介电材料

文档序号：704210 发布日期：2021-04-13 浏览：121次 >En<

阅读说明：本技术 介电材料 (Dielectric material ) 是由胡安·帕布鲁·希内斯特罗萨萨拉扎拉加拉姆·克里斯南斯科特·康拉德逊泰勒·李·哈里斯罗于 2019-04-01 设计创作，主要内容包括：本公开内容描述了包括含有电介质的材料的方法、装置和系统。在多个方面,层叠或嵌入有这些电介质的电极可为广泛的应用提供增强的性能,例如增强利用动电场对诸如生物分子或颗粒(核酸、病毒)等分析物的分离。(The present disclosure describes methods, devices, and systems that include a material comprising a dielectric. In various aspects, electrodes laminated or embedded with these dielectrics can provide enhanced performance for a wide range of applications, for example, enhanced separation of analytes such as biomolecules or particles (nucleic acids, viruses) using electrokinetic fields.)

介电材料

交叉引用

本专利申请要求于2018年4月2日提交的第62/651,659号美国临时专利申请的权益，该临时申请通过引用整体并入本文。

背景技术

在从复杂样品中表征和分离分析物方面(包括从生物样品中分离诸如核酸或病毒颗粒等生物分子)已取得进展以用于下一代测序、免疫测定或其他诊断应用。这些技术和其他技术有望改变医学、可再生能源、生物安全和农业等众多领域。然而，用这些先进方法有效分离适用于分析的分析物的装置、方法、组合物和系统没有跟上发展步伐，这可能成为限制。

发明内容

本文公开的本方法、装置、过程和系统满足了对从样品中分离和/或定量分析物的改进方法的需求。本文提供的某些方面的特定属性包括用于分离分析物的包含介电材料的装置。在一些实施方案中，该介电材料与电极一起使用。在一些实施方案中，本方法、装置、过程和系统可用于分离和/或分开分析物，诸如细胞游离核酸、外来体、高分子量(mw)核酸(包括高分子量DNA)、寡核苷酸-核小体(oligo-nucleosome)复合物、核小体、聚集蛋白质、囊泡结合的DNA、细胞膜碎片和细胞碎屑、蛋白质、脂质、病毒或来自稀释和/或复杂流体(诸如血液、环境样品或任何其他包含分析物的样品源)中的其他分析物。在其他方面，本发明使用少量的起始材料，实现了高纯度分析物的分离，并且适于多重和高通量操作。

在一方面，本文公开了一种用于捕获分析物的装置，其包括：a)被配置为生成动电场区(electrokinetic field region)的电极；以及b)与所述电极的至少一部分接触的层，其中所述层包含介电材料且厚度小于100埃。在一些实施方案中，所述电极用AC通电。在一些实施方案中，所述电极用DC通电。在一些实施方案中，所述动电场包括介电泳场、电热场、电渗场或其组合。在一些实施方案中，所述层的厚度为约5埃至约25埃。在一些实施方案中，所述层的厚度为约13埃至约19埃。在一些实施方案中，所述层的厚度为约16埃。在一些实施方案中，所述层的厚度不超过50埃。在一些实施方案中，所述介电材料包括准金属氧化物、准金属氮化物、准金属碳化物、准金属硅化物或其组合。在一些实施方案中，所述准金属选自硼、硅、锗、砷、锑、碲及其组合。在一些实施方案中，所述介电材料包括非金属，和硼、硅、锗、砷、锑、碲中的至少一种，或其任意组合。在一些实施方案中，所述非金属选自氧、碳、硅、硒、氮及其组合。在一些实施方案中，所述介电材料还包括金属。在一些实施方案中，所述金属选自铂、钌、铑、铱、锰、镁、钨、锆、铬、金、铁、铝、钽、镓、铜、银、黄铜、锌、锡、镍、钯、钛、钴、铟、铋、铅、镧、铪、钇及其组合。在一些实施方案中，所述金属选自钙、镁、锶、钡及其组合。在一些实施方案中，所述金属选自铝、锌、镓、铟、镉、汞、铊、铅、铋、锑、锗及其组合。在一些实施方案中，所述金属选自铂、钌、铑、铱、锰、钨、锆、铬、金、铁、钽、铜、银、黄铜、锌、锡、镍、钯、钛、钛、铅、镧、铪、钇及其组合。在一些实施方案中，所述介电材料包括有机或无机聚合物。在一些实施方案中，所述聚合物是氟化的。在一些实施方案中，所述介电材料包括陶瓷。在一些实施方案中，所述介电材料包括高κ介电材料。在一些实施方案中，所述介电材料包括低κ介电材料。在一些实施方案中，所述介电材料包括介电常数不超过3的材料。在一些实施方案中，所述介电材料具有不超过4的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有不超过10的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有至少为4的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有约2至约10的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有至少为10的介电常数。在一些实施方案中，所述层包含选自硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钛、锗、聚四氟乙烯、氯丁橡胶、聚偏二氟乙烯、二氧化硅、二氧化钛、氟硅酸盐玻璃、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、甲基倍半硅氧烷，聚亚芳基醚、聚乙烯、聚苯乙烯、碳酸钙及其组合的材料。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-5Ω·m至约10²⁵Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-2Ω·m至约10²⁰Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10Ω·m至约10¹⁵Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10³Ω·m至约10¹²Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-5Ω·m至约10⁶Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-4Ω·m至约10⁷Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述电极包含导电材料。在一些实施方案中，所述导电材料具有约10^-8Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述导电材料具有约10^-8Ω·m至约10^-5Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述导电材料具有约10^-4Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，介电材料与导电材料的比例为约0.01:2至约99:1。在一些实施方案中，介电材料与导电材料的比例为约0.1:2至约0.7:2。在一些实施方案中，介电材料与导电材料的比例为约0.3:2。在一些实施方案中，所述导电材料包括以下至少一种：铂、金、铝、钽、砷化镓、铜、银、黄铜、锌、锡、镍、硅、钯、钛、石墨、碳及其组合。在一些实施方案中，所述电极包含金属。在一些实施方案中，所述电极包含混合金属氧化物。在一些实施方案中，所述混合金属氧化物选自氧化铂、氧化钛、氧化锆、氧化铌、氧化钽、氧化钨及其组合。在一些实施方案中，所述电极包含混合金属碳化物。在一些实施方案中，所述混合金属碳化物选自碳化铂、碳化钛、碳化锆、碳化铌、碳化钽、碳化钨及其组合。在一些实施方案中，所述电极包含混合金属氮化物。在一些实施方案中，所述混合金属氮化物选自氮化铂、氮化钛、氮化锆、氮化铌、氮化钽、氮化钨及其组合。在一些实施方案中，所述电极具有约10^-8Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述电极具有约10^-6Ω·m至约10^-4Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述电极具有约10^-6Ω·m至约10^-3Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述组合物包含多个电极。在一些实施方案中，各个电极的中心基本上不存在所述导电材料。在一些实施方案中，所述多个电极以阵列形式配置。在一些实施方案中，所述多个电极以三维形式配置。在一些实施方案中，所述导电材料被配置为开口盘形、波浪线形、空心管形、空心三角管或具有突出中心的空心环中的不连续弯曲线。在一些实施方案中，所述电极的最大尺寸为约40μm至约1000μm。在一些实施方案中，所述电极的最大尺寸为约40μm至约500μm。在一些实施方案中，所述电极的最大尺寸为约40μm至约100μm。在一些实施方案中，所述电极的厚度为约100nm至约500nm。在一些实施方案中，所述电极的厚度为约50nm至约200nm。在一些实施方案中，所述电极的厚度为约100nm至约1μm。在一些实施方案中，所述电极涂覆有聚合物层。在一些实施方案中，所述聚合物层是多孔的。在一些实施方案中，所述聚合物层还包含介电材料。在一些实施方案中，所述聚合物层包含共聚物。在一些实施方案中，所述聚合物层包含聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙6,6、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯乙烯、聚异戊二烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或其任意组合。在一些实施方案中，所述聚合物层包含聚甲基丙烯酸羟乙酯。在一些实施方案中，所述聚合物层包含水凝胶。在一些实施方案中，所述水凝胶具有约0.01微米至1微米的厚度。在一些实施方案中，所述水凝胶具有约0.01微米至0.1微米的厚度。在一些实施方案中，所述水凝胶具有约0.1微米至1微米的厚度。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约0.01％至约99.99％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约0.01％至约50％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约50％至约99.99％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约25％至约75％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约1％至约25％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约0.01％至约10％。

本文还公开了一种用于捕获分析物的装置，其包括：a)被配置为生成动电场区的电极；以及b)与所述电极的至少一部分接触的层，其中所述层包含介电材料且厚度为100埃至约10,000埃。在一些实施方案中，所述电极用AC通电。在一些实施方案中，所述电极用DC通电。在一些实施方案中，所述动电场包括介电泳场、电热场、电渗场或其组合。在一些实施方案中，所述介电材料包括准金属氧化物、准金属氮化物、准金属碳化物、准金属硅化物或其组合。在一些实施方案中，所述准金属选自硼、硅、锗、砷、锑、碲及其组合。在一些实施方案中，所述介电材料包括非金属，和硼、硅、锗、砷、锑、碲中的至少一种，或其任意组合。在一些实施方案中，所述非金属选自氧、碳、硅、硒、氮及其组合。在一些实施方案中，所述介电材料还包括金属。在一些实施方案中，所述金属选自铂、钌、铑、铱、锰、镁、钨、锆、铬、金、铁、铝、钽、镓、铜、银、黄铜、锌、锡、镍、钯、钛、钴、铟、铋、铅、镧、铪、钇及其组合。在一些实施方案中，所述金属选自钙、镁、锶、钡及其组合。在一些实施方案中，所述金属选自铝、锌、镓、铟、镉、汞、铊、铅、铋、锑、锗及其组合。在一些实施方案中，所述金属选自铂、钌、铑、铱、锰、钨、锆、铬、金、铁、钽、铜、银、黄铜、锌、锡、镍、钯、钛、钛、铅、镧、铪、钇及其组合。在一些实施方案中，所述介电材料包括有机或无机聚合物。在一些实施方案中，所述聚合物是氟化的。在一些实施方案中，所述介电材料包括陶瓷。在一些实施方案中，所述介电材料包括高κ介电材料。在一些实施方案中，所述介电材料包括低κ介电材料。在一些实施方案中，所述介电材料包括介电常数不超过3的材料。在一些实施方案中，所述介电材料具有不超过4的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有不超过10的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有至少为4的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有约2至约10的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有至少为10的介电常数。在一些实施方案中，所述层的厚度为100埃至约1000埃。在一些实施方案中，所述层的厚度为约1000埃至约10,000埃。在一些实施方案中，所述层包含选自硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钛、锗、聚四氟乙烯、氯丁橡胶、聚偏二氟乙烯、二氧化硅、二氧化钛、氟硅酸盐玻璃、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、甲基倍半硅氧烷，聚亚芳基醚、聚乙烯、聚苯乙烯、碳酸钙及其组合的材料。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-5Ω·m至约10²⁵Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-2Ω·m至约10²⁰Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10Ω·m至约10¹⁵Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10³Ω·m至约10¹²Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-5Ω·m至约10⁶Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-4Ω·m至约10⁷Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述电极包含导电材料。在一些实施方案中，所述导电材料具有约10^-8Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述导电材料具有约10^-8Ω·m至约10^-5Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述导电材料具有约10^-4Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，介电材料与导电材料的比例为约0.01:2至约99:1。在一些实施方案中，介电材料与导电材料的比例为约0.1:2至约0.7:2。在一些实施方案中，介电材料与导电材料的比例为约0.3:2。在一些实施方案中，所述导电材料包括以下至少一种：铂、金、铝、钽、砷化镓、铜、银、黄铜、锌、锡、镍、硅、钯、钛、石墨、碳及其组合。在一些实施方案中，所述电极包含金属。在一些实施方案中，所述电极包含混合金属氧化物。在一些实施方案中，所述混合金属氧化物选自氧化铂、氧化钛、氧化锆、氧化铌、氧化钽、氧化钨及其组合。在一些实施方案中，所述电极包含混合金属碳化物。在一些实施方案中，所述混合金属碳化物选自碳化铂、碳化钛、碳化锆、碳化铌、碳化钽、碳化钨及其组合。在一些实施方案中，所述电极包含混合金属氮化物。在一些实施方案中，所述混合金属氮化物选自氮化铂、氮化钛、氮化锆、氮化铌、氮化钽、氮化钨及其组合。在一些实施方案中，所述电极具有约10^-8Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述电极具有约10^-6Ω·m至约10^-4Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述电极具有约10^-6Ω·m至约10^-3Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述组合物包含多个电极。在一些实施方案中，各个电极的中心基本上不存在所述导电材料。在一些实施方案中，所述多个电极以阵列形式配置。在一些实施方案中，所述多个电极以三维形式配置。在一些实施方案中，所述导电材料被配置为开口盘形、波浪线形、空心管形、空心三角管或具有突出中心的空心环中的不连续弯曲线。在一些实施方案中，所述电极的最大尺寸为约40μm至约1000μm。在一些实施方案中，所述电极的最大尺寸为约40μm至约500μm。在一些实施方案中，所述电极的最大尺寸为约40μm至约100μm。在一些实施方案中，所述电极的厚度为约100nm至约500nm。在一些实施方案中，所述电极的厚度为约50nm至约200nm。在一些实施方案中，所述电极的厚度为约100nm至约1μm。在一些实施方案中，所述电极涂覆有聚合物层。在一些实施方案中，所述聚合物层是多孔的。在一些实施方案中，所述聚合物层还包含介电材料。在一些实施方案中，所述聚合物层包含共聚物。在一些实施方案中，所述聚合物层包含聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙6,6、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯乙烯、聚异戊二烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或其任意组合。在一些实施方案中，所述聚合物层包含聚甲基丙烯酸羟乙酯。在一些实施方案中，所述聚合物层包含水凝胶。在一些实施方案中，所述水凝胶具有约0.01微米至1微米的厚度。在一些实施方案中，所述水凝胶具有约0.01微米至0.1微米的厚度。在一些实施方案中，所述水凝胶具有约0.1微米至1微米的厚度。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约0.01％至约99.99％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约0.01％至约50％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约50％至约99.99％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约25％至约75％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约1％至约25％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约0.01％至约10％。

本文还提供了用于捕获分析物的装置，所述装置包括含有铂的电极，其中所述电极被配置为生成AC介电泳场区；以及与所述电极的一部分接触的层，其中所述层的厚度小于100埃；包含介电材料和导电材料，其中半导电材料与导电材料的比例为约0.3/2；并且所述层的存在导致所述装置的电导率降低30％。

本文还提供了用于捕获分析物的装置，所述装置包括含有铂的电极，其中所述电极被配置为生成AC介电泳场区；以及与所述电极的一部分接触的层，其中所述层的厚度小于100埃；包含介电材料和导电材料，其中半导电材料与导电材料的比例为约0.15:1；并且所述层的存在导致所述装置的电导率降低30％。

本文还提供了用于分离样品中的分析物的方法，所述方法包括：将所述样品施加到本文提供的装置上；产生至少一个AC介电泳和/或AC动电场区；以及在所述AC介电泳和/或AC动电场区中分离所述分析物。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致表面上捕获的分析物增加。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致表面上捕获的分析物增加至少5倍。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致表面上捕获的分析物增加至少50倍。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致表面上捕获的分析物增加至少100倍。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致表面上捕获的分析物增加至少200倍。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致表面上捕获的分析物增加至少500倍。在一些实施方案中，所述分析物包含生物分子。在一些实施方案中，所述分析物包含核酸、核小体、外来体、细胞外囊泡、聚集蛋白质、病毒、原核细胞、细胞膜碎片、线粒体、细胞囊泡或其任意组合。在一些实施方案中，所述分析物包含病毒。在一些实施方案中，所述分析物包含细胞游离物质。在一些实施方案中，所述分析物包含细胞游离核酸。在一些实施方案中，所述样品包含流体。在一些实施方案中，所述流体包含细胞。在一些实施方案中，所述细胞包括原核细胞。在一些实施方案中，所述细胞包括真核细胞。在一些实施方案中，所述流体具有100mS/m或更高的电导率。在一些实施方案中，所述流体具有小于100mS/m的电导率。在一些实施方案中，所述分析物的最大尺寸不超过1微米。在一些实施方案中，所述分析物的最大尺寸不超过0.1微米。在一些实施方案中，所述分析物的最大尺寸不超过50纳米。在一些实施方案中，所述分析物具有不超过1纳克的质量。在一些实施方案中，所述分析物具有不超过1皮克的质量。在一些实施方案中，所述分析物具有不超过10⁹克/摩尔的分子量。在一些实施方案中，所述分析物具有不超过10⁶克/摩尔的分子量。在一些实施方案中，所述分析物具有不超过10³克/摩尔的分子量。在一些实施方案中，所述分析物具有约1至约100的介电常数。在一些实施方案中，所述分析物具有约1至约20的介电常数。在一些实施方案中，所述分析物具有约6至约11的介电常数。

本文还提供了用于制造本文所述的任何装置的方法，其包括使用至少一种沉积技术将所述层沉积在所述电极上。在一些实施方案中，所述沉积技术选自电子束沉积、电极溅射沉积、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、脉冲激光沉积和化学气相沉积。在一些实施方案中，所述沉积技术包括溅射沉积。在一些实施方案中，所述溅射沉积包括离子束溅射、反应溅射、离子辅助溅射、高靶材利用率溅射、高功率脉冲磁控管溅射或气流溅射。

本文还提供了诊断或监测患者的疾病或病况的方法，其包括将样品施加到本文所述的任一种装置上。

附图说明

本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述以及附图，将会获得对本发明的特征和优点更好的理解，在这些附图中：

图1显示了示例性装置的俯视图。

图2显示了现有技术的装置，其中介电材料部分覆盖金属电极。

图3示出了电极配置的示例性图示，其中在金属电极上具有可穿透的介电层。

图4显示了从包含细胞的流体中分离细胞游离核酸的示例性方法。

图5例示了铂导电电极上的介电层的SEM图和原子能级图示。

图6例示了通过俄歇光谱法获得的涂覆有电介质的金属导电电极的顶部80埃的深度分布。X轴表示从0到88的深度(单位为埃)。Y轴表示从0到100％的百分比丰度。

图7例示了使用介电泳装置的核酸捕获性能(信号以1×10⁴至1×10⁸的荧光单位测量)，该介电泳装置包含涂覆有0埃至48埃的各种厚度(深度)的介电层的金属导电电极。

具体实施方式

本文描述了包含介电材料的方法、装置、系统和组合物。在本文公开的方法、装置和系统的特定方面，电极层叠有或掺有介电材料。在一些情况下，方法、装置和系统适于从流体组合物(包括分析物)中分离或分开颗粒或分子。在具体的实施方案中，本文提供了用于从包含细胞或其他颗粒物质的流体中分离或分开生物分子的方法、装置和系统。在一些方面，所述方法、装置和系统可允许在流体组合物中快速分开颗粒和分子。在其他方面，所述方法、装置和系统可允许在流体组合物中将分子和颗粒快速分离。在多个方面，所述方法、装置和系统可允许快速程序，该快速程序需要最少量的物质。在一些方面，所述方法、装置和系统可将分子从诸如血液或环境样品等复杂流体中分离出来。在多个实施方案中，所述方法、装置和系统包括将流体施加到包括含有介电材料的电极阵列并且能够生成动电力(例如，当电极阵列通有直流电、交流电或直流电和交流电时)的装置上。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统包括通电以产生介电泳场的电极。在一些实施方案中，本文所述的方法、装置、组合物和系统用于预测、诊断、治疗、评价或预防疾病或病况。

在一些实施方案中，本文所述的电极用交流电(AC)充电。在一些实施方案中，本文所述的电极用直流电(DC)充电。在一些实施方案中，包含介电材料的电极阵列生成用于介电泳(DEP)应用的电场。在一些情况下，该电场是非均匀的。在一些实施方案中，介电泳场是AC动电力(ACE)效应的组成部分。在多个实施方案中，AC动电力效应的组成部分为AC电渗或AC电热效应。在一些实施方案中，包括介电泳场的AC动电力包括高场区(正DEP，即存在由于非均匀电场而导致的高密度电场线的区域)和/或低场区(负DEP，即存在由于非均匀电场而导致的低密度电场线的区域)。

在一些实施方案中，介电泳场是DC动电力效应的组成部分。在多个实施方案中，DC动电力效应的组成部分为DC电渗或DC电热效应。在一些实施方案中，DC电极和AC电极均用于本文所述的方法、装置、系统和组合物。在一些实施方案中，DC是连续或脉冲的，以促进分析物或其他样品组分在装置上的电泳运动，从而分离和/或分析分析物。在一些实施方案中，DC独立地或与AC电极协同分离分析物，例如不同分子量的核酸。

本文所述方法的不同步骤或本文所述装置或系统的不同方面可用来分离和分开不同的组分，如完整的细胞或其他特定物质；进一步地，在本文所述方法的不同步骤或装置和系统的不同方面中可使用施加A/C或D/C动电力的不同场区。该力不需要颗粒带电荷。在一些情况下，该力的强度取决于介质和特定颗粒的电性质、颗粒的形状和大小以及电场的频率。在一些情况下，特定频率的场选择性地操控颗粒。在本文所述的某些方面，这些过程允许将细胞和/或更小的颗粒(例如分子，包括核酸分子)与其他组分(例如，在流体介质中)分离，或彼此相互分离。

包含介电材料的电极

在多个实施方案中，通过如本文所述使包含介电材料的电极或电极阵列选择性地通电而创建动电(诸如A/C动电学和D/C动电学)场。在一些实施方案中，该A/C动电场和D/C动电场为介电泳(DEP)场。在一些实施方案中，该DEP场为AC介电泳场。在一些实施方案中，该DEP场为DC介电泳场。在一些实施方案中，A/C动电场或DEP场用于分离分析物，诸如分析物和/或生物分子。这样的材料可提供多个优势。在一些情况下，采用一层或多层介电材料覆盖、嵌入、掺入、制造、蚀刻、层叠或涂覆电极结构(例如，阵列)可减少有害的电化学效应，包括但不限于可能在电极上或电极附近发生的电解反应、加热和无序的流体运动，但仍然允许对细胞、细菌、病毒、纳米颗粒、DNA和其他生物分子进行有效的分离。在一些实施方案中，层叠在电极结构上的材料是介电材料，诸如绝缘体或半导体。在一些实施方案中，聚合物层叠在电极结构上。在一些实施方案中，聚合物包含介电材料或含有介电材料的颗粒。在一些实施方案中，聚合物包含水凝胶。

此外，这样的介电材料可提供意想不到的优势。在一些实施方案中，此类层或涂层的存在提高了电极的效率，减少了检测所需的分析物的量，增加了分析物捕获的总产率，增加或改变了可被捕获的分析物的数量和类型，或者优化了用于另一下游应用(诸如分析物检测和分析)的过程。在一些应用中，出乎意料的是，带有介电层的电极完全可以提高分析物捕获的效率。在某些情况下，可能已经预料到向电极添加介电层会像污染物一样对电极的性能产生负面影响。

本文所述的实施方案中的电极包含有含有特定厚度的层的介电层，其可以提供本文所述的先前未认识到的益处(例如，降低的分析物需求，更高的分离产率，其他益处)。在一些实施方案中，厚度均匀或近似均匀的层的存在导致在制造和分析物捕获期间具有更高的一致性，并提高了分析物捕获的效率。

本文提供了包含介电材料的装置和组合物。多种材料可用作介电材料。在一些方面，该层包含诸如硅、钛、锗、钙、铬、钴、铝、钡、锶、铪、镧、钇、钽、镨、锆、铒、铅、氟等元素、符合规范的任何其他元素或其任意组合。在多个实施方案中，该介电材料层包含元素的氧化物、氮化物、硅化物、碳化物或碳酸盐。在多个实施方案中，该材料层包含氮化物或氮氧化物。

介电层可以包含低κ介电材料。在一些实施方案中，低κ介电材料具有不超过3的介电常数。在一些实施方案中，低κ介电材料具有不超过4的介电常数。在一些实施方案中，该介电材料掺杂有碳。在一些实施方案中，该介电材料是碳掺杂的二氧化硅。在一些实施方案中，该介电材料是类金刚石碳(“黑金刚石”或氟化类金刚石碳)。在一些实施方案中，该介电材料包含芳香族热固性材料。在一些实施方案中，该介电材料包含倍半硅氧烷，诸如氢倍半硅氧烷或甲基倍半硅氧烷。在一些实施方案中，该介电材料包含有机二氧化硅玻璃。在一些实施方案中，该介电材料包含氟硅酸盐玻璃。在一些实施方案中，该介电材料包含LK或(SiOC)。

介电层可以包含高κ介电材料。在一些实施方案中，低κ介电材料具有至少为4的介电常数。在一些实施方案中，低κ介电材料具有至少为10的介电常数。在一些实施方案中，低κ介电材料具有至少为20的介电常数。在一些实施方案中，该介电材料包含硅、铝、锆、铪、镧、钽、钛或其任意组合。在一些实施方案中，该介电材料包含氮化硅、氧化铝、硅酸锆、硅酸铪、氧化锆、氧化铪、氧化镧、氧化钽、氧化钛或其任意组合。

介电层可以包含介电材料，诸如聚合物。在一些实施方案中，该聚合物是有机聚合物(聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚-4-乙烯基苯酚、聚偏二氟乙烯等)。在一些实施方案中，该介电材料包含PTFE(聚四氟乙烯)、聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚偏二氯乙烯、尼龙、聚丙烯腈、聚亚芳基、聚对二甲苯-N、聚对二甲苯F、聚氯丁烯橡胶、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚降冰片烯、聚萘、苯并环丁烯、干凝胶或其任意组合。

另外的示例性介电材料包括硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、二氧化硅、氧化钛、锗、聚四氟乙烯、氯丁橡胶、聚偏二氟乙烯、二氧化硅、二氧化钛、氟硅酸盐玻璃、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、甲基倍半硅氧烷、聚亚芳基醚、聚乙烯、聚苯乙烯、氧化铝、碳酸钙或其组合。在一些实施方案中，该层包含氧化硅，其中氧化硅是具有氧和硅的组合的材料，例如二氧化硅。在一些情况下，该层包含适用于本文所述的电极组合物的材料。在一些情况下，该层包含电极中存在的元素(诸如金属)的氧化物、硅化物、氮化物或碳化物。

该介电材料可以包含陶瓷，诸如电子陶瓷。在一些实施方案中，多种陶瓷包含诸如钛、锆、钡、钙、锶、镁、锌、镧、钕、铅、铌、钽、氧化物、锆、铍、锡、铟、钇、铬、钴、钆、铝、铁等元素或其任意组合。在一些实施方案中，陶瓷包含钛酸锆钡、钛酸锶、钛酸钙、钛酸镁、钛酸钙镁、钛酸锌、钛酸镧和钛酸钕、锆酸钡、锆酸钙、铌酸铅镁、铌酸铅锌、铌酸锂、锡酸钡、锡酸钙、硅酸镁铝、硅酸镁、钽酸钡、二氧化钛、氧化铌、氧化锆、二氧化硅、蓝宝石、氧化铍、钛酸锆锡、氧化铟锡、镧掺杂的钛酸锶、钇掺杂的钛酸锶、氧化钇稳定化的氧化锆、钆掺杂的钛酸锶、镧锶镓镁酸盐(lanthanum strontium gallate magnesite)、β氧化铝、β”氧化铝、钛酸锆酸铅、钛酸钡、石英、铁氧体、氧化铁、碳酸锶、亚锰酸镧锶或其任意组合。

电极还可以包含至少一个多孔层。在一些实施方案中，包含介电材料的层位于多孔层的上面或下面。在其他实施方案中，将包含本文所述的介电材料的颗粒嵌入或添加到多孔层中。在一些实施方案中，该一个或多个多孔层是聚合物层。在一些实施方案中，聚合物层包含聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙6,6、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜、聚苯乙烯、聚异戊二烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯。在其他实施方案中，该一个或多个多孔聚合物层是水凝胶。在一些实施方案中，该多孔层包含介电材料。

通常，多孔聚合物层应具有足够的机械强度且为化学上相对惰性的，从而使其能够经受在电极表面上的电化学作用，而不发生解构或分解。通常，多孔聚合物层对小水性离子而言具有足够的渗透性，但使生物分子远离电极表面。

在一些实施方案中，包含介电材料的层位于多孔聚合物层的上面或下面。在一些实施方案中，将包含介电材料的颗粒嵌入到多孔聚合物层中。例如，多孔聚合物层在包含介电材料的颗粒存在下生长，从而将其嵌入多孔聚合物层中。在一些实施方案中，通过形成溶胶-凝胶将介电材料嵌入多孔聚合物层中。在一些实施方案中，在合成多孔聚合物层之后将包含介电材料的颗粒嵌入到多孔聚合物层中。在其他实施方案中，多孔聚合物层包含共聚物。在一些实施方案中，该共聚物包含本文所述的至少一种聚合物和介电材料。在一些实施方案中，该共聚物包含HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)和介电材料。在一些实施方案中，该共聚物包含多孔聚合物材料和多晶硅。在一些实施方案中，该共聚物包含HEMA和多晶硅。在一些实施方案中，该多孔聚合物层包含水凝胶材料。

可以将包含介电材料的颗粒嵌入到一个或多个多孔聚合物层中，并且这些颗粒可以包含多种大小和组合物。在一些情况下，此类嵌入颗粒改善了下层电极用于分析物捕获或分离的性能。例如，在一些实施方案中，颗粒与单个原子一样小，或者更大。在一些实施方案中，包含介电材料的颗粒的直径不超过10、20、50、100、200、500、800埃或不超过1000埃。在一些实施方案中，介电材料的直径不超过10、20、50、100、200、500、800、1000、2000、5000、8000埃或不超过10,000埃。在一些实施方案中，包含介电材料的颗粒的直径为约10埃至约50埃、约30埃至约200埃、约50埃至约500埃、约200埃至约1000埃或约50埃至约1000埃。在一些实施方案中，包含介电材料的颗粒的直径为1nm至约10,000nm、约10nm至约10,000nm、约50nm至约10,000nm、约100nm至约10,000nm、约200nm至约10,000nm、约200nm至约1,000nm、约500nm至约10,000nm、约1nm至约100nm、约1nm至约200nm、约100nm至约500nm或约200nm至约5000nm。

多孔聚合物层可以包含单个层或多个较小层，其中每个层可以具有不同的组成或性质。在一些实施方案中，该多孔聚合物层是单个层或者涂层。在一些实施方案中，该多孔聚合物层包含孔隙率梯度，其中该多孔聚合物层的底部比该多孔聚合物层的顶部具有更大的孔隙率。在一些实施方案中，该多孔聚合物层包含多个层或涂层。在一些实施方案中，该多孔聚合物层包含两个涂层。在一些实施方案中，该多孔聚合物层包含三个涂层。在一些实施方案中，底部(第一)涂层比后续涂层具有更大的孔隙率。在一些实施方案中，顶部涂层比第一涂层具有更小的孔隙率。在一些实施方案中，顶部涂层具有充当直径大于100皮米的颗粒的大小截止值的平均孔径。在一些实施方案中，顶部涂层具有充当直径大于1000皮米的颗粒的大小截止值的平均孔径。在一些实施方案中，顶部涂层具有充当直径大于500皮米的颗粒的大小截止值的平均孔径。在一些实施方案中，顶部涂层具有充当直径大于约10、20、50、80、100、200、500、800皮米或大于约1000皮米的颗粒的大小截止值的平均孔径。在一些实施方案中，一个或多个多孔聚合物层或涂层还包含介电材料。

多孔聚合物层的电导率可影响用于分析物分离或捕获的下层电极的性能，并且通过选择材料、所嵌入的介电材料、合成方法或影响多孔聚合物层的电导率的其他性质来获得期望的电导率。在一些实施方案中，该多孔聚合物层包含水凝胶。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.001S/m至约10S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.01S/m至约10S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1S/m至约10S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约1.0S/m至约10S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.01S/m至约5S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.01S/m至约4S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.01S/m至约3S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.01S/m至约2S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1S/m至约5S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1S/m至约4S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1S/m至约3S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1S/m至约2S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1S/m至约1.5S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1S/m至约1.0S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.2S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.3S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.4S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.5S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.6S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.7S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.8S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.9S/m的电导率。在一些实施方案中，水凝胶具有约1.0S/m的电导率。

可以在层的合成期间控制多孔聚合物层的厚度，并且各种厚度有利于电极性能以进行分析物分离或捕获。在一些实施方案中，该多孔聚合物层包含水凝胶。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.01微米至约10微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.05微米至约10微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.01微米至约1微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.01微米至约0.5微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.05微米至约0.1微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.01微米至约5微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.05微米至约5微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1微米至约10微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1微米至约5微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1微米至约4微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1微米至约3微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.1微米至约2微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约1微米至约5微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约1微米至约4微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约1微米至约3微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约1微米至约2微米的厚度。在一些实施方案中，水凝胶具有约0.5微米至约1微米的厚度。

多孔聚合物层材料和介电材料的选择可以影响在沉积到电极上之前多孔聚合物层溶液的粘度。在一些实施方案中，不同的粘度和厚度也用于不同的层。在一些实施方案中，该多孔聚合物层包含水凝胶。在一些实施方案中，水凝胶溶液在旋涂或沉积到电极上之前的粘度为约0.5cP至约5cP。在一些实施方案中，单涂层水凝胶溶液在旋涂或沉积到电极上之前具有约0.75cP至5cP的粘度。在一些实施方案中，在多涂层水凝胶中，第一水凝胶溶液在旋涂或沉积到电极上之前具有约0.5cP至约1.5cP的粘度。在一些实施方案中，第二水凝胶溶液具有约1cP至约3cP的粘度。水凝胶溶液的粘度是基于溶剂中的聚合物浓度(0.1％-10％)和聚合物分子量(10,000至300,000)以及溶剂的起始粘度。在一些实施方案中，第一水凝胶涂层具有约0.5微米至1微米的厚度。在一些实施方案中，第一水凝胶涂层具有约0.5微米至0.75微米的厚度。在一些实施方案中，第一水凝胶涂层具有约0.75至1微米的厚度。在一些实施方案中，第二水凝胶涂层具有约0.2微米至0.5微米的厚度。在一些实施方案中，第二水凝胶涂层具有约0.2至0.4微米的厚度。在一些实施方案中，第二水凝胶涂层具有约0.2至0.3微米的厚度。在一些实施方案中，第二水凝胶涂层具有约0.3至0.4微米的厚度。在一些实施方案中，多层水凝胶包含一层或多层介电材料。在一些实施方案中，多层水凝胶的一层或多层包含介电材料。任何数量的不同水凝胶厚度是合适的，并且取决于材料的类型和水凝胶的期望性能特征。

在一些实施方案中，多孔聚合物层包含形成多孔聚合物层的任何合适的合成聚合物。通常，任何足够亲水且可聚合的分子可用于产生如本文所公开地使用的合成聚合物多孔聚合物层。在一些实施方案中，在多孔聚合物层形成期间将本文所述的介电材料与可聚合分子混合。单体中的可聚合部分可包括烯基部分，包括但不限于：取代或未取代的α,β不饱和羰基，其中双键直接连接至碳，该碳与氧形成双键，并与另一个氧、氮、硫、卤素或碳形成单键；乙烯基，其中双键与氧、氮、卤素、磷或硫形成单键；烯丙基，其中双键与碳形成单键，该碳与氧、氮、卤素、磷或硫键合；高烯丙基(homoallyl)，其中双键与碳形成单键，该碳与另一个碳形成单键，然后该另一个碳与氧、氮、卤素、磷或硫形成单键；炔基部分，其中在两个碳原子之间存在三键。在一些实施方案中，丙烯酰基或丙烯酰胺基单体，如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺等，可用于形成如本文公开的多孔聚合物层。更优选的丙烯酰胺基单体包括丙烯酰胺、N-取代的丙烯酰胺、N-取代的甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺。在一些实施方案中，多孔聚合物层包含聚合物，如基于环氧化物的聚合物、基于乙烯基的聚合物、基于烯丙基的聚合物、基于高烯丙基的聚合物、基于环酐的聚合物、基于酯的聚合物、基于醚的聚合物、基于亚烷基-二醇的聚合物(例如，聚丙二醇)等。在一些实施方案中，多孔聚合物层包含聚(甲基丙烯酸-2-羟乙酯)(pHEMA)、醋酸纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素或任何合适的丙烯酰胺或基于乙烯基的聚合物，或它们的衍生物。在一些实施方案中，具有能够与聚合物形成共价键或非共价键的官能团的介电材料用于构建共聚物。在一些实施方案中，多孔聚合物层包含金属-有机框架。

使用本领域技术人员已知的多种技术来施加多孔聚合物层。在一些实施方案中，多孔聚合物层通过气相沉积来施加。在一些实施方案中，多孔聚合物层通过原子转移-自由基聚合(ATRP)而聚合。在一些实施方案中，多孔聚合物层通过电子转移再生活化剂-聚合(ARGET)而聚合。在一些实施方案中，多孔聚合物层通过连续活化剂再生引发剂-聚合(ICAR)而聚合。在一些实施方案中，多孔聚合物层通过硝基氧介导的自由基聚合(NMP)而聚合。在一些实施方案中，多孔聚合物层通过光引发的ATRP而聚合。在一些实施方案中，多孔聚合物层通过可逆加成-断裂链-转移(RAFT)聚合而聚合。在一些实施方案中，任何数量的多孔聚合物层施加技术均被修改或调整为适应将介电材料掺入到多孔聚合物层中。

在一些实施方案中，向多孔聚合物层中加入添加剂。在一些实施方案中，该多孔聚合物层包含水凝胶。在一些实施方案中，向多孔聚合物层中加入添加剂，以提高多孔聚合物层的电导率。在一些实施方案中，该添加剂包含介电材料。在一些实施方案中，添加剂是导电聚合物(例如，PEDOT：PSS)、盐(例如，氯化铜)、金属(例如，金)、增塑剂(例如，PEG 200、PEG 400或PEG 600)或共溶剂。在一些实施方案中，多孔聚合物层还包含有助于保持DNA杂合体的稳定性的化合物或材料，包括但不限于组氨酸、组氨酸肽、聚组氨酸、赖氨酸、赖氨酸肽和其他阳离子化合物或物质。

在一些情况下，被层覆盖的电极表面的量会影响生物分子分离期间装置的性能。例如，在一些情况下，先前报道的在电极上的介电涂层仅部分覆盖电极表面(图2)。在一些情况下，电极表面包括电极与样品接触的区域。在一些实施方案中，本文所述的装置被配置为使得电极被绝缘层包围(图3)。在一些实施方案中，介电材料覆盖电极，并且均匀地接触绝缘层(图5)。在一些实施方案中，该层覆盖电极表面的至少50％、75％、80％、85％、99％、99.5、99.9、99.99或超过99.99％。在一些实施方案中，该层是介电材料或包含介电材料。在一些实施方案中，介电材料覆盖电极表面的至少50％、75％、80％、85％、90％、95％、99％、99.5％、99.9％、99.99％或超过99.99％。在一些实施方案中，介电材料覆盖电极表面的约50％至约99.99％、约75％至约99.9％、约80％至约99％、约85％至约95％、约90％至约99.99％、约70％至约90％、约50％至约75％或约90％至约99.9％。

在一些实施方案中，该层在电极表面上具有均匀或近似均匀的厚度。在一些实施方案中，该层均匀或近似均匀地覆盖电极的表面。在一些情况下，一个或多个层均匀或近似均匀地覆盖电极的表面。在一些情况下，平均厚度定义为电极区域上一个或多个层的平均厚度。例如，电极的表面积的至少95％具有在平均层厚度的2倍以内的层厚度。在一些情况下，电极的表面积的至少95％具有在平均层厚度的1.5倍以内的层厚度。在一些情况下，电极的表面积的至少97％具有在平均层厚度的1.5倍以内的层厚度。在一些情况下，电极的表面积的至少90％、95％、97％、98％、99％、99.9％或至少99.99％具有在平均厚度的1.5倍以内的层厚度。在一些情况下，电极的表面积的约90％、95％、97％、98％、99％、99.9％或约99.99％具有在平均层厚度的1.5倍以内的层厚度。在一些实施方案中，该层可被电场穿透。在一些实施方案中，该层可被流体穿透。

取决于电极的几何形状、材料或装置的其他变量，该层可以均匀地分布在电极表面上(均匀厚度)，或在电极表面上变化。在一些实施方案中，层厚度在电极的中心高于平均值，并且在电极的边缘低于平均值。例如，电极中心的层厚度比整个电极的平均厚度高约5％、约10％、20％、30％、40％、50％、70％、90％、100％、125％、200％、500％或约1000％。在一些实施方案中，电极中心的层厚度比整个电极表面的平均厚度高至少5％、约10％、20％、30％、40％、50％、70％、90％、100％、125％、200％、500％或至少1000％。在一些实施方案中，电极中心的层厚度比整个电极表面的平均厚度高不超过5％、约10％、20％、30％、40％、50％、70％、90％、100％、125％、200％、500％或不超过1000％。

在一些实施方案中，电极结构覆盖或嵌入有多个层或涂层。在一些实施方案中，电极结构覆盖有两个层或三个层。在一些实施方案中，每个层包含不同的材料。在一些实施方案中，每个层包含一种或多种相同材料中。在一些实施方案中，这些层中的至少一个是钝化层。

该层可以包括一定范围的不同厚度，其可影响装置在多个应用中的性能。在一些情况下，该层的厚度被配置为根据期望的结果以特定的效率捕获特定的分析物或特定的大小。在一些情况下，层厚度是在表面上的单个点处测量的。在其他情况下，层厚度通过表面区域上的平均厚度来测量。在又一些多个实施方案中，厚度是作为在电极的特定区域上的最大或最小厚度的函数来测量的。在一些实施方案中，所测量的区域是电极的一部分。在一些实施方案中，所测量的区域是电极的整个表面。在一些实施方案中，该层具有约1埃至约100埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约5埃至约75埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约12埃至约50埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约1埃至约50埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约10埃至约30埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约10埃至约75埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约10埃至约20埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约5埃至约10埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约1埃至约20埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约1埃至约16埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过约1、2、5、10、12、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90埃或不超过约100埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约1、2、5、10、12、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、50、60、70、80、90埃或约100埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约16埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约5埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约7埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约9埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约12埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约14埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约18埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约20埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约22埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约24埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过5埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过7埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过9埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过12埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过14埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过18埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过20埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过22埃的厚度。在一些实施方案中，层具有不超过24埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过30埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过34埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过38埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过45埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过55埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过60埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过65埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过70埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过75埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过80埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过85埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过90埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过95埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过95埃的厚度。

在一些实施方案中，该层具有10埃至20埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有至少约1、2、5、10、12、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90埃或至少约100埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有小于100埃的厚度。

在一些实施方案中，该层具有约100埃至约10,000埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约500埃至约7500埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约1000埃至约5000埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约100埃至约5000埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约100埃至约3000埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约100埃至约7500埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约100埃至约2000埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约500埃至约10,000埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约100埃至约2000埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约100埃至约1600埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有不超过约100、200、500、1000、1200、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、6000、7000、8000、9000埃或不超过约10,000埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有至少约100、200、500、1000、1200、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、6000、7000、8000、9000埃或至少约10,000埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约100、200、500、1000、1200、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、6000、7000、8000、9000埃或约10,000埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有约1600埃的厚度。在一些实施方案中，该层具有1000埃至2000埃的厚度。

在一些实施方案中，所有层的总厚度不超过100埃。在一些实施方案中，所有层的总厚度不超过10,000埃。在一些实施方案中，所有层的总厚度为约10至约10,0000、约10埃至约2000埃、约10埃至约500埃、约15埃至约100埃、约25埃至约250埃、约50埃至约5000埃、约50埃至约1000埃、约100埃至约2000埃、约100埃至约5000埃、约300埃至约10,000埃、约500埃至约5000埃、约1000埃至约10,000埃或约5000埃至约10,000埃。

可以使用不同的介电材料，诸如可通过电阻率描述的绝缘材料或半导电材料来构造该层。在一些实施方案中，该半导电材料具有至少约10^-5Ω·m、10^-4Ω·m、10^-3Ω·m、10^-2Ω·m、10^-1Ω·m、10Ω·m、10²Ω·m、10³Ω·m、10⁴Ω·m、10⁵Ω·m或至少约10⁶Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，该半导电材料具有不超过约10^-5Ω·m、10^-4Ω·m、10^-3Ω·m、10^-2Ω·m、10^-1Ω·m、10Ω·m、10²Ω·m、10³Ω·m、10⁴Ω·m、10⁵Ω·m或不超过约10⁶Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，该半导电材料具有约10^-5Ω·m、10^-4Ω·m、10^-3Ω·m、10^-2Ω·m、10^-1Ω·m、10Ω·m、10²Ω·m、10³Ω·m、10⁴Ω·m、10⁵Ω·m或约10⁶Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，该半导电材料具有约10^-5Ω·m至约10⁶Ω·m、约10^-5Ω·m至约10⁵Ω·m、约10^-5Ω·m至约10³Ω·m、约10^-5Ω·m至约10Ω·m、约10^-3Ω·m至约10⁴Ω·m、约10^-1Ω·m至约10³Ω·m、约10Ω·m至约10⁶Ω·m或约10Ω·m至约10⁴Ω·m的电阻率。

在一些实施方案中，该绝缘材料具有至少约10⁴Ω·m、10⁵Ω·m、10⁶Ω·m、10⁷Ω·m、10⁹Ω·m、10¹²Ω·m、10¹⁵Ω·m、10¹⁷Ω·m、10²⁰Ω·m、10²³Ω·m或至少约10²⁵Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，该半导电材料具有不超过约10⁴Ω·m、10⁵Ω·m、10⁶Ω·m、10⁷Ω·m、10⁹Ω·m、10¹²Ω·m、10¹⁵Ω·m、10¹⁷Ω·m、10²⁰Ω·m、10²³Ω·m或不超过约10²⁵Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，该半导电材料具有约10⁴Ω·m、10⁵Ω·m、10⁶Ω·m、10⁷Ω·m、10⁹Ω·m、10¹²Ω·m、10¹⁵Ω·m、10¹⁷Ω·m、10²⁰Ω·m、10²³Ω·m或约10²⁵Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，该半导电材料具有约10⁶Ω·m至约10²⁵Ω·m、约10⁶Ω·m至约10²⁰Ω·m、约10⁶Ω·m至约10¹⁷Ω·m、约10⁷Ω·m至约10²⁰Ω·m、约10⁹Ω·m至约10¹⁵Ω·m、约10¹¹Ω·m至约10¹⁵Ω·m、约10¹²Ω·m至约10²⁰Ω·m、约10¹⁵Ω·m至约10²⁵Ω·m或约10²⁰Ω·m至约10²⁵Ω·m的电阻率。

可以使用不同的材料，诸如具有相对较低的电阻率的导电材料来构造该层。在一些实施方案中，该导电材料具有约10^-8Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，该导电材料具有约10^-8Ω·m至约10^-4Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，该导电材料具有约10^-8Ω·m至约10^-6Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，该导电材料具有约10^-5Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，该导电材料具有约10^-8Ω·m、10^-7Ω·m、10^-6Ω·m、10^-5Ω·m、10^-4Ω·m、10^-3Ω·m或约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，该导电材料具有至少10^-8Ω·m、10^-7Ω·m、10^-6Ω·m、10^-5Ω·m、10^-4Ω·m、10^-3Ω·m或至少10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，该导电材料具有不超过10^-8Ω·m、10^-7Ω·m、10^-6Ω·m、10^-5Ω·m、10^-4Ω·m、10^-3Ω·m或不超过10^-2Ω·m的电阻率。

在一些实施方案中，该层具有约1至约2,000的相对介电常数(相对电容率)。在一些实施方案中，该层具有至少约1的相对介电常数。在一些实施方案中，该层具有至多约2,000的相对介电常数。在一些实施方案中，该层具有约1至约3、约1至约5、约1至约10、约1至约20、约1至约35、约1至约50、约1至约75、约1至约100、约1至约200、约1至约500、约1至约2,000、约3至约5、约3至约10、约3至约20、约3至约35、约3至约50、约3至约75、约3至约100、约3至约200、约3至约500、约3至约2,000、约5至约10、约5至约20、约5至约35、约5至约50、约5至约75、约5至约100、约5至约200、约5至约500、约5至约2,000、约10至约20、约10至约35、约10至约50、约10至约75、约10至约100、约10至约200、约10至约500、约10至约2,000、约20至约35、约20至约50、约20至约75、约20至约100、约20至约200、约20至约500、约20至约2,000、约35至约50、约35至约75、约35至约100、约35至约200、约35至约500、约35至约2,000、约50至约75、约50至约100、约50至约200、约50至约500、约50至约2,000、约75至约100、约75至约200、约75至约500、约75至约2,000、约100至约200、约100至约500、约100至约2,000、约200至约500、约200至约2,000或约500至约2,000的相对介电常数。在一些实施方案中，该层具有约1、约3、约5、约10、约20、约35、约50、约75、约100、约200、约500或约2,000的相对介电常数。

在一些实施方案中，该层和/或电极包含导电材料和半导电材料或绝缘材料。在一些实施方案中，比例测量为两种材料的摩尔比。在一些实施方案中，比例测量为两种材料的质量比。在一些实施方案中，比例测量为两种材料的体积比。在一些实施方案中，半导电材料/导电材料的比例为约0.01/2至约99/1。在一些实施方案中，该层的半导电材料与导电材料比例为至少约0.01/2、0.02/2、0.05/2、0.1/2、0.2/2、0.5/2、1/2、2/1、5/1、10/1、20/1、50/1或至少约99/1。在一些实施方案中，该层的半导电材料与导电材料比例不超过约0.01/2、0.02/2、0.05/2、0.1/2、0.2/2、0.5/2、1/2、2/1、5/1、10/1、20/1、50/1或不超过99/1。在一些实施方案中，该层的半导电材料与导电材料比例为约0.01/2至约99/1、0.02/2至约99/1、约0.01/2至约20/1、约0.05/2至约99/1、约0.01/2至约50/1、约0.1/2至约20/1、约0.1/2至约10/1、约0.5/2至约1/1、约0.02/2至约1/2、约0.02/2至约0.1/2、约0.02/2至约0.2/2、约0.02/2至约0.5/2、约0.02/2至约2/2、约0.05/2至约0.1/2、约0.05/2至约0.2/2、约0.05/2至约1/2、约0.05/2至约2/2、约0.1/2至约0.2/2、约0.1/2至约0.5/2、约0.1/2至约1/2、约0.2/2至约0.5/2、约0.2/2至约1/2、约1/2至约99/1、约1/2至约50/1、约1/2至约20/1、约1/2至约1/1、约1/2至约2/1或约0.1/2至约0.7/2或约0.5/2至约1/2。在一些实施方案中，该层的半导电材料与导电材料比例为约0.01/2、约0.02/2、约0.05/2、约0.1/2、约0.2/2、约0.3/2、约0.5/2、约1/2、约1/1、约2/1、约5/1、约10/1、约20/1、约50/1、约75/1、约99/1。在一些实施方案中，该层的半导电材料与导电材料比例为约0.3/2。在一些实施方案中，该层的半导电材料与导电材料比例为约0.15:1。

涂层或层可降低本文所述的装置或电极的电导率。在一些实施方案中，与不含该层的装置相比，该层的存在导致装置的电导率降低至少约0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、5％、10％、20％、50％、75％、90％、99％、99.9％或至少约99.99％。在一些实施方案中，与不含该层的装置相比，该层的存在导致装置的电导率降低不超过约0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、5％、10％、20％、50％、75％、90％、99％、99.9％或不超过约99.9％。在一些实施方案中，与不含该层的装置相比，该层的存在导致装置的电导率降低约0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、5％、10％、20％、50％、75％、90％、99％、99.9％或约99.9％。在一些实施方案中，与不含该层的装置相比，该层的存在导致装置的电导率降低约0.01％至约99.99％、约0.01％至约90％、约0.05％至约99％或约0.01％至约50％、约0.1％至约25％、约1％至约99.99％、约25％至约99.9％、约75％至约99.9％、约90％至约99.99％、约0.01％至约0.1％或约0.01％至约1％。

在一些实施方案中，该层还包含钝化层。在一些实施方案中，钝化层可由本领域已知的任何合适的材料形成。在一些实施方案中，该钝化层包含氮化硅。在一些实施方案中，该钝化层包含二氧化硅。在一些实施方案中，该钝化层具有约2.0至约8.0的相对介电常数。在一些实施方案中，该钝化层具有约3.0至约8.0、约4.0至约8.0或约5.0至约8.0的相对介电常数。在一些实施方案中，该钝化层具有约2.0至约4.0的相对介电常数。在一些实施方案中，该钝化层具有约2.0至约3.0的相对介电常数。在一些实施方案中，该钝化层具有约2.0、约2.5、约3.0、约3.5或约4.0的相对介电常数。

在一些实施方案中，所述钝化层的厚度为约0.1微米至约10微米。在一些实施方案中，该钝化层的厚度为约0.5微米至8微米。在一些实施方案中，该钝化层的厚度为约1.0微米至5微米。在一些实施方案中，该钝化层的厚度为约1.0微米至4微米。在一些实施方案中，该钝化层的厚度为约1.0微米至3微米。在一些实施方案中，该钝化层的厚度为约0.25微米至2微米。在一些实施方案中，该钝化层的厚度为约0.25微米至1微米。

在一些实施方案中，所述钝化层由任何合适的绝缘性低k介电材料组成，该材料包括氮化硅或二氧化硅。在一些实施方案中，该钝化层选自聚酰胺、碳掺杂的氮化硅、碳掺杂的二氧化硅、氟掺杂的氮化硅、氟掺杂的二氧化硅、多孔二氧化硅或其任意组合。在一些实施方案中，该钝化层可包含能够进行丝网印刷的介电墨水。

本文进一步描述了层，其中该层是多孔的。在一些实施方案中，孔隙率测量为该层中开口与总体积的比例。例如，孔隙率为约1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或约90％。在一些实施方案中，孔隙率为至少1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或至少90％。在一些实施方案中，孔隙率不超过1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或不超过90％。在一些实施方案中，孔隙率为约1％至约90％、约5％至约75％、约10％至约50％、约20％至约30％、约0.5％至约30％、约10％至约30％、约5％至约40％、约15％至约35％或约50％至约99％。在一些实施方案中，孔隙率为约10％至约40％。在一些实施方案中，孔隙率为约15％至约35％。在一些实施方案中，孔隙率为约20％。在一些实施方案中，孔隙率为约30％。

在一些情况下，该层包含不同大小的孔。在一些情况下，孔径测量为平均孔径。例如，平均孔径为约1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或约10nm。在一些实施方案中，平均孔径为至少1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或至少10nm。在一些实施方案中，平均孔径不超过1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或不超过10nm。在一些实施方案中，平均孔径为约0.1nm至约10nm、约0.2nm至约5nm、约0.5nm至约7nm、约1nm至约10nm、约2nm至约7nm、约3nm至约5nm、约3nm至约10nm、约5nm至约10nm、约0.1nm至约1nm、约1nm至约5nm或约7nm至约10nm。在一些实施方案中，平均孔径为约1nm至约10nm。在一些实施方案中，平均孔径为约2nm至约5nm。在一些实施方案中，平均孔径为约2nm至约5nm。在一些实施方案中，平均孔径为约3nm至约4nm。在一些实施方案中，平均孔径为约5nm至约6nm。

可以使用本领域已知的多种方法来施加本文所述的层，诸如(仅作为示例)电子束沉积、电极溅射、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、脉冲激光沉积、化学气相沉积或符合规范的其他方法。例如，在一些实施方案中，物理气相沉积用于产生层。在一些情况下，用于沉积层的技术不同地包括溅射沉积。溅射沉积通常是通过将能量从源施加到靶材上来完成的，该能量将来自靶材的颗粒重新沉积到基底材料(诸如电极表面)上。在一些情况下，溅射在充满气体(诸如氩气)的腔室中进行。在一些实施方案中，溅射沉积包含强磁场以控制颗粒沉积。示例性的能量源包括激光、离子束、考夫曼源、等离子体或本领域中使用的其他能源。在一些情况下，源是等离子体。溅射沉积方法包括但不限于离子束溅射、反应性溅射、离子辅助溅射、高靶材利用率溅射、高功率脉冲磁控管溅射或气流溅射。在一些情况下，溅射沉积装置或材料包含石英或铝。在一些情况下，溅射装置或材料包含硅或其氧化物。在一些情况下，沉积技术包括热氧化、传统CVD、阳极化、电泳沉积、光致抗蚀剂沉积、旋涂/喷涂方法(例如，旋涂沉积)、丝网印刷、辊涂、胶版印刷或其任意组合。

在一些实施方案中，使用诸如扫描电子显微术(SEM)和俄歇光谱法等表面化学分析方法分析包含介电材料的电极的结构和组成。例如，图6例示了通过俄歇光谱法获得的涂覆有电介质的金属导电电极的深度分布。

在本文公开的一些实施方案中，介电层在制造成芯片的电极上的存在可导致分析物(诸如核酸)的捕获效率提高。例如，介电层的存在导致分析物捕获增加至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、20、50、100、200、500、1000倍或至少10,000倍。在一些实施方案中，介电层的存在导致分析物捕获增加约2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、20、50、100、200、500、1000倍或约10,000倍。在一些实施方案中，介电层的存在导致分析物捕获增加不超过2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、20、50、100、200、500、1000倍或不超过10,000倍。在一些实施方案中，介电层的存在导致分析物捕获增加约2倍至约10,000倍、约2倍至约1,000倍、约5倍至约500倍、约10至约100倍、约2倍至约50倍、约2倍至约10倍、约500至约1,000倍、约500倍至约5,000倍或约1,000倍至约10,000倍。在一些实施方案中，介电层的存在导致分析物捕获增加约500倍。在一些实施方案中，使用可检测的分析物(诸如用荧光标签标记的分析物)测量分析物捕获量的增加。在一些实施方案中，通过荧光测量作为介电层深度的函数的分析物捕获量的增加，如图7所示。

本文提供了电极。在多个实施方案中，电极具有任何合适的尺寸、任何合适的取向、任何合适的间距、以任何合适的方式通电或能够以任何合适的方式通电，等等，从而产生合适的DEP和/或其他动电场。

在一些实施方案中，电极包含导电材料和非导电材料。在一些实施方案中，电极包含导电材料和半导电材料。在一些实施方案中，电极包含半导电材料和非导电材料。

在一些实施方案中，本文公开的电极可包含任何合适的金属或介电材料。电极任选地由任何合适的耐腐蚀材料制成，该材料包括但不限于金属，如贵金属(例如铂、铂铱合金、钯、金等)。在一些实施方案中，电极包含：铝、铜、碳、铁、银、金、钯、铂、铱、铂铱合金、钌、铑、锇、钽、钛、铬、钴、钴铬合金、钨、多晶硅和氧化铟锡或其组合。在一些实施方案中，电极包含导电聚合物，诸如聚乙炔或聚噻吩。在一些实施方案中，电极包含硅化物材料，诸如硅化铂、硅化钛、硅化金、硅化钨或其组合。在一些实施方案中，电极包含铂。在一些实施方案中，电极可包含能够进行丝网印刷的导电墨水。在一些实施方案中，本文公开的电极包含元素的氧化物、氮化物、硅化物、碳化物或碳酸盐。在一些实施方案中，该元素是金属。在一些实施方案中，该元素是准金属。示例性的氧化物包括氧化铂、氧化钛、氧化锆、氧化铌、氧化钽、氧化钨或其组合。示例性的碳化物包括碳化铂、碳化钛、碳化锆、碳化铌、碳化钽、碳化钨或其组合。示例性的氮化物包括氮化铂、氮化钛、氮化锆、氮化铌、氮化钽、氮化钨或其组合。本领域已知的其他混合金属/元素材料也适用于制造电极。

与本文所述的方法、装置和系统一起使用的电极不同地包括适合于产生动电场和/或介电泳场的任何几何形状。在一些实施方案中，导电材料呈开口盘形。在一些实施方案中，电极被配置呈空心环形。在一些实施方案中，电极被配置呈空心管形。在一些实施方案中，导电材料被配置为开口盘形中的不连续弯曲线。在一些实施方案中，导电材料被配置为波浪线形中的不连续弯曲线。在一些实施方案中，导电材料被配置为空心管形中的不连续弯曲线。在一些实施方案中，导电材料被配置为空心三角管中的不连续弯曲线。在一些实施方案中，导电材料被配置为具有突出中心的空心环中的不连续弯曲线。

包含介电材料的电极阵列

本文还提供了包含多个电极的装置。多个电极任选地以任何适于本文描述的分开方法的方式进行配置。可以组合多个电极以产生用于分离特定分析物或用于不同应用的特定动电场区。在多个实施方案中，通过使如本文所述的包含介电材料的电极阵列选择性地通电而创建动电(诸如DEP)场。在一些实施方案中，该DEP场为AC介电泳场。在一些实施方案中，该DEP场为DC介电泳场。在一些实施方案中，DEP场用于分离分析物，诸如分析物和/或生物分子。在一些实施方案中，电极阵列生成介电泳场。在一些实施方案中，电极阵列包含阵列的任何布置、大小、间距、取向或其他性质。在一些实施方案中，阵列中的一个或多个电极层叠有介电材料。在一些实施方案中，电极阵列包括被配置为用DC充电的电极和用AC充电的电极。例如，关于包括电极的系统或装置和/或细胞在DEP场内的集中的进一步描述参见PCT专利公布WO 2009/146143，其公开内容并入本文。在一些实施方案中，对每个电极单独地进行位点控制。在一些实施方案中，电极阵列作为单元进行控制。

在一些实施方案中，如本文所公开的电极阵列包含半导电材料。在一些实施方案中，半导电材料围绕电极内的导电材料，并充当导电材料的物理屏障。在一些实施方案中，电极内的导电材料填充阵列的半导电材料中的凹陷。在一些实施方案中，如本文所公开的电极阵列以三维形式配置。

在一些实施方案中，如本文所公开的电极阵列包含非导电材料。在一些实施方案中，非导电材料围绕电极内的导电材料，并充当导电材料的物理屏障。在一些实施方案中，电极内的导电材料填充阵列的非导电材料中的凹陷。在一些实施方案中，如本文所公开的电极阵列以三维形式配置。在一些实施方案中，电极上或内部存在的非导电材料的增加会导致在电极表面及其周围产生流，从而导致电极表面捕获的分析物增加。

在一些实施方案中，改变电极阵列中导电材料的量会导致在电极表面及其周围产生流，从而导致电极表面捕获的分析物增加。在一些实施方案中，如本文所公开的电极阵列仅在电极阵列的一小部分中包含导电材料。在一些实施方案中，导电材料仅占电极阵列的少于10％。在一些实施方案中，导电材料仅占电极阵列的约10％。在多个实施方案中，导电材料仅占电极阵列的约20％。在另外的多个实施方案中，导电材料仅占电极阵列的约30％。在又一些多个实施方案中，导电材料仅占电极阵列的约40％。在另外的多个实施方案中，导电材料仅占电极阵列的约50％。在一些实施方案中，导电材料仅占电极阵列的约60％。在一个实施方案中，导电材料仅占电极阵列的约70％。在另外的多个实施方案中，导电材料仅占电极阵列的约80％。在又一些多个实施方案中，导电材料仅占电极阵列的约90％。

在另外的多个实施方案中，导电材料仅占电极阵列的约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％和约90％。在又一些多个实施方案中，导电材料占电极阵列的约10-70％、电极阵列的约10-60％、电极阵列的约10-50％、电极阵列的约10-40％或电极阵列的约10-30％。在多个实施方案中，导电材料占电极阵列的约30-90％、电极阵列的约30-80％、电极阵列的约30-70％、电极阵列的约30-60％或电极阵列的约30-50％。在一些实施方案中，导电材料占电极阵列的约8-40％。

在又一些多个实施方案中，电极阵列中各个电极的中心基本上不存在导电材料。在多个实施方案中，导电材料仅存在于电极阵列中各个电极的边缘。在另外的多个实施方案中，导电材料呈开口盘形，其包含开口盘电极中不连续的导电材料。在一些实施方案中，电极是空心环形电极形状。在一些实施方案中，电极包含电极阵列中的导电材料，该导电材料基本上不存在于各个电极的中心，或者仅存在于各个电极的边缘。诸如空心环或开口盘等多个形状减小了电极中导电材料的表面积。电极上存在的导电材料减少会导致在电极表面及其周围产生流，从而导致电极表面上捕获的分析物增加。

在一些实施方案中，在电极的某些区域或电极阵列的近端附近存在非导电材料层。在一个实施方案中，非导电材料层围绕电极阵列，从而形成围绕该阵列的物理屏障或壁。在一些实施方案中，使电极阵列凹陷到阵列材料中，在阵列表面上形成阱或凹陷，其中电极材料或实质上电极材料存在于该阱或凹陷中。

在一些实施方案中，电极配置是三维的。在一些实施方案中，电极材料折叠成有角度配置。在一些实施方案中，电极材料形成为三角管。在一些实施方案中，电极材料形成为空心三角管。在另外的多个实施方案中，三维电极在相邻平面电极表面之间的夹角小于约180度、小于170度、小于约160度、小于约150度、小于约140度、小于约130度、小于约120度、小于约110度、小于约100度、小于约90度、小于约80度、小于约70度但不小于约60度。在一些实施方案中，导电材料被配置成在相邻平面电极表面之间的角度等于或小于180度。在一些实施方案中，三维电极配置在相邻平面电极表面之间的夹角大于约60度、大于约70度、大于约80度、大于约90度、大于约100度、大于约110度、大于约120度、大于约130度、大于约140度、大于约150度、大于约160度、大于约170度但不超过约180度。在一些实施方案中，导电材料被配置成在相邻平面电极表面之间的角度等于或大于60度。在一些实施方案中，电极内的导电材料被配置呈凹陷的凹形。在又一些多个实施方案中，电极配置为凹陷的篮状电极。电极的三维结构增加了电极的总表面积，从而允许在规定的时间单位内调查更多流体。

在一些实施方案中，各个电极的最大尺寸为约40μm至约100μm。在另外的多个实施方案中，各个电极的最大尺寸为约40μm、约45μm、约50μm、约55μm、约60μm、约65μm、约70μm、约75μm、约80μm、约85μm、约90μm、约95μm或约100μm。在又一些多个实施方案中，各个电极的最大尺寸为约40μm至约50μm、约40μm至约60μm、约40μm至约1000μm、约100μm至约500μm或约40μm至约70μm。在另外的多个实施方案中，各个电极的最大尺寸为约100μm、约200μm、约300μm、约400μm、约500μm、约600μm、约700μm、约800μm、约900μm或约1000μm。在一些实施方案中，单个电极的最大尺寸是其直径。

所述多个交流电电极任选地以任何适于本文描述的分离方法的方式进行配置。在多个实施方案中，如本文公开的电极阵列包含电极配置的图案，其中该配置包含电极阵列的重复单元。在一些实施方案中，一组平行的重复单元之间的边缘到边缘距离是等距的，或者是大致等距的。关于包括电极的系统或装置和/或细胞在所施加A/C或D/C动电场内的集中的进一步描述参见PCT专利公布WO 2009/146143，其公开内容并入本文。

在一些实施方案中，电极材料的厚度为约100nm至约1000nm。在一些实施方案中，电极材料的厚度为约200nm至约800nm。在又一些多个实施方案中，电极材料的厚度为约300nm至约500nm。在另外的多个实施方案中，电极材料的厚度为约100nm、约150nm、约200nm、约250nm、约300nm、约350nm、约400nm、约450nm、约500nm、约550nm、约600nm、约650nm、约700nm、约750nm、约800nm、约850nm、约900nm、约950nm或约1000nm。

在一些实施方案中，在沉积电极材料之前，将粘附层作为保护层沉积或印刷到阵列上。在一些情况下，粘附层存在于介电层上方。在一些实施方案中，粘附层包含任何合适的材料。在一个实施方案中，粘附层包含钛或钨。在多个实施方案中，粘附层的厚度为约10至约50nm。在一些实施方案中，粘附层的厚度为约20nm至约500nm。在一些实施方案中，粘附层的厚度为约20nm至约1000nm。在一些实施方案中，粘附层的厚度为约20至约200nm。在一些实施方案中，粘附层的厚度为约50至约150nm。在一些实施方案中，粘附层的厚度为约75至约125nm。在一些实施方案中，粘附层的厚度为约80至约120nm。在一些实施方案中，粘附层的厚度为100nm。在一些实施方案中，粘附层的厚度为约20至约40nm。在又一些多个实施方案中，粘附层的厚度为约20至约30nm。在另外的多个实施方案中，粘附层的厚度为约10nm、约20nm、约30nm、约40nm或约50nm。

在一些实施方案中，单个电极的边缘到边缘距离(E2E)相对于直径比例为约10μm至约500μm。在一些实施方案中，电极的E2E为约50μm至约300μm。在又一些多个实施方案中，电极的E2E为约100μm至约200μm。在另外的多个实施方案中，电极的E2E为约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100μm、约110μm、约120μmm、约130μm、约140μm、约150μm、约160μm、约170μm、约180μm、约190μm、约200μm、约210μm、约220μm、约230μm、约240μm、约250μm、约260μm、约270μm、约280μm、约290μm、约300μm、约310μm、约320μm、约330μm、约340μm、约350μm、约360μm、约370μm、约380μm、约390μm、约400μm、约410μm、约420μm、约430μm、约440μm、约450μm、约460μm、约470μm、约480μm、约490μm或约500μm。在一些实施方案中，电极的E2E为约750μm、约1000μm、约1500μm或约2000μm。在一些实施方案中，电极的边缘到边缘距离(E2E)相对于直径比例为约0.5mm至约5mm。在一些实施方案中，E2E相对于直径比例为约1mm至约4mm。在一些实施方案中，E2E相对于直径比例为约1mm至约3mm。在一些实施方案中，E2E相对于直径比例为约1mm至约2mm。在一些实施方案中，E2E相对于直径比例为约2mm至约5mm。在一些实施方案中，E2E相对于直径比例为约1mm。在一些实施方案中，E2E相对于直径比例为约2mm。在一些实施方案中，E2E相对于直径比例为约3mm。在一些实施方案中，E2E相对于直径比例为约4mm。在一些实施方案中，E2E相对于直径比例为约5mm。在一些实施方案中，本文公开的电极是干刻蚀的。在一些实施方案中，所述电极是湿刻蚀的。在一些实施方案中，所述电极经历干刻蚀和湿刻蚀的组合。

在一些实施方案中，本文公开的电极是干刻蚀的。在一些实施方案中，所述电极是湿刻蚀的。在一些实施方案中，所述电极经历干刻蚀和湿刻蚀的组合。

在一些实施方案中，对每个电极单独地进行位点控制。

在一些实施方案中，如本文公开的电极阵列作为单元进行控制。

阵列可以是任何合适的材料。在一些实施方案中，阵列包含塑料或二氧化硅。在一些实施方案中，阵列包含二氧化硅。在一些实施方案中，阵列包含铝。

在一些实施方案中，所述电极为点配置，例如，电极包括通常为环形或圆形的配置。在一些实施方案中，电极被配置为盘。在一些实施方案中，电极被配置为环。在一些实施方案中，点之间的取向角为约30°至约90°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约25°至约60°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约30°至约55°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约30°至约50°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约35°至约45°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约25°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约30°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约35°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约40°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约45°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约50°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约55°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约60°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约65°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约70°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约75°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约80°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约85°。在一些实施方案中，点之间的取向角为约90°。

在多个实施方案中，电极呈非圆形配置。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约25度至90度。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约30°至约90°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约25°至约60°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约30°至约55°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约30°至约50°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约35°至约45°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约25°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约30°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约35°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约40°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约45°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约50°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约55°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约60°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约65°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约70°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约75°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约80°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约85°。在一些实施方案中，非圆形配置之间的取向角为约90°。

在一些实施方案中，所述电极为大致呈细长形的配置。

在一些实施方案中，所述电极为类似于波浪形或非线性线的配置。在一些实施方案中，电极阵列为波浪形或非线性线配置，其中该配置包含重复单元，该重复单元包含由连接体连接的一对点的形状，其中所述点和连接体限定电极的边界，其中该连接体朝着这对点或在这对点之间的中点处向内逐渐变细，其中所述点的直径为沿该重复单元长度的最宽处，其中一组平行的重复单元之间的边缘到边缘距离是等距的或大致等距的。在一些实施方案中，电极是类似于波浪线的条状物。在一些实施方案中，在整个波浪线配置中，电极之间的边缘到边缘距离是等距的或大致等距的。在一些实施方案中，使用如本文公开的波浪线电极导致所施加的A/C或D/C动电力梯度增大。

在一些实施方案中，本文公开的电极为平面配置。在一些实施方案中，本文公开的电极为非平面配置。

在一些实施方案中，本文公开的装置在其表面上表面选择性地捕获纳米级生物分子。例如，本文公开的装置可通过如下方式捕获分析物如核酸，例如，a.核酸杂交；b.抗体-抗原相互作用；c.生物素-抗生物素蛋白相互作用；d.离子或静电相互作用；或e.它们的任意组合。因此，本文公开的装置可包含功能化的表面，该表面包括捕获分子，如互补的核酸探针、抗体或其他能够捕获生物分子(如核酸)的蛋白质捕获剂、生物素或其他能够捕获互补靶分子如抗生物素蛋白的锚定捕获剂、能够通过离子或静电相互作用捕获生物分子(如核酸)的捕获分子，或它们的任意组合。

在一些实施方案中，通过以下方式对所述表面进行功能化以最小化和/或抑制非特异性结合相互作用：a.聚合物(例如，聚乙二醇PEG)；b.离子或静电相互作用；c.表面活性剂；或d.它们的任意组合。在一些实施方案中，本文公开的方法包括使用通过干扰这类相互作用来减少非特异性结合相互作用的添加剂，如吐温20等、牛血清白蛋白、非特异性免疫球蛋白等。

在一些实施方案中，所述装置包括定向为(a)平面并排、(b)垂直面对或(c)水平面对的多个微电极装置。在多个实施方案中，所述电极为夹层配置，例如以垂直形式彼此堆叠。

动电装置、方法和系统

在实施方案中，本文提供了用于从流体中收集分析物的、包括含有介电材料的电极的装置。在一个方面，本文描述了用于从包含细胞或其他颗粒物质的流体中收集分析物的装置。在其他方面，本文公开的装置能够从包含细胞或蛋白质物质的流体中收集和/或分离分析物(诸如核酸)。在其他情况下，本文公开的装置能够从细胞物质中收集和/或分离分析物(诸如核酸)。在一些实施方案中，示例性的分析物包括核酸、核小体、外来体、细胞外囊泡、聚集蛋白质、细胞膜碎片、线粒体囊泡、细胞囊泡、符合规范的任何其他生物分析物或其任意组合。在一些实施方案中，仅以示例的方式，核酸包含DNA、RNA、环状RNA、cfDNA(细胞游离DNA)、cfRNA(细胞游离RNA)、cffDNA(细胞游离胎儿DNA)、mRNA、tRNA、rRNA、miRNA、合成多核苷酸、多核苷酸类似物、符合规范的任何其他核酸或其任意组合。

在一些实施方案中，本文公开了用于从包含细胞或其他颗粒物质的流体中分离核酸的装置，该装置包含：a.壳体；b.加热器或热源和/或包含蛋白质降解剂的储器；以及c.在该壳体内的多个交流电(AC)电极，所述AC电极被配置为选择性地通电以建立AC动电高场区和AC动电低场区，借此AC动电效应使细胞集中在该装置的低场区内。在一些实施方案中，所述多个电极被配置为选择性地通电，以建立介电泳高场区和介电泳低场区。在一些实施方案中，该蛋白质降解剂是蛋白酶。在一些实施方案中，该蛋白质降解剂是蛋白酶K。在一些实施方案中，所述装置进一步包含容纳洗脱液的第二储器。

在一些实施方案中，本文公开了装置，该装置包含：a.多个交流电(AC)电极，所述AC电极被配置为选择性地通电以建立AC动电高场区和AC动电低场区；以及b.能够进行热循环并进行PCR或其他酶反应的模块。在一些实施方案中，所述多个电极被配置为选择性地通电，以建立介电泳高场区和介电泳低场区。在一些实施方案中，所述装置能够从包含细胞的流体中分离DNA并且进行PCR扩增或其他酶反应。在一些实施方案中，在单个腔室中分离DNA并进行PCR或其他酶反应。在一些实施方案中，在单个腔室的多个区域中分离DNA并进行PCR或其他酶反应。在一些实施方案中，在多个腔室中分离DNA并进行PCR或其他酶反应。

在一些实施方案中，所述装置进一步包含洗脱管、腔室和储器中的至少一种，以进行PCR扩增或其他酶反应。在一些实施方案中，在包含多个温度区的蛇形微通道中进行PCR扩增或其他酶反应。在一些实施方案中，在截留于不混溶流体中的水性液滴中进行PCR扩增或其他酶反应(即，数字PCR)。在一些实施方案中，热循环包括对流。在一些实施方案中，所述装置包括接触或靠近电极的表面，其中该表面采用能够选择性地捕获生物分子的生物配体进行功能化。

在一些实施方案中，本文公开了用于从包含细胞或其他颗粒物质的流体中分离核酸的系统，该系统包含：a.包含多个交流电(AC)电极的装置，所述AC电极被配置为选择性地通电以建立AC动电高场区和AC动电低场区，借此AC动电效应使细胞集中在该装置的高场区内；以及b.用于对分离的或收集的核酸进行酶反应的测序仪、热循环仪或其他装置。在一些实施方案中，所述多个电极被配置为选择性地通电，以建立介电泳高场区和介电泳低场区。

在一些实施方案中，本文描述了其中电极被放置于单独的腔室中且通过使AC DEP场穿过孔或洞结构而在内部腔室内创建施加A/C或D/C动电力的正区和施加A/C或D/C动电力的负区的方法、装置和系统。使用多种几何形状形成所需的施加A/C或D/C动电力的正(高场)区和施加A/C或D/C动电力的负(低场)区，以进行细胞、微粒、纳米颗粒和核酸分离。在一些实施方案中，孔或洞结构包含(或填充有)多孔材料或覆盖有多孔膜结构。在一些实施方案中，通过将电极隔离到单独的腔室中，这样的孔/洞结构所施加的A/C或D/C动电力装置减少了在施加A/C或D/C动电力过程中在内部分离腔室中发生电化学效应、加热或无序的流体运动。在一些实施方案中，电极上的介电层导致生物分子捕获效率增加。

在一个方面，本文描述了包含电极的装置，其中所述电极被放置于单独的腔室中并且通过穿过孔结构在内部腔室内创建施加A/C或D/C动电场。示例性装置包括在壳体内的多个电极和含有电极的腔室。如在PCT专利公开WO 2009/146143A2(其公开内容并入本文)中所进一步描述的，该装置的控制器独立地控制电极。

在一些实施方案中，采用多种孔和/或洞结构(纳米级、微米级，甚至大尺度)创建腔室化的装置，并且所述腔室化的装置包含膜、凝胶或过滤材料，所述膜、凝胶或过滤材料控制、限制或防止细胞、纳米颗粒或其他实体扩散或转运到内部腔室中，但AC/DC电场、溶质分子、缓冲液和其他小分子则可通过该腔室。

在多个实施方案中，所述装置可以有多种配置。例如，包含较大的电极阵列(例如，以正方形或矩形图案)的装置被配置为创建重复的非均匀电场，从而能够产生AC动电学。仅出于说明性目的，合适的电极阵列可包括但不限于10×10电极配置、50×50电极配置、10×100电极配置、20×100电极配置或20×80电极配置。

这样的装置包括但不限于多路化(multiplexed)电极和腔室化的装置、允许创建可重新配置的电场图案的装置、组合了DC电泳过程和流体过程的装置；样品制备装置，样品制备、分离的核酸分子的酶处理及诊断装置(其包括后续检测和分析)，芯片实验室(lab-on-chip)装置，定点照护(point-of-care)及其他临床诊断系统或形式(version)。

在一些实施方案中，平面铂电极阵列装置包含壳体，样品流体穿过该壳体流动。在一些实施方案中，流体从入口端流向出口端，出口端任选地包括侧面分析物出口。示例性装置包括多个AC电极。

在一些实施方案中，本文公开的AC动电场区能够选择性地分离目标颗粒，包括微米大小的实体、较大的颗粒和/或较小的颗粒。在一些实施方案中，本文公开的AC动电场区能够在复杂的生物或环境样品中选择性地分离目标颗粒，包括微米大小的实体、较大的颗粒和/或较小的颗粒。目标颗粒被分离到阵列表面处或附近的不同场区中，从而可以将非目标颗粒或未分离到阵列表面处或附近的微粒从阵列或滤筒中冲洗掉。

在一些实施方案中，电极阵列一起启动并进行AC偏置以形成棋盘格状场几何形状。在一些实施方案中，正DEP区直接在电极上发生，而负的低场区在电极之间发生。

在一些实施方案中，平面电极阵列装置为60×20电极阵列，该电极阵列任选地被划分为三个可单独控制但同时操作的20×20阵列。可选的辅助DC电极可接通正电荷，而可选的DC电极接通负电荷，以达到电泳的目的。在一些情况下，在多个实施方案中，每个受控的AC和DC系统以连续和/或脉冲的方式(例如，每个都能以相对较短的时间间隔脉冲启动和脉冲关闭)使用。沿着样品流侧面的可选的平面电极阵列在被纳米多孔材料层叠时，任选地用来生成DC电泳力以及AC DEP。在一些实施方案中，沿着样品流侧面的可选平面电极阵列涂覆有一个或多个层。另外，任选地使用阵列中的平面电极和/或x-y-z维度的辅助电极在纳米孔层内进行微量电泳分离过程。

在多个实施方案中，这些方法、装置和系统在以下参数下操作：1000Hz至100MHz的AC频率范围，范围可为约1伏至2000伏峰-峰值的电压；1伏至1000伏的DC电压，10微升/分钟至10毫升/分钟的流速，以及1℃至120℃的温度范围。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在约3kHz至约15kHz的AC频率范围内操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在5-25伏峰-峰值的电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在约1伏/厘米至约50伏/厘米的电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在约1伏至约5伏的DC电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统以约10微升/分钟至约500微升/分钟的流速操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在约20℃至约60℃的温度范围内操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在1000Hz至10MHz的AC频率范围内操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在1000Hz至1MHz的AC频率范围内操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在1000Hz至100kHz的AC频率范围内操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在1000Hz至10kHz的AC频率范围内操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在10kHz至100kHz的AC频率范围内操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在100kHz至1MHz的AC频率范围内操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在约1伏至1500伏峰-峰值的电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在约1伏至1500伏峰-峰值的电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在约1伏至1000伏峰-峰值的电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在约1伏至500伏峰-峰值的电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在约1伏至250伏峰-峰值的电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在约1伏至100伏峰-峰值的电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在约1伏至50伏峰-峰值的电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在1伏至1000伏的DC电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在1伏至500伏的DC电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在1伏至250伏的DC电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在1伏至100伏的DC电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在1伏至50伏的DC电压下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在10微升/分钟至1ml/分钟的流速下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在10微升/分钟至500微升/分钟的流速下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在10微升/分钟至250微升/分钟的流速下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在10微升/分钟至100微升/分钟的流速下操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在1℃至100℃的温度范围内操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在20℃至95℃的温度范围内操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在25℃至100℃的温度范围内操作。在一些实施方案中，所述方法、装置和系统在室温下操作。

在一些实施方案中，控制器独立地控制每个电极。在一些实施方案中，控制器从外部连接至所述装置，例如通过插座和插头连接，或者与装置壳体成为一体。

本文还描述了鲁棒电极(robust electrode)的按比例划分(x-y维度)的阵列，以及组合了DEP、电泳和流体力的辅助电极的策略性放置(x-y-z维度)的排列，及其用途。在一些实施方案中，在较高的离子强度和/或电导条件下更直接地分析临床相关体积的血液、血清、血浆或其他样品。本文描述了用一个或多个多孔材料(天然的或合成的多孔材料、膜、受控的纳米孔材料和可穿透的薄介电层状材料)层覆盖鲁棒电极结构(例如铂、钯、金等)，以减少可能在电极上或电极附近发生的任何电化学(电解)反应、加热和无序的流体运动的效应，但仍然允许对细胞、细菌、病毒、纳米颗粒、DNA和其他生物分子进行有效的分离。在一些实施方案中，除了使用AC频率交叉点来实现更高分辨率的分离外，还使用装置上(阵列上)DC微量电泳进行二次分离。例如，可通过阵列上的DC微量电泳来完成DNA颗粒(20-50kb)、高分子量DNA(5-20kb)、中等分子量DNA(1-5kb)和较低分子量DNA(0.1-1kb)片段的分离。在一些实施方案中，所述装置被分为子部分，任选地用于在这样的装置上同时进行不同血细胞、细菌和病毒以及DNA的并行分离的目的。在一些实施方案中，所述装置包含壳体和加热器或热源和/或包含蛋白质降解剂的储器。在一些实施方案中，该加热器或热源能够将流体的温度提高到所需的温度(例如，提高到适于降解蛋白质的温度，约30℃、40℃、50℃、60℃、70℃等)。在一些实施方案中，该加热器或热源适于作为PCR热循环仪运行。在多个实施方案中，该加热器或热源用来保持恒定的温度(等温条件)。在一些实施方案中，该蛋白质降解剂是蛋白酶。在多个实施方案中，该蛋白质降解剂是蛋白酶K，并且该加热器或热源用来灭活该蛋白质降解剂。

在一些实施方案中，所述装置还包含在壳体内的多个交流电(AC)电极，所述AC电极能够被配置为选择性地通电以建立介电泳(DEP)高场区和介电泳(DEP)低场区，借此AC动电效应使细胞集中在该装置的低场区内。在一些实施方案中，对电极选择性地通电以提供第一AC动电场区，并在随后或连续地选择性地通电以提供第二AC动电场区。例如，关于电极和细胞在施加A/C或D/C动电场中的集中的进一步描述参见PCT专利公布WO 2009/146143A2，其公开内容并入本文。在一些情况下，AC动电效应使细胞在低场区内集中，并且/或者使分子(例如，大分子，如核酸)在施加A/C或D/C动电场的高场区内集中(或收集或分离)。

在一些实施方案中，所述装置包含容纳洗脱液的第二储器。该洗脱液是适于从装置上洗脱分离的核酸的任何流体。在一些情况下，该洗脱液是水或缓冲液。在一些情况下，该洗脱液包括DNA测序方法所需的试剂。

本文还提供了包含多个直流电(DC)电极的系统和装置。在一些实施方案中，所述多个DC电极包括至少两个分布在整个阵列上的矩形电极。在一些实施方案中，所述电极位于阵列的边缘。在一些实施方案中，DC电极散布在AC电极之间。在一些情况下，DC电极包含介电材料。

在一些实施方案中，本文所述的系统或装置包含用于操作核酸的器件(means)。在一些实施方案中，本文所述的系统或装置包含进行酶反应的器件。在多个实施方案中，本文所述的系统或装置包括进行聚合酶链反应、等温扩增、连接反应、限制性分析、核酸克隆、转录或翻译测定或其他基于酶的分子生物学测定的器件。在又一些多个实施方案中，本文所述的系统或装置包括进行以下操作的器件：包括细胞核DNA或线粒体DNA的实时定量PCR，酶联免疫吸附测定(ELISA)，直接SYBR金测定，直接PicoGreen测定，微卫星标志物杂合性丧失(LOH)，任选地随后进行电泳分析，包括但不限于毛细管电泳分析，测序和/或克隆，包括下一代测序，甲基化分析，包括但不限于修改的半巢式或巢式甲基化特异性PCR，DNA特异性PCR(MSP)，亚硫酸氢盐组(bisulfitome)扩增后微量DNA定量(qMAMBRA)，以及珠上甲基化，基于质量的分析，包括但不限于MALDI-ToF(基质辅助激光解吸/电离飞行时间)分析，任选地与PCR和数字PCR组合。

在一些实施方案中，本文所述的系统或装置包含核酸测序仪。该测序仪任选地是任何合适的DNA测序装置，包括但不限于Sanger测序仪、焦磷酸测序仪、离子半导体测序仪、聚合酶克隆测序仪、连接测序装置、DNA纳米球测序装置、连接测序装置或单分子测序装置。

在一些实施方案中，本文所述的系统或装置能够保持恒定的温度。在一些实施方案中，本文所述的系统或装置能够冷却阵列或腔室。在一些实施方案中，本文所述的系统或装置能够加热阵列或腔室。在一些实施方案中，本文所述的系统或装置包含热循环仪。在一些实施方案中，本文公开的装置包含局部温度控制元件。在一些实施方案中，本文公开的装置能够感测和控制温度。

在一些实施方案中，所述装置进一步包含加热或热元件。在一些实施方案中，加热或热元件位于电极下方。在一些实施方案中，加热或热元件包含金属。在一些实施方案中，加热或热元件包含钽、铝、钨或其组合。通常，通过加热或热元件达到的温度与通过它的电流成比例。在一些实施方案中，本文公开的装置包含局部冷却元件。在一些实施方案中，将耐热元件直接放置在暴露的电极阵列下方。在一些实施方案中，本文公开的装置能够达到并维持约20℃至约120℃的温度。在一些实施方案中，本文公开的装置能够达到并维持约30℃至约100℃的温度。在多个实施方案中，本文公开的装置能够达到并维持约20℃至约95℃的温度。在一些实施方案中，本文公开的装置能够达到并维持约℃至约90℃、约25℃至约85℃、约25℃至约75℃、约25℃至约65℃或约25℃至约55℃的温度。在一些实施方案中，本文公开的装置能够达到并维持约20℃、约30℃、约40℃、约50℃、约60℃、约70℃、约80℃、约90℃、约100℃、约110℃或约120℃的温度。

施加A/C或D/C动电场区和分析物分离

在一些实施方案中，本文所述的方法、装置和系统提供一种基于性质(诸如大小、极性或其他性质)从流体物质(其任选地含有其他物质，如污染物、残余的细胞物质等)中收集、分开和/或分离细胞、颗粒和/或分子(如核酸)的机制。在一些实施方案中，对任何数量的装置、方法或系统变量进行了优化，以提供特定分析物的分开或与特定样品的分离。

在一些实施方案中，生成动电场来收集、分开或分离生物分子，如核酸。在一些实施方案中，动电场包括AC动电场。在一些实施方案中，该AC动电场为介电泳场。因此，在一些实施方案中，在本文所述方法的多个步骤中使用介电泳(DEP)。

在一些实施方案中，本文所述的装置和系统能够生成DEP场等。在特定实施方案中，使用DEP来使细胞和/或颗粒集中(例如，同时或在不同时间)，该细胞和/或颗粒诸如细胞游离核酸、外来体、高分子量核酸(包括高分子量DNA)寡核苷酸-核小体复合物、核小体、聚集蛋白质、囊泡结合的DNA、细胞膜碎片和细胞碎屑。在某些实施方案中，本文所述的方法进一步包括对电极阵列通电，以产生第一DEP场、第二DEP场和任何其他可选的DEP场。在一些实施方案中，本文所述的装置和系统能够通电，从而产生第一DEP场、第二DEP场和任何其他可选的DEP场。在一些情况下，不同的DEP场允许分离具有不同性质的不同分析物，并可选地在本文所述的装置上的不同位置进行分离。

在本文提供的各个实施方案中，本文所述的方法包括采用阵列产生第一DEP场区和第二DEP场区。在本文提供的各个实施方案中，本文所述的装置或系统能够采用阵列产生第一DEP场区和第二DEP场区。在一些情况下，第一场区和第二场区是单个场的一部分(例如，第一区和第二区同时存在，但位于装置内和/或阵列上的不同位置)。在一些实施方案中，第一场区和第二场区是不同的场(例如，在第一时间通过对电极通电创建第一区，而在第二时间通过对电极通电创建第二区)。在特定方面，第一DEP场区适于集中或分离细胞(例如，进入DEP低场区)。在一些实施方案中，第二DEP场区适于集中更小的颗粒，如分子(例如核酸)，例如进入DEP高场区。在一些情况下，本文所述的方法任选地排除使用第一DEP场区或第二DEP场区。

在一些实施方案中，第一DEP场区与第二DEP场区处于如本文所公开的装置的同一腔室中。在一些实施方案中，第一DEP场区和第二DEP场区占据电极阵列的相同区域。

在一些实施方案中，第一DEP场区与第二DEP场区处于如本文所公开的装置的单独的腔室中，或者完全处于单独的装置中。

第一DEP场区

在一些方面，例如，高电导率缓冲液(>100mS/m)，本文所述的方法包括将包含细胞或其他颗粒物质的流体施加到包含电极阵列的装置上，并且由此使细胞集中在第一DEP场区内。在一些方面，本文所述的装置和系统能够将包含细胞或其他颗粒物质的流体施加到包含电极阵列的装置上，并且由此使细胞集中在第一DEP场区内。随后或同时的第二DEP区，或可选的第三DEP区和第四DEP区，可以收集或分离其他流体组分，包括分析物、生物分子，诸如颗粒，诸如细胞游离核酸、外来体、高分子量核酸(包括高分子量DNA)、寡核苷酸-核小体复合物、核小体、聚集蛋白质、囊泡结合的DNA、细胞膜碎片、细胞碎屑或本文所述的其他分析物。

第一DEP场区可以是适于从流体中集中细胞的任何场区。对于该应用，细胞通常集中于电极阵列附近。在一些实施方案中，第一DEP场区是介电泳低场区。在一些实施方案中，第一DEP场区是介电泳高场区。在一些方面，例如，低电导率缓冲液(<100mS/m)，本文所述的方法包括将包含细胞的流体施加到包含电极阵列的装置上，并且由此使细胞或其他颗粒物质集中在第一DEP场区内。

在一些方面，本文所述的装置和系统能够将包含细胞或其他颗粒物质的流体施加到包含电极阵列的装置上，并使细胞集中在第一DEP场区内。在多个实施方案中，第一DEP场区可以是适于从流体中集中细胞的任何场区。在一些实施方案中，细胞集中在电极阵列上。在一些实施方案中，细胞被捕获于介电泳高场区内。在一些实施方案中，细胞被捕获于介电泳低场区内。高场捕获还是低场捕获通常取决于流体的电导率，其中通常，交叉点为约300-500mS/m。在一些实施方案中，第一DEP场区是在大于约300mS/m的流体电导率下进行的介电泳低场区。在一些实施方案中，第一DEP场区是在小于约300mS/m的流体电导率下进行的介电泳低场区。在一些实施方案中，第一DEP场区是在大于约300mS/m的流体电导率下进行的介电泳高场区。在一些实施方案中，第一DEP场区是在小于约300mS/m的流体电导率下进行的介电泳高场区。在一些实施方案中，第一DEP场区是在大于约500mS/m的流体电导率下进行的介电泳低场区。在一些实施方案中，第一DEP场区是在小于约500mS/m的流体电导率下进行的介电泳低场区。在一些实施方案中，第一DEP场区是在大于约500mS/m的流体电导率下进行的介电泳高场区。在一些实施方案中，第一DEP场区是在小于约500mS/m的流体电导率下进行的介电泳高场区。

在一些实施方案中，第一介电泳场区由交流电产生。交流电具有适于集中细胞的任何安培数、电压、频率等。在一些实施方案中，使用具有0.1微安至10安的安培数、1-50伏峰-峰值的电压和/或1-10,000,000Hz的频率的交流电产生第一介电泳场区。在一些实施方案中，使用具有5-25伏峰-峰值的电压的交流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有3-15kHz的频率的交流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1毫安至1安的安培数的交流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有0.1微安至1安的安培数的交流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1微安至1安的安培数的交流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有100微安至1安的安培数的交流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有500微安至500毫安的安培数的交流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1-25伏峰-峰值的电压的交流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1-10伏峰-峰值的电压的交流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有25-50伏峰-峰值的电压的交流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用10-1,000,000Hz的频率产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用100-100,000Hz的频率产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用100-10,000Hz的频率产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用10,000-100,000Hz的频率产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用100,000-1,000,000Hz的频率产生第一DEP场区。

在一些实施方案中，第一介电泳场区由直流电产生。该直流电具有适于集中细胞的任何安培数、电压、频率等。在一些实施方案中，使用具有0.1微安至1安的安培数；10毫伏至10伏的电压；和/或1毫秒至1000秒的脉冲宽度和0.001-1000Hz的脉冲频率的直流电产生第一介电泳场区。在一些实施方案中，使用具有1微安至1安的安培数的直流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有100微安至500毫安的安培数的直流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1毫安至1安的安培数的直流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1微安至1毫安的安培数的直流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有500毫秒至500秒的脉冲宽度的直流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有500毫秒至100秒的脉冲宽度的直流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1秒至1000秒的脉冲宽度的直流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用具有500毫秒至1秒的脉冲宽度的直流电产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用0.01-1000Hz的脉冲频率产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用0.1-100Hz的脉冲频率产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用1-100Hz的脉冲频率产生第一DEP场区。在一些实施方案中，使用100-1000Hz的脉冲频率产生第一DEP场区。

在一些实施方案中，所述流体包含细胞类型的混合物。在一些实施方案中，在不同的DEP场中分离细胞类型的混合物。例如，血液包含红细胞和白细胞。环境样品包含在宽浓度范围内的许多类型的细胞和其他颗粒物质。在一些实施方案中，使一种细胞类型(或少于组成样品的细胞类型总数的任何数目的细胞类型)优先集中在第一DEP场内。非限制性地，该实施方案有利于将核酸分离程序聚焦于特定的环境污染物，如粪便大肠杆菌，由此可以使用DNA测序来鉴别该污染物的来源。在另一非限制性实例中，第一DEP场以特异性地集中病毒而非细胞的方式操作(例如，在电导率大于300mS/m的流体中，病毒集中在DEP高场区内，而较大的细胞将集中在DEP低场区内)。

在一些实施方案中，本文所述的方法、装置或系统适于分离或分开特定的细胞类型。在一些实施方案中，特别地对所述方法、装置或系统的DEP场进行调节，以允许将特定类型的细胞分离或集中在DEP场的场区内。在一些实施方案中，本文所述的方法、装置或系统提供超过一个场区，其中对超过一种类型的细胞进行分离或集中。在一些实施方案中，本文所述的方法、装置或系统是可调节的，从而允许在其DEP场区内分离或集中不同类型的细胞。在一些实施方案中，本文提供的方法进一步包括调节DEP场。在一些实施方案中，本文提供的装置或系统能够使DEP场得到调节。在一些情况下，这样的调节可提供特别适于所需目的的DEP。例如，任选地利用阵列、能量或另外的参数的改变来调节DEP场。用于更精细分辨率的调节参数包括电极直径、电极之间的边缘到边缘距离、电压、频率、流体电导率和多孔聚合物层的存在以及介电层组成。

在一些实施方案中，第一DEP场区包括整个电极阵列。在一些实施方案中，第一DEP场区包括电极阵列的一部分。在一些实施方案中，第一DEP场区包括电极阵列的约90％、约80％、约70％、约60％、约50％、约40％、约30％、约25％、约20％或约10％。在一些实施方案中，第一DEP场区包括电极阵列的约三分之一。

第二DEP场区

在一方面，本文所述的装置和系统能够使颗粒集中在第二DEP场区内，该颗粒诸如细胞游离核酸、外来体、高分子量核酸(包括高分子量DNA)、寡核苷酸-核小体复合物、核小体、聚集蛋白质、囊泡结合的DNA、细胞膜碎片、细胞碎屑或本文所述的其他分析物。在一些实施方案中，第二DEP场区是适于集中颗粒的任何场区。在一些实施方案中，颗粒集中在电极阵列上。在另外其他的方面，颗粒的集中与例如细胞裂解一起发生。在又一些其他的方面，集中在一些实施方案中，第二DEP场区是介电泳高场区。第二DEP场区任选地与第一DEP场区相同。

在一些实施方案中，第二介电泳场区由交流电产生。在一些实施方案中，该交流电具有适于集中颗粒的任何安培数、电压、频率等，该颗粒诸如细胞游离核酸、外来体、高分子量核酸(包括高分子量DNA)、寡核苷酸-核小体复合物、核小体、聚集蛋白质、囊泡结合的DNA、细胞膜碎片、细胞碎屑或本文所述的其他分析物。在一些实施方案中，使用具有0.1微安至10安的安培数、1-50伏峰-峰值的电压和/或1-10,000,000Hz的频率的交流电产生第二介电泳场区。在一些实施方案中，使用具有0.1微安至1安的安培数的交流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1微安至1安的安培数的交流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有100微安至1安的安培数的交流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有500微安至500毫安的安培数的交流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1-25伏峰-峰值的电压的交流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1-10伏峰-峰值的电压的交流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有25-50伏峰-峰值的电压的交流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用10-1,000,000Hz的频率产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用100-100,000Hz的频率产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用100-10,000Hz的频率产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用10,000-100,000Hz的频率产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用100,000-1,000,000Hz的频率产生第二DEP场区。

在一些实施方案中，第二介电泳场区由直流电产生。在一些实施方案中，该直流电具有适于集中颗粒的任何安培数、电压、频率等。在一些实施方案中，使用具有0.1微安至1安的安培数；10毫伏至10伏的电压；和/或1毫秒至1000秒的脉冲宽度和0.001-1000Hz的脉冲频率的直流电产生第二介电泳场区。在一些实施方案中，使用具有5-25伏峰-峰值的电压的交流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有3-15kHz的频率的交流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1毫安至1安的安培数的交流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1微安至1安的安培数的直流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有100微安至500毫安的安培数的直流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1毫安至1安的安培数的直流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1微安至1毫安的安培数的直流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有500毫秒至500秒的脉冲宽度的直流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有500毫秒至100秒的脉冲宽度的直流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有1秒至1000秒的脉冲宽度的直流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用具有500毫秒至1秒的脉冲宽度的直流电产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用0.01-1000Hz的脉冲频率产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用0.1-100Hz的脉冲频率产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用1-100Hz的脉冲频率产生第二DEP场区。在一些实施方案中，使用100-1000Hz的脉冲频率产生第二DEP场区。

在一些实施方案中，第二DEP场区包括整个电极阵列。在一些实施方案中，第二DEP场区包括电极阵列的一部分。在一些实施方案中，第二DEP场区包括电极阵列的约90％、约80％、约70％、约60％、约50％、约40％、约30％、约25％、约20％或约10％。在一些实施方案中，第二DEP场区包括电极阵列的约三分之一。

使用本文所述的装置、方法和系统生成任意数量的DEP场区以用于从样品中分离颗粒。在一些情况下，生成至少1、2、3、4、5、6或更多个DEP场区。在一些情况下，生成约1、2、3、4、5、6或7个DEP场区。DEP场的数量、位置、强度或其他性质取决于样品来源/内容物、需要分离的分析物或影响分析物的纯化/分析的其他变量。

样品和分析物

根据本文所述方法的步骤、本文所述装置和系统的方面等，在本文的多个实施方案中经受动电场的介电颗粒是分析物(例如，纳米级颗粒、纳米颗粒或其他分析物)，诸如生物细胞和/或分子。在一些情况下，分析物是最大尺寸不超过约1微米的分析物。在一些实施方案中，示例性的介电颗粒包括纳米级颗粒，诸如核酸(例如，高分子量核酸、高分子量DNA等)、核小体、寡核苷酸-核小体复合物、外来体、细胞外囊泡、聚集蛋白质、囊泡结合的DNA、细胞膜碎片、线粒体囊泡、细胞囊泡、细胞碎屑、细胞游离生物标志物(例如，循环的)、病毒颗粒或病毒组分(例如，衣壳、病毒核酸、表面蛋白或病毒的其他组分)、符合规范的任何其他生物分子或其任意组合。在一些实施方案中，核酸包括DNA、RNA、环状RNA、cfDNA(细胞游离DNA)、ccfDNA(循环细胞游离DNA)、cfRNA(细胞游离RNA)、cffDNA(细胞游离胎儿DNA)、mRNA、tRNA、rRNA、miRNA(微小RNA)、合成多核苷酸、多核苷酸类似物、包含非典型碱基的核酸、病毒来源的核酸、符合规范的任何其他核酸或其任意组合。在多个实施方案中，(目标)循环细胞游离生物标志物选自循环DNA、微小RNA、来自微泡的RNA或其组合的突变、缺失、重排或甲基化核酸。在另外的多个实施方案中，细胞游离生物标志物的检测为患者的癌症诊断、癌症预后或治疗反应提供了有用的信息。在又一些多个实施方案中，肿瘤细胞游离生物标志物与CNS肿瘤、成神经细胞瘤、神经胶质瘤、乳腺癌、子宫内膜肿瘤、宫颈肿瘤、卵巢肿瘤、肝细胞癌、胰腺癌、食道肿瘤、Stoch肿瘤、结肠直肠肿瘤、头颈肿瘤、鼻咽癌、甲状腺肿瘤、淋巴瘤、白血病、肺癌、非小细胞肺癌、小细胞肺癌、睾丸肿瘤、肾脏肿瘤、前列腺癌、皮肤癌、恶性黑色素瘤、鳞状细胞癌或其组合相关联。在一些实施方案中，肿瘤细胞游离生物标志物是GFAP、VEGF、EGFR、b-FGF、KRAS、YKL-40、MMP-9或其组合。在多个实施方案中，目标生物标志物选自蛋白质、脂质、抗体、高分子量DNA、肿瘤细胞、外来体、核小体和纳米微脂囊((nanosome)。在另外的多个实施方案中，从第一腔室洗脱结合的核酸以用于进一步表征。在又一些多个实施方案中，对洗脱的核酸进行扩增或测序。在另外的多个实施方案中，样品是全血、血清、血浆、脑脊液、体组织、尿液、唾液或包含生物分子的其他生物流体。

在一些实施方案中，核酸颗粒具有20-50kb的大小，高分子量(mw)核酸具有5-20kb的大小、中分子量核酸具有1-5kb的大小并且低分子量核酸具有0.1-1kb的大小。

在一些实施方案中，分析物的最大尺寸不超过约1um，或者不超过0.9、0.8、0.7、0.5、0.3、0.1、0.05、0.001μm或不超过0.0005μm。在一些情况下，分析物为约0.0005μm至约1um、或约0.0005μm至约0.5μm、或约0.001μm至约1μm、约0.005μm至约1μm、或约0.005μm至约0.1μm、或约0.01μm至约0.5μm或约0.1μm至约1μm。

在一些情况下，基于分析物的介电常数分离分析物。在一些实施方案中，分析物具有至少1，或者至少2、3、5、7、10、15、20、30或至少50的介电常数。在一些实施方案中，分析物具有不超过1，或者不超过2、3、5、7、10、15、20、30或不超过50的介电常数。在一些实施方案中，分析物具有约1，或者约2、3、5、7、10、15、20、30或约50的介电常数。在一些实施方案中，分析物具有约1至约20、约1.5至约15、约1.1至约10、约1.5至约5、约3至约10、约5至约20、约2至约7、约4至约7或约7至约15的介电常数。

在一些情况下，基于分析物的分子量分离分析物。在一些实施方案中，分析物具有至少100g/mol，或者至少500g/mol、1000g/mol、5000g/mol、10,000g/mol、50,000g/mol、100,000g/mol、500,000g/mol、1,000,000g/mol、2,000,000g/mol或至少5,000,000g/mol的分子量。在一些实施方案中，分析物具有不超过100g/mol，或者不超过500g/mol、1000g/mol、5000g/mol、10,000g/mol、50,000g/mol、100,000g/mol、500,000g/mol、1,000,000g/mol、2,000,000g/mol或不超过5,000,000g/mol的分子量。在一些情况下，分析物具有约100g/mol至约5,000,000g/mol、约1,000g/mol至约5,000,000g/mol、约2,000g/mol至约5,000,000g/mol、约5,000g/mol至约2,000,000g/mol、约5,000g/mol至约1,000,000g/mol、约10,000g/mol至约500,000g/mol、约50,000g/mol至约5,000,000g/mol、约1,000,000g/mol至约5,000,000g/mol、约100,000g/mol至约5,000,000g/mol或约500,000g/mol至约5,000,000g/mol的分子量。

在一些情况下，根据分析物的质量分离分析物。在一些实施方案中，分析物具有至少0.01pg(皮克)，或者至少0.1、0.2、0.5、0.8、1、2、5、8、10、12、15、18、20、50、100、200、500、1,000、2,000、5,000、10,000pg或至少100,000pg的质量。在一些实施方案中，分析物具有不超过0.01pg，或者不超过0.1、0.2、0.5、0.8、1、2、5、8、10、12、15、18、20、50、100、200、500、1,000、2,000、5,000、10,000pg或不超过100,000pg的质量。在一些实施方案中，分析物具有约0.01pg，或者约0.1、0.2、0.5、0.8、1、2、5、8、10、12、15、18、20、50、100、200、500、1,000、2,000、5,000、10,000pg或约100,000pg的质量。在一些实施方案中，分析物具有约0.01pg至约100,000pg、或约0.01pg至约10,000pg、或约0.01pg至约1,000pg、或约0.1pg至约10,000pg、或约1pg至约100,000pg、或约10pg至约10,000pg、或约50pg至约5,000pg或约100pg至约1,000pg、或约500pg至约50,000pg、或约5,000pg至约500,000pg、或约100,000pg至约1,000,000pg的质量。

在一些实施方案中，分析物具有至少0.01fg(飞克)，或者至少0.1、0.2、0.5、0.8、1、2、5、8、10、12、15、18、20、50、100、200、500、1,000、2,000、5,000、10,000fg或至少100,000fg的质量。在一些实施方案中，分析物具有不超过0.01fg，或者不超过0.1、0.2、0.5、0.8、1、2、5、8、10、12、15、18、20、50、100、200、500、1,000、2,000、5,000、10,000fg或不超过100,000fg的质量。在一些实施方案中，分析物具有约0.01fg，或者约0.1、0.2、0.5、0.8、1、2、5、8、10、12、15、18、20、50、100、200、500、1,000、2,000、5,000、10,000fg或约100,000fg的质量。在一些实施方案中，分析物具有约0.01fg至约100,000fg、或约0.01fg至约10,000fg、或约0.01fg至约1,000fg、或约0.1fg至约10,000fg、或约1fg至约100,000fg、或约10fg至约10,000fg、或约50fg至约5,000fg或约100fg至约1,000fg、或约500fg至约50,000fg、或约5,000fg至约500,000fg或约100,000fg至约1,000,000fg的质量。

分离分析物

在一方面，本文描述了用于分离分析物的动电方法，在一些情况下该分析物是颗粒，诸如细胞游离核酸、外来体、高分子量核酸(包括高分子量DNA)、寡核苷酸-核小体复合物、核小体、聚集蛋白质、囊泡结合的DNA、细胞膜碎片、来自包含细胞的流体的细胞碎屑或本文所述的其他分析物。在一些实施方案中，所述颗粒最初在细胞内。如图4所见，在一些情况下，所述方法包括使细胞集中在高场区附近。在一些实施方案中，本文公开了一种从包含细胞的流体中分离诸如核酸的分析物的方法，该方法包括：a.将该流体施加到装置上，该装置包含电极阵列；b.使多个细胞集中在第一AC动电(例如，介电泳)场区内；c.在第二AC动电(例如，介电泳)场区内分离核酸；以及d.冲洗掉细胞。在一些情况下，在高场区内裂解细胞。在裂解后，颗粒留在高场区内和/或集中在高场区内。在一些情况下，残余细胞物质集中在低场区附近。在一些实施方案中，从装置中洗去/或从颗粒中洗去残余物质。在一些实施方案中，使核酸集中在第二AC动电场区内。

在特定情况下，将所述颗粒或分子(例如，核酸)在介电泳场的场区(例如，高场区)中分离(例如，与细胞分离或分开)。在一些实施方案中，所述方法、装置或系统进一步包括一个或多个以下步骤：使目的细胞集中在第一介电泳场区(例如，DEP高场区)内，在第一介电泳场区内裂解细胞，并且/或者使核酸集中在第一或第二介电泳场区内。在多个实施方案中，所述方法、装置或系统包括一个或多个以下步骤：使细胞集中在第一介电泳场区(例如，DEP低场区)内，使核酸集中在第二介电泳场区(例如，DEP高场区)内，并洗去细胞和残余物质。该方法还任选地包括能够执行一个或多个以下步骤的装置和/或系统：洗涤或以其他方式从诸如核酸的分析物中除去残余的(例如，细胞)物质(例如，当核酸在阵列的DEP高场区内集中并保持时，用水或缓冲液漂洗该阵列)，降解残余蛋白质(例如，来自裂解的细胞和/或其他来源的残余蛋白质，这样的降解根据任何合适的机制，例如用热、蛋白酶或化学品进行)，从分析物中冲洗降解的蛋白质，并收集分析物。在一些实施方案中，本文所述的方法、装置的操作和系统的操作的结果是分离的分析物，该分离的分析物任选地具有适于进一步操作或分析的量和纯度。在一些实施方案中，本文所述的装置是便携式的。用于分离和/或分析分析物的示例性装置示于图1。

本文所述的方法、装置、系统和组合物不同地包括从样品中分离分析物。在一些实施方案中，样品由微米大小的实体或细胞、较大的颗粒和较小的颗粒或生物分子的组合组成。在一些实施方案中，微米大小的实体可以包括血细胞、血小板、细菌等。在一些实施方案中，较大的颗粒包括有效斯托克斯直径在约10nm至约900nm范围内的颗粒，并且可以包括分散在样品中的外来体、高分子量核酸(包括高分子量DNA)、寡核苷酸-核小体复合物、聚集蛋白质、囊泡结合的DNA、细胞膜碎片、细胞碎屑或本文所述的其他分析物。在一些实施方案中，较小的颗粒(<10nm的有效斯托克斯直径)包括蛋白质(诸如免疫球蛋白、人血清白蛋白、纤维蛋白原和其他血浆蛋白)、较小的凋亡DNA和自由离子。在一些情况下，样品包含流体。

在一个方面，本文描述了用于从包含细胞或其他颗粒物质的流体中分离分析物(诸如核酸)的方法。在一些实施方案中，分析物不在细胞内(例如，流体中的细胞游离DNA)。在一些实施方案中，本文公开了用于从包含细胞或其他颗粒物质的流体中分离分析物的方法，该方法包括：a.将该流体施加到装置上，该装置包含电极阵列；b.使多个细胞集中在第一AC动电(例如，介电泳)场区内；c.在第二AC动电(例如，介电泳)场区内分离分析物；以及d.冲洗掉细胞。在一些实施方案中，该方法进一步包括在冲洗掉细胞后降解残余蛋白质。在一些实施方案中，细胞集中在低场区上或附近，并且核酸集中在高场区上或附近。在一些情况下，从装置中洗去和/或从颗粒中洗去细胞。

在一个方面，本文所述的方法、系统和装置从包含细胞或其他颗粒物质的流体中分离分析物(诸如核酸)。在一个方面，使用介电泳来集中细胞。在一些实施方案中，所述流体为液体，任选地为水或者水性溶液或分散体。在一些实施方案中，所述流体为包括体液在内的任何合适的流体。示例性的体液包括全血、血清、血浆、胆汁、奶、脑脊液、胃液、精液、粘液、腹膜液、唾液、汗液、眼泪、尿液、羊水、房水、玻璃体液、耳垢、乳糜、食糜(chime)、内淋巴液(enolymph)、外淋巴液、粪便、淋巴液、心包液、胸膜液、脓液、发炎性分泌物、皮脂、痰、滑液、呕吐物和其他体液。在一些实施方案中，使用本文所述的方法、系统或装置作为医学治疗或诊断程序、装置或系统的一部分从体液中分离颗粒。在一些实施方案中，所述流体是溶解和/或分散于流体中的组织和/或细胞。例如，该组织可以是癌性肿瘤，可使用本文所述的方法、装置或系统从其中分离出核酸。

在一些情况下，以下是有利的：本文所述的方法在短时间内进行，所述装置在短时间内操作，并且所述系统在短时间内操作。在一些实施方案中，就根据从将流体添加至装置到获得分离的核酸之间的时间而测量的“程序时间”而言，这段时间是短的。在一些实施方案中，程序时间少于3小时、少于2小时、少于1小时、少于30分钟、少于20分钟、少于10分钟或少于5分钟。在一些实施方案中，程序时间为约1分钟至约3小时、约1分钟至约1小时、约1分钟至约30分钟、约10分钟至约1小时或约15分钟至约1小时。

在另一方面，就根据从将流体添加至装置到获得分离的核酸之间的时间，作为个人必须参与该程序的累积时间长度而测得的“操作时间”而言，这段时间是短的。在一些实施方案中，操作时间少于20分钟、少于10分钟、少于5分钟、少于1分钟或少于30秒。在一些实施方案中，操作时间为约1分钟至约30分钟、约1分钟至约10分钟、约1分钟至约5分钟、约2分钟至约10分钟或约10分钟至约30分钟。

在一些实施方案中，流体是环境样品。在一些实施方案中，对环境样品进行测定或监测以确定是否存在指示某种污染、感染发生率等的特定分析物(例如，核酸序列、蛋白质、其他生物标志物)。使用本文所述的方法、装置和系统，环境样品也可用于确定某种污染的来源、感染发生率等。示例性的环境样品包括城市废水、工业废水，因各种制造过程而使用或产生的水或流体、湖泊、河流、海洋、含水层、地下水、雨水、植物或植物的一部分、动物或动物的一部分、昆虫、城市供水等。

在一些实施方案中，所述流体是食物或饮料。可以对食物或饮料进行测定或监测以确定是否存在指示某种污染、感染发生率等的特定分析物(例如，核酸序列、蛋白质、其他生物标志物)。使用本文所述的方法、装置和系统，食物或饮料也可用于确定某种污染的来源、感染发生率等。在多个实施方案中，本文所述的方法、装置和系统可以用于体液、环境样品以及食物和饮料中的一种或多种，以监测公共卫生或应对不良公共卫生事件。

在一些实施方案中，所述流体是生长培养基。生长培养基可以是适于培养细胞的任何培养基，例如用于培养大肠杆菌(E.coli)的溶原性肉汤(LB)、用于培养哺乳动物细胞的Ham’s组织培养基等。培养基可以是丰富培养基、基本培养基、选择性培养基等。在一些实施方案中，培养基包含多个克隆细胞或基本上由多个克隆细胞组成。在一些实施方案中，培养基包含至少两个物种的混合物。在一些实施方案中，所述流体是水。

细胞是如本文所述的适于从其中分离颗粒的任何细胞。在多个实施方案中，细胞是真核细胞或原核细胞。在多个实施方案中，细胞基本上由多个克隆细胞组成，或者可以包含至少两个物种和/或至少两种菌株。

在一些实施方案中，细胞是病原体细胞、细菌细胞、植物细胞、动物细胞、昆虫细胞、藻类细胞、蓝细菌细胞、细胞器和/或其组合。如本文所用，“细胞”包含病毒或其他完整的病原微生物。细胞可以是微生物或来自多细胞生物的细胞。在一些情况下，细胞源于溶解的组织样品。

在多个实施方案中，细胞是野生型的或者经基因改造的。在一些情况下，细胞包含突变细胞的库。在一些实施方案中，细胞经随机诱变，例如经受化学诱变、辐射诱变(例如，UV辐射)或其组合。在一些实施方案中，细胞已经用突变核酸分子的库进行了转化。

在一些实施方案中，所述流体还可包含其他颗粒物质。这样的颗粒物质可以是，例如，包涵体(例如，蜡样脂或马洛里小体)、细胞管型(例如，颗粒管型、透明管型、细胞管型、蜡样管型和伪管型)、Pick小体、Lewy小体、纤维缠结、纤丝形成物、细胞碎屑和其他颗粒物质。在一些实施方案中，颗粒物质是聚集的蛋白质(例如，β-淀粉样蛋白)。

所述流体可具有包括高或低电导率在内的任何电导率。在一些实施方案中，电导率为约1μS/m至约10mS/m。在一些实施方案中，电导率为约10μS/m至约10mS/m。在多个实施方案中，电导率为约50μS/m至约10mS/m。在又一些多个实施方案中，电导率为约100μS/m至约10mS/m、约100μS/m至约8mS/m、约100μS/m至约6mS/m、约100μS/m至约5mS/m、约100μS/m至约4mS/m、约100μS/m至约3mS/m、约100μS/m至约2mS/m或约100μS/m至约1mS/m。在多个实施方案中，电导率为约1mS/m至约100mS/m、约1mS/m至约80mS/m、约5mS/m至约60mS/m、约10mS/m至约50mS/m、约10mS/m至约40mS/m、约1mS/m至约30mS/m、约10mS/m至约100mS/m或约50mS/m至约100mS/m。

在一些实施方案中，电导率为约1μS/m。在一些实施方案中，电导率为约10μS/m。在一些实施方案中，电导率为约100μS/m。在一些实施方案中，电导率为约1mS/m。在多个实施方案中，电导率为约2mS/m。在一些实施方案中，电导率为约3mS/m。在又一些多个实施方案中，电导率为约4mS/m。在一些实施方案中，电导率为约5mS/m。在一些实施方案中，电导率为约10mS/m。在另外的多个实施方案中，电导率为约100mS/m。在一些实施方案中，电导率为约1S/m。在多个实施方案中，电导率为约10S/m。

在一些实施方案中，电导率为至少1μS/m。在又一些多个实施方案中，电导率为至少10μS/m。在一些实施方案中，电导率为至少100μS/m。在一些实施方案中，电导率为至少1mS/m。在另外的实施方案中，电导率为至少10mS/m。在又一些多个实施方案中，电导率为至少100mS/m。在一些实施方案中，电导率为至少1S/m。在一些实施方案中，电导率为至少10S/m。在一些实施方案中，电导率为至多1μS/m。在一些实施方案中，电导率为至多10μS/m。在一些实施方案中，电导率为至多100μS/m。在一些实施方案中，电导率为至多1mS/m。在一些实施方案中，电导率为至多10mS/m。在一些实施方案中，电导率为至多100mS/m。在又一些多个实施方案中，电导率为至多1S/m。在一些实施方案中，电导率为至多10S/m。

在一些实施方案中，电导率为约100μS/m至约100mS/m。在一些实施方案中，电导率为约100μS/m至约100mS/m。在多个实施方案中，电导率为约500μS/m至约100mS/m。在又一些多个实施方案中，电导率为约1000μS/m至约100mS/m、约1000μS/m至约80mS/m、约1000μS/m至约60mS/m、约1000μS/m至约50mS/m、约1000μS/m至约40mS/m、约1000μS/m至约30mS/m、约1000μS/m至约20mS/m或约1000μS/m至约10mS/m。在多个实施方案中，电导率为约10mS/m至约1000mS/m、约10mS/m至约800mS/m、约50mS/m至约600mS/m、约100mS/m至约500mS/m、约100mS/m至约400mS/m、约10mS/m至约300mS/m、约100mS/m至约1000mS/m或约500mS/m至约1000mS/m。

在一些实施方案中，所述流体为小体积的液体，包括少于10ml。在一些实施方案中，该流体少于8ml。在一些实施方案中，该流体少于5ml。在一些实施方案中，该流体少于2ml。在一些实施方案中，该流体少于1ml。在一些实施方案中，该流体少于500μl。在一些实施方案中，该流体少于200μl。在一些实施方案中，该流体少于100μl。在一些实施方案中，该流体少于50μl。在一些实施方案中，该流体少于10μl。在一些实施方案中，该流体少于5μl。在一些实施方案中，该流体少于1μl。在优选的实施方案中，该流体为约50μl至约500μl。

在一些实施方案中，施加到所述装置上或在所述方法中使用的流体的量包含少于约100,000,000个细胞。在一些实施方案中，该流体包含少于约10,000,000个细胞。在一些实施方案中，该流体包含少于约1,000,000个细胞。在一些实施方案中，该流体包含少于约100,000个细胞。在一些实施方案中，该流体包含少于约10,000个细胞。在一些实施方案中，该流体包含少于约1,000个细胞。

在一些实施方案中，使用本文所述的装置、系统和方法从包含细胞或其他颗粒物质的流体中分离分析物(包括核酸)花费少于约30分钟、少于约20分钟、少于约15分钟、少于约10分钟、少于约5分钟或少于约1分钟。在多个实施方案中，使用本文所述的装置、系统和方法从包含细胞或其他颗粒物质的流体中分离分析物花费不多于30分钟、不多于约20分钟、不多于约15分钟、不多于约10分钟、不多于约5分钟、不多于约2分钟或不多于约1分钟。在另外的实施方案中，使用本文所述的装置、系统和方法从包含细胞或其他颗粒物质的流体中分离分析物花费少于约15分钟，优选少于约10分钟或少于约5分钟。

在一些情况下，从包含细胞或其他颗粒物质的流体中分离细胞外分析物，诸如DNA或其他核酸(细胞外)。在一些实施方案中，该流体包含细胞。在一些实施方案中，该流体不包含细胞。在一些实施方案中，所述细胞包括真核细胞。在一些实施方案中，所述细胞包括原核细胞。在一些情况下，所述细胞包括病毒。

细胞裂解

在一个方面，在使细胞集中在第一动电场区后，所述方法包括从所述细胞中释放颗粒。在另一方面，本文所述的装置和系统能够从细胞中释放颗粒。在一些实施方案中，在第一DEP场区内从细胞中释放颗粒。

在一些实施方案中，本文所述的方法通过裂解细胞从多个细胞中释放颗粒。在一些实施方案中，本文所述的装置和系统能够通过裂解细胞从多个细胞中释放颗粒。一种细胞裂解方法包括在阵列上分离细胞之后向所述细胞施加直流电。该直流电具有适于裂解细胞的任何合适的安培数、电压等。在一些实施方案中，该直流电具有约1伏至约500伏的电压。在一些实施方案中，该直流电具有约10伏至约500伏的电压。在多个实施方案中，该直流电具有约10伏至约250伏的电压。在另外的多个实施方案中，该直流电具有约50伏至约150伏的电压。电压通常是细胞裂解的驱动力，因为高电场导致膜完整性破坏。在一些实施方案中，用于裂解的直流电包含一个或多个具有适于裂解细胞的任何持续时间、频率等的脉冲。在一些实施方案中，施加约100伏的电压约1毫秒以裂解细胞。在一些实施方案中，经一秒施加约100伏的电压2或3次。

在一些实施方案中，所述直流电的频率依赖于伏/厘米、脉冲宽度和流体电导率。在一些实施方案中，所述脉冲具有约0.001至约1000Hz的频率。在一些实施方案中，所述脉冲具有约10至约200Hz的频率。在多个实施方案中，所述脉冲具有约0.01Hz-1000 Hz的频率。在另外的多个实施方案中，所述脉冲具有约0.1Hz-1000 Hz、约1Hz-1000 Hz、约1Hz-500Hz、约1Hz-400 Hz、约1Hz-300 Hz或约1Hz至约250Hz的频率。在一些实施方案中，所述脉冲具有约0.1Hz的频率。在多个实施方案中，所述脉冲具有约1Hz的频率。在另外的多个实施方案中，所述脉冲具有约5Hz、约10Hz、约50Hz、约100Hz、约200Hz、约300Hz、约400Hz、约500Hz、约600Hz、约700Hz、约800Hz、约900Hz或约1000Hz的频率。

在多个实施方案中，所述脉冲具有约1毫秒(ms)至1000秒(s)的持续时间。在一些实施方案中，所述脉冲具有约10ms-1000s的持续时间。在另外的多个实施方案中，所述脉冲具有约100ms-1000s、约1s-1000s、约1s-500s、约1s-250s或约1s-150s的持续时间。在一些实施方案中，所述脉冲具有约1ms、约10ms、约100ms、约1s、约2s、约3s、约4s、约5s、约6s、约7s、约8s、约9s、约10s、约20s、约50s、约100s、约200s、约300s、约500s或约1000s的持续时间。在一些实施方案中，所述脉冲具有0.2至200Hz的频率并且占空比为10-50％。

在一些实施方案中，施加一次直流电，或作为多个脉冲施加直流电。可施加任何合适数目的脉冲，包括约1-20个脉冲。脉冲之间具有任何合适的时间长度，包括约1毫秒至1000秒。在一些实施方案中，脉冲持续时间为0.01至10秒。

在一些实施方案中，使用其他方法结合向分离的细胞施加直流电来裂解细胞。在又一些多个实施方案中，不使用直流电裂解细胞。在多个方面，所述装置和系统能够使用直流电结合其他手段裂解细胞，或者可以能够在不使用直流电的情况下裂解细胞。本领域技术人员已知的任何细胞裂解方法可以是合适的，包括但不限于应用化学裂解剂(例如，酸)、酶裂解剂、热、压力、剪切力、声能、渗压震扰或其组合。溶菌酶是酶裂解剂的一个实例。

残余物质的去除

在一些实施方案中，在使颗粒集中在第二动电场区后，所述方法包括任选地从诸如核酸的分析物中冲洗残余物质。在一些实施方案中，本文所述的装置或系统能够任选地和/或包含容纳适于从分析物中冲洗残余物质的流体的储器。在一些实施方案中，通过继续对电极通电来使分析物保持在电极阵列附近，例如在第二A/C或D/C动电场(诸如DEP场)区内。“残余物质”是最初在流体中存在的、最初在细胞中存在的、在操作过程中加入的、通过包括但不限于细胞裂解的过程中的任何步骤所产生的(即，残留的细胞物质)以及通过类似方式产生的任何物质。例如，残余物质包括非裂解的细胞、细胞壁碎片、蛋白质、脂质、碳水化合物、矿物质、盐、缓冲液、血浆和不期望的核酸。在一些实施方案中，裂解的细胞物质包含由多个细胞经裂解释放的残余蛋白质。可能不是所有的分析物都会集中在第二DEP场内。在一些实施方案中，一定量的分析物随残余物质一起被冲洗。

在一些实施方案中，在任何合适的流体中，例如在水、TBE缓冲液等中冲洗残余物质。在一些实施方案中，将残余物质用任何合适体积的流体进行冲洗，冲洗任何合适的时间段，使用超过一种流体进行冲洗，或以其他任何变化方式进行冲洗。在一些实施方案中，冲洗残余物质的方法与分析物(诸如核酸)的所需分离水平相关，其中较高纯度的核酸需要更严格的冲洗和/或洗涤。在多个实施方案中，冲洗残余物质的方法与特定起始材料及其组成相关。在一些情况下，富含脂质的起始材料需要进行涉及适于溶解脂质的疏水性流体的冲洗程序。

在一些实施方案中，所述方法包括降解包括残余蛋白质在内的残余物质。在一些实施方案中，所述装置或系统能够降解包括残余蛋白质在内的残余物质。例如，通过化学降解(例如酸水解)和酶降解中的一种或多种来降解蛋白质。在一些实施方案中，酶降解剂是蛋白酶。在多个实施方案中，蛋白质降解剂是蛋白酶K。降解残余物质的可选步骤在任何合适的时间、温度等条件下进行。在一些实施方案中，从分析物(包括核酸)中冲洗降解的残余物质(包括降解的蛋白质)。

在一些实施方案中，灭活或降解用于降解残余物质的试剂。在一些实施方案中，所述装置或系统能够降解或灭活用于降解残余物质的试剂。在一些实施方案中，通过热(例如，50至95℃持续5-15分钟)灭活用于降解残余物质的酶。例如，使用热(一般为15分钟，70℃)降解和/或灭活包括蛋白酶(例如，蛋白酶K)在内的酶。在其中用酶来降解残余蛋白质的一些实施方案中，所述方法进一步包括在蛋白质降解后灭活降解酶(例如，蛋白酶K)。在一些实施方案中，由所述装置中的加热模块来提供热(例如，30至95℃的温度范围)。

所述方法的某些步骤的顺序和/或组合可以变化。在一些实施方案中，所述装置或方法能够以任何顺序或组合执行某些步骤。例如，在一些实施方案中，在单独的或同时进行的步骤中冲洗残余物质和降解的蛋白质。即，冲洗残余物质，随后降解残余蛋白质，接着从分析物中冲洗降解的蛋白质。在一些实施方案中，首先降解残余蛋白质，然后在组合的步骤中从分析物中冲洗残余物质和降解的蛋白质两者。

在一些实施方案中，核酸被保留在装置中，并且任选地在进一步的程序如PCR或其他操作或扩增核酸的程序中使用。在一些实施方案中，所述装置和系统能够执行PCR或其他可选的程序。在多个实施方案中，从该装置中收集和/或洗脱颗粒。在一些实施方案中，所述装置和系统能够允许从该装置或系统中收集和/或洗脱核酸。在一些实施方案中，通过(i)关闭第二介电泳场区；以及(ii)使用洗脱液从阵列中洗脱核酸，来收集分离的核酸。示例性的洗脱液包括水、TE、TBE和L-组氨酸缓冲液。

分离结果

在一些实施方案中，本文所述的方法、装置或系统任选地用来获得、分离或分开可由这样的方法、装置或系统获得的任何分析物。通过本文所述的方法、装置和系统分离的颗粒包括DNA(脱氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)及其组合。在一些实施方案中，核酸以适于对核酸进行测序或进一步操作(包括扩增、连接或克隆)的形式进行分离。

在多个实施方案中，分离或分开的核酸是包含核酸的组合物，该组合物不含有至少99％(按质量计)的其他物质、不含有至少99％(按质量计)的残余细胞物质(例如，来自得到该核酸的裂解的细胞)、不含有至少98％(按质量计)的其他物质、不含有至少98％(按质量计)的残余细胞物质、不含有至少95％(按质量计)的其他物质、不含有至少95％(按质量计)的残余细胞物质、不含有至少90％(按质量计)的其他物质、不含有至少90％(按质量计)的残余细胞物质、不含有至少80％(按质量计)的其他物质、不含有至少80％(按质量计)的残余细胞物质、不含有至少70％(按质量计)的其他物质、不含有至少70％(按质量计)的残余细胞物质、不含有至少60％(按质量计)的其他物质、不含有至少60％(按质量计)的残余细胞物质、不含有至少50％(按质量计)的其他物质、不含有至少50％(按质量计)的残余细胞物质、不含有至少30％(按质量计)的其他物质、不含有至少30％(按质量计)的残余细胞物质、不含有至少10％(按质量计)的其他物质、不含有至少10％(按质量计)的残余细胞物质、不含有至少5％(按质量计)的其他物质，或者不含有至少5％(按质量计)的残余细胞物质。在多个实施方案中，所述核酸具有任何合适的纯度。例如，如果DNA测序程序用具有约20％的残余细胞物质的核酸样品能够运行，则核酸分离达到80％是合适的。在一些实施方案中，分离的核酸包含少于约80％、少于约70％、少于约60％、少于约50％、少于约40％、少于约30％、少于约20％、少于约10％、少于约5％或少于约2％(按质量计)的非核酸细胞物质和/或蛋白质。在一些实施方案中，分离的核酸包含多于约99％、多于约98％、多于约95％、多于约90％、多于约80％、多于约70％、多于约60％、多于约50％、多于约40％、多于约30％、多于约20％或多于约10％(按质量计)的核酸。

核酸以任何合适的形式进行分离，包括未修饰的、衍生化的、片段化的、非片段化的等形式。在一些实施方案中，核酸以适于测序的形式进行收集。在一些实施方案中，核酸以适于鸟枪法测序、扩增或其他操作的片段化形式进行收集。可使用包含例如在DNA测序程序中使用的试剂(例如，在合成测序方法中使用的核苷酸)的溶液从装置中收集核酸。

在一些实施方案中，本文所述的方法得到大致代表起始样品中的核酸的分离的核酸样品。在一些实施方案中，本文所述的装置和系统能够从大致代表起始样品中的核酸的样品中分离核酸。也就是说，通过所述方法收集的或能够通过所述装置或系统收集的颗粒群体基本上与流体中的细胞中存在的颗粒群体成比例。在一些实施方案中，该方面在以下应用中是有利的：其中流体是多种细胞类型的复杂混合物，且从业者需要基于核酸的程序来确定各种细胞类型的相对群体。

在一些实施方案中，使用本文所述的方法分离的或能够通过本文所述的装置分离的核酸是高品质的，和/或适于直接用于下游程序，如DNA测序、核酸扩增如PCR或其他核酸操作，如连接、克隆或进一步的翻译或转化分析。在一些实施方案中，所收集的核酸包含至多0.01％的蛋白质。在一些实施方案中，所收集的核酸包含至多0.5％的蛋白质。在一些实施方案中，所收集的核酸包含至多0.1％的蛋白质。在一些实施方案中，所收集的核酸包含至多1％的蛋白质。在一些实施方案中，所收集的核酸包含至多2％的蛋白质。在一些实施方案中，所收集的核酸包含至多3％的蛋白质。在一些实施方案中，所收集的核酸包含至多4％的蛋白质。在一些实施方案中，所收集的核酸包含至多5％的蛋白质。

在一些实施方案中，通过本文所述方法分离的或能够通过本文所述装置分离的核酸具有至少0.5ng/mL的浓度。在一些实施方案中，通过本文所述方法分离的或能够通过本文所述装置分离的核酸具有至少1ng/mL的浓度。在一些实施方案中，通过本文所述方法分离的或能够通过本文所述装置分离的核酸具有至少5ng/mL的浓度。在一些实施方案中，通过本文所述方法分离的或能够通过本文所述装置分离的核酸具有至少10ng/mL的浓度。

在一些实施方案中，使用本文所述的方法、系统或装置从约5,000个细胞中分离约50皮克的核酸。在一些实施方案中，本文所述的方法、系统或装置从约5,000个细胞中得到至少10皮克的核酸。在一些实施方案中，本文所述的方法、系统或装置从约5,000个细胞中得到至少20皮克的核酸。在一些实施方案中，本文所述的方法、系统或装置从约5,000个细胞中得到至少50皮克的核酸。在一些实施方案中，本文所述的方法、系统或装置从约5,000个细胞中得到至少75皮克的核酸。在一些实施方案中，本文所述的方法、系统或装置从约5,000个细胞中得到至少100皮克的核酸。在一些实施方案中，本文所述的方法、系统或装置从约5,000个细胞中得到至少200皮克的核酸。在一些实施方案中，本文所述的方法、系统或装置从约5,000个细胞中得到至少300皮克的核酸。在一些实施方案中，本文所述的方法、系统或装置从约5,000个细胞中得到至少400皮克的核酸。在一些实施方案中，本文所述的方法、系统或装置从约5,000个细胞中得到至少500皮克的核酸。在一些实施方案中，本文所述的方法、系统或装置从约5,000个细胞中得到至少1,000皮克的核酸。在一些实施方案中，本文所述的方法、系统或装置从约5,000个细胞中得到至少10,000皮克的核酸。

在一些实施方案中，介电材料(诸如介电层)在制造成芯片的电极上或中的存在导致应用的检测所需的样品量减少。在一些实施方案中，介电层在电极上的存在导致检测所需的样品量减少约2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、50、100、200、500倍或约1000倍。在一些实施方案中，介电层在电极上的存在导致检测所需的样品量减少至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、50、100、200、500倍或至少1000倍。在一些实施方案中，介电层在电极上的存在导致检测所需的样品量减少不超过2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、50、100、200、500倍或不超过1000倍。在一些实施方案中，介电层的存在导致检测所需的样品量减少约2倍至约1000倍、约5倍至约500倍、约10倍至约200倍、约2倍至约100倍、约10倍至约500倍、约100倍至约1000倍、约2至约5倍。

测定及应用

附加的测定和应用与本文所述的方法、装置和系统结合使用。在一些实施方案中，本文所述的方法进一步包括任选地通过聚合酶链反应(PCR)扩增分离的核酸。在一些实施方案中，该PCR反应在电极阵列上或电极阵列附近或者在装置中进行。在一些实施方案中，所述装置或系统包括适于热循环的加热器和/或温度控制机构。

任选地使用传统的热循环，通过将反应化学分析物置于两个高效热传导元件(例如，铝或银)之间并利用TEC调节反应温度来进行PCR。另外的设计任选地使用穿过光学透明材料如玻璃或热聚合物的红外线加热。在一些情况下，设计使用包含通过基底成网络的传导性布线的智能聚合物或智能玻璃。该传导性布线允许材料的快速热传导，并且(通过施加适当的DC电压)提供所需的温度变化和梯度以维持有效的PCR反应。在某些情况下，使用电阻芯片加热器和其他将会快速地并与通过它们的电流量成比例地改变温度的电阻元件来实施加热。

在一些实施方案中，与传统的荧光测定法(ccd、pmt、其他光学检测器和滤光器)结合使用，实时地或以规定的时间间隔监测扩增倍数。在某些情况下，通过光学检测转换为AFU(与分析物倍增相关的任意荧光单位)或经由阻抗测量或其他电化学感测转化为电信号来报告最终扩增倍数的定量。鉴于微电极阵列的小尺寸，任选地将这些元件添加至微电极阵列周围，并且将在主样品处理腔室(在DEP阵列之上)中进行PCR反应，或者任选地将待扩增的分析物经流控技术输送到流体盒内的另一腔室以实现盒上芯片实验室处理。

在一些情况下，使用光传递方案来提供光激发和/或发射和/或扩增倍数的检测。在某些实施方案中，这包括使用流动池材料(热聚合物，如丙烯酸(PMMA)环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)等)作为光波导，从而不需要使用外部组件。另外，在一些情况下，将光源-发光二极管-LED、垂直腔面发射激光器-VCSEL和其他照明方案直接整合至流动池内部或直接构建在微电极阵列表面上，以具有内部控制且供能的光源。微型PMT、CCD或CMOS检测器也可内置于流动池中。这种最小化和小型化使得能够在进行快速信号传递和检测的同时减少类似传统装置(即，标准台式PCR/QPCR/荧光计)的占地面积的紧凑式装置成为可能。

芯片上的扩增

在一些情况下，硅微电极阵列能够承受PCR所必需的热循环。在一些应用中，由于在转移步骤中可能损失少量的目标颗粒，因此芯片上的PCR是有利的。在本文所述的装置、系统或方法的某些实施方案中，任选地使用任何一种或多种多重PCR技术，这类技术任选地包括以下任何一种或多种：直接在流动池中进行热循环；将材料移动通过具有不同温度区的微通道；以及将体积移至可在系统上扩增或转移至PCR仪的PCR管中。在一些情况下，如果出口包括含有不混溶流体和界面稳定剂(表面活性剂等)的T形接头，则进行液滴PCR。在某些实施方案中，液滴通过任何合适的方法进行热循环。

在一些实施方案中，使用等温反应进行扩增，例如，转录介导的扩增、基于核酸序列的扩增、信号介导的RNA扩增技术、链置换扩增、滚环扩增、环介导的DNA等温扩增、等温多重置换扩增、解旋酶依赖性扩增、单引物等温扩增或环形解旋酶依赖性扩增。

在多个实施方案中，在均相溶液中或作为非均相体系使用锚定引物进行扩增。在后者的一些实施方案中，所得到的扩增子直接连接到表面上，以便具有更高的多路化程度。在一些实施方案中，使扩增子变性，以在电极上或电极附近提供单链产物。然后任选地进行杂交反应以探询遗传信息，如单核苷酸多态性(SNP)、短串联重复序列(STR)、突变、插入/缺失、甲基化等。任选地通过平行分析来确定甲基化，其中一个DNA样品用亚硫酸氢盐处理而一个未用其处理。亚硫酸氢盐对未修饰的C进行脱嘌呤化，使其成为U。在一些情况下，甲基化的C未受影响。在一些实施方案中，使用等位基因特异性碱基延伸来报告目的碱基。

并非使用特异性相互作用，所述表面任选地用非特异性部分进行修饰以供捕获。例如，表面可用聚阳离子(例如，聚赖氨酸)进行修饰，以捕获可通过反向偏置(-V)释放的DNA分子。在一些实施方案中，对表面的修饰在表面上是均匀的，或者特别地进行图案化，以用于对电极区或非电极区进行功能化。在某些实施方案中，这采用光刻法、电化学活化、点印(spotting)等来完成。

在采用多个芯片设计的一些应用中，具有芯片夹层是有利的，其中两个装置彼此面对，并用垫片隔开，以形成流动池。在多个实施方案中，装置连续地或并行地运行。对于测序和下一代测序(NGS)，大小片段化和选择对测序效率和质量产生影响。在一些实施方案中，使用多芯片设计来缩小所收集的物质的大小范围，从而创建带通滤波器。在一些情况下，当前的芯片几何形状(例如，中心-中心间距为200μm的80μm直径的电极(80/200))充当500bp截止过滤器(例如，使用约10Vp-p和10kHz的电压和频率条件)。在这样的情况下，捕获大于500bp的核酸，而不捕获小于500bp的核酸。备选的电极直径和间距的几何形状具有不同的截止尺寸，以使芯片的组合提供所需的片段大小。在一些情况下，在相似的条件下，相对于80/200的几何形状，中心-中心间距为100μm的40μm直径的电极(40/100)具有更低的截止阈值，而中心-中心间距为400μm的160μm直径的电极(160/400)具有更高的截止阈值。在多个实施方案中，将单芯片或多芯片上的几何形状进行组合以选择特定大小的片段或颗粒。例如，600bp截止芯片将小于600bp的核酸留在溶液中，然后任选地采用500bp截止芯片(与600bp芯片相对)再捕获该物质。这使得包含500-600bp的核酸群体留在溶液中。然后任选地在同一腔室、侧腔室或其他任何配置中扩增该群体。在一些实施方案中，使用单电极几何形状来完成大小选择，其中，在电极上分离>500bp的核酸，随后进行洗涤，接着降低ACE高场强度(改变电压、频率、电导率)以释放<600bp的核酸，从而产生500-600bp的上清液核酸群体。

在一些实施方案中，芯片装置与在底部边缘处的加热器垂直地定向，这创建了温度梯度柱。在某些情况下，底部为变性温度，中部为退火温度，顶部为延伸温度。

在一些情况下，对流持续地推动该过程。在一些实施方案中，本文提供了包括特别提供电热流并加速该过程的电极设计的方法或系统。在一些实施方案中，这样的设计任选地位于同一装置上或在适当放置的单独的装置上。在一些情况下，在顶部通过翼片或风扇等的主动或被动冷却提供了陡峭的温度梯度。在一些情况下，本文所述的装置或系统包含，或者本文所述的方法使用，位于装置上或处于反应腔室中的温度传感器，以便监测温度，并且这类传感器任选地用来基于反馈调节温度。在一些情况下，这类传感器与具有不同热传递性质的材料耦合，以创建连续和/或不连续的梯度分布。在一些实施方案中，扩增在恒温下进行(即等温扩增)。

在一些实施方案中，本文公开的方法进一步包括对如本文所公开地分离的核酸进行测序。在一些实施方案中，通过Sanger测序或下一代测序(NGS)对核酸进行测序。在一些实施方案中，下一代测序方法包括但不限于焦磷酸测序、离子半导体测序、聚合酶克隆测序、连接测序、DNA纳米球测序、连接测序或单分子测序。

在一些实施方案中，本文公开的分离的颗粒(诸如核酸)用于Sanger测序。在一些实施方案中，Sanger测序与核酸分离在同一装置内进行(芯片实验室)。用于样品制备和Sanger测序结果的芯片实验室工作流程包括以下步骤：a)使用ACE芯片进行样品提取；b)在芯片上进行靶序列的扩增；c)通过ACE捕获PCR产物；d)进行循环测序以富集靶链；e)捕获富集的靶链；f)进行Sanger链终止反应；采用芯片上多色荧光检测通过毛细管电泳进行靶序列的电泳分离。必要时，洗涤核酸，加入试剂，并关闭电压。可在具有多个捕获区的单个芯片上或在单独的芯片和/或反应腔室上进行反应。

在一些实施方案中，本文公开的方法进一步包括对颗粒进行反应(例如，片段化、限制性消化、DNA或RNA的连接)。在一些实施方案中，如本文所公开的，所述反应在阵列上或阵列附近或在装置中发生。

其他测定

本文公开的分离的颗粒可进一步在多种测定形式中使用。例如，用核酸探针或扩增子寻址的装置可以在斑点印迹或反向斑点印迹分析、碱基堆积单核苷酸多态性(SNP)分析、具有电子严格性的SNP分析或STR分析中使用。另外，本文公开的这类装置可以用于针对酶促核酸修饰或蛋白质-核酸相互作用的形式，例如，采用酶报告的基因表达分析、锚定核酸扩增或其他适于固相形式的核酸修饰，包括限制性内切核酸酶切割、内切或外切核酸酶切割、小沟结合蛋白质分析、末端转移酶反应、多核苷酸激酶或磷酸酶反应、连接酶反应、拓扑异构酶反应和其他核酸结合或修饰蛋白质反应。

另外，本文公开的装置可能在免疫测定中是有用的。例如，在一些实施方案中，装置的位置可与抗原(例如，肽、蛋白质、碳水化合物、脂质、蛋白聚糖、糖蛋白等)相关联，以便通过夹心测定、竞争性测定或其他形式来测定体液样品中的抗体。或者，装置的位置可用抗体来寻址，以便通过夹心测定、竞争性测定或其他测定形式来检测样品中的抗原。由于抗体和蛋白质的等电点可通过实验或pH/电荷计算相当容易地确定，因此可以通过简单地调节缓冲液的pH以使寻址的种类或分析物种类带有电荷，来利用装置的电子寻址和电子集中优势。

在一些实施方案中，分离的生物分子在用于免疫测定型阵列或生物分子阵列方面是有用的。

疾病的检测和表征

可以对本文所述的样品中的任何分析物或颗粒进行测定。在一些实施方案中，分析物在细胞外循环。在一些实施方案中，分析物在细胞内。在一些实施方案中，分析物显示在细胞的表面。在一些实施方案中，分析物在细胞裂解后获得。在一些情况下，在分析这些分析物之后对疾病或病况进行检测或诊断。在一些实施方案中，使用生物标志物表征患者的疾病。在一些实施方案中，从多个不同的分析物来源测量生物标志物。疾病的“表征”包括但不限于疾病的检测和诊断、疾病的预后、治疗反应监测和与疾病分析及其治疗有关的其他措施。

本文公开的方法和装置可用于表征受试者的疾病或病况。在一些情况下，该疾病是增生性疾病。在一些实施方案中，该疾病是心血管疾病。在一些实施方案中，该疾病是神经疾病(例如，阿尔兹海默病)。在一些实施方案中，该疾病是自身免疫性疾病(例如，狼疮)。在一些实施方案中，该疾病是代谢性疾病。在一些实施方案中，该疾病是炎性疾病。在一些实施方案中，该疾病是骨疾病。在一些实施方案中，该疾病是胃肠道疾病。在一些实施方案中，该疾病是血液疾病。在一些实施方案中，该疾病是感染性疾病(例如，细菌性、病毒性、真菌性、原生动物性、朊病毒或寄生性)。

本文公开的方法和装置可用于表征疾病，诸如癌症。在一些实施方案中，癌症包括肾上腺癌(肾上腺皮质癌、嗜铬细胞瘤或其他肾上腺癌)、肛门癌、阑尾癌、胆管癌症(胆管癌、肝外胆管癌、肝内胆管癌或其他胆管癌症)、膀胱癌(移行细胞癌、输尿管癌或其他膀胱癌)、骨癌(肉瘤、尤文肉瘤、成骨肉瘤、骨肉瘤、软骨肉瘤、间叶性软骨肉瘤或其他骨癌)、脑癌(脑干胶质瘤、成神经细胞瘤、脑肿瘤、颅咽管瘤、成神经管细胞瘤、脑膜瘤、间变性星形细胞瘤、星形细胞瘤、少突胶质细胞瘤、弥漫性星形细胞瘤、室管膜瘤、周围神经癌、毛细胞型星形细胞瘤、低级星形细胞瘤、松果体区肿瘤、成松果体细胞瘤、垂体肿瘤、多形性成胶质细胞瘤(GBM)、混合性胶质瘤、生殖细胞肿瘤、胶质瘤或其他脑癌)、乳腺癌(男性乳腺癌、髓样癌、导管原位癌(DCIS)、乳腺小管癌、乳头状癌、Paget病、三阴性乳腺癌、浸润性导管癌(IDC)、浸润性小叶癌(ILC)、炎性乳腺癌(IBC)、侵袭性/浸润性乳腺癌、小叶原位癌、转移性乳腺癌、粘液癌或其他乳腺癌)、宫颈癌、结肠直肠癌(肠癌、结肠癌、直肠癌或其他结肠直肠癌)、食道癌、眼癌(眼黑色素瘤或其他眼癌)、胆囊癌、胃肠道癌、胃肠道类癌、胃肠道间质瘤(GIST)、妊娠滋养细胞疾病(GTD)、头颈癌(颈部癌、扁桃体癌或其他头颈癌)、血管内皮瘤、霍奇金淋巴瘤、肠癌、肾癌(输尿管癌、肾细胞癌、肾盂癌、移行细胞癌或其他肾癌)、柔脑膜转移、白血病(急性粒细胞白血病、急性淋巴细胞白血病(ALL)、急性髓性白血病(AML)、慢性淋巴细胞白血病(CLL)，慢性髓性白血病(CML)、骨髓增生异常综合征、毛细胞白血病或其他白血病)、肝癌、肺癌(腺癌、腺肉瘤、小细胞肺癌(SCLC)、非小细胞肺癌(NSCLC)、燕麦细胞癌或其他肺癌)、黑色素瘤(皮肤黑色素瘤、转移性黑色素瘤或其他黑色素瘤)、间质瘤(mesenchymous)、间皮瘤、转移性鳞状颈部癌、多发性骨髓瘤(骨髓癌或其他骨髓瘤)、神经内分泌肿瘤(NETS)、淋巴瘤、非霍奇金淋巴瘤(NHL、淋巴结癌、b细胞淋巴瘤、蕈样真菌病、t细胞淋巴瘤或其他淋巴瘤)，口腔癌症(唇癌、口腔癌、舌癌、颚癌、卡波西肉瘤、唾液腺癌、口癌、粘膜黑色素瘤或其他口腔癌症)、卵巢癌(卵巢上皮癌、卵巢生殖细胞肿瘤、卵巢原发性腹膜癌、卵巢性索间质肿瘤、输卵管癌、腹膜癌、移行细胞癌或其他卵巢癌)、胰腺癌(胰岛细胞癌或其他胰腺癌)、鼻旁窦癌、盆腔癌、阴茎癌、原发性中枢神经系统淋巴瘤、前列腺癌、肉瘤(脂肪肉瘤或其他软组织肉瘤)、窦癌、皮肤癌(皮肤淋巴瘤、鳞状细胞癌、基底细胞癌、梅克尔细胞癌或其他皮肤癌)、小肠癌、软组织肉瘤、血管肉瘤、上皮样肉瘤、横纹肌肉瘤、纤维肉瘤、滑膜肉瘤、平滑肌肉瘤或其他肉瘤)、脊柱癌(脊柱癌、脊髓癌、脊柱肿瘤或其他脊柱癌)、胃部癌症(类癌，胃癌或其他胃部癌症)、睾丸癌、喉部癌症(喉癌、鼻腔癌、鼻咽癌、咽癌、口咽癌、下咽癌或其他喉部癌症)、胸腺瘤/胸腺癌、甲状腺癌(甲状旁腺癌或其他甲状腺癌)、输卵管癌、尿道癌、子宫癌(子宫肉瘤、子宫腺癌、子宫内膜癌或其他子宫癌)、阴道癌、外阴癌。

本文公开的方法和装置可用于表征疾病，诸如神经疾病。在一些实施方案中，该神经疾病是阿尔茨海默病、Parkinson病、肌萎缩侧索硬化、Friedreich共济失调、Huntington病、Lewy体病、脊髓性肌萎缩、Alpers病、Batten病、Batten病、脑-眼-面-骨骼综合征(COFS)、皮质基底节变性、Gerstmann-Straussler-Scheinker病、库鲁病、Leigh病、单肢肌萎缩、多系统萎缩、多系统萎缩伴直立性低血压(Shy-Drager综合征)、脑铁沉积性神经退行性疾病、斜视眼阵挛-肌阵挛、传染性海绵状脑病(朊病毒病)、进行性多灶性白质脑病、纹状体黑质变性或其他神经疾病。

本文公开的方法和装置可用于表征疾病，诸如心血管疾病。在一些实施方案中，该心血管疾病是心脏病。在一些实施方案中，该心血管疾病是冠心病、风湿性心脏病、心肌病、心脏瓣膜疾病、心包疾病、心肌梗塞、心脏感染、肾动脉狭窄、心内膜炎、心肌炎或其他心血管疾病。在一些实施方案中，该心血管疾病是动脉瘤、外周动脉疾病、血管疾病、脑血管疾病、深静脉血栓形成(DVT)、肺栓塞、高血压、动脉粥样硬化或其他心血管疾病。

本文公开的方法和装置可用于表征疾病，诸如自身免疫性疾病。在一些实施方案中，该自身免疫性疾病是失弛缓症、Addison病、成人Still病、丙种球蛋白缺乏症、斑秃、淀粉样变性病、强直性脊柱炎、抗GBM/抗TBM肾炎、抗磷脂综合征、自身免疫性血管性水肿、自身免疫性自主神经异常、自身免疫性脑脊髓炎、自身免疫性肝炎、自身免疫性内耳疾病(AIED)、自身免疫性心肌炎、自身免疫性卵巢炎、自身免疫性睾丸炎、自身免疫性胰腺炎、自身免疫性视网膜病、自身免疫性荨麻疹、轴突和神经元神经病(AMAN)、Baló病、Behcet病、良性粘膜类天疱疮、大疱性类天疱疮、Castleman病(CD)、乳糜泻、Chagas病、慢性炎性脱髓鞘性多发性神经病(CIDP)、慢性复发性多病灶性骨髓炎(CRMO)、Churg-Strauss综合征(CSS)或嗜酸性肉芽肿病(EGPA)、瘢痕性类天疱疮、Cogan综合征、冷凝集素病、先天性心脏传导阻滞、柯萨奇病毒性心肌炎、CREST综合征、Crohn病、疱疹样皮炎、皮肌炎、Devic病(视神经脊髓炎)、盘状狼疮、Dressler综合征、子宫内膜异位、嗜酸性食管炎(EoE)，嗜酸性筋膜炎、结节性红斑、原发性混合型冷球蛋白血症、Evans综合征、纤维肌痛、纤维性肺泡炎、巨细胞性动脉炎(颞动脉炎)、巨细胞性心肌炎、肾小球性肾炎、Goodpasture综合征、肉芽肿性多血管炎、Graves病、Guillain-Barre综合征、桥本甲状腺炎、溶血性贫血、Henoch-Schonlei紫癜(HSP)、妊娠疱疹或妊娠性类天疱疮(PG)、化脓性汗腺炎(HS)(反常性痤疮)、低丙球蛋白血症、IgA肾病、IgG4相关硬化性疾病、免疫性血小板减少性紫癜(ITP)、包涵体肌炎(IBM)、间质性膀胱炎(IC)、幼年性关节炎、幼年性糖尿病(1型糖尿病)、幼年性肌炎(JM)、川崎病、Lambert-Eaton综合征、白细胞碎裂性血管炎、扁平苔癣、硬化性苔癣、木样结膜炎、线性IgA病(LAD)、狼疮、慢性莱姆病、Meniere病、显微镜下多血管炎(MPA)、混合性结缔组织病(MCTD)、Mooren溃疡、Mucha-Habermann病、多灶性运动神经病(MMN)或MMNCB、多发性硬化、重症肌无力、肌炎、嗜睡症、新生儿狼疮、视神经脊髓炎、中性粒细胞减少症、眼瘢痕性类天疱疮、视神经炎、复发性风湿病(PR)、PANDAS、副肿瘤性小脑变性(PCD)、阵发性睡眠性血红蛋白尿症(PNH)、Parry Romberg综合征、睫状体平坦部炎(Pars planitis)平炎(周边葡萄膜炎)、Parsonnage-Turner综合征、天疱疮、周围神经病、静脉周围性脑脊髓炎、恶性贫血(PA)、POEMS综合征、结节性多动脉炎、I、II、III型多腺综合征、风湿性多肌痛、多肌炎、心肌梗塞后综合征、心包切开术后综合征、原发性胆汁性肝硬化、原发性硬化性胆管炎、孕激素性皮炎、牛皮癣、银屑病性关节炎、纯红细胞再生障碍(PRCA)、坏疽性脓皮病、Raynaud现象、反应性关节炎、反射性交感神经营养不良、复发性多软骨炎、不宁腿综合征(RLS)、腹膜后纤维化、风湿热、类风湿性关节炎、结节病、Schmidt综合征、巩膜炎、硬皮病、综合征(sicca)、精子和睾丸自身免疫、僵人综合征(SPS)、亚急性细菌性心内膜炎(SBE)、Susac综合征、交感性眼炎(SO)、Takayasu动脉炎、颞动脉炎/巨细胞性动脉炎、血小板减少性紫癜(TTP)、Tolosa-Hunt综合征(THS)、横贯性脊髓炎、1型糖尿病、溃疡性结肠炎(UC)、未分化结缔组织病(UCTD)、葡萄膜炎、血管炎、白癜风、Vogt-Koyanagi-Harada病、Wegener肉芽肿病(或肉芽肿性多血管炎(GPA))或其他自身免疫性疾病。

本文公开的方法和装置可用于表征疾病，诸如代谢性疾病。在一些实施方案中，该疾病是Gilbert综合征、妊娠期尿崩症、Gaucher病、甘露糖结合凝集素缺乏症、过氧化物酶体疾病、糖尿病、甲状腺功能低下或亢进、高脂血症、骨质疏松或其他代谢性疾病。

本文公开的方法和装置可用于表征疾病，诸如炎性疾病。在一些实施方案中，该炎性疾病是急性或慢性的。在一些实施方案中，该炎性疾病是哮喘、慢性消化性溃疡、肺结核、类风湿性关节炎、牙周炎、溃疡性结肠炎和Crohn病、窦炎、活动性肝炎、阑尾炎、扁桃体炎、脑膜炎、窦炎、支气管炎或其他炎性疾病。

本文公开的方法和装置可用于表征疾病，诸如骨疾病。在一些实施方案中，该骨疾病是骨瘤。在一些实施方案中，该骨疾病是成软骨细胞瘤、软骨粘液样纤维瘤、内生软骨瘤、腹外硬纤维瘤、纤维结构不良、低磷酸酯酶症、Klippel-Feil综合征、剥脱性骨软骨炎(OCD)、骨软骨瘤、骨样骨瘤、骨硬化病(Osteopetroses)或其他骨疾病。

本文公开的方法和装置可用于表征疾病，诸如胃肠道疾病。在一些实施方案中，该胃肠道疾病是消化不良、消化性溃疡疾病、腹部疼痛综合征、胆道疾病、胆囊疾病和胆结石胰腺炎、胆结石胰腺炎、胆结石、肠易激综合征或其他胃肠道疾病。

本文公开的方法和装置可用于表征疾病，诸如血液疾病。在一些实施方案中，该血液疾病是红细胞疾病(诸如贫血、镰状细胞疾病、地中海贫血、新生儿溶血性疾病、溶血性贫血、球形红细胞症、缺铁性贫血、血色素沉着症、铁剂难治性缺铁性贫血(IRIDA)、先天性铁粒幼红细胞性贫血、先天性红细胞生成障碍性贫血、巨幼细胞性贫血(包括恶性贫血)、白细胞疾病(诸如重症先天性中性白细胞减少(Kostmann综合征)、周期性中性粒细胞减少症、慢性肉芽肿病、白细胞粘附缺陷症、髓过氧化物酶缺陷症)、骨髓衰竭综合征(诸如再生障碍性贫血、先天性低巨核细胞性血小板减少症、Diamond-Blackfan贫血、先天性角化不良症、Fanconi贫血、骨髓增生异常综合症(MDS)、Schwachman-Diamond综合症、血小板减少伴桡骨缺失综合征、出血性疾病(诸如血友病、von Willebrand病、血小板功能障碍、血小板减少症、低纤维蛋白原血症和异常纤维蛋白原血症)、血栓形成/抗凝疾病(诸如血栓形成、莱顿第五因子、凝血酶原基因突变、蛋白C缺乏症、蛋白S缺乏症、抗凝血酶缺乏症、中风)、自身免疫性血液细胞疾病(诸如免疫性血小板减少症(ITP)、自身免疫性溶血性贫血、Evans综合征)、红血球增多症/红细胞增多、血色素沉着症、血红蛋白C病、血红蛋白E病、血红蛋白SC病、脑海绵状血管畸形、莱顿第五因子、肌纤维发育不良、血色素沉着症、血红蛋白SE病、特发性中性白细胞减少症、脂肪水肿、单纯性紫癜、铁粒幼细胞性贫血或其他血液疾病。

本文公开的方法和装置可用于表征疾病，诸如感染性疾病。在一些实施方案中，该疾病是细菌性感染。在一些实施方案中，该疾病是病毒性感染。在一些实施方案中，该疾病是真菌性感染。在一些实施方案中，该疾病是原生动物性感染。在一些实施方案中，该疾病是朊病毒病。在一些实施方案中，该疾病是寄生性感染。在一些实施方案中，该感染性疾病是脓毒症。在一些实施方案中，该感染性疾病是急性弛缓性脊髓炎(AFM)、边虫病、炭疽、巴贝西虫病、肉毒中毒、布鲁氏菌病、鼻疽伯克霍尔德菌(鼻疽病)、类鼻疽伯克霍尔德菌(类鼻疽病)、弯曲杆菌病(弯曲杆菌)、耐碳青霉烯感染(CRE/CRPA)、软下疳、奇昆古尼亚病毒感染(奇昆古尼亚热病)、衣原体病、鱼肉毒、艰难梭菌感染、产气荚膜梭菌(ε毒素)、球孢子菌病真菌感染(溪谷热)、Creutzfeldt-Jacob病、传染性海绵状脑病(CJD)、隐孢子虫病(Crypto)、环孢子虫病、登革热1、2、3、4(登革热)、白喉、大肠杆菌感染(大肠杆菌)、东部马脑炎(EEE)、埃博拉出血热(埃博拉)、埃利希体病、脑炎、虫媒病或类感染、肠道病毒感染、Non-Polio(非脊髓灰质炎肠病毒)、肠道病毒感染、D68(EV-D68)、贾第虫病(贾弟虫)、淋球菌感染(淋病)、腹股沟肉芽肿、嗜血杆菌流感病B型(Hib或H流感)、汉坦病毒肺综合征(HPS)、溶血性尿毒症综合征(HUS)、甲型肝炎(HepA)、乙型肝炎(HepB)、丙型肝炎HepC)、丁型肝炎(HepD)、戊型肝炎(HepE)、疱疹、带状疱疹、带状疱疹VZV(带状疱疹)、组织胞浆菌感染(组织胞浆菌病)、人类免疫缺陷病毒/AIDS(HIV/AIDS)、人乳头状瘤病毒(HPV)、流感(Flu)、铅中毒、军团杆菌病(军团病)、麻风(Hansens病)、钩端螺旋体病、李斯特菌病(李斯特菌)、Lyme病、性病性淋巴肉芽肿感染(LVG)、疟疾、麻疹、脑膜炎、病毒性(脑膜炎、病毒性)、脑膜炎球菌病、细菌性(脑膜炎、细菌性)、中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)、腮腺炎、诺如病毒、麻痹性贝毒(麻痹性贝毒、鱼肉毒)、虱病(虱子、头虱和体虱)、骨盆炎症性疾病(PID)、百日咳(百日咳)、鼠疫；淋巴腺性(Bubonic)、败血症性、肺炎性(鼠疫)、肺炎球菌病(肺炎)、脊髓灰质炎(Polio)、Powassan、鹦鹉热、阴虱病(pthiriasis)(蟹虱；阴虱感染)、脓疱疹病(天花、猴痘、牛痘)、Q热、狂犬病、蓖麻毒素中毒、立克次体病(落矶山脉斑点热)、风疹包括先天性风疹(德国麻疹)、沙门氏菌性胃肠炎(沙门氏菌)、疥疮感染(疥疮)、鲭鱼肉中毒(Scombroid)、严重急性呼吸综合征(SARS)、志贺氏菌性胃肠炎(志贺氏菌)、天花、葡萄球菌感染、耐甲氧西林性(MRSA)、葡萄球菌食物中毒、肠毒素B中毒(葡萄球菌食物中毒)、葡萄球菌感染、万古霉素中度性(VISA)、葡萄球菌感染、耐万古霉素性(VRSA)、链球菌病A组(侵袭性)(StrepA)、链球菌病B组(Strep-B)、链球菌中毒性休克综合征STSS、中毒性休克(STSS、TSS)、梅毒(原发性、继发性、早期潜伏性、晚期潜伏性、先天性)、破伤风感染、破伤风(Lock Jaw)、旋毛虫病感染(旋毛虫病)、肺结核(TB)、肺结核(潜伏性)(LTBI)、土拉菌病(兔热)、伤寒、D组、斑疹伤寒、阴道病、细菌性(酵母菌感染)、水痘(水痘)、霍乱弧菌(霍乱)、弧菌病(弧菌)、病毒性出血热(埃博拉、拉沙热、马尔堡病)、西尼罗病毒、黄热病、耶尔森氏菌病(耶尔森氏菌)、寨卡病毒感染(寨卡)或其他感染性疾病。

在一些情况下，本文所述的方法和装置用于测量或检测从相同个体中的不同来源获得的样品之间的分析物差异。例如，在表征期间比较血清和细胞DNA水平的分析物差异。

分析物不同地包含任意数量的本文所述的不同生物标志物。例如，在一些实施方案中，分析物包含核酸。在一些情况下，分析物包含特定大小的核酸，该特定大小例如约50-500bp、约75-400bp、约100-300bp、约150-250bp、约250-500bp或约350-500bp。在一些情况下，分析物包含约50、100、150、200、250、300、350、400bp或约500bp的核酸。在一些情况下，分析物包含至少50、100、150、200、250、300、350、400bp或至少500bp的核酸。在一些情况下，分析物包含不超过50、100、150、200、250、300、350、400bp或不超过500bp的核酸。在一些情况下，生物标志物包括不同大小的核酸的量之间的比较。例如，将500bp以下的核酸的量与大于500bp的核酸的量进行比较。在一些实施方案中，将300bp以下的核酸的量与大于300bp的核酸的量进行比较。在一些实施方案中，将150bp以下的核酸的量与大于150bp的核酸的量进行比较。另外的比较包括随时间的变化、不同来源之间(个体、来源、样品类型)或在疾病或病况的治疗之前、期间或之后产生的变化。

细胞游离生物标志物

在一些实施方案中，表征可通过生物标志物的分子分析进行。

(Holdhoff等人J.Neurooncol.2013,113,345；Elshimali等人Int.J.Mol.Sci.2013,14,18925；Swanson等人Sensors Actuat.B-Chem.2000,64,22；Sosnowski等人Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.1997,94,1119；Huang等人Macromolecules2002,35,1175；以及Hofman等人RSC Advances2012,2,3885)。该分析包括但不限于分析物的列举、分析物(包括但不限于蛋白质、脂质、抗体、肿瘤DNA、肿瘤细胞、外来体、核小体)的特异性检测、特定基因序列的纳米微脂囊检测、突变基因序列的检测、杂合性缺失的检测、甲基化状态的确定、改变的检测、缺失的检测以及用于分析或表征患者或受试者的物理和/或生化状态的其他分子分析测定。

在一些实施方案中，该生物标志物是细胞游离生物标志物。在某些情况下，该细胞游离生物标志物可以包含本文所述的任何分析物。细胞游离生物标志物可以衍生自与细胞胞吐、坏死或分泌过程相关联的蛋白质或分子。标志物包括：高分子量DNA(>300bp)、核小体、外来体、聚集蛋白质、细胞膜碎片、线粒体、细胞囊泡和与细胞胞吐、坏死或分泌相关的其他标志物。

循环细胞游离生物标志物的候选物的示例包括但不限于循环肿瘤DNA，包括突变或缺失、重排、甲基化核酸、杂合性缺失和其他DNA改变。也可以使用RNA，包括微小RNA(miRNA)、来自微泡的RNA以及提供关于例如患者的疾病诊断、预后和治疗反应的表征的有用信息的其他RNA形式。在一些实施方案中，该疾病是癌症。也可以直接监测肿瘤细胞以及细胞游离蛋白质，包括但不限于GFAP、VEGF、EGFR、b-FGF、KRAS、YKL-40和MMP-9。

细胞游离生物标志物可以是核酸。在一些情况下，核酸生物标志物为至少100bp、至少200bp、至少300bp、至少500bp或至少1000bp。在一些情况下，分析物是循环细胞游离高分子量DNA(>300bp)或使用本文公开的方法和装置分离的其他目标细胞游离生物标志物。

本文公开的用于表征例如患者和受试者的方法和装置使用AC动电学从全血、血清、血浆或其他体液或样品中直接分离细胞游离目标生物标志物。本文公开的方法和装置使用最少量的样品，例如至多10μl、至多20μl、至多30μl、至多40μl、至多50μl、至多60μl、至多70μl、至多80μl、至多90μl、至多100μl、至多200μl、至多300μl、至多400μl、至多500μl或更多的样品。在一些实施方案中，本文公开的方法和装置使用小于500μl、小于400μl、小于300μl、小于200μl、小于100μl、小于90μl、小于80μl、小于70μl、小于60μl、小于50μl、小于40μl、小于30μl、小于20μl、小于10μl或小于5μl的样品。在一些实施方案中，本文公开的方法和装置使用约50μl的样品至约500μl的样品。

本文公开的用于表征例如患者和受试者的方法和装置可以使用嵌入染料、抗体标记或者能够使用荧光显微术或其他检测技术进行直接定量的其他传统染色技术。本文公开的方法和装置还可以使用DNA/RNA杂交技术来检测与疾病或病况有关的特定等位基因。本文公开的方法和装置还可以使用实时定量PCR，包括细胞核DNA或线粒体DNA或其他靶核酸分子标志物的实时定量PCR，酶联免疫吸附测定(ELISA)，直接SYBR金测定，直接PicoGreen测定，微卫星标志物杂合性丧失(LOH)，随后进行电泳分析，包括但不限于毛细管电泳分析，测序和/或克隆，包括下一代测序，甲基化分析，包括但不限于修改的半巢式或巢式甲基化特异性PCR，DNA特异性PCR(MSP)，亚硫酸氢盐组(bisulfitome)扩增后微量DNA定量(qMAMBRA)，以及珠上甲基化，基于质量的分析，包括但不限于MALDI-ToF(基质辅助激光解吸/电离飞行时间)分析，任选地与PCR和数字PCR组合。

本文公开的方法和装置可以采用染料(包括嵌入染料)、抗体标记、染色剂和其他成像分子，它们能够直接在所体现的装置上或与之一起使用对细胞游离生物标志物物质进行直接定量，包括使用荧光显微术。诸如DNA和RNA等颗粒的荧光标记的实例包括但不限于花青二聚体，可以使用高亲和力染色剂(Life Technologies)。其中POPO^TM-1、POPO^TM-3、是优选的染色染料。与本文公开的方法和装置结合的用于检测和定量的蛋白质荧光标记包括但不限于Quanti-iT^TM蛋白质定量测定、NanoOrange^TM蛋白质定量测定、CBQCA蛋白质定量测定(LifeTechnologies)。在一些实施方案中，使用其他疾病生物标志物的荧光定量，包括线粒体、标记染料，诸如MitoGreen和MitoRed

本文公开的方法和装置还可以与DNA/RNA杂交技术结合使用来检测与疾病或病况有关的特定等位基因。在一些实施方案中，可以将特定的电极和相应的电极迹线设计成单独控制单独的电极，从而获得独特的电场分布。通过设计不均匀的电场分布，可以操纵特定的DNA/RNA。

本文公开的方法和装置还能够洗脱循环细胞游离目标生物标志物(诸如核小体、高分子量DNA、外来体和蛋白质)以用于遗传后分析，并用于使用定量PCR、逆转录酶(RT)PCR和用于鉴定经分离和洗脱的样品DNA中的目的蛋白质或核酸的测序分析技术进行的定量和进一步分析。对核小体或核蛋白复合的dsDNA(大于300bp)、外来体的dsDNA或RNA(大于100bp)和/或线粒体的DNA进行遗传后分析。

表征癌症

许多不同分析物与本文所述的方法和装置一起用于表征癌症。在一些实施方案中，分析物包含生物标志物。在一些情况下，分析物是细胞游离生物标志物，诸如ccfDNA。在一些实施方案中，细胞游离生物标志物(ccfDNA＝循环细胞游离DNA)的候选物用于检测癌症。在一些实施方案中，分析物获自癌性组织。在一些实施方案中，分析物获自流体样品。在一些实施方案中，分析物包含生物标志物，诸如对核酸的结构或序列的修饰或改变。例如，在一些实施方案中，生物标志物包括经转录后修饰(诸如通过甲基化或羟基化)的核酸。在一些实施方案中，生物标志物包含相对于正常个体或组织中的核酸的核酸突变或变化。在一些情况下，核酸的量的增加或减少用于表征癌症。

本文所述的方法和装置可用于检测中枢神经系统(CNS)的肿瘤。在一些实施方案中，该CNS癌症是脑癌。在一些实施方案中，该癌症是成神经细胞瘤或神经胶质瘤。在一些实施方案中，通过本文所述的装置和方法检测到的与成神经细胞瘤有关的遗传改变包括MYCN、DCR2启动子的超甲基化(Combaret,V.等人Cancer Res.2002Jul 1；62(13):3646-8；Misawa A等人Br J Cancer.2009Jan 27；100(2):399-404)。在一些实施方案中，通过本文所述的装置和方法检测到的与神经胶质瘤有关的遗传改变包括染色体1p、19q和10q中的基因启动子甲基化p16/INK4a、MGMT、p73、RARβ和LOH、EGFRvIII以及RASSF1A超甲基化(WeaverKD等人Cancer Invest.2006；24:35–40；Lavon I等人Neuro Oncol.2010Feb；12(2):173-80.；Salkeni M.A.J.Neurooncol.2013.；Majchrzak-Celińska A.J Appl Genet.2013Aug；54(3):335-44)。

本文所述的方法和装置可用于检测乳腺癌。在一些实施方案中，ccfDNA水平与肿瘤大小、肿瘤分期、肿瘤分级、淋巴结受累、Her2/neu和拓扑异构酶IIα表达相关联。在一些实施方案中，与乳腺癌相关联的标志物包括标志物D3S1605、D10S1765、D12S1725、D13S218、D17S855和D12S1725处的循环DNA(短DNA片段)的LOH，扩增的HER2，LINE1(长散在核元件-1)的拷贝数，并发ERβ和RARβ2甲基化以及ERβ表达的缺失，CST6、APC和RASSF1A，ccfDNA中RASSF1A、细胞周期素D2和RARβ2基因的甲基化，p16的异常超甲基化(与CEA的血清水平升高相关联)，CDH1(上皮钙粘蛋白或CD324，一种肿瘤抑制基因)，ccfDNA中的甲基化模式(手术、他莫昔芬治疗或联合治疗后的变化)，不同的BRCA1甲基化和血浆DNA的动力学(ALU115)，hTERT(人类端粒酶逆转录酶)和VEGF(Catarino R.DNA Cell Biol.2008Aug；27(8):415-21；Hashad D.J Clin Lab Anal.2012Nov；26(6):467-72；Hashad D.J Clin LabAnal.2012Nov；26(6):467-72；Schwarzenbach H.Clin Cancer Res.2012Oct 15；18(20):5719-30；Weiss L.N Engl J Med.2013Jul 4；369(1):93；Page K.Br J Cancer.2011Apr12；104(8):1342-8；Jin D.J.Mol.Biomarkers Diagn.2012:S2–009；Shaw JA.GenomeRes.2012Feb；22(2):220-31；Umetani N.J Clin Oncol.2006Sep 10；24(26):4270-6；Mirza S.Ann Surg Oncol.2012Sep；19(9):3107-15；Müller H.M.Cancer Res.2003；63:7641–7645；Zurita M.BMC Cancer.2010May 20；10():217；Deligezer U.Ann N Y AcadSci.2008Aug；1137():175-9；Liggett TE.Int J Cancer.2011Jan 15；128(2):492-9；Sharma G.Tumour Biol.2012Dec；33(6):1837-43；El Tarhouny S.Cytokine.2008Oct；44(1):65-9；和Dawson SJ.N Engl J Med.2013Mar 28；368(13):1199-209)。

本文所述的方法和装置可用于检测女性妇科系统的癌症。在一些实施方案中，该癌症包括子宫内膜肿瘤。在一些实施方案中，与子宫内膜肿瘤相关联的标志物包括DNA完整性(较长的DNA片段)、较高水平的ccfDNA以及ccfDNA与作为潜在标志物的p53抗体之间的关联(Tanaka H.Int J Gynecol Cancer.2012Jan；22(1):82-6；Zachariah R.Reprod BiomedOnline.2009Mar；18(3):407-11；Dobrzycka B.Int J Cancer.2010Aug 1；127(3):612-21)。在一些实施方案中，该癌症包括宫颈肿瘤。在一些实施方案中，与宫颈肿瘤相关联的标志物包括血浆DNA水平、血清中的MYOD1启动子超甲基化和未甲基化的CDH1/CDH13(MüllerH.M.Cancer Res.2003；63:7641–7645；Guan T.2008Aug；28(9):1663-4,1667；Widschwendter A.Int J Cancer.2004Mar 20；109(2):163-6)。在一些实施方案中，该癌症包括卵巢肿瘤。在一些实施方案中，与卵巢肿瘤相关联的标志物包括较高水平的ccfDNA、RASSF1A的超甲基化、KRAS突变和p53抗体(Zachariah R.R.Gynecol.2008；112:843–850；MaL.Zhonghua Bing Li Xue Za Zhi.2005Dec；34(12):785-7；Dobrzycka B.AnnOncol.2011May；22(5):1133-40；Kuhlmann JD.BMC Cancer.2012Jul 31；12:325)。

本文所述的方法和装置可用于检测诸如肝细胞癌(HCC)的癌症。在一些实施方案中，与肝细胞癌相关联的标志物包括高水平的ccfDNA、LINE-1低甲基化、TP53在密码子249处(丝氨酸-249，被认为是是黄曲霉毒素诱变的标志)的突变和CTNNB1(编码β-连环蛋白的基因)突变、RASSF1A的超甲基化、p16的异常甲基化、较高水平的RASSF1A以及微卫星不稳定性和D8S277、D8S298和D8S1771在染色体8p处的杂合性缺失(Ren N.World JGastroenterol.2006Jun28；12(24):3911-4；Tangkijvanich P.Clin Chim Acta.2007Apr；379(1-2):127-33；Iizuka N.Anticancer Res.2006Nov-Dec；26(6C):4713-9；IidaM.Oncol Rep.2008Oct；20(4):761-5；Hosny G.Cancer Lett.2008Jun 18；264(2):201-8；Hosny G.Cancer Lett.2008Jun18；264(2):201-8；Pang JZ.Zhonghua Yi Xue ZaZhi.2006Jun 27；86(24):1662-5；Chan KC.Clin Chem.2008Sep；54(9):1528-36；ZhouJ.Semin Oncol.2012Aug；39(4):440-8)。

本文所述的方法和装置可用于检测诸如胰腺癌的癌症。在一些实施方案中，与胰腺癌相关联的标志物包括循环血浆DNA的甲基化谱和游离血清DNA(Melnikov AA.J SurgOncol.2009Feb 1；99(2):119-22；Gornik I.Clin Biochem.2009Jan；42(1-2):38-43；Sawabu N.Pancreas.2004Apr；28(3):263-7；Liggett T.Cancer.2010Apr 1；116(7):1674-80)。

本文所述的方法和装置可用于检测诸如胃肠道癌症的癌症。在一些实施方案中，该胃肠道癌症包括食管肿瘤。在一些实施方案中，与食管肿瘤相关联的标志物包括甲基化的DAPK(死亡相关蛋白激酶)和APC(腺瘤性结肠息肉病基因)启动子DNA(TomitaH.Anticancer Res.2007Jul-Aug；27(4C):2737-41；Hoffmann AC.J Cancer Res ClinOncol.2009Sep；135(9):1231-7)。在一些实施方案中，该胃肠道癌症包括Stoch肿瘤。在一些实施方案中，与食管肿瘤相关联的标志物包括较高水平的ccfDNA、RUNX3、MGMT、p15和hMLH1超甲基化以及CEA、P16、E-钙粘蛋白、RARβ和CDH4基因的甲基化状态(KolesnikovaEV.Ann N Y Acad Sci.2008Aug；1137:226-31；Tani N.2006；33:1720–1722；SaiS.Anticancer Res.2007Jul-Aug；27(4C):2747-51；Sakakura C.AnticancerRes.2009Jul；29(7):2619-25)。在一些实施方案中，该胃肠道癌症包括结肠直肠肿瘤。在一些实施方案中，与结肠直肠肿瘤相关联的标志物包括突变的循环DNA，诸如SEPT9、HPP1和/或HLTF等特定基因的异常甲基化状态，KRAS突变体克隆，血清DNA完整性，微卫星不稳定性，BRAF，SMAD4，包括TMEFF2、NGFR和p16的异常启动子甲基化(Schwarzenbach H.Ann N YAcad Sci.2008Aug；1137():190-6；da Silva Filho BF.J Clin Pathol.2013Sep；66(9):775-8；Lofton-Day C.Clin.Chem.2008；54:414–423；Tóth K.Orv Hetil.2009May 24；150(21):969-77；deVos T.Orv Hetil.2009May 24；150(21):969-77；deVos T.ClinChem.2009Jul；55(7):1337-46；Wallner M.Clin Cancer Res.2006Dec 15；12(24):7347-52；Misale S.Nature.2012Jun 28；486(7404):532-6；Trevisiol C.Int J BiolMarkers.2006Oct-Dec；21(4):223-8；Umetani N.Clin Chem.2006Jun；52(6):1062-9；Morgan SR.J Clin Pathol.2013Sep；66(9):775-8；Mouliere F.Transl Oncol.2013Jun；6(3):319-28；Trevisiol C.Int J Biol Markers.2006Oct-Dec；21(4):223-8；NakayamaG.Anticancer Res.2007；27:1459–1463)。

本文所述的方法和装置可用于检测诸如头颈癌症的癌症。在一些实施方案中，头颈癌症包括鼻咽癌。在一些实施方案中，与鼻咽癌相关联的标志物包括以下五个基因中的至少一个的启动子DNA异常超甲基化：CDH1、p16、DAPK1、p15和RASSF1A，三个基因(CDH1、DAPK1和p16)中的至少一个的启动子DNA超甲基化，和EBV-DNA(Chan KC.Clin CancerRes.2008Jul 1；14(13):4141-5.Jiang WW.Int J Cancer.2006Dec 1；119(11):2673-6.Chan SL.BMC Cancer.2006Oct31；6:259.Chan KC.Semin Cancer Biol.2002Dec；12(6):489-96)。在一些实施方案中，头颈癌症包括甲状腺肿瘤。在一些实施方案中，与甲状腺肿瘤相关联的标志物包括BRAF/DNA(Chuang TC.Head Neck.2010Feb；32(2):229-34)。

本文所述的方法和装置可用于检测诸如淋巴瘤或白血病的癌症。在一些实施方案中，与淋巴瘤或白血病相关联的标志物包括较高水平的ccfDNA、重排的免疫球蛋白重链DNA和伴有p53突变的MGMT启动子超甲基化(Hohaus S.Ann Oncol.2009Aug；20(8):1408-13；Jiang Y.2012Feb；20(1):53-6)。

本文所述的方法和装置可用于检测诸如肺癌的癌症。在一些实施方案中，肺癌包括非小细胞肺癌(NSCLC)。在一些实施方案中，与NSCLC相关联的标志物包括增加的血浆DNA水平，突变的缺乏，血清DNA的14-3-3σ的甲基化状态，胸膜腔灌洗中的P16M，RASSF1A、p14(ARF)和APC的超甲基化，K-RAS突变和表皮生长因子受体(EGFR)突变(Cheng C.CancerSci.2009Feb；100(2):303-9；Xie GS.Chin.Med.J.2004；117:1485–1488；Yoon KA.J MolDiagn.2009May；11(3):182-5；Lee SM.Mol Cells.2012Aug；34(2):171-6；PonomaryovaAA.Lung Cancer.2013Sep；81(3):397-403；Nakamura T.J Thorac Oncol.2012Sep；7(9):1369-81)。在一些实施方案中，肺癌包括小细胞肺癌(SCLC)。在一些实施方案中，与SCLC相关联的标志物包括微卫星标志物和LOH(Board RE.Ann.N.Y.Acad.Sci.2008；1137:98–107；Tamkovich SN.Ann N Y Acad Sci.2008Aug；1137:214-7)。

本文所述的方法和装置可用于检测诸如男性生殖道癌症的癌症。在一些实施方案中，男性生殖道的癌症包括睾丸肿瘤。在一些实施方案中，与睾丸肿瘤相关联的标志物包括增加的ccfDNA和细胞游离血清mtDNA(79-bp(mtDNA-79)和220bp(mtDNA-220))，ccfDNAAPC、GSTP1、PTGS2、p14(ARF)、p16(INK)和RASSF1A的超甲基化(Ellinger J.JUrol.2009Jan；181(1):363-71；Ellinger J.J Urol.2009Jul；182(1):324-9)。

本文所述的方法和装置可用于检测诸如泌尿系统癌症的癌症。在一些实施方案中，泌尿系统的癌症包括肾脏肿瘤。在一些实施方案中，与泌尿系统相关联的标志物包括尿液样品中的肿瘤DNA，VHL、p16/CDKN2a、p14ARF、APC、RASSF1A和Timp-3的ccfDNA的启动子超甲基化(Goessl C.Eur Urol.2002Jun；41(6):668-76；Cairns P.Ann N Y AcadSci.2004Jun；1022:40-3)。在一些实施方案中，泌尿系统的癌症包括前列腺癌(PCa)。在一些实施方案中，与前列腺癌相关联的标志物包括ccfDNA、DNA载量和启动子甲基化状态，启动子超甲基化(RASSF1、RARB2和GSTP1的甲基化)的LOH和遗传畸变诸如等位基因失衡(AI)和表观遗传变化，D6S1631、D8S286、D9S171、D8S286和D9S171的标志物组合的LOH和增加的Gleason评分，GSTP1基因的甲基化和凋亡的PTGS2片段(Delgado PO.TumourBiol.2013Apr；34(2):983-6；Chun FK.BJU Int.2006Sep；98(3):544-8；PapadopoulouE.Ann N Y Acad Sci.2006Sep；1075:235-43；Müller I.Clin Chem.2008Apr；54(4):688-96；Ellinger J.Int J Cancer.2008Jan 1；122(1):138-43；Cortese R.Hum MolGenet.2012Aug 15；21(16):3619-31)。

本文所述的方法和装置可用于检测诸如皮肤癌的癌症。在一些实施方案中，皮肤癌包括恶性黑色素瘤。在一些实施方案中，与恶性黑色素瘤相关联的标志物包括ccfDNA，血浆中微卫星标志物D1S243、D6S311、D9S161和D19S246处的LOH，和血清中TFPI2-甲基化的DNA(Daniotti M.Int J Cancer.2007Jun 1；120(11):2439-44；Nakamoto D.Bull TokyoDent Coll.2008May；49(2):77-87；Lo Nigro C.J Invest Dermatol.2013May；133(5):1278-85)。在一些实施方案中，皮肤癌包括鳞状细胞癌。在一些实施方案中，与鳞状细胞癌相关联的标志物包括血清DNA中的微卫星改变(Kakimoto Y.Oncol Rep.2008Nov；20(5):1195-200)。

实施方案

在一方面，本文公开了一种用于捕获分析物的装置，其包括：a)被配置为生成动电场区的电极；以及b)与所述电极的至少一部分接触的层，其中所述层包含介电材料且厚度小于100埃。在一些实施方案中，所述电极用AC通电。在一些实施方案中，所述电极用DC通电。在一些实施方案中，所述动电场包括介电泳场、电热场、电渗场或其组合。在一些实施方案中，所述层的厚度为约5埃至约25埃。在一些实施方案中，所述层的厚度为约13埃至约19埃。在一些实施方案中，所述层的厚度为约16埃。在一些实施方案中，所述层的厚度不超过50埃。在一些实施方案中，所述介电材料包括准金属氧化物、准金属氮化物、准金属碳化物、准金属硅化物或其组合。在一些实施方案中，所述准金属选自硼、硅、锗、砷、锑、碲及其组合。在一些实施方案中，所述介电材料包括非金属，和硼、硅、锗、砷、锑、碲中的至少一种，或其任意组合。在一些实施方案中，所述非金属选自氧、碳、硅、硒、氮及其组合。在一些实施方案中，所述介电材料还包括金属。在一些实施方案中，所述金属选自铂、钌、铑、铱、锰、镁、钨、锆、铬、金、铁、铝、钽、镓、铜、银、黄铜、锌、锡、镍、钯、钛、钛、铟、铋、铅、镧、铪、钇及其组合。在一些实施方案中，所述金属选自钙、镁、锶、钡及其组合。在一些实施方案中，所述金属选自铝、锌、镓、铟、镉、汞、铊、铅、铋、锑、锗及其组合。在一些实施方案中，所述金属选自铂、钌、铑、铱、锰、钨、锆、铬、金、铁、钽、铜、银、黄铜、锌、锡、镍、钯、钛、钛、铅、镧、铪、钇及其组合。在一些实施方案中，所述介电材料包括有机或无机聚合物。在一些实施方案中，所述聚合物是氟化的。在一些实施方案中，所述介电材料包括陶瓷。在一些实施方案中，所述介电材料包括高κ介电材料。在一些实施方案中，所述介电材料包括低κ介电材料。在一些实施方案中，所述介电材料包括介电常数不超过3的材料。在一些实施方案中，所述介电材料具有不超过4的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有不超过10的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有至少为4的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有约2至约10的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有至少为10的介电常数。在一些实施方案中，所述层包含选自硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钛、锗、聚四氟乙烯、氯丁橡胶、聚偏二氟乙烯、二氧化硅、二氧化钛、氟硅酸盐玻璃、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、甲基倍半硅氧烷，聚亚芳基醚、聚乙烯、聚苯乙烯、碳酸钙及其组合的材料。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-5Ω·m至约10²⁵Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-2Ω·m至约10²⁰Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10Ω·m至约10¹⁵Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10³Ω·m至约10¹²Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-5Ω·m至约10⁶Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-4Ω·m至约10⁷Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述电极包含导电材料。在一些实施方案中，所述导电材料具有约10^-8Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述导电材料具有约10^-8Ω·m至约10^-5Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述导电材料具有约10^-4Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，介电材料与导电材料的比例为约0.01:2至约99:1。在一些实施方案中，介电材料与导电材料的比例为约0.1:2至约0.7:2。在一些实施方案中，介电材料与导电材料的比例为约0.3:2。在一些实施方案中，所述导电材料包括以下至少一种：铂、金、铝、钽、砷化镓、铜、银、黄铜、锌、锡、镍、硅、钯、钛、石墨、碳及其组合。在一些实施方案中，所述电极包含金属。在一些实施方案中，所述电极包含混合金属氧化物。在一些实施方案中，所述混合金属氧化物选自氧化铂、氧化钛、氧化锆、氧化铌、氧化钽、氧化钨及其组合。在一些实施方案中，所述电极包含混合金属碳化物。在一些实施方案中，所述混合金属碳化物选自碳化铂、碳化钛、碳化锆、碳化铌、碳化钽、碳化钨及其组合。在一些实施方案中，所述电极包含混合金属氮化物。在一些实施方案中，所述混合金属氮化物选自氮化铂、氮化钛、氮化锆、氮化铌、氮化钽、氮化钨及其组合。在一些实施方案中，所述电极具有约10^-8Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述电极具有约10^-6Ω·m至约10^-4Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述电极具有约10^-6Ω·m至约10^-3Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述组合物包含多个电极。在一些实施方案中，各个电极的中心基本上不存在所述导电材料。在一些实施方案中，所述多个电极以阵列形式配置。在一些实施方案中，所述多个电极以三维形式配置。在一些实施方案中，所述导电材料被配置为开口盘形、波浪线形、空心管形、空心三角管或具有突出中心的空心环中的不连续弯曲线。在一些实施方案中，所述电极的最大尺寸为约40μm至约1000μm。在一些实施方案中，所述电极的最大尺寸为约40μm至约500μm。在一些实施方案中，所述电极的最大尺寸为约40μm至约100μm。在一些实施方案中，所述电极的厚度为约100nm至约500nm。在一些实施方案中，所述电极的厚度为约50nm至约200nm。在一些实施方案中，所述电极的厚度为约100nm至约1μm。在一些实施方案中，所述电极涂覆有聚合物层。在一些实施方案中，所述聚合物层是多孔的。在一些实施方案中，所述聚合物层还包含介电材料。在一些实施方案中，所述聚合物层包含共聚物。在一些实施方案中，所述聚合物层包含聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙6,6、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯乙烯、聚异戊二烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或其任意组合。在一些实施方案中，所述聚合物层包含聚甲基丙烯酸羟乙酯。在一些实施方案中，所述聚合物层包含水凝胶。在一些实施方案中，所述水凝胶具有约0.01微米至1微米的厚度。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约0.01％至约99.99％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约0.01％至约50％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约50％至约99.99％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约25％至约75％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约1％至约25％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约0.01％至约10％。

本文还提供了用于捕获分析物的装置，其包括：a)被配置为生成动电场区的电极；以及b)与所述电极的至少一部分接触的层，其中所述层包含介电材料且厚度为100埃至约10,000埃。在一些实施方案中，所述电极用AC通电。在一些实施方案中，所述电极用DC通电。在一些实施方案中，所述动电场包括介电泳场、电热场、电渗场或其组合。在一些实施方案中，所述介电材料包括准金属氧化物、准金属氮化物、准金属碳化物、准金属硅化物或其组合。在一些实施方案中，所述准金属选自硼、硅、锗、砷、锑、碲及其组合。在一些实施方案中，所述介电材料包括非金属，和硼、硅、锗、砷、锑、碲中的至少一种，或其任意组合。在一些实施方案中，所述非金属选自氧、碳、硅、硒、氮及其组合。在一些实施方案中，所述介电材料还包括金属。在一些实施方案中，所述金属选自铂、钌、铑、铱、锰、镁、钨、锆、铬、金、铁、铝、钽、镓、铜、银、黄铜、锌、锡、镍、钯、钛、钛、铟、铋、铅、镧、铪、钇及其组合。在一些实施方案中，所述金属选自钙、镁、锶、钡及其组合。在一些实施方案中，所述金属选自铝、锌、镓、铟、镉、汞、铊、铅、铋、锑、锗及其组合。在一些实施方案中，所述金属选自铂、钌、铑、铱、锰、钨、锆、铬、金、铁、钽、铜、银、黄铜、锌、锡、镍、钯、钛、钛、铅、镧、铪、钇及其组合。在一些实施方案中，所述介电材料包括有机或无机聚合物。在一些实施方案中，所述聚合物是氟化的。在一些实施方案中，所述介电材料包括陶瓷。在一些实施方案中，所述介电材料包括高κ介电材料。在一些实施方案中，所述介电材料包括低κ介电材料。在一些实施方案中，所述介电材料包括介电常数不超过3的材料。在一些实施方案中，所述介电材料具有不超过4的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有不超过10的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有至少为4的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有约2至约10的介电常数。在一些实施方案中，所述介电材料具有至少为10的介电常数。在一些实施方案中，所述层包含选自硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钛、锗、聚四氟乙烯、氯丁橡胶、聚偏二氟乙烯、二氧化硅、二氧化钛、氟硅酸盐玻璃、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、甲基倍半硅氧烷，聚亚芳基醚、聚乙烯、聚苯乙烯、碳酸钙及其组合的材料。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-5Ω·m至约10²⁵Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-2Ω·m至约10²⁰Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10Ω·m至约10¹⁵Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10³Ω·m至约10¹²Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-5Ω·m至约10⁶Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述介电材料具有约10^-4Ω·m至约10⁷Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述电极包含导电材料。在一些实施方案中，所述导电材料具有约10^-8Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述导电材料具有约10^-8Ω·m至约10^-5Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述导电材料具有约10^-4Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，介电材料与导电材料的比例为约0.01:2至约99:1。在一些实施方案中，介电材料与导电材料的比例为约0.1:2至约0.7:2。在一些实施方案中，介电材料与导电材料的比例为约0.3:2。在一些实施方案中，所述导电材料包括以下至少一种：铂、金、铝、钽、砷化镓、铜、银、黄铜、锌、锡、镍、硅、钯、钛、石墨、碳及其组合。在一些实施方案中，所述电极包含金属。在一些实施方案中，所述电极包含混合金属氧化物。在一些实施方案中，所述混合金属氧化物选自氧化铂、氧化钛、氧化锆、氧化铌、氧化钽、氧化钨及其组合。在一些实施方案中，所述电极包含混合金属碳化物。在一些实施方案中，所述混合金属碳化物选自碳化铂、碳化钛、碳化锆、碳化铌、碳化钽、碳化钨及其组合。在一些实施方案中，所述电极包含混合金属氮化物。在一些实施方案中，所述混合金属氮化物选自氮化铂、氮化钛、氮化锆、氮化铌、氮化钽、氮化钨及其组合。在一些实施方案中，所述电极具有约10^-8Ω·m至约10^-2Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述电极具有约10^-6Ω·m至约10^-4Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述电极具有约10^-6Ω·m至约10^-3Ω·m的电阻率。在一些实施方案中，所述组合物包含多个电极。在一些实施方案中，各个电极的中心基本上不存在所述导电材料。在一些实施方案中，所述多个电极以阵列形式配置。在一些实施方案中，所述多个电极以三维形式配置。在一些实施方案中，所述导电材料被配置为开口盘形、波浪线形、空心管形、空心三角管或具有突出中心的空心环中的不连续弯曲线。在一些实施方案中，所述电极的最大尺寸为约40μm至约1000μm。在一些实施方案中，所述电极的最大尺寸为约40μm至约500μm。在一些实施方案中，所述电极的最大尺寸为约40μm至约100μm。在一些实施方案中，所述电极的厚度为约100nm至约500nm。在一些实施方案中，所述电极的厚度为约50nm至约200nm。在一些实施方案中，所述电极的厚度为约100nm至约1μm。在一些实施方案中，所述电极涂覆有聚合物层。在一些实施方案中，所述聚合物层是多孔的。在一些实施方案中，所述聚合物层还包含介电材料。在一些实施方案中，所述聚合物层包含共聚物。在一些实施方案中，所述聚合物层包含聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙6,6、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯乙烯、聚异戊二烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或其任意组合。在一些实施方案中，所述聚合物层包含聚甲基丙烯酸羟乙酯。在一些实施方案中，所述聚合物层包含水凝胶。在一些实施方案中，所述水凝胶具有约0.01微米至1微米的厚度。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约0.01％至约99.99％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约0.01％至约50％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约50％至约99.99％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约25％至约75％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约1％至约25％。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致所述装置的电导率降低约0.01％至约10％。

本文还提供了用于捕获分析物的装置，所述装置包括：含有铂的电极，其中所述电极被配置为生成AC介电泳场区；以及与所述电极的一部分接触的层，其中所述层的厚度小于100埃；包含介电材料和导电材料，其中半导电材料与导电材料的比例为约0.3/2；并且所述层的存在导致所述装置的电导率降低30％。

本文还提供了用于分离在样品中的分析物的方法，所述方法包括：将所述样品施加到本文提供的装置上；产生至少一个AC介电泳和/或AC动电场区；以及在所述AC介电泳和/或AC动电场区中分离所述分析物。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致表面上捕获的分析物增加。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致表面上捕获的分析物增加至少5倍。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致表面上捕获的分析物增加至少50倍。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致表面上捕获的分析物增加至少100倍。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致表面上捕获的分析物增加至少200倍。在一些实施方案中，与不含所述层的装置相比，所述层的存在导致表面上捕获的分析物增加至少500倍。在一些实施方案中，所述分析物包含生物分子。在一些实施方案中，所述分析物包含核酸、核小体、外来体、细胞外囊泡、聚集蛋白质、病毒、原核细胞、细胞膜碎片、线粒体、细胞囊泡或其任意组合。在一些实施方案中，所述分析物包含病毒。在一些实施方案中，所述分析物包含细胞游离物质。在一些实施方案中，所述分析物包含细胞游离核酸。在一些实施方案中，所述样品包含流体。在一些实施方案中，所述流体包含细胞。在一些实施方案中，所述细胞包括原核细胞。在一些实施方案中，所述细胞包括真核细胞。在一些实施方案中，所述流体具有100mS/m或更高的电导率。在一些实施方案中，所述流体具有小于100mS/m的电导率。在一些实施方案中，所述分析物的最大尺寸不超过1微米。在一些实施方案中，所述分析物的最大尺寸不超过0.1微米。在一些实施方案中，所述分析物的最大尺寸不超过50纳米。在一些实施方案中，所述分析物具有不超过1纳克的质量。在一些实施方案中，所述分析物具有不超过1皮克的质量。在一些实施方案中，所述分析物具有不超过10⁹克/摩尔的分子量。在一些实施方案中，所述分析物具有不超过10⁶克/摩尔的分子量。在一些实施方案中，所述分析物具有不超过10³克/摩尔的分子量。在一些实施方案中，所述分析物具有约1至约100的介电常数。在一些实施方案中，所述分析物具有约1至约20的介电常数。在一些实施方案中，所述分析物具有约6至约11的介电常数。

本文还提供了诊断或监测患者的疾病或病况的方法，其包括将样品施加到本文所述的任一种装置上。

定义和缩写

除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语、符号以及其他技术和科学术语或专业术语旨在具有与所要求保护的主题所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。在一些情况下，为了清楚和/或供及时参考，本文定义了具有通常理解的含义的术语，并且本文包含此类定义不必解释为代表与本领域通常所理解的具有实质性区别。

在整个本申请中，可以以范围格式来呈现多个实施方案。应当理解，以范围格式的描述仅是为了方便和简洁，而不应被解释为对本公开内容范围的不灵活限制。因此，应将范围的描述视为具有已具体公开的所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，范围的描述诸如1至6应视为具有具体公开的子范围，诸如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等，以及该范围内的各个数值，例如，1、2、3、4、5和6。无论范围的广度如何，这都适用。

如说明书和权利要求书中所用，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另外明确指出。例如，术语“一样品”包括多个样品，包括其混合物。

术语“确定”、“测量”、“评价”、“评估”、“测定”和“分析”在本文中通常可互换使用以指代测量的形式。这些术语包括确定元素是否存在(例如，检测)。这些术语可以包括定量确定、定性确定或定量且定性确定。评估可以是相对的，也可以是绝对的。取决于上下文，“检测……的存在”除了确定是否存在某物外，还可以包括确定存在的某物的量。

术语“受试者”、“个体”或“患者”在本文中通常可互换使用。“受试者”可以是包含表达的遗传物质的生物实体。生物实体可以是植物、动物或微生物，包括例如细菌、病毒、真菌和原生动物。受试者可以是体内获得或体外培养的生物实体的组织、细胞及其后代。受试者可以是哺乳动物。哺乳动物可以是人。受试者可能被诊断患有疾病，或疑似处于疾病的高风险。在一些情况下，受试者不必被诊断患有疾病或疑似处于疾病的高风险。

术语“体内”用于描述在受试者的身体内发生的事件。

术语“离体”用于描述在受试者的身体外发生的事件。不对受试者进行离体测定。相反，对从受试者分离的样品进行离体测定。对样品进行的离体测定的一个示例是“体外”测定。

术语“体外”用于描述发生在容纳实验室试剂的容器中使得其与生物源(从其获得物质)分离的事件。体外测定可以涵盖采用活细胞或死细胞的基于细胞的测定。体外测定也可以涵盖不采用完整细胞的细胞游离测定。

如本文所使用的，术语“约”一数字是指该数字加上或减去该数字的10％。术语“约”一范围是指该范围减去其最低值的10％和加上其最大值的10％。

如本文所用，术语“治疗”用于指用于在受体中获得有益或期望结果的药物方案或其他干预方案。有益或期望的结果包括但不限于治疗性益处和/或预防性益处。治疗性益处可以指消除或改善症状或所治疗的基础病症。同样，通过消除或改善与基础病症相关的一种或多种生理症状可以实现治疗性益处，使得尽管受试者仍可能患有基础病症，但在受试者中观察到了改善。预防性作用包括延迟、预防或消除疾病或病况的出现，延迟或消除疾病或病况的症状的发作，减慢、停止或逆转疾病或病况的进展，或其任意组合。对于预防性益处，即使可能尚未做出对该疾病的诊断，也可以对处于发展特定疾病风险的受试者或报告该疾病的一种或多种生理症状的受试者进行治疗。

本文使用的章节标题仅用于组织目的，而不应解释为限制所描述的主题。

如本文所用，术语“Vp-p”是峰-峰电压。

如本文所用，术语“TBE”是含有Tris碱、硼酸和EDTA的混合物的缓冲溶液。

如本文所用，术语“TE”是含有Tris碱和EDTA的混合物的缓冲溶液。

如本文所用，术语“L-组氨酸缓冲液”是含有L-组氨酸的溶液。

如本文所用，术语“DEP”是介电泳的缩写。

如本文所用，术语“ACE”是交流电动电学。

实施例

实施例1：用现有技术电极分离核酸

制造包含微电极阵列的芯片。基于先前的结果(参见以下的参考文献1-3)制造45×20电极阵列，定制80μm直径的圆形铂微电极阵列，中心间距为200μm。全部900个微电极一起启动并进行AC偏置以形成棋盘格状场几何形状。正DEP区直接在微电极上发生，而负的低场区在微电极之间发生。将阵列封装在微流体盒内，形成覆盖有丙烯酸窗的50μL样品室(图1)。与微电极的电连接从来自流动池中PCB板的Molex连接器访问。函数发生器(HP 3245A)根据溶液电导率提供10KHz和10-14V峰-峰电压的正弦电信号。用荧光显微镜(Leica)和EGFP立方体(cube)(485nm发射和525nm激发带通滤光器)捕获图像。激发源是PhotoFluorII 200W汞弧灯。

[1]R.Krishnan、B.D.Sullivan、R.L.Mifflin,S.C.Esener和M.J.Heller,“Alternating current electrokinetic separation and detection of DNAnanoparticles in high-conductance solutions.”Electrophoresis,第29卷,第1765-1774页,2008。

[2]R.Krishnan和M.J.Heller,“An AC electrokinetic method for enhanceddetection of DNA nanoparticles.”J.Biophotonics,第2卷,第253-261页,2009。

[3]R.Krishnan、D.A.Dehlinger、G.J.Gemmen、R.L.Mifflin、S.C.Esener和M.J.Heller,“Interaction of nanoparticles at the DEP microelectrode interfaceunder high conductance conditions”

Electrochem.Comm.,第11卷,第1661-1666页,2009。

将包含核酸的样品用去离子水稀释至下列浓度：50纳克、5纳克、1纳克和50皮克。使用购自Invitrogen(Life Technologies，Carlsbad，Calif.)的1×SYBR Green I绿色荧光双链DNA染料对核酸样品进行染色。然后将该混合物插入至微电极阵列中，并在14伏峰-峰电压(Vp-p)、10kHz正弦波下运行1分钟。在1分钟结束时，在使用绿色荧光滤光器(FITC)以使核酸能够被可视化的显微镜上，用具有10X物镜的CCD相机拍摄微电极垫的照片。

实施例2：用介电装置分离核酸

在进行修改的情况下使用实施例1的一般方法制造芯片：将介电层涂覆到存在于芯片表面上的电极上。使用电子束沉积在电极表面上以多个厚度(约0、8、16、24或48埃)沉积介电材料。将包含核酸的样品插入微电极阵列中，然后使用实施例1的一般方法运行。具有约0、8、16、24或48埃厚的介电层的芯片分别产生约5×10⁴、7×10⁵、1×10⁷、5×10⁵或5×10⁴荧光单位的荧光(图7)。该实施例说明相对于不含介电层的装置，最佳厚度的介电层导致荧光信号的增加，并且指示所捕获的核酸的量增加。

实施例3：介电装置表面特性的评价

对实施例2中制造的装置的物理性质进行评价。获得表面的SEM图像(图5)，并使用俄歇光谱法获得经涂覆电极芯片的上部80埃的深度分布。结果显示了在多个深度处的电极芯片(介电材料和金属)的组成(图6)。该实施例说明在装置上制造了大约48埃厚度的介电层。

实施例4：用介电装置分离人类基因组DNA

研究人员对从样品中分离人类基因组DNA感兴趣。从样品中分离20-40kbp的人类基因组DNA(gDNA)。将gDNA用去离子水稀释至下列浓度：50纳克、5纳克、1纳克和50皮克。使用购自Invitrogen(Life Technologies，Carlsbad，Calif.)的1×SYBR Green I绿色荧光双链DNA染料对gDNA进行染色。然后将该混合物插入至使用实施例2的一般程序制造的电介质涂覆的微电极阵列中，并在14伏峰-峰电压(Vp-p)、10kHz正弦波下运行1分钟。在1分钟结束时，在使用绿色荧光滤光器(FITC)以使gDNA能够被可视化的显微镜上，用具有10X物镜的CCD相机拍摄微电极垫的照片。相对于不含介电层的装置，具有介电层的装置导致荧光信号的增加，并且指示所捕获的gDNA的量增加。

实施例5：用介电装置从大肠杆菌中分离DNA

研究人员对从样品中分离细菌DNA感兴趣。使用采用实施例2的一般方法制造的芯片，将50μL流体中的大约5000个绿色荧光大肠杆菌细胞插入至涂覆有电介质的芯片中。使用HP 3245A函数发生器用100毫秒100V DC脉冲裂解大肠杆菌。然后使用10kHz、10Vp-p在电极表面聚集裂解的颗粒，当DNA位于芯片上时使用Illumina Nextera方案用于测序的文库构建(通过在适当的时间将适当的缓冲液插入芯片上)来标记DNA以进行测序。然后在50μL的1×TBE缓冲液中洗脱DNA，然后在Bio-Rad PCR仪上PCR扩增9-12个循环(使用Nextera方案)。相对于不含介电层的装置，具有介电层的装置导致荧光信号的增加，并且指示所捕获的细菌DNA的量增加。

实施例6：用介电装置分离细胞游离生物标志物

使用ACE微流体盒，在未知样品(样品可以是全血、血清、血浆)中确定细胞游离生物标志物的相对浓度。可以使用实施例1的一般方法设计ACE微流体盒，其中一个或多个腔室用于已知的标准样并且一个或多个腔室用于未知的样品。

施加10Vp-p和10kHz的ACE场来选择包含使用实施例2的一般方法设计的芯片的微流体盒腔室，目的细胞游离目标生物标志物被捕获在涂覆或嵌入有电介质的电极上。施加流体洗涤溶液(水+渗透剂)以洗去不需要的样品，即未捕获在电极上的颗粒和其他组分。这种流体洗涤与聚合酶链反应(PCR)和下一代测序兼容，因此可在洗脱后进行二次分析。

目标生物标志物包括蛋白质、脂质、抗体、高分子量DNA(大于300bp)、肿瘤细胞、外来体、核小体、纳米微脂囊。对于此类生物标志物的荧光检测/定量，使用特定的染料，诸如 Green、CBQCA蛋白定量试剂盒、RNASelect^TM。相对于不含介电层的装置，具有介电层的装置导致荧光信号的增加，并且指示所捕获的细胞游离生物标志物的量增加。

实施例7：用介电装置利用标记和荧光显微术进行芯片上定量

目标生物标志物包括蛋白质、脂质、抗体、高分子量DNA(大于300bp)、肿瘤细胞、外来体、核小体、纳米微脂囊。对于此类生物标志物的荧光检测/定量，使用特定的染料，诸如 Green、CBQCA蛋白定量试剂盒、RNASelect^TM。

洗去过量不需要的样品后，将CCD/CMOS/PMT检测器与荧光显微术(带有合适的激发/发射滤波器)结合使用以使得能够利用感兴趣区域(ROI)图像分割算法(该算法比较电极中两区域之间的像素强度)对未知的分析物进行直接检测(二元)和/或定量(浓度)。确定来自已知腔室和未知腔室的荧光定量，然后使用线性拟合校准曲线比较数据，以生成已知腔室和未知腔室之间的相对强度比。由于已知腔室中的分析物具有已知的细胞游离目标生物标志物特定浓度，并且荧光标记对于目标分析物具有特异性，因此利用已知腔室和未知腔室的强度之间的代数关系以及线性校准曲线，能够确定未知腔室中的分析物浓度。相对于不含介电层的装置，具有介电层的装置导致准确度和精度增加。

实施例8：使用介电装置利用Q-PCR、RT-PCR和测序进行芯片外定量

使用ACE微流体盒，在未知样品中确定细胞游离生物标志物的相对浓度。样品可以是全血、血清、血浆或其他生物样品/流体。可以使用实施例1的一般方法设计ACE微流体盒，其中一个或多个腔室用于已知的标准样并且一个或多个腔室用于未知的样品。

向腔室施加10Vp-p和10kHz的ACE场，目的细胞游离目标生物标志物被捕获在涂覆有电介质的电极上，该电极包含使用实施例2的一般方法设计的芯片。当ACE场仍在时，使用蠕动泵进行流体洗涤(水+渗透剂)以便去除所有不需要的样品。这种流体洗涤与聚合酶链反应(PCR)和下一代测序兼容，因此可在洗脱后进行二次分析。

关闭ACE场，并将捕获的颗粒释放到PCR/测序兼容溶液中。从电极洗脱未知的样品，对样品进行PCR或下一代测序分析以确定洗脱的dsDNA或RNA中可能存在的特定基因序列、改变或缺失。用于检测来自用H₂O或ACE流体洗涤溶液稀释的细胞系H1975、RKO、OCI-AML3和HEL 92.1.7的DNA样品的PCR突变的PCR技术用作EGFR T790、BRAF V600、NPM1a和JAK2 617V测定的阳性对照。相对于不含介电层的装置，具有介电层的装置导致准确度和精度增加。

实施例9：包含DC电极的装置

实施例2的装置还包含涂覆有电介质的可寻址电极的第二阵列。在按照实施例2的一般方法进行分析物分离期间，第二电极阵列充以直流电。任选地，DC是连续的或脉冲的，以促进分析物或其他样品组分在AC电极表面或整个装置上的电泳运动。以这种方式使用经涂覆的DC电极可独立地或与AC电极一起提供分析物(例如不同分子量的核酸)的额外分离。相对于具有没有涂覆电介质的DC电极的装置，包含具有介电层的DC电极的装置导致核酸的纯度和产率提高。

实施例10：用多种电介质分离核酸

在修改的情况下使用实施例1的一般方法制造芯片：将介电层涂覆到存在于每个芯片表面上的电极上。将表1中的一种介电材料1-11以多个厚度(约0、8、16、24或48埃)沉积在每个芯片的电极表面上。将包含核酸的样品插入微电极阵列中，然后使用实施例1的一般方法运行。测量相对于没有介电层的装置所捕获的核酸的量。

表1:示例性的二元介电材料

#	元素A	元素B
			1	钡	钛酸盐
2	钡锶	钛酸盐
			3	铪	氧化物
4	镧	铝酸盐
			5	铅	钛酸盐
6	硅	氧化物
			7	硅	碳氧化物
8	硅	氮氧化物
			9	钽	氧化物
10	钛	氧化物
			11	锆	氧化物

实施例11：用氧化铝介电层分离核酸

在修改的情况下使用实施例1的一般方法制造芯片：将介电层涂覆到存在于芯片表面上的电极上。在电极表面上以多个厚度(约0、8、16、24或48埃)沉积氧化铝。将包含核酸的样品插入微电极阵列中，然后使用实施例1的一般方法运行。相对于不含介电层的装置，该介电层的存在未导致捕获的核酸增加。

实施例12：形成包含电介质的水凝胶

通过气相沉积将包含电介质的水凝胶层叠到芯片表面上。将包含pHEMA和来自表1的介电材料的混合物的水凝胶组合物以多个厚度(100、200、300、400nm)和交联(5、25、40％)密度沉积到电极芯片上。水凝胶膜采用标准ACE方案(无预处理，7Vp-p，10kHz，2分钟，0.5×PBS，500ng/ml用Sybr Green 1标记的gDNA)进行测试。通过成像捕获电极上的荧光，并测量相对于不含介电层的装置所捕获的核酸的量。

虽然本文已经显示并描述了本公开内容的优选实施方案，但是对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。本领域技术人员在不脱离本公开内容的情况下现将想到许多变化、改变和替代。应当理解，在实施本公开内容的过程中可以采用本文所述的本公开内容实施方案的各种替代方案。旨在以所附权利要求书限定本公开内容的范围，由此涵盖在这些权利要求范围内的方法和结构及其等同方案。

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