(57)【要約】流体サンプルを離散化ならびに分析するためのシステム、方法、およびデバイスが、提供される。一側面では、流体サンプルを離散化するためのマイクロ流体アレイが、１つまたはそれを上回る流動チャネルと、１つまたはそれを上回る流動チャネルと流体連通する、複数の流体区画とを備える。別の側面では、流体サンプルを離散化および分析するためのシステムが、マイクロ流体デバイスを受容するように成形される、ロータアセンブリを備える。
2018525616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体サンプルを離散化するためのマイクロ流体アレイであって、
流体入口ポートと、流体出口ポートとを備える、近位アレイ部分と、
前記近位部分から離れた遠位アレイ部分と、
１つまたはそれを上回る流動チャネルであって、前記１つまたはそれを上回る流動チャネルのそれぞれは、前記近位アレイ部分から前記遠位アレイ部分に延在する長さと、前記流体入口ポートと流体連通する近位端と、前記流体出口ポートと流体連通する遠位端とを備える、１つまたはそれを上回る流動チャネルと、
前記１つまたはそれを上回る流動チャネルと流体連通する、複数の流体区画と、
を備える、アレイ。
【請求項２】
前記１つまたはそれを上回る流動チャネルの少なくとも１つの流動チャネルは、前記近位アレイ部分から前記遠位アレイ部分までの長さに沿って減少する断面寸法を備える、請求項１に記載のアレイ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの流動チャネルの断面寸法は、前記流動チャネルの長さに沿って略均一な流体流率を生産するように構成される、テーパ外形に従って減少する、請求項２に記載のアレイ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの流動チャネルの断面寸法は、前記流動チャネルの長さに沿って増加する流動抵抗を生産するように構成される、テーパ外形に従って減少する、請求項２−３のうちのいずれか１項に記載のアレイ。
【請求項５】
前記テーパ外形は、連続テーパ外形を備える、請求項３−４のうちのいずれか１項に記載のアレイ。
【請求項６】
前記連続テーパ外形は、線形テーパ外形、指数テーパ外形、多項式テーパ外形、またはそれらの組み合わせを備える、請求項５に記載のアレイ。
【請求項７】
前記テーパ外形は、不連続テーパ外形を備える、請求項３−５のうちのいずれか１項に記載のアレイ。
【請求項８】
前記不連続テーパ外形は、段状テーパ外形を備える、請求項７項に記載のアレイ。
【請求項９】
前記断面寸法は、断面幅を含む、請求項２−８のうちのいずれか１項に記載のアレイ。
【請求項１０】
前記断面幅は、平均断面幅、最大断面幅、または最小断面幅のうちの１つもしくはそれを上回るものを含む、請求項９に記載のアレイ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの流動チャネルの断面幅は、前記近位端に近接して約８０μｍであり、前記遠位端に近接して約５０μｍである、請求項９に記載のアレイ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの流動チャネルの断面幅は、前記近位端に近接して約６０μｍ〜約１２０μｍの範囲内であり、前記遠位端に近接して約３０μｍ〜約７０μｍの範囲内である、請求項９に記載のアレイ。
【請求項１３】
前記近位端に近接する少なくとも１つの流動チャネルの断面幅は、前記遠位端に近接する断面幅を約１．２倍〜約２倍上回る、または前記遠位端に近接する断面幅を約１倍〜約３倍上回る、請求項９に記載のアレイ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの流動チャネルの断面幅は、前記流動チャネルの長さに沿って、約０．２μｍ／ｍｍ〜約０．７５μｍ／ｍｍ、約０．１５μｍ／ｍｍ〜約０．３μｍ／ｍｍ、約０．１μｍ／ｍｍ〜約２μｍ／ｍｍ、または約０．０１μｍ／ｍｍ〜約１０μｍ／ｍｍの範囲内の平均率において減少する、請求項９に記載のアレイ。
【請求項１５】
前記断面寸法は、断面積を含む、請求項２−８のうちのいずれか１項に記載のアレイ。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの流動チャネルの断面積は、前記近位端に近接して約２，４００μｍ２であり、前記遠位端に近接して約１，５００μｍ２である、請求項１５に記載のアレイ。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの流動チャネルの断面積は、前記近位端に近接して約１，２００μｍ２〜約４，８００μｍ２の範囲内であり、前記遠位端に近接して約６００μｍ２〜約２，８００μｍ２の範囲内である、請求項１５に記載のアレイ。
【請求項１８】
前記１つまたはそれを上回る流動チャネルの少なくとも１つの流動チャネルは、前記近位アレイ部分から前記遠位アレイ部分までの長さに沿って略一定の断面寸法を備える、請求項１に記載のアレイ。
【請求項１９】
前記１つまたはそれを上回る流動チャネルの少なくとも１つの流動チャネルは、前記近位アレイ部分から前記遠位アレイ部分までの長さに沿って増加する断面寸法を備える、請求項１に記載のアレイ。
【請求項２０】
各流動チャネルは、長方形、台形、円形、半円形、長円形、半長円形、正方形、または三角形の断面形状を備える、請求項１−１９のうちのいずれか１項に記載のアレイ。
【請求項２１】
前記１つまたはそれを上回る流動チャネルは、少なくとも２個、少なくとも３個、少なくとも４個、少なくとも５個、少なくとも６個、少なくとも７個、少なくとも８個、少なくとも９個、少なくとも１０個、少なくとも１６個、少なくとも３２個、少なくとも６４個、少なくとも１２８個、少なくとも２５６個、少なくとも５１２個、少なくとも１，０２４個、少なくとも２，０４８個、少なくとも４，０９６個、または少なくとも８，１９２個の流動チャネルを含む、請求項１−２０のうちのいずれか１項に記載のアレイ。
【請求項２２】
前記１つまたはそれを上回る流動チャネルは、相互に略平行に延在するように配列される、請求項１−２１のうちのいずれか１項に記載のアレイ。
【請求項２３】
前記複数の流体区画は、少なくとも１００個、少なくとも５００個、少なくとも１，０００個、少なくとも５，０００個、少なくとも１０，０００個、少なくとも５０，０００個、少なくとも１００，０００個、少なくとも５００，０００個、または少なくとも１００万個の流体区画を含む、請求項１−２２のうちのいずれか１項に記載のアレイ。
【請求項２４】
各流体区画は、約５ｐＬ、１０ｐＬ、５０ｐＬ、１００ｐＬ、５００ｐＬ、１ｎＬ、５ｎＬ、１０ｎＬ、５０ｎＬ、１００ｎＬ、または５００ｎＬの容積を備える、請求項１−２３のうちのいずれか１項に記載のアレイ。
【請求項２５】
前記近位アレイ部分に位置する流体リザーバをさらに備え、各流動チャネルの前記遠位端は、前記流体リザーバを介して前記流体出口ポートと流体連通する、請求項１−２４のうちのいずれか１項に記載のアレイ。
【請求項２６】
前記流体入口ポート、前記流体出口ポート、または前記流体リザーバのうちの１つもしくはそれを上回るものは、少なくとも約０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、または６ｍｍの深さを備える、請求項２５に記載のアレイ。
【請求項２７】
流体サンプルを離散化するためのマイクロ流体デバイスであって、
近位本体部分と、遠位本体部分とを備える、本体と、
前記複数のマイクロ流体アレイの１つまたはそれを上回る流動チャネルが、前記近位本体部分から前記遠位本体部分に相互に略平行に延在するように、前記本体内に形成される、請求項１−２６のうちのいずれか１項に記載の複数のマイクロ流体アレイと、
を備える、デバイス。
【請求項２８】
前記本体は、略長方形形状を備える、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記複数のマイクロ流体アレイの流体入口ポートは、マルチチャネルピペットから流体サンプルを受容するように配列される、請求項２７−２８のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記複数のマイクロ流体アレイの流体入口ポートは、前記近位本体部分に近接して列に配列される、請求項２７−２９のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記列は、隣接する流体入口ポート間に約２．２５ｍｍ、３ｍｍ、４．５ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ、１８ｍｍ、または３６ｍｍのピッチを備える、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記複数のマイクロ流体アレイは、２個、４個、６個、８個、１２個、１６個、２４個、３２個、３６個、または４８個のマイクロ流体アレイを含む、請求項２７−３１のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記複数のマイクロ流体アレイは、少なくとも５００個、少なくとも１，０００個、少なくとも５，０００個、少なくとも１０，０００個、少なくとも５０，０００個、少なくとも１００，０００個、少なくとも５００，０００個、少なくとも１００万個、少なくとも５００万個、または少なくとも１，０００万個の流体区画を含む、請求項２７−３２のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記本体は、約１２７．８ｍｍの長さおよび約８５．５ｍｍの幅を備える、請求項２７−３３のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記本体は、約１００ｍｍの長さおよび約７５ｍｍの幅を備える、請求項２７−３３のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記複数のマイクロ流体アレイは、３Ｄ印刷、レプリカ成形、射出成形、エンボス加工、ソフトリソグラフィ、またはそれらの組み合わせによって、四角形本体内に形成される、請求項２７−３５のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項３７】
前記デバイスは、第１の流体を用いて装填される、請求項２７−３６のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項３８】
流体サンプルを離散化および分析するためのシステムであって、
中心軸と、前記中心軸の周囲に半径方向に配列される、複数の容器とを備えるロータアセンブリであって、各容器は、請求項２７−３６のうちのいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイスを受容するように成形され、したがって、前記マイクロ流体デバイスの近位本体部分は、前記中心軸に近接して位置付けられ、前記マイクロ流体デバイスの遠位本体部分は、前記中心軸から離れて位置付けられる、ロータアセンブリと、
前記ロータアセンブリに結合される、回転アクチュエータと、
前記システムに、前記回転アクチュエータを使用して、前記中心軸の周囲で前記ロータアセンブリを回転させる命令とともに構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサと、
を備える、システム。
【請求項３９】
前記ロータアセンブリは、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、または１２個の容器を備える、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記複数の容器のそれぞれの近位端と前記中心軸との間の距離は、約１０ｍｍ〜約５００ｍｍ、約２０ｍｍ〜約３００ｍｍ、または約３０ｍｍ〜約２００ｍｍの範囲内である、請求項３８−３９のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４１】
前記回転アクチュエータは、ブラシレス直流モータ、ブラシ付き直流モータ、またはステッパモータを備える、請求項３８−４０のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４２】
前記回転アクチュエータは、約１０ＲＰＭ、５０ＲＰＭ、１００ＲＰＭ、２００ＲＰＭ、３００ＲＰＭ、４００ＲＰＭ、５００ＲＰＭ、６００ＲＰＭ、７００ＲＰＭ、８００ＲＰＭ、９００ＲＰＭ、１，０００ＲＰＭ、１，５００ＲＰＭ、２，０００ＲＰＭ、２，５００ＲＰＭ、３，０００ＲＰＭ、３，５００ＲＰＭ、４，０００ＲＰＭ、４，５００ＲＰＭ、または５，０００ＲＰＭにおいて前記ロータアセンブリを回転させるように構成される、請求項３８−４１のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４３】
熱を生成するように構成される、加熱デバイスをさらに備え、前記１つまたはそれを上回るプロセッサは、前記システムに、前記加熱デバイスを使用して、前記複数の容器内に受容されるマイクロ流体デバイスに熱を印加させる命令とともに構成される、請求項３８−４２のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４４】
前記加熱デバイスは、ペルチェデバイス、対流ヒータ、放射放出ヒータ、抵抗ヒータ、誘導ヒータ、またはそれらの組み合わせを含む、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記加熱デバイスは、前記マイクロ流体デバイスに直接接触することなく、前記マイクロ流体デバイスに熱を印加するように構成される、請求項４３−４４のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４６】
前記１つまたはそれを上回るプロセッサは、前記システムに、デジタルポリメラーゼ連鎖反応（ｄＰＣＲ）熱サイクリング手順に従って前記マイクロ流体デバイスに熱を印加させる命令とともに構成される、請求項４３−４５のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４７】
冷却デバイスをさらに備え、前記１つまたはそれを上回るプロセッサは、前記システムに、前記冷却デバイスを使用して、前記複数の容器内に受容されるマイクロ流体デバイスの温度を低下させる命令とともに構成される、請求項４３−４６のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４８】
前記冷却デバイスは、ペルチェデバイス、対流冷却デバイス、またはそれらの組み合わせを含む、請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記加熱デバイス、ロータアセンブリ、およびロータアクチュエータを封入する筐体をさらに備える、請求項４３−４８のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５０】
前記加熱デバイスに結合される作動機構をさらに備え、前記１つまたはそれを上回るプロセッサは、前記システムに、前記作動機構を使用して、前記加熱デバイスを前記複数の容器内に受容されるマイクロ流体デバイスと熱的に結合させる命令とともに構成される、請求項４３−４９のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５１】
前記マイクロ流体デバイスの均一な加熱を生産するために、前記加熱デバイスおよび前記ロータアセンブリの周囲の空気流を制御するように構成される、通気アセンブリをさらに備える、請求項４３−５０のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５２】
前記通気アセンブリは、ファン、ダクト、空気入口、または空気出口のうちの１つもしくはそれを上回るものを含む、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
温度データを取得するように構成される、温度センサをさらに備え、前記１つまたはそれを上回るプロセッサは、前記システムに、前記温度データに応答して、前記加熱デバイスによって印加される熱の量を調節させる命令とともに構成される、請求項４３−５２のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５４】
前記ロータアセンブリの少なくとも一部、前記回転アクチュエータの少なくとも一部、前記回転アクチュエータのロータシャフト、前記ロータアセンブリおよび前記回転アクチュエータを封入する筐体の少なくとも１つの壁、またはそれらの組み合わせに結合される、１つまたはそれを上回る断熱構造をさらに備える、請求項４３−５３のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５５】
前記１つまたはそれを上回るプロセッサは、前記システムに、前記ロータアセンブリを電源、前記回転アクチュエータ、加熱デバイス、冷却デバイス、温度センサ、またはそれらの組み合わせに動作可能に結合させる命令とともに構成される、請求項３８−５４のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５６】
前記ロータアセンブリは、直接接触を伴わずに前記電源、前記回転アクチュエータ、前記加熱デバイス、前記冷却デバイス、前記温度センサ、またはそれらの組み合わせに動作可能に結合される、請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
画像データを取得するように構成される、撮像デバイスをさらに備え、前記１つまたはそれを上回るプロセッサは、前記システムに、前記撮像デバイスを使用して、前記複数の容器内に受容されるマイクロ流体デバイスの画像データを取得させる命令とともに構成される、請求項３８−５６のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５８】
前記撮像デバイスは、カメラを含む、請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
前記カメラは、デジタル一眼レフ（ＤＳＬＲ）カメラを含む、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
前記撮像デバイスは、前記マイクロ流体デバイスの蛍光画像データを取得するように構成される、請求項５７−５９のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６１】
前記１つまたはそれを上回るプロセッサは、前記複数の流体区画からの蛍光を測定するために、前記システムに、前記蛍光画像データを処理させる命令とともに構成される、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
前記撮像デバイスは、単一画像内で単一マイクロ流体デバイスの少なくとも５００個、少なくとも１，０００個、少なくとも１，５００個、少なくとも２，０００個、少なくとも２，５００個、少なくとも３，０００個、少なくとも３，５００個、少なくとも４，０００個、少なくとも４，５００個、少なくとも５，０００個、少なくとも１０，０００個、少なくとも５０，０００個、または少なくとも１００，０００個の流体区画を捕捉するように定寸される視野を備える、請求項５７−６１のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６３】
前記撮像デバイスは、単一画像内で単一マイクロ流体デバイスの本体の表面積の少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、または少なくとも１００％を捕捉するように定寸される視野を備える、請求項５７−６２のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６４】
前記１つまたはそれを上回るプロセッサは、前記システムに、
前記複数の容器内に受容されるマイクロ流体デバイスのうちの１つが、前記撮像デバイスと整合されるように、前記回転アクチュエータを使用して、前記ロータアセンブリを回転させることと、
前記撮像デバイスを使用して、前記マイクロ流体デバイスの画像データを取得することと、
を行わせる命令とともに構成される、請求項５７−６３のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６５】
前記１つまたはそれを上回るプロセッサは、前記システムに、
前記複数の容器内に受容されるマイクロ流体デバイスのうちの１つの一部が、前記撮像デバイスと整合されるように、作動機構を使用して、前記撮像デバイスを平行移動または回転させることと、
前記撮像デバイスを使用して、前記マイクロ流体デバイスの一部の画像データを取得することと、
を行わせる命令とともに構成される、請求項５７−６４のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６６】
略均一なフラッディング照明を提供するように構成される、照明源をさらに備える、請求項５７−６５のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６７】
前記照明源は、傾斜照明を提供するように構成される、請求項６６に記載のシステム。
【請求項６８】
前記照明源は、直接照明を提供するように構成される、請求項６６に記載のシステム。
【請求項６９】
前記照明源は、１つまたはそれを上回るＬＥＤを含む、請求項６６−６８のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７０】
前記照明源は、前記撮像デバイスの周囲に位置付けられるリング照明源を含む、請求項６６−６９のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７１】
前記複数のマイクロ流体デバイスは、蛍光体を含む流体サンプルを備え、前記照明源は、前記蛍光体の励起波長において光エネルギーを生産するように構成され、前記撮像デバイスは、前記蛍光体の発光波長における光エネルギーを測定するように構成される、請求項６６−７０のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７２】
前記励起波長は、約３５０ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲内である、請求項７１に記載のシステム。
【請求項７３】
前記発光波長は、約４００ｎｍ〜約９００ｎｍの範囲内である、請求項７１−７２のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７４】
前記ロータアセンブリの複数の容器内に受容される、請求項２７−３６のうちのいずれか１項に記載の複数のマイクロ流体デバイスをさらに備える、請求項３８−７３のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７５】
請求項２７−３７のうちのいずれか１項に記載のデバイスを提供するステップを含む、方法。
【請求項７６】
請求項３８−７４のうちのいずれか１項に記載のシステムを提供するステップを含む、方法。
【請求項７７】
流体サンプルを離散化および分析するための方法であって、
請求項２７−３７のうちのいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイスを提供するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの流体入口ポートに流体サンプルを適用するステップであって、前記流体サンプルは、複数の離散分析物を含む、ステップと、
前記複数の離散分析物が、前記マイクロ流体デバイスの複数の流体区画のサブセットの中に駆動されるように、前記マイクロ流体デバイスを回転させるステップと、
を含む、方法。
【請求項７８】
前記流体サンプルは、マルチチャネルピペットを使用して、前記流体入口ポートに適用される、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記マイクロ流体デバイスを回転させるステップは、
中心軸と、前記中心軸の周囲に半径方向に配列される、複数の容器とを備える、ロータアセンブリを提供するステップと、
前記マイクロ流体デバイスの近位本体部分が、前記中心軸に近接して位置付けられ、前記マイクロ流体デバイスの遠位本体部分が、前記中心軸から離れて位置付けられるように、前記複数の容器のうちの１つの中に前記マイクロ流体デバイスを位置付けるステップと、
前記中心軸の周囲で前記ロータアセンブリを回転させ、それによって、前記マイクロ流体デバイスを回転させるステップと、
を含む、請求項７７−７８のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８０】
前記ロータアセンブリは、約１０ＲＰＭ、５０ＲＰＭ、１００ＲＰＭ、２００ＲＰＭ、３００ＲＰＭ、４００ＲＰＭ、５００ＲＰＭ、６００ＲＰＭ、７００ＲＲＭ、８００ＲＰＭ、９００ＲＰＭ、１，０００ＲＰＭ、１，５００ＲＰＭ、２，０００ＲＰＭ、２，５００ＲＰＭ、３，０００ＲＰＭ、３，５００ＲＰＭ、４，０００ＲＰＭ、４，５００ＲＰＭ、または５，０００ＲＰＭにおいて回転される、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
前記複数の容器のそれぞれの近位端と前記中心軸との間の距離は、約１０ｍｍ〜約５００ｍｍ、約２０ｍｍ〜約３００ｍｍ、または約３０ｍｍ〜約２００ｍｍの範囲内である、請求項７７−８０のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８２】
前記複数の離散分析物を増幅するために、前記マイクロ流体デバイスに熱を印加するステップをさらに含む、請求項７７−８１のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８３】
前記流体サンプルは、複数の核酸と、１つまたはそれを上回るｄＰＣＲ試薬とを含み、前記熱は、前記１つまたはそれを上回るｄＰＣＲ試薬を使用して、前記複数の核酸を増幅するために、ｄＰＣＲ熱サイクリング手順に従って印加される、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記熱は、ペルチェデバイス、対流ヒータ、放射放出ヒータ、抵抗ヒータ、誘導ヒータ、またはそれらの組み合わせを使用して印加される、請求項８２−８３のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８５】
ペルチェデバイス、対流冷却デバイス、またはそれらの組み合わせを使用して、前記マイクロ流体デバイスを冷却するステップをさらに含む、請求項７７−８４のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８６】
撮像デバイスを使用して、前記マイクロ流体デバイスの画像データを取得するステップをさらに含む、請求項７７−８５のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８７】
前記画像データを取得するステップは、
前記複数の流体区画内の複数の離散分析物に光エネルギーを印加するステップと、
前記複数の流体区画内の複数の離散分析物からの蛍光信号を測定するステップと、
を含む、請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記マイクロ流体デバイスは、ロータアセンブリの容器内に位置付けられ、前記画像データを取得するステップは、前記マイクロ流体デバイスを前記撮像デバイスと整合させるために、前記ロータアセンブリを回転させるステップを含む、請求項８６−８７のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８９】
前記画像を取得するステップは、前記マイクロ流体デバイスを前記撮像デバイスと整合させるために、前記撮像デバイスを平行移動または回転させるステップを含む、請求項８６−８８のうちのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１５年７月７日に出願された米国仮出願第６２／１８９，６６３号の利益を主張するものであり、該米国仮出願の開示は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（政府支援研究に関する陳述）
本発明は、アメリカ国立衛生研究所によって助成された米国政府支援Ｒ２１  ＧＭ１０３４５９のもとでなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
（背景）
本明細書では「自己デジタル化」とも称される、サンプルの小さい流体区画画定体積への離散化は、多くの化学的および生物学的用途において有益である。しかしながら、サンプルの自己デジタル化のための従来の機構は、少なくともいくつかの事例では、理想的ではない場合がある。例えば、噴霧器および攪拌ベースのエマルジョン発生器は、いくつかの用途に関して十分な制御を提供しない場合がある。マイクロ流体技術に基づく方法は、複雑性およびコストに関して最適ではない場合がある。いくつかの事例では、従来のアプローチは、並行した多数の流体サンプルの高スループット処理および分析に関して適合されない場合がある。
【０００４】
したがって、サンプルの自己デジタル化ならびに操作のための改良されたシステム、方法、およびデバイスの必要性がある。本開示は、本必要性およびさらなるものに対処する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（要約）
本開示は、流体サンプルを離散化ならびに分析するためのシステム、方法、およびデバイスを提供する。
【０００６】
種々の側面では、本開示は、流体サンプルを離散化するためのマイクロ流体アレイを提供し、アレイは、流体入口ポートと、流体出口ポートとを備える、近位アレイ部分と、近位部分から離れた遠位アレイ部分と、それぞれ、近位アレイ部分から遠位アレイ部分に延在する長さと、流体入口ポートと流体連通する近位端と、流体出口ポートと流体連通する遠位端とを備える、１つまたはそれを上回る流動チャネルであって、少なくとも１つの流動チャネルは、近位アレイ部分から遠位アレイ部分までの長さに沿って減少する断面寸法を備える、１つまたはそれを上回る流動チャネルと、１つまたはそれを上回る流動チャネルと流体連通する、複数の流体区画とを備える。
【０００７】
種々の側面では、本開示は、流体サンプルを離散化するためのマイクロ流体アレイを提供し、アレイは、流体入口ポートと、流体出口ポートとを備える、近位アレイ部分と、近位部分から離れた遠位アレイ部分と、それぞれ、近位アレイ部分から遠位アレイ部分に延在する長さと、流体入口ポートと流体連通する近位端と、流体出口ポートと流体連通する遠位端とを備える、１つまたはそれを上回る流動チャネルであって、少なくとも１つの流動チャネルは、近位アレイ部分から遠位アレイ部分までの長さに沿って増加する、または略一定の断面寸法を備える、１つまたはそれを上回る流動チャネルと、１つまたはそれを上回る流動チャネルと流体連通する、複数の流体区画とを備える。
【０００８】
種々の側面では、本開示は、流体サンプルを離散化するためのマイクロ流体デバイスを提供し、本デバイスは、近位本体部分と、遠位本体部分とを備える、本体と、複数のマイクロ流体アレイの１つまたはそれを上回る流動チャネルが、近位本体部分から遠位本体部分に相互に略平行に延在するように、本体内に形成される、本明細書の実施形態のいずれかのような複数のマイクロ流体アレイとを備える。
【０００９】
種々の側面では、本開示は、流体サンプルを離散化および分析するためのシステムを提供し、本システムは、中心軸と、中心軸の周囲に半径方向に配列される、複数の容器とを備え、各容器は、本明細書の実施形態のいずれかのようなマイクロ流体デバイスを受容するように成形され、したがって、マイクロ流体デバイスの近位本体部分は、中心軸に近接して位置付けられ、マイクロ流体デバイスの遠位本体部分は、中心軸から離れて位置付けられる、ロータアセンブリと、ロータアセンブリに結合される、回転アクチュエータと、本システムに、回転アクチュエータを使用して、中心軸の周囲でロータアセンブリを回転させる命令とともに構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサとを備える。
【００１０】
種々の側面では、本開示は、流体サンプルを離散化するための方法を提供し、本方法は、本明細書の実施形態のいずれかのようなデバイスを提供するステップを含む。
【００１１】
種々の側面では、本開示は、流体サンプルを離散化するための方法を提供し、本方法は、本明細書の実施形態のいずれかのようなシステムを提供するステップを含む。
【００１２】
種々の側面では、本開示は、流体サンプルを離散化および分析するための方法を提供し、本方法は、本明細書の実施形態のいずれかのようなマイクロ流体デバイスを提供するステップと、マイクロ流体デバイスの流体入口ポートに流体サンプルを適用するステップであって、流体サンプルは、複数の離散分析物を含む、ステップと、複数の離散分析物が、マイクロ流体デバイスの複数の流体区画のサブセットの中に駆動されるように、マイクロ流体デバイスを回転させるステップとを含む。
【００１３】
本概要は、発明を実施するための形態において以下でさらに説明される、一連の概念を簡略化形態において導入するために提供される。本概要は、請求される主題の主要な特徴を識別することを意図されず、また、請求される主題の範囲を判定する際の補助として使用されることも意図されない。
【００１４】
（参照による組み込み）
本明細書に言及される全ての公開、特許、および特許出願は、各個々の公開、特許、または特許出願が、具体的かつ個別に参照することによって組み込まれると示される場合と同程度が、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００１５】
本発明の新規の特徴は、添付される請求項において具体的に記載される。本発明の特徴および利点のより深い理解は、本発明の原理が利用される、例証的実施形態を記載する以下の発明を実施するための形態と、付随の図面とを参照することによって得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、流体サンプルの自己デジタル化のためのマイクロ流体デバイスを図示する。
【図２】図２は、減少する断面幅を伴う流動チャネルを図式的に図示する。
【図３】図３Ａは、流体サンプルの自己デジタル化のためのマイクロ流体デバイスの斜視図を図示する。図３Ｂは、図３Ａのデバイスの側面図を図示する。
【図４】図４Ａおよび４Ｂは、マルチチャネルピペットと併用するために構成されるマイクロ流体デバイスを図示する。
【図５】図５は、流体サンプルの自己デジタル化のためのシステムのロータアセンブリを図示する。
【図６】図６Ａおよび６Ｂは、それぞれ、可撤式に結合される容器を伴うロータアセンブリの第１および第２の構成を図示する。
【図７】図７Ａ−７Ｃは、マイクロ流体デバイスの加熱および／または冷却に適応するように構成されるロータアセンブリを図示する。
【図８】図８は、マイクロ流体デバイスの加熱および／または冷却のためのシステムの一部を図示する。
【図９】図９Ａは、マイクロ流体デバイスを撮像するための傾斜照明構成を図示する。図９Ｂは、マイクロ流体デバイスを撮像するための直接照明構成を図示する。
【図１０】図１０は、離散化、加熱、および撮像のための多機能システムを図示する。
【図１１】図１１Ａ−１１Ｃは、それぞれ、多機能システムを使用して、複数の流体サンプルを離散化するステップ、加熱するステップ、および撮像するステップを図示する。
【図１２】図１２Ａおよび１２Ｂは、マイクロ流体デバイスを撮像するための構成を図示する。
【図１３】図１３Ａ−１３Ｄは、カメラを用いて取得される例示的撮像結果を図示する。
【図１４】図１４は、本開示のある側面による、装填器具の画像を提供する。
【図１５】図１５は、本開示のある側面による、サンプル装填された装填デバイスの蛍光画像を示す。
【図１６】図１６は、熱サイクリングの前（上側）および後（下側）の本デバイスのある領域の画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（詳細な説明）
本開示は、概して、小さいサンプル体積への流体サンプルの自己デジタル化（本明細書では「デジタル化」または「離散化」とも称される）のためのシステム、方法、およびデバイスに関する。いくつかの実施形態では、流体サンプルを離散化するためのマイクロ流体デバイスが、複数の流体区画を含み、流体サンプルは、流体区画によって画定される複数の離散サンプル体積に離散化される。ある実施形態では、マイクロ流体デバイスは、遠心サンプル装填のために構成され、したがって、サンプル処理の容易性および柔軟性を改良する。例えば、ある実施形態では、流体区画は、略均一な流体流動を促進するように成形されるテーパ流動チャネルと流体連通し、これは、自己デジタル化手順の改良された信頼性および制御を提供する。加えて、本開示のいくつかの実施形態は、サンプル離散化、処理、および分析が、単一ロータベースのデバイスを使用して実施されることを可能にする。本明細書に提示されるアプローチは、多種多様な分析技法と適合する流体サンプルの高スループットかつ低コスト処理を提供する。
【００１８】
本開示のいくつかの実施形態は、限定ではないが、化学物質、生化学物質、遺伝物質、または生物学的細胞を含む種の分析のためのシステム、方法、およびデバイスを含む。本開示の実施形態に関する潜在的用途は、限定ではないが、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、デジタルポリメラーゼ連鎖反応（ｄＰＣＲ）、等温増幅を含む核酸配列ベース増幅（例えば、ループ介在性等温増幅（ＬＡＭＰ）および核酸配列ベース増幅（ＮＡＳＢＡ））、タンパク質および小分子の結晶化、ならびに生体液中に存在する細胞（例えば、希少細胞または単細胞）または生物学的粒子（例えば、単離ミトコンドリア）の分析を含む。いくつかの実施形態では、本開示のシステム、方法、およびデバイスは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、逆転写酵素ＰＣＲ（ＲＴ−ＰＣＲ）、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、ループ介在性増幅（ＬＡＭＰ）（ＲＴ−ＬＡＭＰ）、ヘリカーゼ依存性増幅（ＨＤＡ）（ＲＴ−ＨＤＡ）、リコンビナーゼポリメラーゼ増幅（ＲＰＡ）（ＲＴ−ＲＰＡ）、および／または鎖置換増幅（ＳＤＡ）（ＲＴ−ＳＤＡ）のために使用されることができる。ある実施形態では、本開示のシステム、方法、およびデバイスは、核酸配列ベース増幅（ＮＡＳＢＡ）、転写介在性増幅（ＴＭＡ）、自家持続配列複製（３ＳＲ）、および単一プライマ等温増幅（ＳＰＩＡ）のために使用されることができる。使用され得る他の技法は、例えば、ＲＮＡ技術のシグナル介在性増幅（ＳＭＡＲＴ）、ローリングサークル増幅（ＲＣＡ）、超分岐ローリングサークル増幅（ＨＲＣＡ）、指数的増幅反応（ＥＸＰＡＲ）、スマート増幅（ＳｍａｒｔＡｍｐ）、等温およびキメラプライマにより開始される核酸増幅（ＩＣＡＮＳ）、ならびに多置換増幅（ＭＤＡ）を含む。
【００１９】
（流体サンプルの自己デジタル化のためのマイクロ流体アレイ）
本開示のいくつかの実施形態では、流体サンプルの自己デジタル化のためのマイクロ流体デバイスが、複数の流体構成要素（例えば、区画、リサーバ、チャネル、入口、出口等）を含み、その少なくともいくつかは、相互に流体連通する。本明細書で使用されるように、用語「〜と流体連通する」および「〜に流体的に結合される」（およびその変形例）は、構成要素間の流路の存在を指し、いずれの中間構造もしくは構成要素の存在も示唆または除外せず、また、流体流動のために経路が常に開放されている、もしくは利用可能であることも示唆しない。
【００２０】
図１は、実施形態による、流体サンプルの自己デジタル化のためのマイクロ流体デバイス１００を図示する。デバイス１００は、１つまたはそれを上回るマイクロ流体アレイ、例えば、第１のマイクロ流体アレイ１０２ａおよび第２のマイクロ流体アレイ１０２ｂを含む。ある実施形態では、異なるマイクロ流体アレイが、異なるサンプルを離散化するために使用され、したがって、相互に流体連通しない。いくつかの実施形態では、マイクロ流体アレイ（例えば、マイクロ流体アレイ１０２ａ）は、１つまたはそれを上回る流動チャネル１０４と、複数の流体区画１０６と、１つまたはそれを上回る流体入口ポート１０８と、１つまたはそれを上回る流体出口ポート１１０とを含む。いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る流動チャネル１０４は、それぞれ、アレイの近位部分１１２からアレイの遠位部分１１４に延在する長さを有する。いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイス１００のアレイは、本明細書にさらに議論されるように、遠心装填によって充填され、アレイの配向は、回転軸に対して画定され、したがって、「近位」は、回転軸に向かう方向を指し、「遠位」は、回転軸から離れる方向を指す。そのような実施形態では、遠心分離が、流体をアレイの近位部分１１２からアレイの遠位部分１１４に駆動するために使用される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、各流動チャネル１０４は、１つまたはそれを上回る流体入口ポート１０８と流体連通する近位端１１６と、１つまたはそれを上回る流体出口ポート１１０と流体連通する遠位端１１８とを含む。随意に、複数の流動チャネル１０４が使用される実施形態では、１つまたはそれを上回る分岐チャネル１２０が、入口ポート１０８を各流動チャネル１０４の近位端１１６に結合するために使用される。いくつかの実施形態では、流動チャネル１０４の遠位端１１８は、それぞれ、比較的に大きい体積の流体（例えば、流体区画１０６のサンプル体積と比較して）を含有するように構成される出口リザーバ１２２を介して、出口ポート１１０に結合される。ある実施形態では、リザーバ１２２は、本明細書にさらに議論されるように、充填手順中に過剰な流体を含有するために使用される。同様に、いくつかの実施形態では、入口リザーバが、入口ポート１０８と流動チャネル１０４の近位端１１６との間に提供される。
【００２２】
流体区画１０６は、それぞれ、個別の開放導管１２３を介して、１つまたはそれを上回る流動チャネル１０４に結合される。いくつかの実施形態では、流体区画は、近位端１１６と遠位端１１８との間の対応する流動チャネル１０４の長さに沿って位置付けられる。故に、出口ポート１１０を介してアレイの中に装填される流体サンプルが、流動チャネル１０４を介して流体区画１０６の中に分配され、それによって、個々のサンプル体積に離散化される。いくつかの実施形態では、遠心分離が、本明細書にさらに議論されるように、流体を流体区画１０６の中に駆動するために使用される。随意に、各流体区画１０６はまた、区画１０６を流動チャネル１０４に結合する少なくとも１つの排液チャネル１２４を含む。いくつかの実施形態では、排液チャネルは、流体区画１０６の充填率および／または充填の完全性を制御するために使用される。
【００２３】
いくつかの実施形態では、入口ポート１０８および出口ポート１１０の両方は、近位アレイ部分１１２またはそれに近接して置かれ、リザーバ１２２は、遠位アレイ部分１１４に置かれる。そのような実施形態では、遠位部分１１４から近位部分１１２に延在する１つまたはそれを上回る出口戻りチャネル１２６が、リザーバ１２２を出口ポート１０８に流体的に結合するために使用される。代替実施形態では、入口ポート１０８は、近位部分１１２に置かれ、遠位ポート１１０は、遠位部分１１４に置かれ、逆もまた同様である。入口ポート１０８および出口ポート１１０の両方が近位部分１１２にある配列は、遠心装填に関するある利点を提供する。例えば、いくつかの実施形態では、回転軸に近接する近位部分１１２に出口ポート１１０を有することは、流体が出口１１０を通して逃散することが不可能であるため、リザーバ１２２が充填されるにつれて、流率を減速させる。本設計特徴は、流動が自動的に停止される前に、流体の設定体積が流体区画領域を通過するであろう自己計量機構を提供する。種々の実施形態では、本アプローチはまた、遠心分離中の出口ポート１１０からのサンプルの不注意な漏出の可能性を低減させる。
【００２４】
本明細書に説明されるマイクロ流体アレイの設計は、所望に応じて変動されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、マイクロ流体アレイは、少なくとも１００個、少なくとも５００個、少なくとも１，０００個、少なくとも５，０００個、少なくとも１０，０００個、少なくとも５０，０００個、少なくとも１００，０００個、少なくとも５００，０００個、または少なくとも１００万個の流体区画を含む。ある実施形態では、各流体区画は、約５ｐＬ、１０ｐＬ、５０ｐＬ、１００ｐＬ、５００ｐＬ、１ｎＬ、５ｎＬ、１０ｎＬ、５０ｎＬ、１００ｎＬ、または５０ｎＬ、もしくは約５ｐＬ〜約５００ｎＬの範囲内の容積を有する。種々のタイプの流体区画が、本明細書の実施形態内での使用に対して好適である。流体区画は、限定ではないが、断面が円形、長円形、正方形、長方形、三角形、またはある他の多角形形状、もしくはそれらの組み合わせである形状を含む、種々の幾何学形状をとることができる。ある実施形態では、流体区画は、丸形角または斜角を有する。いくつかの流体区画は、対称幾何学形状を有する一方、その他は、形状が非対称である。
【００２５】
マイクロ流体デバイスの流体区画は、多くの異なる配向において、例えば、流動チャネルに対して位置付けられることができる。ある実施形態では、流体区画は、流動チャネルの上部または底部に接続される（「上部溜まり」または「底部溜まり」設計）。他の実施形態では、流体区画は、流動チャネルの１つまたはそれを上回る側に接続される（「側溜まり」設計）。ある実施形態では、流体区画の「長」軸（流体区画の最長寸法の方向）は、依然として、主軸に平行に延設されるが、区画は、チャネルからオフセットされる。他の実施形態では、区画の長軸は、流動チャネルに垂直である。他の実施形態では、「長」軸は、流動軸に対してある他の角度において位置付けられる。流体区画は、区画の中心と流動チャネルの中心線との間に引かれる線が、チャネル壁とその中心線との間の最短距離よりも長い場合、流動チャネルを通して流動軸からオフセットされると考えられることができる。
【００２６】
流動チャネルの上部／底部上に流体区画を伴うある実施形態では、垂直寸法（例えば、高さ）が、増加される。例えば、流動チャネルの側上に流体区画を伴ういくつかの実施形態では、垂直寸法および側方寸法（例えば、長さまたは幅）の両方が、増加される。ある実施形態では、流体区画は、流動チャネルの１つの側上のみに位置する。他の実施形態では、流体区画は、流動チャネルの２つの側上に位置する。流動チャネルの２つの側上に流体区画を有することは、両側および底部溜まり設計に該当することができ、ある実施形態では、流体区画は、３または４つの側上に位置付けられる。
【００２７】
本開示のいくつかの実施形態では、マイクロ流体アレイの流体区画は、流体区画と流動チャネルとの間の幾何学的差異を介して、および／または流体区画とチャネルとの間の位置的差異のため（例えば、流体区画は、チャネルからオフセットされる）、サンプルを離散化するように機能する。ある実施形態では、流体区画寸法（例えば、長さ、幅、高さ、断面積）のうちの１つまたはそれを上回るものは、流動チャネルにおける対応する寸法を上回る。そのような実施形態では、流体区画寸法と流動チャネルの対応する寸法との間の差異は、流体区画のより大きい容積の中への本デバイス上に装填される流体サンプルの拡張を促進する。理論によって拘束されるわけではないが、流体区画におけるより大きい寸法が、流動チャネルにおけるものと比較して２つの流体間の界面エネルギーを低下させるため、本拡張は、自発的に起こると考えられる。
【００２８】
流動チャネルの上方または下方に流体区画を備えるある実施形態では、流体区画の垂直寸法または高さは、チャネルの高さを上回る。例えば、流動チャネルの側上に流体区画を伴ういくつかの実施形態では、流体区画の垂直寸法および側方寸法の両方が、同一の流動チャネル寸法よりも大きい。
【００２９】
ある実施形態では、流体区画のうちの１つの下流端と下流流体区画の上流端との間の空間は、流体区画の長さの０．１〜３．０倍である。ある実施形態では、流体区画のうちの１つの下流端と下流流体区画の上流端との間の空間は、流体区画の長さの０．１〜１倍である。
【００３０】
ある実施形態では、流動チャネルの幅は、流体区画の幅を上回る。ある実施形態では、流動チャネルの幅と流体区画の幅との間の差異は、流体区画の幅の０．００１〜３倍である。ある実施形態では、流動チャネルの幅と流体区画の幅との間の差異は、流体区画の幅の０．０１〜１．５倍である。
【００３１】
ある実施形態では、流動チャネルにおける付加的収縮または拡張特徴が、流体区画へのサンプルの輸送を促進し、区画内にサンプルを離散化するために使用される。例えば、流体区画および／または流動チャネルは、所望の用途に従って種々の寸法を有するように設計されることができる。ある実施形態では、流体区画は、チャネルと重複する一方、他の実施形態では、流体区画は、チャネル壁と同一平面であり、また他の実施形態では、流体区画は、突出部によってチャネルに接続される。代替として、またはこれらの接続に加えて、チャネル内のくぼみが、チャネルの流動軸に対する流体区画の位置を調節することなく、チャネルとの重複、またはチャネルおよび流体区画の突出もしくは同一平面合わせの使用を事実上再現することができる。ある実施形態では、チャネル内のこれらの付加的チャネル特徴（例えば、くぼみまたは突出部）は、流動を再指向する、および／または流体区画を分離させるように役立てるために使用される。くぼみおよび突出部は、特定の性能要件に適合するように種々の形状およびサイズを有することができる。側溜まり設計等のある実施形態では、これらの特徴は、流体区画との接続と同一のチャネルの側上にある。いくつかの実施形態では、収縮または拡張特徴は、チャネルの対向する側上に位置する。他の実施形態では、他の流動チャネル側上にも同様に特徴が存在する。底部溜まり設計等のある実施形態では、収縮または拡張特徴は、底部区画に隣接するが、チャネルの平面内にある。
【００３２】
本明細書に説明されるマイクロ流体アレイの流動チャネルの設計は、所望に応じて変動されることができる。いくつかの実施形態では、マイクロ流体アレイは、少なくとも１個、少なくとも２個、少なくとも３個、少なくとも４個、少なくとも５個、少なくとも６個、少なくとも７個、少なくとも８個、少なくとも９個、少なくとも１０個、少なくとも１６個、少なくとも３２個、少なくとも６４個、少なくとも１２８個、少なくとも２５６個、少なくとも５１２個、少なくとも１，０２４個、少なくとも２，０４８個、少なくとも４，０９６個、または少なくとも８，１９２個の流動チャネルを含む。いくつかの実施形態では、流動チャネルは、相互に平行に、または略平行に延在するように配列される。代替実施形態では、流動チャネルのいくつかまたは全ては、相互に平行に延在しない。流動チャネルは、所望に応じて、線形である、湾曲する、または曲線状であり得る。いくつかの実施形態では、マイクロ流体アレイは、平行線形流動チャネルのみを含み、そのようなアレイは、本明細書では「線形マイクロ流体アレイ」と称される。流動チャネルは、長方形、台形、円形、半円形、長円形、半長円形、正方形、または三角形の断面形状等、多種多様な断面形状を有することができる。いくつかの実施形態では、流動チャネルは、チャネルの長さ全体を通して単一の均一な断面形状を有する一方、他の実施形態では、断面形状は、チャネルの長さに沿って可変である。
【００３３】
（テーパ流動チャネル）
いくつかの実施形態では、マイクロ流体アレイの少なくとも１つの流動チャネルが、例えば、チャネルの近位端から遠位端および／またはアレイの近位部分から遠位部分までのチャネルの長さに沿って、少なくとも１つの減少する断面寸法（例えば、幅、長さ、高さ、面積）を有する。ある実施形態では、「チャネルの長さに沿って」とは、チャネルに結合される流体区画の全体に及ぶチャネルの部分に沿った状態を指す。チャネルの長さに沿って減少する断面寸法を呈するチャネルはまた、本明細書では「テーパ流動チャネル」とも称される。いくつかの実施形態では、マイクロ流体アレイの流動チャネルのサブセットのみが、テーパ流動チャネルであり、したがって、本明細書のシステムおよびデバイスの流動チャネルの少なくともいくつかは、テーパを呈さない。代替実施形態では、マイクロ流体アレイの流動チャネルの全てが、テーパ流動チャネルであり、したがって、流動チャネルはそれぞれ、テーパを呈する。マイクロ流体アレイにおけるテーパおよび非テーパチャネルの割合は、所望に応じて、例えば、アレイのチャネルの約０％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、または約１００％がテーパを呈するように、変動されることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの流動チャネルの断面寸法は、流動チャネルの長さに沿って略均一な流体流率および／または増加する流動抵抗を生産するように構成される、テーパ外形に従って減少する。いくつかの実施形態では、略均一な流体流動および／または増加する流動抵抗を生産するように構成される流動チャネルの使用は、区画充填の制御ならびに一貫性を改良する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、断面寸法のテーパ外形は、遠心マイクロ流体システムに関する以下の関係に基づいて判定される。
【化１】
2018525616.tif 000003
式中、Ｕは、流速であり、Ｄｈは、チャネルの水力直径であり（Ｄｈ２＝４ＡＰであり、式中、Ａは、チャネルの断面積であり、Ｐは、チャネルの周囲長さである）、ρは、流体の密度であり、ωは、流体の角速度であり、
【化２】
2018525616.tif 000004
は、チャネル内の流体の回転軸までの平均距離であり、Δｒは、流体の半径方向範囲であり、μは、流体の粘度であり、Ｌは、チャネル内の流体の長さである。体積流率Ｑは、関係Ｑ＝ＵＡによって流速Ｕおよび断面積Ａに関連する。
【００３５】
いくつかの実施形態では、断面寸法のテーパ外形は、不連続（例えば、中断、段等）を伴わない連続テーパ外形である。例えば、連続テーパ外形は、線形に減少する線形テーパ外形、指数関数的に減少する指数テーパ外形、多項式関数に従って減少する多項式テーパ外形、またはそれらの組み合わせ（例えば、いくつかの部分は、線形にテーパ状になる一方、他の部分は、指数関数的にテーパ状になる等）であり得る。他の実施形態では、断面寸法のテーパ外形は、不連続テーパ外形、例えば、ステップ関数に従って減少する段状テーパ外形である。随意に、ある実施形態では、テーパ外形は、連続テーパを伴う１つまたはそれを上回る部分および不連続テーパを伴う１つまたはそれを上回る部分の組み合わせを含む。
【００３６】
実施例として、いくつかの実施形態では、本明細書に提示される流動チャネルのいくつかまたは全ては、チャネルの長さに沿って減少する断面幅を有する。ある実施形態では（例えば、断面幅がチャネルの高さに沿って変動するとき）、断面幅の減少は、流動チャネルの平均断面幅、最大断面幅、および／または最小断面幅に関して判定される。
【００３７】
図２は、実施形態による、減少する断面幅を伴うマイクロ流体アレイの流動チャネル２００を図式的に図示する。流動チャネル２００は、本明細書に提示されるシステム、方法、およびデバイスの任意の実施形態との併用に対して好適である。流動チャネル２００は、個別の開放導管２０４および排液チャネル２０６を介して、複数の流体区画２０２のそれぞれに結合される。流体区画２０２は、流動チャネル２００の近位端２０８と遠位端２１０との間の流動チャネル２００の長さに沿って分散される。上記および本明細書に議論されるように、遠心充填が使用される実施形態では、流動チャネル２００の近位端２０８は、回転軸に向かって配向され、遠位端２１０は、中心場所から離れて位置し、したがって、流体は、流動チャネル２００の長さに沿って駆動され、近位−遠位方向に沿って流体区画２０２の中に駆動される。いくつかの実施形態では、流動チャネル２００は、遠位端またはそれに近接する断面幅２１４を上回る近位端２０８またはそれに近接する断面幅２１２を備える。本明細書で使用されるように、「近位端またはそれに近接する」とは、チャネルに結合される最近位流体区画（例えば、区画２１６）の近位にある流動チャネルの部分を指し得、「遠位端またはそれに近接する」とは、チャネルに結合される最遠位流体区画（例えば、区画２１８）の遠位にある流動チャネルの部分を指し得る。
【００３８】
テーパ断面幅を呈する流動チャネルの寸法は、所望に応じて変動されることができる。例えば、ある実施形態では、近位端またはそれに近接するチャネルの断面幅は、約８０μｍである、もしくは約６０μｍ〜約１２０μｍの範囲内であり、遠位端またはそれに近接するチャネルの断面幅は、約５０μｍである、もしくは約３０μｍ〜約７０μｍの範囲内である。種々の実施形態では、近位端またはそれに近接する断面幅は、遠位端またはそれに近接する断面幅を約１．２倍〜約２倍上回る、もしくは遠位端に近接する断面幅を約１倍〜約３倍上回る。種々の実施形態では、流動チャネルの断面幅は、流動チャネルの長さに沿って、約０．２μｍ／ｍｍ〜約０．７５μｍ／ｍｍ、約０．１５μｍ／ｍｍ〜約０．３μｍ／ｍｍ、約０．１μｍ／ｍｍ〜約２μｍ／ｍｍ、または約０．０１μｍ／ｍｍ〜約１０μｍ／ｍｍの範囲内の平均率において減少する。
【００３９】
別の実施例として、いくつかの実施形態では、本明細書の流動チャネルのいくつかまたは全ては、チャネルの長さに沿って減少する断面積を有する。例えば、ある実施形態では、近位端またはそれに近接するチャネルの断面積は、約２，４００μｍ２である、もしくは約１，２００μｍ２〜約４，８００μｍ２の範囲内であり、遠位端またはそれに近接するチャネルの断面積は、約１，５００μｍ２である、もしくは約６００μｍ２〜約２，８００μｍ２の範囲内である。ある実施形態では、近位端におけるチャネルの断面積は、１０，０００μｍ２を下回る、またはそれに等しい。他の実施形態では、遠位端におけるチャネルの断面積は、１００μｍ２を下回る、またはそれに等しい。
【００４０】
代替実施形態では、本明細書のテーパ流動チャネルのいくつかまたは全ては、減少する断面寸法ではなく、チャネルの長さに沿って増加する断面寸法を呈する。いくつかの実施形態では、断面寸法のテーパ外形は、不連続（例えば、中断、段等）を伴わない連続テーパ外形である。例えば、連続テーパ外形は、線形に増加する線形テーパ外形、指数関数的に増加する指数テーパ外形、多項式関数に従って増加する多項式テーパ外形、またはそれらの組み合わせ（例えば、いくつかの部分は、線形にテーパ状になる一方、他の部分は、指数関数的にテーパ状になる等）であり得る。他の実施形態では、断面寸法のテーパ外形は、不連続テーパ外形、例えば、ステップ関数に従って増加する段状テーパ外形である。随意に、ある実施形態では、テーパ外形は、連続テーパを伴う１つまたはそれを上回る部分および不連続テーパを伴う１つまたはそれを上回る部分の組み合わせを含む。
【００４１】
実施例として、いくつかの実施形態では、本明細書に提示される流動チャネルのいくつかまたは全ては、チャネルの長さに沿って増加する断面幅を有する。ある実施形態では（例えば、断面幅がチャネルの高さに沿って変動するとき）、断面幅の増加は、流動チャネルの平均断面幅、最大断面幅、および／または最小断面幅に関して判定される。
【００４２】
増加する断面幅を呈する流動チャネルの寸法は、所望に応じて変動されることができる。例えば、ある実施形態では、遠位端またはそれに近接するチャネルの断面幅は、約８０μｍである、もしくは約６０μｍ〜約１２０μｍの範囲内である、もしくは約１０μｍ〜約２００μｍの範囲内であり、近位端またはそれに近接するチャネルの断面幅は、約５０μｍである、もしくは約３０μｍ〜約７０μｍの範囲内である、もしくは約４０μｍ〜約２００μｍの範囲内である。種々の実施形態では、遠位端またはそれに近接する断面幅は、近位端またはそれに近接する断面幅を約１．２倍〜約２倍上回る、もしくは近位端に近接する断面幅を約１倍〜約３倍上回る。種々の実施形態では、流動チャネルの断面幅は、流動チャネルの長さに沿って、約０．２μｍ／ｍｍ〜約０．７５μｍ／ｍｍ、約０．１５μｍ／ｍｍ〜約０．３μｍ／ｍｍ、約０．１μｍ／ｍｍ〜約２μｍ／ｍｍ、または約０．０１μｍ／ｍｍ〜約１０μｍ／ｍｍの範囲内の平均率において増加する。
【００４３】
別の実施例として、いくつかの実施形態では、本明細書の流動チャネルのいくつかまたは全ては、チャネルの長さに沿って増加する断面積を有する。例えば、ある実施形態では、遠位端またはそれに近接するチャネルの断面積は、約２，４００μｍ２である、もしくは約１，２００μｍ２〜約４，８００μｍ２の範囲内であり、近位端またはそれに近接するチャネルの断面積は、約１，５００μｍ２である、もしくは約６００μｍ２〜約２，８００μｍ２の範囲内である。
【００４４】
（一定直径流動チャネル）
いくつかの実施形態では、マイクロ流体アレイの１つまたはそれを上回る流動チャネルが、例えば、チャネルの近位端から遠位端および／またはアレイの近位部分から遠位部分までのチャネルの長さに沿って、略一定の断面寸法（例えば、幅、長さ、高さ、面積）を有する。ある実施形態では、「チャネルの長さに沿って」とは、チャネルに結合される流体区画の全体に及ぶチャネルの部分に沿った状態を指す。チャネルの長さに沿って略一定の断面寸法を呈するチャネルはまた、本明細書では「一定直径流動チャネル」とも称される。いくつかの実施形態では、マイクロ流体アレイの流動チャネルのサブセットのみが、一定直径流動チャネルであり、したがって、本明細書のシステムおよびデバイスの流動チャネルの少なくともいくつかは、チャネルの長さに沿って略一定の断面寸法を有していない。代替実施形態では、マイクロ流体アレイの流動チャネルの全てが、一定直径流動チャネルであり、したがって、流動チャネルはそれぞれ、チャネルの長さに沿って略一定の断面寸法を呈する。マイクロ流体アレイにおける一定直径および非一定直径チャネルの割合は、所望に応じて、例えば、アレイのチャネルの約０％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、または約１００％が略一定の断面寸法を呈するように、変動されることができる。
【００４５】
いくつかの実施形態では、断面寸法の一定直径外形は、不連続（例えば、中断、段等）を伴わない連続外形である。例えば、外形は、チャネルの長さを横断して略一定であり得る。他の実施形態では、断面寸法の一定直径外形は、不連続（例えば、中断、段等）を伴うが、チャネルの長さにわたって略一定である平均直径を伴う連続外形である。
【００４６】
随意に、ある実施形態では、一定直径外形は、不連続を伴わない１つまたはそれを上回る部分および不連続を伴う１つまたはそれを上回る部分の組み合わせを含む。
【００４７】
一定直径断面幅を呈する流動チャネルの寸法は、所望に応じて選択されることができる。例えば、ある実施形態では、チャネルの断面幅は、約８０μｍである、約６０μｍ〜約１２０μｍの範囲内である、約５０μｍである、または約３０μｍ〜約７０μｍの範囲内である。いくつかの実施形態では、チャネルの断面幅は、約４０μｍ〜約２００μｍの範囲内である、または約１０μｍ〜約２００μｍの範囲内である。いくつかの実施形態では、流動チャネルは、約２，４００μｍ２、約１，２００μｍ２〜約４，８００μｍ２の範囲内、１，５００μｍ２、約６００μｍ２〜約２，８００μｍ２の範囲内、または約１００μｍ２〜約１０，０００μｍ２の範囲内の断面積を有する。
【００４８】
（流体サンプルの自己デジタル化のためのマイクロ流体デバイス）
いくつかの実施形態では、本開示は、１つまたはそれを上回る流体サンプルを複数の流体区画の中に離散化するための１つもしくはそれを上回るマイクロ流体アレイを有するマイクロ流体デバイス（例えば、マイクロ流体チップ）を提供する。ある実施形態では、マイクロ流体デバイスは、２個、４個、６個、８個、１２個、１６個、２４個、３２個、３６個、もしくは４８個のマイクロ流体アレイおよび／または少なくとも５００個、少なくとも１，０００個、少なくとも５，０００個、少なくとも１０，０００個、少なくとも５０，０００個、少なくとも１００，０００個、少なくとも５００，０００個、少なくとも１００万個、少なくとも５００万個、もしくは少なくとも１，０００万個の流体区画を含む。
【００４９】
いくつかの実施形態では、本開示のマイクロ流体デバイスは、流体サンプルの遠心装填のために構成される。そのような実施形態では、マイクロ流体デバイスは、遠心分離中に回転軸に向かって配向されるように構成される近位本体部分と、遠心分離中に回転軸から離れて配向されるように構成される遠位本体部分とを伴うデバイス本体を含む。故に、１つまたはそれを上回るマイクロ流体アレイは、近位本体部分から遠位本体部分に延在する流動チャネル（例えば、平行流動チャネル）とともにマイクロ流体デバイスの本体内に形成され、したがって、遠心分離は、流体をアレイを通して流動チャネルの近位端から流動チャネルの遠位端に駆動する。複数のマイクロ流体アレイは、３Ｄ印刷、レプリカ成形、射出成形、エンボス加工、ソフトリソグラフィ、またはそれらの組み合わせ等の種々の方法でデバイス本体内に形成されることができる。
【００５０】
図３Ａおよび３Ｂは、実施形態による、流体サンプルの自己デジタル化のためのマイクロ流体デバイス３００を図示する。図１のデバイス１００と同様に、デバイス３００は、それぞれ、少なくとも１つの流体入口ポート３０２、１つまたはそれを上回る流動チャネル３０４、複数の流体区画３０６、および少なくとも１つの流体出口ポート３０８を有する、複数のマイクロ流体アレイを含む。いくつかの実施形態では、流体入口ポート３０２は、随意の入口リザーバ３１０および分岐チャネル３１２を介して流動チャネル３０４に結合され、流体出口ポート３０８は、随意の出口リザーバ３１４および出口戻りチャネル３１６を介して流動チャネル３０４に結合される。随意に、流体区画３０６は、それぞれ、個別の流動チャネル３０４に結合される個別の排液チャネル３１８を含む。
【００５１】
いくつかの実施形態では、デバイス３００の本体は、スピンコーティングされたＰＤＭＳ層３２４を伴うガラススライド３２２上のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）層３２０から形成される。マイクロ流体アレイの特徴（例えば、流動チャネル３０４、流体区画３０６）は、当業者に公知の方法に従って、ＰＤＭＳ層３２０内に形成される。ある実施形態では、第１のＰＤＭＳブロック３２６が、出口リザーバ３１４を形成するために使用され、第２のＰＤＭＳブロック３２８が、入口および出口ポート３０２、３０８ならびに入口リザーバ３１０を形成するために使用される。いくつかの実施形態では、第１および／または第２のＰＤＭＳブロック３２６、３２８は、ＰＤＭＳ層３２０とは別個である一方、他の実施形態では、第１および／または第２のＰＤＭＳブロック３２６、３２８は、単一部品としてＰＤＭＳ層３２０と一体的に形成される。随意に、蒸気障壁３３０が、例えば、ＰＤＭＳ層３２０を通した流体の蒸発を低減させるために、ＰＤＭＳ層３２０にわたって位置付けられる。
【００５２】
ＰＤＭＳを使用して本デバイス内に形成される特徴の深さは、所望に応じて変動されることができる。例えば、ある実施形態では、流体入口ポート３０２、流体出口ポート３０８、入口リザーバ３１０、および／または出口リザーバ３１４は、少なくとも約０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、もしくは６ｍｍの深さを有する。
【００５３】
本開示のマイクロ流体デバイスは、種々の方法で設計されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの本体は、略長方形形状、略正方形形状、略円形形状、略半円形形状、略長円形形状、略半長円形形状、または任意の他の幾何学形状を備える。ある実施形態では、マイクロ流体デバイスの本体は、例えば、便宜および互換性のために、既存のデバイスと同様に、および／または既存の器具類に適応するように成形される。例えば、種々の実施形態では、本体は、９６ウェルマイクロプレートと同様に、約１２７．８ｍｍの長さ（例えば、近位−遠位方向に沿って）および約８５．５ｍｍの幅（例えば、近位−遠位方向に直交して）を伴う略長方形である。別の実施例として、種々の実施形態では、本体は、あるＰＣＲ熱サイクリングデバイスのためのアダプタサイズと同様に、約１００ｍｍの長さおよび約７５ｍｍの幅を伴う略長方形である。
【００５４】
いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの本体内のマイクロ流体アレイの配列は、マルチチャネルピペット等の既存の実験室機器と適合するように構成される。例えば、本開示のいくつかの実施形態は、マルチチャネルピペットを使用するサンプル装填のために構成されるマイクロ流体デバイスを提供する。種々の実施形態では、マルチチャネルピペットは、複数の流体サンプルをマイクロ流体デバイスの複数の流体入口ポートの中に並行して装填するために使用され、各流体入口ポートは、ピペットの個別のチャネルから異なる流体サンプルを受容する。ある実施形態では、各流体入口ポートは、異なるマイクロ流体アレイに流体的に結合され、したがって、異なる流体サンプルは、本明細書に提示される方法に従って並行して離散化されることができる。本アプローチは、単一マイクロ流体デバイスを使用して複数のサンプルの同時離散化を可能にし、高スループットサンプル処理のために有利である。
【００５５】
故に、いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイス内に形成されるマイクロ流体アレイの流体入口ポートは、マルチチャネルピペットから流体サンプルを受容するように配列される。ある実施形態では、例えば、流体入口ポートは、マルチチャネルピペットのピペットチャネルの配列と同様に、線形列に（例えば、本デバイスの近位本体部分に近接して）配列される。ある実施形態では、流体入口ポートの数および隣接する流体ポート間のピッチ（例えば、中心間距離）は、それぞれ、マルチチャネルピペットのチャネルの数およびチャネルピッチに対応する。例えば、種々の実施形態では、マルチチャネルピペットは、４個、６個、８個、または１２個のピペットチャネルを含み、隣接するピペットチャネル間のピッチは、約２．２５ｍｍ、３ｍｍ、４．５ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ、１８ｍｍ、または３６ｍｍである。故に、種々の実施形態では、マイクロ流体デバイスは、４個、６個、８個、または１２個の流体入口ポートを有し、隣接するポート間のピッチは、約２．２５ｍｍ、３ｍｍ、４．５ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ、１８ｍｍ、または３６ｍｍである。
【００５６】
図４Ａは、実施形態による、マルチチャネルピペットと併用するために構成される例示的マイクロ流体デバイス４００を図示する。デバイス４００は、それぞれ、サンプル装填のための単一流体入口ポート４０４を有する、８つのマイクロ流体アレイ４０２を含む。各流体入口ポート４０４は、本明細書に提示される種々の実施形態と同様に、複数の流動チャネル（例えば、４つの流動チャネル）および流体区画（例えば、１４８個の流体区画）に流体的に結合される。８つの流体入口ポート４０４は、デバイス４００の近位部分４０６において線形列に配列される。いくつかの実施形態では、隣接する流体入口ポート間のピッチ４０８は、標準８チャネルピペットに適応するために、約９ｍｍである。
【００５７】
図４Ｂは、実施形態による、マルチチャネルピペットと併用するために構成される別の例示的マイクロ流体デバイス４５０を図示する。デバイス４００と同様に、デバイス４５０は、それぞれ、サンプル装填のための単一流体入口ポート４５４を有する、８つのマイクロ流体アレイ４５２を含む。各流体入口ポート４５４は、複数の流動チャネル（例えば、１６個の流動チャネル）および流体区画（例えば、２，５６０個の流体区画）に流体的に結合される。８つの流体入口ポート４５４は、デバイス４００の近位部分４５６において線形列に配列される。いくつかの実施形態では、隣接する流体入口ポート間のピッチ４５８は、標準８チャネルピペットに適応するために、約９ｍｍである。
【００５８】
ある実施形態では、ピペットのチャネルの数は、流体入口ポートの数に合致し、チャネルピッチは、ポートピッチに合致し、したがって、マルチチャネルピペットのチャネルとマイクロ流体デバイスの流体入口ポートとの間に１対１の対応が存在する。そのような実施形態では、単一ピペットが、一度に流体入口ポートの全ての中に並行してサンプルを装填するために使用され得、例えば、９ｍｍのピッチを有する８チャネルピペットが、９ｍｍのピッチを有する８つの流体入口ポートを伴うデバイスの中にサンプルを装填するために使用され、４．５ｍｍのピッチを有する１２チャネルピペットが、４．５ｍｍのピッチ等を有する１２個の流体入口ポートを伴うデバイスの中にサンプルを装填するために使用される。
【００５９】
代替実施形態では、ピペットのチャネルの数は、流体入口ポートの数とは異なる、および／またはチャネルピッチは、ポートピッチとは異なり、したがって、ピペットチャネルと流体入口ポートとの間に１対１の対応が存在しない。随意に、ポートの数は、チャネルの数の倍数である、および／またはポートピッチは、チャネルピッチの倍数である。そのような実施形態では、複数の連続的装填ステップが、流体入口ポートの中にサンプルを装填するために使用されることができ、例えば、９ｍｍのピッチを有する８チャネルピペットが、最初に奇数のポートを装填し、次いで、偶数のポートを装填することによって（逆もまた同様である）、４．５ｍｍのピッチを有する１６個の流体入口ポートを伴うデバイスの中にサンプルを装填するために使用される。
【００６０】
いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、以下の構成、すなわち、約３６ｍｍのピッチを伴う２つの流体入口ポート、約１８ｍｍのピッチを伴う４つの流体入口ポート、約１２ｍｍのピッチを伴う６つの流体入口ポート、約９ｍｍのピッチを伴う８つの流体入口ポート、約９ｍｍのピッチを伴う１２個の流体入口ポート、約４．５ｍｍのピッチを伴う１６個の流体入口ポート、約４．５ｍｍのピッチを伴う２４個の流体入口ポート、約３ｍｍのピッチを伴う２４個の流体入口ポート、約３ｍｍのピッチを伴う３６個の流体入口ポート、約２．２５ｍｍのピッチを伴う３２個の流体入口ポート、または約２．２５ｍｍのピッチを伴う４８個の流体入口ポートのうちの１つもしくはそれを上回るものを伴う複数の流体入口ポートを備える。
流体サンプルの自己デジタル化のための材料および組成物
【００６１】
本開示のマイクロ流体アレイおよびデバイスは、多種多様な材料から加工されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書のデバイスまたはその１つもしくはそれを上回る構成要素は、以下のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、熱硬化性ポリエステル（ＴＰＥ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタンメタクリレート、ポリエチレン、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート、パリレン、ポリ塩化ビニル、フルオロエチルプロピレン、レキサン、ポリスチレン、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、環状オレフィンコポリマー、ポリウレタン、ポリアクリレートと配合されたポリウレタン、ポリエステルカーボネート、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリアクリレート、ポリカプロラクトン、ポリケトン、ポリフタルアミド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、エポキシポリマー、熱可塑性物質、フルオロポリマー、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリイミド、ガラス、石英、シリコン、ヒ化ガリウム、窒化シリコン、溶融シリカ、セラミック、金属、またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む。随意に、（例えば、生物学的アッセイに関する）種々の実施形態では、デバイスが、ポリマー材料から加工され、したがって、本デバイスは、単回使用のために使い捨てである。
【００６２】
いくつかの実施形態では、本開示のデバイスは、デジタル化プロセスを促進するために好適な表面性質を伴う材料を含む。本デバイスまたはデバイス構成要素（例えば、チャネルおよび／または流体区画）の表面性質は、具体的用途のために調整されることができる。例えば、本デバイスの一部または全ての表面は、ある実施形態では、疎水性または親水性である。いくつかの実施形態では、ある表面は、疎水性であり、ある表面は、親水性である。いくつかの実施形態では、親水性または疎水性である表面は、本デバイス内のあるチャネルおよび／または流体区画内に油の装填を可能にし、あるチャネルおよび／または流体区画内に水性溶液の装填を可能にするように設計される。
【００６３】
例えば、ある実施形態では、マイクロ流体デバイスの１つまたはそれを上回る部分（例えば、流動チャネル、流体区画、デバイス本体等）は、疎水性表面を備える、および／または元々疎水性である、もしくは表面処理されたポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、グリコール修飾ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴＧ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、多層材料、もしくはそれらの組み合わせ等の疎水性材料から加工される。
【００６４】
いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイスの１つまたはそれを上回る部分（例えば、流動チャネルの全ておよび／または複数の流体区画）は、選択された流体（例えば、油）によって優先的に湿潤するために、表面を流体と接触させるように化学的および／または生物学的試薬を用いて修正される。ある実施形態では、湿潤は、離散化のために、デバイス表面からのあるタイプの流体（例えば、油）の変位を促進することによって、および／またはデバイス表面からのあるタイプの流体（例えば、水性溶液）の変位に抵抗することによって、本デバイスの表面をプライミングする。
【００６５】
多種多様な流体または液体が、本開示の種々のデバイス、システム、および方法と併用されることができる。いくつかの実施形態では、例えば、流体は、水系または水性溶液を含む。いくつかの実施形態では、流体は、油（例えば、フッ化油、炭化水素油、シリコーン油、または鉱油）等、水性溶液中でわずかに可溶性である液体を含む。随意に、有機溶媒もまた、使用される。
【００６６】
ある実施形態では、本明細書のデバイス、システム、および方法と併用される流体は、例えば、限定ではないが、化学物質、生化学物質、遺伝物質（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ等）、遺伝物質の発現産物（例えば、タンパク質および／または代謝物質）、結晶化分子、生体細胞、エキソソーム、ミトコンドリア、薬物、末梢血液もしくはリンパ系中で循環する生物学的粒子、希少細胞、粒子、またはそれらの組み合わせを含む、種々の分析物を含有する流体サンプル（例えば、水性溶液）を含む。可能性として考えられる水性流体サンプルは、限定ではないが、とりわけ、種々のＰＣＲおよびＲＴ−ＰＣＲ溶液、ＬＡＭＰもしくはＮＡＳＢＡ等のための等温増幅溶液、血液サンプル、血漿サンプル、血清サンプル、細胞溶解物もしくは分泌物または細菌溶解物もしくは分泌物を含有する溶液、ならびにタンパク質、バクテリア、ウイルス粒子、および／もしくは細胞（真核細胞、原核細胞、またはそれらの粒子）を含有する他の生体サンプルを含む。ある実施形態では、流体サンプルはまた、不混和性流体（例えば、第１／第３の流体）ならびに／または本デバイスの材料との所望の相互作用および／もしくは適合性を促進するために、界面活性剤または他の試薬を含有する。ある実施形態では、流体サンプルは、悪性表現型を発現する細胞、胎児細胞、循環内皮細胞、腫瘍細胞、ウイルスに感染した細胞、着目遺伝子を用いてトランスフェクションされた細胞、または自己免疫もしくは自己反応性障害に罹患した対象の末梢血液中に存在するＴ細胞もしくはＢ細胞、または他の亜型の免疫細胞、または末梢血液中もしくはリンパ系もしくは脊髄液もしくは他の体液中を循環する希少細胞もしくは生物学的粒子（例えば、エキソソーム、ミトコンドリア）のうちの１つもしくはそれを上回るものを含む。細胞または生物学的粒子は、随意に、サンプル中で希少であり、したがって、離散化は、例えば、細胞を空間的に分離するために使用され、それによって、希少細胞または生物学的粒子の検出を可能にする。
【００６７】
いくつかの実施形態では、本開示のデバイスは、２つまたはそれを上回る不混和性流体を利用して、少なくとも二相システムとして機能する。例えば、いくつかの実施形態では、第１の流体（例えば、油相）が、デバイスを最初に充填し、いずれの空気も変位させるために使用される。いくつかの実施形態では、第１の流体は、第２の流体に対してデバイス表面を優先的に湿潤させるように構成される。続けて、いくつかの実施形態では、典型的には、第１の流体と不混和性である第２の流体（例えば、着目サンプルを含有する水性流体サンプル）が、本デバイスを通して流動され、流体区画に進入し、油を変位させる。随意に、第３の流体が、次いで、本デバイスを通して流動され、流体区画ではなく、主要流動チャネル内の水相を変位させる。第３の流体は、典型的には、第２の流体と不混和性であり、第１の流体と同一であり得る、または同一ではない場合があり、第１の流体と混和性であり得る、またはそうではない場合がある。ある実施形態では、流体区画は、シェルタとしての役割を果たし、水相の個々の流体パケットを流体区画内に分離およびデジタル化する。随意に、流体区画は、水相によって実質的に占有され、したがって、流体パケットは、実質的に流体区画の形状をとり、流体パケットの体積は、区画の寸法によって実質的に画定される。例えば、流体区画が長方形形状である場合、その中に含有される流体パケットは、実質的に長方形形状をとることができる。
【００６８】
ある実施形態では、第１および／または第３の流体は、それぞれ、フッ化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせ等の油を含む。いくつかの実施形態では、第１および／または第３の流体として使用される油は、鉱油系油、フッ化炭素系油、および／またはシリコーン油系油である。他の実施形態は、他の「油」相または代替材料を使用することができる。ある実施形態では、第１および／または第３の流体はまた、デバイス表面および／または第２の流体との所望の相互作用を改良するために、界面活性剤および／または湿潤試薬を含む。いくつかの実施形態では、第１および第３の流体は、同じである一方、他の実施形態では、第１および第３の流体は、同一の基礎材料から成るが、異なる界面活性剤／添加物濃度および／または組成物を有する。また他の実施形態では、第３の流体は、第１の流体と完全に異なる組成物であり、第１の流体と混和性であり得る、またはそうではない場合がある。ある実施形態では、第１および／または第３の流体は、第２の流体および／または第２の流体内の成分と相互作用する成分を含有する。複数の油が所与の動作方法において使用されるとき（例えば、第１の流体、第３の流体、および／または第４の流体）、油の組成物は、同一である、または異なり得る。いくつかの実施形態では、油組成物はそれぞれ、使用される他の油の組成物にかかわらず、独立して選択される。
【００６９】
いくつかの実施形態では、第２の流体は、１つまたはそれを上回る着目分析物を含有する流体サンプルを含む。第２の流体は、随意に、水性溶液である。水性溶液の実施例は、限定ではないが、種々のＰＣＲおよびＲＴ−ＰＣＲ溶液、ＬＡＭＰもしくはＮＡＳＢＡ等のための等温増幅溶液、血液サンプル、血漿サンプル、血清サンプル、細胞溶解物もしくは分泌物または細菌溶解物もしくは分泌物を含有する溶液、ならびにタンパク質、バクテリア、ウイルス粒子、および／もしくは細胞（真核細胞、原核細胞、またはそれらの粒子）を含有する他の生体サンプル、またはそれらの組み合わせを含む。
【００７０】
いくつかの実施形態では、第４の流体が、提供される。ある実施形態では、第４の流体は、フッ化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせ等の油を含む。いくつかの実施形態では、第４の流体は、ＰＣＲまたは等温増幅等の増幅反応と適合する流体を含む。例えば、ある実施形態では、第４の流体は、デジタル化された分析物を増幅するために増幅反応を開始する前に、流動チャネル内の第３の流体を変位させるために使用される。第４の流体は、第１、第２、および／または第３の流体のいずれかと混和性もしくは不混和性であり得る。随意に、ある実施形態では、第４の流体は、第１の流体と同一である。
【００７１】
いくつかの実施形態では、第５の流体が、提供される。ある実施形態では、第５の流体は、フッ化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせ等の油を含む。ある実施形態では、第５の流体は、本デバイスから第１、第２、第３、および／または第４の流体を洗い流すために使用される。
【００７２】
いくつかの実施形態では、本明細書の流体のいずれか（例えば、第１、第２、第３、第４、および／または第５の流体）は、マイクロ流体デバイス上の流体入口ポートに提供される。流体は、同一の流体入口ポートまたは異なる流体入口ポートに提供され得る。ある実施形態では、本明細書に議論される第１、第２、第３、第４、および／または第５の流体は、本明細書に提供される連続的順序とは異なる連続的順序においてデバイスに提供される。第１、第２、第３、第４、および／または第５の流体は、任意の順序においてデバイスに提供されることができ、第１、第２、第３、第４、および／または第５の流体のいずれかが、本開示のいくつかの実施形態では、省略され得る。本明細書に説明される連続的順序は、例示的であり、開示される方法の実践を限定しない。
【００７３】
種々の実施形態では、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスの中に導入するための方法を提供し、本方法は、本開示によるマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第１の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルの中に導入するステップとを含む。用語「提供するステップ」および「導入するステップ」は、本明細書では同義的に使用され、例えば、入口またはチャネル等の構造の中への、もしくはそれを通した流体の移動を指す。
【００７４】
種々の実施形態では、本開示は、流体をマイクロ流体デバイスの中に導入するための方法を提供し、本方法は、本開示によるマイクロ流体デバイスを提供するステップと、第２の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルの中に導入するステップとを含み、第２の流体は、水溶液である。
【００７５】
いくつかの実施形態では、第２の流体は、分析物を備える流体サンプルを含み、本方法はさらに、流体区画のうちの少なくとも１つの中の分析物の分析を実施するステップを含む。ある実施形態では、分析物は、生物学的物質を含む。さらなる実施形態では、生物学的物質は、細胞、バクテリア、ウイルス、プリオン、核酸、タンパク質、遺伝物質の発現産物、結晶化分子、粒子、またはそれらの組み合わせから選択される。またさらなる実施形態では、第２の流体は、第１の核酸分子と、第２の核酸分子とを備え、本方法はさらに、第１の核酸分子を第１の流体区画の中に分配するステップを含み、第１の流体区画は、第２の核酸分子を備えない。
【００７６】
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、第１の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルの中に導入するステップを含み、第１の流体は、第２の流体が流動チャネルの中に導入される前に流動チャネルの中に導入される。いくつかの実施形態では、第１の流体は、油を含む。さらなる実施形態では、油は、フッ化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから選択される。
【００７７】
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、第３の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルの中に導入するステップを含む。ある実施形態では、第３の流体は、第２の流体が流動チャネルの中に導入された後に流動チャネルの中に導入される。他の実施形態では、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水性溶液であり、第３の流体は、油である。
【００７８】
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、第４の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルの中に導入するステップを含む。ある実施形態では、第４の流体は、第１の流体が流動チャネルの中に導入された後、かつ第２の流体が流動チャネルの中に導入される前に流動チャネルの中に導入される。他の実施形態では、第４の流体は、第２の流体が流動チャネルの中に導入された後、かつ第３の流体が流動チャネルの中に導入される前に流動チャネルの中に導入される。いくつかの実施形態では、第４の流体は、第３の流体が流動チャネルの中に導入された後に流動チャネルの中に導入される。さらなる実施形態では、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水性溶液であり、第３の流体は、油であり、第４の流体は、油であり、第５の流体は、油であり、第１、第３、第４、および第５の流体は、独立して同じである、または相互に異なる。またさらなる実施形態では、油はそれぞれ、フッ化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから独立して選択される。
【００７９】
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、第５の流体をマイクロ流体デバイスの流動チャネルの中に導入するステップを含む。ある実施形態では、第５の流体は、第２の流体が流動チャネルの中に導入された後に流動チャネルの中に導入される。他の実施形態では、第５の流体は、第３の流体が流動チャネルの中に導入された後に流動チャネルの中に導入される。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、第４の流体を流動チャネルの中に導入するステップを含み、第４の流体は、第１の流体が流動チャネルの中に導入された後、かつ第２の流体が流動チャネルの中に導入される前に流動チャネルの中に導入される。ある実施形態では、第１の流体は、油であり、第２の流体は、水性溶液であり、第３の流体は、油であり、第４の流体は、油であり、第５の流体は、油であり、第１、第３、第４、および第５の流体は、独立して同じである、または相互に異なる。さらなる実施形態では、油はそれぞれ、フッ化油、炭化水素油、シリコーン油、またはそれらの組み合わせから独立して選択される。
流体サンプルの自己デジタル化、処理、および分析のためのシステム
【００８０】
本開示の種々の実施形態は、流体サンプルの自己デジタル化、処理、および／または分析のためのシステムを提供する。いくつかの実施形態では、システムが、遠心分離によってマイクロ流体デバイスの流体区画の中に流体を駆動することによって、流体サンプルを離散化するように構成される。ある実施形態では、複数の流体サンプルを離散化するために構成されるシステムは、マイクロ流体デバイスの流体区画の中に流体を駆動するための遠心力を生成するために、１つまたはそれを上回るマイクロ流体デバイスを受容するように構成される、ロータアセンブリと、回転軸（例えば、ロータアセンブリの中心軸）を中心としてロータアセンブリを回転させるように構成される、回転アクチュエータとを含む。本明細書のシステムは、有利なこととして、高スループット処理および分析のために好適な複数の流体サンプルの同時離散化のために、単純かつ便宜的な形式を提供する。
【００８１】
流体サンプルの自己デジタル化のためのロータアセンブリは、種々の方法で構成されることができる。いくつかの実施形態では、ロータアセンブリは、中心軸と、中心軸の周囲に半径方向に配列される、複数の容器とを含む。ロータアセンブリは、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、またはそれを上回る容器等の任意の数の容器を含むことができる。複数の容器のそれぞれの近位端と中心軸との間の距離は、いくつかの実施形態では、約１０ｍｍ〜約５００ｍｍ、約２０ｍｍ〜約３００ｍｍ、または約３０ｍｍ〜約２００ｍｍの範囲内である。容器は、それぞれ、本開示の１つまたはそれを上回るマイクロ流体デバイスを受容するように成形される。例えば、種々の実施形態では、容器は、マイクロ流体デバイスのデバイス本体のサイズおよび／または形状に実質的に合致するように定寸および／または成形される（例えば、約１２７．８ｍｍの長さおよび約８５．５ｍｍの幅または約１００ｍｍの長さおよび約７５ｍｍの幅を有する）。ある実施形態では、容器は、例えば、締まり嵌め、スナップ嵌合、締結具、ラッチ、クランプ、または他の好適な結合機構を介して、マイクロ流体デバイスを可撤式に受容し、それに結合するように成形される。
【００８２】
いくつかの実施形態では、容器は、受容されたマイクロ流体デバイスの近位本体部分が、ロータアセンブリの中心軸に近接して位置付けられる一方、本デバイスの遠位本体部分が、ロータアセンブリの中心軸から離れて位置付けられるように配列される。故に、そのような実施形態では、ロータアセンブリの回転は、流体が本デバイスを通して近位部分から遠位部分に駆動されるようにする。上記および本明細書に議論されるように、マイクロ流体デバイスは、随意に、遠心分離中に均一な流体流動を助長するために、近位部分から遠位部分まで減少する断面寸法を伴うテーパ流動チャネルを含む。
【００８３】
回転アクチュエータは、ブラシレス直流モータ、ブラシ付き直流モータ、サーボモータ、またはステッパモータ等、回転軸を中心としてロータアセンブリを回転させるために好適な任意の作動機構であり得る。ある実施形態では、回転アクチュエータは、約１０ＲＰＭ、５０ＲＰＭ、１００ＲＰＭ、２００ＲＰＭ、３００ＲＰＭ、４００ＲＰＭ、５００ＲＰＭ、６００ＲＰＭ、７００ＲＰＭ、８００ＲＰＭ、９００ＲＰＭ、１，０００ＲＰＭ、１，５００ＲＰＭ、２，０００ＲＰＭ、２，５００ＲＰＭ、３，０００ＲＰＭ、３，５００ＲＰＭ、４，０００ＲＰＭ、４，５００ＲＰＭ、または５，０００ＲＰＭにおいてロータアセンブリを回転させるように構成される。種々の実施形態では、回転アクチュエータの回転速度は、流体サンプルを離散化するために、流体をマイクロ流体デバイスを通して駆動するために構成される。随意に、回転速度は、本明細書にさらに議論される撮像手順等の他の用途のために構成される。ある実施形態では、回転アクチュエータの回転は、本明細書にさらに議論されるように、自己デジタル化システムの動作を制御するための命令とともに構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサによって制御される。
【００８４】
図５は、実施形態による、流体サンプルの自己デジタル化のためのシステムのロータアセンブリ５００を図示する。ロータアセンブリ５００は、中心軸５０４を中心として半径方向に配列される、複数の容器５０２（例えば、１２個の容器）を含む。中心軸５０４は、本明細書ではロータアセンブリ５００の真下に位置付けられるように描写される、回転アクチュエータ５０６に結合される。各容器５０２は、対応するマイクロ流体デバイス５０８を受容するように成形される。マイクロ流体デバイス５０８は、デバイス３００、４００、または４５０等、本明細書に議論されるデバイスの任意の実施形態と類似し得る。ある実施形態では、デバイス５０８は、その対応する容器５０８内に位置付けられ、したがって、デバイス５０８の近位部分５１０は、中心軸５０４に向かって配向され、デバイス５０８の遠位部分５１２は、中心軸５０４から離れて配向される。上記および本明細書に議論されるように、いくつかの実施形態では、デバイス５０８の流体入口ポートおよび流体出口ポートは、近位部分５１０に位置し、出口リザーバは、遠位部分５１２に位置し、流動チャネルは、近位部分５１０から遠位部分５１２に延在する。
【００８５】
いくつかの実施形態では、ロータアセンブリは、単一部品として一体的に形成され、したがって、容器は、アセンブリを損傷させることなく相互に結合解除され得ない。そのような実施形態では、容器の数は、固定される。代替実施形態では、ロータアセンブリは、可撤式に結合される容器を含み、したがって、容器の数は、ユーザの選好に従って調節されることができる。可撤式に結合される容器は、限定ではないが、締結具（例えば、ねじ、ピン）、相互係止要素、スナップ嵌合、締まり嵌め、ラッチ、クランプ、および同等物を含む、種々の方法でロータアセンブリに取り付けられることができる。
【００８６】
図６Ａおよび６Ｂは、実施形態による、可撤式に結合される容器を伴うロータアセンブリ６００を図示する。図６Ａは、第１の可撤性ロータ構成要素６０２がアセンブリ６００の中心軸６０４に結合される、ロータアセンブリ６００の第１の構成を図示する。描写される実施形態では、ロータ構成要素６０２は、相互に対向して位置付けられる容器６０６ａ、６０６ｂの対を含む。故に、第１の構成は、２つのマイクロ流体デバイスを同時にスピンさせるために好適である。図６Ｂは、第１の可撤性ロータ構成要素６０２および第２の可撤性ロータ構成要素６０８が、例えば、相互に直交して中心軸６０４に結合される、ロータアセンブリ６００の第２の構成を図示する。第２の可撤性ロータ構成要素６０８は、第１の可撤性ロータ構成要素６０２と実質的に類似する。故に、第２の構成は、４つのマイクロ流体デバイスを同時にスピンさせるために好適である。
【００８７】
本開示の種々の実施形態は、遠心分離を介した流体サンプルの自己デジタル化に加えて、他の機能性を実施するように構成されるシステムおよびデバイスを提供する。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるような自己デジタル化のためのシステムはまた、以下の機能、すなわち、マイクロ流体デバイス内の１つもしくはそれを上回る流体サンプルの加熱、マイクロ流体デバイス内の１つもしくはそれを上回る流体サンプルの冷却、マイクロ流体デバイス内の１つもしくはそれを上回る流体サンプルの性質の測定、および／またはマイクロ流体デバイス内の１つもしくはそれを上回る流体サンプルの撮像のうちの１つもしくはそれを上回るものを実施するように構成される構成要素を組み込む。例えば、本明細書のシステムの種々の実施形態は、例えば、ｄＰＣＲ用途のために、複数の流体サンプルの離散化、熱サイクリング、および撮像を実施するように構成される。そのような多機能システムは、流体サンプルの高スループット離散化、処理、および分析のために便宜的かつコンパクトな統一プラットフォームを提供する。
【００８８】
例えば、いくつかの実施形態では、サンプル離散化、処理、および分析のための多機能システムはさらに、熱を生成し、それを回転アクチュエータ内に受容されるマイクロ流体デバイス内に含有される流体サンプルに印加するように構成される、１つまたはそれを上回る加熱デバイスを含む。加熱デバイスは、ペルチェデバイス、対流ヒータ、放射放出ヒータ、抵抗ヒータ、誘導ヒータ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。加熱デバイスは、所望に応じて、マイクロ流体デバイスに直接接触して、または直接接触することなく熱を印加するように構成されることができる。ある実施形態では、マイクロ流体デバイスへの熱の印加は、本明細書にさらに議論されるように、自己デジタル化システムの動作を制御するための命令とともに構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサによって制御される。
【００８９】
別の実施例として、いくつかの実施形態では、本明細書のシステムはさらに、回転アクチュエータ内に受容されるマイクロ流体デバイス内に含有される流体サンプルの温度を低下させるための１つまたはそれを上回る冷却デバイスを含む。冷却デバイスは、ペルチェデバイス、対流冷却デバイス、またはそれらの組み合わせを含むことができる。冷却デバイスは、所望に応じて、マイクロ流体デバイスに直接接触して、または直接接触することなく冷却を印加するように構成されることができる。ある実施形態では、マイクロ流体デバイスへの冷却の印加は、本明細書にさらに議論されるように、自己デジタル化システムの動作を制御するための命令とともに構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサによって制御される。
【００９０】
図７Ａ−７Ｃは、実施形態による、マイクロ流体デバイスの加熱および／または冷却（例えば、対流加熱および／または冷却を介して）に適応するように構成される、例示的ロータアセンブリを図示する。図７Ａは、マイクロ流体デバイス（例えば、デバイス７０４）を受容するための複数の容器７０２（例えば、１２個の容器）を伴うロータアセンブリ７００を図示する。各容器７０２は、加熱デバイスおよび／または冷却デバイスへの熱結合のために、本デバイスを受容し、本デバイスの底面を暴露するように成形される開口部を含む。いくつかの実施形態では、ロータアセンブリは、内側部分７０６と、中間部分７０８と、ロータアセンブリ７００の周囲長さ全体に及ぶ外側部分７１０とを含む。内側部分７０６および外側部分７１０は、例えば、構造支持を提供するために、比較的に厚い。随意に、咬持機構（図示せず）が、容器７０２内に本デバイスを保定するために、内側部分７０６および／または外側部分７１０内に形成される。ある実施形態では、中間部分７０８は、例えば、改良された空気循環および熱輸送のために、本デバイスの上下に空気流を促進するために、比較的に薄い（例えば、本デバイスの厚さと同様の厚さを有する）。
【００９１】
図７Ｂは、アセンブリ７０２の外側部分７２２が、周囲長さの周囲に連続して延在するのではなく、離散区分として形成されることを除いて、ロータアセンブリ７００と同様のロータアセンブリ７２０を図示する。いくつかの実施形態では、外側部分７２２は、離散区分間に散在する複数の間隙７２４を含み、したがって、中間部分７２６は、間隙７２４においてロータアセンブリ７２０の縁に延在する。本設計は、いくつかの実施形態では、空気循環への付加的改良を提供する。図７Ｃは、付加的開口部７４２が、空気流をさらに改良するために、アセンブリ７４０の中間部分７４４内に形成されることを除いて、ロータアセンブリ７２０と同様のロータアセンブリ７４０を図示する。随意に、開口部７４２は、ロータアセンブリ７４０がスピンしているとき、例えば、対流熱サイクリング中、対流空気流および熱輸送を促進するために、ファンブレードと同様に角度付けられる。
【００９２】
ある実施形態では、加熱および／または冷却は、ｄＰＣＲ熱サイクリング手順等のシーケンスまたはプロトコルに従って、ロータアセンブリ内に受容されるマイクロ流体デバイスに印加される。種々の実施形態では、熱サイクリング手順は、標的分析物（例えば、核酸）を増幅するために、複数のサイクルにわたって（例えば、マイクロ流体デバイスの流体区画内に含有される）１つまたはそれを上回る流体サンプルを交互に加熱および冷却するステップを伴う。分析物増幅のための熱サイクリングを実施するための条件は、当業者に公知である。随意に、加熱および／または冷却の印加は、本明細書にさらに議論されるように、自己デジタル化システムの動作を制御するための好適な命令とともに構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサによって制御される。
【００９３】
サンプル加熱ならびに／または冷却の効率および均一性を改良するために、本明細書のある実施形態は、ロータアセンブリ、回転アクチュエータ、加熱デバイス、および／または冷却デバイス等の自己デジタル化システムの１つもしくはそれを上回る構成要素を封入する、筐体を含む。加えて、いくつかの実施形態では、筐体はまた、本システムの構成要素を損傷および／または汚染から保護し、また、ユーザを急速に回転する部分および他の潜在的危害から保護する。種々の実施形態では、筐体の１つまたはそれを上回る部分（例えば、少なくとも１つの筐体壁）は、本システムへの、またはそれからの望ましくない熱伝導を低減させるために、断熱構造を提供される。随意に、１つまたはそれを上回る断熱構造が、回転アクチュエータの１つまたはそれを上回る部分（例えば、ロータシャフト）等、温度変動、過剰に高い温度、および／または過剰に低い温度に感受性があり得る本システムの構成要素に結合される。
【００９４】
いくつかの実施形態では、自己デジタル化システムは、例えば、マイクロ流体デバイスのさらに均一な加熱および／または冷却を生産するために、加熱デバイス、冷却デバイス、および／またはロータアセンブリの周囲の空気流を制御するように構成される、通気アセンブリを含む。例示的通気アセンブリ構成要素は、ファン、ダクト、空気入口、空気出口、および同等物のうちの１つまたはそれを上回るものを含む。
【００９５】
図８は、実施形態による、マイクロ流体デバイスの加熱および／または冷却のために構成されるシステム８００の一部を図示する。いくつかの実施形態では、システム８００は、ロータアセンブリを封入する断熱チャンバ８０２を含む。ロータアセンブリを回転させるための回転アクチュエータ（例えば、モータ８０４）は、随意に、少なくとも部分的に、チャンバ８０２の外側に延在する。ある実施形態では、システム８００は、チャンバ８０２内に形成される１つもしくはそれを上回る吸気孔８０６、チャンバ８０２に（例えば、吸気ダクト８１０を介して）結合される吸気および加熱ユニット８０８、チャンバ８０２内に形成される１つもしくはそれを上回る排気孔８１２、ならびに／またはチャンバ８０２に（例えば、排気ダクト８１６を介して）結合される排気ユニット８１４等、チャンバ８０２の内外への空気流および熱輸送を促進するための通気アセンブリを含む。いくつかの実施形態では、システム８００は、チャンバの外部ではなく、チャンバの内側に、またはそれとの組み合わせで加熱デバイスを含む。随意に、チャンバ８０２は、本明細書にさらに議論されるような撮像デバイス８２０等、他の機能性構成要素がチャンバ８０２の外側からマイクロ流体デバイスにアクセスすることを可能にする、１つまたはそれを上回る窓８１８を含む。
【００９６】
いくつかの実施形態では、自己デジタル化システムは、紫外線放射を放出する、可視光放射を放出する、赤外線放射を放出する、または２つもしくはそれを上回るタイプの放射の組み合わせを放出する、１つもしくはそれを上回るデバイスから成る加熱デバイスを含む。これらの放射放出加熱デバイスは、ランプと称されるであろう。代替として、または組み合わせて、これらのランプの任意の組み合わせが、使用され得る。加熱中、ランプは、熱をマイクロ流体デバイスに伝達するように位置付けられるであろう。ランプは、マイクロ流体デバイスを直接照射し得るか、放射吸収材料を照射し、これが、次いで、熱をマイクロ流体デバイスに伝達し得るか、またはそれらの組み合わせであり得る。ランプは、ロータの下方に、ロータの上方に、ロータと並んで、またはそれらの組み合わせにおいて位置付けられるであろう。ランプは、ランプと整合されるようにマイクロ流体デバイスを移動させることによって、ランプがマイクロ流体デバイスと整合されるようにそれらを移動させることによって、またはそれらの組み合わせによって、マイクロ流体デバイスと整合されるであろう。いくつかの実施形態では、ランプの構成および／または数により、本整合ステップは不必要になる。いくつかの実施形態では、ランプは、ロータに取り付けられるか、ロータに直接ではないが、チャンバの内側に取り付けられるか、またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、ミラーが、使用され、ランプからの放射を、マイクロ流体デバイス上に指向させるか、放射吸収材料上に指向させ、これが、次いで、熱をマイクロ流体デバイスに伝達するか、またはそれらの組み合わせである。
【００９７】
随意に、加熱および／または冷却の印加に対する改良された正確度が、フィードバック機構、例えば、１つまたはそれを上回る温度センサから受信された温度データに基づくフィードバックを使用して達成される。いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る温度センサが、マイクロ流体デバイス、ロータアセンブリ、および／または筐体の内部空気温度の温度を監視するために使用される。ある実施形態では、温度データは、本システムに、温度データに応答して、加熱デバイスによって印加される加熱量および／または冷却デバイスによって印加される冷却量を調節させる命令とともに構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサによって受信される。
【００９８】
本明細書のシステム、方法、およびデバイスの種々の実施形態は、マイクロ流体デバイス内に含有される流体サンプルの測定値を取得するために好適である。いくつかの実施形態では、測定データが、流体サンプル中に存在する標的分析物の存在および／または量を判定するために、流体サンプルが（例えば、加熱、冷却、熱サイクリング等を介して）離散化および／または処理された後に取得される。例えば、ある実施形態では、本明細書のシステムは、本明細書に議論されるようなｄＰＣＲ熱サイクリングを介して増幅された核酸の量を定量化するために使用される。
【００９９】
いくつかの実施形態では、本システムは、ロータアセンブリ内に受容されるマイクロ流体デバイスの画像データを取得するように構成される、撮像デバイスを含む。ある実施形態では、画像データは、明視野画像データ、位相差画像データ、または蛍光画像データである。ある実施形態では、撮像モダリティは、流体サンプル中の標的分析物の性質に基づいて選択され、例えば、標的分析物が蛍光性である場合、蛍光撮像が、使用される。本デバイスの個々の流体区画を分解するために十分な分解能を伴う任意の撮像デバイスが、本明細書のシステム、方法、およびデバイスと併用されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、撮像デバイスは、共焦点顕微鏡、回転円板顕微鏡、多光子顕微鏡、平面照明顕微鏡、ベッセルビーム顕微鏡、微分干渉顕微鏡、位相差顕微鏡、落射蛍光顕微鏡、またはそれらの組み合わせ等の顕微鏡である。いくつかの実施形態では、本明細書のシステム、方法、およびデバイスにおいて使用される検出器は、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラもしくは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラ等の画像を捕捉することが可能なデバイス、アバランチフォトダイオード（ＡＰＤ）もしくは光電子増倍管（ＰＭＴ）等の光に感受性の単一要素を伴うデバイス、多素子ＡＰＤもしくは多素子ＰＭＴ等のハイブリッドデバイス、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。別の実施例として、いくつかの実施形態では、撮像デバイスは、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等のカメラである。例えば、光学素子は、単レンズ、多素子レンズ、光学フィルタ、ミラー、ビームスプリッタ、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。随意に、マイクロ流体デバイスの撮像は、本明細書にさらに議論されるように、自己デジタル化システムの動作を制御するための好適な命令とともに構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサによって制御される。そのような実施形態では、撮像は、好適なソフトウェアを介してコンピュータまたは他の処理デバイスによって制御されるように構成される。
【０１００】
ある実施形態では、撮像デバイスは、例えば、蛍光撮像を実施するために十分な感度および画像分解能を伴う、デジタル一眼レフ（ＤＳＬＲ）カメラである。いくつかの実施形態では、ＤＳＬＲカメラベースの撮像設定は、満足のいく画像分解能を提供しながら、比較的に低コストであるという観点から有利である。ＤＳＬＲカメラの構成（例えば、ＩＳＯ、Ｆ数、露光時間、合焦モード等）は、所望に応じて変動されることができる。ある実施形態では、ＩＳＯ、Ｆ数、および露光時間は、異なる画像を横断する信号強度の比較を可能にするために、画像データのセットに対して固定される。いくつかの実施形態では、ＤＳＬＲカメラは、例えば、カメラ本体に合致するレンズマウントを有する、マクロレンズと併用される。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、撮像デバイスは、マイクロ流体デバイスの画像データ（例えば、蛍光画像データ）を取得するように構成される。ある実施形態では、撮像デバイスの視野は、単一画像内でマイクロ流体デバイスの一部を捕捉するように定寸される。例えば、種々の実施形態では、撮像デバイスは、単一画像内で単一マイクロ流体デバイスの本体の表面積の少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、または少なくとも１００％を捕捉するように定寸される視野を備える。他の実施形態では、撮像デバイスの視野は、単一画像内で単一マイクロ流体デバイスの全体を捕捉するように定寸される。また他の実施形態では、撮像デバイスの視野は、単一画像内で複数のマイクロ流体デバイスの全体を捕捉するように定寸される。随意に、視野は、例えば、ユーザの選好に従って調節可能である。種々の実施形態では、撮像デバイスは、単一画像内で単一マイクロ流体デバイスの少なくとも５００個、少なくとも１，０００個、少なくとも１，５００個、少なくとも２，０００個、少なくとも２，５００個、少なくとも３，０００個、少なくとも３，５００個、少なくとも４，０００個、少なくとも４，５００個、少なくとも５，０００個、少なくとも１０，０００個、少なくとも５０，０００個、または少なくとも１００，０００個の流体区画を捕捉するように定寸される視野を備える。
【０１０２】
続けて、画像データは、マイクロ流体デバイスの流体区画からの特性（例えば、蛍光）を測定するために、（例えば、本システムの１つまたはそれを上回るプロセッサを用いて）処理される。例えば、いくつかの実施形態では、処理は、標的分析物の存在および／または濃度を判定するために、撮像されたマイクロ流体デバイスの各流体区画からの信号強度（例えば、蛍光強度）を判定するステップを伴う。ある実施形態では、ある閾値を上回る信号強度は、分析物の存在を示す一方、その閾値を下回る信号強度は、分析物が不在であることを示す。本アプローチは、ｄＰＣＲ等の種々の分析技法と併用するために好適である。代替として、または組み合わせて、処理は、各流体区画からの信号波長（例えば、蛍光波長）を判定するステップを伴う。本アプローチは、例えば、多重化された分析のために有利である。
【０１０３】
ある実施形態では、撮像デバイスは、例えば、撮像されるべき本デバイスの部分にわたって、略均一なフラッディング照明を提供するように構成される照明源等の１つもしくはそれを上回る照明源を含む、および／またはそれと組み合わせて使用される。照明源および撮像デバイスの種々の構成が、使用されることができる。撮像デバイスの光軸および照明源の主光線は、０〜１０度、１０〜２０度、２０〜３０度、３０〜４５度、４５〜６０度、６０〜７５度、７５〜９０度、９０〜１０５度、１０５〜１２０度、１２０〜１３５度、１３５〜１５０度、１５０〜１６０度、１６０〜１７０度、または１７０〜１８０度の角度を形成することができる。代替として、または組み合わせて、これらの角度の任意の組み合わせにおける照明源が、使用される。９０度を上回る角度は、照明源が撮像デバイスからマイクロ流体デバイスの対向する側上にあることを示す。撮像デバイスの光軸と照明源の主光線との間の角度が、０〜１０度または１７０〜１８０度であるとき、照明は、直接照明と称される。角度が１０〜１７０度であるとき、照明は、傾斜と称される。例えば、いくつかの実施形態では、直接照明が、使用され、例えば、撮像デバイスの光軸は、照明源の主光線に略平行である。代替として、または組み合わせて、傾斜照明が、使用され、例えば、撮像デバイスの光軸は、照明源の主光線に平行ではない。いくつかの実施形態では、照明源は、白色光ＬＥＤまたは有色ＬＥＤ等の１つもしくはそれを上回る発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、ＬＥＤは、所望に応じて、直接および／または傾斜照明を提供するために、撮像デバイスに対して位置付けられることができる。いくつかの実施形態では、照明源は、撮像デバイスの周囲に位置付けられ、所望に応じて、直接および／または傾斜照明を提供するように構成される、リング照明源を含む。いくつかの実施形態では、照明は、例えば、直接照明を提供するために、当分野でその用語が公知であるような落射蛍光構成において配列されることができる。
【０１０４】
随意に、流体サンプルが１つまたはそれを上回る蛍光体を含む実施形態では、照明源は、１つまたはそれを上回る蛍光体の励起波長において光エネルギーを生産するように構成され、撮像デバイスは、１つまたはそれを上回る蛍光体の発光波長における光エネルギーを測定するように構成される。本明細書の実施形態は、多種多様な励起波長（例えば、約３５０ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲内）および発光波長（例えば、約４００ｎｍ〜約９００ｎｍの範囲内）に適応するために好適である。ある実施形態では、好適な励起および／または発光フィルタが、それぞれ、流体サンプルに伝送される、および／またはそれから受光される光をフィルタ処理するために使用される。随意に、照明源が、所望の波長の光を生産するように構成される場合（例えば、色ＬＥＤ）、励起フィルタは、使用されない。
【０１０５】
図９Ａは、実施形態による、ＤＳＬＲカメラ９０４を使用してマイクロ流体デバイス９０２を撮像するための傾斜照明構成９００を図示する。代替実施形態では、構成９００は、他のタイプの撮像デバイスとの併用のために適合され得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、カメラ９０４は、規定された発光波長を有する光を受光するために、マクロレンズ９０６と、レンズ９０６に結合される発光フィルタ９０８とを含む。１つまたはそれを上回る照明源９１０（例えば、ＬＥＤ照明源）が、デバイス９０２の少なくとも一部にわたって照射される領域９１２を形成するように、カメラ９０４から側方に位置付けられ、デバイス９０２に向かって配向される。随意に、照明源９１０は、規定された励起波長を有する光を提供するために、励起フィルタ９１４を含む。代替実施形態では、例えば、その励起波長を伴う光を放出するように構成されるＬＥＤを使用するとき、励起フィルタ９１４は、省略される。ある実施形態では、照明源９１０は、デバイス９０２の傾斜照明を提供するように、カメラ９０４の光軸に対してある角度に配向される。いくつかの実施形態では、照射される領域９１２は、デバイス９０２の全体を網羅する一方、他の実施形態では、照射される領域９１２は、デバイス９０２の一部のみを網羅する。後者の場合では、カメラ９０４および／または照明源９１０は、デバイス９０２の異なる部分を連続的に照射および撮像するように、移動ステージまたは他の作動機構に結合される。いくつかの実施形態では、構成９００は、ＤＳＬＲカメラ９０２または代替撮像デバイスを用いて撮像するために、デバイス９０４またはその一部、例えば、単一のウェルもしくは複数の具体的ウェルの整合を促進する識別子を有する。随意に、そのような識別子は、照射される領域９１２を画定するために使用される。
【０１０６】
図９Ｂは、実施形態による、ＤＳＬＲカメラ９５４を使用してマイクロ流体デバイス９５２を撮像するための直接照明構成９５０を図示する。代替実施形態では、構成９５０は、他のタイプの撮像デバイスとの併用のために適合され得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、カメラ９５４は、マクロレンズ９５６を含む。１つまたはそれを上回る照明源９５８が、デバイス９５２の少なくとも一部にわたって照射される領域９６０を形成し、それによって、デバイス９５２の直接照明を提供するように、カメラ９５４に結合され（例えば、マクロレンズ９５６に結合され）、カメラ９５４の光軸に対してわずかな角度で配向される。ある実施形態では、照明源９５８は、カメラ９５４の少なくとも一部の周囲に（例えば、マクロレンズ９５６の周囲に）位置付けられるリング照明源（例えば、ＬＥＤリング光）である。随意に、付加的フィルタおよび／または他の光学構成要素が、例えば、規定された励起波長を有する光を提供する、および／または規定された発光波長を有する光を受光するために、カメラ９５４、マクロレンズ９５６、および／または照明源９５８に結合される。いくつかの実施形態では、照射される領域９６０は、デバイス９５２の全体を網羅する一方、他の実施形態では、照射される領域９６０は、デバイス９５２の一部のみを網羅する。後者の場合では、カメラ９５４および／または照明源９５８は、デバイス９５２の異なる部分を連続的に照射および撮像するように、移動ステージまたは他の作動機構に結合される。いくつかの実施形態では、構成９５０は、ＤＳＬＲカメラ９５４または代替撮像デバイスを用いて撮像するために、デバイス９５２またはその一部、例えば、単一のウェルもしくは複数の具体的ウェルの整合を促進する識別子を有する。随意に、そのような識別子は、照射される領域９６０を画定するために使用される。いくつかの実施形態では、本器具は、識別子を使用して、撮像デバイスに対するマイクロ流体チップの位置および配向を識別し、それによって、画像のどの部分を分析するべきかを識別することができる。
【０１０７】
本明細書に説明される自己デジタル化システムの種々の構成要素（例えば、回転アクチュエータ、加熱デバイス、冷却デバイス、温度センサ、通気アセンブリ、撮像デバイス、照明源等）は、複数の方法で構成されることができる。いくつかの実施形態では、本明細書の構成要素のうちの１つまたはそれを上回るものは、ロータアセンブリおよび受容されるマイクロ流体デバイスの上方に位置付けられる。いくつかの実施形態では、本明細書の構成要素のうちの１つまたはそれを上回るものは、ロータアセンブリおよび受容されるマイクロ流体デバイスの下方に位置付けられる。いくつかの実施形態では、本明細書の構成要素のうちの１つまたはそれを上回るものは、ロータアセンブリに結合される等、ロータアセンブリ上に位置付けられる。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、本明細書の構成要素のうちの１つまたはそれを上回るもの（例えば、回転アクチュエータ、加熱デバイス、冷却デバイス、温度センサ、通気アセンブリ、撮像デバイス、照明源等）は、移動可能であり、したがって、ロータアセンブリに対する構成要素の位置は、調節可能である。例えば、ある実施形態では、構成要素は、その構成要素が動作しているとき、ロータアセンブリに近接して位置付けられ、その構成要素が動作していないとき、ロータアセンブリから離れて位置付けられる。随意に、構成要素は、ロータアセンブリが回転しないとき、ロータアセンブリに近接して位置付けられ、ロータアセンブリが回転しているとき、ロータアセンブリから離れて位置付けられる。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、作動機構（例えば、モータ）が、ロータアセンブリおよび／またはマイクロ流体デバイスに対する１つもしくはそれを上回る移動可能構成要素の位置を調節するために提供される。随意に、作動機構の動作は、本明細書にさらに議論されるように、自己デジタル化システムの動作を制御するための好適な命令とともに構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサによって制御される。ある実施形態では、作動機構はまた、１つまたはそれを上回る構成要素（例えば、回転アクチュエータ、加熱デバイス、冷却デバイス、温度センサ、通気アセンブリ、撮像デバイス、照明源、電源等）をロータアセンブリに動作可能に結合するように構成される。構成要素が、ロータアセンブリとの直接接触の有無を問わず、ロータアセンブリに動作可能に結合されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、加熱デバイスが、加熱デバイスとロータアセンブリおよび／またはマイクロ流体デバイスとの間の直接接触を介して、熱をマイクロ流体デバイスに印加するために、ロータアセンブリに熱的に結合される。代替実施形態では、加熱デバイスは、加熱デバイスとロータアセンブリおよび／またはマイクロ流体デバイスとの間の直接接触を伴わずにロータアセンブリに熱的に結合される（例えば、加熱デバイスとロータアセンブリおよび／またはマイクロ流体デバイスとの間に空隙が存在する）。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る加熱デバイスが、加熱デバイスを１つまたはそれを上回るマイクロ流体デバイス（またはその一部）と熱的に結合し、加熱を実施するために、加熱デバイスを平行移動および／または回転させる作動機構に結合される。例えば、ある実施形態では、加熱デバイスは、ロータアセンブリの下方に位置付けられ、作動機構は、マイクロ流体デバイスを加熱するために、加熱デバイスを上昇させる。代替として、または組み合わせて、ロータアセンブリは、１つまたはそれを上回るマイクロ流体デバイスを加熱デバイスと熱的に結合するために、移動される（例えば、平行移動および／または回転される）。
【０１１１】
同様に、いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る冷却デバイスが、冷却デバイスを１つまたはそれを上回るマイクロ流体デバイス（またはその一部）と熱的に結合し、冷却を実施するために、冷却デバイスを平行移動および／または回転させる作動機構に結合される。例えば、ある実施形態では、冷却デバイスは、ロータアセンブリの下方に位置付けられ、作動機構は、マイクロ流体デバイスを冷却するために、冷却デバイスを上昇させる。代替として、または組み合わせて、ロータアセンブリは、１つまたはそれを上回るマイクロ流体デバイスを冷却デバイスと熱的に結合するために、移動される（例えば、平行移動および／または回転される）。
【０１１２】
別の実施例として、いくつかの実施形態では、撮像デバイスは、撮像デバイス（例えば、撮像デバイスの視野）を１つまたはそれを上回るマイクロ流体デバイス（またはその一部）と整合させ、撮像を実施するために、撮像デバイスを平行移動および／または回転させる作動機構に結合される。撮像デバイスの視野がマイクロ流体デバイスの一部のみを網羅する実施形態では、撮像デバイスは、マイクロ流体デバイスの全体の撮像を可能にするために、複数の異なる位置および／または配向に移動される。代替として、または組み合わせて、ロータアセンブリは、１つまたはそれを上回るマイクロ流体デバイスを撮像デバイスと整合させるために、移動される（例えば、平行移動および／または回転される）。
【０１１３】
図１０は、実施形態による、サンプル離散化、加熱、および撮像のための例示的多機能システム１０００を図示する。システム１０００は、本明細書の方法およびデバイスの任意の実施形態と組み合わせて使用されることができる。システム１０００は、複数のマイクロ流体デバイスを受容するためのロータアセンブリ１００４を部分的または完全に封入する筐体１００２を含む。いくつかの実施形態では、筐体１００２は、（例えば、マイクロ流体デバイスを装填および抜取するために）ロータアセンブリ１００４へのアクセスを可能にする、蓋１００６を含む。ロータアセンブリ１００４は、例えば、流体を受容されるマイクロ流体デバイスの流体区画の中に駆動し、サンプルを離散化するために、ロータアセンブリ１００４を回転させるための回転アクチュエータ（図示せず）に結合される。複数の加熱デバイス（図示せず）が、例えば、熱サイクリング手順に従って、マイクロ流体デバイスを加熱するためにロータアセンブリ１００４の下方に位置付けられる。いくつかの実施形態では、加熱デバイスの数は、ロータアセンブリ１００４内の容器の数に対応し、したがって、各加熱デバイスは、単一の個別のマイクロ流体デバイスに熱を印加するために使用される。システム１０００はまた、ロータアセンブリ１００４内のマイクロ流体デバイスを撮像するための撮像デバイス１００８と、撮像中にマイクロ流体デバイスを照射するための１つまたはそれを上回る照明源１０１０とを含む。いくつかの実施形態では、撮像デバイス１００８および照明源１０１０は、ロータアセンブリ１００４の上方に位置付けられる。
【０１１４】
図１１Ａ−１１Ｃは、実施形態による、多機能システムを使用して、複数の流体サンプルを離散化するステップ、加熱するステップ、および撮像するステップを図示する。本方法のステップは、本明細書のシステムおよびデバイスの任意の実施形態を使用して実施されることができる。いくつかの実施形態では、本方法は、複数のマイクロ流体デバイス１１０２を受容するように構成されるロータアセンブリ１１００と、ロータアセンブリ１１００を回転させるための回転アクチュエータ１１０４（例えば、ステッパモータ、サーボモータ、ブラシレス直流モータ等）と、作動機構１１０８（例えば、ステージまたは他の位置制御システム）に結合され、ロータアセンブリ１１００の下方に位置付けられる複数の加熱デバイス１１０６（例えば、ペルチェユニット）と、撮像デバイス１１１０および少なくとも１つの照明源１１１２を含む、ロータアセンブリ１１００の上方に位置付けられる撮像システムとを含む、多機能自己デジタル化システムを使用して実施される。随意に、本システムは、加熱デバイス１１０６ならびに／または撮像システムに対するロータアセンブリ１１００の位置を監視および／もしくは制御するためのエンコーダもしくは他の位置情報システムを含む。
【０１１５】
図１１Ａは、多機能システムを使用するサンプル離散化を図示する。上記および本明細書に議論されるように、サンプル離散化は、流体サンプルを受容されるマイクロ流体デバイス内の流体区画の少なくともサブセットの中に駆動するために十分な回転速度において、ロータアセンブリ１１００内のマイクロ流体デバイス１１０２を回転させることによって実施される。回転アクチュエータ１１０２は、制御された速度においてロータアセンブリ１１００を回転させるために使用される。いくつかの実施形態では、複数の加熱デバイス１１０６および作動機構１１０８は、ロータアセンブリ１１００の回転を可能にするために、離散化ステップ中にロータアセンブリ１１００から離れた下位位置にある。
【０１１６】
図１１Ｂは、多機能システムを使用するサンプル加熱を図示する。サンプル加熱ステップは、随意に、サンプル離散化ステップの後に実施される。いくつかの実施形態では、作動機構１１０８は、加熱デバイス１１０６をマイクロ流体デバイス１１０２に熱的に結合するために、ロータアセンブリ１１００に向かって加熱デバイス１１０６を上昇させるために使用される。熱結合は、加熱デバイス１１０６とマイクロ流体デバイス１１０２との間の直接接触を伴い得る、または伴わない場合がある。いくつかの実施形態では、ロータアセンブリ１１００は、加熱ステップ中に静止している。対流加熱が使用されるとき等の代替実施形態では、ロータアセンブリ１１００は、例えば、均一な加熱のために空気循環を改良するために、加熱ステップ中に回転している。
【０１１７】
図１１Ｃは、多機能システムを使用するサンプル撮像を図示する。サンプル撮像ステップは、随意に、サンプル加熱ステップの後に実施される。いくつかの実施形態では、ロータアセンブリ１１００は、撮像のために各マイクロ流体デバイス１１０２を撮像デバイス１１１０および照明源１１１２と連続的に整合させるために、アクチュエータ１１０２によって複数の回転位置を通して回転される。ある実施形態では、複数の加熱デバイス１１０６および作動機構１１０８は、ロータアセンブリ１１００の回転に適応するために、撮像ステップ中にロータアセンブリ１１００から離れた下位位置にある。
【０１１８】
上記および本明細書に議論されるように、本明細書の自己デジタル化システムの動作は、本明細書の種々の方法を実施するために好適な命令とともに構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサによって制御されることができる。いくつかの実施形態では、例えば、本明細書に説明されるシステムは、１つまたはそれを上回るプロセッサと、その上に記憶される実行可能命令を伴うメモリデバイスを備えるコンピュータを含む。いくつかの実施形態では、コンピュータは、本明細書に説明される方法を実施するために使用される。種々の実施形態では、コンピュータは、上記に例証および説明されるシステムまたは方法のいずれかを実装するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、コンピュータは、バスサブシステムを介していくつかの周辺サブシステムと通信するプロセッサを含む。これらの周辺サブシステムは、メモリサブシステムおよびファイル記憶サブシステムを含む記憶サブシステム、ユーザインターフェース入力デバイス、ユーザインターフェース出力デバイス、ならびにネットワークインターフェースサブシステムを含むことができる。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、バスサブシステムが、コンピュータの種々のコンポーネントおよびサブシステムが意図されるように相互に通信することを可能にするための機構を提供する。バスサブシステムは、単一のバスまたは複数のバスを含むことができる。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、ネットワークインターフェースサブシステムが、インターフェースを他のコンピュータおよびネットワークに提供する。ネットワークインターフェースサブシステムは、他のシステムからデータを受信し、コンピュータから他のシステムにデータを伝送するためのインターフェースとしての役割を果たすことができる。例えば、ネットワークインターフェースサブシステムは、コンピュータがインターネットに接続し、インターネットを使用して通信を促進することを可能にすることができる。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、コンピュータは、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、またはペンタブレット等のポインティングデバイス、走査装置、バーコード走査装置、ディスプレイに組み込まれたタッチスクリーン、音声認識システム等のオーディオ入力デバイス、マイクロホン、および他のタイプの入力デバイス等のユーザインターフェース入力デバイスを含む。概して、用語「入力デバイス」の使用は、情報をコンピュータに入力するための全ての可能性として考えられるタイプのデバイスおよび機構を含むことが意図される。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、コンピュータは、ディスプレイサブシステム、プリンタ、ファックス機械、またはオーディオ出力デバイス等の非視覚ディスプレイ等のユーザインターフェース出力デバイスを含む。ディスプレイサブシステムは、ブラウン管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のフラットパネルデバイス、または投影デバイスであり得る。出力デバイスは、任意の特定のデバイスに限定されず、例えば、双方向性ディスプレイ、タッチパッド、タッチスクリーン、ならびにスマートフォンおよびタブレット等のモバイルデバイスを含むことができる。概して、用語「出力デバイス」の使用は、情報をコンピュータから出力するための全ての可能性として考えられるタイプのデバイスおよび機構を含むことが意図される。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、コンピュータは、基本プログラミングおよびデータ構造を記憶するためのコンピュータ可読媒体を提供する、記憶サブシステムを含む。いくつかの実施形態では、記憶サブシステムは、プロセッサによって実行されると、本明細書に説明される方法およびシステムの機能性を提供する、ソフトウェア（プログラム、コードモジュール、命令）を記憶する。これらのソフトウェアモジュールまたは命令は、１つまたはそれを上回るプロセッサによって実行されることができる。記憶サブシステムはまた、本開示に従って使用されるデータを記憶するためのリポジトリを提供することができる。記憶サブシステムは、メモリサブシステムと、ファイル／ディスク記憶サブシステムとを含むことができる。
【０１２４】
いくつかの実施形態では、コンピュータは、プログラム実行中の命令およびデータの記憶のためのメインランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、固定された命令が記憶される読取専用メモリ（ＲＯＭ）とを含むいくつかのメモリを含み得る、メモリサブシステムを含む。ファイル記憶サブシステムが、プログラムおよびデータファイルのための非一過性永続（不揮発性）記憶装置を提供し、ハードディスクドライブ、関連付けられる可撤性媒体を伴うフロッピディスクドライブ、コンパクトディスク読取専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）ドライブ、光学ドライブ、可撤性媒体カートリッジ、および他の同様の記憶媒体を含むことができる。
【０１２５】
コンピュータは、パーソナルコンピュータ、ポータブルコンピュータ、ワークステーション、ネットワークコンピュータ、メインフレーム、キオスク、サーバ、または任意の他のデータ処理システムを含む、種々のタイプであり得る。コンピュータおよびネットワークの絶えず変化する性質に起因して、本明細書に含有されるコンピュータの説明は、コンピュータの実施形態を例証することを目的とする具体的実施例にすぎないことが意図される。本明細書に説明されるシステムよりも多い、または少ないコンポーネントを有する多くの他の構成が、可能である。
流体サンプルの自己デジタル化、処理、および分析のための方法
【０１２６】
サンプル離散化、処理、および分析を実施するための種々の方法が、本明細書の実施形態と組み合わせた使用のために好適である。いくつかの実施形態では、流体サンプルを離散化および分析するための方法が、本明細書の実施形態のいずれかのようなマイクロ流体デバイスを提供するステップと、マイクロ流体デバイスの流体入口ポートに複数の離散分析物を含む流体サンプルを適用するステップと、複数の離散分析物が、マイクロ流体デバイスの複数の流体区画のサブセット（例えば、その全てよりも少ない）の中に駆動されるように、マイクロ流体デバイスを回転させ、それによって、流体サンプルを区画によって画定される複数の流体パケットに離散化するステップとを含む。随意に、マイクロ流体デバイスは、マルチチャネルピペットとの併用のために構成され、流体サンプルは、マルチチャネルピペットを使用して、流体入口ポートに適用される。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、流体サンプルの離散化は、複数の異なる流体をマイクロ流体デバイスの中に連続的に導入するステップを伴う。例えば、ある実施形態では、本方法は、第１の流体をマイクロ流体デバイスに（例えば、マルチチャネルピペットを使用して）適用するステップと、第１の流体を本デバイスの流動チャネルおよび／または流体区画の中に駆動するようにマイクロ流体デバイスを回転させるステップとを含む。種々の実施形態では、第１の流体は、例えば、いずれの気泡も変位させるために、本デバイスの中に導入される油を含む。ある実施形態では、本方法は、流体サンプルを含む第２の流体（例えば、水性溶液）を流体入口ポートを介してマイクロ流体デバイスの中に適用するステップと、第２の流体を流体区画の中に駆動し、第１の流体（例えば、油）を流体区画から変位させるようにマイクロ流体デバイスを回転させるステップとを含む。第２の流体が装填された後、第３の流体（例えば、第１の流体と同一の油であり得る、またはそうではない場合がある油）が、マイクロ流体デバイスに適用され、本デバイスは、流体区画ではなく、チャネルから第２の流体を変位させるように回転される。その結果、流体サンプルは、流体区画寸法によって判定される離散体積に区画化される。
【０１２８】
上記および本明細書に議論されるように、マイクロ流体デバイスの回転は、種々の方法で実施されることができる。種々の実施形態では、マイクロ流体デバイスを回転させるステップは、中心軸と、中心軸の周囲に半径方向に配列される、複数の容器とを備えるロータアセンブリを提供するステップと、マイクロ流体デバイスの近位本体部分が、中心軸に近接して位置付けられ、マイクロ流体デバイスの遠位本体部分が、中心軸から離れて位置付けられるように、複数の容器のうちの１つの中にマイクロ流体デバイスを位置付けるステップと、中心軸の周囲でロータアセンブリを回転させ、それによって、マイクロ流体デバイスを回転させるステップとを含む。
【０１２９】
ある実施形態では、本開示の方法は、例えば、ｄＰＣＲ等のＰＣＲ用途のために、複数の核酸分子を含む流体サンプルを離散化するために使用される。いくつかの実施形態では、複数の核酸分子を含む流体サンプルが、マイクロ流体デバイスの流体入口ポートに適用される。本明細書に説明されるようにマイクロ流体デバイスを回転させることによって、核酸分子は、本デバイス内に配列される流体区画内に離散化され、したがって、例えば、少なくとも１つの核酸分子が、流体区画の少なくともいくつかの中に存在する。いくつかの実施形態では、核酸分子は、１つ以下の核酸分子が流体区画の少なくともいくつかまたは全ての中に存在するように離散化される。代替として、いくつかの実施形態では、核酸分子は、１つを上回る核酸分子が流体区画の少なくともいくつかの中に存在するように離散化される。いくつかの実施形態では、核酸分子は、流体区画のうちの少なくとも１つがいずれの核酸分子も含まないように離散化される。各流体区画内の核酸分子の数は、いくつかの実施形態では、装填される流体サンプル中の核酸分子の濃度および／または流体区画のサイズに依存する。随意に、核酸分子に対してＰＣＲを実施するための試薬もまた、本デバイス上に装填されるサンプル中に存在する。いくつかの実施形態では、上記および本明細書に議論されるように、核酸分子の装填および離散化後、ＰＣＲが、マイクロ流体デバイス内で原位置で実行される。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、本開示は、サンプル離散化に続けて、マイクロ流体デバイス内の流体サンプルを処理するための方法を提供する。例えば、ある実施形態では、方法が、マイクロ流体デバイス内の流体サンプルの複数の離散分析物を増幅するために、熱をマイクロ流体デバイスに印加するステップを含む。別の実施例として、ある実施形態では、方法が、マイクロ流体デバイス内の流体サンプルの温度を低下させるために、マイクロ流体デバイスを冷却するステップを含む。種々の実施形態では、１回またはそれを上回る加熱および／もしくは冷却サイクルが、ｄＰＣＲ熱サイクリングプロトコルに従って実施される。例えば、ある実施形態では、マイクロ流体デバイス内の流体サンプルは、複数の核酸と、１つまたはそれを上回るｄＰＣＲ試薬とを備え、加熱および／または冷却は、１つまたはそれを上回るｄＰＣＲ試薬を使用して、複数の核酸を増幅するために、ｄＰＣＲ熱サイクリング手順に従って印加される。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、本開示は、サンプル離散化および／または処理に続けて、マイクロ流体デバイス内の流体サンプルを分析するための方法を提供する。例えば、ある実施形態では、方法が、撮像デバイスを使用して、マイクロ流体デバイスの画像データを取得するステップを含む。種々の実施形態では、画像データは、マイクロ流体デバイスの複数の流体区画内の複数の離散分析物に光エネルギーを印加し、複数の流体区画内の複数の離散分析物からの蛍光信号を測定することによって取得される。撮像は、随意に、マイクロ流体デバイスがロータアセンブリ内に位置付けられている間に実施される。例えば、ある実施形態では、マイクロ流体デバイスは、ロータアセンブリの容器内に位置付けられ、画像データは、マイクロ流体デバイスを撮像デバイスと整合させるために、ロータアセンブリを回転させることによって取得される。代替として、または組み合わせて、画像データは、マイクロ流体デバイスを撮像デバイスと整合させるために、撮像デバイスを平行移動および／または回転させることによって取得される。
【０１３２】
いくつかの実施形態では、本開示の方法は、本明細書の実施形態のいずれかによるデバイスおよび／またはシステムを提供するステップを含む。
【０１３３】
本開示の装置、デバイス、システム、およびその構成要素のいずれかの具体的寸法は、本明細書の開示に照らして当業者に明白であろうように、意図される用途に応じて容易に変動されることができる。さらに、本明細書に説明される実施例および実施形態は、例証のみを目的とし、それに照らした種々の修正または変更が、当業者に示唆され得、本願の精神および範疇ならびに添付される請求項の範囲内に含まれることを理解されたい。本明細書に説明される実施形態の多数の異なる組み合わせが、可能であり、そのような組み合わせは、本開示の一部と見なされる。
【０１３４】
本明細書で使用されるように、Ａおよび／またはＢは、ＡまたはＢのうちの１つもしくはそれを上回るもの、ならびに、ＡおよびＢ等のその組み合わせを包含する。
【０１３５】
任意の実施形態または本明細書の実施形態と関連して議論される全ての特徴は、他の実施形態および本明細書の実施形態における使用のために容易に適合されることができる。異なる実施形態における類似する特徴に関する異なる用語または参照番号の使用は、必ずしも、明示的に記載されるもの以外の差異を示唆しない。故に、本開示は、添付される請求項の参照のみによって説明されることが意図され、本明細書に開示される実施形態に限定されない。
【０１３６】
別様に規定されない限り、本説明される方法およびプロセスは、任意の順序で実施されることができる。例えば、ステップ（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）を説明する方法は、最初にステップ（ａ）、続けてステップ（ｂ）、次いでステップ（ｃ）で実施されることができる。または、方法は、例えば、最初にステップ（ｂ）、続けてステップ（ｃ）、次いでステップ（ａ）等の異なる順序で実施されることができる。さらに、それらのステップは、別様に具体的に規定されない限り、同時に、または別個に実施されることができる。
【０１３７】
本明細書に示される詳細は、実施例であり、本開示の好ましい実施形態の例証的議論のみを目的とし、本発明の種々の実施形態の原理および概念的実施形態の最も有用かつ容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示される。この点で、本発明の基本的理解のために必要なものよりも詳細に本発明の構造的詳細を示すいかなる試みも、成されておらず、図面および／または実施例とともに検討される説明は、本発明のいくつかの形態が実践においてどのように具現化され得るかを当業者にとって明白にする。
【０１３８】
本開示の好ましい実施形態が、本明細書に示され、説明されたが、特定の実施形態の変形例が成され得、依然として、添付される請求項の範囲内に該当するため、本開示は、説明される開示の特定の実施形態に限定されないことを理解されたい。また、採用される専門用語は、本開示の特定の実施形態を説明することを目的とし、限定することは意図されないことを理解されたい。代わりに、本開示の範囲は、添付される請求項によって確立される。
【０１３９】
値の範囲が提供されるとき、各介在する値は、文脈が明確に別様に示さない限り下限の単位の１０分の１まで、その範囲の上限と下限との間、およびその記載される範囲内の任意の他の記載される、または介在する値が、本明細書に提供される開示内に包含されることを理解されたい。これらのより小さい範囲の上限および下限は、より小さい範囲内に独立して含まれ得、また、記載される範囲内の任意の具体的に除外される限界に応じて、本発明内に包含される。記載される範囲が限界のうちの一方または両方を含む場合、それらの含まれる限界のうちの一方または両方を除外する範囲もまた、本明細書に提供される開示内に含まれる。
【０１４０】
ある実施形態または本明細書の実施形態と関連して議論される全ての特徴は、他の実施形態および本明細書の実施形態における使用のために容易に適合されることができる。異なる実施形態における類似する特徴に関する異なる用語または参照番号の使用は、必ずしも、明示的に記載されるもの以外の差異を示唆しない。故に、本開示は、添付される請求項の参照のみによって説明されることが意図され、本明細書に開示される実施形態に限定されない。
【０１４１】
（実施例）
以下の実施例は、本開示のいくつかの側面をさらに説明するために含まれ、本発明の範囲を限定するために使用されるべきではない。
【０１４２】
（実施例１）
（マイクロ流体デバイスの撮像）
本実施例は、ＤＳＬＲカメラを使用して、マイクロ流体デバイスの画像データを取得するための撮像手順を説明する。
【０１４３】
図１２Ａおよび１２Ｂは、マイクロ流体デバイスを撮像するための構成を図示する。マクロレンズ１２０２を伴うＤＳＬＲカメラ１２００が、使用される。発光フィルタ１２０４が、マクロレンズ１２０２の前面に結合される。励起フィルタ１２０８を伴うＬＥＤ照明源１２０６の対が、マイクロ流体デバイス１２１０の傾斜照明を提供するために使用され、したがって、デバイス１２１０上に照射される領域１２１２を生産する。
【０１４４】
ＤＳＬＲカメラは、Ｎｉｋｏｎ  Ｄ７１００（２４．１ＭＰ、６，０００×４，０００ピクセル）である。カメラ構成は、手動モード、イネーブルにされるバックボタンフォーカス、ＩＳＯ  ８００、開口Ｆ４．０、および蛍光画像に関して８秒の露光時間である。カメラは、Ｌａｂｖｉｅｗベースのソフトウェアプログラムを使用するコンピュータから制御される。Ｔｏｋｉｎａ  １００ｍｍ  ｆ／２．８マクロレンズが、使用される。
【０１４５】
照明（励起）源は、約２００ルーメンの非フィルタ処理出力を伴う白色光ＬＥＤである。励起フィルタは、３５ｎｍの帯域幅を伴う４７５ｎｍの中心波長を有する。励起フィルタは、３６ｎｍの帯域幅を伴う５２０ｎｍの中心波長を有する。
【０１４６】
マイクロ流体デバイスの画像は、以下の手順に従って取得される。最初に、カメラは、オンにされ、バックボタンフォーカスがイネーブルにされるマニュアルモードにおいてコンピュータに接続される。画像取得に先立ってバックボタンフォーカスをイネーブルにすることは、蛍光画像が取得される前にカメラが自動焦点を試行しないことを確実にする。これは、蛍光画像が、典型的には、カメラの自動焦点機構にとって暗すぎ、正しく合焦できないため、重要である。
【０１４７】
マイクロ流体デバイスは、励起フィルタを伴わない白色光ＬＥＤを用いて照射される。ソフトウェアプログラムは、自動焦点を使用して本デバイスに合焦するようにカメラを制御する。代替として、カメラは、正しい場所に手動で合焦され、所望の焦点位置に固定され得る。所望される場合、本デバイスの白色光画像が、取得される。白色光ＬＥＤは、次いで、オフにされ、励起フィルタを伴う異なる白色光ＬＥＤが、オンにされる。露光時間は、８秒に設定され、蛍光画像が、取得される。カメラの分解能は、本デバイス内の個々の区画を分解するために適正な分解能を維持しながら、一度に本デバイスの約４分の１を撮像するために十分である。本デバイスおよび／またはカメラを移動させることによって、本デバイスの４つの蛍光画像が、取得され、次いで、分析される。
【０１４８】
図１３Ａ−１３Ｄは、ＤＳＬＲカメラを用いて取得される例示的撮像結果を図示する。図１３Ａは、照射される領域の画像である。図１３Ｂは、照射される領域にわたる照明の均一性を図示するグラフである。図１３Ｃは、カメラによって取得される蛍光画像を図示する。図１３Ｄは、カメラによって捕捉される蛍光の均一性を図示するグラフである。
【０１４９】
（実施例２）
（線形遠心分離デバイスの装填）
本実施例は、線形遠心分離デバイスの装填を説明する。装填器具は、回転アクチュエータとして、１分あたり１，６００マイクロステップ／回転および＞１，２００回転が可能なステッパモータを含んでいた。回転アクチュエータに取り付けられたものは、マイクロ流体デバイスを固着させるための２つの容器を含有するロータアセンブリであった。回転アセンブリは、また、回転アクチュエータを繋留し、アセンブリおよびデバイスの安全な回転を可能にする、筐体を有していた。アクチュエータは、回転アクチュエータの製造業者および／または販売業者によって提供されるソフトウェア上でコンピュータを通して制御された。図１４は、本実施例のいくつかの実施形態において説明される装填器具の画像を提供する。
【０１５０】
本実施形態では、各デバイスは、最大８つのアレイを含有し、各アレイは、２，５６０個の流体区画から成り、各区画は、約２３ｎＬの容積を備え得る（図４Ｂ参照）。本デバイス（図３Ａおよび３Ｂ）は、ＰＤＭＳを用いてスピンコーティングされた３インチ×４インチのガラス片から成っていた。これに接合されたものは、本デバイス特徴を含有するＰＤＭＳの別の片であった。本ＰＤＭＳ片は、３つの領域から成っていた。中央領域は、薄く（３００〜１，０００μｍ厚さ）、流体区画を包含する面積全体に及んだ。近位領域は、厚く（３〜１０ｍｍ厚さ）、流体区画と流体連通する入口、入口リザーバ、出口、およびチャネルの一部を含有していた。遠位領域もまた、厚く（２〜１０ｍｍ厚さ）、中央領域内の流体区画および近位領域内の出口との流体連通を可能にする出口リザーバおよびチャネルの部分を含有していた。中央領域にわたって、蒸気障壁が、接合された。いくつかの実施形態では、これは、ガラスであり、他の実施形態では、これは、ＰＣＴＦＥであり、他の実施形態では、これは、ある他の蒸気障壁材料であった。いくつかの実施形態では、蒸気障壁は、ＰＤＭＳにプラズマシールされた。他の実施形態では、接着層が、使用された。
【０１５１】
一実施形態では、本デバイスを事前装填するために使用される典型的な油は、０．０２％のＡｂｉｌ  ＷＥ  ０９、３３％のＴｅｇｏｓｏｆｔ  ＤＥＣ、および６７％の軽油であった。本デバイスは、真空乾燥器内で脱気され、次いで、油が、入口リザーバの中に装填され、本デバイスは、ロータアセンブリ内で約９００〜１，２００ＲＰＭにおいて２〜１０分にわたって遠心分離された。いくつかの実施形態では、付加的油を入口リザーバの中に装填することが、必要であり、遠心分離の付加的一巡が、実施された。いくつかの実施形態では、部分的に装填されたデバイスが、気泡を継続して排出するために、低真空圧力下の真空デシケータ内に配置された。いったん全ての気泡がウェルから除去されると、本デバイスは、サンプルを用いて装填され得る。
【０１５２】
サンプル装填は、サンプル（本設計に関して約６０〜８０μＬ）をピペットを用いて入口を通して入口リザーバに追加することによって起こった。いくつかの実施形態では、ピペットは、マルチチャネルピペットであった。いったんサンプルが装填されると、本デバイスは、ロータ上に装填および固着され、ロータは、４００〜８００ＲＰＭにおいて４〜１０分にわたって、または全てのサンプルが流体区画もしくは出口リザーバ内で沈降するまで遠心分離された。図１５は、本方法を使用して装填されるデバイスの蛍光画像である。本実施形態では、６つのアレイが、サンプルを用いて装填された。アレイは、異なる蛍光強度を伴う異なるサンプル溶液を含有していた。
【０１５３】
特に、アレイ２、３、および６（上側から下側にカウントする）は、流体区画の中への９４％を上回るサンプルのデジタル化を示す。
【０１５４】
（実施例３）
（マイクロ流体デバイスの熱サイクリング）
本実施例は、マイクロ流体デバイスのｄＰＣＲを実施するための熱サイクリングの一実施形態を説明する。
【０１５５】
本デバイスは、実施例２に説明されるように装填された。装填後、本デバイスは、撮像された。本実施形態では、本デバイスは、実施例１に説明されるように撮像された。本実施形態では、本デバイスは、次いで、Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ  Ｍａｓｔｅｒｃｙｃｌｅｒ熱サイクリング器具の原位置のアダプタ上に配置された。サーマルペーストが、熱接触を改良し、本デバイスの実際の温度およびプログラムされた温度の正確度を改良するために、アダプタ上に塗布されていた。鉱油の薄層が、本デバイス間に閉じ込められ得るいずれのエアポケットも排除することによって、アダプタと本デバイスとの間の熱接触を改良するために使用された。熱サイクリングは、以下のプログラム、すなわち、９５℃において２分、次いで、９５℃において４５秒の３５サイクル、および５９℃において６０秒に基づいて起こった。熱サイクリング後、本デバイスの外側は、イソプロパノールを用いて洗浄され、本デバイスは、再び撮像された。図１６は、熱サイクリング前（上側）およびその後（下側）の本デバイスのある領域の画像を示す。陽性および陰性のウェルが、ｄＰＣＲを実施した後に明確に識別されることができ、アレイの全体的完全性が、良好に維持された。
【０１５６】
本発明の好ましい実施形態が、本明細書に示され、説明されたが、そのような実施形態は、実施例としてのみ提供されることが、当業者に明白となるであろう。多数の変形例、変更、および代用が、ここで、本発明から逸脱することなく、当業者に想起されるであろう。本明細書に説明される本発明の実施形態の種々の代替が、本発明を実践する際に採用され得ることを理解されたい。以下の請求項は、本発明の範囲を定義し、これらの請求項ならびにそれらの均等物の範囲内の方法および構造が、それによって網羅されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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