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公開番号2025018869
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023181628
出願日2023-10-23
発明の名称バイオ粒子濃縮装置、バイオ粒子濃縮デバイス、及びピコ液滴発生装置
出願人醫華生技股フン有限公司,CYTOAURORA BIOTECHNOLOGIES, INC.
代理人弁理士法人ユニアス国際特許事務所
主分類B01J 19/08 20060101AFI20250130BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】迅速かつ正確に濃縮プロセスを実施するためのバイオ粒子濃縮装置を提供する。
【解決手段】本発明は、バイオ粒子濃縮装置、バイオ粒子濃縮デバイス、及びピコ液滴発生装置100を開示する。ピコ液滴発生装置は、光センシング構造1、光センシング構造から間隔をおいて配置される嵌合構造2、光センシング構造と嵌合構造とを接続するボンディング層3、及びボンディング層上に配置される圧電部材4を含む。ピコ液滴発生装置は流れ方向に沿って選別チャネル5を定義する。ボンディング層は、流れ方向に垂直な出液方向に沿って選別チャネルと空間的に連通する選別孔33を有する。圧電部材と選別孔は、ボンディング層の2側にそれぞれ配置される。ピコ液滴発生装置は、選別孔から圧電部材の方向に定義されるピコ液滴放出領域を有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
バイオ粒子を含む液体試料からバイオ粒子の少なくとも１つを選別するために提供されるバイオ粒子濃縮装置であって、
前記バイオ粒子濃縮装置は、ピコ液滴発生装置、電源装置、圧力バランス装置、カメラ装置、および制御装置を具備し、
前記ピコ液滴発生装置は、光センシング構造、嵌合構造、ボンディング層、および圧電部材を備え、
前記光センシング構造は、第１の基板、第１の基板の両側面にそれぞれ形成された第１の電極層と光電層、および光電層を覆う絶縁層を含み、
前記嵌合構造は前記光センシング構造から離間して配置され、前記嵌合構造と前記光センシング構造の少なくとも１つが透明であり、
前記嵌合構造は、第２の基板と、前記第２の基板上に形成され前記光センシング構造に向かって面する第２の電極層を含み、
前記ボンディング層は、厚さ方向に沿って前記光センシング構造と前記嵌合構造の間に接続されることによって、前記厚さ方向に垂直な流れ方向に沿って選別チャネルを共同で定義し、
前記嵌合構造および前記ボンディング層の少なくとも１つは、前記選別チャネルの上流に位置する送入口と、前記選別チャネルの下流に位置する送出口を有し、
前記ボンディング層は、前記厚さ方向および前記流れ方向に垂直な出液方向に沿って前記選別チャネルと空間的に連通する選別孔を有し、
前記圧電部材は、前記ボンディング層上に配置され、前記圧電部材と前記選別孔は、前記出液方向に沿って前記ボンディング層の互いに対向する２つの側にそれぞれ配置され、前記ピコ液滴発生装置は、前記選別孔から前記圧電部材に向かって延びることにより定義されるピコ液滴放出領域を有し、
前記電源装置は前記第１の電極層および前記第２の電極層に電気的に結合され、
前記圧力バランス装置は、前記送入口に組み立てられた第１のバルブおよび前記送出口に組み立てられた第２のバルブを含み、前記圧力バランス装置は、前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを介して前記選別チャネル内の液体試料の速度および圧力を制御するように構成され、
前記カメラ装置は、前記選別チャネルの視認可能セグメントに位置対応し、前記視認可能セグメント内の前記液体試料のリアルタイムの画像を取得するように構成され、
前記制御装置は、前記圧電部材に電気的に結合され、前記カメラ装置によって取得される前記リアルタイムの画像が、前記ピコ液滴放出領域内に位置するバイオ粒子の少なくとも１つを示す場合、前記制御装置は前記選別孔を通過して前記ピコ液滴放出領域内の液体試料を出力するように前記圧電部材をトリックし、前記バイオ粒子が覆われたピコ液滴を形成する、
ことを特徴とする、バイオ粒子濃縮装置。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記視認可能セグメント内に位置する前記バイオ粒子は、少なくとも１つの対象バイオ粒子を有し、
前記バイオ粒子濃縮装置はさらに光源機構を備え、前記光源機構は、光を前記視認可能セグメント内に位置する少なくとも１つの前記対象バイオ粒子に照射して、前記光センシング構造を通じて少なくとも１つの前記対象バイオ粒子に誘電泳動（ＤＥＰ）力を施し、少なくとも１つの前記対象バイオ粒子をピコ液滴放出領域へ移動させるように構成される、請求項１に記載のバイオ粒子濃縮装置。
【請求項３】
前記視認可能セグメント内に位置する前記バイオ粒子は、少なくとも１つの非対象バイオ粒子を有し、前記光源機構は、光を少なくとも１つの前記非対象バイオ粒子に照射して、前記光センシング構造を通じて少なくとも１つの前記非対象バイオ粒子に誘電泳動（ＤＥＰ）力を施し、少なくとも１つの前記非対象バイオ粒子をピコ液滴放出領域から離れるように移動させる構成される、請求項２に記載のバイオ粒子濃縮装置。
【請求項４】
前記光電層、コレクタ層（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｌａｙｅｒ）、複数のベース領域（ｂａｓｅｒｅｇｉｏｎ）、及び複数のエミッタ領域（ｅｍｉｔｔｅｒｒｅｇｉｏｎ）を有し、
前記コレクタ層は、前記第１の基板上に形成され、前記コレクタ層は互いに間隔を置いて配置される複数のコレクタ領域を有し、前記コレクタ領域の各第１の電極層から離れた一端には第１のスロット状部分を有し、
前記複数のベース領域は、前記コレクタ領域の第１のスロット状部分内にそれぞれ形成され、各ベース領域における第１の電極層から離れた一端には、互いに間隔を置いて配置される複数の第２のスロット状部分を有し、
前記複数のエミッタ領域は、前記ベース領域にそれぞれ対応して形成され、各前記エミッタ領域は、対応するベース領域における複数の前記第２のスロット状部分内にそれぞれ形成される複数のエミッタパッドを有し、前記ベース領域のいずれか１つと、それに対応する前記コレクタ領域と、それに対応する前記エミッタ領域とが合同で垂直トランジスタとして形成され、前記絶縁層は、前記垂直トランジスタを隔てるように覆い、各前記エミッタパッドにおける第１の電極層から離れた一端は前記絶縁層から露出しており、
前記垂直トランジスタのいずれも、光源機構により照射されるように構成され、前記エミッタパッドの分布を通して非均一な複数の電場を生じることによって、少なくとも１つの前記対象バイオ粒子に複数の誘電泳動（ＤＥＰ）力を施すようになる、請求項２に記載のバイオ粒子濃縮装置。
【請求項５】
各前記垂直トランジスタにおいて、複数の前記エミッタパッドは内側リング状経路に沿って配置される第１のパッドと、前記内側リング状経路を囲む外側リング状経路に沿って配置される第２のパッドを含み、前記第１のパッドの幅は前記第２のパッドの幅と異なる、請求項４に記載のバイオ粒子濃縮装置。
【請求項６】
各前記垂直トランジスタにおいて、前記複数のエミッタパッドが、前記内側リング状経路と前記外側リング状経路の間に位置する追加リング状経路に沿って配置される第３のパッドを含み、前記第３のパッドの幅は前記第１のパッドの幅と前記第２のパッドの幅との間の範囲内である、請求項５に記載のバイオ粒子濃縮装置。
【請求項７】
前記圧電部材または前記光源機構が動作するとき、前記圧力バランス装置は前記第１のバルブを開放モードにすること、及び前記第２のバルブを閉鎖モードにすることで、前記選別チャネル内の前記液体試料の圧力を維持する、請求項２に記載のバイオ粒子濃縮装置。
【請求項８】
前記ピコ液滴発生装置は前記選別孔を囲む疎水性（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ）表面を有し、前記圧力バランス装置によって前記選別孔内に、前記液体試料が前記ボンディング層の外側の表面と面一となる液面を形成する、請求項１に記載のバイオ粒子濃縮装置。
【請求項９】
前記バイオ粒子濃縮装置は、前記ピコ液滴を受け取るための第１の容器を備え、
前記圧力バランス装置は、
エアポンプと、
前記エアポンプに接続されるスイッチと、
前記エアポンプおよび前記スイッチと流体連通する圧力バランスボトルと、
前記スイッチおよび前記第１のバルブと流体連通し、中に受け取った前記液体試料を前記第１のバルブおよび前記送入口を通して前記選別チャネルに注入する、液体注入ボトルと、
前記第２のバルブと流体連通する第２の容器と、
を備える、
請求項８に記載のバイオ粒子濃縮装置。
【請求項１０】
前記選別孔の幅が前記流れ方向に沿って４０μｍから３００μｍの範囲内であり、前記視認可能セグメントの境界は、前記流れ方向に沿って前記選別孔の中心から１００μｍから３００μｍの範囲の距離だけ離れている、請求項１に記載のバイオ粒子濃縮装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴発生装置に関連し、より具体的には、バイオ粒子濃縮装置、バイオ粒子濃縮デバイス、及びピコ液滴発生装置に関する。
続きを表示（約 3,800 文字）【背景技術】
【０００２】
濃縮プロセスは、バイオ粒子の従来の研究の第１のステップであるが、従来の濃縮プロセスはまだ大量の人手を必要とする。したがって、どのようにして装置やデバイスを使用して、迅速かつ正確に濃縮プロセスを実施するかは、関連分野での研究と開発の重要な領域の１つである。そこで、本発明者は、上記欠点を改善できると考え、科学的原理を研究・応用し、最終的に、合理的に設計され、上記欠点の改善に有効な本発明に至った。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の技術的不足に対応して、本発明は、従来の濃縮プロセスに関連する問題を効果的に改善するためのバイオ粒子濃縮装置、バイオ粒子濃縮デバイス、及びピコ液滴発生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の問題を解決するために、本発明が採用する技術的側面の１つは、液体試料中のバイオ粒子から少なくとも１つのバイオ粒子を選別するためのバイオ粒子濃縮装置を提供することである。バイオ粒子濃縮装置は、ピコ液滴発生装置、電源装置、圧力バランス装置、カメラ装置、および制御装置を含む。ピコ液滴発生装置は、光センシング構造、嵌合構造、ボンディング層、および圧電部材を含む。光センシング構造は、第１の基板、第１の基板の両側面にそれぞれ形成された第１の電極層と光電層、および光電層を覆う絶縁層を含む。嵌合構造は光センシング構造から離間して配置される。嵌合構造と光センシング構造の少なくとも１つが透明であり、嵌合構造は第２の基板と、第２の基板上に形成され光センシング構造に向かって面する第２の電極層を含む。ボンディング層は、厚さ方向に沿って光センシング構造と嵌合構造の間に接続されることによって、厚さ方向に垂直な流れ方向に沿って選別チャネルを共同で定義する。嵌合構造およびボンディング層の少なくとも１つは、選別チャネルの上流に位置する送入口と、選別チャネルの下流に位置する送出口を有する。ボンディング層は、厚さ方向および流れ方向に垂直な出液方向に沿って選別チャネルと空間的に連通する選別孔を有する。圧電部材はボンディング層上に配置される。圧電部材と選別孔は、出液方向に沿ってボンディング層の互いに対向する２つの側にそれぞれ配置される。ピコ液滴発生装置は、選別孔から圧電部材に向かって延びることにより定義されるピコ液滴放出領域を有する。電源装置は第１の電極層および第２の電極層に電気的に結合される。圧力バランス装置は、送入口に組み立てられた第１のバルブおよび送出口に組み立てられた第２のバルブを含む。圧力バランス装置は、第１のバルブおよび第２のバルブを介して選別チャネル内の液体試料の速度および圧力を制御するように構成される。カメラ装置は選別チャネルの視認可能セグメントに位置対応する。ピコ液滴放出領域は視認可能セグメント内に配置され、カメラ装置は視認可能セグメント内の液体試料のリアルタイムの画像を取得するように構成される。制御装置は圧電部材に電気的に結合される。カメラ装置によって取得されるリアルタイムの画像が、ピコ液滴放出領域内に位置するバイオ粒子の少なくとも１つを示す場合、制御装置は選別孔を通過してピコ液滴放出領域内の液体試料を駆動することにより、圧電部材がピコ液滴を出力することを駆動し、バイオ粒子が覆われたピコ液滴を形成する。
【０００５】
上記の問題を解決するために、本発明の実施形態が採用する技術的側面のもう１つは、バイオ粒子を含む液体試料から対象バイオ粒子を選別するためのバイオ粒子濃縮装置を提供することである。バイオ粒子濃縮装置は、ピコ液滴発生装置と光源機構を含む。ピコ液滴発生装置は、光センシング構造、嵌合構造、ボンディング層、および圧電部材を含む。光センシング構造は、第１の基板、第１の基板の互いに対向する２つの側にそれぞれ形成された第１の電極層と光電層、および光電層を覆う絶縁層を含む。嵌合構造は光センシング構造から離間して配置される。嵌合構造と光センシング構造の少なくとも１つが透明であり、嵌合構造は第２の基板と、第２の基板上に形成され光センシング構造に向かって面する第２の電極層を含む。ボンディング層は、厚さ方向に沿って光センシング構造と嵌合構造の間に接続されることによって、厚さ方向に垂直な流れ方向に沿って選別チャネルを共同で定義する。嵌合構造およびボンディング層の少なくとも１つは、選別チャネルの上流に位置する送入口と、選別チャネルの下流に位置する送出口を有する。ボンディング層は、厚さ方向および流れ方向に垂直な出液方向に沿って選別チャネルと空間的に連通する選別孔を有する。圧電部材はボンディング層上に配置される。圧電部材と選別孔は、出液方向に沿ってボンディング層の２つの対向する側面にそれぞれ配置される。ピコ液滴発生装置は、選別孔から圧電部材に向かって延びることにより定義されるピコ液滴放出領域を有する。光源機構は、光センシング構造を通して対象バイオ粒子に誘電泳動（ＤＥＰ）力を施すためにバイオ粒子に光を放射することで、対象バイオ粒子をピコ液滴放出領域に移動させるように構成される。圧電部材は、ピコ液滴放出領域の液体試料を選別孔を通って駆動することでピコ液滴を出力するように構成され、バイオ粒子が覆われたピコ液滴を形成する。
【０００６】
上記の問題を解決するために、本発明が採用する技術的側面のさらに１つは、ピコ液滴発生装置を提供することである。ピコ液滴発生装置は、光センシング構造、嵌合構造、ボンディング層、および圧電部材を含む。光センシング構造は、第１の基板、第１の基板の互いに対向する２つの側にそれぞれ形成された第１の電極層と光電層、および光電層を覆う絶縁層を含む。嵌合構造は光センシング構造から離間して配置される。嵌合構造と光センシング構造の少なくとも１つが透明であり、嵌合構造は第２の基板と、第２の基板上に形成され光センシング構造に向かって面する第２の電極層を含む。ボンディング層は、厚さ方向に沿って光センシング構造と嵌合構造の間に接続され、厚さ方向に垂直な流れ方向に沿って選別チャネルを共同で定義する。嵌合構造およびボンディング層の少なくとも１つは、選別チャネルの上流に位置する送入口と、選別チャネルの下流に位置する送出口を有する。ボンディング層は、厚さ方向および流れ方向に垂直な出液方向に沿って選別チャネルと空間的に連通する選別孔を有する。圧電部材はボンディング層上に配置される。圧電部材と選別孔は、出液方向に沿ってボンディング層の２つの対向する側面にそれぞれ配置される。ピコ液滴発生装置は、選別孔から圧電部材に向かって延びることにより定義されるピコ液滴放出領域を有する。
【発明の効果】
【０００７】
上記に示すように、本発明により提供されるバイオ粒子濃縮装置のピコ液滴発生装置の構成は、圧電部材を通じてバイオ粒子（または少なくとも１つの対象バイオ粒子）の選別および濃縮プロセスを迅速かつ正確に実施するために使用することができる。本発明のピコ液滴発生装置は、大量生産が可能な構成を備えており、これによりバイオ粒子濃縮装置の全体的なコストの削減を容易にする。
【０００８】
また、本発明により提供されるバイオ粒子濃縮装置のピコ液滴発生装置および光源機構は、お互いに協力して使用することができ、これによりピコ液滴放出領域が迅速かつ正確に少なくとも１つの対象バイオ粒子を有するようにする。その結果、ピコ液滴を形成することで、少なくとも１つの対象バイオ粒子を収集することができる。
【０００９】
本発明の特徴および技術内容をさらに理解するためには、以下の本発明に関する詳細な説明および添付図を参照してください。ただし、これらの説明および添付図は本発明の保護範囲を何ら限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の第１の実施形態に従ったバイオ粒子濃縮装置の平面模式図である。
図１の一部を示す透視模式図である。
図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面模式図である。
図３の第２のバルブが閉じたモードに切り替えられる断面模式図である。
図４における誘電泳動（ＤＥＰ）力がバイオ粒子を移動させることを示す断面模式図である。
図５において圧電部材を駆動することを通じてピコ液滴を出力することを示す断面模式図である。
図６の第２のバルブが開いたモードに切り替えられる断面模式図である。
本発明の第１の実施形態に従ったバイオ粒子濃縮装置の別の動作プロセスを示す断面模式図である。
図８の続けるプロセスを示す断面模式図である。
本発明の第２の実施形態に従ったバイオ粒子濃縮装置の一部を示す透視模式図である。
図１０のＸＩ－ＸＩ線に沿った断面模式図である。
図１１のＸＩＩ部の拡大模式図である。
図１２の垂直トランジスタの平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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