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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024119899
(43)【公開日】2024-09-03
(54)【発明の名称】細胞の微小液滴検出のためのデバイスおよび方法
(51)【国際特許分類】
G01N 35/08 20060101AFI20240827BHJP
G01N 37/00 20060101ALI20240827BHJP
C12M 1/34 20060101ALI20240827BHJP
C12Q 1/04 20060101ALI20240827BHJP
【ＦＩ】
G01N35/08 B
G01N37/00 101
C12M1/34 B
C12Q1/04
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024091430
(22)【出願日】2024-06-05
(62)【分割の表示】P 2021528854の分割
【原出願日】2019-11-08
(31)【優先権主張番号】18207377.5
(32)【優先日】2018-11-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】18207379.1
(32)【優先日】2018-11-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】1909514.0
(32)【優先日】2019-07-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(71)【出願人】
【識別番号】521217482
【氏名又は名称】ライトキャスト ディスカバリー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＬＩＧＨＴＣＡＳＴ ＤＩＳＣＯＶＥＲＹ ＬＴＤ
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100173473
【弁理士】
【氏名又は名称】高井良 克己
(72)【発明者】
【氏名】トム アイザック
(72)【発明者】
【氏名】キャメロン フレイリング
(57)【要約】 （修正有）
【課題】生物学的サンプル内に含まれる細胞の１以上の特性を操作および／または決定するためのデバイス、系、および関連する方法が提供される。
【解決手段】デバイスは、以下を含む：細胞含有微小液滴を空虚なそれから細胞含有第１微小液滴の集団へと分離するように構成されたソーティングコンポーネント；現実または仮想の電極濡れ電極を用いて第１の微小液滴を操作するように構成された微小液滴操作コンポーネント、および、１以上の検出窓を介して微小液滴からの光信号を検出するように構成された光学検出系。
【選択図】図１
【解決手段】デバイスは、以下を含む：細胞含有微小液滴を空虚なそれから細胞含有第１微小液滴の集団へと分離するように構成されたソーティングコンポーネント；現実または仮想の電極濡れ電極を用いて第１の微小液滴を操作するように構成された微小液滴操作コンポーネント、および、１以上の検出窓を介して微小液滴からの光信号を検出するように構成された光学検出系。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
生物学的サンプル内に含まれる細胞の１以上の特性を操作および／または決定するため
のデバイスであって、以下を含む、デバイス：
細胞含有微小液滴を空虚なそれから細胞含有第１微小液滴の集団へと分離するように構
成されたソーティングコンポーネント；
現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を使用して第１微小液滴を操作するよ
うに構成された微小液滴操作コンポーネントであって、以下を含む、微小液滴操作コンポ
ーネント：
光学検査のために第１微小液滴をアレイに配置し、任意で、微小液滴併合によって各
第１微小液滴にレポーター系を導入するように構成された、第１ゾーン；
第１ゾーン内またはそれに隣接して位置し、１以上の検出ウィンドウ内の併合された
微小液滴を検出するように構成された、第２ゾーン；および
任意に、微小液滴を細分し、後で機器から回収するために単離することができる、第
３ゾーン；および
１以上の検出窓を介して、併合された微小液滴からの光信号を検出するように構成され
た光学検出系であって、併合された微小液滴について、信号が、レポーター系と細胞また
はその発現産物との間の相互作用から生じる、光学検出系。
のデバイスであって、以下を含む、デバイス：
細胞含有微小液滴を空虚なそれから細胞含有第１微小液滴の集団へと分離するように構
成されたソーティングコンポーネント；
現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を使用して第１微小液滴を操作するよ
うに構成された微小液滴操作コンポーネントであって、以下を含む、微小液滴操作コンポ
ーネント：
光学検査のために第１微小液滴をアレイに配置し、任意で、微小液滴併合によって各
第１微小液滴にレポーター系を導入するように構成された、第１ゾーン；
第１ゾーン内またはそれに隣接して位置し、１以上の検出ウィンドウ内の併合された
微小液滴を検出するように構成された、第２ゾーン；および
任意に、微小液滴を細分し、後で機器から回収するために単離することができる、第
３ゾーン；および
１以上の検出窓を介して、併合された微小液滴からの光信号を検出するように構成され
た光学検出系であって、併合された微小液滴について、信号が、レポーター系と細胞また
はその発現産物との間の相互作用から生じる、光学検出系。
【請求項2】
前記光学検出系が、明視野顕微鏡、暗視野顕微鏡、化学発光を検出するための手段、フ
ェルスター共鳴エネルギー移動を検出するための手段、および蛍光を検出するための手段
から選択される、請求項１に記載のデバイス
ェルスター共鳴エネルギー移動を検出するための手段、および蛍光を検出するための手段
から選択される、請求項１に記載のデバイス
【請求項3】
デバイスと一体化（ｉｎｔｅｇｒａｌ）であるか、またはソーティングコンポーネント
の前または後に別個に配置され、内部に含まれる任意の細胞が培養されている間に微小液
滴を保持するように構成された細胞培養コンポーネントをさらに含む、請求項１または２
に記載のデバイス。
の前または後に別個に配置され、内部に含まれる任意の細胞が培養されている間に微小液
滴を保持するように構成された細胞培養コンポーネントをさらに含む、請求項１または２
に記載のデバイス。
【請求項4】
細胞培養コンポーネントが、光学的に媒介されるエレクトロウェッティング力を使用し
て、各微小液滴の含有量を撹拌（ａｇｉｔａｔｅ）するようにさらに構成される、請求項
３に記載のデバイス。
て、各微小液滴の含有量を撹拌（ａｇｉｔａｔｅ）するようにさらに構成される、請求項
３に記載のデバイス。
【請求項5】
細胞培養コンポーネント中の微小液滴の温度を２５～４０℃に制御するように構成され
た加熱器および温度制御器をさらに含む、請求項３または４のいずれか１項に記載のデバ
イス。
た加熱器および温度制御器をさらに含む、請求項３または４のいずれか１項に記載のデバ
イス。
【請求項6】
生物学的サンプルから不混和性キャリア流体中に微小液滴のエマルジョンを生成するよ
うに構成された、デバイスと一体化（ｉｎｔｅｇｒａｌ）であるか、またはソーティング
コンポーネントの前に別個に配置されたサンプル調製コンポーネントをさらに含む、前出
請求項のいずれかに記載のデバイス。
うに構成された、デバイスと一体化（ｉｎｔｅｇｒａｌ）であるか、またはソーティング
コンポーネントの前に別個に配置されたサンプル調製コンポーネントをさらに含む、前出
請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項7】
ソーティングコンポーネント、細胞培養コンポーネント、およびサンプル調製コンポー
ネントのうちの少なくとも１つが、液滴がその中および／またはそれらの間で操作される
ことを可能にするエレクトロウェッティング電極位置を有するように構成される、請求項
３～６のいずれか１項に記載のデバイス。
ネントのうちの少なくとも１つが、液滴がその中および／またはそれらの間で操作される
ことを可能にするエレクトロウェッティング電極位置を有するように構成される、請求項
３～６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項8】
前記試料調製コンポーネントが、エレクトロウェッティング伸張力が前記生物学的サン
プルに印加される少なくとも１つの位置を含み、前記生物学的サンプルから前記キャリア
流体に微小液滴を切断するように構成される、請求項６に記載のデバイス。
プルに印加される少なくとも１つの位置を含み、前記生物学的サンプルから前記キャリア
流体に微小液滴を切断するように構成される、請求項６に記載のデバイス。
【請求項9】
前記光学検出手段が、前記１つ以上の検出窓内の前記第１微小液滴に衝突するように適
合された第１電磁放射源を含み、前記微小液滴から放出された蛍光を検出するための検出
器をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
合された第１電磁放射源を含み、前記微小液滴から放出された蛍光を検出するための検出
器をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項10】
微小液滴操作コンポーネントが、以下を含まれる１以上のＯＥＷＯＤ構造を含む、前出
請求項のいずれか一項に記載のデバイス：
以下を含まれる第１コンポジット壁：
第１基板
基板上の第１透明導体層であって、厚さが７０～２５０ｎｍの範囲の、第１透明導体
層；
導体層上の波長４００～８５０ｎｍの電磁放射によって活性化される光活性層であっ
て、３００～１５００ｎｍの範囲の厚さを有する、光活性層
および
光活性層上の第１誘電体層であって、厚さが３０～１６０ｎｍの範囲の、第１誘電体
層；
以下を含まれる第２コンポジット壁：
第２基板；
前記基板上の第２導体層であって、７０～２５０ｎｍの範囲の厚さを有する、第２導
体層
および
任意で、第２導体層上の第２誘電体層であって、３０～１６０ｎｍの範囲の厚さを有
する、第２の誘電体層
であって、第１および第２の誘電体層の露出表面が、２０～１８０μｍ離れて配置され
、微小液滴を含むように適合された微小流体空間を画定する、第２コンポジット壁；
第１および第２の導体層を接続する第１および第２の複合壁の両端間に電圧を提供する
、Ａ／Ｃ源；
第１の誘電体層の表面上の対応する仮想エレクトロウェッティング位置を誘導するため
に光活性層上に衝突するように適合された光活性層のバンドギャップよりも高いエネルギ
ーを有する、少なくとも１つの電磁放射線源；および
仮想エレクトロウェッティング位置の配置を変化させ、それによって微小液滴を移動さ
せることができる少なくとも１つのエレクトロウェッティング経路を生成するように、光
活性層上の電磁放射の衝突点を操作するための、手段。
請求項のいずれか一項に記載のデバイス：
以下を含まれる第１コンポジット壁：
第１基板
基板上の第１透明導体層であって、厚さが７０～２５０ｎｍの範囲の、第１透明導体
層；
導体層上の波長４００～８５０ｎｍの電磁放射によって活性化される光活性層であっ
て、３００～１５００ｎｍの範囲の厚さを有する、光活性層
および
光活性層上の第１誘電体層であって、厚さが３０～１６０ｎｍの範囲の、第１誘電体
層；
以下を含まれる第２コンポジット壁：
第２基板；
前記基板上の第２導体層であって、７０～２５０ｎｍの範囲の厚さを有する、第２導
体層
および
任意で、第２導体層上の第２誘電体層であって、３０～１６０ｎｍの範囲の厚さを有
する、第２の誘電体層
であって、第１および第２の誘電体層の露出表面が、２０～１８０μｍ離れて配置され
、微小液滴を含むように適合された微小流体空間を画定する、第２コンポジット壁；
第１および第２の導体層を接続する第１および第２の複合壁の両端間に電圧を提供する
、Ａ／Ｃ源；
第１の誘電体層の表面上の対応する仮想エレクトロウェッティング位置を誘導するため
に光活性層上に衝突するように適合された光活性層のバンドギャップよりも高いエネルギ
ーを有する、少なくとも１つの電磁放射線源；および
仮想エレクトロウェッティング位置の配置を変化させ、それによって微小液滴を移動さ
せることができる少なくとも１つのエレクトロウェッティング経路を生成するように、光
活性層上の電磁放射の衝突点を操作するための、手段。
【請求項11】
前記第１ゾーンが、第１の微小液滴保持部位のアレイと、前記レポーター系を含む第２
微小液滴を導入するためのポートとを含むリザーバを含み、前記第１ゾーンが、第１およ
び第２の微小液滴が合流するように、前記第１微小液滴保持部位を横切って前記第２微小
液滴を駆動するようにさらに構成される、請求項１に記載のデバイス。
微小液滴を導入するためのポートとを含むリザーバを含み、前記第１ゾーンが、第１およ
び第２の微小液滴が合流するように、前記第１微小液滴保持部位を横切って前記第２微小
液滴を駆動するようにさらに構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項12】
前記デバイスが、仮想エレクトロウェッティング電極の１つ以上の経路を介して、前記
第１微小液滴保持部位を横切って前記第２微小液滴を駆動するように構成される、請求項
１１に記載のデバイス。
第１微小液滴保持部位を横切って前記第２微小液滴を駆動するように構成される、請求項
１１に記載のデバイス。
【請求項13】
前記デバイスが、連続的な水流で、前記ポートに接続された前記デバイスの第１領域に
微小液滴を導入するように構成され、前記第１領域に重なり合う前記デバイスの第２領域
が、さらなる操作のために、前記デバイスの第１領域から第３領域に微小液滴を導くよう
に構成される、請求項１１に記載のデバイス
微小液滴を導入するように構成され、前記第１領域に重なり合う前記デバイスの第２領域
が、さらなる操作のために、前記デバイスの第１領域から第３領域に微小液滴を導くよう
に構成される、請求項１１に記載のデバイス
【請求項14】
前記第１誘電体層の少なくとも前記表面には、防汚コーティングが設けられている、請
求項１０に記載のデバイス。
求項１０に記載のデバイス。
【請求項15】
前記ソーティングコンポーネントの性能、前記第１のゾーンへの前記第１の微小液滴の
導入速度、および前記検出系によって供給される信号に応答した前記第１および第２の微
小液滴の併合速度のうちの１つまたは複数を制御するようにフィードバックループによっ
て適合されたマイクロプロセッサをさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載
のデバイス。
導入速度、および前記検出系によって供給される信号に応答した前記第１および第２の微
小液滴の併合速度のうちの１つまたは複数を制御するようにフィードバックループによっ
て適合されたマイクロプロセッサをさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載
のデバイス。
【請求項16】
前記デバイスを照明し、前記デバイス内の細胞を特徴付ける信号を検出するように構成
された光学アセンブリをさらに備える、前出請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
された光学アセンブリをさらに備える、前出請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項17】
生物学的サンプル中の細胞型の１つ以上の特性を操作および／または決定するために、
前出請求項のいずれかに記載のデバイスを使用するための方法であって、以下の工程を含
む、方法：
生物学的サンプルから不混和性キャリア流体中に水性の第１微小液滴を創出することで
あって、その少なくともいくつかが、特定の細胞型の細胞を含むと確信される、創出する
こと；
第１微小液滴を現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を使用して経路に沿っ
て少なくとも１つの微小液滴併合位置に移動させること；
現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を用いて微小液滴融合位置までの経路
に沿ってその特性が調査されている細胞型に特徴的なレポーター系を含有する水性第２微
小液滴を移動させること；
第１および第２の微小液滴を併合位置で併合して、併合微小液滴を産生すること；およ
び
各併合された微小液滴の含有量を光学検出系により分析し、細胞とレポーター系との間
の相互作用に特徴的な光信号を検出すること。
前出請求項のいずれかに記載のデバイスを使用するための方法であって、以下の工程を含
む、方法：
生物学的サンプルから不混和性キャリア流体中に水性の第１微小液滴を創出することで
あって、その少なくともいくつかが、特定の細胞型の細胞を含むと確信される、創出する
こと；
第１微小液滴を現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を使用して経路に沿っ
て少なくとも１つの微小液滴併合位置に移動させること；
現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を用いて微小液滴融合位置までの経路
に沿ってその特性が調査されている細胞型に特徴的なレポーター系を含有する水性第２微
小液滴を移動させること；
第１および第２の微小液滴を併合位置で併合して、併合微小液滴を産生すること；およ
び
各併合された微小液滴の含有量を光学検出系により分析し、細胞とレポーター系との間
の相互作用に特徴的な光信号を検出すること。
【請求項18】
前記第１微小液滴を創出する工程が、細胞含有微小液滴および空虚な微小液滴の両方を
含む微小液滴の集団から細胞含有第１微小液滴を分離する工程をさらに含む、請求項１７
に記載の方法。
含む微小液滴の集団から細胞含有第１微小液滴を分離する工程をさらに含む、請求項１７
に記載の方法。
【請求項19】
前記第１微小液滴を創出する工程が、細胞増殖および分裂を引き起こす条件下で前記微
小液滴の集団を培養する工程をさらに含む、請求項１７または１８に記載の方法。
小液滴の集団を培養する工程をさらに含む、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項20】
前記細胞含有第１微小液滴が、光学検出系を用いて前記細胞の状態を測定する出力によ
ってソートされる、請求項１７～１９のいずれか一項に記載の方法。
ってソートされる、請求項１７～１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項21】
前記第１の微小液滴を創出する工程が、エレクトロウェッティング延伸力の適用によっ
て、前記生物学的サンプルから微小液滴を切断する工程をさらに含む、請求項１７～２０
のいずれか一項に記載の方法。
て、前記生物学的サンプルから微小液滴を切断する工程をさらに含む、請求項１７～２０
のいずれか一項に記載の方法。
【請求項22】
前記微小液滴が、前記不混和性キャリア流体に切断され、前記不混和性キャリア流体が
、炭化水素またはシリコーンオイルを含む、請求項２１に記載の方法。
、炭化水素またはシリコーンオイルを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
不混和性キャリア流体が、水性ミセルまたは二次微小液滴で任意に水和されたフルオロ
カーボン油である、請求項１７～２１のいずれか一項に記載の方法。
カーボン油である、請求項１７～２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項24】
微小液滴の集団を培養することが、非混和性キャリア流体中の微小液滴の集団を、細胞
培養栄養素および／または溶解ガスを含有するキャリア流体の流れと接触させることを含
む、請求項１９に記載の方法。
培養栄養素および／または溶解ガスを含有するキャリア流体の流れと接触させることを含
む、請求項１９に記載の方法。
【請求項25】
前記溶解ガスが、酸素、窒素および二酸化炭素の１以上からなる、請求項２４に記載の
方法。
方法。
【請求項26】
前記非混和性キャリア流体が、前記細胞の培養に有害なガスを定期的にパージされる、
請求項２４に記載の方法。
請求項２４に記載の方法。
【請求項27】
微小液滴の集団を培養することが、微小液滴が保持される仮想エレクトロウェッティン
グ電極位置で光学的に媒介されるエレクトロウェッティング力を適用することによって微
小液滴を撹拌（ｓｔｉｒｒｉｎｇ）または撹拌（ａｇｉｔａｔｉｎｇ）することを含む、
請求項１９～２６のいずれか一項に記載の方法。
グ電極位置で光学的に媒介されるエレクトロウェッティング力を適用することによって微
小液滴を撹拌（ｓｔｉｒｒｉｎｇ）または撹拌（ａｇｉｔａｔｉｎｇ）することを含む、
請求項１９～２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項28】
前記レポーター系が、求められる細胞型の細胞によって発現される酵素または抗体に対
して選択的なレポーター遺伝子、細胞表面バイオマーカーまたはレポーター分子である、
請求項１７～２７のいずれか一項に記載の方法。
して選択的なレポーター遺伝子、細胞表面バイオマーカーまたはレポーター分子である、
請求項１７～２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項29】
前記レポーター系が、求められる細胞型の細胞によって発現される酵素または抗体の存
在に選択的に反応する発光レポーター細胞である、請求項１７～２７のいずれか一項に記
載の方法。
在に選択的に反応する発光レポーター細胞である、請求項１７～２７のいずれか一項に記
載の方法。
【請求項30】
前記光学検出系が、明視野顕微鏡、暗視野顕微鏡、化学発光を検出するための手段、フ
ェルスター共鳴エネルギー移動を検出するための手段、または蛍光を検出するための手段
の１つである、請求項１７～２７のいずれか一項に記載の方法。
ェルスター共鳴エネルギー移動を検出するための手段、または蛍光を検出するための手段
の１つである、請求項１７～２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項31】
微小液滴が、電磁波を使用して仮想エレクトロウェッティング電極の経路を生成するよ
うに適合されたＯＥＷＯＤ構造を使用して、デバイス上の位置の間で輸送され、任意で、
汚れ防止コーティングおよび／または生体適合性コーティングが提供される、請求項１７
～３０のいずれか一項に記載の方法。
うに適合されたＯＥＷＯＤ構造を使用して、デバイス上の位置の間で輸送され、任意で、
汚れ防止コーティングおよび／または生体適合性コーティングが提供される、請求項１７
～３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項32】
請求項１～１６のいずれかに記載のデバイスを使用して、生物学的サンプル中の細胞型
の１以上の特性を操作および／または決定する方法であって、以下の工程を含む、方法：
生物学的サンプルから不混和性キャリア流体中に水性の第１微小液滴を創出することで
あって、その少なくともいくつかが、特定の細胞型の細胞を含むと確信される、創出する
こと；
第１微小液滴を、現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を使用して経路に沿
って、少なくとも１つの微小液滴検査位置に移動させること；および
各微小液滴の含有量を光学検出系により分析して、その微小液滴に含まれる細胞の１以
上の特性を決定することであって、前記１以上の特徴が、以下：細胞形態、細胞運動、ま
たは細胞膜一体性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）の少なくとも１つを含む、分析して決定するこ
と。
の１以上の特性を操作および／または決定する方法であって、以下の工程を含む、方法：
生物学的サンプルから不混和性キャリア流体中に水性の第１微小液滴を創出することで
あって、その少なくともいくつかが、特定の細胞型の細胞を含むと確信される、創出する
こと；
第１微小液滴を、現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を使用して経路に沿
って、少なくとも１つの微小液滴検査位置に移動させること；および
各微小液滴の含有量を光学検出系により分析して、その微小液滴に含まれる細胞の１以
上の特性を決定することであって、前記１以上の特徴が、以下：細胞形態、細胞運動、ま
たは細胞膜一体性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）の少なくとも１つを含む、分析して決定するこ
と。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明によれば、細胞（ｃｅｌｌｓ）の迅速な同定、操作および選択のためのデバイス
および関連する方法が提供される。それは、不死化細胞培養サンプルから、または組織サ
ンプルから直接のいずれかでの、哺乳動物細胞の操作に特に有用である。それはまた、感
染のエビデンスを含むと考えられる患者検体の迅速かつ平行なスクリーニングにも特に有
用である。
および関連する方法が提供される。それは、不死化細胞培養サンプルから、または組織サ
ンプルから直接のいずれかでの、哺乳動物細胞の操作に特に有用である。それはまた、感
染のエビデンスを含むと考えられる患者検体の迅速かつ平行なスクリーニングにも特に有
用である。
【背景技術】
【0002】
液滴または磁気ビーズを操作するためのデバイスは当該分野において以前に記載されて
いる；例えば、ＵＳ６５６５７２７、ＵＳ２０１３０２３３４２５およびＵＳ２０１５０
０２７８８９を参照のこと。液滴の場合、この結果は、典型的には例えば、不混和性キャ
リア流体の存在下で、液滴を、カートリッジまたは微小流体チューブの２つの対向する壁
によって規定される微小流体空間を通って移動させることによって達成され得る。これら
の壁の一方または両方内に埋め込まれた微小電極は、誘電体層で覆われ、それぞれの誘電
体層は層の電場特性を修正するために、間隔をおいて迅速にオン／オフされることができ
るＡ／Ｃバイアス回路に接続される。これは、１つ以上の所定の経路に沿って液滴を操縦
するために使用され得る、微小電極の近傍における局所化された指向性毛管力を生じる。
以下、本発明に関連して「現実」エレクトロウェッティング電極と呼ぶものを使用するこ
のようなデバイスは、略語ＥＷＯＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ ｏｎ Ｄｉｅｌｅ
ｃｔｒｉｃ）デバイスによって当技術分野で知られている。
いる；例えば、ＵＳ６５６５７２７、ＵＳ２０１３０２３３４２５およびＵＳ２０１５０
０２７８８９を参照のこと。液滴の場合、この結果は、典型的には例えば、不混和性キャ
リア流体の存在下で、液滴を、カートリッジまたは微小流体チューブの２つの対向する壁
によって規定される微小流体空間を通って移動させることによって達成され得る。これら
の壁の一方または両方内に埋め込まれた微小電極は、誘電体層で覆われ、それぞれの誘電
体層は層の電場特性を修正するために、間隔をおいて迅速にオン／オフされることができ
るＡ／Ｃバイアス回路に接続される。これは、１つ以上の所定の経路に沿って液滴を操縦
するために使用され得る、微小電極の近傍における局所化された指向性毛管力を生じる。
以下、本発明に関連して「現実」エレクトロウェッティング電極と呼ぶものを使用するこ
のようなデバイスは、略語ＥＷＯＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ ｏｎ Ｄｉｅｌｅ
ｃｔｒｉｃ）デバイスによって当技術分野で知られている。
【0003】
エレクトロウェッティング力が光学的に媒介され、当技術分野ではオプトエレクトロウ
ェッティングとして公知であり、以下では対応する略語ＯＥＷＯＤでこのアプローチの変
形例が例えば、ＵＳ２００３０２２４５２８、ＵＳ２０１５０２９８１２５、ＵＳ２０１
６０１５８７４８、ＵＳ２０１６０１６０２５９、およびＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９３ ２２１１１０（２００８）に開示されている。特に、これら
の３つの特許出願のうちの第１のものは、第１および第２の壁によって画定されるマイク
ロ流体キャビティを含み、第１の壁が複合設計であり、基板、光導電層および絶縁（誘電
）層から構成される、各種微小流体デバイスを開示する。この片面実施形態では、光導電
層と絶縁層との間に、互いに電気的に絶縁され、光活性層に結合され、その機能が絶縁層
上に対応する電気濡れ電極位置を生成することである導電性セル（ｃｅｌｌｓ）のアレイ
が配置される。これらの位置では、液滴の表面張力特性が上述のようにエレクトロウェッ
ティング分野によって変更することができる。次いで、導電性セルは、光導電層に衝突す
る光によって、一時的にオンにされてもよい。このアプローチはその有用性が電極の配置
によってある程度依然として制限されるが、スイッチングがはるかに容易かつ迅速になる
という利点を有する。さらに、液滴を移動させることができる速度、および実際の液滴経
路を変化させることができる程度に関して制限がある。
ェッティングとして公知であり、以下では対応する略語ＯＥＷＯＤでこのアプローチの変
形例が例えば、ＵＳ２００３０２２４５２８、ＵＳ２０１５０２９８１２５、ＵＳ２０１
６０１５８７４８、ＵＳ２０１６０１６０２５９、およびＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９３ ２２１１１０（２００８）に開示されている。特に、これら
の３つの特許出願のうちの第１のものは、第１および第２の壁によって画定されるマイク
ロ流体キャビティを含み、第１の壁が複合設計であり、基板、光導電層および絶縁（誘電
）層から構成される、各種微小流体デバイスを開示する。この片面実施形態では、光導電
層と絶縁層との間に、互いに電気的に絶縁され、光活性層に結合され、その機能が絶縁層
上に対応する電気濡れ電極位置を生成することである導電性セル（ｃｅｌｌｓ）のアレイ
が配置される。これらの位置では、液滴の表面張力特性が上述のようにエレクトロウェッ
ティング分野によって変更することができる。次いで、導電性セルは、光導電層に衝突す
る光によって、一時的にオンにされてもよい。このアプローチはその有用性が電極の配置
によってある程度依然として制限されるが、スイッチングがはるかに容易かつ迅速になる
という利点を有する。さらに、液滴を移動させることができる速度、および実際の液滴経
路を変化させることができる程度に関して制限がある。
【0004】
この後者のアプローチの両面実施形態は、ＰｅｉによるＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ
Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ａｔ Ｂｅｒｋｅｌｅｙ論文ＵＣＢ／ＥＥＣＳ-２０１５-１１９
に開示されている。一例では、電気的にバイアスされたアモルファスシリコン上のライト
パターンを用いて誘電体層上に堆積されたテフロン（登録商標）ＡＦの表面にわたるオプ
トエレクトロウェッティングを用いて、粒度範囲１００～５００μｍの比較的大きな液滴
の操作を可能にするセルが記載されている。しかしながら、例示のデバイスでは、誘電体
層が薄く（１００ｎｍ）、光活性層を軸受壁上にのみ配置される。
Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ａｔ Ｂｅｒｋｅｌｅｙ論文ＵＣＢ／ＥＥＣＳ-２０１５-１１９
に開示されている。一例では、電気的にバイアスされたアモルファスシリコン上のライト
パターンを用いて誘電体層上に堆積されたテフロン（登録商標）ＡＦの表面にわたるオプ
トエレクトロウェッティングを用いて、粒度範囲１００～５００μｍの比較的大きな液滴
の操作を可能にするセルが記載されている。しかしながら、例示のデバイスでは、誘電体
層が薄く（１００ｎｍ）、光活性層を軸受壁上にのみ配置される。
【0005】
その全体が参照により本明細書に組み込まれる、我々の公開された出願ＷＯ２０１８／
２３４４４５において、我々は、原動力を提供するためにオプトエレクトロウェッティン
グを使用する、微小液滴を操作するためのデバイスを記載した。この光学的に媒介される
エレクトロウェッティング（ＯＥＷＯＤ）デバイスでは、マイクロ液滴が壁を含むことに
よって画定されるマイクロ流体空間、例えば、マイクロ流体空間を間に挟んだ一対の平行
プレートを通って移動される。収容壁の少なくとも１つは、内部に埋め込まれた半導体層
の領域を選択的に照射することによって生成される、以下で「仮想」エレクトロウェッテ
ィング電極位置と呼ばれるものを含む。別個の光源からの光で層を選択的に照射すること
によって、仮想エレクトロウェッティング電極位置の仮想経路を一時的に生成することが
でき、それに沿って微小液滴を移動させることができる。
２３４４４５において、我々は、原動力を提供するためにオプトエレクトロウェッティン
グを使用する、微小液滴を操作するためのデバイスを記載した。この光学的に媒介される
エレクトロウェッティング（ＯＥＷＯＤ）デバイスでは、マイクロ液滴が壁を含むことに
よって画定されるマイクロ流体空間、例えば、マイクロ流体空間を間に挟んだ一対の平行
プレートを通って移動される。収容壁の少なくとも１つは、内部に埋め込まれた半導体層
の領域を選択的に照射することによって生成される、以下で「仮想」エレクトロウェッテ
ィング電極位置と呼ばれるものを含む。別個の光源からの光で層を選択的に照射すること
によって、仮想エレクトロウェッティング電極位置の仮想経路を一時的に生成することが
でき、それに沿って微小液滴を移動させることができる。
【0006】
その全体が参照により本明細書に組み込まれる、我々の対応する公開特許ＷＯ２０１８
／２３４４４８には、核酸シーケンサーの動作部分としてのこのデバイスの使用が記載さ
れている。
／２３４４４８には、核酸シーケンサーの動作部分としてのこのデバイスの使用が記載さ
れている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明者らは、細胞を含む生物学的サンプルの迅速なスクリーニングおよび操作のため
に、本発明者らの以前に記載されたシーケンサーの基礎をなすものと同様の微小液滴法を
適用するためのデバイスを開発した。
に、本発明者らの以前に記載されたシーケンサーの基礎をなすものと同様の微小液滴法を
適用するためのデバイスを開発した。
【課題を解決するための手段】
【0008】
従って、本発明によれば、生物学的サンプル内に含まれる細胞を分析する１つ以上の特
性を操作および／または決定するためのデバイスであって、以下を含む、デバイスが提供
される：
細胞含有微小液滴を空虚なそれから細胞含有第１微小液滴の集団へと分離するように構
成されたソーティングコンポーネント；
現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を使用して第１微小液滴を操作するよ
うに構成された微小液滴操作コンポーネントであって、以下を含む、微小液滴操作コンポ
ーネント：
光学検査のために第１微小液滴をアレイに配置し、任意で、微小液滴併合によって各
第１微小液滴にレポーター系を導入するように構成された、第１ゾーン；
第１ゾーン内またはそれに隣接して位置し、１以上の検出ウィンドウ内の併合された
微小液滴を検出するように構成された、第２ゾーン；および
任意に、微小液滴を細分し、後で機器から回収するために単離することができる、第
３ゾーン；および
１以上の検出窓を介して、併合された微小液滴からの光信号を検出するように構成され
た光学検出系であって、併合された微小液滴について、信号が、レポーター系と細胞また
はその発現産物との間の相互作用から生じる、光学検出系。
性を操作および／または決定するためのデバイスであって、以下を含む、デバイスが提供
される：
細胞含有微小液滴を空虚なそれから細胞含有第１微小液滴の集団へと分離するように構
成されたソーティングコンポーネント；
現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を使用して第１微小液滴を操作するよ
うに構成された微小液滴操作コンポーネントであって、以下を含む、微小液滴操作コンポ
ーネント：
光学検査のために第１微小液滴をアレイに配置し、任意で、微小液滴併合によって各
第１微小液滴にレポーター系を導入するように構成された、第１ゾーン；
第１ゾーン内またはそれに隣接して位置し、１以上の検出ウィンドウ内の併合された
微小液滴を検出するように構成された、第２ゾーン；および
任意に、微小液滴を細分し、後で機器から回収するために単離することができる、第
３ゾーン；および
１以上の検出窓を介して、併合された微小液滴からの光信号を検出するように構成され
た光学検出系であって、併合された微小液滴について、信号が、レポーター系と細胞また
はその発現産物との間の相互作用から生じる、光学検出系。
【0009】
発明の別の態様によれば、本発明によるデバイスを使用して、生物学的サンプル中の細
胞型の１以上の特性を操作および／または決定する方法であって、以下の工程を含む、方
法が提供される：
生物学的サンプルから不混和性キャリア流体中に水性の第１微小液滴を創出することで
あって、その少なくともいくつかが、特定の細胞型の細胞を含むと確信される、創出する
こと；
第１微小液滴を、現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を使用して経路に沿
って、少なくとも１つの微小液滴検査位置に移動させること；および
各微小液滴の含有量を光学検出系により分析して、その微小液滴に含まれる細胞の１以
上の特性を決定することであって、前記１以上の特徴が、以下：細胞形態、細胞運動、ま
たは細胞膜一体性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）の少なくとも１つを含む、分析して決定するこ
と。
胞型の１以上の特性を操作および／または決定する方法であって、以下の工程を含む、方
法が提供される：
生物学的サンプルから不混和性キャリア流体中に水性の第１微小液滴を創出することで
あって、その少なくともいくつかが、特定の細胞型の細胞を含むと確信される、創出する
こと；
第１微小液滴を、現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を使用して経路に沿
って、少なくとも１つの微小液滴検査位置に移動させること；および
各微小液滴の含有量を光学検出系により分析して、その微小液滴に含まれる細胞の１以
上の特性を決定することであって、前記１以上の特徴が、以下：細胞形態、細胞運動、ま
たは細胞膜一体性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）の少なくとも１つを含む、分析して決定するこ
と。
【0010】
本発明の別の態様によれば、本発明によるデバイスを使用して、生物学的サンプル中の
細胞型の１以上の特性を操作および／または決定する方法であって、以下の工程を含む、
方法が提供される：
生物学的サンプルから不混和性キャリア流体中に水性の第１微小液滴を創出することで
あって、その少なくともいくつかが、当該細胞型の細胞を含むと確信される、創出するこ
と；
第１微小液滴を仮想エレクトロウェッティング電極を使用して経路に沿って少なくとも
１つの微小液滴併合位置に移動させること；
仮想エレクトロウェッティング電極を用いて微小液滴融合位置までの経路に沿ってその
特性が調査されている細胞型に特徴的なレポーター系を含有する水性第２微小液滴を移動
させること；
第１および第２の微小液滴を併合位置で併合して、併合微小液滴を産生すること；およ
び
各併合された微小液滴の含有量を光学検出系により分析し、細胞とレポーター系との間
の相互作用に特徴的な光信号を検出すること。
細胞型の１以上の特性を操作および／または決定する方法であって、以下の工程を含む、
方法が提供される：
生物学的サンプルから不混和性キャリア流体中に水性の第１微小液滴を創出することで
あって、その少なくともいくつかが、当該細胞型の細胞を含むと確信される、創出するこ
と；
第１微小液滴を仮想エレクトロウェッティング電極を使用して経路に沿って少なくとも
１つの微小液滴併合位置に移動させること；
仮想エレクトロウェッティング電極を用いて微小液滴融合位置までの経路に沿ってその
特性が調査されている細胞型に特徴的なレポーター系を含有する水性第２微小液滴を移動
させること；
第１および第２の微小液滴を併合位置で併合して、併合微小液滴を産生すること；およ
び
各併合された微小液滴の含有量を光学検出系により分析し、細胞とレポーター系との間
の相互作用に特徴的な光信号を検出すること。
【0011】
この方法は最初に、１以上のソーティング、培養、および液滴調製の初期工程を含み得
る。これらの初期工程は、以下の１以上を含み得る：
（ａ）細胞含有微小液滴および空虚な微小液滴の両方を含む微小液滴の集団から細胞含有
第１微小液滴を分離すること；
（ｂ）初期工程（ａ）が行われる前または後に細胞増殖および分裂を引き起こす条件下で
微小液滴の集団を培養すること；
（ｃ）エレクトロウェッティング伸張力の適用によって生物学的サンプルから微小液滴を
切断することによって微小液滴の集団を生成すること。
る。これらの初期工程は、以下の１以上を含み得る：
（ａ）細胞含有微小液滴および空虚な微小液滴の両方を含む微小液滴の集団から細胞含有
第１微小液滴を分離すること；
（ｂ）初期工程（ａ）が行われる前または後に細胞増殖および分裂を引き起こす条件下で
微小液滴の集団を培養すること；
（ｃ）エレクトロウェッティング伸張力の適用によって生物学的サンプルから微小液滴を
切断することによって微小液滴の集団を生成すること。
【0012】
初期工程（ｃ）のいくつかの実施形態において、微小液滴は油を含む非混和性キャリア
流体に切断された増殖培地成分を含有し、それによって、初期工程（ｂ）において続いて
培養され得るエマルジョンを作製する。別には、微小液滴が空気または別のガス混合物、
例えば、二酸化炭素および窒素の混合物に切断され、その後、互いに別々に培養される。
いくつかの実施形態では、細胞の培養に有害なガスのキャリア流体を定期的にパージする
ことが有利であり得る。
流体に切断された増殖培地成分を含有し、それによって、初期工程（ｂ）において続いて
培養され得るエマルジョンを作製する。別には、微小液滴が空気または別のガス混合物、
例えば、二酸化炭素および窒素の混合物に切断され、その後、互いに別々に培養される。
いくつかの実施形態では、細胞の培養に有害なガスのキャリア流体を定期的にパージする
ことが有利であり得る。
【0013】
初期工程（ｂ）の一実施形態において、微小液滴の集団の培養は、エマルジョン中、お
よび炭化水素またはフッ素化油、特にフッ素化油などの非混和性キャリア流体の流動流の
存在下で実施される。このオイルは微小液滴の安定性を維持するために、界面活性剤およ
び他の添加剤を任意にさらに含んでもよい。オイルはまた、培養段階の間に細胞増殖を維
持するために必要とされる低レベルの栄養素および気体を含み、この実施形態の適用は、
微小液滴の栄養素含有量を、界面拡散によって周期的にまたは連続的に補充させる。ある
いは、栄養素および気体の補充がこれらの成分を含有する二次水性微小液滴の併合によっ
て直接達成することができ、例えば、キャリア流体が空気または不活性ガスである場合で
ある。
別の実施形態では、細胞に低酸素環境を提供するために、油から特定の溶解ガスをパージ
する。
よび炭化水素またはフッ素化油、特にフッ素化油などの非混和性キャリア流体の流動流の
存在下で実施される。このオイルは微小液滴の安定性を維持するために、界面活性剤およ
び他の添加剤を任意にさらに含んでもよい。オイルはまた、培養段階の間に細胞増殖を維
持するために必要とされる低レベルの栄養素および気体を含み、この実施形態の適用は、
微小液滴の栄養素含有量を、界面拡散によって周期的にまたは連続的に補充させる。ある
いは、栄養素および気体の補充がこれらの成分を含有する二次水性微小液滴の併合によっ
て直接達成することができ、例えば、キャリア流体が空気または不活性ガスである場合で
ある。
別の実施形態では、細胞に低酸素環境を提供するために、油から特定の溶解ガスをパージ
する。
【0014】
初期工程（ｂ）の一実施形態において、我々は、細胞増殖を維持するために、微小液滴
中の特定の大気ガスの最適レベルを維持することが必要であることを見出した。そうしな
いと、例えば、微小液滴媒体のｐＨに有害な変化を引き起こす可能性がある。したがって
、一実施形態では初期工程（ｂ）において、不混和性キャリア流体の流れは１つ以上の飽
和レベルの窒素、酸素、または特に二酸化炭素を含有する。
中の特定の大気ガスの最適レベルを維持することが必要であることを見出した。そうしな
いと、例えば、微小液滴媒体のｐＨに有害な変化を引き起こす可能性がある。したがって
、一実施形態では初期工程（ｂ）において、不混和性キャリア流体の流れは１つ以上の飽
和レベルの窒素、酸素、または特に二酸化炭素を含有する。
【0015】
初期工程（ｂ）の別の実施形態において、微小液滴の含有量は、微小液滴が保持される
位置でエレクトロウェッティング力を適用することによって撹拌（ｓｔｉｒｒｅｄ）また
は撹拌（ａｇｉｔａｔｅｄ）される。適切には、これは例えば、以下に記載されるタイプ
のＯＥＷＯＤ構造によって送達される光学的に媒介されるエレクトロウェッティング力を
使用して達成される。本発明者らはこのアプローチもより広い有用性があると考えており
、したがって、本発明の別の一般的に適用可能な第２の態様では微小液滴の含有量を撹拌
するか、またはそわなければ撹拌する方法が提供され、この方法は以下の工程を含む：
微小液滴を、仮想エレクトロウェッティング電極位置に位置付けること；および
電磁放射源をその場所に適用し、それによって対応する仮想エレクトロウェッティング
電極を活性化し、電磁放射源がその場所の周りを移動して、微小液滴の対応する移動およ
びその内容物の対応する撹拌（ｓｔｉｒｒｉｎｇ）または攪拌（ａｇｉｔａｔｉｏｎ）を
引き起こすことを特徴とする、関連するエレクトロウェッティング力を生成すること。
位置でエレクトロウェッティング力を適用することによって撹拌（ｓｔｉｒｒｅｄ）また
は撹拌（ａｇｉｔａｔｅｄ）される。適切には、これは例えば、以下に記載されるタイプ
のＯＥＷＯＤ構造によって送達される光学的に媒介されるエレクトロウェッティング力を
使用して達成される。本発明者らはこのアプローチもより広い有用性があると考えており
、したがって、本発明の別の一般的に適用可能な第２の態様では微小液滴の含有量を撹拌
するか、またはそわなければ撹拌する方法が提供され、この方法は以下の工程を含む：
微小液滴を、仮想エレクトロウェッティング電極位置に位置付けること；および
電磁放射源をその場所に適用し、それによって対応する仮想エレクトロウェッティング
電極を活性化し、電磁放射源がその場所の周りを移動して、微小液滴の対応する移動およ
びその内容物の対応する撹拌（ｓｔｉｒｒｉｎｇ）または攪拌（ａｇｉｔａｔｉｏｎ）を
引き起こすことを特徴とする、関連するエレクトロウェッティング力を生成すること。
【0016】
いくつかの実施形態では、生物学的サンプルが１以上の雄性および／または雌性配偶子
を含み得、この方法は、インビトロ受精ワークフローの一部として、雄型および／または
雌性配偶子の操作および検査をさらに含み得る。
を含み得、この方法は、インビトロ受精ワークフローの一部として、雄型および／または
雌性配偶子の操作および検査をさらに含み得る。
【0017】
例えば、この器具を用いて、ヒトまたは動物精子細胞のような雄性配偶子細胞に対して
検査、選択およびアッセイ工程を行うことが可能である。１つの例手順において、精子細
胞のサンプルは、希釈された精液から調製され、液滴にカプセル化される。液滴をチップ
上にロードし、次いで明視野顕微鏡を用いて検査する。次いで、配偶子を含まない液滴を
廃棄し、そして任意の含有精子細胞を検査のために保持する。いったん、配偶子のサンプ
ルが分析のために選択されると、静止画像と共に配偶子のビデオが撮られる。光学検出系
からの出力に適用されるパターン認識アルゴリズムは、運動性、身体形態および核形態に
ついての配偶子の特徴付けを可能にする。この特徴付けの結果は特定の液滴にマッピング
することができ、この液滴は、その後、さらなる処理のために取り出される。この処理は
、レポーター試薬の添加などのオンチップアッセイ工程を含む。
検査、選択およびアッセイ工程を行うことが可能である。１つの例手順において、精子細
胞のサンプルは、希釈された精液から調製され、液滴にカプセル化される。液滴をチップ
上にロードし、次いで明視野顕微鏡を用いて検査する。次いで、配偶子を含まない液滴を
廃棄し、そして任意の含有精子細胞を検査のために保持する。いったん、配偶子のサンプ
ルが分析のために選択されると、静止画像と共に配偶子のビデオが撮られる。光学検出系
からの出力に適用されるパターン認識アルゴリズムは、運動性、身体形態および核形態に
ついての配偶子の特徴付けを可能にする。この特徴付けの結果は特定の液滴にマッピング
することができ、この液滴は、その後、さらなる処理のために取り出される。この処理は
、レポーター試薬の添加などのオンチップアッセイ工程を含む。
【0018】
別の例では、ヒトまたは動物の卵子などの雌性配偶子をカプセル化することによって、
卵子の受精を行うことが可能である。雄性配偶子と同様に、雌性配偶子を液滴中に封入し
、チップにロードすることが可能である。いったんデバイス上に置かれると、細胞は、モ
ルフォロジーの欠陥について検査され得、そしてレポーター試薬を用いてアッセイされ得
る。検査またはアッセイ後、雌性配偶子細胞は、任意の処理工程（例えば、液滴運動を介
して適用される機械的なせん断によるか、またはさらなる試薬の添加による胚上皮細胞の
除去）に供され得る。
卵子の受精を行うことが可能である。雄性配偶子と同様に、雌性配偶子を液滴中に封入し
、チップにロードすることが可能である。いったんデバイス上に置かれると、細胞は、モ
ルフォロジーの欠陥について検査され得、そしてレポーター試薬を用いてアッセイされ得
る。検査またはアッセイ後、雌性配偶子細胞は、任意の処理工程（例えば、液滴運動を介
して適用される機械的なせん断によるか、またはさらなる試薬の添加による胚上皮細胞の
除去）に供され得る。
【0019】
なお別の例では、雄性配偶子および雌性配偶子を単一のマイクロ流体デバイス上に装填
することによって、２つの配偶子を一緒に含む液滴を併合させ、それらを結合させること
が可能である。一例では、多数の雄性配偶子小滴が単一の卵子と併合される；配偶子間の
従来の相互作用は、受精および胚盤胞オンチップの生成を導く。別の例では、単一の選択
された雄性配偶子および単一の選択されかつ処理された雌性配偶子をオンチップで組み合
わせ、相互作用させる。
することによって、２つの配偶子を一緒に含む液滴を併合させ、それらを結合させること
が可能である。一例では、多数の雄性配偶子小滴が単一の卵子と併合される；配偶子間の
従来の相互作用は、受精および胚盤胞オンチップの生成を導く。別の例では、単一の選択
された雄性配偶子および単一の選択されかつ処理された雌性配偶子をオンチップで組み合
わせ、相互作用させる。
【0020】
別の適用例では、両性の配偶子をマイクロ流体チップから回収し、ＩＣＳＩまたはＩＶ
Ｆなどの当技術分野で知られている従来の取扱い技法を使用して組み合わせる。
Ｆなどの当技術分野で知られている従来の取扱い技法を使用して組み合わせる。
【0021】
いくつかの実施形態では、上で詳述した方法によって、または当技術分野で知られてい
る従来の手段によって形成され得る胚盤胞を液滴中に封入し、オンチップで培養すること
もできる。オンチップ培養は、以下に記載される画像化および検出系を使用して、形成の
間の胚盤胞の検査を可能にする。液滴併合操作を使用して、胚盤胞環境は、緩衝溶液、塩
、栄養素、タンパク質および細胞外マトリックス材料のような余分な材料の添加によって
制御され得る。胚盤胞形成の間、胚盤胞から細胞のサンプルを除去し、さらなる分析のた
めにそれらを回収するために、レーザー顕微解剖のような技術を使用することがしばしば
望ましい。いくつかの実施形態では、胚盤胞が液滴操作ゾーンに輸送される。この操作ゾ
ーンはピラー、後、エレクトロウェッティングプレート間の物理的制限、またはＰＣＴ／
ＥＰ２０１９／０６２７９１に記載されているようなエレクトロウェッティングプレート
間のギャップの楔状変化などのマイクロ流体チップ上の物理的特徴を含むことができ、そ
の開示は参照により本明細書に組み込まれる。いったん、胚盤胞が操作ゾーンに積み込ま
れると、それは、効果的に固定される。次いで、レーザー顕微解剖を進行させることがで
き、そのプロセスは胚盤胞の一部を除去するために、文献に十分に記載されている。いっ
たん、液滴の一部が切除されると、本明細書中に記載されるような液滴分割操作は、胚盤
胞からサンプル部分を分離するために使用され得る。分裂後の２つの液滴間の物質の分布
の繰り返しの分裂および再併合操作ならびに機械視覚検査によって、胚盤胞および試料部
分が正しく分離されたことを検証することが可能である。分離後、胚盤胞のサンプル部分
は、ポリメラーゼ連鎖反応またはＤＮＡ配列決定を含む遺伝子試験などによるさらなる分
析のために回収することができる。
る従来の手段によって形成され得る胚盤胞を液滴中に封入し、オンチップで培養すること
もできる。オンチップ培養は、以下に記載される画像化および検出系を使用して、形成の
間の胚盤胞の検査を可能にする。液滴併合操作を使用して、胚盤胞環境は、緩衝溶液、塩
、栄養素、タンパク質および細胞外マトリックス材料のような余分な材料の添加によって
制御され得る。胚盤胞形成の間、胚盤胞から細胞のサンプルを除去し、さらなる分析のた
めにそれらを回収するために、レーザー顕微解剖のような技術を使用することがしばしば
望ましい。いくつかの実施形態では、胚盤胞が液滴操作ゾーンに輸送される。この操作ゾ
ーンはピラー、後、エレクトロウェッティングプレート間の物理的制限、またはＰＣＴ／
ＥＰ２０１９／０６２７９１に記載されているようなエレクトロウェッティングプレート
間のギャップの楔状変化などのマイクロ流体チップ上の物理的特徴を含むことができ、そ
の開示は参照により本明細書に組み込まれる。いったん、胚盤胞が操作ゾーンに積み込ま
れると、それは、効果的に固定される。次いで、レーザー顕微解剖を進行させることがで
き、そのプロセスは胚盤胞の一部を除去するために、文献に十分に記載されている。いっ
たん、液滴の一部が切除されると、本明細書中に記載されるような液滴分割操作は、胚盤
胞からサンプル部分を分離するために使用され得る。分裂後の２つの液滴間の物質の分布
の繰り返しの分裂および再併合操作ならびに機械視覚検査によって、胚盤胞および試料部
分が正しく分離されたことを検証することが可能である。分離後、胚盤胞のサンプル部分
は、ポリメラーゼ連鎖反応またはＤＮＡ配列決定を含む遺伝子試験などによるさらなる分
析のために回収することができる。
【0022】
適切には、この方法で使用される電磁放射線源は、以下に記載される第２の電磁放射線
に対応し、位置の周辺内または周辺の円形経路を描写する急速に点滅する回転光の源を含
む。別の実施形態では、光源の移動は、１つまたは複数の横方向の運動の経路を含み得る
。一示現では、位置は、直径が少なくとも０．５ミクロンの領域によって画定され、運動
は、円形、半径方向、またはその２つの混合である。その運動は、微小液滴の内容物の対
応する遠心混合を生成するために半径方向である。
に対応し、位置の周辺内または周辺の円形経路を描写する急速に点滅する回転光の源を含
む。別の実施形態では、光源の移動は、１つまたは複数の横方向の運動の経路を含み得る
。一示現では、位置は、直径が少なくとも０．５ミクロンの領域によって画定され、運動
は、円形、半径方向、またはその２つの混合である。その運動は、微小液滴の内容物の対
応する遠心混合を生成するために半径方向である。
【0023】
工程（４）において第１の微小液滴に導入され得るレポーター系は、原則として、生物
学的サンプル中の所与の細胞型または細胞挙動の存在をアッセイするために特徴的である
か、または使用され得る任意の系であり得る。このようなレポーター系としては、例えば
、求められている細胞型の細胞によって発現される酵素、タンパク質または抗体に対して
選択的なレポーター遺伝子、細胞表面バイオマーカーまたはレポーター分子が挙げられる
。関連するクラスのレポーター系は、探索されている細胞によって発現される関連材料存
在に応答する第２レポーター細胞であり得る。多くのこのようなアッセイが公知であり、
そして使用のための適切な候補は、多くの場合、当業者に明らかである。さらに、複数の
異なるレポーター系を、１つ以上の第２の微小液滴型の併合によって第１の微小液滴に導
入することによって、この方法は多様な異なる特性および挙動に関連する範囲の異なるセ
ル型についての平行なおよび同時の検索を実行するように、多重化され得ることが理解さ
れる。
学的サンプル中の所与の細胞型または細胞挙動の存在をアッセイするために特徴的である
か、または使用され得る任意の系であり得る。このようなレポーター系としては、例えば
、求められている細胞型の細胞によって発現される酵素、タンパク質または抗体に対して
選択的なレポーター遺伝子、細胞表面バイオマーカーまたはレポーター分子が挙げられる
。関連するクラスのレポーター系は、探索されている細胞によって発現される関連材料存
在に応答する第２レポーター細胞であり得る。多くのこのようなアッセイが公知であり、
そして使用のための適切な候補は、多くの場合、当業者に明らかである。さらに、複数の
異なるレポーター系を、１つ以上の第２の微小液滴型の併合によって第１の微小液滴に導
入することによって、この方法は多様な異なる特性および挙動に関連する範囲の異なるセ
ル型についての平行なおよび同時の検索を実行するように、多重化され得ることが理解さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明の方法ならびにその種々の工程および最初のサブ工程は、以下に記載されるタイ
プの分析デバイスを使用して、好都合に実施され得る。その方法に適用可能な光学検出系
の例をまた、以下に説明する。いくつかの実施形態では、このデバイスは、以下を含む：
細胞含有微小液滴を空虚なそれから細胞含有第１微小液滴の集団に分離するためのソー
ティングコンポーネント；
現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を使用して第１の微小液滴を後で操作
するための微小液滴操作コンポーネントであって、以下を含む、微小液滴操作コンポーネ
ント：
微小液滴併合によって各第１微小液滴にレポーター系を導入するための手段を含む、
第１ゾーン；
併合された微小液滴がその後１以上の検出窓内で検出される第１ゾーン内またはそれ
に隣接して位置する、第２ゾーン
および
前記レポーター系と、明視野顕微鏡、暗視野顕微鏡、化学発光検出手段、フェルスター
共鳴エネルギー移動検出手段又は蛍光検出手段から選ばれた細胞又はその発現産物との相
互作用に起因する併合微小液滴からの光信号を検出する、光学検出系。
プの分析デバイスを使用して、好都合に実施され得る。その方法に適用可能な光学検出系
の例をまた、以下に説明する。いくつかの実施形態では、このデバイスは、以下を含む：
細胞含有微小液滴を空虚なそれから細胞含有第１微小液滴の集団に分離するためのソー
ティングコンポーネント；
現実または仮想のエレクトロウェッティング電極を使用して第１の微小液滴を後で操作
するための微小液滴操作コンポーネントであって、以下を含む、微小液滴操作コンポーネ
ント：
微小液滴併合によって各第１微小液滴にレポーター系を導入するための手段を含む、
第１ゾーン；
併合された微小液滴がその後１以上の検出窓内で検出される第１ゾーン内またはそれ
に隣接して位置する、第２ゾーン
および
前記レポーター系と、明視野顕微鏡、暗視野顕微鏡、化学発光検出手段、フェルスター
共鳴エネルギー移動検出手段又は蛍光検出手段から選ばれた細胞又はその発現産物との相
互作用に起因する併合微小液滴からの光信号を検出する、光学検出系。
【0026】
このような実施形態で使用されるソーティングコンポーネントは、１以上の細胞を含む
微小液滴（以下、「充填された微小液滴」）を、そのいくつかが空であるより大きな母集
団から分離するための手段である。選択されたソーティングコンポーネントのタイプに応
じて、微小液滴は、それらが充填されているか空虚であるかに応じて、２つの異なる微小
流体経路または受容位置のうちの１つに向かって、または下方に向けられる。いくつかの
実施形態では、これらのうちの１つまたは他のへのアクセスが分析窓内の各微小液滴の分
析に応答して作用する電気機械ゲートの仕切りまたは作動によって制御される。別の実施
形態では、ソーティングは、分析窓内の応答する光学的に媒介されたエレクトロウェッテ
ィング力を微小液滴の流れに適用して、選択されたものが保持領域またはアレイ内に引き
込まれるようにすることによって達成される。次いで、拒絶された微小液滴は気流中に残
り、その後、廃棄することができる。別の実施形態では、ソーティング決定は、光学現象
、例えば明視野顕微鏡法に基づくか、または細胞に関連する光学特性、例えば蛍光タグま
たはマーカーの存在を検出することによる。別の実施形態では、ソーティングは、一時的
な電場を分析窓に印加して、各微小液滴を仕切りのいずれかの側の２つの異なる経路の一
方に向かって順に偏向させる誘電泳動法によって達成することができる。一実施形態では
、ソーティングコンポーネントは、分析室内で終端する第１微小流体チャネルと、その少
なくとも１つが第１微小液滴を運び去る下流側の分析室に接続された少なくとも２つの第
２微小流体チャネルと、分析室を照明するための光源と、分析室内の各照明された微小液
滴からデータを取得するための明視野顕微鏡または蛍光検出器と、２つの第２チャネルの
うちの１つに微小液滴を導くように動作可能な少なくとも１つのＯＥＷＯＤ構造と、顕微
鏡または蛍光分析器から受け取ったデータに適用された識別アルゴリズムからの結果に応
答して構造を動作させるように適合されたマイクロプロセッサとを備える。
微小液滴（以下、「充填された微小液滴」）を、そのいくつかが空であるより大きな母集
団から分離するための手段である。選択されたソーティングコンポーネントのタイプに応
じて、微小液滴は、それらが充填されているか空虚であるかに応じて、２つの異なる微小
流体経路または受容位置のうちの１つに向かって、または下方に向けられる。いくつかの
実施形態では、これらのうちの１つまたは他のへのアクセスが分析窓内の各微小液滴の分
析に応答して作用する電気機械ゲートの仕切りまたは作動によって制御される。別の実施
形態では、ソーティングは、分析窓内の応答する光学的に媒介されたエレクトロウェッテ
ィング力を微小液滴の流れに適用して、選択されたものが保持領域またはアレイ内に引き
込まれるようにすることによって達成される。次いで、拒絶された微小液滴は気流中に残
り、その後、廃棄することができる。別の実施形態では、ソーティング決定は、光学現象
、例えば明視野顕微鏡法に基づくか、または細胞に関連する光学特性、例えば蛍光タグま
たはマーカーの存在を検出することによる。別の実施形態では、ソーティングは、一時的
な電場を分析窓に印加して、各微小液滴を仕切りのいずれかの側の２つの異なる経路の一
方に向かって順に偏向させる誘電泳動法によって達成することができる。一実施形態では
、ソーティングコンポーネントは、分析室内で終端する第１微小流体チャネルと、その少
なくとも１つが第１微小液滴を運び去る下流側の分析室に接続された少なくとも２つの第
２微小流体チャネルと、分析室を照明するための光源と、分析室内の各照明された微小液
滴からデータを取得するための明視野顕微鏡または蛍光検出器と、２つの第２チャネルの
うちの１つに微小液滴を導くように動作可能な少なくとも１つのＯＥＷＯＤ構造と、顕微
鏡または蛍光分析器から受け取ったデータに適用された識別アルゴリズムからの結果に応
答して構造を動作させるように適合されたマイクロプロセッサとを備える。
【0027】
一実施形態では、デバイスは、デバイス自体の一体化（ｉｎｔｅｇｒａｌ）コンポーネ
ントであるか、またはソーティングコンポーネントの前または後に、好ましくはソーティ
ングコンポーネントの後に別個に配置される培養コンポーネントをさらに含む。ここで、
微小液滴は、保持されるが、内部に含まれる任意の細胞は細胞分裂および増殖を刺激する
ように培養される。好適には、培養コンポーネントは、微小液滴が最適な培養条件下、典
型的には２５℃を超える温度（例えば、２５～４０℃）で１時間～１週間保持される容器
と、微小液滴をその中に導入するための入口とを含む。一実施形態では、培養コンポーネ
ントは、サーモスタット制御されたヒーターと、任意で、デバイスの充てん放電サイクル
サイクルを制御するタイマーとをさらに含む。一実施形態では、デバイスの含有量が非混
和性キャリア流体中の微小液滴のエマルジョンを含み、デバイスはキャリア流体が経時的
に置換されることを可能にする、それを通ることができる入口および出口をさらに含む。
一実施形態では、不混和性キャリア流体がＨＦＥ７５００、ＨＦＥ７７００、またはＦＣ
-４０などのフルオロカーボン油である。このようなオイルは、微小液滴の安定性を維持
し、成長を維持するのに必要な栄養分および気体のレベルを低く維持するために、界面活
性剤および他の添加剤をさらに適切に含有する。
ントであるか、またはソーティングコンポーネントの前または後に、好ましくはソーティ
ングコンポーネントの後に別個に配置される培養コンポーネントをさらに含む。ここで、
微小液滴は、保持されるが、内部に含まれる任意の細胞は細胞分裂および増殖を刺激する
ように培養される。好適には、培養コンポーネントは、微小液滴が最適な培養条件下、典
型的には２５℃を超える温度（例えば、２５～４０℃）で１時間～１週間保持される容器
と、微小液滴をその中に導入するための入口とを含む。一実施形態では、培養コンポーネ
ントは、サーモスタット制御されたヒーターと、任意で、デバイスの充てん放電サイクル
サイクルを制御するタイマーとをさらに含む。一実施形態では、デバイスの含有量が非混
和性キャリア流体中の微小液滴のエマルジョンを含み、デバイスはキャリア流体が経時的
に置換されることを可能にする、それを通ることができる入口および出口をさらに含む。
一実施形態では、不混和性キャリア流体がＨＦＥ７５００、ＨＦＥ７７００、またはＦＣ
-４０などのフルオロカーボン油である。このようなオイルは、微小液滴の安定性を維持
し、成長を維持するのに必要な栄養分および気体のレベルを低く維持するために、界面活
性剤および他の添加剤をさらに適切に含有する。
【0028】
油に対する水性微小液滴の重量比が低い、特に有用な一実施形態では微小液滴が時間と
ともに収縮する傾向があり、この現象は微小液滴内の反応性の損失につながり得る。この
効果を打ち消す１つの方法は、水和された油を使用することである。一般に、上記のオイ
ルは水を溶解するための高い能力を有さないので、水和はオイル相内に水または水性緩衝
液のミセルまたは二次微小液滴を生成することによって適切に達成される。この緩衝液は
、微小液滴自体の組成と同じまたは異なる組成を有する可能性がある。いくつかの実施形
態では、これらのミセルまたは二次微小液滴が微小液滴自体の塩含有量の５倍までを含有
してもよく、任意でグリセリンを含有してもよい。典型的には、これらのミセルおよび二
次微小液滴は、１桁小さい。
ともに収縮する傾向があり、この現象は微小液滴内の反応性の損失につながり得る。この
効果を打ち消す１つの方法は、水和された油を使用することである。一般に、上記のオイ
ルは水を溶解するための高い能力を有さないので、水和はオイル相内に水または水性緩衝
液のミセルまたは二次微小液滴を生成することによって適切に達成される。この緩衝液は
、微小液滴自体の組成と同じまたは異なる組成を有する可能性がある。いくつかの実施形
態では、これらのミセルまたは二次微小液滴が微小液滴自体の塩含有量の５倍までを含有
してもよく、任意でグリセリンを含有してもよい。典型的には、これらのミセルおよび二
次微小液滴は、１桁小さい。
【0029】
一実施形態では、容器は、光学的に媒介されるエレクトロウェッティング力を使用して
、微小液滴を配置し、撹拌して、それらの含有量を撹拌することができる複数の位置を備
える表面をさらに含む。
、微小液滴を配置し、撹拌して、それらの含有量を撹拌することができる複数の位置を備
える表面をさらに含む。
【0030】
デバイスはさらに、デバイス自体と一体化であるか、または生物学的試料のアリコート
から非混和性キャリア流体中に微小液滴のエマルジョンを作製するための手段を含む、培
養コンポーネントの上流に別々に配置されるかのいずれかの試料調製コンポーネントを含
む。
から非混和性キャリア流体中に微小液滴のエマルジョンを作製するための手段を含む、培
養コンポーネントの上流に別々に配置されるかのいずれかの試料調製コンポーネントを含
む。
【0031】
この試料調製コンポーネントは、生物学的試料からキャリア流体中に微小液滴を切断す
るための切断手段を含み、この切断手段は、生物学的試料に電気湿潤延伸力が印加される
少なくとも１つの位置を含む。一実施形態では、切断手段は、以下を含む：
生物学的サンプルを受容するように適合された、第１エレクトロウェッティング位置；
第１および第２のエレクトロウェッティング電極位置が方向性エレクトロウェッティング
力を使用して試料から切断された微小液滴を輸送することができる経路を画定するように
配置された、少なくとも１つの第２エレクトロウェッティング位置；
第１のエレクトロウェッティング位置に配置され、かつ、電極および関連するＡＣ電気
回路、または電磁光の衝突によって活性化される半導体ゾーンのいずれかからなる、ＡＣ
駆動回路
および
第１エレクトロウェッティング位置に配置され、生物学的サンプルの表面を静電的に帯
電させるように適合された、ＤＣ帯電回路。
るための切断手段を含み、この切断手段は、生物学的試料に電気湿潤延伸力が印加される
少なくとも１つの位置を含む。一実施形態では、切断手段は、以下を含む：
生物学的サンプルを受容するように適合された、第１エレクトロウェッティング位置；
第１および第２のエレクトロウェッティング電極位置が方向性エレクトロウェッティング
力を使用して試料から切断された微小液滴を輸送することができる経路を画定するように
配置された、少なくとも１つの第２エレクトロウェッティング位置；
第１のエレクトロウェッティング位置に配置され、かつ、電極および関連するＡＣ電気
回路、または電磁光の衝突によって活性化される半導体ゾーンのいずれかからなる、ＡＣ
駆動回路
および
第１エレクトロウェッティング位置に配置され、生物学的サンプルの表面を静電的に帯
電させるように適合された、ＤＣ帯電回路。
【0032】
一実施形態では、切断手段は、適切にＡＣ回路及びＤＣ回路である駆動回路と充電回路
とをそれぞれ切り換えるための制御回路をさらに含む。別の実施形態では、切断手段が生
物学的試料から生成された各微小液滴の含有量を分析するための分析器をさらに含む。こ
の点において、生物学的サンプルは、血液、血漿、痰、尿、または組織生検に由来する物
質などの任意の水性物質の形成であり得る。適切な切断手段についてのさらなる情報は、
読者が指向する我々の同時係属出願ＥＰ１８２０１１６２．７に見出すことができる。こ
の切断手段に関連する微小液滴切断方法が、上記の最初の工程（ｃ）を実行する基準を形
成することができることが容易に理解されるであろう。
とをそれぞれ切り換えるための制御回路をさらに含む。別の実施形態では、切断手段が生
物学的試料から生成された各微小液滴の含有量を分析するための分析器をさらに含む。こ
の点において、生物学的サンプルは、血液、血漿、痰、尿、または組織生検に由来する物
質などの任意の水性物質の形成であり得る。適切な切断手段についてのさらなる情報は、
読者が指向する我々の同時係属出願ＥＰ１８２０１１６２．７に見出すことができる。こ
の切断手段に関連する微小液滴切断方法が、上記の最初の工程（ｃ）を実行する基準を形
成することができることが容易に理解されるであろう。
【0033】
ソーティングコンポーネントによって生成された第１微小液滴を後に操作するために使
用される微小液滴操作コンポーネントに目を向けると、これは、適切には第１ゾーンと、
第２ゾーンと、第１微小液滴が空気力および／またはエレクトロウェッティング力によっ
てそれに沿って駆動される１つまたは複数の微小流体経路によって互いに連結された、実
際のまたは仮想のエレクトロウェッティング電極から構成される光学検出系とを備える微
小流体チップである。好適には、エレクトロウェッティング電極は仮想的であり、１つ以
上のＯＥＷＯＤ構造内の位置に確立される。一般に、これは本方法において微小液滴を操
作する方法であり、一実施形態ではこれらのＯＥＷＯＤ構造が以下から含まれる：
以下を含まれる第１コンポジット壁：
第１基板
基板上の第１透明導体層であって、厚さが７０～２５０ｎｍの範囲の第１透明導体層
；
導体層上の波長４００～８５０ｎｍの電磁放射によって活性化される光活性層であっ
て、３００～１５００ｎｍの範囲の厚さを有する、光活性層
および
光活性層上の第１誘電体層であって、厚さが３０～１６０ｎｍの範囲の第１誘電体層
；
以下を含まれる第２コンポジット壁：
第２基板；
前記基板上の第２導体層であって、７０～２５０ｎｍの範囲の厚さを有する、第２導
体層
および
任意で、第２導体層上の第２誘電体層であって、３０～１６０ｎｍの範囲の厚さを有
する、第２の誘電体層
であって、第１および第２の誘電体層の露出表面が、２０～１８０μｍ離れて配置され
、微小液滴を含むように適合された微小流体空間を画定する、第２コンポジット壁；
第１および第２の導体層を接続する第１および第２の複合壁の両端間に電圧を提供する
、Ａ／Ｃ源；
第１の誘電体層の表面上の対応する仮想エレクトロウェッティング位置を誘導するため
に光活性層上に衝突するように適合された光活性層のバンドギャップよりも高いエネルギ
ーを有する、少なくとも１つの電磁放射線源；および
仮想エレクトロウェッティング位置の配置を変化させ、それによって微小液滴を移動さ
せることができる少なくとも１つのエレクトロウェッティング経路を生成するように、光
活性層上の電磁放射の衝突点を操作するための、手段。
用される微小液滴操作コンポーネントに目を向けると、これは、適切には第１ゾーンと、
第２ゾーンと、第１微小液滴が空気力および／またはエレクトロウェッティング力によっ
てそれに沿って駆動される１つまたは複数の微小流体経路によって互いに連結された、実
際のまたは仮想のエレクトロウェッティング電極から構成される光学検出系とを備える微
小流体チップである。好適には、エレクトロウェッティング電極は仮想的であり、１つ以
上のＯＥＷＯＤ構造内の位置に確立される。一般に、これは本方法において微小液滴を操
作する方法であり、一実施形態ではこれらのＯＥＷＯＤ構造が以下から含まれる：
以下を含まれる第１コンポジット壁：
第１基板
基板上の第１透明導体層であって、厚さが７０～２５０ｎｍの範囲の第１透明導体層
；
導体層上の波長４００～８５０ｎｍの電磁放射によって活性化される光活性層であっ
て、３００～１５００ｎｍの範囲の厚さを有する、光活性層
および
光活性層上の第１誘電体層であって、厚さが３０～１６０ｎｍの範囲の第１誘電体層
；
以下を含まれる第２コンポジット壁：
第２基板；
前記基板上の第２導体層であって、７０～２５０ｎｍの範囲の厚さを有する、第２導
体層
および
任意で、第２導体層上の第２誘電体層であって、３０～１６０ｎｍの範囲の厚さを有
する、第２の誘電体層
であって、第１および第２の誘電体層の露出表面が、２０～１８０μｍ離れて配置され
、微小液滴を含むように適合された微小流体空間を画定する、第２コンポジット壁；
第１および第２の導体層を接続する第１および第２の複合壁の両端間に電圧を提供する
、Ａ／Ｃ源；
第１の誘電体層の表面上の対応する仮想エレクトロウェッティング位置を誘導するため
に光活性層上に衝突するように適合された光活性層のバンドギャップよりも高いエネルギ
ーを有する、少なくとも１つの電磁放射線源；および
仮想エレクトロウェッティング位置の配置を変化させ、それによって微小液滴を移動さ
せることができる少なくとも１つのエレクトロウェッティング経路を生成するように、光
活性層上の電磁放射の衝突点を操作するための、手段。
【0034】
一実施形態では、これらの構造の第１および第２の壁は、マイクロ流体空間を間に挟ん
で透明である。別には、第１基板および第１導体層は、電磁放射源（例えば、多重レーザ
ービーム、ランプまたはＬＥＤ）からの光が光活性層に衝突することを可能にするように
透明である。別には、第２基板、第２導体層および第２誘電体層は、同じ対物レンズが得
られるように透明である。なお別の実施形態では、これらの層は、すべて透明である。
で透明である。別には、第１基板および第１導体層は、電磁放射源（例えば、多重レーザ
ービーム、ランプまたはＬＥＤ）からの光が光活性層に衝突することを可能にするように
透明である。別には、第２基板、第２導体層および第２誘電体層は、同じ対物レンズが得
られるように透明である。なお別の実施形態では、これらの層は、すべて透明である。
【0035】
適切には、第１および第２の基板は、機械的に強い材料、例えばガラス金属またはエン
ジニアリングプラスティックから作られる。一実施形態では、基板は、ある程度の可撓性
を有することができる。さらに別の実施形態では、第１および第２の基材は、１００～１
０００μｍの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の基材は、シリコン、
溶融シリカ、およびガラスのうちの１つから構成される。いくつかの実施形態では、第２
の基材は、石英ガラスおよびガラスのうちの１つで構成される。
ジニアリングプラスティックから作られる。一実施形態では、基板は、ある程度の可撓性
を有することができる。さらに別の実施形態では、第１および第２の基材は、１００～１
０００μｍの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の基材は、シリコン、
溶融シリカ、およびガラスのうちの１つから構成される。いくつかの実施形態では、第２
の基材は、石英ガラスおよびガラスのうちの１つで構成される。
【0036】
第１および第２の導体層は、第１および第２の基板の一方の表面上に位置し、典型的に
は、７０～２５０ｎｍ、好ましくは７０～１５０ｎｍの範囲の厚さを有する。一実施形態
では、これらの層のうちの少なくとも１つは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透
明導電材、銀などの導電性金属の非常に薄膜、またはＰＥＤＯＴなどの導電性高分子から
作製される。これらの層は、連続シートまたはワイヤなどの一連の離散構造として形成さ
れてもよい。あるいは、導体層は、電磁放射がメッシュの間隙の間に向けられる導電性材
料のメッシュであってもよい。
は、７０～２５０ｎｍ、好ましくは７０～１５０ｎｍの範囲の厚さを有する。一実施形態
では、これらの層のうちの少なくとも１つは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透
明導電材、銀などの導電性金属の非常に薄膜、またはＰＥＤＯＴなどの導電性高分子から
作製される。これらの層は、連続シートまたはワイヤなどの一連の離散構造として形成さ
れてもよい。あるいは、導体層は、電磁放射がメッシュの間隙の間に向けられる導電性材
料のメッシュであってもよい。
【0037】
光活性層は、第２電磁放射源による刺激に応答して局所的な電荷領域を生成することが
できる半導体材料から適切に構成される。例としては、３００～１５００ｎｍの範囲の厚
さを有する水素化アモルファスシリコン層が挙げられる。一実施形態では、光活性層が可
視光の使用によって活性化される。
できる半導体材料から適切に構成される。例としては、３００～１５００ｎｍの範囲の厚
さを有する水素化アモルファスシリコン層が挙げられる。一実施形態では、光活性層が可
視光の使用によって活性化される。
【0038】
第１壁の場合の光活性層および第２壁の場合の任意選択の導電層は、典型的には３０～
１６０ｎｍの範囲の厚さである誘電体層でコーティングされる。この層の誘電特性は、＞
１０＾７ Ｖ／ｍの高誘電強度および＞３の誘電率を含むことが好ましい。好ましくは、
それは、絶縁破壊を回避することと一致してできるだけ薄い。一実施形態では、誘電体層
は、アルミナ、シリカ、ハフニア、または薄い非導電性ポリマーフィルムから選択される
。
１６０ｎｍの範囲の厚さである誘電体層でコーティングされる。この層の誘電特性は、＞
１０＾７ Ｖ／ｍの高誘電強度および＞３の誘電率を含むことが好ましい。好ましくは、
それは、絶縁破壊を回避することと一致してできるだけ薄い。一実施形態では、誘電体層
は、アルミナ、シリカ、ハフニア、または薄い非導電性ポリマーフィルムから選択される
。
【0039】
これらの構造の別の実施形態では、少なくとも第１の誘電体層が好ましくは両方とも、
各種仮想エレクトロウェッティング電極位置で所望のマイクロ液滴／キャリア流体／表面
接触角を確立するのを助け、さらに、マイクロ液滴の含有量が表面に付着し、マイクロ液
滴がチップを通って移動することにつれて減少するのを防止するために、防汚層でコーテ
ィングされる。第２の壁が第２の誘電体層を含まない場合、第２の防汚層は、第２の導体
層に直接塗布されてもよい。最適な性能のために、汚れ防止層は、２５℃で空気-液体-表
面三点界面として測定した場合に５０～１７０°の微小液滴／キャリア流体／表面接触角
を確立するのを助けるべきである。一実施形態では、これらの層が１０ｎｍ未満の厚さを
有し、典型的には単分子層である。別の実施形態では、これらの層は、が親水性基、例え
ばアルコキシシリルで置換されたアクリル酸エステル、例えばメタクリル酸メチルまたは
その誘導体の重合体からなる。汚れ防止層の一方または両方は、最適な性能を保証するた
めに疎水性である。いくつかの実施形態では、化学的に両立架橋を提供するために、２０
ｎｍ未満の厚さのシリカの格子間層を防汚コーティングと誘電体層との間に介在させるこ
とができる。
各種仮想エレクトロウェッティング電極位置で所望のマイクロ液滴／キャリア流体／表面
接触角を確立するのを助け、さらに、マイクロ液滴の含有量が表面に付着し、マイクロ液
滴がチップを通って移動することにつれて減少するのを防止するために、防汚層でコーテ
ィングされる。第２の壁が第２の誘電体層を含まない場合、第２の防汚層は、第２の導体
層に直接塗布されてもよい。最適な性能のために、汚れ防止層は、２５℃で空気-液体-表
面三点界面として測定した場合に５０～１７０°の微小液滴／キャリア流体／表面接触角
を確立するのを助けるべきである。一実施形態では、これらの層が１０ｎｍ未満の厚さを
有し、典型的には単分子層である。別の実施形態では、これらの層は、が親水性基、例え
ばアルコキシシリルで置換されたアクリル酸エステル、例えばメタクリル酸メチルまたは
その誘導体の重合体からなる。汚れ防止層の一方または両方は、最適な性能を保証するた
めに疎水性である。いくつかの実施形態では、化学的に両立架橋を提供するために、２０
ｎｍ未満の厚さのシリカの格子間層を防汚コーティングと誘電体層との間に介在させるこ
とができる。
【0040】
第１および第２の誘電体層、したがって第１および第２の壁は、幅が少なくとも１０μ
ｍ、好ましくは２０～１８０μｍの範囲であり、その中に微小液滴が含まれる微小流体空
間を画定する。好ましくは、それらが含まれる前に、微小液滴自体は、微小液滴空間の幅
よりも１０％を超える、適切には２０％を超える固有直径を有する。この手段により、チ
ップに入ると、マイクロ液滴は圧縮され、例えば、より良好なマイクロ液滴併合能力を介
して、エレクトロウェッティング性能が向上する。
ｍ、好ましくは２０～１８０μｍの範囲であり、その中に微小液滴が含まれる微小流体空
間を画定する。好ましくは、それらが含まれる前に、微小液滴自体は、微小液滴空間の幅
よりも１０％を超える、適切には２０％を超える固有直径を有する。この手段により、チ
ップに入ると、マイクロ液滴は圧縮され、例えば、より良好なマイクロ液滴併合能力を介
して、エレクトロウェッティング性能が向上する。
【0041】
一実施形態では、第１および第２の誘電体層がフルオロシランなどの疎水性コーティン
グでコーティングされる。
グでコーティングされる。
【0042】
別の実施形態では、マイクロ流体空間が第１の壁と第２の壁とを所定の量だけ離して保
持するための１つまたは複数のスペーサを含む。スペーサのオプションとしては、光パタ
ーニングによって生成された中間レジスト層から生成されたビードまたはピラー、リッジ
が挙げられる。あるいは、酸化シリコンまたは窒化シリコンなどの堆積材料を用いてスペ
ーサを作製してもよい。代替的に、接着剤コーティングの有無にかかわらず、可撓性プラ
スチックフィルムを含むフィルムの層を使用して、スペーサ層を形成することができる。
様々なスペーサ形状を使用して、ピラーの線によって画定される狭い先細りのチャネル付
きチャネル、または部分的に囲まれたチャネルを形成することができる。注意深い設計に
よって、これらのスペーサを使用して、微小液滴の変形を助けることができ、続いて、微
小液滴の分割および変形した微小液滴に対する効果操作を実施することができる。同様に
、これらのスペーサを使用して、チップのゾーンを物理的に分離し、液滴集団間の相互汚
染を防止し、液圧下でチップに負荷をかけるときに液滴の正しい方向への流れを促進する
ことができる。
持するための１つまたは複数のスペーサを含む。スペーサのオプションとしては、光パタ
ーニングによって生成された中間レジスト層から生成されたビードまたはピラー、リッジ
が挙げられる。あるいは、酸化シリコンまたは窒化シリコンなどの堆積材料を用いてスペ
ーサを作製してもよい。代替的に、接着剤コーティングの有無にかかわらず、可撓性プラ
スチックフィルムを含むフィルムの層を使用して、スペーサ層を形成することができる。
様々なスペーサ形状を使用して、ピラーの線によって画定される狭い先細りのチャネル付
きチャネル、または部分的に囲まれたチャネルを形成することができる。注意深い設計に
よって、これらのスペーサを使用して、微小液滴の変形を助けることができ、続いて、微
小液滴の分割および変形した微小液滴に対する効果操作を実施することができる。同様に
、これらのスペーサを使用して、チップのゾーンを物理的に分離し、液滴集団間の相互汚
染を防止し、液圧下でチップに負荷をかけるときに液滴の正しい方向への流れを促進する
ことができる。
【0043】
第１および第２の壁は導電体層に取り付けられたＡ／Ｃ電力源を使用してバイアスされ
、それらの間に電圧電位差を提供し、適切には１０～５０ボルトの範囲である。
、それらの間に電圧電位差を提供し、適切には１０～５０ボルトの範囲である。
【0044】
これらのＯＥＷＯＤ構造は、典型的には４００～８５０ｎｍ、好ましくは６６０ｎｍの
範囲の波長、および光活性層のバンドギャップよりも高いエネルギーを有する第２の電磁
放射源と関連して使用される。好適には、光活性層が使用される照射の入射強度さが０．
０１～０．２ Ｗｃｍ－２である仮想エレクトロウェッティング電極位置で活性化される
。電磁放射線源は、一実施形態では同じく画素化される光活性層上に対応する光励起領域
を生成するように画素化される。この手段によって、画素化された仮想エレクトロウェッ
ティング電極位置が、第１の誘電体層上に誘導される。
範囲の波長、および光活性層のバンドギャップよりも高いエネルギーを有する第２の電磁
放射源と関連して使用される。好適には、光活性層が使用される照射の入射強度さが０．
０１～０．２ Ｗｃｍ－２である仮想エレクトロウェッティング電極位置で活性化される
。電磁放射線源は、一実施形態では同じく画素化される光活性層上に対応する光励起領域
を生成するように画素化される。この手段によって、画素化された仮想エレクトロウェッ
ティング電極位置が、第１の誘電体層上に誘導される。
【0045】
電磁放射源が画素化される場合、ＬＥＤまたは他のランプからの光によって照射される
デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）などの反射スクリーンを使用して、直接的ま
たは間接的に、電磁放射源が適切に供給される。これにより、仮想的な電気濡れ電極位置
の高度に複雑なパターンが第１誘電体層上に迅速に作成され、破壊されることが可能にな
り、これにより、密接に制御された電気濡れ力を用いて、マイクロ液滴を本質的に任意の
仮想経路に沿って精密に操縦することが可能になる。これは、チップが複数経路に沿って
数千のこのような微小液滴を同時に操作する必要がある場合にも特に有利である。このよ
うなエレクトロウェッティング経路は、第１の誘電体層上の仮想的なエレクトロウェッテ
ィング電極位置の連続体から構築されていると見ることができる。
デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）などの反射スクリーンを使用して、直接的ま
たは間接的に、電磁放射源が適切に供給される。これにより、仮想的な電気濡れ電極位置
の高度に複雑なパターンが第１誘電体層上に迅速に作成され、破壊されることが可能にな
り、これにより、密接に制御された電気濡れ力を用いて、マイクロ液滴を本質的に任意の
仮想経路に沿って精密に操縦することが可能になる。これは、チップが複数経路に沿って
数千のこのような微小液滴を同時に操作する必要がある場合にも特に有利である。このよ
うなエレクトロウェッティング経路は、第１の誘電体層上の仮想的なエレクトロウェッテ
ィング電極位置の連続体から構築されていると見ることができる。
【0046】
電磁放射源の光活性層への衝突点は、従来の円形または環状を含む任意の好都合な形状
とすることができる。一実施形態では、これらの点の形態が対応するピクセル化の形態に
よって決定され、別には、マイクロ流体空間に入ったマイクロ微小液滴の形態に完全にま
たは部分的に対応する。一実施形態では衝突点、したがって、電気濡れ電極位置は三日月
形であってもよく、微小液滴の意図された進行方向に配向されてもよい。好適には、電気
濡れ電極位置自体が第１の壁に付着する微小液滴表面よりも小さく、液滴と表面誘電体と
の間に形成される接触線を横切る最大の電界強度勾配を与える。
とすることができる。一実施形態では、これらの点の形態が対応するピクセル化の形態に
よって決定され、別には、マイクロ流体空間に入ったマイクロ微小液滴の形態に完全にま
たは部分的に対応する。一実施形態では衝突点、したがって、電気濡れ電極位置は三日月
形であってもよく、微小液滴の意図された進行方向に配向されてもよい。好適には、電気
濡れ電極位置自体が第１の壁に付着する微小液滴表面よりも小さく、液滴と表面誘電体と
の間に形成される接触線を横切る最大の電界強度勾配を与える。
【0047】
ＯＥＷＯＤ構造の一実施形態では、第２の壁が同じまたは異なる電磁放射源によって第
２の誘電体層上にも仮想的な電気濡れ電極位置を誘導することを可能にする光活性層も含
む。第２の誘電体層の添加は、構造の上面から下面への微小液滴のウェットエッジの転移
、および各微小液滴へのより多くのエレクトロウェッティング力の適用を可能にする。
２の誘電体層上にも仮想的な電気濡れ電極位置を誘導することを可能にする光活性層も含
む。第２の誘電体層の添加は、構造の上面から下面への微小液滴のウェットエッジの転移
、および各微小液滴へのより多くのエレクトロウェッティング力の適用を可能にする。
【0048】
デバイスの一部を形成する第１のゾーンは、一実施形態では第１の微小液滴を導入する
ための入口と、エレクトロウェッティング経路によって第２のゾーンに取り付けられた出
口とを備える保持リザーバである。第１のゾーンはレポーター系を導入するためのポート
をさらに含み、このレポーター系は、１つの適切な実施形態において、第１の微小液滴に
含まれる細胞の性質を同定するように設計されたレポーター系を含む第２の水性微小液滴
を導入するための第２の入口である。１つの実施形態ではリザーバが第１の微小液滴を保
持することができ、第２の微小液滴がそれらの上を駆動される位置のアレイをさらに含み
、このプロセスでは第１および第２の微小液滴のある程度の併合を引き起こす。次いで、
併合された第１／第２の微小液滴（以下、「併合された微小液滴」）は、レポーター系が
細胞と十分に相互作用して、その後、それらがエレクトロウェッティングによって第２の
ゾーンに輸送される最適な光信号を生成するまで、その位置に保持され得る。ある場合に
は、時間分解測定を用いて光信号の成長をモニターすることが望ましい場合がある。一実
施形態では、第１および第２のゾーンの両方の役割を包含する単一のゾーンが例えば、上
記で言及した併合位置で併合した微小液滴を検出することによって使用される。
ための入口と、エレクトロウェッティング経路によって第２のゾーンに取り付けられた出
口とを備える保持リザーバである。第１のゾーンはレポーター系を導入するためのポート
をさらに含み、このレポーター系は、１つの適切な実施形態において、第１の微小液滴に
含まれる細胞の性質を同定するように設計されたレポーター系を含む第２の水性微小液滴
を導入するための第２の入口である。１つの実施形態ではリザーバが第１の微小液滴を保
持することができ、第２の微小液滴がそれらの上を駆動される位置のアレイをさらに含み
、このプロセスでは第１および第２の微小液滴のある程度の併合を引き起こす。次いで、
併合された第１／第２の微小液滴（以下、「併合された微小液滴」）は、レポーター系が
細胞と十分に相互作用して、その後、それらがエレクトロウェッティングによって第２の
ゾーンに輸送される最適な光信号を生成するまで、その位置に保持され得る。ある場合に
は、時間分解測定を用いて光信号の成長をモニターすることが望ましい場合がある。一実
施形態では、第１および第２のゾーンの両方の役割を包含する単一のゾーンが例えば、上
記で言及した併合位置で併合した微小液滴を検出することによって使用される。
【0049】
第２のゾーンは好適には１つ以上の検出窓を含み、それを通して、光学検出系を使用し
て、併合された微小液滴を分析することができる。一実施形態では、第２のゾーンがチッ
プの透明部分である。別の実施形態では、光学検出系がレポーター系と細胞またはその発
現産物との間の相互作用から生じる微小液滴からの光信号を検出するように設計されたも
のである。適切には、光学検出系が明視野顕微鏡、暗視野顕微鏡、化学発光を検出するた
めの手段、フェルスター共鳴エネルギー移動を検出するための手段、または蛍光を検出す
るための手段から選択される。一実施形態では、検出系が合流した微小液滴および／また
は検出器のうちの１つから信号を受け取り、例えば視覚ディスプレイまたはカウントの形
態でユーザにデータを提供するためのマイクロプロセッサを照射するための光源も含む。
一実施形態では、マイクロプロセッサがソーティングコンポーネントの性能、第１のゾー
ンへの第１の微小液滴の導入速度、および光学検出系によって検出された信号に応答した
第１およびレポーター系含有微小液滴の合体速度のうちの１つ以上を制御するために、フ
ィードバックループによってさらに適合される。
て、併合された微小液滴を分析することができる。一実施形態では、第２のゾーンがチッ
プの透明部分である。別の実施形態では、光学検出系がレポーター系と細胞またはその発
現産物との間の相互作用から生じる微小液滴からの光信号を検出するように設計されたも
のである。適切には、光学検出系が明視野顕微鏡、暗視野顕微鏡、化学発光を検出するた
めの手段、フェルスター共鳴エネルギー移動を検出するための手段、または蛍光を検出す
るための手段から選択される。一実施形態では、検出系が合流した微小液滴および／また
は検出器のうちの１つから信号を受け取り、例えば視覚ディスプレイまたはカウントの形
態でユーザにデータを提供するためのマイクロプロセッサを照射するための光源も含む。
一実施形態では、マイクロプロセッサがソーティングコンポーネントの性能、第１のゾー
ンへの第１の微小液滴の導入速度、および光学検出系によって検出された信号に応答した
第１およびレポーター系含有微小液滴の合体速度のうちの１つ以上を制御するために、フ
ィードバックループによってさらに適合される。
【0050】
液滴操作を行うためのｏＥＷＯＤ構造を使用する器具の特別な利点は、試料に焦点を合
わせた光学アドレッシング系が器具に内蔵されていることである。ｏＥＷＯＤ制御に必要
な照明と共に、光検出に必要な励起光および発光光を多重化および脱多重化することによ
って、光学的な機能の多くを１つのより単純で低コストのアセンブリに集約することが可
能である。例えば、ロングパスダイクロイックミラーを用いてアセンブリからの発光を脱
多重化し、操作カラムからの光をそらすことや、高感度検出カメラにすることが可能とな
る。別の実施形態は２つのダイクロイックミラーを使用する。第１のミラーがランプから
の蛍光励起光を多重化するために、第２のミラーは、蛍光発光を多重化するために使用さ
れる。時間分解フェルスター共鳴エネルギー移動のようなより高度な照明スキームを必要
とする実施形態の場合、時間依存性および空間的に変化する照明パターンを適用するため
にｏＥＷＯＤ操作パターンに対処する同じ構造化照明系を採用することが好ましい。また
、これらの多重化操作のためにダイクロイックミラーを使用することと同様に、分散フィ
ルター、分散レンズまたは回折格子のような要素を使用することが可能である。用途によ
っては、構造化照明系が励起源間を迅速に切り替えるために使用される時間的多重化を実
行することが好ましい。
わせた光学アドレッシング系が器具に内蔵されていることである。ｏＥＷＯＤ制御に必要
な照明と共に、光検出に必要な励起光および発光光を多重化および脱多重化することによ
って、光学的な機能の多くを１つのより単純で低コストのアセンブリに集約することが可
能である。例えば、ロングパスダイクロイックミラーを用いてアセンブリからの発光を脱
多重化し、操作カラムからの光をそらすことや、高感度検出カメラにすることが可能とな
る。別の実施形態は２つのダイクロイックミラーを使用する。第１のミラーがランプから
の蛍光励起光を多重化するために、第２のミラーは、蛍光発光を多重化するために使用さ
れる。時間分解フェルスター共鳴エネルギー移動のようなより高度な照明スキームを必要
とする実施形態の場合、時間依存性および空間的に変化する照明パターンを適用するため
にｏＥＷＯＤ操作パターンに対処する同じ構造化照明系を採用することが好ましい。また
、これらの多重化操作のためにダイクロイックミラーを使用することと同様に、分散フィ
ルター、分散レンズまたは回折格子のような要素を使用することが可能である。用途によ
っては、構造化照明系が励起源間を迅速に切り替えるために使用される時間的多重化を実
行することが好ましい。
【0051】
いくつかの実施形態では、デバイスが第１および／または第２のゾーンから微小液滴を
回収するための第３のゾーンをさらに含む。ここで、第１の微小液滴は例えば、より詳細
な、または確認分析のために、器具からの後の回収のために、細分され、単離され得る。
一実施形態では、第３のゾーンが一時保管容器に接続された第２のゾーンからの１つまた
は複数の出口ポートから構成される。ｏＥＷＯＤトランスポートメカニズムを用いて第１
および第２のゾーンを補充することによって、微小液滴の多くの回収を順次実行すること
が可能であり、複数の液滴が１つのポートから別々に回収されることを可能にする。
回収するための第３のゾーンをさらに含む。ここで、第１の微小液滴は例えば、より詳細
な、または確認分析のために、器具からの後の回収のために、細分され、単離され得る。
一実施形態では、第３のゾーンが一時保管容器に接続された第２のゾーンからの１つまた
は複数の出口ポートから構成される。ｏＥＷＯＤトランスポートメカニズムを用いて第１
および第２のゾーンを補充することによって、微小液滴の多くの回収を順次実行すること
が可能であり、複数の液滴が１つのポートから別々に回収されることを可能にする。
【0052】
ＯＥＷＯＤ構造内の流体の光学的に媒介される操作と同様に、デバイスはまた、種々の
入口ポートおよび出口ポートに液圧を選択的に適用することによって、デバイス内部の流
れを操作するためのポンプおよびバルブのネットワークを含み得る。好ましくは、このネ
ットワークが各出口に接続された２位置弁、および同じ弁に接続された１組の圧力源（ポ
ンプなど）、収集容器、およびリザーバを備える。各弁の構成を変更することによって、
リザーバおよび収集容器を介してデバイス内に正圧または負圧を加えることが可能であり
、したがって、デバイス内への材料の流入、デバイス外への材料の流出、またはデバイス
内の材料の流入を引き起こす。
入口ポートおよび出口ポートに液圧を選択的に適用することによって、デバイス内部の流
れを操作するためのポンプおよびバルブのネットワークを含み得る。好ましくは、このネ
ットワークが各出口に接続された２位置弁、および同じ弁に接続された１組の圧力源（ポ
ンプなど）、収集容器、およびリザーバを備える。各弁の構成を変更することによって、
リザーバおよび収集容器を介してデバイス内に正圧または負圧を加えることが可能であり
、したがって、デバイス内への材料の流入、デバイス外への材料の流出、またはデバイス
内の材料の流入を引き起こす。
【0053】
上述の本発明のデバイスおよび関連する方法は、多くの有益な用途を有する。以下に、
アプリケーションの例と関連するワークフローをいくつか説明する。
アプリケーションの例と関連するワークフローをいくつか説明する。
【0054】
開示されるデバイスおよび方法の１つの適用例は、遺伝的に改変された細胞株の開発で
ある。
ある。
【0055】
この適用において、標的細胞は、サンプル調製コンポーネントの光学的に媒介されるエ
レクトロウェッティングに基づく切断手段を介して、第１の微小液滴中にカプセル化され
る。トランスフェクション試薬（例えば、改変レンチウイルス）は、別個の第２の微小液
滴中にカプセル化される。
レクトロウェッティングに基づく切断手段を介して、第１の微小液滴中にカプセル化され
る。トランスフェクション試薬（例えば、改変レンチウイルス）は、別個の第２の微小液
滴中にカプセル化される。
【0056】
次いで、第１および第２の微小液滴は上記のようなマージ操作においてＯＥＷＯＤデバ
イス上でマージされて、マージされた微小液滴を形成し、標的細胞をトランスフェクショ
ン試薬に曝露させる。併合された微小液滴中の細胞は、細胞集団が液滴間で分割される併
合および分割操作のサイクルにかけられ、そして細胞を取り囲む培地は連続希釈によって
新鮮な培地と交換され、枯渇した物質を補充し、そして液滴内に蓄積した任意の細胞排泄
物を除去する。
イス上でマージされて、マージされた微小液滴を形成し、標的細胞をトランスフェクショ
ン試薬に曝露させる。併合された微小液滴中の細胞は、細胞集団が液滴間で分割される併
合および分割操作のサイクルにかけられ、そして細胞を取り囲む培地は連続希釈によって
新鮮な培地と交換され、枯渇した物質を補充し、そして液滴内に蓄積した任意の細胞排泄
物を除去する。
【0057】
例えば、アッセイの間の顕微鏡検査によって、微小液滴集団における各セルの位置を追
跡することは、共通の祖先由来の細胞がソーティング目的のために同定されることを可能
にし、培養された細胞集団のモノクローナル性を確実にする。
跡することは、共通の祖先由来の細胞がソーティング目的のために同定されることを可能
にし、培養された細胞集団のモノクローナル性を確実にする。
【0058】
記載されたプロセスの間に、細胞の生存率を低下させることが知られている凍結融解、
分配、手動操作、または繰り返しの長期継代の有害な工程がないので、細胞保持はまた、
従来の細胞系現像方法と比較して増加する。同様に、細胞を液滴中に封入したままにする
ことにより、クローンを液体処理器具表面に失う可能性が除去される。さらに、非生存細
胞は、プロセスの初期に発見され、代わりに生存細胞と置換され得る。
分配、手動操作、または繰り返しの長期継代の有害な工程がないので、細胞保持はまた、
従来の細胞系現像方法と比較して増加する。同様に、細胞を液滴中に封入したままにする
ことにより、クローンを液体処理器具表面に失う可能性が除去される。さらに、非生存細
胞は、プロセスの初期に発見され、代わりに生存細胞と置換され得る。
【0059】
いったん、融合された微小液滴中の細胞が十分な長さの時間培養されたことが決定され
ると、レポーターアッセイを含む第３の試薬がＯＥＷＯＤデバイスに導入され、標的細胞
を含む微小液滴と併合される。レポーターアッセイの結果は例えば、検出された蛍光、化
学発光、またはフェルスター共鳴エネルギー移動に従って測定され得る。
ると、レポーターアッセイを含む第３の試薬がＯＥＷＯＤデバイスに導入され、標的細胞
を含む微小液滴と併合される。レポーターアッセイの結果は例えば、検出された蛍光、化
学発光、またはフェルスター共鳴エネルギー移動に従って測定され得る。
【0060】
レポーターアッセイの結果に基づいて、細胞の１つ以上の第１のサブセットを廃棄し得
、そして細胞の１つ以上の第２のサブセットをさらに増殖させ得る。試料は培養されたタ
ーゲット細胞サブセットから回収され、さらなるオフチップ分析のために、チップからウ
ェルプレート、例えば、標準１５３６ウェルプレートに分配される。培養されたサブセッ
トの残りの前駆細胞は、オンチップでのさらなる培養のために保持される。
、そして細胞の１つ以上の第２のサブセットをさらに増殖させ得る。試料は培養されたタ
ーゲット細胞サブセットから回収され、さらなるオフチップ分析のために、チップからウ
ェルプレート、例えば、標準１５３６ウェルプレートに分配される。培養されたサブセッ
トの残りの前駆細胞は、オンチップでのさらなる培養のために保持される。
【0061】
次いで、回収された試料は１つ以上のオフチップ分析（例えば、ＤＮＡ配列決定、ＲＮ
Ａ配列決定、ＰＣＲ分析、遺伝子プロファイリング、およびマイクロアレイ測定）に供さ
れる。オフチップ分析の結果に基づいて、オンチップの細胞のさらなるサブセットを選択
し、回収し、さらに培養することができる。
Ａ配列決定、ＰＣＲ分析、遺伝子プロファイリング、およびマイクロアレイ測定）に供さ
れる。オフチップ分析の結果に基づいて、オンチップの細胞のさらなるサブセットを選択
し、回収し、さらに培養することができる。
【0062】
本発明の別の適用例は、免疫機能について細胞をスクリーニングすることである。
【0063】
疾患に特徴的な毒素またはバイオマーカーなどの抗原で免疫した後、Ｂ細胞、Ｔ細胞ま
たは樹状細胞などの天然免疫細胞のサンプルを、マウス、ヒト、または霊長類などの生物
から採取することができる。次いで、細胞を、宿主生物からの周囲組織、リンパ、血液細
胞および他の成分から分離するために、処理および精製する。これは、切開、遠心分離、
免疫沈降、濾過および透析法の混合物によって達成され得る。
たは樹状細胞などの天然免疫細胞のサンプルを、マウス、ヒト、または霊長類などの生物
から採取することができる。次いで、細胞を、宿主生物からの周囲組織、リンパ、血液細
胞および他の成分から分離するために、処理および精製する。これは、切開、遠心分離、
免疫沈降、濾過および透析法の混合物によって達成され得る。
【0064】
精製された免疫細胞は、微小液滴中にカプセル化され、ＯＥＷＯＤデバイス上にロード
される。次いで、イムノアッセイ試薬、ＦＲＥＴレポーター、またはレポーター細胞株な
どの試薬を、第１のアッセイにおいて標的細胞を含有する微小液滴に導入する。これは、
上述のように、試薬の第２の微小液滴を生成し、併合操作を実行することによって実行す
ることができる。
される。次いで、イムノアッセイ試薬、ＦＲＥＴレポーター、またはレポーター細胞株な
どの試薬を、第１のアッセイにおいて標的細胞を含有する微小液滴に導入する。これは、
上述のように、試薬の第２の微小液滴を生成し、併合操作を実行することによって実行す
ることができる。
【0065】
第１のアッセイの結果は例えば、光学的検出または顕微鏡検査によって調べられ、抗体
のようなタンパク質が、イムノアッセイ試薬に応答してターゲット細胞によって排泄され
るかどうかを決定する。第１のアッセイの結果に基づいて、標的細胞を含む微小液滴のサ
ブセットはデバイスから廃棄され得、そして別のサブセットはさらなる試験のために保持
される。
のようなタンパク質が、イムノアッセイ試薬に応答してターゲット細胞によって排泄され
るかどうかを決定する。第１のアッセイの結果に基づいて、標的細胞を含む微小液滴のサ
ブセットはデバイスから廃棄され得、そして別のサブセットはさらなる試験のために保持
される。
【0066】
次いで、オフターゲットレポーターのような第２の試薬を、第２のオンチップアッセイ
において、残りの細胞含有微小液滴と同様の様式で導入してもよい。第２のアッセイの結
果は、蛍光分光法のような光学的技術を用いて測定され、第２ラウンドの微小液滴サブセ
ットの選択および廃棄を導く。上記の処理は一連の異なるレポーターアッセイを使用して
標的細胞を問い合わせ／スクリーニングし、オン標的、オフ標的、および無関係な標的に
対する標的細胞の応答を測定するために繰り返され得る。
において、残りの細胞含有微小液滴と同様の様式で導入してもよい。第２のアッセイの結
果は、蛍光分光法のような光学的技術を用いて測定され、第２ラウンドの微小液滴サブセ
ットの選択および廃棄を導く。上記の処理は一連の異なるレポーターアッセイを使用して
標的細胞を問い合わせ／スクリーニングし、オン標的、オフ標的、および無関係な標的に
対する標的細胞の応答を測定するために繰り返され得る。
【0067】
本明細書中で使用される場合、用語「オンターゲット」は端部の組織または抗原をいい
、標的細胞が応答抗体を産生している。例えば、オンターゲットはがん性組織であり得る
。本明細書中で使用される場合、用語「オフターゲット」は望ましくない効果が観察され
るかまたは予想される組織をいう。例、オフターゲットはがん性組織に近いかまたは関連
する健康な組織であり得る。本明細書中で使用される場合、用語「無関係なターゲット」
は抗体との生物学的相互作用を有さないと予想されるが、例えば、有用な末端への大量の
抗体の結合、または交絡測定によって、アッセイ結果の正確さに負の効果を有し得る物質
をいう。
、標的細胞が応答抗体を産生している。例えば、オンターゲットはがん性組織であり得る
。本明細書中で使用される場合、用語「オフターゲット」は望ましくない効果が観察され
るかまたは予想される組織をいう。例、オフターゲットはがん性組織に近いかまたは関連
する健康な組織であり得る。本明細書中で使用される場合、用語「無関係なターゲット」
は抗体との生物学的相互作用を有さないと予想されるが、例えば、有用な末端への大量の
抗体の結合、または交絡測定によって、アッセイ結果の正確さに負の効果を有し得る物質
をいう。
【0068】
スクリーニングアッセイの測定結果に基づいて、細胞の最終サブセットを選択する。次
いで、最終サブセットを含む残りの細胞含有微小液滴を、選択された溶解試薬およびｃＤ
ＮＡ合成試薬に導入して、標的細胞において現在発現されている遺伝子のライブラリーを
形成する。目的の細胞をチップ外で回収し、チップ上での表現型アッセイで観察された挙
動に関与するコードＤＮＡを示す遺伝子アッセイに供する。
いで、最終サブセットを含む残りの細胞含有微小液滴を、選択された溶解試薬およびｃＤ
ＮＡ合成試薬に導入して、標的細胞において現在発現されている遺伝子のライブラリーを
形成する。目的の細胞をチップ外で回収し、チップ上での表現型アッセイで観察された挙
動に関与するコードＤＮＡを示す遺伝子アッセイに供する。
【0069】
本発明の別の適用例は、免疫調節薬および腫瘍抑制のための薬物を含む、薬物の機能性
および有効性についてのスクリーニングである。
および有効性についてのスクリーニングである。
【0070】
この適用において、薬物ターゲット細胞のパネルは、第１の微小液滴中にカプセル化さ
れ、そしてＯＥＷＯＤデバイス上にロードされる。試験のための薬物化合物のパネルを含
む第２の微小液滴のセットもまた、負荷される。
れ、そしてＯＥＷＯＤデバイス上にロードされる。試験のための薬物化合物のパネルを含
む第２の微小液滴のセットもまた、負荷される。
【0071】
線量測定パネルはそれぞれの薬物化合物のある範囲の希釈を含有する微小液滴のパネル
を作製するために、第２の微小液滴に対して行われる併合および分割操作によって形成さ
れる。薬物化合物は、マイクロビードの形成であっても、小胞中にカプセル化されていて
も、液滴中にカプセル化された産生細胞によって発現されていてもよい。
を作製するために、第２の微小液滴に対して行われる併合および分割操作によって形成さ
れる。薬物化合物は、マイクロビードの形成であっても、小胞中にカプセル化されていて
も、液滴中にカプセル化された産生細胞によって発現されていてもよい。
【0072】
薬物線量測定パネルは、併合操作によってターゲット細胞に導入される；薬物線量測定
パネルの微小液滴を含む第１の細胞と微小液滴との間の網羅的なペアワイズの組合せプロ
セスは、パネル全体が反復してあらゆる細胞型に曝露されることを確実にする。エフェク
ター細胞（例えば、Ｔキラー細胞またはマクロファージ）はまた、免疫反応を調節する際
の薬物の効果を試験し、そして異なる組織の存在下での免疫反応の詳細な断面比較を行う
ために、薬物パネルおよび標的細胞とともに導入され得る。
パネルの微小液滴を含む第１の細胞と微小液滴との間の網羅的なペアワイズの組合せプロ
セスは、パネル全体が反復してあらゆる細胞型に曝露されることを確実にする。エフェク
ター細胞（例えば、Ｔキラー細胞またはマクロファージ）はまた、免疫反応を調節する際
の薬物の効果を試験し、そして異なる組織の存在下での免疫反応の詳細な断面比較を行う
ために、薬物パネルおよび標的細胞とともに導入され得る。
【0073】
薬物パネルに対する標的細胞の応答は例えば、顕微鏡検査、蛍光レポーター染色または
レポーターアッセイによってモニターされ得る。スクリーニングプロセスの結果を使用し
て、種々の細胞およびエフェクター細胞条件における試験薬物の効力について情報を与え
ることができる。
レポーターアッセイによってモニターされ得る。スクリーニングプロセスの結果を使用し
て、種々の細胞およびエフェクター細胞条件における試験薬物の効力について情報を与え
ることができる。
【0074】
本発明の別の適用例は、標的幹細胞の分化を誘導することである。
【0075】
この適用において、標的幹細胞（例えば、誘導多能性幹細胞、胚性幹細胞、間葉幹細胞
または造血幹細胞）は、第１の微小液滴中にカプセル化され、そしてＯＥＷＯＤデバイス
上にロードされる。
または造血幹細胞）は、第１の微小液滴中にカプセル化され、そしてＯＥＷＯＤデバイス
上にロードされる。
【0076】
例えば、成長因子、環境刺激物質、細胞から細胞へのシグナル伝達化合物、およびモル
フォゲンなどの制御試薬化合物のパネルは、第２の微小液滴中にカプセル化され、また、
ＯＥＷＯＤデバイス上にロードされる。
フォゲンなどの制御試薬化合物のパネルは、第２の微小液滴中にカプセル化され、また、
ＯＥＷＯＤデバイス上にロードされる。
【0077】
第１の微小液滴のサブセットは第１の微小液滴に含まれる幹細胞を試薬に暴露し、した
がって標的経路に沿った幹細胞の分化を促進するために、対照試薬を含有する第２の微小
液滴と併合される。
がって標的経路に沿った幹細胞の分化を促進するために、対照試薬を含有する第２の微小
液滴と併合される。
【0078】
幹細胞分化プロセスは例えば、顕微鏡画像、表現型レポーター化合物の検出、およびレ
ポーターアッセイを行うことによってモニターされる。併合された微小液滴中の分化した
細胞は、さらなる培養または処理のための分注工程を介してＯＥＷＯＤデバイスから回収
され得る。
ポーターアッセイを行うことによってモニターされる。併合された微小液滴中の分化した
細胞は、さらなる培養または処理のための分注工程を介してＯＥＷＯＤデバイスから回収
され得る。
【0079】
本発明のさらに別の適用例は、オルガノイド構造の制御された形成におけるものである
。
。
【0080】
この適用において、オルガノイド前駆細胞（例えば、腫瘍細胞または幹細胞）は、第１
の微小液滴中にカプセル化され、そしてＯＥＷＯＤデバイス上にロードされる。例えば、
成長因子、環境刺激剤、細胞間シグナル伝達化合物、およびモルフォゲンなどの制御試薬
のパネルは、第２の微小液滴中にカプセル化され、また、ＯＥＷＯＤデバイス上にロード
される。
の微小液滴中にカプセル化され、そしてＯＥＷＯＤデバイス上にロードされる。例えば、
成長因子、環境刺激剤、細胞間シグナル伝達化合物、およびモルフォゲンなどの制御試薬
のパネルは、第２の微小液滴中にカプセル化され、また、ＯＥＷＯＤデバイス上にロード
される。
【0081】
第１の微小液滴に含まれるオルガノイド前駆細胞集団のサブセットはオルガノイドおよ
び組織構造の形成を促進するために、併合操作を介して対照試薬に曝露される。このよう
にして形成されたオルガノイドは、ＯＥＷＯＤデバイス上の専用領域オンチップに保存さ
れ、液滴マージ操作を介して栄養素および任意の他の必要な増殖培地が供給され得る。こ
の様式でチップ上に保存されたオルガノイドは上記の例示的な適用に関連して記載される
ように、薬物スクリーニングアッセイに供され得る。
び組織構造の形成を促進するために、併合操作を介して対照試薬に曝露される。このよう
にして形成されたオルガノイドは、ＯＥＷＯＤデバイス上の専用領域オンチップに保存さ
れ、液滴マージ操作を介して栄養素および任意の他の必要な増殖培地が供給され得る。こ
の様式でチップ上に保存されたオルガノイドは上記の例示的な適用に関連して記載される
ように、薬物スクリーニングアッセイに供され得る。
【0082】
本発明の別の適用例は、ＣＲＩＳＰＲ-Ｃａｓ９遺伝子改変スクリーニングにおけるも
のである。
のである。
【0083】
この適用において、標的細胞は、第１の微小液滴中にカプセル化され、そしてＯＥＷＯ
Ｄデバイス上にロードされる。ｇＲＮＡペアのパネルを含む微小液滴の第２のセットもま
た、デバイス上にロードされる。ｇＲＮＡペアのパネルを装填することは、凍結乾燥され
たｇＲＮＡをデバイス表面の標的領域上にスポットし、続いて、微小液滴をそれらの上を
通過させることによってパネルを含む領域を再水和する準備工程を含み得る。
Ｄデバイス上にロードされる。ｇＲＮＡペアのパネルを含む微小液滴の第２のセットもま
た、デバイス上にロードされる。ｇＲＮＡペアのパネルを装填することは、凍結乾燥され
たｇＲＮＡをデバイス表面の標的領域上にスポットし、続いて、微小液滴をそれらの上を
通過させることによってパネルを含む領域を再水和する準備工程を含み得る。
【0084】
これは、ｇＲＮＡがマイクロビーズに結合され、これらのビーズがスポットされ、流体
の表面上に凍結乾燥されるビーズプレップ工程の形成であり得る。
の表面上に凍結乾燥されるビーズプレップ工程の形成であり得る。
【0085】
ｇＲＮＡはマージ操作を介してターゲット細胞に導入され、これは、ターゲット細胞に
、プログラマブル制限酵素（例えば、Ｃａｓ９）およびターゲット細胞における遺伝子改
変を誘導するために必要とされる試薬と共に、ｇＲＮＡを取り込ませる。
、プログラマブル制限酵素（例えば、Ｃａｓ９）およびターゲット細胞における遺伝子改
変を誘導するために必要とされる試薬と共に、ｇＲＮＡを取り込ませる。
【0086】
併合された微小液滴中の細胞は、細胞集団が液滴間で分割され、細胞を取り囲む媒体が
連続希釈によって交換される併合および分割操作のサイクルにかけられる。
連続希釈によって交換される併合および分割操作のサイクルにかけられる。
【0087】
微小液滴集団中の各セルの位置を追跡することにより、共通祖先由来の細胞をソーティ
ング目的で同定することが可能となり、培養細胞集団の単クローン性が増加する。細胞保
持も増加する。
ング目的で同定することが可能となり、培養細胞集団の単クローン性が増加する。細胞保
持も増加する。
【0088】
いったん融合された微小液滴中の細胞が十分な長さの時間培養されたことが決定される
と、レポーターアッセイを含む第３の試薬がＯＥＷＯＤデバイスに導入され、標的細胞を
含む微小液滴と併合される。レポーターアッセイの結果は例えば、検出された蛍光、化学
発光、またはフェルスター共鳴エネルギー移動に従って測定され得る。
と、レポーターアッセイを含む第３の試薬がＯＥＷＯＤデバイスに導入され、標的細胞を
含む微小液滴と併合される。レポーターアッセイの結果は例えば、検出された蛍光、化学
発光、またはフェルスター共鳴エネルギー移動に従って測定され得る。
【0089】
レポーターアッセイの結果に基づいて、細胞の１つ以上の第１のサブセットを廃棄し得
、そして細胞の１つ以上の第２のサブセットをさらに増殖させ得る。試料は培養されたタ
ーゲット細胞サブセットから回収され、さらなるオフチップ分析のために、チップからウ
ェルプレート、例えば、標準１５３６ウェルプレートに分配される。培養されたサブセッ
トの残りの前駆細胞は、オンチップでのさらなる培養のために保持される。
、そして細胞の１つ以上の第２のサブセットをさらに増殖させ得る。試料は培養されたタ
ーゲット細胞サブセットから回収され、さらなるオフチップ分析のために、チップからウ
ェルプレート、例えば、標準１５３６ウェルプレートに分配される。培養されたサブセッ
トの残りの前駆細胞は、オンチップでのさらなる培養のために保持される。
【0090】
次いで、回収された試料は１つ以上のオフチップ分析（例えば、ＤＮＡ配列決定、ＲＮ
Ａ配列決定、ＰＣＲ分析、遺伝子プロファイリング、およびマイクロアレイ測定）に供さ
れる。オフチップ分析の結果に基づいて、オンチップの細胞のさらなるサブセットを選択
し、回収し、さらに培養することができる。
Ａ配列決定、ＰＣＲ分析、遺伝子プロファイリング、およびマイクロアレイ測定）に供さ
れる。オフチップ分析の結果に基づいて、オンチップの細胞のさらなるサブセットを選択
し、回収し、さらに培養することができる。
【0091】
図１を参照して、デバイスの例と関連するワークフローの例を示す。
【0092】
流体入口１は、フルオロカーボン油中の空の細胞含有第１微小液滴の混合物のエマルジ
ョン２を入れる。次に、これらの第１の微小液滴は、ＯＥＷＯＤ構造（図示せず）によっ
てソーティングゾーン３に移され、そこで、光学的手段または上記のような他のソーティ
ング手段によって、空虚なもの４および細胞を含むもの５にソートされる。その後、細胞
含有微小液滴５の各々はやはりＯＥＷＯＤ構造によって、合流ゾーン８に移され、そこで
、それらは各々の中での細胞増殖および分裂を促進する条件下で、規定された期間保持さ
れる。この期間の端部に、第２の入口６は目的の細胞型７に対して選択的な蛍光レポータ
ー系を含む第２の微小液滴を入れ、次いで、これらは合流ゾーン８で細胞含有第１の微小
液滴５と合流されて、合流微小液滴９を形成する。次いで、併合された微小液滴９は、Ｏ
ＥＷＯＤ構造によって光学窓１０に移され、そこで、レポーター系に特徴的な蛍光信号が
ＬＥＤ光源、光検出器、およびマイクロプロセッサからなる光学検出器具１１を用いて検
出される。光学検出器１１は、光学操作プロジェクタ１２と部分的に組み合わされる。
ョン２を入れる。次に、これらの第１の微小液滴は、ＯＥＷＯＤ構造（図示せず）によっ
てソーティングゾーン３に移され、そこで、光学的手段または上記のような他のソーティ
ング手段によって、空虚なもの４および細胞を含むもの５にソートされる。その後、細胞
含有微小液滴５の各々はやはりＯＥＷＯＤ構造によって、合流ゾーン８に移され、そこで
、それらは各々の中での細胞増殖および分裂を促進する条件下で、規定された期間保持さ
れる。この期間の端部に、第２の入口６は目的の細胞型７に対して選択的な蛍光レポータ
ー系を含む第２の微小液滴を入れ、次いで、これらは合流ゾーン８で細胞含有第１の微小
液滴５と合流されて、合流微小液滴９を形成する。次いで、併合された微小液滴９は、Ｏ
ＥＷＯＤ構造によって光学窓１０に移され、そこで、レポーター系に特徴的な蛍光信号が
ＬＥＤ光源、光検出器、およびマイクロプロセッサからなる光学検出器具１１を用いて検
出される。光学検出器１１は、光学操作プロジェクタ１２と部分的に組み合わされる。
【0093】
図２は、２５℃で５センチストークス以下の粘性を有するフルオロカーボンオイルに乳
化された水性微小液滴２の迅速な操作に適した、非閉じ込め状態で１２０μｍ（例えば、
８０～１２０μｍ）の径を有するｏＥＷＯＤ構造を例示的なデバイスの断面図を示す。そ
れは、１３０ｎｍの厚さを有する導電性インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）１５の透明層で
それぞれ５００μｍの厚さに被覆された上部および下部ガラスプレート（１３および１４
）を含む。１５の各々はＡ／Ｃ源１６に接続され、１４上のＩＴＯ層は接地されている。
１４は８００ｎｍの厚さのアモルファスシリコン１７の層で被覆されている。１３および
１７は、それぞれ、１６０ｎｍの厚さの高純度アルミナまたはハフニア１８の層で被覆さ
れ、次いで、トリクロロ（１Ｈ、１Ｈ、２Ｈ、２Ｈ－パーフルオロオクチル）シラン１９
の層を支持する二酸化ケイ素の格子間層で被覆されて、１８の疎水性の表面をもたらす。
１３および１７はデバイスに導入されたときに微小液滴がある程度の圧縮を受けるように
、スペーサを使用して８０μｍ離間される。ＬＥＤ光源２０によって照明された反射型画
素化画面の画像は、一般に１４の下に配置され、０．０１Ｗｃｍ－２の可視光（波長６６
０または８３０ｎｍ）がそれぞれのダイオード２１から放射され、１４および１５を通る
多数の上方向矢印の方向に伝搬することによって１７に衝突させられる。
化された水性微小液滴２の迅速な操作に適した、非閉じ込め状態で１２０μｍ（例えば、
８０～１２０μｍ）の径を有するｏＥＷＯＤ構造を例示的なデバイスの断面図を示す。そ
れは、１３０ｎｍの厚さを有する導電性インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）１５の透明層で
それぞれ５００μｍの厚さに被覆された上部および下部ガラスプレート（１３および１４
）を含む。１５の各々はＡ／Ｃ源１６に接続され、１４上のＩＴＯ層は接地されている。
１４は８００ｎｍの厚さのアモルファスシリコン１７の層で被覆されている。１３および
１７は、それぞれ、１６０ｎｍの厚さの高純度アルミナまたはハフニア１８の層で被覆さ
れ、次いで、トリクロロ（１Ｈ、１Ｈ、２Ｈ、２Ｈ－パーフルオロオクチル）シラン１９
の層を支持する二酸化ケイ素の格子間層で被覆されて、１８の疎水性の表面をもたらす。
１３および１７はデバイスに導入されたときに微小液滴がある程度の圧縮を受けるように
、スペーサを使用して８０μｍ離間される。ＬＥＤ光源２０によって照明された反射型画
素化画面の画像は、一般に１４の下に配置され、０．０１Ｗｃｍ－２の可視光（波長６６
０または８３０ｎｍ）がそれぞれのダイオード２１から放射され、１４および１５を通る
多数の上方向矢印の方向に伝搬することによって１７に衝突させられる。
【0094】
衝突の種々の点において、充電２２の光励起領域が、対応するエレクトロウェッティン
グ位置２３において１８に修飾された液体－固体接触角を誘起する１７に生成される。こ
れらの改良された特性は、マイクロ液滴２をある点２３から別の点に推進するのに必要な
毛管力を提供する。２０は、事前にプログラムされたアルゴリズムによって一時点にアレ
イ中のどちら２１が照射されるかを決定するマイクロプロセッサ２４によって制御される
。
グ位置２３において１８に修飾された液体－固体接触角を誘起する１７に生成される。こ
れらの改良された特性は、マイクロ液滴２をある点２３から別の点に推進するのに必要な
毛管力を提供する。２０は、事前にプログラムされたアルゴリズムによって一時点にアレ
イ中のどちら２１が照射されるかを決定するマイクロプロセッサ２４によって制御される
。
【図1】
【図2】
【手続補正書】
【提出日】2024-07-05
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
以下の工程を含む、薬物の機能性および有効性についてスクリーニングする方法：
薬物標的細胞のパネルを、第１の微小液滴中にカプセル化する工程；
前記第１の微小液滴を、ｏＥＷＯＤデバイス上にロードする工程；
薬物化合物のパネルを含む微小液滴の第２のセットを導入する工程；
網羅的なペアワイズの組合せプロセスにおける併合操作によって、前記第２の微小液滴を前記第１の微小液滴へ導入する工程；および
前記薬物標的細胞の前記薬物化合物に対する応答をモニターして、前記試験薬物化合物の効力について情報を与える工程。
薬物標的細胞のパネルを、第１の微小液滴中にカプセル化する工程；
前記第１の微小液滴を、ｏＥＷＯＤデバイス上にロードする工程；
薬物化合物のパネルを含む微小液滴の第２のセットを導入する工程；
網羅的なペアワイズの組合せプロセスにおける併合操作によって、前記第２の微小液滴を前記第１の微小液滴へ導入する工程；および
前記薬物標的細胞の前記薬物化合物に対する応答をモニターして、前記試験薬物化合物の効力について情報を与える工程。
【請求項2】
エフェクター細胞を、前記併合された微小液滴の中へ併合する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記エフェクター細胞が、Ｔキラー細胞またはマクロファージである、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記モニターする工程が、顕微鏡検査、蛍光レポーター染色またはレポーターアッセイによって行われる、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
微小液滴の前記第２のセットが、併合および分割操作によって形成されて、前記薬物化合物のある範囲の希釈を提供する、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記薬物化合物が、マイクロビードの形態であるか、小胞中にカプセル化されているか、または、前記第２の液滴中にカプセル化された産生細胞によって発現されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
【外国語明細書】