JP2020515815A - デジタルマイクロ流体デバイスおよび方法 - Google Patents

Abstract

デジタルマイクロ流体（DMF）装置、システム、デバイスおよび関連する流体操作・抽出デバイス、ならびにそれらの使用方法が提示される。デバイスは、臨床試料、検査室試料、化学的試料または生物学的試料の分析に有用であり得る。流体適用・抽出インタフェースデバイスは、流体トラップを有する廃棄物リザーバと、廃棄物リザーバを貫通して延びる移送導管とを含み得、流体が、移送導管から廃棄物リザーバの中へと進み廃棄物チャンバ内に閉じ込められ得るようになっている。移送導管は、折り返しになって、流体試料を保持するように構成され得る。DMF装置は、大きな試料量を保持および処理するように構成され得る。

Description

関連出願の相互参照
本特許出願は、12/28/2016に出願された「DIGITAL MICROFLUIDIC DEVICES AND METHODS」と題する米国特許仮出願第62/439,641号への優先権を主張する。本特許出願はまた、9/1/2017に出願された「DIGITAL MICROFLUIDICS DEVICES AND METHODS OF USING THEM」と題する米国特許仮出願第62/553,743号への優先権を主張する。本特許出願はまた、9/12/2017に出願された「DIGITAL MICROFLUIDICS DEVICES AND METHODS OF USING THEM」と題する米国特許仮出願第62/557,714号への優先権を主張する。これらの特許出願それぞれが全体として参照により本明細書に組み入れられる。

参照による組み入れ
本明細書において挙げられるすべての刊行物および特許出願は、各個の刊行物または特許出願が参照により組み入れられることが明確かつ個別に示される場合と同じ程度に、全体として参照により本明細書に組み入れられる。

分野
本開示は、デジタルマイクロ流体デバイスおよび対応する流体操作・抽出装置ならびにそれらの使用方法に関する。

背景
デジタルマイクロ流体工学（DMF）は、流体のミクロスケール小滴の簡単かつ正確な操作のための強力な技術である。DMFは、複数の試薬に対する簡単な制御（ポンプ、弁または管が不要）、固体および液体の両方の容易な取り扱い（目詰まりするチャネルがない）および扱いにくい試薬（たとえば有機溶媒、腐食性薬品）との適合性（疎水面（一般的にはテフロンコートされている）が化学的に不活性であるため）を許すため、化学的、生物学的および医学的用途のために急速に人気を博した。しかし、DMFに関する継続的な難題は、事前の濃縮なしでは下流側の処理および検出を支えるには希薄すぎる濃度の分析対象物を含有する、DMFデバイスによって容易に収容される流体量よりも大きい流体量を一般的に含む「現実的」試料の取り扱いである。一部のグループは、オフデバイスリザーバに含まれる大きな量（数百マイクロリットル〜ミリリットル）からの小滴をDMFデバイス上に小出しすることができることを実証した。しかし、これは、難題に部分的にしか対処していない。理由は、さらなる操作に十分な分析対象物を収集するための何百または何千もの小滴のオンデバイス処理は、多くの場合、現実的な戦略ではないからである。DMFデバイスへの導入の前のオフデバイス濃縮が試薬のための良好な解決手段となることができる。理由は、概して、試薬は、何百または何千もの反応における使用のために大きなバッチで調製されるからである。しかし、試料分析対象物のオフデバイス濃縮は試料ごとに独立して実施されなければならず、かなりの手作業（またはロボットシステム）を必要とし、試料の汚染および試料への作業員の暴露の危険を招く。

この難題への答えとして、本発明者らは、組み込まれたコンパニオンモジュールがDMFデバイス上で大量の試料全体を繰り返し駆動して、分析対象物をデバイス上に可能にする新規なインタフェースを開発した。このシステムの有用性を実証するために、マイクロRNA（miRNA）をヒト血漿から抽出し、DMFデバイスそのものの中でさらに精製した。システムは、多種多様な試料タイプおよび量を収容するために、容易な再構成および再プログラミングのために設計されている。

開示の概要
概して、本明細書に記載されるものは、試料を取得し、調製し、操作し、分析するためのデバイス、システムなどを含む方法および装置である。たとえば、本明細書に記載されるものは、臨床試料、検査室試料、生物学的試料または化学的試料を取り扱い、分析するのに特に役立ち得るデジタルマイクロ流体（DMF）デバイス、流体適用・抽出装置、およびそれらの使用方法である。方法および装置は、比較的大量の流体を取り扱う場合に特に有用であり得る。装置、デバイス、システムおよび方法は、任意の濃度の分析対象物を含有する試料とともに使用され得るが、比較的希薄な試料を取り扱い、分析する場合（たとえば事前の試料濃縮なしで）に特に有用であり得る。本明細書に記載されるDMF装置、システム、デバイスおよび方法は、本明細書に記載される流体適用・抽出デバイスおよび方法とともに使用されてもよいし、単独で、または他のデバイス、たとえば他の流体適用・抽出デバイスとともに使用されてもよい。同様に、本明細書に記載される流体適用・抽出デバイスおよび方法は、本明細書に記載されるDMF装置、システム、デバイスおよび方法とともに使用されてもよいし、単独で、または他のデバイス、たとえば他のDMFデバイスとともに使用されてもよい。本明細書に記載される装置、デバイス、システムおよび方法は概して、別個の液体試料（滴／小滴）の操作を含む。いくつかの局面においては、液体（滴／小滴）を作製し、輸送するために回路が利用される。いくつかの他の局面においては、別個の液体試料を装置、デバイス、システムなどに通して動かすための正圧または負圧を選択的に加えるために、制御可能な圧力源（たとえばポンプ）が利用される。制御可能な圧力源はまた、大量の流体の効果的な試料混合のためにも利用され得る。本明細書に記載される装置、デバイスおよび方法は、分析対象物濃縮、輸送、反応または分析の任意の段階で、たとえば試料（たとえば細胞試料、血液または血漿試料を含む組織試料、生検試料、細菌、酵母、唾液試料、スワブなど）から分析対象物を抽出し、試料からの分析対象物、たとえばRNA、DNA、タンパク質（抗体を含む）、小さな化学的分子、小さな有機分子、薬物などの分析対象物を富化または精製もしくは部分的に精製し、他のハイブリダイゼーション反応、たとえばRNA−DNA、RNA−RNA、抗体−DNAハイブリダイゼーションを実行し；他の分析、たとえばPCR、酵素的タンパク質分析、イムノアッセイ、DNA配列決定における工程のいくつかまたはすべてを実行するために使用され得る。

本明細書に記載される装置は、デジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のための流体適用・抽出インタフェースデバイスであって、デバイスが直立状態に保持されるとき廃棄物チャンバの上方に延びる試料入口を含む流体トラップを含む、廃棄物リザーバ；デバイスが直立状態に保持されるとき試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口；および廃棄物リザーバを貫通して延びる移送導管を含み、流体が移送導管から廃棄物リザーバの中へと進み廃棄物チャンバ内に閉じ込められ得るように、試料入口が試料入口の基端で移送導管へ通じており、移送導管が、移送導管の末端でDMF装置に結合するように構成されている、デバイスを提供し得る。

これらの装置は、デジタルマイクロ流体工学装置のための流体適用・抽出インタフェースデバイスであって、デバイスが直立状態に保持されるとき廃棄物チャンバの上方に延びる試料入口を含む流体トラップを含む、廃棄物リザーバ；デバイスが直立状態に保持されるとき試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口；開口に結合されたコネクタ導管；および廃棄物リザーバを貫通して延びる移送導管を含み、流体が移送導管から廃棄物リザーバの中へと進み廃棄物チャンバ内に閉じ込められ得るように、試料入口が試料入口の基端で移送導管へ通じており、移送導管が、移送導管の末端でデジタルマイクロ流体工学装置に結合するように構成されており、移送導管が廃棄物リザーバと移送導管の末端との間で2回以上折り返している、デバイスを提供し得る。

これらの流体適用・抽出インタフェースデバイスのいくつかはさらに、移送導管と結合するように構成された、DMF装置上の連結器を提供する。

これらの流体適用・抽出インタフェースデバイスのいくつかにおいて、移送導管は廃棄物リザーバと移送導管の末端との間で2回以上折り返している。

これらの流体適用・抽出インタフェースデバイスのいくつかにおいて、移送導管は廃棄物リザーバと移送導管の末端との間に1つまたは複数のループを含む。

これらの流体適用・抽出インタフェースデバイスのいくつかはさらに、試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口に結合されたコネクタ導管を提供する。

これらの流体適用・抽出インタフェースデバイスのいくつかはさらに、移送導管中に正圧または負圧を選択的に加えるためにコネクタ導管または移送導管のいずれかに結合された制御可能な圧力源を提供する。

これらの流体適用・抽出インタフェースデバイスのいくつかはさらに、移送導管中に正圧または負圧を選択的に加えるためにコネクタ導管または移送導管のいずれかに結合された蠕動ポンプを提供する。

これらの流体適用・抽出インタフェースデバイスのいくつかにおいて、廃棄物リザーバは、0.5ml〜50mlの容積を有するチューブを含む。

これらの流体適用・抽出インタフェースデバイスのいくつかにおいて、廃棄物チャンバの容積は0.4〜50mlである。

これらの流体適用・抽出インタフェースデバイスのいくつかにおいて、移送導管は廃棄物リザーバの底部を貫通して延びている。

これらの流体適用・抽出インタフェースデバイスのいくつかにおいて、移送導管の内径は約0.5mm ID〜5mmである。

これらの流体適用・抽出インタフェースデバイスのいくつかにおいて、移送導管は管を含む。

本明細書に記載される装置は、大きな試料量を取り扱うように構成されたデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置であって、デバイスが、第一の疎水性層を有する第一のプレート；第二の疎水性層を有する第二のプレート；第一の疎水性層と第二の疎水性層との間に形成された間隙であって、第一のプレートと第二のプレートとの間の距離は1mm以上である、間隙；第一の疎水性層に隣接した第一の平面中に配置された複数の作動電極；流体を間隙の中に適用するまたは取り出すように構成された流体適用・抽出インタフェースデバイスであって、廃棄物チャンバの上方に延びる試料入口を含む流体トラップを含む、廃棄物リザーバ；試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口；および廃棄物リザーバを貫通して延びる移送導管を含み、流体が移送導管から廃棄物リザーバの中へと進み廃棄物チャンバ内に閉じ込められ得るように、試料入口が試料入口の基端で移送導管へ通じており、移送導管の末端が、第一のプレート上、第二のプレート上、または第一のプレートと第二のプレートとの間のうちの1つにある開口に結合されている、流体適用・抽出インタフェースデバイス；を含む、装置を提供し得る。

大きな試料量を取り扱うように構成されたこれらのデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のいくつかにおいて、移送導管は廃棄物リザーバと移送導管の末端との間で2回以上折り返している。

大きな試料量を取り扱うように構成されたこれらのデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のいくつかにおいて、移送導管は廃棄物リザーバと移送導管の末端との間に1つまたは複数のループを含む。

大きな試料量を取り扱うように構成されたこれらのデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のいくつかはさらに、試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口に結合されたコネクタ導管を含む。

大きな試料量を取り扱うように構成されたこれらのデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のいくつかはさらに、移送導管中に正圧または負圧を選択的に加えるための制御可能な圧力源を含み、制御可能な圧力源は、試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口に接続されたコネクタ導管、または移送導管のいずれかに結合されている。

大きな試料量を取り扱うように構成されたこれらのデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のいくつかはさらに、移送導管中に正圧または負圧を選択的に加えるように構成された蠕動ポンプを含む。

大きな試料量を取り扱うように構成されたこれらのデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のいくつかにおいて、廃棄物リザーバは、0.4ml〜50mlの容積を有するチューブを含む。

大きな試料量を取り扱うように構成されたこれらのデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のいくつかにおいて、廃棄物チャンバの容積は0.4〜50mlである。

大きな試料量を取り扱うように構成されたこれらのデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のいくつかにおいて、移送導管は廃棄物リザーバの底部を貫通して延びている。

大きな試料量を取り扱うように構成されたこれらのデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のいくつかにおいて、移送導管の内径は約0.5mm ID〜5mmである。

大きな試料量を取り扱うように構成されたこれらのデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のいくつかにおいて、移送導管は管を含む。

本発明の別の局面は、デジタルマイクロ流体（DMF）装置から大量の流体を選択的に取り出す方法であって、DMF装置の第一のプレートと第二のプレートとの間で流体を流体抽出領域に移動させる工程であって、第一のプレートおよび第二のプレートは1mm以上の第一の間隙によって離隔されており、第一のプレートは複数の作動電極を含む、工程；流体抽出領域に結合された、DMF装置の第一のプレートと第二のプレートとの間の移送導管またはDMF装置の第一のプレートもしくは第二のプレートを貫通する開口への移送導管に、負圧を加える工程；流体の全部または一部分を抜き取って移送導管に入れ、2回以上折り返す反転経路に沿って移送導管中を通過させ、流体トラップの試料入口から出し、試料入口の下方の廃棄物チャンバに入れる工程；および複数の作動電極のサブセットにエネルギーを供給して、小滴を、第一の間隙の間から、1mm未満である距離によって離隔されている第一のプレートと第二のプレートとの間の第二の間隙へと移動させる工程を含む、方法を提供する。

本明細書に記載される装置は、第一の疎水性層を有する第一のプレート；第二の疎水性層を有する第二のプレート；第三の疎水性層を有する第三のプレート；第一の疎水性層と第三の疎水性層との間に形成された、1mmを超える第一の空隙；第一の疎水性層と第二の疎水性層との間に形成された、1mm以下である第二の空隙であって、第一および第二の空隙は連続的であり、第二および第三のプレートは互いに重なっている、第二の空隙；第一の空隙から第二の空隙まで延びている、第一の疎水性層に隣接する複数の作動電極；および第一の空隙中の流体抽出領域を含む、エアマトリックスデジタルマイクロ流体（DMF）装置を提供し得る。

本明細書に記載される装置および方法はいずれも、DMF装置との使用のためのカートリッジとして構成され得る。たとえば、本明細書に記載される装置は、デジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のためのカートリッジとして構成され得、カートリッジは下部および上部を有し、カートリッジは、第一の誘電体層；第一の誘電体層上の第一の疎水性層；第一の面および第二の面を有するトッププレート；トッププレートの第一の面上の接地電極；接地電極を被覆する、トッププレートの第一の面上の第二の疎水性層；第一の疎水性層と第二の疎水性層とを離隔する空隙；トッププレートの第二の面上にある、第一の試料コンパートメントおよび第二の試料コンパートメント；第一の試料コンパートメントと空隙との間の第一の開口および第二の試料コンパートメントと空隙との間の第二の開口であって、約4cm以下（たとえば3cm以下、2cm以下または1.5cm以下、1cm以下など）の範囲内で互いに隣接する、第一および第二の開口；第一の試料コンパートメントと連通した、第一のポンプ接続のための第一の入口；ならびに第二の試料コンパートメントと連通した、第二のポンプ接続のための第二の入口を含む。

たとえば、デジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のためのカートリッジは、下部および上部を有し、以下を含み得る：第一の面および第二の面を有する誘電体材料のシートであって、第一の面は、カートリッジの下部の露出した下面を形成している、誘電体材料のシート；誘電体材料のシートの第二の面上の第一の疎水性層；第一の面および第二の面を有するトッププレート；トッププレートの第一の面上の接地電極；接地電極を覆う、トッププレートの第一の面上の第二の疎水性層；第一の疎水性層と第二の疎水性層とを離隔する、500マイクロメートルを超える離隔距離を含む空隙；トッププレートの第二の面上にある、第一の試料コンパートメントおよび第二の試料コンパートメント；第一の試料コンパートメントと空隙との間の第一の開口および第二の試料コンパートメントと空隙との間の第二の開口であって、約2cm以下の距離の範囲内で互いに隣接する、第一および第二の開口；第一の試料コンパートメントと連通した、第一のポンプ接続のための第一の入口；ならびに第二の試料コンパートメントと連通した、第二のポンプ接続のための第二の入口。

デジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のためのカートリッジは、下部誘電体層；第一の面および第二の面を有するトッププレート；トッププレートの第一の面上の接地電極；下部誘電体層と接地電極との間の空隙；トッププレートの第二の面上にある、第一の試料コンパートメントおよび第二の試料コンパートメント；第一の試料コンパートメントと空隙との間の第一の開口および第二の試料コンパートメントと空隙との間の第二の開口であって、約5cm以下（たとえば約4cm以下、約3cm以下、約2cm以下、約1.5cm以下、約1cm以下など）の範囲内で互いに隣接する、第一および第二の開口；第一の試料コンパートメントと連通した、第一のポンプ接続のための第一の入口；ならびに第二の試料コンパートメントと連通した、第二のポンプ接続のための第二の入口を含み得る。

これらの装置のいずれにおいても、第一の誘電体層は、第一の面および第二の面を有する誘電体材料のシートを含み得、第一の面はカートリッジの下部の露出した下面を形成し、第一の疎水性層は第二の面上にある。誘電体材料のシートは可撓性であり得、リーダに吸着され得る（リーダは、空隙内の小滴の動きを駆動するための電極を含み得る）。カートリッジの下部は誘電体材料のシートの第一の面によって形成され得る。

第一の疎水性層と第二の疎水性層とを離隔する空隙は、任意の適切な距離（平均または最大）によって離隔され得、たとえば、空隙は、500マイクロメートルを超える平均離隔距離を有し得る。これは、大量の小滴をカートリッジ内に許し得る。

試料コンパートメントは、トッププレート中に形成（たとえばプレート中にカット）されてもよいし、トッププレートに取り付けられてもよい。第一および第二の試料コンパートメントは一般的に、トッププレートの第二の面に沿って延び得る。これらの装置のいずれも、第一の試料コンパートメントを被覆するトップカバーを含み得、第一の入口がトップカバーに結合されている。同じトッププレートまたは別個のトッププレートが、第二の試料コンパートメントを被覆し得、また、第二の入口を含み得る。

これらのカートリッジのいずれも、第一の試料コンパートメントに接続された第一のマイクロ流体工学チャネルと、第二の試料コンパートメントに接続された第二のマイクロ流体工学チャネルとを含む。たとえば、第一の試料コンパートメントと空隙との間の第一の開口は、第一の試料コンパートメントに接続された第一のマイクロ流体工学チャネルを含み得；第二の試料コンパートメントと空隙との間の第二の開口は第二のマイクロ流体工学チャネルを含み得る。

第一および第二の試料コンパートメントは、それぞれ、1mlを超える流体（たとえば、5mlを超える流体、7mlを超える流体、10mlを超える流体、15mlを超える流体、20mlを超える流体、25ml以下の流体など）を収容するように構成され得る。

トッププレートはシースルー材料（たとえば、それを通して画像を得ることができる材料）であり得る。たとえば、トッププレートはアクリル樹脂材料を含み得る。

カートリッジは、トッププレートの第二の面上に1つまたは複数の試薬リザーバを含み得る。たとえば、カートリッジは、トッププレートの第二の面上に1つまたは複数の凍結乾燥試薬リザーバを含み得る。

本発明の新規な特徴は添付の特許請求の範囲の中で詳細に述べられる。本発明の原理が利用されている例示的態様を記す以下の詳細な説明および添付図面を参照することにより、本発明の特徴および利点のよりよい理解が得られるであろう。

デジタルマイクロ流体工学装置と使用するための流体適用・抽出デバイスを示す。図1Aは流体適用・抽出デバイスの側面図を示す。図1Bは、図1Aに示す流体適用・抽出デバイスとともに使用されることができる電極のアレイを有するデジタルマイクロ流体デバイスの斜視図を示す。図1Cは、図1Bに示すものなどのデジタルマイクロ流体デバイスとインタフェースする流体適用・抽出デバイスの図を示す。 デジタルマイクロ流体デバイス装置とインタフェースする流体適用・抽出デバイスの一端の拡大図を示す。 デジタルマイクロ流体デバイス装置とインタフェースする、折り返しになっている移送導管を有する流体適用・抽出デバイスを示す。 本明細書に記載される試料取り扱いシステムを使用する、血漿試料からのmiRNAの抽出および精製の一例を示す。 図5Aは、試料を希釈するためのデジタルマイクロ流体デバイスの一部分の略側面図を示す。図5Bは、希薄な溶液の大きなプール（小滴）およびより小さい小滴を含む、図5AのDMF装置の側面図を示す。 第一のプレート離隔距離（たとえば＞1mm）を有するDMF装置の装填領域から、＜1mmのプレート離隔距離を有するDMF装置の第二の小さめの容積の部分または領域への小滴の移動を示す。 デジタルマイクロ流体システムを使用して血漿から抽出および精製されたmiRNAからのRT-qPCR結果と、ベンチトップ（BT）システムを使用した場合の結果との比較を示す。miRNA-39の結果を示す。 デジタルマイクロ流体システムを使用して血漿から抽出および精製されたmiRNAからのRT-qPCR結果と、ベンチトップ（BT）システムを使用した場合の結果との比較を示す。miRNA-54の結果を示す。 リムーバブルカートリッジ内で電極アレイによって形成され得る様々な機能領域を含む、DMF装置のカートリッジの例を示す。図9中、リムーバブルカートリッジは透明に作られている（カートリッジのDMF部分を形成する、トッププレート、空隙および誘電体の上のマイクロ流体工学領域が透明に作られている）。様々な領域は様々なボックスによって示され、アレイ上に特定の配置で分布し得る。たとえば、図9中、電極のうち7つが、小滴内の磁気ビーズまたは粒子を電極上に保持するための局所（その電極への）磁力を加えることができる磁気領域605として構成されている。周辺領域のうち8つ（それぞれ6つの電極に及ぶ）が、ペルチェ素子または他の熱冷却領域と熱的に接触し得る冷却ゾーンとして構成されている。加えて、図9中、左側の6つの16電極領域が、同じまたは異なるペルチェ素子と熱的に接触し得る冷却ゾーン（たとえば、電極領域を10℃未満に保持する）として構成されている。また、2つの中央の加熱ゾーン（1つは5つの電極に及び、もう1つは32の電極に及ぶ）が含まれ、ゾーン全体またはゾーンの領域にかけて熱サイクリングされ得る。4つの光学的に読み取られるゾーン（それぞれ4つの電極に及ぶ）がデバイスの右側周辺上で互いから間隔をあけて配置されている。概して、加熱および／または熱サイクリング領域は中央に位置し、周辺の冷却／貯蔵領域から離れている。ゾーン間に、たとえば磁気ゾーンと加熱／冷却ゾーンとの間に重なりがあってもよい。図9はまた、空隙の上方に（また、前記のようにトッププレート中に）形成され得るマイクロ流体工学部分を透視図で示す。たとえば、図9中、マイクロ流体工学部分611は、空隙に通じる開口（弁によって調節され得る）にそれぞれ接続する一対の曲がりくねったマイクロ流体工学チャネル615、616を含む。また、マイクロ流体工学部分は弁を含み得る。図9中、マイクロ流体工学チャネルはまた、一対のポート617、618を含み、それらを通して、マイクロ流体工学領域中の流体の動き、および（いくつかの変形態様においては）空隙に出入りする流体の動きを調節する（任意の弁とともに）ための正圧および／または負圧を加え得る。マイクロ流体工学部分はまた、1つまたは複数の廃棄物チャンバ621を含み得る。 本明細書に記載される例示的カートリッジの平面図である。この例において、カートリッジは、空隙によって離隔されたトッププレートおよび誘電体を含むDMF部分と、空隙に接続し、チャネル入力および／もしくは出力またはポンプ（たとえば真空ポンプ）に外部的に接続し得るマイクロ流体工学部分（たとえば、一対の試料コンパートメント（その一方が廃棄物のためのものであり得る）および／またはマイクロ流体チャネルを含む）とを含む。流体は、空隙に通じる1つまたは複数の開口（小さな開口として示す）を通して、および／またはチャネル入出力を通してカートリッジ中に適用され得る。カートリッジの右側は、カートリッジを通して光学的に見ることを許すウィンドウ領域を含む。 図10のカートリッジの上面斜視図を示す。 上マイクロ流体工学チャネルおよび下DMF部分を示す、図10および11のカートリッジの左側からの端面または側面図である（空隙を形成する、上接地プレートと誘電体との間の間隔を示す）。 チャネルを見せるためにマイクロ流体工学チャネルのカバーを取り外した、図10〜12のカートリッジの平面図である。 射出成形カートリッジの一部として形成された試料コンパートメントおよび廃棄物コンパートメントの両方を含む、DMF装置のためのカートリッジの例を示す。試料および廃棄物コンパートメントは、大量の（25mLまでの）物質を運ぶように構成され得る。図14Aは上面斜視図である。図14Bは側面図である。 本明細書に記載される、DMF空隙領域とインタフェースするマイクロ流体工学チャネルの一例を示す。図15A中、カートリッジのマイクロ流体工学部分が、それぞれ入口／出口に接続され、それぞれカートリッジのDMF部分の空隙に通じる開口を形成するブリッジ領域（この例において、マイクロ流体工学部分の下）で終端する一対のチャネルとして示されている。流体は、DMF部分の空隙に出し入れしながら除去、添加、洗浄などされ得る。図15Bおよび15C中、図示するように、流体は、入口／出口の間で交互に吸引を加えることにより、ブリッジ小滴を通して空隙の中へと洗浄される。この例においては、外部流体構成要素（たとえば管およびリザーバ）がDMF部分のトッププレートに組み込まれて、コンパクトなフォームファクタを可能にしている。マイクロ流体工学チャネルは、試薬を添加／除去する（たとえば、廃棄物を除去する、洗浄する、など）ために使用され得る。ブリッジ小滴は、電極または電極群であり得、小滴のサイズはDMFによって調節され得る。 図16Aは、DMF部分に隣接する（たとえば、DMF部分の上または下にある、トッププレートの一部としての）マイクロ流体工学チャネルを形成するためのトッププレートの断面の一例を示す。図16Bは、マイクロ流体チャネルが中に形成されたトッププレートの一例を示す。図16Cは、マイクロ流体工学チャネルとして構成されたDMF装置のトッププレートの別の例である。トッププレートは、チャネルおよび穴が中に形成された（たとえばミリング、カッティング、ラスタリングなどによって）アクリル樹脂材料として示されている。図16Dは、カートリッジのDMF部分のトッププレート中に形成されたマイクロ流体工学チャネルの別の例を示す。 二叉チャネルを含む流体適用・抽出技術を使用して、大量の流体を2つのリザーバの間で交換することを許す、本明細書に記載されるDMF装置（たとえばカートリッジ）中の流体の抽出および混合を示す。図17A中、流体適用・抽出デバイスはトッププレートを通して接続されている。図17A〜17Dのいずれにおいても、流体ライン（たとえば1143、1145）およびリザーバ（1105、1107）は、DMF装置の一部を形成し得、カートリッジ上のポート、たとえばカートリッジの上面および／または1つもしくは複数の弁とインタフェースし得る。 二叉チャネルを含む流体適用・抽出技術を使用して、大量の流体を2つのリザーバの間で交換することを許す、本明細書に記載されるDMF装置（たとえばカートリッジ）中の流体の抽出および混合を示す。図17B中、流体適用・抽出デバイスはサイドプレートから接続されている。図17A〜17Dのいずれにおいても、流体ライン（たとえば1143、1145）およびリザーバ（1105、1107）は、DMF装置の一部を形成し得、カートリッジ上のポート、たとえばカートリッジの上面および／または1つもしくは複数の弁とインタフェースし得る。 DMFカートリッジの空隙中で流体を1つまたは複数の小滴と混合、抽出、添加などするように構成されたDMFカートリッジの別の例である。図17C中、一部がトッププレート1117によって形成されたマイクロ流体チャネルを含むマイクロ流体チャネルであり得る流体ラインのためのインタフェース1127が、トッププレートを通してインタフェースし、（図17Aとは異なり）このインタフェース領域中の空隙はDMFカートリッジの他の部分の空隙よりも大きくあり得る。図17A〜17Dのいずれにおいても、流体ライン（たとえば1143、1145）およびリザーバ（1105、1107）は、DMF装置の一部を形成し得、カートリッジ上のポート、たとえばカートリッジの上面および／または1つもしくは複数の弁とインタフェースし得る。 図17D中、流体ラインのためのインタフェース1127は、図17Bと同様に、空隙の縁にあり；図17D中、空隙領域はカートリッジの他の領域中よりも大きい。図17A〜17Dのいずれにおいても、流体ライン（たとえば1143、1145）およびリザーバ（1105、1107）は、DMF装置の一部を形成し得、カートリッジ上のポート、たとえばカートリッジの上面および／または1つもしくは複数の弁とインタフェースし得る。 図17Aに示すものに類似する流体適用・抽出デバイスの動作を示す。

詳細な説明
本明細書に記載されるものは、少量〜中間量（または大量）の流体試料、たとえば臨床試料、検査室試料、生物学的試料または化学的試料を取り扱い、操作する場合に有用な試料取り扱いシステムである。システムは、（たとえば、分析を容易に実行するのに十分な物質を得るために）比較的大量の試料が望まれる液体媒体中の希薄な試料を取り扱う場合に特に有用であり得る。システムは、臨床試料、検査室試料、環境試料または他の試料から分析対象物を抽出および精製する場合に有用であり得る。システムは、複数の取り扱い工程、たとえば複数の洗浄またはインキュベーション工程を要する試料を操作する場合に有用であり得る。操作は、たとえば、洗浄バッファを加える操作、使用済みバッファを試料から除去する操作、磁気粒子を加える操作などを含み得る。

1つの局面において、試料取り扱いシステムは、デジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のための流体適用・抽出インタフェースデバイスを含み、デバイスは、デバイスが直立状態に保持されるとき廃棄物チャンバの上方に延びる試料入口を含む流体トラップを含む、廃棄物リザーバ；デバイスが直立状態に保持されるとき試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口；および廃棄物リザーバを貫通して延びる移送導管を含み、流体が移送導管から廃棄物リザーバの中へと進み廃棄物チャンバ内に閉じ込められ得るように、試料入口は試料入口の基端で移送導管へ通じており；移送導管は、移送導管の末端でDMF装置に結合するように構成されている。いくつかの流体適用・抽出インタフェースデバイスは、開口に結合されたコネクタ導管を含む。いくつかの流体適用・抽出インタフェースデバイスにおいて、移送導管は廃棄物リザーバと移送導管の末端との間で2回以上折り返している。

システムは概して3つのモジュール：臨床試料からの分析対象物のマクロスケール抽出を可能にする抽出モジュール；分析対象物の精製および濃縮を可能にする精製モジュール（DMF装置）；およびモジュール間の対話を媒介するモジュールインタフェースを含む。図1A〜1Cは、本明細書に記載される試料取り扱いシステムの様々なモジュールを示す。図1Aは抽出モジュール2の側面図を示す。図1Bは、電極のアレイを有する精製モジュール（デジタルマイクロ流体デバイス）の斜視図を示す。図1Cは、モジュールインタフェースを介して精製モジュール（デジタルマイクロ流体デバイス）とインタフェースする抽出モジュールの図を示す。図1Aおよび図1Cは、廃棄物チャンバ310を有する抽出モジュール311、および移送導管313（試料調製管とも呼ばれる）を示す。図1Cはまた、コネクタ導管309を示す。抽出モジュール311は、廃棄物チャンバ310を収容する廃棄物リザーバ312を含む。廃棄物リザーバ312は、上壁、1つまたは複数の側壁および下壁ならびに内側の開放空間（チャンバ）を有するような容器またはチューブもしくはチューブ様構造であり得る。場合によっては、廃棄物リザーバ312は上壁および／または下壁を有しなくてもよく、廃棄物リザーバ312の上部および／または下部は開放状態であってもよい。概して、そのような場合、開放空間は、廃棄物リザーバ312の上部（たとえばコネクタ導管309）または下部（たとえば移送導管311）の区域全体を本質的に占有する導管で満たされてもよい。いくつかの例において、抽出モジュール311または廃棄物リザーバは、遠心管もしくはマイクロ遠心管（たとえば0.5ml；1.5ml、5mlなど）、または円錐形の側壁を有し、下壁もしくは上壁を有するかもしくは有しない別のチューブであり得る。廃棄物リザーバまたは廃棄物リザーバ中のチューブは、0.1ml以上、0.2ml以上、0.3ml以上、0.4ml以上、0.5ml以上、1ml以上、2ml以上、3ml以上、4ml以上、5ml以上、10ml以上、25ml以上、50ml以上、50ml未満、25ml未満、10ml未満、5ml未満、4ml未満、3ml未満、2ml未満、1ml未満、0.5ml未満、0.4ml未満、0.3ml未満、0.2ml未満、0.1ml未満、またはそれらの間、たとえば0.1ml〜1.0ml、0.4ml〜2ml、0.4ml〜50ml、0.5ml〜50ml、0.1ml〜30mlなどの容積を有し得る。廃棄物リザーバを収容する任意の形状の容器は、コネクタ導管のための空間、移送導管のための空間などを有し得る。廃棄物リザーバ312は、流体を保持する、ポンプ（使用されるならば）からの圧力に耐える、などができる限り、任意の材料、たとえばポリプロピレン、別のポリマーなどで作られ得る。図1Cは、ポンプ331に接続された基端（第一端）と、廃棄物リザーバ312の中へ延びる末端（第二端）とを有するコネクタ導管309を示す。コネクタ導管309は、その基端が開放状態であり得るが、概して、移送導管中に正圧または負圧を選択的に加えるための制御可能な圧力源（たとえばポンプ）に接続される（本明細書において使用される基端とは、制御可能な圧力源にもっとも近い、またはDMFデバイスからもっとも遠い端部である）。いくつかの例において、流体適用・抽出インタフェースデバイスは、試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口に結合されたコネクタ導管を含む。流体は、ポンプによって生成される圧力駆動流によって送り出される。ポンプ331は、試料取り扱いシステムに作用して、流体を精製モジュール（DMFデバイス）から抽出モジュールの中へ引き込む、または流体を抽出モジュールから精製モジュール（DMFデバイス）の表面に放出し得る。コネクタ導管309は、末端側で廃棄物リザーバ312および／または廃棄物チャンバ310へ通じ得る。コネクタ導管309は、廃棄物リザーバ312との密なシールを有し得、たとえば、ポンプ331は、廃棄物リザーバ312内で減圧する、または圧力を生成することができる。コネクタ導管309は、廃棄物リザーバ312または廃棄物チャンバ310をポンプ331と結合し得る。コネクタ導管309は、その基端が開放状態であり得、流体を末端位置から廃棄物リザーバ312の中または移送導管313の中へ配置するために使用され得る。いくつかの流体適用・抽出インタフェースデバイスは、移送導管中に正圧または負圧を選択的に加えるためにコネクタ導管または移送導管に結合された蠕動ポンプを含む。ポンプ331は、流体をシステムに通して動かすように構成された容積式ポンプ、たとえば蠕動ポンプであり得る。ポンプ331は、圧力駆動流を発生させて、流体を試料取り扱いシステム中で動かし、加圧下の流体を送り出して、たとえば廃棄物リザーバ312に通し、移送導管313に通し（折り返し領域314にも通し）、モジュールインタフェース327に通し、デジタルマイクロ流体装置320（精製モジュール）に到達させ得る。いくつかの例において、流体適用・抽出インタフェースデバイスは、試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口に結合された移送導管を含む。いくつかの流体適用・抽出インタフェースデバイスは、移送導管中に正圧または負圧を選択的に加えるための制御可能な圧力源を含み、制御可能な圧力源は、試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口に結合されたコネクタ導管、または移送導管のいずれかに結合されている。ポンプ331は、負圧（たとえば真空）下で作用して、流体を移送導管313またはシステムの別の部分に引き込み、たとえば、流体をデジタルマイクロ流体装置320（精製モジュール）から移送導管313の中に引き込み、折り返し領域314にも通し、移送導管313の試料入口308を通過させ、廃棄物チャンバ310に入れ得る。いくつかの例において、ポンプ331は、正圧と負圧とを交互に加え得（たとえば押し、引く）、試料取り扱いシステムの異なる区域の間で溶液を高速で往復させ得る。特定の例において、ポンプは、精製モジュールの表面（トッププレート）と移送導管313との間で流体を高速で往復させ得る。そのような往復させられる流体は、移送導管313の一部分を通過してもよいし、移送導管313の大部分またはすべてを通過してもよい。いくつかの例において、流体は、折り返し領域314中で滞留または静止したのち、デジタルマイクロ流体装置320（精製モジュール）へ向けて取り出され得る。

図1Aはまた、廃棄物リザーバ312の底部を貫通して基端方向に（たとえば廃棄物リザーバ312の下から）延び、廃棄物チャンバ310に入り、試料入口308で終端する移送導管313を示す。移送導管313は、一端が廃棄物リザーバ312および廃棄物チャンバ310に挿入された状態で、基端側では試料入口として働き、他端（末端）は、流体を廃棄物リザーバ312からモジュールインタフェース327に、またはその逆に誘導する場合に有用である。いくつかの例において、分析される分析対象物を含有する試料は、試料入口308を通して移送導管313の中に装填され得る。図1Aはまた、折り返し領域314を有する移送導管313と、モジュールインタフェース327とを示す。移送導管313は剛性または可撓性であり得るが、概して、可撓性かつ化学的に不活性である。いくつかの例において、移送導管313は管を含む。いくつかの例において、移送導管313は、可撓性ポリマー管、たとえばTygon（登録商標）管であり得る。Tygon（登録商標）管の組成は企業秘密として保持され、本開示は、必要な圧力に耐えることができ、必要に応じて流体を移送するように機能することができる限り、既存の管および将来に開発される任意の管を含むということを留意されたい。移送導管313は、必要な圧力に耐えることができ、必要に応じて流体を移送するように機能することができる限り、任意の長さまたは任意のサイズ（直径）を有することができる。移送導管313は、約0.1mm以上、0.2mm以上、0.3mm以上、0.4mm以上、0.5mm以上、1mm以上、1.5mm、2mm以上、2.5mm以上、3mm以上、5mm以上、10mm以上、20mm以上または20mm未満、15mm未満、10mm未満、5mm未満、4mm未満、3mm未満、2mm未満、1mm未満、またはそれらの間、たとえば約0.5mm ID〜5mm ID、0.1mm ID〜5mm、1mm〜5mmなどの内径（D）を有し得る。

廃棄物チャンバ310は、流体を保持するように構成されたチャンバまたは空間を含み、1つまたは複数の廃棄物試料を保持するようにサイズ設定され得る。概して、廃棄物試料は、移送導管313を介して抽出モジュールの外側から廃棄物チャンバに運ばれる。一例において、廃棄物試料は、精製モジュールの表面から移送導管313を介して廃棄物チャンバ310に運ばれる。いくつかの態様は、廃棄物試料を精製モジュール（DMFデバイス）から取り出す工程、廃棄物試料を移送導管313に通して動かす工程、廃棄物試料を試料入口308に通して動かす工程、および廃棄物試料を廃棄物チャンバに入れる工程を含み得る。試料は精製モジュールから廃棄物チャンバ310の中へ押され得るかまたは引かれ得る（吸引され得る）が、概して、ポンプ331によって発生する減圧によって引かれる。流体廃棄物試料は、試料入口308を通って／越えて移動し、廃棄物チャンバ310の中に落ちて貯蔵され得る。この工程は、同じタイプまたは異なるタイプの廃棄物流体で繰り返され得る（2回、3回など）。

移送導管313はまた、流体を保持する（たとえば、分析される試料または溶解バッファもしくは洗浄バッファを保持する）ように構成された折り返し領域314（保持部分）を含み得る。いくつかの例において、折り返し領域314は、重力の効果に抗して流体を保持する（たとえば、加えられる真空または加えられる圧力の非存在下で）ように成形され得る（たとえば非線形であり得る）。たとえば、折り返し領域314はカーブし得、そのカーブした形のおかげで、それが流体試料を収容または保持し、流体試料が折り返し領域から抜ける、ひいては移送導管313から精製モジュールへと抜けるのを防ぐようになっている。本明細書において使用される「折り返し」とは、ループまたはS字形（たとえば、第一の方向から第二の方向へと転換したのち、第一の方向に戻る）、またはより多くのループもしくは任意の回数の方向転換を指し得る。いくつかの例において、移送導管の折り返し領域は、移送導管が1回または2回（またはそれより多く）ループを形成したのち、下に延びてDMF装置のトッププレートに接続するように配置されているループまたはS字形領域である。

図1Aは、ループの形態の折り返し領域314を示す。移送導管は、廃棄物リザーバと移送導管の末端との間で2回以上、3回以上、4回以上、5回以上、10回よりも多く、20回よりも多く、および／または2回未満、3回未満、4回未満、5回未満、10回未満、20回未満、30回未満または40回未満、またはそれらの間の任意の回数（2回超かつ5回未満、5回超かつ7回未満など）折り返し得る。折り返し領域314は、1つまたは複数の場所で屈曲またはカーブし得、U字形、S字形、渦巻き形、ループ状、コイル状であり得る。保持部分または折り返し領域は、1つ以上のループもしくはコイル、2つ以上のループもしくはコイル、3つ以上のループもしくはコイル、4つ以上のループもしくはコイル、5つ以上のループもしくはコイル、10以上のループもしくはコイル、20以上のループもしくはコイル、または5つ未満のループもしくはコイル、10未満のループもしくはコイル、20未満のループもしくはコイル、またはそれらの間の任意の数、たとえば5〜10のループもしくはコイルまたは1〜4のループもしくはコイル、2〜7のループもしくはコイルなど）を有し得る。折り返し領域（たとえばループ、またはコイル、または他の保持機構）の数は任意の理由で選択され得る。たとえば、折り返し領域の数は、特定の用途（たとえば、血漿試料からの抽出）に十分な量の流体を保持することができるが、減圧の適用下で導管が圧壊しないよう（たとえば、適用される真空の下でチューブが圧壊しないよう）に選択され得る。いくつかの例において、折り返し領域314は、「間」部分、たとえばコイル、スワールなどの2つ、3つまたはそれより多くの別々の部分によって互いから離隔された、流体を保持するように構成された2つ以上の保持部分を含み得る。そのような間部分は、ガス、オイル、ゲルまたは別の媒体で満たされ得る。そのような部分は、異なる流体を離隔するように働き得る（たとえば第一のバッファを第二のバッファから離隔し得る、など）。折り返し領域314は、移送導管の残り部分とは異なる材料（たとえば静電力または他の力によって流体を「保持」する帯電材料）で構成され得る。折り返し領域314は任意のタイプの物質を保持し得るが、低表面張力流体を保持または維持し、それにより、それが移送導管313から抜け、デジタルマイクロ流体装置320（精製モジュール）に到達することを防ぐのに特に有用であり得る。折り返し領域314（および管の残り部分）は、全体を通して一定の直径を有してもよいし、別の区域よりも大きい直径を有する区域を有してもよい。たとえば、折り返し領域314は、流体を保持しない移送導管313の部分の直径よりも大きい直径を有する1つのコイルを有し得る。折り返し領域314または保持領域は、任意のタイプの流体、たとえば液体、ゲル、混合物、懸濁液、バッファ、洗浄バッファ、関心対象の試料、溶解される試料、ハイブリダイズされる試料などを保持し得るかまたは保持する（たとえば重力に抗して）ように構成され得る。いくつかの態様は、保持部分によって保持される、事前に装填された流体、たとえば液体、ゲル、混合物、バッファ、洗浄バッファ、関心対象の試料、ハイブリダイズされる試料を含む。いくつかの例において、保持部分は、間隙、たとえば空隙、オイルギャップまたは別のタイプの間隙によって離隔された2つ以上の異なる流体を保持し得る。折り返し領域314は、任意の量、たとえば10ul〜10mlまたはそれらの間、たとえば10ml以下、5ml以下、1ml以下、900ul以下、800ul以下、500ul以下、100ul以下などの量の流体を保持するように構成され得る。

図1B（図1Cも参照）は、電極のアレイ341を有する精製モジュール（デジタルマイクロ流体（DMF）デバイス）の斜視図を示す。概して（以下さらに詳細に説明するように）、流体小滴は、精製モジュール中、流体小滴を保持するように働くボトムプレートと1つまたは複数のトッププレートとの間に挟まれる。ボトムプレート上のまたはボトムプレートに隣接する作動電極と、トッププレート上のまたはトッププレートに隣接する対電極とがいっしょになって、隣接する位置に電圧を印加してエレクトロウェッティング力を発生させることにより、プレート間でおよび／またはトッププレートに沿って流体滴／小滴を動かす。DMFデバイスの動作に関するさらなる詳細に関しては、たとえば、全体として参照により本明細書に組み入れられるWO2016/06184を参照すること。いくつかの態様において、精製モジュールは、小滴の作製および切断を可能にするための現実量（数百マイクロリットル〜ミリリットル）を収容するための大きな間隙（スペーサによって生成されるような、＞1mmの）をボトムプレートとトッププレートとの間に有する。

図2は、移送導管313に接続されたモジュールインタフェース327の拡大図を示す。モジュールインタフェース327は、デジタルマイクロ流体装置320（DMF装置または精製モジュール）のトッププレートとインタフェースする。モジュールインタフェース327は、モジュールインタフェースをDMF装置と結合するように構成された連結器を含み得る。DMF装置320は、DMF装置を移送導管と結合するように構成された、DMF装置上の連結器を含み得る。連結器は概して開口を有し、モジュールインタフェースをDMFデバイスに結合する（またはDMFデバイスをモジュールインタフェースに結合する）のを支援するための特別な機能、たとえばリップ、フランジ、***部などを有し得る。モジュールインタフェース327は、流体を移送導管313の中またはその外へ移送するための開口を含む。DMF装置320はまた、流体を移送するための穴を含む。

図3は、コネクタインタフェース327において移送導管313を介してDMF装置320に結合された流体適用／抽出インタフェースデバイス300の態様を示す。廃棄物リザーバ312は、移送導管313を通して廃棄物リザーバ312に運ばれた流体を廃棄物チャンバ310中に閉じ込めるための流体トラップ311を有する。廃棄物リザーバ312はまた、コネクタ導管309を介してポンプ331に結合されている。

DMF装置は、複数の電極を使用して液体小滴を操作する。本明細書における開示と併せて有用ないくつかのDMF装置は、小滴がトッププレートとボトムプレートとの間に挟まれる「2プレート」フォーマットを有する。ボトムプレートは、第一の疎水性層または電気絶縁層に隣接する複数の電極を有する。トッププレートは、第二の疎水性層または電気絶縁層に隣接する対電極を有し、上層と下層との間に間隙がある。いくつかの例において、上層と下層との間の間隙は、少なくとも1mm、少なくとも1.1mm、少なくとも1.2mm、少なくとも1.3mm、少なくとも1.4mm、少なくとも1.5mm、少なくとも2mm、少なくとも3mm、5mm未満、4mm未満、3mm未満、2mm未満、1.5mm未満、1.4mm未満、1.3mm未満、1.2mm未満、1.1mm未満、またはそれらの間（たとえば、少なくとも1mmかつ2mm未満；少なくとも1.2mmかつ1.8mm未満など）である。具体的なサイズの間隙は、特定のタイプの試料または特定の試料取り扱い手順（たとえば、血液からの試料抽出；細胞培養物からの試料抽出；臨床試料；試料ハイブリダイゼーションなど）を最適化するためなど、任意の理由で選択され得る。本開示のいくつかの局面は、第一の疎水性層を有する第一のプレート；第二の疎水性層を有する第二のプレート；第三の疎水性層を有する第三のプレート；第一および第二の疎水性層の間に形成された、1mm以下である第一の空隙；第一および第二の疎水性層の間に形成された、1mmを超える第二の空隙であって、第一および第二の空隙は連続的であり、第二および第三のプレートは互いに重なっている、第二の空隙；第一の空隙から第二の空隙まで延びている、第一の疎水性層に隣接する複数の作動電極；および第一第二の空隙中の流体抽出領域を含む、エアマトリックスデジタルマイクロ流体（DMF）装置を含む。

本明細書に記載されるものは、本明細書に記載される流体適用／抽出インタフェースデバイス300と併せて有用な、または別のそのような用途、たとえば異なる流体適用または抽出システムに有用な、3プレートまたはマルチプレートフォーマットを有するDMF装置である。3プレートフォーマットは、トッププレートおよびボトムプレートに加えて、第三のプレートを含む。図3（図5Aおよび図5Bも参照）は、第一の疎水性層を有するプレート1 326（ボトムプレートとも呼ばれる）と、第二の疎水性層を有するプレート2 317と、第三の疎水性層を有するプレート3 315（トッププレート2とも呼ばれる）とを有するエアマトリックスデジタルマイクロ流体（DMF）装置320を示す。図3はまた、第二および第三のプレートが互いに重なることを示す。図3はまた、プレート1 326上の疎水性層（第一の疎水性層）とプレート3 315上の疎水性層（第三の疎水性層）との間の第一の空隙1 319を示す。図3はまた、プレート2 317（トッププレート1とも呼ばれる）およびプレート1 326（ボトムプレート）を示し、プレート1 326上の疎水性層（第一の疎水性層）と、プレート3 315上の疎水性層（第三の疎水性層）との間に第二の空隙2 321がある。図3はまた、第一の空隙1と第二の空隙2とが連続的であることを示す。第一の空隙1は、0.1mm超または0.1mm超、0.5mm以上、1mm以上、1.5mm以上、2mm以上、2.5mm以上または0.5mm未満、1mm未満、1.5mm未満、2mm未満、2.5mm未満、5mm未満、10mm未満、またはそれらの間、たとえば1mm超かつ5mm未満、1.5mm超かつ2.5mm未満など）であり得る。第二の空隙2は、0.1mm超または0.1mm超、0.5mm以上、1mm以上、1.5mm以上、2mm以上、2.5mm以上または0.5mm未満、1mm未満、1.5mm未満、2mm未満、2.5mm未満、5mm未満、10mm未満、またはそれらの間、たとえば1mm超かつ5mm未満、1.5mm超かつ2.5mm未満など）であり得る。いくつかの例において、第一の空隙は1mm超であり、第二の空隙は1mm以下である。いくつかの例において、第一の空隙は1mm超かつ1.2mm未満であり、第二の空隙は1.2mm以上である。

ボトムプレートは、絶縁体または第一の疎水性層に隣接する複数の作動電極を有する。いくつかの例において、複数の作動電極は第一の空隙から第二の空隙まで延びている。トッププレートもまた、疎水性層（第二の疎水性層）と第二の疎水性層に隣接する対電極とを有する。多層フォーマットは、より大きい、またはより希薄な試料を取り扱う場合に特に有用であり得る。

本開示の1つの局面は、大きな試料量を取り扱うように構成されたデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置であって、デバイスが、第一の疎水性層を有する第一のプレート；第二の疎水性層を有する第二のプレート；第一の疎水性層と第二の疎水性層との間に形成された間隙であって、第一のプレートと第二のプレートとの間の距離は1mm以上である、間隙；第一の疎水性層に隣接した第一の平面中に配置された複数の作動電極；流体を間隙の中に適用するまたは取り出すように構成された流体適用・抽出インタフェースデバイスを含み、流体適用・抽出インタフェースデバイスが、廃棄物チャンバの上方に延びる試料入口を含む流体トラップを含む、廃棄物リザーバ；試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口；および廃棄物リザーバを貫通して延びる移送導管を含み、流体が移送導管から廃棄物リザーバの中へと進み廃棄物チャンバ内に閉じ込められ得るように、試料入口が試料入口の基端で移送導管へ通じており；移送導管の末端が、第一のプレート上、第二のプレート上、または第一のプレートと第二のプレートとの間のうちの1つにある開口に結合されている、装置を含む。

流体、たとえば洗浄流体がトッププレートと下／ボトムプレートとの間に収容され、プレート間の位置からトッププレート中の穴を通してデバイスの上部（たとえばトッププレートの上部）へと動かされ得る。流体は、任意の手段によって、たとえば電極のアレイを使用した電場によって、モジュールインタフェース327を通して加えられる負圧による吸引などによって、動かされ得る。このようにして、抽出モジュール311は、DMF装置のトッププレート中の穴を通してデジタルマイクロ流体装置320（精製モジュール）に直接インタフェースされる。いくつかの例は、移送導管313からデジタルマイクロ流体装置320モジュールインタフェース327の表面への流体（の小滴）の付着を含む。いくつかの例は、DMF装置から流体（の小滴）を回収すること；および流体（の小滴）をデジタルマイクロ流体装置320の表面からモジュールインタフェース327を介して移送導管313の中へ抜き取ることを含む。いくつかの例はさらに、流体を抜き取って移送導管313に通し、試料入口308に通し、流体トラップ311に入れ、流体を廃棄物リザーバ312の中に入れることを含む。そのような流体は概して望まれない廃棄物流体である。いくつかの例は、第一の流体（の小滴）をモジュールインタフェース327に通して移送導管313の中へ抜き取り、次いで、流体（の第二の小滴）（第一の流体と同じであることができるが、概して、第一の流体とは異なる組成を有する）を移送導管313に通して抜き取ることを含む。いくつかの例は、小滴の一部またはすべてをデジタルマイクロ流体装置320の表面に付着させることを含み、流体の一部またはすべてを移送導管313の中へ抜き戻すことを含み得る。抜き取り工程および付着工程は2つの間の高速サイクリングで繰り返されることができる。これは、たとえば、2つ以上の溶液をいっしょに混合する場合に有用であり得る。DMF装置の表面へのおよびDMF装置の表面からの小滴の抜き取りおよび付着は、それぞれ、ポンプ331からの正圧および負圧によって制御されることができる。

本発明の1つの局面は、デジタルマイクロ流体（DMF）装置から大量の流体を選択的に取り出す方法を含み、方法は、DMF装置の第一のプレートと第二のプレートとの間で流体を流体抽出領域に移動させる工程であって、第一のプレートおよび第二のプレートは1mm以上の第一の間隙によって離隔されており、第一のプレートは複数の作動電極を含む、工程；流体抽出領域に結合された、DMF装置の第一のプレートと第二のプレートとの間の移送導管またはDMF装置の第一のプレートもしくは第二のプレートを貫通する開口への移送導管に、負圧を加える工程；流体の全部または一部分を抜き取って移送導管に入れ、2回以上折り返す反転経路に沿って移送導管中を通過させ、流体トラップの試料入口から出し、試料入口の下方の廃棄物チャンバに入れる工程；および複数の作動電極のサブセットにエネルギーを供給して、小滴を、第一の間隙の間から、1mm未満である距離によって離隔されている第一のプレートと第二のプレートとの間の第二の間隙へと移動させる工程を含む。

実施例1 用途：miRNA抽出および精製
現実試料の処理における本明細書に記載されるシステムの有用性を評価するために、本発明者らは、TaqMan（登録商標）miRNA ABC精製キット（Thermo Fisher Scientific）の実現を通してヒト血漿からのmiRNAの抽出および精製に尽力した。図4A〜4Fに示すように、血漿試料（50μL）を第一の管（たとえば試料調製管）からシステムの精製モジュール（すなわちDMFプラットフォーム）に導入し、その後、溶解バッファ（100μL）およびmiRNA結合ビーズ（80μL）と混合した。いずれの場合も、試薬混合物を精製モジュールから移送導管中に吸引したのち、2つの位置の間でボーラスを高速で往復運動させて徹底的に混合した（フレーム1〜3）。ビーズを溶解物中のmiRNAに結合させたのち（35℃で40分間のインキュベーション）、インタフェース区域の下に外部磁石を係合させながら反応混合物（総量150μL）を精製モジュールと移送導管との間で3回交換して、ビーズをDMFデバイスの表面に固定化することによって反応混合物から回収した。反応混合物流体を廃棄物チャンバ中に吸引し、エレクトロウェッティングを介して精製モジュールによってインタフェースに送られる洗浄1バッファ100μLを使用してビーズを再構成した（フレーム4）。ビーズを洗浄1バッファ中に解放し（磁石を解除することにより）、流体を精製モジュールと移送チューブとの間で往復運動させて、ビーズ結合miRNAを徹底的に洗浄した。ビーズを表面上に回収し（磁石を再び係合させることにより）、流体を廃棄物チャンバに送ったのち、洗浄2バッファ100μLを使用して洗浄サイクルを3回繰り返した（フレーム5）。最後に、溶出バッファ100μLを使用してサイクルを繰り返した（フレーム6）（70℃で3分間のインキュベーション）。本発明者らは、得られた試料のRT-qPCR分析を使用して、その処理物を、血漿miRNAのベンチトップ抽出および精製によって生成されたものに対して定量することにより、本発明者らのDMFシステムの性能を評価した。qPCRの前にcDNA試料を1：20に希釈した。試料によっては、qPCRの前に、cDNA合成後の希釈が重要である。本明細書に記載されるものは、DMFにおける精密な1工程希釈法である。

3つの試料からの結果を平均化した。図7は、miRNA-39の場合の結果を示す。ベンチトップシステムを使用して調製された試料は25.00の平均Ct値を出した。DMFデバイスを使用して調製された試料は27.38の平均Ct値を出した。図8は、miRNA-54の場合の結果を示す。ベンチトップシステムを使用して調製された試料は28.89の平均Ct値を出した。DMFデバイスを使用して調製された試料は31.43の平均Ct値を出した。バーは3つのmiRNA試料の平均±標準偏差を示す。いずれの場合も、DMFシステムによって調製されたmiRNAのRT-qPCR分析は、ベンチトップ（対照）システムに匹敵しうるCt値を生成した。

カートリッジ
本明細書に記載される装置（たとえばシステムおよび方法）のいずれも、DMF装置のためのカートリッジの一部として使用されてもよいし、DMF装置のためのカートリッジとして構成されてもよい。

たとえば、図9は、空隙内の小滴の動きをアクティブ化し得る複数の電極を有する再使用可能な表面に取り付けられる（たとえば真空、接着剤などによって）1つの誘電体材料である下部を含む空隙DMF装置のカートリッジの概略図を示す。座着面の内および／または下（または、いくつかの変形態様においては、上）の接続に基づき、様々な領域が空隙内に画定され得る。たとえば、図9中、溶液は、カートリッジの上部（たとえばトッププレート）から1つまたは複数の穴を介して小出しされ得る。したがって、固定された誘電体の下の駆動電極は複数の単位セルを形成し得（単位セル1つあたり駆動電極1つ）、各セルまたはセルの領域（複数のセル）を制御して、指定の機能を実行させ得る。たとえば、図9中、DMF装置は、カートリッジの周辺に配置されているゾーンまたは単位セル、たとえば冷却ゾーン（たとえば、下にあるペルチェゾーンを介する冷却）605の配置を含む。これらの領域はまた、溶液を貯蔵するために使用され得、3℃〜20℃（たとえば、10℃未満、約2℃〜25℃）に保持され得る。中央加熱ゾーン609は、小滴を加熱するために使用され得る。1つまたは複数の磁気ゾーン603は、磁気粒子を固定化する（たとえば、物質を取り出すためなど）のに有用であり得る磁場をオン／オフに切り替えるために使用され得る。ゾーンのいずれかが重なってもよい。たとえば、加熱ゾーン中の少なくとも1つの単位セルが磁気ゾーンであってもよい。他の機能ゾーンはイメージング／光学ゾーンを含む。この場合、抵抗加熱を使用するとき磁石を加熱ゾーンの真下に配置し得るため、二重の機能が可能であり得る。

DMF装置の座着面の構成によって形成されたゾーンに加えて、溶液のアリコートを提供する、溶液を混合する、および溶液を取り出すための機能ゾーンがカートリッジ中に形成され得る（たとえば、しかし、密接アクセス空隙を提供するためにトッププレート中にカットする）。

本明細書に記載される装置、特にカートリッジのいずれにおいても、マイクロ流体部分がカートリッジに組み込まれ得る。特に、これらの装置のいずれも、前記のような抽出インタフェースを含み得る。この抽出インタフェースは一般的に、最適には1つまたは複数のマイクロ流体工学チャネルに接続され得るマイクロ流体工学チャンバ（たとえばコンパートメント）を含み得る。たとえば、図9中、上部分（トッププレート）は、透明に作られたマイクロ流体工学領域を含む。この例において、マイクロ流体工学領域は、試料コンパートメントに接続されたマイクロ流体工学チャネルを含む。概して、試料コンパートメントを含むマイクロ流体工学チャネル（たとえばマイクロチャネル）は、混合し、小出しし、空隙領域からトッププレート上に廃棄するために使用され得る。加えて、これらのカートリッジのいずれも、トッププレート中に試薬リザーバを含み得る。マイクロ流体工学は、小出しし、混合し、廃棄するために1つまたは複数の弁（たとえば弁制御）によって制御され得る。本明細書において使用されるマイクロ流体工学領域は、試料チャンバおよび／またはマイクロ流体工学チャネルを含み得る。試料チャンバは、廃棄物または試料流体を含む任意の流体を保持するように構成され得る。別々の廃棄物チャンバおよび試料チャンバが使用されてもよい。

概して、本明細書に記載されるカートリッジは、誘電体と、誘電体上の第一の疎水性コーティングと、接地電極（および／またはトッププレート）上の第二の疎水性コーティングと、接地電極が結合されているトッププレートとを含み得る。疎水性コーティングはたとえばテフロンコーティングであり得る。カートリッジはまた、1つまたは複数のマイクロ流体チャネル、特に、トッププレート中に直接形成され、空隙への制御されたアクセスを有するものを含み得る。

たとえば、図10〜13は、デバイスのマイクロ流体工学部分にアクセスするための1つまたは複数のアクセスポート705、707を有するカバー703によって被覆された上面にマイクロ流体工学領域703を含むカートリッジ700の一例を示す。カバー703はまた、流体および／または気体（たとえば空気）を送り出し、取り出すために使用され得る1つもしくは複数の弁および／または1つもしくは複数の開口709を含み得る。カートリッジはまた、マイクロ流体工学チャネルをチャネル内の空隙領域に接続する開口を含む、トッププレートを貫通する開口713を含み得る。

また、本明細書に記載されるカートリッジのいずれも、空隙内の1つまたは複数の領域（読み出し領域）を光学的に画像化するための1つまたは複数の透明なウィンドウ領域711を含み得る。図11は、図10のカートリッジの上面斜視図である。図11は、最下部の誘電体フィルム751材料を示すカートリッジの側面図を示す。空隙は、図12には見えないが、誘電体と接地電極との間の空間753を指し得る。図13は、カバーを取り外したトッププレートを示す。図10を、上部を取り外した図13と比較すると、第一および第二の両マイクロ流体工学チャネルが示され、それぞれが、マイクロ流体工学チャネルから空隙に通じる開口を有する。図13中、2つのチャネルは、洗浄、混合、廃棄物除去などのために流体を1つのチャネルに通してそれらの下にあるセルの中へと押す／引くことにより、同時に使用され得る。図10〜13中、トッププレートを貫通して空気に通じるバイアホールがある。トッププレートはより厚くてもよいが、いくつかの変形態様においては、再水和させ得る凍結乾燥試薬を含む、より多くの試薬を含むことが有益であり得る。

図14Aおよび14Bは、本明細書に記載されるものなどの適用・抽出インタフェースとの使用のために構成されているDMF装置の別の例を示す。カートリッジ1401は、本明細書に記載されるものに類似している（そして、これらの特徴のいずれかを含み得る）。図14Aおよび14B中、装置は一対の試料コンパートメント1403、1405を含む。試料コンパートメントの一方は非廃棄物質（たとえば試料、バッファ、食塩水など）を装填され得、他方の試料コンパートメントは廃棄物試料コンパートメントとして構成され得る。2つよりも多い試料コンパートメントが含まれてもよい。試料コンパートメントはDMF装置の空隙への入口1411、1411’を含み得る。この入口は、空隙に直接接続されていてもよいし、先に説明され、本明細書において例示されるように、マイクロ流体工学チャネルを介して接続されてもよい。各試料コンパートメントの上部は、一方または他方（または両方）のマイクロ流体部分、たとえば各試料コンパートメントに正圧および／または負圧を加えるためのポンプ接続のための入口を含むカバー（別々のカバーまたはそれぞれを覆う1つのカバー）を含み得る。図14Bは側面図を示す。マイクロ流体部分（たとえば試料チャンバおよび／またはマイクロ流体チャネル）は、トッププレート中に形成されてもよいし、それに取り付けられてもよい。

したがって、これらの装置および方法のいずれも、カートリッジに組み込まれた1つまたは複数のマイクロ流体工学チャネルを含み得る。特に、装置は、マイクロ流体工学混合・抽出領域を含み得る。これが図15A〜15Cに示されている。たとえば、2つのマイクロ流体工学チャネル1501、1503が空隙のトッププレート中に形成され得、空隙への開口が互いから一定の距離内に配置され得る。流体は、空隙を通って、1つのマイクロ流体工学チャネルから別のマイクロ流体工学チャネルへと通され得る。これらの開口の間の空隙の領域がこれら2つの領域を橋渡しし得る1505。この構成は、空隙内で容易に混合することができるよりも大きい小滴（たとえば、5マイクロリットル超、7マイクロリットル超、10マイクロリットル超、15マイクロリットル超、20マイクロリットル超、25マイクロリットル超、30マイクロリットル超、1ml超、など）を混合するために使用され得る。

たとえば、図15A中、第一の圧力源1507（負圧および／または正圧）が、マイクロ流体工学チャネルの一端に取り付けられた状態で示され、第二の圧力源1509（正圧および／または負圧）が、別のマイクロ流体工学チャネルに取り付けられた状態で示されている。流体は、空隙から開口1505を通って第一のチャネル1501に引き込まれ得る。代替的または追加的に、正圧1507を加えることにより、流体は第一のチャネル1501から開口1505を通って空隙中に動かされ得る。同時並行的に、第二のチャネル内に負圧1509を加えることにより、流体は空隙から同じ開口1505またはその近くで第二のチャネルに引き込まれ得る。図15Bおよび15Cに示すように、正圧と負圧とを交互に加えると、比較的大量の溶液を2つのマイクロ流体工学チャネルの間で空隙内および空隙外に通過させ得る。

図15A〜15Cに示す例において、トッププレートは、マイクロ流体チャネルならびにリザーバおよび管を組み込む。代替的または追加的に、1つまたは複数のポート（たとえば、圧力源、弁などに接続するための）が含まれてもよい。たとえば、マイクロ流体工学チャネルを覆うカバーが、ポートおよび／または弁などとともに含まれてもよい。たとえば、蠕動ポンプの極性を逆にすることにより、マイクロ流体工学チャネル内に正圧および負圧を加え得る。

図16A〜16Dは、含まれ得るマイクロ流体工学チャネルの例を示す。たとえば、図16Aは、部分的にトッププレートによって形成されたマイクロ流体工学チャネルの形成を示す。図16A中、チャネルの一部分がプレート（たとえばアクリル樹脂プレート）それ自体の中に形成され得、チャネルの第二の部分が、導電性材料（すなわち酸化インジウムスズ、銅、ニッケル、クロムおよび金）で他方の側がコートされている別の材料から形成され得る。層は、接着剤によっていっしょに保持されてもよいし、および／またはいっしょに接着されてもよい。

たとえば、本明細書に記載されるカートリッジおよび装置のいずれかにおけるマイクロ流体チャネルはレーザ切断によって形成され得る。たとえば、図16A中、ラスタチャネルが部分B（トッププレートを形成するアクリル樹脂）に切り込まれ得、穴が部分Bに切り込まれ得る。加えて、1つまたは複数のポンプ穴が部分Aに切り込まれ得る。両面接着剤（たとえばテープ）を使用して部品Aを部品Bに固定し得、ローラを使用して、気泡形成を避けながら、部品Aを部品B上に配置し得る。その後、試薬を小出しするためのピペット穴を切り出し得、下部をテフロン（たとえば疎水性）コートし、アセンブリ全体を80〜200度（たとえば90〜18度など）で焼成し得る。接地電極はプレート上にすでに形成されていてもよい。

図16Bは、トッププレート中に形成された一組のマイクロ流体チャネル1605、1607の別の例を示す。また、試薬を装填するための空隙領域への開口を提供する一組の試薬入口1609が示されている。代替的または追加的に、試薬は、トッププレート上もしくはトッププレート中の1つもしくは複数のリザーバ中、たとえばマイクロ流体工学チャネル中、および／または直接の空隙領域中を含め、カートリッジ内に事前装填され得る（湿式または乾式／凍結乾燥）。図16Cおよび図16Dは、カートリッジのトッププレート中に形成され得るマイクロ流体工学チャネルのさらなる例を示す。

図17Aおよび図17Bは、DMF装置1120の空隙へ／空隙から流体を適用するおよび流体を取り出す（洗浄を含む）方法の概略的例を示す。図17A中、たとえば、カートリッジの空隙1121がトッププレート1117と下部誘電体1126との間に形成されている。コネクタインタフェース1127が第一の流体チャネル1143および第二の流体チャネル1145のための組み合わされた入口／出口ポートを接続する。これらの流体チャネルは1つまたは複数のリザーバ1105、1107に接続され得る。すでに上述したように、いくつかの変形態様において、2つの別々のコネクタインタフェース（ポート）を使用し得、1つが各流体ライン（たとえば、上記のように、マイクロ流体工学チャネルであり得る）に接続される。空隙領域1121中のブリッジ小滴が入口ラインおよび出口ラインの両方に接続し得、流体が流体ライン1143、1145に引き込まれおよびそこから引き出されて、小滴を混合し、小滴に流体を加え、小滴から流体を取り出し、固相捕捉要素（たとえば磁気ビーズ、非磁気ビーズなど）を同じ流体に繰り返し曝露して、関心対象の分析物から流体を枯渇させて、たとえば固相または他の表面上に分析物を濃縮する）などし得る。

または、図17Cおよび17Dに示すように、カートリッジは異なる高さの空隙を含み得る。たとえば、図17D中、トッププレート1115（または、もう1つのトッププレート1117に接続された別個のトッププレート1115）の一部分は誘電体1126からさらに間隔をあけて配置され得るため、コネクタインタフェース1127の周囲の領域の空隙は、トッププレートの他の領域と誘電体1121との間の空隙よりも（たとえば0.5〜2mm）大きくてもよい。同様に、図17D中、たとえばトッププレート1117の一部分を誘電体1126下層からさらに間隔をあけて配置することにより、装置の縁におけるコネクタインタフェースに近い空隙1119が他の領域の空隙1121よりも大きくてもよい。

図17Cに示す原理を説明するプロトタイプDMF装置およびカートリッジが図18A〜18Cに示されており、DMFカートリッジの空隙中でより大量の溶液を混合するための原理の証明を実証するために使用された。図18A中、DMFカートリッジの上プレートは、第一の流体ライン1843および第二の流体ライン1845に接続されたトッププレート1801を貫通する開口を含んでいた。第一の流体ラインと第二の流体ラインとの間で負圧（吸引）を交互に加えることにより、図18A、18Bおよび18Cのシーケンスに示すように、流体を第一のリザーバ1805と第二のリザーバ1807との間で行き来させた。この例において、関心対象の分析物を保持する磁気粒子は、流体がリザーバ間で交換される間、DMF装置1809によって空隙内に磁気的に保持されて（たとえば、下部、たとえば疎水性コートされた誘電体に対して）、結合および／または洗浄を増強する。

本明細書中、ある特徴または要素が別の特徴または要素の「上」にあると参照されるとき、それは、その別の特徴または要素のすぐ上にあることもできるし、介在する特徴および／または要素が存在してもよい。対照的に、特徴または要素が別の特徴または要素の「すぐ上」にあると参照されるとき、介在する特徴または要素は存在しない。また、ある特徴または要素が別の特徴または要素に「接続」、「付着」または「結合」していると参照されるとき、それは、その別の特徴または要素に直に接続、付着または結合していることもできるし、介在する特徴および／または要素が存在してもよいことが理解されよう。対照的に、特徴または要素が別の特徴または要素に「直に接続」、「直に付着」または「直に結合」していると参照されるとき、介在する特徴または要素は存在しない。記載または図示される特徴および要素は、1つの態様に関して記載または図示されているが、他の態様に当てはまることができる。また、別の特徴に「隣接」して位置する構造または特徴の参照が、その隣接する特徴の上に重なる、または下に重なる部分を有してもよいということが当業者によって理解されよう。

本明細書において使用される専門用語は、特定の態様を説明するためだけのものであり、本発明を限定することを意図しない。たとえば、本明細書において使用される単数形「a」、「an」および「the」は、文脈が別段明確に指示しない限り、複数形をも含むことを意図する。さらに、「含む」および／または「含み」は、本明細書において使用されるとき、述べられる特徴、工程、動作、要素および／または構成要素の存在を指定するが、1つまたは複数の他の特徴、工程、動作、要素、構成要素および／またはそれらの群の存在または追加を除外しないということが理解されよう。本発明において使用される「および／または」は、関連する挙げられた項目の1つまたは複数の任意およびすべての組み合わせを含み、「／」と省略されることもある。

空間的関係を示す語、たとえば「の下」、「の下方」、「下」、「の上方」、「上」などは、本明細書中、図面に示すような、1つの要素または特徴と別の要素または特徴との関係の説明を容易にするために使用され得る。空間的関係を示す語は、図面に示された向きに加えて、使用または動作中の装置の様々な向きを包含することを意図することが理解されよう。たとえば、図中の装置が上下逆さであるならば、他の要素または特徴の「下」にあると記載される要素は、他の要素または特徴の「上」に配されていることになる。したがって、例示的な語「の下」は、上および下の両方の配置を包含することができる。装置は他のやり方で配置されてもよく（90°回転または他の向き）、本明細書において使用される空間的関係を示す記述語は相応に解釈される。同様に、語「上向き」、「下向き」、「垂直」、「水平」などもまた、特に別段指示されない限り、本明細書において説明のためだけに使用される。

本明細書において様々な特徴／要素（工程を含む）を説明するために語「第一の」および「第二の」が使用されることがあるが、文脈が別段指示しない限り、これらの特徴／要素はこれらの語によって限定されるべきではない。これらの語は、1つの特徴／要素を別の特徴／要素から区別するために使用され得る。したがって、本発明の教示を逸脱することなく、以下に記載される第一の特徴／要素は第二の特徴／要素と呼ばれることもでき、同様に、以下に記載される第二の特徴／要素は第一の特徴／要素と呼ばれることもできる。

本明細書および添付の特許請求の範囲を通して、文脈が別段要求しない限り、語「含む」およびその変形、たとえば「含み」は、方法および物品（たとえば、デバイスおよび方法を含む組成物および装置）において様々な構成要素が共に用いられることができることを意味する。たとえば、語「含み」は、任意の述べられた要素または工程の包含を意味するが、任意の他の要素または工程の除外を意味しないものと理解されよう。

概して、本明細書に記載される装置および方法のいずれも、包括的であるものと理解されるべきであるが、構成要素および／または工程のすべてまたはサブセットは、代替的に、排他的であり、様々な構成、工程、サブ構成要素またはサブ工程「からなる」または「から本質的になる」と表現される場合もある。

別段明示的に指定されない限り、実施例において使用されることを含め、本明細書および特許請求の範囲において使用されるすべての数値は、語「約」または「およそ」が明示的に記載されていなくても、そのような語が前に付くものとして読まれ得る。語「約」または「およそ」は、大きさおよび／または位置を記載するとき、記載される値および／または位置が値および／または位置の妥当な予想値範囲内であることを示すために使用され得る。たとえば、数値は、述べられた値（または値の範囲）の＋／−0.1％、述べられた値（または値の範囲）の＋／−1％、述べられた値（または値の範囲）の＋／−2％、述べられた値（または値の範囲）の＋／−5％、述べられた値（または値の範囲）の＋／−10％などである数値を有し得る。また、本明細書に記される任意の数値は、文脈が別段指示しない限り、約またはおよそのその値を含むものと理解されるべきである。たとえば、数値「10」が開示されるならば、「約10」もまた開示される。本明細書に記載される任意の数値範囲は、その中に包含されるすべての部分的範囲を含むことを意図する。また、数値が開示されるとき、当業者によって適切に理解されるように、「その数値以下」、「その数値以上」および数値間の可能な範囲もまた開示されるということが理解されよう。たとえば、数値「X」が開示されるならば、「X以下」および「X以上」（たとえば、Xは数値である）もまた開示される。また、本出願を通して、データはいくつかの異なるフォーマットで提供され、このデータが、終点および起点ならびにデータ点の任意の組み合わせの範囲を表すということが理解されよう。たとえば、特定のデータ点「10」および特定のデータ点「15」が開示されるならば、10および15よりも大きい、それら以上、それら未満、それら以下およびそれらに等しいデータ点ならびに10と15との間のデータ点もまた開示されたものとみなされることが理解されよう。また、2つの特定の単位の間の各単位もまた開示されるということが理解されよう。たとえば、10および15が開示されるならば、11、12、13および14もまた開示される。

様々な例示的態様が上述されているが、特許請求の範囲によって記載されるような発明の範囲を逸脱することなく、様々な態様に対して数多くの変更を加え得る。たとえば、多くの場合、記載される様々な方法工程が実行される順序が代替態様において変更されてもよく、他の代替態様においては、1つまたは複数の方法工程が一斉に省略されてもよい。様々な装置およびシステム態様の任意選択の特徴は、いくつかの態様には含まれ、他の態様には含まれないことがある。したがって、前記は、主に例示目的に提供され、発明の範囲を特許請求の範囲に記されるとおりに限定するものと解釈されるべきではない。

本明細書に含まれる例および例示は、主題が実施され得る特定の態様を実例として示すものであり、限定ではない。先に述べたように、本開示の範囲を逸脱することなく構造および論理の置換および変更を実施し得るような他の態様が利用され、それから導出され得る。本発明主題のそのような態様は、本出願の範囲を任意の1つの発明または発明的概念に自発的に限定することを意図することなく、本明細書中、単に便宜上、個別または集合的に「発明」によって参照され得る（実際には2つ以上が開示されているとしても）。したがって、特定の態様が本明細書に例示され、記載されているが、同じ成果を達成するものと推定される任意の構造が、示された特定の態様に代えて用いられてもよい。この開示は、様々な態様の任意およびすべての改変または変形を包含することを意図したものである。上記を考察すると、上記態様と、本明細書に具体的に記載されていない他の態様との組み合わせが当業者には明らかであろう。

Claims (42)

1. 下部および上部を有し、
   第一の誘電体層；
   第一の誘電体層上の第一の疎水性層；
   第一の面および第二の面を有するトッププレート；
   該トッププレートの第一の面上の接地電極；
   該接地電極を被覆する、該トッププレートの該第一の面上の第二の疎水性層；
   該第一の疎水性層と該第二の疎水性層とを離隔する空隙；
   該トッププレートの該第二の面上にある、第一の試料コンパートメントおよび第二の試料コンパートメント；
   該第一の試料コンパートメントと該空隙との間の第一の開口および該第二の試料コンパートメントと該空隙との間の第二の開口であって、約2cm以下の範囲内で互いに隣接する、第一および第二の開口；
   該第一の試料コンパートメントと連通した、第一のポンプ接続のための第一の入口；ならびに
   該第二の試料コンパートメントと連通した、第二のポンプ接続のための第二の入口
   を含む、
   デジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のためのカートリッジ。
2. 第一の誘電体層が、第一の面および第二の面を有する誘電体材料のシートを含み、該第一の面が、カートリッジの下部の露出した下面を形成しており、第一の疎水性層が該第二の面上にある、請求項1記載のカートリッジ。
3. 誘電体材料のシートが可撓性である、請求項2記載のカートリッジ。
4. カートリッジの下部が誘電体材料のシートの第一の面によって形成されている、請求項2記載のカートリッジ。
5. 第一の疎水性層と第二の疎水性層とを離隔する空隙が、500マイクロメートルを超える離隔距離を含む、請求項1記載のカートリッジ。
6. 第一および第二の試料コンパートメントがトッププレート中に形成されている、請求項1記載のカートリッジ。
7. 第一および第二の試料コンパートメントがトッププレートの第二の面に沿って延びている、請求項1記載のカートリッジ。
8. 第一の試料コンパートメントを被覆するトップカバーをさらに含み、第一の入口が該トップカバーに結合されている、請求項1記載のカートリッジ。
9. 第一の試料コンパートメントと空隙との間の第一の開口が第一のマイクロ流体工学チャネルを含み、第二の試料コンパートメントと該空隙との間の第二の開口が第二のマイクロ流体工学チャネルを含む、請求項1記載のカートリッジ。
10. 第一および第二の試料コンパートメントがそれぞれ1mlを超える流体を収容するように構成されている、請求項1記載のカートリッジ。
11. 第一および第二の試料コンパートメントがそれぞれ25mLまでの流体を収容するように構成されている、請求項1記載のカートリッジ。
12. トッププレートがアクリル樹脂材料を含む、請求項1記載のカートリッジ。
13. トッププレートの第二の面上に1つまたは複数の試薬リザーバをさらに含む、請求項1記載のカートリッジ。
14. トッププレートの第二の面上に1つまたは複数の凍結乾燥試薬リザーバをさらに含む、請求項1記載のカートリッジ。
15. 下部および上部を有し、
    第一の面および第二の面を有する誘電体材料のシートであって、該第一の面は、カートリッジの該下部の露出した下面を形成している、誘電体材料のシート；
    該誘電体材料のシートの該第二の面上の第一の疎水性層；
    第一の面および第二の面を有するトッププレート；
    該トッププレートの第一の面上の接地電極；
    該接地電極を覆う、該トッププレートの該第一の面上の第二の疎水性層；
    該第一の疎水性層と該第二の疎水性層とを離隔する、500マイクロメートルを超える離隔距離を含む空隙；
    該トッププレートの該第二の面上にある、第一の試料コンパートメントおよび第二の試料コンパートメント；
    該第一の試料コンパートメントと該空隙との間の第一の開口および該第二の試料コンパートメントと該空隙との間の第二の開口であって、約2cmの範囲内で互いに隣接する、第一および第二の開口；
    該第一の試料コンパートメントと連通した、第一のポンプ接続のための第一の入口；ならびに
    該第二の試料コンパートメントと連通した、第二のポンプ接続のための第二の入口
    を含む、
    デジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のためのカートリッジ。
16. 下部および上部を有し、
    下部誘電体層；
    第一の面および第二の面を有するトッププレート；
    該トッププレートの第一の面上の接地電極；
    該下部誘電体層と該接地電極との間の空隙；
    該トッププレートの該第二の面上にある、第一の試料コンパートメントおよび第二の試料コンパートメント；
    該第一の試料コンパートメントと該空隙との間の第一の開口および該第二の試料コンパートメントと該空隙との間の第二の開口であって、約2cm以下の範囲内で互いに隣接する、第一および第二の開口；
    該第一の試料コンパートメントと連通した、第一のポンプ接続のための第一の入口；ならびに
    該第二の試料コンパートメントと連通した、第二のポンプ接続のための第二の入口
    を含む、
    デジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のためのカートリッジ。
17. デジタルマイクロ流体工学（DMF）装置のための流体適用・抽出インタフェースデバイスであって、
    該デバイスが直立状態に保持されるとき廃棄物チャンバの上方に延びる試料入口を含む流体トラップを含む、廃棄物リザーバ；
    該デバイスが直立状態に保持されるとき該試料入口の上方で該廃棄物リザーバを貫通する開口；および
    該廃棄物リザーバを貫通して延びる移送導管であって、流体が該移送導管から該廃棄物リザーバの中へと進み該廃棄物チャンバ内に閉じ込められ得るように、該試料入口が該試料入口の基端で該移送導管へ通じている、移送導管
    を含み、
    該移送導管が、該移送導管の末端で該DMF装置に結合するように構成されている、
    デバイス。
18. デジタルマイクロ流体工学装置のための流体適用・抽出インタフェースデバイスであって、
    該デバイスが直立状態に保持されるとき廃棄物チャンバの上方に延びる試料入口を含む流体トラップを含む、廃棄物リザーバ；
    該デバイスが直立状態に保持されるとき該試料入口の上方で該廃棄物リザーバを貫通する開口；
    該開口に結合されたコネクタ導管；および
    該廃棄物リザーバを貫通して延びる移送導管であって、流体が該移送導管から該廃棄物リザーバの中へと進み該廃棄物チャンバ内に閉じ込められ得るように、該試料入口が該試料入口の基端で該移送導管へ通じている、移送導管
    を含み、
    該移送導管が、該移送導管の末端で該デジタルマイクロ流体工学装置に結合するように構成されており、該移送導管が該廃棄物リザーバと該移送導管の該末端との間で2回以上折り返している、
    デバイス。
19. 移送導管と結合するように構成された、DMF装置上の連結器をさらに含む、請求項17または18記載のデバイス。
20. 移送導管が廃棄物リザーバと該移送導管の末端との間で2回以上折り返している、請求項17記載のデバイス。
21. 移送導管が廃棄物リザーバと該移送導管の末端との間に1つまたは複数のループを含む、請求項17または18記載のデバイス。
22. 試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口に結合されたコネクタ導管をさらに含む、請求項17記載のデバイス。
23. 移送導管中に正圧または負圧を選択的に加えるためにコネクタ導管または該移送導管のいずれかに結合された制御可能な圧力源をさらに含む、請求項17または18記載のデバイス。
24. 移送導管中に正圧または負圧を選択的に加えるためにコネクタ導管または該移送導管のいずれかに結合された蠕動ポンプをさらに含む、請求項17または18記載のデバイス。
25. 廃棄物リザーバが、0.5ml〜50mlの容積を有するチューブを含む、請求項17または18記載のデバイス。
26. 廃棄物チャンバの容積が0.4〜50mlである、請求項17または18記載のデバイス。
27. 移送導管が廃棄物リザーバの底部を貫通して延びている、請求項17または18記載のデバイス。
28. 移送導管の内径が約0.5mm ID〜5mmである、請求項17または18記載のデバイス。
29. 移送導管が管を含む、請求項17または18記載のデバイス。
30. 大きな試料量を取り扱うように構成されたデジタルマイクロ流体工学（DMF）装置であって、デバイスが、
    第一の疎水性層を有する第一のプレート；
    第二の疎水性層を有する第二のプレート；
    該第一の疎水性層と該第二の疎水性層との間に形成された間隙であって、該第一のプレートと該第二のプレートとの間の距離は1mm以上である、間隙；
    該第一の疎水性層に隣接した第一の平面中に配置された複数の作動電極；
    流体を該間隙の中に適用するまたは取り出すように構成された流体適用・抽出インタフェースデバイスであって、
    廃棄物チャンバの上方に延びる試料入口を含む流体トラップを含む、廃棄物リザーバ；
    該試料入口の上方で該廃棄物リザーバを貫通する開口；および
    該廃棄物リザーバを貫通して延びる移送導管であって、流体が該移送導管から該廃棄物リザーバの中へと進み該廃棄物チャンバ内に閉じ込められ得るように、該試料入口が該試料入口の基端で該移送導管へ通じている、移送導管
    を含み、
    該移送導管の末端が、該第一のプレート上、該第二のプレート上、または該第一のプレートと該第二のプレートとの間のうちの1つにある開口に結合されている、
    流体適用・抽出インタフェースデバイス
    を含む、装置。
31. 移送導管が廃棄物リザーバと該移送導管の末端との間で2回以上折り返している、請求項30記載の装置。
32. 移送導管が廃棄物リザーバと該移送導管の末端との間に1つまたは複数のループを含む、請求項30記載の装置。
33. 試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口に結合されたコネクタ導管をさらに含む、請求項30記載の装置。
34. 移送導管中に正圧または負圧を選択的に加えるための制御可能な圧力源をさらに含み、該制御可能な圧力源が、試料入口の上方で廃棄物リザーバを貫通する開口に接続されたコネクタ導管、または該移送導管のいずれかに結合されている、請求項30記載の装置。
35. 移送導管中に正圧または負圧を選択的に加えるように構成された蠕動ポンプをさらに含む、請求項30記載の装置。
36. 廃棄物リザーバが、0.4ml〜50mlの容積を有するチューブを含む、請求項30記載の装置。
37. 廃棄物チャンバの容積が0.4〜50mlである、請求項30記載の装置。
38. 移送導管が廃棄物リザーバの底部を貫通して延びている、請求項30記載の装置。
39. 移送導管の内径が約0.5mm ID〜5mmである、請求項30記載の装置。
40. 移送導管が管を含む、請求項30記載の装置。
41. デジタルマイクロ流体（DMF）装置から大量の流体を選択的に取り出す方法であって、
    該DMF装置の第一のプレートと第二のプレートとの間で流体を流体抽出領域に移動させる工程であって、該第一のプレートおよび該第二のプレートは1mm以上の第一の間隙によって離隔されており、該第一のプレートは複数の作動電極を含む、工程；
    該流体抽出領域に結合された、該DMF装置の該第一のプレートと該第二のプレートとの間の移送導管または該DMF装置の該第一のプレートもしくは該第二のプレートを貫通する開口への移送導管に、負圧を加える工程；
    該流体の全部または一部分を抜き取って該移送導管に入れ、2回以上折り返す反転経路に沿って該移送導管中を通過させ、流体トラップの試料入口から出し、該試料入口の下方の廃棄物チャンバに入れる工程；および
    該複数の作動電極のサブセットにエネルギーを供給して、小滴を、該第一の間隙の間から、1mm未満である距離によって離隔されている該第一のプレートと第二のプレートとの間の第二の間隙へと移動させる工程
    を含む、方法。
42. 第一の疎水性層を有する第一のプレート；
    第二の疎水性層を有する第二のプレート；
    第三の疎水性層を有する第三のプレート；
    該第一の疎水性層と該第二の疎水性層との間に形成された、1mm以下である第一の空隙；
    該第一の疎水性層と該第二の疎水性層との間に形成された、1mmを超える第二の空隙であって、該第一および第二の空隙は連続的であり、該第二および第三のプレートは互いに重なっている、第二の空隙；
    該第一の空隙から該第二の空隙まで延びている、該第一の疎水性層に隣接する複数の作動電極；および
    該第一第二の空隙中の流体抽出領域
    を含む、エアマトリックスデジタルマイクロ流体（DMF）装置。

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