화학식 IV', 화학식 VI, 또는 화학식 VI' 의 상기 반응성 모이어티와 반응하지 않도록 선택된 반응성 모이어티이며; Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
99. 실시형태 98 에 있어서,
상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 화학식 XXXIV 의 상기 세컨더리 관능화 시약과 접촉시키는 단계는 상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 상기 세컨더리 관능화 시약을 포함하는 용액과 접촉시키는 단계를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
100. 실시형태 76 내지 99 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 표면 개질 시약과 접촉시키는 단계, 및 상기 표면 개질 시약을 상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면 또는 추가의 개질된 표면 상의 반응성 모이어티들과 반응시키는 단계를 더 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
101. 실시형태 100 에 있어서,
상기 표면 개질 시약은 화학식 XII 의 구조를 가질 수도 있고:
Figure pct00155
화학식 XII;
RP 는 반응 쌍 모이어티이고; 상기 표면 접촉 모이어티는 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티이며; L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자이고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
102. 실시형태 63 내지 101 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계는 상기 미세유체 디바이스의 어셈블리 후에 수행될 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
103. 실시형태 63 내지 101 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계는 상기 미세유체 디바이스의 어셈블리 전에 수행될 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
104. 실시형태 63 내지 101 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 디바이스의 어셈블리 전에 상기 베이스 또는 상기 커버 중 하나의 제 1 개질된 표면을 형성하는 단계; 상기 미세유체 디바이스를 어셈블링하는 단계로서, 상기 어셈블링은 상기 베이스 또는 상기 커버 중 하나의 상기 제 1 공유 결합으로 개질된 표면을 상기 미세유체 회로 물질 및 상기 커버 또는 베이스의 비개질된 표면과 어셈블링하는 것을 포함하는, 상기 미세유체 디바이스를 어셈블링하는 단계; 및 어셈블링된 상기 미세유체 디바이스의 비개질된 표면 상에 제 2 개질된 표면을 형성하는 단계를 더 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
105. 실시형태 63 내지 104 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 친핵성 모이어티들은 수산화물, 아미노 또는 티올일 수도 있고/있거나, 상기 제 2 친핵성 모이어티들은 수산화물, 아미노 또는 티올인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
106. 실시형태 63 내지 104 중 어느 하나에 있어서,
상기 베이스 및/또는 상기 커버의 내측 표면은 금속, 금속 산화물, 유리, 폴리머, 또는 이들의 임의의 조합일 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
107. 실시형태 63 내지 106 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 회로 물질은 폴리머일 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
108. 실시형태 107 에 있어서,
상기 미세유체 회로 물질은 폴리디메톡시실란 (PDMS) 또는 광 패턴 가능 실리콘 (PPS) 일 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
109. 실시형태 63 내지 108 중 어느 하나에 있어서,
상기 접촉시키는 단계는 상기 적어도 하나의 내측 표면을 상기 제 1 개질 시약 및/또는 상기 제 2 개질 시약을 함유하는 액체 용액과 접촉시키는 단계를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
110. 실시형태 63 내지 109 중 어느 하나에 있어서,
상기 접촉시키는 단계는 상기 적어도 하나의 내측 표면을 상기 제 1 개질 시약 및/또는 상기 제 2 개질 시약을 함유하는 증기 상과 접촉시키는 단계를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
111. 실시형태 110 에 있어서,
상기 접촉시키는 단계는 상기 적어도 하나의 내측 표면을 제어된 양의 수증기의 존재 시에 상기 증기 상에서 상기 제 1 및/또는 제 2 개질 시약과 접촉시키는 단계를 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
112. 실시형태 111 에 있어서,
황산 마그네슘 헵타하이드레이트는 상기 제어된 양의 수증기를 제공할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
113. 실시형태 110 내지 112 중 어느 하나에 있어서,
상기 접촉시키는 단계는 상기 적어도 하나의 내측 표면을 대기압에 비해 감소된 압력 하의 환경에서, 상기 증기 상에서 상기 제 1 및/또는 제 2 개질 시약과 접촉시키는 단계를 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
114. 실시형태 63 내지 113 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 내측 표면 각각은 산화물 모이어티를 도입하도록 사전-처리되는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
115. 실시형태 76 내지 101 중 어느 하나에 있어서,
n 은 9, 14, 또는 16 인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
116. 실시형태 76 내지 101 중 어느 하나에 있어서,
n 은 9 인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
117. 실시형태 85 내지 101 중 어느 하나에 있어서,
n' 은 9, 11, 14, 16, 18, 또는 n+2 와 동일한, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
118. 실시형태 98 내지 101 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 표면 개질 시약 또는 세컨더리 관능화 시약과 반응시키는 단계는 상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 상기 표면 개질 시약 또는 상기 세컨더리 관능화 시약을 포함하는 용액과 접촉시킴으로써 수행되는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
119. 실시형태 118 에 있어서,
상기 표면 개질 시약 또는 상기 관능화 시약을 포함하는 상기 용액은 Cu(I) 염을 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
120. 실시형태 118 에 있어서,
상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 상기 표면 개질 시약 또는 상기 관능화 시약과 반응시키는 단계는 구리 없이 수행될 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
121. 실시형태 63 내지 120 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계는 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 및/또는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 모노층을 형성하는 단계를 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
122. 실시형태 63 내지 121 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계는 1 보다 많은 종류의 단백질성 모이어티를 상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면에 공유 결합으로 바인딩하는 단계를 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
123. 실시형태 63 내지 122 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 디바이스의 상기 커버는 상기 미세유체 회로 물질의 일체형 부분일 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
124. 실시형태 63 내지 123 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 디바이스의 상기 커버 또는 상기 베이스는 DEP 구성을 포함할 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
125. 실시형태 124 에 있어서,
상기 DEP 구성은 광학적으로 작동될 수도 있는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
126. 미세유체 디바이스 내에서 위치 선택적 방식으로 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법으로서,
상기 미세유체 디바이스는 베이스, 커버, 및 내부에 유체 회로를 정의하는 미세유체 회로 물질을 포함하는 인클로저를 포함하고, 상기 미세유체 회로는 유동 영역 및 시퀘스트레이션 펜을 포함하며, 상기 시퀘스트레이션 펜은 격리 영역 및 접속 영역을 포함하고, 상기 접속 영역은 상기 유동 영역에 대한 근위 개구를 포함하고 상기 유동 영역에 상기 격리 영역을 유동 가능하게 접속시키고,
상기 방법은,
제 1 개질 시약이 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역으로 진입하지 않도록 하는 컨디션들 하에서 상기 유동 영역을 통해 상기 제 1 개질 시약을 유동시키는 단계; 상기 유동 영역의 적어도 하나의 표면 상의 친핵성 모이어티들과 상기 제 1 개질 시약을 반응시켜, 이에 의해 상기 유동 영역 내에 제 1 개질된 표면을 형성하는 단계로서, 상기 제 1 개질된 표면은 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역으로 확장하지 않는, 상기 제 1 개질된 표면을 형성하는 단계; 제 2 개질 시약이 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역으로 진입하지 않도록 하는 컨디션들 하에서 상기 유동 영역을 통해 제 2 개질 시약을 유동시키는 단계; 및 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역의 적어도 하나의 표면 상의 친핵성 모이어티들과 상기 제 2 개질 시약을 반응시켜, 이에 의해 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역 내에 제 2 개질된 표면을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 개질 시약은 상기 제 2 개질 시약과 동일한 구조를 갖지 않는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
127. 실시형태 126 에 있어서,
상기 유동 영역을 통해 상기 제 1 개질 시약을 유동시키기 위한 상기 컨디션들은 음의 압력을 상기 유동 영역에 인가하는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
128. 실시형태 127 에 있어서,
상기 제 1 개질 시약을 유동시키는 단계는 약 10 mm/sec 또는 그 이상 (예를 들어, 적어도 1 mm/sec; 적어도 5 mm/sec; 적어도 10 mm/sec; 적어도 20 mm/sec; 적어도 40 mm/sec; 적어도 50 mm/sec; 또는 상기 값들 중 2 개에 의해 정의된 임의의 범위, 예를 들어 약 1 mm/sec 내지 약 50 mm/sec, 또는 10 mm/sec 내지 약 20 mm/sec) 의 속도로 상기 유동 영역을 통해 상기 제 1 개질 시약을 포함하는 용액을 유동시키는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
129. 실시형태 126 에 있어서,
상기 유동 영역을 통해 상기 제 1 개질 시약을 유동시키기 위한 상기 컨디션들은 양의 압력을 상기 유동 영역에 인가하는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
130. 실시형태 129 에 있어서,
상기 제 1 개질 시약을 유동시키는 단계는 약 2 mm/sec 또는 그 이하 (예를 들어, 약 1.5 mm/sec 미만; 약 1.0 mm/sec 미만; 약 0.5 mm/sec 미만; 또는 상기 값들 중 2 개에 의해 정의된 임의의 범위, 예를 들어 약 0.5 mm/sec 내지 약 2 mm/sec, 또는 약 1 mm/sec 내지 약 1.5 mm/sec) 의 속도로 상기 유동 영역을 통해 상기 제 1 개질 시약을 포함하는 용액을 유동시키는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
131. 실시형태 129 또는 130 에 있어서,
상기 제 1 개질 시약을 유동시키는 단계는 상기 유동 영역을 통해 상기 제 1 개질 시약을 포함하는 용액을 유동시키는 단계를 포함하고, 상기 용액은 계면활성제 (예를 들어, 비-이온 계면활성제, 예컨대 Brij 계면활성제 (예를 들어, Brij L4); 상기 계면활성제는 약 8 내지 약 12 (예를 들어, 약 8 내지 약 10, 또는 약 9) 의 친수-친유기 평형 (HLB) 을 가질 수 있음) 를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
132. 실시형태 126 내지 131 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 2 개질 시약은 상기 유동 영역의 상기 표면들 상의 모이어티들과 실질적으로 반응하지 않는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
133. 실시형태 126 내지 132 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 제 1 연결 모이어티 및 제 1 개질 모이어티를 포함하고, 상기 제 1 개질 모이어티는 제 1 표면 접촉 모이어티 또는 제 1 반응성 모이어티를 포함하며; 상기 제 2 개질 시약은 제 2 연결 모이어티 및 제 2 개질 모이어티를 포함하고, 상기 제 2 개질 모이어티는 제 2 표면 접촉 모이어티 또는 제 2 반응성 모이어티를 포함하고, 상기 제 1 연결 모이어티는 상기 제 2 연결 모이어티와 상이하고/하거나 상기 제 1 개질 모이어티는 상기 제 2 개질 모이어티와 상이한, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
134. 실시형태 126 내지 133 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 다음의 화학식들 중 하나의 구조를 갖는:
Figure pct00156
화학식 I;
Figure pct00157
화학식 III;
Figure pct00158
화학식 XXXII;
Figure pct00159
화학식 IV;
Figure pct00160
화학식 VI; 또는
Figure pct00161
화학식 XXXIII;
V 는 -P(O)(OH)2 또는 -Si(T)2W 이고; W 는 -T, -SH, 또는 -NH2 이며 상기 유동 영역의 적어도 하나의 표면과 공유 결합을 형성하도록 구성된 모이어티이고; T 는 독립적으로 OH, OC1-6 알킬, 또는 할로이고; R 은 C1-6 알킬이고; Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하고; Rx 는 반응성 모이어티이고; n 은 3 내지 21 의 정수이며; Lsm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고, 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
135. 실시형태 134 에 있어서,
W 는 OC1-6 알킬 또는 할로인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
136. 실시형태 134 또는 135 에 있어서,
n 은 7 내지 21 인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
137. 실시형태 134 내지 136 중 어느 하나에 있어서,
T 는 OC1-3 알킬 또는 할로이고/이거나, R 은 C1-3 알킬인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
138. 실시형태 134 내지 137 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응성 모이어티 Rx 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 스트렙타비딘, 올레핀, 트랜스 시클로옥텐, s-테트라진, 티올, 말레이미드, 할로겐화물, 시아노, 이소시아네이트, 에폭시드, 히드록시아민, 마스킹된 히드록실, 또는 술포닐 플루오라이드인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
139. 실시형태 134 내지 137 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응성 모이어티 Rx 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 또는 스트렙타비딘인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
140. 실시형태 134 내지 139 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 화학식 I, 화학식 III, 또는 화학식 XXXII 의 구조를 갖고, 상기 제 1 개질 시약의 상기 표면 개질 리간드는 화학식 X 또는 화학식 XI 의 구조를 갖고:
Figure pct00162
화학식 X
Figure pct00163
화학식 XI
CG 는 커플링 기이며; L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자이고; Lsm 및 L 의 합은 존재한다면 상기 CG 의 원자들을 포함하지 않는, 1 내지 200 개의 비-수소 원자들이며; 상기 표면 접촉 모이어티는 상기 미세유체 디바이스에서의 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
141. 실시형태 140 에 있어서,
상기 표면 접촉 모이어티는 알킬, 플루오로알킬, 모노사카라이드, 폴리사카라이드; 알콜, 폴리알콜, 알킬렌 에테르, 고분자전해질들, 아미노, 카르복실산, 포스폰산, 술포네이트 음이온, 카르복시베타인들, 술포베타인, 술팜산, 아미노산 모이어티 또는 절단 가능 모이어티 중 하나 이상을 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
142. 실시형태 140 에 있어서,
상기 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트란 모이어티, 단백질성 모이어티, 폴리 카르복실산, 또는 폴리 리신 모이어티를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
143. 실시형태 126 내지 142 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 2 개질 시약은 다음의 화학식들 중 하나의 구조를 갖고:
Figure pct00164
화학식 I';
Figure pct00165
화학식 III';
Figure pct00166
화학식 XXXII';
Figure pct00167
화학식 IV';
Figure pct00168
화학식 VI';
Figure pct00169
화학식 XXXIII';
V' 는 -P(O)(OH)2 또는 -Si(T')2W' 이고; W' 는 -T', -SH, 또는 -NH2 이며 상기 적어도 하나의 내측 표면과 공유 결합을 형성하도록 구성된 모이어티이고; T' 는 독립적으로 OH, OC1-6 알킬, 또는 할로이고; R' 은 C1-6 알킬이고; L'fm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하고; R'x 는 반응성 모이어티이고; n 은 3 내지 21 의 정수이며, L'sm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
144. 실시형태 143 에 있어서,
W' 는 OC1-6 알킬 또는 할로인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
145. 실시형태 143 또는 144 에 있어서,
n' 은 7 내지 21 인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
146. 실시형태 143 내지 145 중 어느 하나에 있어서,
T' 는 OC1-3 알킬 또는 할로이고/이거나 R' 은 C1-3 알킬인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
147. 실시형태 143 내지 146 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응성 모이어티 R'x 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 또는 스트렙타비딘인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
148. 실시형태 143 내지 147 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응성 모이어티 R'x 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 스트렙타비딘, 올레핀, 트랜스 시클로옥텐, s-테트라진, 티올, 말레이미드, 할로겐화물, 시아노, 이소시아네이트, 에폭시드, 히드록시아민, 마스킹된 히드록실, 또는 술포닐 플루오라이드인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
149. 실시형태 143 내지 147 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 2 개질 시약은 화학식 I', 화학식 III', 또는 화학식 XXXII' 의 구조를 갖고, 상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 개질 리간드'는 화학식 X 또는 화학식 XI 의 구조를 갖고:
Figure pct00170
화학식 X
Figure pct00171
화학식 XI
CG 는 커플링 기이고; L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자이고; Lsm 및 L 의 합은 존재한다면 상기 CG 의 원자들을 포함하지 않는, 1 내지 200 개의 비-수소 원자들이며; 상기 표면 접촉 모이어티는 상기 미세유체 디바이스에서의 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
150. 실시형태 149 에 있어서,
상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 알킬, 플루오로알킬, 모노사카라이드, 폴리사카라이드; 알콜, 폴리알콜, 알킬렌 에테르, 고분자전해질들, 아미노, 카르복실산, 포스폰산, 술포네이트 음이온, 카르복시베타인들, 술포베타인, 술팜산, 아미노산 모이어티 또는 절단 가능 모이어티 중 하나 이상을 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
151. 실시형태 149 에 있어서,
상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트란 모이어티, 단백질성 모이어티, 폴리 카르복실산, 또는 폴리 리신 모이어티를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
152. 실시형태 134 내지 151 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 부착 세포들의 팽창을 지원하고/하거나 그 위에서 배양된 부착 세포들의 배출을 허용하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
153. 실시형태 134 내지 151 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 상기 미세유체 디바이스 의 상기 유동 영역으로 운동성 세포들이 진입하는 것을 억제 또는 실질적으로 방지하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
154. 실시형태 143 내지 153 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 화학식 I, 화학식 III, 또는 화학식 XXXII 의 구조를 갖고, 상기 제 2 개질 시약은 화학식 IV', 화학식 VI', 또는 화학식 XXXIII' 의 구조를 갖는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
155. 실시형태 143 내지 153 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질 시약은 화학식 IV, 화학식 VI, 또는 화학식 XXXIII 의 구조를 갖고, 상기 제 2 개질 시약은 화학식 I', 화학식 III', 또는 화학식 XXXII' 의 구조를 갖는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
156. 실시형태 126 내지 154 중 어느 하나에 있어서,
상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역 내의 상기 제 2 개질된 표면은 화학식 XXX', 화학식 V', 또는 화학식 VII' 의 구조를 각각 갖는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
157. 실시형태 156 에 있어서,
상기 제 2 개질된 표면을 화학식 XII 의 구조를 갖는 표면과 접촉시키는 단계
Figure pct00172
화학식 XII;
및 상기 제 2 개질된 표면의 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 상기 표면 개질 시약과 반응시켜 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역 내에 추가의 개질된 표면을 형성하는 단계를 더 포함하고,
RP 는 반응 쌍 모이어티이고; 상기 표면 접촉 모이어티는 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티이며; L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자이고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
158. 실시형태 157 에 있어서,
상기 제 2 개질된 표면을 화학식 XII 의 상기 표면 개질 시약과 접촉시키는 단계는, 상기 표면 개질 시약을 포함하는 용액을 상기 유동 영역 안으로 유동시키는 단계; 및 상기 표면 개질 시약이 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역 안으로 확산하고 상기 제 2 개질된 표면을 접촉하는 것을 허용하는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
159. 실시형태 156 내지 158 중 어느 하나에 있어서,
상기 유동 영역의 상기 제 1 개질된 표면은 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 또는 화학식 IX 의 구조를 각각 갖는 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
160. 실시형태 156 에 있어서,
상기 제 2 개질된 표면을 화학식 XXXIV 의 세컨더리 관능화 시약과 접촉시키는 단계:
Figure pct00173
화학식 XXXIV;
및 상기 세컨더리 관능화 시약을 상기 제 2 개질된 표면의 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들과 반응시켜 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역 내에 추가의 개질된 표면을 형성하는 단계를 더 포함하고,
RP 는 화학식 XXX, 화학식 V, 또는 화학식 VII 의 상기 반응성 모이어티와 반응하기 위한 반응 쌍 모이어티이고; RX2 는 상기 제 2 개질된 표면의 상기 반응성 모이어티와 반응하지 않도록 선택된 반응성 모이어티이며; Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
161. 실시형태 160 에 있어서,
상기 제 2 개질된 표면을 화학식 XXXIV 의 상기 세컨더리 관능화 시약과 접촉시키는 단계는, 상기 세컨더리 관능화 시약을 포함하는 용액을 상기 유동 영역 안으로 유동시키는 단계; 및 상기 세컨더리 관능화 시약이 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역 안으로 확산하게 하고 상기 제 2 개질된 표면을 접촉하게 하는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
162. 실시형태 160 또는 161 에 있어서,
상기 세컨더리 관능화 시약과 반응된 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 각각은 1 또는 개의 2 CG 를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
163. 실시형태 126 내지 162 중 어느 하나에 있어서,
상기 유동 영역의 상기 표면(들) 상의 상기 친핵성 모이어티들은 수산화물, 아미노 및 티올이고; 및/또는 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 표면(들) 상의 상기 친핵성 모이어티들은 수산화물, 아미노, 및 티올로부터 선택되는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
164. 실시형태 126 내지 163 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 회로는 복수의 시퀘스트레이션 펜들을 포함하고, 상기 시퀘스트레이션 펜들 각각은 적어도 하나의 제 2 개질된 또는 추가의 개질된 표면을 그 안에 형성하도록 처리되는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
165. 실시형태 126 내지 164 중 어느 하나에 있어서,
상기 베이스 및/또는 상기 커버의 내측 표면은 금속, 금속 산화물, 유리, 폴리머, 또는 이들의 임의의 조합인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
166. 실시형태 126 내지 165 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 회로 물질은 폴리머인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
167. 실시형태 166 에 있어서,
상기 미세유체 회로 물질은 폴리디메톡시실란 (PDMS) 또는 광 패턴 가능 실리콘 (PPS) 인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
168. 실시형태 126 내지 167 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 디바이스의 상기 커버는 상기 미세유체 회로 물질의 일체형 부분인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
169. 실시형태 126 내지 168 중 어느 하나에 있어서,
상기 베이스, 커버 및 미세유체 회로 물질의 상기 내측 표면들 각각은 산화물 모이어티를 도입하도록 사전-처리되는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
170. 실시형태 134 내지 162 중 어느 하나에 있어서,
n 은 9, 14, 또는 16 인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
171. 실시형태 134 내지 162 중 어느 하나에 있어서,
n 은 9 인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
172. 실시형태 143 내지 162 중 어느 하나에 있어서,
n' 은 9, 11, 14, 16, 18, 또는 n+2 와 동일한, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
173. 실시형태 158 또는 161 에 있어서,
상기 표면 개질 시약 또는 상기 세컨더리 관능화 시약을 포함하는 상기 용액은 Cu(I) 염을 더 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
174. 실시형태 158 또는 161 에 있어서,
상기 표면 개질 시약 또는 상기 세컨더리 관능화 시약을 포함하는 상기 용액은 구리 용액인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
175. 실시형태 156 또는 159 에 있어서,
상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 상기 유동 영역의 상기 적어도 하나의 표면 상에 모노층을 형성하고/하거나 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역의 상기 적어도 하나의 표면 상에 모노층을 형성하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
176. 실시형태 126 내지 175 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질된 표면을 형성하는 단계 및/또는 상기 제 2 개질된 표면을 형성하는 단계는 1 보다 많은 종류의 단백질성 모이어티를 도입하는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
177. 실시형태 126 내지 176 중 어느 하나에 있어서,
상기 미세유체 디바이스의 상기 커버 또는 상기 베이스는 DEP 구성을 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
178. 실시형태 177 에 있어서,
상기 DEP 구성은 광학적으로 작동되는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
179. 실시형태 126 내지 178 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 개질된 표면을 형성하는 단계는 상기 유동 영역의 실질적으로 모든 상기 내측 표면들 상에 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
180. 실시형태 126 내지 179 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 2 개질된 표면을 형성하는 단계는 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역의 실질적으로 모든 상기 내측 표면들 상에 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
300. 실시형태 1 내지 62 중 어느 하나의 미세유체 디바이스를 포함하는 키트.
301. 실시형태 300 에 있어서,
화학식 XII 의 구조를 갖는 표면 개질 시약을 더 포함하고:
Figure pct00174
화학식 XII;
RP 는 반응 쌍 모이어티이고; 표면 접촉 모이어티는 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티이며; L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드일 수도 있는 연결자이고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 포함할 수도 있는, 키트.
302. 실시형태 300 또는 301 에 있어서,
화학식 XXXIV 의 구조를 갖는 세컨더리 관능화 시약을 더 포함하고:
Figure pct00175
화학식 XXXIV,
RP 는 화학식 XXX, 화학식 V, 또는 화학식 VII 의 상기 반응성 모이어티와 반응하기 위한 반응 쌍 모이어티이고; RX2 는 화학식 XXX, 화학식 V 또는 화학식 VII 의 관능화된 표면의 상기 반응성 모이어티와 반응하지 않도록 선택된 반응성 모이어티이며; Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함할 수도 있는, 키트.
400. 화학식 IV 의 화합물을 합성하는 방법으로서,
Figure pct00176
화학식 IV
화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 반응시키는 것으로서:
Figure pct00177
화학식 XIII
여기서, h 는 1 내지 19 의 아지드 이온인, 상기 화합물과 반응시켜, 이에 의해 화학식 IV 의 화합물을 생성하는 단계를 포함하고,
n 은 3 내지 21 이고 R 은 H 또는 C1-C6 알킬인, 화학식 IV 의 화합물을 합성하는 방법.
401. 실시형태 400 에 있어서,
카운터 이온 내지 아지드 이온은 나트륨일 수도 있는, 화학식 IV 의 화합물을 합성하는 방법.
402. 실시형태 400 또는 401 에 있어서,
상기 반응은 아세토니트릴 또는 DMF 에서 수행될 수도 있는, 화학식 IV 의 화합물을 합성하는 방법.
403. 실시형태 400 내지 402 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응은 주위 온도에서 수행되는, 화학식 IV 의 화합물을 합성하는 방법.
404. 실시형태 400 내지 403 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응은 불활성 분위기 하에서 수행되는, 화학식 IV 의 화합물을 합성하는 방법.
405. 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법으로서:
Figure pct00178
화학식 XIII
다음의 화학식의 구조를 갖는 화합물을 반응시키는 것으로서,
Figure pct00179
화합물은 촉매제 또는 개시제의 존재 시에, 화학식 HSi(OR)3 의 구조를 갖는, 상기 화합물을 반응시켜, 이에 의해 화학식 XIII 의 화합물을 생성하는 단계를 포함하고, h 는 1 내지 19 의 정수이고 R 의 각각의 경우는 독립적으로 H 또는 C1 내지 C6 알킬인, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
406. 실시형태 405 에 있어서,
상기 촉매제는 수소규소화반응 촉매제인, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
407. 실시형태 406 에 있어서,
상기 촉매제는 백금(0)-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 착물, H2PtCl6 .6H2O/iPrOH 또는 트리스(트리페닐포스핀)로듐(I) 클로라이드인, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
408. 실시형태 405 내지 407 중 어느 하나에 있어서,
상기 촉매제는 백금 (O) 촉매제인, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
409. 실시형태 408 에 있어서,
상기 개시제는 트리알킬보란인, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
410. 실시형태 405 내지 409 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응은 톨루엔의 용액에서 수행될 수도 있는, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
411. 실시형태 405 내지 410 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응은 불활성 분위기 하에서 수행될 수도 있는, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
412. 실시형태 405 내지 411 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응은 약 60 ℃ 내지 약 110 ℃ 의 범위의 온도에서 수행될 수도 있는, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
413. 실시형태 405 내지 412 중 어느 하나에 있어서,
R 의 각각의 경우는 Me 또는 Et 인, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
414. 실시형태 405 내지 413 중 어느 하나에 있어서,
h 는 7, 12, 또는 14 일 수도 있는, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
415. 실시형태 405 내지 414 중 어느 하나에 있어서,
R 의 각각의 경우는 Me 이고 h 는 7 인, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
416. 화학식 IV 의 구조를 갖는 화합물로서:
Figure pct00180
화학식 IV;
n 은 7 내지 21 의 정수이고, R 은 독립적으로 H 또는 C1 내지 C6 알킬인, 화학식 IV 의 구조를 갖는 화합물.
417. 실시형태 416 에 있어서,
R 은 Me, Et 또는 Pr 인, 화학식 IV 의 구조를 갖는 화합물.
418. 실시형태 416 또는 417 에 있어서,
R 의 각각의 경우는 Me 일 수도 있는, 화학식 IV 의 구조를 갖는 화합물.
419. 실시형태 416 내지 418 중 어느 하나에 있어서,
n 은 9 내지 21 인, 화학식 IV 의 구조를 갖는 화합물.
420. 실시형태 416 내지 419 중 어느 하나에 있어서,
n 은 9, 14, 또는 16 인, 화학식 IV 의 구조를 갖는 화합물.
421. 실시형태 416 내지 420 중 어느 하나에 있어서,
n 은 9 이고 R 의 각각의 경우는 Me 인, 화학식 IV 의 구조를 갖는 화합물.
422. 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물로서:
Figure pct00181
화학식 XIII;
n 은 5 내지 19 의 정수이고, R 은 H 및 C1-C6 알킬로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물.
423. 실시형태 422 에 있어서,
n 은 9 내지 21 인, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물.
424. 실시형태 422 또는 423 에 있어서,
h 은 7, 12, 또는 14 인, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물.
425. 실시형태 422 내지 424 중 어느 하나에 있어서,
h 은 14 또는 16 인, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물.
426. 실시형태 422 내지 425 중 어느 하나에 있어서,
R 의 각각의 경우는 Me 또는 Et 일 수도 있는, 화학식 XIII 의 구조를 갖는 화합물.
427. 화학식 LI 의 구조를 갖는 화합물로서:
Figure pct00182
화학식 LI
R 은 H 및 C1-C6 알킬로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는, 화학식 LI 의 구조를 갖는 화합물.
428. 화학식 LII 의 구조를 갖는 화합물.
Figure pct00183
화학식 LII
429. 화학식 L 의 화합물을 합성하는 방법으로서:
Figure pct00184
화학식 L
다음의 화학식:
Figure pct00185
의 구조를 갖는 화합물을 촉매제 또는 개시제의 존재 시에 화학식 SiH(Y)3 을 갖는 화합물과 반응시켜, 이에 의해 화학식 I 의 화합물을 생성하는 단계를 포함하고,
n 은 13 내지 25 의 정수이고; Y 의 각각의 경우는 독립적으로 할로, OH, 또는 OR 이며; R 은 C1 내지 C6 알킬인, 화학식 L 의 화합물을 합성하는 방법.
430. 실시형태 429 에 있어서,
상기 촉매제는 수소규소화반응 촉매제인, 화학식 L 의 화합물을 합성하는 방법.
431. 실시형태 429 에 있어서,
상기 촉매제는 백금(0)-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 착물, H2PtCl6 .6H2O/iPrOH, 및 트리스(트리페닐포스핀)로듐(I) 클로라이드로부터 선택되는, 화학식 L 의 화합물을 합성하는 방법.
432. 실시형태 429 내지 431 중 어느 하나에 있어서,
상기 촉매제는 백금 (O) 촉매제인, 화학식 L 의 화합물을 합성하는 방법.
433. 실시형태 429 에 있어서,
상기 개시제는 트리알킬보란인, 화학식 L 의 화합물을 합성하는 방법.
434. 실시형태 429 내지 433 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응시키는 단계는 1,3-비스-트리플루오로메틸 벤젠의 용액에서 수행되는, 화학식 L 의 화합물을 합성하는 방법.
435. 실시형태 429 내지 434 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응시키는 단계는 불활성 분위기 하에서 수행되는, 화학식 L 의 화합물을 합성하는 방법.
436. 실시형태 429 내지 435 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응시키는 단계는 약 60 ℃ 내지 약 110 ℃ 의 범위의 온도에서 수행되는, 화학식 L 의 화합물을 합성하는 방법.
437. 실시형태 429 내지 436 중 어느 하나에 있어서,
Y 의 각각의 경우는 Cl, OMe, 또는 OEt 인, 화학식 L 의 화합물을 합성하는 방법.
438. 실시형태 429 내지 437 중 어느 하나에 있어서,
n 은 13, 15, 16, 또는 19 인, 화학식 L 의 화합물을 합성하는 방법.
439. 화학식 LII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법으로서:
Figure pct00186
화학식 LII
3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 9, 9, 10, 10, 11, 11, 12, 12, 13, 13, 14, 14, 15, 15, 16, 16, 16-노나코자플루오로헥사덱-1-엔을 촉매제 또는 개시제의 존재 시에 트리메톡시실란과 반응시켜; 이에 의해 화학식 LII (트리메톡시 (3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 9, 9, 10, 10, 11, 11, 12, 12, 13, 13, 14, 14, 15, 15, 16, 16, 16-노나코사플루오로헥사데실)-실란) 의 분자를 생성하는 단계를 포함하는, 화학식 LII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
440. 실시형태 439 에 있어서,
상기 촉매제는 수소규소화반응 촉매제인, 화학식 LII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
441. 실시형태 439 에 있어서,
상기 촉매제는 백금(0)-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 착물, H2PtCl6 .6H2O/iPrOH 및 트리스(트리페닐포스핀)로듐(I) 클로라이드로부터 선택되는, 화학식 LII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
442. 실시형태 439 내지 441 중 어느 하나에 있어서,
상기 촉매제는 백금 (O) 촉매제인, 화학식 LII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
443. 실시형태 439 에 있어서,
상기 개시제는 트리알킬보란인, 화학식 LII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
444. 실시형태 439 내지 443 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응시키는 단계는 1,3-비스-트리플루오로메틸 벤젠의 용액에서 수행되는, 화학식 LII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
445. 실시형태 439 내지 444 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응시키는 단계는 불활성 분위기 하에서 수행되는, 화학식 LII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.
446. 실시형태 439 내지 445 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응시키는 단계는 약 60 ℃ 내지 약 110 ℃ 의 범위의 온도에서 수행되는, 화학식 LII 의 구조를 갖는 화합물을 합성하는 방법.

Claims (147)

  1. 미세유체 디바이스로서,
    베이스, 커버, 및 내부에 유체 회로를 정의하는 미세유체 회로 물질을 포함하는 인클로저로서,
    상기 베이스, 상기 커버 및 상기 미세유체 회로 물질의 적어도 하나의 내측 표면은 복수의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 갖고,
    상기 복수의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 각각,
    제 1 연결 기, 및
    제 1 표면 접촉 모이어티 또는 제 1 반응성 모이어티인 제 1 모이어티를 포함하고,
    상기 베이스, 상기 커버 및 상기 미세유체 회로 물질의 적어도 하나의 내측 표면은 복수의 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 갖고,
    상기 복수의 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 각각,
    제 2 연결 기, 및
    제 2 표면 접촉 모이어티 또는 제 2 반응성 모이어티인 제 2 모이어티를 포함하고,
    상기 제 1 연결 기 및 상기 제 2 연결 기는 서로 상이하고/하거나 상기 제 1 모이어티는 상기 제 2 모이어티와 상이한, 미세유체 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 모이어티 및 상기 제 2 모이어티 각각은 -W-Si(OZ)20- 및 -OP(0)20- 로부터 독립적으로 선택된 연결 기 LG 를 통해 상기 표면에 공유 결합으로 바인딩되고,
    W 는 O, S, 또는 N 이고, Z 는 인접한 연결 기 LG 에서의 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 상기 표면에 대한 본드인, 미세유체 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 표면 접촉 모이어티는 알킬, 플루오로알킬, 단당류, 다당류, 알콜, 폴리알콜, 알킬렌 에테르, 고분자전해질들, 아미노, 카르복실산, 포스폰산, 술폰산염 음이온, 카르복시베타인들, 술포베타인, 술팜산, 아미노산 모이어티, 또는 절단 가능 모이어티 중 하나 이상을 포함하고; 및/또는
    상기 제 2 표면 접촉 모이어티는 알킬, 플루오로알킬, 단당류, 다당류, 알콜, 폴리알콜, 알킬렌 에테르, 고분자전해질들, 아미노, 카르복실산, 포스폰산, 술폰산염 음이온, 카르복시베타인들, 술포베타인, 술팜산, 아미노산 모이어티, 또는 절단 가능 모이어티 중 하나 이상을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콜 모이어티, 덱스트란 모이어티, 단백질성 모이어티, 폴리 카르복실산, 폴리리신 모이어티, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하고; 및/또는
    상기 제 2 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콜 모이어티, 덱스트란 모이어티, 단백질성 모이어티, 폴리 카르복실산, 폴리리신 모이어티, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반응성 모이어티는 알킨 모이어티, 아지드 모이어티, 카르복실산 모이어티, 아민 모이어티, 올레핀 모이어티, 테트라지닐 모이어티, 트랜스-시클로옥테닐 모이어티, 티올 모이어티, 말레이미드 모이어티, 비오틴 모이어티, 스트렙타비딘 모이어티, 할로겐화물 모이어티, 시아노 모이어티, 이소시아네이트 모이어티, 에폭시드 모이어티, 히드록시아민 모이어티, 또는 술포닐 플루오라이드 모이어티이고; 및/또는
    상기 제 2 반응성 모이어티는 알킨 모이어티, 아지드 모이어티, 카르복실산 모이어티, 아민 모이어티, 올레핀 모이어티, 테트라지닐 모이어티, 트랜스-시클로옥테닐 모이어티, 티올 모이어티, 말레이미드 모이어티, 비오틴 모이어티, 스트렙타비딘 모이어티, 할로겐화물 모이어티, 시아노 모이어티, 이소시아네이트 모이어티, 에폭시드 모이어티, 히드록시아민 모이어티, 또는 술포닐 플루오라이드 모이어티인, 미세유체 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    각각의 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질은 연결자를 포함하고, 상기 연결자는 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하고; 및/또는
    각각의 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질은 연결자를 포함하고, 상기 연결자는 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 상기 연결자는 1 또는 2 개의 커플링 기 CG 모이어티들을 더 포함하고; 및/또는
    상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 상기 연결자는 1 또는 2 개의 커플링 기 CG 모이어티들을 더 포함하는, 미세유체 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXX, 화학식 V, 화학식 VII, 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 및 화학식 IX 로부터 선택된 구조를 갖고:
    Figure pct00187
    화학식 XXX;
    Figure pct00188
    화학식 V;
    Figure pct00189
    화학식 VII;
    Figure pct00190
    화학식 VIII;
    Figure pct00191
    화학식 IX;
    Figure pct00192
    화학식 XXXI;
    LG 는 -W-Si(OZ)2O- 또는 -OP(O)2O- 이고;
    Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하고;
    Rx 는 반응성 모이어티이고;
    W 는 O, S, 또는 N 이고;
    Z 는 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
    n 은 3 내지 21 의 정수이고;
    Lsm 는 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하며;
    Figure pct00193
    는 상기 표면인, 미세유체 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    LG 는 -W-Si(OZ)2O- 이고, W 는 O 인, 미세유체 디바이스.
  10. 제 8 항에 있어서,
    n 은 7 내지 21 인, 미세유체 디바이스.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 반응성 모이어티 Rx 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 또는 스트렙타비딘인, 미세유체 디바이스.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXX', 화학식 V', 화학식 VII', 화학식 XXXI', 화학식 VIII', 및 화학식 IX' 로부터 선택된 구조를 갖고:
    Figure pct00194
    화학식 XXX';
    Figure pct00195
    화학식 V';
    Figure pct00196
    화학식 VII';
    Figure pct00197
    화학식 VIII';
    Figure pct00198
    화학식 IX';
    Figure pct00199
    화학식 XXXI';
    LG' 는 -W'-Si(OZ')2O- 또는 -OP(O)2O- 이고;
    L'fm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하고;
    R'x 는 반응성 모이어티이고;
    W' 는 O, S, 또는 N 이고;
    Z' 는 인접한 실리콘 원자에 대한 본드이거나 또는 상기 표면에 대한 본드이고;
    n' 은 3 내지 21 의 정수이고;
    L'sm 는 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하며;
    Figure pct00200
    는 상기 표면인, 미세유체 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    LG' 는 -W'-Si(OZ')2O- 이고, W' 는 O 인, 미세유체 디바이스.
  14. 제 12 항에 있어서,
    n' 는 7 내지 21 인, 미세유체 디바이스.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 반응성 모이어티 R'x 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 또는 스트렙타비딘인, 미세유체 디바이스.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 모이어티는 상기 제 2 모이어티와 상이한, 미세유체 디바이스.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXX, 화학식 V, 및 화학식 VII 로부터 선택된 구조를 갖고, 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXXI', 화학식 VIII', 및 화학식 IX' 로부터 선택된 구조를 갖는, 미세유체 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 베이스, 상기 커버, 및/또는 상기 미세유체 회로 물질의 공통의 내측 표면 상에 있는, 미세유체 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 공통의 내측 표면 위에 랜덤하게 분포되는, 미세유체 디바이스.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 공통의 내측 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 1 영역 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역에 인접하는, 미세유체 디바이스.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 공통의 내측 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 복수의 제 1 영역들 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 2 영역을 포함하고, 상기 복수의 제 1 영역들은 상기 제 2 영역에 의해 서로 분리되는, 미세유체 디바이스.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 및 화학식 IX 로부터 선택된 구조를 갖고, 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXXI', 화학식 VIII' 및 화학식 IX' 로부터 선택된 구조를 가지며, 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들과 상이한, 미세유체 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 표면 개질 리간드는 화학식 X 의 구조를 포함하고, 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 표면 개질 리간드는 화학식 XI 의 구조를 포함하고:
    Figure pct00201
    화학식 X
    Figure pct00202
    화학식 XI
    CG 는 커플링 기이며;
    L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자인, 미세유체 디바이스.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 베이스, 상기 커버, 및/또는 상기 미세유체 회로 물질의 공통의 내측 표면 상에 있는, 미세유체 디바이스.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 공통의 내측 표면 위에 랜덤하게 분포되는, 미세유체 디바이스.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 공통의 내측 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 1 영역 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역에 인접하는, 미세유체 디바이스.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 공통의 내측 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 복수의 제 1 영역들 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 2 영역을 포함하고, 상기 복수의 제 1 영역들은 상기 제 2 영역에 의해 서로 분리되는, 미세유체 디바이스.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 공통의 내측 표면은 1 보다 많은 종류의 단백질성 모이어티를 포함하는, 미세유체 디바이스.
  29. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 표면 개질 리간드는 제 1 단백질성 모이어티를 포함하고, 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 표면 개질 리간드는 제 2 단백질성 모이어티를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 단백질성 모이어티들은 상이한, 미세유체 디바이스.
  30. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXX, 화학식 V, 및 화학식 VII 로부터 선택된 구조를 갖고, 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 화학식 XXX', 화학식 V', 및 화학식 VII' 로부터 선택된 구조를 갖고, 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들과 상이하며, 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 상기 반응성 모이어티는 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들의 상기 반응성 모이어티와 반응하지 않는, 미세유체 디바이스.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 베이스, 상기 커버, 및/또는 상기 미세유체 회로 물질의 공통의 내측 표면 상에 있는, 미세유체 디바이스.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 공통의 내측 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 1 영역 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역에 인접하는, 미세유체 디바이스.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 공통의 내측 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 복수의 제 1 영역들 및 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 제 2 영역을 포함하고, 상기 복수의 제 1 영역들은 상기 제 2 영역에 의해 서로 분리되는, 미세유체 디바이스.
  34. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 회로는 유동 영역 및 시퀘스트레이션 펜을 포함하고, 상기 시퀘스트레이션 펜은 격리 영역 및 접속 영역을 포함하고, 상기 접속 영역은 상기 유동 영역에 대한 근위 개구를 포함하고 상기 격리 영역을 상기 유동 영역에 유동 가능하게 접속하는, 미세유체 디바이스.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 유동 영역의 적어도 하나의 표면은 상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들로 개질되고, 상기 시퀘스트레이션 펜의 적어도 하나의 표면은 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들로 개질되는, 미세유체 디바이스.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 부착 세포들을 고정하도록 구성된 표면 접촉 모이어티를 포함하는, 미세유체 디바이스.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 시퀘스트레이션 펜 밖으로의 운동성 세포들의 이동을 억제하도록 구성된 표면 접촉 모이어티를 포함하는, 미세유체 디바이스.
  38. 제 34 항에 있어서,
    상기 유동 영역은 유체 인렛 및 유체 아웃렛에 유동 가능하게 접속되고, 제 1 유체 매질의 유동을 포함하도록 구성되는, 미세유체 디바이스.
  39. 제 34 항에 있어서,
    상기 시퀘스트레이션 펜은 미세유체 회로 물질로 제조된 벽들을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  40. 제 34 항에 있어서,
    상기 유체 회로는 복수의 시퀘스트레이션 펜들을 더 포함하고, 상기 복수의 시퀘스트레이션 펜들 각각은 상기 제 1 및/또는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들로 개질된 적어도 하나의 내측 표면을 갖는, 미세유체 디바이스.
  41. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 및/또는 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 모노층을 형성하는, 미세유체 디바이스.
  42. 제 1 항에 있어서,
    상기 인클로저의 상기 베이스의 상기 내측 표면 및/또는 상기 커버의 상기 내측 표면은 유리, 실리콘, 실리콘 산화물, 하프늄 산화물, 인듐 탄탈룸 산화물, 또는 알루미늄 산화물을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  43. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세유체 회로 물질의 상기 내측 표면은 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 광 패턴 가능 실리콘 (photopatternable silicone, PPS) 을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  44. 제 1 항에 있어서,
    상기 인클로저의 상기 내측 표면들의 실질적으로 모두는 공유 결합으로 개질되는, 미세유체 디바이스.
  45. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스, 상기 커버 및 상기 미세유체 회로 물질의 적어도 하나의 내측 표면은 제 3 연결 기 및 제 3 모이어티를 포함하는 제 3 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질을 갖고, 상기 제 3 모이어티는 제 3 표면 접촉 모이어티 또는 제 3 반응성 모이어티이고, 상기 제 3 연결 기는 상기 제 1 및 제 2 연결 기들 각각과 상이하고/하거나 상기 제 3 모이어티는 상기 제 1 및 제 2 모이어티들 각각과 상이한, 미세유체 디바이스.
  46. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 및/또는 상기 베이스는 반도체 기판을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 유전영동 (dielectrophoresis, DEP) 구성을 포함하는, 미세유체 디바이스.
  48. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 상기 미세유체 회로 물질의 일체형 부분인, 미세유체 디바이스.
  49. 제 1 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질은 다음의 화학식들:
    Figure pct00203
    화학식 XV;
    Figure pct00204
    (j 는 5kDa 임) 화학식 XVI;
    Figure pct00205
    화학식 XVII;
    Figure pct00206
    화학식 XVIII;
    Figure pct00207
    화학식 XIX;
    Figure pct00208
    화학식 XX;

    Figure pct00209
    화학식 XXI;
    Figure pct00210
    화학식 XXII;
    Figure pct00211
    화학식 XXIII;
    Figure pct00212
    화학식 XXIV (f=5000Da);
    Figure pct00213
    화학식 XXV;
    Figure pct00214
    화학식 XXVI;
    Figure pct00215

    화학식 XXVII;
    Figure pct00216
    화학식 XXVIII;
    Figure pct00217
    화학식 XXIX;
    Figure pct00218
    화학식 XXXVI;
    Figure pct00219
    화학식 XXXVII;
    Figure pct00220

    화학식 XXXVIII;
    Figure pct00221

    화학식 XXXIX;
    Figure pct00222

    화학식 XL
    중 하나의 구조를 갖는, 미세유체 디바이스.
  50. 베이스, 커버, 및 내부에 유체 회로를 정의하는 미세유체 회로 물질을 갖는 인클로저를 포함하는 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 내측 표면 상에 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법으로서,
    상기 적어도 하나의 내측 표면을 제 1 개질 시약 및 제 2 개질 시약과 접촉시키는 단계;
    상기 제 1 개질 시약을 상기 적어도 하나의 내측 표면 상의 복수의 제 1 친핵성 모이어티들과 반응시키는 단계;
    상기 제 2 개질 시약을 상기 적어도 하나의 내측 표면의 복수의 제 2 친핵성 모이어티들과 반응시키는 단계; 및
    제 1 연결 기, 및 제 1 표면 접촉 모이어티 또는 제 1 반응성 모이어티인 제 1 모이어티를 포함하는 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들, 및 제 2 연결 기, 및 제 2 표면 접촉 모이어티 또는 제 2 반응성 모이어티인 제 2 모이어티를 포함하는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 연결 기는 상기 제 2 연결 기와 상이하고/하거나 상기 제 1 모이어티는 상기 제 2 모이어티와 상이한, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약을 상기 적어도 하나의 내측 표면과 반응시키는 단계는 상기 제 2 개질 시약을 상기 미세유체 디바이스의 상기 적어도 하나의 내측 표면과 반응시키는 단계와 동시에 수행되는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  52. 제 50 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약을 상기 적어도 하나의 내측 표면과 반응시키는 단계는 상기 제 2 개질 시약을 상기 미세유체 디바이스의 상기 적어도 하나의 내측 표면과 반응시키기 전 또는 그 후에 수행되는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  53. 제 50 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 상기 제 1 개질 시약이 상기 적어도 하나의 내측 표면의 임의의 이용 가능한 친핵성 모이어티들과 반응하게 하는 컨디션들 하에서 반응되고, 상기 제 2 개질 시약은 상기 제 2 개질 시약이 상기 적어도 하나의 내측 표면의 임의의 이용 가능한 친핵성 모이어티들과 반응하게 하는 컨디션들 하에서 반응되어, 상기 제 1 및 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 미세유체 디바이스의 상기 적어도 하나의 내측 표면 위에 랜덤하게 포지셔닝되는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  54. 제 50 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 상기 적어도 하나의 표면의 제 1 영역 내에 위치된 친핵성 모이어티들과 상기 제 1 개질 시약 간의 반응을 촉진하는 컨디션들 하에서 반응되고, 상기 제 2 개질 시약은 상기 적어도 하나의 표면의 제 2 영역 내에 위치된 친핵성 모이어티들과 상기 제 2 개질 시약 간의 반응을 촉진하는 컨디션들 하에서 반응되며, 상기 제 1 영역은 상기 제 1 영역에 인접하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  55. 제 50 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 상기 적어도 하나의 표면 상에서 서로 분리된 복수의 제 1 영역들 중 어느 하나 내에 위치된 친핵성 모이어티들과 상기 제 1 개질 시약 간의 반응을 촉진하는 컨디션들 하에서 반응되고, 상기 제 2 개질 시약은 제 2 영역 내에 위치된 친핵성 모이어티들과 상기 제 2 개질 시약 간의 반응을 촉진하는 컨디션들 하에서 반응되며, 상기 제 2 영역은 상기 복수의 제 1 영역들 각각에 인접하거나 또는 각각을 둘러싸는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  56. 제 50 항에 있어서,
    상기 유체 회로는 유동 영역,및 격리 영역과 접속 영역을 포함하는 시퀘스트레이션 펜을 포함하고, 상기 접속 영역은 상기 유동 영역에 대한 근위 개구를 포함하고 상기 격리 영역을 상기 유동 영역에 유동 가능하게 접속하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 상기 유동 영역의 표면 상에 위치된 제 1 친핵성 모이어티들과 반응되어 그 위에 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 형성하고, 상기 제 2 개질 시약은 상기 시퀘스트레이션 펜의 표면 상에 위치된 제 2 친핵성 모이어티들과 반응되어 그 위에 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 형성하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 제 1 반응성 모이어티를 포함하고 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 제 2 반응성 모이어티를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 제 1 및 상기 제 2 반응성 모이어티들은 서로 반응하지 않는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  60. 제 57 항에 있어서,
    상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 부착 세포들에 대한 지지 모이어티인 표면 접촉 모이어티를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  61. 제 57 항 또는 제 60 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 시퀘스트레이션 펜 밖으로의 운동성 세포들의 이동을 억제하도록 구성된 표면 접촉 모이어티를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  62. 제 50 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계는 상기 미세유체 디바이스의 실질적으로 모든 상기 내측 표면들 상에 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  63. 제 50 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 다음의 화학식들 중 하나의 구조를 갖고:
    Figure pct00223
    화학식 I;
    Figure pct00224
    화학식 III;
    Figure pct00225
    화학식 XXXII;
    Figure pct00226
    화학식 IV;
    Figure pct00227
    화학식 VI; 및
    Figure pct00228
    화학식 XXXIII;
    V 는 -P(O)(OH)2 또는 -Si(T)2W 이고;
    W 는 -T, -SH, 또는 -NH2 이며 상기 적어도 하나의 내측 표면과 공유 결합을 형성하도록 구성된 모이어티이고;
    T 는 독립적으로 OH, OC1-6 알킬, 또는 할로이고;
    R 은 C1-6 알킬이고;
    Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하고;
    Rx 는 반응성 모이어티이고;
    n 은 3 내지 21 의 정수이며,
    Lsm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  64. 제 63 항에 있어서,
    W 는 OC1-6 알킬 또는 할로인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  65. 제 63 항 또는 제 64 항에 있어서,
    n 은 7 내지 21 인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  66. 제 63 항에 있어서,
    T 는 OC1-3 알킬 또는 할로이고/이거나, R 은 C1-3 알킬인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  67. 제 63 항에 있어서,
    상기 반응성 모이어티 Rx 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 또는 스트렙타비딘인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  68. 제 63 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 화학식 I, 화학식 III, 또는 화학식 XXXII 의 구조를 갖고, 상기 제 1 개질 시약의 표면 개질 리간드는 화학식 X 또는 화학식 XI 의 구조를 갖고:
    Figure pct00229
    화학식 X
    Figure pct00230
    화학식 XI
    CG 는 커플링 기이며;
    L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자이고,
    Lsm 및 L 의 합은 존재한다면 상기 CG 의 원자들을 포함하지 않는, 1 내지 200 개의 비-수소 원자들이며;
    상기 표면 접촉 모이어티는 상기 미세유체 디바이스에서의 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  69. 제 68 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트란 모이어티, 단백질성 모이어티, 폴리 카르복실산, 또는 폴리 리신 모이어티를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  70. 제 50 항에 있어서,
    상기 제 2 개질 시약은 다음의 화학식들 중 하나의 구조를 갖고:
    Figure pct00231
    화학식 I';
    Figure pct00232
    화학식 III';
    Figure pct00233
    화학식 XXXII';
    Figure pct00234
    화학식 IV';
    Figure pct00235
    화학식 VI';
    Figure pct00236
    화학식 XXXIII';
    V' 는 -P(O)(OH)2 또는 -Si(T')2W' 이고;
    W' 는 -T', -SH, 또는 -NH2 이며 상기 적어도 하나의 내측 표면과 공유 결합을 형성하도록 구성된 모이어티이고;
    T' 는 독립적으로 OH, OC1-6 알킬, 또는 할로이고;
    R' 는 C1-6 알킬이고;
    L'fm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하고;
    R'x 는 반응성 모이어티이고;
    n 은 3 내지 21 의 정수이며,
    L'sm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고, 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  71. 제 70 항에 있어서,
    W' 는 OC1-6 알킬 또는 할로인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  72. 제 70 항 또는 제 71 항에 있어서,
    n' 은 7 내지 21 인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  73. 제 70 항에 있어서,
    T' 는 OC1-3 알킬 또는 할로이고/이거나, R' 은 C1-3 알킬인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  74. 제 70 항에 있어서,
    상기 반응성 모이어티 R'x 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 또는 스트렙타비딘인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  75. 제 70 항에 있어서,
    상기 제 2 개질 시약은 화학식 I', 화학식 III', 또는 화학식 XXXII' 의 구조를 갖고, 상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 개질 리간드는 화학식 X 또는 화학식 XI 의 구조를 갖고:
    Figure pct00237
    화학식 X
    Figure pct00238
    화학식 XI
    CG 는 커플링 기이며;
    L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자이고;
    Lsm 및 L 의 합은 존재한다면 상기 CG 의 원자들을 포함하지 않는, 1 내지 200 개의 비-수소 원자들이며;
    상기 표면 접촉 모이어티는 상기 미세유체 디바이스에서의 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  76. 제 75 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트란 모이어티, 단백질성 모이어티, 폴리 카르복실산, 또는 폴리 리신 모이어티를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  77. 제 68 항 또는 제 75 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약 및/또는 상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 부착 세포들의 팽창을 지원하고/하거나 그 위에서 배양된 부착 세포들의 배출을 허용하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  78. 제 68 항 또는 제 75 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약 및/또는 상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 상기 미세유체 디바이스 내의 선택된 영역으로 운동성 세포들이 진입하는 것을 억제하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  79. 제 63 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 화학식 I, 화학식 III, 또는 화학식 XXXII 의 구조를 갖고, 상기 제 2 개질 시약은 화학식 IV', 화학식 VI', 또는 화학식 XXXIII' 의 구조를 갖는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  80. 제 63 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 화학식 IV, 화학식 VI, 또는 화학식 XXXIII 의 구조를 갖고, 상기 제 2 개질 시약은 화학식 I', 화학식 III', 또는 화학식 XXXII' 의 구조를 갖는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  81. 제 63 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 화학식 XXXIV 의 세컨더리 관능화 시약과 접촉시키는 단계:
    Figure pct00239
    화학식 XXXIV; 및
    상기 세컨더리 관능화 시약을 상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면의 상기 제 1 또는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 상의 반응성 모이어티들과 반응시켜 추가의 개질된 표면을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    RP 는 화학식 XXXIII, 화학식 XXXIII', 화학식 IV, 화학식 IV', 화학식 VI, 또는 화학식 VI' 의 상기 반응성 모이어티와 반응하기 위한 반응 쌍 모이어티이고;
    RX2 는 화학식 XXXIII, 화학식 XXXIII', 화학식 IV, 화학식 IV', 화학식 VI, 또는 화학식 VI' 의 상기 반응성 모이어티와 반응하지 않도록 선택된 반응성 모이어티이며;
    Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  82. 제 63 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 표면 개질 시약과 접촉시키는 단계, 및 상기 표면 개질 시약을 상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면 상의 반응성 모이어티들과 반응시키는 단계를 더 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  83. 제 82 항에 있어서,
    상기 표면 개질 시약은 화학식 XII 의 구조를 갖고:
    Figure pct00240
    화학식 XII;
    RP 는 반응 쌍 모이어티이고;
    상기 표면 접촉 모이어티는 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티이며;
    L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자이고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  84. 제 50 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계는 상기 미세유체 디바이스의 어셈블리 후에 수행되는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  85. 제 50 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계는 상기 미세유체 디바이스의 어셈블리 전에 수행되는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  86. 제 50 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스의 어셈블리 전에 상기 베이스 또는 상기 커버 중 하나의 제 1 개질된 표면을 형성하는 단계;
    상기 미세유체 디바이스를 어셈블링하는 단계로서, 상기 어셈블링은 상기 베이스 또는 상기 커버 중 하나의 제 1 공유 결합으로 개질된 표면을 상기 미세유체 회로 물질 및 상기 커버 또는 베이스의 비개질된 표면과 어셈블링하는 것을 포함하는, 상기 미세유체 디바이스를 어셈블링하는 단계; 및
    어셈블링된 상기 미세유체 디바이스의 비개질된 표면 상에 제 2 개질된 표면을 형성하는 단계를 더 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  87. 제 50 항에 있어서,
    상기 제 1 친핵성 모이어티들은 수산화물, 아미노 또는 티올이고/이거나, 상기 제 2 친핵성 모이어티들은 수산화물, 아미노 또는 티올인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  88. 제 50 항에 있어서,
    상기 베이스 및/또는 커버의 내측 표면은 금속, 금속 산화물, 유리, 폴리머, 또는 이들의 임의의 조합인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  89. 제 50 항에 있어서,
    상기 미세유체 회로 물질은 폴리머인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  90. 제 89 항에 있어서,
    상기 미세유체 회로 물질은 폴리디메톡시실란 (PDMS) 또는 광 패턴 가능 실리콘 (PPS) 인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  91. 제 50 항에 있어서,
    상기 접촉시키는 단계는 상기 적어도 하나의 내측 표면을 상기 제 1 개질 시약 및/또는 상기 제 2 개질 시약을 함유하는 액체 용액과 접촉시키는 단계를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  92. 제 50 항에 있어서,
    상기 접촉시키는 단계는 상기 적어도 하나의 내측 표면을 상기 제 1 개질 시약 및/또는 상기 제 2 개질 시약을 함유하는 증기 상과 접촉시키는 단계를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  93. 제 92 항에 있어서,
    상기 접촉시키는 단계는 상기 적어도 하나의 내측 표면을 제어된 양의 수증기의 존재 시에 상기 증기 상에서 상기 제 1 및/또는 상기 제 2 개질 시약과 접촉시키는 단계를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  94. 제 93 항에 있어서,
    황산 마그네슘 헵타하이드레이트가 상기 제어된 양의 수증기를 제공하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  95. 제 92 항에 있어서,
    상기 접촉시키는 단계는 상기 적어도 하나의 내측 표면을 대기압에 비해 감소된 압력 하의 환경에서, 상기 증기 상에서 상기 제 1 및/또는 상기 제 2 개질 시약과 접촉시키는 단계를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  96. 제 50 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내측 표면 각각은 산화물 모이어티를 도입하도록 사전-처리되는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  97. 제 63 항에 있어서,
    n 은 9, 14, 또는 16 인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  98. 제 63 항에 있어서,
    n 은 9 인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  99. 제 70 항 또는 제 97 항에 있어서,
    n' 은 9, 11, 14, 16, 18, 또는 n+2 와 동일한, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  100. 제 81 항 또는 제 82 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 표면 개질 시약 또는 세컨더리 관능화 시약과 반응시키는 단계는 상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 상기 표면 개질 시약 또는 상기 세컨더리 관능화 시약을 포함하는 용액과 접촉시킴으로써 수행되는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  101. 제 50 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계는 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 및/또는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는 모노층을 형성하는 단계를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  102. 제 50 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 단계는 1 보다 많은 종류의 단백질성 모이어티를 상기 적어도 하나의 공유 결합으로 개질된 표면에 공유 결합으로 바인딩하는 단계를 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  103. 제 50 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스의 상기 커버는 상기 미세유체 회로 물질의 일체형 부분인, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  104. 제 50 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스의 상기 커버 또는 상기 베이스는 DEP 구성을 포함하는, 공유 결합으로 개질된 표면을 형성하는 방법.
  105. 미세유체 디바이스 내에서 위치 선택적 (regioselective) 방식으로 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법으로서,
    상기 미세유체 디바이스는 베이스, 커버, 및 내부에 유체 회로를 정의하는 미세유체 회로 물질을 갖는 인클로저를 포함하고, 상기 미세유체 회로는 유동 영역 및 시퀘스트레이션 펜을 포함하며, 상기 시퀘스트레이션 펜은 격리 영역 및 접속 영역을 포함하고, 상기 접속 영역은 상기 유동 영역에 대한 근위 개구를 포함하고 상기 유동 영역에 상기 격리 영역을 유동 가능하게 접속시키고,
    상기 방법은,
    제 1 개질 시약이 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역으로 진입하지 않도록 하는 컨디션들 하에서 상기 유동 영역을 통해 상기 제 1 개질 시약을 유동시키는 단계;
    상기 제 1 개질 시약을 상기 유동 영역의 적어도 하나의 표면 상의 친핵성 모이어티들과 반응시켜, 이에 의해 상기 유동 영역 내에 제 1 개질된 표면을 형성하는 단계로서, 상기 제 1 개질된 표면은 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역으로 확장하지 않는, 상기 제 1 개질된 표면을 형성하는 단계;
    제 2 개질 시약이 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역으로 진입하도록 하는 컨디션들 하에서 상기 유동 영역을 통해 상기 제 2 개질 시약을 유동시키는 단계; 및
    상기 제 2 개질 시약을 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역의 적어도 하나의 표면 상의 친핵성 모이어티들과 반응시켜, 이에 의해 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역 내에 제 2 개질된 표면을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 개질 시약은 상기 제 2 개질 시약과 동일한 구조를 갖지 않는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  106. 제 105 항에 있어서,
    상기 유동 영역을 통해 상기 제 1 개질 시약을 유동시키기 위한 상기 컨디션들은 음의 압력을 상기 유동 영역에 인가하는 것을 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  107. 제 106 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약을 유동시키는 단계는 약 10 mm/sec 이상의 속도로 상기 유동 영역을 통해 상기 제 1 개질 시약을 포함하는 용액을 유동시키는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  108. 제 105 항에 있어서,
    상기 유동 영역을 통해 상기 제 1 개질 시약을 유동시키기 위한 상기 컨디션들은 양의 압력을 상기 유동 영역에 인가하는 것을 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  109. 제 108 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약을 유동시키는 단계는 약 2 mm/sec 이하의 속도로 상기 유동 영역을 통해 상기 제 1 개질 시약을 포함하는 용액을 유동시키는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  110. 제 108 항 또는 제 109 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약을 유동시키는 단계는 상기 유동 영역을 통해 상기 제 1 개질 시약을 포함하는 용액을 유동시키는 단계를 포함하고,
    상기 용액은 계면활성제를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  111. 제 105 항에 있어서,
    상기 제 2 개질 시약은 상기 유동 영역의 상기 표면들 상의 모이어티들과 실질적으로 반응하지 않는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  112. 제 105 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 제 1 연결 모이어티 및 제 1 개질 모이어티를 포함하고, 상기 제 1 개질 모이어티는 제 1 표면 접촉 모이어티 또는 제 1 반응성 모이어티를 포함하며;
    상기 제 2 개질 시약은 제 2 연결 모이어티 및 제 2 개질 모이어티를 포함하고, 상기 제 2 개질 모이어티는 제 2 표면 접촉 모이어티 또는 제 2 반응성 모이어티를 포함하고,
    상기 제 1 연결 모이어티는 상기 제 2 연결 모이어티와 상이하고/하거나 상기 제 1 개질 모이어티는 상기 제 2 개질 모이어티와 상이한, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  113. 제 105 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 다음의 화학식들 중 하나의 구조를 갖고:
    Figure pct00241
    화학식 I;
    Figure pct00242
    화학식 III;
    Figure pct00243
    화학식 XXXII;
    Figure pct00244
    화학식 IV;
    Figure pct00245
    화학식 VI; 또는
    Figure pct00246
    화학식 XXXIII;
    V 는 -P(O)(OH)2 또는 -Si(T)2W 이고;
    W 는 -T, -SH, 또는 -NH2 이며 상기 유동 영역의 상기 적어도 하나의 내측 표면과 공유 결합을 형성하도록 구성된 모이어티이고;
    T 는 독립적으로 OH, OC1-6 알킬, 또는 할로이고;
    R 은 C1-6 알킬이고;
    Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하고;
    Rx 는 반응성 모이어티이고;
    n 은 3 내지 21 의 정수이며,
    Lsm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고, 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  114. 제 113 항에 있어서,
    W 는 OC1-6 알킬 또는 할로인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  115. 제 113 항에 있어서,
    n 은 7 내지 21 인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  116. 제 113 항에 있어서,
    T 는 OC1-3 알킬 또는 할로이고/이거나, R 은 C1-3 알킬인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  117. 제 113 항에 있어서,
    상기 반응성 모이어티 Rx 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 또는 스트렙타비딘인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  118. 제 113 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 화학식 I, 화학식 III, 또는 화학식 XXXII 의 구조를 갖고, 상기 제 1 개질 시약의 상기 표면 개질 리간드는 화학식 X 또는 화학식 XI 의 구조를 갖고:
    Figure pct00247
    화학식 X
    Figure pct00248
    화학식 XI
    CG 는 커플링 기이며;
    L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자이고;
    Lsm 및 L 의 합은 존재한다면 상기 CG 의 원자들을 포함하지 않는, 1 내지 200 개의 비-수소 원자들이며;
    상기 표면 접촉 모이어티는 상기 미세유체 디바이스에서의 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  119. 제 118 항에 있어서,
    상기 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트란 모이어티, 단백질성 모이어티, 폴리 카르복실산, 또는 폴리 리신 모이어티를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  120. 제 113 항에 있어서,
    상기 제 2 개질 시약은 다음의 화학식들 중 하나의 구조를 갖고:
    Figure pct00249
    화학식 I';
    Figure pct00250
    화학식 III';
    Figure pct00251
    화학식 XXXII';
    Figure pct00252
    화학식 IV';
    Figure pct00253
    화학식 VI';
    Figure pct00254
    화학식 XXXIII';
    V' 는 -P(O)(OH)2 또는 -Si(T')2W' 이고;
    W' 는 -T', -SH, 또는 -NH2 이며 상기 적어도 하나의 내측 표면과 공유 결합을 형성하도록 구성된 모이어티이고;
    T' 는 독립적으로 OH, OC1-6 알킬, 또는 할로이고;
    R' 은 C1-6 알킬이고;
    L'fm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하고;
    R'x 는 반응성 모이어티이고;
    n 은 3 내지 21 의 정수이며,
    L'sm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0, 1, 2, 또는 3 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  121. 제 120 항에 있어서,
    W' 는 OC1-6 알킬 또는 할로인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  122. 제 120 항에 있어서,
    n' 은 7 내지 21 인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  123. 제 120 항에 있어서,
    T' 는 OC1-3 알킬 또는 할로이고/이거나, R' 은 C1-3 알킬인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  124. 제 140 항 내지 제 143 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응성 모이어티 R'x 는 알킨, 아지드, 아민, 카르복실산, 비오틴, 또는 스트렙타비딘인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  125. 제 120 항에 있어서,
    상기 제 2 개질 시약은 화학식 I', 화학식 III', 또는 화학식 XXXII' 의 구조를 갖고, 상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 개질 리간드'는 화학식 X 또는 화학식 XI 의 구조를 갖고:
    Figure pct00255
    화학식 X
    Figure pct00256
    화학식 XI
    CG 는 커플링 기이며;
    L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하는 연결자이고,
    Lsm 및 L 의 합은 존재한다면 상기 CG 의 원자들을 포함하지 않는, 1 내지 200 개의 비-수소 원자들이며;
    상기 표면 접촉 모이어티는 상기 미세유체 디바이스에서의 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  126. 제 125 항에 있어서,
    상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트란 모이어티, 단백질성 모이어티, 폴리 카르복실산, 또는 폴리 리신 모이어티를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  127. 제 125 항에 있어서,
    상기 제 2 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 부착 세포들의 팽창을 지원하고/하거나 그 위에서 배양된 부착 세포들의 배출을 허용하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  128. 제 118 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약의 상기 표면 접촉 모이어티는 상기 미세유체 디바이스 의 상기 유동 영역으로 운동성 세포들이 진입하는 것을 억제하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  129. 제 120 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 화학식 I, 화학식 III, 또는 화학식 XXXII 의 구조를 갖고, 상기 제 2 개질 시약은 화학식 IV', 화학식 VI', 또는 화학식 XXXIII' 의 구조를 갖는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  130. 제 120 항에 있어서,
    상기 제 1 개질 시약은 화학식 IV, 화학식 VI, 또는 화학식 XXXIII 의 구조를 갖고, 상기 제 2 개질 시약은 화학식 I', 화학식 III', 또는 화학식 XXXII' 의 구조를 갖는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  131. 제 105 항에 있어서,
    상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역 내의 상기 제 2 개질된 표면은 화학식 XXX', 화학식 V', 또는 화학식 VII' 의 구조를 각각 갖는 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  132. 제 131 항에 있어서,
    상기 제 2 개질된 표면을 화학식 XII 의 제 2 개질 시약과 접촉시키는 단계:
    Figure pct00257
    화학식 XII; 및
    상기 제 2 개질된 표면의 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 상기 표면 개질 시약과 반응시켜 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역 내에 추가의 개질된 표면을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    RP 는 반응 쌍 모이어티이고;
    상기 표면 접촉 모이어티는 세포 성장, 생존력, 이식성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티이며;
    L 은 연결자이고, L 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들 또는 본드를 포함하고, 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  133. 제 132 항에 있어서,
    상기 제 2 개질된 표면을 화학식 XII 의 상기 표면 개질 시약과 접촉시키는 단계는,
    상기 표면 개질 시약을 포함하는 용액을 상기 유동 영역 안으로 유동시키는 단계; 및
    상기 표면 개질 시약이 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역 안으로 확산하게 하고 상기 제 2 개질된 표면을 접촉하게 하는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  134. 제 132 항에 있어서,
    상기 유동 영역에서의 상기 제 1 개질된 표면은 화학식 XXXI, 화학식 VIII, 또는 화학식 IX 의 구조를 각각 갖는 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들을 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  135. 제 131 항에 있어서,
    상기 제 2 개질된 표면을 화학식 XXXIV 의 세컨더리 관능화 시약과 접촉시키는 단계:
    Figure pct00258
    화학식 XXXIV; 및
    상기 세컨더리 관능화 시약을 상기 제 2 개질된 표면의 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 상의 반응성 모이어티들과 반응시켜 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역 내에 추가의 개질된 표면을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    RP 는 화학식 XXX, 화학식 V, 또는 화학식 VII 의 상기 반응성 모이어티와 반응하기 위한 반응 쌍 모이어티이고;
    RX2 는 상기 제 2 개질된 표면의 상기 반응성 모이어티와 반응하지 않도록 선택된 반응성 모이어티이며;
    Lfm 은 실리콘, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함하는 연결자이고 0 또는 1 개의 커플링 기들 CG 를 더 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  136. 제 135 항에 있어서,
    상기 제 2 개질된 표면을 화학식 XXXIV 의 상기 세컨더리 관능화 시약과 접촉시키는 단계는,
    상기 세컨더리 관능화 시약을 포함하는 용액을 상기 유동 영역 안으로 유동시키는 단계; 및
    상기 세컨더리 관능화 시약이 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역 안으로 확산하게 하고 상기 제 2 개질된 표면을 접촉하게 하는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  137. 제 135 항 또는 제 136 항에 있어서,
    상기 세컨더리 관능화 시약과 반응된 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들 각각은 1 또는 2 개의 CG 를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  138. 제 105 항에 있어서,
    상기 유동 영역의 상기 표면(들) 상의 상기 친핵성 모이어티들은 수산화물, 아미노, 및 티올로부터 선택되고; 및/또는 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 표면(들) 상의 상기 친핵성 모이어티들은 수산화물, 아미노, 및 티올로부터 선택되는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  139. 제 105 항에 있어서,
    상기 미세유체 회로는 복수의 시퀘스트레이션 펜들을 포함하고, 상기 복수의 시퀘스트레이션 펜들 각각은 적어도 하나의 제 2 개질된 또는 추가의 개질된 표면을 그 안에 형성하도록 처리되는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  140. 제 105 항에 있어서,
    상기 베이스 및/또는 상기 커버의 내측 표면은 금속, 금속 산화물, 유리, 폴리머, 또는 이들의 임의의 조합인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  141. 제 105 항에 있어서,
    상기 미세유체 회로 물질은 폴리머인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  142. 제 141 항에 있어서,
    상기 미세유체 회로 물질은 폴리디메톡시실란 (PDMS) 또는 광 패턴 가능 실리콘 (PPS) 인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  143. 제 105 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스의 상기 커버는 상기 미세유체 회로 물질의 일체형 부분인, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  144. 제 131 항 또는 134 항에 있어서,
    상기 제 1 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 유동 영역의 상기 적어도 하나의 표면 상에 모노층을 형성하고/하거나 상기 제 2 공유 결합으로 바인딩된 표면 개질들은 상기 시퀘스트레이션 펜의 상기 격리 영역의 상기 적어도 하나의 표면 상에 모노층을 형성하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  145. 제 105 항에 있어서,
    상기 제 1 개질된 표면을 형성하는 단계 및/또는 상기 제 2 개질된 표면을 형성하는 단계는 1 보다 많은 종류의 단백질성 모이어티를 도입하는 단계를 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  146. 제 105 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스의 상기 커버 또는 상기 베이스는 DEP 구성을 포함하는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
  147. 제 146 항에 있어서,
    상기 DEP 구성은 광학적으로 작동되는, 상이한 공유 결합으로 개질된 표면들을 형성하는 방법.
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