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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】P2024037944
(43)【公開日】2024-03-19
(54)【発明の名称】誘電体材料
(51)【国際特許分類】
C12M 1/42 20060101AFI20240312BHJP
C12Q 1/06 20060101ALI20240312BHJP
【ＦＩ】
C12M1/42
C12Q1/06
【審査請求】有
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023213223
(22)【出願日】2023-12-18
(62)【分割の表示】P 2020554865の分割
【原出願日】2019-04-01
(31)【優先権主張番号】62/651,659
(32)【優先日】2018-04-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＴＷＥＥＮ
(71)【出願人】
【識別番号】520383773
【氏名又は名称】バイオロジカル ダイナミクス，インク．
(74)【代理人】
【識別番号】110003797
【氏名又は名称】弁理士法人清原国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ヒネストロサ サラザール，ジュアン パブロ
(72)【発明者】
【氏名】クリシュナン，ラジャラム
(72)【発明者】
【氏名】コンラドソン，スコット
(72)【発明者】
【氏名】ハリス，タイラー リー
(72)【発明者】
【氏名】ターナー，ロバート ポール
(72)【発明者】
【氏名】トマス，ジョージ マロール
(57)【要約】 （修正有）
【課題】誘電体を含む材料を含む、分析物を捕捉するためのデバイス、およびサンプル中の分析物を単離するための方法を提供する。
【解決手段】分析物を捕捉するためのデバイスであって、当該デバイスは、ａ）動電場領域を生成するように構成された電極、及び、ｂ）前記電極の少なくとも一部分と接触している層であって、厚さが５オングストロームから２５オングストロームの誘電体材料を含む層を含み、層を有さない、又は、厚さが２５オングストロームを超える層を有するデバイスと比較して、分析物捕捉の総収量を増加させる、デバイスである。
【選択図】図１
【解決手段】分析物を捕捉するためのデバイスであって、当該デバイスは、ａ）動電場領域を生成するように構成された電極、及び、ｂ）前記電極の少なくとも一部分と接触している層であって、厚さが５オングストロームから２５オングストロームの誘電体材料を含む層を含み、層を有さない、又は、厚さが２５オングストロームを超える層を有するデバイスと比較して、分析物捕捉の総収量を増加させる、デバイスである。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
分析物を捕捉するためのデバイスであって、
ａ）動電場領域を生成するように構成された電極、および
ｂ）前記電極の少なくとも一部分と接触している層であって、誘電体材料を含み、厚さが１００オングストローム未満である層
を含む、デバイス。
ａ）動電場領域を生成するように構成された電極、および
ｂ）前記電極の少なくとも一部分と接触している層であって、誘電体材料を含み、厚さが１００オングストローム未満である層
を含む、デバイス。
【請求項2】
分析物を捕捉するためのデバイスであって、
ａ）動電場領域を生成するように構成された電極、および
ｂ）前記電極の少なくとも一部分と接触している層であって、誘電体材料を含み、厚さが１００オングストローム－約１０、０００オングストロームである層
を含む、デバイス。
ａ）動電場領域を生成するように構成された電極、および
ｂ）前記電極の少なくとも一部分と接触している層であって、誘電体材料を含み、厚さが１００オングストローム－約１０、０００オングストロームである層
を含む、デバイス。
【請求項3】
前記電極が交流で通電される、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項4】
前記電極が直流で通電される、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項5】
動電場が誘電場、電熱場、電気浸透場、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１－４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項6】
前記層が約５オングストローム－約２５オングストロームの厚さである、請求項１または３－５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項7】
前記層が約１３オングストローム－約１９オングストロームの厚さである、請求項１または３－５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項8】
前記層が１００オングストローム－約１０００オングストロームの厚さである、請求項２または３－５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項9】
前記層が約１０００オングストローム－約１０，０００オングストロームの厚さである、請求項２または３－５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項10】
前記層が約１６オングストロームの厚さである、請求項１または３－５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項11】
前記層が５０オングストローム以下の厚さである、請求項１または３－５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項12】
前記誘電体材料が、メタロイド酸化物、メタロイド窒化物、メタロイドカーバイド、メタロイドケイ化物、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１－１１のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項13】
前記メタロイドが、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項14】
前記誘電体材料が、非金属、およびホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１－９のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項15】
前記非金属が、酸素、炭素、シリコン、セレン、窒素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項16】
前記誘電体材料が金属をさらに含む、請求項１－１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項17】
前記金属が、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、マグネシウム、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、アルミニウム、タンタル、ガリウム、銅、銀、真ちゅう、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、コバルト、クロム、インジウム、ビスマス、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記金属が、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項19】
前記金属が、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、アンチモン、ゲルマニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項20】
前記金属が、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、タンタル、銅、銀、真ちゅう、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項21】
前記誘電体材料が有機ポリマーまたは無機ポリマーを含む、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項22】
前記ポリマーがフッ素化されている、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項23】
前記誘電体材料がセラミックを含む、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項24】
前記誘電体材料が、高κ誘電体材料を含む、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項25】
前記誘電体材料が、低κ誘電体材料を含む、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項26】
前記誘電体材料が、３を超えない誘電定数を有する材料を含む、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項27】
前記誘電体材料が、４を超えない誘電定数を有する材料を含む、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項28】
前記誘電体材料が、１０を超えない誘電定数を有する材料を含む、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項29】
前記誘電体材料が少なくとも４の誘電定数を有する、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項30】
前記誘電体材料が約２－約１０の誘電定数を有する、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項31】
前記誘電体材料が少なくとも１０の誘電定数を有する、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項32】
前記層が、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化チタン、ゲルマニウム、ポリテトラフルオロエチレン、ネオプレン、ポリフッ化ビニリデン、二酸化ケイ素、二酸化チタン、フルオロシリケートガラス、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、メチルシルセスキオキサン、ポリアリーレンエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、炭酸カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項33】
前記誘電体材料が約１０－５Ω・ｍ－約１０２５Ω・ｍの抵抗率を有する、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項34】
前記誘電体材料が約１０－２Ω・ｍ－約１０２０Ω・ｍの抵抗率を有する、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項35】
前記誘電体材料が約１０Ω・ｍ－約１０１５Ω・ｍの抵抗率を有する、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項36】
前記誘電体材料が約１０３Ω・ｍ－約１０１２Ω・ｍの抵抗率を有する、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項37】
前記誘電体材料が約１０－５Ω・ｍ－約１０６Ω・ｍの抵抗率を有する、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項38】
前記誘電体材料が約１０－４Ω・ｍ－約１０７Ω・ｍの抵抗率を有する、請求項１－２０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項39】
前記電極が導電性材料を有する、請求項１－３８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項40】
前記導電性材料は、約１０－８Ω・ｍ－約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する、請求項３９に記載のデバイス。
【請求項41】
前記導電性材料が約１０－８Ω・ｍ－約１０－５Ω・ｍの抵抗率を有する、請求項３９に記載のデバイス。
【請求項42】
前記導電性材料は、約１０－４Ω・ｍ－約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する、請求項３９に記載のデバイス。
【請求項43】
前記誘電体材料対導電性材料の比が約０．０１：２－約９９：１である、請求項３９－４２のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項44】
前記誘電体材料対導電性材料の比が約０．１：２－約０．７：２である、請求項３９－４２のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項45】
前記誘電体材料対導電性材料の比が約０．３：２である、請求項３９－４２のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項46】
前記導電性材料が、白金、金、アルミニウム、タンタル、ガリウムヒ素、銅、銀、真ちゅう、亜鉛、スズ、ニッケル、シリコン、パラジウム、チタン、グラファイト、カーボン、およびそれらの組み合わせからなる群のうちの少なくとも１つを含む、請求項３９－４５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項47】
前記電極が金属を含む、請求項１－４６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項48】
前記電極が混合金属酸化物を含む、請求項１－４７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項49】
前記混合金属酸化物が、酸化白金、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４８に記載のデバイス。
【請求項50】
前記電極が混合金属炭化物を含む、請求項１－４７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項51】
前記混合金属炭化物が、プラチナカーバイド、チタンカーバイド、ジルコニウムカーバイド、ニオブカーバイド、タンタルカーバイド、タングステンカーバイド、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４８に記載のデバイス。
【請求項52】
前記電極が混合金属窒化物を含む、請求項１－４７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項53】
前記混合金属窒化物が、窒化白金、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項５２に記載のデバイス。
【請求項54】
前記電極は、約１０－８Ω・ｍ－約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する、請求項１－５３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項55】
前記電極は、約１０－６Ω・ｍ－約１０－４Ω・ｍの抵抗率を有する、請求項１－５３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項56】
前記電極は、約１０－６Ω・ｍ－約１０－３Ω・ｍの抵抗率を有する、請求項１－５３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項57】
前記組成物が複数の電極を含む、先行の請求項のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項58】
前記導電性材料が個々の電極の中心に実質的に存在しない、請求項３９－５７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項59】
前記複数の電極がアレイに構成されている、請求項５７または５８に記載のデバイス。
【請求項60】
前記複数の電極が３次元で構成される、請求項５７－５９のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項61】
前記導電性材料が、開いた円盤状、波線形状、中空管形状、中空三角形管、または押出中心を有する中空リングにおける不連続の曲線として構成される、請求項５８－６０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項62】
前記電極がその最大寸法で約４０μｍ－約１０００μｍである、先行の請求項のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項63】
前記電極は、その最大寸法が約４０μｍ－約５００μｍである、請求項１－６１のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項64】
前記電極は、その最大寸法が約４０μｍ－約１００μｍである、請求項１－６１のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項65】
前記電極が約１００ｎｍ－約５００ｎｍの厚さである、先行の請求項のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項66】
前記電極が約５０ｎｍ－約２００ｎｍの厚さである、請求項１－６４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項67】
前記電極が、約１００ｎｍ－約１μｍの厚さである、請求項１－６４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項68】
前記電極がポリマー層でコーティングされている、先行の請求項のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項69】
前記ポリマー層が多孔質である、請求項６６に記載のデバイス。
【請求項70】
前記ポリマー層が誘電体材料をさらに含む、請求項６８または６９のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項71】
前記ポリマー層がコポリマーを含む、請求項６８－７０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項72】
前記ポリマー層が、ポリメチルメタクリレート、ナイロン６，６、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリエチレンテレフタレート、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項６８－７１のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項73】
前記ポリマー層がポリヒドロキシエチルメタクリレートを含む、請求項６８－７２のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項74】
前記ポリマー層がヒドロゲルを含む、請求項６８－７３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項75】
前記ヒドロゲルが、約０．０１ミクロン－１ミクロンの間の厚さを有する、請求項７４に記載のデバイス。
【請求項76】
前記ヒドロゲルが、約０．０１ミクロン－０．１ミクロンの間の厚さを有する、請求項７４に記載のデバイス。
【請求項77】
前記ヒドロゲルが約０．１ミクロン－１ミクロンの間の厚さを有する、請求項７４に記載のデバイス。
【請求項78】
層の存在が、層を含まないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％－約９９．９９％の減少をもたらす、先行の請求項のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項79】
前記層の存在が、層を含まないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％－約５０％の減少をもたらす、請求項７８に記載のデバイス。
【請求項80】
前記層の存在が、層を含まないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約５０％－約９９．９９％の減少をもたらす、請求項７８に記載のデバイス。
【請求項81】
前記層の存在が、層を含まないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約２５％－約７５％の減少をもたらす、請求項７８に記載のデバイス。
【請求項82】
前記層の存在が、層を含まないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約１％－約２５％の減少をもたらす、請求項７８に記載のデバイス。
【請求項83】
前記層の存在が、層を含まないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％－約１０％の減少をもたらす、請求項７８に記載のデバイス。
【請求項84】
白金を含む電極、および電極の一部と接触している層を備える分析物を捕捉するためのデバイスであって、前記電極は、交流誘電場領域を生成するように構成され、
前記層の厚さが１００オングストローム未満であり、
前記層は誘電体材料と導電性材料とを含み、半導電性材料と導電性材料の比は約０．３／２であり、
および層の存在は、デバイスの導電率の３０％の減少をもたらす、デバイス。
前記層の厚さが１００オングストローム未満であり、
前記層は誘電体材料と導電性材料とを含み、半導電性材料と導電性材料の比は約０．３／２であり、
および層の存在は、デバイスの導電率の３０％の減少をもたらす、デバイス。
【請求項85】
サンプル中の分析物を単離するための方法であって、前記方法は、
（ａ）請求項１－８４のいずれか１項に記載のデバイスにサンプルを適用する工程、
（ｂ）少なくとも１つの交流誘電場領域および／または交流動電場領域を生成する工程、ならびに
（ｃ）交流誘電場領域および／または交流動電場領域において分析物を単離する工程、
を含む、方法。
（ａ）請求項１－８４のいずれか１項に記載のデバイスにサンプルを適用する工程、
（ｂ）少なくとも１つの交流誘電場領域および／または交流動電場領域を生成する工程、ならびに
（ｃ）交流誘電場領域および／または交流動電場領域において分析物を単離する工程、
を含む、方法。
【請求項86】
前記層の存在が、前記層を有さないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の増加をもたらす、請求項８５に記載の方法。
【請求項87】
前記層の存在が、前記層を有さないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも５倍の増加をもたらす、請求項８５に記載の方法。
【請求項88】
前記層の存在が、前記層を有さないデバイスと比較した場合、表面上の分析物捕捉の少なくとも５０倍の増加をもたらす、請求項８５に記載の方法。
【請求項89】
前記層の存在が、前記層を有さないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも１００倍の増加をもたらす、請求項８５に記載の方法。
【請求項90】
前記層の存在が、前記層を有さないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも２００倍の増加をもたらす、請求項８５に記載の方法。
【請求項91】
前記層の存在が、前記層を有さないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも５００倍の増加をもたらす、請求項８５に記載の方法。
【請求項92】
前記分析物が生体分子を含む、請求項８５－９１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項93】
前記分析物が、核酸、ヌクレオソーム、エクソソーム、細胞外小胞、凝集タンパク質、ウイルス、原核細胞、細胞膜断片、ミトコンドリア、細胞小胞、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項８５－９２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項94】
前記分析物がウイルスを含む、請求項８１に記載の方法。
【請求項95】
前記分析物が無細胞材料を含む、請求項８５－９４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項96】
前記分析物が無細胞核酸を含む、請求項９５に記載の方法。
【請求項97】
前記サンプルが流体を含む、請求項８５－９６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項98】
前記流体が細胞を含む、請求項９７に記載の方法。
【請求項99】
前記細胞が原核細胞を含む、請求項９８に記載の方法。
【請求項100】
前記細胞が真核細胞を含む、請求項９８に記載の方法。
【請求項101】
前記流体が１００ｍＳ／ｍ以上の導電率を有する、請求項９７－１００のいずれか１項に記載の方法。
【請求項102】
前記流体が１００ｍＳ／ｍ未満の導電率を有する、請求項９７－１００のいずれか１項に記載の方法。
【請求項103】
前記分析物がその最大寸法で１マイクロメートル以下である、請求項８５－１０２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項104】
前記分析物がその最大寸法において０．１マイクロメートル以下である、請求項１０３に記載の方法。
【請求項105】
前記分析物がその最大寸法において５０ナノメートル以下である、請求項１０３に記載の方法。
【請求項106】
前記分析物が１ナノグラム以下の質量を有する、請求項８５－１０５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項107】
前記分析物が１ピコグラム以下の質量を有する、請求項８５－１０５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項108】
前記分析物が１モルあたり１０９グラム以下の分子量を有する、請求項８５－１０５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項109】
前記分析物が１モルあたり１０６グラム以下の分子量を有する、請求項８５－１０５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項110】
前記分析物が、１モル当たり１０３グラム以下の分子量を有する、請求項８５－１０５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項111】
前記分析物が約１－約１００の誘電定数を有する、請求項８５－１０５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項112】
前記分析物が約１－約２０の誘電定数を有する、請求項８５－１０５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項113】
前記分析物が約６－約１１の誘電定数を有する、請求項８５－１０５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項114】
前記少なくとも１つの析出技術を使用して電極上に層を析出することを含む、請求項１－１１３のいずれか１項に記載のデバイスを製造するための方法。
【請求項115】
前記析出技術が、電子線蒸着、電極スパッタリング蒸着、原子層析出、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、パルスレーザー蒸着、および化学蒸着からなる群から選択される、請求項１１４に記載の方法。
【請求項116】
前記析出技術が、スパッタリング蒸着を含む、請求項１１４または１１５に記載の方法。
【請求項117】
前記スパッタリング蒸着が、イオンビーム、反応性、イオンアシスト、高ターゲット利用率、高出力インパルスマグネトロン、またはガスフロースパッタリングを含む、請求項１１４－１１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項118】
請求項１－８４のいずれか１項に記載のデバイスにサンプルを適用する工程を含む、患者の疾患または状態を診断またはモニタリングする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願
この特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年４月２日に出願された米国仮特許出願第６２／６５１，６５９号の利益を主張する。
この特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年４月２日に出願された米国仮特許出願第６２／６５１，６５９号の利益を主張する。
【背景技術】
【0002】
次世代シーケンシング、イムノアッセイ、または他の診断用途のための、生物学的サンプルからの核酸またはウイルス粒子などの生体分子の単離を含む、複雑なサンプルからの分析物の特徴付けおよび単離において進歩が見られた。これらの技術やその他の技術は、いくつか例を挙げると、医学、再生可能エネルギー、バイオセキュリティ、農業などの多様な分野を変革することが期待されています。しかし、これらの高度な方法で分析するのに適した分析物を効率的に分離するためのデバイス、方法、組成、およびシステムは追いついておらず、これが制限になる可能性がある。
【発明の概要】
【0003】
本明細書で開示される本方法、デバイス、プロセス、およびシステムは、サンプルから分析物を単離および／または定量化する改善された方法の必要性を満たす。本明細書で提供される特定の態様の特定の属性には、分析物を分離するための誘電体材料を含むデバイスが含まれる。いくつかの実施形態では、誘電体材料は電極と共に使用される。いくつかの実施形態では、本発明の方法、デバイス、プロセス、およびシステムを使用して、無細胞核酸、エキソソーム、高分子量ＤＮＡを含む高分子量（ｍｗ）核酸、オリゴヌクレオソーム複合体などの分析物を単離および／または分離することができる。ヌクレオソーム、凝集タンパク質、小胞結合ＤＮＡ、細胞膜断片および細胞破片、タンパク質、脂質、ウイルス、または血液、環境サンプル、または分析物を含む他のサンプルソースなどの希薄および／または複雑な流体からのその他の分析物。他の態様において、本発明は、少量の出発物質を使用し、高純度の分析物の単離を達成し、そして多重化および高スループット操作に適している。
【0004】
一態様では、本明細書で開示されるのはａ）動電学的場領域を生成するように構成された電極および、ｂ）電極の少なくとも一部と接触している層であって、その層は誘電体材料を含み、厚さが１００オングストローム未満である層を含む分析物を捕捉するためのデバイスである。いくつかの実施形態では、電極は交流で通電される。いくつかの実施形態では、電極は直流で通電される。いくつかの実施形態では、電動場は、誘電泳動場、電熱場、電気浸透場、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、層は約５オングストローム－約２５オングストロームの厚さである。いくつかの実施形態では、層は約１３オングストローム－約１９オングストロームの厚さである。いくつかの実施形態では、層は約１６オングストロームの厚さである。いくつかの実施形態では、層は５０オングストローム以下の厚さである。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、メタロイド酸化物、メタロイド窒化物、メタロイドカーバイド、メタロイドケイ化物、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、メタロイドは、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、非金属、およびホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、非金属は、酸素、炭素、ケイ素、セレン、窒素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料はさらに金属を含む。いくつかの実施形態では、金属は、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、マグネシウム、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、アルミニウム、タンタル、ガリウム、銅、銀、真鍮、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、コバルト、インジウム、ビスマス、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、アンチモン、ゲルマニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、タンタル、銅、銀、真鍮、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、チタン、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、有機または無機ポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ポリマーはフッ素化されている。いくつかの実施形態では、誘電体材料はセラミックを含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、高κ誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、低κ誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、３を超えない誘電定数を有する材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、４を超えない誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、１０を超えない誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、少なくとも４の誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約２－約１０の誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、少なくとも１０の誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、層は、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化チタン、ゲルマニウム、ポリテトラフルオロエチレン、ネオプレン、ポリフッ化ビニリデン、二酸化ケイ素、二酸化チタン、フルオロケイ酸塩ガラス、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、メチルシルセスキオキサン、ポリアリーレンエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、炭酸カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－５Ω・ｍ－約１０２５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－２Ω・ｍ－約１０２０Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０Ω・ｍ－約１０１５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０３Ω・ｍ－約１０１２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－５Ω・ｍ－約１０６Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－４Ω・ｍ－約１０７Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍ－約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍ－約１０－５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－４Ω・ｍ－約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料対導電性材料の比は、約０．０１：２－約９９：１である。いくつかの実施形態では、誘電体材料対導電性材料の比は、約０．１：２－約０．７：２である。いくつかの実施形態では、誘電体材料対導電性材料との比は約０．３：２である。いくつかの実施形態では、導電性材料は、白金、金、アルミニウム、タンタル、ガリウム砒素、銅、銀、真鍮、亜鉛、スズ、ニッケル、シリコン、パラジウム、チタン、グラファイト、炭素、およびそれらの組み合わせからなる群のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化白金、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステンおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、混合金属炭化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属炭化物は、プラチナカーバイド、チタンカーバイド、ジルコニウムカーバイド、ニオブカーバイド、タンタルカーバイド、タングステンカーバイド、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、混合金属窒化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属窒化物は、窒化白金、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－８Ω・ｍ－約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－６Ω・ｍ－約１０－４Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－６Ω・ｍ－約１０－３Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、組成物は、複数の電極を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、個々の電極の中心に実質的に存在しない。いくつかの実施形態では、複数の電極がアレイに構成されている。いくつかの実施形態では、複数の電極は３次元で構成される。いくつかの実施形態では、導電性材料は、開いた円盤状、波線形状、中空管形状、中空三角形管、または押し出し中心を有する中空リングにおける不連続な曲線として構成される。いくつかの実施形態では、電極が、その最大寸法で約４０μｍ－約１０００μｍである。いくつかの実施形態では、電極が、その最大寸法で約４０μｍ－約５００μｍである。いくつかの実施形態では、電極が、その最大寸法で約４０μｍ－約１００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、約１００ｎｍ－約５００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極は、約５０ｎｍ－約２００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極は、約１００ｎｍ－約１μｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極はポリマー層でコーティングされている。いくつかの実施形態では、ポリマー層は多孔質である。いくつかの実施形態では、ポリマー層はさらに誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層はコポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、ポリメチルメタクリレート、ナイロン６，６、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリエチレンテレフタレート、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、ポリヒドロキシエチルメタクリレートを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層はヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１ミクロン－１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１ミクロン－０．１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１ミクロン－１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％－約９９．９９％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％－約５０％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約５０％－約９９．９９％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約２５％－約７５％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約１％－約２５％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％－約１０％の減少をもたらす。
【0005】
本明細書でさらに提供されるのは、ａ）電動場領域を生成するように構成された電極および、ｂ）電極の少なくとも一部と接触している層であって、その層は誘電体材料を含み、厚さが１００オングストローム－約１０，０００オングストロームである層を含む分析物を捕捉するためのデバイスである。いくつかの実施形態では、電極は交流で通電される。いくつかの実施形態では、電極は直流で通電される。いくつかの実施形態では、動電場は誘電場、電熱場、電気浸透場、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料はメタロイド酸化物、メタロイド窒化物、メタロイドカーバイド、メタロイドケイ化物、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、メタロイドは、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、非金属、およびホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、非金属は、酸素、炭素、シリコン、セレン、窒素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は金属をさらに含む。いくつかの実施形態では、金属は、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、マグネシウム、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、アルミニウム、タンタル、ガリウム、銅、銀、真ちゅう、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、コバルト、、インジウム、ビスマス、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、アンチモン、ゲルマニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、タンタル、銅、銀、真ちゅう、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、チタン、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、有機ポリマーまたは無機ポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ポリマーはフッ素化されている。いくつかの実施形態では、誘電体材料はセラミックを含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、高κ誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、低κ誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、３を超えない誘電定数を有する材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、４を超えない誘電定数を有する材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、１０を超えない誘電定数を有する材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、少なくとも４の誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約２－約１０の誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、少なくとも１０の誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、層は、１００オングストローム－約１０００オングストロームの厚さである。いくつかの実施形態では、層は、約１０００オングストローム－約１０，０００オングストロームの厚さである。いくつかの実施形態では、層は、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化チタン、ゲルマニウム、ポリテトラフルオロエチレン、ネオプレン、ポリフッ化ビニリデン、二酸化ケイ素、二酸化チタン、フルオロシリケートガラス、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、メチルシルセスキオキサン、ポリアリーレンエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、炭酸カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－５Ω・ｍ－約１０２５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－２Ω・ｍ－約１０２０Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０Ω・ｍ－約１０１５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０３Ω・ｍ－約１０１２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－５Ω・ｍ－約１０６Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－４Ω・ｍ－約１０７Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍ－約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍ－約１０－５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－４Ω・ｍ－約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料対導電性材料の比は、約０．０１：２－約９９：１である。いくつかの実施形態では、誘電体材料対導電性材料の比は、約０．１：２－約０．７：２である。いくつかの実施形態では、誘電体材料対導電性材料の比は、約０．３：２である。いくつかの実施形態では、導電性材料は、白金、金、アルミニウム、タンタル、ガリウムヒ素、銅、銀、真ちゅう、亜鉛、スズ、ニッケル、シリコン、パラジウム、チタン、グラファイト、カーボン、およびそれらの組み合わせからなる群のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、電極は金属を含む。いくつかの実施形態では、電極は混合金属酸化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化白金、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は混合金属炭化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属炭化物は、プラチナカーバイド、チタンカーバイド、ジルコニウムカーバイド、ニオブカーバイド、タンタルカーバイド、タングステンカーバイド、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は混合金属窒化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属窒化物は、窒化白金、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－８Ω・ｍ－約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－６Ω・ｍ－約１０－４Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－６Ω・ｍ－約１０－３Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、組成物は複数の電極を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、個々の電極の中心に実質的に存在しない。いくつかの実施形態では、複数の電極はアレイに構成されている。いくつかの実施形態では、複数の電極は３次元で構成される。いくつかの実施形態では、導電性材料は、開いた円盤状、波線形状、中空管形状、中空三角形管、または押出中心を有する中空リングにおける不連続の曲線として構成される。いくつかの実施形態では、電極は、その最大寸法で約４０μｍ－約１０００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、その最大寸法が約４０μｍ－約５００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、その最大寸法が約４０μｍ－約１００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、約１００ｎｍ－約５００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極は約５０ｎｍ－約２００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極は、約１００ｎｍ－約１μｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極は、ポリマー層でコーティングされている。いくつかの実施形態では、ポリマー層は多孔質である。いくつかの実施形態では、ポリマー層は誘電体材料をさらに含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層はコポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、ポリメチルメタクリレート、ナイロン６，６、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリエチレンテレフタレート、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、ポリヒドロキシエチルメタクリレートを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層はヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１ミクロン－１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１ミクロン－０．１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１ミクロン－１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層の存在は、層を含まないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％－約９９．９９％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層を含まないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％－約５０％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層を含まないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約５０％－約９９．９９％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層を含まないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約２５％－約７５％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層を含まないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約１％－約２５％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層を含まないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％－約１０％の減少をもたらす。
【0006】
本明細書でさらに提供されるのは、白金を含む電極、および電極の一部と接触している層を備える分析物を捕捉するためのデバイスであって、電極は交流誘電場領域を生成するように構成され、層の厚さは１００オングストローム未満であり、層は誘電体材料と導電性材料とを含み、半導電性材料と導電性材料の比は約０．３／２であり、および層の存在はデバイスの導電率の３０％の減少をもたらす、デバイス。
【0007】
白金を含む電極、および電極の一部と接触している層を備える分析物を捕捉するためのデバイスであって、電極は交流誘電場領域を生成するように構成され、層の厚さは１００オングストローム未満であり、層は誘電体材料と導電性材料とを含み、半導電性材料と導電性材料の比は約０．１５：１であり、および層の存在はデバイスの導電率の３０％の減少をもたらす、デバイスも本明細書で提供される。
【0008】
加えて本明細書で提供されるのは、サンプル中の分析物を単離するための方法であって、本明細書で提供されるデバイスにサンプルを適用し、少なくとも１つの交流誘電場領域および／または交流動電場領域を生み出し、および交流誘電場領域および／または交流動電場領域において分析物を単離する工程を含む、方法。いくつかの実施形態では、層の存在は、層を有さないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層を有さないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも５倍の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層を有さないデバイスと比較した場合、表面上の分析物捕捉の少なくとも５０倍の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層を有さないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも１００倍の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層を有さないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも２００倍の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層を有さないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも５００倍の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、分析物は生体分子を含む。いくつかの実施形態では、分析物は、核酸、ヌクレオソーム、エキソソーム、細胞外小胞、凝集タンパク質、ウイルス、原核細胞、細胞膜断片、ミトコンドリア、細胞小胞、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、分析物はウイルスを含む。いくつかの実施形態では、分析物は無細胞材料を含む。いくつかの実施形態では、分析物は無細胞核酸を含む。いくつかの実施形態では、サンプルは流体を含む。いくつかの実施形態では、流体は細胞を含む。いくつかの実施形態では、細胞は原核細胞を含む。いくつかの実施形態では、細胞は真核細胞を含む。いくつかの実施形態では、流体は１００ｍＳ／ｍ以上の導電率を有する。いくつかの実施形態では、流体は１００ｍＳ／ｍ未満の導電率を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、その最大寸法において１マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、分析物は、その最大寸法において０．１マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、分析物は、その最大寸法において５０ナノメートル以下である。いくつかの実施形態では、分析物は１ナノグラム以下の質量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は１ピコグラム以下の質量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は１モルあたり１０９グラム以下の分子量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は１モルあたり１０６グラム以下の分子量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は１モルあたり１０３グラム以下の分子量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は約１－約１００の誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、分析物は約１－約２０の誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、分析物は約６－約１１の誘電定数を有する。
【0009】
本明細書でさらに提供されるのは、少なくとも１つの析出技術を使用して電極上に層を析出することを含む、本明細書に記載のデバイスのいずれかを製造するための方法。いくつかの実施形態では、析出技術は、電子線蒸着、電極スパッタリング蒸着、原子層析出、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、パルスレーザー蒸着、および化学蒸着からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、いくつかの実施形態では、析出技術はスパッタリング蒸着を含む。いくつかの実施形態では、スパッタリング蒸着は、イオンビーム、反応性、イオンアシスト、高ターゲット利用率、高出力インパルスマグネトロン、またはガスフロースパッタリングを含む。
【0010】
加えて本明細書で提供されるのは、本明細書に記載のデバイスのいずれか一つにサンプルを適用する工程を含む、患者の疾患または状態を診断またはモニタリングする方法。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本発明の新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記述されている。本発明の特徴および利点のより良い理解は、本発明の原理が利用される具体的な実施形態を記述した以下の詳細な説明、およびその添付の図面を参照することによって得られるであろう。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本明細書に記載されているのは、誘電体材料を含む方法、デバイス、システム、および組成物である。本明細書に開示される方法、デバイス、およびシステムの特定の態様では、電極は、誘電体材料で層状にされているか、または誘電体材料を組み込んでいる。ある場合には、方法、デバイス、およびシステムは、分析物を含む流体組成物から粒子または分子を単離または分離するのに適している。特定の実施形態では、本明細書で提供されるのは、細胞または他の粒子状物質を含む流体から生体分子を単離または分離するための方法、デバイス、およびシステムである。いくつかの態様では、方法、デバイス、およびシステムは、流体組成物中の粒子および分子の迅速な分離を可能にし得る。他の態様では、方法、デバイス、およびシステムは、流体組成物中の粒子からの分子の迅速な単離を可能にし得る。様々な態様において、方法、デバイス、およびシステムは、最小限の量の材料を必要とする迅速な手順を可能にし得る。いくつかの態様において、方法、デバイス、およびシステムは、血液または環境サンプルのような複合流体からの分子の単離をもたらす。様々な実施形態では、方法、デバイス、およびシステムは、誘電体材料を含み、動電力の生成を可能にする電極のアレイを含むデバイスに流体を適用することを含む（例えば、電極のアレイが直流、交流または両方で通電される場合）。いくつかの実施形態では、電極を含む方法、デバイス、およびシステムは、誘電場を生み出すために通電される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、デバイス、組成物、およびシステムは、疾患または状態を予測、診断、治療、評価、または予防するために使用される。
【0013】
本明細書に記載の電極は、いくつかの実施形態では、交流（ＡＣ）で充電される。本明細書に記載の電極は、いくつかの実施形態では、直流（ＤＣ）で充電される。いくつかの実施形態では、誘電体材料を含む電極のアレイは、誘電泳動（ＤＥＰ）アプリケーションのための電場を生成する。時には、電場は不均一である。いくつかの実施形態では、誘電場は、ＡＣ動電（ＡＣＥ）力効果の構成要素である。様々な実施形態において、ＡＣ動電力効果の構成要素は、ＡＣ電気浸透またはＡＣ電熱効果である。いくつかの実施形態では、誘電場を含むＡＣ動電力は、高フィールド領域（ポジティブＤＥＰ、つまり不均一な電場のために電界線の濃縮が強い領域）および／または低フィールド領域（ネガティブＤＥＰ、つまり不均一な電界のために電界線の濃縮が弱い領域）を含む。
【0014】
いくつかの実施形態では、誘電泳動場は、ＤＣ動電学的力効果の構成要素である。様々な実施形態において、ＤＣ動電学的力効果の構成要素は、ＤＣ電気浸透効果またはＤＣ電熱効果である。いくつかの実施形態では、ＤＣ電極とＡＣ電極の両方が、本明細書に記載の方法、デバイス、システム、および組成物で使用される。いくつかの実施形態では、ＤＣは、分析物の分離および／または分析のためのデバイス上の分析物または他のサンプル成分の電気泳動移動を容易にするために連続的にまたはパルス化されている。いくつかの実施形態では、ＤＣは、異なる分子量の核酸などの分析物を、独立して、またはＡＣ電極と協調して分離する。
【0015】
本明細書に記載の方法の異なる工程、または本明細書に記載のデバイスもしくはシステムの態様を利用して、無傷の細胞または他の特定の材料などの異なる成分を単離および分離することができる。さらに、加えられたＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電学的力の異なるフィールド領域は、本明細書に記載のデバイスおよびシステムの方法または態様の異なる工程で使用され得る。この力は、粒子を帯電させる必要はない。場合によっては、力の強さは、媒体と特定の粒子の電気的特性、粒子の形状とサイズ、および電界の周波数に依存する。場合によっては、特定の周波数のフィールドが粒子を選択的に操作します。本明細書に記載の特定の態様では、これらのプロセスは、細胞および／またはより小さな粒子（核酸分子を含む分子など）を他の成分（例えば、流体媒体中）からまたは互いに分離することを可能にする。
【0016】
誘電体材料を含む電極
様々な実施形態において、動電学的（Ａ／Ｃ動電学およびＤ／Ｃ動電学など）フィールドは、本明細書に記載の誘電体材料を含む電極または電極のアレイに選択的にエネルギーを与えることによって作製される。いくつかの実施形態では、Ａ／Ｃ動電学的またはＤ／Ｃ動電学的フィールドは、誘電泳動（ＤＥＰ）フィールドである。いくつかの実施形態では、ＤＥＰフィールドは、ＡＣ誘電泳動フィールドである。いくつかの実施形態では、ＤＥＰフィールドは、ＤＣ誘電泳動フィールドである。いくつかの実施形態では、Ａ／Ｃ動電学的またはＤＥＰフィールドを使用して、分析物および／または生体分子などの分析物を単離する。このような材料にはいくつかの利点がある。電極構造（例えば、アレイ）を誘電体材料の１つ以上の層でオーバーレイ、埋め込み、組み込み、製造、エッチング、層化、またはコーティングすることにより、電極上または電極の近くで発生する可能性がある電解反応、加熱、およびカオス流体挙動を含むがこれらに限定されない有害な電気化学効果を低減する場合があり、なお、細胞、細菌、ウイルス、ナノ粒子、ＤＮＡ、およびその他の生体分子の効果的な分離を実行できる。いくつかの実施形態では、電極構造の上に層状にされた材料は、絶縁体または半導体などの誘電体材料である。いくつかの実施形態では、ポリマーは電極構造の上に層状になっている。いくつかの実施形態では、ポリマーは、誘電体材料、または誘電体材料を含む粒子を含む。いくつかの実施形態では、ポリマーはヒドロゲルを含む。
様々な実施形態において、動電学的（Ａ／Ｃ動電学およびＤ／Ｃ動電学など）フィールドは、本明細書に記載の誘電体材料を含む電極または電極のアレイに選択的にエネルギーを与えることによって作製される。いくつかの実施形態では、Ａ／Ｃ動電学的またはＤ／Ｃ動電学的フィールドは、誘電泳動（ＤＥＰ）フィールドである。いくつかの実施形態では、ＤＥＰフィールドは、ＡＣ誘電泳動フィールドである。いくつかの実施形態では、ＤＥＰフィールドは、ＤＣ誘電泳動フィールドである。いくつかの実施形態では、Ａ／Ｃ動電学的またはＤＥＰフィールドを使用して、分析物および／または生体分子などの分析物を単離する。このような材料にはいくつかの利点がある。電極構造（例えば、アレイ）を誘電体材料の１つ以上の層でオーバーレイ、埋め込み、組み込み、製造、エッチング、層化、またはコーティングすることにより、電極上または電極の近くで発生する可能性がある電解反応、加熱、およびカオス流体挙動を含むがこれらに限定されない有害な電気化学効果を低減する場合があり、なお、細胞、細菌、ウイルス、ナノ粒子、ＤＮＡ、およびその他の生体分子の効果的な分離を実行できる。いくつかの実施形態では、電極構造の上に層状にされた材料は、絶縁体または半導体などの誘電体材料である。いくつかの実施形態では、ポリマーは電極構造の上に層状になっている。いくつかの実施形態では、ポリマーは、誘電体材料、または誘電体材料を含む粒子を含む。いくつかの実施形態では、ポリマーはヒドロゲルを含む。
【0017】
さらに、そのような誘電体材料は予想外の利点を提供することができる。いくつかの実施形態では、そのような層またはコーティングの存在は、電極の効率を高め、検出に必要な分析物の量を減らし、分析物捕捉の総収量を増加させ、捕捉できる分析物の数およびタイプを増加または変更し、または、分析物の検出や分析など、別の下流のアプリケーション向けにプロセスを最適化する。一部のアプリケーションでは、誘電体層を備えた電極が分析物の捕捉効率を高めることができるとはまったく予想外である。特定の状況では、電極に誘電体層を追加すると、電極の性能に悪影響を与える汚染物質のように機能すると予測された可能性がある。
【0018】
本明細書に記載の実施形態の中には、特定の厚さの層を含む誘電体層を含む電極があり、これは、本明細書に記載のこれまで認識されていなかった利点（例えば、分析物要件の低減、より高い単離収率、他の利点）を提供することができる。いくつかの実施形態では、均一またはほぼ均一な厚さの層の存在は、製造および分析物捕捉の間のより高い一貫性、ならびに分析物捕捉の改善された効率をもたらす。
【0019】
本明細書で提供されるのは、誘電体材料を含むデバイスおよび組成物である。誘電体材料には、さまざまな材料を使用できる。いくつかの態様において、層は、シリコン、チタン、ゲルマニウム、カルシウム、クロム、コバルト、アルミニウム、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム、ランタン、イットリウム、タンタル、プラセオジム、ジルコニウム、エルビウム、鉛、フッ素、その他の本明細書と一貫性のある元素、またはそれらの任意の組み合わせなどの元素を含む。様々な実施形態において、誘電体材料層は、元素の酸化物、窒化物、ケイ化物、炭化物、または炭酸塩を含む。いくつかの実施形態では、材料層は、窒化物または酸窒化物を含む。
【0020】
誘電体層は、低κ誘電体材料を含み得る。いくつかの実施形態では、低Ｋ誘電体材料は、３以下の誘電体定数を有する。いくつかの実施形態では、低κ誘電体材料は、４以下の誘電体定数を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、炭素でドープされている。誘電体材料は、炭素をドープした二酸化ケイ素である。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、ダイヤモンド様カーボン（「ブラックダイヤモンド」、またはフッ素化ダイヤモンド様カーボン）である。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、芳香族熱硬化性樹脂を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、水素シルセキオキサンまたはメチルシルセキオキサンなどのシルセキオキサンを含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、有機シリカガラスを含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料はフルオロケイ酸塩ガラスを含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、Ａｕｒｏｒ（登録商標）ＬＫまたはＣｏｒａｌ（登録商標）（ＳｉＯＣ）を含む。
【0021】
誘電体層は、高κ誘電体材料を含み得る。いくつかの実施形態では、低κ誘電体材料は、少なくとも４の誘電体定数を有する。いくつかの実施形態では、低κ誘電体材料は、少なくとも１０の誘電体定数を有する。いくつかの実施形態では、低κ誘電体材料は、少なくとも２０の誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、誘電材料は、シリコン、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、ランタン、タンタル、チタン、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化チタン、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
【0022】
誘電体層は、ポリマーなどの誘電体材料を含み得る。いくつかの実施形態では、ポリマーは有機ポリマー（ポリアクリレート、ポリスチレン、ポリ－４－ビニルフェノール、ポリフッ化ビニリデンなど）である。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン、ナイロン、ポリアクリロニトリル、ポリアリーレン、パリレン－Ｎ、パリレンＦ、ポリクロロプレンゴム、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリノルボルネン、ポリナフタレン、ベンゾシクロブタン、キセロゲル、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
【0023】
追加の例示的な誘電材料には、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、酸化チタン、ゲルマニウム、ポリテトラフルオロエチレン、ネオプレン、ポリフッ化ビニリデン、二酸化ケイ素、二酸化チタン、フルオロケイ酸塩ガラス、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、メチルシルセスキオキサン、ポリアリーレンエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、またはそれらの組み合わせが含まれる。いくつかの実施形態では、層は酸化ケイ素を含み、酸化ケイ素は、酸素とケイ素の組み合わせを有する材料、例えば、二酸化ケイ素である。場合によっては、層は、本明細書に記載の電極組成物に適した材料を含む。場合によっては、層は、電極内に存在する元素（金属など）の酸化物、ケイ化物、窒化物、または炭化物を含む。
【0024】
誘電体材料は、電気セラミックなどのセラミックを含み得る。いくつかの実施形態における様々なセラミックは、チタン、ジルコニウム、バリウム、カルシウム、ストロンチウム、マグネシウム、亜鉛、ランタン、ネオジム、鉛、ニオブ、タンタル、酸化物、ジルコニウム、ベリリウム、スズ、インジウム、イットリウム、クロム、コバルト、ガドリニウム、アルミニウム、鉄、またはそれらの任意の組み合わせなどの元素を含む。いくつかの実施形態では、セラミックは、チタン酸バリウムジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウムマグネシウム、チタン酸亜鉛、チタン酸ランタン、およびチタン酸ネオジメチル、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、ニオブ酸鉛マグネシウム、ニオブ酸亜鉛鉛、ニオブ酸リチウム、スズ酸バリウム、スズ酸カルシウム、マグネシウムアルミニウムシリケート、マグネシウムシリケート、タンタル酸バリウム、二酸化チタン、酸化ニオビウム、ジルコニア、シリカ、サファイア、酸化ベリリウム、チタン酸ジルコニウムスズ、酸化インジウムスズ、ランタンドープしたチタン酸ストロンチウム、イットリウムドープしたチタン酸ストロンチウム、イットリア安定化ジルコニア、ガドリニウムドープチタン酸ストロンチウム、ランタンストロンチウムガレートマグネサイト、ベータアルミナ、ベータ’’アルミナ、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、石英、フェライト、酸化鉄、炭酸ストロンチウム、マンガン酸ランタンストロンチウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
【0025】
電極は、少なくとも１つの多孔質層をさらに含み得る。誘電体材料を含む層は、いくつかの実施形態では、多孔質層の上または下に位置する。他の実施形態では、本明細書に記載の誘電体材料を含む粒子は、多孔質層に埋め込まれるか、または多孔質層に追加される。いくつかの実施形態では、１つ以上の多孔質層はポリマー層である。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、ポリメチルメタクリレート、ナイロン６６、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリエチレンテレフタレートを含む。他の実施形態では、１つ以上の多孔質ポリマー層はヒドロゲルである。いくつかの実施形態では、多孔質層は誘電体材料を含む。
【0026】
一般に、多孔質ポリマー層は、十分な機械的強度を有し、配置破壊または分解することなく電極表面での電気化学的効果に耐えることができるように、比較的化学的に不活性あるべきである。一般に、多孔質ポリマー層は小さな水性イオンに対して十分に透過性であるが、生体分子を電極表面から遠ざける状態を維持する。
【0027】
誘電体材料を含む層は、いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層の上または下に位置する。いくつかの実施形態では、誘電体材料を含む粒子は、多孔質ポリマー層に埋め込まれている。例えば、多孔質ポリマー層の成長は、誘電体材料を含む粒子の存在下で起こり、それらを多孔質ポリマー層に埋め込む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、ゾルゲルの形成を通じて多孔質ポリマー層に埋め込まれる。いくつかの実施形態では、誘電体材料を含む粒子は、多孔質ポリマー層の合成後に多孔質ポリマー層に埋め込まれる。他の実施形態では、多孔質ポリマー層はコポリマーを含む。いくつかの実施形態では、コポリマーは、本明細書に記載の少なくとも１つのポリマー、および誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、コポリマーは、ＨＥＭＡ（ヒドロキシエチルメタクリレート）および誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、コポリマーは、多孔質ポリマー材料およびポリシリコンを含む。いくつかの実施形態では、コポリマーは、ＨＥＭＡおよびポリシリコンを含む。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー材料は、ヒドロゲル材料を含む。
【0028】
誘電体材料を含む粒子は、１つ以上の多孔質ポリマー層に埋め込まれ得、そして様々なサイズおよび組成を含み得る。場合によっては、そのような埋め込まれた粒子は、分析物の捕捉または分離のために下にある電極の性能特性を改善する。例えば、いくつかの実施形態では、粒子は、個々の原子と同じくらい小さいか、またはそれより大きい。いくつかの実施形態では、誘電体材料を含む粒子は、直径が１０、２０、５０、１００、２００、５００、８００オングストローム以下、または１０００オングストローム以下である。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、直径が１０、２０、５０、１００、２００、５００、８００、１０００、２０００、５０００、８０００、または１０，０００ｎｍ以下である。いくつかの実施形態では、誘電体材料を含む粒子は、直径が約１０から約５０オングストローム、約３０から約２００オングストローム、約５０から約５００オングストローム、約２００から約１０００オングストローム、または約５０から約１０００オングストロームである。いくつかの実施形態では、誘電体材料を含む粒子は、直径が約１ｎｍから約１０，０００ｎｍ、約１０ｎｍから約１０，０００ｎｍ、約５０ｎｍから約１０，０００ｎｍ、約１００から約１０，０００ｎｍ、約２００から約１０，０００ｎｍ、約２００から約１，０００ｎｍ、約５００から約１０，０００ｎｍ、約１ｎｍから約１００ｎｍ、約１ｎｍから約２００ｎｍ、約１００から約５００ｎｍ、または約２００から約５０００ｎｍである。
【0029】
多孔質ポリマー層は、単一の層、または複数のより小さな層を含み得、各層は、異なる組成または特性を有し得る。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、単層またはコーティングである。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、多孔性の勾配を含み、多孔性ポリマー層の底部は、多孔性ポリマー層の上部よりも大きな多孔性を有する。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、複数の層またはコーティングを含む。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は２つのコートを含む。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は３つのコートを含む。いくつかの実施形態では、底部（第１の）コーティングは、後続のコーティングよりも大きな多孔性を有する。いくつかの実施形態では、トップコートは、第１のコーティングよりも多孔性が少ない。いくつかの実施形態では、トップコートは、直径が１００ピコメートルを超える粒子のサイズカットオフとして機能する平均細孔径を有する。いくつかの実施形態では、トップコートは、直径が１０００ピコメートルを超える粒子のサイズカットオフとして機能する平均細孔径を有する。いくつかの実施形態では、トップコートは、直径５００ピコメートルを超える粒子のサイズカットオフとして機能する平均細孔直径を有する。いくつかの実施形態では、トップコートは、直径が約１０、２０、５０、８０、１００、２００、５００、８００、または約１０００ピコメートルを超える粒子のサイズカットオフとして機能する平均細孔径を有する。いくつかの実施形態では、１つ以上の多孔質ポリマー層またはコーティングは、誘電体材料をさらに含む。
【0030】
多孔質ポリマー層の導電率は、分析物の分離または捕捉のために下にある電極の性能に影響を与える可能性があり、所望の導電率は、材料、埋め込まれた誘電体材料、合成方法、または多孔質ポリマー層の導電率に影響を与える他の特性の選択を通じて得られる。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層はヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．００１Ｓ／ｍから約１０Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約１０Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約１０Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約１．０Ｓ／ｍから約１０Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約５Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約４Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約３Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約２Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約５Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約４Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約３Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約２Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約１．５Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．２Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．３Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．４Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．５Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．６Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．７Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．８Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．９Ｓ／ｍの導電率を有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約１．０Ｓ／ｍの導電率を有する。
【0031】
多孔質ポリマー層の厚さは、層の合成中に制御することができ、さまざまな厚さは、分析物の分離または捕捉のための電極性能を容易にする。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層はヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１ミクロンから約１０ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０５ミクロンから約１０ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１ミクロンから約１ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１ミクロンから約０．５ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０５ミクロンから約０．１ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１ミクロンから約５ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０５ミクロンから約５ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１ミクロンから約１０ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１ミクロンから約５ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１ミクロンから約４ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１ミクロンから約３ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．１ミクロンから約２ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約１ミクロンから約５ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約１ミクロンから約４ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約１ミクロンから約３ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約１ミクロンから約２ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．５ミクロンから約１ミクロンの厚さを有する。
【0032】
多孔質ポリマー層材料および誘電体材料の選択は、電極上に堆積する前の多孔質ポリマー層溶液の粘度に影響を与える可能性がある。いくつかの実施形態では、異なる粘度および厚さもまた、異なる層に使用される。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層はヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、スピンコーティングまたは電極への堆積前のヒドロゲル溶液の粘度は、約０．５ｃＰから約５ｃＰの範囲である。いくつかの実施形態において、ヒドロゲル溶液の単一のコーティングは、スピンコーティングまたは電極への堆積の前に、約０．７５ｃＰから５ｃＰの間の粘度を有する。いくつかの実施形態では、マルチコートヒドロゲルにおいて、第１のヒドロゲル溶液は、スピンコーティングまたは電極への堆積の前に、約０．５ｃＰから約１．５ｃＰの粘度を有する。いくつかの実施形態では、第２のヒドロゲル溶液は、約１ｃＰから約３ｃＰの粘度を有する。ヒドロゲル溶液の粘度は、溶媒中のポリマー濃度（０．１％－１０％）およびポリマー分子量（１０，０００から３００，０００）、ならびに溶媒の開始粘度に基づく。いくつかの実施形態では、第１のヒドロゲルコーティングは、約０．５ミクロンから１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１のヒドロゲルコーティングは、約０．５ミクロンから０．７５ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１のヒドロゲルコーティングは、約０．７５から１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２のヒドロゲルコーティングは、約０．２ミクロンから０．５ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２のヒドロゲルコーティングは、約０．２から０．４ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２のヒドロゲルコーティングは、約０．２から０．３ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２のヒドロゲルコーティングは、約０．３から０．４ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、多層ヒドロゲルは、誘電体材料の１つ以上の層を含む。いくつかの実施形態では、多層ヒドロゲルの１つ以上の層は、誘電体材料を含む。任意の数の異なるヒドロゲルの厚さが適切であり、材料のタイプおよびヒドロゲルの所望の性能特性に依存する。
【0033】
いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、多孔質ポリマー層を形成する任意の適切な合成ポリマーを含む。一般に、十分に親水性で重合可能な分子は、本明細書に開示されるように使用するための合成ポリマー多孔質ポリマー層の製造に利用することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の誘電体材料は、多孔質ポリマー層の形成中に重合性分子と混合される。モノマー中の重合可能な部分は、置換または非置換のα，β，不飽和カルボニルを含むがこれらに限定されないアルケニル部分を含み得、ここで、二重結合は、酸素に二重結合し、別の酸素、窒素、硫黄に単結合する炭素に直接結合しており、ビニルを含み得、ここで、二重結合は、酸素、窒素、ハロゲン、リンまたは硫黄に単独で結合しており、アリルを含み得、ここで、二重結合は、酸素、窒素、ハロゲン、リンまたは硫黄に結合している炭素に単独で結合しており、ホモアリルを含み得、ここで、二重結合は、別の炭素に単独で結合される炭素に単結合され、この別の炭素が酸素、窒素、ハロゲン、リンまたは硫黄に単結合され、２つの炭素原子の間に三重結合が存在するアルキニル部分を含み得る。いくつかの実施形態において、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミドなどのアクリロイルまたはアクリルアミドモノマーは、本明細書に開示されるような多孔質ポリマー層の形成のために有用である。より好ましいアクリルアミドモノマーには、アクリルアミド、Ｎ置換アクリルアミド、Ｎ置換メタクリルアミド、およびメタクリルアミドが含まれる。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層には、エポキシドベースのポリマー、ビニルベースのポリマー、アリルベースのポリマー、ホモアリルベースのポリマー、環状無水物ベースのポリマー、エステルベースのポリマー、エーテルベースのポリマー、アルキレン－グリコールベースのポリマー（例えば、ポリプロピレングリコール）などが含まれる。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、ポリ（２－ヒドロキシエチルメタクリレート）（ｐＨＥＭＡ）、酢酸セルロース、フタル酸酢酸セルロース、酪酸酢酸セルロース、または任意の適切なアクリルアミドまたはビニルベースのポリマー、またはそれらの誘導体を含む。ポリマーと共有結合または非共有結合を形成することができる官能基を有する誘電体材料は、いくつかの実施形態では、コポリマーを構築するために使用される。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、有機金属フレームワークを含む。
【0034】
多孔質ポリマー層は、当業者に知られている様々な技術を使用して適用される。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、蒸着によって適用される。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）を介して重合される。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、電子移動重合（ＡＲＧＥＴ）によって再生成された活性剤を介して重合される。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、連続活性剤再生重合（ＩＣＡＲ）のための開始剤を介して重合される。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、ニトロキシド媒介ラジカル重合（ＮＭＰ）を介して重合される。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、光開始ＡＴＲＰを介して重合される。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層は、可逆的付加フラグメンテーション連鎖移動（ＲＡＦＴ）重合を介して重合される。いくつかの実施形態では、任意の数の多孔質ポリマー層塗布技術が、多孔質ポリマー層への誘電体材料の組み込みに対応するように修正または適合される。
【0035】
いくつかの実施形態では、添加剤が多孔質ポリマー層に添加される。いくつかの実施形態では、多孔質ポリマー層はヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、添加剤は、多孔質ポリマー層の導電性を高めるために多孔質ポリマー層に添加される。いくつかの実施形態では、添加剤は誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、添加剤は、導電性ポリマー（例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、塩（例えば、塩化銅）、金属（例えば、金）、可塑剤（例えば、ＰＥＧ２００、ＰＥＧ４００、またはＰＥＧ６００）、または共溶媒である。いくつかの実施形態において、多孔質ポリマー層はまた、ヒスチジン、ヒスチジンペプチド、ポリヒスチジン、リジン、リジンペプチド、および他のカチオン性化合物または物質を含むがこれらに限定されない、ＤＮＡハイブリッドの安定性を維持するのを助ける化合物または材料を含む。
【0036】
場合によっては、層で覆われる電極表面の量が、生体分子の単離中のデバイスの性能に影響を与える。例えば、以前に報告された電極上の誘電体コーティングは、場合によっては、電極表面を部分的にしか覆っていなかった（図２）。場合によっては、電極表面は、サンプルと接触する電極の領域を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のデバイスは、電極が絶縁層によって囲まれるように構成される（図３）。いくつかの実施形態では、誘電体材料が電極を覆い、絶縁層に均一に接触する（図５）。いくつかの実施形態では、層は、電極表面の少なくとも５０％、７５％、８０％、８５％、９９％、９９．５、９９．９、９９．９９、または９９．９９％を超える電極表面を覆う。いくつかの実施形態では、層は誘電体材料であるか、または誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、電極表面の少なくとも５０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９９％、９９．５％、９９．９％、９９．９９％、または９９．９９％を超える電極表面を覆う。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約５０％から約９９．９９％、約７５％から約９９．９％、約８０％から約９９％、約８５％から約９５％、約９０％から約９９．９９％、約７０％から約９０％、約５０％から約７５％、または約９０％から約９９．９％の電極表面を覆う。
【0037】
いくつかの実施形態では、層は、電極の表面全体にわたって均一またはほぼ均一な厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、電極の表面を均一にまたはほぼ均一に覆う。場合によっては、１つ以上の層が電極の表面を均一にまたはほぼ均一に覆う。場合によっては、平均厚さは、電極の領域にわたる１つ以上の層の平均厚さとして定義される。例えば、電極の表面積の少なくとも９５％は、平均層厚の２倍以内の層厚を有する。場合によっては、電極の表面積の少なくとも９５％が、平均層厚の１．５倍以内の層厚を有する。場合によっては、電極の表面積の少なくとも９７％が、平均層厚の１．５倍以内の層厚を有する。場合によっては、電極の表面積の少なくとも９０％、９５％、９７％、９８％、９９％、９９．９％、または少なくとも９９．９９％が、平均厚さの１．５倍以内の層厚を有する。場合によっては、電極の表面積の約９０％、９５％、９７％、９８％、９９％、９９．９％、または約９９．９９％が、平均層厚の１．５倍以内の層厚を有する。いくつかの実施形態では、層は電場によって浸透可能である。いくつかの実施形態では、層は流体によって浸透可能である。
【0038】
層は、電極の表面全体に均一に分布するか（均一な厚さ）、または電極の形状、材料、またはデバイスの他の変数に応じて、電極の表面にわたって変化し得る。いくつかの実施形態では、層の厚さは、電極の中心では平均よりも高く、電極の端では平均よりも薄い。例えば、電極の中心の層の厚さは、電極全体の平均厚さよりも、約５％高く、約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、７０％、９０％、１００％、１２５％、２００％、５００％、または約１０００％高い。いくつかの実施形態では、電極の中心の層の厚さは、電極表面全体の平均厚さよりも、少なくとも５％高く、約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、７０％、９０％、１００％、１２５％、２００％、５００％、または少なくとも１０００％高い。いくつかの実施形態では、電極の中心の層の厚さは、電極表面全体の平均厚さよりも、５％以下高く、約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、７０％、９０％、１００％、１２５％、２００％、５００％、または１０００％以下高い。
【0039】
いくつかの実施形態では、電極構造は、複数の層またはコーティングでオーバーレイされまたは埋め込まれている。いくつかの実施形態では、電極構造は、２つの層または３つの層でオーバーレイされている。いくつかの実施形態における各層は、異なる材料を含む。いくつかの実施形態における各層は、１つ以上の同じ材料を含む。いくつかの実施形態では、層の少なくとも１つはパッシベーション層である。
【0040】
この層は、さまざまな用途でデバイスの性能に影響を与える可能性のある、さまざまな厚さの範囲で構成されている場合があります。場合によっては、層の厚さは、所望の結果に依存して特定の効率で特定の分析物または特定のサイズを捕捉するように構成される。場合によっては、層の厚さは表面の単一の点で測定される。他の例では、層の厚さは、表面上の領域全体の平均厚さによって測定されます。さらに様々な実施形態では、厚さは、電極の特定の領域にわたる最大または最小の厚さの関数として測定される。いくつかの実施形態で測定される面積は、電極の一部である。いくつかの実施形態では、測定される面積は、電極の表面全体である。いくつかの実施形態では、層は、約１オングストロームから約１００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約５オングストロームから約７５オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１２オングストロームから約５０オングストロームまでの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１オングストロームから約５０オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１０オングストロームから約３０オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１０オングストロームから約７５オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１０オングストロームから約２０オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約５オングストロームから約１０オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１オングストロームから約２０オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１オングストロームから約１６オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１、２、５、１０、１２、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、８０、９０、または約１００オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１、２、５、１０、１２、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、５０、６０、７０、８０、９０、または約１００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は約１６オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は約５オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は約７オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は約９オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は約１２オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は約１４オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は約１８オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は約２０オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は約２２オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は約２４オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は５オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、７オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、９オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、１２オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、１４オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、１８オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、２０オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、２２オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、２４オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、３０オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、３４オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、３８オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、４５オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、５５オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、６０オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、６５オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、７０オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、７５オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、８０オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、８５オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、９０オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、９５オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、９５オングストローム以下の厚さを有する。
【0041】
いくつかの実施形態では、層は、１０オングストロームから２０オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、少なくとも約１、２、５、１０、１２、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、８０、９０、または少なくとも約１００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、１００オングストローム未満の厚さを有する。
【0042】
いくつかの実施形態では、層は、約１００オングストロームから約１０，０００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約５００オングストロームから約７５００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１０００オングストロームから約５０００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１００オングストロームから約５０００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１００オングストロームから約３０００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１００オングストロームから約７５００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１００オングストロームから約２０００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約５００オングストロームから約１０，０００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１００オングストロームから約２０００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１００オングストロームから約１６００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１００、２００、５００、１０００、１２００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００、２５００、３０００、３５００、４０００、４５００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、または約１０，０００オングストローム以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、少なくとも約１００、２００、５００、１０００、１２００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００、２５００、３０００、３５００、４０００、４５００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、または少なくとも約１０，０００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、約１００、２００、５００、１０００、１２００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００、２５００、３０００、３５００、４０００、４５００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、または約１０，０００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は約１６００オングストロームの厚さを有する。いくつかの実施形態では、層は、１０００オングストロームから２０００オングストロームの厚さを有する。
【0043】
いくつかの実施形態では、すべての層の総厚は１００オングストローム以下である。いくつかの実施形態では、すべての層の総厚は１０，０００オングストローム以下である。いくつかの実施形態では、すべての層の総厚は、約１０から約１０，００００、約１０オングストロームから約２０００オングストローム、約１０オングストロームから約５００オングストローム、約１５オングストロームから約１００オングストローム、約２５オングストロームから約２５０オングストローム、約５０オングストロームから約５０００オングストローム、約５０オングストロームから約１０００オングストローム、約１００オングストロームから約２０００オングストローム、約１００オングストロームから約５０００オングストローム、約３００オングストロームから約１０，０００オングストローム、約５００オングストロームから約５０００オングストローム、約１０００オングストロームから約１０，０００オングストローム、または約５０００オングストロームから約１０，０００オングストロームである。
【0044】
抵抗率で表すことができる絶縁性または半導体性の材料など、さまざまな誘電体材料を使用して層を構築することができる。いくつかの実施形態では、半導体材料は、少なくとも約１０－５Ω・ｍ、１０－４Ω・ｍ、１０－３Ω・ｍ、１０－２Ω・ｍ、１０－１Ω・ｍ、１０Ω・ｍ、１０２Ω・ｍ、１０３Ω・ｍ、１０４Ω・ｍ、１０５Ω・ｍ、または少なくとも約１０６Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、半導体材料は、約１０－５Ω・ｍ、１０－４Ω・ｍ、１０－３Ω・ｍ、１０－２Ω・ｍ、１０－１Ω・ｍ、１０Ω・ｍ、１０２Ω・ｍ、１０３Ω・ｍ、１０４Ω・ｍ、１０５Ω・ｍ、または約１０６Ω・ｍ以下の抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、半導体材料は、約１０－５Ω・ｍ、１０－４Ω・ｍ、１０－３Ω・ｍ、１０－２Ω・ｍ、１０－１Ω・ｍ、１０Ω・ｍ、１０２Ω・ｍ、１０３Ω・ｍ、１０４Ω・ｍ、１０５Ω・ｍ、または約１０６Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、半導体材料は、約１０－５Ω・ｍから約１０６Ω・ｍ、約１０－５Ω・ｍから約１０５Ω・ｍ、約１０－５Ω・ｍから約１０３Ω、約１０－５Ω・ｍから約１０Ω・ｍ、約１０－３Ω・ｍから約１０４Ω・ｍ、約１０－１Ω・ｍから約１０３Ω・ｍ、約１０Ω・ｍ約１０６Ω・ｍ、または約１０Ω・ｍから約１０４Ω・ｍの抵抗率を有する。
【0045】
いくつかの実施形態では、絶縁材料は、少なくとも約１０４Ω・ｍ、１０５Ω・ｍ、１０６Ω・ｍ、１０７Ω・ｍ、１０９Ω・ｍ、１０１２Ω・ｍ、１０１５Ω・ｍ、１０１７Ω・ｍ、１０２０Ω・ｍ、１０２３Ω・ｍ、または少なくとも約１０２５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、半導体材料は、約１０４Ω・ｍ、１０５Ω・ｍ、１０６Ω・ｍ、１０７Ω・ｍ、１０９Ω・ｍ、１０１２Ω・ｍ、１０１５Ω・ｍ、１０１７Ω・ｍ、１０２０Ω・ｍ、１０２３Ω・ｍ、または約１０２５Ω・ｍ以下の抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、半導体材料は、約１０４Ω・ｍ、１０５Ω・ｍ、１０６Ω・ｍ、１０７Ω・ｍ、１０９Ω・ｍ、１０１２Ω・ｍ、１０１５Ω・ｍ、１０１７Ω・ｍ、１０２０Ω・ｍ、１０２３Ω・ｍ、または約１０２５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、半導体材料は、約１０６Ω・ｍから約１０２５Ω・ｍ、約１０６Ω・ｍから約１０２０Ω・ｍ、約１０６Ω・ｍから約１０１７Ω・ｍ、約１０７Ω・ｍから約１０２０Ω・ｍ、約１０９Ω・ｍから約１０１５Ω・ｍ、約１０１１Ω・ｍから約１０１５Ω・ｍ、約１０１２Ω・ｍから約１０２０Ω・ｍ、約１０１５Ω・ｍから約１０２５Ω・ｍ、または約１０２０Ω・ｍから約１０２５Ω・ｍの抵抗率を有する。
【0046】
比較的低い抵抗率を有する導電性材料など、異なる材料を使用して層を構築することができる。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍから約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍから約１０－４Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍから約１０－６Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－５Ω・ｍから約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍ、１０－７Ω・ｍ、１０－６Ω・ｍ、１０－５Ω・ｍ、１０－４Ω・ｍ、１０－３Ω・ｍ、または約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、少なくとも１０－８Ω・ｍ、１０－７Ω・ｍ、１０－６Ω・ｍ、１０－５Ω・ｍ、１０－４Ω・ｍ、１０－３Ω・ｍ、または少なくとも１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、１０－８Ω・ｍ、１０－７Ω・ｍ、１０－６Ω・ｍ、１０－５Ω・ｍ、１０－４Ω・ｍ、１０－３Ω・ｍ、または１０－２Ω・ｍ以下の抵抗率を有する。
【0047】
いくつかの実施形態では、層は、約１から約２０００の比誘電定数（比誘電率）を有する。いくつかの実施形態では、層は、少なくとも約１の比誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、層は、最大で約２０００の比誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、層は、約１から約３、約１から約５、約１から約１０、約１から約２０、約１から約３５、約１から約５０、約１から約７５、約１から約１００、約１から約２００、約１から約５００、約１から約２０００、約３から約５、約３から約１０、約３から約２０、約３から約３５、約３から約５０、約３から約７５、約３から約１００、約３から約２００、約３から約５００、約３から約２，０００、約５から約１０、約５から約２０、約５から約３５、約５から約５０、約５から約７５、約５から約１００、約５から約２００、約５から約５００、約５から約２０００、約１０から約２０、約１０から約３５、約１０から約５０、約１０から約７５、約１０から約１００、約１０から約２００、約１０から約５００、約１０から約２，０００、約２０から約３５、約２０から約５０、約２０から約７５、約２０から約１００、約２０から約２００、約２０から約５００、約２０から約２，０００、約３５から約５０、約３５から約７５、約３５から約１００、約３５から約２００、約３５から約５００、約３５から約２，０００、約５０から約７５、約５０から約１００、約５０から約２００、約５０から約５００、約５０から約２０００、約７５から約１００、約７５から約２００、約７５から約５００、約７５から約２，０００、約１００から約２００、約１００から約５００、約１００から約２，０００、約２００から約５００、約２００から約２，０００、または約５００から約２，０００の比誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、層は、約１、約３、約５、約１０、約２０、約３５、約５０、約７５、約１００、約２００、約５００、または約２０００の比誘電定数を有する。
【0048】
いくつかの実施形態では、層および／または電極は、導電性材料と、半導電性または絶縁性材料の両方を含む。いくつかの実施形態では、この比率は、２つの材料のモル比として測定される。いくつかの実施形態では、この比率は、２つの材料の質量比として測定される。いくつかの実施形態では、この比率は、２つの材料の体積比として測定される。いくつかの実施形態では、半導電性材料／導電性材料の比は、約０．０１／２から約９９／１である。いくつかの実施形態では、層は、少なくとも約０．０１／２、０．０２／２、０．０５／２、０．１／２、０．２／２、０．５／２、１／２、２／１、５／１、１０／１、２０／１、５０／１、または少なくとも約９９／１の半導体対導電性材料の比を有する。いくつかの実施形態では、層は、約０．０１／２、０．０２／２、０．０５／２、０．１／２、０．２／２、０．５／２、１／２、２／１、５／１、１０／１、２０／１、５０／１、または９９／１以下の半導体材料対導電性材料の比を有する。いくつかの実施形態では、層は、約０．０１／２から約９９／１、０．０２／２から約９９／１、約０．０１／２から約２０／１、約０．０５／２から約９９／１、約０．０１／２から約５０／１、約０．１／２から約２０／１、約０．１／２から約１０／１、約０．５／２から約１／１、約０．０２／２から約１／２、約０．０２／２から約０．１／２、約０．０２／２から約０．２／２、約０．０２／２から約０．５／２、約０．０２／２から約２／２、約０．０５／２約から０．１／２、約０．０５／２から約０．２／２、約０．０５／２から約１／２、約０．０５／２から約２／２、約０．１／２から約０．２／２、約０．１／２から約０．５／２、約０．１／２から約１／２、約０．２／２から約０．５／２、約０．２／２から約１／２、約１／２から約９９／１、約１／２から約５０／１、約１／２から約２０／１、約１／２から約１／１、約１／２から約２／１、または約０．１／２から約０．７／２、または約０．５／２から約１／２の半導体材料対導電性材料の比を有する。いくつかの実施形態では、層は、約０．０１／２、約０．０２／２、約０．０５／２、約０．１／２、約０．２／２、約０．３／２、約０．５／２、約１／２、約１／１、約２／１、約５／１、約１０／１、約２０／１、約５０／１、約７５／１、約９９／１の半導体材料対導電性材料の比を有する。いくつかの実施形態では、層は、約０．３／２の半導体材料対導電性材料の比を有する。いくつかの実施形態では、層は、約０．１５：１の半導体材料対導電性材料の比を有する。
【0049】
コーティングまたは層は、本明細書に記載のデバイスまたは電極の導電率を低下させる可能性がある。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率を少なくとも約０．１％、０．２％、０．５％、１％、２％、５％、１０％、２０％、５０％、７５％、９０％、９９％、９９．９％または少なくとも約９９．９９％減少する。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．１％、０．２％、０．５％、１％、２％、５％、１０％、２０％、５０％、７５％、９０％、９９％、９９．９％または約９９．９％以下の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．１％、０．２％、０．５％、１％、２％、５％、１０％、２０％、５０％、７５％、９０％、９９％、９９．９％、または少なくとも９９．９％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％から約９９．９９％、約０．０１％から約９０％、約０．０５％から約９９％、または約０．０１％から約５０％、約０．１％から約２５％、約１％から約９９．９９％、約２５％から約９９．９％、約７５％から約９９．９％、約９０％から約９９．９９％、約０．０１％から約０．１％または約０．０１％から約１％の低下をもたらす。
【0050】
いくつかの実施形態では、層は、パッシベーション層をさらに含む。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、当技術分野で知られている任意の適切な材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は窒化ケイ素を含む。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は二酸化ケイ素を含む。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、約２．０から約８．０の相対誘電率を有する。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、約３．０から約８．０、約４．０から約８．０、または約５．０から約８．０の相対誘電率を有する。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、約２．０から約４．０の相対誘電率を有する。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、約２．０から約３．０の相対誘電率を有する。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、約２．０、約２．５、約３．０、約３．５、または約４．０の相対誘電率を有する。
【0051】
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、約０．１ミクロンから約１０ミクロンの厚さである。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、厚さが約０．５ミクロンから８ミクロンの間である。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、約１．０ミクロンから５ミクロンの間の厚さである。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、約１．０ミクロンから４ミクロンの間の厚さである。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、約１．０ミクロンから３ミクロンの間の厚さである。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、厚さが約０．２５ミクロンから２ミクロンの間である。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、約０．２５ミクロンから１ミクロンの厚さである。
【0052】
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、窒化ケイ素または二酸化ケイ素を含む、任意の適切な絶縁性低κ誘電体材料から構成される。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、ポリアミド、炭素、ドープされた窒化ケイ素、炭素ドープされた二酸化ケイ素、フッ素ドープされた窒化ケイ素、フッ素ドープされた二酸化ケイ素、多孔質二酸化ケイ素、またはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、スクリーン印刷することができる誘電体インクを含むことができる。
【0053】
本明細書でさらに説明されるのは、層が多孔性である層である。いくつかの実施形態では、気孔率は、層内の総体積に対する開放体積の比として測定される。例えば、気孔率は、約１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、または約９０％である。いくつかの実施形態では、気孔率は、少なくとも１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、または少なくとも９０％である。いくつかの実施形態では、気孔率は、１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、または９０％以下である。いくつかの実施形態では、気孔率は、約１％から約９０％、約５％から約７５％、約１０％から約５０％、約２０％から約３０％、約０．５％から約３０％、約１０％でから約３０％、約５％から約４０％、約１５％から約３５％、または約５０％から約９９％である。いくつかの実施形態では、気孔率は約１０％から約４０％である。いくつかの実施形態では、気孔率は約１５％から約３５％である。いくつかの実施形態では、気孔率は約２０％である。いくつかの実施形態では、気孔率は約３０％である。
【0054】
場合によっては、層は様々なサイズの細孔を含む。場合によっては、孔径は平均孔径として測定される。例えば、平均孔径は、約１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、６ｎｍ、７ｎｍ、８ｎｍ、９ｎｍ、または約１０ｎｍである。いくつかの実施形態では、平均孔径は、少なくとも１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、６ｎｍ、７ｎｍ、８ｎｍ、９ｎｍ、または少なくとも１０ｎｍである。いくつかの実施形態では、平均孔径は、１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、６ｎｍ、７ｎｍ、８ｎｍ、９ｎｍ、または１０ｎｍ以下である。いくつかの実施形態では、平均孔径は、約０．１ｎｍから約１０ｎｍ、約０．２ｎｍから約５ｎｍ、約０．５ｎｍから約７ｎｍ、約１ｎｍから約１０ｎｍ、約２ｎｍから約７ｎｍ、約３ｎｍから約５ｎｍ、約３ｎｍから約１０ｎｍ、約５ｎｍから約１０ｎｍ、約０．１ｎｍから約１ｎｍ、約１ｎｍから約５ｎｍ、または約７ｎｍから約１０ｎｍである。いくつかの実施形態では、平均孔径は約１ｎｍから約１０ｎｍである。いくつかの実施形態では、平均孔径は約２ｎｍから約５ｎｍである。いくつかの実施形態では、平均孔径は約２ｎｍから約５ｎｍである。いくつかの実施形態では、平均孔径は約３ｎｍから約４ｎｍである。いくつかの実施形態では、平均孔径は約５ｎｍから約６ｎｍである。
【0055】
本明細書に記載の層は、（例示としてのみ）電子ビーム蒸着、電極スパッタリング、原子層蒸着、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、パルスレーザー蒸着、化学蒸着、または本明細書と一致する他の方法などの当技術分野で知られている様々な方法を使用して適用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、物理蒸着を使用して層を生成する。場合によっては、層を堆積するための技術は、様々にスパッタリング堆積を含む。スパッタリング堆積は、多くの場合、エネルギー源から標的材料にエネルギーを適用することによって達成され、標的材料から基板材料（電極表面など）に粒子を再堆積する。場合によっては、スパッタリングは、アルゴンなどのガスで満たされたチャンバー内で発生する。いくつかの実施形態では、スパッタリング堆積は、粒子堆積を制御するための強い磁場を含む。例示的なエネルギー源には、レーザー、イオンビーム、カウフマン源、プラズマ、または当技術分野で使用される他のエネルギー源が含まれる。場合によっては、発生源はプラズマである。スパッタリング堆積法には、イオンビーム、反応性、イオン支援、高標的利用、高出力インパルスマグネトロン、またはガスフロースパッタリングが含まれるが、これらに限定されない。場合によっては、スパッタリング堆積デバイスまたは材料は、石英またはアルミニウムを含む。場合によっては、スパッタリングデバイスまたは材料は、シリコンまたはその酸化物を含む。いくつかの実施形態では、堆積技術は、熱酸化、従来のＣＶＤ、陽極酸化、電気泳動堆積、フォトレジスト堆積、スピン／スプレーオン法（例えば、スピンオン堆積）、スクリーン印刷、ローラーコーティング、オフセット印刷、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
【0056】
いくつかの実施形態では、誘電体材料を含む電極は、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）およびオージェ分光法などの表面化学分析法を使用して、構造および組成について分析される。例えば、図６は、誘電体コーティングされた金属導電性電極のオージェ分光法によって得られた深さプロファイルを例示している。
【0057】
本明細書に開示されるいくつかの実施形態では、チップに作製された電極上の誘電体層の存在は、分析物（核酸など）の捕捉効率の増加をもたらす。例えば、誘電体層の存在は、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、２０、５０、１００、２００、５００、１０００、または少なくとも１０，０００倍の分析対象物の捕捉の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、誘電体層の存在は、約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、２０、５０、１００、２００、５００、１０００または少なくとも１０，０００倍の分析物の捕捉の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、誘電体層の存在は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、２０、５０、１００、２００、５００、１０００、または１０，０００倍以下の分析対象物の捕捉の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、誘電体層の存在は、約２倍から約１０，０００倍、約２倍から約１，０００倍、約５倍から約５００倍、約１０から約１００倍、約２倍から約５０倍、約２倍から約１０倍、約５００倍から約１，０００倍、約５００倍から約５，０００倍、または約１，０００倍から約１０，０００倍の分析物捕捉の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、誘電体層の存在は、約５００倍の分析物捕捉の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、分析物捕捉の増加は、蛍光タグで標識された分析物などの検出可能な分析物を使用して測定される。いくつかの実施形態では、誘電体層の深さの関数としての分析物捕捉の増加は、図７に示されるように、蛍光によって測定される。
【0058】
本明細書で提供されるのは電極である。様々な実施形態において、電極は、適切なＤＥＰおよび／または他の動電学的場が生成されるように、任意の適切なサイズ、任意の適切な向き、任意の適切な間隔、任意の適切な方法でエネルギーを与えられるか、またはエネルギーを与えることができるなどのものである。
【0059】
いくつかの実施形態では、電極は、導電性材料および非導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、電極は、導電性材料および半導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、電極は、半導電性材料および非導電性材料を含む。
【0060】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される電極は、任意の適切な金属または誘電体材料を含むことができる。電極は、貴金属（例えば、白金、白金イリジウム合金、パラジウム、金など）などの金属を含むがこれらに限定されない、腐食に耐性のある任意の適切な材料で任意に作られる。いくつかの実施形態では、電極は、アルミニウム、銅、炭素、鉄、銀、金、パラジウム、白金、イリジウム、白金イリジウム合金、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、タンタル、チタン、クロム、コバルト、コバルトクロム合金、タングステン、ポリシリコン、およびインジウムスズ酸化物、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、電極は、ポリアセチレンまたはポリチオフェンなどの導電性ポリマーを含む。いくつかの実施形態では、電極は、ケイ化白金、ケイ化チタン、ケイ化金、ケイ化タングステン、またはそれらの組み合わせなどのケイ化物材料を含む。いくつかの実施形態では、電極は白金を含む。いくつかの実施形態では、電極は、スクリーン印刷することができる導電性インクを含むことができる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される電極は、元素の酸化物、窒化物、ケイ化物、炭化物、または炭酸塩を含む。いくつかの実施形態では、元素は金属である。いくつかの実施形態では、元素は半金属である。例示的な酸化物には、酸化白金、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン、またはそれらの組み合わせが含まれる。例示的な炭化物には、プラチナカーバイド、チタンカーバイド、ジルコニウムカーバイド、ニオブカーバイド、タンタルカーバイド、タングステンカーバイド、またはそれらの組み合わせが含まれる。例示的な窒化物には、窒化白金、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化タングステン、またはそれらの組み合わせが含まれる。当技術分野で知られている追加の混合金属／元素材料もまた、電極を製造するのに適している。
【0061】
本明細書に記載の方法、デバイス、およびシステムで使用される電極は、動電学的および／または誘電泳動場の生成に適した任意の幾何学的形状を様々に含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、開いたディスクの形状である。いくつかの実施形態では、電極は中空リング形状に構成される。いくつかの実施形態では、電極は中空管形状に構成される。いくつかの実施形態では、導電性材料は、開いたディスク形状の不連続な曲線として構成される。いくつかの実施形態では、導電性材料は、波線形状の不連続な曲線として構成される。いくつかの実施形態では、導電性材料は、中空管形状の不連続な曲線として構成される。いくつかの実施形態では、導電性材料は、中空の三角管内の不連続な曲線として構成される。いくつかの実施形態では、導電性材料は、中心が押し出された中空リング内の不連続な曲線として構成される。
【0062】
誘電体材料を含む電極のアレイ
複数の電極を含むデバイスも本明細書で提供される。複数の電極は、任意に、本明細書に記載の分離プロセスに適した任意の方法で構成される。複数の電極を組み合わせて、特定の分析物の分離または異なる用途のための特定の動電学的場領域を作成することができる。様々な実施形態において、動電学的（ＤＥＰなどの）場（フィールド）は、誘電体材料を含む本明細書に記載されるような電極のアレイに選択的にエネルギーを与えることによって作成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰフィールドは、ＡＣ誘電泳動フィールドである。いくつかの実施形態では、ＤＥＰフィールドは、ＤＣ誘電泳動フィールドである。いくつかの実施形態では、ＤＥＰフィールドは、分析物および／または生体分子などの分析物を単離するために使用される。いくつかの実施形態では、電極のアレイは誘電泳動場を生成する。いくつかの実施形態における電極のアレイは、アレイの任意の配置、サイズ、間隔、配向、または他の特性を含む。いくつかの実施形態では、アレイ内の１つ以上の電極は、誘電体材料で層状にされている。いくつかの実施形態では、電極のアレイは、ＤＣで帯電するように構成された電極とＡＣで帯電するように構成された電極の両方を含む。例えば、ＤＥＰフィールドにおける電極および／または細胞の濃縮を含むシステムまたはデバイスのさらなる説明は、そのような開示のために本明細書に組み込まれるＰＣＴ特許公開ＷＯ２００９／１４６１４３に見出される。いくつかの実施形態では、各電極は個別に部位制御される。いくつかの実施形態では、電極のアレイは、ユニットとして制御される。
複数の電極を含むデバイスも本明細書で提供される。複数の電極は、任意に、本明細書に記載の分離プロセスに適した任意の方法で構成される。複数の電極を組み合わせて、特定の分析物の分離または異なる用途のための特定の動電学的場領域を作成することができる。様々な実施形態において、動電学的（ＤＥＰなどの）場（フィールド）は、誘電体材料を含む本明細書に記載されるような電極のアレイに選択的にエネルギーを与えることによって作成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰフィールドは、ＡＣ誘電泳動フィールドである。いくつかの実施形態では、ＤＥＰフィールドは、ＤＣ誘電泳動フィールドである。いくつかの実施形態では、ＤＥＰフィールドは、分析物および／または生体分子などの分析物を単離するために使用される。いくつかの実施形態では、電極のアレイは誘電泳動場を生成する。いくつかの実施形態における電極のアレイは、アレイの任意の配置、サイズ、間隔、配向、または他の特性を含む。いくつかの実施形態では、アレイ内の１つ以上の電極は、誘電体材料で層状にされている。いくつかの実施形態では、電極のアレイは、ＤＣで帯電するように構成された電極とＡＣで帯電するように構成された電極の両方を含む。例えば、ＤＥＰフィールドにおける電極および／または細胞の濃縮を含むシステムまたはデバイスのさらなる説明は、そのような開示のために本明細書に組み込まれるＰＣＴ特許公開ＷＯ２００９／１４６１４３に見出される。いくつかの実施形態では、各電極は個別に部位制御される。いくつかの実施形態では、電極のアレイは、ユニットとして制御される。
【0063】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される電極のアレイは、半導体材料を含む。いくつかの実施形態では、半導電性材料は、電極内の導電性材料を取り囲み、導電性材料に対する物理的障壁として機能する。いくつかの実施形態では、電極内の導電性材料は、アレイの半導電性材料のくぼみを埋める。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される電極のアレイは、３次元で構成される。
【0064】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される電極のアレイは、非導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、非導電性材料は、電極内の導電性材料を取り囲み、導電性材料に対する物理的障壁として機能する。いくつかの実施形態では、電極内の導電性材料は、アレイの非導電性材料のくぼみを埋める。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される電極のアレイは、３次元で構成される。いくつかの実施形態では、電極上または電極内に存在する非導電性材料の増加は、電極表面内およびその周囲の流れをもたらし、電極の表面に捕捉された分析物の増加をもたらす。
【0065】
いくつかの実施形態では、電極アレイ内の導電性材料の量を変更すると、電極表面内およびその周囲に流れが生じ、電極の表面に捕捉される分析物が増加する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される電極のアレイは、電極アレイのほんの一部に導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、電極アレイの約１０％未満にのみ存在する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、電極アレイの約１０％にのみ存在する。様々な実施形態において、導電性材料は、電極アレイの約２０％にのみ存在する。さらに様々な実施形態では、導電性材料は、電極アレイの約３０％にのみ存在する。さらに様々な実施形態では、導電性材料は、電極アレイの約４０％にのみ存在する。さらに様々な実施形態では、導電性材料は、電極アレイの約５０％にのみ存在する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、電極アレイの約６０％にのみ存在する。一実施形態では、導電性材料は、電極アレイの約７０％にのみ存在する。さらに様々な実施形態では、導電性材料は、電極アレイの約８０％にのみ存在する。さらに様々な実施形態では、導電性材料は、電極アレイの約９０％にのみ存在する。
【0066】
さらに様々な実施形態において、導電性材料は、電極アレイの約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、約５０％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、および約９０％のみ存在する。さらに様々な実施形態では、導電性材料は、電極アレイの約１０－７０％、電極アレイの約１０－６０％、電極アレイの約１０－５０％、電極アレイの約１０－４０％、または電極アレイの約１０－３０％に存在する。様々な実施形態において、導電性材料は、電極アレイの約３０－９０％、電極アレイの約３０－８０％、電極アレイの約３０－７０％、電極アレイの約３０－６０％、または電極アレイの約３０－５０％に存在する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、電極アレイの約８－４０％に存在する。
【0067】
さらに様々な実施形態では、導電性材料は、電極アレイ内の個々の電極の中心には実質的に存在しない。様々な実施形態では、導電性材料は、電極アレイ内の個々の電極の端にのみ存在する。さらに様々な実施形態では、導電性材料は、オープンディスク電極の中で不連続である導電性材料を含むオープンディスクの形状である。いくつかの実施形態では、電極は中空リング電極形状である。いくつかの実施形態では、電極は、個々の電極の中心に実質的に存在しないか、または個々の電極の端にのみ存在する電極アレイ内の導電性材料を含む。中空リングまたはオープンディスクなどのさまざまな形状により、電極内の導電性材料の表面積が減少する。電極上に存在する導電性材料の減少は、電極表面内およびその周囲への流れをもたらし、電極の表面上に捕捉される分析物の増加をもたらす。
【0068】
いくつかの実施形態では、非導電性材料の層が、電極の特定の領域または電極アレイの近位近傍に存在する。一実施形態では、非導電性材料の層が電極アレイを取り囲み、アレイを囲む物理的障壁または壁を作成する。いくつかの実施形態では、電極アレイは、アレイ材料内に押し下げられ、アレイ表面上に、電極材料または実質的に電極材料がウェルまたはくぼみに存在するウェルまたはくぼみを作製する。
【0069】
いくつかの実施形態では、電極構成は３次元である。いくつかの実施形態では、電極材料は、角度構成に折りたたまれている。様々な実施形態において、電極材料は、三角形の管に形成される。様々な実施形態において、電極材料は、中空の三角管に形成される。さらに様々な実施形態では、３次元電極は、約１８０度未満、約１７０度未満、約１６０度未満、約１５０度未満、約１４０度未満、１３０度、約１２０度未満、約１１０度未満、約１００度未満、約９０度未満、約８０度未満、約７０度未満、ただし約６０度以上の隣接する平面電極表面間の角度を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、１８０度以下の隣接する平面電極表面間の角度に構成されている。いくつかの実施形態では、３次元電極構成は、約６０度を超える、約７０度を超える、約８０度を超える、約９０度を超える、約１００度を超える、約１１０度を超える、約１２０度を超える、約１３０度を超える、約１４０度を超える、約１５０度を超える、約１６０度を超える、約１７０度を超える、ただし約１８０度以下の隣接する平面電極表面間の角度を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、６０度以上の隣接する平面電極表面間の角度に構成されている。いくつかの実施形態では、電極内の導電性材料は、くぼんだ凹面形状に構成される。さらに様々な実施形態では、電極構成は、くぼんだバスケット電極である。電極の３次元構造により、電極の総表面積が増加し、定義された単位時間でより多くの流体を調べることを可能にする。
【0070】
いくつかの実施形態では、個々の電極は、最大寸法で約４０μｍから約１００μｍである。さらに様々な実施形態では、個々の電極は、最大寸法で約４０μｍ、約４５μｍ、約５０μｍ、約５５μｍ、約６０μｍ、約６５μｍ、約７０μｍ、約７５μｍ、約８０μｍ、約８５μｍ、約９０μｍ、約９５μｍ、または約１００μｍである。さらに様々な実施形態では、個々の電極は、最大寸法で約４０μｍから約５０μｍ、約４０μｍから約６０μｍ、約４０μｍから約１０００μｍ、約１００μｍから約５００μｍ、または約４０μｍから約７０μｍである。さらに様々な実施形態では、個々の電極は、最大寸法で約１００μｍ、約２００μｍ、約３００μｍ、約４００μｍ、約５００μｍ、約６００μｍ、約７００μｍ、約８００μｍ、約９００μｍ、または約１０００μｍである。いくつかの実施形態では、個々の電極の最大寸法はその直径である。
【0071】
複数の交流電極は、任意に、本明細書に記載の分離プロセスに適した任意の方法で構成される。様々な実施形態において、本明細書に開示される電極のアレイは、電極構成のパターンを含み、構成は、電極アレイの繰り返し単位を含む。いくつかの実施形態では、繰り返し単位の平行なセット間の端から端までの距離は、等距離であるか、またはほぼ等距離である。適用されたＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電学的場における電極および／または細胞の濃縮を含むシステムまたはデバイスのさらなる説明は、そのような開示のために本明細書に組み込まれるＰＣＴ特許出願公開ＷＯ２００９／１４６１４３に見出される。
【0072】
いくつかの実施形態では、電極材料は、約１００ｎｍから約１０００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極材料は、約２００ｎｍから約８００ｎｍの厚さである。さらに様々な実施形態では、電極材料は、約３００ｎｍから約５００ｎｍの厚さである。さらに様々な実施形態では、電極材料は、約１００ｎｍ、約１５０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約５５０ｎｍ、約６００ｎｍ、約６５０ｎｍ、約７００ｎｍ、約７５０ｎｍ、約８００ｎｍ、約８５０ｎｍ、約９００ｎｍ、約９５０ｎｍ、または約１０００ｎｍの厚さである。
【0073】
いくつかの実施形態では、接着層は、電極材料の堆積の前に、保護層としてアレイ上に堆積または印刷される。場合によっては、接着層が誘電体層の上に存在する。いくつかの実施形態では、接着層は、任意の適切な材料を含む。一実施形態では、接着層はチタンまたはタングステンを含む。様々な実施形態において、接着層は、約１０から約５０ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、接着層は、約２０ｎｍから約５００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、接着層は、約２０ｎｍから約１０００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、接着層は、約２０から約２００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、接着層は、約５０から約１５０ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、接着層は、約７５から約１２５ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、接着層は、約８０から約１２０ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、接着層は１００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、接着層は、約２０から約４０ｎｍの厚さである。さらに様々な実施形態では、接着層は、約２０から約３０ｎｍの厚さである。さらに様々な実施形態では、接着層は、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、または約５０ｎｍの厚さである。
【0074】
いくつかの実施形態では、個々の電極の端対端（Ｅ２Ｅ）対直径比は、約１０μｍから約５００μｍである。いくつかの実施形態では、電極のＥ２Ｅは、約５０μｍから約３００μｍである。さらに様々な実施形態では、電極のＥ２Ｅは、約１００μｍから約２００μｍである。さらに様々な実施形態では、電極のＥ２Ｅは、約５０μｍ、約６０μｍ、約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００μｍ、約１１０μｍ、約１２０μｍｍ、約１３０μｍ、約１４０μｍ、約１５０μｍ、約１６０μｍ、約１７０μｍ、約１８０μｍ、約１９０μｍ、約２００μｍ、約２１０μｍ、約２２０μｍ、約２３０μｍ、約２４０μｍ、約２５０μｍ、約２６０μｍ、約２７０μｍ、約２８０μｍ、約２９０μｍ、約３００μｍ、約３１０μｍ、約３２０μｍ、約３３０μｍ、約３４０μｍ、約３５０μｍ、約３６０μｍ、約３７０μｍ、約３８０μｍ、約３９０μｍ、約４００μｍ、約４１０μｍ、約４２０μｍ、約４３０μｍ、約４４０μｍ、約４５０μｍ、約４６０μｍ、約４７０μｍ、約４８０μｍ、約４９０μｍまたは約５００μｍである。いくつかの実施形態では、電極のＥ２Ｅは、約７５０μｍ、約１０００μｍ、約１５００μｍ、または約２０００μｍである。いくつかの実施形態では、電極の端対端（Ｅ２Ｅ）対直径比は、約０．５ｍｍから約５ｍｍである。いくつかの実施形態では、Ｅ２Ｅ対直径の比は、約１ｍｍから約４ｍｍである。いくつかの実施形態では、Ｅ２Ｅ対直径の比は、約１ｍｍから約３ｍｍである。いくつかの実施形態では、Ｅ２Ｅ対直径の比は、約１ｍｍから約２ｍｍである。いくつかの実施形態では、Ｅ２Ｅ対直径の比は、約２ｍｍから約５ｍｍである。いくつかの実施形態では、Ｅ２Ｅ対直径比は約１ｍｍである。いくつかの実施形態では、Ｅ２Ｅ対直径比は約２ｍｍである。いくつかの実施形態では、Ｅ２Ｅ対直径比は約３ｍｍである。いくつかの実施形態では、Ｅ２Ｅ対直径比は約４ｍｍである。いくつかの実施形態では、Ｅ２Ｅ対直径比は約５ｍｍである。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される電極は、ドライエッチングされている。いくつかの実施形態では、電極はウェットエッチングされている。いくつかの実施形態では、電極は、ドライエッチングとウェットエッチングの組み合わせを受けている。
【0075】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される電極は、ドライエッチングされている。いくつかの実施形態では、電極はウェットエッチングされている。いくつかの実施形態では、電極は、ドライエッチングとウェットエッチングの組み合わせを受けている。
【0076】
いくつかの実施形態では、各電極は個別に部位制御される。
【0077】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される電極のアレイは、ユニットとして制御される。
【0078】
アレイは、任意の適切な材料でできている。いくつかの実施形態では、アレイはプラスチックまたはシリカを含む。いくつかの実施形態では、アレイは二酸化ケイ素を含む。いくつかの実施形態では、アレイはアルミニウムを含む。
【0079】
いくつかの実施形態では、電極はドット構成にあり、例えば、電極は、一般的に円形または円形の構成を含む。いくつかの実施形態では、電極はディスクとして構成される。いくつかの実施形態では、電極はリングとして構成される。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は、約３０°から約９０°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は、約２５°から約６０°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は、約３０°から約５５°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は、約３０°から約５０°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は、約３５°から約４５°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約２５°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約３０°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約３５°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約４０°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約４５°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約５０°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約５５°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約６０°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約６５°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約７０°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約７５°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約８０°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約８５°である。いくつかの実施形態では、ドット間の配向角度は約９０°である。
【0080】
様々な実施形態において、電極は非円形構成にある。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は、約２５°から９０°の間である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は、約３０°から約９０°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は、約２５°から約６０°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は、約３０°から約５５°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は、約３０°から約５０°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は、約３５°から約４５°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約２５°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約３０°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約３５°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約４０°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約４５°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約５０°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約５５°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約６０°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約６５°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約７０°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約７５°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約８０°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約８５°である。いくつかの実施形態では、非円形構成間の配向角度は約９０°である。
【0081】
いくつかの実施形態では、電極は実質的に細長い構成にある。
【0082】
いくつかの実施形態では、電極は、波線または非線形線に似た構成にある。いくつかの実施形態では、電極のアレイは、波状または非線形の線構成であり、この構成は、リンカーによって接続された一対のドットの形状を含む繰り返し単位を含み、ドットおよびリンカーは、電極の境界を規定し、リンカーは、ドットの対に向かって、またはドットのペアの間の中間点で内側に先細りになり、ドットの直径は、繰り返し単位の長さに沿った最も広い点であり、繰り返し単位の平行なセット間の端から端までの距離は等距離であるか、またはほぼ等距離である。いくつかの実施形態では、電極は、波線に似たストリップである。いくつかの実施形態では、電極間の端から端までの距離は、波線構成全体にわたって等距離であるか、またはほぼ等距離である。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるような波線電極の使用は、増強された適用されたＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電力勾配をもたらす。
【0083】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される電極は、平面構成にある。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される電極は、非平面構成にある。
【0084】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるデバイスは、その表面上でナノスケールの生体分子を選択的に捕捉する。例えば、本明細書に開示されるデバイスは、例えば、以下によって、核酸などの分析物を捕捉することができる。ａ．核酸ハイブリダイゼーション、ｂ．抗体－抗原相互作用、ｃ．ビオチン－アビジン相互作用、ｄ．イオンまたは静電相互作用、またはｅ．それらの任意の組み合わせ。したがって、本明細書に開示されるデバイスは、相補的核酸プローブ、抗体、または生体分子（核酸など）を捕捉することができる他のタンパク質捕捉などの捕捉分子、ビオチンまたはアビジンなど相補的標的分子を捕捉することができる他の固定捕捉、イオン性または静電相互作用によって生体分子（核酸など）を捕捉できる捕捉分子、あるいはそれらの任意の組み合わせを含む機能化表面を組み込むことができる。
【0085】
いくつかの実施形態において、表面は、ａ．ポリマー（例えば、ポリエチレングリコールＰＥＧ）、ｂ．イオンまたは静電相互作用、ｃ．界面活性剤、またはｄ．それらの任意の組み合わせによって、非特異的結合相互作用を最小化および／または阻害するように官能化される。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される方法は、Ｔｗｅｅｎ ２０など、ウシ血清アルブミン、非特異的免疫グロブリンなどのようなこのような相互作用に干渉することによって非特異的結合相互作用を低減する添加剤の使用を含む。
【0086】
いくつかの実施形態では、デバイスは、（ａ）平らに並んで、（ｂ）垂直に面して、または（ｃ）水平に向いて配向された複数の微小電極デバイスを含む。様々な実施形態において、電極は、サンドイッチ構成にあり、すなわち、垂直形式で互いの上端に積み重ねられている。
【0087】
動電学的装置、方法、およびシステム
本明細書で提供される実施形態の中で、流体から分析物を収集するための誘電体材料を含む電極を含むデバイスが提供される。一態様では、本明細書に記載されているのは、細胞または他の粒子状物質を含む流体から分析物を収集するためのデバイスである。他の態様において、本明細書に開示されるデバイスは、細胞またはタンパク質材料を含む流体から分析物（核酸など）を収集および／または単離することができる。他の例では、本明細書に開示されるデバイスは、細胞材料から分析物（核酸など）を収集および／または単離することができる。いくつかの実施形態において、例示的な分析物は、核酸、ヌクレオソーム、エキソソーム、細胞外小胞、凝集タンパク質、細胞膜断片、ミトコンドリア小胞、細胞小胞、本明細書と一致する任意の他の生物学的分析物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。ほんの一例として、核酸は、いくつかの実施形態において、ＤＮＡ、ＲＮＡ、環状ＲＮＡ、ｃｆＤＮＡ（無細胞ＤＮＡ）、ｃｆＲＮＡ（無細胞ＲＮＡ）、ｃｆｆＤＮＡ（無細胞胎児ＤＮＡ）、ｍＲＮＡ、ｔＲＮＡ、ｒＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ、合成ポリヌクレオチド、ポリヌクレオチド類似体、本明細書と一致する任意の他の核酸、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
本明細書で提供される実施形態の中で、流体から分析物を収集するための誘電体材料を含む電極を含むデバイスが提供される。一態様では、本明細書に記載されているのは、細胞または他の粒子状物質を含む流体から分析物を収集するためのデバイスである。他の態様において、本明細書に開示されるデバイスは、細胞またはタンパク質材料を含む流体から分析物（核酸など）を収集および／または単離することができる。他の例では、本明細書に開示されるデバイスは、細胞材料から分析物（核酸など）を収集および／または単離することができる。いくつかの実施形態において、例示的な分析物は、核酸、ヌクレオソーム、エキソソーム、細胞外小胞、凝集タンパク質、細胞膜断片、ミトコンドリア小胞、細胞小胞、本明細書と一致する任意の他の生物学的分析物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。ほんの一例として、核酸は、いくつかの実施形態において、ＤＮＡ、ＲＮＡ、環状ＲＮＡ、ｃｆＤＮＡ（無細胞ＤＮＡ）、ｃｆＲＮＡ（無細胞ＲＮＡ）、ｃｆｆＤＮＡ（無細胞胎児ＤＮＡ）、ｍＲＮＡ、ｔＲＮＡ、ｒＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ、合成ポリヌクレオチド、ポリヌクレオチド類似体、本明細書と一致する任意の他の核酸、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
【0088】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるのは、細胞または他の粒子状物質を含む流体から核酸を単離するためのデバイスであり、このデバイスは、以下を含む。ａ．筺体、ｂ．ヒーターまたは熱源および／またはタンパク質分解剤を含むリザーバ、およびｃ．ハウジング内の複数の交流（ＡＣ）電極であって、ＡＣ電極は、ＡＣ動電学的高フィールドおよびＡＣ動電学的低フィールド領域を確立するように選択的に励起されるように構成され、それにより、ＡＣ動電学的効果は、デバイスの低フィールド領域における細胞の濃縮を提供する。いくつかの実施形態では、複数の電極は、誘電泳動高フィールドおよび誘電泳動低フィールド領域を確立するために選択的に励起されるように構成される。いくつかの実施形態では、タンパク質分解剤はプロテアーゼである。いくつかの実施形態において、タンパク質分解剤はプロテイナーゼＫである。いくつかの実施形態において、デバイスは、溶離液を含む第２のリザーバをさらに含む。
【0089】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるのは、ａ．複数の交流（ＡＣ）電極であって、ＡＣ動電学的高フィールドおよびＡＣ動電学的低フィールド領域を確立するために選択的にエネルギーを与えられるように構成されたＡＣ電極、およびｂ．サーモサイクリングおよびＰＣＲまたは他の酵素反応を実行できるモジュール備えるデバイスである。いくつかの実施形態では、複数の電極は、誘電泳動高場領域および誘電泳動低場領域を確立するために選択的に励起されるように構成される。いくつかの実施形態では、デバイスは、細胞を含む流体からＤＮＡを単離し、ＰＣＲ増幅または他の酵素反応を実行することができる。いくつかの実施形態では、単一のチャンバー内でＤＮＡが単離され、ＰＣＲまたは他の酵素反応が実行される。いくつかの実施形態では、単一のチャンバーの複数の領域で、ＤＮＡが単離され、ＰＣＲまたは他の酵素反応が実行される。いくつかの実施形態では、複数のチャンバーで、ＤＮＡが単離され、ＰＣＲまたは他の酵素反応が実行される。
【0090】
いくつかの実施形態では、デバイスは、ＰＣＲ増幅または他の酵素反応を実行するための溶出チューブ、チャンバー、およびリザーバのうちの少なくとも１つをさらに含む。いくつかの実施形態では、ＰＣＲ増幅または他の酵素反応は、複数の温度ゾーンを含む曲がりくねったマイクロチャネル内で実行される。いくつかの実施形態において、ＰＣＲ増幅または他の酵素反応は、非混和性の流体に閉じ込められた水滴中で実施される（すなわち、デジタルＰＣＲ）。いくつかの実施形態では、熱サイクルは対流を含む。いくつかの実施形態では、デバイスは、電極に接触するかまたは電極に近接する表面を含み、表面は、生体分子を選択的に捕捉することができる生物学的リガンドで官能化される。
【0091】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるのは、細胞または他の粒子状物質を含む流体から核酸を単離するためのシステムであり、このシステムは、ａ．複数の交流（ＡＣ）電極を含むデバイスであって、ＡＣ電極は、ＡＣ動電学的高フィールドおよびＡＣ動電学的低フィールド領域を確立するように選択的に励起されるように構成され、それにより、ＡＣ動電学的効果は、デバイスの高フィールド領域における細胞の得祝集中を提供する、デバイス、およびｂ．単離または収集された核酸に対して酵素反応を実行するためのシーケンサー、サーモサイクラーまたは他のデバイスを備える。いくつかの実施形態では、複数の電極は、誘電泳動高フィールドおよび誘電泳動低フィールド領域を確立するために選択的に励起されるように構成される。
【0092】
本明細書に記載のいくつかの実施形態は、電極が別々のチャンバーに配置され、ＡＣ ＤＥＰフィールドが細孔または穴の構造を通過することにより、正に印加されるＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電力領域および負に印加されるＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電力領域が、内部チャンバー内に作成される方法、デバイス、およびシステムである。さまざまな形状を使用して、細胞、マイクロ粒子、ナノ粒子、および核酸の分離物を運ぶために、所望の正の印加Ａ／ＣまたはＤ／Ｃ動電力（高フィールド）領域および印加Ａ／ＣまたはＤ／Ｃ動電力負（低フィールド）領域を形成する。いくつかの実施形態では、細孔または穴の構造は、多孔質材料を含む（またはこれで充填される）か、または多孔質膜構造で覆われる。いくつかの実施形態では、電極を別個のチャンバーに分離することにより、そのような細孔／穴構造が適用されたＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電力デバイスは、適用されたＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電力プロセスの間に、内部分離チャンバーで発生する電気化学効果、加熱、または無秩序な流体運動を低減する。いくつかの実施形態では、電極上の誘電体層は、生体分子捕捉効率の増加をもたらす。
【0093】
一態様では、本明細書に記載されているのは、電極が別個のチャンバーに配置され、印加されたＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電フィールドが、細孔構造を通過することによって内部チャンバー内に生成される、電極を備えるデバイスである。例示的なデバイスは、ハウジング内に複数の電極および電極を含むチャンバーを備える。デバイスのコントローラは、そのような開示のために本明細書に組み込まれるＰＣＴ特許公開ＷＯ ２００９／１４６１４３ Ａ２にさらに記載されているように、電極を独立して制御する。
【0094】
いくつかの実施形態では、チャンバーデバイスは、様々な細孔および／または穴構造（ナノスケール、マイクロスケール、さらにはマクロスケール）で作成され、ＡＣ／ＤＣ電界、溶質分子、バッファー、およびその他の小分子がチャンバーを通過できる間に、細胞、ナノ粒子、または他の実体が拡散するのを制御、閉じ込め、もしくは防止し、または、内部チャンバーに輸送される、膜、ゲル、もしくは濾過材料を含む。
【0095】
様々な実施形態では、デバイスの様々な構成が可能である。例えば、デバイスは、ＡＣ動電学を可能にするために繰り返し不均一な電場を生成するように構成された、例えば正方形または長方形のパターンの電極のより大きなアレイを含む。例示のみを目的として、適切な電極アレイは、１０×１０電極構成、５０×５０電極構成、１０×１００電極構成、２０×１００電極構成、または２０×８０電極構成を含み得るが、これらに限定されない。
【0096】
このようなデバイスには、多重電極およびチャンバーデバイス、再構成可能な電界パターンの作成を可能にするデバイス、ＤＣ電気泳動プロセスと流体プロセスとを組み合わせたデバイス、サンプル調製デバイス、サンプル調製、単離された核酸分子の酵素操作、およびその後の検出と分析を含む診断デバイス、ラボオンチップデバイス、ポイントオブケアおよびその他の臨床診断システムまたはバージョンが含まれるが、これらに限定されない。
【0097】
いくつかの実施形態では、平面白金電極アレイデバイスは、サンプル流体が流れるハウジングを含む。いくつかの実施形態では、流体は、入口端から出口端に流れ、これは、任意に、横方向の分析物出口を含む。例示的なデバイスは、複数のＡＣ電極を備える。
【0098】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるＡＣ動電場領域は、ミクロンサイズの実体、より大きな粒子および／またはより小さな粒子を含む標的粒子を選択的に単離することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるＡＣ動電場領域は、複雑な生物学的または環境サンプル中のミクロンサイズの実体、より大きな粒子および／またはより小さな粒子を含む標的粒子を選択的に単離することができる。標的粒子は、アレイの表面またはその近くの異なるフィールド領域で単離され、非標的粒子または単離されていない粒子をアレイの表面またはその近傍でアレイまたはカートリッジから洗い流すことができる。
【0099】
いくつかの実施形態では、電極のアレイが一緒に活性化され、ＡＣバイアスされて、チェッカーボードフィールド形状を形成する。いくつかの実施形態では、正のＤＥＰ領域は電極の真上に発生し、負の低フィールド領域は電極間に発生する。
【0100】
いくつかの実施形態では、平面電極アレイデバイスは、別々に制御することができるが同時に操作することができる３つの２０×２０アレイに任意に区分される６０×２０電極アレイである。オプションの補助ＤＣ電極は正電荷に切り替えることができ、一方オプションのＤＣ電極は電気泳動の目的で負電荷に切り替えることができる。場合によっては、制御されたＡＣおよびＤＣシステムのそれぞれは、様々な実施形態において、連続的および／またはパルス方式の両方で使用される（例えば、それぞれが比較的短い時間間隔でパルスオンおよびオフになり得る）。サンプルフローの側面に沿ったオプションの平面電極アレイは、ナノポーラス材料がオーバーレイされている場合、オプションでＤＣ電気泳動力とＡＣＤＥＰを生成するために使用されます。サンプルフローの側面に沿ったオプションの平面電極アレイは、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の層でコーティングされている。さらに、マイクロ電気泳動分離プロセスは、オプションで、アレイ内の平面電極および／またはｘ－ｙ－ｚ寸法の補助電極を使用して、ナノポア層内で実行される。
【0101】
様々な実施形態において、これらの方法、デバイスおよびシステムは、約１ボルトから２０００ボルトｐｋ－ｐｋの範囲であり得る電圧で、１，０００Ｈｚから１００ｍＬのＡＣ周波数範囲で動作され、ＤＣ電圧が１ボルトから１０００ボルト、流量が１０マイクロリットル／分から１０ミリリットル／分、そして温度範囲が１℃から１２０℃である。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、約３から約１５ｋＨｚのＡＣ周波数範囲で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、５－２５ボルトｐｋ－ｐｋの電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、約１から約５０ボルト／ｃｍの電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、約１から約５ボルトのＤＣ電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、毎分約１０マイクロリットルから約５００マイクロリットルの流量で操作される。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、約２０℃から約６０℃の温度範囲で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、１，０００Ｈｚから１０ＭＨｚのＡＣ周波数範囲で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、１，０００Ｈｚ－１ＭＨｚのＡＣ周波数範囲で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、１，０００Ｈｚから１００ｋＨｚのＡＣ周波数範囲で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、１，０００Ｈｚから１０ｋＨｚのＡＣ周波数範囲で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、１０ｋＨｚから１００ｋＨｚのＡＣ周波数範囲で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、１００ｋＨｚから１ＭＨｚのＡＣ周波数範囲で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、約１ボルトから１５００ボルトｐｋ－ｐｋの電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、約１ボルトから１５００ボルトｐｋ－ｐｋの電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、約１ボルトから１０００ボルトｐｋ－ｐｋの電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、約１ボルトから５００ボルトｐｋ－ｐｋの電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、約１ボルトから２５０ボルトｐｋ－ｐｋの電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、約１ボルトから１００ボルトｐｋ－ｐｋの電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、約１ボルトから５０ボルトｐｋ－ｐｋの電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、１ボルトから１０００ボルトまでのＤＣ電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、１ボルトから５００ボルトまでのＤＣ電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、１ボルトから２５０ボルトまでのＤＣ電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、１ボルトから１００ボルトまでのＤＣ電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、１ボルトから５０ボルトまでのＤＣ電圧で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、毎分１０マイクロリットルから毎分１ｍｌの流量で操作される。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、毎分１０マイクロリットルから毎分５００マイクロリットルの流量で操作される。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、毎分１０マイクロリットルから毎分２５０マイクロリットルまでの流量で操作される。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、毎分１０マイクロリットルから毎分１００マイクロリットルまでの流量で操作される。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、１℃から１００℃の温度範囲で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、２０℃から９５℃の温度範囲で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、２５℃から１００℃の温度範囲で動作する。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、およびシステムは、室温で操作される。
【0102】
いくつかの実施形態では、コントローラは、電極のそれぞれを独立して制御する。いくつかの実施形態では、コントローラは、例えば、ソケットおよびプラグ接続などによってデバイスに外部接続されているか、またはデバイスハウジングと統合されている。
【0103】
また、本明細書では、堅牢な電極のスケーリングされた断面（ｘ－ｙ次元）アレイ、ならびにＤＥＰ、電気泳動、および流体力を組み合わせた補助電極の戦略的に配置された（ｘ－ｙ－ｚ次元）配置、ならびにそれらの使用について説明する。いくつかの実施形態において、臨床的に関連する量の血液、血清、血漿、または他のサンプルは、より高いイオン強度および／またはコンダクタンス条件下でより直接的に分析される。本明細書で説明するのは、堅牢な電極構造（例えば、プラチナ、パラジウム、金など）を、材料の１つまたは複数の多孔質層（天然または合成の多孔質材料、膜、制御されたナノ細孔材料、および浸透可能な薄い誘電体層状材料）でオーバーレイして、電気化学（電気分解）反応、加熱、および電極上または電極の近くで発生する可能性のある無秩序な流体の動きの影響を低減し、細胞、細菌、ウイルス、ナノ粒子、ＤＮＡ、およびその他の生体分子の効果的な分離の実行を可能にする。いくつかの実施形態では、より高い解像度の分離を達成するためにＡＣ周波数クロスオーバーポイントを使用することに加えて、デバイス上（アレイ上）のＤＣ微小電気泳動が二次分離のために使用される。例えば、ＤＮＡ粒子（２０－５０ｋｂ）、高分子量ＤＮＡ（５－２０ｋｂ）、中分子量ＤＮＡ（１－５ｋｂ）、および低分子量ＤＮＡ（０．１－１ｋｂ）フラグメントの分離はアレイ上のＤＣマイクロ電気泳動を通して達成され得る。いくつかの実施形態では、デバイスは、任意に、異なる血球、細菌およびウイルス、ならびにそのようなデバイス上で同時に実行されるＤＮＡの同時分離を目的として、サブセクション化される。いくつかの実施形態では、デバイスは、ハウジングおよびヒーターまたは熱源および／またはタンパク質分解剤を含むリザーバを備える。いくつかの実施形態では、ヒーターまたは熱源は、流体の温度を所望の温度（例えば、タンパク質を分解するのに適した温度、約３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃など）まで増加させることができる。いくつかの実施形態では、ヒーターまたは熱源は、ＰＣＲサーモサイクラーとしての動作に適している。様々な実施形態において、ヒーターまたは熱源は、一定の温度（等温条件）を維持するために使用される。いくつかの実施形態では、タンパク質分解剤はプロテアーゼである。様々な実施形態において、タンパク質分解剤はプロテイナーゼＫであり、ヒーターまたは熱源は、タンパク質分解剤を不活性化するために使用される。
【0104】
いくつかの実施形態では、デバイスはまた、ハウジング内に複数の交流（ＡＣ）電極を備え、ＡＣ電極は、誘電泳動（ＤＥＰ）高フィールドおよび誘電泳動（ＤＥＰ）低フィールド領域を確立するように選択的に通電されるように構成することができ、それにより、ＡＣ動電学的効果が、デバイスの低フィールド領域での細胞の濃縮を提供する。いくつかの実施形態では、電極は、選択的にエネルギーを与えられて第１のＡＣ動電学的フィールド領域を提供し、続いてまたは連続的に選択的にエネルギーを与えられて第２のＡＣ動電学的フィールド領域を提供する。例えば、適用されたＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電学的場における電極および細胞の濃度のさらなる説明は、そのような開示のために本明細書に組み込まれるＰＣＴ特許公開ＷＯ２００９／１４６１４３ Ａ２に見出される。場合によっては、ＡＣ動電学的効果は、適用されたＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電場の低フィールド領域における細胞の濃縮および／または高フィールド領域における分子（例えば、核酸などの高分子）の濃縮（または収集または単離）を提供する。
【0105】
いくつかの実施形態では、デバイスは、溶離液を含む第２のリザーバを含む。溶離液は、デバイスから単離された核酸を溶出するために適した任意の流体である。場合によっては、溶離液は水または緩衝液である。場合によっては、溶離液はＤＮＡシーケンシング法に必要な試薬を含む。
【0106】
また、本明細書では、複数の直流（ＤＣ）電極を含むシステムおよびデバイスもまた提供される。いくつかの実施形態では、複数のＤＣ電極は、アレイ全体に広がる少なくとも２つの長方形の電極を含む。いくつかの実施形態では、電極はアレイの端に配置されている。いくつかの実施形態では、ＤＣ電極は、ＡＣ電極の間に散在している。場合によっては、ＤＣ電極は誘電体材料を含む。
【0107】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のシステムまたはデバイスは、核酸を操作するための手段を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のシステムまたはデバイスは、酵素反応を実行する手段を含む。様々な実施形態において、本明細書に記載のシステムまたはデバイスは、ポリメラーゼ連鎖反応、等温増幅、ライゲーション反応、制限分析、核酸クローニング、転写または翻訳アッセイ、または他の酵素ベースの分子生物学アッセイを実施する手段を含む。さらに様々な実施形態において、本明細書に記載のシステムまたはデバイスは、核またはミトコンドリアＤＮＡを含む定量的リアルタイムＰＣＲ、酵素結合免疫吸着アッセイ（ＥＬＩＳＡ）、直接ＳＹＢＲゴールドアッセイ、直接ＰｉｃｏＧｒｅｅｎアッセイ、マイクロサテライトマーカーのヘテロ接合性の喪失（ＬＯＨ）を使用し得、任意に、キャピラリー電気泳動分析を含むがこれに限定されない電気泳動分析、次世代シーケンシングを含むがこれらに限定されないシーケンシングおよび／またはクローニング、改変されたセミネステッドまたはネステッドメチル化特異的ＰＣＲを含むがこれらに限定されないメチル化分析、ＤＮＡ特異的ＰＣＲ（ＭＳＰ）、ビスルフィトーム増幅後の微量ＤＮＡの定量（ｑＭＡＭＢＲＡ）、ならびにビーズ上でのメチル化、ＭＡＬＤＩ－ＴｏＦ（マトリックス支援レーザー脱離／イオン化飛行時間分析）を含むがこれに限定されない質量ベースの分析を含み、これらは任意にＰＣＲおよびデジタルＰＣＲと組み合わせられる。
【0108】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のシステムまたはデバイスは、核酸シーケンサーを含む。シーケンサーは、サンガーシーケンサー、パイロシーケンサー、イオン半導体シーケンサー、ポロニーシーケンサー、ライゲーションによる配列決定装置、ＤＮＡナノボール配列決定装置、ライゲーションによる配列決定装置、または単一分子配列決定装置を含むがこれらに限定されない任意の適切なＤＮＡ配列決定装置である。
【0109】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のシステムまたはデバイスは、一定の温度を維持することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のシステムまたはデバイスは、アレイまたはチャンバーを冷却することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のシステムまたはデバイスは、アレイまたはチャンバーを加熱することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のシステムまたはデバイスは、サーモサイクラーを備える。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるデバイスは、局所的な温度制御要素を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるデバイスは、温度を感知および制御することができる。
【0110】
いくつかの実施形態では、デバイスは、加熱要素または熱要素をさらに備える。いくつかの実施形態では、加熱または熱要素は、電極の下に局在化される。いくつかの実施形態では、加熱要素または熱要素は金属を含む。いくつかの実施形態では、加熱要素または熱要素は、タンタル、アルミニウム、タングステン、またはそれらの組み合わせを含む。一般に、加熱要素または熱要素によって達成される温度は、それを流れる流れに比例する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるデバイスは、局所的な冷却要素を含む。いくつかの実施形態では、耐熱要素は、露出した電極アレイの真下に配置される。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるデバイスは、約２０℃から約１２０℃の間の温度を達成および維持することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるデバイスは、約３０℃から約１００℃の間の温度を達成および維持することができる。様々な実施形態において、本明細書に開示されるデバイスは、約２０℃から約９５℃の間の温度を達成および維持することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるデバイスは、約℃から約９０℃の間、約２５℃から約８５℃の間、約２５℃から約７５℃の間、約２５℃から約６５℃の間、または約２５℃から約５５℃の間の温度を達成および維持することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるデバイスは、約２０℃、約３０℃、約４０℃、約５０℃、約６０℃、約７０℃、約８０℃、約９０℃、約１００℃、約１１０℃または約１２０℃の温度を達成および維持することができる。
【0111】
適用されたＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電学的フィールド領域および分析対象物の分離
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、デバイス、およびシステムは、流体材料（任意に汚染物質、残留細胞材料などの他の材料を含む）から、サイズ、極性、または他の特性などの特性に基づいて、細胞、粒子、および／または分子（核酸など）を収集、分離、または単離するメカニズムを提供する。いくつかの実施形態では、任意の数のデバイス、方法、またはシステム変数が最適化されて、特定の分析物の分離または特定のサンプルからの単離を提供する。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、デバイス、およびシステムは、流体材料（任意に汚染物質、残留細胞材料などの他の材料を含む）から、サイズ、極性、または他の特性などの特性に基づいて、細胞、粒子、および／または分子（核酸など）を収集、分離、または単離するメカニズムを提供する。いくつかの実施形態では、任意の数のデバイス、方法、またはシステム変数が最適化されて、特定の分析物の分離または特定のサンプルからの単離を提供する。
【0112】
いくつかの実施形態において、動電学的場は、核酸などの生体分子を収集、分離、または単離するために生成される。いくつかの実施形態では、動電学的場は、ＡＣ動電学的場を含む。いくつかの実施形態では、ＡＣ動電場は誘電泳動場である。したがって、いくつかの実施形態では、誘電泳動（ＤＥＰ）は、本明細書に記載の方法の様々な工程で利用される。
【0113】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のデバイスおよびシステムは、ＤＥＰフィールドなどを生成することができる。特定の実施形態において、ＤＥＰは、無細胞核酸、エキソソーム、高ｍｗ ＤＮＡを含む高ｍｗ核酸、オリゴヌクレオソーム複合体、ヌクレオソーム、凝集タンパク質、小胞結合ＤＮＡ、細胞膜断片および細胞破片などの細胞および／または粒子を濃縮するために使用される（例えば、同時にまたは異なる時間に）。特定の実施形態では、本明細書に記載の方法は、第１、第２、および任意のさらなる任意のＤＥＰフィールドを生成するように電極のアレイにエネルギーを与えることをさらに含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のデバイスおよびシステムは、第１、第２、および任意のさらなる任意のＤＥＰフィールドを生成するように通電することができる。異なるＤＥＰフィールドは、場合によっては、異なる特性を有する異なる分析物の単離を可能にし、任意に、本明細書に記載のデバイス上の異なる位置での分離を可能にする。
【0114】
本明細書で提供される様々な実施形態では、本明細書に記載される方法は、アレイを用いて第１のＤＥＰフィールド領域および第２のＤＥＰフィールド領域を生成することを含む。本明細書で提供される様々な実施形態では、本明細書に記載されるデバイスまたはシステムは、アレイを用いて第１のＤＥＰフィールド領域および第２のＤＥＰフィールド領域を生成することができる。場合によっては、第１および第２のフィールド領域は単一のフィールドの一部である（例えば、第１および第２の領域は同時に存在するが、デバイス内および／またはアレイ上の異なる場所に見い出される）。いくつかの実施形態では、第１および第２のフィールド領域は異なるフィールドである（例えば、第１の領域は、最初に電極に通電することによって作成され、第２の領域は、電極に２回目に通電することによって作成される）。特定の態様では、第１のＤＥＰフィールド領域は、細胞を濃縮または単離するために適している（例えば、低フィールドＤＥＰ領域に）。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、分子（例えば、核酸）などのより小さな粒子を、例えば、高フィールドＤＥＰ領域に濃縮するために適している。場合によっては、本明細書に記載の方法は、任意に、第１または第２のＤＥＰフィールド領域のいずれかの使用を除外する。
【0115】
いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、第２のＤＥＰフィールド領域として本明細書に開示されるのと同じデバイスのチャンバー内にある。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域および第２のＤＥＰフィールド領域は、電極のアレイの同じ領域を占める。
【0116】
いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、本明細書に開示されるようなデバイスと別個のチャンバー内にあるか、または完全に第２のＤＥＰフィールド領域とは別個のデバイスである。
【0117】
第１のＤＥＰフィールド領域
いくつかの態様において、例えば、高コンダクタンス緩衝液（＞１００ｍＳ／ｍ）において、本明細書に記載の方法は、細胞または他の粒子状物質を含む流体を、電極のアレイを含むデバイスに適用し、それによって、細胞を第１のＤＥＰフィールド領域で濃縮する。いくつかの態様において、本明細書に記載のデバイスおよびシステムは、細胞または他の粒子状物質を含む流体を電極のアレイを含むデバイスに適用することができ、それによって、細胞を第１のＤＥＰフィールド領域で濃縮させることができる。後続または同時の第２、またはオプションの第３および第４のＤＥＰ領域は、分析物、粒子などの生体分子、例えば、無細胞核酸、エキソソーム、高ｍｗ ＤＮＡを含む高ｍｗ核酸、オリゴヌクレオソーム複合体、ヌクレオソーム、凝集タンパク質、小胞結合ＤＮＡ、細胞膜断片、細胞破片、または本明細書に記載の他の分析物を含む、他の流体成分を収集または分離することができる。
いくつかの態様において、例えば、高コンダクタンス緩衝液（＞１００ｍＳ／ｍ）において、本明細書に記載の方法は、細胞または他の粒子状物質を含む流体を、電極のアレイを含むデバイスに適用し、それによって、細胞を第１のＤＥＰフィールド領域で濃縮する。いくつかの態様において、本明細書に記載のデバイスおよびシステムは、細胞または他の粒子状物質を含む流体を電極のアレイを含むデバイスに適用することができ、それによって、細胞を第１のＤＥＰフィールド領域で濃縮させることができる。後続または同時の第２、またはオプションの第３および第４のＤＥＰ領域は、分析物、粒子などの生体分子、例えば、無細胞核酸、エキソソーム、高ｍｗ ＤＮＡを含む高ｍｗ核酸、オリゴヌクレオソーム複合体、ヌクレオソーム、凝集タンパク質、小胞結合ＤＮＡ、細胞膜断片、細胞破片、または本明細書に記載の他の分析物を含む、他の流体成分を収集または分離することができる。
【0118】
第１のＤＥＰフィールド領域は、流体から細胞を濃縮するのに適した任意のフィールド領域であり得る。このアプリケーションでは、細胞は一般に電極のアレイの近くに濃縮されている。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、誘電泳動低フィールド領域である。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、誘電泳動高フィールド領域である。いくつかの態様では、例えば低コンダクタンス緩衝液（＜１００ｍＳ／ｍ）の場合、本明細書に記載の方法は、細胞を含む流体を電極のアレイを含むデバイスに適用し、それによって、細胞または他の粒子状物質を第１のＤＥＰフィールド領域に濃縮することを含む。
【0119】
いくつかの態様において、本明細書に記載のデバイスおよびシステムは、細胞または他の粒子状物質を含む流体を、電極のアレイを含むデバイスに適用し、細胞を第１のＤＥＰフィールド領域に濃縮させることができる。様々な実施形態において、第１のＤＥＰフィールド領域は、流体から細胞を濃縮するのに適した任意のフィールド領域であり得る。いくつかの実施形態では、細胞は電極のアレイに濃縮されている。いくつかの実施形態では、細胞は、誘電泳動高フィールド領域で捕捉される。いくつかの実施形態では、細胞は、誘電泳動低フィールド領域に捕捉される。高フィールド捕捉対低フィールド捕捉は、一般に流体の導電率に依存し、一般に、交差点は約３００－５００ｍＳ／ｍの間である。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、約３００ｍＳ／ｍを超える流体伝導率で実行される誘電泳動低フィールド領域である。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、約３００ｍＳ／ｍ未満の流体伝導率で実行される誘電泳動低フィールド領域である。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、約３００ｍＳ／ｍを超える流体伝導率で実行される誘電泳動高フィールド領域である。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、約３００ｍＳ／ｍ未満の流体伝導率で実行される誘電泳動高フィールド領域である。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、約５００ｍＳ／ｍを超える流体伝導率で実行される誘電泳動低フィールド領域である。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、約５００ｍＳ／ｍ未満の流体伝導率で実行される誘電泳動低フィールド領域である。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、約５００ｍＳ／ｍを超える流体伝導率で実行される誘電泳動高フィールド領域である。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、約５００ｍＳ／ｍ未満の流体伝導率で実行される誘電泳動高フィールド領域である。
【0120】
いくつかの実施形態では、第１の誘電泳動フィールド領域は、交流によって生成される。交流電流は、細胞を濃縮するのに適した任意のアンペア数、電圧、周波数などを有する。いくつかの実施形態では、第１の誘電泳動フィールド領域は、０．１マイクロアンペア－１０アンペアのアンペア数、ピークツーピークで１－５０ボルトの電圧、および／または１－１０，０００，０００Ｈｚの周波数を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、ピークツーピークで５－２５ボルトの電圧を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、３－１５ｋＨｚの周波数を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１ミリアンペアから１アンペアのアンペア数を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、０．１マイクロアンペア－１アンペアのアンペア数を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１マイクロアンペア－１アンペアのアンペア数を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１００マイクロアンペア－１アンペアのアンペア数を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、５００マイクロアンペア－５００ミリアンペアのアンペア数を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、ピークツーピークで１－２５ボルトの電圧を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、ピークツーピークで１－１０ボルトの電圧を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、ピークツーピークで２５－５０ボルトの電圧を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１０－１，０００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１００－１００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１００－１０，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１０，０００－１００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１００，０００－１，０００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。
【0121】
いくつかの実施形態では、第１の誘電泳動場領域は、直流によって生成される。直流は、細胞を濃縮するのに適した任意のアンペア数、電圧、周波数などを有する。いくつかの実施形態では、第１の誘電泳動フィールド領域は、０．１マイクロアンペア－１アンペアのアンペア数、１０ミリボルト－１０ボルトの電圧、ならびに／または１ミリ秒から１０００秒のパルス幅および０．００１から１０００Ｈｚのパルス周波数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１マイクロアンペア－１アンペアのアンペア数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１００マイクロアンペア－５００ミリアンペアのアンペア数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１ミリアンペア－１アンペアのアンペア数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１マイクロアンペア－１ミリアンペアのアンペア数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、５００ミリ秒－５００秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、５００ミリ秒－１００秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１秒－１０００秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、５００ミリ秒－１秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、０．０１－１０００Ｈｚのパルス周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、０．１－１００Ｈｚのパルス周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１－１００Ｈｚのパルス周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、１００－１０００Ｈｚのパルス周波数を使用して生成される。
【0122】
いくつかの実施形態では、流体は、細胞タイプの混合物を含む。いくつかの実施形態では、細胞タイプの混合物は、異なるＤＥＰフィールドで分離される。例えば、血液は赤血球と白血球を含む。環境サンプルは、さまざまな濃度の多くの種類の細胞やその他の粒子状物質を含む。いくつかの実施形態では、１つの細胞型（またはサンプルを含む細胞型の総数より少ない任意の数の細胞型）が、第１のＤＥＰフィールドに優先的に濃縮される。限定されないが、この実施形態は、核酸単離手順を糞便性大腸菌群などの特定の環境汚染物質に集中させるのに有益であり、それによって、ＤＮＡ配列決定を使用して汚染物質の供給源を特定することができる。別の非限定的な例では、第１のＤＥＰフィールドは、細胞ではなくウイルスを特異的に濃縮する方法で操作される（例えば、３００ｍＳ／ｍを超える導電率を有する流体において、ウイルスは、ＤＥＰ高フィールド領域に濃縮されるが、より大きな細胞はＤＥＰ低フィールド領域に濃縮される）。
【0123】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、デバイス、またはシステムは、特定の細胞型を単離または分離するのに適している。いくつかの実施形態では、これらの方法、デバイス、またはシステムのＤＥＰフィールドは、特定のタイプの細胞をＤＥＰフィールドのフィールド領域に分離または濃縮することを可能にするように特に調整される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、デバイスまたはシステムは、１つより多くのタイプの細胞が単離または濃縮される１つより多くのフィールド領域を提供する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、デバイス、またはシステムは、そのＤＥＰフィールド領域内の異なるタイプの細胞の単離または濃縮を可能にするように調整可能である。いくつかの実施形態では、本明細書で提供される方法は、ＤＥＰフィールドを調整することをさらに含む。いくつかの実施形態では、本明細書で提供されるデバイスまたはシステムは、ＤＥＰフィールドを調整することができる。場合によっては、そのような調整は、所望の目的に特に適したＤＥＰを提供することにあるかもしれない。例えば、アレイ、エネルギー、または別のパラメータの変更は、オプションでＤＥＰフィールドを調整するために利用される。より細かい解像度のための調整パラメータには、電極の直径、電極間の端から端までの距離、電圧、周波数、流体の導電率と多孔質ポリマー層の存在、および誘電体層の組成が含まれる。
【0124】
いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、電極のアレイ全体を含む。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、電極のアレイの一部を含む。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、電極のアレイの約９０％、約８０％、約７０％、約６０％、約５０％、約４０％、約３０％、約２５％、約２０％、または約１０％を含む。いくつかの実施形態では、第１のＤＥＰフィールド領域は、電極のアレイの約３分の１を含む。
【0125】
第２のＤＥＰフィールド領域
一態様では、本明細書に記載のデバイスおよびシステムは、無細胞核酸、エキソソーム、高ｍｗ ＤＮＡを含む高ｍｗ核酸、オリゴヌクレオソーム複合体、ヌクレオソーム、凝集タンパク質、小胞結合ＤＮＡ、細胞膜断片、細胞破片、または第２のＤＥＰフィールド領域における本明細書に記載の他の分析物などの粒子を濃縮することができる。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、粒子を濃縮するのに適した任意のフィールド領域である。いくつかの実施形態では、粒子は電極のアレイに濃縮されている。さらに他の態様において、粒子の濃縮は、例えば、細胞溶解と関連して起こる。 さらに他の態様では、いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、誘電泳動高場領域である。第２のＤＥＰフィールド領域は、任意に、第１のＤＥＰフィールド領域と同じである。
一態様では、本明細書に記載のデバイスおよびシステムは、無細胞核酸、エキソソーム、高ｍｗ ＤＮＡを含む高ｍｗ核酸、オリゴヌクレオソーム複合体、ヌクレオソーム、凝集タンパク質、小胞結合ＤＮＡ、細胞膜断片、細胞破片、または第２のＤＥＰフィールド領域における本明細書に記載の他の分析物などの粒子を濃縮することができる。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、粒子を濃縮するのに適した任意のフィールド領域である。いくつかの実施形態では、粒子は電極のアレイに濃縮されている。さらに他の態様において、粒子の濃縮は、例えば、細胞溶解と関連して起こる。 さらに他の態様では、いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、誘電泳動高場領域である。第２のＤＥＰフィールド領域は、任意に、第１のＤＥＰフィールド領域と同じである。
【0126】
いくつかの実施形態では、第２の誘電泳動フィールド領域は、交流によって生成される。いくつかの実施形態において、交流電流は、無細胞核酸、エキソソーム、高ｍｗ ＤＮＡを含む高ｍｗ核酸、オリゴヌクレオソーム複合体、ヌクレオソーム、凝集したタンパク質、小胞結合ＤＮＡ、細胞膜断片、細胞破片、または本明細書に記載の他の分析物などの粒子を濃縮するのに適した任意のアンペア数、電圧、周波数などを有する。いくつかの実施形態では、第２の誘電泳動フィールド領域は、０．１マイクロアンペア－１０アンペアのアンペア数、ピークツーピークで１－５０ボルトの電圧。および／または１－１０，０００，０００Ｈｚの周波数を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、０．１マイクロアンペア－１アンペアのアンペア数を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１マイクロアンペア－１アンペアのアンペア数を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１００マイクロアンペア－１アンペアのアンペア数を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、５００マイクロアンペア－５００ミリアンペアのアンペア数を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、ピークツーピークで１－２５ボルトの電圧を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、ピークツーピークで１－１０ボルトの電圧を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、ピークツーピークで２５－５０ボルトの電圧を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１０－１，０００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１００－１００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１００－１０，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１０，０００－１００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１００，０００－１，０００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。
【0127】
いくつかの実施形態では、第２の誘電泳動場領域は、直流によって生成される。いくつかの実施形態では、直流は、粒子を濃縮するのに適した任意のアンペア数、電圧、周波数などを有する。いくつかの実施形態では、第２の誘電泳動場領域は、０．１マイクロアンペア－１アンペアのアンペア数、１０ミリボルト－１０ボルトの電圧、および／または１ミリ秒から１０００秒のパルス幅および０．００１から１０００Ｈｚのパルス周波数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、ピークツーピークで５－２５ボルトの電圧を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、３－１５ｋＨｚの周波数を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１ミリアンペアから１アンペアのアンペア数を有する交流電流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１マイクロアンペア－１アンペアのアンペア数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１００マイクロアンペア－５００ミリアンペアのアンペア数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１ミリアンペア－１アンペアのアンペア数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１マイクロアンペア－１ミリアンペアのアンペア数を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、５００ミリ秒－５００秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、５００ミリ秒－１００秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１秒－１０００秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、５００ミリ秒－１秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、０．０１－１０００Ｈｚのパルス周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、０．１－１００Ｈｚのパルス周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１－１００Ｈｚのパルス周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、１００－１０００Ｈｚのパルス周波数を使用して生成される。
【0128】
いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、電極のアレイ全体を含む。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、電極のアレイの一部を含む。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、電極のアレイの約９０％、約８０％、約７０％、約６０％、約５０％、約４０％、約３０％、約２５％、約２０％、または約１０％を含む。いくつかの実施形態では、第２のＤＥＰフィールド領域は、電極のアレイの約３分の１を含む。
【0129】
サンプルから粒子を単離するために、本明細書に記載のデバイス、方法、およびシステムを使用して、任意の数のＤＥＰフィールド領域が生成される。場合によっては、少なくとも１、２、３、４、５、６、またはそれ以上のＤＥＰフィールド領域が生成される。場合によっては、約１、２、３、４、５、６、または７個のＤＥＰフィールド領域が生成される。ＤＥＰフィールドの数、場所、強度、またはその他の特性は、サンプルの起源／内容物、分離する必要のある分析物、または分析物の精製／分析に影響を与えるその他の変数に依存して異なる。
【0130】
サンプルおよび分析物
本明細書に記載の方法の工程、本明細書に記載のデバイスおよびシステムの態様などに依存して、本明細書中の様々な実施形態において動電学的場に供される誘電体粒子は、生体細胞および／または分子などの分析物（例えば、ナノスケール粒子、ナノ粒子、または他の分析物）である。場合によっては、分析物は、その最大寸法が約１ミクロン以下の分析物である。いくつかの実施形態において、例示的な誘電体粒子は、核酸（例えば、高分子量核酸、高分子量ＤＮＡなど）、ヌクレオソーム、オリゴ－ヌクレオソーム複合体、エキソソーム、細胞外小胞、凝集タンパク質、小胞結合ＤＮＡ、細胞膜断片、ミトコンドリア小胞、細胞小胞、細胞破片、無細胞バイオマーカー（例えば、循環）、ウイルス粒子またはウイルス成分（例えば、キャプシド、ウイルス核酸、表面タンパク質、またはウイルスの他の成分）などのナノスケール粒子、本明細書と一致する他の生体分子、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態における核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、環状ＲＮＡ、ｃｆＤＮＡ（無細胞ＤＮＡ）、ｃｃｆＤＮＡ（循環無細胞ＤＮＡ）、ｃｆＲＮＡ（無細胞ＲＮＡ）、ｃｆｆＤＮＡ（無細胞胎児ＤＮＡ）、ｍＲＮＡ、ｔＲＮＡ、ｒＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ（マイクロＲＮＡ）、合成ポリヌクレオチド、ポリヌクレオチド類似体、標準的でない塩基を含む核酸、ウイルス起源の核酸、本明細書と一致する他の任意の核酸、またはそれらの任意の組み合わせを含む。様々な実施形態において、（標的）循環無細胞バイオマーカーは、循環ＤＮＡ、マイクロＲＮＡ、微小胞からのＲＮＡ、またはそれらの組み合わせの突然変異、欠失、再配列またはメチル化核酸からなる群から選択される。さらに様々な実施形態において、無細胞バイオマーカーの検出は、患者における癌診断、癌予後または治療反応のために有用な情報を提供する。さらに様々な実施形態において、腫瘍無細胞バイオマーカーは、ＣＮＳ腫瘍、神経芽細胞腫、神経膠腫、乳癌、子宮内膜腫瘍、頸部腫瘍、卵巣腫瘍、肝細胞癌、膵臓癌、食道腫瘍、Ｓｔｏｃｈ腫瘍、結腸直腸腫瘍、頭頸部腫瘍、鼻咽頭癌、甲状腺腫瘍、リンパ腫、白血病、肺癌、非小細胞肺癌、小細胞肺癌、精巣腫瘍、腎臓腫瘍、前立腺癌、皮膚癌、悪性黒色腫、扁平上皮癌またはそれらの組み合わせと関連する。いくつかの実施形態において、腫瘍無細胞バイオマーカーは、ＧＦＡＰ、ＶＥＧＦ、ＥＧＦＲ、ｂ－ＦＧＦ、ＫＲＡＳ、ＹＫＬ－４０、ＭＭＰ－９またはそれらの組み合わせである。様々な実施形態において、標的バイオマーカーは、タンパク質、脂質、抗体、高分子量ＤＮＡ、腫瘍細胞、エキソソーム、ヌクレオソームおよびナノソームからなる群から選択される。さらに様々な実施形態では、結合した核酸は、さらなる特徴付けのために第１のチャンバーから溶出される。さらに様々な実施形態において、溶出された核酸は、増幅または配列決定される。さらに様々な実施形態では、サンプルは、全血、血清、血漿、脳脊髄液、体組織、尿、唾液、または生体分子を含む他の生体液である。
本明細書に記載の方法の工程、本明細書に記載のデバイスおよびシステムの態様などに依存して、本明細書中の様々な実施形態において動電学的場に供される誘電体粒子は、生体細胞および／または分子などの分析物（例えば、ナノスケール粒子、ナノ粒子、または他の分析物）である。場合によっては、分析物は、その最大寸法が約１ミクロン以下の分析物である。いくつかの実施形態において、例示的な誘電体粒子は、核酸（例えば、高分子量核酸、高分子量ＤＮＡなど）、ヌクレオソーム、オリゴ－ヌクレオソーム複合体、エキソソーム、細胞外小胞、凝集タンパク質、小胞結合ＤＮＡ、細胞膜断片、ミトコンドリア小胞、細胞小胞、細胞破片、無細胞バイオマーカー（例えば、循環）、ウイルス粒子またはウイルス成分（例えば、キャプシド、ウイルス核酸、表面タンパク質、またはウイルスの他の成分）などのナノスケール粒子、本明細書と一致する他の生体分子、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態における核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、環状ＲＮＡ、ｃｆＤＮＡ（無細胞ＤＮＡ）、ｃｃｆＤＮＡ（循環無細胞ＤＮＡ）、ｃｆＲＮＡ（無細胞ＲＮＡ）、ｃｆｆＤＮＡ（無細胞胎児ＤＮＡ）、ｍＲＮＡ、ｔＲＮＡ、ｒＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ（マイクロＲＮＡ）、合成ポリヌクレオチド、ポリヌクレオチド類似体、標準的でない塩基を含む核酸、ウイルス起源の核酸、本明細書と一致する他の任意の核酸、またはそれらの任意の組み合わせを含む。様々な実施形態において、（標的）循環無細胞バイオマーカーは、循環ＤＮＡ、マイクロＲＮＡ、微小胞からのＲＮＡ、またはそれらの組み合わせの突然変異、欠失、再配列またはメチル化核酸からなる群から選択される。さらに様々な実施形態において、無細胞バイオマーカーの検出は、患者における癌診断、癌予後または治療反応のために有用な情報を提供する。さらに様々な実施形態において、腫瘍無細胞バイオマーカーは、ＣＮＳ腫瘍、神経芽細胞腫、神経膠腫、乳癌、子宮内膜腫瘍、頸部腫瘍、卵巣腫瘍、肝細胞癌、膵臓癌、食道腫瘍、Ｓｔｏｃｈ腫瘍、結腸直腸腫瘍、頭頸部腫瘍、鼻咽頭癌、甲状腺腫瘍、リンパ腫、白血病、肺癌、非小細胞肺癌、小細胞肺癌、精巣腫瘍、腎臓腫瘍、前立腺癌、皮膚癌、悪性黒色腫、扁平上皮癌またはそれらの組み合わせと関連する。いくつかの実施形態において、腫瘍無細胞バイオマーカーは、ＧＦＡＰ、ＶＥＧＦ、ＥＧＦＲ、ｂ－ＦＧＦ、ＫＲＡＳ、ＹＫＬ－４０、ＭＭＰ－９またはそれらの組み合わせである。様々な実施形態において、標的バイオマーカーは、タンパク質、脂質、抗体、高分子量ＤＮＡ、腫瘍細胞、エキソソーム、ヌクレオソームおよびナノソームからなる群から選択される。さらに様々な実施形態では、結合した核酸は、さらなる特徴付けのために第１のチャンバーから溶出される。さらに様々な実施形態において、溶出された核酸は、増幅または配列決定される。さらに様々な実施形態では、サンプルは、全血、血清、血漿、脳脊髄液、体組織、尿、唾液、または生体分子を含む他の生体液である。
【0131】
いくつかの実施形態において、核酸粒子は、２０－５０ｋｂのサイズを有し、高分子量（ｍｗ）核酸は、５－２０ｋｂのサイズを有し、中分子量核酸は、１－５ｋｂのサイズを有し、そして低分子量核酸は０．１－１ｋｂのサイズを有する。
【0132】
いくつかの実施形態において、分析物は、その最大寸法において、約１μｍ以下、または０．９、０．８、０．７、０．５、０．３、０．１、０．０５、０．００１、または０．０００５μｍ以下である。場合によっては、分析物は、約０．０００５μｍから約１μｍ、または約０．０００５μｍから約０．５μｍ、または約０．００１μｍから約１μｍ、約０．００５μｍから約１μｍ、または約０．００５μｍから約０．１μｍであり、または約０．０１μｍから約０．５μｍ、または約０．１μｍから約１μｍである。
【0133】
分析物は、誘電定数に基づいて分離される場合がある。いくつかの実施形態では、分析物は、少なくとも１、または少なくとも２、３、５、７、１０、１５、２０、３０、または少なくとも５０の誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、１以下、または２、３、５、７、１０、１５、２０、３０、または５０以下の誘電定数を有する。いくつかの実施形態において、分析物は、約１、または約２、３、５、７、１０、１５、２０、３０、もしくは約５０の誘電定数を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、約１－約２０、約１．５－約１５、約１．１－約１０、約１．５－約５、約３から約１０、約５から約２０、約２から約７、約４から約７、または約７から約１５の誘電定数を有する。
【0134】
いくつかの実施形態において、分析物は、少なくとも１００ｇ／モル、または少なくとも５００ｇ／モル、１０００ｇ／モル、５０００ｇ／モル、１０，０００ｇ／モル、５０，０００ｇ／モル、１００，０００ｇ／モル、５００，０００ｇ／ｍｏｌ、１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、２，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、または少なくとも５，０００，０００ｇ／ｍｏｌの分子重量を有する。いくつかの実施形態において、分析物は、１００ｇ／モル以下、または５００ｇ／モル、１０００ｇ／モル、５０００ｇ／モル、１０，０００ｇ／モル、５０，０００ｇ／モル、１００，０００ｇ／ｍｏｌ、５００，０００ｇ／ｍｏｌ、１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、２，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、または５，０００，０００ｇ／ｍｏｌ以下の分子量を有する。場合によっては、分析物は、約１００ｇ／モルから約５，０００，０００ｇ／モル、約１，０００から約５，０００，０００ｇ／モル、約２０００から約５，０００，０００ｇ／モル、約５０００から約２，０００，０００ｇ／モル、約５０００－約１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、約１０，０００から約５００，０００ｇ／モル、約５０，０００から約５，０００，０００ｇ／モル、約１，０００，０００から約５，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、約１００，０００－約５，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、または約５００，０００から約５，０００，０００ｇ／モルの分子量を有する。
【0135】
場合によっては、分析物はその質量によって分離される。いくつかの実施形態では、分析物は、少なくとも０．０１ｐｇ（ピコグラム）、または少なくとも０．１、０．２、０．５、０．８、１、２、５、８、１０、１２、１５、１８、２０、５０、１００、２００、５００、１，０００、２，０００、５，０００、１０，０００、または少なくとも１００，０００ｐｇの質量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、０．０１ｐｇ以下、または０．１、０．２、０．５、０．８、１、２、５、８、１０、１２、１５、１８、２０、５０、１００、２００、５００、１，０００、２，０００、５，０００、１０，０００以下、または１００，０００ｐｇ以下の質量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、約０．０１ｐｇ、または約０．１、０．２、０．５、０．８、１、２、５、８、１０、１２、１５、１８、２０、５０、１００、２００、５００、１，０００、２，０００、５，０００、１０，０００、または約１００，０００ｐｇの質量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、約０．０１ｐｇから約１００，０００ｐｇ、または約０．０１から約１０，０００ｐｇ、または約０．０１から約１，０００ｐｇ、または約０．１から約１０，０００ｐｇ、または約１から約１００，０００ｐｇ、または約１０から約１０，０００ｐｇ、または約５０から約５，０００ｐｇまたは約１００から約１，０００ｐｇ、または約５００から約５０，０００ｐｇ、または約５，０００から約５００，０００ｐｇ、または約１００，０００ｐｇから約１，０００，０００ｐｇの質量を有する。
【0136】
いくつかの実施形態では、分析物は、少なくとも０．０１ｆｇ（フェムトグラム）、または少なくとも０．１、０．２、０．５、０．８、１、２、５、８、１０、１２、１５、１８、２０、５０、１００、２００、５００、１，０００、２，０００、５，０００、１０，０００、または少なくとも１００，０００ｆｇの質量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、０．０１ｆｇ以下、または０．１、０．２、０．５、０．８、１、２、５、８、１０、１２、１５、１８、２０、５０、１００、２００、５００、１，０００、２，０００、５，０００、１０，０００、または１００，０００ｆｇ以下の質量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、約０．０１ｆｇ、または約０．１、０．２、０．５、０．８、１、２、５、８、１０、１２、１５、１８、２０、５０、１００、２００、５００、１，０００、２，０００、５，０００、１０，０００、または約１００，０００ｆｇの質量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、約０．０１ｆｇから約１００，０００ｆｇ、または約０．０１から約１０，０００ｆｇ、または約０．０１から約１，０００ｆｇ、または約０．１から約１０，０００ｆｇ、または約１から約１００，０００ｆｇ、または約１０から約１０，０００ｆｇ、または約５０から約５，０００ｆｇまたは約１００から約１，０００ｆｇ、または約５００から約５０，０００ｆｇ、または約５，０００から約５００，０００ｆｇ、または約１００，０００ｆｇから約１，０００，０００ｆｇの質量を有する。
【0137】
分析物の単離
一態様では、本明細書に記載されるのは、分析物、場合によっては、粒子、例えば、無細胞核酸、エキソソーム、高ｍｗ ＤＮＡを含む高ｍｗ核酸、オリゴヌクレオソーム複合体、ヌクレオソーム、凝集タンパク質、小胞に結合したＤＮＡ、細胞膜断片、細胞を含む流体からの細胞破片、または本明細書に記載の他の分析物などを単離するための動電学的方法である。いくつかの実施形態では、粒子は最初に細胞の内部にある。図４に示されるように、この方法は、場合によっては、高場領域の近くに細胞を濃縮させることを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるのは、細胞を含む流体から核酸などの分析物を単離するための方法であり、この方法は、ａ．流体をデバイスに適用する工程であって、デバイスは電極のアレイを含む、工程、ｂ．複数の細胞を第１のＡＣ動電学的（例えば、誘電泳動的）場領域に濃縮させる工程、ｃ．第２のＡＣ動電学的（例えば、誘電泳動的）場領域で核酸を単離すること；およびｄ．細胞を洗い流する工程を含む。場合によっては、細胞は高場領域で溶解される。溶解後、粒子は高場領域に留まり、および／または高場領域に濃縮する。場合によっては、残留細胞物質が低場領域の近くに濃縮される。いくつかの実施形態では、残留材料は、デバイスから洗い流され、および／または粒子から洗い流される。いくつかの実施形態では、核酸は、第２のＡＣ動電学的場領域に濃縮される。
一態様では、本明細書に記載されるのは、分析物、場合によっては、粒子、例えば、無細胞核酸、エキソソーム、高ｍｗ ＤＮＡを含む高ｍｗ核酸、オリゴヌクレオソーム複合体、ヌクレオソーム、凝集タンパク質、小胞に結合したＤＮＡ、細胞膜断片、細胞を含む流体からの細胞破片、または本明細書に記載の他の分析物などを単離するための動電学的方法である。いくつかの実施形態では、粒子は最初に細胞の内部にある。図４に示されるように、この方法は、場合によっては、高場領域の近くに細胞を濃縮させることを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるのは、細胞を含む流体から核酸などの分析物を単離するための方法であり、この方法は、ａ．流体をデバイスに適用する工程であって、デバイスは電極のアレイを含む、工程、ｂ．複数の細胞を第１のＡＣ動電学的（例えば、誘電泳動的）場領域に濃縮させる工程、ｃ．第２のＡＣ動電学的（例えば、誘電泳動的）場領域で核酸を単離すること；およびｄ．細胞を洗い流する工程を含む。場合によっては、細胞は高場領域で溶解される。溶解後、粒子は高場領域に留まり、および／または高場領域に濃縮する。場合によっては、残留細胞物質が低場領域の近くに濃縮される。いくつかの実施形態では、残留材料は、デバイスから洗い流され、および／または粒子から洗い流される。いくつかの実施形態では、核酸は、第２のＡＣ動電学的場領域に濃縮される。
【0138】
特定の例において、粒子または分子（例えば、核酸）は、誘電泳動場の場領域（例えば、高場領域）において単離される（例えば、細胞から単離または分離される）。いくつかの実施形態では、方法、デバイス、またはシステムは、以下の工程のうちの１つ以上をさらに含む：第１の誘電泳動場領域（例えば、高場ＤＥＰ領域）に目的の細胞を濃縮する工程、第１の誘電泳動場領域に細胞を溶解する工程。および／または第１または第２の誘電泳動場領域に核酸を濃縮する工程。様々な実施形態において、方法、デバイス、またはシステムは、以下の工程のうちの１つ以上を含む：第１の誘電泳動場領域（例えば、低場ＤＥＰ領域）に細胞を濃縮する工程、第２の誘電泳動場領域（例えば、高フィールドＤＥＰ領域）に核酸を濃縮する工程、ならびに細胞および残留物を洗い流す工程。この方法はまた、任意に、以下の工程のうちの１つ以上を実行することが可能なデバイスおよび／またはシステムを含む：核酸などの分析物から残留（例えば、細胞）物質を洗浄またはさもなくば除去する工程（例えば、核酸が濃縮され、アレイの高場ＤＥＰ領域内に維持されている間、アレイを水または緩衝液ですすぐ工程）、残留タンパク質を分解する工程（例えば、溶解細胞および／または他の供給源からの残留タンパク質、そのような分解は、熱、プロテアーゼ、または化学物質などの任意の適切なメカニズムに従って起こる）、分析物から分解されたタンパク質を洗い流す工程、および分析物を収集する工程。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、デバイスの操作、およびシステムの操作の結果は、任意に、さらなる操作または分析のために適した量および純度の単離された分析物である。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のデバイスは携帯可能である。分析物を単離および／または分析するための例示的なデバイスが図１に示されている。
【0139】
本明細書に記載の方法、デバイス、システム、および組成物は、サンプルからの分析物の単離を様々に含む。いくつかの実施形態では、サンプルは、ミクロンサイズの実体または細胞、より大きな粒子およびより小さな粒子または生体分子の組み合わせからなる。いくつかの実施形態では、ミクロンサイズの実体は、血球、血小板、細菌などを含み得る。いくつかの実施形態において、より大きな粒子は、約１０ｎｍから約９００ｎｍの有効ストークス直径の範囲の粒子を含み、エキソソーム、高ｍｗ ＤＮＡを含む高ｍｗ核酸、オリゴヌクレオソーム複合体、凝集タンパク質、小胞結合ＤＮＡ、細胞膜断片、細胞破片、またはサンプル中に分散している本明細書に記載の他の分析物を含んでもよい。いくつかの実施形態において、より小さな粒子（＜１０ｎｍの有効ストークス直径）は、免疫グロブリン、ヒト血清アルブミン、フィブリノーゲンおよび他の血漿タンパク質、より小さなアポトーシスＤＮＡ、および遊離イオンなどのタンパク質を含む。場合によっては、サンプルは流体を含む。
【0140】
一態様では、本明細書に記載されているのは、細胞または他の粒子状物質を含む流体から分析物（核酸など）を単離するための方法である。いくつかの実施形態では、分析物は細胞内部にない（例えば、流体中の無細胞ＤＮＡ）。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるのは、細胞または他の粒子状物質を含む流体から分析物を単離するための方法であり、この方法は以下を含む：ａ．流体をデバイスに適用する工程であって、デバイスは電極のアレイを含む、工程、ｂ．複数の細胞を第１のＡＣ動電学的（例えば、誘電泳動的）場領域に濃縮する工程、ｃ．第２のＡＣ動電学的（例えば、誘電泳動）場領域で分析物を単離する工程、およびｄ．細胞を洗い流す工程。いくつかの実施形態では、方法は、細胞を洗い流した後に残留タンパク質を分解する工程をさらに含む。いくつかの実施形態では、細胞は低フィールド領域またはその近傍に濃縮し、粒子は高フィールド領域またはその近傍に濃縮する。場合によっては、細胞はデバイスから洗い流され、および／または粒子から洗い流される。
【0141】
一態様では、本明細書に記載の方法、システム、およびデバイスは、細胞または他の粒子状物質を含む流体から分析物（核酸など）を単離する。一態様では、誘電泳動を使用して細胞を濃縮する。いくつかの実施形態では、流体は、液体、任意に水、または水溶液または分散液である。いくつかの実施形態では、流体は、体液を含む任意の適切な流体である。例示的な体液には、全血、血清、血漿、胆汁、乳汁、脳脊髄液、胃液、射精、粘液、腹水、唾液、汗、涙液、尿、羊水、水性体液、硝子体液、耳垢、乳び、チャイム（ｃｈｉｍｅ）、エノリンフ（ｅｎｏｌｙｍｐｈ）、ペリリンフ（ｐｅｒｉｌｙｍｐｈ）、糞便、リンパ液、心膜液、胸膜液、膿、目やに（ｒｈｅｕｍ）、皮脂、痰、滑液、嘔吐物、およびその他の体液が含まれる。いくつかの実施形態では、粒子は、医学的治療または診断手順、デバイスまたはシステムの一部として本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスを使用して体液から単離される。いくつかの実施形態では、流体は、流体に可溶化および／または分散された組織および／または細胞である。例えば、組織は、本明細書に記載の方法、デバイス、またはシステムを使用して核酸を単離することができる癌性腫瘍であり得る。
【0142】
場合によっては、本明細書に記載の方法が短時間で実行され、デバイスが短時間で動作し、システムが短時間で動作することが有利である。いくつかの実施形態では、期間は、流体をデバイスに追加してから単離された核酸を取得するまでの時間から測定される「手順時間」に関して短い。いくつかの実施形態では、手順時間は、３時間未満、２時間未満、１時間未満、３０分未満、２０分未満、１０分未満、または５分未満である。いくつかの実施形態では、手順時間は、約１分から約３時間、約１分から約１時間、約１分から約３０分、約１０分から約１時間、または約１５分から約１時間である。
【0143】
別の態様では、デバイスに流体を追加してから単離された核酸を取得するまでの時間から、人が手順に従わなければならない累積時間として測定される「実地時間」を参照すると、期間は短い。いくつかの実施形態では、実地時間は、２０分未満、１０分未満、５分未満、１分未満、または３０秒未満である。いくつかの実施形態では、実地時間は、約１分から約３０分、約１分から約１０分、約１分から約５分、約２分から約１０分、または約１０分から約３０分である。
【0144】
いくつかの実施形態では、流体は環境サンプルである。いくつかの実施形態では、環境サンプルは、特定の汚染、侵入発生率などを示す特定の分析物（例えば、核酸配列、タンパク質、他のバイオマーカー）の存在についてアッセイまたはモニターされる。環境サンプルはまた、本明細書に記載の方法、デバイスまたはシステムを使用して、特定の汚染、侵入発生率などの発生源を決定するために使用することができる。例示的な環境サンプルには、都市下水、産業廃水、さまざまな製造プロセスで使用される、またはその結果として生成される水または流体、湖、川、海、帯水層、地下水、雨水、植物または植物の一部、動物または動物の一部、昆虫、都市用水道などが含まれる。
【0145】
いくつかの実施形態では、流体は食品または飲料である。食品または飲料は、特定の汚染、侵入の発生率などを示す特定の分析物（例えば、核酸配列、タンパク質、他のバイオマーカー）の存在についてアッセイまたはモニターすることができる。食品または飲料はまた、本明細書に記載の方法、デバイスまたはシステムを使用して、特定の汚染、侵入発生率などの発生源を決定するために使用することができる。様々な実施形態において、本明細書に記載の方法、デバイス、およびシステムは、体液、環境サンプル、ならびに食品および飲料のうちの１つ以上とともに使用して、公衆衛生をモニターするか、または有害な公衆衛生の発生に対応することができる。
【0146】
いくつかの実施形態では、流体は増殖培地である。増殖培地は、細胞を培養するのに適した任意の培地、例えば、Ｅ．ｃｏｌｉを培養するための溶原性ブロス（ＬＢ）、哺乳動物細胞を培養するためのＨａｍの組織培養培地などであり得る。培地は、リッチ培地、最小培地、選択培地などであり得る。いくつかの実施形態では、培地は、複数のクローン細胞を含むか、またはそれから本質的になる。いくつかの実施形態では、培地は、少なくとも２つの種の混合物を含む。いくつかの実施形態では、流体は水である。
【0147】
細胞は、本明細書に記載されているように、粒子を単離するのに適した任意の細胞である。様々な実施形態において、細胞は真核生物細胞または原核生物細胞である。様々な実施形態において、細胞は、複数のクローン細胞から本質的になるか、または少なくとも２つの種および／または少なくとも２つの株を含み得る。
【0148】
様々な実施形態において、細胞は、病原体細胞、細菌細胞、植物細胞、動物細胞、昆虫細胞、藻類細胞、シアノバクテリア細胞、オルガネラおよび／またはそれらの組み合わせである。本明細書で使用される場合、「細胞」には、ウイルスおよび他の無傷の病原性微生物が含まれる。細胞は、微生物または多細胞生物由来の細胞であり得る。場合によっては、細胞は可溶化された組織サンプルに由来する。
【0149】
様々な実施形態において、細胞は、野生型であるかまたは遺伝子操作されている。場合によっては、細胞は変異細胞のライブラリーを含む。いくつかの実施形態では、細胞は、化学的突然変異誘発、放射線突然変異誘発（例えば、ＵＶ放射線）、またはそれらの組み合わせを受けるなどで、ランダムに突然変異誘発される。いくつかの実施形態において、細胞は、変異体核酸分子のライブラリーで形質転換されている。
【0150】
いくつかの実施形態では、流体はまた、他の粒子状物質を含み得る。そのような粒子状物質は、例えば、封入体（例えば、セロイドまたはＭａｌｌｏｒｙ体）、細胞性円柱（例えば、顆粒状円柱、硝子円柱、細胞性円柱、ろう状円柱および偽円柱）、ピック病体、レビー小体、線維性もつれ、フィブリル形成、細胞破片および他の粒子状物質であり得る。いくつかの実施形態において、粒子状物質は、凝集したタンパク質（例えば、ベータアミロイド）である。
【0151】
流体は、高伝導率または低伝導率を含む任意の伝導率を有することができる。いくつかの実施形態では、導電率は、約１μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍの間である。いくつかの実施形態では、導電率は、約１０μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍの間である。様々な実施形態において、導電率は、約５０μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍの間である。さらに様々な実施形態では、導電率は、約１００μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍの間、約１００μＳ／ｍから約８ｍＳ／ｍの間、約１００μＳ／ｍから約６ｍＳ／ｍの間、約１００μＳ／ｍから約５ｍＳ／ｍの間、約１００μＳ／ｍから約４ｍＳ／ｍの間、約１００μＳ／ｍから約３ｍＳ／ｍの間、約１００μＳ／ｍから約２ｍＳ／ｍ、または約１００μＳ／ｍから約１ｍＳ／ｍの間である。様々な実施形態において、導電率は、約１ｍＳ／ｍから約１００ｍＳ／ｍの間、約１ｍＳ／ｍから約８０ｍＳ／ｍの間、約５ｍＳ／ｍから約６０ｍＳ／ｍの間、約１０ｍＳ／ｍから約５０ｍＳ／ｍ、約１０ｍＳ／ｍから約４０ｍＳ／ｍ、約１ｍＳ／ｍ－約３０ｍＳ／ｍ、約１０ｍＳ／ｍから約１００ｍＳ／ｍ、または約５０ｍＳ／ｍから約１００ｍＳ／ｍの間である。
【0152】
いくつかの実施形態では、導電率は約１μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約１０μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約１００μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約１ｍＳ／ｍである。様々な実施形態において、導電率は約２ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約３ｍＳ／ｍである。さらに様々な実施形態では、導電率は約４ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約５ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約１０ｍＳ／ｍである。さらに様々な実施形態では、導電率は約１００ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約１Ｓ／ｍである。様々な実施形態において、導電率は約１０Ｓ／ｍである。
【0153】
いくつかの実施形態では、導電率は少なくとも１μＳ／ｍである。さらに様々な実施形態では、導電率は少なくとも１０μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は少なくとも１００μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は少なくとも１ｍＳ／ｍである。追加の実施形態では、導電率は少なくとも１０ｍＳ／ｍである。さらに様々な実施形態では、導電率は少なくとも１００ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は少なくとも１Ｓ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は少なくとも１０Ｓ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は最大で１μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は最大で１０μＳ／ｍである。様々な実施形態において、導電率は最大で１００μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は最大で１ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は最大で１０ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は最大で１００ｍＳ／ｍである。さらに様々な実施形態では、導電率は最大で１Ｓ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は最大で１０Ｓ／ｍである。
【0154】
いくつかの実施形態では、導電率は、約１００μＳ／ｍから約１００ｍＳ／ｍの間である。いくつかの実施形態では、導電率は、約１００μＳ／ｍから約１００ｍＳ／ｍの間である。様々な実施形態において、導電率は、約５００μＳ／ｍから約１００ｍＳ／ｍの間である。さらに様々な実施形態では、導電率は、約１０００μＳ／ｍから約１００ｍＳ／ｍの間、約１０００μＳ／ｍから約８０ｍＳ／ｍの間、約１０００μＳ／ｍから約６０ｍＳ／ｍの間、約１０００μＳ／ｍから約５０ｍＳ／ｍ、約１０００μＳ／ｍから約４０ｍＳ／ｍ、約１０００μＳ／ｍから約３０ｍＳ／ｍ、約１０００μＳ／ｍから約２０ｍＳ／ｍ、または約１０００μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍの間である。様々な実施形態において、導電率は、約１０ｍＳ／ｍから約１０００ｍＳ／ｍの間、約１０ｍＳ／ｍから約８００ｍＳ／ｍの間、約５０ｍＳ／ｍから約６００ｍＳ／ｍの間、約１００ｍＳ／ｍから約５００ｍＳ／ｍ、約１００ｍＳ／ｍから約４００ｍＳ／ｍ、約１０ｍＳ／ｍから約３００ｍＳ／ｍ、約１００ｍＳ／ｍから約１０００ｍＳ／ｍ、または約５００ｍＳ／ｍから約１０００ｍＳ／ｍの間である。
【0155】
いくつかの実施形態では、流体は、１０ｍｌ未満を含む少量の液体である。いくつかの実施形態では、流体は８ｍｌ未満である。いくつかの実施形態では、流体は５ｍｌ未満である。いくつかの実施形態では、流体は２ｍｌ未満である。いくつかの実施形態では、流体は１ｍｌ未満である。いくつかの実施形態では、流体は５００μｌ未満である。いくつかの実施形態では、流体は２００μｌ未満である。いくつかの実施形態では、流体は１００μｌ未満である。いくつかの実施形態では、流体は５０μｌ未満である。いくつかの実施形態では、流体は１０μｌ未満である。いくつかの実施形態では、流体は５μｌ未満である。いくつかの実施形態では、流体は１μｌ未満である。好ましい実施形態では、流体は約５０μｌから約５００μｌの間である。
【0156】
いくつかの実施形態では、デバイスに適用されるか、または方法で使用される流体の量は、約１億個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態では、流体は、約１０，０００，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態では、流体は、約１，０００，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態では、流体は、約１００，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態では、流体は、約１０，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態では、流体は、約１，０００個未満の細胞を含む。
【0157】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のデバイス、システム、および方法を用いた細胞または他の粒子状物質を含む流体からの分析物（核酸を含む）の単離は、約３０分未満、約２０分未満、約１５分未満、約１０分未満、約５分未満、または約１分未満かかる。様々な実施形態において、本明細書に記載のデバイス、システムおよび方法を用いた細胞または他の粒子状物質を含む流体からの分析物の単離は、３０分以下、約２０分以下、約１５分以下、約１０分以下、約５分以下、約２分以下、または約１分以下かかる。追加の実施形態では、本明細書に記載のデバイス、システム、および方法を用いた細胞または他の粒子状物質を含む流体からの分析物の単離は、約１５分未満、好ましくは約１０分未満または約５分未満かかる。
【0158】
場合によっては、ＤＮＡまたは他の核酸などの細胞外分析物が（細胞外）、他の粒子状物質の細胞を含む流体から単離される。いくつかの実施形態では、流体は細胞を含む。いくつかの実施形態では、流体は細胞を含まない。いくつかの実施形態では、細胞は真核細胞を含む。いくつかの実施形態では、細胞は原核細胞を含む。場合によっては、細胞はウイルスを含む。
【0159】
細胞溶解
一態様では、第１の動電学的場領域に細胞を濃縮させた後、この方法は、細胞から粒子を遊離させる工程を含む。別の態様では、本明細書に記載のデバイスおよびシステムは、細胞から粒子を遊離させることが可能である。いくつかの実施形態では、粒子は、第１のＤＥＰフィールド領域内の細胞から遊離される。
一態様では、第１の動電学的場領域に細胞を濃縮させた後、この方法は、細胞から粒子を遊離させる工程を含む。別の態様では、本明細書に記載のデバイスおよびシステムは、細胞から粒子を遊離させることが可能である。いくつかの実施形態では、粒子は、第１のＤＥＰフィールド領域内の細胞から遊離される。
【0160】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法は、細胞を溶解することによって複数の細胞から粒子を遊離させる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のデバイスおよびシステムは、細胞を溶解することによって複数の細胞から粒子を遊離させることができる。細胞溶解の１つの方法は、アレイ上の細胞を単離した後、細胞に直流を印加することを含む。直流は、細胞を溶解するのに適した任意の適切なアンペア数、電圧などを有する。いくつかの実施形態では、電流は、約１ボルトから約５００ボルトの電圧を有する。いくつかの実施形態では、電流は、約１０ボルトから約５００ボルトの電圧を有する。様々な実施形態において、電流は、約１０ボルトから約２５０ボルトの電圧を有する。さらに様々な実施形態では、電流は、約５０ボルトから約１５０ボルトの電圧を有する。高電界は膜の完全性の低下をもたらすため、電圧は一般に細胞溶解の推進力である。いくつかの実施形態では、溶解に使用される直流は、細胞を溶解するのに適した任意の持続時間、周波数などを有する１つ以上のパルスを含む。いくつかの実施形態では、細胞を溶解するために、約１００ボルトの電圧が約１ミリ秒間印加される。いくつかの実施形態では、約１００ボルトの電圧が、秒の供給源に２回または３回印加される。
【0161】
いくつかの実施形態では、直流の周波数は、ボルト／ｃｍ、パルス幅、および流体伝導率に依存する。いくつかの実施形態では、パルスは、約０．００１から約１０００Ｈｚの周波数を有する。いくつかの実施形態では、パルスは、約１０から約２００Ｈｚの周波数を有する。様々な実施形態において、パルスは、約０．０１Ｈｚ－１０００Ｈｚの周波数を有する。さらに様々な実施形態では、パルスは、約０．１Ｈｚ－１０００Ｈｚ、約１Ｈｚ－１０００Ｈｚ、約１Ｈｚ－５００Ｈｚ、約１Ｈｚ－４００Ｈｚ、約１Ｈｚ－３００Ｈｚ、または約１Ｈｚ－約２５０Ｈｚの周波数を有する。いくつかの実施形態では、パルスは約０．１Ｈｚの周波数を有する。様々な実施形態において、パルスは、約１Ｈｚの周波数を有する。さらに様々な実施形態では、パルスは、約５Ｈｚ、約１０Ｈｚ、約５０Ｈｚ、約１００Ｈｚ、約２００Ｈｚ、約３００Ｈｚ、約４００Ｈｚ、約５００Ｈｚ、約６００Ｈｚ、約７００Ｈｚ、約８００Ｈｚ、約９００Ｈｚまたは約１０００Ｈｚの周波数を有する。
【0162】
様々な実施形態において、パルスは、約１ミリ秒（ミリ秒）－１０００秒（秒）の持続時間を有する。いくつかの実施形態では、パルスは、約１０ミリ秒－１０００秒の持続時間を有する。さらに様々な実施形態では、パルスは、約１００ミリ秒－１０００秒、約１秒－１０００秒、約１秒－５００秒、約１秒－２５０秒、または約１秒－１５０秒の持続時間を有する。いくつかの実施形態では、パルスは、約１ミリ秒、約１０ミリ秒、約１００ミリ秒、約１秒、約２秒、約３秒、約４秒、約５秒、約６秒、約７秒、約８秒、約９秒、約１０秒、約２０秒、約５０秒、約１００秒、約２００秒、約３００秒、約５００秒、または約１０００秒の持続時間を有する。いくつかの実施形態では、パルスは、０．２から２００Ｈｚの周波数を有し、デューティサイクルは１０－５０％である。
【0163】
いくつかの実施形態では、直流は、１回、または複数回のパルスとして印加される。約１－２０パルスを含む任意の適切な数のパルスを適用することができる。パルス間には、約１ミリ秒から１０００秒を含む適切な時間がある。いくつかの実施形態では、パルス持続時間は０．０１から１０秒である。
【0164】
いくつかの実施形態では、細胞は、単離された細胞に印加される直流と組み合わせて他の方法を使用して溶解される。さらに様々な実施形態において、細胞は、直流を使用せずに溶解される。様々な態様において、デバイスおよびシステムは、他の手段と組み合わせて直流を用いて細胞を溶解することができるか、または直流を使用せずに細胞を溶解することができる可能性がある。化学溶解剤（例えば、酸）、酵素溶解剤、熱、圧力、剪断力、音波エネルギー、浸透圧ショック、またはそれらの組み合わせの適用を含むがこれらに限定されない、当業者に知られている任意の細胞溶解方法が適切であり得る。リゾチームは酵素溶解剤の一例である。
【0165】
残留物質の除去
いくつかの実施形態では、第２の動電学的場領域における粒子の濃縮に続いて、この方法は、任意に、核酸などの分析物から残留物質を洗い流すことを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のデバイスまたはシステムは、分析物から残留物質を洗い流すために適した流体を含むリザーバを、任意に含むことができ、および／または含む。いくつかの実施形態では、分析物は、電極にエネルギーを与え続けることによって、第２のＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電学的場（ＤＥＰフィールドなど）領域などにおいて、電極のアレイの近くに保持される。「残留物質」は、元々流体中に存在し、元々細胞内に存在し、何らかの手順中に追加され、細胞の溶解などを含むがこれらに限定されないプロセスの任意の工程を通じて生成されるもの（すなわち、残留細胞物質）などである。例えば、残留物質には、溶解していない細胞、細胞壁断片、タンパク質、脂質、炭水化物、ミネラル、塩、緩衝液、血漿、および望ましくない核酸が含まれる。いくつかの実施形態において、溶解された細胞物質は、溶解時に複数の細胞から遊離された残留タンパク質を含む。すべての分析物が第２のＤＥＰフィールドに濃縮されるわけではない可能性がある。いくつかの実施形態では、特定の量の分析物が残留物質で洗い流される。
いくつかの実施形態では、第２の動電学的場領域における粒子の濃縮に続いて、この方法は、任意に、核酸などの分析物から残留物質を洗い流すことを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のデバイスまたはシステムは、分析物から残留物質を洗い流すために適した流体を含むリザーバを、任意に含むことができ、および／または含む。いくつかの実施形態では、分析物は、電極にエネルギーを与え続けることによって、第２のＡ／ＣまたはＤ／Ｃ動電学的場（ＤＥＰフィールドなど）領域などにおいて、電極のアレイの近くに保持される。「残留物質」は、元々流体中に存在し、元々細胞内に存在し、何らかの手順中に追加され、細胞の溶解などを含むがこれらに限定されないプロセスの任意の工程を通じて生成されるもの（すなわち、残留細胞物質）などである。例えば、残留物質には、溶解していない細胞、細胞壁断片、タンパク質、脂質、炭水化物、ミネラル、塩、緩衝液、血漿、および望ましくない核酸が含まれる。いくつかの実施形態において、溶解された細胞物質は、溶解時に複数の細胞から遊離された残留タンパク質を含む。すべての分析物が第２のＤＥＰフィールドに濃縮されるわけではない可能性がある。いくつかの実施形態では、特定の量の分析物が残留物質で洗い流される。
【0166】
いくつかの実施形態では、残留材料は、任意の適切な流体、例えば、水、ＴＢＥ緩衝液などで洗い流される。いくつかの実施形態では、残留材料は、任意の適切な量の流体で洗い流され、洗い流され、任意の適切な期間洗い流され、１種より多くの流体で洗い流され、または任意の他のバリエーションである。いくつかの実施形態では、残留物質を洗い流す方法は、分析物（核酸など）の所望のレベルの単離に関連し、より高純度の核酸は、より厳密な洗い流しおよび／または洗浄を必要とする。様々な実施形態において、残留材料を洗い流す方法は、特定の出発材料およびその組成に関連している。場合によっては、高濃度の脂質を伴う出発物質は、脂質を可溶化するために適した疎水性流体を含む洗い流し手順を必要とする。
【0167】
いくつかの実施形態では、この方法は、残留タンパク質を含む残留材料を分解する工程を含む。いくつかの実施形態では、デバイスまたはシステムは、残留タンパク質を含む残留材料を分解することができる。例えば、タンパク質は、１つ以上の化学的分解（例えば、酸加水分解）および酵素的分解によって分解される。いくつかの実施形態において、酵素分解剤はプロテアーゼである。様々な実施形態において、タンパク質分解剤は、プロテイナーゼＫである。残留物質の分解の任意の工程は、任意の適切な時間、温度などに対して実行される。いくつかの実施形態では、分解された残留物質（分解されたタンパク質を含む）は、分析物（核酸を含む）から洗い流される。
【0168】
いくつかの実施形態では、残留物質を分解するために使用される剤は、不活性化または分解される。いくつかの実施形態では、デバイスまたはシステムは、残留材料を分解するために使用される剤を分解または不活性化することができる。いくつかの実施形態では、残留物質を分解するために使用される酵素は、熱（例えば、５０から９５℃で５－１５分間）によって不活性化される。例えば、プロテアーゼを含む酵素（例えば、プロテイナーゼＫ）は、熱（通常、１５分、７０℃）を使用して分解および／または不活化される。残留タンパク質が酵素によって分解されるいくつかの実施形態では、この方法は、タンパク質の分解に続いて分解酵素（例えば、プロテイナーゼＫ）を不活性化することをさらに含む。いくつかの実施形態では、熱は、デバイス内の加熱モジュールによって提供される（温度範囲、例えば、３０から９５℃）。
【0169】
本発明の方法の特定の工程の順序および／または組み合わせを変えることができる。いくつかの実施形態では、デバイスまたは方法は、任意の順序または組み合わせで特定の工程を実行することができる。例えば、いくつかの実施形態では、残留物質および分解されたタンパク質は、別々のまたは同時の工程で洗い流される。すなわち、残留物質が洗い流され、続いて残留タンパク質が分解され、続いて分解されたタンパク質が分析物から洗い流される。いくつかの実施形態では、最初に残留タンパク質を分解し、次に、組み合わされた工程で分析物から残留材料と分解されたタンパク質の両方を洗い流す。
【0170】
いくつかの実施形態では、核酸はデバイス内に保持され、任意に、ＰＣＲまたは核酸を操作もしくは増幅する他の手順などのさらなる手順で使用される。いくつかの実施形態では、デバイスおよびシステムは、ＰＣＲまたは他の任意の手順を実行することができる。様々な実施形態において、粒子は、デバイスから収集および／または溶出される。いくつかの実施形態では、デバイスおよびシステムは、デバイスまたはシステムからの核酸の収集および／または溶出を可能にすることができる。いくつかの実施形態では、単離された核酸は、（ｉ）第２の誘電泳動場領域をオフにすること、および（ｉｉ）溶離液中のアレイから核酸を溶出することによって収集される。例示的な溶離液には、水、ＴＥ、ＴＢＥ、およびＬ－ヒスチジン緩衝液が含まれる。
【0171】
単離の結果
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、デバイス、またはシステムは、このような方法、デバイス、またはシステムから得ることができる任意の分析物を取得、単離、または分離するために任意に利用される。本明細書に記載の方法、デバイスおよびシステムによって単離された粒子には、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）、ＲＮＡ（リボ核酸）、およびこれらの組み合わせが含まれる。いくつかの実施形態において、核酸は、増幅、ライゲーションまたはクローニングを含む、核酸の配列決定またはさらなる操作に適した形態で単離される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、デバイス、またはシステムは、このような方法、デバイス、またはシステムから得ることができる任意の分析物を取得、単離、または分離するために任意に利用される。本明細書に記載の方法、デバイスおよびシステムによって単離された粒子には、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）、ＲＮＡ（リボ核酸）、およびこれらの組み合わせが含まれる。いくつかの実施形態において、核酸は、増幅、ライゲーションまたはクローニングを含む、核酸の配列決定またはさらなる操作に適した形態で単離される。
【0172】
様々な実施形態において、単離または分離された核酸は、少なくとも９９質量％の他の物質を含まず、少なくとも９９質量％の残留細胞物質を含まず（例えば、そこから核酸が得られる溶解された細胞を含まず）、他の材料の少なくとも９８質量％を含まず、残留細胞材料の少なくとも９８質量％を含まず、他の材料の少なくとも９５質量％を含まず、残留細胞材料の少なくとも９５％質量を含まず、他の材料の少なくとも９０質量％を含まず、残留細胞材料の少なくとも９０質量％を含まず、他の材料の少なくとも８０質量％を含まず、残留細胞材料の少なくとも８０質量％を含まず、他の材料の少なくとも７０質量％を含まず、残留細胞材料の少なくとも７０質量％を含まず、他の材料の少なくとも６０質量％を含まず、残留細胞材料の少なくとも６０質量％を含まず、他の材料の少なくとも５０質量％を含まず、残留細胞材料の少なくとも５０質量％を含まず、他の材料の少なくとも３０質量％を含まず、残留細胞材料の少なくとも３０質量％を含まず、他の材料の少なくとも１０質量％を含まず、残留細胞材料の少なくとも１０質量％を含まず、他の材料の少なくとも５質量％を含まず、または残留細胞材料の少なくとも５質量％を含まない、核酸を含む組成物である。様々な実施形態において、核酸は、任意の適切な純度を有する。例えば、ＤＮＡ配列決定手順が、約２０％の残存細胞物質を有する核酸サンプルで機能することができる場合、８０％までの核酸の単離が適切である。いくつかの実施形態において、単離された核酸は、質量で約８０％未満、約７０％未満、約６０％未満、約５０％未満、約４０％未満、約３０％未満、約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、または約２％未満の非核酸細胞材料および／またはタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、単離された核酸は、質量で約９９％超、約９８％超、約９５％超、約９０％超、約８０％超、約７０％超、約６０％超、約５０％超、約４０％超、約３０％超、約２０％超、または約１０％超の核酸を含む。
【0173】
核酸は、未修飾、誘導体化、断片化、非断片化などを含む任意の適切な形態で単離される。いくつかの実施形態において、核酸は、配列決定に適した形態で収集される。いくつかの実施形態において、核酸は、ショットガンシーケンシング、増幅または他の操作に適した断片化された形態で収集される。核酸は、例えば、合成法による配列決定に使用されるようなヌクレオチドなどのＤＮＡ配列決定手順に使用される試薬を含む溶液中でデバイスから収集され得る。
【0174】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法は、出発サンプルの核酸をほぼ代表する単離された核酸サンプルをもたらす。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のデバイスおよびシステムは、出発サンプルの核酸をほぼ代表するサンプルから核酸を単離することができる。すなわち、この方法によって収集された、またはデバイスもしくはシステムによって収集することができる粒子の集団は、流体中の細胞に存在する粒子の集団に実質的に比例する。いくつかの実施形態では、この態様は、流体が多くの細胞型の複雑な混合物であり、実務者が様々な細胞型の相対集団を決定するための核酸ベースの手順を望む用途において有利である。
【0175】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載の方法を使用して単離された、または本明細書に記載のデバイスによって単離することができる核酸は、高品質であり、および／あるいはＤＮＡ配列決定、ＰＣＲなどの核酸増幅、または、ライゲーション、クローニング、またはさらなる翻訳もしくは形質転換アッセイなどの他の核酸操作などの下流手順で直接使用するのに適している。いくつかの実施形態において、収集された核酸は、最大で０．０１％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、収集された核酸は、最大で０．５％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、収集された核酸は、最大で０．１％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、収集された核酸は、最大で１％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、収集された核酸は、最大で２％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、収集された核酸は、最大で３％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、収集された核酸は、最大で４％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、収集された核酸は、最大で５％のタンパク質を含む。
【0176】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法によって単離された、または本明細書に記載のデバイスによって単離することができる核酸は、少なくとも０．５ｎｇ／ｍＬの濃度を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法によって単離された、または本明細書に記載のデバイスによって単離することができる核酸は、少なくとも１ｎｇ／ｍＬの濃度を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法によって単離された、または本明細書に記載のデバイスによって単離することができる核酸は、少なくとも５ｎｇ／ｍＬの濃度を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法によって単離された、または本明細書に記載のデバイスによって単離することができる核酸は、少なくとも１０ｎｇ／ｍｌの濃度を有する。
【0177】
いくつかの実施形態では、約５０ピコグラムの核酸が、本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスを使用して、約５０００個の細胞から単離される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスは、約５０００個の細胞から少なくとも１０ピコグラムの核酸を生成する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスは、約５０００個の細胞から少なくとも２０ピコグラムの核酸を生成する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスは、約５０００個の細胞から少なくとも５０ピコグラムの核酸を生成する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスは、約５０００個の細胞から少なくとも７５ピコグラムの核酸を生成する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスは、約５０００個の細胞から少なくとも１００ピコグラムの核酸を生成する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスは、約５０００個の細胞から少なくとも２００ピコグラムの核酸を生成する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスは、約５０００個の細胞から少なくとも３００ピコグラムの核酸を生成する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスは、約５０００個の細胞から少なくとも４００ピコグラムの核酸を生成する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスは、約５０００個の細胞から少なくとも５００ピコグラムの核酸を生成する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスは、約５０００個の細胞から少なくとも１，０００ピコグラムの核酸を生成する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法、システム、またはデバイスは、約５０００個の細胞から少なくとも１０，０００ピコグラムの核酸を生成する。
【0178】
いくつかの実施形態では、チップに作製された電極上または電極内に誘電体材料（誘電体層など）が存在すると、用途の検出に必要なサンプルの量が少なくなる。いくつかの実施形態では、電極上の誘電体層の存在は、検出に必要なサンプル量の約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、５０、１００、２００、５００、または約１０００倍の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、電極上の誘電体層の存在は、少なくとも検出に必要なサンプル量の少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、５０、１００、２００、５００、または１０００倍の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、電極上の誘電体層の存在は、検出に必要なサンプル量が２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、５０、１００、２００、５００、または１０００倍以上減少する。いくつかの実施形態では、誘電体層の存在は、検出に必要なサンプル量の約２倍から約１０００倍、約５倍から約５００倍、約１０倍から約２００倍、約２倍から約１００倍、約１０倍から約５００倍、約１００倍から約１０００倍、約２倍から約５倍の減少をもたらす。
【0179】
アッセイおよびアプリケーション
追加のアッセイおよびアプリケーションが、本明細書に記載の方法、デバイス、およびシステムと組み合わせて使用される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法は、任意に、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）によって単離された核酸を増幅することを含む。いくつかの実施形態では、ＰＣＲ反応は、電極のアレイ上またはその近傍で、またはデバイス内で実行される。いくつかの実施形態では、デバイスまたはシステムは、サーモサイクリングに適したヒーターおよび／または温度制御機構を備える。
追加のアッセイおよびアプリケーションが、本明細書に記載の方法、デバイス、およびシステムと組み合わせて使用される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法は、任意に、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）によって単離された核酸を増幅することを含む。いくつかの実施形態では、ＰＣＲ反応は、電極のアレイ上またはその近傍で、またはデバイス内で実行される。いくつかの実施形態では、デバイスまたはシステムは、サーモサイクリングに適したヒーターおよび／または温度制御機構を備える。
【0180】
ＰＣＲは、反応化学分析物を２つの効率的な熱伝導要素（アルミニウムや銀など）の間に配置し、ＴＥＣを使用して反応温度を調整することにより、従来のサーモサイクリングを使用して任意に実行される。追加の設計は、任意に、ガラスやサーモポリマーなどの光学的に透明な材料による赤外線加熱を使用する。場合によっては、設計は、基材を介してネットワーク化された導電性配線を含むスマートポリマーまたはスマートガラスを使用する。この導電性配線は、材料の迅速な熱伝導性を可能にし、（適切なＤＣ電圧を印加することにより）効率的なＰＣＲ反応を維持するために必要な温度変化と勾配を提供する。特定の例では、加熱は、急速に、かつ抵抗膜式チップヒーターおよびそれらを通過する電流の量に比例して温度を変化させる他の抵抗膜式要素を使用して適用される。
【0181】
いくつかの実施形態では、従来の蛍光測定（ｃｃｄ、ｐｍｔ、他の光学検出器、および光学フィルター）と組み合わせて使用され、倍数増幅がリアルタイムまたは時間間隔でモニターされる。特定の例では、最終的な倍数増幅の定量化は、ＡＦＵ（倍加を分析するために相関する任意の蛍光単位）に変換された光学的検出を介して報告されるか、あるいはインピーダンス測定または他の電気化学的検知を介して電気信号に変換される。マイクロ電極アレイのサイズが小さい場合、これらの要素は任意にマイクロ電極アレイの周囲に追加され、ＰＣＲ反応はメインサンプル処理チャンバー（ＤＥＰアレイ上）で実行されるか、増幅される分析物は任意に流体工学を介して流体カートリッジ内の別のチャンバーに移動して、カートリッジ内のラボオンチップ処理を可能にする。
【0182】
場合によっては、光送達スキームを利用して、光励起および／または発光および／または倍増増幅の検出を提供する。特定の実施形態では、これは、フローセル材料（アクリル（ＰＭＭＡ）環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）などのような熱ポリマー）を光導波路として使用して、外部要素を使用する必要性を排除することを含む。さらに、場合によっては、光源－発光ダイオード－ＬＥＤ、垂直共振器面発光レーザー－ＶＣＳＥＬ、およびその他の照明スキームがフローセル内に直接統合されるか、マイクロ電極アレイ表面に直接構築されて内部制御され、光源に電力を提供する。小型ＰＭＴ、ＣＣＤ、またはＣＭＯＳ検出器をフローセルに組み込むこともできる。この最小化および小型化により、同様の従来のデバイス（つまり、標準のベンチトップＰＣＲ／ＱＰＣＲ／蛍光光度計）のフットプリントを削減しながら、迅速な信号送達および検出が可能なコンパクトなデバイスが可能になる。
【0183】
チップ上の増幅
場合によっては、シリコン微小電極アレイは、ＰＣＲに必要な熱サイクルに耐えることができる。一部のアプリケーションでは、転送ステップ中に少量の標的粒子が失われる可能性があるため、オンチップＰＣＲが有利である。本明細書に記載のデバイス、システムまたはプロセスの特定の実施形態では、複数のＰＣＲ技術のいずれか１つ以上が任意に使用され、そのような技術は、任意に、以下のいずれか１つ以上を含む：異なる温度ゾーンのマイクロチャネルを介して材料を移動すること、およびシステム上で増幅し、またはＰＣＲマシンに転送したりできるＰＣＲチューブにボリュームを移動する。場合によっては、液滴ＰＣＲは、出口に非混和性の流体と界面安定剤（界面活性剤など）を含むＴジャンクションが含まれている場合に実行されます。特定の実施形態では、液滴は、任意の適切な方法によってサーマルサイクルインされる。
場合によっては、シリコン微小電極アレイは、ＰＣＲに必要な熱サイクルに耐えることができる。一部のアプリケーションでは、転送ステップ中に少量の標的粒子が失われる可能性があるため、オンチップＰＣＲが有利である。本明細書に記載のデバイス、システムまたはプロセスの特定の実施形態では、複数のＰＣＲ技術のいずれか１つ以上が任意に使用され、そのような技術は、任意に、以下のいずれか１つ以上を含む：異なる温度ゾーンのマイクロチャネルを介して材料を移動すること、およびシステム上で増幅し、またはＰＣＲマシンに転送したりできるＰＣＲチューブにボリュームを移動する。場合によっては、液滴ＰＣＲは、出口に非混和性の流体と界面安定剤（界面活性剤など）を含むＴジャンクションが含まれている場合に実行されます。特定の実施形態では、液滴は、任意の適切な方法によってサーマルサイクルインされる。
【0184】
いくつかの実施形態において、増幅は、等温反応、例えば、転写媒介増幅、核酸配列ベースの増幅、ＲＮＡ技術のシグナル媒介増幅、鎖置換増幅、ローリングサークル増幅、ＤＮＡのループ媒介等温増幅、等温複数置換増幅、ヘリカーゼ依存性増幅、シングルプライマー等温増幅または環状ヘリカーゼ依存性増幅を使用して実施される。
【0185】
様々な実施形態において、増幅は、均一な溶液中で、または固定されたプライマーを有する不均一なシステムとして実行される。後者のいくつかの実施形態では、得られるアンプリコンは、より高度な多重化のために表面に直接連結されている。いくつかの実施形態において、アンプリコンは、電極上または電極の近傍に一本鎖産物をレンダリングするように変性される。次に、ハイブリダイゼーション反応を任意に実行して、一塩基多型（ＳＮＰ）、ショートタンデムリピート（ＳＴＲ）、変異、挿入／削除、メチル化などの遺伝情報を調べます。メチル化は、１つのＤＮＡサンプルが亜硫酸水素処理され、１つは処理されないパラレル分析によって任意に決定される。亜硫酸水素は未修飾のＣを脱プリンしてＵにする。メチル化されたＣは影響を受けない場合がある。いくつかの実施形態において、対立遺伝子特異的塩基伸長は、目的の塩基を報告するために使用される。
【0186】
特定の相互作用ではなく、表面は、捕捉のために非特異的な部分で任意に修飾される。例えば、表面は、逆バイアス（－Ｖ）によって放出され得るＤＮＡ分子を捕捉するために、ポリカチオン、すなわち、ポリリジンで修飾され得る。いくつかの実施形態では、表面への修飾は、表面全体にわたって均一であるか、または電極もしくは非電極領域を機能化するために特別にパターン化されている。特定の実施形態では、これは、フォトリソグラフィー、電気化学的活性化、スポッティングなどで達成される。
【0187】
複数のチップ設計が採用されているいくつかのアプリケーションでは、２つのデバイスが互いに向き合っており、スペーサーによって分離されてフローセルを形成するチップサンドイッチを有することが有利である。様々な実施形態において、デバイスは、連続的にまたは並行して実行される。シーケンシングと次世代シーケンシング（ＮＧＳ）の場合、サイズの断片化および選択は、シーケンシングの効率と品質に影響を及ぼす。いくつかの実施形態では、複数のチップ設計を使用して、収集される材料のサイズ範囲を狭め、バンドパスフィルターを作成する。場合によっては、現在のチップ形状（例えば、２００μｍの中心－中心ピッチ上の直径８０μｍの電極（８０／２００））が５００ｂｐのカットオフフィルターとして機能する（例えば、１０Ｖｐ－ｐおよび１０ｋＨｚ付近の電圧および周波数条件を使用）。このような場合、５００ｂｐを超える核酸は捕捉され、５００ｂｐ未満の核酸は捕捉されない。交互の電極直径およびピッチ形状は、チップの組み合わせが目的のフラグメントサイズを提供するべきであるように、異なるカットオフサイズを有する。場合によっては、１００μｍの中心－中心ピッチの直径４０μｍの電極（４０／１００）はより低いカットオフしきい値を有し、４００μｍの中心－中心ピッチの直径１６０μｍの電極（１６０／４００）は、同様の条件下での８０／２００ジオメトリと比較して、より高いカットオフしきい値を有する。さまざまな実施形態では、単一チップまたは複数チップ上のジオメトリを組み合わせて、特定のサイズのフラグメントまたは粒子を選択する。例えば、６００ｂｐのカットオフチップでは、溶液中に６００ｂｐ未満の核酸を残し、その後この材料は、任意に５００ｂｐカットオフチップを用いて（６００ｂｐチップとは反対に）再キャプチャされる。これにより、溶液中に５００－６００ｂｐを含む核酸集団を残す。次に、この集団は、任意に、同じチャンバー、サイドチャンバー、またはその他の構成で増幅される。いくつかの実施形態では、サイズ選択は、単一電極形状を使用して達成され、ここでは、＜６００ｂｐの核酸を放出するために、＞５００ｂｐの核酸が電極上で単離され、続いて洗浄され、続いてＡＣＥ高場強度（電圧、周波数、導電率の変化）減少を行い、５００－６００ｂｐの間の上清核酸集団を生成する。
【0188】
いくつかの実施形態では、チップデバイスは、温度勾配カラムを作成する下端にヒーターを備えて垂直に向けられている。特定の例では、底部は変性温度、中央はアニーリング温度、上部は伸長温度である。
【0189】
場合によっては、対流が継続的にプロセスを駆動する。いくつかの実施形態では、本明細書で提供されるのは、電熱流およびプロセスの加速を具体的に提供する電極設計を含む方法またはシステムである。いくつかの実施形態では、そのような設計は、任意に、同じデバイス上、または適切に配置された別個のデバイス上にある。場合によっては、フィンやファンなどを介した上部の能動的または受動的な冷却により、急激な温度勾配を提供する。場合によっては、本明細書に記載のデバイスまたはシステムは、デバイス上または反応チャンバー内の温度センサーを含むか、または本明細書に記載の方法がこれを使用して、温度をモニターし、そしてこのようなセンサーは、フィードバックに基づいて温度を調整するために任意に使用される。場合によっては、このようなセンサーは、異なる熱伝達特性を有する材料と結合されて、連続的および／または不連続的な勾配プロファイルを作成する。いくつかの実施形態では、増幅は一定の温度で進行する（すなわち、等温増幅）。
【0190】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される方法は、本明細書に開示されるように単離された核酸を配列決定することをさらに含む。いくつかの実施形態において、核酸は、サンガー配列決定または次世代配列決定（シーケンシング）（ＮＧＳ）によって配列決定される。いくつかの実施形態では、次世代シーケンシング方法には、パイロシーケンシング、イオン半導体シーケンシング、ポロニーシーケンシング、ライゲーションによるシーケンシング、ＤＮＡナノボールシーケンシング、ライゲーションによるシーケンシング、または単一分子シーケンシングが含まれるが、これらに限定されない。
【0191】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される核酸などの単離された粒子は、サンガーシーケンシングで使用される。いくつかの実施形態では、サンガーシーケンシングは、核酸単離と同じデバイス内で実行される（ラボオンチップ）。サンプルプレップおよびサンガーシーケンシング結果のラボオンチップワークフローには、次の手順が組み込まれる：ａ）ＡＣＥチップを使用したサンプル抽出、ｂ）チップ上での標的配列の増幅、ｃ）ＡＣＥによるＰＣＲ産物の捕捉、ｄ）サイクルシーケンシングを実行してターゲット鎖を濃縮すること、ｅ）濃縮された標的鎖捕捉すること、ｆ）サンガー鎖終了反応を実行すること。オンチップマルチカラー蛍光検出を備えたキャピラリー電気泳動により、標的配列の電気泳動分離を実行する。必要に応じて、核酸の洗浄、試薬の添加、および電圧のオフを行う。反応は、複数の捕捉ゾーンを備えた単一のチップ上で、または別個のチップおよび／もしくは反応チャンバー上で実行することができる。
【0192】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される方法は、粒子に対して反応を実行することをさらに含む（例えば、断片化、制限消化、ＤＮＡまたはＲＮＡのライゲーション）。いくつかの実施形態では、反応は、本明細書に開示されるように、アレイ上もしくはその近傍で、またはデバイス内で起こる。
【0193】
その他のアッセイ
本明細書に開示される単離された粒子は、様々なアッセイ形式でさらに利用され得る。例えば、核酸プローブまたはアンプリコンでアドレス指定されるデバイスは、ドットブロットまたは逆ドットブロット分析、塩基スタッキング一塩基多型（ＳＮＰ）分析、電子ストリンジェンシーを伴うＳＮＰ分析、またはＳＴＲ分析で利用することができる。さらに、本明細書に開示されるそのようなデバイスは、酵素的核酸修飾、またはタンパク質－核酸相互作用、例えば、酵素的報告を伴う遺伝子発現分析、固定核酸増幅、または、制限エンドヌクレアーゼ切断、エンドまたはエキソヌクレアーゼ切断、副溝結合タンパク質アッセイ、ターミナルトランスフェラーゼ反応、ポリヌクレオチドキナーゼまたはホスファターゼ反応、リガーゼ反応、トポイソメラーゼ反応、および他の核酸結合または修飾タンパク質反応を含む、固相フォーマットに適した他の核酸修飾のために利用され得る。
本明細書に開示される単離された粒子は、様々なアッセイ形式でさらに利用され得る。例えば、核酸プローブまたはアンプリコンでアドレス指定されるデバイスは、ドットブロットまたは逆ドットブロット分析、塩基スタッキング一塩基多型（ＳＮＰ）分析、電子ストリンジェンシーを伴うＳＮＰ分析、またはＳＴＲ分析で利用することができる。さらに、本明細書に開示されるそのようなデバイスは、酵素的核酸修飾、またはタンパク質－核酸相互作用、例えば、酵素的報告を伴う遺伝子発現分析、固定核酸増幅、または、制限エンドヌクレアーゼ切断、エンドまたはエキソヌクレアーゼ切断、副溝結合タンパク質アッセイ、ターミナルトランスフェラーゼ反応、ポリヌクレオチドキナーゼまたはホスファターゼ反応、リガーゼ反応、トポイソメラーゼ反応、および他の核酸結合または修飾タンパク質反応を含む、固相フォーマットに適した他の核酸修飾のために利用され得る。
【0194】
さらに、本明細書に開示されるデバイスは、イムノアッセイにおいて有用であり得る。例えば、いくつかの実施形態において、デバイスの位置は、サンドイッチアッセイ、競合アッセイ、または他のアッセイ形式によって体液サンプル中の抗体についてアッセイするために、抗原（例えば、ペプチド、タンパク質、炭水化物、脂質、プロテオグリカン、糖タンパク質など）と連結することができる。あるいは、サンドイッチアッセイ、競合アッセイ、または他のアッセイ形式によってサンプル中の抗原を検出するために、デバイスの位置を抗体でアドレス指定することができる。抗体およびタンパク質の等電点は実験またはｐＨ／電荷計算によってかなり簡単に決定できるため、デバイスの電子アドレス指定および電子濃度の利点は、アドレス指定された種または分析物種が荷電されるように緩衝液のｐＨを調整するだけで利用できる。
【0195】
いくつかの実施形態では、単離された生体分子は、イムノアッセイ型のアレイまたは生体分子アレイでの使用のために有用である。
【0196】
疾患の検出および特性評価
アッセイは、本明細書に記載のサンプル中の任意の分析物または粒子に対して実施することができる。いくつかの実施形態では、分析物は細胞の外を循環している。いくつかの実施形態では、分析物は細胞の内部にある。いくつかの実施形態では、分析物は細胞の表面に提示される。いくつかの実施形態では、分析物は、細胞溶解後に得られる。場合によっては、これらの分析物の分析に続いて、疾患または状態が検出または診断される。いくつかの実施形態において、疾患は、バイオマーカーを使用する患者において特徴付けられる。いくつかの実施形態では、バイオマーカーは、様々な異なる分析物源から測定される。疾患の「特徴付け」には、疾患の検出および診断、疾患の予後、治療反応のモニタリング、ならびに疾患の分析および治療に関連する他の作用が含まれるが、これらに限定されない。
アッセイは、本明細書に記載のサンプル中の任意の分析物または粒子に対して実施することができる。いくつかの実施形態では、分析物は細胞の外を循環している。いくつかの実施形態では、分析物は細胞の内部にある。いくつかの実施形態では、分析物は細胞の表面に提示される。いくつかの実施形態では、分析物は、細胞溶解後に得られる。場合によっては、これらの分析物の分析に続いて、疾患または状態が検出または診断される。いくつかの実施形態において、疾患は、バイオマーカーを使用する患者において特徴付けられる。いくつかの実施形態では、バイオマーカーは、様々な異なる分析物源から測定される。疾患の「特徴付け」には、疾患の検出および診断、疾患の予後、治療反応のモニタリング、ならびに疾患の分析および治療に関連する他の作用が含まれるが、これらに限定されない。
【0197】
本明細書に開示される方法およびデバイスは、対象の疾患または状態を特徴付けるために使用され得る。場合によっては、疾患は増殖性疾患である。いくつかの実施形態では、疾患は心血管疾患である。いくつかの実施形態では、疾患は神経疾患（例えば、アルツハイマー病）である。いくつかの実施形態において、疾患は自己免疫疾患（例えば、狼瘡）である。いくつかの実施形態では、疾患は代謝性疾患である。いくつかの実施形態では、疾患は炎症性疾患である。いくつかの実施形態では、疾患は骨疾患である。いくつかの実施形態では、疾患は胃腸疾患である。いくつかの実施形態では、疾患は血液疾患である。いくつかの実施形態において、疾患は、感染性疾患（例えば、細菌、ウイルス、真菌、原生動物、プリオン、または寄生生物）である。
【0198】
本明細書に開示される方法およびデバイスは、癌などの疾患を特徴づけるために使用され得る。いくつかの実施形態において、癌には、副腎癌（副腎皮質癌、褐色細胞腫、または他の副腎癌）、肛門癌、虫垂癌、胆管癌（ｂｉｌｅ ｄｕｃｔ ｃａｎｃｅｒ）（胆管癌（ｃｈｏｌａｎｇｉｏｃａｒｃｉｎｏｍａ）、肝外胆管癌、肝内胆管癌または他の胆管癌、膀胱癌（移行上皮癌、尿管癌、またはその他の膀胱癌）、骨癌（肉腫、ユーイング肉腫、骨形成性肉腫、骨肉腫、軟骨肉腫、間葉性軟骨肉腫、またはその他の骨癌）、脳癌（脳幹神経膠腫、神経芽細胞腫、脳腫瘍、頭蓋咽頭腫）、髄芽細胞腫、髄膜腫、未分化星状細胞腫、星状細胞腫、乏突起膠腫、びまん性星状細胞腫、上衣腫、末梢神経癌、毛様細胞性星状細胞腫、低悪性度星状細胞腫、松果体領域腫瘍、松果体芽細胞腫、下垂体腫瘍、多形性膠芽細胞腫（ＧＢＭ）、混合神経膠腫、胚細胞腫瘍、神経膠腫、または他の脳癌）、乳癌（男性の乳癌、髄様癌、非浸潤性乳管癌（ＤＣＩＳ）、管状腺癌、乳頭癌、パジェット病、トリプルネガティブ乳癌、浸潤性乳管癌（ＩＤＣ）、浸潤性小葉癌（ＩＬＣ）、炎症性乳癌（ＩＢＣ）、浸潤性／浸潤性乳癌、上皮内小葉癌、転移性乳癌、粘液性癌、またはその他の乳癌）、子宮頸癌、結腸直腸癌（腸癌、結腸癌、直腸癌、またはその他の結腸直腸癌）、食道癌、眼癌（眼黒色腫、またはその他の眼癌）、胆嚢癌、胃腸癌、胃腸カルチノイド癌、胃腸間質腫瘍（ＧＩＳＴ）、妊娠性絨毛性疾患（ＧＴＤ）、頭頸部癌（頸部癌、扁桃腺癌、またはその他の頭頸部癌）、血管内皮腫、ホジキンリンパ腫、腸癌、腎臓癌（尿管癌、腎細胞癌、腎盂癌、移行上皮癌、またはその他の腎癌）、軟髄膜転移、白血病（急性顆粒球性白血病、急性リンパ球性白血病（ＡＬＬ）、急性骨髄性白血病（ＡＭＬ）、慢性リンパ球性白血病（ＣＬＬ）、慢性骨髄性白血病（ＣＭＬ）、骨髄異形成症候群、有毛細胞白血病、または他の白血病）、肝癌、肺癌（腺癌、腺肉腫、小細胞肺癌（ＳＣＬＣ）、非小細胞肺癌（ＮＳＣＬＣ）、燕麦細胞癌、またはその他の肺癌）、黒色腫（皮膚黒色腫、転移性黒色腫、またはその他の黒色腫）、間葉系、中皮腫、転移性扁平上皮頸癌、多発性骨髄腫（骨髄癌、または他の骨髄腫）、神経内分泌腫瘍（ＮＥＴＳ）、リンパ腫、非ホジキンリンパ腫（ＮＨＬ、リンパ節癌、ｂ細胞リンパ腫、菌状息肉腫、Ｔ細胞リンパ腫、またはその他のリンパ腫）、口腔癌（唇癌、口腔癌、舌癌、顎癌、カポジ肉腫、唾液腺癌、口癌、粘膜黒色腫、またはその他の口腔癌）、卵巣癌（卵巣上皮癌、卵巣胚細胞腫瘍、卵巣原発性腹膜癌、卵巣性索腫瘍、ファロピウス管癌、腹膜癌、移行細胞癌、またはその他の卵巣癌）、膵臓癌（膵島細胞癌、またはその他の膵臓癌）、副鼻腔癌（ｐａｒａｎａｓａｌ ｓｉｎｕｓ ｃａｎｃｅｒ）、骨盤癌、陰茎癌、原発性中枢神経系リンパ腫、前立腺癌、肉腫（脂肪肉腫、またはその他の軟部組織肉腫）、副鼻腔癌（ｓｉｎｕｓ ｃａｎｃｅｒ）、皮膚癌（皮膚リンパ腫、扁平上皮癌、基底細胞癌、メルケル細胞癌、または他の皮膚癌）、小腸癌、軟部組織肉腫、血管肉腫、類上皮肉腫、横紋筋肉腫、線維肉腫、滑膜肉腫、平滑筋肉腫、または他の肉腫）、脊髄癌（ｓｐｉｎａｌ ｃａｎｃｅｒ）（脊柱癌、脊髄癌（ｓｐｉｎａｌ ｃｏｒｄ ｃａｎｃｅｒ）、脊椎腫瘍、またはその他の脊椎癌）、胃癌（カルチノイド腫瘍、胃癌、またはその他の胃癌）、精巣癌、喉癌（喉頭癌、鼻腔癌、鼻咽頭癌、咽頭癌）、口腔咽頭癌、下咽頭癌、またはその他の咽頭癌）、胸腺腫／胸腺癌、甲状腺癌（副甲状腺癌、またはその他の甲状腺癌）、卵管癌、尿道癌、子宮癌（子宮肉腫、子宮腺癌、子宮内膜癌、またはその他子宮癌）、膣癌、外陰癌が挙げられる。
【0199】
本明細書に開示される方法およびデバイスは、神経疾患などの疾患を特徴付けるために使用され得る。いくつかの実施形態では、神経疾患は、アルツハイマー病、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症、フリードライヒ運動失調症、ハンチントン病、レヴィー小体病、脊髄筋萎縮症、アルパース病、バッテン病、脳眼顔面骨格症候群（ＣＯＦＳ）、皮質基底変性症、Ｇｅｒｓｔｍａｎｎ－Ｓｔｒａｕｓｓｌｅｒ－Ｓｃｈｅｉｎｋｅｒ病、クールー病、Ｌｅｉｇｈ病、モノメリック筋萎縮症、多系統萎縮症、多系統萎縮症、起立性低血圧を伴う多系統萎縮症（Ｓｈｙ－Ｄｒａｇｅｒ症候群）、脳鉄蓄積を伴う神経変性、オプソクローヌス・ミオクローヌス症候群、感染性海綿状脳症伝達性スポンジ脳症（プリオン病）、進行性多発性白質脳症、線条体黒質変性症、またはその他の神経疾患である。
【0200】
本明細書に開示される方法およびデバイスは、心血管疾患などの疾患を特徴付けるために使用され得る。いくつかの実施形態では、心血管疾患は心臓病である。いくつかの実施形態において、心血管疾患は、冠状動脈性心臓病、リウマチ性心疾患、心筋症、心臓弁膜症、心膜疾患、心筋梗塞、心臓感染症、腎動脈狭窄症、心内膜炎、心筋炎、または他の心血管疾患である。いくつかの実施形態では、心血管疾患は、動脈瘤、末梢動脈疾患、血管疾患、脳血管疾患、深部静脈血栓症（ＤＶＴ）、肺塞栓症、高血圧、アテローム性動脈硬化症、または他の心血管疾患である。
【0201】
本明細書に開示される方法およびデバイスは、自己免疫疾患などの疾患を特徴付けるために使用され得る。いくつかの実施形態では、自己免疫疾患は、アカラシア、アディソン病、成人スティル病、無ガンマグロブリン血症、円形脱毛症、アミロイドーシス、強直性脊椎炎、抗ＧＢＭ／抗ＴＢＭ腎炎、抗リン脂質症候群、自己免疫性血管浮腫、自己免疫性自律神経障害、自己免疫性脳脊髄炎、自己免疫性肝炎、自己免疫性内耳疾患（ＡＩＥＤ）、自己免疫性心筋炎、自己免疫性卵巣炎、自己免疫性精巣炎、自己免疫性膵炎、自己免疫性網膜症、自己免疫性蕁麻疹、軸索およびニューロン神経障害（ＡＭＡＮ）、バロー病、ベーチェット病、良性粘膜類天疱瘡、水疱性類天疱瘡、キャッスルマン病（ＣＤ）、セリアック病、チャガス病、慢性炎症性脱髄性多発神経障害（ＣＩＤＰ）、慢性再発性多発性骨髄炎（ＣＲＭＯ）、チャーグ－ストラウス症候群（ＣＳＳ）または好酸球性肉芽腫症（ＥＧＰＡ）、瘢痕性類天疱瘡、コーガン症候群、寒冷凝集素疾患、先天性心臓ブロック、コクサッキー心筋炎、ＣＲＥＳＴ症候群、クローン病、ヘルペス性皮膚炎、皮膚筋炎、デビック病（視神経脊髄炎）、円盤状ループス、ドレスラー症候群、子宮内膜症、好酸球性食道炎（ＥｏＥ）、好酸球性筋膜炎、好酸球性食道炎、結節性紅斑、エバンス症候群、線維筋痛、線維性肺胞炎、巨細胞性動脈炎（側頭動脈炎）、巨細胞性心筋炎、糸球体腎炎、グッドパスチャー症候群、多発性血管炎を伴う肉芽腫症、グレイブス病、ギランバール症候群、橋本甲状腺炎、溶血性貧血、ヘノッホシェーンライン紫斑病（ＨＳＰ）、妊娠性ヘルペスまたは妊娠性類天疱瘡（ＰＧ）、汗腺膿瘍（ＨＳ）（反対型ざ瘡）、低ガンマグロブリン血症、ＩｇＡ腎症、ＩｇＧ４関連硬化性疾患、免疫性血小板減少性紫斑病（ＩＴＰ）、封入体筋炎（ＩＢＭ）、間質性膀胱炎（ＩＣ）、若年性関節炎、若年性糖尿病（１型糖尿病）、若年性筋炎（ＪＭ）、川崎病、ランバート－イートン症候群、白血球破砕性血管炎、扁平苔癬、苔癬硬化症、木質結膜炎、線状ＩｇＡ病（ＬＡＤ）、紅斑性狼瘡、慢性ライム病、メニエール病、微視的多発血管炎（ＭＰＡ）、混合結合組織疾患（ＭＣＴＤ）、モーレン潰瘍、ムチャハーバーマン病、多巣性運動ニューロパチー（ＭＭＮ）またはＭＭＮＣＢ、多発性硬化症、重症筋無力症、筋炎、ナルコレプシー、新生児ループス、視神経脊髄炎、好中球減少症、眼瘢痕性類天疱瘡、視神経炎、回帰性リウマチ（ＰＲ）、ＰＡＮＤＡＳ、傍腫瘍性小脳変性症（ＰＣＤ）、発作性夜間ヘモグロビン尿症（ＰＮＨ）、パリーロンバーグ症候群、扁平部炎（末梢性ブドウ膜炎）、パーソネージターナー症候群、天疱瘡、末梢神経障害、静脈周囲脳脊髄炎、悪性貧血（ＰＡ）、ＰＯＥＭＳ症候群、結節性多発動脈炎、多腺症候群Ｉ型、ＩＩ型、ＩＩＩ型、多発性筋痛性リウマチ、多発性筋炎、心筋梗塞後症候群、原発性胆汁性肝硬変、原発性硬化性胆管炎、プロゲステロン皮膚炎、乾癬、乾癬性関節炎、赤芽球癆（ＰＲＣＡ）、壊疽性膿皮症、レイノー現象、反応性関節炎、反射性交感神経性ジストロフィー、再発性多発性軟骨炎、むずむず脚症候群（ＲＬＳ）、後腹膜線維化症、リウマチ熱、リウマチ性関節炎、サルコイドーシス、シュミット症候群、強膜炎、強皮症、シェーグレン症候群（ｓｉｃｃａ）、精子および精巣自己免疫、全身硬直症候群（ＳＰＳ）、亜急性細菌性心内膜炎（ＳＢＥ）、スザック症候群、交感性眼炎（ＳＯ）、高安動脈炎、側頭動脈炎／巨細胞性動脈炎、血小板減少性紫斑病（ＴＴＰ）、トローザ・ハント症候群（ＴＨＳ）、横断性脊髄炎、１型糖尿病、潰瘍性大腸炎（ＵＣ）、未分化結合組織疾患（ＵＣＴＤ）、ブドウ膜炎、血管炎、白斑、フォークト小柳原田病、ウェゲナー肉芽腫症（または多発血管性肉芽腫症（ＧＰＡ））、または他の自己免疫疾患である。
【0202】
本明細書に開示される方法およびデバイスは、代謝性疾患などの疾患を特徴付けるために使用され得る。いくつかの実施形態では、疾患は、ジルベール症候群、妊娠尿崩症、ゴーシェ病、マンノース結合レクチンタンパク質欠損症、ペルオキシソーム障害、真性糖尿病、甲状腺機能低下症または甲状腺機能亢進症、高脂血症、骨粗鬆症、または他の代謝性疾患である。
【0203】
本明細書に開示される方法およびデバイスは、炎症性疾患などの疾患を特徴付けるために使用され得る。いくつかの実施形態において、炎症性疾患は、急性または慢性である。いくつかの実施形態において、炎症性疾患は、喘息、慢性消化性潰瘍、結核、関節リウマチ、歯周炎、潰瘍性大腸炎およびクローン病、副鼻腔炎、活動性肝炎、虫垂炎、扁桃炎、髄膜炎、副鼻腔炎、気管支炎、または他の炎症性疾患である。
【0204】
本明細書に開示される方法およびデバイスは、骨疾患などの疾患を特徴付けるために使用され得る。いくつかの実施形態では、骨疾患は骨腫瘍である。いくつかの実施形態において、骨疾患は、軟骨芽細胞腫、軟骨粘液線維腫、内軟骨腫、腹部外デスモイド腫瘍、線維性骨異形成症、低ホスファターゼ症、クリッペル・ファイル症候群、離断性骨軟骨炎（ＯＣＤ）、骨軟骨腫、類骨骨腫、骨軟骨腫である。
【0205】
本明細書に開示される方法およびデバイスは、胃腸疾患などの疾患を特徴付けるために使用され得る。いくつかの実施形態において、胃腸疾患は、消化不良、消化性潰瘍疾患、腹部疼痛症候群、胆道障害、胆嚢障害および胆石膵炎、胆石膵炎、胆石、過敏性腸症候群、または他の胃腸疾患である。
【0206】
本明細書に開示される方法およびデバイスは、血液疾患などの疾患を特徴付けるために使用され得る。いくつかの実施形態では、血液疾患は赤血球障害である（貧血の概要、シックル細胞疾患、サラセミア、新生児の溶血性疾患、溶血性貧血、球状細胞症、鉄欠乏性貧血、ヘモクロマトーシス、鉄不応性鉄欠乏性貧血（ＩＲＩＤＡ）、先天性鉄芽球性貧血、先天性赤血球異形成貧血、巨赤芽球性貧血（悪性貧血を含む）、白血球障害（重度の先天性好中球減少症（コストマン症候群）など）、周期性好中球減少症、慢性肉芽腫性疾患、白血球接着不全、ミエロペルオキシダーゼ欠損）、骨髄不全症候群（無形成性貧血、無巨核球性血小板減少症、ダイヤモンド－ブラックファン貧血、先天性角化異常症、ファンコニ貧血、骨髄異形成症候群（ＭＤＳ）、シュワッハマン－ダイヤモンド症候群、血小板減少橈骨欠損など）、出血性疾患（血友病、フォンウィルブランド病、血小板機能障害、血小板減少症、低フィブリノーゲン血症、および異常フィブリノーゲン血症）、血栓症／抗凝固障害（血栓症、第Ｖ因子ライデン、プロトロンビン遺伝子変異、プロテインＣ欠乏症、プロテインＳ欠乏症、抗トロンビン欠乏症、脳卒中など）、自己免疫性血球障害（免疫性血小板減少症（ＩＴＰ）など）、自己免疫性溶血性貧血、エバンス症候群）、多血症／赤血球増加症、ヘモクロマトーシス、ヘモグロビンＣ病、ヘモグロビンＥ病、ヘモグロビンＳＣ病、大脳海綿状奇形、第Ｖ因子ライデン、線維筋性形成異常、ヘモクロマトーシス、ヘモグロビンＳＥ疾患、特発性好中球減少症、脂肪腫、単純性紫斑病、鉄芽球性貧血、またはその他の血液疾患。
【0207】
本明細書に開示される方法およびデバイスは、感染症などの疾患を特徴づけるために使用され得る。いくつかの実施形態では、疾患は細菌感染症である。いくつかの実施形態では、疾患はウイルス感染症である。いくつかの実施形態では、疾患は真菌感染症である。いくつかの実施形態では、疾患は原虫感染症である。いくつかの実施形態では、疾患はプリオン疾患である。いくつかの実施形態では、疾患は寄生虫感染症である。いくつかの実施形態では、感染症は敗血症である。いくつかの実施形態において、感染症は、急性弛緩性脊髄炎（ＡＦＭ）、アナプラズマ症、炭疽病、バベシア症、ボツリヌス中毒症、ブルセラ症、鼻疽菌（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｍａｌｌｅｉ）（鼻疽）、類鼻疽菌（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｐｓｅｕｄｏｍａｌｌｅｉ）（類鼻疽）、カンピロバクテリア症（カンピロバクター（Ｃａｍｐｙｌｏｂａｃｔｅｒ））、カルバペネム耐性感染症（ＣＲＥ／ＣＲ））、軟性下疳、チクングンヤ熱ウイルス感染症（Ｃｈｉｋｕｎｇｕｎｙａ）、Ｃｈｌａｍｙｄｉａ、Ｃｉｇｕａｔｅｒａ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ Ｄｉｆｆｉｃｉｌｅ感染、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ Ｐｅｒｆｒｉｎｇｅｎｓ（イプシロン毒素）、Ｃｏｃｃｉｄｉｏｉｄｏｍｙｃｏｓｉｓ真菌感染症（バレー熱）、クロイツフェルト－ヤコブ病、感染性海綿状脳症（ＣＪＤ）、クリプトスポリジウム症（Ｃｒｙｐｔｏ）、サイクロスポーラ症、デング、１，２，３，４（デング熱）、ジフテリア、大腸菌感染（Ｅ．ｃｏｌｉ）、東部ウマ脳炎（ＥＥＥ）、エボラ出血熱（Ｅｂｏｌａ）、エーリキア症、脳炎、アルボウイルス性または傍感染性、エンテロウイルス感染症、非ポリオ（非ポリオエンテロウイルス）、エンテロウイルス感染症、Ｄ６８（ＥＶ－Ｄ６８）、ランブル鞭毛虫症（ジャルディア）、ゴノコッカス感染症（淋病）、鼠径部肉芽腫、インフルエンザ病、Ｂ型（ＨｉｂまたはＨ－ｆｌｕ）、ハンタウイルス肺症候群（ＨＰＳ）、溶血性尿毒症症候群（ＨＵＳ）、Ａ型肝炎（Ｈｅｐ Ａ）、Ｂ型肝炎（Ｈｅｐ Ｂ）、Ｃ型肝炎（Ｈｅｐ Ｃ）、Ｄ型肝炎（Ｈｅｐ Ｄ）、Ｅ型肝炎（Ｈｅｐ Ｅ）、ヘルペス、帯状疱疹、帯状疱疹ＶＺＶ（帯状疱疹（Ｓｈｉｎｇｌｅ））、ヒストプラスマ感染症（ヒストプラスマ症）、ヒト免疫不全ウイルス／ＡＩＤＳ（ＨＩＶ／ＡＩＤＳ）、ヒトパピローマウイルス（ＨＰＶ）、インフルエンザ（Ｆｌｕ）、鉛中毒、レジオネラ症（Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌｏｓｉｓ）（在郷軍人病（Ｌｅｇｉｏｎｎａｉｒｅｓ Ｄｉｓｅａｓｅ））、ハンセン病（Ｌｅｐｒｏｓｙ）（ハンセン病（Ｈａｎｓｅｎｓ Ｄｉｓｅａｓｅ））、レプトスピラ症、リステリア症（リステリア）、ライム病、鼠径［性病性］リンパ肉芽腫感染症（ＬＶＧ）、マラリア、はしか、髄膜炎、ウイルス性（髄膜炎、ウイルス性）、髄膜炎菌性疾患、細菌性（髄膜炎、細菌性）、中東呼吸器症候群コロナウイルス（ＭＥＲＳ－ＣｏＶ）、流行性耳下腺炎、ノロウイルス、麻痺性貝中毒（Ｐａｒａｌｙｔｉｃ Ｓｈｅｌｌｆｉｓｈ Ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ、シガテラ）、しらみ寄生症（シラミ、頭と体のシラミ）、骨盤炎症性疾患（ＰＩＤ）、百日咳（Ｐｅｒｔｕｓｓｉｓ）（Ｗｈｏｏｐｉｎｇ Ｃｏｕｇｈ）、ペスト；腺ペスト、敗血症性ペスト、肺ペスト（Ｐｌａｇｕｅ）、肺炎球菌性疾患（肺炎）、急性灰白髄炎（ポリオ）、ポーワッサン脳炎、オウム病、ケジラミ症（ケジラミ（ｃｒａｂ）；陰部シラミ（Ｐｕｂｉｃ Ｌｉｃｅ）感染）、膿疱性発疹病（天然痘、サル痘、牛痘）、Ｑ熱、狂犬病、リシン中毒、リケッチア症（ロッキー山紅斑熱）、風疹、先天性（三日ばしか（Ｇｅｒｍａｎ Ｍｅａｓｌｅｓ））、サルモネラ中毒胃腸炎（サルモネラ）、疥癬の蔓延（疥癬）、サバ科、重症急性呼吸器症候群（ＳＡＲＳ）、赤痢菌性胃腸炎（赤痢菌）、天然痘、ブドウ球菌感染症、メチシリン耐性（ＭＲＳＡ）、ブドウ球菌食中毒、エンテロトキシン－Ｂ中毒（ブドウ球菌食中毒）、ブドウ球菌感染症、バンコマイシン中間体（ＶＩＳＡ）、ブドウ球菌感染症、バンコマイシン耐性（ＶＲＳＡ）、連鎖球菌性疾患、グループＡ（侵襲性）（Ｓｔｒｅｐ Ａ）、連鎖球菌性疾患、グループＢ（Ｓｔｒｅｐ－Ｂ）、連鎖球菌、毒素性ショック症候群、ＳＴＳＳ、毒素性ショック（ＳＴＳＳ、ＴＳＳ）、梅毒、一次、二次、早期潜伏、後期潜伏、先天性、破傷風菌感染症（開口障害）、旋毛虫症感染症（旋毛虫症）、結核（ＴＢ）、結核（潜在性）（ＬＴＢＩ）、ツラレミア（野兎病）、腸チフス、グループＤ、チフス、膣症、細菌性（酵母菌感染症）、水痘（Ｖａｒｉｃｅｌｌａ）（水痘（Ｃｈｉｃｋｅｎｐｏｘ））、コレラ菌（コレラ）、ビブリオ症（ビブリオ）、ウイルス性出血熱（エボラ、ラッサ、マールブルグ）、ウエストナイルウイルス、黄熱病、エルシニア（Ｙｅｒｓｉｎｉａ）、ジカウイルス感染症（Ｚｉｋａ）、または他の感染症である。
【0208】
場合によっては、本明細書に記載の方法およびデバイスを使用して、同じ個体の異なる供給源から得られたサンプル間の分析物の違いを測定または検出する。例えば、血清および細胞のＤＮＡレベルでの分析物の違いは、特徴付けの間に比較される。
【0209】
分析物は、本明細書に記載の任意の数の異なるバイオマーカーを様々に含む。例えば、いくつかの実施形態では、分析物は核酸を含む。場合によっては、分析物は、特定のサイズ、例えば、約５０－５００ｂｐ、約７５－４００ｂｐ、約１００－３００ｂｐ、約１５０－２５０ｂｐ、約２５０－５００ｂｐ、または約３５０－５００ｂｐの核酸を含む。場合によっては、分析物は、約５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、または約５００ｂｐの核酸を含む。場合によっては、分析物は、少なくとも５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、または少なくとも５００ｂｐの核酸を含む。場合によっては、分析物は、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、または５００ｂｐ以下の核酸を含む。場合によっては、バイオマーカーは、異なるサイズの核酸の量の間の比較を含む。例えば、５００ｂｐ以下の核酸の量は、５００ｂｐを超える核酸の量と比較される。いくつかの実施形態において、３００ｂｐ以下の核酸の量は、３００ｂｐを超える核酸の量と比較される。いくつかの実施形態において、１５０ｂｐ以下の核酸の量は、１５０ｂｐを超える核酸の量と比較される。追加の比較には、時間の経過に伴う変化、ソース（個人、ソース、サンプルタイプ）間、または疾患もしくは状態の治療前、治療中、または治療後の変化が含まれる。
【0210】
無細胞バイオマーカー
いくつかの実施形態では、特徴付けは、バイオマーカーの分子プロファイリングを介して実行され得る（Ｈｏｌｄｈｏｆｆら Ｊ．Ｎｅｕｒｏｏｎｃｏｌ．２０１３，１１３，３４５；Ｅｌｓｈｉｍａｌｉら Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍｏｌ．Ｓｃｉ．２０１３，１４，１８９２５；Ｓｗａｎｓｏｎら Ｓｅｎｓｏｒｓ Ａｃｔｕａｔ．Ｂ－Ｃｈｅｍ．２０００，６４，２２；Ｓｏｓｎｏｗｓｋｉら Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．１９９７，９４，１１１９；Ｈｕａｎｇら Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ２００２，３５，１１７５；およびＨｏｆｍａｎら ＲＳＣ Ａｄｖａｎｃｅｓ ２０１２，２，３８８５）。プロファイリングには、分析物の列挙、タンパク質、脂質、抗体、腫瘍ＤＮＡ、腫瘍細胞、エキソソーム、ヌクレオソームを含むがこれらに限定されない分析物の特定の検出、特定の遺伝子配列のナノソーム検出、変異遺伝子配列の検出、ヘテロ接合性喪失の検出、メチル化状態の決定、変化の検出、欠失の検出、ならびに患者または対象の身体的および／または生化学的状態の分析および特徴付けに使用される他の分子プロファイリングアッセイが挙げられるがこれらに限定されない。
いくつかの実施形態では、特徴付けは、バイオマーカーの分子プロファイリングを介して実行され得る（Ｈｏｌｄｈｏｆｆら Ｊ．Ｎｅｕｒｏｏｎｃｏｌ．２０１３，１１３，３４５；Ｅｌｓｈｉｍａｌｉら Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍｏｌ．Ｓｃｉ．２０１３，１４，１８９２５；Ｓｗａｎｓｏｎら Ｓｅｎｓｏｒｓ Ａｃｔｕａｔ．Ｂ－Ｃｈｅｍ．２０００，６４，２２；Ｓｏｓｎｏｗｓｋｉら Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．１９９７，９４，１１１９；Ｈｕａｎｇら Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ２００２，３５，１１７５；およびＨｏｆｍａｎら ＲＳＣ Ａｄｖａｎｃｅｓ ２０１２，２，３８８５）。プロファイリングには、分析物の列挙、タンパク質、脂質、抗体、腫瘍ＤＮＡ、腫瘍細胞、エキソソーム、ヌクレオソームを含むがこれらに限定されない分析物の特定の検出、特定の遺伝子配列のナノソーム検出、変異遺伝子配列の検出、ヘテロ接合性喪失の検出、メチル化状態の決定、変化の検出、欠失の検出、ならびに患者または対象の身体的および／または生化学的状態の分析および特徴付けに使用される他の分子プロファイリングアッセイが挙げられるがこれらに限定されない。
【0211】
場合によっては、バイオマーカーは無細胞バイオマーカーである。特定の例において、無細胞バイオマーカーは、本明細書に記載の任意の分析物を含み得る。無細胞バイオマーカーは、細胞のエキソサイトーシス、壊死、または分泌プロセスに関連するタンパク質または分子に由来する可能性がある。マーカーには、高分子量ＤＮＡ（＞３００ｂｐ）、ヌクレオソーム、エキソソーム、凝集タンパク質、細胞膜断片、ミトコンドリア、ヌクレオソーム、および細胞のエキソサイトーシス、壊死、または分泌に関連するその他のマーカーが含まれる。
【0212】
循環無細胞バイオマーカーの候補の例には、突然変異または欠失、再配列、メチル化核酸、ヘテロ接合性の喪失、および他のＤＮＡ変化を含む、循環腫瘍ＤＮＡが含まれるが、これらに限定されない。マイクロＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ）、微小胞からのＲＮＡ、および例えば、患者の疾患診断、予後および治療反応の特徴付けに関して有用な情報を提供する他のＲＮＡ形態を含む、ＲＮＡも使用され得る。いくつかの実施形態では、疾患は癌である。ＧＦＡＰ、ＶＥＧＦ、ＥＧＦＲ、ｂ－ＦＧＦ、ＫＲＡＳ、ＹＫＬ－４０およびＭＭＰ－９を含むがこれらに限定されない無細胞タンパク質と同様に、腫瘍細胞もまた直接モニターすることができる。
【0213】
無細胞バイオマーカーは核酸であり得る。場合によっては、核酸バイオマーカーは、少なくとも１００ｂｐ、少なくとも２００ｂｐ、少なくとも３００ｂｐ、少なくとも５００ｂｐ、または少なくとも１０００ｂｐである。場合によっては、分析物は、循環する無細胞高分子量ＤＮＡ（＞３００ｂｐ）または本明細書に開示される方法およびデバイスを使用して単離された他の標的無細胞バイオマーカーである。
【0214】
例えば、患者および対象の特徴付けのために本明細書に開示される方法およびデバイスは、ＡＣ動電学を使用して、全血、血清、血漿、または他の体液またはサンプルから直接無細胞標的バイオマーカーを単離する。本明細書に開示される方法およびデバイスは、最小量のサンプル、例えば、最大１０μｌ、最大２０μｌ、最大３０μｌ、最大４０μｌ、最大５０μｌ、最大６０μｌ、最大７０μｌ、最大８０μｌ、最大９０μｌ、最大１００μｌ、最大２００μｌ、最大３００μｌ、最大４００μｌ、最大５００μｌ以上のサンプルを使用する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される方法およびデバイスは、５００μｌ未満、４００μｌ未満、３００μｌ未満、２００μｌ未満、１００μｌ未満、９０μｌ未満、８０μｌ未満、７０μｌ、６０μｌ未満、５０μｌ未満、４０μｌ未満、３０μｌ未満、２０μｌ未満、１０μｌ未満、または５μｌ未満のサンプルを使用する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される方法およびデバイスは、約５０μｌのサンプルと約５００μｌのサンプルとの間で使用する。
【0215】
例えば、患者および対象の特徴付けのために本明細書に開示される方法およびデバイスは、挿入色素、抗体標識、または他の従来の染色技術を使用して、蛍光顕微鏡法または他の検出技術を使用する直接定量化を可能にし得る。本明細書に開示される方法およびデバイスはまた、疾患または状態に関係する特定の対立遺伝子を検出するためにＤＮＡ／ＲＮＡハイブリダイゼーション技術を使用し得る。本明細書に開示される方法およびデバイスはまた、核またはミトコンドリアＤＮＡまたは他の標的核酸分子マーカーのものを含む定量的リアルタイムＰＣＲ、酵素結合免疫吸着アッセイ（ＥＬＩＳＡ）、直接ＳＹＢＲゴールドアッセイ、直接ＰｉｃｏＧｒｅｅｎアッセイ、マイクロサテライトマーカーのヘテロ接合性の喪失（ＬＯＨ）を使用し得、任意に、キャピラリー電気泳動分析を含むがこれに限定されない電気泳動分析、次世代シーケンシングを含むがこれらに限定されないシーケンシングおよび／またはクローニング、改変されたセミネステッドまたはネステッドメチル化特異的ＰＣＲを含むがこれらに限定されないメチル化分析、ＤＮＡ特異的ＰＣＲ（ＭＳＰ）、ビスルフィトーム増幅後の微量ＤＮＡの定量（ｑＭＡＭＢＲＡ）、ならびにビーズ上でのメチル化、ビーズのメチル化、ＭＡＬＤＩ－ＴｏＦ（マトリックス支援レーザー脱離／イオン化飛行時間分析）を含むがこれに限定されない質量ベースの分析）、任意にＰＣＲおよびデジタルＰＣＲと組み合わせもまた使用できる。
【0216】
本明細書に開示される方法およびデバイスは、挿入色素、抗体標識、染色、および蛍光顕微鏡の使用を含む、具体化されたデバイス上で直接またはこれとともに使用される無細胞バイオマーカー材料の直接定量化を可能にする他の画像化分子を含む色素を利用し得る。粒子状物質、例えば、ＤＮＡおよびＲＮＡの蛍光標識の例には、シアニンダイマー高親和性染色剤（Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）が含まれるが、これらに限定されず、これらを使用できる。それらの中で、ＹＯＹＯ（登録商標）－１、ＹＯＹＯ（登録商標）－３、ＰＯＰＯＴＭ－１、ＰＯＰＯＴＭ－３、ＴＯＴＯ（登録商標）－１、ＴＯＴＯ（登録商標）－３が好ましい染色染料である。本明細書に開示される方法およびデバイスと組み合わせた検出および定量のためのタンパク質の蛍光標識には、Ｑｕａｎｔｉ－ｉＴＴＭタンパク質定量アッセイ、ＮａｎｏＯｒａｎｇｅＴＭタンパク質定量アッセイ、ＣＢＱＣＡタンパク質定量アッセイ（ＬｉｆｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）が含まれるが、これらに限定されない。ミトコンドリア、ＭｉｔｏＴｒａｃｋｅｒ（登録商標）ＧｒｅｅｎＦＭ（登録商標）およびＭｉｔｏＴｒａｃｋｅｒ（登録商標）ＲｅｄＦＭ（登録商標）などの標識色素を含む、他の疾患バイオマーカーの蛍光定量がいくつかの実施形態で使用される。
【0217】
本明細書に開示される方法およびデバイスはまた、疾患または状態に関係する特定の対立遺伝子を検出するために、ＤＮＡ／ＲＮＡハイブリダイゼーション技術と組み合わせて使用され得る。いくつかの実施形態では、特定の電極および対応する電極トレースラインは、固有の電界分布を達成するように、別個の電極を個別に制御するように設計することができる。不均一な電界分布を設計することにより、特定のＤＮＡ／ＲＮＡを操作することができる。
【0218】
本明細書に開示される方法およびデバイスはまた、ヌクレオソーム、高分子量ＤＮＡ、エキソソームおよびタンパク質などの循環無細胞標的バイオマーカーを、遺伝子後分析、ならびに定量的ＰＣＲ、逆転写酵素（ＲＴ）ＰＣＲを使用する定量化およびさらなる分析、ならびに単離および溶出されたサンプルＤＮＡ中の目的のタンパク質または核酸を同定するための配列決定分析技術のために溶出することができる。遺伝子後分析は、ヌクレオソームまたは核タンパク質が複合したｄｓＤＮＡ（３００ｂｐより大きい）、エキソソームｄｓＤＮＡまたはＲＮＡ（１００ｂｐより大きい）、および／またはミトコンドリアＤＮＡに対して実行される。
【0219】
癌の特徴付け
癌の特徴付けのために、本明細書に記載の方法およびデバイスとともに、多くの様々な分析物が使用される。いくつかの実施形態では、分析物はバイオマーカーを含む。場合によっては、分析物はｃｃｆＤＮＡなどの無細胞バイオマーカーである。無細胞バイオマーカーの候補（ｃｃｆＤＮＡ＝循環無細胞ＤＮＡ）は、場合によっては癌の検出に使用される。いくつかの実施形態では、分析物は癌性組織から得られる。場合によっては、分析物は流体サンプルから得られる。いくつかの実施形態における分析物は、核酸の構造または配列に対する改変または変更などのバイオマーカーを含む。例えば、いくつかの実施形態では、バイオマーカーは、メチル化またはヒドロキシル化などによって転写後に修飾される核酸を含む。いくつかの実施形態において、バイオマーカーは、正常な個体または組織における核酸と比較した核酸突然変異または変化を含む。場合によっては、核酸の量の増加または減少が癌を特徴づけるために使用される。
癌の特徴付けのために、本明細書に記載の方法およびデバイスとともに、多くの様々な分析物が使用される。いくつかの実施形態では、分析物はバイオマーカーを含む。場合によっては、分析物はｃｃｆＤＮＡなどの無細胞バイオマーカーである。無細胞バイオマーカーの候補（ｃｃｆＤＮＡ＝循環無細胞ＤＮＡ）は、場合によっては癌の検出に使用される。いくつかの実施形態では、分析物は癌性組織から得られる。場合によっては、分析物は流体サンプルから得られる。いくつかの実施形態における分析物は、核酸の構造または配列に対する改変または変更などのバイオマーカーを含む。例えば、いくつかの実施形態では、バイオマーカーは、メチル化またはヒドロキシル化などによって転写後に修飾される核酸を含む。いくつかの実施形態において、バイオマーカーは、正常な個体または組織における核酸と比較した核酸突然変異または変化を含む。場合によっては、核酸の量の増加または減少が癌を特徴づけるために使用される。
【0220】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、中枢神経系（ＣＮＳ）の腫瘍を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態では、ＣＮＳ癌は脳癌である。いくつかの実施形態では、癌は神経芽細胞腫または神経膠腫である。いくつかの実施形態において、本明細書に記載のデバイスおよび方法によって検出される神経芽細胞腫に関連する遺伝的変化には、ＭＹＣＮ、ＤＣＲ２プロモーターの高メチル化が含まれる（Ｃｏｍｂａｒｅｔ，Ｖ．，ｅｔ ａｌ．Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ．２００２ Ｊｕｌ １；６２（１３）：３６４６－８；Ｍｉｓａｗａ Ａ，ｅｔ ａｌ．Ｂｒ Ｊ Ｃａｎｃｅｒ．２００９ Ｊａｎ ２７；１００（２）：３９９－４０４）。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のデバイスおよび方法によって検出される神経膠腫に関連する遺伝的変化には、染色体１ｐ、１９ｑ、および１０ｑにおける遺伝子プロモーターメチル化ｐ１６／ＩＮＫ４ａ、ＭＧＭＴ、ｐ７３、ＲＡＲβおよびＬＯＨ、ならびにＥＧＦＲｖＩＩＩ、およびＲＡＳＳＦ１Ａの高メチル化が含まれる（Ｗｅａｖｅｒ ＫＤ ｅｔ ａｌ．Ｃａｎｃｅｒ Ｉｎｖｅｓｔ．２００６；２４：３５－４０；Ｌａｖｏｎ Ｉ ｅｔ ａｌ．Ｎｅｕｒｏ Ｏｎｃｏｌ．２０１０ Ｆｅｂ；１２（２）：１７３－８０；Ｓａｌｋｅｎｉ Ｍ．Ａ．Ｊ．Ｎｅｕｒｏｏｎｃｏｌ．２０１３．；Ｍａｊｃｈｒｚａｋ－Ｃｅｌｉｎｓｋａ Ａ．Ｊ Ａｐｐｌ Ｇｅｎｅｔ．２０１３ Ａｕｇ；５４（３）：３３５－４４）。
【0221】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、乳癌を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態において、ｃｃｆＤＮＡのレベルは、腫瘍サイズ、腫瘍ステージ、腫瘍グレード、リンパ節関与、Ｈｅｒ２／ｎｅｕおよびトポイソメラーゼＩＩα発現と関連している。いくつかの実施形態における乳癌に関連するマーカーには、マーカーＤ３Ｓ１６０５、Ｄ１０Ｓ１７６５、Ｄ１２Ｓ１７２５、Ｄ１３Ｓ２１８、Ｄ１７Ｓ８５５、およびＤ１２Ｓ１７２５での循環ＤＮＡ（短いＤＮＡフラグメント）のＬＯＨ、増幅されたＨＥＲ２、ＬＩＮＥ１（長い散在核エレメント－１）のコピー数、同時ＥＲβおよびＲＡＲβ２のメチル化、ＥＲβ発現の喪失、ＣＳＴ６、ＡＰＣ、およびＲＡＳＳＦ１Ａ、ｃｃｆＤＮＡのＲＡＳＳＦ１Ａ、サイクリンＤ２、およびＲＡＲβ２遺伝子のメチル化、ならびにＥＲβ発現、ＣＳＴ６、ＡＰＣ、およびＲＡＳＳＦ１Ａの喪失、ｃｃｆＤＮＡにおけるＲＡＳＳＦ１Ａ、サイクリンＤ２、およびＲＡＲβ２遺伝子のメチル化、ｐ１６の異常な高メチル化（ＣＥＡの血清レベルの上昇に関連）、ＣＤＨ１（Ｅ－カドヘリンまたはＣＤ３２４、腫瘍抑制遺伝子）、ｃｃｆＤＮＡのメチル化パターン（手術後、タモキシフェン治療後、または併用治療後の変化）、血漿ＤＮＡの異なるＢＲＣＡ１メチル化および動態（ＡＬＵ１１５）、ｈＴＥＲＴ（ヒトのテロメラーゼ逆転写酵素）、およびＶＥＧＦが挙げられる（Ｃａｔａｒｉｎｏ Ｒ．ＤＮＡ Ｃｅｌｌ Ｂｉｏｌ．２００８ Ａｕｇ；２７（８）：４１５－２１；Ｈａｓｈａｄ Ｄ．Ｊ Ｃｌｉｎ Ｌａｂ Ａｎａｌ．２０１２ Ｎｏｖ；２６（６）：４６７－７２；Ｈａｓｈａｄ Ｄ．Ｊ Ｃｌｉｎ Ｌａｂ Ａｎａｌ．２０１２ Ｎｏｖ；２６（６）：４６７－７２；Ｓｃｈｗａｒｚｅｎｂａｃｈ Ｈ．Ｃｌｉｎ Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ．２０１２ Ｏｃｔ １５；１８（２０）：５７１９－３０；Ｗｅｉｓｓ Ｌ．Ｎ Ｅｎｇｌ Ｊ Ｍｅｄ．２０１３ Ｊｕｌ ４；３６９（１）：９３；Ｐａｇｅ Ｋ．Ｂｒ Ｊ Ｃａｎｃｅｒ．２０１１ Ａｐｒ １２；１０４（８）：１３４２－８；Ｊｉｎ Ｄ．Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｍａｒｋｅｒｓ Ｄｉａｇｎ．２０１２：Ｓ２－００９；Ｓｈａｗ ＪＡ．Ｇｅｎｏｍｅ Ｒｅｓ．２０１２ Ｆｅｂ；２２（２）：２２０－３１；Ｕｍｅｔａｎｉ Ｎ．Ｊ Ｃｌｉｎ Ｏｎｃｏｌ．２００６ Ｓｅｐ １０；２４（２６）：４２７０－６；Ｍｉｒｚａ Ｓ．Ａｎｎ Ｓｕｒｇ Ｏｎｃｏｌ．２０１２ Ｓｅｐ；１９（９）：３１０７－１５；Ｍｕｅｌｌｅｒ Ｈ．Ｍ．Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ．２００３；６３：７６４１－７６４５；Ｚｕｒｉｔａ Ｍ．ＢＭＣ Ｃａｎｃｅｒ．２０１０ Ｍａｙ ２０；１０（）：２１７；Ｄｅｌｉｇｅｚｅｒ Ｕ．Ａｎｎ Ｎ Ｙ Ａｃａｄ Ｓｃｉ．２００８ Ａｕｇ；１１３７（）：１７５－９；Ｌｉｇｇｅｔｔ ＴＥ．Ｉｎｔ Ｊ Ｃａｎｃｅｒ．２０１１ Ｊａｎ １５；１２８（２）：４９２－９；Ｓｈａｒｍａ Ｇ．Ｔｕｍｏｕｒ Ｂｉｏｌ．２０１２ Ｄｅｃ；３３（６）：１８３７－４３；Ｅｌ Ｔａｒｈｏｕｎｙ Ｓ．Ｃｙｔｏｋｉｎｅ．２００８ Ｏｃｔ；４４（１）：６５－９；ａｎｄ Ｄａｗｓｏｎ ＳＪ．Ｎ Ｅｎｇｌ Ｊ Ｍｅｄ．２０１３ Ｍａｒ ２８；３６８（１３）：１１９９－２０９．）。
【0222】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、女性の婦人科システムにおける癌を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態では、癌は子宮内膜腫瘍を含む。いくつかの実施形態における子宮内膜腫瘍に関連するマーカーには、ＤＮＡの完全性（より長いＤＮＡ断片）、より高いレベルのｃｃｆＤＮＡ、および潜在的なマーカーとしてのｃｃｆＤＮＡとｐ５３－抗体との関連が含まれる（Ｔａｎａｋａ Ｈ．Ｉｎｔ Ｊ Ｇｙｎｅｃｏｌ Ｃａｎｃｅｒ。２０１２Ｊａｎ；２２（１）：８２－６；Ｚａｃｈａｒｉａｈ Ｒ．ＲｅｐｒｏｄＢｉｏｍｅｄＯｎｌｉｎｅ。２００９Ｍａｒ；１８（３）：４０７－１１；Ｄｏｂｒｚｙｃｋａ Ｂ．ＩｎｔＪＣａｎｃｅｒ。２０１０Ａｕｇ１；１２７（３）：６１２－２１）。いくつかの実施形態では、癌は子宮頸部腫瘍を含む。いくつかの実施形態における子宮頸部腫瘍に関連するマーカーには、血漿ＤＮＡレベル、血清中のＭＹＯＤ１プロモーターの過剰メチル化、および非メチル化ＣＤＨ１／ＣＤＨ１３が含まれる（Ｍｕｅｌｌｅｒ Ｈ．Ｍ．Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ．２００３；６３：７６４１－７６４５；Ｇｕａｎ Ｔ．２００８ Ａｕｇ；２８（９）：１６６３－４，１６６７；Ｗｉｄｓｃｈｗｅｎｄｔｅｒ Ａ．Ｉｎｔ Ｊ Ｃａｎｃｅｒ．２００４ Ｍａｒ ２０；１０９（２）：１６３－６）。いくつかの実施形態では、癌は卵巣腫瘍を含む。いくつかの実施形態における卵巣腫瘍に関連するマーカーには、高レベルのｃｃｆＤＮＡ、ＲＡＳＳＦ１Ａの高メチル化、ＫＲＡＳ変異、およびｐ５３抗体が含まれる（Ｚａｃｈａｒｉａｈ Ｒ．Ｒ．Ｇｙｎｅｃｏｌ．２００８；１１２：８４３－８５０；Ｍａ Ｌ．Ｚｈｏｎｇｈｕａ Ｂｉｎｇ Ｌｉ Ｘｕｅ Ｚａ Ｚｈｉ．２００５ Ｄｅｃ．；３４（１２）：７８５－７；Ｄｏｂｒｚｙｃｋａ Ｂ．Ａｎｎ Ｏｎｃｏｌ．２０１１ Ｍａｙ；２２（５）：１１３３－４０；Ｋｕｈｌｍａｎｎ ＪＤ．ＢＭＣ Ｃａｎｃｅｒ。２０１２ Ｊｕｌ ３１；１２：３２５）。
【0223】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、肝細胞癌（ＨＣＣ）などの癌を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態における肝細胞癌に関連するマーカーには、高レベルのｃｃｆＤＮＡ、ＬＩＮＥ－１低メチル化、コドン２４９でのＴＰ５３の突然変異（Ｓｅｒ－２４９、アフラトキシンによる突然変異誘発の特徴と考えられる）およびＣＴＮＮＢ１（ベータカテニンをコードする遺伝子）、ＲＡＳＳＦ１Ａの高メチル化、ｐ１６の異常なメチル化、高レベルのＲＡＳＳＦ１Ａ、および染色体８ｐでのＤ８Ｓ２７７、Ｄ８Ｓ２９８、およびＤ８Ｓ１７７１のマイクロサテライト不安定性とヘテロ接合性消失が挙げられる（Ｒｅｎ Ｎ．Ｗｏｒｌｄ Ｊ Ｇａｓｔｒｏｅｎｔｅｒｏｌ．２００６ Ｊｕｎ ２８；１２（２４）：３９１１－４；Ｔａｎｇｋｉｊｖａｎｉｃｈ Ｐ．Ｃｌｉｎ Ｃｈｉｍ Ａｃｔａ．２００７ Ａｐｒ；３７９（１－２）：１２７－３３；Ｉｉｚｕｋａ Ｎ．Ａｎｔｉｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ．２００６ Ｎｏｖ－Ｄｅｃ；２６（６Ｃ）：４７１３－９；Ｉｉｄａ Ｍ．Ｏｎｃｏｌ Ｒｅｐ．２００８ Ｏｃｔ；２０（４）：７６１－５；Ｈｏｓｎｙ Ｇ．Ｃａｎｃｅｒ Ｌｅｔｔ．２００８ Ｊｕｎ １８；２６４（２）：２０１－８；Ｈｏｓｎｙ Ｇ．Ｃａｎｃｅｒ Ｌｅｔｔ．２００８ Ｊｕｎ １８；２６４（２）：２０１－８；Ｐａｎｇ ＪＺ．Ｚｈｏｎｇｈｕａ Ｙｉ Ｘｕｅ Ｚａ Ｚｈｉ．２００６ Ｊｕｎ ２７；８６（２４）：１６６２－５；Ｃｈａｎ ＫＣ．Ｃｌｉｎ Ｃｈｅｍ．２００８ Ｓｅｐ；５４（９）：１５２８－３６；Ｚｈｏｕ Ｊ．Ｓｅｍｉｎ Ｏｎｃｏｌ．２０１２ Ａｕｇ；３９（４）：４４０－８）。
【0224】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、膵臓癌などの癌を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態における膵臓癌に関連するマーカーには、循環血漿ＤＮＡおよび遊離血清ＤＮＡのメチル化プロファイルが含まれる（Ｍｅｌｎｉｋｏｖ ＡＡ．Ｊ Ｓｕｒｇ Ｏｎｃｏｌ．２００９ Ｆｅｂ １；９９（２）：１１９－２２；Ｇｏｒｎｉｋ Ｉ．Ｃｌｉｎ Ｂｉｏｃｈｅｍ．２００９ Ｊａｎ；４２（１－２）：３８－４３；Ｓａｗａｂｕ Ｎ．Ｐａｎｃｒｅａｓ．２００４ Ａｐｒ；２８（３）：２６３－７；Ｌｉｇｇｅｔｔ Ｔ．Ｃａｎｃｅｒ．２０１０ Ａｐｒ １；１１６（７）：１６７４－８０）。
【0225】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、胃腸管の癌などの癌を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態において、胃腸管癌は、食道腫瘍を含む。いくつかの実施形態における食道腫瘍に関連するマーカーには、メチル化ＤＡＰＫ（死関連プロテインキナーゼ）およびＡＰＣ（腺腫様ポリポーシスコリ遺伝子）プロモーターＤＮＡが含まれる（Ｔｏｍｉｔａ Ｈ．Ａｎｔｉｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ．２００７ Ｊｕｌ－Ａｕｇ；２７（４Ｃ）：２７３７－４１；Ｈｏｆｆｍａｎｎ ＡＣ．Ｊ Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ Ｃｌｉｎ Ｏｎｃｏｌ．２００９ Ｓｅｐ； １３５（９）：１２３１－７）。いくつかの実施形態では、胃腸管癌は、胃（ｓｔｏｃｈ）腫瘍を含む。いくつかの実施形態における食道腫瘍に関連するマーカーには、高レベルのｃｃｆＤＮＡ、ＲＵＮＸ３、ＭＧＭＴ、ｐ１５、およびｈＭＬＨ１の高メチル化、ならびにＣＥＡ、Ｐ１６、Ｅ－カドヘリン、ＲＡＲｂｅｔａおよびＣＤＨ４遺伝子のメチル化状態が含まれる（Ｋｏｌｅｓｎｉｋｏｖａ ＥＶ．Ａｎｎ Ｎ Ｙ Ａｃａｄ Ｓｃｉ．２００８ Ａｕｇ；１１３７：２２６－３１；Ｔａｎｉ Ｎ．２００６；３３：１７２０－１７２２；Ｓａｉ Ｓ．Ａｎｔｉｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ．２００７ Ｊｕｌ－Ａｕｇ；２７（４Ｃ）：２７４７－５１；Ｓａｋａｋｕｒａ Ｃ．Ａｎｔｉｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ．２００９ Ｊｕｌ；２９（７）：２６１９－２５）。いくつかの実施形態において、胃腸管癌は、結腸直腸腫瘍を含む。いくつかの実施形態における結腸直腸腫瘍に関連するマーカーには、変異した循環ＤＮＡ、ＳＥＰＴ９、ＨＰＰ１および／またはＨＬＴＦなどの特定の遺伝子の異常なメチル化状態、ＫＲＡＳ変異クローン、血清ＤＮＡの完全性、マイクロサテライト不安定性、ＢＲＡＦ、ＳＭＡＤ４、ＴＭＥＦＦ２、ＮＧＦＲ、およびｐ１６を含む異常なプロモーターメチル化が含まれる（Ｓｃｈｗａｒｚｅｎｂａｃｈ Ｈ．Ａｎｎ Ｎ Ｙ Ａｃａｄ Ｓｃｉ．２００８ Ａｕｇ；１１３７（）：１９０－６；ｄａ Ｓｉｌｖａ Ｆｉｌｈｏ ＢＦ．Ｊ Ｃｌｉｎ Ｐａｔｈｏｌ．２０１３ Ｓｅｐ；６６（９）：７７５－８；Ｌｏｆｔｏｎ－Ｄａｙ Ｃ．Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．２００８；５４：４１４－４２３；Ｔｏｔｈ Ｋ．Ｏｒｖ Ｈｅｔｉｌ．２００９ Ｍａｙ ２４；１５０（２１）：９６９－７７；ｄｅＶｏｓ Ｔ．Ｏｒｖ Ｈｅｔｉｌ．２００９ Ｍａｙ ２４；１５０（２１）：９６９－７７；ｄｅＶｏｓ Ｔ．Ｃｌｉｎ Ｃｈｅｍ．２００９ Ｊｕｌ；５５（７）：１３３７－４６；Ｗａｌｌｎｅｒ Ｍ．Ｃｌｉｎ Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ．２００６ Ｄｅｃ １５；１２（２４）：７３４７－５２；Ｍｉｓａｌｅ Ｓ．Ｎａｔｕｒｅ．２０１２ Ｊｕｎ ２８；４８６（７４０４）：５３２－６；Ｔｒｅｖｉｓｉｏｌ Ｃ．Ｉｎｔ Ｊ Ｂｉｏｌ Ｍａｒｋｅｒｓ．２００６ Ｏｃｔ－Ｄｅｃ；２１（４）：２２３－８；Ｕｍｅｔａｎｉ Ｎ．Ｃｌｉｎ Ｃｈｅｍ．２００６ Ｊｕｎ；５２（６）：１０６２－９；Ｍｏｒｇａｎ ＳＲ．Ｊ Ｃｌｉｎ Ｐａｔｈｏｌ．２０１３ Ｓｅｐ；６６（９）：７７５－８；Ｍｏｕｌｉｅｒｅ Ｆ．Ｔｒａｎｓｌ Ｏｎｃｏｌ．２０１３ Ｊｕｎ；６（３）：３１９－２８；Ｔｒｅｖｉｓｉｏｌ Ｃ．Ｉｎｔ Ｊ Ｂｉｏｌ Ｍａｒｋｅｒｓ．２００６ Ｏｃｔ－Ｄｅｃ；２１（４）：２２３－８；Ｎａｋａｙａｍａ Ｇ．Ａｎｔｉｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ．２００７；２７：１４５９－１４６３）。
【0226】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、頭頸部の癌などの癌を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態において、頭頸部癌は、鼻咽頭癌を含む。いくつかの実施形態における鼻咽頭癌に関連するマーカーには、以下の５つの遺伝子：ＣＤＨ１、ｐ１６、ＤＡＰＫ１、ｐ１５、およびＲＡＳＳＦ１Ａのうちの少なくとも１つの異常な高メチル化プロモーターＤＮＡ、３つの遺伝子（ＣＤＨ１、ＤＡＰＫ１ 、およびｐ１６）のうちの少なくとも１つのプロモーターＤＮＡの高メチル化、およびＥＢＶ－ＤＮＡが含まれる（Ｃｈａｎ ＫＣ．Ｃｌｉｎ Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ．２００８ Ｊｕｌ １；１４（１３）：４１４１－５．Ｊｉａｎｇ ＷＷ．Ｉｎｔ Ｊ Ｃａｎｃｅｒ．２００６ Ｄｅｃ １；１１９（１１）：２６７３－６．Ｃｈａｎ ＳＬ．ＢＭＣ Ｃａｎｃｅｒ．２００６ Ｏｃｔ ３１；６：２５９．Ｃｈａｎ ＫＣ．Ｓｅｍｉｎ Ｃａｎｃｅｒ Ｂｉｏｌ． ２００２ Ｄｅｃ；１２（６）：４８９－９６）。いくつかの実施形態では、頭頸部癌は甲状腺腫瘍を含む。いくつかの実施形態における甲状腺腫瘍に関連するマーカーには、ＢＲＡＦ／ＤＮＡが含まれる（Ｃｈｕａｎｇ ＴＣ．Ｈｅａｄ Ｎｅｃｋ．２０１０ Ｆｅｂ；３２（２）：２２９－３４）。
【0227】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、リンパ腫または白血病などの癌を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態におけるリンパ腫または白血病に関連するマーカーには、高レベルのｃｃｆＤＮＡ、再構成された免疫グロブリン重鎖ＤＮＡ、およびｐ５３変異を伴うＭＧＭＴプロモーターの過剰メチル化が含まれる（Ｈｏｈａｕｓ Ｓ．Ａｎｎ Ｏｎｃｏｌ． ２００９ Ａｕｇ；２０（８）：１４０８－１３；Ｊｉａｎｇ Ｙ．２０１２ Ｆｅｂ；２０（１）：５３－６）。
【0228】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、肺癌などの癌を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態における肺癌は、非小細胞肺癌（ＮＳＣＬＣ）を含む。いくつかの実施形態におけるＮＳＣＬＣに関連するマーカーには、血漿ＤＮＡレベルの増加、突然変異の欠如、血清ＤＮＡの１４－３－３シグマのメチル化状態、胸腔洗浄におけるＰ１６Ｍ、ＲＡＳＳＦ１Ａ、ｐ１４（ＡＲＦ）およびＡＰＣの高メチル化、Ｋ－ＲＡＳ突然変異、および上皮成長因子受容体（ＥＧＦＲ）変異が含まれる（Ｃｈｅｎｇ Ｃ．Ｃａｎｃｅｒ Ｓｃｉ．２００９ Ｆｅｂ；１００（２）：３０３－９；Ｘｉｅ ＧＳ．Ｃｈｉｎ．Ｍｅｄ．Ｊ．２００４；１１７：１４８５－１４８８；Ｙｏｏｎ ＫＡ．Ｊ Ｍｏｌ Ｄｉａｇｎ．２００９ Ｍａｙ；１１（３）：１８２－５；Ｌｅｅ ＳＭ．Ｍｏｌ Ｃｅｌｌｓ．２０１２ Ａｕｇ；３４（２）：１７１－６；Ｐｏｎｏｍａｒｙｏｖａ ＡＡ．Ｌｕｎｇ Ｃａｎｃｅｒ．２０１３ Ｓｅｐ；８１（３）：３９７－４０３；Ｎａｋａｍｕｒａ Ｔ．Ｊ Ｔｈｏｒａｃ Ｏｎｃｏｌ．２０１２ Ｓｅｐ；７（９）：１３６９－８１）。いくつかの実施形態における肺癌は、小細胞肺癌（ＳＣＬＣ）を含む。いくつかの実施形態におけるＳＣＬＣに関連するマーカーには、マイクロサテライトマーカーおよびＬＯＨが含まれる（Ｂｏａｒｄ ＲＥ．Ａｎｎ．Ｎ．Ｙ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．２００８；１１３７：９８－１０７；Ｔａｍｋｏｖｉｃｈ ＳＮ．Ａｎｎ Ｎ Ｙ Ａｃａｄ Ｓｃｉ．２００８ Ａｕｇ；１１３７：２１４－７）。
【0229】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、男性生殖管の癌などの癌を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態における男性生殖管の癌は、精巣腫瘍を含む。 いくつかの実施形態における精巣腫瘍に関連するマーカーには、ｃｃｆＤＮＡおよび無細胞血清ｍｔＤＮＡの増加（７９－ｂｐ（ｍｔＤＮＡ－７９）および２２０ｂｐ（ｍｔＤＮＡ－２２０））、ｃｃｆＤＮＡ ＡＰＣ、ＧＳＴＰ１、ＰＴＧＳ２、ｐ１４（ＡＲＦ）、 ｐ１６（ＩＮＫ）およびＲＡＳＳＦ１Ａの高メチル化が含まれる（Ｅｌｌｉｎｇｅｒ Ｊ．Ｊ Ｕｒｏｌ．２００９ Ｊａｎ；１８１（１）：３６３－７１；Ｅｌｌｉｎｇｅｒ Ｊ．Ｊ Ｕｒｏｌ．２００９ Ｊｕｌ；１８２（１）：３２４－９）。
【0230】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、泌尿器系の癌などの癌を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態における泌尿器系の癌は、腎臓腫瘍を含む。いくつかの実施形態における泌尿器系に関連するマーカーには、尿サンプル中の腫瘍ＤＮＡ、ＶＨＬ、ｐ１６／ＣＤＫＮ２ａ、ｐ１４ＡＲＦ、ＡＰＣ、ＲＡＳＳＦ１Ａ、およびＴｉｍｐ－３のｃｃｆＤＮＡのプロモーター過剰メチル化が含まれる（Ｇｏｅｓｓｌ Ｃ．Ｅｕｒ Ｕｒｏｌ．２００２ Ｊｕｎ；４１（６）：６６８－７６；Ｃａｉｒｎｓ Ｐ．Ａｎｎ Ｎ Ｙ Ａｃａｄ Ｓｃｉ．２００４ Ｊｕｎ；１０２２：４０－３）。いくつかの実施形態における泌尿器系の癌は、前立腺癌（ＰＣａ）を含む。いくつかの実施形態における前立腺癌に関連するマーカーには、ｃｃｆＤＮＡ、ＤＮＡ負荷およびプロモーターのメチル化状態、ＬＯＨ、ならびに遺伝的異常、例えば、対立遺伝子の不均衡（ＡＩ）およびプロモーターの過剰メチル化のエピジェネティックな変化（ＲＡＳＳＦ１、ＲＡＲＢ２、およびＧＳＴＰ１のメチル化）、ＬＯＨおよびＤ６Ｓ１６３１、Ｄ８Ｓ２８６、Ｄ９Ｓ１７１、Ｄ８Ｓ２８６、およびＤ９Ｓ１７１のマーカーの組み合わせについてのＧｌｅａｓｏｎスコアの増加、ＧＳＴＰ１遺伝子のメチル化、およびアポトーシス性ＰＴＧＳ２フラグメントが含まれる（Ｄｅｌｇａｄｏ ＰＯ．Ｔｕｍｏｕｒ Ｂｉｏｌ．２０１３ Ａｐｒ；３４（２）：９８３－６；Ｃｈｕｎ ＦＫ．ＢＪＵ Ｉｎｔ．２００６ Ｓｅｐ；９８（３）：５４４－８；Ｐａｐａｄｏｐｏｕｌｏｕ Ｅ．Ａｎｎ Ｎ Ｙ Ａｃａｄ Ｓｃｉ．２００６ Ｓｅｐ；１０７５：２３５－４３；Ｍｕｅｌｌｅｒ Ｉ．Ｃｌｉｎ Ｃｈｅｍ．２００８ Ａｐｒ；５４（４）：６８８－９６；Ｅｌｌｉｎｇｅｒ Ｊ．Ｉｎｔ Ｊ Ｃａｎｃｅｒ．２００８ Ｊａｎ １；１２２（１）：１３８－４３；Ｃｏｒｔｅｓｅ Ｒ．Ｈｕｍ Ｍｏｌ Ｇｅｎｅｔ．２０１２ Ａｕｇ １５；２１（１６）：３６１９－３１）
【0231】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、皮膚癌などの癌を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態における皮膚癌は、悪性黒色腫を含む。いくつかの実施形態における悪性黒色腫に関連するマーカーには、ｃｃｆＤＮＡ、血漿中のマイクロサテライトマーカーＤ１Ｓ２４３、Ｄ６Ｓ３１１、Ｄ９Ｓ１６１およびＤ１９Ｓ２４６のＬＯＨ、および血清中のＴＦＰＩ２メチル化ＤＮＡが含まれる（Ｄａｎｉｏｔｔｉ Ｍ．Ｉｎｔ Ｊ Ｃａｎｃｅｒ．２００７ Ｊｕｎ １；１２０（１１）：２４３９－４４；Ｎａｋａｍｏｔｏ Ｄ．Ｂｕｌｌ Ｔｏｋｙｏ Ｄｅｎｔ Ｃｏｌｌ．２００８ Ｍａｙ；４９（２）：７７－８７；Ｌｏ Ｎｉｇｒｏ Ｃ．Ｊ Ｉｎｖｅｓｔ Ｄｅｒｍａｔｏｌ．２０１３ Ｍａｙ；１３３（５）：１２７８－８５）。いくつかの実施形態における皮膚癌は、扁平上皮癌を含む。いくつかの実施形態における扁平上皮癌に関連するマーカーには、血清ＤＮＡにおけるマイクロサテライトの変化が含まれる（Ｋａｋｉｍｏｔｏ Ｙ．Ｏｎｃｏｌ Ｒｅｐ．２００８ Ｎｏｖ；２０（５）：１１９５－２００）。
【0232】
実施形態
一態様では、本明細書に開示されるのは、以下を含む分析物を捕捉するためのデバイスである。ａ）動電学的場領域を生成するように構成された電極、およびｂ）電極の少なくとも一部と接触している層であって、この層は誘電体材料を含み、厚さが１００オングストローム未満である層。いくつかの実施形態では、電極はＡＣで通電される。いくつかの実施形態では、電極はＤＣで通電される。いくつかの実施形態では、動電学的場は、誘電泳動場、電熱場、電気浸透場、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、層は、厚さが約５オングストロームから約２５オングストロームである。いくつかの実施形態では、層は、約１３オングストロームから約１９オングストロームの厚さである。いくつかの実施形態では、層は約１６オングストロームの厚さである。いくつかの実施形態では、層は、５０オングストローム以下の厚さである。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、メタロイド酸化物、メタロイド窒化物、メタロイドカーバイド、メタロイドケイ化物、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、メタロイドは、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、非金属、およびホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、非金属は、酸素、炭素、ケイ素、セレン、窒素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、金属をさらに含む。いくつかの実施形態では、金属は、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、マグネシウム、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、アルミニウム、タンタル、ガリウム、銅、銀、真鍮、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、チタン、インジウム、ビスマス、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、アンチモン、ゲルマニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、タンタル、銅、銀、真鍮、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、チタン、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、有機または無機ポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ポリマーはフッ素化されている。いくつかの実施形態では、誘電体材料はセラミックを含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、高κ誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、低κ誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、３以下の誘電率を有する材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、４以下の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、１０以下の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、いくつかの実施形態では、誘電体材料は、少なくとも４の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約２から約１０の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、少なくとも１０の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、層は、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化チタン、ゲルマニウム、ポリテトラフルオロエチレン、ネオプレン、ポリビニリデンフルオリド、二酸化シリコン、二酸化チタン、フルオロシリケートガラス、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、メチルシルセスキオキサン、ポリアリーレンエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、炭酸カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－５Ω・ｍから約１０２５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－２Ω・ｍから約１０２０Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０Ω・ｍから約１０１５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０３Ω・ｍから約１０１２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－５Ω・ｍから約１０６Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－４Ω・ｍから約１０７Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍから約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍから約１０－５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－４Ω・ｍから約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体と導電性材料との比は、約０．０１：２から約９９：１である。いくつかの実施形態では、誘電体と導電性材料との比は、約０．１：２から約０．７：２である。いくつかの実施形態では、誘電体と導電性材料との比は約０．３：２である。いくつかの実施形態では、導電性材料は、白金、金、アルミニウム、タンタル、ガリウム砒素、銅、銀、真鍮、亜鉛、スズ、ニッケル、シリコン、パラジウム、チタン、グラファイト、炭素、およびそれらの組み合わせからなる群のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、電極は金属を含む。いくつかの実施形態では、電極は混合金属酸化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化白金、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、混合金属炭化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属炭化物は、プラチナカーバイド、チタンカーバイド、ジルコニウムカーバイド、ニオブカーバイド、タンタルカーバイド、タングステンカーバイド、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、混合金属窒化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属窒化物は、窒化白金、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－８Ω・ｍから約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－６Ω・ｍから約１０－４Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－６Ω・ｍから約１０－３Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、組成物は、複数の電極を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、個々の電極の中心に実質的に存在しない。いくつかの実施形態では、複数の電極がアレイに構成されている。いくつかの実施形態では、複数の電極は３次元で構成される。いくつかの実施形態では、導電性材料は、開いたディスク形状、波線形状、中空管形状、中空三角形管、または押し出された中心を有する中空環の不連続な曲線として構成される。いくつかの実施形態では、電極は、その最大寸法が約４０μｍから約１０００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、その最大寸法が約４０μｍから約５００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、その最大寸法が約４０μｍから約１００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、約１００ｎｍから約５００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極は、約５０ｎｍから約２００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極は、約１００ｎｍから約１μｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極はポリマー層でコーティングされている。いくつかの実施形態では、ポリマー層は多孔性である。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、誘電体材料をさらに含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層はコポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、ポリメチルメタクリレート、ナイロン６６、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリエチレンテレフタレート、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、ポリヒドロキシエチルメタクリレートを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層はヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１ミクロンから１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％から約９９．９９％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％から約５０％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約５０％から約９９．９９％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約２５％から約７５％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約１％から約２５％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％から約１０％の減少をもたらす。
一態様では、本明細書に開示されるのは、以下を含む分析物を捕捉するためのデバイスである。ａ）動電学的場領域を生成するように構成された電極、およびｂ）電極の少なくとも一部と接触している層であって、この層は誘電体材料を含み、厚さが１００オングストローム未満である層。いくつかの実施形態では、電極はＡＣで通電される。いくつかの実施形態では、電極はＤＣで通電される。いくつかの実施形態では、動電学的場は、誘電泳動場、電熱場、電気浸透場、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、層は、厚さが約５オングストロームから約２５オングストロームである。いくつかの実施形態では、層は、約１３オングストロームから約１９オングストロームの厚さである。いくつかの実施形態では、層は約１６オングストロームの厚さである。いくつかの実施形態では、層は、５０オングストローム以下の厚さである。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、メタロイド酸化物、メタロイド窒化物、メタロイドカーバイド、メタロイドケイ化物、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、メタロイドは、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、非金属、およびホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、非金属は、酸素、炭素、ケイ素、セレン、窒素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、金属をさらに含む。いくつかの実施形態では、金属は、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、マグネシウム、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、アルミニウム、タンタル、ガリウム、銅、銀、真鍮、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、チタン、インジウム、ビスマス、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、アンチモン、ゲルマニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、タンタル、銅、銀、真鍮、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、チタン、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、有機または無機ポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ポリマーはフッ素化されている。いくつかの実施形態では、誘電体材料はセラミックを含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、高κ誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、低κ誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、３以下の誘電率を有する材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、４以下の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、１０以下の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、いくつかの実施形態では、誘電体材料は、少なくとも４の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約２から約１０の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、少なくとも１０の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、層は、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化チタン、ゲルマニウム、ポリテトラフルオロエチレン、ネオプレン、ポリビニリデンフルオリド、二酸化シリコン、二酸化チタン、フルオロシリケートガラス、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、メチルシルセスキオキサン、ポリアリーレンエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、炭酸カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－５Ω・ｍから約１０２５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－２Ω・ｍから約１０２０Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０Ω・ｍから約１０１５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０３Ω・ｍから約１０１２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－５Ω・ｍから約１０６Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－４Ω・ｍから約１０７Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍから約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍから約１０－５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－４Ω・ｍから約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体と導電性材料との比は、約０．０１：２から約９９：１である。いくつかの実施形態では、誘電体と導電性材料との比は、約０．１：２から約０．７：２である。いくつかの実施形態では、誘電体と導電性材料との比は約０．３：２である。いくつかの実施形態では、導電性材料は、白金、金、アルミニウム、タンタル、ガリウム砒素、銅、銀、真鍮、亜鉛、スズ、ニッケル、シリコン、パラジウム、チタン、グラファイト、炭素、およびそれらの組み合わせからなる群のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、電極は金属を含む。いくつかの実施形態では、電極は混合金属酸化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化白金、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、混合金属炭化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属炭化物は、プラチナカーバイド、チタンカーバイド、ジルコニウムカーバイド、ニオブカーバイド、タンタルカーバイド、タングステンカーバイド、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、混合金属窒化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属窒化物は、窒化白金、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－８Ω・ｍから約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－６Ω・ｍから約１０－４Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－６Ω・ｍから約１０－３Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、組成物は、複数の電極を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、個々の電極の中心に実質的に存在しない。いくつかの実施形態では、複数の電極がアレイに構成されている。いくつかの実施形態では、複数の電極は３次元で構成される。いくつかの実施形態では、導電性材料は、開いたディスク形状、波線形状、中空管形状、中空三角形管、または押し出された中心を有する中空環の不連続な曲線として構成される。いくつかの実施形態では、電極は、その最大寸法が約４０μｍから約１０００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、その最大寸法が約４０μｍから約５００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、その最大寸法が約４０μｍから約１００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、約１００ｎｍから約５００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極は、約５０ｎｍから約２００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極は、約１００ｎｍから約１μｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極はポリマー層でコーティングされている。いくつかの実施形態では、ポリマー層は多孔性である。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、誘電体材料をさらに含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層はコポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、ポリメチルメタクリレート、ナイロン６６、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリエチレンテレフタレート、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、ポリヒドロキシエチルメタクリレートを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層はヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１ミクロンから１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％から約９９．９９％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％から約５０％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約５０％から約９９．９９％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約２５％から約７５％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約１％から約２５％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％から約１０％の減少をもたらす。
【0233】
本明細書でさらに提供されるのは、以下を含む分析物を捕捉するためのデバイスである：ａ）動電学的場領域を生成するように構成された電極、およびｂ）電極の少なくとも一部と接触している層であって、層が誘電体材料を含み、厚さが１００オングストロームから約１０，０００オングストロームである層。いくつかの実施形態では、電極はＡＣで通電される。いくつかの実施形態では、電極はＤＣで通電される。いくつかの実施形態では、動電学的場は、誘電泳動場、電熱場、電気浸透場、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、メタロイド酸化物、メタロイド窒化物、メタロイドカーバイド、メタロイドケイ化物、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、メタロイドは、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、非金属、およびホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、非金属は、酸素、炭素、ケイ素、セレン、窒素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、金属をさらに含む。いくつかの実施形態では、金属は、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、マグネシウム、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、アルミニウム、タンタル、ガリウム、銅、銀、真鍮、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、チタン、インジウム、ビスマス、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、アンチモン、ゲルマニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、金属は、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、タンタル、銅、銀、真鍮、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、チタン、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、有機または無機ポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ポリマーはフッ素化されている。いくつかの実施形態では、誘電体材料はセラミックを含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、高κ誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、低κ誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、３以下の誘電率を有する材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、４以下の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、１０以下の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、いくつかの実施形態では、誘電体材料は、少なくとも４の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約２から約１０の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、少なくとも１０の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、層は、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化チタン、ゲルマニウム、ポリテトラフルオロエチレン、ネオプレン、ポリビニリデンフルオリド、二酸化シリコン、二酸化チタン、フルオロシリケートガラス、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、メチルシルセスキオキサン、ポリアリーレンエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、炭酸カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－５Ω・ｍから約１０２５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－２Ω・ｍから約１０２０Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０Ω・ｍから約１０１５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０３Ω・ｍから約１０１２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－５Ω・ｍから約１０６Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、約１０－４Ω・ｍから約１０７Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍから約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－８Ω・ｍから約１０－５Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１０－４Ω・ｍから約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、誘電体と導電性材料との比は、約０．０１：２から約９９：１である。いくつかの実施形態では、誘電体と導電性材料との比は、約０．１：２から約０．７：２である。いくつかの実施形態では、誘電体と導電性材料との比は約０．３：２である。いくつかの実施形態では、導電性材料は、白金、金、アルミニウム、タンタル、ガリウム砒素、銅、銀、真鍮、亜鉛、スズ、ニッケル、シリコン、パラジウム、チタン、グラファイト、炭素、およびそれらの組み合わせからなる群のうちの少なくとも１つを含む。それらの組み合わせ。いくつかの実施形態では、電極は金属を含む。いくつかの実施形態では、電極は混合金属酸化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化白金、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、混合金属炭化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属炭化物は、プラチナカーバイド、チタンカーバイド、ジルコニウムカーバイド、ニオブカーバイド、タンタルカーバイド、タングステンカーバイド、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、混合金属窒化物を含む。いくつかの実施形態では、混合金属窒化物は、窒化白金、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化タングステン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－８Ω・ｍから約１０－２Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－６Ω・ｍから約１０－４Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、電極は、約１０－６Ω・ｍから約１０－３Ω・ｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、組成物は、複数の電極を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、個々の電極の中心に実質的に存在しない。いくつかの実施形態では、複数の電極がアレイに構成されている。いくつかの実施形態では、複数の電極は３次元で構成される。いくつかの実施形態では、導電性材料は、開いたディスク形状、波線形状、中空管形状、中空三角形管、または押し出された中心を有する中空リングの不連続な曲線として構成される。いくつかの実施形態では、電極は、その最大寸法が約４０μｍから約１０００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、その最大寸法が約４０μｍから約５００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、その最大寸法が約４０μｍから約１００μｍである。いくつかの実施形態では、電極は、約１００ｎｍから約５００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極は、約５０ｎｍから約２００ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極は、約１００ｎｍから約１μｍの厚さである。いくつかの実施形態では、電極はポリマー層でコーティングされている。いくつかの実施形態では、ポリマー層は多孔質である。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、誘電体材料をさらに含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層はコポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、ポリメチルメタクリレート、ナイロン６６、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリエチレンテレフタレート、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、ポリヒドロキシエチルメタクリレートを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層はヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、約０．０１ミクロンから１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％から約９９．９９％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％から約５０％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約５０％から約９９．９９％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約２５％から約７５％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約１％から約２５％の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、デバイスの導電率の約０．０１％から約１０％の減少をもたらす。
【0234】
白金を含む電極、および電極の一部と接触している層を備えた、分析物を捕捉するためのデバイスも本明細書で提供され、電極は、ＡＣ誘電泳動場領域を生成するように構成され、層は、厚さが１００オングストローム未満であり、誘電体と導電性材料とを含み、半導電性材料と導電性材料の比は約０．３／２であり、層が存在すると、デバイスの導電率が３０％低下する。
【0235】
本明細書でさらに提供されるのは、サンプル中の分析物を単離するための方法であり、この方法は、以下を含む。本明細書で提供されるデバイスのデバイスにサンプルを適用する工程、少なくとも１つのＡＣ誘電泳動および／またはＡＣ動電場領域を生成する工程、ならびにＡＣ誘電泳動および／またはＡＣ動電学的場領域で分析物を単離する工程を含む。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも５倍の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも５０倍の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも１００倍の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも２００倍の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、層の存在は、層のないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも５００倍の増加をもたらす。いくつかの実施形態では、分析物は生体分子を含む。いくつかの実施形態において、分析物は、核酸、ヌクレオソーム、エキソソーム、細胞外小胞、凝集タンパク質、ウイルス、原核細胞、細胞膜断片、ミトコンドリア、細胞小胞、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、分析物はウイルスを含む。いくつかの実施形態では、分析物は無細胞材料を含む。いくつかの実施形態では、分析物は無細胞核酸を含む。いくつかの実施形態では、サンプルは流体を含む。いくつかの実施形態では、流体は細胞を含む。いくつかの実施形態では、細胞は原核細胞を含む。いくつかの実施形態では、細胞は真核細胞を含む。いくつかの実施形態では、流体は、１００ｍＳ／ｍ以上の導電率を有する。いくつかの実施形態では、流体は、１００ｍＳ／ｍ未満の導電率を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、その最大寸法が１マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、分析物は、その最大寸法が０．１マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、分析物は、その最大寸法が５０ナノメートル以下である。いくつかの実施形態では、分析物は、１ナノグラム以下の質量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、１ピコグラム以下の質量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、１モルあたり１０９グラム以下の分子量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、１モルあたり１０６グラム以下の分子量を有する。いくつかの実施形態において、分析物は、１モル当たり１０３グラム以下の分子量を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、約１から約１００の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、約１から約２０の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、分析物は、約６から約１１の誘電率を有する。
【0236】
本明細書でさらに提供されるのは、少なくとも１つの堆積技術を使用して電極上に層を堆積することを含む、本明細書に記載のデバイスのいずれかを製造するための方法である。いくつかの実施形態では、堆積技術は、電子ビーム堆積、電極スパッタリング堆積、原子層堆積、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＡＶ）、パルスレーザー堆積、および化学蒸着からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、堆積技術は、スパッタリング堆積を含む。いくつかの実施形態では、スパッタリング堆積は、イオンビーム、反応性、イオン支援、高ターゲット利用、高出力インパルスマグネトロン、またはガスフロースパッタリングを含む。
【0237】
本明細書でさらに提供されるのは、本明細書に記載のデバイスのいずれか１つにサンプルを適用することを含む、患者の疾患または状態を診断またはモニターする方法である。
【0238】
定義と略語
別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語、表記法、ならびに他の技術的および科学的用語または用語は、特許請求される主題が関係する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有することを意図する。場合によっては、一般に理解されている意味を持つ用語は、明確にするためおよび／またはすぐに参照できるように本明細書で定義され、本明細書にそのような定義を含めることは、当技術分野で一般に理解されているものとの実質的な違いを表すと必ずしも解釈されるべきではない。
別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語、表記法、ならびに他の技術的および科学的用語または用語は、特許請求される主題が関係する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有することを意図する。場合によっては、一般に理解されている意味を持つ用語は、明確にするためおよび／またはすぐに参照できるように本明細書で定義され、本明細書にそのような定義を含めることは、当技術分野で一般に理解されているものとの実質的な違いを表すと必ずしも解釈されるべきではない。
【0239】
本明細書全体を通して、様々な実施形態が範囲形式で提示され得る。範囲形式での記載は、単に便宜上および簡潔にするためのものであり、開示の範囲に対する柔軟性のない制限として解釈されるべきではないことを理解されたい。したがって、範囲の説明は、その範囲内の個々の数値と同様に、すべての可能なサブ範囲を具体的に開示していると見なされるべきである。例えば、１から６までなどの範囲の記述は、１から３まで、１から４まで、１から５まで、２から４まで、２から６まで、３から６までなどのサブ範囲、ならびにその範囲内の個々の数字、例えば、１、２、３、４、５、および６などを具体的に開示していると見なされるべきである。範囲の幅に関係なく適用される。
【0240】
明細書および特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数形の参照を含む。例えば、「サンプル」という用語は、それらの混合物を含む複数のサンプルを含む。
【0241】
「決定する」、「測定する」、「評価する」、「見積もる」、「アッセイする」、および「分析する」という用語は、本明細書では、測定の形態を指すためにしばしば交換可能に使用される。この用語には、要素が存在するかどうかの判断（例えば、検出）が含まれる。これらの用語には、定量的、定性的、または定量的かつ定性的な決定が含まれる。評価は相対的または絶対的である。「存在の検出」は、状況に応じて、存在するか存在しないかを決定することに加えて、存在するものの量を決定することを含み得る。
【0242】
「対象」、「個人」、または「患者」という用語は、本明細書ではしばしば交換可能に使用される。「対象」は、発現された遺伝物質を含む生物学的実体であり得る。生物学的実体は、例えば、細菌、ウイルス、真菌、および原生動物を含む、植物、動物、または微生物であり得る。対象は、インビボで得られた、またはインビトロで培養された生物学的実体の組織、細胞およびそれらの子孫であり得る。対象は哺乳動物であり得る。哺乳動物はヒトであり得る。対象は、疾患のリスクが高いと診断または疑われる可能性があります。場合によっては、対象は必ずしも病気のリスクが高いと診断または疑われるとは限らない。
【0243】
「インビボ」という用語は、被験者の体内で起こる事象を説明するために使用される。
【0244】
「エキソビボ」という用語は、被験者の体外で発生する事象を説明するために使用される。エキソビボアッセイは、対象に対して行われない。むしろ、被験者とは別のサンプルに対して実行される。サンプルに対して実施されるエキソビボアッセイの例は、「インビトロ」アッセイである。
【0245】
「インビトロ」という用語は、実験用試薬を保持するための容器に含まれ、その結果、材料が得られる生物学的供給源から分離されるように起こる事象を説明するために使用される。インビトロアッセイは、生細胞または死細胞が使用される細胞ベースのアッセイを包含することができる。インビトロアッセイはまた、無傷の細胞が使用されない無細胞アッセイを包含することができる。
【0246】
本明細書で使用される場合、「約」の数という用語は、その数のプラスマイナス１０％を指す。範囲の「約」という用語は、その最小値の１０％マイナスのものと、その最大値の１０％プラスのものの範囲を指す。
【0247】
本明細書で使用される場合、「治療」または「治療すること」という用語は、レシピエントにおいて有益なまたは望ましい結果を得るための医薬品または他の介入レジメンに関して使用される。有益なまたは望ましい結果には、治療的利益および／または予防的利益が含まれるが、これらに限定されない。治療的利益は、治療される症状または根底にある障害の根絶または改善を指すことができる。また、治療上の利益は、対象が依然として根底にある障害に苦しんでいる可能性があるにもかかわらず、対象に改善が観察されるように、根底にある障害に関連する１つ以上の生理学的症状の根絶または改善によって達成することができる。予防効果には、疾患または状態の出現を遅らせる、予防する、または排除するか、疾患または状態の症状の発症を遅延または排除するか、疾患または状態の進行を遅らせる、停止する、または逆転させるか、あるいはそれらの任意の組み合わせが含まれる。予防的利益のために、特定の疾患を発症するリスクのある対象、または疾患の生理学的症状の１つ以上を報告する対象に対して、この疾患の診断がなされていない場合でも、治療を受けることができる。
【0248】
本書で使用されているセクションの見出しは、組織的な目的のみであり、説明されている主題を制限するものとして解釈されるべきではない。
【0249】
本明細書で使用される場合、「Ｖｐ－ｐ」という用語は、ピークツーピーク電圧である。
【0250】
本明細書で使用される場合、「ＴＢＥ」という用語は、トリスベース、ホウ酸およびＥＤＴＡの混合物を含む緩衝液である。
【0251】
本明細書で使用される場合、「ＴＥ」という用語は、トリスベースおよびＥＤＴＡの混合物を含む緩衝液である。
【0252】
本明細書で使用される場合、「Ｌ－ヒスチジン緩衝液」という用語は、Ｌ－ヒスチジンを含む溶液である。
【0253】
本明細書で使用される場合、「ＤＥＰ」という用語は、誘電泳動の略語である。
【0254】
本明細書で使用される場合、「ＡＣＥ」という用語は、交流動電学である。
【実施例0255】
実施例１：従来技術の電極を用いた核酸の単離
微小電極アレイを構成するためのチップを作製した。４５×２０電極アレイ、２００μｍの中心－中心ピッチ上のカスタム直径８０μｍの円形白金微小電極アレイを、以前の結果に基づいて製造した（以下の参考文献１－３を参照）。９００個の微小電極すべてが一緒に活性化され、ＡＣバイアスを印加されて、チェッカーボードフィールドジオメトリが形成される。正のＤＥＰ領域は、微小電極の真上に発生し、負の低電界領域は、微小電極間に発生する。アレイをマイクロ流体カートリッジに封入し、アクリル窓で覆われた５０μＬのサンプルチャンバを形成した（図１）。微小電極への電気接続を、フローセル内のＰＣＢボードからのＭｏｌｅｘコネクタからアクセスした。ファンクションジェネレータ（ＨＰ ３２４５Ａ）は、溶液の導電率に応じて、１０ＫＨｚおよび１０－１４Ｖのピーク－ピークで正弦波の電気信号を提供した。画像を、蛍光顕微鏡（Ｌｅｉｃａ社製）およびＥＧＦＰキューブ（４８５ｎｍの発光および５２５ｎｍの励起バンドパスフィルター）で捕捉された。励起源は、ＰｈｏｔｏＦｌｕｏｒ ＩＩ ２００ Ｗ Ｈｇアークランプであった。
微小電極アレイを構成するためのチップを作製した。４５×２０電極アレイ、２００μｍの中心－中心ピッチ上のカスタム直径８０μｍの円形白金微小電極アレイを、以前の結果に基づいて製造した（以下の参考文献１－３を参照）。９００個の微小電極すべてが一緒に活性化され、ＡＣバイアスを印加されて、チェッカーボードフィールドジオメトリが形成される。正のＤＥＰ領域は、微小電極の真上に発生し、負の低電界領域は、微小電極間に発生する。アレイをマイクロ流体カートリッジに封入し、アクリル窓で覆われた５０μＬのサンプルチャンバを形成した（図１）。微小電極への電気接続を、フローセル内のＰＣＢボードからのＭｏｌｅｘコネクタからアクセスした。ファンクションジェネレータ（ＨＰ ３２４５Ａ）は、溶液の導電率に応じて、１０ＫＨｚおよび１０－１４Ｖのピーク－ピークで正弦波の電気信号を提供した。画像を、蛍光顕微鏡（Ｌｅｉｃａ社製）およびＥＧＦＰキューブ（４８５ｎｍの発光および５２５ｎｍの励起バンドパスフィルター）で捕捉された。励起源は、ＰｈｏｔｏＦｌｕｏｒ ＩＩ ２００ Ｗ Ｈｇアークランプであった。
【0256】
［１］Ｒ．Ｋｒｉｓｈｎａｎ，Ｂ．Ｄ．Ｓｕｌｌｉｖａｎ，Ｒ．Ｌ．Ｍｉｆｆｌｉｎ，Ｓ．Ｃ．Ｅｓｅｎｅｒ，ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｈｅｌｌｅｒ，“Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＤＮＡ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎ ｈｉｇｈ－ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．”Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，ｖｏｌ．２９，ｐａｇｅｓ １７６５－１７７４，２００８．
【0257】
［２］ Ｒ．Ｋｒｉｓｈｎａｎ ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｈｅｌｌｅｒ，“Ａｎ ＡＣ ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＤＮＡ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ．”Ｊ．Ｂｉｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ．２，ｐａｇｅｓ ２５３－２６１，２００９．
【0258】
［３］ Ｒ．Ｋｒｉｓｈｎａｎ，Ｄ．Ａ．Ｄｅｈｌｉｎｇｅｒ，Ｇ．Ｊ．Ｇｅｍｍｅｎ，Ｒ．Ｌ．Ｍｉｆｆｌｉｎ，Ｓ．Ｃ．Ｅｓｅｎｅｒ，ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｈｅｌｌｅｒ，“Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｔ ｔｈｅ ＤＥＰ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ”Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍ．，ｖｏｌ．１１，ｐａｇｅｓ １６６１－１６６６，２００９．
【0259】
核酸を含むサンプルを、ＤＩ水で次の濃度に希釈した：５０ナノグラム、５ナノグラム、１ナノグラム、および５０ピコグラム。核酸サンプルを、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ（Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｃａｒｌｓｂａｄ、ＣＡ）から購入した１×ＳＹＢＲ Ｇｒｅｅｎ Ｉ緑色蛍光二本鎖ＤＮＡ色素を使用して染色した。次に、この混合物を微小電極アレイに挿入し、１４ボルトのピークツーピーク（Ｖｐ－ｐ）で、１０ｋＨｚの正弦波で１分間実行した。１分の終わりに、微小電極パッドの写真を、緑色蛍光フィルター（ＦＩＴＣ）を使用して、顕微鏡で１０倍の対物レンズを備えたＣＣＤカメラを使用して撮影し、核酸を視覚化できるようにした。
【0260】
実施例２：誘電体デバイスを用いた核酸の単離
チップを、実施例１の一般的な方法を変更して使用することで製造した：チップ表面に存在する電極上に誘電体層をコーティングした。誘電体材料を、電子ビーム蒸着を使用して、電極の表面にさまざまな厚さ（約０、８、１６、２４、または４８オングストローム）で蒸着した。核酸を含むサンプルを微小電極アレイに挿入し、次に、実施例１の一般的な方法を使用して実行した。約０、８、１６、２４、または４８オングストロームの厚さの誘電体層を有するチップは、それぞれ約５×１０４、７×１０５、１×１０７、５×１０５、または５×１０４蛍光ユニットの蛍光を生成した（図７）。この実施例は、最適な厚さの誘電体層が蛍光信号における増加をもたらすことを示し、誘電体層を有しないデバイスと比較して、捕捉された核酸の量における増加を示す。
チップを、実施例１の一般的な方法を変更して使用することで製造した：チップ表面に存在する電極上に誘電体層をコーティングした。誘電体材料を、電子ビーム蒸着を使用して、電極の表面にさまざまな厚さ（約０、８、１６、２４、または４８オングストローム）で蒸着した。核酸を含むサンプルを微小電極アレイに挿入し、次に、実施例１の一般的な方法を使用して実行した。約０、８、１６、２４、または４８オングストロームの厚さの誘電体層を有するチップは、それぞれ約５×１０４、７×１０５、１×１０７、５×１０５、または５×１０４蛍光ユニットの蛍光を生成した（図７）。この実施例は、最適な厚さの誘電体層が蛍光信号における増加をもたらすことを示し、誘電体層を有しないデバイスと比較して、捕捉された核酸の量における増加を示す。
【0261】
実施例３：誘電体デバイスの表面特性の評価
実施例２で製造されたデバイスの物理的特性を評価した。表面のＳＥＭ画像を取得し（図５）、コーティングされた電極チップの上部８０オングストロームの深さプロファイルを、オージェ分光法を使用して取得した。結果は、様々な深さでの電極チップ（誘電体および金属）の組成を示している（図６）。この例は、厚さが約４８オングストロームの誘電体層が、デバイス上に製造されたことを示している。
実施例２で製造されたデバイスの物理的特性を評価した。表面のＳＥＭ画像を取得し（図５）、コーティングされた電極チップの上部８０オングストロームの深さプロファイルを、オージェ分光法を使用して取得した。結果は、様々な深さでの電極チップ（誘電体および金属）の組成を示している（図６）。この例は、厚さが約４８オングストロームの誘電体層が、デバイス上に製造されたことを示している。
【0262】
実施例４：誘電体デバイスを用いたヒトゲノムＤＮＡの単離
研究者は、サンプルからヒトゲノムＤＮＡを単離することに関心がある。２０－４０ｋｂｐのヒトゲノムＤＮＡ（ｇＤＮＡ）を、サンプルから分離する。ｇＤＮＡを、ＤＩ水で次の濃度：５０ナノグラム、５ナノグラム、１ナノグラム、および５０ピコグラムに希釈する。ｇＤＮＡを、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ（Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｃａｒｌｓｂａｄ、ＣＡ）から購入した１×ＳＹＢＲ Ｇｒｅｅｎ Ｉ緑色蛍光二本鎖ＤＮＡ色素を使用して染色する。次に、この混合物を、実施例２の一般的な手順を使用して製造された誘電体コーティングされた微小電極アレイに挿入し、１４ボルトのピークツーピーク（Ｖｐ－ｐ）で、１０ｋＨｚの正弦波で１分間実行する。１分の終わりに、微小電極パッドの写真を、緑色蛍光フィルター（ＦＩＴＣ）を使用して、顕微鏡で１０倍の対物レンズを備えたＣＣＤカメラを使用して撮影し、ｇＤＮＡを視覚化できるようにする。誘電体層を備えたデバイスは、蛍光シグナルにおける増増をもたらし、誘電体層を備えていないデバイスと比較して、捕捉されたｇＤＮＡの量における増加を示す。
研究者は、サンプルからヒトゲノムＤＮＡを単離することに関心がある。２０－４０ｋｂｐのヒトゲノムＤＮＡ（ｇＤＮＡ）を、サンプルから分離する。ｇＤＮＡを、ＤＩ水で次の濃度：５０ナノグラム、５ナノグラム、１ナノグラム、および５０ピコグラムに希釈する。ｇＤＮＡを、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ（Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｃａｒｌｓｂａｄ、ＣＡ）から購入した１×ＳＹＢＲ Ｇｒｅｅｎ Ｉ緑色蛍光二本鎖ＤＮＡ色素を使用して染色する。次に、この混合物を、実施例２の一般的な手順を使用して製造された誘電体コーティングされた微小電極アレイに挿入し、１４ボルトのピークツーピーク（Ｖｐ－ｐ）で、１０ｋＨｚの正弦波で１分間実行する。１分の終わりに、微小電極パッドの写真を、緑色蛍光フィルター（ＦＩＴＣ）を使用して、顕微鏡で１０倍の対物レンズを備えたＣＣＤカメラを使用して撮影し、ｇＤＮＡを視覚化できるようにする。誘電体層を備えたデバイスは、蛍光シグナルにおける増増をもたらし、誘電体層を備えていないデバイスと比較して、捕捉されたｇＤＮＡの量における増加を示す。
【0263】
実施例５：誘電体デバイスを用いた大腸菌からのＤＮＡの単離
研究者は、サンプルから単離された細菌ＤＮＡに関心がある。実施例２の一般的な方法を使用して製造されたチップを使用して、５０μＬの流体中の約５０００個の緑色蛍光大腸菌細胞を、誘電体コーティングされたチップに挿入する。大腸菌を、ＨＰ３２４５Ａファンクションジェネレータを使用して用いて１００ミリ秒の１００Ｖ ＤＣパルスを使用して溶解する。次に、溶解した粒子を１０ｋＨｚ、１０Ｖｐ－ｐを使用して電極表面上に収集し、イルミナ社製Ｎｅｘｔｅｒａ（登録商標）プロトコルを、ＤＮＡが（チップ上に適切な緩衝液を適切なタイミングで挿入することにより）チップ上にある間のシーケンス用のライブラリー調製を行い（シーケンス用にＤＮＡにタグ付けする。次に、ＤＮＡを５０μＬの１×ＴＢＥ緩衝液で溶出し、Ｂｉｏ－Ｒａｄ ＰＣＲマシン上で（Ｎｅｘｔｅｒａプロトコルを使用して）９－１２サイクルＰＣＲ増幅する。誘電体層を備えたデバイスは、蛍光シグナルにおける増加をもたらし、誘電体層を備えていないデバイスと比較して、捕捉された細菌ＤＮＡの量における増加を示す。
研究者は、サンプルから単離された細菌ＤＮＡに関心がある。実施例２の一般的な方法を使用して製造されたチップを使用して、５０μＬの流体中の約５０００個の緑色蛍光大腸菌細胞を、誘電体コーティングされたチップに挿入する。大腸菌を、ＨＰ３２４５Ａファンクションジェネレータを使用して用いて１００ミリ秒の１００Ｖ ＤＣパルスを使用して溶解する。次に、溶解した粒子を１０ｋＨｚ、１０Ｖｐ－ｐを使用して電極表面上に収集し、イルミナ社製Ｎｅｘｔｅｒａ（登録商標）プロトコルを、ＤＮＡが（チップ上に適切な緩衝液を適切なタイミングで挿入することにより）チップ上にある間のシーケンス用のライブラリー調製を行い（シーケンス用にＤＮＡにタグ付けする。次に、ＤＮＡを５０μＬの１×ＴＢＥ緩衝液で溶出し、Ｂｉｏ－Ｒａｄ ＰＣＲマシン上で（Ｎｅｘｔｅｒａプロトコルを使用して）９－１２サイクルＰＣＲ増幅する。誘電体層を備えたデバイスは、蛍光シグナルにおける増加をもたらし、誘電体層を備えていないデバイスと比較して、捕捉された細菌ＤＮＡの量における増加を示す。
【0264】
実施例６：誘電体デバイスを用いた無細胞バイオマーカーの単離
ＡＣＥマイクロ流体カートリッジを使用して、無細胞バイオマーカーの相対濃度を、未知のサンプルにおいて決定する（サンプルは全血、血清、血漿であり得る）。ＡＣＥマイクロ流体カートリッジは、既知の標準のための１つ以上のチャンバーおよび未知のサンプルのための１つ以上のチャンバーを用いた実施例１の一般的な方法を使用して設計され得る。
ＡＣＥマイクロ流体カートリッジを使用して、無細胞バイオマーカーの相対濃度を、未知のサンプルにおいて決定する（サンプルは全血、血清、血漿であり得る）。ＡＣＥマイクロ流体カートリッジは、既知の標準のための１つ以上のチャンバーおよび未知のサンプルのための１つ以上のチャンバーを用いた実施例１の一般的な方法を使用して設計され得る。
【0265】
１０Ｖｐ－ｐおよび１０ｋＨｚでのＡＣＥ場を適用して、実施例２の一般的な方法を使用して設計されたチップを含むマイクロ流体カートリッジチャンバーを選択し、目的の無細胞標的バイオマーカーを誘電体コーティングまたは埋め込み電極上に捕捉する。流体洗浄液（水＋オスモライト）を適用して、不要なサンプル、つまり電極上に捕捉されない粒子やその他の構成要素を洗い流す。この流体洗浄は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）および次世代シーケンシングと互換性があるため、溶出後の二次分析を可能にさせる。
【0266】
標的バイオマーカーは、タンパク質、脂質、抗体、高分子量ＤＮＡ（３００ｂｐを超える）、腫瘍細胞、エキソソーム、ヌクレオソーム、ナノソームを含む。このようなバイオマーカーの蛍光検出／定量には、ＹＯＹＯ（登録商標）－１、ＳＹＢＲ（登録商標）Ｇｒｅｅｎ、ＣＢＱＣＡタンパク質定量キット、ＳＹＴＯ（登録商標）ＲＮＡＳｅｌｅｃｔＴＭなどの特定の色素を使用する。誘電体層を備えたデバイスは、誘電体層を備えていないデバイスと比較して、蛍光シグナルの増加をもたらし、捕捉された無細胞バイオマーカーの量の増加を示す。
【0267】
実施例７：誘電体デバイスを用いたラベリングおよび蛍光顕微鏡を使用したオンチップ定量化
ＡＣＥマイクロ流体カートリッジを使用して、無細胞バイオマーカーの相対濃度を未知のサンプル中で測定した（サンプルは全血、血清、血漿である可能性がある）。ＡＣＥマイクロ流体カートリッジは、既知の標準のための１つ以上のチャンバーおよび未知のサンプルのための１つ以上のチャンバーを備えた実施例１の一般的な方法を使用して設計され得る。
ＡＣＥマイクロ流体カートリッジを使用して、無細胞バイオマーカーの相対濃度を未知のサンプル中で測定した（サンプルは全血、血清、血漿である可能性がある）。ＡＣＥマイクロ流体カートリッジは、既知の標準のための１つ以上のチャンバーおよび未知のサンプルのための１つ以上のチャンバーを備えた実施例１の一般的な方法を使用して設計され得る。
【0268】
１０Ｖｐ－ｐおよび１０ｋＨｚのＡＣＥフィールドを適用して、実施例２の一般的な方法を使用して設計されたチップを備えたマイクロ流体カートリッジチャンバーを選択し、および目的の無細胞標的バイオマーカーを誘電体コーティングまたは埋め込み電極上に捕捉する。流体洗浄液（水＋浸透圧調節物質）を適用して、不要なサンプル、つまり電極上に捕捉されない粒子やその他の構成要素を洗い流す。この流体洗浄は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）および次世代シーケンシングと互換性があるため、溶出後の二次分析を可能にする。
【0269】
標的バイオマーカーは、タンパク質、脂質、抗体、高分子量ＤＮＡ（３００ｂｐを超える）、腫瘍細胞、エキソソーム、ヌクレオソーム、ナノソームを含む。このようなバイオマーカーの蛍光検出／定量には、ＹＯＹＯ（登録商標）－１、ＳＹＢＲ（登録商標）Ｇｒｅｅｎ、ＣＢＱＣＡタンパク質定量キット、ＳＹＴＯ（登録商標）ＲＮＡＳｅｌｅｃｔＴＭなどの特定の色素を使用する。
【0270】
一旦、過剰で不要なサンプルが洗い流されると、ＣＣＤ／ＣＭＯＳ／ＰＭＴ検出器は、蛍光顕微鏡（適切な励起／発光フィルターを備えた）と結合して使用され、電極中の２つの領域間のピクセル強度を比較する関心領域（ＲＯＩ）画像セグメント化アルゴリズムを使用して未知の分析物の直接的な検出（バイナリ）および／または定量（濃度）を可能にする。既知および未知のチャンバーの両方からの蛍光定量化が決定され、次に、線形フィット検量線を使用してデータを比較し、既知のチャンバーと未知のチャンバーの間の強度の相対比を引き起こす。既知のチャンバー内の分析物は既知の特定濃度の無細胞標的バイオマーカーを有し、蛍光ラベルは標的分析物に特異的であるため、既知のチャンバーと未知のチャンバーの強度との間の代数的関係を使用して、可能にし、未知のチャンバーから分析物の濃度の決定を線形較正曲線とする。誘電体層を備えたデバイスは、誘電体層を備えていないデバイスと比較して、精度と正確さの向上をもたらす。
【0271】
実施例８：誘電体デバイスを使用するＱ－ＰＣＲ、ＲＴ－ＰＣＲ、およびシーケンシングを使用したオフチップ定量化
ＡＣＥマイクロ流体カートリッジを使用して、無細胞バイオマーカーの相対濃度が未知のサンプル中で決定される。サンプルは、全血、血清、血漿、または他の生物学的サンプル／液体であり得る。ＡＣＥマイクロ流体カートリッジは、既知の標準のための１つ以上のチャンバーおよび未知のサンプルのための１つ以上のチャンバーを備えた実施例１の一般的な方法を使用して設計され得る。
ＡＣＥマイクロ流体カートリッジを使用して、無細胞バイオマーカーの相対濃度が未知のサンプル中で決定される。サンプルは、全血、血清、血漿、または他の生物学的サンプル／液体であり得る。ＡＣＥマイクロ流体カートリッジは、既知の標準のための１つ以上のチャンバーおよび未知のサンプルのための１つ以上のチャンバーを備えた実施例１の一般的な方法を使用して設計され得る。
【0272】
１０Ｖｐ－ｐおよび１０ｋＨｚのＡＣＥフィールドをチャンバーに適用して、目的の無細胞標的バイオマーカーが、実施例２の一般的な方法を使用して設計されたチップを備えた誘電体コーティング電極に捕捉される。流体洗浄（水＋浸透圧調節物質）が、すべての不要なサンプルを除去するために、ＡＣＥフィールドがまだオンになっている間に、ペリスターポンプを使用して適用される。この流体洗浄は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）および次世代シーケンシングと互換性があるため、溶出後の二次分析を可能にする。
【0273】
ＡＣＥフィールドがオフになり、キャプチャされた粒子がＰＣＲ／シーケンシング互換溶液に放出される。未知のサンプルは電極から溶出され、サンプルはＰＣＲまたは次世代シーケンシング分析で使用され、溶出されたｄｓＤＮＡまたはＲＮＡに存在する可能性のある特定の遺伝子配列、変化または欠失を決定する。Ｈ２ＯまたはＡＣＥ流体洗浄液のいずれかで希釈した細胞株Ｈ１９７５、ＲＫＯ、ＯＣＩ－ＡＭＬ３およびＨＥＬ ９２．１．７からのＤＮＡサンプルのＰＣＲ変異を検出するためのＰＣＲ技術を、ＥＧＦＲ Ｔ７９０、ＢＲＡＦ Ｖ６００、ＮＰＭ１ａ、およびＪＡＫ２ ６１７Ｖアッセイのポジティブコントロールとして使用する。誘電体層を備えたデバイスは、誘電体層を備えていないデバイスと比較して、精度と正確さの向上をもたらす。
【0274】
実施例９：ＤＣ電極を含むデバイス
実施例２のデバイスは、誘電体でコーティングされたアドレス可能な電極の第２のアレイをさらに含む。実施例２の一般的な方法に従った分析物の分離中に、電極の第２のアレイは直流で荷電される。ＤＣは、ＡＣ電極の表面上、またはデバイスを介した分析対象物または他のサンプル成分の電気泳動移動を容易にするために、オプションで連続またはパルス化されます。この方法でコーティングされたＤＣ電極を使用すると、独立して、またはＡＣ電極と協調して、分析物（核酸の異なる分子量など）のさらなる分離を提供する。 誘電体層を有するＤＣ電極を備えたデバイスは、非誘電体でコーティングされたＤＣ電極を備えたデバイスと比較して、核酸の純度および収量の増加をもたらす。
実施例２のデバイスは、誘電体でコーティングされたアドレス可能な電極の第２のアレイをさらに含む。実施例２の一般的な方法に従った分析物の分離中に、電極の第２のアレイは直流で荷電される。ＤＣは、ＡＣ電極の表面上、またはデバイスを介した分析対象物または他のサンプル成分の電気泳動移動を容易にするために、オプションで連続またはパルス化されます。この方法でコーティングされたＤＣ電極を使用すると、独立して、またはＡＣ電極と協調して、分析物（核酸の異なる分子量など）のさらなる分離を提供する。 誘電体層を有するＤＣ電極を備えたデバイスは、非誘電体でコーティングされたＤＣ電極を備えたデバイスと比較して、核酸の純度および収量の増加をもたらす。
【0275】
実施例１０：様々な誘電体を用いた核酸の単離
チップは、実施例１の一般的な方法を変更して製造される：誘電体層が、各チップ表面に存在する電極上にコーティングされる。表１の誘電体材料１－１１の１つのタイプは、各チップの電極の表面に様々な厚さ（約０、８、１６、２４または４８オングストローム）で堆積される。核酸を含むサンプルを微小電極アレイに挿入し、次に実施例１の一般的な方法を使用して実行する。捕捉された核酸の量を誘電体層のないデバイスと比較して測定する。
チップは、実施例１の一般的な方法を変更して製造される：誘電体層が、各チップ表面に存在する電極上にコーティングされる。表１の誘電体材料１－１１の１つのタイプは、各チップの電極の表面に様々な厚さ（約０、８、１６、２４または４８オングストローム）で堆積される。核酸を含むサンプルを微小電極アレイに挿入し、次に実施例１の一般的な方法を使用して実行する。捕捉された核酸の量を誘電体層のないデバイスと比較して測定する。
【0276】
【表1】
【0277】
実施例１１：酸化アルミニウム誘電体層を用いた核酸の単離
チップは、実施例１の一般的な方法を変更して製造される：誘電体層を、チップ表面に存在する電極上にコーティングした。酸化アルミニウムは、電極の表面にさまざまな厚さ（約０、８、１６、２４、または４８オングストローム）で堆積した。核酸を含むサンプルを微小電極アレイに挿入し、次に実施例１の一般的な方法を使用して実行した。誘電体層の存在は、誘電体層のないデバイスと比較して捕捉された核酸の増加をもたらさなかった。
チップは、実施例１の一般的な方法を変更して製造される：誘電体層を、チップ表面に存在する電極上にコーティングした。酸化アルミニウムは、電極の表面にさまざまな厚さ（約０、８、１６、２４、または４８オングストローム）で堆積した。核酸を含むサンプルを微小電極アレイに挿入し、次に実施例１の一般的な方法を使用して実行した。誘電体層の存在は、誘電体層のないデバイスと比較して捕捉された核酸の増加をもたらさなかった。
【0278】
実施例１２：誘電体を含むヒドロゲルの形成
誘電体を含むヒドロゲルは、蒸着によってチップ表面に層状化される。ｐＨＥＭＡおよび表１の誘電体材料の混合物を含むヒドロゲル組成物を、さまざまな厚さ（１００、２００、３００、４００ｎｍ）で堆積させ、電極チップ上で架橋（５、２５、４０％）密度を実行する。ヒドロゲルフィルムは、標準のＡＣＥプロトコル（前処理なし、７Ｖｐ－ｐ、１０ ＫＨｚ、２分、０．５×ＰＢＳ、Ｓｙｂｒ Ｇｒｅｅｎ１で標識された５００ｎｇ／ｍｌ ｇＤＮＡ）を使用してテストする。電極上の蛍光は画像化によって捕捉され、捕捉された核酸の量を、誘電体層のないデバイスと比較して測定する。
誘電体を含むヒドロゲルは、蒸着によってチップ表面に層状化される。ｐＨＥＭＡおよび表１の誘電体材料の混合物を含むヒドロゲル組成物を、さまざまな厚さ（１００、２００、３００、４００ｎｍ）で堆積させ、電極チップ上で架橋（５、２５、４０％）密度を実行する。ヒドロゲルフィルムは、標準のＡＣＥプロトコル（前処理なし、７Ｖｐ－ｐ、１０ ＫＨｚ、２分、０．５×ＰＢＳ、Ｓｙｂｒ Ｇｒｅｅｎ１で標識された５００ｎｇ／ｍｌ ｇＤＮＡ）を使用してテストする。電極上の蛍光は画像化によって捕捉され、捕捉された核酸の量を、誘電体層のないデバイスと比較して測定する。
【0279】
本開示の好ましい実施形態が本明細書に示され、説明されてきたが、そのような実施形態が例示としてのみ提供されることは当業者には明らかである。多数の変形、変更、および置換が、本開示から逸脱することなく、当技術分野の当業者に発生する。本明細書に記載の本開示の実施形態に対する様々な代替案が、本開示を実施する際に使用され得ることが理解されるべきである。以下の特許請求の範囲は、開示の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法および構造、ならびにそれらの同等物は、それによってカバーされることが意図されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2024-01-12
【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】
分析物を捕捉するためのデバイスであって、当該デバイスは、
ａ）動電場領域を生成するように構成された電極、および
ｂ）前記電極の少なくとも一部分と接触している層であって、厚さが５オングストロームから２５オングストロームの誘電体材料を含む層
を含み、
層を有さない、または厚さが２５オングストロームを超える層を有するデバイスと比較して、分析物捕捉の総収量を増加させる、デバイス。
ａ）動電場領域を生成するように構成された電極、および
ｂ）前記電極の少なくとも一部分と接触している層であって、厚さが５オングストロームから２５オングストロームの誘電体材料を含む層
を含み、
層を有さない、または厚さが２５オングストロームを超える層を有するデバイスと比較して、分析物捕捉の総収量を増加させる、デバイス。
【請求項2】
前記動電場が誘電場、電熱場、電気浸透場、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項3】
前記誘電体材料が、メタロイド酸化物、メタロイド窒化物、メタロイドカーバイド、メタロイドケイ化物、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項4】
前記メタロイドが、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項３に記載のデバイス。
【請求項5】
前記誘電体材料が金属をさらに含む、請求項１－４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項6】
前記金属が、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、マンガン、マグネシウム、タングステン、ジルコニウム、クロム、金、鉄、アルミニウム、タンタル、ガリウム、銅、銀、真ちゅう、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、コバルト、インジウム、ビスマス、鉛、ランタン、ハフニウム、イットリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、カドミウム、水銀、タリウム、アンチモン、ゲルマニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項５に記載のデバイス。
【請求項7】
前記誘電体材料が有機ポリマーまたは無機ポリマーを更に含む、請求項１－６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項8】
前記誘電体材料がセラミックを更に含む、請求項１－６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項9】
前記誘電体材料が２－１０の誘電定数を有する、請求項１－６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項10】
前記層が、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化チタン、ゲルマニウム、ポリテトラフルオロエチレン、ネオプレン、ポリフッ化ビニリデン、二酸化ケイ素、二酸化チタン、フルオロシリケートガラス、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、メチルシルセスキオキサン、ポリアリーレンエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、炭酸カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１－６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項11】
前記電極が導電性材料を含む、請求項１－１０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項12】
前記誘電体材料対導電性材料の比が０．０１：２－９９：１である、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項13】
前記誘電体材料対導電性材料の比が０．３：２である、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項14】
前記導電性材料が、白金、金、アルミニウム、タンタル、ガリウムヒ素、銅、銀、真ちゅう、亜鉛、スズ、ニッケル、シリコン、パラジウム、チタン、グラファイト、カーボン、およびそれらの組み合わせからなる群のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１－１３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項15】
サンプル中の分析物を単離するための方法であって、前記方法は、
（ａ）請求項１－１４のいずれか１項に記載のデバイスにサンプルを適用する工程、
（ｂ）少なくとも１つの交流誘電場領域および／または交流動電場領域を生成する工程、ならびに
（ｃ）交流誘電場領域および／または交流動電場領域において分析物を単離する工程、
を含む、方法。
（ａ）請求項１－１４のいずれか１項に記載のデバイスにサンプルを適用する工程、
（ｂ）少なくとも１つの交流誘電場領域および／または交流動電場領域を生成する工程、ならびに
（ｃ）交流誘電場領域および／または交流動電場領域において分析物を単離する工程、
を含む、方法。
【請求項16】
前記層の存在が、前記層を有さないデバイスと比較した場合、表面での分析物捕捉の少なくとも５倍の増加をもたらす、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
少なくとも１つの析出技術を使用して電極上に層を析出することを含む、請求項１－１４のいずれか１項に記載のデバイスを製造するための方法。
【外国語明細書】