(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れを向上させるための方法であって：
バイオポリマー分子をデバイス中またはデバイス上の少なくとも１つの流体チャネルと接触するように移動させることであって、その結果、前記バイオポリマー分子のコイル化または凝集、前記チャネルまたは前記チャネルもしくは流体デバイスの内部の他の任意のナノ構造もしくはマイクロ構造への吸着もしくは絡みつきによって、前記デバイス中で詰まりが生じる、前記移動させること、ここで、前記バイオポリマー分子はＤＮＡまたはＲＮＡを含む；
詰まりに関与するバイオポリマー分子を光切断するのに有効となるように、前記デバイスの詰まりが発生した領域に光源を向けて、詰まりの除去または低減を促進すること；
前記デバイスの詰まりを有する領域から光切断された前記バイオポリマー分子を流し出すのに有効となるように、前記デバイスの前記領域中の流体に推進力を与えること；および
特性決定のために更なるバイオポリマー分子を流すために推進力を付与すること、
を含む方法。
【請求項２】
前記推進力は、静電力、気体圧力、毛細管力、またはそれらの任意の組合せを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バイオポリマー分子をインジケーターでラベリングして、前記光源にバイオポリマー分子を露光した時の光切断を促進することを更に含み、前記光源は、前記インジケーターに適合した光を発生して光切断能を高めるように構成されている、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記バイオポリマー分子をラベリングするために用いられる前記インジケーターは、ＹＯＹＯ−１、ＹＯＹＯ−３、ＴＯＴＯ、メチレンブルー、Ｃｕ、Ｒｈ、光線力学的治療に有用な化合物、および光子を照射した際に前記バイオポリマーの切断を促進できる他の光子吸収体のうち、１または複数を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記インジケーターはＹＯＹＯ−１であり、前記光源は波長が４７３ｎｍまたは４８８ｎｍのいずれかである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
流れが詰まっているまたは低下している状態を検出することを更に含む、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記検出は、前記デバイスを通過するバイオポリマー分子の輸送が閾値となる輸送量を下回っていることを特定することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記検出は、前記デバイス中または前記デバイス上の少なくとも１つの流体チャネルを直接イメージングして詰まりを示すことを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記デバイスの詰まりが発生した領域を、所定の時間または所定の輸送閾値のいずれかで自動的にクリーニングする、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記デバイスの詰まりが発生した領域以外における前記デバイスの前記光源への露光を最小限にするのに有効となるように、前記光源の配置を調整することを更に含む、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
バイオポリマー分子を特性決定するための装置であって：
少なくとも１つのチャネルを含む検出領域、及び更にバイオポリマー分子を含む流体デバイス；
前記検出領域中にバイオポリマー分子を移動させるための推進力発生装置、ここで、前記流体デバイス中ではバイオポリマー分子の詰まりが発生して、バイオポリマー分子が前記検出領域へと更に流れ込むことが妨げられ、前記バイオポリマー分子はＤＮＡまたはＲＮＡを含む；
前記検出領域中のバイオポリマー分子の特性を決定するための検出システム；
詰まりを形成しているバイオポリマー分子を光切断するための構成を含む光を送達する、光源セット；
前記流体デバイスの任意の領域に光を送達する光送達システム；
前記検出システムをバイオポリマー分子の特性決定のための検出領域に向け、光切断構成を含む光を前記デバイスの詰まりが形成された領域へと向ける、配置システム；ならびに
１）前記検出領域中にバイオポリマー分子を移動させるように前記推進力発生装置を作動させ；２）前記検出システムを前記検出領域に向け；３）バイオポリマー分子の特性を決定するように前記検出システムを作動させ；４）詰まりが形成された領域に、バイオポリマー分子を光切断するように構成された前記光源を向け；５）詰まりを形成しているバイオポリマー分子を光切断するための光を発生させるよう前記光源を作動させ；および、６）光切断されたバイオポリマー分子を流し出すよう前記推進力発生装置を作動させるように構成されたコントローラー、ここで、更なるバイオポリマー分子が前記検出領域中に流れ込み特性決定される、
を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ナノテクノロジー分野、とりわけ、ナノ流体チャネル（ｎａｎｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｃｈａｎｎｅｌ）およびマイクロ流体チャネル（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｃｈａｎｎｅｌ）における分子の線状化に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質、ＤＮＡ、またはＲＮＡ等のバイオポリマーは、しばしばある程度柔軟な絡み合った重合鎖の形態を有する。それらの巨大分子は、自由溶液（ｆｒｅｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）中でランダムなコイル状構造を有していると通常考えられる。生体液中における二本鎖ＤＮＡ（ｄｓＤＮＡ）では、持続長（ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ  ｌｅｎｇｔｈ）（剛性を定義するパラメーター）が通常約５０ｎｍである。一貫して正確にＤＮＡおよび他のバイオポリマーを特性決定（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ）するために、多くの場合、バイオポリマーを流体チャネル中で移動させてバイオポリマーを分析しやすくするか、または使用しやすくすることが望ましい。ある場合にはバイオポリマーはチャネル中で線状化され、別の場合にはバイオポリマーは流体フローパスを通って他の目標へと向けられる。更に、ＤＮＡ等の巨大分子およびバイオポリマーを容易に特性決定するために、例えば蛍光ラベリング技術によって巨大分子の配列または特徴をマーキングしてもよい。続いて、線状化されたラベリングバイオポリマーを光学的にイメージングして、特定の情報を得ることができる。しかしながら、バイオポリマーの光学的マッピング技術は、光学マップにおける情報量が少ないことが障害となっており、従来の技術では低いスループット能しか得られない。正確でスループットが高いバイオポリマー分子の特性決定を提供する、線状化および光学マッピングのためのシステムおよび方法がますます一般的になってきているが、それらのシステムは、流体の通路の詰まり、例えば、ピラーアレイ等の微細加工された構造体を含むナノ流体および／またはマイクロ流体線状化システムのナノチャネル領域またはマイクロチャネル領域への入口が詰まることによって、徐々にスループットが低下することがしばしば障害となる。詰まりはローディングが少ないシステムにおいてはよりゆっくりと発生し得るものの、ＤＮＡ鎖のシステムへのローディングの多少に関わらず発生し得る。したがって、バイオポリマーを用いる流体システムをクリーニングし、且つ詰まりを解消するためのシステムおよび方法が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明のシステム、方法、およびデバイスはそれぞれ複数の態様を有しており、そのどの１つも単独でその望ましい性質を担うものではない。いくつかの特徴を下記に簡潔に説明するが、添付の特許請求の範囲に示されている本発明の範囲を限定するものではない。下記の説明を検討した後、とりわけ「発明を実施するための形態」のセクションを読んだ後、本発明の種々の実施形態の特徴によって、クリーニングの改善及びスループットの向上を含む利益がどのように提供されるかが理解されよう。
【０００４】
本開示のある態様では、流体の流れを向上させる方法が提供される。ある態様では、方法は、バイオポリマー分子をデバイス中またはデバイス上の少なくとも１つの流体チャネルと接触させるように移動させることであって、その結果、バイオポリマー分子のコイル化または凝集、チャネルまたはチャネルもしくは流体デバイスの内部の任意の他のナノもしくはマイクロパターン構造（ｆｅａｔｕｒｅ）に対する吸着もしくは絡みつきによってデバイス中で詰まりが生じることと、詰まりに関与するバイオポリマーを光切断するのに有効となるようにデバイスの詰まりが発生した領域に光源を向けて、詰まりの除去または低減を促進することと、を含む。いくつかの態様では、方法は、デバイスの詰まりを含む領域から光切断されたバイオポリマー分子を流し出す（ｆｌｕｓｈ）のに有効となるように、デバイスの領域中の流体に推進力（ｍｏｔｉｖｅ  ｆｏｒｃｅ）を付与することを更に含む。いくつかの態様では、推進力は、静電力（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｆｏｒｃｅ）、気体圧力（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ  ｆｏｒｃｅ）、毛細管力、またはそれらの任意の組合せを含んでいてもよい。いくつかの態様では、光源を向けることは、約４７３ｎｍまたは約４８８ｎｍのいずれかの波長を有する光源を向けて、ＤＮＡに結合したＹＯＹＯ−１を励起させることを含む。いくつかの態様では、移動および光切断されているバイオポリマー分子はＤＮＡまたはＲＮＡを含んでいてもよい。
【０００５】
いくつかの態様では、方法は、バイオポリマー分子が光源に晒された時の光切断を促進するために、インジケーターまたは光子吸収体でバイオポリマー分子をラベリングすることを更に含む。いくつかの態様では、光源は、バイオポリマー分子が光に晒された時に光切断を最大限行うために、バイオポリマー分子のラベリングに用いられるインジケーターまたは光子吸収体に適合した光を発生するように構成されていてもよい。いくつかの態様では、バイオポリマー分子をラベリングするために用いられるインジケーターは、ＹＯ、ＹＯＹＯ−１、ＹＯＹＯ−３、ＴＯＴＯ、メチレンブルー、ＣｕまたはＲｈ、光線力学的治療に有用な化合物、またはバイオポリマーを光切断しやすくすることを可能とする任意の他の光子吸収体の一つを含んでいてもよい。各インジケーターを特定の波長または波長領域で励起して、光切断を効率よく引き起こしてもよい。いくつかの態様では、方法は、流れが詰まったまたは低下した状態を検出することを更に含んでいてもよい。いくつかの態様では、検出することは、デバイスを通過するバイオポリマー分子の輸送が閾値となる輸送量を下回っていることを特定することを含む。いくつかの態様では、検出することは、デバイス中またはデバイス上の少なくとも１つの流体チャネルを直接イメージングして詰まりを示すことを含む。いくつかの態様では、デバイスの詰まりが発生した領域は、所定の時間または所定の輸送閾値のいずれかで自動的にクリーニングされる。いくつかの態様では、方法は、デバイスの光源への露光を最小限にするのに有効となるように光源を配置することを更に含んでいてもよい。
【０００６】
開示されている別の態様は、流体の流れを向上させるための装置である。いくつかの態様では、装置は光源およびコントローラーを含んでいてもよく、光源は、バイオポリマー分子を光切断するように構成された光を発生するように構成されており、コントローラーは、バイオポリマー分子がデバイス中またはデバイス上の少なくとも１つの流体チャネルと接触するように移動を制御するよう構成され、バイオポリマー分子のコイル化もしくは凝集、チャネルまたはチャネルもしくは流体デバイスの内部の他のナノもしくはマイクロパターン構造への吸着もしくは絡みつきによってデバイス中で詰まりが発生し、該コントローラーはデバイスのバイオポリマー分子の詰まりが形成された領域に光源を向けるように構成され、且つ該コントローラーは、詰まりを形成しているバイオポリマー分子の光切断を促進するように光ビームを特定時間発生させるよう、光源を作動させるように構成されている。
【０００７】
他のいくつかの態様では、装置は推進力を発生するように構成されている推進力発生装置を更に含み、コントローラーは発生した推進力によってバイオポリマー分子の移動を制御するように構成されており、ここで、コントローラーはデバイスの詰まりが発生した領域中の流体に推進力を与えて、その領域から光切断されたバイオポリマー分子を流し出すのに有効となるように更に構成されている。別のいくつかの態様では、装置の推進力は、静電力、気体圧力、毛細管力、またはそれらの任意の組合せの少なくとも１つを含む。いくつかの態様では、推進力発生装置は、静電力、気体圧力、毛細管力、またはそれらの任意の組合せの１つを発生するように構成されている。いくつかの態様では、光源によって発生された光ビームは、波長が約４７３ｎｍまたは４８８ｎｍのいずれかであってもよい。他のいくつかの態様では、バイオポリマー分子または装置はＤＮＡまたはＲＮＡを含んでいてもよい。
【０００８】
別のいくつかの態様では、装置は、バイオポリマー分子が光源によって発生された光ビームに晒された時の光切断を促進するために、インジケーターまたは光子吸収体でバイオポリマー分子をラベリングするように構成されたバイオポリマー分子ラベリングデバイスを更に含んでいてもよい。いくつかの態様では、バイオポリマー分子をラベリングするために使用されるインジケーターは、ＹＯ、ＴＯＴＯ、メチレンブルー、ＣｕまたはＲＨ、光線力学的治療に有用な化合物、または他の任意の好適な光子吸収体の少なくとも１つを含む。いくつかの態様では、装置は、デバイス中またはデバイス上の少なくとも１つの流体チャネル中の流れが詰まったまたは低下した状態を検出するように構成された検出器を更に含んでいてもよい。いくつかの態様では、検出器は、デバイス中またはデバイス上の少なくとも１つの流体チャネルを通過するバイオポリマー分子の輸送が閾値となる輸送量を下回っていることを特定するように、更に構成されていてよい。いくつかの態様では、検出器は、デバイス中またはデバイス上の少なくとも１つの流体チャネルを直接イメージングして詰まりを示すように、更に構成されていてもよい。
【０００９】
別のいくつかの態様では、コントローラーは、光源を作動させて所定の時間または所定の輸送閾値のいずれかで自動的に流体の流れを向上させるように、更に構成されていてもよい。別のいくつかの態様では、装置は、デバイスの光源への露光を最小限にするように光源を配置するように構成され、且つ、デバイスに対して任意の位置に光源を配置することを可能にするように更に構成されている、ｘ、ｘ−ｙ、またはｘ−ｙ−ｚ並進モーターを更に含む。
【００１０】
別の実施形態では、レンズまたは他の光学系を用いることなくＬＥＤ等の光源を流体構造体（ｆｌｕｉｄｉｃ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の近くに持って来ることによって、流体構造体の領域に光を向けて光切断を行う。これを実現するための位置に、ＬＥＤまたは流体構造体のいずれかを並進させてもよい。コントローラーによって、移動、光強度、および露光時間を調整する。まだチップの調査領域（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）にローディングされていない分子を含むサンプルウェル等、光切断または分解が行われるべきではない領域への露光を最小限にするために、光と流体構造体との間にマスクを用いてもよい。
【００１１】
別の実施形態では、流体デバイス中に発光領域（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｒｅｇｉｏｎ）を設けて、流体デバイスの妨害物（ｂｌｏｃｋａｇｅ）または詰まりが生じ易い特定の領域において局所的に励起および光切断を行うことが含まれる。
【００１２】
別の態様では、バイオポリマー分子を特性決定するための装置が含まれる。装置は、少なくとも１つのチャネルを含む検出領域およびバイオポリマー分子を含む流体デバイスを含む。装置は、検出領域中にバイオポリマー分子を移動させる推進力発生装置を更に含み、流体デバイス中ではバイオポリマー分子の詰まりが起こって、バイオポリマー分子が検出領域へと新たに流れ込むことが妨げられ得る。装置は、検出領域中のバイオポリマー分子の特性を決定するための検出システムと、詰まりを形成しているバイオポリマー分子を光切断するための構成を含む光を送達（ｄｅｌｉｖｅｒ）する光源セットと、を更に含む。装置は、流体デバイスの任意の領域に光を送達する光送達システム（ｌｉｇｈｔ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｓｙｓｔｅｍ）と、配置システム（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）と、を含み、当該配置システムはバイオポリマー分子の特性決定のための検出領域に検出システムを向け、デバイスの詰まりが形成された領域に光切断構成を含む光を向けるものである。装置は、検出領域中にバイオポリマー分子を移動させるように推進力発生機を作動させ、検出システムを検出領域に向け、バイオポリマー分子の特性（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）を決定するように検出システムを作動させ、詰まりが形成された領域にバイオポリマー分子を光切断するように構成された光源を向け、詰まりを形成しているバイオポリマー分子を光切断するための光を発生させるよう光源を作動させ、光切断されたバイオポリマー分子を流し出すように推進力発生機を作動させるように構成されたコントローラーを更に含み、ここで、更なる新たなバイオポリマー分子が検出領域中に流れ込み、特性決定される。
【００１３】
別の態様では、バイオポリマーを特性決定する方法が含まれていてもよい。方法は、バイオポリマー分子を流体デバイスの検出領域中に移動させることを含んでいてもよく、これによりデバイス中で詰まりが発生し、更なるバイオポリマーが検出領域に流れ込むことが妨げられ得る。方法は、検出領域中のバイオポリマー分子の特性を検出することを更に含んでいてもよい。方法は、デバイスの詰まりが形成された領域に光源を向けること、および詰まりを生じさせているバイオポリマー分子を光切断することを更に含んでいてもよい。方法は、光切断されたバイオポリマー分子を流し出すように推進力を付与することおよび特性決定するために更なるバイオポリマー分子を流すように推進力を付与することを含んでいてもよい。
【００１４】
別の態様では、バイオポリマーを特性決定するための別の方法を含んでいてもよい。方法は、流体デバイスの検出領域中にバイオポリマー分子を移動させることおよび検出領域中のバイオポリマー分子の特性を検出することを含んでいてもよい。方法は、検出領域に光源を向けることを更に含んでいてもよく、ここで、光源はバイオポリマー分子を光切断するための構成を含む。方法は、特性決定されたバイオポリマー分子を光切断することおよび光切断された分子を流し出して特性決定のために新たな分子を進入させることを可能にすることを更に含む。
【００１５】
別の態様では、バイオポリマーを特性決定するためのシステムが含まれていてもよい。システムは、少なくとも１つのチャネルを含む検出領域、および更にバイオポリマー分子を含む流体デバイスと、検出領域中のバイオポリマー分子の特性を決定するための検出システムと、を含む。システムは光切断システムを更に含んでいてもよく、当該光切断システムは、特性決定のために分子を新たにローディングするために、既に調べた（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｅｄ）、または調べなかったが調べる必要がないバイオポリマー分子を光切断するための構成を含む光を送達する光源セットを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、バイオポリマー分析に用いられ得るナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体の非限定的な実施形態の模式図である。
【００１７】
【図２】図２は、バイオポリマー分析に用いられ得るナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体の別の非限定的な実施形態を示す。
【００１８】
【図３】図３は、バイオポリマー分析に用いられ得るナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体の別の非限定的な実施形態を示す。
【００１９】
【図４】図４は、バイオポリマー分析用のシステムのためのコントロールシステムの非限定的な実施形態のブロック図である。
【００２０】
【図５】図５は、バイオポリマー分子を線状化するために用いられた後のナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体をクリーニングするプロセスのフローダイアグラムである。
【００２１】
【図６】図６は、流体の流れを向上させる方法の一例のフローチャートである。いくつかの態様では、プロセス６００はバイオポリマー分子分析システム４００によって行われてもよい。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書に記載の説明において、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照する。発明を実施するための形態、図面、および特許請求の範囲に記載されている例示的な実施形態はそれらに限定することを意味しない。本明細書に記載の主題の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態が用いられてもよく、他の変更が加えられてもよい。本開示の態様は、本明細書において一般的に記載されているようにおよび図面に記載されているように、幅広い異なる構成で改変、置換、組合せ、および設計してもよく、それらの全ては明確に想定されるものであり、本開示の一部をなすものであることは、容易に理解される。
【００２３】
本明細書において、明瞭性を考慮して別個の実施形態との関連で記載されている本発明のある特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供してもよいと理解されるべきである。逆に、簡潔性を考慮して単一の実施形態との関連で記載されている本発明の種々の特徴は、別個にまたは任意の部分的組合せで提供してもよい。更に、範囲で示されている値についての記載は、その範囲内の各々の且つ全ての値を含む。
【００２４】
特に定義されていない限り、本明細書で使用される科学技術用語は、当業者が一般的に理解しているものと同じ意味を有する。
【００２５】
本明細書において、「チャネル」という用語は、境界によって画定された領域を意味する。そのような境界は、物理的、電気的、化学的、磁気的なもの等であってもよい。「ナノチャネル」という用語は、あるチャネルがある次元においてナノスケールであると考えられることを明確にするために使用され、同様に、「マイクロチャネル」という用語は、あるチャネルがある次元においてマイクロスケールであると考えられることを明確にするために用いられる。更に、本明細書において、ナノ流体（ｎａｎｏ  ｆｌｕｉｄｉｃ）とは寸法がナノスケールである構成要素を有する流体システムを意味し得、マイクロ流体（ｍｉｃｒｏ  ｆｌｕｉｄｉｃ）とは寸法がマイクロスケールである構成要素を有する流体システムを意味し得る。本明細書において、バイオポリマー分析とは、ナノチャネル等のナノスケール構造体を用いたＤＮＡまたはＲＮＡ等の巨大分子またはバイオポリマーの分析、例えばナノ流体システムを指し得、マイクロ分析とは、マイクロチャネル等のマイクロスケール構造体を用いたＤＮＡまたはＲＮＡ等の巨大分子またはバイオポリマーの分析、例えばマイクロ流体システムを指し得る。いくつかの実施形態では、バイオポリマー分析はバイオポリマーの特性決定を含んでいてもよく、バイオポリマー分子の特性には、物理的寸法（すなわち、長さ、幅、等）、目印となる周期性、形状、分子配列、サイズ、密度、電気的性質、光散乱／屈折、等が含まれていてもよい。
【００２６】
本明細書において、「ナノチャネル」という用語は、「マイクロチャネル」も指し得る。したがって、ナノチャネルを用いるデバイス、システム、または方法は、マイクロチャネルにも適用され得るまたはマイクロチャネルを用いることもできることが示唆され得る。更に、「ナノ」という接頭語を用いたいかなる用語も、接頭語「マイクロ」で置換してもよい。例えば、「ナノチャネル」または「ナノ流体」の説明は、「マイクロチャネル」および「マイクロ流体」を含む。
【００２７】
本明細書において、「ＤＮＡ」という用語は、任意の長さ（例えば、０．１Ｋｂ〜１００メガベース）のＤＮＡを指す。ＤＮＡは、高純度な調製物、未精製物、または半精製物であってもよい。ＤＮＡは、いかなる生物学的ソースに由来していてもよく、合成されたものであってもよい。
【００２８】
本明細書において、「サンプル」は、マイクロ流体デバイスまたはナノ流体デバイスに導入可能なバイオポリマーを含む任意の流体を含んでいてもよい。サンプルは、目的とするバイオポリマー、例えば光学ゲノムマッピングまたはシーケンシングのために分析される精製およびラベリングされたＤＮＡを含有する任意の流体を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、サンプルは、分析用のナノ流体チップまたはマイクロ流体チップに用いる高度に処理された流体（すなわち、被分析物）であってもよい。サンプルは、電気泳動を促進するまたは吸着を防ぐために、流体デバイスの表面を改良するためのバッファーおよび添加剤を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、サンプルは、例えば、血液、血清、血漿、痰、洗浄液、脳脊髄液、組織、微生物、尿、精液、汗、涙、唾液等の１または複数の成分、ならびにそれらの任意の画分または処理された部分を含んでいてもよい。同様に、サンプルが生体組織、標本（ｓｗａｂ）、塗抹標本（ｓｍｅａｒ）等から採取される場合、「サンプル」は、とりわけ、生体組織、標本、塗抹標本等に由来する処理された画分または部分を包含する。バイオポリマーの線状化は、種々のバイオポリマー分析システムにおいて有益であり得る。例えば、線状化は、バイオポリマーをイメージングするシステム、バイオポリマー光学マッピングシステム、シーケンシングシステム、またはバイオポリマートランスフェクションシステムにおいて用いてもよい。そのような線状化は、バイオポリマー分子の物理的性質および生物学的性質の研究、利用、および／または分析に重要であり得る。いくつかのバイオポリマー分析システムでは、バイオポリマーを線状化するために種々の方法または構造体を用いてもよい。いくつかの実施形態では、バイオポリマー分析システムは検出領域を有する流体デバイスを含んでいてもよく、いくつかの実施形態では、バイオポリマー分析システムは流体デバイスを有する装置を含んでいてもよい。検出領域は、バイオポリマーがその中を流れる少なくとも１つのチャネル（例えば、ナノ流体チャネルまたはマイクロ流体チャネル）を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、流体デバイスは、バイオポリマー分析システムもしくは装置の使い捨ての取外し可能ユニット（すなわち、後述するようなチップ）、バイオポリマー分析システムもしくは装置の取外し可能で再利用可能なユニット、またはバイオポリマー分析システムもしくは装置の常設のもしくは取外し可能なパーツであってもよい。例えば、流体デバイスは、Ｍａｐｃａｒｄまたは同様なユニットであってもよい。検出領域は、１または複数の流体チャネル（例えば、ナノ流体チャネルまたはマイクロ流体チャネル）を含んでいてもよい。例えば、いくつかのシステムでは、先が細くなった領域（ｔａｐｅｒｅｄ  ｒｅｇｉｏｎ）を用いて、線状化しやすくしてもよく且つバイオポリマーを流体チャネルに導入してもよい。ほかのシステムでは種々の障害物、またはピラー領域もしくはアレイが用いられてもよく、推進力によりバイオポリマー分子がそこを通って供給され、バイオポリマー分子がピラーを通り過ぎる際およびピラーの周辺を移動する際にピラー領域またはアレイによって���イオポリマー分子が直鎖化される。ほかのシステムでは、ナノチャネルまたはマイクロチャネル中に閉じ込めてもよく（ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）、ナノスリット、ナノポア、マイクロスリット、またはマイクロポアを通してバイオポリマー分子を供給してもよく、あるいは、再構成可能で調整可能な（ｔｕｎａｂｌｅ）／弾性のある（ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ）チャネル内にバイオポリマー分子を入れて、バイオポリマーを線状化してもよい。いくつかのシステムでは、基板表面の上部が開いたチャネルが用いられてもよい。いくつかのシステムでは、他の線状化方法、または線状化方法および構造体の組合せを用いることによってバイオポリマーを線状化してもよい。以下に種々の実施形態が説明され得る。当業者には、それらの実施形態がバイオポリマーを関連付ける流体システムの例の一部であり、特許請求の範囲で特に記載されている場合を除き、限定することを意図していないことが理解されよう。
【００２９】
例えば、バイオポリマー分子を線状化するシステムにおいて、バイオポリマー分子のイメージング、マッピング、および／またはシーケンシングを可能にするために、バイオポリマー分子（例えば、ＤＮＡ分子）を直鎖化もしくは輸送するためのまたはそれらを線状形態に維持するためのナノチャネル（またはマイクロチャネル）を用いてもよい。そのようなチャネルは、バイオポリマー分析システムから容易に交換可能または着脱可能であり得るナノ流体（もしくはマイクロ流体）チップまたは類似の構造体の上または中に形成されていてもよく、あるいはバイオポリマー分析システムにおける常設物（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｆｉｘｔｕｒｅ）であってもよい。いくつかの実施形態では、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体は、上記の線状化システムまたは方法の１または複数を含んでいてもよい。別の実施形態では、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体は、上記の線状化システムまたは方法、およびバイオポリマー分析システムによって使用される更なる構造体、例えば、サンプルウェルまたはリザーバーを含んでいてもよい。ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体は、バイオポリマーを移動させるまたは直鎖化させるために用いられる複数のナノチャネル（もしくはマイクロチャネル）またはナノチャネル（もしくはマイクロチャネル）のアレイを含んでいてもよい。高効率および高スループットのイメージングデバイスが線状化プロセスに用いられ、例えば、１アレイ中に１０、５０、１００、５００、１０００、５０００、またはそれ以上のナノチャネルを有する平行するアレイを多数含んでいてもよい。作動中、バイオポリマー分析システムにバイオポリマー分子を繰り返しローディングしてもよく、推進力、例えば、動電学的力（ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ  ｆｏｒｃｅ）、気体圧力、毛細管力、またはそれらの任意の組合せによってバイオポリマー分子をバイオポリマー分析システム（例えば、流体デバイス）中を流し込んで、検出領域中へと移動させてもよい。例えば、バイオポリマー分析イメージングシステムにおけるバイオポリマー分子の流れには１または複数の線状化領域中の流れが含まれていてもよく、複数のナノチャネルにはイメージング領域が含まれていてもよく、ここで、線状化されたバイオポリマー分子はイメージングデバイスを用いて効果的且つ効率的にイメージングされ得る。バイオポリマー分析システムにおいて、推進力、例えば、流体圧力または電場を用いてバイオポリマー分子をシステム中で動かしてもよい。
【００３０】
更に、バイオポリマー分析システムまたはその中の装置は、流体デバイスの検出領域においてバイオポリマー分子の特性を決定するように構成された検出システムを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、検出システムは、蛍光を用いてバイオポリマー分子を調べるように構成された光学系デバイスを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、検出システムは、（例えば伸長されたバイオポリマー分子を同定するために）光学的検出システムから独立してまたは光学的検出システムと組み合わせて作動するように構成された電気化学的検出システムであってもよい。いくつかの実施形態では、蛍光を用いてバイオポリマー分子を調べるように構成された光学系デバイスにおいて、バイオポリマー分子の調査（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）に使用するのと同じ光源を光切断に用いてもよい。例えば、光源を調査ではなく光切断のために用いる場合、バックボーンＤＮＡ検出および光切断で用いられる青色レーザー、４７３または４８８ｎｍの場合と同様に光源を調整してもよい。いくつかの実施形態では、光切断に必要とされるエネルギーの量が、イメージングに必要とされるエネルギーの１０〜１００倍であってもよい。しかしながら、バイオポリマー分子イメージングに用いられる１または複数の光学検出コンポーネント（例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）カメラまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）カメラ）は、バイオポリマーの光切断に用いなくてもよい。
【００３１】
バイオポリマー分析システムは、推進力発生装置および検出システムを更に含んでいてもよく、検出システムは、検出領域中のバイオポリマー分子の特性を決定するように構成されている。前述の光源は、バイオポリマー分子を調べるためのまたは流体デバイス中で詰まりを形成しているバイオポリマー分子を光切断するための構成を含む光を送達するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、光源は、特定の波長を有するまたは波長を調整可能である１または複数のレーザー、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｍｉｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）／ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、白熱電球、水銀ランプ、ＵＶランプ、アーク灯、アルゴンランプ、または任意の他のガスランプ（例えば、ネオンおよびクリプトン）を含んでいてもよい。光源は、パルス的（ｐａｌｓａｔｉｎｇ）（すなわち、限られた時間の間で一気に光を放出する）であってもよく、連続的であってもよく、物理的シャッターで開閉されていてもよく、フィルタリングされていてもよく、増幅されていてもよく、減衰されていてもよく、偏光されていてもよく、または他の方法で操作して種々の異なる波長および強度を有する、バイオポリマー分子を調べるために用いる光を発生させてもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態では、光切断に用いられるエネルギーが複数のラベリング化学種を破壊することがある。例えば、Ｃｙ３またはＡｔｔｏ  ５３２等、発光において赤方偏移するラベリングは、ＹＯＹＯ−１でラベリングされたバイオポリマー分子を光切断するために用いられる４８８ｎｍ光源により破壊され得るまたは損傷し得る。したがって、光切断プロセスおよび光切断エネルギーにより、光切断されたバイオポリマー分子を続いてイメージングできなくなる可能性があり、光切断が標的とされていないバイオポリマー分子およびラベリングに与える影響が最小限になるように注意しなければならない。いくつかの実施形態では、光源から発生する光の波長を光切断するラベリングに合わせる（ｍａｔｃｈ）ことによって、光切断の標的とされていないラベリング種に対する光の破壊的影響を低減させてもよい。更に、蛍光を用いた光学検出システムにおいて、標的の多重化（複数の標的が、ある分子、すなわちＤＮＡ中の特定のシーケンス中の複数の目印となる）またはサンプルの多重化（異なるサンプルが、異なる色または色の組合せでラベリングされる）のために波長を追加してもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態では、光学的検出システムは、ミラー、対物レンズ、レンズ、フィルター、シャッター、光ファイバーケーブル、またはそれらの任意の組合せを更に含んでいてもよい。光学的検出システムは、光切断に最大限の光子を送達するため（検出システムの光源が光切断および調査（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｎｇ）に用いられる場合）、およびバイオポリマーを調べる時に最大の明瞭度が得られるように焦点を絞るための、焦点調整機構を更に含んでいてもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、光送達システムが、光源によって発生された光を流体デバイスの任意の領域に送達するように構成されていてもよい。光送達システムは、光学系、光学系をバイパスする近接近（ｃｌｏｓｅ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｂａｓｅｄ）送達システム、またはそれら２つの組合せを含んでいてもよく、ここで、ＤＮＡ検出およびバイオポリマー分子の調査が光学系を介して行われ得、調査ゾーンの外側のバイオポリマー分子を保護しつつ、直接照射によって光切断が起こり得る。
【００３５】
バイオポリマー分析システムは配置システムおよびコントローラーを更に含んでいてもよく、配置システムは、バイオポリマー分子の特性決定のために検出システムを検出領域へと向けるように、且つ流体デバイスの詰まりが形成された領域へと光切断光を向けるように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、配置システムは、ｘ、ｙ、およびｚ方向の１または複数において移動可能であってもよい。いくつかの実施形態では、配置システムは、ラグスクリューベースモーションシステムまたはピエゾもしくはスティックスリップモーションシステムを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、配置システムは、正確なポジショニングを実現するための内部もしくは外部エンコーダーまたは他のフィードバック機構を含んでいてもよい。
【００３６】
いくつかの実施形態では、コントローラーは、推進力発生装置を作動させてバイオポリマー分子を検出領域中へと移動させるように、且つ検出システムを検出領域へと向けるように、構成されていてもよい。コントローラーは、更に、検出システムを作動させてバイオポリマー分子の特性を決定するように構成されていてもよい。流体デバイス中で詰まりが形成された場合、コントローラーによって、バイオポリマー分子を光切断するように構成された光源を詰まりが形成された領域へと向けてもよく、且つ、光源を作動させて詰まりを形成しているバイオポリマー分子を光切断するための光を発生させてもよい。その後、コントローラーによって、推進力発生装置を作動させて光切断されたバイオポリマー分子を流し出して、特性決定のために検出領域中へと分子を新たに流れ込ませてもよい。
【００３７】
図１は、バイオポリマー流体システム中で使用され得るナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体１００の実施形態を示す図である。ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体１００の実施形態の構成要素を示している。ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体１００は、サンプルウェル１２０、またはより大きな流体チャネルなどの他のサンプル源に隣接している。サンプルウェル１２０は、バイオポリマーまたは巨大分子、例えばＤＮＡ分子１５２、を含む液体サンプルで満たされていてもよい。流体サンプルは、電気泳動のためのバッファーならびに表面修飾のための界面活性剤および他の添加剤を更に含んでいてもよい。ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体１００中のＤＮＡ分子１５２の移動は例として本明細書に記載されているのであり、本開示の実施形態はそれに限定されない。本明細書に記載のバイオポリマーまたは巨大分子はＤＮＡ分子１５２によって例示されているが、当業者には、それがバイオポリマーの例であるに過ぎず、限定するものではないことが理解されよう。
【００３８】
ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体１００は、転移ゾーン（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｚｏｎｅ）１５０ａおよびナノチャネルゾーン１５０ｂ等の種々のゾーンに分けてもよい。転移ゾーン１５０ａは、リップ領域（ｌｉｐ  ｒｅｇｉｏｎ）１５１、１または複数のフィーダーチャネル１５３、ピラーもしくはデコンボリューションもしくは線状化領域１５４、および１または複数の緩和チャネル（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ  ｃｈａｎｎｅｌ）１５７を含み得る。リップ領域１５１はサンプルウェル１２０に隣接していることが好ましく、サンプルウェル１２０と比べて高くなった部分（ｒａｉｓｅｄ  ｐｏｒｔｉｏｎ）を含んでいてもよい。ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体１００において、リップ領域１５１は、例えば電気泳動によってサンプルウェル１２０からＤＮＡ分子１５２を移動、移行、または他の方法で動かした際にＤＮＡ分子１５２が到達する最初の部分となり得る。リップ領域１５１は、ＤＮＡ分子１５２がサンプルウェル１２０を出てナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体１００の続く領域に入るための転移区域を提供する。リップ領域１５１には、サンプルウェル１２０から動かされた、コイル状のまたは絡まったＤＮＡ分子１５２が描かれている。リップ領域１５１は、ウェル構造体１２４の上面から測定した場合、深さが約０．１ミクロン〜約１０ミクロンであってもよい。リップ領域は、長さが約０．５ミクロン〜約１０００ミクロンであってもよく、長さは、１個のサンプルウェル１２０から別のサンプルウェルへとナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体１００を横断する方向におけるのものとして定義される。いくつかの実施形態では、リップ領域は、深さが約１．５ミクロンであり、且つ長さが約１５ミクロンである。本明細書に記載の寸法は単なる例であり、寸法は、記載されている範囲内の任意の値であると解釈され得る。
【００３９】
リップ領域１５１に１または複数のフィーダーチャネル１５３が隣接している。フィーダーチャネル１５３は、コイル状のまたは絡まったＤＮＡ分子１５２をピラー領域１５４中へと送る（ｆｕｎｎｅｌ）または向ける。１または複数のフィーダーチャネル１５３は互いに平行であり、ナノチャネル１２８と比べて幅が広いチャネルである。フィーダーチャネル１５３は幅が約０．０５ミクロン〜約２５ミクロンまたはそれらの間の任意の値であってもよく、幅は、前述した長さに対して垂直な方向におけるものであると理解される。フィーダーチャネル１５３は深さが約２０ｎｍ〜約１０００ｎｍまたはそれらの間の任意の値であってもよい。いくつかの実施形態では、フィーダーチャネルは、深さが約５０ｎｍであり、且つ幅が約１．５ミクロンである。
【００４０】
一実施形態では、フィーダーチャネル１５３はピラー領域１５４へとつながっていてもよい。ピラー領域１５４はフロア１５６を含み、いくつかの実施形態では、フロア１５６はフィーダーチャネル１５３の底面と切れ目なく連続している。ピラー領域１５４は１または複数のピラー１５５を更に含む。ピラー１５５は、ピラー領域全体に散在するシリコン形成物（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）であってもよく、ピラー１５５は、ピラー領域のフロア１５６から、フロア１５６よりも高い上部へと延びている。いくつかの実施形態では、ピラー領域の上部は、ウェル構造体１２４の上面と同じ平面内にあり、基板（図示せず）と接触していてもよい。ピラー１５５は任意の形状であってもよく、すなわち、ピラーは、断面の形状が円形、正方形、ひし形、卵形、長方形、または任意の他の所望の形状であってもよい。ピラー１５５は、サイズ、形状、高さ、および他のピラー１５５からの距離が互いに異なっていてもよい。ピラー１５５は、ピラー領域１５４全体に等間隔で置かれていてもよく、不均等な間隔で置かれていてもよい。いくつかの実施形態では、ピラー領域１５４は、ピラー１５５の複数のゾーン（例えば、２以上のゾーン）を含んでいてもよく、第１のゾーンは、第１の寸法、形状、および／または高さのピラーを含み、ピラーの第２のゾーンは、第１の寸法とは異なる、第２の寸法、形状、および／または高さのピラー１５５を含む。ある実施形態では、ピラー１５５の寸法は、フィーダーチャネル１５３から離れてナノチャネル１２８に近づくにつれて、だんだん小さくなっていく。
【００４１】
ピラー領域１５４におけるピラー１５５のサイズ、形状、および配置を調整して、絡まったまたはコイル状のバイオポリマーまたは巨大分子の絡まりをほどく（ｕｎｔａｎｇｌｅ）、コイルを解く（ｕｎｃｏｉｌ）、またはその他の方法で直鎖化する。例えば、ピラー１５５のサイズおよびピラー１５５同士の間隔は、コイル状のまたは絡まったＤＮＡ分子１５２がフィットできない曲がりくねったフローパスを作る。静電場等の推進力がナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体１００に与えられると、コイル状のまたは絡まったＤＮＡ分子１５２は、分子がピラー１５５に触れ合う（ｉｎｔｅｒａｃｔ）際に機械的に巻きが解かれる。図示されているようにピラー１５５の２つ以上のゾーンがあってもよく、異なるゾーンにおけるピラー１５５は性質が異なっていてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第１のゾーンにおけるピラー１５５間の間隔は第２のゾーンにおけるピラー１５５の間隔より大きくてもよい。このようにすることで、分子が第２のゾーンに到達する前に、第１のゾーンで最初に部分的に絡まりがほどかれるか、または巻きが解かれる。第２のゾーンでは、分子がより狭い空間を通され、これにより分子が更にほどかれるか、または巻きが解かれる。ピラー１５５間の距離は異なっていてもよい。例えば、２個のピラー１５５間の距離は約２５ｎｍ、約５０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１５０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約１０００ｎｍ、約２０００ｎｍ、約３０００ｎｍ、約４０００ｎｍ、約５０００ｎｍ、またはそれらの値の任意の２つの間の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、ピラー１５５間の距離は約０．１ミクロン〜約２．５ミクロンである。
【００４２】
ピラー１５５の高さ、すなわちフロア１５６からその上面までの距離は、約２０ｎｍ〜約５０００ｎｍまたはそれらの間の任意の値であってもよい。いくつかの実施形態では、ピラー１５５は、その形状に応じて、幅、直径、または長さの寸法がそれぞれ約５０ｎｍ〜約１００００ｎｍまたはそれらの間の任意の値であってもよい。いくつかの実施形態では、ピラー１５５は、高さが約５０ｎｍであり、幅、直径、または長さの寸法がそれぞれ約２００ｎｍ〜約５０００ｎｍである。図示されているように、異なるゾーンにおけるピラー１５５は直径が異なっていてもよく、第１のゾーンにおけるピラー１５５は、第２のゾーンにおけるピラー１５５より直径が大きくてもよい。更に、ピラー領域１５４中におけるピラー１５５の密度は、ピラー領域１５４がナノチャネルウェル１２８に近づくにつれて大きくなっていてもよい。
【００４３】
ピラー領域１５４は複数の緩和チャネル１５７と隣り合っている。緩和チャネル１５７は複数のナノチャネル１２８への入口として働くチャネルである。いくつかの実施形態では、緩和チャネル１５７は、先が狭まった（ｆｕｎｎｅｌ）形状のチャネルである。緩和チャネル１５７は、ピラー領域１５４に隣接している側で寸法がより幅広くなっており、ナノチャネル１２８に近接した側で寸法がより狭くなっている。緩和チャネル１５７は、コイルが解かれ且つ絡まりがほどかれた、または部分的にコイルが解かれ且つ絡まりがほどかれた分子を受け取り、分子が複数のナノチャネル１２８に入る際に分子を更に線状化するのを促す。線状化されたＤＮＡ分子１５８が、関連する緩和チャネル１５７から１つのナノチャネル１２８に入るところが描かれている。緩和チャネル１５７は、長さが約１０〜約５０００ミクロンであり、深さが約２０ｎｍ〜３００ｎｍであり、幅が約５０〜１０００ｎｍであってもよい。いくつかの実施形態では、緩和チャネル１５７は、最も幅が広い箇所で長さが約８０ミクロンであり、深さが５０ｎｍであり、幅が３００ｎｍであってもよい。
【００４４】
複数のナノチャネル１２８は、線状化ＤＮＡ分子を受け取り、線状化分子だけがフィットしてその中を輸送または移動できるサイズにされる。ナノチャネル１２８は、幅が約２０ｎｍ〜約３００ｎｍであり、深さが約３０〜約３００ｎｍであり、長さが約１０〜約１００００ミクロンであってもよい。いくつかの実施形態では、ナノチャネルは、幅が約４５ｎｍであり、深さが約４５ｎｍであり、長さが約３５０ミクロンである。
【００４５】
使用中、ナノチャネル１２８中を移動しているバイオポリマー分子１５２でナノチャネル１２８が詰まることがある（詰まり１３０参照）。詰まりによって、バイオポリマー分子がナノチャネル１２８および／または流体デバイス中を更に流れることが妨げられる可能性がある。別の場合には、ナノチャネル１２８は緩和チャネル１５７と合流する場所で詰まる可能性があり（詰まり１３２参照）、あるいは、緩和チャネル１５７は、ピラー領域１５４中で充分にコイルが解かれていないＤＮＡ分子１１２または一旦ピラー領域１５４を通過した後に再度コイル化したＤＮＡ分子１１２によって詰まる可能性があるか、またはブロックされる可能性がある（詰まり１３４参照）。あるいは、ピラー領域１５４は、適切にコイルが解かれていないＤＮＡ分子１５２、または１もしくは複数のピラー１５５に巻き付いて蓄積するＤＮＡ分子１５２によって詰まる可能性がある（詰まり１３６参照）。更に、サンプルウェル１２０がフィーダーチャネル１５３と合流する場所で詰まり１３８が形成する可能性がある。
【００４６】
より一般的には、流体デバイス全般に当てはまるように、流体の流れのいかなる領域でもＤＮＡまたは他のバイオポリマーは蓄積し得るまたは詰まり得るが、たいていは：分岐点；バルブ；より大きなチャネルからより小さなチャネルへの移行部；乱流が生じる箇所；コイル状のバイオポリマーより寸法が小さいチャネルへの入口；廃棄チャネル；流速が遅い通路；流れが一定時間止まる領域；バイオポリマーが凝集または沈殿し得る区域；または、流体デバイスのピラー、ナノチャネルの側壁、もしくは任意の他の線状化構造体を含む、その表面でバイオポリマーが吸着し得るもしくは絡みつき得る区域で、ＤＮＡまたは他のバイオポリマーは蓄積し得るまたは詰まり得る。
【００４７】
図２は、バイオポリマー分析に用いられ得るナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体２００の代替的実施形態を示す図である。その実施形態のナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体２００の構成要素が描かれており、それらは図１に関連して記載されているものと同様であってもよい。ナノチャネル２２８がサンプルウェル２２０と隣接して示されている。いくつかの実施形態では、ナノチャネル２２８およびサンプルウェル２２０の両方がナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体２００の一部であってもよい。別の実施形態では、ナノチャネル２２８だけがナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体２００の一部であってもよい。サンプルウェル２２０は、例えばＤＮＡ分子２５２等のバイオポリマーまたは巨大分子を含む液体サンプルで満たされていてもよい。液体サンプルは、電気泳動のためのバッファーならびに表面修飾のための界面活性剤および他の添加剤を更に含んでいてもよい。ナノチャネル構造体２００中のＤＮＡ分子２５２の移動は例として本明細書に記載されており、本開示の実施形態はそれに限定されない。本明細書に記載のバイオポリマーまたは巨大分子はＤＮＡ分子２５２として説明されているが、当業者にはそれがバイオポリマーの例に過ぎず、限定するものではないことが理解されよう。
【００４８】
コイル状のまたは絡まったＤＮＡ分子２５２がサンプルウェル２２０中に描かれている。サンプルウェル２２０に複数のナノチャネル２２８が隣接している。複数のナノチャネルは互いに平行である。複数のナノチャネル２２８は、線状化ＤＮＡ分子を受け取り、顕著に線状化された分子だけがナノチャネル２２８中にフィットでき、且つ、その中を輸送または移動できるようなサイズにされていてもよい。ナノチャネル２２８は、好ましくは、幅が約２０ｎｍ〜約３００ｎｍであり、深さが約３０〜約３００ｎｍであり、長さが約１０〜約１００００ミクロンであってもよい。いくつかの実施形態では、ナノチャネル２２８は、幅が約４５ｎｍであり、深さが約４５ｎｍであり、長さが約３５０ミクロンである。図示されているように、１または複数のＤＮＡ分子２５２は、１もしくは複数のサンプルウェル２２０および／または複数のナノチャネル２２８のいずれかの中に存在（ｌｏｃａｔｅ）していてもよい。いくつかの実施形態では、ＤＮＡ分子２５２は、サンプルウェル２２０およびナノチャネル２２８の両方の中に同時に存在していてもよい。
【００４９】
ナノチャネル２２８のサイズおよび配置によって、コイル状のまたは絡まったＤＮＡ分子２５２がフィットできない制限的な流路が生み出される。したがって、電場等の推進力がナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体２００に与えられると、コイル状のまたは絡まったＤＮＡ分子２５２は、サンプルウェル２２０から出てナノチャネル２２８と触れ合う際に機械的にコイルが解かれる。
【００５０】
使用中、ナノチャネル２２８は、ナノチャネル２２８中を移動しているバイオポリマー分子２５２で詰まることがある（詰まり２３０参照）。あるいは、サンプルウェル２２０およびナノチャネル２２８が合流する箇所が、適切にコイルが解かれていないコイル状のＤＮＡ分子２２８を推進力によってナノチャネル２２８中を移動させる際に詰まり得るまたはブロックされ得る（詰まり２３２参照）。
【００５１】
図３は、バイオポリマー分析に用いられ得るナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体３００の別の実施形態を示す図である。この実施形態のナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体３００の構成要素が描かれており、それらは図１に関連して説明されているものと同様であってもよい。いくつかの実施形態では、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体３００は、ナノチャネル３２８およびサンプルウェル（図示せず）を含んでいてもよい。別の実施形態では、ナノチャネル３２８だけがナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体３００の一部であってもよい。サンプルウェルは、例えばＤＮＡ分子３５２等のバイオポリマーまたは巨大分子を含む液体サンプルで満たされていてもよい。液体サンプルは、電気泳動のためのバッファーならびに表面修飾のための界面活性剤およびその他の添加剤を更に含んでもよい。ナノチャネル構造体３００中のＤＮＡ分子３５２の移動は例として本明細書中に記載されており、本開示の実施形態はそれに限定されない。ナノスリット３２４がナノチャネル３２８の各々の間に存在していてもよい。図示されているように、ナノスリット３２４は、２つのナノチャネル３２８に対して斜めになっていてもよい。ナノスリット３２４は、ナノチャネル３２８にＤＮＡ分子３５２がローディングされてＤＮＡ分子３５２がナノスリット３２４を通過する時に、ＤＮＡ分子３５２を線状化するように作用し得る。図示されているように、１または複数のＤＮＡ分子３５２が１もしくは複数のナノチャネル３２８および／または１もしくは複数のナノスリット３２４の１つの中に存在していてもよい。いくつかの実施形態では、ＤＮＡ分子３５２は、サンプルウェル、ナノチャネル３２８、およびナノスリット３２４のすべてにおいて存在していてもよい。本明細書に記載のバイオポリマーまたは巨大分子はＤＮＡ分子３５２として記載されているが、当業者にはそれがバイオポリマーの例に過ぎず、限定するものではないことが理解されよう。
【００５２】
コイル化したまたは絡まったＤＮＡ分子３５２が１または複数のナノチャネル３２８中に描かれている。複数のナノチャネルは互いに平行である。ナノチャネル３２８は、幅が約２０ｎｍ〜約３００ｎｍであり、深さが約３０〜約３００ｎｍであり、長さが約１０〜約１００００ミクロンであってもよく、線状化されているまたはコイル状のＤＮＡ分子３５２を受け取ってもよい。いくつかの実施形態では、ナノチャネル３２８は、幅が約１００ｎｍであり、深さが約１００ｎｍであり、長さが約３５０ミクロンである。いくつかの実施形態では、ナノスリット３２４は、幅が約４５ｎｍであり、深さが約４５ｎｍであり、長さが約４５ミクロンである。いくつかの実施形態では、ＤＮＡ分子３５２は、サンプルウェルおよびナノチャネル３２８の両方の中に同時に存在していてもよい。１つのナノスリット３２４中を流れている線状化ＤＮＡ分子３５８が描かれている。
【００５３】
ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体３００は、バイオポリマー分子の少なくとも一部をサンプルウェルからナノチャネル３２８を通って移動させるために用いられていてもよい。しかしながら、使用中、ナノチャネル３２８中を移動しているＤＮＡ分子３５２でナノチャネル３２８が詰まることがある（詰まり３３０参照）。あるいは、サンプルウェルとナノチャネル３２８とが合流する場所が、コイル化したまたは蓄積したＤＮＡ分子３５２によって詰まり得るまたはブロックされ得る（詰まり３３２参照）。更に、ナノスリット３２４はＤＮＡ分子３５２によって詰まり得るまたはブロックされ得る（詰まり３３４参照）。
【００５４】
一度詰まると、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体が詰まっていることに伴い線状化プロセスは効率が低下する可能性がある。更に、一度詰まると、バイオポリマー分子をナノ流体デバイスまたはマイクロ流体デバイスに新たに導入してその中で扱うことが困難になり得、スループットおよび有用性が大きく制限され得る。詰まりによって、更に、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体中でバイオポリマー分子を扱うのに必要とされる最適な電気的条件が変化し得、スループットが標準以下になり得る。複数のナノチャネル中の詰まりが不均一であることによって、マイクロ流体デバイスまたはナノ流体デバイスの１つの部分と次の部分とで電場に対する応答がまばらになる可能性がある。存在するバイオポリマー分子がナノ流体デバイスまたはマイクロ流体デバイス中で詰まった時、詰まる速度が上昇し、詰まりを加速させるスノーボール効果が生じ得る。ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体のナノチャネルのサイズを考慮すると、物理的手段またはそれと同様な手段（例えば、クリーニング液または物理的クリーニングデバイス）によるチャネルのクリーニングは困難および／または非実際的であり得る。
【００５５】
ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体、例えば、限定されるものではないが図１〜３に示されているものは、バイオポリマー分子をナノチャネル領域またはマイクロチャネル領域にローディングした時に、最初は高いスループットを達成し得る。線状化領域およびナノチャネルが更に多くのバイオポリマー分子の線状化に繰り返し用いられるにつれて、線状化領域およびナノチャネルは絡まったまたは蓄積したバイオポリマー分子で詰まることがある。同様に、ナノチャネルは、完全に線状化されていない分子がナノチャネルに入る時または複数の分子がナノチャネルに一度に入る時に、それらの分子によって詰まり得る。そのような絡まりおよび／または詰まりは、詰まった部分でＤＮＡ分子がナノチャネル等の望まれる流路中を流れにくくなるため、スループットの低下を引き起こすことがある。例えば、時間が経つにつれて、ＤＮＡをナノチャネルのアレイ中で動かす際にナノチャネルが更に詰まっていくため、情報を得るのにわずかしかチャネルを用いることができない。ナノチャネル中を移動するＤＮＡ分子の数が減少することにより、スループットの低下またはアレイ中の情報密度の低下が起こる。他の流体デバイスもＤＮＡまたは他のバイオポリマーで同様に詰まり得、同様に有用性が下がり得る。
【００５６】
したがって、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体の詰まった部分をクリーニングして、チップまたは他の構造体のスループットを回復させる必要があり得る。例えば、図１の構造体に関して、ピラー領域およびナノチャネルをクリーニングする方法としては、レーザーまたは他の照射源（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ）を用いてナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体の一部を詰まらせているバイオポリマー分子を細かい小片へと細断して（ｃｈｏｐ）、続いて、それらの細断されたバイオポリマー分子の小片を、電気泳動力または流体圧力差等の適切な推進力によってナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体から流し出すことが挙げられ得る。いくつかの実施形態では、バイオポリマー分子は、「ＹｏＹｏ−１」で染色またはラベリングされたバイオポリマー分子であってもよい。いくつかの別の実施形態では、細断／光切断されているバイオポリマー分子は、照射源によって露光された時にバイオポリマー分子の光切断を促進または支援するために、別のインジケーターで染色もしくはラベリングされていてもよく、あるいは光子を吸収する別の化合物（すなわち、ＹＯ、ＴＯＴＯ、メチレンブルー、ＣｕまたはＲｈ、光線力学的治療のための化合物等）に晒されていてもよい。したがって、光切断は、染色、ラベリング、インジケーター、または他の光子吸収体を伴って、またはそれらを伴わずに達成され得る。別の実施形態では、染色されていない分子が用いられてもよい。いくつかの実施形態では、照射源はレーザー、例えば４７３ｎｍの青色レーザーもしくは４８８ｎｍのレーザー、または任意の他の波長のレーザーであってもよい。別の実施形態では、例えばＵＶ光などの他の波長の光エネルギー源、および例えば発光ダイオードなどの他のエネルギー源からの光エネルギーが用いられてもよい。したがって、生体分子上の色素または他の吸収分子の吸収波長に適合したまたは重なるレーザーまたは他の光を、ラベリングされたポリヌクレオチドまたは他の生体分子の切断に用いることができ、ラベリングされていないポリヌクレオチドまたは他の生体分子でも、ＵＶまたは他の高エネルギー照射源を用いて切断することができる。
【００５７】
ある照射量で（ａ  ｄｏｓｅ  ｏｆ）レーザーまたは他の光エネルギーをナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体に所望の時間または時間間隔で与えることにより、その光を吸収できるまたはその光によって切断することができる、詰まったバイオポリマー分子または染色／ラベリングされたバイオポリマー分子を断片化して、構造体からより容易に流し出すことができる。ある実施形態では、分析デバイスにおいて交互に行われるローディングおよびイメージングサイクル等の反復的な流体プロセスにおける時間は、詰まっているバイオポリマーを取り除く時間として定義され得る。あるいは、スループットの低下していることまたはチャネルが閾量を超える生体分子を含むことを検出することによって、詰まりの量を少なくとも一部確認することができる。あるいは、チップを直接イメージングすることにより詰まりを示すことができる。あるいは、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体が線状化に使用されていない時にクリーニングを開始してもよい。
【００５８】
例えば、図１の構造体に関して、デバイスによって、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体のピラー領域が新しく全く詰まっていない時に、下流ナノチャネルのスループットまたはローディング密度を検出または測定してもよい。システムは、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体中の詰まりを検出するように構成されていてもよい。詰まりは、ナノチャネルにおいてスループットまたはローディング密度が低下していることを特定することにより検出してもよい。いくつかの実施形態では、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体における詰まりが生じている箇所を決定するための更なる検出方法が含まれていてもよい。詰まりの箇所が具体的に決定されると、システムによって、照射源をその箇所に集中させてエネルギーを必要な場所にだけ集中的に照射して、バイオポリマー分析システムの詰まっていない部分に不必要に照射してエネルギーを浪費しないようにすることができる。あるいは、システムによって、詰まっているバイオポリマーを効果的に断片化するための発光エネルギーを、少なくとも流体デバイスが詰まり易い任意のまたは全ての領域に向けてもよい。
【００５９】
ある実施形態では、新しいまたは詰まっていない流体デバイスにおける初期のスループットまたはローディング値を、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体のベースラインスループットとして確定してもよく、当該初期のスループットまたはローディング値を、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体のクリーニングされる箇所における閾値を決定するための基準としてもよい。いくつかの実施形態では、閾値はスループットの５０％として設定され得、したがって、下流ナノチャネルのスループットが５０％を下回った場合、デバイスによってナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体のピラー領域がクリーニングされる。別の実施形態では、ナノチャネルのスループットにおける要求およびバイオポリマーを切断するための適切なエネルギー照射量でピラー領域をクリーニングする能力に応じて、閾値をスループットの７５％、スループットの２５％、それらの値の間の任意の値、または任意の他の所望の閾値に設定してもよい（すなわち、デバイスは、頻度の差はあるが光エネルギーを自動的に照射する能力を有し得る）。あるいは、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体は、構造体をできるだけきれいにしておくために、ローディングを１サイクル行うごとに照射されてもよい。本明細書に記載のクリーニングのいずれの実施形態においても、クリーニングプロセスは、例えば所定の時間もしくは所定の詰まり、スループット、またはローディング値で、自動的に実施してもよい。
【００６０】
図４は、図５に開示の方法を自動または手動で行うことを可能とする、バイオポリマー分析システム用のコントロールシステム４００の例示的な実施形態を示す図である。コントロールシステム４００は、コントローラー４６２およびメモリー４６４を含む。コントローラー４６２はメモリー４６４と通信している。コントローラーは、プロセッサーおよび内部メモリーまたはキャッシュを含んでいてもよい。メモリー４６４は、コントローラー４６２および／またはコントロールシステム４００を作動させるために、コンピューターで読み取り可能な指令を送るものであってもよい。
【００６１】
コントローラー４６２は、好ましくは、照射源４６０、１または複数のｘ、ｘ−ｙ、もしくはｘ−ｙ−ｚ並進モーター４９２、および推進力発生装置４９４と通信している。コントローラー４６２は、照射源４６０の電源をオンまたはオフにするように構成されており、更に、照射源４６０の強度および／または発光時間を制御し得る。いくつかの実施形態では、照射源４６０は、発光される光の波長を制御し得、または所望の波長、例えばバイオポリマーまたはラベリングが効果的に光子を吸収して切断が十分に行われるような波長で発光が強くなるまたは最大になるように選択され得る。コントローラー４６２は、照射光学系４７０を制御することによって、照射ビームの方向、焦点、または波長を制御するように構成されていてもよい。照射源４６０および照射光学系４７０は、個々にまたは組み合わせて、好ましくは、例えばレーザー光エネルギー源もしくはＬＥＤ光エネルギー源、または問題のバイオポリマーを効果的に光切断するための任意の他の光子源を含んでいてもよい。
【００６２】
コントローラー４６２は、例えば本明細書に記載されているように、１または複数のｘ、ｘ−ｙ、ｘ−ｙ−ｚ並進モーター４９２にコントロール信号を送るように構成されている。例えば、コントローラー４６２は、必要または所望に応じて、前述のナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体を移動させてナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体の一部を照射光学系４７０および照射源４６０の範囲内／見えるところに持って来るために、ｘ、ｘ−ｙ、またはｘ−ｙ−ｚ並進モーター４９２の作動を制御するように構成されていてもよい。あるいは、ｘ、ｘ−ｙ、またはｘ−ｙ−ｚ並進モーター４９２によって、照射光学系４７０および／または照射源４６０を移動させて、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体の詰まっているまたはクリーニングすることが望まれる特定の領域または部分に光エネルギーを向けてもよい。予防的または防止的にクリーニングすることも想定され、したがって、性能が低下していないまたは性能がわずかしか低下していないような場合でも蓄積されたバイオポリマーを除去し得ることに留意されたい。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されている光切断クリーニング方法があらかじめ詰まりを防止するために用いられてもよく、あるいは、他の予防的クリーニング方法と組み合わせて用いられてもよい。いくつかの実施形態では、並進モーター４９２を前述の配置システムで置き換えてもよい。コントローラー４６２は、推進力発生装置４９４を作動させる、または推進力発生装置４９４にコントロール信号を送るように構成されていてもよい。推進力発生装置は、電極、圧力発生素子、または本明細書に記載されているような推進力を発生するように構成されたその他の構成要素を含んでいてもよい。推進力は、前述したように、バイオポリマー分子が流体デバイス中を通って検出領域中へと移動するように構成されていてもよい。
【００６３】
いくつかの実施形態では、コントローラー４６２は、照射源４６０、推進力発生装置４９４、照射光学系４７０、およびコントロールシステム４００のその他の部分を作動させるタイミングを自動的に制御および調整することにより作動する。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラー４６２から推進力発生装置４９４に信号を送って、バイオポリマーまたは巨大分子が流体システムの中を移動するようにしてもよい。一定の時間が経過した後、コントローラー４６２によって信号を消してもよく、または中断信号を送って推進力発生装置４９４からの推進力の付与を停止させてもよい。推進力がなくなった後、コントローラー４６２から照射源４６０に信号を送って、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体のバイオポリマーまたは巨大分子で詰まり得る箇所またはその他クリーニングすることが望まれ得る箇所に光を照射してもよい。いくつかの実施形態では、コントローラー４６２によって、バイオポリマー分析システムのナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体をクリーニングする必要があるということを判定してもよい。前述したように、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体中のバイオポリマーの流速に基づいて判定してもよい。別の実施形態では、コントローラー４６２によって、バイオポリマーの各サンプルをバイオポリマー分析システムによって分析した後にナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体をクリーニングしてもよい。自動化されたシステムが開示されているが、所望により、手動または一部手動のシステムを用いてもよいことに留意されたい。例えば、使用者がボタンを押した時、メニュー選択を行った時、流体デバイスの特定の箇所に光を照射するために手動でｘ、ｘ−ｙ、もしくはｘ−ｙ−ｚモーターを並進させた時、またはその他の方法でクリーニングサイクルを開始させた時、クリーニングサイクルが開始し得る。これは、使用者が望めばいつでも起こり得、あるいは、例えば使用者にクリーニングの開始に同意するかどうかの入力がコントローラーから求められ、そのコントローラーからの通知に応答して起こり得る。
【００６４】
ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体のクリーニングには、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体のクリーニングされる領域または箇所への照射が含まれていてもよい。ある実施形態、ＤＮＡ等のバイオポリマー分子が４７３ｎｍで吸収を示す色素または他の分子でラベリングされているような場合、レーザー照射プロセスは、バイオポリマー分析システムで分析されるバイオポリマー分子に応じて、１サイクル当たり４７３ｎｍで１〜１００ＭＪ／ｍ２のレーザーエネルギー密度で各バイオポリマー分子に照射することを含んでいてもよい。例えば、ある実施形態では、最も一般的な１サイクル当たりのエネルギー密度は４７３ｎｍで１５ＭＪ／ｍ２のレーザーであり得る。更に、別の実施形態では、例えばＤＮＡが異なる色素または他の吸収体でラベリングされているような場合、波長が異なるレーザーを用いてもよい。設計者は、バイオポリマー分子を効果的に光切断するのに適切な１サイクル当たりのエネルギー密度を容易に決定することができる。このようにすることで、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体の一部を以前に詰まらせたバイオポリマー分子、またはその他の方法で流体構造体中のバイオポリマー分子の流れを詰まらせた、低減させた、もしくは阻害したバイオポリマー分子を切断または細断してより小さな小片にして、バイオポリマー分子が蓄積していた領域を抜け出せるようにしてもよい。
【００６５】
コントローラー４６２によって、照射源４６０のオンおよびオフを切り替えることによりならびに照射光学系４７０を用いて照明を適切な位置へと向けることにより、前述のレーザー照射プロセスの照射エネルギーを制御し得る。コントローラー４６２によって、各サンプル中のバイオポリマー分子に基づいておよびバイオポリマー分子の光切断に用いられる光エネルギー源に基づいて、どの程度のエネルギー密度を用いるべきであるかを決定してもよい。例えば、前述したように、ＤＮＡ分子がＹｏＹｏ−１蛍光ラベリングで染色されている時、４７３ｎｍレーザーによって光切断されるＤＮＡ分子は、光切断に１５ＭＪ／ｍ２を必要とし得る。あるいは、ＵＶ光を用いたＤＮＡ分子の光切断では染色が不要であってもよいが、照射中、４７３ｎｍレーザーのエネルギーより多くのエネルギーが必要となり得る。こうして、コントローラー４６２によって、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体のクリーニングされる部分を照射源４６０および照射光学系４７０に露光する時間を決定してもよく、望まれるエネルギーレベルをデバイスに送ってもよい。エネルギーレベルは、パルス幅変調、照射源４６０へのエネルギー入力の制御、フィルタリング、または照射時間の変更等の任意の適切な手段によって制御してもよい。
【００６６】
流体システムの少なくとも一部が照射されている間または照射された後、コントローラー４６２によって推進力発生装置４９４を作動させるための信号を送ってもよい。光切断プロセス後、推進力発生装置４９４を作動させることによって、光切断されたバイオポリマーの断片が流し出してもよい。推進力発生装置４９４を停止させた後、コントローラー４６２によってｘ、ｘ−ｙ、またはｘ−ｙ−ｚ並進モーター４９２に信号を送って、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体を指定された量移動させて、照射源４６０および照射光学系４７０の範囲内で次にクリーニングされる部分を配置させてもよく、あるいは、照射源４６０および照射光学系４７０を、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体のクリーニングする必要がある次の部分をクリーニングするために適切な位置へと移動させてもよい。ナノ流体構造体もしくはマイクロ流体構造体または照射源４６０および光学系４７０を移動させた後、コントローラー４６２によって照射源４６０および光学系４７０を再活性化して、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体の新しい部分に適切に照射して、バイオポリマー分子の細断された部分を流し出してナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体の次の領域をクリーニングしてもよい。このプロセスは、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体の完全に詰まった部分を完全にクリーニングおよびきれいにするために必要とされる回数または望むだけ繰り返してもよい。あるいは、クリーニングされる区域のいくつかまたは全てが、充分な切断エネルギーが与えられるまで繰り返してレーザーまたは他の光学的エネルギーで１または複数回スキャンされてもよい。このプロセスは図５に更に詳細に示されている。
【００６７】
図５は、バイオポリマー分子の線状化に用いた後のナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体をクリーニングするための例示的なプロセスのフローダイアグラムである。ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体をクリーニングするためのプロセス５００はブロック５０２から始めてもよく、ここで、所望によりマーキング、タグ化、または染色されている、ＤＮＡ等のバイオポリマーを含むサンプルが第１のリザーバーまたはサンプルウェルに加えられる。いくつかの実施形態では、バイオポリマーまたは巨大分子の電気泳動を促進するために、バッファー溶液、同一もしくは他の液体、または流体が第２のリザーバーまたはサンプルウェルに加えられていてもよい。サンプル添加後、サンプルの蒸発を防ぐために、バイオポリマー分析システムによってリザーバーまたはナノ流体構造体もしくはマイクロ流体構造体の周りを封止してもよい。いくつかの実施形態では、バイオポリマー分析システムは陰極および陽極を含んでいてもよい。陰極および陽極またはそれらの一部を、それぞれ、第１のリザーバーまたはサンプルウェル中のサンプルおよび第２のリザーバーまたはサンプルウェル中のバッファー溶液または液体と接触させて、バイオポリマー分子に静電力を与えて移動させてもよい。別の実施形態では、推進力は、サンプルがリザーバーまたはサンプルウェル中に置かれた後に配置される前述したような圧力発生要素によって発生された圧力による力（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｆｏｒｃｅ）を含み得る。
【００６８】
プロセスはブロック５０４へと移り、ここで、推進力がリザーバーまたはサンプルウェルに付与される。前述したように、いくつかの実施形態では、推進力の付与は、例えば陰極および陽極ならびに／または基板の電極部分を用いてサンプルウェルに電場をかけることによって実現される。いくつかの実施形態では、推進力の付与は、分子がマイクロチャネルまたはナノチャネルを通って第１のリザーバーから第２のリザーバーへと動くのに充分な圧力勾配を付与することにより実現される。
【００６９】
プロセス５００はブロック５０６へと移り、ここで、推進力は所定の時間後に排除される。いくつかの実施形態では、ブロック５０６は、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体中の流れが閾値を下回った場合、即ち、ナノチャネル中が完全に流れることを示す場合に、推進力を排除することを含み得る。あるいは、ブロック５０６は、ナノチャネル中のバイオポリマーがナノチャネルの外へと移動して、イメージングまたは他の分析のために他のバイオポリマーがナノチャネル中へと移動できるようなタイミングで行ってもよい。ブロック５０６で推進力が排除されると、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体および特にナノチャネル中の分子の移動、動き、または泳動は停止し、分子はナノチャネル内または第２のリザーバーもしくはサンプルウェル内のいずれかにおいてそのまま居続ける。所定の時間は、目的とするバイオポリマーまたは巨大分子に基づいて決定してもよい。いくつかの実施形態では、所定の時間は、システムによって線状化および輸送されるバイオポリマー分子の量に基づいて決定してもよい。推進力が付与される時間は、１マイクロ秒、５マイクロ秒、１０マイクロ秒、２０マイクロ秒、５０マイクロ秒、０．１秒、０．５秒、１秒、２秒、３秒、４秒、５秒、１０秒、１５秒、２０秒、２５秒、３０秒、４５秒、６０秒、９０秒、１２０秒、５分、１０分、１５分、２０分、３０分、もしくはそれ以上、またはそれらの間の任意の時間であってもよい。
【００７０】
プロセス５００はブロック５０８へと移り、ここで、照射光学系またはナノ流体構造体もしくはマイクロ流体構造体のいずれかを移動させて、光エネルギー源によるクリーニングのための光を流体構造体の所望の領域へと向ける。例えば、流体構造体を動かす場合、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体が取り付けられたアセンブリーまたはプラットフォームを動かして、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体をクリーニングのための位置に持って来てもよい。いくつかの実施形態では、例えば、クリーニングされる第１の部分には、ナノチャネルがサンプルウェルと合流する地点が含まれていてもよく、一方で、第２の部分には、ナノチャネルそのものが含まれていてもよい。いくつかの実施形態では、クリーニングされる第２の部分には、以前にクリーニングされたもの以外のピラーのアレイまたはナノチャネルのサブセットが含まれていてもよい。当業者には、本願の範囲から逸脱することなく、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体のクリーニングされる第２の部分が異なってもよいことが理解されよう。
【００７１】
あるいは、ブロック５０８で、照射光学系を動かして、ナノ流体構造体もしくはマイクロ流体構造体またはバイオポリマー分析システムの一部をクリーニングするように照射光学系を配置してもよい。いくつかの実施形態では、照射光学系を動かして、固定されたナノ流体構造体もしくはマイクロ流体構造体またはバイオポリマー分析システムの一部をクリーニングしてもよい。同様に、前述したように、照射光学系を作動させて、ナノ流体構造体もしくはマイクロ流体構造体またはバイオポリマー分析システムの異なる部分に照射ビームを向けてもよく、または照射ビームを用いてクリーニングできる区域をスキャンしてもよい。いくつかの実施形態では、例えば、クリーニングされるバイオポリマー分析システムの第１の部分は、ナノチャネルまたはナノチャネルへの入口に隣接するもしくはその上流に位置する区域を含むナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体を含んでいてもよい。更に、照射ビームに露光され得るバイオポリマーを用いる流体システムの任意の部分が、同様なプロセスを必要に応じて問題の特定のシステムに適合させて用いることによりクリーニングされ得ることが当業者には理解されよう。あるいは、ＵＶ  ＬＥＤもしくは可視光ＬＥＤまたはそのようなＬＥＤのアレイもしくは配列等の適切な光子エネルギー源を永続的に配置させ、始動させた時に流体デバイスの適切な部分に光切断光エネルギーを向けてもよい。
【００７２】
ブロック５１０で、ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体（またはバイオポリマー流体システム）の一部がクリーニングされる。このブロックは、流体構造体の一部を照射ビームに露光させて、その部分に残っている任意のバイオポリマー分子に照射ビームからのエネルギーを与えてもよく、当該照射ビームは適切に付与されたバイオポリマー分子と反応してバイオポリマー分子が光切断され、バイオポリマーは小さな小片へと細断される。前述したように、照射の必要性は、バイオポリマー分子、使用される染色化要素もしくはラベリング化要素、または使用されている照射源の少なくとも１つに応じて変わり得る。いくつかの実施形態では、ブロック５１０は、クリーニングする必要があると確定された特定の位置に向けられてもよい。いくつかの実施形態では、ブロック５１０は、チップの全箇所に向けられてもよい。ナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体の所定の領域を光切断した後、プロセスはブロック５１２に進む。
【００７３】
ブロック５１２は所望により行われる専用クリーニングブロック（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ  ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｂｌｏｃｋ）であってもよく、当該ブロックは、ナノ流体構造体の領域もしくはマイクロ流体構造体の領域またはバイオポリマー分析システムの一部をクリーニングするブロック５１０の後に挿入されていてもよい。所望により行われるブロック５１２によって、前のステップでクリーニングされたナノ流体構造体もしくはマイクロ流体構造体またはバイオポリマー分析システムの一部に対して、専用の推進力が付与され得る。専用推進力は、細断されたバイオポリマー分子の小片を流し出すことおよびバイオポリマーがシステム中を流れることを阻害し得る要素を区域から取り除くことを目的とし得るものである。いくつかの実施形態では、所望により行われるブロック５１２のプロセスは、所望により行われる判定ブロック（ｄｅｃｉｓｉｏｎ  ｂｌｏｃｋ）５１４の後に行ってもよい。いくつかの実施形態では、非専用推進力、例えば光切断ステップの後にＤＮＡをチップにローディングするために用いられる推進力（例えば、ブロック５０４の推進力）を用いて、次のＤＮＡサンプルをローディングすると同時に、細断されたバイオポリマー分子の小片を除去してもよい。
【００７４】
プロセス５００は、所望により行われる判定状態（ｄｅｃｉｓｉｏｎ  ｓｔａｔｅ）５１４へと移り、ここで、クリーニングする必要があったまたはクリーニングすることになっていたナノ流体構造体もしくはマイクロ流体構造体またはバイオポリマー分析システムの各部分がクリーニングされたかどうかが判定される。クリーニングされる部分は、特定のナノチャネル、ナノチャネルの全アレイ、ピラーアレイ（存在する場合）、またはナノチャネルデバイスもしくは流体デバイスの任意の所望の部分を含み得る。ナノ流体構造体もしくはマイクロ流体構造体またはバイオポリマー分析システムが完全にクリーニングされていなかった場合、プロセスはステップ５０８に戻り、流体構造体またはバイオポリマー分析システムの一部のクリーニングが続く。
【００７５】
上記のプロセス５００によって、流体システムにおけるバイオポリマー分子のローディングまたはスループットが上昇し得る。ローディングおよびスループットは、ＤＮＡサイズの減少、ラベリングの光褪色または他の関連する測定指標の光褪色等の副作用が観察されることなく上昇し得る。更に、毎ローディング後にクリーニング方法が用いられ得るシステムでは、バイオポリマー分析システムは、クリーニングされないバイオポリマー分析システムに比べてローディングが増え、スループットがより高くなり得る。
【００７６】
プロセス５００のステップは、指定されている順番で行わなくてもよく、全てのステップを行う必要もないことが当業者には理解されよう。更に、プロセスは並行して行われてもよく、１つのプロセス中のどのステップも、別のプロセス中のステップにおける性能を必ずしも妨げないことが当業者には理解されよう。いくつかの実施形態では、プロセスは重複して行われ、あるプロセスのステップが別のプロセスのステップを引き起こすまたは開始させ、あるいは、あるプロセスのステップが別のプロセスのステップによって引き起こされる。プロセスは完全に自動であってもよく、１または複数の使用者による入力を要求しつつも部分的に自動化されていてもよく、手動で実施されてもよい。
【００７７】
図６は、流体の流れを向上させる方法の一例のフローチャートである。いくつかの態様では、プロセス６００はコントロールシステム４００によって行われ得る。いくつかの態様では、プロセス６００は、独立型（ｓｔａｎｄａｌｏｎｅ）の光切断システム（図示せず）によって行われ得る。プロセス６００は、バイオポリマー分子を線状化するために用いられた後のナノ流体構造体またはマイクロ流体構造体をクリーニングするプロセス、例えば図５に示されているプロセス５００を示し得る。
【００７８】
ブロック６０５で、バイオポリマー分子をデバイス中またはデバイス上の少なくとも１つの流体チャネルと接触するように動かしてもよく、その結果、バイオポリマー分子のコイル化または凝集、チャネルまたはチャネルもしくは流体デバイスの内部の他のナノもしくはマイクロパターン構造への吸着もしくは絡まりにより、デバイス中で詰まりが発生する。いくつかの態様では、推進力を用いてバイオポリマー分子を移動させて、光切断されたバイオポリマー分子をクリーニングされた領域から流し出してもよい。いくつかの態様では、推進力は、静電力、気体圧力、毛細管力、またはそれらの任意の組合せを含んでいてもよい。
【００７９】
ブロック６１０で、プロセス６００によってデバイスの詰まりが発生した領域に光源を向けて、詰まりの一因となる任意のバイオポリマー分子を光切断してもよく、且つ、詰まりの除去または低減を促進してもよい。いくつかの実施形態では、光源は、４７３ｎｍまたは４８８ｎｍの波長を有する光を発光し得る。いくつかの態様では、プロセス６００は、光源に晒された時にバイオポリマー分子の光切断を促進するためのインジケーターでバイオポリマー分子をラベリングすることを更に含んでいてもよい。いくつかの態様では、ブロック６１０またはプロセス６００の別のブロック（図に示されていない）において、バイオポリマー分子のラベリングに用いられたインジケーターまたは光子吸収体に適合した光を発生する光源を構成して、プロセスの光切断能を最大化してもよい。インジケーターまたは光子吸収体に適合した光を発生させることは、光のどの特性（すなわち、波長、強度等）によって特定のインジケーターまたは光子吸収体でラベリングされたバイオポリマー分子の光切断が最大限行われるかを判定することを含んでいてもよい。各インジケーターまたは光子吸収体で、インジケーターまたは光子吸収体が与えられたバイオポリマー分子の光切断を最大限行うための光（すなわち、波長、強度、などが異なる光）は異なり得る。いくつかの態様では、プロセス６００は、ブロック６１０の前、同時、または後に、流れが詰まったまたは低下した状態を検出することを更に含んでいてもよい。いくつかの態様では、プロセス６００は、システム４００によって、所定の時間または所定の輸送閾値のいずれかで自動的に実施されてもよい。プロセス６００に関連する上記ブロックのいずれもが、コントローラー４６２、照射源４６０および光学系４７０、推進力発生装置４９４、ならびにｘ、ｘ−ｙ、またはｘ−ｙ−ｚ並進モーター４９２を含むシステム４００の構成要素の１または複数によって行われてもよい。いくつかの実施形態では、上記ブロックの１または複数は、図４に示されているものと同様な構造および機能の構成要素によって行われてもよい。
【００８０】
この技術は、汎用性があるまたは専用の（ｓｐｅｃｉａｌ  ｐｕｒｐｏｓｅ）種々の計算システム環境または構成と共に使用してもよい。本発明との使用に好適であり得る周知の計算システム、環境、および／または構成としては、パーソナルコンピューター、サーバーコンピューター、携帯用またはラップトップデバイス、マルチプロセッサーシステム、プロセッサー搭載のシステム、プログラム可能な家庭用電化製品、ネットワークＰＣ、ミニコンピューター、コントローラー、マイクロコントローラー、メインフレームコンピューター、直接または間接的に接続されたマルチプロセッサー、上記システムまたはデバイスのいずれかを含む分散計算環境等が挙げられるが、それらに限定されない。それらのデバイスは組み合わせて一緒に用いてもよい。
【００８１】
本明細書において、指令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）とは、システム中の情報を処理するためのコンピューターによって実施されるステップを指す。指令は、ソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェア中で実施してもよく、システムの構成要素によって行われるあらゆる種類のプログラムされたステップを含む。
【００８２】
本明細書において、プロセッサーは任意の従来の汎用性シングルチッププロセッサーまたはマルチチッププロセッサーであってもよく、例えばＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）プロセッサー、Ｃｏｒｅ  Ｉ３  プロセッサー、Ｃｏｒｅ  Ｉ５  プロセッサー、Ｃｏｒｅ  Ｉ７  プロセッサー、８０５１プロセッサー、ＡＭＤ  ＦＸシリーズプロセッサー、ＭＩＰＳ（登録商標）プロセッサー、Ａｔｏｍプロセッサー、Ａｌｐｈａ（登録商標）プロセッサー、任意の他の所望のもしくは好適なプロセッサー、またはプロセッサーの組合せであってもよい。更に、プロセッサーは、任意の従来の専用プロセッサー、例えばデジタルシグナルプロセッサー、グラフィックスプロセッサー、または埋込みマイクロコントローラーであってもよい。プロセッサーは通常、従来のアドレスライン、従来のデータライン、および１または複数の従来のコントロールラインを有する。
【００８３】
システムは、詳細に説明されているように、種々のモジュールで構成される。当業者に理解されるように、モジュールの各々は、種々のサブルーチン、プロシージャ、定義文、およびマクロを含む。モジュールの各々は、通常、別個に単一の実行可能プログラムへと集約され関連付けられる。したがって、モジュールの各々の記述は、好ましいシステムの機能性を説明するのに都合がよい。したがって、モジュールの各々によってなされるプロセスは、他のモジュールの１つに任意に再分配されていてもよく、単一モジュール中で組み合わされていてもよく、例えば共用可能なダイナミックリンク・ライブラリー中で、利用可能にされていてもよい。
【００８４】
システムは、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、またはＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）等の種々のオペレーティングシステムと関連して用いてもよい。
【００８５】
システムは、任意の従来のプログラミング言語、例えばＣ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ＢＡＳＩＣ、Ｐａｓｃａｌ、またはＪａｖａで書かれていてよく、従来のオペレーティングシステムで作動させてもよい。Ｃ、Ｃ＋＋、ＢＡＳＩＣ、Ｐａｓｃａｌ、Ｊａｖａ、およびＦＯＲＴＲＡＮは業界の標準的なプログラミング言語であり、実行可能コードの作成に種々の市販のコンパイラーが利用可能である。システムは更に、Ｐｅｒｌ、Ｐｙｔｈｏｎ、またはＲｕｂｙ等のインタプリタ型言語を用いて書かれていてもよい。
【００８６】
当業者には、更に、本明細書に開示されている実施形態に関連して記述された種々の例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは電子ハードウェア、コンピューターソフトウェア、または両方の組合せとして実施してもよいことが理解されよう。このハードウェアおよびソフトウェアの互換性を明瞭に説明するために、種々の例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップをその機能の観点から一般的に上記で説明した。そのような機能がハードウェアとして果たされるかソフトウェアとして果たされるかは、特定の用途およびシステム全体に課される設計上の制約に依存する。当業者は、記載された機能を各特定の用途において種々の方法で実行することができるが、そのような実施は、本開示の範囲から逸脱するものと解釈されるべきではない。
【００８７】
当業者には、更に、本明細書に記載の方法および装置は、詰まりが発生し得る状況でバイオポリマー分子が用いられている任意の流体システムに応用されてもよいことが理解されよう。
【００８８】
本明細書に開示されている実施形態に関連して記載された種々の例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサー、デジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｇａｔｅ）もしくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｈａｒｄｗａｒｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、または本明細書に記載の機能を果たすように設計されたそれら任意の組合せを用いて実施または実行してもよい。汎用プロセッサーはマイクロプロセッサーであってもよいが、別の選択肢として、汎用プロセッサーは、任意の従来のプロセッサー、コントローラー、マイクロコントローラー、またはステートマシンであってもよい。プロセッサーは、更に、計算デバイスの組合せ、例えばＤＳＰとマイクロプロセッサーの組合せ、複数のマイクロプロセッサー、ＤＳＰコアと組み合わせた１もしくは複数のマイクロプロセッサー、または任意の他のそのような構成として実施してもよい。
【００８９】
１または複数の実施形態では、記載されている機能および方法は、ハードウェア、ソフトウェア、プロセッサー上で実行されるファームウェア、またはそれらの任意の組合せにおいて実行してもよい。ソフトウェアにおいて実行する場合、機能は、コンピューター可読媒体における１または複数の指令または暗号として保存または伝送され得る。コンピューター可読媒体には、ある場所から別の場所にコンピュータープログラムを転送することを促進する任意の媒体を含むコンピューター記憶媒体および通信媒体の両方が含まれる。記憶媒体は、コンピューターがアクセスできる任意の利用可能な媒体であってもよい。例えば、限定するものではないが、そのようなコンピューター可読媒体としては、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、または指令もしくはデータ構造体の形態で所望のプログラム暗号を伝送もしくは記憶するために用いることができ、かつ、コンピューターによってアクセスできる任意の他の媒体が挙げられる。更に、あらゆる通信がコンピューター可読媒体と称するのに妥当である。例えば、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタルサブスクライバー回線（ＤＳＬ）、または、例えば赤外線、電波、およびマイクロ波などの無線技術を用いて、ウェブサイト、サーバー、または他のリモートソースからソフトウェアを伝送する場合、当該同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または例えば赤外線、電波、およびマイクロ波などの無線技術は媒体の定義に含まれる。本明細書において、ディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）とは、コンパクトディスク（ｃｏｍｐａｃｔ  ｄｉｓｃ：ＣＤ）、レーザーディスク（ｌａｓｅｒ  ｄｉｓｃ）、光学ディスク（ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｓｃ）、多目的デジタルディスク（ｄｉｇｉｔａｌ  ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  ｄｉｓｃ：ＤＶＤ）、フロッピーディスク（ｆｌｏｐｐｙ  ｄｉｓｋ）、およびブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ  ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常、データを磁気的に再現し、ディスク（ｄｉｓｃ）はデータをレーザーで光学的に再生する。上記の組合せも、コンピューター可読媒体の範囲に含まれるべきである。
【００９０】
上記の記載は、本明細書に開示されているシステム、デバイス、および方法の特定の実施形態を詳細に説明している。しかし、本明細書中でどれだけ詳細に説明されていても、システム、デバイス、および方法は種々の方法で実施することができることが理解されよう。また、前述したように、本発明の特定の特徴または態様を説明する時に特定の用語を使用することによって、その用語が本明細書中で再度定義されて、その用語が関連する技術の特定の特徴または態様を含むように限定されると受け取られるべきではないことに留意されたい。
【００９１】
記載された技術の範囲から逸脱することなく、種々の改変および変更がなされてもよいことが当業者には理解されよう。そのような改変および変更も実施形態の範囲に含まれることが意図される。更に、ある実施形態に含まれる部分は別の実施形態のものと交換可能であり、記載された実施形態に由来する１または複数の部分を記載された他の実施形態との任意の組合せとして含めることができることが当業者には理解されよう。例えば、本明細書に記載されているおよび／または図面に描かれている種々の構成要素のいかなるものを組み合わせてもよく、交換してもよく、別の実施形態から除外してもよい。
【００９２】
本明細書におけるあらゆる複数形および／または単数形の用語を使用することについて、当業者は、文脈および／または用途に適切なように複数形から単数形におよび／または単数形から複数形に読み替えることができる。明瞭性を考慮して、本明細書中において種々の単数形／複数形の変形がはっきりとなされていることがある。
【００９３】
一般的に、本明細書で使用されている用語は、「開放的（ｏｐｅｎ）」用語であることが意図されていると当業者には理解される（例えば、「〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、「〜を含むが、これに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきであり、「〜を有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、「少なくとも〜を有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、「〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語は、「〜を含むが、これに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきである）。更に、請求項に記載の要素が特定の数であることが意図される場合、そのような意図はその請求項において明確に記載され、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが当業者には理解されよう。例えば、理解し易いように説明すると、添付の特許請求の範囲において「少なくとも１つの」および「１または複数の」という文言を使用して、請求項において特徴を規定することを含む。しかし、そのような文言の使用によって、請求項においてその特徴を不定冠詞「ａ」または「ａｎ」で規定することが、同じ請求項が導入句「１または複数の」または「少なくとも１つの」という文言および「ａ」または「ａｎ」等の不定冠詞を含む場合でも、そのように規定された特徴を含むいかなる請求項をそのような特徴を１個だけしか含まない実施形態に限定することを意図していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つの」または「１または複数の」を意図していると解釈されるべきである）。同じことが、請求項に記載の特徴に対して定冠詞を使用する場合にも当てはまる。更に、請求項に記載されている特徴について具体的な数が明確に記載されている場合でも、当業者には、そのような記載が通常少なくとも記載されている数を意図していると解釈されるべきである（例えば、他の修飾語を伴わない「２つの特徴（ｔｗｏ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」というだけの記載は、通常、少なくとも２つの特徴または２つ以上の特徴を意図している）。更に、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つ」等に類似の表記が用いられている場合、一般的に、そのような構成は当業者によって理解されている意味が意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを一緒に、ＡおよびＣを一緒に、ＢおよびＣを一緒に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを一緒に有するシステムを含むが、それらに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つ」等に類似の表記が用いられる場合、一般的にそのような構成は、当業者によって理解されている意味が意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを一緒に、ＡおよびＣを一緒に、ＢおよびＣを一緒に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを一緒に有するシステムを含むが、それらに限定されない）。更に、２以上の選択的用語（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  ｔｅｒｍ）を表す事実上全ての選言的な語および／���たは句が、明細書、特許請求の範囲、または図面中のいずれにあっても、用語の１つ、用語のいずれか、または両方の用語を含む可能性があることが理解されるべきであるということが、当業者には理解される。例えば、「ＡまたはＢ」という句は、「Ａ」、「Ｂ」、または「ＡおよびＢ」の可能性を含むと理解される。
【００９４】
種々の態様および実施形態を本明細書に開示したが、他の態様および実施形態も当業者には明らかである。本明細書に開示されている種々の態様および実施形態は例示することを目的としており、限定することを意図していない。
［付記］
＜１＞
流体の流れを向上させるための方法であって：
バイオポリマー分子をデバイス中またはデバイス上の少なくとも１つの流体チャネルと接触するように移動させることであって、その結果、前記バイオポリマー分子のコイル化または凝集、前記チャネルまたは前記チャネルもしくは流体デバイスの内部の他の任意のナノ構造もしくはマイクロ構造への吸着もしくは絡みつきによって、前記デバイス中で詰まりが生じる、前記移動させること；および
詰まりに関与するバイオポリマー分子を光切断するのに有効となるように、前記デバイスの詰まりが発生した領域に光源を向けて、詰まりの除去または低減を促進すること、
を含む方法。
＜２＞
前記デバイスの詰まりを有する領域から光切断された前記バイオポリマー分子を流し出すのに有効となるように、前記デバイスの前記領域中の流体に推進力を与えることを更に含む、＜１＞に記載の方法。
＜３＞
前記推進力は、静電力、気体圧力、毛細管力、またはそれらの任意の組合せを含む、＜２＞に記載の方法。
＜４＞
前記バイオポリマー分子はＤＮＡまたはＲＮＡを含む、＜１＞〜＜３＞のいずれか一つに記載の方法。
＜５＞
前記バイオポリマー分子をインジケーターでラベリングして、前記光源にバイオポリマー分子を露光した時の光切断を促進することを更に含み、前記光源は、前記インジケーターに適合した光を発生して光切断能を高めるように構成されている、＜１＞〜＜４＞のいずれか一つに記載の方法。
＜６＞
前記バイオポリマー分子をラベリングするために用いられる前記インジケーターは、ＹＯＹＯ−１、ＹＯＹＯ−３、ＴＯＴＯ、メチレンブルー、Ｃｕ、Ｒｈ、光線力学的治療に有用な化合物、および光子を照射した際に前記バイオポリマーの切断を促進できる他の光子吸収体のうち、１または複数を含む、＜５＞に記載の方法。
＜７＞
前記インジケーターはＹＯＹＯ−１であり、前記光源は波長が約４７３ｎｍまたは約４８８ｎｍのいずれかである、＜６＞に記載の方法。
＜８＞
流れが詰まっているまたは低下している状態を検出することを更に含む、＜１＞〜＜７＞のいずれか一つに記載の方法。
＜９＞
前記検出は、前記デバイスを通過するバイオポリマー分子の輸送が閾値となる輸送量を下回っていることを特定することを含む、＜８＞に記載の方法。
＜１０＞
前記検出は、前記デバイス中または前記デバイス上の少なくとも１つの流体チャネルを直接イメージングして詰まりを示すことを含む、＜８＞に記載の方法。
＜１１＞
前記デバイスの詰まりが発生した領域を、所定の時間または所定の輸送閾値のいずれかで自動的にクリーニングする、＜１＞〜＜１０＞のいずれか一つに記載の方法。
＜１２＞
前記デバイスの詰まりが発生した領域以外における前記デバイスの前記光源への露光を最小限にするのに有効となるように、前記光源の配置を調整することを更に含む、＜１＞〜＜１１＞のいずれか一つに記載の方法。
＜１３＞
流体の流れを向上させるための装置であって：
バイオポリマー分子を光切断するように構成された光ビームを発生するように構成された光源；ならびに、
前記バイオポリマー分子がデバイス中またはデバイス上の少なくとも１つの流体チャネルと接触するように移動を制御するように構成され、ここで、該接触の結果、前記バイオポリマー分子のコイル化または凝集、前記チャネルまたは前記チャネルもしくは流体デバイスの内部の他のナノパターンもしくはマイクロパターン構造への吸着もしくは絡みつきによって、前記デバイス中で詰まりが生じる、
前記デバイスのバイオポリマー分子の詰まりが形成された領域に前記光源を向けるように構成され、且つ、
前記詰まりを形成しているバイオポリマー分子の光切断を促進するように光ビームを特定時間発生させるよう、前記光源を作動させるように構成された、コントローラー、
を含む装置。
＜１４＞
推進力を発生するように構成された推進力発生装置を更に含み：
前記コントローラーは、発生した前記推進力によりバイオポリマー分子の移動を制御するように構成されており、且つ、前記デバイスの詰まりが発生した領域中の流体に推進力を与えて、該領域から光切断されたバイオポリマー分子を流し出すのに有効となるように構成されている、＜１３＞に記載の装置。
＜１５＞
前記推進力は、静電力、気体圧力、毛細管力、またはそれらの任意の組合せを含む、＜１４＞に記載の装置。
＜１６＞
前記推進力発生装置は、静電力または気体圧力のいずれかを発生するように構成されている、＜１３＞に記載の装置。
＜１７＞
前記光源によって発生される光ビームは波長が約４７３ｎｍまたは約４８８ｎｍのいずれかである、＜１３＞〜＜１６＞のいずれか一つに記載の装置。
＜１８＞
前記バイオポリマー分子はＤＮＡまたはＲＮＡを含む、＜１３＞〜＜１７＞のいずれか一つに記載の装置。
＜１９＞
前記デバイス中または前記デバイス上の前記少なくとも１つの流体チャネル中の流れが詰まっているまたは低下している状態を検出するように構成されている検出器を更に含む、＜１３＞〜＜１８＞のいずれか一つに記載の装置。
＜２０＞
前記検出器は、更に、前記デバイス中または前記デバイス上の前記少なくとも１つの流体チャネルを通過するバイオポリマー分子の輸送が閾値となる輸送量を下回っていることを特定するように構成されている、＜１９＞に記載の装置。
＜２１＞
前記検出器は、更に、前記デバイス中または前記デバイス上の前記少なくとも１つの流体チャネルを直接イメージングして、詰まりを示すように構成されている、＜２０＞に記載の装置。
＜２２＞
前記コントローラーは、前記光源を作動させて、所定の時間または所定の輸送閾値のいずれかで自動的に流体の流れを向上させるように構成されている、＜１３＞〜＜２１＞のいずれか一つに記載の装置。
＜２３＞
前記デバイスのバイオポリマー分子の詰まりが形成された領域以外における前記デバイスの前記光源への露光を最小限にするのに有効となるように前記光源を配置するように構成されており、更に、前記デバイスに対して前記光源を任意の位置に配置することを可能にするように構成されているｘ−ｙ−ｚ移動モーターを更に含む、＜１３＞〜＜２１＞のいずれか一つに記載の装置。
＜２４＞
バイオポリマー分子を特性決定するための装置であって：
少なくとも１つのチャネルを含む検出領域、及び更にバイオポリマー分子を含む流体デバイス；
前記検出領域中にバイオポリマー分子を移動させるための推進力発生装置、ここで、前記流体デバイス中ではバイオポリマー分子の詰まりが発生して、バイオポリマー分子が前記検出領域へと更に流れ込むことが妨げられる；
前記検出領域中のバイオポリマー分子の特性を決定するための検出システム；
詰まりを形成しているバイオポリマー分子を光切断するための構成を含む光を送達する、光源セット；
前記流体デバイスの任意の領域に光を送達する光送達システム；
前記検出システムをバイオポリマー分子の特性決定のための検出領域に向け、光切断構成を含む光を前記デバイスの詰まりが形成された領域へと向ける、配置システム；ならびに
１）前記検出領域中にバイオポリマー分子を移動させるように前記推進力発生装置を作動させ；２）前記検出システムを前記検出領域に向け；３）バイオポリマー分子の特性を決定するように前記検出システムを作動させ；４）詰まりが形成された領域に、バイオポリマー分子を光切断するように構成された前記光源を向け；５）詰まりを形成しているバイオポリマー分子を光切断するための光を発生させるよう前記光源を作動させ；および、６）光切断されたバイオポリマー分子を流し出すよう前記推進力発生装置を作動させるように構成されたコントローラー、ここで、更なるバイオポリマー分子が前記検出領域中に流れ込み特性決定される、
を含む装置。
＜２５＞
バイオポリマーを特性決定するための方法であって：
バイオポリマー分子を流体デバイスの検出領域中に移動させること、ここで、これにより、前記デバイス中で詰まりが発生して、前記検出領域に更なるバイオポリマーが流れ込むことが妨げられる；
前記検出領域中のバイオポリマー分子の特性を検出すること；
前記デバイスの詰まりが形成された領域に光源を向けること；
詰まりを生じさせているバイオポリマーを光切断すること；
光切断されたバイオポリマー分子を流し出すために推進力を付与すること；および
特性決定のために更なるバイオポリマー分子を流すために推進力を付与すること、
を含む方法。
＜２６＞
バイオポリマーを特性決定するための方法であって：
流体デバイスの検出領域中にバイオポリマー分子を移動させること；
前記検出領域中の前記バイオポリマー分子の特性を検出すること；
バイオポリマー分子を光切断するための構成を含む光源を、前記検出領域に向けること；
特性決定されたバイオポリマー分子を光切断すること；および
光切断された分子を流し出して、特性決定のために新たな分子の進入を可能にすること、
を含む方法。
＜２７＞
バイオポリマーを特性決定するためのシステムであって：
少なくとも１つのチャネルを含む検出領域、及び更にバイオポリマー分子を含む、流体デバイス；
前記検出領域中の前記バイオポリマー分子の特性を決定するための検出システム；および
特性決定のために新しい分子をローディングするために、既に調べたバイオポリマー分子、または調べなかったが調べる必要がないバイオポリマー分子を光切断するための構成を含む光を送達するための光源セットを含む光切断システム、
を含むシステム。
【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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