液滴サンプルを操作するためのカートリッジ及びシステム
【課題】電極アレイを用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルムを有するカートリッジ、および、カートリッジが配置される液滴操作システムを提案する。
【解決手段】カートリッジ１は、試薬又はサンプ６’を内部に保持するように構成される多数のウェルを有する本体部２、ウェルの上側をシールするように構成される柔軟に変形可能な上部構造７、ウェルの底側をシールするように構成される穿孔可能な底部構造８、本体部の下面４の下方に位置し疎水性上面１１を有する作業フィルム１０、作業フィルムを本体部に接続する周辺スペーサ９、周辺スペーサによって規定される隙間１２、及び、底部構造を穿孔するように構成される多数の穿孔要素１３を有する。システム４０は、カートリッジを上に配置することができる電極アレイ２０を有する。
【解決手段】カートリッジ１は、試薬又はサンプ６’を内部に保持するように構成される多数のウェルを有する本体部２、ウェルの上側をシールするように構成される柔軟に変形可能な上部構造７、ウェルの底側をシールするように構成される穿孔可能な底部構造８、本体部の下面４の下方に位置し疎水性上面１１を有する作業フィルム１０、作業フィルムを本体部に接続する周辺スペーサ９、周辺スペーサによって規定される隙間１２、及び、底部構造を穿孔するように構成される多数の穿孔要素１３を有する。システム４０は、カートリッジを上に配置することができる電極アレイ２０を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーフィルム上において液滴サンプルを操作するためのポリマーフィルムを備えたカートリッジに関する。本発明はさらに、そのようなカートリッジと、基板によって支持された電極アレイと、個別電極の選択を制御するため且つ電気湿潤（electrowetting）によって液滴を操作する個別電圧パルスを個別電極に供給するための中央制御ユニットとを有する液滴操作システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
組織サンプル又は微生物、特に核酸又はタンパク質などの生物学的物質の分析は、様々な分野において、特に科学研究、薬理学スクリーニング又は法医科学、及び医療診断の分野において十分に確立されている。適切な方法が、異なる目的のために開発され、各方法は、特別な反応試薬一式とそれぞれの方法を実行するための装置とを必要とする。しかしながら、既存分析手順を各分野に存在する異なる条件や要求に採用することが課題である。例えば犯罪科学捜査では、分析される比較的少量の物質が通常利用可能である。加えて、そのような物質の品質はかなり低い可能性があり、関係する人材に更なる課題を提起する。従って、前記手順は、これらの条件に特に適合する必要がある。他方、研究所診断手順においては、生物学的物質は十分な量を通常利用することができるが、要求される方法は、解決されるべき根本的な課題に応じて個別に採用されることとなる。
【０００３】
生物学的物質の分析の最初の段階では、それ自体当技術分野で周知である要求される方法が存在する。関心のある物質が、例えば（犯罪科学捜査では）犯罪現場から又は（診断目的で）患者から収集される。そのような物質は、（口腔粘膜細胞、毛包などの）組織サンプル又は（血液、唾液などの）体液であり得る。この出発物質は次に、核酸又はタンパク質を分析に利用可能にするために更なる加工処理を必要とする。一般に、例えば熱の適用、ある酵素活性、及び／又は特定化学物質の適用を含む溶解ステップがこれらの目的のために最初に適用される。細胞溶解の後に、更なる細胞物質から関心のある核酸又はタンパク質の精製が行われる。核酸が分析される場合には、増幅ステップは、サンプル収率を増加させるために望ましい。核酸増幅は一般に、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）によって実現される。この方法は、配列特異的プライマーを使用して特定の所定の核酸配列の増幅を可能にする。解決されるべき課題に応じて、増幅した物質は、例えばシークエンシングによってさらに分析され得る。
【０００４】
そのような方法の信頼性及び簡素化が進展して、例えばキットを使用して、これらの方法は、これらの異なる分野において標準手順になってきた。分子レベルに基づく診断の増加する要求と共に、最初の生物サンプルをはじめとして最終分析まで、関連サンプルの自動処理の要求が増加している。
【０００５】
自動液体処理システムは、当技術分野で一般に周知である。１つの例は、本願出願人からのＦｒｅｅｄｏｍ ＥＶＯ（登録商標）ロボットワークステーション（テカン・シュバイツ・アクチェンゲゼルシャフト、スイス、ツェーハー８７０８メンネドルフ、ゼーシュトラーセ１０３番）である。この装置は、独立型機器又は分析システムと自動接続した自動液体処理を可能にする。これらの自動システムは一般に、処理するために大量（マイクロリットルからミリリットル）の液体を必要とする。それらはまた、携帯用に設計されていない大型のシステムである。
【０００６】
生物サンプルを溶解及び／又は精製するための携帯機器は、国際公開第２００７／０６１９４３号公報から知られている。核酸の処理は、両側に配置された電極を使用してカートリッジチャンバ内部で行われ、それによって、電解、電気穿孔法、電気浸透、電気運動又は抵抗加熱によって生物学的物質を処理する。カートリッジはさらに、ふるい分けマトリックス又は膜を有する。適当な緩衝液及び他の試薬を使用して、電極の適用と組み合わせて、種々の反応をチャンバ内部で行うことができ、所望の生産物を、例えば収集膜に向けることができる。核酸の配列が分析される場合、平行して分析される配列の数は、プローブの数に制限される。一般に、作用することができるプローブの数は、関連機器が平行して検出することができる４つの異なる波長に制限される。カートリッジ自体は、必要制御要素とエネルギー源とを有する一体化システムに配置することができる。このカートリッジはサンプル処理を少なくとも部分的に電子的に制御するシステムを提供するけれども、調査者又は技術研究所スタッフの介入がまだ必要である。
【０００７】
生物サンプルの自動処理に対処する別の取り組みは、マイクロ流体の分野から生じる。この技術分野は一般に、小容量の、通常はマイクロ又はナノスケール形式の液体の制御及び操作に関する。例えば固定装置のマイクロポンプ又は回転実験器具の求心力によって制御されるような経路システム内の液体移動はそれ自体周知である。デジタルマイクロ流体工学では、規定電圧が電極アレイの電極に印加され、それによって個々の滴が対処される（電気湿潤）。電気湿潤法の一般概説については、ワシズ（Washizu）によるＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ、１９９８年、第３４巻、４号、及び、ポラック（Pollack）等によるＬａｂ ｃｈｉｐ、２００２年、第２巻、ｐ９６−１０１を参照してください。簡潔に言えば、電気湿潤は、好ましくは疎水性層によって覆われるマイクロ電極アレイを使用して液滴を移動する方法に言及する。電極アレイの電極に規定電圧を印加することによって、対処される電極に存在する液滴の表面張力の変化が引き起こされる。これは、対処される電極上の液滴の接触角の著しい変化を引き起こし、従って、液滴の移動を引き起こす。そのような電気湿潤手順において、電極を配置する２つの原理方法、すなわち液滴の移動を引き起こす電極アレイを備えた１つの単一表面を使用すること、あるいは同様の電極アレイの反対側にあると共に少なくとも１つの接地電極を提供する第２の表面を加えることが知られている。電気湿潤技術の大きな利点は、小容量の液体のみが、例えば単一液滴が必要であることである。従って、液体処理は、大幅に短い時間内に行うことができる。さらに、液体移動の制御は、完全にサンプルの自動処理を生じさせる電子制御のもとですることができる。
【０００８】
電極アレイを備えた１つの単一表面（電極の単一平面配置）を使用した電気湿潤による液滴操作装置は、米国特許第５，４８６，３３７号から知られている。電極は全て、担体基板の表面に配置される、基板に入れられる、又は非湿潤性表面によって覆われる。電圧源は、電極に接続される。液滴は、それに続く電極に電圧を印加することによって移動され、従って、電極への一連の電圧印加に応じて電極上の液滴の移動を誘導する。
【０００９】
少なくとも１つの接地電極を備えた反対面を有する電極アレイを使用した液滴移動のマイクロスケール制御のための電気湿潤装置は、米国特許第６，５６５，７２７号（電極の２平面配置）から知られている。この装置の各表面は、複数の電極を有し得る。電極アレイの駆動電極は好ましくは、各単一電極の端部に位置する突出部によって互いにかみあう関係に配置される。２つの対向するアレイは、隙間を形成する。隙間の方へ指向される電極アレイの表面は好ましくは、電気絶縁疎水性層によって覆われる。液滴は、隙間内に位置付けられ、隙間の反対場所に配置される複数の電極に複数の電界を連続して印加することによって非極性充填流体内に移動される。
【００１０】
生物サンプルの処理と関連した液滴サンプルを操作するためのそのような電気湿潤装置の使用は、米国特許出願第２００７／０２１７９５６Ａ１号から知られている。ここでは、例えば熱サイクルを通じてプリント回路基板において核酸を増幅することが提案されている。液滴は、参照電極と１つ若しくはそれ以上の駆動電極との間の電位を適用することによって電極アレイに運ばれる。サンプルは、プリント回路基板のリザーバ内に配置され、液滴は、前記プリント回路基板において分配される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記の装置は何れも、小容量規模において収集した物質をはじめとして最終分析まで、核酸の十分に自動化された処理を可能にするものではない。提示された装置の更なる欠点は、生産が一般に高価であり、従って使用時にかなり簡単に処分できない電極アレイのそのような配置の性質を伴うことである。しかしながら、異なる生物サンプル及び用途において同一装置の連続的な再使用は、関心のあるサンプルを二次感染させるリスクを負担し、それは間違った結果を導き得る。従って、そのような装置は、高処理量分析に適していない。
【００１２】
ポリマーフィルム上において液滴サンプルを操作するためのポリマーフィルムを備えた容器は、国際公開第２０１０／０６９９７７Ａ１号から知られている。生物サンプル処理システムは、大容量処理のための容器と、下面と疎水性上面とを備えた平坦なポリマーフィルムとを有する。平坦なポリマーフィルムは、突出部によって容器の基部側に対してある距離に保持される。この距離は、容器が前記フィルム上に配置されるときに少なくとも１つの隙間を規定する。液滴操作機器は、液滴移動を誘発するための少なくとも１つの電極アレイを有する。少なくとも１つの電極アレイを支持する基板がまた、液滴操作機器のための制御ユニットと同様に開示されている。容器及びフィルムは、液滴操作機器に可逆的に取り付けられている。従って、前記システムは、少なくとも１つのウェルから容器の経路を通じて平坦なポリマーフィルムの疎水性上面に、また少なくとも１つの電極アレイの上方へ、少なくとも１つの液滴の移動を可能にする。液滴操作機器は、電気湿潤によって平坦なポリマーフィルムの疎水性上面における液滴の誘導された移動を制御するように、またそこで生物サンプルを処理するように完成される。
【００１３】
本発明の目的は、カートリッジの作業フィルムが電極アレイ上に配置されるときに電極アレイを用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルムを有する代替的カートリッジを提案することである。本発明の別の目的は、本発明のカートリッジの作業フィルム上において液滴サンプルを操作するために本発明のカートリッジが配置される電極アレイを備えた好適な液滴操作システムを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、カートリッジの作業フィルムが電極アレイ上に配置されるときに電極アレイを用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルムを有するカートリッジが提案される第１の態様に従って実現される。本発明は、前記カートリッジが、
ａ） 上面、下面、及び試薬又はサンプルを内部に保持するように構成される多数のウェルを有する本体部と、
ｂ） 液体に対して不浸透性を有すると共にウェルの上側をシールするように構成される柔軟に変形可能な上部構造と、
ｃ） 液体に対して不浸透性を有すると共にウェルの底側をシールするように構成される穿孔可能な底部構造と、
ｄ） 本体部の下面の下方に位置する作業フィルムであって、液体に対して不浸透性を有すると共に疎水性上面を有する作業フィルムと、
ｅ） 本体部の下面の下方に位置し、作業フィルムを本体部に接続する周辺スペーサと、
ｆ） 本体部の下面と作業フィルムの疎水性上面との間の隙間であって、周辺スペーサによって規定される隙間と、
ｇ） 穿孔可能な底部構造の下方に位置すると共に試薬又はサンプルをウェルから隙間へ解放するために穿孔可能な底部構造を穿孔するように構成される多数の穿孔要素と、
を有することを特徴する。
【００１５】
この目的は、基板と電極アレイとを有する液滴操作システムであって、本発明のカートリッジの作業フィルム上において液滴サンプルを操作するために、本発明のカートリッジが電極アレイの上部に配置される液滴操作システムが提案される第２の態様に従って実現される。前記システムはさらに、電極アレイの個別電極の選択を制御するため且つ電極に液滴を電気湿潤によって操作する個別電圧パルスを供給するための中央制御ユニットを有する。
【００１６】
更なる発明の特徴は、何れの場合においても従属請求項から得られる。
【００１７】
本発明に係るカートリッジは、以下の利点を有する。すなわち、
・カートリッジは、多数の異なる分析に適合するように物理的に設計され、それによって多様な異なる分析において一般的である。
・使い捨てのカートリッジは、一回限りの使用のために設計され、計画された分析のために十分である数及び量の準備された処理液及び／又は試薬が予め搭載されて提供される。
・カートリッジは、口腔綿棒ヘッド（buccal swab head）、組織片又は吸い取り紙、血液のような液体サンプルなどの試料の安全な吸入のために設計される。
・電極アレイは、カートリッジから完全に分離され、非常に多くの回数再利用することができる。
・電極アレイは好ましくは、実行される分析に従って変更できる設計を有する。
・電極アレイは、試料物質、サンプル、又は試薬によって触れられず、従って常に清潔である。
・本発明に係るカートリッジ及びシステムを用いて、単一サンプルを複数滴に分けることができる。これは、以下のこと、すなわち、
・単一液滴の個別操作、
・これらの液滴のそれぞれにおいて個別反応を行うこと、
・各液滴を異なって個別に処理し、例えば、各液滴の核酸サンプルにおいて核酸増幅を行うことができると共に異なる単一ヌクレオチド多型（ＳＮＰ）を分析することができること、
・サンプルの液滴の一部を核酸分析のために処理することができると共に同一サンプルから別の液滴を免疫測定法又は参考サンプルのために供給することができること、
・単一波長を適用して多数の液滴の分析を行うことができ、例えば、平行して分析される列の数は、本発明に係るカートリッジ及びシステムの共通領域によってのみ限定され、機器用光によって限定されないこと、
を可能にする。
【００１８】
本発明に係る液滴サンプルを操作するためのカートリッジ及びシステムを、発明の範囲を制限することを意図するものではない本発明の好ましい例示的実施形態を示す添付図面を用いてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】底部分によって閉じられた中央開口部を備えると共に別個の周辺スペーサに接触した多数のウェルと作業フィルムとを備えた第１実施形態に係るフレーム構造カートリッジであって、液滴操作システムの電極アレイにほとんど接触しているカートリッジの縦断面図である。
【図２】一体化した周辺リムによって接触した多数のウェルと作業フィルムとを備えた第２の実施形態に係る板状構造カートリッジであって、液滴操作システムの電極アレイにほとんど接触しているカートリッジの縦断面図である。
【図３】別個の周辺スペーサに接触した多数のウェルと作業フィルムとを備え、本体部にわたって中央開口部を備えた第３実施形態に係るフレーム構造カートリッジであって、液滴操作システムの電極アレイにほとんど接触しているカートリッジの縦断面図である。
【図４】図３の第３実施形態に係るフレーム構造カートリッジであって、カートリッジが、液滴操作システムの電極アレイに接触し、１つのウェルの穿孔可能な底部構造が開口され、その内容物の一部が作業フィルムとカバー層との間の隙間に押されるカートリッジの縦断面図である。
【図５】別個の周辺スペーサに接触した多数のウェルと作業フィルムとを備え、本体部にわたって中央開口部を備えた第４実施形態に係るフレーム構造カートリッジであって、カートリッジが、液滴操作システムの電極アレイに接触し、１つのウェルの穿孔可能な底部構造が開口され、その内容物の一部が作業フィルムとここでは剛性カバーとして構成されるカバー層との間の隙間に押されるカートリッジの縦断面図である。
【図６】非活動位置（passive position）にある吸入装置を備えた第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジの三次元上面図である。
【図７】非活動位置にある吸入装置を備えた図６に示す第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジの底面図である。
【図８Ａ】第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジの試料吸入口の詳細な三次元図であり、活動位置（active positon）にある部分的に挿入された吸入装置を備えたフレーム状カートリッジの試料吸入口の部分断面図である。
【図８Ｂ】第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジの試料吸入口の詳細な三次元図であり、フレーム状カートリッジの試料吸入口と活動位置にある部分的に挿入された吸入装置の部分断面図である。
【図９】第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジを受容するために構成される液滴操作システムの電極配置であって、特に、ＤＮＡ断片の抽出及びＰＣＲ増幅、遺伝子型決定のためのハイブリダイゼーション実験及び光検出のため、細胞物質の溶解に合うように構成された前記配置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、底部分１６によって閉じられた中央開口部１４を備えると共に別個の周辺要素９”として構成される周辺スペーサ９に接触した多数のウェル５と作業フィルム１０を備えた第１実施形態に係るフレーム構造カートリッジ１の縦断面図を示す。カートリッジ１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０にほとんど接触している。
【００２１】
このカートリッジ１は、カートリッジ１の作業フィルム１０が前記電極アレイ２０上に配置されるときに電極アレイ２０を用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルム１０を有する。このカートリッジ１はまた、本体部２を有し、本体部２は好ましくは、実質的に平坦な下面４を有する。第１実施形態によれば、本体部２は、中央開口部１４を有するフレーム構造２”として構成されている。本体部２は、上面３、下面４、及び試薬６又はサンプル６’を内部に保持するように構成された多数のウェル５を有する。好ましくは、本体部２の材料は、液体に対して不浸透性を有し、ウェル５内に含まれる液体又はサンプルを吸収したり干渉したりすることのない不活性プラスティック材料からなる。フレーム構造２”の形をした本体部２の射出成形のための好ましい材料は、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、環状オレフィン重合体（ＣＯＰ）、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート及びガラスを含む。射出成形以外の好ましい生産技術は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン又はポリテトラフルオロエテン（ＰＴＦＥ）のカッティング及び／又はパンチングを含む。
【００２２】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の上側をシールするように構成された柔軟に変形可能な上部構造７を有する。好ましくは、描かれているように、柔軟に変形可能な上部構造７は、フレーム構造２”の上面３に密封して取り付けられた柔軟なフォイル（foil）として構成される。柔軟なフォイルは好ましくはゴム又は熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などのエラストマー材料膜から作られ、好ましくは溶接によってフレーム構造２”の上面３に密封して取り付けられる。あるいは、柔軟に変形可能な上部構造７は、フレーム構造２”に一体化される本体部２の柔軟な上部分として構成される（不図示）。この場合、本体部の材料は好ましくは、ＴＰＥである。
【００２３】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の底側をシールするように構成された穿孔可能な底部構造８を有する。好ましくは、描かれるように、穿孔可能な底部構造８は、フレーム構造２”と一体化される本体部２の穿孔可能な底部分として構成される。この場合、本体部の材料は好ましくは、ＴＰＥである。あるいは、穿孔可能な底部構造８は、フレーム構造２”の下面４に密封して取り付けられる穿孔可能なフォイルとして構成される（不図示）。この場合、穿孔可能なフォイルは好ましくは、ゴム又は熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などのエラストマー材料膜から作られる。
【００２４】
このカートリッジ１はまた、本体部２，２”の下面４の下方に位置する作業フィルム１０を有する。作業フィルム１０は、液体に対して不浸透性を有すると共に疎水性上面１１を有し、疎水性上面１１には、液滴が電気湿潤技術によって移動されることとなる。
【００２５】
第１の好ましい実施形態によれば、作業フィルム１０は、疎水性材料からなる単層として構成される。
【００２６】
図１に描かれる好ましい実施形態では、疎水性材料からなる単層はまた、（作業フィルム１０が電極アレイ２０の個別電極４４のそれぞれ１つを電気的に絶縁するように）電気的に絶縁している。従って、カートリッジ１は、更なる誘電性層を必要とすることなく作業フィルム１０を用いて電極アレイ２０の上に直接的に配置することができる。そのような好ましい誘電性／疎水性作業フィルム１０を生産するための好ましい材料は、ペルフルオロエチレンプロピレン共重合体、ペルフルオロアルコキシ重合体及び共重合体（ＰＦＡ）、環状オレフィン重合体及び共重合体（ＣＯＰ）、及びポリエチレン（ＰＥ）などのフッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）を含む群から選択される。
【００２７】
しかしながら、疎水性材料からなる単層が、（作業フィルム１０が電極アレイ２０の個別電極４４間において短絡を引き起こすように）電気的に絶縁していない場合、カートリッジ１は、電極アレイ２０と作業フィルム１０との間に位置する更なる誘電性層（不図示）を備えた電極アレイ２０の上に作業フィルム１０を用いて配置する必要がある。そのような更なる誘電性層は、作業フィルム１０の下面に、又は個別電極４４の上面若しくは表面レベル４８に取り付けることができる（不図示）。あるいは、更なる誘電性層は、カートリッジ１が作業フィルム１０を用いて電極アレイ２０上に配置される前に電極アレイ２０上に位置付けられる別個の誘電体シートとして設けることができる（不図示）。そのような疎水性を有する非誘電性（non-dielectric）材料からなる単層の作業フィルム１０を生産するための好ましい材料は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン又はポリテトラフルオロエテン（ＰＴＦＥ）である。
【００２８】
第２の好ましい実施形態によれば、作業フィルム１０は、上面１１が疎水性を有するように処理された電気的に非電導性の材料からなる単層として構成される。カートリッジ１は、更なる誘電性層を必要とすることなく電極アレイ２０の上に作業フィルム１０を用いて直接的に配置することができる。そのような処理は、シランを用いた電気的に非電導性材料からなる単層をコーティングすることができる（２００２年、マルシア、アルマンザ−ワークマン等）。
【００２９】
第３の好ましい実施形態によれば、作業フィルム１０は、下層と疎水性上層とを有する積層であって、下層が電気的に電導性又は非電導性である積層として構成される。
【００３０】
図１に示されるものと同様に、積層作業フィルム１０は好ましくは、誘電性下層と疎水性上層とを有し、それによって、作業フィルム１０は、電極アレイ２０の個別電極４４のそれぞれ１つを電気的に絶縁する。あるいは、疎水性材料からなる第３の層を、２つの疎水性層の間に位置する誘電性層を有するサンドイッチが形成されるように誘電性層の下側に積層することができる。何れの場合においても、カートリッジ１は、更なる誘電性層を必要とすることなく電極アレイ２０の上に作業フィルム１０を用いて直接的に配置することができる。そのような少なくとも１つの誘電性層と少なくとも１つの疎水性層とを有する好ましい積層作業フィルム１０を生産するための好ましい材料の組み合わせは、例えば、疎水性層のためのペリフルオロエチレンプロピレン共重合体などのフッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）と誘電性層のためのデュポン製のカプトン（登録商標）のようなポリイミド（ＰＩ）とから選択される。
【００３１】
しかしながら、積層作業フィルム１０が、（作業フィルム１０が、電極アレイ２０の個別電極４４間において短絡を引き起こすように）非誘電性材料からなる下層を有する場合、カートリッジ１は、電極アレイ２０と作業フィルム１０との間に位置する更なる誘電性層を備えた電極アレイ２０の上に作業フィルム１０を用いて配置する必要がある。そのような更なる誘電性層は、作業フィルム１０の下面に、又は個別電極４４の上面若しくは表面レベル４８に取り付けることができる（不図示）。あるいは、更なる誘電性層は、カートリッジ１が作業フィルム１０を用いて電極アレイ２０上に配置される前に電極アレイ２０上に位置付けられる別個の誘電性シートとして設けることができる（不図示）。
【００３２】
実際には、液滴操作システム４０の電極アレイ２０と本発明に係るカートリッジ１の作業フィルムとの間に更なる誘電性層を配置する必要がある場合、又はそのような必要がない場合、液滴を操作するため、且つ個別電極を濡れて（電気的に接続されて）酸化又は損傷することから保護するためのシステム４０の電極アレイ２０のクリーニングをただ容易にするために更なる誘電性層を用いて電極アレイを覆うことが好ましい。
【００３３】
このカートリッジ１はまた、本体部２，２’，２”の下面４の下方に位置し、作業フィルム１０を本体部２，２’，２”に接続する周辺スペーサ９を有する。このカートリッジ１はまた、本体部２，２’，２”の下面４と作業フィルム１０の疎水性上面１１との間に隙間１２を有する。この隙間１２は、周辺スペーサ９によって規定される。好ましくは、周辺スペーサ９は、隙間１２の領域を囲むと共に本体部２と一体的に形成される周辺リム９’として構成される（図２参照）。あるいは、図１に示すように、周辺スペーサ９は、隙間１２を囲むと共にここではフレーム構造２”として構成される本体部２の下面４に取り付けられる別個の周辺要素９”として構成される。描かれるように、作業フィルム１０は好ましくは、フレーム構造２”の別個の周辺要素９”に取り付けられる。
【００３４】
好ましくは、必要に応じて大きく及び多数にすることができ、カートリッジ１は、隙間１２の領域内に位置してフレーム構造２”の本体部２の下面４に取り付けられる中間スペーサ１５を有する。これらの中間スペーサは好ましくは、別個の周辺要素９”と同一高さを有し、好ましくは同一隙間寸法を規定する。
【００３５】
このカートリッジ１はまた、穿孔可能な底部構造８の下方に位置すると共に試薬又はサンプル６，６’をウェル５から隙間１２へ解放するために穿孔可能な底部構造８を穿孔するように構成された多数の穿孔要素１３を有する。図１に描かれたカートリッジの実施形態では、穿孔要素１３は、隙間１２の領域内に位置し、別個のリング状要素９”として構成されて隙間１２を囲むスペーサ９と一体的に形成される。好ましくは、穿孔要素１３は、ウェル５又は吸入凹部の下方に位置し、液滴操作システム４０の作動要素４０によって作動されるときに少なくとも穿孔可能な底部構造８を穿孔するように構成される。作動要素４１は好ましくは、案内経路４５によって移動が案内される。
【００３６】
好ましくは、フレーム構造２”の中央開口部１４は、本体部２の実質的に平坦な下面４を形成するためにフレーム構造２”と一体的に形成される本体部２の底部分１６を残す本体部２の上面３の窪みとして構成される。従って、隙間１２が本体部２の下面４と作業フィルム１０の疎水性上面１１との間に延びることが、図１に示されている。
【００３７】
好ましくは、基板４２は、隙間１２内の（ここでは点線で示されるのみである）滴２３に光を導くため及び／又は隙間１２内の滴２３から離れて光を案内するための少なくとも１つの光ファイバ２１を有する。図１では、所謂底部読取光学システムは、光ファイバ２１によって示されている。この光学システムを用い、光源（不図示）から発生する励起光は、（示されていない）光学的に透明である（不図示）又は貫通穴（不図示）を有する個別電極４４を通じて導くことができる。励起光は次に、光学的に透明である必要がある作業フィルム１０を貫き、サンプル材料を備えた滴２３が作業フィルム１０内に入る。サンプル材料が蛍光体を有する場合、この蛍光体は、次に光学底部読取システム及び該システムに接続される検出器によって検出される蛍光を発する。従って、図１に示される実施形態の底部読取システムは、励起光をサンプルに送るように、またサンプルによって発せられた蛍光を受信して検出するように構成される。好ましくは、光ファイバ２１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０の基板４２に組み込まれる。この基板はまた、個別電極４４をシステム４０の中央制御ユニット４３と結びつける電気線を有する。
【００３８】
図２は、第２の発明の実施形態に係る板状構造２’として構成される本体部２を備えたカートリッジ１の縦断面図を示す。このカートリッジ１は、多数のウェル５と、一体化した周辺リム９’によって本体部２に接触した作業フィルム１０とを有する。カートリッジ１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０とほとんど接触している。
【００３９】
このカートリッジ１はまた、カートリッジ１の作業フィルム１０が電極アレイ２０上に配置されるときに電極アレイ２０を用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルム１０を有する。このカートリッジ１はまた、本体部２を有し、本体部２は好ましくは、実質的に平坦な下面４を有する。第２実施形態によれば、本体部２は、板状構造２’として構成される。本体部２は、上面３、下面４、及び試薬６又はサンプル６’を内部に保持するように構成された多数のウェル５を有する。第１実施形態のフレーム構造と同様に、本体部２の材料は好ましくは、液体に対して不浸透性を有し、ウェル５内に含まれる液体又はサンプルを吸収したり干渉したりすることのない不活性プラスティック材料からなる。本体部２の射出成形のためのフレーム構造２”と同様のプラスティック材料がまた、この実施形態の板状構造２’を生産するために好ましい。
【００４０】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の上側をシールするように構成された柔軟に変形可能な上部構造７を有する。好ましくは、図２に描かれているように、柔軟に変形可能な上部構造７は、板状構造２’に一体化された本体部２の柔軟な上部分として構成される。本体部２及び柔軟な上部分の射出成形のための材料は好ましくは、ＴＰＥである。あるいは、柔軟に変形可能な上部構造７は、板状構造２’の上面３に密封して取り付けられる柔軟なフォイルとして構成される。柔軟なフォイルは好ましくは、ゴム又は熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などのエラストマー材料膜から作られ、好ましくは溶接によって板状構造２’の上面３に密封して取り付けられる。
【００４１】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の底側をシールするように構成される穿孔可能な底部構造８を有する。好ましくは、描かれているように、穿孔可能な底部構造８は、板状構造２’の下面４に密封して取り付けられた穿孔可能なフォイルとして構成される。この穿孔可能なフォイルは好ましくは、ゴム又は熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などのエラストマー材料膜から作られる。あるいは、穿孔可能な底部構造８は、板状構造２’に一体化される本体部２の穿孔可能な底部分として構成される（不図示）。この場合、本体部の材料は好ましくは、ＴＰＥである。
【００４２】
このカートリッジ１はまた、本体部２，２”の下面４の下方に位置する作業フィルム１０を有する。作業フィルム１０は、液体に対して不浸透性を有すると共に疎水性上面１１を有し、疎水性上面１１には、液滴が電気湿潤技術によって移動されることとなる。図１に関連して記載されるような作業フィルム１０及び更なる誘電性層の全ての実施形態はまた、図２に示されるカートリッジにおいて好ましい。
【００４３】
このカートリッジ１はまた、本体部２，２’，２”の下面４の下方に位置し、作業フィルム１０を本体部２，２’，２”に接続する周辺スペーサ９を有する。このカートリッジ１はまた、本体部２，２’，２”の下面４と作業フィルム１０の疎水性上面１１との間の隙間１２を有する。この隙間１２は、周辺スペーサ９によって規定される。ここでは、周辺スペーサ９は好ましくは、隙間１２の領域を囲むと共に本体部２と一体的に形成される周辺リム９’として構成される。あるいは、図１に示すように、周辺スペーサ９は、隙間１２を囲むと共にここではフレーム構造２”として構成される本体部２の下面４に取り付けられる別個の周辺要素９”として構成される。描かれるように、作業フィルム１０は好ましくは、板状構造２’の周辺リム９’に取り付けられる。
【００４４】
好ましくは、必要に応じて大きく及び多数にすることができ、カートリッジ１は、隙間１２の領域内に位置して板状構造２’と一体的に形成される中間スペーサ１５を有する。これらの中間スペーサ１５は好ましくは、周辺リム９’と同一高さを有し、好ましくは同一隙間寸法を規定する。
【００４５】
このカートリッジ１はまた、穿孔可能な底部構造８の下方に位置すると共に試薬又はサンプル６，６’をウェル５から隙間１２へ解放するために穿孔可能な底部構造８を穿孔するように構成された多数の穿孔要素１３を有する。図２に描かれたカートリッジの実施形態では、穿孔要素１３は、隙間１２の領域内で周辺リム９’に接近して位置する。穿孔要素１３はここでは、周辺リム９’に及び／又は板状構造２’の本体部２の下面４に取り付けられる。好ましくは、穿孔要素１３は、ウェル５又は吸入凹部の下方に位置し、液滴操作システム４０の作動要素４１によって作動されるときに少なくとも穿孔可能な底部構造８を穿孔するように構成される。作動要素４１は好ましくは、案内経路４５によって移動が案内される。
【００４６】
好ましくは、カートリッジ１は、隙間１２内の（ここでは点線で示されるのみである）滴２３に光を導くため及び／又は隙間１２内の滴２３から離れて光を案内するための少なくとも１つの光ファイバ２１を有する。図２では、所謂上部読取光学システムは、光ファイバ２１によって示されている。この光学システムを用い、光源（不図示）から発生する励起光は、サンプル材料を備えた滴２３に直接的に導くことができる。サンプル材料が蛍光体を有する場合、この蛍光体は、次に光学上部読取システム及び該システムに接続される検出器によって検出される蛍光を発する。従って、図２に示される実施形態の上部読取システムは、励起光をサンプルに送るように、またサンプルによって発せられた蛍光を受信して検出するように構成される。好ましくは、光ファイバ２１は、カートリッジ１の本体部２に組み込まれる。図１において既に示すように、基板４２はまた、個別電極４４をシステム４０の中央制御ユニット４３と結びつける電気線を有する。
【００４７】
図３は、本体部２の高さ全体にわたって中央開口部１４を備えた第３実施形態に係るフレーム構造カートリッジ１の縦断面図を示す。カートリッジ１は、別個の周辺要素９”として構成されるスペーサ９に接触した多数のウェル５と作業フィルム１０とを有する。カートリッジ１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０にほとんど接触している。
【００４８】
このカートリッジ１は、カートリッジ１の作業フィルム１０が電極アレイ２０上に配置されるときに電極アレイ２０を用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルム１０を有する。このカートリッジ１はまた、本体部２を有し、本体部２は好ましくは、実質的に平坦な下面４を有する。第３実施形態によれば、本体部２は、本体部２の高さ全体にわたって延びる中央開口部１４を有するフレーム構造２”として構成される。本体部２は、上面３、下面４、及び試薬６又はサンプル６’を内部に保持するように構成された多数のウェル５を有する。
【００４９】
本体部２のフレーム構造２”の下面４は、完全に平坦ではない。本体部２は、下方へ延びる外側部分５３を有する。別個の周辺要素９”の形をした完全に平坦なスペーサ９を有することに代えて、この実施形態は、本体部２の下面に従って下方に曲げられた別個の周辺要素９”を有する。
【００５０】
基板４２は、カートリッジ１のこの特有の下面に適合され、作業フィルム１０が取り付けられるカートリッジ１の本体部２，２’，２”の下面又はスペーサ９の下面４の少なくとも一部が、電極４４上において作業フィルム１０を引っ張るために電極４４の表面レベル４８を超えて移動可能であるように、電極４４の表面レベル４８に対してオフセットした表面４９を有する。
【００５１】
好ましくは、本体部２の材料は、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５内に含まれる液体又はサンプルを吸収したり干渉したりすることのない不活性プラスティック材料からなる。本体部２の射出成形のための図１のフレーム構造２”と同様のプラスティック材料がまた、この実施形態のフレーム構造２”を生産するために好ましい。
【００５２】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の上側をシールするように構成された柔軟に変形可能な上部構造７を有する。好ましくは、描かれているように、柔軟に変形可能な上部構造７は、図１の柔軟なフォイルに相当する柔軟なフォイルとして構成される。
【００５３】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の底側をシールするように構成された穿孔可能な底部構造８を有する。好ましくは、描かれているように、穿孔可能な底部構造８は、穿孔可能なカバー層１９として構成される。このカバー層１９は、カバー層１９が作業フィルム１０と反対側において隙間１２を閉じるようにフレーム構造２”の下面４に密封して取り付けられた穿孔可能なフォイルとして構成される。好ましくは、カバー層１９の下面は、フレーム構造２”の下面４と実質的に同一平面である。
【００５４】
好ましくは、カバー層１９は、電導性を有し、少なくとも隙間１２に向けられた表面において疎水性を有する。カバー層はまた、カバー層１９の材料が電導性及び疎水性の材料、例えばＰＴＦＥからなるように選択することができる。電導性カバー層１９の場合には、カバー層１９に接続されると共に液滴操作システム４０の接地電位源（ground potential source）に取付可能である電気接地接続（electrical ground connection）５４を有するカートリッジ１が好ましい。
【００５５】
このカートリッジ１はまた、本体部２，２”の下面４の下方に位置する作業フィルム１０を有する。作業フィルム１０は、液体に対して不浸透性を有すると共に疎水性上面１１を有し、疎水性上面１１には、液滴が電気湿潤技術によって移動されることとなる。図１及び図２に関連して記載されるような作業フィルム１０及び更なる誘電性層の全ての実施形態はまた、図３に描かれるカートリッジにおいて好ましい。
【００５６】
このカートリッジ１はまた、本体部２，２’，２”の下面４の下方に位置し、作業フィルム１０をカバー層１９及び本体部２，２’，２”に接続する周辺スペーサ９を有する。このカートリッジ１はまた、カバー層１９と作業フィルム１０の疎水性上面１１との間の隙間１２を有する。この隙間１２は、周辺スペーサ９によって規定される。ここでは、周辺スペーサ９は、（図１と比べて）隙間１２の領域を囲む別個の周辺要素９”として構成される。描かれるように、作業フィルム１０は好ましくは、フレーム構造２”の別個の周辺要素９”に取り付けられる。
【００５７】
好ましくは、必要に応じて大きく及び多数にすることができ、カートリッジ１は、隙間１２の領域内に位置してカバー層１９の下面及び／又は作業フィルム１０の疎水性上面１１に取り付けられる中間スペーサ１５を有する。これらの中間スペーサ１５は好ましくは、別個の周辺要素９”と同一高さを有し、好ましくは同一隙間寸法を規定する。
【００５８】
このカートリッジ１はまた、ウェル５の下方又は吸入凹部の下方に位置すると共に試薬又はサンプル６，６’をウェル５又は吸入凹部から隙間１２へ解放するためにカバー層１９を穿孔するように構成された多数の穿孔要素１３を有する。図３に描かれるようなカートリッジの実施形態では、穿孔要素１３は、図１に示されるものと同様に位置する。好ましくは、穿孔要素１３は、液滴操作システム４０の作動要素４１によって作動される。作動要素４１は好ましくは、案内経路４５によって移動が案内される。
【００５９】
ここでは、フレーム構造２”の中央開口部１４は、本体部２，２”の上面３から下面４への貫通穴として構成される。ここでは、カバー層１９は、本体部２の実質的に平坦な下面４を形成する。
【００６０】
好ましくは、基板４２は、隙間１２内の（ここでは点線で示されるのみである）滴２３に光を導くため及び／又は隙間１２内の滴２３から離れて光を案内するための少なくとも１つの光ファイバ２１を有する。加えて、あるいは代替的に、隙間１２の反対側で光ファイバ２１の入口／出口開口部に一致する場所においてカバー層１９に窓２２を設けることが好ましい。その結果、（図１と比べて）底部読取及び／又は（図２と比べて）上部読取が、図３の第３実施形態によって可能である。好ましくは、光ファイバ２１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０の基板４２に組み込まれる。この基板はまた、個別電極４４をシステム４０の中央制御ユニット４３と電気的に結びつける電気線を有する。
【００６１】
図４は、図３の第３実施形態に係るフレーム構造カートリッジ１の縦断面図を示す。カートリッジ１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０に接触している。カバー層１９の形をした穿孔可能な底部構造は、１つのウェル５のために開口され、その内容物の一部が、作業フィルム１０とカバー層１９との間の隙間１２に押される。
【００６２】
図３の基板４２と同様に、基板４２はここでは、作業フィルム１０が取り付けられるカートリッジ１の個別の周辺要素９”が電極４４上において作業フィルム１０をさらに引っ張るために電極４４の表面レベル４８を超えて移動可能であるように電極４４の表面レベル４８に対してオフセットした隣接表面４７を有する。
【００６３】
この液滴操作システム４０の好ましい実施形態では、クランプ機構５２は、カートリッジ１及び作業フィルム１０を電極４４の表面４８に及び基板４２の表面４９に押す。
【００６４】
図５は、別個の周辺スペーサ要素９”に接触した多数のウェル５と作業フィルム１０とを備え、本体部２にわたって中央開口部１４を備えた第４実施形態に係るフレーム構造カートリッジ１の縦断面図を示す。カートリッジ１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０に接触している。１つのウェル（吸入凹部２５）の穿孔可能な底部構造８は、開口され、その内容物の一部が、作業フィルム１０とここでは剛性カバー１７として構成されるカバー層１９との間の隙間１２内に押される。この剛性カバーのための材料は好ましくは、デュポン製のポリエチレンテレフタラートに基づく透明で柔軟なポリエステルフォイルであるマイラー（登録商標）である。剛性カバー１７は、液滴操作システム４０の接地電位源に接続することができる導電層を備えた剛性カバー１７を提供するために、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）からなる層を用いて下側にコーティングが施され得る。この図５はまた、カートリッジ１と電極アレイ２０とを有する液滴操作システム４０を示す。
【００６５】
このカートリッジ１は、カートリッジ１の作業フィルム１０が電極アレイ２０上に配置されるときに電極アレイ２０を用いて液滴サンプル２３を操作するための作業フィルム１０を有する。このカートリッジ１はまた、本体部２を有し、本体部２は好ましくは、実質的に平坦な下面４を有し、下面４はここでは剛性カバー１７によって作られる。第４実施形態によれば、本体部２は、本体部２の高さ全体にわたって延びる中央開口部１４を有するフレーム構造２”として構成される。本体部２は、上面３、下面４、並びに試薬６又はサンプル６’を内部に保持するように構成される多数のウェル５及び吸入凹部２５を有する。
【００６６】
好ましくは、本体部２の材料は、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５内に含まれる液体又はサンプルを吸収したり干渉したりすることのない不活性プラスティック材料からなる。本体部２の射出成形のための図１、図３及び図４のフレーム構造２”と同様のプラスティック材料がまた、この実施形態のフレーム構造２”を生産するために好ましい。
【００６７】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の上側をシールするように構成された柔軟に変形可能な上部構造７を有する。好ましくは、描かれているように、柔軟に変形可能な上部構造７は、図１、図３及び図４の柔軟なフォイルに相当する柔軟なフォイルとして構成される。
【００６８】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５及び吸入凹部２５の底側をシールするように構成された穿孔可能な底部構造８を有する。好ましくは、描かれるように、穿孔可能な底部構造８は、本体部２の下面４に（例えば、溶接によって）密封して取り付けられた穿孔可能なフォイルとして構成される。この穿孔可能なフォイルは好ましくは、ゴム又は熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などのエラストマー材料膜から作られる。あるいは、穿孔可能な底部構造８は、（図１と比べて）板状構造２’に一体化された本体部２の穿孔可能な底部分として構成される。この場合、本体部の材料は好ましくは、ＴＰＥである。
【００６９】
穿孔要素１３が穿孔可能な底部構造８を穿孔することを可能にするために、剛性カバー１７は、カバー穴１８を有し、カバー穴を通じて、穿孔要素１３は、穿孔可能なフォイルに容易に到達する。好ましくは、作業フィルム１０は、隙間１２から液体が漏出することが予想されないように柔軟である。図１から図４に関連して記載されるように作業フィルム１０及び更なる誘電性層の全ての実施形態はまた、図５に示されるカートリッジにおいて好ましい。
【００７０】
基板４２は、カートリッジ１のこの平坦な下面に適合され、作業フィルム１０が電極４４上において引っ張られるように電極４４の表面レベル４８と同一平面である表面４９を有する。電気絶縁フィルム、層又はカバー５０は、電極４４の表面４８及び基板４２の表面４９に適用される。この電気絶縁フィルム、層又はカバー５０は好ましくは、液滴操作システム４０の電極４４及び基板４２を移動できないようにコーティングする誘電性層である。しかしながら、必要であるときに取り替えることができる取り外し可能な電気絶縁層又はカバー５０として更なる誘電性層を設けることもまた好ましい。
【００７１】
このカートリッジ１のスペーサ９，１５及び穿孔要素１３は、図１のスペーサ９，１５及び穿孔要素１３に対応し、剛性カバー１７と作業フィルム１０の疎水性上面１１との間の隙間１２を規定する。好ましくは、穿孔要素１３は、液滴操作システム４０の作動要素４１によって作動される。作動要素４１は好ましくは、案内経路４５によって移動が案内される。描かれるように、剛性カバー１７は、フレーム構造２”と実質的に同一延長部（extension）を有し、ウェル５の下方に位置する多数の穴１８を有する。穴１８は、曲げられた穿孔要素１３が、ウェル５のそれぞれの穿孔可能な底部構造８に隣接して穿孔することができるのに十分である大きさ及び形状を有する。
【００７２】
別の実施形態では、カートリッジ１は、剛性カバー１７とカバー層１９（カバー層は穿孔可能な底部構造８として穿孔可能なフォイルに取って代わる）とを有する。剛性カバー１７及びカバー層１９は、剛性カバー１７が作業フィルム１０の反対側において隙間１２を閉じ、剛性カバー１７の下面がフレーム構造２”の下面と実質的に同一平面であるようにフレーム構造２”に取り付けられる。（図５では示されていない）カバー層１９は好ましくは、剛性カバー１７と本体部２の下面４との間に配置される。
【００７３】
好ましくは、作動要素４１は、案内経路４５内で滑り移動可能であると共に撹拌機構（agitation mechanism）４６によって撹拌（agitate）されるプランジャーとして構成される。作動要素４１を撹拌するための撹拌機構４６は、ワックスポンプブラダー（wax pump bladder）、電磁駆動又はクランプ機構駆動レバー５１の１つとして構成される。さらに、作動要素４１を撹拌するための撹拌機構４６は、クランプ機構駆動レバー５１として構成され、クランプ機構は、手動で、液滴操作システム４０の基板４２及び電極２０にカートリッジ１の本体部２，２’，２”を押すように構成されることが好ましい。あるいは、クランプ機構５２は、モータ駆動される。
【００７４】
図６は、非活動位置にある吸入装置２６を備えた第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジ１の三次元上面図を示す。カートリッジ１の本体部２，２”は好ましくは、吸入凹部２５と吸入装置２６とを有し、吸入装置２６が吸入凹部２５内の活動位置に少なくとも部分的に配置可能である試料吸入口２４を有する。この試料吸入口２４は、口腔綿棒ヘッド５５又は調査サンプルを有する他の固体物質を導入するように構成される。
【００７５】
図６はまた、カートリッジの右側において本体部２のクロスバーにある試薬及び洗浄液などの他の液体を事前に堆積させるための異なる大きさの多数のウェル５を示す。本体部２の後部にある長手方向のバーに、事前に堆積されたオイルを吸収するように構成される非常に長いウェル５が示されている。オイルは、サンプル滴が隙間１２に入る前に隙間１２を充填するために使用することができる。通常は水和滴に含まれる不活性であるサンプルと混ざらないオイル（例えば、シリコンオイル）で隙間１２を完全に充填することは任意である。図６から見られるように、ウェル５の大きさは、特定の分析を実行するための実際の必要に応じて選択することができる。液体に対して不浸透性を有するフォイルとして構成される柔軟に変形可能な上部構造７は、ウェル５の上側をシールする。柔軟なフォイルは、例えばレーザ溶接によって、フレーム構造２”の上面３に密封して取り付けられる。
【００７６】
本体部２の前部にある長手方向のバーに、（血液、唾液などのような）体液のサンプルを導入するための別の吸入凹部２５’が示されている。この別の吸入凹部２５’は好ましくは、液体に対して不浸透性を有するフォイルによって上側においてシールされるが、それはまた、医療注射器の針を用いて穿孔可能であり、穿孔可能な底部構造８が穿孔要素１３を用いてカートリッジ１の底側から穿孔された後にサンプルをカートリッジ１の隙間１２にもってくるためにピストンのような作動要素によって押されるために柔軟である。別の吸入凹部２５’の上側をシールするフォイルのための材料は好ましくは、ゴムである。
【００７７】
カートリッジの右側前方角部には、本体部２の下面４まで下方へ及ぶ経路内に位置して、好ましくは半透過性膜（不図示）と組み合わせられるフリット（frit）５６が描かれている。このフリット５６及び前記経路は、経路の底部を密封して閉じる穿孔可能な底部構造８が穿孔要素１３を用いてカートリッジ１の底側から穿孔されるとすぐに隙間１２のための排出口として機能する。
【００７８】
多数の中間スペーサ１５は、光学的に透明な剛性カバー１７又はカバー層１９を通じて見ることができる。ここで描かれた中間スペーサ１５は全て等しい大きさ及び円形形状を有し、これらの中間スペーサ１５は等しい距離において隙間１２にわたって分配されているが、意図した滴２３の電気湿潤移動が損なわれる場合、これらの中間スペーサ１５の形状、大きさ及び分配は、必要に応じて選択することができる。
【００７９】
図７は、非活動位置にある吸入装置２６を備えた図６の第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジ１の底面図を示す。作業フィルム１０はここでは、周辺要素９”として構成されるスペーサ９が見えるように取り除かれている。周辺要素９”がカートリッジ１の外側境界まで延びる図４及び図５に示す断面図から逸脱すると、周辺要素９”はここでは、本体部２の下方延長部５７によって縁取られる。（周辺要素９”に取り付けられる）作業フィルム１０の下面と組み合わせた本体部２のこの下方延長部５７は好ましくは、カートリッジ全体に平坦な下面を付与する。あるいは、本体部２の下方延長部５７は、周辺要素９”と同一平面であり、作業フィルム１０は、作業フィルム１０に、さらに本体部２の下方延長部５７に取り付けられる。
【００８０】
周辺要素９”の一部として多くの穿孔要素１３をここでは見ることができる。前記ウェル５の大きさに応じて、穿孔要素１４の大きさ及び数を変更することができる。すなわち、オイル含有ウェルのために３つの穿孔要素１３が描かれ（下方左側参照）、試薬を含む２つの最も大きいウェルのために２つの穿孔要素１３が描かれ（上方右側参照）、試薬を含む小さいウェルのためにただ１つの穿孔要素１３が描かれている（下方右側参照）。吸入凹部２５下方の穿孔可能な底部構造８を穿孔するように構成された穿孔要素１３は、本体部２の上側バーの左側に示されている。これらの穿孔要素１３の示される数、大きさ及び形状は、ここでは例示的であるのみであり、実際の必要に応じて変更することができる。
【００８１】
図６に関して既に述べたように、意図した滴２３の電気湿潤移動が損なわれる場合、中間スペーサ１５の形状、大きさ及び分配は、必要に応じて選択することができる。ここでは、図６のものから明らかに逸脱する３つの例示的中間スペーサ１５が示されている。
【００８２】
図８Ａ及び図８Ｂは、第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジ１の試料吸入口２４の詳細な三次元図を示す。
【００８３】
図８Ａは、活動位置にある部分的に挿入された吸入装置２６を備えたフレーム状カートリッジの試料吸入口２４の部分断面図を示す。吸入装置２６は好ましくは、第１端部２８と第２端部２９とを有するシリンダチューブ２７と、第１チューブ端部２８に挿入可能であると共にシリンダチューブ２７内において移動可能であるプランジャー３０と、シリンダチューブ２７の第２端部２９を密封して閉じる密封フォイル３１とを有する。シリンダチューブ２７内部でプランジャー３０と密封フォイル３１との間の空間には、溶解緩衝液の事前堆積が提供される。フリット５６はまた見ることができる。このフリット５６は、口腔綿棒ヘッド５５などのサンプル担体が細胞物質の溶解のために配置される吸入凹部２５の部分（外側チャンバ）と溶解後に溶解物が押し込まれる吸入凹部２５の部分（内側チャンバ）とを分離する。吸入装置２６は明らかに、非活動位置（図６及び図７を参照）からカートリッジ１の吸入凹部２５が位置する活動位置に移動される。フォイルとして構成されて液体に対して不浸透性を有する柔軟に変形可能な上部構造７は、吸入凹部２５の上側をシールする。柔軟なフォイルは、例えばレーザ溶接によって、フレーム構造２”の上面３に密封して取り付けられる。
【００８４】
図８Ｂは、フレーム状カートリッジ１の試料吸入口２４と活動位置にある部分的に挿入された吸入装置２６の部分断面図を示す。ここに描かれた状況は、以下の通りである。すなわち、
１． サンプルが口腔綿棒を用いて取られ、吸入凹部２５が使用前の汚染から防止するシール５８をはがした後に試料（付着するサンプルを備えた口腔綿棒ヘッド５５）が吸入凹部２５の外側チャンバに導入される（図８Ａ参照）。
２． 吸入装置２６はここで、吸入凹部２５内へ押される。シリンダチューブ２７の外周は、吸入凹部２５のシリンダ状外側チャンバ内で密封して滑る。
【００８５】
カートリッジ１の隙間１２にサンプルを導入する次のステップは以下の通りである。すなわち、
３． 吸入凹部２５の外側チャンバ内の穿孔構造５９がシリンダチューブ２７の第２端部２９を密封して閉じる密封フォイル３１を穿孔するまで吸入装置２６はさらに吸入凹部２５内へ押される。
４． シリンダチューブ２７内に元来含まれる溶解緩衝液は、吸入凹部２５の外側チャンバに入り、吸入装置２６は、吸入凹部２５の外側チャンバと内側チャンバとの間にフリット５６を通じて空気を押し出すために、吸入凹部２５内へさらに押される。
５． 綿棒ヘッド５５に付着する細胞物質の溶解が行われる。溶解中、温度は好ましくは、吸入凹部２５において高められる。液滴操作システム４０の基板４２内（あるいは代替的にカートリッジ１内）のヒータは、好ましくは必要値まで吸入凹部２５内部の温度を上げるために使用される。
６． 溶解後、吸入装置２６のシリンダチューブ２７は、吸入凹部２５の外側チャンバ内へ完全に押される。これを行うとき、溶解物の大部分は、フリット５６を通じて押され、吸入凹部２５の内部チャンバに入る。
７． 必要に応じて、カートリッジの隙間１２は、第１にオイルで充填される。吸入凹部２５の内側チャンバ下方の穿孔可能な底部構造８は次に、プランジャー４１を用いて穿孔可能な底部構造８に対して穿孔要素１３を押すことによって穿孔される。
８． 吸入凹部２５の内側チャンバの上部を密封して閉じる柔軟に変形可能な上部構造７は、プランジャー４１を用いて内部に押され、吸入凹部２５の内側チャンバの内部容積を減少させることによって溶解物の一部が隙間１２に解放される。
【００８６】
図９は、液滴操作システム４０の電極配置又はプリント回路基板（ＰＣＢ）の上面図を示す。システム４０のこの特有の電極アレイ２０は、第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジ１を受容するために構成される。従って、中央開口部１４を備えたカートリッジ１の形状は、ここでは長い破線で示されている。ウェル５及び吸入凹部２５の形状は、短い破線で示されている。
【００８７】
この電極アレイ２０は、特に、ＤＮＡ断片の抽出及びＰＣＲ増幅、遺伝子型決定のためのハイブリダイゼーション実験及び光検出のため、細胞物質の溶解に合うように構成される。電極アレイの角部にある４つの位置合わせマークは、アレイの位置合わせを容易にする。
【００８８】
（必要に応じて）左側から、隙間１２全体が、シリコン（Ｓｉ）オイルで満たされる。次に（右上参照）、吸入凹部２５から（ビーズ（beads）を有する又は有しない）溶解物が隙間１２に入る。隙間１２への入口において直接、そこでは対応するウェル５の穿孔可能な底部構造８が穿孔され、好ましくは第１の大型電極が第２の大型電極を伴って位置づけられる。何れの場合においても第２の大型電極は、個別電極４４の第１の列が配置される切欠きを有する。
【００８９】
これらの２つの大型電極は、下方から穿孔可能な底部構造８を穿孔して上部から柔軟に変形可能な上部構造７を押圧した後にそれぞれのウェル５又は吸入凹部２５から液体の一部が堆積される領域にマークをつける。この液体部分から、０．１から５μｌまでの標準容積を有する単一小滴が分離される。（図９の上部から底部まで）吸入凹部２５に隣接するウェルは、純粋洗液、主混合Ｂ、主混合Ａ、ハイブリダイゼーション緩衝液、ハイブリダイゼーション洗浄液１、ハイブリダイゼーション洗浄液２及びハイブリダイゼーションのためのビーズに割り当てられる。
【００９０】
溶解物及び純粋洗浄液の滴は、これらの滴が混合されて洗浄される洗浄ゾーンに電気湿潤によって移動され、磁気ビーズ及び付着した非重要サンプル部分は、非常に大型の電極によって供給される第１洗浄ゾーンに移動される。洗浄ゾーン及び隣接混合ゾーンでは、主混合部分Ａ及び／又はＢがサンプル滴に加えることができる。次に、滴は、サンプル滴に含まれる核酸がそれ自体周知である技術に従って増幅されるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）ゾーンに移動される。ＰＣＲゾーンは、核酸のストランドをアニールして分離するための異なる温度（例えば、３５度及び９５度）を有する少なくとも２つのヒータゾーンを有する。
【００９１】
ＰＣＲに続いて、増幅核酸を有する単一の十分な滴は、好ましくは描かれるような電極の特有の形状及び配置によって特徴付けられる分割ゾーンにおいて２つの小さい滴に分割される。中央希釈ゾーンでは、これらの２つのサンプル滴の両方が、ハイブリダイゼーション緩衝液を用いて個別に希釈され、これらの２つの分割されたそれぞれのサンプル滴から最大で８つの同一の滴が生産される。
【００９２】
ハイブリダイゼーション地点１−４及び９−１２又は５−８及び１３−１６において、８つのサンプル滴の２倍が、それ自体周知である技術に従ってハイブリダイゼーションを受ける。ハイブリダイゼーションに続いて、追加された混成されていない材料が、完全に洗い流されて（非常に大型の電極によってまた供給される）近くの第２の廃棄ゾーンに捨てられる。
【００９３】
１６のサンプル滴はそれぞれ次に、検出ゾーンに（また電気湿潤を用いて）個別に移動され、そこでは（底部読取、上部読取、又は両方の混合あるいは組み合わせを使用して）混成されたサンプルが光学的に分析される。
【００９４】
カートリッジ１の隙間１２にまだ存在するサンプル滴のサンプルの分析に続いて、サンプルは、第１の廃棄ゾーンに捨てられ、個別電極４４の大きい列によって設けられる「電気湿潤経路」は、水酸化ナトリウム溶液（ＮＡＯＨ）を用いて、任意で特別な洗浄液を用いて、洗ってきれいにされる。
【００９５】
全ての実験及び測定が完了したとき、カートリッジ１は（サンプル及びサンプル内の廃棄物と共に）安全に廃棄され、その結果、検査技師は誰もその内容物によって危険にさらされることはない。その後、次のカートリッジ１が、電極アレイ２０に押され、次の実験を行うことができる。
【００９６】
図９では（図面の上部及び底部参照）、多数の接触点が見られる。個別電気線は、各電極をこれらの接触点の１つと接触させる。加えて、システム４０の基板４２に位置するヒータはまた、これらの接触点の一部と接続される。接触点は全て、例えばヒータ、プランジャー４１など及び要求される電極の電位の全ての必要な活性化（activation）を制御する中央制御ユニット４３に接続される。電極アレイ２０のそれぞれの側にはまた、中央制御ユニット４３の接地電位源と接触させるための別個の接触点が設けられている。
【００９７】
好ましくは、液滴操作システム４０は、電極アレイ２０を備えた基板４２と、電極アレイ４３の個別電極４４の選択を制御するため且つ電気湿潤によって液滴２３を操作する個別電圧パルスを電極４４に供給するための中央制御ユニット４３とを有する。好ましいシステム４０は、電極４４の上部に本発明に係るカートリッジ１の作業フィルム１０を受容するように構成される。
【００９８】
システム４０は、多数のオペレータが、該オペレータがもってくるカートリッジ１を用いて作業する独立型で固定したユニットであり得る。システム４０は従って、多数の基板４２と多数の電極アレイ２０とを有し、その結果、多数のカートリッジ１は、同時に及び／又は平行して作業することができる。基板４２、電極アレイ２０及びカートリッジ１の数は、１、又は、例えば１と１００の間のあらゆる数、あるいはそれ以上であってもよい。この数は、例えば、中央制御ユニット４３の作業能力によって制限される。あるいは、システム４０は、単一カートリッジ１のみを有して単一カートリッジを用いて作業することができる手持ちサイズのものとして実行することができる。あらゆる当業者は、本発明の要旨の範囲内でまさに言及した２つの極端の間に位置している中間溶液をまた作用させて作業することを理解するであろう。
【００９９】
「電極アレイ」、「電極配置」及び「プリント回路基板（ＰＣＢ）」の用語は、この特許出願では同義語として使用される。
【０１００】
当業者に合理的であるように見えるこの特許出願に開示されるカートリッジ１の異なる実施形態の特徴のあらゆる組合せは、本発明の要旨と範囲に含まれる。
【０１０１】
参照符号がそれぞれの場合に特に説明されていないとしても、参照符号は本発明のカートリッジ１及びシステム４０の同様の要素に言及するものである。
【符号の説明】
【０１０２】
１ カートリッジ
２，２’，２” 本体部
２’ ２の板状構造
２” ２のフレーム構造
３ ２，２’，２”の上面
４ ２，２’，２”の下面
５ ウェル
６ 試薬
６’サンプル
７ 柔軟に変形可能な上部構造
８ 穿孔可能な底部構造
９ 周辺スペーサ
９’ 一体化された周辺リム
９” 別個の周辺要素
１０ 作業フィルム
１１ １０の疎水性上面
１２ 隙間
１３ 穿孔要素
１４ 中央開口部
１５ 中間スペーサ
１６ 底部分
１７ 剛性カバー
１８ カバー穴
１９ カバー層
２０ 電極アレイ
２１ 光ファイバ
２２ 窓
２３ 滴
２４ 試料吸入口
２５ 吸入凹部
２５’ 別の吸入凹部
２６ 吸入装置
２７ シリンダチューブ
２８ ２７の第１端部
２９ ２７の第２端部
３０ プランジャー
３１ 密封フォイル
４０ ２０を有するシステム
４１ 作動要素
４２ 基板
４３ 中央制御ユニット
４４ 個別電極
４５ 案内経路
４６ 撹拌機構
４７ 隣接表面
４８ ４４の表面レベル
４９ ４２の表面
５０ 電気絶縁フィルム、層又はカバー
５１ レバー
５２ クランプ機構
５３ ２の外側部
５４ 接地接続
５５ 口腔綿棒ヘッド
５６ フリット
５７ ２の下方延長部
５８ シール
５９ 穿孔構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーフィルム上において液滴サンプルを操作するためのポリマーフィルムを備えたカートリッジに関する。本発明はさらに、そのようなカートリッジと、基板によって支持された電極アレイと、個別電極の選択を制御するため且つ電気湿潤（electrowetting）によって液滴を操作する個別電圧パルスを個別電極に供給するための中央制御ユニットとを有する液滴操作システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
組織サンプル又は微生物、特に核酸又はタンパク質などの生物学的物質の分析は、様々な分野において、特に科学研究、薬理学スクリーニング又は法医科学、及び医療診断の分野において十分に確立されている。適切な方法が、異なる目的のために開発され、各方法は、特別な反応試薬一式とそれぞれの方法を実行するための装置とを必要とする。しかしながら、既存分析手順を各分野に存在する異なる条件や要求に採用することが課題である。例えば犯罪科学捜査では、分析される比較的少量の物質が通常利用可能である。加えて、そのような物質の品質はかなり低い可能性があり、関係する人材に更なる課題を提起する。従って、前記手順は、これらの条件に特に適合する必要がある。他方、研究所診断手順においては、生物学的物質は十分な量を通常利用することができるが、要求される方法は、解決されるべき根本的な課題に応じて個別に採用されることとなる。
【０００３】
生物学的物質の分析の最初の段階では、それ自体当技術分野で周知である要求される方法が存在する。関心のある物質が、例えば（犯罪科学捜査では）犯罪現場から又は（診断目的で）患者から収集される。そのような物質は、（口腔粘膜細胞、毛包などの）組織サンプル又は（血液、唾液などの）体液であり得る。この出発物質は次に、核酸又はタンパク質を分析に利用可能にするために更なる加工処理を必要とする。一般に、例えば熱の適用、ある酵素活性、及び／又は特定化学物質の適用を含む溶解ステップがこれらの目的のために最初に適用される。細胞溶解の後に、更なる細胞物質から関心のある核酸又はタンパク質の精製が行われる。核酸が分析される場合には、増幅ステップは、サンプル収率を増加させるために望ましい。核酸増幅は一般に、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）によって実現される。この方法は、配列特異的プライマーを使用して特定の所定の核酸配列の増幅を可能にする。解決されるべき課題に応じて、増幅した物質は、例えばシークエンシングによってさらに分析され得る。
【０００４】
そのような方法の信頼性及び簡素化が進展して、例えばキットを使用して、これらの方法は、これらの異なる分野において標準手順になってきた。分子レベルに基づく診断の増加する要求と共に、最初の生物サンプルをはじめとして最終分析まで、関連サンプルの自動処理の要求が増加している。
【０００５】
自動液体処理システムは、当技術分野で一般に周知である。１つの例は、本願出願人からのＦｒｅｅｄｏｍ ＥＶＯ（登録商標）ロボットワークステーション（テカン・シュバイツ・アクチェンゲゼルシャフト、スイス、ツェーハー８７０８メンネドルフ、ゼーシュトラーセ１０３番）である。この装置は、独立型機器又は分析システムと自動接続した自動液体処理を可能にする。これらの自動システムは一般に、処理するために大量（マイクロリットルからミリリットル）の液体を必要とする。それらはまた、携帯用に設計されていない大型のシステムである。
【０００６】
生物サンプルを溶解及び／又は精製するための携帯機器は、国際公開第２００７／０６１９４３号公報から知られている。核酸の処理は、両側に配置された電極を使用してカートリッジチャンバ内部で行われ、それによって、電解、電気穿孔法、電気浸透、電気運動又は抵抗加熱によって生物学的物質を処理する。カートリッジはさらに、ふるい分けマトリックス又は膜を有する。適当な緩衝液及び他の試薬を使用して、電極の適用と組み合わせて、種々の反応をチャンバ内部で行うことができ、所望の生産物を、例えば収集膜に向けることができる。核酸の配列が分析される場合、平行して分析される配列の数は、プローブの数に制限される。一般に、作用することができるプローブの数は、関連機器が平行して検出することができる４つの異なる波長に制限される。カートリッジ自体は、必要制御要素とエネルギー源とを有する一体化システムに配置することができる。このカートリッジはサンプル処理を少なくとも部分的に電子的に制御するシステムを提供するけれども、調査者又は技術研究所スタッフの介入がまだ必要である。
【０００７】
生物サンプルの自動処理に対処する別の取り組みは、マイクロ流体の分野から生じる。この技術分野は一般に、小容量の、通常はマイクロ又はナノスケール形式の液体の制御及び操作に関する。例えば固定装置のマイクロポンプ又は回転実験器具の求心力によって制御されるような経路システム内の液体移動はそれ自体周知である。デジタルマイクロ流体工学では、規定電圧が電極アレイの電極に印加され、それによって個々の滴が対処される（電気湿潤）。電気湿潤法の一般概説については、ワシズ（Washizu）によるＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ、１９９８年、第３４巻、４号、及び、ポラック（Pollack）等によるＬａｂ ｃｈｉｐ、２００２年、第２巻、ｐ９６−１０１を参照してください。簡潔に言えば、電気湿潤は、好ましくは疎水性層によって覆われるマイクロ電極アレイを使用して液滴を移動する方法に言及する。電極アレイの電極に規定電圧を印加することによって、対処される電極に存在する液滴の表面張力の変化が引き起こされる。これは、対処される電極上の液滴の接触角の著しい変化を引き起こし、従って、液滴の移動を引き起こす。そのような電気湿潤手順において、電極を配置する２つの原理方法、すなわち液滴の移動を引き起こす電極アレイを備えた１つの単一表面を使用すること、あるいは同様の電極アレイの反対側にあると共に少なくとも１つの接地電極を提供する第２の表面を加えることが知られている。電気湿潤技術の大きな利点は、小容量の液体のみが、例えば単一液滴が必要であることである。従って、液体処理は、大幅に短い時間内に行うことができる。さらに、液体移動の制御は、完全にサンプルの自動処理を生じさせる電子制御のもとですることができる。
【０００８】
電極アレイを備えた１つの単一表面（電極の単一平面配置）を使用した電気湿潤による液滴操作装置は、米国特許第５，４８６，３３７号から知られている。電極は全て、担体基板の表面に配置される、基板に入れられる、又は非湿潤性表面によって覆われる。電圧源は、電極に接続される。液滴は、それに続く電極に電圧を印加することによって移動され、従って、電極への一連の電圧印加に応じて電極上の液滴の移動を誘導する。
【０００９】
少なくとも１つの接地電極を備えた反対面を有する電極アレイを使用した液滴移動のマイクロスケール制御のための電気湿潤装置は、米国特許第６，５６５，７２７号（電極の２平面配置）から知られている。この装置の各表面は、複数の電極を有し得る。電極アレイの駆動電極は好ましくは、各単一電極の端部に位置する突出部によって互いにかみあう関係に配置される。２つの対向するアレイは、隙間を形成する。隙間の方へ指向される電極アレイの表面は好ましくは、電気絶縁疎水性層によって覆われる。液滴は、隙間内に位置付けられ、隙間の反対場所に配置される複数の電極に複数の電界を連続して印加することによって非極性充填流体内に移動される。
【００１０】
生物サンプルの処理と関連した液滴サンプルを操作するためのそのような電気湿潤装置の使用は、米国特許出願第２００７／０２１７９５６Ａ１号から知られている。ここでは、例えば熱サイクルを通じてプリント回路基板において核酸を増幅することが提案されている。液滴は、参照電極と１つ若しくはそれ以上の駆動電極との間の電位を適用することによって電極アレイに運ばれる。サンプルは、プリント回路基板のリザーバ内に配置され、液滴は、前記プリント回路基板において分配される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記の装置は何れも、小容量規模において収集した物質をはじめとして最終分析まで、核酸の十分に自動化された処理を可能にするものではない。提示された装置の更なる欠点は、生産が一般に高価であり、従って使用時にかなり簡単に処分できない電極アレイのそのような配置の性質を伴うことである。しかしながら、異なる生物サンプル及び用途において同一装置の連続的な再使用は、関心のあるサンプルを二次感染させるリスクを負担し、それは間違った結果を導き得る。従って、そのような装置は、高処理量分析に適していない。
【００１２】
ポリマーフィルム上において液滴サンプルを操作するためのポリマーフィルムを備えた容器は、国際公開第２０１０／０６９９７７Ａ１号から知られている。生物サンプル処理システムは、大容量処理のための容器と、下面と疎水性上面とを備えた平坦なポリマーフィルムとを有する。平坦なポリマーフィルムは、突出部によって容器の基部側に対してある距離に保持される。この距離は、容器が前記フィルム上に配置されるときに少なくとも１つの隙間を規定する。液滴操作機器は、液滴移動を誘発するための少なくとも１つの電極アレイを有する。少なくとも１つの電極アレイを支持する基板がまた、液滴操作機器のための制御ユニットと同様に開示されている。容器及びフィルムは、液滴操作機器に可逆的に取り付けられている。従って、前記システムは、少なくとも１つのウェルから容器の経路を通じて平坦なポリマーフィルムの疎水性上面に、また少なくとも１つの電極アレイの上方へ、少なくとも１つの液滴の移動を可能にする。液滴操作機器は、電気湿潤によって平坦なポリマーフィルムの疎水性上面における液滴の誘導された移動を制御するように、またそこで生物サンプルを処理するように完成される。
【００１３】
本発明の目的は、カートリッジの作業フィルムが電極アレイ上に配置されるときに電極アレイを用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルムを有する代替的カートリッジを提案することである。本発明の別の目的は、本発明のカートリッジの作業フィルム上において液滴サンプルを操作するために本発明のカートリッジが配置される電極アレイを備えた好適な液滴操作システムを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、カートリッジの作業フィルムが電極アレイ上に配置されるときに電極アレイを用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルムを有するカートリッジが提案される第１の態様に従って実現される。本発明は、前記カートリッジが、
ａ） 上面、下面、及び試薬又はサンプルを内部に保持するように構成される多数のウェルを有する本体部と、
ｂ） 液体に対して不浸透性を有すると共にウェルの上側をシールするように構成される柔軟に変形可能な上部構造と、
ｃ） 液体に対して不浸透性を有すると共にウェルの底側をシールするように構成される穿孔可能な底部構造と、
ｄ） 本体部の下面の下方に位置する作業フィルムであって、液体に対して不浸透性を有すると共に疎水性上面を有する作業フィルムと、
ｅ） 本体部の下面の下方に位置し、作業フィルムを本体部に接続する周辺スペーサと、
ｆ） 本体部の下面と作業フィルムの疎水性上面との間の隙間であって、周辺スペーサによって規定される隙間と、
ｇ） 穿孔可能な底部構造の下方に位置すると共に試薬又はサンプルをウェルから隙間へ解放するために穿孔可能な底部構造を穿孔するように構成される多数の穿孔要素と、
を有することを特徴する。
【００１５】
この目的は、基板と電極アレイとを有する液滴操作システムであって、本発明のカートリッジの作業フィルム上において液滴サンプルを操作するために、本発明のカートリッジが電極アレイの上部に配置される液滴操作システムが提案される第２の態様に従って実現される。前記システムはさらに、電極アレイの個別電極の選択を制御するため且つ電極に液滴を電気湿潤によって操作する個別電圧パルスを供給するための中央制御ユニットを有する。
【００１６】
更なる発明の特徴は、何れの場合においても従属請求項から得られる。
【００１７】
本発明に係るカートリッジは、以下の利点を有する。すなわち、
・カートリッジは、多数の異なる分析に適合するように物理的に設計され、それによって多様な異なる分析において一般的である。
・使い捨てのカートリッジは、一回限りの使用のために設計され、計画された分析のために十分である数及び量の準備された処理液及び／又は試薬が予め搭載されて提供される。
・カートリッジは、口腔綿棒ヘッド（buccal swab head）、組織片又は吸い取り紙、血液のような液体サンプルなどの試料の安全な吸入のために設計される。
・電極アレイは、カートリッジから完全に分離され、非常に多くの回数再利用することができる。
・電極アレイは好ましくは、実行される分析に従って変更できる設計を有する。
・電極アレイは、試料物質、サンプル、又は試薬によって触れられず、従って常に清潔である。
・本発明に係るカートリッジ及びシステムを用いて、単一サンプルを複数滴に分けることができる。これは、以下のこと、すなわち、
・単一液滴の個別操作、
・これらの液滴のそれぞれにおいて個別反応を行うこと、
・各液滴を異なって個別に処理し、例えば、各液滴の核酸サンプルにおいて核酸増幅を行うことができると共に異なる単一ヌクレオチド多型（ＳＮＰ）を分析することができること、
・サンプルの液滴の一部を核酸分析のために処理することができると共に同一サンプルから別の液滴を免疫測定法又は参考サンプルのために供給することができること、
・単一波長を適用して多数の液滴の分析を行うことができ、例えば、平行して分析される列の数は、本発明に係るカートリッジ及びシステムの共通領域によってのみ限定され、機器用光によって限定されないこと、
を可能にする。
【００１８】
本発明に係る液滴サンプルを操作するためのカートリッジ及びシステムを、発明の範囲を制限することを意図するものではない本発明の好ましい例示的実施形態を示す添付図面を用いてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】底部分によって閉じられた中央開口部を備えると共に別個の周辺スペーサに接触した多数のウェルと作業フィルムとを備えた第１実施形態に係るフレーム構造カートリッジであって、液滴操作システムの電極アレイにほとんど接触しているカートリッジの縦断面図である。
【図２】一体化した周辺リムによって接触した多数のウェルと作業フィルムとを備えた第２の実施形態に係る板状構造カートリッジであって、液滴操作システムの電極アレイにほとんど接触しているカートリッジの縦断面図である。
【図３】別個の周辺スペーサに接触した多数のウェルと作業フィルムとを備え、本体部にわたって中央開口部を備えた第３実施形態に係るフレーム構造カートリッジであって、液滴操作システムの電極アレイにほとんど接触しているカートリッジの縦断面図である。
【図４】図３の第３実施形態に係るフレーム構造カートリッジであって、カートリッジが、液滴操作システムの電極アレイに接触し、１つのウェルの穿孔可能な底部構造が開口され、その内容物の一部が作業フィルムとカバー層との間の隙間に押されるカートリッジの縦断面図である。
【図５】別個の周辺スペーサに接触した多数のウェルと作業フィルムとを備え、本体部にわたって中央開口部を備えた第４実施形態に係るフレーム構造カートリッジであって、カートリッジが、液滴操作システムの電極アレイに接触し、１つのウェルの穿孔可能な底部構造が開口され、その内容物の一部が作業フィルムとここでは剛性カバーとして構成されるカバー層との間の隙間に押されるカートリッジの縦断面図である。
【図６】非活動位置（passive position）にある吸入装置を備えた第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジの三次元上面図である。
【図７】非活動位置にある吸入装置を備えた図６に示す第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジの底面図である。
【図８Ａ】第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジの試料吸入口の詳細な三次元図であり、活動位置（active positon）にある部分的に挿入された吸入装置を備えたフレーム状カートリッジの試料吸入口の部分断面図である。
【図８Ｂ】第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジの試料吸入口の詳細な三次元図であり、フレーム状カートリッジの試料吸入口と活動位置にある部分的に挿入された吸入装置の部分断面図である。
【図９】第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジを受容するために構成される液滴操作システムの電極配置であって、特に、ＤＮＡ断片の抽出及びＰＣＲ増幅、遺伝子型決定のためのハイブリダイゼーション実験及び光検出のため、細胞物質の溶解に合うように構成された前記配置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、底部分１６によって閉じられた中央開口部１４を備えると共に別個の周辺要素９”として構成される周辺スペーサ９に接触した多数のウェル５と作業フィルム１０を備えた第１実施形態に係るフレーム構造カートリッジ１の縦断面図を示す。カートリッジ１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０にほとんど接触している。
【００２１】
このカートリッジ１は、カートリッジ１の作業フィルム１０が前記電極アレイ２０上に配置されるときに電極アレイ２０を用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルム１０を有する。このカートリッジ１はまた、本体部２を有し、本体部２は好ましくは、実質的に平坦な下面４を有する。第１実施形態によれば、本体部２は、中央開口部１４を有するフレーム構造２”として構成されている。本体部２は、上面３、下面４、及び試薬６又はサンプル６’を内部に保持するように構成された多数のウェル５を有する。好ましくは、本体部２の材料は、液体に対して不浸透性を有し、ウェル５内に含まれる液体又はサンプルを吸収したり干渉したりすることのない不活性プラスティック材料からなる。フレーム構造２”の形をした本体部２の射出成形のための好ましい材料は、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、環状オレフィン重合体（ＣＯＰ）、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート及びガラスを含む。射出成形以外の好ましい生産技術は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン又はポリテトラフルオロエテン（ＰＴＦＥ）のカッティング及び／又はパンチングを含む。
【００２２】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の上側をシールするように構成された柔軟に変形可能な上部構造７を有する。好ましくは、描かれているように、柔軟に変形可能な上部構造７は、フレーム構造２”の上面３に密封して取り付けられた柔軟なフォイル（foil）として構成される。柔軟なフォイルは好ましくはゴム又は熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などのエラストマー材料膜から作られ、好ましくは溶接によってフレーム構造２”の上面３に密封して取り付けられる。あるいは、柔軟に変形可能な上部構造７は、フレーム構造２”に一体化される本体部２の柔軟な上部分として構成される（不図示）。この場合、本体部の材料は好ましくは、ＴＰＥである。
【００２３】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の底側をシールするように構成された穿孔可能な底部構造８を有する。好ましくは、描かれるように、穿孔可能な底部構造８は、フレーム構造２”と一体化される本体部２の穿孔可能な底部分として構成される。この場合、本体部の材料は好ましくは、ＴＰＥである。あるいは、穿孔可能な底部構造８は、フレーム構造２”の下面４に密封して取り付けられる穿孔可能なフォイルとして構成される（不図示）。この場合、穿孔可能なフォイルは好ましくは、ゴム又は熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などのエラストマー材料膜から作られる。
【００２４】
このカートリッジ１はまた、本体部２，２”の下面４の下方に位置する作業フィルム１０を有する。作業フィルム１０は、液体に対して不浸透性を有すると共に疎水性上面１１を有し、疎水性上面１１には、液滴が電気湿潤技術によって移動されることとなる。
【００２５】
第１の好ましい実施形態によれば、作業フィルム１０は、疎水性材料からなる単層として構成される。
【００２６】
図１に描かれる好ましい実施形態では、疎水性材料からなる単層はまた、（作業フィルム１０が電極アレイ２０の個別電極４４のそれぞれ１つを電気的に絶縁するように）電気的に絶縁している。従って、カートリッジ１は、更なる誘電性層を必要とすることなく作業フィルム１０を用いて電極アレイ２０の上に直接的に配置することができる。そのような好ましい誘電性／疎水性作業フィルム１０を生産するための好ましい材料は、ペルフルオロエチレンプロピレン共重合体、ペルフルオロアルコキシ重合体及び共重合体（ＰＦＡ）、環状オレフィン重合体及び共重合体（ＣＯＰ）、及びポリエチレン（ＰＥ）などのフッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）を含む群から選択される。
【００２７】
しかしながら、疎水性材料からなる単層が、（作業フィルム１０が電極アレイ２０の個別電極４４間において短絡を引き起こすように）電気的に絶縁していない場合、カートリッジ１は、電極アレイ２０と作業フィルム１０との間に位置する更なる誘電性層（不図示）を備えた電極アレイ２０の上に作業フィルム１０を用いて配置する必要がある。そのような更なる誘電性層は、作業フィルム１０の下面に、又は個別電極４４の上面若しくは表面レベル４８に取り付けることができる（不図示）。あるいは、更なる誘電性層は、カートリッジ１が作業フィルム１０を用いて電極アレイ２０上に配置される前に電極アレイ２０上に位置付けられる別個の誘電体シートとして設けることができる（不図示）。そのような疎水性を有する非誘電性（non-dielectric）材料からなる単層の作業フィルム１０を生産するための好ましい材料は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン又はポリテトラフルオロエテン（ＰＴＦＥ）である。
【００２８】
第２の好ましい実施形態によれば、作業フィルム１０は、上面１１が疎水性を有するように処理された電気的に非電導性の材料からなる単層として構成される。カートリッジ１は、更なる誘電性層を必要とすることなく電極アレイ２０の上に作業フィルム１０を用いて直接的に配置することができる。そのような処理は、シランを用いた電気的に非電導性材料からなる単層をコーティングすることができる（２００２年、マルシア、アルマンザ−ワークマン等）。
【００２９】
第３の好ましい実施形態によれば、作業フィルム１０は、下層と疎水性上層とを有する積層であって、下層が電気的に電導性又は非電導性である積層として構成される。
【００３０】
図１に示されるものと同様に、積層作業フィルム１０は好ましくは、誘電性下層と疎水性上層とを有し、それによって、作業フィルム１０は、電極アレイ２０の個別電極４４のそれぞれ１つを電気的に絶縁する。あるいは、疎水性材料からなる第３の層を、２つの疎水性層の間に位置する誘電性層を有するサンドイッチが形成されるように誘電性層の下側に積層することができる。何れの場合においても、カートリッジ１は、更なる誘電性層を必要とすることなく電極アレイ２０の上に作業フィルム１０を用いて直接的に配置することができる。そのような少なくとも１つの誘電性層と少なくとも１つの疎水性層とを有する好ましい積層作業フィルム１０を生産するための好ましい材料の組み合わせは、例えば、疎水性層のためのペリフルオロエチレンプロピレン共重合体などのフッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）と誘電性層のためのデュポン製のカプトン（登録商標）のようなポリイミド（ＰＩ）とから選択される。
【００３１】
しかしながら、積層作業フィルム１０が、（作業フィルム１０が、電極アレイ２０の個別電極４４間において短絡を引き起こすように）非誘電性材料からなる下層を有する場合、カートリッジ１は、電極アレイ２０と作業フィルム１０との間に位置する更なる誘電性層を備えた電極アレイ２０の上に作業フィルム１０を用いて配置する必要がある。そのような更なる誘電性層は、作業フィルム１０の下面に、又は個別電極４４の上面若しくは表面レベル４８に取り付けることができる（不図示）。あるいは、更なる誘電性層は、カートリッジ１が作業フィルム１０を用いて電極アレイ２０上に配置される前に電極アレイ２０上に位置付けられる別個の誘電性シートとして設けることができる（不図示）。
【００３２】
実際には、液滴操作システム４０の電極アレイ２０と本発明に係るカートリッジ１の作業フィルムとの間に更なる誘電性層を配置する必要がある場合、又はそのような必要がない場合、液滴を操作するため、且つ個別電極を濡れて（電気的に接続されて）酸化又は損傷することから保護するためのシステム４０の電極アレイ２０のクリーニングをただ容易にするために更なる誘電性層を用いて電極アレイを覆うことが好ましい。
【００３３】
このカートリッジ１はまた、本体部２，２’，２”の下面４の下方に位置し、作業フィルム１０を本体部２，２’，２”に接続する周辺スペーサ９を有する。このカートリッジ１はまた、本体部２，２’，２”の下面４と作業フィルム１０の疎水性上面１１との間に隙間１２を有する。この隙間１２は、周辺スペーサ９によって規定される。好ましくは、周辺スペーサ９は、隙間１２の領域を囲むと共に本体部２と一体的に形成される周辺リム９’として構成される（図２参照）。あるいは、図１に示すように、周辺スペーサ９は、隙間１２を囲むと共にここではフレーム構造２”として構成される本体部２の下面４に取り付けられる別個の周辺要素９”として構成される。描かれるように、作業フィルム１０は好ましくは、フレーム構造２”の別個の周辺要素９”に取り付けられる。
【００３４】
好ましくは、必要に応じて大きく及び多数にすることができ、カートリッジ１は、隙間１２の領域内に位置してフレーム構造２”の本体部２の下面４に取り付けられる中間スペーサ１５を有する。これらの中間スペーサは好ましくは、別個の周辺要素９”と同一高さを有し、好ましくは同一隙間寸法を規定する。
【００３５】
このカートリッジ１はまた、穿孔可能な底部構造８の下方に位置すると共に試薬又はサンプル６，６’をウェル５から隙間１２へ解放するために穿孔可能な底部構造８を穿孔するように構成された多数の穿孔要素１３を有する。図１に描かれたカートリッジの実施形態では、穿孔要素１３は、隙間１２の領域内に位置し、別個のリング状要素９”として構成されて隙間１２を囲むスペーサ９と一体的に形成される。好ましくは、穿孔要素１３は、ウェル５又は吸入凹部の下方に位置し、液滴操作システム４０の作動要素４０によって作動されるときに少なくとも穿孔可能な底部構造８を穿孔するように構成される。作動要素４１は好ましくは、案内経路４５によって移動が案内される。
【００３６】
好ましくは、フレーム構造２”の中央開口部１４は、本体部２の実質的に平坦な下面４を形成するためにフレーム構造２”と一体的に形成される本体部２の底部分１６を残す本体部２の上面３の窪みとして構成される。従って、隙間１２が本体部２の下面４と作業フィルム１０の疎水性上面１１との間に延びることが、図１に示されている。
【００３７】
好ましくは、基板４２は、隙間１２内の（ここでは点線で示されるのみである）滴２３に光を導くため及び／又は隙間１２内の滴２３から離れて光を案内するための少なくとも１つの光ファイバ２１を有する。図１では、所謂底部読取光学システムは、光ファイバ２１によって示されている。この光学システムを用い、光源（不図示）から発生する励起光は、（示されていない）光学的に透明である（不図示）又は貫通穴（不図示）を有する個別電極４４を通じて導くことができる。励起光は次に、光学的に透明である必要がある作業フィルム１０を貫き、サンプル材料を備えた滴２３が作業フィルム１０内に入る。サンプル材料が蛍光体を有する場合、この蛍光体は、次に光学底部読取システム及び該システムに接続される検出器によって検出される蛍光を発する。従って、図１に示される実施形態の底部読取システムは、励起光をサンプルに送るように、またサンプルによって発せられた蛍光を受信して検出するように構成される。好ましくは、光ファイバ２１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０の基板４２に組み込まれる。この基板はまた、個別電極４４をシステム４０の中央制御ユニット４３と結びつける電気線を有する。
【００３８】
図２は、第２の発明の実施形態に係る板状構造２’として構成される本体部２を備えたカートリッジ１の縦断面図を示す。このカートリッジ１は、多数のウェル５と、一体化した周辺リム９’によって本体部２に接触した作業フィルム１０とを有する。カートリッジ１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０とほとんど接触している。
【００３９】
このカートリッジ１はまた、カートリッジ１の作業フィルム１０が電極アレイ２０上に配置されるときに電極アレイ２０を用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルム１０を有する。このカートリッジ１はまた、本体部２を有し、本体部２は好ましくは、実質的に平坦な下面４を有する。第２実施形態によれば、本体部２は、板状構造２’として構成される。本体部２は、上面３、下面４、及び試薬６又はサンプル６’を内部に保持するように構成された多数のウェル５を有する。第１実施形態のフレーム構造と同様に、本体部２の材料は好ましくは、液体に対して不浸透性を有し、ウェル５内に含まれる液体又はサンプルを吸収したり干渉したりすることのない不活性プラスティック材料からなる。本体部２の射出成形のためのフレーム構造２”と同様のプラスティック材料がまた、この実施形態の板状構造２’を生産するために好ましい。
【００４０】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の上側をシールするように構成された柔軟に変形可能な上部構造７を有する。好ましくは、図２に描かれているように、柔軟に変形可能な上部構造７は、板状構造２’に一体化された本体部２の柔軟な上部分として構成される。本体部２及び柔軟な上部分の射出成形のための材料は好ましくは、ＴＰＥである。あるいは、柔軟に変形可能な上部構造７は、板状構造２’の上面３に密封して取り付けられる柔軟なフォイルとして構成される。柔軟なフォイルは好ましくは、ゴム又は熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などのエラストマー材料膜から作られ、好ましくは溶接によって板状構造２’の上面３に密封して取り付けられる。
【００４１】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の底側をシールするように構成される穿孔可能な底部構造８を有する。好ましくは、描かれているように、穿孔可能な底部構造８は、板状構造２’の下面４に密封して取り付けられた穿孔可能なフォイルとして構成される。この穿孔可能なフォイルは好ましくは、ゴム又は熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などのエラストマー材料膜から作られる。あるいは、穿孔可能な底部構造８は、板状構造２’に一体化される本体部２の穿孔可能な底部分として構成される（不図示）。この場合、本体部の材料は好ましくは、ＴＰＥである。
【００４２】
このカートリッジ１はまた、本体部２，２”の下面４の下方に位置する作業フィルム１０を有する。作業フィルム１０は、液体に対して不浸透性を有すると共に疎水性上面１１を有し、疎水性上面１１には、液滴が電気湿潤技術によって移動されることとなる。図１に関連して記載されるような作業フィルム１０及び更なる誘電性層の全ての実施形態はまた、図２に示されるカートリッジにおいて好ましい。
【００４３】
このカートリッジ１はまた、本体部２，２’，２”の下面４の下方に位置し、作業フィルム１０を本体部２，２’，２”に接続する周辺スペーサ９を有する。このカートリッジ１はまた、本体部２，２’，２”の下面４と作業フィルム１０の疎水性上面１１との間の隙間１２を有する。この隙間１２は、周辺スペーサ９によって規定される。ここでは、周辺スペーサ９は好ましくは、隙間１２の領域を囲むと共に本体部２と一体的に形成される周辺リム９’として構成される。あるいは、図１に示すように、周辺スペーサ９は、隙間１２を囲むと共にここではフレーム構造２”として構成される本体部２の下面４に取り付けられる別個の周辺要素９”として構成される。描かれるように、作業フィルム１０は好ましくは、板状構造２’の周辺リム９’に取り付けられる。
【００４４】
好ましくは、必要に応じて大きく及び多数にすることができ、カートリッジ１は、隙間１２の領域内に位置して板状構造２’と一体的に形成される中間スペーサ１５を有する。これらの中間スペーサ１５は好ましくは、周辺リム９’と同一高さを有し、好ましくは同一隙間寸法を規定する。
【００４５】
このカートリッジ１はまた、穿孔可能な底部構造８の下方に位置すると共に試薬又はサンプル６，６’をウェル５から隙間１２へ解放するために穿孔可能な底部構造８を穿孔するように構成された多数の穿孔要素１３を有する。図２に描かれたカートリッジの実施形態では、穿孔要素１３は、隙間１２の領域内で周辺リム９’に接近して位置する。穿孔要素１３はここでは、周辺リム９’に及び／又は板状構造２’の本体部２の下面４に取り付けられる。好ましくは、穿孔要素１３は、ウェル５又は吸入凹部の下方に位置し、液滴操作システム４０の作動要素４１によって作動されるときに少なくとも穿孔可能な底部構造８を穿孔するように構成される。作動要素４１は好ましくは、案内経路４５によって移動が案内される。
【００４６】
好ましくは、カートリッジ１は、隙間１２内の（ここでは点線で示されるのみである）滴２３に光を導くため及び／又は隙間１２内の滴２３から離れて光を案内するための少なくとも１つの光ファイバ２１を有する。図２では、所謂上部読取光学システムは、光ファイバ２１によって示されている。この光学システムを用い、光源（不図示）から発生する励起光は、サンプル材料を備えた滴２３に直接的に導くことができる。サンプル材料が蛍光体を有する場合、この蛍光体は、次に光学上部読取システム及び該システムに接続される検出器によって検出される蛍光を発する。従って、図２に示される実施形態の上部読取システムは、励起光をサンプルに送るように、またサンプルによって発せられた蛍光を受信して検出するように構成される。好ましくは、光ファイバ２１は、カートリッジ１の本体部２に組み込まれる。図１において既に示すように、基板４２はまた、個別電極４４をシステム４０の中央制御ユニット４３と結びつける電気線を有する。
【００４７】
図３は、本体部２の高さ全体にわたって中央開口部１４を備えた第３実施形態に係るフレーム構造カートリッジ１の縦断面図を示す。カートリッジ１は、別個の周辺要素９”として構成されるスペーサ９に接触した多数のウェル５と作業フィルム１０とを有する。カートリッジ１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０にほとんど接触している。
【００４８】
このカートリッジ１は、カートリッジ１の作業フィルム１０が電極アレイ２０上に配置されるときに電極アレイ２０を用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルム１０を有する。このカートリッジ１はまた、本体部２を有し、本体部２は好ましくは、実質的に平坦な下面４を有する。第３実施形態によれば、本体部２は、本体部２の高さ全体にわたって延びる中央開口部１４を有するフレーム構造２”として構成される。本体部２は、上面３、下面４、及び試薬６又はサンプル６’を内部に保持するように構成された多数のウェル５を有する。
【００４９】
本体部２のフレーム構造２”の下面４は、完全に平坦ではない。本体部２は、下方へ延びる外側部分５３を有する。別個の周辺要素９”の形をした完全に平坦なスペーサ９を有することに代えて、この実施形態は、本体部２の下面に従って下方に曲げられた別個の周辺要素９”を有する。
【００５０】
基板４２は、カートリッジ１のこの特有の下面に適合され、作業フィルム１０が取り付けられるカートリッジ１の本体部２，２’，２”の下面又はスペーサ９の下面４の少なくとも一部が、電極４４上において作業フィルム１０を引っ張るために電極４４の表面レベル４８を超えて移動可能であるように、電極４４の表面レベル４８に対してオフセットした表面４９を有する。
【００５１】
好ましくは、本体部２の材料は、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５内に含まれる液体又はサンプルを吸収したり干渉したりすることのない不活性プラスティック材料からなる。本体部２の射出成形のための図１のフレーム構造２”と同様のプラスティック材料がまた、この実施形態のフレーム構造２”を生産するために好ましい。
【００５２】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の上側をシールするように構成された柔軟に変形可能な上部構造７を有する。好ましくは、描かれているように、柔軟に変形可能な上部構造７は、図１の柔軟なフォイルに相当する柔軟なフォイルとして構成される。
【００５３】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の底側をシールするように構成された穿孔可能な底部構造８を有する。好ましくは、描かれているように、穿孔可能な底部構造８は、穿孔可能なカバー層１９として構成される。このカバー層１９は、カバー層１９が作業フィルム１０と反対側において隙間１２を閉じるようにフレーム構造２”の下面４に密封して取り付けられた穿孔可能なフォイルとして構成される。好ましくは、カバー層１９の下面は、フレーム構造２”の下面４と実質的に同一平面である。
【００５４】
好ましくは、カバー層１９は、電導性を有し、少なくとも隙間１２に向けられた表面において疎水性を有する。カバー層はまた、カバー層１９の材料が電導性及び疎水性の材料、例えばＰＴＦＥからなるように選択することができる。電導性カバー層１９の場合には、カバー層１９に接続されると共に液滴操作システム４０の接地電位源（ground potential source）に取付可能である電気接地接続（electrical ground connection）５４を有するカートリッジ１が好ましい。
【００５５】
このカートリッジ１はまた、本体部２，２”の下面４の下方に位置する作業フィルム１０を有する。作業フィルム１０は、液体に対して不浸透性を有すると共に疎水性上面１１を有し、疎水性上面１１には、液滴が電気湿潤技術によって移動されることとなる。図１及び図２に関連して記載されるような作業フィルム１０及び更なる誘電性層の全ての実施形態はまた、図３に描かれるカートリッジにおいて好ましい。
【００５６】
このカートリッジ１はまた、本体部２，２’，２”の下面４の下方に位置し、作業フィルム１０をカバー層１９及び本体部２，２’，２”に接続する周辺スペーサ９を有する。このカートリッジ１はまた、カバー層１９と作業フィルム１０の疎水性上面１１との間の隙間１２を有する。この隙間１２は、周辺スペーサ９によって規定される。ここでは、周辺スペーサ９は、（図１と比べて）隙間１２の領域を囲む別個の周辺要素９”として構成される。描かれるように、作業フィルム１０は好ましくは、フレーム構造２”の別個の周辺要素９”に取り付けられる。
【００５７】
好ましくは、必要に応じて大きく及び多数にすることができ、カートリッジ１は、隙間１２の領域内に位置してカバー層１９の下面及び／又は作業フィルム１０の疎水性上面１１に取り付けられる中間スペーサ１５を有する。これらの中間スペーサ１５は好ましくは、別個の周辺要素９”と同一高さを有し、好ましくは同一隙間寸法を規定する。
【００５８】
このカートリッジ１はまた、ウェル５の下方又は吸入凹部の下方に位置すると共に試薬又はサンプル６，６’をウェル５又は吸入凹部から隙間１２へ解放するためにカバー層１９を穿孔するように構成された多数の穿孔要素１３を有する。図３に描かれるようなカートリッジの実施形態では、穿孔要素１３は、図１に示されるものと同様に位置する。好ましくは、穿孔要素１３は、液滴操作システム４０の作動要素４１によって作動される。作動要素４１は好ましくは、案内経路４５によって移動が案内される。
【００５９】
ここでは、フレーム構造２”の中央開口部１４は、本体部２，２”の上面３から下面４への貫通穴として構成される。ここでは、カバー層１９は、本体部２の実質的に平坦な下面４を形成する。
【００６０】
好ましくは、基板４２は、隙間１２内の（ここでは点線で示されるのみである）滴２３に光を導くため及び／又は隙間１２内の滴２３から離れて光を案内するための少なくとも１つの光ファイバ２１を有する。加えて、あるいは代替的に、隙間１２の反対側で光ファイバ２１の入口／出口開口部に一致する場所においてカバー層１９に窓２２を設けることが好ましい。その結果、（図１と比べて）底部読取及び／又は（図２と比べて）上部読取が、図３の第３実施形態によって可能である。好ましくは、光ファイバ２１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０の基板４２に組み込まれる。この基板はまた、個別電極４４をシステム４０の中央制御ユニット４３と電気的に結びつける電気線を有する。
【００６１】
図４は、図３の第３実施形態に係るフレーム構造カートリッジ１の縦断面図を示す。カートリッジ１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０に接触している。カバー層１９の形をした穿孔可能な底部構造は、１つのウェル５のために開口され、その内容物の一部が、作業フィルム１０とカバー層１９との間の隙間１２に押される。
【００６２】
図３の基板４２と同様に、基板４２はここでは、作業フィルム１０が取り付けられるカートリッジ１の個別の周辺要素９”が電極４４上において作業フィルム１０をさらに引っ張るために電極４４の表面レベル４８を超えて移動可能であるように電極４４の表面レベル４８に対してオフセットした隣接表面４７を有する。
【００６３】
この液滴操作システム４０の好ましい実施形態では、クランプ機構５２は、カートリッジ１及び作業フィルム１０を電極４４の表面４８に及び基板４２の表面４９に押す。
【００６４】
図５は、別個の周辺スペーサ要素９”に接触した多数のウェル５と作業フィルム１０とを備え、本体部２にわたって中央開口部１４を備えた第４実施形態に係るフレーム構造カートリッジ１の縦断面図を示す。カートリッジ１は、液滴操作システム４０の電極アレイ２０に接触している。１つのウェル（吸入凹部２５）の穿孔可能な底部構造８は、開口され、その内容物の一部が、作業フィルム１０とここでは剛性カバー１７として構成されるカバー層１９との間の隙間１２内に押される。この剛性カバーのための材料は好ましくは、デュポン製のポリエチレンテレフタラートに基づく透明で柔軟なポリエステルフォイルであるマイラー（登録商標）である。剛性カバー１７は、液滴操作システム４０の接地電位源に接続することができる導電層を備えた剛性カバー１７を提供するために、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）からなる層を用いて下側にコーティングが施され得る。この図５はまた、カートリッジ１と電極アレイ２０とを有する液滴操作システム４０を示す。
【００６５】
このカートリッジ１は、カートリッジ１の作業フィルム１０が電極アレイ２０上に配置されるときに電極アレイ２０を用いて液滴サンプル２３を操作するための作業フィルム１０を有する。このカートリッジ１はまた、本体部２を有し、本体部２は好ましくは、実質的に平坦な下面４を有し、下面４はここでは剛性カバー１７によって作られる。第４実施形態によれば、本体部２は、本体部２の高さ全体にわたって延びる中央開口部１４を有するフレーム構造２”として構成される。本体部２は、上面３、下面４、並びに試薬６又はサンプル６’を内部に保持するように構成される多数のウェル５及び吸入凹部２５を有する。
【００６６】
好ましくは、本体部２の材料は、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５内に含まれる液体又はサンプルを吸収したり干渉したりすることのない不活性プラスティック材料からなる。本体部２の射出成形のための図１、図３及び図４のフレーム構造２”と同様のプラスティック材料がまた、この実施形態のフレーム構造２”を生産するために好ましい。
【００６７】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５の上側をシールするように構成された柔軟に変形可能な上部構造７を有する。好ましくは、描かれているように、柔軟に変形可能な上部構造７は、図１、図３及び図４の柔軟なフォイルに相当する柔軟なフォイルとして構成される。
【００６８】
このカートリッジ１はまた、液体に対して不浸透性を有すると共にウェル５及び吸入凹部２５の底側をシールするように構成された穿孔可能な底部構造８を有する。好ましくは、描かれるように、穿孔可能な底部構造８は、本体部２の下面４に（例えば、溶接によって）密封して取り付けられた穿孔可能なフォイルとして構成される。この穿孔可能なフォイルは好ましくは、ゴム又は熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などのエラストマー材料膜から作られる。あるいは、穿孔可能な底部構造８は、（図１と比べて）板状構造２’に一体化された本体部２の穿孔可能な底部分として構成される。この場合、本体部の材料は好ましくは、ＴＰＥである。
【００６９】
穿孔要素１３が穿孔可能な底部構造８を穿孔することを可能にするために、剛性カバー１７は、カバー穴１８を有し、カバー穴を通じて、穿孔要素１３は、穿孔可能なフォイルに容易に到達する。好ましくは、作業フィルム１０は、隙間１２から液体が漏出することが予想されないように柔軟である。図１から図４に関連して記載されるように作業フィルム１０及び更なる誘電性層の全ての実施形態はまた、図５に示されるカートリッジにおいて好ましい。
【００７０】
基板４２は、カートリッジ１のこの平坦な下面に適合され、作業フィルム１０が電極４４上において引っ張られるように電極４４の表面レベル４８と同一平面である表面４９を有する。電気絶縁フィルム、層又はカバー５０は、電極４４の表面４８及び基板４２の表面４９に適用される。この電気絶縁フィルム、層又はカバー５０は好ましくは、液滴操作システム４０の電極４４及び基板４２を移動できないようにコーティングする誘電性層である。しかしながら、必要であるときに取り替えることができる取り外し可能な電気絶縁層又はカバー５０として更なる誘電性層を設けることもまた好ましい。
【００７１】
このカートリッジ１のスペーサ９，１５及び穿孔要素１３は、図１のスペーサ９，１５及び穿孔要素１３に対応し、剛性カバー１７と作業フィルム１０の疎水性上面１１との間の隙間１２を規定する。好ましくは、穿孔要素１３は、液滴操作システム４０の作動要素４１によって作動される。作動要素４１は好ましくは、案内経路４５によって移動が案内される。描かれるように、剛性カバー１７は、フレーム構造２”と実質的に同一延長部（extension）を有し、ウェル５の下方に位置する多数の穴１８を有する。穴１８は、曲げられた穿孔要素１３が、ウェル５のそれぞれの穿孔可能な底部構造８に隣接して穿孔することができるのに十分である大きさ及び形状を有する。
【００７２】
別の実施形態では、カートリッジ１は、剛性カバー１７とカバー層１９（カバー層は穿孔可能な底部構造８として穿孔可能なフォイルに取って代わる）とを有する。剛性カバー１７及びカバー層１９は、剛性カバー１７が作業フィルム１０の反対側において隙間１２を閉じ、剛性カバー１７の下面がフレーム構造２”の下面と実質的に同一平面であるようにフレーム構造２”に取り付けられる。（図５では示されていない）カバー層１９は好ましくは、剛性カバー１７と本体部２の下面４との間に配置される。
【００７３】
好ましくは、作動要素４１は、案内経路４５内で滑り移動可能であると共に撹拌機構（agitation mechanism）４６によって撹拌（agitate）されるプランジャーとして構成される。作動要素４１を撹拌するための撹拌機構４６は、ワックスポンプブラダー（wax pump bladder）、電磁駆動又はクランプ機構駆動レバー５１の１つとして構成される。さらに、作動要素４１を撹拌するための撹拌機構４６は、クランプ機構駆動レバー５１として構成され、クランプ機構は、手動で、液滴操作システム４０の基板４２及び電極２０にカートリッジ１の本体部２，２’，２”を押すように構成されることが好ましい。あるいは、クランプ機構５２は、モータ駆動される。
【００７４】
図６は、非活動位置にある吸入装置２６を備えた第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジ１の三次元上面図を示す。カートリッジ１の本体部２，２”は好ましくは、吸入凹部２５と吸入装置２６とを有し、吸入装置２６が吸入凹部２５内の活動位置に少なくとも部分的に配置可能である試料吸入口２４を有する。この試料吸入口２４は、口腔綿棒ヘッド５５又は調査サンプルを有する他の固体物質を導入するように構成される。
【００７５】
図６はまた、カートリッジの右側において本体部２のクロスバーにある試薬及び洗浄液などの他の液体を事前に堆積させるための異なる大きさの多数のウェル５を示す。本体部２の後部にある長手方向のバーに、事前に堆積されたオイルを吸収するように構成される非常に長いウェル５が示されている。オイルは、サンプル滴が隙間１２に入る前に隙間１２を充填するために使用することができる。通常は水和滴に含まれる不活性であるサンプルと混ざらないオイル（例えば、シリコンオイル）で隙間１２を完全に充填することは任意である。図６から見られるように、ウェル５の大きさは、特定の分析を実行するための実際の必要に応じて選択することができる。液体に対して不浸透性を有するフォイルとして構成される柔軟に変形可能な上部構造７は、ウェル５の上側をシールする。柔軟なフォイルは、例えばレーザ溶接によって、フレーム構造２”の上面３に密封して取り付けられる。
【００７６】
本体部２の前部にある長手方向のバーに、（血液、唾液などのような）体液のサンプルを導入するための別の吸入凹部２５’が示されている。この別の吸入凹部２５’は好ましくは、液体に対して不浸透性を有するフォイルによって上側においてシールされるが、それはまた、医療注射器の針を用いて穿孔可能であり、穿孔可能な底部構造８が穿孔要素１３を用いてカートリッジ１の底側から穿孔された後にサンプルをカートリッジ１の隙間１２にもってくるためにピストンのような作動要素によって押されるために柔軟である。別の吸入凹部２５’の上側をシールするフォイルのための材料は好ましくは、ゴムである。
【００７７】
カートリッジの右側前方角部には、本体部２の下面４まで下方へ及ぶ経路内に位置して、好ましくは半透過性膜（不図示）と組み合わせられるフリット（frit）５６が描かれている。このフリット５６及び前記経路は、経路の底部を密封して閉じる穿孔可能な底部構造８が穿孔要素１３を用いてカートリッジ１の底側から穿孔されるとすぐに隙間１２のための排出口として機能する。
【００７８】
多数の中間スペーサ１５は、光学的に透明な剛性カバー１７又はカバー層１９を通じて見ることができる。ここで描かれた中間スペーサ１５は全て等しい大きさ及び円形形状を有し、これらの中間スペーサ１５は等しい距離において隙間１２にわたって分配されているが、意図した滴２３の電気湿潤移動が損なわれる場合、これらの中間スペーサ１５の形状、大きさ及び分配は、必要に応じて選択することができる。
【００７９】
図７は、非活動位置にある吸入装置２６を備えた図６の第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジ１の底面図を示す。作業フィルム１０はここでは、周辺要素９”として構成されるスペーサ９が見えるように取り除かれている。周辺要素９”がカートリッジ１の外側境界まで延びる図４及び図５に示す断面図から逸脱すると、周辺要素９”はここでは、本体部２の下方延長部５７によって縁取られる。（周辺要素９”に取り付けられる）作業フィルム１０の下面と組み合わせた本体部２のこの下方延長部５７は好ましくは、カートリッジ全体に平坦な下面を付与する。あるいは、本体部２の下方延長部５７は、周辺要素９”と同一平面であり、作業フィルム１０は、作業フィルム１０に、さらに本体部２の下方延長部５７に取り付けられる。
【００８０】
周辺要素９”の一部として多くの穿孔要素１３をここでは見ることができる。前記ウェル５の大きさに応じて、穿孔要素１４の大きさ及び数を変更することができる。すなわち、オイル含有ウェルのために３つの穿孔要素１３が描かれ（下方左側参照）、試薬を含む２つの最も大きいウェルのために２つの穿孔要素１３が描かれ（上方右側参照）、試薬を含む小さいウェルのためにただ１つの穿孔要素１３が描かれている（下方右側参照）。吸入凹部２５下方の穿孔可能な底部構造８を穿孔するように構成された穿孔要素１３は、本体部２の上側バーの左側に示されている。これらの穿孔要素１３の示される数、大きさ及び形状は、ここでは例示的であるのみであり、実際の必要に応じて変更することができる。
【００８１】
図６に関して既に述べたように、意図した滴２３の電気湿潤移動が損なわれる場合、中間スペーサ１５の形状、大きさ及び分配は、必要に応じて選択することができる。ここでは、図６のものから明らかに逸脱する３つの例示的中間スペーサ１５が示されている。
【００８２】
図８Ａ及び図８Ｂは、第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジ１の試料吸入口２４の詳細な三次元図を示す。
【００８３】
図８Ａは、活動位置にある部分的に挿入された吸入装置２６を備えたフレーム状カートリッジの試料吸入口２４の部分断面図を示す。吸入装置２６は好ましくは、第１端部２８と第２端部２９とを有するシリンダチューブ２７と、第１チューブ端部２８に挿入可能であると共にシリンダチューブ２７内において移動可能であるプランジャー３０と、シリンダチューブ２７の第２端部２９を密封して閉じる密封フォイル３１とを有する。シリンダチューブ２７内部でプランジャー３０と密封フォイル３１との間の空間には、溶解緩衝液の事前堆積が提供される。フリット５６はまた見ることができる。このフリット５６は、口腔綿棒ヘッド５５などのサンプル担体が細胞物質の溶解のために配置される吸入凹部２５の部分（外側チャンバ）と溶解後に溶解物が押し込まれる吸入凹部２５の部分（内側チャンバ）とを分離する。吸入装置２６は明らかに、非活動位置（図６及び図７を参照）からカートリッジ１の吸入凹部２５が位置する活動位置に移動される。フォイルとして構成されて液体に対して不浸透性を有する柔軟に変形可能な上部構造７は、吸入凹部２５の上側をシールする。柔軟なフォイルは、例えばレーザ溶接によって、フレーム構造２”の上面３に密封して取り付けられる。
【００８４】
図８Ｂは、フレーム状カートリッジ１の試料吸入口２４と活動位置にある部分的に挿入された吸入装置２６の部分断面図を示す。ここに描かれた状況は、以下の通りである。すなわち、
１． サンプルが口腔綿棒を用いて取られ、吸入凹部２５が使用前の汚染から防止するシール５８をはがした後に試料（付着するサンプルを備えた口腔綿棒ヘッド５５）が吸入凹部２５の外側チャンバに導入される（図８Ａ参照）。
２． 吸入装置２６はここで、吸入凹部２５内へ押される。シリンダチューブ２７の外周は、吸入凹部２５のシリンダ状外側チャンバ内で密封して滑る。
【００８５】
カートリッジ１の隙間１２にサンプルを導入する次のステップは以下の通りである。すなわち、
３． 吸入凹部２５の外側チャンバ内の穿孔構造５９がシリンダチューブ２７の第２端部２９を密封して閉じる密封フォイル３１を穿孔するまで吸入装置２６はさらに吸入凹部２５内へ押される。
４． シリンダチューブ２７内に元来含まれる溶解緩衝液は、吸入凹部２５の外側チャンバに入り、吸入装置２６は、吸入凹部２５の外側チャンバと内側チャンバとの間にフリット５６を通じて空気を押し出すために、吸入凹部２５内へさらに押される。
５． 綿棒ヘッド５５に付着する細胞物質の溶解が行われる。溶解中、温度は好ましくは、吸入凹部２５において高められる。液滴操作システム４０の基板４２内（あるいは代替的にカートリッジ１内）のヒータは、好ましくは必要値まで吸入凹部２５内部の温度を上げるために使用される。
６． 溶解後、吸入装置２６のシリンダチューブ２７は、吸入凹部２５の外側チャンバ内へ完全に押される。これを行うとき、溶解物の大部分は、フリット５６を通じて押され、吸入凹部２５の内部チャンバに入る。
７． 必要に応じて、カートリッジの隙間１２は、第１にオイルで充填される。吸入凹部２５の内側チャンバ下方の穿孔可能な底部構造８は次に、プランジャー４１を用いて穿孔可能な底部構造８に対して穿孔要素１３を押すことによって穿孔される。
８． 吸入凹部２５の内側チャンバの上部を密封して閉じる柔軟に変形可能な上部構造７は、プランジャー４１を用いて内部に押され、吸入凹部２５の内側チャンバの内部容積を減少させることによって溶解物の一部が隙間１２に解放される。
【００８６】
図９は、液滴操作システム４０の電極配置又はプリント回路基板（ＰＣＢ）の上面図を示す。システム４０のこの特有の電極アレイ２０は、第３又は第４実施形態に係るフレーム状カートリッジ１を受容するために構成される。従って、中央開口部１４を備えたカートリッジ１の形状は、ここでは長い破線で示されている。ウェル５及び吸入凹部２５の形状は、短い破線で示されている。
【００８７】
この電極アレイ２０は、特に、ＤＮＡ断片の抽出及びＰＣＲ増幅、遺伝子型決定のためのハイブリダイゼーション実験及び光検出のため、細胞物質の溶解に合うように構成される。電極アレイの角部にある４つの位置合わせマークは、アレイの位置合わせを容易にする。
【００８８】
（必要に応じて）左側から、隙間１２全体が、シリコン（Ｓｉ）オイルで満たされる。次に（右上参照）、吸入凹部２５から（ビーズ（beads）を有する又は有しない）溶解物が隙間１２に入る。隙間１２への入口において直接、そこでは対応するウェル５の穿孔可能な底部構造８が穿孔され、好ましくは第１の大型電極が第２の大型電極を伴って位置づけられる。何れの場合においても第２の大型電極は、個別電極４４の第１の列が配置される切欠きを有する。
【００８９】
これらの２つの大型電極は、下方から穿孔可能な底部構造８を穿孔して上部から柔軟に変形可能な上部構造７を押圧した後にそれぞれのウェル５又は吸入凹部２５から液体の一部が堆積される領域にマークをつける。この液体部分から、０．１から５μｌまでの標準容積を有する単一小滴が分離される。（図９の上部から底部まで）吸入凹部２５に隣接するウェルは、純粋洗液、主混合Ｂ、主混合Ａ、ハイブリダイゼーション緩衝液、ハイブリダイゼーション洗浄液１、ハイブリダイゼーション洗浄液２及びハイブリダイゼーションのためのビーズに割り当てられる。
【００９０】
溶解物及び純粋洗浄液の滴は、これらの滴が混合されて洗浄される洗浄ゾーンに電気湿潤によって移動され、磁気ビーズ及び付着した非重要サンプル部分は、非常に大型の電極によって供給される第１洗浄ゾーンに移動される。洗浄ゾーン及び隣接混合ゾーンでは、主混合部分Ａ及び／又はＢがサンプル滴に加えることができる。次に、滴は、サンプル滴に含まれる核酸がそれ自体周知である技術に従って増幅されるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）ゾーンに移動される。ＰＣＲゾーンは、核酸のストランドをアニールして分離するための異なる温度（例えば、３５度及び９５度）を有する少なくとも２つのヒータゾーンを有する。
【００９１】
ＰＣＲに続いて、増幅核酸を有する単一の十分な滴は、好ましくは描かれるような電極の特有の形状及び配置によって特徴付けられる分割ゾーンにおいて２つの小さい滴に分割される。中央希釈ゾーンでは、これらの２つのサンプル滴の両方が、ハイブリダイゼーション緩衝液を用いて個別に希釈され、これらの２つの分割されたそれぞれのサンプル滴から最大で８つの同一の滴が生産される。
【００９２】
ハイブリダイゼーション地点１−４及び９−１２又は５−８及び１３−１６において、８つのサンプル滴の２倍が、それ自体周知である技術に従ってハイブリダイゼーションを受ける。ハイブリダイゼーションに続いて、追加された混成されていない材料が、完全に洗い流されて（非常に大型の電極によってまた供給される）近くの第２の廃棄ゾーンに捨てられる。
【００９３】
１６のサンプル滴はそれぞれ次に、検出ゾーンに（また電気湿潤を用いて）個別に移動され、そこでは（底部読取、上部読取、又は両方の混合あるいは組み合わせを使用して）混成されたサンプルが光学的に分析される。
【００９４】
カートリッジ１の隙間１２にまだ存在するサンプル滴のサンプルの分析に続いて、サンプルは、第１の廃棄ゾーンに捨てられ、個別電極４４の大きい列によって設けられる「電気湿潤経路」は、水酸化ナトリウム溶液（ＮＡＯＨ）を用いて、任意で特別な洗浄液を用いて、洗ってきれいにされる。
【００９５】
全ての実験及び測定が完了したとき、カートリッジ１は（サンプル及びサンプル内の廃棄物と共に）安全に廃棄され、その結果、検査技師は誰もその内容物によって危険にさらされることはない。その後、次のカートリッジ１が、電極アレイ２０に押され、次の実験を行うことができる。
【００９６】
図９では（図面の上部及び底部参照）、多数の接触点が見られる。個別電気線は、各電極をこれらの接触点の１つと接触させる。加えて、システム４０の基板４２に位置するヒータはまた、これらの接触点の一部と接続される。接触点は全て、例えばヒータ、プランジャー４１など及び要求される電極の電位の全ての必要な活性化（activation）を制御する中央制御ユニット４３に接続される。電極アレイ２０のそれぞれの側にはまた、中央制御ユニット４３の接地電位源と接触させるための別個の接触点が設けられている。
【００９７】
好ましくは、液滴操作システム４０は、電極アレイ２０を備えた基板４２と、電極アレイ４３の個別電極４４の選択を制御するため且つ電気湿潤によって液滴２３を操作する個別電圧パルスを電極４４に供給するための中央制御ユニット４３とを有する。好ましいシステム４０は、電極４４の上部に本発明に係るカートリッジ１の作業フィルム１０を受容するように構成される。
【００９８】
システム４０は、多数のオペレータが、該オペレータがもってくるカートリッジ１を用いて作業する独立型で固定したユニットであり得る。システム４０は従って、多数の基板４２と多数の電極アレイ２０とを有し、その結果、多数のカートリッジ１は、同時に及び／又は平行して作業することができる。基板４２、電極アレイ２０及びカートリッジ１の数は、１、又は、例えば１と１００の間のあらゆる数、あるいはそれ以上であってもよい。この数は、例えば、中央制御ユニット４３の作業能力によって制限される。あるいは、システム４０は、単一カートリッジ１のみを有して単一カートリッジを用いて作業することができる手持ちサイズのものとして実行することができる。あらゆる当業者は、本発明の要旨の範囲内でまさに言及した２つの極端の間に位置している中間溶液をまた作用させて作業することを理解するであろう。
【００９９】
「電極アレイ」、「電極配置」及び「プリント回路基板（ＰＣＢ）」の用語は、この特許出願では同義語として使用される。
【０１００】
当業者に合理的であるように見えるこの特許出願に開示されるカートリッジ１の異なる実施形態の特徴のあらゆる組合せは、本発明の要旨と範囲に含まれる。
【０１０１】
参照符号がそれぞれの場合に特に説明されていないとしても、参照符号は本発明のカートリッジ１及びシステム４０の同様の要素に言及するものである。
【符号の説明】
【０１０２】
１ カートリッジ
２，２’，２” 本体部
２’ ２の板状構造
２” ２のフレーム構造
３ ２，２’，２”の上面
４ ２，２’，２”の下面
５ ウェル
６ 試薬
６’サンプル
７ 柔軟に変形可能な上部構造
８ 穿孔可能な底部構造
９ 周辺スペーサ
９’ 一体化された周辺リム
９” 別個の周辺要素
１０ 作業フィルム
１１ １０の疎水性上面
１２ 隙間
１３ 穿孔要素
１４ 中央開口部
１５ 中間スペーサ
１６ 底部分
１７ 剛性カバー
１８ カバー穴
１９ カバー層
２０ 電極アレイ
２１ 光ファイバ
２２ 窓
２３ 滴
２４ 試料吸入口
２５ 吸入凹部
２５’ 別の吸入凹部
２６ 吸入装置
２７ シリンダチューブ
２８ ２７の第１端部
２９ ２７の第２端部
３０ プランジャー
３１ 密封フォイル
４０ ２０を有するシステム
４１ 作動要素
４２ 基板
４３ 中央制御ユニット
４４ 個別電極
４５ 案内経路
４６ 撹拌機構
４７ 隣接表面
４８ ４４の表面レベル
４９ ４２の表面
５０ 電気絶縁フィルム、層又はカバー
５１ レバー
５２ クランプ機構
５３ ２の外側部
５４ 接地接続
５５ 口腔綿棒ヘッド
５６ フリット
５７ ２の下方延長部
５８ シール
５９ 穿孔構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カートリッジ（１）の作業フィルム（１０）が電極アレイ（２０）上に配置されるときに電極アレイ（２０）を用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルム（１０）を有するカートリッジ（１）であって、
前記カートリッジ（１）は、
ａ） 上面（３）、下面（４）、及び試薬（６）又はサンプル（６’）を内部に保持するように構成される多数のウェル（５）を有する本体部（２，２’，２”）と、
ｂ） 液体に対して不浸透性を有すると共にウェル（５）の上側をシールするように構成される柔軟に変形可能な上部構造（７）と、
ｃ） 液体に対して不浸透性を有すると共にウェル（５）の底側をシールするように構成される穿孔可能な底部構造（８）と、
ｄ） 本体部（２，２’，２”）の下面（４）の下方に位置する作業フィルム（１０）であって、液体に対して不浸透性を有すると共に疎水性上面（１１）を有する作業フィルム（１０）と、
ｅ） 本体部（２，２’，２”）の下面（４）の下方に位置し、作業フィルム（１０）を本体部（２，２’，２”）に接続する周辺スペーサ（９）と、
ｆ） 本体部（２，２’，２”）の下面（４）と作業フィルム（１０）の疎水性上面（１１）との間の隙間（１２）であって、周辺スペーサ（９，９’，９”）によって規定される隙間（１２）と、
ｇ） 穿孔可能な底部構造（８）の下方に位置すると共に試薬又はサンプル（６，６’）をウェル（５）から隙間（１２）へ解放するために穿孔可能な底部構造（８）を穿孔するように構成される多数の穿孔要素（１３）と、
を有するカートリッジ。
【請求項２】
前記本体部（２）は、実質的に平坦な下面（４）を有し、板状構造（２’）又は中央開口部（１４）を有するフレーム構造（２”）として構成される、
請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３】
前記柔軟に変形可能な上部構造（７）は、前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）の上面（３）に密封して取り付けられる柔軟なフォイルとして構成される、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記穿孔可能な底部構造（８）は、前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）に一体化される本体部（２）の穿孔可能な底部分として構成される、
請求項３に記載のカートリッジ。
【請求項５】
前記柔軟に変形可能な上部構造（７）は、前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）に一体化される本体部（２）の柔軟な上部分として構成される、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項６】
前記穿孔可能な底部構造（８）は、前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）の下面（４）に密封して取り付けられる穿孔可能なフォイルとして構成される、
請求項５に記載のカートリッジ。
【請求項７】
前記周辺スペーサ（９）は、前記隙間（１２）の領域を囲むと共に前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）と一体的に形成される周辺リム（９’）として構成される、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項８】
前記カートリッジ（１）は、前記隙間（１２）の領域内に位置して前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）と一体的に形成される中間スペーサ（１５）を有する、
請求項７に記載のカートリッジ。
【請求項９】
前記穿孔要素（１３）は、前記隙間（１２）の領域内で前記周辺リム（９’）に接近して位置し、前記周辺リム（９’）に、及び／又は前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）の本体部（２）の下面（４）に取り付けられる、
請求項７に記載のカートリッジ。
【請求項１０】
前記周辺スペーサ（９）は、前記隙間（１２）を囲むと共に前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）の本体部（２）の下面（４）に取り付けられる別個の周辺要素（９”）として構成される、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項１１】
前記カートリッジ（１）は、前記隙間（１２）の領域内に位置して前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）の本体部（２）の下面（４）に取り付けられる別個の要素として構成される中間スペーサ（１５）を有する、
請求項１０に記載のカートリッジ。
【請求項１２】
前記穿孔要素（１３）は、前記隙間（１２）の領域内に位置し、前記隙間（１２）を囲む別個のリング状要素（９”）と一体的に形成される、
請求項１０に記載のカートリッジ。
【請求項１３】
前記作業フィルム（１０）は、前記周辺リム（９’）、又は前記板状構造（２’）あるいはフレーム構造（２”）の別個の周辺要素（９”）に取り付けられる、
請求項７又は１０に記載のカートリッジ。
【請求項１４】
前記作業フィルム（１０）は、疎水性材料からなる単層として構成される、
請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項１５】
前記作業フィルム（１０）は、電気的に非電導性の材料からなる単層として構成され、前記作業フィルム（１０）の上面（１１）は、疎水性であるように処理される、
請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項１６】
前記作業フィルム（１０）は、下層と疎水性上層とを有する積層として構成され、前記下層は、電気的に電導性又は非導線性である、
請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項１７】
前記フレーム構造（２”）の中央開口部（１４）は、前記本体部（２）の実質的に平坦な下面（４）を形成するために前記フレーム構造（２”）と一体的に形成される前記本体部（２）の底部分（１６）を残す前記上面（３）の窪みとして構成される、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項１８】
前記フレーム構造（２”）の中央開口部（１４）は、前記フレーム構造（２”）全体を貫通する貫通穴として構成される、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項１９】
前記カートリッジ（１）は、前記フレーム構造（２”）に取り付けられる剛性カバー（１７）を有し、前記剛性カバー（１７）は、前記作業フィルム（１０）の反対側において前記隙間（１２）を閉じ、前記剛性カバー（１７）の下面は、前記フレーム構造（２”）の下面（４）と実質的に同一平面である、
請求項１８に記載のカートリッジ。
【請求項２０】
前記剛性カバー（１７）は、前記フレーム構造（２”）と実質的に同一延長部を有すると共に前記ウェル（５）の下方に位置する多数の穴（１８）を有し、前記穴（１８）は、曲げられた穿孔要素（１３）がウェル（５）のそれぞれの穿孔可能な底部構造（８）に隣接して穿孔することができるのに十分である大きさ及び形状を有する、
請求項１９に記載のカートリッジ。
【請求項２１】
前記カートリッジ（１）は、剛性カバー（１７）及びカバー層（１９）を有し、前記剛性カバー（１７）及びカバー層（１９）は、前記剛性カバー（１７）が前記作業フィルム（１０）の反対側において前記隙間（１２）を閉じるように前記フレーム構造（２”）に取り付けられ、前記剛性カバー（１７）の下面が前記フレーム構造（２”）の下面（４）と実質的に同一平面である、
請求項１８に記載のカートリッジ。
【請求項２２】
前記カートリッジ（１）は、板状構造（２’）として構成されると共にカバー層（１９）を有し、前記カバー層（１９）は、前記カバー層（１９）が前記作業フィルム（１０）の反対側において前記隙間（１２）を閉じるように前記本体部（２）に取り付けられ、前記カバー層（１９）の下面が前記板状構造（２’）の下面（４）と実質的に同一平面である、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項２３】
前記カバー層（１９）は、前記フレーム構造（２”）又は前記板状構造（２’）の下面（４）に密封して取り付けられる穿孔可能なフォイルとして構成される、
請求項２１又は２２に記載のカートリッジ。
【請求項２４】
前記カバー層（１９）は、電気的に電導性を有すると共に少なくとも前記隙間（１２）に向けられた表面において疎水性を有し、前記カートリッジ（１）は、前記カバー層（１９）に接続されると共に接地電位源に取付可能である電気接地接続（５４）を有する、
請求項２３に記載のカートリッジ。
【請求項２５】
前記カートリッジ（１）は、前記隙間（１２）内の滴（２３）に光を導くため及び／又は前記隙間（１２）内の滴（２３）から離れて光を案内するための少なくとも１つの光ファイバ（２１）を有する、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項２６】
前記本体部（２，２’，２”）は、吸入凹部（２５）と吸入装置（２６）とを有する試料吸入口（２４）であって、前記吸入装置（２６）が前記吸入凹部（２５）内の活動位置に少なくとも部分的に配置可能である試料吸入口（２４）を有する、
請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項２７】
前記吸入装置（２６）は、
（ａ）第１端部（２８）と第２端部（２９）とを有するシリンダチューブ（２７）と、
（ｂ）前記第１チューブ端部（２８）に挿入可能であると共に前記シリンダチューブ（２７）内において移動可能であるプランジャー（３０）と、
（ｃ）前記シリンダチューブ（２７）の前記第２端部（２９）を密封して閉じる密封フォイル（３１）と、を有する、
請求項２６に記載のカートリッジ。
【請求項２８】
前記穿孔要素（１３）は、ウェル（５）又は吸入凹部（２５）の下方に位置し、前記穿孔要素（１８）は、液滴操作システム（４０）の作動要素（４１）によって作動されるときに少なくとも前記穿孔可能な底部構造（８）を穿孔するように構成される、
請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項２９】
液滴操作システム（４０）であって、
電極アレイ（２０）を備えた基板（４２）と、
前記電極アレイ（４３）の個別電極（４４）の選択を制御するため且つ前記電極（４４）に液滴（２３）を電気湿潤によって操作する個別電圧パルスを供給するための中央制御ユニット（４３）と、を備え、
前記システムは（４０）は、前記電極（４４）の上部に請求項１に記載のカートリッジ（１）の作業フィルム（１０）を受容するように構成される、
システム。
【請求項３０】
前記システム（４０）は、少なくとも１つの請求項１に記載のカートリッジ（１）を有する、
請求項２９に記載のカートリッジ。
【請求項３１】
前記システム（４０）は、カートリッジ（１）の穿孔要素（１３）を作動するための作動要素（４１）を有し、前記穿孔要素（１３）は、少なくとも前記カートリッジ（１）の前記穿孔可能な底部構造（８）を穿孔し、それによって試薬、処理液、反応液、又は前記カートリッジ（１）の隙間（１２）内への液体を含むサンプルを解放するために構成される、
請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記システム（４０）は、カートリッジ（１）の柔軟に変形可能な上部構造（７）を作動するための作動要素（４１）を有し、前記柔軟に変形可能な上部構造（７）は、作動要素（４１）によって内方へ押され、それによって前記カートリッジ（１）の隙間（１２）に溶解物、試薬、処理液、又は反応液を解放するために吸入凹部（２５）の内側チャンバの内部容積又はウェル（５）の内部容積を減少させるように構成される、
請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】
前記作動要素（４１）は、案内経路（４５）内で滑り移動可能であると共に撹拌機構（４６）によって撹拌されるプランジャーとして構成される、
請求項３１又は３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記作動要素（４１）を撹拌するための撹拌機構（４６）は、ワックスポンプブラダー、電磁駆動又はクランプ機構駆動レバー（５１）の１つとして構成される、
請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記作動要素（４１）を撹拌するための撹拌機構（４６）は、クランプ機構駆動レバー（５１）として構成され、前記クランプ機構（５２）は、手動で、前記システム（４０）の基板（４２）及び電極アレイ（２０）にカートリッジ（１）の本体部（２，２’，２”）を押すように構成される、
請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記基板（４２）は、前記作業フィルム（１０）が取り付けられる前記カートリッジ（１）の周辺リム（９’）又は別個の周辺要素（９”）が前記電極（４４）上において前記作業フィルム（１０）を引っ張るために前記電極（４４）の表面レベル（４８）を超えて移動可能であるように、前記電極（４４）の表面レベル（４８）に対してオフセットした隣接表面（４７）を有する、
請求項２９に記載のシステム。
【請求項３７】
前記基板（４２）は、前記作業フィルム（１０）が取り付けられる前記カートリッジ（１）の本体部（２，２’，２”）又はスペーサ（９）の下面（４）の少なくとも一部が前記電極（４４）上において前記作業フィルム（１０）を引っ張るために前記電極（４４）の表面レベル（４８）を超えて移動可能であるように、前記電極（４４）の表面レベル（４８）に対してオフセットした表面（４９）を有する、
請求項２９に記載のシステム。
【請求項３８】
前記基板（４２）は、前記電極アレイ（２０）に適用され、前記電極アレイ（２０）の個別電極（４４）を全て覆い、前記個別電極（４４）を互いから分離する電気絶縁フィルム、層又はカバー（５０）を有する、
請求項２９に記載のシステム。
【請求項１】
カートリッジ（１）の作業フィルム（１０）が電極アレイ（２０）上に配置されるときに電極アレイ（２０）を用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルム（１０）を有するカートリッジ（１）であって、
前記カートリッジ（１）は、
ａ） 上面（３）、下面（４）、及び試薬（６）又はサンプル（６’）を内部に保持するように構成される多数のウェル（５）を有する本体部（２，２’，２”）と、
ｂ） 液体に対して不浸透性を有すると共にウェル（５）の上側をシールするように構成される柔軟に変形可能な上部構造（７）と、
ｃ） 液体に対して不浸透性を有すると共にウェル（５）の底側をシールするように構成される穿孔可能な底部構造（８）と、
ｄ） 本体部（２，２’，２”）の下面（４）の下方に位置する作業フィルム（１０）であって、液体に対して不浸透性を有すると共に疎水性上面（１１）を有する作業フィルム（１０）と、
ｅ） 本体部（２，２’，２”）の下面（４）の下方に位置し、作業フィルム（１０）を本体部（２，２’，２”）に接続する周辺スペーサ（９）と、
ｆ） 本体部（２，２’，２”）の下面（４）と作業フィルム（１０）の疎水性上面（１１）との間の隙間（１２）であって、周辺スペーサ（９，９’，９”）によって規定される隙間（１２）と、
ｇ） 穿孔可能な底部構造（８）の下方に位置すると共に試薬又はサンプル（６，６’）をウェル（５）から隙間（１２）へ解放するために穿孔可能な底部構造（８）を穿孔するように構成される多数の穿孔要素（１３）と、
を有するカートリッジ。
【請求項２】
前記本体部（２）は、実質的に平坦な下面（４）を有し、板状構造（２’）又は中央開口部（１４）を有するフレーム構造（２”）として構成される、
請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３】
前記柔軟に変形可能な上部構造（７）は、前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）の上面（３）に密封して取り付けられる柔軟なフォイルとして構成される、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記穿孔可能な底部構造（８）は、前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）に一体化される本体部（２）の穿孔可能な底部分として構成される、
請求項３に記載のカートリッジ。
【請求項５】
前記柔軟に変形可能な上部構造（７）は、前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）に一体化される本体部（２）の柔軟な上部分として構成される、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項６】
前記穿孔可能な底部構造（８）は、前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）の下面（４）に密封して取り付けられる穿孔可能なフォイルとして構成される、
請求項５に記載のカートリッジ。
【請求項７】
前記周辺スペーサ（９）は、前記隙間（１２）の領域を囲むと共に前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）と一体的に形成される周辺リム（９’）として構成される、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項８】
前記カートリッジ（１）は、前記隙間（１２）の領域内に位置して前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）と一体的に形成される中間スペーサ（１５）を有する、
請求項７に記載のカートリッジ。
【請求項９】
前記穿孔要素（１３）は、前記隙間（１２）の領域内で前記周辺リム（９’）に接近して位置し、前記周辺リム（９’）に、及び／又は前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）の本体部（２）の下面（４）に取り付けられる、
請求項７に記載のカートリッジ。
【請求項１０】
前記周辺スペーサ（９）は、前記隙間（１２）を囲むと共に前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）の本体部（２）の下面（４）に取り付けられる別個の周辺要素（９”）として構成される、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項１１】
前記カートリッジ（１）は、前記隙間（１２）の領域内に位置して前記板状構造（２’）又はフレーム構造（２”）の本体部（２）の下面（４）に取り付けられる別個の要素として構成される中間スペーサ（１５）を有する、
請求項１０に記載のカートリッジ。
【請求項１２】
前記穿孔要素（１３）は、前記隙間（１２）の領域内に位置し、前記隙間（１２）を囲む別個のリング状要素（９”）と一体的に形成される、
請求項１０に記載のカートリッジ。
【請求項１３】
前記作業フィルム（１０）は、前記周辺リム（９’）、又は前記板状構造（２’）あるいはフレーム構造（２”）の別個の周辺要素（９”）に取り付けられる、
請求項７又は１０に記載のカートリッジ。
【請求項１４】
前記作業フィルム（１０）は、疎水性材料からなる単層として構成される、
請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項１５】
前記作業フィルム（１０）は、電気的に非電導性の材料からなる単層として構成され、前記作業フィルム（１０）の上面（１１）は、疎水性であるように処理される、
請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項１６】
前記作業フィルム（１０）は、下層と疎水性上層とを有する積層として構成され、前記下層は、電気的に電導性又は非導線性である、
請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項１７】
前記フレーム構造（２”）の中央開口部（１４）は、前記本体部（２）の実質的に平坦な下面（４）を形成するために前記フレーム構造（２”）と一体的に形成される前記本体部（２）の底部分（１６）を残す前記上面（３）の窪みとして構成される、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項１８】
前記フレーム構造（２”）の中央開口部（１４）は、前記フレーム構造（２”）全体を貫通する貫通穴として構成される、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項１９】
前記カートリッジ（１）は、前記フレーム構造（２”）に取り付けられる剛性カバー（１７）を有し、前記剛性カバー（１７）は、前記作業フィルム（１０）の反対側において前記隙間（１２）を閉じ、前記剛性カバー（１７）の下面は、前記フレーム構造（２”）の下面（４）と実質的に同一平面である、
請求項１８に記載のカートリッジ。
【請求項２０】
前記剛性カバー（１７）は、前記フレーム構造（２”）と実質的に同一延長部を有すると共に前記ウェル（５）の下方に位置する多数の穴（１８）を有し、前記穴（１８）は、曲げられた穿孔要素（１３）がウェル（５）のそれぞれの穿孔可能な底部構造（８）に隣接して穿孔することができるのに十分である大きさ及び形状を有する、
請求項１９に記載のカートリッジ。
【請求項２１】
前記カートリッジ（１）は、剛性カバー（１７）及びカバー層（１９）を有し、前記剛性カバー（１７）及びカバー層（１９）は、前記剛性カバー（１７）が前記作業フィルム（１０）の反対側において前記隙間（１２）を閉じるように前記フレーム構造（２”）に取り付けられ、前記剛性カバー（１７）の下面が前記フレーム構造（２”）の下面（４）と実質的に同一平面である、
請求項１８に記載のカートリッジ。
【請求項２２】
前記カートリッジ（１）は、板状構造（２’）として構成されると共にカバー層（１９）を有し、前記カバー層（１９）は、前記カバー層（１９）が前記作業フィルム（１０）の反対側において前記隙間（１２）を閉じるように前記本体部（２）に取り付けられ、前記カバー層（１９）の下面が前記板状構造（２’）の下面（４）と実質的に同一平面である、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項２３】
前記カバー層（１９）は、前記フレーム構造（２”）又は前記板状構造（２’）の下面（４）に密封して取り付けられる穿孔可能なフォイルとして構成される、
請求項２１又は２２に記載のカートリッジ。
【請求項２４】
前記カバー層（１９）は、電気的に電導性を有すると共に少なくとも前記隙間（１２）に向けられた表面において疎水性を有し、前記カートリッジ（１）は、前記カバー層（１９）に接続されると共に接地電位源に取付可能である電気接地接続（５４）を有する、
請求項２３に記載のカートリッジ。
【請求項２５】
前記カートリッジ（１）は、前記隙間（１２）内の滴（２３）に光を導くため及び／又は前記隙間（１２）内の滴（２３）から離れて光を案内するための少なくとも１つの光ファイバ（２１）を有する、
請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項２６】
前記本体部（２，２’，２”）は、吸入凹部（２５）と吸入装置（２６）とを有する試料吸入口（２４）であって、前記吸入装置（２６）が前記吸入凹部（２５）内の活動位置に少なくとも部分的に配置可能である試料吸入口（２４）を有する、
請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項２７】
前記吸入装置（２６）は、
（ａ）第１端部（２８）と第２端部（２９）とを有するシリンダチューブ（２７）と、
（ｂ）前記第１チューブ端部（２８）に挿入可能であると共に前記シリンダチューブ（２７）内において移動可能であるプランジャー（３０）と、
（ｃ）前記シリンダチューブ（２７）の前記第２端部（２９）を密封して閉じる密封フォイル（３１）と、を有する、
請求項２６に記載のカートリッジ。
【請求項２８】
前記穿孔要素（１３）は、ウェル（５）又は吸入凹部（２５）の下方に位置し、前記穿孔要素（１８）は、液滴操作システム（４０）の作動要素（４１）によって作動されるときに少なくとも前記穿孔可能な底部構造（８）を穿孔するように構成される、
請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項２９】
液滴操作システム（４０）であって、
電極アレイ（２０）を備えた基板（４２）と、
前記電極アレイ（４３）の個別電極（４４）の選択を制御するため且つ前記電極（４４）に液滴（２３）を電気湿潤によって操作する個別電圧パルスを供給するための中央制御ユニット（４３）と、を備え、
前記システムは（４０）は、前記電極（４４）の上部に請求項１に記載のカートリッジ（１）の作業フィルム（１０）を受容するように構成される、
システム。
【請求項３０】
前記システム（４０）は、少なくとも１つの請求項１に記載のカートリッジ（１）を有する、
請求項２９に記載のカートリッジ。
【請求項３１】
前記システム（４０）は、カートリッジ（１）の穿孔要素（１３）を作動するための作動要素（４１）を有し、前記穿孔要素（１３）は、少なくとも前記カートリッジ（１）の前記穿孔可能な底部構造（８）を穿孔し、それによって試薬、処理液、反応液、又は前記カートリッジ（１）の隙間（１２）内への液体を含むサンプルを解放するために構成される、
請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記システム（４０）は、カートリッジ（１）の柔軟に変形可能な上部構造（７）を作動するための作動要素（４１）を有し、前記柔軟に変形可能な上部構造（７）は、作動要素（４１）によって内方へ押され、それによって前記カートリッジ（１）の隙間（１２）に溶解物、試薬、処理液、又は反応液を解放するために吸入凹部（２５）の内側チャンバの内部容積又はウェル（５）の内部容積を減少させるように構成される、
請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】
前記作動要素（４１）は、案内経路（４５）内で滑り移動可能であると共に撹拌機構（４６）によって撹拌されるプランジャーとして構成される、
請求項３１又は３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記作動要素（４１）を撹拌するための撹拌機構（４６）は、ワックスポンプブラダー、電磁駆動又はクランプ機構駆動レバー（５１）の１つとして構成される、
請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記作動要素（４１）を撹拌するための撹拌機構（４６）は、クランプ機構駆動レバー（５１）として構成され、前記クランプ機構（５２）は、手動で、前記システム（４０）の基板（４２）及び電極アレイ（２０）にカートリッジ（１）の本体部（２，２’，２”）を押すように構成される、
請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記基板（４２）は、前記作業フィルム（１０）が取り付けられる前記カートリッジ（１）の周辺リム（９’）又は別個の周辺要素（９”）が前記電極（４４）上において前記作業フィルム（１０）を引っ張るために前記電極（４４）の表面レベル（４８）を超えて移動可能であるように、前記電極（４４）の表面レベル（４８）に対してオフセットした隣接表面（４７）を有する、
請求項２９に記載のシステム。
【請求項３７】
前記基板（４２）は、前記作業フィルム（１０）が取り付けられる前記カートリッジ（１）の本体部（２，２’，２”）又はスペーサ（９）の下面（４）の少なくとも一部が前記電極（４４）上において前記作業フィルム（１０）を引っ張るために前記電極（４４）の表面レベル（４８）を超えて移動可能であるように、前記電極（４４）の表面レベル（４８）に対してオフセットした表面（４９）を有する、
請求項２９に記載のシステム。
【請求項３８】
前記基板（４２）は、前記電極アレイ（２０）に適用され、前記電極アレイ（２０）の個別電極（４４）を全て覆い、前記個別電極（４４）を互いから分離する電気絶縁フィルム、層又はカバー（５０）を有する、
請求項２９に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−６４７２５（Ｐ２０１３−６４７２５Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１４８６５４（Ｐ２０１２−１４８６５４）
【出願日】平成２４年７月２日（２０１２．７．２）
【出願人】（５０１４４２６９９）テカン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト (26)
【氏名又は名称原語表記】ＴＥＣＡＮ Ｔｒａｄｉｎｇ ＡＧ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１４８６５４（Ｐ２０１２−１４８６５４）
【出願日】平成２４年７月２日（２０１２．７．２）
【出願人】（５０１４４２６９９）テカン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト (26)
【氏名又は名称原語表記】ＴＥＣＡＮ Ｔｒａｄｉｎｇ ＡＧ
【Ｆターム（参考）】
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