(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
行および列の状態で配置される電極のグループでありブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の第１の配列を形成している、少なくとも２つの２次元の電極配列を操作するための方法であって、前記第１の配列の各ブロックが、ブロックの同じ列の第１のグループの全てに共通の列信号（Ｖｃｏｌ＿ｊ［ｑ］）に接続された第１の電極グループと、ブロックの同じ行の第１のグループの全てに共通の行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］）に接続された、前記第１の電極グループとは異なる第２の電極グループとを備えており、
ｉ．前記粒子（ＢＥＡＤ）のための少なくとも１つの第１の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）と少なくとも１つの第２の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ＋１）とを与える力の場の第１の形態（Ｆ＿ｉ）を生成するステップであって、前記安定平衡点は、第１のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）を形成している前記配列の電極グループ上および前記第１のブロックの直ぐ隣にあり第２のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）を形成している前記配列の電極グループ上にそれぞれ位置されるとともに、少なくとも１つの粒子（ＢＥＡＤ）が前記第１の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）に取り込まれるようになっているステップと、
ｉｉ．粒子（ＢＥＡＤ）が前記少なくとも１つの第２の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ＋１）の引力領域内に押し込まれるように力の場の少なくとも１つの第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）を生成するステップと、
ｉｉｉ．前記粒子（ＢＥＡＤ）が第２の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ＋１）へ向けて引き付けられるように力の場の前記第１の形態（Ｆ＿ｉ）を再び生成するステップと
を備えており、
力の場の前記第１の形態（Ｆ＿ｉ）および前記第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）は、配列の第１のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］）および列信号（Ｖｃｏｌ＿ｊ［ｇ］）の電極に対してそれぞれ印加される第１の電圧（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］およびＶｃｏｌ＿ｊ［ｑ］）と、配列の第２のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）の行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］）および列信号（Ｖｃｏｌ＿ｊ［ｇ］）の電極に対してそれぞれ印加される第２の電圧（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］およびＶｃｏｌ＿ｊ＋１［ｑ］）との少なくとも２つの異なる位相の形態によって生成されており、
前記方法は、少なくとも前記電極配列によって、第３の電極グループでありブロックの第２の配列を形成することを含み、前記第３の電極のグループでありブロックの第２配列は、前記電極のグループでありブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の前記第１の配列の少なくとも１つの前記行または前記列の電極に平行に配置された前記第３の電極グループによって規定された、少なくとも１つのレーン（Ｃ＿ＳＴＯＲＥ；ＶＲＣＨＩ）を形成するように配置されており、
前記方法は、
ｉｖ．前記粒子（ＢＥＡＤ）のための少なくとも１つ以上の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）を形成するようになっている力の場の第１の形態を生成するステップであって、前記安定平衡点は、前記少なくとも１つのレーン（Ｃ＿ＳＴＯＲＥ；ＶＲＣＨＪ）上に位置されるとともに、前記少なくとも１つ以上の安定平衡点に少なくとも１つの粒子（ＢＥＡＤ）が取り込まれるようになっている、力の場の第１の形態を生成するステップと、
ｖ．それぞれが少なくとも１つの電極によってまたは前記第３の電極グループでありブロックの前記第２の配列のうちのある第３の電極グループによって規定される１つ以上の位置だけ、前記少なくとも１つのレーン（Ｃ＿ＳＴＯＲＥ、ＶＲＣＨＪ）に沿って、そこに取り込まれた少なくとも１つの粒子を有する前記安定平衡点を移動させるステップであって、少なくとも１つの前記レーンに予め生成された前記安定平衡点の全てと同時に一緒に少なくとも１つの前記安定平衡点を移動するものである、移動させるステップと
をさらに備えており、
少なくとも１つの前記レーン上に存在する前記安定平衡点は、前記少なくとも１つのレーン（Ｃ＿ＳＴＯＲＥ；ＶＲＣＨＪ）を形成する前記第３の電極グループの電極に対して少なくとも３つの異なる位相の電圧（Ｖ１＿ｊ、Ｖ２＿ｊ、Ｖ３＿ｊ）を印加することによって生成されて移動されることを特徴とする方法。
【請求項２】
各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）を形成している前記第１の配列の電極の各グループは、行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］）によって電圧（Ｖｐｈｉｐ，Ｖｐｈｉｎ）に接続される電極の少なくとも１つの第１の組と、列信号（Ｖｃｏｌ＿ｊ［ｑ］）によって電圧（Ｖｐｈｉｐ，Ｖｐｈｉｎ）に接続される電極の少なくとも１つの第２の組と、前記ブロックを形成している前記第１の配列の電極のすべてのグループに共通の信号（Ｖｃｏｒｅ）によって電圧（Ｖｐｈｉｐ，Ｖｐｈｉｎ）に接続される少なくとも１つの電極とによって接続され、それにより、前記第１の配列の電極の隣接するブロックの各対（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ，およびＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）が力の場の前記少なくとも１つの第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）をとることができ、一方、前記第１の配列の電極の他の全てのブロックは、前記第１の配列の電極の隣接するブロックの前記対（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ，およびＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）に接続された前記行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］）および列信号（Ｖｃｏｌ＿ｊ［ｑ］）を介して印加される電圧を変えることにより、前記第１の形態（Ｆ＿ｉ）を維持することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の配列の電極の各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）は、デジタル行信号（ｒｏｗ＿ｉ）および列信号（ｃｏｌ＿ｊ）の第１の組によって制御される電子回路（ＭＵＸ＿ｉ，ｊおよびＡＮＤ＿ｉ，ｊ）を用いて電圧（Ｖｐｈｉｐ，Ｖｐｈｉｎ）に接続される電極の少なくとも１つの第１の組と、前記第１の配列の電極の全てのブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）に共通の信号（Ｖｃｏｒｅ）の第２の組によって電圧（Ｖｐｈｉｐ，Ｖｐｈｉｎ）に接続される少なくとも１つの電極とによって接続され、それにより、前記第１の電極の隣接するブロックの各対（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ，およびＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）が力の場の前記第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）をとることができ、一方、前記第１の配列の電極の他の全てのブロックは、前記第１の電極の前記ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ，およびＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）の電子回路（ＭＵＸ＿ｉ，ｊおよびＡＮＤ＿ｉ，ｊ）に接続される行信号（ｒｏｗ＿ｉ）および列信号（ｃｏｌ＿ｊ）の前記第１の組を介して前記第１の電極の隣接するブロックの前記対（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ，およびＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）に印加される電圧を変えることにより、前記第１の形態（Ｆ＿ｉ）を維持することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記レーンのそれぞれが前記第３の電極グループによって形成されたブロックの前記第２の配列とは異なるブロックによって形成される複数の前記レーンによる前記粒子（ＢＥＡＤ）の操作、並びに、互いに並んで及び／又は前記レーンと並んで配置されるパーキングセル（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）を形成するように配置された電極のブロックであり前記２次元の第２の配列の第４の電極グループによる前記粒子（ＢＥＡＤ）の操作を想定し、
ｖｉ．前記粒子（ＢＥＡＤ）のための少なくとも１つの安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）を形成するようになっている力の場の第２の形態を生成するステップであって、前記安定平衡点は、パーキングセル（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）上に位置されるとともに、前記少なくとも１つの安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）に少なくとも１つの粒子（ＢＥＡＤ）が取り込まれるようになっているステップと、
ｖｉｉ．パーキングセル（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）内に取り込まれる粒子（ＢＥＡＤ）をパーキングセルに隣接する安定平衡点の引力領域内に押し込むことができ且つ前記レーン（ＶＲＣＨＪ）の前記第３の電極グループによって形成できるように力の場の第３の形態を生成するステップと、
ｖｉｉｉ．前記レーン（ＶＲＣＨＪ）内に存在する安定平衡点の全てを１つ以上の位置だけ前記レーンに沿って移動させるステップと
をさらに備えており、
前記レーンの安定平衡点は、前記レーン（ＶＲＣＨＪ）を形成する電極に印加される少なくとも３つの異なる位相の電圧（Ｖ１＿ｊ，Ｖ２＿ｊ，Ｖ３＿ｊ）によって生成されて移動され、粒子（ＢＥＡＤ）を１つのパーキングセル（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の安定平衡点からレーン（ＶＲＣＨＪ）の安定平衡点のうちの１つへと或いはその逆へと押し込むための異なる場形態は、前記第４の電極グループ（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）に対して印加される行電圧（Ｖｒｏｗ＿ｉ）および列電圧（Ｖｃｏｌ＿ｊおよびＶｃａｇｅ＿ｊ）によって、および、前記レーン（ＶＲＣＨＪ）を形成する前記第３の電極グループの電極に対して印加される電圧（Ｖ１＿ｊ，Ｖ２＿ｊ，Ｖ３＿ｊ）によって生成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記粒子（ＢＥＡＤ）を、１つのレーンから、前記粒子が以前にそのレーンで移動されたパーキングセルとは異なるパーキングセル（ＢＬＯＣＫ＿ｉ＋１，ｊ）に属する安定平衡点の引力の領域（ＣＡＧＥ＿ｉ＋１）へと押し込むことができるように、力の場の第４の形態を生成するステップを更に備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
安定平衡点の前記移動、および、粒子（ＢＥＡＤ）をパーキングセル（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の安定平衡点からレーン（ＶＲＣＨＪ）の安定平衡点のうちの１つへと或いはその逆へと押し込むために必要な前記場形態は、任意の数の粒子に同時に作用して、各粒子を異なる経路に沿って移動させることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
電極のグループでありブロックの前記第２の配列の前記第３の電極グループによる前記粒子（ＢＥＡＤ）の操作のために、前記第３第の電極グループが少なくとも２つのレーン（Ｃ＿ＳＴＯＲＥおよびＣ＿ＴＥＭＰ）を与えるように予め配置され、
ｉｖ’．前記粒子（ＢＥＡＤ）のための少なくとも１つの安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）を生成するステップであって、前記安定平衡点は、少なくとも１つの第１のレーン（Ｃ＿ＳＴＯＲＥ）上に位置されるとともに、前記少なくとも１つの安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）に少なくとも１つの粒子（ＢＥＡＤ）が取り込まれるようになっているステップと、
ｖ’．１つ以上のレーン（Ｃ＿ＳＴＯＲＥ）に沿って安定平衡点の全てを１つ以上の位置だけ移動させ、それにより、前記少なくとも１つの安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）を少なくとも１つの第２のレーン（Ｃ＿ＴＥＭＰ）によって共有できるようにするステップと、
ｖ’ｉ．１つ以上のレーン（Ｃ＿ＳＴＯＲＥ）に沿って安定平衡点の全てを１つ以上の位置だけ移動させ、それにより、前記少なくとも１つの第２のレーン（Ｃ＿ＴＥＭＰ）に属する少なくとも１つの安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）に前記粒子（ＢＥＡＤ）が取り込まれるようにするステップと
を備えており、
前記レーンの前記安定平衡点は、電極のブロックの前記第２の配列の前記第３の電極グループの電極に対して少なくとも３つの異なる位相の電圧（Ｖ１＿ｊ，Ｖ２＿ｊ，Ｖ３＿ｊ）を前記各レーン毎に印加することによって生成されて移動されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
安定平衡点に前記粒子を取り込むステップと、１つ以上の粒子（ＢＥＡＤ）を選択するような様式で組み合わされる前記安定平衡点を移動するステップとの複数のステップを順に備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
安定平衡点に前記粒子を取り込むステップと、２つ以上の粒子（ＢＥＡＤ）の配置を並び替えるような様式で組み合わされる前記安定平衡点を移動するステップとの複数のステップを順に備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
安定平衡点に前記粒子を取り込むステップと、１つの同じ電極グループ（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）に存在する１つ以上の粒子（ＢＥＡＤ）を移動させるような様式で組み合わされる前記安定平衡点を移動するステップとの複数のステップを順に備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
安定平衡点に前記粒子を取り込むステップと、１つの同じ電極グループ（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）上に位置される２つ以上の粒子（ＢＥＡＤ）を分離して少なくとも２つの異なる位置へと離間移動するような様式で組み合わされる前記安定平衡点を移動するステップとの複数のステップを順に備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
力（Ｆ）の前記場は、
ｉ．プラス誘電泳動（ＰＤＥＰ）と、
ｉｉ．マイナス誘電泳動（ＮＤＥＰ）と、
ｉｉｉ．電気泳動（ＥＦ）と、
ｉｖ．電気流体力学的流れ（ＥＨＤ）と、
ｖ．誘電体上のエレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）と
のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
水性懸濁液中または組織中にある凝集した細胞もしくは粒子（ＢＥＡＤ）の検出、化学分析もしくは定量化を実行することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法であって、少なくとも１つの行信号および少なくとも１つの列信号に接続した少なくとも１つの第１の電極と、前記第１の電極に隣接する少なくとも１つの第２の電極との間でのインピーダンスの測定を含み、前記第２の電極は少なくとも１つの第１の行信号に接続され、前記第１の行信号と前記第１の列信号との間の前記インピーダンスを評価することによって前記少なくとも２つの隣接する第１の電極及び第２の電極間での前記測定を行うことを特徴とするものである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
粒子（ＢＥＡＤ）を操作するための装置であって、
ｉ．行および列の状態で配置される電極グループのブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の第１の配列を形成する２次元の電極配列であって、各ブロックが、ブロックの同じ列の第１のグループの全てに共通の列信号（Ｖｃｏｌ＿ｊ［ｑ］）に接続された第１の電極グループと、ブロックの同じ行の第２のグループの全てに共通の行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］）に接続された、前記第１の電極グループとは異なる第２の電極グループと、前記第１の配列の電極の全てのブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）に共通の信号に接続された、前記第１の電極グループと前記第２の電極グループとのいずれとも異なる第３の電極グループとを備える、電極配列と、
ｉｉ．異なる位相を有する少なくとも２つの異なる電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）を生成するための手段と、
ｉｉｉ．前記電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）を前記行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］）と前記列信号（Ｖｃｏｌ＿ｊ［ｑ］）と前記共通信号とに分配するための手段と
を備えており、
前記電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）を分配するための前記手段は、電極グループの第１のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）と前記第１のブロックに隣接する電極グループの第２のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）とにより形成される各対毎に、行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］）および列信号（Ｖｃｏｌ＿ｊ［ｑ］およびＶｃｏｌ＿ｊ＋１［ｑ］）に対して前記２つの電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）をそれぞれ選択的に印加することによって得られた力の場の少なくとも１つの第１の形態（Ｆ＿ｉ）および少なくとも１つの第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）が生成されるようになっており、力の場の前記第１の形態（Ｆ＿ｉ）は、前記粒子（ＢＥＡＤ）のための少なくとも１つの第１の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）および少なくとも１つの第２の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ＋１）を形成するようになっており、前記安定平衡点が前記第１の配列の電極グループの前記第１のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）および第２のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）上にそれぞれ位置され、力の場の前記第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）は、前記第１の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）内に取り込まれた前記粒子（ＢＥＡＤ）を前記少なくとも１つの第２の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ＋１）の引力領域内へ押し込むようになっていることを特徴とする装置。
【請求項１５】
水性懸濁液中の或いは組織状態で集められたセルまたは粒子（ＢＥＡＤ）を検出する方法、特徴付ける方法、定量化する方法および／または認識する方法を実行するための、請求項１４に記載した装置の使用であって、少なくとも１つの第１の行信号に接続された少なくとも１つの第１の電極と前記第１の電極に隣接する少なくとも１つの第２の電極との間のインピーダンスの測定を含み、少なくとも２つの隣接する電極間の前記測定は、前記第１の行信号と前記第１の列信号との間のインピーダンスを評価することによって行なわれるものである、請求項１４に記載した装置の使用。
【請求項１６】
前記各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の前記第１の電極グループは、同じ列の全てのグループに共通の列信号（Ｖｃｏｌ＿ｊ）に接続された少なくとも１つの第１の電極（ｒｉｎｇ＿ｉ，ｊ＿１）を備え、各ブロックの前記第２の電極グループは、同じ行の全てのグループに共通の行信号（Ｖｒｏｗ＿ｊ）に接続された少なくとも１つの第２の電極（ｒｉｎｇ＿ｉ，ｊ＿２）を備え、各ブロックの前記第３の電極グループは、共通信号（Ｖｃｏｒｅ）に接続された少なくとも１つの第３の電極（ＥＬ＿ｉ，ｊ）を備え、前記第３の電極（ＥＬ＿ｉ，ｊ）が前記第１の電極（ｒｉｎｇ＿ｉ，ｊ＿１）によって取り囲まれるとともに、前記第３の電極（ＥＬ＿ｉ，ｊ）および前記第１の電極（ｒｉｎｇ＿ｉ，ｊ＿１）が前記第２の電極（ｒｉｎｇ＿ｉ，ｊ＿２）によって取り囲まれることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の前記第１の電極グループは、同じ列の全てのグループに共通の列信号（Ｖｅｎａｂｌｅ＿ｊ）に接続された少なくとも１つの第１の電極（ｅｌｌｅ＿ｊ）を備え、各ブロックの前記第２の電極グループは、同じ行の全てのグループに共通の行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｘ］）に接続された少なくとも１つの第２の電極（ｗａｌｌｘ＿ｉ）を備え、各ブロックの前記第３の電極グループは、共通信号（Ｖｃｏｒｅ）に接続された少なくとも１つの第３の電極（ＥＬ＿ｉ，ｊ）を備え、各ブロックの前記第２の電極グループは、同じ行の全てのグループに共通の行信号（Ｖｒｏｗ＿ｊ［ｙ］）に接続された少なくとも１つの第４の電極（ｗａｌｌｙ＿ｉ）を更に備え、前記第３の電極（ＥＬ＿ｉ，ｊ）が前記第１の電極（ｅｌｌｅ＿ｊ）により隣接する２つの方向で側面位置され、前記第１の電極（ｅｌｌｅ＿ｊ）が前記第２の電極（ｗａｌｌｘ＿ｉ）および前記第４の電極（ｗａｌｌｙ＿ｉ）により側面位置されることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の前記第１の電極グループは、偶数の列指標を有する電極と奇数の列指標を有する電極とに区別され、前記各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の前記第２の電極グループは、偶数の行指標を有する電極と奇数の行指標を有する電極とに区別され、各ブロックの前記第３の電極グループは、共通信号（Ｖｃｏｒｅ）に接続された少なくとも１つの第３の電極（ＥＬ＿ｉ，ｊ）を備え、前記第１の電極グループは、偶数の列指標を有する同じ列のブロックに共通の列信号（Ｖｃｏｌ＿ｉ［Ｄ１］）または奇数の列指標を有する同じ列のブロックに共通の列信号（Ｖｃｏｌ＿ｉ［Ｄ２］）に接続された少なくとも１つの第１の電極と、偶数の列指標を有する同じ列のブロックに共通の列信号（Ｖｃｏｌ＿ｉ［Ｕ１］）または奇数の列指標を有する同じ列のブロックに共通の列信号（Ｖｃｏｌ＿ｉ［Ｕ２］）に接続された少なくとも１つの第２の電極を備え、前記第２の電極グループは、偶数の行指標を有する同じ行のブロックに共通の行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［Ｒ１］）または奇数の行指標を有する同じ行のブロックに共通の行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［Ｒ２］）に接続された少なくとも１つの第４の電極と、偶数の行指標を有する同じ行のブロックに共通の行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［Ｌ１］）または奇数の行指標を有する同じ行のブロックに共通の行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ［Ｌ２］）に接続された少なくとも１つの第５の電極とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
粒子（ＢＥＡＤ）を操作するための、請求項１４に記載の装置であって、
ｉ．行および列の状態で配置される電極グループのブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の第１の配列を形成する電極配列であって、各ブロックが、全てのブロックに共通の信号に接続された少なくとも１つの第１の電極（ＥＬ＿ｉ，ｊ）の第１のグループと、１つの回路（ＭＵＸ＿ｉ，ｊ）の出力信号に接続され、少なくとも１つの第２の回路（ＡＮＤ＿ｉ，ｊ）によって駆動される少なくとも１つの第２の電極（ｒｉｎｇ＿ｉ，ｊ）の第２のグループとを備える、電極配列と、
ｉｉ．異なる位相を有する少なくとも２つの異なる電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）を生成するための手段と、
ｉｉｉ．前記回路（ＡＮＤ＿ｉ，ｊ）を駆動するために同じ行の全てのブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）に共通の行信号（ｒｏｗ＿ｉ）と同じ列の全てのブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）に共通の列信号（ｃｏｌ＿ｊ）とを生成する手段であって、これらの信号によって、各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の前記少なくとも１つの第２の電極（ｒｉｎｇ＿ｉ，ｊ）に接続するための電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）が選択される手段と
を備えており、
第１のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）と第１のブロックに隣接する第２のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）とにより形成される各対毎に、信号を生成するための前記手段は、行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ）および列信号（Ｖｃｏｌ＿ｊおよびＶｃｏｌ＿ｊ＋１）に対して２つの異なる位相を印加することによって力の場の少なくとも１つの第１の形態（Ｆ＿ｉ）および１つの第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）の形成を決定するようになっており、それにより、力の場の前記第１の形態（Ｆ＿ｉ）は、前記粒子（ＢＥＡＤ）のための少なくとも１つの第１の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）および少なくとも１つの第２の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ＋１）を与え、前記安定平衡点は、配列の前記第１のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）および前記第２のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）上にそれぞれ位置されるとともに、力の場の前記第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）が前記第１の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）内に取り込まれる前記粒子（ＢＥＡＤ）を前記少なくとも１つの第２の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ＋１）の引力領域内へ押し込むようになっている、請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】
前記各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の前記第１の電極グループは、前記異なる電圧のうちの１つ（Ｖｐｈｉｎ）によって構成される全てのブロックに共通の信号に接続された少なくとも１つの第１の電極（ＥＬ＿ｉ，ｊ）を備え、前記第２の電極グループは、偏差器を構成する回路（ＭＵＸ＿ｉ，ｊ）の出力信号に接続された少なくとも１つの第２の電極（ｒｉｎｇ＿ｉ，ｊ）を備え、それにより、偏差器への入力における２つの異なる信号（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）のうちの１つだけを、行信号（ｒｏｗ＿ｉ）の値と列信号（ｃｏｌ＿ｊ）の値との間で論理機能を果たす更なる回路（ＡＮＤ＿ｉ，ｊ）の出力信号の値にしたがって偏差器からの出力で接続でき、前記第１の電極（ＥＬ＿ｉ，ｊ）が前記第２の電極（ｒｉｎｇ＿ｉ，ｊ）によって取り囲まれることを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
粒子（ＢＥＡＤ）を操作するための、請求項１４に記載の装置であって、
ｉ．第４の電極グループを備える第２の配列である２次元の電極配列であって、前記各第４の電極グループが、第１のワイヤ手段によって第１の信号（Ｖ１＿ｊ；Ｓ１）に接続される少なくとも１つの第１の電極と、第２のワイヤ手段によって第２の信号（Ｖ２＿ｊ；Ｓ２）に接続される少なくとも１つの第２の電極と、第３のワイヤ手段によって第３の信号（Ｖ３＿ｊ；Ｓ３）に接続される少なくとも１つの第３の電極とによって構成され、それにより、前記第４の電極グループの組が選択された方向で前記粒子（ＢＥＡＤ）を移動させるようになっている少なくとも１つの第１のレーン（ＶＲＣＨＪ；Ｃ＿ＳＴＯＲＥ）を形成し、前記少なくとも１つの第１のレーンは、前記電極のグループでありブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の前記第１の配列の少なくとも１つの前記行または前記列の電極に平行に配置された前記第４の電極グループによって規定される、電極配列と、
ｉｉ．異なる位相を有する少なくとも２つの異なる電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）を生成するための手段と、
ｉｉｉ．前記第１のワイヤ手段と前記第２のワイヤ手段と前記第３のワイヤ手段とに従って、前記電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）を、前記少なくとも１つの第１の信号（Ｖ１＿ｊ；Ｓ１）と、第２の信号（Ｖ２＿ｊ；Ｓ２）と、第３の信号（Ｖ３＿ｊ；Ｓ３）とに分配するための手段と
を備えており、
前記少なくとも１つの第１のレーン（ＶＲＣＨＪ；Ｃ＿ＳＴＯＲＥ）は、前記粒子（ＢＥＡＤ）のための少なくとも１つ以上の第１の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）を形成するようになっている力の場の少なくとも１つの第１の形態（Ｆ＿ｉ）を生成するものであり、前記安定平衡点は、前記少なくとも１つの第１のレーン（ＶＲＣＨＪ；Ｃ＿ＳＴＯＲＥ）上に位置されるとともに、少なくとも１つの粒子（ＢＥＡＤ）が前記少なくとも１つの前記第１の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）に取り込まれ且つ前記粒子を前記第１のレーン（ＶＲＣＨＪ；Ｃ＿ＳＴＯＲＥ）に沿って移動させると同時に、前記第４の電極グループの電極に対して前記信号上の少なくとも３つの異なる位相の電圧（Ｖ１＿ｊ，Ｖ２＿ｊ，Ｖ３＿ｊ；Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を印加することによって第１のレーン上に予め生成されて存在する前記第１の安定平衡点の全てを移動するようになっている、請求項１４に記載の装置。
【請求項２２】
前記第２の電極配列は、前記粒子（ＢＥＡＤ）の操作のために行および列の状態で配置される第５の電極グループのブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の配列を更に備え、前記第２の配列の前記第５の電極グループの各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）は、
ｉ．前記第２の配列の前記第５の電極グループの同じ列の全てのブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）に共通の列信号（Ｖｃａｇｅ＿ｊ，Ｖｃｏｌ＿ｊ）に接続された第１の電極の集合と、
ｉｉ．前記第２の配列の前記第５の電極グループの同じ行の全てのグループに共通の行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ）に接続された第２の電極の集合と、
ｉｉｉ．前記第２の配列の前記第５の電極グループの全てのブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）に共通の信号（Ｖｐ＿ｊ）に接続された第３の電極の集合と、
を備え、
前記第２の配列の前記第５の電極グループの各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）は、互いに並んで配置され及び／又は前記少なくとも１つの第１のレーンと並んで配置される前記粒子のためのパーキングセル（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）を構成するものであり、
前記装置は、前記電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）を前記行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ）と前記列信号（Ｖｃａｇｅ＿ｊ，Ｖｃｏｌ＿ｊ）と前記共通信号（Ｖｐ＿ｊ）とに分配するための手段を更に備え、それにより、前記第２の配列の前記第５の電極グループの各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）は、行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ）および列信号（Ｖｃａｇｅ＿ｊ，Ｖｃｏｌ＿ｊ）に対して２つの異なる位相の電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）を印加することによって力の場の少なくとも１つの第１の形態（Ｆ＿ｉ）および１つの第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）を生成することができ、これにより、力の場の前記第１の形態（Ｆ＿ｉ）は、前記第２の配列の前記第５の電極グループの前記ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）に位置された前記粒子（ＢＥＡＤ）のための少なくとも１つの第２の安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）を与えるとともに、力の場の前記第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）は、前記粒子（ＢＥＡＤ）を、前記少なくとも１つの第１のレーン（ＶＲＣＨ＿ｊ）の電極によって形成され且つ前記少なくとも１つのレーン（ＶＲＣＨ＿ｊ）に沿って移動可能な前記少なくとも１つの第１の安定平衡点の引力領域内へ押し込むことを特徴とする、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）を前記行信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ）及び／又は前記列信号（Ｖｃａｇｅ＿ｊ，Ｖｃｏｌ＿ｊ）及び／又は前記共通信号（Ｖｐ＿ｊ）に分配するための前記手段は、信号調整回路及び／又はメモリ素子によって構成されることを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）を前記少なくとも１つの第１の信号（Ｖ１＿ｊ）、１つの第２の信号（Ｖ２＿ｊ）、および１つの第３の信号（Ｖ３＿ｊ）に分配するための前記手段は、信号調整回路及び／又はメモリ素子によって構成されることを特徴とする、請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
電極のブロックの前記第２の配列は、
ｉ．第４の信号（Ｔ１）に接続される少なくとも１つの第１の電極と、第５の信号（Ｔ２）に接続される少なくとも１つの第２の電極と、第６の信号（Ｔ３）に接続される少なくとも１つの第３の電極とによってそれぞれが構成される第４の電極グループであって、前記第２の電極グループの組が前記粒子（ＢＥＡＤ）を選択された方向に移動させるようになっている少なくとも１つの第２のレーン（Ｃ＿ＴＭＰ）を形成するようになっている、第４の電極グループと、
ｉｉ．前記第１および前記第２の少なくとも１つのレーンにそれぞれ属する隣接する電極によって形成される少なくとも１つの交換点と、
ｉｉｉ．前記電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）を前記少なくとも１つの第４の信号（Ｔ１）、第５の信号（Ｔ２）、および第６の信号（Ｔ３）に分配するための手段と
を更に備え、
これにより、少なくとも１つの第１および第２のレーン（Ｃ＿ＳＴＯＲＥおよびＣ＿ＴＥＭＰ）はそれぞれ、力の場の少なくとも１つの第１の形態（Ｆ＿ｉ）と１つの第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）とを選択的に生成するようになっており、それにより、力の場の前記第１の形態（Ｆ＿ｉ）は、前記第１および第２のレーン（Ｃ＿ＳＴＯＲＥまたはＣ＿ＴＥＭＰ）のそれぞれに少なくとも１つの第１の安定平衡点および１つの第２の安定平衡点を与え、前記安定平衡点は、少なくとも１つの粒子（ＢＥＡＤ）が前記少なくとも１つの第１または第２の安定平衡点に取り込まれるようになっているとともに、前記レーン（Ｃ＿ＳＴＯＲＥまたはＣ＿ＴＥＭＰ）に沿って移動させることができる同時に、前記第４および第６の電極グループの電極に対して前記信号上の少なくとも３つの異なる位相の電圧（Ｓ１及び／又はＳ２及び／又はＳ３及び／又はＴ１及び／又はＴ２及び／又はＴ３）を印加することによって第１または第２のレーン上に存在する前記第１または第２の安定平衡点の全てを移動するようになっており、力の場の前記第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）は、前記交換点に形成されるとともに、第２のレーン（Ｃ＿ＴＥＭＰ）の電極によって得られる前記少なくとも１つの第２の安定平衡点の引力領域内へ前記粒子（ＢＥＡＤ）を押し出すようになっていることを特徴とする、請求項２１に記載の装置。
【請求項２６】
少なくとも３つの電圧（Ｖ１、Ｖ２およびＶ３）によって駆動される１つ以上の第１のレーン（ＶＣ＿１）と、少なくとも３つの信号（Ｈ１、Ｈ２およびＨ３）によって駆動される少なくとも１つの第２のレーン（ＨＣＯＮＶ）とを備えるとともに、前記第１のレーン（ＶＣ＿１）と前記第２のレーン（ＨＣＯＮＶ）との間に少なくとも１つの第１の交換点を有する少なくとも１つの第１のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）と、少なくとも１つの第２のマイクロチャンバ（ＲＣＨ）とを備え、第２のマイクロチャンバは、少なくとも３つの信号（Ｒ１，Ｒ２およびＲ３）によって駆動され、電極のブロックの前記第２の配列の電極によって形成される少なくとも１つの第３のレーン（ＲＣＯＮＶ）と、前記第２のレーン（ＨＣＯＮＶ）と前記第３のレーン（ＲＣＯＮＶ）との間の少なくとも１つの第２の交換点とを備え、それにより、粒子を、前記第１のレーン（ＶＣ＿１）および前記第２のレーン（ＨＣＯＮＶ）と前記少なくとも１つの第１の交換点および少なくとも１つの第２の交換点とを介して、前記第１のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）から前記第２のマイクロチャンバ（ＲＣＨ）へと移動させることができることを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
少なくとも３つの信号（Ｖ１、Ｖ２およびＶ３）によって駆動される少なくとも１つの第１のレーン（ＶＣ＿１）と、少なくとも３つの信号（Ｈ１、Ｈ２およびＨ３）によって駆動される少なくとも１つの第２のレーン（ＨＣＯＮＶ）とを備えるとともに、前記第１のレーン（ＶＣ＿１）と前記第２のレーン（ＨＣＯＮＶ）との間に第１の交換点を有する少なくとも１つの第１のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）と、少なくとも１つの第２のマイクロチャンバ（ＲＣＨ）とを備え、第２のマイクロチャンバは、電極のブロックの前記第２の配列の電極によって形成され、前記第１のレーンと同期し且つ前記少なくとも３つの信号（Ｖ１、Ｖ２およびＶ３）によって駆動される少なくとも１つの第３のレーン（ＲＣＯＮＶ）と、信号（ＴＨＲ）によって駆動される前記第２の配列の電極を用いて得られる前記第３のレーン（ＲＣＯＮＶ）と前記第２のレーン（ＨＣＯＮＶ）との間の少なくとも１つの第２の交換点とを備え、それにより、粒子を、前記第１のレーン（ＶＣ＿１）および前記第２のレーン（ＨＣＯＮＶ）と前記第１および第２の交換点とを介して、前記第１のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）から前記第２のマイクロチャンバ（ＲＣＨ）へと移動させることができることを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記電圧（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）を前記信号へ分配するための前記手段は、信号調整回路及び／又はメモリ素子によって得られることを特徴とする、請求項２５または請求項２６または請求項２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
高分子材料からなるダイアフラム（ＣＨＷ）によって２つのマイクロチャンバ（ＭＣＨ、ＲＣＨ）に分けられ、第１のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）は、
ａ．垂直の閉じられたループ（ＶＣ１＿１…ＶＣ１＿ＮＣＶおよびＶＣ２＿１…ＶＣ２＿ＮＣＶ）を形成する第１の多数の前記レーンおよび第２の多数の前記レーンであって、各レーン上の３つの電極のグループのそれぞれの反復（Ｉ＿１…Ｉ＿ＮＩ）で繰り返し関連付けられる３つの位相（Ｖ１、Ｖ２およびＶ３）により前記粒子（ＢＥＡＤ）を取り込むために複数（ＮＩ）の前記安定平衡点（ＣＡＧＥ）のそれぞれを形成するようになっている、第１の多数の前記レーンおよび第２の多数の前記レーンと、
ｂ．それぞれ上側のレーンおよび下側のレーンである第１の水平レーンおよび第２の水平レーン（ＨＣＯＮＶ＿ＵＰ、ＨＣＯＮＶ＿ＤＯＷＮ）であって、４つの位相（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３およびＨ４）によって駆動されるとともに、前記位相のうちの１つ（Ｖ２＋Ｈ３）でアクティブな垂直レーンを有する複数（ＮＣＶ）の交換点を備え、それにより、少なくとも１つの安定平衡点の内容物を垂直レーンから第１の水平レーンまたは第２の水平レーンへと同時に移動させることができる、第１の水平レーンおよび第２の水平レーン（ＨＣＯＮＶ＿ＵＰ、ＨＣＯＮＶ＿ＤＯＷＮ）と、
ｃ．４つの位相（ＡＵＸ１、ＡＵＸ２、ＡＵＸ３およびＡＵＸ４）によって駆動されるとともに、互いに対応する位置に配置される、上側水平レーン（ＨＣＯＮＶ＿ＵＰ）を有する複数（ＮＣＡＵＸ１）の交換点と、下側水平レーン（ＨＣＯＮＶ＿ＤＯＷＮ）を有する同じ数（ＮＣＡＵＸ２）の交換点とを備える第３の水平レーン（ＨＣＯＮＶ＿ＡＵＸ）と、
ｄ．前記電極を介して生成される力の場の安定平衡点によって規定される前記粒子のための独立にプログラム可能な引力ケージの配列を使用時に形成するようになっている完全にプログラム可能な電極配列と、
ｅ．配列から望ましくない粒子を除去する機能を有する、前記垂直レーン（ＶＣ１＿ｉおよびＶＣ２＿ｊ）にほぼ類似する様式で３つの位相により駆動され、前記第２の配列の複数の電極からなる、第１の垂直ダンプレーンおよび第２の垂直ダンプレーン（ＶＣＷ＿ＵＰおよびＶＣＷ＿ＤＯＷＮ）と、
ｆ．配列に対して反対側に位置された前記第１のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）の部分に配置される他の前記垂直レーン（ＶＣ１＿ｉおよびＶＣ２＿ｊ）の寸法の約２倍の寸法を有する、前記第２の配列の複数の電極からなる垂直な長いダンプレーン（ＶＣＷ＿ＬＯＮＧ）と
を備えることを特徴とする、請求項２５〜２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記第２のマイクロチャンバ（ＲＣＨ）は、４つの位相（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４）によって駆動され、前記配列から出る対象の粒子を２つのマイクロチャンバ間の連通路を構成する高分子材料（ＣＨＷ）からなる前記ダイアフラムの不連続部を介して第２のマイクロチャンバへ運ぶための、前記第２の配列の複数の電極からなる出口レーン（ＲＣＯＮＶ）と、前記補助水平レーンによって特定される１つの同じ直線ライン上にほぼ位置し、４つの位相（ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３およびＦＢ４）により駆動され、前記第２の配列の複数の電極からなる水平フィードバックレーン（ＨＣＯＮＶ＿ＦＢ）とを備え、これにより、粒子を、出口レーン（ＲＣＯＮＶ）から、したがって、第２のマイクロチャンバ（ＲＣＨ）から、再びダイアフラム（ＣＨＷ）の前記通路を介して配列内へ戻すことができることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
電極のブロックの前記第１の配列および前記第２の配列の前記電極がほぼ平らな基板（ＳＵＢ）上に形成され、前記第１の基板（ＳＵＢ）から離間してこれと対向配置される更なる基板（ＬＩＤ）上に形成された更なる電極（ＩＴＯ）を備え、前記更なる電極（ＩＴＯ）が更なる電気信号に対して電気的に接続されることを特徴とする、請求項１４〜３０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
水溶性懸濁液中の或いは組織状態で集められたセルまたは粒子（ＢＥＡＤ）を検出し及び／又は特徴付け及び／又は定量化し及び／又は認識するための、請求項１４に記載の装置であって、
ｉ．前記第１の電極の同じ行の全ての電極に共通する少なくとも１つの行信号（Ｒｉ）に接続された、電極のブロックの前記第１の配列の少なくとも１つの第１の電極と、電極のブロックの前記第１の配列の少なくとも１つの第２の電極であって、前記第１の電極に隣接し、前記第２の電極の同じ列の全ての電極に共通する少なくとも１つの列信号（Ｃｊ）に接続された、少なくとも１つの第２の電極と、
ｉｉ．少なくとも１つの電圧（Ｖｉｎ）を生成するための手段と、
ｉｉｉ．行（Ｒｉ）と列（Ｃｊ）との交差部によって与えられるインピーダンス（ＺＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）を読み取るための少なくとも１つの回路と、
ｉｖ．前記電圧（Ｖｉｎ）を前記少なくとも１つの行信号（Ｒｉ）に分配する手段（ＭＲｉ）および前記少なくとも１つの列信号（Ｃｊ）を前記少なくとも１つの読み取り回路に分配する手段（ＭＣｊ）と
を備えており、
電極のブロックの前記第１の配列の電極の列（Ｃｊ）に前記読み取り回路を接続することにより、および、電極のブロックの前記第１の配列の電極の行（Ｒｉ）に対して前記電圧を印加することにより、前記読み取り回路の出力信号（Ｖｏｕｔ及び／又はｏｕｔ）が前記列と前記行との間のインピーダンス（ＺＣＡＧＥ＿ｉｊ）の値によって影響される、請求項１４に記載の装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の装置であって、１つ以上の粒子（ＢＥＡＤ）の存在に起因する１つ以上の電位ホール（ＣＡＧＥ）でのインピーダンスの変化を読み取るための手段を備えることを特徴とする、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
インピーダンスの変化を読み取るための前記手段は、少なくとも１つの行（Ｒｉ）と少なくとも１つの列（Ｃｊ）との間の交差に起因して少なくとも１つ以上の粒子（ＢＥＡＤ）がインピーダンスの値を変えるように行信号（Ｒｉ）および列信号（Ｃｊ）によって得られることを特徴とする、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記列信号（Ｃｊ）が第１のほぼ平らな基板（ＳＵＢ）上で得られ、前記行信号（Ｒｉ）は、前記第１の基板（ＳＵＢ）から離間してこれと対向配置される更なる基板（ＬＩＤ）上で得られることを特徴とする、請求項３２〜３４のずれか１項に記載の装置。
【請求項３６】
粒子（ＢＥＡＤ）を操作するための、請求項１４に記載の装置であって、
ｉ．少なくとも１つの電圧（Ｖｐｈｉｎ）を生成するための手段と、
ｉｉ．前記電気信号（Ｖｐｈｉｎ）に接続される少なくとも１つの電極（ＥＬ）と
を備えており、
前記少なくとも１つの電極は、グリッドと、前記電気信号を前記電極に対して印加する結果として、前記粒子（ＢＥＡＤ）のための安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）とを形成するためのホールを備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項３７】
請求項１４に記載の粒子（ＢＥＡＤ）を操作し且つ検出し及び／又は識別するための装置であって、前記安定平衡点に取り込まれる１つ以上の粒子（ＢＥＡＤ）の存在に起因する１つ以上の前記安定平衡点に反射され及び／又は伝えられる光（ＬＩＧＨＴ）の強度の変化を読み取るための手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項３８】
反射され及び／又は伝えられる光の強度の変化を読み取るための前記手段は、移動ヘッド（ＳＥＮＳＨＥＡＤ）上に配置され且つ基板（ＳＵＢ）から離間する１つ以上の光センサ（ピクセル）の配列を備え、それにより、各安定平衡点における反射され及び／又は伝えられる光（ＬＩＧＨＴ）の変化の読み取りは、ヘッドと基板との間の相対的な動きにより前記平衡点に対して前記ヘッドを位置合わせすることによって得ることができることを特徴とする、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
反射され及び／又は伝えられる光の強度の変化を読み取るための前記手段は、前記基板（ＳＵＢ）内に組み込まれる１つ以上の光センサ（ピクセル）の配列を備えることを特徴とする、請求項３７に記載の装置。
【請求項４０】
光の強度の変化を読み取るための前記手段は、前記第１の基板（ＳＵＢ）の下側または前記第２の基板（ＬＩＤ）の上に配置された更なる基板（ＯＰＴＩＳＥＮＳ）内に位置される１つ以上の外部光センサ（ピクセル）の配列を備えることを特徴とする、請求項３７に記載の装置。
【請求項４１】
レンズ（ＭＩＣＲＯＬＥＮＳＥＳ）の配列を備え、各レンズは、前記粒子（ＢＥＡＤ）のための前記安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）を設けることができる各電極または電極グループ（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）に対応する位置に入射光を集光することを特徴とする、請求項３９または請求項４０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子の操作及び／又は検出のための方法および装置に関する。本発明は、主
に、個々の細胞（セル）に関する生物学的なプロトコルの実施において用途を見出す。
【背景技術】
【０００２】
Ｇ．Ｍｅｄｏｒｏの名の下における特許ＰＣＴ／ＷＯ  ００／６９５６５号公報は、閉
じられた誘電泳動電位ケージの使用による粒子の操作のための装置および方法について記
載している。前記方法は、２次元空間において全ての他の粒子とは無関係に各粒子の位置
を制御する方法を教示している。懸濁液中の粒子を取り込むために使用される力はマイナ
スの誘電泳動である。操作動作における個々の制御は、１つの同じ基板中に組み込まれる
電極の配列の各素子に関連する回路およびメモリ素子をプログラムすることによって行な
われる。プログラミングに必要なエレクトロニクスを個々の電極に対応する空間内に組み
込む必要性により制限される、各トラップの寸法に起因する重要な制限を伴う。また、Ｇ
．Ｍｅｄｏｒｏ  ｅｔ  ａｌ．，３，３１７−３２５（２００３）ＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏ
ｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌには、その制御が基板自体に組み込まれるトランジスタの使用を必
要としない平行な細長い電極の使用に基づくセルの操作のための装置について記載されて
いる。細長い電極の形状および空間的な分布により、円筒形状のトラップの形成が可能に
なり、それにより、粒子のグループをトラップすることができる。個々の粒子の独立の操
作が不可能なことに起因する重大な制限を伴う。
【０００３】
誘電泳動に基づく粒子の操作のための他の方法は、Ｔ．Ｓｃｈｎｅｌｌｅ  ｅｔ  ａｌ
．，Ｂｉｏｃｈｉｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ａｃｔａ  １１５７，１２７−１４０（１９９３
）によって記載されるように、多数の粒子に対する独立制御ができない。多数の細胞（セ
ル）間の相互作用の研究を必要とする用途において重要な制限を伴う。
【０００４】
誘電泳動に基づく他の方法は、セルと基板との直接的な接触を必要とする。これは、こ
れらの方法がプラスの誘電泳動（ＰＤＥＰ）の力を使用するからである。特に、Ｊ．Ｓｕ
ｅｈｉｒｏ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３１，３２９８−３３０５（１
９９８）には、プラスの誘電泳動（ＰＤＥＰ）の力によって粒子を基板に引き付けること
ができるトラップの形成を想定する方法が記載されている。その結果、粒子は、基板に付
着し、そこから引き離されて、マイナス誘電泳動（ＮＤＥＰ）の力の適切な分布によって
新たな領域へと押し出され得る。セルに対する修復不可能なダメージを引き起こす危険に
加えて、例えば、導電性が高い生理学的溶液を使用できない、あるいは、ポリスチレンミ
クロスフエァと共に作用できないなどの幾つかの重要な制限を伴う。これは、いずれの場
合も、プラス誘電泳動の力を作用させるのに必要な条件が存在しないからである。
【０００５】
同様に、Ｂｅｃｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ．の名の下における米国特許第６，２９４，０６３
号公報は、プログラム可能な力の分布によって固体、液体または気体の生物学的材料のパ
ケットを操作するための方法および装置について記載している。また、この場合、方法お
よび装置の動作において、反応の表面との接触が不可欠である。しかし、最も大きな制限
は、受動基板を使用することが望ましい場合に電極の数（ｎ×ｍ）に対応する制御信号の
数（ｎ×ｍ）が必要であるということである（したがって、あまり高価なものではない）
。電極の数を数百または数千程度に増大するためには、ｎ×ｍ電極を独立にアドレス指定
し且つ制御信号を局所的に生成するためのトランジスタを含むＰ．Ｒ．Ｃ．Ｇａｓｃｏｙ
ｎｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ｌａｂ  Ｃｈｉｐ，２００４，４，２９９−３０９に説明されるよ
うな能動基板を使用する必要がある。このようにして、チップへの入力信号の数を許容可
能な限界内に維持することができる。
【０００６】
液体粒子（液滴）を操作するための他の周知の方法は、Ｔ．Ｂ．Ｊｏｎｅｓ，Ｊｏｕｒ
ｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉ
ｎｇ，１５（２００５）１１８４−１１８７に記載される誘電体上でのエレクトロウェッ
ティング（ＥＷＯＤ）である。この場合、基板上に形成される電極によって及ぼされる電
場は、気相によって取り囲まれる液滴の推進を給電された一連の電極によって制御される
方向で可能にする。この原理に基づくデバイスは、Ｐａｍｕｌａ  ｅｔ  ａｌ．，の名の
下で米国特許出願２００４／００５８４５０Ａ１によって教示されるような蓋（これも誘
電体でコーティングされる）または基板の上の液滴との電気接点を確定する「チェーン」
と称される単なるワイヤ（Ｊ．Ｂｅｒｔｈｉｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，ＮＳＴＩ  Ｎａｎｏｔ
ｅｃｈ  ２００５，ｗｗｗ．ｎｓｔｉ．ｏｒｇ，ｖｏｌ．１，２００５）を含めることに
よって得ることができる。誘電泳動の使用に関して前述した方法と同様の方法で、ＥＷＯ
Ｄによって完全に２次元の配列上の粒子を操作するために、既知の技術で報告される実施
形態は、配列の電極の数に対応する入力信号を使用する手段またはトランジスタを有する
能動基板を使用する手段をとる。
【０００７】
粒子を操作するための更なる力は、電気流体力学的（ＥＨＤ）流れ、例えば電熱（ＥＴ
Ｆ）流れ或いはＡＣ電気浸透などによって形成される粘性摩擦力である。Ｎ．Ｇ．Ｇｒｅ
ｅｎ，Ａ．Ｒａｍｏｓ  ａｎｄ  Ｈ．Ｍｏｒｇａｎ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．３３（２０００）においては、粒子を移動させるためにＥＨＤ流れが使用されて
いる。例えば、特許ＰＣＴ  ＷＯ２００４／０７１６６８  Ａ１は、前述した電気流体力
学的流れを利用して電極上に粒子を集めるための装置について記載している。
【０００８】
２次元空間内での個々の操作粒子に関しては他の方法が知られている。しかしながら、
これらは、いわゆる光ピンセットまたは光電子ピンセット、すなわち、プログラム可能な
外部光源の使用を伴う。結果として得られるものは、多くの用途で望ましくない特性を示
す扱いにくい高価なシステムである。特に、Ａ．Ｔ．Ｏｈｔａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｔｅｃｈ
．Ｄｉｇ．ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒ，Ａｃｔｕａｔｏｒ  
ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，２１６−２１９（２００４）は
、前記技術の可能な実施について記載している。
【０００９】
既知の技術の制限は、使用される力に応じて接触を伴い或いは伴わずに２次元空間内で
の多数の粒子の独立操作を可能にする本発明によって克服される。本発明に係る方法の実
施は、基板中に組み込まれるメモリ素子または電子回路の使用を必要としない。本発明に
係る方法および装置の様々な実施形態は、ｎ＋ｍ個程度の数の制御信号、あるいは、ｎ個
または１０個未満の制御信号を用いた任意のサイズのｎ×ｍ２次元配列での粒子の操作を
可能にし、それにより、異なる歩み寄りにしたがって、粒子の移動の平行度および自由度
を減らし、その結果、一連の移動を行なうためのステップの数（実行の時間に明らかに関
連するパラメータ）を減らす。
【００１０】
トランジスタを伴わない基板を用いて本発明の方法を行なうことができるが、能動基板
を使用して本発明に係る装置を構成する配列の個々の要素の寸法全体を既知の技術に比べ
て減らすことによって或いは外部制御信号の全体数を減らすことによって利益を得ること
もできる。
【００１１】
セルの操作の可能性に加えて、本発明は、使用される技術に応じて同じ基板上に前記動
作を組み入れることによる或いは異なる基板上に形成されるアクチュエータおよびセンサ
とインタフェースをとることよる操作と検出との組み合わせ方法を教示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、経時変化する不均一な力の場を用いて粒子を操作する（後述するように過剰
な意味で）ための及び／又はそれらの検出のための方法および装置に関する。力の場は、
粒子（個体、液体または気体）のための安定平衡点の組によって特徴付けられるプラス誘
電泳動またはマイナス誘電泳動、電気泳動または任意の電気流体工学的な動きであっても
よい。同じ方法は、「誘電体上におけるエレクトロウェッティング」（ＥＷＯＤ）の名前
の下で国際科学共同体に知られる効果を利用する液滴（液体粒子）の操作に適用できる。
本発明の目的は、サンプル中に存在する各粒子の位置の制御に影響を与えて、前記粒子を
互いに独立に初期位置からデバイスのマイクロチャンバ内の所与の空間内の最終位置の組
に属する任意の要素へと移動させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
方法の第１の実施形態において、要素の均一配列内の各平衡点は、１つの粒子または粒
子のグループを含みうる。前記各平衡点は、隣接する平衡点のうちの任意の１つと区別な
く結合することができ、それにより、取り込まれた粒子はその引力領域を共有できる。こ
の制御は、力の生成のために必要な電圧を分配するために使用される同じ行または列に属
する全ての要素によって共有される信号に対して排他的に作用することにより行なわれる
。本発明によれば、各経路は、引力の隣接する領域の結合によって構成される一連の基本
ステップに分けることができ、それにより、各粒子を初期位置から最終目的位置へと案内
することができる。本発明の対象の形成は、ｎ×ｍのサイズの配列におけるｎ＋ｍ＋２個
の制御信号およびｎ＋２ｍ＋２個の制御信号によって構成される装置を用いた方法の幾つ
かの実用的な実施でもある。
【００１４】
方法の第２の実施形態において、制御は、配列の各要素に関連する偏向器を制御するた
めに使用されるデジタル信号に排他的に作用して、力の生成のために必要な電圧を分配す
ることによって行なわれる。本発明の目的は、ｎ×ｍ配列における力の生成に必要な２つ
の電圧の分配の制御のためにｎ＋ｍ個のデジタル信号によって構成される装置でもある。
【００１５】
方法の更なる実施形態において、要素の不均一配列における各平衡点は、１つの粒子ま
たは粒子のグループを収容する（我々は、前記要素を「パーキングセル」と呼ぶ）ため或
いは予め設定された方向に粒子を輸送する（我々は、前記要素を「レーン」または「コン
ベア」と呼ぶ）ために設けられる。本発明によれば、各経路は、輸送の予め設定された領
域からの入口または出口によって構成される一連の基本ステップに分けることができ、そ
れにより、各粒子を初期位置から任意の最終目的位置へと案内することができる。
【００１６】
方法の更なる実施形態において、平衡点は、特定のレーンに沿って同期して移動するよ
うにグループで制約される。グループ間の交換点により、粒子は、１つのグループから他
のグループへ通過することができ、すなわち、レーンを変えることができる。これらの更
なる制約にもかかわらず、方法は、いかなる場合でも、個々の粒子の操作を行なうことが
でき、また、一連のステップの後、変えられていない他の全ての粒子の位置をそのままに
しつつ、単一の粒子を移動させることができる。
【００１７】
また、本発明の目的は、トランジスタまたはメモリ素子を伴う或いは伴わない、経時変
化する電位が印加される電極の配列によって構成された、前述した方法の一部を有利に利
用できるようにするデバイスである。
【００１８】
また、本発明の目的は、インピーダンス計及び／又は光センサによって粒子を識別し及
び／又は定量化し及び／又は特徴付けるための一群の装置である。センサとアクチュエー
タとの組み合わせは、複雑な動作の自動化にとって特に有益であるが、いかなる場合でも
、センサ（組み込まれてもよいが、外部であってもよい）における高い感度領域で正確に
個別化されるべき粒子を位置決めするのに有益であるのは言うまでも無く、したがって、
測定の感度がかなり高められる。
【００１９】
本発明の説明
以下において、用語「粒子」は、細胞（セル）、細胞以下の要素、ウイルス、リポソー
ム、ニオソーム、ミクロスフェア、およびナノスフェア、または、例えば高分子、タンパ
ク質、ＤＮＡ、ＲＮＡなどの更に小さい実体、および、懸濁媒体と混和できない液滴、例
えば水中の油または油中の水、あるいは、ガス中の液滴（空気中の水など）あるいは液体
中の気泡（水中の空気など）などの天然のものまたは人工のもののミクロレベルまたはナ
ノレベルの実体を示すために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電極配列によって力の場を生成する原理を示している。
【図２】アドレス可能な電極の給電に起因する効果の組み合わせを示している。
【図３】誘電泳動ケージの形成のためのアドレス可能な要素の配列を示している。
【図４】アドレス可能なネスト化された電極を用いたトランジスタを伴わないデバイスの断面を示している。
【図５】２つのみのアドレス可能電極に関連する効果の組み合わせに基づく、トランジスタを伴わない操作方法の実施のためのデバイスを示している。
【図６】試作品の画像および２つだけのアドレス可能電極を用いた装置の試作品の実施のために必要な３つのマスクの一部を示している。
【図７】実験結果および２つだけのアドレス可能電極を用いたトランジスタを伴わないデバイスにおける右に１ステップだけ粒子を移動させるための基本ステップのシーケンスを示している。
【図８】２つだけのアドレス可能電極を用いたトランジスタを伴わないデバイスにおける下に１ステップだけ粒子を移動させるための基本ステップのシーケンスを示している。
【図９】２つだけのアドレス可能電極を用いたトランジスタを伴わないデバイスにおける一般的な経路に沿う粒子の操作の実験結果を示している。
【図１０】２つだけのアドレス可能電極を用いたデバイスにおける右または下への操作のステップを行なうための電圧の位相のシーケンスを示している。
【図１１】４つのアドレス可能電極の給電に関連する効果の組み合わせに基づく、トランジスタを伴わない操作の方法の実施のためのデバイスを示している。
【図１２】４つのアドレス可能電極を用いたトランジスタを伴わないデバイスにおいて右、下、右左へ１ステップだけ粒子を移動させるための基本ステップのシーケンスを示している。
【図１３】３つのアドレス可能電極の給電に関連する効果の組み合わせに基づく、トランジスタを伴わない操作の方法の実施のためのデバイスを示している。
【図１４】３つのアドレス可能電極を用いたトランジスタを伴わないデバイスにおいて右へ１ステップだけ粒子を移動させるための基本ステップのシーケンスを示している。
【図１５】３つのアドレス可能電極を用いたトランジスタを伴わないデバイスにおいて下へ１ステップだけ粒子を移動させるための基本ステップのシーケンスを示している。
【図１６】３つのアドレス可能電極を用いた右または下への操作のステップを行なうための電圧の位相のシーケンスを示している。
【図１７】試作品の画像および３つのアドレス可能電極を用いた装置の試作品の実施のために必要な３つのマスクの一部を示している。
【図１８】１つだけのアドレス可能電極を用いたメモリ素子を伴わない操作の方法の実施のためのデバイスを示している。
【図１９】１つだけのアドレス可能電極を用いたメモリ素子のプログラミングを伴わない右へ１ステップだけ粒子を移動させるための基本ステップのシーケンスを示している。
【図２０】前記粒子を配列の１つの素子から他の素子へと運ぶための通路および誘電泳動ケージ内に粒子を留めておくためのアドレス可能素子の配列を示している。
【図２１】前記粒子を配列の１つの素子から他の素子へと運ぶための通路および誘電泳動ケージ内に粒子を少数だけ留めておくためのアドレス可能素子の配列を示している。
【図２２】粒子を第１のマイクロチャンバから第２のマイクロチャンバへ選択的に輸送するための方法の可能な使用を示している。
【図２３】通路およびパーキングセルを用いたトランジスタを伴わない操作方法の実施のための第１の装置を示している。
【図２４】通路およびパーキングセルを用いたトランジスタを伴わない操作方法の実施のための第２の装置を示している。
【図２５】通路およびパーキングセルを用いた装置の操作の基本ステップを実行するための電圧の位相のシーケンスを示している。
【図２６】円形状態に閉じる２つのレーンを用いて粒子を操作するための方法の実施を示している。
【図２７】正方形電極の配列の場合における２つのレーン間の粒子の交換に必要なステップのシーケンスを示している。
【図２８】六角形電極の配列の場合における２つのレーン間の粒子の交換に必要なステップのシーケンスを示している。
【図２９】９個の制御信号に基づくトランジスタを伴わないレーンを用いた粒子の操作のための装置を示している。
【図３０】７個の制御信号に基づくトランジスタを伴わないレーンを用いた粒子の操作のための装置を示している。
【図３１】トランジスタを伴わない別個のレーンおよびチャンバを用いた粒子の操作のための装置を示している。
【図３２】トランジスタを伴わない、レーン、完全にプログラム可能なマトリクス配列、および別個のチャンバを用いた粒子の操作のための装置を示している。
【図３３】図３２の粒子の操作のための装置の垂直レーンと水平レーンとの間での粒子の通過のための交換点を示している。
【図３４】図３２の粒子の操作のための装置の特定のグループおよび要素の垂直レーンと水平レーンとの間での粒子の交換に必要なステップのシーケンスを示している。
【図３５】図３２の粒子の操作のための装置の、同じグループの異なる要素に属する垂直コンベアにおける、垂直コンベアと特定のグループおよび要素の水平コンベアとの間の交換中の動作を示している。
【図３６】完全にプログラム可能なマトリクス配列の直ぐ近傍における図３２の粒子の操作のための装置の部分を示している。
【図３７】完全にプログラム可能なマトリクス配列から廃棄レーンへの粒子の通過に必要なステップのシーケンスを示している。
【図３８】完全にプログラム可能なマトリクス配列から補助レーンへの粒子の通過のための交換点を示している。
【図３９】補助レーンから廃棄レーンへの長い間にわたる粒子の通過のための交換ゲートを示している。
【図４０】完全にプログラム可能なマトリクス配列から出口レーンへの粒子の通過のための交換ゲートを示している。
【図４１】図３２の粒子の操作のための装置の出口レーンを示している。
【図４２】図３２の粒子の操作のための装置を構成するチップのアクティブ領域を取り囲むループの周方向の拡張を示している。
【図４３】インピーダンス計センサを用いたトランジスタを伴わない粒子の操作のための装置を示している。
【図４４】グリッド電極および光センサの配列によって形成される粒子の操作および検出及び／又は識別のための装置を示している。
【図４５】グリッド電極および外部光センサによって形成される試作デバイスにより得られる操作および検出の実験結果を示している。
【図４６】接触光センサおよび透過光による粒子の操作および検出及び／又は識別のための装置を示している。
【図４７】測定の感度を高めるためにマイクロレンズを使用する透過光および接触光センサによる粒子の操作および検出及び／又は識別のための装置を示している。
【図４８】時間系列で配列の一部を測定することによって測定が行なわれる光センサによる粒子の操作および検出及び／又は識別のための装置を示している。
【図４９】選択されたパーキングセル（コンベア）および選択されないパーキングセル（コンベア）に関する、４つの次元でのパーキングセル（コンベア）の論理編成の場合における、パーキングセル（またはコンベア）とコンベアとの間で交換を行なうためのステップのシーケンスを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の目的は、粒子の操作及び／又は検出のための方法および装置の実施である。「
操作」とは、特に、以下の作業及び／又は作業の組み合わせのうちの１つのことである。
１．多数の粒子を含有するサンプルからの所与の粒子の分離からなる選択、
２．初めの順序とは異なる順序での粒子の配置からなる並び換え、
３．２つ以上の粒子を選択し、これらの粒子を接触させるため或いはこれらの粒子を融
合させるため或いはこれらの粒子を他の粒子中に含ませるために、これらの粒子が互いに
押し付けられるまでこれらの粒子を互いに近付ける融合、
４．最初に互いに接触していた粒子を分離することからなる分離。
【００２２】
本方法は、安定平衡位置（ＣＡＧＥ）へ向けて個々の粒子または粒子群を引き付ける力
（Ｆ）の不均一場の使用に基づいている。前記場は、例えば、誘電泳動場（ＤＥＰ）、す
なわち、マイナス誘電泳動場（ＮＤＥＰ）またはプラス誘電泳動場（ＰＤＥＰ）、または
、電気泳動場（ＥＦ）、あるいは、電気流体力学的（ＥＨＤ）動作の場、あるいは、誘電
体上でのエレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）であってもよい。
【００２３】
検出は、以下の態様のうちの１つ或いはその組み合わせと見なされる。
１．個々の粒子の計数すなわち定量化、
２．識別及び／又は特徴付け、
３．測位。
【００２４】
この点について、インピーダンスの変化の測定及び／又は光強度／吸光度の変化の測定
が主に利用される。
【００２５】
（力の生成）
基板上に形成された電極（ＥＬ）の配列により既知の技術にしたがって粒子を移動させ
るための力を生成する方法は様々に存在する。一般に、マイクロチャンバを画定する電極
であってもよいカバー（ＬＩＤ）が使用され、マイクロチャンバ内では粒子（ＢＥＡＤ）
が一般に液体懸濁状態にある。様々な力における幾つかの方式が図１に示されている。Ｄ
ＥＰの場合、印加電圧は、加算（＋）の記号で示された同相周期電圧（Ｖｐｈｉｐ）およ
び減算（−）の記号で示された位相が反対の周期電圧（Ｖｐｈｉｎ）である。「位相が反
対の電圧」とは、位相が１８０°ずれた電圧を意味する。場は、平衡点（ＣＡＧＥ）に向
けて引き付けられる粒子に作用する力を生成する。マイナスＤＥＰ（ＮＤＥＰ）の場合に
は、カバー（ＬＩＤ）が導電電極であれば、既知の技術にしたがって力の閉じられたケー
ジを得ることができる（図１ａ）。この場合、隣接する電極が反対位相Ｖｐｈｉｐ（＋）
に接続され且つカバー（ＬＩＤ）が位相Ｖｐｈｉｎ（−）に接続されていれば、Ｖｐｈｉ
ｎ（−）に接続された各電極で平衡点（ＣＡＧＥ）が得られる。前記平衡点（ＣＡＧＥ）
は、通常、電極から距離を隔てた液体中に設定され、それにより、粒子（ＢＥＡＤ）が浮
遊した安定状態となる。プラスＤＥＰ（ＰＤＥＰ）の場合、平衡点（ＣＡＧＥ）は、通常
、電極が形成される表面に位置され（図１ｂ）、また、粒子（ＢＥＡＤ）は、表面と接触
した安定状態にある。ＰＤＥＰにおいては、カバー内に更なる電極を有している必要はな
い。これは、ＰＤＥＰの平衡点が電場の最大値に対応しているからである。懸濁媒体中に
混合できず且つこれよりも重い液滴（例えば、油中の水）によって形成される粒子を操作
するために、誘電体層（Ｄ）および疎水性層（ＨＰＢ）によりコーティングされた電極（
ＥＬ）を有する基板（ＳＵＢ）によって得られるマイナス誘電泳動（ＮＤＥＰＤＲ）を有
利に使用することができる（図１ｃ）。電極の配列は、反対の極性を有する電極に向けて
荷電粒子を引き付けるべく電気泳動のために使用できる。ＥＨＤ動作において、電極の形
態は、流れの最小点へ向けて粒子を押し出す力を生成する。ＥＷＯＤ（図１ｄ）の場合に
は、誘電体でコーティングされた電極を含むカバー（ＬＩＤ）が一般に使用され、電極の
配列は、粒子（一般的には、空気中の液滴）を引き付けることが望ましいポイントでカバ
ーに対して反対の位相の信号によって給電される。その代わり、粒子が存在してはならな
い電極は浮いた状態のままである。ＥＷＯＤにおいて、電極の配列の上の空気中の液滴を
操作する際には、一連のワイヤ（図１ｅ）をカバーの代わりとして使用することもできる
。
【００２６】
方法および装置を説明するために、簡単のため、作動力としてＮＤＥＰを用いる閉じら
れたケージの使用を伴うことは、単なる一例として見なされ、本発明の範囲を決して限定
するものではない（そのため、電極として機能するカバー蓋を使用する必要がある）。様
々な作動力および様々なタイプの粒子の使用に関して後述する方法および装置をどのよう
に一般化できるのかは、当業者にとって自明である。
【００２７】
（行および列によって作動される力の作用の論理組み合わせによる粒子の動作制御の生成
）
マイナス誘電泳動の力における安定平衡点を生成するためには、既知の技術にしたがっ
て、カバー（ＬＩＤ）と同位相の信号（Ｖｐｈｉｎ）によって給電される第１の電極（Ｅ
Ｌ）と、第１の電極を完全に取り囲み且つ反対の位相の信号（Ｖｐｈｉｐ）によって給電
される１つ以上の電極（Ｌ１）とを利用可能にすれば十分である。この構成（図２ａに示
されている）は、マイナス誘電泳動の力における安定平衡点（ＣＡＧＥ）に対応する電場
における最小のものを生成する。前記平衡点は、図２ｂに示される電極（Ｌ１）のこの第
１の配列に印加される信号の位相を逆にする場合に失われる。電極の第２の配列（Ｌ２）
を利用可能にして、第２の配列（Ｌ２）に属する各電極が第１の配列（Ｌ１）に属する１
つの電極を取り囲むようにすれば、電極の第１の配列（Ｌ１）および電極の第２の配列（
Ｌ２）に対して印加される信号の両方の位相を逆にすると、平衡点が失われる。これは、
図２ｆに示されるように、他の全てのケースにおいて、ケージが、印加電圧によって決ま
る寸法および形状を有する場合があるからである。特に、図２ｃおよび図２ｄにおいて、
我々は２つの同じケージを有しており、一方、図２ｅにおいて、我々は、更に大きい寸法
を有するが同じ位置に中心付けられる１つのケージを有している。その結果、それぞれが
１つの電極（ＥＬ）とそれを取り囲む１つ以上の電極配列（Ｌ１，Ｌ２）とからなる多数
のブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）を考慮する場合、２つの一般的な隣接ブロックの電極
Ｌ１およびＬ２に対して印加される電圧の形態にしたがって以下の状況が生じ得ることが
分かる。
・その力の場の形態をＦ＿ｉを用いて示す、各ブロックにおける別個の安定平衡点
・その力の場の形態をＦ＿ｉｉを用いて示す、２つのブロックによって共有されるちょ
うど１つの安定平衡点
【００２８】
この特性は、以下で説明するように、既知の技術と比べて一連の重要な利点を伴って、
粒子の操作のための本発明に係る幾つかの方法の実施において利用できる。
【００２９】
（トランジスタを伴わない均一配列上での粒子の操作方法）
本発明に係る方法の一実施形態が図３に示されている。電極の一般的なグループの均一
配列（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）は、それぞれが単一の粒子（ＢＥＡＤ）または粒子群を取り
込むことができる安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）によって規定される引力ケージの配列
を与える。配列（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の各要素（またはブロック）は、行および列をそ
れぞれ成す配列状態で分配される電圧の２つのグループ（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］，Ｖｃｏｌ
＿ｊ［ｑ］，ｐ＝１…ｕ，ｑ＝１…ｖ）に対して電気的に接続されるとともに、同じ行ま
たは列を共有するブロックに対して電気的に接続される。行信号の総数がｕによって表わ
され、一方、列信号の総数がｖによって表わされる。
【００３０】
我々は、ブロックの指標に基づいて計算される均一な、すなわちマンハッタンノルムの
距離ｄ＝｜ｉ−ｈ｜＋｜ｊ−ｋ｜を、２つのブロックＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ，およびＢＬＯ
ＣＫ＿ｈ，ｋ間の距離として規定する。我々は、距離１にあるブロックを、「隣接ブロッ
ク」として規定する。
【００３１】
同じ信号Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］，Ｖｃｏｌ＿ｊ［ｑ］は、ケージの形成のため及びケージ
の位置の制御のための両方で使用される。実際には、これらの信号を通じて、以下の特性
を有する誘電泳動の力の場の作動のために必要な電圧が分配される。
１．各引力ケージが閉じられて他の全ての引力ケージから識別可能となるように配列の
信号に印加される電位の形態が常に存在する。
２．隣接ブロックの各対毎に、ブロックの対の引力の領域を単にもっぱら結合すること
ができるように対への入力信号に印加されるべき電位の形態が常に存在する。
３．隣接ブロックの各対毎に、２つの引力ケージのうちの一方だけが一杯になる場合に
１つの位置から隣接する位置へと取り込まれる粒子を移動させることができるように対へ
の入力信号に印加されるべき一連の電位が常に存在する。
４．隣接ブロックの各対毎に、両方の引力ケージが一杯になる場合に両方の粒子を同じ
位置へと移動させることができるように対への入力信号に印加されるべき一連の電位が常
に存在する。
【００３２】
使用される電圧は、一般に、異なる位相を有する一組の電圧間で選択されるゼロ平均値
を有する周期的な波（正弦波または方形波）であるが、これに限定されない。非限定的な
例として、互いに１８０°だけ異なる２つの位相を使用することができる。
【００３３】
隣接ブロックの引力中心を２つずつ結合することにより、粒子を一般的な初期位置から
任意の最終位置へと動かすことができ、あるいは、移動している粒子の経路の外側にある
粒子に影響を与えることなく、サンプル中に存在する全ての粒子の中から選択される２つ
以上の粒子を１つの同じ位置へと移動させることができることは明らかである。
【００３４】
同じ方法は、幾つかの制限を伴って、多くの粒子の同時操作の一般的なケースに対して
適用できる。非限定的な例として、我々は、２つの一般的なブロックに位置される２つの
異なるケージ内に取り込まれるちょうど２つの粒子の同時操作に関して以下のような制限
を与える。
１．第１のブロックおよび第２のブロックが同じ行または列内にない場合或いは隣接す
る行および列内にない場合には、第１のブロックの行および第２のブロックの列に対応し
或いは隣接するブロック内、または、第１のブロックの列および第２のブロックの行に対
応し或いは隣接するブロック内に粒子が存在しなければ、方向およびベクトルの向きとは
無関係に２つのブロック内に取り込まれた粒子を同時に操作することができる。
２．２つのブロックが同じ列上にあるが少なくとも３行の距離を隔てて離れている場合
には、これらのブロックをベクトルの向きとは無関係に同時に垂直方向に操作することが
できる。
３．２つのブロックが同じ列上にあるが少なくとも２行の距離を隔てて離れている場合
、ベクトルの向きが同じであれば、これらのブロックを同時に水平方向に操作することが
できる。
４．２つのブロックが同じ行上にあるが少なくとも３列の距離を隔てて離れている場合
には、これらのブロックをベクトルの向きとは無関係に同時に水平方向に操作することが
できる。
５．２つのブロックが同じ行上にあるが少なくとも２列の距離を隔てて離れている場合
、ベクトルの向きが同じであれば、これらのブロックを同時に垂直方向に操作することが
できる。
【００３５】
本発明によれば、粒子の各対毎に前述した制限を遵守して、３つ以上の粒子も同時に操
作できることは明らかである。
【００３６】
しかしながら、前述した制限を満たす２つ以上の粒子を独立に操作できる場合であって
も、それらの同時動作が配列の他のケージに対して副作用を与え得ることを指摘しておか
なければならない。例えば、ブロックＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊにある第１の粒子およびＢＬＯ
ＣＫ＿ｈ，ｋにある第２の粒子を望ましい方法で同時に操作することにより、ＢＬＯＣＫ
＿ｈ，ｊおよびＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｋの粒子に対しても強制された動きが課される。この問
題を克服するため、移動の順序付けおよびシリアル化の様々なアルゴリズムによる適用に
応じて、また、全ての粒子の位置の知識等に応じて、異なる方法で行動を起こすことがで
きる。
【００３７】
一例として、我々は、特定の関心のケース、すなわち、かなり大きな異種集団から多数
の粒子を回収するケースを与える。このケースでは、それら自体を配列上に無作為に配置
する粒子を有するサンプルが注入される。前記粒子は例えば顕微鏡で選択でき、また、対
象の粒子の位置が決定されると、それらをゲート（例えば、第２の回収マイクロチャンバ
と通信する）に向けて送るという問題がもたらされる。ゲートからは粒子をチップの外側
へと流すことができる。このケースにおいて、全ての粒子の位置の知識を必要とせず選択
されるべき粒子の知識だけを必要とする簡単で且つ効率的な解決策は、以下の通りである
（ゲートがマイクロチャンバの右側および底部に配置されるという仮定で）。
１．選択されるべき各粒子の位置の右側に隣接する列（選択列）内に垂直仮想チャンネ
ル（ルーティング列）が形成され、それにより、これらのチャンネルが、更に右の列（ダ
ンプ列または廃棄列）に移動される想定し得る粒子から解放される。
２．回収マイクロチャンバのゲートに１つの水平仮想チャンネル（ルーティング行）が
形成され、それにより、列に関して行なわれたと同様に、このチャンネルが粒子から解放
される。
３．各粒子に隣接するルーティング列上の回収されるべき全ての粒子が移動される。
４．ルーティング行から最も離れた回収されるべき粒子の列指標が、論理セットｓｈｉ
ｆｔｉｎｇ−ｃｏｌｓ内に挿入される。
５．ルーティング行から最も離れた回収されるべき粒子の行指標がｓｈｉｆｔｉｎｇ−
ｒｏｗ指標として規定される。
６．セットｓｈｉｆｔｉｎｇ−ｃｏｌｓおよび行ｓｈｉｆｔｉｎｇ−ｒｏｗに属する列
内のケージは、ルーティング行へ向かって１ステップだけ下側に移動される。
７．指標ｓｈｉｆｔｉｎｇ−ｒｏｗがインクリメントされる。
８．新たな行ｓｈｉｆｔｉｎｇ−ｒｏｗが回収されるべき粒子を含んでいる場合には、
この新たな粒子の列指標がセットｓｈｉｆｔｉｎｇ−ｃｏｌｓ内に挿入される。
９．新たな行ｓｈｉｆｔｉｎｇ−ｒｏｗがルーティング行に対応する指標よりも低い指
標を有している場合には、手続きがステップ６へ戻る。
【００３８】
あるいは、ステップ３後、手続きは以下の通りとなる。すなわち、
４’．ルーティング行から最も離れている行から始まって、全てのルーティング列のケ
ージは、それらが粒子を含んでいるか否かにかかわらず、同時に段階的に下側に（すなわ
ち、ルーティング行へ向けて）移動される。このようにして、全ての粒子は、（行の数に
等しいステップの数に対応する）全配列の走査の最後に、ルーティング行へと移動される
。
【００３９】
この時点で、選択されるべき全ての粒子は、既知の列位置で、ルーティング行上にある
。
１０．ルーティング行の全ては、全ての粒子が回収マイクロチャンバと通信するゲート
を通り過ぎるまで、右へとシフトされる。
１１．回収マイクロチャンバ内の粒子がチップから流される。
【００４０】
前記方法は、回収されるべき粒子の列間の距離が常に２よりも大きくない場合、または
、手続きの開始時に回収されなければならない粒子がルーティング行に存在する場合には
、予備的な操作により、僅かに複雑となるにちがいない。簡単のため、当業者にとって明
らかな限りにおいて、前記操作の説明が省かれている。統計的に、回収されるべき粒子の
数が列の数に対して無視できる場合、これらの予備的な操作を行なう必要性は、より考え
られない。
【００４１】
なお、一般に、前述したように並行して操作することにより、粒子の回収のためにとら
れるべきステップの数は、全体的にプログラム可能な電極の配列と共に必要なステップの
数よりあまり多くはない。
【００４２】
（トランジスタを伴わない均一配列上での粒子の操作のための装置）
また、本発明の対象は、前述した方法にしたがって個々の粒子の操作に必要な場形態を
得るための装置でもある。非限定的な例として、トランジスタを伴わない基板の使用およ
びメモリ素子の使用の両方に基づいて可能な実施形態が与えられる。
【００４３】
ｎ＋ｍ＋２個の制御信号を用いて粒子を操作するための装置
図４および図５はそれぞれ、本発明に係る装置の第１の実施形態の断面図および平面図
である。電極のグループの均一配列（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）は、サイズｎ×ｍの配列を形
成する。各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）は、図５に示される行および列の状態で、配
列全体に共通の信号（Ｖｃｏｒｅ）に接続される中心電極（ＥＬ＿ｉ，ｊ）と、配列内に
分配された２つの異なる電圧（Ｖｒｏｗ＿ｉ，Ｖｃｏｌ＿ｊ）にそれぞれ接続される２つ
の同心電極（ｒｉｎｇ＿ｉ，ｊ＿１，ｒｉｎｇ＿ｉ，ｊ＿２）とによって構成される。更
なる信号（Ｖｌｉｄ）は、単一の電極（ＩＴＯ）（図４にだけ示される）によって構成さ
れるカバー（ＬＩＤ）に対して接続される。その結果、デバイスは、それぞれが単一の粒
子（ＢＥＡＤ）または粒子群を取り込むことができるｎ×ｍ個の引力ケージの制御のため
に、全体としてｎ＋ｍ＋１＋１個の信号を必要とする。正方形配列（ｎ＝ｍ）は、ｎ×ｍ
配列を構成するブロックの数に対して、制御信号の数を最小にすることは言うまでもない
。
【００４４】
外部から、全ての信号Ｖｒｏｗ＿ｉ，およびＶｃｏｌ＿ｊに対して同相の周期電圧（Ｖ
ｐｈｉｐ）を印加するとともに、カバー（ＬＩＤ）に対して接続された共通の信号Ｖｃｏ
ｒｅおよび信号Ｖｌｉｄに対して反対の位相の周期電圧（Ｖｐｈｉｎ）を印加することに
より、引力ケージ（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）は、配列中の他の全てのブロックとは異なる分離
された各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）内で作動される。一般的なブロック（ＢＬＯＣ
Ｋ＿ｉ，ｊ）内に取り込まれる粒子（ＢＥＡＤ）は、制御信号に対して印加される電圧の
適切なシーケンスにより、隣接するケージのうちの任意の１つへ向けて移動させることが
できる。本発明の範囲を決して限定しない例として、図７は、一般的なブロック（ＢＬＯ
ＣＫ＿ｉ，ｊ）から右側の隣接するブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）へと粒子を移動
させるために使用されるステップ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）のシーケンスを示しており、前
記操作を構成する様々なステップに関与する信号に印加される電圧が図１０に示されてい
る（シーケンスｍｏｖｅ＿ｘ）。一方、各ステップ後の一時的な状態の粒子の位置が図７
（ｂ，ｃ’，ｄ’，ｅ’，ａ”）に示されている。図７（ｂｐ，ｃｐ’，ｄｐ’，ｅｐ’
，ａｐ”）には、試作デバイスによって得られる形態（ｂ，ｃ’，ｄ’，ｅ’，ａ”）に
対応する実験の画像のシーケンスが示されている。
【００４５】
同様に、図８は、一般的なブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）から下側の隣接するブロッ
ク（ＢＬＯＣＫ＿ｉ＋１，ｊ）への粒子の垂直方向の移動のシーケンスを示している。前
記操作を構成する様々なステップに関与する信号に印加される電圧が図１０に示されてお
り（シーケンスｍｏｖｅ＿ｙ）、一方、各ステップ後の安定状態の粒子の位置が図８（ｂ
，ｃ’，ｄ’，ｅ’，ａ”）に示されている。特定のケースでは、図７および図８に示さ
れるシーケンスから選択されるステップの一部によって構成される減少されたシーケンス
を使用することができる。随意的に、可能な各方向毎に、図７および図８に非限定的な例
として記載されるステップとは異なるステップにより構成されるシーケンスを使用するこ
とができる。
【００４６】
配列中の一般的な位置から始まって配列の任意の他の位置で終わる任意の経路を、図７
および図８に示される一連の基本ステップおよび反対方向の類似のステップに分けること
ができるのは言うまでもない。前記考え方の実用的な例が図９に示されており、図９は、
ポリスチレンミクロスフェアを一般的な経路にしたがって初期位置（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ
）から目的位置（ＢＬＯＣＫ＿ｉ＋１，ｊ＋４）へと移動させるための一連の基本ステッ
プを示している。
【００４７】
本発明に係る装置の実施は、既知の技術にしたがって異なるテクノロジーを利用するこ
とにより得ることができる。本発明の範囲を決して限定しない例として図６ａ〜６ｃに示
されているのは、既知の技術に係るフォトリソグラフィ技術を用いる装置の可能な実施形
態に必要なマスクであり、図６ｄに示されているのは試作品の画像である。実施のために
は、３つのマスクおよび２つの金属レベルで十分である。２つの隣接するブロックの中心
間の最小距離（ＰＩＴＣＨ）は、表面メタライゼーション間のピッチの５倍である。この
デバイスにおいて、ピッチ（ＰＩＴＣＨ）は１００μｍである。このことは、製造のため
に必要とされる技術が、その最小ピッチが２０μｍの電極の形成を可能にしなければなら
ないことを意味する。電極の形成のため、貴金属（金、白金など）を使用することができ
、あるいは、導電酸化物を使用することができる。導電酸化物は、当該酸化物が透明であ
る場合（インジウムスズ酸化物−ＩＴＯ）に特に役立つ。基板の形成のため、絶縁体（ガ
ラス、ポリカーボネートなど）または半導体（シリコンなど）を使用することができる。
その場合、基板を第１の金属レベルから電気的に絶縁するために不動態酸化物が必要とさ
れる。金属または導電酸化物を用いて形成されてもよい電極が絶縁基板に備えられている
場合には、当該絶縁を基板カバー（ＬＩＤ）の形成のために使用することができる。前記
導電酸化物は、当該導電酸化物が部分的に或いは全体的に透明である場合に特に有益であ
る。同様に、グリッドの形態を成す非透明金属を使用して半透明性を得ることができる。
【００４８】
本発明に係る装置の製造のために一例として本特許に記載された形状と異なる他の形状
を使用できることは当業者にとって自明である。非限定的な例として、我々は、円形、六
角形、長方形等の形状を有する電極を挙げることができる。同様に、本発明に係る装置の
製造のために本特許で言及された材料とは異なる他の材料を使用できることは明らかであ
る。非限定的な例として、我々は、アルミニウム、チタン、タンタル、金などの材料を挙
げることができる。
【００４９】
４ｎ＋４ｍ＋２個の制御信号を用いて粒子を操作するための装置
図１１は、本発明に係る装置の異なる実施形態の平面図である。この場合、各行毎に４
つの信号が使用され、また、各列毎に４つの信号が使用されるとともに、全てのブロック
に共通のグローバル信号Ｖｃｏｒｅ（ここでは、列によって分配される）および信号Ｖｌ
ｉｄが使用される。各ブロックの外部および内部リング電極は、２つに分けられ、すなわ
ち、垂直および垂直にそれぞれ分けられる。あるいは、各ブロックの電極に対して、４つ
の行信号のうちのちょうど２つと、４つの列信号のうちのちょうど２つとが接続される。
行信号および列信号は、通常、全てがＶｐｈｉｐに対して接続されるとともに、各ブロッ
ク毎に引力ケージ（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）を伴う場形態（Ｆ＿ｉ）を生成する。行および列
によって制御信号の中から適切に選択された７つの信号をＶｐｈｉｐに対して接続するこ
とにより、２つの隣接するブロックの引力ケージを結合する第２の形態（Ｆ＿ｉｉ）を生
成することができる。したがって、図１２に示されるように、単に場形態（Ｆ＿ｉｉ）を
印加した後に最初の場形態（Ｆ＿ｉ）を再び印加することにより、近くのケージ内に取り
込まれた他の粒子の位置を変えることなく、粒子（ＢＥＡＤ）を右（Ｒ）、左（Ｌ）、下
（Ｄ）または上（Ｕ）へと移動することができる。
【００５０】
ｎ＋ｍ個の位相を伴う実施形態と比べて、この実施形態は、各基本移動毎に２つの場形
態しか必要としないという利点を与えるとともに、４倍を越える多数の制御信号を必要と
するという不都合を与える。
【００５１】
ｎ＋２ｍ＋２個の制御信号を用いて粒子を操作するための装置
図１３は、本発明に係る装置の更なる実施形態の平面図である。ブロックの均一配列（
ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）は、サイズｎ×ｍの配列を形成する。各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ
，ｊ）は、配列全体に共通の信号（Ｖｃｏｒｅ）に接続される中心電極（ＥＬ＿ｉ，ｊ）
と、列（Ｖｅｎａｂｌｅ＿ｊ）にしたがって配列内に分配される信号に接続されるＬ形状
電極（ｅｌｌｅ＿ｊ）と、行にしたがって配列内に分配され且つ電極ｅｌｌｅ＿ｊの（中
心電極に対して）外側に径方向に配置された２つの異なる電圧（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｘ］，Ｖ
ｒｏｗ＿ｉ［ｙ］）に接続される２つの電極、すなわち、垂直セグメント（ｗａｌｌｘ＿
ｉ）の形態を成す一方の電極および水平セグメント（ｗａｌｌｙ＿ｉ）の形態を成す他方
の電極とから形成される。更なる信号（Ｖｌｉｄ）は、単一の電極（ＩＴＯ）によって構
成されるカバー（ＬＩＤ）に対して接続される。その結果、デバイスは、それぞれが単一
の粒子（ＢＥＡＤ）または粒子群を取り込むことができるｎ×ｍ個の引力ケージの制御の
ために、全体としてｎ＋２ｍ＋１＋１個の信号を必要とする。長方形配列（ｎ＝２ｍ）が
、配列（ｎ×ｍ）を構成するブロックの数に対して、制御信号の数を最小にすることは言
うまでもない。
【００５２】
外部から、全ての信号Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｘ］，Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｙ］，およびＶｅｎａｂｌ
ｅ＿ｊに対して同相の周期電圧（Ｖｐｈｉｐ）を印加するとともに、カバー（ＬＩＤ）に
対して接続された共通の信号Ｖｃｏｒｅおよび信号Ｖｌｉｄに対して反対の位相の周期電
圧（Ｖｐｈｉｎ）を印加することにより、配列中の他の全てのブロックとは異なる別個の
各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）内の引力ケージ（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）が作動される。
一般的な各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）内に取り込まれる粒子（ＢＥＡＤ）は、制御
信号に対して印加される電圧の適切なシーケンスにより、隣接するケージのうちの任意の
１つへ向けて移動させることができる。本発明の範囲を決して限定しない例として、図１
４は、一般的なブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）から右側の隣接するブロック（ＢＬＯＣ
Ｋ＿ｉ，ｊ＋１）へと粒子を移動させるために使用されるステップ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の
シーケンスを示しており、前記操作の様々なステップに関与する信号に印加される電圧が
図１６に示されている（シーケンスｍｏｖｅ＿ｘ）。一方、各ステップ後の一時的な状態
の粒子の位置が図１４ｂ’，ｃ’に示されている。同様に、図１５は、一般的なブロック
（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）から下側の隣接するブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ＋１，ｊ）へ粒子
を移動させるために使用されるステップのシーケンス（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を示している。
前記操作を構成する様々なステップに関与する信号に印加される電圧が図１６に示されて
おり（ｍｏｖｅ＿ｙ）、一方、各ステップ後の安定状態の粒子の位置が図１５ｂ’，ｃ’
に示されている。特定のケースでは、図１４および図１５に示されるシーケンスから選択
されるステップの一部によって構成される減少されたシーケンスを使用することができる
。随意的に、可能な各方向毎に、図１４および図１５に非限定的な例として記載されるス
テップとは異なるステップからなるシーケンスを使用することができる。
【００５３】
配列中の一般的な位置から始まって配列の任意の他の位置で終わる任意の経路を、図１
４および図１５に示される一連の基本ステップおよび反対方向の類似のステップに分ける
ことができるのは言うまでもない。
【００５４】
本発明に係る装置の実施は、既知の技術にしたがって異なるテクノロジーを利用して得
ることができる。本発明の範囲を決して限定しない例として図１７（ａ〜ｃ）に示されて
いるのは、既知の技術に係るフォトリソグラフィ技術を用いる装置の可能な実施形態に必
要なマスクであり、図１７ｄに示されているのは試作品の画像である。実施のためには、
３つのマスクおよび２つの金属レベルで十分である。本発明に係る装置の実施は、既知の
技術にしたがって異なるテクノロジーを利用して得ることができる。このデバイスにおい
て、ピッチ（ＰＩＴＣＨ）、すなわち、２つの隣接ブロックの中心間の距離は１００μｍ
である。電極においては、貴金属（金、白金など）を使用することができ、あるいは、導
電酸化物を使用することができる。導電酸化物は、当該酸化物が透明である場合（インジ
ウムスズ酸化物−ＩＴＯ）に特に役立つ。基板においては、絶縁体（ガラス、ポリカーボ
ネートなど）または半導体（シリコンなど）を使用することができる。その場合、基板を
第１の金属レベルから電気的に絶縁するために不動態酸化物が必要とされる。
【００５５】
（メモリ素子を伴わない均一配列上での粒子の操作方法）
本発明に係る方法の更なる実施形態は、各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）が行および
列の状態で配列中に分配された信号の２つのグループ（Ｖｒｏｗ＿ｉ［ｐ］，Ｖｃｏｌ＿
ｊ［ｑ］）に対してそれぞれ電気的に接続される引力ケージ（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）の配列
を使用する。これらの信号の一部は、ケージ（ＣＡＧＥ）の形成に必要な電圧（Ｖｐｈｉ
ｎ，Ｖｐｈｉｐ）の分配のために使用され、一方、他の部分は、電極に対して印加される
べき位相の制御のために使用されるデジタル信号である。この場合、安定平衡の点（ＣＡ
ＧＥ＿ｉ，ｊ）の位置は、引力ケージが分離状態か或いは隣接ケージに接続されているか
どうかを各ブロック毎に決定する電子回路によって制御される。
【００５６】
（メモリ素子を伴わない均一配列上で粒子を操作するための装置）
本発明の対象は、前述した方法にしたがって個々の粒子の操作に必要な場形態を生成す
るための装置でもある。一例として、可能な実施形態は能動基板の使用に基づいているが
、既知の技術で報告されているものとは異なり、各ブロックはメモリ素子を伴っていない
。
【００５７】
図１８は、本発明に係る装置の可能な実施形態の平面図である。ブロック（ＢＬＯＣＫ
＿ｉ，ｊ）の均一配列は、サイズｎ×ｍの引力ケージの配列を形成する。各ブロック（Ｂ
ＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）は、配列全体に共通の信号（Ｖｐｈｉｎ）に接続される中心電極（Ｅ
Ｌ＿ｉ，ｊ）と、マルチプレクサの出力に接続される電極（ｒｉｎｇ＿ｉ，ｊ）とによっ
て構成されており、前記マルチプレクサは、２つの異なる信号（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ
）を入力で受けるとともに、その出力が、論理値の以下の表にしたがった列デジタル制御
信号（ｃｏｌ＿ｊ）と行デジタル制御信号（ｒｏｗ＿ｉ）との論理組み合わせによって決
まる。
【数１】
0005606496.tif 000002
【００５８】
更なる信号（Ｖｌｉｄ）は、単一の電極（ＩＴＯ）によって構成される図示しないカバ
ー（ＬＩＤ）に対して接続される。その結果、デバイスは、それぞれが単一の粒子（ＢＥ
ＡＤ）または粒子群を取り込むことができるｎ×ｍ個の引力ケージの制御のために、２つ
のアナログ信号（ＶｐｈｉｎおよびＶｐｈｉｐ）とｎ＋ｍ個のデジタル信号とを必要とす
る。正方形配列（ｎ＝ｍ）は、配列（ｎ×ｍ）を構成するブロックの数に対して、制御信
号の数を最小にすることは言うまでもない。
【００５９】
全ての信号ｒｏｗ＿ｉおよびｃｏｌ＿ｊに対して論理値０を印加するとともに、カバー
（ＬＩＤ）に接続された信号Ｖｌｉｄに対して反対の位相の周期電圧（Ｖｐｈｉｎ）を印
加することにより、引力ケージ（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）は、配列中の他の全てのブロックと
は異なる別個の各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）内で作動される。一般的な各ブロック
（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）内に取り込まれる粒子（ＢＥＡＤ）は、制御信号に対して印加さ
れる論理値の適切なシーケンスにより、隣接するケージのうちの任意の１つへ向けて移動
させることができる。本発明の範囲を決して限定しない例として、図１９は、一般的なブ
ロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）から右側の隣接するブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）
へと粒子を移動させるために使用されるステップ（ａ，ｂ，ｃ）のシーケンスを示してお
り、信号ｒｏｗ＿ｉ，ｃｏｌ＿ｊ，およびｃｏｌ＿ｊ＋１に対して印加される論理値のシ
ーケンスは以下の通りである。
【数２】
0005606496.tif 000003
【００６０】
各ステップ後の一時的な状態の粒子の位置が図１９ｂ’，ｃ’，ａ’に示されている。
【００６１】
本方法が任意の方向に関して同様の方式で適用されることは言うまでもない。また、配
列中の一般的な位置から始まって配列の任意の他の位置で終わる任意の経路を、たった１
つの位置の移動によって構成される一連の基本ステップに分けることができるのは言うま
でもない。本発明に係る装置の実施は、既知の技術に係る超小型電子回路の様々な製造技
術を利用して得ることができる。
【００６２】
（レーンおよびパーキングセルを用いた粒子の操作方法）
本発明に係る方法の更なる実施形態が図２０に概略的に示されている。この方法は、粒
子を安定的に取り込むという機能を有するブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）内に位置され
た粒子に作用する力（Ｆ）に関して静的である一組の安定平衡点と、水平方向（ＨＲＣＨ
１−ＨＲＣＨＭ）または垂直方向（ＶＲＣＨ１−ＶＲＣＨＮ）にレーンに沿って移動する
一組の安定平衡点とを使用する。これらの各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）は、粒子を
取り込み或いはレーンに沿って移動する安定平衡点のうちの１つの引力の領域内に粒子を
押し込むように構成することができる。これは、本発明に係る前述した方法のうちの１つ
を利用して、例えば、ブロックの安定平衡点のうちの１つをレーンの安定平衡点のうちの
１つに対して結び付けることにより得ることができる。結果として、サンプル中に存在す
る各粒子を当該ブロック内に留めておくことができ或いは１つ以上のレーンを利用して最
も都合の良い方向で１つのブロックから他の任意のブロックへと移動させることができる
ことは言うまでもない。粒子は実際には動作時に１つのレーン内に入ることができ、また
、同様に、粒子は、これらのレーンから出て新たなレーン内に入り或いは動きの方向を変
えて新たなレーンに移動することができる。本発明に係る方法を利用して各粒子を１つの
ブロックから任意の他のブロックへ送ることができることは当業者にとって自明である。
この技術の利点は、後述する装置で示されるように配列全体の制御にあてられる信号の総
数の減少にある。同様に、図２１は、水平経路の数が減少された方法の第２の実施形態を
示している。この場合も、単一の水平経路（ＨＲＣＨ１）を利用して各粒子を１つのブロ
ックから任意の他のブロックへ送ることができることは言うまでもない。この技術は、必
要とされる信号の数の更なる減少を可能にするとともに、ケージを与えるのに役立つ表面
を増大する。本発明の範囲を決して限定しない例として、図２２は、本方法の想定し得る
適用を示している。マイクロチャンバ（ＣＨＷ）内には、前述した機能を有するブロック
（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）の配列が存在する。マイクロチャンバは配列を２つの部分に分け
る。すなわち、一方の部分（ＭＣＨ）は、処理されるべきサンプルの格納のために設けら
れ、他方の部分（ＲＣＨ）は、処理されたサンプルの格納のために設けられている。例え
ば、この方式は、第１のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）内に保持された１つの粒子だけを選
択してそれを第２のマイクロチャンバ（ＲＣＨ）から回収するために使用することができ
る。各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）は垂直通路（ＶＲＣＨＪ）に対して機能的に接続
されており、その垂直通路の移動方向およびベクトルの向きは、全配列内で一貫している
とともに、単一の水平通路（ＨＲＣＨ１）をもって終わる。前記水平通路の移動方向およ
びベクトルの向きは、運ばれる粒子を第１のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）から第２のマイ
クロチャンバ（ＲＣＨ）へと移動させた後に最後の通路（ＶＲＣＨＲ）を通じて単一の領
域内で蓄積できるように選択される。最初に第１のマイクロチャンバ内に保持されたｎ×
ｍの中からの粒子の選択は、例えば、その粒子を対応するレーン内へ移動させるとともに
、当初は粒子が無い第２のマイクロチャンバ（ＲＣＨ）内へと粒子を運び込むことによっ
て行なうことができ、選択された粒子は第２のマイクロチャンバから引き出すことができ
る。
【００６３】
（トランジスタを伴わないパーキングセルおよびレーンを用いた粒子の操作のための装置
）
本発明の対象は、パーキングブロックおよびレーンの使用に基づいて前述した方法にし
たがって粒子を操作するために必要な場形態を形成する装置でもある。非限定的な例とし
て、受動基板の使用に基づく可能な実施形態が示されており、この場合、各ブロックは、
メモリ素子またはトランジスタを何ら伴っていない。
【００６４】
図２３は、本発明に係る装置の第１の実施形態の平面図である。ブロック（ＢＬＯＣＫ
＿ｉ，ｊ）の均一配列は、粒子を安定的に取り込むことができる引力ケージの配列を形成
する。各ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）は、同じ列の全てのブロック（または、配列全
体）に共通の制御信号（Ｖｃａｇｅ＿ｊ）に接続された中心電極と、配列全体に共通し且
つＶｐｈｉｐに対応する信号（Ｖｐｊ）に接続された一組の電極と、同じ列の全てのブロ
ックに共通の制御信号（Ｖｃｏｌ＿ｊ）に接続された電極と、最後に同じ行の全てのブロ
ックに共通の制御信号（Ｖｒｏｗ＿ｉ）に接続された電極とから形成されている。粒子を
取り込む力における安定平衡点は、信号Ｖｃａｇｅ＿ｊ，Ｖｃｏｌ＿ｊおよびＶｒｏｗ＿
ｉに対して印加される位相に作用することにより、ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）から
通路（ＶＲＣＨＪ）へ或いは通路からブロックへと移動させることができる。各通路は、
通路全体に共通の信号（Ｖ１＿ｊ，Ｖ２＿ｊ，およびＶ３＿ｊ）に接続された電極の配列
からなっている。これらの信号に対して印加される位相に作用することにより、力Ｆにお
ける安定平衡点を形成して、当該安定平衡点を要望通りに全体の通路に沿って移動させる
ことができる。同様に、装置は、全体の通路に共通の３つの信号（Ｖｈ＿１，Ｖｈ＿２，
およびＶｈ＿３）によって制御される水平方向に向けられた１つ以上の通路（ＨＲＣＨ）
を利用可能にすることができ、これらの通路の作用は、垂直に向けられた通路（ＶＲＣＨ
Ｊ）のそれと全く同様である。図２５は、ブロック（ＣＨＡＣＣＩＪ）からの流出、垂直
通路に沿う位置によるシフト（ＣＯＮＶＥＹＶ）、水平通路内への流入（ＨＣＨＡＣＣ）
、および、水平通路に沿う移動（ＣＯＮＶＥＹＨ）におけるシーケンスを構成する様々な
ステップに関与する信号に対して印加される電圧を示している。水平通路または垂直通路
に沿う移動のベクトルの向きを逆にするためには、位相のシーケンスを図２５に示される
位相のシーケンスに対して逆にすれば十分であることは言うまでもない。
【００６５】
図２４は、パーキングセルおよびレーンを用いた操作のための本発明に係る装置の更な
る実施形態の平面図を示している。動作は、前述した実施形態の動作と全く同様であるが
、ブロックＢＬＯＣＫ＿ｉｊの各列毎に電位Ｖｐｊのｎ個の電極が電位Ｖｐｊの単一の櫛
形状電極に置き換えられさえすれば、単位表面当たりに得られる引力ケージの密度を更に
大きくすることができる。
【００６６】
レーンおよびパーキングセルを用いた装置のトランジスタを伴わない両方の実施におけ
る制御信号の数は、独立の水平通路および垂直通路の数がｇおよびｆにそれぞれ等しいｎ
×ｍブロック配列に関して、２ｎ＋ｍ＋３（ｇ＋ｆ）＋２個である。信号Ｖｃａｇｅ＿ｊ
が全ての列間で共有される場合には、信号の数がｎ＋ｍ＋３（ｆ＋ｇ）＋２個まで減る。
一般的には（実施例に示されるように）、ｆ＝ｍであるが、ケージの２つの列間で同じ垂
直レーンを共有することもでき、その場合に、ｆ＝ｍ／２である。水平チャンネルの数は
要望通りに選択することができる。水平チャンネルの数が多くなればなるほど、自由度は
大きくなるが、ケージにとって有用な領域が小さくなるとともに、必要とされる制御信号
の数が多くなる。
【００６７】
実際には、前述した例において、パーキングセルは論理的に２次元（行、列）空間に編
成され、各次元（行および列）の信号が適切なシーケンスでアクティブにされるときに各
パーキングセルが１つの垂直レーンにアクセスできる。本発明によれば、２次元よりも高
い次元数で前述したパーキングセルを論理的に編成することにより、制御信号の数とパー
キングセルからレーンへとケージを移動させるために必要な表面との間で様々な歩み寄り
を成すこともできる。実際に、パーキングセルからレーンへの移動にあてられる表面は、
論理次元の数に比例する（この領域は役に立たないと見なされるべきである）。利点は、
パーキングセルの数が制御信号の数と各次元との積に対応しているという点である。一例
として、１０，０００個のパーキングセルは、１００個の行と１００個の列とを必要とし
得る。すなわち、２つの次元の場合には２００個の制御信号を必要とし、あるいは、３つ
の次元の場合には２２×３＝６６個の制御信号を必要とし、あるいは、４つの次元に編成
するためには１０×４＝４０個の制御信号を必要とする。パーキングセルの空間的な配置
は、どんな論理編成でも、明らかに２次元を保つことができる。
【００６８】
パーキングセルからレーンへのケージの移動は、一般に、制御信号の起動の適切なシー
ケンスによって行なわれる。シーケンスは、所望の位置に対応するケージだけをパーキン
グセルからレーンへと押し出すように選択され、一方、パーキングセル内の他の全てのケ
ージは、レーンの方向で多くても数ステップしか成さないが、その後、移動を完了するこ
となく移動方向を逆にし、最後に当初の位置へと引き返す。図４９は、４つの次元の論理
編成（ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４）の場合における、パーキングセル（ｃａｇｅ）からコン
ベア（ｃｏｎｖ）へ粒子（ＢＥＡＤ）を移動させるための電極（ＥＬ）の作動の想定し得
るシーケンスの例を示している。各信号「ｄｉ」の下線は、セルが選択された次元に対応
しているという事実を象徴している。その結果、信号ｄｉは、マイナス位相（陰影によっ
て示される作動）およびプラス位相（空白）の両方に関してプログラム可能である。この
場合、信号ｃａｇｅはプログラム可能であり、また、異なる信号ｃａｇｅの数は、第１の
次元ｄ１のアドレス信号（Ｄ１）の数に対応しなければならない。このようにすれば、図
４９に示されるように、開始ケージからの粒子（ＢＥＡＤ）の移動は、繰り返し可能とな
り且つ決定論的となる。Ｄ個の次元とアドレス可能なパーキングセルの数は、各次元のア
ドレス信号の数の積、すなわち、Ｄ１×Ｄ２×．．．．ＤDに等しく、一方、必要な制御
信号の数は２×Ｄ１＋Ｄ２＋．．．．＋ＤDに相当する。
【００６９】
本発明に係る装置の実施は、既知の技術に係る様々なテクノロジーを利用して得ること
ができる。一例として、我々はフォトリソグラフィ技術を挙げることができる。経路の抵
抗を最小にするには３つの金属レベルが理想的である。ただし、この場合、行ラインおよ
び列ラインに関して、１つのレベルと他のレベルとの間の任意の移行部を有している必要
はない（経路および関連する抵抗が避けられる）。しかしながら、行信号および列信号の
ための経路も使用される場合には、２つのメタライゼーションで十分である。水平および
垂直ピッチ（ＰＩＴＣＨ）、すなわち、水平方向または垂直方向のいずれかにおける２つ
の隣接ブロックの中心間の距離は、このデバイスでは、隣接する表面金属間のピッチの５
倍または２倍にそれぞれ等しい。電極を得るため、貴金属（金、白金など）を使用するこ
とができ、あるいは、導電酸化物を使用することができる。導電酸化物は、当該酸化物が
透明（インジウムスズ酸化物−ＩＴＯ）である限りにおいて特に役立つ。基板を形成する
ため、絶縁体（ガラス、ポリカーボネートなど）または半導体（シリコンなど）を使用す
ることができる。カバー（ＬＩＤ）を形成するために、金属または導電酸化物を用いて得
ることもできる電極を備える絶縁基板を使用できる。前記導電酸化物は、当該導電酸化物
が部分的に或いは全体的に透明である場合に特に有益である。本発明に係る装置の製造の
ために一例として本特許に記載された形状と異なる他の形状を使用できることは当業者に
とって自明である。
【００７０】
一般に、ＥＷＯＤ力を用いた用途では、規則的な電極配列（すなわち、リング等を伴わ
ない電極配列）を有する装置が好ましい。
【００７１】
（トランジスタ及び／又はメモリ素子を伴うパーキングセルおよびレーンを用いた粒子の
操作のための装置）
非限定的な例として、能動基板の使用に基づく更なる可能な実施形態が示されており、
その場合、トランジスタ及び／又はメモリ素子が使用される。
【００７２】
レーンのための調整回路を用いた粒子の操作のための装置
水平に向けられた通路（ＨＲＣＨ）の電極に給電するために使用される各信号（Ｖｈ＿
１，Ｖｈ＿２，Ｖｈ＿３）、および、垂直に向けられた通路（ＶＲＣＨＪ）の電極に給電
するために使用される各信号（Ｖ１＿ｊ，Ｖ２＿ｊ，Ｖ３＿ｊ）は、マルチプレクサを形
成する電子回路を介して、装置全体に共通の信号（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）に対して接
続することができる。前記マルチプレクサは、デジタル信号により或いは独立にアドレス
可能なメモリ素子を用いてプログラムすることができる。この方式を実施する回路の実施
形態は、当業者に知られる任意の方法にしたがって得ることができる。この技術は、装置
全体を駆動し及び／又はプログラムするために必要な信号の総数を減らすことができる。
【００７３】
パーキングセルのための調整回路を用いた粒子の操作のための装置
同様に、パーキングセルの電極に給電するために使用される各信号（Ｖｃａｇｅ＿ｊ，
Ｖｃｏｌ＿ｊ，Ｖｒｏｗ＿ｉ）は、マルチプレクサを形成する電子回路を介して、装置全
体に共通の信号（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）に対して接続することができる。前記マルチ
プレクサは、デジタル信号により或いは独立にアドレス可能なメモリ素子を用いてプログ
ラムすることができる。この方式を実施する回路の実施形態は、当業者に知られる任意の
方法にしたがって得ることができる。この技術は、装置全体を駆動し及び／又はプログラ
ムするために必要な信号の全体の数を減らすことができる。
【００７４】
（レーンを用いた粒子の操作方法）
本発明に係る方法の更なる実施形態において、平衡点は、「レーン」と称される予め設
定された経路に沿って同期して移動するために、グループに制約される。グループ間の交
換点により、粒子は、１つのグループから他のグループへと通過することができ、すなわ
ち、レーンを変えることができる。これらの更なる制約にもかかわらず、方法は、任意の
ケースにおいて、個々の粒子の操作を可能にするとともに、および一連のステップの後、
他の全ての粒子の位置を不変状態のままにしつつ、単一の粒子の移動を可能にする。
【００７５】
本方法の作動原則の一例が図２６に示されている。円形状態で閉じられる２つのレーン
で十分である。ＮＩＳ回繰り返されるＮＳ個の位相Ｓ1・ＳNSによって駆動される第１の
レーン（Ｃ＿ＳＴＯＲＥ）では、粒子を場合により無作為の順序でも導入することができ
る。ＮＩＴ回繰り返されるＮＴ個の位相Ｔ1・ＴNTによって駆動される第２のレーン（Ｃ
＿ＴＭＰ）へ１つ以上の粒子を移動させることにより、第１のレーン上に粒子を並べ換え
ることができる。各レーンにおける位相の最小数は３である。その結果、６個の位相を用
いると、粒子の定まらない分布を制御することができる。２つのレーン間のやりとりは、
電極（ＥＬ）のプログラミングを変えることにより、他のレーンとの交換点へ運ばれる間
［図２７ｃ］の第１のレーン（ＣＯＮ＿１）上の引力ケージ（ＣＡＧＥ）内の粒子（ＢＥ
ＡＤ）を示す図２７ａ〜ｅに描かれるようなステップのシーケンスを用いて得ることがで
きる。ケージが第２のレーン（ＣＯＮ＿２）上の交換点に存在するときに第１のレーンの
ケージを離間移動させる［図２７ｄ］ことにより、粒子が第２のレーンへ移動する。図２
８は、六角形電極の配列の場合の同様のシーケンスを示している。この実施形態は、ＥＷ
ＯＤ力を用いる用途に特に適している。しかしながら、本発明の目的のために記載された
方法のうちの１つを利用する更に複雑な形態の電極を使用してレーン間のやりとりを得る
ことができる。
【００７６】
本発明に係る方法の更なる実施形態では、全ての粒子をシフトさせて所与の粒子を所与
の位置に再配置するために、たった１つのレーンが使用される。しかしながら、前記方法
は、レーン間の任意のやりとりを想定することなく、多数のレーンの一般的なケースに適
用されることは言うまでもない。この場合、レーンが互いに制約されないことが有益であ
る。
【００７７】
（トランジスタを伴わないレーンを用いた粒子の操作のための装置）
９個の制御信号を用いた粒子の操作のための装置
図２９は、トランジスタの使用を伴わないレーンを用いた粒子の操作のための装置の優
先的な実施形態を示している。ＮＣＶ個の垂直な円形レーンＶＣ＿１．ＶＣ＿ＮＣＶはそ
れぞれ、３つの位相Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を用いてＮＩ個のケージ（ＣＡＧＥ）を形成
する。
【００７８】
前記位相は、３つの電極からなる１つのグループのそれぞれの反復Ｉ＿１．．．Ｉ＿Ｎ
Ｉで繰り返し関連付けられる。前記位相は全てのレーンに共通のものである。３つの位相
Ｈ１、Ｈ２、およびＨ３によって駆動される第２の水平円形レーン（ＨＣＯＮＶ）は、位
相Ｖ１＋Ｈ１でアクティブな垂直コンベアとのＮＣＶ個の交換点を備えており、それによ
り、ＮＣＶ個のケージの内容物を垂直レーンから水平レーンへと同時に移動させることが
できる。前記垂直および水平レーンは第１のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）内で得られる。
位相Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３によって駆動される第３のレーン（ＲＣＯＮＶ）は、ダイア
フラム（ＣＨＷ）によって第１のマイクロチャンバから分離される第２のマイクロチャン
バ（ＲＣＨ）内で得られる。前記第３のレーンは、位相Ｈ２＋Ｒ２中にアクティブな交換
点を備える。
【００７９】
この装置は、例えば、液中に懸濁したセルなどの個々の粒子を分離するのに特に適して
いる。多数の粒子を第１のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）内に注入することができる。粒子
を伴わない液体は第２のマイクロチャンバ（ＲＣＨ）内に注入される。１つ以上の対象粒
子を選択して第１のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）の垂直レーンから水平レーンへと運ぶこ
とができるとともに、ここから第２のマイクロチャンバの第３のレーンへと運ぶことがで
きる。ここから粒子を流出させて個別に回収することができる。
【００８０】
７個の制御信号を用いた粒子の操作のための装置
装置の本実施形態は、図３０に示されるように第３のレーン（ＲＣＯＮＶ）を垂直レー
ンと同期して移動させてその位相Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を共有し制約することにより、
個々の粒子の分離に関して更に簡略化することができる。しかしながら、この場合には、
水平コンベア（ＨＣＯＮＶ）から第３のコンベア（ＲＣＯＮＶ）への移動を制御するため
に位相（ＴＨＲ）が加えられなければならない。したがって、位相の総数が７に減少され
る。レーンだけの使用を伴うこの装置の制約にもかかわらず、個々の粒子を第１のマイク
ロチャンバ（ＭＣＨ）の１つの点から第２のマイクロチャンバ（ＲＣＨ）の１つの点へ移
動させるためのステップの数は、第１の近似として、全ての粒子の独立した移動を可能に
する装置のステップの数にほぼ等しいことに留意すべきである。
【００８１】
別個のレーンおよびチャンバを用いた粒子の操作のための装置
異なるタイプの粒子を管理するための装置の優先的な実施形態が図３１に示されている
。この場合、各垂直レーンは、別個のマイクロチャンバ内で得られるとともに、別個の信
号によって制御される。例えば、異なる垂直チャンバ内には異なる粒子を注入できる。し
たがって、異なるタイプの粒子を水平レーン（ＨＣＯＮＶ）へと順序正しく移動させるこ
とができ、あるいは、１つのタイプの粒子を第２のマイクロチャンバからくる第２のタイ
プの粒子と相互作用させることができる。
【００８２】
（トランジスタ及び／又はメモリ素子を伴うレーンを用いた粒子の操作のための装置）
通路の電極に給電するために使用される各信号（Ｃ＿ＳＴＯＲＥ，Ｃ＿ＴＥＭＰ，ＶＣ
＿ｉ，ＨＣＯＮＶ，ＲＣＯＮＶ）は、マルチプレクサを形成する電子回路を介して、装置
全体に共通の信号（Ｖｐｈｉｎ，Ｖｐｈｉｐ）に対して接続することができる。前記マル
チプレクサは、デジタル信号により或いは独立にアドレス可能なメモリ素子を用いてプロ
グラムすることができる。この方式を実施する回路の実施形態は、当業者に知られる任意
の方法にしたがって得ることができる。この技術は、装置全体を駆動し及び／又はプログ
ラムするために必要な信号の総数を減らすことができる。
【００８３】
（レーンおよび完全にプログラム可能な配列を用いた粒子の操作のための装置）
本発明の更なる実施形態において、既に説明した図２９、３０、および３１の装置で使
用される技術と同様の技術にしたがって実施される図２３の装置のテクノロジーは、粒子
の操作の可能性および回数の最適化を可能にすると同時に必要な数の制御信号の格納を可
能にする図３２に示される複雑な装置を得るために使用される。図３２に示されるものに
したがって、本発明に係るこの装置は、高分子材料からなるダイアフラム（ＣＨＷ）によ
って２つのマイクロチャンバ（ＭＣＨ，ＲＣＨ）に分けられる。
【００８４】
第１のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）は、実質的に、以下によって構成される。
ａ．３つの電極からなる１つのグループのそれぞれの反復Ｉ＿１．．．Ｉ＿ＮＩで繰り
返し関連付けられる３つの位相Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を用いてそれぞれがＮＩ個のケー
ジ（ＣＡＧＥＳ）を形成する第１の多数の垂直円形レーンおよび第２の多数の垂直円形レ
ーン（「コンベア」としても規定できる）（すなわち、細長いにもかかわらず閉じられた
ループを形成するレーン）ＶＣ１＿１．．．．．ＶＣ１＿ＮＣＶおよびＶＣ２＿１．．．
．．ＶＣ２＿ＮＣＶと、
ｂ．１つ以上のケージの内容物を垂直レーンから第１の水平レーンへと同時に移動させ
ることができるように位相Ｖ２＋Ｈ３でアクティブな垂直レーン（コンベア）とのＮＣＶ
個の交換点を備える４つの位相Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、およびＨ４により駆動される第１の水
平円形レーンおよび第２の水平円形レーンＨＣＯＮＶ＿ＵＰ、ＨＣＯＮＶ＿ＤＯＷＮ（ま
たは、単なる直線状のレーン、すなわち、ループ状ではなく直線状の配列の一部を形成す
るように電極が配置されるレーン）と、
ｃ．４つの位相ＡＵＸ１、ＡＵＸ２、ＡＵＸ３、およびＡＵＸ４によって駆動されると
ともに、互いに対応する位置に置かれたコンベアまたは上側水平レーンＨＣＯＮＶ＿ＵＰ
とのＮＣＡＵＸ１個の交換点とコンベアまたは下側水平レーンＨＣＯＮＶ＿ＤＯＷＮとの
同じ数ＮＣＡＵＸ２個の交換点とを備える第３の円形水平（または単なる直線状）レーン
ＨＣＯＮＶ＿ＡＵＸと、
ｄ．完全にプログラム可能な電極のマトリクス配列、例えば、それぞれが特定の専用の
位相によって或いは完全にアクティブ型の電極を更に再び使用して独立に制御され且つ当
分野で既知のようにそれぞれが使用時に独立にプログラムできる引力ケージのマトリクス
配列を形成するためにプログラム可能なメモリ素子およびトランジスタを備える正方形の
５×５電極配列と、
ｅ．配列から望ましくない粒子を除去する機能を有する垂直レーンＶＣ１＿ｉおよびＶ
Ｃ２＿ｊに関して既に説明したものと略同様の方法で３つの位相により駆動される第１の
円形垂直ダンプレーンＶＣＷ＿ＵＰおよび第２の円形垂直ダンプレーンＶＣＷ＿ＤＯＷＮ
と、
ｆ．配列と反対側のマイクロチャンバ（ＭＣＨ）の部分に設定される垂直レーンＶＣ１
＿ｉおよびＶＣ２＿ｊに関して既に説明したものと略同様の方法で３つの位相によって駆
動される垂直レーンＶＣ１＿ｉおよびＶＣ２＿ｊの寸法のほぼ２倍の寸法を有する長い円
形垂直ダンプレーンＶＣＷ＿ＬＯＮＧ。
【００８５】
第２のマイクロチャンバ（ＲＣＨ）は、実質的に、対象の配列から出る粒子を２つのマ
イクロチャンバ間の連通路を構成する高分子材料からなるダイアフラムＣＨＷの不連続部
を介して第２のマイクロチャンバへと運ぶために４つの位相Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ
４によって駆動される出口レーンＲＣＯＮＶによって構成されている。また、補助水平レ
ーンによって特定される同じ真直ぐなライン上にほぼ位置する４つの位相ＦＢ１、ＦＢ２
、ＦＢ３、およびＦＢ４によって駆動される水平フィードバックレーンＨＣＯＮＶ＿ＦＢ
も設けられており、前記補助水平レーンにより、再び前述したダイアフラムＣＨＷ内の通
路を介して、粒子を、出口レーンＲＣＯＮＶから、したがってマイクロチャンバＲＣＨか
ら配列内へと戻すことができる。
【００８６】
本発明の特定の実施形態において、垂直円形レーンは、４００個であり、２０個の要素
からなるグループを２０個配列して成る。第１のマイクロチャンバＭＣＨは根本的に水平
レーンにより２つの半チャンバすなわち上側チャンバと下側チャンバとに分けられるため
、垂直レーンは、上半分が２００個、下半分が２００個となる。したがって、この構造は
完全に対称である。
【００８７】
それぞれの個々のレーンは、粒子を移動させることができるとともに、３位相プロトコ
ルを使用して粒子を回転させることができる。いかなる場合でも、上側垂直レーンにおけ
る水平レーンＨＣＯＮＶ＿ＵＰの真上に位置され且つ下側垂直レーンにおける水平レーン
ＨＣＯＮＶ＿ＤＯＷＮの真下に位置される（制御可能な）ＮＣＶ個の交換点のうちの１つ
を使用して対象の粒子をレーンから抽出することができる。各交換点は、それぞれ「要素
」および「グループ」と称される一対の電極によって規定される（図３２）。グループ電
極および要素電極は２０であるため、アドレス可能な交換数は４００となり、これは垂直
レーンの数に等しい。特定位相信号は１つのグループ内の各レーン毎に同じであり、それ
により、信号特定位相の挙動およびグループ電極の信号の挙動は、そのグループの各コン
ベア毎に同じである。この同一性は要素電極に適用されない。このようにすれば、常に、
任意の他の粒子を水平コンベアへロードすることなく、対象の粒子を垂直コンベアから水
平コンベアへと移動させて、当該粒子をプログラム可能な配列の所まで、場合により出口
点まで運ぶことができる。方向の変化、すなわち、垂直レーンから水平レーンへの移動は
、特定位相によって案内される電極により可能となる（図３３）。通常、前記電極は、位
相２の信号と同じ位相に位置されるが、対象の粒子の場合には、位相２の他の信号の全て
がマイナス（すなわち、アクティブ）のままであると、特定信号もマイナスとなり（図３
４）、したがって、要素電極およびグループ電極がアクティブの場合には、接触点を通じ
てセルが移動されたままとなる。代わりに、要素の信号がマイナス位相でない場合（これ
は、交換に関与しない他の１９個の全てのレーンに当てはまる）には、動作は図３５に示
される動作となる。
【００８８】
このようにすると、粒子をコンベアの上側および下側に結合できる。図３５に示される
動作は、垂直レーンの外部のグループ電極で粒子の一時的な堆積を可能にし、その後、そ
れを元の垂直レーン自体に戻すことができる限りにおいて、１つの同じ垂直レーン内で粒
子の順序を変えることが望ましい場合に更に有益である。
【００８９】
トランジスタを伴わないレーンおよびパーキングセルを用いた装置の説明で既に示され
たもの、この場合にはレーンおよびプログラム可能配列を用いる装置の説明でも既に示さ
れたものと同様の方法で、２つの次元（前述したような次元）ではなくＤ個の次元でのコ
ンベアの論理編成を採用することができる。一例として、垂直コンベア（ｃａｇｅ）の端
部から水平コンベア（ｃｏｎｖ）への粒子（ＢＥＡＤ）の移動の表示として、再び前述し
た図４９を参照してもよい。選択されたレーンに関してのみ、すなわち、各次元の交換の
Ｄ個（一例では、＝４）の全ての信号が選択されるレーンに関してのみ垂直レーンから水
平レーンへの交換を行なうための動作のシーケンスを一般化できる方法は当業者にとって
明らかである。
【００９０】
水平レーン（ＨＣＯＮＶ＿ＵＰ，ＨＣＯＮＶ＿ＤＯＷＮ）を用いると、対象の粒子を、
例えば一群の粒子の分割などの複雑な動作を行なうことができる完全にプログラム可能な
マトリクス配列へと移動させることができる。これは、例えば、注入されるサンプル中の
ケージ毎のセルの平均密度が１以上である場合に特に有益である。この場合、ケージ内に
単一のセルを有する確率は減少し、その結果、対象のセルが粒子群の一部を形成すること
があり得る。完全にプログラム可能なマトリクス配列の存在は、粒子群の一部を形成する
セルの異なるケージでの分離を可能にする。
【００９１】
優先的な実施形態において、マトリクス配列は、水平コンベアと補助コンベアとのその
相対的な相互作用を示す図３６に示されるように、５×５の完全にプログラム可能な電極
からなる正方形の配列である。
【００９２】
マトリクス配列によって、対象の粒子を選択して引き留めておくことができ、一方、別
個のゲージでの分離後、他の粒子を、ダンプレーンへ移動された後に離間移動させること
ができる。配列とダンプレーンとの間の交換点は、他の交換点のように機能するが、２つ
の要素およびグループ電極を伴わない（図３７）。
【００９３】
補助レーンＨＣＯＮＶ＿ＡＵＸは、例えば粒子の詰まり等に起因する任意の誤動作の場
合に、２つの水平レーンＨＣＯＮＶ＿ＵＰおよびＨＣＯＮＶ＿ＤＯＷＮのためのサポート
として使用することができる。装置の好ましい実施形態では、図３８に示されるように、
３つの水平レーン間に、二重交換点を伴って形成される１２個の交換点が設けられる。
【００９４】
また、補助レーンは、特に装置の始動ステップ中に望ましくない粒子を排除するために
使用できる。図３９は補助レーンの左側端部を示しており、ここでは、長いダンプレーン
内の粒子を個々の交換点を介して移動させることができる。
【００９５】
マトリクス配列（図４０）からの出口には、上側ダンプレーンＶＣＷ＿ＵＰおよび下側
ダンプレーンＶＣＷ＿ＤＯＷＮが位置されている。出口レーンＲＣＯＮＶは、対象のセル
をマイクロチャンバＭＣＨからマイクロチャンバＲＣＨへと運ぶ４位相レーンである。最
高の可能な数のケージを有するように、出口点への経路は、マイクロチャンバＲＣＨを通
じた全ての通路をジグザグにする（図４１）ことによって進む。粒子が出口レーン内にあ
ると、これらの粒子を水平フィードバックレーンＨＣＯＮＶ＿ＦＢによって配列へ戻すこ
とができる。
【００９６】
水平フィードバックレーンは、出口レーンを対称な様式で分けて、上側出口半レーンと
下側出口半レーンとを実質的に識別する。なお、前記半レーンは動作の観点から完全に独
立しており、その結果、それらのうちの１つだけでも使用することができることに留意さ
れたい。
【００９７】
装置のアクティブ領域はリングによって取り囲まれており（図４２）、このリングは、
プラス位相の電極の２つの同心リングにより形成されており、その後に、ダミー電極と交
互に並ぶプラス位相の電極リングが続いている。また、ダミー電極（例えば浮遊電極）の
後には、プラス位相の電極の２つのリングが続いている。ダミー電極は、コンベアの列と
一直線を成している。
【００９８】
なお、上記した本発明の実施形態は、正確で簡潔なプログラミングおよび管理（下側レ
ーンの制御のための位相数）の組み合わせを有利に可能にする（配列を構成する個々のケ
ージのそれぞれに関して独立に介入する可能性を有する、配列内の対象の粒子の複雑な操
作を行なう可能性）ことに留意されたい。
【００９９】
（粒子の認識および計数のための装置）
本発明に係る粒子の操作方法のそれぞれに対しては、セル／粒子を区別し、認識し、特
徴付け、あるいは、計数するために、均一な配列およびパーキングセル・レーンまたはレ
ーンのみの両方と共に、粒子を検出するための部分を加えることができる。区別または認
識は、既知の技術にしたがって異なる方法で得ることができる。
１．与えられた力Ｆに対して同じ反応挙動を有するがセンサの読み取りに異なる影響を
及ぼす異なる粒子／セルを区別／認識する。例えば、透明性の異なる指標を有する粒子は
、フォトダイオードの光の強度の読み取りに対して異なる影響を及ぼす。
２．与えられた力Ｆに対して異なる挙動を有するがセンサに関して同じ挙動を有する粒
子／セルを区別／認識する。例えば、異なる寸法の細胞は異なる移動速度を有することが
でき、そのため、１つのブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）から隣接するブロック（ＢＬＯ
ＣＫ＿ｉ，ｊ＋１）へと通過するために使用される時間を監視することによりそれらの粒
子を認識することができる。
３．与えられた力Ｆに対して異なる反応挙動を有し且ついかなる場合でもセンサに関し
て異なる挙動を有する粒子／セルを区別／認識する。
【０１００】
認識は、センサの配列の１つの要素に対応する１つの点に各セル（または、セルのグル
ープ）を位置決めする力（Ｆ）の作用と前記センサにより各セル（または、セルのグルー
プ）の存在を認識する能力とを組み合わせることにより得られるセルを計数するための方
法と組み合わせることができる。このようにすると、認識に加えて、各タイプの粒子を計
数することもできる。
【０１０１】
粒子を操作するための本発明に係る装置の各実施形態では、均一な配列およびパーキン
グセル・レーンまたはレーンのみの両方を用いると、結果として、粒子の検出のための部
分を加えることができる。
【０１０２】
検出がインピーダンス計または光センサによって行なわれるような異なる実施形態も可
能である。能動基板を伴うことなく、すなわち、トランジスタを伴うことなく粒子を検出
する可能性は特に興味深い。
【０１０３】
インピーダンス計センサを用いたトランジスタを伴わない粒子の操作のための装置
したがって、粒子の存在を個別化し、定量化し、及び／又は、定性化するために、電極
の配列の隣接する要素間に形成される電場上の粒子の存在によって課される摂動を監視す
ることができる。均一配列の場合、測定は、行信号および列信号を運ぶために一般に使用
される経路間のインピーダンスの測定により、１つ（またはそれ以上の）粒子の存在及び
場合によりその（それらの）特性の存在に関して行なうことができる。
【０１０４】
図５を参照すると、例えばＶｒｏｗ＿ｉとＶｃｏｌ＿ｊとの間のインピーダンスがどの
ようにして粒子の存在または非存在および粒子のタイプによって著しく影響され且つ周囲
のケージ内の粒子のあり得る存在によって僅かに影響されるのかを理解することができる
。
【０１０５】
レーンおよびパーキングセルを用いる装置の場合にも同様の測定を行なうことができる
。図２３を参照すると、例えばＶｒｏｗ＿ｉとＶｃｏｌ＿ｊとの間のインピーダンスがど
のようにしておそらくブロックＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊのケージ内に取り込まれた粒子の存在
または非存在および粒子のタイプによって著しく影響され且つ周囲のケージ内の粒子のあ
り得る存在によって僅かにだけ影響されるのかを理解することができる。
【０１０６】
無論、具体的に検出のために、したがって作動と検出とを多重化する必要なく、行経路
および列経路を加えることができる。
【０１０７】
図４３は、行信号（Ｒｉ）および列信号（Ｃｊ）の一般的なライン間の個々の交差部（
ＺＣＡＧＥ＿ｉｊ）のインピーダンスを検出するための本発明に係る読み取り方式を示し
ている。この場合、検出を不可能にする隣接する行（Ｚｒｏｗ）と列（Ｚｃｏｌ）との間
の結合の影響は、それらの値が一般にＺＣＡＧＥ＿ｉｊに対して支配的である限りにおい
て、受けることがない。この読み取り方式は、部品が微細加工されたチップの外部にある
電子システム、したがって、トランジスタを伴わない基板の使用に適合する電子システム
を用いて得ることができるが、トランジスタが利用可能な場合にチップ上に取り入れるこ
とができる。
【０１０８】
ゼロ平均値を有する入力刺激（Ｖｉｎ）が、そのマルチプレクサＭＲｉのみを有効にす
る行（Ｒｉ）に対して選択的に印加される。他の行マルチプレクサＭＲ１．．．ＭＲｉ−
１，ＭＲｉ＋１．．．ＭＲｍは残りの行をグランドに接続する。測定されるべき交差イン
ピーダンスの座標（ＺＣＡＧＥ＿ｉｊ）に対応するたった１つの列（Ｃｊ）がトランスイ
ンピーダンス増幅器の仮想グランド（Ｖｖｇｎｄ）に多重化され、その出力（Ｖｏｕｔ）
は、未知のインピーダンスに反比例する。
Ｖｏｕｔ＝−Ｖｉｎ×Ｚｒ／ＺＣＡＧＥ＿ｉｊ
【０１０９】
したがって、前記出力電圧（Ｖｏｕｔ）は、ＶｉｎおよびＺｒが知られているＺＣＡＧ
Ｅ＿ｉｊを得るために使用できる。出力Ｖｏｕｔは、一般に、アナログまたはデジタルタ
イプの信号を処理するためのブロック（ＰＲＯＣ）により、入力Ｖｉｎと共に処理するこ
とができ、それにより、インピーダンスの測定値したがって測定点の粒子の存在またはタ
イプの測定値を表わす１つ以上の更なる−アナログまたはデジタル−出力（ＯＵＴ）が生
成される。
【０１１０】
一例として、我々は、入力（Ｖｉｎ）が既知の周波数の正弦波である場合を挙げる。こ
の場合では、Ｖｉｎと共に増幅器の出力（Ｖｏｕｔ）を処理することにより、既知の技術
を用いてＺＣＡＧＥ＿ｉｊの正確な測定値を容易に得ることができる。例えば、信号を処
理するためのブロック（ＰＲＯＣ）では、ロックイン増幅フィルタリングなどのフィルタ
リング技術を使用することができる。
【０１１１】
再び一例として、我々は、異なる周波数の多くの正弦波の和によって形成される入力電
圧（Ｖｉｎ）を印加できる可能性を挙げる。処理ブロック（ＰＲＯＣ）でアナログまたは
デジタルフィルタを使用して出力電圧（Ｖｏｕｔ）のスペクトル成分を分離することによ
る効果の重ね合わせに起因して、入力（Ｖｉｎ）を形成する全ての周波数で、行および列
マルチプレクサ（ＭＲｉ）（ＭＣｊ）によりアドレス指定されるケージのインピーダンス
（ＺＣＡＧＥ＿ｉｊ）を同時に検出することができる。
【０１１２】
読み取り動作の速度を上げるため、全ての列を並行して読み取ることができ、それによ
り、各列毎に増幅器および処理ブロックを複製できる。この場合、列マルチプレクサ（Ｍ
Ｃｊ）を何ら使用する必要はない。
【０１１３】
インピーダンス計センサを用いて粒子を検出するための方法および装置
本発明によれば、アクチュエータとしてのチップの使用とは無関係に検出装置を設ける
こともできる。この場合、一般に、検出点の空間分解能を増大させることができ（限界点
で、トップメタライゼーションのピッチに等しい分解能を得る）、それにより、個々のセ
ルの分解を可能にするサンプルのインピーダンス計画像を得ることができる。
【０１１４】
特に有用なのは、美容用途または皮膚研究に役立つ粗さ、湿度、または、他のパラメー
タを評価するために細胞集合によって形成される組織の形態学の研究である。この場合、
インピーダンスの測定は、力の使用を伴わず、電極配列が位置される基板と組織を接触し
て位置させることにより２次元空間内に規則的に配置される隣接電極間で影響され得る。
【０１１５】
本発明の対象は、電極のブロックの配列によってこの技術を実施する装置である。この
場合、各ブロックは、行信号に接続される少なくとも１つの電極と、列信号に接続される
少なくとも１つの電極とによって構成され、それにより、行と列との間のインピーダンス
を測定することによって前記電極間のインピーダンスを評価することができる。それぞれ
の行および列の交差部に近接して位置される想定し得る粒子は、このようにして行と列と
の間のインピーダンスを測定することにより検出できる。
【０１１６】
本発明の範囲を決して限定しない一例として、我々は、行が基板（ＳＵＢ）上に形成さ
れる一方で第１の基板から距離を隔てて対向して配置されるカバー（ＬＩＤ）上に列が形
成される場合あるいはその逆の場合に特に有用な前記装置の可能な実施を提供する。この
ようにすると、実際に、行信号を得るために基板（ＳＵＢ）上に水平に配置され且つ列信
号を得るためにカバー（ＬＩＤ）上に配置された装置の全長に等しい平行な矩形電極を設
けることができる。このように、測定は、それぞれの行と列との間のインピーダンスを評
価して、２つの信号間の交差部で行電極と列電極との間に配置される粒子の存在を決定す
ることにより行なわれる。結果としての装置は、たった１つのレベルのメタライゼーショ
ンを基板（ＳＵＢ）上に伴い且つ１つのレベルのメタライゼーションをカバー（ＬＩＤ）
上に伴って得ることができる。
【０１１７】
光センサおよび透明電極を用いたトランジスタを伴わない粒子の操作のための装置
粒子の検出の更なる可能性は、デバイスの下側での光センサの使用と、透明電極（例え
ば、インジウムスズ酸化物−ＩＴＯ）の使用との組み合わせによって構成される。この場
合、デバイスが上側から照明されると、デバイスの下側の外部検出アレーに入射する光出
力の変化によって粒子が検出される。図４４に示されるように、下側に位置する検出シシ
テムは、例えばフォトダイオードやＣＣＤなどの光センサ（ピクセル）の配列によって構
成することができる。この場合、センサの配列の隣接素子間の距離は、２つの隣接ブロッ
ク（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）間の距離の１／Ｎ倍である（Ｎ＝１整数）。この技術の主な特
徴は、検出されるべき粒子をセンサの素子（ピクセル）と位置合わせでき、測定の感度を
高めることができ、粒子とセンサ素子との間の二方向唯一性のやりとりを得ることができ
る可能性にある。この技術は、実際に、センサ配列のただ１つの素子のセンサ領域にだけ
排他的に各粒子を位置させることができることを保証する。
【０１１８】
別の方法として、作動デバイスから離間して配置される外部センサの配列を使用するこ
とができる。この場合、上側から反射され或いは下側から伝わる光は、一連のレンズによ
ってセンサへと運ばれて合焦されるが、センサの素子（ピクセル）は配列のブロックと光
学的に位置合わせされる。
【０１１９】
光センサおよび不透明電極を用いたトランジスタを伴わない粒子の操作のための装置
粒子を検出できる更なる可能性は、デバイスの下側での光センサ（ＯＰＴＩＳＥＮＳ）
の使用と不透明電極の使用との組み合わせによって構成される。この場合、電極の金属で
コーティングされていない領域では基板の近傍に電位ホール（ＣＡＧＥ）を得ることがで
きる。図４４には、特定の場合として、本発明の対象を形成する装置の簡単な実施形態が
示されている。この場合、電極（ＥＬ）の配列は、正方形グリッド（無論、長方形、円形
、六角形または三角形などの他の幾何学的形状も可能である）の形態を成すたった１つの
電極によって構成される。この場合、安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）が与えられる電極
の金属でコーティングされない領域によって構成される（図４４ａ）ブロック（ＢＬＯＣ
Ｋ＿ｉ，ｊ）が得られる。このように、基板が透明な場合には、装置の下側（図４４ｂ）
に、各安定平衡点で取り込まれた粒子の存在を検出するための感光素子（ピクセル）の配
列により構成されるセンサ（ＯＰＴＩＳＥＮＳ）を適用することができる。これに関連し
て、センサの配列の素子（ピクセル）が安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）の配列と光学的
に位置合わせされることが好ましく、その場合、センサの配列の隣接素子間の距離は、２
つの隣接ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）間の距離の１／Ｎ倍である（Ｎ＝１整数）。こ
の装置は、液体サンプル中に含有される粒子を計数するのに特に有益である。この場合に
おいて、実施形態は、粒子（ＢＥＡＤ）とセンサの配列の素子（ピクセル）との位置合わ
せに限定されない。
【０１２０】
図４５には、本発明の範囲を決して限定しない単なる例として、正弦波信号（Ｖｐｈｉ
ｐ）が供給される金属グリッドと、その底面が導電性で且つ透明なカバー蓋（反対の位相
の信号Ｖｐｈｉｎが供給される）と、顕微鏡のレンズを用いてデバイスの底部により集め
られる光を検出する外部センサと、上側からデバイスを照射する光源とによって構成され
た電極を有する透明ガラス基板から得られる試作品によって行なわれる実験の結果が与え
られている。この場合、安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）の配列の各素子に対しては、セ
ンサの多数のピクセルが光学的に関連付けられる。外部センサが使用される場合には、前
述したように、基板（ＳＵＢ）が透明であることが不可欠である。これは、上側から集め
られた像を使用し、それにより、反射光を用いてデバイスを照射できるからである。
【０１２１】
図４６の下側部分を参照すると、センサの各ピクセルからくる信号（ＬＩＮＴ）は、論
理値ＬＤＩＧ＝０（黒）がセル（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）内の任意の粒子の非存在に対応し
且つ論理値ＬＤＩＧ＝１（白）がセル（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）内の粒子の存在に対応する
ように適切に固定された閾値（ＬＬＩＮＥ）とセンサからくる信号とを比較するハードウ
ェア／ソフトウェアコンパレータを用いてデジタル信号へと変換される。図４５ａにはデ
バイスの拡大画像が示されている。この場合、ブロック（ＢＬＯＣＫ＿ｉ，ｊ）および安
定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）で取り込まれたミクロスフェア（ＢＥＡＤ）ははっきりと
見ることができる。一方、図４５ｂには、デバイスの同じ部分に対応する処理された信号
が示されている。図示の例において、処理は、グレーのレベルを反転した後、ぼかし及び
閾付けを行なうことからなる。結果として得られる画像から、自動計数が容易に得られて
もよい。図４６に示されるように下側から光を集める或いは基板自体の中に組み込まれる
接触センサを使用して同様の結果を得ることができる。接触センサの使用の利点は、顕微
鏡のレンズを使用する必要がないという事実にある。結果として、寸法の小さい装置、し
たがって、携帯できる装置が得られる。
【０１２２】
当業者であれば分かるように、センサの集積に関しては多くの他の可能性が存在し、光
センサおよびインピーダンス計センサの配列を引力ケージに対して結合するために用いる
ことができるトランジスタを有する能動基板を使用できれば一般的には更に簡単である。
【０１２３】
光センサの使用に起因する性能を高めるために、例えば取り込まれた粒子へと光を伝え
るためにカバー（ＬＩＤ）の上部に設けることができるマイクロレンズ（ＭＩＣＲＯＬＥ
ＮＳＥ）を使用できる。図４７には、この考えの一例が示されている。この図には、マイ
クロレンズの使用がどのようにして測定感度を高めることができ（最終的に感度の高い領
域の外側に位置する光を集める）且つ粒子の存在または非存在に関連する異なるレベルの
信号間のコントラストを高めることができる（粒子が位置されるケージの力の中心へと全
ての光線を伝える）のかが概略的に示されている。また、当業者であれば分かるように、
レンズ、放物線ディッシュ、プリズム、ミラー、フィルタまたは偏向器の作用は、装置を
照射するために組み合わせることができる。
【０１２４】
光センサ（ピクセル）の２次元配列の使用に代わる手段として、センサ素子（ピクセル
）が安定平衡点（ＣＡＧＥ＿ｉ，ｊ）の配列の行（または列）と光学的に位置合わせされ
る１次元配列（ＳＥＮＳＨＥＡＤ）を使用することができる（図４８）。この場合、セン
サ配列の隣接素子間の距離は、同じ行（または列）上の２つの隣接ブロック（ＢＬＯＣＫ
＿ｉ，ｊ）間の距離の１／Ｎ倍である（Ｎ＝１整数）。配列全体における粒子の存在／非
存在に関する情報を取得するため、取得は、配列の各行（または列）毎に時間系列で行な
われ、各取得後、列（または行）と平行な方向（ＨＥＡＤＩＲ）でブロックの配列に対し
てセンサ（ピクセル）の配列を１ピッチ（ＰＩＴＣＨ）分移動する。あるいは、その逆も
また同様である。
【０１２５】
図４８には、本発明の範囲を決して限定しない単なる一例として、この考えの可能な実
施形態が示されている。この場合、それは移動するデバイスであり、センサ（ＳＥＮＳＨ
ＥＡＤ）、集光器（ＣＯＮＤＥＮＳＯＲ）、精密光学素子（ＯＰＴＩＣ）、可能なフィル
タ（ＦＩＬＴＥＲ）、光源（ＬＳＯＵＲＣＥ）は固定されたままである。
【０１２６】
最後に、配列全体の走査を時間系列で行なうために単一の感光素子を使用することがで
きる。この場合、各取得後に、行の素子間のピッチに等しい距離分だけ、行と平行な方向
でセンサ（ＳＥＮＳＨＥＡＤ）の移動が行なわれる。次に、各行の最後に、列の素子間の
ピッチに等しい距離分だけ、センサの移動が列と平行な方向で行なわれる。その後、更な
る行が走査され、全ての配列の完了まで同じ様式で進行する。
【０１２７】
最後に、当業者であれば分かるように、前述した取得方法及び／又は装置は、センサの
使用が粒子またはセルの操作と組み合わせられる場合に特に有益な本発明の対象を形成す
る方法及び／又は装置の全てに適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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