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JP7318975B2 - 核酸サンプル調製 - Google Patents
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Description

＜相互参照＞
本出願は、２０１２年４月１６日に提出された米国仮特許出願第６１／６２４，８９７
号の利益を主張し、この出願は引用によって本出願に組込まれる。
近年ＤＮＡ塩基配列決定の分野は飛躍的に進歩している。パイロシーケンシング、イオ
ン半導体シーケンシング、及びポロニーシーケンシングのような方法は、完全ゲノムをシ
ーケンシングすることが日常的に行えるまでコストを削減することを目的とする。これは
分野を、その内幾つかを挙げると医学、再生可能エネルギー、バイオセキュリティー及び
農業のように多様に変えることが予想される。しかし、シーケンシングに適したＤＮＡを
単離するための技術は追いついておらず、これが制約になるだろうという脅威がある。
いくつかの例において、本発明は、生体サンプルからの核酸単離の改善された方法の必
要性を満たす。本明細書中に提供される特定の例に特有の特性は、実際に手を使って作業
する時間（ｈａｎｄｓ－ｏｎ ｔｉｍｅ）が約１分よりも短く、且つ約１時間よりも短い
総サンプル調製時間を含む。いくつかの実施形態において、本発明は血液又は環境サンプ
ルのような希釈された及び／又は複雑な流体からＤＮＡを単離するために使用することが
できる。他の態様において、本発明は少量の出発原料を使用することができ、高度に精製
された核酸を得られ、多重且つハイスループットな操作に適している。
幾つかの実施形態において本明細書中に開示されているのは、細胞を含む流体から核酸
を単離する方法であって、該方法は：ａ．ＡＣ動電学的電場（ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔ
ｉｃ ｆｉｅｌｄ）を生じさせることができる電極のアレイを含むデバイスに流体を適用
する工程、ｂ．第一ＡＣ動電学的電場領域に複数の細胞を濃縮する工程、ｃ．第一ＡＣ動
電学的電場領域中の細胞を溶解する工程、及びｄ．第二ＡＣ動電学的電場領域中の核酸を
単離する工程であって、流体が第一ＡＣ動電学的電場領域の複数の細胞を濃縮することが
できる伝導度を有する工程を含む。いくつかの実施形態において、第一ＡＣ動電学的領域
が誘電泳動電場領域であり、第二ＡＣ動電学的電場領域が誘電泳動電場領域であり、又は
その組み合わせである。いくつかの実施形態において、第一ＡＣ動電学的電場領域は第一
誘電泳動低電場領域であり、第二ＡＣ動電学的電場領域は第二誘電泳動高電場領域であり
、ここで流体の伝導度が３００ｍＳ／ｍを超える。いくつかの実施形態において、第一Ａ
Ｃ動電学的電場領域は第一誘電泳動高電場領域であり、第二ＡＣ動電学的電場領域は第二
誘電泳動高電場領域であり、ここで流体の伝導度が３００ｍＳ／ｍ未満である。いくつか
の実施形態において、核酸を第二ＡＣ動電学的電場領域で濃縮する。いくつかの実施形態
において、該方法はアレイ及び単離した核酸から残留物質を洗い流す工程をさらに含む。
いくつかの実施形態において、該方法は残留タンパク質を分解する工程をさらに含む。い
くつかの実施形態において、該方法はアレイ及び単離した核酸から分解されたタンパク質
を洗い流す工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、該方法は核酸を回収する工
程をさらに含む。いくつかの実施形態において、第一ＡＣ動電学的電場領域は交流電流に
よって生じる。いくつかの実施形態において、第一ＡＣ動電学的電場領域は、１ボルトか
ら４０ボルトのピーク－ピーク電圧、及び／又は５Ｈｚから５，０００，０００Ｈｚの周
波数、及び５％から５０％までのデューティーサイクルを有する交流電流を使用して発生
させる。いくつかの実施形態において、第二ＡＣ動電学的電場領域は、第一ＡＣ動電学的
電場領域とは電極アレイの異なる領域である。いくつかの実施形態において、第二ＡＣ動
電学的電場領域は、第一ＡＣの動電学的電場領域と電極アレイの同じ領域である。いくつ
かの実施形態において、第二ＡＣ動電学的電場領域は交流電流によって生じる。いくつか
の実施形態において、第二ＡＣ動電学的電場領域は、１ボルトから５０ボルトのピーク－
ピーク電圧、及び／又は５Ｈｚから５，０００，０００Ｈｚの周波数、及び５％から５０
％までのデューティーサイクルを有する交流電流を使用して発生させる。いくつかの実施
形態において、電極に第一ＡＣ動電学的電場領域を提供するために選択的に電圧が加え、
続けて又は連続的に、第二ＡＣ動電学的電場領域を提供するために選択的に電圧が加える
。いくつかの実施形態において、細胞に直流電流を加えることで細胞を溶解する。いくつ
かの実施形態において、細胞を溶解するために使用する直流電流は１－５００ボルトの電
圧を有し、０．０１から１０秒間１回又は複数回のパルスを加える。いくつかの実施形態
において、細胞を溶解するために使用する直流電流は、１回の直流電流パルス又は複数回
の直流電流パルスを細胞を溶解するのに適した周波数で加えたものである。いくつかの実
施形態において、パルスは１０－５０％のデューティーサイクルで０．２－２００Ｈｚの
周波数を有する。いくつかの実施形態において、細胞は直流電流、化学的溶解剤、酵素的
溶解剤、熱、浸透圧、超音波エネルギー（ｓｏｎｉｃ ｅｎｅｒｇｙ）又はその組み合わ
せを使用して、デバイス上で溶解される。いくつかの実施形態において、残留物質は溶解
された細胞物質を含む。いくつかの実施形態において、溶解された細胞物質は、細胞が溶
解した時に複数の細胞から放出された残留タンパク質を含む。いくつかの実施形態におい
て、電極のアレイはヒドロゲルで覆われている。いくつかの実施形態において、ヒドロゲ
ルは、２つ以上の合成ポリマー層を含む。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは電
極上にスピンコーティングされる。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルをスピンコ
ーティングする前に約０．５ｃＰから約５ｃＰの間の粘性を有する。いくつかの実施形態
において、ヒドロゲルは約０．１ミクロンと１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの
実施形態において、ヒドロゲルは約０．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍの間の伝導度を有す
る。いくつかの実施形態において、電極のアレイは点配置（ｄｏｔ ｃｏｎｆｉｇｕｒａ
ｔｉｏｎ）になっている。いくつかの実施形態において、点の間の方位角は約２５°から
約６０°の間である。いくつかの実施形態において、電極のアレイは波状又は非線形の線
配置になっており、該配置はリンカーで接続された点の対の形状を備えた反復単位を含み
、点とリンカーは電極の境界を定義し、リンカーは点の対の間で内側に向かって又はその
中間点で徐々に先細り、点の直径は反復単位の長さに沿った点が最も長く、ここで反復単
位の平行なセット間の端から端の距離は等距離又はおおよそ等距離である。いくつかの実
施形態において、電極のアレイは、約２．０－約４．０の相対的な誘電率を備えた保護層
を含む。いくつかの実施形態において、該方法はポリメラーゼ連鎖反応によって単離され
た核酸を増幅する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、核酸はＤＮＡ、ＲＮ
Ａ又はその任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、単離した核酸は重量
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％又は約２％未満の非核酸細胞物質及び／又は
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、重量で約９９％を
超える、約９８％を超える、約９５％を超える、約９０％を超える、約８０％を超える、
約７０％を超える、約６０％を超える、約５０％を越える、約４０％を超える、約３０％
を超える、約２０％を超える又は約１０％を超える核酸を含む。いくつかの実施形態にお
いて、該方法は約１時間未満で完了する。いくつかの実施形態において、遠心分離は使用
しない。いくつかの実施形態において、残留タンパク質は１つ以上の化学分解及び酵素分
解によって分解される。いくつかの実施形態において、残留タンパク質はプロテアーゼＫ
によって分解される。いくつかの実施形態において、残留タンパク質は酵素によって分解
され、該方法はタンパク質の分解後酵素を不活性化する工程をさらに含む。いくつかの実
施形態において、酵素は、熱（例えば５０－９５℃で５－１５分）によって不活性化され
る。いくつかの実施形態において、残留物質及び分解したタンパク質は別々の又は同じ工
程で洗い流される。いくつかの実施形態において、単離された核酸は、（ｉ）第二ＡＣ動
電学的電場領域の電源を切ること、及び（ｉｉ）溶離剤中のアレイからの核酸を溶出する
ことによって回収される。いくつかの実施形態において、核酸はシーケンシングに適した
形状で単離される。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に
適した切断された形状で単離される。いくつかの実施形態において、細胞を含む流体は低
い伝導度又は高い伝導度を有する。いくつかの実施形態において、流体は体液、血液、血
清、血漿、尿、唾液、食品、飲料、増殖用培地、環境サンプル、液体、水、クローン細胞
又はその組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、細胞はクローン細胞、病原体
細胞、細菌細胞、ウィルス、植物細胞、動物細胞、昆虫細胞及び／又はその組み合わせを
含む。いくつかの実施形態において、該方法は単離された核酸をシーケンシングする工程
をさらに含む。いくつかの実施形態において、核酸は、サンガーシーケンシング、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、又は単一分子シーケンシングによってシーケンシングされる。いくつかの実
施形態において、該方法はＤＮＡを反応させる（例えば切断、制限消化、ライゲーション
）工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、反応はアレイ上で又はアレイの近く
で、又はデバイスの中で起こる。いくつかの実施形態において、細胞を含む流体は１０，
０００以下の細胞を含む。
幾つかの実施形態において本明細書中に開示されているのは、細胞を含む流体から核酸
を単離する方法であって、該方法は以下の工程を含む：ａ．ＡＣ動電学的電場を生じさせ
ることができる電極のアレイを含むデバイスに流体を適用する工程、ｂ．第一ＡＣ動電学
的（例えば誘電泳動）電場領域で複数の細胞を濃縮する工程、ｃ．第二ＡＣ動電学的（例
えば誘電泳動）電場領域において核酸を単離する工程、及びｄ．細胞を洗い流す工程であ
って、流体は、第一ＡＣ動電学的電場領域の複数の細胞を濃縮することができる伝導度を
有する。いくつかの実施形態において、第一ＡＣ動電学的領域は、誘電泳動電場領域であ
る。いくつかの実施形態において、第一ＡＣ動電学的電場領域は誘電泳動低電場領域であ
り、ここで流体の伝導度は３００ｍＳ／ｍを超える。いくつかの実施形態において、第二
ＡＣ動電学的領域は誘電泳動電場領域である。幾つかの実施形態において、該方法は工程
（ｅ）の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において
、該方法は核酸から分解されたタンパク質を洗い流す工程をさらに含む。いくつかの実施
形態において、該方法は核酸を回収する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において
、第一ＡＣ動電学的電場領域は交流電流によって生じる。いくつかの実施形態において、
第一ＡＣ動電学的電場領域は、１ボルトから４０ボルトのピーク－ピーク電圧；及び／又
は５Ｈｚから５，０００，０００Ｈｚの周波数、及び５％から５０％までのデューティー
サイクル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において、第二Ａ
Ｃ動電学的電場領域は、第一ＡＣの動電学的電場領域とは電極アレイの異なる領域である
。いくつかの実施形態において、第二ＡＣ動電学的電場領域は、第一ＡＣ動電学的電場領
域と電極アレイの同じ領域である。いくつかの実施形態において、第二ＡＣ動電学的電場
領域は交流電流によって生じる。幾つかの実施形態において、第二ＡＣ動電学的電場領域
は誘電泳動の高い電場領域である。いくつかの実施形態において、第二ＡＣ動電学的電場
領域は、１ボルトから５０ボルトのピーク－ピークの電圧；及び／又は５Ｈｚから５，０
００，０００Ｈｚの周波数、及び５％から５０％までのデューティーサイクルを有する交
流電流を使用して発生される。いくつかの実施形態において、電極は、第一ＡＣ動電学的
電場領域を提供するために選択的に電圧が加えられ、続けて又は連続的に、第二ＡＣ動電
学的電場領域を提供するために選択的に電圧が加えられる。いくつかの実施形態において
、電極のアレイはヒドロゲルで覆われている。いくつかの実施形態において、ヒドロゲル
は、２つ以上の合成ポリマー層を含む。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルを電極
上にスピンコーティングする。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルをスピンコーテ
ィングする前に約０．５ｃＰから約５ｃＰの間の粘性を有する。いくつかの実施形態にお
いて、ヒドロゲルは約０．１ミクロン及び１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実
施形態において、ヒドロゲルは約０．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍの間の伝導度を有する
。いくつかの実施形態において、電極のアレイは点配置になっている。いくつかの実施形
態において、点の間の方位角は約２５°から約６０°の間である。いくつかの実施形態に
おいて、電極のアレイは波状又は非線形の線配置になっており、該配置はリンカーで接続
された点の対の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーは電極の境界を定義し、リン
カーは点の対の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の直径は反復単位
の長さに沿った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセット間の端から端の距離は等距
離又はおおよそ等距離である。いくつかの実施形態において、電極のアレイは、約２．０
－約４．０の相対的な誘電率を備えた保護層を含む。いくつかの実施形態において、該方
法はポリメラーゼ連鎖反応によって単離された核酸を増幅する工程をさらに含む。いくつ
かの実施形態において、核酸はＤＮＡ、ＲＮＡ又はその任意の組み合わせを含む。いくつ
かの実施形態において、単離した核酸は重量で約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％
又は約２％未満の非核酸細胞物質及び／又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、重量で約９９％を超える、約９８％を超える、約９５％を超え
る、約９０％を超える、約８０％を超える、約７０％を超える、約６０％を超える、約５
０％を越える、約４０％を超える、約３０％を超える、約２０％を超える又は約１０％を
超える核酸を含む。いくつかの実施形態において、該方法は約１時間未満で完了する。い
くつかの実施形態において、遠心分離は使用しない。いくつかの実施形態において、残留
タンパク質は１つ以上の化学分解及び酵素分解によって分解される。いくつかの実施形態
において、残留タンパク質はプロテアーゼＫによって分解される。いくつかの実施形態に
おいて、残留タンパク質は、酵素によって分解され、該方法はタンパク質の分解後酵素を
不活性化する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、酵素は、熱（例えば５０
－９５℃で５－１５分）によって不活性化される。いくつかの実施形態において、残留物
質及び分解したタンパク質は別々の又は同じ工程で洗い流される。いくつかの実施形態に
おいて、単離された核酸は、（ｉ）第二ＡＣ動電学的電場領域の電源を切ること、及び（
ｉｉ）溶離剤中のアレイからの核酸を溶出することによって回収される。いくつかの実施
形態において、核酸はシーケンシングに適している形状で単離される。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に適している切断された形状で単離され
る。いくつかの実施形態において、細胞を含む流体は低い伝導度又は高い伝導度を有する
。いくつかの実施形態において、流体は体液、血液、血清、血漿、尿、唾液、食品、飲料
、増殖用培地、環境サンプル、液体、水、クローン細胞又はその組み合わせを含む。いく
つかの実施形態において、細胞はクローン細胞、病原体細胞、細菌細胞、ウィルス、植物
細胞、動物細胞、昆虫細胞及び／又はその組み合わせを含む。いくつかの実施形態におい
て、該方法は単離された核酸をシーケンシングする工程をさらに含む。いくつかの実施形
態において、核酸は、サンガーシーケンシング、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、又は単一分子シーケ
ンシングによってシーケンシングされる。いくつかの実施形態において、方法はＤＮＡを
反応させる（例えば切断、制限消化、ライゲーション）工程をさらに含む。いくつかの実
施形態において、反応はアレイ上で又はアレイの近くで、あるいはデバイスの中で起こる
。いくつかの実施形態において、細胞を含む流体は１０，０００以下の細胞を含む。
いくつかの実施形態において本明細書中に開示されているのは、細胞を含む流体から核
酸を単離するデバイスであって、該デバイスは：ａ．ハウジング；ｂ．ヒーター及び／又
はタンパク質分解剤を含むリザーバー；及びｃ．ハウジング中の複数の交流電流（ＡＣ）
電極を含み、ＡＣ電極はＡＣ動電学的高電場領域及びＡＣ動電学的低電場領域を確立する
ために選択的に電圧が加えられるように配置し、それによってＡＣ動電学的効果はデバイ
スの低電場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において、複数の電
極は誘電泳動高電場領域及び誘電泳動低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えら
れるように配置される。いくつかの実施形態において、電極のアレイはヒドロゲルで覆わ
れている。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは、２つ以上の合成ポリマー層を含
む。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルを電極上にスピンコーティングする。いく
つかの実施形態において、ヒドロゲルをスピンコーティングする前に約０．５ｃＰから約
５ｃＰの間の粘性を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約０．１ミクロ
ン及び１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約０
．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍの間の伝導度を有する。いくつかの実施形態において、電
極のアレイは点配置になっている。いくつかの実施形態において、点の間の方位角は約２
５°から約６０°の間である。いくつかの実施形態において、電極のアレイは波状又は非
線形の線配置になっており、該配置はリンカーで接続された点の対の形状を備えた反復単
位を含み、点とリンカーは電極の境界を定義し、リンカーは点の間で内側に向かって又は
その中間点で徐々に先細り、点の直径は反復単位の長さに沿った点が最も長く、ここで反
復単位の平行なセット間の端から端の距離は等距離又はおおよそ等距離である。いくつか
の実施形態において、電極のアレイは、約２．０－約４．０の相対的な誘電率を備えた保
護層を含む。いくつかの実施形態において、残留タンパク質はプロテアーゼＫによって分
解される。幾つかの実施形態において、該デバイスは溶離剤を含む第二のリザーバーをさ
らに含む。
いくつかの実施形態において本明細書中に開示されているのは、細胞を含む流体から核
酸を単離するシステムであって、該システムは：ａ．複数の交流電流（ＡＣ）電極を含む
デバイスであって、ＡＣ電極はＡＣ動電学的高電場領域及びＡＣ動電学的低電場領域を確
立するために選択的に電圧が加えられるように配置され、それによってＡＣ動電学的効果
はデバイスの高電場領域における細胞の濃縮を提供し、配置はリンカーで接続された点の
対の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーは電極の境界を定義し、リンカーは点の
対の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の直径は反復単位の長さに沿
った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセット間の端から端の距離は等距離又はおお
よそ等距離であるデバイス、及びｂ．サンガーシーケンシング又は次世代シーケンシング
法によってＤＮＡをシーケンシングすることができるモジュール；ｃ．複数のＡＣ電極を
含むデバイス、ＤＮＡをシーケンシングすることができるモジュール又はその組み合わせ
を制御できるソフトウェアプログラム；及びｄ．細胞を含む流体、を含む。いくつかの実
施形態において、複数の電極は誘電泳動高電場領域及び誘電泳動低電場領域を確立するた
めに選択的に電圧が加えられるように配置される。
いくつかの実施形態において本明細書中に開示されているのはデバイスであって、該デ
バイスは：ａ．複数の交流電流（ＡＣ）電極であって、ＡＣ電極はＡＣ動電学的高電場領
域及びＡＣ動電学的低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置さ
れ、電極のアレイが波状又は非線形の線配置になっており、配置はリンカーで接続された
点の対の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーは電極の境界を定義し、リンカーは
点の対の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の直径は反復単位の長さ
に沿った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセット間の端から端の距離は等距離又は
おおよそ等距離である電極；及びｂ．核酸をサーモサイクリングして増幅することができ
るモジュール、を含む。いくつかの実施形態において、複数の電極は誘電泳動高電場領域
及び泳動低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置される。いく
つかの実施形態において、デバイスは細胞を含む流体から核酸を単離することができ、単
離された核酸の増幅を行うことができる。いくつかの実施形態において、単離された核酸
はＤＮＡ又はｍＲＮＡである。いくつかの実施形態において、核酸は単離され、増幅は単
一のチャンバーで行われる。いくつかの実施形態において、核酸は単離され、増幅は単一
のチャンバーの複数の領域で行なわれる。いくつかの実施形態において、デバイスは増幅
を行うために少なくとも１つの溶出チューブ、チャンバー及びリザーバーを含む。いくつ
かの実施形態において、核酸の増幅はポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）に基づくものであ
る。いくつかの実施形態において、核酸の増幅は複数の温度ゾーンを含む、曲がった（ｓ
ｅｒｐｅｎｔｉｎｅ）マイクロチャンネルで行なわれる。いくつかの実施形態において、
増幅は非混和性の流体の中で封入した水性の液滴中で行なわれる（すなわちデジタルＰＣ
Ｒ）。いくつかの実施形態において、サーモサイクリングは対流（ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ
）を含む。いくつかの実施形態において、デバイスは電極と接触した又は電極に隣接する
表面を含み、該表面は生体分子を選択的に捕捉できる生物学的リガンドで機能化（ｆｕｎ
ｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ）されている。いくつかの実施形態において、電極のアレイはヒ
ドロゲルで覆われている。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは、２つ以上の合成
ポリマー層を含む。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは電極上でスピンコーティ
ングされる。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルをスピンコーティングする前に約
０．５ｃＰから約５ｃＰの間の粘性を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲル
は約０．１ミクロン及び１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態において、
ヒドロゲルは約０．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍの間の伝導度を有する。いくつかの実施
形態において、電極のアレイは、約２．０－約４．０の相対的な誘電率を備えた保護層を
含む。いくつかの実施形態において、表面は、以下の技術により選択的に生体分子を捕捉
する：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．イオン又は静電的相互作用；又はｅ．その任意の組み合わせ。いくつ
かの実施形態において、表面は以下のものによって非特異的結合相互作用を最小化及び／
又は阻害するために機能化される：ａ．ポリマー（例えばポリエチレングリコールＰＥＧ
）；ｂ．イオン又は静電的相互作用；ｃ．界面活性剤；又はｄ．その任意の組み合わせ。
いくつかの実施形態において、デバイスは（ａ）平らで隣り合った、（ｂ）垂直に向き合
った、又は（ｃ）水平に向き合った状態で配される複数の微小電極デバイスを含む。いく
つかの実施形態において、デバイスは、サンガーシーケンシングを行なうことができるモ
ジュールを含む。いくつかの実施形態において、サンガーシーケンシングを行なうことが
できるモジュールは、キャピラリー電気泳動を行うことができるモジュール、多色蛍光検
出ができるモジュール又はその組み合わせを含む。
いくつかの実施形態において本明細書中に開示されているのはデバイスであって、該デ
バイスは：ａ．複数の交流電流（ＡＣ）電極であって、ＡＣ電極はＡＣ動電学的高電場領
域及びＡＣ動電学的低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置さ
れ、電極のアレイが波状又は非線形の線配置になっており、配置はリンカーで接続された
点の対の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーは電極の境界を定義し、リンカーは
点の対の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の直径は反復単位の長さ
に沿った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセットの間の端から端の距離は等距離又
はおおよそ等距離である電極；及びｂ．シーケンシングを行なうことができるモジュール
、を含む。いくつかの実施形態において、複数の電極は誘電泳動高電場領域及び誘電泳動
低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置される。いくつかの実
施形態において、デバイスは電極と接触した又は電極に隣接した表面を含み、該表面は生
体分子を選択的に捕捉できる生物学的リガンドで機能化されている。いくつかの実施形態
において、電極のアレイはヒドロゲルで覆われている。いくつかの実施形態において、ヒ
ドロゲルは、２つ以上の合成ポリマー層を含む。いくつかの実施形態において、ヒドロゲ
ルは電極上でスピンコーティングされる。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルはス
ピンコーティングされる前に約０．５ｃＰから約５ｃＰの間の粘性を有する。いくつかの
実施形態において、ヒドロゲルは約０．１ミクロン及び１ミクロンの間の厚さを有する。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約０．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍの間の伝
導度を有する。いくつかの実施形態において、電極のアレイは、約２．０－約４．０の相
対的な誘電率を備えた保護層を含む。いくつかの実施形態において、表面は、以下により
選択的に生体分子を捕捉する：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．イオン又は静電的相互作用；又はｅ．その任
意の組み合わせ。いくつかの実施形態において、表面は以下のものによって非特異的結合
相互作用を最小化及び／又は阻害するために機能化される：ａ．ポリマー（例えばポリエ
チレングリコールＰＥＧ）；ｂ．イオン又は静電的相互作用；ｃ．界面活性剤；又はｄ．
その任意の組み合わせ。いくつかの実施形態において、デバイスに（ａ）平らに隣り合っ
た、（ｂ）垂直に向き合った、又は（ｃ）水平に向き合った状態で配向する複数の微小電
極デバイスを含む。いくつかの実施形態において、デバイスは、次世代シーケンシングを
行なうことができるモジュールを含む。幾つかの実施形態において、次世代シーケンシン
グを行うことができるモジュールは、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
シーケンシング又は単一分子シーケンシングを行うことができる。
幾つかの実施形態において本明細書中に開示されているのは、細胞を含む流体から核酸
を単離する方法であって、該方法はａ）本明細書中に記載の方法を行う工程、ｂ）ＰＣＲ
産物を生成するために、核酸又は核酸のｃＤＮＡバージョンに対してＰＣＲ増幅を行なう
工程；ｃ）第三ＡＣ動電学的領域におけるＰＣＲ産物を単離する工程；ｄ）核酸のシーケ
ンシング産物を生成するために、ＰＣＲ産物に対してサンガーチェーンターミネーション
反応を行う工程、及びｅ）核酸のシーケンシング産物を電気泳動によって分離する工程、
を含む。いくつかの実施形態において、第三ＡＣ動電学的領域は誘電泳動電場領域である
。いくつかの実施形態において、第三ＡＣ動電学的領域は誘電泳動高電場領域である。い
くつかの実施形態において、電極のアレイは波状又は非線形の線配置になっており、該配
置はリンカーで接続された点の対の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーは電極の
境界を定義し、リンカーは点の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の
直径は反復単位の長さに沿った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセットの間の端か
ら端の距離は等距離又はおおよそ等距離である。いくつかの実施形態において、核酸のシ
ーケンシング産物の電気泳動による分離は、キャピラリー電気泳動である。いくつかの実
施形態において、該方法は、核酸のシーケンシング産物を分析するための多色蛍光検出の
使用をさらに含む。いくつかの実施形態において、全ての工程は単一のチップ上で行なわ
れる。いくつかの実施形態において、細胞を含む流体は１０，０００個以下の細胞を含む
。
＜引用による組み込み＞
本明細書中で挙げられる全ての出版物、特許又は特許出願は、それぞれ個別に出版物、
特許又は特許出願が具体的に且つ個別に引用によって組み込まれることを示した場合と同
程度に、引用によって本明細書中に組み込まれる。
発明の新しい特徴は、特に添付の特許請求の範囲において説明される。本発明の特徴及
び利点についてのよりよい理解は、本発明の原理を利用し例示的な実施形態を説明する、
以下の詳細な説明を参照することによって得られ、添付の図面は以下の通りである：
図１は例示的なデバイスの上面図（Ａ）、下面図（Ｂ）及び断面図（Ｃ）である。 図２は、様々な量のゲノムＤＮＡに関連した電極を示す。 図３は、アレイ上の緑の蛍光性を有する大腸菌の単離を示す。パネル（Ａ）は明るい時の電極の様子を示す。パネル（Ｂ）は、ＤＥＰ活性化前の電極の緑の蛍光の様子を示す。パネル（Ｃ）は、１×ＴＢＥバッファー中で１０ｋＨｚ、２０Ｖｐｐで１分行った後の電極上の大腸菌を示す。パネル（Ｄ）は、１×ＴＢＥバッファー中で１ｋＨｚ、２０Ｖｐｐで１分行った後の電極上の大腸菌を示す。 図４は、本発明の方法（右上パネル）とＥｐｉｃｅｎｔｒｅ（商標）ＷａｔｅｒＭａｓｔｅｒ（商標）ＤＮＡ精製手順（左上パネル）の間の比較を示す。円グラフは、ＭＥＧＡＮ（商標）データベースに対してＢＬＡＳＴ検索した１０，０００のＩｌｌｕｍｉｎａ（商標）シーケンシングリードの分布である。示されているように、両方の方法で大腸菌に由来する配列のシーケンスリードの割合は同様であった。下のパネルにおける表は、チップを介した大腸菌のランのシーケンシング範囲と品質を示しており、製造者のプロトコルに従ってチップ外の対照のランと比較した。 図５は、細胞から核酸を単離する例示的な方法を示す。 図６は、細胞を含む流体から細胞外の核酸を単離する例示的な方法を示す。 図７は、本明細書中に開示された方法とデバイスによる結果であるＡＣＥＫ（ＡＣ動電学的）力を例示する。誘電泳動（ＤＥＰ）、ＡＣ電熱（ＡＣＥＴ）フロー及びＡＣ電気浸透（ＡＣＥＯ）による粒子上の力同士の関係を利用して、いくつかの実施形態において、核酸の単離及び精製にサイズ遮断を使用した。単離は、流体伝導度に依存したＡＣＥＴ及びＡＣＥＯに起因した核酸を電極端に近づけるフローの渦に依存し、効果的な粒子が一度捕捉サイトに入るとＡ ＤＥＰトラップが粒子を捕捉する。 図８は、本明細書中に記載されているような波状の電極配置を例示する。電極間の端から端の距離は一般的に等距離である。波状の電極配置は、電極の表面積を最大化する一方、ＤＥＰ、ＡＣＥＯ、ＡＣＥＴ及び他のＡＣＥＫ力を可能にしてするためにＡＣＥＫ勾配を誘発して、変化する（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）不均一な電場を維持する。 図９は、窒化ケイ素の厚さに基づく誘電層の角（ｃｏｒｎｅｒ）においてどのようにＥ－電場が勾配したのかを例示する。より低いＫ及びより薄い厚さが、結果として誘電層の角においてより高いＥ－電場勾配（曲げ）をもたらした。 図１０は、蒸着したヒドロゲル層を備えた電極上でのＤＮＡ捕捉を例示する。活性化されたモノマーの気相コーティングは様々な基質上で均一な薄膜コーティングを形成する。ｐＨＥＭＡのようなヒドロゲルは、ＧＶＤ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、ＭＡ）による電極チップ上で様々な厚さ（１００、２００、３００、４００ｎｍ）及び架橋密度（５、２５及び４０％）で被覆された。ヒドロゲル膜は、標準ＡＣＥプロトコル（前処理なし、７Ｖｐ－ｐ、１０ＫＨｚ、２分、０．５×ＰＢＳ、Ｓｙｂｒ Ｇｒｅｅｎ １で標識化された５００ｎｇ／ｍｌのｇＤＮＡ）を使用して試験された。電極上の蛍光をイメージングによってキャプチャーした。１００ｎｍの厚さ、５％の架橋ゲルデバイスが、強いＤＮＡ捕獲能力があることがわかった。随意に、該方法はシラン誘導体のような吸着促進剤を使用して微小電極アレイの表面への被覆率を変える又は固着増加（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ）することにより最適化できる。
本明細書中に記載されているのは、流体組成物から粒子又は分子を単離又は分離するの
に適した方法、デバイス及びシステムである。特定の実施形態において、本明細書中に提
供されるのは細胞又は他の微粒子等の材料を含む流体から核酸を単離又は分離するための
方法、デバイス及びシステムである。いくつかの態様において、方法、デバイス及びシス
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する。様々な態様において
、方法、デバイス及びシステムは、最小限の量の材料しか必要としない及び／又は血液又
は環境サンプルのような複雑な流体から単離された、高純度ＤＮＡをもたらす迅速な手順
を可能にする。
特定の実施形態において本明細書中に提供されているのは、流体組成物から粒子又は分
子を単離又は分離する方法、デバイス及びシステムであり、電極のアレイを備え、ＡＣ動
電学的な力（ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ ｆｏｒｃｅ）を生じさせることができるデ
バイス（例えば、電極のアレイに電圧を加えた時に）に流体を適用する工程を含む方法、
デバイス及びシステムである（例えば、電極のアレイに電圧が加えられる時）。いくつか
の実施形態において、誘電泳動電場はＡＣ動電学的な力の効果の構成要素である。他の実
施形態において、ＡＣ動電学的な力効果の構成要素は、ＡＣ電気浸透又はＡＣ電熱効果で
ある。いくつかの実施形態において、誘電泳動電場を含むＡＣ動電学的な力は、高電場領
域（陽ＤＥＰ、すなわち不均一な電場において電気力線（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ
ｌｉｎｅ）が強く集中している領域）及び／又は低電場領域（陰ＤＥＰ、すなわち不均
一な電場において電気力線があまり集中していない領域）を含む。
特定の例において、粒子又は分子（例えば核酸）は、誘電泳動電場の電場領域（例えば
高電場領域）で単離される（例えば、細胞から単離される又は分離される）。いくつかの
実施形態において、方法、デバイス又はシステムは、さらに次の工程を１つ以上含む：目
的の細胞を第一誘電泳動電場領域（例えば、高電場ＤＥＰ領域）で濃縮する工程、第一誘
電泳動電場領域で細胞を溶解する工程、及び／又は第一又は第二誘電泳動電場領域で核酸
を濃縮する工程。他の実施形態において、方法、デバイス又はシステムは、次の工程の１
つ以上を含む：第一誘電泳動電場領域（例えば低電場ＤＥＰ領域）で細胞を濃縮する工程
、第二誘電泳動電場領域（例えば高電場ＤＥＰ領域）で核酸を濃縮する工程、及び細胞と
残留物質を洗い流す工程。方法は、さらに次の工程の１つ以上を行なうことができるデバ
イス及び／又はシステムを随意に含む：核酸から残留（例えば、細胞）物質を洗浄、又は
そうでなければ除去する（例えば、アレイを水又はバッファーですすぐ一方、核酸を濃縮
し、アレイの高電場ＤＥＰ領域において維持する）工程、残留タンパク質を分解する（例
えば溶解された細胞及び／又は他のソースを、例えば熱、プロテアーゼ又は化学的な任意
の適切な機構によって分解する）工程、核酸から分解されたタンパク質を洗い流す工程及
び核酸を回収する工程。幾つかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法、
デバイスの操作、及びシステムの操作の結果は、ＤＮＡシーケンシングに適切な量及び純
度で随意に単離された核酸である。
いくつかの例において、本明細書中に記載されている方法は短時間で行うことができ、
デバイスは短時間の操作で済み、システムは短時間の操作で済む点で有利である。幾つか
の実施形態において、時間は、流体をデバイスに加えた時から単離した核酸が得られた時
までを測定した「手順時間」を基準として短い。いくつかの実施形態において、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分未満又は５
分未満である。
別の態様において、時間は、流体をデバイスに加えた時から単離した核酸が得られた時
までに人が手順に参加しなければならない時間を蓄積した時間として測定した「操作時間
」を基準として短い。いくつかの実施例において、操作時間は、２０分未満、１０分未満
、５分未満、１分未満又は３０秒未満である。
いくつかの例において、本明細書中に記載されているデバイスは単一の管を含む点、本
明細書中に記載されているシステムは単一の管を含むデバイスを備えている点、本明細書
中に記載されている方法は単一の管の中で（例えば、本明細書中に記載されているような
誘電泳動デバイスの中で）行うことができる点で有利である。いくつかの態様において、
そのような単一の管の実施形態は、流体を扱う工程数を最小化し及び／又は短時間で行う
ことができる。いくつかの例において、本願の方法、デバイス及びシステムは、１つ以上
の遠心分離工程及び／又は培地交換を行う方法、デバイス及びシステムとは対照的である
。いくつかの例において、遠心分離は、核酸を単離するのに必要な操作時間の量を増加さ
せる。別の態様において、単一の管の手順又はデバイスは消耗品である試薬の最小量を使
用して、核酸を単離する。
＜デバイスとシステム＞
幾つかの実施形態において、本明細書中に記載されているのは流体から核酸を回収する
ためのデバイスである。１つの態様において、本明細書中に記載されているのは細胞又は
他の粒子の材料を含む流体から核酸を回収するためのデバイスである。他の態様において
、本明細書中に記載されているのは、細胞又はタンパク質を含む流体から核酸を回収でき
及び／又は単離できるデバイスである。他の例において、本明細書中に記載されているの
は、細胞物質から核酸を回収でき及び／又は単離できるデバイスである。
いくつかの実施形態において本明細書中に開示されているのは、細胞又は他の粒子の材
料を含む流体から核酸を単離するデバイスであって、該デバイスは：ａ．ハウジング；ｂ
．ヒーター又は熱源、及び／又はタンパク質分解剤を含むリザーバー；及びｃ．ハウジン
グ中の複数の交流電流（ＡＣ）電極を含み、ＡＣ電極はＡＣ動電学的高電場及びＡＣ導電
学的低電場を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置され、ＡＣ動電学的効
果はデバイスの低電場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において
、複数の電極は誘電泳動高電場及び誘電泳動低電場を確立するために選択的に電圧が加え
られるように配置される。幾つかの実施形態において、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アーゼＫである。幾つ
かの実施形態において、該デバイスは溶離剤を含む第二のリザーバーをさらに含む。
いくつかの実施形態において本明細書中に開示されているのは、デバイスは：ａ．ＡＣ
動電学的高電場領域及びＡＣ動電学的低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えら
れるように配置された複数の交流電流（ＡＣ）電極；及びｂ．核酸をサーモサイクリング
してのＰＣＲ増幅又はその他の酵素反応を行うことができるモジュール、を含む。いくつ
かの実施形態において、複数の電極は誘電泳動高電場領域及び誘電泳動低電場領域を確立
するために選択的に電圧が加えられるように配置される。いくつかの実施形態において、
デバイスは細胞を含む流体から核酸を単離することができ、ＰＣＲ増幅又はその他の酵素
反応を行うことができる。いくつかの実施形態において、単一のチャンバー内でＤＮＡが
単離され、ＰＣＲ又はその他の酵素反応が行われる。いくつかの実施形態において、単一
のチャンバーの複数の領域内でＤＮＡが単離され、ＰＣＲ又はその他の酵素反応が行われ
る。いくつかの実施形態において、複数のチャンバー内でＤＮＡが単離され、ＰＣＲ又は
その他の酵素反応が行われる。
いくつかの実施形態において、デバイスはＰＣＲ増幅又はその他の酵素反応を行うため
に少なくとも１つの溶出チューブ、チャンバー及びリザーバーを含む。いくつかの実施形
態において、ＰＣＲ増幅又はその他の酵素反応は複数の温度ゾーンを含む、曲がった（ｓ
ｅｒｐｅｎｔｉｎｅ）マイクロチャンネルで行なわれる。いくつかの実施形態において、
ＰＣＲ増幅又はその他の酵素反応は非混和性の流体の中で封入した水性の液滴中で行なわ
れる（すなわちデジタルＰＣＲ）。いくつかの実施形態において、サーモサイクリングは
対流（ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ）を含む。いくつかの実施形態において、デバイスは電極と
接触した又は電極と近位である表面を含み、該表面は生体分子を選択的に捕捉できる生物
学的リガンドで機能化されている。
いくつかの実施形態において本明細書中に開示されているのは、細胞又は他の粒子材料
を含む流体から核酸を単離するためのシステムが本明細書中に記載され、該システムは：
ａ．ＡＣ動電学的高電場領域及びＡＣ動電学的低電場領域を確立するために選択的に電圧
が加えられるように配置された複数の交流電流（ＡＣ）電極であって、ＡＣ動電効果がデ
バイスの高電場領域中の細胞の濃縮を提供するＡＣ電極；及びｂ．単離された又は分離さ
れた核酸の酵素反応を行うためのシーケンサー、サーモサイクラー又は他のデバイス、を
含む。いくつかの実施形態において、複数の電極は誘電泳動高電場領域及び誘電泳動低電
場領域を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置される。
様々な実施形態において、本明細書中に記載されているように電極のアレイに選択的に
電圧を加えることでＤＥＰ電場は作られる、又は作ることができる。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）のような金属を含む腐食に強い任
意の適切な材料で随意に作成される。様々な実施形態において、電極は任意の適切な間隔
、任意の適切な位置、任意の適切なサイズであってよく、適切なＤＥＰ及び／又は他の動
電学的電場が生じるように、任意の適切な方法などで電圧が加えられる又は電圧を加える
ことができる。
幾つかの実施形態において本明細書中に記載されているのは、電極が別々のチャンバー
及び陽ＤＥＰ領域に配置され、陰ＤＥＰ領域が、孔又は穴の構造を通してＡＣ ＤＥＰ電
場を通過することによって内部チャンバー中に作られる方法、デバイス及びシステムであ
る。細胞、微粒子、ナノ粒子及び核酸の分離を行うために所望の陽ＤＦＰ（高電場）領域
及び陰ＤＦＰ（低電場）領域を形成するために様々な形状が使用される。幾つかの実施形
態において、孔又は穴の構造は多孔質材料（ヒドロゲル）を含む（又は、多孔質材料で満
たされている）、あるいは多孔質膜構造によって被覆されている。幾つかの実施形態にお
いて、電極を別々のチャンバーに分離することで、このような孔又は穴の構造のＤＥＰデ
バイスは、ＤＦＰプロセスの間内部の分離チャンバーにおいて生じる電気化学的な効果、
加温又は無秩序な流体の動きを減らす。
１つの態様において、本明細書中に記載されているのは電極を含むデバイスであって、
電極は別々のチャンバーに配され、ＤＥＰ電場は気孔構造を通過することによって内部チ
ャンバーに作成される。例示的なデバイスは、ハウジング内に複数の電極及び電極を含む
チャンバーを備えている。以下のような開示のために本明細書中に組み込まれるＰＣＴ特
許公報ＷＯ２００９／１４６１４３Ａ２にさらに記載されているように、デバイスのコン
トローラーは独立して電極を制御する。
いくつかの実施形態において、チャンバーを有するデバイスは、様々な気孔及び／又は
穴構造（ナノスケール、マイクロスケール、及びマクロスケールのものも）で作成され、
ＡＣ／ＤＣ電場、溶質分子、バッファー及びその他の小分子がチャンバーを通り抜けられ
る一方、細胞、ナノ粒子又は他の実体を内部チャンバーに拡散又は輸送されるのを制御、
限定又は保護するために膜、ゲル又はろ過材を含む。
様々な実施形態において、例えばＡＣ動電を可能にする繰り返しの不均一な電場を作成
するように構成された正方形又は長方形パターンで電極のより大きなアレイを含むデバイ
スのようなデバイスのための様々な配置が可能である。例示の目的だけのために、制限さ
れないが適切な電極アレイは１０×１０電極配置、５０×５０電極配置、１０×１００電
極配置、２０×１００電極配置又は２０×８０電極配置を含みうる。そのようなデバイス
は制限されないが、多重電極およびチャンバーを有するデバイス、再構成可能な電場パタ
ーンを作成することを可能にするデバイス、ＤＣ電気泳動及び流体のプロセスを組み合わ
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的な操
作及びその後の検出及び分析を含む診断デバイス、ラブオンチップデバイス、ポイントオ
ブケア及び他の臨床的診断システム又はバージョンを含む。
いくつかの実施形態において、平面の白金電極アレイデバイスは、サンプルの流体が流
れるハウジングを含む。いくつかの実施形態において、入口端から出口端へ流体は流れ、
随意に側部の分析物出口端を含む。例示的なデバイスは複数のＡＣ電極を含む。いくつか
の実施形態において、サンプルは、ミクロンサイズの実体又は細胞、より大きなナノ粒子
およびより小さなナノ粒子又は生体分子の組み合わせからなる。いくつかの例において、
より大きなナノ粒子はサンプルの中で分散した細胞残屑である。いくつかの実施形態にお
いて、より小さなナノ粒子はタンパク質、より小さなＤＮＡ、ＲＮＡおよび細胞の断片で
ある。いくつかの実施形態において、平面の電極アレイデバイスは、別々に制御できるが
同時に操作することができ、３つの２０×２０アレイへ随意に区分される６０×２０電極
アレイである。電気泳動のために、随意の補助ＤＣ電極は正電荷になるよう電源を入れる
ことができる一方、随意のＤＣ電極は負電荷になるよう電源を入れることができる。いく
つかの例において、制御されたＡＣおよびＤＣシステムの各々は、様々な実施形態におい
てその両方が連続的に及び／又はパルス的な方法で使用される（例えば、各々は、比較的
短時間の間隔でオンとオフをパルス化することができる）。ナノ多孔質材料（例えば合成
ポリマーのヒドロゲル）の被膜層がある場合、サンプルフローの側方に沿った随意の平面
の電極アレイは、ＡＣ ＤＥＰと同様にＤＣ電気泳動力を発生させるために随意に使用さ
れる。さらに、マイクロ電気泳動による分離プロセスは、アレイの中で平面の電極及び／
又はｘ－ｙ－ｚ面（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）の補助電極を使用したナノ多孔質層中で随意
に行われる。
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、１，０００Ｈｚ
から１００ＭＨｚまでのＡＣ周波数範囲中で、およそ１ボルトから２０００ボルトのｐｋ
－ｐｋまで及ぶ電圧の範囲で；１ボルトから１０００ボルトまでのＤＣ電圧で、毎分１０
マイクロリットルから毎分１０ミリリッターまでの流速で、及び１℃から１２０℃まで温
度範囲中で操作される。いくつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシステムは
約３から約１５ｋＨｚまでのＡＣ周波数範囲中で操作される。いくつかの実施形態におい
て、方法、デバイスおよびシステムは５－２５ボルトのｐｋ－ｐｋの電圧で操作される。
いくつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシステムは約１から約５０ボルト／
ｃｍまでの電圧で操作される。いくつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシス
テムは約１から約５ボルトまでのＤＣ電圧で操作される。いくつかの実施形態において、
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
ットルまでの流速で操作される。いくつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシ
ステムは２０℃から６０℃までの温度範囲中で操作される。いくつかの実施形態において
、方法、デバイスおよびシステムは１，０００Ｈｚから１０ＭＨｚまでのＡＣ周波数範囲
中で操作される。いくつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシステムは１，０
００Ｈｚから１ＭＨｚまでのＡＣ周波数範囲中で操作される。いくつかの実施形態におい
て、方法、デバイスおよびシステムは１，０００Ｈｚから１００ｋＨｚまでのＡＣ周波数
範囲中で操作される。いくつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシステムは１
，０００Ｈｚから１０ｋＨｚまでのＡＣ周波数範囲中で操作される。いくつかの実施形態
において、方法、デバイスおよびシステムは１０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでのＡＣ周波
数範囲の中で操作される。いくつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシステム
は１００ｋＨｚから１ＭＨｚまでのＡＣ周波数範囲の中で操作される。いくつかの実施形
態において、方法、デバイスおよびシステムはおよそ１ボルトから１５００ボルトｐｋ－
ｐｋまでの電圧で操作される。いくつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシス
テムはおよそ１ボルトから１５００ボルトｐｋ－ｐｋまでの電圧で操作される。いくつか
の実施形態において、方法、デバイスおよびシステムはおよそ１ボルトから１０００ボル
トｐｋ－ｐｋまでの電圧で操作される。いくつかの実施形態において、方法、デバイスお
よびシステムはおよそ１ボルトから５００ボルトｐｋ－ｐｋまでの電圧で操作される。い
くつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシステムはおよそ１ボルトから２５０
ボルトｐｋ－ｐｋまでの電圧で操作される。いくつかの実施形態において、方法、デバイ
スおよびシステムはおよそ１ボルトから１００ボルトｐｋ－ｐｋまでの電圧で操作される
。いくつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシステムはおよそ１ボルトから５
０ボルトｐｋ－ｐｋまでの電圧で操作される。いくつかの実施形態において、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電圧で操作される。いくつ
かの実施形態において、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電圧で操作される。いくつかの実施形態において、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電圧で操作される。いくつかの実施形態において
、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電圧で操作され
る。いくつかの実施形態において、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電圧で操作される。いくつかの実施形態において、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までの流速で操作される。いくつか
の実施形態において、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マイクロリットルまでの流速で操作される。いくつかの実施形態において、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
トルまでの流速で操作される。いくつかの実施形態において、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速で操作さ
れる。いくつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシステムは１℃から１００℃
までの温度範囲中で操作される。いくつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシ
ステムは２０℃から９５℃までの温度範囲中で操作される。いくつかの実施形態において
、方法、デバイスおよびシステムは２５℃から１００℃までの温度範囲中で操作される。
いくつかの実施形態において、方法、デバイスおよびシステムは室温で操作される。
いくつかの実施形態において、コントローラーは、独立して電極の各々を制御する。い
くつかの実施形態において、コントローラーは、ソケットとプラグの接続等によってデバ
イスに外部接続されている、又はデバイスのハウジングに統合される。
さらに本明細書中に記載されているのはＤＥＰ，電気泳動及び流体力を組み合わせ、目
盛付きの区分された（ｓｃａｌｅｄ ｓｅｃｔｉｏｎｅｄ）（ｘ－ｙ次元の）頑丈な電極
のアレイ及び補助電極の戦略的に置かれた（ｘ－ｙ－ｚ次元の）配置、及びその使用であ
る。いくつかの実施形態において、血液、血清、血漿あるいは他のサンプルの臨床的に適
切な容量は、より高いイオン強度及び／又は伝導度条件下でより直接的に分析される。本
明細書中に記載されているのは、電極上で又は電極近くで生じ得る電気化学（電気分解）
反応、加温および無秩序な流動性の移動の影響を弱め、且つ細胞、細菌、ウィルス、ナノ
粒子、ＤＮＡおよび他の生体分子の有効な分離が行なわれることを可能にするために、頑
丈な電極構造（例えば白金、パラジウム、金など）を、材料（天然又は合成の多孔性ヒド
ロゲル、膜、制御されたナノ多孔質材料および薄い誘電体層状材料）が１つ以上の多孔質
層で被覆することである。いくつかの実施形態において、より高い分解分離（ｒｅｓｏｌ
ｕｔｉｏｎ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ）を達成するために、ＡＣ周波数交差点を使用する
ことに加えて、オンデバイス（オンアレイ）ＤＣ微量電気泳動法を第二の分離で使用する
。例えば、ＤＮＡナノ粒子（２０－５０ｋｂ）、高分子量ＤＮＡ（５－２０ｋｂ）、中間
分子量のＤＮＡ（１－５ｋｂ）およびより低い分子量のＤＮＡ（０．１－１ｋｂ）断片の
分離は、アレイ上のＤＣ微量電気泳動法によって達成され得る。いくつかの実施形態にお
いて、そのようなデバイス上で異なる血球、細菌およびウィルスを、並びにＤＮＡからの
分離を同時に行う目的のために、デバイスは随意に細区分化される。
いくつかの実施形態において、デバイスはハウジング、およびヒーター又は熱源、及び
／又はタンパク質分解剤を含むリザーバーを備える。いくつかの実施形態において、ヒー
ター又は熱源は、流体の温度を所望の温度（例えば、分解したタンパク質に適している温
度である、約３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃など）に上げることができる。い
くつかの実施形態において、ヒーター又は熱源はＰＣＲサーモサイクラーとして操作に適
している。他の実施例において、ヒーター又は熱源は一定温度（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において、タンパク質分解剤はプロテアーゼである
。他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であり、ヒーター又は熱
源はタンパク分解剤を不活性化するために使用される。
いくつかの実施形態において、デバイスは、さらにハウジング中の複数の交流電流（Ａ
Ｃ）電極、誘電泳動（ＤＥＰ）高電場及び誘電泳動（ＤＥＰ）低電場の領域を構築するた
めに選択的に電圧が加えられるように構成することができるＡＣ電極であって、ＡＣ動電
学的効果は、デバイスの低電場領域における細胞の濃縮を提供するＡＣ電極、を含む。い
くつかの実施形態において、電極は、第一ＡＣ動電学的電場領域を提供するために電圧が
加えられ、第二ＡＣ動電学的電場領域を提供するために続いて又は連続的に、選択的に電
圧が加えられる。例えば、電極及びＤＦＰ電場での細胞の濃縮についてのさらなる記載は
、そのような開示のために本明細書中に組み込まれるＰＣＴ特許公報ＷＯ２００９／１４
６１４３Ａ２でみられる。
いくつかの実施形態において、デバイスは、溶離剤を含む第二のリザーバーを含む。溶
離剤は、デバイスからの分離された核酸を溶出するのに適した任意の流体である。いくつ
かの例において、溶離剤は水又はバッファーである。いくつかの例において、溶離剤は、
ＤＮＡシーケンシング法に必要な試薬を含む。
さらに、本明細書中に提供されているのは、複数の交流電流（ＡＣ）電極であって、誘
電泳動（ＤＥＰ）高電場及び誘電泳動（ＤＥＰ）低電場の領域を構築するために選択的に
電圧が加えられるように構成されたＡＣ電極を含むシステム及びデバイスである。いくつ
かの例において、ＡＣの動電学的な結果は、ＤＥＰ電場の低電場領域での細胞の濃縮及び
／又はＤＥＰ電場の高電場領域での分子（例えば核酸などのマクロ分子）の濃縮（又は回
収又は単離）を提供する。
さらに、複数の直流電流（ＤＣ）電極を含むシステム及びデバイスが本明細書中に提供
される。いくつかの実施形態において、複数のＤＣ電極は、アレイ全体にわたって広がっ
た、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において、電極はアレイ
の端に位置する。いくつかの実施形態において、ＤＣ電極はＡＣ電極の間に点在する。
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されているシステム又はデバイスは、
核酸を扱うための手段を含む。いくつかの実施例において、本明細書中に記載されている
システム又はデバイスは、酵素反応を行なう手段を含む。他の実施形態において、本明細
書中に記載されているシステム又はデバイスは、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、転写又は翻訳分析、あるいは他の酵素に
基づく分子生物学分析を行う手段を含む。
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されているシステム又はデバイスは核
酸シークエンサーを含む。シークエンサーは、限定されないが随意にサンガーシークエン
サー、パイロシークエンサー、イオン半導体シークエンサー、ライゲーションデバイスに
よってシーケンシングするポロニーシークエンサー、ＤＮＡナノボールシーケンシングデ
バイス又は単一分子のシーケンシングデバイスを含む、任意の適切なＤＮＡシーケンシン
グデバイスである。
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されているシステム又はデバイスは一
定温度を維持することができる。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されて
いるシステム又はデバイスはアレイ又はチャンバーを冷やすことができる。いくつかの実
施形態において、本明細書中に記載されているシステム又はデバイスはアレイ又はチャン
バーを温めることができる。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている
システム又はデバイスはサーモサイクラーを含む。いくつかの実施形態において、本明細
書中に開示されたデバイスは、局所的な保温要素を含む。いくつかの実施形態において、
本明細書中に開示されたデバイスは温度の感知及び制御の両方を行うことができる。
いくつかの実施形態において、デバイスはさらに加温又は熱要素を含む。いくつかの実
施形態において、加温又は熱要素は、電極の下に局在する。いくつかの実施形態において
、加温又は熱要素は金属を含む。いくつかの実施形態において、加温又は熱要素はタンタ
ル、アルミニウム、タングステン又はその組み合わせを含む。一般に、加温又は熱要素に
よって達成される温度は、そこを通る電流に比例する。いくつかの実施形態おいて、本明
細書中に開示されたデバイスは局在する冷却要素を含む。いくつかの実施形態において、
耐熱性要素は、露出した電極アレイの真下に配される。いくつかの実施形態において、本
明細書中に開示されたデバイスは、約２０℃と約１２０℃の間の温度を達成し維持するこ
とができる。いくつかの実施形態において、本明細書中に開示されたデバイスは、約３０
℃と約１００℃の間の温度を達成し維持することができる。他の実施形態において、本明
細書中に開示されたデバイスは、約２０℃と約９５℃の間の温度を達成し維持することが
できる。いくつかの実施形態において、本明細書中に開示されたデバイスは、約２５℃と
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、又は約２５℃から約５５℃の間の温度を達成し維持することができる。いく
つかの実施形態において、本明細書中に開示されたデバイスは、約２０℃、約３０℃、約
４０℃、約５０℃、約６０℃、約７０℃、約８０℃、約９０℃、約１００℃、約１１０℃
又は約１２０℃の温度を達成し維持することができる。
＜電極＞
複数の交流電極は、本明細書中に記載されている分離プロセスに適した任意の方法で随
意に形成される。例えば、電極及び／又はＤＥＰ電場における細胞の濃縮を含むシステム
又は装置のさらなる記載は、そのような開示のために本明細書中に組み込まれたＰＣＴ特
許公報ＷＯ ２００９／１４６１４３で見られる。
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示された電極は任意の適切な金属を含み
得る。いくつかの実施形態において、限定されないが電極は以下を含みうる：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、タングステン、ポリシリコン、及び
インジウムスズ酸化物、又はこれらの組み合わせ、及びこれらと同様に白金ケイ素化合物
、チタンケイ素化合物、金ケイ素化合物又はタングステンケイ素化合物のようなケイ素化
合物材料。いくつかの実施形態において、電極は、スクリーンに印刷することができる伝
導性のインクを含みうる。
いくつかの実施形態において、電極の内外径比に対する端から端（Ｅ２Ｅ）は、約０．
５ｍｍまで約５ｍｍである。いくつかの実施形態において、内外径比に対するＥ２Ｅは約
１ｍｍまで約４ｍｍである。いくつかの実施形態において、内外径比に対するＥ２Ｅは約
１ｍｍまで約３ｍｍである。いくつかの実施形態において、内外径比に対するＥ２Ｅは約
１ｍｍまで約２ｍｍである。いくつかの実施形態において、内外径比に対するＥ２Ｅは約
２ｍｍまで約５ｍｍである。いくつかの実施形態において、内外径比に対するＥ２Ｅは約
１ｍｍである。いくつかの実施形態において、内外径比に対するＥ２Ｅは約２ｍｍである
。いくつかの実施形態において、内外径比に対するＥ２Ｅは約３ｍｍである。いくつかの
実施形態において、内外径比に対するＥ２Ｅは約４ｍｍである。いくつかの実施形態にお
いて、内外径比に対するＥ２Ｅは約５ｍｍである。
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示された電極はドライエッチングされる
。いくつかの実施形態において、本明細書中に開示された電極はウェットエッチングされ
る。いくつかの実施形態において、電極は、ドライエッチング及びウェットエッチングの
組み合わせで処理される。
いくつかの実施形態において、電極はそれぞれ独立して位置制御される。
いくつかの実施形態において、電極のアレイは１つのユニットとして制御される。
いくつかの実施形態において、保護層が使用される。いくつかの実施形態において、保
護層は当技術において既知の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
施形態において、保護層は窒化ケイ素を含む。いくつかの実施形態において、保護層は二
酸化ケイ素を含む。いくつかの実施形態において、保護層は約２．０－約８．０の相対的
な電気的誘電率を有する。いくつかの実施形態において、保護層は約３．０－約８．０、
約４．０－約８．０又は約５．０から約８．０の相対的な電気的誘電率を有する。いくつ
かの実施形態において、保護層は約２．０－約４．０の相対的な電気的誘電率を有する。
いくつかの実施形態において、保護層は約２．０－約３．０の相対的な電気的誘電率を有
する。いくつかの実施形態において、保護層は約２．０、約２．５、約３．０、約３．５
又は約４．０の相対的な電気的誘電率を有する。
幾つかの実施形態において、保護層は約０．１ミクロンと約１０ミクロンの間の厚さで
ある。幾つかの実施形態において、保護層は約０．５ミクロンと約８ミクロンの間の厚さ
である。幾つかの実施形態において、保護層は約１．０ミクロンと約５ミクロンの間の厚
さである。幾つかの実施形態において、保護層は約１．０ミクロンと約４ミクロンの間の
厚さである。幾つかの実施形態において、保護層は約１．０ミクロンと約３ミクロンの間
の厚さである。幾つかの実施形態において、保護層は約０．２５ミクロンと約２ミクロン
の間の厚さである。幾つかの実施形態において、保護層は約０．２５ミクロンと約１ミク
ロンの間の厚さである。
いくつかの実施形態において、保護層は限定されないが窒化ケイ素または二酸化ケイ素
を含む、任意の適切な絶縁の低いｋ誘電体で構成される。いくつかの実施形態において、
保護層は、ポリアミド、炭素添加シリコン窒化物、炭素添加シリコン二酸化物、フッ素添
加シリコン窒化物、フッ素添加シリコン二酸化物、多孔質シリコン二酸化物あるいはその
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において、保護層は、
スクリーンに印刷することができる誘電性のインクを含むことができる。
＜電極配置＞
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示された電極は、本明細書中に開示され
た方法を実行するのに適した任意の方法で配置することができる。
いくつかの実施形態において、電極はドット配置され、例えば、電極は一般に円形の又
は丸い配置を含む。いくつかの実施形態において、ドット間の定位角は約２５°から約６
０°までである。いくつかの実施形態において、ドット間の定位角は約３０°から約５５
°までである。いくつかの実施形態において、ドット間の定位角は約３０°から約５０°
までである。いくつかの実施形態において、ドット間の定位角は約３５°から約４５°ま
でである。いくつかの実施形態において、ドット間の定位角は約２５°である。いくつか
の実施形態において、ドット間の定位角は約３０°である。いくつかの実施形態において
、ドット間の定位角は約３５°である。いくつかの実施形態において、ドット間の定位角
は約４０°である。いくつかの実施形態において、ドット間の定位角は約４５°である。
いくつかの実施形態において、ドット間の定位角は約５０°である。いくつかの実施形態
において、ドット間の定位角は約５５°である。いくつかの実施形態において、ドット間
の定位角は約６０°である。
いくつかの実施形態において、電極は実質的に長方形の配置である。
いくつかの実施形態において、電極は波状又は非線形の線配置である。いくつかの実施
形態において、電極のアレイは波状又は非線形の線配置になっており、該配置はリンカー
で接続された点の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーは電極の境界を定義し、リ
ンカーは点の対の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の直径は反復単
位の長さに沿った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセット間の端から端の距離は等
距離又はおおよそ等距離である。いくつかの実施形態において、電極は図８に描かれるよ
うな波状の線のような細長い一片（ｓｔｒｉｐｓ）である。いくつかの実施形態において
、電極の間の端から端の距離は、波状の線の構成全体にわたって等距離又はおおよそ等距
離である。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されているような波状の線の
電極の使用は、増強されたＤＥＰ電場勾配につながる。
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示されている電極は、平面の配置をして
いる。いくつかの実施形態において、本明細書中に開示されている電極は、非平面の配置
をしている。
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示されているデバイスの表面は、その表
面上の生体分子を選択的に捕捉する。例えば、本明細書中に開示されているデバイスは、
例えば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．イオン又は静電相互作用；又はｅ．その任意の組み合わせ、によって
核酸のような生体分子を捕捉し得る。したがって本明細書中に開示されているデバイスは
、生体分子（例えば核酸）を捕捉できる、相補的な核酸プローブ、抗体又は他の捕捉タン
パク質のような捕捉分子、アビジンのような相補的な標的分子を捕捉できるビオチン又は
他の固定捕捉分子、イオン又は静電相互作用によって生体分子（例えば核酸）を捕捉する
ことができる捕捉分子、又はこれらの組み合わせを備えた機能化された表面を包含し得る
。
いくつかの実施形態において、表面は次のものによって非特異的な結合相互作用を最小
化し及び／又は阻害するために機能化される：ａ．ポリマー（例えばポリエチレングリコ
ールＰＥＧ）；ｂ．イオン又は静電相互作用；ｃ．界面活性剤；又はｄ．その任意の組み
合わせ。いくつかの実施形態において、本明細書中に開示されている方法は、そのような
相互作用に干渉することで非特異的な結合相互作用を減らす、Ｔｗｅｅｎ２０など、ウシ
血清アルブミン、非特異的な免疫グロブリンのような添加剤の使用を含む。
幾つかの実施形態において、デバイスは（ａ）平らに隣り合った、（ｂ）垂直に向き合
った、又は（ｃ）水平に向き合った状態で配向する複数の微小電極デバイスを含む。他の
実施形態において、電極は、はさまれた（例えば、垂直フォーマットにおいて互いの上に
積み重ねられた）配置をしている。
＜ヒドロゲル＞
材料が１つ以上の層で電極構造を被覆することで、電極で又は電極の近くで生じ得る、
限定されないが電気分解反応、加温及び無秩序な流体の移動を含む有害な電気化学効果を
弱めることができ、且つ細胞、細菌、ウィルス、ナノ粒子、ＤＮＡ及び他の生体分子の有
効な分離を行うことが可能になる。いくつかの実施形態において、電極構造上を被覆する
層の材料は１つ以上の多孔質層であり得る。他の実施形態において、１つ以上の多孔質層
はポリマー層である。他の実施形態において、１つ以上の多孔質層はヒドロゲルである。
一般に、ヒドロゲルは十分な機械強度を持っているべきであり、形状がなくなる（ｄｉ
ｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）又は分解するということがない状態で、電極表面で電気
化学的効果を持続させることができるように、化学的に比較的不活性であるべきである。
一般にヒドロゲルは、小さな水性イオンにとって十分な浸透性を有するが、生体分子を電
極表面から遠ざける。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは単一の層又はコーティングである。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは多孔率の勾配を含み、ヒドロゲル層の底は
ヒドロゲル層の最上部よりも高い多孔率を有する。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは複数の層又はコーティングを含む。いくつ
かの実施形態において、ヒドロゲルは２つの被膜を含む。いくつかの実施形態において、
ヒドロゲルは３つの被膜を含む。いくつかの実施形態において、底（第一）のコーティン
グは後のコーティングよりも高い多孔率を有する。いくつかの実施形態において、最上部
の被覆は第一のコーティングより低い多孔率を有する。いくつかの実施形態において、最
上部の被覆は直径で１００ピコメートルを超える粒子をサイズで遮断するために機能する
平均孔径を有する。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは、約０．００１Ｓ／ｍから約１０Ｓ／ｍま
での伝導度を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍか
ら約１０Ｓ／ｍまでの伝導度を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは、約
０．１Ｓ／ｍから約１０Ｓ／ｍまでの伝導度を有する。いくつかの実施形態において、ヒ
ドロゲルは、約１．０Ｓ／ｍから約１０Ｓ／ｍまでの伝導度を有する。いくつかの実施形
態において、ヒドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約５Ｓ／ｍまでの伝導度を有する。い
くつかの実施形態において、ヒドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約４Ｓ／ｍまでの伝導
度を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは、約０．０１Ｓ／ｍから約３Ｓ
／ｍまでの伝導度を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは、約０．０１Ｓ
／ｍから約２Ｓ／ｍまでの伝導度を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは
、約０．１Ｓ／ｍから約５Ｓ／ｍまでの伝導度を有する。いくつかの実施形態において、
ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約４Ｓ／ｍまでの伝導度を有する。いくつかの実施形
態において、ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約３Ｓ／ｍまでの伝導度を有する。いく
つかの実施形態において、ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約２Ｓ／ｍまでの伝導度を
有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍから約１．５Ｓ／
ｍまでの伝導度を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは、約０．１Ｓ／ｍ
から約１．０Ｓ／ｍまでの伝導度を有する。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約０．１Ｓ／ｍの伝導度を有する。いくつ
かの実施形態において、ヒドロゲルは約０．２Ｓ／ｍの伝導度を有する。いくつかの実施
形態において、ヒドロゲルは約０．３Ｓ／ｍの伝導度を有する。いくつかの実施形態にお
いて、ヒドロゲルは約０．４Ｓ／ｍの伝導度を有する。いくつかの実施形態において、ヒ
ドロゲルは約０．５Ｓ／ｍの伝導度を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲル
は約０．６Ｓ／ｍの伝導度を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約０．
７Ｓ／ｍの伝導度を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約０．８Ｓ／ｍ
の伝導度を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約０．９Ｓ／ｍの伝導度
を有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約１．０Ｓ／ｍの伝導度を有する
。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約０．１ミクロンから約１０ミクロンまで
の厚さを有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約０．１ミクロンから約５
ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約０．１ミク
ロンから約４ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは
約０．１ミクロンから約３ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形態において、
ヒドロゲルは約０．１ミクロンから約２ミクロンまでの厚さを有する。いくつかの実施形
態において、ヒドロゲルは約１ミクロンから約５ミクロンまでの厚さを有する。いくつか
の実施形態において、ヒドロゲルは約１ミクロンから約４ミクロンまでの厚さを有する。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約１ミクロンから約３ミクロンまでの厚さを
有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約１ミクロンから約２ミクロンまで
の厚さを有する。いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは約０．５ミクロンから約１
ミクロンまでの厚さを有する。
いくつかの実施形態において、スピンコーティング前のヒドロゲル溶液の粘性は約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、スピンコーティング前
のヒドロゲル溶液の単一コーティングの粘性は約０．７５ｃＰから約５ｃＰの範囲である
。いくつかの実施形態において、多重被覆ヒドロゲルにおいて、第一のヒドロゲル溶液は
スピンコーティング前に約０．５ｃＰから約１．５ｃＰまでの粘性を有する。いくつかの
実施形態において、第二のヒドロゲル溶液は約１ｃＰから約３ｃＰまで粘性を有する。ヒ
ドロゲル溶液の粘性は、溶媒中のポリマー濃度（０．１％－１０％）およびポリマー分子
量（１０，０００－３００，０００）及び溶媒の開始粘性に基づく。
いくつかの実施形態において、第一のヒドロゲルコーティングは、約０．５ミクロンと
１ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態において、第一のヒドロゲルコーテ
ィングは、約０．５ミクロンと０．７５ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形
態において、第一のヒドロゲルコーティングは、約０．７５ミクロンと１ミクロンの間の
厚さを有する。いくつかの実施形態において、第二のヒドロゲルコーティングは、約０．
２ミクロンと０．５ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態において、第二の
ヒドロゲルコーティングは、約０．２ミクロンと０．４ミクロンの間の厚さを有する。い
くつかの実施形態において、第二のヒドロゲルコーティングは、約０．２ミクロンと０．
３ミクロンの間の厚さを有する。いくつかの実施形態において、第二のヒドロゲルコーテ
ィングは、約０．３ミクロンと０．４ミクロンの間の厚さを有する。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルはヒドロゲルを形成する任意の適切な合成ポ
リマーを含む。一般に、任意の十分に親水性で重合することができる分子は、本明細書中
に開示されるような使用のための合成ポリマーヒドロゲルの生成に利用し得る。モノマー
中の重合することができる部分は、限定されないが二重結合が直接酸素と二重結合してい
る炭素に結合し、別の酸素、窒素、硫黄、ハロゲン又は炭素と単結合した置換又は非置換
のα、β、不飽和カルボニル；酸素、窒素、ハロゲン、リン又は硫黄に二重結合が単結合
したビニル；酸素、窒素、ハロゲン、リン又は硫黄と結合した炭素に二重結合が単結合し
たアリル；二重結合が、酸素、窒素、ハロゲン、リン又は硫黄と単結合した他の炭素と単
結合している炭素に単結合したホモアリール；三重結合が２つの炭素原子間に存在するア
ルキニル部分；を含みうる。いくつかの実施形態において、アクリル酸塩のようなアクリ
ロイル又はアクリルアミドモノマー、メタクリル酸塩、アクリルアミド、メタクリルアミ
ドなどが、本明細書中に開示されているようなヒドロゲルの形成に有用である。より好ま
しいアクリルアミドモノマーは、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を含む。いくつかの実施形態において、ヒドロゲ
ルは、エポキシドに基づくポリマー、ビニルに基づくポリマー、アリルに基づくポリマー
、ホモアリールに基づくポリマー、環状無水物に基づくポリマー、エステルに基づくポリ
マー、エーテルに基づくポリマー、アルキレン－グリコールに基づくポリマー（例えばポ
リプロピレングリコール）などのようなポリマーを含む。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルはポリヒドロキシエチルメタクリラート（ｐ
ＨＥＭＡ）、酢酸セルロース、酢酸フタル酸セルロース、酢酸酪酸セルロース又は任意の
適切なアクリルアミド、あるいはビニルに基づくポリマー又はその誘導体を含む。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは蒸着によって適用される。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは原子移動ラジカル重合を介した（ＡＴＲＰ
）によって重合される。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは可逆的付加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）重合
によって重合される。
いくつかの実施形態において、添加剤はゲルの伝導度を増加させるためにヒドロゲルに
加えられる。いくつかの実施形態において、ヒドロゲル添加剤は、導電性ポリマー（例え
ばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、塩類（例えば塩化銅）、金属（例えば金）、可塑剤（例えばＰ
ＥＧ２００、ＰＥＧ４００又はＰＥＧ６００）又は共溶媒である。
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは限定されないが、ＤＮＡハイブリッドの安
定性の維持を補助する化合物又は材料である、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化合物又は物質を含む。
＜誘電泳動電場＞
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法、デバイスおよびシス
テムは、流体物質（汚染物質、残留細胞物質などのような他の材料を随意に含む）から細
胞、粒子及び／または分子（核酸のような）を回収する、分離する又は単離するためのメ
カニズムを提供する。
いくつかの実施形態において、ＡＣ動電学的電場は核酸のような生体分子を回収する、
分離する又は単離するために発生させる。いくつかの実施形態において、ＡＣ動電学的電
場は誘電泳動電場である。従って、いくつかの実施形態において、誘電泳動（ＤＥＰ）は
本明細書中に記載されている方法の様々な工程で利用される。
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されているデバイス及びシステムは、
ＤＥＰ電場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は細胞及び／
又は核酸を（例えば同時に又は異なる時に）濃縮するために使用される。特定の実施形態
において、本明細書中に記載されている方法は第一、第二およびさらなる随意のＤＥＰ電
場が発生するように電極のアレイに電圧を加えることをさらに含む。いくつかの実施形態
において、本明細書中に記載されているデバイス及びシステムは、第一、第二およびさら
なる随意のＤＥＰ電場が発生するように電圧を加えることができる。
ＤＥＰは、不均一な電場にさらされた時、力が誘電性の粒子に及ぼされる現象である。
本明細書中に記載されている方法の工程、本明細書中に記載されているデバイス及びシス
テムの態様などに依存して、本明細書中に記載されている様々な実施形態の誘電性粒子は
、生物学的な細胞及び／又は核酸分子のような分子である。本明細書中に記載されている
方法の異なる工程あるいは本明細書中に記載されているデバイス又はシステムの態様は、
無傷細胞又は他の特定の物質のような異なる成分を単離及び分離するのに使用し得、さら
にＤＥＰ電場の異なる電場領域は方法の異なる工程又は本明細書中に記載されているデバ
イス及びシステムの態様において使用し得る。この誘電泳動力は、粒子が荷電されている
ことを必要としない。いくつかの例において、力の強さは、電場の周波数と同様に、媒体
及び特定の粒子の電気的特性、粒子の形状及びサイズに依存する。いくつかの例において
、特定の周波数選択性の電場は粒子を操作する。本明細書中に記載されている特定の態様
において、これらのプロセスは、細胞及び／又はより小さな粒子（例えば核酸分子を含む
分子）を他の成分（例えば流体の媒体において）から又は互いから分離することを可能に
する。
本明細書中に提供される様々な実施形態において、本明細書中に記載されている方法は
、アレイを備えた第一ＤＥＰ電場領域および第二ＤＥＰ電場領域を発生させる工程を含む
。本明細書中に提供される様々な実施形態において、本明細書中に記載されているデバイ
ス又はシステムが、アレイを備えた第一ＤＥＰ電場領域および第二ＤＥＰ電場領域を発生
させることができる。いくつかの例において、第一及び第二電場領域は、単一の電場の一
部である（例えば、第一及び第二の領域は同時に存在するが、デバイス内で及び／又はア
レイ上で異なる位置にある）。いくつかの実施形態において、第一及び第二電場領域は異
なる電場である（例えば、第一の領域は最初に電極に電圧が加えられることによって発生
し、第二の領域は２回目に電極に電圧が加えられることによって発生する）。特定の態様
において、第一ＤＥＰ電場領域は、（例えば低電場ＤＥＰ領域中へ）細胞を濃縮する又は
分離するのに適している。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、高電場
ＤＥＰ領域へ、例えば分子（例えば核酸）のようなより小さな粒子を濃縮するのに適して
いる。いくつかの例において、本明細書中に記載されている方法は、第一又は第二電場領
域のいずれかの使用を随意に除外する。
いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は第二ＤＥＰ電場領域と、本明細書
中に開示されているようなデバイスの同じチャンバー内にある。いくつかの実施形態にお
いて、第一ＤＥＰ電場領域及び第二ＤＥＰ電場領域は、電極のアレイの同じ領域を占める
。
いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、第二ＤＥＰ電場領域とは、本明
細書中に開示されているようなデバイスの別々のチャンバー、又は完全に別々のデバイス
内にある。
＜第一ＤＥＰ電場領域＞
いくつかの態様において、例えば高いコンダクタンスバッファー（＞１００ｍＳ／ｍ）
において、本明細書中に記載されている方法は電極のアレイを含むデバイスへ細胞又は他
の粒子物質を含む流体を適用する工程を含み、それによって第一ＤＥＰ電場領域において
細胞を濃縮する。いくつかの態様において、本明細書中に記載されているデバイス及びシ
ステムは電極のアレイを含むデバイスへ細胞又は他の粒子物質を含む流体を適用し、それ
によって第一ＤＥＰ電場領域において細胞を濃縮する。第二あるいは随意の第三及び第四
ＤＥＰ領域は、次に又は同時に核酸のような生体分子を含む他の流体成分を回収又は分離
し得る。
第一ＤＥＰ電場領域は、流体から細胞を濃縮するのに適している任意の電場領域であり
得る。この適用について、細胞は電極のアレイの近くで一般に濃縮される。いくつかの実
施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は誘電泳動の低い電場領域である。いくつかの実施
形態において、第一ＤＥＰ電場領域は誘電泳動の高い電場領域である。いくつかの態様に
おいて、例えば低いコンダクタンスバッファー（＜１００ｍＳ／ｍ）において、本明細書
中に記載されている方法は電極のアレイを含むデバイスへ細胞を含む流体を適用する工程
を含み、それによって第一ＤＥＰ電場領域において細胞又は他の粒子物質を濃縮する。
いくつかの態様において、本明細書中に記載されているデバイス及びシステムは電極の
アレイを含むデバイスへ細胞又は他の粒子物質を含む流体を適用し、第一ＤＥＰ電場領域
において細胞を濃縮する。様々な実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は流体から細胞
を濃縮するのに適している任意の電場領域であり得る。幾つかの実施形態において、細胞
は電極のアレイ上で濃縮される。幾つかの実施形態において、細胞は誘電泳動高電場領域
で捕捉される。幾つかの実施形態において、細胞は誘電泳動低電場領域で捕捉される。高
対低電場捕捉は、一般に流体の伝導度に依存し、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において、第一ＤＥＰ電場領域は、約３００ｍＳ／ｍ
を超える流体伝導度において実行された誘電泳動低電場領域である。いくつかの実施形態
において、第一ＤＥＰ電場領域は、約３００ｍＳ／ｍ未満の流体伝導度において実行され
た誘電泳動低電場領域である。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、約
３００ｍＳ／ｍを超える流体伝導度において実行された誘電泳動高電場領域である。いく
つかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、約３００ｍＳ／ｍ未満の流体伝導度に
おいて実行された誘電泳動高電場領域である。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ
電場領域は、約５００ｍＳ／ｍを超える流体伝導度において実行された誘電泳動の低い電
場領域である。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、約５００ｍＳ／ｍ
未満の流体伝導度において実行された誘電泳動低電場領域である。いくつかの実施形態に
おいて、第一ＤＥＰ電場領域は、約５００ｍＳ／ｍを超える流体伝導度において実行され
た誘電泳動高電場領域である。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、約
５００ｍＳ／ｍ未満の流体伝導度において実行された誘電泳動高電場領域である。
いくつかの実施形態において、第一誘電泳動電場領域は交流電流によって発生する。交
流電流は細胞を濃縮するのに適している任意のアンペア数、電圧、周波数などを有する。
いくつかの実施形態において、第一誘電泳動電場領域は、０．１マイクロアンペア－１０
アンペアのアンペア数、ピークピークが１－５０ボルトの電圧及び／又は１－１０，００
０，０００Ｈｚの周波数を有する交流電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態に
おいて、第一ＤＥＰ電場領域は、ピークピークが５－２５ボルトの電圧を有する交流電流
を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、３－１５
ｋＨｚの周波数を有する交流電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、
第一ＤＥＰ電場領域は、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
使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、０．１マイ
クロアンペア－１アンペアのアンペア数を有する交流電流を使用して発生させる。いくつ
かの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、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発生させる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥ
Ｐ電場領域は、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
用して発生させる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、５００マイク
ロアンペアから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発生させる
。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、ピークピークが１－２５ボルト
の電圧を有する交流電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥ
Ｐ電場領域は、ピークピークが１－１０ボルトの電圧を有する交流電流を使用して発生さ
せる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、ピークピークが２５－５０
ボルトの電圧を有する交流電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第
一ＤＥＰ電場領域は、１０－１，０００，０００Ｈｚの周波数を使用して発生させる。い
くつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、１００－１００，０００Ｈｚの周波
数を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、１００
－１０，０００Ｈｚの周波数を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第一
ＤＥＰ電場領域は、１０，０００－１００，０００Ｈｚの周波数を使用して発生させる。
いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、１００，０００－１，０００，０
００Ｈｚの周波数を使用して発生させる。
いくつかの実施形態において、第一誘電泳動電場領域は直流電流によって発生する。直
流電流には細胞を濃縮するのに適している任意のアンペア数、電圧、周波数などを有する
。いくつかの実施形態において、第一誘電泳動電場領域は、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ボルトの電圧及び／又は１ミリ秒－１，０
００秒のパルス幅及び０．００１－１０００Ｈｚのパルス周波数を有する直流電流を使用
して発生させる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、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電流を使用して発生させる。いくつかの実施
形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、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電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第一
ＤＥＰ電場領域は、１ミリアンペア－１アンペアのアンペア数を有する直流電流を使用し
て発生させる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、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電流を使用して発生させる。いくつかの実
施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、５００ミリ秒－５００秒のパルス幅を有する直
流電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、５
００ミリ秒－１００秒のパルス幅を有する直流電流を使用して発生させる。いくつかの実
施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、１秒－１０００秒のパルス幅を有する直流電流
を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、５００ミ
リ秒－１秒のパルス幅を有する直流電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態にお
いて、第一ＤＥＰ電場領域は０．０１－１０００Ｈｚのパルス周波数を使用して発生させ
る。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は０．１－１００Ｈｚのパルス周
波数を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は１－１
００Ｈｚのパルス周波数を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第一ＤＥ
Ｐ電場領域は１００－１０００Ｈｚのパルス周波数を使用して発生させる。
いくつかの実施形態において、流体は細胞型の混合物を含む。例えば、血液は赤血球と
白血球を含む。環境サンプルは、広範囲にわたる濃度である多くの細胞型および他の粒子
物質を含む。いくつかの実施形態において、１つの細胞型（又はサンプルを含む細胞型の
総数未満の細胞型の任意の数）は、第一ＤＥＰ電場で優先的に濃縮される。制限すること
なく、この実施形態は、糞便性大腸菌群のような特定の環境汚染物質に核酸分離手順を集
中させるためには有益であり、それによってＤＮＡシーケンシングは汚染物質のソースを
同定するために使用され得る。別の制限しない例において、第一ＤＥＰ電場は、細胞では
なくウィルスを特異的に濃縮する方法で操作される（例えば、３００ｍＳ／ｍを超える伝
導度を備えた流体において、ウィルスはＤＥＰ高電場領域で濃縮される一方、より大きな
細胞がＤＥＰ低電場領域で濃縮される）。
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法、デバイス又はシステ
ムは、特定の細胞型を単離する又は分離するのに適している。いくつかの実施形態におい
て、方法、デバイス又はシステムのＤＥＰ電場は、ＤＥＰ電場の電場領域中への特定の細
胞型の分離又は濃縮を可能にするために特に調整される。いくつかの実施形態において、
本明細書中に記載されている方法、デバイス又はシステムは、１つ以上の細胞型を単離又
は濃縮する１つ以上の電場領域を提供する。いくつかの実施形態において、本明細書中に
記載されている方法、デバイス又はシステムは、それらのＤＥＰ電場領域において異なる
細胞型の単離又は濃縮が可能となるよう調整可能である。いくつかの実施形態において、
本明細書中に提供される方法はＤＥＰ電場を調整する工程を含む。いくつかの実施形態に
おいて、本明細書中で提供されるデバイス又はシステムはＤＥＰ電場を調整することがで
きる。いくつかの例において、そのような調整は所望の目的に特に適したＤＥＰを提供す
る際にあり得る。例えば、アレイ、エネルギー又は別のパラメーター中の修正は、ＤＥＰ
電場を調整ために随意に利用される。より高い分解（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）のための調
整パラメーターは電極の直径、電極間の端と端の距離、電圧、周波数、流体伝導度および
ヒドロゲル組成を含む。
いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、電極のアレイ全体を含む。いく
つかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、電極のアレイの一部を含む。いくつか
の実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、電極のアレイの約９０％、約８０％、約７
０％、約６０％、約５０％、約４０％、約３０％、約２５％、約２０％又は約１０％を含
む。いくつかの実施形態において、第一ＤＥＰ電場領域は、電極のアレイの約三分の一を
含む。
＜第二ＤＥＰ電場領域＞
１つの態様において、細胞の溶解（下記に提供される）の後、本明細書中に記載されて
いる方法は第二ＤＥＰ電場領域において核酸を濃縮する工程を含む。別の態様において、
本明細書中に記載されているデバイス及びシステムは、第二ＤＥＰ電場領域において核酸
を濃縮することができる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は核酸を濃
縮するのに適している任意の電場領域である。いくつかの実施形態において、核酸は電極
のアレイ上で濃縮される。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は誘電泳動
の高い電場領域である。第二ＤＥＰ電場領域は随意に第一ＤＥＰ電場領域と同様である。
いくつかの実施形態において、第二誘電泳動電場領域は交流電流によって発生する。幾
つかの実施形態において、交流電流には核酸を濃縮するのに適している任意のアンペア数
、電圧、周波数などを有する。いくつかの実施形態において、第二誘電泳動電場領域は、
０．１マイクロアンペア－１０アンペアのアンペア数、ピークピークが１－５０ボルトの
電圧及び／又は１－１０，０００，０００Ｈｚの周波数を有する交流電流を使用して発生
させる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、０．１マイクロアンペア
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発生させる。いくつかの実施形
態において、第二ＤＥＰ電場領域は、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発生させる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域
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発生
させる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、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発生させる。いくつかの
実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、ピークピークが１－２５ボルトの電圧を有す
る交流電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は
、ピークピークが１－１０ボルトの電圧を有する交流電流を使用して発生させる。いくつ
かの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、ピークピークが２５－５０ボルトの電圧
を有する交流電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場
領域は、１０－１，０００，０００Ｈｚの周波数を使用して発生させる。いくつかの実施
形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、１００－１００，０００Ｈｚの周波数を使用して
発生させる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、１００－１０，００
０Ｈｚの周波数を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領
域は、１０，０００－１００，０００Ｈｚの周波数を使用して発生させる。いくつかの実
施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、１００，０００－１，０００，０００Ｈｚを使
用して発生させる。
いくつかの実施形態において、第二誘電泳動電場領域は直流電流によって発生する。直
流電流には核酸を濃縮するのに適している任意のアンペア数、電圧、周波数などを有する
。いくつかの実施形態において、第二誘電泳動電場領域は、０．１マイクロアンペア－１
０アンペアのアンペア数、１０ミリボルト－１０ボルトの電圧及び／又は１ミリ秒－１，
０００秒のパルス幅及び０．００１－１０００Ｈｚのパルス周波数を有する直流電流を使
用して発生させる。幾つかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域はピークピークで５
－２５ボルトの電圧を有する交流電流を使用して発生させる。幾つかの実施形態において
、第二ＤＥＰ電場領域は３－１５ｋＨｚの周波数を有する交流電流を使用して発生させる
。幾つかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は１ミリアンペアから１アンペアまで
のアンペア数を有する交流電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第
二ＤＥＰ電場領域は、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電流を
使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、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電流を使用して発生させる
。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、１ミリアンペア－１アンペアの
アンペア数を有する直流電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第二
ＤＥＰ電場領域は、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電流
を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、５００ミ
リ秒－５００秒のパルス幅を有する直流電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態
において、第二ＤＥＰ電場領域は、５００ミリ秒－１００秒のパルス幅を有する直流電流
を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、１秒－１
０００秒のパルス幅を有する直流電流を使用して発生させる。いくつかの実施形態におい
て、第二ＤＥＰ電場領域は、５００ミリ秒－１秒のパルス幅を有する直流電流を使用して
発生させる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は０．０１－１０００Ｈ
ｚのパルス周波数を使用して発生させる。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場
領域は０．１－１００Ｈｚのパルス周波数を使用して発生させる。いくつかの実施形態に
おいて、第二ＤＥＰ電場領域は１－１００Ｈｚのパルス周波数を使用して発生させる。い
くつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は１００－１０００Ｈｚのパルス周波数
を使用して発生させる。
いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、電極のアレイ全体を含む。いく
つかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、電極のアレイの一部を含む。いくつか
の実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、電極のアレイの約９０％、約８０％、約７
０％、約６０％、約５０％、約４０％、約３０％、約２５％、約２０％又は約１０％を含
む。いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域は、電極のアレイの約三分の一を
含む。
＜核酸の単離＞
１つの態様において、本明細書中に記載されているのは細胞を含む流体から核酸を単離
する方法である。いくつかの実施形態において、核酸は最初細胞の内部にある。図５で見
られるように、方法はいくつかの例における高い電場領域の近くの細胞を濃縮する工程を
含む。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されているのは細胞を含む流体か
ら核酸を単離する方法であって、該方法は：ａ．電極のアレイを含むデバイスに流体を適
用する工程、ｂ．第一ＡＣ動電学的（例えば誘電泳動）電場領域で複数の細胞を濃縮する
工程、ｃ．第二ＡＣ動電学的（例えば誘電泳動）電場領域で核酸を単離する工程、及びｄ
．細胞を洗い流す工程、を含む。いくつかの実施形態において、細胞は高電場領域で溶解
される。溶解に続いて、核酸は高電場領域に残る及び／又は高電場領域で濃縮される。い
くつかの例において、残留細胞物質は低電場領域の近くで濃縮される。いくつかの実施形
態において、残留物質はデバイスから洗い流され及び／又は核酸から洗い流される。いく
つかの実施形態において、核酸は第二ＡＣ動電学的電場領域で濃縮される。
１つの態様において、本明細書中に記載されているのは細胞又は他の粒子物質を含む流
体から核酸を分離する方法である。いくつかの実施形態において、核酸は細胞の内部にな
い（例えば流体中の細胞のないＤＮＡ）。いくつかの実施形態において、本明細書中に記
載されているのは細胞又は他の粒子物質を含む流体から核酸を分離する方法であって、該
方法は：ａ．電極のアレイを含むデバイスに流体を適用する工程、ｂ．第一ＡＣ動電学的
（例えば誘電泳動）電場領域で複数の細胞を濃縮する工程、ｃ．第二ＡＣ動電学的（例え
ば誘電泳動）電場領域で核酸を単離する工程、及びｄ．細胞を洗い流す工程、を含む。い
くつかの実施形態において、該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。図６は、細胞を含む流体から細胞外の核酸を分離する例示的な方法を示
す。いくつかの実施形態において、細胞は低電場領域で又はその領域の近くで濃縮され、
核酸は高電場領域で又はその領域の近くで濃縮される。いくつかの例において、細胞はデ
バイスから洗い流され及び／又は核酸から洗い流される。
１つの態様において、本明細書中に記載されている方法、システムおよびデバイスは、
細胞又は他の粒子材料を含む流体から核酸を分離する。１つの態様において、誘電泳動は
細胞を濃縮するために使用される。いくつかの実施形態において、流体は液体であり、随
意に水、水溶液又は分散液である。いくつかの実施形態において、流体は体液を含む任意
の適切な流体である。例示的な体液は血液、血清、血漿、胆汁、乳、脳脊髄液、胃液、射
精液、粘液、腹水、唾液、汗、涙及び尿等を含む。いくつかの実施形態において、核酸は
本明細書中に記載されている方法、システム又はデバイスを医学上の治療的又は診断的手
順、デバイス又はシステムの一部として使用して体液から単離される。いくつかの実施形
態において、流体は、流体において可溶化した及び／または分散した組織及び／または細
胞である。例えば、組織は、本明細書中に記載されている方法、デバイス又はシステムを
使用して核酸を分離することができる癌の腫瘍であり得る。
いくつかの実施形態において、流体は環境サンプルである。いくつかの実施形態におい
て、環境サンプルは、特定の汚染、感染症の発生などを示す特定の核酸配列の存在を確認
するために分析される又はモニターされる。環境サンプルは、本明細書中に記載されてい
る方法、デバイス又はシステムを使用して、特定の汚染、感染症の発生などのソースを決
定するためにも使用することができる。例示的な環境サンプルは地方自治体の廃水、産業
廃水、様々な製造工程の中で使用した又はその結果として生じた水又は流体、湖、川、海
洋、帯水層、地下水、嵐の水、植物又は植物の一部、動物又は動物の一部、昆虫、地方自
治体の上水道などを含む。
いくつかの実施形態において、流体は食品又は飲料である。食品又は飲料は、特定の汚
染、感染症の発生などを示す特定の核酸配列の存在を確認するために分析される又はモニ
ターされる。食品又は飲料は、本明細書中に記載されている方法、デバイス又はシステム
を使用して、特定の汚染、感染症の発生などのソースを決定するためにも使用することが
できる。様々な実施形態において、本明細書中に記載されている方法、デバイスおよびシ
ステムは、公衆衛生をモニターする又は有害な公衆衛生事象の発生に応答するために１つ
以上の体液、環境サンプル、食品及び飲料とともに使用することができる。
いくつかの実施形態において、流体は増殖培地である。増殖培地は、例えば大腸菌を培
養するための溶原培地（ＬＢ）、哺乳動物細胞を培養するためのハムの組織培養培地のよ
うな細胞を培養するのに適している任意の培地であり得る。培地は、富栄養培地、最少培
地、選択培地などであり得る。いくつかの実施形態において、培地は、複数のクローン細
胞を本質的に含む又はから本質的になる。いくつかの実施形態において、培地は少なくと
も２種の混合物を含む。
いくつかの実施形態において、流体は水である。
細胞は本明細書中に記載されているように核酸を単離するのに適している任意の細胞で
ある。様々な実施形態において、細胞は真核生物又は原核生物である。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成る又は少なくとも２種及び／又は少な
くとも２株を含みうる。
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、細胞小器官及び／またはその組み合わせである。
本明細書中で使用されているように、「細胞」はウィルスおよび他の完全な病原性微生物
を含む。細胞は微生物であってもよく、又は多細胞生物からの細胞であってもよい。いく
つかの例において、細胞は可溶化した組織サンプルに由来する。
様々な実施形態において、細胞は野生型又は遺伝子的に操作されたものである。いくつ
かの例において、細胞は突然変異細胞のライブラリを含む。いくつかの実施形態において
、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）又はその組み合
わせなどを経験させることで無作為に突然変異させたものである。いくつかの実施形態に
おいて、細胞は突然変異体核酸分子のライブラリで形質転換されたものである。
いくつかの実施形態において、流体はさらに他の粒子物質を含み得る。そのような粒子
材料は、例えば封入体（例えばセロイド又はマロリー体）、細胞円柱（例えば顆粒円柱、
硝子円柱、細胞円柱、ろう様円柱および偽円柱）、ピック体、レーヴィ体、原繊維変化、
筋原繊維構造、細胞残屑および他の粒子材料であり得る。いくつかの実施形態において、
粒子材料は凝集タンパク質（例えばベータアミロイド）である。
流体は高伝導度又は低伝導度を含む任意の伝導度を有し得る。いくつかの実施形態にお
いて、伝導度は約１μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍまでの間である。いくつかの実施形態に
おいて、伝導度は約１０μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍまでの間である。他の実施形態にお
いて、伝導度は約５０μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍまでの間である。また他の実施形態に
おいて、伝導度は約１００μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍまでの間、約１００μＳ／ｍから
約８ｍＳ／ｍまでの間、約１００μＳ／ｍから約６ｍＳ／ｍまでの間、約１００μＳ／ｍ
から約５ｍＳ／ｍまでの間、約１００μＳ／ｍから約４ｍＳ／ｍまでの間、約１００μＳ
／ｍから約３ｍＳ／ｍまでの間、約１００μＳ／ｍから約２ｍＳ／ｍまでの間、又は約１
００μＳ／ｍから約１ｍＳ／ｍまでの間である。
いくつかの実施形態において、伝導度は約１μＳ／ｍである。いくつかの実施形態にお
いて、伝導度は約１０μＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、伝導度は約１００
μＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、伝導度は約１ｍＳ／ｍである。他の実施
形態において、伝導度は約２ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、伝導度は約
３ｍＳ／ｍである。また他の実施形態において、伝導度は約４ｍＳ／ｍである。いくつか
の実施形態において、伝導度は約５ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、伝導
度は約１０ｍＳ／ｍである。また他の実施形態において、伝導度は約１００ｍＳ／ｍであ
る。いくつかの実施形態において、伝導度は約１Ｓ／ｍである。他の実施形態において、
伝導度は約１０Ｓ／ｍである。
いくつかの実施形態において、伝導度は少なくとも１μＳ／ｍである。また他の実施形
態において、伝導度は少なくとも１０μＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、伝
導度は少なくとも１００μＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、伝導度は少なく
とも１ｍＳ／ｍである。追加の実施形態において、伝導度は少なくとも１０ｍＳ／ｍであ
る。また他の実施形態において、伝導度は少なくとも１００ｍＳ／ｍである。いくつかの
実施形態において、伝導度は少なくとも１Ｓ／ｍである。いくつかの実施形態において、
伝導度は少なくとも１０Ｓ／ｍである。いくつかの実施形態において、伝導度は多くても
１μＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、伝導度は多くても１０μＳ／ｍである
。他の実施形態において、伝導度は多くても１μＳ／ｍである。いくつかの実施形態にお
いて、伝導度は多くても１ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、伝導度は多く
ても１０ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態において、伝導度は多くても１００ｍＳ／
ｍである。また他の実施形態において、伝導度は多くても１Ｓ／ｍである。いくつかの実
施形態において、伝導度は多くても１０Ｓ／ｍである。
いくつかの実施形態において、流体は１０ｍｌ未満の流体を含む小さな容積である。い
くつかの実施形態において、流体は８ｍｌ未満である。いくつかの実施形態において、流
体は５ｍｌ未満である。いくつかの実施形態において、流体は２ｍｌ未満である。いくつ
かの実施形態において、流体は１ｍｌ未満である。いくつかの実施形態において、流体は
５００μｌ未満である。いくつかの実施形態において、流体は２００μｌ未満である。い
くつかの実施形態において、流体は１００μｌ未満である。いくつかの実施形態において
、流体は５０μｌ未満である。いくつかの実施形態において、流体は１０μｌ未満である
。いくつかの実施形態において、流体は５μｌ未満である。いくつかの実施形態において
、流体は１μｌ未満である。
いくつかの実施形態において、デバイスに適用した又は方法において使用された流体の
量は、約１００，０００，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態において、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において、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において、流体は約１０
０，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態において、流体は約１０，０００個
未満の細胞を含む。いくつかの実施形態において、流体は約１，０００個未満の細胞を含
む。
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されているデバイス、システムおよび
方法による、細胞又は他の粒子材料を含む流体からの核酸の単離は、約３０分未満、約２
０分未満、約１５分未満、約１０分未満、約５分未満あるいは約１分未満かかる。他の実
施形態において、本明細書中に記載されているデバイス、システムおよび方法による、細
胞又は他の粒子材料を含む流体からの核酸の単離は、わずか約３０分、わずか約２０分、
わずか約１５分、わずか約１０分、わずか約５分、わずか約２分あるいはわずか約１分か
かる。追加の実施形態において、本明細書中に記載されているデバイス、システムおよび
方法による、細胞又は他の粒子材料を含む流体からの核酸の単離は、約１５分未満、好ま
しくは約１０分未満又は約５分未満かかる。
いくつかの例において、細胞外ＤＮＡ又は他の核酸（細胞外）は他の粒子材料の細胞を
含む流体から分離される。いくつかの実施形態において、流体は細胞を含む。いくつかの
実施形態において、流体は細胞を含まない。
＜細胞溶解＞
１つの態様において、第一誘電泳動電場領域の細胞を濃縮した後、該方法は細胞から核
酸を放出する工程を含む。別の態様において、本明細書中に記載されているデバイス及び
システムは、細胞から核酸を放出することができる。いくつかの実施形態において、核酸
は第一ＤＥＰ電場領域の細胞から放出される。
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法は細胞の溶解により複
数の細胞から核酸を放出する。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されてい
るデバイス及びシステムは、細胞の溶解により複数の細胞から核酸を放出できる。細胞溶
解の１つの方法は、アレイ上の細胞の単離の後に細胞に直流電流を適用する工程を含む。
直流電流には細胞を溶解するのに適している任意のアンペア数、電圧などを有する。幾つ
かの実施形態において、電流は約１ボルトから約５００ボルトの電圧を有する。幾つかの
実施形態において、電流は約１０ボルトから約５００ボルトの電圧を有する。幾つかの実
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。幾つかの実施
形態において、電流は約５０ボルトから約１５０ボルトの電圧を有する。高電場が機能不
全の膜統合性をもたらすため、電圧は一般に細胞溶解の推進力（ｄｒｉｖｅｒ）である。
いくつかの実施形態において、溶解に使用された直流電流は、細胞を溶解するのに適し
ている任意の持続時間、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
態において、約１００ボルトの電圧が細胞を溶解するために約１ミリ秒で加えられる。い
くつかの実施形態において、約１００ボルトの電圧が細胞を溶解するためにソースに対し
て１秒を（ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄ）２又は３回加えられ
る。
いくつかの実施形態において、直流電流の周波数はボルト／ｃｍ、パルス幅および流体
の伝導度に依存する。いくつかの実施形態において、パルスは約０．００１から約１００
０Ｈｚまでの周波数を有する。いくつかの実施形態において、パルスは約１０から約２０
０Ｈｚまでの周波数を有する。他の実施形態において、パルスは約０．０１Ｈｚから約１
０００Ｈｚまでの周波数を有する。また別の実施形態において、パルスは約０．１Ｈｚか
ら約１０００Ｈｚまで、約１Ｈｚから約１０００Ｈｚまで、約１Ｈｚから約５００Ｈｚま
で、約１Ｈｚから約４００Ｈｚまで、約１Ｈｚから約３００Ｈｚまで又は約１Ｈｚから約
２５０Ｈｚまでの周波数を有する。いくつかの実施形態において、パルスは約０．１Ｈｚ
の周波数を有する。他の実施形態において、パルスは約１Ｈｚの周波数を有する。さらに
別の実施形態において、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あるいは約１０００Ｈｚの周波数を有する。
他の実施形態において、パルスは約１ミリ秒（ｍｓ）－１０００秒（ｓ）の持続時間を
有する。他の実施形態において、パルスは約１０ｍｓ－１０００ｓの持続時間を有する。
また他の実施形態において、パルスは約１００ｍｓ－１０００ｓ、約１ｓ－１０００ｓ、
約１ｓ－５００ｓ、約１ｓ－２５０ｓ又は約１ｓ－１５０ｓの持続時間を有する。いくつ
かの実施形態において、パルスは、約１ｍｓ、約１０ｍｓ、約１００ｍｓ、約１ｓ、約２
ｓ、約３ｓ、約４ｓ、約５ｓ、約６ｓ、約７ｓ、約８ｓ、約９ｓ、約１０ｓ、約２０ｓ、
約５０ｓ、約１００ｓ、約２００ｓ、約３００ｓ、約５００ｓ又は約１０００ｓの持続時
間を有する。いくつかの実施形態において、パルスは１０－５０％のデューティーサイク
ルを備えた０．２－２００Ｈｚの周波数を有する。
いくつかの実施形態において、直流電流は一度又は多数回のパルスとして適用される。
約１－２０回のパルスを含む、パルスの任意の適切な数が適用され得る。約１ミリ秒－１
０００秒を含むパルス間の任意の適切な時間がある。いくつかの実施形態において、パル
ス持続時間は０．０１－１０秒である。
いくつかの実施形態において、細胞は、単離された細胞に適用された直流電流と組み合
わせた他の方法を使用して溶解される。また他の実施形態において、細胞は直流電流を使
用せずに溶解される。様々な態様において、デバイス及びシステムは、他の手段と組み合
わせて直流電流によって細胞を溶解することができる又は直流電流を使用せずに細胞を溶
解することができる。当業者に知られている細胞の溶解の任意の方法も適切であり得、該
方法は限定されないが化学溶解剤（例えば酸）、酵素的な溶解剤、熱、圧力、せん断力、
超音波エネルギー、浸透圧ショック又はその組み合わせの適用を含む。リゾチームは酵素
的な溶解剤の例である。
＜残留物質の除去＞
いくつかの実施形態において、第二ＤＥＰ電場領域の核酸の濃縮に続いて、該方法は核
酸から随意に残留物質を洗い流す工程を含む。いくつかの実施形態において、本明細書中
に記載されているデバイス又はシステムは、残留物質を核酸から洗い流すのに適した流体
を備えたリザーバーを随意に含みうる及び／又は含みうる。いくつかの実施形態において
、核酸は、電極に電圧を加え続けることにより第二ＤＥＰ電場領域のように電極のアレイ
の近くで保持される。「残留物質」は流体中に当初から存在したもの、当初から細胞中に
存在したもの、手順の最中に加えられたもの、プロセスの任意の工程を通して作製された
もの全てであり、限定されないが細胞溶解物（すなわち残留細胞物質）などを含む。例え
ば、残留物質は、溶解されていない細胞、細胞壁断片、タンパク質、脂質、炭水化物、無
機質、塩類、バッファー、原形質（ｐｌａｓｍａ）および望まれない核酸を含む。いくつ
かの実施形態において、溶解された細胞物質は、溶解によって複数の細胞から放出された
残留タンパク質を含む。核酸のすべてが第二ＤＥＰ電場に濃縮されているとは限らない。
いくつかの実施形態において、特定の量の核酸が残留物質とともに洗い流される。
いくつかの実施形態において、残留物質は、例えば水、ＴＢＥバッファーなどの任意の
適切な流体で洗い流される。いくつかの実施形態において、残留物質は任意の適切な流体
の容量で洗い流され、任意の適切な時間の間洗い流され、１つ以上の流体によって洗い流
され、又は任意の他のバリエーションであり得る。いくつかの実施形態において、残留物
質を洗い流す方法は、核酸の単離の所望のレベルにより、より純度の高い核酸はより厳密
な洗い流し及び／又は洗浄を必要とする。他の実施形態において、残留物質を洗い流す方
法は、特定の出発物質およびその組成による。いくつかの例において、脂質が多い出発物
質は、脂質を可溶化するのに適している疎水性の流体を含む洗い流し手順を必要とする。
いくつかの実施形態において、方法は残留タンパク質を含む残留物質を分解する工程を
含む。いくつかの実施形態において、デバイスまたはシステムは、残留タンパク質を含む
残留物質を分解することができる。例えば、タンパク質は、化学分解（例えば酸性の加水
分解）および酵素的な分解の１つ以上によって分解される。いくつかの実施形態において
、酵素的な分解剤はプロテアーゼである。他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。残留物質の分解の随意の工程は、任意の適切な時、温度などで行
なわれる。いくつかの実施形態において、分解した残留物質（分解したタンパク質を含む
）は、核酸から洗い流される。
いくつかの実施形態において、残留物質を分解するために使用される薬剤は不活性化さ
れる又は分解される。いくつかの実施形態において、デバイスまたはシステムは残留物質
を分解するために使用した薬剤を分解又は不活性化できる。いくつかの実施形態において
、残留物質を分解するために使用される酵素は、熱（例えば５０－９５℃を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（典型的に１５分、７０℃）を使用して分解される及び／または不活性化される。
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において、該方法はさらに
タンパク質を分解した後分解酵素（例えばプロテアーゼＫ）を不活性化する工程を含む。
いくつかの実施形態において、熱はデバイスにおける加温モジュールによって提供される
（例えば３０－９５℃の温度範囲）。
方法の特定の工程の順序及び／または組み合わせは変えてもよい。いくつかの実施形態
において、デバイスまたは方法は任意の順あるいは組み合わせで特定の工程を行なうこと
ができる。例えば、いくつかの実施形態において、残留物質および分解したタンパク質は
別々の又は同時の工程で洗い流される。すなわち、残留物質を洗い流した後残留タンパク
質を分解し、次に核酸から分解されたタンパク質を洗い流す。いくつかの実施形態におい
て、最初に残留タンパク質を分解し、その次に工程を組み合わせて核酸から残留物質およ
び分解したタンパク質の両方を洗い流す。
いくつかの実施形態において、核酸はデバイスの中で保持され、ＰＣＲ又は核酸を操作
又は増幅する他の手順のようなさらなる手順が随意に使用される。いくつかの実施形態に
おいて、デバイス及びシステムはＰＣＲ又は随意の手順を行なうことができる。他の実施
形態において、核酸はデバイスから回収及び／または溶出される。いくつかの実施形態に
おいて、デバイス及びシステムは、デバイス又はシステムから核酸を回収及び／又は溶出
することができる。いくつかの実施形態において、分離された核酸は、（ｉ）第二誘電泳
動電場領域の電源を切ること、及び（ｉｉ）溶離剤中のアレイから核酸を溶出すること、
によって回収される。典型的な溶離剤は水、ＴＥ、ＴＢＥおよびＬ－ヒスチジンバッファ
ーを含む。
＜核酸およびその収量＞
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法、デバイス又はシステ
ムは、このような方法、デバイスまたはシステムによって得られる任意の所望の核酸を得
るために、単離するために又は分離するために随意に使用される。本明細書中に記載され
ている方法、デバイスおよびシステムによって分離された核酸は、ＤＮＡ（デオキシリボ
核酸）、ＲＮＡ（リボ核酸）およびその組み合わせを含む。いくつかの実施形態において
、核酸は、シーケンシングあるいは増幅、ライゲーション又はクローニングを含むさらな
る核酸の操作に適切な形で単離される。
様々な実施形態において、単離された又は分離された核酸は、他の物質から重量で少な
くとも９９％放出された、残留細胞物質（例えば核酸が得られた溶解された細胞）から重
量で少なくとも９９％放出された、他の物質から重量で少なくとも９８％放出された、残
留細胞物質から重量で少なくとも９８％放出された、他の物質から重量で少なくとも９５
％放出された、残留細胞物質から重量で少なくとも９５％放出された、他の物質から重量
で少なくとも９０％放出された、残留細胞物質から重量で少なくとも９０％放出された、
他の物質から重量で少なくとも８０％放出された、残留細胞物質から重量で少なくとも８
０％放出された、他の物質から重量で少なくとも７０％放出された、残留細胞物質から重
量で少なくとも７０％放出された、他の物質から重量で少なくとも６０％放出された、残
留細胞物質から重量で少なくとも６０％放出された、他の物質から重量で少なくとも５０
％放出された、残留細胞物質から重量で少なくとも５０％放出された、他の物質から重量
で少なくとも３０％放出された、残留細胞物質から重量で少なくとも３０％放出された、
他の物質から重量で少なくとも１０％放出された、残留細胞物質から重量で少なくとも１
０％放出された、他の物質から重量で少なくとも５％放出された、残留細胞物質から重量
で少なくとも５％放出された、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シーケン
シング手順は約２０％の残留細胞物質を有する核酸サンプルで機能できるため、８０％の
核酸を単離することが適切である。いくつかの実施形態において、単離された核酸は重量
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％あるいは約２％未満の非核酸細胞物質及び／
又はタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、分離された核酸は重量で約９９％
を超える、約９８％を超える、約９５％を超える、約９０％を超える、約８０％を超える
、約７０％を超える、約６０％を超える、約５０％を超える、約４０％を超える、約３０
％を超える、約２０％を超える又は約１０％を超える核酸を含む。
核酸は修飾されていない、誘導された、断片化された、断片化されていない等任意の適
切な形で分離される。いくつかの実施形態において、核酸はシーケンシングに適している
形で回収される。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
幅又は他の操作に適している断片化された形で回収される。核酸は、例えば合成法によっ
てシーケンシングに使用されるヌクレオチドのＤＮＡシーケンシング手順で使用される試
薬を含む溶液中でデバイスから回収され得る。
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法は、開始サンプルの核
酸のおおよその代表である単離された核酸サンプルが結果として得られる。いくつかの実
施形態において、本明細書中に記載されているデバイス及びシステムが、開始サンプルの
核酸をおおよそ代表するサンプルから核酸を分離することができる。すなわち該方法によ
って回収された、あるいはデバイス又はシステムによって回収できた核酸の集団は、流体
における細胞中にある核酸の集団と本質的に比例する。いくつかの実施形態において、こ
の態様は、流体が様々な細胞型の複雑な混合物であり、実施者が様々な細胞型のおおよそ
の群構造（ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ）を決定するために核酸に基づく手順を行うことを望ん
でいる場合の適用において有利である。
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法を使用して分離された
核酸、又は本明細書中に記載されているデバイスによって分離することができる核酸は、
高品質で及び／又はＤＮＡシーケンシング、ＰＣＲのような核酸増幅、ライゲーション、
クローニング、さらなる翻訳又は形質転換アッセイのような他の核酸操作などの下流の手
順に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、回収された核酸は最高
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、回収された核酸は最高
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、回収された核酸は最高で
０．１％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、回収された核酸は最高で１
％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態において、回収された核酸は最高で２％のタ
ンパク質を含む。いくつかの実施形態において、回収された核酸は最高で３％のタンパク
質を含む。いくつかの実施形態において、回収された核酸は最高で４％のタンパク質を含
む。いくつかの実施形態において、回収された核酸は最高で５％のタンパク質を含む。
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法によって分離された核
酸、又は本明細書中に記載されているデバイスによって分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において、本明細書中に
記載されている方法によって分離された核酸、又は本明細書中に記載されているデバイス
によって分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
かの実施形態において、本明細書中に記載されている方法によって分離された核酸、又は
本明細書中に記載されているデバイスによって分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において、本明細書中に記載されてい
る方法によって分離された核酸、又は本明細書中に記載されているデバイスによって分離
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。
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法又はデバイスを使用し
て約５０ピコ－グラムの核酸が約５，０００個の細胞から分離される。いくつかの実施形
態において、本明細書中に記載されている方法、システム又はデバイスを使用して約１０
ピコ－グラムの核酸が約５，０００個の細胞から回収される。いくつかの実施形態におい
て、本明細書中に記載されている方法、システム又はデバイスを使用して約２０ピコ－グ
ラムの核酸が約５，０００個の細胞から回収される。いくつかの実施形態において、本明
細書中に記載されている方法、システム又はデバイスを使用して約５０ピコ－グラムの核
酸が約５，０００個の細胞から回収される。いくつかの実施形態において、本明細書中に
記載されている方法、システム又はデバイスを使用して約７５ピコ－グラムの核酸が約５
，０００個の細胞から回収される。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載され
ている方法、システム又はデバイスを使用して約１００ピコ－グラムの核酸が約５，００
０個の細胞から回収される。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている
方法、システム又はデバイスを使用して約２００ピコ－グラムの核酸が約５，０００個の
細胞から回収される。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法、
システム又はデバイスを使用して約３００ピコ－グラムの核酸が約５，０００個の細胞か
ら回収される。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法、システ
ム又はデバイスを使用して約４００ピコ－グラムの核酸が約５，０００個の細胞から回収
される。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法、システム又は
デバイスを使用して約５００ピコ－グラムの核酸が約５，０００個の細胞から回収される
。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法、システム又はデバイ
スを使用して約１０００ピコ－グラムの核酸が約５，０００個の細胞から回収される。い
くつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法、システム又はデバイスを
使用して約１０，０００ピコ－グラムの核酸が約５，０００個の細胞から回収される。
＜分析と適用＞
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されている方法はポリメラーゼ連鎖反
応（ＰＣＲ）によって分離された核酸を随意に増幅する工程をさらに含む。いくつかの実
施形態において、ＰＣＲ反応は、電極のアレイ上で又はそのアレイの近くで、あるいはデ
バイスの中で行なわれる。いくつかの実施形態において、デバイス又はシステムはヒータ
ー及び／またはサーモサイクリングに適している温度制御機構を含む。
ＰＣＲは、２つの効率的な熱伝導性要素（例えばアルミニウムまたは銀）間に反応化学
分析物を配置し、ＴＥＣを使用して反応温度を制御することによる従来のサーモサイクリ
ングを使用して、随意に行われる。追加の設計は、随意に硝子又は熱ポリマーのような光
学上透明な材料を通した赤外線加温が使用される。いくつかの例において、設計は、基質
を通した伝導度のある配線網（ｗｉｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ）を含むスマートポリ
マー又はスマートガラスを使用する。この伝導性の配線は、材料の迅速な熱伝導を提供し
、（適切なＤＣ電圧を適用することで）効率的なＰＣＲ反応を保持するために必要な温度
変化及び勾配を提供する。特定の例において、加温は、迅速に及びそれらを通る電流量に
比例して温度を変化させる抵抗性チップヒーター及び他の抵抗性要素を使用して適用され
る。
幾つかの実施形態において、従来の蛍光光度法（ｃｃｄ、ｐｍｔ、他の光学検波器およ
び光学フィルタ）と共に使用し、倍加増幅（ｆｏｌｄ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が
リアルタイムで又は間隔時間でモニターされる。特定の実施形態において、最終的な倍加
増幅物の定量化は光学検出器を介してＡＦＵ（倍加の分析と関連した任意の蛍光ユニット
）に変換されて、あるいはインピーダンス測定又は他の電気化学的な検出を介して電気的
信号に変換されて伝達される。
微小電極アレイの小さいサイズを前提として、これらの要素は、微小電極アレイの周り
に随意に加えられ、ＰＣＲ反応は主要サンプル処理チャンバー（ＤＥＰアレイ上）で行わ
れる又は増幅される分析物はオンカートリッジのラボオンチップ処理を可能にするために
、別のチャンバーの流体カートリッジ内へ流体を介して随意に輸送される。
いくつかの例において、光送達スキームは倍加増幅の光学的励起及び／又は発光及び／
又は検出を提供するために利用される。特定の実施形態において、これは外部部品を使用
する必要をなくすためにフローセル材料（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）等の熱ポリマー）を光波のガイドとし
て使用することを含む。加えて、いくつかの例において、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂
直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）及び他の発光スキームなどの光源は、内部で制御さ
れ且つ駆動する光源を得るために、フローセルの内側と直接一体化する又は微小電極アレ
イ表面上に直接組み込まれる。小型のＰＭＴ、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ検出器もフローセルに
組み込むことができる。
この最小化と小型化は、迅速な信号送達および検出ができるコンパクトなデバイスを可能
にする一方、同様の従来のデバイス（つまり標準卓上ＰＣＲ／ＱＰＣＲ／蛍光測定器）の
設置面積を縮小する。
＜チップ上の増幅＞
いくつかの例において、シリコン微小電極アレイはＰＣＲに必要なサーマルサイクリン
グに耐えうる。いくつかの適用において、少量の標的核酸が輸送工程の間に失われる場合
があるため、オンチップＰＣＲが有用である。本明細書中に記載されているデバイス、シ
ステム又は方法の特定の実施形態において、多数のＰＣＲ技術のうちのいずれか１つ以上
が随意に使用され、そのような技術は下記のうちのいずれか１つ以上を随意に含む：フロ
ーセル中での直接のサーマルサイクリング；異なる温度ゾーンを有するマイクロチャンネ
ルを通っての材料の移動；及びある容量をシステム上で増幅できるＰＣＲチューブに移す
又はＰＣＲ装置に移す。いくつかの例において、排出口（ｏｕｔｌｅｔ）が不混和性の流
体及び界面安定剤（界面活性剤など）を含むＴ字路を備えている場合、ドロップレットＰ
ＣＲを行う。特定の実施形態において、任意の適切な方法によって液滴はサーマルサイク
リングされる。
いくつかの実施形態において、増幅は例えば、転写媒介性増幅（ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔ
ｉｏｎ ｍｅｄｉａｔｅｄ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、核酸配列に基づく増幅、Ｒ
ＮＡ技術のシグナル媒介性増幅、鎖置換増幅（ｓｔｒａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ
ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ローリングサークル増幅、ＤＮＡのループ媒介性等温
増幅、等温複数置換増幅（ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｄｉｓｐｌａｃｅ
ｍｅｎｔ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ヘリカーゼ依存増幅、単一プライマー等温増
幅又は環状ヘリカーゼ依存増幅のような、等温反応を使用して行われる。
様々な実施形態において、増幅は均質な溶液中で又はアンカープライマーによって不均
一な系で行われる。後者のいくつかの実施形態において、生じる増幅産物は、より高い程
度に倍加するために表面に直接結合する。いくつかの実施形態において、増幅産物は電極
上で又は電極の近くで一本鎖産物に変性される。その後、ハイブリダイゼーション反応は
一塩基変異多型（ＳＮＰ）、短鎖縦列反復配列（ＳＴＲ）、突然変異、挿入／欠失、メチ
ル化などのような遺伝子情報を調べるために随意に行なわれる。メチル化は、１つのＤＮ
Ａサンプルが亜硫酸水素塩で処置され、もう１つが処置されていない状態での平行分析に
よって随意に決定される。亜硫酸水素塩は、未修飾のＣを脱プリン化してＵにする。メチ
ル化されたＣは幾つかの例において影響を受けない。いくつかの実施形態において、対立
遺伝子特異的な塩基伸張が、目的の塩基を知らせるために使用される。
表面は特異的な相互作用ではなく、むしろ捕捉のための非特異性の部分で随意に修飾さ
れる。例えば、逆のバイアス（ｒｅｖｅｒｓｅ ｂｉａｓ）（－Ｖ）によって放出するこ
とができるＤＮＡ分子を捕捉するために、表面をポリカチオン（すなわちポリリシン）で
修飾し得る。いくつかの実施形態において、表面への修飾は、電極または電極ではない領
域を機能化するために、表面全体にわたって一定又は特異的にパターン化される。特定の
実施形態において、これはフォトリソグラフィ、電気化学的な活性化、スポッティングな
どによって行われる。
いくつかの適用において、複数のチップ設計を使用する場合は、２つのデバイスが互い
に向かい合っていてスペーサーによって分離されている場合、フローセルを形成するため
にチップサンドイッチを有すると有用である。様々な実施形態において、複数のデバイス
は連続して又は平行して実行される。シーケンシングおよび次世代シーケンシング（ＮＧ
Ｓ）について、サイズ切断および選択はシーケンシングの効率と品質に影響（ｒａｍｉｆ
ｉｃａｔｉｏｎ）を与える。いくつかの実施形態において、バンドパスフィルタを作成し
て回収した材料のサイズ範囲を狭めるために複数のチップ設計が使用される。いくつかの
例において、現在の（ｃｕｒｒｅｎｔ）チップ配置（例えば、２００ｕｍセンター－セン
ターピッチ上の８０ｕｍ直径の電極（８０／２００））は５００ｂｐ遮断フィルタとして
機能する（例えば、１０Ｖｐｐおよび１０ｋＨｚ周辺の電圧および周波数条件を使用して
）。そのような例において、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。チップの組み合わせによって所望の断片サイズが提供されるように、代
替的な電極直径およびピッチの配列は異なる遮断サイズを有する。いくつかの例において
、同様の条件下で８０／２００配列と比較して、１００ｕｍセンター－センターピッチ上
の４０ｕｍ直径の電極（４０／１００）はより低い遮断閾値を有するのに対し、４００ｕ
ｍセンター－センターピッチ上の１６０ｕｍ直径電極（１６０／４００）はより高い遮断
閾値を有する。様々な実施形態において、単一のチップ又は複数のチップ上の配列は、特
定のサイズである断片又は粒子を選択するために組み合わせられる。例えば、６００ｂｐ
遮断チップは、溶液中に６００未満ｂｐの核酸を残すので、次にその材料を５００ｂｐ遮
断チップ（それは６００ｂｐチップと対立している）で随意に再捕捉する。これによって
核酸群は溶液中に５００－６００ｂｐを含む。その後、この群は同じチャンバー、隣り合
ったチャンバー又は任意の他の配置で随意に増幅される。いくつかの実施形態において、
サイズ選択は単一の電極配置によって達成され、そこでは＞５００ ｂｐの核酸が電極上
で単離され、その後洗浄され、次に＜６００ｂｐの核酸を放出するためにＡＣＥＫ高電場
力（ｈｉｇｈ ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）（電圧、周波数、伝導度を変える）を弱
め、５００－６００ｂｐの間の核酸群を含む上清が結果として得られる。
いくつかの実施形態において、チップデバイスは、底の端でヒーターとともに垂直に配
向され、温度勾配カラムを形成する。特定の例において、下は変性温度、中間はアニーリ
ング温度、上は伸長温度である。いくつかの例において、対流は絶えずプロセスを駆動す
る。いくつかの実施形態において、プロセスの電熱的なフローおよび加速のために特に提
供された電極設計を含む方法またはシステムが本明細書中に提供される。いくつかの実施
形態において、そのような設計は、同じデバイス上又は適切に配置された別々のデバイス
上に随意に位置する。いくつかの例において、フィンまたはファンなどを介した上部での
活発又は不活発な冷却は、急激な温度勾配を提供する。いくつかの例において、温度をモ
ニターするためにデバイス上の又は反応チャンバー中の温度センサを本明細書中に記載さ
れているデバイス又はシステムは含むあるいは本明細書中に記載されている方法は使用し
、そのようなセンサはフィードバックに基づいて温度を調節するのに随意に用いられる。
いくつかの例において、そのようなセンサは、連続的及び／又は不連続的な勾配プロファ
イルを作成するために、異なる熱転写特性を有する材料と組み合わせられる。
いくつかの実施形態において、増幅は一定温度で行われる（すなわち等温増幅）。
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示された方法は、本明細書中に開示され
ているように単離された核酸をシーケンシングする工程を含む。いくつかの実施形態にお
いて、核酸はサンガーシーケンシング又は次世代シーケンシング（ＮＧＳ）によりシーケ
ンシングされる。いくつかの実施形態において、次世代シーケンシング法は限定されない
が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又は単一分子シーケンシングを含む。
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示された分離された核酸は、サンガーシ
ーケンシングの中で使用される。いくつかの実施形態において、サンガーシーケンシング
は、核酸単離と同じデバイス内に行なわれる（ラボオンチップ）。サンプル調製およびサ
ンガーシーケンシング結果のためのラボオンチップのワークフローには、次の工程を組込
まれる：ａ）ＡＣＥチップを使用するサンプル抽出；ｂ）チップ上の標的配列の増幅を行
なう工程；ｃ）ＡＣＥによるＰＣＲ産物の捕捉；ｄ）標的鎖を集積するためにサイクルシ
ーケンシングを行う工程；ｅ）集積された標的鎖を捕捉する；ｆ）サンガー連鎖停止反応
を行なう工程；キャピラリー電気泳動による標的配列の電気泳動の分離をチップ多重色蛍
光検出とともに行なう。必要に応じて核酸を洗浄し、試薬を加え、電圧を切る工程が行な
われる。反応は、複数の捕捉ゾーンを備えた単一のチップあるいは別々のチップ及び／又
は反応チャンバー上で行なうことができる。
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示された方法は、核酸を用いた反応を行
なう工程（例えば切断、制限消化、ＤＮＡ又はＲＮＡのライゲーション）をさらに含む。
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されているように、反応はアレイ上で又
はアレイの近くであるいはデバイス中で起きる。
＜他のアッセイ＞
本明細書中に開示された単離された核酸は、様々なアッセイフォーマットでさらに利用
され得る。例えば、核酸プローブまたは増幅産物でアドレスを指定されるデバイスは、ド
ットブロット又はリバースドットブロット分析、塩基を積み重ねる（ｂａｓｅ－ｓｔａｃ
ｋｉｎｇ）一塩基変異多型（ＳＮＰ）分析、（電子的厳密性（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓ
ｔｒｉｎｇｅｎｃｙ）を伴うＳＮＰ分析又はＳＴＲ分析に利用される。さらに、本明細書
中に開示されたそのようなデバイスは、酵素による核酸修飾又はタンパク質核酸相互作用
のためのフォーマットで利用され得、例えば酵素による伝達を伴う遺伝子発現解析、アン
カー核酸増幅、又は制限エンドヌクレアーゼ切断、エンド又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
ナーゼ又はホスファターゼ反応、ライゲーション反応、トポイソメラーゼ反応及び他の核
酸結合又は修飾を行う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
めのフォーマットが利用され得る。
さらに、本明細書中に開示されたデバイスは、イムノアッセイに役立つことができる。
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、コン
ペティティブアッセイ又は他のフォーマットによって体液サンプル中の抗体を分析するた
めに、抗原（例えばペプチド、タンパク質、炭水化物、脂質、プロテオグリカン類、糖タ
ンパク質など）と関連付けられる。代替的に、サンドイッチアッセイ、コンペティティブ
アッセイあるいは他のアッセイフォーマットでサンプル中の抗原を検出するために、デバ
イスの位置は抗原によって指定され得る（ａｄｄｒｅｓｓｅｄ）。抗原及びタンパク質の
等電点は実験又はｐＨ／荷電の計算によって比較的容易に決定できるため、デバイスの電
子アドレッシング及び電子的集中（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
）の利点は、指定された又は分析された種が荷電されるように単にバッファーのｐＨを調
製することで使用され得る。
いくつかの実施形態において、分離された核酸は、イムノアッセイ型アレイ又は核酸ア
レイで使用するのに役立つ。
＜例示的な比較＞
およそ１００ｎｇの投入された（ｉｎｐｕｔ）大腸菌ゲノムが、従来の手動方法におい
て必要である（例えば、５０ｎｇの投入されたＤＮＡが、ＤＮＡ抽出精製からの５０％の
回収率が見込まれる（Ｅｐｉｃｅｎｔｒｅ ＷａｔｅｒＭａｓｔｅｒ ｋｉｔは約３０－
６０％の回収率を主張している）Ｎｅｘｔｅｒａに必要である。これは約２０００万の細
菌と同等である。本発明のいくつかの実施形態においては、１０，０００未満の細菌の投
入で充分である（例えば、チップがそれ自体に含まれており、輸送が少ないほど効率が高
い）。いくつかの実施形態において、これは少なくとも１００倍少ない投入であり、腫瘍
生検のようにサンプルが制限された適用において重要になる。
以下の表１は、大腸菌からシーケンシングに適したＤＮＡに関連する例示的な工程を概
説する。いくつかの例において、従来の方法は非効率的である遠心分離、いくつかの温度
、洗浄工程およびたくさんの輸送工程が必要である。対照的に、本明細書中に記載されて
いる幾つかの実施形態は、ピペット輸送、および様々な程度の非特異的結合特性を備えた
大きな未使用の表面への露出を最小化するデバイスによって、これらを同じ工程で行うこ
とを可能する。いくつかの例において、デバイスは適切な反応条件を提供するように温度
が制御されている。いくつかの例において、ＰＣＲ、前増幅（ｐｒｅ－ａｍｐ）をシーケ
ンシングするためのサイクルＰＣＲ又は完全な（ｆｕｌｌ）ＰＣＲ（エンドポイント、リ
アルタイム又はデジタル）は、デバイス外又はデバイス内で達成される。デバイス外は、
デバイス上ではなく同じカートリッジアセンブリ、流体のチャネル又は導管を介した接続
上を含む。更に、いくつかの例において、ＰＣＲ増幅はデバイスのフローセルチャンバー
内、カートリッジ上のＰＣＲチューブ又は温度サイクリングのための加温ゾーンを有する
流体チャネルを通して達成される。いくつかの例において、デバイスのチャンバーからの
溶離液は、液滴の中で増幅を行うために、例えば油のような非水性の混和性流体及び他の
液滴安定化剤が提供された隣り合うチャンバーと組み合わせられる。いくつかの実施形態
において、温度を循環させる機構は上記の通りである。
表１では、従来の処理のための開始材料は約１ｍｌの水中２－５×１０７大腸菌細胞で
あり、容量の全てをフィルタで濃縮した。本明細書中に開示されているように、チップを
使用して、およそ５０マイクロリットル中のたった１×１０４大腸菌細胞がフローセルに
適用された。
これは３桁少ない開始材料である。
様々な実施形態において（すなわち、ＡＣ動電学的パラメーターに依存して）、細胞又
は他のミクロンスケールの粒子は低電場領域又は高電場領域のいずれかで濃縮される。い
くつかの例において、高電場領域に粒子が入ってくるのか出ていくのかを決定する交差し
た周波数は、ＡＣ周波数、電圧、媒体の伝導度、混合された粒子の分極率（例えば異なる
ＤＥＰ特性を有する材料の付着又は結合）又は電極配置を変更することで調整できる。い
くつかの例において、ナノスケール粒子は高電場領域において濃縮されるように制限され
る。いくつかの例において、ブラウン運動および他の流体力学的な力は、低電場領域に濃
縮する能力を制限する。
＜定義および略語＞
冠詞「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は制限しない。例えば、「ｔｈｅ方法」は、フレ
ーズの意味の最も広い定義を含み、１つを超える方法であり得る。
「Ｖｐ－ｐ」はピークピーク電圧である。
「ＴＢＥ」は、トリス塩基、ホウ酸およびＥＤＴＡの混合物を含む緩衝液である。
「ＴＥ」は、トリス塩基およびＥＤＴＡの混合物を含む緩衝液である。
「Ｌ－ヒスチジンバッファー」はＬ－ヒスチジンを含む溶液である。
「ＤＥＰ」は誘電泳動の略語である。
＜実施例１：スピンコーティング（２つの被覆）によるヒドロゲルの形成＞
ヒドロゲルの層については、およそ７０マイクロリットルのヒドロゲルが１０×１２ｍ
ｍのチップを覆うために使用される。
低濃度（容量で≦１％固体）酢酸セルロース溶液は、アセトン又はアセトンとエタノー
ルの混合物のような溶媒に溶解され、本明細書中に示されるような電極アレイチップに適
用される。チップは低いｒｐｍ速度（１０００－３０００）で遠心される。低いｒｐｍ速
度は、ゲルの高さが５００ｎｍ以上の範囲になることを保証する。
酢酸セルロースの最初の（底の）コーティングは室温で、対流式オーブンで、又は真空
オーブンで乾燥される。随意に、酢酸セルローススピンコートの第二の層が直ちに加えら
れる。
酢酸セルロースの第二の層は、アセトン又はアセトンとエタノールの混合物のような溶
媒に溶解された高濃度（≧２％）の酢酸セルロースを含む。酢酸セルロースの第二の層を
加えた後、チップは高いｒｐｍ速度（９０００－１２０００）で遠心される。高いｒｐｍ
速度は、ゲルの高さが３００ｎｍ以下の範囲になることを保証する。
その後、酢酸セルロースの２つの層を備えたチップは、室温で、対流式オーブンで、又
は真空オーブンで乾燥される。
＜実施例２：スピンコーティング（２つの被覆）による添加剤を備えたヒドロゲルの形成
＞
ヒドロゲルの層については、およそ７０マイクロリットルのヒドロゲルが１０×１２ｍ
ｍのチップを覆うために使用される。
低濃度（容量で≦１％固体）酢酸セルロース溶液は、アセトン又はアセトンとエタノー
ルの混合物のような溶媒に溶解され、本明細書中に示されるような電極アレイチップに適
用される。チップは低いｒｐｍ速度（１０００－３０００）で遠心される。低いｒｐｍ速
度は、ゲルの高さが５００ｎｍ以上の範囲になることを保証する。
その後、酢酸セルロースの最初の（底の）コーティングは、室温で、対流式オーブンで
、又は真空オーブンで乾燥される。随意に、酢酸セルローススピンコートの第二の層が直
ちに加えられる。
酢酸セルロースの第二の層は、アセトン又はアセトンとエタノールの混合物のような溶
媒に溶解された高濃度（≧２％）の酢酸セルロースを含む。低濃度（１－１５％）の伝導
性ポリマー（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ又は同等）が、第二の酢酸セルロース溶液へ加えられる
。酢酸セルロースの第二の層を加えた後、チップは高いｒｐｍ速度（９０００－１２００
０）で遠心される。高いｒｐｍ速度は、ゲルの高さが３００ｎｍ以下の範囲になることを
保証する
その後、酢酸セルロースの２つの層を備えたチップは、室温で、対流式オーブンで、又
は真空オーブンで乾燥される。
＜実施例３：スピンコーティング（３つの被覆）による添加剤を備えたヒドロゲルの形成
＞
ヒドロゲルの層については、およそ７０マイクロリットルのヒドロゲルが１０×１２ｍ
ｍのチップを覆うために使用される。
低濃度（容量で≦１％固体）酢酸セルロース溶液は、アセトン又はアセトンとエタノー
ルの混合物のような溶媒に溶解され、本明細書中に示されるような電極アレイチップに適
用される。チップは高いｒｐｍ速度（９０００－１２０００）で遠心される。高いｒｐｍ
速度は、ゲルの高さが３００ｎｍ以下の範囲になることを保証する。
その後、酢酸セルロースの最初の（底の）コーティングは、室温で、対流式オーブンで
、又は真空オーブンで乾燥される。随意に、酢酸セルローススピンコートの第二の層が直
ちに加えられる。
酢酸セルロースの第二の層は、アセトン又はアセトンとエタノールの混合物のような溶
媒に溶解された高濃度（≧２％）の酢酸セルロースを含む。低濃度（１－１５％）の伝導
性ポリマー（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ又は同等）が、第二の酢酸セルロース溶液へ加えられる
。チップは低いｒｐｍ速度（１０００－３０００）で遠心される。低いｒｐｍ速度は、ゲ
ルの高さが５００ｎｍ以上の範囲になることを保証する。
その後、酢酸セルロースの第二のコーティングは、室温で、対流式オーブンで、又は真
空オーブンで乾燥される。随意に、酢酸セルローススピンコートの第三の層が直ちに加え
られる。
酢酸セルロースの第三の層は、アセトン又はアセトンとエタノールの混合物のような溶
媒に溶解された高濃度（≧２％）の酢酸セルロースを含む。チップは高いｒｐｍ速度（９
０００－１２０００）で遠心される。高いｒｐｍ速度は、ゲルの高さが３００ｎｍ以下の
範囲になることを保証する。
その後、酢酸セルロースの３つの層を備えたチップは、室温で、対流式オーブンで、又
は真空オーブンで乾燥される。
＜実施例４：チップの構築＞
図２及び３について：２００ｕｍセンター－センターピッチ上の４５×２０カスタム８
０μｍ直径の環状白金微小電極アレイを、上記の結果（下記の引用文献１－３を参照）に
基づいて作成した。９００の微小電極のすべてがともに活性化され、チェッカー盤状の電
場配置を形成するようにＡＣを偏らせた。陽ＤＥＰ領域は微小電極上に直接生じ、陰低電
場領域は微小電極間に生じる。アレイは２００ｎｍ－５００ｎｍの厚さの多孔質ポリ－ヘ
マヒドロゲル層で覆われ（手順：ＰｏｌｙＳｃｉｅｎｃｅｓ社から購入したエタノール原
液中の１２％ｐＨｅｍａをエタノールを用いて５％に希釈し、７０ｕＬの５％溶液を上記
のチップ上で、スピンコーターを用いて６ＫＲＰＭ回転速度で遠心した。その後、チップ
＋ヒドロゲル層を４５分間６０℃のオーブンに入れた）、微小流体のカートリッジに封入
し、アクリル窓で覆われた５０μＬサンプルチャンバーを形成した（図１）。微小電極へ
の電気的な接続は、フローセル中のＰＣＢボードからのモレックスコネクターからアクセ
スされる。関数発生器（ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）（ＨＰ ３２４５Ａ）
は、溶液の伝導度に依存して１０ＫＨｚおよび１０－１４Ｖのピークピークでの正弦（ｓ
ｉｎｕｓｏｉｄａｌ）電気的信号を提供する。画像は、蛍光顕微鏡（ライカ）およびＥＧ
ＦＰキューブ（４８５ｎｍの発光および５２５ｎｍの励起バンドパスフィルタ）でキャプ
チャーされた。励起のソースはＰｈｏｔｏＦｌｕｏｒ ＩＩ ２００ＷＨｇ ａｒｃ ｌ
ａｍｐであった。
［１］Ｒ．Ｋｒｉｓｈｎａｎ，Ｂ．Ｄ．Ｓｕｌｌｉｖａｎ，Ｒ．Ｌ．Ｍｉｆｆｌｉｎ，
Ｓ．Ｃ．Ｅｓｅｎｅｒ，ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｈｅｌｌｅｒ，“Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃ
ｕｒｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｔ
ｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＤＮＡ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎ ｈｉｇｈ－ｃｏｎｄ
ｕｃｔａｎｃｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．”Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，ｖｏｌ．２
９，ｐａｇｅｓ １７６５－１７７４，２００８．
［２］Ｒ．Ｋｒｉｓｈｎａｎ ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｈｅｌｌｅｒ，“Ａｎ ＡＣ ｅｌｅ
ｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏ
ｎ ｏｆ ＤＮＡ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ．”Ｊ．Ｂｉｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，ｖ
ｏｌ．２，ｐａｇｅｓ ２５３－２６１，２００９．
［３］Ｒ．Ｋｒｉｓｈｎａｎ，Ｄ．Ａ．Ｄｅｈｌｉｎｇｅｒ，Ｇ．Ｊ．Ｇｅｍｍｅｎ，
Ｒ．Ｌ．Ｍｉｆｆｌｉｎ，Ｓ．Ｃ．Ｅｓｅｎｅｒ，ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｈｅｌｌｅｒ，“Ｉ
ｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｔ ｔｈｅ ＤＥＰ ｍ
ｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｃｏｎｄｕ
ｃｔａｎｃｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ”Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ． Ｃｏｍｍ．，ｖｏｌ
．１１，ｐａｇｅｓ １６６１－１６６６，２００９．
＜実施例５：ヒトゲノムＤＮＡの単離＞
ヒトゲノムＤＮＡ（ｇＤＮＡ）をＰｒｏｍｅｇａ（Ｐｒｏｍｅｇａ、Ｍａｄｉｓｏｎ，
ＷＩ）から購入し、２０－４０ｋｂｐのサイズにした（サイジングゲルは図示せず）。ｇ
ＤＮＡをＤＩ水で以下の濃度に希釈した：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。ｇＤＮＡを、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ（Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｉｅｓ，Ｃａｒｌｓｂａｄ，ＣＡ）から購入した１×ＳＹＢＲ Ｇｒｅｅｎ Ｉ ｇ
ｒｅｅｎ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｄｏｕｂｌｅ ｓｔｒａｎｄｅｄ ＤＮＡ ｄｙｅ
で染色した。その後、この混合物を微小電極アレイに挿入し、１分間１４ボルトのピーク
ピーク（Ｖｐ－ｐ）で、１０ｋＨｚの正弦波で実行した。１分の終わりに、微小電極パッ
ドの写真を、ｇＤＮＡを視覚化することができるように緑の蛍光フィルタ（ＦＩＴＣ）を
使用して、顕微鏡上で１０×対物レンズを備えたＣＣＤカメラを使用して撮影した（図２
）。チップは、５０μＬの水中の５０ｐｇのｇＤＮＡ（つまり１ｎｇ／ｍＬ濃度）まで識
別することができた。さらに、５０ピコグラムにおいては、アレイ上に９００の微小電極
があるので、各微小電極上には６０フェムトグラム以下のＤＮＡが存在する。ＡＣＥデバ
イスの低レベルの濃度での能力は、血漿及び血清中のＣｆｃＤＮＡバイオマーカーを識別
するために必要とされる１－１０ｎｇ／ｍＬの範囲内において適切である（下記の引用文
献４－６を参照）。
［４］Ｔ．Ｌ．Ｗｕ ｅｔ ａｌ，“Ｃｅｌｌ－ｆｒｅｅ ＤＮＡ：ｍｅａｓｕｒｅｍ
ｅｎｔ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｃａｒｃｉｎｏｍａｓ ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍ
ｅｎｔ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｒａｎｇｅ．”Ｃｌｉｎ Ｃｈｉｍ
Ａｃｔａ．，ｖｏｌ．２１，ｐａｇｅｓ ７７－８７，２００２．
［５］Ｒ．Ｅ．Ｂｏａｒｄ ｅｔ ａｌ，“ＤＮＡ Ｍｅｔｈｙｌａｔｉｏｎ ｉｎ
Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ Ｔｕｍｏｕｒ ＤＮＡ ａｓ ａ Ｂｉｏｍａｒｋｅｒ ｆｏ
ｒ Ｃａｎｃｅｒ”，Ｂｉｏｍａｒｋｅｒ Ｉｎｓｉｇｈｔｓ，ｖｏｌ．２，ｐａｇｅｓ
３０７－３１９，２００７．
［６］Ｏ． Ｇａｕｔｓｃｈｉ ｅｔ ａｌ，“Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｄｅｏｘｙ
ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ ａｓ ｐｒｏｇｎｏｓｔｉｃ ｍａｒｋｅｒ ｉｎ
ｎｏｎ－ｓｍａｌｌ－ｃｅｌｌ ｌｕｎｇ ｃａｎｃｅｒ ｐａｔｉｅｎｔｓ ｕｎｄ
ｅｒｇｏｉｎｇ ｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ．”Ｊ Ｃｌｉｎ Ｏｎｃｏｌ．，ｖｏｌ．
２２，ｐａｇｅｓ ４１５７－４１６４，２００４．
＜実施例６：大腸菌からのＤＮＡの単離＞
実施例４及び５に記載されているチップと方法を使用し、５０ｕＬ流体中のおよそ５０
００個の緑の蛍光性の大腸菌細胞をチップに挿入し、図３の説明文で記載されているプロ
トコルを使用して実行した。パネル（Ａ）は明るい電場の様子を示す。パネル（Ｂ）は、
ＤＥＰ活性化前の電極の緑の蛍光性の様子を示す。パネル（Ｃ）は、１×ＴＢＥバッファ
ー中の１０ｋＨｚ、２０Ｖｐ－ｐで行った１分後の電極上の大腸菌を示す。パネル（Ｄ）
は、１×ＴＢＥバッファー中の１ｋＨｚ、２０Ｖｐ－ｐで行った１分後の電極上の大腸菌
を示す。
図３で示された大腸菌を、ＨＰ ３２４５Ａ関数発生器を使用した１００ミリ秒１００
ＶＤＣパルスを使用して溶解した。その後、溶解された粒子を、１０ｋＨｚ、１０Ｖｐ－
ｐで電極表面に集め、シーケンシングのためのライブラリ調製にＩｌｌｕｍｉｎａ Ｎｅ
ｘｔｅｒａプロトコルを使用する一方、シーケンシングのためのＤＮＡをタグ付けするた
めにＤＮＡをチップ上に配置した（適切な時間に適切なバッファーをチップ上に挿入する
ことで）。その後ＤＮＡは５０ｕＬの１×ＴＢＥバッファー中に溶出され、Ｂｉｏ－Ｒａ
ｄ ＰＣＲ機械上の９－１２サイクルで（Ｎｅｘｔｅｒａプロトコルを使用して）ＰＣＲ
増幅した。その後、増幅されたＤＮＡは、Ｉｌｌｕｍｉｎａ ＧＡ ＩＩシークエンサー
上で実行された。大腸菌からのＤＮＡも、比較用のゴールドスタンダードとして使用され
るためにＥｐｉｃｅｎｔｒｅ（商標）ＷａｔｅｒＭａｓｔｅｒ（商標）ＤＮＡ精製手順を
使用して、１×ＴＢＥバッファー（１０００万の細胞）から単離した。結果は図４に示さ
れる。
＜実施例７：ＧＶＤを備えたヒドロゲルの形成＞
ポリヒドロキシエチルメタクリラート（ｐＨＥＭＡ）のようなヒドロゲルが、ＧＶＤ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，ＭＡ）（ｗｗｗ．ｇｖｄｃｏｒｐ．ｃｏ
ｍ参照）によって開発された専用の（ｐｒｏｐｒｉｅｔａｒｙ）アッセイを使用した蒸着
を介して、チップの表面上に積層されてもよい。ｐＨＥＭＡのようなヒドロゲルは、電極
チップ上に様々な厚さ（１００、２００、３００、４００ｎｍ）及び架橋（５、２５、４
０％）密度で蒸着され、これはＧＶＤ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｉｏｎによって開発された技
術を使用して行われた。ヒドロゲルフィルムは、標準ＡＣＥプロトコル（前処理なし、７
Ｖｐ－ｐ、１０ＫＨｚ、２分、０．５×ＰＢＳ、Ｓｙｂｒ Ｇｒｅｅｎ １で標識化され
た５００ｎｇ／ｍｌのｇＤＮＡ）を使用して試験された。電極上の蛍光はイメージングに
よりキャプチャーされた。図１０は、１００ｎｍの厚さ、５％交差ゲルデバイスが強くＤ
ＮＡを捕捉できることを示す。このプロセスは、シラン誘導体のような付着プライマーを
使用して微小電極アレイの表面（即ち保護層及び露出した電極）への蒸着率又は固着増加
（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ）によっても最適化できる。
＜実施例８：開示されたデバイスおよび方法対従来法の性能＞
従来法
製造社のプロトコルに従ってＱＩＡＧＥＮ（登録商標）ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｎｕ
ｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｋｉｔ（ｃａｔ＃５５１１４）を使
用し、慢性リンパ球性白血病（ＣＬＬ）患者からの１ｍｌの血漿を精製した。簡潔に言う
と、プロテイナーゼＫ溶液を含む１ｍｌの血漿を６０℃で３０分間インキュベートした。
その反応を氷の上でクエンチし、全体量は真空装置に接続されたＱＩＡａｍｐ Ｍｉｎｉ
ｃｏｌｕｍｎに適用した。液体はカラムを通って引かれ、３つの異なるバッファー（そ
れぞれ６００－７５０ｕｌ）で洗浄した。カラムを、２０，０００×ｇで３分遠心分離機
にかけ、超過した液体を除去するために１０分間５６℃でオーブンにかけた（ｂａｋｅｄ
）。サンプルを２０，０００×ｇ、１分の遠心分離とともに５５μｌの溶出バッファーで
溶出した。総処理時間は２．５時間以下だった。
チップ染色サイズは、それぞれ１８０－２００μｍセンター－センターピッチ上の６０
－８０μｍ直径Ｐｔ電極を備えた１０×１２ｍｍであった。アレイは、５％のｐＨＥＭＡ
ヒドロゲル層（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓからの１２％ｐＨＥＭＡストックエタノール溶
液）で被覆された。チップは０．５×ＰＢＳ、２Ｖ ｒｍｓ、５Ｈｚ、１５秒を使用して
前処理された。バッファーは除去し、２５μｌのＣＬＬ患者の血漿を加えた。電源を入れ
ると共に、ＤＮＡは１１Ｖのｐ－ｐ、１０Ｋｈｚで３分間単離され、その後１００μｌ／
ｍｉｎの流速で５００μｌのＴＥバッファーで洗浄された。電圧を切り、フローセル内の
容量を微小遠心チューブへ溶出した。総処理時間は１０分以下だった。
同じプロセスを、変更なしに新鮮な全血に適用することができる。希釈されていない全
血からＤＮＡを抽出精製する能力は、本明細書中に開示されたチップ技術によってのみ可
能である。
ＤＮＡ定量化はＱｉａｇｅｎ及びチップ溶出液上で、製造社（Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈ）の
プロトコルに従ったＰｉｃｏＧｒｅｅｎを使用して行った。
後のゲル電気泳動、ＰＣＲ、およびサンガーシーケンシング法は、血漿と同様に全血も
処理することができるチップを備えた両方の抽出技術において同様の性能を示した。マン
・ウィットニーＵノンパラメトリック統計的検定も、Ｑｉａｇｅｎとチップの技術を使用
して、血漿から単離されたＤＮＡ量に対して行った。いずれのＤＮＡ精製方法を使用して
も統計的な違いはなかった（ｐ＜０．０５、両側）。
本発明の好ましい実施例が本明細書中に記載されている一方、そのよう例としてのみ提供されることは当業者にとって明白であろう。ここで、本発明から逸脱することなく、多数の変更、変化、及び置換がなされることが、当業者によって理解される。本明細書に記載される本発明の実施形態の様々な代替案が、本発明を実行する際に利用され得ることを理解されたい。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義するものであり、これらの特許請求の範囲及びそれらの同等物の範囲内の方法及び構造が、それによって包含されることが意図される。
本明細書は以下の発明の態様を包含する。
［１］細胞を含む流体から核酸を単離する方法であって、該方法は、
ａ．ＡＣ動電学的電場を生じさせることができる電極のアレイを含むデバイスに流体を適用する工程、
ｂ．第一ＡＣ動電学的電場領域で複数の細胞を濃縮する工程、
ｃ．第一ＡＣ動電学的電場領域中の細胞を溶解する工程、及び
ｄ．第二ＡＣ動電学的電場領域中の核酸を単離する工程であって、流体が第一ＡＣ動電学的電場領域の複数の細胞を濃縮することができる伝導度を有する工程、
を含む方法。
［２］第一ＡＣ動電学的領域が誘電泳動電場領域であり、第二ＡＣ動電学的電場領域が誘電泳動電場領域であり、又はその組み合わせであることを特徴とする、［１］記載の方法。
［３］第一ＡＣ動電学的電場領域が第一誘電泳動低電場領域であり、第二ＡＣ動電学的電場領域が第二誘電泳動高電場領域であり、ここで流体の伝導度が３００ｍＳ／ｍを超えることを特徴とする、［１］又は［２］に記載の方法。
［４］第一ＡＣ動電学的電場領域が第一誘電泳動高電場領域であり、第二ＡＣ動電学的電場領域が第二誘電泳動高電場領域であり、ここで流体の伝導度が３００ｍＳ／ｍ未満であることを特徴とする、［１］又は［２］に記載の方法。
［５］核酸を第二ＡＣ動電学的電場領域で濃縮することを特徴とする、［１］乃至［４］のいずれかに記載の方法。
［６］前記方法がアレイ及び単離した核酸から残留物質を洗い流す工程をさらに含むことを特徴とする、［１］乃至［５］のいずれかに記載の方法。
［７］前記方法が残留タンパク質を分解する工程をさらに含むことを特徴とする、［１］乃至［６］のいずれかに記載の方法。
［８］前記方法がアレイ及び単離した核酸から分解されたタンパク質を洗い流す工程をさらに含むことを特徴とする、［７］記載の方法。
［９］前記方法が核酸を回収する工程をさらに含むことを特徴とする、［１］乃至［８］のいずれかに記載の方法。
［１０］第一ＡＣ動電学的電場領域が交流電流によって生じることを特徴とする、［１］乃至［９］のいずれかに記載の方法。
［１１］第一ＡＣ動電学的電場領域を１ボルトから４０ボルトのピーク－ピーク電圧、及び／又は５Ｈｚから５，０００，０００Ｈｚの周波数、及び５％から５０％までのデューティーサイクルを有する交流電流を使用して発生させることを特徴とする、［１０］記載の方法。
［１２］第二ＡＣ動電学的電場領域が第一ＡＣ動電学的電場領域とは電極アレイの異なる領域であることを特徴とする、［１］乃至［１１］のいずれかに記載の方法。
［１３］第二ＡＣ動電学的電場領域が第一ＡＣ動電学的電場領域と電極アレイの同じ領域であることを特徴とする、［１］乃至［１２］のいずれかに記載の方法。
［１４］第二ＡＣ動電学的電場領域が交流電流によって生じることを特徴とする、［１］乃至［１３］のいずれかに記載の方法。
［１５］第二ＡＣ動電学的電場領域を１ボルトから５０ボルトのピーク－ピーク電圧、及び／又は５Ｈｚから５，０００，０００Ｈｚの周波数、及び５％から５０％までのデューティーサイクルを有する交流電流を使用して発生させることを特徴とする、［１］乃至［１４］のいずれかに記載の方法。
［１６］電極に第一ＡＣ動電学的電場領域を提供するために選択的に電圧が加え、続けて又は連続的に、第二ＡＣ動電学的電場領域を提供するために選択的に電圧が加えることを特徴とする、［１］乃至［１５］のいずれかに記載の方法。
［１７］細胞に直流電流を加えることで細胞を溶解することを特徴とする、［１］乃至［１６］のいずれかに記載の方法。
［１８］細胞を溶解するために使用する直流電流が１－５００ボルトの電圧を有し、０．０１から１０秒間１回又は複数回のパルスを加えることを特徴とする、［１７］記載の方法。
［１９］細胞を溶解するために使用する直流電流が、１回の直流電流パルス又は複数回の直流電流パルスを、細胞を溶解するのに適した周波数で加えたものであることを特徴とする、［１７］記載の方法。
［２０］パルスが１０－５０％のデューティーサイクルで０．２－２００Ｈｚの周波数を有することを特徴とする、［１８］記載の方法。
［２１］細胞を直流電流、化学的溶解剤、酵素的溶解剤、熱、浸透圧、超音波エネルギー又はその組み合わせを使用して、デバイス上で溶解することを特徴とする、［１］乃至［１６］のいずれかに記載の方法。
［２２］残留物質が溶解された細胞物質を含むことを特徴とする、［６］記載の方法。
［２３］溶解された細胞物質が、細胞が溶解した時に複数の細胞から放出された残留タンパク質を含むことを特徴とする、［２２］記載の方法。
［２４］電極のアレイがヒドロゲルで覆われていることを特徴とする、［１］乃至［２３］のいずれかに記載の方法。
［２５］ヒドロゲルが２つ以上の合成ポリマー層を含むことを特徴とする、［２４］記載の方法。
［２６］ヒドロゲルを電極上にスピンコーティングすることを特徴とする、［２４］記載の方法。
［２７］ヒドロゲルはスピンコーティングする前に約０．５ｃＰから約５ｃＰの間の粘性を有することを特徴とする、［２６］記載の方法。
［２８］ヒドロゲルが約０．１ミクロンと１ミクロンの間の厚さを有することを特徴とする、［２４］乃至［２７］のいずれかに記載の方法。
［２９］ヒドロゲルが約０．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍの間の伝導度を有することを特徴とする、［２４］乃至［２８］のいずれかに記載の方法。
［３０］電極のアレイが点配置になっていることを特徴とする、［１］乃至［２９］のいずれかに記載の方法。
［３１］点の間の方位角が約２５°から約６０°の間であることを特徴とする、［３０］記載の方法。
［３２］電極のアレイが波状又は非線形の線配置になっており、配置がリンカーで接続された点の対の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーが電極の境界を定義し、リンカーが点の対の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の直径が反復単位の長さに沿った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセット間の端から端の距離は等距離又はおおよそ等距離であることを特徴とする、［１］乃至［３１］のいずれかに記載の方法。
［３３］電極のアレイが約２．０－約４．０の相対的な誘電率を備えた保護層を含むことを特徴とする、［１］乃至［３２］のいずれかに記載の方法。
［３４］細胞を含む流体から核酸を単離する方法であって、該方法は、
ａ．ＡＣ動電学的電場を生じさせることができる電極のアレイを含むデバイスに流体を適用する工程、
ｂ．第一ＡＣ動電学的（例えば誘電泳動）電場領域で複数の細胞を濃縮する工程、
ｃ．第二ＡＣ動電学的（例えば誘電泳動）電場領域において核酸を単離する工程、及び
ｄ．細胞を洗い流す工程であって、流体が第一ＡＣ動電学的電場領域の複数の細胞を濃縮することができる伝導度を有する工程、
を含む方法。
［３５］第一ＡＣ動電学的領域が誘電泳動電場領域であることを特徴とする、［３４］記載の方法。
［３６］第一ＡＣ動電学的電場領域が誘電泳動低電場領域であり、流体の伝導度が３００ｍＳ／ｍを超えることを特徴とする、［３５］記載の方法。
［３７］第二ＡＣ動電学的領域が誘電泳動電場領域であることを特徴とする、［３４］記載の方法。
［３８］前記方法が工程（ｅ）の後に残留タンパク質を分解する工程をさらに含むことを特徴とする、［３４］記載の方法。
［３９］前記方法が核酸から分解されたタンパク質を洗い流す工程をさらに含むことを特徴とする、［３８］記載の方法。
［４０］前記方法が核酸を回収する工程をさらに含むことを特徴とする、［３４］乃至［３９］のいずれかに記載の方法。
［４１］第一ＡＣ動電学的電場領域が交流電流によって生じることを特徴とする、［３４］乃至［４０］のいずれかに記載の方法。
［４２］第一ＡＣ動電学的電場領域を１ボルトから４０ボルトのピーク－ピーク電圧、及び／又は５Ｈｚから５，０００，０００Ｈｚの周波数、及び５％から５０％までのデューティーサイクルを有する交流電流を使用して発生させることを特徴とする、［４１］記載の方法。
［４３］第二ＡＣ動電学的電場領域が第一ＡＣ動電学的電場領域とは電極アレイの異なる領域であることを特徴とする、［３４］乃至［４２］のいずれかに記載の方法。
［４４］第二ＡＣ動電学的電場領域が第一ＡＣ動電学的電場領域と電極アレイの同じ領域であることを特徴とする、［３４］乃至［４２］のいずれかに記載の方法。
［４５］第二ＡＣ動電学的電場領域が交流電流によって生じることを特徴とする、［３４］乃至［４４］のいずれかに記載の方法。
［４６］第二ＡＣ動電学的電場領域が誘電泳動高電場領域であることを特徴とする、［３７］記載の方法。
［４７］第二ＡＣ動電学的電場領域が１ボルトから５０ボルトのピーク－ピーク電圧、及び／又は５Ｈｚから５，０００，０００Ｈｚの周波数、及び５％から５０％までのデューティーサイクルを有する交流電流を使用して発生されることを特徴とする、［３４］乃至［４６］のいずれかに記載の方法。
［４８］電極に、第一ＡＣ動電学的電場領域を提供するために選択的に電圧が加え、続けて又は連続的に、第二ＡＣ動電学的電場領域を提供するために選択的に電圧が加えることを特徴とする、［３４］乃至［４７］のいずれかに記載の方法。
［４９］電極のアレイがヒドロゲルで覆われていることを特徴とする、［３４］乃至［４８］のいずれかに記載の方法。
［５０］ヒドロゲルが２つ以上の合成ポリマー層を含むことを特徴とする、［４９］記載の方法。
［５１］ヒドロゲルを電極上にスピンコーティングすることを特徴とする、［４９］又は［５０］に記載の方法。
［５２］ヒドロゲルをスピンコーティングする前に約０．５ｃＰから約５ｃＰの間の粘性を有することを特徴とする、［５１］記載の方法。
［５３］ヒドロゲルが約０．１ミクロン及び１ミクロンの間の厚さを有することを特徴とする、［４９］乃至［５２］のいずれかに記載の方法。
［５４］ヒドロゲルが約０．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍの間の伝導度を有することを特徴とする、［４９］乃至［５３］のいずれかに記載の方法。
［５５］電極のアレイが点配置になっていることを特徴とする、［３４］乃至［５４］のいずれかに記載の方法。
［５６］点の間の方位角が約２５°から約６０°の間であることを特徴とする、［５５］記載の方法。
［５７］電極のアレイが波状又は非線形の線配置になっており、配置がリンカーで接続された点の対の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーが電極の境界を定義し、リンカーが点の対の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の直径が反復単位の長さに沿った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセット間の端から端の距離は等距離又はおおよそ等距離であることを特徴とする、［３４］乃至［５６］のいずれかに記載の方法。
［５８］電極のアレイが約２．０－約４．０の相対的な誘電率を備えた保護層を含むことを特徴とする、［３４］乃至［５７］のいずれかに記載の方法。
［５９］前記方法がポリメラーゼ連鎖反応によって単離された核酸を増幅する工程をさらに含むことを特徴とする、［１］乃至［５８］のいずれかに記載の方法。
［６０］核酸がＤＮＡ、ＲＮＡ又はその任意の組み合わせを含むことを特徴とする、［１］乃至［５９］のいずれかに記載の方法。
［６１］単離した核酸が、重量で約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％又は約２％未満の非核酸細胞物質及び／又はタンパク質を含むことを特徴とする、［１］乃至［６０］のいずれかに記載の方法。
［６２］単離された核酸が、重量で約９９％を超える、約９８％を超える、約９５％を超える、約９０％を超える、約８０％を超える、約７０％を超える、約６０％を超える、約５０％を越える、約４０％を超える、約３０％を超える、約２０％を超える又は約１０％を超える核酸を含むことを特徴とする、［１］乃至［６１］のいずれかに記載の方法。
［６３］前記方法が約１時間未満で完了することを特徴とする、［１］乃至［６２］のいずれかに記載の方法。
［６４］遠心分離を使用しないことを特徴とする、［１］乃至［６３］のいずれかに記載の方法。
［６５］残留タンパク質が１つ以上の化学分解及び酵素分解によって分解されることを特徴とする、［７］又は［３８］記載の方法。
［６６］残留タンパク質がプロテアーゼＫによって分解されることを特徴とする、［６５］記載の方法。
［６７］残留タンパク質が酵素によって分解され、前記方法がタンパク質の分解後酵素を不活性化する工程をさらに含むことを特徴とする、［６５］記載の方法。
［６８］酵素を熱（例えば５０－９５℃で５－１５分）によって不活性化することを特徴とする、［６７］記載の方法。
［６９］残留物質及び分解されたタンパク質を別々の又は同じ工程で洗い流すことを特徴とする、［６５］記載の方法。
［７０］単離された核酸を、（ｉ）第二ＡＣ動電学的電場領域の電源を切ること、及び（ｉｉ）溶離剤中のアレイからの核酸を溶出することによって回収することを特徴とする、［１］乃至［６９］のいずれかに記載の方法。
［７１］核酸をシーケンシングに適している形状で単離することを特徴とする、［１］乃至［７０］のいずれかに記載の方法。
［７２］核酸をショットガンシーケンシングに適している切断された形状で単離することを特徴とする、［１］乃至［７１］のいずれかに記載の方法。
［７３］細胞を含む流体が低い伝導度又は高い伝導度を有することを特徴とする、［１］乃至［７２］のいずれかに記載の方法。
［７４］流体が体液、血液、血清、血漿、尿、唾液、食品、飲料、増殖用培地、環境サンプル、液体、水、クローン細胞又はその組み合わせを含むことを特徴とする、［１］乃至［７３］のいずれかに記載の方法。
［７５］細胞がクローン細胞、病原体細胞、細菌細胞、ウィルス、植物細胞、動物細胞、昆虫細胞及び／又はその組み合わせを含むことを特徴とする、［１］乃至［７４］のいずれかに記載の方法。
［７６］前記方法が単離された核酸をシーケンシングする工程をさらに含むことを特徴とする、［１］乃至［７５］のいずれかに記載の方法。
［７７］核酸が、サンガーシーケンシング、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、又は単一分子シーケンシングによってシーケンシングされることを特徴とする、［７６］記載の方法。
［７８］前記方法がＤＮＡを反応させる（例えば切断、制限消化、ライゲーション）工程をさらに含むことを特徴とする、［１］乃至［７７］のいずれかに記載の方法。
［７９］反応がアレイ上で又はアレイの近くで、あるいはデバイスの中で起こることを特徴とする、［７８］記載の方法。
［８０］細胞を含む流体から核酸を単離するデバイスであって、該デバイスは
ａ．ハウジング、
ｂ．ヒーター及び／又はタンパク質分解剤を含むリザーバー、及び
ｃ．ハウジング中の複数の交流電流（ＡＣ）電極を含み、ＡＣ電極がＡＣ動電学的高電場領域及びＡＣ動電学的低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置し、それによってＡＣ動電学的効果はデバイスの低電場領域における細胞の濃縮を提供する、デバイス。
［８１］複数の電極を誘電泳動高電場領域及び誘電泳動低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置することを特徴とする、［８０］記載のデバイス。
［８２］電極のアレイがヒドロゲルで覆われていることを特徴とする、［８０］記載のデバイス。
［８３］ヒドロゲルが２つ以上の合成ポリマー層を含むことを特徴とする、［８２］記載のデバイス。
［８４］ヒドロゲルを電極上にスピンコーティングすることを特徴とする、［８２］記載のデバイス。
［８５］ヒドロゲルをスピンコーティングする前に約０．５ｃＰから約５ｃＰの間の粘性を有することを特徴とする、［８４］記載のデバイス。
［８６］ヒドロゲルが約０．１ミクロン及び１ミクロンの間の厚さを有することを特徴とする、［８２］乃至［８５］のいずれかに記載のデバイス。
［８７］ヒドロゲルが約０．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍの間の伝導度を有することを特徴とする、［８２］乃至［８６］のいずれかに記載のデバイス。
［８８］電極のアレイが点配置になっていることを特徴とする、［８０］乃至［８７］のいずれかに記載のデバイス。
［８９］点の間の方位角が約２５°から約６０°の間であることを特徴とする、［８８］記載のデバイス。
［９０］電極のアレイが波状又は非線形の線配置になっており、配置がリンカーで接続された点の対の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーが電極の境界を定義し、リンカーが点の対の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の直径が反復単位の長さに沿った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセット間の端から端の距離は等距離又はおおよそ等距離であることを特徴とする、［８０］乃至［８７］のいずれかに記載のデバイス。
［９１］電極のアレイが約２．０－約４．０の相対的な誘電率を備えた保護層を含むことを特徴とする、［８０］乃至［９０］のいずれかに記載のデバイス。
［９２］残留タンパク質がプロテアーゼＫによって分解されることを特徴とする、［８０］乃至［９１］のいずれかに記載のデバイス。
［９３］前記デバイスが溶離剤を含む第二のリザーバーをさらに含むことを特徴とする、［８０］乃至［９２］のいずれかに記載のデバイス。
［９４］細胞を含む流体から核酸を単離するシステムであって、該システムは
ａ．複数の交流電流（ＡＣ）電極を含むデバイスであって、ＡＣ電極がＡＣ動電学的高電場領域及びＡＣ動電学的低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置し、ＡＣ動電学的効果がデバイスの高電場領域における細胞の濃縮を提供し、配置がリンカーで接続された点の対の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーが電極の境界を定義し、リンカーが点の対の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の直径が反復単位の長さに沿った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセット間の端から端の距離は等距離又はおおよそ等距離であるデバイス、及び
ｂ．サンガーシーケンシング又は次世代シーケンシング法によってＤＮＡをシーケンシングすることができるモジュール、
ｃ．複数のＡＣ電極を含むデバイス、ＤＮＡをシーケンシングすることができるモジュール又はその組み合わせを制御できるソフトウェアプログラム、及び
ｄ．細胞を含む流体、を含むシステム。
［９５］複数の電極が誘電泳動高電場領域及び誘電泳動低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置することを特徴とする、［９４］記載のシステム。
［９６］デバイスであって、該デバイスは、
ａ．複数の交流電流（ＡＣ）電極であって、ＡＣ電極がＡＣ動電学的高電場領域及びＡＣ動電学的低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置し、電極のアレイが波状又は非線形の線配置になっており、配置がリンカーで接続された点の対の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーが電極の境界を定義し、リンカーが点の対の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の直径が反復単位の長さに沿った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセット間の端から端の距離は等距離又はおおよそ等距離である電極、及び
ｂ．核酸をサーモサイクリングして増幅することができるモジュール、を含むデバイス。
［９７］デバイスであって、該デバイスは
ａ．複数の交流電流（ＡＣ）電極であって、ＡＣ電極がＡＣ動電学的高電場領域及びＡＣ動電学的低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置し、電極のアレイが波状又は非線形の線配置になっており、配置がリンカーで接続された点の対の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーが電極の境界を定義し、リンカーは点の対の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の直径が反復単位の長さに沿った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセット間の端から端の距離は等距離又はおおよそ等距離である電極、及び
ｂ．シーケンシングを行なうことができるモジュール、を含むデバイス。
［９８］複数の電極が誘電泳動高電場領域及び誘電泳動低電場領域を確立するために選択的に電圧が加えられるように配置されることを特徴とする、［９６］又は［９７］記載のデバイス。
［９９］前記デバイスが細胞を含む流体から核酸を単離することができ、単離された核酸の増幅を行うことができることを特徴とする、［９６］記載のデバイス。
［１００］単離された核酸がＤＮＡ又はｍＲＮＡであることを特徴とする、［９９］記載のデバイス。
［１０１］核酸が単離され、増幅が単一のチャンバーで行われることを特徴とする、［９６］記載のデバイス。
［１０２］核酸が単離され、増幅が単一のチャンバーの複数の領域で行なわれることを特徴とする、［９６］記載のデバイス。
［１０３］前記デバイスが増幅を行うために少なくとも１つの溶出チューブ、チャンバー及びリザーバーを含むことを特徴とする、［９６］記載のデバイス。
［１０４］核酸の増幅がポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）に基づくものであることを特徴とする、［９６］記載のデバイス。
［１０５］核酸の増幅が複数の温度ゾーンを含む、曲がったマイクロチャンネルで行なわれることを特徴とする、［９６］記載のデバイス。
［１０６］増幅が非混和性の流体の中で封入した水性の液滴中で行なわれる（すなわちデジタルＰＣＲ）ことを特徴とする、［９６］記載のデバイス。
［１０７］サーモサイクリングが対流を含むことを特徴とする、［９６］記載のデバイス。
［１０８］デバイスが電極と接触した又は電極に隣接した表面を含み、該表面が生体分子を選択的に捕捉できる生物学的リガンドで機能化されていることを特徴とする、［９６］又は９７記載のデバイス。
［１０９］電極のアレイがヒドロゲルで覆われていることを特徴とする、［９６］乃至［１０８］のいずれかに記載のデバイス。
［１１０］ヒドロゲルが２つ以上の合成ポリマー層を含むことを特徴とする、［１０９］記載のデバイス。
［１１１］ヒドロゲルを電極上にスピンコーティングする、［１０９］又は［１１０］記載のデバイス。
［１１２］ヒドロゲルをスピンコーティングする前に約０．５ｃＰから約５ｃＰの間の粘性を有することを特徴とする、［１１１］記載のデバイス。
［１１３］ヒドロゲルが約０．１ミクロン及び１ミクロンの間の厚さを有することを特徴とする、［１０９］乃至［１１２］のいずれかに記載のデバイス。
［１１４］ヒドロゲルが約０．１Ｓ／ｍから約１．０Ｓ／ｍの間の伝導度を有することを特徴とする、［１０９］乃至［１１３］のいずれかに記載のデバイス。
［１１５］電極のアレイが約２．０－約４．０の相対的な誘電率を備えた保護層を含むことを特徴とする、［９６］乃至［１１４］のいずれかに記載のデバイス。
［１１６］表面が、
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．イオン又は静電的相互作用、又は
ｅ．その任意の組み合わせ、により選択的に生体分子を捕捉することを特徴とする、［９６］又は［９７］記載のデバイス。
［１１７］表面が、
ａ．ポリマー（例えばポリエチレングリコールＰＥＧ）、
ｂ．イオン又は静電的相互作用、
ｃ．界面活性剤、又は
ｄ．そ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及び／又は阻害するために機能化されることを特徴とする、［９６］又は［９７］記載のデバイス。
［１１８］前記デバイスが（ａ）平らで隣り合った、（ｂ）垂直に向き合った、又は（ｃ）水平に向き合った状態で配される複数の微小電極デバイスを含むことを特徴とする、［９６］又は［９７］記載のデバイス。
［１１９］前記デバイスがサンガーシーケンシングを行なうことができるモジュールを含むことを特徴とする、［９７］記載のデバイス。
［１２０］サンガーシーケンシングを行なうことができるモジュールが、キャピラリー電気泳動を行うことができるモジュール、多色蛍光検出ができるモジュール又はその組み合わせを含むことを特徴とする、［１１９］記載のデバイス。
［１２１］前記デバイスが、次世代シーケンシングを行なうことができるモジュールを含むことを特徴とする、［９７］記載のデバイス。
［１２２］次世代シーケンシングを行うことができるモジュールが、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又は単一分子シーケンシングを行うことができることを特徴とする、［１２１］記載のデバイス。
［１２３］細胞を含む流体から核酸を単離する方法であって、該方法は
ａ）［１］又は［３４］に記載の方法を行う工程、
ｂ）ＰＣＲ産物を生成するために、核酸又は核酸のｃＤＮＡバージョンに対してＰＣＲ増幅を行なう工程、
ｃ）第三ＡＣ動電学的領域におけるＰＣＲ産物を単離する工程、
ｄ）核酸のシーケンシング産物を生成するために、ＰＣＲ産物に対してサンガーチェーンターミネーション反応を行う工程、及び
ｅ）核酸のシーケンシング産物を電気泳動によって分離する工程、を含む方法。
［１２４］第三ＡＣ動電学的領域が誘電泳動電場領域であることを特徴とする、［１２３］記載の方法。
［１２５］第三ＡＣ動電学的領域が誘電泳動高電場領域であることを特徴とする、［１２３］記載の方法。
［１２６］電極のアレイが波状又は非線形の線配置になっており、配置がリンカーで接続された点の対の形状を備えた反復単位を含み、点とリンカーが電極の境界を定義し、リンカーが点の対の間で内側に向かって又はその中間点で徐々に先細り、点の直径が反復単位の長さに沿った点が最も長く、ここで反復単位の平行なセット間の端から端の距離は等距離又はおおよそ等距離であることを特徴とする、［１２３］記載の方法。
［１２７］核酸のシーケンシング産物の電気泳動による分離がキャピラリー電気泳動であることを特徴とする、［１２３］記載の方法。
［１２８］前記方法が核酸のシーケンシング産物を分析するための多色蛍光検出の使用をさらに含むことを特徴とする、［１２３］記載の方法。
［１２９］全ての工程が単一のチップ上で行なわれることを特徴とする、［１２３］記載の方法。
［１３０］細胞を含む流体が１０，０００個以下の細胞を含むことを特徴とする、［１］、［３４］又は［１２３］記載の方法。

Claims (15)

  1. 細胞を含む流体から核酸を単離する方法であって、該方法は、
    ａ．ＡＣ動電学的電場を生じさせることができる電極のアレイを含むデバイスに流体を適用する工程、
    ｂ．第一ＡＣ動電学的電場領域で複数の細胞又は流体中の他の粒子材料を濃縮する工程であって、流体の伝導度が１００ｍＳ／ｍ以上である工程、
    ｃ．細胞に直流電流を適用することによって、第一ＡＣ動電学的電場領域中の細胞を溶解する工程、
    ｄ．第二ＡＣ動電学的電場領域中の核酸を単離する工程であって、第二ＡＣ動電学的電場領域は第二誘電泳動高電場領域である工程、及び
    ｅ．第一ＡＣ動電学的電場領域からの濃縮された細胞及び／又は他の粒子材料を洗い流す工程、
    を含む方法。
  2. 流体が、核酸、凝集タンパク質、細胞残屑、ウィルス又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 核酸が高分子量核酸を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 核酸が、高分子量ＤＮＡ、より小さなＤＮＡ、ＲＮＡ又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 第二誘電泳動高電場領域で単離された核酸をさらなる特徴決定のために溶出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  6. 流体が全血、血清、血漿、脳脊髄液、尿または唾液を含む、請求項１に記載の方法。
  7. 流体が血液を含む、請求項１に記載の方法。
  8. ＡＣ動電学的電場領域を１ボルトから４０ボルトのピーク－ピーク電圧、及び／又は５Ｈｚから５，０００，０００Ｈｚの周波数、及び５％から５０％までのデューティーサイクルを有する交流電流を使用して発生させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  9. 流体伝導度が５００ｍＳ／ｍ以上である、請求項１に記載の方法。
  10. 電極のアレイが、０．１ミクロンと１ミクロンの間の厚さを有するヒドロゲルでスピンコートされる、請求項１に記載の方法。
  11. ヒドロゲルは、２つ以上の合成ポリマー層を含む、請求項１０に記載の方法。
  12. ヒドロゲルは、スピンコーティングする前に０．５ｃＰから５ｃＰの間の粘性を有する、請求項１０に記載の方法。
  13. ヒドロゲルは、０．１Ｓ／ｍから１．０Ｓ／ｍの間の伝導度を有する、請求項１０に記載の方法。
  14. 電極のアレイは波状の線配置になっており、該配置はリンカーで接続された点の対の形状を備えた反復単位を含み、リンカーが点の対の間で中間点に向かって徐々に先細り、点の直径は反復単位の長さに沿って最も長い幅となり、ここで反復単位の平行なセット間の端から端の距離は等距離又はおおよそ等距離である、請求項１に記載の方法。
  15. 電極のアレイは、２．０－４．０の相対的な誘電率を備えた保護層を含む、請求項１に記載の方法。
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