(57)【要約】  界面動電装置を作動させるためのシステムは、界面動電装置を保持し前記界面動電装置と作用可能に結合するように構成された支持体と、界面動電装置内の一対の電極を横切ってバイアス電圧を印加するように構成された一体型電気信号生成サブシステムと、界面動電装置に構造化光を放射するように構成された光変調サブシステムとを含む。システムは、熱制御式流れ制御器をさらに含むことができ、および／または界面動電装置を横切るインピーダンスを測定するように構成されることができる。システムは、光学系を含む光学顕微鏡であることができる。システムはさらにライトパイプを含むことができ、ライトパイプは、光変調システムの一部であることができ、実質的に均一な強度の光を光変調システムへ、または直接光学系へ供給するように構成することができる。
2018508743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界面動電装置を作動させるためのシステムであって、
界面動電装置を保持し前記界面動電装置と作用可能に結合するように構成された支持体と、
前記界面動電装置が前記支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに前記界面動電装置内の一対の電極を横切ってバイアス電圧を印加するように構成された電気信号生成サブシステムと、
前記界面動電装置が前記支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに前記界面動電装置に構造化光を放射するように構成された光変調サブシステムと
を含む、システム。
【請求項２】
前記支持体は、前記界面動電装置を収容して前記界面動電装置とインターフェースするように構成されたソケットを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電気信号生成サブシステムは、前記界面動電装置が前記支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに前記電極対を横切って印加されるバイアス電圧波形を生成するように構成された波形生成器を含む、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記電気信号生成サブシステムはさらに、前記波形生成器によって生成された前記バイアス波形を増幅するように構成された波形増幅回路を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記電気信号生成サブシステムはさらに、前記バイアス電圧波形を測定するように構成されたオシロスコープを含み、前記測定からのデータは、フィードバックとして前記波形生成器に提供される、請求項３または４に記載のシステム。
【請求項６】
前記界面動電装置が前記支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに前記界面動電装置の温度を調節するように構成された熱制御サブシステムをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記熱制御サブシステムは、熱電発電モジュール、ペルチェ熱電装置、および冷却ユニットを含み、前記熱電発電モジュールは、前記ペルチェ熱電装置の温度を調整するように構成され、前記ペルチェ熱電装置は、前記界面動電装置の表面と前記冷却ユニットの表面との間に配置される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記冷却ユニットは、液体冷却デバイスと、冷却ブロックと、前記液体冷却デバイスおよび前記冷却ブロックの間で冷却液体を循環させるように構成された液体経路とを含み、前記冷却ブロックは前記冷却ユニットの前記表面を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ペルチェ熱電装置および前記熱電発電モジュールは、前記支持体上に取り付けられ、および／または前記支持体と一体化される、請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記支持体はさらに、前記電気信号生成サブシステムおよび前記熱電発電モジュールの一方または両方を制御するマイクロプロセッサを含む、請求項６から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記支持体はプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、前記電気信号生成サブシステム、前記熱電発電モジュール、および前記マイクロプロセッサの少なくとも１つは、前記ＰＣＢ上に取り付けられる、および／または前記ＰＣＢと一体化される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記マイクロプロセッサと作用可能に結合された外部計算装置をさらに含み、前記外部計算装置は、オペレータ入力を受け取り、前記オペレータ入力を処理して前記マイクロプロセッサに伝送し、前記電気信号生成サブシステムおよび前記熱制御サブシステムの一方または両方を制御するように構成されたグラフィカルユーザインタフェースを含む、請求項１０または１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記マイクロプロセッサは、前記電気信号生成サブシステムおよび前記熱制御サブシステムの一方または両方から検出または受信されたデータおよび／または情報を、あるいは、前記電気信号生成サブシステムおよび前記熱制御サブシステムの一方または両方から検出または受信されたデータまたは情報に基づいて計算されたデータおよび／または情報を前記外部計算装置に伝送するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記マイクロプロセッサおよび／または前記外部計算装置は、前記界面動電装置が前記支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに前記界面動電装置の前記電極を横切る電気回路のインピーダンスを測定および／または監視するように構成される、請求項１２または１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記マイクロプロセッサおよび／または前記外部計算装置は、前記電気回路の前記測定されたおよび／または監視されたインピーダンスの検出された変化に基づいて、流体経路の流量を決定するように構成され、前記流体経路は、前記界面動電装置内のマイクロ流体回路の少なくとも一部を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記マイクロプロセッサおよび／または前記外部計算装置は、前記電気回路の前記測定されたおよび／または監視されたインピーダンスの検出された変化に基づいて前記界面動電装置の内部マイクロ流体チャンバの高さを決定するように構成される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記マイクロプロセッサおよび／または前記外部計算装置は、前記電気回路の前記測定されたおよび／または監視されたインピーダンスの検出された変化に基づいて、前記界面動電装置の前記マイクロ流体回路内に含まれる化学物質および／または生物学的物質の１つまたは複数の特性を決定するように構成される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記支持体および／または前記光変調サブシステムは、光学顕微鏡に取り付けられるように構成される、請求項１から１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記支持体および／または前記光変調サブシステムは、光学顕微鏡の一体構成要素である、請求項１から１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記界面動電装置は光学的に作動される界面動電装置である、請求項１から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記界面動電装置は前記支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに、前記光学的に作動される界面動電装置の入口ポートに流体的に結合されるように構成された遠位端を有する第１流体ラインと、前記光学的に作動される界面動電装置の出口ポートに流体的に結合されるように構成された近位端を有する第２流体ラインとをそれぞれさらに含む、請求項１から２０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１および第２の流体ラインの一方または両方に作用可能に結合された少なくとも１つの流れ制御器をさらに含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの流れ制御器は、流体が流れることを選択的に可能にするために前記第１の流体ラインおよび前記第２の流体ラインのうちの一方と作用可能に連結された第１の熱制御式流れ制御器を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１の熱制御式流れ制御器は、前記第１の流体ラインの流れセグメントに熱的に結合された第１の熱伝導性インターフェースと、前記第１流体ラインの前記流れセグメントに含まれる流体を制御可能に凍結または解凍するのに十分な程度に前記第１の熱伝導性インターフェースの温度を制御可能に低下または上昇させて、流体が前記第１の流体ラインを介して前記界面動電装置の前記入口ポートに流入またはそれから流出することを選択的に防止するかまたは可能にするように構成された少なくとも１つの流れ制御ペルチェ熱電装置とを含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第１の熱制御式流れ制御器はさらに、
前記第１の流体ラインの前記流れセグメントがそれを通って延びる第１の通路を有する第１のハウジングであって、前記第１の熱伝導性インターフェースおよび少なくとも１つの流れ制御ペルチェ熱電装置をさらに含む第１のハウジング；および／または、
前記第１の熱伝導性インターフェースに近接する前記第１の流体ラインの前記流れセグメントを少なくとも部分的に取り囲む絶縁材料、
を含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの流れ制御器は、流体が流れることを選択的に可能にするために前記第１の流体ラインおよび前記第２の流体ラインのうちの他方と作用可能に結合された第２の熱制御式流れ制御器を含む、請求項２３から２５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第２の熱制御式流れ制御器は、前記第２の流体ラインの前記流れセグメントに熱的に結合された第２の熱伝導性インターフェースと、前記第２流体ラインの前記流れセグメントに含まれる流体を制御可能に凍結または解凍するのに十分な程度に前記第２の熱伝導性インターフェースの温度を制御可能に低下させるかまたは上昇させ、それにより流体が前記界面動電装置の前記出口ポートから流出するまたはそこに流入するのを選択的に防止または許容するように構成された少なくとも１つの流れ制御ペルチェ熱電装置とを含む、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第２の熱制御式流れ制御器はさらに、
前記第２の流体ラインの前記流れセグメントはそれを通って延びる第２の通路を有する第２のハウジングであって、前記第２の流体ラインの前記流れセグメントと熱的に結合された前記第２の熱伝導性インターフェースおよび前記第２の熱伝導性インターフェースの温度を制御可能に低下または上昇させるように構成された少なくとも１つの流れ制御ペルチェ熱電装置をさらに含む第２のハウジング；および／または、
前記第２の熱伝導性インターフェースに近接する前記第２の流体ラインの前記流れセグメントを少なくとも部分的に取り囲む絶縁材料
を含む請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの流れ制御器は、前記第１および第２の流体ラインと作用可能に結合された熱制御式流れ制御器を含み、前記熱制御式流れ制御器が、
前記第１の流体ラインの流れセグメントと熱的に結合された第１の部分および前記第２の流体ラインの流れセグメントと熱的に結合された第２の部分を有する熱伝導性インターフェースと、
前記第１および第２流体ラインの前記各流れセグメントに含まれる流体を制御可能に凍結または解凍するのに十分な程度に前記熱伝導性インターフェースの温度を制御可能に低下または上昇させて、流体が前記第１の流体ラインを介して前記界面動電装置の前記入口ポートへ流れるのを、または前記界面動電装置の前記出口ポートから前記流出流体ラインを介して流れるのを選択的に防止または許容するように構成された少なくとも１つの流れ制御ペルチェ熱電装置と
を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの流れ制御ペルチェ熱電装置は、前記第１の流体ラインの前記流れセグメントに近接して前記熱伝導性インターフェースの前記第１の部分に熱的に結合された少なくとも第１の流れ制御ペルチェ熱電装置と、前記第２の流体ラインの前記流れセグメントに近接して前記熱伝導性インターフェースの前記第２の部分に熱的に結合された第２の流れ制御ペルチェ熱電装置とを含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記熱制御式流れ制御器はさらに、前記第１の流体ラインの前記流れセグメントはそれを通って延びる第１の通路と、前記流出流体ラインの前記流れセグメントがそれを通って延びる第２の通路とを有するハウジングを含み、前記熱伝導性インターフェースは前記ハウジング内に取り付けられる、請求項２９または３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記ハウジングは、前記熱伝導性インターフェースが取り付けられる断熱チャンバを画定する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記光変調サブシステムは、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）またはマイクロシャッタアレイシステム（ＭＳＡ）を含む、請求項１から３２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記光変調サブシステムは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、液晶オンシリコンデバイス（ＬＣＯＳ）、強誘電性液晶オンシリコンデバイス（ＦＬＣＯＳ）、または走査型レーザ装置を含む、請求項１から３２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３５】
前記光変調サブシステムは多入力ライトパイプ含み、前記ライトパイプは、
各光源から放射された光を受け取るようにそれぞれ構成された複数の入力アパーチャを有するハウジングであって、入力アパーチャを介して受け取られた光を放射するように構成された出力アパーチャをさらに有するハウジングと；
前記ハウジング内を第１の入力アパーチャから前記出力アパーチャまで延びる第１の光伝播経路と；
前記第１の光伝搬経路を横切って斜めの角度で前記ハウジング内に配置された第１のダイクロイックフィルタであって、前記第１の光アパーチャを介して受け取られた光が、前記第１の光伝搬経路に沿って前記出力アパーチャまで伝搬する際に前記第１のダイクロイックフィルタを通過するように構成され、配置された第１のダイクロイックフィルタと；
前記ハウジング内を第２の入力アパーチャから前記第１のダイクロイックフィルタまで延びる第２の光伝播経路であって、前記第２の伝播経路と第１のダイクロイックフィルタは、前記第２の入力アパーチャを介して受け取られた光が前記第２の光伝播経路に沿って伝播し、前記第１のダイクロイックフィルタによって前記出力アパーチャの方へ前記第１の光伝播経路上に反射されるように構成され、寸法を決められた第２の伝播経路とを含み、
前記各入力アパーチャ、第１および第２の光伝搬経路、第１のダイクロイックフィルタ、および出力アパーチャは、少なくとも１つの光源によって放射され、前記第１および第２の入力アパーチャの少なくとも１つを介して受け取られた光は実質的に均一の強度で前記出力アパーチャから放射されるようにサイズ決めされ、寸法決めされ、構成される、
請求項１から３３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３６】
前記ライトパイプはさらに、
前記第１のダイクロイックフィルタと前記出力アパーチャとの間で前記第１の光伝搬経路を横切って斜めの角度で前記ハウジング内に配置された第２のダイクロイックフィルタであって、前記第１および第２の光アパーチャを介して受け取られた光は、前記受け取られた光が前記第１の光伝播経路に沿って前記出力アパーチャまで伝播するとき前記第２のダイクロイックフィルタを通過するように構成され、寸法決めされた第２のダイクロイックフィルタと、
第３入力アパーチャから第前記２のダイクロイックフィルタまで前記ハウジング内を延びる第３の光伝播経路であって、前記第３の伝播経路および第２のダイクロイックフィルタは、前記第３の入力アパーチャを介して受け取られた光が前記第３の光伝播経路に沿って伝播し、前記第２のダイクロイックフィルタによって前記出力アパーチャの方へ前記第１の光伝搬経路上に反射されるように構成され寸法決めされる第３の光伝播経路と
を含む、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記光変調サブシステムはさらに、前記ライトパイプの前記第１の入力アパーチャに光学的に結合された出力を有する第１の光源を含む、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３８】
前記第１の光源は複数の第１の光源放射素子を含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記複数の第１の光源放射素子の１つまたは複数は第１の狭帯域波長で光を放射する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記光変調サブシステムはさらに、前記ライトパイプの前記第２の入力アパーチャに光学的に結合された出力を有する第２の光源を含む、請求項３７から３９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４１】
前記第２の光源は複数の第２の光源放射素子を含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記複数の第２の光源放射素子の１つまたは複数は、前記第１の狭帯域波長でまたは前記第１の狭帯域波長と異なる第２の狭帯域波長で光を放射する、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記複数の第１の光源放射素子および前記複数の第２の光源放射素子は、前記第１の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第１のサブセットと、前記第１の狭帯域波長と異なる前記第２の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第２のサブセットとを集合的に含み、結果として、前記第１の狭帯域波長と前記第２の狭帯域波長の一方または両方を含む光は、前記複数の第１の光源放射素子および前記複数の第２の光源放射素子の一方または両方を選択的に活性化することによって前記ライトパイプ出力アパーチャから制御可能に放射され得る、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４４】
光放射素子の前記第１のサブセットによって放射され、前記第１および／または第２の入力アパーチャを介して受け取られる光は、第１の実質的に均一な強度で前記ライトパイプの前記出力アパーチャから放射され、光放射素子の前記第２のサブセットによって放射され、前記第１および／または第２の入力アパーチャを介して受け取られる光は、第２の実質的に均一な強度で出力アパーチャから放射される、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記第１の実質的に均一な強度は、前記第２の実質的に均一な強度と異なる、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記第１の狭帯域波長および前記第２の狭帯域波長は、
約３８０ｎｍ、
約４８０ｎｍ、および
約５６０ｎｍ
からなる群からそれぞれ選択される、請求項４３から４５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４７】
前記第１の光源の前記複数の光放射素子は、前記光放射素子の前記第１のサブセットのすべてを含む、または前記光放射素子の前記第１のサブセットのすべてからなり、前記第２の光源の前記複数の光放射素子は、前記光放射素子の前記第２のサブセットのすべてを含む、または前記光放射素子の前記第２のサブセットのすべてからなる、請求項４３から４６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４８】
前記光変調サブシステムはさらに、
前記ライトパイプの前記第３の入力アパーチャに光学的に結合された出力を有する第３の光源を含む、請求項４０から４７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４９】
前記第３の光源は複数の第３の光源放射素子を含む、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記複数の第３の光源放射素子の１つまたは複数は、前記第１狭帯域波長で、前記第２狭帯域波長で、または前記第１狭帯域波長および前記第２狭帯域波長のそれぞれと異なる第３狭帯域波長で光を放射する、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記複数の第１の光源放射素子、前記複数の第２の光源放射素子、および前記複数の第３の光源放射素子は、前記第１の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第１のサブセットと、前記第１の狭帯域波長とは異なる前記第２の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第２のサブセットと、前記第１および第２の狭帯域波長のそれぞれと異なる第３の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第３のサブセットとを集合的に含み、結果として、前記第１の狭帯域波長、第２の狭帯域波長、および第３の狭帯域波長のうちの１つまたは複数を含む光は、光放射素子の前記第１、第２、および第３のサブセットの１つまたは複数を選択的に活性化することによって前記ライトパイプ出力アパーチャから制御可能に放射され得る、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５２】
光放射素子の前記第１のサブセットによって放射され、前記第１、第２および第３の入力アパーチャのいずれかを介して受け取られた光は、第１の実質的に均一な強度で前記出力アパーチャから放射され、光放射素子の前記第２のサブセットによって放射され前記第１、第２および第３の入力アパーチャのいずれかを介して受け取られた光は、第２の実質的に均一な強度で前記出力アパーチャから放射され、光放射素子の前記第３のサブセットによって放射され前記第１、第２および第３の入力アパーチャのいずれかを介して受け取られた光は、第３の実質的に均一な強度で前記出力アパーチャから放射される、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記第１の実質的に均一な強度は、前記第２の実質的に均一な強度および第３の実質的に均一な強度の一方または両方と異なる、請求項５２に記載のシステム。
【請求項５４】
前記第１の狭帯域波長は約３８０ｎｍであり、前記第２の狭帯域波長は約４８０ｎｍであり、前記第３の狭帯域波長は約５６０ｎｍである、請求項５１から５３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５５】
前記第１の光源の前記複数の光放射素子は、光放射素子の前記第１のサブセットのすべてを含み、または前記光放射素子の前記第１のサブセットのすべてからなり、前記第２の光源の前記複数の光放射素子は、光放射素子の前記第２のサブセットのすべてを含み、または前記光放射素子の前記第２のサブセットのすべてからなり、前記第３の光源の前記複数の光放射素子は、光放射素子の前記第３のサブセットのすべてを含む、または前記光放射素子の前記第３のサブセットのすべてからなる、請求項５１から５４のいずれか一項に記載の光伝送システム。
【請求項５６】
界面動電装置を作動させるように構成された顕微鏡であって、
前記界面動電装置を保持し前記界面動電装置と作用可能に結合するように構成された支持体と；
構造化光を放射するように構成された光変調サブシステムと；
光学系とを含み、
前記界面動電装置は前記支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているとき、前記光学系は、
（１）前記光変調サブシステムによって放射された構造化光を少なくとも前記界面動電装置の第１の領域に集束させ、
（２）非構造化光源によって放射された非構造化光を少なくとも前記界面動電装置の第２の領域に集束させ、
（３）前記界面動電装置からの反射光および／または放射光を捉え、前記捉えた光を検出器に向ける、
ように構成される顕微鏡。
【請求項５７】
前記検出器をさらに含む、請求項５６に記載の顕微鏡。
【請求項５８】
前記検出器はアイピースおよび／または結像装置を含む、請求項５６または５７に記載の顕微鏡。
【請求項５９】
前記光変調サブシステムは、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）またはマイクロシャッタアレイシステム（ＭＳＡ）を含む、請求項５６から５８のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項６０】
前記光変調サブシステムは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、液晶オンシリコンデバイス（ＬＣＯＳ）、強誘電性液晶オンシリコンデバイス（ＦＬＣＯＳ）、または走査型レーザ装置を含む、請求項５６から５８のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項６１】
前記光変調サブシステムを制御するための制御器をさらに含む、請求項５６から６０のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項６２】
前記光学系は、前記構造化光を前記マイクロ流体デバイスの前記第１の領域に、および／または前記非構造化光を前記マイクロ流体デバイスの前記第２の領域に集束させるように構成された対物レンズを含み、前記対物レンズが、
１０ｘ対物レンズ；
５ｘ対物レンズ；
４ｘ対物レンズ；および
２ｘ対物レンズ
を含む群から選択される、請求項５６から６１のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項６３】
前記光学系は、前記光変調サブシステムによって放射された（および前記界面動電装置によって反射された）構造化光が前記検出器に到達することを実質的に防止するように構成されたダイクロイックフィルタを含む、請求項５６から６２のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項６４】
前記光学系は、前記光変調サブシステムによって放射された（および前記界面動電装置によって反射された）可視構造化光の量と、前記検出器に到達した前記非構造化光源によって放射された（および前記界面動電装置によって反射された）可視非構造化光の量とをつり合せるように構成されたダイクロイックフィルタを含む、請求項５６から６２のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項６５】
前記光変調サブシステムは、構造化白色光を放射する、請求項５６から６２のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項６６】
前記光変調サブシステムは、水銀またはキセノンアークランプを含む、請求項５６から６２のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項６７】
前記光変調サブシステムが１つまたは複数のＬＥＤを含む、請求項５６から６２のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項６８】
前記非構造化光源は１つまたは複数のＬＥＤを含む、請求項５６から６２のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項６９】
前記非構造化光源は約４９５ｎｍ以下の波長を有する光を放射する、請求項６８に記載の顕微鏡。
【請求項７０】
前記非構造化光源は青色光を放射する、請求項６８に記載の顕微鏡。
【請求項７１】
前記光学系は、４９５ｎｍより長い波長を有する可視光を少なくとも部分的に濾波するように構成されたダイクロイックフィルタを含む、請求項６９または７０に記載の顕微鏡。
【請求項７２】
前記非構造化光源は約６５０ｎｍ以上の波長を有する光を放射する、請求項６８に記載の顕微鏡。
【請求項７３】
前記非構造化光源は赤色光を放射する、請求項６８に記載の顕微鏡。
【請求項７４】
前記光学系は、６５０ｎｍよりも短い波長を有する可視光を少なくとも部分的に濾波するように構成されたダイクロイックフィルタを含む、請求項７２または７３に記載の顕微鏡。
【請求項７５】
前記支持体は、前記装置が前記支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに、前記界面動電装置内の一対の電極を横切ってバイアス電圧を印加するように構成された一体型電気信号生成サブシステムを含む、請求項５６から７４のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項７６】
前記支持体は、前記装置が前記支持体前記支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに、前記界面動電装置の温度を調整するように構成された熱制御サブシステムを含む、請求項５６から７５のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項７７】
多入力ライトパイプであって、
複数の入力アパーチャを有するライトパイプハウジングであって、各入力アパーチャが、各光源から放射された光を受け取るように構成され、前記入力アパーチャを介して受け取られた光を放出するように構成された出力アパーチャをさらに含むライトパイプハウジングと；
前記ハウジング内を第１の入力アパーチャから前記出力アパーチャまで延びる第１の光伝播経路と；
前記第１の光伝搬経路を横切って斜めの角度で前記ハウジング内に配置された第１のダイクロイックフィルタであって、前記第１の光アパーチャを介して受け取られた光が、前記第１の光伝搬経路に沿って前記出力アパーチャまで伝搬する際に前記第１のダイクロイックフィルタを通過するように構成され、配置された第１のダイクロイックフィルタと；
前記ハウジング内を第２の入力アパーチャから前記第１のダイクロイックフィルタまで延びる第２の光伝播経路であって、前記第２の伝播経路と第１のダイクロイックフィルタは、前記第２の入力アパーチャを介して受け取られた光が前記第２の光伝播経路に沿って伝播し、前記第１のダイクロイックフィルタによって前記出力アパーチャの方へ前記第１の光伝播経路上に反射されるように構成され、寸法を決められた第２の伝播経路とを含み、
前記各入力アパーチャ、第１および第２の光伝搬経路、第１のダイクロイックフィルタ、および出力アパーチャは、少なくとも１つの光源によって放射され、前記第１および第２の入力アパーチャの少なくとも１つを介して受け取られた光が実質的に均一の強度で前記出力アパーチャから放射されるようにサイズを決められ、寸法を決められ、そして構成される、
多入力ライトパイプ。
【請求項７８】
前記第１のダイクロイックフィルタと前記出力アパーチャとの間で前記第１の光伝搬経路を横切って斜めの角度で前記ハウジング内に配置された第２のダイクロイックフィルタであって、前記第１および第２の光アパーチャを介して受け取られた光が、前記受け取られた光が前記第１の光伝播経路に沿って前記出力アパーチャまで伝播するとき前記第２のダイクロイックフィルタを通過するように構成され、位置付けられる第２のダイクロイックフィルタと、
第３の入力アパーチャから前記第２のダイクロイックフィルタまで前記ハウジング内を延びる第３の光伝播経路であって、前記第３の伝播経路および第２のダイクロイックフィルタは、前記第３の入力アパーチャを介して受け取られた光が前記第３の光伝播経路に沿って伝播し、前記第２のダイクロイックフィルタによって前記出力アパーチャの方へ前記第１の光伝搬経路上に反射されるように構成され寸法決めされる第３の光伝播経路と
をさらに含む、請求項７７に記載のライトパイプ。
【請求項７９】
請求項７７に記載のライトパイプを含み、さらに、前記ライトパイプの前記第１の入力アパーチャに光学的に結合された出力を有する第１の光源を含む、光伝送システム。
【請求項８０】
前記第１の光源は、複数の第１の光源放射素子を含む、請求項７９に記載の光伝送システム。
【請求項８１】
前記複数の第１の光源放射素子の１つまたは複数は、第１の狭帯域波長で光を放射する、請求項８０に記載の光伝送システム。
【請求項８２】
前記ライトパイプの前記第２の入力アパーチャと光学的に結合された出力を有する第２の光源をさらに含む、請求項７９から８２のいずれか一項に記載の光伝送システム。
【請求項８３】
前記第２の光源は、複数の第２の光源放射素子を含む、請求項８２に記載の光伝送システム。
【請求項８４】
前記複数の第２の光源放射素子の１つまたは複数は、前記第１の狭帯域波長で、または前記第１の狭帯域波長とは異なる第２の狭帯域波長で光を放射する、請求項８３に記載の光伝送システム。
【請求項８５】
前記複数の第１の光源放射素子および前記複数の第２の光源放射素子は、前記第１の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第１のサブセットと、前記第１の狭帯域波長とは異なる第２の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第２のサブセットとを集合的に含み、結果として、前記第１の狭帯域波長および前記第２の狭帯域波長のうちの一方または両方を含む光が、光放射素子の前記第１および第２のサブセットの一方または両方を選択的に活性化することによって前記ライトパイプ出力アパーチャから制御可能に放射され得る、請求項８４に記載の光伝送システム。
【請求項８６】
光放射素子の前記第１のサブセットによって放射され、前記第１および／または第２の入力アパーチャを介して受け取られた光は、第１の実質的に均一な強度で前記ライトパイプの前記出力アパーチャから放射され、光放射素子の前記第２のサブセットによって放射され前記第１および／または第２の入力アパーチャを介して受け取られた光は、第２の実質的に均一な強度で前記出力アパーチャから放射される、請求項８５に記載の光伝送システム。
【請求項８７】
前記第１の実質的に均一な強度は前記第２の実質的に均一な強度と異なる、請求項８６に記載の光伝送システム。
【請求項８８】
前記第１の狭帯域波長および第２の狭帯域波長は、
約３８０ｎｍ、
約４８０ｎｍ、および
約５６０ｎｍからなる群からそれぞれ選択される、請求項８５から８７のいずれか一項に記載の光伝送システム。
【請求項８９】
前記第１の光源の前記複数の光放射素子は、光放射素子の前記第１のサブセットのすべてを含む、または前記光放射素子の前記第１のサブセットのすべてからなり、前記第２の光源の前記複数の光放射素子は、光放射素子の前記第２のサブセットのすべてを含む、または前記光放射素子の前記第２のサブセットのすべてからなる、請求項８５から８８のいずれか一項に記載の光伝送システム。
【請求項９０】
前記ライトパイプの前記第３の入力アパーチャに光学的に結合された出力を有する第３の光源をさらに備える、請求項８２から８９のいずれか一項に記載の光伝送システム。
【請求項９１】
前記第３の光源は複数の第３の光源放射素子を含む、請求項９０に記載の光伝送システム。
【請求項９２】
前記複数の第３の光源放射素子の１つまたは複数は、前記第１狭帯域波長で、前記第２狭帯域波長で、または前記第１および第２の狭帯域波長のそれぞれと異なる第３狭帯域波長で光を放射する、請求項９１に記載の光伝送システム。
【請求項９３】
前記複数の第１の光源放射素子、前記複数の第２の光源放射素子、および前記複数の第３の光源放射素子は、前記第１の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第１のサブセットと、前記第１の狭帯域波長とは異なる第２の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第２のサブセットと、前記第１および第２の狭帯域波長のそれぞれと異なる第３の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第３のサブセットとを集合的に含み、結果として、前記第１の狭帯域波長、第２の狭帯域波長、および第３の狭帯域波長のうちの１つまたは複数を含む光が、光放射素子の前記第１、第２、および第３のサブセットの１つまたは複数を選択的に活性化することによって前記ライトパイプ出力アパーチャから制御可能に放射され得る、請求項９２に記載の光伝送システム。
【請求項９４】
光放射素子の前記第１のサブセットによって放射され、前記第１、第２および第３の入力アパーチャのいずれかを介して受け取られた光は、第１の実質的に均一な強度で前記出力アパーチャから放射され、光放射素子の前記第２のサブセットによって放射され前記第１、第２および第３の入力アパーチャのいずれかを介して受け取られた光は、第２の実質的に均一な強度で前記出力アパーチャから放射され、光放射素子の前記第３のサブセットによって放射され前記第１、第２および第３の入力アパーチャのいずれかを介して受け取られた光は、第３の実質的に均一な強度で前記出力アパーチャから放射される、請求項９３に記載の光伝送システム。
【請求項９５】
前記第１の実質的に均一な強度は、前記第２の実質的に均一な強度および第３の実質的に均一な強度の一方または両方と異なる、請求項９４に記載の光伝送システム。
【請求項９６】
前記第１の狭帯域波長は約３８０ｎｍであり、前記第２の狭帯域波長は約４８０ｎｍであり、前記第３の狭帯域波長が約５６０ｎｍである、請求項９３から９５のいずれか一項に記載の光伝送システム。
【請求項９７】
前記第１の光源の前記複数の光放射素子は、光放射素子の前記第１のサブセットのすべてを含む、または前記光放射素子の前記第１のサブセットのすべてからなり、前記第２の光源の前記複数の光放射素子は、光放射素子の前記第２のサブセットのすべてを含む、または前記光放射素子の前記第２のサブセットのすべてからなり、前記第３の光源の前記複数の光放射素子は、光放射素子の前記第３のサブセットのすべてを含む、または前記光放射素子の前記第３のサブセットのすべてからなる、請求項９３から９６のいずれか一項に記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、マイクロ流体デバイスとともに使用するためのシステムに関する。特に、本開示は、マイクロ流体デバイスを操作するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体の分野が進歩するにつれて、マイクロ流体デバイスは、生物学的細胞などの微小物体の処理および操作のための便利なプラットフォームとなっている。光学的に作動する界面動電マイクロ流体デバイスなどの界面動電マイクロ流体デバイスは、個々の微小物体を選択して操作する能力を含むいくつかの望ましい能力を提供する。そのようなマイクロ流体デバイスは、機能するために様々な入力（例えば、流体、圧力、真空、熱、冷却、光等）を必要とする。本発明のいくつかの実施形態は、光学的に作動する界面動電マイクロ流体装置を含む界面動電マイクロ流体デバイスを作動させるために有用なシステムに関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
開示された発明の例示的な実施形態において、界面動電装置を作動させるためのシステムが提供され、このシステムは、界面動電装置を保持し前記界面動電装置と作用可能に結合するように構成された支持体と、界面動電装置が支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに界面動電装置内の一対の電極を横切ってバイアス電圧を印加するように構成された電気信号生成サブシステムと、界面動電装置が支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに界面動電装置に構造化光を放射するように構成された光変調サブシステムとを含む。支持体は、好ましくは、界面動電装置を収容して前記界面動電装置とインターフェースするように構成されたソケットを含む。電気信号生成サブシステムは、好ましくは、界面動電装置が支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに電極対を横切って印加されるバイアス電圧波形を生成するように構成された波形生成器を含む。電気信号生成サブシステムは、波形生成器によって生成されたバイアス波形を増幅するように構成された波形増幅回路、および／またはバイアス電圧波形を測定するように構成されたオシロスコープをさらに備えてもよく、測定からのデータは、フィードバックとして波形生成器に提供される。限定ではなく例として、界面動電装置は、光学的に作動される界面動電装置であり得る。
【０００４】
例示的な実施形態では、システムは、界面動電装置が支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに界面動電装置の温度を調節するように構成された熱制御サブシステムを含む。熱制御サブシステムは、熱電発電モジュール、ペルチェ熱電装置、および冷却ユニットを含み得、熱電発電モジュールは、ペルチェ熱電装置の温度を調整するように構成され、ペルチェ熱電装置は、界面動電装置の表面と冷却ユニットの表面との間に配置される。いくつかの実施形態では、冷却ユニットは、液体冷却デバイスと、冷却ブロックと、液体冷却デバイスおよび冷却ブロックの間で冷却液体を循環させるように構成された液体経路とを含み得、冷却ブロックは冷却ユニットの表面を含み、各ペルチェ熱電装置および熱電発電モジュールは、支持体上に取り付けられてもよく、および／または支持体と一体化されてもよい。
【０００５】
例示的な実施形態では、支持体は、電気信号生成サブシステムおよび熱電発電モジュールの一方または両方を制御するマイクロプロセッサを含む。例えば、支持体はプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み得、電気信号生成サブシステム、熱電発電モジュール、およびマイクロプロセッサの少なくとも１つは、ＰＣＢ上に搭載される、および／またはＰＣＢと一体化される。システムはさらに、マイクロプロセッサと作用可能に結合された外部計算装置を含み得、外部計算装置は、オペレータ入力を受信し、オペレータ入力を処理してマイクロプロセッサに伝送し、電気信号生成サブシステムおよび熱制御サブシステムの一方または両方を制御するように構成されたグラフィカルユーザインタフェースを含む。例えば、マイクロプロセッサは、電気信号生成サブシステムおよび熱制御サブシステムの一方または両方から検出または受信されたデータおよび／または情報を、または、電気信号生成サブシステムおよび熱制御サブシステムの一方または両方から検出または受信されたデータおよび／または情報に基づいて計算されたデータおよび／または情報を外部計算装置に送信するように構成されてもよい。そのような実施形態の１つでは、マイクロプロセッサおよび／または外部計算装置は、界面動電装置が支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに界面動電装置の電極を横切る電気回路のインピーダンスを測定および／または監視するように構成され、マイクロプロセッサおよび／または外部計算装置は、電気回路の測定および／または監視されたインピーダンスにおける検出された変化に基づいて、流体経路の流量を決定するように構成され、流体経路は、界面動電装置内のマイクロ流体回路の少なくとも一部を含む。マイクロプロセッサおよび／または外部計算装置は、追加的にまたは代替的に、電気回路の測定されたおよび／または監視されたインピーダンスの検出された変化に基づいて界面動電装置の内部マイクロ流体チャンバの高さを決定するように構成されてもよく、および／または電気回路の測定されたおよび／または監視されたインピーダンスの検出された変化に基づいて、界面動電装置のマイクロ流体回路内に含まれる化学物質および／または生物学的物質の１つまたは複数の特性を決定するように構成されてもよい。
【０００６】
いくつかの実施形態では、支持体および／または光変調サブシステムは、光学顕微鏡に取り付けられるように構成されてもよい。他の実施形態では、支持体および／または光変調サブシステムは、光学顕微鏡の一体的な構成要素である。
【０００７】
例示的な実施形態では、システムは、界面動電装置が支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているときに界面動電装置の入口ポートに流体的に結合されるように構成された遠位端を有する第１流体ラインと、界面動電装置の出口ポートに流体的に結合されるように構成された近位端を有する第２流体ラインとをそれぞれ含み、システムは、好ましくは、第１および第２の流体ラインの一方または両方に作用可能に結合された少なくとも１つの流れ制御器を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、システムは、流体が選択的に流れることを可能にするために第１の流体ラインおよび第２の流体ラインのうちの一方と作用可能に連結された第１の熱制御式流れ制御器を含み、第１の熱制御式流れ制御器は、第１の流体ラインの流れセグメントに熱的に結合された第１の熱伝導性インターフェースと、第１流体ラインの流れセグメントに含まれる流体を制御可能に凍結または解凍するのに十分な程度に第１の熱伝導性インターフェースの温度を制御可能に低下または上昇させ、それにより流体が第１の流体ラインを介して界面動電装置の入口ポートに流入またはそれから流出することを選択的に防止するかまたは可能にするように構成された少なくとも１つの流れ制御ペルチェ熱電装置を含み得る。第１の熱制御式流れ制御器は、第１の流体ラインの流れセグメントがそれを通って延びる第１の通路を有する第１のハウジングであって、第１の熱伝導性インターフェースおよび少なくとも１つの流れ制御ペルチェ熱電装置をさらに含む第１のハウジング；および／または第１の熱伝導性インターフェースに近接する第１の流体ラインの流れセグメントを少なくとも部分的に取り囲む絶縁材料を含み得る。システムは、流体が流れることを選択的に可能にするために第１の流体ラインおよび第２の流体ラインのうちの他方と作用可能に結合された第２の熱制御式流れ制御器を含み得、第２の熱制御式流れ制御器は、第２の流体ラインの流れセグメントに熱的に結合された第２の熱伝導性インターフェースと、第２流体ラインの流れセグメントに含まれる流体を制御可能に凍結または解凍するのに十分な程度に第２の熱伝導性インターフェースの温度を制御可能に低下させるかまたは上昇させ、それにより流体が界面動電装置の出口ポートから流出またはそこに流入するのを選択的に防止または許容するように構成された少なくとも１つの流れ制御ペルチェ熱電装置を含み得る。第２の熱制御式流れ制御器は、第２の流体ラインの流れセグメントがそれを通って延びる第２の通路を有する第２のハウジングであって、第２の流体ラインの流れセグメントと熱的に結合された第２の熱伝導性インターフェースおよび第２の熱伝導性インターフェースの温度を制御可能に低下または上昇させるように構成された少なくとも１つの流れ制御ペルチェ熱電装置をさらに含む第２のハウジング；および／または第２の熱伝導性インターフェースに近接する第２の流体ラインの流れセグメントを少なくとも部分的に取り囲む絶縁材料を含み得る。
【０００９】
例示的な実施形態では、システムは、第１および第２の流体ラインと作用可能に結合された熱制御式流れ制御器を含み、熱制御式流れ制御器は、第１の流体ラインの流れセグメントと熱的に結合された第１の部分および第２の流体ラインの流れセグメントと熱的に結合された第２の部分を有する熱伝導性インターフェースと、第１および第２流体ラインの各流れセグメントに含まれる流体を制御可能に凍結または解凍するのに十分な程度に熱伝導性インターフェースの温度を制御可能に低下させるかまたは上昇させ、それにより流体が第１の流体ラインを介して界面動電装置の入口ポートへ流れるのを、または界面動電装置の出口ポートから流出流体ラインを介して流れるのを選択的に防止または許容するように構成された少なくとも１つの流れ制御ペルチェ熱電装置を含む。このような実施形態では、少なくとも１つの流れ制御ペルチェ熱電装置は、第１の流体ラインの流れセグメントに近接して熱伝導性インターフェースの第１の部分に熱的に結合された第１の流れ制御ペルチェ熱電装置と、第２の流体ラインの流れセグメントに近接して熱伝導性インターフェースの第２の部分に熱的に結合された第２の流れ制御ペルチェ熱電装置とを含み得る。流れ制御器は、第１の流体ラインの流れセグメントがそれを通って延びる第１の通路と、流出流体ラインの流れセグメントがそれを通って延びる第２の通路とを有するハウジングを含むことができ、熱伝導性インターフェースはハウジングに取り付けられ、例えば、ハウジングは、熱伝導性インターフェースが取り付けられる断熱チャンバを画定する。
【００１０】
様々な実施形態において、光変調サブシステムは、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、マイクロシャッタアレイシステム（ＭＳＡ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、液晶オンシリコンデバイス（ＬＣＯＳ）、強誘電性液晶オンシリコンデバイス（ＦＬＣＯＳ）、および走査型レーザ装置の１つまたは複数を含み得る。
【００１１】
例示的な実施形態では、光変調サブシステムは、ライトパイプまたは交差ダイクロイックプリズム（または「ｘキューブ」）などの多入力構造を含む。ライトパイプは、それぞれの光源から放射された光を受け取るようにそれぞれ構成された複数の入力アパーチャを有するハウジングを含み、ハウジングはさらに、入力アパーチャを介して受け取られた光を放射するように構成された出力アパーチャと；ハウジング内を第１の入力アパーチャから出力アパーチャまで延びる第１の光伝播経路と；第１の光伝搬経路を横切って斜めの角度でハウジング内に配置された第１のダイクロイックフィルタであって、第１の光アパーチャを介して受け取られた光が、第１の光伝搬経路に沿って出力アパーチャまで伝搬する際に第１のダイクロイックフィルタを通過するように構成され、配置された第１のダイクロイックフィルタと；ハウジング内を第２の入力アパーチャから第１のダイクロイックフィルタまで延びる第２の光伝播経路であって、第２の伝播経路と第１のダイクロイックフィルタは、第２の入力アパーチャを介して受け取られた光が第２の光伝播経路に沿って伝播し、第１のダイクロイックフィルタによって出力アパーチャの方へ第１の光伝播経路上に反射されるように構成され、寸法を決められた第２の伝播経路を有し、各入力アパーチャ、第１および第２の光伝搬経路、第１のダイクロイックフィルタ、および出力アパーチャは、少なくとも１つの光源によって放射され、第１および第２の入力アパーチャの少なくとも１つを介して受け取られた光が実質的に均一の強度で出力アパーチャから放射されるようにサイズ決めされ、寸法決めされ、構成される。ライトパイプは、第１のダイクロイックフィルタと出力アパーチャとの間で第１の光伝搬経路を横切って斜めの角度でハウジング内に配置された第２のダイクロイックフィルタであって、第１および第２の光アパーチャを介して受け取られた光が、その受け取られた光が第１の光伝播経路に沿って出力アパーチャまで伝播するとき第２のダイクロイックフィルタを通過するように構成され、寸法決めされた第２のダイクロイックフィルタと、第３入力アパーチャから第２のダイクロイックフィルタまでハウジング内を延びる第３の光伝播経路とを含み得、第３の伝播経路および第２のダイクロイックフィルタは、第３の入力アパーチャを介して受け取られた光が第３の光伝播経路に沿って伝播し、第２のダイクロイックフィルタによって出力アパーチャの方へ第１の光伝搬経路上に反射されるように構成され寸法決めされる。
【００１２】
光変調サブシステムはさらに、ライトパイプの第１の入力アパーチャに光学的に結合された出力を有する第１の光源をさらに含み得、第１の光源は、第１の狭帯域波長で光を放射し得る複数の第１の光源放射素子を含み得る。光変調サブシステムはさらに、ライトパイプの第２の入力アパーチャに光学的に結合された出力を有する第２の光源を含み得、例えば、第２の光源は、第１の狭帯域波長で、または第１の狭帯域波長と異なる第２の狭帯域波長で光を放射し得る複数の第２の光源放射素子を含む。複数の第１の光源放射素子および複数の第２の光源放射素子は、好ましくは、集合的に、第１の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第１のサブセットと、第１の狭帯域波長と異なる第２の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第２のサブセットとを含み、その結果、第１の狭帯域波長と第２の狭帯域波長の一方または両方を含む光が、複数の第１の光源放射素子および複数の第２の光源放射素子の一方または両方を選択的に活性化することによってライトパイプ出力アパーチャから制御可能に放射され得る。このようにして、光放射素子の第１のサブセットによって放射され、第１および／または第２の入力アパーチャを介して受け取られる光は、第１の実質的に均一な強度でライトパイプの出力アパーチャから放射され、光放射素子の第２のサブセットによって放射され、第１および／または第２の入力アパーチャを介して受け取られる光は、第２の実質的に均一な強度でライトパイプの出力アパーチャから放射され、第１の実質的に均一な強度は、第２の実質的に均一な強度とは異なってもよい。
【００１３】
非限定的な例として、第１の狭帯域波長および第２の狭帯域波長は、約３８０ｎｍ、約４８０ｎｍ、および約５６０ｎｍからなる群から選択することができる。いくつかの実施形態では、第１の光源の複数の光放射素子は、光放射素子の第１のサブセットのすべてを含み得る、またはそれらからなり得、第２の光源の複数の光放射素子は、光放射素子の第２のサブセットのすべてを含み得る、またはそれらからなり得る。
【００１４】
光変調サブシステムは、ライトパイプの第３の入力アパーチャに光学的に結合された出力を有する第３の光源をさらに備えてもよく、第３の光源は、複数の第３の光源放射素子を含み得、例えば、複数の第３の光源放射素子の１つまたは複数は、第１狭帯域波長で、第２狭帯域波長で、または第１狭帯域波長および第２狭帯域波長のそれぞれと異なる第３狭帯域波長で光を放射する。このような実施形態では、複数の第１の光源放射素子、複数の第２の光源放射素子、および複数の第３の光源放射素子は、第１の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第１のサブセットと、第１の狭帯域波長とは異なる第２の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第２のサブセットと、第１および第２の狭帯域波長のそれぞれと異なる第３の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第３のサブセットとを集合的に含み、その結果、第１の狭帯域波長、第２の狭帯域波長、および第３の狭帯域波長のうちの１つまたは複数を含む光が、光放射素子の第１、第２、および第３のサブセットの１つまたは複数を選択的に活性化することによってライトパイプ出力アパーチャから制御可能に放射され得る。１つのそのような実施形態では、光放射素子の第１のサブセットによって放射され、第１、第２および第３の入力アパーチャのいずれかを介して受け取られた光は、第１の実質的に均一な強度で出力アパーチャから放射され、光放射素子の第２のサブセットによって放射され第１、第２および第３の入力アパーチャのいずれかを介して受け取られた光は、第２の実質的に均一な強度で出力アパーチャから放射され、光放射素子の第３のサブセットによって放射され第１、第２および第３の入力アパーチャのいずれかを介して受け取られた光は、第３の実質的に均一な強度で出力アパーチャから放射され、第１の実質的に均一な強度は、第２の実質的に均一な強度および第３の実質的に均一な強度の一方または両方と異なっていてもよい。様々なこのような実施形態において、第１の狭帯域波長は約３８０ｎｍであり得、第２の狭帯域波長は約４８０ｎｍであり得、第３の狭帯域波長は約５６０ｎｍであり得る。いくつかのそのような実施形態では、第１の光源の複数の光放射素子は、光放射素子の第１のサブセットのすべてを含み得る、またはそれらからなり得、第２の光源の複数の光放射素子は、光放射素子の第２のサブセットのすべてを含み得る、またはそれらからなり得、第３の光源の複数の光放射素子は、光放射素子の第３のサブセットのすべてを含み得る、またはそれらからなり得る。
【００１５】
別の態様によれば、界面動電装置を操作するように構成された顕微鏡の実施形態が開示され、顕微鏡は、界面動電装置を保持し前記界面動電装置と作用可能に結合するように構成された支持体と；構造化された光を放射するように構成された光変調サブシステムと；光学系とを含み、光学系は、界面動電装置が支持体によって保持され前記支持体と作用可能に結合されているとき、（１）光変調サブシステムによって放射された構造化光を少なくとも界面動電装置の第１の領域に集束させ、（２）非構造化光源によって放射された非構造化光を少なくとも界面動電装置の第２の領域に集束させ、（３）界面動電装置からの反射光および／または放射光を捉え、捉えた光を検出器に向けるように構成される。好ましい実施形態では、顕微鏡は検出器も含み、それはアイピースおよび／または結像装置であり得る。光変調サブシステムは、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）またはマイクロシャッタアレイシステム（ＭＳＡ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、液晶オンシリコンデバイス（ＬＣＯＳ）、強誘電性液晶オンシリコンデバイス（ＦＬＣＯＳ）、および走査レーザ装置を含み、顕微鏡は、光変調サブシステムを制御するための制御器を含むことが好ましい。光学系は、構造化光をマイクロ流体デバイスの第１の領域に、および／または非構造化光をマイクロ流体デバイスの第２の領域に集束させるように構成された対物レンズを含み得、対物レンズは１０ｘ対物レンズ；５ｘ対物レンズ；４ｘ対物レンズ；および２ｘ対物レンズを含む群から選択される。
【００１６】
いくつかの実施形態では、光学系は、光変調サブシステムによって放射された（および界面動電装置によって反射された）構造化光が検出器に到達することを実質的に防止するように構成されたダイクロイックフィルタを含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、光学系は、光変調サブシステムによって放射された（および界面動電装置によって反射された）可視構造化光の量と、検出器に到達した非構造化光源によって放射された（および界面動電装置によって反射された）可視非構造化光の量とをつり合せるように構成されたダイクロイックフィルタを含む。
【００１８】
いくつかの実施形態では、光変調サブシステムは、構造化白色光を放射する。
【００１９】
いくつかの実施形態では、光変調サブシステムは、水銀、キセノンアークランプ、および１つまたは複数のＬＥＤのうちの１つまたは複数を含む。特定の実施形態では、光変調サブシステムは、ライトパイプまたは交差ダイクロイックプリズム（または「ｘキューブ」）などの多入力構造を含む。
【００２０】
いくつかの実施形態では、非構造化光源は１つまたは複数のＬＥＤを含み、例えば、非構造化光源は約４９５ｎｍ以下の波長を有する光（例えば、青色光）を放射し、光学系は、４９５ｎｍより長い波長を有する可視光を少なくとも部分的に濾波するように構成されたダイクロイックフィルタを好ましくは含む。
【００２１】
いくつかの実施形態では、非構造化光源は１つまたは複数のＬＥＤを含み、例えば、非構造化光源は約６５０ｎｍ以下の波長を有する光（例えば、赤色光）を放射し、光学系は、６５０ｎｍよりも短い波長を有する可視光を少なくとも部分的に濾波するように構成されたダイクロイックフィルタを好ましくは含む。
【００２２】
例示的な実施形態では、顕微鏡支持体は、それぞれ、界面動電装置が支持体によって保持され支持体と作用可能に結合されているときに、界面動電装置内の一対の電極を横切ってバイアス電圧を印加するように構成された一体化電気信号生成サブシステム、および、界面動電装置の温度を調整するように構成された熱制御サブシステムの一方または両方を含む。限定ではなく例として、界面動電装置は、光学的に作動される界面動電装置であり得る。
【００２３】
さらに別の態様によれば、多入力ライトパイプの実施形態が開示される。例示的な実施形態では、ライトパイプは、複数の入力アパーチャを有するライトパイプハウジングであって、各入力アパーチャは各光源から放射された光を受け取るように構成され、入力アパーチャを介して受け取られた光を放出するように構成された出力アパーチャをさらに含むライトパイプハウジングと；ハウジング内を第１の入力アパーチャから出力アパーチャまで延びる第１の光伝播経路と；第１の光伝搬経路を横切って斜めの角度でハウジング内に配置された第１のダイクロイックフィルタであって、第１の光アパーチャを介して受け取られた光が、第１の光伝搬経路に沿って出力アパーチャまで伝搬する際に第１のダイクロイックフィルタを通過するように構成され、配置された第１のダイクロイックフィルタと；ハウジング内を第２の入力アパーチャから第１のダイクロイックフィルタまで延びる第２の光伝播経路であって、第２の伝播経路と第１のダイクロイックフィルタは、第２の入力アパーチャを介して受け取られた光が第２の光伝播経路に沿って伝播し、第１のダイクロイックフィルタによって出力アパーチャの方へ第１の光伝播経路上に反射されるように構成され、寸法を決められた第２の伝播経路を有し、各入力アパーチャ、第１および第２の光伝搬経路、第１のダイクロイックフィルタ、および出力アパーチャは、少なくとも１つの光源によって放射され、第１および第２の入力アパーチャの少なくとも１つを介して受け取られた光が実質的に均一の強度で出力アパーチャから放射されるようにサイズを決めされ、寸法を決めされ、そして構成される。ライトパイプは、第１のダイクロイックフィルタと出力アパーチャとの間で第１の光伝搬経路を横切って斜めの角度でハウジング内に配置された第２のダイクロイックフィルタであって、第１および第２の光アパーチャを介して受け取られた光が、その受け取られた光が第１の光伝播経路に沿って出力アパーチャまで伝播するとき第２のダイクロイックフィルタを通過するように構成され、位置付けられた第２のダイクロイックフィルタと、第３入力アパーチャから第２のダイクロイックフィルタまでハウジング内を延びる第３の光伝播経路とを含み得、第３の伝播経路および第２のダイクロイックフィルタは、第３の入力アパーチャを介して受け取られた光が第３の光伝播経路に沿って伝播し、第２のダイクロイックフィルタによって出力アパーチャの方へ第１の光伝搬経路上に反射されるように構成され寸法決めされる。
【００２４】
さらに別の態様によれば、上で要約されたライトパイプと、ライトパイプの第１の入力アパーチャに光学的に結合された出力を有する少なくとも第１の光源とを含む、光伝送システムの実施形態が開示される。一例として、第１の光源は、複数の第１の光源放射素子を含むことができ、１つまたは複数の第１の光源放射素子は、第１の狭帯域波長で光を放射することができる。光伝送システムは、ライトパイプの第２の入力アパーチャと光学的に結合された出力を有する第２の光源を含むことができる。一例として、第２の光源は、複数の第２の光源放射素子を含むことができ、第２の光源放射素子は、第１の狭帯域波長で、または第１の狭帯域波長とは異なる第２の狭帯域波長で光を放射することができる。
【００２５】
１つのこのような実施形態では、複数の第１の光源放射素子および複数の第２の光源放射素子は、第１の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第１のサブセットと、第１の狭帯域波長とは異なる第２の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第２のサブセットとを集合的に含み、その結果、第１の狭帯域波長および第２の狭帯域波長のうちの一方または両方を含む光が、光放射素子の第１および第２のサブセットの一方または両方を選択的に活性化することによってライトパイプ出力アパーチャから制御可能に放射され得る。そのような実施形態では、光放射素子の第１のサブセットによって放射され、第１および／または第２の入力アパーチャを介して受け取られた光は、第１の実質的に均一な強度でライトパイプの出力アパーチャから放射され得、光放射素子の第２のサブセットによって放射され第１および／または第２の入力アパーチャを介して受け取られた光は、第１の実質的に均一な強度と異なっていてもいなくてもよい第２の実質的に均一な強度で出力アパーチャから放射される。非限定的な例として、第１の狭帯域波長および第２の狭帯域波長は、約３８０ｎｍ、約４８０ｎｍ、および約５６０ｎｍからなる群から選択され得る。いくつかの実施形態では、第１の光源の複数の光放射素子は、光放射素子の第１のサブセットのすべてを含み得る、またはそれらからなり得、第２の光源の複数の光放射素子は、光放射素子の第２のサブセットのすべてを含み得る、またはそれらからなり得る。
【００２６】
光伝送システムは、ライトパイプの第３の入力アパーチャに光学的に結合された出力を有する第３の光源をさらに備えてもよく、第３の光源は、複数の第３の光源放射素子を含み得、複数の第３の光源放射素子の１つまたは複数は、第１狭帯域波長で、第２狭帯域波長で、または第１狭帯域波長および第２狭帯域波長のそれぞれと異なる第３狭帯域波長で光を放射する。光伝送システムの１つのこのような実施形態では、複数の第１の光源放射素子、複数の第２の光源放射素子、および複数の第３の光源放射素子は、第１の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第１のサブセットと、第１の狭帯域波長とは異なる第２の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第２のサブセットと、第１および第２の狭帯域波長のそれぞれと異なる第３の狭帯域波長で光を放射する１つまたは複数の光放射素子の第３のサブセットとを集合的に含み、その結果、第１の狭帯域波長、第２の狭帯域波長、および第３の狭帯域波長のうちの１つまたは複数を含む光が、光放射素子の第１、第２、および第３のサブセットの１つまたは複数を選択的に活性化することによってライトパイプ出力アパーチャから制御可能に放射され得る。このようにして、光放射素子の第１のサブセットによって放射され、第１、第２および第３の入力アパーチャのいずれかを介して受け取られた光は、第１の実質的に均一な強度で出力アパーチャから放射され、光放射素子の第２のサブセットによって放射され第１、第２および第３の入力アパーチャのいずれかを介して受け取られた光は、第２の実質的に均一な強度で出力アパーチャから放射され、光放射素子の第３のサブセットによって放射され第１、第２および第３の入力アパーチャのいずれかを介して受け取られた光は、第３の実質的に均一な強度で出力アパーチャから放射され、第１の実質的に均一な強度は、第２の実質的に均一な強度および第３の実質的に均一な強度の一方または両方と異なっていてもいなくてもよい。第１の光源の複数の光放射素子は、光放射素子の第１のサブセットのすべてを含み得る、またはそれらからなり得、第２の光源の複数の光放射素子は、光放射素子の第２のサブセットのすべてを含み得る、またはそれらからなり得、第３の光源の複数の光放射素子は、光放射素子の第３のサブセットのすべてを含み得る、またはそれらからなり得る。
【００２７】
図面の簡単な説明
図面は、開示された発明の実施形態の設計および有用性を示し、同様の要素は共通の参照番号によって参照される。これらの図面は必ずしも縮尺通りに描かれていない。上記のおよび他の利点および目的がどのようにして得られるかをより良く理解するために、添付の図面に示されている実施形態のより詳細な説明が提供される。これらの図面は、開示された発明の典型的な実施形態のみを示しているので、その範囲を限定するものと見なすべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】本発明のいくつかの実施形態による界面動電マイクロ流体デバイスを保持するように構成された支持体の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示される支持体の概略図であり、分かりやすくするためにカバーが取り外されている。
【図２】本発明のいくつかの実施形態による電気信号生成サブシステムの要素の概略図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態による熱制御サブシステムの概略図である。
【図４】本発明のいくつかの実施形態による熱制御サブシステム中の熱制御フィードバック用に使用されるアナログ回路を示す回路図である。
【図５】本発明のいくつかの実施形態による電気信号生成サブシステムおよび熱制御サブシステムの両方を制御するために使用されるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を示す例示的なスクリーンショットである。
【図６】本発明のいくつかの実施形態による界面動電マイクロ流体デバイスを作動させるためのシステムの概略図である。図６に示されるシステムは、様々なビームスプリッタおよび／またはダイクロイックフィルタ、第１の光源、第２の光源、光変調サブシステム、対物レンズおよび検出器を有する光学系含む。
【図７Ａ】本発明のいくつかの実施形態による光学系中の構造化光経路の概略図である。
【図７Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による光学系中の結像経路の概略図である。
【図８Ａ】光の口径食を補償するために構造化光をどのように使用できるかを示す図の１つであり、図８Ａは試料面で測定された光の強度が視野を横切ってどのように変化し得るかを示す。
【図８Ｂ】光の口径食を補償するために構造化光をどのように使用できるかを示す図の１つであり、図８Ｂは光変調サブシステムからの光強度出力を制御するために使用可能な反転された機能を示す。
【図８Ｃ】光の口径食を補償するために構造化光をどのように使用できるかを示す図の１つであり、図８Ｃは、この機能が用いられない場合には図８Ａに示される光強度のパターンを生成するであろう光源からの光強度出力を制御するために図８Ｂに示されるような反転された機能が使用されるときの試料面で測定された光強度を示す。
【図９】本発明のいくつかの実施形態によるインピーダンス測定回路の概略図である。
【図１０】本発明のいくつかの実施形態による凍結弁の側面図である。
【図１１】本発明のいくつかの実施形態による凍結弁の斜視図である。
【図１２】本発明のいくつかの実施形態による一対の凍結弁の斜視図である。示されるように、凍結弁は界面動電装置を保持しているソケットの側面にある。
【図１３】図１２に示される凍結弁の様々な構成要素の斜視図である。
【図１４】本発明のいくつかの実施形態による凍結弁の斜視図である。
【図１５】図１４に示される凍結弁のカバーの上面斜視図である。
【図１６】図１４に示される凍結弁のカバーの底面斜視図である。
【図１７】図１４に示される凍結弁の底部の斜視図である。
【図１８】図１７に示される凍結弁の底部のエンクロージャの斜視図である。
【図１９】図１４に示される凍結弁のヒートシンクの斜視図である。
【図２０】図１４に示される凍結弁のスリーブの上面図である。
【図２１】図１４に示される凍結弁のスリーブの側面図である。
【図２２】本発明のいくつかの実施形態による界面動電マイクロ流体デバイスを作動するためのシステムの概略図である。図２２に示されるシステムは、様々なビームスプリッタおよび／またはダイクロイックフィルタ、第１の光源、第２の光源、光変調サブシステム、対物レンズおよび検出器を有する光学系を含む。
【図２３】本発明のいくつかの実施形態による２つのＬＥＤアレイの概略図である。
【図２４】本発明のいくつかの実施形態によるライトパイプ／オプティカルインテグレータの概略図である。
【図２５】本発明のいくつかの実施形態による光源の概略図である。
【図２６】本発明のいくつかの実施形態による多入力ライトパイプ／オプティカルインテグレータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
例示的な実施形態の詳細な説明
本明細書は、本発明の例示的な実施形態および使用を記載する。しかしながら、本発明は、これらの例示的な実施形態および使用に限定されず、また、それら例示的な実施形態および使用が本明細書において機能するまたは記載される態様にも限定されない。さらに、図面は、単純化されたまたは部分的な図を示す場合があり、図中の要素の寸法は、誇張されている、または比例していない場合がある。さらに、同様の構造または機能の要素は、図面全体を通して同様の参照番号によって表されている。加えて、示される実施形態は、全ての態様または利点が示される必要はない。特定の実施形態と併せて記載される態様または利点は、必ずしもその実施形態に限定されず、そのように示されていなくとも、他のいずれの実施形態においても実装することができる。
【００３０】
以下の定義される用語に関して、これらの定義は、特許請求の範囲または本明細書において異なる定義が与えられない限り、適用されるものとする。
【００３１】
用語「〜の上に（on）」、「〜に取り付けられている（attached to）」、「〜に接続されている（connected to）」、「〜に結合されている（coupled to）」または類似の語が本明細書で使用されている場合、一方の要素（例えば、材料、層、基板等）は、一方の要素が直接的に他の要素の上にある、に取り付けられている、に接続されている、または、に結合されているか、あるいは一方の要素と他方の要素との間に１つまたは複数の介在要素が存在しているかにかかわらず、他方の要素「の上に」ある、「に取り付けられている」、「に接続されている」、または「に結合されている」ことができる。同じく、方向（例えば、〜より上（above）、〜より下（below）、頂部（top）、底部（bottom）、横（side）、上（up）、下（down）、〜の下（under）、〜の上（over）、より上（upper）、より下（lower）、水平（horizontal）、垂直（vertical）、「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」等）は、提示されている場合、相対的なものであり、限定としてではなく、単に例として、説明および考察を容易にするために提示される。加えて、要素の列記（例えば、要素ａ、ｂ、ｃ）に言及する場合、そのような言及は、列記された要素のうちのいずれか１つを単独で、列記された要素のすべて未満のあらゆる組合せを、および／または列記された要素のすべての組み合わせを含むことを意図している。
【００３２】
本明細書で使用される場合、「実質的に（substantially）」は、意図された目的のために働くのに十分であることを意味する。用語「実質的に」は、したがって、当業者によって期待されるだろうような絶対的または完全な状態、寸法、測定値、結果等からの軽微な、取るに足らない変化であるが全体のパフォーマンスにはほとんど影響を及ぼさない変化を許容する。数値、または数値として表現できるパラメータもしくは特性に関して使用される場合、「実質的に」は１０パーセント以内を意味する。「いくつか（ones）」という用語は１よりも多いことを意味する。
【００３３】
明示的に示されているかどうかにかかわらず、全ての数値は、用語「約（about）」で修飾されると本明細書では考えられる。用語「約」は、言及された値と等価である（すなわち、同じ機能または結果を有する）と当業者が見なすであろう数字の範囲を概ね指す。多くの例では、用語「約」は、最も近い有効数字に四捨五入される数字を含み得る。
【００３４】
終点による数値範囲の記載は、その範囲内のすべての数を含む（例えば、１〜５は１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、および５を含む）。
【００３５】
本明細書で使用される場合、用語「配置される（disposed）」は、その意味合いの中に「位置付けられる（located）」を包含する。
【００３６】
本明細書で使用される場合、単数形「a」、「an」および「the」は、その内容が明確に別段に指示しない限り、複数の指示対象を含む。本明細書で使用される場合、用語「または」は、その内容が明確に別段に指示しない限り、「および／または」を含んで、その意味において一般的に使用される。
【００３７】
いくつかの実施形態では、本発明のシステムは、界面動電装置を保持するように構成された支持体（「ネスト」としても知られている）と、非構造化光を受け取り、構造化光を放出するように構成された光変調サブシステムとを含むことができる。
【００３８】
支持体は、例えば、光学的に作動される界面動電装置、プリント回路基板アセンブリ（ＰＣＢＡ）、電気信号生成サブシステム、熱制御サブシステム、またはそれらの任意の組み合わせとインターフェースし、および／またはそれらを保持するように構成されたソケットを含むことができる。
【００３９】
本発明の特定の実施形態では、支持体は、光学的に作動される界面動電装置などの界面動電装置とインターフェースすることができるソケットを含む。例示的なソケット１０６は、図１Ａおよび図１Ｂの支持体１００に含まれる。しかしながら、ソケット１０６の形状および機能は、図１Ａおよび図１Ｂに示されているものと正確に同じである必要はない。むしろ、それは、ソケット１０６がインターフェースすることになっている界面動電装置１１０のサイズおよび型に適合するために必要に応じて調整することができる。光電子ツイーザ（optoelectronic tweezer）（ＯＥＴ）構成および／または光−エレクトロウェッティング（opto-electrowetting）（ＯＥＷ）構成など、光学的に作動する構成を有するデバイス１１０を含む、様々な界面動電装置１１０が当該技術分野で知られている。適切なＯＥＴ構成の例は、以下の米国特許文献に示されており、そのそれぞれは、完全に記載されているかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれる：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）；および米国特許第７，９５６，３３９号（Ohtaら）。ＯＥＷ構成の例は、米国特許第６，９５８，１３２号（Chiouら）および米国特許出願公開第２０１２／００２４７０８号（Chiouら）に示されており、これらの両方は、完全に記載されているかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。光学的に作動される界面動電装置のさらに別の例は、統合されたＯＥＴ／ＯＥＷ構成を含み、その例は、米国特許公開第２０１５０３０６５９８号（Khandrosら）および同第２０１５０３０６５９９号（Khandrosら）およびそれらの対応するＰＣＴ公報ＷＯ２０１５／１６４８４６号およびＷＯ２０１５／１６４８４７号に示されており、これらはすべて完全に記載されているかのようにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００４０】
図１Ａおよび図１Ｂに示す支持体１００はまた、ベース部分１０２およびカバー１０４（図１Ｂでは省略されている）を含む。支持体１００はまた、複数のコネクタ、すなわち、第１の流体入力／出力部１１２；通信接続部１１４；電源接続部１１６；および第２の流体入力／出力部１１８を含む。第１および第２の流体入力／出力部１１２、１１８は、界面動電装置１１０を冷却するために使用される冷却ブロック（図３に示す）との間で冷却流体を送達するように構成されている。第１および第２の流体入力／出力部１１２、１１８が入力部であるか出力部であるかは、支持体１００を通る流体の流れの方向に依存する。第１および第２の流体入力／出力部１１２、１１８は、支持体１００内に配置される第１および第２の流体コネクタ１４２、１４４によって冷却ブロックに流体結合されている。通信接続部１１４は、以下で説明するように、界面動電マイクロ流体デバイスを作動させるために支持体１１０をシステムの他の構成要素と接続するように構成される。電力接続部１１６は、支持体１１０に動力（例えば、電気）を供給するように構成される。
【００４１】
特定の実施形態では、支持体１００は、一体化された発電サブシステム１３８を含むことができる。発電サブシステム１３８は、支持体１００によって保持されている界面動電装置１１０内の一対の電極間にバイアス電圧を印加するように構成することができる。このようなバイアス電圧を印加する能力は、界面動電装置１１０が支持体１００によって保持されているとき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、ほとんどの場合、バイアス電圧は断続的に、誘電泳動またはエレクトロウェッティングなどの動電力の生成を促すために、または界面動電装置１１０内の複素インピーダンスの測定を促すために必要とされる場合に限り印加される。
【００４２】
典型的には、電気信号生成サブシステム１３８は、図２に示すように、波形生成器２０２を含む。発電サブシステム１３８はさらに、検出モジュール２０８（例えば、オシロスコープ）および／または波形生成器２０２から受信した波形を増幅するように構成されている波形増幅回路２０４を含むことができる。検出モジュール２０８は、存在する場合、支持体１００によって保持された界面動電装置１１０に適用される波形を測定するように構成することができる。特定の実施形態では、検出モジュール２０８は、界面動電装置１１０に近い（および波形生成器２０２に遠い）位置で波形を測定し、従って、界面動電装置１１０に実際に適用される波形をより正確に測定することを保証する。検出モジュール２０８の測定から得られたデータは、例えば、フィードバックとして波形生成器２０２に提供可能であり、波形生成器２０２はそのようなフィードバックに基づいてその出力を調整するように構成することができる。適切に組み合わせられた波形生成器２０２および検出モジュール２０８の例は、RED PITAYA（商標）である。
【００４３】
特定の実施形態では、支持体１００は熱制御サブシステム１４０を含むことができる。熱制御サブシステム１４０は、支持体１００によって保持された界面動電装置１１０の温度を調節するように構成することができる。図３に示すように、熱制御サブシステム１４０は、ペルチェ熱電装置３０４および冷却ユニット３１２の近位構成要素を含むことができる。ペルチェ熱電装置３０４は、界面動電装置１１０の少なくとも１つの表面と接触するように構成された第１表面３０６を有することができる。冷却ユニットは、例えば、冷却ブロック３２２を含むことができる。ペルチェ熱電装置３０４の第２の表面３０８（例えば、第１の表面３０６の反対側の表面３０８）は、このような冷却ブロック３２２の表面と接合するように構成することができる。冷却ブロック３２２の全てまたは一部（例えば、ペルチェ熱電装置３０４と接合する部分）は、高い熱伝導率を有する材料から作製することができる。例えば、材料は、アルミニウムなどの金属であってもよい。冷却ブロック３２２は、冷却された流体を流体冷却装置３２６と冷却ブロック３２２との間で循環させるように構成された流体経路３２４に接続することができる。流体経路３２４は、流体入力／出力部１１２、１１８および図１に関連して記載された流体コネクタ１４２、１４４を含むことができる。ペルチェ熱電装置３０４および冷却ブロック３２２は、支持体１００上に取り付けることができる。
【００４４】
熱制御サブシステム１４０は、図３に示すように、熱電発電モジュール３０２をさらに含むことができる。熱電発電モジュール３０２は、マイクロ流体デバイス１１０の目標温度を達成するようにペルチェ熱電装置３０４の温度を調整することができる。熱電発電モジュール３０２へのフィードバックは、図４に示されるようなアナログ回路４００によって提供された温度値を含むことができる。あるいは、フィードバックは、デジタル回路（図示せず）によって提供されてもよい。ペルチェ熱電装置３０４、冷却ブロック３２２、および熱電発電モジュール３０２は全て支持体１００上に取り付けることができる。
【００４５】
特定の実施形態では、支持体１００はまた、熱制御サブシステム１４０に加えて、環境温度モニタ／調節器を含むか、またはそれとインターフェースすることもできる。
【００４６】
図４に示すアナログ回路４００は、抵抗４０２、サーミスタ４０６、およびアナログ入力４０４を含む。アナログ入力は、電気信号生成サブシステム１３８（例えば、その検出モジュール２０８）に作用可能に結合され、界面動電装置１１０の温度を計算するために使用できる信号をそれに提供する。サーミスタ４０６は、その抵抗が、サーミスタ４０６の温度が低下すると公知の態様で減少し、サーミスタ４０６の温度が上昇すると公知の態様で増加するように構成される。アナログ回路４００は、電極４０８にバイアス電圧を供給するように構成された電源（図示せず）に接続される。１つの特定の実施形態では、抵抗４０２は約１０，０００オームの抵抗を有することができ、サーミスタ４０６は２５℃で約１０，０００オームの抵抗を有することができ、電源（例えば、ＤＣ電源）は、約５Ｖのバイアス電圧を印加することができる。アナログ回路４００は例示的なものであり、他のシステムを使用して、熱電発電モジュール３０２へのフィードバックとして温度値を提供することができる。
【００４７】
特定の実施形態では、支持体１００は、制御器１３６（例えば、マイクロプロセッサ）をさらに備える。制御器１３６は、電気信号生成サブシステム１３８を感知および／または制御するために使用することができる。加えて、支持体１００が熱制御サブシステム１４０を含む限りにおいて、制御器１３６は、熱制御サブシステム１４０を感知および／または制御するために使用することができる。適切な制御器１３６の例には、ARDUINO NANO（商標）などのARDUINO NANO（商標）マイクロプロセッサが含まれる。制御器１３６は、プラグ／コネクタ１３４を介してコンピュータまたは他の計算装置などの外部制御器（図示せず）とインターフェースするように構成することができる。特定の実施形態では、外部制御器は、電気信号生成サブシステム１３８、熱制御サブシステム１４０、またはその両方を感知および／または制御するように構成されたグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を含むことができる。電気信号生成サブシステム１３８および熱制御サブシステム１４０の両方を制御するように構成された例示的なＧＵＩ５００が、図５に示されている。
【００４８】
特定の実施形態では、支持体１００は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１３２を含むことができる。電気信号生成サブシステム１３８は、ＰＣＢ１３２に取り付けられ、ＰＣＢ１３２に電気的に一体化されることができる。同様に、支持体１００が制御器１３６または熱制御サブシステム１４０を含む限りにおいて、制御器１３６および／または熱電発電モジュール３０２は、ＰＣＢ１３２上に取り付けられ、ＰＣＢ１３２に電気的に一体化されることができる。
【００４９】
したがって、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、例示的な支持体１００は、ソケット１０６、インターフェース１３４、制御器１３６、電気信号生成サブシステム１３８、および熱制御サブシステム１４０を含むことができ、これらのすべては、ＰＣＢ１３２上に取り付けられ、およびＰＣＢ１３２に電気的に一体化され、それによって、プリント回路基板アセンブリ（ＰＣＢＡ）１３０を形成する。上で考察したように、ソケット１０６は、光学的に作動する界面動電装置を含む界面動電装置１１０（または「消耗品」）を保持するように設計することができる。
【００５０】
特定の特異的な実施形態では、発電サブシステム１３８は、RED PITAYA（商標）波形生成器２０２／検出モジュール２０８と、RED PITAYA（商標）波形生成器２０２によって生成された波形を増幅し、増幅された波形（電圧）２０６を界面動電装置１１０に送る波形増幅回路２０４とを含むことができる。RED PITAYA（商標）ユニット２０２、２０８および波形増幅回路２０４の両方は、図１Ｂに示すように、ＰＣＢ１３２に電気信号生成サブシステム１３８として電気的に一体化することができる。さらに、RED PITAYA（商標）ユニット２０２、２０８は、界面動電装置１１０で増幅された電圧を測定し、次に、界面動電装置１１０で測定された電圧が所望の値になるように必要に応じてそれ自身の出力電圧を調整するように構成することができる。増幅回路２０４は、例えば、ＰＣＢ１３２上に取り付けられた一対のＤＣ−ＤＣコンバータによって形成された＋６．５Ｖ〜−６．５Ｖの電源を有することができ、その結果、界面動電装置１１０において最大１３Ｖｐｐの信号を生成する。
【００５１】
特定の特異的な実施形態では、支持体１００は、液体冷却式アルミニウムブロック３２２と界面動電装置１１０の背面との間に配置されたペルチェ熱電装置３０４を有する熱制御サブシステム１４０（図３に示す）と、POLOLU（商標）熱電発電機（不図示）と、ARDUINO NANO（商標）制御器１３６とを含む。熱制御サブシステム１４０のためのフィードバックは、抵抗器４０２（例えば、抵抗１０ｋオーム＋／−０．１％、温度係数＋／−０．０２ｐｐｍ／℃）および負の温度係数サーミスタ４０６（公称抵抗１０ｋオーム＋／−０．０１％）を含むアナログ電圧分割器回路４００（図４に示す）であることができる。制御器１３６は、フィードバック回路４００からの電圧を測定し、次いで、計算された温度値を入力として（例えば、オンボードＰＩＤ制御ループアルゴリズムに）使用して、指向性およびパルス幅変調信号ピンの両方を熱電発電モジュール３０２において駆動し、それにより熱電サブシステム１４０を作動することができる。液体冷却ユニット３２６は、部分的に支持体１００内に（例えば、流体入力／出力１１２、１１８および流体コネクタ１４２、１４４）および部分的に支持体１００の周囲に位置する冷却経路３２４を介して流体をポンプ送給するように構成することができる。
【００５２】
特定の特異的な実施形態では、支持体１００は、RED PITAYA（商標）ユニットが外部コンピュータと通信することを一緒に可能にするシリアルポート１１４およびPlinkツールを含む。シリアルポート１１４は、制御器１３６が外部コンピュータと通信することを可能にすることもできる。あるいは、制御器１３６が外部コンピュータと通信することを可能にするために別個のシリアルポート（図示せず）を使用することができる。他の実施形態では、支持体１００は、支持体１００の構成要素（例えば、制御器１３６および／または発電サブシステム１３８）と、携帯電話、ＰＤＡ、または他のハンドヘルドデバイスなどのポータブルコンピュータデバイスを含むことができる外部コンピュータとの間の無線通信を促進にするように構成された無線通信デバイスを含むことができる。外部コンピュータ上のＧＵＩ（例えば、図５に示すものなど）は、温度および波形データのプロット、出力電圧調整のためのスケーリング計算の実行、および制御器１３６およびRED PITAYA（商標）デバイス２０２、２０８の更新を含むがこれに限定されない様々な機能のために構成することができる。
【００５３】
特定の実施形態では、支持体１００は、界面動電装置１１０の内容物（例えば、流体内容物）の特性を測定するように構成されたインダクタンス／キャパシタンス／抵抗（ＬＣＲ）メータを含むか、またはそれとインターフェースすることもできる。
【００５４】
例えば、ＬＣＲメータは、システムの複素インピーダンス、特に、流体が界面動電装置１１０に流入するとき、その内部に配置されるとき、および／またはそこを出るときの流体の複素インピーダンスを測定するように構成することができる。いくつかの実施形態では、ＬＣＲメータは、界面動電装置１１０の内外に流体を運ぶ流体ラインに接続され、および／または一体化され得る。他の実施形態では、ＬＣＲメータは、発電サブシステム１３８に接続され得る、またはその一体部分であり得る。したがって、特定の特異的な実施形態では、支持体１００内のRED PITAYA（商標）波形生成器２０２および検出モジュール２０８は、ＬＣＲメータとして機能するように構成することができる。特定の実施形態では、発電サブシステム１３８と共に使用するように構成された界面動電装置１１０の電極も、ＬＣＲメータと共に使用するように構成することができる。システムのインピーダンスを測定することにより、様々なシステム特性、および界面動電装置１１０内の流体回路の高さ、界面動電装置１１０内の流体の塩含有量の変化（これはその中の生物学的微小物体の状態と相関し得る）および界面動電装置１１０を通る（異なるインピーダンスを有する）流体の特異的な体積の動きなど、その中の変化を決定することができる。
【００５５】
特定の実施形態では、システムのインピーダンスの測定は、システム（すなわち界面動電装置１１０）内の第１の流体からシステム内の第２の流体への変化を正確に（すなわち、真の値に近い）、精密に（すなわち反復可能に）検出するために使用することができる。例えば、第１の流体は脱イオン水（ＤＩ）であり、第２の流体は生理食塩水（例えば、リン酸緩衝生理食塩水すなわち「ＰＢＳ」）であり得、またはその逆であり得る。あるいは、第１の流体は生理食塩水（例えばＰＢＳ）であり得、第２の流体は生理食塩水とは検出可能に異なるインピーダンスを有する細胞培養培地であり得、またはその逆であり得る。さらに他の代替形態では、第１の流体は第１の細胞培養培地であり得、第２の流体は、第１の細胞培養培地とは検出可能に異なるインピーダンスを有する第２の細胞培養培地であり得る。図９は、システムのインピーダンスを検出するためのインピーダンス測定回路９００を示す図である。回路９００は、発電サブシステム１３８の波形生成器２０２からの出力９０２と、発電サブシステム１３８の検出モジュール２０８への２つの入力９０４、９０６とを含む。回路９００は、界面動電装置１１０（支持体１００のソケット１０６を介して接続されている）と、シャント抵抗器９０８とを含む。シャント抵抗器９０８は、ＬＣＲを０〜約５，０００オームの範囲（例えば、０〜約４，０００、０〜約３，０００、０〜約２，５００、０〜約２，０００、０〜約１，５００、または０〜約１，０００オームの範囲）のインピーダンスを測定するのに十分に正確にするように選択することができる。界面動電装置１１０は、界面動電装置１１０のベース部分（例えば、半導体デバイス）およびカバー（例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層を有する）を電極として機能させて、測定セルとして回路９００内で機能する。特定の特異的な実施形態では、回路９００の出力９０２は、RED PITAYA（商標）デバイスの波形生成器２０２から出るものであることができ、入力９０４、９０６は界面動電装置１１０から発生し、RED PITAYA（商標）デバイスの検出モジュール２０８によって受け取られることができる。特定の特異的な実施形態では、シャント抵抗器９０８は５０オームの抵抗器とすることができる。これらの実施形態では、発電サブシステム１３８を「光学作動モード」と「ＬＣＲモード」との間で切り替えることができる。さらに、ＬＣＲモードのとき、発電サブシステム１３８を、MATLABスクリプトを実行するコンピュータに接続することができる。
【００５６】
したがって、本発明のシステムは、界面動電装置１１０の流量（Ｖｆｌｏｗ）を決定する方法を提供する。例えば、界面動電装置１１０は、最初に第１のインピーダンスに関連する第１の流体（例えば、約４５０オームのインピーダンスに関連するＤＩ）で充填される。次に、第１のインピーダンスと検出可能に異なる第２のインピーダンスに関連する第２の流体（例えば約１６０オームのインピーダンスに関連するＰＢＳ）が、界面動電装置１１０に流し込まれ、それを通して流される。第２の流体は、例えば、流体入口ポートまたは流体出口ポートのいずれかとして機能することができるポートを介して界面動電装置１１０に流し込むことができる。システムは、第２の流体が界面動電装置１１０に流し込まれそれを通して流されるときに、界面動電装置１１０の複素インピーダンスを連続的に測定する。上で考察したように、特定の時点における界面動電装置１１０の複素インピーダンスを測定するために、システムは界面動電装置１１０へ電圧電位を印加し、それに付随して、複素インピーダンスを計算するために使用される界面動電装置１１０からの信号を受け取る。界面動電装置に印加される電圧電位は、約１０ｋＨｚ〜約１ＭＨｚ（例えば、約５０ｋＨｚ〜約８００ｋＨｚ、約１００ｋＨｚ〜約７００ｋＨｚ、約２００ｋＨｚ〜約６００ｋＨｚ、約３００ｋＨｚ〜約５００ｋＨｚ、約３５０ｋＨｚ〜約４００ｋＨｚ、または約３８０ｋＨｚ）の周波数を有することができる。インピーダンス測定の精度を最適化し、測定時間を最小化し、誘導効果を低減するように、界面動電装置１１０および第１および第２の流体の特性に基づいて特定の周波数を選択することができる。第２の流体は、測定された複素インピーダンスが第１の流体に関連する第１のインピーダンスから第２の流体に関連する第２のインピーダンスに変化するまで界面動電装置１１０に流し込まれ、それを通して流される。界面動電装置１１０の複素インピーダンスを第１インピーダンスから第２インピーダンスに完全に切り替えるために必要な第２の流体の最小量は、界面動電装置の流量（Ｖｆｌｏｗ）の尺度である。界面動電装置１１０の複素インピーダンスを第１のインピーダンスから第２のインピーダンスに切り替えるために必要な第２の流体の量は、システムが第２の流体を界面動電装置１１０にポンプ送給し始める時点から開始して、（１）界面動電装置１１０の流量（Ｖｆｌｏｗ）、（２）界面動電装置の流体出口ポートの容積、および（３）ポンプから界面動電装置１１０へ第２の流体を運ぶ管の流量を含むことができる。管および流体出口ポートを通る第２の流体の流れは、界面動電装置１１０の複素インピーダンスを変化させないので、管および入口ポートの流量は、界面動電装置１１０の流量と容易に区別することができる。
【００５７】
界面動電装置１１０の計算された流量を使用して、システムはさらに、界面動電装置１１０から１つまたは複数の微小物体を流体の個別の量で確実にエクスポートする方法を提供する。動電学的装置１１０の流量（Ｖｆｌｏｗ）を決定した後、流路内に配置された微小物体（例えば生物学的細胞）をエクスポートするのに必要な最小エクスポート量（Ｖｅｘ）は、界面動電装置１１０の流体出口ポートから微小物体を分離する流路の一部を計算することによって概算することができる。例えば、流路の全長（Ｌｔｏｔ）は、界面動電装置１１０の流路を流体入口ポートから流体出口ポートまで追跡することによって決定することができる。流路のエクスポート長さ（Ｌｅｘ）は、流路内の微小物体の位置から流体出口ポートまで界面動電装置１１０の流路を追跡することによって決定することができる。動電学的装置１１０から微小物体をエクスポートするのに必要な流体の最小量（Ｖｅｘ）は、従って、Ｖｅｘ＝（Ｌｅｘ／Ｌｔｏｔ）＊Ｖｆｌｏｗとして計算することができる。あるいは、（例えば、ＣＡＤ図面を使用して）流路の予測された幾何学的形状から流路の全量（Ｖｆｌｏｗ−ｔｏｔ）を推定することができ；および流出経路の全量（Ｖｅｘ−ｔｏｔ）は同様に、流路の予測された幾何学的形状から計算することができる。このような実施形態では、界面動電装置１１０から微小物体をエクスポートするのに必要な流体の最小量（Ｖｅｘ）は、Ｖｅｘ＝（Ｖｅｘ−ｔｏｔ／Ｖｆｌｏｗ−ｔｏｔ）＊Ｖｆｌｏｗとして計算することができる。Ｖｅｘを計算する手法にかかわらず、微小物体は、動力学的装置１１０の流体出口ポートを通して少なくともＶｅｘと同じ大きさの流体の量を流すことによって、動電学的装置１１０からエクスポートすることができる。信頼性の高いエクスポートを保証するために、微小物体は、Ｃ＊Ｖｅｘに等しい流体の量（Ｖｅｘ−ｒｅｌ）を流すことによって動電学的装置１１０からエクスポートすることができ、ここでＣは約１．１に等しいかそれ以上（例えば、約１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０またはそれ以上）である倍数である。いくつかの方法では、Ｖｅｘ（またはＶｅｘ−ｒｅｌ）の先頭部分は、微小物体を含む残留量（Ｖｅｘ（またはＶｅｘ−ｒｅｌ）に等しいＶｒｅｓから先頭部分を差し引いたもの）が界面動電装置１１０からエクスポートされる前に廃棄される。例えば、Ｖｅｘ（またはＶｅｘ−ｒｅｌ）は１．０μＬに等しい量であり得、０．５μＬの先頭量は廃棄することができ、その結果、微小物体は０．５μＬの最終量Ｖｒｅｓでエクスポートされる。このようにして、微小物体は、少量ではあるが離散した流体の量でエクスポートすることができる。方法の仕方によっては、Ｖｅｘ、Ｖｅｘ−ｒｅｌ、またはＶｒｅｓは、約２．０μＬ、１．５μＬ、１．２μＬ、１．０μＬ、０．９μＬ、０．８μＬ、０．７μＬ、０．６μＬ、０．５μＬ、０．４μＬ、０．３μＬ、０．２５μＬ、またはそれ未満であることができる。典型的には、微小物体を包含する流体の量（すなわち、Ｖｅｘ、Ｖｅｘ−ｒｅｌ、またはＶｒｅｓ）は、収集容器に達する前に有限の内部容積を有するエクスポート管を通してエクスポートされる。したがって、本方法で使用される計算は、エクスポート管の既知の量または推定量を考慮して調整することができる。たとえば、エクスポート管は、５．０μＬの内部容積を有し得る。この場合、１．０μＬのＶｅｘ（またはＶｅｘ−ｒｅｌ）は６．０μＬに調整され得、０．５μＬの廃棄された先頭容量は５．５μＬに調整され得、従って０．５μＬのＶｒｅｓは変わらない。
【００５８】
特定の実施形態では、支持体１００は、支持体１００に結合された１つまたは複数の弁を含み、１つまたは複数の弁は、支持体１００に結合された界面動電装置１１０内の流体の移動を制限（例えば、停止）するように構成される。適切な弁は実質的に内部デッドスペース（すなわち、流体にアクセス可能であるが、流体が弁を通って流れるときに流体流にほとんど曝されない弁内の空間）を欠くことができる。特定の実施形態では、１つまたは複数の弁の少なくとも１つは、凍結弁などの熱制御された流れ制御器である。図１０および図１１は、本発明の一実施形態による支持体１００と共に使用するための熱制御された流れ制御器１０００を示す。流れ制御器１０００は、温度調節装置１００４と、熱伝導インターフェース１００６と、流体ライン１００８の流れセグメント（隠れている）とを含む。温度調節装置１００４は、１つまたは複数のペルチェ熱電装置（例えば、２つ、３つ、４つ、５つ、またはそれ以上のペルチェ装置のスタック）を含むことができる。熱伝導インターフェース１００６は、金属（例えば、銅）など、熱的損傷に耐える高い熱伝導率を有する材料から形成されてもよい。熱伝導インターフェース１００６は、流体ライン１００８の流れセグメントの周りに巻き付くことができる。熱伝導インターフェース１００６は、例えば、流体ライン１００８の流れセグメントを完全に取り囲むスリーブまたは他の物体であり得るか、または、溝内に流体ライン１００８の流れセグメントを収容する溝付き表面を有し得る。流体ライン１００８内の流体は、流れ制御器１０００によって達成可能な温度で固体を凍結させる液体であってもよい。熱伝導性インターフェース１００６は、温度調節装置１００４に隣接して配置され、好ましくはその熱伝導性表面と接触し、流れ制御器１０００の効率を増大する。
【００５９】
特定の実施形態では、熱制御された流れ制御器１０００は、アルミニウムなどの高い熱伝導率（および低い熱容量）を有する１種または複数種の材料で作製され得るヒートシンク１００２を含むことができる。代替的に、流れ制御器１０００は、ヒートシンク１００２上に載るように、および／またはヒートシンク１００２に固定されるように構成することができる。さらに、流れ制御器１０００は、水分が熱伝導性インターフェース１００６および／または温度調節装置１００４上で凝結するときに起こり得る、水分が流れ制御器１０００の機能を妨害することを防止するように構成され得る、絶縁材料１０１０を含むことができる。流れ制御器１０００はまた、熱伝導性インターフェース１００６を温度調節装置１００４に対して押し付け、例えばそれによって流れ制御器１０００の効率を高めるように構成されたカバー１０１２または他のデバイス（例えばクランプ）を含むことができる。
【００６０】
図１２は、別の実施形態による、ソケット１０６と、それぞれが熱制御された流れ制御器１０００である一対の弁とを示す。流れ制御器１０００はソケット１０６のすぐ上流におよびすぐ下流に配置される。図１２に示すように、各流れ制御器１０００は、ヒートシンク１００２とエンクロージャ１０１４とを含む。各エンクロージャ１０１４は、温度調節装置１００４と、熱伝導性インターフェース１００６と、流体ライン１００８の流れセグメントとを含む。流体ライン１００８は、流れ制御器１０００から出てソケット１０６に入ることが分かる。エンクロージャ１０１４は、低い熱伝導率および／または低いガス透過性を有する材料から作製されてもよい。材料は、例えばＰＶＣとすることができる。エンクロージャ１０１４はそれぞれ、その中に含まれる各温度調節装置１００４の体積の少なくとも２倍（例えば、２〜１０倍、２〜７倍、２〜５倍、２〜４倍、または２〜３倍）の体積を含み得る。エンクロージャは、水分が各温度調節装置１００４および／または熱伝導性インターフェース１００６上で凝結するときに起こり得る、水分が流れ制御器１０００の機能を妨害することを防止するように構成することができる。図１２はまた、流れ制御器１０００が上に取り付けられる第２のヒートシンク１０２０を示す。第２のヒートシンク１０２０は、流れ制御器１０００のヒートシンク１００２からの熱を吸収するように構成される。
【００６１】
図１３は、図１２に示されたもののような熱制御された流れ制御器１０００のヒートシンク１００２およびエンクロージャ１０１４を示す。エンクロージャ１０１４の下面は、図１３に見られ、流体ライン１００８（図示せず）および／または熱伝導性インターフェース１００６の少なくとも一部を収容するように構成された溝１０１６を示す。溝１０１６は、熱伝導性インターフェース１００６（図示せず）を、温度調節装置１００４（例えば、１つまたは複数の（例えば、スタック状の）ペルチェ熱電装置（図示せず））に対して保持するようにさらに構成することができる。
【００６２】
図１４は、さらに別の実施形態による熱制御された流れ制御器１０００の外観を示す。図示されるように、流れ制御器１０００は、カバー１０３０、底部１０４０、およびヒートシンク１００２を含む。カバー１０３０は、インジケータ（例えば、ＬＥＤ）をカバー１０３０の外の位置から観察できるように構成されたインジケータ開口１０３４、１０３６のそれぞれ複数を画定する。インジケータは、流れ制御器１０００がオンであるかオフであるか、および／または流体ライン１００８の流れセグメントが開放された（すなわち凍結していない）構成か、または閉鎖された（すなわち、凍結している）構成かどうかを示すように構成可能である。さらに、カバー１０３０は、流れ制御器１０００を組み立てるための締結具（例えば、ねじ）を受け入れるように構成された締結具開口１０３２を画定することができる。底部１０４０は、流体ライン（図示せず）が底部１０４０の内部に入ることを許容するように構成された複数の流体ライン開口１０４２を画定する。
【００６３】
図１５および図１６は、底部１０４０なしで示される、図１４に示されるカバー１０３０の、それぞれ上面および底面を示している。インジケータ開口部１０３４、１０３６および締結具開口部１０３２も図１５および図１６に示されている。図１６はまた、熱制御された流れ制御器１０００のＰＣＢ（図示せず）を保持するように構成されたカバー１０３０の底面に形成されたキャビティを示す。ＰＣＢは、１つまたは複数の温度調節装置１００４（図示せず）および／または１つまたは複数のインジケータ（図示せず）を制御するように構成された回路を含むことができる。カバー１０３０は、ＰＶＣなどの低熱伝導性材料から作製することができる。
【００６４】
図１７は、カバー１０３０なしで示される、図１４に示される熱制御された流れ制御器１０００の底部１０４０およびヒートシンク１００２を示す。底部１０４０は、スリーブ１０５０およびスリーブ１０５０を保持するように構成されたエンクロージャ１０４４を含む。底部１０４０はまた、ヒートシンク１００２上にカバー１０３０および底部１０４０を取り付けるための締結具（例えば、ねじ）を受け入れるように構成された締結具開口部１０４８を画定する。スリーブ１０５０を保持することに加えて、エンクロージャ１０４４は、スリーブ１０５０内の複数の流体ライン開口部１０５２（図２１に示す）に対応する複数の流体ライン開口部１０４２（図１８に示す）も画定する。流体ライン開口部１０４２は、エンクロージャ１０４４の水平面内でエンクロージャ１０４４を完全に通過する。図１８は、エンクロージャ１０４４の下方からの斜視図である。斜視図の角度は、エンクロージャ１０４４の下側に形成された流体ライン開口部１０４２および２つのキャビティ１０４６の２つの対応するセットを示す。エンクロージャ１０４４のキャビティ１０４６は、温度調節装置１００４（例えば、それぞれ１つまたは複数の（例えばスタック状の２つ以上の）ペルチェ熱電デバイスを有する；図示せず）およびそれに関連する配線（図示せず）を保持するようにそれぞれ構成されている。
【００６５】
図１９は、（例えば、１つまたは複数の（例えば、スタック状の２つ以上の）ペルチェ熱電デバイスを有する）温度調節装置１００４を保持するようにそれぞれ構成された２つのキャビティ１０６０を画定するヒートシンク１００２を示す。ヒートシンク１００２はまた、第２ヒートシンクとして機能し得る支持体１００に結合されるように構成される。
【００６６】
図２０および図２１は、２つの流体ライン１００８（例えば、入口および出口；図示せず）を保持するように構成されたスリーブ１０５０を示している。スリーブ１０５０は、流体ライン１００８の流れセグメントを完全に囲むように構成することができる。あるいは、スリーブ１０５０は、流体ライン１００８の流れセグメントを収容するように構成された溝を有することができる。したがって、スリーブ１０５０は、熱伝導性インターフェース１００６の実施形態である。したがって、スリーブ１０５０は、温度調整装置１００４（図示せず）に近接して流体ライン１００８の流れセグメントを維持することを容易にする。スリーブ１０５０は、銅などの高熱伝導率（および低熱容量）の材料から作ることができる。図２１の側面図は、スリーブ１０５０によって画定された流体ライン１００８の開口部１０５２を示す。図示のように、流体ライン開口部１０５２は、スリーブ１０５０の水平面内でスリーブ１０５０を完全に通過する。流体ライン開口部１０５２は、（図１８に示されるように）エンクロージャ１０４４の対応する流体ライン開口部１０４２と実質的に整列され、その結果、スリーブ１０５０が（図１７に示されるように）エンクロージャ１０４４内に配置されるとき、流体ライン１００８はエンクロージャ１０４４およびスリーブ１０５０の両方を通過することができる。さらに、（図１７に示されるように）スリーブ１０５０がエンクロージャ１０４４内に配置されると、スリーブ１０５０は、両方の温度調節装置１００４（例えば、それぞれ１つまたは複数の（例えば、スタック状の２つ以上の）ペルチェ熱電装置；図示されない）の頂部に接触して配置される。
【００６７】
特定の実施形態では、熱制御された流れ制御器１０００はまた、サーミスタ（図示せず）を含む。サーミスタは、スリーブおよび／または温度調整装置１００４（またはその表面）の温度を監視するように構成されている。監視された温度は、流れ制御器１０００の開放状態または閉鎖状態を示すフィードバックを提供することができる。
【００６８】
特定の実施形態では、熱制御された流れ制御器１０００はまた、上で考察したように、プリント回路基板（ＰＣＢ；図示せず）を含むか、またはそれに作用可能に結合されている。ＰＣＢは、サーミスタとインターフェースするように構成することができる。ＰＣＢはまた、温度調整装置１００４に供給される電流（例えば、ＤＣ）を調整するように構成されてもよい。さらに、ＰＣＢは、温度調整装置１００４に供給される電流を降圧するように構成されてもよい。
【００６９】
上述の熱制御された流れ制御器１０００は堅牢であり、バクテリアまたは他のごみが蓄積および／または成長し得るデッドスペースを（他の流体弁と比較して）実質的に排除している。さらに、流れ制御器１０００は、他のタイプの弁に関連する微生物汚染を低減する。さらに、流れ制御器１０００は、通常であればマイクロ流体デバイスの入口および出口に接続された流体ラインの屈曲に起因するであろう、それに接続されたマイクロ流体デバイス（例えば界面動電マイクロ流体デバイス１１０）内の流体の移動を制限する。マイクロ流体デバイス内での流体の移動を最小限にするべくシステムを最適化するために、流れ制御器１０００は、できるだけマイクロ流体デバイスの入口および出口の近くに配置されるべきである。
【００７０】
特定の実施形態では、支持体１００はまた、培養条件を維持するように構成されたＯ２およびＣＯ２源を含むか、またはそれらとインターフェースすることができる。特定の実施形態では、支持体１００はまた、湿度モニタ／レギュレータを含むか、またはそれとインターフェースすることができる。
【００７１】
支持体１００は、約６〜１０インチ（または約１５０〜２５０ｍｍ）×約２．５〜５インチ（または約６０〜１２０ｍｍ）×約１〜２．５インチ（または約２５〜６０ｍｍ）の寸法を有することができる。支持体１００に組み込まれた機能に応じて、支持体１００の寸法を実質的にこれらの例示的な寸法内に維持することが望ましい可能性があるが、寸法は例示的な寸法よりも小さくても大きくてもよい。例示的な支持体１００は、特定の機能のために構成された特定の構成要素を含むものとして説明してきたが、他の実施形態による支持体は、記載された機能の様々な組合せおよび下位組合せを実行する異なる構成要素を含むことができる。
【００７２】
特定の実施形態では、光変調サブシステム６３４は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、液晶ディスプレイまたはデバイス（ＬＣＤ）、液晶オンシリコンデバイス（ＬＣＯＳ）、および強誘電性液晶オンシリコンデバイス（ＦＬＣＯＳ）、およびの１つまたは複数を含む。光変調サブシステム６３４は、例えば、プロジェクタ（例えば、ビデオプロジェクタまたはデジタルプロジェクタ）であってもよい。適切な光変調サブシステムの一例は、ANDOR TECHNOLOGIES（商標）からのMOSAIC（商標）システムである。他の実施形態では、光変調サブシステム６３４は、改善されたコントラスト比を提供し得るマイクロシャッタアレイシステム（ＭＳＡ）を含むことができる。さらに他の実施形態では、光変調サブシステム６３４は、走査レーザ装置を含むことができる。特定の実施形態では、光変調サブシステム６３４は、構造化光および非構造化光の両方を放射可能であり得る。
【００７３】
特定の実施形態では、支持体１００および光変調サブシステム６３４は、それぞれ、標準的な研究グレードの光学顕微鏡または蛍光顕微鏡などの顕微鏡に取り付けられるように個別に構成されている。例えば、支持体１００は、顕微鏡のステージに取り付けられるように構成することができる。光変調サブシステム６３４は、顕微鏡のポートに取り付けるように構成することができる。
【００７４】
したがって、特定の実施形態において、本発明は、光学顕微鏡を、界面動電装置１１０を動作させるように構成された顕微鏡に変換する方法を提供する。この方法は、支持体１００（例えば、本明細書に記載したようなもの）および光変調サブシステム６３４（例えば、本明細書に記載したようなもの）を含むシステムを適切な顕微鏡に取り付けるステップを含むことができる。支持体１００は前記光学顕微鏡のステージに取り付けることができ、光変調サブシステム６３４は前記光学顕微鏡のポートに取り付けることができる。特定の実施形態では、変換された光学顕微鏡は、光学的に作動される界面動電装置１１０（例えば、ＯＥＴおよび／またはＯＥＷ構成を有する界面動電装置）を動作させるように構成することができる。
【００７５】
他の実施形態では、本明細書に記載される支持体１００および光変調サブシステム６３４は、光学顕微鏡の一体構成要素とすることができる。例えば、一体化された支持体１００および一体化された光変調サブシステム６３４を有する顕微鏡は、光学的に作動される界面動電装置１１０（例えば、ＯＥＴおよび／またはＯＥＷ構成を有する界面動電装置）を動作させるように構成することができる。
【００７６】
特定の関連する実施形態では、本発明は、界面動電装置１１０を動作させるように構成された顕微鏡を提供する。顕微鏡は、界面動電装置１１０を保持するように構成された支持体１００と、第１の光源から光を受け取り、構造化光を放射するように構成された光変調サブシステム６３４と、光学系とを含むことができる。光学系は、（１）光変調サブシステム６３４から構造化光を受け取り、装置１１０が支持体１００によって保持されているときに、界面動電装置１１０の少なくとも第１の領域に構造化光を集束させ、（２）反射光および／または放射光を界面動電装置１１０から受け取り、そのような反射光および／または放射光の少なくとも一部を検出器６０２に集束させるように構成することができる。光学系はまた、第２の光源６２２から非構造化光を受け取り、装置１１０が支持体１００によって保持されているときに、界面動電装置１１０の少なくとも第２の領域に非構造化光を集束させるように構成することができる。特定の実施形態では、界面動電装置１１０の第１および第２の領域は、重なり合う領域とすることができる。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。
【００７７】
特定の実施形態では、本発明の顕微鏡は、１つまたは複数の検出器６０２をさらに含むことができる。検出器６０２は、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、科学的相補型金属酸化物半導体（ＳＣＭＯＳ）、カメラ（例えば、デジタルカメラまたはフィルムカメラ）、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。少なくとも２つの検出器６０２が存在する場合、一方の検出器６０２は、例えば、高速フレームレートのカメラであり得、他方の検出器６０２は、高感度カメラであり得る。顕微鏡はまた、使用者による視覚化のために構成された接眼レンズを含むことができる。さらに、光学系は、界面動電装置１１０からの反射光および／または放射光を受け取り、追加の検出器６０２に反射光および／または放射光の少なくとも一部を集束させるように構成することができる。顕微鏡の光学系は、各検出器６０２の最終倍率が異なり得るように、異なる検出器６０２のための異なる管レンズを含むこともできる。
【００７８】
特定の実施形態では、本発明の顕微鏡の光変調サブシステム６３４は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、液晶ディスプレイ／デバイス（ＬＣＤ）、液晶オンシリコンデバイス（ＬＣＯＳ）、強誘電性液晶オンシリコンデバイス（ＦＬＣＯＳ）、および走査型レーザデバイスの１つまたは複数を含むことができる。さらに、ＤＭＤ、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ、ＦＬＣＯＳ、および／または走査レーザデバイスは、プロジェクタ（例えばビデオプロジェクタまたはデジタルプロジェクタ）の一部であってもよい。他の実施形態では、光変調サブシステム６３４は、改善されたコントラスト比を提供し得るマイクロシャッタアレイシステム（ＭＳＡ）を含むことができる。特定の実施形態では、本発明の顕微鏡は、光変調サブシステム６３４を制御するための埋め込み式または外部制御器（図示せず）を含むことができる。このような制御器は、例えば、外部コンピュータまたは他のコンピュータデバイスであってもよい。
【００７９】
特定の実施形態では、本発明のシステム６００／顕微鏡は、少なくとも２つの光源６２２、６３２を使用するように構成されている。例えば、第１の光源６３２は構造化光６５０を生成するために使用可能であり、次いでこの光は、光学的に作動されるエレクトロキネシス（electrokinesis）および／または蛍光励起のための変調された構造化光６５２を形成するための光変調サブシステム６３４によって変調される。第２の光源６２２は、明視野または暗視野結像のための（例えば、非構造化光６５４を使用する）背景照明を提供するために使用することができる。そのような構成の一例が図６に示されている。第１の光源６３２は、構造化光６５０を光変調サブシステム６３４に供給するように示され、光変調サブシステム６３４は変調された構造化光６５２を顕微鏡の光学系に提供する。第２の光源６２２は、ビームスプリッタ６２４を介して光学系に非構造化光６５４を提供するように示されている。光変調サブシステム６３４からの変調された構造化光６５２および第２の光源６２２からの非構造化光６５４は、一緒に光学系を通って移動し、ビームスプリッタ６０６に到達し、そこで光６５２、６５４は対物レンズ６０８（レンズであってもよい）を介して試料面６１０に反射される。次いで、試料面６１０からの反射光および／または放射光６６２、６６４は、対物レンズ６０８を介して、ビームスプリッタ６０６を介して、ダイクロイックフィルタ６０４まで移動する。光６６２、６６４は、試料面６１０からそれぞれ反射された変調された構造化光６５２および非構造化光６５４とすることができる。あるいは、光６６２、６６４は、試料面６１０をまたはその下を起源とすることができる。ダイクロイックフィルタ６０４に到達する光６６２、６６４のほんの一部のみがフィルタ６０４を通過し、検出器６０２に到達する。システムがどのように使用されているかに応じて、ビームスプリッタ６０６は、（例えば、試料面６１０にまたはその下に生じる蛍光放出を検出するための）ダイクロイックフィルタと置き換えることができる。
【００８０】
図６に示すように、第２の光源６２２は青色光を放射する。試料面６１０から反射された青色光は、ダイクロイックフィルタ６０４を通過し、検出器６０２に達することができる。これとは対照的に、光変調サブシステム６３４から来る構造化光は、試料面６１０から反射されるが、ダイクロイックフィルタ６０４を通過しない。この例では、ダイクロイックフィルタ６０４は、４９５ｎｍより長い波長を有する可視光を濾波している。光変調サブシステム６３４からの光のこのような濾波は、光変調サブシステム６３４から放射された光が４９５ｎｍより短い波長を含まない場合にのみ（図示のように）完了する。実際には、光変調サブシステム６３４から来る光が４９５ｎｍより短い波長（例えば、青色波長）を含む場合、光変調サブシステム６３４からの光の一部はフィルタ６０４を通過して検出器６０２に達するだろう。そのようなシナリオでは、フィルタ６０４は、第１の光源６３２および第２の光源６２２から検出器６０２に到達する光の量のバランスを変化させるように働く。これは、第１の光源６３２が第２の光源６２２よりもかなり強い場合に有益であり得る。
【００８１】
第１の光源６３２および第２の光源６２２から検出器６０２に到達する光の量のバランスを変化させるという同じ目的を達成する、図６に示す構成に対する１つの代替案は、第２の光源６２２に赤色光を放射させ、フィルタ６０４に６５０ｎｍより短い波長を有する可視光を濾波させることである。
【００８２】
特定の実施形態では、本発明の顕微鏡（またはシステム）は、第１の光源６３２および／または第２の光源６２２をさらに備える。
【００８３】
特定の実施形態では、第１の光源６３２は、広いスペクトルの波長（例えば、「白色」光）を放射することができる。第１の光源６３２は、例えば、蛍光体の励起に適した少なくとも１つの波長を放射することができる。第１の光源６３２は、光変調サブシステム６３４によって放射された構造化光が、光学的に作動される界面動電装置１１０の光作動電気泳動を活性化することができるように十分に強力であり得る。特定の実施形態では、第１の光源６３２は、金属ハロゲン化物、セラミック放電、ナトリウム、水銀、および／またはキセノンを含むものなど、高強度放電アークランプを含むことができる。他の実施形態では、第１の光源６３２は、１つまたは複数のＬＥＤ（例えば、４つのＬＥＤからなる２×２アレイまたは９つのＬＥＤからなる３×３アレイなどのＬＥＤのアレイ）を含むことができる。ＬＥＤは、広スペクトル「白色」光ＬＥＤ（例えば、PRIZMATIXによるＵＨＰ−Ｔ−ＬＥＤ−白色）、または様々な狭帯域波長ＬＥＤ（例えば、約３８０ｎｍ、４８０ｎｍ、または５６０ｎｍの波長を放出する）を含むことができる。さらに他の実施形態では、第１の光源６３２は、（例えば、ＯＥＴおよび／または蛍光用に）選択可能な波長で光を放射するように構成されたレーザを組み込むことができる。
【００８４】
特定の実施形態では、第２の光源６２２は、明視野照明に適している。したがって、第２の光源６２２は、１つまたは複数のＬＥＤ（例えば、４つのＬＥＤからなる２×２アレイまたは９つのＬＥＤからなる３×３アレイなどのＬＥＤのアレイ）を含むことができる。ＬＥＤは、白色（すなわち、広スペクトル）光、青色光、赤色光等を放射するように構成することができる。いくつかの実施形態では、第２の光源６２２は、４９５ｎｍ以下の波長を有する光を放射することができる。例えば、第２の光源６２２は、実質的に４８０ｎｍ、実質的に４５０ｎｍ、または実質的に３８０ｎｍの波長を有する光を放射することができる。他の実施形態では、第２の光源６２２は、６５０ｎｍ以上の波長を有する光を放射することができる。例えば、第２の光源６２２は、実質的に７５０ｎｍの波長を有する光を放射することができる。さらに他の実施形態では、第２の光源６２２は、実質的に５６０ｎｍの波長を有する光を放射することができる。
【００８５】
特定の実施形態では、本発明の顕微鏡の光学系は、４９５ｎｍより長い波長を有する可視光を少なくとも部分的に濾波するダイクロイックフィルタ６０４を含む。他の実施形態では、本発明の顕微鏡の光学系は、６５０ｎｍより短い（または６２０ｎｍより短い）波長を有する可視光を少なくとも部分的に濾波するダイクロイックフィルタ６０４を含む。より一般的には、光学系は、第１の光源６３２からの構造化光が検出器６０２に到達するのを低減または実質的に防止するように構成されたダイクロイックフィルタ６０４含むこともできる。このようなフィルタ６０４は、（光学系に沿って）検出器６０２の近くに配置することができる。代替的に、光学系は、光変調サブシステム６３４からの構造光（例えば、可視構造化光）の量と、前記検出器６０２に到達する第２の光源６２２からの非構造化光（例えば、可視非構造光）の量とを釣り合わせるように構成された１つまたは複数のダイクロイックフィルタ６０４を含むことができる。このような釣り合いは、構造化光が検出器６０２（または検出器６０２によって得られた画像）で非構造化光を圧倒しないことを確実にするために使用することができる。
【００８６】
特定の実施形態では、本発明の顕微鏡の光学系は、構造化光および非構造化光を界面動電装置１１０上で集束するように構成された対物レンズ６０８を含むことができ、対物レンズは、１００ｘ、６０ｘ、５０ｘ、２０ｘ、１０ｘ、５ｘ、４ｘ、または２ｘの対物レンズから選択される。これらの倍率は説明のために列挙され、限定することを意図したものではない。対象は任意の倍率を有することができる。
【００８７】
本発明の顕微鏡は、本明細書に記載の支持体１００のいずれかを含むことができる。したがって、例えば、支持体１００は、前記装置１１０が支持体１００によって保持されているときに前記界面動電装置１１０内の一対の電極間に少なくとも断続的にバイアス電圧を設定するように構成された一体化電気信号生成サブシステム１３８を含むことができる。代わりにまたはそれに加えて、支持体１００は、前記支持体１００によって前記装置１１０が保持されているときに前記界面動電装置１１０の温度を調節するように構成された熱制御サブシステム１４０を含むことができる。
【００８８】
本明細書に記載のいずれのシステムまたは顕微鏡も、界面動電装置１１０をさらに含むことができる。界面動電装置１１０は、誘電泳動を支持するように構成されたマイクロ流体デバイス１１０またはエレクトロウェッティングを支持するように構成されたマイクロ流体デバイス１１０などのマイクロ流体デバイス１１０であり得る。界面動電装置１１０は、光学的に作動される界面動電装置（例えば、ＯＥＴおよび／またはＯＥＷ構成を有する界面動電装置）であり得る。
【００８９】
図７Ａは、本発明のいくつかの実施形態による光学系の構造化光経路７００を示す。図７Ａに示される構造光経路７００は、ガラスカバー７０４（例えば、２０ｍｍガラスプレート）を含むＤＭＤ７０２で始まる。ＤＭＤ７０２は、図６に示す光変調サブシステム６３４のような光変調サブシステムの一部であってもよい。ＤＭＤ７０２は、光源（図示せず）からの光を修正して構造化光７０８を形成する。構造化光７０８は次いで対物レンズ７１０（これはレンズであってもよい）に向かって管状レンズ７０６によって集束される。次に対物レンズ７１０は、構造化光７０８をカバー７１２（例えば、カバーガラス）上で集束させる。カバー７１２は、光学的に作動される界面動電装置などの界面動電装置１１０のカバーであってもよい。後者の実施形態では、構造光は、以下に説明するように、光学的に作動される界面動電装置１１０を作動および／または動作させることができる。
【００９０】
図７Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による光学系の結像光路７５０を示す。図７Ｂに示された結像光路７５０は、界面動電装置１１０のカバー７１２と一致し得る試料面７５２で始まる。試料面７５２は、図６に示される試料面６１０と同様であり得る。したがって、結像光路７５０中の光７５８は、試料面７５２から反射され得る。あるいは、光７５８は、試料面７５２を通過し得る。試料面７５２から、光７５８は、対物レンズ７５４および無彩色管レンズ７５６によってカメラ面７６０に向かって集束される。カメラ面７６０は、図６に示す検出器６０２と同様に、検出器（図示せず）と一致することができる。このようにして、結像光路７５０を使用して、（例えば、界面動電装置１１０内に含まれる）試料面７５２に配置された試料またはその一部を視覚化することができる。
【００９１】
図２２は、図６に示したものと同様の光学系を有するシステム６００を示す。図２２に示すシステム６００において、第２の光源６２２およびビームスプリッタ６２４は、図６のように主要光路の脇ではなく、試料面６１０と検出器６０２の間で主要光路内に配置される。このような実施形態では、第２の光源は、試料面６１０からの反射および／または放射光６６２、６６４と干渉しないような大きさ、形状および構成を有する。さらに、ビームスプリッタ６２４は、非構造化光６５４の方向を変えることなく第２の光源６２２からの非構造化光６５４を修正するフィルタとしてのみ機能することができる。他の実施形態では、システム６００はビームスプリッタ６２４を含まない場合がある。
【００９２】
特定の実施形態では、第２の光源６２２は、ライトパイプおよび／または１つまたは複数のＬＥＤ（例えば、ＬＥＤの３×３アレイの２×２などのＬＥＤアレイ）を備える。
【００９３】
図２３は、本明細書に記載のシステム６００の光源として使用され得る２つのＬＥＤアレイを示す。第１のＬＥＤアレイ１１０２は、４つのＬＥＤからなる２×２アレイを含む。第２のＬＥＤアレイ１１０４は、９個のＬＥＤからなる３×３のアレイを含む。正方形配列は、非正方形配列と比較して単位面積当たりの光強度を高める。アレイ内のＬＥＤは、同じ色／波長（例えば、紫外線、３８０ｎｍ、４８０ｎｍまたは５６０ｎｍ）を有することができる。あるいは、アレイ内のＬＥＤの様々なサブセットが、異なる色／波長を有することができる。さらに、ＬＥＤは元々狭帯域波長（例えば、４５０ｎｍ波長）を放射することができるが、狭帯域波長での励起の際に白色光を放射するために燐光材料でコーティングされてもよい。
【００９４】
図２４は、図２３に示すＬＥＤアレイ１１０２、１１０４のうちの１つなど、光源から光を受け取り、伝搬するように構成され得るライトパイプ（またはオプティカルインテグレータ）１１１２を示す。ライトパイプ１１１２（「非結像収集光学素子」としても知られる）は、その一端（すなわち、入力アパーチャ）からその他端（すなわち、出力アパーチャ）に光を伝搬するように構成され、出力アパーチャから放射される光は実質的に均一の強度を有する（すなわち、出力アパーチャの平面における定義されたサイズの第１の領域を通る光束は、同じ規定されたサイズを有する出力アパーチャの平面における他のどの領域を通る光束とも実質的に同じである）。ライトパイプ１１１２の本体壁は、透明ガラスまたは透明プラスチックから構成することができる。ライトパイプ１１１２は、例えばEDMOND OPTICSから入手可能である。
【００９５】
図２５は、表面１１２４に結合された複数の３×３ＬＥＤアレイ１１０４を含む光源１１２２を示す。表面１１２４は、ＬＥＤボードであってもよい。光源１１２２は、光源１１２２から放射される光を受け取るように構成されたアパーチャに対して移動可能なように、システム内に配置されてもよい。例えば、システムは、ライトパイプ／オプティカルインテグレータ１１１２を含むことができ、ライトパイプ１１１２の入力アパーチャは、表面１１２４に結合された複数のＬＥＤアレイ１１０４の１つから放射された光を受け取るように構成することができる。したがって、光源１１２２の表面１１２４とライトパイプ／オプティカルインテグレータ１１１２との相対的な位置に依存して、（例えば、ライトパイプ／オプティカルインテグレータ１１１２を介して）異なるＬＥＤアレイ１１０４を光源として利用可能であり得る。
【００９６】
図２６は、多入力ライトパイプ／オプティカルインテグレータ１１３２を示す。多入力ライトパイプ１１３２は、複数の（例えば３つの）入力アパーチャであって、光伝搬経路およびそれぞれの光源１１３４、１１３６、１１３８にそれぞれ関連付けられた複数の入力アパーチャと、１つ少ない（例えば２つの）ダイクロイックフィルタ１１４０、１１４２とを有する。各ダイクロイックフィルタ１１４０、１１４２は、対応する光源１１３６、１１３８からの光を反射するように構成されている。図２６に示す多入力ライトパイプ１１３２は、第１、第２および第３の光源１１３４、１１３６、１１３８を有し、そのうちの任意のものが、ＬＥＤのアレイ（例えば、ＬＥＤの２×２または３×３アレイ）であってもよい。第１の光源１１３４は、約３８０ｎｍで光を放射するＬＥＤのアレイであってもよい。第２の光源１１３６は、約４８０ｎｍで光を放射するＬＥＤのアレイであってもよい。第３の光源１１３８は、約５６０ｎｍで光を放射するＬＥＤのアレイであってもよい。したがって、第１、第２、第３の光源１１３４、１１３６、１１３８を選択的に起動させることによって、多入力ライトパイプ１１３２から放射する光の波長を制御することができる。多入力ライトパイプ１１３２は、対応する入力開口に入射する光源１１３４、１１３６、１１３８のいずれか１つ、またはそれらの任意の組合せからの光が、出力開口から放射されるときに実質的に均一な強度であるように構成される。多入力ライトパイプ１１３２の本体壁は、透明ガラスまたは透明プラスチックから構成することができる。
【００９７】
特定の実施形態では、本発明の顕微鏡は、光変調サブシステム６３４によって受け取られ、光学系に伝達される単一の光源（例えば、白色光ＬＥＤ；図示せず）を使用するように構成される。単一の光源を使用して、光で作動されるエレクトロキネシス、蛍光体励起、および明視野照明のための構造化光を提供することができる。このような構成では、構造化された照明を使用して、光の口径食または照明の他のいずれかの偶然の不均一性を補償することができる。光の口径食は、視野８０２の縁部に向かう照明８０４の緩やかな減衰である（例えば、図８Ａ）。単一の光源の光強度は、画素ごとに測定することができ、その情報は反転された光の口径食機能８１４を生成するために使用される（例えば、図８Ｂ）。反転された光の口径食機能８１４は次いで光変調サブシステムからの光の出力を調節するために使用可能であり、それにより、視野８０２内に一様に照射されたフィールド８２４を生成する（例えば、図８Ｃ）。
【００９８】
本発明は、光学的に作動される界面動電装置１１０内の微小物体を操作するために光を使用する方法をさらに提供する。方法は、光学的に作動される界面動電装置１１０を、本明細書に記載のシステムまたは顕微鏡のいずれか１つの支持体１００の上に配置すること、光学的に作動される界面動電装置１１０の上または中に微小物体を配置すること、光変調サブシステム６３４からの構造化光を光学的に作動される界面動電装置１１０の表面上の第１の領域に集束させること、および集束された構造化光を光学的に作動される界面動電装置１１０の表面上の第２の領域に移動させることを含む。微小物体が前記第１の領域に近接して配置されるならば、集束された光を動かすことにより微小物体の指向された動きを誘発することができる。集束された構造化光は、例えば、微小物体の周りに光ケージを形成するために使用することができる。あるいは、集束された構造化光は、微小物体を含む流体小滴と少なくとも部分的に接触するために使用することができる。
【００９９】
光学的に作動される界面動電装置１１０において微小物体を操作するために光を使用する方法の別の実施形態では、光パターンが空間的に固定され、光学的に作動される界面動電装置１１０が光パターンに対して移動される。例えば、光学的に作動される界面動電装置１１０は、コンピュータによって自動的に制御され得るか、使用者によって手動で制御され得るか、またはコンピュータの助けを借りて使用者によって半自動的に制御され得る電動式または機械式顕微鏡ステージを使用して移動することができる。別の同様の実施形態では、空間的に固定された光パターンは、操縦可能なステージ上の微小物体（例えば、生物学的細胞または対象とする微小物体を場合により含有する液滴）を移動させるように構成された「ケージ」またはボックスなどの幾何学的パターンを形成することができる。
【０１００】
開示された発明の特定の実施形態を本明細書に示し説明してきたが、それらは本発明を限定することを意図するものではないことは当業者によって理解されるであろうし、また、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によってのみ定義される開示された発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正を行うことができる（例えば、様々な部品の寸法）ことは当業者には明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味であるとみなされるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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