KR20230002289A - 디지털 미세 유체(dmf) 시스템, dmf 카트리지 및 통합 광섬유 감지를 포함하는 방법 - Google Patents

디지털 미세 유체(dmf) 시스템, dmf 카트리지 및 통합 광섬유 감지를 포함하는 방법 Download PDF

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Abstract

유체의 측정을 수행하기 위한 기구와 함께 사용하기 위한 카트리지는, 액적 작업 간극 내에 있는 액체 액적에 대한 액적 작업들을 수행하도록 작동하는 복수의 전기 습윤 전극들을 포함하는 디지털 미세 유체 기판; 액적 작업 간극을 형성하기 위해 디지털 미세 유체 기판으로부터 분리되어 있고, 액체들을 액적 작업 간극 안으로 주입하기 위한 개구들을 포함하는 정상 플레이트; 및 액적 작업 간극 안으로 돌출하고 전기 습윤 전극들 중의 하나 이상에 근접하여 위치되는 감지 단부를 갖는 광섬유 프로브를 포함하는 섬유 어셈블리를 포함한다.

Description

디지털 미세 유체(DMF) 시스템, DMF 카트리지 및 통합 광섬유 감지를 포함하는 방법
[0001] 본 특허 출원은 2020년 1월 22일에 출원된 미국 특허 출원 62/964424에 대해 우선권을 주장하며, 이 미국 특허 출원은 본원에 참조로 포함된다.
[0002] 본 개시는 디지털 미세 유체(DMF) 시스템, DMF 카트리지(cartridge), 및 통합 광섬유 감지를 사용하는 방법에 관한 것이다.
[0003] 디지털 미세 유체 공학 시스템은 다양한 랩온어칩(lab-on-a-chip) 용례를 위해 액적들을 조작하는 데에 유용하다. 광학 감지 기술들은 일반적으로 예를 들어 액적들 내의 분석물을 검출하기 위해 디지털 미세 유체 공학 시스템들과 함께 사용된다. 디지털 미세 유체 공학 시스템들에서 빛을 검출하는 데에 사용되는 간단한 광섬유 센서들이 설명되었다. 그러나, 당업계에서는 디지털 미세 유체 공학을 사용하여 복잡한 분석들을 수행하기 위한 광섬유 감지의 능력들을 향상시킬 필요가 있다.
[0004] 본 개시는 유체 측정을 수행하기 위해 기구와 함께 사용하기 위한 카트리지, 카트리지를 작동시키기 위한 기구, 및 카트리지를 만들고 사용하는 방법을 제공한다. 본 개시는 또한 본 개시의 카트리지를 조립하는 데에 유용한 섬유 어셈블리를 포함한다.
[0005] 한 실시예에서, 카트리지는 액적 작업 간극 내에 있는 액체 액적에 대한 액적 작업들을 수행하도록 작동하는 복수의 전기 습윤(electrowetting) 전극들을 포함하는 디지털 미세 유체 공학을 포함한다. 카트리지는 일 세트의 2개 이상의 전기 습윤 전극들 중의 임의의 전극 위에 위치되는 액적이 광섬유 프로브(probe)와 접촉하도록 일 세트의 2개 이상의 전기 습윤 전극들에 근접하게 액적 작업 간극 안으로 돌출하는 광섬유 프로브를 또한 포함할 수 있다.
[0006] 다른 실시예에서, 카트리지는 액적 작업 간극 내에 있는 액체 액적에 대한 액적 작업들을 수행하도록 작동하는 복수의 전기 습윤 전극을 포함하는 디지털 미세 유체 공학 기판 및 액적 작업 간극을 형성하기 위해 디지털 미세 유체 공학 기판으로부터 분리되어 있고 액체들을 액적 작업 간극 안으로 주입하기 위한 개구들을 포함하는 정상 플레이트를 포함한다. 카트리지는 또한 광섬유 프로브를 포함하는 섬유 어셈블리를 포함하고, 광섬유 프로브는 액적 작업 간극 안으로 돌출하고, 전기 습윤 전극들 중의 하나 이상에 근접하여 위치되는 감지 단부를 갖는다.
[0007] 특정 실시예에서, 액적 작업 간극 안으로 돌출하는 광섬유 프로브는, 일 세트의 2개 이상의 전기 습윤 전극들 중의 임의의 전극 위에 위치되는 액적이 광섬유 프로브와 접촉하도록 일 세트의 2개 상의 전기 습윤 전극들에 근접하여 위치된다. 프로브는 리간드(ligand)를 포함할 수 있다. 카트리지 내의 액적은 광섬유 프로브와 접촉하도록 전기 습윤 전극들에 의해 제어 가능하다. 저점도 오일 또는 기타 충전재 물질(예컨대, 충전재 유체)을 사용하여 액적 주위의 간극을 채울 수 있다.
[0008] 본 개시는 또한 분석을 수행하는 방법을 제공한다. 이 방법은 리간드를 포함하는 광섬유 프로브를 제공하는 단계; 약 1000 nL 미만의 부피를 가지며 잠재적으로 그 리간드에 대한 친화성을 갖는 분석물을 포함하는 액적을 제공하는 단계; 액적을 프로브의 단부와 접촉시키고 액적을 프로브와의 접촉으로부터 제거하지 않고 그 액적을 진동시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 경우들에, 진동의 범위는 약 0.5 내지 약 15 Hz, 또는 약 4 내지 약 10 Hz일 수 있다. 일부 경우들에, 액적은 약 900 nL 미만, 또는 약 800 nL 미만, 또는 약 700 nL 미만, 또는 약 600 nL 미만, 또는 약 500 nL 미만, 또는 약 400 nL 미만의 부피를 갖는다. 일부 경우들에, 액적의 부피는 200 내지 400 nL 이다.
[0009] 일부 경우들에, 광섬유 프로브는 다수의 리간드들을 포함하고 액적은 다수의 분석물들을 포함한다. 일부 경우들에, 본 방법은 다수의 광섬유 프로브 및 다수의 액적들을 제공하고 다수의 액적들 각각을 대응하는 광섬유 프로브와 접촉시키는 단계 및 대응하는 광섬유 프로브와 접촉하는 다수의 액적들 각각을 진동시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 단일 액적은 일련의 분석들을 위해 한 프로브로부터 다른 프로브에 전달될 수 있다.
[00010] 일부 경우들에, 진동은 전기 습윤 전극들에 의해 매개된다. 일부 경우들에, 진동은 액적 액츄에이터 또는 전기 습윤 카트리지의 액적 작업 간극에 있는 전기 습윤 전극들에 의해 매개된다. 일부 경우들에, 광섬유 프로브는 단부가 액적 작업 전극에 인접하도록 정렬된다. 일부 경우들에, 광섬유 프로브는, 단부가 액적 작업 전극의 가장자리에 근접하도록 정렬된다. 일부 경우들에, 진동은 광섬유 프로브의 길이를 따라 연장되는 라인에 대해 실질적으로 직각이다. 일부 경우들에, 진동은 광섬유 프로브의 길이를 따라 연장되는 라인과 실질적으로 일직선상에 있다. 일부 경우들에, 진동은 다방향이다. 일부 경우들에, 진동은 광섬유 프로브의 길이를 따라 연장되는 라인에 평행한 평면에서 다방향이다. 일부 경우들에, 진동은 연신된 액적, 예를 들어 2X, 3X, 4X 이상의 액적을 사용하여 수행되며, 여기서 X는 액적을 연신시키기 위해 사용되는 전기 습윤 전극들의 수이다.
[00011] 일부 경우들에, 분석은 분자 라이브러리 스크리닝 분석, 결합 역학 분석, 친화성 결정 분석, 결합 부위 맵핑(mapping) 분석, 경쟁 해석 분석, 특이성 결정 분석, 항체 결합의 특성화 및 전술한 것의 조합 중에서 선택된다. 일부 경우들에, 분석은 응답 곡선을 생성한다.
[00012] 이렇게 본 주제를 일반적인 용어들로 설명했으므로, 이제 첨부 도면을 참조할 것이며, 그 도면은 반드시 축척대로 그려진 것은 아니다.
도 1은 통합 광섬유 감지를 포함하는 DMF 시스템의 일 예의 블럭도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 DMF 기구와 관련한 DMF 카트리지의 일 예를 도시하고 광섬유 인터페이스의 일 예를 나타낸다.
도 3, 도 4, 및 도 5는 DMF 시스템의 DMF 카트리지의 일부분의 일 예의 측면도이며, 여기서 광섬유 프로브가 각각 위, 아래 및 측면으로부터 간극 안으로 도입되어 있다.
도 6은 DMF 시스템의 DMF 카트리지의 일부분의 일 예의 측면도이며, 여기서 광섬유 프로브가 간극 안으로 도입되어 있고 광학 감지 작업들이 반사 모드에서 수행된다.
도 7a 및 도 7b는 DMF 시스템의 DMF 카트리지의 일부분의 일 예의 측면도를 도시하고, 여기서 센서 표면이 광섬유 프로브의 선단에 제공되어 있다.
도 8은 DMF 시스템의 DMF 카트리지의 일부분의 일 예의 측면도를 도시하며, 여기서 하나 이상의 광학 요소들이 광섬유 프로브의 선단에 제공되어 있다.
도 9는 주 광학 측정 디바이스 및 이차 광학 측정 디바이스를 모두 포함하는 DMF 시스템의 DMF 카트리지의 일 예의 측면도를 도시한다.
도 10은 통합 광섬유 감지를 포함하는 DMF 시스템 및/또는 DMF 카트리지를 사용하는 방법의 일 예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 11은 액적 작업 전극들 위에서 앞뒤로 진동하고 광섬유 프로브와 접촉하는 샘플 액적의 일 예를 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 통합 섬유 감지를 포함하는 DMF 카트리지의 일 예시의 상부 사시도 및 하부 사시도를 각각 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 통합 섬유 감지를 포함하는 DMF 카트리지의 일 예시의 상부 분해도 및 하부 분해도를 각각 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 DMF 카트리지의 섬유 어셈블리의 일 예의 다양한 도들을 도시한다.
도 15는 섬유 감지 프로토타이핑의 공정의 일 예를 나타낸다.
도 16은 나노입자 센서 표면의 일 예의 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 17a 및 도 17b는 DMF 디바이스 내에서 광섬유 기반 표면 플라즈몬 공명 검출 방법을 사용하여 단백질-A와 IgG의 친화성을 결정하는 시험 결과들의 예의 플롯들을 나타낸다.
[00013] 본 발명은 디지털 미세 유체(DMF) 시스템, DMF 카트리지, 및 통합 광섬유 감지를 포함하는 방법에 관한 것이다.
[00014] DMF 시스템 및 DMF 카트리지는, 예를 들어, DMF 카트리지의 액적 작업 간극 안으로 직접 삽입되는 광섬유 프로브(probe)를 포함할 수 있다. DMF 시스템은, 예를 들어, DMF 카트리지, 하나 이상의 조명원, 하나 이상의 광학 측정 디바이스, 및 제어기를 포함할 수 있다. DMF 카트리지는 DMF 카트리지의 액적 작업 간극 안으로 직접 삽입되는 광섬유 프로브를 더 포함할 수 있다.
[00015] 일부 실시예에서, DMF 시스템, DMF 카트리지, 및 방법은 광섬유 프로브를 제공하며, 그 광섬유 프로브의 선단이 DMF 카트리지의 액적 작업 간극 안으로 직접 삽입된다.
[00016] 일부 실시예에서, DMF 시스템, DMF 카트리지 및 방법은 DMF 카트리지의 정상부, 바닥부 및/또는 측면을 통해 삽입되는 광섬유 프로브를 제공할 수 있다.
[00017] 일부 실시예에서, 본 개시는 DMF 카트리지의 액적 작업 간극에 있는 감지 영역 안으로 또한 그 밖으로 나가는 빛을 위한 도관으로서 작용할 수 있는 단일 광섬유 프로브를 제공한다.
[00018] 본 개시의 분석들에 사용되는 액적들은 많은 전통적인 분석들에서보다 훨씬 작을 수 있는데, 예를 들어, 약 1000 nL 미만, 또는 약 900 nL 미만, 또는 약 800 nL 미만, 또는 약 700 nL 미만, 또는 약 600 nL 미만, 또는 약 500 nL 미만, 또는 약 400 nL 미만, 또는 약 300 nL 미만, 또는 약 200 nL 미만, 또는 약 100 nL 미만일 수 있다.
[00019] 본 개시의 SPR 분석들에 사용되는 액적들은 많은 전통적인 SPR 분석에서보다 훨씬 작을 수 있는데, 예를 들어, 약 1000 nL 미만, 또는 약 900 nL 미만, 또는 약 800 nL 미만, 또는 약 700 nL 미만, 또는 약 600 nL 미만, 또는 약 500 nL 미만, 또는 약 400 nL 미만, 또는 약 300 nL 미만, 또는 약 200 nL 미만, 또는 약 100 nL 미만일 수 있다.
[00020] 본 개시의 SPR 생체분자 상호 작용 분석들에 사용되는 액적들은 많은 전통적인 SPR 생체분자 상호작용 분석에서보다 훨씬 작을 수 있는데, 예를 들어, 약 1000 nL 미만, 또는 약 900 nL 미만, 또는 약 800 nL 미만, 또는 약 700 nL, 또는 약 600 nL 미만, 또는 약 500 nL 미만, 또는 약 400 nL 미만, 또는 약 300 nL 미만, 또는 약 200 nL 미만, 또는 약 100 nL 미만일 수 있다. SPR 생체분자 상호 작용 분석들의 예들은, 분자 라이브러리 스크리닝 분석, 결합 역학 분석, 친화성 결정 분석, 결합 부위 맵핑 분석, 경쟁 해석 분석, 특이성 결정 분석 및 항체 결합 특성화를 포함한다.
[00021] 일부 실시예에서, 본 개시는 여기(excitation) 광을 광섬유 프로브 안으로 제공하기 위한 하나 이상의 조명원 및 동일한 광섬유 프로브로부터 방출 광을 받고 처리하기 위한 하나 이상의 광학 측정 디바이스를 제공할 수 있다.
[00022] 일부 실시예에서, 본 개시는 자유 공간 광학을 사용하여 여기 광을 제공하기 위한 하나 이상의 조명원 및 방출 광을 받고 처리하기 위한 하나 이상의 광섬유 프로브들을 제공할 수 있다. 유사하게, 일부 실시예에서, 본 개시는 광섬유 프로브 안으로 결합되는 여기 광을 제공하기 위한 하나 이상의 조명 소스 및 자유 공간 광학을 사용하여 방출 광을 받고 처리하기 위한 하나 이상의 광학 측정 디바이스들을 제공할 수 있다.
[00023] 일부 실시예에서, 본 개시는 DMF 카트리지의 액적 작업 간극 안으로 직접 삽입되는 광섬유 프로브를 제공하며, 여기서 광학 감지 작업들은 반사 모드, 투과 모드, 또는 반사 모드와 투과 모드 모두에서 일어날 수 있다.
[00024] 일부 실시예에서, 본 개시는 DMF 카트리지의 액적 작업 간극에 있는 광섬유 프로브의 선단 상의 다른 구성품들 및/또는 요소들(예를 들어, 감지 층들, 광학 요소들)을 제공한다.
[00025] 추가적으로, 본 개시는 통합 광섬유 감지가 제공되는 DMF 시스템 및 DMF 카트리지를 사용하는 방법을 제공한다.
[00026] 도 1은 통합 광섬유 감지를 포함하는 DMF 시스템(100)의 일 예의 블럭도이다. DMF 시스템(100)은, 예를 들어, 분석물들의 분석을 위한 플라즈몬 공명(PR) 시스템 및/또는 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 시스템일 수 있다. 분석은, 예들 들어, 분석물 및/또는 결합 역학 및/또는 열역학과 같은 분석물과 기타 물질의 상호 작용의 검출, 식별, 정량화 또는 측정을 의미할 수 있다. 예시적인 분석물들은 작은 분자, 단백질, 펩티드, 원자 및 이온을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, DMF 시스템(100)은 수용체와 같은 거대분자에 대한 리간드의 결합 역학을 측정하는데 사용될 수 있다.
[00027] DMF 시스템(100)은 생물층 간섭계(BLI) 또는 단색 반사계(SCORE)와 같은 반사 간섭계 센서로서 유사하게 구성될 수 있다. 이러한 간섭계 센서들은, 금과 같은 플라즈몬 금속들의 최종 금속 층을 갖는 황화아연, 이산화티타늄, 불화마그네슘, 이산화규소와 같은 박막 코팅에 사용되는 전형적인 재료들을 사용하여 광섬유의 선단 상에 화학 기상 증착(CVD) 또는 물리적 기상 증착(PVD)과 같은 기술들을 사용하여 증착된다. 예를 들어, 리간드가 섬유의 선단에 고정될 수 있다. 리간드와 상호작용하는 분석물의 존재 또는 부재는, 센서로부터 반사된 빛에 대한 파장 변화 또는 간섭 패턴의 변화를 일으킬 것이다. 분석은, 예들 들어, 분석물 및/또는 결합 역학과 같은 분석물과 기타 물질의 상호 작용의 검출, 식별, 정량화 또는 측정을 의미할 수 있다. 예시적인 분석물들은 작은 분자, 단백질, 펩티드, 원자 및 이온을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, DMF 시스템(100)은 수용체와 같은 거대분자에 대한 리간드의 결합 역학을 측정하는데 사용될 수 있다. 한 분석 실시예에서, 분석물에 노출된 BLI 섬유 센서에 의해 반사된 빛은 분석물에 노출되지 않는 BLI 섬유 센서에 의해 반사된 빛과 비교될 수 있다.
[00028] DMF 시스템(100)은 유사하게 형광 측정 시스템으로서 구성될 수 있다. 이 경우 센서는 수정되지 않은 센서이거나, 형광단(fluorophore)이 섬유의 선단에 고정될 수 있다. 다른 예에서, 섬유의 선단은 담금질(quenching)에 의해 또는 포스터 공명 에너지 전달과 같은 에너지 전달에 의해 형광단의 방출 특성들을 수정하는 코팅으로 코팅될 수 있다. 하나 또는 다수의 형광단들을 동시에 서로 함께 사용할 수 있다. 이러한 셋업은 형광의 세기 및/또는 수명을 측정할 수 있다. 형광을 나타내는 샘플은 용액에 있거나 광섬유의 선단에 잡힐 수 있다. 형광은 샘플에 고유하거나, 분석물에 결합하거나 그렇지 않으면 상호 작용하는 작은 분자들, 양자점들 등과 같은 형광단들을 사용하여 발생될 수 있다. 분석은, 예들 들어, 분석물 및/또는 결합 역학과 같은 분석물과 기타 물질의 상호 작용의 검출, 식별, 정량화 또는 측정을 의미할 수 있다. 예시적인 분석물들은 작은 분자, 단백질, 펩티드, 원자 및 이온을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, DMF 시스템(100)은 수용체와 같은 거대분자에 대한 리간드의 결합 역학을 측정하는데 사용될 수 있다.
[00029] DMF 시스템(100)은 광섬유 기반 센서들과 디지털 미세 유체 공학의 통합을 특징으로 한다. 예를 들어, DMF 시스템(100)은 DMF 카트리지(110)를 포함할 수 있다. DMF 카트리지(110)는, 예를 들어, 액적의 병합, 분할, 분배 및 희석과 같은 액적 작업들을 일반적으로 수행하기 위한 DMF 능력들을 제공하는 액적 액츄에이터 디바이스일 수 있다. 이러한 DMF 능력들의 한 용례는 샘플 준비이다. 그러나, DMF 능력들은 실행들 간의 폐기물 제거 또는 플러싱과 같은 다른 공정에 사용될 수 있다. DMF 카트리지(110)는, 광섬유 프로브(130)에 결합될 수 있는 온보드(onboard) 감지 영역(158)을 포함할 수 있다. DMF 카트리지(110)에서, 단일 광섬유 프로브(130)는 온보드 감지 영역(158) 안으로 들어가고 또한 그 밖으로 나가는 빛을 위한 도관으로서 작용할 수 있다. 광섬유 프로브(130)는 하나의 광섬유 또는 다수의 광섬유들의 다발을 포함할 수 있다. DMF 카트리지(110), 온보드 감지 영역(158), 및 광섬유 프로브(130)에 대한 더 많은 상세점들은 도 3 내지 도 9를 참조하여 나타나 있고 아래에서 설명된다.
[00030] 다양한 실시예들에서, 광섬유 프로브(130)의 감지 단부는, 이 단부가 액적 작업 전극(120)에 인접하도록 정렬된다. 다양한 실시예들에서, 광섬유 프로브(130)의 단부는, 이 단부가 액적 작업 전극(120)의 가장자리에 근접하도록 정렬된다. 다양한 실시예들에서, 광섬유 프로브(130)의 단부는, 이 단부가 액적 작업 전극(120)의 가장자리와 정렬되도록 정렬된다.
[00031] DMF 시스템(100)은 제어기(150), DMF 인터페이스(152), 조명원(154), 및 광학 측정 디바이스(156)를 더 포함할 수 있다. 제어기(150)는 DMF 카트리지(110), 조명원(154) 및 광학 측정 디바이스(156)와 같은 DMF 시스템(100)의 다양한 하드웨어 구성품들에 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 제어기(150)는 DMF 인터페이스(152)를 통해 DMF 카트리지(110)에 전기적으로 결합될 수 있으며, DMF 인터페이스(152)는, 예를 들어, DMF 카트리지(110)에 기계적으로 그리고 전기적으로 연결하기 위한 플러그형 인터페이스일 수 있다. DMF 카트리지(110), 제어기(150), DMF 인터페이스(152), 조명원(154), 및 광학 측정 디바이스(156)는 함께 DMF 기구(105)를 형성한다.
[00032] 제어기(150)는, 예를 들어, 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 개인용 컴퓨터, 마이크로프로세서, 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치일 수 있다. 제어기(150)는 DMF 시스템(100)의 전체 작동들을 제어할 뿐만 아니라 소프트웨어 명령들을 저장, 해석 및/또는 실행하는 것과 같은 처리 능력들을 제공하는 역할을 한다. 제어기(150)는 이 장치들의 데이터 및/또는 파워 양태들을 제어하도록 구성되고 프로그램될 수 있다. 예컨대, 제어기(150)는 전극들을 활성화/비활성시킴으로써 DMF 카트리지(110)에서의 액적 조작을 제어한다. 일반적으로, 제어기(150)는 DMF 시스템(100)의 임의의 기능들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어기(150)는 프린터 제조업체들이 그의 상표가 붙은 잉크 카트리지를 확인하는 방식과 유사한 방식으로 DMF 카트리지(110)를 인증하기 위해 사용될 수 있으며, 제어기(150)는 DMF 카트리지(110)가 만료되지 않았는지 확인하기 위해 사용될 수 있고, 제어기(150)는 그 목적을 위해 특정 프로토콜을 실행함으로써 DMF 카트리지(110)의 무결성을 확인하기 위해 사용될 수 있다.
[00033] 제어기(150)는 처리 유닛들을 입력 디바이스들에 연결하는 하나 이상의 입력 인터페이스들을 포함할 수 있다. 입력 인터페이스들을 통해 DMF 시스템(100)의 사용자들은 명령들을 프로세서(들)에 전달할 수 있다. 그러한 예시적인 명령은 프로그램 코드의 실행이다. 입력 디바이스들은 키보드들, 마우스 디바이스들, 음성 활성화 시스템들, 터치 스크린들, 및/또는 당업자에게 알려질 다른 적절한 디바이스들의 형태를 취할 수 있다.
[00034] 일부 실시예들에서, 제어기(150)는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 같은 출력 디바이스들에 처리 유닛들을 연결하는 하나 이상의 출력 인터페이스들을 포함할 수 있다. 이것은 DMF 시스템(100)이 실험 결과들과 같은 다양한 처리 작업들의 결과들을 사용자들에게 전달할 수 있게 한다. 소프트웨어 명령들은 제어기(150)의 메모리 유닛(들)에 저장될 수 있고, 당업계에 알려져 있는 종래의 반도체 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 다른 형태의 메모리를 포함할 수 있고, 그리고/또는 소프트웨어 명령들은 하드 드라이브, USB 드라이브, 읽기/쓰기 CD-ROM, DVD, 테이프 드라이브, 플래시 드라이브, 광학 드라이브와 같은 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있다. 이러한 명령들은 입력 디바이스를 통한 DMF 시스템(100)과의 사용자 상호 작용에 응답하여 실행될 수 있다.
[00035] 일부 실시예들에서, DMF 카트리지(110)는 용량성 피드백 감지를 포함할 수 있다. 즉, 액적 위치와 부피를 감지할 수 있는 용량성 센서에서 오는 신호. 또한, 다른 실시예들에서, 용량성 피드백 감지 대신에 또는 추가로, DMF 카트리지(110)는 액적 위치 및 부피의 광학적 측정을 제공하는 카메라를 포함할 수 있으며, 이는 액적들을 적절한 위치들에 다시 보내도록 제어기(150)를 촉발시킬 수 있다.
[00036] 일부 실시예들에서, DMF 카트리지(110)는 가열 영역들(나타나 있지 않음)을 포함할 수 있다. 다양한 샘플 준비 단계들 및 분석들이 온도 제어의 이점을 얻을 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에 참조로 관련되어 있는 미국 특허 8,658,111에 기재되어 있는 같이, 열 제어는 일반적으로 3가지 방식, 즉 (1) 전체 DMF 카트리지(110)의 열 제어; (2) 제어되는 영역과 접촉하거나 그에 근접한 가열기를 사용하는 DMF 카트리지(110)의 일 영역의 열 제어; 및 (3) DMF 카트리지(110)에 통합된(예를 들어, 전극의 경로 또는 어레이를 포함하는 기판 및/또는 존재하는 경우, DMF 카트리지(110)의 정상 기판에 있는) 가열기를 사용하는 DMF 카트리지(110)의 일 영역 또는 전체 DMF 카트리지(110)의 열 제어로 제공될 수 있다. 전술한 접근 방식들의 조합들도 가능하다. 가열 기술들의 예들은 카트리지에 인접한 기구에 장착되는 가열기 바(bar)들 및 카트리지 자체에 통합된 가열기들을 포함한다.
[00037] 통합 가열기 접근 방식에서, 온도 영역들이 생성되고 DMF 카트리지(110)에 직접 통합된 열 제어 요소들을 사용하여 제어될 수 있다. 열 제어 요소들(가열 및/또는 냉각)은 DMF 카트리지(110)의 바닥 기판 및/또는 정상 기판(존재하는 경우) 및 어느 한 기판의 바닥 및/또는 정상 표면에 통합될 수 있거나, 어느 한 기판의 구조 내부에 통합될 수 있거나, 또는 기판들 사이에 배열될 수 있다. 일부 경우들에, 열 제어 요소들은 제어기(150)에 전자적으로 결합되고 그 제어기에 의해 제어될 수 있다. 열 영역들은 개별적인 가열 요소들을 사용하여 생성될 수 있으며 따라서 DMF 카트리지(110) 내에서 개별적인 열 영역들로서의 역할을 할 수 있다. 이러한 어레인지먼트(arrangement)로, 상이한 온도들이 필요한 분석시의 다수의 단계들, 예컨대 샘플 준비 및 열 사이클링이 DMF 카트리지(110)의 상이한 열 영역들에서 상이한 온도들에서 동시에 수행될 수 있다. 예들 들어, 증폭 반응을 위한 열 사이클링을 수행하기 위해, 전기 습윤 매개 액적 작업들을 사용하여 액적들이 상이한 고정된 온도들의 열 영역들 사이에 물리적으로 전달되거나 왕복될 수 있다.
[00038] 한 실시예에서, 열 영역들 내의 가열기들은 얇은 전도성 막들을 사용하여 형성될 수 있다. 적합한 얇은 막들의 예들은 Pt 가열기 와이어들 및 투명한 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함한다. 한 실시예에서, DMF 카트리지(110)의 기판에 있는 금속(예를 들어, 구리) 비아(via)들이 사용된다.
[00039] 온도 조절용 열전대가 열 영역의 온도를 제어하기 위해 또한 사용될 수 있다. 온도 프로브가 사용되어, 열 영역의 온도를 측정하고 또한 제어기가 관련 열 영역의 온도를 정확하게 제어할 수 있도록 온도 측정치들을 그 제어기에 제공할 수 있다.
[00040] DMF 기구(105)는 네트워크에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제어기(150)는 네트워크(162)를 통해 네트워크 컴퓨터(160)와 통신할 수 있다. 네트워크 컴퓨터(160)는, 예를 들어, 임의의 중앙 집중식 서버 또는 클라우드 서버일 수 있다. 네트워크(162)는, 예를 들어, 인터넷에 연결하기 위한 LAN(Local Area Network) 또는 WAN(Wide Area Network)일 수 있다.
[00041] DMF 시스템(100)에서, 조명원(154) 및 광학 측정 디바이스(156)는 DMF 카트리지(110)의 온보드 감지 영역(158) 및/또는 광섬유 프로브(130)에 대해 배열될 수 있다. 조명원(154)은, 예를 들어, 가시 범위(파장 400 ∼ 800 nm)를 위한 광원, 예를 들어 백색 발광 다이오드(LED), 할로겐 전구, 아크 램프, 백열 램프 및 레이저들일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 조명원(154)은 백색 광원에 한정되지 않는다. 조명원(154)은 DMF 시스템(100)에서 유용한 임의의 컬러 광일 수 있다. 조명원(154)은 여기 광(132)을 DMF 카트리지(110)의 온보드 감지 영역(158)에 공급한다.
[00042] 광학 측정 디바이스(156)는, 예를 들어, 광 세기 판독값들을 얻기 위해 사용되는 임의의 광학 트랜스듀서 디바이스일 수 있다. 광학 측정 디바이스(156)는, 예를 들어, 전하 결합 디바이스, 광검출기, 분광계, 포토다이오드 어레이, 카메라, 또는 이것들의 임의의 조합일 수 있다. 또한, DMF 시스템(100)은 하나의 조명원(154) 및 하나의 광학 측정 디바이스(156)에만 한정되지 않는다. DMF 시스템(100)은 DMF 시스템(100) 및/또는 DMF 카트리지(110)에서의 임의의 검출 작업들을 지원하기 위해 다수의 조명원들(154) 및/또는 다수의 광학 측정 디바이스들(156)을 포함할 수 있다. 광학 측정 디바이스(156)는 DMF 카트리지(110)의 온보드 감지 영역(158)으로부터 방출 광(134)을 받아 처리한다. 따라서, DMF 카트리지(110)의 단일 광섬유 프로브(130)가 온보드 감지 영역(158) 안으로 들어가는 여기 광(132) 및 온보드 감지 영역(158) 밖으로 나가는 방출 광(134) 모두를 위한 도관으로서 작용할 수 있다.
[00043] DMF 시스템(100) 및/또는 DMF 기구(105)의 구성품들은 DMF 카트리지(110)의 온보드 감지 영역(158) 및/또는 광섬유 프로브(130)에 광학적으로 결합될 수 있고 또한 분리될 수 있다. 광학적 결합/분리부는, 예를 들어, 광섬유 커넥터들, 광섬유 커플러들, 및/또는 자유 공간 광학 커플러들일 수 있다.
[00044] DMF 장치로부터 광학적 자극을 측정하는 종래의 방법들은 자유 공간 광학을 사용하여 자극을 포착한다. 이와 관련하여 자유 공간 광학의 한계들은 주로 미광(stray light) 및 광 손실의 결과로 상대적으로 더 불량한 성능으로 인한 것이다. 불량한 성능은 렌즈들, 필터들 및 기타 유사한 광학 구성품들과 같은 광학 구성품들의 사용으로 종종 극복되지만, 이러한 구성품들은 시스템의 비용을 증가시킨다. 종래의 방법들과 비교하여, 광섬유 센서들과 DMF의 통합은 특정 이점들을 제공한다. 예를 들어, 광섬유 기반 센서들과 디지털 미세 유체 공학의 통합을 특징으로 하는 DMF 시스템(100)의 이점들은, 국부적인 광학 조사 기술들을 허용하는 것, 높은 광학 성능을 달성하는 저비용 방법(예들 들어, 저렴한 비용을 위한 감소된 구성품 수)을 제공하는 것, 개선된 신호를 위해 시스템의 광 손실을 제한하는 것, 그리고 더 낮은 노이즈를 위해 미광의 수집을 제한하는 것을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
[00045] DMF 시스템(100)에서, 광섬유 프로브(130)는, 광섬유 프로브(130)의 선단이 DMF 카트리지(110)의 액적 작업 간극에 직접 존재하도록 DMF 카트리지(110)에 통합된다(도 3 내지 도 9 참조). 이러한 방식으로, 광섬유 프로브(130)의 선단은 DMF 카트리지(110)에서 처리되고 있는 액적들과 직접 상호 작용할 수 있다. 따라서, 광섬유 프로브(130)의 선단은 온보드 감지 영역(158)을 형성하며, DMF 카트리지(110)는 액적들을 온보드 감지 영역(158)에 또한 그로부터 이동시킬 수 있다. DMF 시스템(100) 및/또는 DMF 카트리지(110)는 하나의 광섬유 프로브(130)와 하나의 온보드 감지 영역(158)에만 한정되지 않는다. 이것은 예시일 뿐입니다. DMF 시스템(100) 및/또는 DMF 카트리지(110)는 임의의 수의 광섬유 프로브들(130) 및/또는 온보드 감지 영역들(158)을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 광섬유 프로브들(130)은 섬유 어셈블리(125)의 형태로 제공될 수 있다(도 14a 및 도 14b 참조). DMF 카트리지(110)의 액적 작업 간극에 있는 광섬유 프로브(130)의 예들에 대한 더 많은 상세점들은 도 3 내지 도 9를 참조하여 나타나 있고 설명된다.
[00046] 도 2a 및 도 2b는 광섬유 인터페이스의 일 예를 보여주는 DMF 기구(105)와 관련된 DMF 카트리지(110)의 일 실시예를 도시한다. 이 예에서, DMF 카트리지(110)는 DMF 기구(105)와 같은 대응하는 DMF 기구(105)에 드롭인되도록 설계될 수 있다. 이 예에서, DMF 기구(105)는 DMF 카트리지(110)를 수용하기 위한 오목한 영역(164)을 포함한다. 즉, DMF 카트리지(110)는 DMF 기구(105)의 오목한 영역(164) 안으로 끼워 맞춤되는 크기로 되어 있다. 이렇게 해서, DMF 카트리지(110)는 DMF 기구(105)에 유체적으로 결합되거나, 광학적으로 결합되며 그리고/또는 전기적으로 결합될 수 있다. 이 실시예는, 카트리지를 기구에 결합하면 그 카트리지의 광섬유 요소들이 기구의 광섬유 요소들과 자동으로 정렬되는 다양한 실시예들을 예시한다. 나타나 있지 않은 한 실시예에서, 정렬은 기구에 있는 대응하는 포스트들 또는 개구들과 짝을 이루는 DMF 섬유 인터페이스의 포스트들 또는 개구들, 및 당업자에게 명백할 다양한 유사한 접근 방식들에 의해 향상될 수 있다.
[00047] 예를 들어, 광학적 연결과 관련하여, DMF 카트리지(110)의 광섬유 프로브(130)는 하나의 광섬유 또는 다수의 광섬유들의 다발을 포함할 수 있다. 또한, 광섬유(들)는 다중 모드 또는 단일 모드 또는 둘의 조합(다수의 코어들 및/또는 클래딩 층들을 가짐)일 수 있다. DMF 카트리지(110)는 하나 이상의 광섬유들을 DMF 기구(105)에 결합할 수 있도록 하는 하나 또는 여러 개의 인터페이스들을 포함할 수 있다. 광학 인터페이스(들)는, 예를 들어, 광섬유 커넥터들, 광섬유 커플러들 및/또는 자유 공간 광학 커플러들일 수 있다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2b는, DMF 카트리지(110)가 DMF 기구(105)의 오목한 영역(164) 안으로 로딩될 때, DMF 카트리지(110)에 있는 광섬유 프로브(130)의 외측 단부는 예를 들어 조명원(154)으로부터 그리고/또는 광학 측정 디바이스(156)까지 이어지는 하나 이상의 광섬유들(166)과 실질적으로 정렬될 수 있다는 것을 보여준다. 시스템 및 카트리지는, DMF 카트리지가 기구에 결합될 때 그 기구의 광섬유 요소들과 카트리지 사이의 광학 연결이 광학적으로 결합되는 것을 보장하는 정렬 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, DMF 카트리지(110)가 DMF 기구(105)에 삽입될 때, DMF 기구(105)는 DMF 카트리지(110)의 섬유들과 DMF 기구(105)의 섬유들 사이의 결합 효율을 최대화하기 위해 정렬 단계들을 자동으로 수행할 수 있다. 카트리지를 기구에 전기적으로 또한 광학적으로 결합하기 위한 다양한 기구들이 가능함을 이해할 것이다.
[00048] 도 3, 도 4 및 5는 도 1에 나타나 있는 DMF 시스템(100)의 DMF 카트리지(110)의 일부분의 일 예의 측면도들을 나타내고, 광섬유 프로브(130)는 정상부, 바닥부 및 측면으로부터 각각 간극 안으로 도입된다. DMF 카트리지(110)는 액적 작업 간극(116)에 의해 분리된 바닥 기판(112) 및 정상 기판(114)을 포함할 수 있다. 액적 작업 간극(116)은, 충전재 유체, 예컨대, 액적과 충분히 혼합되지 않아 원하는 분석 공정을 실질적으로 방해하지 않는 가스 또는 액체로 충전될 수 있다. 한 실시예에서, 충전재 유체는 실리콘 오일 또는 헥사데칸과 같은 저점도 오일이다. 추가적으로, 액적 작업 전극들(120)(예들 들어, 전기 습윤 전극들)의 어레인지먼트가 바닥 기판(112) 위에 제공될 수 있다. DMF 카트리지(110)는 액적 작업 전극들(120)의 임의의 라인들 또는 경로들을 포함할 수 있다.
[00049] 한 예에서, 바닥 기판(112)은 백색 광(또는 임의의 컬러 광)을 실질적으로 통과시키는 재료일 수 있다. 예를 들어, 바닥 기판(112)은 유리, 플라스틱, 또는 열가소성 엘라스토머(TPE)로 알려진 중합체들의 부류로 형성될 수 있다. 다른 예에서, 바닥 기판(112)은, 실질적으로 투명한 인쇄 회로 기판(PCB)이거나 광 투과를 허용하는 구멍들 또는 개구들을 포함하는 것일 수 있다. 바닥 기판(112)과 같이, 정상 기판(114)은 백색광(또는 임의의 컬러 광)을 실질적으로 통과시키는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 정상 기판(114)은 유리, 플라스틱, 또는 TPE로 형성될 수 있다. 또한, 정상 기판(114)의 내면은 투명 전도성 층(예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 설포네이트(PEDOT:PSS))과 같은 전도성 층(118), 또는 다른 유사한 투명 또는 투명하지 않는(불투명한) 전도성 코팅들로 코팅될 수 있다. 다른 실시예들에서, DMF 카트리지(110)의 모든 영역들이 실질적으로 투명한 기판들 및/또는 코팅들 또는 층들을 포함할 필요는 없다. 예를 들어, 기판들 및/또는 코팅들 또는 층들은 검출 영역을 제외하고 투명, 반투명 그리고/또는 불투명하지 않을 수 있다. 어떤 경우들에는, 이러한 기판들은 투명한 층들을 필요로 할 수 있는 자유 공간 광학 프로브들에 적합하지 않을 것이다. 이것은 광섬유 프로브가 투명함이 없이 사용될 수 있기 때문에 본 개시의 이점이며, 기판들 및 제조 기술들을 선택하는 데 있어 더 큰 유연성을 가능하게 한다.
[00050] "정상", "바닥", "위", "아래", "안" 및 "상에"라는 용어는, 설명 전체에 걸쳐, DMF 카트리지의 정상 및 바닥 기판들의 상대적 위치들과 같은 DMF 카트리지의 구성품들의 상대적 위치들을 기준으로 사용된다. DMF 카트리지는 공간에서의 그의 배향에 관계 없이 기능적이라는 것을 이해할 것이다
[00051] DMF 카트리지(110)에서, 액적 작업 간극(116)은 액적 작업들을 통해 임의의 관심 대상 액체들을 처리하기 위한 공간일 수 있고, 그 액체는, 예들 들어, 액체 시약들, 완충 용액, 샘플 유체 등을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 간극 높이는, 예를 들어, 수백 미크론일 수 있다. 액적 작업 전극들(120)은 전기 습윤을 통해 액적 작업들을 수행하기 위해 사용될 수 있다. "액적 작업"은, 디지털 미세 유체 공학 디바이스 또는 카트리지에서 액적을 조작하는 것을 의미한다. 액적 작업은, 예를 들어, 액적을 디지털 미세 유체 공학 디바이스에 로딩하는 것; 소스 액적으로부터 하나 이상의 액적들을 분배하는 것; 액적을 2개 이상의 액적들로 나누거나, 분리하거나 또는 분할하는 것; 임의의 방향으로 한 위치에서 다른 위치로 액적을 전달하는 것; 2개 이상의 액적들을 단일 액적으로 병합 또는 결합하는 것; 액적을 희석하는 것; 액적을 혼합하는 것; 액적을 교반하는 것; 액적을 변형시키는 것; 액적을 제위치에 유지시키는 것; 액적을 배양하는 것; 액적을 가열하는 것; 액적을 기화시키는 것; 액적을 냉각시키는 것; 액적을 처리하는 단계; 액적을 DMF 카트리지(110) 밖으로 전달하는 것; 여기에 설명된 다른 액적 작업들; 및/또는 전술한 것들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 액적 작업 간극(116)에서 일어나는 공정들의 온도를 제어하기 위해, 펠티어(Peltier) 열 펌프와 같은 온도 제어 요소(나타나 있지 않음)가 DMF 카트리지(110)와 조합하여 사용될 수 있다.
[00052] 또한, 도 3, 도 4 및 도 5는 (예를 들어, 액적 작업 전극들(120)을 사용하여) 전기 습윤 방법들을 통해 액적들을 조작하는 것으로 DMF 카트리지(110)를 설명하지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 다른 실시예들에서, 액적들은 광학적 방법들, 자기적 방법들, 열모세관 방법들, 표면 음향파 방법들 및 유전영동과 같은 다른 전기적 방법들 및 이것들의 임의의 조합과 같은(이에 한정되지 않음) 다른 방법들을 통해 DMF 카트리지(110)에서 조작될 수 있다.
[00053] 이제 도 3을 참조하면, DMF 시스템(100)의 DMF 카트리지(110)가 나타나 있으며, 여기서 광섬유 프로브(130)가 정상부로부터(예컨대, 정상 기판(114)을 통과하여 그리고 DMF 카트리지(110)의 평면에 실질적으로 수직하게) 액적 작업 간극(116)에 도입되어 있다. 샘플 액적(140)이 액적 작업 간극(116) 안에서 특정 액적 작업 전극(120) 위에 존재한다. 광섬유 프로브(130)의 선단은 샘플 액적(140) 안에서 그리고 그 액적과 직접 상호 작용하여, 온보드 감지 영역(158)을 형성할 수 있다. DMF 카트리지(110)는 액적 작업들을 통해 액적들을 온보드 감지 영역(158)에 또한 그로부터 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 광섬유 프로브(130)를 액적 작업 간극(116)과 샘플 액적들(140)의 경로에 직접 통합하면, 국부적인 광학적 조사 기술들이 가능하다. 도 3은 여기 광(132)이 광섬유 프로브(130)를 통해 샘플 액적(140)에 전달되는 것을 나타낸다. 추가로, 샘플 액적(140)으로부터의 방출 광(134)은 광섬유 프로브(130)를 통해 나간다. 여기서도, 광섬유 프로브(130)는 하나의 광섬유 또는 다수의 광섬유들의 다발을 포함할 수 있다.
[00054] 이제 도 4를 참조하면, DMF 시스템(100)의 DMF 카트리지(110)가 나타나 있는데, 여기서 광섬유 프로브(130)가 바닥부로부터(예컨대, 바닥 기판(112)을 통과하여 그리고 DMF 카트리지(110)의 평면에 실질적으로 수직하게) 액적 작업 간극(116) 안으로 도입되어 있다.
[00055] 이제 도 5를 참조하면, DMF 시스템(100)의 DMF 카트리지(110)가 나타나 있고, 여기서 광섬유 프로브(130)는 측면으로부터(예를 들어, 바닥 기판(112)과 정상 기판(114) 사이에서 그리고 DMF 카트리지(110)의 평면에 실질적으로 평행하게) 액적 작업 간극(116) 안으로 도입되어 있다.
[00056] 이제 도 6을 참조하면, 이 도는 DMF 시스템(100)의 DMF 카트리지(110)의 일 예의 측면도로, 여기서 광섬유 프로브(130)가 액적 작업 간극(116) 안으로 도입되어 있고 광학 감지 작업들이 반사 모드에서 수행되고 있다. 도 6은 도 5에 나타나 있는 광섬유 프로브(130)의 구성을 나타내지만, 도 4 및 도 5에 나타나 있는 광섬유 프로브(130)의 구성도 반사 모드에서의 작동에 대해 동등하게 적용 가능하다.
[00057] 도 6은 조명원(154)으로부터의 여기 광(132)이 광섬유 프로브(130)를 통해 샘플 액적(140)에 전달되는 것을 보여준다. 추가적으로, 샘플 액적(140)으로부터의 방출 광(134)은 광섬유 프로브(130)를 통해 나가 광학 측정 디바이스(156)로 가게 된다. DMF 시스템(100) 및 DMF 카트리지(110)의 이러한 구성은, 액체의 광학적 특성들(예를 들어, 샘플 액적(140)의 광학적 특성들)의 반사 감지를 허용하는 방식으로 DMF 카트리지와 통합된 광섬유를 제공한다. 광섬유 프로브(130)는 디지털 미세 유체 공학에 필요한 다른 구성품들도 포함하는 DMF 카트리지(110)의 일부분이다.
[00058] 여기서도, 조명원(154)은 하나의 또는 다수의 광원들일 수 있다. 광원들은 단색 또는 다색일 수 있다. 광원들은 발광 다이오드들(LED), 레이저들, 백열 광원들, 형광 광원들 또는 이것들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 광원은 매우 빠르게 조절 가능한 세기를 갖도록 변조될 수 있다. 광원은 밝기를 조절하기 위해 광검출기들과 같은 하나 이상의 센서들을 또한 포함할 수 있다. 광원은 입사광의 질을 보장하기 위해 추가 필터들을 포함할 수도 있다. 더욱이, 광원은 다수의 개별적인 발광 요소들의 조합일 수 있다. 이러한 요소들은 동일하거나 다른 파장에서 활성적일 수 있다.
[00059] 여기서도, 광학 측정 디바이스(156)는 하나 또는 다수의 광학 센서들일 수 있다. 광학 측정 디바이스(156)는, 예를 들어, 협대역 또는 광대역 센서일 수 있다. 광학 측정 디바이스(156)는 광학 신호를 더 처리될 수 있는 전자 신호로 변환한다. 광학 측정 디바이스(156)는 또한 광학 스펙트럼의 상이한 부분들에 민감한 다수의 센서들을 사용할 수 있다. 이 광학 측정 디바이스는 전자기 스펙트럼의 상이한 부분들에 민감한 분광계 또는 다수의 개별적인 센서들의 형태일 수 있다. 광학 측정 디바이스(156)는 최상의 성능을 보장하기 위해 필요에 따라 추가적인 광학 필터들을 포함할 수 있다. 광학 측정 디바이스(156)는 상관기(correlator)들과 같은 폐루프 제어를 사용하여 조명원(154)의 제어를 허용하는 추가 구성품들을 포함할 수 있다.
[00060] 작동시, 조명원(154)으로부터의 여기 광(132)은 광섬유 프로브(130)를 통과한다. 광섬유 프로브(130)는 입사 광을 조사되고 있는 액적(예를 들어, 샘플 액적(140))에 전달한다. 방출 광(134)은 시스템의 구성에 따라 섬유의 동일한 코어를 따라 또는 다른 코어를 따라 액적에서 다시 반사된다. 광섬유 프로브(130)는 단일 또는 다수의 코어들을 가질 수 있다. 이러한 코어들은, 예를 들어, 단일 모드 또는 다중 모드(또는 둘의 조합)일 수 있다. 이 반사된 방출 광(134)은 광학 측정 디바이스(156)에 결합된다.
[00061] 반사 모드에서 광학 감지 작업들이 수행되고 있는 도 3, 도 4 및 도 5에 나타나 있는 DMF 카트리지(110)의 광섬유 프로브(130)의 구성은 다음과 같은(하지만 그에 한정되지 않음) 액적의 특성화를 위한 특정 기술들의 사용을 가능하게 한다:
(1) 적외선 분광법과 같은 반사율 분광법;
(2) 가변 경로 길이 분광법;
(3) 효소 결합 면역흡착 분석(ELISA) 판독 및 폴리메라제(polymerase) 연쇄 반응(PCR) 판독에 사용되는 것과 같은 흡광도 분광법;
(4) 라만 분광법;
(5) 레이저 유도 파괴 분광법 및 원자 방출 분광법과 같은 광전자 방출 분광법;
(6) ELISA 판독 및 PCR 판독에 사용되는 것과 같은 형광 분광법;
(7) 탁도(turbidity) 측정;
(8) 광자 상관 분광법 및 형광 상관 분광법과 같은 시간 분해 분광법; 및
(9) 마이크로스케일 열영동(thermophoresis).
[00062] 도 7a는 DMF 시스템(100)의 DMF 카트리지(110)의 일 예의 측면도로, 여기서 액적 작업 간극(116)에 있는 광섬유 프로브(130)의 선단에 센서 표면(142)이 제공되어 있다.
[00063] 광섬유들을 사용하여 센서들을 제조하는 데에 유용한 다양한 기술들이 알려져 있다. 한 실시예에서, 본 개시는 정현호 & 에르덴, 노로프 & 이승기 & 정대 & 박재형에 설명된 기술(2011)을 사용한다. 광섬유 국부적 표면 플라즈몬 공명 센서의 제작 및 인터페론-감마의 항체-항원 반응을 검출하기 위한 그의 응용. 광학 공학. 50. 124405-124405. 10.1117/1.3662418. 또한 Proll, G., Markovic, G., Steinle, L., & Gauglitz, G.(2009) 참조. 반사 측정 간섭 분광법. 분자 생물학의 방법: 바이오센서 및 생체검출, 503, 167-178. 도이: 10.1007/978-1-60327-567-5_8. 정 등 및 Proll 등의 전체 개시 내용은 여기에 참조로 관련되어 있다.
[00064] 센서 표면(142)은, 예를 들어, 액적 또는 액적 내의 분석물의 특성을 광학적 응답으로 변환시킬 수 있는 광학 층일 수 있다. 예를 들어, 광학적 응답으로 변환되는 특성은 분석물의 존재, 온도, 온도 변화, 분석물 또는 용액의 특성들의 변화 등을 포함할 수 있다.
[00065] 한 예에서, 센서 표면(142)은 간섭 필터를 사용할 수 있다. 간섭 필터는 진공 증착 기술들을 사용하여 섬유에 증착될 수 있다. 간섭 필터들은, 단색 세기 또는 위상 측정 또는 다색 분광 측정을 사용하여 표면에 대한 결합을 측정할 수 있게 해준다.
[00066] 본 개시의 광섬유 프로브들에 유용한 필터들을 제조하기 위한 기술들의 한 예는 Proll G., Markovic G., Steinle L., Gauglitz G. (2009) Reflectometric Interference Spectroscopy. In: Rasooly A., Herold K.E.(eds) Biosensors 및 Biodetection. Methods in Molecular Biology™, vol 503. Humana Press에 설명되어 있고, 이의 전체 개시 내용은 여기에 참조로 관련되어 있다.
[00067] 다른 예에서, 센서 표면(142)은 습식 화학을 사용하여 증착될 수 있는 간섭 필터 또는 광학 재료일 수 있다. 광학 재료는 금속 나노 입자들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 표면 플라즈몬 공명 또는 표면 강화 라만 분광법과 같은 특성들을 사용하여 액적 및/또는 액적 내의 분석물들을 분석할 수 있다. 센서 표면(142)의 다른 예들은 리소그래피 기술들을 사용하는 나노구조 표면들의 증착을 포함할 수 있다. 재료들의 예들은 금속(예컨대, 플라즈몬 나노입자들), 유리(예컨대, 회절 요소들), 플라스틱(예컨대, 나노임프린트 회절 요소들)을 포함한다. 추가적으로, 센서 표면(142)은 여기 광(132)을 더 작은 영역에 집속시키기 위해 사용되는 유전체 미소 구체들의 형태일 수 있다.
[00068] 센서 표면(142)은 또한 향상된 신호를 위해 용액의 분석물들을 표면에 결합하는 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그 층은 광 센서 표면(142) 위에 증착될 수 있다. 이 층은 또한 광 센서 표면(142) 없이 분석물로부터의 광학 신호를 향상시키기 위해 섬유의 선단에서 분석물을 집중시키는 층으로서 사용될 수 있다. 한 예에서, 그 층은 결합 부위들의 증가를 촉진하는 겔 매트릭스이다. 다른 예에서, 층은 분석물의 표면 농도의 증가를 촉진하는 다공성 재료이다. 결합 부위들(예컨대, 소수성 부위들)을 증가시키거나 특정 결합 부위들(예컨대, 항체/항원 또는 압타머(aptamer)/분석물)을 추가하기 위한 다양한 화학적 향상들이 당업자에게 알려져 있을 것이다. 다공성 재료들은 일부 경우들에 폴리머 브러시들, 겔들, 나노입자들 또는 다른 고표면적 구조들과 같이 본질적으로 유기물일 수 있다. 이들 유기 다공성 매체는 폴리디메틸실록산, 디비닐벤젠, 폴리에틸렌 글리콜 등과 같은 합성 중합체들일 수 있다. 다른 실시예에서, 다공성 매체는 셀룰로오스, 키틴, 콜라겐 등과 같이 생물학적으로 유도될 수 있다.
[00069] 대안적으로, 다공성 매체는 나노구조 탄소, 실리카, 티타니아 등과 같이 본질적으로 무기물일 수 있다. 다공성 매체는 표면 농도를 증가시키기 위해 분석물의 고유한 화학적 특성들을 이용하기 위해 이들 재료들의 임의의 조합일 수 있다.
[00070] 다른 예에서, 센서 표면(142)은 하나 이상의 포획 분자들로 관능화된 LSPR 센서 층일 수 있다. LSPR 센서 층은 금속 나노구조체들 및/또는 층들 중의 하나가 금속인 다층 나노구조체들로 구성될 수 있다. LSPR 센서들에 일반적으로 사용되는 금속들의 예들은, 금, 은, 백금, 팔라듐 및 구리의 나노입자들을 포함한다. 한 예에서, 포획 분자들은 LSPR 센서 층의 표면에 고정되는 리간드들이다. 예를 들어, 리간드들로서의 단백질들, 항체들, 항원들 또는 압타머들은 카르복실, NTA 또는 스트렙타비딘 표면 부착 화학을 사용하여 금속 나노입자 센서 층에 부착될 수 있다. 이 예에서 리간드는 2개의 결합 파트너들 중의 하나이며, 다른 결합 파트너는 샘플 액적(140)의 표적 분석물(144)이다.
[00071] 다른 예에서, 센서 표면(142)은 겔 매트릭스에 포함되는 플루오레세인과 같은 pH 민감성 광학 층일 수 있다. 이러한 pH 민감성 겔들의 광학적 특성들은 이들이 발생하는 환경의 pH에 관련이 있다. 결과적으로, 광학 신호 판독값은 샘플 액적(140)의 pH에 따라 변할 수 있다.
[00072] 다른 예에서, 센서 표면(142)은 열변색 코팅과 같은 열에 민감한 층일 수 있거나 심지어 산화규소와 같은 부동태화 층으로 코팅된 LSPR 센서일 수 있다. 이러한 센서들의 광학적 특성들은 그 센서들이 있는 환경의 온도와 강한 상관 관계가 있다. 결과적으로, 광학 신호는 샘플 액적(140)의 온도의 함수로 변할 수 있다.
[00073] 센서 표면(142)이 DMF 카트리지(110)의 광섬유 프로브(130)의 선단에 존재하는 도 7a에 나타나 있는 구성은 다음과 같은 특정한 특성화 기술들을 허용하지만 그에 한정되지 않는다:
(1) 단색 반사 측정법;
(2) 생물층 간섭측정 및 단색 반사측정(SCORE)과 같은 반사측정 간섭 분광법;
(3) 표면 강화 라만 분광법;
(4) 표면 플라즈몬 공명;
(5) 회절 광학 측정;
(6) 고상 미세추출(광학 판독 방법들과 결합됨); 및
(7) 온도 측정.
[00074] 도 7b는 광섬유 프로브(130)의 선단 상에 나노입자 센서 표면(143)을 포함하는 DMF 시스템(100)의 DMF 카트리지(110)의 일 예의 측면도이다. 나노입자 센서 표면(143)의 일 예에 대한 추가 상세점들은 아래에서 도 15를 참조하여 나타나 있다.
[00075] 이제 도 8을 참조하면, 이 도는 액적 작업 간극(116)에 있는 광섬유 프로브(130)의 선단 상에 하나 이상의 광학 요소들(148)이 제공되는 DMF 시스템(100)의 DMF 카트리지(110)의 일 예의 측면도이다. 하나 이상의 광학 요소들(148)은 단독으로 제공되거나 또는 도 7에 나타나 있는 센서 표면(142)에 추가로 제공될 수 있다. 하나 이상의 광학 요소들(148)은 샘플 액적(140) 및/또는 센서 표면(142) 안으로 그리고/또는 그 밖으로 빛을 보다 효과적으로 결합하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 광학 요소(148)들은 다음을 포함하지만 그에 한정되지 않는다:
(1) 원추형 테이퍼와 같은 테이퍼형 광섬유;
(2) U-형 광섬유;
(3) 반구형 렌즈들, 볼 렌즈들, GRIN 렌즈들 및 비구면 렌즈들과 같은 렌즈들;
(4) ATR 프리즘 및 Kretschmann 프리즘과 같은 프리즘들;
(5) 측면 연마 및 쐐기 연마와 같은 각진 연마;
(6) 확산 요소들; 및
(7) Fabry-Perot 에탈론 및 반투과 공동과 같은 반사 공동.
[00076] 도 9는 이차 조명원(154') 및 이차 광학 측정 디바이스(156')의 추가를 제외하고는 도 6에 나타나 있는 것과 실질적으로 동일하게 구성된 DMF 시스템(100)의 DMF 카트리지(110)의 일 예의 측면도이다. 이 예에서, 조명원(154') 및/또는 광학 측정 디바이스(156')는 독립적으로 사용되거나 또는 조명원(154) 및 광학 측정 디바이스(156)에 결합된 광섬유 프로브(130)와 함께 사용될 수 있다.
[00077] 광학 측정 디바이스(156)와 마찬가지로, 광학 측정 디바이스(156')는 광검출기, 카메라, 분광계 또는 초분광 이미저와 같은 광 측정 디바이스의 형태일 수 있다. 광학 측정 디바이스(156')는 시간 분해 측정들을 수행할 수 있다. 또한, 광학 측정 디바이스(156')로부터의 입력은 조명원(154) 및/또는 조명원(154')을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
[00078] 이차 조명원(154') 및 이차 광학 측정 디바이스(156')의 존재는 다양한 작동 모드들을 허용한다. 한 예에서, 주 조명원(154) 및 주 광학 측정 디바이스(156)를 사용하여, 광학 감지 작업들이 전적으로 광섬유 프로브(130)를 통해 반사 모드에서 수행될 수 있다. 즉, 광섬유 프로브(130)를 사용하여 조명 및 수집이 이루어진다. 다른 예에서, 주 조명원(154) 및 이차 광학 측정 디바이스(156')를 사용하여, 광학 감지 작업들이 투과 모드에서 수행될 수 있다. 즉, 광섬유 프로브(130) 및 주 조명원(154)을 사용하여 조명이 이루어지지만, 외부 이차 광학 측정 디바이스(156')를 사용하여 수집이 이루어진다. 또 다른 예에서, 이차 조명원(154') 및 주 광학 측정 디바이스(156)를 사용하여, 광학 감지 작업들이 다시 투과 모드에서 수행될 수 있다. 즉, 외부 이차 조명원(154')을 사용하여 조명이 이루어지지만, 광섬유 프로브(130)와 주 광학 측정 디바이스(156)를 사용하여 수집이 이루어진다.
[00079] 이제 도 10을 참조하면, 이 도는 통합 광섬유 감지를 포함하는 DMF 시스템(100) 및/또는 DMF 카트리지(110)를 사용하는 방법(200)의 일 예의 흐름도이다. 방법(200)은 다음과 같은 단계들 포함할 수 있지만, 그에 한정되지 않는다.
[00080] 단계 210에서, 통합 광섬유 감지를 포함하는 DMF 시스템 및/또는 DMF 카트리지가 제공된다. 예를 들어, DMF 카트리지(110)의 액적 작업 간극(116)에 통합된 광섬유 프로브(130)를 포함하는 DMF 시스템(100) 및/또는 DMF 카트리지(110)가, 예를 들어 도 1 내지 도 9에 나타나 있는 바와 같이 제공된다.
[00081] 단계 215에서, 처리될 액적은 DMF 카트리지의 감지 영역 안으로 전달된다. 예를 들어 그리고 이제 도 3 내지 도 9를 참조하면, 처리될 샘플 액적(140)은 액적 작업들을 사용하여 DMF 카트리지(110)의 온보드 감지 영역(158) 안으로 전달될 수 있으며, 온보드 감지 영역(158)은 광섬유 프로브(130)의 선단에 있다.
[00082] 단계 220에서, 통합 광섬유 감지를 사용하여 DMF 카트리지에서 광학 감지 작업들이 수행된다. 예를 들어 그리고 이제 도 6 내지 도 9를 참조하면, DMF 카트리지(110), 조명원(154) 및 광학 측정 장치(156)의 액적 작업 간극(116)에 통합된 광섬유 프로브(130)를 사용하여 DMF 카트리지(110)에서 광학 감지 작업들이 수행된다. 작업시에, 조명원(154)으로부터 나온 여기 광(132)은 광섬유 프로브(130)를 통과하고, 조사되고 있는 샘플 액적(140) 쪽으로 보내져 그 안으로 들어가게 된다. 그런 다음에 방출 광(134)이 다시 샘플 액적(140)에서 반사되어 광섬유 프로브(130)를 따라 광학 측정 디바이스(156)로 가게 되며, 이 광학 측정 디바이스는 처리를 위한 광학 판독값을 얻는다. 한 예에서, DMF 카트리지(110)에서의 광학 감지 작업들은 도 6, 도 7 및 도 8에 나타나 있는 바와 같이 반사 모드에서 일어날 수 있다. 다른 예에서, DMF 카트리지(110)에서의 광학 감지 작업들은, 도 9에 나타나 있고 설명된 바와 같이, 반사 모드, 투과 모드, 또는 반사 모드와 투과 모드 모두에서 일어날 수 있다.
[00083] 특정 실시예들에서, 액적이 센서와 접촉하는 동안 그 액적을 진동시키는 것이 유용할 수 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 제1 반응 전극 및 제2 반응 전극은 교대로 활성화되어, 제1 반응 전극과 제2 반응 전극 사이에서 액적의 진동을 유도하여 SPR 센서 표면에 대한 액적의 운동을 유도한다. 한 실시예에서, 제1 반응 전극과 제2 반응 전극 사이의 액적의 진동은 선형적이다. 한 실시예에서, 진동 범위는 약 0.5 내지 약 15 Hz이다. 다른 실시예에서, 진동 범위는 약 4 내지 약 10 Hz 이다.
[00084] 다른 실시예에서, SPR 센서 표면은 3개 이상의 반응 전극들 사이에 배치되고, 3개 이상의 반응 전극들은 교대로 활성화되어, 3개 이상의 반응 전극들 사이에서 액적의 진동을 유도하여 SPR 센서 표면에 대한 액적의 운동을 유도한다. 다른 실시예에서, 3개 이상의 반응 전극들 사이의 액적의 진동은 원형이다.
[00085] 한 실시예에서, 일 세트의 전극들은, 액적을 한 전극에서 그 세트 내의 다음 전극으로 이동시킴으로써 일어나는 진동에 의해 액적이 센서의 감지 선단과 접촉한 상태로 유지되도록 센서의 감지 선단에 대해 배열된다.
[00086] 도 11은 액적 작업 전극들(120) 위에서 앞뒤로 진동하고 광섬유 프로브(130)와 접촉하는 2X 샘플 액적(140)의 일 예를 나타낸다. 도 11에서, 액적은 일반적으로 광섬유 프로브(130)의 길이를 따른 라인(나타나 있지 않음)에 직각인 방향으로 액적 작업 전극들(120)의 경로를 따라 이동한다. 다른 종류의 이동, 예컨대, 광섬유 프로브(130)의 길이를 따른 라인(나타나 있지 않음)과 합동인 방향, 다양한 방향들을 따른 이동이 본 개시의 범위 내에서 가능할 것임이 인식될 것이다. 또한, 진동은 액적을 연신시키거나 짧게 하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 이미지는 2X 연신을 나타내지만, 연신은 3X, 4X, 또는 그보다 더 길 수 있음을 이해할 것이다(X = 액적을 연신시키기 위해 사용되는 활성화된 전극의 수).
[00087] 도 12a 및 도 12b는 통합 섬유 감지를 포함하는 DMF 카트리지(110)의 일 예시의 상부 사시도 및 하부 사시도를 각각 도시한다. 예를 들어, 도 12a 및 도 12b는 DMF 카트리지(110)의 정상 기판(114), 섬유 어셈블리(125), 및 광섬유 코어(146)의 일 예를 나타낸다.
[00088] 섬유 어셈블리(125)는, 일 세트의 섬유들이 어셈블리의 제1 가장자리로부터 연장되고 또한 어셈블리의 제2 가장자리로부터 연장되도록 구성될 수 있다. 섬유 어셈블리(125)가 DMF 카트리지(110)와 조립될 때, 정상 기판(114)과 바닥 기판(112) 사이의 액적 작업 간극(116)이 밀봉되고, 광섬유 프로브들이 간극 안으로 연장된다. 이상적으로, 섬유들은, 하나 이상의 전기 습윤 전극들(120)과 상호 작용하는 액적이 광섬유 프로브의 단부와 접촉하도록 하나 이상의 전기 습윤 전극들(120)과 충분히 근접하도록 연장된다. 액적들의 진동을 필요로 하는 분석의 경우, 일 세트의 전극들은, 액적을 한 전극으로부터 그 세트 내의 다음 전극으로 이동시킴으로써 일어나는 진동에 의해 액적이 센서의 감지 선단과 접촉한 상태로 유지되도록 프로브의 감지 선단에 대해 배열될 수 있다.
[00089] 도 13a 및 도 13b는 DMF 카트리지(110)의 일 예의 상부 분해도 및 하부 분해도를 각각 도시한다. 정상 기판(114)은 완충액들, 시약들 및 샘플들을 DMF 카트리지(110) 안에 담기 위한 개구들을 포함한다. 이 개구들은 시약들, 완충액들 및 샘플들을 DMF 카트리지(110) 안으로 도입하기 위한 다채널 피펫터들의 사용을 가능하게 하기 위해 서로 이격되어 있다. DMF 카트리지(110)의 점유 면적은 웰 플레이트들의 사용 장비와 함께 사용하도록 최적화될 수 있다. 바닥 기판(112)은 액적들의 작동을 제어하기 위해 내부에 패턴화된 전극들을 갖는 인쇄 회로 기판이다. 바닥 기판(112)은 DMF에 대한 전기 습윤력을 최적화하기 위해 소수성 코팅을 갖는다. 정상 기판(114)은 폴리카보네이트, 아크릴, 순환 올레핀 공중합체들 등과 같은 사출 성형된 중합체로 만들어진다. 정상 기판(114)은 전도성을 향상시키기 위해 인듐 주석 산화물과 같은 도포된 전도성 코팅을 갖는다. 정상 기판(114)은 실리콘과 같은 엘라스토머 접착제들을 사용하여 바닥 기판(112)에 밀봉된다. 섬유들은 섬유들을 정렬시키는 데에 도움을 주는 정상 기판(114)의 v-홈들을 통해 카트리지 안으로 도입된다. 위에서 언급된 엘라스토머 접착제들은 또한 섬유들이 정상 기판(114)과 바닥 기판(112) 사이의 간극 안으로 들어갈 때 그 섬유들의 주위를 밀봉한다. 섬유 어셈블리(125)는 접착제들, 체결구들, 초음파 용접, 열 고정 또는 다른 체결 방법들을 사용하여 정상 기판(114)에 고정된다.
[00090] 도 14a 및 도 14b는 DMF 카트리지(110)의 섬유 어셈블리(125)의 일 예의 다양한 도들을 도시한다. 도 14a는 섬유 어셈블리(125)의 분해도 및 절취도를 나타낸다. 도 14b는 섬유 어셈블리(125)의 사시도를 나타낸다. 섬유 어셈블리(125)는 2개의 주요 구성품, 즉 다수의 광섬유들(180)(즉, 광섬유 프로브들(130)을 형성하기 위한 것), 및 섬유 홀더(182)를 포함할 수 있다. 섬유 홀더(182)는 또한 각 단부에 하나씩 2개의 정렬 구멍들(184)을 포함한다. 섬유 어셈블리(125)를 만들기 위해, 광섬유들(180)은 일정 길이로 절단되어 섬유 홀더(182)에 접착된다. 광섬유들(180)은 섬유 홀더(182)의 한 면(센서 단부) 밖으로 약 20 mm 연장되고 그리고 다른 측(기구 결합면(186)) 밖으로 약 5 mm 연장된다. 기구 측에 있는 잉여의 섬유는 기구 결합면(186)과 같은 높이로 되도록 루비 스크라이브(ruby scribe)로 절단된 다음에 연마될 수 있다. 광섬유들(180)의 다른 단부(센서 단부)는 일정 길이를 절단된다. 그런 다음에 센서 단부는 광섬유 프로브들(130)을 형성하기 위해 추가 처리를 받게 된다. 예들 들어, 처리는 센서 단부의 선단에 나노 입자들을 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
[00091] 요컨대 그리고 이제 다시 도 1 내지 14b를 참조하면, DMF 시스템(100), DMF 카트리지(110), 및/또는 방법(200)은 국부적인 광학적 조사 기술들을 허용하기 위해 일회용 카트리지(예를 들어, DMF 카트리지(110))에 직접 통합된 광섬유들(예를 들어, 광섬유 프로브(130))을 사용한다. 종래의 방법들과 비교하여, DMF 시스템(100)에서 광섬유 센서들과 디지털 미세 유체 공학의 통합은 국부적인 광학적 조사 기술들을 허용하고, 높은 광학 성능(예들 들어, 더 낮은 비용을 위한 감소된 구성품의 수)을 달성하는 저비용 방법을 제공하고, 개선된 신호를 위해 시스템에서의 광 손실을 제한하며, 그리고 더 낮은 노이즈를 위해 미광의 수집을 제한한다.
예
[00092] 실시예 1
[00093] 이제 도 15를 참조하면, 이 도는 센서 섬유를 만드는 공정(300)의 일 예를 나타낸다. 공정(300)은, (1) 섬유들을 벗겨내고 일정 길이로 절단하는 단계, (2) 섬유들을 지그(jig)에 고정시키는 단계, (3) 섬유들의 선단에 센서들을 증착시키는 단계, 및 (4) 광학적 특성들, 섬유의 무결성 및 결합 특성들을 시험하는 단계를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 이는 DMF 카트리지의 액적 작업 간극 안으로 삽입되는 광섬유 프로브를 제공하고 만드는 방법의 한 예이다.
[00094] 실시예 2
[00095] 이 실험은 DMF 디바이스 내에서 광섬유 기반 표면 플라즈몬 공명 검출 방법을 사용하여 일반적인 단백질-단백질 상호 작용인 단백질-A와 IgG의 친화성을 결정하는 것이었다. 본 실험은 광섬유 검출의 낮은 배경의 제한된 구성품들 및 정렬 이점들 뿐만 아니라 DMF 디바이스의 자율 처리 및 저부피의 이점들을 모두 보여주었다.
[00096] 재료
[00097] 125 ㎛ 직경의 광섬유들을 절단하고 처리하여 섬유 선단에 금 나노입자들을 증착하고 그런 다음에 카르복실기로 그 나노입자들을 표면처리 하였다. 간단히 말해서, 광섬유들은 철저하게 세정되었고 또한 옥실화되었다. 옥실화 방법의 예는 수산화나트륨과 같은 고염기성 용액들에의 노출, 오존 노출 또는 산소 플라즈마 노출을 포함한다. 다음으로, 자기조립 계면 층이 증착되어 금을 센서에 결합시킨다. 이 예에서는 (3-메르캅토프로필)트리메톡시실란과 같은 메르캅토 실란 화합물들이 사용되었다. 마지막으로, 광섬유가 원하는 크기와 형상의 금 나노입자들을 포함하는 용액 안으로 침지되었다. 이 경우, 10 nm 직경의 금 나노 입자들이 사용되었다. 금 증착 후, 티올 화합물들이 사용되어 미래의 화학 반응을 위한 작용기들을 나타내었다. 다양한 화합물들이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 한 측에 티올기가 있고 다른 측에는 하이드록시기가 있는 화합물들이 미래의 화학 반응을 위해 카르복실 표면을 나타낼 것이다. 3-메르캅토-1-프로판올이 사용되었다. 예를 들어, 도 16은 나노입자 센서 표면(143)의 일 예에 대한 더 많은 상세점들을 나타낸다(도 7b 참조). 도 16은 광섬유 클래딩(145), 광섬유 코어(146) 및 나노입자 코팅(147)을 보여주는 결과적인 광섬유 프로브의 선단의 전자 현미경 사진을 보여준다.
[00098] 표면 처리 후, 센서들은 선단들이 전극의 가장자리에 정렬되도록 DMF 카트리지의 간극 안으로 삽입되었다. 수집된 데이터의 각 채널은 서로 다른 광섬유 센서를 참조한다.
[00099] DMF 카트리지에는 DMF 디바이스에 오일 환경을 제공하기 위해 2 센티스토크 폴리디메틸실록산이 로딩되었다. DMF 디바이스의 웰들은 pH 7.4인 100 μL의 인산염 완충 식염수(PBS), pH 1.5인 35 μL의 글리신 + 염산(HCl), 35 μL의 단백질 A(사용되는 리간드)로 채워졌다. 또한 카트리지에는, 섬유 민감도 보정을 위한 8 μL의 PBS 중 10% 글리세롤과 PBS 중 16% 글리세롤, 8 μL의 1-에틸-3-(-3-디메틸아미노프로필) 카르보디이미드 염산염(EDC), 센서의 카르복실 표면을 활성화시키기 위한 8 μL의 N-하이드록시숙신이미드(NHS) 및 분석을 위한 8 μL의 900 nM IgG이 로딩되었다. 그러나, 이 프로토콜에는 2 μL만 필요하다. 모든 시약들은 오일-수성 계면을 안정화시키기 위해 0.1% Tween-20 계면활성제를 포함하였다.
[000100] 도 11에 도시된 바와 같이 액적은 프로브와 접촉하면서 진동되었다. 전기 습윤 전극들이 사용되어 액적을 2X 액적으로 연신시켰고 또한 프로브와의 접촉을 유지하면서 10분 동안 10 Hz로 3 개의 전극들에 걸쳐 앞뒤로 왕복 이동시켰다.
[000101] 방법
[000102] 전체 실험은 DMF 카트리지에 의해 자동으로 실행되었다. 먼저, 글리세롤로 센서들의 민감도가 보정되었다. 이 절차는 다음과 같았다:
(1) 기준을 위한 700 nL PBS를 도입하고,
(2) 700 nL 10% 글리세롤의 굴절률 이동을 측정하며,
(3) 700 nL PBS로 센서를 헹구고,
(4) 700 nL의 16% 글리세롤의 굴절률 변화를 측정하며, 그리고
(5) 700 nL PBS로 센서를 헹군다.
[000103] 위의 것은 알려져 있는 굴절률이 얼마나 많은 신호 변화를 제공하는 지를 평가한다. 다음, 카트리지는 시스템의 결합 역학을 자동적으로 측정한다. 이는 다음과 같은 단계들을 포함하였다. 시간 최적화를 위해 많은 단계들이 다른 단계들과 병렬적으로 실행되었음을 유의해야 한다:
(1) 700 nL PBS로 센서들을 조절함;
(2) 700 nL 글리신-HCl로 센서들을 세정함;
(3) 700 nL PBS로 섬유들을 헹굼;
(4) 각 채널에서 350 nL 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드와 350 nL 단위 N-하이드록시숙신이미드를 혼합하고 혼합물로 센서의 카르복실 표면을 활성화시킴;
(5) 700 nL PBS로 섬유들을 헹굼;
(6) 각 센서에 700 nL의 단백질 A 용액을 넣음. 이것은 단백질 A를 센서 표면에 고정시킬 것이며, 이 센서 표면에서 그 단백질은 단백질 A 항체에 대한 리간드로서 기능할 것임;
(7) 섬유를 700 nL PBS로 헹굼;
(8) 다음을 통해 IgG 샘플을 생성함:
(a) 350 nL의 900 nM IgG를 취하여 700 nL의 PBS로 희석함. 조합물을 철저히 혼합하고 한쪽에서 혼합물의 700 nL로 나누어 300 nM 샘플을 생성함;
(b) 8a로부터 나머지 350 nL을 취하여 700 nL의 PBS로 희석함. 유사하게, 조합물을 혼합하고 700 nL로 나누어, 추가 희석을 위해 100 nM 샘플 및 350 nL의 액적을 따로 보관함; 그리고
(c) 8b를 반복하여 33 nM, 11 nM 및 3.67 nM 샘플을 생성함.
나머지 350nL의 액적은 폐기물로 됨.
(9) 700 nL의 IgG 샘플들을 다양한 센서들에 도입함. 실시간으로 단백질 A에 대한 IgG의 연관을 측정함; 그리고
(10) 700 nL의 PBS로 섬유들을 헹굼. 실시간으로 단백질 A로부터 IgG의 분리를 측정함.
[000104] 결과 및 분석
[000105] 위의 단계들을 사용하여 각 IgG 샘플에 대한 응답 곡선들을 생성하였다. 이 곡선들은 먼저 글리세롤 보정으로 얻어진 굴절률 변화에 대한 민감도에 대해 조정되고, 그런 다음에, 실험 동안에 측정된 센서에 고정된 단백질 A의 양에 대해 조정되었다. 결과들은 도 17a에 나타나 있는 플롯(400)으로 나타나 있다. 플롯(400)은 응답 곡선 A, B, C, D, E 및 F를 나타낸다. 범례(410)는 응답 곡선 A가 0 nM 친화성에 대응하고, 응답 곡선 B가 3.67 nM 친화성에 대응하며, 응답 곡선 C가 11 nM 친화성에 대응하며, 응답 곡선 D는 33 nM 친화성에 대응하고, 응답 곡선 E는 100 nM 친화성에 대응하며 그리고 응답 곡선 F는 3000 nM 친화성에 대응하는 것을 나타낸다.
[000106] 1:1 역학 모델이 이 데이터 및 피트(fit)에 적용되었다. 도 17b에 나타나 있는 플롯(405)에 표시되어 있는 바와 같이, 매우 밀접한 상관 관계 및 다른 기구들에 있는 동일한 샘플의 측정들과 일치하는 2 nM의 측정 친화성이 나타난다. 그러나, 다른 기구들과는 달리, 샘플 준비를 포함한 이 전체 실험은 이전 또는 후속 샘플들과의 교차 오염의 위험 없이 일회용 유체 카트리지에서 자율적으로 실행되었다. 더욱이, 실험은 350 nL의 분석물 용액만을 소모하였는데, 이는 다른 시스템들과 비교하여 부피의 급격한 감소이다.
[000107] 본 발명은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합을 사용하여 구현될 수 있고, 하나 이상의 컴퓨터 시스템들 또는 다른 처리 시스템들에서 실행될 수 있다. 한 양태에서, 본 발명은 여기에 설명된 기능을 수행할 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 시스템들에 관한 것이다.
[000108] "바람직하게", "일반적으로" 및 "전형적으로"와 같은 용어는, 청구된 실시예들의 범위를 제한하거나 특정 특징들이 청구된 실시예들의 구조 또는 기능에 중요하거나 필수적임을 암시하기 위해 여기서 사용되지 않는다. 이러한 용어들은, 본 개시의 특정 실시예에서 이용되거나 이용되지 않을 수 있는 대안적인 또는 추가적인 특징들을 강조하기 위한 것이다.
[000109] "실질적으로"라는 용어는, 정량적 비교, 값, 측정치 또는 기타 표현에 기인할 수 있는 고유한 불확실성의 정도를 나타내고 또한 문제가 되는 주제의 기본적인 기능의 변화를 초래함이 없이 정량적 표현이 언급된 기준과 다를 수 있는 정도를 나타내기 위해 사용된다.
[000110] "단수 표현"은 청구 범위를 포함하여 본 출원에서 사용될 때 "하나 이상"을 말하는 것이다. 따라서, 예를 들어, "일 주제"에 대한 언급은, 문맥이 명백하게 반대되는 경우(예를 들어, 복수의 주제들) 등이 아니라면, 복수의 주제들을 포함한다.
[000111] "포함하다", "포함하는", "포괄하다" 및 "포괄하는" 이라는 용어들은, 비한정적인 것이며, 그래서, 목록에서 항목들의 이어지는 언급은 열거된 항목들에 대체되거나 추가될 수 있는 다른 유사한 항목들을 배제하지 않는다.
[000112] 위의 명세서에서 언급된 모든 간행물들은 여기서 참조로 관련되어 있다.
[000113] 본 발명의 개시된 방법들, 조성물들 및 용도들의 다양한 수정들 및 변형들이 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 본 개시 내용 및 청구 범위를 검토할 때 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명이 여기서 특정한 바람직한 실시예들과 관련하여 개시되었지만, 청구된 바와 같은 본 발명은 그러한 특정 실시예들에 과도하게 한정되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.

Claims (47)

  1. 기구와 함께 사용하기 위한 카트리지(cartridge)로서,
    액적 작업 간극 내에 있는 액체 액적에 대한 액적 작업들을 수행하도록 작동하는 복수의 전기 습윤(electrowetting) 전극들을 포함하는 디지털 미세 유체 공학; 및
    일 세트의 2개 이상의 전기 습윤 전극들 중의 임의의 전극 위에 위치되는 액적이 광섬유 프로브(probe)와 접촉하도록 상기 일 세트의 2개 이상의 전기 습윤 전극에 근접하게 상기 액적 작업 간극 안으로 돌출하는 상기 광섬유 프로브를 포함하는,
    카트리지.
  2. 기구와 함께 사용하기 위한 카트리지로서,
    액적 작업 간극 내에 있는 액체 액적에 대한 액적 작업들을 수행하도록 작동하는 복수의 전기 습윤 전극들을 포함하는 디지털 미세 유체 공학 기판; 및
    액적 작업 간극을 형성하도록 상기 디지털 미세 유체 공학 기판으로부터 분리되어 있고, 액체들을 액체 작업 간극 안으로 흐르게 하기 위한 개구들을 포함하는 정상 플레이트; 및
    상기 액적 작업 간극 안으로 돌출하고, 상기 전기 습윤 전극들 중의 하나 이상에 근접하여 위치되는 감지 단부를 갖는 광섬유 프로브를 포함하는 섬유 어셈블리를 포함하는,
    카트리지.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 액적 작업 간극 안으로 돌출하는 광섬유 프로브는, 일 세트의 2개 이상의 전기 습윤 전극들 중의 임의의 전극 위에 위치되는 액적이 상기 광섬유 프로브와 접촉하도록 상기 일 세트의 2개 이상의 전기 습윤 전극들에 근접하여 위치되는,
    카트리지.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브는 리간드를 포함하는, 카트리지.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유 프로브와 접촉하도록 상기 전기 습윤 전극들에 의해 제어 가능한 액적을 더 포함하는, 카트리지.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 간극을 채우는 저점도 오일을 더 포함하는, 카트리지.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    정상 플레이트는 상기 섬유 어셈블리로부터 광섬유 프로브를 정렬시키는 2개 이상의 홈들 또는 개구들을 포함하는, 카트리지.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 단부는 나노입자 센서 표면을 포함하는, 카트리지.
  9. 분석을 수행하는 방법으로서,
    리간드를 포함하는 광섬유 프로브를 제공하는 단계;
    약 1000 nL 미만의 부피를 가지며 잠재적으로 상기 리간드에 대한 친화성을 갖는 분석물을 포함하는 액적을 제공하는 단계; 및
    상기 액적을 상기 프로브의 단부와 접촉시키고 상기 액적을 프로브와의 접촉으로부터 제거하지 않고 상기 액적을 진동시키는 단계를 포함하는,
    분석을 수행하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 진동의 범위는 약 0.5 내지 약 15 Hz인, 분석을 수행하는 방법.
  11. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 진동의 범위는 약 4 내지 약 10 Hz인, 분석을 수행하는 방법.
  12. 제9 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액적은 약 900 nL 미만의 부피를 갖는, 분석을 수행하는 방법.
  13. 제9 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액적은 약 800 nL 미만의 부피를 갖는, 분석을 수행하는 방법.
  14. 제9 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액적은 약 700 nL 미만의 부피를 갖는, 분석을 수행하는 방법.
  15. 제9 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액적은 약 600 nL 미만의 부피를 갖는, 분석을 수행하는 방법.
  16. 제9 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액적은 약 500 nL 미만의 부피를 갖는, 분석을 수행하는 방법.
  17. 제9 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액적은 약 400 nL 미만의 부피를 갖는, 분석을 수행하는 방법.
  18. 제9 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유 프로브를 통해 상기 액적으로부터 신호를 측정하고 컴퓨터를 사용하여 상기 신호로부터 응답 곡선을 계산하는 단계를 더 포함하는, 분석을 수행하는 방법.
  19. 제9 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유 프로브는 다수의 리간드들을 포함하고 상기 액적은 다수의 분석물들을 포함하는, 분석을 수행하는 방법.
  20. 제9 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제공 작업은, 다수의 광섬유 프로브들 및 다수의 액적들을 제공하고, 상기 다수의 액적들 각각을 대응하는 광섬유 프로브와 접촉시키고, 상기 대응하는 광섬유 프로브와 접촉하는 상기 다수의 액적들 각각을 진동시키는 것을 더 포함하는, 분석을 수행하는 방법.
  21. 제9 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동은 전기 습윤 전극들에 의해 매개되는, 분석을 수행하는 방법.
  22. 제21 항에 있어서,
    각각의 광섬유 프로브는 단부가 전기 습윤 전극에 인접하도록 정렬되는, 분석을 수행하는 방법.
  23. 제21 항 또는 제22 항에 있어서,
    각각의 광섬유 프로브는 단부가 전기 습윤 전극의 가장자리에 근접하도록 정렬되는, 분석을 수행하는 방법.
  24. 제9 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동은 디지털 미세 유체 공학(DMF) 카트리지의 액적 작업 간극에 있는 전기 습윤 전극들에 의해 매개되는, 분석을 수행하는 방법.
  25. 제9 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동은 상기 광섬유 프로브의 길이를 따라 연장되는 라인에 대해 실질적으로 직각인, 분석을 수행하는 방법.
  26. 제9항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동은 상기 광섬유 프로브의 길이를 따라 연장되는 라인과 실질적으로 일직선상에 있는, 분석을 수행하는 방법.
  27. 제9 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동은 다방향인, 분석을 수행하는 방법.
  28. 제27 항에 있어서,
    상기 진동은 상기 광섬유 프로브의 길이를 따라 연장되는 라인에 평행한 평면에서 다방향인, 분석을 수행하는 방법.
  29. 제9 항 내지 제28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동은 연신된 액적을 사용하여 수행되는, 분석을 수행하는 방법.
  30. 제29 항에 있어서,
    상기 연신된 액적은 2X 액적인, 분석을 수행하는 방법.
  31. 제29 항에 있어서,
    상기 연신된 액적은 3X 액적인, 분석을 수행하는 방법.
  32. 제9 항 내지 제31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분석은, 분자 라이브러리 스크리닝 분석, 결합 역학 분석, 친화성 결정 분석, 결합 부위 맵핑(mapping) 분석, 열역학 연구, 샌드위치 분석, 경쟁 해석 분석, 특이성 결정 분석, 항체 결합의 특성화, 및 이들의 조합 중에서 선택되는, 분석을 수행하는 방법.
  33. DMF 시스템으로서,
    카트리지 - 상기 카트리지는,
    액적 작업 간극 내에 있는 액체 액적에 대한 액적 작업들을 수행하도록 작동하는 복수의 전기 습윤 전극들을 포함하는 디지털 미세 유체 공학; 및
    일 세트의 2개 이상의 전기 습윤 전극들 중의 임의의 전극 위에 위치되는 액적이 광섬유 프로브와 접촉하도록 상기 일 세트의 2개 이상의 전기 습윤 전극들에 근접하게 상기 액적 작업 간극 안으로 돌출하는 광섬유 프로브를 포함함 -;
    상기 전기 습윤 전극 및 상기 광섬유 프로브에 작동적으로 결합되는 제어기;
    상기 액적 작업 간극 안에 있는 하나 이상의 액적들을 조명하도록 배열되는 조명원; 및
    상기 광섬유 프로브에 광학적으로 결합되고 상기 광섬유 프로브로부터 신호를 받도록 배열되는 광학 측정 디바이스를 포함하는, DMF 시스템.
  34. 디지털 미세 유체 공학(DMF) 카트리지로서,
    액적 작업들을 수행하기 위한 하나 이상의 전기 습윤 전극들을 포함하는 제1 기판;
    상기 제1 기판으로부터 오프셋된 제2 기판;
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성되는 액적 작업 간극 - 상기 하나 이상의 전기 습윤 전극들은 상기 액적 작업 간극 내에 있는 액체 액적에 대해 액적 작업들을 수행하도록 작동함 -; 및
    상기 액적과의 접촉을 위한 상기 액적 작업 간극 내의 감지 영역; 및
    주 조명원으로부터 나오는 여기(excitation) 광을 상기 감지 영역에 제공하고 또한 감지 영역으로부터 나오는 방출 광을 주 광학 측정 디바이스에 제공하는 광섬유 프로브를 포함하는, DMF 카트리지.
  35. 제34 항에 있어서,
    상기 감지 영역은 상기 광섬유 프로브의 말단 표면 부분 상에 배치되는 센서 표면을 포함하는, DMF 카트리지.
  36. 제34 항 또는 제35 항에 있어서,
    상기 감지 영역은, 상기 액체 액적이 상기 감지 영역과 접촉하도록 상기 하나 이상의 전기 습윤 전극들에 근접하여 상기 액적 작업 간극에 배치되는, DMF 카트리지.
  37. 제34 항 내지 제36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유 프로브는 상기 감지 영역을 상기 액적 작업 간극에 배치하기 위해 상기 제1 기판을 통해 연장되는, DMF 카트리지.
  38. 제34 항 내지 제37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유 프로브는 상기 감지 영역을 상기 액적 작업 간극에 배치하기 위해 상기 제2 기판을 통해 연장되는, DMF 카트리지.
  39. 제34 항 내지 제38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유 프로브는 상기 감지 영역을 상기 액적 작업 간극에 배치하기 위해 상기 제1 기판과 상기 제2 기판에 실질적으로 평행하게 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 액적 작업 간극 안으로 연장되는, DMF 카트리지.
  40. 제34 항 내지 제39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판 중의 적어도 하나는 액체를 상기 액적 작업 간극 안으로 도입하기 위한 적어도 하나의 개구를 포함하는, DMF 카트리지.
  41. 제34 항 내지 제40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 영역은 리간드를 포함하는, DMF 카트리지.
  42. 제34 항 내지 제41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 영역은 나노입자 센서 표면을 포함하는, DMF 카트리지.
  43. 제34 항 내지 제42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유 프로브는 말단 표면 부분에서 하나 이상의 광학 요소들을 포함하는, DMF 카트리지.
  44. 제34 항 내지 제43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액적 작업 간극은 상기 액체 액적과 혼합할 수 없는 충전재 물질을 포함하는, DMF 카트리지.
  45. 제34 항 내지 제44 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은, 이차 조명원으로부터 나오는 여기 광이 상기 제1 기판을 통해 상기 감지 영역으로 전달되고 상기 감지 영역으로부터 나오는 방출 광이 상기 제2 기판을 통해 이차 광학 측정 디바이스로 전달되는 것을 허용하도록 충분히 투명한 재료를 포함하는, DMF 카트리지.
  46. 디지털 미세 유체 공학(DMF) 시스템으로서,
    제34 항 내지 제45 항 중 어느 한 항에 따른 DMF 카트리지;
    상기 여기 광을 상기 광섬유 프로브를 통해 상기 DMF 카트리지의 상기 감지 영역에 공급하는 하나 이상의 조명원; 및
    상기 감지 영역으로부터 나오는 방출 광을 상기 광섬유 프로브를 통해 받아 처리하는 하나 이상의 광학 측정 디바이스들을 포함하는, DMF 시스템.
  47. 제48 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전기 습윤 전극들에 의한 액적 작업들의 수행을 제어하기 위해 상기 하나 이상의 전기 습윤 전극들과 작동 통신하는 제어기를 더 포함하는 DMF 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CA3108408A1 (en) 2018-08-06 2020-02-13 Nicoya Lifesciences Inc. Plasmon resonance (pr) system, instrument, cartridge, and methods and configurations thereof
EP4094070A4 (en) * 2020-01-22 2024-01-24 Nicoya Lifesciences, Inc. DIGITAL MICROFLUIDIC SYSTEMS, CARTRIDGES AND METHODS INCLUDING INTEGRATED REFRACTIVE INDEX DETECTION
WO2023215993A1 (en) * 2022-05-11 2023-11-16 Nicoya Lifesciences, Inc. Microfluidics device and method including bottom substrate, top substrate, and cover plate
CN114966985B (zh) * 2022-06-01 2023-10-13 暨南大学 一种光纤湿度传感器及其制造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4185904B2 (ja) * 2004-10-27 2008-11-26 株式会社日立ハイテクノロジーズ 液体搬送基板、分析システム、分析方法
US8470153B2 (en) * 2011-07-22 2013-06-25 Tecan Trading Ag Cartridge and system for manipulating samples in liquid droplets
WO2014187488A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 Tecan Trading Ag Digital microfluidics system with swappable pcb`s
US20180095067A1 (en) * 2015-04-03 2018-04-05 Abbott Laboratories Devices and methods for sample analysis
CN107607475B (zh) * 2017-09-06 2020-05-26 京东方科技集团股份有限公司 微全分析系统及方法

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