(57)【要約】【解決手段】本発明は、生体サンプルから、核酸を含むナノ粒子を単離するための方法、装置およびシステムを含む。様々な様相において、方法、装置およびシステムは、最小限の量の材料を必要とし、および／または、血液や環境サンプルなどの複合流体からの生物学的な構成要素の高純度の単離をもたらす、迅速な手順を可能にする。【選択図】  図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル中のナノスケール検体を単離するための装置であって、装置は：
（ａ）ハウジング；および
（ｂ）ハウジング内の交流（ＡＣ）電極であって、ＡＣ電極は、ＡＣの界面動電の高電界およびＡＣの界面動電の低電界の領域を確立するために選択的に電力が加えられるように構成され、ＡＣ電極はさらに、領域間または実質的に近傍の範囲外の領域の流体の流動と比較して、ＡＣ電極近傍の周辺または範囲内の流体の流動を縮小、分裂、または変更するためにＡＣ電極上または周囲に構成される導電物質、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
導電物質は個々のＡＣ電極の中心に実質的に存在しない、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
導電物質は個々のＡＣ電極の端部に存在する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
導電物質はオープンディスク形状の中の線として構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
個々のＡＣ電極は中空のリング形状に構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
個々のＡＣ電極は中空のチューブ形状に構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
ＡＣ電極は非導電物質を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
非導電物質はＡＣ電極内で導電物質を囲み、導電物質に対し物理的障壁として機能する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ＡＣ電極内の導電物質は非導電物質中の凹部を埋める、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
ＡＣ電極は３次元的に構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
３次元のＡＣ電極の導電物質はＡＣ電極内の導電物質の総表面積を増大させる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
ＡＣ電極内の導電物質は傾斜させて構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
ＡＣ電極内の導電物質は中空の三角形のチューブに構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
ＡＣ電極内の導電物質は隣接する平面状の電極表面が１８０度未満の角度となるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
ＡＣ電極内の導電物質は６０度以上の角度に構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
ＡＣ電極内の導電物質は窪んだ凹形状に構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
個々のＡＣ電極は直径が４０μｍから１００μｍである、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
ＡＣ電極が非円形の構成である、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
非円形構成間の配向角は２５度から９０度の間である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
非円形構成は波線状の構成を含み、非円形の構成はリンカーによって接続された１対のドットの形状を含む反復ユニットを含み、リンカーはドット対の間の中間点に向かって細くなっていき、ドットの直径は反復ユニットの長さに沿う最も幅広な２点間であり、反復ユニットの平行のセットの端から端までの距離は等距離またはほぼ等距離である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
ＡＣ電極は１つ以上の浮遊電極を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
浮遊電極はＡＣの界面動電の電界領域を確立するために電力を加えられていない、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
浮遊電極は電力を加えられた電極を囲む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
浮遊電極は非浮遊電極によって引き起こされる電界より高い勾配である電界を引き起こす、請求項２１に記載の装置。
【請求項２５】
サンプル内の検体を単離するための方法であって、当該方法は：
（ａ）装置へサンプルを加える工程であって、前記装置はＡＣの界面動電の電界領域を確立することが可能である電極のアレイを含み、前記電極は、領域間または実質的に近傍の範囲外の領域の流体の流動と比較して、ＡＣ電極近傍の周辺または範囲内の流体の流動を縮小、分裂、または変更する、ＡＣ電極上または周囲に構成された導電物質を含む工程；
（ｂ）少なくとも１つのＡＣの界面動電の電界領域を生成する工程であって、前記の少なくとも１つのＡＣの界面動電の電界領域は誘電泳動の高電界領域である工程；および、
（ｃ）誘電泳動の高電界領域のナノスケール検体を単離する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
導電物質はアレイ内の個々の電極の中心に実質的に存在しない、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
導電物質はアレイ中の個々の電極の端部に存在する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
導電物質はオープンディスク形状に構成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
個々の電極は中空のリング形状に構成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
個々の電極は中空のチューブ形状に構成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
電極中の導電物質の減少は電極内と表面周辺の減少した流体の流動をもたらし、表面上のナノスケール検体の捕捉量の増加を導く、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
ナノスケール検体の捕捉量の増加は、電極内の導電物質が減少していない従来の電極構成を使用するよりも、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％、少なくとも１００％、またはそれ以上多く捕捉されたナノスケール検体である、請求項２５に記載の方法。
【請求項３３】
電極アレイは非導電物質を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
非導電物質は電極中の導電物質を囲み、導電物質に対し物理的障壁として機能する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
電極内の導電物質はアレイの非導電物質中の凹部を埋める、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
電極のアレイは３次元に構成されている、請求項２５に記載の方法。
【請求項３７】
電極の３次元アレイの導電物質は電極内の導電物質の総表面積を増大する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
電極中の導電物質は傾斜させて構成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項３９】
電極中の導電物質は中空の三角形のチューブに構成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項４０】
電極内の導電物質は隣接する平面電極表面が１８０度未満の角度となるように構成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項４１】
電極内の導電物質は６０度以上の角度に構成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項４２】
電極内の導電物質は窪んだ凹形状に構成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項４３】
個々の電極は直径で４０μｍから１００μｍである、請求項２５に記載の方法。
【請求項４４】
電極は非円形の構成である、請求項２５に記載の方法。
【請求項４５】
非円形の構成の間の配向角は２５度から９０度の間である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
非円形構成は、波線状の構成を含み、非円形の構成はリンカーによって接続された１対のドットの形状を含む反復ユニットを含み、リンカーはドットの対の間の中間点に向かって細くなっていき、ドットの直径は反復ユニットの長さに沿って最も幅広な２点間であり、反復ユニットの平行のセットの端から端までの距離は等距離またはほぼ等距離である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
ＡＣの界面動電の電界は、１ボルトから４０ボルトのピークピーク値である電圧および／または、５Ｈｚから５，０００，０００Ｈｚの周波数および５％から５０％のデューティサイクルを有する交流を使用して生成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項４８】
サンプルは流体を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項４９】
流体の導電率は３００ｍｓ／ｍ未満である、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
流体の導電率は３００ｍｓ／ｍを超える、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
電極は、第１の誘電泳動の高電界の領域を提供するために選択的に電力を加えられられ、その後に、または連続的に第２の誘電泳動の高電界の領域を提供するために選択的に電力が加えられる、請求項２５に記載の方法。
【請求項５２】
ナノスケール検体は核酸である、請求項２５に記載の方法。
【請求項５３】
流体は細胞を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
アレイ上の細胞を溶解する工程をさらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
細胞は、直流、化学溶解薬剤、酵素性溶解剤、熱、圧力、音波のエネルギー、およびそれらの組み合わせを用いて溶解される、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
細胞溶解後の残余タンパク質を分解する工程をさらに含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
細胞は、１−５００ボルトの電圧、１０−５０％のデューティサイクルを備えた０．２から２００Ｈｚのパルス周波数、および少なくとも１回適用される０．１から１０秒のパルス幅を備えた直流を用いて溶解される、請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
電極のアレイは、約０．１ミクロンおよび１ミクロンの間の厚さであるハイドロゲルを用いてスピンコートされる、請求項２５に記載の方法。
【請求項５９】
約０．１ミクロンおよび１ミクロンの間の厚さであるハイドロゲルは、化学蒸着法、表面から開始する重合、ディップコーティング、スプレーコーティング、インクジェット印刷、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔコーティング、末端を官能基化した群によるポリマーの移植、溶媒の選択性を介した溶液の自己集合、電子ビーム蒸発、プラズマ重合、スパッタリング、またはそれらの組み合わせによって電極のアレイ上に積層される、請求項２５に記載の方法。
【請求項６０】
ハイドロゲルは合成ポリマーの２つ以上の層を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項６１】
ハイドロゲルはスピンコーティング前に０．５ｃＰから５ｃＰの間の粘性を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項６２】
ハイドロゲルは０．１Ｓ／ｍから１．０Ｓ／ｍの間の導電率を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項６３】
単離した核酸は質量で１０％未満の非核酸細胞物質または細胞のタンパク質を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項６４】
前記の方法が１０分以内に完了する、請求項２５に記載の方法。
【請求項６５】
電極のアレイは比誘電率が２．０から４．０の不動態化層を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項６６】
電極は１つ以上の浮遊電極を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項６７】
浮遊電極はＡＣ動電学的領域を確立するために電力を加えられていない、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
浮遊電極は電力を加えられた電極を囲む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６９】
アレイ中の浮遊電極はアレイ中の非浮遊電極によって引き起こされる電界より高い勾配である電界を引き起こす、請求項６６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
本出願は、２０１４年４月８日に出願された米国仮特許出願第６１／９７７，００６号、および２０１４年４月９日に出願された米国仮特許出願第６１／９７７，２４９の利益を主張し、それぞれ参照によって、その全体が本出願中に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
生体サンプル中に存在する他の物質からのナノスケール検体の単離は、後の診断上または生物学的なキャラクタリゼーションのために、核酸を含む生物学的な検体物質を精製する際の重要な工程である。現在の技術は操作のために大量のサンプルが要求され、概して扱いにくい。付加的な精製工程を必要とせずに、最小のサンプル容積を使用し、複合生体サンプルからナノスケール検体を単離することが可能である、堅固なプラットフォームの必要性が継続して存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
いくつかの例では、本明細書は、効率的な方法で最小限のサンプルを利用して複合生体サンプルからナノスケール検体を単離する、改良された方法の必要性を満たす。本明細書において提供されるいくつかの要素では、短期間のうちに、サンプルは処理されてナノスケール検体が単離される。他の要素では、単離したナノスケール検体は、サンプルの調製または濃縮をそれ以上必要としない。さらなる他の要素では、所望の純度と濃度である十分なナノスケール検体物質を単離するために、最小限の量の出発物質が使用され、それによって、付加的な分析およびキャラクタリゼーションがそれ以上の処理または精製をせずに実施可能になる。さらに他の要素では、本明細書における方法、装置および組成物の開示は、多重で大量処理の操作に対応出来る。本明細書において開示された方法と装置を使用して単離されたナノスケール検体は、診断の目的のための他の装置および方法において使用するためのそれ以上の操作をせずに、溶出可能で、直接転移する事が出来、分析やキャラクタリゼーションが可能である。
【０００４】
１つの要素において、いくつかの実施形態では、本明細書において開示されるような複数の交流（ＡＣ）電極を使用して、生体サンプルからナノスケール検体を単離するための組成物、装置および方法が開示される。いくつかの実施形態では、ＡＣ電極はＡＣ界面動電の高電界を確立するために随意に電力を加えられるように構成される。他の実施形態では、ＡＣ電極はＡＣ界面動電の低電界を確立するために随意に電力を加えられるように構成される。さらに他の実施形態では、ＡＣ電極はＡＣ界面動電の高電界領域およびＡＣ界面動電の低電界領域を確立するために随意に電力を加えられるように構成される。
【０００５】
いくつかの実施形態では、本明細書において開示される方法、装置および組成物は、電極の表面でナノスケール検体の捕捉を改良するために、電極のアレイの構成および設計を利用する。いくつかの実施形態では、電極のアレイは、電極周辺または近傍の範囲内の流体の流動が分裂、または変更されるように設計され、電極アレイの周辺または範囲内のナノスケール検体の局在化および／または保持を可能にする。
【０００６】
いくつかの実施形態では、電極周辺または近傍の範囲内における流動は、従来の電極と比較して、実質的に縮小または減少した。さらに他の実施形態では、流動の縮小は電極および／または電極アレイの組成に起因する。さらなる他の実施形態では、流動の縮小は、電極および／またはアレイの物理的な設計または構成による。他の実施形態では、流動の減少は、電極および／または電極アレイの組成の組み合わせと、同様に、電極および／または電極アレイの設計または構成の物理的な変化に起因する。さらなる他の実施形態では、流動の縮小は、電極アレイの物理的な境界のすぐ外側における組成および／または物理的な構成に起因する。さらに他の実施形態では、流動の縮小は、電極および／または電極アレイの組成の組み合わせ、および／または物理的な設計および構成の変更と、電極および／または電極アレイの物理的な境界の外側における組成および／または物理的な構成との組み合わせに起因する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、電極は５０ｍＡ以上の電流を供給することが可能である。いくつかの実施形態では、電極は１００ｍＡ以上の電流を供給することが可能である。いくつかの実施形態では、電極は２５０ｍＡ以上の電流を供給することが可能である。いくつかの実施形態では、電極は５００ｍＡ以上の電流を供給することが可能である。
【０００８】
いくつかの実施形態では、本明細書で開示されるのは、サンプル中のナノスケール検体を単離するための装置であり、装置は：（１）ハウジング；（２）ヒーターおよび／またはタンパク質分解剤を含む貯蔵器；および（３）本明細書に開示されるハウジング中の複数の交流（ＡＣ）電極を含み、ＡＣ電極はＡＣの界面動電高電界およびＡＣの界面動電低電界領域を確立するために随意に電力を加えられるよう構成され、電極は領域の間または実質的に近傍の範囲外の領域の流体の流動と比較して、電極周辺または近傍の範囲内の流体の流動を縮小、分裂または変更するために電極上または周囲に構成される導電物質を含む。いくつかの実施形態では、導電物質はアレイ中の個々の電極の中心に実質的に存在しない。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイ中の個々の電極の端部に存在する。いくつかの実施形態では、導電物質はオープンディスク形状である。いくつかの実施形態では、電極は中空のリング形状に構成される。いくつかの実施形態では、電極は中空のチューブ形状に構成される。いくつかの実施形態では、電極アレイは非導電物質を含む。いくつかの実施形態では、非導電物質は電極内で導電物質を囲み、導電物質に対し物理的障壁として機能する。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は、アレイの非導電物質中の凹部を埋める。いくつかの実施形態では、電極のアレイは３次元に構成される。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は傾斜させて構成される。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は中空の三角形のチューブ形状に形成される。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は隣接する平面電極表面が約１８０度未満の角度となるように構成される。いくつかの実施形態では、導電物質は隣接する平面電極表面が１８０度以下の角度となるように構成される。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は約６０度以上の角度となるように構成される。いくつかの実施形態では、導電物質は隣接する平面電極表面が６０度以上の角度となるように構成される。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は窪んだ凹形状に構成される。いくつかの実施形態では、導電物質の３次元の構成は、電極内の導電物質の総表面積を増大させる。いくつかの実施形態では個々の電極は直径が約４０μｍから約１００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は非円形の構成である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向の角度は約２５度から９０度の間である。いくつかの実施形態では、非円形構成は波線状の構成を含み、非円形の構成はリンカーによって接続された１対のドットの形状を含む反復ユニットを含み、リンカーはドット対の間の中間点に向かって細くなっていき、ドットの直径は反復ユニットの長さに沿って最も幅広な２点間であり、反復ユニットの平行のセットの端部から端部までの距離は等距離またはほぼ等距離である。
【０００９】
いくつかの実施形態では、アレイ中の（ＡＣ）電極は１つ以上の浮遊電極を含む。浮遊電極はＡＣ界面動電の領域を確立するために電力を加えられない。いくつかの実施形態では、浮遊電極はＡＣ電極を囲む。さらなる実施形態では、アレイ中の浮遊電極は、アレイ中の非浮遊電極によって引き起こされる電界より高い勾配である電界を引き起こす。
【００１０】
別の要素では、いくつかの実施形態は、サンプル中のナノスケール検体を単離する方法を開示し、方法は：ａ．装置へサンプルを加える工程を含み、装置はＡＣ界面動電の電界領域を確立することが可能である電極のアレイを含み、前記電極は、領域の間または実質的に近傍の範囲外の領域の流体の流動と比較して、ＡＣ電極周辺または近傍の範囲内の流体の流動を縮小、分裂、または変更する、ＡＣ電極上または周囲に構成された導電物質を含み；ｂ．少なくとも１つのＡＣ界面動電の電界領域を生成する工程を含み、前記の少なくとも１つのＡＣ界面動電の電界領域は誘電泳動の高電界領域であり；およびｃ．誘電泳動の高電界領域のナノスケール検体を単離する工程を含む。いくつかの実施形態では、導電物質はアレイ中の個々の電極の中心に実質的に存在しない。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイ中の個々の電極の端部に存在する。いくつかの実施形態では、導電物質はオープンディスク形状である。いくつかの実施形態では、電極は中空のリング形状に構成される。いくつかの実施形態では、電極は中空のチューブ形状に構成される。いくつかの実施形態では、電極中の導電物質の減少は電極内と表面周辺の減少した流体の流動をもたらし、電極の表面上のナノスケール検体の捕捉の増加を導く。いくつかの実施形態では、ナノスケール検体の捕捉の増加は、電極内の導電物質が減少していない従来の電極構成を使用するよりも、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％、少なくとも１００％、またはそれ以上多く捕捉されたナノスケール検体である。いくつかの実施形態では、電極のアレイは非導電物質を含む。いくつかの実施形態では、非導電物質は電極中の導電物質を囲み、導電物質に対し物理的障壁として機能する。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質はアレイの非導電物質中の凹部を埋める。いくつかの実施形態では、電極のアレイは３次元に構成されている。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は傾斜させて構成される。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は、中空の三角形のチューブ形状に構成される。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は隣接する平面電極表面が１８０度未満の角度となるように構成される。いくつかの実施形態では、導電物質は隣接する平面電極表面が１８０度以下の角度となるように構成される。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は約６０度以上の角度となるように構成される。いくつかの実施形態では、導電物質は近隣の平面状の電極表面との間で６０度以上の角度となるように構成される。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は、窪んだ凹形状に構成される。いくつかの実施形態では、導電物質の３次元の構成は、電極内の導電物質の総表面積を増大させる。いくつかの実施形態では、個々の電極は直径で約４０μｍから約１００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は非円形の構成である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向の角度は約２５度から９０度の間である。いくつかの実施形態では、非円形構成は波線状の構成を含み、非円形の構成はリン��ーによって接続された１対のドットの形状を含む反復ユニットを含み、リンカーはドット対の間の中間点に向かって細くなっていき、ドットの直径は反復ユニットの長さに沿って最も幅広な２点間であり、反復ユニットの平行のセットの端部から端部までの距離は等距離またはほぼ等距離である。いくつかの実施形態では、ＡＣ界面動電の電界は、１ボルトから３０ボルトのピークピーク値である電圧ならびに／または５Ｈｚから５，０００，０００Ｈｚおよび５％から５０％のデューティサイクルである周波数を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、サンプルは流体を含む。いくつかの実施形態では、流体の導電率は３００ｍｓ／ｍ未満である。いくつかの実施形態では、流体の導電率は３００ｍｓ／ｍを超える。いくつかの実施形態では、電極は第１の誘電泳動の高電界領域を提供するために随意に電力を加えられ、その後に、または継続的に第２の誘電泳動の高電界領域を提供するために随意に電力を加えられる。いくつかの実施形態では、ナノスケール検体は核酸である。いくつかの実施形態では、単離した核酸は、質量で１０％未満の非核酸細胞物質または細胞のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、流体は細胞を含む。いくつかの実施形態では、方法はさらにアレイ上の細胞を溶解する工程を含む。いくつかの実施形態では、細胞は、直流、化学溶解剤、酵素による溶解剤、熱、圧力、音波のエネルギー、およびそれらの組み合わせを用いて溶解される。いくつかの実施形態では、方法はさらに細胞溶解後の残留タンパク質を分解する工程を含む。いくつかの実施形態では、細胞は１−５００ボルトの電圧、１０−５０％からのデューティサイクルを備えた０．２から２００Ｈｚのパルス周波数、および少なくとも１回適用される０．１から１０秒のパルス幅を備えた直流を用いて溶解される。いくつかの実施形態では電極アレイは約０．１ミクロンおよび１ミクロンの間の厚さであるハイドロゲルを用いてスピンコートされる。いくつかの実施形態では、ハイドロゲルは化学蒸着法または表面から開始する重合によって電極アレイ上に積層する。さらに他の実施形態では、ハイドロゲルは、ディップコーティング、スプレーコーティング、インクジェット印刷、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔコーティング、またはそれらの組み合わせによって電極アレイ上に積層する。さらなる他の実施形態では、ハイドロゲルは、末端部を官能基化した群によるポリマーの移植、または溶媒の選択性による溶液の自己集合によって、電極アレイ上に積層する。
【００１１】
いくつかの実施形態では、ハイドロゲルは合成ポリマーの２種以上の層を含む。いくつかの実施形態では、ハイドロゲルは電極アレイへのスピンコーティングまたは積層前に０．５ｃＰから５ｃＰの間の粘性を有する。いくつかの実施形態では、ハイドロゲルは約０．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍの間の導電率を有する。いくつかの実施形態では、方法は１０分以内に完了する。いくつかの実施形態では、電極アレイは比較誘電率が２．０から４．０の不動態化層を含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、電極は１つ以上の浮遊電極を含む。浮遊電極はＡＣ界面動電の領域を確立するために電力を加えられない。浮遊電極は電力を加えられた電極を囲む。いくつかの実施形態では、アレイ中の浮遊電極はアレイ中の非浮遊電極によって引き起こされる電界より高い勾配である電界を引き起こす。
【００１３】
本明細書で言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、個々の刊行物、特許または特許出願がそれぞれ引用によって本明細書中に組み入れられることが示される事と同程度に、参照によって本明細書中へ組み入れられる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本明細書の新規の特徴は、添付の特許請求の範囲によってその特殊性が明らかにされる。本明細書の特徴および利点についてのよりよい理解は、本明細書の原理が利用される、例証となる実施形態を明らかにする以下の詳細な説明、および添付の図面を参照することによって得られるだろう。
【００１５】
【図１】中空のディスク型の標準電極構成を例証する。電極は、電極の端部の周囲の導電物質を含む。着色した電極は陽極を表し、着色していない電極は陰極を示す。
【図２】中空のリング形状の電極構成を例証する。電極は、電極の端部の周囲の導電物質を含む。着色した電極は陽極を表し、着色していない電極は陰極を示す。
【図３】電極構成を例証し、電極は波線状の構成を含み、構成はリンカーによって接続された１対のドットの形状を含む反復ユニットを含み、リンカーはドット対の間の中間点に向かって細くなっていき、ドットの直径は反復ユニットの長さに沿って最も幅広な２点間であり、反復ユニットの平行のセットの端部から端部までの距離は等距離またはほぼ等距離である。電極は、一つおきの波線状の構成上に導電物質を含む。着色した電極は陽極を表し、着色していない電極は陰極を示す。
【図４】連続的な中空の波線状の構成である電極構成を例証する。電極は、電極の端部の周囲に導電物質を含む。着色した電極は陽極を表し、着色していない電極は陰極を示す。
【図５】中心部が突出した中空のリング形状に電極が構成される電極のアレイを例証する。電極は、電極の端部の周囲に導電物質を含む。例証されたリングは露出したプラチナの１０μｍの環形状を有する。着色した電極は陽極を表し、着色していない電極は陰極を示す。
【図６】未知のサンプルチャンバー内の、中空のディスク型の構成である電極を含む微小電極アレイ明視野像を例証する。ディスクは露出したプラチナを含んだ。画像に現われる「黒い点」は赤血球である。
【図７】各微小電極の端部に単離されたナノスケール検体を有する、未知のサンプルチャンバー内の、微小電極の中空ディスクアレイの蛍光画像を例証する。
【図８】２０分の工程の終了時の、各微小電極の端部に単離されたナノスケール検体を備えた未知のサンプルチャンバーの微小電極の中空ディスクアレイの蛍光画像を例証する。
【図９】ＡＣ界面動電の生成の停止によって電極の端部のナノスケール検体が解放された後における、未知のサンプルチャンバーの微小電極アレイの蛍光画像を例証する。
【図１０】微小電極の中空ディスクアレイ上のＤＥＰの勾配を例証する。ＤＥＰ勾配の程度は色によって表わされる。正のＤＥＰゾーンは電極の端部に位置する一方、負のＤＥＰゾーンは電極間に位置する。
【図１１】電極チャンバのＡＣＥＴの流動パターンを例証する。流動の規模は色によって示され、矢印によって示されるように、最も強い流動が電極室端部の数ミクロン上に見られ、一方で、流動不感領域が渦の中心および電極リングの中心に位置する。流線は、ＡＣＥＴ効果によって形成された渦を例証する。赤い矢印は流動の方向を示す。
【図１２】新規の浮遊電極の設計を有する微小電極アレイによって生成された流速プロフィル（左側）およびＤＥＰの勾配（右側）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
複合体サンプルからナノスケール検体を単離または分離するために適した方法、装置およびシステムについて本明細書において記載する。特定の実施形態では、他の分散粒子を含むサンプルからナノスケール検体を単離または分離するための方法、装置およびシステムが、本明細書において提供される。いくつかの要素では、方法、装置およびシステムは、サンプル中の粒子およびナノスケール検体の迅速な分離を可能にし得る。他の要素では、方法、装置およびシステムは、サンプル中の粒子からのナノスケール検体の迅速な単離を可能にし得る。様々な要素において、方法、装置およびシステムは、最小限の量の物質を必要とする、および／または、血液または環境サンプルなどの複合流体から単離される高度に精製されたナノスケール検体をもたらす、迅速な手順を可能にし得る。
【００１７】
ある実施形態では、サンプルからナノスケール検体を単離または分離する方法、装置およびシステムが本明細書において提供され、方法、装置およびシステムは、本明細書で開示されているような電極のアレイを含み、かつＡＣ界面動電力を発生させる（例えば、電極のアレイが電力を加えられる時）ことが可能である装置に流体を適用することを含む。ＡＣ界面動電（ＡＣＥ）の捕捉は、ＡＣの電熱（ＡＣＥＴ）およびＡＣ電気浸透（ＡＣＥＯ）流動の組み合わせに由来した、誘電泳動の力（ＦＤＥＰ）および流動力（ＦＦＬＯＷ）の間の関数関係である。いくつかの実施形態では、発生した誘電泳動の電界は、ＡＣ界面動電力の効果の構成要素である。他の実施形態では、ＡＣ界面動電力の効果の構成要素は、ＡＣの電気浸透またはＡＣの電熱の効果である。いくつかの実施形態では、誘電泳動の電界を含むＡＣ界面動電力は、高電界領域（正のＤＥＰ、すなわち不均一の電界により強い電気力線が強く集中する範囲）および／または低電界領域（負のＤＥＰ、すなわち不均一の電界により電気力線の集中が弱まる範囲）を含む。
【００１８】
特定の例では、ナノスケール検体（例えば核酸）は、誘電泳動の電界の電界領域（例えば高電界領域）で単離される（例えば、粒子物質から単離または分離される）。いくつかの実施形態では、方法、装置またはシステムは高電界ＤＥＰ領域中のナノスケール検体を単離および濃縮することを含む。いくつかの実施形態では、方法、装置またはシステムは、低電界ＤＥＰ領域中のナノスケール検体を単離および濃縮することを含む。方法はまた、下記工程の１つ以上を実行することが可能である装置および／またはシステムを随意に含む：ナノスケール検体から残留物（例えば、細胞またはタンパク質性）を洗浄または、さもなくば除去する工程（例えば、ナノスケール検体がアレイの高電界のＤＥＰ領域に集中および維持されている間にアレイを水または緩衝液ですすぐ工程）、残留タンパク質を分解する工程（例えば、熱、プロテアーゼ、または化学物質など任意の適したメカニズムに従って起こる分解工程）、ナノスケール検体から分解されたタンパク質を洗い流す工程、およびナノスケール検体を収集する工程。いくつかの実施形態では、本明細書において記載された方法、装置の操作、およびシステムの操作の結果は、単離したナノスケール検体であり、この検体は、任意の、例えば酵素のアッセイ（ＰＣＲアッセイなど）中の詳細な分析またはキャラクタリゼーションに適している量および純度である。
【００１９】
いくつかの実施形態では、本明細書において開示された方法、装置および組成物は、粒子物質からのナノスケール検体の単離および捕捉を改善するために電極構成および設計を利用する。いくつかの実施形態では、電極アレイは、電極周辺または近傍の範囲内の流体の流動が分裂、または変更されるように設計され、電極アレイの周辺または範囲内のナノスケール検体の局在化および／または保持を可能にする。他の実施形態では、ナノスケール検体捕捉における改善は、電極内の導電物質が減少していない従来の電極構成または設計を使用するよりも、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％、少なくとも１００％、またはそれ以上多く捕捉されたナノスケール検体をもたらす。
【００２０】
いくつかの実施形態では、本明細書において開示されるような電極のアレイは、約０．１ミクロンおよび１ミクロンの間の厚さであるハイドロゲルを用いてスピンコートされる。いくつかの実施形態では、ハイドロゲルは化学蒸着法または表面から開始する重合によって電極のアレイ上に積層する。さらに他の実施形態では、ハイドロゲルは、ディップコーティング、スプレーコーティング、インクジェット印刷、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔコーティング、またはそれらの組み合わせによって電極のアレイ上に積層する。さらなる他の実施形態では、ハイドロゲルは、末端部を官能基化したた群によるポリマーの移植、または溶媒の選択性を介した溶液の自己集合により、電極のアレイ上に積層する。いくつかの実施形態では、ハイドロゲルは、２つ以上の合成ポリマーの層を含む。いくつかの実施形態では、ハイドロゲルは、電極のアレイへのスピンコーティングまたは積層前に０．５ｃＰから５ｃＰの間の粘性を有する。いくつかの実施形態では、ハイドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍの間の導電率を有する。
【００２１】
いくつかの実施形態では、単離されたナノスケール検体は、質量で約１０％未満の非ナノスケール検体を含む。いくつかの実施形態では、方法は１０分未満で完了される。
【００２２】
いくつかの実施形態では、方法はさらに、アレイ中の残留タンパク質を分解する工程を含む。いくつかの実施形態では、残留タンパク質は、１つ以上の化学分解剤または酵素の分解剤によって分解される。いくつかの実施形態では、残留タンパク質はプロテイナーゼＫによって分解される。
【００２３】
いくつかの実施形態では、ナノスケール検体は核酸である。いくつかの実施形態では、拡散はさらにポリメラーゼ連鎖反応によって増幅される。いくつかの実施形態では、拡散はＤＮＡ、ＲＮＡ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、単離した核酸は、質量で約８０％未満、約７０％未満、約６０％未満、約５０％未満、約４０％未満、約３０％未満、約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、または約２％未満の、非核酸である細胞物質および／またはタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、単離した核酸は、質量で約９９％超、約９８％超、約９５％超、約９０％超、約８０％超、約７０％超、約６０％超、約５０％超、約４０％超、約３０％超、約２０％超、または約１０％超の核酸を含む。いくつかの実施形態では、方法は約１時間未満で完了する。いくつかの実施形態では、遠心分離は使用されない。いくつかの実施形態では、残留タンパク質は１つ以上の化学分解または酵素分解によって分解される。いくつかの実施形態では、残留タンパク質はプロテイナーゼＫによって分解される。いくつかの実施形態では、残留タンパク質は酵素によって分解され、方法はさらにタンパク質の分解に続き酵素を不活性化することを含む。いくつかの実施形態では、酵素は、熱によって不活性化される（例えば５０から９５℃で５−１５分）。いくつかの実施形態では、残留物質および分解されたタンパク質は別々の、または同時に行われる工程で洗い流される。いくつかの実施形態では、単離したナノスケール検体は、（ｉ）第２のＡＣ界面動電の電界領域を停止する工程；および（ｉｉ）溶離剤中のアレイからのナノスケール検体を溶出する工程により溶出される。いくつかの実施形態では、ナノスケール検体はシーケンシングに適した形状に単離される。いくつかの実施形態では、ナノスケール検体はショットガンシーケンシングに適した断片化した形状に単離される。
【００２４】
いくつかの実施形態では、核酸は、サンガー・シーケンシング、ピロシーケンス、イオン半導体シーケンシング、ポロニー・シーケンシング、ライゲーションによるシーケンシング、ＤＮＡナノボールシーケンシング、ライゲーションによるシーケンシング、または単分子シーケンシングによりシーケンシングされる。いくつかの実施形態では、方法はさらに、本明細書において開示された装置から単離され溶出されるＤＮＡ上で反応（例えばフラグメンテーション、制限消化、ライゲーション）を実施することを含む。いくつかの実施形態では、反応はアレイ上または付近または装置内で起こる。いくつかの実施形態では、流体または生体サンプルは１０，０００個を超えない細胞を含む。
【００２５】
いくつかの実施形態では、サンプルは生体サンプルであり低導電率または高導電率を有する。いくつかの実施形態では、サンプルは体液、血液、血清、血漿、尿、唾液、食品、飲料、増殖培地、環境サンプル、液体、水、クローンの細胞、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、細胞はクローンの細胞、病原体細胞、バクテリア細胞、ウイルス、植物細胞、動物細胞、昆虫細胞および／またはそれらの組み合わせを含む。
【００２６】
いくつかの実施形態では、本明細書において開示された装置および方法はさらに、ナノスケール検体として単離した核酸の増幅を実行するために溶出チューブ、チャンバ、および貯蔵器の少なくとも１つを使用することを含む。いくつかの実施形態では、単離され溶出された核酸の増幅はポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）に基づく。いくつかの実施形態では、核酸の増幅は複数の温度帯を含む蛇行したマイクロチャンネルで実行される。いくつかの実施形態では、増幅は混ざらない流体（すなわち、デジタルＰＣＲ）で捕獲された水性の小滴で実施される。いくつかの実施形態では、サーモサイクリング（ｔｈｅｒｍｏｃｙｃｌｉｎｇ）は対流を含む。いくつかの実施形態では、装置は電極と接触または近接する表面を含み、表面は生体分子を随意に捕捉可能である生物学的なリガンドで機能化される。いくつかの実施形態では、表面は、ａ．核酸ハイブリダイゼーション；ｂ．抗体−抗原相互作用；ｃ．ビオチン−アビジン相互作用；ｄ．イオンまたは静電気的相互作用；またはｅ．それらの任意の組み合わせによって、随意に生体分子を捕捉する。いくつかの実施形態では、表面は、ａ．ポリマー（例えば、ポリエチレングリコールＰＥＧ）；ｂ．イオンまたは静電気的相互作用；ｃ．界面活性物質；またはｄ．それらの任意の組み合わせによって、非特異的な結合の相互作用を最小化および／または阻害するために機能化される。いくつかの実施形態では、装置は（ａ）平らに並んでいる、（ｂ）垂直に面する、または（ｃ）水平に面するように配向された複数の微小電極装置を含む。いくつかの実施形態では、装置は、サンガー・シーケンシングを実施可能なモジュールを含む。いくつかの実施形態では、サンガー・シーケンシングを実行することが可能であるモジュールは、キャピラリー電気泳動が可能なモジュール、多色蛍光検出が可能なモジュール、またはそれらの組み合わせを含む。
【００２７】
いくつかの例では、本明細書において記載された方法は短時間で実行され、装置が短時間で操作され、およびシステムが短時間で操作されることが有利である。いくつかの実施形態では、所要時間は、装置に流体を加える工程と、単離したナノスケール検体を得る工程との間の時間から測定された「手順時間」に関連して短い。いくつかの実施形態では、手順時間は、３時間未満、２時間未満、１時間未満、３０分未満、２０分未満、１０分未満、または５分未満である。
【００２８】
別の要素では、所要時間は、装置に流体を加える工程と、単離したナノスケール検体を得る工程との間の時間から、工程に人が関わらなければならない累積した量の時間として測定された「手作業時間」に関連して短い。いくつかの実施形態では、手作業時間は、２０分未満、１０分未満、５分未満、１分未満または３０秒未満である。
【００２９】
いくつかの例では、本明細書において記載された装置が単一の容器を含むこと、本明細書において記載されたシステムが単一の容器を含む装置を含んでいること、および本明細書において記載された方法が単一の容器で、例えば本明細書において記載されるような誘電泳動の装置で実行可能であることは有利である。いくつかの要素では、そのような単一の容器の実施形態は、流体を扱う工程数を最小化し、および／または短時間で実行される。いくつかの例では、本明細書の方法、装置およびシステムは、１つ以上の遠心分離の工程および／または媒体交換を使用する方法、装置およびシステムと対比される。いくつかの例では、遠心分離は、ナノスケール検体を単離するために必要な手作業時間の量を増大する。別の要素では、単一容器の手順または装置は、最小限の量の消耗可能な試薬を使用して、ナノスケール検体を単離する。
【００３０】
（装置およびシステム）
いくつかの実施形態では、サンプルからナノスケール検体を単離し、精製し、収集するための装置が本明細書において記載される。ある要素では、複合体サンプルおよび細胞とその他同種のものを含む他の粒子物質からナノスケールを単離し、精製し、収集または溶出するための装置が本明細書において記載される。他の要素では、本明細書において開示された装置は、細胞またはタンパク質の物質を含むサンプルからナノスケール検体を単離し、精製し、収集および／または溶出することが可能である。さらに他の要素では、本明細書において開示された装置は、有機および無機質物質の複合体混合物を含むサンプルからナノスケール検体を単離し、精製し、収集および／または溶出することが可能である。いくつかの要素では、本明細書において開示された装置は、有機物質を含むサンプルからナノスケール検体を単離し、精製し、収集および／または溶出することが可能である。さらに他の要素では、本明細書において開示された装置は、無機質原料を含むサンプルからナノスケール検体を単離し、精製し、収集および／または溶出することが可能である。
【００３１】
いくつかの実施形態では、サンプル中のナノスケール検体を単離するための装置が本明細書において開示され、装置は以下のものを含む：ａ．ハウジング；ｂ．タンパク質分解剤を含むヒーターおよび／または貯蔵器；およびｃ．本明細書に開示されるハウジング中の複数の交流（ＡＣ）電極を含み、ＡＣ電極はＡＣの界面動電高電界およびＡＣの界面動電低電界領域を確立するために随意に電力を加えられるよう構成され、電極は領域の間または実質的に近傍の範囲外の領域の流体の流動と比較して、電極周辺または近傍の範囲内の流体の流動を縮小、分裂または変更するために電極上または周囲に構成される導電物質を含む。いくつかの実施形態では、導電物質はアレイ中の個々の電極の中心に実質的に存在しない。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイ中の個々の電極の端部に存在する。
【００３２】
いくつかの実施形態では、ＡＣ界面動電の電界は、ナノスケール検体を収集、分離、または単離するために生成される。いくつかの実施形態では、ナノスケール検体は核酸などの生体分子である。いくつかの実施形態では、ＡＣ界面動電の電界は、誘電泳動の電界である。従って、いくつかの実施形態では、誘電泳動（ＤＥＰ）は本明細書において記載される方法と装置の様々な工程で利用される。
【００３３】
従って、本明細書において開示されるような複数の交流（ＡＣ）電極を含む装置が本明細書において提供され、ＡＣ電極は、誘電泳動（ＤＥＰ）の電界領域を確立するために随意に電力を加えられるように構成される。いくつかの要素では、ＡＣ電極は、誘電泳動の（ＤＥＰ）高電界および誘電泳動の（ＤＥＰ）低電界領域を含む複数の誘電泳動の（ＤＥＰ）電界領域を確立するために随意に電力を加えられるように構成され得る。いくつかの例では、ＡＣ界面動電の効果は、低電界領域中のより大きな粒子物質の濃縮、および／または高電界領域中のナノスケール検体（例えば、核酸などの高分子）の濃縮（または収集、または単離）を提供する。例えば、電極、およびＤＥＰの電界中の細胞の濃縮の詳細は、ＰＣＴ特許公報ＷＯ２００９／１４６１４３Ａ２で見られ、それはそのような開示のために本明細書に組み込まれる。
【００３４】
特定の実施形態では、ＤＥＰは、ナノスケール検体およびより大きな粒子状物質を、同時にまたは異なる時間で濃縮するために使用される。ある実施形態では、本明細書において記載された方法と装置が、少なくとも１つのＤＥＰの電界を生成するように本明細書において開示されるような電極のアレイに電力を加えることが可能である。他の実施形態では、本明細書において記載された方法および装置はさらに、第１、第２およびそれ以上の任意のＤＥＰの電界を生成するように電極のアレイに電力を加えることを含む。いくつかの実施形態では、本明細書において記載された装置とシステムが第１、第２、およびそれ以上の任意のＤＥＰの電界を生成するように電力が加えられることが可能である。
【００３５】
ＤＥＰは、不均一の電界に適用された時に、力が誘電体粒子に及ぼされる現象である。本明細書において記載された方法の工程、本明細書において記載された装置およびシステムの要素などによれば、本明細書において様々な実施形態中の誘電体粒子は、核酸分子などの生体ナノスケール検体である。本明細書に記載される方法における異なる工程、または本明細書において記載された装置またはシステムの要素は、完全な細胞または他の特定の物質など異なる構成要素を単離および分離するために利用され得る；さらに、ＤＥＰの電界の異なる電界領域は、本明細書において記載された装置およびシステムの方法または要素の異なる工程で使用され得る。装置によって生成された誘電泳動力は、粒子が電荷を帯びることを必要としない。いくつかの例では、力の強さは、媒体および特定の粒子の電気的性質、粒子の形状および大きさ、同様に電界の周波数に依存する。いくつかの例では、特定の周波数の電界は随意に粒子を操作する。本明細書において記載されたある要素では、これらの工程は、細胞およびタンパク質の物質などの他の構成要素から、核酸分子を含むナノスケール検体の単離を可能にする。
【００３６】
さらに、複数の直流（ＤＣ）電極を含むシステムおよび装置が本明細書において提供される。いくつかの実施形態では、複数のＤＣ電極は、アレイ全体に拡散した少なくとも２つの長方形の電極を含む。いくつかの実施形態では、電極はアレイの端部に位置する。いくつかの実施形態では、ＤＣ電極はＡＣ電極間に分散する。
【００３７】
いくつかの実施形態では、サンプル中のナノスケール検体を単離するための装置が本明細書において開示され、装置は：（１）ハウジング；（２）ハウジング中の本明細書に開示される複数の交流（ＡＣ）電極を含み、ＡＣ電極はＡＣ界面動電の高電界およびＡＣ界面動電の低電界領域を確立するために随意に電力を加えられるよう構成され、ＡＣ界面動電の効果は、装置の界面動電電界の領域中のナノスケール検体の細胞の濃縮を提供する。いくつかの実施形態では、複数の電極が誘電泳動の高電界および誘電泳動の低電界領域を確立するために随意に電力を加えられるように構成される。
【００３８】
いくつかの実施形態では、以下を含む装置が開示される：（１）本明細書において開示されるような複数の交流（ＡＣ）電極であり、ＡＣ電極はＡＣ界面動電の高電界およびＡＣ界面動電の低電界領域を確立するために随意に電力を加えられるように構成され；および（２）ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）または他の酵素反応などの酵素反応を実施することが可能であるモジュール。いくつかの実施形態では、複数電極が誘電泳動の高電界および誘電泳動の低電界領域を確立するために随意に電力を加えられるように構成される。いくつかの実施形態では、装置は、サンプルからナノスケール検体を単離し、ナノスケール検体を収集または溶出し、さらにナノスケール検体上で酵素反応を実施することが可能である。いくつかの実施形態では、酵素反応は単離および溶出段階と同じ容器で実施される。他の実施形態では、酵素反応は単離と溶出の工程とは別の容器で実施される。さらに他の実施形態では、ナノスケール検体は単離され、酵素反応は複数の容器で実施される。
【００３９】
いくつかの実施形態では、装置はさらに、酵素反応を実施するために溶出チューブ、容器および貯蔵器の少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、酵素反応は複数の温度帯を含む蛇行したマイクロチャンネルで実行される。いくつかの実施形態では、酵素反応は混ざらない流体（たとえば、デジタルＰＣＲ）で捕獲された水性の小滴内で実施される。いくつかの実施形態では、熱の反応は対流を含む。いくつかの実施形態では、装置は電極と接触または近接する表面を含み、表面は生体分子を随意に捕捉可能である生物学的なリガンドで機能化される。
【００４０】
ある要素では、電極を含む装置が本明細書において記載され、電極は別々のチャンバに配置され、ＤＥＰの電界は多孔質構造の通過によって内側チャンバに形成される。典型的な装置は、ハウジング中に多数の電極と、電極を含むチャンバとを含む。ＰＣＴ特許公報ＷＯ２００９／１４６１４３Ａ２においてさらに述べられているように、装置のコントローラーは独立して電極を制御し、それはそのような開示のために本明細書に組み込まれる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、チャンバを含む装置は、様々な気孔および／または開孔構造（ナノスケール、マイクロスケール、およびマクロスケール）で作成され、細胞、ナノ粒子または他の実体の拡散または内部チャンバへの輸送を制御、制限、または防止し、細胞膜、ゲル剤または濾過材を含むが、ＡＣ／ＤＣ電界、溶質分子、緩衝液および他の小さな分子はチャンバを通過することが可能である。
【００４２】
そのような装置は、限定されないが、多重の電極およびチャンバを含む装置、再構成可能な電界パターンが生み出されることを可能にする装置、ＤＣの電気泳動および流体の処理を組み合わせる装置；サンプル調製装置、サンプル調製、単離した核酸分子の酵素による操作ならびに後に続く検出および分析を含む診断装置、ラボ・オン・チップ装置、ポイントオブケアおよび他の臨床上の診断システムまたはバージョンを含む。
【００４３】
いくつかの実施形態では、平面型の電極アレイ装置はサンプルの流体が流れるハウジングを含む。いくつかの実施形態では、流体は入口の末端部から排出口の末端部へと流れ、随意に側面の検体排出口を含む。典型的な装置は複数のＡＣ電極を含む。いくつかの実施形態では、サンプルは、ミクロンサイズの実体または細胞、より大きなナノスケール検体およびより小さなナノスケール検体または生体分子の組み合わせから成る。
【００４４】
いくつかの実施形態では、より小さなナノスケール検体はタンパク質、より小さなＤＮＡ、ＲＮＡおよび細胞の断片である。いくつかの実施形態では、平面の電極アレイ装置は、別々に制御されるが同時に操作可能である、３つの２０ｘ２０アレイに任意に区分される６０ｘ２０電極アレイである。任意の補助のＤＣ電極は正電荷に切り替えることが可能である一方、任意のＤＣ電極は電気泳動の目的のため負電荷上へ切り替えられる。いくつかの例では、それぞれの制御されたＡＣおよびＤＣシステムは、様々な実施形態で、連続的および／またはパルス方式（例えば、それぞれが比較的短時間の区間でオンとオフを切り替えパルス化することが可能である）で使用される。サンプル流動の側面に沿った随意の平面の電極アレイは、ＤＣのＡＣ  ＤＥＰと共に電気泳動力を生成するために随意に使用される。さらに、微量電気泳動の分離工程は、ナノ細孔（ｎａｎｏｐｏｒｅ）または電極アレイ上のハイドロゲル層と組み合わせて、アレイの平面電極、および／または、ｘ−ｙ−ｚ次元で補助電極を使用して、任意に行なわれ得る。
【００４５】
様々な実施形態では、これらの方法、装置およびシステムは、約１，０００ヘルツから１００ＭＨｚの範囲のＡＣ周波数、電圧で約１ボルトから２０００ボルトの範囲のｐｋ−ｐｋの電圧；１ボルトから１０００ボルトまでのＤＣ電圧、毎分１０マイクロリットルから１０ミリリットルの流速、および１度から１２０度の温度範囲で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは約３から約１５ｋＨｚまでのＡＣ周波数範囲で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、５から２５ボルトのｐｋ−ｐｋの電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、約１から約５０ボルト／ｃｍの電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、約１から約５ボルトのＤＣ電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、毎分約１０マイクロリットルから約５００マイクロリットルの流速で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、約２０℃から約６０℃の温度範囲で操作される。
【００４６】
いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、１，０００Ｈｚから１０ＭＨｚまでのＡＣ周波数範囲で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、１，０００Ｈｚから１ＭＨｚまでのＡＣ周波数範囲で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、１，０００Ｈｚから１００ｋＨｚまでのＡＣ周波数範囲で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、１，０００Ｈｚから１０ｋＨｚまでのＡＣ周波数範囲で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、１０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでのＡＣ周波数範囲で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、１００ｋＨｚから１ＭＨｚまでのＡＣ周波数範囲で操作される。
【００４７】
いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、約１ボルトから１５００ボルトのｐｋ−ｐｋの電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、約１ボルトから１５００ボルトのｐｋ−ｐｋの電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、約１ボルトから１０００ボルトのｐｋ−ｐｋの電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、約１ボルトから５００ボルトのｐｋ−ｐｋの電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、約１ボルトから２５０ボルトのｐｋ−ｐｋの電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、約１ボルトから１００ボルトのｐｋ−ｐｋの電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、約１ボルトから５０ボルトのｐｋ−ｐｋの電圧で操作される。
【００４８】
いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、１ボルトから１０００ボルトまでのＤＣ電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、１ボルトから５００ボルトまでのＤＣ電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、１ボルトから２５０ボルトまでのＤＣ電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、１ボルトから１００ボルトまでのＤＣ電圧で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、１ボルトから５０ボルトまでのＤＣ電圧で操作される。
【００４９】
いくつかの実施形態では、ＡＣ界面動電の電界は、１ボルトから４０ボルトのピークピークの電圧、ならびに／または５Ｈｚから５，０００，０００Ｈｚの周波数および５％から５０％のデューティサイクルを有する交流を使用して生成される。
【００５０】
いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、毎分１０マイクロリットルから毎分１ｍｌまでの流速で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、毎分１０マイクロリットルから毎分５００マイクロリットルまでの流速で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、毎分１０マイクロリットルから毎分２５０マイクロリットルまでの流速で操作される、いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、毎分１０マイクロリットルから毎分１００マイクロリットルまでの流速で操作される。
【００５１】
いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは、１℃から１００℃までの温度範囲で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは２０℃から９５℃までの温度範囲で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは２５℃から１００℃までの温度範囲で操作される。いくつかの実施形態では、方法、装置およびシステムは室温で操作される。
【００５２】
いくつかの実施形態では、コントローラーは独立して各電極を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラーは、ソケットとプラグの組み合わせによるような装置に外部的に接続され、または装置のハウジングに組み込まれる。
【００５３】
いくつかの実施形態では、装置は、ハウジングおよびヒーターまたは熱源、および／またはタンパク質分解剤が含まれる貯蔵器を含む。いくつかの実施形態では、ヒーターまたは熱源は、流体の温度を所望の温度（例えば、タンパク質の分解のために適している温度、約３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃など）に上昇させることが可能である。いくつかの実施形態では、ヒーターまたは熱源は、ＰＣＲサーモサイクラーとしての操作に適している。他の実施形態では、ヒーターまたは熱源は、一定の温度（等温状態）を維持するために使用される。いくつかの実施形態では、タンパク質分解剤はプロテアーゼである。他の実施形態では、タンパク質分解剤はプロテイナーゼＫであり、および、ヒーターまたは熱源はタンパク質分解剤を不活性化するために使用される。
【００５４】
いくつかの実施形態では、装置は溶剤を含んでいる第２の貯蔵器を含む。溶剤は、装置からの単離したナノスケール検体を溶出するのに適している任意の流体である。いくつかの例では、溶剤は水またはバッファである。いくつかの例では、溶剤はＤＮＡシーケンシング方法に必要な試薬を含む。
【００５５】
いくつかの実施形態では、本明細書において記載されるシステムまたは装置は、一定の温度を維持することが可能である。いくつかの実施形態では、本明細書において記載されるシステムまたは装置はアレイまたは容器を冷却することが可能である。いくつかの実施形態では、本明細書において記載されるシステムまたは装置はアレイまたは容器を加熱することが可能である。いくつかの実施形態では、本明細書において記載されるシステムまたは装置はサーモサイクラーを含む。いくつかの実施形態では、本明細書において記載される装置は局所的温度制御素子を含む。いくつかの実施形態では、本明細書において記載される装置は温度の感知及び制御の両方が可能である。
【００５６】
いくつかの実施形態では、装置はさらに加熱または熱的素子を含む。いくつかの実施形態では、加熱または熱的素子は電極の下部に位置する。いくつかの実施形態では、加熱または熱的素子は金属を含む。いくつかの実施形態では、加熱または熱的素子は、タンタル、アルミニウム、タングステン、またはそれらの組み合わせを含む。通常、加熱または熱素子によって達成される温度は、その箇所を通過する電流に比例する。いくつかの実施形態では、本明細書において開示される装置は、局所的冷却素子を含む。いくつかの実施形態では、耐熱性素子は、露出した電極アレイの下に直接配置される。いくつかの実施形態では、本明細書において開示される装置は、約２０℃から約１２０℃の間の温度を達成および維持することが可能である。いくつかの実施形態では、本明細書において開示される装置は、約３０℃から約１００℃の間の温度を達成および維持することが可能である。他の実施形態では、本明細書において開示される装置は、約２０℃から約９５℃の間の温度を達成および維持することが可能である。いくつかの実施形態では、本明細書において開示される装置は、約２５℃から９０℃の間、約２５℃から約８５℃の間、約２５℃から約７５℃の間、約２５℃から約６５℃の間、または約２５℃から約５５℃の間の温度を達成および維持することが可能である。いくつかの実施形態では、本明細書において開示される装置は、約２０℃、約３０℃、約４０℃、約５０℃、約６０℃、約７０℃、約８０℃、約９０℃、約１００℃、約１１０℃、または約１２０℃の温度を達成および維持することが可能である。
【００５７】
（電極）
いくつかの実施形態では、本明細書において開示される方法、装置および組成物は、電極構成および設計を利用して、粒子物質からのナノスケール検体の単離および捕捉を改善する。いくつかの実施形態では、電極アレイは、電極近傍の周囲の流体の流動が分裂または変更されるように構成され、電極アレイの周囲または内部においてナノスケール検体の局所化および／または保持を可能にする。他の実施形態では、ナノスケール検体の捕捉量は、従来の電極構成または設計を使用するよりも、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％、少なくとも１００％、またはそれ以上多いナノスケール検体である。
【００５８】
いくつかの実施形態では、導電物質はオープンディスク形状である。いくつかの実施形態にでは、電極は中空のリング形状に構成される。いくつかの実施形態では、電極は中空のチューブ形状に構成される。いくつかの実施形態では、本明細書において開示される電極のアレイは非導電物質を含む。いくつかの実施形態では、非導電物質は電極中の導電物質を囲み、導電物質に対し物理的障壁として機能する。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は、アレイの非導電物質中の凹部を埋める。いくつかの実施形態では、本明細書所において開示される電極のアレイは３次元に構成されている
【００５９】
ある実施形態では、本明細書において開示されるような電極アレイは、電極アレイの一部分のみに導電物質を含む。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイの約１０％未満のみに存在する。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイの約１０％のみ存在する。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイの約２０％のみ存在する。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイの約３０％のみ存在する。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイの約４０％のみ存在する。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイの約５０％のみ存在する。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイの約６０％のみ存在する。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイの約７０％のみ存在する。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイの約８０％のみ存在する。いくつかの実施形態では、導電物質は電極アレイの約９０％のみ存在する。
【００６０】
さらなる他の実施形態では、導電物質は電極アレイの約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４５％、約４５％、約５０％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、および、約９０％のみ存在する。さらに他の実施形態では、導電物質は、電極アレイの約１０−７０％、電極アレイの約１０−６０％、電極アレイの約１０−５０％、電極の約１０−４０％、または電極アレイの約１０−３０％で存在する。他の実施形態では、導電物質は、電極アレイの約３０−９０％、電極アレイの約３０−８０％、電極アレイの約３０−７０％、電極アレイの約３０−６０％、または電極アレイの約３０−５０％で存在する。いくつかの実施形態では、導電物質は、電極アレイの約８から約４０％で存在する。
【００６１】
さらに他の実施形態では、導電物質は、アレイ中の個々の電極の中心に実質的に存在しない。他の実施形態では、導電物質は電極アレイ中の個々の電極の端部のみに存在する。さらに別の実施形態では、導電物質はオープンディスク形状であり、オープンディスク形状の電極中に不連続の導電物質を含む。いくつかの実施形態では、電極は中空のリング電極形状であり、個々の電極の中心において実質的に存在しない、または個々の電極の端部にのみ存在する電極アレイ中の導電物質を含む。中空のリング電極形状は、オープンディスク形状と同様に、電極中の導電物質の表面積を縮小する。電極上に存在する導電物質の縮小は、電極表面中および周囲の流動をもたらし、電極の表面上に取り込まれるナノスケール検体の増加を導く。
【００６２】
いくつかの実施形態では、非導電物質の層は、電極のある一定の領域、または電極アレイのごく近傍に存在する。１つの実施形態では、非導電物質の層は電極アレイを囲み、アレイを囲む物理的障壁または壁を生成する。いくつかの実施形態では、電極アレイは、アレイ物質に沈降されて、アレイの表面上にウェルまたは凹部が生成され、電極物質または実質的な電極物質はウェルまたは凹部の中に存在する。
【００６３】
いくつかの実施形態では、電極構成は３次元である。いくつかの実施形態では、電極の物質は傾斜した構成に折り曲げられる。他の実施形態では、電極の物質は三角形のチューブ形状に構成される。他の実施形態では、電極の物質は中空の三角形のチューブ形状に構成される。さらに他の実施形態では、３次元の電極は、近隣の平面状の電極表面との間で約１８０度未満、約１７０度未満、約１６０度未満、約１５０度未満、約１４０度未満、約１３０度未満、約１２０度未満、約１１０度未満、約１００度未満、約９０度未満、約８０度未満、約７０度未満、ただし約６０度以上である角度を含む。いくつかの実施形態では、導電物質は、近隣の平面状の電極表面との間で１８０度以下の角度となるように構成される。いくつかの実施形態では、３次元の電極構成は、近隣の平面状の電極表面との間で約６０度以上、約７０度以上、約８０度以上、約９０度以上、約１００度以上、約１１０度以上、約１２０度以上、約１３０度以上、約１４０度以上、約１５０度以上、約１６０度以上、約１７０度以上、ただし約１８０度を超えない角度を含む。いくつかの実施形態では、導電物質は、近隣の平面状の電極表面との間で６０度と等しいか、それ以上の角度となるように構成される。いくつかの実施形態では、電極内の導電物質は、窪んだ凹形状に構成される。さらに他の実施形態では、電極構成は窪んだバスケット型の電極である。電極の３次元構造は、電極の総表面積を増大し、規定された時間の単位において、より多くの流体の照合を可能にする。
【００６４】
いくつかの実施形態では、個々の電極は、直径で約４０μｍから約１００μｍである。さらなる他の実施形態では、個々の電極は、直径で約４０μｍ、約４５μｍ、約５０μｍ、約５５μｍ、約６０μｍ、約６５μｍ、約７０μｍ、約７５μｍ、約８０μｍ、約８５μｍ、約９０μｍ、約９５μｍ、または約１００μｍである。さらに他の実施形態では、個々の電極は、約４０μｍから約５０μｍ、約４０μｍから約６０μｍ、または約４０μｍから約７０μｍである。さらに別の実施形態では、個々の電極は、直径で約１００μｍ、約２００μｍ、約３００μｍ、約４００μｍ、約５００μｍ、約６００μｍ、約７００μｍ、約８００μｍ、約９００μｍ、または約１０００μｍである。
【００６５】
複数の交流電極が、本明細書に記載される分離工程に適した任意の方法で随意に構成される。他の実施形態では、本明細書において開示されるような電極のアレイは電極構成のパターンを含み、その構成は電極アレイの反復ユニットを含む。いくつかの実施形態では、反復ユニットの平行のセットの端部から端部までの距離は、等距離またはほぼ等距離である。システムまたは電極を含む装置、および／またはＤＥＰの電界中の細胞の濃縮のさらなる詳細は、ＰＣＴ特許公報ＷＯ２００９／１４６１４３で見られ、それはそのような開示のために本明細書に組み込まれる。
【００６６】
いくつかの実施形態では、本明細書において開示される電極は任意の適した金属を含む。他の実施形態では、本明細書において開示される電極は貴金属を含む。いくつかの実施形態では、電極は、限定されないが、アルミニウム、銅、炭素、鉄、銀、金、パラジウム、プラチナ、イリジウム、プラチナイリジウム合金、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、タンタル、チタン、タングステン、ポリシリコン、およびインジウム錫オキサイド、またはそれらの組み合わせ、同様にプラチナケイ化物、チタニウムケイ化物、金のケイ化物、またはタングステンケイ化物などのケイ化物物質を含む事が可能である。いくつかの実施形態では、電極はスクリーン印刷が出来る導電インクを含む事が可能である。いくつかの実施形態では、電極はポリアセチレン、ポリチオフェンなどの導電ポリマーを含む。
【００６７】
ある実施形態では、電極物質は約１００から約１０００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極物質は約２００から約８００ｎｍの厚さである。さらに他の実施形態では、約３００から約５００ｎｍの厚さである。さらなる他の実施形態では、電極は約１００ｎｍ、約１５０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約５５０ｎｍ、約６００ｎｍ、約６５０ｎｍ、約７００ｎｍ、約７５０ｎｍ、約８００ｎｍ、約８５０ｎｍ、約９００ｎｍ、約９５０ｎｍ、または約１０００ｎｍの厚さである。
【００６８】
いくつかの実施形態では、粘着層は電極物質の積層に先立って保護層としてアレイ上に積層または印刷される。いくつかの実施形態では、粘着層は任意の適した金属を含む。ある実施形態では、粘着層はチタニウムまたはタングステンを含む。他の実施形態では、粘着層は約１０から５０ｎｍの間の厚さである。いくつかの実施形態では、粘着層は約２０から４０ｎｍの間の厚さである。さらに他の実施形態では、粘着層は約２０から３０ｎｍの間の厚さである。さらなる他の実施形態では、粘着層は約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、または約５０ｎｍの厚さである。
【００６９】
いくつかの実施形態では、個々の電極の直径比に対する端部から端部までの長さ（Ｅ２Ｅ）は約１０μｍから約５００μｍである。いくつかの実施形態では、電極のＥ２Ｅは、約５０μｍから約３００μｍである。さらに他の実施形態では、電極のＥ２Ｅは、約１００μｍから約２００μｍである。さらなる他の実施形態では、電極のＥ２Ｅは、約５０μｍ、約６０μｍ、約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００μｍ、約１１０μｍ、約１２０μｍ、約１３０μｍ、約１４０μｍ、約１５０μｍ、約１６０μｍ、約１７０μｍ、約１８０μｍ、約１９０μｍ、約２００μｍ、約２１０μｍ、約２２０μｍ、約２３０μｍ、約２４０μｍ、約２５０μｍ、約２６０μｍ、約２７０μｍ、約２８０μｍ、約２９０μｍ、約３００μｍ、約３１０μｍ、約３２０μｍ、約３３０μｍ、約３４０μｍ、約３５０μｍ、約３６０μｍ、約３７０μｍ、約３８０μｍ、約３９０μｍ、約４００μｍ、約４１０μｍ、約４２０μｍ、約４３０μｍ、約４４０μｍ、約４５０μｍ、約４６０μｍ、約４７０μｍ、約４８０μｍ、約４９０μｍ、または約５００μｍである。いくつかの実施形態では、電極のＥ２Ｅは約７５０μｍ、約１０００μｍ、約１５００μｍ、または約２０００μｍである。
【００７０】
いくつかの実施形態では、本明細書において開示される電極はドライエッチングされる。いくつかの実施形態では、電極はウェットエッチングされる。いくつかの実施形態では、電極はドライエッチングとウェットエッチングの組み合わせを受ける。
【００７１】
いくつかの実施形態では、それぞれの電極は個別に位置制御された。
【００７２】
いくつかの実施形態では、本明細書において開示される電極のアレイはユニットとして制御される。
【００７３】
アレイは任意の適した物質であり得る。いくつかの実施形態では、アレイはプラスチックまたはシリカを含む。いくつかの実施形態では、アレイは二酸化ケイ素を含む。いくつかの実施形態では、アレイはアルミニウムを含む。
【００７４】
いくつかの実施形態では、不動態化層が利用される。いくつかの実施形態では、不動態化層は、当該技術分野で公知である、任意の適した物質から形成され得る。いくつかの実施形態では、不動態化層は窒化ケイ素を含む。いくつかの実施形態では、不動態化層は二酸化ケイ素を含む。いくつかの実施形態では、不動態化層は約２．０から約８．０の比誘電率を有する。いくつかの実施形態では、不動態化層は約３．０から約８．０、約４．０から約８．０、または約５．０から約８．０の比誘電率を有する。いくつかの実施形態では、不動態化層は約２．０から約４．０の比誘電率を有する。いくつかの実施形態では、不動態化層は約２．０から約３．０の比誘電率を有する。いくつかの実施形態では、不動態化層は約２．０、約２．５、約３．０、約、３．５または約４．０の比誘電率を有する。いくつかの実施形態では、不導態化層は約０．１ミクロンと約１０ミクロンの間の厚さである。いくつかの実施形態では、不動態化層は約０．５ミクロンと８ミクロンの間の厚さである。いくつかの実施形態では、不動態化層は約１．０ミクロンと５ミクロンの間の厚さである。いくつかの実施形態では、不動態化層は約１．０ミクロンと４ミクロンの間の厚さである。いくつかの実施形態では、不動態化層は約１．０ミクロンと３ミクロンの間の厚さである。いくつかの実施形態では、不動態化層は約０．２５ミクロンと２ミクロンの間の厚さである。いくつかの実施形態では、不動態化層は約０．２５ミクロンと１ミクロンの間の厚さである。
【００７５】
いくつかの実施形態では、不動態化層は、限定されないが、窒化ケイ素、二酸化ケイ素または二酸化チタンを含む、任意の適切な絶縁の低誘電率の誘電物質から成る。いくつかの実施形態では、不動態化層は、ポリアミド、炭素、不純物添加シリコン窒化物、炭素添加二酸化ケイ素、フッ素添加シリコン窒化物、フッ素添加二酸化ケイ素、多孔質の二酸化ケイ素、またはそれらの任意の組み合わせから成る群から選択される。いくつかの実施形態では、不動態化層は、スクリーン印刷可能な誘電体のインクを含むことが可能である。
【００７６】
（電極の幾何配置）
いくつかの実施形態において、本明細書に開示される電極は、本明細書に開示される方法を実施するのに適した任意の方法で配置することができる。
【００７７】
様々な実施形態において、装置に対する様々な構成が可能である。例えば、装置は、ＡＣ界面動電を可能にするための反復的な不均一電界を生成するように構成された例えば正方形または長方形などのパターンになされた、電極の大きな配列を含む。説明目的のみのため、適切な電極アレイは、限定されるものではないが、１０ｘ１０電極構成、５０ｘ５０電極構成、１０ｘ１００電極構成、２０ｘ１００電極構成または２０ｘ８０電極構成を含んでもよい。
【００７８】
いくつかの実施形態において、電極はドット構成であり、例えば電極は、一般的な環状または円形の構成を含む（例えば図１および２参照  ）。いくつかの実施形態において、電極は円板状に構成される。いくつかの実施形態において、電極は環状に構成される。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約３０°から約９０°までである。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約２５°から約６０°までである。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約３０°から約５５°までである。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約３０°から約５０°までである。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約３５°から約４５°までである。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約２５°である。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約３０°である。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約３５°である。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約４０°である。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約４５°である。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約５０°である。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約５５°である。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約６０°である。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約６５°である。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約７０°である。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約７５°である。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約８０°である。
いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約８５°である。いくつかの実施形態において、ドット間の配向の角度は約９０°である。
【００７９】
他の実施形態において、電極は非円形に構成される（例えば図３および４参照）。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約２５から９０°の間である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約３０°から約９０°までである。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約２５°から約６０°までである。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約３０°から約５５°までである。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約３０°から約５０°までである。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約３５°から約４５°までである。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約２５°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約３０°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約３５°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約４０°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約４５°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約５０°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約５５°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約６０°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約６５°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約７０°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約７５°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約８０°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約８５°である。いくつかの実施形態において、非円形構成間の配向の角度は約９０°である。
【００８０】
いくつかの実施形態において、電極は実質的に長方形の構成である。
【００８１】
いくつかの実施形態において、電極は波形または非線形の線形状に類似する（例えば図３および４参照）。  いくつかの実施形態において、電極の配列は波形か非線形の線状の構成であり、この構成は、リンカーによって接続された１対のドットの形状を含む反復単位を含み、ドットおよびリンカーは、電極の境界を規定し、リンカーは、１対のドットの内側へ向かって、または１対のドットの中間点において、テーパ状であり、ドットの直径は、反復単位の長さに沿う最も広い点間であり、反復単位の平行セット間の両端縁間距離は、等距離、または、ほぼ等距離である。いくつかの実施形態において、電極は、波線に類似するストリップである。いくつかの実施形態において、電極間の両端縁間距離は、波線構成の全体にわたって、等距離、またはほぼ等距離である。いくつかの実施形態において、波線電極の使用は、本明細書に開示されるように、増強されたＤＥＰ電界勾配をもたらす。
【００８２】
いくつかの実施形態において、本明細書に開示される電極は、平面構成である。いくつかの実施形態において、本明細書に開示される電極は、非平面構成である（例えば図５参照）。
【００８３】
いくつかの実施形態において、本明細書に開示される装置の表面は、その表面上のナノスケールの生体分子を選択的に捕捉する。例えば、本明細書に開示される装置は、ａ．核酸ハイブリダイゼーション；ｂ．抗体−抗原相互作用；ｃ．ビオチン−アビジン相互作用；ｄ．イオンまたは静電相互作用；またはｅ．任意のこれらの組合せ、などによって、核酸のようなナノスケール検体を捕捉し得る。したがって本明細書に開示される装置は、たとえば、相補的核酸プローブ、生体分子（核酸のような）を捕捉することが可能な抗体や他のタンパク質捕獲物、アビジンのような相補的標的分子を捕捉可能なビオチンや他の係留捕獲物、イオンや静電相互作用によって生体分子（核酸のような）を捕捉可能な捕捉分子、またはこれらの任意の組合せなどの捕捉分子を含む機能的表面を組込んでもよい。
【００８４】
いくつかの実施形態において、この表面は、ａ．ポリマー（例えばポリエチレングリコールＰＥＧ）；ｂ．イオンまたは静電相互作用；ｃ．界面活性剤；またはｄ．これらの任意の組合せによって、非特異的な結合相互作用を最小化及び／又は阻害するために、機能化される。いくつかの実施形態において、本明細書に開示される方法は、たとえばＴｗｅｅｎ２０、ウシ血清アルブミン、非特異的免疫グロブリンなどの、前記のような相互作用に干渉することにより非特異的な結合相互作用を低減する添加剤の使用を含む。
【００８５】
いくつかの実施形態において、装置は、（ａ）平坦並列、（ｂ）垂直対面、あるいは（ｃ）水平対面するように配向された複数の微小電極装置を含む。他の実施形態において、電極は、例えば垂直様式において互いに他のものが上に積重ねられるような、サンドイッチ構造を有する。
【００８６】
（ハイドロゲル）
物質の１つ以上の層を電極構造に積層することは、限定されるものではないが、電極上または電極の近傍で生じ得る電気分解反応、発熱および無秩序な流体移動を含む、有害な電気化学効果を低減し、さらに、細胞、バクテリア、ウイルス、ナノ粒子、ＤＮＡおよび他の生体分子の効果的な分離が実行されるのを可能にする。いくつかの実施形態において、電極構造上に積層される物質は、１つ以上の多孔層であってもよい。他の実施形態において、１以上の多孔質層は、ポリマー層である。他の実施形態において、１以上の多孔質層は、ハイドロゲルである。
【００８７】
一般に、ハイドロゲルは、崩壊や分解を起こさずに電極表面での電気化学的効果に耐えることができ得るように、十分な機械的強度を備えるとともに比較的化学的不活性であるべきである。一般に、ハイドロゲルは、小さな水イオンに対して十分に浸透性が有するが、生体分子を電極表面から離れさせた状態に保つ。
【００８８】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、単一の層またはコーティングである。
【００８９】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、気孔率の勾配を含み、ハイドロゲル層の底部はハイドロゲル層の頂部より大きな気孔率を有する。
【００９０】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、複数の層またはコーティングを含む。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、２層の被覆を含む。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、３層の被覆を含む。いくつかの実施形態において、底部（第１）のコーティングは、次のコーティングより大きな気孔率を有する。いくつかの実施形態において、頂部の被覆は、第１のコーティングより低い気孔率を有する。いくつかの実施形態において、頂部被覆は、直径が１００ピコメートルを超える粒子に対するサイズカットオフとして機能する平均気孔径を有する。
【００９１】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．００１Ｓ／ｍから約１０Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約１０Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約１０Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約１．０Ｓ／ｍから約１０Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約５Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約４Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約３Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約２Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約５Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約４Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約３Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約２Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約１．５Ｓ／ｍまでの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍまでの導電率を有する。
【００９２】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．２Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．３Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．４Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．５Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．６Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．７Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．８Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．９Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約１．０Ｓ／ｍの導電率を有する。
【００９３】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１ミクロンから約１０ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１ミクロンから約５ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１ミクロンから約４ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１ミクロンから約３ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．１ミクロンから約２ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約１ミクロンから約５ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約１ミクロンから約４ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約１ミクロンから約３ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約１ミクロンから約２ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、約０．５ミクロンから約１ミクロンまでの厚さを有する。
【００９４】
いくつかの実施形態において、電極のアレイ上へスピンコーティングまたは積層する前のハイドロゲル溶液の粘度は、約０．５ｃＰから約５ｃＰの範囲である。いくつかの実施形態において、電極のアレイ上へスピンコーティングまたは積層する前の単一コーティングのハイドロゲル溶液の粘度は、約０．７５ｃＰと５ｃＰとの間である。いくつかの実施形態において、多層被覆ハイドロゲルにおいて、第１のハイドロゲル溶液は、電極のアレイ上にスピンコーティングまたは積層する前に、約０．５ｃＰから約１．５ｃＰまでの粘度を有する。いくつかの実施形態において、第２のハイドロゲル溶液は、約１ｃＰから約３ｃＰまでの粘度を有する。ハイドロゲル溶液の粘度は、ポリマー濃度（０．１％−１０％）、溶媒中のポリマー分子量（１０，０００−３００，０００）、および溶媒の開始粘度に基づく。
【００９５】
いくつかの実施形態において、第１のハイドロゲルコーティングは、約０．５ミクロンと１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態において、第１のハイドロゲルコーティングは、約０．５ミクロンと０．７５ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態において、第１のハイドロゲルコーティングは、約０．７５と１ミクロンと間の厚さを有する。いくつかの実施形態において、第２のハイドロゲルコーティングは、約０．２ミクロンと０．５ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態において、第２のハイドロゲルコーティングは、約０．２−０．４ミクロン間の厚さを有する。いくつかの実施形態において、第２のハイドロゲルコーティングは、約０．２−０．３ミクロン間の厚さを有する。いくつかの実施形態において、第２のハイドロゲルコーティングは、約０．３−０．４ミクロン間の厚さを有する。
【００９６】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、ハイドロゲルを形成する任意の適切な合成ポリマーを含む。一般に、任意の十分に親水性かつ重合可能な分子は、本明細書に開示されるような使用のために、合成ポリマーハイドロゲルの生成に利用され得る。モノマー中の重合可能な部分は、限定されるものではないが、酸素に二重結合しているとともに他の酸素、窒素、硫黄、ハロゲンまたは炭素に対し単結合している炭素に、二重結合が直接結合している、置換または非置換のα、β、不飽和カルボニル；酸素、窒素、ハロゲン、リンまたは硫黄に対し二重結合が１つだけ結合しているビニル；酸素、窒素、ハロゲン、リンまたは硫黄に結合されている炭素に二重結合が１つだけ結合されているアリル；他の炭素に単結合し、さらに酸素、窒素、ハロゲン、リンまたは硫黄に対し単結合している炭素に二重結合が１つだけ結合している、ホモアリル；２つの炭素原子間に三重結合が存在するアルキニル部分を含むアルケニル部分を含んでもよい。いくつかの実施形態において、アクリロイルや、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、アクリルアミド、メタクリルアミドなどのアクリルアミドのモノマーは、本明細書に開示されるように、ハイドロゲルの生成に有用である。より好ましいアクリルアミドモノマーは、アクリルアミド、Ｎ−置換アクリルアミド、Ｎ−置換メタクリルアミドおよびメタクリルアミドを含む。いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、エポキシド系ポリマー、ビニル系ポリマー、アリル系ポリマー、ホモアリル系ポリマー、環状無水物系ポリマー、エステル系ポリマー、エーテル系ポリマー、アルキレングリコール系ポリマー（例えばポリプロピレングリコール）、などのようなポリマーを含む。
【００９７】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリラート）（ｐＨＥＭＡ）、酢酸セルロース、酢酸フタル酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、または任意の適切なアクリルアミド、またはビニル系ポリマー、またはそれらの派生物を含む。
【００９８】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、蒸着によって生成される。
【００９９】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）によって重合される。
【０１００】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、電子伝達重合（ＡＲＧＥＴ）によって再生される活性化剤によって重合される。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、連続的活性化剤再生重合用開始剤（ＩＣＡＲ）によって重合される。
【０１０２】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、ニトロキシド媒介ラジカル重合（ＮＭＰ）によって重合される。
【０１０３】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、光開始ＡＴＲＰによって重合される。
【０１０４】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、可逆的追加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）重合によって重合される。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、添加剤は、ゲルの導電率を増加させるために、ハイドロゲルに加えられる。いくつかの実施形態において、ハイドロゲル添加剤は、導電性ポリマー（例えばＰＥＤＯＴ：  ＰＳＳ）、塩（例えば塩化銅）、金属（例えば金）、可塑剤（例えばＰＥＧ２００、ＰＥＧ  ４００またはＰＥＧ  ６００）、または共同溶媒である。
【０１０６】
いくつかの実施形態において、ハイドロゲルは、限定されないが、ヒスチジン、ヒスチジンペプチド、ポリヒスチジン、リジン、リジンペプチド、および他のカチオン化合物または物質を含む、ＤＮＡハイブリッドの安定性を維持するのを支援する化合物または物質も含む。
【０１０７】
本明細書で提供される様々な実施形態において、本明細書で記載される方法は、ＤＥＰ電界領域の生成、および随意にアレイを有する第２のＤＥＰ電界領域を生成することを含む。本明細書で提供される様々な実施形態において、本明細書に記載される装置またはシステムは、ＤＥＰ電界領域の生成、および随意にアレイを有する第２のＤＥＰ電界領域の生成が可能である。いくつかの実例において、第１および第２の電界領域は、単一の電界の一部である（例えば、第１および第２の領域が同時に存在するが、装置内及び／又はアレイ上の異なる位置で観察される）。いくつかの実施形態において、第１および第２の電界領域は、異なる電界である（例えば、第１の領域が第１の時点で電極にエネルギーを与えることにより生成され、第２の領域が第２の時点で電極にエネルギーを与えることにより生成される）。特定の様相において、ＤＥＰ電界領域は、細胞を濃縮または分離する（例えば、低電界ＤＥＰ領域内へ）のに適している。いくつかの実施形態において、随意の第２のＤＥＰ電界領域は、分子（例えば核酸）のような小粒子を、例えば高電界ＤＥＰ領域内へ、濃縮するのに適している。いくつかの実施例において、本明細書に記載される方法は、随意に、第１または第２のＤＥの電界領域のいずれかの使用を除外する。
【０１０８】
いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、本明細書に開示される如く、随意の第２のＤＥＰ電界領域のように、装置の同一の同じチャンバ内に位置する。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域および随意の第２のＤＥＰ電界領域は、電極のアレイの同じ領域を占める。
【０１０９】
いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、第２のＤＥＰ電界領域とは別の、本明細書に開示されるような装置の別のチャンバ内に、または全体が別である装置内に位置する。
【０１１０】
（ＤＥＰ電界領域）
いくつかの様相、例えば高導電率バッファー（＞１００  ｍＳ／ｍ）において、本明細書で記載される方法は、ナノスケール検体および他の微粒子物質を含むサンプルを、本明細書に開示されるような電極のアレイを含む装置へ適用すること、それによる、ＤＥＰ電界領域におけるナノスケール検体の分離および収集を含む。いくつかの様相において、本明細書で記載された装置およびシステムは、ナノスケール検体および他の微粒子物質を含むサンプルを、本明細書に開示されるような電極のアレイを含む装置に適用すること、および、それによってＤＥＰ電界領域におけるナノスケール検体を分離し収集することが可能である。後続または同時である第２の、または随意である第３および第４のＤＥＰ領域は、生菌および他の微粒子物質を含む、他のサンプル構成要素を、収集または分離してもよい。
【０１１１】
生成されるＤＥＰの電界領域は、サンプルからナノスケール検体を分離し収集するのに適している任意の電界領域であってもよい。この適用に対し、ナノスケール検体は、本明細書に開示されるように、通常、電極のアレイの近傍で濃縮される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、誘電泳動の低電界領域である。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、誘電泳動の高電界領域である。いくつかの様相、例えば低導電率バッファー（＜１００  ｍＳ／ｍ）において、本明細書に記載される方法は、細胞を含む流体を、本明細書に開示されるような電極のアレイを含む装置に適用し、それによってＤＥＰ電界領域のナノスケール検体を濃縮することを含む。
【０１１２】
いくつかの様相において、本明細書で記載された装置およびシステムは、ナノスケール検体および他の微粒子物質を含むサンプルを、本明細書に開示されるような電極のアレイを含む装置に適用すること、および、ＤＥＰ電界領域のナノスケール検体を濃縮することができる。いくつかの実施形態において、ナノスケール検体は、誘電泳動の高電界領域で捕捉される。いくつかの実施形態において、ナノスケール検体は、誘電泳動の低電界領域で捕捉される。高対低電界捕捉は、通常、流体の導電率に依存し、通常、高および低導電率の流体間のクロスオーバーポイントは約３００−５００ｍＳ／ｍの間にある。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、約３００ｍＳ／ｍより高い流体導電率において実行される誘電泳動の低電界領域である。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、約３００ｍＳ／ｍより低い流体導電率において実行される誘電泳動の低電界領域である。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、約３００ｍＳ／ｍより高い流体導電率において実行される誘電泳動の高電界領域である。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、約３００ｍＳ／ｍより低い流体導電率において実行される誘電泳動の高電界領域である。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、約５００ｍＳ／ｍより高い流体導電率において実行される誘電泳動の低電界領域である。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、約５００ｍＳ／ｍより低い流体導電率において実行される誘電泳動の低電界領域である。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、約５００ｍＳ／ｍより高い流体導電率において実行される誘電泳動の高電界領域である。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、約５００ｍＳ／ｍより低い流体導電率において実行される誘電泳動の高電界領域である。
【０１１３】
いくつかの実施形態において、誘電泳動の電界領域は、交流によって生成される。交流は、細胞を濃縮するのに適している任意の電流、電圧、周波数、およびその他を有する。いくつかの実施形態において、誘電泳動の電界領域は、０．１マイクロアンペアから１０アンペアの電流値；ピーク間が１−５０ボルトの電圧；及び／又は、１  −１０，０００，０００Ｈｚの周波数を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、ピーク間が５−２５ボルトの電圧を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、３から１５ｋＨｚの周波数を有する交流を使用して生成される。
【０１１４】
いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１００ミリアンペアから５アンペアまでの電流値を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、０．５アンペアから１アンペアの電流値を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、０．５アンペアから５アンペアの電流値を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１００ミリアンペアから１アンペアの電流値を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、５００ミリアンペアから２．５アンペアの電流値を有する交流を使用して生成される。
【０１１５】
いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、ピークピーク値が１−２５ボルトの電圧を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、ピークピーク値が１−１０ボルトの電圧を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、ピークピーク値が２５−５０ボルトの電圧を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１０から１，０００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１００から１，０００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１００から１０，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１００００から１，００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１０００００から１，０００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。
【０１１６】
いくつかの実施形態において、第１の誘電泳動電界領域は、直流によって生成される。
直流は、細胞を濃縮するのに適している、任意の電流値、電圧、周波数およびその他を有する。いくつかの実施形態において、第１の誘電泳動の電界領域は、０．１マイクロアンペア−１アンペアの電流値；１０ミリボルト−１０ボルトの電圧；及び／又は１ミリ秒−１０００秒のパルス幅、および０．００１−１０００Ｈｚのパルス周波数を有する直流を使用して、生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１マイクロアンペア−１アンペアの電流値を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１００マイクロアンペア−５００ミリアンペアの電流値を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１ミリアンペア−１アンペアの電流値を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１マイクロアンペア−１ミリアンペアの電流値を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、５００ミリ秒−５００秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、５００ミリ秒−１００秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１秒−１０００秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、５００ミリ秒−１秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、０．０１−１０００Ｈｚのパルス周波数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、０．１−１００Ｈｚのパルス周波数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１−１００Ｈｚのパルス周波数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、１００−１０００Ｈｚのパルス周波数を有する直流を使用して生成される。
【０１１７】
いくつかの実施形態において、サンプルは、細胞タイプの混合物を含み得る。例えば血液は、赤血球と白血球を含む。環境試料は、広範囲の濃度にわたる、多くのタイプの細胞および他の微粒子物質を含む。いくつかの実施形態において、１つの細胞タイプ（またはサンプルを含む細胞タイプの全数よりも少ない任意の数の細胞タイプ）が、ＤＥＰ電界領域において、優先的に濃縮され得る。他の限定的でない実施例において、ＤＥＰ電界は、ウイルスおよび非細胞を特異的に濃縮する方法で操作される（例えば、３００ｍＳ／ｍより高い導電率を有する流体において、ウイルスがＤＥＰの高電界領域に集中し、その一方で、より大きな細胞はＤＥＰの低電界領域に集中する）。
【０１１８】
従って、いくつかの実施形態において、本明細書に記載される方法、装置またはシステムは、ナノスケール検体の効率的な単離および収集を可能にするために、特定細胞タイプを単離または分離するのに適している。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界に関する方法、装置またはシステムは、ＤＥＰ電界の電界領域中へ、特異的タイプの細胞を分離しまたは濃縮することを可能にするように特異的に調整される。いくつかの実施形態において、本明細書に記載される方法、装置またはシステムは、１つ以上の細胞タイプが分離または濃縮される、１つ以上の電界領域を提供する。いくつかの実施形態において、本明細書に記載される方法、装置またはシステムは、そのＤＥＰ電界領域内において、異なるタイプの細胞を単離または濃縮を可能なように、調整可能である。いくつかの実施形態において、本明細書で提供される方法は、さらに、ＤＥＰ電界を調製することを含む。いくつかの実施形態において、本明細書で提供される装置またはシステムは、調整されたＤＥＰ電界を有することが可能である。いくつかの例において、そのような調整は、所望の目的に特に適したＤＥＰを提供する工程に存在し得る。例えば、アレイ、エネルギーまたは他のパラメーターにおける変更は、ＤＥＰ電界を調整するために随意に利用される。より高い解像度を得るための調整パラメーターは、電極直径、電極間の両端縁間距離、電圧、周波数、流体導電率およびハイドロゲル組成物を含む。
【０１１９】
いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、本明細書に開示されるような電極のアレイの全体を含む。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、本明細書に開示されるような電極のアレイの一部を含む。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、本明細書に開示されるような電極のアレイの約９０％、約８０％、約７０％、約６０％、約５０％、約４０％、約３０％、約２５％、約２０％または約１０％を含む。いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域は、本明細書に開示されるような電極のアレイの約３分の１を含む。
【０１２０】
（溶菌）
１つの様相において、第１の誘電泳動の電界領域における細胞の濃縮に続き、方法は、細胞からナノスケール検体を遊離する工程を含む。他の様相において、本明細書に記載される装置およびシステムは、細胞から核酸を遊離することが可能である。いくつかの実施形態において、核酸は第１のＤＥＰ電界領域で、細胞から遊離される。
【０１２１】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載される方法は、細胞の溶解によって複数の細胞から核酸を遊離する。いくつかの実施形態において、本明細書に記載される装置およびシステムは、細胞の溶解によって、複数の細胞から核酸を遊離することができる。溶菌の１つの方法は、アレイ上の細胞を単離した後、細胞に直流を適用する工程を含む。直流は、細胞を溶解するのに適している任意の適切な電流値、電圧およびその他を有する。いくつかの実施形態において、電流は、約１ボルトから約５００ボルトまでの電圧を有する。いくつかの実施形態において、電流は、約１０ボルトから約５００ボルトまでの電圧を有する。他の実施形態において、電流は、約１ボルトから約２５０ボルトまでの電圧を有する。さらに他の実施形態において、電流は、約５０ボルトから約１５０ボルトまでの電圧を有する。高電界が膜の完全性の破壊をもたらすので、電圧は通常、溶菌の駆動手段となる。
【０１２２】
いくつかの実施形態において、溶解に使用される直流は、細胞を溶解するのに適している任意の持続時間、周波数などを有する１以上のパルスを含む。いくつかの実施形態において、細胞を溶解するために、約１００ボルトの電圧が約１ミリ秒適用される。いくつかの実施形態において、約１００ボルトの電圧が、供給源に１秒間（ｏｖｅｒ  ｔｈｅ  ｓｏｕｒｃｅ  ｏｆ  ａ  ｓｅｃｏｎｄ）、２回または３回適用される。
【０１２３】
いくつかの実施形態において、直流の周波数は、ボルト／ｃｍ、パルス幅および流体導電率に依存する。いくつかの実施形態において、パルスは、約０．００１から約１０００Ｈｚまでの周波数を有する。いくつかの実施形態において、パルスは、約１０から約２００Ｈｚまでの周波数を有する。他の実施形態において、パルスは、約０．０１から約１０００Ｈｚまでの周波数を有する。さらに他の実施形態において、パルスは、約０．１−１０００Ｈｚ、約１Ｈｚ−１０００Ｈｚ、約１Ｈｚ−５００Ｈｚ、約１Ｈｚ−４００Ｈｚ、約１Ｈｚ−３００Ｈｚ、または約１Ｈｚ−約２５０Ｈｚの周波数を有する。いくつかの実施形態において、パルスは、約０．１Ｈｚの周波数を有する。他の実施形態において、パルスは、約１Ｈｚの周波数を有する。さらに他の実施形態において、パルスは、約５Ｈｚ、約１０Ｈｚ、約５０Ｈｚ、約１００Ｈｚ、約２００Ｈｚ、約３００Ｈｚ、約４００Ｈｚ、約５００Ｈｚ、約６００Ｈｚ、約７００Ｈｚ、約８００Ｈｚ、約９００Ｈｚまたは約１０００Ｈｚの周波数を有する。
【０１２４】
他の実施形態において、パルスは、約１ミリ秒（ｍｓ）−１０００秒（ｓ）の持続時間を有する。いくつかの実施形態において、パルスは、約１０ｍｓ−１０００ｓの持続時間を有する。さらに別の実施形態において、パルスは、約１００ｍｓ−１０００ｓ、約１ｓ−１０００ｓ、約１ｓ−５００ｓ、約１ｓ−２５０ｓ、または１ｓ−１５０ｓの持続時間を有する。いくつかの実施形態において、パルスの存続時間は約１ｍｓ、約１０ｍｓ、約１００ｍｓ、約１ｓ、約２ｓ、約３ｓ、約４ｓ、約５ｓ、約６ｓ、約７ｓ、約８ｓ、約９ｓ、約１０ｓ、約２０ｓ、約５０ｓ、約１００ｓ、約２００ｓ、約３００ｓ、約５００ｓ、または約１０００ｓである。いくつかの実施形態において、パルスは、０．２−２００Ｈｚの周波数を有し、１０−５０％のデューティサイクルを有する。
【０１２５】
いくつかの実施形態において、直流は、一回または複数パルスとして適用される。任意の適用数パルスが、約１−２０パルスを含めて、適用され得る。パルス間には、約１ミリ秒−１０００秒を含む、任意の適切な時間量が存在する。いくつかの実施形態において、パルス持続時間は０．０１−１０秒である。
【０１２６】
いくつかの実施形態において、細胞は、直流を単離した細胞へ適用することと組み合わせた他の方法を使用して溶解される。さらに他の実施形態において、細胞は直流を使用せずに溶解される。様々な様相において、装置およびシステムは、直流を他の手段と組み合わせることで、細胞を溶解することが可能であるか、または、直流を使用せずに細胞を溶解することが可能であり得る。限定されないが、化学的溶解剤（例えば酸）、酵素溶解剤、熱、圧力、せん断力、音響エネルギー、浸透圧衝撃、またはこれらの組合せの適用を含む、当業者に公知の任意の溶菌方法は、適切であり得る。リゾチームは、酵素溶解剤の一例である。
【０１２７】
（ナノスケール検体の単離およびその収率）
１つの様相において、サンプルからナノスケール検体を分離するための方法および装置が、本明細書で記述される。いくつかの実施形態において、ナノスケール検体は直径が１０００ｎｍ未満である。他の実施形態において、ナノスケール検体は直径が５００ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、ナノスケール検体は直径が２５０ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、ナノスケール検体は直径が約１００ｎｍと約１０００ｎｍとの間にある。他の実施形態において、ナノスケール検体は直径が約２５０ｎｍと約８００ｎｍとの間にある。さらに他の実施形態において、ナノスケール検体は直径が約３００ｎｍと約５００ｎｍとの間にある。
【０１２８】
いくつかの実施形態において、ナノスケール検体は直径が１０００μｍ未満である。他の実施形態において、ナノスケール検体は直径で５００μｍ未満である。いくつかの実施形態において、ナノスケール検体は直径が２５０μｍ未満である。いくつかの実施形態において、ナノスケール検体は、直径が約１００μｍと約１０００μｍとの間である。いくつかの実施形態において、ナノスケール検体は、直径が約２５０μｍと約８０００μｍとの間である。いくつかの実施形態において、ナノスケール検体は、直径が約３００μｍと約５００μｍとの間である。
【０１２９】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載される方法、装置またはシステムは、随意に、そのような方法、装置またはシステムから取得され得る任意の所望のナノスケール検体を取得し、単離または分離するために利用される。いくつかの実施形態において、ナノスケール検体は核酸である。他の実施形態において、本明細書に記載される方法、装置およびシステムによって分離される核酸は、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）、ＲＮＡ（リボ核酸）およびそれらの組合せを含む。いくつかの実施形態において、核酸は、シーケンシング、または、増幅、ライゲーションまたはクローニングを含む核酸のさらなる操作に適している形態で分離される。
【０１３０】
様々な実施形態において、単離または分離されたナノスケール検体は、他の物質の質量の少なくとも９９％が除去された、残余の細胞形質成分の質量の少なくとも９９％が除去された、他の物質の質量の少なくとも９８％が除去された、残余の細胞形質成分の質量の少なくとも９８％が除去された、他の物質の質量の少なくとも９５％が除去された、残余の細胞形質成分の質量の少なくとも９５％が除去された、他の物質の質量の少なくとも９０％が除去された、残余の細胞形質成分の質量の少なくとも９０％が除去された、他の物質の質量の少なくとも８０％が除去された、残余の細胞形質成分の質量の少なくとも８０％が除去された、他の物質の質量の少なくとも７０％が除去された、残余の細胞形質成分の質量の少なくとも７０％が除去された、他の物質の質量の少なくとも６０％が除去された、残余の細胞形質成分の質量の少なくとも６０％が除去された、他の物質の質量の少なくとも５０％が除去された、残余の細胞形質成分の質量の少なくとも５０％が除去された、他の物質の量の少なくとも３０％が除去された、残余の細胞形質成分の質量の少なくとも３０％が除去された、他の物質の量の少なくとも１０％が除去された、残余の細胞形質成分の質量の少なくとも１０％が除去された、他の物質の量の少なくとも５％が除去された、または  残余の細胞形質成分の質量の少なくとも５％が除去された、ナノスケール検体を含む組成物である。
【０１３１】
様々な実施形態において、ナノスケール検体は任意の適切な純度を有する。例えば、酵素の分析が、約２０％の残余の細胞形質成分を有するナノスケール検体サンプルを必要とする場合、そのときは、８０％までの核酸の単離が適切である。いくつかの実施形態において、単離されたナノスケール検体は、質量の約８０％未満、約７０％未満、約６０％未満、約５０％未満、約４０％未満、約３０％未満、約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、または約２％未満の非ナノスケール検体の細胞形質成分及び／又はタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、単離されたナノスケール検体は、質量の約９９％を超える、約９８％を超える、約９５％を超える、約９０％を超える、約８０％を超える、約７０％を超える、約６０％を超える、約５０％を超える、約４０％を超える、約３０％を超える、約２０％を超える、または約１０％を超える、ナノスケール検体を含む。
【０１３２】
ナノスケール検体は、未修飾、誘導体化、断片化、非断片化などを含む、適切な形態で単離される。いくつかの実施形態において、ナノスケール検体が核酸である場合、核酸はシーケンシングに適している形態で収集される。いくつかの実施形態において、核酸は、ショットガンシーケンシング、増幅または他の操作に適した断片化された形態で収集される。核酸は、例えばＤＮＡシーケンシング手順において使用される、合成によるシーケンシングにおいて使用されるヌクレオチドのような試薬を含む溶液中で、装置から収集され得る。
【０１３３】
いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法は、開始時サンプルのナノスケール検体をほぼ表している、単離されたナノスケール検体サンプルをもたらす。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される装置およびシステムは、サンプルから、開始時サンプルのナノスケール検体をほぼ表しているナノスケール検体を単離することができる。すなわち、この方法によって収集されるか、または装置もしくはシステムによって収集可能なナノスケール検体の総数は、流体中の細胞内に存在するナノスケール検体の総数に実質的に比例する。いくつかの実施形態において、この様相は、流体が多くの細胞タイプの複合混合物であり、様々な細胞タイプの相対的総数を決定するためのナノスケール検体に基づく手順を開業医が希望するような適用において有利である。
【０１３４】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載される方法によって単離されるか、または本明細書に記載される装置によって単離可能なナノスケール検体は、少なくとも０．５ｎｇ／ｍＬの濃度を有する。いくつかの実施形態において、本明細書に記載される方法によって単離されるか、または本明細書に記載される装置によって単離可能なナノスケール検体は、少なくとも１ｎｇ／ｍＬの濃度を有する。いくつかの実施形態において、本明細書に記載される方法によって単離されるか、または本明細書に記載される装置によって単離可能なナノスケール検体は、少なくとも５ｎｇ／ｍＬの濃度を有する。いくつかの実施形態において、本明細書に記載される方法によって単離されるか、または本明細書に記載される装置によって単離可能なナノスケール検体は、少なくとも１０ｎｇ／ｍＬの濃度を有する。
【０１３５】
いくつかの実施形態において、約５０ピコグラムのナノスケール検体が、本明細書で記載される方法、システムまたは装置を使用して、約５，０００個の細胞を含むサンプルから単離される。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも１０ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも２０ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも５０ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも７５ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも１００ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも２００ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも３００ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも４００ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも５００ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも１，０００ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも１０，０００ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも２０，０００ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも３０，０００ピコグラムのナノスケール検体を産生する。
いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも４０，０００ピコグラムのナノスケール検体を産生する。いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法、システムまたは装置は、約５，０００個の細胞を含むサンプルから少なくとも５０，０００ピコグラムのナノスケール検体を産生する。
【０１３６】
ナノスケール検体が核酸である場合、本明細書に記載される方法を使用して単離されるか、または本明細書に記載される装置によって単離可能な核酸は、高品質であるか、及び／又は、ＤＮＡシーケンシング、ＰＣＲのような核酸増幅、または、ライゲーション、クローニング、さらに翻訳や形質転換アッセイのような他の核酸操作などの後の手順において直接使用するのに適している。いくつかの実施形態において、収集した核酸は、最大０．０１％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、収集した核酸は、最大０．５％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、収集した核酸は、最大０．１％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、収集した核酸は、最大１％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、収集した核酸は、最大２％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、収集した核酸は、最大３％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、収集した核酸は、最大４％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、収集した核酸は、最大５％のタンパク質を含む。
【０１３７】
（サンプル）
いくつかの実施形態において、サンプルは流体を含む。１つの様相において、サンプルは、細胞または他の微粒子物質、およびナノスケール検体を含む。いくつかの実施形態において、サンプルは、細胞を含まない。
【０１３８】
いくつかの実施形態において、サンプルは、液体、随意に水、水溶液、または分散液である。いくつかの実施形態において、サンプルは体液である。典型的な体液は、血液、血清、血漿、胆汁、母乳、脳脊髄液、胃液、射精液、粘液、腹水、唾液、汗、涙、尿、関節液およびその他を含む。いくつかの実施形態において、ナノスケールの検体は、本明細書に記載される方法、システムまたは装置を用いて、医学的治療または診断の手順、装置またはシステムの一部として、体液から単離される。いくつかの実施形態において、サンプルは、流体媒体に分散及び／又は可溶化した組織及び／又は細胞である。例えば、組織は、そこから、核酸のようなナノスケール検体を、本明細書に記載される方法、装置またはシステムを使用して単離することが可能である、癌性腫瘍であり得る。
【０１３９】
いくつかの実施形態において、サンプルは環境サンプルである。いくつかの実施形態において、環境サンプルは、ある種の汚染、侵襲発生またはその他を示す特定の核酸配列の存在について分析またはモニタされる。環境サンプルは、本明細書で記載される方法、装置またはシステムを使用して、ある種の汚染、侵襲発生などの発生源を決定するためにも使用し得る。典型的な環境サンプルは、都市廃水、産業廃水、様々な製造工程において使用され、または結果として生じた水または流体、湖沼、川、海洋、帯水層、地下水、豪雨水、植物または植物の一部、動物または動物の一部、昆虫、都市水道などを含む。
【０１４０】
いくつかの実施形態において、サンプルは食品または飲料である。食品または飲料は、ある汚染、侵襲発生またはその他を示す特定ナノスケール検体の存在に対する分析またはモニタがなされ得る。食品または飲料は、本明細書で記載される方法、装置またはシステムを使用して、ある種の汚染、侵襲発生などの発生源を決定するために使用することができる。様々な実施形態において、本明細書で記載される方法、装置およびシステムは、公衆衛生をモニタするため、または反公衆衛生発生に対応するために、１種以上の体液、環境サンプル、および食品および飲料と共に使用することができる。
【０１４１】
いくつかの実施形態において、サンプルは増殖培地である。増殖培地は、例えば、大腸菌を培養するための溶原性ブイヨン（ＬＢ）や、哺乳動物細胞を培養するためのＨａｍ組織培養培地などの、細胞を培養するのに適している任意の培地であり得る。培地は、富栄養培地、最少培地、選択培地などであり得る。いくつかの実施形態において、培地は、複数のクローン細胞を含むか、本質的にクローン細胞から成る。いくつかの実施形態において、培地は、少なくとも２つの種の混合物を含む。
【０１４２】
いくつかの実施形態において、サンプルは水である。
【０１４３】
いくつかの実施形態において、サンプルは他の微粒子物質を含んでもよい。そのような微粒子物質は、例えば封入体（例えばセロイドまたはマロリー体）、細胞性円柱（例えば顆粒円柱、硝子円柱、細胞性円柱、蝋様円柱および偽円柱）、ピック小体、レーヴィ体、原繊維変化、原繊維形成、細胞残屑および他の微粒子物質であり得る。いくつかの実施形態において、微粒子物質は凝集タンパク質（例えばベータアミロイド）である。
【０１４４】
サンプルは、高導電率または低導電率を含む任意の導電率を有し得る。いくつかの実施形態において、導電率は、約１μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍまでの間にある。いくつかの実施形態において、導電率は、約１０μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍまでの間にある。いくつかの実施形態において、導電率は、約５０μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍまでの間にある。さらに他の実施形態において、導電率は、約１００μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍとの間、約１００μＳ／ｍと約８ｍＳ／ｍとの間、約１００μＳ／ｍと約６ｍＳ／ｍとの間、約１００μＳ／ｍと約５ｍＳ／ｍとの間、約１００μＳ／ｍと約４ｍＳ／ｍとの間、約１００μＳ／ｍと約３ｍＳ／ｍとの間、約１００μＳ／ｍと約２ｍＳ／ｍとの間、または約１００μＳ／ｍと約１ｍＳ／ｍとの間にある。
【０１４５】
いくつかの実施形態において、導電率は約１μＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は約１０μＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は約１００μＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は約１ｍＳ／ｍである。他の実施形態において、導電率は約２ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は約３ｍＳ／ｍである。さらに他の実施形態において、導電率は約４ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は約５ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は約１０ｍＳ／ｍである。さらに別の実施形態において、導電率は約１００ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は約１Ｓ／ｍである。他の実施形態において、導電率は約１０Ｓ／ｍである。
【０１４６】
いくつかの実施形態において、導電率は少なくとも１μＳ／ｍである。さらに他の実施形態において、導電率は少なくとも１０μＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は少なくとも１００μＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は少なくとも１ｍＳ／ｍである。追加実施形態において、導電率は少なくとも１０ｍＳ／ｍである。さらに他の実施形態において、導電率は少なくとも１００ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は少なくとも１Ｓ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は少なくとも１０Ｓ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は最大１μＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は最大１０μＳ／ｍである。他の実施形態において、導電率は最大１００μＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は最大１ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は最大１０ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は最大１００ｍＳ／ｍである。さらに他の実施形態において、導電率は最大１Ｓ／ｍである。いくつかの実施形態において、導電率は最大１０Ｓ／ｍである。
【０１４７】
いくつかの実施形態において、サンプルは１０ｍｌ未満の小容量の液体である。いくつかの実施形態において、サンプルは８ｍｌ未満である。いくつかの実施形態において、サンプルは５ｍｌ未満である。いくつかの実施形態において、サンプルは２ｍｌ未満である。いくつかの実施形態において、サンプルは１ｍｌ未満である。いくつかの実施形態において、サンプルは５００未満μｌである。いくつかの実施形態において、サンプルは２００未満μｌである。いくつかの実施形態において、サンプルは１００未満μｌである。いくつかの実施形態において、サンプルは５０未満μｌである。いくつかの実施形態において、サンプルは１０未満μｌである。いくつかの実施形態において、サンプルは５未満μｌである。いくつかの実施形態において、サンプルは１未満μｌである。
【０１４８】
いくつかの実施形態において、装置に適用されるか、または方法に使用されるサンプルの量は、約１００，０００，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態において、サンプルは約１０，０００，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態において、サンプルは約１，０００，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態において、サンプルは約１００，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態において、サンプルは約１０，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態において、サンプルは約１，０００個未満の細胞を含む。
【０１４９】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるシステムおよび方法を用いる、サンプルからのナノスケール検体の単離は、約３０分未満、約２０分未満、約１５分未満、約１０分未満、約５分未満、または約１分未満を要する。他の実施形態において、本明細書に記載されるシステムおよび方法を用いる、サンプルからのナノスケール検体の単離は、３０分以下、約２０分以下、約１５分以下、約１０分以下、約５分以下、約２分以下、または約１分以下を要する。さらなる実施形態において、本明細書に記載されるシステムおよび方法を用いる、サンプルからのナノスケール検体の単離は、約１５分未満であり、好ましくは約１０分未満、または約５分未満を要する。
【０１５０】
（残留物質の除去）
いくつかの実施形態において、ＤＥＰ電界領域のナノスケール検体の単離に続いて、方法は、単離されたナノスケール検体から随意に残留物質を水洗することを含む。いくつかの実施形態において、本明細書に記載される装置またはシステムは、ナノスケール検体から残留物質を洗い流すのに適している流体を含む貯水槽を含むか、及び／又は、随意に含み得る。「残留物質」は、限定的されないが、細胞（例えば生菌または残留細胞形質成分）などを含むサンプル中に元来存在し、細胞中に元来存在し、処置の間に加えられた、処理の任意の工程を通じて生成される、任意のものである。例えば、残留物質は、生菌、細胞壁フラグメント、タンパク質、脂質、炭水化物、無機質、塩、バッファ、血漿などを含む。いくつかの実施形態において、ある量のナノスケール検体は、残留物質とともに水洗される。
【０１５１】
いくつかの実施形態において、残留物質は、例えば水、ＴＢＥバッファなどの任意の適切な流体で水洗される。いくつかの実施形態において、残留物質は、流体の任意の適切な容積で水洗され、任意の適切な時間水洗され、１種以上の流体で水洗され、または他の変更がなされる。いくつかの実施形態において、残留物質を水洗する方法は、より厳格な水洗及び／又は洗浄を必要とする高純度ナノスケール検体を用いた、ナノスケール検体の単離の所望レベルに関連する。他の実施形態において、残留物質を水洗する方法は、特定出発物質およびその組成物と関連する。いくつかの実施例において、高脂質の出発物質は、脂質を可溶化するのに適している疎水性流体を含む洗浄処理を必要とする。
【０１５２】
いくつかの実施形態において、方法は、残留タンパク質を含む残留物質を分解する工程を含む。いくつかの実施形態において、装置またはシステムは、残留タンパク質を含む残留物質を分解することができる。例えば、タンパク質は、化学分解（例えば酸加水分解）および酵素分解の１つ以上によって分解される。いくつかの実施形態において、酵素分解剤はプロテアーゼである。他の実施形態において、タンパク質分解剤はプロテイナーゼＫである。残留物質の分解の随意の工程は、任意の適切な時間、温度などに対して実行される。いくつかの実施形態において、分解した残留物質（分解したタンパク質を含む）は、単離されたナノスケール検体から水洗される。
【０１５３】
いくつかの実施形態において、残留物質を分解するために使用される薬剤は、不活性化または分解される。いくつかの実施形態において、装置またはシステムは、残留物質を分解するために使用される薬剤を分界または不活性化することができる。いくつかの実施形態において、残留物質を分解するために使用される酵素は、熱（例えば５０−９５℃で５−１５分）によって不活性化される。例えばプロテアーゼ（例えばプロテイナーゼＫ）を含む酵素は、熱（典型的に１５分、７０℃）を使用して分解及び／又は不活性化される。いくつかの実施形態において、残留タンパク質が酵素によって分解され、さらに方法は、タンパク質の分解に続けて、分界酵素（例えばプロテイナーゼＫ）を不活性化することを含む。いくつかの実施形態において、熱は、装置中の熱モジュールによって提供される（温度範囲、例えば３０−９５℃）。
【０１５４】
方法のある種の工程の順番及び／又は組合せは変更し得る。いくつかの実施形態において、装置または方法は、任意の順または組合せで、ある種の工程を実施することが可能である。例えば、いくつかの実施形態において、残留物質および分解されたタンパク質は、別々のまたは同時の工程で水洗される。すなわち、残留物質が水洗され、続けて、残留タンパク質が分解され、続けて、単離されたナノスケール検体から分解タンパク質が水洗される。いくつかの実施形態において、一方が最初に残留タンパク質を分解し、次いで、組合せ工程において、残留物質および分解タンパク質の両方が、ナノスケール検体から水洗される。
【０１５５】
いくつかの実施形態において、ナノスケール検体は装置に保存され、随意に、例えばＰＣＲ、酵素アッセイ、またはナノスケール検体を分析し、区別し、または増幅する他の処置などの、さらなる処置に使用される。
【０１５６】
例えばいくつかの実施形態において、単離されるナノスケール検体は核酸であり、装置およびシステムは、単離された核酸上で、ＰＣＲまたは他の随意の処置を実行することができる。他の実施形態において、核酸は装置から収集及び／又は溶出される。いくつかの実施形態において、装置およびシステムは、装置またはシステムからの核酸の収集及び／又は溶離を可能にすることができる。いくつかの実施形態において、単離された核酸は、（ｉ）第２の誘電泳動電界領域の電源を切断し；そして（ｉｉ）溶離剤中でアレイから核酸を溶出させることにより、取集される。典型的な溶離剤は、水、ＴＥ、ＴＢＥおよびＬ−ヒスチジンバッファを含む。
【０１５７】
（アッセイおよび適用）
いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるシステムまたは装置は、酵素反応を実行する手段を含む。他の実施形態において、本明細書に記載されるシステムまたは装置は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、等温増幅、ライゲーション反応、制限分析、核酸クローニング、転写もしくは翻訳アッセイ、または他の酵素系の分子生物学アッセイを実行する手段を含む。
【０１５８】
いくつかの実施形態において、本明細書で記載されるシステムまたは装置は、核酸シーケンサーを含む。シーケンサーは随意に、限定されないが、サンガーシーケンサー、ピロシーケンサー、イオン半導体シーケンサー、ポロニーシーケンサー、ライゲーションによるシーケンシング装置、ＤＮＡナノボールシーケンシング装置、ライゲーションによるシーケンシング装置、または単一分子シーケンシング装置を含む、任意の適切なＤＮＡシーケンシング装置である。
【０１５９】
いくつかの実施形態において、本明細書で記載される方法はさらに、単離された核酸をポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）によって随意に増幅する工程を含む。いくつかの実施形態において、ＰＣＲ反応は、電極のアレイ上かその近傍、または装置内において実行される。いくつかの実施形態において、装置またはシステムは、熱サイクリングに適しているヒーター及び／又は温度制御機構を含む。
【０１６０】
ＰＣＲは、２つの効率的な熱伝導性要素（例えばアルミニウムまたは銀）間に反応化学分析物を配置することによる従来の熱サイクリングと、ＴＥＣを用いる反応温度の制御とを使用して随意に行われる。追加設計は随意に、ガラスや熱ポリマーのような光学的に透明な物質を通じた赤外線加熱を使用する。いくつかの実例において、設計は、基質を通じた伝道性ワイヤリングネットワークを含むスマートポリマーまたはスマートガラスを使用する。この伝導性ワイヤリングは、物質の迅速な熱伝導を可能にし、および（適切な直流電圧を加えることによって）、効率的なＰＣＲ反応を維持するために、必要とされる温度変化および温度勾配を提供する。ある例において、加熱は、温度を急速に且つ通過する電流量に比例して変化させる抵抗性チップヒーターおよび他の抵抗素子を使用して適用される。
【０１６１】
従来の蛍光分析（ｃｃｄ、ｐｍｔ、他の光学検知器および光学フィルター）と共同して使用される、いくつかの実施形態において、倍加増幅（ｆｏｌｄ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）は、リアルタイムで、または一定時間間隔でモニタされる。ある例において、最終の倍加増幅の定量化は、ＡＦＵ（ａｒｂｉｔｒａｒｙ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｕｎｉｔｓ  ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｔｏ  ａｎａｌｙｚｅ  ｄｏｕｂｌｉｎｇ）に変換された光学的検知によって報告されるか、インピーダンス測定または他の電気化学の検知によって電気信号に翻訳される。
【０１６２】
小サイズの微小電極アレイが与えられると、これらの要素は微小電極アレイの周囲に随意に加えられ、ＰＣＲ反応が、主サンプル処理チャンバ（ＤＥＰアレイ上）において実行される。または、増幅された検体が、オンカートリッジのラボ・オン・チップ処理を可能にするために、流体工学により、流体カートリッジ内の別のチャンバへ随意に輸送される。
【０１６３】
いくつかの例において、光送達スキームは、光学的励起及び／又は放射及び／又は倍加増幅の検出を提供するために利用される。ある実施形態において、これはフローセル物質（アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）のような熱重合体、環式オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、環式オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）など）を、外部部品を使用する必要性を除去するための光学的導波管として使用することを含む。さらにいくつかの例において、光源−発光ダイオード−ＬＥＤ、垂直空洞面放出レーザ−ＶＣＳＥＬおよび他の照明スキームが、制御され電力供給される光源を内部に備えるために、フローセルの内部に直接組み込まれるか、または、微小電極アレイの表面上に直接構築される。この最小化および小型化は、同様の従来装置（すなわち標準ベンチトップＰＣＲ／ＱＰＣＲ／蛍光測定器）の足跡を縮小する一方で、迅速な信号伝達および検出が可能なコンパクトな装置を可能にする。
【０１６４】
（チップ上増幅）
いくつかの実例において、シリコン微小電極アレイはＰＣＲに必要な熱サイクリングに耐え得る。いくつかのアプリケーションにおいて、少量の標的核酸が転送工程の間に損失し得るので、オンチップＰＣＲは有利である。本明細書で記載される装置、システムまたは処理のある実施形態において、複数のＰＣＲ技術のうちの任意の１つ以上が、随意に使用され。そのような技術は随意に、下記のどれか１以上を含む：フローセルにおける直接的熱サイクリング；異なる温度帯を有るマイクロチャネルを通じた物質の移動；および、システム上で増幅できるか、またはＰＣＲ装置に転送することができるＰＣＲチューブ内への容量の移動。いくつかの例において、排出口が、不混和性流体および界面安定化剤（界面活性剤など）を含むＴ字接続部を含む場合、ドロップレット（ｄｒｏｐｌｅｔ）ＰＣＲが実施される。ある実施形態において、ドロップレットは、任意の適切な方法によって熱循環される。
【０１６５】
いくつかの実施形態において、増幅は例えば、転写媒介増幅、核酸配列に基づく増幅、ＲＮＡ技術の信号媒介増幅、鎖置換増幅、ローリングサークル増幅、ＤＮＡのループ媒介等温増幅、等温多重置換増幅、ヘリカーゼ依存性増幅、単一プライマー等温増幅、または環状ヘリカーゼ依存性増幅などの、等温反応を使用して実行される。
【０１６６】
様々な実施形態において、増幅は、均質溶液中で、または固定されたプライマーを有する不均質系として実行される。後者のいくつかの実施形態において、得られたアンプリコンは、より高い倍率のために、表面に直接リンクされる。いくつかの実施形態において、アンプリコンは、電極の表面またはその近傍で、１本鎖生成物を与えるために変性される。その後、ハイブリダイゼーション反応は、一塩基変異多型（ＳＮＰ）、短鎖縦列反復配列（ＳＴＲ）、突然変異、挿入／欠損、メチル化などの遺伝子情報を照合するために随意に実行される。メチル化は、１つのＤＮＡサンプルが亜硫酸水素で処置され、もう１つは処置されない並行分析によって、随意に決定される。亜硫酸水素塩は、未修飾のＣを脱プリン化してＵにする。メチル化されたＣは、いくつかの例において、影響を受けない。いくつかの実施形態において、アレル特異的塩基伸長法は、関心のある塩基を報告するために使用される。
【０１６７】
特定の相互作用よりもむしろ、表面は、捕捉のための非特異的部分で、随意に修飾される。例えば、表面は、逆バイアス（−Ｖ）によって解放することができるＤＮＡ分子を捕捉するために、ポリカチオン（すなわちポリリシン）で修飾し得る。いくつかの実施形態において、表面への修飾は、表面全体に均一であるか、あるいは、電極または非電極領域を機能化するために特異的にパターン化される。ある実施形態において、これは、フォトリソグラフィ、電気化学的活性化、スポッティングなどによって達成される。
【０１６８】
複数チップ設計が使用されるいくつかのアプリケーションにおいて、フローセルを形成するために、２つの装置が互いに対面しているチップサンドイッチをスペーサで分離することは有利である。様々な実施形態において、装置は、順次的または並列的に動作する。シーケンシングおよび次世代シーケンシング（ＮＧＳ）のため、サイズの断片化および選択は、シーケンシングの効率および品質に関する展開をもたらす。いくつかの実施形態において、複数チップ設計が、バンド・パス・フィルタを生成して、収集される物質の寸法範囲を提供するために使用される。いくつかの例において、現行のチップ幾何配置（ｃｈｉｐ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）（例えば直径８０μｍの電極を中心間ピッチ２００μｍで配置（８０／２００））は、５００ｂｐのカットフィルタとして機能する（例えば、電圧及び周波数御条件が約１のＶｐｐおよび１０ｋＨｚ）。そのような例において、５００ｂｐ以上の核酸は捕捉され、５００未満ｂｐの核酸は捕捉されない。別の電極直径およびピッチ幾何配置は異なるカットオフ・サイズを有し、その結果、チップの組合せが所望のフラグメント・サイズを提供する。ある例において、同様の条件下における８０／２００の幾何配置と比較して、直径４０μｍの電極の中心間ピッチ１００μｍ配置（４０／１００）はより低いカットオフ閾値を有するのに対し、直径１６０μｍの電極の中心間ピッチ４００μｍ配置（１６０／４００）はより高いカットオフ閾値を有する。様々な実施形態において、単一チップまたは複数チップに関する幾何配置は、特定サイズのフラグメントまたは粒子を選択するために、組み合わせられる。例えば、６００ｂｐのカットオフ・チップは、溶液中に、６００ｂｐ未満の核酸を残留させ、その後、その物質は、５００ｂｐのカットオフ・チップ（６００ｂｐチップに対向している）で随意に回収される。これにより、溶液中に、５００−６００ｂｐを含む核酸集合体が残される。その後、この集合体は、同じチャンバ、隣接チャンバ、または他の任意の構造物において、随意に増幅される。いくつかの実施形態において、サイズ選択は単電極の幾何配置を使用して達成され、ここにおいて、＞５００ｂｐの核酸が電極上で単離され、引き続き洗浄され、引き続き＜６００ｂｐの核酸を解放するためにＡＣＥＫ高電界強度が低減され（電圧、周波数、導電率を変化させ）、その結果、５００−６００ｂｐの間の表面に浮かぶ核酸集合体がもたらされる。
【０１６９】
いくつかの実施形態において、チップ装置は、温度勾配カラムを形成する底縁部のヒーターとともに、垂直に配置される。ある例において、底部は変性温度であり、中間部はアニール温度であり、上部は伸長温度である。ある例において、対流が定常的に処理を進行させる。いくつかの実施形態において、電熱流れおよび処理の加速を特異的に与える電極設計を含む方法またはシステムが、本明細書で提供される。いくつかの実施形態において、そのような設計は随意に、同じ装置、または適切に配置された別々の装置に存在する。ある例において、フィンやファンなどを通じた頂部における能動的または受動的な冷却は、急峻な温度勾配を提供する。本明細書で記載される装置またはシステムが含み、または本明細書で記載される方法が使用する、ある例において、装置上または反応チャンバ―内の温度センサは温度をモニタし、そのようなセンサはフィードバック方式で温度を調節するために随意に使用される。ある例において、そのようなセンサは、連続的及び／又は不連続的な勾配特性を生成するために、異なる熱の転写特性を備える物質に結び付けられる。
【０１７０】
いくつかの実施形態において、増幅は一定温度で進行する（すなわち等温増幅）。
【０１７１】
いくつかの実施形態において、本明細書に開示される方法は、本明細書に開示されるように単離された核酸をシーケンシングする工程を、さらに含む。いくつかの実施形態において、核酸はサンガー・シーケンシングまたは次世代シーケンシング（ＮＧＳ）によってシーケンシングされる。いくつかの実施形態において、次世代シーケンシング方法は、限定されないが、パイロシーケンシング、イオン半導体シーケンシング、ポロニー・シーケンシング、ライゲーションによるシーケンシング、ＤＮＡナノボールシーケンシング、ライゲーションによるシーケンシングまたは単分子シーケンシングを含む。
【０１７２】
いくつかの実施形態において、本明細書に開示される単離された核酸は、サンガー・シーケンシングにおいて使用される。いくつかの実施形態において、サンガー・シーケンシングは、核酸単離と同じ装置（ラボ・オン・チップ）内で実行される。サンプル調製およびサンガー・シーケンシング結果のためのラボ・オン・チップのワークフローには、下記工程が組込まれる：
ａ）ＡＣＥチップを使用するサンプル抽出工程；
ｂ）チップ上の標的配列の増幅工程；
ｃ）ＡＣＥによるＰＣＲ生成物の捕捉工程；
ｄ）標的ストランドの豊富化のためのサイクル・シーケンシング工程；
ｅ）豊富化した標的ストランドの捕捉工程；
ｆ）サンガー連鎖停止工程；
チップ上の多重カラー蛍光検出を用いたキャピラリー電気泳動による標的配列の電気泳動分離工程。核酸の洗浄、試薬の添加、電圧の切断は、必要に応じ実行される。反応は、複数の捕捉領域を有する単一のチップ上、または別々のチップ上、及び／又は反応チャンバで実行することができる。
【０１７３】
いくつかの実施形態において、本明細書に開示される方法はさらに、核酸上で反応を実行する工程を含む（例えばフラグメンテーション、制限消化、ＤＮＡのまたはＲＮＡライゲーション）。いくつかの実施形態において、本明細書に開示されるように、その反応は、アレイの表面またはその近傍、あるいは装置内において生じる。
【０１７４】
（他のアッセイ）
本明細書に開示される単離された核酸は、様々な分析フォーマットでさらに利用されてもよい。例えば、核酸プローブまたはアンプリコンで指定される装置は、ドットブロットまたは逆ドットブロット分析、塩基重層型（ｂａｓｅ−ｓｔａｃｋｉｎｇ）一塩基多型（ＳＮＰ）分析、電子厳密性を有するＳＮＰ分析、またはＳＴＲ分析において利用され得る。さらに、本明細書に開示されるそのような装置は、酵素の核酸修飾やタンパク質−核酸相互作用、例えば、酵素報告を伴う遺伝子発現解析、固定された核酸増幅、または、固相フォーマットに適している他の核酸修飾（これには制限エンドヌクレアーゼ切断、エンドヌクレアーゼまたはエキソ−ヌクレアーゼ切断、副溝結合タンパク質分析、ターミナルトランスフェラーゼ反応、ポリヌクレオチドキナーゼまたはホスファターゼ反応、リガーゼ反応、トポイソメラーゼ反応、および他の、核酸結合または修飾タンパク質反応を含む）のためのフォーマットで利用され得る。
【０１７５】
さらに、本明細書に開示される装置は、イムノアッセイに有用であり得る。例えば、いくつかの実施形態において、サンドイッチ・アッセイ、競合アッセイまたは他のフォーマットによって体液サンプル中の抗体を分析するために、装置の位置は、抗原（例えばペプチド、タンパク質、炭水化物、脂質、プロテオグリカン類、糖タンパク質など）とリンクさせることができる。代わりに、装置の位置は、サンドイッチ・アッセイ、競合アッセイまたは他のフォーマットによってサンプル中の抗原を検出するため、抗体で指定されてもよい。抗体とタンパク質の等電点は、実験またはｐＨ／電荷の計算によってかなり容易に決定することができるので、装置の電子的な指定および電子的濃度の利点は、指定された種類または分析した種類が荷電されるように、単にバッファのｐＨを調節することにより利用され得る。
【０１７６】
いくつかの実施形態において、単離された核酸は、イムノアッセイタイプのアレイまたは核酸アレイでの使用に有用である。
【０１７７】
（電極アレイ）
様々な実施形態において、微小電極はアレイ内に配置される。微小電極アレイ設計の利点は、生成された電界の勾配を増加させ、一方で任意の特定電圧において生成されるＡＣ電熱フローを減少させることを含む。実施形態において、微小電極アレイは、浮遊電極、すなわちＡＣＥの間にエネルギーが与えられないことによって作用電極を包囲する電極を含む。図１２は、流速のプロフィル（左側）、および、通常電極と浮遊電極とが交互である構成を有する微小電極アレイによって生成されるＤＥＰ勾配の実施例を示す。表１は、マイクロアレイ電極アレイの異なる構成に由来するパフォーマンスを示す。
【０１７８】
表１  異なる浮遊電極設計と、浮遊電極を有する基本設計との、パフォーマンスパラメータの比較
【０１７９】
【表１】
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【０１８０】
表１に見られるように、通常設計、すなわち浮遊電極を持たないマイクロアレイ電極アレイと比較して、電界の勾配において、１桁の増大が認められる。いくつかの実施形態において浮遊電極を使用すると、ＤＥＰの外力（ＦＤＥＰ）は、流れ力（ＦＦｌｏｗ）よりも、大きくなる、または非常に大きくなり、従って、捕捉を達成するために低電圧を使用することが可能になる。浮遊電極の使用に基づいて、低電力消費しか必要としないシステムまたは装置が製造されることになる。
【０１８１】
（定義および略語）
冠詞「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は限定ではない。例えば、「方法」は、この語句の意味の最も広い定義を含み、これは１つ以上の方法であり得る。
【０１８２】
「Ｖｐ−ｐ」はピークピーク電圧である。
【０１８３】
「ＴＢＥ」は、トリス塩基、ホウ酸およびＥＤＴＡの混合物を含むバッファである。
【０１８４】
「ＴＥ」は、トリス塩基とＥＤＴＡとの混合物を含むバッファ溶液である。
【０１８５】
「Ｌ−ヒスチジンバッファ」は、Ｌ−ヒスチジンを含む溶液である。
【０１８６】
「ＤＥＰ」は、誘電泳動（ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）の略語である。
【０１８７】
「ＡＣＥ」は、交流動電学（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃｓ）の略語である。
【０１８８】
「ＡＣＥＴ」は、交流電熱（ＡＣ  ｅｌｅｃｔｒｏｔｈｅｒｍａｌ）の略語である。
【実施例】
【０１８９】
（実施例１）
微小電極アレイを覆うハイドロゲルを含む２つのチャンバ流体工学カートリッジが、ＡＴＳシステムに装着された。図５に示すように、微小電極アレイは、中空リング形状の電極を含んでいた。１つのチャンバに、０．８Ｓ／ｍの導電率を有する標準溶液と、２５  ｐｇ／μＬの混入ＤＮＡ（Ｐｒｏｍｅｇａから購入したゲノム、またはＢｉｏＬａｂｓから購入したＬａｍｂｄ）とが、全容量５３０μＬで装填された。別のチャンバに、体液（血液、血清、血漿、唾液など）中の未知のサンプルが、合計５３０μＬで装填された。ＤＮＡは、Ｌｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から購入したＹＯＹＯ（登録書評）−１緑色蛍光染料を使用して、１：５０００ｘの比率で染色した。両液体は、ＡＴＳシステムにおいて、１０分間、１０ボルトのピークピーク電圧、１５ｋＨｚ、変動流量（５ー２５０μＬ／分）で流動させながら、処置された。（図６および７）。その後、アレイは、電極上に捕捉されなかったすべての物質を除去するため、変動流量でさらに１０分間、等張バッファ（水＋オスモライト）で洗浄された。２０分間の工程の終わりに、緑色蛍光フィルター（ＦＩＴＣ）を使用し、顕微鏡上で１０倍対物レンズを有するＣＣＤカメラを使用して、微小電極アレイの画像が撮影された（各チャンバにつき１回）（図８）。これは、公知サンプルと比較した、未知のサンプルの捕捉物質の画像定量化を可能にした。ＡＣＥ電源を切って、捕捉された物質が微小電極アレイから放出された後（図９）、捕捉物質が放出された流体は、カートリッジから回収され、後の分析のために収集された。
【０１９０】
（実施例２）
様々な電極設計が、実施例１に記載した方法に従って、テストされた。一般に、ＦＤＥＰを増大させる一方ＦＦＬＯＷを低減させる電極の幾何配置は、ナノスケール検体のより強固な捕捉を可能にした。下記に、電極設計間の、ＡＣＥ性能差について記載する。
【０１９１】
表２  電極設計間のＡＣＥ性能差に関する説明
【０１９２】
【表２】
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【０１９３】
本発明の好ましい実施形態を本明細書に開示し記載したが、そのような実施形態は実施例のみによって提供されることは、当業者において自明である。多数の変更、変化および置換は、本発明から逸脱することなく、当業者が想到するであろう。本発明の実施に際し、本明細書に記載される本発明の実施形態に対し様々な変更をなし得ることは、理解されるべきである。特許請求の範囲は、本発明の範囲を規定し、この特許請求の範囲の範囲内の方法および構造とこれらの等価物とを含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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