(57)【要約】【課題】エレクトロウェッティングの現在の解決策は、性質が極めて限られたものであり、追加機能を拡大縮小又は実施することができない。【解決手段】  エレクトロウェッティング構成及び最適化された液滴作動表面を有するマイクロ流体デバイスが提供される。デバイスは、誘電層と、誘電層に共有結合した疎水性層と、誘電層に電気的に結合され、且つ電圧源に接続されるように構成される第１の電極とを有する導電性基板を含む。マイクロ流体デバイスは、任意選択的にカバーに含まれ、電圧源に接続されるように構成される第２の電極も含む。疎水性層は、極性分子又は種による相互作用及び又は浸透に対して耐性を有する高密度単層を生成するように、誘電層の表面に共有結合した自己会合性分子を特徴とする。【選択図】図２Ｈ
2018535088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロウェッティング構成を有するマイクロ流体デバイスであって、
誘電層、液滴作動表面、及びＡＣ電圧源に接続されるように構成される第１の電極を有する基板と、
前記ＡＣ電圧源に接続されるように構成される第２の電極と
を含み、
前記誘電層は、前記第１の電極に電気的に結合され、
前記液滴作動表面は、前記誘電層に共有結合された疎水性層を含む、マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
片面エレクトロウェッティング構成を有する、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記第２の電極は、前記基板に含まれるメッシュ電極である、請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
光学エレクトロウェッティング（ＯＥＷ）構成を有する、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）構成を有する、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記疎水性層は、表面修飾リガンドと、前記表面修飾リガンドを前記表面に結合させる結合基とを含む単層であり、前記液滴作動表面は、式ＩＩ：
【化１】
2018535088.tif 000030
の構造体を有し、式中、
【化２】
2018535088.tif 000031
は、前記誘電層の表面であり、
Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−であり、
Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ前記表面に接続し、
Ｚは、前記表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Ｙは、前記表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Ｒは、水素又はフッ素であり、
Ｍは、水素又はフッ素であり、
ｈは、独立して２又は３の整数であり、
ｊは、１であり、
ｋは、０又は１であり、
ｍは、０又は１〜２０の整数であり、
ｎは、０又は１〜２０の整数であり、
（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり、
ｋが１である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及び
ｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記デバイスの前記エレクトロウェッティング構成は、前記デバイスの第１のセクションによって構成され、前記デバイスは、誘電泳動（ＤＥＰ）構成を有する第２のセクションを更に含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
マイクロ流体デバイスであって、
電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有する基板と、
前記電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有するカバーと、
少なくとも１つの離間要素と
を含み、
前記基板及び前記カバーは、互いに実質的に平行であり、且つ前記離間要素によって一緒に接合されて、液体を保持するように構成されるエンクロージャを画定し、
前記基板は、前記エンクロージャを部分的に画定する液滴作動表面を有し、前記液滴作動表面は、誘電内層及び疎水性外層を有し、
前記疎水性外層は、前記誘電内層の表面に共有結合した自己会合性分子を含み、それによりその上に高密度の疎水性単層を形成し、
前記基板の前記少なくとも１つの電極及び前記カバーの前記少なくとも１つの電極が前記電圧源の逆の端子に接続される場合、前記基板は、前記基板の前記液滴作動表面に接触する水性液滴にエレクトロウェッティング力を適用することが可能である、マイクロ流体デバイス。
【請求項９】
前記疎水性単層の前記自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、前記表面修飾リガンドを前記誘電内層の前記表面に結合させる結合基とをそれぞれ含み、前記液滴作動表面は、式ＩＩ：
【化３】
2018535088.tif 000032
の構造体を有し、式中、
【化４】
2018535088.tif 000033
は、前記誘電層の表面であり、
Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−であり、
Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ前記表面に接続し、
Ｚは、前記表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Ｙは、前記表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Ｒは、水素又はフッ素であり、
Ｍは、水素又はフッ素であり、
ｈは、独立して２又は３の整数であり、
ｊは、１であり、
ｋは、０又は１であり、
ｍは、０又は１〜２０の整数であり、
ｎは、０又は１〜２０の整数であり、
（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり、
ｋが１である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及び
ｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である、請求項８に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１０】
Ｖは、−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−である、請求項９に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−である、請求項９に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
ｎは、１〜２０の整数であり、Ｒは、水素である、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
ｍは、１〜２０の整数であり、Ｍは、水素である、請求項１２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４】
ｍは、２である、請求項１３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５】
ｎは、１〜２０の整数であり、Ｒは、フッ素である、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１６】
ｍは、１〜２０の整数であり、Ｍは、水素である、請求項１５に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１７】
ｍは、２である、請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１８】
ｋは、１である、請求項９に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９】
ｋは、０である、請求項９に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２０】
（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１３〜１９の整数である、請求項９に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２１】
前記基板の前記液滴作動表面の前記疎水性外層は、５ナノメートル未満の厚さを有する、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２２】
前記基板の前記液滴作動表面の前記疎水性外層は、選択領域が前記疎水性外層の残りの部分と比較して相対的に親水性であるようにパターン化される、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２３】
前記基板の前記液滴作動表面の前記誘電内層は、酸化物を含む誘電体材料の第１の層を含む、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２４】
前記酸化物は、金属酸化物である、請求項２３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２５】
前記金属酸化物は、酸化アルミニウムである、請求項２４に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２６】
前記誘電体材料の第１の層は、原子層堆積によって形成される、請求項２３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２７】
前記基板の前記液滴作動表面の前記誘電内層は、誘電体材料の第２の層を更に含み、前記疎水性外層は、前記誘電体材料の第１の層に共有結合する、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２８】
前記誘電体材料の第２の層は、酸化物又は窒化物を含む、請求項２７に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２９】
前記誘電体材料の第２の層は、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素からなる群から選択される、請求項２８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３０】
前記誘電体材料の第２の層は、プラズマ化学気相成長法によって形成される、請求項２７に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３１】
前記誘電体材料の第１の層は、誘電体材料の第１及び第２の副層を含み、前記第１の副層は、前記疎水性層に共有結合する、請求項２３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３２】
前記誘電体材料の第１の副層は、酸化ケイ素を含む、請求項３１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３３】
前記誘電体材料の第１の副層は、ＡＬＤによって堆積される、請求項３１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３４】
前記誘電体材料の第１の層は、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍの厚さを有する、請求項３１〜３３のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３５】
前記誘電体材料の第１の副層は、約２ｎｍ〜約１０ｎｍの厚さを有する、請求項３４に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３６】
前記基板の前記液滴作動表面の前記誘電内層は、少なくとも約４０ナノメートルの厚さを有する、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３７】
前記基板の前記液滴作動表面の前記誘電内層は、約４０ナノメートル〜約１２０ナノメートルの厚さを有する、請求項３６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３８】
前記基板は、前記誘電内層に接触する第１の面及び前記少なくとも１つの電極に接触する第２の面を有する光応答層を更に含む、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３９】
前記光応答層は、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を含む、請求項３８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４０】
前記光応答層は、少なくとも９００ナノメートルの厚さを有する、請求項３８又は３９に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４１】
前記光応答層は、約９００〜１１００ナノメートルの厚さを有する、請求項４０に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４２】
前記光応答層は、複数の導体を含み、各導体は、フォトトランジスタスイッチを介して前記基板の前記少なくとも１つの電極に制御可能に接続可能である、請求項３８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４３】
前記基板は、ＡＣ電圧源に接続されるように構成される単一の電極を含み、前記単一の電極は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の層を含む、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４４】
前記基板は、ＡＣ電圧源に接続されるように構成される単一の電極を含み、前記単一の電極は、導電性シリコンの層を含む、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４５】
前記基板は、複数の電極を含み、各電極は、１つ又は複数のＡＣ電圧源に接続されるように構成される、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４６】
前記複数のうちの各電極は、トランジスタスイッチを介して前記１つ又は複数のＡＣ電圧源の１つに接続可能である、請求項４５に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４７】
前記カバーは、前記エンクロージャを部分的に画定する内向き面を有し、前記カバーの前記内向き面は、内層及び疎水性外層を有し、前記カバーの前記疎水性外層は、前記カバーの前記内層の表面に共有結合した自己会合性分子を含み、それによりその上に高密度の疎水性単層を形成する、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４８】
前記カバーの前記疎水性単層の前記自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、前記表面修飾リガンドを前記カバーの前記内層の前記表面に結合させる結合基とをそれぞれ含み、前記カバーの前記内向き面は、式ＩＩ：
【化５】
2018535088.tif 000034
の構造体を有し、式中、
【化６】
2018535088.tif 000035
は、前記誘電層の表面であり、
Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−であり、
Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ前記表面に接続し、
Ｚは、前記表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Ｙは、前記表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Ｒは、水素又はフッ素であり、
Ｍは、水素又はフッ素であり、
ｈは、独立して２又は３の整数であり、
ｊは、１であり、
ｋは、０又は１であり、
ｍは、０又は１〜２０の整数であり、
ｎは、０又は１〜２０の整数であり、
（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり、
ｋが１である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及び
ｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、及びＭは、水素である、請求項４７に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４９】
前記カバーの前記疎水性単層の前記自己会合性分子は、前記基板の前記液滴作動表面の前記疎水性単層の前記自己会合性分子と同じである、請求項４８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５０】
前記カバーの前記内向き面の前記疎水性外層は、５ナノメートル未満の厚さを有する、請求項４７〜４９のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５１】
前記カバーの前記内層は、誘電内層である、請求項４７に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５２】
前記カバーは、光応答層を更に含む、請求項５１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５３】
前記カバーは、複数の電極を含み、各電極は、１つ又は複数のＡＣ電圧源に接続されるように構成される、請求項５１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５４】
前記少なくとも１つの離間要素は、シリコンベースの有機ポリマーを含む、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５５】
前記シリコンベースの有機ポリマーは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）及び光パターン化可能シリコーン（ＰＰＳ）からなる群から選択される、請求項５４に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５６】
前記少なくとも１つの離間要素は、ＳＵ−８を含む、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５７】
前記少なくとも１つの離間要素は、少なくとも３０μｍの厚さを有する、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５８】
前記少なくとも１つの離間要素は、前記エンクロージャ内に１つ又は複数のマイクロチャネルを画定する、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５９】
前記少なくとも１つの離間要素は、前記エンクロージャ内に複数のチャンバを更に画定し、各チャンバは、少なくとも１つのマイクロチャネルが終わる箇所で開く、請求項５８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６０】
マイクロ流体装置を製造する方法であって、
電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有するカバーの内面に離間要素を接合することと、
電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有する基板の誘電面に前記離間要素及びカバーを接合することであって、それにより、前記離間要素は、前記カバー及び前記基板が互いに実質的に平行な向きにされた状態で、前記カバーの前記内層と前記基板の前記誘電面との間に挟まれ、前記基板、離間要素、及びカバーは、集合的に、液体を保持するように構成されるエンクロージャを画定する、接合することと、
蒸着により、高密度の疎水性単層を前記カバーの前記内面の少なくとも一部に形成することであって、前記疎水性単層は、前記カバーの前記内面に共有結合した自己会合性分子を含む、形成することと、
蒸着により、高密度の疎水性単層を前記基板の前記誘電面の少なくとも一部に形成することであって、前記疎水性単層は、前記基板の前記誘電面に共有結合された自己会合性分子を含む、形成することと
を含む、方法。
【請求項６１】
前記カバーの前記疎水性分子の前記自己会合性分子及び前記基板の前記疎水性単層の前記自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、前記表面修飾リガンドを前記カバーの前記内面及び前記基板の前記誘電面にそれぞれ結合させる結合基とをそれぞれ含み、前記カバー及び前記基板の結果的な表面は、式ＩＩ：
【化７】
2018535088.tif 000036
の構造体を有し、式中、
【化８】
2018535088.tif 000037
は、前記誘電層の表面であり、
Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−であり、
Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ前記表面に接続し、
Ｚは、前記表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Ｙは、前記表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Ｒは、水素又はフッ素であり、
Ｍは、水素又はフッ素であり、
ｈは、独立して２又は３の整数であり、
ｊは、１であり、
ｋは、０又は１であり、
ｍは、０又は１〜２０の整数であり、
ｎは、０又は１〜２０の整数であり、
（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり、
ｋが１である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及び
ｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
Ｖは、−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−である、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−である、請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
ｎは、１〜２０の整数であり、Ｒは、水素である、請求項６１に記載の方法。
【請求項６５】
ｍは、１〜２０の整数であり、Ｍは、水素である、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
ｍは、２である、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
ｎは、１〜２０の整数であり、Ｒは、フッ素である、請求項６１に記載の方法。
【請求項６８】
ｍは、１〜２０の整数であり、Ｍは、水素である、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
ｍは、２である、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
ｋは、１である、請求項６１〜６９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７１】
ｋは、０である、請求項６１〜６９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７２】
（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１３〜１９の整数である、請求項６１に記載の方法。
【請求項７３】
マイクロ流体装置であって、
誘電体積層と、電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極とを有する導電性シリコン基板と、
電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有するカバーと、
少なくとも１つの離間要素と
を含み、
前記導電性シリコン基板及び前記カバーは、互いに実質的に平行であり、且つ前記離間要素によって一緒に接合されて、液体を保持するように構成されるエンクロージャを画定し、
前記導電性シリコン基板は、前記エンクロージャを部分的に画定する内向き面を有し、前記内向き面は、前記誘電体積層の最外面を含み、
前記基板の前記少なくとも１つの電極及び前記カバーの前記少なくとも１つの電極がＡＣ電圧源の逆の端子に接続される場合、前記基板は、前記基板の前記内向き面に接触する水性液滴にエレクトロウェッティング力を適用することが可能である、マイクロ流体装置。
【請求項７４】
前記導電性シリコン基板は、アモルファスシリコンを含む、請求項７３に記載のマイクロ流体装置。
【請求項７５】
前記導電性シリコン基板は、フォトトランジスタアレイを含む、請求項７３に記載のマイクロ流体装置。
【請求項７６】
前記導電性シリコン基板は、電極のアレイを含む、請求項７３に記載のマイクロ流体装置。
【請求項７７】
前記導電性シリコン基板の前記内向き面は、疎水性外層を更に含み、前記疎水性外層は、前記内部誘電体積層に共有結合された自己会合性分子を含む、請求項７３に記載のマイクロ流体装置。
【請求項７８】
前記内部誘電体積層は、誘電体材料の第１の層及び誘電体材料の第２の層を含む、請求項７３に記載のマイクロ流体装置。
【請求項７９】
前記誘電体材料の第１の層は、第１の表面及び逆表面を有し、前記第１の層の前記第１の表面は、前記第２の層と隣り合い、前記第１の層の前記逆表面は、前記誘電体積層の前記最外面を形成する、請求項７８に記載のマイクロ流体装置。
【請求項８０】
前記誘電体材料の第１の層は、金属酸化物を含む、請求項７８に記載のマイクロ流体装置。
【請求項８１】
前記誘電体材料の第１の層は、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウムを含む、請求項８０に記載のマイクロ流体装置。
【請求項８２】
前記誘電体材料の第２の層は、酸化物又は窒化物を含む、請求項７８に記載のマイクロ流体装置。
【請求項８３】
前記誘電体材料の第２の層は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含む、請求項８２に記載のマイクロ流体装置。
【請求項８４】
前記第２の層は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）技法によって堆積される、請求項７８に記載のマイクロ流体装置。
【請求項８５】
前記第１の層は、原子層堆積（ＡＬＤ）技法によって堆積される、請求項７８に記載のマイクロ流体装置。
【請求項８６】
前記内部誘電体積層は、第１の表面及び逆表面を有する第３の層を含み、前記第３の層の前記第１の表面は、前記第１の層と隣り合い、前記第３の層の前記逆表面は、前記誘電体積層の前記最外面を形成する、請求項７８に記載のマイクロ流体装置。
【請求項８７】
前記第３の層は、酸化ケイ素を含む、請求項８６に記載のマイクロ流体装置。
【請求項８８】
前記第３の層は、原子層堆積（ＡＬＤ）技法によって堆積される、請求項８６に記載のマイクロ流体装置。
【請求項８９】
前記誘電体材料の第１の層は、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの厚さを有する、請求項７８に記載のマイクロ流体装置。
【請求項９０】
前記誘電体材料の第１の層は、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚さを有し、及び前記誘電体材料の第３の層は、約２ｎｍ〜１０ｎｍの厚さを有する、請求項８６に記載のマイクロ流体装置。
【請求項９１】
前記誘電体材料の第２の層は、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有する、請求項７８に記載のマイクロ流体装置。
【請求項９２】
前記基板の液滴作動表面の前記誘電体積層は、少なくとも約４０ナノメートルの厚さを有する、請求項７３に記載のマイクロ流体装置。
【請求項９３】
前記基板の前記液滴作動表面の前記誘電体積層は、約４０ナノメートル〜約１２０ナノメートルの厚さを有する、請求項９２に記載のマイクロ流体装置。
【請求項９４】
前記誘電層は、約５０ｋオーム〜約１５０ｋオームのインピーダンスを有する、請求項７３に記載のマイクロ流体装置。
【請求項９５】
第１の周波数における第１の印加電圧に応答して第１のマイクロ流体動作を実行する誘電泳動モジュールと、
前記誘電泳動モジュールから出力を受信し、且つ第２の周波数における第２の印加電圧に応答して第２のマイクロ流体動作を実行するエレクトロウェッティングモジュールと
を含み、
前記エレクトロウェッティングモジュールは、前記導電性シリコン基板の前記誘電体積層を含む、請求項７３〜９４のいずれか一項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項９６】
前記第１のモジュールと前記第２のモジュールとの間にブリッジを更に含む、請求項９５に記載のマイクロ流体装置。
【請求項９７】
前記ブリッジは、前記第１又は第２のマイクロ流体動作を実行しない、請求項９６に記載のマイクロ流体装置。
【請求項９８】
前記ブリッジは、電気的に中性である、請求項９６に記載のマイクロ流体装置。
【請求項９９】
前記ブリッジは、管を含む、請求項９６に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１００】
前記ブリッジは、ポリマーを含む、請求項９６に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１０１】
前記出力は、生体材料を含む、請求項９５に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１０２】
前記第１の周波数は、１００ｋＨｚ〜１０ｍＨｚの範囲内である、請求項９５に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１０３】
前記第２の周波数は、１ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲内である、請求項９５に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１０４】
前記第１の電圧は、１〜１０ボルトの範囲内である、請求項９５に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１０５】
前記第２の電圧は、１０〜１００ボルトの範囲内である、請求項９５に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１０６】
前記導電性シリコン基板は、モノリシックである、請求項９５に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１０７】
前記導電性シリコン基板は、デュオリシックである、請求項９５に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１０８】
前記導電性シリコン基板は、アモルファスシリコンを含む、請求項１０６に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１０９】
前記導電性シリコン基板は、アモルファスシリコンを含む、請求項１０７に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１１０】
前記導電性シリコン基板は、フォトトランジスタアレイを含む、請求項１０６に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１１１】
前記導電性シリコン基板は、フォトトランジスタアレイを含む、請求項１０７に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１１２】
前記導電性シリコン基板は、電極のアレイを含む、請求項１０６に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１１３】
前記導電性シリコン基板は、電極のアレイを含む、請求項１０７に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１１４】
水性媒体と相溶性であり且つ／又は水性媒体に溶融可能な微小物体、生物由来物質、及び／又は試剤を輸送するシステムであって、
ベース及びマイクロ流体回路構造体を含むエンクロージャを有するマイクロ流体デバイスであって、前記ベースは、前記ベースの上面の少なくとも一部に共有結合した疎水性単層を含む、マイクロ流体デバイスと、
水性媒体と混合しない第１の流体媒体と、
少なくとも１つの水性液滴と
を含む、システム。
【請求項１１５】
前記疎水性単層は、表面修飾リガンドと、前記表面修飾リガンドを前記表面に結合させる結合基とを有し、前記疎水性表面は、式ＩＩ：
【化９】
2018535088.tif 000038
の構造体を有し、式中、
【化１０】
2018535088.tif 000039
は、前記表面であり、
Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−であり、
Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ前記表面に接続し、
Ｚは、前記表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Ｙは、前記表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Ｒは、水素又はフッ素であり、
Ｍは、水素又はフッ素であり、
ｈは、独立して２又は３の整数であり、
ｊは、１であり、
ｋは、０又は１であり、
ｍは、０又は１〜２０の整数であり、
ｎは、０又は１〜２０の整数であり、
（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり、
ｋが１である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及び
ｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１１６】
前記ベースは、導電性基板を含む、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１１７】
前記マイクロ流体デバイスは、請求項１〜５９のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイスである、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１１８】
前記マイクロ流体デバイスは、光学作動ＥＷ構成を含む、請求項１１７に記載のシステム。
【請求項１１９】
前記マイクロ流体デバイスは、ＤＥＰ構成を更に含む、請求項１１７に記載のシステム。
【請求項１２０】
前記第１の流体媒体は、炭素、ケイ素、及び酸素から選択される原子を含む主鎖構造を有する少なくとも１つの有機化合物又は有機ケイ素化合物を含む、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１２１】
前記少なくとも１つの有機ケイ素化合物の前記主鎖構造は、ケイ素原子及び任意選択的に酸素原子を含む、請求項１２０に記載のシステム。
【請求項１２２】
前記少なくとも１つの有機化合物の前記主鎖構造は、炭素原子及び任意選択的に酸素原子を含む、請求項１２０に記載のシステム。
【請求項１２３】
前記主鎖構造は、分岐している、請求項１２２に記載のシステム。
【請求項１２４】
前記第１の流体媒体は、１つ又は複数の非環式の有機化合物又は有機ケイ素化合物を含む、請求項１２０に記載のシステム。
【請求項１２５】
前記第１の流体媒体は、非環式の有機化合物又は有機ケイ素化合物からなる、請求項１２４に記載のシステム。
【請求項１２６】
前記第１の流体媒体は、パーフルオロ化炭素原子を含まない、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１２７】
前記第１の流体媒体の化合物の炭素原子の置換基は、９０％以下のフッ素置換基を含む、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１２８】
前記表面修飾リガンドは、前記疎水性単層の内向きの末端においてパーフルオロ化炭素原子を含む少なくとも第１の部分を含む、請求項１１５に記載のシステム。
【請求項１２９】
前記疎水性単層の全ての炭素原子は、パーフルオロ化される、請求項１２８に記載のシステム。
【請求項１３０】
前記第１の流体媒体は、２つ以上の有機化合物又は有機ケイ素化合物を含む、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１３１】
前記エンクロージャは、カバーを更に含む、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１３２】
前記カバーは、光を透過する、請求項１３１に記載のシステム。
【請求項１３３】
前記カバーは、ガラス及び／又はインジウムタンタル酸化物（ＩＴＯ）を含む、請求項１３１に記載のシステム。
【請求項１３４】
前記カバーは、電極を含む、請求項１３１〜１３３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３５】
前記水性液滴は、界面活性剤を含む、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１３６】
前記界面活性剤は、非イオン性界面活性剤を含む、請求項１３５に記載のシステム。
【請求項１３７】
前記界面活性剤は、ブロックアルキレンオキシドコポリマー、脂肪酸エステルエトキシル化ソルビタン、エトキシル化フッ素系界面活性剤、ドデシル硫酸ナトリウム、又は２，４，７，９，テトラメチル−５−デシン−４，７，−ジオールエトキシレートを含む、請求項１３５又は１３６に記載のシステム。
【請求項１３８】
前記界面活性剤は、Capstone（登録商標）FS-30（DuPont商標、Synquest Laboratories）を含む、請求項１３５に記載のシステム。
【請求項１３９】
前記液滴は、リン酸緩衝生理食塩溶液を含む、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１４０】
前記水性液滴は、少なくとも１つの微小物体を含む、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１４１】
前記微小物体は、生物学的微小物体である、請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４２】
前記水性液滴は、核酸及び／又はタンパク質を含む生物由来物質を含む、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１４３】
前記水性液滴は、試剤を含む、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１４４】
水性媒体と相溶性であり且つ／又は水性媒体に溶融可能な微小物体、生物由来物質、及び／又は試剤を輸送するキットであって、
ベース及びマイクロ流体回路構造体を含むエンクロージャを有するマイクロ流体デバイスであって、前記ベースは、前記ベースの上面の少なくとも一部に共有結合した疎水性単層を含む、マイクロ流体デバイスと、
水性媒体と混合しない第１の流体媒体と
を含む、キット。
【請求項１４５】
前記疎水性単層は、表面修飾リガンドと、前記表面修飾リガンドを前記表面に結合させる結合基とを有し、前記疎水性表面は、式ＩＩ：
【化１１】
2018535088.tif 000040
の構造体を有し、式中、
【化１２】
2018535088.tif 000041
は、前記表面であり、
Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−であり、
Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ前記表面に接続し、
Ｚは、前記表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Ｙは、前記表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は前記表面への結合であり、
Ｒは、水素又はフッ素であり、
Ｍは、水素又はフッ素であり、
ｈは、独立して２又は３の整数であり、
ｊは、１であり、
ｋは、０又は１であり、
ｍは、０又は１〜２０の整数であり、
ｎは、０又は１〜２０の整数であり、
（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり、
ｋが１である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及び
ｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である、請求項１４４に記載のキット。
【請求項１４６】
前記ベースは、導電性基板を含む、請求項１４４に記載のキット。
【請求項１４７】
前記マイクロ流体デバイスは、請求項１〜７２のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイスである、請求項１４４〜１４６のいずれか一項に記載のキット。
【請求項１４８】
請求項８〜５９のいずれか一項に記載のマイクロ流体装置を動作させるプロセスであって、
前記エンクロージャ又はその一部に第１の流体媒体を充填することと、
ＡＣ電圧電位を前記基板の前記少なくとも１つの電極と前記カバーの前記少なくとも１つの電極との間に印加することと、
液体の第１の液滴を前記エンクロージャに導入することであって、前記第１の液滴は、前記第１の流体媒体と混合しない、導入することと、
エレクトロウェッティング力を前記第１の液滴に適用することにより、前記第１の液滴を前記エンクロージャ内の所望の位置に移動させることと
を含む、プロセス。
【請求項１４９】
前記第１の液体媒体は、油である、請求項１４８に記載のプロセス。
【請求項１５０】
前記第１の液体媒体は、シリコーン油、フッ素化油、又はそれらの組み合わせである、請求項１４８に記載のプロセス。
【請求項１５１】
前記印加されるＡＣ電圧電位は、少なくとも２０ｐｐＶである、請求項１４８に記載のプロセス。
【請求項１５２】
前記印加されるＡＣ電圧電位は、約２５〜３５ｐｐＶである、請求項１５１に記載のプロセス。
【請求項１５３】
前記印加されるＡＣ電圧電位は、約１〜１００ｋＨｚの周波数を有する、請求項１４８に記載のプロセス。
【請求項１５４】
前記マイクロ流体装置は、液滴生成器を含み、前記液滴生成器は、前記第１の液滴を前記エンクロージャに導入する、請求項１４８に記載のプロセス。
【請求項１５５】
前記第１の液滴は、水溶液を含む、請求項１４８に記載のプロセス。
【請求項１５６】
前記第１の液滴は、少なくとも１つの微小物体を含む、請求項１５５に記載のプロセス。
【請求項１５７】
前記少なくとも１つの微小物体は、生物学的微小物体である、請求項１５６に記載のプロセス。
【請求項１５８】
前記生物学的微小物体は、細胞である、請求項１５７に記載のプロセス。
【請求項１５９】
前記水溶液は、細胞培地である、請求項１５５に記載のプロセス。
【請求項１６０】
前記少なくとも１つの微小物体は、対象となる材料に対する親和性を有する捕捉ビーズである、請求項１５６に記載のプロセス。
【請求項１６１】
前記第１の液滴は、２〜２０個の捕捉ビーズを含む、請求項１６０に記載のプロセス。
【請求項１６２】
前記対象となる材料は、生体細胞分泌物である、請求項１６０に記載のプロセス。
【請求項１６３】
前記対象となる材料は、ＤＮＡ、ゲノムＤＮＡ、ミトコンドリアＤＮＡ、ＲＮＡ、ｍＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ、又はそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項１６０に記載のプロセス。
【請求項１６４】
前記第１の液滴は、試剤を含む、請求項１５５に記載のプロセス。
【請求項１６５】
前記試剤は、細胞溶解試剤である、請求項１６４に記載のプロセス。
【請求項１６６】
前記試剤は、非イオン性洗剤を含む、請求項１６５に記載のプロセス。
【請求項１６７】
前記非イオン性洗剤は、０．２％未満の濃度である、請求項１６６に記載のプロセス。
【請求項１６８】
前記試剤は、タンパク質分解酵素である、請求項１６４に記載のプロセス。
【請求項１６９】
前記タンパク質分解酵素は、非活性化され得る、請求項１６８に記載のプロセス。
【請求項１７０】
液体の第２の液滴を前記エンクロージャに導入することであって、前記第２の液滴の前記液体は、前記第１の液体媒体中に混合しないが、前記第１の液滴の前記液体と混合する、導入することと、
エレクトロウェッティング力を前記第２の液滴に適用することにより、前記エンクロージャ内の前記第１の液滴に隣接する位置に前記第２の液滴を移動させることと、
前記第２の液滴を前記第１の液滴と混合して、第１の結合液滴を形成することと
を更に含む、請求項１４８に記載のプロセス。
【請求項１７１】
前記第２の液滴は、エレクトロウェッティング力を前記第２の液滴及び／又は前記第１の液滴に適用することにより、前記第１の液滴と混合される、請求項１７０に記載のプロセス。
【請求項１７２】
前記第１の液滴は、生物学的微小物体を含み、前記第２の液滴は、試剤を含む、請求項１７０に記載のプロセス。
【請求項１７３】
前記第２の液滴に含有される前記試剤は、溶解バッファー、蛍光標識、及びルミネッセントアッセイ試剤からなる群から選択される、請求項１７２に記載のプロセス。
【請求項１７４】
前記第２の液滴に含有される前記試剤は、溶解バッファーであり、前記生体細胞は、前記第１の液滴と前記第２の液滴との混合時に溶解される、請求項１７２に記載のプロセス。
【請求項１７５】
液体の第３の液滴を前記エンクロージャに導入することであって、前記第３の液滴の前記液体は、前記第１の液体媒体と混合しないが、前記第１の結合液滴の液体と混合する、導入することと、
エレクトロウェッティング力を前記第３の液滴に適用することにより、前記エンクロージャ内の前記第１の結合液滴に隣接する位置に前記第３の液滴を移動させることと、
前記第３の液滴を前記第１の結合液滴と混合して、第２の結合液滴を形成することと
を更に含む、請求項１７０に記載のプロセス。
【請求項１７６】
前記第３の液滴は、エレクトロウェッティング力を前記第３の液滴及び／又は前記第１の結合液滴に適用することにより、前記第１の結合液滴と混合される、請求項１７５に記載のプロセス。
【請求項１７７】
前記第３の液滴は、試剤を含む、請求項１７５に記載のプロセス。
【請求項１７８】
前記第３の液滴は、プロテアーゼ阻害剤を含む、請求項１７７に記載のプロセス。
【請求項１７９】
前記第３の液滴は、対象となる材料に対する親和性を有する１〜２０個の捕捉ビーズを含む、請求項１７７に記載のプロセス。
【請求項１８０】
前記捕捉ビーズは、オリゴヌクレオチド捕捉剤を含む、請求項１７９に記載のプロセス。
【請求項１８１】
前記オリゴヌクレオチド捕捉剤は、ポリ−ｄＴオリゴヌクレオチドである、請求項１８０に記載のプロセス。
【請求項１８２】
前記対象となる材料は、ＤＮＡ、ゲノムＤＮＡ、ミトコンドリアＤＮＡ、ＲＮＡ、ｍＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ、又はそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項１７９に記載のプロセス。
【請求項１８３】
前記１〜２０個の捕捉ビーズを前記マイクロ流体装置から搬出することを更に含む、請求項１７９に記載のプロセス。
【請求項１８４】
液体の第４の液滴を前記エンクロージャに導入することであって、前記第４の液滴の前記液体は、前記第１の液体媒体と混合しないが、前記第２の結合液滴の液体と混合する、導入することと、
エレクトロウェッティング力を前記第４の液滴に適用することにより、前記エンクロージャ内の前記第２の結合液滴に隣接する位置に前記第４の液滴を移動させることと、
前記第４の液滴を前記第２の結合液滴と混合して、第３の結合液滴を形成することと
を更に含む、請求項１７５に記載のプロセス。
【請求項１８５】
前記第４の液滴は、エレクトロウェッティング力を前記第４の液滴及び／又は前記第２の結合液滴に適用することにより、前記第２の結合液滴と混合される、請求項１８４に記載のプロセス。
【請求項１８６】
前記第４の液滴は、試剤を含む、請求項１８４に記載のプロセス。
【請求項１８７】
前記第４の液滴に含有される前記試剤は、緩衝剤、ｄＮＴＰ、及び逆転写反応の実行に適したポリメラーゼを含む混合物を含む、請求項１８６に記載のプロセス。
【請求項１８８】
前記第４の液滴に含有される前記試剤は、緩衝剤、ｄＮＴＰ、及び全ゲノム増幅反応の実行に適したポリメラーゼを含む混合物を含む、請求項１８６に記載のプロセス。
【請求項１８９】
前記第１の液滴、第２の液滴、第３の液滴、及び第４の液滴は、約５〜５０ナノリットルの容量をそれぞれ有する、請求項１４８に記載のプロセス。
【請求項１９０】
前記第１の液滴、第２の液滴、及び第３の液滴は、約５〜２０ナノリットルの容量をそれぞれ有する、請求項１８９に記載のプロセス。
【請求項１９１】
前記第２の液滴及び／又は前記第３の液滴は、前記第１の液滴の前記容量と実質的に等しい容量を有する、請求項１９０に記載のプロセス。
【請求項１９２】
前記第４の液滴は、前記第１の液滴の約１〜３倍の容量を有する、請求項１９０に記載のプロセス。
【請求項１９３】
前記第４の液滴は、約１０〜３０ナノリットルの容量を有する、請求項１９２に記載のプロセス。
【請求項１９４】
前記エンクロージャは、少なくとも１つのマイクロチャネルを含む、請求項１４８に記載のプロセス。
【請求項１９５】
前記第１の液滴を前記エンクロージャ内の所望の位置に移動させることは、前記少なくとも１つのマイクロチャネルを通して前記第１の液滴を移動させることを含む、請求項１９４に記載のプロセス。
【請求項１９６】
前記エンクロージャは、前記少なくとも１つのマイクロチャネルが終わる箇所で開く複数のチャンバを更に含む、請求項１９４に記載のプロセス。
【請求項１９７】
前記第１の液滴を前記エンクロージャ内の所望の位置に移動させることは、前記複数のチャンバのうちの１つのチャンバ内に前記第１の液滴を移動させることを含む、請求項１９６に記載のプロセス。
【請求項１９８】
前記第２の液滴を前記第１の液滴に隣接する位置に移動させることは、前記少なくとも１つのマイクロチャネルを通して、且つ任意選択的に前記第１の液滴を含有する前記チャンバ内に前記第２の液滴を移動させることを含む、請求項１９４に記載のプロセス。
【請求項１９９】
前記第３の液滴を前記第１の結合液滴に隣接する位置に移動させることは、前記少なくとも１つのマイクロチャネルを通して、且つ任意選択的に前記第１の結合液滴を含有する前記チャンバ内に前記第３の液滴を移動させることを含む、請求項１９８に記載のプロセス。
【請求項２００】
前記第４の液滴を前記第２の結合液滴に隣接する位置に移動させることは、前記少なくとも１つのマイクロチャネルを通して、且つ任意選択的に前記第２の結合液滴を含有する前記チャンバ内に前記第４の液滴を移動させることを含む、請求項１９９に記載のプロセス。
【請求項２０１】
エレクトロウェッティング力を適用して液滴を移動させ、且つ／又はそれを混合することは、前記液滴の近傍の前記基板表面の領域の有効エレクトロウェッティング特性を変えることを含む、請求項１４８に記載のプロセス。
【請求項２０２】
有効エレクトロウェッティング特性を変えることは、前記液滴の近傍の前記基板表面の前記領域におけるエレクトロウェッティング電極を活性化することを含む、請求項２０１に記載のプロセス。
【請求項２０３】
前記基板は、光応答層を含み、前記液滴の近傍の前記基板表面の前記領域における前記エレクトロウェッティング電極を活性化することは、エレクトロウェッティング表面の領域に光のパターンを向けることを含む、請求項２０２に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年１０月２７日出願の米国仮特許出願第６２／２４６，６０５号、２０１５年１０月２８日出願の米国仮特許出願第６２／２４７，７２５号、２０１６年５月２６日出願の米国仮特許出願第６２／３４２，１３１号、及び２０１６年１０月１９日出願の米国仮特許出願第６２／４１０，２３８号の優先権を主張するものであり、これらのそれぞれの内容は、全体として参照により本明細書に援用される。本出願は、２０１６年４月２２日出願の米国特許出願公開第１５／１３５，７０７号の一部継続出願であり、この内容は、全体として参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
背景
マイクロ流体装置において、生体細胞等の微小物体が処理され得る。例えば、微小物体又は試剤を含む液滴は、マイクロ流体装置内で移動及び混合され得る。本発明の実施形態は、液滴の堅牢な操作に役立ち、それにより複雑な化学反応及び生体反応を小規模で精密且つ再現可能に実行できるようにするマイクロ流体装置の改善に関する。液滴は、マイクロ流体装置内のエレクトロウェッティング表面の有効ウェッティング性を変更することにより、マイクロ流体装置内で移動及び混合され得る。そのような移動は、任意選択的にマイクロ流体装置内で細胞を培養した後、細胞を処理して様々な細胞学的性質を評価するワークフローに役立つことができる。エレクトロウェッティングの現在の解決策は、性質が極めて限られたものであり、追加機能を拡大縮小又は実施することができない。したがって、改善されたエレクトロウェッティング表面、マイクロ流体用途で安定した基板、及び追加機能（例えば、エレクトロウェッティングにより可能になる、下流での処理に先立つ細胞の成長及び特徴付け）の統合に対する必要性が存在し、これらは全て更なる医療研究用途に役立つ。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
発明の概要
一態様では、本発明は、液滴作動表面を有する基板を含むエレクトロウェッティング構成を含むマイクロ流体デバイスを提供し、液滴作動表面は、下の誘電層（すなわち誘電内層）の表面に共有結合した疎水性層（すなわち疎水性外層）を含む（又はそれからなる、又はそれから本質的になる）。マイクロ流体デバイスが電圧源に動作可能に接続される場合、疎水性層上に置かれるか、又は他の方法で疎水性層に接触する水性液滴を確実且つ堅牢に濡らし、それによりエレクトロウェッティング力によって移動させることができる。
【０００４】
マイクロ流体デバイスは、基板を含むベースを含むことができ、基板は、電圧源（例えば、ＡＣ電圧源）に接続されるように構成される少なくとも１つの電極（例えば、第１の電極）を更に有することができ、少なくとも１つの電極は、誘電内層に電気的に結合される。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、カバーと、少なくとも１つの離間要素とを更に含む。基板及びカバーは、互いに実質的に平行であり、且つ離間要素によって一緒に接合されて、液体媒体を保持するように構成されるエンクロージャを画定することができる。そのような実施形態では、カバーは、電圧源（例えば、ＡＣ電圧源）に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を含むことができる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、片面エレクトロウェッティング構成を含むことができる。そのような実施形態では、マイクロ流体デバイスは、カバーを含む必要がない。例えば、ベースは、基板と、電圧源（例えば、ＡＣ電圧源）に接続されるように構成される第１の電極とを含むことができ、基板は、電圧源に接続されるように構成される第２の電極（例えば、メッシュ電極）を含むことができる。
【０００５】
幾つかの実施形態では、疎水性外層は、誘電内層に共有結合して高密度疎水性単層を形成する自己会合性分子を含む。幾つかの実施形態では、疎水性単層の自己会合性分子は、それぞれシロキサン基を含む。他の実施形態では、疎水性単層の自己会合性分子は、それぞれホスホン酸基を含む。シロキサン基又はホスホン酸基は、誘電内層の表面に共有結合することができる。幾つかの実施形態では、疎水性単層の自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドを誘電内層の表面に直接又は間接的に結合させる結合基とをそれぞれ含む。表面修飾リガンドは、本明細書に開示される任意の表面修飾リガンドであり得る。例えば、表面修飾リガンドは、アルカン基等の脂肪族基を含むことができる。したがって、例えば、疎水性単層の自己会合性分子は、アルキル末端シロキサン分子又はアルキル末端ホスホン酸分子であり得る。アルキル基は、少なくとも１０個の炭素（例えば、少なくとも１４個、１６個、１８個、２０個、２２個、又はそれを超える個数の炭素）の鎖（例えば、非分岐鎖）を含むことができる。他の実施形態では、表面修飾リガンドは、フルオロアルキル基等のフッ素置換脂肪族基を含むことができる。したがって、例えば、自己会合性分子は、フルオロアルキル末端シロキサン分子又はフルオロアルキル末端ホスホン酸分子であり得る。フルオロアルキル基は、少なくとも１０個の炭素（例えば、少なくとも１４個、１６個、１８個、２０個、２２個、又はそれを超える個数の炭素）の鎖（例えば、非分岐鎖）を含むことができる。特定の実施形態では、フルオロアルキル基は、１つ又は複数（例えば、少なくとも４個、６個、８個、１０個、１２個、又はそれを超える個数）の全フッ素置換炭素を含む。例えば、フルオロアルキル基は、式ＣＦ３−（ＣＦ２）ｍ−（ＣＨ２）ｎ−を有することができ、式中、ｍは、少なくとも２であり、ｎは、少なくとも２であり、及びｍ＋ｎは、少なくとも９である。幾つかの実施形態では、表面修飾リガンドは、第１の脂肪族基と第２の脂肪族基との間にエーテル結合を含む。例えば、第１の脂肪族基は、アルキル基であり得、及び第２の脂肪族基は、フルオロアルキル基（例えば、ペルフルオロアルキル基）であり得る。特定の実施形態では、表面修飾リガンドのアルキル基又はフルオロアルキル基は、非分岐である。幾つかの実施形態では、表面修飾リガンドのアルキル基又はフルオロアルキル基は、いかなる環式構造も含まない。
【０００６】
幾つかの実施形態では、基板の疎水性外層は、５ナノメートル未満（例えば、約１．５〜３．０ナノメートル）の厚さを有する。幾つかの実施形態では、基板の疎水性外層は、選択領域が疎水性外層の残りの部分と比較して相対的に親水性であるようにパターン化され得る。
【０００７】
幾つかの実施形態では、基板の誘電内層は、第１の誘電材料層を含むことができる。例えば、誘電内層は、誘電体材料の単層からなることができる。第１の誘電体材料層は、金属酸化物層（例えば、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム等）等の酸化物を含むことができる。特定の実施形態では、第１の酸化物層は、原子層堆積（ＡＬＤ）によって形成される。代替的に、誘電内層は、２つ以上の誘電体材料層を含む誘電体積層であり得る。したがって、特定の実施形態では、誘電内層は、第１の誘電体材料層及び第２の誘電体材料層を含むことができる。第１の誘電体材料層は、金属酸化物層（例えば、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム等）等の酸化物を含むことができ、第２の誘電体材料層は、酸化ケイ素等の酸化物又は窒化ケイ素等の窒化物を含むことができる。そのような実施形態では、第１の誘電体材料層は、第２の誘電体材料層に接触する第１の表面と、疎水性層が共有結合した逆表面とを有することができる。特定の実施形態では、第２の誘電体材料層は、使用される誘電体材料のタイプに応じて約３０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有することができる。例えば、第２の誘電体材料層は、酸化ケイ素を含むことができ、且つ約３０ｎｍ〜約５０ｎｍ又は約３０ｎｍ〜約４０ｎｍの厚さを有することができる。代替的に、第２の誘電体材料層は、窒化ケイ素を含むことができ、且つ約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ又は約８０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有することができる。特定の実施形態では、第２の誘電体材料層は、ＡＬＤによって形成される。他の実施形態では、第２の誘電体材料層は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）技法によって形成される。特定の実施形態では、第１の誘電体材料層は、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ（例えば、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍ、約１５ｎｍ〜約２５ｎｍ、約２０ｎｍ〜約３０ｎｍ、約２５ｎｍ〜約３５ｎｍ、約３０ｎｍ〜約４０ｎｍ、約３５ｎｍ〜約４５ｎｍ、約４０ｎｍ〜約５０ｎｍ、又は上記端点の２つにより定義される任意の範囲）厚さを有することができ、且つＡＬＤによって形成され得る。
【０００８】
更に他の実施形態では、誘電内層は、第３の誘電体材料層を含むことができ、第３の誘電体材料層は、第１の誘電体材料層に接触する第１の表面と、疎水性層と共有結合した逆表面とを有する。そのような実施形態では、第１の誘電体材料層は、上述した（又は本明細書の他の箇所で説明した）ように酸化物を含むことができ、第２の誘電体材料層は、上述した（又は本明細書の他の箇所で説明した）ように酸化物又は窒化物を含むことができる。特定の実施形態では、第３の誘電体材料層は、二酸化ケイ素等の酸化物又はシロキサン基によく結合する他の誘電体材料を含むことができる。特定の実施形態では、第３の誘電体材料層は、ＡＬＤによって堆積される。特定の実施形態では、第３の誘電体材料層は、約２ｎｍ〜約１０ｎｍ又は約４ｎｍ〜約６ｎｍの厚さを有する。
【０００９】
誘電内層を構成する層数に関係なく、誘電内層は、約４０ｎｍ〜約１２０ｎｍ（例えば、約４０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約７０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約８０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約９０ｎｍ〜約１１０ｎｍ、約１００ｎｍ〜約１２０ｎｍ、又は上記端点の任意の２つにより定義される範囲）の総厚さを有することができる。同様に、誘電層は、約５０ｋオーム〜約１５０ｋオーム（例えば、約５０ｋオーム〜約７５ｋオーム、約７５ｋオーム〜約１００ｋオーム、約１００ｋオーム〜約１２５ｋオーム、約１２５ｋオーム〜約１５０ｋオーム、又は上記端点の任意の２つにより定義される範囲）のインピーダンスを有することができる。
【００１０】
幾つかの実施形態では、基板は、光応答層を更に含むことができる。光応答層は、誘電内層を含む第１の面と、少なくとも１つの電極を含む第２の面とを有することができる。特定の実施形態では、光応答層は、水素化アモルファスシリコンを含むことができる。そのような実施形態では、光ビームで光応答層の複数の領域の任意のものを照明することにより、照明された領域における光応答層の電気インピーダンスを低減することができる。他の実施形態では、光応答層は、複数の導体を含み、各導体は、フォトトランジスタスイッチを介して基板の少なくとも１つの電極に制御可能に接続可能である。
【００１１】
マイクロ流体デバイスがカバーを含む実施形態の場合、エンクロージャに向かって内向きに面するカバーの表面は、内層と、内層に共有結合した疎水性層（すなわち疎水性外層）とを含むことができる。基板の疎水性外層と同様に、カバーの疎水性外層は、内層に共有結合して高密度疎水性単層を形成する自己会合性分子を含むことができる。したがって、疎水性外層は、基板の疎水性外層について上述した（又は本明細書の他の箇所で説明した）任意の自己会合性分子を含むことができる。幾つかの実施形態では、カバーの疎水性外層は、基板の疎水性外層と同じ自己会合性分子を含む。他の実施形態では、基板の疎水性外層は、基板の疎水性外層と異なる１つのタイプ（又は複数のタイプ）の自己会合性分子を有する。
【００１２】
幾つかの実施形態では、カバーの内向き面の疎水性外層は、約５ナノメートル未満（例えば、約１．５〜３．０ナノメートル）の厚さを有する。幾つかの実施形態では、カバーの内向き面の疎水性外層は、選択領域が疎水性外層の残りの部分と比較して相対的に親水性であるようにパターン化され得る。
【００１３】
幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、少なくとも１つのマイクロ流体チャネルを有するエンクロージャを含むことができる。加えて、エンクロージャは、マイクロ流体デバイスに流体的に接続された少なくとも１つのマイクロ流体チャンバ（又は隔離ペン）を含むことができる。マイクロチャネル及び／又はチャンバを画定する基板の少なくとも一部は、エレクトロウェッティング構成を有することができる。エレクトロウェッティング構成は、バイアス電位に接続され得、そのように接続されている間、基板表面の複数の対応する領域の任意のもの（すなわち液滴作動表面）のエレクトロウェッティング特性を変更することができる。基板表面のウェッティング特性は、液滴が基板表面にわたり且つマイクロ流体チャネルとチャンバとの間を移動するのに十分に変更され得る。
【００１４】
幾つかの実施形態では、チャンバ（又は隔離ペン）は、液滴を保持するように構成される保持領域（例えば、分離領域）と、保持領域をマイクロ流体チャネルに流体的に接続する１つ（又は複数の）接続領域とを含むことができる。第１の接続領域は、液滴をマイクロ流体チャネルとチャンバとの間で移動させるように構成され得る。第２の接続領域が存在する場合、第２の接続領域は、液滴がマイクロ流体チャネルと保持領域との間を移動するとき、流体を流れさせ、圧力を除去できるように構成され得る。幾つかの実施形態では、エンクロージャは、第２のマイクロ流体チャネルを更に含むことができる。そのような実施形態では、チャンバは、第１のマイクロ流体チャネル及び第２のマイクロ流体チャネルの両方に接続され得る。
【００１５】
幾つかの実施形態では、マイクロ流体チャネルは、約３０〜約２００μｍ又は約５０〜約１５０μｍの高さを有することができ、高さは、チャネルを通る流体フローの方向に直交する方向において測定される。幾つかの実施形態では、マイクロ流体チャネルは、約５０〜約１０００μｍ又は約１００〜約５００μｍの幅を有し、幅は、チャネルを通る流体フローの方向に直交する方向において測定される。
【００１６】
幾つかの実施形態では、チャンバ（又は隔離ペン）は、マイクロ流体チャンネルの高さと略同じ高さを有する。例えば、チャンバの高さは、約３０〜約２００μｍ又は約５０〜約１５０μｍであり得る。幾つかの実施形態では、チャンバ（又は保持ペン）は、約１００，０００〜約２，５００，０００μｍ２又は約２００，０００〜約２，０００，０００μｍ２の断面積を有する。幾つかの実施形態では、接続領域（第１、第２等）は、それが終わる箇所で接続領域が開く対応するチャンバ及び／又はマイクロ流体チャネルの高さと略同じ高さを有する。幾つかの実施形態では、接続領域は、約５０〜約５００μｍ又は約１００〜約３００μｍの幅を有する。
【００１７】
幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、液滴生成器を更に含むことができる。液滴生成器は、１つ又は複数の液体媒体（例えば、水性液体媒体）の液滴をエンクロージャ内又はエンクロージャ内のマイクロ流体チャネルに選択的に提供するように構成され得る。液滴は、例えば、生物学的微小物体（例えば、細胞）又はビーズ等の微小物体を含むことができる。代替又は追加として、液滴は、溶解バッファー、親和性試剤、検出可能な標識、酵素混合物等の試剤を含むことができる。
【００１８】
幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、生物学的微小物体の培養に適した培養室（例えば、隔離ペン）を含む。培養室は、エンクロージャ内に配置され得、マイクロ流体チャネルに接続され得る。培養室がエンクロージャ内に配置される場合、エンクロージャは、新鮮な培養媒体中の栄養分及び培養室内の老廃物を交換することができるように（例えば、培養室内への栄養分の拡散及び培養媒体への老廃物の拡散により）、新鮮な培養媒体を培養室に流すように構成される灌流マイクロ流体チャネルを含むことができる。灌流チャネルは、液滴生成器に接続されるマイクロ流体チャネルと別個であり得る。
【００１９】
幾つかの実施形態では、エレクトロウェッティング装置が電子位置決め装置と統合される。例えば、幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、エレクトロウェッティング構成を有する基板を含むことができ、基板の一部は、誘電泳動（ＤＥＰ）構成を更に含むことができる。したがって、基板は、モノリシックであり得る。代替的に、マイクロ流体デバイス又は装置は、誘電泳動（ＤＥＰ）構成を有する第１の基板を有する第１のモジュール又はセクションと、エレクトロウェッティング構成を含む第２の基板を有する第２のモジュール又はセクションとを含むことができる。そのようなデバイスは、デュオリシック基板を有すると見なすことができ、各基板及びその特定の構成に関連する機能の統合を提供するブリッジが第１のモジュール又はセクションと第２のモジュール又はセクションとの間にあり得る。ブリッジは、そのままでは離散した２つのデバイスを接続する管等を含むことができる。代替的に、ブリッジは、基板を近く（例えば、２ｍｍ以内、１．５ｍｍ以内、１．０ｍｍ以内、０．５ｍｍ以内、又はそれ未満）に併設される結合材を含むことができる。更に他の代替形態では、ブリッジは、モノリシック基板上の非機能領域であり得、非機能ゾーンは、基板構成がある構成（例えば、エレクトロウェッティング構成）から別の構成（例えば、ＤＥＰ構成）に切り替わる場所である。マイクロ流体デバイスがモノリシック基板を有するか、又はデュオリシック基板（又は更にはマルチリシック基板）を有するかに関係なく、エレクトロウェッティング構成及びＤＥＰ構成は、それぞれ当技術分野で既知であるか、又は本明細書に開示される任意のそのような構成であり得る。例えば、エレクトロウェッティング構成は、光学エレクトロウェッティング（ＯＥＷ）構成、誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）構成、又は片面エレクトロウェッティング構成等であり得る。同様に、ＤＥＰ構成は、アモルファスシリコンの層及び／又はフォトトランジスタのアレイ、フォトトランジスタによって制御される電極のアレイ、又は電気的に作動する電極のアレイ等を含む光伝導性基板によって提供される等の光電子ツイーザ（ＯＥＴ）構成であり得る。特定の代替の実施形態では、基板は、エレクトロウェッティング構成を含むが、いかなる追加の構成も有さない（例えば、誘電泳動（ＤＥＰ）構成を有さない）ことができる。
【００２０】
したがって、幾つかの実施形態では、単一モノリシック装置が両方の装置の機能を組み合わせることができる。
【００２１】
別の態様では、本発明は、本発明のマイクロ流体デバイスを製造する方法を提供する。本方法は、電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有するカバーの内面に離間要素（例えば、マイクロ流体回路材料から作られる）を接合することと、電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有する基板の誘電内面に離間要素及びカバーを接合することと、蒸着により、疎水性層をカバーの内面の少なくとも一部及び基板の誘電内面の少なくとも一部に形成することとを含むことができる。特定の実施形態では、離間要素は、カバー及び基板が互いに実質的に平行な向きにされるように、カバーの内面と基板の誘電内面との間に挟まれる。基板、離間要素、及びカバーは、集合的に、液体媒体を保持するように構成されるエンクロージャを画定することができる。特定の実施形態では、疎水性層は、カバーの内面の実質的に全ての露出領域及び基板の誘電内面の実質的に全ての露出領域（すなわち、エンクロージャに向かって内向きに面する実質的に全ての表面）上に堆積される。特定の実施形態では、疎水性層は、エンクロージャに向かって内向きに面する離間要素の表面に更に堆積される。
【００２２】
特定の実施形態では、疎水性層は、カバーの内面及び基板の誘電内面に共有結合した自己会合性分子を含み、自己会合性分子は、高密度単層を形成する。幾つかの実施形態では、蒸着によって堆積された自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドを誘電内層の表面に直接又は間接的に結合させる結合基とをそれぞれ含む。したがって、自己会合性分子は、上述したか又は本明細書の他の箇所で説明される任意の自己会合性分子であり得る。
【００２３】
別の態様では、本発明は、マイクロ流体装置において、化学材料及び／又は生体材料等の材料を処理する方法を提供する。特定の実施形態では、本方法は、一緒にエンクロージャを画定する、エレクトロウェッティング構成を有する基板と、カバーと、離間要素とを含むマイクロ流体装置のエンクロージャ又はその一部に第１の流体媒体を充填することと、ＡＣ電圧電位を基板の少なくとも１つの電極とカバーの少なくとも１つの電極との間に印加することと、液体媒体の第１の液滴をエンクロージャに導入することであって、液体媒体の液滴は、第１の液体媒体と混合しない、導入することと、エレクトロウェッティング力を第１の液滴に適用することにより、第１の液滴をエンクロージャ内の所望の位置に移動させることとを含む。第１の液体媒体は、シリコーン油、フッ素化油、又はそれらの組み合わせ等の本明細書に記載される任意の第１の液体媒体を含むことができる。
【００２４】
幾つかの実施形態では、本方法は、マイクロ流体チャネル等のエンクロージャの第１のセクションから第１の液滴をチャンバ等のエンクロージャの第２のセクションに、又はこの逆に引き込むことを含み得る。上記引き込みは、第１の液滴に接触し且つ／又はそれに隣接する基板表面の領域の有効エレクトロウェッティング特性を変更することを含み得る。したがって、エンクロージャに第１の液体媒体を充填することは、マイクロ流体チャネル及びチャンバに第１の液体媒体を充填することを含み得る。
【００２５】
幾つかの実施形態では、マイクロ流体装置は、液滴生成器を含む。本方法は、液滴生成器を使用して第１の液滴を生成することを含み得る。加えて、液滴生成器は、第１の液滴をエンクロージャに導入することができる。生成された液滴は、約１００ピコリットル〜約１００ナノリットル又は約１〜５０ナノリットルの容量を有することができる。幾つかの実施形態では、第１の液滴は、ビーズ又は生物学的微小物体（例えば、細胞、小嚢等）、細胞分泌物、又は試剤等の微小物体を含むことができる。ビーズは、細胞分泌物（例えば、抗体）又は他の生体分子（例えば、ＤＮＡ、ゲノムＤＮＡ、ミトコンドリアＤＮＡ、ＲＮＡ、ｍＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ、又はそれらの任意の組み合わせ等の核酸）等の対象となる材料に対して親和性を有する分子を有することができる。液滴は、単一の生体細胞等の単一の微小物体を含んでもよく、又は複数の微小物体を含んでもよい。例えば、液滴は、２〜２０個又はそれを超える個数の微小物体、例えばビーズを含むことができる。幾つかの実施形態では、液滴は、細胞溶解バッファー、標識（例えば、蛍光標識試剤）、ルミネッセント試剤、又は酵素混合物等の試剤を含むことができる。
【００２６】
幾つかの実施形態では、本方法は、第２、第３、第４等の液滴をエンクロージャに導入することと、エレクトロウェッティング力を液滴に適用することにより、第２、第３、第４等の液滴をエンクロージャ内の所望の位置に移動させることとを更に含む。第２の液滴を第１の液滴の近傍の位置に移動させ、次に第１の液滴と混合して、第１の結合液滴を形成することができ、第３の液滴を第１の結合液滴の近傍の位置に移動させ、次に第１の結合液滴と混合して、第２の結合液滴を形成することができ、第４の液滴を第２の結合液滴の近傍の位置に移動させ、次に第２の結合液滴と混合して、第３の結合液滴を形成することができ、以下同様である。追加の各液滴は、第１の液体媒体と混合しないが、第１の液滴の液体媒体と混合する流体媒体を含むことができる。
【００２７】
幾つかの実施形態では、第１の液滴は、生体細胞を含み、及び第２の液滴は、試剤を含む。試剤は、第１の液滴と第２の液滴とが混合された場合、生体細胞を溶解する細胞溶解バッファーであり得る。代替的に、試剤は、蛍光標識（例えば、蛍光標識された抗体若しくは他の親和性試剤）又はルミネッセンスアッセイで使用される試剤であり得る。第３の液滴は、対象となる材料に対して親和性を有する１つ又は複数（例えば、２〜２０個）の捕捉ビーズ等の試剤を含むことができる。例えば、対象となる材料は、ＤＮＡ、ゲノムＤＮＡ、ミトコンドリアＤＮＡ、ＲＮＡ、ｍＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ、又はそれらの任意の組み合わせ等の抗体又は核酸であり得る。そのような捕捉ビーズは、任意選択的に、続く分析のために装置から搬出することができる。第４の液滴は、第２の液滴及び第３の液滴のように、逆転写反応又は全ゲノム増幅反応等の反応の実行に適した酵素混合物等の試剤を含むことができる。
【００２８】
幾つかの実施形態では、液滴の移動及び混合は、エレクトロウェッティング力の使用を含み、液滴の近傍の基板表面の領域の有効エレクトロウェッティング特性を変更し、それにより液滴を移動又は混合させることを含む。特定の実施形態では、基板表面の有効エレクトロウェッティング特性を変更することは、液滴の近傍の基板表面の領域におけるエレクトロウェッティング電極を活性化することを含み得る。特定の実施形態では、液滴の近傍の基板表面の領域におけるエレクトロウェッティング電極を活性化することは、基板表面のその領域に光パターンを向けることを含む。
【００２９】
本発明の追加の態様及び実施形態は、図面及び以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】本発明の幾つかの実施形態による、一般化されたマイクロ流体デバイスと、マイクロ流体デバイスを制御及び監視する関連する制御機器を有するシステムとを示す。
【図１Ｂ】液体媒体と、液体媒体と混合しない液体の液滴とを保持するように構成されるエンクロージャを一緒に形成する基板、カバー、及び離間要素を有するマイクロ流体装置の垂直断面図である。基板は、液滴がエンクロージャ内で操作されることを可能にする液滴エレクトロウェッティング構成を有する。
【図１Ｃ】本発明の幾つかの実施形態によるマイクロ流体デバイスを示す。
【図１Ｄ】本発明の幾つかの実施形態によるマイクロ流体デバイスを示す。
【図２Ａ】本発明の幾つかの実施形態による分離ペンを示す。
【図２Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による分離ペンを示す。
【図２Ｃ】本発明の幾つかの実施形態による詳細な隔離ペンを示す。
【図２Ｄ】本発明の幾つかの他の実施形態による隔離ペンを示す。
【図２Ｅ】本発明の幾つかの他の実施形態による隔離ペンを示す。
【図２Ｆ】本発明の幾つかの他の実施形態による隔離ペンを示す。
【図２Ｇ】本発明の実施形態によるマイクロ流体デバイスを示す。
【図２Ｈ】本発明の実施形態によるマイクロ流体デバイスの被覆面を示す。
【図３Ａ】本発明の幾つかの実施形態による、マイクロ流体デバイス及び関連する制御機器と併用されるシステムの特定の例を示す。
【図３Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による撮像デバイスを示す。
【図４】デュオリシック基板を用いてＥＷ構成及びＤＥＰ構成を有するマイクロ流体デバイスの例を示す。
【図５】モノリシック基板を用いてＥＷ構成及びＤＥＰ構成を有するマイクロ流体デバイスの例を示す。
【図６】マイクロ流体装置の水平断面図であり、マイクロ流体装置は、図１Ｂに示されるようなエレクトロウェッティング構成を含むことができ、複数のマイクロ流体チャネル、マイクロ流体チャネルの少なくとも１つが終わる箇所で開くチャンバ、及び液滴生成器を含む。この実施形態では、１つのマイクロ流体チャネルは、水性媒体（明るい色）を含み、一方、液滴生成器に接続されたマイクロ流体チャネルは、非水性媒体（暗い色）を含み、同様にチャンバも水性媒体又は非水性媒体のいずれかを含む。
【図７】マイクロ流体装置の水平断面図であり、マイクロ流体装置は、図１Ｂに示されるようなエレクトロウェッティング構成を含むことができ、複数のマイクロ流体チャネル、マイクロ流体チャネルの少なくとも１つが終わる箇所で開くチャンバ、及び液滴生成器を含む。この実施形態では、１つのマイクロ流体チャネル及び第１の組のチャンバは、水性媒体（明るい色）を含み、一方、液滴生成器に接続されたマイクロ流体チャネル及び第２の組のチャンバは、疎水性媒体（暗い色）を含む。図６は、図５に示される実施形態の変形形態を提示し、この変形形態では、水性媒体を含む各チャンバは、疎水性媒体を含む対応するチャンバから疎水性媒体を有するチャネルを隔てた真向かいに配置される。
【図８】マイクロ流体装置内の生物学的微小物体を処理する方法の図である。
【図９】エレクトロウェッティング構成を有する第１のセクション及び誘電泳動構成を有する第２のセクションを有するマイクロ流体デバイスの基板を製造するために適用することができる方法である。
【図１０】図９に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。
【図１１】図９に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。
【図１２】図９に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。
【図１３】図９に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。
【図１４】図９に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。
【図１５】図９に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。
【図１６】図９に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。
【図１７】図９に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。
【図１８】図９に示される方法に従って処理されている基板の垂直断面図を提供する。
【図１９Ａ】図１７と併せて示した実施形態による１つの機能態様での電気的に対処する動作表現の図である。
【図１９Ｂ】図１７と併せて示した実施形態による１つの機能態様での電気的に対処する動作表現の図である。
【図２０Ａ】本発明の実施形態による、修飾されたマイクロ流体表面上の水性液滴の移動の写真表現である。
【図２０Ｂ】本発明の実施形態による、修飾されたマイクロ流体表面上の水性液滴の移動の写真表現である。
【図２０Ｃ】本発明の実施形態による、修飾されたマイクロ流体表面上の水性液滴の移動の写真表現である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本明細書は、本発明の例示的な実施形態及び適用を記載する。しかし、本発明は、これらの例示的な実施形態及び適用又は例示的な実施形態及び適用が動作する様式又は本明細書で記載される様式に限定されない。更に、図は簡易図又は部分図を示し得、図中の要素の寸法は、誇張又は他の方法で一定の縮尺ではないことがある。更に、「上」、「付着される」、「接続される」、「結合される」という用語又は同様の語が本明細書で使用される場合、ある要素（例えば、材料、層、基板等）は、直接他の要素上にあるか、付着されるか、接続されるか、若しくは結合されるか、それともある要素と他の要素との間に１つ又は複数の介在要素があるかに関係なく、他の要素「上」にあり、それに「付着され」、それに「接続され」、又はそれに「結合される」ことができる。また、文脈が別段のことを示さない限り、方向（例えば、上方、下方、頂部、底部、横、アップ、ダウン、下、上、上部、下部、水平、垂直、「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」等）は、提供される場合、相対的なものであり、限定としてではなく単なる例として、且つ説明及び考察を容易にするためにのみ提供される。更に、要素のリスト（例えば、要素ａ、ｂ、ｃ）が参照される場合、そのような参照は、それ自体により列挙される要素の任意の１つ、列挙された要素の全て未満の任意の組合せ、及び／又は列挙された要素の全ての組合せを含むことが意図される。本明細書でのセクション分割は、検討を容易にするためのみのものであり、考察される要素のいかなる組合せも限定しない。
【００３２】
本明細書で使用される場合、「実質的に」は、意図される目的で十分に機能することを意味する。したがって、「実質的に」という用語は、当業者により予期されるが、全体性能にそれほど影響しない等の絶対的又は完全な状態、寸法、測定、結果等からの小さくわずかな変動を可能にする。数値又は数値として表現することができるパラメータ若しくは特徴に関して使用される場合、「実質的に」は、１０％以内を意味する。
【００３３】
「１つ」という用語は２つ以上を意味する。
【００３４】
本明細書で使用される場合、「複数」という用語は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれを上回ることができる。
【００３５】
本明細書で使用される場合、「配置される」という用語は、その意味内に「置かれる」を包含する。
【００３６】
本明細書で使用される場合、「マイクロ流体デバイス」又は「マイクロ流体装置」は、流体を保持するように構成された１つ又は複数の離散マイクロ流体回路を含むデバイスであり、各マイクロ流体回路は、領域、フロー領域、チャネル、チャンバ、及び／又はペンを含むが、これらに限定されない流体的に相互接続された回路要素と、（カバーを含むマイクロ流体デバイスについて）流体（及び任意選択的に流体に懸濁した微小物体）をマイクロ流体デバイス内及び／又は外に流すように構成された少なくとも２つのポートとから構成される。通常、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体回路は、少なくとも１つのマイクロ流体チャネル及び少なくとも１つのチャンバを含み、約１ｍＬ未満の容量の流体、例えば、約７５０μＬ未満、約５００μＬ未満、約２５０μＬ未満、約２００μＬ未満、約１５０μＬ未満、約１００μＬ未満、約７５μＬ未満、約５０μＬ未満、約２５μＬ未満、約２０μＬ未満、約１５μＬ未満、約１０μＬ未満、約９μＬ未満、約８μＬ未満、約７μＬ未満、約６μＬ未満、約５μＬ未満、約４μＬ未満、約３μＬ未満、又は約２μＬ未満の流体を保持する。特定の実施形態では、マイクロ流体回路は、約１〜２μＬ、約１〜３μＬ、約１〜４μＬ、約１〜５μＬ、約２〜５μＬ、約２〜８μＬ、約２〜１０μＬ、約２〜１２μＬ、約２〜１５μＬ、約２〜２０μＬ、約５〜２０μＬ、約５〜３０μＬ、約５〜４０μＬ、約５〜５０μＬ、約１０〜５０μＬ、約１０〜７５μＬ、約１０〜１００μＬ、約２０〜１００μＬ、約２０〜１５０μＬ、約２０〜２００μＬ、約５０〜２００μＬ、約５０〜２５０μＬ、又は約５０〜３００μＬを保持する。
【００３７】
本明細書で使用される場合、「ナノ流体デバイス」又は「ナノ流体装置」は、約１μＬ未満の容量の流体、例えば、約７５０ｎＬ、約５００ｎＬ、約２５０ｎＬ、約２００ｎＬ、約１５０ｎＬ、約１００ｎＬ、約７５ｎＬ、約５０ｎＬ、約２５ｎＬ、約２０ｎＬ、約１５ｎＬ、約１０ｎＬ、約９ｎＬ、約８ｎＬ、約７ｎＬ、約６ｎＬ、約５ｎＬ、約４ｎＬ、約３ｎＬ、約２ｎＬ、約１ｎＬ、又はそれ未満の流体を保持するように構成された少なくとも１つの回路要素を含むマイクロ流体回路を有するタイプのマイクロ流体デバイスである。ナノ流体デバイスは、複数の回路要素（例えば、少なくとも２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１５個、２０個、２５個、５０個、７５個、１００個、１５０個、２００個、２５０個、３００個、４００個、５００個、６００個、７００個、８００個、９００個、１０００個、１５００個、２０００個、２５００個、３０００個、３５００個、４０００個、４５００個、５０００個、６０００個、７０００個、８０００個、９０００個、１０，０００個、又はこれを超える）を含むことができる。特定の実施形態では、少なくとも１つの回路要素の１つ又は複数（例えば、全て）は、約１００ｐＬ〜１ｎＬ、約１００ｐＬ〜２ｎＬ、約１００ｐＬ〜５ｎＬ、約２５０ｐＬ〜２ｎＬ、約２５０ｐＬ〜５ｎＬ、約２５０ｐＬ〜１０ｎＬ、約５００ｐＬ〜５ｎＬ、約５００ｐＬ〜１０ｎＬ、約５００ｐＬ〜１５ｎＬ、約７５０ｐＬ〜１０ｎＬ、約７５０ｐＬ〜１５ｎＬ、約７５０ｐＬ〜２０ｎＬ、約１〜１０ｎＬ、約１〜１５ｎＬ、約１〜２０ｎＬ、約１〜２５ｎＬ、又は約１〜５０ｎＬの容量の流体を保持するように構成される。他の実施形態では、少なくとも１つの回路要素の１つ又は複数（例えば、全て）は、約２０ｎＬ〜２００ｎＬ、約１００〜２００ｎＬ、約１００〜３００ｎＬ、約１００〜４００ｎＬ、約１００〜５００ｎＬ、約２００〜３００ｎＬ、約２００〜４００ｎＬ、約２００〜５００ｎＬ、約２００〜６００ｎＬ、約２００〜７００ｎＬ、約２５０〜４００ｎＬ、約２５０〜５００ｎＬ、約２５０〜６００ｎＬ、又は約２５０〜７５０ｎＬの容量の流体を保持するように構成される。
【００３８】
「マイクロ流体チャネル」又は「フローチャネル」は、本明細書では、水平寸法及び垂直寸法の両方よりもはるかに長い長さを有するマイクロ流体デバイスのフロー領域を指す。例えば、フローチャネルは、水平寸法又は垂直寸法のいずれか一方の長さの少なくとも５倍、例えば、長さの少なくとも１０倍、長さの少なくとも２５倍、長さの少なくとも１００倍、長さの少なくとも２００倍、長さの少なくとも５００倍、長さの少なくとも１，０００倍、長さの少なくとも５，０００倍、又はそれを超える長さであり得る。幾つかの実施形態では、フローチャネルの長さは、その間の任意の範囲を含む約５０，０００μｍ〜約５００，０００μｍの範囲である。幾つかの実施形態では、水平寸法は約１００μｍ〜約１０００μｍ（例えば、約１５０〜約５００μｍ）の範囲であり、垂直寸法は約２５〜約２００μｍの範囲、例えば、約４０〜約１５０μｍの範囲である。なお、フローチャネルは、マイクロ流体デバイスにおいて様々な異なる空間構成を有し得、したがって、完全に線形の要素に限定されない。例えば、フローチャネルは、以下の構成の任意のものを有する１つ又は複数のセクションを含み得る：曲線、湾曲、螺旋、傾斜、下降、フォーク形（例えば、複数の異なる流路）、及びそれらの任意の組合せ。加えて、フローチャネルは、経路に沿って異なる断面積を有し、広がり及び収縮して所望の流体フローを内部に提供し得る。
【００３９】
本明細書で使用される場合、「障害物」という用語は、一般に、マイクロ流体デバイス内の２つの異なる領域又は回路要素間の標的微小物体の移動を部分的に（完全にではなく）妨げるのに十分に大きいバンプ又は同様のタイプの構造物を指す。２つの異なる領域／回路要素は、例えば、マイクロ流体隔離ペン及びマイクロ流体チャネル又はマイクロ流体隔離ペンの接続領域及び分離領域であり得る。
【００４０】
本明細書で使用される場合、「狭窄」という用語は、一般に、マイクロ流体デバイスでの回路要素（又は２つの回路要素間の界面）の幅の狭まりを指す。狭窄は、例えば、マイクロ流体隔離ペンとマイクロ流体チャネルとの間の界面又はマイクロ流体隔離ペンの分離領域と接続領域との間の界面に配置することができる。
【００４１】
本明細書で使用される場合、「透明」という用語は、可視光が透過する際、可視光を実質的に変更せずに透過させる材料を指す。
【００４２】
本明細書で使用される場合、「微小物体」という用語は、一般に、本発明により分離し収集し得る任意の顕微鏡的物体を指す。微小物体の非限定的な例としては、微粒子；微小ビーズ（例えば、ポリスチレンビーズ、Luminex（商標）ビーズ等）；磁性ビーズ；微小ロッド；微小ワイヤ；量子ドット等の無生物微小物体、細胞（例えば、胚、卵母細胞、卵子、精子細胞、組織から解離された細胞、真核細胞、原生細胞、動物細胞、哺乳類細胞、免疫細胞、ハイブリドーマ、培養細胞、細胞株からの細胞、がん細胞、感染細胞、トランスフェクト細胞及び／又は形質転換細胞、レポーター細胞、原核細胞等）；生物学的細胞小器官；ベシクル又は複合体；合成ベシクル；リポソーム（例えば、合成又は膜標本由来）；脂質ナノクラフト（Ritchie et al. (2009)“Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs”, Methods Enzymol., 464:211-231に記載のように）等の生物学的微小物体、又は無生物微小物体と生物学的微小物体との組合せ（例えば、細胞に付着した微小ビーズ、リポソームコーティング微小ビーズ、リポソームコーティング磁性ビーズ等）が挙げられる。ビーズは、蛍光標識、タンパク質、小分子シグナリング部分、抗原、又はアッセイで使用可能な化学／生物種等の共有又は非共有的に付着した他の部分／分子を更に有し得る。
【００４３】
本明細書で使用される場合、「細胞を維持する」という用語は、流体成分及び気体成分の両方を含み、任意選択的に、細胞の生存及び／又は増殖を維持するために必要な状況を提供する表面を含む環境を提供することを指す。
【００４４】
流体培地の「成分」は、溶媒分子、イオン、小分子、抗生物質、ヌクレオチド及びヌクレオシド、核酸、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、糖、炭水化物、脂質、脂肪酸、コレステロール、代謝産物等を含め、培地に存在する任意の化学的又は生物学的分子である。
【００４５】
流体培地を参照して本明細書で使用される場合、「拡散する」及び「拡散」は、濃度勾配の低い方への流体培地の成分の熱力学的運動を指す。
【００４６】
「培地のフロー」という語句は、拡散以外の任意の機構に主に起因した流体培地のバルク移動を意味する。例えば、培地のフローは、ある箇所から別の箇所への、箇所間の圧力差に起因した流体培地の移動を含むことができる。そのようなフローは、液体の連続、パルス、周期的、ランダム、断続的、若しくは往復フロー、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。ある流体培地が別の流体培地に流れる場合、培地の乱流又は混合が生じ得る。
【００４７】
「実質的にフローがない」という語句は、時間にわたり平均されると、流体培地内への又は流体培地内での材料（例えば、関心のある分析物）の成分の拡散率未満である流体培地の流量を指す。そのような材料の成分の拡散率は、例えば、温度、成分のサイズ、及び成分と流体培地との相互作用の強さに依存し得る。
【００４８】
マイクロ流体デバイス内の異なる領域を参照して本明細書で使用される場合、「流体接続される」という語句は、異なる領域が流体培地等の流体で実質的に充填される場合、各領域内の流体が連通して単一の流体を形成することを意味する。これは、異なる領域内の流体（又は流体培地）が必ずしも組成物内で同一であることを意味しない。むしろ、マイクロ流体デバイスの異なる流体接続領域内の流体は、流束内にある異なる組成物（例えば、タンパク質、炭水化物、鉄、又は他の分子等の異なる濃度の溶質）を有することができ、その理由は、溶質が各濃度勾配を下がって移動し、及び／又は流体がデバイスを通って流れるためである。
【００４９】
マイクロ流体（又はナノ流体）デバイスは、「掃引」領域及び「非掃引」領域を含むことができる。本明細書で使用される場合、「掃引」領域は、マイクロ流体回路の流体相互接続された１つ又は複数の回路要素で構成され、各回路要素は、流体がマイクロ流体回路を通って流れているとき、培地のフローを経験する。掃引領域の回路要素は、例えば、領域、チャネル、及びチャンバの全て又は部分を含むことができる。本明細書で使用される場合、「非掃引」領域は、マイクロ流体回路の流体的に相互接続された１つ又は複数の回路要素で構成され、各回路要素は、流体がマイクロ流体回路を通って流れているとき、流束を実質的に経験しない。非掃引領域は、流体接続が、拡散を可能にするが、掃引領域と非掃引領域との間で実質的に培地が流れないように構造化される場合、掃引領域に流体接続することができる。したがって、マイクロ流体デバイスは、実質的に掃引領域と非掃引領域との間での拡散連通のみを可能にしながら、非掃引領域を掃引領域での培地のフローから実質的に分離するように構造化することができる。例えば、マイクロ流体デバイスのフローチャネルは掃引領域の例であり、一方、マイクロ流体デバイスの分離領域（更に詳細に後述する）は非掃引領域の例である。
【００５０】
本明細書で使用される場合、「フロー領域」は、媒体の流れの軌跡を画定し、媒体の流れの軌跡を受ける１つ又は複数の流体接続された回路要素（例えば、チャネル、領域、及びチャンバ等）を指す。したがって、フロー領域は、マイクロ流体デバイスの掃引領域の一例である。他の回路要素（例えば、非掃引領域）は、フロー領域における媒体フローを受けずに、フロー領域を含む回路要素と流体接続し得る。
【００５１】
本明細書で使用される場合、「アルキル」は、１〜６個の炭素原子を有する（例えば、Ｃ１〜Ｃ６アルキル）、不飽和を含まない炭素原子及び水素原子のみからなる直鎖又は分岐鎖炭化水素ラジカルを指す。アルキルが本明細書に出現するときは常に、「１〜６」等の数値範囲は、所与の範囲内の各整数を指し、例えば、「１〜６個の炭素原子」は、アルキル基が１個の炭素原子、２個の炭素原子、３個の炭素原子等、最高で６個の炭素原子からなり得ることを意味するが、本定義は、数値範囲が指定されない用語「アルキル」の発生も包含する。幾つかの実施形態では、それはＣ１〜Ｃ３アルキル基である。典型的なアルキル基は、決して限定ではなく、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチルイソブチル、第三級ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、及びヘキシル等を含む。アルキルは、単結合、例えば、メチル（Ｍｅ）、エチル（Ｅｔ）、ｎ−プロピル、１−メチルエチル（イソプロピル）ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、１，１−ジメチルエチル（ｔ−ブチル）、及びヘキシル等により分子の残りの部分に結合される。
【００５２】
本明細書において別段のことが特に記載される場合を除き、アルキル基は、任意選択的に、独立して、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリール、へテロアリールアルキル、ヒドロキシ、ハロ、シアノ、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、ニトロ、トリメチルシリル、−ＯＲ’、−ＳＲ’、−ＯＣ（Ｏ）−Ｒ’、−Ｎ（Ｒ’）２、−Ｃ（Ｏ）Ｒ’、−Ｃ（Ｏ）ＯＲ’、−ＯＣ（Ｏ）Ｎ（Ｒ’）２、−Ｃ（Ｏ）Ｎ（Ｒ’）２、−Ｎ（Ｒ’）Ｃ（Ｏ）ＯＲ’、−Ｎ（Ｒ’）Ｃ（Ｏ）Ｒ’、−Ｎ（Ｒ’）Ｃ（Ｏ）Ｎ（Ｒ’）２、Ｎ（Ｒ’）Ｃ（ＮＲ’）Ｎ（Ｒ’）２、−Ｎ（Ｒ’）Ｓ（Ｏ）ｔＲ’（ここで、ｔは１又は２である）、−Ｓ（Ｏ）ｔＯＲ’（ここで、ｔは１又は２である）、−Ｓ（Ｏ）ｔＮ（Ｒ’）２（ここで、ｔは１又は２である）、又はＰＯ３（Ｒ’）２である１つ又は複数の置換基で置換し得、ここで、各Ｒ’は独立して、水素、アルキル、フルオロアルキル、アリール、アルアルキル、ヘテロシクロアルキル、又はヘテロアリールである。
【００５３】
本明細書で参照される場合、フッ素化アルキル部分は、アルキル部分の１つ又は複数の水素がフルオロ置換基で置換されたアルキル部分である。全フッ素置換アルキル部分は、アルキル部分に結合した全ての水素がフルオロ置換基で置換されている。
【００５４】
本明細書で参照される場合、「ハロ」部分はブロモ、クロロ、又はフルオロ部分である。
【００５５】
本明細書で参照される場合、「オレフィン性」化合物は「アルケン」部分を含む有機部分である。アルケン部分は、少なくとも２個の炭素原子及び少なくとも１個の炭素−炭素二重結合からなる基を指す。分子の非アルケン部分は、任意の種類の有機分子であり得、幾つかの実施形態では、アルキル又は任意の部分を更に置換し得るフッ素化（全フッ素置換を含むが、これに限定されない）アルキル部分を含み得る。
【００５６】
本明細書で使用される場合、「高密度疎水性単層」は、水、イオン、及び他の荷電種等の極性分子の相互作用及び／又は侵入に対して耐性を有するのに十分に密に一緒にパッキングされた疎水性分子の単層を指す。
【００５７】
本明細書で使用される場合、「μｍ」（又は「ｕｍ」）はマイクロメートルを意味し、「μｍ３」は立方マイクロメートルを意味し、「ｐＬ」はピコリットルを意味し、「ｎＬ」はナノリットルを意味し、「μＬ」（又は「ｕＬ」）はマイクロリットルを意味する。
【００５８】
装填方法。生物学的微小物体及び／又はビーズ等の微小物体のマイクロ流体デバイスの異なる領域への装填は、本明細書に記載のように、流体フロー、重力、誘電泳動（ＤＥＰ）力、エレクトロウェッティング力、磁力、又はそれらの任意の組み合わせの使用を含むことができる。ＤＥＰ力は、光電子ツイーザ（ＯＥＴ）構成による等、光学的に及び／又は時間／空間的パターンでの電極／電極領域の活性化による等、電気的に生成することができる。同様に、エレクトロウェッティング力は、光学エレクトロウェッティング（ＯＥＷ）構成による等、光学的に及び／又は時空間パターンでの電極／電極領域の活性化による等、電気的に提供し得る。
【００５９】
マイクロ流体デバイス及びそのようなデバイスを動作させ観測するシステム。図１Ａは、マイクロ流体デバイス１００並びにマイクロ流体デバイス１００及びマイクロ流体デバイス１００内の微小物体及び／又は液滴の移動を制御するのに使用することができるシステム１５０の一般化された例を示す。カバー１１０を一部切り欠き、マイクロ流体デバイス１００内の部分図を提供するマイクロ流体デバイス１００の斜視図を示す。マイクロ流体デバイス１００は、一般に、フロー領域１０６を含むマイクロ流体回路１２０を含み、フロー領域１０６を通って流体培地１８０が流れることができ、任意選択的に１つ又は複数の微小物体（図示せず）をマイクロ流体回路１２０内及び／又はマイクロ流体回路１２０を通して搬送する。１つのマイクロ流体回路１２０が図１Ａに示されているが、適するマイクロ流体デバイスは、複数（例えば、２又は３個）のそのようなマイクロ流体回路を含むことができる。それに関係なく、マイクロ流体デバイス１００はナノ流体デバイスであるように構成され得る。図１Ａに示される実施形態では、マイクロ流体回路１２０は、複数のマイクロ流体隔離ペン１２４、１２６、１２８、及び１３０を含み、各隔離ペンは、フロー領域１０６に流体接続する単一の開口部を有する。更に以下で考察するように、マイクロ流体隔離ペンは、培地１８０がフロー領域１０６を通って流れているときであっても、マイクロ流体デバイス１００等のマイクロ流体デバイスに微小物体を保持するように最適化された様々な特徴及び構造を含む。しかし、上記を参照する前に、マイクロ流体デバイス１００及びシステム１５０の概説を提供する。
【００６０】
図１Ａに概して示されるように、マイクロ流体回路１２０はエンクロージャ１０２により画定される。エンクロージャ１０２は異なる構成で物理的に構造化することができるが、図１Ａに示される例では、エンクロージャ１０２は、支持構造体１０４（例えば、基部）、マイクロ流体回路構造１０８、及びカバー１１０を含むものとして示されている。しかし、特定の実施形態では、エンクロージャ１０２は、カバー１１０を有さず、マイクロ流体回路１２０は、支持構造体１０４及びマイクロ流体回路構造体１０８により画定し得る。支持構造体１０４、マイクロ流体回路構造体１０８、及び（任意選択的に）カバー１１０は、互いに取り付けることができる。例えば、マイクロ流体回路構造体１０８は、支持構造体１０４の内面１０９上に配置することができ、カバー１１０は、マイクロ流体回路構造体１０８の上に配置することができる。支持構造体１０４及び（任意選択的に）カバー１１０と一緒に、マイクロ流体回路構造体１０８は、マイクロ流体回路１２０の要素を画定することができる。
【００６１】
図１Ａに示されるように、支持構造体１０４は、マイクロ流体回路１２０の下部にあり得、カバー１１０はマイクロ流体回路１２０の上部にあり得る。代替的に、支持構造体１０４及びカバー１１０は、他の向きで構成され得る。例えば、支持構造体１０４は、マイクロ流体回路１２０の上部にあり得、カバー１１０はマイクロ流体回路１２０の下部にあり得る。それに関係なく、それぞれがエンクロージャ１０２内又は外への通路を含む１つ又は複数のポート１０７があり得る。通路の例としては、弁、ゲート、貫通孔等が挙げられる。示されるように、ポート１０７は、マイクロ流体回路構造１０８のギャップにより作られる貫通孔である。しかし、ポート１０７は、カバー１１０等のエンクロージャ１０２の他の構成要素に配置することができる。１つのみのポート１０７が図１Ａに示されているが、マイクロ流体回路１２０は２つ以上のポート１０７を有することができる。例えば、流体がマイクロ流体回路１２０に入るための流入口として機能する第１のポート１０７があり得、流体がマイクロ流体回路１２０を出るための流出口として機能する第２のポート１０７があり得る。ポート１０７が流入口として機能するか、それとも流出口として機能するかは、流体がフロー領域１０６を通って流れる方向に依存し得る。
【００６２】
支持構造体１０４は、１つ又は複数の電極（図示せず）と、１つの基板又は複数の相互接続された基板とを含むことができる。基板は、当技術分野で既知の任意の適した基板であり得る。例えば、支持構造体１０４は、１つ又は複数の半導体基板を含むことができ、各基板は、１つ又は複数の電極の少なくとも１つに電気的に接続される（例えば、半導体基板の全て又はサブセットを単一の電極に電気的に接続することができる）。代替的に、支持構造体１０４は、１つ又は複数の電極を含むプリント回路基板組立体（「ＰＣＢＡ」）を含むことができる。更に他の実施形態では、支持構造体１０４は、ＰＣＢＡに搭載される基板（例えば、半導体基板）を含むことができる。
【００６３】
マイクロ流体回路構造体１０８は、マイクロ流体回路１２０の回路要素を画定することができる。そのような回路要素は、マイクロ流体回路１２０に流体が充填されたとき、流体的に相互接続することができる、フロー領域（１つ若しくは複数のフローチャネルを含み得、又は１つ若しくは複数のフローチャネルであり得る）、チャンバ、ペン、及びトラップ等の空間又は領域を含むことができる。図１Ａに示されるマイクロ流体回路１２０では、マイクロ流体回路構造体１０８は、フレーム１１４及びマイクロ流体回路材料１１６を含む。フレーム１１４は、マイクロ流体回路材料１１６を部分的又は完全に囲むことができる。フレーム１１４は、例えば、マイクロ流体回路材料１１６を実質的に囲む比較的剛性の構造体であり得る。例えば、フレーム１１４は、金属材料を含むことができる。代替的に、マイクロ流体回路構造体１０８は、フレームを有さなくてよい。例えば、マイクロ流体回路構造体１０８は、マイクロ流体回路材料１１６からなることができ、又はマイクロ流体回路材料１１６から本質的になることができる。
【００６４】
マイクロ流体回路材料１１６には、キャビティ等をパターニングして、マイクロ流体回路１２０の回路要素及び相互接続を画定することができる。マイクロ流体回路材料１１６は、ガス透過可能であり得る可撓性ポリマー（例えば、ゴム、プラスチック、エラストマー、シリコーン、ポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）等）等の可撓性材料を含むことができる。マイクロ流体回路材料１１６を構成することができる材料の他の例としては、成形ガラス、シリコーン（フォトパターニング可能シリコーン又は「ＰＰＳ」）等のエッチング可能材料、フォトレジスト（例えば、ＳＵ８）等が挙げられる。幾つかの実施形態では、そのような材料  −  したがって、マイクロ流体回路材料１１６  −  は、剛性及び／又はガスを実質的に不透過であり得る。それに関係なく、マイクロ流体回路材料１１６は、支持構造体１０４上及び（任意選択的に）枠１１４内部に配置することができる。
【００６５】
カバー１１０は、マイクロ流体回路材料１１６及び／又は枠１１４の一体部分であり得る。代替的に、カバー１１０は、図１Ａに示されるように、構造的に別個の要素であり得る。カバー１１０は、枠１１４及び／又はマイクロ流体回路材料１１６と同じ又は異なる材料を含むことができる。同様に、支持構造体１０４は、示されるようにマイクロ流体回路材料１１６若しくは枠１１４とは別個の構造であってもよく、又はマイクロ流体回路材料１１６若しくは枠１１４の一体部分であってもよい。同様に、マイクロ流体回路材料１１６及び枠１１４は、存在する場合、図１Ａに示されるように別個の構造であってもよく、又は同じ構造の一体部分であってもよい。
【００６６】
幾つかの実施形態では、カバー１１０は剛性材料を含むことができる。剛性材料は、ガラス又は同様との特性を有する材料であり得る。幾つかの実施形態では、カバー１１０は変形可能材料を含むことができる。変形可能材料は、ＰＤＭＳ等のポリマーであり得る。幾つかの実施形態では、カバー１１０は、剛性材料及び変形可能材料の両方を含むことができる。例えば、カバー１１０の１つ又は複数の部分（例えば、隔離ペン１２４、１２６、１２８、１３０上に位置する１つ又は複数の部分）は、カバー１１０の剛性材料と界面を接する変形可能材料を含むことができる。幾つかの実施形態では、カバー１１０は１つ又は複数の電極を更に含むことができる。１つ又は複数の電極は、ガラス又は同様の絶縁材料でコーティングし得る、インジウム−錫−酸化物（ＩＴＯ）等の導電性酸化物を含むことができる。代替的に、１つ又は複数の電極は、ポリマー（例えば、ＰＤＭＳ）等の変形可能ポリマーに埋め込まれた単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、ナノワイヤ、導電性ナノ粒子のクラスタ、又はそれらの組合せ等の可撓性電極であり得る。マイクロ流体デバイスで使用することができる可撓性電極は、例えば、米国特許出願公開第２０１２／０３２５６６５号（Chiouら）に記載されており、この内容は参照により本明細書に援用される。幾つかの実施形態では、カバー１１０は、液滴の移動並びに／又は細胞の接着、細胞の生存、及び／若しくは細胞の成長を支持するように変更することができる（例えば、マイクロ流体回路１２０に向かって内側に面する表面の全て又は部分をコーティング又は調整することにより）。変更は、共有結合した分子（例えば、自己会合性分子）を有する合成若しくは天然ポリマーの被膜又は調整面を含み得る。幾つかの実施形態では、カバー１１０及び／又は支持構造体１０４は、光を透過することができる。カバー１１０は、ガス透過性である少なくとも１つの材料（例えば、ＰＤＭＳ又はＰＰＳ）を含むこともできる。
【００６７】
図１Ａは、マイクロ流体デバイス１００等のマイクロ流体デバイスを動作させ、及び制御するシステム１５０も示す。システム１５０は、電気電源１９２、撮像デバイス１９４（図示せず、しかし、撮像モジュール１６４の一部であり得る）、及び傾斜デバイス１９０（図示せず、しかし、傾斜モジュール１６６の一部であり得る）を含む。
【００６８】
電源１９２は、電力をマイクロ流体デバイス１００及び／又は傾斜デバイス１９０に提供し、バイアス電圧又は電流を必要に応じて提供することができる。電源１９２は、例えば、１つ又は複数の交流（ＡＣ）及び／又は直流（ＤＣ）電圧源又は電流源を含むことができる。撮像デバイス１９４は、マイクロ流体回路１２０内部の画像を捕捉する、デジタルカメラ等のデバイスを含むことができる。幾つかの場合、撮像デバイス１９４は、高速フレームレート及び／又は高感度（例えば、低光用途用）を有する検出器を更に含む。撮像デバイス１９４は、刺激放射線及び／又は光線をマイクロ流体回路１２０内に向け、マイクロ流体回路１２０（又はマイクロ流体回路１２０内に含まれる微小物体）から反射されるか、又は発せられる放射線及び／又は光線を収集する機構を含むこともできる。発せられる光線は可視スペクトル内であり得、例えば、蛍光放射を含み得る。反射光線は、ＬＥＤ又は水銀灯（例えば、高圧水銀灯）若しくはキセノンアーク灯等の広域スペクトル灯から発せられた反射放射を含み得る。図３Ｂに関して考察するように、撮像デバイス１９４は顕微鏡（又は光学縦列）を更に含み得、これは接眼レンズを含んでもよく、又は含まなくてもよい。
【００６９】
システム１５０は、１つ又は複数の回転軸の周りでマイクロ流体デバイス１００を回転させるように構成された傾斜デバイス１９０を更に含む。幾つかの実施形態では、傾斜デバイス１９０は、マイクロ流体デバイス１００（したがって、マイクロ流体回路１２０）を水平向き（すなわち、ｘ軸及びｙ軸に相対して０°）、垂直向き（すなわち、ｘ軸及び／又はｙ軸に相対して９０°）、又はそれらの間の任意の向きで保持することができるように、少なくとも１つの軸の周りでマイクロ流体回路１２０を含むエンクロージャ１０２を支持及び／又は保持するように構成される。軸に相対するマイクロ流体デバイス１００（及びマイクロ流体回路１２０）の向きは、本明細書では、マイクロ流体デバイス１００（及びマイクロ流体回路１２０）の「傾斜」と呼ばれる。例えば、傾斜デバイス１９０は、ｘ軸又はｙ軸に相対して０．１°、０．２°、０．３°、０．４°、０．５°、０．６°、０．７°、０．８°、０．９°、１°、２°、３°、４°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、９０°、又はそれらの間の任意の度数でマイクロ流体デバイス１００を傾斜させることができる。水平向き（したがって、ｘ軸及びｙ軸）は、重力により定義される垂直軸に垂直なものとして定義される。傾斜デバイスは、マイクロ流体デバイス１００（及びマイクロ流体回路１２０）をｘ軸及び／又はｙ軸に相対して９０°よりも大きい任意の角度に傾斜させるか、又はマイクロ流体デバイス１００（及びマイクロ流体回路１２０）をｘ軸若しくはｙ軸に相対して１８０°に傾斜させて、マイクロ流体デバイス１００（及びマイクロ流体回路１２０）を真逆にすることもできる。同様に、幾つかの実施形態では、傾斜デバイス１９０は、フロー領域１０６／チャネル１２２又はマイクロ流体回路１２０の何らかの他の部分により定義される回転軸の周りでマイクロ流体デバイス１００（及びマイクロ流体回路１２０）を傾斜させる。
【００７０】
幾つかの場合、マイクロ流体デバイス１００は、フロー領域１０６／チャネル１２２が１つ又は複数の隔離ペンの上方又は下方に位置するように、垂直向きに傾斜する。「上方」という用語は、本明細書で使用される場合、フロー領域１０６／チャネル１２２が、重力により定義される垂直軸上で１つ又は複数の隔離ペンよりも高く位置する（すなわち、フロー領域１０６／チャネル１２２の上方の隔離ペン内の物体がフロー領域／チャネル内の物体よりも高い重力位置エネルギーを有する）ことを示す。「下方」という用語は、本明細書で使用される場合、フロー領域１０６／チャネル１２２が、重力により定義される垂直軸上で１つ又は複数の隔離ペンよりも下に位置する（すなわち、フロー領域１０６／チャネル１２２の下方の隔離ペン内の物体がフロー領域／チャネル内の物体よりも低い重力位置エネルギーを有する）ことを示す。
【００７１】
幾つかの場合、傾斜デバイス１９０は、フロー領域１０６／チャネル１２２と平行な軸の周りでマイクロ流体デバイス１００を傾斜させる。更に、マイクロ流体デバイス１００は、フロー領域１０６／チャネル１２２が、隔離ペンの真上又は真下に配置されずに、１つ又は複数の隔離ペンの上方又は下方に配置されるように、９０°未満の角度に傾斜することができる。他の場合、傾斜デバイス１９０は、フロー領域１０６／チャネル１２２に直交する軸の周りでマイクロ流体デバイス１００を傾斜させる。更に他の場合、傾斜デバイス１９０は、フロー領域１０６／チャネル１２２に平行でもなく直交もしない軸の周りでマイクロ流体デバイス１００を傾斜させる。
【００７２】
システム１５０は培地源１７８を更に含むことができる。培地源１７８（例えば、容器、リザーバ等）は、それぞれが異なる流体培地１８０を保持する複数のセクション又は容器を含むことができる。したがって、培地源１７８は、図１Ａに示されるように、マイクロ流体デバイス１００の外部にある、マイクロ流体デバイス１００とは別個のデバイスであり得る。代替的に、培地源１７８は、全体的又は部分的に、マイクロ流体デバイス１００のエンクロージャ１０２内部に配置することができる。例えば、培地源１７８は、マイクロ流体デバイス１００の部分であるリザーバを含むことができる。
【００７３】
図１Ａは、システム１５０の一部を構成し、マイクロ流体デバイス１００と併せて利用することができる制御及び監視機器１５２の例の簡易ブロック図表現も示す。示されるように、そのような制御及び監視機器１５２の例は、マスタコントローラ１５４と、培地源１７８を制御する培地モジュール１６０と、マイクロ流体回路１２０での微小物体及び／又は培地（例えば、培地の液滴）の移動及び／又は選択を制御する原動モジュール１６２と、画像（例えば、デジタル画像）を捕捉する撮像デバイス１９４（例えば、カメラ、顕微鏡、光源、又はそれらの任意の組合せ）を制御する撮像モジュール１６４と、傾斜デバイス１９０を制御する傾斜モジュール１６６とを含む。制御機器１５２は、マイクロ流体デバイス１００に関する他の機能を制御、監視、又は実行する他のモジュール１６８を含むこともできる。示されるように、機器１５２は、表示デバイス１７０及び入／出力デバイス１７２と機能的に結合されている（又はこれらを更に含む）ことができる。
【００７４】
マスタコントローラ１５４は、制御モジュール１５６及びデジタルメモリ１５８を含むことができる。制御モジュール１５６は、例えば、メモリ１５８内に非一時的データ又は信号として記憶される機械実行可能命令（例えば、ソフトウェア、ファームウェア、ソースコード等）に従って動作するように構成されたデジタルプロセッサを含むことができる。代替的に又は追加として、制御モジュール１５６は、ハードワイヤードデジタル回路及び／又はアナログ回路を含むことができる。培地モジュール１６０、原動モジュール１６２、撮像モジュール１６４、傾斜モジュール１６６、及び／又は他のモジュール１６８は、同様に構成され得る。したがって、マイクロ流体デバイス１００又は任意の他のマイクロ流体装置に関して実行されるものとして本明細書で考察される機能、プロセス行動、動作、又はプロセスのステップは、上述したように構成されたマスタコントローラ１５４、培地モジュール１６０、原動モジュール１６２、撮像モジュール１６４、傾斜モジュール１６６、及び／又は他のモジュール１６８の任意の１つ又は複数により実行され得る。同様に、マスタコントローラ１５４、培地モジュール１６０、原動モジュール１６２、撮像モジュール１６４、傾斜モジュール１６６、及び／又は他のモジュール１６８は、通信可能に結合されて、本明細書において考察される任意の機能、プロセス、行動、動作、又はステップで使用されるデータを送受信し得る。
【００７５】
培地モジュール１６０は培地源１７８を制御する。例えば、培地モジュール１６０は、培地源１７８を制御して、選択された流体培地１８０をエンクロージャ１０２に入れる（例えば、流入口１０７を介して）ことができる。培地モジュール１６０は、エンクロージャ１０２からの培地の取り出し（例えば、流出口（図示せず）を通して）を制御することもできる。したがって、１つ又は複数の培地を選択的にマイクロ流体回路１２０に入れ、マイクロ流体回路１２０から搬出することができる。培地モジュール１６０は、マイクロ流体回路１２０内部のフロー領域１０６／チャネル１２２での流体培地１８０のフローを制御することもできる。例えば、幾つかの実施形態では、媒体モジュール１６０は、微小物体又はビーズを隔離ペンに装填する前、フロー領域１０６／チャネル１２２内及びエンクロージャ１０２を通る媒体１８０のフローを停止させる（例えば、重力、エレクトウェッティング（ＥＷ）力、誘電泳動（ＤＥＰ）力、又はこれらの組み合わせを使用して）。
【００７６】
原動モジュール１６２は、マイクロ流体回路１２０内の微小物体及び／又は媒体の液滴の選択、捕獲、及び／又は移動を制御するように構成することができる。本明細書において詳述されるように、エンクロージャ１０２は、エレクトロウェッティング構成、例えば、光学エレクトロウェッティング（ＯＥＷ）、誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）構成、又は片面エレクトロウェッティング構成等を含むことができる。特定の実施形態では、エンクロージャ１０２は、誘電泳動（ＤＥＰ）構成、例えば、光電子ツイーザ（ＯＥＴ）構成及び電気作動ＤＥＰ構成等を更に含むことができる。原動モジュール１６２は、そのようなＥＷ構成及び／又はＤＥＰ構成に含まれる電極及び／又はトランジスタ（例えば、フォトトランジスタ）の活性化を制御して、フロー領域１０６／チャネル１２２及び／又は隔離ペン１２４、１２６、１２８、１３０内の微小物体及び／又は媒体の液滴を選択し、移動させることができる。
【００７７】
撮像モジュール１６４は撮像デバイス１９４（図示せず）を制御することができる。例えば、撮像モジュール１６４は、撮像デバイス１９４から画像データを受信し、処理することができる。撮像デバイス１９４からの画像データは、撮像デバイス１９４により捕捉された任意のタイプの情報を含むことができる（例えば、微小物体、培地の液滴、蛍光標識等の標識の蓄積の有無等）。撮像デバイス１９４により捕捉された情報を使用して、撮像モジュール１６４は、物体（例えば、微小物体、培地の液滴等）の位置及び／又はマイクロ流体デバイス１００内のそのような物体の移動速度を更に計算することができる。
【００７８】
傾斜モジュール１６６は、傾斜デバイス１９０（図示せず）の傾斜移動を制御することができる。追加として、傾斜モジュール１６６は、例えば、重力を介して１つ又は複数の隔離ペンへの微小物体の移送を最適化するように、傾斜率及びタイミングを制御することができる。傾斜モジュール１６６は、撮像モジュール１６４と通信可能に結合されて、マイクロ流体回路１２０での微小物体及び／又は培地の液滴の移動を記述するデータを受信する。このデータを使用して、傾斜モジュール１６６は、マイクロ流体回路１２０の傾斜を調整して、マイクロ流体回路１２０内で微小物体及び／又は培地の液滴が移動する率を調整し得る。傾斜モジュール１６６は、このデータを使用して、マイクロ流体回路１２０内での微小物体及び／又は培地の液滴の位置を繰り返し調整することもできる。
【００７９】
図１Ａに示される例では、マイクロ流体回路１２０は、マイクロ流体チャネル１２２から本質的になる単一のフロー領域１０６を含むものとして示される。隔離ペン１２４、１２６、１２８、及び１３０のそれぞれは、フロー領域１０６／チャネル１２２への単一の開口部を含むが、ペンが、フロー領域１０６／チャネル１２２又は他のペン内の微小物体及び／又は流体媒体１８０から、そのペンの内部の微小物体を実質的に分離することができるように、その他の箇所は囲まれる。隔離ペンの壁は、ベースの内面１０９からカバー１１０の内面まで延び、それにより、そのような分離を促進することができる。フロー領域１０６／チャネル１２２へのペンの開口部は、流体媒体１８０のフローがペン内に向けられないように、フロー領域１０６／チャネル１２２内の流体媒体１８０のフローに関して傾斜して向けることができる。フローは、例えば、ペンの開口部の平面の接線方向又は直交方向であり得る。幾つかの場合、ペン１２４、１２６、１２８、及び／又は１３０は、１つ又は複数の微小物体をマイクロ流体回路１２０内に物理的に囲い入れるように構成される。本発明による隔離ペンは、詳細に後述するように、ＥＷ、ＯＥＷ、ＤＥＰ、及び／又はＯＥＴ力、流体フロー、及び／又は重力と併用されるように最適化された様々な形状、表面、及び特徴を含むことができる。
【００８０】
マイクロ流体回路１２０は、任意の数のマイクロ流体隔離ペンを含み得る。５つの隔離ペンが示されるが、マイクロ流体回路１２０は、より小数又はより多数の隔離ペンを有し得る。示されるように、マイクロ流体回路１２０のマイクロ流体隔離ペン１２４、１２６、１２８、及び１３０は、マイクロ流体デバイス１００を用いた微小物体及び／又は流体媒体の液滴の操作に有用な１つ又は複数の利点を提供し得る異なる特徴及び形状をそれぞれ含む。したがって、幾つかの実施形態では、マイクロ流体回路１２０は、複数のマイクロ流体隔離ペンを含み得、隔離ペンの２つ以上は、異なる利点を提供する異なる構造及び／又は特徴を含む。しかし、幾つかの実施形態では、マイクロ流体回路１２０は、複数の同一のマイクロ流体隔離ペンを含む。微小物体及び／又は媒体の液滴の操作有用なマイクロ流体デバイスは、隔離ペン１２４、１２６、１２８、及び１３０、又は後述する図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅ、及び図２Ｆに示されるように構成されるペンを含むペンの変形形態のいずれかを含み得る。
【００８１】
図１Ａに示される実施形態では、単一のフロー領域１０６が示される。しかし、マイクロ流体デバイス１００の他の実施形態は、複数のフロー領域１０６を含み得、各フロー領域１０６は、流体がマイクロ流体デバイス１００を通って流れる別個の経路を提供するように構成される。マイクロ流体回路１２０は、フロー領域１０６と流通する流入弁又はポート１０７を含み、それにより、流体媒体１８０は、流入ポート１０７を介してフロー領域１０６／チャネル１２２にアクセスすることができる。幾つかの場合、フロー領域１０６は、単一の流路を含む。他の場合、フロー領域１０６は、複数の流路（例えば、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、又はそれを超える個数）を含み、各フロー領域１０６は、マイクロチャネル（例えば、チャネル１２２のような）を含み得る。複数の流路の２つ以上（例えば、全て）は、互いに実質的に平行であり得る。例えば、フロー領域１０６は、複数の平行チャネル（例えば、チャネル１２２のような）に分割することができる。特定の実施形態では、フロー領域１０６（及びフロー領域に含まれる１つ又は複数のチャネル）は、ジグザグパターンで配置され、それにより、フロー領域１０６は、マイクロ流体デバイス１００を交互の方向で２回以上通る。幾つかの場合、各フロー領域１０６内の流体培地は、順方向又は逆方向の少なくとも一方で流れる。幾つかの場合、複数の隔離ペンは、標的微小物体と並列に配置されることができるように構成される（例えば、フロー領域１０６／チャネル１２２に相対して）。
【００８２】
幾つかの実施形態では、マイクロ流体回路１２０は、１つ又は複数の微小物体トラップ１３２を更に含む。トラップ１３２は、一般に、フロー領域１０６／チャネル１２２の境界を形成する壁に形成され、マイクロ流体隔離ペン１２４、１２６、１２８、及び１３０の１つ又は複数の開口部の逆に位置し得る。幾つかの実施形態では、トラップ１３２は、フロー領域１０６／チャネル１２２から１つの微小物体を受け取り、又は捕捉するように構成される。幾つかの実施形態では、トラップ１３２は、フロー領域１０６／チャネル１２２から複数の微小物体を受け取り、又は捕捉するように構成される。幾つかの場合、トラップ１３２は、１つの標的微小物体の容積に概ね等しい容積を含む。
【００８３】
トラップ１３２は、標的微小物体のトラップ１３２へのフローを支援するように構成された開口部を更に含み得る。幾つかの場合、トラップ１３２は、１つの標的微小物体の寸法に応じたサイズの高さ及び幅を有する開口部を含み、それにより、他の微小物体（又はサイズがより大きい微小物体）が微小物体トラップに入らないようにされる。トラップ１３２は、トラップ１３２内への標的微小物体の保持を支援するように構成された他の特徴を更に含み得る。幾つかの場合、トラップ１３２は、微小流体隔離ペンの開口部と位置合わせされ、微小流体隔離ペンの開口部に関してチャネル１２２の逆側に配置され、それにより、チャネル１２２に平行な軸の周りでマイクロ流体デバイス１００を傾斜されると、捕捉された微小物体は、微小物体を隔離ペンの開口部に落とす軌道でトラップ１３２を出る。幾つかの場合、トラップ１３２は、標的微小物体よりも小さく、トラップ１３２を通るフローを促進し、それにより、トラップ１３２内への微小物体の捕捉確率を増大させるサイド通路１３４を含む。
【００８４】
更に詳細に後述するように、幾つかの実施形態では、エレクトロウェッティング（ＥＷ）力は、１つ又は複数の電極（図示せず）を介してマイクロ流体デバイス１００の支持構造体１０４（及び／又はカバー１１０）の表面上の１つ又は複数の位置（例えば、フロー領域及び／又は隔離ペン内の位置）に適用されて、マイクロ流体回路１２０に配置された液滴を操作、輸送、分離、及びソートする。例えば、幾つかの実施形態では、ＥＷ力は、支持構造体１０４（及び／又はカバー１１０）の表面上の１つ又は複数の位置に適用されて、液滴をフロー領域１０６から所望のマイクロ流体隔離ペンに移す。幾つかの実施形態では、ＥＷ力を使用して、隔離ペン（例えば、隔離ペン１２４、１２６、１２８、又は１３０）内の液滴がそこから変位しないようにする。更に、幾つかの実施形態では、ＥＷ力を使用して、本発明の教示に従って先に収集された液滴を隔離ペンから選択的に取り出す。幾つかの実施形態では、ＥＷ力は、光エレクトロウェッティング（ＯＥＷ）力を含む。
【００８５】
幾つかの実施形態では、誘電泳動（ＤＥＰ）力は、１つ又は複数の電極（図示せず）を介して流体培地１８０にわたり適用されて（例えば、フロー領域及び／又は隔離ペンにおいて）、内部に配置された微小物体の操作、輸送、分離、及びソートを行う。例えば、幾つかの実施形態では、ＤＥＰ力は、マイクロ流体回路１２０の１つ又は複数の部分内に適用されて、１つの微小物体をフロー領域１０６から所望のマイクロ流体隔離ペンに輸送する。幾つかの実施形態では、ＤＥＰ力を使用して、隔離ペン（例えば、隔離ペン１２４、１２６、１２８、又は１３０）内の微小物体が隔離ペンから変位しないようにする。更に、幾つかの実施形態では、ＤＥＰ力を使用して、本発明の教示により前に収集された微小物体を隔離ペンから選択的に取り出す。幾つかの実施形態では、ＤＥＰ力は、光電子ピンセット（ＯＥＴ）力を含む。
【００８６】
幾つかの実施形態では、ＤＥＰ力及び／又はＥＷ力は、フロー及び／又は重力等の他の力と組み合わせられて、マイクロ流体回路１２０内の微小物体及び／又は液滴の操作、輸送、分離、及びソートを行う。例えば、エンクロージャ１０２は傾斜して（例えば、傾斜デバイス１９０により）、フロー領域１０６／チャネル１２２及びフロー領域１０６内に配置された微小物体をマイクロ流体隔離ペンの上に位置決めすることができ、重力は、微小物体及び／又は液滴をペン内に輸送することができる。幾つかの実施形態では、ＤＥＰ力及び／又はＥＷ力は、他の力の前に適用することができる。他の実施形態では、ＤＥＰ力及び／又はＥＷ力は、他の力の後に適用することができる。更に他の場合、ＤＥＰ力及び／又はＥＷ力は、他の力と同時に又は他の力と交互に適用することができる。
【００８７】
マイクロ流体デバイスの原動構成。上述したように、システムの制御及び監視機器は、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体回路において微小物体又は液滴等の物体を選択し移動させる原動モジュールを含むことができる。本発明のマイクロ流体デバイスは、移動される物体のタイプ及び他の考慮事項に応じて様々な原動構成を有することができる。特に、マイクロ流体デバイス１００の支持構造体１０４及び／又はカバー１１０は、マイクロ流体回路１２０内の流体培地１８０内の液滴に対して電子ウェッティング（ＥＷ）力を選択的に誘導し、それにより、個々の液滴又は液滴群の選択、捕捉、及び／又は移動を行う電子ウェッティング（ＥＷ）構成を含むことができる。特定の実施形態では、本発明のマイクロ流体デバイスは、ＥＷ構成を有する第１のセクションと、誘電泳動（ＤＥＰ）構成を有する第２のセクションとを含むことができる。したがって、マイクロ流体デバイス１００の支持構造体１０４及び／又はカバー１１０の少なくとも１つのセクションは、マイクロ流体回路１２０における流体媒体１８０内の微小物体に対してＤＥＰ力を選択的に誘導し、それにより個々の微小物体又は微小物体群を選択、捕捉、及び／又は移動させるＤＥＰ構成を含むことができる。
【００８８】
エレクトロウェッティング構成。特定の実施形態では、本発明のマイクロ流体デバイスは、エレクトロウェッティング構成を含むことができ、この構成は、誘電層及び液滴作動表面を有する基板を含み、液滴作動表面は、誘電層に共有結合した疎水性層を含む。誘電層は、基板上に置かれた液滴が疎水性層に直接接触するように疎水性層の下に配置することができる。図２Ａは、そのようなマイクロ流体デバイスの一部の一例を示す。
【００８９】
示されるように、装置４００は、ベース１０４を含むことができ、ベース１０４は、基板及び少なくとも１つの電極（例えば、第１の電極）４１８を含む。基板は、疎水性外層４１２、誘電内層４１４、導電層４１６、電極４１８、及び任意選択的に支持体４２０を含め、様々な層を含むことができる。疎水性層４１２及び誘電内層４１４は、エンクロージャを部分的に画定する基板１０２の内向き面を提供することができる。
【００９０】
装置４００は、カバー１１０も含み、カバー１１０は、疎水性外層４２２と、少なくとも１つの電極を含み得る内層４２８と、任意選択的な支持体４３０とを含む。カバー１１０及びベース１０４は、互いに実質的に平行であり、離間要素１０８（例えば、マイクロ流体回路材料）によって一緒に接合されて、液体媒体を保持するように構成されるエンクロージャ４３５を画定する。液体媒体は、例えば、油等の疎水性液体であり得る。加えて、エンクロージャ４３５は、水性媒体等の液体４４０の液滴を保持することができる。通常、液体媒体及び液滴の液体は、不混和性の液体であるように選択される。
【００９１】
離間要素１０８は、ポリマーを含むことができる。ポリマーは、例えば、両方ともDow Corningから入手可能なポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）又は光パターン化可能シリコーン（ＰＰＳ）等のケイ素系有機ポリマーであり得る。代替的に、離間要素１０８は、エポキシ系接着剤を含むことができる。エポキシ系接着剤は、例えば、ＳＵ−８又は同等のタイプの材料であり得る。離間要素１０８は、少なくとも３０μｍ、少なくとも４０μｍ、少なくとも５０μｍ、少なくとも６０μｍ、少なくとも７０μｍ、少なくとも８０μｍ、少なくとも９０μｍ、少なくとも１００μｍ、又はそれよりも大きい厚さ（すなわち、基板１０４の内面とカバー１１０との間のギャップ）を有することができる。したがって、例えば、離間要素１０８の厚さは、３０〜６０μｍ、４０〜８０μｍ、５０〜１００μｍ、６０〜１２０μｍ、７０〜１４０μｍ、７５〜１５０μｍ、８０〜１６０μｍ、９０〜１８０μｍ、又は１００〜２００μｍであり得る。
【００９２】
離間要素１０８は、エンクロージャ内に１つ又は複数のマイクロ流体チャネルを画定することができる。加えて、離間要素１０８は、エンクロージャ内に複数のチャンバ（又は隔離ペン）を更に画定することができ、各チャンバは、少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに流体的に接続され、少なくとも１つのマイクロ流体チャネルが終わる箇所で開く。したがって、例えば、離間要素１０８は、単一のマイクロ流体チャネル及びそれに流体的に接続される複数のチャンバ又はそれぞれ複数のチャンバに流体的に接続される複数のマイクロ流体チャネルを画定することができる。更に、各チャンバは、図６及び図７に示されるように、２つ以上のマイクロ流体チャネルに流体的に接続することができる。
【００９３】
基板１０４の少なくとも１つの電極４１８及びカバー１１０の少なくとも１つの電極４２８がＡＣ電圧源（図示せず）の逆の端子に接続される場合、基板１０４は、基板１０４の疎水性外面４１２（すなわち液滴作動表面）に接触する水性液滴にエレクトロウェッティング力を適用することが可能である。特定の実施形態では、マイクロ流体デバイス内の液滴のエレクトロウェッティングに基づく移動を達成するのに使用されるＡＣ電圧は、少なくとも２０ボルトピークツーピーク（ｐｐＶ）（例えば、約２０〜８０ｐｐＶ、約２０〜６０ｐｐＶ、約２５〜５０ｐｐＶ、約２５〜４０ｐｐＶ、又は約２５〜３５ｐｐＶ）である。特定の実施形態では、マイクロ流体デバイス内の液滴のエレクトロウェッティングに基づく移動を達成するのに使用されるＡＣ電圧の周波数は、約１〜１００ｋＨｚ（例えば、約５〜９０ｋＨｚ、約１０〜８０ｋＨｚ、約１５〜７０ｋＨｚ、約２０〜６０ｋＨｚ、約２５〜５０ｋＨｚ、又は約３０〜４０ｋＨｚ）である。
【００９４】
基板１０４の疎水性外層４１２及びカバー１１０の疎水性外層４２２は、基板１０４の誘電内層４１４又はカバー１１０の内層４２８にそれぞれ共有結合した自己会合性分子の高密度単層をそれぞれ含むことができる。単層の自己会合性分子は、十分な二次元パッキング密度を含み、単層が結合される表面と疎水性液体との間に疎水性バリアを作成する（例えば、極性分子又は他の化学種の単層への相互作用及び／又は侵入を避けるため）。高密度単層のパッキング密度は、使用される自己会合性分子に依存する。アルキル末端シロキサンを含む高密度単層は、通常、少なくとも１×１０１４分子／ｃｍ２（例えば、少なくとも１．５×１０１４分子／ｃｍ２、２．０×１０１４分子／ｃｍ２、２．５×１０１４分子／ｃｍ２、又はそれよりも高い密度）を含む。
【００９５】
更に詳細に後述するように、自己会合性分子は、シロキサン基又はホスホン酸基等の結合基をそれぞれ含むことができる。シロキサン基は、誘電内層４１４又は内層４２８の分子と共有結合することができる。同様に、ホスホン酸基も誘電内層４１４又は内層４２８の分子と共有結合することができる。自己会合性分子は、長鎖炭化水素を含むことができ、これは非分岐であり得る。したがって、自己会合性分子は、アルキル末端シロキサン又はアルキル末端ホスホン酸を含むことができる。長鎖炭化水素は、少なくとも１０個の炭素（例えば、少なくとも１６個、少なくとも１８個、少なくとも２０個、少なくとも２２個、又はそれを超える個数の炭素）の鎖を含むことができる。自己会合性分子は、フッ素化炭素鎖を含むことができる。したがって、例えば、自己会合性分子は、フルオロアルキル末端シロキサン又はフルオロアルキル末端ホスホン酸を含むことができる。フッ素化炭素鎖は、式ＣＦ３−（ＣＦ２）ｍ−（ＣＨ２）ｎ−を有することができ、式中、ｍは、少なくとも２であり、ｎは、０、１、２、又はそれを超える数であり、及びｍ＋ｎは、少なくとも９である。
【００９６】
自己会合性分子の単層は、約５ナノメートル未満（例えば、約１．０〜約４．０ｎｍ、約１．５〜約３．０ｎｍ、又は約２．０〜約２．５ｎｍ）の厚さを有することができる。
【００９７】
基板１０４の疎水性外層４１２は、選択領域が疎水性外層の残りの部分と比較して相対的に親水性であるようにパターン化され得る。これは、例えば、下の誘電内層１２２にわたる電圧降下をある時間期間にわたり５０ｐｐＶ以上（例えば、６０ｐｐＶ、６５ｐｐＶ、７０ｐｐＶ、７５ｐｐＶ、８０ｐｐＶ、又はそれよりも高い値）に増大させることにより達成することができる。理論による拘束を意図せずに、比較的親水性の高い領域は、単層に挿入された水分子を含むと考えられる。
【００９８】
幾つかの実施形態では、基板の誘電内層は１つ又は複数の酸化物層を含むことができる。例えば、誘電内層は、金属酸化物層等の単一の酸化物層を含んでもよく、又は単一の酸化物層からなってもよい。代替的に、誘電内層は、２層を含んでもよく、又は２層からなってもよい。幾つかの実施形態では、層は、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素であり得、外層は、酸化アルミニウム等の金属酸化物であり得る。特定の実施形態では、金属酸化物層の厚さは、約１５ｎｍ〜約４５ｎｍ、約３０ｎｍ〜約４０ｎｍ、又は約３３ｎｍ〜約３６ｎｍの範囲であり得る。金属酸化物層は、原子層堆積（ＡＬＤ）技法によって堆積され得、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含む層は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）技法によって堆積され得る。
【００９９】
更に別の実施形態では、誘電内層は、３つの誘電体材料層を含むことができる。幾つかの実施形態では、第１の層は、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム等の金属酸化物を含むことができ、第１の層は、二酸化ケイ素層と窒化ケイ素層との間に挟むことができる。特定の実施形態では、金属酸化物層の厚さは、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲であり得、層は、原子層堆積（ＡＬＤ）技法によって堆積され得る。酸化ケイ素層もＡＬＤによって堆積され得、約２ｎｍ〜約１０ｎｍの厚さを有することができる。窒化ケイ素層は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）技法によって堆積され得、且つ約８０ｎｍ〜約１００ｎｍ又は約９０ｎｍの厚さを有することができる。
【０１００】
誘電内層を構成する層数に関係なく、誘電内層は、約５０〜１０５ｎｍの厚さ及び／又は約５０〜１５０ｋΩ、好ましい実施形態では約１００ｋΩのインピーダンスを有することができる。
【０１０１】
基板１０４は、誘電内層４１４に接触する第１の面を有する光反応層１４６を含むことができる。光反応層４１６の第２の面は、少なくとも１つの電極４１８に接触することができる。光反応層４１６は、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を含むことができる。例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈは、約８％〜約４０％水素（すなわち、１００＊水素原子数／水素原子及びケイ素原子の総数として計算される）を含むことができる。ａ−Ｓｉ：Ｈ層は、少なくとも約５００ｎｍ（例えば、少なくとも約６００〜１４００ｎｍ、少なくとも約７００〜１３００ｎｍ、少なくとも約８００〜１２００ｎｍ、少なくとも約９００〜１１００ｎｍ、又は約１０００ｎｍ）の厚さを有することができる。しかし、ａ−Ｓｉ：Ｈ層の厚さは、誘電内層４１４の厚さに従って変更して、基板１０４がオン状態（すなわち、照明され導電する）及びオフ状態（すなわち、暗く導電していない）であるとき、誘電内層４１４のインピーダンスとａ−Ｓｉ：Ｈ層のインピーダンスとの間に適する差を達成することができる。例えば、誘電内層４１４のインピーダンスは、約５０ｋΩ〜約１５０ｋΩであるように調整することができ、ａ−Ｓｉ：Ｈ層のインピーダンスは、オフ状態で少なくとも約０．５ＭΩであり、オン状態で約１ｋΩ以下であるように調整することができる。これらは単なる例であるが、堅牢なオン／オフ性能を示す光応答（この場合、光伝導）層４１６を達成するために、インピーダンスをどのように調整することができるかを例示する。基板１０４が、ａ−Ｓｉ：Ｈ層から形成される光応答層４１６を有する実施形態では、基板１０４は、任意選択的に、光応答層４１６と誘電内層４１４との間に配置される浮動電極パッドを含むことができる。そのような浮動電極パッドは、例えば米国特許第６，９５８，１３２号に記載されており、この米国特許の内容は、参照により本明細書に援用される。
【０１０２】
光応答層４１６は、代替的に、複数の導体を含むことができ、各導体は、フォトトランジスタスイッチを介して基板１０２の少なくとも１つの電極に制御可能に接続可能である。フォトトランジスタスイッチによって制御される導体は、当技術分野において周知であり、米国特許出願公開第２０１４／０１２４３７０号に記載されており、この米国特許出願の内容は、参照により本明細書に援用される。
【０１０３】
基板１０４は、ＡＣ電圧源に接続されるように構成される単一の電極４１８を含むことができる。単一の電極４１８は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の層を含むことができ、この層は、例えば、ガラス支持体４２０上に形成することができる。代替的に、単一の電極４１８は、導電性シリコンの層を含むことができる。他の実施形態では、基板１０４は、当技術分野で周知のＥＷＯＤデバイスのように、個々にアドレス指定可能な複数の電極を含むことができる。個々にアドレス指定可能な電極は、対応するトランジスタスイッチを介して１つ又は複数のＡＣ電圧源に接続可能であり得る。
【０１０４】
カバー１１０は、基板のように、疎水性層４２２に併設される誘電層（図示せず）と、誘電層と電極４２８との間に併設される導電層（図示せず）とを更に含むことができる。したがって、マイクロ流体装置４００は、基板１０４と、エレクトロウェッティング力をエンクロージャ４３５内に配置される水性液滴４４０に提供するように構成されるカバー１１０との両方を有することができる。そのような実施形態では、カバー１１０の誘電層は、基板１０４の誘電内層４１４について本明細書において開示した任意の方法で構成することができ、カバー１０４の導電層は、基板１０２の導電層１２６について本明細書において開示した任意の方法で構成することができる。
【０１０５】
誘電泳動（ＤＥＰ）構成。本明細書で考察するように、本発明のマイクロ流体デバイスは、ＤＥＰ構成を有するセクションを含むことができる。そのようなセクションの一例は、図１Ｃ及び図１Ｄに示されるマイクロ流体デバイス２００である。簡潔にするために、図１Ｃ及び図１Ｄは、開放領域／チャンバ２０２を有するマイクロ流体デバイス２００のエンクロージャ１０２の部分の垂直断面図及び水平断面図をそれぞれ示すが、領域／チャンバ２０２が、成長チャンバ、隔離ペン、フロー領域、又はフローチャネル等のより詳細な構造を有する流体回路要素の部分であり得ることを理解されたい。更に、マイクロ流体デバイス２００は他の流体回路要素を含み得る。例えば、マイクロ流体デバイス２００は、マイクロ流体デバイス１００に関して本明細書に記載される等の複数の成長チャンバ、或いは隔離ペン及び／又は１つ若しくは複数のフロー領域又はフローチャネルを含むことができる。ＤＥＰ構成は、マイクロ流体デバイス２００の任意のそのような流体回路要素に組み込み得るか、又はその部分を選択し得る。上記又は下記の任意のマイクロ流体デバイス構成要素及びシステム構成要素がマイクロ流体デバイス２００内に組みこまれ得、及び／又はマイクロ流体デバイス２００と組み合わせて使用し得ることを更に理解されたい。例えば、培地モジュール１６０、原動モジュール１６２、撮像モジュール１６４、傾斜モジュール１６６、及び他のモジュール１６８の１つ又は複数を含む上述した制御及び監視機器１５２を含むシステム１５０は、マイクロ流体デバイス２００と併用し得る。
【０１０６】
図１Ｃにおいて見られるように、マイクロ流体デバイス２００は、下部電極２０４及び下部電極２０４に重なる電極活性化基板２０６を有する支持構造体１０４と、上部電極２１０を有するカバー１１０とを含み、上部電極２１０は下部電極２０４から離間される。上部電極２１０及び電極活性化基板２０６は、領域／室２０２の両面を画定する。したがって、領域／室２０２に含まれる培地１８０は、上部電極２１０と電極活性化基板２０６との間に抵抗接続を提供する。下部電極２０４と上部電極２１０との間に接続され、領域／室２０２でのＤＥＰ力の生成のために必要に応じて電極間にバイアス電圧を生成するように構成された電源２１２も示されている。電源２１２は、例えば、交流（ＡＣ）電源であり得る。
【０１０７】
特定の実施形態では、図１Ｃ及び図１Ｄに示されるマイクロ流体デバイス２００は、光学作動ＤＥＰ構成を有することができる。したがって、原動モジュール１６２により制御し得る光源２１６からの光２１８の変更パターンは、電極活性化基板２０６の内面２０８の領域２１４においてＤＥＰ電極の変更パターンを選択的に活性化又は非活性化することができる。（以下ではＤＥＰ構成を有するマイクロ流体デバイスの領域２１４を「ＤＥＰ電極領域」と呼ぶ）。図１Ｄに示されるように、電極活性化基板２０６の内面２０８に向けられる光パターン２１８は、正方形等のパターンで、選択されたＤＥＰ電極領域２１４ａ（白色で示される）を照明することができる。照明されないＤＥＰ電極領域２１４（斜線が付される）を以下では「暗」ＤＥＰ電極領域２１４と呼ぶ。ＤＥＰ電極活性化基板２０６を通る相対電気インピーダンス（すなわち、下部電極２０４から、フロー領域１０６において培地１８０と界面を接する電極活性化基板２０６の内面２０８まで）は、各暗ＤＥＰ電極領域２１４での領域／室２０２において培地１８０を通る（すなわち、電極活性化基板２０６の内面２０８からカバー１１０の上部電極２１０まで）相対電気インピーダンスよりも大きい。しかし、照明ＤＥＰ電極領域２１４ａは、各照明ＤＥＰ電極領域２１４ａでの領域／室２０２での培地１８０を通る相対インピーダンス未満である電極活性化基板２０６を通る相対インピーダンスの低減を示す。
【０１０８】
電源２１２が活性化されている場合、上記ＤＥＰ構成は、照明ＤＥＰ電極領域２１４ａと隣接する暗ＤＥＰ電極領域２１４との間に流体培地１８０内で電場勾配を生じさせ、次に、電場勾配は、流体培地１８０内の付近の微小物体（図示せず）を引き寄せるか、又は排斥する局所ＤＥＰ力を生成する。したがって、流体培地１８０内の微小物体を引き寄せるか、又は排斥するＤＥＰ電極は、光源２１６からマイクロ流体デバイス２００に投射される光パターン２１８を変更することにより、領域／室２０２の内面２０８での多くの異なるそのようなＤＥＰ電極領域２１４において選択的に活性化及び非活性化することができる。ＤＥＰ力が付近の微小物体を引き寄せるか、それとも排斥するかは、電源２１２の周波数並びに培地１８０及び／又は微小物体（図示せず）の誘電特性等のパラメータに依存し得る。
【０１０９】
図１Ｃに示される照明ＤＥＰ電極領域２１４ａの正方形パターン２２０は単なる例である。デバイス２００に投射される光パターン２１８により、任意のパターンのＤＥＰ電極領域２１４を照明する（それにより、活性化する）ことができ、照明／活性化されるＤＥＰ電極領域２１４のパターンは、光パターン２１８を変更又は移動させることにより繰り返し変更することができる。
【０１１０】
幾つかの実施形態では、電極活性化基板２０６は、光伝導性材料を含むか、又は光導電性材料からなることができる。そのような実施形態では、電極活性化基板２０６の内面２０８は、特徴を有さないことができる。例えば、電極活性化基板２０６は、水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の層を含むか、又はａ−Ｓｉ：Ｈの層からなることができる。ａ−Ｓｉ：Ｈは、例えば、約８％〜４０％の水素を含むことができる（水素原子の数／水素及びケイ素原子の総数に１００を掛けたものとして計算）。ａ−Ｓｉ：Ｈの層は厚さ約５００ｎｍ〜約２．０μｍを有することができる。そのような実施形態では、ＤＥＰ電極領域２１４は、光パターン２１８により、電極活性化基板２０６の内面２０８上の任意の場所に任意のパターンで作成することができる。したがって、ＤＥＰ電極領域２１４の数及びパターンは、固定される必要がなく、光パターン２１８に対応することができる。上述したような光伝導層を含むＤＥＰ構成を有するマイクロ流体デバイスの例は、例えば、米国特許第ＲＥ４４，７１１号（Wuら）（元々は米国特許第７，６１２，３５５号として発行された）に記載されており、その内容全体は参照により本明細書に援用される。
【０１１１】
他の実施形態では、電極活性化基板２０６は、半導体分野で既知等の半導体集積回路を形成する複数のドープ層、絶縁層（又は領域）、及び導電層を含む基板を含むことができる。例えば、電極活性化基板２０６は、例えば、横型バイポーラフォトトランジスタを含む複数のフォトトランジスタを含むことができ、各フォトトランジスタはＤＥＰ電極領域２１４に対応する。代替的に、電極活性化基板２０６は、フォトトランジスタスイッチにより制御される電極（例えば、導電性金属電極）を含むことができ、そのような各電極はＤＥＰ電極領域２１４に対応する。電極活性化基板２０６は、パターンになったそのようなフォトトランジスタ又はフォトトランジスタ制御される電極を含むことができる。パターンは、例えば、図２Ｂに示される等、行列に配置された実質的に正方形のフォトトランジスタ又はフォトトランジスタ制御される電極のアレイであり得る。代替的に、パターンは、六角形格子を形成する実質的に六角形のフォトトランジスタ又はフォトトランジスタ制御される電極のアレイであり得る。パターンに関係なく、電気回路素子は、電極活性化基板２０６の内面２０８におけるＤＥＰ電極領域２１４と下部電極２１０との間に電気接続を形成することができ、それらの電気接続（すなわち、フォトトランジスタ又は電極）は、光パターン２１８により選択的に活性化又は非活性化することができる。活性化されない場合、各電気接続は、電極活性化基板２０６を通る（すなわち、下部電極２０４から、領域／室２０２内の培地１８０と界面を接する電極活性化電極２０６の内面２０８まで）相対インピーダンスが、対応するＤＥＰ電極領域２１４における培地１８０を通る（すなわち、電極活性化基板２０６の内面２０８からカバー１１０の上部電極２１０まで）相対インピーダンスよりも大きいような高いインピーダンスを有することができる。しかし、光パターン２１８内の光により活性化される場合、電極活性化基板２０６を通る相対インピーダンスは、各照明ＤＥＰ電極領域２１４での培地１８０を通る相対インピーダンス未満であり、それにより、上述したように、対応するＤＥＰ電極領域２１４でのＤＥＰ電極を活性化する。したがって、培地１８０内の微小物体（図示せず）を引き寄せるか、又は排斥するＤＥＰ電極は、光パターン２１８により決まるように、領域／室２０２での電極活性化基板２０６の内面２０８での多くの異なるＤＥＰ電極領域２１４において選択的に活性化及び非活性化することができる。
【０１１２】
フォトトランジスタを含む電極活性化基板を有するマイクロ流体デバイスの例は、例えば、米国特許第７，９５６，３３９号（Ohtaら）に記載されており（例えば、図２１及び図２２に示されるデバイス３００並びにその説明を参照されたい）、この内容全体は参照により本明細書に援用される。フォトトランジスタスイッチにより制御される電極を含む電極活性化基板を有するマイクロ流体デバイスの例は、例えば、米国特許出願公開第２０１４／０１２４３７０号（Shortら）に記載されており（例えば、図面全体を通して示されるデバイス２００、４００、５００、６００、及び９００並びにその説明を参照されたい）、これらの内容全体は参照により本明細書に援用される。
【０１１３】
ＤＥＰ構成のマイクロ流体デバイスの幾つかの実施形態では、上部電極２１０はエンクロージャ１０２の第１の壁（又はカバー１１０）の一部であり、電極活性化基板２０６及び下部電極２０４は、エンクロージャ１０２の第２の壁（又は支持構造体１０４）の一部である。領域／室２０２は、第１の壁と第２の壁との間にあり得る。他の実施形態では、電極２１０は第２の壁（又は支持構造体１０４）の一部であり、電極活性化基板２０６及び／又は電極２１０の一方又は両方は、第１の壁（又はカバー１１０）の一部である。更に、光源２１６は代替的に、下からエンクロージャ１０２を照明するのに使用することができる。
【０１１４】
ＤＥＰ構成を有する図１Ｃ及び図１Ｄのマイクロ流体デバイス２００を用いて、原動モジュール１６２は、光パターン２１８をデバイス２００に投射して、微小物体を囲み捕捉するパターン（例えば、正方形パターン２２０）で電極活性化基板２０６の内面２０８のＤＥＰ電極領域２１４ａでの第１の組の１つ又は複数のＤＥＰ電極を活性化することにより、領域／室２０２での培地１８０内の微小物体（図示せず）を選択することができる。次に、原動モジュール１６２は、光パターン２１８をデバイス２００に相対して移動させて、ＤＥＰ電極領域２１４での第２の組の１つ又は複数のＤＥＰ電極を活性化することにより、捕捉された微小物体を移動させることができる。代替的に、デバイス２００を光パターン２１８に相対して移動させることができる。
【０１１５】
他の実施形態では、マイクロ流体デバイス２００は、電極活性化基板２０６の内面２０８でのＤＥＰ電極の光活性化に依存しないＤＥＰ構成を有することができる。例えば、電極活性化基板２０６は、少なくとも１つの電極を含む表面（例えば、カバー１１０）とは逆に位置する、選択的にアドレス指定可能且つエネルギー付与可能な電極を含むことができる。スイッチ（例えば、半導体基板のトランジスタスイッチ）を選択的に開閉して、ＤＥＰ電極領域２１４でのＤＥＰ電極を活性化又は非活性化し得、それにより、活性化されたＤＥＰ電極の近傍での領域／室２０２内の微小物体（図示せず）に対する正味ＤＥＰ力を生成する。電源２１２の周波数及び培地（図示せず）及び／又は領域／室２０２内の微小物体の誘電特性等の特徴に応じて、ＤＥＰ力は、付近の微小物体を引き寄せるか、又は排斥することができる。ＤＥＰ電極の組（例えば、正方形パターン２２０を形成するＤＥＰ電極領域２１４の組における）を選択的に活性化又は非活性化することにより、領域／室２０２における１つ又は複数の微小物体を捕捉し、領域／室２０２内で移動させることができる。図１Ａの原動モジュール１６２は、そのようなスイッチを制御し、したがって、ＤＥＰ電極の個々の電極を活性化及び非活性化して、領域／室２０２の周囲の特定の微小物体（図示せず）を選択、捕捉、及び移動させることができる。選択的にアドレス指定可能且つエネルギー付与可能な電極を含むＤＥＰ構成を有するマイクロ流体デバイスは、当技術分野で既知であり、例えば、米国特許第６，２９４，０６３号（Beckerら）及び同第６，９４２，７７６号（Medoro）に記載されており、これらの内容全体は参照により本明細書に援用される。
【０１１６】
エレクトロウェッティング構成及び誘電泳動（ＤＥＰ）構成を有するマイクロ流体デバイス。図４は、様々な実施形態による、複数のマイクロ流体用途を統合したマイクロ流体デバイス又は装置４５０の垂直断面図である。デバイス４５０は、２つの異なるセクションを含み（しかし、３つ以上の異なるセクションがあってもよい）、各セクションは、単一のマイクロ流体構成を有する。セクション４６０は、エレクトロウェッティング構成を含み、この構成は、基板を含むベース１０４を含む。基板は、疎水性外層４１２、誘電内層４１４、導電層４１６、及び電極４１８を含め、様々な層を含む。疎水性層４１２及び誘電内層４１４は、エンクロージャ４３５を部分的に画定する基板の内向き面を提供することができる。セクション４６０は、電極４２８と疎水性外層４２２とを含むカバー１１０並びにマイクロ流体回路材料１０８も含み、マイクロ流体回路材料１０８は、ベース１０４をカバー１１０に接続し、不混和性流体を保持するように構成されるエンクロージャ４３５を含め、エレクトロウェッティングセクションのマイクロ流体回路を画定するのに更に役立つ。
【０１１７】
マイクロ流体デバイス４５０のセクション４７０は、誘電泳動ＤＥＰ構成を含み、この構成は、ベース１０４、第１の電極４７９、電極活性化基板４７４、及びエンクロージャ４７５を部分的に画定する内向き面を含む。セクション４７０は、電極４６８を含むカバー１１０と、ベース１０４をカバー１１０に接続し、ＤＥＰセクションのマクロ流体回路の画定に更に役立つマイクロ流体回路材料１０８とを更に含む。
【０１１８】
図４に示されるように、エレクトロウェッティングセクション４６０及びＤＥＰセクション４７０は、同じベース１０４及びカバー１１０を共有することができ、一方、基板及び電極は共有されない。デバイス４５０のエレクトロウェッティングセクション４６０及びＤＥＰセクション４７０は、ブリッジ４６５によって接合することができ、ブリッジ４６５は、管、接着材料等、又はそれらの任意の組み合わせであり得る。
【０１１９】
図５は、様々な実施形態による、複数のマイクロ流体用途を統合したマイクロ流体デバイス又は装置５００の垂直断面図である。デバイス４００のように、デバイス５００は、２つの異なるセクションを含み（しかし、３つ以上の異なるセクションがあってもよい）、各セクションは、単一のマイクロ流体構成を有する。特に、セクション４６０は、エレクトロウェッティング構成を含み、セクション４７０は、ＤＥＰ構成を含む。デバイス５００の様々な構成要素は、対応する参照符号で示されるように、デバイス４００における構成要素と対応する部品を有する。しかし、デバイス５００は、導電層４１６、第１の電極４１８、及び第２の電極４２８を有するモノリシック基板を有し、これらは全てセクション４６０及び４７０の両方により共有される。
【０１２０】
図１９Ａ及び図１９Ｂは、図５と併せて示した実施形態による１つの機能態様での電気的に対処する動作表現の図を提供する。図５と併せて先に説明したように、システムは、モノリシック基板４１６を共有するＤＥＰモジュール及びＥＷモジュールにより示されるように、２つのマイクロ流体動作を統合する。この実施形態では、ＤＥＰ（ＯＥＴであり得る）モジュールは、ＥＷモジュールよりも低いインピーダンスを有する。動作中、ＥＷモジュールのインピーダンスは、ＤＥＰモジュールのインピーダンスを克服し、基本的にＤＥＰモジュールを短絡させる。
【０１２１】
図１９Ａに示される一実施形態では、ＯＥＰモジュールは、１００ｋＨｚ〜１０ｍＨｚの範囲の周波数において１ボルト〜１０ボルトの範囲の電圧を印加することにより動作する。同じ実施形態において、図１９Ｂに示されるように、ＯＥＷモジュールは、１ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲の周波数において１０ボルト〜１００ボルトの範囲の動作を印加することにより動作する。好ましい一実施形態では、ＯＥＰモジュールは、１Ｍｈｚの周波数において５ボルトの電圧を印加することにより動作し、ＯＥＷモジュールは、３０ｋＨｚの周波数において３０ボルトの電圧を印加することにより動作する。
【０１２２】
隔離ペン。一般的な隔離ペン２２４、２２６、及び２２８の非限定的な例は、図２Ａ〜図２Ｃに示されるマイクロ流体デバイス２３０内に示されている。各隔離ペン２２４、２２６、及び２２８は、分離領域２４０と、分離領域２４０をチャネル１２２に流体接続する接続領域２３６とを画定する分離構造体２３２を含むことができる。接続領域２３６は、チャネル１２２への基端開口部２３４及び分離領域２４０への先端開口部２３８を含むことができる。接続領域２３６は、チャネル１２２から隔離ペン２２４、２２６、２２８内に流れる流体培地（図示せず）のフローの最大侵入深さが分離領域２４０内に及ばないように構成され得る。したがって、接続領域２３６に起因して、隔離ペン２２４、２２６、２２８の分離領域２４０内に配置された微小物体（図示せず）又は他の材料（図示せず）は、チャネル１２２内の培地１８０のフローから分離され、チャネル１２２内の培地１８０のフローにより実質的に影響されないことができる。
【０１２３】
図２Ａ〜図２Ｃの隔離ペン２２４、２２６、及び２２８は、チャネル１２２に対して直接開く単一の開口部をそれぞれ有する。隔離ペンの開口部は、チャネル１２２から横に開く。電極活性化基板２０６がチャネル１２２及び隔離ペン２２４、２２６、及び２２８の両方の下にある。隔離ペンのフロアを形成する、隔離ペンのエンクロージャ内の電極活性化基板２０６の上面は、マイクロ流体デバイスのフローチャネル（又はそれぞれフロー領域）のフロアを形成する、チャネル１２２（又はチャネルが存在しない場合、フロー領域）内の電極活性化基板２０６の上面と同じ高さ又は略同じ高さに配置される。電極活性化基板２０６は、特徴を有さなくてもよく、又は約３μｍ未満、約２．５μｍ未満、約２μｍ未満、約１．５μｍ未満、約１μｍ未満、約０．９μｍ未満、約０．５μｍ未満、約０．４μｍ未満、約０．２μｍ未満、約０．１μｍ未満、又はそれを下回って最高隆起部から最低陥没部まで変化する不規則又はパターン化表面を有してもよい。チャネル１２２（図示せず）及び隔離ペンの両方にわたる基板の上面の隆起の変動は、隔離ペンの壁の高さ又はマイクロ流体デバイスの壁の高さの約３％未満、約２％未満、約１％未満、約０．９％未満、約０．８％未満、約０．５％未満、約０．３％未満、又は約０．１％未満であり得る。マイクロ流体デバイス２００について詳細に説明したが、これは、本明細書に記載される任意のマイクロ流体デバイス１００、２３０、２５０、２８０、２９０、６００、７００にも当てはまる。
【０１２４】
したがって、チャネル１２２は掃引領域の例であり得、隔離ペン２２４、２２６、２２８の分離領域２４０は非掃引領域の例であり得る。述べたように、チャネル１２２及び隔離ペン２２４、２２６、２２８は、１つ又は複数の流体培地１８０を含むように構成され得る。図２Ａ〜図２Ｂに示される例では、ポート２２２はチャネル１２２に接続され、流体培地１８０がマイクロ流体デバイス２３０内に導入又は外に取り出せるようにすることができる。流体培地１８０を導入する前に、マイクロ流体デバイスは、二酸化炭素ガス等のガスでプライミングし得る。マイクロ流体デバイス２３０が流体培地１８０を含むと、チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２は選択的に生成及び停止させることができる。例えば、示されるように、ポート２２２はチャネル１２２の異なる位置（例えば、両端部）に配置することができ、流入口として機能するあるポート２２２から流出口として機能する別のポート２２２への培地のフロー２４２を生成することができる。
【０１２５】
図２Ｃは、本発明による隔離ペン２２４の例の詳細図を示す。微小物体２４６の例も示されている。
【０１２６】
既知のように、隔離ペン２２４の基端開口部２３４を越えたマイクロ流体チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２は、隔離ペン２２４内及び／又は外への培地１８０の２次フロー２４４を生じさせることができる。隔離ペン２２４の分離領域２４０内の微小物体２４６を２次フロー２４４から分離するために、隔離ペン２２４の接続領域２３６の長さＬｃｏｎ（すなわち、基端開口部２３４から先端開口部２３８まで）は、接続領域２３６への２次フロー２４４の侵入深さＤｐよりも大きい値であるはずである。２次フロー２４４の侵入深さＤｐは、チャネル１２２内を流れる流体培地１８０の速度並びにチャネル１２２及びチャネル１２２への接続領域２３６の基端開口部２３４の構成に関連する様々なパラメータに依存する。所与のマイクロ流体デバイスでは、チャネル１２２及び開口部２３４の構成は固定され、一方、チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２の速度は可変である。したがって、隔離ペン２２４毎に、２次フロー２４４の侵入深さＤｐが接続領域２３６の長さＬｃｏｎを超えないことを保証するチャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２の最高速度Ｖｍａｘを識別することができる。チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２の流量が最大速度Ｖｍａｘを超えない限り、結果として生成される、チャネル１２２及び接続領域２３６への２次フロー２４４を制限することができ、分離領域２４０に入らないようにすることができる。したがって、チャネル１２２内の培地１８０のフロー２４２は、微小物体２４６を分離領域２４０外に引き込まない。むしろ、分離領域２４０内に配置された微小物体２４６は、チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２に関係なく、分離領域２４０内に留まる。
【０１２７】
更に、チャネル１２２内の培地１８０のフロー２４２の流量がＶｍａｘを超えない限り、チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２は、様々な粒子（例えば、微粒子及び／又はナノ粒子）をチャネル１２２から隔離ペン２２４の分離領域２４０内に移動させない。したがって、接続領域２３６の長さＬｃｏｎを２次フロー２４４の最大侵入深さＤｐよりも大きくすることで、ある隔離ペン２２４の、チャネル１２２又は別の隔離ペン（例えば、図２Ｄの隔離ペン２２６、２２８）からの様々な粒子による汚染を回避することができる。
【０１２８】
チャネル１２２及び隔離ペン２２４、２２６、２２８の接続領域２３６は、チャネル１２２内の培地１８０のフロー２４２により影響を及ぼすことができるため、チャネル１２２及び接続領域２３６は、マイクロ流体デバイス２３０の掃引（又はフロー）領域と見なすことができる。他方、隔離ペン２２４、２２６、２２８の分離領域２４０は、非掃引（又は非フロー）領域と見なすことができる。例えば、チャネル１２２内の第１の流体培地１８０中の成分（図示せず）は、実質的に、チャネル１２２から接続領域２３６を通り分離領域２４０内の第２の流体培地２４８への第１の培地１８０の成分の拡散によってのみ、分離領域２４０内の第２の流体培地２４８と混合することができる。同様に、分離領域２４０内の第２の培地２４８の成分（図示せず）は、実質的に、分離領域２４０から接続領域２３６を通り、チャネル１２２内の第１の培地１８０への第２の培地２４８の成分の拡散によってのみ、チャネル１２２内の第１の培地１８０と混合することができる。幾つかの実施形態では、拡散による隔離ペンの分離領域とフロー領域との間での流体媒体交換の程度は、流体交換の約９０％、約９１％、約９２％、約９３％、約９４％、約９５％、約９６％、約９７％、約９８％、又は約９９％よりも高い割合である。第１の培地１８０は、第２の培地２４８と同じ培地であってもよく、又は異なる培地であってもよい。更に、第１の培地１８０及び第２の培地２４８は、同じ培地として開始され、異なるようになることができる（例えば、分離領域２４０内の１つ又は複数の細胞により又はチャネル１２２を通って流れる培地１８０を変更することにより、第２の培地２４８を調整することを通して）。
【０１２９】
チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２により生じる２次フロー２４４の最大侵入深さＤｐは、上述したように、幾つかのパラメータに依存し得る。そのようなパラメータの例としては、チャネル１２２の形状（例えば、チャネルは、培地を接続領域２３６に向けることができ、接続領域２３６から培地を逸らすことができ、又はチャネル１２２への接続領域２３６の基端開口部２３４に実質的に直交する方向に培地を向けることができる）、基端開口部２３４でのチャネル１２２の幅Ｗｃｈ（又は断面積）及び基端開口部２３４での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎ（又は断面積）、チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２の速度Ｖ、第１の培地１８０及び／又は第２の培地２４８の粘度等が挙げられる。
【０１３０】
幾つかの実施形態では、チャネル１２２及び隔離ペン２２４、２２６、２２８の寸法は、チャネル１２２内の流体培地１８０のフロー２４２のベクトルに対して以下のように向けることができる：チャネル幅Ｗｃｈ（又はチャネル１２２の断面積）は、培地１８０のフロー２４２に略直交することができ、開口部２３４での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎ（又は断面積）は、チャネル１２２内の培地１８０のフロー２４２に略平行であり得、及び／又は接続領域の長さＬｃｏｎは、チャネル１２２内の培地１８０のフロー２４２に略直交することができる。上記は単なる例であり、チャネル１２２及び隔離ペン２２４、２２６、２２８の相対位置は、互いに対して他の向きであり得る。
【０１３１】
図２Ｃに示されるように、接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎは、基端開口部２３４から先端開口部２３８まで均一であり得る。したがって、先端開口部２３８での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎは、基端開口部２３４での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎについて本明細書において識別された任意の範囲内にあり得る。代替的に、先端開口部２３８での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎは、基端開口部２３４での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎよりも大きい値であり得る。
【０１３２】
図２Ｃに示されるように、先端開口部２３８での分離領域２４０の幅は、基端開口部２３４での基端領域２３６の幅Ｗｃｏｎと略同じであり得る。したがって、先端開口部２３８での分離領域２４０の幅は、基端開口部２３４での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎについて本明細書において識別された任意の範囲内であり得る。代替的に、先端開口部２３８での分離領域２４０の幅は、基端開口部２３４での接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎよりも大きくてもよく、又は小さくてもよい。更に、先端開口部２３８は基端開口部２３４よりも小さくてよく、接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎは、基端開口部２３４と先端開口部２３８との間で狭め得る。例えば、接続領域２３６は、様々な異なるジオメトリ（例えば、接続領域を面取りする、接続領域に勾配を付ける）を使用して基端開口部と先端開口部との間で狭め得る。更に、接続領域２３６の任意の部分又はサブ部分を狭め得る（例えば、基端開口部２３４に隣接する接続領域の部分）。
【０１３３】
図２Ｄ〜図２Ｆは、図１の各マイクロ流体デバイス１００、回路１３２、及びチャネル１３４の変形形態であるマイクロ流体回路２６２及びフローチャネル２６４を含むマイクロ流体デバイス２５０の別の例示的な実施形態を示す。マイクロ流体デバイス２５０は、上述した隔離ペン１２４、１２６、１２８、１３０、２２４、２２６、又は２２８の追加の変形形態である複数の隔離ペン２６６も有する。特に、図２Ｄ〜図２Ｆに示されるデバイス２５０の隔離ペン２６６をデバイス１００、２００、２３０、２８０、２９０、又は３２０での上述した隔離ペン１２４、１２６、１２８、１３０、２２４、２２６、又は２２８のいずれかで置換可能なことを理解されたい。同様に、マイクロ流体デバイス２５０は、マイクロ流体デバイス１００の別の変形形態であり、上述したマイクロ流体デバイス１００、２００、２３０、２８０、２９０、３２０と同じ又は異なるＤＥＰ構成及び本明細書に記載される任意の他のマイクロ流体システム構成要素を有することもできる。
【０１３４】
図２Ｄ〜図２Ｆのマイクロ流体デバイス２５０は、支持構造体（図２Ｄ〜図２Ｆでは見えないが、図１Ａに示されるデバイス１００の支持構造体１０４と同じ又は概して同様であり得る）、マイクロ流体回路構造２５６、及びカバー（図２Ｆ〜図２Ｆでは見えないが、図１Ａに示されるデバイス１００のカバー１２２と同じ又は概して同様であり得る）を含む。マイクロ流体回路構造２５６は枠２５２及びマイクロ流体回路材料２６０を含み、これらは図１Ａに示されるデバイス１００の枠１１４及びマイクロ流体回路材料１１６と同じ又は概して同様であり得る。図２Ｄに示されるように、マイクロ流体回路材料２６０により画定されるマイクロ流体回路２６２は複数のチャネル２６４（２つが示されるが、より多くのチャネルがあり得る）を含むことができ、チャネル２６４に複数の隔離ペン２６６が流体接続される。
【０１３５】
各隔離ペン２６６は、分離構造２７２、分離構造２７２内の分離領域２７０、及び接続領域２６８を含むことができる。チャネル２６４の基端開口部２７４から分離構造２７２での先端開口部２７６まで、接続領域２６８はチャネル２６４を分離領域２７０に流体接続する。一般に、図２Ｂ及び図２Ｃの上記考察によれば、チャネル２６４内の第１の流体培地２５４のフロー２７８は、チャネル２６４から隔離ペン２６６の各接続領域２６８内及び／又は外への第１の培地２５４の２次フロー２８２をもたらすことができる。
【０１３６】
図２Ｅに示されるように、各隔離ペン２６６の接続領域２６８は、一般に、チャネル２６４の基端開口部２７４と分離構造２７２の先端開口部２７６との間に延びるエリアを含む。接続領域２６８の長さＬｃｏｎは、２次フロー２８２の最大侵入深さＤｐよりも大きい値であり得、その場合、２次フロー２８２は、分離領域２７０に向かってリダイレクトされずに接続領域２６８内に延びる（図２Ｄに示されるように）。代替的に、図２Ｆに示されるように、接続領域２６８は、最大侵入深さＤｐよりも小さい長さＬｃｏｎを有することができ、その場合、２次フロー２８２は、接続領域２６８を通って延び、分離領域２７０に向かってリダイレクトされる。この後者の状況では、接続領域２６８の長さＬｃ１及びＬｃ２との和は最大侵入深さＤｐよりも大きく、したがって、２次フロー２８２は分離領域２７０内に延びない。接続領域２６８の長さＬｃｏｎが侵入深さＤｐよりも大きいか否か又は接続領域２６８の長さＬｃ１及びＬｃ２の和が侵入深さＤｐよりも大きいか否かに関係なく、最大速度Ｖｍａｘを超えないチャネル２６４内の第１の培地２５４のフロー２７８は、侵入深さＤｐを有する２次フローをもたらし、隔離ペン２６６の分離領域２７０内の微小物体（示されていないが、図２Ｃに示される微小物体２４６と同じ又は概して同様であり得る）は、チャネル２６４内の第１の培地２５４のフロー２７８により分離領域２７０外に引き出されない。チャネル２６４内のフロー２７８は、様々な材料（図示せず）もチャネル２６４から隔離ペン２６６の分離領域２７０内に引き込まない。したがって、チャネル２６４内の第１の培地２５４内の成分をチャネル２６４から隔離ペン２６６の分離領域２７０内の第２の培地２５８内に移動させることができる唯一の機構は、拡散である。同様に、隔離ペン２６６の分離領域２７０内の第２の培地２５８内の成分を分離領域２７０からチャネル２６４内の第１の培地２５４内に移動させることができる唯一の機構も拡散である。第１の培地２５４は、第２の培地２５８と同じ培地であり得、又は第１の培地２５４は、第２の培地２５８と異なる培地であり得る。代替的に、第１の培地２５４及び第２の培地２５８は、同じ培地から始まり、例えば、分離領域２７０内の１つ又は複数の細胞により又はチャネル２６４を通って流れる培地を変更することにより、第２の培地を調整することを通して異なるようになることができる。
【０１３７】
図２Ｅに示されるように、チャネル２６４内のチャネル２６４の幅Ｗｃｈ（すなわち、図２Ｄにおいて矢印２７８で示されるチャネルを通る流体培地フローの方向を横断してとられる）は、基端開口部２７４の幅Ｗｃｏｎ１に略直交することができ、したがって、先端開口部２７６の幅Ｗｃｏｎ２に略平行であり得る。しかし、基端開口部２７４の幅ｃｏｎ１及び先端開口部２７６の幅Ｗｃｏｎ２は、互いに略直交する必要はない。例えば、基端開口部２７４の幅Ｗｃｏｎ１が向けられる軸（図示せず）と、先端開口部２７６の幅Ｗｃｏｎ２が向けられる別の軸との間の角度は、直交以外であり得、したがって、９０°以外であり得る。代替的に向けられる角度の例としては、以下の任意の範囲内の角度を含む：約３０°〜約９０°、約４５°〜約９０°、約６０°〜約９０°等。
【０１３８】
隔離ペンの様々な実施形態（例えば、１２４、１２６、１２８、１３０、２２４、２２６、２２８、又は２６６）では、分離領域（例えば、２４０又は２７０）は、複数の微小物体を含むように構成される。他の実施形態では、分離領域は、１つのみ、２つ、３つ、４つ、５つ、又は同様の相対的に少数の微小物体を含むように構成され得る。したがって、分離領域の容積は、例えば、少なくとも１×１０６立方μｍ、少なくとも２×１０６立方μｍ、少なくとも４×１０６立方μｍ、少なくとも６×１０６立方μｍ、又はこれを超える大きさであり得る。
【０１３９】
隔離ペンの様々な実施形態では、基端開口部（例えば、２３４）でのチャネル（例えば、１２２）の幅Ｗｃｈは、以下の任意の範囲内であり得る：約５０〜１０００μｍ、約５０〜５００μｍ、約５０〜４００μｍ、約５０〜３００μｍ、約５０〜２５０μｍ、約５０〜２００μｍ、約５０〜１５０μｍ、約５０〜１００μｍ、約７０〜５００μｍ、約７０〜４００μｍ、約７０〜３００μｍ、約７０〜２５０μｍ、約７０〜２００μｍ、約７０〜１５０μｍ、約９０〜４００μｍ、９０〜３００μｍ、約９０〜２５０μｍ、約９０〜２００μｍ、約９０〜１５０μｍ、約１００〜３００μｍ、約１００〜２５０μｍ、約１００〜２００μｍ、約１００〜１５０μｍ、及び約１００〜１２０μｍ。幾つかの他の実施形態では、基端開口部（例えば、２３４）におけるチャネル（例えば、１２２）の幅Ｗｃｈは、約２００〜８００μｍ、約２００〜７００μｍ、又は約２００〜６００μｍの範囲であり得る。上記は単なる例であり、チャネル１２２の幅Ｗｃｈは、他の範囲（例えば、上記列挙された任意の端点により定義される範囲）であってもよい。更に、チャネル１２２の幅Ｗｃｈは、隔離ペンの基端開口部以外のチャネルの領域において、これらの任意の範囲であるように選択することができる。
【０１４０】
幾つかの実施形態では、隔離ペンは、約３０〜約２００μｍ又は約５０〜約１５０μｍの高さを有する。幾つかの実施形態では、隔離ペンは、約１×１０４〜約３×１０６平方μｍ、約２×１０４〜約２×１０６平方μｍ、約４×１０４〜約１×１０６平方μｍ、約２×１０４〜約５×１０５平方μｍ、約２×１０４〜約１×１０５平方μｍ、又は約２×１０５〜約２×１０６平方μｍの断面積を有する。幾つかの実施形態では、接続領域は、約１００〜約５００μｍ、２００〜約４００μｍ、又は約２００〜約３００μｍの断面幅を有する。
【０１４１】
隔離ペンの様々な実施形態において、基端開口部（例えば、２３４）におけるチャネル（例えば、１２２）の高さＨｃｈは、以下の任意の範囲内であり得る：２０〜１００μｍ、２０〜９０μｍ、２０〜８０μｍ、２０〜７０μｍ、２０〜６０μｍ、２０〜５０μｍ、３０〜１００μｍ、３０〜９０μｍ、３０〜８０μｍ、３０〜７０μｍ、３０〜６０μｍ、３０〜５０μｍ、４０〜１００μｍ、４０〜９０μｍ、４０〜８０μｍ、４０〜７０μｍ、４０〜６０μｍ、又は４０〜５０μｍ。上記は単なる例であり、チャネル（例えば、１２２）の高さＨｃｈは、他の範囲（例えば、上記列挙された任意の端点により定義される範囲）であってもよい。チャネル１２２の高さＨｃｈは、隔離ペンの基端開口部以外のチャネルの領域において、これらの任意の範囲であるように選択することができる。
【０１４２】
隔離ペンの様々な実施形態において、基端開口部（例えば、２３４）におけるチャネル（例えば、１２２）の断面積は、以下の任意の範囲内であり得る：５００〜５０，０００平方μｍ、５００〜４０，０００平方μｍ、５００〜３０，０００平方μｍ、５００〜２５，０００平方μｍ、５００〜２０，０００平方μｍ、５００〜１５，０００平方μｍ、５００〜１０，０００平方μｍ、５００〜７，５００平方μｍ、５００〜５，０００平方μｍ、１，０００〜２５，０００平方μｍ、１，０００〜２０，０００平方μｍ、１，０００〜１５，０００平方μｍ、１，０００〜１０，０００平方μｍ、１，０００〜７，５００平方μｍ、１，０００〜５，０００平方μｍ、２，０００〜２０，０００平方μｍ、２，０００〜１５，０００平方μｍ、２，０００〜１０，０００平方μｍ、２，０００〜７，５００平方μｍ、２，０００〜６，０００平方μｍ、３，０００〜２０，０００平方μｍ、３，０００〜１５，０００平方μｍ、３，０００〜１０，０００平方μｍ、３，０００〜７，５００平方μｍ、又は３，０００〜６，０００平方μｍ。上記は単なる例であり、基端開口部（例えば、２３４）におけるチャネル（例えば、１２２）の断面積は、他の範囲（例えば、上記列挙された任意の端点により定義される範囲）であってもよい。
【０１４３】
隔離ペンの様々な実施形態では、接続領域（例えば、２３６）の長さＬｃｏｎは、以下の任意の範囲内であり得る：約１〜６００μｍ、５〜５５０μｍ、１０〜５００μｍ、１５〜４００μｍ、２０〜３００μｍ、２０〜５００μｍ、４０〜４００μｍ、６０〜３００μｍ、８０〜２００μｍ、又は約１００〜１５０μｍ。上記は単なる例であり、接続領域（例えば、２３６）の長さＬｃｏｎは、上記例と異なる範囲（例えば、上記列挙される任意の終点により定義される範囲）内であることもできる。
【０１４４】
隔離ペンの様々な実施形態では、基端開口部（例えば、２３４）での接続領域（例えば、２３６）の幅Ｗｃｏｎは、以下の任意の範囲内であり得る：２０〜５００μｍ、２０〜４００μｍ、２０〜３００μｍ、２０〜２００μｍ、２０〜１５０μｍ、２０〜１００μｍ、２０〜８０μｍ、２０〜６０μｍ、３０〜４００μｍ、３０〜３００μｍ、３０〜２００μｍ、３０〜１５０μｍ、３０〜１００μｍ、３０〜８０μｍ、３０〜６０μｍ、４０〜３００μｍ、４０〜２００μｍ、４０〜１５０μｍ、４０〜１００μｍ、４０〜８０μｍ、４０〜６０μｍ、５０〜２５０μｍ、５０〜２００μｍ、５０〜１５０μｍ、５０〜１００μｍ、５０〜８０μｍ、６０〜２００μｍ、６０〜１５０μｍ、６０〜１００μｍ、６０〜８０μｍ、７０〜１５０μｍ、７０〜１００μｍ、及び８０〜１００μｍ。上記は単なる例であり、基端開口部（例えば、２３４）の接続領域（例えば、２３６）の幅Ｗｃｏｎは、上記例と異なることができる（例えば、上記列挙される任意の終点により定義される範囲）。
【０１４５】
隔離ペンの様々な実施形態において、基端開口部（例えば、２３４）における接続領域（例えば、２３６）の幅Ｗｃｏｎは、隔離ペンが意図される微小物体（例えば、Ｔ細胞、Ｂ細胞、卵子、又は胚であり得る生体細胞）の最大寸法と少なくとも同じ大きさであり得る。例えば、液滴が配置される隔離ペンの基端開口部２３４における接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎは、以下の任意の範囲であり得る：約１００μｍ、約１１０μｍ、約１２０μｍ、約１３０μｍ、約１４０μｍ、約１５０μｍ、約１６０μｍ、約１７０μｍ、約１８０μｍ、約１９０μｍ、約２００μｍ、約２２５μｍ、約２５０μｍ、約３００μｍ、又は約１００〜４００μｍ、約１２０〜３５０μｍ、約１４０〜２００〜２００  ３００μｍ、又は約１４０〜２００μｍ。上記は単なる例であり、基端開口部（例えば、２３４）における接続領域（例えば、２３６）の幅Ｗｃｏｎは、上記例と異なってもよい（例えば、上記列挙される任意の端点により定義される範囲）。
【０１４６】
隔離ペンの様々な実施形態において、接続領域の基端開口部の幅Ｗｐｒは、隔離ペンが意図される微小物体（例えば、細胞等の生物学的微小物体）の最大寸法と少なくとも同じ大きさであり得る。例えば、幅Ｗｐｒは、約５０μｍ、約６０μｍ、約１００μｍ、約２００μｍ、約３００μｍ、又は約５０〜３００μｍ、約５０〜２００μｍ、約５０〜１００μｍ、約７５〜１５０μｍ、約７５〜１００μｍ、又は約２００〜３００μｍの範囲であり得る。
【０１４７】
隔離ペンの様々な実施形態において、接続領域（例えば、２３６）の長さＬｃｏｎと基端開口部２３４における接続領域（例えば、２３６）の幅Ｗｃｏｎとの比率は、以下の任意の比率以上であり得る：０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、６．０、７．０、８．０、９．０、１０．０、又はこれを超える比率。上記は単なる例であり、接続領域２３６の長さＬｃｏｎと基端開口部２３４における接続領域２３６の幅Ｗｃｏｎとの比率は、上記例と異なってもよい。
【０１４８】
マイクロ流体デバイスの様々な実施形態１００、２００、２３０、２５０、２８０、２９０、３２０、６００、７００において、Ｖｍａｘは、約０．２μＬ／秒、約０．３μＬ／秒、約０．４μＬ／秒、約０．５μＬ／秒、約０．６μＬ／秒、約０．７μＬ／秒、約０．８μＬ／秒、約０．９μＬ／秒、約１．０μＬ／秒、約１．１μＬ／秒、約１．２μＬ／秒、約１．３μＬ／秒、約１．４μＬ／秒、又は約１．５μＬ／秒に設定することができる。
【０１４９】
隔離ペンを有するマイクロ流体デバイスの様々な実施形態において、隔離ペンの分離領域（例えば、２４０）の容積は、例えば、少なくとも５×１０５立方μｍ、少なくとも８×１０５立方μｍ、少なくとも１×１０６立方μｍ、少なくとも２×１０６立方μｍ、少なくとも４×１０６立方μｍ、少なくとも６×１０６立方μｍ、少なくとも８×１０６立方μｍ、少なくとも１×１０７立方μｍ、少なくとも５×１０７立方μｍ、少なくとも１×１０８立方μｍ、少なくとも５×１０８立方μｍ、少なくとも８×１０８立方μｍ、又はそれを超える容積であり得る。隔離ペンを有するマイクロ流体デバイスの様々な実施形態において、隔離ペンの容積は、約５×１０５立方μｍ、約６×１０５立方μｍ、約８×１０５立方μｍ、約１×１０６立方μｍ、約２×１０６立方μｍ、約４×１０６立方μｍ、約８×１０６立方μｍ、約１×１０７立方μｍ、約３×１０７立方μｍ、約５×１０７立方μｍ、又は約８×１０７立方μｍ、又はそれを超える容積であり得る。幾つかの他の実施形態では、隔離ペンの容積は、約１ナノリットル〜約５０ナノリットル、２ナノリットル〜約２５ナノリットル、２ナノリットル〜約２０ナノリットル、約２ナノリットル〜約１５ナノリットル、又は約２ナノリットル〜約１０ナノリットルであり得る。
【０１５０】
様々な実施形態において、マイクロ流体デバイスは、本明細書に記載される任意の実施形態でのように構成された隔離ペンを有し、その場合、マイクロ流体デバイスは、約５〜約１０個の隔離ペン、約１０〜約５０個の隔離ペン、約１００〜約５００個の隔離ペン、約２００〜約１０００個の隔離ペン、約５００〜約１５００個の隔離ペン、約１０００〜約２０００個の隔離ペン、又は約１０００〜約３５００個の隔離ペンを有する。隔離ペンは、全て同じサイズである必要はなく、様々な構成（例えば、異なる幅、隔離ペン内の異なる特徴を含み得る。
【０１５１】
幾つかの他の実施形態では、マイクロ流体デバイスは、マイクロ流体デバイスが約１５００〜約３０００個の隔離ペン、約２０００〜約３５００個の隔離ペン、約２５００〜約４０００個の隔離ペン、約３０００〜約４５００個の隔離ペン、約３５００〜約５０００個の隔離ペン、約４０００〜約５５００個の隔離ペン、約４５００〜約６０００個の隔離ペン、約５０００〜約６５００個の隔離ペン、約５５００〜約７０００個の隔離ペン、約６０００〜約７５００個の隔離ペン、約６５００〜約８０００個の隔離ペン、約７０００〜約８５００個の隔離ペン、約７５００〜約９０００個の隔離ペン、約８０００〜約９５００個の隔離ペン、約８５００〜約１０，０００個の隔離ペン、約９０００〜約１０，５００個の隔離ペン、約９５００〜約１１，０００個の隔離ペン、約１０，０００〜約１１，５００個の隔離ペン、約１０，５００〜約１２，０００個の隔離ペン、約１１，０００〜約１２，５００個の隔離ペン、約１１，５００〜約１３，０００個の隔離ペン、約１２，０００〜約１３，５００個の隔離ペン、約１２，５００〜約１４，０００個の隔離ペン、約１３，０００〜約１４，５００個の隔離ペン、約１３，５００〜約１５，０００個の隔離ペン、約１４，０００〜約１５，５００個の隔離ペン、約１４，５００〜約１６，０００個の隔離ペン、約１５，０００〜約１６，５００個の隔離ペン、約１５，５００〜約１７，０００個の隔離ペン、約１６，０００〜約１７，５００個の隔離ペン、約１６，５００〜約１８，０００個の隔離ペン、約１７，０００〜約１８，５００個の隔離ペン、約１７，５００〜約１９，０００個の隔離ペン、約１８，０００〜約１９，５００個の隔離ペン、約１８，５００〜約２０，０００個の隔離ペン、約１９，０００〜約２０，５００個の隔離ペン、約１９，５００〜約２１，０００個の隔離ペン、又は約２０，０００〜約２１，５００個の隔離ペンを有する、本明細書で考察される任意の実施形態でのように構成された隔離ペンを有する。
【０１５２】
図２Ｃは、一実施形態によるマイクロ流体デバイス２８０を示す。マイクロ流体デバイス２８０は図２Ｇに示され、マイクロ流体デバイス１００の定型化された図である。実際には、マイクロ流体デバイス２８０及びその構成回路要素（例えば、チャネル１２２及び隔離ペン１２８）は本明細書で考察された寸法を有する。図２Ｇに示されるマイクロ流体回路１２０は、２つのポート、及び４つの別個のチャネル１２２を有するフロー領域１０６を有する。マイクロ流体デバイス２８０は、各チャネル１２２に通じる複数の隔離ペンを更に含む。図２Ｇに示されるマイクロ流体デバイスでは、隔離ペンは、図２Ｃに示されるペンと同様のジオメトリを有し、したがって、接続領域及び分離領域の両方を有する。したがって、マイクロ流体回路１２０は、掃引領域（例えば、チャネル１２２及び２次フロー２４４の最大侵入深さＤｐ内の接続領域２３６の部分）及び非掃引領域（例えば、分離領域２４０及び２次フロー２４４の最大侵入深さＤｐ内にない接続領域２３６の部分）の両方を含む。
【０１５３】
図３Ａ〜図３Ｂは、本発明によるマイクロ流体デバイス（例えば、１００、２００、２３０、２８０、２５０、２９０、３２０）を動作させるため及び観測のために使用することができるシステム１５０の様々な実施形態を示す。図３Ａに示されるように、システム１５０は、マイクロ流体デバイス１００（図示せず）又は本明細書に記載される任意の他のマイクロ流体デバイスを保持するように構成された構造体（「ネスト」）３００を含むことができる。ネスト３００は、マイクロ流体デバイス３２０（例えば、光学的に作動される動電学的デバイス１００）と界面を接することができ、電源１９２からマイクロ流体デバイス３２０への電気接続を提供することができるソケット３０２を含むことができる。ネスト３００は、一体型電気信号生成サブシステム３０４を更に含むことができる。電気信号生成サブシステム３０４は、マイクロ流体デバイス３２０がソケット３０２により保持されているとき、バイアス電圧がマイクロ流体デバイス３２０内の電極の対にわたり印加されるように、バイアス電圧をソケット３０２に供給するように構成され得る。したがって、電気信号生成サブシステム３０４は電源１９２の部分であり得る。バイアス電圧をマイクロ流体デバイス３２０に印加する能力は、マイクロ流体デバイス３２０がソケット３０２により保持されている場合には常にバイアス電圧が印加されることを意味しない。むしろ、大半の場合、バイアス電圧は、断続的に、例えば、マイクロ流体デバイス３２０内での電気泳動又は電子ウェッティング等の動電力の生成を促進するために必要な場合にのみ印加される。
【０１５４】
図３Ａに示されるように、ネスト３００は、プリント回路基板組立体（ＰＣＢＡ）３２２を含むことができる。電気信号生成サブシステム３０４は、ＰＣＢＡ３２２に搭載され、ＰＣＢＡ３２２に電気的に集積することができる。例示的な支持体は、同様にＰＣＢＡ３２２に搭載されるソケット３０２も含む。
【０１５５】
通常、電気信号生成サブシステム３０４は波形生成器（図示せず）を含む。電気信号生成サブシステム３０４は、波形生成器から受信される波形を増幅するように構成されたオシロスコープ（図示せず）及び／又は波形増幅回路（図示せず）を更に含むことができる。オシロスコープは、存在する場合、ソケット３０２により保持されるマイクロ流体デバイス３２０に供給される波形を測定するように構成され得る。特定の実施形態では、オシロスコープは、マイクロ流体デバイス３２０の基端位置（及び波形生成器の先端位置）において波形を測定し、それにより、デバイスに実際に印加されている波形を測定するに当たりより大きい精度を保証する。オシロスコープ測定から得られるデータは、例えば、フィードバックとして波形生成器に提供され得、波形生成器は、そのようなフィードバックに基づいて出力を調整するように構成され得る。適する結合された波形生成器及びオシロスコープの例は、Red Pitaya（商標）である。
【０１５６】
特定の実施形態では、ネスト３００は、電気信号生成サブシステム３０４の検知及び／又は制御に使用される、マイクロプロセッサ等のコントローラ３０８を更に含む。適するマイクロプロセッサの例としては、Arduino Nano（商標）等のArduino（商標）マイクロプロセッサが挙げられる。コントローラ３０８を使用して機能及び分析を実行し、又は外部マスタコントローラ１５４（図１Ａに示される）と通信して機能及び分析を実行し得る。図３Ａに示される実施形態では、コントローラ３０８は、インタフェース３１０（例えば、プラグ又はコネクタ）を通してマスタコントローラ１５４と通信する。
【０１５７】
幾つかの実施形態では、ネスト３００は、Red Pitaya（商標）波形生成器／オシロスコープユニット（「Red Pitayaユニット」）を含む電気信号生成サブシステム３０４と、Red Pitayaユニットにより生成された波形を増幅し、増幅電圧をマイクロ流体デバイス１００に渡す波形増幅回路とを含むことができる。幾つかの実施形態では、Red Pitayaユニットは、マイクロ流体デバイス３２０での増幅電圧を測定し、次に、マイクロ流体デバイス３２０での測定電圧が所望の値であるように、必要に応じてそれ自体の出力電圧を調整するように構成される。幾つかの実施形態では、波形増幅回路は、ＰＣＢＡ３２２に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータの対により生成される＋６．５Ｖ〜−６．５Ｖ電源を有することができ、その結果、マイクロ流体デバイス１００において１３Ｖｐｐまでの信号が生成される。
【０１５８】
図３Ａに示されるように、支持構造体３００は、熱制御サブシステム３０６を更に含むことができる。熱制御サブシステム３０６は、支持構造体３００により保持されるマイクロ流体デバイス３２０の温度を調整するように構成され得る。例えば、熱制御サブシステム３０６は、ペルチェ熱電デバイス（図示せず）及び冷却ユニット（図示せず）を含むことができる。ペルチェ熱電デバイスは、マイクロ流体デバイス３２０の少なくとも１つの表面と界面を接するように構成された第１の表面を有することができる。冷却ユニットは、例えば、液冷アルミニウムブロック等の冷却ブロック（図示せず）であり得る。ペルチェ熱電デバイスの第２の表面（例えば、第１の表面とは逆の表面）は、そのような冷却ブロックの表面と界面を接するように構成され得る。冷却ブロックは、冷却ブロックを通して冷却流体を循環させるように構成された流体路３１４に接続することができる。図３Ａに示される実施形態では、支持構造体３００は、流入口３１６及び流出口３１８を含む、外部リザーバ（図示せず）から冷却された流体を受け取り、冷却された流体を流体路３１４に導入し、冷却ブロックを通し、次に、冷却された流体を外部リザーバに戻す。幾つかの実施形態では、ペルチェ熱電デバイス、冷却ユニット、及び／又は流体路３１４は、支持構造体３００のケース３１２に搭載することができる。幾つかの実施形態では、熱制御サブシステム３０６は、ペルチェ熱電デバイスの温度を調整して、マイクロ流体デバイス３２０の標的温度を達成するように構成される。ペルチェ熱電デバイスの温度調整は、例えば、Pololu（商標）熱電電源（Pololu Robotics and Electronics Corp.）等の熱電電源により達成することができる。熱制御サブシステム３０６は、アナログ回路により提供される温度値等のフィードバック回路を含むことができる。代替的に、フィードバック回路はデジタル回路により提供され得る。
【０１５９】
幾つかの実施形態では、ネスト３００は、抵抗（例えば、抵抗１ｋオーム＋／−０．１％、温度係数＋／−０．０２ｐｐｍ／Ｃ０）及びＮＴＣサーミスタ（例えば、公称抵抗１ｋオーム＋／−０．０１％を有する）を含むアナログ分圧回路（図示せず）であるフィードバック回路を有する熱制御サブシステム３０６を含むことができる。幾つかの場合、熱制御サブシステム３０６は、フィードバック回路からの電圧を測定し、次に、計算された温度値をオンボードＰＩＤ制御ループアルゴリズムへの入力として使用する。ＰＩＤ制御ループアルゴリズムからの出力は、例えば、Pololu（商標）モーター駆動デバイス（図示せず）上の方向信号及びパルス幅変調信号ピンの両方を駆動して熱電電源を作動させることができ、それにより、ペルチェ熱電デバイスを制御する。
【０１６０】
ネスト３００はシリアルポート３５０を含むことができ、シリアルポート３２４により、コントローラ３０８のマイクロプロセッサは、インタフェース３１０（図示せず）を介して外部マスタコントローラ１５４と通信することができる。加えて、コントローラ３０８のマイクロプロセッサは、電気信号生成サブシステム３０４及び熱制御サブシステム３０６と通信することができる（例えば、Plinkツール（図示せず）を介して）。したがって、コントローラ３０８、インタフェース３１０、及びシリアルポート３２４の組合せを介して、電気信号生成サブシステム３０４及び熱制御サブシステム３０６は、外部マスタコントローラ１５４と通信することができる。このようにして、マスタコントローラ１５４は、特に、出力電圧調整のためにスケーリング計算を実行することにより電気信号生成サブシステム３０４を支援することができる。外部マスタコントローラ１５４に結合された表示デバイス１７０を介して提供されるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）（図示せず）は、熱制御サブシステム３０６及び電気信号生成サブシステム３０４からそれぞれ得られる温度データ及び波形データをプロットするように構成され得る。代替的に又は追加として、ＧＵＩは、コントローラ３０８、熱制御サブシステム３０６、及び電気信号生成サブシステム３０４への更新を可能にすることができる。
【０１６１】
上述したように、システム１５０は撮像デバイス１９４を含むことができる。幾つかの実施形態では、撮像デバイス１９４は光変調サブシステム３３０（図３Ｂ参照）を含む。光変調サブシステム３３０は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）又はマイクロシャッタアレイシステム（ＭＳＡ）を含むことができ、これらのいずれかは、光源３３２から光を受け取り、受け取った光のサブセットを顕微鏡３５０の光学縦列に送るように構成され得る。代替的に、光変調サブシステム３３０は、有機発行ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）デバイス、強誘電性液晶オンシリコンデバイス（ＦＬＣＯＳ）、又は透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のそれ自体の光を生成する（したがって、光源３３２の必要性をなくす）デバイスを含むことができる。光変調サブシステム３３０は、例えば、プロジェクタであり得る。したがって、光変調サブシステム３３０は、構造化光及び非構造化光の両方を発することが可能であり得る。適する光変調サブシステム４２２の一例は、Andor Technologies（商標）のMosaic（商標）システムである。特定の実施形態では、システム１５０の撮像モジュール１６４及び／又は原動モジュール１６２は、光変調サブシステム３３０を制御することができる。
【０１６２】
特定の実施形態では、撮像デバイス１９４は顕微鏡３５０を更に含む。そのような実施形態では、ネスト３００及び光変調サブシステム３３０は、顕微鏡３５０に搭載されるように個々に構成され得る。顕微鏡３５０は、例えば、標準の研究等級の光学顕微鏡又は蛍光顕微鏡であるように構成され得る。したがって、ネスト３００は、顕微鏡３５０のステージ３４４に搭載するように構成され得、及び／又は光変調サブシステム３３０は、顕微鏡３５０のポートに搭載されるように構成され得る。他の実施形態では、本明細書に記載されるネスト３００及び光変調サブシステム３３０は、顕微鏡３５０の一体構成要素であり得る。
【０１６３】
特定の実施形態では、顕微鏡３５０は１つ又は複数の検出器３４８を更に含むことができる。幾つかの実施形態では、検出器３４８は撮像モジュール１６４により制御される。検出器３４８は、接眼レンズ、電荷結合素子（ＣＣＤ）、カメラ（例えば、デジタルカメラ）、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。少なくとも２つの検出器３４８が存在する場合、１つの検出器は、例えば、高速フレームレートカメラであり得、一方、他の検出器は高感度カメラであり得る。更に、顕微鏡３５０は、マイクロ流体デバイス３２０から反射された光及び／又は発せられた光を受け取り、反射光及び／又は放射光の少なくとも部分を１つ又は複数の検出器３４８に結像するように構成された光学縦列を含むことができる。顕微鏡の光学縦列は、各検出器での最終倍率が異なることができるように、異なる検出器で異なるチューブレンズ（図示せず）を含むこともできる。
【０１６４】
特定の実施形態では、撮像デバイス１９４は、少なくとも２つの光源を使用するように構成される。例えば、第１の光源３３２は構造化光の生成（例えば、光変調サブシステム３３０を介した）に使用することができ、第２の光源３３４は非構造化光の提供に使用することができる。第１の光源３３２は、光学的に作動される動電学的及び／又は蛍光励起のために構造化光を生成することができ、第２の光源３３４は、明視野照明の提供に使用することができる。これらの実施形態では、原動モジュール１６４を使用して第１の光源３３２を制御することができ、撮像モジュール１６４を使用して第２の光源３３４を制御することができる。顕微鏡３５０の光学縦列は、（１）デバイスがネスト３００により保持されているとき、構造化光を光変調サブシステム３３０から受け取り、構造化光を光学作動式動電学的デバイス等のマイクロ流体デバイス内の少なくとも第１の領域で結像し、（２）マイクロ流体デバイスから反射された光及び／又は発せられた光を受け取り、そのような反射光及び／又は放射光の少なくとも部分を検出器３４８上に結像するように構成され得る。光学縦列は、デバイスがネスト３００により保持されているとき、非構造化光を第２の光源から受け取り、非構造化光をマイクロ流体デバイスの少なくとも第２の領域で結像するように更に構成され得る。特定の実施形態では、マイクロ流体デバイスの第１及び第２の領域は重複領域であり得る。例えば、第１の領域は、第２の領域のサブセットであり得る。
【０１６５】
図３Ｂでは、光を光変調サブシステム３３０に供給している第１の光源３３２が示されており、光変調サブシステム３３０は構造化光をシステム３５５（図示せず）の顕微鏡３５０の光学縦列に提供する。ビームスプリッタ３３６を介して非構造化光を光学縦列に提供している第２の光源３３４が示される。光変調サブシステム３３０からの構造化光及びに示されるように、第２の光源３３４からの非構造化光は、ビームスプリッタ３３６から光学縦列を通って一緒に移動して、第２のビームスプリッタ（又は光変調サブシステム３３０によって提供される光に応じて、ダイクロイックフィルタ３３８）に到達し、ここで、光は反射し、対物レンズ３３６を通して試料面３４２まで下がる。次に、試料面３４２からの反射光及び／又は放射光は再び対物レンズ３４０を通って移動し、ビームスプリッタ及び／又はダイクロイックフィルタ３３８を通り、ダイクロイックフィルタ３４６に到達する。ダイクロイックフィルタ３４６に達する光の一部のみが透過され、検出器３４８に到達する。
【０１６６】
幾つかの実施形態では、第２の光源３３４は青色光を発する。適切なダイクロイックフィルタ３４６を用いて、試料面３４２から反射された青色光は、ダイクロイックフィルタ３４６を透過し、検出器３４８に到達することが可能である。これとは対照的に、光変調サブシステム３３０から来る構造化光は、試料面３４２で反射されるが、ダイクロイックフィルタ３４６を透過しない。この例では、ダイクロイックフィルタ３４６は、４９５ｎｍよりも長い波長を有する可視光を濾波して除外する。光変調サブシステム３３０からの光のそのような濾波は、光変調サブシステムから発せられる光が４９５ｎｍよりも短いいかなる波長も含まない場合にのみ完了する（示されるように）。実際には、光変調サブシステム３３０から来る光が４９５ｎｍよりも短い波長（例えば、青色波長）を含む場合、光変調サブシステムからの光の幾らかがフィルタ３４６を透過して検出器３４８に到達する。そのような実施形態では、フィルタ３４６は、第１の光源３３２から検出器３４８に到達する光の量と第２の光源３３４から検出器３４８に到達する光の量とのバランスを変更する役割を果たす。これは、第１の光源３３２が第２の光源３３４よりもはるかに強力な場合、有益であり得る。他の実施形態では、第２の光源３３４は、赤色光を発することができ、ダイクロイックフィルタ３４６は、赤色光以外の可視光（例えば、６５０ｎｍよりも短い波長を有する可視光）を濾波して除外することができる。
【０１６７】
表面修飾。生体材料を操作し貯蔵するための材料、デバイス、及び／又は装置の表面は、限定ではなく、微小物体（限定ではなく、生体細胞等の生物学的微小物体を含む）、生体分子、生体分子又は生物学的微小物体の断片、及びそれらの任意の組み合わせを含み得るそのような材料との短期及び／又は長期の接触に最適化されていない生来の特性を有し得る。１つ又は複数の生体材料に接触する生来の表面に関連する１つ又は複数の望ましくない減少を低減するように、材料、デバイス、又は装置の１つ又は複数の表面を修飾することが有用であり得る。他の実施形態では、望ましい特性を表面に導入し、それにより、材料、デバイス、及び／又は装置の取り扱い能力、操作能力、又は処理能力を拡張するように材料、デバイス、及び／又は装置の表面特性を改善することが有用であり得る。そのために、望ましくない特性を低減するか、又は望ましい特性を導入するように表面を修飾することができる分子が必要とされる。
【０１６８】
表面の修飾に有用な化合物。様々な実施形態において、表面修飾化合物は、結合した表面を共有修飾するアルキル部分等の非ポリマー部分又はフルオロアルキル部分（限定ではなく、ペルフルオロアルキルを含む）等の置換アルキル部分であり得る表面修飾リガンドを含み得る。表面修飾化合物は接続部分も含み、接続部分は、式１に概略的に示されるように、表面修飾リガンドを表面に共通結合した基である。共有修飾された表面は、結合基ＬＧを介して結合した表面修飾リガンドを有し、表面修飾リガンドは、接続部分と表面の官能基との反応の産物である（水酸化物、酸化物、アミン、又は硫黄を含む）。
【数１】
2018535088.tif 000003
【０１６９】
幾つかの実施形態では、表面修飾化合物は、直鎖（例えば、少なくとも１０個の炭素、又は少なくとも１４個、少なくとも１６個、少なくとも１８個、少なくとも２０個、少なくとも２２個、又はそれよりも多数の炭素の直鎖）を形成する炭素原子を含み得、非分岐アルキル部分であり得る。幾つかの実施形態では、アルキル基は、置換アルキル基（例えば、アルキル基内の炭素の幾つかはフッ素化又は全フッ素化することができる）を含み得る。幾つかの実施形態では、アルキル基は、第１のセグメントを含み得、第１のセグメントは、非置換アルキル基を含み得る第２のセグメントに結合する、ペルフルオロアルキル基を含み得、ここで、第１のセグメント及び第２のセグメントは、直接又は間接的（例えば、エーテル結合により）に結合し得る。アルキル基の第１のセグメントは、結合基の先端部に配置し得、アルキル基の第２のセグメントは接続部分の近傍に配置し得る。
【０１７０】
様々な実施形態では、表面修飾化合物は、式Ｉ：
【化１】
2018535088.tif 000004
の構造を有し得、式中、接続部分Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）Ｑ−又は−Ｓｉ（Ｔ）２Ｗであり、Ｗは、−Ｔ、−ＳＨ、又は−ＮＨ２であり、且つ表面に接続するように構成された部分であり、Ｑは、−ＯＨであり、且つ表面に接続するように構成された部分であり、Ｔは、ＯＨ、ＯＣ１−３アルキル、又はＣｌである。Ｒは、水素又はフッ素であり、Ｍは、水素又はフッ素である。ｈの各インスタンスは、独立して２又は３の整数であり、ｊは、０又は１であり、ｋは、０又は１であり、ｍは、０又は１〜２５の整数であり、ｎは、０又は１〜２５の整数である。幾つかの実施形態では、（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり得る。幾つかの実施形態では、Ｍは、水素である。様々な実施形態では、ｍは、２である。幾つかの実施形態では、ｋは、０である。他の実施形態では、ｋは、１である。様々な実施形態では、ｊは、１である。式Ｉの化合物では、ｋが１の整数である場合、ｍは、少なくとも２であり得、且つＭは、水素である。式Ｉの化合物では、ｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり得、且つＭは、水素である。
【０１７１】
様々な実施形態では、表面修飾化合物が式Ｉの構造を有する場合、接続部分Ｖは、−Ｓｉ（Ｔ）２Ｗであり得、式中、Ｔ及びＷは、上記のように定義される。Ｗは、ＯＣ１−３アルキル又はＣｌであり得る。Ｗは、メトキシ、エトキシ、又はプロポキシであり得る。幾つかの実施形態では、Ｗは、メトキシであり得る。Ｔは、ＯＣ１−３アルキル又はＣｌであり得る。様々な実施形態では、接続部分Ｖは、−Ｓｉ（ＯＭｅ）３である。様々な他の実施形態では、Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）Ｑであり得、式中、Ｑは、ＯＨである。
【０１７２】
式Ｉの表面修飾化合物は、化合物の直鎖骨格を構成する好ましい範囲の原子数を有し得る。上記で定義されたように、式Ｉの化合物を構成する各セグメントは様々なサイズを有し得る。したがって、式Ｉの化合物は、（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）が２５に等しいように、上記で定義されたような反復単位を有し得、これは、接続部分に結合される末端ＣＲ３−基を含め、原子２６個分の全長をもたらす。２５に等しい（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の場合、様々な異なる組成を含むことができる。例えば、セグメント−［ＣＲ２］ｎ−はｎ＝２３を有し得、−［（ＣＨ２）ｈ−（Ｏ）ｊ］ｋ−はｋ＝０を有し得、−［ＣＭ２］ｍ−はｍ＝２を有し得る。同じ合計（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）が２５に等しい別の場合は、−［ＣＲ２］ｎ−（式中、ｎ＝６である）；−［（ＣＨ２）ｈ−（Ｏ）ｊ］ｋ−（式中、ｋ＝３である）を有し得、ｊ＝１及びｈ＝２を含み；−［ＣＭ２］ｍ−はｍ＝４を有し得る。
【０１７３】
幾つかの実施形態では、（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１、１３、１５、１７、又は２１であり得る。他の実施形態では、（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１５又は１７であり得る。更に他の実施形態では、（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１３又は１５であり得る。
【０１７４】
幾つかの実施形態では、１つ又は複数のエーテル結合が式Ｉの化合物中に存在し得る。幾つかの実施形態では、ｊは、１であり得る。幾つかの実施形態では、ｋ及びｊが両方とも１である場合、ｍは、少なくとも２であり得る。
【０１７５】
更に他の実施形態では、骨格炭素をフッ素化し得る。幾つかの実施形態では、骨格炭素を全フッ素化し得、その場合、ＣＲ３−、及び／又は−［ＣＲ２］ｎ−、及び／又は−［ＣＭ２］ｍ−の各Ｒをフッ素化し得る。幾つかの実施形態では、化合物のあるセクションは、フッ素化される炭素骨格原子を有し得、化合物の他のセクションは、水素で置換される炭素骨格原子を有し得る。例えば、幾つかの実施形態では、ＣＲ３−セグメント及び−［ＣＲ２］ｎ−セグメントは、フッ素非骨格置換基を有し得（例えば、Ｒはフッ素である）、一方、−［ＣＭ］ｍ−セグメントは水素非骨格置換基を有し得る（例えば、Ｍは、水素である）。幾つかの実施形態では、Ｒがフッ素である場合、ｋは、０である。他の実施形態では、Ｒは、フッ素であり得、ｋは、１であり、ｊは、１であり、且つｈは、２である。様々な実施形態では、Ｍは、水素であり得る。
【０１７６】
更に他の実施形態では、式Ｉの化合物は、後述するように、オレフィンのヒドロシリル化から合成し得、この場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である。幾つかの実施形態では、ｍは、２であり、且つＭは、水素である。
【０１７７】
式Ｉの様々な化合物の幾つかは、以下の式で記述される化合物のサブセットでより容易見られ得るが、これらの式は、式Ｉの範囲を決して限定しない。
【０１７８】
幾つかの実施形態では、式Ｉの化合物は、式１１０：
ＣＨ３（ＣＨ２）ｍＳｉ（ＯＣ１〜３アルキル）３
式１１０
の化合物を含み得、式中、ｍは、９〜２３の整数である。幾つかの実施形態では、ｍは、１１、１３、１５、１７、又は１９であり得る。幾つかの他の実施形態では、ｍは、１３又は１５であり得る。
【０１７９】
他の実施形態では、式Ｉの化合物は、式１１１：
ＣＦ３（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）２Ｓｉ（ＯＣ１〜３アルキル）３
式１１１
の化合部を含み得、式中、ｎは、９〜２２の整数である。代替的に、ｎは、１１〜１７の整数であり得る。幾つかの他の実施形態では、ｎは、９、１１、１３、又は１５であり得る。幾つかの実施形態では、ｎは、１３又は１５であり得る。
【０１８０】
更に他の実施形態では、式Ｉの化合物は、式１１２：
ＣＲ３（ＣＲ２）ｎ（ＣＨ２）ｈＯ（ＣＨ２）ｍＳｉ（ＯＣ１〜３アルキル）３
式１１２
の化合物を含み得、式中、ｎは、３〜１９の整数であり、ｈは、２又は３であり、且つｍは、２〜１８の整数である。幾つかの実施形態では、Ｒは、フッ素であり得る。幾つかの実施形態では、ｎは、３〜１１の整数であり、ｈは、２であり得、且つｍは、２〜１５の整数であり得る。
【０１８１】
代替的に、式Ｉの化合物は、式１１３：
ＣＲ３（ＣＲ２）ｎ（ＣＭ２）ｍＰ（Ｏ）（ＯＨ）２
式１１３
の化合部を含み得、式中、ｎは、３〜２１の整数であり、且つｍは、２〜２１の整数である。式１１３の化合物の幾つかの実施形態では、Ｒは、フッ素であり得る。幾つかの実施形態では、Ｍは、水素であり得る。様々な実施形態では、ｎは、５、７、９、又は１１であり得る。他の実施形態では、ｍは、２、４、５、７、９、１１、又は１３であり得る。
【０１８２】
修飾の表面。式Ｉの化合物を含め、本明細書に記載される表面修飾化合物により修飾可能な表面は、金属、金属酸化物、ガラス、又はポリマーであり得る。共有修飾された表面をその中に有し得る幾つかの材料は、限定ではなく、ケイ素及びその酸化物、シリコーン、アルミニウム又はその酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、インジウムタンタル酸化物（ＩＴＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＩＶ）（ＨｆＯ２）、酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ２Ｏ５）、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。表面は、これらの材料のウェーハ若しくはシートであってもよく、又は装置若しくはデバイス内に組み込まれてもよい。幾つかの実施形態では、これらの任意の材料を含む表面は、本明細書に記載されるマイクロ流体デバイス内に組み込み得る。
【０１８３】
ポリマーは任意の適するポリマーを含み得る。適するポリマーとしては、限定ではなく、（例えば、ゴム、プラスチック、エラストマー、シリコーン、又は有機シリコーン、例えばポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）等）を挙げ得、ガス透過性であり得る。他の例としては、成形ガラス、パターン化可能な材料、例えばシリコーンポリマー（例えば、光パターン化可能シリコーン又は「ＰＰＳ」）、又はフォトレジスト（例えば、ＳＵ８等のエポキシ系フォトレジスト）等を挙げることができる。他の実施形態では、天然繊維又は木材等の材料の表面は、式Ｉの化合物を含め、本明細書に記載される表面修飾化合物により、共有修飾された表面を導入するように機能化し得る。
【０１８４】
修飾される表面は、水酸化物、アミノ、及びチオールを含むがこれに限定されない求核部分を含み得る。表面の求核部分（例えば、水酸化物（幾つかの実施形態では、酸化物と呼ばれる））は、式Ｉの化合物を含め、本明細書に記載される表面修飾化合物と反応して、シロキシ結合基又はホスホン酸塩結合基を介して表面収束リガンドを表面に共有結合し、機能化表面を提供し得る。修飾される表面は、生来の求核部分を含むこともあれば、又は試剤（例えば、ピラニア溶液）を用いて若しくはプラズマ処理により処理して、求核部分（例えば、水酸化物（代替的に酸化物と呼ばれる））を導入することもある。
【０１８５】
幾つかの実施形態では、表面は、上記の任意の単独の又は任意の組み合わせでの材料から形成し得る。表面は半導体基板を含み得る。様々な実施形態では、半導体基板を含む表面は、本明細書に記載されるＤＥＰ基板又はＥＷ基板を更に含み得る。幾つかの実施形態では、ＤＥＰ基板又はＥＷ基板を有する半導体基板を含む表面は、本明細書に記載されるマイクロ流体デバイスの一部であり得る。
【０１８６】
幾つかの実施形態では、修飾表面は、本明細書に記載されるマイクロ流体デバイスの少なくとも１つの内向き面であり得る。少なくとも１つの表面は、マイクロ流体デバイスのフロー領域の部分（チャネルを含み得る）であってもよく、又は本明細書に記載される隔離ペンを含み得る、ペン等の囲まれた構造の表面を含んでもよい。
【０１８７】
共有修飾表面。共有修飾表面は、表面修飾リガンドを含み得、表面修飾リガンドは、アルキル部分等の非非ポリマー部分、フルオロアルキル部分（ペルフルオロアルキル部分を含むがこれに限定されない）等の置換アルキル部分であり得、接続部分と表面との反応から生成される部分である結合基を介して表面に共有結合する、上述した任意の表面修飾リガンドであり得る。結合基は、シロキシ結合基又はホスホン酸塩結合基であり得る。
【０１８８】
幾つかの実施形態では、表面修飾リガンドは、直鎖（例えば、少なくとも１０個の炭素、又は少なくとも１４個、少なくとも１６個、少なくとも１８個、少なくとも２０個、少なくとも２２個、又はそれよりも多数の炭素の直鎖）を形成する炭素原子を含み得、非分岐アルキル部分であり得る。幾つかの実施形態では、アルキル基は置換アルキル基（例えば、アルキル基内の炭素の幾つかはフッ素化又は全フッ素化することができる）を含み得る。幾つかの実施形態では、アルキル基は、第１のセグメントを含み得、第１のセグメントは、非置換アルキル基を含み得る第２のセグメントに結合する、ペルフルオロアルキル基を含み得、ここで、第１のセグメント及び第２のセグメントは、直接又は間接的（例えば、エーテル結合により）に結合し得る。アルキル基の第１のセグメントは、結合基の先端部に配置し得、アルキル基の第２のセグメントは、接続部分の近傍に配置し得る。
【０１８９】
式ＩＩの共有修飾表面。幾つかの実施形態では、共有修飾表面は、式ＩＩ：
【化２】
2018535088.tif 000005
の構造を有し、式中、表面であり、Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗである。Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ表面に接続する。Ｚは、表面に結合した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合である。Ｙは、表面に結合した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合である。式ＩＩの共有修飾表面では、Ｒ、Ｍ、ｈ、ｊ、ｋ、ｍ、及びｎは、上記で定義されるようなものである。ｋが１の整数である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である。ｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である。式ＩＩの共有修飾表面は、式ＩＩＡでのように、結合基ＬＧを介して結合した表面修飾リガンドとして説明することができ、ここで、ＬＧは、表面に結合する。
【化３】
2018535088.tif 000006
共有修飾表面は、式Ｉの表面修飾化合物について上述したように、式ＩＩの任意の表面を任意の組み合わせで含み得る。
【０１９０】
幾つかの実施形態では、式ＩＩの共有修飾表面は、式２１０：
【化４】
2018535088.tif 000007
の表面であり得、式中、
【化５】
2018535088.tif 000008
は、表面であり、ケイ素原子に結合した酸素も表面に結合し、ｍは、１１〜２３の整数である。幾つかの実施形態では、ｍは、１１、１３、１５、１７、又は１９であり得る。幾つかの他の実施形態では、ｍは、１３又は１５であり得る。
【０１９１】
幾つかの他の実施形態では、式ＩＩの共有修飾表面は、式２１１：
【化６】
2018535088.tif 000009
の表面であり得、式中、
【化７】
2018535088.tif 000010
は、表面であり、ケイ素原子に結合した酸素も表面に結合し、ｎは、９〜２２の整数であり得る。代替的に、ｎは、１１〜１７の整数であり得る。幾つかの他の実施形態では、ｎは、７、９、１１、１３、又は１５であり得る。幾つかの実施形態では、ｎは、１３又は１５であり得る。
【０１９２】
更に他の実施形態では、式ＩＩの共有修飾表面は、式２１２：
【化８】
2018535088.tif 000011
の表面であり得、式中、
【化９】
2018535088.tif 000012
は、表面であり、ケイ素原子に結合した酸素も表面に結合し、ｎは、３〜２１の整数であり、ｈは、２又は３の整数であり、ｍは、２〜２１の整数である。幾つかの実施形態では、Ｒは、フッ素であり得る。幾つかの実施形態では、ｎは、３〜１１であり得、ｈは、２であり得、ｍは、２〜１５の整数であり得る。
【０１９３】
代替的に、式ＩＩの共有修飾表面は、式２１３：
【化１０】
2018535088.tif 000013
の表面を有し得、式中、
【化１１】
2018535088.tif 000014
は、表面であり、リン原子に結合した酸素も表面に結合し、ｎは、３〜２１の整数であり、ｍは、２〜２１の整数である。式１１３の化合物の幾つかの実施形態では、Ｒは、フッ素であり得る。幾つかの実施形態では、Ｍは、水素であり得る。様々な実施形態では、ｎは、５、７、９、又は１１であり得る。他の実施形態では、ｍは、２、４、５、７、９、１１、又は１３であり得る。
【０１９４】
幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、第１の流入口及び第１の流出口に流体的に接続されるフロー領域を含み、フロー領域は、第１の流体媒体のフローを含むように構成される。マイクロ流体デバイスは、フロー領域への１つ又は複数のチャンバ開口部を含み得る。共有修飾表面は、マイクロ流体デバイスの共有修飾基板であり得、フロー領域及び／又は少なくとも１つのチャンバの下にあり得る。幾つかの実施形態では、流体に面するように構成されたマイクロ流体デバイスの全て又は略全ての内面は、式ＩＩの共有修飾表面を有する。
【０１９５】
図２Ｈは、例示的な共有修飾表面２９８を含むマイクロ流体デバイス２９０の断面図を示す。示されるように、共有修飾表面２９８（概略的に示される）は、マイクロ流体デバイス２９０の基板２８６の内面２９４及びカバー２８８の内面２９２の両方に共有結合した高密度分子の単層を含むことができる。共有修飾表面２９８は、幾つかの実施形態では及び上述したように、マイクロ流体デバイス２９０内に回路要素及び／又は構造を画定するのに使用されるマイクロ流体回路材料（図示せず）の表面を含め、マイクロ流体デバイス２９０のエンクロージャ２８４の近傍にあり、且つエンクロージャ２８４に向かって内側に面する略全ての内面２９４、２９２上に配置することができる。代替の実施形態では、共有修飾表面２９８は、マイクロ流体デバイス２９０の複数の内面の１つのみ又は幾つかに配置することができる。
【０１９６】
図２Ｈに示される実施形態では、共有修飾表面２９８は、アルキル末端シロキサン分子の単層を含み、各分子は、シロキシリンカー２９６を介してマイクロ流体デバイス２９０の内面２９２、２９４に共有結合する。簡潔にするために、隣接ケイ素原子に結合した追加の酸化ケイ素結合が示されるが、本発明はそのように限定されない。幾つかの実施形態では、共有修飾表面２９８は、エンクロージャに面する末端（すなわち、内面２９２、２９４に結合されず、エンクロージャ２８４の近傍にある表面修飾リガンド２９８の単層の部分）においてフルオロアルキル基（例えば、フッ素化アルキル基又は全フッ素化アルキル基）を含むことができる。図２Ｈはアルキル末端修飾表面を有するものとして考察されるが、本明細書に記載されるように、任意の適する表面修飾化合物が使用可能である。
【０１９７】
生来の表面。修飾されるマイクロ流体デバイスの少なくとも１つの表面は、ガラス、金属、金属酸化物、又はポリマーであり得る。マイクロ流体デバイス内に組み込まれ得、式ＩＩの共有修飾表面を内部内に導入するように修飾し得る幾つかの材料は、限定ではなく、ケイ素及びその酸化物、シリコーン、アルミニウム又はその酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、インジウムタンタル酸化物（ＩＴＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＩＶ）（ＨｆＯ２）、酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ２Ｏ５）、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。ポリマーは、任意の適するポリマーを含み得る。適するポリマーとしては、限定ではなく、（例えば、ゴム、プラスチック、エラストマー、シリコーン、又は有機シリコーン、例えばポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）等）を挙げ得、ガス透過性であり得る。他の例としては、成形ガラス、パターン化可能な材料、例えばシリコーンポリマー（例えば、光パターン化可能シリコーン又は「ＰＰＳ」）、又はフォトレジスト（例えば、ＳＵ８等のエポキシ系フォトレジスト）等を挙げることができる。
【０１９８】
共有修飾表面の物理的特性及び性能特性。幾つかの実施形態では、共有修飾表面は疎水性特性を増大させ得る。修飾表面の疎水性特性の増大は、生体材料によるファウリングを阻止し得る。本明細書で使用される場合、表面ファウリングとは、タンパク質及び分解産物、核酸、及び各分解産物等の生体材料の永久的又は半永久的堆積を含み得る、マイクロ流体デバイスの表面に無差別的に堆積された材料の量を指す。そのようなファウリングは、表面への生物学的微小物体の付着量を増大させ得る。他の実施形態では、共有修飾表面の疎水性特性の増大は、表面ファウリングにより引き起こされる付着から独立して、表面への生物学的微小物体の付着を低減し得る。
【０１９９】
表面の修飾は、表面の耐久性、機能性、及び／又は生体適合性を上げ得る。これらの各特性は、生存率（成長率及び／又は細胞倍加速度を含む）、式ＩＩの構造を有する表面を含め、本明細書に記載される共有修飾表面上に形成されるコロニーの性質、又は修飾表面上及び共有修飾表面を有するデバイス及び／又は装置内の微小物体若しくは生体分子の可搬性（搬出時の生存率を含む）にとって更に有益であり得る。
【０２００】
幾つかの実施形態では、式ＩＩの表面を含め、本明細書に記載される任意の表面であり得る共有修飾表面は、１０ｎｍ未満（例えば、約７ｎｍ未満、約５ｎｍ未満、又は約１．５〜３．０ｎｍ）の厚さを有し得る。これは、有利には、特に約３０〜５０ｎｍの典型的な厚さを生成するスピンコーティングされるペルフルオロテトラヒドロフラニルポリマーであるＣＹＴＯＰ（登録商標）等の他の疎水性材料とは対照的に、薄い層を修飾表面上に提供し得る。表１に示されるデータは、表に示されるような共有修飾表面を有するように処理されるケイ素／酸化ケイ素表面についてのデータである。静的液滴（static sessile drop）法（Drelich, J. Colloid Interface Sci. 179, 37-50, 1996）を使用して接触角測定値を得た。偏光解析法により厚さを測定した。
【０２０１】
Biolin Scientificの接触角ゴニオメータを使用して接触角ヒステリシス測定を実行した。化学的に修飾されたＯＥＷ表面を透明ホルダ内に入れられた５ｃＳｔシリコーン油の浴中に配置した。次に、リン酸緩衝生理食塩（ＰＢＳ）液滴を油中の表面に分注した。白金（Ｐｔ）ワイヤを液滴中に挿入し、水滴接触角を測定した。次に、３０ｋＨｚ周波数における５０Ｖｐｐｋの印加ＡＣ電圧をＯＥＷ基板と、ＰＢＳ液滴中に挿入されたＰｔワイヤとの間に１０秒間印加した。次に、印加電圧をなくし、接触角を再び測定した。５０ＶｐｐｋのＡＣ電圧の印加後のゼロバイアスでの接触角を電圧印加前のゼロバイアスでの元の接触角から差し引くことにより、接触角ヒステリシスを計算した。
【０２０２】
【表１】
2018535088.tif 000015
【０２０３】
修飾表面で観測された接触角は、１０度未満である、プラズマクリーニングされたシリコン表面上の水の場合の接触角とは対照的である。これらの各表面は、生来のケイ素／酸化ケイ素表面よりも湿潤性が低い。
【０２０４】
表面の特徴付けに適した他の解析方法としては、赤外線分光法及び／又はＸ線光電子分光法を挙げることができる。
【０２０５】
本発明の修飾表面の別の望ましい特徴は、表面修飾化合物の化学的性質に依存し得る自己蛍光がないことである。
【０２０６】
幾つかの実施形態では、式ＩＩの表面を含め、本明細書に記載される共有修飾表面は、単層を形成し得る。単層修飾表面の均一性及び均等性は、特に単層修飾表面が他の機能的属性を有する場合、有利な性能を提供し得る。例えば、式ＩＩの表面を含め、本明細書に記載される共有修飾表面は、電極活性化基板を含むこともでき、誘電泳動構成又はエレクトロウェッティング構成を有する材料、デバイス、及び／又は装置で見られ得るように、任意選択的に誘電層を更に含み得る。修飾表面のペルフルオロアルキル部分の不飽和がないことにより、例えば、オレフィン部分又は芳香族部分を含む単層と比較して「電荷捕獲」を最小に抑えることができる。更に、式ＩＩの表面を含め、本明細書に記載される表面に形成される単層の高密度性は、陽イオンが単層を通って、下にある金属、金属酸化物、ガラス、又はポリマー材料まで到達する潜在性を最小に抑え得る。理論により制限されずに、基板組成への陽イオンの追加による基板表面の破壊は、基板の電気特性を破壊し得、それにより動電学的に機能する基板の能力を低減し得る。
【０２０７】
更に、共有結合を介して修飾表面を導入する能力は、修飾表面の誘電強度を増大させ得、電場が印加される状態下において、下の材料を破壊から保護し得る。式ＩＩの表面を含め、本明細書に記載される共有修飾表面を有する材料、デバイス、及び／又は装置の誘電泳動又はエレクトロウェッティング表面の均一性及び薄さは、材料、デバイス、及び／又は装置が光学的に作動する場合、そのような修飾された誘電泳動及び／又はエレクトロウェッティング表面に有利な利点を更に提供し得る。
【０２０８】
共有修飾表面の準備方法。デバイス又は装置の構成要素として使用し得る材料の表面は、デバイス又は装置の組み立て前に修飾し得る。代替的に、部分的又は完全に構築されたデバイス又は装置は、生体分子を含む生体材料及び／又は微小物体（生物学的微小物体を含み得る）に接触することになる全ての表面が同時に修飾されるように修飾し得る。幾つかの実施形態では、デバイス及び／又は装置内の異なる表面に異なる材料がある場合であっても、デバイス及び／又は装置の内部全体を修飾し得る。幾つかの実施形態では、部分的又は完全に構築されたデバイス及び／又は装置は、本明細書に記載されるマイクロ流体デバイス又はその構成要素であり得る。
【０２０９】
修飾される表面は、修飾前にクリーニングして、表面上の求核部分が反応に自由に利用できること、例えば、油又は接着剤で覆われていないことを保証し得る。クリーニングは、アルコール又はアセトンを含む溶媒を用いる処理、超音波処理、及び蒸気クリーニング等を含む任意の適する方法により達成し得る。幾つかの実施形態では、修飾される表面は、汚染物を除去するのと同時に、追加の酸化物（例えば、水酸化物）部分を表面に導入することができる酸素プラズマ処理を用いて処理される。これは、有利には、修飾のためのより多くの場所を表面上に提供し、それにより、より高密度の修飾表面層を提供することができる。
【０２１０】
修飾前にクリーニングして、表面上の求核部分が反応に自由に利用できること、例えば、油又は接着剤で覆われていないことを保証し得る。クリーニングは、アルコール又はアセトンを含む溶媒を用いる処理、超音波処理、及び蒸気クリーニング等を含む任意の適する方法により達成し得る。幾つかの実施形態では、修飾される表面は、汚染物を除去するのと同時に、追加の酸化物（例えば、水酸化物）部分を表面に導入することができる酸素プラズマ処理を用いて処理される。これは、有利には、修飾のためのより多くの場所を表面上に提供し、それにより、より高密度の修飾表面層を提供することができる。
【０２１１】
幾つかの実施形態では、表面を共有修飾する方法は、式Ｉ：
【化１２】
2018535088.tif 000016
の化合物に表面を接触させるステップを含み、式中、Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）Ｑ又は−Ｓｉ（Ｔ）２Ｗである。Ｗは、−Ｔ、−ＳＨ、又は−ＮＨ２であり、且つ表面に接続するように構成される部分である。代替的に、Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）Ｑであり、Ｑは、−ＯＨであり、且つ表面に接続するように構成される部分である。Ｔは、ＯＨ、ＯＣ１−３アルキル又はＣｌである。Ｒ、Ｍ、ｈ、ｊ、ｋ、ｍ、及びｎのそれぞれは、式Ｉの化合物について上記で定義したようなものである。（ｎ＋［（ｈ＋ｊ・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数である。様々な実施形態では、ｋが１の整数である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及びｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である。式Ｉの化合物は、表面の求核部分と反応し、共有修飾表面が形成される。上述したように、式Ｉの化合物の任意の組み合わせ又は部分的組み合わせが使用可能である。
【０２１２】
方法の様々な実施形態では、そうして形成される共有修飾表面は単層である。
【０２１３】
方法の幾つかの実施形態では、式Ｉの化合物は、式１１０：
ＣＨ３（ＣＨ２）ｍＳｉ（ＯＣ１〜３アルキル）３
式１１０
の化合物であり得、式中、ｍは、９〜２３の整数である。幾つかの実施形態では、ｍは、１１、１３、１５、１７、又は１９であり得る。幾つかの他の実施形態では、ｍは、１３又は１５であり得る。
【０２１４】
方法の他の実施形態では、式Ｉの化合物は、式１１１：
ＣＦ３（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）２Ｓｉ（ＯＣ１〜３アルキル）３
式１１１
の化合物であり得、式中、ｎは、９〜２２の整数である。代替的に、ｎは、１１〜１７の整数であり得る。他の実施形態では、ｎは、１１〜１７の整数であり得る。幾つかの他の実施形態では、ｎは、９、１１、１３、又は１５であり得る。幾つかの実施形態では、ｎは、１３又は１５であり得る。
【０２１５】
方法の更に他の実施形態では、式Ｉの化合物は、式１１２：
ＣＲ３（ＣＲ２）ｎ（ＣＨ２）ｈＯ（ＣＨ２）ｍＳｉ（ＯＣ１〜３アルキル）３
式１１２
の化合物であり得、式中、ｎは、３〜２１の整数であり、ｈは、２又は３の整数であり、ｍは、２〜２１の整数である。幾つかの実施形態では、Ｒは、フッ素であり得る。幾つかの実施形態では、ｎは、３〜１１の整数であり得、ｈは、２であり得、ｍは、２〜１５の整数であり得る。
【０２１６】
代替的に、式１１３の化合物であり得る式Ｉ：
ＣＲ３（ＣＲ２）ｎ（ＣＭ２）ｍＰ（Ｏ）（ＯＨ）２
式１１３
の化合物により表面に接触し得、式中、ｎは、３〜２１の整数であり、ｍは、２〜２１の整数である。式１１３の化合物の幾つかの実施形態では、Ｒは、フッ素であり得る。幾つかの実施形態では、Ｍは、水素であり得る。様々な実施形態では、ｎは、５、７、９、又は１１であり得る。他の実施形態では、ｍは、２、４、５、７，９、１１、又は１３であり得る。
【０２１７】
接触ステップは、表面に式Ｉの化合物を含む液体溶液を接触させることにより実行し得る。例えば、０．０１ｍＭ、０．１ｍＭ、０．５ｍＭ、１ｍＭ、１０ｍＭ、又は１００ｍＭの式Ｉの化合物を含む溶液に表面を露出し得る。反応は、周囲温度で実行し得、約２時間、約４時間、約８時間、約１２時間、約１８時間、約２４時間、又はそれらの間の任意の値の範囲の時間期間にわたって実行し得る。溶媒の例としては、限定ではなく、トルエン、１，３ビストリフルオロベンゼン、又はFluorinert（商標）（３Ｍ）フッ素化溶媒が挙げられる。酢酸等の酸を溶液に添加して、トリアルコキシ基が存在する場合、トリアルコキシ基の加水分解を促進することにより、反応速度を上げ得る。
【０２１８】
代替的に、式Ｉの化合物を含む気相に表面を接触させ得る。幾つかの実施形態では、反応ステップが表面に気相の式Ｉの化合物を接触させることにより実行される場合、制御された量の水蒸気も存在する。制御された量の水蒸気は、予め選択された量の硫酸マグネシウム七水和物を、修飾する表面を有する物体と同じチャンバ又はエンクロージャ内に配置することによって提供し得る。他の実施形態では、外部水蒸気供給を介して、制御された量の水を反応室又はエンクロージャ内に導入し得る。反応は、大気圧と比較して減圧下で行い得る。幾つかの実施形態では、減圧は１００トール以下であり得る。他の実施形態では、減圧は１０トール未満又は１トール未満であり得る。
【０２１９】
反応は、約１５０℃〜約２００℃の範囲の温度で行い得る。様々な実施形態では、反応は、約１５０℃、約１５５℃、約１６０℃、約１６５℃、約１７０℃、約１７５℃、約１８０℃、約１８５℃、又は約１９０℃の温度で行い得る。反応は、約２時間、約６時間、約８時間、約１８時間、約２４時間、約４８時間、約７２時間、約８４時間、又はそれを超える時間にわたり実行を継続し得る。
【０２２０】
幾つかの実施形態では、共有修飾表面は、式ＩＩ：
【化１３】
2018535088.tif 000017
の構造を有し得、式中、Ｒ、Ｍ、ｎ、ｈ、ｊ、ｋ、ｍ、及びＶは、任意の組み合わせでの上述したようなものである。方法の幾つかの実施形態では、共有修飾表面は、各式で許容可能な要素の任意の組み合わせを有する上述した式２１０、２１１、２１２、又は２１３の式を有し得る。
【０２２１】
方法の様々な実施形態では、表面は、水酸化物、アミノ、及びチオールからなる群から選択される求核部分を含み得る。表面は、金属、金属酸化物、ガラス、ポリマー、又はそれらの任意の組み合わせであり得る。金属表面は、ケイ素、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、インジウムタンタル酸化物、アルミナ、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。
【０２２２】
方法の様々な実施形態では、共有修飾表面を形成するステップをＤＥＰ基板又はＥＷ基板で実行し得る。共有修飾表面を形成するステップは、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体回路要素の少なくとも１つの表面上に共有修飾表面を形成することを含み得る。マイクロ流体回路要素は、ＤＥＰ基板又はＥＷ基板を含め、壁、フロー領域、ペン、及び電極活性化基板を含み得る。共有修飾し得るマイクロ流体回路内の表面は、マイクロ流体デバイスの流体担持部に面する全て又は略全ての表面であり得る。例えば、マイクロ流体デバイス２００、２３０では、全てマイクロ流体チャネル１２２及びペン２４４、２４６、２４８に面する上部電極２１０の内面、電極活性化基板２０６の上面、マイクロ流体回路材料１１６の表面（図１Ｂ、図１Ｃ、図２Ａ、図２Ｂ参照）が修飾可能である。同様に、図２Ｄ〜図２Ｆでは、マイクロ流体回路材料２６０の内面、隔離ペン２６６を画定する分離構造２７２の表面、又はマイクロ流体回路２６２に面する全ての表面は、本明細書に記載される方法により共有修飾可能である。
【０２２３】
不混和性媒体。基板の表面上の水性液滴の移動は、１つ又は複数のフロー領域（フローチャネルを含み得る）内及びチャンバが存在する場合、フロー領域に流体的に接続されたチャンバ内に局所的に分布した水不混和性流体媒体内で実行し得る。水不混和性流体媒体は、純水の液滴よりも高い動粘性率を有し得る。水不混和性流体媒体は、約１センチストークス（ｃＳｔ）〜約１５ｃＳｔの範囲の動粘性率を有し得、ここで、１ｃＳｔは１ミリパスカル又は１センチポアズ（ＣＰＳ）に等しい。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体は、約３ｃＳｔ〜約１０ｃＳｔ又は約３ｃＳｔ〜約８ｃＳｔの範囲の粘度を有し得る。水不混和性流体媒体は、少なくとも１００℃の温度で不燃性であり得る。水不混和性流体媒体は、生体細胞が水不混和性流体媒体内の水性液滴内で処理、培養、又は貯蔵されている持続時間にわたり、生きている生体細胞にとって非毒性であり得る。
【０２２４】
水不混和性流体媒体は、水に対して低い又はごくわずかな溶解度を有し得る。水不混和性流体媒体は、水の層に接触した（水で仕切られた）場合、水の総量の約５％未満、約４％、約３％、約２％、約１％、又は約１％未満に溶解し得る。水不混和性流体媒体は、約２５℃〜約３８℃の範囲の温度で水不混和性流体媒体内に存在する水性液滴の容量の約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、又は約３０％を超えて溶解可能ではない。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体は、水不混和性流体媒体内に存在する水性液滴の容量の約２０％未満に溶解可能である。
【０２２５】
水不混和性流体媒体は、炭素、ケイ素、及び酸素から選択される原子を含む主鎖構造を有する少なくとも１つの有機化合物又は有機ケイ素化合物を含み得る。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体は、２つ以上の有機化合物／有機ケイ素化合物を含み得、その場合、２つ以上の化合物は、高分子化合物の様々な分子量のサブユニットを有する高分子有機化合物／有機ケイ素化合物である。例えば、高分子有機化合物／有機ケイ素化合物は、ポリマー（例えば、コポリマー）を構成する２つの異なるサブユニットを有し得、２つの異なるサブユニットは、それぞれ一般式ＡａＢｂを有する様々な反復で提示し得、式中、Ａ及びＢは２つの異なるポリマーサブユニットであり、ａ及びｂは各サブユニットの反復数である。反復数ａ及びｂは単一の整数でなくてもよく、様々な反復ユニットであり得る。
【０２２６】
他の実施形態では、２つ以上の有機化合物／有機ケイ素化合物を含む水不混和性流体媒体は、有機化合物の混合物、有機ケイ素化合物の混合物、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。水不混和性流体媒体は、適した性能を提供する異なる化学構造及び／又は分子量を有する化合物の任意の適した混合物を含み得る。
【０２２７】
水不混和性流体媒体の化合物は、約１０００Ｄａ未満、約７００Ｄａ未満、約５００Ｄａ未満、又は約３５０Ｄａ未満の分子量を有し得る。他の実施形態では、水不混和性媒体の化合物は、約１０００Ｄａよりも高い分子量を有し得、それでもなお適した性能を提供し得る。
【０２２８】
様々な実施形態では、水不混和性流体媒体の有機化合物／有機ケイ素化合物は、骨格を構成する原子が炭素、ケイ素、又は酸素である主鎖構造を有し得る。骨格炭素の置換は水素又はフッ素であり得る。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体は１つ又は複数の有機ケイ素化合物を含み得、その場合、有機ケイ素化合物の骨格はケイ素原子及び酸素原子を含み得る。有機ケイ素化合物のケイ素原子は、炭素置換基を有し得、及び炭素置換基は、水素置換基又はフッ素置換基を有し得る。幾つかの実施形態では、有機ケイ素化合物の炭素置換基は全てのフッ素であり得る（例えば、全フッ素化し得る）。他の実施形態では、有機ケイ素化合物の炭素置換基は部分的にフッ素化し得る。様々な実施形態では、有機ケイ素化合物の炭素原子の置換基は、約９０％以下、約８０％以下、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、又はそれ未満がフッ素であり得る。
【０２２９】
他の実施形態では、水不混和性流体媒体の有機化合物は、骨格を構成する原子が炭素又は酸素である主鎖構造を有し得る。幾つかの実施形態では、骨格炭素の置換基は水素又はフッ素であり得る。他の実施形態では、骨格炭素の置換基は、エーテル成分、カルボニル成分、又は炭酸塩成分等の酸素含有部分を含み得る。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体の有機化合物は、全炭素主鎖構造を有し得る。水不混和性流体媒体の有機化合物の全炭素主鎖構造の幾つかの実施形態では、炭素原子への全フッ素置換基を有し得る（例えば、全フッ素化される）。他の実施形態では、有機化合物の置換基は部分的にフッ素化し得る（例えば、全フッ素化されない）。様々な実施形態では、全炭素骨格を有する化合物を含め、有機化合物の炭素原子の置換基は、約９０％以下、約８０％以下、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下、約４０％以下、又はそれ未満がフッ素であり得る。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体の適する有機化合物は、１−フルオロオクタン、１−フルオロデカン、１−フルオロドデカン、又は１−フルオロテトラデカン等のモノフルオロ置換炭化水素を含み得、又はモノフルオロ置換炭化水素であり得る。
【０２３０】
他の実施形態では、水不混和性流体媒体の有機化合物は、炭素へのフッ素置換基を有さず、水素置換基を有し得る。幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体の有機化合物は、不飽和炭素−炭素結合、例えば、骨格炭素内又は末端位置におけるオレフィン基を有し得る。
【０２３１】
幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体への包含に適切な化合物の選択は、化合物の他の特性の考慮を含むことになる。様々な実施形態では、水不混和性流体媒体内での使用に適した化合物は、レーザ、マイクロ流体デバイスに投射される構造化光、又は日光／研究所照明により照明されたときに自己蛍光しない。
【０２３２】
他の実施形態では、共有修飾される疎水性表面の性質は、水不混和性流体媒体内での使用に適した化合物の選択に影響する。例えば、共有修飾表面は、全フッ素化水不混和性流体媒体内の水滴が、本明細書に記載される光エレクトロウェッティング構成を使用して移動可能ではないほど十分に高い表面張力を示し得るように十分な疎水性を有し得る。
【０２３３】
幾つかの他の実施形態では、マイクロ流体回路材料の性質は、水不混和性流体媒体内での使用に適した化合物の選択に影響し得る。水不混和性流体媒体による回路材料の膨張は、許容可能な限度内に維持し得る。例えば、幾つかの実施形態では、マイクロ流体回路材料がＳＵ８又は光パターン化可能アリール置換有機シリコーンを含む場合、直鎖炭化水素、直鎖フッ化炭素、又は環式基、アリール基、若しくはヘテロアリール基を含む炭素骨格化合物を使用に選択し得る。
【０２３４】
他の実施形態では、マイクロ流体回路材料は、アリール置換基を含まない光パターン化可能有機シリコーン等の他の材料を含み得、膨張は、水不混和性流体媒体中に異なる化合物を使用することにより、許与可能な限度に制限し得る。例えば、水不混和性流体媒体への事前露出と比較して約４０％未満、約３０％未満、約２０％未満、又は約１０％未満の膨張が許容可能であり得る。しかし、幾つかの実施形態では、膨張を生じさせる水不混和性流体媒体内の化合物をそれでもなお使用に選択し得る。
【０２３５】
幾つかの実施形態では、水不混和性流体媒体の化合物は、炭素原子又は酸素原子を含む骨格を有する有機化合物であり得る。幾つかの実施形態では、有機化合物は、炭素原子を含み、酸素原子を含まず、更に、炭素原子骨格が分岐しない骨格を有し得る。様々な実施形態では、水不混和性流体媒体の有機化合物の分岐鎖炭素原子骨格は、非環式である。分岐鎖炭素骨格を有する水不混和性流体媒体の有機化合物は更に、いかなる環式部分も含まないことができる。
【０２３６】
上記選択基準を使用して、水不混和性流体媒体内に組み込む１つ又は複数の化合物を選択し得、許容可能な性能を提供しない可能性がある化合物をなくし得るが、許容可能な水不混和性流体媒体は、複数成分混合物であり得、水不混和性流体媒体の単独成分として使用された場合には許容可能な性能を提供しない個々の有機化合物又は有機ケイ素化合物のいくらかの部分を含み得る。例えば、成分は、単独で使用される場合、フッ素化されすぎているか、又はマイクロ流体回路材料を許容不可能に膨張させる可能性があるが、他の有機化合物又は有機ケイ素化合物と組み合わせて使用して水不混和性流体媒体を形成し得る。
【０２３７】
単独で又は任意の種類の組み合わせで水不混和性流体媒体内への使用に適した幾つかの有機化合物としては、イソセタン、２−（トリフルオロメチル）−３−エトキシドデカフルオロヘキサン（HFE-7500、3MTM、NovecTM）、ヘプタメチルノナン（ＨＭＮ）、炭酸ビス（２−エチルヘキシル）（TEGOSOFT（登録商標）DEC、（Evonik））、及び（トリデカフルオロ−１，１，２，２，−テトラヒドロオクチル）テトラメチルジシロキサン（Gelestカタログ番号ＳＩＢ１８１６．０）、又はシリコーン油（５センチストローク粘度、Gelestカタログ番号ＤＭＳ−Ｔ０５）を挙げ得る。
【０２３８】
水性液滴。水性液滴は、生体細胞又はビーズを含み得る１つ又は複数の微小物体を含み得る。水性液滴は、核酸又はタンパク質を含み得る生物由来物質を含み得る。幾つかの他の実施形態では、水性液滴は、アッセイ用の試剤を含み得、アッセイ用の試剤は、酵素、抗体、蛍光標識プローブ、又は化学試剤等の任意の種類の試剤であり得る。
【０２３９】
幾つかの実施形態では、水性液滴は、界面活性剤を含むこともできる。界面活性剤は、水不混和性流体媒体内の水性液滴の可搬性を増大させ得る。幾つかの実施形態では、適する界面活性剤は、非イオン性界面活性剤を含み得る。様々な実施形態では、界面活性剤は、限定ではなく、F68（ThermoFisherカタログ番号２４０００３２）を含め、Pluronic（登録商標）ブロックアルキレンオキシドコポリマー；TWEEN（登録商標）20（Signa Aldrichカタログ番号Ｐ１３７９）又はTWEEN（登録商標）60（Sigma Aldrich  Ｐ１６２９）等の脂肪酸エステルエトキシル化ソルビタン；２，４，７，９，テトラメチル−５−デシン−４，７，−ジオールエトキシレート（ＴＥＴ、Sigma Aldrichカタログ番号９０１４−８５−１）；Capstone（登録商標）FS-30（DuPont（商標）、Synquest Laboratoriesカタログ番号２１０８−３−３８等の非イオン性エトキシル化フッ素系界面活性剤）であり得る。幾つかの実施形態では、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）を界面活性剤として使用し得る。様々な実施形態では、リン酸緩衝生理食塩溶液（ＰＢＳ）を界面活性剤として使用し得る。界面活性剤は、約１容量％、約３容量％、約５容量％、約１０容量％、約１５容量％、約２０容量％、約２５容量％、又はそれらの間の任意の値の範囲で水性液滴に添加し得る。
【０２４０】
システム。水性媒体と適合し、及び／又は水性媒体に可溶性の微小物体、生物由来物質、及び／又は試剤を輸送するシステムが本発明によって提供される。システムは、例えば、本明細書に開示される任意のマイクロ流体デバイス（例えば、ベースと、マイクロ流体回路構造体とを含むエンクロージャを有するマイクロ流体デバイスであって、ベースは、ベースの上面の少なくとも一部に共有結合した疎水性単層を含む、マイクロ流体デバイス）を含むことができる。加えて、システムは、流体媒体及び水性液滴を含み、流体媒体及び水性液滴は不混和性流体である。流体媒体は、本明細書に記載される任意の不混和性媒体であり得、水性液滴は、本明細書に記載される任意の生体材料及び／又は化学物質を含むことができる（例えば、タンパク質、核酸、洗浄剤、及び界面活性剤等）。
【０２４１】
キット。本発明は、水性媒体と適合し、及び／又は水性媒体に可溶性の微小物体、生物由来物質、及び／又は試剤の輸送に適したキットも提供する。キットは、本明細書に開示される任意のマイクロ流体デバイス（例えば、ベースと、マイクロ流体回路構造体とを含むエンクロージャを有するマイクロ流体デバイスであって、ベースは、ベースの上面の少なくとも一部に共有結合した疎水性単層を含む、マイクロ流体デバイス）を含むことができる。加えて、システムは、流体媒体及び水性液滴を含み、流体媒体及び水性液滴は不混和性流体である。キットは、水性媒体と不混和性の流体媒体及び他の有用な試剤（例えば、界面活性剤等）を更に含むことができる。
【０２４２】
マイクロ流体デバイスを製造する方法。装置４００等の本発明のマイクロ流体デバイスは、（ｉ）ＡＣ電圧源（図示せず）に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有するカバー１１０の内面４２８に離間要素１０８を接合することと、（ｉｉ）ＡＣ電圧源（図示せず）に接続されるように構成される少なくとも１つの電極４１８を有する基板１０４の誘電面４１４に離間要素１０８（及び関連するカバー１１０）を接合することであって、それにより、離間要素１０８は、カバー１１０及び基板１０４が互いに実質的に平行を向けられた状態で、カバー１１０の内面４２８と基板１０４の誘電面４１４との間に挟まれ、基板１０４、離間要素１０８、及びカバー１１０は、集合的に、液体を保持するように構成されるエンクロージャ４３５を画定する、接合することと、（ｉｉｉ）蒸着により、疎水性外層４１２をカバー１１０の内面４２８の少なくとも一部に形成し、且つ疎水性外層４１２を基板１０４の誘電内層４１４の少なくとも一部に形成することとにより製造することができる。
【０２４３】
両親媒性分子の蒸着を通して、疎水性層４２２及び４１２は、両親媒性分子がカバー１１０の内面４２８及び基板１０４の誘電内層４１４の分子にそれぞれ共有結合した高密度単層を達成することができる。本明細書に記載される任意の自己会合性分子及びその均等物は、マイクロ流体装置の内面に蒸着させることができる。所望のパッキング密度を達成するために、例えば、アルキル末端シロキサンを含む自己会合性分子は、少なくとも１１０℃（例えば、少なくとも１２０、１３０、１４０、１５０、１６０等）の温度で少なくとも１５時間（例えば、少なくとも２０時間、少なくとも２５時間、少なくとも３０時間、少なくとも３５時間、少なくとも４０時間、少なくとも４５時間、又はそれを超える時間）にわたり蒸着することができる。そのような蒸着は、通常、真空下において、硫酸マグネシウム七水和物（すなわちＭｇＳＯ４・７Ｈ２０）等の水源の存在下で実行される。通常、蒸着の温度及び持続時間を上げることにより、疎水性層４２２及び４１２の特性は改善する。蒸着プロセスは、任意選択的に、例えば、カバー１１０（離間要素１０８を有する）及び基板１０４を予めクリーニングすることにより改善することができる。例えば、そのような事前クリーニングは、アセトン浴、エタノール浴、又はそれらの組み合わせ等の溶媒浴を含むことができる。溶媒浴は超音波処理を含むことができる。代替又は追加として、そのような事前クリーニングは、カバー１１０（離間要素１０８を有する）及び基板１０４を酸素プラズマクリーナ内で処理することを含み得る。酸素プラズマクリーナは、例えば、真空条件下において１００Ｗで６０秒間にわたり動作させることができる。
【０２４４】
図６は、マイクロ流体チャネル６１２、６１４及び複数のチャンバ６１６を有するエンクロージャと、流体液滴６２０をエンクロージャに提供する液滴生成器６０６とを含むマイクロ流体装置６００の例を示す。マイクロ流体チャネル６１４は、第１の流体媒体６２４を保持するように構成される。通常、第１の流体媒体は、油（例えば、シリコーン油又はフッ素系油）等の疎水性流体である。マイクロ流体チャネル６１４は、界面６０８を介して液滴生成器６０６に接続され、界面６０８は、液滴生成器６０６により生成された液滴６２０をチャネル６１４に受け取らせる。受け取られる液滴６２０は、第１の流体媒体６２４と不混和性の液体を含む。通常、受け取られる液滴は、細胞若しくはビーズ等の微小物体又は水性媒体に可溶性の試剤を含み得る水性媒体を含む。マイクロ流体チャネル６１４は、複数のチャンバ６１６のそれぞれにも接続され、チャンバ６１６内に且つチャンバ６１６間での受け取られた液滴６２０（及び第１の流体媒体６２４に不混和性の流体のリザーバから引っ張られた液滴６３２）の移動を促進する。
【０２４５】
装置６００のマイクロ流体チャネル６１２は、チャンバ６１６のサブセットに接続され、したがって、そのようなチャンバ６１６を介してマイクロ流体チャネル６１４に間接的に接続される。示されるように、マイクロ流体チャネル６１２及びそこに接続されるチャンバ６１６は、第１の流体媒体６２４に不混和性の流体媒体６２２を含む。したがって、例えば、流体媒体６２２は、細胞培養媒体等の水性媒体であり得る。流体媒体６２２が細胞培養媒体である場合、培養媒体を含むチャンバ６１６は、細胞を成長させる培養室として使用することができ、マイクロ流体チャネル６１２は、新鮮な培養媒体のフローを提供する灌流チャネルであり得る。本明細書で考察されるように、灌流チャネル内の新鮮な培養媒体のフローは、灌流チャネルと培養室との間の分子の拡散を介して、栄養分をチャンバに提供するとともに、チャンバから老廃物を除去し、したがって細胞成長の継続を促進することができる。
【０２４６】
図７は、マイクロ流体チャネル６１２、６１４、第１の複数のチャンバ７１６、及び第２の複数のチャンバ６１６を有するエンクロージャと、流体液滴６２０をエンクロージャに提供する液滴生成器６０６とを含むマイクロ流体装置７００の別の例を示す。図７は、図６に示されるマイクロ流体装置６００の変形形態を提示し、この変形形態では、チャンバ６１６は、第１の流体媒体６２４（マイクロ流体チャネル６１４内に配置される）と不混和性の媒体６２２を含み、対応するチャンバ７１６からマイクロ流体チャネル６１４にわたり直接配置される。この構成は、選択チャンバ６１６から対応するチャンバ７１６への流体液滴６３２（任意選択的に微小物体６３０又は生体材料を含む）の移動を促進し、対応するチャンバ７１６において、流体液滴（及び任意の微小物体６３０又は生体材料）を処理することができる。
【０２４７】
マイクロ流体装置の別の例は、マイクロ流体チャネル６１２、６１４、第１の複数のチャンバ７１６、及び第２の複数のチャンバ６１６を有するエンクロージャと、流体液滴６２０をエンクロージャに提供する液滴生成器６０６とを含む。この実施形態は、図７に示されるマイクロ流体装置７００の変形形態を提示し、この変形形態では、チャンバ６１６は一端部においてテーパ形を有し、マイクロ流体装置が、チャンバ６１６のテーパ形端部が非テーパ形端部と比較して低い電位（適用可能な重力場において）を有するように傾斜される場合、第１の流体媒体６２４と第２の流体媒体６２２との界面への微小粒子の移動を促進する。
【０２４８】
マイクロ流体チャネル６１２、６１４及びチャンバ６１６、７１６によって形成されるマイクロ流体回路は単なる例であり、多くの他の構成のチャネル及びチャンバが本発明により包含される。例えば、装置６００及び７００のそれぞれにおいて、マイクロ流体チャネル６１２及びチャネル６１２に直接接続されるチャンバ６１６は任意選択的な特徴である。したがって、装置６００及び７００は、灌流チャネル及び培養室を有さなくてもよい。
【０２４９】
マイクロ流体チャネル６１２が存在する実施形態では、チャネル６１２及び／又は直接接続されるチャンバ６１６の画定を促進する（例えば、チャネル及び／又はチャンバのベースを形成することにより）基板は、エレクトロウェッティング構成を有することができる。しかし、代替的に、チャネル６１２及び／又は直接接続されるチャンバ６１６の画定を促進する基板は、エレクトロウェッティング構成を有さなくてよい（例えば、その代わり、ＤＥＰ構成を有することができ、又はエレクトロウェッティング構成もＤＥＰ構成も有さなくてよい）。マイクロ流体チャネル６１２が存在し、チャネル６１２及び／又は直接接続されるチャンバ６１６の画定を促進する基板がエレクトロウェッティング構成を有する実施形態では、基板の疎水性外層は、基板の疎水性外面よりも高い親水性を有するようにパターン化することができ、これはチャネル６１４の画定に役立つ。親水性の増大は、例えば、上述したように達成することができる。
【０２５０】
液滴生成器６０６及び液滴生成器６０６が液滴を提供する任意のマイクロ流体回路は、図面に示されるか、又は本明細書に記載される任意のマイクロ流体デバイスのようであり得るマイクロ流体デバイスの一部である（一体部分又は接続される）ことができる。１つの液滴生成器６０６が図６及び図７に示されるが、２つ以上のそのような液滴生成器６０６が装置６００及び７００のマイクロ流体回路に液滴を提供することができる。液滴生成器６０６自体は、エレクトロウェッティング構成を含むことができ、したがって、光応答層を有する基板を含むことができ、光応答層は、ａ−Ｓｉ：Ｈ（例えば、米国特許第６，９５８，１３２号に示されるような）、光作動回路基板（例えば、米国特許出願公開第２０１４／０１２４３７０号に示されるような）、フォトトランジスタベースの基板（例えば、米国特許第７，９５６，３３９号に示されるような）、又は電気作動回路基板（例えば、米国特許第８，６８５，３４４号に示されるような）を含むことができる。代替的に、液滴生成器はＴ字形又はＹ字形流体力学的構造（例えば、米国特許第７，７０８，９４９号、米国特許第７，０４１，４８１号（ＲＥ４１，７８０号として再発行）、米国特許出願公開第２００８／００１４５８９号、米国特許出願公開第２００８／０００３１４２号、米国特許出願公開第２０１０／０１３７１６３号、及び米国特許出願公開第２０１０／０１７２８０３号に示されるような）を有することができる。上記米国特許文献は、全て全体として参照により本明細書に援用される。
【０２５１】
示されるように、液滴生成器６０６は、１つ又は複数の流体入口６０２及び６０４（２つが示されるが、より少数又はより多数であってもよい）と、マイクロ流体チャネル６１４に接続することができる流体出口２０８とを含むことができる。入口６０２及び６０４を通して、液体媒体６２２、６２４、生物学的微小物体６３０、試剤、及び／又は他の生物学的媒体を液滴生成器６０６内に装填することができる。液滴生成器６０６は、液体媒体６２２（１つ又は複数の生物学的微小物体６３０を含むことができるが、そうである必要はない）、試剤、又は他の生物学的媒体の液滴を生成し、チャネル６１４に出力することができる。チャネル６１４がエレクトロウェッティング構成を有する場合、液滴６２０は、エレクトロウェッティング（又は光エレクトロウェッティング）を利用してチャネル６１４内を移動することができる。代替的に、液滴６２０は、他の手段によりチャネル６１４内を移動することができる。例えば、液滴６２０は、流体フロー又は重力等を使用してチャネル６１４内を移動することができる。
【０２５２】
上述したように、マイクロ流体チャネル６１４及び選択チャンバ６１６／７１６に第１の流体媒体６２４を充填することができ、マイクロ流体チャネル６１２及びそれに直接接続されたチャンバ６１６に第２の流体媒体６２２を充填することができる。第２の流体媒体６２２（以下、「水性媒体」）は、生物学的微小物体６３０を維持又は培養等するための試料媒体等の水性媒体であり得る。第１の流体媒体６２４（以下、「不混和性媒体」）は、水性媒体６２２が不混和性である媒体であり得る。水性媒体６２２及び不混和性媒体６２４の例は、様々な媒体について上述した任意の例を含む。
【０２５３】
液滴生成器６０６を利用して、生物学的微小物体を装填し、及び／又はマイクロ流体装置での生物学的及び／又は分子生物学的ワークフローの実行を促進することができる。図６及び図７は非限定的な例を示す。液滴生成器を使用することにより、装置は、流体回路全体を通してエレクトロウェッティング構成を有することができる。
【０２５４】
図６及び図７は、液滴生成器６０６が、試剤（又は他の生体材料）を含む液滴６２０を生成する例を示す。試剤含有液滴６２０は、マイクロ流体チャネル６１４を通り、不混和性媒体６２４を含むチャンバ６１６／７１６の１つに移動することができる。試剤含有液滴６２０をチャンバ６１６／７１６の１つに移動する前又は後、１つ又は複数の液滴６３２内の１つ又は複数の微小物体６３０は同じチャンバ６１６／７１６内に移動することができる。次に、試剤含有液滴６２０は、微小物体６３０を含む液滴６３２と混合されて、液滴６２０の試剤を液滴６３２の内容物と混合し、化学的に反応させることができる。１つ又は複数の微小物体含有液滴６３２は、液滴生成器６０６（図示せず）により供給することができ、又は図６及び図７に示されるように、保持ペン６１６から取得することができる。微小物体６３０は、処理室６１６／７１６に移動する前、任意選択的に培養された（例えば、チャンバ６１６内で）、細胞等の生物学的微小物体であり得る。代替的に、微小物体６３０は、試料中の対象となる分子（例えば、試料材料６２２を使用して１つ又は複数の生体細胞を培養した後、試料材料６２２中に存在する細胞分泌物）に結合可能である、親和性ビーズ等のビーズであり得る。更に他の代替では、１つ又は複数の液滴６３２は、微小物体を含まないことができ、例えば、試料材料６２２を使用して１つ又は複数の生体細胞を培養した後の細胞分泌物を含む、試料材料６２２等の水性媒体のみを含むことができる。
【０２５５】
図８は、装置６００及び７００のいずれかのようなマイクロ流体回路を含むマイクロ流体デバイスにおいて実行することができるプロセス８００の例を示す。
【０２５６】
プロセス８００のステップ８０２において、試料媒体（例えば、細胞培養媒体）が充填された保持ペン内で生物学的微小物体を培養することができる。例えば、図６又は図７の微小物体６３０は、生物学的微小物体であり得、チャンバ６１６内で培養することができる。培養は一般に、上述したようなものであり得る。例えば、培養は、培養媒体６２２を用いてチャネル６１２を灌流することを含み得る。ステップ８０２は、指定された時間期間にわたり実行することができる。
【０２５７】
ステップ８０４において、培養された生物学的微小物体を、それが培養された試料媒体充填チャンバ６１６から、試料媒体が不混和性である媒体が充填されたチャンバ６１６／７１６に移動させることができる。例えば、上述したように、図６及び図７に示されるように、培養された微小物体６３０は試料媒体６２２の液滴６２０又は６３２内で保持ペン６１６の１つから保持ペン６１６／７１６の１つに移動することができる。
【０２５８】
ステップ８０６において、培養された生物学的微小物体は、不混和性媒体充填保持ペンにおいて１つ又は複数の処理又はプロセスを受けることができる。例えば、図６及び図７に示され、上述したように、１つ又は複数の試剤を含む１つ又は複数の液滴６２０を液滴生成器６０６により生成し、不混和性媒体充填チャンバ６１２／７１６内に移動させ、培養された生物学的微小物体６３０を含む液滴６３２と混合することができる。例えば、第１の試剤含有液滴６２０は溶解試剤を含むことができる。培養された生物学的微小物体６３０を含む液滴６３２と溶解試剤を含む第１の試剤含有液滴６２０とを混合すると、培養された生物学的微小物体６３０が溶解される。換言すれば、培養された生物学的微小物体６３０からの細胞溶解物を含む結合液滴（図示せず）が形成される。次に、追加（例えば、第２、第３、第４等）の試剤含有液滴６２０を、細胞溶解物を含有する新しい液滴と混合して、必要に応じて細胞溶解物を更に処理することができる。
【０２５９】
加えて又は別の例として、対象となる分泌物又は培養された生物学的微小物体６３０を生成した他の１つ若しくは複数の材料（例えば、ＤＮＡ若しくはＲＮＡ等の核酸、タンパク質、代謝物、若しくは他の生体分子）に対して親和性を有する１つ又は複数の標識された捕捉微小物体（図示せず）を含有する１つ又は複数の液滴を液滴生成器６０６により生成し、不混和性媒体充填ペン６１６又は７１６に移動させ、同様に培養された生物学的微小物体６３０を含む試料媒体６２２の液滴と混合することができる。培養された生物学的微小物体６３０が既に溶解していた場合、捕捉微小物体含有液滴６２０は、１つ又は複数の親和性ビーズ（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、又はマイクロＲＮＡ等の核酸への親和性を有する）を含むことができ、親和性ビーズは、保持ペン６１６又は７１６において細胞溶解物含有液滴と混合されると、溶解物中に存在する標的分子に結合することができる。
【０２６０】
ステップ８０８において、標的生物学的微小物体を任意選択的に処理することができる。例えば、ステップ８０６において、捕捉物体（図示せず）が、培養された生物学的微小物体６３０を有する不混和性媒体充填チャンバ６１６／７１６内に移動する場合、ステップ８０８において、標識された捕捉微小物体に結合された対象となる材料の数量を示す反応（例えば、蛍光シグナル）を探して、チャンバ６１６／７１６を監視することができる。代替的に、そのような捕捉微小物体（図示せず）をチャンバ６１６／７１６から除去し（例えば、液滴６２２において）、続く分析のためにマイクロ流体デバイス（図６及び図７において示されず）から搬出することができる。更に別の例として、処理された生物学的微小物体６３０は、チャンバ６１６／７１６から除去し（例えば、液滴６３２において）、続く分析のためにマイクロ流体デバイス（図示せず）から搬出することができる。
【０２６１】
図９は、エレクトロウェッティング構成及び誘電泳動（ＤＥＰ）構成の両方を含むマイクロ流体デバイスの基板を形成する方法を概説する。例えば、図９に示される方法を利用して、図５のマイクロ流体デバイスに示されるタイプのモノリシック基板を形成することができる。図１０〜図１８は、図９の方法における様々なステップが実行された後に形成される中間構造の断面図を示す。フォトトランジスタのアレイを含むＤＥＰ構成を有する基板が図１０〜図１８における開始点である。当然ながら、当業者は理解するように、開始基板は、フォトトランジスタのアレイを有するＤＥＰ構成の基板に限定されず、むしろ、アモルファスシリコンの層又は電気的に作動する電極のアレイを含む基板等の他のタイプの基板にも適用することができる。更に、図９の方法におけるステップは、独立して及び／又は他の組み合わせで使用して、本明細書に記載された他のマイクロ流体デバイスを含め、導電性基板を有する他のタイプのマイクロ流体デバイスを生成することもできる。
【０２６２】
図９の方法におけるステップ９０２は、更なる処理のために初期基板を準備することを含む。図１０の垂直断面に示されるように、初期基板１０００は、その上にフォトトランジスタ１０２０のアレイが形成された導電性シリコンの高濃度ドープ層１０１０を含む。基板１０００を準備するステップは、熱アニールプロセスを含むことができる。ステップ９０２のプロセスは、基板１０００上に続けて堆積される材料の適切な接合を保証するように基板１０００の表面を準備することができる。
【０２６３】
図９の方法におけるステップ９０４は、選択的耐エッチング性材料を初期基板の上面に堆積させることを含む。図１１における垂直断面に示されるように、条件付き耐エッチング性材料の層１１３０は、アレイになったフォトトランジスタ１０２０の表面を覆うように基板１０００の上面に堆積される。幾つかの実施形態では、条件付き耐エッチング性材料１１３０は窒化物であり得る。
【０２６４】
図９の方法におけるステップ９０６は、ステップ９０４中に基板上に堆積された条件付き耐エッチング性材料上に第１のパターンを適用することを含む。図１２に示されるように、パターンにより、条件付き耐エッチング性材料１１３０を基板１０００の選択領域（例えば、基板１０００の左側のフォトトランジスタアレイの表面）から除去することができる。ステップ９０４中に基板１０００に堆積された条件付き耐エッチング性材料１１３０へのパターンの塗布は、半導体処理業界で周知のように、リソグラフィプロセスにより達成することができる。そのようなリソグラフィプロセスは、例えば、Ｅビーム、Ｘ線、ＵＶ、及び深ＵＶを含む。通常、ポリマーを使用してパターンを画定する。
【０２６５】
図９の方法のステップ９０８に記載されるように、ステップ９０６において堆積されたパターン（例えば、ポリマー）は、続けて、光応答層をパターン上に堆積させ、次に光応答層の部分を選択的に光（例えば、光応答層の材料に適した波長及び強度を有する光）に露出させることにより処理される。
【０２６６】
図９の方法におけるステップ９１０は、第１の所定の位置まで下方に光応答層（及び光応答層のエッチング可能部分の下にある任意の条件付き耐エッチング性材料）をエッチングすることを含む。図１２に示されるように、第１の所定の位置は、例えば、基板の表面（例えば、フォトトランジスタ１０２０の表面）であり得る。
【０２６７】
図９の方法における任意選択的な後続のステップの組（図示せず）は、基板に条件付き耐エッチング性層がパターン化された後、導電性材料の層を堆積させ、パターン化し、エッチングすることである。図１３に示されるように、導電材料１３３０を基板表面（例えば、基板１０００の左側のフォトトランジスタ１０２０の表面）並びにステップ９０８及び９１０中に除去されなかった条件付き耐エッチング性層１１３０の部分の両方上に堆積させることができる。導電材料１３３０は、例えば、アモルファスシリコン又は高濃度ドープシリコン等の導電性シリコンであり得る。図１４に示されるように、次に、導電材料１３３０のパターン化及びエッチングにより、導電材料１３３０が上（例えば、基板１０００の左側のフォトトランジスタ１０２０の表面上）に直接堆積された基板１０００の第１の部分及び条件付き耐エッチング性材料の層１１３０が上（例えば、基板１０００の右側のフォトトランジスタ１０２０の表面上）に直接堆積された基板１０００の第２の部分を生成することができる。
【０２６８】
図９の方法におけるステップ９１２は、基板（及び基板上に既に堆積し、エッチングにより除去されていない任意の材料）上に少なくとも１つの誘電層を堆積させることを含む。本明細書の他の箇所に記載される（例えば、図１Ｂのデバイスに関連して）ように、誘電層の積層の個々の層（例えば、誘電材料の第１の層、誘電材料の第２の層、誘電材料の第３の層等）を順次基板上に堆積させることができる。例えば、図１５に示されるように、２層の誘電材料からなる誘電体積層１５３０を基板１０００上に堆積させることができる。本明細書における他のセクションとの一貫性のために、誘電体積層１５３０の第１の層は、基板１０００上に堆積される最初の層である必要はない。むしろ、第１及び第２という用語は、任意に又は表面から始まり、基板の内側に向かって移る誘電材料の層の順序に関して使用することができる。したがって、図１５に関しては、基板１０００上に堆積される誘電材料の第１の層は、誘電材料の「第２の層」であり得、基板１０００上に堆積される誘電材料の第２の層は、誘電材料の「第１の層」であり得る。
【０２６９】
図９の方法におけるステップ９１４は、少なくとも１つの誘電層上に第２のパターンを適用し、少なくとも１つの誘電層を第２の所定の位置までエッチングすることを含む。幾つかの実施形態では、第２の所定の位置は、条件付き耐エッチング性材料の層１１３０の表面であり得る。したがって、図１６に示されるように、誘電体積層１５３０の層は、条件付き耐エッチング性材料１１３０の表面まで下方に基板１０００の選択された部分から離れてエッチングすることができる。上述したように、条件付き耐エッチング性材料１１３０は窒化物であり得る。したがって、ステップ９１４において使用されるエッチング材料は、誘電材料をエッチングして除去するが、窒化物は除去しないことに適した材料であり得る。
【０２７０】
様々な実施形態において、任意選択的なステップを更に実行し得る。例えば、第３のパターンを堆積させることができ、条件付き耐エッチング性層を剥がすことができる（任意選択的に、最高で１０ｕｍまでシリコン基板中にエッチングすることができる）。図１７に示されるように、条件付き耐エッチング性層１１３０を基板１０００の右側からエッチングして除去し、その結果、右側のフォトトランジスタ１０２０の表面を再度露出させる。加えて、図１８に示されるように、基板１０００の下部の酸化物を剥がし、裏面を金属化して、導電性金属（例えば、銀又は金）の層１８３０を基板に追加するステップを行うことができる。その結果生成される図１８に示される基板は、ＤＥＰ力を生成するように構成される第１のセクション（例えば、右側）と、エレクトウェッティング力を生成するように構成される第２のセクション（例えば、左側）とを有することができる。第１のセクションと第２のセクションとの接合部において、基板は、少なくともＤＥＰ力及びエレクトロウェッティング力の生成に関して電気的に非活性であり得る。非活性領域の厚さは、マスキング及びエッチングステップの精度に依存し、例えば、２ｍｍ未満（例えば、１．５ｍｍ未満、１．０ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、又はそれよりも小さい）の厚さであり得る。
【０２７１】
本発明の特定の実施形態及び適用について本明細書において説明したが、これらの実施形態及び適用は単なる例であり、多くの変形形態が可能である。例えば、図８の方法は、細胞分泌物を含有する試料材料（例えば、試料材料６８２が１つ又は複数の生体細胞の培養に使用された後）に関して実行することができる。そのような実施形態では、ステップ８０２は同じままであるが、ステップ８０４は、微小物体を含まず、細胞分泌物を含む試料材料６２２等の水性媒体のみを含むことができる液滴６３２を不混和性媒体含有チャンバ６１６／７１６に移動させることを含み、ステップ８０６及び８０８は、そのような水性媒体含有液滴６３２に対して実行される。更に、本明細書において考察されたエレクトロウェッティング構成は、当技術分野で既知の任意のタイプのエレクトロウェッティング構成であり得、その例は、米国特許第６，９５８，１３２号（ＯＥＷ構成について）及び米国特許出願公開第２０１６／０１５８７４８号（片面ＯＥＷ構成について）において開示されている。エレクトウェッティング構成の他の例としては、電子的に制御することができる誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）デバイスが挙げられ、その例は米国特許第８，６８５，３４４号に開示されている。同様に、本明細書において考察された誘電泳動構成も当技術分野で既知の任意のタイプの誘電泳動構成であり得、その例は、米国特許第ＲＥ４４，７１１号（Wuら）、同第７，９５６，３３９号（Ohtaら）、同第６，２９４，０６３号（Beckerら）、同第６，９４２，７７６号（Medoro）、及び同第９，４０３，１７２号（Wuら）に開示されている。上記米国特許文献は、全て全体として参照により本明細書に援用される。
【実施例】
【０２７２】
システム及びマイクロ流体デバイス：マイクロ流体デバイス及びマイクロ流体デバイスを動作させる機器をBerkeley Lights, Inc.により製造した。システムは、少なくともフローコントローラ、温度コントローラ、流体媒体調整及びポンプ構成要素、光活性化ＤＥＰ又はＥＷ構成用の光源、マウントステージ、並びにカメラを含んだ。マイクロ流体デバイスは、後述する表面を有するＥＷ構成を含んだ。
【０２７３】
例１．修飾された内面を有するエレクトロウェッティングマイクロ流体デバイスの準備
感光シリコンの半導体層及びアルミナの上面を有する誘電層を有する電極活性化基板を含んだベースと、ＩＴＯ電極を有するガラス支持体を有するカバーと、ベースとカバーとを隔てる光パターン化可能シリコンのマイクロ流体回路材料とを有するマイクロ流体デバイス（Berkeley Lights, Inc.）を、１００Ｗ電力、２４０ｍトール（約３１．９Ｐａ）圧及び４４０ｓｃｃｍ酸素流量を使用して１分間、酸素プラズマクリーナ（Nordson Asymtek）内で処理した。真空反応室の下部にフォイルボート内にトリメトキシ（３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，９，９，１０，１０，１１，１１，１２，１２，１３，１３，１４，１４，１５，１５，１６，１６，１６）−ノナイコサフルオロヘキサデシル（nonaicosafluorohexadecyl））シラン（０．３ｇ、合成の詳細は２０１６年１０月１９日出願の米国仮特許出願第６２／４１０２３８号に記載されている）があり、真空反応室の下部に別個のフォイルボート内の、水反応物質源としての硫酸マグネシウム七水和物（０．５ｇ、Acros）が存在する状態で、プラズマ処理されたマイクロ流体デバイスを真空反応室内で処理した。次に、真空ポンプを使用してチャンバを７５０ｍトール（約９９．９Ｐａ）にし、封止した。真空反応室を１８０℃に加熱したオーブン内に２４時間〜４８時間配置した。室温まで冷まし、真空室にアルゴンを導入した後、全ての内面にジメトキシ（３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，９，９，１０，１０，１１，１１，１２，１２，１３，１３，１４，１４，１５，１５，１６，１６，１６−ノナコサフルオロ−ヘキサデシル）シロキシ部分の疎水性外層を有するマイクロ流体デバイスを反応室から取り出した。取り出した後、使用前にマイクロ流体デバイスをシリコーン油（５センチストーク（５ｍｍ２／ｓ）粘度、Gelestカタログ番号ＤＭＳ−Ｔ０５）でプライミングした。図２０Ａ〜図２０Ｃは、不混和性シリコーン油相内で、疎水性層（すなわち、液滴作動表面）上を動いている水滴の連続写真画像である。液滴は、マイクロ流体デバイスの光学的に作動するエレクトロウェッティング構成及び液滴作動表面を使用して、優れた移動能力を示した。
【０２７４】
実施形態の列挙
１．エレクトロウェッティング構成を有するマイクロ流体デバイスであって、
誘電層、液滴作動表面、及びＡＣ電圧源に接続されるように構成される第１の電極を有する基板と、
ＡＣ電圧源に接続されるように構成される第２の電極と
を含み、
誘電層は、第１の電極に電気的に結合され、
液滴作動表面は、誘電層に共有結合された疎水性層を含む、マイクロ流体デバイス。
【０２７５】
２．片面エレクトロウェッティング構成を有する、実施形態１に記載のマイクロ流体デバイス。
【０２７６】
３．第２の電極は、基板に含まれるメッシュ電極である、実施形態２に記載のマイクロ流体デバイス。
【０２７７】
４．光学エレクトロウェッティング（ＯＥＷ）構成を有する、実施形態１に記載のマイクロ流体デバイス。
【０２７８】
５．誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）構成を有する、実施形態１に記載のマイクロ流体デバイス。
【０２７９】
６．疎水性層は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドを表面に結合させる結合基とを含む単層であり、液滴作動表面は、式ＩＩ：
【化１４】
2018535088.tif 000018
の構造を有し、式中、
【化１５】
2018535088.tif 000019
は、誘電層の表面であり、Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−であり、Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ表面に接続し、Ｚは、表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Ｙは、表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Ｒは、水素又はフッ素であり、Ｍは、水素又はフッ素であり、ｈは、独立して２又は３の整数であり、ｊは、１であり、ｋは、０又は１であり、ｍは、０又は１〜２０の整数であり、ｎは、０又は１〜２０の整数であり、（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり、ｋが１である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及びｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である、実施形態１〜５のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０２８０】
７．デバイスのエレクトロウェッティング構成は、デバイスの第１のセクションによって構成され、デバイスは、誘電泳動（ＤＥＰ）構成を有する第２のセクションを更に含む、実施形態１〜６のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０２８１】
８．マイクロ流体デバイスであって、電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有する基板と、電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有するカバーと、少なくとも１つの離間要素とを含み、
基板及びカバーは、互いに実質的に平行であり、且つ離間要素によって一緒に接合されて、液体を保持するように構成されるエンクロージャを画定し、基板は、エンクロージャを部分的に画定する液滴作動表面を有し、液滴作動表面は、誘電内層及び疎水性外層を有し、
疎水性外層は、誘電内層の表面に共有結合した自己会合性分子を含み、それによりその上に高密度の疎水性単層を形成し、
基板の少なくとも１つの電極及びカバーの少なくとも１つの電極が電圧源の逆の端子に接続される場合、基板は、基板の液滴作動表面に接触する水性液滴にエレクトロウェッティング力を適用することが可能である、マイクロ流体デバイス。
【０２８２】
９．疎水性単層の自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドを誘電内層の表面に結合させる結合基とをそれぞれ含み、液滴作動表面は、式ＩＩ：
【化１６】
2018535088.tif 000020
の構造を有し、式中、
【化１７】
2018535088.tif 000021
は、誘電層の表面であり、Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−であり、Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ表面に接続し、Ｚは、表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Ｙは、表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Ｒは、水素又はフッ素であり、Ｍは、水素又はフッ素であり、ｈは、独立して２又は３の整数であり、ｊは、１であり、ｋは、０又は１であり、ｍは、０又は１〜２０の整数であり、ｎは、０又は１〜２０の整数であり、（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり、ｋが１である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及びｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である、実施形態８に記載のマイクロ流体装置。
【０２８３】
１０．Ｖは、−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−である、実施形態９に記載のマイクロ流体デバイス。
【０２８４】
１１．Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−である、実施形態９に記載のマイクロ流体デバイス。
【０２８５】
１２．ｎは、１〜２０の整数であり、Ｒは、水素である、実施形態９〜１１のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０２８６】
１３．ｍは、１〜２０の整数であり、Ｍは、水素である、実施形態１２に記載のマイクロ流体デバイス。
【０２８７】
１４．ｍは、２である、実施形態１３に記載のマイクロ流体デバイス。
【０２８８】
１５．ｎは、１〜２０の整数であり、Ｒは、フッ素である、実施形態９〜１１のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０２８９】
１６．ｍは、１〜２０の整数であり、Ｍは、水素である、実施形態１５に記載のマイクロ流体デバイス。
【０２９０】
１７．ｍは、２である、実施形態１６に記載のマイクロ流体デバイス。
【０２９１】
１８．ｋは、１である、実施形態９〜１７のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０２９２】
１９．ｋは、０である、実施形態９〜１７のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０２９３】
２０．（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１３〜１９の整数である、実施形態９〜１９のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０２９４】
２１．基板の液滴作動表面の疎水性外層は、５ナノメートル未満の厚さを有する、実施形態８〜２０のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０２９５】
２２．基板の液滴作動表面の疎水性外層は、選択領域が疎水性外層の残りの部分と比較して相対的に親水性であるようにパターン化される、実施形態８〜２１のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０２９６】
２３．基板の液滴作動表面の誘電内層は、酸化物を含む誘電体材料の第１の層を含む、実施形態８〜２２のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０２９７】
２４．酸化物は、金属酸化物である、実施形態８〜２３のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０２９８】
２５．金属酸化物は、酸化アルミニウムである、実施形態２４に記載のマイクロ流体デバイス。
【０２９９】
２６．誘電体材料の第１の層は、原子層堆積によって形成される、実施形態２３〜２５のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３００】
２７．基板の液滴作動表面の誘電内層は、誘電体材料の第２の層を更に含み、疎水性外層は、誘電体材料の第１の層に共有結合する、実施形態２３〜２６のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３０１】
２８．誘電体材料の第２の層は、酸化物又は窒化物を含む、実施形態２７に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３０２】
２９．誘電体材料の第２の層は、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素からなる群から選択される、実施形態２８に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３０３】
３０．誘電体材料の第２の層は、プラズマ化学気相成長法によって形成される、実施形態２７〜２９のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３０４】
３１．誘電体材料の第１の層は、誘電体材料の第１及び第２の副層を含み、第１の副層は、疎水性層に共有結合する、実施形態２３〜３０のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３０５】
３２．誘電体材料の第１の副層は、酸化ケイ素を含む、実施形態３１に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３０６】
３３．誘電体材料の第１の副層は、ＡＬＤによって堆積される、実施形態３１に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３０７】
３４．誘電体材料の第１の層は、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍの厚さを有する、実施形態３１〜３３のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３０８】
３５．誘電体材料の第１の副層は、約２ｎｍ〜約１０ｎｍの厚さを有する、実施形態３４に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３０９】
３６．基板の液滴作動表面の誘電内層は、少なくとも約４０ナノメートルの厚さを有する、実施形態８〜３５のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３１０】
３７．基板の液滴作動表面の誘電内層は、約４０ナノメートル〜約１２０ナノメートルの厚さを有する、実施形態３６に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３１１】
３８．基板は、誘電内層に接触する第１の面及び少なくとも１つの電極に接触する第２の面を有する光応答層を更に含む、実施形態８〜３７のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３１２】
３９．光応答層は、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を含む、実施形態３８に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３１３】
４０．光応答層は、少なくとも９００ナノメートルの厚さを有する、実施形態３８又は３９に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３１４】
４１．光応答層は、約９００ナノメートル〜１１００ナノメートルの厚さを有する、実施形態４０に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３１５】
４２．光応答層は、複数の導体を含み、各導体は、フォトトランジスタスイッチを介して基板の少なくとも１つの電極に制御可能に接続可能である、実施形態３８に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３１６】
４３．基板は、ＡＣ電圧源に接続されるように構成される単一の電極を含み、単一の電極は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の層を含む、実施形態８〜４２のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３１７】
４４．基板は、ＡＣ電圧源に接続されるように構成される単一の電極を含み、単一の電極は、導電性シリコンの層を含む、実施形態８〜４２のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３１８】
４５．基板は、複数の電極を含み、各電極は、１つ又は複数のＡＣ電圧源に接続されるように構成される、実施形態８〜３７のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３１９】
４６．複数のうちの各電極は、トランジスタスイッチを介して１つ又は複数のＡＣ電圧源の１つに接続可能である、実施形態４５に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３２０】
４７．カバーは、エンクロージャを部分的に画定する内向き面を有し、カバーの内向き面は、内層及び疎水性外層を有し、カバーの疎水性外層は、カバーの内層の表面に共有結合した自己会合性分子を含み、それによりその上に高密度の疎水性単層を形成する、実施形態８〜４６のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３２１】
４８．カバーの疎水性単層の自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドをカバーの内層の表面に結合させる結合基とをそれぞれ含み、カバーの内向き面は、式ＩＩ：
【化１８】
2018535088.tif 000022
の構造体を有し、式中、
【化１９】
2018535088.tif 000023
は、誘電層の表面であり、Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−であり、Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ表面に接続し、Ｚは、表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Ｙは、表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Ｒは、水素又はフッ素であり、Ｍは、水素又はフッ素であり、ｈは、独立して２又は３の整数であり、ｊは、１であり、ｋは、０又は１であり、ｍは、０又は１〜２０の整数であり、ｎは、０又は１〜２０の整数であり、（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり、ｋが１である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及びｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である、実施形態４７に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３２２】
４９．カバーの疎水性単層の自己会合性分子は、基板の液滴作動表面の疎水性単層の自己会合性分子と同じである、実施形態４８に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３２３】
５０．カバーの内向き面の疎水性外層は、５ナノメートル未満の厚さを有する、実施形態４７〜４９のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３２４】
５１．カバーの内層は、誘電内層である、実施形態４７〜５０のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３２５】
５２．カバーは、光応答層を更に含む、実施形態５１に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３２６】
５３．カバーは、複数の電極を含み、各電極は、１つ又は複数のＡＣ電圧源に接続されるように構成される、実施形態５１に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３２７】
５４．少なくとも１つの離間要素は、シリコンベースの有機ポリマーを含む、実施形態８に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３２８】
５５．シリコンベースの有機ポリマーは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）及び光パターン化可能シリコーン（ＰＰＳ）からなる群から選択される、実施形態５４に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３２９】
５６．少なくとも１つの離間要素は、ＳＵ−８を含む、実施形態８〜５３のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３３０】
５７．少なくとも１つの離間要素は、少なくとも３０μｍの厚さを有する、実施形態８〜５６のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３３１】
５８．少なくとも１つの離間要素は、エンクロージャ内に１つ又は複数のマイクロチャネルを画定する、実施形態８〜５７のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイス。
【０３３２】
５９．少なくとも１つの離間要素は、エンクロージャ内に複数のチャンバを更に画定し、各チャンバは、少なくとも１つのマイクロチャネルが終わる箇所で開く、実施形態５８に記載のマイクロ流体デバイス。
【０３３３】
６０．マイクロ流体装置を製造する方法であって、電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有するカバーの内面に離間要素を接合することと、
電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有する基板の誘電面に離間要素及びカバーを接合することであって、それにより、離間要素は、カバー及び基板が互いに実質的に平行な向きにされた状態で、カバーの内層と基板の誘電面との間に挟まれ、基板、離間要素、及びカバーは、集合的に、液体を保持するように構成されるエンクロージャを画定する、接合することと、蒸着により、高密度の疎水性単層をカバーの内面の少なくとも一部に形成することであって、疎水性単層は、カバーの内面に共有結合した自己会合性分子を含む、形成することと、
蒸着により、高密度の疎水性単層を基板の誘電面の少なくとも一部に形成することであって、疎水性単層は、基板の誘電面に共有結合された自己会合性分子を含む、形成することと
を含む、方法。
【０３３４】
６１．カバーの疎水性分子の自己会合性分子及び基板の疎水性単層の自己会合性分子は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドをカバーの内面及び基板の誘電面にそれぞれ結合させる結合基とをそれぞれ含み、カバー及び基板の結果的な表面は、式ＩＩ：
【化２０】
2018535088.tif 000024
の構造体を有し、式中、
【化２１】
2018535088.tif 000025
は、誘電層の表面であり、Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−であり、Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ表面に接続し、Ｚは、表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Ｙは、表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Ｒは、水素又はフッ素であり、Ｍは、水素又はフッ素であり、ｈは、独立して２又は３の整数であり、ｊは、１であり、ｋは、０又は１であり、ｍは、０又は１〜２０の整数であり、ｎは、０又は１〜２０の整数であり、（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり、ｋが１である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及びｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である、実施形態６０に記載の方法。
【０３３５】
６２．Ｖは、−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−である、実施形態６１に記載の方法。
【０３３６】
６３．Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−である、実施形態６１に記載の方法。
【０３３７】
６４．ｎは、１〜２０の整数であり、Ｒは、水素である、実施形態６１〜６３のいずれか１つに記載の方法。
【０３３８】
６５．ｍは、１〜２０の整数であり、Ｍは、水素である、実施形態６４に記載の方法。
【０３３９】
６６．ｍは、２である、実施形態６５に記載の方法。
【０３４０】
６７．ｎは、１〜２０の整数であり、Ｒは、フッ素である、実施形態６１〜６３のいずれか１つに記載の方法。
【０３４１】
６８．ｍは、１〜２０の整数であり、Ｍは、水素である、実施形態６７に記載の方法。
【０３４２】
６９．ｍは、２である、実施形態６８に記載の方法。
【０３４３】
７０．ｋは、１である、実施形態６１〜６９のいずれか１つに記載の方法。
【０３４４】
７１．ｋは、０である、実施形態６１〜６９のいずれか１つに記載の方法。
【０３４５】
７２．（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１３〜１９の整数である、実施形態６１〜７１のいずれか１つに記載の方法。
【０３４６】
７３．マイクロ流体装置であって、誘電体積層と、電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極とを有する導電性シリコン基板と、電圧源に接続されるように構成される少なくとも１つの電極を有するカバーと、少なくとも１つの離間要素とを含み、
導電性シリコン基板及びカバーは、互いに実質的に平行であり、且つ離間要素によって一緒に接合されて、液体を保持するように構成されるエンクロージャを画定し、
導電性シリコン基板は、エンクロージャを部分的に画定する内向き面を有し、内向き面は、誘電体積層の最外面を含み、
基板の少なくとも１つの電極及びカバーの少なくとも１つの電極がＡＣ電圧源の逆の端子に接続される場合、基板は、基板の内向き面に接触する水性液滴にエレクトロウェッティング力を適用することが可能である、マイクロ流体装置。
【０３４７】
７４．導電性シリコン基板は、アモルファスシリコンを含む、実施形態７３に記載のマイクロ流体装置。
【０３４８】
７５．導電性シリコン基板は、フォトトランジスタアレイを含む、実施形態７３に記載のマイクロ流体装置。
【０３４９】
７６．導電性シリコン基板は、電極のアレイを含む、実施形態７３に記載のマイクロ流体装置。
【０３５０】
７７．導電性シリコン基板の内向き面は、疎水性外層を更に含み、疎水性外層は、内部誘電体積層に共有結合された自己会合性分子を含む、実施形態７３〜７６のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３５１】
７８．内部誘電体積層は、誘電体材料の第１の層及び誘電体材料の第２の層を含む、実施形態７３〜７７のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３５２】
７９．誘電体材料の第１の層は、第１の表面及び逆表面を有し、第１の層の第１の表面は、第２の層と隣り合い、第１の層の逆表面は、誘電体積層の最外面を形成する、実施形態７８に記載のマイクロ流体装置。
【０３５３】
８０．誘電体材料の第１の層は、金属酸化物を含む、実施形態７８又は７９に記載のマイクロ流体装置。
【０３５４】
８１．誘電体材料の第１の層は、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウムを含む、実施形態８０に記載のマイクロ流体装置。
【０３５５】
８２．誘電体材料の第２の層は、酸化物又は窒化物を含む、実施形態７８〜８１のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３５６】
８３．誘電体材料の第２の層は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含む、実施形態８２に記載のマイクロ流体装置。
【０３５７】
８４．第２の層は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）技法によって堆積される、実施形態７８〜８３のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３５８】
８５．第１の層は、原子層堆積（ＡＬＤ）技法によって堆積される、実施形態７８〜８４のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３５９】
８６．内部誘電体積層は、第１の表面及び逆表面を有する第３の層を含み、第３の層の第１の表面は、第１の層と隣り合い、第３の層の逆表面は、誘電体積層の最外面を形成する、実施形態７８〜８５のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３６０】
８７．第３の層は、酸化ケイ素を含む、実施形態８６に記載のマイクロ流体装置。
【０３６１】
８８．第３の層は、原子層堆積（ＡＬＤ）技法によって堆積される、実施形態８６又は８７に記載のマイクロ流体装置。
【０３６２】
８９．誘電体材料の第１の層は、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの厚さを有する、実施形態７８〜８５のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３６３】
９０．誘電体材料の第１の層は、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚さを有し、及び誘電体材料の第３の層は、約２ｎｍ〜１０ｎｍの厚さを有する、実施形態８６〜８８のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３６４】
９１．誘電体材料の第２の層は、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有する、実施形態７８〜９０のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３６５】
９２．基板の液滴作動表面の誘電体積層は、少なくとも約４０ナノメートルの厚さを有する、実施形態７３〜９１のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３６６】
９３．基板の液滴作動表面の誘電体積層は、約４０ナノメートル〜約１２０ナノメートルの厚さを有する、実施形態９２に記載のマイクロ流体装置。
【０３６７】
９４．誘電層は、約５０ｋオーム〜約１５０ｋオームのインピーダンスを有する、実施形態７３〜９３のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３６８】
９５．
第１の周波数における第１の印加電圧に応答して第１のマイクロ流体動作を実行する誘電泳動モジュールと、
誘電泳動モジュールから出力を受信し、且つ第２の周波数における第２の印加電圧に応答して第２のマイクロ流体動作を実行するエレクトロウェッティングモジュールと
を含み、
エレクトロウェッティングモジュールは、導電性シリコン基板の誘電体積層を含む、実施形態７３〜９４のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３６９】
９６．第１のモジュールと第２のモジュールとの間にブリッジを更に含む、実施形態９５に記載のマイクロ流体装置。
【０３７０】
９７．ブリッジは、第１又は第２のマイクロ流体動作を実行しない、実施形態９６に記載のマイクロ流体装置。
【０３７１】
９８．ブリッジは、電気的に中性である、実施形態９６又は９７に記載のマイクロ流体装置。
【０３７２】
９９．ブリッジは、管を含む、実施形態９６〜９８のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３７３】
１００．ブリッジは、ポリマーを含む、実施形態９６〜９８のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３７４】
１０１．出力は、生体材料を含む、実施形態９５〜１００のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３７５】
１０２．第１の周波数は、１００ｋＨｚ〜１０ｍＨｚの範囲内である、実施形態９５〜１０１のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３７６】
１０３．第２の周波数は、１ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲内である、実施形態９５〜１０２のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３７７】
１０４．第１の電圧は、１〜１０ボルトの範囲内である、実施形態９５〜１０３のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３７８】
１０５．第２の電圧は、１０〜１００ボルトの範囲内である、実施形態９５〜１０４のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３７９】
１０６．導電性シリコン基板は、モノリシックである、実施形態９５〜１０５のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３８０】
１０７．導電性シリコン基板は、デュオリシックである、実施形態９５〜１０６のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置。
【０３８１】
１０８．導電性シリコン基板は、アモルファスシリコンを含む、実施形態１０６に記載のマイクロ流体装置。
【０３８２】
１０９．導電性シリコン基板は、アモルファスシリコンを含む、実施形態１０７に記載のマイクロ流体装置。
【０３８３】
１１０．導電性シリコン基板は、フォトトランジスタアレイを含む、実施形態１０６に記載のマイクロ流体装置。
【０３８４】
１１１．導電性シリコン基板は、フォトトランジスタアレイを含む、実施形態１０７に記載のマイクロ流体装置。
【０３８５】
１１２．導電性シリコン基板は、電極のアレイを含む、実施形態１０６に記載のマイクロ流体装置。
【０３８６】
１１３．導電性シリコン基板は、電極のアレイを含む、実施形態１０７に記載のマイクロ流体装置。
【０３８７】
１１４．水性媒体と相溶性であり且つ／又は水性媒体に溶融可能な微小物体、生物由来物質、及び／又は試剤を輸送するシステムであって、
ベース及びマイクロ流体回路構造体を含むエンクロージャを有するマイクロ流体デバイスであって、ベースは、ベースの上面の少なくとも一部に共有結合した疎水性単層を含む、マイクロ流体デバイスと、
水性媒体と混合しない第１の流体媒体と、
少なくとも１つの水性液滴と
を含む、システム。
【０３８８】
１１５．疎水性単層は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドを表面に結合させる結合基とを有し、疎水性表面は、式ＩＩ：
【化２２】
2018535088.tif 000026
の構造体を有し、式中、
【化２３】
2018535088.tif 000027
は、表面であり、Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−であり、Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ表面に接続し、Ｚは、表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Ｙは、表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Ｒは、水素又はフッ素であり、Ｍは、水素又はフッ素であり、ｈは、独立して２又は３の整数であり、ｊは、１であり、ｋは、０又は１であり、ｍは、０又は１〜２０の整数であり、ｎは、０又は１〜２０の整数であり、（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり、ｋが１である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及びｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である、実施形態１１４に記載のシステム。
【０３８９】
１１６．ベースは、導電性基板を含む、実施形態１１４又は１１５に記載のシステム。
【０３９０】
１１７．マイクロ流体デバイスは、実施形態１〜５９のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイスである、実施形態１１４〜１１６のいずれか１つに記載のシステム。
【０３９１】
１１８．マイクロ流体デバイスは、光学作動ＥＷ構成を含む、実施形態１１７に記載のシステム。
【０３９２】
１１９．マイクロ流体デバイスは、ＤＥＰ構成を更に含む、実施形態１１７又は１１８に記載のシステム。
【０３９３】
１２０．第１の流体媒体は、炭素、ケイ素、及び酸素から選択される原子を含む主鎖構造を有する少なくとも１つの有機化合物又は有機ケイ素化合物を含む、実施形態１１４〜１１９のいずれか１つに記載のシステム。
【０３９４】
１２１．少なくとも１つの有機ケイ素化合物の主鎖構造は、ケイ素原子及び任意選択的に酸素原子を含む、実施形態１２０に記載のシステム。
【０３９５】
１２２．少なくとも１つの有機化合物の主鎖構造は、炭素原子及び任意選択的に酸素原子を含む、実施形態１２０に記載のシステム。
【０３９６】
１２３．主鎖構造は、分岐している、実施形態１２２に記載のシステム。
【０３９７】
１２４．第１の流体媒体は、１つ又は複数の非環式の有機化合物又は有機ケイ素化合物を含む、実施形態１２０〜１２３のいずれか１つに記載のシステム。
【０３９８】
１２５．第１の流体媒体は、非環式の有機化合物又は有機ケイ素化合物からなる、実施形態１２４に記載のシステム。
【０３９９】
１２６．第１の流体媒体は、パーフルオロ化炭素原子を含まない、実施形態１１４〜１２５のいずれか１つに記載のシステム。
【０４００】
１２７．第１の流体媒体の化合物の炭素原子の置換基は、９０％以下のフッ素置換基を含む、実施形態１１４〜１２５のいずれか１つに記載のシステム。
【０４０１】
１２８．表面修飾リガンドは、疎水性単層の内向きの末端においてパーフルオロ化炭素原子を含む少なくとも第１の部分を含む、実施形態１１５〜１２５のいずれか１つに記載のシステム。
【０４０２】
１２９．疎水性単層の全ての炭素原子は、パーフルオロ化される、実施形態１２８に記載のシステム。
【０４０３】
１３０．第１の流体媒体は、２つ以上の有機化合物又は有機ケイ素化合物を含む、実施形態１１４〜１２９のいずれか１つに記載のシステム。
【０４０４】
１３１．エンクロージャは、カバーを更に含む、実施形態１１４〜１３０のいずれか１つに記載のシステム。
【０４０５】
１３２．カバーは、光を透過する、実施形態１３１に記載のシステム。
【０４０６】
１３３．カバーは、ガラス及び／又はインジウムタンタル酸化物（ＩＴＯ）を含む、実施形態１３１又は１３２に記載のシステム。
【０４０７】
１３４．カバーは、電極を含む、実施形態１３１〜１３３のいずれか１つに記載のシステム。
【０４０８】
１３５．水性液滴は、界面活性剤を含む、実施形態１１４〜１３４のいずれか１つに記載のシステム。
【０４０９】
１３６．界面活性剤は、非イオン性界面活性剤を含む、実施形態１３５に記載のシステム。
【０４１０】
１３７．界面活性剤は、ブロックアルキレンオキシドコポリマー、脂肪酸エステルエトキシル化ソルビタン、エトキシル化フッ素系界面活性剤、ドデシル硫酸ナトリウム、又は２，４，７，９，テトラメチル−５−デシン−４，７，−ジオールエトキシレートを含む、実施形態１３５又は１３６に記載のシステム。
【０４１１】
１３８．界面活性剤は、Capstone（登録商標）FS-30（DuPont商標、Synquest Laboratories）を含む、実施形態１３５〜１３７のいずれか１つに記載のシステム。
【０４１２】
１３９．液滴は、リン酸緩衝生理食塩溶液を含む、実施形態１１４〜１３９のいずれか１つに記載のシステム。
【０４１３】
１４０．水性液滴は、少なくとも１つの微小物体を含む、実施形態１１４〜１３９のいずれか１つに記載のシステム。
【０４１４】
１４１．微小物体は、生物学的微小物体である、実施形態１４０に記載のシステム。
【０４１５】
１４２．水性液滴は、核酸及び／又はタンパク質を含む生物由来物質を含む、実施形態１１４〜１４１のいずれか１つに記載のシステム。
【０４１６】
１４３．水性液滴は、試剤を含む、実施形態１１４〜１４２のいずれか１つに記載のシステム。
【０４１７】
１４４．水性媒体と相溶性であり且つ／又は水性媒体に溶融可能な微小物体、生物由来物質、及び／又は試剤を輸送するキットであって、ベース及びマイクロ流体回路構造体を含むエンクロージャを有するマイクロ流体デバイスであって、ベースは、ベースの上面の少なくとも一部に共有結合した疎水性単層を含む、マイクロ流体デバイスと、水性媒体と混合しない第１の流体媒体とを含む、キット。
【０４１８】
１４５．疎水性単層は、表面修飾リガンドと、表面修飾リガンドを表面に結合させる結合基とを有し、疎水性表面は、式ＩＩ：
【化２４】
2018535088.tif 000028
の構造体を有し、式中、
【化２５】
2018535088.tif 000029
は、表面であり、Ｖは、−Ｐ（Ｏ）（ＯＹ）Ｗ−又は−Ｓｉ（ＯＺ）２Ｗ−であり、Ｗは、−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−であり、且つ表面に接続し、Ｚは、表面に付着した隣接ケイ素原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Ｙは、表面に付着した隣接リン原子への結合であるか、又は表面への結合であり、Ｒは、水素又はフッ素であり、Ｍは、水素又はフッ素であり、ｈは、独立して２又は３の整数であり、ｊは、１であり、ｋは、０又は１であり、ｍは、０又は１〜２０の整数であり、ｎは、０又は１〜２０の整数であり、（ｎ＋［（ｈ＋ｊ）・ｋ］＋ｍ）の和は、１１〜２５の整数であり、ｋが１である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素であり、及びｋが０であり、且つＲがフッ素である場合、ｍは、少なくとも２であり、且つＭは、水素である、実施形態１４４に記載のキット。
【０４１９】
１４６．ベースは、導電性基板を含む、実施形態１４４又は１４５に記載のキット。
【０４２０】
１４７．マイクロ流体デバイスは、実施形態１〜５９のいずれか１つに記載のマイクロ流体デバイスである、実施形態１４４又は１４５に記載のキット。
【０４２１】
１４８．実施形態８〜５９のいずれか１つに記載のマイクロ流体装置を動作させるプロセスであって、
エンクロージャ又はその一部に第１の流体媒体を充填することと、
ＡＣ電圧電位を基板の少なくとも１つの電極とカバーの少なくとも１つの電極との間に印加することと、
液体の第１の液滴をエンクロージャに導入することであって、第１の液滴は、第１の流体媒体と混合しない、導入することと、
エレクトロウェッティング力を第１の液滴に適用することにより、第１の液滴をエンクロージャ内の所望の位置に移動させることと
を含む、プロセス。
【０４２２】
１４９．第１の液体媒体は、油である、実施形態１４８に記載のプロセス。
【０４２３】
１５０．第１の液体媒体は、シリコーン油、フッ素化油、又はそれらの組み合わせである、実施形態１４８に記載のプロセス。
【０４２４】
１５１．印加されるＡＣ電圧電位は、少なくとも２０ｐｐＶである、実施形態１４８〜１５０のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４２５】
１５２．印加されるＡＣ電圧電位は、約２５〜３５ｐｐＶである、実施形態１５１に記載のプロセス。
【０４２６】
１５３．印加されるＡＣ電圧電位は、約１〜１００ｋＨｚの周波数を有する、実施形態１４８〜１５２のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４２７】
１５４．マイクロ流体装置は、液滴生成器を含み、液滴生成器は、第１の液滴をエンクロージャに導入する、実施形態１４８〜１５３のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４２８】
１５５．第１の液滴は、水溶液を含む、実施形態１４８〜１５４のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４２９】
１５６．第１の液滴は、少なくとも１つの微小物体を含む、実施形態１５５に記載のプロセス。
【０４３０】
１５７．少なくとも１つの微小物体は、生物学的微小物体である、実施形態１５６に記載のプロセス。
【０４３１】
１５８．生物学的微小物体は、細胞である、実施形態１５７に記載のプロセス。
【０４３２】
１５９．水溶液は、細胞培地である、実施形態１５５〜１５８のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４３３】
１６０．少なくとも１つの微小物体は、対象となる材料に対する親和性を有する捕捉ビーズである、実施形態１５６に記載のプロセス。
【０４３４】
１６１．第１の液滴は、２〜２０個の捕捉ビーズを含む、実施形態１６０に記載のプロセス。
【０４３５】
１６２．対象となる材料は、生体細胞分泌物である、実施形態１６０に記載のプロセス。
【０４３６】
１６３．対象となる材料は、ＤＮＡ、ゲノムＤＮＡ、ミトコンドリアＤＮＡ、ＲＮＡ、ｍＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ、又はそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、実施形態１６０又は１６１に記載のプロセス。
【０４３７】
１６４．１６４．第１の液滴は、試剤を含む、実施形態１５５又は１５６に記載のプロセス。
【０４３８】
１６５．試剤は、細胞溶解試剤である、実施形態１６４に記載のプロセス。
【０４３９】
１６６．試剤は、非イオン性洗剤を含む、実施形態１６５に記載のプロセス。
【０４４０】
１６７．非イオン性洗剤は、０．２％未満の濃度である、実施形態１６６に記載のプロセス。
【０４４１】
１６８．試剤は、タンパク質分解酵素である、実施形態１６４に記載のプロセス。
【０４４２】
１６９．タンパク質分解酵素は、非活性化され得る、実施形態１６８に記載のプロセス。
【０４４３】
１７０．液体の第２の液滴をエンクロージャに導入することであって、第２の液滴の液体は、第１の液体媒体中に混合しないが、第１の液滴の液体と混合する、導入することと、
エレクトロウェッティング力を第２の液滴に適用することにより、エンクロージャ内の第１の液滴に隣接する位置に第２の液滴を移動させることと、
第２の液滴を第１の液滴と混合して、第１の結合液滴を形成することと
を更に含む、実施形態１４８〜１６９のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４４４】
１７１．第２の液滴は、エレクトロウェッティング力を第２の液滴及び／又は第１の液滴に適用することにより、第１の液滴と混合される、実施形態１７０に記載のプロセス。
【０４４５】
１７２．第１の液滴は、生物学的微小物体を含み、第２の液滴は、試剤を含む、実施形態１７０又は１７１に記載のプロセス。
【０４４６】
１７３．第２の液滴に含有される試剤は、溶解バッファー、蛍光標識、及びルミネッセントアッセイ試剤からなる群から選択される、実施形態１７２に記載のプロセス。
【０４４７】
１７４．第２の液滴に含有される試剤は、溶解バッファーであり、生体細胞は、第１の液滴と第２の液滴との混合時に溶解される、実施形態１７２に記載のプロセス。
【０４４８】
１７５．液体の第３の液滴をエンクロージャに導入することであって、第３の液滴の液体は、第１の液体媒体と混合しないが、第１の結合液滴の液体と混合する、導入することと、
エレクトロウェッティング力を第３の液滴に適用することにより、エンクロージャ内の第１の結合液滴に隣接する位置に第３の液滴を移動させることと、
第３の液滴を第１の結合液滴と混合して、第２の結合液滴を形成することと
を更に含む、実施形態１７０〜１７４のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４４９】
１７６．第３の液滴は、エレクトロウェッティング力を第３の液滴及び／又は第１の結合液滴に適用することにより、第１の結合液滴と混合される、実施形態１７５に記載のプロセス。
【０４５０】
１７７．第３の液滴は、試剤を含む、実施形態１７５又は１７６に記載のプロセス。
【０４５１】
１７８．第３の液滴は、プロテアーゼ阻害剤を含む、実施形態１７７に記載のプロセス。
【０４５２】
１７９．第３の液滴は、対象となる材料に対する親和性を有する１〜２０個の捕捉ビーズを含む、実施形態１７７に記載のプロセス。
【０４５３】
１８０．捕捉ビーズは、オリゴヌクレオチド捕捉剤を含む、実施形態１７９に記載のプロセス。
【０４５４】
１８１．オリゴヌクレオチド捕捉剤は、ポリ−ｄＴオリゴヌクレオチドである、実施形態１８０に記載のプロセス。
【０４５５】
１８２．対象となる材料は、ＤＮＡ、ゲノムＤＮＡ、ミトコンドリアＤＮＡ、ＲＮＡ、ｍＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ、又はそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、実施形態１７９〜１８１のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４５６】
１８３．１〜２０個の捕捉ビーズをマイクロ流体装置から搬出することを更に含む、実施形態１７９〜１８２のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４５７】
１８４．液体の第４の液滴をエンクロージャに導入することであって、第４の液滴の液体は、第１の液体媒体と混合しないが、第２の結合液滴の液体と混合する、導入することと、
エレクトロウェッティング力を第４の液滴に適用することにより、エンクロージャ内の第２の結合液滴に隣接する位置に第４の液滴を移動させることと、
第４の液滴を第２の結合液滴と混合して、第３の結合液滴を形成することと
を更に含む、実施形態１７５〜１８３のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４５８】
１８５．第４の液滴は、エレクトロウェッティング力を第４の液滴及び／又は第２の結合液滴に適用することにより、第２の結合液滴と混合される、実施形態１８４に記載のプロセス。
【０４５９】
１８６．第４の液滴は、試剤を含む、実施形態１８４又は１８５に記載のプロセス。
【０４６０】
１８７．第４の液滴に含有される試剤は、緩衝剤、ｄＮＴＰ、及び逆転写反応の実行に適したポリメラーゼを含む混合物を含む、実施形態１８６に記載のプロセス。
【０４６１】
１８８．第４の液滴に含有される試剤は、緩衝剤、ｄＮＴＰ、及び全ゲノム増幅反応の実行に適したポリメラーゼを含む混合物を含む、実施形態１８６に記載のプロセス。
【０４６２】
１８９．第１の液滴、第２の液滴、第３の液滴、及び第４の液滴は、約５〜５０ナノリットルの容量をそれぞれ有する、実施形態１４８〜１８８のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４６３】
１９０．第１の液滴、第２の液滴、及び第３の液滴は、約５〜２０ナノリットルの容量をそれぞれ有する、実施形態１８９に記載のプロセス。
【０４６４】
１９１．第２の液滴及び／又は第３の液滴は、第１の液滴の容量と実質的に等しい容量を有する、実施形態１９０に記載のプロセス。
【０４６５】
１９２．第４の液滴は、第１の液滴の約１〜３倍の容量を有する、実施形態１９０又は１９１に記載のプロセス。
【０４６６】
１９３．第４の液滴は、約１０〜３０ナノリットルの容量を有する、実施形態１９２に記載のプロセス。
【０４６７】
１９４．エンクロージャは、少なくとも１つのマイクロチャネルを含む、実施形態１４８〜１９３のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４６８】
１９５．第１の液滴をエンクロージャ内の所望の位置に移動させることは、少なくとも１つのマイクロチャネルを通して第１の液滴を移動させることを含む、実施形態１９４に記載のプロセス。
【０４６９】
１９６．エンクロージャは、少なくとも１つのマイクロチャネルが終わる箇所で開く複数のチャンバを更に含む、実施形態１９４又は１９５に記載のプロセス。
【０４７０】
１９７．第１の液滴をエンクロージャ内の所望の位置に移動させることは、複数のチャンバのうちの１つのチャンバ内に第１の液滴を移動させることを含む、実施形態１９６に記載のプロセス。
【０４７１】
１９８．第２の液滴を第１の液滴に隣接する位置に移動させることは、少なくとも１つのマイクロチャネルを通して、且つ任意選択的に第１の液滴を含有するチャンバ内に第２の液滴を移動させることを含む、実施形態１９４〜１９７のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４７２】
１９９．第３の液滴を第１の結合液滴に隣接する位置に移動させることは、少なくとも１つのマイクロチャネルを通して、且つ任意選択的に第１の結合液滴を含有するチャンバ内に第３の液滴を移動させることを含む、実施形態１９８に記載のプロセス。
【０４７３】
２００．第４の液滴を第２の結合液滴に隣接する位置に移動させることは、少なくとも１つのマイクロチャネルを通して、且つ任意選択的に第２の結合液滴を含有するチャンバ内に第４の液滴を移動させることを含む、実施形態１９９に記載のプロセス。
【０４７４】
２０１．エレクトロウェッティング力を適用して液滴を移動させ、且つ／又はそれを混合することは、液滴の近傍の基板表面の領域の有効エレクトロウェッティング特性を変えることを含む、実施形態１４８〜２００のいずれか１つに記載のプロセス。
【０４７５】
２０２．有効エレクトロウェッティング特性を変えることは、液滴の近傍の基板表面の領域におけるエレクトロウェッティング電極を活性化することを含む、実施形態２０１に記載のプロセス。
【０４７６】
２０３．基板は、光応答層を含み、液滴の近傍の基板表面の領域におけるエレクトロウェッティング電極を活性化することは、エレクトロウェッティング表面の領域に光のパターンを向けることを含む、実施形態２０２に記載のプロセス。
【０４７７】
均等物
上記の本明細書は、当業者が実施形態を実施できるようにするのに十分であると見なされる。上記説明及び例は、特定の実施形態を詳述し、考えられる最良の形態を説明している。しかし、上記が文章でいかに詳細に見え得るかに関係なく、実施形態が多くの方法で実施可能であり、添付の特許請求の範囲及び任意のその均等物に従って解釈されるべきであることが理解されるであろう。
【図１Ａ】
2018535088.tif 000042
【図１Ｂ】
2018535088.tif 000043
【図１Ｃ】
2018535088.tif 000044
【図１Ｄ】
2018535088.tif 000045
【図２Ａ】
2018535088.tif 000046
【図２Ｂ】
2018535088.tif 000047
【図２Ｃ】
2018535088.tif 000048
【図２Ｄ】
2018535088.tif 000049
【図２Ｅ】
2018535088.tif 000050
【図２Ｆ】
2018535088.tif 000051
【図２Ｇ】
2018535088.tif 000052
【図２Ｈ】
2018535088.tif 000053
【図３Ａ】
2018535088.tif 000054
【図３Ｂ】
2018535088.tif 000055
【図４】
2018535088.tif 000056
【図５】
2018535088.tif 000057
【図６】
2018535088.tif 000058
【図７】
2018535088.tif 000059
【図８】
2018535088.tif 000060
【図９】
2018535088.tif 000061
【図１０】
2018535088.tif 000062
【図１１】
2018535088.tif 000063
【図１２】
2018535088.tif 000064
【図１３】
2018535088.tif 000065
【図１４】
2018535088.tif 000066
【図１５】
2018535088.tif 000067
【図１６】
2018535088.tif 000068
【図１７】
2018535088.tif 000069
【図１８】
2018535088.tif 000070
【図１９Ａ】
2018535088.tif 000071
【図１９Ｂ】
2018535088.tif 000072
【図２０Ａ−２０Ｃ】
2018535088.tif 000073
【国際調査報告】
2018535088.tif 000074
2018535088.tif 000075
2018535088.tif 000076
2018535088.tif 000077
2018535088.tif 000078
2018535088.tif 000079