KR20210153683A - 인터페이싱을 위해 공동에 근접한 입자의 유전영동 고정화 - Google Patents
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Abstract
유체 내의 입자를 고정화하기 위한 장치 및 그 장치를 동작시키기 위한 방법이 개시된다. 장치는 격실로부터 유체를 분리하기 위한 멤브레인, 멤브레인의 근위에 배치된 하나 이상의 전극들, 상대 전극으로서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극은 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성되는, 상기 상대 전극, 및 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 제공하여, 하나 이상의 전극들과 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하기 위한 발진하는 비선형 전기장을 생성하기 위한 전력 소스를 포함한다. 멤브레인은 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 고정화되는 입자의 기계적 조작을 허용하기 위한 개구를 가질 수 있다.
Description
유전영동 (DEP) 은, 비선형 전기장에서 전기적으로 중성이지만 분극가능한 물질, 이를 테면, 생물학적 분자 또는 세포가 전기장 구배에서 힘을 받을 때 발생하는 전기-물리적 현상이다. 이것은 입자를 가로지르는 전기장의 변화로 인해 입자의 일 측면이 타 측면보다 더 큰 쌍극자 힘을 받기 때문에 발생한다. DEP 힘은 명목상 다음의 식에 의해 주어지며:
여기서 r 은 입자의 반경이고, 
은 유체의 유전율이고, E 는 전기장이고, fCM 은, 유체와 입자 사이의 유전율의 차이에 의존하고 DEP 힘이 양 (positive) 일지 또는 음 (negative) 일지를 결정하는 복소수 값인, Clausius-Mossotti 팩터이다.
유체 환경에서 중성 입자들 또는 생물학적 분자들을 포집 (trap) 및 소팅 (sort) 하는 능력에 기초하여, DEP 는 예를 들어, 마이크로유체 기반 애플리케이션들에서 단일 셀 분석들을 위해 활용될 수 있다. 예를 들어, 임피던스 또는 형광 특성화를 위해 단일 세포들을 격리시키기 위해 DEP 를 적용하는 것 (또는 임의의 비접촉 평가 기법) 에 의해, 표준 생화학적 분석에서 DEP 를 사용하는 것은 유체 환경에서 입증되었다. 그러나, 세포들의 직접 조작을 위해 단일 세포들을 격리시키기 위해 DEP 를 사용하는 것은, 예를 들어, 그리고 한정 없이, 유체 및 비선형 전기장 환경에서 세포들의 국부 조작을 위한 프로빙 툴의 도입으로 인해 추가적인 과제들을 제시한다. 따라서, 유체 및 비선형 전기장 환경에서 직접 조작을 위해 단일 세포들을 격리시키기 위해 DEP 를 채용할 수 있는 신규한 시스템 및 기술적 플랫폼이 필요하다.
다양한 실시형태들에 따르면, 입자의 고정화를 위해 구성된 장치가 제공된다. 장치는, 격실 (compartment) 로부터 유체를 분리하기 위한 멤브레인; 멤브레인의 근위에 배치된 하나 이상의 전극들; 상대 전극 (counter-electrode) 으로서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극은 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성되는, 상기 상대 전극; 및 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 제공하여, 하나 이상의 전극들과 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하기 위한 발진하는 비선형 전기장을 생성하기 위한 전력 소스를 포함한다.
다양한 실시형태들에 따르면, 입자의 고정화를 위한 장치를 동작시키기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 전력 소스를 제공하는 단계; 격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성된 멤브레인을 제공하는 단계; 멤브레인의 근위에 배치된 하나 이상의 전극들을 제공하는 단계; 상대 전극을 제공하는 단계로서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극은 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성되는, 상기 상대 전극을 제공하는 단계; 전력 소스를 통해, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하여, 발진하는 비선형 전기장을 생성하는 단계; 및 발진하는 비선형 전기장에 의해 생성된 유전영동 힘을 통해, 하나 이상의 전극들과 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하는 단계를 포함한다.
다양한 실시형태들에 따르면, 입자의 고정화를 위해 구성된 장치가 제공된다. 장치는, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극으로서, 하나 이상의 전극들과 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하기 위한 비선형 전기장을 생성하기 위해 구성된, 상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극; 및 하나 이상의 전극들의 표면의 근위에 배치된 멤브레인으로서, 하나 이상의 전극들의 표면은 상대 전극의 원위에 있고, 멤브레인은 격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성되고, 격실에 배치된 날카로운 부재의 삽입을 허용하도록 구성된 개구를 갖는, 상기 멤브레인을 포함한다.
다양한 실시형태들에 따르면, 입자의 고정화를 위한 장치를 동작시키기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 전력 소스를 제공하는 단계; 하나 이상의 전극들과 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하기 위한 비선형 전기장을 생성하기 위해 구성된 하나 이상의 전극들 및 상대 전극을 제공하는 단계; 하나 이상의 전극들의 표면의 근위에 배치된 멤브레인을 제공하는 단계로서, 하나 이상의 전극들의 표면은 상대 전극의 원위에 있고, 멤브레인은 격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성되고, 격실에 배치된 날카로운 부재의 삽입을 허용하도록 구성된 개구를 갖는, 상기 멤브레인을 제공하는 단계; 전력 소스를 통해, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하여, 발진하는 비선형 전기장을 생성하는 단계; 및 발진하는 비선형 전기장에 의해 생성된 유전영동 힘을 통해, 유체에 현탁된 입자를 고정화하는 단계를 포함한다.
다양한 실시형태들에 따르면, 입자의 고정화를 위한 장치를 동작시키기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 전력 소스를 제공하는 단계; 격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성된 멤브레인을 제공하는 단계; 멤브레인의 표면의 근위에 배치된 전극들의 쌍을 제공하는 단계로서, 전극들의 쌍은 전극들에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성되는, 상기 전극들의 쌍을 제공하는 단계; 전력 소스를 통해, 전극들에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하여, 발진하는 비선형 전기장을 생성하는 단계; 및 발진하는 비선형 전기장에 의해 생성된 유전영동 힘을 통해, 전극들 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 상대 전극을 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 멤브레인의 표면의 근위에 배치된 제 3 전극을 제공하는 단계를 포함한다.
이들 및 다른 양태들 및 구현들이 이하에 상세히 논의된다. 전술한 정보 및 다음의 상세한 설명은 다양한 양태들 및 구현들의 예시적인 예들을 포함하고, 청구된 양태들 및 구현들의 본성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공한다. 도면들은 다양한 양태들 및 구현들의 예시 및 추가의 이해를 제공하며, 본 명세서에 통합되고 그 부분을 구성한다.
첨부 도면들은 일정한 비율로 묘화되도록 의도되지 않는다. 다양한 도면들에 있어서 동일한 참조 부호들 및 지정들은 동일한 엘리먼트들을 나타낸다. 명확화의 목적으로, 모든 컴포넌트가 모든 도면에서 라벨링되는 것은 아닐 수도 있다. 도면들에 있어서:
도 1A-1D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위해 구성된 장치의 개략도들을 도시한다.
도 2A-2D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위해 구성된 장치의 개략적 예시들을 도시한다.
도 3A-3D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 인터로게이션 (interrogation) 을 위해 구성된 장치의 개략적 예시들을 도시한다.
도 4 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 위치 조작을 위해 구성된 장치의 개략적 예시를 도시한다.
도 5A-5D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 위치 조작을 위해 구성된 장치 (400) 의 다양한 개략도들이다.
도 6A-6D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위해 구성된 장치의 다양한 구성들을 예시한다.
도 7A-7C 는 다양한 실시형태들에 따른, 복수의 입자들의 고정화를 위해 구성된 장치의 다양한 구성들의 개략적 예시들을 도시한다.
도 8 은 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치에 대한 시뮬레이션 결과들을 디스플레이하는 그래픽 다이어그램이다.
도 9 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치에 대한 분석의 결과들을 도시하는 3 차원 차트이다.
도 10 은 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치를 동작시키는 예시적인 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 11 은 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치를 동작시키는 예시적인 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 12 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치를 동작시키는 예시적인 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 1A-1D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위해 구성된 장치의 개략도들을 도시한다.
도 2A-2D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위해 구성된 장치의 개략적 예시들을 도시한다.
도 3A-3D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 인터로게이션 (interrogation) 을 위해 구성된 장치의 개략적 예시들을 도시한다.
도 4 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 위치 조작을 위해 구성된 장치의 개략적 예시를 도시한다.
도 5A-5D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 위치 조작을 위해 구성된 장치 (400) 의 다양한 개략도들이다.
도 6A-6D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위해 구성된 장치의 다양한 구성들을 예시한다.
도 7A-7C 는 다양한 실시형태들에 따른, 복수의 입자들의 고정화를 위해 구성된 장치의 다양한 구성들의 개략적 예시들을 도시한다.
도 8 은 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치에 대한 시뮬레이션 결과들을 디스플레이하는 그래픽 다이어그램이다.
도 9 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치에 대한 분석의 결과들을 도시하는 3 차원 차트이다.
도 10 은 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치를 동작시키는 예시적인 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 11 은 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치를 동작시키는 예시적인 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 12 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치를 동작시키는 예시적인 방법에 대한 플로우 차트이다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 용어 "입자" 는 개별적으로 또는 함께 물리적 특성을 갖는 오브젝트 또는 오브젝트들의 그룹을 지칭한다. 입자는 생세포들 (living cells), 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들 (liposomes), 미셀들 (micelles), 역 미셀들 (reverse micelles), 단백질 응집체들, 폴리머들, 계면활성제 어셈블리들 또는 그들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는, 혼합물들을 포함할 수 있는 조성물 (composition) 을 갖는다. 입자는 개별의, 또는 복수의, 세포 (또는 세포들), 바이러스 (또는 바이러스들), 박테리아 또는 박테리아들, 또는 살아있거나 또는 죽은 임의의 유기체(들)일 수 있다. 입자는 유체에서 자유 부유할 수 있고, 예를 들어, 유체에 현탁될 수 있고, 부착될 수 있고, 형상을 변경할 수 있고, 병합할 수 있고, 분열될 수 있으며, 등등이다.
용어 "포어 (pore)" 는 2 개의 영역들 사이의 개구를 지칭한다. 용어 "페이로드" 는 임의의 화학적 화합물, 폴리머, 생물학적 거대분자, 또는 조합을 포함한다. 용어 "신호" 는 DC, AC, 또는 주파수 성분들의 중첩을 포함할 수도 있는 전압, 전류, 주파수, 위상, 또는 지속기간의 변화들과 같은 임의의 전기적 이벤트들을 포함한다. 용어 "간섭" 은 신호 또는 신호 성분의 효과적인 송신 또는 판독을 차단, 방해, 또는 다르게는 저하시키거나 또는 제한하는 임의의 전자기 장해 (electromagnetic disturbance) 를 지칭한다. 용어 "멤브레인" 은 2 개의 영역들을 분리하는 임의의 파티션 또는 물리적 배리어를 지칭한다. 용어 "인터로게이션" 은, 예를 들어, 재료 샘플링, 물리적 프로빙, 센싱, 페이로드 전달, 상호작용, 물리적 터칭, 모세관 위킹 (capillary wicking), 및/또는 삽입과 같은 활동들을 지칭한다.
본 개시는 일반적으로 유체 및 비선형 전기장 환경 및 이들의 다양한 (예를 들어, 마이크로유체) 애플리케이션들에서 중성 입자들 또는 생물학적 분자들의 국부 조작을 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 분자들 또는 세포들의 국부 조작을 위해 격실 (또는 공동) 에 근접한 생물학적 오브젝트들, 단일 세포들 또는 세포들의 그룹들의 유전영동 기반 (DEP 기반) 고정화를 위한 장치에 관한 것이다. 다양한 구현들에서, 격실 또는 공동은 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체, 또는 가스 중 하나로 충진될 수 있다. 다양한 구현들에서, 격실은 격실 외측의 유체와 혼합되지 않는 유체를 격실 내에 함유할 수 있다. 다양한 구현들에서, 격실은 수성 환경과 양립가능하지 않은 비수성 유체 또는 마이크로일렉트로닉스를 함유할 수 있다.
추가로, 본 개시는 마이크로 전기 기계 시스템 (Micro-Electro-Mechanical System; MEMS) 기반 구조들 및/또는 프로빙 툴들 및/또는 나노포어 전기천공 (Nanopore Electroporation; NEP) 애플리케이션들용 전극들과의 인터페이스를 통해 격실을 가로지르는 개별의 오브젝트 또는 세포의 국부 조작을 위한 장치에 관한 것이다. 본 명세서에서 개시된 기술에 기초한 적합한 애플리케이션들은 인-시츄 생물학적 인터로게이션, 셀룰러 엔지니어링, 단일 세포 유전체학, 생물학적 샘플들의 전기화학적 및 물리적 인터로게이션 (예를 들어, 패치 클램프 또는 원자력 현미경 (AFM)), 액적 마이크로유체들 (예를 들어, 액적 유체의 샘플링 또는 마이크로주입), 및 임의의 다른 적합한 애플리케이션들을 포함한다. 그 기술이 적용될 수 있는 적합한 애플리케이션들은 별개의 생물학적제제의 인터로게이션, 예를 들어, 세포들, 생세포들, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 계면활성제 어셈블리들 또는 그들의 조합 등의 인터로게이션 또는 프로빙을 포함한다.
본 명세서에서 개시된 기술은 수성 마이크로유체 환경들을, 비수성 환경에 있을 수 있는 구조들, 예를 들어, 비전도성 유체에 있을 수 있는 일렉트로닉스 또는 소수성 용매들을 사용할 수 있는 프로세스들과 커플링하는 것에 관한 것이다. 개시된 기술은 민감한 MEMS 컴포넌트들 또는 일렉트로닉스를 포함하는 격실로부터의 액세스를 허용하면서 대규모 유체 환경에서 격리된 입자들의 국부 조작을 제공할 수 있다. 이것은 현탁된 입자들의 고-스루풋 프로세싱 및 인터로게이션을 허용하기 위해 MEMS 프로세스들을 마이크로유체 프로세스들과 커플링함으로써 행해질 수 있다 (용어 입자 또는 입자들은 "생물학적 오브젝트, 오브젝트들 또는 세포들" 및 비생물학적 오브젝트들을 지칭할 수도 있다). 특히, 본 명세서에서 설명된 기술은 MEMS 구조들을 포함하는, 전자 컴포넌트들을 포함하는 격실 (격리된 격실 또는 공동) 로부터 유체를 분리하는 멤브레인에 인접하여 흐르는 유체 내의 하나 이상의 입자들을 움직이지 못하게 하고 고정화하는 고-스루풋, DEP 기반 고정화 (포집) 장치에 관한 것이다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 공동으로부터 유체 환경으로의 액세스를 제공하기 위하여, 멤브레인을 통한 하나 이상의 멤브레인 개구들 (본 명세서에서 "포어들" 또는 "마이크로포어들" 로도 또한 지칭됨) 이 사용될 수 있다. 예를 들어, 개구들은 격실 내의 멤브레인을 가로질러 존재하는 개별의 MEMS/전기 구조들과 개별적으로 인터페이싱 및/또는 상호작용되도록 유체에 현탁된 하나 이상의 입자들에 대한 액세스를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 멤브레인은 또한, 소수성 또는 친수성 코팅들을 통한 표면 패터닝, 및/또는 멤브레인의 어느 한 쪽의 양자의 유체 매체들의 압력 제어를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 유체 역학적 전략들을 사용하여 2 개의 비혼합 유체들 사이에 안정된 액체/가스 인터페이스 또는 액체-액체 인터페이스를 유지하도록 설계될 수 있다. 이 인터페이스는 또한, 공동을 가압 또는 감압함으로써, 또는 포어의 사이즈 또는 형상을 변경함으로써 (예를 들어, 효과적인 모세관 반경을 감소시키기 위해 포어 안으로 중공 마이크로바늘을 삽입함으로써), 정전기를 통한 표면 에너지의 조절을 통해 공동 안으로 또는 밖으로 유체를 의도적으로 이동시키도록 제어될 수 있다.
DEP 매개된 입자 고정화 기법 (예를 들어, 포집 기법) 을 인터페이싱하기 위한 플랫폼에 단일-세포 레벨 (예를 들어, 단일 세포 분해능) 에서 개별의 생물학적 분자들 또는 세포들의 고도 국부 조작을 제공함으로써, 일반 재료들의 추출 및/또는 개별의 세포들로의 의약 분자들의 전달에 대한 고도 제어가능한 접근법이 단일 세포들을 위한 것만이 아니라, 고-스루풋, 신뢰가능, 및 재생가능한 방식으로 달성될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 유체 내의 입자를 고정화하기 위한 장치의 다양한 구현들이 설명된다. 다양한 구현들에서, 장치는 격실로부터, 예를 들어, 마이크로유체 채널 내의 유체를 분리하기 위한 멤브레인을 포함한다. 다양한 구현들에서, 장치는 또한, 격실로부터 떨어져 멤브레인 상에 배치된 하나 이상의 전극들 및 하나 이상의 전극들과는 다른 표면적을 갖는 상대 전극을 포함한다. 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극 (본 명세서에서 "DEP 전극들" 로도 또한 지칭됨) 은 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성된다. 다양한 구현들에서, 장치는 또한, 하나 이상의 전극들 및/또는 상대 전극에 걸쳐 신호를 제공 및 센싱하기 위한 전기 입력 및 출력 소스를 포함한다. 다양한 구현들에서, 신호는 하나 이상의 전극들과 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하기 위한 발진하는 비선형 전기장을 생성하기 위한 AC 전압이다.
장치의 다양한 구현들에서, 멤브레인은 고정화되는 입자의 기계적 조작을 허용하는 개구를 갖는다. 다양한 구현들에서, 기계적 조작은 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 프로빙하는 것을 포함한다. 다양한 구현들에서, 날카로운 부재는 MEMS 구조 또는 나노 전기 기계 시스템 (Nano-Electro-Mechanical System; NEMS) 구조이다. 다양한 구현들에서, 날카로운 부재는 바늘, 기둥 또는 중공 튜브이다.
다양한 구현들에서, 개시된 기술은 유체 매체에 현탁된 별개의 오브젝트들 (예를 들어, 별개의 구형의 오브젝트들) 의 최적의 인터로게이션을 위해 맞춤화된 마이크로유체 멤브레인 하이브리드 구조를 갖는 장치에 관한 것이다. 장치를 사용하여, 구형 오브젝트들은 다공성 멤브레인을 포함하는 멤브레인에 근접한 DEP 를 사용하여 공간적으로 한정될 수 있다. 다양한 구현들에서, 멤브레인 내의 포어들은 멤브레인을 가로지른 유체 교환을 방지하기 위해 기하학적으로 및 화학적으로 최적화/맞춤화된다. 장치의 애플리케이션들은 외부 프로브에 의해 유체 환경 내의 별개의 생물학적 시스템들을 인터로게이팅하는 것을 포함할 수 있다. 더욱이, 본 명세서에서 설명된 마이크로유체 멤브레인 하이브리드 아키텍처에 관련된 기술은 통상적인 MEMS 제작 방법들을 통해 더 큰 디바이스 아키텍처에 통합될 수 있다. 예를 들어, 외부 프로브는 MEMS 제작 방법들을 통해 제작되고, 격실에 배치될 수 있다.
다양한 구현들에서, 장치는 포어들 (예를 들어, 개구 (125, 225a-d 등)) 과 공동-위치된 전극들의 어레이 (또는 하나 이상의 전극들의 어레이, 예를 들어, 전극들의 쌍, 3 개의 전극들의 세트, 4 개의 전극들의 세트 등) 를 포함하여, 공동으로부터의 포집된 입자들에 대한 액세스를 허용한다. 다양한 구현들에서, 포어들은 포어들의 내부 벽들을 코팅하는 화학 처리에 의해 소수성이 된다. 다양한 구현들에서, 멤브레인의 어느 한 쪽의 포어들의 에지 표면 및/또는 포어 내부는, 예를 들어, 임의의 소분자, 단백질들, 펩티드들, 펩토이드들, 폴리머들, 또는 상기 열거된 무기 재료들을 임의의 적합한 조합으로 포함하는 다양한 재료 부류들로 코팅/화학적으로 기능화된다. 표면 화학들 및 그들의 기능들의 일부 예들이 본 명세서에 포함된다. 다양한 실시형태들에 따르면, 포어의 내부 및/또는 멤브레인의 일 측면의 코팅들은 포어를 통한 수용액의 누출을 방지하기 위하여, 소수성 재료, 이를 테면 소수성 유기실란, 예를 들어, 플루오로실란을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 표면은 포집 사이트들로부터 떨어진, 예를 들어, 개구 또는 포어 부근의 비특이성 세포 부착 (cell adhesion) 을 방지하기 위하여, 예를 들어, 폴록사머 또는 폴리(2-히드록시에틸 메타크릴레이트) 또는 임의의 적합한 단백질 차단 용액, 이를 테면, 예를 들어, 소혈청 알부민과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 화학물질을 사용하여, 세포 부착을 막기 위해 코팅될 수 있다. 표면 코팅들의 일부 예들은, 예를 들어, 단백질들, 펩티드들, 폴리머들, 가변 길이의 탄화수소 사슬들과 같은 생물학적 또는 유기 재료들을 포함할 수도 있으며, 그 임의의 조합은 세포 부착을 방지할 뿐만 아니라 페이로드/분석물 부착 방지를 위해 사용될 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 그러한 표면 코팅들은, 특히 날카로운 부재 또는 바늘 상에 배치되는 분자 페이로드에 대한, 분자 페이로드 부착을 방지하기 위해 사용될 수도 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 그 표면들의 효율적인 함침을 보장하고 개구로부터의 소수성 재료의 유출 흐름을 방지하기 위하여, 친수성 재료, 이를 테면 히알루론산, 티타늄 산화물, 폴리에틸렌 글리콜 등으로 멤브레인의 일 측면을 코팅. 다양한 실시형태들에 따르면, 전술한 접근법들의 임의의 조합이 별개의 개구들, 포어들, 또는 공동들에서 소수성 및 친수성 유체들을 분리하기 위하여 채용될 수 있다.
본 명세서에서 개시된 다양한 구현들은 예를 들어, 유체 환경에서 전기화학, 임피던스측정, 광학 방법들, 및 MEMS 기반 셀룰러 조작과 같은 기법들을 통해 특성화, 샘플링, 페이로드 전달, 또는 수정을 위해 생물학적 오브젝트들 및/또는 세포들의 다량의 포집을 위한 고유한 능력을 나타낸다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 예를 들어, 포어 (또는 개구) 의 사이즈 및 소수성, 전극의 사이즈, 유체 매체의 전도성, 및 전극들이 동작 주파수와 같은 물리적 및 재료 특성들 및 파라미터들은 인터로게이팅될 생물학적 오브젝트들 또는 세포들 및 애플리케이션에 기초하여 최적화될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 기술의 다양한 구현들에서, 장치는 포집/포획, 및 프로빙/인터로게이션/조작 후 세포들의 선택적 방출을 위해 구성될 수 있다.
더욱이, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 다양한 구현들에 따르면, 장치는 또한 유전영동 (DEP) 힘을 활용함으로써 최적화될 수 있다. 예를 들어, 생성된 DEP 힘은 상기 설명된 DEP 식에 따라 전기장 구배의 제곱에 비례하기 때문에, 고도 비선형 전기장이 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 생성될 수 있다. 다양한 구현들에서, 사이즈 차이 및/또는 근접성을 통해 큰 전기장 구배를 생성하는 기하학적구조를 갖는 하나 이상의 전극들 사이에 교류 전류 (AC) 를 인가함으로써, 한정된 고도 비선형 전기장이 생물학적 오브젝트 또는 세포에 작용하여 그것을 포집 영역에 고정화하기 위해 생성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전극들, 예를 들어, 전극들의 쌍이 개구 주위에 배열되면, DEP 힘은 개구에서 전극들 사이에 물체를 포집하도록 튜닝될 수 있다. 또한, 전극 내의 개구의 벽이 소수성 재료로 코팅되면, 개구의 코팅된 내벽의 접촉각은 다음의 식을 통해 유체의 모세관 압력과 관련될 수 있으며:
여기서 r 은 개구의 반경이고, 
는 표면 장력 (물 및 공기의 경우 대략 72.75 mN/m) 이고 
는 접촉각이다. 종래, 90 이상의 접촉각 
은 소수성 재료를 나타내는 한편 90 미만의 접촉각은 친수성 재료를 나타낸다. 예를 들어, 소수성 실란 코팅을 적용함으로써 접촉각 
을 대략 130 도로 증가시킴으로써, 공기-물 계면에 대한 모세관 압력은 약 4 μm 또는 5 μm 의 상대적으로 큰 개구로 40-60 kPa 에 도달한다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 개구의 내벽 상의 소수성 코팅은 수성 측면으로부터 개구를 통해 MEMS 또는 다른 전자 컴포넌트들을 포함할 수 있는 공기 충진된 격실로 유체가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 멤브레인의 수성 또는 비수성 측면이, 포어가 각각 소수성 또는 친수성 표면 처리로 패터닝될 수 있는 더 높은 또는 더 낮은 압력에 있는지 여부에 의존하여, 멤브레인을 가로지르는 다른 타입들의 유체 상 분리에 대해 동일한 원리가 유지된다. 따라서, 비선형 전기장을 생성하는 그러한 방식으로 배열된 하나 이상의 전극들 및 상대 전극을 갖는 장치는 유체에 생물학적 오브젝트 또는 세포를 포집, 고정화 또는 한정하고 개구를 통해, 민감한 전자 컴포넌트들에 대한 임의의 유체 노출을 손상시키지 않고 격실에 존재하는 MEMS 구조에 의해 프로빙되도록 구성될 수 있다. 다양한 구현들에서, 동일하거나 또는 실질적으로 유사한 사이즈인 하나 이상의 전극들 및 상대 전극을 갖는 장치는 유체에 생물학적 오브젝트 또는 세포를 포집, 고정화 또는 한정하기 위하여 고도 비선형 전기장을 생성하고 개구를 통해, 민감한 전자 컴포넌트들에 대한 임의의 유체 노출을 손상시키지 않고 격실에 존재하는 MEMS 구조에 의해 프로빙되도록 구성될 수 있다. 다양한 구현들에서, 포집 사이트들, 예를 들어, 개구 또는 포어의 각각은 일 전극, 2 개의 전극들, 3 개의 전극들, 4 개의 전극들 등을 포함할 수 있다. 다양한 구현들에서, 추가적인 전극들은 오브젝트, 예를 들어, 입자 또는 세포의 존재 시 임피던스 센싱을 위해 구성될 수 있다. 더욱이, 잘 확립된 MEMS 프로세싱 기법들 및 포토리소그래피에 기초한 고도로 신뢰가능하고 재생가능한 방법들을 사용하여 장치가 제작될 수 있기 때문에, 장치를 제조하는 방법은 스케일러블하고, 따라서 임상적으로 적절한 양으로 생물학적 오브젝트들 또는 세포들의 병렬 고정화 및 인터로게이션이 허용된다.
도 1A-1D 는 본 명세서에서 개시된 바와 같은 다양한 구현들에 따르면, 입자의 고정화를 위한 장치의 개략도들을 도시한다. 도 1A 는 다양한 실시형태들에 따른, 예시적인 장치 (100) 의 개략 상면도를 도시한다. 도 1A 에 도시된 바와 같이, 장치 (100) 는 개구 (125) (본 명세서에서 "포어" 로도 또한 지칭됨), 복수의 전극들 (120) 및 하나 이상의 상호연결부들 (130) 을 포함한다. 예를 들어, 복수의 전극들 (120) 은, 예시된 바와 같이, 어레이 또는 그리드로 형성된 복수의 개별의 이질적인 전극 표면적들을 포함할 수 있다. 전극 (120) 은 링 또는 원형 전극으로 예시되지만, 전극 (120) 은 다양한 실시형태들에 따르면, 도 6A-6D 및 7A-7C 에 대하여 도시 및 설명된 바와 같은 전극들의 쌍 (620a, 620b, 620c, 620d, 720), 또는 개구 (125) 의 근위에 배치된 전극들의 임의의 수의 세트들일 수 있다. 따라서, 전극 (120) 에 대하여 이하에 추가로 설명된 바와 같은 물리적, 화학적, 재료 파라미터들은 도 6A-6D 및 7A-7C 에 대하여 도시 및 설명된 바와 같은 전극들의 쌍 (620a, 620b, 620c, 620d, 720) 중 임의의 것에 적용가능할 수 있다.
다양한 구현들에서, 전극 (120) 은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 전극 (120) 은 약 10 nm 내지 약 5 μm, 약 10 nm 내지 약 10 μm, 약 10 nm 내지 약 5 μm, 약 100 nm 내지 약 4 μm, 약 300 nm 내지 약 3 μm, 약 400 nm 내지 약 5 μm, 약 500 nm 내지 약 5 μm (그들 사이의 임의의 두께 범위들을 포함함) 의 두께를 갖는다.
다양한 구현들에서, 전극 (120) 은 충분한 전기화학적 안정성을 갖는 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함한다. 다양한 구현들에서, 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함한다.
도 1A 에 도시된 바와 같이, 다양한 구현들에서, 복수의 전극들 (120) (전극들의 어레이 (120) 를 지칭함) 의 각각은 개구 (125) 를 갖는다. 다양한 구현들에서, 복수의 전극들 (120) 의 일부는 개구 (125) 를 갖고 일부 전극들 (120) 은 개구 (125) 를 갖지 않는다. 다양한 구현들에서, 개구 (125) 를 갖는 전극들 (120) 및 개구 (125) 를 갖지 않는 전극들 (120) 은 장치 (100) 의 애플리케이션에 기초하여 전략적으로 배열된다.
다양한 구현들에서, 개구 (125) 는 약 0.1 nm 내지 1 mm 의 사이즈 (본 명세서에서 원형인 경우 직경 또는 임의의 비원형 기하학적구조인 경우 측면 치수로도 또한 지칭됨) 를 갖는다. 다양한 구현들에서, 개구 (125) 는 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 1 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 100 nm 내지 약 25 μm, 약 1 μm 내지 약 100 μm, 또는 약 1 μm 내지 약 50 μm (그들 사이의 임의의 사이즈 범위들을 포함함) 의 사이즈를 갖는다.
다양한 구현들에서, 복수의 전극들 (120) 에서의 전극들 (120) 은 약 1 μm 내지 약 5 mm, 약 1 μm 내지 약 1 mm, 약 10 μm 내지 약 500 μm, 또는 약 10 μm 내지 약 1 mm (그들 사이의 임의의 분리 거리 범위들을 포함함) 의 2 개의 인접한 전극들 사이의 전극-대-전극 분리 거리를 갖는다.
다양한 구현들에서, 전극 (120) 및 하나 이상의 상호연결부들 (130) 은 동일한 재료를 포함한다. 다양한 구현들에서, 하나 이상의 상호연결부들 (130) 은 충분한 전기화학적 안정성을 갖는 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함한다. 다양한 구현들에서, 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 금속 나노와이어 메시, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 얇은 금속 층, 원자-층 금속 필름, 또는 임의의 다른 적합한 투명 전도체를 포함한다.
도 1B 는 장치 (100) 의 전극들 (120) 중 하나의 전극의 확대된 개략도를 도시한다. 다양한 구현들에서, 장치 (100) 는 하나의 전극 (120) 을 포함한다. 도 1A 및 도 1B 에 도시된 바와 같이, 복수의 전극들 (120) 은 그리드로 또는 어레이로 하나 이상의 상호연결부들 (130) 을 통해 서로 상호연결된다. 다양한 구현들에서, 복수의 전극들 (120) 은 임의의 수의 전극들 (120) 을 포함할 수 있는 그룹 내에서 서로 상호연결되고, 장치 (100) 는 전극들 (120) 의 임의의 수의 그룹들을 포함할 수 있다.
도 1C 는 다양한 구현들에 따른, 장치 (100) 의 (도 1B 의 도면에 직교하는) 단면도를 도시한다. 도 1C 에 도시된 바와 같이, 장치 (100) 는 복수의 전극들 (120) 및 상대 전극 (140) 을 포함한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 복수의 전극들 (120) 에서의 각각의 전극 (120) 은 도 6A-6D 및 7A-7C 에 대하여 도시 및 설명된 바와 같은 전극들의 쌍 (620a, 620b, 620c, 620d, 720), 또는 개구 (125) 의 근위에 배치된 전극들의 임의의 수의 세트들일 수 있다. 다양한 구현들에서, 상대 전극 (140) 은 장치 (100) 의 부분, 실질적인 부분, 거의 전체, 또는 전체에 걸쳐 있는 평면 전극이다. 예를 들어, 상대 전극 (140) 은 복수의 전극들 (120) 의 각각보다 클 수 있다. 예를 들어, 상대 전극 (140) 은 개별의 전극들 (120) 의 각각의 표면적보다 큰 표면적을 가질 수 있다. 다양한 구현들에서, 상대 전극 (140) 과 전극 (120) 사이의 표면적의 비율은 약 1:1, 1.1:1, 2:1, 5:1, 10:1, 50:1, 100:1, 100 만:1, 또는 그들 사이의 임의의 적합한 비율들일 수 있다.
다양한 구현들에서, 전극 (120) 및 상대 전극 (140) 은 사이즈가 동일하거나 또는 실질적으로 유사하다. 다양한 구현들에서, 전극 (120) 및 상대 전극 (140) 은 동일한 평면 상에 배치된다.
도 1C 에 예시된 바와 같이, 복수의 전극들 (120) 및 상대 전극 (140) 은 복수의 전극들 (120) 과 상대 전극 (140) 사이의 채널 (160) 에서 흐르는 유체 (도 1C 에 평행 화살표들로 표시됨) 를 수용하도록 구성된다. 다양한 구현들에서, 채널 (160) 에서 흐르는 유체는 예를 들어, 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체, 또는 가스를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
다양한 구현들에서, 유체는 채널 (160) 에서 0 내지 10 mL/s 의 플로우 레이트로 흐른다. 다양한 구현들에서, 유체는 정적이고 따라서 최소 플로우 레이트를 갖거나 또는 전혀 플로우 레이트를 갖지 않는다. 다양한 구현들에서, 유체는 약 0.001 mL/s 내지 약 0.1 mL/s, 약 0.01 mL/s 내지 약 1 mL/s, 또는 약 0.1 mL/s 내지 약 10 mL/s (그들 사이의 임의의 플로우 레이트 범위들을 포함함) 로 흐른다.
도 1D 는 장치 (100) 의 복수의 전극들 (120) 중 하나의 전극의 확대된 단면도를 도시한다. 도 1D 에 도시된 바와 같이, 장치 (100) 는 멤브레인 (110), 전극 (120), 상호연결부 (130), 및 패시베이션 층 (150) 을 포함한다. 다양한 구현들에서, 멤브레인 (110) 은 전기 절연 재료를 포함한다. 다양한 구현들에서, 멤브레인 (110) 은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물 (이를 테면, 예를 들어, SiCOH), 세라믹 (이를 테면, 예를 들어, 알루미나), 및 폴리머를 포함하지만 이에 한정되지 않는 전기 절연 재료를 포함한다. 다양한 구현들에서, 멤브레인 (110) 은 금속 또는 도핑된 반도체 재료와 같은 전기 전도성 재료를 포함한다. 다양한 구현들에서, 멤브레인 (110) 은 단일 층 또는 전술한 재료들 중 임의의 것을 포함하는 다층 스택을 갖는 복합 층일 수 있다.
다양한 구현들에서, 채널 (160) 을 형성하는 벽은, 유체 층에 대한 구조적 재료들로서 사용될 수 있는, 예를 들어, 실리콘, 유리, 플라스틱, 또는 예를 들어, 폴리(디메틸 실록산) (PDMS) 과 같은 다양한 엘라스토머들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는 채널 재료를 포함한다. 다양한 구현들에서, 채널 (160) 은 약 1 nm 내지 약 1 cm, 약 100 nm 내지 약 100 mm, 약 200 nm 내지 약 1 mm, 또는 약 200 nm 내지 약 500 μm (그들 사이의 임의의 치수들을 포함함) 의 치수들을 갖는다. 다양한 구현들에서, 채널 (160) 의 높이는 프로빙되는 입자 사이즈에 의해 설정되고 막힘 (clogging) 을 회피하기 위하여 입자의 직경의 적어도 2 배여야 한다.
다양한 구현들에서, 멤브레인 (110) 은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 5 mm, 약 10 nm 내지 약 1 mm, 약 10 nm 내지 약 100 μm, 약 50 nm 내지 약 10 μm, 약 50 nm 내지 약 5 μm, 약 100 nm 내지 약 10 μm, 약 100 nm 내지 약 5 μm, 또는 약 100 nm 내지 약 2 μm (그들 사이의 임의의 두께 범위들을 포함함) 의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 멤브레인 (110) 또는 멤브레인을 포함하는 재료의 임의의 층은 패터닝될 수 있다.
도 1D 는 또한 채널 (160) 에서 흐르는 유체에 현탁되는 입자 (165) 를 도시한다. 다양한 구현들에서, 입자 (165) 는 임의의 생물학적 오브젝트들, 세포들, 또는 비생물학적 오브젝트들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 타입들의 미립자 재료 또는 구형 재료들을 포함할 수 있다. 다양한 구현들에서, 입자 (165) 는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 계면활성제 어셈블리들, 소포, 마이크로-소포, 단백질, 분자, 마이크로액적, 또는 비생물학적 미립자 물질을 포함할 수 있다.
다양한 구현들에서, 입자 (165) 는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 가질 수 있다. 다양한 구현들에서, 입자 (165) 는 약 10 nm 내지 약 500 μm, 약 50 nm 내지 약 200 μm, 약 200 nm 내지 약 100 μm, 약 300 nm 내지 약 50 μm, 약 100 nm 내지 약 200 μm, 약 100 nm 내지 약 100 μm, 또는 약 200 nm 내지 약 50 μm (그들 사이의 임의의 사이즈 범위들을 포함함) 의 사이즈를 가질 수 있다.
도 1D 에 도시된 바와 같이, 다양한 구현들에 따르면, 멤브레인 (110) 은 유체가 격실 (180) 에 진입하는 것을 분리하도록 구성된다. 도 1D 는 또한 장치 (100) 의 개구 (125) 를 도시한다. 도 1D 에 도시된 바와 같이, 개구 (125) 는 멤브레인 (110) 및 전극 (120) 을 통해 연장된다. 다양한 구현들에서, 개구 (125) 는 멤브레인 (110), 전극 (120), 및 패시베이션 층 (150) 을 통해 연장된다. 다양한 구현들에서, 개구 (125) 는 또한 디바이스의 동작이 1 초과의 유체 상 (이를 테면 이온 완충제 및 공기 또는 수성 및 유기 용매들) 을 필요로 하면 멤브레인 (110) 을 가로질러 2 개의 유체 상들을 격리시키기 위한 모세관 밸브의 역할을 할 수도 있다. 도 1D 의 확대된 단면도는 또한 멤브레인 (110) 근처의 격실 (180) 에 배치된 날카로운 부재 (185) 를 도시한다.
다양한 구현들에서, 날카로운 부재 (185) 는 개구 (125) 내에서 이동하고 멤브레인 (110), 전극 (120), 및 패시베이션 층 (150) 을 통해 이동하도록 구성된다. 다양한 구현들에 따르면, 개구 (125) 는 고정화되는 입자 (165) 의 기계적 조작을 허용한다. 다양한 구현들에서, 기계적 조작은 프로빙, 삽입, 관통, 전기천공, 센싱, 재료 디포짓, 재료 샘플링, 또는 다르게는 멤브레인 (110), 전극 (120), 및/또는 패시베이션 층 (150) 을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재 (185) 로 입자 (165) 를 조작하는 것을 포함한다. 다양한 구현들에서, 기계적 조작은 날카로운 부재 (185) 에 의해 수행된다. 다양한 구현들에서, 날카로운 부재 (185) 는, 이동 전에, 예를 들어, 도 1D 에 도시된 바와 같이, 가로 축을 따라, 예를 들어, 수직 하향으로 날카로운 부재 (185) 의 작동 전에 날카로운 부재 (185) 가 존재하는 격실 (180) 로부터 진입한다. 다양한 구현들에서, 날카로운 부재 (185) 는 길이가 약 10 nm 내지 약 50 μm 인 바늘, 기둥, 중공 튜브, 나노-바늘 또는 마이크로-바늘일 수 있다. 다양한 구현들에서, 날카로운 부재 (185) 는 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 방법들 또는 나노 전기 기계 시스템 (NEMS) 방법들을 통해 제조 또는 제작된다. 다양한 실시형태들에 따르면, 격실 (180) 은 날카로운 부재 (185) 를 포함하는, MEMS 구조 또는 NEMS 구조를 포함한다.
다양한 구현들에서, 날카로운 부재 (185) 는 멤브레인 (110) 을 가로지르는 프로브의 형태의 제 3 전극으로서 동작하도록 구성될 수 있다. 이 제 3 전극 프로브는 센싱 또는 작동을 위해 DC 또는 AC 신호로, 예를 들어, 나노포어 전기천공 (NEP) 애플리케이션들을 위해 펄싱된 DC 신호로 또는 임피던스를 측정할 목적으로 별개의 주파수의 저전력 AC 신호로 바이어싱될 수도 있다. 다양한 구현들에서, DEP 전극들 자체는 또한 다운스트림 필터링을 통해 DEP 신호로부터 용이하게 격리되도록 선택된 별개의 중첩된 AC 또는 DC 신호를 캐리할 수도 있다.
다양한 구현들에서, 개구 (125) 의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는다. 다양한 구현들에서, 개구 (125) 는 개구 (125) 의 내부 벽들을 코팅하는 화학 처리에 의해 소수성이 된다. 다양한 구현들에서, 멤브레인의 어느 한 쪽의 개구 (125) 의 에지 표면 및/또는 개구 (125) 의 벽의 내측 (내벽) (본 명세서에서 "포어 내부" 로도 또한 지칭됨) 은, 예를 들어, 임의의 소분자, 단백질들, 펩티드들, 펩토이드들, 폴리머들, 또는 상기 열거된 무기 재료들을 임의의 적합한 조합으로 포함하는 다양한 재료 부류들로 코팅/화학적으로 기능화된다. 코팅들의 다양한 상세들은 도 2A-2D 에 대하여 상세히 제공된다.
다양한 실시형태들에 따르면, 소수성 코팅 또는 친수성 코팅은 유체가 격실로 진입하는 것을 방지하기 위해 멤브레인 (110) 및/또는 전극 (120) 의 벽 상에 배치된다 (또는 디포짓된다). 다양한 구현들에서, 코팅은 관련 표면들에 화학적으로 및 공유결합적으로 부착된다. 다양한 구현들에서, 소수성 코팅은 아지드들, 유기실란들, 또는 플루오로카본들과 같은 다양한 부류들을 포함할 수 있다. 다양한 구현들에서, 친수성 코팅은 임의의 소분자, 단백질들, 펩티드들, 펩토이드들, 폴리머들, 또는 무기 재료들을 포함하는 다양한 재료 부류들을 포함할 수 있다. 다양한 구현들에서, 개구 (125) 의 벽은 패터닝된 친수성 및 소수성 코팅들의 조합을 갖는다.
다양한 구현들에서, 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는다. 다양한 구현들에서, 소수성 코팅은 약 100° 내지 약 165°, 약 105° 내지 약 165°, 약 110° 내지 약 165°, 약 120° 내지 약 165°, 약 95° 내지 약 150°, 약 95° 내지 약 140°, 또는 약 95° 내지 약 130° (그들 사이의 임의의 접촉각 범위들을 포함함) 의 접촉각을 갖는다.
다양한 구현들에서, 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는다. 다양한 구현들에서, 친수성 코팅은 약 25° 내지 약 80°, 약 30° 내지 약 80°, 약 35° 내지 약 80°, 약 40° 내지 약 80°, 약 20° 내지 약 70°, 약 20° 내지 약 60°, 또는 약 20° 내지 약 50° (그들 사이의 임의의 접촉각 범위들을 포함함) 의 접촉각을 갖는다.
다양한 구현들에 따르면, 전력 소스 (도시되지 않음) 는 복수의 전극들 (120) 과 상대 전극 (140) 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자 (165) 를 고정화 (또는 포집) 하기 위한 발진하는 비선형 전기장을 생성하기 위해 복수의 전극들 (120) 및 상대 전극 (140) 에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 제공하기 위해 복수의 전극들 (120) 및 상대 전극 (140) 에 전기적으로 연결될 수 있다. 다양한 구현들에서, 다중 전극들을 갖는 평면내 전기장은 교번 DEP 필드에 대한 국부 필드 최소값을 유도하기 위해 인가될 수 있다. 다양한 구현들에서, 하나 이상의 AC 또는 DC 신호들은 임피던스 센싱, 전기습윤, 또는 전기천공을 포함한 애플리케이션들을 위해 DEP 작동 신호 상에 중첩될 수도 있다.
다양한 구현들에서, 복수의 전극들 (120) (단일 전극인 경우 전극 (120) 또는 전극들의 쌍, 이를 테면 620a, 620b, 620c, 620d, 720) 및 상대 전극 (140) 에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급된다. 다양한 구현들에서, 복수의 전극들 (120) 및 상대 전극 (140) 에 걸친 AC 는 약 5 mV 내지 50 V, 약 5 mV 내지 약 20 V, 약 250 mV 내지 약 5 V, 약 500 mV 내지 약 50 V, 약 750 mV 내지 약 50 V, 약 1 V 내지 약 50 V, 약 5 V 내지 약 50 V, 약 10 V 내지 약 50 V, 약 250 mV 내지 약 40 V, 약 250 mV 내지 약 30 V, 약 250 mV 내지 약 20 V, 약 250 mV 내지 약 10 V, 약 250 mV 내지 약 8 V, 약 250 mV 내지 약 6 V, 약 250 mV 내지 약 5 V, 약 500 mV 내지 약 5 V, 또는 약 1 V 내지 약 5 V (그들 사이의 임의의 전압 범위들을 포함함) 의 전압에서 공급된다. 다양한 구현들에서, 복수의 전극들 (120) (단일 전극인 경우 전극 (120)) 및 상대 전극 (140) 에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V, 약 1 mV 내지 약 10 V, 약 1 mV 내지 약 8 V, 약 1 mV 내지 약 6 V, 약 1 mV 내지 약 5 V, 약 1 mV 내지 약 4 V, 약 1 mV 내지 약 3 V, 약 1 mV 내지 약 2 V, 약 1 mV 내지 약 1 V, 약 1 mV 내지 약 750 mV, 약 1 mV 내지 약 500 mV, 약 1 mV 내지 약 250 mV, 약 1 mV 내지 약 200 mV, 약 1 mV 내지 약 150 mV, 약 1 mV 내지 약 100 mV, 약 1mV 내지 약 50 mV (그들 사이의 임의의 범위들을 포함함) 의 전압에서 공급된다.
다양한 구현들에서, 복수의 전극들 (120) (단일 전극인 경우 전극 (120) 또는 전극들의 쌍, 이를 테면 620a, 620b, 620c, 620d, 720) 및 상대 전극 (140) 에 걸친 AC 는 약 1 Hz 내지 약 1 THz 의 발진 주파수에서 공급된다. 다양한 구현들에서, 복수의 전극들 (120) 및 상대 전극 (140) 에 걸친 AC 는 약 10 Hz 내지 약 100 GHz, 약 10Hz 내지 약 10 GHz, 약 100 Hz 내지 약 10 GHz, 약 1 kHz 내지 약 1 GHz, 약 10 kHz 내지 약 1 GHz, 약 100 kHz 내지 약 1 GHz, 약 500 kHz 내지 약 1 GHz, 약 1 MHz 내지 약 1 GHz, 약 10 MHz 내지 약 1 GHz, 약 100 MHz 내지 약 1 GHz, 약 10 kHz 내지 약 500 MHz, 약 10 kHz 내지 약 100 MHz, 약 10 kHz 내지 약 50 MHz, 약 10 kHz 내지 약 30 MHz, 약 10 kHz 내지 약 20 MHz, 약 10 kHz 내지 약 10 MHz, 약 100 kHz 내지 약 10 MHz, 또는 약 500 kHz 내지 약 10 MHz, 또는 약 1 MHz 내지 약 10 MHz (그들 사이의 임의의 주파수 범위들을 포함함) 의 발진 주파수에서 공급된다.
다양한 구현들에서, 직류 전류 (DC) 가 복수의 전극들 (120) (단일 전극인 경우 전극 (120) 또는 전극들의 쌍, 이를 테면 620a, 620b, 620c, 620d, 720) 및 상대 전극 (140) 에 걸쳐 인가된다. 다양한 구현들에서, DC 및 AC 는 복수의 전극들 (120) (단일 전극인 경우 전극 (120) 또는 전극들의 쌍, 이를 테면 620a, 620b, 620c, 620d, 720) 및 상대 전극 (140) 에 걸쳐 전류를 인가할 때 중첩될 수 있다.
다양한 구현들에서, 복수의 전극들 (120) 및 상대 전극 (140) 은 개별적으로 어드레싱되거나, 그룹으로 어드레싱되거나, 또는 함께 전기 합선 (예를 들어, 단락) 될 수 있다. 다양한 구현들에서, 전극들의 쌍, 이를 테면 620a, 620b, 620c, 620d, 720 의 각각은 개별적으로 어드레싱되거나, 그룹으로 어드레싱되거나, 또는 함께 전기 합선 (예를 들어, 단락) 될 수 있다. 예를 들어, AC 는 복수의 전극들 (120) 및 상대 전극 (140) 의 각각에 개별적으로 또는 그룹으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극들 (120) 및 상대 전극 (140) 은 복수의 전극들 (120) 중의 일부 및 상대 전극 (140) 에 대해 단락될 수 있고 복수의 전극들 (120) 중의 다른 전극들 (120) 및 상대 전극 (140) 에 대해서는 단락될 수 없다. 이와 같이, 복수의 전극들 (120) 및 상대 전극 (140) 사이의 배열들의 임의의 조합 또는 구성이 장치 (100) 에 대해 구현될 수 있다.
도 2A-2D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위해 구성된 장치의 개략적 예시들을 도시한다. 도 2A-2D 는 장치의 다양한 구조적 구성들을 예시하고, 여기서 구성들은 예를 들어, 소수성 또는 친수성 코팅들과 같은 코팅들의 특정 층 배열, 배치 및 타입을 예시하지만, 이에 한정되지 않는다. 도 2A, 도 2B, 도 2C, 및 도 2D 에 도시된 구성들은 비제한적 예들이며, 따라서 예시들에 더한 임의의 원하는 구조적 구성들이 다양한 실시형태들에 따라, 입자의 고정화 및/또는 인터로게이션을 수행하기 위해 채용될 수 있다.
도 2A 는 다양한 실시형태들에 따른, 장치 (200a) 의 단면도를 예시한다. 도 2A 에 도시된 바와 같이, 장치 (200a) 는 서로의 위에 적층되는 멤브레인 (210a), 금속 층 (230a1), 패시베이션 층 (250a), 및 다른 금속 층 (230a2) 을 포함하고, 개구 (225a) 를 포함한다. 장치 (200a) 는 또한 다양한 실시형태들에 따라, 멤브레인 (210a) 의 노출된 표면 상에 배치된 코팅 (270a1) 및 개구 (225a) 의 벽의 내측 (내벽) 상에 배치된 코팅 (270a2) 을 포함한다. 도 2A 에 도시된 바와 같이, 코팅 (270a1) 및 코팅 (270a2) 은 동일한 코팅이다. 다양한 실시형태들에 따르면, 코팅들 (270a1 및 270a2) 은 동일한 패턴 또는 상이한 패턴들을 포함할 수 있다.
도 2B 는 다양한 실시형태들에 따른, 장치 (200b) 의 단면도를 예시한다. 도 2B 에 도시된 바와 같이, 장치 (200b) 는 서로의 위에 적층되는 멤브레인 (210b), 금속 층 (230b1), 패시베이션 층 (250b), 및 다른 금속 층 (230b2) 을 포함하고, 개구 (225b) 를 포함한다. 장치 (200b) 는 다양한 실시형태들에 따라, 멤브레인 (210b) 의 노출된 표면 상에 배치된 코팅 (270b1) 및 개구 (225b) 의 벽의 내측 상에 배치된 코팅 (270b2) 을 포함한다. 도 2B 에 도시된 바와 같이, 코팅 (270b1) 및 코팅 (270a2) 은 상이한 코팅들이다. 다양한 실시형태들에 따르면, 코팅들 (270b1 및 270b2) 은 동일한 패턴 또는 상이한 패턴들을 포함할 수 있다.
도 2C 는 다양한 실시형태들에 따른, 장치 (200c) 의 단면도를 예시한다. 도 2C 에 도시된 바와 같이, 장치 (200c) 는 서로의 위에 적층되는 멤브레인 (210c), 금속 층 (230c1), 패시베이션 층 (250c), 및 다른 금속 층 (230c2) 을 포함하고, 개구 (225c) 를 포함한다. 장치 (200c) 는 다양한 실시형태들에 따라, 개구 (225b) 의 벽의 내측 상에 배치된 코팅 (270c) 을 포함하고, 멤브레인 (210c) 의 노출된 표면 상의 코팅을 포함하지 않는다. 다양한 실시형태들에 따르면, 코팅 (270c) 은 패턴을 포함할 수 있다.
다양한 실시형태들에 따르면, 멤브레인들 (210a, 210b, 및 210c) 은 달리 언급되지 않으면, 도 1D 에 대하여 설명된 바와 같은 멤브레인 (110) 과 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다. 다양한 구현들에서, 멤브레인들 (210a, 210b, 및 210c) 은 전기 절연 재료를 포함할 수 있다. 다양한 구현들에서, 멤브레인들 (210a, 210b, 및 210c) 은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물 (이를 테면, 예를 들어, SiCOH), 세라믹, 이를 테면, 알루미나, 및 폴리머를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 전기 절연 재료를 포함할 수 있다. 다양한 구현들에서, 멤브레인들 (210a, 210b, 및 210c) 은 전기 전도성 재료, 이를 테면 금속 또는 도핑된 반도체 재료를 포함할 수 있다. 다양한 구현들에서, 멤브레인들 (210a, 210b, 및 210c) 은 단일 층 또는 전술한 재료들 중 임의의 것을 포함하는 다층 스택을 갖는 복합 층일 수 있다.
다양한 구현들에서, 멤브레인들 (210a, 210b, 및 210c) 은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 가질 수 있다. 다양한 구현들에서, 멤브레인들 (210a, 210b, 및 210c) 은 약 10 nm 내지 약 5 mm, 약 10 nm 내지 약 1 mm, 약 10 nm 내지 약 100 μm, 약 50 nm 내지 약 10 μm, 약 50 nm 내지 약 5 μm, 약 100 nm 내지 약 10 μm, 약 100 nm 내지 약 5 μm, 또는 약 100 nm 내지 약 2 μm (그들 사이의 임의의 두께 범위들을 포함함) 의 두께를 가질 수 있다.
다양한 실시형태들에 따르면, 금속 층들 (230a1, 230a2, 230b1, 230b2, 230c1, 및 230c2) 은 달리 언급되지 않으면, 도 1A-1D 에 대하여 설명된 바와 같은 전극(들) (120) 및/또는 상호연결부 (130) 와 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다. 다양한 실시형태들에 따르면, 금속 층들 (230a1, 230b1, 및 230c1) 은 예를 들어 전극 (120) 또는 전극들 (620a, 620b, 620c, 620d, 720) 을 포함할 수 있는 전극 층일 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 금속 층들 (230a1, 230b1, 및 230c1) 은 상호연결부 층들 (130 또는 730) 일 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 금속 층들 (230a2, 230b2, 및 230c2) 은 상호연결부 층들 (130 또는 730), 또는 센싱을 위해 (센싱 전극으로서), NEP 전극으로서, 또는 금속 차폐 전극으로서 날카로운 부재 (예를 들어, 185, 385a-d 등) 와 함께 사용하도록 구성될 수 있는 전극 층일 수 있다.
다양한 실시형태들에 따르면, 패시베이션 층들 (250a, 250b, 및 250c) 은 달리 언급되지 않으면, 도 1D 에 대하여 설명된 바와 같은 패시베이션 층 (150) 과 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다.
다양한 실시형태들에 따르면, 코팅들 (270a1, 270a2, 270b1, 270b2, 및 270c) 은 달리 언급되지 않으면, 도 1D 에 대하여 설명된 바와 같은 코팅과 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다. 다양한 구현들에서, 각각의 코팅들 (270a1, 270a2, 270b1, 270b2, 및 270c) 은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅일 수 있다. 소수성 코팅 또는 친수성 코팅은 멤브레인들 (210a 및 210b) 의 각각의 노출된 표면 상에, 및/또는 개구들 (225a, 225b, 및 225c) 의 벽의 내측 (내벽) 상에 배치되어 유체가 개별의 개구들 (225a, 225b, 및 225c) 을 가로질러 진입하는 것을 방지한다. 다양한 구현들에서, 코팅들 (270a1, 270a2, 270b1, 270b2, 및 270c) 은 관련 표면들에 화학적으로 및 공유결합적으로 부착된다. 다양한 구현들에서, 소수성 코팅은 아지드들, 유기실란들, 또는 플루오로카본들과 같은 다양한 부류들을 포함할 수 있다. 다양한 구현들에서, 친수성 코팅은 임의의 소분자, 단백질들, 펩티드들, 펩토이드들, 폴리머들, 또는 무기 재료들을 포함하는 다양한 재료 부류들을 포함할 수 있다. 다양한 구현들에서, 개구들 (225a, 225b, 및 225c) 의 각각의 벽은 패턴화된 친수성 및 소수성 코팅들의 조합을 갖는다.
다양한 구현들에서, 코팅들 (270a1, 270a2, 270b1, 270b2, 및 270c) 의 각각의 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 가질 수 있다. 다양한 구현들에서, 소수성 코팅은 약 100° 내지 약 165°, 약 105° 내지 약 165°, 약 110° 내지 약 165°, 약 120° 내지 약 165°, 약 95° 내지 약 150°, 약 95° 내지 약 140°, 약 95° 내지 약 130° (그들 사이의 임의의 접촉각 범위들을 포함함) 의 접촉각을 갖는다.
다양한 구현들에서, 코팅들 (270a1, 270a2, 270b1, 270b2, 및 270c) 의 각각의 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 가질 수 있다. 다양한 구현들에서, 친수성 코팅은 약 25° 내지 약 80°, 약 30° 내지 약 80°, 약 35° 내지 약 80°, 약 40° 내지 약 80°, 약 20° 내지 약 70°, 약 20° 내지 약 60°, 또는 약 20° 내지 약 50° (그들 사이의 임의의 접촉각 범위들을 포함함) 의 접촉각을 갖는다.
도 2D 는 다양한 실시형태들에 따른, 장치 (200d) 의 단면도를 예시한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 장치 (200d) 는 장치들 (200a, 200b, 200c, 또는 100) 중 하나와 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 장치 (200d) 는 장치들 (200a, 200b, 200c, 또는 100) 에 포함되는 것으로 도시된 바와 같은 임의의 층 또는 층들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
도 2D 에 도시된 바와 같이, 장치 (200d) 는 일 측면에 채널 (260d) 을 그리고 타 측면에 격실 (280d) 을 갖는 것으로 도시된다. 다양한 실시형태들에 따르면, 채널 (260d) 은 달리 언급되지 않으면, 도 1C 및 도 1D 에 대하여 설명된 바와 같은 채널 (260) 과 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다. 다양한 실시형태들에 따르면, 격실 (280d) 은 달리 언급되지 않으면, 도 1D 에 대하여 설명된 바와 같은 격실 (180) 과 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다. 도 2D 에 도시된 바와 같이, 격실 (280d) 은 예를 들어, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 유리, 금속 산화물, 탄화물 (이를 테면, 예를 들어, SiCOH), 세라믹, 이를 테면, 알루미나, 폴리(디메틸 실록산) (PDMS) 과 같은, 다양한 엘라스토머들 및 플라스틱을 포함하는 폴리머, 또는 구조적 재료로서 사용될 수 있는 임의의 재료를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 전기 절연 재료를 포함하는 재료 (205d) 로 형성된다.
도 2D 에 도시된 바와 같이, 장치는 개구 (225d) 를 포함한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 개구 (225d) 는 개구들 (225a, 225b, 및 225c) 중 하나와 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 개구 (225d) 는 그 위에 배치된 코팅을 포함할 수 있고, 그 코팅은 달리 언급되지 않으면, 개구들 (225a, 225b, 및 225c) 의 내벽 상의 코팅과 동일하거나 또는 실질적으로 유사하고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다.
도 2D 에 도시된 바와 같이, 격실 (280d) 은 또한 다양한 실시형태들에 따라, 전극 층 (290d) 및 전극 층 (290d) 에 배치된 비아 (298d) 를 포함한다. 다양한 구현들에서, 전극 층 (290d) 은 도 1D 에 대하여 설명된 바와 같은 날카로운 부재 (185) 와 같은 날카로운 부재를 작동하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 비아 (298d) 는 격실 (280d) 안으로 또는 밖으로 유체를 펌핑하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 유체는 예를 들어, 수용액, 생물학적 또는 화학적 시약들을 함유하는 수용액, 유기 용매들, 미네랄 오일, 플루오르화 오일, 공기, 세포 배양을 위한 혼합 가스들 (예를 들어, 5% CO2), 불활성 가스 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
다양한 실시형태들에 따르면, 장치 (200d) 는 개구 (225d) 의 내벽의 표면 상에 및/또는 내측 상에 배치된 하나 이상의 코팅들을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 개구 (225d) 의 표면 상의 및 내측 상의 코팅들은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 개구 (225d) 의 표면 상의 코팅 및 내측 상의 코팅은 동일한 패턴 또는 상이한 패턴들을 포함할 수 있다.
도 3A-3D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 인터로게이션을 위해 구성된 장치의 개략적 예시들 (300a, 300b, 300c, 및 300d) 을 각각 도시한다. 도 3A, 도 3B, 도 3C, 및 도 3D 에 도시된 구성들은 비제한적 예들이며, 따라서 그 예시들에 더한 임의의 원하는 구조적 구성들이 다양한 실시형태들에 따라, 입자의 고정화 및/또는 인터로게이션을 수행하는데 활용될 수 있다.
도 3A-3D 에 도시된 바와 같이, 예시들 (300a, 300b, 300c, 및 300d) 은 멤브레인 (310), 금속 층 (330), 및 패시베이션 층 (350) 을 포함한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 예시들 (300a, 300b, 300c, 및 300d) 은 채널 (360) 및 격실 (380) 을 가로지르는 개구 (325) 를 포함한다. 도 3A-3D 에 도시된 바와 같이, 예시들 (300a, 300b, 300c, 및 300d) 은 개구 (325) 부근에 포집, 배치, 또는 다르게는 고정화된 내부 부분 (363) (예를 들어, 핵 또는 내부 컴포넌트) 을 갖는 입자 (365) 를 포함한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 입자 (365) 는 고정화되고 프로빙 및 인터로게이션을 위해 준비된다.
다양한 실시형태들에 따르면, 멤브레인들 (310) 은 달리 언급되지 않으면, 도 1D, 도 2A, 도 2B, 및 도 2C 에 대하여 설명된 바와 같은 멤브레인들 (110, 210a, 210b, 또는 210c) 과 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다.
다양한 실시형태들에 따르면, 금속 층 (330) 은 달리 언급되지 않으면, 도 1A-1D, 2A-2C 에 대하여 설명된 바와 같은 전극(들)(120) 및/또는 상호연결부 (130), 또는 금속 층들 (230a1, 230a2, 230b1, 230b2, 230c1, 및 230c2) 중 임의의 것과 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다.
다양한 실시형태들에 따르면, 패시베이션 층 (350) 은 달리 언급되지 않으면, 도 1D, 도 2A, 도 2B, 및 도 2C 에 대하여 설명된 바와 같은 패시베이션 층들 (150, 250a, 250b, 또는 250c) 과 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다.
다양한 실시형태들에 따르면, 개구 (325) 는 달리 언급되지 않으면, 도 1D, 도 2A, 도 2B, 도 2C, 및 도 2D 에 대하여 설명된 바와 같은 개구들 (125, 225a, 225b, 225c, 또는 225d) 중 하나와 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다.
다양한 실시형태들에 따르면, 개구 (325) 는 그 위에 배치된 코팅을 포함할 수도 있고, 그 코팅은 달리 언급되지 않으면, 도 1D, 도 2A, 도 2B, 및 도 2C 에 대하여 설명된 바와 같은 개구들 (125, 225a, 225b, 또는 225c) 과 동일하거나 또는 실질적으로 유사하고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다.
다양한 실시형태들에 따르면, 채널 (360) 은 달리 언급되지 않으면, 도 1C, 도 1D, 및 도 2D 에 대하여 설명된 바와 같은 채널들 (160 또는 260d) 과 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다.
다양한 실시형태들에 따르면, 격실 (380) 은 달리 언급되지 않으면, 도 1D 및 도 2D 에 대하여 설명된 바와 같은 격실들 (180 또는 280d) 과 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있고, 따라서 상세히 설명되지 않을 것이다.
도 3A-3D 에 도시된 바와 같이, 예시들 (300a, 300b, 300c, 및 300d) 의 각각은 날카로운 부재들 (385a, 385b, 385c, 및 385d) 을 각각 포함한다. 도 3A 는 날카로운 팁을 갖는 날카로운 부재 (385a) 를 도시한다. 도 3B 는 중공 내부 부분 (383b) 및 코팅된 팁 (388b) 을 갖는 날카로운 부재 (385b) 를 도시한다. 도 3C 는 날카로운 팁 상에 배치된 코팅 (388c) 을 갖는 날카로운 부재 (385c) 를 도시한다. 도 3D 는 중공 내부 부분 (383d) 및 팁 상에 배치된 코팅 (388d) 을 갖는 날카로운 부재 (385d) 를 도시한다.
도 3A-3D 에 도시된 바와 같이, 예시들 (300a, 300b, 300c, 및 300d) 은 각각 입자 (365) 의 내부 부분 (363) 안으로 삽입 또는 프로빙 (또는 인터로게이팅) 되는 개별의 날카로운 부재들 (385a, 385b, 385c, 및 385d) (본 명세서에서 "날카로운 부재들 (385)" 로 집합적으로 지칭됨) 을 도시한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 날카로운 부재들 (385) 의 각각은 개구 (325) 내에서 이동하고 멤브레인 (310), 금속 층 (330), 및 패시베이션 층 (350) 을 통해 이동하도록 구성된다. 다양한 구현들에 따르면, 개구 (325) 는 고정화되는 입자 (365) 의 기계적 조작을 허용한다. 다양한 구현들에서, 기계적 조작은 프로빙, 삽입, 관통, 전기천공, 센싱, 재료 디포짓, 재료 샘플링, 또는 다르게는 멤브레인 (310), 금속 층 (330), 및/또는 패시베이션 층 (350) 을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재들 (385) 로 입자 (365) 를 조작하는 것을 포함한다. 다양한 구현들에서, 기계적 조작은 날카로운 부재들 (385) 중 임의의 것에 의해 수행된다. 다양한 구현들에서, 날카로운 부재들 (385) 은 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 길이를 갖는 바늘, 기둥, 중공 튜브, 나노-바늘 또는 마이크로-바늘 중 임의의 것일 수 있다. 다양한 구현들에서, 내부 부분들 (383b 및 383d) 은 약 200 nm 내지 약 100 μm, 약 10 nm 내지 약 10 μm, 또는 약 1 nm 내지 1 μm 의 내부 직경을 가질 수 있다. 다양한 구현들에서, 날카로운 부재들 (385) 의 각각은 다양한 실시형태들에 따라 MEMS 또는 NEMS 방법들을 통해 제조 또는 제작될 수 있다.
다양한 구현들에서, 날카로운 부재들 (385) 의 각각은 멤브레인 (310) 을 가로지르는 프로브의 형태로 제 3 전극으로서 동작하도록 구성될 수 있다. 제 3 전극 프로브는 센싱 또는 작동을 위해 DC 또는 AC 신호로, 예를 들어, 나노포어 전기천공 (NEP) 애플리케이션들을 위해 펄싱된 DC 신호로 또는 임피던스를 측정할 목적으로 별개의 주파수의 저전력 AC 신호로 바이어싱될 수도 있다. 다양한 구현들에서, DEP 전극들 자체는 또한 다운스트림 필터링을 통해 DEP 신호로부터 용이하게 격리되도록 선택된 별개의 중첩된 AC 또는 DC 신호를 캐리할 수도 있다. 또한, 나노포어 전기천공 (NEP) 신호와 DEP 신호 사이의 신호 디커플링의 수단은 재료들에 의한 물리적 차폐, 또는 세심한 신호 제어에 의해 구현될 수도 있다.
다양한 구현들에서, 날카로운 부재들 (385) 은, 이동 전에, 예를 들어, 가로 축을 따라, 예를 들어, 수직 상향으로 날카로운 부재들 (385) 의 작동 전에 날카로운 부재들 (385) 의 각각이 존재하는 격실 (380) 로부터 진입할 수 있다. 추가적인 상세가 도 1D 에 대하여 제공되고 추가 상세가 도 4 에 대하여 제공될 것이다.
도 4 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 위치 조작을 위해 구성된 장치 (400) 의 개략적 예시를 도시한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 장치 (400) 는 도 1A-1D, 2A-2D 에 대하여 설명된 바와 같은 장치들 (100, 200a, 200b, 200c, 또는 200d) 중 하나와 동일하거나 또는 실질적으로 유사할 수 있다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 장치 (400) 는 멤브레인 (410), 금속 층 (430), 패시베이션 층 (150), 및 개구 (425) 를 포함한다. 도 4 에 도시된 예시는 또한 상대 전극 (440), 채널 (460), 및 격실 (480) 을 포함한다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 예시는 또한, 개구 (425) 부근에 포집, 배치, 또는 다르게는 고정화된 내부 부분 (463) (예를 들어, 핵 또는 내부 컴포넌트) 을 갖는 입자 (465) 를 포함한다.
다양한 실시형태들에 따르면, 채널 (460) 및 격실 (480) 은 각각 유체를 포함할 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체, 또는 가스 중 하나를 포함한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 채널 (460) 은 격실 (480) 에 포함된 유체 (예를 들어, 제 2 유체) 와 혼합되지 않는 유체 (예를 들어, 제 1 유체) 를 포함할 수 있거나, 또는 그 반대이다. 예를 들어, 채널 (460) 내의 유체는 소수성 유체일 수 있는 한편, 격실 (480) 내의 유체는 친수성 유체일 수 있거나, 또는 그 반대이다.
다양한 실시형태들에 따르면, 채널 (460) 은 세포들을 수송하거나 또는 생화학 반응들을 수행할 목적으로 포스페이트 완충 식염수 (PBS) 또는 세포 배양 배지와 같은 수용액을 함유하도록 구성될 수 있고, 격실 (480) 은 채널 (460) 의 수용액으로부터 민감한 전기적 컴포넌트들을 격리시키기 위하여, 공기 또는 불활성 가스를 함유하도록 구성된다.
다양한 실시형태들에 따르면, 다양한 목적들을 위해, 예를 들어, 부식 또는 전기분해에 민감한 전기적 컴포넌트들을 보호하기 위해, 유기 용매를 사용할 수 있는 화학 반응을 위해, 또는 소분자들을 샘플링하기 위해, 채널 (460) 은 수용액을 함유하도록 구성될 수 있고 격실 (480) 은 유기 용매 또는 오일을 함유하도록 구성되거나, 또는 그 반대이다.
다양한 실시형태들에 따르면, 채널 (460) 및 격실 (480) 은, 예를 들어, 채널 (460) 이 세포들의 현탁액을 캐리하는 용액을 함유하도록 그리고 격실 (480) 이 나노포어 전기천공 (NEP) 을 통해 포획된 세포들에 전달하기 위한 용해된 유전 물질을 갖는 다른 용액을 함유하도록 구성하여, 각각의 챔버에서 다른 수용액들을 함유하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시형태들에 따르면, 격실 (480) 은 예를 들어, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 유리, 금속 산화물, 탄화물 (이를 테면, 예를 들어, SiCOH), 세라믹, 이를 테면, 알루미나, 폴리(디메틸 실록산) (PDMS) 과 같은, 다양한 엘라스토머들 및 플라스틱을 포함하는 폴리머, 또는 구조적 재료로서 사용될 수 있는 임의의 재료를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 전기 절연 재료를 포함하는 재료 (405) 로 형성된다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 격실 (480) 은 또한 다양한 실시형태들에 따라, 전극 층 (490) 및 전극 층 (490) 에 배치된 비아 (498) 를 포함한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 비아 (498) 는 격실 (480) 의 안으로 또는 밖으로 유체를 펌핑하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 유체는 예를 들어, 수용액, 생물학적 또는 화학적 시약들을 함유하는 수용액, 유기 용매들, 미네랄 오일, 플루오르화 오일, 공기, 세포 배양을 위한 혼합 가스들 (예를 들어, 5% CO2), 불활성 가스 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 격실 (480) 은 또한, 날카로운 부재 (485) 가 부착되는 기판 플랫폼 (495) 을 포함한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 기판 플랫폼 (495) 은 본 개시의 다양한 실시형태들에 개시된 바와 같은 임의의 적합한 메커니즘을 통해 (예를 들어, 정전기력을 통해) 전극 층 (490) 에 대해 이동하도록 구성된다. 예를 들어, 기판 플랫폼 (495) 은 날카로운 부재 (485) 를 이동시키기 위해 위아래로 이동하도록 작동하도록 구성될 수 있고, 그것에 의해 작동은 날카로운 부재 (485) 가 입자 (465) 및/또는 그 내부 부분 (463) 을 프로빙, 삽입, 또는 인터로게이팅할 수 있게 한다.
도 5A-5D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 위치 조작을 위해 구성된 장치 (400) 의 다양한 개략도들이다. 도 5A 는 장치 (400) 의 단면도를 도시하고 도 5B 는 도 5A 의 도면에 대한 장치 (400) 의 다른 도면을 도시한다. 도 5C 및 도 5D 는 기판 플랫폼 (495) 에 부착되는 날카로운 부재 (485) 의 베이스의 확대된 사시도 및 확대된 단면도를 도시한다. 도 5B, 도 5C, 및 도 5D 에 도시된 바와 같이, 날카로운 부재 (485) 는 내부 중공 (내부) 부분 (483) 을 갖는 중공 구조이다. 도 5C 및 도 5D 의 예시들은 기판 플랫폼 (495) 내에 배치되고 날카로운 부재 (485) 의 유입구 (486) 에 연결되어 내부 부분 (483) 과 격실 (480) 의 내부 사이에 유체 연통을 제공하는 위킹 구조 (496) 를 도시한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 위킹 구조 (496) 와 유입구 (486) 의 조합은, 예를 들어 전기 삼투 흐름, 동전기 흐름, 모세관 흐름, 또는 임의의 다른 적합한 흐름 또는 위킹 메커니즘들과 같지만, 이에 한정되지 않는 제어된 흐름을 가능하게 하는 제어된 유체 연통을 위해 구성된다.
다양한 구현들에서, 위킹 메커니즘들은 날카로운 부재 (485) 의 중공 부분 (483) 을 통해 포집된 또는 고정화된 입자 (465) 안으로 임의의 페이로드 또는 페이로드 혼합물을 공급하는데 사용될 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 중공의 날카로운 부재 (485) 는 격실 (480) 내에 존재하는 기판 플랫폼으로부터 유체 위킹 경로 (예를 들어, 유체가 흡수되는 경로) 를 통해 입자 관통 및 전기천공을 허용하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 격실 (480) 은 임의의 적합한 페이로드 유체, 유체 혼합물, 또는 불활성 비극성 액체로 충진될 수 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 페이로드는 입자 (465) 의 임의의 영역으로, 예를 들어 핵과 같은 세포의 특정 부분으로 전달될 수도 있다.
도 6A-6D 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위해 구성된 장치의 다양한 구성들을 예시한다. 도 6A, 도 6B, 및 도 6D 는 주어진 전극 쌍에 걸친 전기장을 제어하기 위한 비제한적 예시적인 전극 구성들을 예시한다. 도 6C 는 전극 쌍 및 링 상대 전극에 걸친 전기장을 제어하기 위한 전극 구성의 비제한적 예를 예시한다.
도 6A 는 개구 (625a) 를 가로질러 배치되는 전극들의 쌍 (620a) 의 상면도를 도시하는 전극 구성 (600a) 의 예시이다. 도 6A 에 도시된 바와 같이, 전극들 (620a) 의 각각은 전극들 (620a) 의 각각으로부터 2 개의 대향하는 평평한 팁들 사이에 직선 전기장 라인을 생성하는 평평한 팁을 갖는다. 도 6A 에 도시된 레이아웃은 개구 (625a) 근처의 2 개의 평평한 팁들을 가로질러 생성된 전기장 라인들을 사용하여 개구 (625a) 부근의 입자를 포집 또는 고정화하도록 구성된다. 다양한 실시형태들에 따르면, 전극들 (620) 의 2 개의 팁들은 개구 (625a) 를 따라 전기장을 집중시킨다. 다양한 실시형태들에 따르면, 전극들 (620a) 및 개구 (625a) 의 외측의 표면 영역들은 예를 들어, 스트레이 전기장 라인들을 제한하거나, 전극들의 부식 또는 전기분해를 제한하거나, 또는 벌크 유체에서 전기 전류 흐름을 방지하기 위해, 패시베이션 재료 (650a) 로 커버된다.
도 6B 는 개구 (625b) 를 가로질러 배치되는 전극들의 쌍 (620b) 의 상면도를 도시하는 전극 구성 (600b) 의 예시이다. 도 6B 에 도시된 바와 같이, 전극들 (620b) 의 각각은 전극들 (620b) 의 각각으로부터 2 개의 대향하는 날카로운 팁들 사이에 포커싱된 전기장 라인들을 생성하는 날카로운 팁을 갖는다. 도 6B 에 도시된 레이아웃은 개구 (625b) 근처의 2 개의 날카로운 팁들을 가로질러 생성된 보다 포커싱된 전기장을 사용하여 개구 (625b) 부근의 입자를 포집 또는 고정화하도록 구성된다. 다양한 실시형태들에 따르면, 전극들 (620b) 의 2 개의 날카로운 팁들 사이에 생성된 전기장 라인들은 비선형이고 날카로운 팁들에 포커싱된다. 다양한 실시형태들에 따르면, 전극들 (620b) 및 개구 (625b) 외측의 표면 영역들은 예를 들어, 스트레이 전기장 라인들을 제한하거나, 전극들의 부식 또는 전기분해를 제한하거나, 또는 벌크 유체에서 전기 전류 흐름을 방지하기 위해, 패시베이션 재료 (650b) 로 커버된다.
도 6C 는 링 전극 (622c) 은 물론, 도 6A 에 도시된 것들과 유사한 전극들의 쌍을 도시하는 전극 구성 (600c) 의 예시이다. 도 6A 에 도시된 바와 같이, 전극들 (620c) 의 각각은 도 7C 에 도시된 구성과 유사하게, 유전체 재료 (650c) 의 층에 의해 링 전극 (622c) 으로부터 분리되는, 매립된 상호연결부들 (630c) 에 연결된다. 다양한 실시형태들에 따르면, 전극들의 쌍 (620c) 은 도 6A 및 도 6B 에 도시된 전극들 (620a 및 620b) 과 유사하게 기능하도록, 즉 개구 (625c) 주위에 국부화된 집중 전기장을 생성하도록 구성된다. 다양한 실시형태들에 따르면, 링 전극 (622c) 은 평면내 스트레이 전기장을 포집 사이트, 즉 개구 (625c) 주위의 영역에 한정하는, 2 개의 전극들 (620c) 에 대한 공통 접지로서 구성된다. 다양한 실시형태들에 따르면, 전극들 (620c), 링 전극 (622c), 및 개구 (625c) 의 외측의 표면 영역들은 예를 들어, 스트레이 전기장 라인들을 제한하거나, 전극들의 부식 또는 전기분해를 제한하거나, 또는 벌크 유체에서 전기 전류 흐름을 방지하기 위해, 패시베이션 재료 (650c) 로 커버된다.
도 6D 는 다양한 실시형태들에 따른, 예시적인 전극 구성 (600d) 의 단면도를 도시하는 전극 구성의 예시이다. 도 6D 에 도시된 바와 같이, 전극 구성 (600d) 은 멤브레인 (610d) 상에 그리고 개구 (625d) 를 가로질러 배치되는 전극들의 쌍 (620d) 및 패시베이션 (유전체) 재료 (650d) 를 포함한다.
도 7A-7C 는 다양한 실시형태들에 따른, 복수의 입자들의 고정화를 위해 구성된 장치의 다양한 예시적인 구성들의 개략적 예시들을 도시한다. 도 7A-7C 에 도시된 바와 같이, 장치는 서로의 위에 적층되고 멤브레인 (710) 상에 배치되는 절연 층 (750), 전극들 (720), 상호연결부들 (730), 및 유전체 층 (752) 을 포함한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 절연 층 (750) 은 전극들 (720) 의 각각의 상부 표면 부분을 노출시키는 절연 층 (750) 내의 윈도우 (704) 를 포함한다.
도 7A 는 다양한 실시형태들에 따른, 고정화 및/또는 인터로게이션을 위한 전극들의 어레이를 갖는 장치의 예시적인 전극 구성 (700a) 의 사시도를 도시한다. 도 7A 에 도시된 바와 같이, 구성 (700a) 은 복수의 개구들 (725) 의 각각을 가로질러 배치되는 전극들 (720) 의 복수의 쌍들을 포함한다. 구성 (700a) 은 또한 다양한 전극들 (720) 을 상호연결하기 위해 구성되는 복수의 상호연결부들 (730) 을 포함한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 상호연결부들 (730) 은 전극들 (720) 과 동일한 층에 배치된다.
도 7B 는 다양한 실시형태들에 따른, 고정화 및/또는 인터로게이션을 위해 전극들의 어레이를 갖는 장치의 다른 예시적인 전극 구성 (700b) 의 사시도를 도시한다. 도 7B 에 도시된 바와 같이, 구성 (700b) 은 복수의 개구들 (725) 의 각각을 가로질러 배치되는 전극들 (720) 의 복수의 쌍들을 포함한다. 구성 (700a) 은 또한 다양한 전극들 (720) 을 상호연결하기 위해 구성되는 복수의 상호연결부들 (730) 을 포함한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 상호연결부들 (730) 은 도 7B 에 도시된 바와 같이, 전극들 (720) 과 상이한 층 상에 배치된다.
도 7C 는 전극 구성 (700b) 의 단면도 (700c) 를 도시한다. 도 7C 에 도시된 바와 같이, 장치의 라인 A-A' 를 따른 단면은 전극들 (720) 이 유전체 층 (752) 내에 배치되는 상호연결부들 (730) 과 어떻게 인터페이싱되는지를 도시한다. 유전체 층 (752) 은 전극들 (720) 아래에 배치된다. 다양한 실시형태들에 따르면, 상호연결부들 (730) 은 유전체 층 (752) 에 임베딩되고 수직으로 전극들 (720) 과 인터페이싱된다.
다양한 구현들에서, 전극들의 쌍 (620a, 620b, 620c, 620d, 및 720) 의 각각의 전극은 전극들의 각각의 쌍의 다른 전극에 대하여 약 180 도의 위상 시프트로 위상이 다르게 동작될 수 있다. 다양한 구현들에서, 위상 시프트는, 포집 또는 고정화를 위해 사용되고 있는, 360 도/전극들의 수, 예를 들어, 3-전극 구성인 경우 120 도의 위상 시프트, 또는 4-전극 구성인 경우 90 도의 위상 시프트일 수 있다.
도 8 은 (도시되지 않은) 입자의 고정화를 위한 장치에 대한 시뮬레이션 결과들을 디스플레이하는 그래픽 다이어그램 (800) 이다. 도 8 에 도시된 바와 같이, AC 필드는 복수의 전극들 (820) 및 상대 전극 (840) 에 걸쳐 공급된다. 수십 내지 수백 나노뉴턴 (nN) 정도의 DEP 힘이 복수의 전극들 (820) 및 상대 전극 (840) 에 걸쳐 생성된다. 생성된 DEP 는 예를 들어 최대 수 센티미터 퍼 초 (cm/s) 의 유체 속도에 대해, 입자 (또는 세포) 를 포집 또는 고정화할 수 있다. 도 8 에 도시된 그래픽 다이어그램 (800) 의 시뮬레이션은, 복수의 전극들 (820) 및 상대 전극 (840) 에 걸쳐 1 MHz 에서 발진하는 시뮬레이팅된 5 V 에서 70 kV/m 의 최대 필드를 갖는 전기장 라인들 (824) 을 예시하기 위해, 시뮬레이션 소프트웨어 프로그램을 사용하여 생성된다.
도 9 는 입자의 고정화를 위한 장치에 대한 분석의 결과들을 도시하는 3 차원 차트 (900) 이다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 접촉각 및 개구의 반경의 함수로서의 모세관 배압 (Pascal 단위) 은 물-공기 계면의 경우 상기 설명된 모세관 압력 식으로부터 계산된다. 예를 들어, 차트 (900) 에 도시된 음의 값들은 예를 들어, MEMS 컴포넌트들을 하우징하는, 예를 들어, 격실로부터 떨어진, 유체의 방향의 압력에 대응한다.
도 10 은 예시적인 구현에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치를 동작시키는 예시적인 방법 (S100) 에 대한 플로우 차트이다. 도 10 에 도시된 바와 같이, 방법 (S100) 은 단계 (S110) 에서 전력 소스를 제공하는 단계를 포함한다. 방법 (S100) 은 또한 단계 (S120) 에서 격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성된 멤브레인을 제공하는 단계를 포함한다. 방법 (S100) 은 또한 단계 (S130) 에서 멤브레인의 근위에 배치된 하나 이상의 전극들을 제공하는 단계를 포함한다. 다양한 실시형태들에 따르면, 하나 이상의 전극들은 멤브레인의 표면의 근위에 배치되고, 그 표면은 격실의 원위에 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, 하나 이상의 전극들은 멤브레인의 표면의 근위에 배치되고, 그 표면은 격실의 근위에 있다. 방법 (S100) 은 또한 상대 전극을 제공하는 단계를 포함하고, 여기서 하나 이상의 전극들 및 상대 전극은 단계 (S140) 에서 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성된다.
도 10 에 도시된 바와 같이, 방법 (S100) 은 단계 (S150) 에서, 전력 소스를 통해, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하여, 발진하는 비선형 전기장을 생성하는 단계를 포함한다. 방법 (S100) 은 또한 단계 (S160) 에서, 발진하는 비선형 전기장에 의해 생성된 유전영동 (DEP) 힘을 통해, 하나 이상의 전극들과 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하는 단계를 포함한다. 방법 (S100) 은 단계 (S170) 에서, 멤브레인 내의 개구를 통해, 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 프로빙하는 단계를 옵션으로 포함한다. 다양한 구현들에서, 날카로운 부재는 MEMS 구조 또는 NEMS 구조를 포함한다.
다양한 구현들에서, 방법은 개구를 통해, 고정화되는 입자를 조작하는 단계를 옵션으로 포함한다. 다양한 구현들에서, 방법은 개구를 통해, 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 삽입하는 단계를 옵션으로 포함한다.
방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함한다. 방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 멤브레인은 약 100 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는다. 방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는다. 다양한 구현들에서, 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는다.
방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는다. 방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는다. 방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는다.
방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 제 1 표면은 제 2 표면보다 작다. 방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들은 어레이로 형성된 복수의 개별의 이질적인 하나 이상의 전극 표면적들을 포함한다.
방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급된다. 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급된다.
방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다. 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함한다. 다양한 구현들에서, 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함한다.
방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는다.
방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체, 또는 가스 중 하나를 포함한다. 방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 유체는 제 1 유체이고, 격실은 제 1 유체와 혼합되지 않는 제 2 유체를 포함한다. 방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 제 1 유체는 소수성 유체이고 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대이다.
방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 입자는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 갖는다. 다양한 구현들에서, 입자는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 또는 계면활성제 어셈블리들 중 하나를 포함한다.
다양한 구현들에서, 입자가 프로빙을 위해 고정화되는 사이트 ("프로빙 사이트" 로 지칭될 수 있음) 의 개별의 어드레싱을 위해, 피드백 제어 메커니즘은 자동화된 워크플로우에서 세포 포획의 최적화를 허용하기 위해 임피던스 센싱을 통해 구성될 수 있다. 다양한 구현들에서, 입자 포집 이벤트는 입자의 커패시턴스 측정에 의해 (예를 들어, 세포의 멤브레인의 커패시턴스를 측정함으로써) 필터링되는 중첩된 센싱 주파수를 사용하는 임피던스 센싱을 통해 검출될 수 있다. 이 주파수는 그 후 필터 회로에 의해 구동 유전영동 (DEP) 주파수로부터 격리될 수 있고 이 주파수에서의 크기 및 위상 정보는 포집된 입자의 예상 효과와 상관된다.
다양한 구현들에서, 가능하게는 1 초과의 입자의 포집, 예를 들어, 원하지 않는 입자 또는 세포 타입, 또는 더스트의 피스 등을 표시하는, 예상치 못한 신호가 검출되면, DEP 전극들이 턴 오프되어, 입자를 없애는 흐름을 허용할 수 있다. 그 후 포집 절차는 재시도될 수 있다. 다양한 구현들에서, 충분한 비율의 입자들 (또는 세포들) 이 프로빙 사이트들에서 포획될 때까지 흐름을 재순환하여, 그에 따라 신호 전압 및 플로우 레이트를 조정함으로써 실시간 최적화가 수행될 수 있다. 다양한 구현들에서, 절차는 유사하지만, 제 3 전극이 포어를 통해 세포 내부로 삽입되는 MEMS 프로브에 존재하여, 셀의 내부로부터의 직접 임피던스 측정을 허용한다.
다양한 구현들에서, 격실 (예를 들어, 공동 영역) 은 전기 신호가 그 내에 함유된 유체 콘텐트들에 인가되도록 전도성이다. 이 공동은 포어 또는 복수의 포어들 및 이전 실시형태들과 동일한 방식으로 각각의 포어와 공간적으로 오버레이된 수반되는 DEP 전극들을 갖는 유체 흐름 영역으로부터 멤브레인에 의해 분리된다. 생세포들, 및/또는 소포들을 포함하는 임의의 타입의 입자들은 세포 어레이들의 어드레싱된 전기천공을 허용하기 위해 멤브레인 포어를 통해 송신된 공동의 유체 콘텐트들에 인가된 신호를 통해 포집 및 전기천공될 수도 있다. 이 실시형태는 또한, 유체 흐름 영역의 상부에 상대 전극을 포함할 수 있다. 또한, 나노포어 전기천공 (NEP) 신호와 DEP 신호 사이의 신호 디커플링의 수단은 재료들에 의한 물리적 차폐, 또는 세심한 신호 제어에 의해 구현될 수도 있다.
유사하게, 다양한 구현들에서, NEP 공동 (이전에는 MEMS 공동) 은 DEP 포집된 입자로의 후속 NEP 전달을 위해 공동에 임의의 페이로드 또는 페이로드 혼합물을 공급할 수 있는 유체 입력 채널로 구성될 수 있다. 이들 유체 입력 채널들은 상이한 페이로드 조성물들을 갖는 다중 소스들에서 생겨나는 어레이로 멀티플렉싱 (예를 들어, 결합, 재지향 등) 될 수도 있거나 또는 하나의 타입의 페이로드 조성물을 공급하도록 구성될 수도 있다. 이들 NEP-DEP (프로빙) 사이트들의 단일 어레이는 하나의 칩 상에 멀티플렉싱 구성 및/또는 단일 소스 구성을 갖는 섹터들을 포함하도록 칩 상에 섹터화될 수 있다.
다양한 구현들에서, 중공 프로브 (예를 들어, 날카로운 부재) 는 프로브에 인가된 신호를 통해 입자 관통 및 전기천공을 허용하도록 구성된다. MEMS 스테이지로부터의 유체 위킹 경로 (예를 들어, 유체가 흡수되는 경로) 는 중공 프로브를 통해 MEMS 공동으로부터 입자까지 페이로드 트랜싯 (transit) 을 허용한다. 하나의 그러한 구현에서, MEMS 공동은 균일한 페이로드 유체 혼합물로 충진된다. 다른 그러한 구현에서, MEMS 공동은 불활성 비극성 액체로 충진되고 중공 프로브의 내측을 통해 그 팁까지의 유체 위킹 경로는 극성 액체 및 페이로드 혼합물로 충진된다. 동작 동안 이 중공 프로브는 전기천공 및 페이로드 전달을 위해 신호가 프로브에 인가된 후 DEP 포집된 입자 내의 임의의 깊이로 작동 및 삽입된다. 이러한 방식으로 페이로드는 입자의 임의의 영역으로 그리고 세포 또는 핵의 경우들에서 전달될 수도 있다.
다양한 구현들에서, 중공 프로브는 예를 들어, 입자, 세포, 또는 소포 내의 상이한 영역들에서 유체의 샘플링 또는 물리적 체적측정 주입을 허용하기 위하여 높은 체적측정 정밀도로 그 내부 내의 페이로드 용액의 가변적인 흡착 또는 탈착을 허용하는 신호를 수신하도록 구성될 수도 있다.
도 11 은 예시적인 구현에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치를 동작시키는 예시적인 방법 (S200) 에 대한 플로우 차트이다. 도 11 에 도시된 바와 같이, 방법 (S200) 은 단계 (S210) 에서 전력 소스를 제공하는 단계를 포함한다. 방법 (S200) 은 또한, 단계 (S220) 에서, 하나 이상의 전극들과 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하기 위한 비선형 전기장을 생성하기 위해 구성된 하나 이상의 전극들 및 상대 전극을 제공하는 단계를 포함한다. 방법 (S200) 은 또한, 단계 (S230) 에서, 하나 이상의 전극들의 표면의 근위에 배치된 멤브레인을 제공하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 전극들의 표면은 상대 전극의 원위에 있고, 멤브레인은 격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성되고 격실에 배치된 날카로운 부재의 삽입을 허용하도록 구성된 개구를 갖는다.
도 11 에 도시된 바와 같이, 방법 (S200) 은 또한, 단계 (S240) 에서, 전력 소스를 통해, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하여, 발진하는 비선형 전기장을 생성하는 단계를 포함한다. 방법 (S200) 은 또한, 단계 (S250) 에서, 발진하는 비선형 전기장에 의해 생성된 유전영동 힘을 통해, 제 1 유체에 현탁된 입자를 고정화하는 단계를 포함한다. 방법 (S200) 은 단계 (S260) 에서, 멤브레인 내의 개구를 통해, 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 프로빙하는 단계를 옵션으로 포함한다. 다양한 구현들에서, 날카로운 부재는 MEMS 구조 또는 NEMS 구조를 포함한다.
다양한 구현들에서, 방법은 개구를 통해, 고정화되는 입자를 조작하는 단계를 옵션으로 포함한다. 다양한 구현들에서, 방법은 개구를 통해, 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 삽입하는 단계를 옵션으로 포함한다.
방법 (S200) 의 다양한 구현들에서, 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함한다. 방법 (S200) 의 다양한 구현들에서, 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 멤브레인은 약 100 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는다. 방법 (S200) 의 다양한 구현들에서, 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는다. 다양한 구현들에서, 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는다.
방법 (S200) 의 다양한 구현들에서, 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는다. 다양한 구현들에서, 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는다. 방법 (S100) 의 다양한 구현들에서, 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는다.
다양한 구현들에서, 제 1 표면은 제 2 표면보다 작다. 방법 (S200) 의 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들은 어레이로 형성된 복수의 개별의 이질적인 전극 표면적들을 포함한다.
다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급된다. 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급된다.
다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다. 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함한다. 다양한 구현들에서, 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함한다.
방법 (S200) 의 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 하나 이상의 전극들은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는다.
방법 (S200) 의 다양한 구현들에서, 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체, 또는 가스 중 하나를 포함한다. 방법 (S200) 의 다양한 구현들에서, 유체는 제 1 유체이고, 격실은 제 1 유체와 혼합되지 않는 제 2 유체를 포함한다. 방법 (S200) 의 다양한 구현들에서, 제 1 유체는 소수성 유체이고 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대이다.
다양한 구현들에서, 입자는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 갖는다. 다양한 구현들에서, 입자는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 또는 계면활성제 어셈블리들 중 하나를 포함한다.
도 12 는 다양한 실시형태들에 따른, 입자의 고정화를 위한 장치를 동작시키는 예시적인 방법 (S300) 에 대한 플로우 차트이다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 방법 (S300) 은 단계 (S310) 에서 전력 소스를 제공하는 단계를 포함한다. 방법 (S300) 은 또한, 단계 (S320) 에서, 격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성된 멤브레인을 제공하는 단계를 포함한다. 방법 (S300) 은 또한, 단계 (S330) 에서, 멤브레인의 표면의 근위에 배치된 전극들의 쌍을 제공하는 단계를 포함하고, 전극들의 쌍은 전극들에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성된다.
도 12 에 도시된 바와 같이, 방법 (S300) 은 또한, 단계 (S340) 에서, 전력 소스를 통해, 전극들에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하여, 발진하는 비선형 전기장을 생성하는 단계를 포함한다. 방법 (S300) 은 또한, 단계 (S350) 에서, 발진하는 비선형 전기장에 의해 생성된 유전영동 힘을 통해, 전극들 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하는 단계를 포함한다. 방법 (S300) 은 단계 (S360) 에서, 멤브레인 내의 개구를 통해, 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 프로빙하는 단계를 옵션으로 포함한다. 다양한 구현들에서, 날카로운 부재는 MEMS 구조 또는 NEMS 구조를 포함한다.
다양한 구현들에서, 방법은 상대 전극을 제공하는 단계를 옵션으로 포함한다. 다양한 구현들에서, 방법은 멤브레인의 표면의 근위에 배치된 제 3 전극을 제공하는 단계를 옵션으로 포함한다. 다양한 구현들에서, 제 3 전극은 링 전극이다. 다양한 구현들에서, 방법은 개구를 통해, 고정화되는 입자를 조작하는 단계를 옵션으로 포함한다. 다양한 구현들에서, 방법은 개구를 통해, 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 삽입하는 단계를 옵션으로 포함한다.
다양한 구현들에서, 전극들의 쌍의 각각은 날카로운 팁 또는 평평한 팁을 포함한다. 다양한 구현들에서, 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함한다. 다양한 구현들에서, 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는다.
다양한 구현들에서, 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는다. 다양한 구현들에서, 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는다.
다양한 구현들에서, 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는다. 다양한 구현들에서, 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는다. 다양한 구현들에서, 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는다.
다양한 구현들에서, 제 1 표면은 제 2 표면보다 작다. 다양한 구현들에서, 멤브레인은 어레이로 형성된 복수의 전극 쌍들을 포함한다.
다양한 구현들에서, 전극들의 쌍 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급된다. 다양한 구현들에서, 전극들의 쌍 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급된다.
다양한 구현들에서, 전극들의 쌍 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다. 다양한 구현들에서, 전극들의 쌍 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
다양한 구현들에서, 전극들의 쌍 중의 하나의 전극은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함한다. 다양한 구현들에서, 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함한다.
다양한 구현들에서, 전극들의 쌍은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 전극들의 쌍은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는다.
다양한 구현들에서, 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체, 또는 가스 중 하나를 포함한다. 방법 (S300) 의 다양한 구현들에서, 유체는 제 1 유체이고, 격실은 제 1 유체와 혼합되지 않는 제 2 유체를 포함한다. 방법 (S300) 의 다양한 구현들에서, 제 1 유체는 소수성 유체이고 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대이다.
실시형태들의 열거
실시형태 1. 장치로서, 격실로부터 유체를 분리하기 위한 멤브레인; 멤브레인의 근위에 배치된 하나 이상의 전극들; 상대 전극으로서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극은 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성되는, 상기 상대 전극; 및 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 제공하여, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하기 위한 발진하는 비선형 전기장을 생성하기 위한 전력 소스를 포함한다.
실시형태 2. 실시형태 1 의 장치에 있어서, 멤브레인은 개구를 포함한다.
실시형태 3. 실시형태 2 의 장치에 있어서, 개구는 고정화되는 입자의 기계적 조작을 허용하고 기계적 조작은 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 프로빙하는 것을 포함한다.
실시형태 4. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함한다.
실시형태 5. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는다.
실시형태 6. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 멤브레인은 약 100 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 7. 실시형태 2 의 장치에 있어서, 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 8. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 9. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는다.
실시형태 10. 실시형태 9 의 장치에 있어서, 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는다.
실시형태 11. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는다.
실시형태 12. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들의 표면적은 상대 전극의 표면적보다 작다.
실시형태 13. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들은 어레이로 형성된 복수의 개별의 이질적인 전극 표면적들을 포함한다.
실시형태 14. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급된다.
실시형태 15. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급된다.
실시형태 16. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
실시형태 17. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
실시형태 18. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함한다.
실시형태 19. 실시형태 18 의 장치에 있어서, 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함한다.
실시형태 20. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 21. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 22. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체, 또는 가스 중 하나를 포함한다.
실시형태 23. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 입자는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 24. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 입자는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 또는 계면활성제 어셈블리들 중 하나를 포함한다.
실시형태 25. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 격실은 마이크로 전기 기계 시스템 (Micro-Electro-Mechanical System; MEMS) 구조 또는 나노 전기 기계 시스템 (Nano-Electro-Mechanical System; NEMS) 구조를 포함한다.
실시형태 26. 장치를 동작시키기 위한 방법으로서, 전력 소스를 제공하는 단계; 격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성된 멤브레인을 제공하는 단계; 멤브레인의 근위에 배치된 하나 이상의 전극들을 제공하는 단계; 상대 전극을 제공하는 단계로서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극은 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성되는, 상기 상대 전극을 제공하는 단계; 전력 소스를 통해, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하여, 발진하는 비선형 전기장을 생성하는 단계; 및 발진하는 비선형 전기장에 의해 생성된 유전영동 힘을 통해, 하나 이상의 전극들과 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하는 단계를 포함한다.
실시형태 27. 실시형태 26 의 방법에 있어서, 멤브레인은 개구를 포함한다.
실시형태 28. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구를 통해, 고정화되는 입자를 조작하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 29. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구를 통해, 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 프로빙하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 30. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구를 통해, 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 삽입하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 31. 실시형태 30 의 방법에 있어서, 날카로운 부재는 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 구조 또는 나노 전기 기계 시스템 (NEMS) 구조를 포함한다.
실시형태 32. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함한다.
실시형태 33. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는다.
실시형태 34. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 멤브레인은 약 100 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 35. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 36. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 37. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는다.
실시형태 38. 실시형태 37 의 방법에 있어서, 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는다.
실시형태 39. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는다.
실시형태 40. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들의 표면적은 상대 전극의 표면적보다 작다.
실시형태 41. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들은 어레이로 형성된 복수의 개별의 이질적인 전극 표면적들을 포함한다.
실시형태 42. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급된다.
실시형태 43. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급된다.
실시형태 44. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
실시형태 45. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
실시형태 46. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함한다.
실시형태 47. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함한다.
실시형태 48. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 49. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 50. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체 또는 가스 중 하나를 포함한다.
실시형태 51. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 입자는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 52. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 입자는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 또는 계면활성제 어셈블리들 중 하나를 포함한다.
실시형태 53. 장치로서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극으로서, 하나 이상의 전극들과 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하기 위한 비선형 전기장을 생성하기 위해 구성된, 상기 하나 이상의 전극들 및 상대 전극; 및 하나 이상의 전극들의 표면의 근위에 배치된 멤브레인으로서, 하나 이상의 전극들의 표면은 상대 전극의 원위에 있고, 멤브레인은 격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성되고, 격실에 배치된 날카로운 부재의 삽입을 허용하도록 구성된 개구를 갖는, 상기 멤브레인을 포함한다.
실시형태 54. 실시형태 53 의 장치에 있어서, 날카로운 부재는 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 구조 또는 나노 전기 기계 시스템 (NEMS) 구조이다.
실시형태 55. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함한다.
실시형태 56. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는다.
실시형태 57. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 멤브레인은 약 100 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 58. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 59. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 60. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는다.
실시형태 61. 실시형태 60 의 장치에 있어서, 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는다.
실시형태 62. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는다.
실시형태 63. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들의 표면적은 상대 전극의 표면적보다 작다.
실시형태 64. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들은 어레이로 형성된 복수의 개별의 이질적인 전극 표면적들을 포함한다.
실시형태 65. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하기 위한 전력 소스를 더 포함한다.
실시형태 66. 실시형태 65 의 장치에 있어서, AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급된다.
실시형태 67. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급된다.
실시형태 68. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
실시형태 69. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
실시형태 70. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함한다.
실시형태 71. 실시형태 70 의 장치에 있어서, 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함한다.
실시형태 72. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 73. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 74. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체 또는 가스 중 하나를 포함한다.
실시형태 75. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 입자는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 76. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 입자는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 또는 계면활성제 어셈블리들 중 하나를 포함한다.
실시형태 77. 장치를 동작시키기 위한 방법으로서, 전력 소스를 제공하는 단계; 하나 이상의 전극들과 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정하기 위한 비선형 전기장을 생성하기 위해 구성된 하나 이상의 전극들 및 상대 전극을 제공하는 단계; 하나 이상의 전극들의 표면의 근위에 배치된 멤브레인을 제공하는 단계로서, 하나 이상의 전극들의 표면은 상대 전극의 원위에 있고, 멤브레인은 격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성되고, 격실에 배치된 날카로운 부재의 삽입을 허용하도록 구성된 개구를 갖는, 상기 멤브레인을 제공하는 단계; 전력 소스를 통해, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하여, 발진하는 비선형 전기장을 생성하는 단계; 및 발진하는 비선형 전기장에 의해 생성된 유전영동 힘을 통해, 유체에 현탁된 입자를 고정화하는 단계를 포함한다.
실시형태 78. 실시형태 77 의 방법에 있어서, 멤브레인은 개구를 포함한다.
실시형태 79. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구를 통해, 고정화되는 입자를 조작하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 80. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구를 통해, 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 프로빙하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 81. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구를 통해, 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 삽입하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 82. 실시형태 81 의 방법에 있어서, 날카로운 부재는 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 구조 또는 나노 전기 기계 시스템 (NEMS) 구조를 포함한다.
실시형태 83. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함한다.
실시형태 84. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는다.
실시형태 85. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 멤브레인은 약 100 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 86. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 87. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 88. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는다.
실시형태 89. 실시형태 88 의 방법에 있어서, 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는다.
실시형태 90. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는다.
실시형태 91. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들의 표면적은 상대 전극의 표면적보다 작다.
실시형태 92. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들은 어레이로 형성된 복수의 개별의 이질적인 전극 표면적들을 포함한다.
실시형태 93. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급된다.
실시형태 94. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급된다.
실시형태 95. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
실시형태 96. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
실시형태 97. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함한다.
실시형태 98. 실시형태 97 의 방법에 있어서, 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함한다.
실시형태 99. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 100. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 101. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체 또는 가스 중 하나를 포함한다.
실시형태 102. 실시형태 101 의 방법에 있어서, 유체는 제 1 유체이고, 격실은 제 2 유체를 더 포함하고, 제 1 유체는 소수성 유체이고 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대이다.
실시형태 103. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 제 1 유체와 제 2 유체는 혼합되지 않는다.
실시형태 104. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 입자는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 105. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 입자는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 또는 계면활성제 어셈블리들 중 하나를 포함한다.
실시형태 106. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 유체는 제 1 유체이고, 격실은 제 1 유체와 혼합되지 않는 제 2 유체를 포함한다.
실시형태 107. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 제 1 유체는 소수성 유체이고 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대이다.
실시형태 108. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 유체는 제 1 유체이고, 격실은 제 1 유체와 혼합되지 않는 제 2 유체를 포함한다.
실시형태 109. 실시형태 108 의 방법에 있어서, 제 1 유체는 소수성 유체이고 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대이다.
실시형태 110. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 유체는 제 1 유체이고, 격실은 제 1 유체와 혼합되지 않는 제 2 유체를 포함한다.
실시형태 111. 실시형태 110 의 장치에 있어서, 제 1 유체는 소수성 유체이고 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대이다.
실시형태 112. 장치를 동작시키기 위한 방법으로서, 전력 소스를 제공하는 단계; 격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성된 멤브레인을 제공하는 단계; 멤브레인의 표면의 근위에 배치된 전극들의 쌍을 제공하는 단계로서, 전극들의 쌍은 전극들에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성되는, 상기 전극들의 쌍을 제공하는 단계; 전력 소스를 통해, 전극들에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하여, 발진하는 비선형 전기장을 생성하는 단계; 및 발진하는 비선형 전기장에 의해 생성된 유전영동 힘을 통해, 전극들 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하는 단계를 포함한다.
실시형태 113. 실시형태 112 의 방법에 있어서, 상대 전극을 제공하는 단계를 더 포함하고, 멤브레인은 개구를 포함한다.
실시형태 114. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 멤브레인의 표면의 근위에 배치된 제 3 전극을 제공하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 115. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구를 통해, 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 프로빙하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 116. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구를 통해, 격실로부터 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 입자를 삽입하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 117. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 전극들의 쌍의 각각은 날카로운 팁 또는 평평한 팁을 포함하거나, 또는 제 3 전극은 링 전극이다.
실시형태 118. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 날카로운 부재는 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 구조 또는 나노 전기 기계 시스템 (NEMS) 구조를 포함한다.
실시형태 119. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함한다.
실시형태 120. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는다.
실시형태 121. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 멤브레인은 약 100 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 122. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 123. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 124. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는다.
실시형태 125. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는다.
실시형태 126. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는다.
실시형태 127. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 개구는 전극들의 쌍 사이에 배치된다.
실시형태 128. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 멤브레인은 어레이로 형성된 복수의 전극 쌍들 및 복수의 개구들을 포함하고, 개구들의 각각은 복수의 전극 쌍들의 각각 사이에 배치된다.
실시형태 129. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 전극들의 쌍 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급된다.
실시형태 130. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 전극들의 쌍 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급된다.
실시형태 131. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 전극들의 쌍 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
실시형태 132. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 전극들의 쌍 및 상대 전극에 걸친 AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급된다.
실시형태 133. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 전극들의 쌍 중의 하나의 전극은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함한다.
실시형태 134. 실시형태 133 의 방법에 있어서, 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함한다.
실시형태 135. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 전극들의 쌍은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 136. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 전극들의 쌍은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는다.
실시형태 137. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체 또는 가스 중 하나를 포함한다.
실시형태 138. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 입자는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 갖는다.
실시형태 139. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 입자는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 또는 계면활성제 어셈블리들 중 하나를 포함한다.
실시형태 140. 임의의 선행하는 실시형태의 방법에 있어서, 유체는 제 1 유체이고, 격실은 제 1 유체와 혼합되지 않는 제 2 유체를 포함한다.
실시형태 141. 실시형태 140 의 방법에 있어서, 제 1 유체는 소수성 유체이고 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대이다.
실시형태 142. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들은 멤브레인의 표면의 근위에 배치되고, 표면은 격실의 원위에 있다.
실시형태 143. 임의의 선행하는 실시형태의 장치에 있어서, 하나 이상의 전극들은 멤브레인의 표면의 근위에 배치되고, 표면은 격실의 근위에 있다.
실시형태 144. 실시형태 26 의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들은 멤브레인의 표면의 근위에 배치되고, 표면은 격실의 원위에 있다.
실시형태 145. 실시형태 26 의 방법에 있어서, 하나 이상의 전극들은 멤브레인의 표면의 근위에 배치되고, 표면은 격실의 근위에 있다.
본 명세서가 다수의 특정 구현 상세들을 포함하지만, 이들은 임의의 발명들의 범위 또는 청구물에 대한 한정으로서가 아니라, 오히려, 특정 발명들의 특정 구현들에 특정한 특징들의 설명들로서 해석되어야 한다. 별도의 구현들의 컨텍스트에 있어서 본 명세서에서 설명된 특정 특징들은 또한 단일 구현에서의 조합으로 구현될 수 있다. 반면, 단일 구현의 컨텍스트에 있어서 설명된 다양한 특징들은 또한, 다중의 구현들에서 별도로 또는 임의의 적합한 하위조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 비록 특징들이 특정 조합들로 작용하는 것으로서 상기 설명되고 심지어 처음에 그와 같이 청구될 수도 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우들에 있어서 그 조합으로부터 삭제될 수 있으며, 청구된 조합은 하위조합 또는 하위조합의 변동으로 안내될 수도 있다.
유사하게, 동작들이 도면들에 있어서 특정 순서로 도시되지만, 이는, 바람직한 결과들을 달성하기 위해, 그러한 동작들이 도시된 특정 순서로 또는 순차적인 순서로 수행되어야 하거나 또는 예시된 모든 동작들이 수행되어야 할 것을 요구하는 것으로서 이해되지 않아야 한다. 특정 상황들에 있어서, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수도 있다. 더욱이, 상기에서 설명된 구현들에 있어서의 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 그러한 분리를 모든 구현들에서 요구하는 것으로서 이해되지 않아야 하며, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중의 소프트웨어 제품들로 패키징될 수 있음이 이해되어야 한다.
"또는" 에 대한 언급들은, "또는" 을 사용하여 설명된 임의의 용어들이 설명된 용어들 중 하나, 1 초과 및 모두 중 임의의 것을 나타낼 수도 있도록 포괄적인 것으로서 해석될 수도 있다. 라벨들 "제 1", "제 2", "제 3" 등은 반드시 순서를 나타내도록 의미될 필요는 없으며, 일반적으로, 동일하거나 유사한 아이템들 또는 엘리먼트들 사이를 단지 구별하기 위해 사용될 뿐이다.
본 개시에서 설명된 구현들에 대한 다양한 수정들은 당업자에게 용이하게 자명할 수도 있으며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 사상 또는 범위로부터 일탈함없이 다른 구현들에 적용될 수도 있다. 따라서, 청구항들은 본 명세서에 나타낸 구현들로 한정되도록 의도되지 않으며, 본 명세서에 개시된 본 개시, 원리들 및 신규한 특징들과 부합하는 최광의 범위를 부여받아야 한다.
Claims (145)
- 장치로서,
격실 (compartment) 로부터 유체를 분리하기 위한 멤브레인;
상기 멤브레인의 근위에 배치된 하나 이상의 전극들;
상대 전극으로서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극은 상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성되는, 상기 상대 전극; 및
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (alternating current; AC) 를 제공하여, 상기 하나 이상의 전극들과 상기 상대 전극 사이에 흐르는 상기 유체에 현탁된 입자를 고정화하기 위한 발진하는 비선형 전기장을 생성하기 위한 전력 소스를 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 멤브레인은 개구를 포함하는, 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 개구는 고정화되는 상기 입자의 기계적 조작을 허용하고 상기 기계적 조작은 상기 격실로부터 상기 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 상기 입자를 프로빙하는 것을 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 멤브레인은 약 100 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는, 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는, 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는, 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는, 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는, 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들의 표면적 (surface area) 은 상기 상대 전극의 표면적보다 작은, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 어레이로 형성된 복수의 개별의 이질적인 전극 표면적들을 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급되는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급되는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급되는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급되는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체, 또는 가스 중 하나를 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 입자는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 갖는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 입자는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들 (loposomes), 미셀들 (micelles), 역 미셀들 (reverse micelles), 단백질 응집체들, 폴리머들, 또는 계면활성제 어셈블리들 중 하나를 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 격실은 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 구조 또는 나노 전기 기계 시스템 (NEMS) 구조를 포함하는, 장치. - 장치를 동작시키기 위한 방법으로서,
전력 소스를 제공하는 단계;
격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성된 멤브레인을 제공하는 단계;
상기 멤브레인의 근위에 배치된 하나 이상의 전극들을 제공하는 단계;
상대 전극을 제공하는 단계로서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극은 상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성되는, 상기 상대 전극을 제공하는 단계;
상기 전력 소스를 통해, 상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하여, 발진하는 비선형 전기장을 생성하는 단계; 및
상기 발진하는 비선형 전기장에 의해 생성된 유전영동 (DEP) 힘을 통해, 상기 하나 이상의 전극들과 상기 상대 전극 사이에 흐르는 상기 유체에 현탁된 입자를 고정화하는 단계를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 멤브레인은 개구를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 개구를 통해, 고정화되는 상기 입자를 조작하는 단계를 더 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 개구를 통해, 상기 격실로부터 상기 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 상기 입자를 프로빙하는 단계를 더 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 개구를 통해, 상기 격실로부터 상기 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 상기 입자를 삽입하는 단계를 더 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 30 항에 있어서,
상기 날카로운 부재는 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 구조 또는 나노 전기 기계 시스템 (NEMS) 구조를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 멤브레인은 약 100 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 37 항에 있어서,
상기 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 37 항에 있어서,
상기 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들의 표면적은 상기 상대 전극의 표면적보다 작은, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 어레이로 형성된 복수의 개별의 이질적인 전극 표면적들을 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 46 항에 있어서,
상기 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체 또는 가스 중 하나를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 입자는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 입자는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 또는 계면활성제 어셈블리들 중 하나를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 장치로서,
하나 이상의 전극들 및 상대 전극으로서, 상기 하나 이상의 전극들과 상기 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하기 위한 비선형 전기장을 생성하기 위해 구성된, 상기 하나 이상의 전극들 및 상대 전극; 및
상기 하나 이상의 전극들의 표면의 근위에 배치된 멤브레인으로서, 상기 하나 이상의 전극들의 상기 표면은 상기 상대 전극의 원위에 있고,
상기 멤브레인은 격실로부터 상기 유체를 분리하기 위해 구성되고, 상기 격실에 배치된 날카로운 부재의 삽입을 허용하도록 구성된 개구를 갖는, 상기 멤브레인을 포함하는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 날카로운 부재는 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 구조 또는 나노 전기 기계 시스템 (NEMS) 구조인, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 멤브레인은 약 100 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는, 장치. - 제 60 항에 있어서,
상기 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는, 장치. - 제 60 항에 있어서,
상기 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들의 표면적은 상기 상대 전극의 표면적보다 작은, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 어레이로 형성된 복수의 개별의 이질적인 전극 표면적들을 포함하는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하기 위한 전력 소스를 더 포함하는, 장치. - 제 65 항에 있어서,
상기 AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급되는, 장치. - 제 65 항에 있어서,
상기 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급되는, 장치. - 제 65 항에 있어서,
상기 AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급되는, 장치. - 제 65 항에 있어서,
상기 AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급되는, 장치. - 제 65 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 장치. - 제 70 항에 있어서,
상기 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함하는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체 또는 가스 중 하나를 포함하는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 입자는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 갖는, 장치. - 제 53 항에 있어서,
상기 입자는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 또는 계면활성제 어셈블리들 중 하나를 포함하는, 장치. - 장치를 동작시키기 위한 방법으로서,
전력 소스를 제공하는 단계;
하나 이상의 전극들과 상대 전극 사이에 흐르는 유체에 현탁된 입자를 고정화하기 위한 비선형 전기장을 생성하기 위해 구성된 상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극을 제공하는 단계;
상기 하나 이상의 전극들의 표면의 근위에 배치된 멤브레인을 제공하는 단계로서, 상기 하나 이상의 전극들의 상기 표면은 상기 상대 전극의 원위에 있고,
상기 멤브레인은 격실로부터 상기 유체를 분리하기 위해 구성되고, 상기 격실에 배치된 날카로운 부재의 삽입을 허용하도록 구성된 개구를 갖는, 상기 멤브레인을 제공하는 단계;
상기 전력 소스를 통해, 상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하여, 발진하는 비선형 전기장을 생성하는 단계; 및
상기 발진하는 비선형 전기장에 의해 생성된 유전영동 (DEP) 힘을 통해, 상기 유체에 현탁된 입자를 고정화하는 단계를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 멤브레인은 개구를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 78 항에 있어서,
상기 개구를 통해, 고정화되는 상기 입자를 조작하는 단계를 더 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 78 항에 있어서,
상기 개구를 통해, 상기 격실로부터 상기 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 상기 입자를 프로빙하는 단계를 더 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 78 항에 있어서,
상기 개구를 통해, 상기 격실로부터 상기 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 상기 입자를 삽입하는 단계를 더 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 81 항에 있어서,
상기 날카로운 부재는 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 구조 또는 나노 전기 기계 시스템 (NEMS) 구조를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 멤브레인은 약 100 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 78 항에 있어서,
상기 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 78 항에 있어서,
상기 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 78 항에 있어서,
상기 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 88 항에 있어서,
상기 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 88 항에 있어서,
상기 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들의 표면적은 상기 상대 전극의 표면적보다 작은, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 어레이로 형성된 복수의 개별의 이질적인 전극 표면적들을 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 97 항에 있어서,
상기 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체 또는 가스 중 하나를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 101 항에 있어서,
상기 유체는 제 1 유체이고, 상기 격실은 제 2 유체를 더 포함하고, 상기 제 1 유체는 소수성 유체이고 상기 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대인, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 102 항에 있어서,
상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체는 혼합되지 않는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 입자는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 77 항에 있어서,
상기 입자는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 또는 계면활성제 어셈블리들 중 하나를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 유체는 제 1 유체이고, 상기 격실은 상기 제 1 유체와 혼합되지 않는 제 2 유체를 포함하는, 장치. - 제 106 항에 있어서,
상기 제 1 유체는 소수성 유체이고 상기 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대인, 장치. - 제 26 항에 있어서,
상기 유체는 제 1 유체이고, 상기 격실은 상기 제 1 유체와 혼합되지 않는 제 2 유체를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 108 항에 있어서,
상기 제 1 유체는 소수성 유체이고 상기 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대인, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 53 항에 있어서,
상기 유체는 제 1 유체이고, 상기 격실은 상기 제 1 유체와 혼합되지 않는 제 2 유체를 포함하는, 장치. - 제 110 항에 있어서,
상기 제 1 유체는 소수성 유체이고 상기 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대인, 장치. - 장치를 동작시키기 위한 방법으로서,
전력 소스를 제공하는 단계;
격실로부터 유체를 분리하기 위해 구성된 멤브레인을 제공하는 단계;
상기 멤브레인의 표면의 근위에 배치된 전극들의 쌍을 제공하는 단계로서,
상기 전극들의 쌍은 상기 전극들에 걸쳐 비선형 전기장을 생성하도록 구성되는, 상기 전극들의 쌍을 제공하는 단계;
상기 전력 소스를 통해, 상기 전극들에 걸쳐 교류 전류 (AC) 를 공급하여, 발진하는 비선형 전기장을 생성하는 단계; 및
상기 발진하는 비선형 전기장에 의해 생성된 유전영동 힘을 통해, 상기 전극들 사이에 흐르는 상기 유체에 현탁된 입자를 고정화하는 단계를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상대 전극을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 멤브레인은 개구를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 멤브레인의 상기 표면의 근위에 배치된 제 3 전극을 제공하는 단계를 더 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 113 항에 있어서,
상기 개구를 통해, 상기 격실로부터 상기 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 상기 입자를 프로빙하는 단계를 더 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 113 항에 있어서,
상기 개구를 통해, 상기 격실로부터 상기 멤브레인을 가로질러 진입하도록 구성된 날카로운 부재로 상기 입자를 삽입하는 단계를 더 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 114 항에 있어서,
상기 전극들의 쌍의 각각은 날카로운 팁 또는 평평한 팁을 포함하거나, 또는 상기 제 3 전극은 링 전극인, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 116 항에 있어서,
상기 날카로운 부재는 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 구조 또는 나노 전기 기계 시스템 (NEMS) 구조를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 멤브레인은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 금속 산화물, 탄화물, 세라믹, 알루미나, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 멤브레인은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 두께를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 멤브레인은 약 100 nm 내지 약 10 μm 의 두께를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 113 항에 있어서,
상기 개구는 약 10 nm 내지 약 50 μm 의 사이즈를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 113 항에 있어서,
상기 개구는 약 1 μm 내지 약 5 μm 의 사이즈를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 113 항에 있어서,
상기 개구의 벽은 소수성 코팅 또는 친수성 코팅을 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 124 항에 있어서,
상기 소수성 코팅은 약 95° 내지 약 165° 의 접촉각을 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 124 항에 있어서,
상기 친수성 코팅은 약 20° 내지 약 80° 의 접촉각을 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 113 항에 있어서,
상기 개구는 상기 전극들의 쌍 사이에 배치되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 113 항에 있어서,
상기 멤브레인은 어레이로 형성된 복수의 전극 쌍들 및 복수의 개구들을 포함하고, 상기 개구들의 각각은 상기 복수의 전극 쌍들의 각각 사이에 배치되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 113 항에 있어서,
상기 전극들의 쌍 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 1 mV 내지 약 300 V 의 전압에서 공급되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 113 항에 있어서,
상기 전극들의 쌍 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 1 mV 내지 약 20 V 의 전압에서 공급되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 113 항에 있어서,
상기 전극들의 쌍 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 10 Hz 내지 약 10 GHz 의 발진 주파수에서 공급되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 113 항에 있어서,
상기 전극들의 쌍 및 상기 상대 전극에 걸친 상기 AC 는 약 1 kHz 내지 약 1 GHz 의 발진 주파수에서 공급되는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 전극들의 쌍 중의 하나의 전극은 투명 전도성 재료 또는 도핑된 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 133 항에 있어서,
상기 투명 전도성 재료는 인듐 주석 산화물, 그래핀, 도핑된 그래핀, 전도성 폴리머, 또는 얇은 금속 층을 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 전극들의 쌍은 약 1 nm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 전극들의 쌍은 약 10 nm 내지 약 5 μm 의 두께를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 유체는 수성 유체, 수성 완충제, 유기 용매, 소수성 유체 또는 가스 중 하나를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 입자는 약 1 nm 내지 약 1 mm 의 사이즈를 갖는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 입자는 생물학적 유기체, 생물학적 구조, 세포, 생세포, 바이러스들, 오일 액적들, 리포솜들, 미셀들, 역 미셀들, 단백질 응집체들, 폴리머들, 또는 계면활성제 어셈블리들 중 하나를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 유체는 제 1 유체이고, 상기 격실은 상기 제 1 유체와 혼합되지 않는 제 2 유체를 포함하는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 140 항에 있어서,
상기 제 1 유체는 소수성 유체이고 상기 제 2 유체는 친수성 유체이거나, 또는 그 반대인, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 상기 멤브레인의 표면의 근위에 배치되고, 상기 표면은 상기 격실의 원위에 있는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 상기 멤브레인의 표면의 근위에 배치되고, 상기 표면은 상기 격실의 근위에 있는, 장치. - 제 26 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 상기 멤브레인의 표면의 근위에 배치되고, 상기 표면은 상기 격실의 원위에 있는, 장치를 동작시키기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전극들은 상기 멤브레인의 표면의 근위에 배치되고, 상기 표면은 상기 격실의 근위에 있는, 장치를 동작시키기 위한 방법.
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