用于自动化生物系统工程的可扩展系统及方法与流程

背景技术：

1、诸如经由细胞转化之基因疗法的医学治疗方法为许多疾病之有前景的治疗选择，该等疾病包括遗传病症、一些类型之癌症及某些病毒感染。尽管基因疗法为有前景的，但目前其为基于将遗传物质(基因)插入至患者细胞中而非使用药物或手术之实验治疗。由于技术之核心为将遗传物质(或任何生物分子)引入活细胞中，因此其本身有风险且具有挑战性，尤其对引起对细胞之损害的危险。基因疗法药剂之当前制造方法包括例如电穿孔制程，其中向活细胞施加极高电场以在细胞之膜中产生短暂开口。通常在光析槽中总体地将电场施加至大量细胞，且给定细胞之电场及进入细胞之材料量均不受任何个别细胞之控制。因此，需要一种新颖系统及技术平台，其相较于用于电穿孔之施加电场对细胞膜造成较少损害，同时提供活细胞之分离以便在流体环境中直接操纵，例如以将遗传物质插入至细胞中。需要对此类新颖系统之需求以推进诸如基因疗法之有前景的治疗技术而无存在于前述方法中之有害副作用。

技术实现思路

1、根据各种实施例，提供一种集成装置。该集成装置包括：膜部分，其具有膜开口，该膜部分具有第一侧及第二侧，该第一侧与该第二侧相对；mems部分，其安置于该膜部分之该第一侧上，该mems部分具有安置于mems空腔内之致动器载物台上的尖锐构件，该尖锐构件具有实质上垂直于该致动器载物台而附接之远程(或基底)部分；及流体部分，其安置于该膜部分之该第二侧上，该流体部分具有用于使流体介质在该流体部分内流动之流体空腔，其中该膜开口提供该mems部分与该流体部分之间的通路且与该尖锐构件之近端部分实质上对准，且在操作中，该尖锐构件之该近端部分移动跨越该膜开口且进入该流体空腔之至少一部分中。

2、根据各种实施例，提供一种集成封装。该集成封装包括：基板；及芯片上实验室(loc)，其安置于该基板上，该loc包含至少一个集成装置，该至少一个集成装置包含：膜部分，其具有膜开口，该膜部分具有第一侧及第二侧，该第一侧与该第二侧相对；mems部分，其安置于该膜部分之该第一侧上，该mems部分具有安置于mems空腔内之致动器

3、载物台上之尖锐构件；及流体部分，其安置于该膜部分之该第二侧上，该流体部分具有用于使流体介质在该流体部分内流动之流体空腔；及流体盖，其形成该loc之该流体部分之表面，该流体盖具有流体入口及流体出口。

4、根据各种实施例，提供一种用于操作集成封装之方法。该方法包括提供电源；提供包含至少一个集成装置之该集成封装，该至少一个集成装置包含：膜部分，其具有膜开口，该膜部分具有在第一侧及第二侧上之第一表面，该第一侧与该第二侧相对；mems部分，其安置于该膜部分之该第一侧上，该mems部分具有安置于经组态为电极之致动器载物台上之尖锐构件及实质上平行于该致动器载物台安置于该膜部分之该第一表面上的拉向电极；及流体部分，其安置于该膜部分的该第二侧上；经由该电源，在该致动器载物台及该拉向电极之间供应电压；基于该所供应电压在该致动器载物台与该拉向电极之间产生静电场；及归因于该致动器载物台与该拉向电极之间的该所产生静电场，致动该尖锐构件移动跨越该膜开口且进入该流体空腔之至少一部分中。

5、根据各种实施例，提供一种用于操作集成装置之方法。该方法包括提供电源；提供该集成装置，该集成装置包含：膜部分，其具有膜开口，该膜部分具有第一侧及第二侧，其中该膜部分之该第二侧包含安置于其上之一或多个捕获位点电极；mems部分，其安置于该膜部分之该第一侧上；及流体部分，其安置于该膜部分之该第二侧上，该流体部分包含在该流体部分中形成流体空腔之流体盖，该流体盖在其上具有表面、至少一个流体入口、至少一个流体出口及安置于该膜开口对面之该流体盖表面上的一或多个反电极；经由该电源，在该一或多个反电极及该一或多个捕获位点电极之间供应ac电压；及接近该膜开口产生具有局部最大值之电场。

6、在下文中详细地论述此等及其他态样及实施。前述信息及以下详细描述包括各个态样及实施之说明性实例，且提供用于理解所主张之态样及实施之性质及特性之概述或框架。图式提供对各个态样及实施之说明及进一步理解，并并入于本说明书中且构成本说明书之一部分。

技术特征：

1.一种集成装置，其包含：

2.根据权利要求1所述的集成装置，其中该膜部分之该第一侧包含安置于该膜部分之第一表面上且邻近于该膜开口及/或至少部分包围该膜开口的一或多个拉向电极。

3.根据权利要求1或2所述的集成装置，其中该膜部分之该第二侧包含部分或完全地嵌入于该膜部分之该第二侧中且邻近于该膜开口的一或多个捕获位点电极之至少一部分。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的集成装置，其中该膜部分之该第二侧包含安置于该膜部分之第二表面上且邻近于该膜开口的一或多个捕获位点电极。

5.根据权利要求4所述的集成装置，其中该流体部分包含安置于该膜开口对面之流体空腔表面上之一或多个反电极，且在操作中，该一或多个反电极及该一或多个捕获位点电极经组态为一或多个电极对。

6.根据权利要求4或5中任一项所述的集成装置，其中该一或多个电极对经组态以捕获该流体介质中之一或多个粒子。

7.根据权利要求6所述的集成装置，其中该一或多个粒子是使用介电泳力来捕获。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的集成装置，其中该致动器载物台悬置于该mems空腔内且由附接至该mems空腔之壁的两个或更多个致动器臂支撑，其中该两个或更多个致动器臂包含至少蛇形图案或导电材料，包含以下中之至少一者：单晶硅，多晶硅，纳米晶硅，非晶硅，氢化非晶硅，金属，金属合金，共晶，陶瓷，复合物，聚合物，掺杂硅，硅之同素异形体，无机玻璃状材料或混合物，无机多晶材料或混合物，无机单晶材料或混合物，包含金属氧化物、类金属氧化物、金属或类金属氮化物、具有氮或其他非类金属或金属元素之金属或类金属氧化物之陶瓷材料，上述材料之掺杂组合，该等上述材料之任何分层堆叠或结构组合。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的集成装置，其中该尖锐构件安置于该致动器载物台之第一表面上，且该mems空腔包含安置于面向该致动器载物台之第二表面之mems空腔表面上的一或多个拉离电极。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的集成装置，其中该流体部分包含流体入口及流体出口，且该流体介质以预定流动速率自该流体入口流动至该流体出口。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的集成装置，其中该尖锐构件能够携载来自以下之清单的一或多个有效载荷：基于核苷酸之分子、dna、rna、病毒dna、环状核苷酸序列、线性核苷酸序列、单股核苷酸、环状dna、质体、线性dna、杂合dna-rna分子、蛋白质、肽、代谢物、病毒、蛋白壳纳米粒子、膜不透性药物、外生胞器、分子探针、纳米尺度装置、纳米尺度传感器、纳米尺度探针、纳米尺度电浆光学开关、纳米碳管、量子点、纳米粒子、抑制性抗体、包括oct4或sox2中之至少一者的刺激转录因子、沉默dna、sirna、hdac抑制剂、dna甲基转移酶抑制剂、增加或减少基因表现之一或多种分子、蛋白质、抗体、酶、一或多个小分子药物。

12.一种集成封装，其包含：

13.一种操作集成装置的方法，其包含：

14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包含：

15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含：

技术总结
本发明揭示一种包含芯片上实验室(LOC)之集成封装。该LOC包括至少一个集成装置，该至少一个集成装置具有：膜部分，其具有膜开口，该膜部分具有第一侧及第二侧，该第一侧与该第二侧相对；MEMS部分，其安置于该膜部分之该第一侧上，该MEMS部分具有安置于MEMS空腔内之致动器载物台上的尖锐构件；及流体部分，其安置于该膜部分之该第二侧上，该流体部分具有用于使流体介质在该流体部分内流动之流体空腔；及流体盖，其形成该LOC之该流体部分之表面，该流体盖具有流体入口及流体出口。操作该LOC之方法包括为该至少一个集成装置供电以捕获一或多个粒子以供询问。

技术研发人员：马克·A·玮伯,马可·S·秋立简,劳伦·M·欧托
受保护的技术使用者：美商梅柯诺斯公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16