特許 5755328 ディジタルマイクロ流体ベースのラボオンチップ内で廃棄物の減少を伴う希釈のためのアーキテクチャ的レイアウト

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5755328

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月29日

(54)【発明の名称】ディジタルマイクロ流体ベースのラボオンチップ内で廃棄物の減少を伴う希釈のためのアーキテクチャ的レイアウト

(51)【国際特許分類】

   G01N 35/02 20060101AFI20150709BHJP

   G01N 35/08 20060101ALI20150709BHJP

   G01N 37/00 20060101ALI20150709BHJP

【ＦＩ】

   G01N35/02 D

   G01N35/08 A

   G01N37/00 101

【請求項の数】17

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2013-519167(P2013-519167)

(86)(22)【出願日】2010年11月12日

(65)【公表番号】特表2013-531253(P2013-531253A)

(43)【公表日】2013年8月1日

(86)【国際出願番号】IB2010002899

(87)【国際公開番号】WO2012007787

(87)【国際公開日】20120119

【審査請求日】2013年3月5日

(31)【優先権主張番号】770/KOL/2010

(32)【優先日】2010年7月15日

(33)【優先権主張国】IN

(73)【特許権者】

【識別番号】513009174

【氏名又は名称】インディアン スタティスティカル インスティテュート

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109586

【弁理士】

【氏名又は名称】土屋 徹雄

(72)【発明者】

【氏名】ブハッタチャリャ，ブハーガブ，ビー．

(72)【発明者】

【氏名】ロイ，スディップ

(72)【発明者】

【氏名】チャクラバルティ，クリシュネンドゥー

【審査官】 清水 督史

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００６−５００５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００３１６８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０７７８５９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３５／００−３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）ベースの複数の電極プラットフォームを配置した装置であって、各プラットフォームが流体液滴を保持し前記流体液滴を隣接プラットフォームに輸送するように構成されており、
混合モジュールを形成する複数のプラットフォームと、
流体試料を供給する２つ以上の試料リザーバと、
廃棄物液滴を収集する１つ以上の廃棄物リザーバと、
前記２つの試料リザーバのうちの一方と前記混合モジュールを形成する前記複数のプラットフォームのうちの１つとの間に延びるプラットフォームの第１試料経路と、
前記２つの試料リザーバのうちの他方と前記混合モジュールを形成する前記複数のプラットフォームのうちの１つとの間に延びるプラットフォームの第２試料経路と、
前記混合モジュールを形成する前記複数のプラットフォームのうちの１つと廃棄物リザーバとの間に延びるプラットフォームの廃棄物経路と、
前記混合モジュールを形成する前記複数のプラットフォームのうちの１つから延びるプラットフォームの出力経路と、
前記経路のうちの１つの前記プラットフォームのうちの１つへのアクセスをそれぞれが有する複数のストレージプラットフォームと
を含み、
前記混合モジュールを形成する前記複数のプラットフォームは、ＤＭＦロータリミキサを形成する概して円形のパターンで配置され、
第２ＤＭＦロータリミキサを形成する概して円形のパターンで配置された第２の複数のプラットフォームであって、
前記第１試料経路は、前記２つの試料リザーバの一方と前記第２ロータリミキサを形成する前記第２の複数のプラットフォームのうちの１つとの間にも延び、
前記第２試料経路は、前記２つの試料リザーバの他方と前記第２ロータリミキサを形成する前記第２の複数のプラットフォームのうちの１つとの間にも延び、
前記出力経路は、前記第２ロータリミキサを形成する前記第２の複数のプラットフォームのうちの１つからも延びる、
第２の複数のプラットフォームと、
第２廃棄物リザーバと、
前記第２ロータリミキサを形成する前記第２の複数のプラットフォームのうちの１つと前記第２廃棄物リザーバとの間に延びるプラットフォームの第２廃棄物経路と
をさらに含む、装置。

【請求項2】

前記複数のストレージプラットフォーム内に、前記ロータリミキサを形成する前記複数のプラットフォームより多数のストレージプラットフォームがあり、
前記複数のストレージプラットフォーム内に、前記第２ロータリミキサを形成する前記第２の複数のプラットフォームより多数のストレージプラットフォームがある
請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記ロータリミキサを形成する前記複数のプラットフォーム内のプラットフォームの個数は、前記第２ロータリミキサを形成する前記第２の複数のプラットフォーム内のプラットフォームの個数と等しい、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記ロータリミキサを形成する前記複数のプラットフォーム内のプラットフォームの個数は、式

【数1】

によって表され、Ｎは、（ｉ）１つ以上の後続の混合するステップの個数および（ｉｉ）４のうちの大きい方である、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記複数のストレージプラットフォーム内のプラットフォームの個数は、式
２（Ｎ−２）
によって表される、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

単一のディジタルマイクロ流体バイオチップ内に含まれる、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項7】

液滴が、前記複数のストレージプラットフォームの各ストレージプラットフォームに格納される時に、前記格納された液滴のそれぞれを、前記経路のうちの１つの前記プラットフォームのうちの１つに輸送することができる、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項8】

ディジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）バイオチップ上で流体試料を希釈する方法であって、前記バイオチップは、少なくとも（ｉ）２つの試料リザーバのいずれかから２つの混合モジュールのうちの１つに流体液滴を輸送し、（ｉｉ）複数のストレージプラットフォームのそれぞれへおよびこれから流体液滴を輸送するために配置された、前記２つの混合モジュールおよび複数のＤＭＦベースの電極プラットフォームを含む、方法において、
前記２つの試料リザーバのそれぞれから前記２つの混合モジュールのうちの１つへ、１つ以上の流体液滴を輸送することであって、前記輸送される流体液滴は、初期結果混合物を形成するために前記２つの混合モジュールのうちの前記１つ内で一緒に混合される、輸送することと、
１つ以上の後続の混合するステップであって、各所与の後続の混合するステップは、
（ｉ）前記２つの試料リザーバまたは（ｉｉ）前記ストレージプラットフォームのうちの１つから前記２つの混合モジュールのうちの１つへ少なくとも１つの液滴を輸送することと、
前記少なくとも１つの輸送された液滴を、先行する混合するステップで生成された結果混合物の少なくとも１つの液滴と混合することと
を含み、前記所与の後続の混合するステップは、結果混合物を生成する、１つ以上の後続の混合するステップと
を含み、
前記２つの混合モジュールは、２つのＤＭＦロータリミキサである、方法。

【請求項9】

前記初期結果混合物を２以上の液滴に分離することと、
前記２以上の液滴のうちの少なくとも１つを前記複数のストレージプラットフォームのうちの少なくとも１つに格納することと
をさらに含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記１つ以上の後続の混合するステップの大多数の各混合するステップで、（ｉ）前記２つの試料リザーバまたは（ｉｉ）前記ストレージプラットフォームのうちの１つから前記２つの混合モジュールのうちの１つへ少なくとも１つの液滴を輸送することは、
前記ストレージプラットフォームのうちの少なくとも１つから前記２つの混合モジュールのうちの１つへ少なくとも１つの液滴を輸送すること
を含む、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記１つ以上の後続の混合するステップのうちの少なくとも２つは、同時に異なる混合モジュールで行われる、請求項８に記載の方法。

【請求項12】

前記２つの混合モジュールのそれぞれは、式

【数2】

によって示される個数のプラットフォームを含み、Ｎは（ｉ）前記１つ以上の後続の混合するステップの個数および（ｉｉ）４のうちの大きい方である、請求項８に記載の方法。

【請求項13】

前記複数のストレージプラットフォーム内のプラットフォームの個数は、２（Ｎ−２）である、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記１つ以上の後続の混合するステップのうちの少なくとも１つは、
前記１つ以上の後続の混合するステップで生成された結果混合物液滴を２以上の結果液滴に分離することと、
前記２以上の結果液滴のうちの少なくとも１つを前記複数のストレージプラットフォームのうちの少なくとも１つに格納することと
をさらに含む、請求項８ないし１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記１つ以上の後続の混合するステップのうちの少なくとも１つは、先行する混合するステップで生成された前記結果混合物が生成された同一の混合モジュールで行われる、請求項８ないし１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】

前記１つ以上の後続の混合するステップのうちの少なくとも１つは、先行する混合するステップで生成された前記結果混合物が生成された混合モジュールとは異なる混合モジュールで行われる、請求項８ないし１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

ディジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）装置であって、１つまたは複数の電極プラットフォームを含み、各プラットフォームが流体液滴を保持し前記流体液滴を隣接プラットフォームに輸送するように構成されており、
前記装置は、
前記流体液滴を混合させながら前記流体液滴を円を描くように移動させる、円形のロータリ混合モジュールを形成する複数のプラットフォームと、
流体液滴を供給する２つ以上の試料リザーバと、
廃棄物液滴を収集する１つ以上の廃棄物リザーバと、
前記２つの試料リザーバのうちの一方と前記混合モジュールを形成する前記複数のプラットフォームのうちの１つとの間に延びており、流体液滴を前記２つの試料リザーバのうちの前記一方から前記円形のロータリ混合モジュールに輸送するための、前記プラットフォームの第１試料経路と、
前記２つの試料リザーバのうちの他方と前記円形のロータリ混合モジュールを形成する前記複数のプラットフォームのうちの１つとの間に延びており、流体液滴を前記２つの試料リザーバのうちの前記他方から前記円形のロータリ混合モジュールに輸送するための、プラットフォームの第２試料経路と、
前記円形のロータリ混合モジュールを形成する前記複数のプラットフォームのうちの１つと廃棄物リザーバとの間に延びており、廃棄物液滴を前記円形のロータリ混合モジュールから前記廃棄物リザーバに輸送するための、プラットフォームの廃棄物経路と、
前記円形のロータリ混合モジュールを形成する前記複数のプラットフォームのうちの１つから延びるプラットフォームの出力経路と、
前記円形のロータリ混合モジュールに隣接するが前記円形のロータリ混合モジュールには含まれない位置に配置された複数のストレージプラットフォームとを備え、前記複数のストレージプラットフォームの各々は、流体液滴が前記複数のストレージプラットフォームと前記円形のロータリ混合モジュールの間で輸送可能となるように、前記経路の１つの前記プラットフォームの１つへのアクセスを有することを特徴とし、
前記混合モジュールを形成する前記複数のプラットフォームは、ＤＭＦロータリミキサを形成する概して円形のパターンで配置され、
前記装置は、
第２ＤＭＦロータリミキサを形成する概して円形のパターンで配置された第２の複数のプラットフォームであって、
前記第１試料経路は、前記２つの試料リザーバの一方と前記第２ロータリミキサを形成する前記第２の複数のプラットフォームのうちの１つとの間にも延び、
前記第２試料経路は、前記２つの試料リザーバの他方と前記第２ロータリミキサを形成する前記第２の複数のプラットフォームのうちの１つとの間にも延び、
前記出力経路は、前記第２ロータリミキサを形成する前記第２の複数のプラットフォームのうちの１つからも延びる、
第２の複数のプラットフォームと、
第２廃棄物リザーバと、
前記第２ロータリミキサを形成する前記第２の複数のプラットフォームのうちの１つと前記第２廃棄物リザーバとの間に延びるプラットフォームの第２廃棄物経路と
をさらに含む、ディジタルマイクロ流体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は、米国特許法第１１９（ｄ）条の下で、参照によって本明細書に組み込まれている、２０１０年６月１５日に出願した、インドで出願され出願番号第７７０／ＫＯＬ／２０１０号を有する対応する特許出願に対する優先権を主張するものである。

【0002】

本願は、全般的にはディジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）ベースのバイオチップの設計に関する。

【背景技術】

【0003】

心臓血管疾患、癌、糖尿病、ＨＩＶその他などの流行している病気に関連する検査診断の上昇するコストという課題に対処するために、「ラボオンチップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ、ＬＯＣ）と呼ばれる新しい技術が現れようとしている。ＬＯＣは、小さいチップ（たとえば、面積において２〜３平方センチメートルの）上で１つ以上の生化学検査プロトコルまたは生化学検査アッセイを実施する。伝統的なベンチトップ手順と比較して、これらのバイオチップは、多数の利益すなわち、少ない試料および試薬の消費、最小限の人間の介入に起因する誤りの可能性が小さいこと、ならびに高いスループットおよび高い感度を提供する。

【0004】

「ディジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）バイオチップ」と呼ばれる、ある特定のバイオチップは、検出などのアッセイ動作ならびに試料前処理および試料調製を１つのチップ上で統合するように設計される。試料の希釈などのフロントエンド診断機能を、オンチップでまたはチップの外部での試料調製中の前処理によって実行することができる。オフチップ試料処理および試料調製は、検査プロセスに要求される可能性がある長いリードタイムに起因して、全体的な生化学アッセイ時間に対する大きい障害を提示する可能性がある。したがって、高速で高スループットの応用について、試料希釈などの試料前処理ステップを、オンチップで自動化する、すなわち、バイオチップ自体に統合し、そこで完結することが望ましい可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

試料／試薬を希釈するためのディジタルマイクロ流体バイオチップの使用に関連する１つの課題は、廃棄物を最小にすると同時に、所望のターゲット濃度を達成するために相対的に少数の希釈ステップを必要とする、希釈アルゴリズムを使用することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態によれば、ＤＭＦベースの電極プラットフォームの装置が、提供され、混合モジュール、２つ以上の試料リザーバ、１つ以上の廃棄物リザーバ、および複数のストレージプラットフォームを含む。この装置は、混合モジュールとリザーバとの間に延びる経路ならびに混合モジュールから出る経路をも含む。

【0007】

もう１つの実施形態では、ディジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）バイオチップ上で試料／試薬流体を希釈する方法が提供される。この方法は、２つの試料リザーバのそれぞれから２つの混合モジュールのうちの１つへ１つ以上の流体液滴を輸送することと、１つ以上の液滴を２つの混合モジュールのうちの１つ内で一緒に混合することとを含む。この方法は、１つ以上の後続の混合するステップをさらに含み、各混合するステップは、（ｉ）２つの試料リザーバのうちの１つまたは（ｉｉ）ＤＭＦベースのバイオチップ上に含まれる１つ以上のストレージプラットフォームのいずれかから２つの混合モジュールのうちの１つへ、１つ以上の液滴を輸送することを含む。各所与の混合するステップは、少なくとも１つ以上の輸送された液滴を、先行する混合ステップで生成された結果混合物の少なくとも１つの液滴と一緒に混合することをさらに含む。

【0008】

さらなる実施形態では、２つの入力ＣＦ流体からターゲットＣＦ混合物を生成する混合ステップのシーケンスを判定するソフトウェア命令が提供される。ソフトウェア命令は、ＤＭＦベースの電極プラットフォームの装置が、判定された混合ステップのシーケンスを実行することを可能にする適当な作動シーケンスをさらに判定する。

【0009】

前述の要約は、例示的であるのみであって、いかなる形でも限定的であることは意図されていない。上で説明した例示的な態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴が、図面および次の発明を実施するための形態を参照することによって明白になる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】ＤＭＦベースの電極プラットフォームの例を示す図である。

【図1B】２つの別々の液滴を有するＤＭＦベースの複数の電極プラットフォームの例示的な１×３アレイを示す図である。

【図1C】１つの大きい液滴に混合される２つの液滴を有するＤＭＦベースの複数の電極プラットフォームの例示的な１×３アレイを示す図である。

【図2】３つの単位体積液滴を３つの別々の単位体積液滴に分離する例示的な１６プラットフォームＤＭＦロータリミキサを示す図である。

【図3】ターゲット濃縮係数を有する流体を生成するのに使用される混合ステップのシーケンスを判定する例示的なアルゴリズムを示す流れ図である。

【図4】特定のターゲット濃縮係数を有する流体を生成するのに使用される混合ステップの例示的なシーケンスを示す図である。

【図5】符号（円の内部）が利用される単位体積の個数を示す、図４の混合ステップの例示的なシーケンスを示す図である。

【図6】混合ステップのシーケンスを実行するＤＭＦベースの複数の電極プラットフォームを配置した例示的な装置を示す図である。

【図7】混合ステップのシーケンスを実行するＤＭＦベースの複数の電極プラットフォームを配置したもう１つの例示的な装置を示す図である。

【図8】本明細書に記載の１つ以上の方法を実行するソフトウェア命令を生成するように配置された例示的なコンピューティングデバイスを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付図面を参照する。図面では、別段文脈により示されない限り、通常、同様の記号が同様の構成要素を識別する。発明を実施するための形態、図面、および特許請求の範囲に記載の例示的実施形態は、限定的であることを意図されたものではない。本明細書で提示される主題の趣旨または範囲から逸脱せずに、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。全般的に本明細書で説明され、図面に図示される本開示の態様を、さまざまな異なる構成で配置し、置換し、組合せ、設計することができ、そのすべてが本開示で明示的に企図され、本開示の一部にされていることが、たやすく理解されるであろう。

【0012】

希釈ステップを実行するように設計されたディジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）バイオチップは、エレクトロウェッティング・オン・ディエレクトリック（ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ−ｏｎ−ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）（ＥＷＯＤ）技術を利用することができる。ＥＷＯＤ技術は、液体を通る電位を変更することによって誘電表面上の液体の湿潤性を変更することを中心に展開する。たとえば、図１に、例示的なＥＷＯＤ電極１００（本明細書では「プラットフォーム」と称する）に乗っている液滴を示す。ワイヤ電極１０２および底電極１０６を介して印加される比較的低い電位は、液滴に、実線の曲線１０８によって示される丸い形状を形成させることができる。ワイヤ電極１０２および底電極１０６を介して印加される比較的高い電位は、液滴を、破線曲線１１０によって示されるように平らにすることができる。図１に示されたものなどのＤＭＦベースの複数の電極プラットフォームを、プラットフォームへの電位の印加および除去によって液滴をプラットフォームからプラットフォームへ移動させることができるように、隣接して位置決めすることができる。さらに、複数の液滴の混合が、液滴を１つ以上のプラットフォームにまたがって組み合わせることによって実行される形で、プラットフォームをチップ上で位置決めすることができる。ＥＷＯＤ技術に加えて、弾性表面波またはオプトエレクトロウェッティング（ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ）の利用など、液滴ベースのマイクロ流体バイオチップ上で混合ステップおよび分離ステップを実行する他の方法も存在し得る。

【0013】

ＤＭＦベースのバイオチップの例では、誘電体１０４および底電極１０６を、ホウ素アルミノケイ酸ガラス基板（図示せず）内にカプセル化することができる。クロム層（たとえば、５ｎｍの）および金層（たとえば、１００ｎｍの）を、ガラス基板上に堆積し、標準的なフォトリソグラフィおよび湿式エッチングによってパターン形成することができる。底電極を、インジウムスズ酸化物から形成することができる。誘電層１０４を、パリレンＣから形成し、フォトリソグラフィを使用してパターン形成することができる。追加層（図示せず）を誘電層１０４に追加して、表面を疎水性にすることができる（たとえば、３０ｎｍ厚さの０．５％テフロン（登録商標）ＡＦ １０６０層）。いくつかの実施形態で、ワイヤ電極１０２は、底電極１０６に似た、ガラス基板内にカプセル化されたプレート電極の形をとることができる。

【0014】

プラットフォームが保持できる例示的な液滴体積を、約１〜２ｎＬ程度とすることができるが、プラットフォームのサイズに依存して、他の体積も可能である。いくつかのＤＭＦバイオチップでは、単一のプラットフォーム上に含まれる流体の体積を制御することが可能ではない場合がある。したがって、１つの混合ステップで混合できる流体の最小体積を、隣接するプラットフォームからの液滴と混合される、あるプラットフォームからの液滴とすることができる。したがって、「単位体積」は、特定のＤＭＦバイオチップの１つのプラットフォーム上に含めることができる液滴の体積を指すものとすることができる。バイオチップは、チップの全体的なサイズに依存して、異なるプラットフォームサイズを有することができる。したがって、異なるバイオチップは、異なる単位体積に関連することができ、応用例に依存して、そのように選択しまたは設計することができる。

【0015】

特定のディジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）バイオチップは、図１Ｂおよび１Ｃに示された複数のプラットフォームの例示的な１×３アレイのいずれかなど、複数のプラットフォームのアレイを含むことができる。図１Ｂに、プラットフォーム１１２、１１４、および１１６を示し、プラットフォーム１１２および１１６は、それぞれの液滴１１８および１２０を保持する。プラットフォームが、隣接するプラットフォームとのあるオーバーラップを伴う単位体積の液滴を保持すると考えられ、あるいは、液滴の任意の部分が、たとえばその体積および応用例に依存して、プラットフォーム上に存在することができると留意されたい。プラットフォーム１１４への電圧の印加ならびにプラットフォーム１１２および１１６への電圧の非印加（de-application）は、液滴１１８および１２０をプラットフォーム１１４に引き付けさせることができる。プラットフォームにまたがるこの液滴１２２の組合せを、図１Ｃに示す。その後、組合せまたは結果液滴１２２は、個々の液滴１１８または１２０の体積の約２倍の体積を有する。プラットフォーム１１２および１１６への電圧の再印加およびプラットフォーム１１４への電圧の非印加は、組合せ液滴１２２を分離し、図１Ｂに示された構成をもたらすことができる。

【0016】

プラットフォームのアレイに印加され液滴にアレイの回りで移動させる電圧の順序を、作動シーケンスと呼ぶことができる。作動シーケンスを、ビットパターンとして表すことができ、１は、電圧の印加を表し、０は、電圧の非印加を表す。たとえば、プラットフォーム１１２、１１４、および１１６にまたがる液滴１１８および１２０の混合（図１Ｂおよび１Ｃに図示）をもたらす作動シーケンスを、表１に示す。

【0017】

【表1】

【0018】

時間ステップ０では、プラットフォーム１１２および１１６はハイに駆動され、１１４はロウに駆動され、したがって、液滴１１８および１２０をそれぞれのプラットフォーム１１２および１１６に閉じ込める。時間ステップ１では、プラットフォーム１１２および１１６はロウに駆動され、プラットフォーム１１４はハイに駆動される。したがって、両方の液滴が、プラットフォーム１１４に引き付けられ、その結果、一緒に混合される。最後に、時間ステップ２では、プラットフォーム１１２および１１６は、もう一度ハイに駆動され、１１４はロウに駆動される。これは、分離する力を結果液滴１２２に印加し、したがって、液滴を２つの実質的に等しい体積の液滴に分割し、これらをそれぞれプラットフォーム１１２および１１６上に含める。

【0019】

図２に、１９個のプラットフォームの例示的なアレイを示し、このプラットフォームのうちの１６個は、ロータリミキサ２００を形成するために概して円形パターンに配置されている。プラットフォーム１７〜１９は、ロータリミキサ２００から出る経路として配置される。プラットフォーム２および１７は、隣接する。ロータリミキサ２００などのＤＭＦロータリミキサを、ＤＭＦベースのバイオチップ内で使用することができる。というのは、ロータリミキサを使用して、同時に複数の液滴を一緒に混合し、複数の液滴の組合せから１つの液滴を分離することができるからである。そのような機能性は、応用例に依存して、バイオチップで望ましい可能性がある。図２に示されたロータリミキサ２００は、１６個のプラットフォームを有するが、他のロータリミキサは、異なる個数のプラットフォームを有することができる。

【0020】

図２には、３単位体積の流体液滴の組合せを有し、ロータリミキサ２００のプラットフォーム１、２、および３にまたがる組合せ液滴２０２も示されている。表２の作動シーケンスが実行される時に、この組合せ液滴２０２を、それぞれ１単位体積の３つの実質的に等しい液滴に分離することができる。

【0021】

【表2】

たとえば、時間ステップ０では、プラットフォーム１〜３がハイに駆動され、したがって、この３つのプラットフォームにまたがって組合せ液滴２０２を保持する。時間ステップ１では、プラットフォーム２はロウに駆動され、プラットフォーム１７および１８はハイに駆動される。これは、組合せ液滴がプラットフォーム１、３、および１７に向かって同時にまたはほぼ同時に引かれるので、３方向に分離する力を印加する。時間ステップ２では、プラットフォーム１７がロウに駆動され、したがって、１つの液滴２０４がプラットフォーム１上に保持され、１つの液滴２０６がプラットフォーム２０６上に保持され、１つの液滴２０８がプラットフォーム１８上に保持されることをもたらす。

【0022】

ディジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）バイオチップを使用して、希釈問題を解決するアルゴリズムのステップを実行することができる。希釈問題は、生の試料／試薬流体（１００％濃度を有する）および中性緩衝液（０％濃度を有する）を与えられて、試料の所望の濃縮係数（ＣＦ）を得るための１対１（１：１）混合するステップおよび分離するステップのシーケンスを判定すること、と述べることができる。ＣＦは、通常、パーセンテージ（たとえば、２３％）または分数（たとえば、２３／１００）として表され、緩衝液と混合された後の希釈された試料の最終的な体積に対する生の試料の体積の比と考えることができる。１００％のＣＦを有する例示的な試薬液は、ある体積の飽和塩水溶液とすることができ、０％のＣＦを有する例示的な緩衝液を、ある体積の蒸留水とすることができる。

【0023】

大規模希釈応用例では、初期流体試料（たとえば、緩衝液および試薬流体）が不足している場合がある。したがって、希釈ステップが、ディジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）バイオチップ上で実行されるように設計される時には、それらのステップが、比較的少量の初期流体試料を使用することが望ましい場合がある。さらに、バイオチップを、サイズにおいて２〜３平方センチメートル程度とすることができ、したがって、比較的少量の廃棄物をもたらす混合ステップおよび分離ステップのシーケンスが望ましい場合もある。

【0024】

比較的少量の廃棄物をもたらし、比較的少量の初期流体試料を使用する、混合／分離ステップのシーケンスを判定し、実行する、１つのそのような例示的なアルゴリズムを、図３の流れ図３００に示す。図示のアルゴリズムは、供給される試薬流体が１００％未満のＣＦを有し、緩衝液が０％を超えるＣＦを有する場合に加えて、供給される試薬流体（または生の試料）が１００％のＣＦを有し、緩衝液が０％のＣＦを有する場合に適用可能である。どの場合でも、初期試薬流体の濃縮係数をＣ_Ｈと表すことができ、緩衝液の濃縮係数をＣ_Ｌと表すことができ、所望の濃縮係数（またはターゲット濃縮係数）をＣ_Ｔと表すことができ、０％≦Ｃ_Ｌ＜Ｃ_Ｔ＜Ｃ_Ｈ≦１００％である。

【0025】

流れ３００は、ステップ３０２で始まり、ここで、混合／分離ステップの所望の個数を、選択し、整数Ｎとして表す。Ｎ個（以下）の混合／分離ステップの後に、±１／２^Ｎに制限された誤差を有する所望のターゲット濃度を有する結果溶液が生成される。したがって、Ｎを、精度レベルと考えることもできる。というのは、Ｎが大きければ大きいほど、ターゲット濃度をより正確にすることができるからである。

【0026】

ステップ３０４で継続して、ターゲットＣＦを、２^Ｎの分母を有する有理数として表す。たとえば、Ｎが１０として選択される場合には、所望のターゲットＣＦを、

【0027】

【数1】

として表すことができる。分子Ｔを、応用例に依存して任意の整数として選択することができる。たとえば、Ｔ＝３１３は、

【0028】

【数2】

のターゲットＣＦと等しいものとすることができる。

【0029】

ステップ３０６では、２つの初期試料（たとえば、試薬流体および緩衝液）のＣＦも、２^Ｎの分母を有する有理数として表される。より小さいＣＦを有する初期試料に、Ｃ_Ｌとしてラベルを付け、より大きいＣＦを有する初期試料に、Ｃ_Ｈとしてラベルを付ける。たとえば、Ｎが１０として選択され、より小さい入力試料が０％のＣＦを有し、より大きい入力試料が１００％のＣＦを有する場合に、Ｃ_Ｌを、

【0030】

【数3】

として表すことができ、Ｃ_Ｈを、

【0031】

【数4】

として表すことができる。

【0032】

ステップ３０８では、Ｃ_ＬおよびＣ_Ｈの濃縮係数を有する試料を、１：１体積比で混合する。１：１の比を、両方の反応物がほぼ等しい体積を有する任意の比とすることができることを理解されたい。したがって、１：１比は、２：２、３：３、またはｋ：ｋ比（ｋは整数である）を含む。ステップ３０８の結果混合物は、Ｃ_Ｌ値とＣ_Ｈ値との平均値であり、

【0033】

【数5】

と表すことができるＣＦを有し、ここで、

【0034】

【数6】

である。たとえば、

【0035】

【数7】

として表されるＣＦを有する流体の単位体積が、

【0036】

【数8】

として表されるＣＦを有する流体の単位体積と混合される場合に、結果混合物は、

【0037】

【数9】

として表されるＣＦを有する２単位体積の流体になる。

【0038】

ステップ３０８での混合の後に、この流れは、ステップ３１０で継続し、ここで、結果混合物のＣＦを、ターゲットＣＦと比較する。当然、結果混合物のＣＦがＣ_Ｔと等しい（またはＣ_Ｔの約±１／２^Ｎの許容可能な誤差以内である）場合には、この流れは終了する。結果ＣＦがターゲットＣＦより大きい場合には、結果混合物を、直前の混合ステップで使用された２つのＣＦのうちのより小さい方と混合する。これは、この流れでは、ステップ３１２で、Ｃ_Ｒと等しくなるようにポインタＣ_Ｈをリセットすることと、混合ステップ３０８でこの流れを継続することとによって示される。結果ＣＦがターゲットＣＦより小さい場合には、結果混合物を、直前のステップで使用された２つのＣＦのうちのより大きい方と混合する。これは、この流れでは、ステップ３１４で、Ｃ_Ｒと等しくなるようにポインタＣ_Ｌをリセットすることと、混合ステップ３０８でこの流れを継続することとによって示される。この形で、各混合ステップの結果混合物は、ターゲットＣＦに近づく。

【0039】

図４に、流れ図３００に示されたアルゴリズムによる混合ステップの例示的なシーケンスを示す。この例では、１０が、精度レベルとして選択され、したがって、すべてのＣＦが、２^１０＝１０２４の分母を用いて表される。この例では、初期試料は、ＣＦ ０／１０２４および１０２４／１０２４を有し、ターゲットＣＦは、３１３／１０２４である。したがって、混合ステップ１について、Ｃ_Ｌ＝０／１０２４、Ｃ_Ｈ＝１０２４／１０２４、およびＣ_Ｒ＝５１２／１０２４である。混合ステップごとに、Ｃ_ＬおよびＣ_Ｈが１：１比で混合されるので、Ｃ_Ｒの分子は、Ｃ_ＬおよびＣ_Ｈの分子の平均をとることによって計算することができる。たとえば、混合ステップ１で、Ｃ_Ｒ分子５１２は、Ｃ_Ｌ分子０およびＣ_Ｈ分子１０２４の平均値である。

【0040】

混合ステップ１の結果混合物は、３１３／１０２４のターゲットＣＦより大きく、したがって、次の混合ステップでは、混合ステップ１の結果が、混合ステップ１で使用されたＣ_ＬおよびＣ_Ｈのうちのより小さい方と混合されなければならない。これを混合ステップ２に見ることができる。というのは、５１２／１０２４混合物が、０／１０２４試料と混合されて、２５６／１０２４結果を生成するからである。この２５６／１０２４結果は、ターゲット３１３／１０２４より小さいＣＦを有し、混合ステップ３で５１２／１０２４（混合ステップ２で使用されたＣ_ＬおよびＣ_Ｈのうちのより大きい方）と混合される。したがって、混合ステップ３は、３８４／１０２４のＣＦを有する結果を生成する。

【0041】

図４の混合ステップは、この形で進行し、混合ステップ４で３２０／１０２４、混合ステップ５で２８８／１０２４、混合ステップ６で３０４／１０２４、混合ステップ７で３１２／１０２４、混合ステップ８で３１６／１０２４、混合ステップ９で３１４／１０２４、および最後に混合ステップ１０でターゲットＣＦすなわち３１３／１０２４のＣＦを有する結果を生成する。

【0042】

混合ステップのシーケンスから生じる廃棄物の量を減らす１つの方法は、各ステップで、ターゲットＣＦを生成するために後続ステップで必要な量の溶液だけ（またはそれに近い量）を一緒に混合することである。たとえば、図５に、符号（円の内部）が、混合ステップ１０で２単位体積のターゲットＣＦを生成するために使用される各中間混合物の単位体積の個数を示す、図４の混合ステップおよび分離ステップのシーケンスを示す。応用例に依存して、ターゲットＣＦの単位体積の他の個数が望まれる場合もある（たとえば、４、６、８など）。図５の各混合ステップは、実質的に１：１の混合ステップなので、一緒に混合される溶液は、等しい体積を有するものとして示され、したがって、結果混合物単位体積は、２の倍数である。

【0043】

ある方法を使用して、混合／分離ステップのシーケンスの各混合ステップで必要な混合物の単位体積の個数を判定することができる。図５の例では、混合ステップ１０で、ターゲットＣＦ ３１３／１０２４の２単位体積が望まれることが判定された。したがって、これは、３１２／１０２４の１単位体積を３１４／１０２４の１単位体積と混合することを必要とする。混合ステップ９では、３１４／１０２４が、結果ＣＦである。３１４／１０２４の何個の単位体積がこのステップで生成される必要があるのか（２単位体積が最小値である）を判定するために、後続の混合ステップで、３１４／１０２４の何個の単位体積が必要であるのかを判定する。この場合に、任意の後続ステップ（この例では混合ステップ１０）で、３１４／１０２４の１個の単位体積だけが必要であり、したがって、混合ステップ９では、３１４／１０２４の最小値の２単位体積が生成されなければならない。したがって、これは、混合ステップ９で、反応物のそれぞれ（３１２／１０２４および３１６／１０２４）の１単位体積を必要とする。

【0044】

この方法は、混合ステップ８で３１６／１０２４の何個の単位体積が必要であるのかを判定することによって継続される。３１６／１０２４の１個の単位体積だけが、任意の後続の混合ステップ（この例では混合ステップ９）で必要なので、３１６／１０２４の最小値の２単位体積が、混合ステップ８で生成されなければならない。したがって、これは、混合ステップ８で、反応物のそれぞれ（３１２／１０２４および３２０／１０２４）の１単位体積を必要とする。

【0045】

この例示的な混合ステップ７では、３１２／１０２４の３単位体積が後続混合ステップで必要（混合ステップ８、９、および１０のそれぞれで１単位体積）なので、３１２／１０２４の４単位体積が生成されなければならないことが判定される。したがって、これは、混合ステップ７で、反応物のそれぞれ（３０４／１０２４および３２０／１０２４）の２単位体積を必要とする。

【0046】

この方法は、所与の混合ステップごとに継続され、したがって、後続混合ステップで使用される結果溶液の単位体積を判定することによって、所与の各混合ステップの結果溶液の単位体積を判定する。各所与の混合ステップでの反応物の単位体積は、結果溶液の単位体積の個数を半分にする（および、丸める）ことによって判定される。図５の混合ステップの残りについてこの方法を実行することによって、初期ＣＦ １０２４／１０２４の３単位体積が混合ステップ１で使用され、初期ＣＦ ０／１０２４の３単位体積が混合ステップ１で使用され、初期ＣＦ ０／１０２４の３単位体積が混合ステップ２で使用されることが判定された。したがって、この例では、９単位体積の初期反応物が要求される。混合ステップのシーケンスが実行された後に、２単位体積のターゲットＣＦが生成される。したがって、混合ステップの例示的なシーケンスは、９−２＝７単位体積の廃棄物を生成する。

【0047】

図６に、アルゴリズム３００によって説明される混合ステップのシーケンスを実行することができるディジタルマイクロ流体バイオチップを含むことができるＥＷＯＤプラットフォームの例示的な装置６００を示す。この装置は、試料リザーバ６０２、緩衝物リザーバ６０４（または第２試料リザーバ）、および廃棄物リザーバ６０６を含む。この装置は、混合ステップおよび分離ステップを実行する混合モジュールをも含む。混合モジュールは、装置６００内のＤＭＦロータリミキサ６１６として図示されているが、プラットフォームのマトリックスなど、他の混合モジュールを使用することもできる。

【0048】

装置６００は、ＤＭＦロータリミキサ６１６を囲み、液滴がリザーバとの間で移動するための経路を形成する複数のプラットフォームをも含む。たとえば、複数のプラットフォームは、試料経路６０８を形成し、試料リザーバ６０２とロータリミキサ６１６との間で液滴を輸送することができる。試料経路６１０を形成する複数のプラットフォームは、試料リザーバ６０４とロータリミキサ６１６との間で液滴を輸送することができる。廃棄物経路６１２を形成する複数のプラットフォームは、ロータリミキサ６１６と廃棄物リザーバ６０６との間で液滴を輸送することができる。出力経路６１４を形成する複数のプラットフォームは、ロータリミキサ６１６からバイオチップの外部などの出力へ液滴を輸送することができる。

【0049】

装置６００内のある種のプラットフォームを、ストレージプラットフォームとして指定することができる。ストレージプラットフォームは、中間混合ステップで生成され、後続混合ステップでもう一度必要になる結果液滴を保持することができる。装置６００内でのストレージプラットフォームの可能な位置は、黒いドットによって識別される。流体制約を満足し、意図されない混合が行われないようにするために、その位置は、２つの斜めに、水平に、または垂直に隣接するストレージプラットフォームの間に少なくとも１つの電極ギャップを有して配置される。ストレージプラットフォームの位置を、流体制約が満足され、意図されない混合が発生し得ないようになる位置とすることができる。

【0050】

図５に示された例示的な混合ステップを、装置６００内で実行することができる。試料リザーバ６０２は、１０２４／１０２４ ＣＦを含むことができ、試料リザーバ６０４は、０／１０２４ ＣＦを含むことができる。混合ステップ１は、０／１０２４の３液滴を１０２４／１０２４ ＣＦの３液滴と混合することを要求する。したがって、第１ステップとして、１０２４／１０２４ ＣＦの３液滴をリザーバ６０２からロータリミキサ６１６へ輸送させるために、経路６０８を含むプラットフォームを適当なシーケンスで作動させることができる。同時に、０／１０２４ ＣＦの３液滴を試料リザーバ６０４から混合モジュール６１６へ輸送させるために、経路６１０を含むプラットフォームを適当なシーケンスで作動させることができる。混合ステップのために要求される液滴のすべてが、混合モジュール６１６のプラットフォームに含まれる時に、適当な作動シーケンスが、液滴を一緒に混合させることができ、混合に必要なある長さの時間の後に、５１２／１０２４のＣＦを有する６液滴の結果混合物を形成させることができる。

【0051】

図５に示された混合ステップのシーケンスは、５１２／１０２４の５液滴が、後続の混合するステップ（混合ステップ２で３液滴、混合ステップ３で２液滴）で必要であることを示す。したがって、６液滴混合物のうちの１液滴を破棄することができる。適当なプラットフォーム作動シーケンスは、ロータリミキサに、６液滴混合物から１液滴を分離させ、これを経路６１２を介して破棄させることができる。３液滴が、次の混合ステップ（混合ステップ２）のために必要であり、したがって、これらの３液滴は、混合モジュール内に留まることができ、２液滴は、ストレージプラットフォームのうちの２つに輸送される。適当な作動シーケンスが、残りの５液滴混合物から２液滴を分離し、液滴のそれぞれを経路の１つを介して異なるストレージプラットフォームに輸送することができる。

【0052】

混合ステップ２を、試料リザーバ６０４から０／１０２４ ＣＦの３液滴を輸送し、これらを、以前の混合ステップの後にロータリミキサ６１６内に残った５１２／１０２４の３液滴と混合することによって実行することができる。混合ステップ２の結果は、２５６／１０２４の６液滴である。これらの液滴のうちの２つは、次の混合するステップで必要であり、４液滴は、後続の混合するステップで必要である（混合ステップ４で３液滴、混合ステップ５で１液滴）。したがって、適当な作動シーケンスは、４液滴を６液滴結果混合物から分離させ、４つの異なるストレージプラットフォームに輸送させることができる。

【0053】

混合ステップ３は、２５６／１０２４の２液滴を５１２／１０２４の２液滴と混合することを要求する。２５６／１０２４の２液滴は、前の混合ステップの後に混合モジュール６１６内に残っており、５１２／１０２４の２液滴は、２つの異なるストレージプラットフォームに格納されている。したがって、２つの５１２／１０２４液滴をストレージプラットフォームから混合モジュール６１６に輸送させることができる適当な作動シーケンスの適用の後に、混合ステップ３を、混合モジュール６１６で行うことができる。

【0054】

図５の混合ステップは、適当なシーケンスで装置６００のプラットフォームを作動させることによって、この形で継続する。最後の混合ステップが行われる時に、混合モジュール６１６は、液滴を分離し、出力経路６１４を介して輸送することができる。

【0055】

装置６００内のストレージプラットフォームの個数および混合モジュール６１６を形成するプラットフォームの個数は、応用例に基づいて決定することができる。たとえば、アルゴリズム３００を使用すると、２液滴ターゲットＣＦについて、最大ストレージ需要は、アルゴリズムの所望の精度に基づき、
（Ｎ−２）
として表され、計算することができる。

【0056】

これを、Ｎが１０として選択され、ターゲットＣＦがＣＦ ５１３／１０２４の２液滴として選択され、初期ＣＦが０／１０２４および１０２４／１０２４である例で見ることができる。表３に、５１３／１０２４のターゲットＣＦを生成する、１０個のそのような混合ステップを示す。表３の各行は、その特定のステップで使用されるより大きいＣＦおよびより小さいＣＦ、ならびにその特定のステップで使用されるより大きいＣＦおよびより小さいＣＦの液滴の個数を示す。

【0057】

【表3】

【0058】

結果ＣＦ ５１２／１０２４の１０液滴を生成する表３の最初の混合ステップの後に、ＣＦ ５１２／１０２４の１液滴が、混合モジュール内に残って、混合ステップ２で混合される。ＣＦ ５１２／１０２４の８液滴は、後続の混合ステップで使用されるので（ＣＦ ５１２／１０２４の１液滴が、混合ステップ３〜１０のそれぞれで使用される）、ＣＦ ５１２／１０２４のこれらの８液滴は、必要になるまで、ＤＭＦバイオチップのそれぞれのストレージプラットフォームに格納される。ＣＦ ５１２／１０２４の残りの１液滴は、必要でなく、破棄することができる。したがって、アルゴリズム３００によるターゲットＣＦの２液滴を生成する混合ステップのシーケンスでの中間ＣＦの最大液滴需要は、Ｎ−１である（これは、表３に示された例では、ＣＦ ５１２／１０２４の９液滴である）。また、アルゴリズム３００によるＮ混合／分離ステップの後にターゲットＣＦの２液滴を生成するように設計されたＤＭＦバイオチップ上のストレージプラットフォームの最大個数は、Ｎ−２である。

【0059】

同様に、ＤＭＦロータリミキサに必要なプラットフォームの個数も、応用例に依存する。上の例を使用すると、中間ＣＦ液滴の最大需要が（Ｎ−１）である場合には、（Ｎ−１）個の液滴を生成するために、成分のそれぞれからの

【0060】

【数10】

個の液滴が必要である。一例として、Ｎが１０として選択される場合には、特定のＣＦの最大需要は、１０−１＝９液滴である。９液滴を生成するためには、成分のそれぞれの５液滴が必要とされる。これは、式

【0061】

【数11】

によって表される。したがって、混合される２つの成分の液滴の総数は、式

【0062】

【数12】

によって表される。

【0063】

【数13】

個の液滴が、１つのステップで一緒に混合される必要がある場合があるので、ロータリミキサは、少なくともその個数のプラットフォームを有しなければならず、

【0064】

【数14】

個の液滴の混合物を回転／攪拌し、効果的に混合できるようにするために、いくつかの追加のプラットフォーム（たとえば、６個の追加プラットフォーム）を含まなければならない。したがって、ロータリミキサを構成するプラットフォームの個数を、

【0065】

【数15】

として表すことができる。

【0066】

図７に、混合ステップのシーケンスを実行するように設計されたＤＭＦベースの複数の電極プラットフォームのもう１つの例示的な装置７００を示す。装置７００は、装置７００が試料リザーバ７０２、緩衝物リザーバ（または第２試料リザーバ）７０４、および廃棄物リザーバ７０６を含むという点で、装置６００に似ている。装置６００で使用される１つのロータリミキサではなく、装置７００は、並列処理のために２つのＤＭＦロータリミキサ７２０および７２２を使用する。２つのロータリミキサを使用することの主な目的は、並列処理を行い、ステップ間液滴輸送時間を減らすことである。一方のロータリミキサ、たとえば７２０が、ＣＦ ０／１０２４および１０２４／１０２４を使用する混合／分離ステップ１を実行し、結果ＣＦ ５１２／１０２４を生成しつつある間に、他方のロータリミキサ７２２に、ＣＦ １０２４／１０２４の入力試料液滴を装填し、ＣＦ ５１２／１０２４の結果液滴がロータリミキサ７２０内で生成されるや否や、これを非常に高速でロータリミキサ７２２に輸送することができる。この利益は、後続の混合／分離ステップにも適用可能である。やはり、たとえば、並列処理を使用して、他方のロータリミキサを使用して、第２ターゲットＣＦを生成するために混合／分離ステップの第２シーケンスを同時に実行する間に、一方のロータリミキサで第１ターゲットＣＦを生成するために混合／分離ステップの第１シーケンスを実行することができる。

【0067】

代替案では、混合／分離ステップの同一のシーケンスを両方のロータリミキサで同時に実行して、ターゲットＣＦの３個以上の液滴（たとえば、４個、６個、８個など）を生成することができる。別のロータリミキサでターゲットＣＦの２液滴を生成するように設計された混合／分離ステップの同一のシーケンスを同時に実行しながら、あるロータリミキサでターゲットＣＦの２液滴を生成するように設計された混合／分離ステップのシーケンスを実行することは、シーケンスが単一のロータリミキサでターゲットＣＦの４液滴を生成するように設計される場合より高速に４つのターゲット液滴を生成することができる。さらに、チップ面積を犠牲にして、より高速の処理のために、３つ以上のロータリミキサを使用することができる。

【0068】

装置７００は、試料リザーバ７０２とロータリミキサ７２０および７２２との間で液滴を輸送できる試料経路７０８を形成する複数のプラットフォームをも含む。試料リザーバ７０４とロータリミキサ７２０および７２２との間で液滴を輸送できる試料経路７１０も含まれる。廃棄物経路７１２を形成する複数のプラットフォームは、ロータリミキサ７２０と廃棄物リザーバ７０６との間で液滴を輸送することができ、廃棄物経路７１４を形成する複数のプラットフォームは、ロータリミキサ７２２と第２廃棄物リザーバ７１８との間で液滴を輸送することができる。出力経路７１６も含まれ、出力経路７１６は、ロータリミキサ７１８および７２０からバイオチップの外部などの出力に液滴を輸送することができる。

【0069】

装置７００内のストレージプラットフォームの潜在的な位置は、黒いドットによって示される。装置７００は、２つのロータリミキサ７２０および７２２と共に示されているので、最大
２（Ｎ−２）個
のストレージ位置が必要になる可能性がある。

【0070】

図８は、バイオチップに関連するものとすることができる例示的なコンピューティングデバイス８００を示すブロック図である。コンピューティングデバイス８００のすべてまたは一部を、バイオチップ内に埋め込むことができ、あるいは、バイオチップを、バイオチップの外部のコンピューティングデバイス８００のすべてまたは一部と結合するように設計することができる（たとえば、命令を受け取るために）。

【0071】

非常に基本的な構成８０１では、コンピューティングデバイス８００は、通常、１つ以上のプロセッサ８１０およびシステムメモリ８２０を含む。メモリバス８３０を、プロセッサ８１０とシステムメモリ８２０との間の通信に使用することができる。

【0072】

所望の構成に応じて、プロセッサ８１０を、マイクロプロセッサ（μＰ）、マイクロコントローラ（μＣ）、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、またはその任意の組合せを含むがこれらに限定されない任意のタイプとすることができる。プロセッサ８１０は、レベル１キャッシュ８１１およびレベル２キャッシュ８１２などのもう１レベルのキャッシング、プロセッサコア８１３、ならびにレジスタ８１４を含むことができる。プロセッサコア８１３は、算術論理ユニット（ＡＬＵ）、浮動点少数ユニット（ＦＰＵ）、ディジタル信号処理コア（ＤＳＰコア）、またはその任意の組合せを含むことができる。メモリコントローラ８１５を、プロセッサ８１０と共に使用することもでき、あるいは、いくつかの実施態様では、メモリコントローラ８１５を、プロセッサ８１０の内部部分とすることができる。

【0073】

所望の構成に応じて、システムメモリ８２０を、揮発性メモリ（ＲＡＭなど）、不揮発性メモリ（ＲＯＭ、フラッシュメモリ、その他など）、またはその任意の組合せを含むがこれに限定されない任意のタイプのメモリとすることができる。システムメモリ８２０は、通常、オペレーティングシステム８２１、１つ以上のアプリケーション８２２、およびプログラムデータ８２４を含む。

【0074】

アプリケーション８２２は、開示されるアルゴリズムのすべてまたは一部を含むことができる。たとえば、アプリケーション８２２は、入力として、所望のターゲット濃縮係数、ターゲット濃縮係数の所望の単位体積、初期試薬および緩衝液の濃縮係数、ならびに精度レベルすなわちＮの値を受け取ることができる。アプリケーション８２２は、ターゲット濃縮係数の所望の体積を達成するために適当な混合／分離ステップを責任を持って判定することができる。さらに、アプリケーション８２２は、判定された混合／分離ステップを実行する命令をも判定することができる。たとえば、コンピューティングデバイス８００に関連するＤＭＦデバイスでは、これらの命令は、ＤＭＦベースの複数の電極プラットフォームのアレイに、判定された混合／分離ステップを実行させる適当な作動シーケンスを含むことができる。そのような命令は、ＤＭＦベースの電極のアドレス可能アレイの作動シーケンスと呼ばれる、ビットパターン／ビットストリームの形をとることができる。

【0075】

ＤＭＦベースの複数の電極プラットフォームに混合ステップの判定されたシーケンスを実行させるために、適当な作動シーケンスを、１つ以上の周辺インターフェースに供給することができる。Ｉ／Ｏポート８７３は、プラットフォームに結合され、受け取られた作動シーケンスに基づいて、混合ステップの判定されたシーケンスが実行されるようにプラットフォームに電圧を印加することができる。

【0076】

コンピューティングデバイス８００は、追加の特徴または機能性ならびに、基本的な構成８０１とすべての必要な装置およびインターフェースとの間の通信を容易にするための追加のインターフェースを有することができる。たとえば、バス／インターフェースコントローラ８４０を使用して、基本的な構成８０１と１つ以上のデータストレージ装置８５０との間のストレージインターフェースバス８４１を介する通信を容易にすることができる。データストレージ装置８５０は、取外し式ストレージ装置８５１、非取外し式ストレージ装置８５２、またはその組合せとすることができる。取外し式ストレージ装置および非取外し式ストレージ装置の例は、２〜３例を挙げると、フレキシブルディスクドライブおよびハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの磁気ディスク装置、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブまたはディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライブなどの光ディスクドライブ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、およびテープドライブを含む。例示的なコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータなどの情報の格納のための任意の方法または技術で実施される、揮発性および不揮発性の、取外し式および非取外し式の媒体を含むことができる。

【0077】

システムメモリ８２０、取外し式ストレージ８５１、および非取外し式ストレージ８５２は、すべて、コンピュータ記憶媒体の例である。コンピュータ記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、または他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、ディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、または他の光ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ、または他の磁気ストレージ装置、あるいは所望の情報を格納するのに使用でき、コンピューティングデバイス８００によってアクセスできる任意の他の媒体を含むが、これに限定はされない。そのようなすべてのコンピュータ記憶媒体を、デバイス８００の一部とすることができる。

【0078】

コンピューティングデバイス８００は、さまざまなインターフェース装置（たとえば、出力インターフェース、周辺インターフェース、および通信インターフェース）から基本的な構成８０１へのバス／インターフェースコントローラ８４０を介する通信を容易にするインターフェースバス８４２を含むこともできる。例示的な出力インターフェース８６０は、１つ以上のＡ／Ｖポート８６３を介してディスプレイまたはスピーカなどのさまざまな外部装置へ通信するように構成できる、グラフィックス処理ユニット８６１およびオーディオ処理ユニット８６２を含む。例示的な周辺インターフェース８６０は、１つ以上のＩ／Ｏポート８７３を介して入力装置（たとえば、キーボード、マウス、ペン、音声入力装置、タッチ入力装置など）または他の周辺装置（たとえば、プリンタ、スキャナなど）などの外部装置と通信するように構成できる、シリアルインターフェースコントローラ８７１またはパラレルインターフェースコントローラ８７２を含む。例示的な通信インターフェース８８０は、１つ以上の通信ポート８８２を介するネットワーク通信を介する１つ以上の他のコンピューティングデバイス８９０との通信を容易にするように配置できる、ネットワークコントローラ８８１を含む。通信接続は、通信媒体の１つの例である。通信媒体を、通常、搬送波または他のトランスポート機構などの変調されたデータ信号内のコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータによって実施することができ、通信媒体は、任意の情報配送媒体を含む。「変調されたデータ信号」は、信号内で情報を符号化する形でその特性のうちの１つ以上を設定されまたは変更された信号とすることができる。限定ではなく例として、通信媒体は、有線ネットワークまたは直接配線接続などの有線媒体と、音響、ラジオ周波数（ＲＦ）、赤外線（ＩＲ）、および他の無線媒体などの無線媒体とを含むことができる。本明細書で使用される時に、（１つ以上の）コンピュータ可読媒体という用語は、記憶媒体と通信媒体との両方を含むことができる。

【0079】

コンピューティングデバイス８００を、ディジタルマイクロ流体バイオチップの一部として実施することができる。コンピューティングデバイス８００を、ラップトップコンピュータ構成と非ラップトップコンピュータ構成との両方を含むパーソナルコンピュータとして実施することもできる。

【0080】

本開示は、さまざまな態様の例示であることを意図された、本願に記載の特定の実施形態に関して限定されてはならない。当業者に明白であるように、多数の修正形態および変形形態を、その趣旨および範囲から逸脱せずに生成することができる。本開示の範囲内の機能的に同等の方法および装置は、本明細書に列挙された方法および装置に加えて、前述の説明から当業者に明白であろう。そのような修正形態および変形形態は、添付の特許請求の範囲の範囲に含まれることが意図されている。本開示は、添付の特許請求の範囲が権利を与えられる同等物の全範囲と一緒に、添付の特許請求の範囲の言葉によってのみ限定されなければならない。本開示が、特定の方法、試薬、化合物、合成物、または材料に限定されず、これらの方法、試薬、化合物、合成物、または材料が、もちろん変化し得ることを理解されたい。本明細書で使用される用語法が、特定の実施形態を説明するためのみのものであって、限定的であることを意図されていないことも理解されたい。

【0081】

本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。さまざまな単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。

【0082】

通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（たとえば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（たとえば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。

【0083】

たとえば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」および「１つ以上の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つ以上の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つ以上の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（たとえば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。

【0084】

さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣなどの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。

【0085】

当業者によって理解されるように、書面を提供することに関してなど、すべてにおいて、本明細書で開示されるすべての範囲は、任意のすべての可能な部分範囲およびその部分範囲の組合せをも包含する。すべてのリストされた範囲を、少なくとも等しい半分、１／３、１／４、１／５、１／１０などに分割された同一の範囲を十分に記述し、可能にするものとしてたやすく認めることができる。非限定的な例として、本明細書で述べられる各範囲を、下側１／３、中央１／３、および上側１／３などにたやすく分解することができる。やはり当業者によって理解されるように、「ｕｐ ｔｏ（まで）」、「ａｔ ｌｅａｓｔ（少なくとも）」、「ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ（より大きい）」、「ｌｅｓｓ ｔｈａｎ（より小さい）」、および類似物などのすべての言葉は、具陳された数を含み、その後に上で述べたように部分範囲に分割され得る範囲に言及する。最後に、当業者によって理解されるように、範囲は、各個々のメンバを含む。したがって、たとえば、１〜３個のセルを有する群は、１個、２個、または３個のセルを有する群に言及する。同様に、１〜５個のセルを有する群は、１個、２個、３個、４個、または５個のセルを有する群に言及するなどである。

【0086】

さまざまな態様および実施形態を本明細書で開示したが、他の態様および実施形態が、当業者に明白であろう。本明細書で開示されたさまざまな態様および実施形態は、例示のためのものであって、限定的であることは意図されておらず、真の範囲および趣旨は、次の特許請求の範囲によって示される。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】