特表 2024-516517 自動バイオシステムエンジニアリングのためのスケーラブルなシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-16

(54)【発明の名称】自動バイオシステムエンジニアリングのためのスケーラブルなシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20240409BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20240409BHJP

   G01N 37/00 20060101ALI20240409BHJP

   B01J 19/08 20060101ALI20240409BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 A

B81B3/00

G01N37/00 101

B01J19/08 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023560079

(86)(22)【出願日】2022-03-29

(85)【翻訳文提出日】2023-11-21

(86)【国際出願番号】 US2022071413

(87)【国際公開番号】W WO2022213070

(87)【国際公開日】2022-10-06

(31)【優先権主張番号】63/167,554

(32)【優先日】2021-03-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521056216

【氏名又は名称】メコノス，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】ウェッブ，マーク エー．

(72)【発明者】

【氏名】チュールジャン，マーク エス．

(72)【発明者】

【氏名】オットー，ローレン エム．

【テーマコード（参考）】

3C081

4B029

4G075

【Ｆターム（参考）】

3C081AA01

3C081BA03

3C081BA21

3C081BA22

3C081BA23

3C081BA41

3C081BA53

3C081BA54

3C081BA55

3C081CA05

3C081CA31

3C081CA32

3C081DA03

3C081DA07

3C081DA10

3C081DA11

3C081DA12

3C081EA27

3C081EA29

3C081EA39

4B029AA23

4B029BB11

4B029BB13

4B029BB15

4B029BB16

4B029BB17

4B029BB20

4G075AA02

4G075AA27

4G075AA39

4G075AA61

4G075BB05

4G075BB10

4G075CA14

4G075DA02

4G075EB50

4G075EC21

4G075FA01

4G075FA08

4G075FA12

4G075FB01

4G075FB02

4G075FB04

4G075FB06

4G075FB12

4G075FC11

(57)【要約】

自動バイオシステムエンジニアリングのためのスケーラブルなシステム及び方法を提供する。ラボ・オン・チップ（ＬＯＣ）を含む統合型パッケージを開示する。ＬＯＣは少なくとも１つの統合型デバイスを含み、この統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、第１の側と、第１の側の反対側にある及び第２の側とを有する膜部分と；膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分であって、ＭＥＭＳキャビティ内のアクチュエータステージに配置された鋭利な部材を有するＭＥＭＳと；膜部分の第２の側に配置された流体部分であって、この流体部分内に流体媒体を流すための流体キャビティを有する流体部分と；ＬＯＣの流体部分の表面を形成する流体キャップであって、流体入口及び流体出口を有する流体キャップと；を含む。ＬＯＣを動作させる方法には、検査のために１つ又は複数の粒子を捕捉するための少なくとも１つの統合型デバイスへの電力供給が含まれる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

統合型デバイスであって、当該統合型デバイスは、
膜開口部を有する膜部分であって、第１の側と該第１の側の反対側である第２の側とを有する膜部分と、
該膜部分の前記第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分であって、該ＭＥＭＳ部分は、ＭＥＭＳキャビティ内のアクチュエータステージに配置された鋭利な部材を有しており、該鋭利な部材は、前記アクチュエータステージに対して実質的に直交して取り付けられた先端又はベース部分を有する、ＭＥＭＳ部分と、
前記膜部分の前記第２の側に配置された流体部分であって、該流体部分内に流体媒体を流すための流体キャビティを有する流体部分と、を含み、
前記膜開口部は、前記ＭＥＭＳ部分と前記流体部分との間のアクセスを提供し、且つ前記鋭利な部材の基端部分と実質的に位置合わせされ、
動作中に、前記鋭利な部材の前記基端部分は、前記膜開口部を横切って前記流体キャビティの少なくとも一部内に移動する、
統合型デバイス。

【請求項2】

前記膜部分の前記第１の側は、前記膜部分の第１の面に配置され、且つ前記膜開口部に隣接する及び／又は前記膜開口部を少なくとも部分的に取り囲む１つ又は複数の引き寄せ電極を含む、請求項１に記載の統合型デバイス。

【請求項3】

前記膜部分の前記第２の側は、前記膜部分の前記第２の側に部分的又は完全に埋め込まれ、且つ前記膜開口部に隣接する１つ又は複数の捕捉サイト電極の少なくとも一部を含む、請求項１又は２に記載の統合型デバイス。

【請求項4】

前記膜部分の前記第２の側は、前記膜部分の第２の面に配置され、且つ前記膜開口部に隣接して配置された１つ又は複数の捕捉サイト電極を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の統合型デバイス。

【請求項5】

前記流体部分は、前記膜開口部の向かい側の流体キャビティ表面に配置された１つ又は複数の対電極を含み、動作中に、前記１つ又は複数の対電極及び前記１つ又は複数の捕捉サイト電極は、１つ又は複数の電極ペアとして構成される、請求項４に記載の統合型デバイス。

【請求項6】

前記１つ又は複数の電極ペアは、前記流体媒体中の１つ又は複数の粒子を捕捉するように構成される、請求項４又は５に記載の統合型デバイス。

【請求項7】

前記１つ又は複数の粒子は、誘電泳動力を使用して捕捉される、請求項６に記載の統合型デバイス。

【請求項8】

前記アクチュエータステージは、前記ＭＥＭＳキャビティ内に吊り下げられ、且つ前記ＭＥＭＳキャビティの壁に取り付けられた２つ以上のアクチュエータアームによって支持され、該２つ以上のアクチュエータアームは、蛇行パターンを含むか、又は単結晶シリコン、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、アモルファスシリコン、水素化アモルファスシリコン、金属、金属合金、共晶、セラミック、複合材料、ポリマー、ドープシリコン、シリコンの同素体、無機ガラス状材料又は混合物、無機多結晶材料又は混合物、無機単結晶材料又は混合物、金属酸化物、半金属酸化物、金属又は半金属窒化物を含むセラミック材料、窒素又は他の非金属又は金属元素を含む金属又は半金属酸化物、上記材料のドープされた組合せ、上記材料の任意の層状スタック又は構造的組合せの少なくとも１つを含む導電材料を含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の統合型デバイス。

【請求項9】

前記鋭利な部材は、前記アクチュエータステージの第１の面に配置され、前記ＭＥＭＳキャビティは、前記アクチュエータステージの第２の面に面するＭＥＭＳキャビティ表面に配置された１つ又は複数の引き離し電極を含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の統合型デバイス。

【請求項10】

前記流体部分には流体入口及び流体出口が含まれ、前記流体媒体は、所定の流量で前記流体入口から前記流体出口まで流れる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の統合型デバイス。

【請求項11】

前記鋭利な部材は、ヌクレオチドベースの分子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ウイルスＤＮＡ、環状ヌクレオチド配列、直鎖状ヌクレオチド配列、一本鎖ヌクレオチド、環状ＤＮＡ、プラスミド、直鎖状ＤＮＡ、ハイブリッドＤＮＡ－ＲＮＡ分子、タンパク質、ペプチド、代謝物、ウイルス、カプシドナノ粒子、膜不透過性薬物、外因性細胞小器官、分子プローブ、ナノスケールデバイス、ナノスケールセンサ、ナノスケールプローブ、ナノスケールプラズモニック光スイッチ、カーボンナノチューブ、量子ドット、ナノ粒子、阻害抗体、Ｏｃｔ４又はＳｏｘ２の少なくとも１つを含む刺激性転写因子、サイレンシングＤＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ＨＤＡＣ阻害剤、ＤＮＡメチルトランスフェラーゼ阻害剤、遺伝子発現を増加又は減少させる１つ又は複数の分子、タンパク質、抗体、酵素、１つ又は複数の低分子薬物のリストからの１つ又は複数のペイロードを運ぶことができる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の統合型デバイス。

【請求項12】

統合型パッケージであって、当該統合型パッケージは、
基板と、
該基板上に配置されたラボ・オン・チップ（ＬＯＣ）と、を含み、該ＬＯＣは少なくとも１つの統合型デバイスを含み、
該統合型デバイスは、
膜開口部を有する膜部分であって、第１の側と該第１の側の反対側である第２の側とを有する膜部分と、
該膜部分の前記第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分であって、ＭＥＭＳキャビティ内のアクチュエータステージに配置された鋭利な部材を有するＭＥＭＳ部分と、
前記膜部分の前記第２の側に配置された流体部分であって、該流体部分内に流体媒体を流すための流体キャビティを有する流体部分と、
前記ＬＯＣの前記流体部分の表面を形成する流体キャップであって、流体入口及び流体出口を有する流体キャップと、を含む、
統合型パッケージ。

【請求項13】

統合型デバイスを動作させる方法であって、当該方法は、
電源を供給するステップと、
統合型デバイスを提供するステップであって、該統合型デバイスは、
膜開口部を有する膜部分であって、該膜部分は第１の側と第２の側とを有しており、前記膜部分の前記第２の側は、その上に配置された１つ又は複数の捕捉サイト電極を含む、膜部分と、
前記膜部分の前記第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分と、
前記膜部分の前記第２の側に配置された流体部分であって、前記流体部分に流体キャビティを形成する流体キャップを含む流体部分と、を含み、
前記流体キャップは、その表面に、少なくとも１つの流体入口、少なくとも１つの流体出口、及び前記膜開口部の向かい側の前記流体キャップの前記表面に配置された１つ又は複数の対電極を有している、ステップと、
前記電源を介して、前記１つ又は複数の対電極と前記１つ又は複数の捕捉サイト電極との間にＡＣ電圧を供給するステップと、
前記膜開口部の近傍に極大値を有する電場を生成するステップと、を含む、
方法。

【請求項14】

前記ＡＣ電圧の動作周波数を調整して、複数の粒子の一部に正の誘電泳動力を生じさせるステップと、
流体媒体中の前記複数の粒子のうちの１つ又は複数を捕捉するステップと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記電源を介して、アクチュエータステージと前記１つ又は複数の引き寄せ電極との間に電圧を供給するステップと、
該供給した電圧に基づいて、前記アクチュエータステージと前記１つ又は複数の引き寄せ電極との間に静電場を生成するステップと、
前記アクチュエータステージと前記１つ又は複数の引き寄せ電極との間に生成された静電場に基づいて、鋭利な部材を作動して前記膜開口部を横切って前記流体キャビティの少なくとも一部内に移動させるステップと、をさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願への相互参照
本願は、２０２１年３月２９日に出願した米国仮出願第６３／１６７，５５４号の利益を主張するものであり、その内容は、完全に記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本願は、自動バイオシステムエンジニアリングのためのスケーラブルなシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

細胞形質転換による遺伝子治療等の医学的治療アプローチは、遺伝性疾患、ある種の癌、及び特定のウイルス感染症を含む多くの疾患に対する有望な治療選択肢である。遺伝子治療は有望であるが、現時点では薬剤又は手術を用いるのではなく、患者の細胞への遺伝物質（遺伝子）の挿入に基づく実験的な治療法である。この技術は、生細胞への遺伝物質（又は任意の生体分子）の導入を中心としているため、特に細胞に損傷を与える危険性があり、本質的にリスクがあり、挑戦的である。遺伝子治療薬の現在の製造アプローチには、例えば、生細胞に非常に高い電場を印加して細胞の膜に一時的な開口部を形成するエレクトロポレーション（electroporation：電気穿孔）プロセスが含まれる。電場は、典型的に、キュベット内で多数の細胞に全体的に印加され、特定の細胞の電場も、細胞に入る物質の量も、個々の細胞毎に制御されない。従って、エレクトロポレーションに使用される応用分野よりも細胞膜へのダメージが少なく、同時に、例えば遺伝物質を細胞内に挿入するための流体環境中での直接操作のための生細胞の単離を提供する、新しいシステム及び技術プラットフォームが必要とされている。前述のアプローチに伴う有害な副作用を伴うことなく、遺伝子治療等の有望な治療技術を進歩させるには、このような新規なシステムの必要性が求められている。

【発明の概要】

【0004】

様々な実施形態によれば、統合型デバイスを提供する。統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、第１の側と第１の側の反対側である第２の側とを有する膜部分と；膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分であって、ＭＥＭＳ部分は、ＭＥＭＳキャビティ内のアクチュエータステージに配置された鋭利な部材を有しており、鋭利な部材は、アクチュエータステージに対して実質的に直交して取り付けられた先端（又はベース）部分を有する、ＭＥＭＳ部分と；膜部分の第２の側に配置された流体部分であって、流体部分内に流体媒体を流すための流体キャビティを有する流体部分と；を含み、膜開口部は、ＭＥＭＳ部分と流体部分との間のアクセスを提供し、且つ鋭利な部材の基端部分と実質的に位置合わせされ、動作中に、鋭利な部材の基端部分は、膜開口部を横切って流体キャビティの少なくとも一部内に移動する。

【0005】

様々な実施形態によれば、統合型パッケージを提供する。統合型パッケージは、基板と；基板上に配置されたラボ・オン・チップ（ＬＯＣ）と、を含み、ＬＯＣは少なくとも１つの統合型デバイスを含み、統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、第１の側と第１の側の反対側にある第２の側とを有する膜部分と；膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分であって、ＭＥＭＳキャビティ内のアクチュエータステージに配置された鋭利な部材を有するＭＥＭＳ部分と；膜部分の第２の側に配置された流体部分であって、流体部分内に流体媒体を流すための流体キャビティを有する流体部分と；ＬＯＣの流体部分の表面を形成する流体キャップであって、流体入口及び流体出口を有する流体キャップと；を含む。

【0006】

様々な実施形態によれば、統合型パッケージを動作させる方法を提供する。この方法は、電源を供給するステップと；少なくとも１つの統合型デバイスを含む統合型パッケージを提供するステップであって、統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、第１の側と第１の側の反対側にある第２の側とを有する膜部分と；膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分であって、アクチュエータステージに配置され、アクチュエータステージと実質的に平行な膜部分の第１の面に配置された電極及び引き寄せ（pull-toward）電極として構成された鋭利な部材を有するＭＥＭＳ部分と；膜部分の第２の側に配置された流体部分と；を含む、ステップと；電源を介して、アクチュエータステージ及び引き寄せ電極との間に電圧を供給するステップと；供給した電圧に基づいて、アクチュエータステージと引き寄せ電極との間に静電場を生成するステップと；アクチュエータステージと引き寄せ電極との間に生成された静電場により、鋭利な部材を、膜開口部を横切って流体キャビティの少なくとも一部内に移動させるステップと；含む。

【0007】

様々な実施形態によれば、統合型デバイスを動作させるための方法を提供する。この方法は、電源を供給するステップと；統合型デバイスを提供するステップであって、統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、膜部分は第１の側と第２の側とを有しており、膜部分の第２の側は、その上に配置された１つ又は複数の捕捉サイト電極を含む、膜部分と；膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分と；膜部分の第２の側に配置された流体部分であって、流体部分内に流体キャビティを形成する流体キャップを含む流体部分と；を含み、流体キャップは、その表面に、少なくとも１つの流体入口、少なくとも１つの流体出口、及び膜開口部の向かい側の流体キャップの表面に配置される１つ又は複数の対電極（counter-electrodes）を有する、ステップと；電源を介して、１つ又は複数の対電極と１つ又は複数の捕捉サイト電極との間にＡＣ電圧を供給するステップと；膜開口部の近傍に極大値を有する電場を生成するステップと；を含む。

【0008】

これら及び他の態様及び実施態様については、以下で詳細に説明する。前述の情報及び以下の詳細な説明には、様々な態様及び実施態様の例示的な例が含まれており、特許請求の範囲に記載した態様及び実施態様の性質及び特徴を理解するための概要又は枠組みを提供する。図面は、様々な態様及び実施態様を例示し、さらに理解するためのものであり、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

添付の図面は、一定の縮尺で描くことを意図したものではない。様々な図面における同様の参照符号及び指定は、同様の要素を示す。明確にするために、全ての図面で全ての構成要素にラベルを付けているわけではない。

【図1A】様々な実施形態による、統合型デバイスの一実施形態を示す図である。

【図1B】図１Ａの統合型デバイスの概略図である。

【図2A】様々な実施形態による、ラボ・オン・チップ・システムとしてパッケージ化された統合型デバイスの一実施形態を示す図である。

【図2B】様々な実施形態による、ラボ・オン・チップ・システムをパッケージ化するためのプロセス・フローの概略図である。

【図3】様々な実施態様による、統合型デバイスの例示的なＭＥＭＳ部分のアレイの概略図である。

【図4】例示的な実施態様による、統合型デバイスを動作させる方法のフローチャートである。

【図5】例示的な実施態様による、統合型デバイスを動作させる別の方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

エレクトロポレーションで使用される電場の広範な印加に関する前述の問題を回避するための解決策がいくつかある。１つの非限定的なアプローチには、直接操作のために、例えば物質、粒子、又は分子を細胞に挿入するために、捕捉メカニズムを使用して１つ又は複数の生細胞を単離することが含まれ得る。様々な実施形態によれば、捕捉メカニズムには、例えば、誘電泳動（ＤＥＰ）に基づく方法が含まれるが、これに限定されない。ＤＥＰは、非線形電場内の生体分子、小胞、細胞等の分極性粒子が電場勾配に沿った力を受けるときに発生する電気物理現象である。これは、粒子全体の電場の変化により、粒子の一方の側が他方の側よりも大きな双極子力を受けるために発生する。ＤＥＰは、流体環境内の無機ナノ粒子又は生体分子等の中性粒子を捕捉して選別する能力に基づいて、例えば、上で議論したように、遺伝子治療等のマイクロ流体ベースの用途における単一細胞分析に利用できる。例えば、インピーダンス又は蛍光特性評価（又は任意の非接触評価技術）のために単一細胞を単離するためにＤＥＰを適用することによる標準生化学アッセイでのＤＥＰの使用は、流体環境において実証されている。

【0011】

本明細書で説明する技術には、遺伝物質を挿入するためのより安全なアプローチを可能にする統合システムが含まれる。開示する統合システムは、流体環境及び／又は印加電場（非線形又は線形）環境においてナノスケール又はマイクロスケール材料をナノスケール又は細胞レベルで操作するように構成され得るシステムに統合された様々な構成要素を含むことができる。開示する統合システムは、例えば、流体工学ベースの捕捉アーキテクチャ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのサンプル照合（interrogation：調査）アーキテクチャ、分子時空間制御のための化学システム及び方法論を含むことができる。さらに、本明細書に開示する技術には、上述のアーキテクチャ及び要素を、広範な商業及び研究目的に役立ち得るラボ・オン・チップ（ＬＯＣ；lab-on-a-chip）システムに機能的に統合するのを可能にするパッケージング・アーキテクチャが含まれる。様々な実施形態によれば、開示する技術は、機械的手段によって生細胞への遺伝物質（一般に生体分子）及び／又は無機ナノ粒子の制御可能な導入を可能にする一方で、細胞への損傷を最小限に抑えるか全く与えず、細胞への損傷を高い割合で回避することができる。遺伝物質の例としては、例えば、遺伝的高分子だけでなく、例えば、タンパク質、ペプチド、小分子、ＲＮＡ又はＤＮＡとのタンパク質複合体、及びそれらの任意の組合せを含む他の分子クラスが挙げられる。機械的挿入アプローチの重要な利点には、機械的ツールによって輸送される活性分子、例えば新しい遺伝物質の正確な量を制御することに加えて、挿入ツールを正確に機械的に制御できることが含まれる。

【0012】

本明細書で説明する場合に、「ＭＥＭＳアクチュエータ」又は「アクチュエータ」という用語は、アクチュエータステージ及びアクチュエータアームから構成され、ＭＥＭＳキャビティ内に含まれる可動デバイス層である。この部分は、以前はカンチレバーと呼ばれていた。

【0013】

本明細書で説明する場合に、「アクチュエータアーム」という用語は、アクチュエータステージをデバイス層シリコンの残りの部分に接続する典型的な蛇行アームを指し、本明細書ではキャビティ外デバイス層として知られる（ＭＥＭＳキャビティの外側に存在するため）。アクチュエータアームは、以前は蛇行アームと呼ばれていた。

【0014】

本明細書で説明する場合に、「アクチュエータステージ」という用語は、ＭＥＭＳキャビティ内で鋭利な部材（sharp member）が載置される可動ステージを指す。

【0015】

本明細書で説明する場合に、「ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）」という用語は、パッケージング中にチップをＰＣＢ又はチップキャリアにボンディングするための表面実装を指し、はんだ及びフラックスのビーズで覆われた接触パッドのアレイから構成される。

【0016】

本明細書で説明する場合に、「ＢｉｏＭＥＭＳ」という用語は、生物学的用途で使用されるＭＥＭＳを指し、また、固体機械要素（流体機構等）を必ずしも含まない生物学的用途を有するマイクロ流体システムをより広義に指す場合もある。

【0017】

本明細書で説明する場合に、「接合（bonded：ボンディング）した」という用語は、手元の材料同士の間の不可逆的な接合を指す。接合又はボンディングには、チップ間ボンディング、ウェハボンディング、プラスチック間ボンディングを説明するためにデバイスパッケージング分野で一般的に使用されるタイプのボンディングが含まれるが、これらに限定されない。

【0018】

本明細書で説明する場合に、「捕捉」という用語は、本明細書で使用するバルク混合物又は流れから特定の位置又はサイト（site：部位）への粒子の引き付け（引力）として規定され、本明細書では「トラップ」及び「固定化」とも呼ばれるが、「捕捉」とも表記される。

【0019】

本明細書で説明する場合に、「捕捉サイト（capture site）」という用語は、誘電泳動捕捉力によって粒子を駆動して粒子を保持し、膜部分内／膜部分を通る開口部に近接する一般的な場所を指す。

【0020】

本明細書で説明する場合に、「捕捉サイト電極」という用語は、捕捉サイトの近くに位置するＤＥＰ電極を指す。最も一般的な実施形態では、これらはアクティブ電極（すなわち、駆動されたＤＥＰ信号を搬送する電極）である。

【0021】

本明細書で説明する場合に、「キャリア流体」という用語は、目的の粒子及び試薬の溶媒及び／又は輸送媒体として機能する液体を指す。

【0022】

本明細書で説明する場合に、「化学システム」という用語は、鋭利な部材の表面化学、親水性調整のための表面処理、防汚等を指し、これを含む。

【0023】

本明細書で説明する場合に、「チップ（chip）」という用語は、本明細書では膜部分に接合されたＭＥＭＳ部分を含むデバイスアーキテクチャのコアを示すために使用される。「チップ」はまた、ＭＥＭＳ及び膜部分、又はそれらのそれぞれのウェハ及びダイに直接接合されるか、又はその一部として製造されるインターポーザ部分等の他の部分を含むこともできる。

【0024】

本明細書で説明する場合に、「制御要素」という用語は、デバイスの感知、デバイスの作動、及び外部入力の間の制御ループを閉じるために使用される電気システムを指す。

【0025】

本明細書で説明する場合に、「対電極（counter-electrode）」という用語は、捕捉サイト電極から流体キャビティを横切って位置付けされた共通の接地電極を指す。

【0026】

本明細書で説明する場合に、「誘電泳動（ＤＥＰ）」という用語は、非線形電場における生体分子又は細胞等の分極性物質（一般に粒子と呼ばれる）が本明細書で使用する電場勾配において力を受けるときに発生する電気物理現象を指す。

【0027】

本明細書で説明する場合に、「ＤＥＰ電極」という用語は、本明細書で使用する１つ又は複数の電極（本明細書では「捕捉サイト電極」とも呼ばれる）及び対電極を指す。

【0028】

本明細書で説明する場合に、「デバイス層」という用語は、アクチュエータ（デバイス）を含む材料の層と、ＭＥＭＳキャビティの外側の同じ層内の材料とを指す。

【0029】

本明細書で説明する場合に、「離散（discrete）非生物学系」という用語は、ナノ粒子、脂質小胞、エマルジョン、又は他の多相系等のことを指す。

【0030】

本明細書で説明する場合に、「離散生物学系」という用語は、生細胞等を指すが、他の生物学系を含むこともできる。

【0031】

本明細書で説明する場合に、「電気信号Ｉ／Ｏ」という用語は、ＬＯＣ上の電気信号の入力及び出力を指す。

【0032】

本明細書で説明する場合に、「イベント」という用語は、ＬＯＣの動作ワークフローの要素である。これらのイベントは、流体力学的なイベント、電気信号イベント、機械イベント、サンプルイベント、生物学イベント、化学イベント、物理イベント、オペレータ入力イベント、又は一般的な実行時イベントとして広く特徴付けることができる。

【0033】

本明細書で説明する場合に、「キャビティ外デバイス層」という用語は、ＭＥＭＳキャビティ内にないＭＥＭＳデバイス層の部分である。

【0034】

本明細書で説明する場合に、「流体Ｉ／Ｏ」という用語は、ＬＯＣ上の流体の入口及び出口を指す。

【0035】

本明細書で説明する場合に、「流体キャップ」という用語は、流体部分の副構成要素を指す。いくつかの実施形態では、流体キャップは膜部分に直接接合されない。

【0036】

本明細書で説明する場合に、「流体キャビティ」という用語は、粒子及びそのキャリア流体が存在し、ＤＥＰ捕捉力を生成する電場に曝される領域を指す。

【0037】

本明細書で説明する場合に、「流体部分」という用語は、図１Ａにおいて、流体キャビティ（マイクロ流体チャネルに細分化することができる）、流体キャップ、及び膜部分における捕捉サイト電極と連携して動作してＤＥＰ捕捉力を与える対電極を含むものとして規定される。

【0038】

本明細書で説明する場合に、「機能層」という用語は、一緒に接合され、表面に固定された以下の構造成分の任意の順列又は組合せを包含する用語である。これらの構造成分には、ケミカルアンカー（登録商標）（無機ハンドルと相互作用する部分）、スペーサ（任意の表面層の長さを変更することを目的としたグループ（group：基））、合成リンカー（後続の構造成分と不可逆的な結合を形成することを目的とした部分）、及びトランスポーター（ペイロード分子に可逆的に結合することを意図した任意の化学基）が含まれる。

【0039】

本明細書で説明する場合に、「機能化」という用語は、表面上に薄膜を形成して、その材料特性を変えるか、又は新たな挙動を導入する（imbue：吹き込む）ことを指す。この例には、表面エネルギーを調節する、又は分子ペイロードの可逆的結合を可能にするための薄膜の形成が含まれる。薄膜の例には、単層、多層コーティング、及びポリマーコーティングが含まれる。

【0040】

本明細書で説明する場合に、「無機ハンドル」という用語は、機能化（官能化）されていない鋭利な部材の表面を指し、例えばＡｕ、又はＳｉＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、ＩＴＯ、水素終端シリコン、ＳｉＮ_ｘ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、又は他の金属、或いは金属酸化物又は窒化物等から構成される。

【0041】

本明細書で説明する場合に、「統合制御ＡＳＩＣ」という用語は、特定用途向け集積回路を指す。

【0042】

本明細書で説明する場合に、「相互接続」という用語は、機能層の２Ｄ領域内の面内配線を指す。

【0043】

本明細書で説明する場合に、「インターポーザ部分」という用語は、異なる電気接点レイアウト間で電気信号Ｉ／Ｏを物理的にマッピングするために使用される電気再配線層及び／又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はこれらの構成の２つ以上の組合せを指す。

【0044】

本明細書で説明する場合に、「照合（interrogation：調査）」という用語は、例えば、本明細書で議論する材料サンプリング、物理プロービング、感知、ペイロード送達、相互作用、物理的接触、毛細管ウィッキング、及び／又は挿入等の活動を指す。

【0045】

本明細書で説明する場合に、「マイクロチャネル」という用語は、ＬＯＣを複数の領域に分割する目的での、流体キャビティの可能なサブセクションを指す。より広義には、マイクロチャネルとは、マイクロメートルスケールの１つ又は複数の寸法を有する流体を運ぶキャビティのことである。

【0046】

本明細書で説明する場合に、「微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）」という用語は、機械要素と電気要素との両方を含むマイクロメートルスケールのデバイス又はシステムを指す。

【0047】

本明細書で説明する場合に、「取り付けられた（mounted：マウントされた、実装された）」という用語は、ソケット、結合、接合のための機構、熱応力管理のための弾性体又はポリマーの適用、物理的クランプ、ＭＥＭＳ及び流体部分の手動位置合せのための機械的クランプを指す。取り付けは可逆的又は不可逆的である。

【0048】

本明細書で説明する場合に、「膜開口部」という用語は、鋭利な部材がＭＥＭＳキャビティから膜部分を通過して流体キャビティに入ることができ、捕捉サイト内の粒子を調べることができる膜部分の開口部を指す。

【0049】

本明細書で説明する場合に、「粒子」という用語は、物理的特性を個別に又は一緒に有する物体又は物体のグループを指す。粒子は、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー、界面活性剤集合体、又はそれらの組合せを含むがこれらに限定されない混合物を含むことができる組成を有する。粒子は、生きているか死んでいるかを問わず、単一又は複数の細胞、ウイルス、細菌、又は任意の微生物であり得る。粒子は、流体中で自由に浮遊することができ、例えば、流体中に懸濁することができ、付着することができ、形状を変えることができ、融合することができ、別々に分離等することができる。

【0050】

本明細書で説明する場合に、「細孔」という用語は、２つの領域間の開口部を指す。「ペイロード」という用語には、任意の化合物、ポリマー、生体高分子、又はその組合せが含まれる。

【0051】

本明細書で説明する場合に、「信号」という用語は、ＤＣ、ＡＣ、又は周波数成分の重合せを含み得る、電圧、電流、周波数、位相、又は持続時間の変化等のあらゆる電気的イベントを含む。

【0052】

本明細書で説明する場合に、「干渉」という用語は、信号又は信号成分の効果的な送信又は読出しを中断、妨害、又はそうでなければ劣化又は制限する任意の電磁妨害を指す。

【0053】

本明細書で説明する場合に、「照合（interrogation：調査）」という用語は、例えば、材料サンプリング、物理プロービング、感知、ペイロード送達、相互作用、物理的接触、毛細管ウィッキング、及び／又は挿入等の活動を指す。

【0054】

本明細書で説明する場合に、「ペイロード」という用語は、化合物、ポリマー、生体分子、ナノ粒子、ナノ構造、有機分子又は無機分子、或いはそれらの組合せを含む、粒子内に送達されるあらゆるものを指す。

【0055】

本明細書で説明する場合に、「引込（pull-in）」という用語は、アクチュエータに印加される電圧（引込電圧）と、アクチュエータがＭＥＭＳキャビティ内で到達する位置（引込距離、アクチュエータの静止位置と、使用している方への引き寄せ（pull-toward）電極又は引き離し（pull-away）電極との間の距離の約１／３にある）を指し、そこで、ＭＥＭＳ引込構成に達し、アクチュエータが非ラッチングモードからラッチングモードに、又はその逆に移行する。

【0056】

本明細書で説明する場合に、「ビア」という用語は、流体ビアが明示的に述べられていない限り、一般に電気ビアを指し、一般にＬＯＣの機能層同士の間の接続であり、チップ平面に対してほぼ直交しているか、又は面外接続である。

【0057】

本明細書で説明する場合に、「ウェハボンディング」という用語は、ＭＥＭＳ、ナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）、マイクロエレクトロニクス、及びオプトエレクトロニクスを製造するためのウェハレベルのパッケージング技術であり、機械的に安定で気密封止されたカプセル化を保証する。ウェハボンディング、又はそれに類似したダイボンディング及びチップボンディングは、不可逆的であり、その構成要素、制御ＡＳＩＣ等も含む場合がある。

【0058】

様々な態様及び実施態様の図及び例示的な実施例に関する前述の情報及び以下の詳細な説明は、本明細書で説明する様々な実施形態に従って開示される。

【0059】

図１Ａは、様々な実施形態による、統合型デバイス１００の一実施形態を示し、図１Ｂは、図１Ａの統合型デバイスの概略図を示す。図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、統合型デバイス１００に関して説明する技術は、ナノスケール又はマイクロスケールの材料１６５（本明細書では「粒子又は粒子１６５」とも呼ばれる）を捕捉し、ナノスケール又は細胞レベルで材料を操作又は調査するように構成され得るシステムに統合される様々な構成要素を含む。このような実施形態では、統合型デバイス１００は、例えば、流体工学ベースの捕捉アーキテクチャ及びＭＥＭＳベースのサンプル調査アーキテクチャを含むことができるが、これらに限定されない。様々な実施形態によれば、統合型デバイス１００を使用する１つ又は複数の方法も提供される。

【0060】

図１Ａに示される統合型デバイス１００は、膜部分１１０、ＭＥＭＳ部分１２０、及び流体部分１６０を含む。図示されるように、膜部分１１０は、膜開口部１１５を含み、ＭＥＭＳ部分１２０に面する第１の側と、流体部分１６０に面する第２の側とを含む。図１Ａに示されるように、膜部分１１０は、ＭＥＭＳ部分１２０と流体部分１６０との間に配置される。膜開口部１１５は、１つ又は複数のナノスケール又はマイクロスケール材料１６５が捕捉、固定化、又はそうでなければ捕捉される開口部であり、その材料１６５は次にナノスケール又は細胞レベルで操作又は調査される。換言すれば、膜開口部１１５は、ＭＥＭＳ部分１２０と流体部分１６０との間のアクセスを提供する。

【0061】

様々な実施態様において、膜開口部１１５は、約０．１ｎｍ～約１ｍｍのサイズ（本明細書では、円形の場合は直径、非円形の幾何学の場合は横寸法とも呼ばれる）を有する。様々な実施態様において、膜開口部１１５は、約１ｎｍ～約１００ｎｍ、約１００ｎｍ～約１μｍ、約１μｍ～約１０μｍ、約１００ｎｍ～約１０μｍ、約１００ｎｍ～約２５μｍ、約５００ｎｍ～約５μｍ、約５００ｎｍ～約１０μｍ、約１μｍ～約１００μｍ、又は約１μｍ～約５０μｍの間（それらの間の任意のサイズ範囲を含む）のサイズを有する。

【0062】

様々な実施形態において、ＭＥＭＳ部分１２０は、ＭＥＭＳキャビティ１２２と、ＭＥＭＳキャビティ１２２内に配置されるアクチュエータステージ１３０とを含む。様々な実施態様において、ＭＥＭＳ部分１２０は、ＭＥＭＳキャビティ１２２と、ＭＥＭＳキャビティ１２２内に配置されたアクチュエータステージ１３０とを含むユニットセル１２０ａを含み得る。様々な実施態様において、ＭＥＭＳ部分１２０は、複数のユニットセル１２０ａを含むことができ、各ユニットセル１２０ａは、ＭＥＭＳキャビティ１２２と、ＭＥＭＳキャビティ１２２内に配置されたアクチュエータステージ１３０とを含む。様々な実施態様において、各ユニットセル１２０は、例えばＭＥＭＳ流体アクセスビア１２６を介して流体的に相互接続され得る。様々な実施形態によれば、（例えば、流体相互接続を提供するために使用される）ＭＥＭＳキャビティ１２２内に含まれる流体には、例えば、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体、ガス、生物試薬又は化学試薬を含む水溶液、有機溶媒、鉱油、フッ素化オイル、空気、細胞培養のためのガス混合物（例えば、５％ＣＯ_２）、不活性ガス等が含まれるが、これらに限定されない。

【0063】

様々な実施形態において、アクチュエータステージ１３０は、ＭＥＭＳキャビティ１２２内のアクチュエータステージ１３０上に配置された鋭利な部材（sharp member）１３５を含む。様々な実施形態において、アクチュエータステージ１３０は、正方形のプレート又は長方形のプレートである。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、例えば、円形、楕円形、楕円形、正方形、長方形、五角形、又は六角形を含む形状を有するが、これらに限定されない。

【0064】

様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、約１００ｎｍ～約１０ｃｍの間の横寸法を有する。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、約１μｍ～約１ｃｍ、約１μｍ～約１ｍｍ、約１μｍ～約８００μｍ、約１μｍ～約６００μｍ、約１μｍ～約５００μｍ、約１μｍ～約４００μｍ、約１μｍ～約３００μｍ、約１μｍ～約２００μｍ、約１μｍ～約１００μｍ、約５μｍ～約５００μｍ、約１０μｍ～約５００μｍ、約２５μｍ～約５００μｍ、約５０μｍ～約５００μｍ、又は約１００μｍ～約５００μｍの間（それらの間の全ての寸法を含む）の横寸法を有する。

【0065】

様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、静止位置から約０．１ｎｍ～約１０ｍｍの間の距離だけ移動する。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、静止位置から約１ｎｍ～約８ｍｍ、約１ｎｍ～約１ｍｍ、約１０ｎｍ～約６ｍｍ、約１００ｎｍ～約５ｍｍ、約１μｍ～約４ｍｍ、約１μｍ～約３ｍｍ、約１μｍ～約２ｍｍ、約１μｍ～約１ｍｍ、約１μｍ～約１０μｍ、約１００ｎｍ～約１０μｍ、約１０μｍ～約１ｍｍ、約２５μｍ～約１ｍｍ、約５０μｍ～約１ｍｍ、又は約５０μｍ～約２ｍｍの間（それらの間の任意の距離範囲を含む）の距離だけ移動する。

【0066】

様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、静止位置から約１ｎｍ～約１０ｍｍの間の距離の静的変位だけ移動する。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、静止位置から約０．１ｎｍ～約１００μｍの間の距離の動的変位だけ移動する。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、静的な方法で作動されると同時に、重畳された動的な振動運動を有する。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０の動的運動は、例えば、撹拌促進拡散、又は望ましい可能性のある他の運動作用を介してペイロード放出速度の調整を容易にする等、アプリケーションを検知又は測定するように構成される。

【0067】

様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、約０．００１μｍ～約１０ｍｍの間の厚さを有する。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、約０．０１μｍ～約１ｍｍ、約０．０１μｍ～約５００μｍ、約０．０１μｍ～約１００μｍ、約０．０１μｍ～約７５μｍ、約０．０１μｍ～約５０μｍ、約０．０１μｍ～約２５μｍ、約０．０１μｍ～約１０μｍ、約０．１μｍ～約１０μｍ、約０．１μｍ～約２５μｍ、約０．１μｍ～約５０μｍ、約０．１μｍ～約７５μｍ、約０．１μｍ～約１００μｍ、約０．１μｍ～約２５０μｍ、約０．１μｍ～約５００μｍ、又は約０．１μｍ～約１ｍｍの間（それらの間の任意の厚さ範囲を含む）の厚さを有する。

【0068】

様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は第１の厚さを有し、アクチュエータアーム１３２は第２の厚さを有する。様々な実施態様において、第１の厚さは第２の厚さと同じである。様々な実施態様において、第１の厚さは第２の厚さと異なる。

【0069】

様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、アモルファスシリコン、又は水素化アモルファスシリコンのうちの１つを含む。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、金属、金属合金、セラミック、複合材料、又はポリマーを含むことができる。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、ドープシリコン、シリコンの任意の同素体、任意の無機ガラス材料又は混合物、任意の無機多結晶材料又は混合物、任意の無機単結晶材料又は混合物、金属酸化物、半金属酸化物、金属又は半金属窒化物を含む任意のセラミック材料、窒素又は他の非半金属又は金属元素を含む金属又は半金属酸化物、上記材料の任意のドープされた組合せ、上記材料の任意の層状スタック又は構造的組合せを含むことができる。

【0070】

様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は単層の材料である。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、複数の層を有する複合材料である。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、複合材料中に空のボイド（void：空隙）層、或いは１つ又は複数のボイドを含み得る。

【0071】

様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、約１０^１０原子／ｃｍ^３～約１０^２１原子／ｃｍ^３の間のドーピング濃度を有する。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、約１０^１０原子／ｃｍ^３～約１０^２０原子／ｃｍ^３、１０^１１原子／ｃｍ^３～約１０^２１原子／ｃｍ^３、又は約１０^１１原子／ｃｍ^３～約１０^２０原子／ｃｍ^３の間のドーピング濃度を有する。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、ホウ素、リン、ヒ素、インジウム、ガリウム、アンチモン、ビスマス、リチウム、ゲルマニウム、窒素、及び金のリストからのドーパントでドープすることができる。

【0072】

様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、約１０^－７Ω－ｃｍ～約１０^６Ω－ｃｍの間の抵抗値を有する。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、約１０^－６Ω－ｃｍ～約１０^５Ω－ｃｍ、約１０^－４Ω－ｃｍ～約１０^４Ω－ｃｍ、又は約１０^－３Ω－ｃｍ～約１０^４Ω－ｃｍの間の抵抗値を有する。

【0073】

様々な実施形態において、複数の鋭利な部材１３５がアクチュエータステージ１３０上に配置される。様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、複数の鋭利な部材１３５、最大約２個の鋭利な部材、最大約５個の鋭利な部材、最大約１０個の鋭利な部材、最大約５０個の鋭利な部材、最大約１００個の鋭利な部材、最大約５００個の鋭利な部材、最大約１，０００個の鋭利な部材、最大約５，０００個の鋭利な部材、最大約１０，０００個の鋭利な部材、最大約５０，０００個の鋭利な部材、最大約１００，０００個の鋭利な部材、最大約５００，０００個の鋭利な部材、最大約１，０００，０００個の鋭利な部材、最大約５，０００，０００個の鋭利な部材、最大約１０，０００，０００個の鋭利な部材、最大約５０，０００，０００個の鋭利な部材、約１００，０００，０００個の鋭利な部材、又は最大約５００，０００，０００個の鋭利な部材（上記の任意の２つの数の間、又は２つの鋭利な部材と上記の任意の上限との間の任意の範囲を含む）を収容することができる。

【0074】

様々な実施態様において、鋭利な部材１３５は、針、マイクロニードル、ナノニードル、ナノチューブ、ピラー、マイクロピラー、ナノピラー、又は高さ対直径のアスペクト比が約２～約１，０００，０００である任意の物理的突起である。様々な実施態様において、鋭利な部材１３５は、約１～約１，０００，０００、約１～約５００，０００、約１～約１００，０００、約１～約５０，０００、約１～約１０，０００、約１～約５，０００、約１～約１，０００、約１～約９００、約１～約８００、約１～約７００、約１～約６００、約１～約５００、約１～約４００、約１～約３００、約１～約２００、約１～約１００、約１～約９０、約１～約８０、約１～約７０、約１～約６０、約１～約５０、約１～約４０、約１～約３０、約１～約２０、約１～約１０、約１～約９、約１～約８、約１～約７、約１～約６、約１～約５、約１～約４、約１～約３、約１～約２、約１０～約１，０００，０００、約１０～約５００，０００、約１０～約１００，０００、約１０～約５０，０００、約１０～約１０，０００、約１０～約５，０００、約１０～約１，０００、約１０～約９００、約１０～約８００、約１０～約７００、約１０～約６００、約１０～約５００、約１０～約４００、約１０～約３００、約１０～約２００、約１０～約１００、約１０～約９０、約１０～約８０、約１０～約７０、約１０～約６０、約１０～約５０、約１０～約４０、約１０～約３０、約１０～約２０、又は約５～約２０（それらの間の任意のアスペクト比範囲を含む）の高さ対直径のアスペクト比を有する。

【0075】

様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は、酸化シリコン又は窒化シリコン等の絶縁材料、或いは酸化ハフニウム又は酸化アルミニウム等の他の金属酸化物を含む。様々な実施態様において、鋭利な部材１３５は、化学的不活性及び／又は電気的絶縁のためのコーティングでコーティングされる。様々な実施態様において、コーティングは、気相堆積技術又は液相堆積技術のいずれかを介して堆積され得る。様々な実施態様において、コーティングは、例えば、酸化物又は窒化物等の無機絶縁体、及びその場で堆積又は重合できる様々なポリマー等のコーティング材料を含む。様々な実施態様において、コーティングには、例えば、パリレン等の気相堆積ポリマーコーティングが含まれる。様々な実施態様において、コーティングは、表面特性を変更する材料、又は分子を結合させるための反応基を提供する材料を含むこともできる。これらには、アルキルシラン等のオルガノシラン、ジクロロ又はトリクロロシラン又はトリメトキシシラン、フッ素化アルキルシラン、アミノシラン、メトキシ又はエトキシシラン等の表面特性を変化させるように設計された反応基を有するシランが含まれる。液相で塗布できるコーティングの別のカテゴリーは、ポリアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、アガロース、及びグアラン又はローカストビーンガム等の他の多糖類等、電気泳動で使用されるコーティングである。さらに別のカテゴリーの表面コーティングには、界面活性剤分子、特に、ポリプロピレンオキシド及びポリエチレンオキシドセグメントを有するトリブロックコポリマーであるプルロニック（登録商標）等の非イオン性界面活性剤が含まれ得る。様々な実施態様において、コーティングは、電気絶縁層の後に分子結合を促進する層等、様々な目的の達成を助ける複数のコーティング層を含む。様々な実施態様において、鋭利な部材１３５上のコーティングは、細胞内に挿入される特定の化学物質の結合を促進するのに役立つものである。

【0076】

様々な実施態様において、コーティングは、化学的不活性、電気絶縁、及び／又は流体の湿潤性（例えば、接触角制御のため）を提供するのに適した任意の材料であり得る。様々な実施態様において、コーティングは、例えば、任意の小分子、タンパク質、ペプチド、ペプトイド、ポリマー、又はシリコン、アルミナ、アルミナ、セラミック、金、酸化ケイ素、金属等の無機材料、ポリマー、これらの材料の層状スタック、及び／又は物理的に吸収及び／又は堆積、或いは共有結合又は非共有結合で化学的に結合した任意の組合せのいずれかである、ある範囲の材料クラスを含む親水性コーティングを含むことができる。様々な実施態様において、コーティングは、例えば、約９５°～約１６５°の間の接触角を有する疎水性コーティングを含むことができる。様々な実施態様において、疎水性コーティングは、約９５°～約１６５°、約１００°～約１６５°、約１０５°～約１６５°、約１１０°～約１６５°、約１２０°～約１６５°、約９５°～約１５０°、約９５°～約１４０°、又は約９５°～約１３０°の間（それらの間の接触角範囲を含む）の接触角を含むことができる。

【0077】

様々な実施態様において、親水性コーティングは、約２０°～約８０°の間の接触角を有する。様々な実施態様において、親水性コーティングは、約２５°～約８０°、約３０°～約８０°、約３５°～約８０°、約４０°～約８０°、約２０°～約７０°、約２０°～約６０°、又は約２０°～約５０°の間（その間の接触角範囲を含む）の接触角を有する。

【0078】

様々な実施態様において、鋭利な部材１３５は、パターン化した親水性コーティングと疎水性コーティングとの組合せを有する。疎水性コーティングには、アジド、オルガノシラン、炭化水素、又はフルオロカーボン、或いは共有結合又は非共有結合した有機分子等の様々な種類が含まれ得る。様々な実施態様において、鋭利な部材１３５上のコーティングは、細胞内に挿入される特定の化学物質の結合を促進するのに役立つものである。

【0079】

様々な実施態様において、鋭利な部材１３５は、約５０ｎｍ～約１ｍｍの間の長さを有する。様々な実施態様において、鋭利な部材１３５は、約５０ｎｍ～約５０μｍ、約１００ｎｍ～約２５μｍ、約１００ｎｍ～約１０μｍ、約１００ｎｍ～約５μｍ、約１００μｍ～約２μｍ、約２００ｎｍ～約２５μｍ、約２００ｎｍ～約１０μｍ、約２００ｎｍ～約５μｍ、約２００ｎｍ～約２μｍ、約３００ｎｍ～約２５μｍ、約３００ｎｍ～約１０μｍ、約３００ｎｍ～約５μｍ、約３００ｎｍ～約２μｍ、約１μｍ～約１ｍｍ、約１μｍ～約５００μｍ、約１μｍ～約２５０μｍ、約１μｍ～約１００μｍ、約１μｍ～約７５μｍ、約１μｍ～約５０μｍ、約１μｍ～約２０μｍ、約２μｍ～約２０μｍ、約２μｍ～約５０μｍ、約２μｍ～約７５μｍ、約２μｍ～約１００μｍ、約２μｍ～約２５０μｍ、約２μｍ～約５００μｍ、又は約２μｍ～約１ｍｍの間（それらの間の長さ範囲を含む）の長さを有する。

【0080】

様々な実施態様において、鋭利な部材１３５は、アクチュエータステージ１３０に対して実質的に直交して取り付けられた先端（又はベース）部分を有することができる。様々な実施態様において、鋭利な部材１３５は、膜開口部１１５と整列又は実質的に整列している鋭利な部材のチップ（tip）（本明細書では「基端部分」とも呼ばれる）を有することができる。

【0081】

様々な実施態様において、鋭利な部材１３５を遺伝子治療、例えばインビトロ細胞形質転換に利用するために、典型的には、マイクロスケールの細胞が収集され、選択され、挿入前に所定の位置に保持される（そうでなければ所定の位置に懸濁される）。そのため、鋭利な部材１３５の寸法は細胞の寸法のスケール、すなわちナノメートル範囲である。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５の寸法は、細胞の寸法よりも１桁又は２桁小さい大きさである。所望の精度及び制御性を得るために、鋭利な部材１３５は、最小限の力で細胞膜及び核膜を貫通し、貫通点の外側の細胞への破壊を最小限に抑えるのに十分な鋭さである。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は、典型的にはセル寸法の程度、すなわち約２μｍ～約２０μｍ、好ましくは約４μｍ～約８μｍの十分な距離に亘って作動することができる。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は、所定の位置に保持されている細胞に対する正確な移動を可能にする個別の作動機構を有する。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５のそれぞれの作動機構はコンパクトであるため、鋭利な部材１３５及びその作動機構の総面積は小さい。

【0082】

様々な実施形態において、鋭利な部材１３５はシリコンを含む。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は鋭利なチップを含む。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は、中空の内側部分とコーティングされたチップとを有する。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は、その鋭利なチップに配置されたコーティングを有する。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は、中空の内側部分と、そのチップに配置されたコーティングとを有する。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は、ポリヌクレオチドを鋭利な部材１３５に結合させるように構成された１つ又は複数の材料でコーティングされる。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５の少なくとも一部が、複数の金原子でコーティングされる。様々な実施形態において、金原子でコーティングされた鋭利な部材１３５は、１つ又は複数の生体分子に付着することができる。１つ又は複数の生体分子を付着させる能力は、金でコーティングされた鋭利な部材１３５の固有の特性によるものであり、この特性には、固有の表面、化学的不活性、高い電子密度、及び強い光吸収が含まれる。

【0083】

様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は、ラングミュア・ボジェット（Langumuir-Bodgett）膜、機能化ガラス、ゲルマニウム、ＰＴＦＥ、ポリスチレン、ガリウムヒ素、銀、膜、ナイロン、ＰＶＰ、酸化ケイ素、金属酸化物、又はセラミックを含むことができる。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は、例えばその表面にアミノ、カルボキシル、ディールス・アルダー（Diels-Alder）反応物、チオール又はヒドロキシル等の官能基を組み込むことができる。このような材料により、鋭利な部材１３５による妨害を受けることなく、核酸の付着及び標的分子との相互作用が可能になる。

【0084】

様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は、共有結合、チオール（－ＳＨ）修飾剤、アビジン／ビオチンカップリング化学、或いはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）又はポリエチレンイミン（ＰＥＩ）のいずれかからの媒介リンカー分子を介して、ポリヌクレオチドに結合することができる。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は、例えばヌクレオチドベースの分子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ウイルスＤＮＡ、環状ヌクレオチド配列、直鎖状ヌクレオチド配列、一本鎖ヌクレオチド、環状ＤＮＡ、プラスミド、直鎖状ＤＮＡ、ハイブリッドＤＮＡ－ＲＮＡ分子、タンパク質、ペプチド、代謝物、ウイルス、カプシドナノ粒子、膜不透過性薬物、外因性細胞小器官、分子プローブ、ナノスケールデバイス、ナノスケールセンサ、ナノスケールプローブ、ナノスケールプラズモニック光スイッチ、カーボンナノチューブ、量子ドット、ナノ粒子、阻害性抗体、Ｏｃｔ４又はＳｏｘ２の少なくとも１つを含む刺激性転写因子、サイレンシングＤＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ＨＤＡＣ阻害剤、ＤＮＡメチルトランスフェラーゼ阻害剤、遺伝子発現を増加又は減少させる１つ又は複数の分子、タンパク質、抗体、酵素、１つ又は複数の低分子薬物を含むペイロードを運ぶことができる。

【0085】

様々な実施形態において、鋭利な部材１３５は、Ｃａｓタンパク質又はＣａｓタンパク質を発現するプラスミド、ＴＡＬＥＮ、又はジンクフィンガーヌクレアーゼと複合体を形成することができるｃｒＲＮＡ又はｔｒａｃｒＲＮＡを含むｇＲＮＡのリストから細胞のゲノムに安定に組み込むことができる遺伝物質を運ぶことができる。

【0086】

様々な実施形態において、アクチュエータステージ１３０は、ＭＥＭＳキャビティ１２２内に吊り下げられ、ＭＥＭＳキャビティ１２２の壁に取り付けられた２つ以上のアクチュエータアーム１３２によって支持される。様々な実施形態において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、蛇行パターンを含むことができ、及び／又は導電性材料で作製することができる。

【0087】

様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、アモルファスシリコン、又は水素化アモルファスシリコンのうちの１つを含む。様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、金属、金属合金、セラミック、複合材料、又はポリマーを含むことができる。様々な実施形態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、ドープシリコン、シリコンの任意の同素体、任意の無機ガラス材料又は混合物、任意の無機多結晶材料又は混合物、任意の無機単結晶材料又は混合物、金属酸化物、半金属酸化物、金属又は半金属窒化物を含む任意のセラミック材料、窒素又は他の非半金属又は金属元素を含む金属又は半金属酸化物、上記材料の任意のドープされた組合せ、上記材料の任意の層状スタック又は構造的組合せを含むことができる。

【0088】

様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、単一の材料層を含む。様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、複数の層を有する複合材料を含む。様々実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、複合材料中に空のボイド層、或いは１つ又は複数のボイドを含み得る。

【0089】

様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、約０．００１μｍ～約１０ｍｍの間の厚さを有する。様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、約０．０１μｍ～約１ｍｍ、約０．０１μｍ～約５００μｍ、約０．０１μｍ～約１００μｍ、約０．０１μｍ～約７５μｍ、約０．０１μｍ～約５０μｍ、約０．０１μｍ～約２５μｍ、約０．０１μｍ～約１０μｍ、約０．１μｍ～約１０μｍ、約０．１μｍ～約２５μｍ、約０．１μｍ～約５０μｍ、約０．１μｍ～約７５μｍ、約０．１μｍ～約１００μｍ、約０．１μｍ～約２５０μｍ、約０．１μｍ～約５００μｍ、又は約０．１μｍ～約１ｍｍの間（それらの間の任意の厚さ範囲を含む）の厚さを有する。

【0090】

様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、約１０^１０原子／ｃｍ^３～約１０^２１原子／ｃｍ^３の間のドーピング濃度を有する。様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、約１０^１０原子／ｃｍ^３～約１０^２０原子／ｃｍ^３、１０^１１原子／ｃｍ^３～約１０^２１原子／ｃｍ^３、又は約１０^１１原子／ｃｍ^３～約１０^２０原子／ｃｍ^３のドーピング濃度を有する。様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、ホウ素、リン、ヒ素、インジウム、ガリウム、アンチモン、ビスマス、リチウム、ゲルマニウム、窒素、及び金のリストからのドーパントでドープされ得る。

【0091】

様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、例えば、反復運動後の２つ以上のアクチュエータアーム１３２において塑性変形、材料疲労、及び破損を生じることなく曲げられるように、可撓性を有するように構成される。様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、アクチュエータステージ１３０の機械振動を支持するように構成される。様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、アクチュエータステージ１３０と同じ材料層から製造される。様々な実施態様において、例えば、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、アクチュエータステージ１３０と同じ電気的特性、例えば電気抵抗及びインピーダンスを有する。

【0092】

様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、約１０^－７Ω－ｃｍ～約１０^６Ω－ｃｍの間の抵抗値を有する。様々な実施態様において、２つ以上のアクチュエータアーム１３２は、約１０^６Ω－ｃｍ～約１０^５Ω－ｃｍ、約１０^－４Ω－ｃｍ～約１０^４Ω－ｃｍ、又は約１０^－３Ω－ｃｍ～約１０^４Ω－ｃｍの間の抵抗値を有する。

【0093】

様々な実施形態において、アクチュエータステージ１３０は、膜部分１１０の（第１の）表面から所定の距離だけ離れて吊り下げられる。作動時又は動作中に、アクチュエータステージ１３０は、鋭利な部材１３５のチップを膜開口部１１５を通して移動させるように、膜部分１１０の表面に対して移動するように構成され得る。様々な実施形態において、鋭利な部材１３５のチップは、膜開口部１１５を横切って流体キャビティ１６０の少なくとも一部に入る。

【0094】

図１Ａに示されるように、鋭利な部材１３５は、アクチュエータステージ１３５の第１の面（例えば、上面）に配置される。様々な実施形態において、アクチュエータステージ１３５は電極として機能することができ、ＭＥＭＳキャビティ１２２は、アクチュエータステージ１３０の下の表面、例えば、図１Ａに示されるＭＥＭＳキャビティ１２２の底面に配置された１つ又は複数の引き離し電極１４０を含むことができる。様々な実施形態において、ＭＥＭＳキャビティ１２２は、引き離し電極１４０の一部としてその壁の１つ又は複数を含んでもよい。そのため、アクチュエータステージ１３０の下の表面に配置された１つ又は複数の引き離し電極１４０は、アクチュエータステージ１３０の第２の面（例えば、底面）に面している。様々な実施形態によれば、アクチュエータステージ１３０及び１つ又は複数の引き離し電極１４０は、平行平板静電作動装置アーキテクチャの構成要素として構成することができる。様々な実施形態において、ＭＥＭＳ部分１２０は、デバイス層１２４と、アクチュエータステージ１３０に電気的に接続するように構成されたデバイス層ビア１２５とを含む。

【0095】

様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、１つ又は複数の引き離し電極１４０から約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、約１０ｎｍ～約５００ｎｍ、約１０ｎｍ～約１μｍ、約１００ｎｍ～約１μｍ、約１μｍ～約１ｍｍ、約１μｍ～約５００μｍ、約１μｍ～約２５０μｍ、約１μｍ～約１００μｍ、約１μｍ～約７５μｍ、約１μｍ～約５０μｍ、約２μｍ～約５０μｍ、約２μｍ～約７５μｍ、約２μｍ～約１００μｍ、約２μｍ～約２５０μｍ、約２μｍ～約５００μｍ、又は約２μｍ～約１ｍｍの間（その間の離隔距離範囲を含む）の分離距離で吊り下げられる。

【0096】

様々な実施態様において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、約０．１ｎｍ～約１０ｍｍの間の厚さを有する。様々な実施形態において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、約０．００１μｍ～約１ｍｍ、約０．０１μｍ～約５００μｍ、約０．０１μｍ～約１００μｍ、約０．０１μｍ～約７５μｍ、約０．０１μｍ～約５０μｍ、約０．０１μｍ～約２５μｍ、約０．０１μｍ～約１０μｍ、約０．１μｍ～約１０μｍ、約０．１μｍ～約２５μｍ、約０．１μｍ～約５０μｍ、約０．１μｍ～約７５μｍ、約０．１μｍ～約１００μｍ、約０．１μｍ～約２５０μｍ、約０．１μｍ～約５００μｍ、又は約０．１μｍ～約１ｍｍの間（それらの間の任意の厚さ範囲を含む）の厚さを有する。

【0097】

様々な実施態様において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、アモルファスシリコン、又は水素化アモルファスシリコンのうちの１つを含む。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、金属、金属合金、セラミック、複合材料、又はポリマーを含むことができる。様々な実施態様において、対電極は、ドープシリコン、シリコンの任意の同素体、任意の無機ガラス状材料又は混合物、任意の無機多結晶材料又は混合物、任意の無機単結晶材料又は混合物、金属酸化物、半金属酸化物、金属又は半金属窒化物を含む任意のセラミック材料、窒素又は他の非半金属又は金属元素を含む金属又は半金属酸化物、上記材料の任意のドープされた組合せ、上記材料の任意の層状スタック又は構造的組合せを含むことができる。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、金属膜、ドープ半導体膜、無機半導体、複合材料、有機導電膜、様々なタイプのグラフェン、酸化グラフェン、不整合グラフェン、及びそれらの任意の組合せを含む任意の炭素同素体を含み得る。

【0098】

様々な実施態様において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、単一の材料層を含む。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、複数の層を有する複合材料を含む。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、複合材料中に空のボイド層、或いは１つ又は複数のボイドを含み得る。

【0099】

様々な実施態様において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、約１０^１０原子／ｃｍ^３～約１０^２１原子／ｃｍ^３の間のドーピング濃度を有する。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、約１０^１０原子／ｃｍ^３～約１０^２０原子／ｃｍ^３、１０^１１原子／ｃｍ^３～約１０^２１原子／ｃｍ^３、又は約１０^１１原子／ｃｍ^３～約１０^２０原子／ｃｍ^３の間のドーピング濃度を有する。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、ホウ素、リン、ヒ素、インジウム、ガリウム、アンチモン、ビスマス、リチウム、ゲルマニウム、窒素、及び金のリストからのドーパントでドープされ得る。

【0100】

様々な実施態様において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、約１０^－７Ω－ｃｍ～約１０^６Ω－ｃｍの間の抵抗値を有する。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き離し電極１４０は、約１０^－６Ω－ｃｍ～約１０^５Ω－ｃｍ、約１０^－４Ω－ｃｍ～約１０^４Ω－ｃｍ、又は約１０^－３Ω－ｃｍ～約１０^４Ω－ｃｍの間の抵抗値を有する。

【0101】

図１Ａに示されるように、膜部分１１０の第１の側（例えば、下向きの側）は、膜部分１１０の第１の面（例えば、下向きの面）に配置された１つ又は複数の引き寄せ電極１５０を含む。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、膜開口部１１５に隣接して、及び／又は膜開口部１１５を少なくとも部分的に取り囲んで配置される。様々な実施形態において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、膜開口部１１５を部分的に囲むように配置される。様々な実施形態において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、膜開口部１１５を少なくとも一次元で少なくとも部分的に取り囲む。様々な実施形態において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、膜開口部１１５を少なくとも一次元で少なくとも実質的に囲む。様々な実施形態において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は電気的に接続されて、円形の引き寄せ電極を形成する。様々な実施形態において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は電気的に接続されて、正方形、長方形、三角形、五角形、六角形、又は楕円形等の形状の電極を形成する。様々な実施形態において、ＭＥＭＳ部分１２０は、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０と電源（図示せず）との間の電気接続を提供するように構成された引き寄せ電極ビア１４５（又は複数のビア１４５）を含む。様々な実施形態によれば、アクチュエータステージ１３０及び１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、平行平板静電作動装置アーキテクチャの構成要素として構成することができる。

【0102】

様々な実施態様において、アクチュエータステージ１３０は、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０から約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、約１０ｎｍ～約５００ｎｍ、約１０ｎｍ～約１μｍ、約１００ｎｍ～約１μｍ、約１μｍ～約１ｍｍ、約１μｍ～約５００μｍ、約１μｍ～約２５０μｍ、約１μｍ～約１００μｍ、約１μｍ～約７５μｍ、約１μｍ～約５０μｍ、約２μｍ～約５０μｍ、約２μｍ～約７５μｍ、約２μｍ～約１００μｍ、約２μｍ～約２５０μｍ、約２μｍ～約５００μｍ、又は約２μｍ～約１ｍｍの間（その間の離隔距離範囲を含む）の分離距離で吊り下げられる。

【0103】

様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、約０．１ｎｍ～約１０ｍｍの間の厚さを有する。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、約０．００１μｍ～約１ｍｍ、約０．０１μｍ～約５００μｍ、約０．０１μｍ～約１００μｍ、約０．０１μｍ～約７５μｍ、約０．０１μｍ～約５０μｍ、約０．０１μｍ～約２５μｍ、約０．０１μｍ～約１０μｍ、約０．１μｍ～約１０μｍ、約０．１μｍ～約２５μｍ、約０．１μｍ～約５０μｍ、約０．１μｍ～約７５μｍ、約０．１μｍ～約１００μｍ、約０．１μｍ～約２５０μｍ、約０．１μｍ～約５００μｍ、又は約０．１μｍ～約１ｍｍの間（それらの間の任意の厚さ範囲を含む）の厚さを有する。

【0104】

様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、アモルファスシリコン、又は水素化アモルファスシリコンのうちの１つを含む。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、金属、金属合金、セラミック、複合材料、又はポリマーを含むことができる。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、ドープシリコン、シリコンの任意の同素体、任意の無機ガラス材料又は混合物、任意の無機多結晶材料又は混合物、任意の無機単結晶材料又は混合物、金属酸化物、半金属酸化物、金属又は半金属窒化物を含む任意のセラミック材料、窒素又は他の非半金属又は金属元素を含む金属又は半金属酸化物、上記材料の任意のドープされた組合せ、上記材料の任意の層状スタック又は構造的組合せを含むことができる。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、金属膜、ドープ半導体膜、無機半導体、複合材料、有機導電膜、様々なタイプのグラフェン、酸化グラフェン、不整合グラフェン、及びそれらの任意の組合せを含む任意の炭素同素体を含み得る。

【0105】

様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、単一層の材料を含む。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、複数の層を有する複合材料を含む。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、複合材料中に空のボイド層、或いは１つ又は複数のボイドを含み得る。

【0106】

様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、約１０^１０原子／ｃｍ^３～約１０^２１原子／ｃｍ^３の間のドーピング濃度を有することができる。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、約１０^１０原子／ｃｍ^３～約１０^２０原子／ｃｍ^３、１０^１１原子／ｃｍ^３～約１０^２１原子／ｃｍ^３、又は約１０^１１原子／ｃｍ^３～約１０^２０原子／ｃｍ^３の間のドーピング濃度を有する。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、ホウ素、リン、ヒ素、インジウム、ガリウム、アンチモン、ビスマス、リチウム、ゲルマニウム、窒素、及び金のリストからのドーパントでドープされ得る。

【0107】

様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、約１０^－７Ω－ｃｍ～約１０^６Ω－ｃｍの間の抵抗値を有する。様々な実施態様において、１つ又は複数の引き寄せ電極１５０は、約１０^－６Ω－ｃｍ～約１０^５Ω－ｃｍ、約１０^－４Ω－ｃｍ～約１０^４Ω－ｃｍ、又は約１０^－３Ω－ｃｍ～約１０^４Ω－ｃｍの間の抵抗値を有する。

【0108】

様々な実施形態において、膜部分１１０の第２の側（例えば、上側）は、膜部分１１０の第２の面（例えば、上面）上に配置された１つ又は複数の捕捉サイト電極１８０を含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極１８０は、膜開口部１１５に隣接して配置される。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極１８０の少なくとも一部が、膜部分１１０の第２の側に部分的又は完全に埋め込まれる。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極１８０は、円形の捕捉サイト電極の幾何学的形状又は環状の捕捉サイト電極の幾何学的形状を含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極１８０は、膜開口部１１５を横切って配置される一対の双極電極を含む。

【0109】

様々な実施形態において、流体部分１６０は、膜部分１１０の第２の側（例えば、膜部分１１０の上）に配置される。図１Ａに示されるように、流体部分１６０は、流体キャップ１７０を含み、流体キャップ１７０は、流体部分１６０内に流体媒体（図示せず）を流すための流体キャビティ（例えば、マイクロ流体チャネル等のチャネル）１６２を形成する。様々な実施形態において、流体媒体は、流体媒体中にナノスケール又はマイクロスケールの材料１６５を含む。様々な実施形態において、流体キャップ１７０は、流体部分１６０内での流体の入力及び出力のために、流体入口としての流体ビア１７５ａ及び流体出口としての流体ビア１７５ｂ（本明細書では総称して「流体ビア１７５」と呼ぶ）を含む。様々な実施形態において、流体媒体は、所定の流量で流体入口から流体出口まで流れる。様々な実施形態において、流体部分１６０は、複数の流体入口及び複数の流体出口を含むことができる。

【0110】

様々な実施形態において、流体キャップ１７０は、特定の波長に対して光学的に透明な材料を含む。様々な実施形態において、流体キャップ１７０は、ＳｉＯ_ｘ又は光学的に透明な熱可塑性プラスチックのような透明な材料を含む。様々な実施形態において、流体キャップ１７０は、例えばシリコン又は金等の光学的に不透明な材料を含むが、これらに限定されない。様々な実施形態において、流体キャップ１７０は、エラストマー等の軟質材料を含む。

【0111】

様々な実施形態において、流体キャビティ１６２は、隔壁によって空間的に離散した領域（例えば、マイクロチャネル）に分割することができる。様々な実施形態において、流体キャップ１７０は、膜部分１１０に直接結合され得る。様々な実施形態において、流体キャップ１７０は、図２Ａのチップ２２０の平面内にある図２Ａのガスケット２０５等の周囲のガスケットに（不可逆的又は可逆的に）取り付けられ、そのエッジに一致し得る。このアプローチは、例えば、可能な最大数の捕捉サイトを利用可能にするために、チップ表面積の占有を回避する方法で流体キャビティを封止するという目的を果たす。流体部分はまた、膜部分から流体キャビティを横切って流体キャップ上に位置する対電極を含んでもよい。いくつかの実施形態では、この対電極は、捕捉サイトにおける粒子の誘電泳動捕捉のための電場を提供するために、膜部分上の捕捉サイト電極と協働して機能する。

【0112】

様々な実施形態において、流体部分１６０は、膜開口部１１５から流体キャビティ１６２を横切って流体キャビティ表面（例えば、流体キャップ１７０の底面）に配置された１つ又は複数の対電極１９０を含む。いくつかの実施形態では、流体部分１６０は、１つ又は複数の対電極１９０と電源（図示せず）との間に電気接続を提供するように構成された対電極ビア１９５（又は複数のビア１９５）を含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の対電極１９０は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の光学的に透明な導電性フィルムを含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の対電極１９０は、金又は銀等の光学的に不透明な導電性フィルムを含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の対電極１９０は、ポリマーガラス（有機及び無機）を含む。様々な実施態様において、１つ又は複数の対電極１９０及び１つ又は複数の捕捉サイト電極１８０は、流体媒体中のナノスケール又はマイクロスケールの材料（例えば、１つ又は複数の粒子）１６５を捕捉するように構成された１つ又は複数の電極ペアとして構成される。様々な実施態様において、統合型デバイス１００は、統合型デバイス１００に電力を供給するように構成された電源に電気的に結合され得る。

【0113】

様々な実施形態によれば、ナノスケール又はマイクロスケールの材料（１つ又は複数の粒子）１６５は、誘電泳動（ＤＥＰ）力を使用して捕捉され得る。ＤＥＰアプローチは、流体及び非線形電場環境における中性粒子又は生体分子の局所的操作、例えばマイクロ流体工学の用途に特に役立ち得る。特に、ＤＥＰに基づくナノスケール又はマイクロスケールの材料（分子又は細胞の局所的操作のための区画（又はキャビティ）近くの生物学的対象物、単一細胞又は細胞群等）のトラップ、捕捉、又は固定化に役立ち得る。ＤＥＰ力は名目上次のように表される。

【数1】

ここで、ｒは粒子の半径であり、ε_ｍは流体の誘電率であり、Ｅは電場であり、ｆ_ＣＭはクラウジウス・モソッティ係数であり、流体及び粒子の間の誘電率の差に依存する複素数値でありこれにより、ＤＥＰ力が正になるか負になるかが決まる。

【0114】

様々な実施態様において、流体キャビティ１６２は、例えば、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体、又はガスを含む流体媒体で満たされ得る。様々な実施態様において、流体キャビティ１６２は、流体キャビティ１６２内に、ＭＥＭＳキャビティ１２２等の流体キャビティ１６２の外側の流体と混和しない流体を収容することができる。様々な実施態様において、流体キャビティ１６２は、非水性流体又はマイクロエレクトロニクスを収容することができる。ＤＥＰベースの技術を適用できる適切な用途には、個別の生物製剤の検査、例えば、細胞、生細胞、ウイルス、油滴、リポソーム、ミセル、逆ミセル、タンパク質凝集体、ポリマー、界面活性剤集合体又はそれらの組合せ等の検査又はプロービングが含まれる。

【0115】

本明細書に開示する技術は、水性マイクロ流体環境を、非水性環境にあり得る構造、例えば、非導電性流体にあり得る電子機器、又は疎水性溶媒を使用し得るプロセスと結合することに関する。開示する技術は、ＭＥＭＳ部分１２２のＭＥＭＳキャビティ１２２に含めることができるもののような、鋭敏なＭＥＭＳ構成要素又は電子機器を含む区画からのアクセスを可能にしながら、流体環境における孤立粒子の局所的操作を大規模に提供することができる。これは、（ＭＥＭＳ部分１２０での）ＭＥＭＳプロセスを（流体部分１６０での）マイクロ流体プロセスと結合することによって行うことができ、粒子（粒子又は複数の粒子という用語は、「生物学的物体、物体又は細胞」及び非生物物体を指す場合がある）の高スループット処理及び調査を可能にする。特に、本明細書で説明する技術は、流体をＭＥＭＳから分離する膜部分１１０に隣接して流れる、流体中の１つ又は複数の粒子を固定／不動化する高スループットのＤＥＰベースの粒子固定化（捕捉）装置に関し、ここで、ＭＥＭＳキャビティ１２２は、鋭利な部材１３５、アクチュエータステージ１３０、及び様々な構成要素を含む電子構成要素を含む。様々な実施形態において、ＤＥＰ力は、流体部分１６０の膜開口部１１５に対して直交して加えられる。

【0116】

様々な実施形態において、流体部分１６０は、膜部分１１０及び／又はＭＥＭＳ部分１２０に直接結合され得る。いくつかの実施形態において、流体部分１６０は、膜部分１１０及び／又はＭＥＭＳ部分１２０に直接結合しなくてもよく、代わりに、図２に関して以下で説明するように、パッケージングプロセス中に組み込むこともできる。同様に、ナノスケール又はマイクロスケールの材料１６５は、ＭＥＭＳ部分１２０に近接して捕捉又はトラップされ得、それによって、ＭＥＭＳ部分１２０と流体部分１６０との間の膜部分１１０の厚さが、これら２つの領域の間の相互作用を許容する閾値を下回っている。様々な実施形態によれば、膜部分１１０は、用途に応じて様々な目的を果たし、典型的には、ＭＥＭＳキャビティ１２２及び流体部分１６０のそれぞれ内の化学環境及び電気環境を分離する機能を果たす。様々な実施形態では、ＭＥＭＳキャビティ１２２は、上述したように、流体キャビティ１６２から化学的及び電気的に分離される。

【0117】

様々な実施形態によれば、統合型デバイス１００の特定の用途には、ＭＥＭＳキャビティ１２２全体、鋭利な部材１３５及びその表面に亘る様々な露出面及び材料上の１つ又は複数の化学コーティング又は１つ又は複数の機能層（表面上にパターン化されていない、又はパターン化した単層又は薄膜）（膜開口部１１５の内部及び／又は周囲を含む膜部分１１０の表面の一方又は両方、流体キャビティに露出した膜部分１１０の表面、及び／又は流体キャップ１７０又はマイクロチャネル１６２の表面を含む）がさらに含まれる。様々な実施形態において、これらの化学コーティングは、化学吸着（例えば、共有結合又はイオン結合）又は物理吸着（例えば、ファンデルワールス力）によって適用可能な表面に吸着され、一般に、材料の堆積の蓄積を防止する、特定の領域での非特異的な接着を促進又は軽減する、又は特定の境界での濡れを制御するために、表面エネルギーを調整する目的に役立ち得る。

【0118】

様々な実施形態において、個別の生物学系（例えば、細胞）及び非生物システム（例えば、脂質小胞、エマルション、又は他の多相システム）等の、ペイロード（例えば、任意の化合物、ポリマー、生体分子、ナノ粒子、マイクロ又はナノ構造、有機又は無機分子、或いはそれらの組合せ）が、捕捉、トラップ、又は固定化されたマイクロスケール又はナノスケール材料１６５に送達される特定の用途のための化学構造及び方法を含む。様々な実施形態において、これらのアプタマー（aptamer）ベースのコーティングを使用して鋭利な部材１３５を機能化し、例えば捕捉された細胞への広範囲のペイロードの送達を可能にすることができる。様々な実施形態によれば、統合型デバイス１００は、複数の細胞を捕捉し、ペイロードを送達するように動作することができ、ペイロードはＭＥＭＳキャビティ１２２内に存在する鋭利な部材１３５上に可逆的に化学吸着される。

【0119】

様々な実施形態において、鋭利な部材１３５の機能化されていない表面は、「無機ハンドル」と呼ばれ得る。様々な実施形態によれば、アプタマーベースのペイロード送達システム及び方法は、無機ハンドル、例えば鋭利な部材１３５の表面に付着した有機分子を利用することができる。様々な実施態様において、無機ハンドルとして金が鋭利な部材１３５上にコーティングされ、選択した有機分子を無機ハンドルに固定する手段としてチオール結合が利用される。様々な実施形態において、ＳｉＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、ＩＴＯ、水素終端シリコン、ＳｉＮ_ｘ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、又は他の金属又は金属酸化物又は窒化物も、無機ハンドル材料として利用することができる。いくつかの実施形態では、ＳｉＯ_ｘ無機ハンドルは、オルガノシランを使用して官能化することができる。

【0120】

いくつかの実施形態では、ＳｉＯ_ｘを無機ハンドルとして使用して、ペイロードは、異なる実施形態内の特定の用途のために官能化表面上に層状に化学吸着され得る。いくつかの実施形態では、ペイロードの鋭利な部材１３５への化学吸着は、無機キレート化、非共有結合による相補的結合（すなわち、核酸）、又は可逆的な共有結合の形成を含むがこれらに限定されないメカニズムによって自発的に起こり得る。他の実施形態は、ペイロード化学吸着のメカニズム（電圧誘起クーロン引力等）を含んでもよい。その後のペイロードの放出は、特定の細胞代謝物による置換、ペイロード又は表面の酸化状態の調整、又は他の脱着手段によって起こる。

【0121】

ここで図２Ａを参照すると、様々な実施形態による、ラボ・オン・チップ（ＬＯＣ）システムとしてパッケージ化された統合型デバイス２００の実施形態が示されており、拡大部分２００ａはＬＯＣシステムにおける様々な階層化を示している。統合型デバイス２００は、統合型デバイス１００と実質的に類似又は同一であるため、相違しない限り、その各構成要素の詳細についてはこれ以上詳しく説明しない。

【0122】

図２Ａに示されるように、統合型デバイス２００は、統合型デバイス２００と外部電源又はデバイス（図示せず）との間の電気的接続を提供するためのコネクタ２０２を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）２０７に接合、実装、又は取り付けられる。統合型デバイス２００は、統合型パッケージとしてパッケージ化されたＬＯＣシステム（本明細書では単に「ＬＯＣ」と呼ぶ）のコアと考えることができる。図２Ａに示されるように、統合型デバイス２００は、流体ビア２７５、流体キャップ２７０、及びチップ（例えば、ＭＥＭＳ部分）２２０を含む。拡大部分２００ａは、流体キャビティ２６０に面する流体キャップの表面にある１つ又は複数の対電極２９０を示す。様々な実施形態において、流体ビア２７５、流体キャップ２７０、流体キャビティ２６０、及びチップ２２０は、それらの対応する、図１Ａ及び図１Ｂの統合型デバイス１００の流体ビア１７５、流体キャップ１７０、流体キャビティ１６０、及びＭＥＭＳ部分１２０と実質的に類似又は同一である。

【0123】

図２Ａに示されるように、インターポーザ２０８が、統合型デバイス２００（例えば、ＬＯＣ）とＰＣＢ２０７との間に配置される。様々な実施形態において、インターポーザ２０８は、電気再配線層又は特定用途向け集積回路
（ＡＳＩＣ）の一方又は両方を含むことができる。様々な実施形態において、ＡＳＩＣは、異なる電気接点レイアウト、又はそれらの組合せの間で電気信号入力及び出力を物理的にマッピングするように構成される。

【0124】

様々な実施態様によれば、アクチュエータステージ１３０等のアクチュエータステージは、印加された静電力によって作動される。様々な実施形態において、統合型デバイス２００は、アクチュエータステージを作動させるために使用される静電力を提供するための１つ又は複数の電極を含む。様々な実施態様によれば、アクチュエータステージ１３０は、バイメタル素子又は形状記憶合金をベースにしたものを使用すること等によって、静電作動、圧電作動、アクチュエータに磁石を取り付けることによる磁力を使用した作動、又は温度差に基づく作動を含む任意の適切な作動アプローチによって作動され得る。作動に必要な温度は、デバイスの選択された場所に抵抗ヒーターを製造することによって生成できる。静電力作動は、開示するＭＥＭＳ構造を作動させるための例示的なアプローチとして本開示全体を通じて使用されるが、本明細書で説明する技術は静電作動に限定されず、従って、ＭＥＭＳ構造は、本明細書で開示する技術に従う任意の形態の作動で使用され得る。

【0125】

様々な実施形態において、ＰＣＢ２０７は、複数の電気入力及び出力を含み、複数の電気入力及び出力のそれぞれは、外部電源と統合型デバイス２００の１つ又は複数の電極との間の電気接続を提供する。アセンブリの物理的アーキテクチャには、外部電源から統合型デバイス２００内の異なる構成要素への個別の信号送信を可能にする電気接続が必要である。この電気信号Ｉ／Ｏは、例えばＭＥＭＳキャビティ１２２内の構成要素、例えばアクチュエータステージ１３０の制御だけでなく、流体キャビティ１６２内の個別の生物システムの捕捉にも使用することができる。追加の電気信号Ｉ／Ｏは、位置測定のためのアクチュエータインピーダンスの変化の検出等の様々な感知機能に使用でき、例えば用途に応じて様々な機能を果たす。これらの電気接続は、チップ貫通ビア（例えば、シリコン貫通ビア）、機能層の２Ｄ領域内の面内配線（相互接続）、膜部分１１０内の浅いビア、電気再配線部分及び／又は異なる電気接点レイアウトの間で電気信号Ｉ／Ｏを物理的にマッピングするために使用される特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の追加のインターポーザ部分（例えば、インターポーザ２０８）、又はこれらの構成の２つ以上の組合せ等、様々な構成を含み得る。様々な実施態様において、これら全ての方法の組合せにより、電気信号Ｉ／Ｏは全て、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）又はパッケージング中のＰＣＢボンディング又はソケット用の他の表面実装に「取り付ける」ための共通の表面に配線される。

【0126】

この電気伝導アーキテクチャは、統合型デバイス２００の機能的動作を可能にする特定の特性を有することができ、用途に応じて場合によっては特別に断熱又は電気的に絶縁することができる。導電性要素及び絶縁性要素の材料及び幾何学的特性は慎重に制御される。さらに、様々な実施形態によれば、チップ、インターポーザ部分、統合制御ＡＳＩＣ等の任意の他の接合構成要素と表面実装又はソケットとの間の電気的接続を成功させる各部分又は層の適切な接合を可能にする材料の選択を実現することができる。

【0127】

様々な実施形態において、統合型デバイス２００は、統合型デバイス１００又は統合型デバイス２００等の統合型デバイスのＭＥＭＳ部分（例えばＭＥＭＳ部分１２０）とＰＣＢ２０７との間の電気的相互接続のための１つ又は複数のシリコン貫通ビア（ＴＳＶ）をさらに含む。

【0128】

様々な実施形態において、チップ２２０は、直接統合（接合されたＡＳＩＣ）又はオフチップすることができる制御要素（デバイス感知、デバイス作動、及び外部入力の間の制御ループを閉じるために使用される電気システム）とインターフェースする電気信号を含む。様々な実施形態において、チップ２２０は、上述のように、インターポーザ２０８を介して取り付けることができ、その後、図２Ｂに示されるように、ソケット等の可逆接続又はＢＧＡ等の不可逆接続を介してＰＣＢ２０７に取り付けられる。ＢＧＡ又はソケットは、電気信号入出力（Ｉ／Ｏ）密度及びチップ２２０のレイアウトに応じて、多くの２Ｄ構成を有することができる。様々な実施形態において、電気信号Ｉ／Ｏは、チップ２２０からＰＣＢ２０７を介して「オフチップ ロジック」と呼ばれる電気構成要素及び論理要素に配線される。いくつかの実施形態では、統合型デバイス２００の動作は、所定のプログラムを実行できるシステムによる開ループ制御及び閉ループ制御を含むことができる。この制御システムは、チップ上に直接ボンディングされた統合型ＣＭＯＳ ＡＳＩＣにすることもでき、又は例えばチップの電気信号Ｉ／Ｏが配線されるＰＣＢ上に常駐する既製の構成要素にすることもできる。

【0129】

様々な実施形態において、図２Ａの拡大部分２００ａに示されるように、統合型デバイス２００は、流体キャビティ２６０内に１つ又は複数の粒子（ナノスケール又はマイクロスケールの材料１６５等）を捕捉するための、捕捉サイト電極１８０等の１つ又は複数の電極をさらに含む。様々な実施形態において、捕捉サイト電極１８０等の１つ又は複数の捕捉サイト電極は、統合型デバイス２００（すなわち、ＬＯＣ）とＰＣＢ２０７との間の表面配線を介して提供される電気相互接続を介して動作することができる。

【0130】

図２Ａに示されるように、統合型パッケージは、統合型デバイス２００のエッジに配置されたガスケット２０５をさらに含む。様々な実施形態において、ガスケット２０５は、流体キャビティ２６０を気密封止する。様々な実施形態において、ガスケット２０５は流体キャビティ２６０を液密封止する。様々な実施形態において、ガスケット２０５は、統合型デバイス２００（すなわち、ＬＯＣ）と面内に配置され、ＬＯＣのエッジに一致する。

【0131】

様々な実施形態において、ＬＯＣシステム（すなわち、統合型パッケージ）は、統合型デバイス１００又は統合型デバイス２００等の複数の統合型デバイスを含む。このような実施形態では、流体キャップ２７０は、複数の統合型デバイス１００又は２００のそれぞれに対する流体入口及び流体出口を含むことができる。

【0132】

図２Ｂは、様々な実施形態による、例えば統合型パッケージを得るために、統合型デバイス２００をパッケージ化するためのプロセス・フロー３０の概略図を示す。図２Ｂに示されるように、統合型デバイス２００は、例えばインターポーザ２０１等の基板に接合される。様々な実施形態において、統合型デバイス２００は、約０．０１ｍｍ～約１０．０ｍｍの厚さを有することができる。様々な実施形態において、統合型デバイス２００は、約０．０５ｍｍ～約８ｍｍ、約０．１ｍｍ～約６ｍｍ、約０．２ｍｍ～約５ｍｍ、約０．５ｍｍ～約４ｍｍ、約０．５ｍｍ～約４ｍｍ、１ｍｍ～約３ｍｍ、約０．０１ｍｍ～約２ｍｍ、約０．０５ｍｍ～約５ｍｍ、約０．１ｍｍ～約２ｍｍ、又は約０．１ｍｍ～約３ｍｍの間（それらの間の任意の厚さ又は範囲を含む）の厚さを有することができる。

【0133】

様々な実施形態において、インターポーザ２０１は、約０．１μｍ～約５．０ｍｍの間の厚さを有することができる。様々な実施形態において、インターポーザ２０１は、約０．２μｍ～約４．５ｍｍ、約０．３μｍ～約４．０ｍｍ、約０．５μｍ～約３．５ｍｍ、約１μｍ～約３．０ｍｍ、約１０μｍ～約３．５ｍｍ、約５０μｍ～約３．０ｍｍ、約１００μｍ～約２．５ｍｍ、約２５０μｍ～約２．０ｍｍ、約０．５ｍｍ～約１．５ｍｍ、約０．８ｍｍ～約１．５ｍｍ、又は約１．０ｍｍ～約５．０ｍｍの間（それらの間の任意の厚さ又は厚さの範囲を含む）の厚さを有することができる。

【0134】

図２Ｂに示されるように、ＰＣＢ２０７は、１つ又は複数のはんだボール２０６を介してインターポーザ２０１にボンディングされる。ボンディングの均一性を達成するために、はんだボール２０６のボールグリッドアレイを使用してＰＣＢ２０７をインターポーザ２０１にボンディングすることができ、これは、統合型デバイス２００に既に取り付けられるように示される。換言すれば、統合型パッケージは、統合型デバイス２００をＰＣＢ２０７にボンディングするためのボールグリッドアレイをさらに含む。様々な実施形態において、ボールグリッドアレイは、統合型デバイス２００とＰＣＢ２０７との間の接触パッドのアレイをはんだ及びフラックスのビーズでボンディングするための表面実装を提供する。様々な実施形態において、ボールグリッドアレイは、例えば、適切に長方形、正方形、任意のグリッド又は円形配置を含む、任意のパターン又は形式の任意の合理的なアレイ範囲を含むことができる。

【0135】

図２Ｂにさらに示されるように、プロセス・フロー３０は、ＰＣＢ２０７上にドライバＩＣ及び表面実装デバイス（ＳＭＤ）４０を組み付けることを含む。

【0136】

さらに、図２Ｂは、外側マイクロチャネル５０に流体的に結合された２つの流体ビアを有する流体キャップ２７０の組み立てを示している。様々な実施形態によれば、マイクロチャネル５０は、図１Ａ及び図１Ｂのナノスケール又はマイクロスケールの材料１６５等のナノスケール又はマイクロスケールの材料を含む流体媒体を統合型デバイス２００に入力するように設計される。

【0137】

図３は、様々な実施態様による、統合型デバイス３００の例示的なＭＥＭＳ部分３２０のアレイの概略図を示す。図３に示されるように、例示的なＭＥＭＳ部分３２０のアレイは、六角形タイル状に配置された複数のアクチュエータステージ３３０を含む。様々な実施形態において、複数のアクチュエータステージ３３０は、長方形グリッドアレイ、正方形グリッドアレイ、又は任意の適切なグリッドアレイに配置され得る。

【0138】

統合型デバイス３００の様々な実施態様において、複数のアクチュエータステージ３３０は流体連通することができる。例えば、複数のアクチュエータステージ３３０のそれぞれは、ユニットセル（例えば、図１Ａに関して説明したユニットセル１２０ａ）として構成することができ、ユニットセル１２０ａのそれぞれは、例えば、図１Ａに関して説明したＭＥＭＳ流体アクセスビア１２６を介して流体的に相互接続される。様々な実施形態によれば、ユニットセル１２０ａのＭＥＭＳキャビティ（例えば、流体相互接続を提供するために使用されるＭＥＭＳキャビティ１２２）内に含まれる流体には、例えば、水性流体、水性緩衝液、有機溶媒、疎水性流体、ガス、生物試薬又は化学試薬を含む水溶液、有機溶媒、鉱油、フッ素オイル、空気、細胞培養のための混合ガス（例えば、５％ＣＯ_２）、不活性ガス等が含まれるが、これらに限定されない。

【0139】

統合型デバイス３００の様々な実施態様において、複数のアクチュエータステージ３３０は、約１～約１０^８のアクチュエータステージの範囲であり得る。様々な実施態様によれば、統合型デバイス３００内の複数のアクチュエータステージ３３０のそれぞれは、２つ以上のアクチュエータアーム３３２によって支持される。様々な実施態様によれば、統合型デバイス３００内の複数のアクチュエータステージ３３０のそれぞれは、それぞれの鋭利な部材３３５を含む。様々な実施態様において、複数のアクチュエータステージ３３０は、例えば、２つの隣接するアクチュエータステージ３３０間の中心間の距離が、約０．１μｍ～１０ｃｍ、約０．１μｍ～１ｃｍ、約０．１μｍ～１ｍｍ、約０．１μｍ～５００μｍ、約０．１μｍ～１００μｍ、約０．１μｍ～７５μｍ、約０．１μｍ～５０μｍ、約０．１μｍ～２５μｍ、約０．１μｍ～１０μｍ、約１μｍ～１０ｃｍ、約１μｍ～１ｃｍ、約１μｍ～１ｍｍ、約１μｍ～５００μｍ、約１μｍ～１００μｍ、約１μｍ～７５μｍ、約１μｍ～５０μｍ、約１μｍ～２５μｍ、約１μｍ～１０μｍ、約１０μｍ～１０ｃｍ、約１０μｍ～１ｃｍ、約１０μｍ～１ｍｍ、約１０μｍ～５００μｍ、約１０μｍ～２００μｍ、約１０μｍ～１００μｍ、約１０μｍ～７５μｍ、約１０μｍ～５０μｍ、約１０μｍ～２５μｍ、約１０μｍ～１ｍｍ、又は約２０μｍ～１ｍｍの間（それらの間のあらゆる分離距離範囲を含む）だけ互いに分離される。

【0140】

図４は、例示的な実施態様による、統合型デバイスを動作させる方法４００のフローチャートである。方法４００は、ステップ４０２において電源を供給するステップと、ステップ４０４において統合型デバイスを提供するステップとを含む。様々な実施形態において、統合型デバイスは、統合型デバイス１００又は統合型デバイス２００と実質的に類似又は同一である。統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、第１の側と第１の側の反対側である第２の側とを有する膜部分と；膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分であって、アクチュエータステージと実質的に平行な膜部分の第１の面に配置された電極及び引き寄せ電極として構成される、アクチュエータステージに配置された鋭利な部材を有するＭＥＭＳ部分と；膜部分の第２の側に配置される流体部分と；を含む。

【0141】

様々な実施態様によれば、方法４００は、ステップ４０６において、オプションで複数の粒子を含む流体媒体を、少なくとも１つの流体入口を介して所定の流量で流すステップを含む。様々な実施態様によれば、方法４００は、ステップ４０８において、オプションで電源を介して、１つ又は複数の対電極と１つ又は複数の捕捉サイト電極との間にＡＣ電圧を供給するステップを含む。様々な実施形態によれば、方法４００は、ステップ４１０において、オプションで膜開口部の近傍に極大値を有する電場を生成するステップと；ステップ４１２において、ＡＣ電圧の動作周波数を調整して、複数の粒子の一部に正の誘電泳動力を生じさせるステップと；ステップ４１４において、流体媒体中の複数の粒子のうちの１つ又は複数を捕捉するステップと；を含む。

【0142】

図４に示されるように、方法４００は、ステップ４１６において、電源を介して、アクチュエータステージと引き寄せ電極との間に電圧を供給するステップを含む。方法４００は、ステップ４１８において、供給した電圧に基づいてアクチュエータステージと引き寄せ電極との間に静電場を生成するステップと；ステップ４２０において、アクチュエータステージと引き寄せ電極との間で生成した静電場によって、鋭利な部材を作動させて膜開口部を横切って流体キャビティの少なくとも一部内に移動させるステップ；とを含む。様々な実施形態において、流体部分は、流体部分に流体キャビティを形成する流体キャップを含み、流体キャップは、その表面に少なくとも１つの流体入口と少なくとも１つの流体出口とを有する。

【0143】

様々な実施形態において、膜部分の第２の側は、膜部分の第２の面に配置され、膜開口部に隣接して配置された１つ又は複数の捕捉サイト電極を含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極は電気的に接続されて、円形の捕捉サイト電極を形成する。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極のうちの２つ以上の捕捉サイト電極は、フェーズドセンサアレイとして部分的に使用される。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、膜開口部を横切って配置される一対の双極（bi-polar）電極である。

【0144】

様々な実施形態において、流体キャップは、膜開口部の向かい側の流体キャップの表面に配置された１つ又は複数の対電極を含む。

【0145】

様々な実施形態において、ＡＣ電圧の動作周波数の調整は、流れる流体媒体の１つ又は複数の粒子に及ぼされる流体力学的な力に関して、印加されたＡＣ電圧によって誘発される誘電泳動（ＤＥＰ）力の競合効果を決定することを含む。様々な実施形態において、ＤＥＰ力を介して複数の粒子のうちの１つ又は複数を捕捉することは、流体媒体中を流れる１つ又は複数の粒子にかかる流体力学的な力に打ち勝つことによって、膜開口部に近接する１つ又は複数の粒子を捕捉するのに十分なＤＥＰ力を供給することを含む。

【0146】

様々な実施形態において、方法４００は、オプションで、ＤＥＰ力を調整して単一の粒子を捕捉するようにＡＣ電圧を調整するステップを含む。様々な実施形態において、方法４００は、オプションで、鋭利な部材によって単一の粒子を調べるステップを含む。様々な実施形態において、鋭利な部材のチップは、ペイロードを単一の粒子に送達するように構成される。

【0147】

様々な実施形態において、１つ又は複数の引き寄せ電極は、膜開口部に隣接して、及び／又は膜開口部を少なくとも部分的に取り囲んで配置される。様々な実施形態において、１つ又は複数の引き寄せ電極は、膜開口部を部分的に囲むように配置される。

【0148】

様々な実施形態において、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲むことは、膜開口部を少なくとも一次元で取り囲むことを指す。様々な実施形態において、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲むことは、膜開口部を少なくとも一次元で実質的に囲むことを指す。様々な実施形態において、１つ又は複数の引き寄せ電極は電気的に接続されて、円形の引き寄せ電極を形成する。

【0149】

様々な実施形態において、膜部分の第２の側は、膜部分の第２の側に部分的又は完全に埋め込まれ、膜開口部に隣接する１つ又は複数の捕捉サイト電極の少なくとも一部を含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、円形の捕捉サイト電極の幾何学的形状又は環状の捕捉サイト電極の幾何学的形状を含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、膜開口部を横切って配置される一対の双極電極である。様々な実施形態において、１つ又は複数の対電極及び１つ又は複数の捕捉サイト電極は、１つ又は複数の電極ペアとして構成される。様々な実施形態において、１つ又は複数の電極ペアは、流体媒体中の１つ又は複数の粒子を捕捉するように構成される。様々な実施形態において、１つ又は複数の粒子は、誘電泳動力を使用して捕捉される。様々な実施形態において、誘電泳動力は膜開口部に直交して加えられる。

【0150】

様々な実施形態において、アクチュエータステージは、ＭＥＭＳ部分のＭＥＭＳキャビティ内に吊り下げられ、ＭＥＭＳキャビティの壁に取り付けられた２つ以上のアクチュエータアームによって支持される。様々な実施形態において、２つ以上のアクチュエータアームは蛇行パターンを含む。様々な実施形態において、２つ以上のアクチュエータアームは、導電性又は十分に導電性の材料を含む。様々な実施形態において、アクチュエータステージは膜部分の第１の面から所定の距離だけ離れて吊り下げられ、動作中に、アクチュエータステージは膜部分の第１の面に対して移動する。

【0151】

様々な実施形態において、流体媒体は、少なくとも１つの流体入口から少なくとも１つの流体出口まで所定の流量で流れる。様々な実施形態において、鋭利な部材はシリコンを含む。様々な実施形態において、鋭利な部材は、ポリヌクレオチドを鋭利な部材に結合させるように構成された１つ又は複数の材料でコーティングされる。様々な実施形態において、鋭利な部材の少なくとも一部は、複数の金原子でコーティングされる。様々な実施形態において、金原子でコーティングされた鋭利な部材には、１つ又は複数の生体分子が付着することができる。

【0152】

様々な実施形態において、鋭利な部材は、ラングミュア・ボジェット膜、機能化ガラス、ゲルマニウム、ＰＴＦＥ、ポリスチレン、ガリウムヒ素、銀、ナイロン、ＰＶＰ、酸化ケイ素、金属酸化物、又はセラミックのうちの少なくとも１つを含む。様々な実施形態において、鋭利な部材は、共有結合、チオール（－ＳＨ）修飾剤、アビジン／ビオチンカップリング化学、或いはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）又はポリエチレンイミン（ＰＥＩ）のいずれかからの媒介リンカー分子を介して、ポリヌクレオチドに結合される。様々な実施形態において、鋭利な部材は、ヌクレオチドベースの分子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ウイルスＤＮＡ、環状ヌクレオチド配列、直鎖状ヌクレオチド配列、一本鎖ヌクレオチド、環状ＤＮＡ、プラスミド、直鎖状ＤＮＡ、ハイブリッドＤＮＡ－ＲＮＡ分子、タンパク質、ペプチド、代謝物、ウイルス、カプシドナノ粒子、膜不透過性薬物、外因性細胞小器官、分子プローブ、ナノスケールデバイス、ナノスケールセンサ、ナノスケールプローブ、ナノスケールプラズモニック光スイッチ、カーボンナノチューブ、量子ドット、ナノ粒子、阻害性抗体、Ｏｃｔ４又はＳｏｘ２の少なくとも１つを含む刺激性転写因子、サイレンシングＤＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ＨＤＡＣ阻害剤、ＤＮＡメチルトランスフェラーゼ阻害剤、遺伝子発現を増加又は減少させる１つ又は複数の分子、タンパク質、抗体、酵素、１つ又は複数の低分子薬物のリストからのペイロードを運ぶことができる。様々な実施形態において、鋭利な部材は、Ｃａｓタンパク質又はＣａｓタンパク質を発現するプラスミド、ＴＡＬＥＮ、又はジンクフィンガーヌクレアーゼと複合体を形成することができるｃｒＲＮＡ又はｔｒａｃｒＲＮＡを含むｇＲＮＡのリストから、細胞のゲノムに安定に組み込むことができる遺伝物質を運ぶことができる。

【0153】

図５は、例示的な実施態様による、統合型デバイスを動作させる方法５００のフローチャートである。方法５００は、ステップ５０２において電源を供給するステップと、ステップ５０４において統合型デバイスを提供するステップとを含む。様々な実施形態において、統合型デバイスは、統合型デバイス１００又は統合型デバイス２００と実質的に類似又は同一である。統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、膜部分は第１の側と第２の側とを有しており、膜部分の第２の側は、その上に配置された１つ又は複数の捕捉サイト電極を含む、膜部分と；膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分と；膜部分の第２の側に配置された流体部分であって、流体部分に流体キャビティを形成する流体キャップを含む流体部分と；を含み、流体キャップは、その表面に、少なくとも１つの流体入口、少なくとも１つの流体出口、及び膜開口部の向かい側の流体キャップの表面に配置された１つ又は複数の対電極を有する。

【0154】

様々な実施形態によれば、方法５００は、ステップ５０６において、オプションで複数の粒子を含む流体媒体を、少なくとも１つの流体入口を介して所定の流量で流すステップを含む。

【0155】

様々な実施形態によれば、方法５００は、ステップ５０８において、電源を介して、１つ又は複数の対電極と１つ又は複数の捕捉サイト電極との間にＡＣ電圧を供給するステップをさらに含む。様々な実施態様によれば、方法５００は、ステップ５１０において、膜開口部の近傍に極大値を有する電場を生成するステップをさらに含む。

【0156】

様々な実施態様によれば、方法５００は、ステップ５１２において、オプションでＡＣ電圧の動作周波数を調整して、複数の粒子の一部に正の誘電泳動力を生じさせるステップと、ステップ５１４において、流体媒体中の複数の粒子のうちの１つ又は複数を捕捉するステップと、を含む。

【0157】

様々な実施形態において、膜部分の第２の側は、膜部分の第２の側に部分的又は完全に埋め込まれ、膜開口部に隣接する１つ又は複数の捕捉サイト電極の少なくとも一部を含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、膜開口部に隣接して配置され、円形の捕捉サイト電極の幾何学的形状又は環状の捕捉サイト電極の幾何学的形状を含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、膜開口部を横切って配置される一対の双極電極である。様々な実施形態において、１つ又は複数の対電極及び１つ又は複数の捕捉サイト電極は、１つ又は複数の電極ペアとして構成される。

【0158】

様々な実施形態において、ＭＥＭＳ部分は、ＭＥＭＳキャビティ内のアクチュエータステージに配置された鋭利な部材を含む。様々な実施形態において、膜部分の第１の側は、膜部分の第１の面に配置され、膜開口部に隣接する及び／又は膜開口部を少なくとも部分的に取り囲む１つ又は複数の引き寄せ電極を含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の引き寄せ電極は、膜開口部を部分的に囲むように配置される。様々な実施形態において、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲むことは、膜開口部を少なくとも一次元で取り囲むことを指す。様々な実施形態において、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲むことは、膜開口部を少なくとも一次元で実質的に囲むことを指す。様々な実施形態において、１つ又は複数の引き寄せ電極は電気的に接続されて、円形の引き寄せ電極を形成する。様々な実施形態において、アクチュエータステージは、電極として構成され、１つ又は複数の引き寄せ電極と実質的に平行である。

【0159】

様々な実施形態において、ＡＣ電圧の動作周波数の調整は、流れる流体媒体の１つ又は複数の粒子に及ぼされる流体力学的な力に関して、印加されたＡＣ電圧によって誘発される誘電泳動（ＤＥＰ）力の競合効果を決定することを含む。様々な実施形態において、ＤＥＰ力を介して複数の粒子のうちの１つ又は複数を捕捉することは、流体媒体中を流れる１つ又は複数の粒子にかかる流体力学的な力に打ち勝つことによって、膜開口部に近接する１つ又は複数の粒子を捕捉するのに十分なＤＥＰ力を供給することを含む。

【0160】

様々な実施態様によれば、方法５００は、ステップ５１６において、オプションで電源を介して、アクチュエータステージと１つ又は複数の引き寄せ電極との間に電圧を供給するステップと；ステップ５１８において、供給した電圧に基づいて、アクチュエータステージと１つ又は複数の引き寄せ電極との間に静電場を生成するステップと；ステップ５２０において、アクチュエータステージと１つ又は複数の引き寄せ電極との間に生成された静電場に基づいて、鋭利な部材を作動させて膜開口部を横切って流体キャビティの少なくとも一部内に移動させるステップと；を含む。

【0161】

様々な実施態様によれば、方法５００は、オプションで、ＤＥＰ力を調整して単一の粒子を捕捉するようにＡＣ電圧を調整するステップを含む。様々な実施態様によれば、方法５００は、オプションで、鋭利な部材によって単一の粒子を調べるステップを含む。

【0162】

様々な実施形態において、鋭利な部材のチップは、ペイロードを単一の粒子に送達するように構成される。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉された粒子は、作動時に鋭利な部材によって調べられる。様々な実施形態において、鋭利な部材のチップは、１つ又は複数の捕捉された粒子にペイロードを送達するように構成される。

【0163】

様々な実施形態において、膜部分の第２の側は、膜部分の第２の側に部分的又は完全に埋め込まれ、膜開口部に隣接する１つ又は複数の捕捉サイト電極の少なくとも一部を含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、円形の捕捉サイト電極の幾何学的形状又は環状の捕捉サイト電極の幾何学的形状を含む。様々な実施形態において、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、膜開口部を横切って配置される一対の双極電極である。

【0164】

様々な実施形態において、アクチュエータステージは、ＭＥＭＳ部分のＭＥＭＳキャビティ内に吊り下げられ、ＭＥＭＳキャビティの壁に取り付けられた２つ以上のアクチュエータアームによって支持される。様々な実施形態において、２つ以上のアクチュエータアームは蛇行パターンを含む。様々な実施形態において、２つ以上のアクチュエータアームは導電性材料を含む。様々な実施形態において、アクチュエータステージは膜部分の第１の面から所定の距離だけ離れて吊り下げられ、動作中に、アクチュエータステージは膜部分の第１の面に対して移動する。

【0165】

様々な実施形態において、鋭利な部材はシリコンを含む。様々な実施形態において、鋭利な部材は、ポリヌクレオチドを鋭利な部材に結合させるように構成された１つ又は複数の材料でコーティングされる。様々な実施形態において、鋭利な部材の少なくとも一部は、複数の金原子でコーティングされる。様々な実施形態において、金原子でコーティングされた鋭利な部材は、１つ又は複数の生体分子に結合することができる。様々な実施形態において、鋭利な部材は、ラングミュア・ボジェット膜、機能化ガラス、ゲルマニウム、ＰＴＦＥ、ポリスチレン、ガリウムヒ素、銀、膜、ナイロン、ＰＶＰ、酸化ケイ素、金属酸化物、又はセラミックのうちの少なくとも１つを含む。様々な実施形態において、鋭利な部材は、共有結合、チオール（－ＳＨ）修飾剤、アビジン／ビオチンカップリング化学、或いはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）又はポリエチレンイミン（ＰＥＩ）のいずれかからの媒介リンカー分子を介して、ポリヌクレオチドに結合される。様々な実施形態において、鋭利な部材は、ヌクレオチドベースの分子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ウイルスＤＮＡ、環状ヌクレオチド配列、直鎖状ヌクレオチド配列、一本鎖ヌクレオチド、環状ＤＮＡ、プラスミド、直鎖状ＤＮＡ、ハイブリッドＤＮＡ－ＲＮＡ分子、タンパク質、ペプチド、代謝物、ウイルス、カプシドナノ粒子、膜不透過性薬物（例えば、細胞膜）、外因性細胞小器官、分子プローブ、ナノスケールデバイス、ナノスケールセンサ、ナノスケールプローブ、ナノスケールプラズモニック光スイッチ、カーボンナノチューブ、量子ドット、ナノ粒子、阻害性抗体、Ｏｃｔ４又はＳｏｘ２の少なくとも１つを含む刺激性転写因子、サイレンシングＤＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ＨＤＡＣ阻害剤、ＤＮＡメチルトランスフェラーゼ阻害剤、遺伝子発現を増加又は減少させる１つ又は複数の分子、タンパク質、抗体、酵素、１つ又は複数の低分子薬のリストからのペイロードを運ぶことができる。様々な実施形態において、鋭利な部材は、Ｃａｓタンパク質又はＣａｓタンパク質を発現するプラスミド、ＴＡＬＥＮ、又はジンクフィンガーヌクレアーゼと複合体を形成することができるｃｒＲＮＡ又はｔｒａｃｒＲＮＡを含むｇＲＮＡのリストから、細胞のゲノムに安定に組み込むことができる遺伝物質を運ぶことができる。

【0166】

実施形態の説明
実施形態１． 統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、第１の側と第１の側の反対側である第２の側とを有する膜部分と；膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分であって、ＭＥＭＳ部分は、ＭＥＭＳキャビティ内のアクチュエータステージに配置された鋭利な部材を有しており、鋭利な部材は、アクチュエータステージに対して実質的に直交して取り付けられた先端（又はベース）部分を有する、ＭＥＭＳ部分と；膜部分の第２の側に配置された流体部分であって、流体部分内に流体媒体を流すための流体キャビティを有する流体部分と；を含み、膜開口部は、ＭＥＭＳ部分と流体部分との間のアクセスを提供し、鋭利な部材の基端部分と実質的に位置合わせされ、動作中に、鋭利な部材の基端部分は、膜開口部を横切って流体キャビティの少なくとも一部内に移動する。

【0167】

実施形態２． 実施形態１に記載の統合型デバイスであり、膜部分の第１の側は、膜部分の第１の面に配置され、且つ膜開口部に隣接する及び／又は膜開口部を少なくとも部分的に取り囲む１つ又は複数の引き寄せ電極を含む。

【0168】

実施形態３． 実施形態１又は２のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、１つ又は複数の引き寄せ電極は電極材料のシートを含むか、又は膜開口部に隣接して、１つ又は複数の引き寄せ電極は、膜開口部を部分的に囲んで配置される。

【0169】

実施形態４． 実施形態１～３のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲むことは、膜開口部を少なくとも一次元で取り囲むことを含む。

【0170】

実施形態５． 実施形態１～４のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲むことは、膜開口部を少なくとも一次元で実質的に囲むことを含む。

【0171】

実施形態６． 実施形態１～５のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、１つ又は複数の引き寄せ電極は、円形の引き寄せ電極を形成するために電気的に接続される。

【0172】

実施形態７． 実施形態１～６のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、膜部分の第２の側は、膜部分の第２の側に部分的又は完全に埋め込まれ、且つ膜開口部に隣接する１つ又は複数の捕捉サイト電極の少なくとも一部を含む。

【0173】

実施形態８． 実施形態１～７のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、膜部分の第２の面は、膜部分の第２の面に配置され、且つ膜開口部に隣接して配置された１つ又は複数の捕捉サイト電極を含む。

【0174】

実施形態９． 実施形態１～８のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、円形の捕捉サイト電極の幾何学的形状又は環状の捕捉サイト電極の幾何学的形状を含む。

【0175】

実施形態１０． 実施形態１～９のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、膜開口部を横切って配置される一対の双極電極である。

【0176】

実施形態１１． 実施形態１～１０のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、流体部分は、膜開口部の向かい側の流体キャビティ表面に配置された１つ又は複数の対電極を含み、動作中に、１つ又は複数の対向電極及び１つ又は複数の捕捉サイト電極は、１つ又は複数の電極ペアとして構成される。

【0177】

実施形態１２． 実施形態１～１１のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、１つ又は複数の電極ペアは、流体媒体中の１つ又は複数の粒子を捕捉するように構成される。

【0178】

実施形態１３． 実施形態１～１２のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、１つ又は複数の粒子は誘電泳動力を使用して捕捉される。

【0179】

実施形態１４． 実施形態１～１３のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、誘電泳動力は、膜開口部に直交して印加される。

【0180】

実施形態１５． 実施形態１～１４のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、アクチュエータステージは、ＭＥＭＳキャビティ内に吊り下げられ、ＭＥＭＳキャビティの壁に取り付けられた２つ以上のアクチュエータアームによって支持され、２つ以上のアクチュエータアームは、少なくとも蛇行パターンを含むか、又は単結晶シリコン、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、アモルファスシリコン、水素化アモルファスシリコン、金属、金属合金、共晶、セラミック、複合材料、ポリマー、ドープシリコン、シリコンの同素体、無機ガラス状材料又は混合物、無機多結晶材料又は混合物、無機単結晶材料又は混合物、金属酸化物、半金属酸化物、金属又は半金属窒化物を含むセラミック材料、窒素又は他の非半金属又は金属元素を含む金属又は半金属酸化物、上記材料のドープされた組合せ、上記材料の任意の層状スタック又は構造的組合せのうちの少なくとも１つを含む導電性材料を含む。

【0181】

実施形態１６． 実施形態１～１５のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、アクチュエータステージは膜部分の第１の面から所定の距離だけ離れて吊り下げられ、動作中に、アクチュエータステージは膜部分の第１の面に対して移動する。

【0182】

実施形態１７． 実施形態１～１６のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、ＭＥＭＳキャビティは、ＭＥＭＳキャビティ内に流体を含むように構成される。

【0183】

実施形態１８． 実施形態１～１７のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、ＭＥＭＳキャビティ内に配置される流体は、流体媒体と混和性である。

【0184】

実施形態１９． 実施形態１～１８のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、ＭＥＭＳキャビティ内に配置される流体は、流体媒体と混和しない。

【0185】

実施形態２０． 実施形態１～１９のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、鋭利な部材はアクチュエータステージの第１の面に配置され、ＭＥＭＳキャビティは、アクチュエータステージの第２の面に面するＭＥＭＳキャビティ表面に配置された１つ又は複数の引き寄せ電極を含む。

【0186】

実施形態２１． 実施形態１～２０のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、流体部分には流体入口及び流体出口が含まれ、流体媒体は所定の流量で流体入口から流体出口まで流れる。

【0187】

実施形態２２． 実施形態１～２１のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、流体部分には複数の流体入口及び複数の流体出口が含まれる。

【0188】

実施形態２３． 実施形態１～２２のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、統合型デバイスは電源に電気的に結合される。

【0189】

実施形態２４． 実施形態１～２３のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、鋭利な部材はシリコンを含む。

【0190】

実施形態２５． 実施形態１～２４のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、鋭利な部材は、ポリヌクレオチドを鋭利な部材に結合させるように構成された１つ又は複数の材料でコーティングされる。

【0191】

実施形態２６． 実施形態１～２５のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、鋭利な部材の少なくとも一部が複数の金原子でコーティングされており、金原子でコーティングされた鋭利な部材は、１つ又は複数の生体分子に付着可能である。

【0192】

実施形態２７． 実施形態１～２６のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、鋭利な部材は、ラングミュア・ボジェット膜、機能化ガラス、ゲルマニウム、ＰＴＦＥ、ポリスチレン、ガリウムヒ素、銀、膜、ナイロン、ＰＶＰ、酸化ケイ素、金属酸化物、又はセラミックのうちの少なくとも１つを含む。

【0193】

実施形態２８． 実施形態１～２７のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、鋭利な部材は、共有結合、イオン結合、静電結合、水素結合、又はファンデルワールス結合のうちの少なくとも１つを含む１つ又は複数の結合タイプを含むか、又は共有結合、チオール（－ＳＨ）修飾剤、アビジン／ビオチンカップリング化学、或いはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）又はポリエチレンイミン（ＰＥＩ）のいずれかからの媒介リンカー分子を介してポリヌクレオチドに結合する。

【0194】

実施形態２９． 実施形態１～２８のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、鋭利な部材は、ヌクレオチドベースの分子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ウイルスＤＮＡ、環状ヌクレオチド配列、直鎖状ヌクレオチド配列、一本鎖ヌクレオチド、環状ＤＮＡ、プラスミド、直鎖状ＤＮＡ、ハイブリッドＤＮＡ－ＲＮＡ分子、タンパク質、ペプチド、代謝物、ウイルス、カプシドナノ粒子、膜不透過性薬物、外因性細胞小器官、分子プローブ、ナノスケールデバイス、ナノスケールセンサ、ナノスケールプローブ、ナノスケールプラズモニック光スイッチ、カーボンナノチューブ、量子ドット、ナノ粒子、阻害抗体、Ｏｃｔ４又はＳｏｘ２の少なくとも１つを含む刺激性転写因子、サイレンシングＤＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ＨＤＡＣ阻害剤、ＤＮＡメチルトランスフェラーゼ阻害剤、遺伝子発現を増加又は減少させる１つ又は複数の分子、タンパク質、抗体、酵素、１つ又は複数の低分子薬物のリストからの１つ又は複数のペイロードを運ぶことができる。

【0195】

実施形態３０． 実施形態１～２９のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、鋭利な部材は、Ｃａｓタンパク質又はＣａｓタンパク質を発現するプラスミド、ＴＡＬＥＮ、又はジンクフィンガーヌクレアーゼと複合体を形成することができるｃｒＲＮＡ又はｔｒａｃｒＲＮＡを含むｇＲＮＡのリストからの、細胞のゲノムに安定に組み込むことができる遺伝物質を運ぶことができる。

【0196】

実施形態３１． 統合型パッケージは、基板と；基板に配置されたラボ・オン・チップ（ＬＯＣ）と；を含み、ＬＯＣは少なくとも１つの統合型デバイスを含み、統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、第１の側と第１の側の反対側である第２の側とを有する膜部分と；膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分であって、ＭＥＭＳキャビティ内のアクチュエータステージに配置された鋭利な部材を有するＭＥＭＳ部分と；膜部分の第２の側に配置された流体部分であって、流体部分内に流体媒体を流すための流体キャビティを有する流体部分と；ＬＯＣの流体部分の表面を形成する流体キャップであって、流体入口及び流体出口を有する流体キャップと；を含む。

【0197】

実施形態３２． 実施形態３１に記載の統合型パッケージであり、基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）、少なくともガラスエポキシ複合材料を含む複合材料、又はセラミック複合材料のうちの少なくとも１つを含むセラミックのうちの少なくとも１つを含み、少なくとも１つの統合型デバイスは、ＬＯＣと基板との間に配置されたインターポーザをさらに含む。

【0198】

実施形態３３． 実施形態３１又は３２のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、インターポーザは、電気再配線層、異なる電気接点レイアウトの間の電気信号入力及び出力を物理的にマッピングするように構成された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はそれらの組合せを含む。

【0199】

実施形態３４． 実施形態３１～３３のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ＬＯＣは、アクチュエータステージを作動させるために使用される静電力を提供するための１つ又は複数の電極を含む。

【0200】

実施形態３５． 実施形態３１～３４のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、アクチュエータステージは、印加された静電気力によって作動される。

【0201】

実施形態３６． 実施形態３１～３５のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、基板は複数の電気入力及び出力を含み、複数の電気入力及び出力のそれぞれが、外部電源とＬＯＣの１つ又は複数の電極との間の電気接続を提供する。

【0202】

実施形態３７． 実施形態３１～３６のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ＬＯＣは、ＭＥＭＳ部分と基板との間の電気的相互接続のためのシリコン貫通ビア（ＴＳＶ）をさらに含む。

【0203】

実施形態３８． 実施形態３１～３７のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ＬＯＣは、１つ又は複数の捕捉サイト電極を介して流体キャビティ内に１つ又は複数の粒子を捕捉するための１つ又は複数の電極を含む。

【0204】

実施形態３９． 実施形態３１～３８のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、ＬＯＣと基板との間の表面配線を介して提供される電気相互接続を介して動作する。

【0205】

実施形態４０． 実施形態３１～３９のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ＬＯＣのエッジに配置されたガスケットをさらに含む。

【0206】

実施形態４１． 実施形態３１～４０のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ガスケットは流体キャビティを気密封止する。

【0207】

実施形態４２． 実施形態３１～４１のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ガスケットは流体キャビティを液密封止する。

【0208】

実施形態４３． 実施形態３１～４２のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ガスケットは、ＬＯＣと面内に配置され、ＬＯＣのエッジに一致する。

【0209】

実施形態４４． 実施形態３１～４３のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ＬＯＣを基板にボンディングするためのボールグリッドアレイをさらに含み、ボールグリッドアレイは、ＬＯＣと基板との間に接触パッドのアレイをはんだ及びフラックスのビーズでボンディングするための表面実装を提供する。

【0210】

実施形態４５． 実施形態３１～４４のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ＬＯＣは複数の統合型デバイスを含み、流体キャップは、複数の統合型デバイスのそれぞれについて流体入口及び流体出口を含む。

【0211】

実施形態４６． 実施形態３１～４５のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、複数の統合型デバイスは同じＬＯＣ内に異なる捕捉サイト電極の幾何形状を含むか、又は複数の統合型デバイスは、環状の捕捉サイト電極及び少なくとも双極捕捉サイト電極の幾何学的形状のうちの少なくとも１つを含む。

【0212】

実施形態４７． 実施形態３１～４６のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、膜部分の第１の側は、膜部分の第１の面に配置され、且つ膜開口部に隣接する及び／又は膜開口部を少なくとも部分的に取り囲む１つ又は複数の引き寄せ電極を含む。

【0213】

実施形態４８． 実施形態３１～４７のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、１つ又は複数の引き寄せ電極は電極材料のシートを含むか、又は膜開口部に隣接して、１つ又は複数の引き寄せ電極は、膜開口部を部分的に囲んで配置される。

【0214】

実施形態４９． 実施形態３１～４８のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲むことは、膜開口部を少なくとも一次元で取り囲むことを含む。

【0215】

実施形態５０． 実施形態３１～４９のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲むことは、膜開口部を少なくとも一次元で実質的に囲むことを含む。

【0216】

実施形態５１． 実施形態３１～５０のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、１つ又は複数の引き寄せ電極は、円形の引き寄せ電極を形成するために電気的に接続される。

【0217】

実施形態５２． 実施形態３１～５１のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、膜部分の第２の側は、膜部分の第２の面に部分的又は完全に埋め込まれ、且つ膜開口部に隣接する１つ又は複数の捕捉サイト電極の少なくとも一部を含む。

【0218】

実施形態５３． 実施形態３１～５２のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、膜部分の第２の側は、膜部分の第２の面に配置され、且つ膜開口部に隣接して配置された１つ又は複数の捕捉サイト電極を含む。

【0219】

実施形態５４． 実施形態３１～５３のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、円形の捕捉サイト電極の幾何学的形状又は環状の捕捉サイト電極の幾何学的形状を含む。

【0220】

実施形態５５． 実施形態３１～５４のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、膜開口部を横切って配置される一対の双極電極である。

【0221】

実施形態５６． 実施形態３１～５５のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、流体部分は、膜開口部の向かい側の流体キャビティ表面に配置された１つ又は複数の対電極を含み、動作中に、１つ又は複数の対電極及び１つ又は複数の捕捉サイト電極は、１つ又は複数の電極ペアとして構成される。

【0222】

実施形態５７． 実施形態３１～５６のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、１つ又は複数の電極ペアは、流体媒体中の１つ又は複数の粒子を捕捉するように構成される。

【0223】

実施形態５８． 実施形態３１～５７のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、１つ又は複数の粒子は誘電泳動力を使用して捕捉される。

【0224】

実施形態５９． 実施形態３１～５８のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、誘電泳動力は膜開口部に直交して加えられる。

【0225】

実施形態６０． 実施形態３１～５９のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、アクチュエータステージは、ＭＥＭＳキャビティ内に吊り下げられ、ＭＥＭＳキャビティの壁に取り付けられた２つ以上のアクチュエータアームによって支持され、２つ以上のアクチュエータアームは、少なくとも蛇行パターンを含むか、又は単結晶シリコン、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、アモルファスシリコン、水素化アモルファスシリコン、金属、金属合金、共晶、セラミック、複合材料、ポリマー、ドープシリコン、シリコンの同素体、無機ガラス状材料又は混合物、無機多結晶材料又は混合物、無機単結晶材料又は混合物、金属酸化物、半金属酸化物、金属又は半金属窒化物を含むセラミック材料、窒素又は他の非半金属又は金属元素を含む金属又は半金属酸化物、上記材料のドープされた組合せ、上記材料の任意の層状スタック又は構造的組合せの少なくとも１つを含む導電性材料を含む。

【0226】

実施形態６１． 実施形態３１～６０のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、アクチュエータステージは膜部分の第１の面から所定の距離だけ離れて吊り下げられ、動作中に、アクチュエータステージは膜部分の第１の面に対して移動する。

【0227】

実施形態６２． 実施形態３１～６１のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ＭＥＭＳキャビティは、ＭＥＭＳキャビティ内に流体を含むように構成される。

【0228】

実施形態６３． 実施形態３１～６２のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ＭＥＭＳキャビティ内に配置される流体は、流体媒体と混和性である。

【0229】

実施形態６４． 実施形態３１～６３のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ＭＥＭＳキャビティ内に配置される流体は、流体媒体と混和しない。

【0230】

実施形態６５． 実施形態３１～６４のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、鋭利な部材はアクチュエータステージの第１の面に配置され、ＭＥＭＳキャビティは、アクチュエータステージの第２の面に面するＭＥＭＳキャビティ表面に配置された１つ又は複数の引き離し電極を含む。

【0231】

実施形態６６． 実施形態３１～６５のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、流体部分には流体入口及び流体出口が含まれ、流体媒体は所定の流量で流体入口から流体出口まで流れる。

【0232】

実施形態６７． 実施形態３１～６６のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、流体部分には複数の流体入口及び複数の流体出口が含まれる。

【0233】

実施形態６８． 実施形態３１～６７のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、統合型デバイスは電源に電気的に結合される。

【0234】

実施形態６９． 実施形態３１～６８のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、鋭利な部材は、シリコンを含むか、又はポリヌクレオチドを鋭利な部材に結合させるように構成された１つ又は複数の材料でコーティングされる。

【0235】

実施形態７０． 実施形態３１～６９のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、鋭利な部材の少なくとも一部が複数の金原子でコーティングされており、金原子でコーティングされた鋭利な部材は、１つ又は複数の生体分子に付着可能である。

【0236】

実施形態７１． 実施形態３１～７０のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、鋭利な部材は、ラングミュア・ボジェット膜、機能化ガラス、ゲルマニウム、ＰＴＦＥ、ポリスチレン、ガリウムヒ素、銀、膜、ナイロン、ＰＶＰ、酸化ケイ素、金属酸化物、又はセラミックのうちの少なくとも１つを含む。

【0237】

実施形態７２． 実施形態３１～７１のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、鋭利な部材は、共有結合、イオン結合、静電結合、水素結合、又はファンデルワールス結合のうちの少なくとも１つを含む１つ又は複数の結合タイプを含むか、又は共有結合、チオール（－ＳＨ）修飾剤、アビジン／ビオチンカップリング化学、或いはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）又はポリエチレンイミン（ＰＥＩ）のいずれかからの媒介リンカー分子を介してポリヌクレオチドに結合する。

【0238】

実施形態７３． 実施形態３１～７２のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、鋭利な部材は、ヌクレオチドベースの分子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ウイルスＤＮＡ、環状ヌクレオチド配列、直鎖状ヌクレオチド配列、一本鎖ヌクレオチド、環状ＤＮＡ、プラスミド、直鎖状ＤＮＡ、ハイブリッドＤＮＡ－ＲＮＡ分子、タンパク質、ペプチド、代謝物、ウイルス、カプシドナノ粒子、膜不透過性薬物、外因性細胞小器官、分子プローブ、ナノスケールデバイス、ナノスケールセンサ、ナノスケールプローブ、ナノスケールプラズモニック光スイッチ、カーボンナノチューブ、量子ドット、ナノ粒子、阻害抗体、Ｏｃｔ４又はＳｏｘ２の少なくとも１つを含む刺激性転写因子、サイレンシングＤＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ＨＤＡＣ阻害剤、ＤＮＡメチルトランスフェラーゼ阻害剤、遺伝子発現を増加又は減少させる１つ又は複数の分子、タンパク質、抗体、酵素、１つ又は複数の低分子薬物のリストからの１つ又は複数のペイロードを運ぶことができる。

【0239】

実施形態７４． 実施形態３１～７３のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、ＬＯＣは複数の統合型デバイスを含み、各統合型デバイスが鋭利な部材を有しており、各鋭利な部材は、同じペイロード、異なるペイロード、又は別の統合型デバイスの別の鋭利な部材からの異なるペイロードの組合せを含む。

【0240】

実施形態７５． 実施形態３１～７４のいずれか１つに記載の統合型パッケージであり、鋭利な部材は、Ｃａｓタンパク質又はＣａｓタンパク質を発現するプラスミド、ＴＡＬＥＮ、又はジンクフィンガーヌクレアーゼと複合体を形成することができるｃｒＲＮＡ又はｔｒａｃｒＲＮＡを含むｇＲＮＡのリストからの、細胞のゲノムに安定に組み込むことができる遺伝物質を運ぶことができる。

【0241】

実施形態７６． 統合型パッケージを動作させるための方法であって、電源を供給するステップと；少なくとも１つの統合型デバイスを含む統合型パッケージを提供するステップであって、統合型デバイスは、第１の側の第１の面と第１の側の反対側である第２の側とを有する膜部分と、膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分であって、電極として構成されたアクチュエータステージに配置された鋭利な部材と、アクチュエータステージと実質的に平行な膜部分の第１の面に配置された引き寄せ電極とを有するＭＥＭＳ部分と、膜部分の第２の側に配置された流体部分と、を含む、ステップと；電源を介して、アクチュエータステージと引き寄せ電極との間に電圧を供給するステップと；供給した電圧に基づいて、アクチュエータステージと引き寄せ電極との間に静電場を生成するステップと；アクチュエータステージと引き寄せ電極との間に生成された静電場により、鋭利な部材を作動させ膜開口部を横切って流体キャビティの少なくとも一部内に移動させるステップと；を含む方法。

【0242】

実施形態７７． 実施形態７６に記載の方法であり、流体部分には、流体部分内に流体キャビティを形成する流体キャップが含まれ、流体キャップは、その表面に、少なくとも１つの流体入口、及び少なくとも１つの流体出口を有する。

【0243】

実施形態７８． 実施形態７６又は７７のいずれか１つに記載の方法であり、アクチュエータステージと引き寄せ電極との間に電圧を供給する前に、複数の粒子を含む流体媒体を少なくとも１つの流体入口を介して所定の流量で流すステップをさらに含む。

【0244】

実施形態７９． 実施形態７６～７８のいずれか１つに記載の方法であり、膜部分の第２の側は、膜部分の第２の面に配置され、且つ膜開口部に隣接して配置された１つ又は複数の捕捉サイト電極を含む。

【0245】

実施形態８０． 実施形態７６～７９のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、円形の捕捉サイト電極を形成するために電気的に接続される。

【0246】

実施形態８１． 実施形態７６～８０のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の捕捉サイト電極のうちの２つ以上の捕捉サイト電極が、フェーズドセンサアレイとして部分的に使用される。

【0247】

実施形態８２． 実施形態７６～８１のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、膜開口部を横切って配置される一対の双極電極である。

【0248】

実施形態８３． 実施形態７６～８２のいずれか１つに記載の方法であり、流体キャップは、膜開口部の向かい側の流体キャップの表面に配置された１つ又は複数の対電極を含む。

【0249】

実施形態８４． 実施形態７６～８３のいずれか１つに記載の方法であり、アクチュエータステージ及び引き寄せ電極との間に電圧を供給する前に、電源を介して、１つ又は複数の対電極及び１つ又は複数の捕捉サイト電極との間にＡＣ電圧を供給するステップをさらに含む。

【0250】

実施形態８５． 実施形態７６～８４のいずれか１つに記載の方法であり、膜開口部の近傍に極大値を有する電場を生成するステップと；ＡＣ電圧の動作周波数を調整して、複数の粒子の一部に正の誘電泳動力を生じさせるステップと；流体媒体中の複数の粒子のうちの１つ又は複数を捕捉するステップと；をさらに含む。

【0251】

実施形態８６． 実施形態７６～８５のいずれか１つに記載の方法であり、ＡＣ電圧の動作周波数の調整が、流れる流体媒体の１つ又は複数の粒子にかかる流体力学的な力に関して、印加されたＡＣ電圧によって誘発される誘電泳動（ＤＥＰ）力の競合効果を決定することを含む。

【0252】

実施形態８７． 実施形態７６～８６のいずれか１つに記載の方法であり、ＤＥＰ力を介して複数の粒子のうちの１つ又は複数を捕捉するステップは、流体媒体中を流れる１つ又は複数の粒子にかかる流体力学的な力に打ち勝つことによって、膜開口部に近接する１つ又は複数の粒子を捕捉するのに十分なＤＥＰ力を供給するステップを含む。

【0253】

実施形態８８． 実施形態７６～８７のいずれか１つに記載の方法であり、単一の統合型デバイスでＤＥＰ力を調整して単一の粒子を捕捉するようにＡＣ電圧を調整するステップをさらに含む。

【0254】

実施形態８９． 実施形態７６～８８のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材によって単一の粒子を調べるステップをさらに含む。

【0255】

実施形態９０． 実施形態７６～８９のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材のチップが、ペイロードを単一の粒子に送達するように構成される。

【0256】

実施形態９１． 実施形態７６～９０のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の引き寄せ電極が、電極材料のシートを含むか、又は膜開口部に隣接して配置された１つ又は複数の引き寄せ電極は、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲む。

【0257】

実施形態９２． 実施形態７６～９１のいずれか１つに記載の方法であり、膜開口部に隣接して、１つ又は複数の引き寄せ電極は膜開口部を部分的に囲んで配置される。

【0258】

実施形態９３． 実施形態７６～９２のいずれか１つに記載の方法であり、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲むステップは、膜開口部を少なくとも一次元で囲むステップを含む。

【0259】

実施形態９４． 実施形態７６～９３のいずれか１つに記載の方法であり、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲むステップは、膜開口部を少なくとも一次元で実質的に囲むステップを含む。

【0260】

実施形態９５． 実施形態７６～９４のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の引き寄せ電極は、円形の引き寄せ電極を形成するために電気的に接続される。

【0261】

実施形態９６． 実施形態７６～９５のいずれか１つに記載の方法であり、膜部分の第２の側は、膜部分の第２の側に部分的又は完全に埋め込まれ、且つ膜開口部に隣接する１つ又は複数の捕捉サイト電極の少なくとも一部を含む。

【0262】

実施形態９７． 実施形態７６～９６のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、円形の捕捉サイト電極の幾何学的形状又は環状の捕捉サイト電極の幾何学的形状を含む。

【0263】

実施形態９８． 実施形態７６～９７のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、膜開口部を横切って配置される一対の双極電極である。

【0264】

実施形態９９． 実施形態７６～９８のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の対電極及び１つ又は複数の捕捉サイト電極は、１つ又は複数の電極ペアとして構成される。

【0265】

実施形態１００． 実施形態７６～９９のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の電極ペアは、流体媒体中の１つ又は複数の粒子を捕捉するように構成される。

【0266】

実施形態１０１． 実施形態７６～１００のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の粒子は、誘電泳動力を使用して捕捉される。

【0267】

実施形態１０２． 実施形態７６～１０１のいずれか１つに記載の方法であり、誘電泳動力は、膜開口部に直交して加えられる。

【0268】

実施形態１０３． 実施形態７６～１０２のいずれか１つに記載の方法であり、アクチュエータステージは、ＭＥＭＳ部分のＭＥＭＳキャビティ内に吊り下げられ、ＭＥＭＳキャビティの壁に取り付けられた２つ以上のアクチュエータアームによって支持され、２つ以上のアクチュエータアームは、少なくとも１つの蛇行パターンを含むか、又は単結晶シリコン、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、アモルファスシリコン、水素化アモルファスシリコン、金属、金属合金、共晶、セラミック、複合材料、ポリマー、ドープシリコン、シリコンの同素体、無機ガラス状材料又は混合物、無機多結晶材料又は混合物、無機単結晶材料又は混合物、金属酸化物、半金属酸化物、金属又は半金属窒化物を含むセラミック材料、窒素又は他の非半金属又は金属元素を含む金属又は半金属酸化物、上記材料のドープされた組合せ、上記材料の任意の層状スタック又は構造的組合せのすくなくとも１つを含む導電性材料を含む。

【0269】

実施形態１０４． 実施形態７６～１０３のいずれか１つに記載の方法であり、アクチュエータステージは膜部分の第１の面から所定の距離だけ離れて吊り下げられ、動作中に、アクチュエータステージは膜部分の第１の面に対して移動する。

【0270】

実施形態１０５． 実施形態７６～１０４のいずれか１つに記載の方法であり、ＭＥＭＳキャビティは、ＭＥＭＳキャビティ内に流体を含むように構成される。

【0271】

実施形態１０６． 実施形態７６～１０５のいずれか１つに記載の方法であり、ＭＥＭＳキャビティ内に配置される流体は、流体媒体と混和性である。

【0272】

実施形態１０７． 実施形態７６～１０６のいずれか１つに記載の方法であり、ＭＥＭＳキャビティ内に配置される流体は、流体媒体と混和しない。

【0273】

実施形態１０８． 実施形態７６～１０７のいずれか１つに記載の方法であり、流体媒体は、所定の流量で少なくとも１つの流体入口から少なくとも１つの流体出口まで流れる。

【0274】

実施形態１０９． 実施形態７６～１０８のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材は、シリコンを含むか、又はポリヌクレオチドを鋭利な部材に結合させるように構成された１つ又は複数の材料でコーティングされる。

【0275】

実施形態１１０． 実施形態７６～１０９のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材の少なくとも一部が複数の金原子でコーティングされ、金原子でコーティングされた鋭利な部材は、１つ又は複数の生体分子に付着可能である。

【0276】

実施形態１１１． 実施形態７６～１１０のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材は、ラングミュア・ボジェット膜、機能化ガラス、ゲルマニウム、ＰＴＦＥ、ポリスチレン、ガリウムヒ素、銀、膜、ナイロン、ＰＶＰ、酸化ケイ素、金属酸化物、又はセラミックのうちの少なくとも１つを含む。

【0277】

実施形態１１２． 実施形態７６～１１１のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材は、共有結合、イオン結合、静電結合、水素結合、又はファンデルワールス結合のうちの少なくとも１つを含む１つ又は複数の結合タイプを含むか、又は共有結合、チオール（－ＳＨ）修飾剤、アビジン／ビオチンカップリング化学、或いはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）又はポリエチレンイミン（ＰＥＩ）のいずれかからの媒介リンカー分子を介してポリヌクレオチドに結合する。

【0278】

実施形態１１３． 実施形態７６～１１２のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材は、ヌクレオチドベースの分子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ウイルスＤＮＡ、環状ヌクレオチド配列、直鎖状ヌクレオチド配列、一本鎖ヌクレオチド、環状ＤＮＡ、プラスミド、直鎖状ＤＮＡ、ハイブリッドＤＮＡ－ＲＮＡ分子、タンパク質、ペプチド、代謝物、ウイルス、カプシドナノ粒子、膜不透過性薬物、外因性細胞小器官、分子プローブ、ナノスケールデバイス、ナノスケールセンサ、ナノスケールプローブ、ナノスケールプラズモニック光スイッチ、カーボンナノチューブ、量子ドット、ナノ粒子、阻害性抗体、Ｏｃｔ４又はＳｏｘ２の少なくとも１つを含む刺激性転写因子、サイレンシングＤＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ＨＤＡＣ阻害剤、ＤＮＡメチルトランスフェラーゼ阻害剤、遺伝子発現を増加又は減少させる１つ又は複数の分子、タンパク質、抗体、酵素、１つ又は複数の低分子薬物のリストからの１つ又は複数のペイロードを運ぶことができる。

【0279】

実施形態１１４． 実施形態７６～１１３のいずれか１つに記載の方法であり、統合型パッケージには複数の統合型デバイスが含まれ、各統合型デバイスが鋭利な部材を有しており、各鋭利な部材は、同じペイロード、異なるペイロード、又は別の統合型デバイスの別の鋭利な部材からの異なるペイロードの組合せを有する。

【0280】

実施形態１１５． 実施形態７６～１１４のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材は、Ｃａｓタンパク質又はＣａｓタンパク質を発現するプラスミド、ＴＡＬＥＮ、又はジンクフィンガーヌクレアーゼと複合体を形成することができるｃｒＲＮＡ又はｔｒａｃｒＲＮＡを含むｇＲＮＡのリストからの、細胞のゲノムに安定に組み込むことができる遺伝物質を運ぶことができる。

【0281】

実施形態１１６． 統合型デバイスを動作させる方法であって、電源を供給するステップと；統合型デバイスを提供するステップであって、統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、膜開口部は第１の側と第２の側とを有しており、膜部分の第２の側は、その上に配置された１つ又は複数の捕捉サイト電極を含む、膜部分と、膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分と、膜部分の第２の側に配置された流体部分とを含み、流体部分は、流体部分内に流体キャビティを形成する流体キャップを含み、流体キャップは、その表面に、少なくとも１つの流体入口、少なくとも１つの流体出口、及び膜開口部の向かい側の流体キャップの表面に配置される１つ又は複数の対電極を有する、ステップと；電源を介して、１つ又は複数の対電極と１つ又は複数の捕捉サイト電極との間にＡＣ電圧を供給するステップと；膜開口部の近傍に極大値を有する電場を生成するステップと；を含む。

【0282】

実施形態１１７． 実施形態１１６に記載の方法であり、膜部分の第２の側が、膜部分の第２の側面に部分的又は完全に埋め込まれ、且つ膜開口部に隣接する１つ又は複数の捕捉サイト電極の少なくとも一部を含む。

【0283】

実施形態１１８． 実施形態１１６又は１１７のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、膜開口部に隣接して配置され、円形の捕捉サイト電極の幾何学的形状又は環状の捕捉サイト電極の幾何学的形状を含む。

【0284】

実施形態１１９． 実施形態１１６～１１８のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、膜開口部を横切って配置される一対の双極電極である。

【0285】

実施形態１２０． 実施形態１１６～１１９のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の対電極及び１つ又は複数の捕捉サイト電極は、１つ又は複数の電極ペアとして構成される。

【0286】

実施形態１２１． 実施形態１１６～１２０のいずれか１つに記載の方法であり、ＭＥＭＳ部分は、ＭＥＭＳキャビティ内のアクチュエータステージに配置された鋭利な部材を含む。

【0287】

実施形態１２２． 実施形態１１６～１２１のいずれか１つに記載の方法であり、膜部分の第１の側は、膜部分の第１の面に配置され、且つ膜開口部に隣接する及び／又は膜開口部を少なくとも部分的に取り囲む１つ又は複数の引き寄せ電極を含む。

【0288】

実施形態１２３． 実施形態１１６～１２２のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の引き寄せ電極は電極材料のシートを含むか、又は１つ又は複数の引き寄せ電極は膜開口部を部分的に囲んで配置される。

【0289】

実施形態１２４． 実施形態１１６～１２３のいずれか１つに記載の方法であり、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲むステップは、膜開口部を少なくとも一次元で取り囲むステップを含む。

【0290】

実施形態１２５． 実施形態１１６～１２４のいずれか１つに記載の方法であり、膜開口部を少なくとも部分的に取り囲むステップは、膜開口部を少なくとも一次元で実質的に囲むステップを含む。

【0291】

実施形態１２６． 実施形態１１６～１２５のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の引き寄せ電極は、円形の引き寄せ電極を形成するために電気的に接続される。

【0292】

実施形態１２７． 実施形態１１６～１２６のいずれか１つに記載の方法であり、アクチュエータステージは、電極として構成され、１つ又は複数の引き寄せ電極に対して実質的に平行である。

【0293】

実施形態１２８． 実施形態１１６～１２７のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の対電極と１つ又は複数の捕捉サイト電極との間にＡＣ電圧を供給する前に、複数の粒子を含む流体媒体を、少なくとも１つの流体入口を介して所定の流量で供給するステップをさらに含む。

【0294】

実施形態１２９． 実施形態１１６～１２８のいずれか１つに記載の方法であり、ＡＣ電圧の動作周波数を調整して、複数の粒子の一部に正の誘電泳動力を生じさせるステップと；流体媒体中の複数の粒子のうちの１つ又は複数を捕捉するステップと；をさらに含む。

【0295】

実施形態１３０． 実施形態１１６～１２９のいずれか１つに記載の方法であり、ＡＣ電圧の動作周波数の調整は、流れる流体媒体の１つ又は複数の粒子にかかる流体力学的な力に関して、印加されたＡＣ電圧によって誘発される誘電泳動（ＤＥＰ）力の競合効果を決定することを含む。

【0296】

実施形態１３１． 実施形態１１６～１３０のいずれか１つに記載の方法であり、ＤＥＰ力を介して複数の粒子のうちの１つ又は複数を捕捉するステップは、流体媒体中を流れる１つ又は複数の粒子にかかる流体力学的な力に打ち勝つことによって、膜開口部に近接する１つ又は複数の粒子を捕捉するのに十分なＤＥＰ力を供給するステップを含む。

【0297】

実施形態１３２． 実施形態１１６～１３１のいずれか１つに記載の方法であり、単一の捕捉サイトでＤＥＰ力を調整して単一の粒子を捕捉するようにＡＣ電圧を調整するステップをさらに含む。

【0298】

実施形態１３３． 実施形態１１６～１３２のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材によって単一の粒子を調べるステップをさらに含む。

【0299】

実施形態１３４． 実施形態１１６～１３３のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材のチップが、１つ又は複数のペイロードを単一の粒子に送達するように構成される。

【0300】

実施形態１３５． 実施形態１１６～１３４のいずれか１つに記載の方法であり、電源を介して、アクチュエータステージと１つ又は複数の引き寄せ電極との間に電圧を供給するステップと；供給した電圧に基づいて、アクチュエータステージと１つ又は複数の引き寄せ電極との間に静電場を生成するステップと；アクチュエータステージと１つ又は複数の引き寄せ電極との間に生成された静電場に基づいて、鋭利な部材を膜開口部を横切って流体キャビティの少なくとも一部内に移動させるステップと；をさらに含む。

【0301】

実施形態１３６． 実施形態１１６～１３５のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の捕捉された粒子は、作動時に鋭利な部材によって調べられる。

【0302】

実施形態１３７． 実施形態１１６～１３６のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材のチップが、１つ又は複数のペイロードを１つ又は複数の捕捉粒子に送達するように構成される。

【0303】

実施形態１３８． 実施形態１１６～１３７のいずれか１つに記載の方法であり、膜部分の第２の側は、膜部分の第２の側に部分的又は完全に埋め込まれ、且つ膜開口部に隣接する１つ又は複数の捕捉サイト電極の少なくとも一部を含む。

【0304】

実施形態１３９． 実施形態１１６～１３８のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、円形の捕捉サイト電極の幾何学的形状又は環状の捕捉サイト電極の幾何学的形状を含む。

【0305】

実施形態１４０． 実施形態１１６～１３９のいずれか１つに記載の方法であり、１つ又は複数の捕捉サイト電極は、膜開口部を横切って配置される一対の双極電極である。

【0306】

実施形態１４１． 実施形態１１６～１４０のいずれか１つに記載の方法であり、アクチュエータステージは、ＭＥＭＳ部分のＭＥＭＳキャビティ内に吊り下げられ、ＭＥＭＳキャビティの壁に取り付けられた２つ以上のアクチュエータアームによって支持され、２つ以上のアクチュエータアームは、少なくとも１つの蛇行パターンを含むか、又は単結晶シリコン、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、アモルファスシリコン、水素化アモルファスシリコン、金属、金属合金、共晶、セラミック、複合材料、ポリマー、ドープシリコン、シリコンの同素体、無機ガラス状材料又は混合物、無機多結晶材料又は混合物、無機単結晶材料又は混合物、金属酸化物、半金属酸化物、金属又は半金属窒化物を含むセラミック材料、窒素又は他の非半金属又は金属元素を含む金属又は半金属酸化物、上記材料のドープされた組合せ、上記材料の任意の層状スタック又は構造的組合せの少なくとも１つを含む導電性材料を含む。

【0307】

実施形態１４２． 実施形態１１６～１４１のいずれか１つに記載の方法であり、アクチュエータステージは膜部分の第１の面から所定の距離だけ離れて吊り下げられ、動作中に、アクチュエータステージは膜部分の第１の面に対して移動する。

【0308】

実施形態１４３． 実施形態１１６～１４２のいずれか１つに記載の方法であり、ＭＥＭＳキャビティは、ＭＥＭＳキャビティ内に流体を含むように構成される。

【0309】

実施形態１４４． 実施形態１１６～１４３のいずれか１つに記載の方法であり、ＭＥＭＳキャビティ内に配置される流体は、流体媒体と混和性である。

【0310】

実施形態１４５． 実施形態１１６～１４４のいずれか１つに記載の方法であり、ＭＥＭＳキャビティ内に配置される流体は、流体媒体と混和しない。

【0311】

実施形態１４６． 実施形態１１６～１４５のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材はシリコンを含む。

【0312】

実施形態１４７． 実施形態１１６～１４６のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材は、ポリヌクレオチドを鋭利な部材に結合させるように構成された１つ又は複数の材料でコーティングされる。

【0313】

実施形態１４８． 実施形態１１６～１４７のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材の少なくとも一部が複数の金原子でコーティングされ、金原子でコーティングされた鋭利な部材は、１つ又は複数の生体分子に付着可能である。

【0314】

実施形態１４９． 実施形態１１６～１４８のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材は、ラングミュア・ボジェット膜、機能化ガラス、ゲルマニウム、ＰＴＦＥ、ポリスチレン、ガリウムヒ素、銀、膜、ナイロン、ＰＶＰ、酸化ケイ素、金属酸化物、又はセラミックのうちの少なくとも１つを含む。

【0315】

実施形態１５０． 実施形態１１６～１４９のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材は、共有結合、イオン結合、静電結合、水素結合、又はファンデルワールス結合のうちの少なくとも１つを含む１つ又は複数の結合タイプを含むか、又は共有結合、チオール（－ＳＨ）修飾剤、アビジン／ビオチンカップリング化学、或いはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）又はポリエチレンイミン（ＰＥＩ）のいずれかからの媒介リンカー分子を介してポリヌクレオチドに結合する。

【0316】

実施形態１５１． 実施形態１１６～１５０のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材は、ヌクレオチドベースの分子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ウイルスＤＮＡ、環状ヌクレオチド配列、直鎖状ヌクレオチド配列、一本鎖ヌクレオチド、環状ＤＮＡ、プラスミド、直鎖状ＤＮＡ、ハイブリッドＤＮＡ－ＲＮＡ分子、タンパク質、ペプチド、代謝物、ウイルス、カプシドナノ粒子、膜不透過性薬物、外因性細胞小器官、分子プローブ、ナノスケールデバイス、ナノスケールセンサ、ナノスケールプローブ、ナノスケールプラズモニック光スイッチ、カーボンナノチューブ、量子ドット、ナノ粒子、阻害性抗体、Ｏｃｔ４又はＳｏｘ２の少なくとも１つを含む刺激性転写因子、サイレンシングＤＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ＨＤＡＣ阻害剤、ＤＮＡメチルトランスフェラーゼ阻害剤、遺伝子発現を増加又は減少させる１つ又は複数の分子、タンパク質、抗体、酵素、１つ又は複数の低分子薬物のリストからの１つ又は複数のペイロードを運ぶことができる。

【0317】

実施形態１５２． 実施形態１１６～１５１のいずれか１つに記載の方法であり、鋭利な部材は、Ｃａｓタンパク質又はＣａｓタンパク質を発現するプラスミド、ＴＡＬＥＮ、又はジンクフィンガーヌクレアーゼと複合体を形成することができるｃｒＲＮＡ又はｔｒａｃｒＲＮＡを含むｇＲＮＡのリストからの、細胞のゲノムに安定に組み込むことができる遺伝物質を運ぶことができる。

【0318】

実施形態１５３． 統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、第１の側と第１の側の反対側である第２の側とを有する膜部分と；膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分であって、ＭＥＭＳ部分は、ＭＥＭＳキャビティ内のアクチュエータステージに配置された鋭利な部材を有しており、鋭利な部材は、アクチュエータステージに対して実質的に直交して取り付けられた先端（又はベース）部分を有する、ＭＥＭＳ部分と；膜部分の第２の側に配置された流体部分であって、流体部分内に流体媒体を流すための流体キャビティを有する流体部分と；を含み、膜開口部は、ＭＥＭＳ部分と流体部分との間のアクセスを提供し、鋭利な部材の基端部分と実質的に位置合わせされ、動作中に、鋭利な部材の基端部分は、膜開口部を横切って流体キャビティの少なくとも一部内に移動する。

【0319】

実施形態１５４． 実施形態１５３に記載の統合型デバイスであり、膜部分の第１の側は、膜部分の第１の面に配置され、且つ膜開口部に隣接する及び／又は膜開口部を少なくとも部分的に取り囲む１つ又は複数の引き寄せ電極を含む。

【0320】

実施形態１５５． 実施形態１５３又は１５４に記載の統合型デバイスであり、膜部分の第２の側は、膜部分の第２の側に部分的又は完全に埋め込まれ、且つ膜開口部に隣接する１つ又は複数の捕捉サイト電極の少なくとも一部を含む。

【0321】

実施形態１５６． 実施形態１５３～１５５のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、膜部分の第２の側は、膜部分の第２の面に配置され、且つ膜開口部に隣接して配置された１つ又は複数の捕捉サイト電極を含む。

【0322】

実施形態１５７． 実施形態１５６に記載の統合型デバイスであり、流体部分は、膜開口部の向かい側の流体キャビティ表面に配置された１つ又は複数の対電極を含み、動作中に、１つ又は複数の対電極及び１つ又は複数の捕捉サイト電極は、１つ又は複数の電極ペアとして構成される。

【0323】

実施形態１５８． 実施形態１５６又は１５７に記載の統合型デバイスであり、１つ又は複数の電極ペアは、流体媒体中の１つ又は複数の粒子を捕捉するように構成される。

【0324】

実施形態１５９． 実施形態１５８に記載の統合型デバイスであり、１つ又は複数の粒子は、誘電泳動力を使用して捕捉される。

【0325】

実施形態１６０． 実施形態１５３～１５９のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、アクチュエータステージは、ＭＥＭＳキャビティ内に吊り下げられ、ＭＥＭＳキャビティの壁に取り付けられた２つ以上のアクチュエータアームによって支持され、２つ以上のアクチュエータアームは、少なくとも蛇行パターンを含むか、又は単結晶シリコン、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、アモルファスシリコン、水素化アモルファスシリコン、金属、金属合金、共晶、セラミック、複合材料、ポリマー、ドープシリコン、シリコンの同素体、無機ガラス状材料又は混合物、無機多結晶材料又は混合物、無機単結晶材料又は混合物、金属酸化物、半金属酸化物、金属又は半金属窒化物を含むセラミック材料、窒素又は他の非半金属又は金属元素を含む半金属酸化物、上記材料のドープされた組合せ、上記材料の任意の層状スタック又は構造的組合せの少なくとも１つを含む導電性材料を含む。

【0326】

実施形態１６１． 実施形態１５３～１６０のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、鋭利な部材は、アクチュエータステージの第１の面に配置され、ＭＥＭＳキャビティは、アクチュエータステージの第２の面に面するＭＥＭＳキャビティ表面に配置された１つ又は複数の引き寄せ電極を含む。

【0327】

実施形態１６２． 実施形態１５３～１６１のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、流体部分には流体入口及び流体出口が含まれ、流体媒体は、所定の流量で流体入口から流体出口まで流れる。

【0328】

実施形態１６３． 実施形態１５３～１６２のいずれか１つに記載の統合型デバイスであり、鋭利な部材は、ヌクレオチドベースの分子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ウイルスＤＮＡ、環状ヌクレオチド配列、直鎖状ヌクレオチド配列、一本鎖ヌクレオチド、環状ＤＮＡ、プラスミド、直鎖状ＤＮＡ、ハイブリッドＤＮＡ－ＲＮＡ分子、タンパク質、ペプチド、代謝物、ウイルス、カプシドナノ粒子、膜不透過性薬物、外因性細胞小器官、分子プローブ、ナノスケールデバイス、ナノスケールセンサ、ナノスケールプローブ、ナノスケールプラズモニック光スイッチ、カーボンナノチューブ、量子ドット、ナノ粒子、阻害抗体、Ｏｃｔ４又はＳｏｘ２の少なくとも１つを含む刺激性転写因子、サイレンシングＤＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ＨＤＡＣ阻害剤、ＤＮＡメチルトランスフェラーゼ阻害剤、遺伝子発現を増加又は減少させる１つ又は複数の分子、タンパク質、抗体、酵素、１つ又は複数の低分子薬物のリストからの１つ又は複数のペイロードを運ぶことができる。

【0329】

実施形態１６４． 統合型パッケージは、基板と；基板上に配置されたラボ・オン・チップ（ＬＯＣ）と；を含み、ＬＯＣは少なくとも１つの統合型デバイスを含み、統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、第１の側と第１の側の反対側である第２の側とを有する膜部分と；膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分であって、ＭＥＭＳキャビティ内のアクチュエータステージに配置された鋭利な部材を有するＭＥＭＳ部分と；膜部分の第２の側に配置された流体部分であって、流体部分内に流体媒体を流すための流体キャビティを有する流体部分と；ＬＯＣの流体部分の表面を形成する流体キャップであって、流体入口及び流体出口を有する流体キャップと；を含む。

【0330】

実施形態１６５． 統合型デバイスを動作させる方法は、電源を供給するステップと；統合型デバイスを提供するステップであって、統合型デバイスは、膜開口部を有する膜部分であって、膜部分は第１の側と第２の側を有しており、膜部分の第２の側は、その上に配置された１つ又は複数の捕捉サイト電極を含む、膜部分と、膜部分の第１の側に配置されたＭＥＭＳ部分と、膜部分の第２の側に配置された流体部分であって、流体部分は、流体部分内に流体キャビティを形成する流体キャップを含み、流体キャップは、その表面に、少なくとも１つの流体入口、少なくとも１つの流体出口、及び膜開口部の向かい側の流体キャップの表面に配置される１つ又は複数の対電極と、を含む、ステップと；電源を介して、１つ又は複数の対電極と１つ又は複数の捕捉サイト電極との間にＡＣ電圧を供給するステップと；膜開口部の近傍に極大値を有する電場を生成するステップと；を含む。

【0331】

実施形態１６６． 実施形態１６５に記載の方法であり、ＡＣ電圧の動作周波数を調整して、複数の粒子の一部に正の誘電泳動力を生じさせるステップと；流体媒体中の複数の粒子のうちの１つ又は複数を捕捉するステップと；をさらに含む。

【0332】

実施形態１６７． 実施形態１６６に記載の方法であり、電源を介して、アクチュエータステージと１つ又は複数の引き寄せ電極との間に電圧を供給するステップと；供給した電圧に基づいて、アクチュエータステージと１つ又は複数の引き寄せ電極との間に静電場を生成するステップと；アクチュエータステージと１つ又は複数の引き寄せ電極との間に生成された静電場に基づいて、鋭利な部材を作動して膜開口部を横切って流体キャビティの少なくとも一部内に移動させるステップと；をさらに含む。

【0333】

本明細書には多くの特定の実施態様の詳細が含まれるが、これらは、あらゆる発明の範囲又は特許請求の範囲に記載される内容の限定として解釈すべきではなく、むしろ、特定の発明の特定の実施態様に特有の特徴の説明として解釈すべきである。この明細書において個別の実施態様のコンテキストで説明している特定の特徴は、単一の実施態様で組み合わせて実装することもできる。逆に、単一の実施態様のコンテキストで説明している様々な特徴は、複数の実施態様で個別に、又は適切なサブ組合せで実装することもできる。さらに、特徴が特定の組合せで作用するものとして上で説明し、最初にそのように特許請求の範囲に記載している場合もあるが、場合によっては、特許請求の範囲に記載した組合せからの１つ又は複数の特徴が組み合わせから削除され、特許請求の範囲に記載した組合せがサブ組合せ又はサブ組合せのバリエーションを対象とする場合がある。

【0334】

同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作を示している特定の順序又は連続した順序で実行すること、又は図示した全ての動作を実行することを必要とするものとして理解すべきではない。特定の状況では、マルチタスク及び並列処理が有利な場合がある。さらに、上で説明した実施態様における様々なシステム構成要素の分離は、全ての実施態様でそのような分離が必要であると理解すべきではなく、説明したプログラム構成要素及びシステムは一般に、単一のソフトウェア製品に一緒に統合されるか、又は複数のソフトウェア製品にパッケージ化することができることを理解されたい。

【0335】

「又は」への言及は、「又は」を使用して説明する任意の用語が、説明する用語の単一、複数、及び全てのいずれかを示すことができるように、包括的であると解釈され得る。「第１の」、「第２の」、「第３の」等のラベルは、必ずしも順序を示すことを意味するものではなく、一般に、単に類似又は類似の項目又は要素を区別するために使用される。

【0336】

本開示で説明する実施態様に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で規定する一般原理は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施態様に適用され得る。こうして、特許請求の範囲は、本明細書に示される実施態様に限定されることを意図するものではなく、本開示、本明細書に開示する原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】