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JP2024502618A - 生体試料を分析するためのデバイスおよび方法 - Google Patents

生体試料を分析するためのデバイスおよび方法 Download PDF

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タルン クマール クラナ，
アリ アガー，
イル－シュアン ウー，
フィリズ ゴルぺ ヤサル，
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セラノーム， インコーポレイテッド
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Abstract

生体試料を分析するためのシステムおよび方法が本明細書に記載される。分析物を処理するための方法であって、分析物および１つまたは複数のポリマー前駆体を含む流体デバイスを提供するステップ、前記流体デバイス内で別個のエリアを選択するステップ、流体デバイスと光学的に連通しているエネルギー源を提供するステップ、ならびにエネルギー源から生成したエネルギーの単位を流体デバイスに選択的に供給して、流体デバイス内でポリマーマトリックスを生成するステップを含み、ポリマーマトリックスが、別個のエリア内にあるか、または別個のエリアに隣接している、方法を含む。

Description

相互参照
本出願は、２０２１年１月８日に出願された米国仮出願第６３／１３５，４６３号の利益を主張し、これは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
参照による組込み
本明細書で言及されたすべての刊行物、特許および特許出願は、それぞれ個々の刊行物、特許または特許出願が、参照により組み込まれることが具体的および個々に示されたのと同じ程度に、参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれた刊行物および特許または特許出願が、本明細書に含まれる開示と矛盾する範囲において、本明細書は、任意のそのような矛盾する材料にとってかわるか、および／またはそれに優先することが意図される。
背景
細胞生物学の分野では、単一細胞分析は、単一細胞レベルでの、ゲノミクス、トランスクリプトミクス、プロテオミクス、メタボロミクス、および細胞間相互作用の研究を含み得る。真核細胞集団および原核細胞集団の両方において見られる不均一性に起因して、単一細胞を分析することで、細胞のバルク集団を研究する場合に見られない機構を発見することが可能になり得る。単一細胞分析では、単一細胞の変化を、遺伝子、タンパク質、または他の細胞構成成分のレベルで追跡または観察することができる。例えば、細胞が変異していることがあるがんでは、がんが遺伝子レベルでどのように変化しているかを理解することが目的となり得る。体細胞変異およびコピー数異常のこれらのパターンは、単一細胞シークエンシングを使用して観察することができる。
概要
ここで、区画内で個々の構成成分に対する１つまたは複数のアッセイを行うために、生体試料の構成成分を区画化する必要性が認識される。１つまたは複数のアッセイは、個々の構成成分の空間的情報を保持しながら、個々の構成成分の追加の処理についての必要性を伴ってまたは伴わずに（例えば、ヌクレオチド増幅ステップについての必要性を伴わずに）行われ得る。区画は、生体試料の標的化構成成分を局在化する（すなわち、区画に束縛する）または放出するために、オンデマンドで生成または解体され得る。
分析物および１つまたは複数のポリマー前駆体を含む流体デバイスを提供するステップ、流体デバイス内で別個のエリアを特定するステップ、ならびにエネルギー源から生成したエネルギーの単位を流体デバイスに選択的に供給して、流体デバイス内で前記１つまたは複数のポリマー前駆体からポリマーマトリックスを生成するステップであって、ポリマーマトリックスが、別個のエリア内にあるか、または別個のエリアに隣接している、ステップを含む方法が本明細書に提供される。一部の実施形態では、流体デバイスは、フローチャネルを含む。一部の実施形態では、流体デバイスは、開放構成、例えば、図２０の実施形態に示される開放構成を含む。一部の実施形態では、流体デバイスは、１つまたは複数の別個の場所を含有し、１つまたは複数の別個の場所は、別の別個の場所と流体連通していない。一部の実施形態では、１つまたは複数の別個の場所は、プレートの表面上の１つまたは複数のウェルである。一部の実施形態では、別個の場所が表面中または表面上のウェルまたはキャビティまたは容器によって境界を定められている場合、１つまたは複数の別個の場所は、上部が開放されている。すなわち、一部の実施形態では、１つまたは複数の別個の場所は、分析物または生物学的構成成分を含む。一部の実施形態では、エネルギーの単位は、チャネル中でチャンバーの合成を引き起こすのに有効な、エネルギーの量、例えば光エネルギーの量である。所与の実施形態のためのエネルギーの単位の値は、限定されるものではないが、空間エネルギー調節要素の特質、チャネルのサイズ、所望のチャンバーのサイズおよび幾何学、ポリマー前駆体の特質などの要因に応じて、幅広く変化し得る。
一部の実施形態では、流体デバイスは、空間エネルギー調節要素をさらに含む。一部の実施形態では、流体デバイスは、捕捉プローブが固定化された表面を含み、捕捉プローブは、分析物にカップリングして、分析物を表面に固定化する。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、分析物に隣接してまたはそれを取り囲んで生成されて、分析物を固定化する。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを形成する。一部の実施形態では、捕捉プローブは、分析物と相互作用することができる１つまたは複数の官能基を含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の官能基は、標的ＤＮＡまたはＲＮＡに対して相補的なＤＮＡ配列を含む。
一部の実施形態では、エネルギー源は、前記流体デバイスと光学的に連通している。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、光生成デバイス、例えば、デジタルマイクロミラーデバイスである。一部の実施形態では、光生成デバイスは、３５０ｎｍ～８００ｎｍの光を生成する。一部の実施形態では、光生成デバイスは、３５０ｎｍ～６００ｎｍの光を生成する。一部の実施形態では、光生成デバイスは、３５０ｎｍ～４５０ｎｍの光を生成する。一部の実施形態では、光生成デバイスは、ＵＶ光を生成する。一部の実施形態では、エネルギー源から生成したエネルギーの単位を流体デバイスに選択的に供給して、流体デバイス内でポリマーマトリックスを生成するステップは、空間光変調器（ＳＬＭ）である空間エネルギー調節要素を使用して行われる。一部の実施形態では、ＳＬＭは、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。一部の実施形態では、ＳＬＭは、検流計を使用して導かれたレーザービームである。一部の実施形態では、ＳＬＭは、液晶ベースである。空間光変調器または空間エネルギー調節要素からの光エネルギーを使用して、ポリマー前駆体を光架橋して、チャネル中に形成されるチャンバーを作り上げるポリマーマトリックス壁が形成され得る。
一部の実施形態では、別個のエリアの面積は、流体デバイスの面積未満である。一部の実施形態では、分析物は、別個のエリア内で捕捉される。一部の実施形態では、別個のエリアのサイズおよび形状は、分析物のサイズ、分析物の形状、または分析物の他の性質に従って調整可能である。一部の実施形態では、アルゴリズムを使用して、別個のエリアの形状およびサイズを決定する。一部の実施形態では、アルゴリズムは、教師あり学習アルゴリズム、自己教師あり学習アルゴリズム、または教師なし学習アルゴリズムである。一部の実施形態では、別個のエリアは、光学的に特定される。一部の実施形態では、別個のエリアは、流体デバイスから収集された光からの画像内から分析物の場所を検出するように構成された検出器を使用して特定される。一部の実施形態では、流体デバイス内の分析物の場所を検出するように構成された検出器は、流体デバイスのイメージングのための顕微鏡対物レンズである。一部の実施形態では、アルゴリズムを使用して、イメージングに基づいて、分析物がどこに位置するかを決定する。一部の実施形態では、イメージングは、明視野イメージング、位相差イメージング、もしくは蛍光イメージング、またはそれらの任意の組合せである。一部の実施形態では、アルゴリズムは、教師あり学習アルゴリズム、自己教師あり学習アルゴリズム、または教師なし学習アルゴリズムである。一部の実施形態では、対物レンズは、流体デバイスにおいて、エネルギーを別個のエリアに放射するエネルギー源にカップリングされている。
一部の実施形態では、方法は、１つまたは複数の試薬を、分析物と反応するポリマーマトリックスに導入するステップをさらに含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、膜を通って流れる。一部の実施形態では、膜は、半透性である。一部の実施形態では、膜は、細孔を含む。一部の実施形態では、細孔は、１０ｕｍ未満である。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、以下：酵素、薬物分子、オリゴヌクレオチド、プライマー、またはそれらの任意の組合せの１つまたは複数を含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、溶解試薬、例えば、流体デバイスのチャネルから選択的に除去される細胞を溶解するための溶解試薬である。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、核酸変性試薬である。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、ポリマーマトリックスを分解する。
一部の実施形態では、分析物は、細胞構成成分である。一部の実施形態では、分析物は、核酸、アミノ酸、細胞内タンパク質、表面タンパク質、分泌タンパク質、エキソソーム、代謝産物もしくは脂質、またはそれらの任意の組合せから構成される小分子である。一部の実施形態では、分析物は、ポリマーマトリックス内で、捕捉プローブによって捕捉される。一部の実施形態では、分析物は、ポリマーマトリックスの表面上で、捕捉プローブによって捕捉される。
一部の実施形態では、分析物は、試薬との相互作用の際に、細胞から放出される。一部の実施形態では、試薬は、酸化剤または還元剤である。一部の実施形態では、試薬は、有機分子または無機分子である。一部の実施形態では、有機分子または無機分子は、医薬化合物または界面活性剤である。一部の実施形態では、試薬は、タンパク質である。一部の実施形態では、試薬は、ＤＮＡアプタマーである。一部の実施形態では、試薬は、生体分子を持つビーズである。一部の実施形態では、試薬は、生物学的種である。一部の実施形態では、生物学的種は、ウイルスまたは細胞である。
一部の実施形態では、分析物は、エネルギー源への曝露の際に、細胞から放出される。一部の実施形態では、エネルギー源は、細胞を溶解するためのＵＶ光である。一部の実施形態では、エネルギー源は、細胞を溶解するための可視光である。一部の実施形態では、ＵＶ光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、細胞を溶解する。一部の実施形態では、可視光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、細胞を溶解する。
一部の実施形態では、方法は、分析物またはその構成成分を特定するステップをさらに含む。一部の実施形態では、分析物は、核酸、アミノ酸、細胞内タンパク質、表面タンパク質、分泌タンパク質、エキソソーム、代謝産物もしくは脂質、またはそれらの任意の組合せである。一部の実施形態では、分析物は、核酸分子であり、特定するステップは、核酸分子またはその誘導体のシークエンシングを含む。
一部の実施形態では、方法は、分析物またはその構成成分の品質を測定するステップをさらに含む。一部の実施形態では、品質は、分析物またはその構成成分の形状またはサイズである。一部の実施形態では、方法は、１つまたは複数の機能性アッセイを行って、細胞またはその構成成分を分析して、細胞生存度、細胞形態、細胞分泌、細胞応答、細胞間相互作用、またはそれらの任意の組合せを評価するステップをさらに含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の機能性アッセイは、比色アッセイまたは蛍光アッセイである。一部の実施形態では、１つまたは複数の機能性アッセイは、分析物の明視野位相イメージングまたは蛍光イメージングを使用して行われる。
一部の実施形態では、方法は、１つまたは複数のオミクスアッセイを行って、細胞またはその構成成分を特徴付けおよび定量化するステップをさらに含む。一部の実施形態では、１つまたは複数のオミクスアッセイは、プロテオミクスアッセイ、トランスクリプトミクスアッセイ、ゲノミクスアッセイもしくはエピゲノミクスアッセイ、またはそれらの任意の組合せである。一部の実施形態では、１つまたは複数のオミクスアッセイは、マルチ－オミクスアッセイである。
本開示の別の態様は、分析物を処理するための方法であって、分析物および１つまたは複数のポリマー前駆体を含む流体デバイスを提供するステップ、ならびにエネルギー源から生成したエネルギーの単位を流体デバイスの別個のエリアに方向付けて、流体デバイス内で前記１つまたは複数のポリマー前駆体からポリマーマトリックスを生成するように、デジタルマイクロミラーデバイスを構成するステップであって、ポリマーマトリックスが、分析物を含むか、またはそれを封入する、ステップを含む、方法を提供する。
一部の実施形態では、流体デバイスは、フローチャネル（本明細書で「チャネル」と称される場合がある）を含む。一部の実施形態では、流体デバイスは、開放構成を含む。一部の実施形態では、流体デバイスは、１つまたは複数の別個の場所を含有し、１つまたは複数の別個の場所は、別の別個の場所と流体連通していない。一部の実施形態では、１つまたは複数の別個の場所は、１つまたは複数のウェルプレートである。一部の実施形態では、１つまたは複数の別個の場所は、上部が開放されている。一部の実施形態では、１つまたは複数の別個の場所は、分析物を含む。
一部の実施形態では、別個のエリアは、分析物に隣接しているか、またはそれを取り囲んでいる。一部の実施形態では、別個のエリアは、分析物のサイズ、分析物の形状、または分析物の他の性質に従って調整可能である。一部の実施形態では、別個のエリアは、分析物のサイズ、分析物の形状、または分析物の他の性質に従って調整可能である。一部の実施形態では、別個のエリアは、光学的に特定される。一部の実施形態では、検出器は、流体デバイス内の分析物の場所を検出するように構成される。一部の実施形態では、流体デバイス内の分析物の場所を検出するように構成された検出器は、流体チャネルの画像を介した流体デバイスのイメージングのための顕微鏡対物レンズである。一部の実施形態では、アルゴリズムを使用して、イメージングに基づいて、分析物または生物学的構成成分がどこに位置するかを決定する。一部の実施形態では、イメージングは、明視野イメージング、位相差イメージング、もしくは蛍光イメージング、またはそれらの任意の組合せである。一部の実施形態では、アルゴリズムは、教師あり学習アルゴリズム、自己教師あり学習アルゴリズム、または教師なし学習アルゴリズムである。一部の実施形態では、対物レンズは、流体デバイスと光学的に連通しているエネルギー源にカップリングされている。一部の実施形態では、流体チャネルの画像からアルゴリズムによって抽出された情報に基づいて、エネルギーの単位を流体デバイスに方向付けるデジタルマイクロミラーデバイス。
一部の実施形態では、方法は、１つまたは複数の試薬を、分析物と反応するポリマーマトリックスに導入するステップをさらに含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、膜を通って流れる。一部の実施形態では、膜は、半透性である。一部の実施形態では、膜は、細孔を含む。一部の実施形態では、細孔は、１０ｕｍ未満である。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、酵素、オリゴヌクレオチド、プライマー、またはそれらの任意の組合せである。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、溶解試薬である。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、核酸変性試薬である。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、ポリマーマトリックスを分解する。
一部の実施形態では、分析物は、細胞の構成成分である。一部の実施形態では、細胞構成成分は、核酸、アミノ酸、細胞内タンパク質、表面タンパク質、分泌タンパク質、エキソソーム、代謝産物もしくは脂質、またはそれらの任意の組合せから構成される小分子である。一部の実施形態では、分析物は、ポリマーマトリックス内で、捕捉プローブによって捕捉される。一部の実施形態では、分析物は、ポリマーマトリックスの表面上で、捕捉プローブによって捕捉される。
一部の実施形態では、分析物は、試薬との相互作用の際に、細胞から放出される。一部の実施形態では、試薬は、酸化剤または還元剤である。一部の実施形態では、試薬は、有機分子または無機分子である。一部の実施形態では、有機分子または無機分子は、医薬化合物または界面活性剤である。一部の実施形態では、試薬は、タンパク質である。一部の実施形態では、試薬は、ＤＮＡアプタマーである。一部の実施形態では、試薬は、生体分子を持つビーズである。一部の実施形態では、試薬は、生物学的種である。一部の実施形態では、生物学的種は、ウイルスまたは細胞である。
一部の実施形態では、分析物は、エネルギー源への曝露の際に、細胞から放出される。一部の実施形態では、エネルギー源は、細胞を溶解するためのＵＶ光である。一部の実施形態では、エネルギー源は、細胞を溶解するための可視光である。一部の実施形態では、ＵＶ光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、細胞を溶解する。一部の実施形態では、可視光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、細胞を溶解する。
一部の実施形態では、方法は、分析物またはその誘導体を特定するステップをさらに含む。一部の実施形態では、分析物は、核酸分子であり、特定するステップは、核酸分子またはその誘導体のシークエンシングを含む。一部の実施形態では、方法は、分析物の品質を測定するステップをさらに含む。一部の実施形態では、品質は、分析物の形状またはサイズである。
一部の実施形態では、方法は、１つまたは複数の機能性アッセイを行って、分析物を分析して、細胞生存度、細胞形態、細胞分泌、細胞応答、細胞間相互作用、またはそれらの任意の組合せを評価するステップをさらに含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の機能性アッセイは、比色アッセイまたは蛍光アッセイである。一部の実施形態では、１つまたは複数の機能性アッセイは、分析物の明視野位相イメージングまたは蛍光イメージングを使用して行われる。
一部の実施形態では、方法は、１つまたは複数のオミクスアッセイを行って、分析物またはその構成成分を特徴付けおよび定量化するステップをさらに含む。一部の実施形態では、１つまたは複数のオミクスアッセイは、プロテオミクスアッセイ、トランスクリプトミクスアッセイ、ゲノミクスアッセイもしくはエピゲノミクスアッセイ、またはそれらの任意の組合せである。一部の実施形態では、１つまたは複数のオミクスアッセイは、マルチ－オミクスアッセイである。
本開示の別の態様は、分析物を処理するための方法であって、分析物および１つまたは複数のポリマー前駆体を含む流体デバイスを提供するステップ、ならびに流体デバイス内で１つまたは複数のポリマー前駆体を使用して、前記１つまたは複数のポリマー前駆体からポリマーマトリックスを生成するステップであって、ポリマーマトリックスが、分析物を含む、ステップを含み、ポリマーマトリックスの生成が、物理的フォトマスクの非存在下で行われる、方法を提供する。
一部の実施形態では、流体デバイスは、フローチャネルを含む。一部の実施形態では、流体デバイスは、開放構成を含む。一部の実施形態では、流体デバイスは、１つまたは複数の別個の場所を含有し、１つまたは複数の別個の場所は、別の別個の場所と流体連通していない。一部の実施形態では、１つまたは複数の別個の場所は、１つまたは複数のウェルプレートである。一部の実施形態では、１つまたは複数の別個の場所は、上部が開放されている。一部の実施形態では、１つまたは複数の別個の場所は、分析物を含む。
一部の実施形態では、流体デバイスは、１つまたは複数のモノマーをさらに含む。一部の実施形態では、流体デバイスは、空間エネルギー調節要素をさらに含む。一部の実施形態では、流体デバイスは、捕捉プローブが固定化された表面を含み、捕捉プローブは、分析物にカップリングして、分析物を表面に固定化する。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、分析物に隣接してまたはそれを取り囲んで生成されて、分析物を固定化する。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを形成する。一部の実施形態では、捕捉プローブは、分析物と相互作用することができる１つまたは複数の官能基を含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の官能基は、標的ＤＮＡまたはＲＮＡに対して相補的なＤＮＡ配列を含む。
一部の実施形態では、前記流体デバイス内でのポリマーマトリックスの生成は、１つまたは複数のポリマー前駆体をエネルギー源に曝露することを含む。一部の実施形態では、エネルギー源は、光生成デバイスである。一部の実施形態では、光生成デバイスは、３５０ｎｍ～８００ｎｍの光を生成する。一部の実施形態では、光生成デバイスは、３５０ｎｍ～６００ｎｍの光を生成する。一部の実施形態では、光生成デバイスは、３５０ｎｍ～４５０ｎｍの光を生成する。一部の実施形態では、光生成デバイスは、ＵＶ光を生成する。一部の実施形態では、流体デバイス内でのポリマーマトリックスの生成は、空間光変調器（ＳＬＭ）を使用して行われる。一部の実施形態では、ＳＬＭは、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。一部の実施形態では、ＳＬＭは、検流計を使用して導かれたレーザービームである。一部の実施形態では、ＳＬＭは、液晶ベースである。
一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、流体デバイスの別個のエリア中で生成される。一部の実施形態では、別個のエリアは、分析物に隣接しているか、またはそれを取り囲んでいる。一部の実施形態では、別個のエリアの面積は、流体デバイスの面積未満である。一部の実施形態では、分析物は、別個のエリア内で捕捉される。一部の実施形態では、別個のエリアのサイズおよび形状は、分析物のサイズ、分析物の形状、または分析物の他の性質に従って調整可能である。一部の実施形態では、アルゴリズムを使用して、別個のエリアの形状およびサイズを決定する。一部の実施形態では、アルゴリズムは、教師あり学習アルゴリズム、自己教師あり学習アルゴリズム、または教師なし学習アルゴリズムである。
一部の実施形態では、別個のエリアは、光学的に特定される。一部の実施形態では、検出器は、流体デバイス内の分析物の場所を検出するように構成される。一部の実施形態では、流体デバイス内の分析物の場所を検出するように構成された検出器は、流体デバイスのイメージングのための顕微鏡対物レンズである。一部の実施形態では、アルゴリズムを使用して、イメージングに基づいて、分析物がどこに位置するかを決定する。一部の実施形態では、イメージングは、明視野イメージング、位相差イメージング、もしくは蛍光イメージング、またはそれらの任意の組合せである。一部の実施形態では、アルゴリズムは、教師あり学習アルゴリズム、自己教師あり学習アルゴリズム、または教師なし学習アルゴリズムである。一部の実施形態では、対物レンズは、流体デバイスにおいて、エネルギーを別個のエリアに放射するエネルギー源にカップリングされている。
一部の実施形態では、方法は、１つまたは複数の試薬を、分析物と反応するポリマーマトリックスに導入するステップをさらに含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、膜を通って流れる。一部の実施形態では、膜は、半透性である。一部の実施形態では、膜は、細孔を含む。一部の実施形態では、細孔は、１０ｕｍ未満である。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、酵素、薬物分子、オリゴヌクレオチド、プライマー、またはそれらの任意の組合せを含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、溶解試薬である。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、核酸変性試薬である。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、ポリマーマトリックスを分解する。
一部の実施形態では、分析物は、細胞の構成成分である。一部の実施形態では、分析物は、核酸、アミノ酸、細胞内タンパク質、表面タンパク質、分泌タンパク質、エキソソーム、代謝産物もしくは脂質、またはそれらの任意の組合せから構成される小分子である。一部の実施形態では、分析物は、ポリマーマトリックス内で、捕捉プローブによって捕捉される。一部の実施形態では、分析物は、ポリマーマトリックスの表面上で、捕捉プローブによって捕捉される。
一部の実施形態では、分析物は、試薬との相互作用の際に、細胞から放出される。一部の実施形態では、試薬は、酸化剤または還元剤である。一部の実施形態では、試薬は、有機分子または無機分子である。一部の実施形態では、有機分子または無機分子は、医薬化合物または界面活性剤である。一部の実施形態では、試薬は、タンパク質である。一部の実施形態では、試薬は、ＤＮＡアプタマーである。一部の実施形態では、試薬は、生体分子を持つビーズである。一部の実施形態では、試薬は、生物学的種である。一部の実施形態では、生物学的種は、ウイルスまたは細胞である。
一部の実施形態では、分析物は、エネルギー源への曝露の際に、細胞から放出される。一部の実施形態では、エネルギー源は、細胞を溶解するためのＵＶ光である。一部の実施形態では、エネルギー源は、細胞を溶解するための可視光である。一部の実施形態では、ＵＶ光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、細胞を溶解する。一部の実施形態では、可視光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、細胞を溶解する。
一部の実施形態では、方法は、分析物またはその誘導体を特定するステップをさらに含む。一部の実施形態では、分析物は、核酸分子であり、特定するステップは、核酸分子またはその誘導体のシークエンシングを含む。一部の実施形態では、方法は、分析物の品質を測定するステップをさらに含む。一部の実施形態では、品質は、分析物の形状またはサイズである。
一部の実施形態では、方法は、１つまたは複数の機能性アッセイを行って、分析物を分析して、細胞生存度、細胞形態、細胞分泌、細胞応答、細胞間相互作用、またはそれらの任意の組合せを評価するステップをさらに含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の機能性アッセイは、比色アッセイまたは蛍光アッセイである。一部の実施形態では、１つまたは複数の機能性アッセイは、分析物の明視野位相イメージングまたは蛍光イメージングを使用して行われる。
一部の実施形態では、方法は、１つまたは複数のオミクスアッセイを行って、分析物またはその構成成分を特徴付けおよび定量化するステップをさらに含む。一部の実施形態では、１つまたは複数のオミクスアッセイは、プロテオミクスアッセイ、トランスクリプトミクスアッセイ、ゲノミクスアッセイもしくはエピゲノミクスアッセイ、またはそれらの任意の組合せである。一部の実施形態では、１つまたは複数のオミクスアッセイは、マルチ－オミクスアッセイである。
本開示の別の態様は、１つまたは複数の生物学的構成成分および１つまたは複数のポリマー前駆体を含有する流体デバイスを含むシステムを提供する。システムは、流体デバイスと連通している少なくとも１つのエネルギー源をさらに含んでいてもよい。一部の実施形態では、少なくとも１つのエネルギー源は、エネルギーを流体デバイスに供給して、１つまたは複数のポリマー前駆体に、生物学的構成成分上にまたはそれに隣接して少なくとも１つのポリマーマトリックスを形成させる。
一部の実施形態では、流体デバイスは、それを通して配置されたチャネルを含む。一部の実施形態では、第１の表面は、チャネルの一部分に沿って配置され、第２の表面は、第１の表面と向かい合せに配置される。一部の実施形態では、流体デバイスは、その中に配置されたチャンバーを含む。一部の実施形態では、第１の表面は、チャンバーの一部分に沿って配置され、第２の表面は、第１の表面と向かい合せに配置される。一部の実施形態では、第１の表面は、下表面である。一部の実施形態では、第２の表面は、上表面である。一部の実施形態では、流体デバイスは、固定化された生物学的構成成分を形成する第１の表面に隣接する場所に、１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つを固定化する１つまたは複数の捕捉要素をさらに含む。一部の実施形態では、第１の表面は、エネルギー源に隣接して配置される。一部の実施形態では、エネルギー源は、光源である。一部の実施形態では、エネルギー源は、電極のアレイである。一部の実施形態では、エネルギー源は、電気化学的エネルギーを１つまたは複数のポリマー前駆体に供給して、ポリマーマトリックスのアレイを形成する。一部の実施形態では、１つまたは複数のポリマー前駆体のうち少なくとも２つは、第１の表面にカップリングされて、第１の表面上でパターンを形成する。
一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、パターン上にまたはそれに隣接して形成される。一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、第１の表面にカップリングされる。一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、少なくとも１つのポリマーマトリックスが固定化された生物学的構成成分の少なくとも一部分を取り囲むように、第１の表面から第２の表面まで延びる。
一部の実施形態では、少なくとも１つのエネルギー源は、流体デバイスと、光学的連通、電気化学的連通、電磁気的連通、熱的連通、またはマイクロ波連通（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）のうちの少なくとも１つで、連通している。一部の実施形態では、少なくとも１つのエネルギー源は、光生成デバイス、熱生成デバイス、電気化学的生成デバイス、電極、またはマイクロ波デバイスを含む。一部の実施形態では、システムは、エネルギー源からのエネルギーの空間分布を制御するように構成されたフォトリソグラフィーデバイスまたはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）をさらに含む。
一部の実施形態では、１つまたは複数の捕捉要素は、物理的トラップ、幾何学的トラップ、ウェル、電気化学的トラップ、化学アフィニティートラップ、１つもしくは複数の磁気粒子、電気泳動トラップ、誘電泳動トラップ、またはそれらの組合せを含む。一部の実施形態では、化学アフィニティートラップは、ストレプトアビジン、抗体、またはそれらの組合せを含む。一部の実施形態では、物理的トラップは、ポリマーマトリックスを含む。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを含む。一部の実施形態では、電気化学的トラップは、金電極、白金電極、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）電極、または他の好適な電気化学的トラップを含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の捕捉要素は、第１の表面上にパターンで配置される。一部の実施形態では、１つまたは複数の捕捉要素は、ウェルを含む。一部の実施形態では、ウェルの直径は、１μｍ（マイクロメートル）～５０μｍである。一部の実施形態では、ウェルの深さは、０．１μｍ～１００μｍである。
一部の実施形態では、１つまたは複数の生物学的構成成分は、複数の生物学的構成成分である。一部の実施形態では、複数の生物学的構成成分は、１つまたは複数の捕捉要素にカップリングされている。一部の実施形態では、流体デバイスは、マイクロ流体デバイスまたはナノ流体デバイスである。一部の実施形態では、流体デバイスは、核酸シークエンシングに使用される。一部の実施形態では、核酸シークエンシングは、次世代シークエンシング、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、または光学読み出しを含む。
一部の実施形態では、１つまたは複数の生物学的構成成分は、細胞、細胞溶解物、核酸、マイクロバイオーム、タンパク質、細胞の混合物、空間的に連結された生物学的構成成分、または代謝産物を含む。一部の実施形態では、細胞の混合物は、第１の細胞型および第２の細胞型を含む。一部の実施形態では、第１の細胞型は、第２の細胞型とは異なる。一部の実施形態では、細胞は、動物細胞（例えば、ヒト細胞）、植物細胞、真菌細胞、または細菌細胞である。一部の実施形態では、１つまたは複数の生物学的構成成分は、腫瘍スフェロイド、または空間的に連結された生体試料を含む。
一部の実施形態では、核酸は、１００塩基対もしくはそれよりも大きなＤＮＡ、または５０塩基もしくはそれよりも大きなＲＮＡである。一部の実施形態では、細胞溶解物は、５０ｂｐ（塩基対）～１００Ｇｂｐ（ギガ塩基対）のＤＮＡ、または５０ｂｐ～１００ｋｂｐ（キロ塩基対）のＲＮＡを含む。一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを含む。一部の実施形態では、流体デバイスは、１つまたは複数のポリマー前駆体をさらに含む。一部の実施形態では、１つまたは複数のポリマー前駆体は、ヒドロゲル前駆体を含む。一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、固定化された生物学的構成成分の通過を阻害する。一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、第１の表面から第２の表面まで延びるポリマーマトリックス壁を形成して、チャネル内にチャンバーを形成する。例えば、そのようなチャンバーは、内部空間または内側、およびポリマーマトリックス壁を含む、シリンダーシェルまたは多角形シェルを含んでいてもよい。一部の実施形態では、そのようなチャンバーは、輪状様断面を有する。本明細書で使用される場合、「輪状様断面」という用語は、形態的に輪に等しい断面を意味する。一部の実施形態では、チャンバーの内部空間または内側は、１μｍ～５００μｍの内径、および１ピコリットル～２００ナノリットル、または１００ピコリットル～１００ナノリットル、または１００ピコリットル～１０ナノリットルの範囲の体積を有する。一部の実施形態では、ポリマーマトリックス壁は、少なくとも１μｍ（マイクロメートル）の厚さを有する。一部の実施形態では、輪状様断面を有するポリマーマトリックス壁は、１またはそれ未満のアスペクト比（すなわち、高さ／幅）を有する。一部の実施形態では、アスペクト比およびポリマーマトリックス壁の厚さは、力、例えば、チャネルを通る試薬流、洗浄などに対するチャンバーの安定性を最大化するように選択される。一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックス壁は、ヒドロゲル壁である。一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、分解可能である。一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスの分解は、「オンデマンド」である。
一部の実施形態では、オンデマンドの分解は、例えば、架橋および分解のための異なる波長を使用し、光架橋および光分解を許容するポリマー前駆体を使用して実施され得る。例えば、エオシンＹは、５００ｎｍの波長を使用する規定された領域でのラジカル重合に使用され得、その後、３８０ｎｍの照明を使用して、架橋剤を切断することができる。他の実施形態では、光ケージ化ヒドロゲル切断試薬は、ポリマーマトリックス壁の形成に含まれ得る。例えば、酸に不安定な架橋剤（例えば、エステルなど）を使用して、ヒドロゲルを作出することができ、次いで、ＵＶ光を使用して、局所的な酸性条件を生成し、次に、ヒドロゲルを分解することができる。
一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、（ｉ）少なくとも１つのポリマーマトリックスを切断試薬と接触させること、（ｉｉ）少なくとも１つのポリマーマトリックスを少なくとも９０℃に加熱すること、または（ｉｉｉ）少なくとも１つのポリマーマトリックスを、少なくとも１つのポリマーマトリックスのポリマーを架橋する光切断性架橋剤を切断する光の波長に曝露することのうち少なくとも１つによって分解可能である。一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを含む。一部の実施形態では、切断試薬は、ヒドロゲルを分解する。一部の実施形態では、切断試薬は、還元剤、酸化剤、酵素、ｐＨに基づく切断試薬、またはそれらの組合せを含む。一部の実施形態では、切断試薬は、ジチオスレイトール（ＤＴＴ）、トリス（２－カルボキシエチル）ホスフィン（ＴＣＥＰ）、トリス（３－ヒドロキシプロピル）ホスフィン（ＴＨＰ）、またはそれらの組合せを含む。
一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、試薬の通過を可能にする。一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、細孔を含む。一部の実施形態では、細孔の平均サイズは、化学試薬を使用して、熱を適用すること、電気を適用すること、光を適用することによって、またはそれらの組合せで調節される。一部の実施形態では、試薬は、酵素、化学物質、オリゴヌクレオチド、または５０塩基対未満のサイズを有するプライマーのうち少なくとも１つを含む。
一部の実施形態では、試薬は、リゾチーム、プロテイナーゼＫ、ランダムヘキサマー、ポリメラーゼ、トランスポザーゼ、リガーゼ、触媒酵素、デオキシヌクレオチド三リン酸、緩衝液、細胞培養培地、または二価カチオンを含む。一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、少なくとも１つのポリマーマトリックスをわたっての試薬の拡散を可能にするサイズであるが、分析のためのＤＮＡまたはＲＮＡが細孔を横断するのを可能にするには小さすぎる細孔を含む。一部の実施形態では、保持されるＤＮＡまたはＲＮＡは、従来の合成によるシークエンシング技法を使用してシークエンス可能な長さを有する。例えば、そのようなＤＮＡまたはＲＮＡは、少なくとも５０ヌクレオチド、または一部の実施形態では、少なくとも１００ヌクレオチドを含む。一部の実施形態では、少なくとも１つのポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを含む。一部の実施形態では、ヒドロゲルは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）－チオール、ＰＥＧ－アクリレート、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’－ビス（アクリロイル）シスタミン、ＰＥＧ、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリアクリル酸、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ（ビニルスルホン酸）（ＰＶＳＡ）、ポリ（Ｌ－アスパラギン酸）、ポリ（Ｌ－グルタミン酸）、ポリリシン、寒天、アガロース、アルギネート、ヘパリン、アルギネート硫酸塩、硫酸デキストラン、ヒアルロナン、ペクチン、カラギーナン、ゼラチン、キトサン、セルロース、コラーゲン、ビスアクリルアミド、ジアクリレート、ジアリルアミン、トリアリルアミン、ジビニルスルホン、ジエチレングリコールジアリルエーテル、エチレングリコールジアクリレート、ポリメチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロプロパントリメタクリレート（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｏｐｒｏｐｏａｎｅ ｔｒｉｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、エトキシ化トリメチロールトリアクリレート、もしくはエトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、またはそれらの組合せもしくは混合物を含む。一部の実施形態では、ヒドロゲルは、酵素的に分解可能なヒドロゲル、ＰＥＧ－チオール／ＰＥＧ－アクリレート、アクリルアミド／Ｎ，Ｎ’－ビス（アクリロイル）シスタミン（ＢＡＣｙ）、またはＰＥＧ／ＰＰＯを含む。一部の実施形態では、以下の前駆体および架橋剤を使用して、分解可能なポリマーマトリックス（ヒドロゲル）壁を有するチャンバーが形成され得る。ポリマー前駆体は、表１Ａの任意のヒドロゲル前駆体および架橋剤（それぞれ、１列目および３列目）を使用することによって形成され得る。得られるポリマーマトリックスは、表１Ａ（４列目）中の示された分解剤により分解され得る。
一部の実施形態では、第１の表面、第２の表面、またはその両方は、１つまたは複数のバーコードを含む。一部の実施形態では、１つまたは複数のバーコードは、１つまたは複数の生物学的構成成分の供給源を特定するための識別子を含む。一部の実施形態では、供給源は、１つまたは複数の生物学的構成成分が収集される検体を含む。一部の実施形態では、供給源は、１つまたは複数の生物学的構成成分が収集される生理学的または解剖学的供給源を含む。一部の実施形態では、解剖学的供給源は、対象の器官を含む。一部の実施形態では、対象は、ヒトである。一部の実施形態では、１つまたは複数のバーコードは、１つもしくは複数の生物学的構成成分、または１つもしくは複数の生物学的構成成分によって作製された分子に結合するように構成される。
一部の実施形態では、第１の表面、第２の表面、またはその両方は、１つまたは複数の生物学的構成成分に結合するように構成された１つまたは複数の化合物を含む。一部の実施形態では、第１の表面または第２の表面は、表面ポリマーで官能化されている。一部の実施形態では、表面ポリマーは、オリゴヌクレオチド、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、アプタマー、またはそれらの任意の組合せで官能化されている。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスの表面は、オリゴヌクレオチド、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、アプタマー、またはそれらの任意の組合せで官能化されている。一部の実施形態では、表面ポリマーは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、シランポリマー、ピリジンカルボキシアルデヒド（ＰＣＡ）、アクリルアミド、アガロース、またはそれらの組合せを含む。
一部の実施形態では、システムは、生物学的構成成分、１つもしくは複数のバーコード、またはそれらの組合せのうち１つまたは複数を特定するための検出器をさらに含む。一部の実施形態では、検出器は、カメラ（蛍光カメラ）を含む。
一部の実施形態では、システムは、流体デバイスを保持するステージをさらに含む。一部の実施形態では、システムは、シークエンシングデータを得るためのシークエンシングデバイスをさらに含む。一部の実施形態では、シークエンシングデータは、次世代シークエンシング、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、または光学読み出しを使用して生成される。
一部の実施形態では、システムは、エネルギーを流体デバイスに選択的に供給する空間エネルギー調節要素をさらに含む。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、少なくとも１つの生物学的構成成分の位置を特定する検出器を使用して生成される。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、物理的フォトマスク、仮想フォトマスク、物理的電極分布パターン、または仮想電極分布パターンを含む。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、フォトリソグラフィーマスクまたはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）マスクを含む。
本開示の別の態様は、生物学的構成成分を分析する方法を提供する。方法は、（ａ）１つまたは複数の生物学的構成成分を流体デバイスに導入するステップ、（ｂ）流体デバイスの第１の表面に隣接して１つまたは複数の生物学的構成成分の第１の部分を配置するステップ、および（ｃ）第１の表面の第１の部分に隣接して１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成して、１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つを第１の部分に局在化させるステップを含んでいてもよい。
一部の実施形態では、方法は、（ｄ）流体デバイス内で１つまたは複数の生物学的構成成分を撹拌するステップ、（ｅ）流体デバイスの第１の表面に隣接して１つまたは複数の生物学的構成成分の第２の部分を配置するステップ、および（ｆ）第１の表面の第２の部分に隣接して１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成して、第２の部分の１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つを固定化するステップをさらに含む。このおよび他の実施形態における撹拌するステップは、生物学的構成成分、例えば、生体細胞の凝集を防止または破壊し得る。撹拌することで、チャネル内の第１の表面における生物学的構成成分のより均一な分布も誘導され得る。
一部の実施形態では、方法は、少なくとも１つのエネルギー源が、エネルギーを流体デバイスに供給して、特定された位置上にまたはそれに隣接して１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成するように、１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つの位置を特定するステップをさらに含む。
本開示の別の態様は、生物学的構成成分を分析する方法を提供する。方法は、（ａ）生物学的構成成分を流体デバイスに導入するステップ、（ｂ）生物学的構成成分を、流体デバイスの第１の表面または第２の表面に配置された１つまたは複数の捕捉要素にカップリングして、カップリングされた生物学的構成成分を得るステップ、および（ｃ）カップリングされた生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成するステップを含んでいてもよい。
一部の実施形態では、方法は、１つまたは複数のポリマー前駆体を流体デバイスに導入するステップをさらに含む。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスを形成するステップは、エネルギーを流体デバイスに供給して、ポリマーマトリックスを形成することを含む。
一部の実施形態では、エネルギーは、流体デバイスの１つまたは複数の部分に選択的に供給される。一部の実施形態では、方法は、エネルギーを流体デバイスに選択的に供給する空間エネルギー調節要素をさらに含む。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、物理的フォトマスク、仮想フォトマスク、物理的電極分布パターン、または仮想電極分布パターンを含む。
一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、フォトリソグラフィーマスクまたはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）マスクを含む。一部の実施形態では、エネルギーは、光エネルギー源、熱エネルギー源、電気化学エネルギー源、または電磁気エネルギー源を介して供給される。
一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、第１の表面にカップリングされる。一部の実施形態では、エネルギーは、カップリングされた生物学的構成成分の一部分の周りにポリマーマトリックスを形成する。一部の実施形態では、生物学的構成成分の少なくとも一部分が、ポリマーマトリックスによって封入される。一部の実施形態では、生物学的構成成分の全体が、ポリマーマトリックスによって封入される。
一部の実施形態では、方法は、第１の生物学的構成成分を第１の捕捉要素にカップリングして、第１の分析チャンバーを形成するステップ、および第２の生物学的構成成分を第２の捕捉要素にカップリングして、第２の分析チャンバーを形成するステップをさらに含む。一部の実施形態では、第１の分析チャンバーは、第２の分析チャンバーに隣接している。一部の実施形態では、第１の分析チャンバーは、第２の分析チャンバーから５マイクロメートル（μｍ）～１，０００μｍ離れて配置される。
一部の実施形態では、方法は、第１の分析チャンバーにおいて第１の生物学的構成成分を分析するステップ、および第２の分析チャンバーにおいて第２の生物学的構成成分を分析するステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、第１の生物学的構成成分において第１の反応を発動させるステップ、および第２の生物学的構成成分において第２の反応を発動させるステップをさらに含む。一部の実施形態では、第１の反応および第２の反応は異なる。一部の実施形態では、方法は、第１の生物学的構成成分において第３の反応を発動させるステップ、および第２の生物学的構成成分において第４の反応を発動させるステップをさらに含む。一部の実施形態では、第３の反応および第４の反応は異なる。
一部の実施形態では、方法は、カップリングされた生物学的構成成分のゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、エピゲノム、メチローム、セクレトーム、またはメタボロームを得るステップをさらに含む。
一部の実施形態では、プロテオームは、分泌タンパク質、表面タンパク質、またはそれらの組合せを含む。一部の実施形態では、トランスクリプトームは、実質的に全長トランスクリプトームである。一部の実施形態では、トランスクリプトームは、全長トランスクリプトームである。一部の実施形態では、方法は、生物学的構成成分の少なくとも１つの核酸をシークエンシングするステップをさらに含む。一部の実施形態では、シークエンシングするステップは、シークエンシングライブラリーの増幅を含まない。一部の実施形態では、生物学的構成成分由来の核酸ライブラリーは、同じチャンバー内でシークエンシングされる。一部の実施形態では、方法は、バーコードを、生物学的構成成分または生物学的構成成分によって産生された分子にカップリングするステップをさらに含む。
一部の実施形態では、方法は、生物学的構成成分またはカップリングされた生物学的構成成分を分析物に曝露するステップをさらに含む。一部の実施形態では、生物学的構成成分は、１つまたは複数の微生物を含む。一部の実施形態では、分析物は、抗菌剤または微生物成長促進剤を含む。一部の実施形態では、方法は、抗菌剤に対する感受性について１つまたは複数の微生物をスクリーニングするステップをさらに含む。一部の実施形態では、分析物は、医薬剤を含む。
一部の実施形態では、方法は、生物学的構成成分に対する医薬剤の効果をスクリーニングするステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、標的分子の産生について生物学的構成成分をスクリーニングするステップをさらに含む。
一部の実施形態では、標的分子は、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、またはアプタマーのうち少なくとも１つを含む。
一部の実施形態では、方法は、生物学的構成成分がポリマーマトリックスによって形成された構造内に配置されるように、生物学的構成成分の周りにポリマーマトリックスを形成するステップをさらに含む。
一部の実施形態では、方法は、第１の分析チャンバーまたは第２の分析チャンバーにおいて局所パラメーターを分析するステップをさらに含む。一部の実施形態では、第１の分析チャンバーにおける局所パラメーターのレベルは、第２の分析チャンバーにおける局所パラメーターのレベルとは異なる。一部の実施形態では、局所パラメーターは、ｐＨ、酸素濃度、またはＣＯ２濃度を含む。
一部の実施形態では、１つまたは複数の捕捉要素は、ポリマーマトリックスを含む。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを含む。
本開示の別の態様は、生物学的構成成分のトランスクリプトームを得る方法を提供する。方法は、（ａ）生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成して、分析チャンバーを形成するステップ、および（ｂ）分析チャンバーにおいて１つまたは複数の反応を行って、生物学的構成成分のトランスクリプトームを得るステップを含んでいてもよい。一部の実施形態では、生物学的構成成分は、１つまたは複数の反応の遂行の間、分析チャンバー中または実質的に分析チャンバー中に留まる。
一部の実施形態では、方法は、生物学的構成成分を流体デバイス中に配置された捕捉要素にカップリングして、カップリングされた生物学的構成成分を得るステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、エネルギーをエネルギー源から流体デバイスに提供して、ポリマーマトリックスを形成するステップをさらに含む。一部の実施形態では、エネルギーは、空間エネルギー調節要素を選択的に使用して提供される。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、生物学的構成成分の場所に基づいて生成される。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、物理的フォトマスク、仮想フォトマスク、物理的電極分布パターン、仮想電極分布パターン、フォトリソグラフィーマスク、またはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）マスクを含む。
一部の実施形態では、生物学的構成成分は、ＲＮＡを含む。一部の実施形態では、ＲＮＡは、５０塩基～１００ｋｂ（キロ塩基ベース）である。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、ポリマーマトリックスをわたっての試薬の拡散を可能にするサイズの細孔であるが、ＲＮＡが細孔を横断するのを可能にするには小さすぎる細孔を含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の反応は、ＲＮＡシークエンシングを含む。
本開示の別の態様は、２つまたはそれよりも多くの生物学的構成成分を分析する方法を提供する。方法は、（ａ）第１の生物学的構成成分および第２の生物学的構成成分を流体デバイスに導入するステップ、（ｂ）第１の生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成して、第１の分析チャンバーを形成し、そして第２の生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成して、第２の分析チャンバーを形成するステップ、ならびに（ｃ）第１の生物学的構成成分および第２の生物学的構成成分の１つまたは複数の特性を分析するステップを含んでいてもよい。一部の実施形態では、第１の分析チャンバーは、流体デバイス中で、第２の分析チャンバーに隣接している。一部の実施形態では、１つまたは複数の特性は、第１の特性および第２の特性を含む。一部の実施形態では、（ｃ）は、第１の分析チャンバーにおいて、第１の生物学的構成成分の第１の特性および第２の特性を分析するステップを含む。
一部の実施形態では、第１の生物学的構成成分は、第１の特性および第２の特性のそれぞれの分析の間、第１の分析チャンバー中に留まる。一部の実施形態では、１つまたは複数の特性は、分析物に対する応答、医薬剤に対する応答、抗菌剤に対する応答、標的化合物の産生、標的分子の産生、核酸の産生、またはタンパク質の産生を含む。一部の実施形態では、第１の生物学的構成成分は、第２の生物学的構成成分と生物学的に連通している。一部の実施形態では、生物学的連通は、第１の生物学的構成成分または第２の生物学的構成成分における生物学的応答を生成する。一部の実施形態では、生物学的連通は、第１の生物学的構成成分によってまたは第２の生物学的構成成分によって生成される、タンパク質、核酸、サイトカイン、ケモカイン、またはそれらの組合せを含む分子を含む。
本開示の別の態様は、核酸分子を特定するための方法を提供する。方法は、核酸分子を含むポリマーマトリックスを提供するステップ、および核酸増幅の非存在下で核酸分子を検出するステップを含んでいてもよい。
一部の実施形態では、核酸分子は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）分子である。
一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、核酸を局在化するチャンバーを形成する。一部の実施形態では、チャンバーは、オンデマンドで形成される。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、オンデマンドで分解される。一部の実施形態では、ＤＮＡは、１００塩基対またはそれよりも大きい。一部の実施形態では、核酸は、リボ核酸分子（ＲＮＡ）である。一部の実施形態では、ＲＮＡは、５０ヌクレオチドまたはそれよりも大きい。一部の実施形態では、方法は、チャンバー内で生物学的構成成分から核酸ライブラリーを生成するステップをさらに含む。一部の実施形態では、核酸ライブラリーは、チャンバー内でシークエンシングされる。
本開示の別の態様は、生物学的構成成分を処理するための方法を提供する。方法は、核酸増幅の非存在下で、ゲノム配列、トランスクリプトーム、プロテオーム、またはエピゲノムを決定するステップを含んでいてもよい。一部の実施形態では、処理は、単一のマイクロ流体デバイス中で行われる。一部の実施形態では、細胞は、少なくとも部分的に、ポリマーマトリックス内にある。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、オンデマンドで分解される。一部の実施形態では、方法は、細胞におけるメチル化を決定するステップをさらに含む。
本開示の別の態様は、複数の核酸分子の個々の核酸分子をバーコード化することなく、複数の細胞の複数の核酸分子を特定するステップを含む方法を提供する。一部の実施形態では、複数の核酸分子を抽出するステップ、および特定するステップは、単一のマイクロ流体デバイス中で行われる。一部の実施形態では、特定するステップは、シークエンシングを含む。一部の実施形態では、方法は、個々の細胞が互いから分離されるように、複数の細胞の個々の細胞上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成するステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、個々の核酸分子を個々の細胞から抽出するステップをさらに含む。一部の実施形態では、シークエンシングは、ポリマーマトリックス内の個々の核酸分子のシークエンシングを含む。一部の実施形態では、シークエンシングは、次世代シークエンシング、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、または光学読み出しを含む。
本開示の別の態様は、（ａ）複数のマトリックス内の複数の核酸分子を提供するステップ、および（ｂ）複数の核酸分子が複数のマトリックス内にある間に複数の核酸分子をシークエンシングするステップを含む方法を提供する。一部の実施形態では、複数の核酸分子の個々の核酸分子は、異なる細胞由来である。一部の実施形態では、複数のマトリックスは、流体デバイス中に配置される。一部の実施形態では、複数のマトリックスは、複数の細胞を含む。一部の実施形態では、複数の細胞は、複数の核酸分子を含む。一部の実施形態では、シークエンシングは、次世代シークエンシング、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、または光学読み出しを含む。
本開示の別の態様は、生物学的構成成分を分析する方法を提供する。方法は、（ａ）１つまたは複数の生物学的構成成分を流体デバイスに導入するステップ、（ｂ）流体デバイスの第１の表面に隣接して１つまたは複数の生物学的構成成分の第１の部分を配置するステップ、および（ｃ）第１の表面の第１の部分に隣接して１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成して、１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つを第１の部分に局在化させるステップを含んでいてもよい。一部の実施形態では、方法は、（ｄ）流体デバイス内で１つまたは複数の生物学的構成成分を撹拌するステップ、（ｅ）流体デバイスの第１の表面に隣接して１つまたは複数の生物学的構成成分の第２の部分を配置するステップ、および（ｆ）第１の表面の第２の部分に隣接して１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成して、第２の部分の１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つを固定化するステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、少なくとも１つのエネルギー源が、エネルギーを流体デバイスに供給して、特定された位置上にまたはそれに隣接して１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成するように、１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つの位置を特定するステップをさらに含む。
本開示の別の態様は、流体デバイスを含むシステムを提供する。流体デバイスは、フローチャネル、フローチャネルに隣接して配置された分析チャネル、フローチャネルと分析チャネルとの間に配置された層、および流体デバイスと連通している少なくとも１つのエネルギー源を含んでいてもよい。一部の実施形態では、少なくとも１つの流れ阻害要素は、フローチャネル内に配置されて、生物学的構成成分の流れを阻害する。一部の実施形態では、層は、少なくとも１つの流れ阻害要素に隣接して配置された少なくとも１つのシール可能な開口部を含む。一部の実施形態では、少なくとも１つのシール可能な開口部は、生物学的構成成分の通過を可能にするように構成される。一部の実施形態では、少なくとも１つのエネルギー源は、分析チャネル内でポリマーマトリックスを形成するように構成される。
一部の実施形態では、フローチャネルの一部分は、分析チャネルの一部分と実質的に平行である。一部の実施形態では、少なくとも１つのシール可能な開口部は、シールされた状態から開放された状態に移行するように構成される。一部の実施形態では、生物学的構成成分の少なくとも１つのシール可能な開口部の通過は、シールされた状態で阻害される。一部の実施形態では、生物学的構成成分の少なくとも１つのシール可能な開口部の通過は、シールされた状態で阻害される。一部の実施形態では、少なくとも１つのシール可能な開口部がシールされた状態にある場合、少なくとも１つのシール可能な開口部は、アガロースゲル、温度溶解性ポリマー、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）ポリマー、ワックス化合物、またはアルギネートのうち少なくとも１つでシールされている。
一部の実施形態では、フローチャネルは、層のフローチャネル表面と向かい合せに配置された表面を含む。一部の実施形態では、少なくとも１つの阻害要素の少なくとも１つは、フローチャネルにおける生物学的構成成分の流れが少なくとも１つの阻害要素によって阻害されるように、表面からフローチャネル表面に向かって延びる。一部の実施形態では、分析チャネルは、層の分析チャネル表面と向かい合せに配置された表面を含む。一部の実施形態では、フローチャネルは、分析チャネルに除去可能にカップリング可能である。一部の実施形態では、分析チャネルの表面は、１つまたは複数のバーコードを含む。一部の実施形態では、バーコードは、オリゴヌクレオチドを含む。
一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、分析チャネルの表面または層の分析チャネル表面の少なくとも１つにカップリングされる。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、ポリマーマトリックスが生物学的構成成分の少なくとも一部分を取り囲むように、分析チャネルの表面から層の分析チャネル表面まで延びる。
一部の実施形態では、少なくとも１つのエネルギー源は、流体デバイスと、光学的連通、電気化学的連通、電磁気的連通、熱的連通、またはマイクロ波連通のうちの少なくとも１つで、連通している。一部の実施形態では、少なくとも１つのエネルギー源は、光生成デバイス、熱生成デバイス、電気化学的生成デバイス、電極、またはマイクロ波デバイスを含む。
一部の実施形態では、生物学的構成成分は、複数の生物学的構成成分を含む。
一部の実施形態では、流体デバイスは、マイクロ流体デバイスまたはナノ流体デバイスである。一部の実施形態では、流体デバイスは、シークエンシングフローセルを含む。一部の実施形態では、流体デバイスは、核酸シークエンシングに使用される。一部の実施形態では、生物学的構成成分は、細胞、核酸、マイクロバイオーム、タンパク質、細胞の組合せ、空間的に連結された生物学的構成成分、または代謝産物を含む。一部の実施形態では、細胞は、動物細胞（例えば、ヒト細胞）、植物細胞、真菌細胞、細菌細胞、腫瘍スフェロイド、またはそれらの組合せである。一部の実施形態では、核酸は、１００塩基対もしくはそれよりも大きなＤＮＡ、または５０塩基もしくはそれよりも大きなＲＮＡである。
一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを含む。一部の実施形態では、流体デバイスは、１つまたは複数のポリマー前駆体をさらに含む。一部の実施形態では、１つまたは複数のポリマー前駆体は、ヒドロゲル前駆体を含む。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、少なくとも１μｍの幅を有するポリマーマトリックス壁を含む。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、生物学的構成成分の通過を阻害する。一部の実施形態では、ポリマーマトリックス壁は、ヒドロゲル壁である。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、分解可能である。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスの分解は、「オンデマンド」である。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、（ｉ）ポリマーマトリックスを切断試薬と接触させること、（ｉｉ）ポリマーマトリックスを少なくとも９０℃に加熱すること、または（ｉｉｉ）ポリマーマトリックスを、ポリマーマトリックスのポリマーを架橋する光切断性架橋剤を切断する光の波長に曝露することのうち少なくとも１つによって分解可能である。
一部の実施形態では、シール可能な開口部は、（ｉ）シール可能な開口部を切断試薬と接触させること、（ｉｉ）シール可能な開口部を少なくとも９０℃に加熱すること、または（ｉｉｉ）シール可能な開口部を、シール可能な開口部のポリマーを架橋する光切断性架橋剤を切断する光の波長に曝露することのうち少なくとも１つによって、開放された状態に移行する。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを含む。一部の実施形態では、切断試薬は、ポリマーマトリックスを分解するように構成される。一一部の実施形態では、切断試薬は、還元剤、酸化剤、酵素、ｐＨに基づく切断試薬、またはそれらの組合せを含む。一部の実施形態では、切断試薬は、ジチオスレイトール（ＤＴＴ）、トリス（２－カルボキシエチル）ホスフィン（ＴＣＥＰ）、トリス（３－ヒドロキシプロピル）ホスフィン（ＴＨＰ）、またはそれらの組合せを含む。
一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、試薬の通過を可能にする。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、細孔を含む。一部の実施形態では、細孔のサイズは、１つまたは複数のポリマー前駆体の組成、少なくとも１つのエネルギー源、またはそれらの組合せを変更することで制御される。
一部の実施形態では、試薬は、酵素、化学物質、オリゴヌクレオチド、または５０塩基対未満のサイズを有するプライマーのうち少なくとも１つを含む。一部の実施形態では、試薬は、リゾチーム、プロテイナーゼＫ、ランダムヘキサマー、ポリメラーゼ、トランスポザーゼ、リガーゼ、触媒酵素、デオキシヌクレオチド三リン酸、緩衝液、細胞培養培地、または二価カチオンを含む。
一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、マトリックスをわたっての試薬の拡散を可能にするサイズであるが、ＤＮＡまたはＲＮＡが細孔を横断するのを可能にするには小さすぎる細孔を含む。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを含む。一部の実施形態では、ヒドロゲルは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）－チオール、ＰＥＧ－アクリレート、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’－ビス（アクリロイル）シスタミン、ＰＥＧ、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリアクリル酸、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ（ビニルスルホン酸）（ＰＶＳＡ）、ポリ（Ｌ－アスパラギン酸）、ポリ（Ｌ－グルタミン酸）、ポリリシン、寒天、アガロース、アルギネート、ヘパリン、アルギネート硫酸塩、硫酸デキストラン、ヒアルロナン、ペクチン、カラギーナン、ゼラチン、キトサン、セルロース、コラーゲン、ビスアクリルアミド、ジアクリレート、ジアリルアミン、トリアリルアミン、ジビニルスルホン、ジエチレングリコールジアリルエーテル、エチレングリコールジアクリレート、ポリメチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロプロパントリメタクリレート（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｏｐｒｏｐｏａｎｅ ｔｒｉｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、エトキシ化トリメチロールトリアクリレート、もしくはエトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、またはそれらの組合せもしくは混合物を含む。一部の実施形態では、ヒドロゲルは、酵素的に分解可能なヒドロゲル、ＰＥＧ－チオール／ＰＥＧ－アクリレート、アクリルアミド／Ｎ，Ｎ’－ビス（アクリロイル）シスタミン（ＢＡＣｙ）、またはＰＥＧ／ＰＰＯを含む。
一部の実施形態では、表面は、１つまたは複数のバーコードを含む。一部の実施形態では、分析チャネルの表面は、生物学的構成成分に結合するように構成された１つまたは複数の化合物を含む。一部の実施形態では、分析チャネルの表面は、表面ポリマーで官能化されている。一部の実施形態では、表面ポリマーは、オリゴヌクレオチド、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、アプタマー、またはそれらの任意の組合せで官能化されている。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスの表面は、オリゴヌクレオチド、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、アプタマー、またはそれらの任意の組合せで官能化されている。一部の実施形態では、表面ポリマーは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、シランポリマー、ピリジンカルボキシアルデヒド（ＰＣＡ）、アクリルアミド、アガロース、またはそれらの組合せを含む。
一部の実施形態では、システムは、生物学的構成成分、１つもしくは複数のバーコード、またはそれらの組合せのうち１つまたは複数を特定するための検出器をさらに含む。一部の実施形態では、検出器は、カメラを含む。一部の実施形態では、システムは、流体デバイスを保持するステージをさらに含む。一部の実施形態では、システムは、シークエンシングデータを得るためのシークエンシングデバイスをさらに含む。
一部の実施形態では、システムは、エネルギーを流体デバイスに選択的に供給する空間エネルギー調節要素をさらに含む。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、物理的フォトマスク、仮想フォトマスク、物理的電極分布パターン、または仮想電極分布パターンを含む。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、フォトリソグラフィーマスクまたはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）マスクを含む。
本開示の別の態様は、生物学的構成成分を分析する方法を提供する。方法は、（ａ）生物学的構成成分を流体デバイスのフローチャネルに導入するステップ、（ｂ）阻害要素に隣接する生物学的構成成分の流れを阻害するステップ、（ｃ）生物学的構成成分を、流体デバイスのフローチャネルから分析チャネルまで配置するステップ、および（ｄ）分析チャネルにおける生物学的構成成分の配置の前または後のいずれかで、分析チャネルにおいて生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成するステップを含んでいてもよい。一部の実施形態では、シール可能な開口部は、阻害要素に隣接して配置される。
一部の実施形態では、（ｃ）における配置するステップの前に、シール可能な開口部は、（ｉ）シール可能な開口部を切断試薬と接触させること、（ｉｉ）シール可能な開口部を少なくとも９０℃に加熱すること、または（ｉｉｉ）シール可能な開口部を、シール可能な開口部のポリマーを架橋する光切断性架橋剤を切断する光の波長に曝露することのうち少なくとも１つを使用して分解される。一部の実施形態では、方法は、１つまたは複数のポリマー前駆体を流体デバイスに導入するステップをさらに含む。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスを形成するステップは、エネルギーを流体デバイスに供給して、ポリマーマトリックスを形成することを含む。一部の実施形態では、エネルギーは、流体デバイスの１つまたは複数の部分に選択的に供給される。一部の実施形態では、方法は、空間エネルギー調節要素を活性化して、エネルギーを流体デバイスに選択的に供給するステップをさらに含む。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、物理的フォトマスク、仮想フォトマスク、物理的電極分布パターン、または仮想電極分布パターンを含む。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、フォトリソグラフィーマスクまたはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）マスクを含む。一部の実施形態では、エネルギーは、光エネルギー源、熱エネルギー源、電気化学エネルギー源、または電磁気エネルギー源を介して供給される。
一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、分析チャネルの表面にカップリングされる。一部の実施形態では、エネルギーは、カップリングされた生物学的構成成分の一部分の周りにポリマーマトリックスを形成する。一部の実施形態では、生物学的構成成分の少なくとも一部分が、ポリマーマトリックスによって封入される。一部の実施形態では、生物学的構成成分の全体が、ポリマーマトリックスによって封入される。
一部の実施形態では、方法は、第１の生物学的構成成分を封入して、第１の分析チャンバーを形成するステップ、および第２の生物学的構成成分を封入して、第２の分析チャンバーを形成するステップをさらに含む。一部の実施形態では、第１の分析チャンバーは、第２の分析チャンバーに隣接している。一部の実施形態では、第１の分析チャンバーは、第２の分析チャンバーから５マイクロメートル（μｍ）～１，０００μｍ離れて配置される。
一部の実施形態では、方法は、第１の分析チャンバーにおいて第１の生物学的構成成分を分析するステップ、および第２の分析チャンバーにおいて第２の生物学的構成成分を分析するステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、第１の生物学的構成成分において第１の反応を発動させるステップ、および第２の生物学的構成成分において第２の反応を発動させるステップをさらに含む。一部の実施形態では、第１の反応および第２の反応は異なる。一部の実施形態では、方法は、第１の生物学的構成成分において第３の反応を発動させるステップ、および第２の生物学的構成成分において第４の反応を発動させるステップをさらに含む。一部の実施形態では、第３の反応および第４の反応は異なる。
一部の実施形態では、方法は、生物学的構成成分のゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、エピゲノム、メチローム、セクレトーム、またはメタボロームを得るステップをさらに含む。一部の実施形態では、トランスクリプトームは、実質的に全長トランスクリプトームである。一部の実施形態では、トランスクリプトームは、全長トランスクリプトームである。一部の実施形態では、方法は、生物学的構成成分をシークエンシングするステップをさらに含む。一部の実施形態では、シークエンシングするステップは、シークエンシングライブラリーの増幅を含まない。一部の実施形態では、方法は、生物学的構成成分または生物学的構成成分によって産生された分子にカップリングするように構成されたバーコードをさらに含む。
一部の実施形態では、方法は、生物学的構成成分または第１の生物学的構成成分を分析物に曝露するステップをさらに含む。一部の実施形態では、生物学的構成成分は、１つまたは複数の微生物を含む。一部の実施形態では、分析物は、抗菌剤、微生物成長促進化学物質、またはそれらの組合せを含む。一部の実施形態では、方法は、抗菌剤に対する感受性について１つまたは複数の微生物をスクリーニングするステップをさらに含む。一部の実施形態では、分析物は、医薬剤を含む。
一部の実施形態では、方法は、生物学的構成成分に対する医薬剤の効果をスクリーニングするステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、標的分子の産生について生物学的構成成分をスクリーニングするステップをさらに含む。一部の実施形態では、標的分子は、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、またはアプタマーの少なくとも１つを含む。
一部の実施形態では、方法は、生物学的構成成分がポリマーマトリックスによって形成された構造内に配置されるように、生物学的構成成分の周りにポリマーマトリックスを形成するステップをさらに含む。一部の実施形態では、方法は、第１の分析チャンバーまたは第２の分析チャンバーにおいて局所パラメーターを分析するステップをさらに含む。一部の実施形態では、第１の分析チャンバーにおける局所パラメーターのレベルは、第２の分析チャンバーにおける局所パラメーターのレベルとは異なる。一部の実施形態では、局所パラメーターは、ｐＨ、酸素濃度、またはＣＯ２濃度を含む。
本開示の別の態様は、１つまたは複数のコンピュータプロセッサによる実行の際に、上記のまたは本明細書の他の場所の方法のいずれかを実施する機械実行可能コードを含む非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。
一部の実施形態では、本発明は、生体試料の、１つまたは複数の哺乳動物細胞などの生物学的構成成分を分析する方法であって、以下のステップ：（ａ）（ｉ）入口および出口を有するチャネルであって、チャネルが、第１の表面を有する第１の壁および第２の表面を有する第２の壁によって境界を定められ、第１および第２の壁が、チャネルにわたって互いに向かい合って配置されている、チャネル、（ｉｉ）第１の壁に隣接して配置された空間エネルギー調節要素であって、空間エネルギー調節要素が、チャネルにわたって所定のビーム特徴を有するエネルギーを投射することができる、空間エネルギー調節要素を有する流体デバイスを提供するステップ、（ｂ）チャネルに、生体試料および１つまたは複数のポリマー前駆体を含む反応混合物をロードするステップ、（ｃ）投射されたエネルギーが、１つまたは複数のポリマー前駆体を架橋して、チャンバーのポリマーマトリックス壁を形成するように、チャネルにわたってエネルギーを投射することによって、１つまたは複数の生物学的構成成分のそれぞれの周りのチャネルにおいて１つまたは複数のチャンバーを合成するステップを含む、方法を提供する。一部の実施形態では、チャネルは、その高さに対して大きな幅および広がり（ｂｒｅａｄｔｈ）を有する形状の平面である。試薬の流れの方向に垂直なチャネルの断面は、典型的には、矩形である。反応混合物、または他の試薬、例えば、洗浄溶液などは、入口を通ってチャネルにロードされ、出口を通って除去される。一部の実施形態では、そのような試薬または混合物は、例えば、注射器ポンプを使用して、入口を通ってチャネルにポンプで送り出される。一部の実施形態では、出口は、試薬が入口を経由してチャネルにロードされるとすぐにチャネルからの空気を逃がし、それによって空気を置き換えるための通気ポートであってもよい。
一部の実施形態では、本発明は、生体試料の、１つまたは複数の哺乳動物細胞などの生物学的構成成分を分析する方法であって、以下のステップ：（ａ）（ｉ）チャネルであって、チャネルが、第１の表面を有する第１の壁によって境界を定められている、チャネル、（ｉｉ）第１の壁に隣接して配置された空間エネルギー調節要素であって、空間エネルギー調節要素が、チャネル内に第１の壁にわたって所定のビーム特徴を有するエネルギーを投射することができる、空間エネルギー調節要素を有する流体デバイスを提供するステップ、（ｂ）チャネルに、生体試料および１つまたは複数のポリマー前駆体を含む反応混合物をロードするステップ、（ｃ）投射されたエネルギーが、１つまたは複数のポリマー前駆体を架橋して、チャンバーのポリマーマトリックス壁を形成するように、チャネル内にエネルギーを投射することによって、１つまたは複数の生物学的構成成分のそれぞれの周りのチャネルにおいて１つまたは複数のチャンバーを合成するステップを含む、方法を提供する。この実施形態は、本明細書で、本発明のシステムの「開放構成」と称される場合がある。一部の開放構成の実施形態では、チャンバーは、上部が開放されているウェルまたは容器を含む。一部の実施形態では、ウェルまたは容器の上部は、第１の表面と向かい合せである。
一部の実施形態では、方法の流体デバイスは、開放構成の実施形態において、第２の壁に隣接して、または空間エネルギー調節要素から第１の壁と向かい合せに配置された検出器をさらに含む。検出器は、チャンバー中の第１の表面にわたって分布した、１つまたは複数の生物学的構成成分、例えば、哺乳動物細胞から光学シグナルを検出することができるように位置決めされる。一部の実施形態では、第１および第２の壁は、光学的に透明な材料をそれぞれ含み、例えば、その結果、空間エネルギー調節要素は、光エネルギーをチャネルの内側に投射してもよく、かつその結果、検出器は、光学シグナル、例えば、生物学的構成成分からの蛍光発光または反射光を検出し得る。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素からの投射されたエネルギーは、光ビームからの光エネルギーである。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素によって投射された光ビームは、複数のチャンバーの同時合成を許容する（さまざまな実施形態において）複雑な断面を有していてもよい。光学的に透明な材料としては、限定されるものではないが、ガラス、石英、プラスチック、および類似の材料が挙げられる。
一部の実施形態では、チャンバーを合成するステップは、検出器によって検出される光学シグナルに基づいて、１つまたは複数の生物学的構成成分を封入するように、チャンバーを位置決めすることを含む。すなわち、一部の実施形態では、検出器は、検出された光学シグナルが目的の生物学的構成成分の存在を示す場所に１つまたは複数の光ビームを選択的に投射するように、空間エネルギー調節要素と操作的に関連する。そのような実施形態では、検出器および空間エネルギー調節要素は、空間エネルギー調節要素が所定のビーム特徴を有するエネルギービームを生成するように構成されるように、操作的に関連する。例えば、１つのそのような特徴は、チャンバーに封入されている目的の生物学的構成成分をもたらすビームの断面であってもよい。そのような操作的な関連では、検出器によって検出される光学シグナルとしては、限定されるものではないが、生物学的構成成分の形態、例えば、細胞形態、生物学的構成成分の、例えば、細胞の運動性、１つの細胞型と別の細胞型との相互作用、例えば、１つの細胞型の別の細胞型への結合、生物学的構成成分上の標識の存在、非存在または量などが挙げられ得る。
一部の実施形態では、チャンバーが形成または合成される場合、チャンバーのポリマーマトリックス壁は、第１の表面から第２の表面まで延びて、内側をそれぞれ有するチャンバーを形成する。他の実施形態では、流体デバイスは、第２の表面を有する第２の壁を有していなくてもよく、これは、本明細書で、「開放構成」と称される。そのような実施形態では、チャンバーは、第１の表面上で開放的なシリンダーまたはウェルの形状を形成する。ウェルの壁の高さおよび厚さは、空間エネルギー調節要素による光照射の強度および持続期間によって部分的に決定される。一部の実施形態では、所定のビーム特徴は、輪状様断面を有するビームを含む。他の実施形態では、所定のビーム特徴は、複数の輪状様形状を含む断面を有するビームを含み、これは、分離されかつ非連続的であってもよく、または連続する輪状様形状を含んでいてもよい。他の実施形態では、例えば、図２５Ｂに示されるように、所定のビーム特徴は、複数のチャンバーを生成するビームを含み、チャンバーの一部分は、ポリマーマトリックス壁を、複数のチャンバーの１つまたは複数の他のチャンバーと共有する。
一部の実施形態では、ロードするステップは、例えば、チャネルを振動すること、振とうすることまたは撹拌することによって、反応混合物を撹拌して、生物学的構成成分の凝集を低減するステップをさらに含んでいてもよい。そのような撹拌は、数分間、例えば、１～３０分から、１時間またはそれよりも長く、例えば、１～２時間までであってもよい。
一部の実施形態では、第１または第２の表面、通常は、第１の表面は、前記生体試料、例えば、選択された細胞、例えば、リンパ球などの１つまたは複数の所定の生物学的構成成分を特異的に捕捉するための１つまたは複数の捕捉要素を含む。一部の実施形態では、ロードするステップは、１つまたは複数の捕捉要素が１つまたは複数の所定の生物学的構成成分を捕捉することを許容する条件下で、そのような所定の生物学的構成成分を含有する反応混合物をインキュベートすることを含んでいてもよい。そのようなインキュベーションは、数分間から１時間またはそれよりも長くてもよい。一部の実施形態では、そのようなインキュベーション時間は、１分～１０時間、または１０分～２時間、または３０分から２時間の範囲であってもよい。
一部の実施形態では、本発明の方法は、チャンバーを合成するステップが完了した後、反応混合物をチャネルから除去するステップを含む。そのような除去するステップは、チャネルを緩衝溶液で洗浄することを含んでいてもよい。
一部の実施形態では、本発明の方法は、チャンバーが形成された後、前記チャネルに、前記チャンバーに封入された前記生物学的構成成分の１つまたは複数の特徴を決定するための分析アッセイ試薬をロードするステップを含み、分析アッセイ試薬は、前記ポリマーマトリックス壁を通過することができ、１つまたは複数の特徴を示す１つまたは複数の光学シグナルを生成することができる。本出願の他の場所に示されるように、ＲＮＡまたはＤＮＡの同定および／またはシークエンシング、タンパク質の同定および／または定量化、オミクスアッセイなどを含む、多種多様な分析アッセイが行われてもよい。
一部の実施形態では、チャンバーのポリマーマトリックス壁は、チャンバーを分解剤で処理することによって分解可能である。そのような実施形態では、本発明の方法は、（ａ）分析アッセイ試薬の操作から生成した前記１つまたは複数の光学シグナルに基づいて、選択された特徴を有する前記生物学的構成成分を有する前記チャンバーの１つまたは複数を特定するステップ、（ｂ）チャネルに、第２のポリマー前駆体を含む第２の反応混合物をロードするステップであって、第２のポリマー前駆体が、少なくとも１つの分解剤に対して分解不可能な第２のポリマーマトリックス壁を形成することができる、ステップ、および（ｃ）特定されたチャンバーを封入する第２のチャンバーを合成するステップのさらなるステップを含んでいてもよい。一部のそのような実施形態では、分解可能なポリマーマトリックス壁を有する元のチャンバーは、目的の生物学的構成成分が単離されることを許容する、第２のチャンバーを無傷のままにする分解剤との処理によって分解されてもよい。
本開示の別の態様は、１つまたは複数のコンピュータプロセッサおよびそれに接続されたコンピュータメモリを含むシステムを提供する。コンピュータメモリは、１つまたは複数のコンピュータプロセッサによる実行の際に、上記のまたは本明細書の他の場所の方法のいずれかを実施する機械実行可能コードを含む。
本開示の追加の態様および利点は、本開示の例示的な実施形態のみが示され、説明されている以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになるであろう。実現されるように、本開示は、他のおよび異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、本開示からすべて逸脱することなく、さまざまな自明の事項における改変が可能である。したがって、図面および説明は、本質的に例示的であると見なされるべきであり、制限的なものとして見なされるべきではない。
本発明の新規な特性を、添付の特許請求の範囲において詳細に示す。本発明の特性および利点のより良好な理解は、本発明の原理を利用し、例示的な実施形態を示す以下の詳細な説明への参照によって得られ、添付の図面（また、本明細書で「図（Ｆｉｇｕｒｅ）」および「図（ＦＩＧ．）」）は以下の通りである。
図１は、一部の実施形態による、流体デバイスに配置されたチャネルの一部分の略図を示す。
図２Ａは、一部の実施形態による、エネルギー源を含む、本明細書に提供されるシステムの一部分を示す。
図２Ｂは、一部の実施形態による、本明細書に提供されるシステムの一部分において生物学的構成成分の周りに形成されているポリマーマトリックスを示す。
図２Ｃは、一部の実施形態による、本明細書に提供されるシステムにおいて生物学的構成成分の周りにポリマーマトリックスを形成する方法を示す。
図３は、ポリマーマトリックスを形成する実施形態を表すフローチャートである。
図４Ａは、一部の実施形態による、流体デバイス中に捕捉要素を含むチャネルの一部分を示す。
図４Ｂは、一部の実施形態による、流体デバイス中のチャネルの一部分の表面上の捕捉要素にカップリングされた生物学的構成成分を図示する。
図４Ｃは、一部の実施形態による、流体デバイスのチャネルの一部分において生物学的構成成分の周りに配置されたポリマーマトリックスを図示する。
図５は、表面にカップリングされた生物学的構成成分の周りにポリマーマトリックスを形成する実施形態を表すフローチャートである。
図６Ａは、シール可能な開口部を含む流体デバイスの別の実施形態の一部分を示す。
図６Ｂは、一部の実施形態による、流体デバイスの一部分において生物学的構成成分をトラップする方法を示す。
図７Ａは、一部の実施形態による、流体デバイスの一部分の概略図の上面図を示す。
図７Ｂは、一部の実施形態による、ポリマーマトリックスを含む流体デバイスの一部分の概略図の上面図を示す。
図８は、一部の実施形態による、複数の異なる試薬を含む流体デバイスの一部分の概略図の上面図を示す。
図９Ａは、一部の実施形態による、空間エネルギー調節要素の一部分およびシリンダー状ポリマーマトリックスを示す。
図９Ｂは、一部の実施形態による、空間エネルギー調節要素の一部分および中空シリンダーの形状のポリマーマトリックスを示す。
図１０は、一部の実施形態による、１つまたは複数の生物学的構成成分を封入しているポリマーマトリックス区画の顕微鏡写真を示す。
図１１Ａは、一部の実施形態による、複数ステップのポリマーマトリックス形成プロセスで形成された開放区画を図示する。
図１１Ｂは、一部の実施形態による、複数ステップのポリマーマトリックス形成プロセスで形成された閉鎖区画を図示する。
図１２Ａは、一部の実施形態による、反発性要素でコーティングされた流体デバイスの表面の一部分の略図である。
図１２Ｂは、一部の実施形態による、反発性要素を使用して表面上で捕捉された生物学的構成成分の顕微鏡写真を示す。
図１２Ｃは、一部の実施形態による、反発性要素を使用して表面上で捕捉された生物学的構成成分の高倍率顕微鏡写真を示す。
図１３Ａは、外部シークエンシングを伴う例示的なｍＲＮＡ ３’遺伝子発現ワークフローの細胞捕捉および細胞溶解ステップの略図である。
図１３Ｂは、外部シークエンシングを伴う例示的なｍＲＮＡ ３’遺伝子発現ワークフローにおいて、ｃＤＮＡライブラリーをテンプレートｍＲＮＡから生成する略図である。
図１３Ｃは、外部シークエンシングを伴う例示的なｍＲＮＡ ３’遺伝子発現ワークフローにおける配列ライブラリー調製の略図である。
図１４Ａおよび１４Ｂは、ｉｎ ｓｉｔｕシークエンシングを伴う例示的なｍＲＮＡ ３’遺伝子発現ワークフローの略図を示す。 図１４Ａおよび１４Ｂは、ｉｎ ｓｉｔｕシークエンシングを伴う例示的なｍＲＮＡ ３’遺伝子発現ワークフローの略図を示す。
図１５は、本明細書に提供される方法を実施するようにプログラムされているか、または他の方法でそのように構成されたコンピュータシステムを示す。
図１６Ａは、一部の実施形態による、エネルギー調節要素を使用してポリマーマトリックスを形成する例を図示する。
図１６Ｂは、一部の実施形態による、エネルギー調節要素を使用して形成されたポリマーマトリックスの例の上面図を図示する。
図１７Ａ～１７Ｅは、一部の実施形態による、可動式エネルギー調節要素を使用してポリマーマトリックスを形成する例示的なステップを図示する。 図１７Ａ～１７Ｅは、一部の実施形態による、可動式エネルギー調節要素を使用してポリマーマトリックスを形成する例示的なステップを図示する。 図１７Ａ～１７Ｅは、一部の実施形態による、可動式エネルギー調節要素を使用してポリマーマトリックスを形成する例示的なステップを図示する。 図１７Ａ～１７Ｅは、一部の実施形態による、可動式エネルギー調節要素を使用してポリマーマトリックスを形成する例示的なステップを図示する。 図１７Ａ～１７Ｅは、一部の実施形態による、可動式エネルギー調節要素を使用してポリマーマトリックスを形成する例示的なステップを図示する。
図１８は、一部の実施形態による、全ゲノムワークフローの概略図を示す。
図１９は、一部の実施形態による、マルチ－オミクスワークフローの概略図を示す。
図２０は、一部の実施形態による、ウェルプレートフォーマットの内側のポリマーマトリックスを示す。
図２１は、一部の実施形態による、１０ｍｍサイズのウェルの内側のポリマーマトリックスを示す。
図２２は、一部の実施形態による、ポリマーマトリックスの上部に多孔質膜を有する流体デバイスを示す。
図２３は、一部の実施形態による、ウェルの内側にヒドロゲルトラップおよびポリマーマトリックスの上部に多孔質膜を有するウェルプレートを示す。
図２４Ａは、一部の実施形態による、ＤＭＤを備えた顕微鏡および組み込まれたＵＶ照射ＬＥＤを示す。
図２４Ｂは、一部の実施形態による、ポリマーマトリックスを生成するポリマー前駆体で満たされた流体チャネル上に仮想マスク画像を投射するＤＭＤの略図を示す。
図２４Ｃは、一部の実施形態による、ＤＭＤを使用して投射されたさまざまな仮想マスク画像、および流体デバイスの内側で生成した対応するポリマーマトリックスを示す。
図２５Ａは、一部の実施形態による、個々の細胞が環状ヒドロゲルマトリックスに封入されているヒドロゲル構造を示す。
図２５Ｂは、一部の実施形態による、４倍の顕微鏡対物レンズを使用する明視野イメージングを使用して特定された細胞、細胞の場所に基づいて算出された得られたＶｏｒｏｎｏｉマスク、およびＶｏｒｏｎｏｉマスクを使用して生成した細胞を取り囲むヒドロゲル構造を示す。
図２６Ａは、一部の実施形態による、蛍光カルセインＡＭ染色細胞および非蛍光細胞の混合物中の蛍光細胞の選択的保持を図示する。
図２６Ｂは、一部の実施形態による、目的の細胞の選択的保持、および所望されない細胞の除去を図示する。
図２７Ａは、一部の実施形態による、それぞれのチャンバーまたはＣｅｌｌＣａｇｅ（商標）構造の内側に単一細胞を有する流体チャネルの内側のヒドロゲルマトリックスを示す。
図２７Ｂは、一部の実施形態による、ジャーカット細胞由来のｍＲＮＡ分子と整列している配列を有するすべてのＤＮＡクラスターの場所を示す空間プロットである。
図２７Ｃは、一部の実施形態による、高倍率画像を使用した、内側に細胞を有する強調されたヒドロゲルマトリックス、およびヒトｍＲＮＡにマッピングするＤＮＡ配列の対応する空間プロットを示す。
図２７Ｄは、一部の実施形態による、高倍率画像を使用した、内側に細胞を有する強調されたヒドロゲルマトリックス、およびヒトｍＲＮＡにマッピングするＤＮＡ配列の対応する空間プロットを示す。
図２８Ａは、一部の実施形態による、それぞれのヒドロゲルマトリックス内のマウスおよびヒトゲノムに固有にマッピングするリードの数を示す散布図である。
図２８Ｂは、一部の実施形態による、ヒトおよびマウスｍＲＮＡにマッピングするＤＮＡ配列の空間プロットを示す。
図２９Ａは、一部の実施形態による、オリゴ配列、バーコード、およびポリＡテールと隣接した抗体標識を示す。
図２９Ｂは、一部の実施形態による、ヒドロゲルマトリックスの内側で細胞を溶解した後に捕捉された抗体バーコードオリゴのシークエンシング後に検出されたさまざまな表面タンパク質の相対発現を示す。
図２９Ｃは、一部の実施形態による、細胞ケージの内側の代表的な細胞およびバーコード配列の空間プロットを示し、色は、バーコード配列の正体によってコード化され、細胞溶解後のそれぞれのヒドロゲルマトリックスの内側のさまざまな抗体の存在量を図示する。
図３０Ａは、一部の実施形態による、ＣＨＯ ＤＰ－１２細胞から分泌されたＩｇＧ分子を捕捉したストレプトアビジンビーズから放たれた蛍光シグナルを示す。
図３０Ｂは、一部の実施形態による、ヒドロゲルマトリックス中で捕捉された１つのＣＨＯ ＤＰ－１２細胞から分泌されたＩｇＧ分子を捕捉したストレプトアビジンビーズから放たれた蛍光シグナルを示す。
図３０Ｃは、一部の実施形態による、図３０Ｂのヒドロゲルマトリックス中に捕捉されたＣＨＯ ＤＰ－１２細胞にマッピングするＲＮＡ配列の空間プロットを示す。
図３１Ａは、一部の実施形態による、サイトカイン捕捉ビーズおよびｍＲＮＡ捕捉オリゴを含有するマイクロ流体デバイスの略図を示す。
図３１Ｂは、一部の実施形態による、刺激されていないおよび刺激されたジャーカット細胞の遺伝子発現分析を示す。
図３１Ｃは、一部の実施形態による、単一のＩＬ－２を分泌する細胞をそれぞれ含有する、２つのヒドロゲルマトリックスからの蛍光シグナルを示す。
図３２は、一部の実施形態による、０時間、１８時間、４２時間、および４６時間でのＣＨＯ細胞を培養するために使用されているヒドロゲルマトリックスの画像を示す。
本特許または本出願ファイルは、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含む。カラーの図面を伴う本特許または本特許出願公開の写しは、依頼および必要な料金の支払いをすることで、庁によって提供される。
詳細な説明
導入
細胞の物理的性質、プロテオーム、トランスクリプトーム、ゲノム、エピゲノム、メチローム、セクレトーム、またはメタボロームのレベルで生体試料の分析を、単一細胞または細胞の集団において行うことができる。例えば、細胞由来の遺伝子材料を、他の細胞由来の遺伝材料とは別々に、またはそれと組み合わせて分析することができる。試料の構成成分の分析は、個々に、より高い解像度、およびノイズまたは相互汚染が少ないデータを生成し得るが、このアプローチは、コストおよび時間がかかり得る。他方で、バルクでの１つの試料または複数の試料の分析は、コストおよび時間効率が良いことがあるが、望ましくない、またはあまり望ましくない出力を生成し得る（例えば、不均一性に起因する）。例えば、特定の１つのデータが、試料中の供給源まで追跡可能ではないことがある。試料構成成分の空間的関連も失われ得る。例えば、試料の２つの構成成分は、それらの生物学的に関連した状態で互いに隣接し得るが、複数の試料または試料の構成成分のプール後、２つの構成成分間の空間情報は失われ得る。
不均一試料の生成を回避するために、試料の個々の構成成分は、区画化され得る。これは、無傷の空間情報を保持し、処理するステップを低減しながら、試料の個々の構成成分を同時にまたは実質的に同時に処理することを可能にし得る。加えて、外来試料の処理の間の相互汚染および材料の喪失を防止することによって、生成したデータは、より高品質のものになり得る（例えば、データは、適切な場合、より高いシグナル対ノイズ比を有し得る）。一部の方法は、試料中の個々の区画または区画の群をバーコード化することによって、空間情報を保存し得る。これらの方法は、バーコード化された構成成分を組み合わせてもよく、区画または分析チャンバー内の同じ構成成分に対する複数のアッセイを行わなくてもよいことがある。これらの方法の一部は、生成したデータ中にバイアスを導入し得るヌクレオチド増幅ステップを必要とし得る。
生体試料の個々の構成成分を区画化するために、ポリマーマトリックス（例えば、ヒドロゲルマトリックス）を、流体デバイス中の個々の構成成分の少なくとも一部分に隣接してまたはその周りに形成することができる。ヒドロゲルマトリックスは、システムが構成成分を検出した後、選択的に生成させて、構成成分を取り囲み得るか、またはヒドロゲルマトリックスは、流体デバイスにおいて、事前に規定されたパターンに従って生成され得る。ヒドロゲルマトリックスは、生体試料の個々の構成成分を定位置に保持しながら、試薬および小さな実体が通過するのを可能にし得る。１つまたは複数の個々の構成成分は、流体デバイス内で局在化され得（例えば、封入され得）、局在化された構成成分は、分析の間および／または分析間に、１つまたは複数の試薬および／または洗浄溶液に曝露され得るので、複数のアッセイを、区画内で行うことができる（例えば、同時に、実質的に同時に、順次になど）。
異なるアッセイが、例えば、異なる処理条件の効果を試験するために、流体デバイスの異なる場所で行われてもよい。加えて、構成成分は、概して混合および組み合わされないので、低濃度の構成成分（例えば、希釈に起因する）は、防止され得る。例えば、ゲノム材料を分析する場合、増幅ステップは、それぞれの区画中のゲノム材料の保存に起因して回避することができる。区画内に２つまたはそれよりも多くの構成成分を有することによって、構成成分間の相互作用を、同様に研究することができる。ポリマーマトリックスは、「オンデマンドで」分解可能であり得、制御された局在化および放出機構を可能にする。本明細書に提供される解決手段は、構成成分の空間情報を保持し、細胞、プロテオーム、トランスクリプトーム、またはゲノムレベルでデータを生成することができる。空間情報が保持されるので、データは、表現型データと関連付ける（例えば、連結する）ことができる。さらに、本明細書に提供される解決手段は、構成成分の空間情報を保持し、細胞、プロテオーム、トランスクリプトーム、またはゲノムレベルでデータ（例えば、表現型データ）を連結することができる。
本発明のさまざまな実施形態を本明細書に示し、説明したが、そのような実施形態が例としてのみ提供されることは当業者に自明であろう。本発明から逸脱することなく、多数の変形形態、変更、および置換を、当業者は気付き得る。本明細書に記載される本発明の実施形態に対するさまざまな代替が用いられ得ることが理解されるべきである。
「少なくとも」という用語が、一連の２つまたはそれよりも多くの数値の最初の数値に先行する場合はいつでも、「少なくとも」という用語は、その一連の数値中の数値のそれぞれに適用される。例えば、少なくとも１、２、または３は、少なくとも１、少なくとも２、または少なくとも３と等しい。
「未満」という用語が、一連の２つまたはそれよりも多くの数値の最初の数値に続く場合はいつでも、「未満」という用語は、その一連の数値中の数値のそれぞれに適用される。例えば、３、２、または１未満は、３未満、２未満、または１未満と等しい。
「にカップリングされた」、「に接続された」、および「と連通している」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、機械的、電気的、磁気的、電磁的、流体的、生物学的、熱的相互作用を含む、２つまたはそれよりも多くの実体間の相互作用の任意の形態を指す。２つの構成成分は、それらが互いと直接接触しない場合でも、互いにカップリングされ得る。
「ポリペプチド」および「ペプチド」という用語は、本明細書で互換的に使用される場合、一般に、アミノ酸がペプチド結合によって別のアミノ酸に連結され得るアミノ酸のポリマーを指す。一部の例では、ポリペプチドはタンパク質である。アミノ酸は、天然に存在するアミノ酸、または天然に存在しないアミノ酸（例えば、アミノ酸アナログ）であり得る。ポリペプチドは、直鎖状または分枝状であり得る。ポリペプチドは、改変されたアミノ酸を含むことができる。ポリペプチドは、非アミノ酸によって中断されていてもよい。ポリペプチドは、一本鎖または会合鎖として存在することができる。ポリペプチドは、複数のアミノ酸を含んでいてもよい。ポリペプチドは、二次および三次構造を有していてもよい（例えば、ポリペプチドはタンパク質であってもよい）。一部の例では、ポリペプチドは、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、１００、１，０００、１０，０００、またはそれよりも多くのアミノ酸を含むことができる。ポリペプチドは、より大きなポリマーの断片であってもよい。一部の例では、ポリペプチドは、より大きなポリペプチドの断片、例えば、タンパク質の断片であり得る。
「アミノ酸」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、天然に存在するアミノ酸、または天然に存在しないアミノ酸（例えば、アミノ酸アナログ）を指す。天然に存在しないアミノ酸は、操作されたアミノ酸または合成アミノ酸であってもよい。
「試料」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、生物学的構成成分を含有する化学試料または生体試料を指す。生物学的構成成分は、細胞、核酸、マイクロバイオーム、タンパク質、細胞の組合せ、代謝産物、それらの組合せ、または生体試料の任意の他の好適な構成成分を含んでいてもよい。例えば、試料は、１つまたは複数の細胞を含む生体試料であり得る。別の例について、試料は、１つまたは複数のポリペプチドを含む生体試料であり得る。生体試料は、血液（例えば、全血）、血漿、血清、尿、唾液、粘膜排出物、痰、糞便、および涙液から得る（例えば、抽出または単離する）ことができ、またはそれを含むことができる。生体試料は、流体または組織試料（例えば、皮膚試料）であり得る。一部の例では、試料は、ホモジナイズされた組織試料（例えば、脳ホモジネート、肝臓ホモジネート、または腎臓ホモジネート）に由来していてもよい。ある特定の実施形態では、試料は、特定の種類の細胞（例えば、神経細胞、筋細胞、肝臓細胞、または腎臓細胞）を含んでいてもよい。試料は、罹患細胞もしくは組織（例えば、腫瘍細胞または壊死細胞）を含んでいてもよく、またはそれから獲得されてもよい。一部の実施形態では、試料は、疾患関連含有物（例えば、プラーク、バイオフィルム、腫瘍、または非がん性成長物）を含んでいてもよく、またはそれ由来であってもよい。ある特定の実施形態では、試料は、無細胞体液、例えば、全血、唾液、もしくは尿を含んでいてもよく、またはそれから得られてもよい。さまざまな実施形態では、試料は、循環腫瘍細胞を含むことができる。一部の場合では、試料は、環境試料（例えば、土壌、廃棄物、または周囲空気）、工業試料（例えば、任意の工業プロセス由来の試料）、もしくは食品試料（例えば、乳製品、野菜製品、または肉製品）を含んでいてもよく、またはそれらであってもよい。試料は、マイクロ流体デバイスにロードする前に処理されていてもよい。例えば、試料は、ある特定の細胞型もしくはポリペプチドを精製するために、および／または試薬を含めるために、処理されていてもよい。
本明細書で使用される場合、「ポリマーマトリックス」という用語は、一般に、少なくとも１つのポリマーを含む相材料（例えば、連続相材料）を指す。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、少なくとも１つのポリマー、およびポリマーによって占有されていない間隙空間を指す。ポリマーマトリックスは、１種または複数種のポリマーで構成されていてもよい。ポリマーマトリックスは、直鎖状、分枝状、および架橋したポリマーユニットを含んでいてもよい。ポリマーマトリックスはまた、ポリマー鎖によって占有されていないその間隙空間内に挿入された非ポリマー種を含有していてもよい。挿入された種は、固体、液体、またはガス状の種であってもよい。例えば、「ポリマーマトリックス」という用語は、乾燥ヒドロゲル、湿潤化ヒドロゲル（ｈｙｄｒａｔｅｄ ｈｙｄｒｏｇｅｌ）、およびガラス繊維を含有するヒドロゲルを包含し得る。ポリマーマトリックスは、ポリマー前駆体を含んでいてもよく、これは、一般に、活性化の際に、ポリマー反応を引き起こし得るまたはそれを開始し得る１つまたは複数の分子を指す。ポリマー前駆体は、電気化学エネルギー、光化学エネルギー、光子、磁気エネルギー、または任意の他の好適なエネルギーによって活性化することができる。本明細書で使用される場合、「ポリマー前駆体」という用語は、モノマー（重合して、ポリマーマトリックスを生じる）および架橋性化合物を含み、これは、光開始剤、ポリマーマトリックスを生成するために必要なまたは有用な他の化合物などを含んでいてもよい。
本明細書で使用される場合、「物理的フォトマスク」という用語は、一般に、そこを通って光が投射され得る複数の開口部または孔を有する物理的構造を指す。物理的フォトマスクを使用して、ポリマー前駆体溶液に重合させること、およびフォトマスク上のパターンに対応する三次元構造を形成することによって、本明細書に記載されるヒドロゲルマトリックスを作出することができる。物理的フォトマスクは、特定のレイアウトまたは幾何学的パターンでパターン化することができる。物理的フォトマスクは、フローセルの上表面に接着されていてもよい。
一部の実施形態では、本明細書で使用される場合、「局所パラメーター」と言いう用語は、ポリマーマトリックス壁によって形成されたチャンバー中またはそれに直ぐ隣接するパラメーター（ｐＨなど）の値を意味する。
本明細書で使用される場合、「オンデマンドで」という用語は、操作を、個々の、別個の、選択された場所（例えば、ポリマー前駆体溶液の空間的な場所または選択されたポリマーマトリックスチャンバー）に方向付け得ることを意味する。そのような選択は、検出器によって収集された光学シグナルもしくはデータの手動観察に基づいていてもよく、またはそのような選択は、検出器によって収集された光学シグナルもしくはデータに対して操作するコンピュータアルゴリズムに基づいていてもよい。検出器によって収集された光学シグナルまたはデータの手動観察は、リアルタイム検出またはポリマー前駆体を重合するためのエネルギーの単位を調節する前またはチャンバーを分解する前のある期間での検出のいずれかを含むことができる。例えば、チャンバーのサブセット（すべて、光分解可能なポリマーマトリックス壁により形成される）は、位置情報およびチャンバー中で行われた分析アッセイからの光学シグナルの値に基づいて、それらの内容物を放出および除去するために事前選択されていてもよい。事前選択されたチャンバーは、事前選択されたチャンバーのポリマーマトリックス壁を分解する適切な波長特徴の光線を選択的に投射することによって（例えば、空間エネルギー調節要素による）、光分解されてもよい。別の例では、複数のチャンバーは、目的の分析物の検出のためにリアルタイムで（例えば、蛍光顕微鏡を介して）観察されてもよく、複数のチャンバーのうち１つまたは複数のチャンバーは、分解のために、目的の分析物の検出の際に、リアルタイムで選択される。
本明細書で使用される場合、デバイスへの言及における「マイクロ流体」および「ナノ流体」という用語は、本明細書で互換的に使用され、それぞれ、試料（これは、次に、目的の細胞もしくは分子分析物を含有し得るか、またはそれを構成し得る）、試薬、希釈剤（ｄｉｌｕｔａｎｔ）、緩衝液などを含む、小体積の流体を捕捉、移動、混合、分散または分析するための統合システムを意味する。一般に、「マイクロフルイディクス（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ）」および「ナノフルイディクス（ｎａｎｏｆｌｕｉｄｉｃｓ）」への言及は、デバイスのサイズおよび取り扱われる流体の体積における異なるスケールを表す。一部の実施形態では、マイクロ流体デバイスの特性は、数百平方マイクロメートル未満の断面寸法を有し、例えば、約５００μｍ～約０．１μｍの最大断面寸法を有する、キャピラリー寸法を有する通路またはチャネルを有する。一部の実施形態では、マイクロ流体デバイスは、１μＬから数ｎＬ、例えば、１０～１００ｎＬの範囲の体積容量を有する。ナノ流体デバイスにおける対応する特性または構造の寸法は、典型的には、マイクロ流体デバイスの寸法よりも１～３桁小さい。当業者には、その次元数が関連する特定の適用の状況から公知であろう。一部の実施形態では、マイクロ流体デバイスまたはナノ流体デバイスは、単独で、または試料導入、流体および／もしくは試薬駆動手段、例えば、正圧もしくは陰圧、音響エネルギーなど、温度制御、検出システム、データ収集および／もしくは統合システムなどのようなサポート機能を提供する器具もしくは機器と協働して、１つまたは複数の分析反応またはプロセスを行うために設計されている、相互接続され、流体連通している、１つまたは複数のチャンバー、ポート、およびチャネルを有する。一部の実施形態では、マイクロ流体デバイスおよびナノ流体デバイスは、例えば、試料構成成分または反応物の吸着を防止し、電気浸透による試薬の移動などを容易にするように、バルブ、ポンプ、フィルター、および内側の壁上の特殊な機能性コーティングをさらに含み得る。そのようなデバイスは、固体基材において統合デバイスとして製造されてもよく、固体基材は、ガラス、プラスチック、または他の固体ポリマー材料であってもよく、特に光学的または電気化学的方法を介して、試料の検出およびモニタリングならびに試薬移動の容易さのために平面フォーマットを有していてもよい。一部の実施形態では、そのようなデバイスは、単回使用後に使い捨てである。マイクロ流体デバイスおよびナノ流体デバイスの製造および操作は、参照により組み込まれる以下の参考文献によって例示されるように、当技術分野において周知である：Ｒａｍｓｅｙ、米国特許第６，００１，２２９号；同第５，８５８，１９５号；同第６，０１０，６０７号；および同第６，０３３，５４６号；Ｓｏａｎｅら、米国特許第５，１２６，０２２号および同第６，０５４，０３４号；Ｎｅｌｓｏｎら、米国特許第６，６１３，５２５号；Ｍａｈｅｒら、米国特許第６，３９９，９５２号；Ｒｉｃｃｏら、国際特許公開第ＷＯ０２／２４３２２号；Ｂｊｏｒｎｓｏｎら、国際特許公開第ＷＯ９９／１９７１７号；Ｗｉｌｄｉｎｇら、米国特許第５，５８７，１２８号；同第５，４９８，３９２号；Ｓｉａ ｅｔ ａｌ， Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ， ２４： ３５６３－３５７６ （２００３）；Ｕｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ， Ｓｃｉｅｎｃｅ， ２８８： １１３－１１６ （２０００）；Ｅｎｚｅｌｂｅｒｇｅｒら、米国特許第６，９６０，４３７号；Ｃａｏ， “Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ＆ Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ： Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ， Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ＆ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ“ （Ｉｍｐｅｒｉａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｐｒｅｓｓ， Ｌｏｎｄｏｎ， ２００４）；Ｈａｅｂｅｒｌｅ ｅｔ ａｌ， ＬａｂＣｈｉｐ， ７： １０９４－１１１０ （２００７）；Ｃｈｅｎｇ ｅｔ ａｌ， Ｂｉｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ， ２００１）など。
本明細書で使用される場合、「分析物」という用語は、一般に、本明細書に記載される方法およびシステムを使用して測定、検出および／または識別される別個の生物学的実体または化学的実体を指す。一部の実施形態では、分析物は、本明細書に記載される生物学的構成成分であってもよい。
生物学的構成成分の分析のためのシステム
本開示は、１つまたは複数の生物学的構成成分を区画化または単離するためのシステムを提供する。システムは、１つまたは複数の生物学的構成成分を含有するまたは含む流体デバイスを含むことができる。流体デバイスは、１つもしくは複数のポリマー前駆体を含有していてもよく、またはそれを含んでいてもよい。一部の場合では、流体デバイスは、１つもしくは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つとカップリングするか、またはそれを受け入れて、カップリングされた生物学的構成成分を形成するように構成された第１の表面を含むことができる。システムはまた、少なくとも１つのエネルギー源を含んでいてもよく、ここで、エネルギー源は、流体デバイスと連通している。一部の実施形態では、エネルギー源は、流体デバイスと光学的に連通していてもよい。さまざまな実施形態では、少なくとも１つのエネルギー源は、１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも一部分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成してもよい。
一部の場合では、試料は、システムに導入または提供されてもよい。ある特定の場合では、試料は、１つまたは複数の生物学的構成成分を含んでいてもよい。システムを使用して、互いから１つまたは複数の生物学的構成成分を分離してもよい。さまざまな場合では、生物学的構成成分は、物理的に分離されていてもよい。一部の場合では、生物学的構成成分は、互いと流体連通していてもよい。ある特定の場合では、生物学的構成成分は、互いと化学的に連通していてもよい。システムは、単一細胞分析のために使用されてもよい。一部の実施形態では、システムは、ゲノムレベルでの単一細胞分析に使用されてもよい。例えば、システムは、ゲノムシークエンシングに使用されてもよい。別の例について、システムは、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）シークエンシングに使用されてもよい。システムは、無細胞ＤＮＡのＤＮＡシークエンシング、全ゲノムシークエンシング、全エクソームシークエンシング、標的化シークエンシング、または１６Ｓシークエンシングに使用されてもよい。システムは、目的の生体分子に付着されたＤＮＡタグを研究するために使用されてもよい。生体分子は、タンパク質、代謝産物などを含んでいてもよい。一部の場合では、ＤＮＡは、核ＤＮＡまたはミトコンドリアＤＮＡであってもよい。システムは、トランスクリプトームレベルでの単一細胞またはバルク分析に使用されてもよい。例えば、システムは、リボ核酸（ＲＮＡ）シークエンシングに使用されてもよい。例えば、システムは、３’もしくは５’遺伝子発現分析、細胞の免疫レパートリー研究、または全長ｍＲＮＡ分析に使用されてもよい。一部の実施形態では、システムは、プロテオームレベルでの単一細胞分析に使用されてもよい。システムは、生物学的構成成分の機能性アッセイに使用されてもよい。システムは、生物学的構成成分の、表面タンパク質、分泌タンパク質、または代謝産物を研究するために使用されてもよい。一部の場合では、システムは、生物学的構成成分の品質を測定するために使用されてもよい。一部の場合では、測定される品質は、生物学的構成成分のサイズまたは形状であってもよい。一部の場合では、システムは、生物学的構成成分におけるエピゲノミクス、ＤＮＡメチル化、またはクロマチンアクセス性を研究するために使用されてもよい。システムは、他の好適なアッセイ、実験、およびプロセスに使用されてもよい。
ある特定の実施形態では、システムは、間接的な細胞間相互作用レベルでの単一細胞分析に使用されてもよい。例えば、第２の細胞に対する第１の細胞から産生した１つまたは複数の分子の効果を、本明細書に提供されるシステムを使用して分析することができる。さまざまな実施形態では、システムは、直接的な細胞間相互作用を分析するために使用されてもよい。例えば、２つまたはそれよりも多くの細胞（例えば、第１の細胞および第２の細胞）は、物理的に接触することができ、第２の細胞に対する第１の細胞の１つもしくは複数の効果、またはその逆を、本明細書に開示されるシステムを使用して分析することができる。一部の実施形態では、システムは、生物学的構成成分における薬物応答分析に使用されてもよい。ある特定の実施形態では、システムは、さまざまな生理学的条件（例えば、さまざまな培地、温度、機械的刺激など）に対する生物学的構成成分の応答を分析するために使用されてもよい。
一部の場合では、試料は、生体試料を含む。生体試料は、生物学的構成成分を含んでいてもよい。一部の実施形態では、生体試料は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、４０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、１，０００、１０，０００、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１０１０、１０２０、またはそれよりも多くの生物学的構成成分を含んでいてもよい。生体試料は、本明細書に言及されるいずれか２つの数の間の任意の数の生物学的構成成分を含んでいてもよい。一部の実施形態では、生体試料は、１０２０よりも多くの生物学的構成成分を含んでいてもよい。生物学的構成成分は、細胞を含んでいてもよい。一部の実施形態では、細胞は、真核細胞、原核細胞、真菌細胞、原生動物、藻類細胞、植物細胞、動物細胞（例えば、ヒト細胞）、または任意の他の好適な細胞を含んでいてもよい。生物学的構成成分は、細胞、ウイルス、細菌、核酸（例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡ）、タンパク質、またはそれらの組合せを含んでいてもよい。組合せは、ＤＮＡ－タンパク質複合体、ＲＮＡ－タンパク質複合体、またはそれらの組合せを含んでいてもよい。ある特定の実施形態では、核酸は、ＤＮＡを含んでいてもよい。ＤＮＡは、少なくとも１０塩基対（ｂｐ）の長さであってもよい。一部の実施形態では、ＤＮＡは、少なくとも１０ｂｐ、２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐ、６０ｂｐ、７０ｂｐ、８０ｂｐ、９０ｂｐ、１００ｂｐ、２００ｂｐ、３００ｂｐ、４００ｂｐ、５００ｂｐ、６００ｂｐ、７００ｂｐ、８００ｂｐの長さ、または８００ｂｐよりも長い。
ポリマー前駆体は、表１Ａの任意のヒドロゲル前駆体および架橋剤（それぞれ、１列目および３列目）を使用することによって形成され得る。得られるポリマーマトリックスは、表１Ａ（４列目）中の示された分解剤により分解され得る。
ある特定の実施形態では、１つまたは複数のポリマー前駆体は、生体試料に添加されてもよく、またはそれとともに含まれていてもよい。１つまたは複数の生体試料および１つまたは複数のポリマー前駆体は、システムに（例えば、システムの流体デバイスに）導入されてもよい。１つまたは複数の生体試料および１つまたは複数のポリマー前駆体は、任意の順序で（例えば、並行して、逐次的になど）、流体デバイスに導入されてもよい。例えば、生体試料は、ポリマー前駆体の前に導入されてもよく、ポリマー前駆体は、生体試料の前に導入されてもよく、生体試料およびポリマー前駆体は、同時に（または実質的に同時に）または任意の他の好適な様式もしくは順序で導入されてもよい。一部の実施形態では、ポリマー前駆体は、１つまたは複数のヒドロゲル前駆体を含んでいてもよい。１つまたは複数のポリマー前駆体は、システムに別々に貯蔵および／または導入されてもよい。一部の場合では、１つまたは複数のポリマー前駆体は、システムへの導入の前に、１つまたは複数の生物学的構成成分と混合されてもよい。さまざまな場合では、１つまたは複数のポリマー前駆体は、システムへの導入の後に、１つまたは複数の生物学的構成成分と混合されてもよい。
システムは、流体デバイスを含んでいてもよい。一部の実施形態では、流体デバイスは、１つまたは複数のポリマー前駆体を含んでいてもよい。言い換えれば、１つまたは複数のポリマー前駆体は、流体デバイスの少なくとも一部分内に（例えば、流体デバイスのチャネルの少なくとも一部分内に）配置されていてもよい。一部の実施形態では、流体デバイスは、１つまたは複数のチャネルまたはチャンバーを含んでいてもよい。一部の実施形態では、流体デバイスは、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、４０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、１，０００、１０，０００のチャネルもしくはチャンバー、または本明細書に言及されるいずれか２つの数の間の任意の数のチャネルもしくはチャンバーを含んでいてもよい。一部の実施形態では、流体デバイスは、１０，０００よりも多くのチャネルまたはチャンバーを含む。本明細書に記載されるように、流体デバイスは、１つまたは複数のチャネルを含んでいてもよい。流体デバイスはまた、または代替的に、１つまたは複数のチャンバーを含んでいてもよい。チャネルおよびチャンバーという用語は、他に指示されない限り、本明細書の開示において互換的に使用され得る。例えば、流体デバイスのチャネルまたはチャンバーは、第１の表面、第２の表面、またはより多くの表面を含んでいてもよい。
流体デバイスのチャネルまたはチャンバー（チャネル内のポリマーマトリックス壁から形成されるチャンバーとは対照的に、「フローチャンバー」または「反応チャンバー」とも称される場合がある）は、生体試料を受け入れてもよく、またはそれを受け入れるように構成されていてもよい。図１は、本明細書に提供されるシステムの流体デバイスの少なくとも一部分に配置され得るチャネル１００の一部分の略図を示す。流体デバイスは、チャネル１００を含み得る。チャネル１００は、第１の表面１０１を含み得る。さらに、チャネル１００は、第２の表面１０２を含み得る。一部の実施形態では、第１の表面１０１および第２の表面１０２は、互いと向かい合せに配置され、設置され、または位置決めされる（例えば、図１に表される通り）。一部の実施形態では、第１の表面および第２の表面は、実質的に平行であり、その結果、それらの間の垂直距離は、例えばチャンバーが形成されるチャネル全体にわたって実質的に同じである。一部の実施形態では、第１の表面と第２の表面との間の垂直距離は、部分的に、分析される生物学的構成成分の特質およびサイズに依存する。一部の実施形態、例えば、哺乳動物細胞の分析に適合した実施形態では、第１の表面と第２の表面との間の垂直距離は、１０μｍ～５００μｍの範囲、または５０μｍ～２５０μｍの範囲であってもよい。一部の実施形態では、第１の表面と第２の表面との間の垂直距離は、分析される生物学的構成成分の平均サイズの２倍～分析される生物学的構成成分の平均サイズの５倍の範囲であってもよい。一部の実施形態では、第１の表面と第２の表面との間の垂直距離は、生体試料中の最大の生物学的構成成分の平均サイズの２倍～生体試料中の最大の生物学的構成成分の平均サイズの５倍の範囲であってもよい。一部の実施形態では、第１の表面１０１は、下表面であり得る。ある特定の実施形態では、第２の表面１０２は、上表面であり得る。「下」および「上」という用語は、限定を意図するものではなく、図面に関する場合に、便宜上、本明細書で使用される。チャネル１００は、１つまたは複数の生物学的構成成分５０、５１を含む生体試料を受け入れ得る。チャネル１００は、１つまたは複数のポリマー前駆体を受け入れ得る。図１に図示されるように、生物学的構成成分５０、５１は、細胞を含んでいてもよい。しかしながら、本明細書で議論されるように、生物学的構成成分は、組織、タンパク質、核酸などを含んでいてもよい。一部の実施形態では、第１の表面１０１、第２の表面１０２、またはその両方の表面は、１つまたは複数の生物学的構成成分５０、５１のうち少なくとも１つにカップリングし得るか、もしくはそれを受け入れ得るか、またはそれにカップリングするか、もしくはそれを受け入れるように構成され得る。一部の場合では、第１の表面１０１は、生物学的構成成分（例えば、生物学的構成成分５０、５１）にカップリングし得るか、もしくはそれを受け入れ得るか、またはそれにカップリングするか、もしくはそれを受け入れるように構成され得る。ある特定の場合では、第２の表面１０２は、生物学的構成成分（例えば、生物学的構成成分５０、５１）にカップリングし得るか、もしくはそれを受け入れ得るか、またはそれにカップリングするか、もしくはそれを受け入れるように構成され得る。
ある特定の場合では、チャネルは、矩形、円形、半円形、楕円形の断面、または他の好適な形状の断面を有していてもよい。したがって、チャネルは、単一の内部表面を有していてもよい。一部の場合では、チャネルは、三角形、正方形、矩形、多角形、または他の断面を有していてもよい。したがって、チャネルは、３つまたはそれよりも多くの内部表面を有していてもよい。内部表面の１つまたは複数は、１つまたは複数の生物学的構成成分にカップリングし得るか、もしくはそれを受け入れ得るか、またはそれにカップリングするか、もしくはそれを受け入れるように構成され得る。
一部の場合では、第１の表面１０１、第２の表面１０２、または両方の表面１０１、１０２は、例えば、コーティング（例えば、表面コーティング）で官能化されていてもよい。一部の実施形態では、表面コーティングは、表面ポリマーであってもよい。表面コーティングの一部の非限定的な例としては、捕捉試薬（例えば、ピリジンカルボキシアルデヒド（ＰＣＡ））、１つもしくは複数の部分（例えば、化学的部分）を捕捉するための官能基、アクリルアミド、アガロース、ビオチン、ストレプトアビジン、ｓｔｒｅｐ－ｔａｇ ＩＩ、リンカー、アルデヒド、ホスフェート、シリケート、エステル、酸、アミド、アルキン、アジド、アルデヒドジチオランを含む官能基、またはそれらの組合せが挙げられ得る。さまざまな実施形態では、表面コーティングは、１つまたは複数の部分を捕捉するための官能基を含んでいてもよい。例えば、アクリルアミド、アガロースなどは、そのような官能基を含み得る。ある特定の実施形態では、表面ポリマーは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、チオール、アルケン、アルキン、アジド、またはそれらの組合せを含んでいてもよい。さまざまな実施形態では、表面ポリマーは、シランポリマーを含んでいてもよい。一部の実施形態では、表面ポリマーは、オリゴヌクレオチド、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、またはアプタマーのうち少なくとも１つで官能化されていてもよい。
一部の場合では、第１の表面１０１、第２の表面１０２、またはその両方の表面１０１、１０２は、１つまたは複数のバーコード（例えば、核酸バーコード）を含んでいてもよい。一部の実施形態では、第１の表面１０１、第２の表面１０２、またはその両方の表面１０１、１０２は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、４０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、１，０００、１０，０００、５０，０００、１００，０００、２５０，０００、５００，０００、１，０００，０００、２，０００，０００、５，０００，０００、１０，０００，０００、１５，０００，０００バーコード、または本明細書に言及されるいずれか２つの数の間の任意の数のバーコードを含んでいてもよい。バーコードは、約５００ｎｍ２～約５００μｍ２の面積を覆っていてもよい。一部の実施形態では、第１の表面１０１、第２の表面１０２、またはその両方の表面１０１、１０２は、最大で約１０，０００，０００のバーコードの合計数を含んでいてもよい。バーコードは互いに異なっていてもよい（例えば、それぞれのバーコードは、固有であってもよい）。ある特定の実施形態では、バーコードの第１の部分またはサブセットは、バーコードの第２の部分またはサブセットと異なっていてもよい。バーコードの２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、１，０００、１０，０００の部分もしくはサブセット、または本明細書に言及されるいずれか２つの数の間の任意の数のバーコードの部分もしくはサブセットが存在していてもよい。一部の場合では、バーコード（またはバーコードの部分／サブセット）は、表面上のバーコードの場所（チャネルの表面上の場所の座標（例えば、ｘ、ｙ座標））と関連付けられてもよい。バーコードは、捕捉された生物学的構成成分に付着していてもよく、またはそれにカップリングされていてもよい。一部の実施形態では、バーコードは、生物学的構成成分を他の生物学的構成成分から識別する（例えば、第２の生物学的構成成分に対して第１の生物学的構成成分を特定する）固有の識別子であってもよい。一部の実施形態では、バーコードは、生物学的構成成分を捕捉するための核酸配列（例えば、共通配列）を含んでいてもよく、または増幅において使用されてもよい。一部の実施形態では、バーコードは、固有の核酸配列（例えば、ＤＮＡ配列、ＲＮＡ配列など）、タンパク質タグ、抗体、またはアプタマーを含む固有の識別子を含んでいてもよい。一部の実施形態では、バーコードは、蛍光分子を含んでいてもよい。一部の実施形態では、捕捉された生物学的構成成分の場所は、例えば、生物学的構成成分の空間情報を保持するように、固有の識別子と関連付けられてもよい。
一部の実施形態では、流体デバイスは、フローセルであってもよい。例えば、流体デバイスは、シークエンシング（例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡシークエンシング）に使用されてもよい。一部の実施形態では、流体デバイスは、マイクロ流体デバイスであってもよい。ある特定の実施形態では、流体デバイスは、ナノ流体デバイスであってもよい。
本明細書に開示されるシステムは、１つまたは複数のエネルギー源を含んでいてもよい。エネルギー源は、流体デバイスと連通していてもよい。一部の実施形態では、エネルギー源は、流体デバイスと光学的に連通していてもよい。一部の場合では、エネルギー源を使用して、流体デバイス中で（例えば、流体デバイスのチャネルまたはチャンバーの表面上にまたはそれに隣接して）１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成することができる。一部の実施形態では、エネルギー源は、光生成デバイス、熱生成デバイス、電気化学反応生成デバイス、電極、またはマイクロ波デバイスを含んでいてもよい。ポリマーマトリックスは、流体デバイスのチャネル中で形成されてもよい。エネルギー源は、エネルギーを流体デバイス中の所定の位置に方向付けてもよく、または移動させてもよい。エネルギーは、所定の位置で、１つまたは複数のポリマー前駆体にポリマーマトリックスを形成（例えば、重合）させてもよく、またはそれを形成するように活性化されてもよい。
一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを含んでいてもよい。一部の実施形態では、ヒドロゲルは、ポリマーマトリックスを通して、試薬（例えば、酵素、化学化合物、小分子、抗体など）の動きまたは移動を可能にするのに十分な多孔性であってもよく、または好適なサイズの細孔を有していてもよいが、ヒドロゲルは、ポリマーマトリックスを通して、生物学的構成成分（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、細胞など）の動きも移動も可能にしなくてもよい。一部の実施形態では、細孔は、５ｎｍ～１００ｎｍの直径を有していてもよい。一部の実施形態では、細孔は、５ｎｍ～１０ｎｍ、１０ｎｍ～２０ｎｍ、２０ｎｍ～３０ｎｍ、３０ｎｍ～４０ｎｍ、５０ｎｍ～６０ｎｍ、６０ｎｍ～７０ｎｍ、７０ｎｍ～８０ｎｍ、８０ｎｍ～９０ｎｍ、９０ｎｍ～１００ｎｍの直径を有していてもよい。一部の実施形態では、細孔は、１００ｎｍよりも大きい直径を有していてもよい。一部の実施形態では、細孔は、５ｎｍよりも小さい直径を有していてもよい。試薬は、酵素または５０塩基対（ｂｐ）未満のサイズを有するプライマーを含んでいてもよい。プライマーは、一本鎖ＤＮＡ（ｓｓＤＮＡ）を含んでいてもよい。一部の実施形態では、プライマーは、５ｂｐ～５０ｂｐのサイズを有していてもよい。一部の実施形態では、プライマーは、５ｂｐ～１０ｂｐ、１０ｂｐ～２０ｂｐ、２０ｂｐ～３０ｂｐ、３０ｂｐ～４０ｂｐ、または４０ｂｐ～５０ｂｐのサイズを有していてもよい。一部の実施形態では、プライマーは、５０ｂｐよりも大きいサイズを有していてもよい。ある特定の場合では、プライマーは、５ｂｐ未満のサイズを有していてもよい。試薬は、リゾチーム、プロテイナーゼＫ、ヘキサマー（例えば、ランダムヘキサマー）、ポリメラーゼ、トランスポザーゼ、リガーゼ、触媒酵素、デオキシリボヌクレアーゼ、デオキシリボヌクレアーゼ阻害剤、リボヌクレアーゼ、リボヌクレアーゼ阻害剤、ＤＮＡオリゴ、デオキシヌクレオチド三リン酸、緩衝液、界面活性剤、塩、二価カチオン、または任意の他の好適な試薬を含んでいてもよい。
一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、膜を通って流れる。一部の実施形態では、膜は、半透性である。一部の実施形態では、膜は、細孔を含む。一部の実施形態では、細孔は、１マイクロメートル未満の幅である。一部の実施形態では、細孔の幅は、約０．５マイクロメートル～約１５マイクロメートルである。一部の実施形態では、細孔の幅は、約０．５マイクロメートル～約１マイクロメートル、約０．５マイクロメートル～約５マイクロメートル、約０．５マイクロメートル～約１０マイクロメートル、約０．５マイクロメートル～約１５マイクロメートル、約１マイクロメートル～約５マイクロメートル、約１マイクロメートル～約１０マイクロメートル、約１マイクロメートル～約１５マイクロメートル、約５マイクロメートル～約１０マイクロメートル、約５マイクロメートル～約１５マイクロメートル、または約１０マイクロメートル～約１５マイクロメートルである。一部の実施形態では、細孔の幅は、約０．５マイクロメートル、約１マイクロメートル、約５マイクロメートル、約１０マイクロメートル、または約１５マイクロメートルである。一部の実施形態では、細孔の幅は、少なくとも約０．５マイクロメートル、約１マイクロメートル、約５マイクロメートル、または約１０マイクロメートルである。一部の実施形態では、細孔の幅は、最大で約１マイクロメートル、約５マイクロメートル、約１０マイクロメートル、または約１５マイクロメートルである。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、酵素、薬物分子、オリゴヌクレオチド、プライマー、またはそれらの任意の組合せである。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、溶解試薬である。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、核酸変性試薬である。一部の実施形態では、１つまたは複数の試薬は、ポリマーマトリックスを分解する。
図２２は、上部に多孔質膜２２１０を有する流体デバイスを示す。生物学的構成成分２２０２は、ポリマーマトリックス２２０４を使用して、流体デバイス２２０６の表面上で封入および／または局在化される。膜２２１０中の細孔を通り抜ける試薬は、ポリマーマトリックスに進入し、生物学的構成成分２２０２と反応することができる。一部の実施形態では、図２３に示されるように、ポリマーマトリックス２３０４および生物学的構成成分２３０２は、ウェルプレート２３０６に播種され、多孔質膜２３１０は、ポリマーマトリックス２３０４の上部にある。膜２３１０中の細孔を通り抜ける試薬は、ポリマーマトリックスに進入し、生物学的構成成分２３０２と反応することができる。ウェル２３０８の壁に起因して、異なるウェル間に流体連通が存在しなくてもよく、そのようにして異なる試薬を、それぞれ個々のウェルにおいて使用することができる。
図２Ａは、エネルギー源２０３を含む本明細書に提供されるシステムの一部分を示す。図２Ａの実施形態は、一部の点で、図１の構成成分に類似する構成成分を含み得る。例えば、実施例２Ａの実施形態は、図１のチャネル１００に類似し得るチャネル２００を含む。図示された実施形態が類似の特性を有していてもよいことが認識されるであろう。したがって、同様の特性は、先頭の桁が「２」への増分で、同様の参照番号で指定される。類似して特定された特性に関して上記に示された関連する開示は、このようにして、本明細書の以下で繰り返さないことがある。また、本明細書に提供されるシステム、および図２Ａに示される関連する構成成分の特定の特性は、図面中のもしくは続く明細書で具体的に議論される参照番号によって示されも、それによって特定されもしないことがある。しかしながら、そのような特性は、明確に、他の実施形態に表されるおよび／またはそのような実施形態に対して記載される特性と同じまたは実質的に同じであってもよい。したがって、そのような特性の関連する記載は、図２Ａのシステムおよび関連する構成成分の特性に等しく適用される。図１に図示されるシステムおよび構成成分に対して記載される特性ならびにその変形形態の任意の好適な組合せを、図２Ａのシステムおよび構成成分とともに用いることができ、逆もまた同様である。この開示のパターンは、後の図面に表されるおよび本明細書の以下に記載されるさらなる実施形態に等しく適用される。
引き続き図２Ａに関して、システムのチャネル２００は、第１の表面２０１および第２の表面２０２を含み得る。一部の実施形態では、エネルギー源２０３は、１つまたは複数のエネルギー放射部分（例えば、エネルギー放射部分２０５）を含み得る。一部の実施形態では、エネルギー源２０３は、１つまたは複数の非放射部分（例えば、非放射部分２０４）を含み得る。非放射部分２０４は、エネルギーを放射しなくても、エネルギーを放射するように構成されていなくてもよい。一部の実施形態では、放射部分２０５は、電磁波（例えば、マイクロ波、光、熱など）の形態で流体デバイスの少なくとも一部分にエネルギーを放射することができる。ある特定の実施形態では、放射部分２０５は、エネルギーを流体デバイスに放射することができる。一部の実施形態では、流体チャネルは、可動式ステージにカップリングされていてもよい。他の実施形態では、光は、流体チャネルの少なくとも一部分にまたはその上に投射されて、１つまたは複数のポリマーマトリックスが生成されてもよい。光は、流体チャネルのさまざまな部分に方向付けられてもよい。一部の実施形態では、放射部分２０５は、対物レンズ（例えば、顕微鏡対物レンズまたはレンズ）にカップリングされ得、ここで、対物レンズは、流体デバイスの異なる部分に動き得る。対物レンズは、パターンに類似または補完的なポリマーマトリックスを形成するために、光が流体デバイス上でパターンを形成することを可能にする形状（例えば、仮想マスクまたは物理的マスク）を提供してもよい。さまざまな実施形態では、流体デバイス中のまたは生体試料と混合された１つまたは複数のポリマー前駆体は、放射エネルギー２０６を吸収することができる。一部の実施形態では、放射エネルギー２０６は、１つもしくは複数のポリマー前駆体からポリマーマトリックスを形成することができ、またはそれを形成するのに十分であり得る。例えば、流体デバイスのチャネル２００内の１つまたは複数のポリマー前駆体の一部分は、放射エネルギーによって活性化され得、重合反応が開始して、ポリマーマトリックスを形成し得る。
一部の実施形態では、エネルギー源は、流体チャネルの大きな部分に、または流体チャネルのほぼ表面全体にエネルギーを放射してもよい。物理的マスクを使用して、流体チャネルの１つまたは複数の部分に放射されるエネルギーをブロックしてもよい。エネルギー源（例えば、光源）は、対物レンズ（例えば、顕微鏡対物レンズまたはレンズ）を介して流体デバイスにカップリングされていてもよい。エネルギー源は、流体チャネルの一部分に（例えば、可動式対物レンズを介して）方向付けられてもよい。一部の場合では、光源、対物レンズ、および／または流体チャネルは、流体デバイスの表面の少なくとも一部分においてパターンを生成するように、流体チャネルへのエネルギーの放射が可能であるように可動式である。ポリマーマトリックスは、エネルギー放射のパターンと同様にまたは補完的に形成されてもよい。
ポリマー前駆体は、流体デバイスにおいて、１つまたは複数のポリマー前駆体の重合を開始する放射エネルギー２０６を吸収することができる活性化分子を含み得る。活性化分子の非限定的な例としては、光触媒、光活性化剤、光酸発生剤、または光塩基発生剤が挙げられ得る。一部の実施形態では、第１のポリマーマトリックス２０８および／または第２のポリマーマトリックス２０９は、生物学的構成成分５０上にまたはそれに隣接して形成され得る。ある特定の実施形態では、第１のポリマーマトリックス２０８および第２のポリマーマトリックス２０９は、流体デバイスにおいて、生物学的構成成分５０を他の生物学的構成成分（例えば、生物学的構成成分５１、５２、または５３）から分離する（例えば、物理的に分離する）分析チャンバーまたは区画２２０を形成することができる。言い方を変えれば、ポリマーマトリックスは、チャネル（例えば、チャネル２００）を区画化し得る。さまざまな実施形態では、ポリマーマトリックスは、生物学的構成成分を部分的に取り囲んでいてもよい。例えば、生物学的構成成分を取り囲むポリマー構造は、閉鎖構造（例えば、中空シリンダー形状のポリマー構造）または部分的開放構造（例えば、三日月形形状のポリマー構造）を形成してもよい。一部の実施形態では、２つまたはそれよりも多くのポリマーマトリックスは、生物学的構成成分を他の生物学的構成成分から分離する区画を形成する生物学的構成成分に隣接して形成されてもよい。ある特定の実施形態では、ポリマーマトリックスは、壁（例えば、ポリマーマトリックス壁）を含んでいてもよく、またはそれを形成してもよい。
さまざまな実施形態では、ポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを含む。一部の実施形態では、ポリマーマトリックス壁は、ヒドロゲル壁であってもよい。一部の実施形態では、ヒドロゲルまたはヒドロゲル壁は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）－チオール、ＰＥＧ－アクリレート、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’－ビス（アクリロイル）シスタミン（ＢＡＣ）、ＰＥＧ、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリアクリル酸、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ（ビニルスルホン酸）（ＰＶＳＡ）、ポリ（Ｌ－アスパラギン酸）、ポリ（Ｌ－グルタミン酸）、ポリリシン、寒天、アガロース、アルギネート、ヘパリン、アルギネート硫酸塩、硫酸デキストラン、デキストラン－アクリルアミド、ヒアルロナン、ペクチン、カラギーナン、ゼラチン、キトサン、セルロース、コラーゲン、ビスアクリルアミド、ジアクリレート、ジアリルアミン、トリアリルアミン、ジビニルスルホン、ジエチレングリコールジアリルエーテル、エチレングリコールジアクリレート、ポリメチレングリコールジアクリレート、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート、トリメチロプロパントリメタクリレート、エトキシ化トリメチロールトリアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、またはそれらの組合せもしくは混合物を含んでいてもよい。ヒドロゲルまたはヒドロゲル壁は、分解可能な架橋剤（例えば、Ｎ，Ｎ’－ビス（アクリロイル）シスタミン、キトサン、ポリ（ε－カプロラクトン）ジアクリレート、ポリラクチドジアクリレート、ポリラクチドジメタクリレート、ポリ（ラクチド－ｃｏ－グリコリド）、ポリカプロラクトン分子、または他の好適な分解可能な架橋剤）を含んでいてもよい。
一部の実施形態では、ポリマーマトリックスまたはヒドロゲルの表面は、官能基をポリマーマトリックスまたはヒドロゲルにカップリングすることによって官能化されていてもよい。官能基の一部の非限定的な例としては、捕捉試薬（例えば、ピリジンカルボキシアルデヒド（ＰＣＡ））、アクリルアミド、アガロース、ビオチン、ストレプトアビジン、ｓｔｒｅｐ－ｔａｇ ＩＩ、リンカー、アルデヒド、ホスフェート、シリケート、エステル、酸、アミド、アルデヒドジチオラン、ＰＥＧ、チオール、アルケン、アルキン、アジドを含む官能基、またはそれらの組合せが挙げられ得る。一部の場合では、官能化されたポリマーマトリックスを使用して、生物学的構成成分に隣接して（例えば、その周りにまたはその上で）形成されたポリマーマトリックス区画の内側で生体分子が捕捉されてもよい。生体分子は、生物学的構成成分（例えば、細胞由来のセクレトーム）によって産生されてもよい。区画の内側のポリマーマトリックスの官能化された表面を使用して、区画の外側から試薬または分子を捕捉してもよい。官能化された表面は、試薬、分子センサー、または目的の任意の分子（例えば、抗体）によって覆われる表面積を増加させてもよい。
一部の実施形態では、生物学的構成成分を取り囲む区画は、多角形ベースを含んでいてもよい。さまざまな実施形態では、生物学的構成成分を取り囲む区画は、円形または楕円ベースを含んでいてもよい（例えば、図２Ｃにおける区画２２０または区画２２２を参照されたい）。ある特定の実施形態では、区画のポリマーマトリックス壁は、１μｍ～２５０μｍの厚さ（例えば、幅）を有していてもよい。ポリマーマトリックス壁は、１μｍ～２５０μｍの厚さを有していてもよい。ポリマーマトリックス壁または区画は、１μｍ～５μｍ、１μｍ～１０μｍ、１μｍ～２０μｍ、１μｍ～３０μｍ、１μｍ～４０μｍ、１μｍ～５０μｍ、１μｍ～１００μｍ、１μｍ～１５０μｍ、１μｍ～２５０μｍ、５μｍ～１０μｍ、５μｍ～２０μｍ、５μｍ～３０μｍ、５μｍ～４０μｍ、５μｍ～５０μｍ、５μｍ～１００μｍ、５μｍ～１５０μｍ、５μｍ～２５０μｍ、１０μｍ～２０μｍ、１０μｍ～３０μｍ、１０μｍ～４０μｍ、１０μｍ～５０μｍ、１０μｍ～１００μｍ、１０μｍ～１５０μｍ、１０μｍ～２５０μｍ、２０μｍ～３０μｍ、２０μｍ～４０μｍ、２０μｍ～５０μｍ、２０μｍ～１００μｍ、２０μｍ～１５０μｍ、２０μｍ～２５０μｍ、３０μｍ～４０μｍ、３０μｍ～５０μｍ、３０μｍ～１００μｍ、３０μｍ～１５０μｍ、３０μｍ～２５０μｍ、４０μｍ～５０μｍ、４０μｍ～１００μｍ、４０μｍ～１５０μｍ、４０μｍ～２５０μｍ、５０μｍ～１００μｍ、５０μｍ～１５０μｍ、５０μｍ～２５０μｍ、１００μｍ～１５０μｍ、１００μｍ～２５０μｍ、または１５０μｍ～２５０μｍの厚さを有していてもよい。ポリマーマトリックス壁または区画は、約１μｍ、約５μｍ、約１０μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約４０μｍ、約５０μｍ、約１００μｍ、約１５０μｍ、または約２５０μｍの厚さを有していてもよい。ポリマーマトリックス壁または区画は、少なくとも１μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２５０μｍ、またはそれよりも大きい厚さを有していてもよい。ポリマーマトリックス壁または区画は、最大で５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、または２５０μｍの厚さを有していてもよい。ポリマーマトリックス壁または区画は、１μｍ未満の厚さを有していてもよい。
引き続き図２Ａに関して、ポリマーマトリックス２０８、２０９、またはポリマーマトリックス２０８、２０９の少なくとも一部分は、第１の表面２０１、第２の表面２０２、またはその両方の表面２０１、２０２にカップリングされ得る。ある特定の実施形態では、ポリマーマトリックス、またはポリマーマトリックスの少なくとも一部分は、適切な場合、第３の表面、第４の表面、第５の表面などにカップリングされていてもよい。さまざまな実施形態では、ポリマーマトリックス２０８、２０９は、ポリマーマトリックスが生物学的構成成分５０を取り囲むか、または実質的に取り囲むように、第１の表面２０１から第２の表面２０２まで延び得る（例えば、チャネル２００の管腔またはチャンバーのキャビティの少なくとも一部分を通して）。一部の実施形態では、物理的に近接している２つまたはそれよりも多くの生物学的構成成分（例えば、図２Ｃの生物学的構成成分５０、５１）は、分離され得る（例えば、流体デバイスを撹拌することまたは振とうすることによって）。流体デバイスは、物理的な動き、音波パルスの使用、チャネル中で流れを変化させること、または任意の他の好適な撹拌の方法によって、撹拌または振とうされてもよい。次いで、ポリマーマトリックスは、分離される生物学的構成成分を取り囲んで（または部分的に取り囲んで）形成されてもよい。図２Ｂは、生物学的構成成分５１から分離された後に、生物学的構成成分５０を取り囲んで形成されたポリマーマトリックス２０８、２０９を示す。図２Ｃは、さまざまな実施形態による、近接している２つの生物学的構成成分５０、５１を分離するプロセスを示す。すなわち、流体デバイスを撹拌することまたは振とうすることによって、生物学的構成成分５０、５１を分離することができる。一部の実施形態では、生物学的構成成分の分離は、流体の圧力、流れの脈動、誘電泳動、光熱流（ｏｐｔｏｔｈｅｒｍａｌ ｆｌｏｗ）、またはそれらの一部の組合せにより達成される。一部の場合では、生物学的構成成分の分離は、音響振動により達成される。図２Ｃは、生物学的構成成分５０、５１の分離後に、生物学的構成成分５０を取り囲む区画２２２を生成するように形成されているポリマーマトリックスを示す。
引き続き図２Ａに関して、一部の場合では、エネルギー源２０３は、１つもしくは複数の放射部分２０５および１つもしくは複数の非放射部分２０４を形成もしくは生じ得るか、またはそれを形成もしくは生じるように構成され得る。本明細書に開示されるシステムは、エネルギーをエネルギー源から流体デバイスの１つまたは複数の標的化部分に方向付ける空間エネルギー調節要素をさらに含んでいてもよい。例えば、空間エネルギー調節要素は、エネルギー源からのエネルギーを選択的に方向付けて、流体デバイスの別個のエリアにおいてポリマーマトリックスを形成するように構成されていてもよい。一部の実施形態では、別個のエリアは、生物学的構成成分の場所に基づいて選択される。一部の実施形態では、別個のエリアの面積は、流体デバイスの面積未満である。一部の実施形態では、生物学的構成成分は、別個のエリア内で捕捉される。一部の実施形態では、別個のエリアのサイズおよび形状は、生物学的構成成分のサイズ、形状、または他の性質に従って調整可能である。一部の実施形態では、アルゴリズムを使用して、別個のエリアの形状およびサイズを決定する。一部の実施形態では、アルゴリズムは、教師あり学習アルゴリズム、自己教師あり学習アルゴリズム、または教師なし学習アルゴリズムである。空間エネルギー調節要素は、例えば、流体デバイスの１つまたは複数の標的化部分以外の１つまたは複数の部分に方向付けられるエネルギーを阻害または防止することによって、エネルギーを選択的に方向付けるように構成されていてもよい。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、物理的マスクを含んでいてもよい。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、仮想マスクを含んでいてもよい。一部の場合では、空間エネルギー調節要素は、空間光変調器（ＳＬＭ）であってもよい。一部の実施形態では、ＳＬＭは、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。一部の実施形態では、ＳＬＭは、検流計を使用して導かれたレーザービームである。一部の実施形態では、ＳＬＭは、液晶ベースである。
図２４Ａは、一部の実施形態による、ＤＭＤを備えた顕微鏡および組み込まれたＵＶ照射ＬＥＤを示す。図２４Ｂは、一部の実施形態による、ポリマーマトリックスを生成するポリマー前駆体で満たされたチャネル上に仮想マスク画像を投射するＤＭＤセットアップを示す。図２４Ｃは、ＤＭＤを使用して投射されたさまざまな仮想マスク画像、および流体デバイスの内側で生成した対応するヒドロゲル構造を示す。
ある特定の場合では、空間エネルギー調節要素は、エネルギーを、流体デバイスの１つまたは複数の標的化部分に選択的に提供することができる１つまたは複数の電極を制御するように構成されていてもよい。電極のコンセプトを使用して、空間的に調節されたエネルギーを提供して、ヒドロゲル構造を形成してもよい。一部のインプリメンテーションでは、１つまたは複数の電極を、流体チャネル中の所定の場所に配列することができ、このようにして、これらの場所でのヒドロゲルの形成が可能になる。代替のインプリメンテーションでは、電極は、アレイの形態であり得る。アレイの要素は、オンデマンドでオンまたはオフにして、エネルギーの所望の空間パターンを作り出して、ヒドロゲルの所望の形状を形成することができる。例えば、１つまたは複数の電極（例えば、電極のアレイ）は、流体デバイスの１つまたは複数の部分内に配置されていてもよい。別の例について、１つまたは複数の電極（例えば、電極のアレイ）は、流体デバイスの１つまたは複数の部分と連通（例えば、電気的連通）していてもよい。
一部の実施形態では、エネルギー源は、光生成デバイスである。一部の実施形態では、光生成デバイスは、約３５０ナノメートル～約８００ナノメートルの光を生成する。一部の実施形態では、光生成デバイスは、約３５０ナノメートル～約４００ナノメートル、約３５０ナノメートル～約４５０ナノメートル、約３５０ナノメートル～約６００ナノメートル、約３５０ナノメートル～約８００ナノメートル、約４００ナノメートル～約４５０ナノメートル、約４００ナノメートル～約６００ナノメートル、約４００ナノメートル～約８００ナノメートル、約４５０ナノメートル～約６００ナノメートル、約４５０ナノメートル～約８００ナノメートル、または約６００ナノメートル～約８００ナノメートルの光を生成する。一部の実施形態では、光生成デバイスは、約３５０ナノメートル、約４００ナノメートル、約４５０ナノメートル、約６００ナノメートル、または約８００ナノメートルの光を生成する。一部の実施形態では、光生成デバイスは、少なくとも約３５０ナノメートル、約４００ナノメートル、約４５０ナノメートル、または約６００ナノメートルの光を生成する。一部の実施形態では、光生成デバイスは、最大で約４００ナノメートル、約４５０ナノメートル、約６００ナノメートル、または約８００ナノメートルの光を生成する。一部の実施形態では、光生成デバイスは、ＵＶ光を生成する。
一部の実施形態では、マスクは、エネルギー源２０３のエネルギー放射表面２１０の１つもしくは複数の部分がエネルギーを放射することを防止し得るか、またはそれを防止するように構成され得る（例えば、非放射部分２０４）。一部の実施形態では、マスクは、仮想マスク（例えば、コンピュータコードまたはデジタルシステム）であってもよい。ある特定の実施形態では、マスクは、エネルギーが、生物学的構成成分が存在する場所に放射されるのを防止することができる。これは、生物学的構成成分に隣接する、その上の、またはそれを封入するポリマーマトリックスの形成（例えば、流体チャネル上の場所に細胞、タンパク質、ＤＮＡ分子、ＲＮＡ分子、または他の標的分子を保持する）を可能にし得るか、またはそれを許容し得る。他の実施形態では、マスクは、ポリマーマトリックスが生物学的構成成分上にあるように、重合を促進してもよい。さまざまな実施形態では、マスクは、物理的マスク（例えば、不透明材料、熱シールド、または電磁気シールド）であってもよい。一部の実施形態では、マスク（例えば、仮想マスクまたは物理的マスク）は、生物学的構成成分の場所を検出もしくは特定する検出器を使用して、またはそれと組み合わせて、生成され得る。一部の実施形態では、検出器は、カメラを含む。一部の実施形態では、検出器は、光検出器、伝導率検出器、超音波検出器、超音波センサー、圧電センサー、それらの組合せ、または別の好適な検出デバイスを含む。
一部の実施形態では、第１の表面２０１または第２の表面２０２は、流体デバイス中の（例えば、チャネル２００中の）１つまたは複数の生物学的構成成分の１つまたは複数の場所を検出するか、またはそれを検出するように構成された検出器を含み得る。ある特定の実施形態では、エネルギー源２０３は、流体デバイス中の生物学的構成成分の場所を検出するか、もしくはそれを検出するように構成された検出器を含み得るか、それにカップリングされ得るか、またはそれと連通していてもよい。一部の実施形態では、検出器は、流体デバイスのイメージングのための顕微鏡対物レンズであってもよい。さまざまな実施形態では、マスクは、流体デバイスの少なくとも一部分から得られた画像を使用して生成されてもよい。マスクは、エネルギー源２０３が、１つもしくは複数の生物学的構成成分が第１の表面２０１上にもしくはそれに隣接して存在する１つもしくは複数の場所もしくは位置においてもしくはその方向にエネルギーを放射するのを可能にし得るか、またはそれを許容し得る。マスクは、エネルギー源２０３が、１つもしくは複数の生物学的構成成分が第１の表面２０１上にもしくはそれに隣接して存在する１つもしくは複数の場所もしくは位置においてもしくはその方向にエネルギーを放射するのを阻害し得るか、またはそれを防止し得る。一部の実施形態では、画像は、カメラ（例えば、デジタルカメラ、蛍光イメージングカメラなど）から得てもよい。一部の実施形態では、イメージングは、明視野イメージング、位相差イメージング、もしくは蛍光イメージング、またはそれらの任意の組合せである。一部の実施形態では、カメラは、エネルギー源２０３にカップリングされ得るか、それに接続され得るか、またはそれと連通していてもよい。例えば、カメラ（示さない）は、エネルギー源２０３と電気的に連通していてもよい。一部の実施形態では、エネルギー源２０３は、カメラを含み得る。さまざまな実施形態では、エネルギー源２０３は、顕微鏡（例えば、蛍光顕微鏡、共焦点顕微鏡、レンズフリーイメージングシステム、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）など）を含み得る。顕微鏡を使用して、１つまたは複数の生物学的構成成分の１つまたは複数の位置を検出してもよい（例えば、検出器と組み合わせて）。
一部の実施形態では、アルゴリズムを使用して、イメージングに基づいて、生物学的構成成分または分析物がどこに位置するかを決定する。一部の実施形態では、アルゴリズムは、教師あり学習アルゴリズム、自己教師あり学習アルゴリズム、または教師なし学習アルゴリズムである。一部の実施形態では、対物レンズは、流体チャネルにおいて、エネルギーを所定の部分に放射するエネルギー源にカップリングされている。
図９Ａは、エネルギーマスキング領域９１０およびエネルギー透過領域９１５を含むマスクの例を示す。エネルギー源からのエネルギーは、エネルギーマスキング領域９１０によってブロックされて、エネルギーが、流体デバイスの一部分（例えば、部分９２０）において任意のポリマーマトリックスを形成するのが防止され得る。エネルギー透過領域９１５は、エネルギーが、流体デバイスと連通して、ポリマーマトリックス９２５を形成するのを可能にし得る。図９Ｂは、マスクの別の例を示し、ここで、エネルギー透過領域９３５は、中空シリンダー（例えば、ドーナツ）の形状である。マスキング領域９３０によってマスクされているエネルギーは、流体デバイスの一部分（例えば、部分９４０）とのエネルギー的連通を防止し得る。エネルギー透過領域９３５は、エネルギーを、流体デバイスに送達して、ポリマーマトリックス９４５を形成し得る。ポリマーマトリックス９４５は、中空シリンダーの形状であり得る。
図１０は、ポリマーマトリックスを使用して封入および／または局在化された生物学的構成成分（すなわち、白色スポットで示される）の例を示す。一部の場合では、生物学的構成成分１００１は、ポリマーマトリックス区画１００２の中空領域内に局在化され得る。一部の他の場合では、ポリマーマトリックス１００３は、生物学的構成成分１００４上に形成され得る。一部の代替の場合では、ポリマーマトリックス１００５は、１つよりも多くの生物学的構成成分を局在化し得る。生物学的区画のポリマーマトリックス１００６は、１つまたは複数の生物学的構成成分を封入し得る。
一部の実施形態では、流体デバイスは、１つまたは複数の別個の場所を含有し、１つまたは複数の別個の場所は、別の別個の場所と流体連通していない。一部の実施形態では、１つまたは複数の別個の場所は、分析物を含む。一部の実施形態では、１つまたは複数の別個の場所は、１つまたは複数のウェルプレートである。図２０は、ポリマーマトリックス２００４を使用してウェルプレート上で封入および／または局在化された生物学的構成成分２００２の例を示す。一部の実施形態では、ポリマーマトリックス２００４および生物学的構成成分２００２は、ウェルプレート２００６に播種される。一部の実施形態では、生物学的構成成分は、ポリマー前駆体と一緒に流体デバイスに導入される。ポリマーマトリックスは、物理的フォトマスクの非存在下でのＵＶ光パターン化（ＵＶ ｐｈｏｔｏｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）によって形成されてもよい。壁２００８は、個々のウェルを分離し得る。ウェルプレートは、任意の数のウェルを有することができる。例えば、ウェルプレートは、６、１２、２４、４８、または９６のウェルを有することができる。一部の実施形態では、それぞれのウェルは、約１ミリメートル～約１００ミリメートルの直径を有する。一部の実施形態では、それぞれのウェルは、約１ミリメートル～約２ミリメートル、約１ミリメートル～約５ミリメートル、約１ミリメートル～約１０ミリメートル、約１ミリメートル～約２０ミリメートル、約１ミリメートル～約５０ミリメートル、約１ミリメートル～約１００ミリメートル、約２ミリメートル～約５ミリメートル、約２ミリメートル～約１０ミリメートル、約２ミリメートル～約２０ミリメートル、約２ミリメートル～約５０ミリメートル、約２ミリメートル～約１００ミリメートル、約５ミリメートル～約１０ミリメートル、約５ミリメートル～約２０ミリメートル、約５ミリメートル～約５０ミリメートル、約５ミリメートル～約１００ミリメートル、約１０ミリメートル～約２０ミリメートル、約１０ミリメートル～約５０ミリメートル、約１０ミリメートル～約１００ミリメートル、約２０ミリメートル～約５０ミリメートル、約２０ミリメートル～約１００ミリメートル、または約５０ミリメートル～約１００ミリメートルの直径を有する。一部の実施形態では、それぞれのウェルは、約１ミリメートル、約２ミリメートル、約５ミリメートル、約１０ミリメートル、約２０ミリメートル、約５０ミリメートル、または約１００ミリメートルの直径を有する。一部の実施形態では、それぞれのウェルは、少なくとも約１ミリメートル、約２ミリメートル、約５ミリメートル、約１０ミリメートル、約２０ミリメートル、または約５０ミリメートルの直径を有する。一部の実施形態では、それぞれのウェルは、最大で約２ミリメートル、約５ミリメートル、約１０ミリメートル、約２０ミリメートル、約５０ミリメートル、または約１００ミリメートルの直径を有する。
１つのウェルが、別のウェルと流体連通していなくてもよい。それぞれのウェルの壁２００８は、流体が、ウェル間で動くのを防止し得る。一部の場合では、１つまたは複数のアッセイを、ウェル中の生物学的構成成分に対して実施してもよく、または行ってもよい。異なるアッセイを、異なるウェルで実施してもよく、または行ってもよい。例えば、６つの異なるアッセイを、６ウェルプレートに播種された生物学的構成成分に対して行われてもよい。
一部の実施形態では、１つまたは複数の別個の場所は、上部が開放されている。図２１は、１０ミリメートルのサイズのウェルの内側のゲルマイクロウェル構造を示す。構造は、一部の実施形態によれば、上部が開放されている。流体デバイスにロードされる蛍光ビーズも、ウェルに進入することができ、ウェルが、上部が開放されていることを確認する。
図３は、本開示の一部の実施形態による、１つもしくは複数の生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成するフローチャートである。プロセス３００は、手動でまたは（例えば、適切にプログラムされたコンピュータシステムによって）自動で行われ得る。ステップ３１０では、生体試料は、流体デバイスの少なくとも一部分に配置されていてもよく、導入されてもよく、または提供されてもよい。一部の実施形態では、次いで、マスクは、生物学的構成成分に向かって方向付けたエネルギー源の１つまたは複数の部分が放射しないように形成または生成され得る（ステップ３２０）。ステップ３３０では、エネルギー源は、エネルギーを流体デバイスの少なくとも一部分に適用または提供し得る。一部の実施形態では、エネルギー源は、ポリマー前駆体がポリマーマトリックスを形成するように（例えば、エネルギー源によって提供されるエネルギーを介して）、ポリマー前駆体を活性化または惹起することができる。一部の実施形態では、流体デバイスのイメージングを、ステップ３１０の後およびステップ３２０の前に行って、マスクを生成する生物学的構成成分の場所を決定または特定することができる。一部の実施形態では、マスクは、仮想マスクである。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、生物学的構成成分を部分的にまたは完全に取り囲む区画を形成してもよい。
ある特定の場合では、エネルギー源は、ポリマーマトリックスが異なるステップで形成されるように、操作されてもよい。例えば、エネルギー源は、ポリマー前駆体が開放区画（例えば、三日月形形状または半シリンダー状のポリマーマトリックス）を形成するように、複数のポリマー前駆体を惹起してもよい。開放区画は、生物学的構成成分（例えば、細胞）または試料の一部分を、流体デバイスの一部分に捕捉および／または含有するように作動し得る。エネルギー源または流体デバイスの配向は、調整されてもよく、ポリマーマトリックスの追加の部分が形成されてもよい。この追加の部分を使用して、事前に形成された半シリンダー状のポリマーマトリックスと併せて、１つまたは複数の区画を形成してもよい。他の実施形態では、ポリマーマトリックス区画を、少なくとも２、３、４、５つ、またはそれよりも多くのマトリックス形成ステップで形成することができる。
図１１Ａおよび図１１Ｂは、複数ステップのポリマーマトリックス区画生成の例を示す。図１１Ａは、複数ステップの生成の第１のステップを示し、ここで、開放区画（例えば、ポリマーマトリックスから作製された開放区画１１０１）は、生物学的構成成分（例えば、生物学的構成成分１１０２）を捕捉および／または含有するように、生成され得る。生物学的構成成分１１０２を含む試料は、流体デバイス内（例えば、流体デバイス１１００の一部分）で流れ方向１１０３を有し得る。開放区画１１０１は、本明細書に記載されるエネルギー源およびエネルギー調節ユニットを使用してポリマーマトリックスを生成することによって、形成され得る。開放区画は、流体デバイス中の試料の流れの方向１１０３の一部分と交差し得る。ポリマーマトリックス開放区画１１０１は、流体デバイス中の試料の流れの方向１１０３に対して斜めまたは垂直であり得る。図１１Ｂは、複数ステップの生成の第２のステップを示し、ここで、開放区画（例えば、開放区画１１０１）は、生物学的構成成分（例えば、生物学的構成成分１１１２）に隣接して、その周りに、またはその上にポリマーマトリックスを形成することによって、封鎖または閉鎖される。一部の場合では、第２のステップでは、生物学的構成成分は、ポリマーマトリックスによって完全にまたは実質的に完全に封入され得る（例えば、閉鎖区画１１１１を形成するため）。一部の場合では、生物学的構成成分に隣接して、その周りに、またはその上に形成され得るポリマーマトリックスは、生物学的構成成分を流体デバイス１１００上の場所に局在化させる。ゲノム材料および／またはプロテオミクス材料は、局在化された生物学的構成成分から抽出されてもよい。ポリマーマトリックスは、抽出された材料をさらに局在化してもよい。次いで、流体デバイスは、抽出された材料がシークエンシングされ得る表面を提供してもよい。一部の実施形態では、抽出された材料は、溶出され、シークエンシングのための別のデバイスまたは表面に移動されてもよい。他の実施形態では、シークエンシングは、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、顕微鏡を使用する任意の光学読み出し、または任意の他の好適なシークエンシングの方法により行われてもよい。
流体デバイスの１つまたは複数の表面は、光学的（例えば、蛍光）、機械的、電気的、または生化学的センシング要素またはセンサーを含んでいてもよい。センシング要素は、蛍光タグ、酵素、プライマー、オリゴヌクレオチド、またはセンサー分子（例えば、生化学センサー分子）を含んでいてもよい。センシング要素を使用して、ｐＨ、酸素濃度、ＣＯ２濃度、または任意の他の好適な変数を検出および／または測定してもよい。センシング要素は、局所的にパラメーターを検出および／または測定してもよい。例えば、センシング要素は、生物学的構成成分を取り囲む区画（例えば、ポリマーマトリックスシェルシリンダー）内でｐＨ、酸素濃度、またはＣＯ２濃度を検出および／または測定してもよい。
捕捉要素を有するシステム
本開示は、１つまたは複数の生物学的構成成分を固定化および／または区画化するための１つまたは複数の捕捉要素を含むシステムも提供する。システムは、流体デバイスを含むことができる。流体デバイスは、１つまたは複数の生物学的構成成分を含むか、または含有することができる。さらに、流体デバイスは、１つまたは複数のポリマー前駆体を含むか、または含有することができる。一部の実施形態では、流体デバイスは、第１の表面を含むことができる（例えば、流体デバイスのチャネルおよび／またはチャンバー中に）。流体デバイスは、１つまたは複数の捕捉要素を含むことができる。捕捉要素は、第１の表面上（または任意の好適な表面）のもしくはそれに隣接する場所で１つもしくは複数の生物学的構成成分のうち少なくとも１つを固定化し得るか、またはそれを固定化するように構成され得る。生物学的構成成分の捕捉要素への固定化またはカップリングは、固定化された生物学的構成成分を形成することができる。システムは、流体デバイスと連通している少なくとも１つのエネルギー源をさらに含んでいてもよい。ある特定の実施形態では、少なくとも１つのエネルギー源は、流体デバイスの少なくとも一部分に、エネルギーを提供もしくは供給し得るか、またはエネルギーを提供もしくは供給するように構成され得る。したがって、エネルギー源は、１つまたは複数のポリマー前駆体（例えば、流体デバイスに配置された）を、固定化された生物学的構成成分上にもしくはそれに隣接して少なくとも１つのポリマーマトリックスを形成するように活性化することができ、またはそれを引き起こすことができる。さまざまな実施形態では、流体デバイスは、流体デバイスを保持するためのプラットフォームまたはステージをさらに含んでいてもよい。一部の実施形態では、システムはまた、シークエンシングデータを得るためのシークエンシングデバイス（例えば、次世代シークエンシングデバイス）を含んでいてもよい。流体デバイス中で形成されたポリマーマトリックスを使用して、生物学的構成成分を捕捉および局在化してもよい。ゲノム材料および／またはプロテオミクス材料は、流体デバイスを使用して抽出されてもよい。次いで、流体デバイスは、抽出された材料がシークエンシングされ得る表面を提供してもよい。一部の実施形態では、抽出された材料は、溶出され、シークエンシングのための別のデバイスまたは表面に移動されてもよい。他の実施形態では、シークエンシングは、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、または顕微鏡を使用する任意の光学読み出しにより行われてもよい。
生物学的構成成分を固定化するために、流体デバイスは、１つまたは複数の捕捉部位を含んでいてもよい。捕捉部位は、捕捉要素を含んでいてもよい。一部の実施形態では、１つまたは複数の捕捉要素または捕捉部位は、パターンを含んでいてもよく、またはパターンで配置されていてもよい。流体デバイスは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、４０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、１，０００、１０，０００、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１０１０、１０２０の捕捉要素、または本明細書に言及されるいずれか２つの数の間の任意の数の捕捉要素を含んでいてもよい。一部の実施形態では、流体デバイスは、１０２０よりも多くの捕捉要素を含んでいてもよい。
流体デバイスは、チャネルを含んでいてもよい。流体デバイスは、チャンバーを含んでいてもよい。図４Ａは、流体デバイス中のチャネル４００の少なくとも一部分の例を示す。１つまたは複数の捕捉要素４１１は、流体デバイスの第１の表面４０１上に配置または位置決めされ得る。一部の場合では、第２の表面４０２は、１つまたは複数の捕捉要素を含み得る。捕捉要素は、両方の表面または任意の他の好適な表面上に配置されていてもよい。捕捉要素は、官能基を含んでいてもよく、またはそれによって少なくとも部分的に形成されていてもよい。官能基の一部の非限定的な例としては、捕捉試薬（例えば、ピリジンカルボキシアルデヒド（ＰＣＡ））、ビオチン、ストレプトアビジン、ｓｔｒｅｐ－ｔａｇ ＩＩ、リンカー、または分子と反応し得る官能基（例えば、アルデヒド、ホスフェート、シリケート、エステル、酸、アミド、アルキン、アジド、またはアルデヒドジチオラン）が挙げられる。官能基は、ペプチドのＮ末端またはＣ末端に特異的にカップリングしていてもよい。官能基は、アミノ酸側鎖に特異的にカップリングしていてもよい。官能基は、アミノ酸の側鎖（例えば、グルタミン酸もしくはアスパラギン酸の酸、システインのチオール、リシンのアミン、またはグルタミンもしくはアスパラギンのアミド）にカップリングしていてもよい。官能基は、特定の種上の反応性基、例えば、細胞上の膜結合分子（例えば、真核細胞の糖タンパク質、または原核生物の原形質（ｐｌａｓｍａ）上の線毛）に特異的にカップリングしていてもよい。一部の例では、捕捉要素は、フィブロネクチンを含むことができる。別の例では、捕捉要素は、ＲＧＤペプチドを含むことができる。一部の場合では、捕捉要素は、抗体を含んでいてもよい。一部の例では、機能的モチーフは、可逆的にカップリングおよび切断され得る（例えば、酵素を使用することによって）。図４Ｂは、捕捉要素４１１と接触しているまたはそれにカップリングされた生物学的構成成分５１の例を図示する。一部の場合では、反発性表面コーティング（例えば、ＰＥＧ）を使用して、ポリマーマトリックスが、生物学的構成成分を覆うまたはトラップするのを防止してもよい。
さまざまな例では、捕捉要素は、物理的トラップ、流体力学トラップ、幾何学的トラップ、ウェル、電気化学的トラップ（例えば、荷電分子をトラップする）、ストレプトアビジン、抗体、アプタマー、アフィニティー結合（例えば、細胞の表面タンパク質に結合し得るペプチド）、１つもしくは複数の磁気材料（例えば、磁気ディスク、磁気アレイ、または磁気粒子）、誘電泳動トラップ（例えば、電極アレイ）、またはそれらの組合せを含んでいてもよい。トラップは、ポリマーマトリックスまたはヒドロゲルを含んでいてもよい。ポリマーマトリックスまたはヒドロゲルトラップは、本明細書で言及されるポリマーマトリックス区画に類似するエネルギー源および／または分解を使用して、オンデマンドで構築または解体されてもよい。例えば、捕捉要素は、ウェルを含んでいてもよい。ウェルは、１μｍ～５０μｍの直径であってもよい。一部の実施形態では、ウェルは、１μｍ～２０μｍ、２０μｍ～３０μｍ、３０μｍ～４０μｍ、または４０μｍ～５０μｍの直径であってもよい。ウェルは、５０μｍより大きい直径であってもよい。ウェルは、１μｍ未満の直径であってもよい。一部の実施形態では、ウェルは、０．１μｍ～１００μｍの深さであってもよい。ある特定の実施形態では、ウェルは、１００μｍよりも大きい深さであってもよい。ウェルは、０．１μｍ未満の深さであってもよい。ウェルの深さは、０．１μｍ～０．５μｍ、０．１μｍ～１μｍ、０．１μｍ～５μｍ、０．１μｍ～１０μｍ、０．１μｍ～２０μｍ、０．１μｍ～３０μｍ、０．１μｍ～５０μｍ、０．１μｍ～１００μｍ、０．５μｍ～１μｍ、０．５μｍ～５μｍ、０．５μｍ～１０μｍ、０．５μｍ～２０μｍ、０．５μｍ～３０μｍ、０．５μｍ～５０μｍ、０．５μｍ～１００μｍ、１μｍ～５μｍ、１μｍ～１０μｍ、１μｍ～２０μｍ、１μｍ～３０μｍ、１μｍ～５０μｍ、１μｍ～１００μｍ、５μｍ～１０μｍ、５μｍ～２０μｍ、５μｍ～３０μｍ、５μｍ～５０μｍ、５μｍ～１００μｍ、１０μｍ～２０μｍ、１０μｍ～３０μｍ、１０μｍ～５０μｍ、１０μｍ～１００μｍ、２０μｍ～３０μｍ、２０μｍ～５０μｍ、２０μｍ～１００μｍ、３０μｍ～５０μｍ、３０μｍ～１００μｍ、または５０μｍ～１００μｍであってもよい。ウェルの深さは、約０．１μｍ、約０．５μｍ、約１μｍ、約５μｍ、約１０μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約５０μｍ、または約１００μｍであってもよい。ウェルの深さは、少なくとも０．１μｍ、０．５μｍ、１μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、または５０μｍであってもよい。ウェルの深さは、最大で０．５μｍ、１μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、または１００μｍであってもよい。
一部の実施形態では、流体デバイスは、事前に規定された場所で生物学的構成成分の捕捉を防止するために使用され得る反発性表面コーティングを含んでいてもよい。図１２Ａは、流体デバイスの表面１２０１の一部分を図示し、ここで、表面１２０１は、捕捉部位１２０２および反発性部位１２０３を含み得る。表面１２０１は、表面コーティング（例えば、ＰＥＧ）を使用して官能化されて、反発性部位１２０３を生成し得る。反発性部位１２０３は、生物学的構成成分が、反発性部位１２０３の場所で表面１２０１に結合するのを防止し得、生物学的構成成分を、捕捉部位１２０２に送り得る。一部の場合では、表面１２０１は、捕捉部位なしで、反発性部位のみを含み得る。反発性部位は、最初に、生物学的構成成分を局在化してもよい。ポリマーマトリックスは、エネルギー源を反発性部位に方向付けることによって形成されて、反発性部位間に位置し得る生物学的構成成分に隣接する区画を形成してもよい。図１２Ｂは、流体デバイス中の事前に規定された場所に含有される生物学的構成成分の例を示す。図１２Ｃは、流体デバイス中の事前に規定された場所に含有される生物学的構成成分の高倍率の例を示す。
エネルギー源を使用して、捕捉された生物学的構成成分の少なくとも一部分上に、その周りに、またはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成してもよい。一部の実施形態では、マスクを使用して、エネルギー源がエネルギーを捕捉された生物学的構成成分の場所もしくは位置に向かって方向付けることを可能にし得るか、またはそれを許容し得る。ある特定の実施形態では、マスクを使用して、エネルギー源がエネルギーを捕捉された生物学的構成成分の場所もしくは位置に向かって方向付けることを阻害し得るか、またはそれを防止し得る。マスクは、エネルギーを所定のまたは選択された場所に方向付けるように構成されて、１つまたは複数の生物学的構成成分を取り囲むまたは少なくとも部分的に取り囲むポリマーマトリックスを形成してもよい。マスクは、捕捉部位のパターン（例えば、流体デバイスの表面上の捕捉部位／捕捉要素のパターン）に少なくとも部分的に基づいて生成されてもよい。一部の実施形態では、マスクは、エネルギーを、生物学的構成成分を捕捉もカップリングもしていない捕捉部位または捕捉要素を取り囲む場所に方向付けるのを防止するように構成されていてもよい。ある特定の場合では、単一細胞を分析するために、マスクは、２つまたはそれよりも多くの生物学的構成成分を捕捉またはカップリングしている捕捉要素の場所に隣接してエネルギーが放射されるのを防止するように構成されていてもよい。一部の実施形態では、マスクは、例えば、細胞間相互作用の分析を可能にするために、２つもしくはそれよりも多くの生物学的構成成分を捕捉している捕捉要素の場所に隣接してエネルギーが放射されるのを可能にするか、またはそれを許容するように構成されていてもよい。ある特定の実施形態では、マスクは、本明細書に記載されるように、フォトリソグラフィーマスクまたは別の好適なマスクであってもよい。一部の実施形態では、システムは、本明細書に記載されるように、検出器、例えば、生物学的構成成分の場所を検出するための検出器をさらに含んでいてもよい。マスクは、生物学的構成成分の検出された場所に少なくとも部分的に基づいて生成されてもよい。加えて、マスクは、本明細書に記載されるように、エネルギーをエネルギー源から流体デバイスに選択的に方向付けてもよく、または供給してもよい。
図４Ｃは、生物学的構成成分に隣接して（例えば、取り囲んで）ポリマーマトリックスを形成する方法の例を図示する。ポリマーマトリックス４０８は、捕捉要素４１１に隣接して形成され得る。ポリマーマトリックス４０８は、分析チャンバーまたは区画４２０の定位置またはその内で生物学的構成成分５１を保持するように構成され得る。区画４２０は、ポリマーマトリックス４０８、第１の表面４０１、および第２の表面４０２によって少なくとも部分的に形成され得、流体デバイス内で（例えば、生物学的構成成分５１の周りに）チャンバーまたは少なくとも部分的に封鎖された空間を形成する。一部の実施形態では、ポリマーマトリックス４０８は、生物学的構成成分５１を取り囲む区画４２０を形成し得る。区画４２０は、定位置で生物学的構成成分５１を保持し得る。ポリマーマトリックス４０８および／または区画４２０は、生物学的構成成分５１に関連する化合物が、区画から離れるのを阻害または防止し得る。一部の実施形態では、生物学的構成成分に関連する化合物は、核酸（例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡ）、タンパク質、代謝産物、酵素、抗体、それらの組合せ、または任意の他の好適な化合物もしくは材料を含んでいてもよい。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスまたはヒドロゲルの表面は、官能基をポリマーマトリックスまたはヒドロゲルにカップリングすることによって官能化されていてもよい。区画の内側のポリマーマトリックスの官能化された表面は、捕捉する要素（例えば、抗体）にカップリングされて、生物学的構成成分によって分泌された分子（例えば、分泌タンパク質）を捕捉してもよい。次いで、捕捉する要素または捕捉された分子は、センシング分子によって、または標識方法、例えば、蛍光標識化によって、読み出されてもよい。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、生物学的構成成分に関連する１つまたは複数の化合物の通過を可能にするように構成されていてもよい。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、試薬の通過を可能にするように構成されていてもよい。試薬は、例えば、１つまたは複数の酵素、化学物質、オリゴヌクレオチド（例えば、５０塩基対未満のサイズを有する１つまたは複数のプライマー）、リゾチーム、プロテイナーゼＫ、ランダムヘキサマー、ポリメラーゼ、トランスポザーゼ、リガーゼ、触媒酵素、デオキシヌクレオチド三リン酸、緩衝液、細胞培養培地、二価カチオン、それらの組合せ、または任意の他の好適な試薬を含んでいてもよい。
ポリマーマトリックス中の細孔サイズは、化学試薬を使用して、または熱、電気、光もしくは別の好適な刺激を適用することによって、調節され得る。言い換えれば、ポリマーマトリックスは、調整可能な性質（例えば、細孔サイズ）を含み得る。一部の場合では、ポリマーマトリックスは、熱応答性または温度応答性ポリマーを含んでいてもよい。熱応答性ポリマー（例えば、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）（ＮＩＰＡＡＭ））は、加熱または冷却の際に、溶液から相分離し得る（例えば、ポリマーは、下部臨界完溶温度（ＬＣＳＴ）または上部臨界完溶温度（ＵＣＳＴ）を示す）。ポリマーマトリックスは、例えば、ヒドロゲルまたはポリマーマトリックスの細孔サイズを制御するために、高温で崩壊し得るポリマーを含んでいてもよい。調整可能な性質を有するヒドロゲル／ポリマーマトリックスを形成するために使用され得る熱応答性ポリマーの非限定的な例としては、ポリ（Ｎ－ビニルカプロラクタム）、ポリ（Ｎ－エチルオキサゾリン）、ポリ（メチルビニルエーテル）、ポリ（アクリル酸－ｃｏ－アクリルアミド）、またはそれらの組合せが挙げられ得る。温度の変化は、試薬、核酸分子、タンパク質、または任意の生体分子もしくは細孔サイズよりも小さい分子がポリマーマトリックス区画から放出されるのを可能にするように、ポリマーマトリックス中の細孔を閉鎖または開放してもよい。一部の場合では、放出された分子は、目的の分子であってもよい。放出された分子は、分析のために収集されてもよい。細孔サイズは、分子を放出した後に減少して、ポリマーマトリックス内に生物学的構成成分および他の分子を局在化させてもよい。一部の場合では、残った局在化された分子は、目的の分子であってもよい。例えば、細孔サイズは、タンパク質タグ（例えば、より短いＤＮＡオリゴマー）が、ポリマーマトリックス区画および流体チャンバーから放出されるのを可能にするように調整されてもよい。次いで、ｍＲＮＡが、さらなる分析のためにポリマーマトリックス区画内に局在化したままの間に、タンパク質タグが、収集されてもよい。
ポリマーマトリックスは、約５ナノメートル（ｎｍ）～約１００ｎｍの細孔サイズを有していてもよい。ポリマーマトリックスは、約５ｎｍ～約１０ｎｍ、約５ｎｍ～約２０ｎｍ、約５ｎｍ～約３０ｎｍ、約５ｎｍ～約４０ｎｍ、約５ｎｍ～約５０ｎｍ、約５ｎｍ～約６０ｎｍ、約５ｎｍ～約７０ｎｍ、約５ｎｍ～約８０ｎｍ、約５ｎｍ～約９０ｎｍ、約５ｎｍ～約１００ｎｍ、約５ｎｍ～約１１０ｎｍ、約１０ｎｍ～約２０ｎｍ、約１０ｎｍ～約３０ｎｍ、約１０ｎｍ～約４０ｎｍ、約１０ｎｍ～約５０ｎｍ、約１０ｎｍ～約６０ｎｍ、約１０ｎｍ～約７０ｎｍ、約１０ｎｍ～約８０ｎｍ、約１０ｎｍ～約９０ｎｍ、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、約１０ｎｍ～約１１０ｎｍ、約２０ｎｍ～約３０ｎｍ、約２０ｎｍ～約４０ｎｍ、約２０ｎｍ～約５０ｎｍ、約２０ｎｍ～約６０ｎｍ、約２０ｎｍ～約７０ｎｍ、約２０ｎｍ～約８０ｎｍ、約２０ｎｍ～約９０ｎｍ、約２０ｎｍ～約１００ｎｍ、約２０ｎｍ～約１１０ｎｍ、約３０ｎｍ～約４０ｎｍ、約３０ｎｍ～約５０ｎｍ、約３０ｎｍ～約６０ｎｍ、約３０ｎｍ～約７０ｎｍ、約３０ｎｍ～約８０ｎｍ、約３０ｎｍ～約９０ｎｍ、約３０ｎｍ～約１００ｎｍ、約３０ｎｍ～約１１０ｎｍ、約４０ｎｍ～約５０ｎｍ、約４０ｎｍ～約６０ｎｍ、約４０ｎｍ～約７０ｎｍ、約４０ｎｍ～約８０ｎｍ、約４０ｎｍ～約９０ｎｍ、約４０ｎｍ～約１００ｎｍ、約４０ｎｍ～約１１０ｎｍ、約５０ｎｍ～約６０ｎｍ、約５０ｎｍ～約７０ｎｍ、約５０ｎｍ～約８０ｎｍ、約５０ｎｍ～約９０ｎｍ、約５０ｎｍ～約１００ｎｍ、約５０ｎｍ～約１１０ｎｍ、約６０ｎｍ～約７０ｎｍ、約６０ｎｍ～約８０ｎｍ、約６０ｎｍ～約９０ｎｍ、約６０ｎｍ～約１００ｎｍ、約６０ｎｍ～約１１０ｎｍ、約７０ｎｍ～約８０ｎｍ、約７０ｎｍ～約９０ｎｍ、約７０ｎｍ～約１００ｎｍ、約７０ｎｍ～約１１０ｎｍ、約８０ｎｍ～約９０ｎｍ、約８０ｎｍ～約１００ｎｍ、約８０ｎｍ～約１１０ｎｍ、約９０ｎｍ～約１００ｎｍ、約９０ｎｍ～約１１０ｎｍ、または約１００ｎｍ～約１１０ｎｍの細孔サイズを有していてもよい。ポリマーマトリックスは、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約８０ｎｍ、約９０ｎｍ、約１００ｎｍ、または約１１０ｎｍの細孔サイズを有していてもよい。ポリマーマトリックスは、少なくとも約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約８０ｎｍ、約９０ｎｍ、約１００ｎｍ、またはそれ未満の細孔サイズを有していてもよい。ポリマーマトリックスは、最大で約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約８０ｎｍ、約９０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１１０ｎｍ、またはそれよりも大きい細孔サイズを有していてもよい。
ポリマーマトリックスは、分解可能であってもよい。一部の実施形態では、分解可能なポリマーマトリックスは、解重合されてもよい（例えば、ポリマー前駆体に）。分解されたポリマーマトリックスからのポリマー前駆体の少なくとも一部分を再び使用して、別のポリマーマトリックスを形成してもよい。本明細書に提供されるエネルギー源を使用して、ポリマーマトリックスを解重合してもよい。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスを解重合することによって、生物学的構成成分を取り囲む区画は、解体され得る（例えば、生物学的構成成分を放出するため）。一部の実施形態では、生物学的構成成分を放出することには、生物学的構成成分を捕捉された要素から放出することも含まれ得る。すなわち、生物学的構成成分は、捕捉要素から脱離されてもよく、または脱カップリングされてもよい。一部の実施形態では、捕捉要素または捕捉要素の一部分は、化学化合物（例えば、アガラーゼ、デキストラナーゼ、メタロプロテイナーゼ、または他の酵素）を使用して、またはエネルギー源を使用してエネルギーを捕捉部位もしくは捕捉要素に提供することによって（例えば、光媒介分解）、切断されてもよい。一部の場合では、捕捉要素は、加水分解、エステル加水分解、酵素的加水分解、可逆的クリック反応、または光分解切断を使用して切断されてもよい。一部の場合では、捕捉要素は、物理的力を（例えば、超音波処理、流体デバイスの撹拌など）を適用することによって、表面または生物学的構成成分から脱カップリングされてもよい。一部の場合では、捕捉要素は、アガラーゼを使用して分解または切断され得るアガロースを含んでいてもよい。一部の場合では、捕捉要素は、デキストラナーゼを使用して分解または切断され得るデキストランを含んでいてもよい。一部の場合では、捕捉要素は、メタロプロテイナーゼ（ＭＭＰ）分解可能ペプチドを含んでいてもよい。ある特定の場合では、生物学的構成成分は、化学的方法（例えば、消化酵素を使用して、結合を切断する）、または物理的方法（例えば、エネルギー源を使用して、熱、マイクロ波、電磁波、電磁場、音波などを提供する）を使用して、捕捉要素から脱カップリングされてもよい。
一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、切断ミックスと接触させて、ポリマーマトリックスを分解または解重合してもよい。一部の実施形態では、切断ミックスは、ジチオスレイトール（ＤＴＴ）、β－メルカプトエタノール、グルタチオン、トリス（２－カルボキシエチル）ホスフィン（ＴＣＥＰ）、トリス（３－ヒドロキシプロピル）ホスフィン（ＴＨＰ）、またはそれらの組合せを含んでいてもよい。一部の実施形態では、熱をポリマーマトリックスに方向付けて、ポリマーマトリックスを分解または解重合してもよい。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、少なくとも９０℃に加熱されてもよい。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、８０℃～１００℃、９０℃～１１０℃、１１０℃～１２０℃、１２０℃～１８０℃、または１８０℃～２５０℃に加熱されてもよい。ポリマーマトリックスを架橋する光切断性架橋剤を切断するのに好適な光の波長をポリマーマトリックスに方向付けて、ポリマーマトリックスを分解または解重合してもよい。一部の実施形態では、流体デバイスは、光エネルギー（例えば、光の波長）への曝露の際にポリマーマトリックスを分解または解重合することができる光活性化合物（例えば、光酸発生剤または光塩基発生剤）を含んでいてもよい。
ポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを含んでいてもよい。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、壁を形成してもよく、ここで、ポリマーマトリックス壁は、第１の表面および／または第２の表面にカップリングされていてもよい。一部の実施形態では、壁は、ヒドロゲル壁であってもよい。ポリマーマトリックス壁またはヒドロゲル壁は、１μｍ～２５０μｍの厚さを有していてもよい。ポリマーマトリックス壁またはヒドロゲル壁は、１μｍ～５μｍ、１μｍ～１０μｍ、１μｍ～２０μｍ、１μｍ～３０μｍ、１μｍ～４０μｍ、１μｍ～５０μｍ、１μｍ～１００μｍ、１μｍ～１５０μｍ、１μｍ～２５０μｍ、５μｍ～１０μｍ、５μｍ～２０μｍ、５μｍ～３０μｍ、５μｍ～４０μｍ、５μｍ～５０μｍ、５μｍ～１００μｍ、５μｍ～１５０μｍ、５μｍ～２５０μｍ、１０μｍ～２０μｍ、１０μｍ～３０μｍ、１０μｍ～４０μｍ、１０μｍ～５０μｍ、１０μｍ～１００μｍ、１０μｍ～１５０μｍ、１０μｍ～２５０μｍ、２０μｍ～３０μｍ、２０μｍ～４０μｍ、２０μｍ～５０μｍ、２０μｍ～１００μｍ、２０μｍ～１５０μｍ、２０μｍ～２５０μｍ、３０μｍ～４０μｍ、３０μｍ～５０μｍ、３０μｍ～１００μｍ、３０μｍ～１５０μｍ、３０μｍ～２５０μｍ、４０μｍ～５０μｍ、４０μｍ～１００μｍ、４０μｍ～１５０μｍ、４０μｍ～２５０μｍ、５０μｍ～１００μｍ、５０μｍ～１５０μｍ、５０μｍ～２５０μｍ、１００μｍ～１５０μｍ、１００μｍ～２５０μｍ、または１５０μｍ～２５０μｍの厚さを有していてもよい。ポリマーマトリックス壁またはヒドロゲル壁は、約１μｍ、約５μｍ、約１０μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約４０μｍ、約５０μｍ、約１００μｍ、約１５０μｍ、または約２５０μｍの厚さを有していてもよい。ポリマーマトリックス壁またはヒドロゲル壁は、少なくとも１μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２５０μｍ、またはそれよりも大きい厚さを有していてもよい。ポリマーマトリックス壁またはヒドロゲル壁は、最大で５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、または２５０μｍの厚さを有していてもよい。ポリマーマトリックス壁またはヒドロゲル壁は、１μｍ未満の厚さを有していてもよい。
一部の実施形態では、ヒドロゲルは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）－チオール、ＰＥＧ－アクリレート、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’－ビス（アクリロイル）シスタミン、ＰＥＧ、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリアクリル酸、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ（ビニルスルホン酸）（ＰＶＳＡ）、ポリ（Ｌ－アスパラギン酸）、ポリ（Ｌ－グルタミン酸）、ポリリシン、寒天、アガロース、アルギネート、ヘパリン、アルギネート硫酸塩、硫酸デキストラン、ヒアルロナン、ペクチン、カラギーナン、ゼラチン、キトサン、セルロース、コラーゲン、ビスアクリルアミド、ジアクリレート、ジアリルアミン、トリアリルアミン、ジビニルスルホン、ジエチレングリコールジアリルエーテル、エチレングリコールジアクリレート、ポリメチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロプロパントリメタクリレート、エトキシ化トリメチロールトリアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、またはそれらの組合せもしくは混合物を含んでいてもよい。一部の実施形態では、ヒドロゲルは、ＰＥＧ－チオール／ＰＥＧ－アクリレート、アクリルアミド／Ｎ，Ｎ’－ビス（アクリロイル）シスタミン（ＢＡＣｙ）、またはＰＥＧ／ＰＰＯを含んでいてもよい。例えば、ＰＥＧ分子は、１つのペンタエリスリトールコアに接続されたアームのそれぞれの末端にチオール基を有するマルチアームＰＥＧ誘導体を含んでいてもよい。反応性の遊離チオール、ＳＨ、スルフヒドリル、またはメルカプト基は、金、銀などを含むマイクロ流体表面（例えば、マレイミドまたは遷移金属表面）と選択的に反応してもよい。ＰＥＧ－ＳＨは、空気酸化されて、Ｓ－Ｓジスルフィド（ジスルフィド）結合を形成することができ、これは、還元剤で逆転させて、可逆的なＰＥＧ化またはＰＥＧヒドロゲルを形成し得る。
議論されたように、ポリマーマトリックス（例えば、ヒドロゲル）は、捕捉された生物学的構成成分（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、細胞など）または生物学的構成成分に関連する化合物（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、抗体、細胞からの分泌化合物など）の通過を防止しながら、試薬（例えば、酵素、試薬、小分子、抗体）の通過を可能にするのに十分な多孔性であってもよい。一部の実施形態では、試薬は、酵素または５０塩基対（ｂｐ）未満のサイズを有するプライマーを含んでいてもよい。プライマーは、５ｐｂ～５０ｂｐのサイズを有していてもよい。一部の実施形態では、プライマーは、５ｐｂ～１０ｂｐ、１０ｂｐ～２０ｂｐ、２０ｂｐ～３０ｂｐ、３０ｂｐ～４０ｂｐ、または４０ｂｐ～５０ｂｐのサイズを有していてもよい。ある特定の実施形態では、プライマーは、５０ｂｐよりも大きいサイズを有していてもよい。さまざまな実施形態では、プライマーは、５ｂｐ未満のサイズを有していてもよい。
ある特定の実施形態では、流体デバイス中のチャネルの第１の表面、第２の表面、またはその両方の表面は、本明細書に記載されるように、官能化されていてもよい。流体デバイスの表面（例えば、第１の表面、第２の表面、第３の表面など）は、生物学的構成成分に結合するように構成された化合物（例えば、捕捉された生物学的構成成分）を含んでいてもよい。一部の実施形態では、流体デバイスの表面（例えば、第１の表面、第２の表面、第３の表面など）は、１つまたは複数のバーコードを含んでいてもよい。１つまたは複数の表面は、シークエンシングのためのＤＮＡクラスターを形成するオリゴを含んでいてもよい。一部の場合では、１つまたは複数の表面は、直接的なＤＮＡおよび／またはＲＮＡ読み出しのための１つまたは複数のナノポアリーダーを含んでいてもよい。１つまたは複数の表面は、単一ＲＮＡ分子および／もしくは単一ＤＮＡ分子を捕捉するための、またはＤＮＡ／ＲＮＡライブラリーを含有するためのナノウェルを含んでいてもよい。一部の代替の場合では、１つまたは複数の表面は、ＤＮＡナノボールの選択的配置のためのパターン化された疎水性／親水性の特性を含んでいてもよい。ナノボールは、ＤＮＡ／ＲＮＡ分子からのＤＮＡライブラリーの環状化および増幅によって生成され得る。
流体デバイスの１つまたは複数の表面は、光学的（例えば、蛍光）、機械的、電気的、または生化学的センシング要素またはセンサーを含んでいてもよい。センシング要素は、蛍光タグ、酵素、プライマー、オリゴヌクレオチド、またはセンサー分子（例えば、生化学センサー分子）を含んでいてもよい。センシング要素を使用して、ｐＨ、酸素濃度、ＣＯ２濃度、または任意の他の好適な変数を検出および／または測定してもよい。センシング要素は、局所的にパラメーターを検出および／または測定してもよい。例えば、センシング要素は、生物学的構成成分を取り囲むまたは封入している区画（例えば、ポリマーマトリックスシェルシリンダー）内でｐＨ、酸素濃度、またはＣＯ２濃度を検出および／または測定してもよい。
多層システム
少なくとも１つのフローチャネル（例えば、第１の層または上層）および分析チャネル（例えば、第２の層または下層）を含む、生物学的構成成分を分析するためのシステムも本明細書に提供される。システムは、フローチャネル、分析チャネル、およびフローチャネルと分析チャネルとの間に配置された層または壁を含む流体デバイスを含んでいてもよい。システムは、本明細書に記載されるように、流体デバイスと連通している少なくとも１つのエネルギー源を含んでいてもよい。分析チャネルは、フローチャネルに隣接して配置されていてもよく、ここで、少なくとも１つの流れ阻害要素は、フローチャネル中の生物学的構成成分の流れを阻害または停止するように、フローチャネル内に配置されていてもよい。フローチャネルと分析チャネルとの間に配置された層は、少なくとも１つの流れ阻害要素にまたはそれに隣接して配置された少なくとも１つのシール可能な開口部を含んでいてもよい。１つまたは複数の生物学的構成成分は、シール可能な開口部に隣接して、停止またはトラップされてもよい。少なくとも１つのシール可能な開口部は、１つまたは複数の生物学的構成成分の通過を可能にするように構成されていてもよい。例えば、シール可能な開口部は、フローチャネルから分析チャネルチャネルへの１つまたは複数の生物学的構成成分の通過を可能にするように構成されていてもよい。少なくとも１つのエネルギー源は、分析チャネルと連通していてもよい。さらにまた、少なくとも１つのエネルギー源は、分析チャネル内でポリマーマトリックスを形成してもよく、またはそれを形成するように構成されていてもよい。
本明細書に記載されるように、一部の実施形態では、流体デバイスは、マイクロ流体デバイスまたはナノ流体デバイスを含んでいてもよい。ある特定の実施形態では、流体デバイスは、核酸シークエンシングに使用されてもよい。一部の場合では、流体デバイスは、核酸シークエンシングフローセルを含んでいてもよい。他の場合では、シークエンシングは、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、任意の光学読み出しの収集によるシークエンシング、または任意の他の好適なシークエンシングの方法を含んでいてもよい。
本明細書に記載されるように、生物学的構成成分は、細胞、細胞溶解物、核酸、マイクロバイオーム、タンパク質、細胞の混合物、空間的に連結された生物学的構成成分、代謝産物、それらの組合せ、または任意の他の好適な生物学的構成成分を含んでいてもよい。一部の場合では、細胞の混合物は、２つまたはそれよりも多くの異なる細胞型を含んでいてもよい。例えば、細胞の混合物は、第１の細胞型および第２の細胞型を含んでいてもよい。一部の場合では、細胞の混合物は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれよりも多くの細胞型を含んでいてもよい。細胞は、哺乳動物細胞（例えば、ヒト細胞）、真菌細胞、細菌細胞、腫瘍スフェロイド、それらの組合せ、または任意の他の好適な細胞であってもよい。一部の場合では、生物学的構成成分は、腫瘍スフェロイド、または空間的に連結された生物学的構成成分（または試料）を含んでいてもよい。
一部の場合では、核酸は、少なくとも１００の塩基または塩基対を含んでいてもよい。ある特定の実施形態では、核酸は、ＤＮＡまたはＲＮＡを含む。ＤＮＡは、少なくとも１００ｂｐの長さであってもよい。一部の実施形態では、ＤＮＡは、少なくとも５０ｂｐ、１００ｂｐ、２００ｂｐ、３００ｂｐ、４００ｂｐ、５００ｂｐ、６００ｂｐ、７００ｂｐ、８００ｂｐ、９００ｂｐ、１，０００ｂｐ、１０キロ塩基対（ｋｂｐ）、１００ｋｂｐ、１メガ塩基対（Ｍｂｐ）、１００Ｍｂｐ、１ギガ塩基対（Ｇｂｐ）、１０Ｇｂｐ、１００Ｇｂｐ、またはそれよりも多くの塩基対を含んでいてもよい。生物学的構成成分は、本明細書で言及された数の間の任意の数の塩基対を含むＤＮＡ分子を含んでいてもよい。例えば、ＤＮＡは、５０ｂｐ～１，０００ｂｐ、３００ｂｐ～１０ｋｂｐ、または１，０００ｂｐ～１０Ｇｂｐを含んでいてもよい。ＲＮＡは、ｄｓＲＮＡであってもよい。ｄｓＲＮＡは、少なくとも５０ｂｐ、１００ｂｐ、２００ｂｐ、３００ｂｐ、４００ｂｐ、５００ｂｐ、６００ｂｐ、７００ｂｐ、８００ｂｐ、９００ｂｐ、１，０００ｂｐ、１０ｋｂｐ、または１００ｋｂｐを含んでいてもよい。生物学的構成成分は、本明細書で言及された数の間の任意の数の塩基対を含むｄｓＲＮＡ分子を含んでいてもよい。例えば、ｄｓＲＮＡは、５０ｂｐ～１，０００ｂｐ、３００ｂｐ～１０ｋｂｐ、または１，０００ｂｐ～１００ｋｂｐを含んでいてもよい。ＲＮＡは、ｓｓＲＮＡであってもよい。ｓｓＲＮＡは、少なくとも５０ヌクレオチド～１００，０００ｎｔを含んでいてもよい。ｓｓＲＮＡは、５０ｎｔ～１００ｎｔ、５０ｎｔ～１，０００ｎｔ、５０ｎｔ～１０，０００ｎｔ、５０ｎｔ～１００，０００ｎｔ、１００ｎｔ～１，０００ｎｔ、１００ｎｔ～１０，０００ｎｔ、１００ｎｔ～１００，０００ｎｔ、１，０００ｎｔ～１０，０００ｎｔ、１，０００ｎｔ～１００，０００ｎｔ、または１０，０００ｎｔ～１００，０００ｎｔを含んでいてもよい。一部の場合では、ｓｓＲＮＡは、５０ヌクレオチド未満の長さであってもよい。ｓｓＲＮＡは、１００，０００ヌクレオチドよりも長い長さであってもよい。
一部の実施形態では、フローチャネルまたはその一部分は、分析チャネルまたはその一部分と平行または実質的に平行であってもよい。一部の実施形態では、フローチャネルは、分析チャネルに除去可能にカップリング可能であってもよい。例えば、使用者は、分析チャネルからフローチャネルを除去してもよい。したがって、分析チャネルを含む流体デバイスの一部分を使用して、さまざまな分析または実験を実施してもよい。除去されるフローチャネルを含む流体デバイスの部分とともに、分析チャネルを含む流体デバイスの部分は、例えば、分析チャネル内の生物学的構成成分を分析するための検出器、カメラ、または他のデバイスにより容易にアクセス可能であってもよい。
一部の場合では、分析チャネルは、生物学的構成成分または生物学的構成成分によって産生された分子もしくは化合物を捕捉またはトラップするためのポリマーマトリックス構造を含んでいてもよい（例えば、生物学的構成成分の流体デバイスへの導入の前に）。例えば、使用者は、ポリマーマトリックス構造を含む分析チャネルを得てもよい。すなわち、使用者は、ポリマーマトリックス構造を形成しなくてもよい。さまざまな場合では、分析チャネルは、生物学的構成成分または生物学的構成成分によって産生された分子もしくは化合物を捕捉またはトラップするためのポリマーマトリックス構造を含むように構成されていてもよい。例えば、そのような実施形態では、生物学的構成成分の流体デバイスおよび分析チャネルへの導入の後、１つまたは複数のポリマーマトリックス構造が、分析チャネルにおいて形成されてもよい。分析チャネルは、スクリーニングプロセス、ライブラリー調製、または別の好適なプロセスのために構成されていてもよい。一部の実施形態では、スクリーニングプロセスは、薬物スクリーニング、抗生物質スクリーニング、培養条件スクリーニング、またはＣＲＩＳＰＲスクリーニングのためであってもよい。ある特定の場合では、複数の試料を、複数のチャネルに設置してもよい。複数の試料は、他のシグナル含有チャネルにおいて、各種の条件に対してスクリーニングされてもよい。
シール可能な開口部は、シールされた状態から開放された状態に移行するように構成されていてもよい。例えば、シール可能な開口部は、例えば、熱を受けた際に、溶融し得、シール可能な開口部を開放状態にし得る、熱感受性ポリマーを含んでいてもよい。一部の場合では、生物学的構成成分のシール可能な開口部の通過は、シールされた状態で阻害されてもよい。ある特定の場合では、生物学的構成成分のシール可能な開口部の通過は、開放された状態で可能であってもよい。一部の場合では、シール可能な開口部は、アガロースゲル、温度溶解性ポリマー、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）ポリマー、ワックス化合物、アルギネート、または任意の他の好適な化合物もしくは材料でシールされてもよい。
図６Ａおよび６Ｂは、生物学的構成成分５０をトラップするように構成された流体デバイスの一部分を示す。流体デバイスは、フローチャネルまたはチャンバー６５１、分析チャネルまたはチャンバー６５２、およびフローチャネル６５１と分析チャネル６５２の少なくとも一部分の間に配置された層または壁６５３を含み得る。層６５３は、１つまたは複数のシール可能な開口部または開口６５４を含み得る。加えて、１つまたは複数の流れ居住要素６５５は、生物学的構成成分５０がフローチャネル６１１に沿って流れるのを阻害もしくは防止し得るか、またはそれを阻害もしくは防止するように構成され得る。流れ阻害要素６５５は、シール可能な開口部６５４に隣接して生物学的構成成分５０を停止またはトラップするように構成され得る。本明細書に記載されるように、シール可能な開口部６１４は、シールされた状態（例えば、閉鎖された状態）または構成から開放された状態または構成に移行するように構成され得る。図６Ａは、シールされた状態のシール可能な開口部６１４の例を示す。図６Ｂは、開放された状態のシール可能な開口部６５４の例を示す。シールされた状態から開放された状態への移行の際に、シール可能な開口部６５４は、生物学的構成成分５０の、フローチャネル６５１の少なくとも一部分から分析チャネル６５２の少なくとも一部分への通過を可能にし得るか、またはそれを許容し得る。ある特定の例では、分析チャネル６５２は、提供される力によって（例えば、重力、フローチャネルにおける流れを加圧することによる高圧パルス、および分析チャネルにおける陰圧の生成を介して）、生物学的構成成分５０を、フローチャネル６５１から分析チャネル６５２に移動するのを可能にするように、フローチャネル６５１の下に、設置され得るか、または設置されるように構成され得る。一部の実施形態では、流体デバイスは、１つまたは複数の生物学的構成成分をフローチャネルから分析チャネルまで配置するようにスピンまたは遠心分離されてもよい。試薬は、例えば、本明細書に提供される分析または実験を実施するために、分析チャネル６５２の少なくとも一部分に配置することができ、またはそこを通過することができる。
図６Ａに示されるように、流れ阻害要素６５５は、フローチャネル６５１において生物学的構成成分（例えば、生物学的構成成分５０）の流れを阻害または防止するように、フローチャネル６５１の少なくとも一部分内に配置され得る。流れ阻害要素６５５は、フローチャネル６５１の少なくとも一部分において生物学的構成成分５０を捕捉またはトラップするように構成され得る。一部の場合では、流れ阻害要素６５５は、フローチャネル６５１の表面（例えば、表面６６９）から延びていてもよい。一部の場合では、表面６６９は、層６５３に隣接しているフローチャネル表面６６１と向かい合せに配置され得る。
さまざまな場合では、分析チャネル６５２は、層６５３に隣接するか、またはその表面である、分析チャネル表面６６３と向かい合せに配置された表面６５９を含み得る。分析チャネル６５２は、１つまたは複数のポリマーマトリックス６５６を含み得る。分析チャネル６５２は、１つまたは複数のポリマー前駆体を含み得る。例えば、１つまたは複数のポリマー前駆体は、分析チャネル６５２の少なくとも一部分に配置され得る。１つまたは複数のポリマーマトリックス６５６は、分析チャネル６０２において、エネルギーを１つまたは複数のポリマー前駆体に提供するエネルギー源を使用して形成され得る。エネルギー源は、流体デバイスまたは分析チャネル６５２と、光学的に、電気化学的に、電磁気的に、熱的に、またはマイクロ波的に連通していてもよい。一部の場合では、エネルギー源は、光生成デバイス、熱生成デバイス、電気化学的生成デバイス、電極、マイクロ波デバイス、またはそれらの組合せであってもよい。エネルギー源は、エネルギーを分析チャネル６５２に選択的に提供して、事前に規定された場所でポリマーマトリックスを形成し得る。空間エネルギー調節要素を使用して、エネルギーを分析チャネル６５２に選択的に提供し得る。
一部の場合では、空間エネルギー調節要素は、フォトリソグラフィーマスク、ＤＭＤシステム、または他の好適なマスクを含んでいてもよい。１つまたは複数のポリマーマトリックス６５６は、シール可能な開口部６５４の開放された状態への移行前に形成され得る（例えば、図６Ａに示される通り）。例えば、ポリマーマトリックスは、阻害要素６５５によって保持された生物学的構成成分６５０を、シール可能な開口部６５４が開放状態になる場合に、区画６２０に方向付け得る（例えば、重力によってまたは流体の圧力によって落ちる）ように、シール可能な開口部とともに形成され得、それと整列され得る。１つまたは複数のポリマーマトリックス６５６は、シール可能な開口部６５４の開放された状態への移行後に形成され得る（例えば、図６Ｂに示される通り）。１つまたは複数のポリマーマトリックス６５６は、本明細書に記載されるように、分析チャンバーまたは区画６２０を形成し得る。
図７Ａおよび７Ｂは、流体デバイスの上面図を示す。流れ阻害チャネル６７５は、生物学的構成成分２０がフローチャネル６５１に沿って流れるのを阻害するように構成され得る。フローチャネル６５１および流れ阻害チャネル６５１を通る流体（例えば、生物学的構成成分を含む流体）の流れは、図７Ａに表されるように、生物学的構成成分２０を、流れ阻害チャネル６７５の開口でトラップまたは停止させ得る。図示されるように、流れ阻害チャネル６７５の寸法（例えば、幅）は、生物学的構成成分２０の流れ阻害チャネル６７５の通過を可能にするか、またはそれを許容するには小さすぎ得るか、または狭すぎ得る。図７Ｂに示されるように、ポリマーマトリックス６７６は、生物学的構成成分２０上にまたはそれに隣接して（例えば、取り囲んで）形成され得る。一部の場合では、ポリマーマトリックスは、生物学的構成成分の少なくとも一部分を取り囲み得る。図７Ａおよび７Ｂの流体デバイスは、単一層流体デバイスであり得る。すなわち、ポリマーマトリックスは、フローチャネル６５１中に形成され得る。図示されるように、フローチャネル６５１の経路は、曲がりくねっていても良い。例えば、フローチャネル６５１は、１つまたは複数のカーブを含み得る。一部の実施形態では、フローチャネルの経路は、直線、実質的に直線、ジグザグパターン、または任意の他の好適な形状であってもよい。
ある特定の実施形態では、図７Ａおよび７Ｂの流体デバイスは、２つまたはそれよりも多くの層を含み得る。例えば、流体デバイスは、フローチャネルおよび分析チャネルを含み得る（図６Ａおよび６Ｂに示されるシステムに類似する）。さらに、シール可能な開口部は、流れ阻害チャネルの一部分にまたはそれに隣接して配置されていてもよい。そのような実施形態では、生物学的構成成分は、本明細書に記載されるように、シール可能な開口部を通って分析チャネル（例えば、フローチャネルに隣接して、またはその下に配置される）に移動され得る。一部の場合では、分析チャネルは、２つまたはそれよりも多くの生物学的構成成分を受け入れてもよい。例えば、分析チャネルは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれよりも多くの生物学的構成成分を受け入れてもよい。
図８は、複数の試薬および／もしくは分析物（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４）を含むか、またはそれのために構成された、流体デバイスの例を示す。流体デバイスは、第１の試料から１つまたは複数の生物学的構成成分を受け入れるための第１のフローチャネル８５１ａを含み得る。第１のフローチャネル８５１ａは、第１の試料からの１つもしくは複数の生物学的構成成分の流れもしくは通過を可能にし得るか、またはそれを許容し得る。さらに、第１のフローチャネル８５１ａは、１つもしくは複数のポリマー前駆体の流れもしくは通過を可能にし得るか、またはそれを許容し得る。流体デバイスは、第２の試料から１つまたは複数の生物学的構成成分を受け入れるための第２のフローチャネル８５１ｂを含み得る。第２のフローチャネル８５１ｂは、第２の試料からの１つもしくは複数の生物学的構成成分の流れもしくは通過を可能にし得るか、またはそれを許容し得る。さらに、第２のフローチャネル８５１ｂは、第２の試料からの１つもしくは複数の生物学的構成成分の流れもしくは通過を可能にし得るか、またはそれを許容し得る。
第１のフローチャネル８５１ａおよび／または第２のフローチャネル８５１ｂは、複数の阻害要素（例えば、阻害要素８５５）を含み得る。生物学的構成成分（例えば、生物学的構成成分５０）は、阻害要素８５５によってトラップまたは局在化され得る。本明細書に記載されるように、第１のフローチャネル８５１ａおよび／または第２のフローチャネル８５１ｂは、生物学的構成成分が第１の分析チャネル８５２ａまたは第２の分析チャネル８５２ｂに動くのを可能にするように開放され得る（例えば、シールされた状態から開放された状態に移行し得る）１つもしくは複数の阻害要素８５５にまたはそれに隣接して配置された１つまたは複数のシール可能な開口部を含み得る。第１および第２のフローチャネル８５１ａ、８５１ｂは、第１および第２の分析チャネル８５２ａ、８５２ｂの上方に配置され得る（例えば、図６Ａおよび６Ｂに図示される流体デバイスと類似する上層および下層において）。ポリマーマトリックス８５６は、生物学的構成成分５０を取り囲んで形成され得る。ポリマーマトリックス８５６は、生物学的構成成分５０を部分的に取り囲み得る。ポリマーマトリックス８５６は、分析チャネル（例えば、分析チャネル８５１ａ、８５１ｂ）の少なくとも一部分内で生物学的構成成分５０を局在化する区画または分析チャンバー８２０を形成し得る。
第１の分析チャネル８５２ａは、第２の分析チャネル８５２ｂにおける１つまたは複数の試薬および／または分析物とは異なる１つまたは複数の試薬および／または分析物を含み得る。第１の分析チャネル８５２ａは、第２の分析チャネル８５２ｂにおける１つまたは複数の試薬および／または分析物と同じ１つまたは複数の試薬および／または分析物を含み得る。一部の場合では、流体デバイスは、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２５、５０、またはそれよりも多くのフローチャネルを含んでいてもよい。ある特定の場合では、流体デバイスは、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２５、５０、またはそれよりも多くの分析チャネルを含んでいてもよい。流体デバイスは、並行して複数の生物学的構成成分を分析してもよい。複数の生物学的構成成分は、本明細書に提供されるように、１つまたは複数の異なる試薬および／または分析物に曝露されてもよい。そのような構成（例えば、図８に示される通り）は、１つまたは複数の試料中の複数の生物学的構成成分を、異なる試薬および／または分析物によって提供されるさまざまな条件下で分析することを可能にし得る。図８に示される流体デバイスは、スクリーニングプロセスに使用され得る。スクリーニングプロセスは、薬物スクリーニング、抗生物質スクリーニング、培養条件スクリーニング、またはＣＲＩＳＰＲスクリーニングのためであってもよい。スクリーニングプロセスは、組合せ様式で行われてもよい。例えば、複数の試料は、複数の分析チャネルにおいて複数の条件に対してスクリーニングされ得る複数のフローチャネルにおいて（例えば、並行して）ロードされてもよい。
第１および／または第２の試料は、均一であっても不均一であってもよい。例えば、第１の試料中の１つまたは複数の生物学的構成成分は、同じであっても異なっていてもよい。第１の試料は、第２の試料とは異なっていてもよい。一部の場合では、生物学的構成成分は、本明細書に記載されるように、ポリマーマトリックスを選択的に分解することによって、区画または分析チャンバー８２０から放出され得る。言い換えれば、ポリマーマトリックスは、「オンデマンドで」分解され得る（例えば、使用者によって、またはコンピュータによって指示される通り）。さまざまな実施形態では、分解は、局在化された刺激の使用により達成されてもよい。ある特定の実施形態では、分解は、熱、光、電気化学反応、またはそれらの一部の組合せの使用により達成されてもよい。放出された生物学的構成成分は、出口チャネル（例えば、出口チャネル８８１ａまたは８８１ｂ）を使用して収集され得る。
図６Ａおよび６Ｂの流体デバイスに関連して記載されるように、層は、フローチャネル８５１ａ、８５１ｂと分析チャネル８５２ａ、８５２ｂとの間に配置され得る。層に隣接する分析チャネル表面（例えば、図６Ａに示される表面６６１に類似）、層と向かい合せの分析チャネル表面（例えば、図６Ａに示される表面６５９に類似）、またはその両方は、本明細書に記載されるように、１つまたは複数のバーコードを含み得る。
一部の場合では、チャネル（例えば、チャネル１００、２００、４００）および／または分析チャネル（例えば、分析チャネル６５２、８５２ａ、８５２ｂ）は、１つもしくは複数のバーコードに加えて、またはその代わりに、分子を含み得る。例えば、１つまたは複数のチャネルおよび／または分析チャネルの表面のいずれかは、光学的（例えば、蛍光）、機械的、電気的、または生化学的センシング要素またはセンサーを含んでいてもよい。センシング要素は、蛍光タグ、酵素、プライマー、オリゴヌクレオチド、センサー分子（例えば、生化学センサー分子）を含んでいてもよい。センシング要素を使用して、ｐＨ、酸素濃度、ＣＯ２濃度、または任意の他の好適な変数を検出および／または測定してもよい。センシング要素は、局所的にパラメーターを検出および／または測定してもよい。例えば、センシング要素は、生物学的構成成分を取り囲む区画（例えば、ポリマーマトリックスシェルシリンダー）内でｐＨ、酸素濃度、またはＣＯ２濃度を検出および／または測定してもよい。
図１６Ａは、エネルギー源１６１０（例えば、光源）および空間エネルギー調節要素（例えば、マスク）１６３０を含む、本明細書に提供されるシステムのいずれかの一部分を示す。一部の実施形態では、エネルギー源１６１０は、対物レンズ（例えば、顕微鏡対物レンズまたはレンズ）にカップリングされ得る。エネルギー源１６１０は、電磁波（例えば、マイクロ波、光、熱など）としてエネルギーを放射し得る。一部の実施形態では、放射されたエネルギー１６２０は、チャネル１６６５の少なくとも一部分内で、ポリマーマトリックス１６６０を形成し得るか、またはその形成に十分であり得る。一部の実施形態では、エネルギー源１６１０は、エネルギーをチャネル１６６５の特定の標的化部分のみに向かって放射するように構成される。一部の実施形態では、これは、空間エネルギー調節要素またはマスク１６３０の使用により達成することができる。例えば、空間エネルギー調節要素１６３０の非放射部分１６５０は、エネルギーをチャネル１６６５上の１つまたは複数の場所（例えば、生物学的構成成分の場所）に方向付けるのを阻害または防止し得る。放射部分１６４０は、エネルギー源１６１０によって放射されたエネルギー１６２０がチャネル１６６５上の標的化された場所と接触するのを可能にし得る。一部の実施形態では、放射部分１６４０および非放射部分１６５０を含むマスク１６３０は、物理的構成成分（例えば、不透明材料、熱シールド、または電磁気シールドなど）を含み得る。他の実施形態では、マスク１６３０、放射部分１６４０、非放射部分１６５０、またはそれらの一部の組合せは、デジタル構成成分（例えば、コンピュータコードまたは電極を作動させるデジタルシステムなど）を含み得る。例えば、デジタルマスクまたは仮想マスクは、１つもしくは複数の電極、または電極のアレイに空間的に調節されたエネルギー（例えば、光、電流など）を生じさせて、パターン化されたポリマーマトリックス１６６０を形成し得る。
引き続き図１６Ａに関して、一部の場合では、ポリマーマトリックス１６６０、またはポリマーマトリックス１６６０の少なくとも一部分は、生物学的構成成分１６７０を取り囲み得るか、またはそれを実質的に取り囲み得る。一部の実施形態では、ポリマーマトリックス１６６０は、それ自体によってまたはチャネルおよび他の表面と併せて、生物学的構成成分１６７０を封入し得る。
一部の実施形態では、チャネルまたは分析チャネルの表面のいずれかは、本明細書に記載されるように、官能基を持つように構成されていてもよい。ある特定の実施形態では、システムは、本明細書に記載されるように、生物学的構成成分、１つもしくは複数のバーコード、またはそれらの組合せを検出する（または特定する）ための検出器をさらに含んでいてもよい。さまざまな実施形態では、システムは、流体デバイスを保持するように構成されたプラットフォームまたはステージをさらに含んでいてもよい。一部の実施形態では、システムは、シークエンシングデバイスをさらに含んでいてもよい。一部の場合では、システムは、本明細書に記載されるように、エネルギーを流体デバイスに選択的に供給する空間エネルギー調節要素をさらに含んでいてもよい。
図１６Ｂは、本明細書に提供されるチャネルの上面図を示す。エネルギー源から放射されたエネルギーは、本明細書に記載されるように空間的に調節されて、ポリマーマトリックス１６６０を形成し得る。一部の例では、ポリマーマトリックス１６６０は、生物学的構成成分１６７０を封入し得る。ある特定の例では、生物学的構成成分は、ポリマーマトリックス１６６０中および／またはそれとともにチャネルの壁によって封入され得る。
図１７Ａ～１７Ｅは、エネルギーを本明細書に記載される流体デバイスのいずれかに適用して、ポリマーマトリックスを形成するワークフローの例を図示する。図１７Ａは、流体デバイスのチャネル１７３０の一部分、第１の生物学的構成成分１７２０、第２の生物学的構成成分１７２５、エネルギー源（例えば、光源）１７００、およびエネルギー調節要素（例えば、マスクまたは局在化されたマスク）１７１０を示す。一部の実施形態では、エネルギー源１７００は、ヒドロゲル重合を引き起こすのに十分なエネルギーを、エネルギー源１７００からチャネル１７３０の少なくとも一部分に方向付け得るように、チャネル１７３０に隣接してまたはその近くに位置決めされ得る。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素１７１０を使用して、エネルギー源１７００からのエネルギーが流体デバイスの少なくとも一部分と連通するのを選択的に可能にし得る。生体試料または生物学的構成成分１７２０、１７２５は、チャネル１７３０内に存在し得る。図１７Ｂは、第１の場所（例えば、第１の生物学的構成成分１７２０に隣接する）でのヒドロゲル形成の第１のステップを示す。エネルギー源１７００は、第１の生物学的構成成分１７２０に隣接するチャネル１７３０内でポリマーマトリックス１７６０を形成するのに十分なエネルギー１７５０を放射し得る。
一部の実施形態では、エネルギーは、本明細書に記載されるように、空間エネルギー調節要素１７１０によってガイドされ得るか、またはそれを通過し得る。一部の例では、ポリマーマトリックスは、空間エネルギー調節要素１７１０の放射部分に対応するチャネル中の場所で形成し得る。図１７Ｃは、エネルギー源１７００およびチャネル１７３０の相対位置が変化し得るチャネル１７３０におけるヒドロゲル形成の第２のステップを示す。一部の実施形態では、流体デバイスは、可動式ステージ上に設置されてもよい。ある特定の実施形態では、エネルギー源１７００は、可動式であり得るか、または可動式ステージにカップリングされ得る。さまざまな実施形態では、マスク１７１０は、可動式であり得るか、または可動式ステージにカップリングされ得る。一部の実施形態では、エネルギー源１７００、マスク１７１０、および流体デバイスの一部の組合せは、互いに対して可動式であるように構成され得る。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素１７１０は、仮想空間エネルギー調節要素であり得、放射エリアの位置は、デジタル的に変化し得る。
図１７Ｄは、第３のステップを示し、ここで、エネルギー源１７００からエネルギー調節要素（またはマスク）１７１０を通過するエネルギーは、第２の場所（例えば、第２の生物学的構成成分１７６５に隣接する）でポリマーマトリックスを形成し得る。一部の実施形態では、エネルギー源１７００、マスク１７１０、および流体デバイスは、本明細書に記載されるように、互いに対して動いて、エネルギー源からのエネルギーを使用して、チャネル１７３０内で複数のヒドロゲルマトリックス（例えば、ヒドロゲルマトリックス１７６５、１７６６、１７６７、および１７６８）を含む異なるヒドロゲルパターンを形成し得る（図１７Ｅ）。
生物学的構成成分を分析する方法
生物学的構成成分を分析するための方法も本明細書に提供される。方法は、生物学的構成成分を流体デバイスに導入するステップ、および生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成するステップを含んでいてもよい。方法は、生物学的構成成分を、流体デバイスの表面（例えば、第１の表面）上に配置された１つまたは複数の捕捉要素にカップリングして、カップリングされた生物学的構成成分を得るステップをさらに含んでいてもよい。したがって、ポリマーマトリックスは、カップリングされた生物学的構成成分上にまたはそれに隣接して形成され得る。
図５は、本明細書に開示される流体デバイスを含むシステムを使用する、生物学的構成成分を分析する方法の例のフローチャートである。方法５００は、生体試料を流体デバイスに提供するステップおよび／または導入するステップ５１０を含み得、これは、生物学的構成成分を含み得るか、またはそれを含むと疑われ得る。捕捉するステップ５２０では、流体デバイス中の捕捉要素は、例えば、生物学的構成成分が固定化されるように、生物学的構成成分を捕捉および／またはカップリングし得る。一部の場合では、生物学的構成成分の固定化は、本明細書に記載されるように、反発性表面を有していなくてもよい表面の一部分内で、生物学的構成成分を含有するように反発性表面コーティングを使用することによって行われてもよい。一部の場合では、捕捉するステップは、使用されなくてもよく、生物学的構成成分は、ステップ５３０の前に無作為に表面にわたって分布し得る。ステップ５３０では、空間エネルギー調節要素（例えば、マスク）は、選択的に適用されて、エネルギーをエネルギー源から流体デバイスに提供して、１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成し得る。一部の実施形態では、マスクは、エネルギーを生物学的構成成分に隣接して選択的に供給して、生物学的構成成分に隣接してポリマーマトリックスを形成するように構成されていてもよい。ある特定の実施形態では、マスクは、エネルギーを生物学的構成成分上に選択的に供給して、生物学的構成成分の少なくとも一部分を封入するポリマーマトリックスを形成するように構成されていてもよい。マスクは、生物学的構成成分の場所に少なくとも部分的に基づいて適用されてもよい。方法５００は、ステップ５１０の前に流体デバイスの１つまたは複数の表面（例えば、第１の表面、第２の表面、第３の表面など）上の捕捉部位／捕捉要素の事前に規定されたまたは所定のパターンを形成または生成するステップをさらに含み得る。一部の場合では、捕捉部位／捕捉要素の事前に規定されたまたは所定のパターンは、方法５００の前に、流体デバイス上に生成され得る。一部の実施形態では、それぞれの捕捉部位は、本明細書に記載されるように、１つまたは複数の捕捉する要素を持つように構成されていてもよい。
一部の実施形態では、本明細書に提供されるように、検出器を使用して、生物学的構成成分の場所または位置を検出してもよい。次いで、マスクは、生物学的構成成分の検出された場所または位置に少なくとも部分的に基づいて生成されてもよい。ステップ５４０では、生成したマスクを、エネルギー源と組み合わせて使用して、エネルギーを、ステップ５１０における流体デバイスおよび／または流体デバイスに導入された生体試料に選択的に適用し得る。ある特定の実施形態では、マスクは、フォトリソグラフィーマスクまたは別の好適なマスクであってもよい。ステップ５５０では、ポリマーマトリックスは、５１０における流体デバイスおよび／または流体デバイスに導入された生体試料においてポリマー前駆体を重合するのに十分なエネルギーを適用することによって（例えば、エネルギー源から）、形成され得る。エネルギーは、電気化学エネルギー、電磁気エネルギー、熱エネルギー、マイクロ波エネルギー、または任意の他の好適なエネルギーを含んでいてもよい。一部の実施形態では、エネルギーは、本明細書で議論されるように、光エネルギーであってもよい。
ある特定の実施形態では、ポリマーマトリックスは、生物学的構成成分に隣接して形成されてもよい。一部の実施形態では、ポリマーマトリックスは、生物学的構成成分上に形成されてもよい（例えば、生物学的構成成分を封入するため）。ポリマーマトリックスは、２つの生物学的構成成分間で形成されて、２つの生物学的構成成分の接触（例えば、物理的接触）を防止してもよい。さまざまな実施形態では、生物学的構成成分の少なくとも一部分は、ポリマーマトリックスによって取り囲まれていてもよい。一部の実施形態では、生体試料中の１つまたは複数の生物学的構成成分は、２つの生物学的構成成分がポリマーマトリックス（例えば、１つまたは複数のポリマーマトリックス壁）によって互いから分離され得るように、ポリマーマトリックスによって取り囲まれていてもよい。生物学的構成成分は、ポリマーマトリックスによって封入されていてもよい。ある特定の実施形態では、ポリマーマトリックスは、ヒドロゲルを含んでいてもよい。さまざまな実施形態では、ポリマーマトリックスは、生物学的構成成分の周りに（例えば、生物学的構成成分を取り囲むことによって）区画を形成して、分析チャンバーを形成してもよい。
本明細書の他の場所に記載されるように、１つまたは複数のアッセイを、分析チャンバーにおいて、生物学的構成成分に対して実施してもよく、または行ってもよい。生体試料中の１つまたは複数の生物学的構成成分は、捕捉されてもよく、分析チャンバーは、捕捉された生物学的構成成分のそれぞれに隣接しておよび／またはそれを取り囲んで形成されてもよい。開示される実施形態に関連して記載される方法のステップまたは行為の順序は、変更されてもよい。そのため、図面または詳細な説明における任意の順序は、説明の目的のためだけのものであり、他に規定されない限り、要求された順序を暗示することを意味するものではない。
一部の実施形態では、１つまたは複数の機能性アッセイを、ポリマーマトリックス中の生物学的構成成分に対して実施してもよく、または行ってもよい。一部の実施形態では、機能性アッセイを使用して、細胞生存度、細胞形態、細胞分泌、細胞応答、細胞間相互作用、またはそれらの任意の組合せを評価する。一部の実施形態では、比色アッセイもしくは蛍光アッセイを実施してもよく、または行ってもよい。一部の実施形態では、機能性アッセイは、分析物の明視野位相イメージングまたは蛍光イメージングを使用して行われる。一部の実施形態では、細胞は溶解されてもよく、機能性アッセイは、その構成成分に対して行われることになる。１つまたは複数の個々の構成成分は、流体デバイス内で局在化され得（例えば、封入され得）、局在化された構成成分は、分析の間および／または分析間に、１つまたは複数の試薬および／または洗浄溶液に曝露され得るので、複数のアッセイを、区画内で行うことができる（例えば、同時に、実質的に同時に、順次になど）。異なるアッセイが、例えば、異なる処理条件の効果を試験するために、流体デバイスの異なる場所で行われてもよい。
一部の実施形態では、１つまたは複数のオミクスアッセイを行って、生物学的構成成分またはその構成成分を特徴付けおよび定量化してもよい。オミクスアッセイは、プロテオミクスアッセイ、トランスクリプトミクスアッセイ、ゲノミクスアッセイもしくはエピゲノミクスアッセイ、またはそれらの任意の組合せであってもよい。一部の実施形態では、１つまたは複数のオミクスアッセイは、マルチ－オミクスアッセイである。
生物学的構成成分のトランスクリプトームを得るための方法も本明細書に提供される。方法は、生物学的構成成分を流体デバイス中に配置された捕捉要素にカップリングして、カップリングされた生物学的構成成分を得るステップを含んでいてもよい。方法は、カップリングされた生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成して、分析チャンバーを形成するステップを含んでいてもよい。方法は、分析チャンバーにおいて１つまたは複数の反応を実施するかまたはそれを行って、生物学的構成成分のトランスクリプトームを得るステップをさらに含んでいてもよい。生物学的構成成分は、１つまたは複数の反応の遂行の間、分析チャンバー中に留まっていてもよい。一部の実施形態では、生物学的構成成分は、流体デバイス中に配置された捕捉要素にカップリングされなくてもよい。例えば、生物学的構成成分は、生物学的デバイスを捕捉要素にカップリングすることなく、生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成することによって局在化することができる。トランスクリプトームは、表面上の標的捕捉プローブによって捕捉されてもよい。捕捉プローブは、生物学的構成成分の場所を解読し、供給源の生物学的構成成分を区別するバーコードを含むことができる。さらに、生化学的処理を、生物学的構成成分の捕捉されたトランスクリプトームにおいて、シークエンシングまたはハイブリダイゼーションの形態を使用して、それをＤＮＡに変換し、その配列を決定するために、行うことができる。
方法は、エネルギーをエネルギー源から流体デバイスの少なくとも一部分に方向付けて、生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成して、区画または分析チャンバーを形成するステップをさらに含んでいてもよい。エネルギーを、流体デバイスに選択的に方向付けて、流体デバイス中の事前に規定された場所で分析チャンバーを形成してもよい。エネルギーを選択的に方向付けることは、空間エネルギー調節要素（例えば、本明細書に記載されるマスク）を使用して行ってもよい。一部の実施形態では、方法は、検出器を使用して生物学的構成成分を検出するステップをさらに含んでいてもよい。検出された生物学的構成成分からの情報（例えば、流体デバイス中の生物学的構成成分の場所）を使用して、空間エネルギー調節要素を形成または生成してもよい。例えば、空間エネルギー調節要素は、エネルギーを生物学的構成成分に隣接する場所に方向付けるのを阻害または防止してもよい。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、エネルギーを生物学的構成成分に隣接する場所に選択的に方向付けてもよい。一部の実施形態では、空間エネルギー調節要素は、エネルギーを生物学的構成成分上に選択的に方向付けてもよい。
ある特定の場合では、方法は、エネルギーをエネルギー源から流体デバイスの所定の部分に方向付けて、流体デバイス中の所定の場所または流体デバイスにおける所定のパターンでポリマーマトリックス構造を形成するステップを含んでいてもよい。一部の実施形態では、検出器（例えば、１つまたは複数の生物学的構成成分の場所を検出するため）を使用してもよい。さまざまな実施形態では、検出器は使用されなくてもよい。ある特定の数のポリマーマトリックス構造は、生物学的構成成分上にまたはそれに隣接して形成または生成されてもよい。言い方を変えれば、流体デバイス中に十分な数の生物学的構成成分が存在していてもよく、その結果、ポリマーマトリックス構造を形成する前に、生物学的構成成分の場所を最初に決定する必要がない。
空間エネルギー調節要素は、物理的フォトマスク、仮想フォトマスク、物理的電極分布パターン、仮想電極分布パターン、フォトリソグラフィーマスク、ＤＭＤシステム、または任意の他の好適なマスクを含んでいてもよい。物理的フォトマスクまたは仮想フォトマスクは、例えば、エネルギーが流体デバイスの別の部分に方向付けられるのを可能にしながら、エネルギーが流体デバイスの一部分に方向付けられるのを防止してもよい。電極分布パターンは、エネルギーが流体デバイスの一部分に方向付けられるのを可能にするための１つまたは複数の電極（例えば、電極のアレイ）を電気的に活性化することを含んでいてもよい。電極は、ポリマーマトリックスが形成されなくてもよい場所で「オフ」にしてもよく、またはそこでエネルギーを生じるのを不可能にしてもよい。電極は、ポリマーマトリックスが形成され得る場所で「オン」にしてもよい。
一部の場合では、生物学的構成成分は、細胞またはそのトランスクリプトームを含んでいてもよい。細胞は、真核細胞、原核細胞、真菌細胞、藻類細胞、原生動物、植物細胞、動物細胞（例えば、ヒト細胞）、または任意の他の好適な細胞を含んでいてもよい。行われる１つまたは複数の反応は、ＲＮＡシークエンシングを含んでいてもよい。一部の実施形態では、行われる１つまたは複数の反応は、トランスクリプトームの分析を含んでいてもよい（例えば、異なるまたは種々の条件下）。例えば、１つまたは複数の反応を行って、トランスクリプトームに対する、温度、小分子、毒素、細胞間相互作用、感染などの１つまたは複数の効果を分析してもよい。一部の実施形態では、トランスクリプトームの分析は、細胞または細胞の組合せについての遺伝子発現プロファイルを提供してもよい。ある特定の実施形態では、行われる１つまたは複数の反応は、遺伝子発現のハイブリダイゼーションに基づく読み出しを含んでいてもよい。トランスクリプトームは、メッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）、長鎖ノンコーディングＲＮＡ（ｌｎｃＲＮＡ）、ミトコンドリアＲＮＡ、または総ＲＮＡを含んでいてもよい。一部の実施形態では、他の種類のＲＮＡ（例えば、リボソームＲＮＡ（ｒＲＮＡ））が、分析およびまたはシークエンシングされてもよい。ＲＮＡは、少なくとも５０ヌクレオチド（ｎｔ）、１００ｎｔ、２００ｎｔ、３００ｎｔ、４００ｎｔ、５００ｎｔ、６００ｎｔ、７００ｎｔ、８００ｎｔ、９００ｎｔ、１，０００ｎｔ、１０，０００ｎｔ、またはそれよりも多くのヌクレオチドを含んでいてもよい。生物学的構成成分は、本明細書に言及されるいずれか２つの数の間にある任意の数のヌクレオチドを含んでいてもよい。ＲＮＡは、二本鎖ＲＮＡ（ｄｓＲＮＡ）分子または一本鎖ＲＮＡ（ｓｓＲＮＡ）分子であってもよい。
２つまたはそれよりも多くの生物学的構成成分を分析するための方法も本明細書に提供される。方法は、第１の生物学的構成成分および第２の生物学的構成成分を流体デバイスに導入するステップを含んでいてもよい。方法は、第１の生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成して、第１の分析チャンバーを形成するステップを含んでいてもよい。方法は、第２の生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成して、第２の分析チャンバーを形成するステップをさらに含んでいてもよい。第１の分析チャンバーは、第２の分析チャンバーに隣接していてもよい。方法は、第１の生物学的構成成分および／または第２の生物学的構成成分の１つまたは複数の特性を分析するステップをさらに含んでいてもよい。
一部の実施形態では、第１の生物学的構成成分および／または第２の生物学的構成成分の１つまたは複数の特性は、分析物に対する応答、医薬剤に対する応答、抗菌剤に対する応答、細胞もしくは細胞の共同体による標的化合物の産生、標的分子の産生、核酸の産生、タンパク質の産生、または任意の他の好適な応答を含んでいてもよい。１つまたは複数の特性は、第１の生物学的構成成分の少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２５、５０、１００、またはそれよりも多くの特性を含んでいてもよい。１つまたは複数の特性は、第２の生物学的構成成分の少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２５、５０、１００、またはそれよりも多くの特性を含んでいてもよい。一部の場合では、第１の生物学的構成成分の特性は、第２の生物学的構成成分の同じ特性と比較されてもよい。さまざまな実施形態では、第１の生物学的構成成分および／または第２の生物学的構成成分の２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２５、５０、１００、またはそれよりも多くの特性が、分析またはモニターされてもよい。ある特定の実施形態では、第１の生物学的構成成分の特性は、第２の生物学的構成成分の異なる特性と比較されてもよい。例えば、第１の生物学的構成成分の第１の特性は、分析物、または第１の生物学的構成成分が化合物もしくは分子（例えば、抗体、タンパク質、酵素など）の生成を引き起こす医薬剤に対する応答を含んでいてもよい。次いで、第２の生物学的構成成分の第２の特性は、第１の生物学的構成成分によって生成した分子または化合物に対する第２の生物学的構成成分の応答を含んでいてもよい。
一部の場合では、第１の生物学的構成成分または第２の生物学的構成成分の第１の特性および第２の特性が分析されてもよい。例えば、第１の特性および第２の特性は、第２の生物学的構成成分によって生成した化合物または分子に対する応答で第１の生物学的構成成分において分析されてもよい。これを使用して、第１の生物学的構成成分と第２の生物学的構成成分との間の１つまたは複数の相互作用を解明してもよい。
相互作用は、第１の生物学的構成成分と第２の生物学的構成成分との間の連通（例えば、生物学的連通）を含んでいてもよい。一部の場合では、相互作用は、第１の生物学的構成成分と第２の生物学的構成成分との間の生化学的連通を含んでいてもよい。一部の実施形態では、生物学的連通は、タンパク質、核酸、サイトカイン、ケモカイン、それらの組合せ、または任意の他の好適な分子を含む分子を含んでいてもよい。分子は、第１の生物学的構成成分によって、または第２の生物学的構成成分によって生成されてもよい。一部の場合では、２つよりも多くの生物学的構成成分は、互いに隣接して形成された分析チャンバーに局在化されて、３つまたはそれよりも多くの生物学的構成成分の３つまたはそれよりも多くの特性が分析されてもよい。一部の実施形態では、これを使用して、３つまたはそれよりも多くの生物学的構成成分間の相互作用が調べられてもよい。さまざまな実施形態では、２、３、４、５、６、７、１０、１５、２５、５０、１００、またはそれよりも多くの生物学的構成成分間の相互作用が調べられてもよい。
一部の場合では、第１および第２の生物学的構成成分は、異なる細胞型（例えば、第１の細胞型および第２の細胞型）を含んでいてもよい。ある特定の実施形態では、第１の生物学的構成成分および第２の生物学的構成成分は、類似の細胞型、例えば、種々の遺伝子型または表現型を有する細胞型を含んでいてもよい。分析物または医薬化合物に対する応答（例えば、応答のレベル）を、２つの異なる細胞型間で比較することができる。一部の場合では、２つの異なる細胞型間の標的化合物の量または分子産生の量を分析および／または比較することができる。一部の実施形態では、第１の生物学的構成成分および第２の生物学的構成成分は、特性の分析の間、それぞれ、第１の分析チャンバーおよび第２の分析チャンバー内に局在化したままであってもよい。そのような分析または実験は、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２５、５０、１００、またはそれよりも多くの生物学的構成成分を評価または分析するために（例えば、並行して）、スケールアップすることができる。
核酸分子を特定するための方法も本明細書に提供される。この方法は、生物学的構成成分の捕捉を含んでいてもよい。次いで、生物学的構成成分は、ヒドロゲルによって封入されてもよく、これは、分析チャンバーを形成してもよい。一部の実施形態では、核酸分子を、分析チャンバー内で抽出および放出することができる。この核酸は、次世代シークエンシングによってシークエンシングされてもよく、シークエンシングは、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、または例えば顕微鏡を使用する任意の光学読み出しにより行われてもよい。シークエンシングの他の好適な方法も本開示の範囲内である。方法は、核酸増幅の非存在下で核酸分子を検出するステップをさらに含んでいてもよい。
一部の実施形態では、細胞を含む生物学的構成成分は、流体デバイスに導入されてもよい。次いで、ポリマーマトリックスは、生物学的構成成分上にまたはそれに隣接して形成されて、区画または分析チャンバーが形成されてもよい。分析チャンバーは、本明細書に記載されるように、エネルギーをエネルギー源から流体デバイスに選択的に方向付けることによって形成されてもよい。一部の実施形態では、分析チャンバーは、「オンデマンドで」ポリマーマトリックスを分解することによって解体されてもよい。オンデマンドのポリマーマトリックスの分解は、ポリマーマトリックスを消化もしくは解重合するための酵素またはポリマーマトリックスを分解するための任意の他の好適な方法を使用して、エネルギーを分析チャンバーに選択的に方向付けることを含んでいてもよい。
細胞は溶解されて、生物学的構成成分（例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡ）を放出してもよい。ある特定の実施形態では、生物学的構成成分は、試薬との相互作用の際に、細胞から放出される。一部の実施形態では、試薬は、有機分子または無機分子である。一部の実施形態では、有機分子または無機分子は、医薬化合物または界面活性剤である。一部の実施形態では、試薬は、タンパク質である。一部の実施形態では、試薬は、ＤＮＡアプタマーである。一部の実施形態では、試薬は、生体分子を持つビーズである。一部の実施形態では、試薬は、生物学的種である。一部の実施形態では、生物学的種は、ウイルスまたは細胞である。
一部の実施形態では、生物学的構成成分は、エネルギー源への曝露の際に、細胞から放出される。一部の実施形態では、エネルギー源は、細胞を溶解するためのＵＶ光である。一部の実施形態では、エネルギー源は、細胞を溶解するための可視光である。一部の実施形態では、ＵＶ光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、細胞を溶解する。一部の実施形態では、可視光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、細胞を溶解する。
本明細書に記載されるように、ポリマーマトリックスは、核酸分子がポリマーマトリックスを通過または横断するのを可能にし得ない細孔サイズまたは平均細孔サイズを有していてもよい。一部の場合では、分析チャンバーは、シークエンシングライブラリー調製および／または核酸シークエンシングに使用されてもよい。シークエンシングは、次世代シークエンシングであり得る。シークエンシングは、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、または例えば顕微鏡を使用する光学読み出しであり得る。分析チャンバー中の１つまたは複数の核酸分子は、例えば、ＤＮＡシークエンシングまたはＲＮＡシークエンシングを含む核酸シークエンシング反応を受けてもよい。核酸ライブラリーが構築または生成されてもよい。ポリマーマトリックスは、本明細書に記載されるように、試薬の通過を可能にしてもよい。試薬は、プライマー、アダプター、酵素、および核酸シークエンシング反応のために使用される他の試薬を含んでいてもよい。
ある特定の実施形態では、核酸は、ＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子を含んでいてもよい。ＤＮＡは、少なくとも１００ｂｐの長さであってもよい。一部の実施形態では、ＤＮＡは、少なくとも５０ｂｐ、１００ｂｐ、２００ｂｐ、３００ｂｐ、４００ｂｐ、５００ｂｐ、６００ｂｐ、７００ｂｐ、８００ｂｐ、９００ｂｐ、１，０００ｂｐ、１０キロ塩基対（ｋｂｐ）、１００ｋｂｐ、１メガ塩基対（Ｍｂｐ）、１００Ｍｂｐ、１ギガ塩基対（Ｇｂｐ）、１０Ｇｂｐ、１００Ｇｂｐ、またはそれよりも多くの塩基対を含んでいてもよい。生物学的構成成分は、本明細書で言及された数の間にある任意の数の塩基対を含むＤＮＡ分子を含んでいてもよい。例えば、ＤＮＡは、５０ｂｐ～１，０００ｂｐ、３００ｂｐ～１０ｋｂｐ、または１，０００ｂｐ～１０Ｇｂｐを含んでいてもよい。ＲＮＡは、ｄｓＲＮＡであってもよい。ｄｓＲＮＡは、少なくとも５０ｂｐ、１００ｂｐ、２００ｂｐ、３００ｂｐ、４００ｂｐ、５００ｂｐ、６００ｂｐ、７００ｂｐ、８００ｂｐ、９００ｂｐ、１，０００ｂｐ、１０ｋｂｐ、または１００ｋｂｐを含んでいてもよい。生物学的構成成分は、本明細書で言及された数の間にある任意の数の塩基対を含むｄｓＲＮＡ分子を含んでいてもよい。例えば、ｄｓＲＮＡは、５０ｂｐ～１，０００ｂｐ、３００ｂｐ～１０ｋｂｐ、または１，０００ｂｐ～１００ｋｂｐを含んでいてもよい。ＲＮＡは、ｓｓＲＮＡであってもよい。ｓｓＲＮＡは、５０ｎｔ～１００，０００ｎｔを含んでいてもよい。ｓｓＲＮＡは、５０ｎｔ～１００ｎｔ、５０ｎｔ～１，０００ｎｔ、５０ｎｔ～１０，０００ｎｔ、５０ｎｔ～１００，０００ｎｔ、１００ｎｔ～１，０００ｎｔ、１０ｎｔ～１００ｎｔ、１０ｎｔ～１，０００ｎｔ、または１００ｎｔ～１，０００ｎｔを含んでいてもよい。一部の場合では、ｓｓＲＮＡは、５０ヌクレオチド未満の長さであってもよい。ｓｓＲＮＡは、１００，０００ヌクレオチドよりも長い長さであってもよい。
一部の実施形態では、シークエンシングライブラリー構築は、バーコード化を含んでいてもよい。バーコード化は、それぞれの分析チャンバーにおいて、核酸分子を分析チャンバーまたは生物学的構成成分（例えば、細胞）に関連付けるために固有であってもよい。一部の実施形態では、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）が、シークエンシングライブラリー構築に使用されてもよい。一部の場合では、核酸材料が分析チャンバー内で保持され得、希釈も喪失もされ得ないので、ＰＣＲは、シークエンシングライブラリー構築のため以外に使用されなくてもよい。一部の実施形態では、シークエンシングライブラリー構築は、アダプターライゲーションを含んでいてもよい。一部の実施形態では、核酸分子をシークエンシングするために必要なすべてのステップは、生物学的構成成分および／または核酸が分析チャンバーに局在化されている間に行われてもよい。一部の実施形態では、ライブラリー調製は、核酸分子のトランスポザーゼ支援タグメンテーションを含む（例えば、ゲノムＤＮＡを切断および標識するトランスポゾンを使用することによって）。
細胞を処理して、細胞のトランスクリプトームを決定するための方法も本明細書に提供される。一部の実施形態では、この方法は、核酸増幅を含まない。他の実施形態では、この方法は、核酸増幅を含んでいてもよい。方法は、細胞を処理して、細胞のエピゲノムを決定するステップを含んでいてもよい。一部の実施形態では、細胞を含む生物学的構成成分は、本明細書に提供される流体デバイスに導入されてもよい。ポリマーマトリックスは、生物学的構成成分上にまたはそれに隣接して形成されて、分析チャンバー（例えば、生物学的構成成分の周り、または生物学的構成成分を封入する）を形成してもよい。分析チャンバーは、細胞を少なくとも部分的にまたは完全に取り囲んでいてもよい。分析チャンバーは、本明細書に記載されるように、エネルギーをエネルギー源から流体デバイスに選択的に方向付けることによって形成されてもよい。一部の実施形態では、分析チャンバーは、ポリマーマトリックスを分解することによって解体または除去されてもよい。ポリマーマトリックスは、本明細書に提供されるように、「オンデマンドで」分解されてもよい。
生物学的構成成分またはその産物は、分析チャンバー内で分析されてもよい。一部の場合では、生物学的構成成分またはその産物は、溶出され、分析のために別のデバイスに移動されてもよい。例えば、生物学的構成成分（例えば、細胞、細菌、ウイルスなど）由来の核酸材料またはタンパク質産物は、分析チャンバーにおいて抽出および／または処理（例えば、タグ付け、バーコード化など）されてもよい。次いで、核酸材料またはタンパク質産物は、本明細書に記載される流体デバイスの分析チャンバー内でシークエンシングされてもよい。一部の場合では、核酸材料またはタンパク質産物は、溶出され、シークエンシングされる（例えば、シークエンシングデバイスを使用して）別のデバイス（例えば、シークエンシングフローセル）に移動されてもよい。
細胞は、哺乳動物細胞（例えば、ヒト細胞）、真菌細胞、細菌細胞、藻類細胞、原生動物、植物細胞、腫瘍スフェロイド、またはそれらの組合せを含んでいてもよい。一部の実施形態では、細胞のゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、エピゲノム、メチローム、セクレトーム、またはメタボロームは、例えば細胞を溶解することによって、抽出されてもよい。一部の場合では、細胞によって産生および／または放出された１つまたは複数のタンパク質は、細胞を溶解することなく分析することができる。一部の場合では、細胞のゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、エピゲノム、メチローム、セクレトーム、および／またはメタボロームは、細胞および／または細胞のゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、エピゲノム、メチローム、セクレトーム、またはメタボロームが、分析チャンバー内に留まり得るか、または分析チャンバー内に実質的に留まり得る間に、研究、分析、および／またはシークエンシング（適切な場合）することができる。一部の実施形態では、細胞中の核酸は、分析チャンバー内に留まっていてもよい。したがって、核酸増幅は、回避されても、または不必要にされてもよい。一部の場合では、１つまたは複数の細胞は、分析チャンバー内で処理されて、１つまたは複数の細胞におけるゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、エピゲノム、メチローム、セクレトーム、および／またはメタボロームが特定および研究されてもよい。
流体デバイスの第１の表面および／または第２の表面（図１の表面１０１、１０２に類似する）は、検出要素を含んでいてもよい。検出要素は、１つまたは複数の試薬または生化学センサーを含んでいてもよい。一部の場合では、細胞のゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、エピゲノム、メチローム、セクレトーム、および／またはメタボロームを研究するための試薬は、流体デバイスに導入されてもよい。ポリマーマトリックスは、試薬がそこを通過することを可能にする細孔を含んでいてもよいが、細孔は、核酸もタンパク質（例えば、細胞の）もポリマーマトリックスを横断するのを可能にしなくてもよい。
複数の核酸分子の個々の核酸分子をバーコード化することなく、複数の細胞の複数の核酸分子を特定するための方法も本明細書に提供される。方法は、複数の核酸分子をシークエンシングするステップを含んでいてもよい。一部の実施形態では、複数の生物学的構成成分は、流体デバイスに導入されてもよい。ポリマーマトリックスは、複数の生物学的構成成分由来の生物学的構成成分上にまたはそれに隣接して形成されて、生物学的構成成分を、少なくとも部分的にまたは完全に、取り囲むか、またはそれを封入する分析チャンバーを形成してもよい。分析チャンバーは、本明細書に記載されるように、エネルギーをエネルギー源から流体デバイスに選択的に方向付けることによって形成されてもよい。一部の実施形態では、分析チャンバーは、本明細書に記載されるように、「オンデマンドで」ポリマーマトリックスを分解することによって解体されてもよい。生物学的構成成分（例えば、細胞、細菌、ウイルスなど）の複数の核酸分子は、生物学的構成成分を取り囲んで形成された分析チャンバーにおいて抽出されてもよい。次いで、核酸分子は、分析チャンバー内でシークエンシングされてもよい。シークエンシングの読み出しは、分析チャンバー内で行われてもよい。したがって、核酸分子および生物学的構成成分を関連付けるバーコードについての必要性は回避され得る。
複数の核酸分子は、複数の細胞から抽出されてもよい。一部の場合では、細胞の核酸分子は、分析チャンバー（例えば、細胞を取り囲む区画またはチャンバー）内で細胞を溶解することによって、細胞から抽出されてもよい。分析チャンバーは、分析チャンバー内で細胞由来の核酸を含有する、および／または局在化させる可能性がある。したがって、複数の細胞由来の複数の核酸分子は、個々のおよび／または別々の分析チャンバーにおいて局在化されていてもよい。一部の実施形態では、シークエンシングプロセス（例えば、核酸ライブラリー構築、シークエンシングなど）は、別々の分析チャンバーにおいて単離または局在化され得る複数の核酸分子に対して行われてもよい。したがって、複数の核酸分子において核酸分子を生成する細胞間を識別するバーコード化は、回避されても、不必要にされてもよい。
コンピュータシステム
本開示は、本開示の方法を実行するようにプログラムされたコンピュータシステムを提供する。図１５は、本明細書に記載される方法を行うようにプログラムされ得るか、または他の方法で構成され得るコンピュータシステム１５０１を示す。コンピュータシステム１５０１は、例えば、生物学的構成成分を特定するステップ、バーコードを検出するステップ、空間調節要素（例えば、マスク）を生成するステップ、エネルギーをエネルギー源から提供するステップ、またはセンサーを使用して局所パラメーターを検出もしくは測定するステップなどの本開示のさまざまな態様を制御することができる。検出器は、カメラ（例えば、蛍光カメラ）、例えば、平面領域にわたって分布する複数の供給源から光学シグナルおよび位置情報を収集することができる電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラであってもよい。コンピュータシステム１５０１は、使用者の電子デバイス、または電子デバイスに関して遠隔設置され得るコンピュータシステムであり得る。電子デバイスは、モバイル電子デバイスであり得る。
コンピュータシステム１５０１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ、本明細書で「プロセッサ」および「コンピュータプロセッサ」ともいう）１５０５を含み、これは、シングルコアもしくはマルチコアプロセッサ、または並行処理のための複数のプロセッサであり得る。コンピュータシステム１５０１は、メモリまたは記憶場所１５１０（例えば、ランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ、フラッシュメモリ）、電子ストレージ装置１５１５（例えば、ハードディスク）、１つまたは複数の他のシステムと通信するための通信インターフェース１５２０（例えば、ネットワークアダプタ）、ならびに周辺デバイス１５２５、例えば、キャッシュ、他のメモリ、データストレージおよび／または電子ディスプレイアダプタも含む。メモリ１５１０、ストレージ装置１５１５、インターフェース１５２０、および周辺デバイス１５２５は、マザーボードなどの通信バス（実線）を通してＣＰＵ１５０５と通信している。ストレージ装置１５１５は、データを保管するためのデータストレージ装置（またはデータリポジトリ）であり得る。コンピュータシステム１５０１は、通信インターフェース１５２０の助けにより、コンピュータネットワーク（「ネットワーク」）１５３０に動作可能に接続され得る。ネットワーク１５３０は、インターネット、インターネットおよび／もしくはエクストラネット、またはインターネットと通信し得るイントラネットおよび／もしくはエクストラネットであり得る。ネットワーク１５３０は、一部の場合では、電気通信および／またはデータネットワークであってもよい。ネットワーク１５３０は、１つまたは複数のコンピュータサーバーを含むことができ、これは、クラウドコンピューティングなどの分散コンピューティングを可能にし得る。ネットワーク１５３０は、一部の場合では、コンピュータシステム１５０１の助けにより、ピアツーピアネットワークを実行することができ、これは、デバイスを、クライアントまたはサーバーとして挙動するためにコンピュータシステム１５０１に接続することを可能にし得る。
ＣＰＵ１５０５は、プログラムまたはソフトウェアで具体化され得る機械可読命令のシーケンスを実行することができる。命令は、メモリ１５１０などの記憶場所に保存されていてもよい。命令は、ＣＰＵ１５０５に指示することができ、これは、その後、ＣＰＵ１５０５が、本開示の方法を実施するようにプログラムすることができ、または他の方法でそのように構成することができる。ＣＰＵ１５０５によって行われる動作の例としては、フェッチ、デコード、実行、およびライトバックが挙げられ得る。
ＣＰＵ１５０５は、集積回路などの回路の一部であり得る。システム１５０１の１つまたは複数の他の構成要素を回路に含めることができる。一部の場合では、回路は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってもよい。
ストレージ装置１５１５は、ドライバー、ライブラリー、および保存プログラムなどのファイルを保存することができる。ストレージ装置１５１５は、使用者のデータ、例えば、使用者の好みおよび使用者のプログラムを保存することができる。コンピュータシステム１５０１は、一部の場合では、例えば、イントラネットまたはインターネットを通してコンピュータシステム１５０１と通信し得るリモートサーバーに位置する、コンピュータシステム１５０１の外部の１つまたは複数の追加のデータストレージ装置を含むことができる。
コンピュータシステム１５０１は、ネットワーク１５３０を通して１つまたは複数のリモートコンピュータシステムと通信することができる。例えば、コンピュータシステム１５０１は、使用者のリモートコンピュータシステム（例えば、ラップトップ、パーソナルコンピュータ、タブレット、または携帯電話）と通信することができる。リモートコンピュータシステムの例としては、パーソナルコンピュータ（例えば、ポータブルＰＣ）、スレートもしくはタブレットＰＣ（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰａｄ（登録商標）、Ｓａｍｓｕｎｇ（登録商標）Ｇａｌａｘｙ Ｔａｂ）、電話、スマートフォン（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、Ａｎｄｒｏｉｄ（登録商標）対応デバイス、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（登録商標））、または携帯情報端末が挙げられる。使用者は、ネットワーク１５３０を介して、コンピュータシステム１５０１にアクセスすることができる。
本明細書に記載される方法は、例えば、メモリ１５１０または電子ストレージ装置１５１５などのコンピュータシステム１５０１の電子ストレージ場所に保存された機械（例えば、コンピュータプロセッサ）実行可能コードによって実施することができる。機械実行可能コードまたは機械可読コードは、ソフトウェアの形態で提供され得る。使用の間、コードは、プロセッサ１５０５によって実行され得る。一部の場合では、コードは、ストレージ装置１５１５から検索され、プロセッサ１５０５によるアクセスの準備ができているメモリ１５１０に保存され得る。一部の状況では、電子ストレージ装置１５１５をなしですますことができ、機械実行可能命令は、メモリ１５１０に保存される。
コードは、コードを実行するために適合されたプロセッサを有する機械とともに使用するために事前コンパイルおよび構成され得るか、またはランタイムの間にコンパイルされ得る。コードは、コードを事前コンパイルまたはコンパイルされた通りの様式で実行することを可能にするように選択され得るプログラミング言語で供給され得る。
本明細書に提供されるシステムおよび方法の態様、例えば、コンピュータシステム１５０１は、プログラミングにおいて具体化することができる。さまざまな技術の態様が、典型的には、機械可読媒体の一種に搭載または具体化され得る機械（またはプロセッサ）実行可能コードおよび／または関連データの形式の、「製品」または「製造品」と考えられ得る。機械実行可能コードは、メモリ（例えば、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ）またはハードディスクなどの電子ストレージ装置に保存され得る。「ストレージ」型媒体は、コンピュータ、プロセッサなどの有形メモリのいずれかもしくはすべて、またはそれらの関連モジュール、例えば、ソフトウェアプログラミングのための任意の時に非一時的ストレージを提供し得るさまざまな半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブなどを含み得る。ソフトウェアの全部または一部は、時には、インターネットまたはさまざまな他の電気通信ネットワークを通して通信され得る。例えば、そのような通信は、１つのコンピュータまたはプロセッサから別のものへの、例えば、管理サーバーまたはホストコンピュータからアプリケーションサーバーのコンピュータプラットフォームへのソフトウェアのロードを可能にし得る。そのため、ソフトウェア要素を有し得る別の種類の媒体は、有線および光地上回線ネットワークを通して、ならびにさまざまなエアリンク上で、ローカルデバイス間の物理インターフェースにわたって使用されるなどの、光波、電波、および電磁波を含む。そのような波、例えば、有線または無線リンク、光リンクなどを持つ物理的要素も、ソフトウェアを有する媒体と見なされ得る。本明細書で使用される場合、非一時的有形「ストレージ」媒体に限定されない限り、コンピュータまたは機械「可読媒体」などの用語は、実行のためにプロセッサに命令を提供することに関与する任意の媒体を指す。
それ故に、機械可読媒体、例えば、コンピュータ実行可能コードは、限定されるものではないが、有形ストレージ媒体、搬送波媒体、または物理的伝送媒体を含む多くの形態を取り得る。非揮発性ストレージ媒体は、例えば、光ディスクまたは磁気ディスク、例えば、任意のコンピュータにおけるストレージデバイスのいずれかなど、例えば、図面に示されるデータベースを実施するために使用され得るものなどを含む。揮発性ストレージ媒体は、ダイナミックメモリ、例えば、そのようなコンピュータプラットフォームのメインメモリを含む。有形伝送媒体は、同軸ケーブル、銅線および光ファイバーを含み、コンピュータシステム内のバスを含むワイヤを含む。搬送波伝送媒体は、電気もしくは電磁信号、または音響波もしくは光波の形態、例えば、ラジオ波（ＲＦ）および赤外線（ＩＲ）データ通信の間に生成する形態を取り得る。したがって、コンピュータ可読媒体の一般的な形態としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤまたはＤＶＤ－ＲＯＭ、任意の他の光媒体、パンチカード紙テープ、孔のパターンを有する任意の他の物理的ストレージ媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭおよびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ（登録商標）－ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、データもしくは命令を輸送する搬送波、そのような搬送波を輸送するケーブルもしくはリンク、またはコンピュータがプログラミングコードおよび／もしくはデータを読み取り得る任意の他の媒体が挙げられる。コンピュータ可読媒体のこれらの形態の多くは、１つまたは複数の命令の１つまたは複数のシーケンスを実行のためにプロセッサに運ぶのに関与し得る。
コンピュータシステム１５０１は、例えば、生物学的構成成分の画像、バーコード、局所パラメーターのシグナルもしくは測定値を提供するためのユーザーインターフェース（ＵＩ）１５４０を含む電子ディスプレイ１５３５を含み得るか、またはそれと通信し得る。ＵＩの例としては、限定されないが、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）およびウェブベースのユーザーインターフェースが挙げられる。
本開示の方法およびシステムは、１つまたは複数のアルゴリズムによって実施することができる。アルゴリズムは、中央演算処理装置１５０５による実行の際に、ソフトウェアによって実施され得る。アルゴリズムは、例えば、生物学的構成成分を特定し、バーコードを検出し、空間調節要素（例えば、マスク）を生成し、エネルギーをエネルギー源から提供し、センサーを使用して局所パラメーターを検出もしくは測定することなどができる。
実施形態
実施形態１． １つまたは複数の生物学的構成成分および１つまたは複数のポリマー前駆体を含有する流体デバイス、ならびに上記流体デバイスと連通している少なくとも１つのエネルギー源を含むシステムであって、上記少なくとも１つのエネルギー源が、エネルギーを上記流体デバイスに供給して、上記１つまたは複数のポリマー前駆体に、上記生物学的構成成分上にまたはそれに隣接して少なくとも１つのポリマーマトリックスを形成させる、システム。
実施形態２． 上記流体デバイスが、それを通して配置されたチャネルを含み、第１の表面が、上記チャネルの一部分に沿って配置され、第２の表面が、上記第１の表面と向かい合せに配置される、実施形態１に記載のシステム。
実施形態３． 上記流体デバイスが、その中に配置されたチャンバーを含み、第１の表面が、上記チャンバーの一部分に沿って配置され、第２の表面が、上記第１の表面と向かい合せに配置される、実施形態１または実施形態［０３２５］に記載のシステム。
実施形態４． 上記第１の表面が、下表面であり、上記第２の表面が、上表面である、実施形態［０３２５］または実施形態［０３２６］に記載のシステム。
実施形態５． 上記流体デバイスが、固定化された生物学的構成成分を形成する上記第１の表面に隣接する場所に、上記１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つを固定化する１つまたは複数の捕捉要素をさらに含む、実施形態１に記載のシステム。
実施形態６． 上記第１の表面が、上記エネルギー源に隣接して配置され、上記エネルギー源が、電極のアレイである、実施形態１に記載のシステム。
実施形態７． 上記電極のアレイが、電気化学的エネルギーを上記１つまたは複数のポリマー前駆体に供給して、ポリマーマトリックスのアレイを形成する、実施形態［０３２９］に記載のシステム。
実施形態８． 上記１つまたは複数のポリマー前駆体のうち少なくとも２つが、上記第１の表面にカップリングされて、上記第１の表面上でパターンを形成する、実施形態１に記載のシステム。
実施形態９． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、上記パターン上にまたはそれに隣接して形成される、実施形態［０３３１］に記載のシステム。
実施形態１０． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、上記第１の表面にカップリングされる、実施形態［０３２８］に記載のシステム。
実施形態１１． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが上記固定化された生物学的構成成分の少なくとも一部分を取り囲むように、上記第１の表面から上記第２の表面まで延びる、実施形態［０３３３］に記載のシステム。
実施形態１２． 上記少なくとも１つのエネルギー源が、上記流体デバイスと、光学的連通、電気化学的連通、電磁気的連通、熱的連通、またはマイクロ波連通の少なくとも１つで、連通している、実施形態１～［０３３４］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１３． 上記少なくとも１つのエネルギー源が、光生成デバイス、熱生成デバイス、電気化学的生成デバイス、電極、またはマイクロ波デバイスを含む、実施形態１～［０３３４］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１４． 上記エネルギー源からの上記エネルギーの空間分布を制御するように構成されたフォトリソグラフィーデバイスまたはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）をさらに含む、実施形態１～［０３３６］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１５． 上記１つまたは複数の捕捉要素が、物理的トラップ、幾何学的トラップ、ウェル、電気化学的トラップ、化学アフィニティートラップ、１つもしくは複数の磁気粒子、電気泳動トラップ、誘電泳動トラップ、またはそれらの組合せを含む、実施形態［０３２８］～［０３３７］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１６． 上記化学アフィニティートラップが、ストレプトアビジン、抗体、またはそれらの組合せを含む、実施形態［０３３８］に記載のシステム。
実施形態１７． 上記物理的トラップが、ポリマーマトリックスを含む、実施形態［０３３８］に記載のシステム。
実施形態１８． 上記ポリマーマトリックスが、ヒドロゲルを含む、実施形態［０３４０］に記載のシステム。
実施形態１９． 上記電気化学的トラップが、金電極、白金電極、またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）電極を含む、実施形態［０３３８］に記載のシステム。
実施形態２０． 上記１つまたは複数の捕捉要素が、上記第１の表面または上記第２の表面上にパターンで配置される、実施形態［０３２８］～［０３４２］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２１． 上記１つまたは複数の捕捉要素が、ウェルを含み、上記ウェルの直径が、１μｍ（マイクロメートル）～５０μｍであり、上記ウェルの深さが、０．１μｍ～１００μｍである、実施形態［０３２８］～［０３４３］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２２． 上記１つまたは複数の生物学的構成成分が、複数の生物学的構成成分であり、上記複数の生物学的構成成分が、上記１つまたは複数の捕捉要素にカップリングされる、実施形態［０３２８］～［０３４４］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２３． 上記流体デバイスが、マイクロ流体デバイスまたはナノ流体デバイスである、実施形態１～［０３４５］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２４． 上記流体デバイスが、核酸シークエンシングに使用される、実施形態１～［０３４５］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２５． 上記核酸シークエンシングが、次世代シークエンシング、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、または光学読み出しを含む、実施形態［０３４７］に記載のシステム。
実施形態２６． 上記１つまたは複数の生物学的構成成分が、細胞、細胞溶解物、核酸、マイクロバイオーム、タンパク質、細胞の混合物、空間的に連結された生物学的構成成分、または代謝産物を含む、実施形態１～［０３４８］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２７． 上記細胞の混合物が、第１の細胞型および第２の細胞型を含み、上記第１の細胞型が、上記第２の細胞型とは異なる、実施形態［０３４９］に記載のシステム。
実施形態２８． 上記細胞が、動物細胞、植物細胞、真菌細胞、または細菌細胞である、実施形態［０３４９］に記載のシステム。
実施形態２９． 上記動物細胞が、ヒト細胞である、実施形態［０３５１］に記載のシステム。
実施形態３０． 上記１つまたは複数の生物学的構成成分が、腫瘍スフェロイド、または空間的に連結された生体試料を含む、実施形態１～［０３５１］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態３１． 上記核酸が、１００塩基対もしくはそれよりも大きなＤＮＡ、または５０塩基もしくはそれよりも大きなＲＮＡである、実施形態［０３４９］～［０３５３］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態３２． 上記細胞溶解物が、５０ｂｐ（塩基対）～１００Ｇｂｐ（ギガ塩基対）のＤＮＡ、または５０ｂｐ～１００ｋｂｐ（キロ塩基対）のＲＮＡを含む、実施形態［０３４９］～［０３５４］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態３３． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、ヒドロゲルを含む、実施形態１～［０３５５］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態３４． 上記流体デバイスが、１つまたは複数のポリマー前駆体をさらに含む、実施形態１～［０３５６］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態３５． 上記１つまたは複数のポリマー前駆体が、ヒドロゲル前駆体を含む、実施形態［０３５６］に記載のシステム。
実施形態３６． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、上記固定化された生物学的構成成分の通過を阻害する、実施形態［０３２８］～［０３５８］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態３７． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、内部空間およびポリマーマトリックス壁を含む、シリンダーシェルまたは多角形シェルを形成する、実施形態１～［０３５９］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態３８． 上記内部空間が、１μｍ～５００μｍの内径を有する、実施形態［０３６０］に記載のシステム。
実施形態３９． 上記ポリマーマトリックス壁が、少なくとも１μｍ（マイクロメートル）の厚さを有する、実施形態［０３６０］または実施形態［０３６１］に記載のシステム。
実施形態４０． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックス壁が、ヒドロゲル壁である、実施形態［０３６２］に記載のシステム。
実施形態４１． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、分解可能である、実施形態１～［０３６３］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態４２． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスの分解が、「オンデマンド」である、実施形態［０３６４］に記載のシステム。
実施形態４３． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、（ｉ）上記少なくとも１つのポリマーマトリックスを切断試薬と接触させること、（ｉｉ）上記少なくとも１つのポリマーマトリックスを少なくとも９０℃に加熱すること、または（ｉｉｉ）上記少なくとも１つのポリマーマトリックスを、上記少なくとも１つのポリマーマトリックスの上記ポリマーを架橋する光切断性架橋剤を切断する光の波長に曝露することのうち少なくとも１つによって分解可能である、実施形態［０３６４］または実施形態［０３６５］に記載のシステム。
実施形態４４． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、ヒドロゲルを含み、上記切断試薬が、上記ヒドロゲルを分解する、実施形態［０３６６］に記載のシステム。
実施形態４５． 上記切断試薬が、還元剤、酸化剤、酵素、ｐＨに基づく切断試薬、またはそれらの組合せを含む、実施形態［０３６６］に記載のシステム。
実施形態４６． 上記切断試薬が、ジチオスレイトール（ＤＴＴ）、トリス（２－カルボキシエチル）ホスフィン（ＴＣＥＰ）、トリス（３－ヒドロキシプロピル）ホスフィン（ＴＨＰ）、またはそれらの組合せを含む、実施形態［０３６６］に記載のシステム。
実施形態４７． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、試薬の通過を可能にする、実施形態１～［０３６９］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態４８． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、細孔を含み、上記細孔の平均サイズが、化学試薬を使用して、熱を適用すること、電気を適用すること、光を適用することによって、またはそれらの組合せで調節される、実施形態１～［０３７０］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態４９． 上記試薬が、酵素、化学物質、オリゴヌクレオチド、または５０塩基対未満のサイズを有するプライマーのうち少なくとも１つを含む、実施形態［０３７０］または実施形態［０３７１］に記載のシステム。
実施形態５０． 上記試薬が、リゾチーム、プロテイナーゼＫ、ランダムヘキサマー、ポリメラーゼ、トランスポザーゼ、リガーゼ、触媒酵素、デオキシヌクレオチド三リン酸、緩衝液、細胞培養培地、または二価カチオンを含む、実施形態［０３７０］～［０３７２］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態５１． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、上記少なくとも１つのポリマーマトリックスをわたっての試薬の拡散を可能にするサイズであるが、ＤＮＡまたはＲＮＡが上記細孔を横断するのを可能にするには小さすぎる細孔を含む、実施形態１～［０３７３］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態５２． 上記少なくとも１つのポリマーマトリックスが、ヒドロゲルを含み、上記ヒドロゲルが、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）－チオール、ＰＥＧ－アクリレート、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’－ビス（アクリロイル）シスタミン、ＰＥＧ、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリアクリル酸、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ（ビニルスルホン酸）（ＰＶＳＡ）、ポリ（Ｌ－アスパラギン酸）、ポリ（Ｌ－グルタミン酸）、ポリリシン、寒天、アガロース、アルギネート、ヘパリン、アルギネート硫酸塩、硫酸デキストラン、ヒアルロナン、ペクチン、カラギーナン、ゼラチン、キトサン、セルロース、コラーゲン、ビスアクリルアミド、ジアクリレート、ジアリルアミン、トリアリルアミン、ジビニルスルホン、ジエチレングリコールジアリルエーテル、エチレングリコールジアクリレート、ポリメチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロプロパントリメタクリレート、エトキシ化トリメチロールトリアクリレート、もしくはエトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、またはそれらの組合せもしくは混合物を含む、実施形態１～［０３７４］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態５３． 上記ヒドロゲルが、酵素的に分解可能なヒドロゲル、ＰＥＧ－チオール／ＰＥＧ－アクリレート、アクリルアミド／Ｎ，Ｎ’－ビス（アクリロイル）シスタミン（ＢＡＣｙ）、またはＰＥＧ／ＰＰＯを含む、実施形態［０３７５］に記載のシステム。
実施形態５４． 上記第１の表面、上記第２の表面、またはその両方が、１つまたは複数のバーコードを含む、実施形態［０３２８］～［０３７６］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態５５． 上記１つまたは複数のバーコードが、上記１つまたは複数の生物学的構成成分の供給源を特定するための識別子を含む、実施形態［０３７７］に記載のシステム。
実施形態５６． 上記１つまたは複数のバーコードが、オリゴヌクレオチドを含む、実施形態［０３７８］に記載のシステム。
実施形態５７． 上記供給源が、上記１つまたは複数の生物学的構成成分が収集される検体を含む、実施形態［０３７８］に記載のシステム。
実施形態５８． 上記供給源が、上記１つまたは複数の生物学的構成成分が収集される生理学的または解剖学的供給源を含む、実施形態［０３７８］に記載のシステム。
実施形態５９． 上記解剖学的供給源が、対象の器官を含む、実施形態［０３８１］に記載のシステム。
実施形態６０． 上記対象が、ヒトである、実施形態［０３８２］に記載のシステム。
実施形態６１． 上記１つまたは複数のバーコードが、上記１つもしくは複数の生物学的構成成分、または上記１つもしくは複数の生物学的構成成分によって作製された分子に結合するように構成される、実施形態［０３７７］～［０３８３］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態６２． 上記第１の表面、上記第２の表面、またはその両方が、上記１つまたは複数の生物学的構成成分に結合するように構成された１つまたは複数の化合物を含む、実施形態［０３２８］～［０３８４］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態６３． 上記第１の表面、上記第２の表面、またはその両方が、表面ポリマーで官能化されている、実施形態［０３２８］～［０３８５］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態６４． 上記表面ポリマーが、オリゴヌクレオチドで官能化されている、実施形態［０３８６］に記載のシステム。
実施形態６５． 上記表面ポリマーが、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、アプタマー、またはそれらの任意の組合せで官能化されている、実施形態［０３８６］に記載のシステム。
実施形態６６． 上記ポリマーマトリックスが、オリゴヌクレオチド、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、アプタマー、またはそれらの任意の組合せで官能化されている、実施形態１～［０３８８］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態６７． 上記表面ポリマーが、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、シランポリマー、ピリジンカルボキシアルデヒド（ＰＣＡ）、アクリルアミド、アガロース、またはそれらの組合せを含む、実施形態［０３８６］に記載のシステム。
実施形態６８． 上記生物学的構成成分、上記１つもしくは複数のバーコード、またはそれらの組合せのうち上記１つまたは複数を特定するための検出器をさらに含む、実施形態１～［０３９０］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態６９． 上記検出器が、カメラ（蛍光カメラ）を含む、実施形態［０３９１］に記載のシステム。
実施形態７０． 上記流体デバイスを保持するステージをさらに含む、実施形態１～［０３９２］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態７１． シークエンシングデータを得るためのシークエンシングデバイスをさらに含む、実施形態１～［０３９３］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態７２． 上記シークエンシングデータが、次世代シークエンシング、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、または光学読み出しを使用して生成される、実施形態［０３９４］に記載のシステム。
実施形態７３． 上記エネルギーを上記流体デバイスに選択的に供給する空間エネルギー調節要素をさらに含む、実施形態１～７２のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態７４． 上記空間エネルギー調節要素が、上記少なくとも１つの生物学的構成成分の位置を特定する上記検出器を使用して生成される、実施形態［０３９６］に記載のシステム。
実施形態７５． 上記空間エネルギー調節要素が、物理的フォトマスク、仮想フォトマスク、物理的電極分布パターン、または仮想電極分布パターンを含む、実施形態［０３９６］または実施形態［０３９７］に記載のシステム。
実施形態７６． 上記空間エネルギー調節要素が、フォトリソグラフィーマスクまたはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）マスクを含む、実施形態［０３９６］または実施形態［０３９７］に記載のシステム。
実施形態７７． 生物学的構成成分を分析する方法であって、上記方法が、（ａ）１つまたは複数の生物学的構成成分を流体デバイスに導入するステップ、（ｂ）上記流体デバイスの第１の表面または第２の表面に隣接して上記１つまたは複数の生物学的構成成分の第１の部分を配置するステップ、および（ｃ）上記第１の表面または上記第２の表面の第１の部分に隣接して１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成して、上記１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つを上記第１の部分に局在化させるステップを含む、方法。
実施形態７８． （ａ）上記流体デバイス内で上記１つまたは複数の生物学的構成成分を撹拌するステップ、（ｂ）上記流体デバイスの上記第１の表面または上記第２の表面に隣接して上記１つまたは複数の生物学的構成成分の第２の部分を配置するステップ、および（ｃ）上記第１の表面または上記第２の表面の第２の部分に隣接して１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成して、上記第２の部分の上記１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つを固定化するステップをさらに含む、実施形態［０４００］に記載の方法。
実施形態７９． 上記１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つの位置を特定するステップをさらに含み、その結果、少なくとも１つのエネルギー源が、エネルギーを上記流体デバイスに供給して、上記特定された位置上にまたはそれに隣接して上記１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成する、実施形態［０４００］または実施形態［０４０１］に記載の方法。
実施形態８０． 生物学的構成成分を分析する方法であって、（ａ）上記生物学的構成成分を流体デバイスに導入するステップ、（ｂ）上記生物学的構成成分を、上記流体デバイスの第１の表面または第２の表面上に配置された１つまたは複数の捕捉要素にカップリングして、カップリングされた生物学的構成成分を得るステップ、および（ｃ）上記カップリングされた生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成するステップを含む、方法。
実施形態８１． １つまたは複数のポリマー前駆体を上記流体デバイスに導入するステップをさらに含む、実施形態［０４０３］に記載の方法。
実施形態８２． 上記ポリマーマトリックスを形成するステップが、エネルギーを上記流体デバイスに供給して、上記ポリマーマトリックスを形成することを含む、実施形態［０４０３］または実施形態［０４０４］に記載の方法。
実施形態８３． 上記エネルギーが、上記流体デバイスの１つまたは複数の部分に選択的に供給される、実施形態［０４０５］に記載の方法。
実施形態８４． 上記エネルギーを上記流体デバイスに選択的に供給する空間エネルギー調節要素をさらに含む、実施形態［０４０３］～［０４０６］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態８５． 上記空間エネルギー調節要素が、物理的フォトマスク、仮想フォトマスク、物理的電極分布パターン、または仮想電極分布パターンを含む、実施形態［０４０７］に記載の方法。
実施形態８６． 上記空間エネルギー調節要素が、フォトリソグラフィーマスクまたはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）マスクを含む、実施形態［０４０７］に記載の方法。
実施形態８７． 上記エネルギーが、光エネルギー源、熱エネルギー源、電気化学エネルギー源、または電磁気エネルギー源を介して供給される、実施形態［０４０５］～［０４０９］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態８８． 上記ポリマーマトリックスが、上記第１の表面または上記第２の表面にカップリングされる、実施形態［０４０５］～［０４１０］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態８９． 上記エネルギーが、上記カップリングされた生物学的構成成分の一部分の周りに上記ポリマーマトリックスを形成する、実施形態［０４０５］～［０４１１］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９０． 上記生物学的構成成分の少なくとも一部分が、上記ポリマーマトリックスによって封入される、実施形態［０４０３］～［０４１２］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９１． 上記生物学的構成成分の全体が、上記ポリマーマトリックスによって封入される、実施形態［０４１３］に記載の方法。
実施形態９２． 第１の生物学的構成成分を第１の捕捉要素にカップリングして、第１の分析チャンバーを形成するステップ、および第２の生物学的構成成分を第２の捕捉要素にカップリングして、第２の分析チャンバーを形成するステップをさらに含む、実施形態［０４０３］～［０４１４］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９３． 上記第１の分析チャンバーが、上記第２の分析チャンバーに隣接している、実施形態［０４１５］に記載の方法。
実施形態９４． 上記第１の分析チャンバーが、上記第２の分析チャンバーから５マイクロメートル（μｍ）～１，０００μｍ離れて配置される、実施形態［０４１５］または実施形態［０４１６］に記載の方法。
実施形態９５． 上記第１の分析チャンバーにおいて上記第１の生物学的構成成分を分析するステップ、および上記第２の分析チャンバーにおいて上記第２の生物学的構成成分を分析するステップをさらに含む、実施形態［０４１５］～［０４１７］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９６． 上記第１の生物学的構成成分において第１の反応を発動させるステップ、および上記第２の生物学的構成成分において第２の反応を発動させるステップをさらに含む、実施形態［０４１５］～［０４１８］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９７． 上記第１の反応および上記第２の反応が異なる、実施形態［０４１９］に記載の方法。
実施形態９８． 上記第１の生物学的構成成分において第３の反応を発動させるステップ、および上記第２の生物学的構成成分において第４の反応を発動させるステップをさらに含む、実施形態［０４１５］～［０４２０］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９９． 上記第３の反応および上記第４の反応が異なる、実施形態［０４２１］に記載の方法。
実施形態１００． 上記カップリングされた生物学的構成成分のゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、エピゲノム、メチローム、セクレトーム、またはメタボロームを得るステップをさらに含む、実施形態［０４０３］～［０４２２］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１０１． 上記プロテオームが、分泌タンパク質、表面タンパク質、またはそれらの組合せを含む、実施形態［０４２３］に記載の方法。
実施形態１０２． 上記トランスクリプトームが、実質的に全長トランスクリプトームである、実施形態［０４２３］に記載の方法。
実施形態１０３． 上記トランスクリプトームが、全長トランスクリプトームである、実施形態［０４２３］に記載の方法。
実施形態１０４． 上記生物学的構成成分の少なくとも１つの核酸をシークエンシングするステップをさらに含む、実施形態［０４０３］～［０４２６］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１０５． 上記シークエンシングするステップが、シークエンシングライブラリーの増幅を含まない、実施形態［０４２７］に記載の方法。
実施形態１０６． 上記生物学的構成成分由来の上記核酸ライブラリーが、同じチャンバー内でシークエンシングされる、実施形態［０４２８］に記載の方法。
実施形態１０７． バーコードを、上記生物学的構成成分または上記生物学的構成成分によって産生された分子にカップリングするステップをさらに含む、実施形態［０４０３］～［０４２８］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１０８． 上記生物学的構成成分または上記カップリングされた生物学的構成成分を分析物に曝露するステップをさらに含む、実施形態［０４０３］～［０４３０］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１０９． 上記生物学的構成成分が、１つまたは複数の微生物を含み、上記分析物が、抗菌剤または微生物成長促進剤を含む、実施形態［０４３１］に記載の方法。
実施形態１１０． 上記抗菌剤に対する感受性について上記１つまたは複数の微生物をスクリーニングするステップをさらに含む、実施形態［０４３２］に記載の方法。
実施形態１１１． 上記分析物が、医薬剤を含む、実施形態［０４３１］に記載の方法。
実施形態１１２． 上記生物学的構成成分に対する上記医薬剤の効果をスクリーニングするステップをさらに含む、実施形態［０４３４］に記載の方法。
実施形態１１３． 上記方法が、標的分子の産生について上記生物学的構成成分をスクリーニングするステップをさらに含む、実施形態［０４０３］～［０４３１］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１１４． 上記標的分子が、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、またはアプタマーのうち少なくとも１つを含む、実施形態［０４３６］に記載の方法。
実施形態１１５． 上記生物学的構成成分が上記ポリマーマトリックスによって形成された構造内に配置されるように、上記生物学的構成成分の周りに上記ポリマーマトリックスを形成するステップをさらに含む、実施形態［０４０３］～［０４３７］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１１６． 上記第１の分析チャンバーまたは上記第２の分析チャンバーにおいて局所パラメーターを分析するステップをさらに含み、上記第１の分析チャンバーにおける上記局所パラメーターのレベルが、上記第２の分析チャンバーにおける上記局所パラメーターのレベルとは異なる、実施形態［０４０３］～［０４３８］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１１７． 上記局所パラメーターが、ｐＨ、酸素濃度、またはＣＯ２濃度を含む、実施形態［０４３９］に記載の方法。
実施形態１１８． 上記１つまたは複数の捕捉要素が、ポリマーマトリックスを含む、実施形態［０４０３］～［０４４０］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１１９． 上記ポリマーマトリックスが、ヒドロゲルを含む、実施形態［０４４１］に記載の方法。
実施形態１２０． 生物学的構成成分のトランスクリプトームを得る方法であって、上記方法が、（ａ）上記生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成して、分析チャンバーを形成するステップ、および（ｂ）上記分析チャンバーにおいて１つまたは複数の反応を行って、上記生物学的構成成分の上記トランスクリプトームを得るステップを含む方法であって、上記生物学的構成成分が、上記１つまたは複数の反応の遂行の間、上記分析チャンバー中に留まる、方法。
実施形態１２１． 上記生物学的構成成分を流体デバイス中に配置された捕捉要素にカップリングして、カップリングされた生物学的構成成分を得るステップをさらに含む、実施形態［０４４３］に記載の方法。
実施形態１２２． エネルギーをエネルギー源から上記流体デバイスに提供して、上記ポリマーマトリックスを形成するステップをさらに含む、実施形態［０４４３］または実施形態［０４４４］に記載の方法。
実施形態１２３． 上記エネルギーが、空間エネルギー調節要素を選択的に使用して提供される、実施形態［０４４５］に記載の方法。
実施形態１２４． 上記空間エネルギー調節要素が、上記生物学的構成成分の場所に基づいて生成される、実施形態［０４４６］に記載の方法。
実施形態１２５． 上記空間エネルギー調節要素が、物理的フォトマスク、仮想フォトマスク、物理的電極分布パターン、仮想電極分布パターン、フォトリソグラフィーマスク、またはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）マスクを含む、実施形態［０４４６］または実施形態［０４４７］に記載の方法。
実施形態１２６． 上記生物学的構成成分が、ＲＮＡを含む、実施形態［０４４３］～［０４４８］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１２７． 上記ＲＮＡが、５０塩基～１００ｋｂ（キロ塩基ベース）である、実施形態［０４４３］～［０４４９］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１２８． 上記ポリマーマトリックスが、上記ポリマーマトリックスをわたっての試薬の拡散を可能にするサイズの細孔であるが、上記ＲＮＡが上記細孔を横断するのを可能にするには小さすぎる細孔を含む、実施形態［０４４３］～［０４５０］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１２９． 上記１つまたは複数の反応が、ＲＮＡシークエンシングを含む、実施形態［０４４３］～［０４５１］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１３０． ２つまたはそれよりも多くの生物学的構成成分を分析する方法であって、上記方法が、（ａ）第１の生物学的構成成分および第２の生物学的構成成分を流体デバイスに導入するステップ、（ｂ）上記第１の生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成して、第１の分析チャンバーを形成し、そして上記第２の生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成して、第２の分析チャンバーを形成するステップであって、上記第１の分析チャンバーが、上記流体デバイス中で、上記第２の分析チャンバーに隣接している、ステップ、ならびに（ｃ）上記第１の生物学的構成成分および上記第２の生物学的構成成分の１つまたは複数の特性を分析するステップを含む、方法。
実施形態１３１． 上記１つまたは複数の特性が、第１の特性および第２の特性を含み、（ｃ）が、上記第１の分析チャンバーにおいて、上記第１の生物学的構成成分の上記第１の特性および上記第２の特性を分析するステップを含む、実施形態［０４５３］に記載の方法。
実施形態１３２． 上記第１の生物学的構成成分が、上記第１の特性および上記第２の特性のそれぞれの分析の間、上記第１の分析チャンバー中に留まる、実施形態［０４５３］または実施形態［０４５４］に記載の方法。
実施形態１３３． 上記１つまたは複数の特性が、分析物に対する応答、医薬剤に対する応答、抗菌剤に対する応答、標的化合物の産生、標的分子の産生、核酸の産生、またはタンパク質の産生を含む、実施形態［０４５３］～［０４５５］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１３４． 上記第１の生物学的構成成分が、上記第２の生物学的構成成分と生物学的に連通している、実施形態［０４５３］～［０４５６］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１３５． 上記生物学的連通が、上記第１の生物学的構成成分または上記第２の生物学的構成成分における生物学的応答を生成する、実施形態［０４５７］に記載の方法。
実施形態１３６． 上記生物学的連通が、上記第１の生物学的構成成分によってまたは上記第２の生物学的構成成分によって生成される、タンパク質、核酸、サイトカイン、ケモカイン、またはそれらの組合せを含む分子を含む、実施形態［０４５７］に記載の方法。
実施形態１３７． 核酸分子を特定するための方法であって、上記核酸分子を含むポリマーマトリックスを提供するステップ、および核酸増幅の非存在下で上記核酸分子を検出するステップを含む、方法。
実施形態１３８． 上記核酸分子が、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）分子である、実施形態［０４６０］に記載の方法。
実施形態１３９． 上記ポリマーマトリックスが、上記核酸を局在化するチャンバーを形成する、実施形態［０４６０］または実施形態［０４６１］に記載の方法。
実施形態１４０． 上記チャンバーが、オンデマンドで形成される、実施形態［０４６０］～［０４６２］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１４１． 上記ポリマーマトリックスが、オンデマンドで分解される、実施形態［０４６０］～［０４６３］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１４２． 上記ＤＮＡが、１００塩基対またはそれよりも大きい、実施形態［０４６１］～［０４６４］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１４３． 上記核酸が、リボ核酸分子（ＲＮＡ）である、実施形態［０４６０］に記載の方法。
実施形態１４４． 上記ＲＮＡが、５０ヌクレオチドまたはそれよりも大きい、実施形態［０４６６］に記載の方法。
実施形態１４５． 上記チャンバー内で上記生物学的構成成分から核酸ライブラリーを生成するステップをさらに含む、実施形態［０４６０］～［０４６７］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１４６． 上記核酸ライブラリーが、上記チャンバー内でシークエンシングされる、実施形態［０４６８］に記載の方法。
実施形態１４７． 生物学的構成成分を処理するための方法であって、核酸増幅の非存在下で、ゲノム配列、トランスクリプトーム、プロテオーム、またはエピゲノムを決定するステップを含み、上記処理が、単一のマイクロ流体デバイス中で行われる、方法。
実施形態１４８． 上記細胞が、少なくとも部分的に、ポリマーマトリックス内にある、実施形態［０４７０］に記載の方法。
実施形態１４９． 上記ポリマーマトリックスが、オンデマンドで分解される、実施形態［０４７０］または実施形態［０４７１］に記載の方法。
実施形態１５０． 上記細胞におけるメチル化を決定するステップをさらに含む、実施形態［０４７０］～［０４７２］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１５１． 複数の核酸分子の個々の核酸分子をバーコード化することなく、複数の細胞の上記複数の核酸分子を特定するステップを含む方法であって、上記複数の核酸分子を抽出するステップ、および特定するステップが、単一のマイクロ流体デバイス中で行われる、方法。
実施形態１５２． 上記特定するステップが、シークエンシングを含む、実施形態［０４７４］に記載の方法。
実施形態１５３．個々の細胞が互いから分離されるように、上記複数の細胞の上記個々の細胞上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成するステップをさらに含む、実施形態［０４７４］または［０４７５］に記載の方法。
実施形態１５４． 上記個々の核酸分子を上記個々の細胞から抽出するステップをさらに含む、実施形態［０４７６］に記載の方法。
実施形態１５５． 上記シークエンシングが、上記ポリマーマトリックス内の上記個々の核酸分子のシークエンシングを含む、実施形態［０４７７］に記載の方法。
実施形態１５６． 上記シークエンシングが、次世代シークエンシング、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、または光学読み出しを含む、実施形態［０４７５］に記載の方法。
実施形態１５７． （ａ）複数のマトリックス内の複数の核酸分子を提供するステップであって、上記複数の核酸分子の個々の核酸分子が、異なる細胞由来である、ステップ、および（ｂ）上記複数の核酸分子が上記複数のマトリックス内にある間に上記複数の核酸分子をシークエンシングするステップを含む方法。
実施形態１５８． 上記複数のマトリックスが、流体デバイス中に配置される、実施形態［０４８０］に記載の方法。
実施形態１５９． 上記複数のマトリックスが、複数の細胞を含み、上記複数の細胞が、上記複数の核酸分子を含む、実施形態［０４８０］または実施形態［０４８１］に記載の方法。
実施形態１６０． 上記シークエンシングが、次世代シークエンシング、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーションによるシークエンシング、または光学読み出しを含む、実施形態［０４８０］に記載の方法。
実施形態１６１． 生物学的構成成分を分析する方法であって、上記方法が、（ａ）１つまたは複数の生物学的構成成分を流体デバイスに導入するステップ、（ｂ）上記流体デバイスの第１の表面または第２の表面に隣接して上記１つまたは複数の生物学的構成成分の第１の部分を配置するステップ、および（ｃ）上記第１の表面の第１の部分に隣接して１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成して、上記１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つを上記第１の部分に局在化させるステップを含む、方法。
実施形態１６２． （ａ）上記流体デバイス内で上記１つまたは複数の生物学的構成成分を撹拌するステップ、（ｂ）上記流体デバイスの上記第１の表面に隣接して上記１つまたは複数の生物学的構成成分の第２の部分を配置するステップ、および（ｃ）上記第１の表面の第２の部分に隣接して１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成して、上記第２の部分の上記１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つを固定化するステップをさらに含む、実施形態［０４８４］に記載の方法。
実施形態１６３． 上記１つまたは複数の生物学的構成成分の少なくとも１つの位置を特定するステップをさらに含み、その結果、少なくとも１つのエネルギー源が、エネルギーを上記流体デバイスに供給して、上記特定された位置上にまたはそれに隣接して上記１つまたは複数のポリマーマトリックスを形成する、実施形態［０４８４］または実施形態［０４８５］に記載の方法。
実施形態１６４． フローチャネル、上記フローチャネルに隣接して配置された分析チャネルであって、少なくとも１つの流れ阻害要素が、上記フローチャネル内に配置されて、生物学的構成成分の流れを阻害する、分析チャネル、および上記フローチャネルと上記分析チャネルとの間に配置された層であって、上記層が、上記少なくとも１つの流れ阻害要素に隣接して配置された少なくとも１つのシール可能な開口部を含み、上記少なくとも１つのシール可能な開口部が、上記生物学的構成成分の通過を可能にするように構成される、層を含む流体デバイス、ならびに上記流体デバイスと連通している少なくとも１つのエネルギー源を含むシステムであって、上記少なくとも１つのエネルギー源が、上記分析チャネル内でポリマーマトリックスを形成するように構成される、システム。
実施形態１６５． 上記フローチャネルの一部分が、上記分析チャネルの一部分と実質的に平行である、実施形態［０４８７］に記載のシステム。
実施形態１６６． 上記少なくとも１つのシール可能な開口部が、シールされた状態から開放された状態に移行するように構成される、実施形態［０４８７］または実施形態［０４８８］に記載のシステム。
実施形態１６７． 上記生物学的構成成分の上記少なくとも１つのシール可能な開口部の通過が、上記シールされた状態で阻害され、上記生物学的構成成分の上記少なくとも１つのシール可能な開口部の通過が、上記シールされた状態で阻害される、実施形態［０４８９］に記載のシステム。
実施形態１６８． 上記少なくとも１つのシール可能な開口部が上記シールされた状態にある場合、上記少なくとも１つのシール可能な開口部が、アガロースゲル、温度溶解性ポリマー、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）ポリマー、ワックス化合物、またはアルギネートのうち少なくとも１つでシールされている、実施形態［０４８９］または実施形態［０４９０］に記載のシステム。
実施形態１６９． 上記フローチャネルが、上記層のフローチャネル表面と向かい合せに配置された表面を含み、上記少なくとも１つの阻害要素の少なくとも１つが、上記フローチャネルにおける上記生物学的構成成分の流れが上記少なくとも１つの阻害要素によって阻害されるように、上記表面から上記フローチャネル表面に向かって延びる、実施形態［０４８７］～［０４９１］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７０． 上記分析チャネルが、上記層の上記分析チャネル表面と向かい合せに配置された表面を含む、実施形態［０４８７］～［０４９２］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７１． 上記フローチャネルが、上記分析チャネルに除去可能にカップリング可能である、実施形態［０４８７］～［０４９３］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７２． 上記分析チャネルの上記表面が、１つまたは複数のバーコードを含む、実施形態［０４８７］～［０４９４］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７３． 上記１つまたは複数のバーコードが、オリゴヌクレオチドを含む、実施形態［０４９５］に記載のシステム。
実施形態１７４． 上記ポリマーマトリックスが、上記分析チャネルの上記表面または上記層の上記分析チャネル表面の少なくとも１つにカップリングされる、実施形態［０４９２］～１７３のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７５． 上記ポリマーマトリックスが、上記ポリマーマトリックスが上記生物学的構成成分の少なくとも一部分を取り囲むように、上記分析チャネルの上記表面から上記層の上記分析チャネル表面まで延びる、実施形態［０４９２］～［０４９７］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７６． 上記少なくとも１つのエネルギー源が、上記流体デバイスと、光学的連通、電気化学的連通、電磁気的連通、熱的連通、またはマイクロ波連通の少なくとも１つで、連通している、実施形態［０４８７］～［０４９８］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７７． 上記少なくとも１つのエネルギー源が、光生成デバイス、熱生成デバイス、電気化学的生成デバイス、電極、またはマイクロ波デバイスを含む、実施形態［０４８７］～［０４９９］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７８． 上記生物学的構成成分が、複数の生物学的構成成分を含む、実施形態［０４８７］～［０５００］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７９． 上記流体デバイスが、マイクロ流体デバイスまたはナノ流体デバイスである、実施形態［０４８７］～［０５０１］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１８０． 上記流体デバイスが、シークエンシングフローセルを含む、実施形態［０４８７］～１７９のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１８１． 上記流体デバイスが、核酸シークエンシングに使用される、実施形態［０４８７］～１８０のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１８２． 上記生物学的構成成分が、細胞、核酸、マイクロバイオーム、タンパク質、細胞の組合せ、空間的に連結された生物学的構成成分、または代謝産物を含む、実施形態［０４８７］～［０５０４］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１８３． 上記細胞が、動物細胞、植物細胞、真菌細胞、細菌細胞、腫瘍スフェロイド、またはそれらの組合せである、実施形態［０５０５］に記載のシステム。
実施形態１８４． 上記動物細胞が、ヒト細胞である、実施形態［０５０６］に記載のシステム。
実施形態１８５． 上記核酸が、１００塩基対もしくはそれよりも大きなＤＮＡ、または５０塩基もしくはそれよりも大きなＲＮＡである、実施形態［０５０５］に記載のシステム。
実施形態１８６． 上記ポリマーマトリックスが、ヒドロゲルを含む、実施形態［０４８７］～［０５０８］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１８７． 上記流体デバイスが、１つまたは複数のポリマー前駆体をさらに含む、実施形態［０４８７］～［０５０９］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１８８． 上記１つまたは複数のポリマー前駆体が、ヒドロゲル前駆体を含む、実施形態［０５１０］に記載のシステム。
実施形態１８９． 上記ポリマーマトリックスが、少なくとも１μｍの幅を有するポリマーマトリックス壁を含む、実施形態［０４８７］～［０５１１］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１９０． 上記ポリマーマトリックスが、上記生物学的構成成分の通過を阻害する、実施形態［０４８７］～［０５１２］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１９１． 上記ポリマーマトリックス壁が、ヒドロゲル壁である、実施形態［０５１２］または実施形態［０５１３］に記載のシステム。
実施形態１９２． 上記ポリマーマトリックスが、分解可能である、実施形態［０４８７］～［０５１４］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１９３． 上記ポリマーマトリックスの分解が、「オンデマンド」である、実施形態［０５１５］に記載のシステム。
実施形態１９４． 上記ポリマーマトリックスが、（ｉ）上記ポリマーマトリックスを切断試薬と接触させること、（ｉｉ）上記ポリマーマトリックスを少なくとも９０℃に加熱すること、または（ｉｉｉ）上記ポリマーマトリックスを、上記ポリマーマトリックスの上記ポリマーを架橋する光切断性架橋剤を切断する光の波長に曝露することのうち少なくとも１つによって分解可能である、実施形態［０５１５］または実施形態［０５１６］に記載のシステム。
実施形態１９５． 上記シール可能な開口部が、（ｉ）上記シール可能な開口部を切断試薬と接触させること、（ｉｉ）上記シール可能な開口部を少なくとも９０℃に加熱すること、または（ｉｉｉ）上記シール可能な開口部を、上記シール可能な開口部の上記ポリマーを架橋する光切断性架橋剤を切断する光の波長に曝露することのうち少なくとも１つによって、上記開放された状態に移行する、実施形態［０４８９］～実施形態［０５１７］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１９６． 上記ポリマーマトリックスが、ヒドロゲルを含み、上記切断試薬が、上記ポリマーマトリックスを分解するように構成される、実施形態［０５１７］に記載のシステム。
実施形態１９７． 上記切断試薬が、還元剤、酸化剤、酵素、ｐＨに基づく切断試薬、またはそれらの組合せを含む、実施形態［０５１９］に記載のシステム。
実施形態１９８． 上記切断試薬が、ジチオスレイトール（ＤＴＴ）、トリス（２－カルボキシエチル）ホスフィン（ＴＣＥＰ）、トリス（３－ヒドロキシプロピル）ホスフィン（ＴＨＰ）、またはそれらの組合せを含む、実施形態［０５１９］に記載のシステム。
実施形態１９９． 上記ポリマーマトリックスが、試薬の通過を可能にする、実施形態［０４８７］～［０５２１］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２００． 上記ポリマーマトリックスが、細孔を含み、上記細孔のサイズが、上記１つもしくは複数のポリマー前駆体の組成物、上記少なくとも１つのエネルギー源、またはそれらの組合せを変更することによって制御される、実施形態［０４８７］～［０５２２］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２０１． 上記試薬が、酵素、化学物質、オリゴヌクレオチド、または５０塩基対未満のサイズを有するプライマーのうち少なくとも１つを含む、実施形態［０５２２］に記載のシステム。
実施形態２０２． 上記試薬が、リゾチーム、プロテイナーゼＫ、ランダムヘキサマー、ポリメラーゼ、トランスポザーゼ、リガーゼ、触媒酵素、デオキシヌクレオチド三リン酸、緩衝液、細胞培養培地、または二価カチオンを含む、実施形態［０５２２］～［０５２４］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２０３． 上記ポリマーマトリックスが、上記マトリックスをわたっての試薬の拡散を可能にするサイズであるが、ＤＮＡまたはＲＮＡが上記細孔を横断するのを可能にするには小さすぎる細孔を含む、実施形態［０４８７］～［０５２５］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２０４． 上記ポリマーマトリックスが、ヒドロゲルを含み、上記ヒドロゲルが、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）－チオール、ＰＥＧ－アクリレート、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’－ビス（アクリロイル）シスタミン、ＰＥＧ、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリアクリル酸、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ（ビニルスルホン酸）（ＰＶＳＡ）、ポリ（Ｌ－アスパラギン酸）、ポリ（Ｌ－グルタミン酸）、ポリリシン、寒天、アガロース、アルギネート、ヘパリン、アルギネート硫酸塩、硫酸デキストラン、ヒアルロナン、ペクチン、カラギーナン、ゼラチン、キトサン、セルロース、コラーゲン、ビスアクリルアミド、ジアクリレート、ジアリルアミン、トリアリルアミン、ジビニルスルホン、ジエチレングリコールジアリルエーテル、エチレングリコールジアクリレート、ポリメチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロプロパントリメタクリレート、エトキシ化トリメチロールトリアクリレート、もしくはエトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、またはそれらの組合せもしくは混合物を含む、実施形態［０４８７］～［０５２６］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２０５． 上記ヒドロゲルが、酵素的に分解可能なヒドロゲル、ＰＥＧ－チオール／ＰＥＧ－アクリレート、アクリルアミド／Ｎ，Ｎ’－ビス（アクリロイル）シスタミン（ＢＡＣｙ）、またはＰＥＧ／ＰＰＯを含む、実施形態［０５２７］に記載のシステム。
実施形態２０６． 上記表面が、１つまたは複数のバーコードを含む、実施形態［０４９２］～［０５２８］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２０７． 上記１つまたは複数のバーコードが、オリゴヌクレオチドを含む、実施形態［０５２９］に記載のシステム。
実施形態２０８． 上記分析チャネルの上記表面が、上記生物学的構成成分に結合するように構成された１つまたは複数の化合物を含む、実施形態［０４９２］～２０７のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２０９． 上記分析チャネルの上記表面が、表面ポリマーで官能化されている、実施形態［０４９２］～［０５３１］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２１０． 上記表面ポリマーが、オリゴヌクレオチドで官能化されている、実施形態［０５３２］に記載のシステム。
実施形態２１１． 上記表面ポリマーが、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、アプタマー、またはそれらの任意の組合せで官能化されている、実施形態［０５３２］に記載のシステム。
実施形態２１２． 上記ポリマーマトリックスの表面が、オリゴヌクレオチド、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、アプタマー、またはそれらの任意の組合せで官能化されている、実施形態［０４９２］～［０５３２］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２１３． 上記表面ポリマーが、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、シランポリマー、ピリジンカルボキシアルデヒド（ＰＣＡ）、アクリルアミド、アガロース、またはそれらの組合せを含む、実施形態［０５３２］に記載のシステム。
実施形態２１４． 上記生物学的構成成分、上記１つもしくは複数のバーコード、またはそれらの組合せのうち上記１つまたは複数を特定するための検出器をさらに含む、実施形態［０５２９］～［０５３６］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２１５． 上記検出器が、カメラを含む、実施形態［０５３７］に記載のシステム。
実施形態２１６． 上記流体デバイスを保持するステージをさらに含む、実施形態［０４８７］～［０５３８］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２１７． シークエンシングデータを得るためのシークエンシングデバイスをさらに含む、実施形態［０４８７］～［０５３９］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２１８． 上記エネルギーを上記流体デバイスに選択的に供給する空間エネルギー調節要素をさらに含む、実施形態［０４８７］～［０５４０］のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２１９． 上記空間エネルギー調節要素が、物理的フォトマスク、仮想フォトマスク、物理的電極分布パターン、仮想電極分布パターンを含む、実施形態［０５４１］に記載のシステム。
実施形態２２０． 上記空間エネルギー調節要素が、フォトリソグラフィーマスクまたはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）マスクを含む、実施形態［０５４１］に記載のシステム。
実施形態２２１． 生物学的構成成分を分析する方法であって、上記方法が、（ａ）上記生物学的構成成分を流体デバイスのフローチャネルに導入するステップ、（ｂ）阻害要素に隣接する上記生物学的構成成分の流れを阻害するステップであって、シール可能な開口部が、上記阻害要素に隣接して配置される、ステップ、（ｃ）上記生物学的構成成分を、上記流体デバイスの上記フローチャネルから分析チャネルまで配置するステップ、および（ｄ）上記分析チャネルにおいて上記生物学的構成成分上にまたはそれに隣接してポリマーマトリックスを形成するステップを含む、方法。
実施形態２２２． （ｃ）における上記配置するステップの前に、上記シール可能な開口部が、（ｉ）上記シール可能な開口部を切断試薬と接触させること、（ｉｉ）上記シール可能な開口部を少なくとも９０℃に加熱すること、または（ｉｉｉ）上記シール可能な開口部を、上記シール可能な開口部の上記ポリマーを架橋する光切断性架橋剤を切断する光の波長に曝露することのうち少なくとも１つを使用して分解される、実施形態［０５４４］に記載のシステム。
実施形態２２３． １つまたは複数のポリマー前駆体を上記流体デバイスに導入するステップをさらに含む、実施形態［０５４４］または実施形態［０５４５］に記載の方法。
実施形態２２４． 上記ポリマーマトリックスを形成するステップが、エネルギーを上記流体デバイスに供給して、上記ポリマーマトリックスを形成することを含む、実施形態［０５４４］～［０５４６］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２２５． 上記エネルギーが、上記流体デバイスの１つまたは複数の部分に選択的に供給される、実施形態［０５４７］に記載の方法。
実施形態２２６． 上記エネルギーを上記流体デバイスに選択的に供給する空間エネルギー調節要素を活性化することをさらに含む、実施形態［０５４４］～［０５４８］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２２７． 上記空間エネルギー調節要素が、物理的フォトマスク、仮想フォトマスク、物理的電極分布パターン、または仮想電極分布パターンを含む、実施形態［０５４９］に記載の方法。
実施形態２２８． 上記空間エネルギー調節要素が、フォトリソグラフィーマスクまたはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）マスクを含む、実施形態［０５４９］に記載の方法。
実施形態２２９． 上記エネルギーが、光エネルギー源、熱エネルギー源、電気化学エネルギー源、または電磁気エネルギー源を介して供給される、実施形態［０５４７］～［０５５１］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２３０． 上記ポリマーマトリックスが、上記分析チャネルの表面にカップリングされる、実施形態［０５４７］～［０５５２］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２３１． 上記エネルギーが、上記カップリングされた生物学的構成成分の一部分の周りに上記ポリマーマトリックスを形成する、実施形態［０５４７］～［０５５２］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２３２． 上記生物学的構成成分の少なくとも一部分が、上記ポリマーマトリックスによって封入される、実施形態［０５４４］～［０５５４］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２３３． 上記生物学的構成成分の全体が、上記ポリマーマトリックスによって封入される、実施形態［０５５５］に記載の方法。
実施形態２３４． 第１の生物学的構成成分を封入して、第１の分析チャンバーを形成するステップ、および第２の生物学的構成成分を封入して、第２の分析チャンバーを形成するステップをさらに含む、実施形態［０５４４］～［０５５６］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２３５． 上記第１の分析チャンバーが、上記第２の分析チャンバーに隣接している、実施形態［０５５７］に記載の方法。
実施形態２３６． 上記第１の分析チャンバーが、上記第２の分析チャンバーから５マイクロメートル（μｍ）～１，０００μｍ離れて配置される、実施形態［０５５７］または実施形態［０５５８］に記載の方法。
実施形態２３７． 上記第１の分析チャンバーにおいて上記第１の生物学的構成成分を分析するステップ、および上記第２の分析チャンバーにおいて上記第２の生物学的構成成分を分析するステップをさらに含む、実施形態［０５５７］～［０５５９］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２３８． 上記第１の生物学的構成成分において第１の反応を発動させるステップ、および上記第２の生物学的構成成分において第２の反応を発動させるステップをさらに含む、実施形態［０５５７］～［０５６０］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２３９． 上記第１の反応および上記第２の反応が異なる、実施形態［０５６１］に記載の方法。
実施形態２４０． 上記第１の生物学的構成成分において第３の反応を発動させるステップ、および上記第２の生物学的構成成分において第４の反応を発動させるステップをさらに含む、実施形態［０５５７］～［０５６２］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２４１． 上記第３の反応および上記第４の反応が異なる、実施形態［０５６３］に記載の方法。
実施形態２４２． 上記生物学的構成成分のゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、エピゲノム、メチローム、セクレトーム、またはメタボロームを得るステップをさらに含む、実施形態［０５４４］～［０５６４］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２４３． 上記トランスクリプトームが、実質的に全長トランスクリプトームである、実施形態［０５６５］に記載の方法。
実施形態２４４． 上記トランスクリプトームが、全長トランスクリプトームである、実施形態［０５６５］に記載の方法。
実施形態２４５． 上記生物学的構成成分をシークエンシングするステップをさらに含む、実施形態［０５４４］～［０５６７］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２４６． 上記シークエンシングするステップが、シークエンシングライブラリーの増幅を含まない、実施形態［０５６８］に記載の方法。
実施形態２４７． 上記生物学的構成成分または上記生物学的構成成分によって産生された分子にカップリングされるように構成されたバーコードをさらに含む、実施形態［０５４４］～［０５６９］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２４８． 上記生物学的構成成分または上記第１の生物学的構成成分を分析物に曝露するステップをさらに含む、実施形態［０５４４］～［０５７０］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２４９． 上記生物学的構成成分が、１つまたは複数の微生物を含み、上記分析物が、抗菌剤、微生物成長促進化学物質またはそれらの組み合わせを含む、実施形態［０５７１］に記載の方法。
実施形態２５０． 上記抗菌剤に対する感受性について上記１つまたは複数の微生物をスクリーニングするステップをさらに含む、実施形態［０５７２］に記載の方法。
実施形態２５１． 上記分析物が、医薬剤を含む、実施形態［０５７１］に記載の方法。
実施形態２５２． 上記生物学的構成成分に対する上記医薬剤の効果をスクリーニングするステップをさらに含む、実施形態［０５７４］に記載の方法。
実施形態２５３． 上記方法が、標的分子の産生について上記生物学的構成成分をスクリーニングするステップをさらに含む、実施形態［０５４４］～［０５７１］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２５４． 上記標的分子が、抗体、サイトカイン、ケモカイン、タンパク質、抗体誘導体、抗体断片、炭水化物、毒素、またはアプタマーのうち少なくとも１つを含む、実施形態［０５７６］に記載の方法。
実施形態２５５． 上記生物学的構成成分が上記ポリマーマトリックスによって形成された構造内に配置されるように、上記生物学的構成成分の周りに上記ポリマーマトリックスを形成するステップをさらに含む、実施形態［０５４４］～［０５７７］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２５６． 上記第１の分析チャンバーまたは上記第２の分析チャンバーにおいて局所パラメーターを分析するステップをさらに含み、上記第１の分析チャンバーにおける上記局所パラメーターのレベルが、上記第２の分析チャンバーにおける上記局所パラメーターのレベルとは異なる、実施形態［０５４４］～［０５７８］のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２５７． 上記局所パラメーターが、ｐＨ、酸素濃度、またはＣＯ２濃度を含む、実施形態［０５７９］に記載の方法。
以下の例示的な実施例は、本明細書に記載されるデバイスおよび方法の実施形態を代表しており、いかなる方法でも限定することを意味するものではない。
（実施例１）
外部シークエンシングを伴うｍＲＮＡ ３’遺伝子発現ワークフロー
この実施例は、本明細書に記載されるヒドロゲルを含む流体デバイスを使用するｍＲＮＡ ３’遺伝子発現ワークフローを実証する。図１３Ａ～１３Ｃは、ワークフローのさまざまなステップを図示する。図１３Ａは、ｍＲＮＡを抽出するための、細胞をロードし、細胞を処理するプロセスを示す。ステップ１３００は、流体デバイスに提供される細胞を示す。細胞１３０２は、本明細書に記載される捕捉要素またはトラップ１３０３を使用してトラップされ得、その結果、細胞１３０２は、流体デバイスのチャネル１３０４の表面１３１１上の場所に含有または固定化される（１３１０）。トラップは、表面１３１２上で行われ得る。ポリマーマトリックス１３２１、１３２２は、細胞に隣接して生成されて、細胞ならびにその部分および／または産物を局在化する区画を形成する（１３２０）。試薬は、チャネルおよびポリマーマトリックス区画に流れ、ここで、ポリマーマトリックスは、多孔質であり、試薬の移動を可能にする。試薬は、遺伝子材料を細胞から抽出するために、細胞を溶解するために提供される（ステップ１３３０）。
図１３Ｂは、本明細書に記載されるように、ポリマーマトリックス内で細胞から抽出されるｍＲＮＡ分子１３３９を示す。ｍＲＮＡ１３３９は、さまざまな部分を含む捕捉要素を使用して捕捉される。この非限定的な例では、ステップ１３４０に示される捕捉要素は、オリゴ１３４１、固有分子識別子（ＵＭＩ）１３４２、バーコード（ＢＣ）１３４３、およびシークエンシングプライマー１３４４、１３４５を含む。オリゴ１３４１は、ｍＲＮＡのポリＡテールに結合する複数のチミン塩基（例えば、３０チミン塩基）を含み得る。ＵＭＩ１３４２を使用して、下流の増幅ステップの間、捕捉されたｍＲＮＡの固有性が維持される。ＢＣ１３４３を使用して、ｍＲＮＡは、それが抽出される細胞に関連付けられる。さらにまた、ＢＣを使用して、細胞が得られた試料などのｍＲＮＡ配列の供給源についての情報をさらに関連付けることができる。シークエンシングプライマー１３４４、１３４５は、Ｒ１および／またはＰ７プライマーを含み得る。
ｍＲＮＡ分子を捕捉した後（ステップ１３４０）、逆転写を行って、ｍＲＮＡをｃＤＮＡにコピーし、次いで、ＵＭＩ１３４２、ＢＣ１３４３、およびシークエンシングプライマー１３４４、１３４５をｃＤＮＡ（相補的ＤＮＡ）分子に組込んで（ステップ１３５０）、例えば、それが抽出された細胞および／または試料に関する情報を持つバーコード化ｃＤＮＡ鎖を生成する。ステップ１３６０では、テンプレートスイッチオリゴ（ＴＳＯ）１３６１は、ステップ１３５０の逆転写の間に添加された非テンプレート化Ｃヌクレオチド１３５１にハイブリダイズする。次いで、ステップ１３７０に示されるように、ｃＤＮＡを伸長し、変性して、一本鎖ＤＮＡを形成する。次いで、ライブラリーを増幅する（例えば、ＰＣＲを介して）（ステップ１３７５）。次いで、ステップ１３００～１３７５で作成されたライブラリーを、溶出し（ステップ１３８０）、流体デバイスから移動させ、１３９０に示されるように一緒にプールする。溶出したｃＤＮＡを、断片化およびアダプターライゲーション（例えば、タグメンテーションによる）によって処理して、シークエンシングに使用されるシークエンシングプラットフォームおよび試料インデックスと相互作用するように設計された特定の配列を含むシークエンシングアダプターを追加する（ステップ１３９５）。ポリマーマトリックスは、ステップ１３４０、１３５０、１３６０、１３７０、または１３７５後に解体されてもよい。
（実施例２）
内部シークエンシングを伴うｍＲＮＡ ３’遺伝子発現ワークフロー
ｍＲＮＡ遺伝子発現アッセイを、本明細書に記載されるようにして形成されたポリマーマトリックスを使用することによって局在化された細胞からｍＲＮＡを抽出および捕捉するために使用される流体デバイスを使用して行うことができる。図１４Ａおよび１４Ｂは、流体デバイスにおいて行われるシークエンシングのためのライブラリーを調製するステップについての例を図示する。細胞を流体チャネルに提供し、細胞を、トラップすることおよび／またはポリマーマトリックスを形成することによって局在化し、ｍＲＮＡを、実施例１において図１３Ａに提供されたステップ１３００、１３１０、１３２０、１３３０に類似する細胞溶解によって抽出する。次いで、細胞から抽出されたｍＲＮＡ１４０１を、捕捉要素１４０２を使用して捕捉する。この非限定的な例では、ステップ１４００に示される捕捉要素１４０２は、オリゴ１４０３、およびシークエンシングプライマー１４０４、１４０５（例えば、Ｒ１またはＰ７プライマー）を含む。オリゴ１４０３は、ｍＲＮＡ１４０１のポリＡテールに結合する複数のチミン塩基１４０３（例えば、３０チミン塩基）を含み得る。この実施例に示されるように、シークエンシングが、外部シークエンシングデバイスとは対照的に流体デバイスにおいて行われるので、ＵＭＩもバーコードも、必要ではない。空間情報（例えば、ポリマーマトリックスの場所、および捕捉部位）は、ｍＲＮＡを、ｍＲＮＡを生成した細胞と関連付ける。このプロセスでは、シークエンシング読み出しは、同じ場所を共有し、したがって、ｍＲＮＡが抽出された細胞と関連付けられる。ｍＲＮＡ分子を捕捉した後（ステップ１４００）、逆転写を行って、ｍＲＮＡをｃＤＮＡにコピーする（ステップ１４１０）。ステップ１４２０では、テンプレートスイッチオリゴ（ＴＳＯ）１４２１は、ステップ１４１０の逆転写の間に添加された非テンプレート化Ｃヌクレオチド１４１５にハイブリダイズする。次いで、ステップ１４３０に示されるように、ｃＤＮＡを伸長して、二本鎖ＤＮＡを形成する。
図１４Ｂは、プロセスのステップの残りを図示する。これは、ステップ１４４０に示されるように、タグメンテーションステップ、または断片化およびアダプターライゲーションステップを含む。次いで、ｃＤＮＡの末端テールを、適切な表面プライマー上でハイブリダイズする（ステップ１４５０）。ハイブリダイゼーションに、ｃＤＮＡ分子のクラスター化（表面増幅）が続く（ステップ１４６０）。クラスター化ｃＤＮＡ分子を線状化して、一本鎖分子を生成する（ステップ１４７０）。次いで、シークエンシングを、流体デバイスの内部で、ｉｎ ｓｉｔｕで行う。線状化ｃＤＮＡ分子が、流体デバイスの表面から溶出されてシークエンシングのための別のデバイスに送られることはなく、このようにしてＤＮＡ分子の喪失が低減されるので、このプロセスは、増幅ステップを必要としない。ｃＤＮＡ分子と流体デバイスの表面上の細胞の場所との関連付けは、シークエンシング産物／読み出しの供給源を追跡するための任意のバーコード化またはＵＭＩの使用を排除し得る。この実施例では、シークエンシングは、ショートリードシークエンシング、ナノポアシークエンシング、合成によるシークエンシング、ハイブリダイゼーションによるシークエンシング、または任意の光学読み出しの収集によるシークエンシングであり得る。
（実施例３）
全ゲノムワークフロー
図１８は、全ゲノムワークフロー、それに続く外部シークエンシングを模式的に図示する。生物学的構成成分（例えば、細胞）を、本明細書に記載されるように流体チャネルに提供し、全ゲノム材料（例えば、ＤＮＡ）を、実施例１において議論されたように、図１３Ａに提供されるステップ１３００、１３１０、１３２０、および１３３０に類似するポリマーマトリックス区画を使用して生物学的構成成分を捕捉することおよび溶解することによって抽出する。ＤＮＡは、図１８のステップ１８０１に示されるように、生物（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ）から抽出され得る。ステップ１８０１では、二本鎖ＤＮＡライブラリーが生成され得る。ステップ１８０１は、タグメンテーション、ならびに／または酵素的断片化およびアダプターライゲーションを含み得る。ステップ１８０１では、生物学的構成成分から抽出されたＤＮＡは、事前に規定されたサイズの断片１８１１に断片化され得る。ステップ１８０１は、１つまたは複数のアダプター１８０３／１８０４（例えば、シークエンシングプライマーＲ２）をＤＮＡ断片の一端または両端に挿入することをさらに含み得る。次いで、１つまたは複数のアダプター配列を持つ変性されたＤＮＡ断片１８１１は、捕捉要素を使用して、流体チャネルの表面１８０２上で捕捉され得る（ステップ１８１０）。捕捉要素は、バーコード化領域１８１３、シークエンシングプライマー１８１４、１８１５（例えば、Ｒ１／Ｒ２、またはＰ５／Ｐ７プライマー）、および捕捉する配列１８１２を含み得る。次いで、捕捉されたＤＮＡは、タグ付けされ、伸長され（ステップ１８２０）、増幅される（例えば、ＰＣＲを介して）（ステップ１８３０）。捕捉要素のバーコード領域１８１３は、生物学的構成成分のゲノム材料が、固有にタグ付けされ、その後、例えばシークエンシングを使用して特定され得ることを確実にし得る。次いで、ステップ１８３０で調製された増幅されたＤＮＡは、表面から溶出され、ステップ１８４０において、流体デバイスから移動され得る。追加のプライマーまたは試料インデックスを、溶出した分子に追加して、シークエンシングライブラリーを調製し得る（ステップ１８５０）。次いで、溶出したゲノム材料は、本明細書に記載される流体デバイスとは異なるデバイス、またはそれとは別のデバイスを使用してシークエンシングされ得る。一部の場合では、ゲノム材料は、本明細書に記載される流体デバイス中でおよび／またはそれを使用してシークエンシングされ得、ゲノム材料の溶出およびバーコード化のステップは、排除され得る。ヒドロゲルは、ステップ１８１０、１８２０、または１８３０のいずれかの後に溶解させることができる。
（実施例４）
マルチ－オミクスワークフロー
図１９は、生物学的構成成分を含む試料のマルチ－オミクス分析のためのワークフローの例を図示する。一部の場合では、生物学的構成成分は、細胞を含んでいてもよい。細胞は、動物細胞（例えば、ヒト細胞）、植物細胞、真菌細胞、細菌細胞、またはタンパク質を産生することができる任意の他の種類の細胞であってもよい。ステップ１９０１では、生物学的構成成分を収集して、流体デバイスに導入し得るか、またはそれに提供し得る。一部の実施形態では、捕捉ステップ１９０２は、本明細書に記載されるように、捕捉要素を使用して、生物学的構成成分を捕捉し得るか、および／または生物学的構成成分を、流体デバイス内に配置されたチャネルの表面にカップリングし得る。捕捉要素は、官能基、フィブロネクチン、ＲＧＤペプチド、抗体、または本明細書に記載される他の分子を含み得る。捕捉要素は、生物学的構成成分または疑われる生物学的構成成分を捕捉またはカップリングすることが可能であり得る。封入ステップ１９０３では、ポリマーマトリックスは、生物学的構成成分に隣接して形成され得る。一部の実施形態では、生物学的構成成分は、ポリマーマトリックス（例えば、ヒドロゲル）またはその一部分によって全体的に封入され得る。別の実施形態では、生物学的構成成分は、ヒドロゲルのパターン、またはその一部分、および流体デバイスまたはチャネルの１つまたは複数の表面によって封入される。ポリマーマトリックス（例えば、ヒドロゲル）は、多孔性であってもよく、試薬の移動を可能にする。
試薬は、細胞インキュベーション溶液を含み得る。試薬は、チャネルにおよびポリマーマトリックス区画に提供され得る。細胞インキュベーション試薬は、生物学的構成成分を成長させるように、ならびに／またはセクレトームを産生および分泌するように促進し得る。一部の実施形態では、生物学的構成成分から産生および分泌された抗体を含むセクレトームは、ポリマーマトリックス内に局在化され得る（ステップ１９０４）。ステップ１９０５では、生物学的構成成分によって産生されたタンパク質および／または生物学的構成成分から分泌されたタンパク質は、捕捉およびタグ付けされ得る。分子バーコード（例えば、蛍光標識された抗体）が、タンパク質をタグ付けするために使用されてもよい。ステップ１９０６では、生物学的構成成分は、例えば、溶解緩衝液のポリマーマトリックス区画への導入によって、溶解されて、生物学的構成成分内から遺伝子材料（例えば、ｍＲＮＡ）を放出し得る。ある特定の実施形態では、ポリマーマトリックスの平均細孔サイズは、ポリマーマトリックス区画への試薬の流れを許容し得るか、またはそれを許容するように誘導され得る。ステップ１９０７では、生物学的構成成分から放出された遺伝子材料は、チャネルの表面上で、捕捉剤によって捕捉され得る。次いで、ヒドロゲルは、破壊されて、さらなる化学的処理を可能にし得る（ステップ１９０８）。例えば、捕捉された核酸は、リボ核酸（例えば、ｍＲＮＡ）を含み得る。逆転写を行って、相補的ＤＮＡ（ｃＤＮＡ）が生成され得、ｃＤＮＡは、ステップ１９０９で伸長され得る。ステップ１９１０では、テンプレートスイッチングを行って、追加のプライマーをｃＤＮＡ分子に添加することができる。テンプレートスイッチングは、さらなる変性および伸長の前に起こり得る（ステップ１９１１）。得られた核酸鎖は、タグメンテーションされ得る（ステップ１９１２）。タンパク質タグおよびｃＤＮＡ分子を、増幅し（ステップ１９１３および１９１４）、次いで、逐次的にまたは並行して（例えば、同時に）のいずれかで、チャネルの表面から溶出し得る。次いで、ゲノム材料およびプロテオミクス材料を、プールし（ステップ１９１５）、さらに処理し得る。さらなる処理は、核酸増幅、さらなるプライマーの添加、遺伝子シークエンシング、および／またはタンパク質分析プロセスを含み得る。一部の実施形態では、シークエンシングプライマー（例えば、Ｐ５／Ｐ７プライマー）を含む追加のプライマーおよび試料インデックスを、ライブラリーをシークエンシングする前に、本明細書に記載される方法によって生成した核酸のライブラリーに添加し得る。
（実施例５）
別個の捕捉モードを使用する単一細胞検出
ジャーカット細胞（ヒトＴリンパ球細胞の不死化系）を、最初に、蛍光イメージングのためにカルセインＡＭ色素で染色することができる。細胞を、ヒドロゲルモノマー、架橋剤および光開始剤を含有するヒドロゲル前駆体ミックスと混合することができる。単一細胞懸濁物およびヒドロゲル前駆体ミックスの比を、設計された細胞密度（例えば、細胞約３０個／ｕｌ）が得られるまで、滴定し得る。単一細胞ヒドロゲル前駆体ミックスをマイクロ流体チャネルにロードした後、細胞を、マイクロ流体チャネルの下表面まで沈ませる。次いで、細胞を、顕微鏡を使用して画像化することができる。画像を処理して、画像中のすべての細胞の場所を特定し得る。仮想マスクを生成することができ、その結果、それぞれの細胞は、およそ１８０ｕｍの外径および３０ｕｍの壁幅の円形の環の内側に封入される。次いで、仮想マスクは、ＤＭＤプロジェクターおよび１０倍の倍率の顕微鏡対物レンズを使用して、投射され得る。仮想マスクに対応するＵＶ光パターンを、６秒間投影することができ、図２５Ａに示されるヒドロゲル構造をもたらすことができる。ヒドロゲルのパターン化後、過剰のモノマーおよび光開始剤を、細胞適合性緩衝液で洗い流すことができる。
（実施例６）
近接捕捉モードを使用する単一細胞検出
ジャーカット細胞を、ヒドロゲルモノマー、架橋剤および光開始剤を含有するヒドロゲル前駆体ミックスと混合する。単一細胞懸濁物およびヒドロゲル前駆体ミックスの比を、設計された細胞密度（例えば、細胞約３０個／ｕｌ）が得られるまで、滴定する。単一細胞ヒドロゲル前駆体ミックスをマイクロ流体チャネルにロードした後、細胞を、マイクロ流体チャネルの下表面まで沈ませる。細胞を、明視野イメージングを使用して特定した後、細胞の中心を特定し、仮想マスクを、特定の距離閾値よりも近い２つの隣接細胞を分離する単一の壁を有する非円形形状のヒドロゲルマトリックス構造（例えば、特定のＣｅｌｌＣａｇｅ（商標）構造）をもたらすＶｏｒｏｎｏｉアルゴリズムを使用して生成する。図２５Ｂは、４倍の倍率の顕微鏡対物レンズを使用する明視野イメージングを使用して特定された細胞、細胞の場所に基づいて算出された得られたＶｏｒｏｎｏｉマスク、およびＶｏｒｏｎｏｉマスクを使用して生成した細胞を取り囲むヒドロゲル構造を示す。
（実施例７）
単一細胞の検出および保持
図２６Ａは、蛍光カルセインＡＭ染色細胞および非蛍光細胞の混合物中の蛍光細胞の選択的保持を図示する。哺乳動物細胞の混合物は、カルセインＡＭ染色細胞および非染色細胞を含むことができ、細胞凝集を回避するために、細胞適合性緩衝液中で穏やかに撹拌され得る。単一細胞懸濁物を、細胞適合性緩衝液条件で、モノマー、切断可能な架橋剤および光開始剤を含有するヒドロゲル前駆体ミックスに添加し得る。単一細胞懸濁物およびヒドロゲル前駆体ミックスの比を、設計された細胞密度（例えば、細胞約３０個／ｕｌ）を得るまで、滴定する。単一細胞ヒドロゲル前駆体ミックスをマイクロ流体チャネルにロードする際に、細胞を、下表面まで沈ませる。細胞を、明視野および蛍光モードを使用して画像化することができ、それらの場所を、画像処理を使用して特定する。仮想マスクを生成して、蛍光細胞のみを封入し得る。特定のパターンを有するＵＶ光をチャネルに適用して、光路内でヒドロゲルを架橋することができる。図２６Ａに示されるように、環形状のヒドロゲルを、蛍光細胞の周りに形成することができる。ヒドロゲルのパターン化後、過剰のモノマー、光開始剤および非捕捉細胞（非蛍光）を、細胞適合性緩衝液で洗い流すことができる。蛍光単一細胞のみが保持され、細胞は、さまざまなアッセイおよび細胞ｍＲＮＡ／ＤＮＡ／タンパク質含量分析にすぐに使える。
図２６Ｂは、目的の細胞の選択的保持、および所望されない細胞の除去を図示する。さまざまな細胞アッセイの遂行後、目的の細胞は、封入の最初のラウンド後、以前に形成された切断可能なヒドロゲルマトリックスの周りの切断不能なゲルを使用して同心環ヒドロゲル構造を作製することによって保持することができる。モノマー、切断不能な架橋剤および光開始剤を含有する切断不能なヒドロゲル前駆体ミックスを、ヒドロゲルマトリックスを含有するマイクロ流体チャネルにロードし得る。ＵＶ光の特定のパターンを適用して、選択されたヒドロゲルマトリックス上に切断不能なヒドロゲル環を形成し得る。切断不能なヒドロゲル前駆体ミックスを洗い流した後、ヒドロゲル切断試薬を、マイクロ流体チャネルにロードし得る。これは、ヒドロゲルマトリックスの溶融をもたらす。選択されなかった細胞は、区画化されず、代わりに洗い流される。これは、目的の細胞についての細胞保持をもたらす。
（実施例８）
単一細胞転写ワークフロー（ジャーカット細胞）
ジャーカット細胞（ヒトＴリンパ球細胞の不死化系）を、凝集を回避するために、細胞適合性緩衝液中で穏やかに撹拌することができる。次いで、単一細胞懸濁物を、細胞適合性緩衝液条件で、モノマー、切断可能な架橋剤および光開始剤を含有するヒドロゲル前駆体ミックスに添加することができる。単一細胞懸濁物およびヒドロゲル前駆体ミックスの比を、設計された細胞密度が得られるまで、滴定することができる。単一細胞ヒドロゲル前駆体ミックスをマイクロ流体チャネルにロードした後、細胞を、下表面まで沈ませる。特定のパターンのＵＶ光をチャネルに適用して、光路内でヒドロゲルを架橋し得る。図２７Ａに示されるように、環形状のヒドロゲルマトリックスを、それぞれの単一細胞の周りに形成することができる。次いで、ヒドロゲルのパターン化後、過剰のモノマーおよび光開始剤を、細胞適合性緩衝液で洗い流すことができる。
フローセルの上表面および／または下表面を、ポリＴ ｍＲＮＡ捕捉オリゴおよび表面増幅プライマーからなるＯｌｉｇｏ ｌａｗｎでコーティングすることができる。２００ｍＭのＴｒｉｓ ｐＨ７．５、２０ｍＭのＥＤＴＡ、２％のサルコシル（ｓａｒｃｏｙｌ）、６％のＦｉｃｏｌｌからなる細胞溶解緩衝液をチャネルに導入することができ、溶解後、細胞から放出されたｍＲＮＡ分子を、ｍＲＮＡポリＡテールハイブリダイゼーションを用いて、上表面および下表面の両方で、ポリＴ捕捉オリゴによって捕捉することができる。ヒドロゲルマトリックスのヒドロゲルを、ヒドロゲルマトリックスの外側へのｍＲＮＡの漏出を防止する細孔サイズを有するように設計し、そのようにして、すべてのｍＲＮＡ分子を、それらがポリＴ捕捉オリゴによって完全に捕捉されるまで、ヒドロゲルマトリックスの内側に留まらせる。次いで、ヒドロゲル切断試薬を、チャネルにロードして、表面にハイブリダイズされたすべてのｍＲＮＡ分子を破壊することなく、ヒドロゲルを溶解する。捕捉されたｍＲＮＡを、ＤＮＡライブラリーに変換する。逆転写試薬（１×ＲＴ緩衝液中のＭａｘｉｍａ Ｈ＋逆転写酵素からなる）、テンプレートスイッチオリゴ、ＳＵＰＥＲａｓｅ－Ｉｎ ＲＮａｓｅ阻害剤、およびｄＮＴＰを、フローセルにロードして、表面上に繋留されたポリＴ捕捉オリゴによって捕捉されたｍＲＮＡ分子から相補的ｃＤＮＡを合成することができる。次いで、第二鎖ｃＤＮＡを合成し、それに続いてＴｎ５トランスポザーゼ酵素を用いるタグメンテーション反応を行って、ｃＤＮＡを断片化し、第二鎖ｃＤＮＡ分子の５’末端に増幅プライマーを導入する。第一鎖合成ｃＤＮＡに対応する繋留されたｃＤＮＡ断片のみが保持される。このステップで、表面上のすべての捕捉されたｍＲＮＡ分子が、ｃＤＮＡライブラリーに変換される。この後、架橋増幅を、ｃＤＮＡライブラリー分子に近接して表面上に存在する表面増幅プライマーを使用して行う。次いで、表面上のそれぞれのｃＤＮＡ分子の得られたクラスターを、合成法によるシークエンシングを使用してシークエンシングして、区画内の単一細胞ｍＲＮＡ分子の配列を解読する。
図２７Ａは、それぞれのヒドロゲルマトリックスの内側の単一細胞を有する流体チャネルの内側のヒドロゲルマトリックスを示す。図２７Ｂは、ジャーカット細胞由来のｍＲＮＡ分子と整列している配列を有するＤＮＡクラスターの場所を示す空間プロットである。プロット内の高密度のマッピングされたＤＮＡクラスターを有する領域は、ヒドロゲルマトリックスの場所と整列し、そしてそれぞれのそのような領域内のｍＲＮＡリードは、単一細胞から放出されたｍＲＮＡに対応する。シークエンシングからのｆａｓｔｑファイルを、ＳＴＡＲアライナーを使用して、ｈｇ３８ゲノムにマッピングすることができ、タイル内のそれぞれの整列されたクラスターのｘ、ｙ位置をプロットして、空間プロットを生成する。それぞれのヒドロゲルマトリックス内のすべてのＤＮＡクラスターを、そこに存在していた特定された細胞に対応する固有のバーコードに割り当てる。図２７Ｃおよび２７Ｄの左パネルは、高倍率画像を使用して、それぞれの内側に細胞を有する２つの強調表示されたヒドロゲルマトリックスを示す。図２７Ｃおよび２７Ｄの右パネルは、ヒトｍＲＮＡにマッピングするＤＮＡ配列の対応する空間プロットを示す。
（実施例９）
単一細胞ｍＲＮＡ（ジャーカットおよびマウス）のシークエンシングおよび分析
図２８Ａにおけるデータセットは、一部の実施形態による、細胞クラスターから新たに得られたヒトおよびマウス細胞の混合物を使用する単一細胞ｍＲＮＡシークエンシングに対応する。細胞を、１×ＰＢＳ－０．０４％のＢＳＡ－１％のＳＵＰＥＲａｓｅ－Ｉｎで洗浄することができる。細胞の濃度を、それぞれの細胞集団に関して類似の細胞カウントを有し、ヒドロゲルマトリックスあたり１つの単一細胞を有するように、１×ＰＢＳ－０．０４％のＢＳＡ＿１％のＳＵＰＥＲａｓｅ－Ｉｎを使用して調整することができる。ヒトおよびマウス細胞の等しい混合物を、ヒドロゲル前駆体ミックスに添加し、封入して、ヒドロゲルマトリックスあたり１つの細胞を達成する。次いで、細胞を、２００ｍＭのＴｒｉｓ ｐＨ７．５、２０ｍＭのＥＤＴＡ、２％のサルコシル、および６％のＦｉｃｏｌｌからなる細胞溶解緩衝液を使用して溶解することができる。その後、ｃＤＮＡ合成およびｃＤＮＡ分子のタグメンテーション後、得られたＤＮＡライブラリーを、架橋増幅を使用して増幅することができ、ＤＮＡライブラリーをシークエンシングすることができる。
シークエンシングデータからのｆａｓｔｑファイルを、組み合わせたヒトおよびマウスゲノムにマッピングし、ＳＴＡＲアライナーを使用して整列させることができる。ヒトまたはマウスゲノムに固有にマッピングするリードを抽出することができ、タイル内のマッピングされたリードの場所をプロットして、リードの場所の空間プロットを得ることができる。ヒドロゲルマトリックスに対応するマッピングされた領域の高密度領域にバーコードに割り当てる。それぞれのヒドロゲルマトリックス内のマウスおよびヒトゲノムに固有にマッピングするリードの数を算出し、図２８Ａに示される散布図にプロットする。散布図中のそれぞれの点は、ヒドロゲルマトリックスのバーコードに対応し、ヒトまたはマウスゲノムに固有にマッピングするリードの数を示す。リードの大部分は、主に、ヒトまたはマウスゲノム由来であり、それぞれのヒドロゲルマトリックス内の単一細胞捕捉を示す。図２８Ｂは、ヒトおよびマウスｍＲＮＡにマッピングするＤＮＡ配列の対応する空間プロットを示す。
（実施例１０）
単一細胞表面タンパク質ワークフロー
新たに得ることができるか、または事前に固定することができる、凍結ＰＢＭＣ（末梢血単核細胞）の細胞を、３７℃で、水浴中、穏やかに解凍することができる。細胞を、ＲＰＭＩ培地中でさらに希釈して、ジメチルスルホキシドまたは任意の他の溶媒を洗い流すことができる。次いで、ＰＢＭＣを、洗浄し、適切な緩衝液に再懸濁することができる。ＰＢＭＣを、最初に、ブロッキング溶液中でインキュベートして、非特異的結合を低減することができ、次いで、細胞を、管中で、適した抗体パネル（それぞれの抗体は、図２９Ａに示されるように、バーコードおよびポリＡテールを有するオリゴ配列と隣接している）で標識することができる。標識化ステップ後、細胞を十分に洗浄して、過剰の抗体をなくし、濾過して、凝集体を除去することができる。細胞濃度を、ケージアレイのために調整し、そのようにして、ケージあたり１つの細胞が存在する。標識細胞を、細胞適合性緩衝液条件で、モノマー、切断可能な架橋剤および光開始剤を含有するヒドロゲル前駆体ミックスに添加することができる。細胞を、ヒドロゲル前駆体ミックスと一緒にフローセルにロードし、封入して、ヒドロゲルマトリックスあたり１つの細胞を達成することができる。細胞を、溶解緩衝液で溶解し、標識細胞の表面タンパク質は、ヒドロゲルマトリックス中に放出される。
ヒドロゲルマトリックスの上表面および下表面は、抗体－細胞表面タンパク質複合体のポリＡテールを捕捉するポリＴ ｍＲＮＡ捕捉オリゴの密なローン（ｌａｗｎ）を有し得る。ヒドロゲルマトリックスのヒドロゲルを、ヒドロゲルマトリックスの外側への抗体－標識細胞タンパク質の漏出を防止する細孔サイズを有するように設計することができ、そのようにして、すべての標識細胞表面タンパク質を、それらが表面によって完全に捕捉されるまで、ヒドロゲルマトリックスの内側に留まらせる。次いで、ヒドロゲル切断試薬を、チャネルにロードして、上表面および下表面から、標識および捕捉されたタンパク質分子を破壊することなく、ヒドロゲルを溶解することができる。次いで、捕捉されたオリゴ配列を、ＤＮＡポリメラーゼおよびｄＮＴＰからなる伸長ミックスを使用して、表面上でコピーすることができる。コピー後、元の分子を、０．１ＮのＮａＯＨで洗い流して、表面に結合した一本鎖分子を保持することができる。コピーされた分子を取り囲む表面増幅プライマーを使用する架橋増幅後、それぞれの捕捉されたオリゴのクラスターを形成することができ、表面は、細胞表面タンパク質の含量を解読するためのシークエンシングにすぐに使える。
図２９Ｂは、ヒドロゲルマトリックスの内側で細胞を溶解した後に捕捉された抗体バーコードオリゴのシークエンシング後に検出されたさまざまな表面タンパク質の相対発現を示す。細胞を、細胞表面上のこれらの抗体の相対発現に基づいて、さまざまな細胞型（ＣＤ８＋Ｔ細胞、単球、ＣＤ４＋Ｔ細胞、ＮＫ細胞、ＤＣ細胞、およびＢ細胞）に分類する。
図２９Ｃは、細胞ケージの内側の代表的な細胞およびバーコード配列の空間プロットを示し、色は、バーコード配列の正体によってコード化され、細胞溶解後のそれぞれのヒドロゲルマトリックスの内側のさまざまな抗体の存在量を図示する。
（実施例１１）
ＣＨＯ細胞分泌およびｍＲＮＡワークフロー
ヒドロゲルマトリックスは、それぞれの単一細胞についての封入された静的な環境を提供するので、ヒドロゲルマトリックスを、単一細胞分泌タンパク質検出に使用することができる。それぞれの単一ＣＨＯ ＤＰ－１２細胞から産生および分泌されたＩｇＧ分子を分析するために、検出ビーズ（ＩｇＧ結合のためのビオチン化抗体を持つ３ｕｍ直径のストレプトアビジンビーズ）および細胞捕捉ビーズ（フィブロネクチン分子を持つ３ｕｍ直径のストレプトアビジンビーズ）を、最初に、増幅およびポリＴ ｍＲＮＡ捕捉オリゴを用いて、マイクロ流体デバイスの表面上に固定化することができる。次いで、ＣＨＯ ＤＰ－１２細胞を、マイクロ流体デバイスにロードし、フィブロネクチンでコーティングされたビーズによって固定化することができる。次いで、ＣＨＯ ＤＰ－１２細胞のための特定の細胞培養培地を、マイクロ流体デバイスにロードし、次いで、３７℃で約２～４時間インキュベートすることができる。それぞれのＣＨＯ ＤＰ－１２細胞は、ＩｇＧ分子を分泌し、これは、細胞に隣接する３ｕｍのストレプトアビジンビーズ上のＩｇＧ抗体によって収集することができる。インキュベーション後、蛍光色素を有するＩｇＧのための二次検出抗体を、マイクロ流体チャネルにロードすることができる。ＣＨＯ ＤＰ－１２細胞から分泌されたＩｇＧ分子を捕捉した３ｕｍのストレプトアビジンビーズは、図３０Ａに示されるように、蛍光発光画像において照らし出される。次いで、蛍光シグナルを使用して、それぞれの単一ＣＨＯ ＤＰ－１２細胞についてのＩｇＧ分泌レベルを決定することができる。
ＩｇＧ検出プロセス後、単一ＣＨＯ細胞ｍＲＮＡを、同じヒドロゲルマトリックス中で、直接シークエンシングすることができる。細胞溶解緩衝液を、チャネルに導入することができる。細胞を溶解した後、細胞から放出されたｍＲＮＡ分子を、ｍＲＮＡポリＡテールハイブリダイゼーションを介して、上表面および下表面の両方でポリＴ捕捉オリゴによって捕捉することができる。ヒドロゲルマトリックスのヒドロゲルを、ｍＲＮＡがヒドロゲルマトリックスの外側に漏出するのを防止する細孔サイズを有するように設計することができ、そのようにして、すべてのｍＲＮＡ分子を、それらが上表面および下表面でポリＴ捕捉オリゴによって完全に捕捉されるまで、ヒドロゲルマトリックスの内側に留まらせる。次いで、ヒドロゲル切断試薬をチャネルにロードして、表面にハイブリダイズされたすべてのｍＲＮＡ分子を破壊することなく、ヒドロゲルを溶解することができる。捕捉されたｍＲＮＡを、ＤＮＡライブラリーに変換することができる。１×緩衝液中のＭａｘｉｍａ Ｈ＋逆転写酵素からなる逆転写試薬を、フローセルにロードして、表面上に繋留されたポリＴ捕捉オリゴによって捕捉されたｍＲＮＡ分子から相補的ｃＤＮＡを合成することができる。次いで、第二鎖ｃＤＮＡを合成することができる。次に、Ｔｎ－５タグメンテーションは、ｃＤＮＡを断片化し、増幅プライマーを、第一鎖ｃＤＮＡ分子の３’末端に導入することができる。繋留されたｃＤＮＡ断片（元のｍＲＮＡ分子の３’末端に近い）のみが保持される。このステップで、表面上のすべての捕捉されたｍＲＮＡ分子が、ｃＤＮＡライブラリーに変換される。この後、架橋増幅を、ｃＤＮＡライブラリー分子に近接して表面上に存在する表面増幅プライマーを使用して行うことができる。次いで、表面上のそれぞれのｃＤＮＡ分子の得られたクラスターを、合成法によるシークエンシングを使用してシークエンシングして、区画内の単一細胞ｍＲＮＡ分子の配列を解読することができる。
（実施例１２）
ＩＬ－２分泌およびｍＲＮＡワークフロー
細胞培養から得られたＩＬ２を分泌する細胞をカウントし、次いで、濃度を、細胞培養培地中で、１ｍＬあたり細胞１～２Ｍ個に調整することができる。１ｍＬあたり２ｕｌのＢｉｏＬｅｇｅｎｄ製のＣｅｌｌ Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ Ｃｏｃｋｔａｉｌ（ブレフェルジンＡなし）を、細胞培養物に添加することができ、細胞培養フラスコを、３７℃のインキュベーター中に３～４時間置いて、ＩＬ－２を分泌するように細胞を刺激する。次いで、刺激された細胞を、１×ＰＢＳ－０．０４％のＢＳＡで洗浄し、ヒドロゲル前駆体ミックスと混合して、ヒドロゲルマトリックスを形成することができる。細胞封入後、細胞を、洗浄し、Ｃｅｌｌ Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ Ｃｏｃｋｔａｉｌを有する細胞培養培地（１ｍＬの細胞培養培地中２ｕＬのカクテル）中でさらにインキュベートすることができる。
ＩＬ－２ビーズに基づくＥＬＩＳＡキットを、ＢｉｏＬｅｇｅｎｄ Ｉｎｃ．のような供給者から入手することができる。ＩＬ－２捕捉抗体を含有するビーズを、ＰＨ６．１のＭＥＳ緩衝液中、マイクロ流体チャネルにロードして、表面静電荷を介して、ビーズの固定化を可能にし得る。次いで、マイクロ流体チャネルを、１×ＰＢＳ緩衝液で洗浄することができる。次いで、１×ＰＢＳ溶液中のＡＰＴＥＳ（０．２５％）を、マイクロ流体チャネルにロードして、続く細胞固定化のために正に帯電した表面を作出することができる。次いで、ジャーカットＥ６．１細胞のためのＩＬ－２刺激化学物質を含有する特定の細胞培養培地中の刺激されたジャーカットＥ６．１細胞を、マイクロ流体デバイスにロードし、それに続いて３７℃で４時間インキュベートすることができる。ヒドロゲルマトリックスの内側のそれぞれのジャーカットＥ６．１細胞は、ＩＬ－２分子の分泌を開始し、これを、細胞に隣接するＢｉｏＬｅｇｅｎｄ ＥＬＩＳＡビーズ上のＩＬ－２捕捉抗体によって収集する。インキュベーション後、ビオチンで標識されたＩＬ－２のための二次検出抗体を、マイクロ流体チャネルにロードすることができる。ジャーカット細胞から分泌されたＩＬ－２分子を捕捉したＥＬＩＳＡビーズは、ストレプトアビジン蛍光色素のインキュベーション後、蛍光発光画像において照らし出される。蛍光シグナルを使用して、それぞれの単一細胞についてのＩＬ－２分泌レベルを決定することができる。
ＩＬ－２検出プロセス後、単一ジャーカット細胞ｍＲＮＡを、同じマイクロ流体チャネル中で、直接シークエンシングすることができる。細胞適合性緩衝液条件で、モノマー、切断可能な架橋剤および光開始剤を含有するヒドロゲル前駆体ミックスを、マイクロ流体チャネルにロードすることができる。特定のパターンのＵＶ光をチャネルに適用して、光路内でヒドロゲルを架橋することができる。環形状のヒドロゲルを、それぞれの単一細胞の周りに形成することができる。ヒドロゲルは、ヒドロゲルマトリックスとして機能する。細胞溶解緩衝液をチャネルに導入することができ、溶解後、細胞から放出されたｍＲＮＡ分子を、ｍＲＮＡポリＡテールハイブリダイゼーションを介して、上表面および下表面の両方で、ポリＴ捕捉オリゴによって捕捉することができる。ヒドロゲルマトリックスのヒドロゲルを、ｍＲＮＡがヒドロゲルマトリックスの外側に漏出するのを防止する細孔サイズを有するように設計することができ、そのようにして、すべてのｍＲＮＡ分子は、それらが表面で完全に捕捉されるまで、ヒドロゲルマトリックスの内側に留まる。次いで、ヒドロゲル切断試薬を、チャネルにロードして、表面にハイブリダイズされたすべてのｍＲＮＡ分子を破壊することなく、ヒドロゲルを溶解することができる。
捕捉されたｍＲＮＡを、ＤＮＡライブラリーに変換する。１×緩衝液中のＭａｘｉｍａ Ｈ＋逆転写酵素からなる逆転写試薬を、フローセルにロードして、表面上に繋留されたポリＴ捕捉オリゴによって捕捉されたｍＲＮＡ分子から相補的ｃＤＮＡを合成することができる。次いで、第二鎖ｃＤＮＡを合成することができる。次に、Ｔｎ－５タグメンテーションは、ｃＤＮＡを断片化し、増幅プライマーを、第一鎖ｃＤＮＡ分子の３’末端に導入することができる。繋留されたｃＤＮＡ断片（元のｍＲＮＡ分子の３’末端に近い）のみが保持される。このステップで、表面上のすべての捕捉されたｍＲＮＡ分子が、ｃＤＮＡライブラリーに変換される。この後、架橋増幅を、ｃＤＮＡライブラリー分子に近接して表面上に存在する表面増幅プライマーを使用して行うことができる。次いで、表面上のそれぞれのｃＤＮＡ分子の得られたクラスターを、合成法によるシークエンシングを使用してシークエンシングして、区画内の単一細胞ｍＲＮＡ分子の配列を解読することができる。
図３１Ｂは、刺激されていないおよび刺激されたジャーカット細胞の遺伝子発現分析を示す。刺激の際に、ＣＤ６９、ＧＺＭＢ、ＮＦＫＢ１Ａ、ＤＵＳＰ２などの重要なマーカー遺伝子のいくつかは上方制御され、ＢＣＬ１１Ｂ、ＮＯＴＣＨ３、ＭＹＯ７Ｂなどのいくつかの遺伝子は下方制御される。刺激された細胞の一部は、ＩＬ２を分泌する。図３１Ｃは、ＥＬＩＳＡに基づく分泌タンパク質定量化を使用してＩＬ－２を分泌する細胞に対応するヒドロゲルマトリックス、およびＩＬ２にマッピングするｍＲＮＡリードを有するヒドロゲルマトリックスを示す。
（実施例１３）
デキストランチャンバー中のＣＨＯ細胞培養
細胞適合性ヒドロゲル壁材料が適用され、細胞付着のための適した下表面が存在する場合、ヒドロゲルマトリックスを、細胞培養に使用することができる。ヒドロゲルマトリックス中でＣＨＯ細胞を培養するために、ポリ－Ｌ－リシン基材を、マイクロ流体チャネル構築に使用することができる（ポリ－Ｌ－リシンは、ＣＨＯ細胞培養に広く使用される正に帯電した層である）。ＣＨＯ細胞を、細胞適合性緩衝液条件で、モノマー（デキストラン）、切断可能な架橋剤および光開始剤を含有するヒドロゲル前駆体ミックス中、マイクロ流体チャネルにロードすることができる。ヒドロゲルマトリックスがＵＶ光でパターン化された後、ＣＨＯ細胞培養培地を、マイクロ流体チャネルにロードすることができる。次いで、ヒドロゲルマトリックスデバイスを、３７℃でインキュベートすることができる。図３２は、０時間、１８時間、４２時間、および４６時間でのＣＨＯ細胞培養物の画像を示す。新鮮な細胞培養培地を、２４時間ごとに再ロードした。
本発明の好ましい実施形態を本明細書に示し、説明したが、そのような実施形態が例としてのみ提供されることは当業者に自明であろう。本発明が、本明細書内に提供される特定の例によって限定されることを意図するものではない。本発明を、前述の明細書を参照して説明したが、本明細書の実施形態の説明および図示は、限定的な意味で解釈されることを意味するものではない。本発明から逸脱することなく、ここに、多数の変形形態、変更、および置換を、当業者は気付くであろう。さらにまた、本発明のすべての態様が、各種の条件および変数に依存する本明細書に示される特定の記述、構成または相対割合に限定されないことが理解されるべきである。本明細書に記載される本発明の実施形態に対するさまざまな代替を本発明の実施に用い得ることが理解されるべきである。したがって、本発明が、任意のそのような代替、改変、変形形態または均等物も包含すべきであることが企図される。以下の特許請求の範囲が、本発明の範囲を規定し、これらの特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内の方法および構造がそれによって包含されることが意図される。

Claims (229)

  1. 分析物を処理するための方法であって、
    （ａ）（ｉ）前記分析物および（ｉｉ）１つまたは複数のポリマー前駆体を含む流体デバイスを提供するステップ、
    （ｂ）前記流体デバイス内で別個のエリアを特定するステップ、ならびに
    （ｃ）エネルギー源から生成したエネルギーの単位を前記流体デバイスに選択的に供給して、前記流体デバイス内で、前記１つまたは複数のポリマー前駆体からポリマーマトリックスを生成するステップ
    を含み、
    前記ポリマーマトリックスが、（ｂ）における前記別個のエリア内にあるか、または（ｂ）における前記別個のエリアに隣接している、
    方法。
  2. 前記流体デバイスが、フローチャネルを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記流体デバイスが、開放構成を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記流体デバイスが、１つまたは複数の別個の場所を含有し、前記１つまたは複数の別個の場所が、別の別個の場所と流体連通していない、請求項１に記載の方法。
  5. 前記１つまたは複数の別個の場所が、１つまたは複数のウェルプレートである、請求項４に記載の方法。
  6. 前記１つまたは複数の別個の場所が、上部が開放されている、請求項４に記載の方法。
  7. 前記１つまたは複数の別個の場所が、前記分析物を含む、請求項４に記載の方法。
  8. 前記流体デバイスが、１つまたは複数のモノマーをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記流体デバイスが、空間エネルギー調節要素をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記流体デバイスが、捕捉プローブが固定化された表面を含み、前記捕捉プローブが、前記分析物にカップリングして、前記分析物を前記表面に固定化する、請求項１に記載の方法。
  11. 前記ポリマーマトリックスが、前記分析物に隣接してまたはそれを取り囲んで生成されて、前記分析物を固定化する、請求項１に記載の方法。
  12. 前記ポリマーマトリックスが、ヒドロゲルを形成する、請求項１に記載の方法。
  13. 前記捕捉プローブが、前記分析物と相互作用することができる１つまたは複数の官能基を含む、請求項１０に記載の方法。
  14. 前記１つまたは複数の官能基が、標的ＤＮＡまたはＲＮＡに対して相補的なＤＮＡ配列を含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記エネルギー源が、前記流体デバイスと光学的に連通している、請求項１に記載の方法。
  16. 前記エネルギー源が、光生成デバイスである、請求項１に記載の方法。
  17. 前記光生成デバイスが、３５０ｎｍ～８００ｎｍの光を生成する、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記光生成デバイスが、３５０ｎｍ～６００ｎｍの光を生成する、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記光生成デバイスが、３５０ｎｍ～４５０ｎｍの光を生成する、請求項１６に記載の方法。
  20. 前記光生成デバイスが、ＵＶ光を生成する、請求項１６に記載の方法。
  21. （ｄ）が、空間光変調器（ＳＬＭ）を使用して行われる、請求項１に記載の方法。
  22. 前記ＳＬＭが、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記ＳＬＭが、検流計を使用して導かれたレーザービームである、請求項２１に記載の方法。
  24. 前記ＳＬＭが、液晶ベースである、請求項２１に記載の方法。
  25. 前記別個のエリアの面積が、前記流体デバイスの面積未満である、請求項１に記載の方法。
  26. 前記別個のエリアが、前記分析物を含む、請求項１に記載の方法。
  27. 前記分析物が、前記別個のエリア内で捕捉される、請求項１に記載の方法。
  28. 前記別個のエリアのサイズおよび形状が、前記分析物のサイズ、前記分析物の形状、または前記分析物の他の性質に従って調整可能である、請求項１に記載の方法。
  29. アルゴリズムを使用して、前記別個のエリアの前記形状およびサイズを決定する、請求項２８に記載の方法。
  30. 前記アルゴリズムが、教師あり学習アルゴリズム、自己教師あり学習アルゴリズム、または教師なし学習アルゴリズムである、請求項２９に記載の方法。
  31. （ｂ）における前記特定するステップが、光学的に行われる、請求項１に記載の方法。
  32. （ｂ）における前記特定するステップが、前記流体デバイス内の前記分析物の場所を検出するように構成された検出器を使用して行われる、請求項１に記載の方法。
  33. 前記流体デバイス内の前記分析物の前記場所を検出するように構成された前記検出器が、前記流体デバイスのイメージングのための顕微鏡対物レンズである、請求項３２に記載の方法。
  34. アルゴリズムを使用して、前記イメージングに基づいて、前記分析物がどこに位置するかを決定する、請求項３３に記載の方法。
  35. 前記イメージングが、明視野イメージング、位相差イメージング、もしくは蛍光イメージング、またはそれらの任意の組合せである、請求項３３に記載の方法。
  36. 前記アルゴリズムが、教師あり学習アルゴリズム、自己教師あり学習アルゴリズム、または教師なし学習アルゴリズムである、請求項３４に記載の方法。
  37. 前記対物レンズが、前記流体デバイスにおいて、エネルギーを前記別個のエリアに放射するエネルギー源にカップリングされている、請求項３３に記載の方法。
  38. １つまたは複数の試薬を、前記分析物と反応する前記ポリマーマトリックスに導入するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  39. 前記１つまたは複数の試薬が、膜を通って流れる、請求項３８に記載の方法。
  40. 前記膜が、半透性である、請求項３９に記載の方法。
  41. 前記膜が、細孔を含む、請求項３９に記載の方法。
  42. 前記細孔が、１０ｕｍ未満である、請求項４１に記載の方法。
  43. 前記１つまたは複数の試薬が、酵素、薬物分子、オリゴヌクレオチド、プライマー、またはそれらの任意の組合せである、請求項３８に記載の方法。
  44. 前記１つまたは複数の試薬が、溶解試薬である、請求項３８に記載の方法。
  45. 前記１つまたは複数の試薬が、核酸変性試薬である、請求項３８に記載の方法。
  46. 前記１つまたは複数の試薬が、前記ポリマーマトリックスを分解する、請求項３８に記載の方法。
  47. 前記分析物が、細胞の構成成分である、請求項１に記載の方法。
  48. 前記分析物が、核酸、アミノ酸、細胞内タンパク質、表面タンパク質、分泌タンパク質、エキソソーム、代謝産物もしくは脂質、またはそれらの任意の組合せから構成される小分子である、請求項４７に記載の方法。
  49. 前記捕捉プローブが、前記ポリマーマトリックス内に位置する、請求項１０に記載の方法。
  50. 前記捕捉プローブが、前記ポリマーマトリックスの表面上に位置する、請求項１０に記載の方法。
  51. 前記分析物が、試薬との相互作用の際に、前記細胞から放出される、請求項４７に記載の方法。
  52. 前記試薬が、酸化剤または還元剤である、請求項５１に記載の方法。
  53. 前記試薬が、有機分子または無機分子である、請求項５１に記載の方法。
  54. 前記有機分子または無機分子が、医薬化合物または界面活性剤である、請求項５３に記載の方法。
  55. 前記試薬が、タンパク質である、請求項５１に記載の方法。
  56. 前記試薬が、ＤＮＡアプタマーである、請求項５１に記載の方法。
  57. 前記試薬が、生体分子を持つビーズである、請求項５１に記載の方法。
  58. 前記試薬が、生物学的種である、請求項５１に記載の方法。
  59. 前記生物学的種が、ウイルスまたは細胞である、請求項５８に記載の方法。
  60. 前記分析物が、エネルギー源への曝露の際に、前記細胞から放出される、請求項４７に記載の方法。
  61. 前記エネルギー源が、細胞を溶解するためのＵＶ光である、請求項６０に記載の方法。
  62. 前記エネルギー源が、細胞を溶解するための可視光である、請求項６０に記載の方法。
  63. 前記ＵＶ光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、前記細胞を溶解する、請求項６１に記載の方法。
  64. 前記可視光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、前記細胞を溶解する、請求項６２に記載の方法。
  65. 前記分析物またはその構成成分を特定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  66. 前記分析物が、核酸、アミノ酸、細胞内タンパク質、表面タンパク質、分泌タンパク質、エキソソーム、代謝産物もしくは脂質、またはそれらの任意の組合せである、請求項６５に記載の方法。
  67. 前記分析物が、核酸分子であり、前記特定するステップが、前記核酸分子またはその構成成分のシークエンシングを含む、請求項６５に記載の方法。
  68. 前記分析物またはその構成成分の品質を測定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  69. 前記品質が、前記分析物またはその構成成分の形状またはサイズである、請求項６８に記載の方法。
  70. 前記分析物またはその構成成分に対する１つまたは複数の機能性アッセイを行うステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  71. 前記１つまたは複数の機能性アッセイが、細胞生存度、細胞形態、細胞分泌、細胞応答、細胞間相互作用、またはそれらの任意の組合せを評価する、請求項７０に記載の方法。
  72. 前記１つまたは複数の機能性アッセイが、比色アッセイまたは蛍光アッセイである、請求項７０に記載の方法。
  73. 前記１つまたは複数の機能性アッセイが、前記分析物の明視野位相イメージングまたは蛍光イメージングを使用して行われる、請求項７０に記載の方法。
  74. １つまたは複数のオミクスアッセイを行って、前記分析物またはその構成成分を特徴付けおよび定量化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  75. 前記１つまたは複数のオミクスアッセイが、プロテオミクスアッセイ、トランスクリプトミクスアッセイ、ゲノミクスアッセイもしくはエピゲノミクスアッセイ、またはそれらの任意の組合せである、請求項７４に記載の方法。
  76. 前記１つまたは複数のオミクスアッセイが、マルチ－オミクスアッセイである、請求項７４に記載の方法。
  77. 分析物を処理するための方法であって、
    （ａ）（ｉ）前記分析物および（ｉｉ）１つまたは複数のポリマー前駆体を含む流体デバイスを提供するステップ、ならびに
    （ｂ）エネルギー源から生成したエネルギーの単位を前記流体デバイスの別個のエリアに方向付けて、前記流体デバイス内で前記１つまたは複数のポリマー前駆体からポリマーマトリックスを生成するように、デジタルマイクロミラーデバイスを構成するステップであって、前記ポリマーマトリックスが、前記分析物を含む、ステップ
    を含む、方法。
  78. 前記流体デバイスが、フローチャネルを含む、請求項７７に記載の方法。
  79. 前記流体デバイスが、開放構成を含む、請求項７７に記載の方法。
  80. 前記流体デバイスが、１つまたは複数の別個の場所を含有し、前記１つまたは複数の別個の場所が、別の別個の場所と流体連通していない、請求項７７に記載の方法。
  81. 前記１つまたは複数の別個の場所が、１つまたは複数のウェルプレートである、請求項８０に記載の方法。
  82. 前記１つまたは複数の別個の場所が、上部が開放されている、請求項８０に記載の方法。
  83. 前記１つまたは複数の別個の場所が、前記分析物を含む、請求項８０に記載の方法。
  84. 前記流体デバイスが、１つまたは複数のモノマーをさらに含む、請求項７７に記載の方法。
  85. 前記流体デバイスが、空間エネルギー調節要素をさらに含む、請求項７７に記載の方法。
  86. 前記流体デバイスが、捕捉プローブが固定化された表面を含み、前記捕捉プローブが、前記分析物にカップリングして、前記分析物を前記表面に固定化する、請求項７７に記載の方法。
  87. 前記ポリマーマトリックスが、前記分析物に隣接してまたはそれを取り囲んで生成されて、前記分析物を固定化する、請求項７７に記載の方法。
  88. 前記ポリマーマトリックスが、ヒドロゲルを形成する、請求項７７に記載の方法。
  89. 前記捕捉プローブが、前記分析物と相互作用することができる１つまたは複数の官能基を含む、請求項８６に記載の方法。
  90. 前記１つまたは複数の官能基が、標的ＤＮＡまたはＲＮＡに対して相補的なＤＮＡ配列を含む、請求項８９に記載の方法。
  91. 前記別個のエリアが、前記分析物に隣接しているか、またはそれを取り囲んでいる、請求項７７に記載の方法。
  92. 前記別個のエリアのサイズが、前記分析物のサイズ、前記分析物の形状、または前記分析物の他の性質に従って調整可能である、請求項７７に記載の方法。
  93. 前記別個のエリアが、光学的に特定される、請求項７７に記載の方法。
  94. 検出器が、前記流体デバイス内の前記分析物の場所を検出するように構成される、請求項７７に記載の方法。
  95. 前記流体デバイス内の前記分析物の前記場所を検出するように構成された前記検出器が、前記流体デバイスのイメージングのための顕微鏡対物レンズである、請求項９４に記載の方法。
  96. アルゴリズムを使用して、前記イメージングに基づいて、前記分析物がどこに位置するかを決定する、請求項９５に記載の方法。
  97. 前記イメージングが、明視野イメージング、位相差イメージング、もしくは蛍光イメージング、またはそれらの任意の組合せである、請求項９５に記載の方法。
  98. 前記アルゴリズムが、教師あり学習アルゴリズム、自己教師あり学習アルゴリズム、または教師なし学習アルゴリズムである、請求項９６に記載の方法。
  99. 前記対物レンズが、前記流体デバイスと光学的に連通している前記エネルギー源にカップリングされている、請求項９５に記載の方法。
  100. 前記対物レンズが、前記デジタルマイクロミラーデバイスを方向付けて、前記エネルギーの単位を前記流体デバイスに方向付ける、請求項９５に記載の方法。
  101. １つまたは複数の試薬を、前記分析物と反応する前記ポリマーマトリックスに導入するステップをさらに含む、請求項７７に記載の方法。
  102. 前記１つまたは複数の試薬が、膜を通って流れる、請求項１０１に記載の方法。
  103. 前記膜が、半透性である、請求項１０２に記載の方法。
  104. 前記膜が、細孔を含む、請求項１０２に記載の方法。
  105. 前記細孔が、１０ｕｍ未満である、請求項１０４に記載の方法。
  106. 前記１つまたは複数の試薬が、酵素、オリゴヌクレオチド、プライマー、またはそれらの任意の組合せである、請求項１０１に記載の方法。
  107. 前記１つまたは複数の試薬が、溶解試薬である、請求項１０１に記載の方法。
  108. 前記１つまたは複数の試薬が、核酸変性試薬である、請求項１０１に記載の方法。
  109. 前記１つまたは複数の試薬が、前記ポリマーマトリックスを分解する、請求項１０１に記載の方法。
  110. 前記分析物が、細胞の構成成分である、請求項７７に記載の方法。
  111. 前記分析物が、核酸、アミノ酸、細胞内タンパク質、表面タンパク質、分泌タンパク質、エキソソーム、代謝産物もしくは脂質、またはそれらの任意の組合せから構成される小分子である、請求項１１０に記載の方法。
  112. 前記捕捉プローブが、前記ポリマーマトリックス内に位置する、請求項８６に記載の方法。
  113. 前記捕捉プローブが、前記ポリマーマトリックスの表面上に位置する、請求項８６に記載の方法。
  114. 前記分析物が、試薬との相互作用の際に、前記細胞から放出される、請求項１１０に記載の方法。
  115. 前記試薬が、酸化剤または還元剤である、請求項１１４に記載の方法。
  116. 前記試薬が、有機分子または無機分子である、請求項１１４に記載の方法。
  117. 前記有機分子または無機分子が、医薬化合物または界面活性剤である、請求項１１６に記載の方法。
  118. 前記試薬が、タンパク質である、請求項１１４に記載の方法。
  119. 前記試薬が、ＤＮＡアプタマーである、請求項１１４に記載の方法。
  120. 前記試薬が、生体分子を持つビーズである、請求項１１４に記載の方法。
  121. 前記試薬が、生物学的種である、請求項１１４に記載の方法。
  122. 前記生物学的種が、ウイルスまたは細胞である、請求項１１４に記載の方法。
  123. 前記分析物が、エネルギー源への曝露の際に、前記細胞から放出される、請求項１１０に記載の方法。
  124. 前記エネルギー源が、細胞を溶解するためのＵＶ光である、請求項１２３に記載の方法。
  125. 前記エネルギー源が、細胞を溶解するための可視光である、請求項１２３に記載の方法。
  126. 前記ＵＶ光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、前記細胞を溶解する、請求項１２４に記載の方法。
  127. 前記可視光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、前記細胞を溶解する、請求項１２５に記載の方法。
  128. 前記分析物またはその構成成分を特定するステップをさらに含む、請求項７７に記載の方法。
  129. 前記分析物が、核酸分子であり、前記特定するステップが、前記核酸分子またはその誘導体のシークエンシングを含む、請求項１２８に記載の方法。
  130. 前記分析物またはその構成成分の品質を測定するステップをさらに含む、請求項７７に記載の方法。
  131. 前記品質が、前記分析物またはその構成成分の形状またはサイズである、請求項１３０に記載の方法。
  132. 前記分析物またはその構成成分に対する１つまたは複数の機能性アッセイを行うステップをさらに含む、請求項７７に記載の方法。
  133. 前記１つまたは複数の機能性アッセイが、細胞生存度、細胞形態、細胞分泌、細胞応答、細胞間相互作用、またはそれらの任意の組合せを評価する、請求項１３２に記載の方法。
  134. 前記１つまたは複数の機能性アッセイが、比色アッセイまたは蛍光アッセイである、請求項１３２に記載の方法。
  135. 前記１つまたは複数の機能性アッセイが、前記分析物の明視野位相イメージングまたは蛍光イメージングを使用して行われる、請求項１３２に記載の方法。
  136. １つまたは複数のオミクスアッセイを行って、前記分析物またはその構成成分を特徴付けおよび定量化するステップをさらに含む、請求項７７に記載の方法。
  137. 前記１つまたは複数のオミクスアッセイが、プロテオミクスアッセイ、トランスクリプトミクスアッセイ、ゲノミクスアッセイもしくはエピゲノミクスアッセイ、またはそれらの任意の組合せである、請求項１３６に記載の方法。
  138. 前記１つまたは複数のオミクスアッセイが、マルチ－オミクスアッセイである、請求項１３６に記載の方法。
  139. 分析物を処理するための方法であって、
    （ａ）（ｉ）前記分析物および（ｉｉ）１つまたは複数のポリマー前駆体を含む流体デバイスを提供するステップ、ならびに
    （ｂ）前記流体デバイス内で前記１つまたは複数のポリマー前駆体を使用して、前記１つまたは複数のポリマー前駆体からポリマーマトリックスを生成するステップであって、前記ポリマーマトリックスが、前記分析物を含む、ステップ
    を含み、
    （ｂ）が、物理的フォトマスクの非存在下で行われる、
    方法。
  140. 前記流体デバイスが、フローチャネルを含む、請求項１３９に記載の方法。
  141. 前記流体デバイスが、開放構成を含む、請求項１３９に記載の方法。
  142. 前記流体デバイスが、１つまたは複数の別個の場所を含有し、前記１つまたは複数の別個の場所が、別の別個の場所と流体連通していない、請求項１３９に記載の方法。
  143. 前記１つまたは複数の別個の場所が、１つまたは複数のウェルプレートである、請求項１４２に記載の方法。
  144. 前記１つまたは複数の別個の場所が、上部が開放されている、請求項１４２に記載の方法。
  145. 前記１つまたは複数の別個の場所が、前記分析物を含む、請求項１４２に記載の方法。
  146. 前記流体デバイスが、１つまたは複数のモノマーをさらに含む、請求項１３９に記載の方法。
  147. 前記流体デバイスが、空間エネルギー調節要素をさらに含む、請求項１３９に記載の方法。
  148. 前記流体デバイスが、捕捉プローブが固定化された表面を含み、前記捕捉プローブが、前記分析物にカップリングして、前記分析物を前記表面に固定化する、請求項１３９に記載の方法。
  149. 前記ポリマーマトリックスが、前記分析物に隣接してまたはそれを取り囲んで生成されて、前記分析物を固定化する、請求項１３９に記載の方法。
  150. 前記ポリマーマトリックスが、ヒドロゲルを形成する、請求項１３９に記載の方法。
  151. 前記捕捉プローブが、前記分析物と相互作用することができる１つまたは複数の官能基を含む、請求項１４８に記載の方法。
  152. 前記１つまたは複数の官能基が、標的ＤＮＡまたはＲＮＡに対して相補的なＤＮＡ配列を含む、請求項１５１に記載の方法。
  153. （ｂ）が、前記１つまたは複数のポリマー前駆体をエネルギー源に曝露することを含む、請求項１３９に記載の方法。
  154. 前記エネルギー源が、光生成デバイスである、請求項１５３に記載の方法。
  155. 前記光生成デバイスが、３５０ｎｍ～８００ｎｍの光を生成する、請求項１５４に記載の方法。
  156. 前記光生成デバイスが、３５０ｎｍ～６００ｎｍの光を生成する、請求項１５４に記載の方法。
  157. 前記光生成デバイスが、３５０ｎｍ～４５０ｎｍの光を生成する、請求項１５４に記載の方法。
  158. 前記光生成デバイスが、ＵＶ光を生成する、請求項１５４に記載の方法。
  159. （ｂ）が、空間光変調器（ＳＬＭ）を使用して行われる、請求項１３９に記載の方法。
  160. 前記ＳＬＭが、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である、請求項１５９に記載の方法。
  161. 前記ＳＬＭが、検流計を使用して導かれたレーザービームである、請求項１５９に記載の方法。
  162. 前記ＳＬＭが、液晶ベースである、請求項１５９に記載の方法。
  163. 前記ポリマーマトリックスが、前記流体デバイスの別個のエリア中で生成される、請求項１３９に記載の方法。
  164. 前記別個のエリアが、前記分析物に隣接しているか、またはそれを取り囲んでいる、請求項１６３に記載の方法。
  165. 前記別個のエリアの面積が、前記流体デバイスの面積未満である、請求項１６３に記載の方法。
  166. 前記分析物が、前記別個のエリア内で捕捉される、請求項１６３に記載の方法。
  167. 前記別個のエリアのサイズおよび形状が、前記分析物のサイズ、前記分析物の形状、または前記分析物の他の性質に従って調整可能である、請求項１６３に記載の方法。
  168. アルゴリズムを使用して、前記別個のエリアの前記形状およびサイズを決定する、請求項１６７に記載の方法。
  169. 前記アルゴリズムが、教師あり学習アルゴリズム、自己教師あり学習アルゴリズム、または教師なし学習アルゴリズムである、請求項１６８に記載の方法。
  170. 前記別個のエリアが、光学的に特定される、請求項１６３に記載の方法。
  171. 検出器が、前記流体デバイス内の前記分析物の場所を検出するように構成される、請求項１６３に記載の方法。
  172. 前記流体デバイス内の前記分析物の前記場所を検出するように構成された前記検出器が、前記流体デバイスのイメージングのための顕微鏡対物レンズである、請求項１６３に記載の方法。
  173. アルゴリズムを使用して、前記イメージングに基づいて、前記分析物がどこに位置するかを決定する、請求項１７２に記載の方法。
  174. 前記イメージングが、明視野イメージング、位相差イメージング、もしくは蛍光イメージング、またはそれらの任意の組合せである、請求項１７２に記載の方法。
  175. 前記アルゴリズムが、教師あり学習アルゴリズム、自己教師あり学習アルゴリズム、または教師なし学習アルゴリズムである、請求項１７３に記載の方法。
  176. 前記対物レンズが、前記流体デバイスにおいて、エネルギーを前記別個のエリアに放射するエネルギー源にカップリングされている、請求項１７２に記載の方法。
  177. １つまたは複数の試薬を、前記分析物と反応する前記ポリマーマトリックスに導入するステップをさらに含む、請求項１３９に記載の方法。
  178. 前記１つまたは複数の試薬が、膜を通って流れる、請求項１７７に記載の方法。
  179. 前記膜が、半透性である、請求項１７８に記載の方法。
  180. 前記膜が、細孔を含む、請求項１７８に記載の方法。
  181. 前記細孔が、１０ｕｍ未満である、請求項１７９に記載の方法。
  182. 前記１つまたは複数の試薬が、酵素、薬物分子、オリゴヌクレオチド、プライマー、またはそれらの任意の組合せである、請求項１７７に記載の方法。
  183. 前記１つまたは複数の試薬が、溶解試薬である、請求項１７７に記載の方法。
  184. 前記１つまたは複数の試薬が、核酸変性試薬である、請求項１７７に記載の方法。
  185. 前記１つまたは複数の試薬が、前記ポリマーマトリックスを分解する、請求項１７７に記載の方法。
  186. 前記分析物が、細胞の構成成分である、請求項１３９に記載の方法。
  187. 前記分析物が、核酸、アミノ酸、細胞内タンパク質、表面タンパク質、分泌タンパク質、エキソソーム、代謝産物もしくは脂質、またはそれらの任意の組合せから構成される小分子である、請求項１８６に記載の方法。
  188. 前記捕捉プローブが、前記ポリマーマトリックス内に位置する、請求項１４８に記載の方法。
  189. 前記捕捉プローブが、前記ポリマーマトリックスの表面上に位置する、請求項１４８に記載の方法。
  190. 前記分析物が、試薬との相互作用の際に、前記細胞から放出される、請求項１８６に記載の方法。
  191. 前記試薬が、酸化剤または還元剤である、請求項１９０に記載の方法。
  192. 前記試薬が、有機分子または無機分子である、請求項１９０に記載の方法。
  193. 前記有機分子または無機分子が、医薬化合物または界面活性剤である、請求項１９２に記載の方法。
  194. 前記試薬が、タンパク質である、請求項１９０に記載の方法。
  195. 前記試薬が、ＤＮＡアプタマーである、請求項１９０に記載の方法。
  196. 前記試薬が、生体分子を持つビーズである、請求項１９０に記載の方法。
  197. 前記試薬が、生物学的種である、請求項１９０に記載の方法。
  198. 前記生物学的種が、ウイルスまたは細胞である、請求項１９７に記載の方法。
  199. 前記分析物が、エネルギー源への曝露の際に、前記細胞から放出される、請求項１８６に記載の方法。
  200. 前記エネルギー源が、細胞を溶解するためのＵＶ光である、請求項１９９に記載の方法。
  201. 前記エネルギー源が、細胞を溶解するための可視光である、請求項１９９に記載の方法。
  202. 前記ＵＶ光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、前記細胞を溶解する、請求項２００に記載の方法。
  203. 前記可視光を使用して、光活性化される界面活性剤を活性化し、前記細胞を溶解する、請求項２０１に記載の方法。
  204. 前記分析物またはその構成成分を特定するステップをさらに含む、請求項１３９に記載の方法。
  205. 前記分析物が、核酸分子であり、前記特定するステップが、前記核酸分子またはその構成成分のシークエンシングを含む、請求項２０４に記載の方法。
  206. 前記分析物またはその構成成分の品質を測定するステップをさらに含む、請求項１３９に記載の方法。
  207. 前記品質が、前記分析物またはその構成成分の形状またはサイズである、請求項２０６に記載の方法。
  208. 前記分析物またはその構成成分に対する１つまたは複数の機能性アッセイを行うステップをさらに含む、請求項１３９に記載の方法。
  209. 前記１つまたは複数の機能性アッセイが、細胞生存度、細胞形態、細胞分泌、細胞応答、細胞間相互作用、またはそれらの任意の組合せを評価する、請求項２０８に記載の方法。
  210. 前記１つまたは複数の機能性アッセイが、比色アッセイまたは蛍光アッセイである、請求項２０８に記載の方法。
  211. 前記１つまたは複数の機能性アッセイが、前記分析物の明視野位相イメージングまたは蛍光イメージングを使用して行われる、請求項２０８に記載の方法。
  212. １つまたは複数のオミクスアッセイを行って、前記分析物またはその構成成分を特徴付けおよび定量化するステップをさらに含む、請求項１３９に記載の方法。
  213. 前記１つまたは複数のオミクスアッセイが、プロテオミクスアッセイ、トランスクリプトミクスアッセイ、ゲノミクスアッセイもしくはエピゲノミクスアッセイ、またはそれらの任意の組合せである、請求項２１２に記載の方法。
  214. 前記１つまたは複数のオミクスアッセイが、マルチ－オミクスアッセイである、請求項２１２に記載の方法。
  215. 生体試料の１つまたは複数の生物学的構成成分を分析する方法であって、
    （ａ）（ｉ）入口および出口を有するチャネルであって、前記チャネルが、第１の表面を有する第１の壁および第２の表面を有する第２の壁によって境界を定められ、前記第１の壁および前記第２の壁が、前記チャネルにわたって互いに向かい合って配置されている、チャネル、（ｉｉ）前記第１の壁に隣接して配置された空間エネルギー調節要素であって、前記空間エネルギー調節要素が、前記チャネルにわたって所定のビーム特徴を有するエネルギーを投射することができる、空間エネルギー調節要素を有する流体デバイスを提供するステップ、
    （ｂ）前記チャネルに、生体試料および１つまたは複数のポリマー前駆体を含む反応混合物をロードするステップ、ならびに
    （ｃ）投射されたエネルギーが、前記１つまたは複数のポリマー前駆体を架橋して、チャンバーのポリマーマトリックス壁を形成するように、前記チャネルにわたってエネルギーを投射することによって、１つまたは複数の生物学的構成成分のそれぞれの周りの前記チャネルにおいて１つまたは複数のチャンバーを合成するステップ、
    を含む、方法。
  216. （ｉ）前記流体デバイスが、前記第２の壁に隣接して配置された検出器をさらに含み、前記検出器が、前記１つまたは複数の生物学的構成成分からの光学シグナルを検出することができ、（ｉｉ）前記第１の壁および前記第２の壁が、光学的に透明な材料をそれぞれ含み、（ｉｉｉ）前記空間エネルギー調節要素からの前記投射されたエネルギーが、光を含む、請求項２１５に記載の方法。
  217. 前記チャンバーを合成するステップが、前記検出器によって検出される前記光学シグナルに基づいて、前記１つまたは複数の生物学的構成成分を封入するように、前記チャンバーを位置決めすることを含む、請求項２１６に記載の方法。
  218. 前記所定のビーム特徴が、複数の輪状様形状を含む断面を有するビームを含む、請求項２１７に記載の方法。
  219. 前記所定のビーム特徴が、複数の前記チャンバーを生成するビームを含み、前記チャンバーの一部分が、前記ポリマーマトリックス壁を、複数の前記チャンバーの１つまたは複数の他のチャンバーと共有する、請求項２１７に記載の方法。
  220. 前記チャンバーの前記ポリマーマトリックス壁が、前記第１の表面から前記第２の表面まで延びて、内側をそれぞれ有する１つまたは複数のチャンバーを形成する、請求項２１７に記載の方法。
  221. 前記ロードするステップが、前記反応混合物を撹拌して、前記生物学的構成成分の凝集を低減することを含む、請求項２１７に記載の方法。
  222. 前記第１の表面または前記第２の表面が、前記生体試料の１つまたは複数の所定の生物学的構成成分を特異的に捕捉するための１つまたは複数の捕捉要素を含み、前記ロードするステップが、前記１つまたは複数の捕捉要素が前記１つまたは複数の所定の生物学的構成成分を捕捉することを許容する条件下で、前記反応混合物をインキュベートすることを含む、請求項２１７に記載の方法。
  223. 前記合成するステップの後に、前記反応混合物を除去するステップをさらに含む、請求項２１７に記載の方法。
  224. 前記チャネルに、前記チャンバーに封入された前記生物学的構成成分の１つまたは複数の特徴を決定するための分析アッセイ試薬をロードするステップをさらに含み、前記分析アッセイ試薬が、前記ポリマーマトリックス壁を通過することができ、前記１つまたは複数の特徴を示す１つまたは複数の光学シグナルを生成することができる、請求項２２３に記載の方法。
  225. 前記ポリマーマトリックス壁が、分解剤で処理することによって分解可能であり、前記方法が、
    （ａ）前記分析アッセイ試薬からの前記１つまたは複数の光学シグナルに基づいて、選択された特徴を有する前記生物学的構成成分を有する前記チャンバーの１つまたは複数を特定するステップ、
    （ｂ）前記チャネルに、第２のポリマー前駆体を含む第２の反応混合物をロードするステップであって、前記第２のポリマー前駆体が、少なくとも１つの分解剤に対して分解不可能な第２のポリマーマトリックス壁を形成することができる、ステップ、および
    （ｃ）特定された前記チャンバーを封入する第２のチャンバーを合成するステップ
    をさらに含む、請求項２２４に記載の方法。
  226. 前記チャンバーを分解し、それによって、前記選択された特徴を有する前記生物学的構成成分を単離するステップをさらに含む、請求項２２５に記載の方法。
  227. １つまたは複数の生物学的構成成分を分析する方法であって、
    （ａ）（ｉ）第１の表面を有する第１の壁によって境界を定められるチャネル、（ｉｉ）前記第１の壁に隣接して配置された空間エネルギー調節要素であって、前記空間エネルギー調節要素が、前記チャネル内に前記第１の壁にわたって所定のビーム特徴を有するエネルギーを投射することができる、空間エネルギー調節要素を有する流体デバイスを提供するステップ、
    （ｂ）前記チャネルに、生体試料および１つまたは複数のポリマー前駆体を含む反応混合物をロードするステップ、ならびに
    （ｃ）投射されたエネルギーが、前記１つまたは複数のポリマー前駆体を架橋して、チャンバーのポリマーマトリックス壁を形成するように、前記チャネルにエネルギーを投射することによって、１つまたは複数の生物学的構成成分のそれぞれの周りの前記チャネルにおいて１つまたは複数のチャンバーを合成するステップ、
    を含む、方法。
  228. （ｉ）前記流体デバイスが、前記空間エネルギー調節要素から前記第１の壁の反対に配置された検出器をさらに含み、前記検出器が、前記１つまたは複数の生物学的構成成分からの光学シグナルを検出することができ、（ｉｉ）前記第１の壁が、光学的に透明な材料を含み、（ｉｉｉ）前記空間エネルギー調節要素からの前記投射されたエネルギーが、光を含む、請求項２２７に記載の方法。
  229. 前記チャンバーを合成するステップが、前記検出器によって検出される前記光学シグナルに基づいて、前記１つまたは複数の生物学的構成成分を含むように、前記チャンバーを位置決めすることを含む、請求項２２８に記載の方法。
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