具有可调换的pcb的数字微流体系统的制作方法

具有可调换的pcb的数字微流体系统的制作方法
【专利摘要】公开了一种用于在一次性盒(2)内操纵试样液滴的数字微流体系统(1)，一次性盒(2)包括底层(3)、顶层(4)、以及在底层和顶层(3,4)之间的间隙(6)。所述数字微流体系统(1)包括具有盒容纳站(8)的基座单元(7)；以及中央控制单元(14)，其用于控制(多个)电极阵列(9)的单独的电极(10)的选择，并且用于为这些电极(10)提供用于通过电润湿在盒(2)内操纵液滴的各个电压脉冲。所述数字微流体系统(1)还包括板容纳站(40)，板容纳站(40)位于基座单元(7)的盒容纳站(8)处并且均可接收可调换的电极板(41)，可调换的电极板(41)包括电极阵列(9)和单独地连接到电极阵列(9)的电极(10)的电气板接触元件(42)。每个板容纳站(40)包括电气基座单元接触元件(43)，电气基座单元接触元件(43)连接到中央控制单元(14)并且被配置成与置于板容纳站(40)处的可调换的电极板(41)的电气板接触元件(42)接合。还公开了一系列一次性盒(2)、可调换的电极板(41)、以及用于操纵粘附到疏水性表面(17)的试样液滴(23)的方法。
【专利说明】具有可调换的PCB的数字微流体系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字微流体系统或装置，用于在其中操纵试样液滴的一个或多个一次 性盒可被插入该系统或装置中。该数字微流体系统包括：电极阵列，其由基板支撑；以及中 央控制单元，其用于控制该电极阵列的单独的电极的选择，并且用于为这些电极提供用于 通过电润湿操纵液滴的各个电压脉冲。因此，本发明还涉及用于有利于小滴致动的分子技 术的小滴致动器装置。该【技术领域】整体涉及小体积（通常为微米级或纳米级）的液体的控 制和操纵。

【背景技术】
[0002] 诸如得自本 申请人:（泰肯贸易股份公司，Seestrasse 103, CH-8708瑞士门内多 夫）的Freedom EVO?机器人工作站的自动化液体处理系统是本领域通常熟知的。该 装置允许在独立式仪器中或在与分析系统的自动化连接中的自动化液体处理。这些自动 化系统并不设计成便携式的并且通常需要处理较大体积的液体（微升至毫升）。在数字 微流体中，限定的电压被施加到电极阵列的电极，从而处理（电润湿）各个小滴。关于电 润湿方法的概述，请参见Washizu, IEEE工业应用汇刊（IEEE Transactions on Industry Applications)，1998年，第34卷，第4号，1998和Pollack等人的芯片实验室杂志（Lab chip)，2002,第2卷，96-101。简而言之，电润湿是指使用优选地由疏水层覆盖的微电极阵 列移动液滴的方法。通过将限定的电压施加到电极阵列的电极，引起所处理的电极上存在 的液滴的表面张力的变化。这导致所处理的电极上的小滴的接触角的显著变化，从而导致 小滴的移动。对于这样的电润湿程序来说，已知两种布置电极的基本方式：使用具有电极 阵列的单个表面来引起小滴的移动，或者添加第二表面，其与类似的电极阵列相对且提供 至少一个接地电极。电润湿技术的主要优点在于，仅需要小体积的液体，例如单个小滴。因 此，液体处理可以在显著更短的时间内进行。此外，液体移动的控制可以完全在电子控制下 进行，这导致试样的自动化处理。
[0003] 从美国专利No. 5, 486, 337中已知一种用于通过使用具有电极阵列的单一表面 (电极的单平面布置）的电润湿操纵液滴的装置。所有电极被置于载体基板的表面上，下降 到基板中，或者由不可润湿的表面覆盖。电压源连接到电极。通过将电压施加到后续电极 而移动小滴，从而按照向电极的电压施加的顺序引导在电极上方的液滴的移动。
[0004] 从US 6, 565, 727已知一种用于液滴移动的微米级控制的电润湿装置，其使用相 对的表面具有至少一个接地电极的电极阵列（电极的双平面布置）。该装置的每个表面可 包括多个电极。两个相对的阵列形成间隙。朝向间隙的电极阵列的表面优选地由电绝缘的 疏水层覆盖。液滴定位在间隙中且通过将多个电场连续地施加到定位在间隙的相对的站上 的多个电极而在非极性填料流体内移动。
[0005] 从WO 2010/069977 Al已知具有用于操纵在其上的试样液滴的聚合物膜的容器： 一种生物试样处理系统包括用于大体积处理的容器和具有下表面和疏水性上表面的平坦 的聚合物膜。平坦的聚合物膜通过突起与容器的背面保持距离。当容器定位在膜上时，该 距离限定至少一个间隙。液滴操纵仪器包括用于引起液滴移动的至少一个电极阵列。还公 开了支撑该至少一个电极阵列的基板以及用于液滴操纵仪器的控制单元。容器和膜可逆地 附接到液滴操纵仪器。该系统由此允许至少一个液滴通过容器的通道从所述至少一个井凹 移置到平坦的聚合物膜的疏水性上表面上且高于所述至少一个电极阵列。液滴操纵仪器被 实现为通过电润湿控制所述液滴在平坦的聚合物膜的疏水性上表面上的受引导移动，并且 在那里处理生物试样。
[0006] 在处理生物试样的背景下用于操纵液滴的这样的电润湿装置的使用也从公开为 WO 2011/002957 A2的国际专利申请中已知。在该专利中公开了一种小滴致动器，其通常 包括具有由电介质绝缘的控制电极（电润湿电极）的底部基板、导电性顶部基板、以及涂布 在底部和顶部基板上的疏水性涂层。本发明还公开了用于替换小滴致动器的一个或多个部 件（即，一次性部件）的小滴致动器装置。从该国际申请已知具有（例如，PCB的）固定底 部基板、具有电润湿电极、以及具有可移除或可替换的顶部基板的小滴致动器。整装的盒可 以例如包括缓冲液、试剂和填料流体。在盒中的小袋可用作流体贮存器并可被刺破以将流 体（例如，试剂或油）释放进盒间隙中。盒可包括可由疏水层代替的接地电极和用于将试 样加载到盒的间隙中的开口。接口材料（例如，液体、胶水或油脂）可将盒的粘附力提供到 电极阵列。
[0007] WO 2006/125767 Al (英文翻译参见US 2009/0298059 Al)中公开了用于在用于进 行分子诊断分析的自动化系统中微流体处理和分析的一次性盒。盒被配置为平坦的室装置 (具有大约支票卡的尺寸）并可插入系统内。试样可通过端口移取到盒中。


【发明内容】

[0008] 本发明的目的是提出一种备选的数字微流体系统或数字微流体装置，其被配置成 适应用于在其中操纵试样液滴的一个或多个一次性盒。该目的由于提出了用于在一次性盒 内操纵试样液滴的数字微流体系统而实现。这样的一次性盒优选地包含底层、顶层、以及在 底层和顶层之间的间隙。
[0009] 根据本发明的数字微流体系统包括：
[0010] (a)基座单元，其具有配置用于接收一次性盒的至少一个盒容纳站；
[0011] (b)至少一个电极阵列，其基本上在第一平面中延伸且包括多个单独的电极，所述 至少一个电极阵列由底部基板支撑；以及
[0012] (C)中央控制单元，其用于控制所述至少一个电极阵列的单独的电极的选择并且 用于为这些电极提供用于通过电润湿操纵所述盒内的液滴的各个电压脉冲。
[0013] 根据本发明的数字微流体系统的特征在于，它还包括至少一个板容纳站，其位于 基座单元的所述盒容纳站中的一个处；每个板容纳站被配置成接收可调换的电极板，该可 调换的电极板包括电极阵列和电连接到所述电极阵列的单独的电极的多个电气板接触元 件；每个板容纳站包括电连接到所述中央控制单元的多个电气基座单元接触元件，电气基 座单元接触元件被配置成与放置在所述板容纳站处的可调换的电极板的电气板接触元件 接合。
[0014] 优选地，至少一个板容纳站位于基座单元的所述盒容纳站中的一个下方并且被配 置成接收插入数字微流体系统的基座单元中的可调换的电极板。本文也公开了根据本发明 的数字微流体系统的附加的优选实施例。
[0015] 优选地，数字微流体系统被配置成接收可插入数字微流体系统的基座单元中的一 个或多个一次性盒。进一步优选的是，数字微流体系统包括用于使用数字微流体系统或装 置操纵试样液滴的至少一个一次性盒。进一步优选的是，盒的底层和顶层包括暴露于盒的 间隙的疏水性表面，并且盒不具有导电层。
[0016] 优选地，数字微流体系统包括具有顶部基板的至少一个盖板，该至少一个盖板位 于（多个）所述盒容纳站处。至少一个盖板还包括导电材料，其在第二平面中延伸并且基 本上平行于该至少一个盖板所分配到的盒容纳站的电极阵列。至少一个盖板的导电材料不 与电势的源连接。优选地，盖板的导电材料是附接到盒的导电箔。
[0017] 根据盒容纳站的第一优选变型，盖板被配置成相对于相应的盒容纳站的电极阵列 可移动。根据第二优选变型，盒容纳站被配置用于接收滑动地插入的一次性盒，该一次性盒 在相对于相应的盒容纳站的电极阵列基本上平行的方向上可移动。
[0018] 优选地，数字微流体系统包括至少一个可调换的电极板，其包括由底部基板支撑 的电极阵列并且包括电连接到所述电极阵列的单独的电极的多个电气板接触元件。
[0019] 本发明的附加目的是提出一种用于在技术上调适用于在一次性盒内部进行不同 的测定的备选的数字微流体系统的手段，该一次性盒用于使用数字微流体系统或装置操纵 试样液滴。该附加目的通过提出配置成放置在数字微流体系统的板容纳站处的至少一个可 调换的电极板来实现。该至少一个可调换的电极板包括由底部基板支撑的电极阵列和电连 接到所述电极阵列的单独的电极的多个电气板接触元件。该至少一个可调换的电极板被配 置成放置在数字微流体系统的所述板容纳站中的一个处；电气板接触元件被配置成与电连 接到所述数字微流体系统的所述中央控制单元的基座单元的电气基座单元接触元件接合。
[0020] 优选地，支撑电极阵列的底部基板被配置为印刷电路板（PCB)，并且电气板接触元 件成组地定位且靠近PCB的一个或多个边界。优选的是，所述电极阵列的单独的电极被布 置和配置用于通过电润湿在盒内操纵液滴并且用于进行特定的测定。尤其优选的是，可调 换的电极板的至少电极阵列由介电层覆盖。
[0021] 本发明的又一个目的是提出用于在数字微流体系统或装置中操纵试样液滴的备 选方法。该又一个目的由于提出用于操纵粘附到疏水性表面的试样液滴的方法而实现。
[0022] 根据本发明的第一方法包括以下步骤：
[0023] (a)提供根据本发明的数字微流体系统；
[0024] (b)提供如本文所述的盒；以及
[0025] (C)提供如本文所述的可调换的电极板，
[0026] 其中，可调换的电极板包括电极阵列，该电极阵列被配置用于在盒的间隙内进行 特定的测定，在该测定期间，粘附到疏水性表面的试样液滴通过电润湿而在间隙内被操纵。
[0027] 根据本发明的第二方法包括以下步骤：
[0028] (a)提供如本文所述的数字微流体系统；
[0029] (b)提供如本文所述的盒；以及
[0030] (C)选择根据本发明的可调换的电极板，
[0031] 其中，可调换的电极板包括电极阵列，该电极阵列被配置用于在盒的间隙内进行 特定的测定，在该测定期间，粘附到疏水性表面的试样液滴通过电润湿而在间隙内被操纵。
[0032] 数字微流体系统、可调换的电极板和用于操纵试样液滴的方法的附加的和创造性 的特征和优选实施例及变型从说明书和从属权利要求中得出。
[0033] 本发明的优点包括：
[0034] ?提供可调换的电极板使得数字微流体系统相对于可在置于这样的可调换的电极 板上方的一次性盒中进行的不同测定来说极其灵活，因为每个可调换的电极板可被具体地 设计以用于进行一种特定的测定。因此，必须用于大量目的的电极阵列的复杂而昂贵的设 计可通过以可负担的价格提供简单得多的可调换的电极板来避免。
[0035] ?具有可调换的电极板的仪器相比设计具有集成PCB的一次性的数字微流体盒提 供更大的灵活性和更低的成本。通过在可调换的PCB上而不是在一次性盒中设置因测定而 异的特征，对于多种测定通用的更简单的盒可被利用。增加的简便性（通过移除PCB)和制 造更大数量的盒的能力（因为它们对于在许多不同的测定中使用通用）两者允许更低的制 造成本。进行多种测定的灵活性通过互换电极板的能力而提供。
[0036] ?损坏的或无功能的可调换的电极板可被容易地替换，而不使用任何专用工具，并 且也不需要任何维护专家。
[0037] ?提供具有用于接收可调换的电极板的至少一个板容纳站的数字微流体系统创造 了用于利用用于进行尚未开发的未来测定的相同数字微流体系统的可能性。
[0038] ?用介电层覆盖至少可调换的电极板的电极阵列为电极阵列的敏感表面提供了针 对氧化或指纹的附加保护。
[0039] ?-次性盒可被配置为简单消耗品，其提供了工作层和在它们之间且用于进行由 可调换的电极板限定的测定的间隙。盒的工作层防止可调换的电极板和整个数字微流体系 统被污染。
[0040] "可调换的PCB"的概念在于，对于许多生化测定通用的昂贵部件保留在仪器中。例 如，数字微流体系统包括以下各项：
[0041] O设计用于一组具体测定（例如，分子生物学）的可调换的PCB，其包括例如：
[0042] 〇顶层，其具有限定测定能力的电极图案，
[0043] 〇第二层，其具有用于为每个电极供电的迹线，
[0044] 〇第三层，其具有在指定区域中提供加热的细迹线，
[0045] 〇第四层，其具有用于测量和控制指定区域的温度的集成热电偶，和
[0046] 〇基板，其承载所有层和其电触点；
[0047] ?高压功率继电器模块，用于控制PCB的接通和断开；
[0048] 电极；
[0049] ?电源，用于为整个系统供电；
[0050] ?光学模块（例如，用于荧光检测）；
[0051] ?夹紧和/或真空模块，用于将盒在PCB上保持到位；
[0052] ?磁致动器，其使永久磁体朝着和远离PCB的底部移动（永久磁体比电磁体提供更 集中且更强的磁场）；
[0053] ?模拟/数字I/O模块，用于控制数字输出（即，磁致动器、加热器、真空等）和输 入（热电偶等）；
[0054] ?功率模块，用于为系统提供功率；以及
[0055] ?用于运行系统的嵌入式处理器，该处理器包括：
[0056] 〇软件和用户接口。
[0057] 根据本发明，数字微流体系统提出为"仪器平台"，其包含上述所有昂贵的带实心 圆点项目符号的项并且可用于几乎所有生化应用。通过只更改或改变带空心圆点项目符号 的项，可以产生用于进行完全不同的应用的"不同仪器"或甚至"新仪器"。
[0058] 该概念提供了两个显著优点：
[0059] 1.由于数量大，制造商可以显著降低的成本分别生产大量的仪器平台或数字微流 体系统（参见上述带实心圆点项目符号的项）。为库存中限定数量的仪器平台添加所选的 可变项（即，一系列带空心圆点项目符号的项，参见上文）将导致均专用于特定用途的各种 数字微流体系统。在已生产的仪器平台中的一些中更换所选的可变项（即，一系列带空心 圆点项目符号的项，参见上文）将导致各种不同的新的数字微流体系统，而每一个系统可 专用于新的特定用途。
[0060] 2.用户可购买专用于特定用途的单个仪器平台（例如，作为用于测量血样中的特 定被分析物的仪器）。如果用户决定进行不同的实验或测定，他可以简单地更换相应的可变 项（即，一系列带空心圆点项目符号的项，参见上文），这将导致专用于新的特定用途（例 如，作为用于分析血样中的基因的仪器）的新的数字微流体系统。为了例如进行ELISA测 定，PCB可被调换并且软件被更新，从而使仪器成为免疫测定系统。
[0061] 在这些情况下，PCB可被设计成使得软件实际上包含在PCB上的芯片上，从而在 PCB被调换时自动更新软件。
[0062] 根据本发明，数字微流体系统提出为多层次"仪器平台"。在第一层次上，数字微流 体系统的基座单元对于利用电润湿技术的所有应用是相同的。因此，创造了通用仪器，其中 昂贵但通用的模块保留在仪器的基座单元中，并且其中通过诸如可插入PCB和可插入盒的 可替换部件提供较大的灵活性。在第二层次上，PCB是可由制造商或最终用户替换的可替 换元件。替换的PCB的电极阵列通过接触部位与基座单元交接，使得在置于PCB的顶部上 的盒内部的小滴移动被精密地控制。优选地，在PCB上和在基座单元中的接触部位是标准 化的。在第三层次上，可利用预加载有不同的试剂组的不同的盒类型。对于相同测定来说， 可使用相同类型的盒，但引入不同的试样。

【专利附图】

【附图说明】
[0063] 借助于所附示意图解释根据本发明的数字微流体系统、一系列可调换的电极板、 整装一次性盒和用于操纵试样的方法，图中示出本发明的所选的和示例性的实施例，而不 缩小本发明的范围和精神。在附图中：
[0064] 图1示出数字微流体系统的概览，其配有中央控制单元和基座单元、四个盒容纳 站和用于接纳均包括电极阵列的可调换的电极板的四个板容纳站；
[0065] 图2示出其中容纳有根据第一实施例的一次性盒的一个盒容纳站的剖视图；电极 阵列位于固定的底部基板上；
[0066] 图3示出其中容纳有根据第二实施例的一次性盒的一个盒容纳站的剖视图；电极 阵列位于固定的底部基板上；
[0067]图4示出数字微流体系统的概览，其配有中央控制单元和基座单元、均包括固定 的盖板的十二个盒容纳站和用于接纳均包括电极阵列的可调换的电极板的十二个板容纳 站；
[0068] 图5示出其中容纳有根据第三实施例的一次性盒的一个盒容纳站的剖视图，其 中：
[0069] 图5A示出插入基本上坚直的盒容纳站的顶部进入盒，其具有基本上坚直的电极 阵列和盖板，并且
[0070] 图5B示出从在图5A中指示的截面B观察的顶部进入盒；
[0071] 图6示出可调换的电极板的概览，其可插入数字微流体系统中；该可调换的电极 板的底部基板被配置为印刷电路板（PCB);
[0072] 图7示出根据图2的截面详图；这里，电极阵列根据电接触的第一实施例位于可调 换的电极板上；
[0073] 图8示出根据图3的截面详图；这里，电极阵列根据电接触的第二实施例位于可调 换的电极板上；
[0074] 图9示出通用多层次"仪器平台"的示意图，其包括具有所有普通模块的标准化的 基座单元；"仪器平台"还包括适用于特定实验或测定的可替换的PCB和可替换的盒。

【具体实施方式】
[0075] 图1示出示例性的数字微流体系统1的概览，数字微流体系统1配有中央控制单 元14和基座单元7、各自包括电极阵列9和盖板12的四个盒容纳站8。数字微流体系统1 被配置用于在一次性盒2内操纵试样液滴23, 一次性盒2包含底层3、顶层4和最终地间隔 件5,间隔件5限定在底层3和顶层4之间的间隙6。因此，试样液滴23在一次性盒2的间 隙6中被操纵。根据本发明的该数字微流体系统1也包括用于接纳可调换的电极板41的 四个板容纳站40。
[0076] 数字微流体系统1包括基座单元7,其具有配置用于接收一次性盒2的至少一个盒 容纳站8。数字微流体系统1可以是独立式和固定式单元，多个操作者在其上操作他们携带 的盒2。数字微流体系统1因此可包括多个盒容纳站8和多个电极阵列9,其中至少一些位 于可调换的电极板41上，使得可以同时和/或并行地操作多个盒2。盒容纳站8和板容纳 站40的数目可以是1个或在例如1个和100个或甚至更多之间的任何数；该数目例如受中 央控制单元14的处理能力限制。
[0077] 可能优选的是将数字微流体系统1集成到液体处理工作站中或Freedom EVO?; 机器人工作站中，使得移吸机器人可用来将液体部分和/或包含液体的试样转移到盒2和 从盒2转出。备选地，系统1可被配置为手持单元，其仅包括并且能够与少量的例如单个一 次性盒2 -起工作。每个技术人员应理解，在本发明的精神内，位于刚刚提及的两个极端方 案之间的中间方案也将可运行和工作。
[0078] 根据本发明，数字微流体系统1也包括用于接收可调换的电极板41的至少一个板 容纳站40,可调换的电极板41包括基本上在第一平面中延伸且包括多个单独的电极10的 电极阵列9。这样的可调换的电极板41优选地位于基座单元7的所述盒容纳站8中的每一 个处。优选地，每个电极阵列9由底部基板11支撑。应当指出，表达"电极阵列"、"电极布 局"和"印刷电路板（PCB) "在本文中用作同义词。
[0079] 数字微流体系统1也可包括具有顶部基板13的至少一个盖板12 ;虽然设置这样 的盖板12是特别优选的，但盖板中的至少一些可被省掉或者可由备选的覆盖件替换，该覆 盖件用于将一次性盒2在微流体系统1的基座单元内部保持到位。因此，至少一个盖板12 可位于所述盒容纳站8中的一个处。盖板12的顶部基板13和具有电极阵列9或PCB的底 部基板11分别限定空间或盒容纳站8。在第一变型中（参见在基座单元7的中部的两个盒 容纳站8)，盒容纳站8被配置用于接收滑动地插入的一次性盒2, 一次性盒2能在相对于相 应的盒容纳站8的电极阵列9基本上平行的方向上移动。这样的前加载或顶部加载可由拉 入自动机构支撑，该拉入自动机构在一次性盒2的部分插入之后将盒2输送到其在盒容纳 站8内的最终目的地，在这里，盒2被精密地座置。优选地，这些盒容纳站8不包括可移动 的盖板12。在对试样液滴进行所有预期操纵之后，用过的盒2可由拉入自动机构弹出并输 送到分析站或丢弃。
[0080] 在第二变型中（参见基座单元7的右侧和左侧上的两个盒容纳站8)，盒容纳站8 包括盖板12,其被配置成能相对于相应的盒容纳站8的电极阵列9移动。盖板12优选地被 配置成能够绕一个或多个铰链16和/或在基本上垂直于电极阵列9的方向上移动。
[0081] 类似于将一次性盒2插入盒容纳站8中的可能性、将可调换的电极板41插入板容 纳站40中的可能性包括以下备选方案：
[0082] (a)将可调换的电极板41坚直地下降通过相应的盒容纳站8且进入板容纳站40 中；
[0083] (b)将可调换的电极板41在相应的盒容纳站8下方基本上水平地滑动且进入板容 纳站40中；
[0084] (c)将可调换的电极板41在相应的盒容纳站8下方基本上水平地滑动且基本上坚 直地提升到板容纳站40中。
[0085] 在图1中，仅绘出一个可调换的电极板41，其可通过在第二盒容纳站8 (从左侧 数）下方前加载而滑动地插入。用于定位板容纳站40的所有可能的位置都由虚线箭头指 示和指出。
[0086] 数字微流体系统1也包括中央控制单元14,其用于控制所述至少一个电极阵列9 的单独的电极10的选择，并且用于为这些电极10提供用于通过电润湿在所述盒2内操纵 液滴的各个电压脉冲。如在图1中部分地指示的，每个单一的独立电极10可操作地连接到 中央控制单元14并且因此可以由该中央控制单元14独立地处理，该中央控制单元14也包 括合适的源，用于以本领域已知的方式形成和提供必要的电势。
[0087] 至少一个盖板12优选地包括导电材料15,导电材料15在第二平面中延伸并且基 本上平行于该至少一个盖板12所分配到的盒容纳站8的电极阵列9。特别优选的是，盖板 12的该导电材料15被配置成不连接到接地电势的源。本发明的 申请人:惊奇地发现，如果在 盖板12的导电材料15和某个电势（如接地电势）的任何源之间不存在连接，导电材料15 也有助于在数字微流体系统1中操纵的液滴的电润湿移动。因此，盖板12可被配置成能在 任何随意方向上移动，并且在选择盖板12的特别优选的移动时，不必考虑电触点。因此，盖 板12可被配置成也能在基本上平行于电极阵列9的方向上移动，并且用于相对于基座单元 7的相应的电极阵列9进行线性、圆形或任何随意移动。
[0088] 图2示出其中容纳根据第一实施例的一次性盒2的一个示例性盒容纳站8的剖视 图。盖板12经由铰链16与数字微流体系统1的基座单元7机械连接；因此，盖板12可摆 动打开，并且一次性盒2可通过顶部进入加载放置在盒容纳站8上（参见图1)。盖板12的 导电材料15被配置为附接到顶部基板13的金属薄板或金属箔。备选地，盖板12的导电材 料15被配置为沉积在顶部基板13上的金属层。导电材料15的这种沉积可通过本身已知 的化学或物理气相沉积技术来进行。
[0089] 盖板12被配置成将力施加到容纳在基座单元7的盒容纳站8处的一次性盒2。该 力抵靠电极阵列9推动一次性盒2,以便将盒的底层3定位成尽可能靠近电极阵列9的表 面。该力也将一次性盒2相对于盖板12的穿刺设施18推入在电极阵列9上的完美位置。 该穿刺设施18被配置用于将试样小滴引入盒2的间隙6内。穿刺设施18被配置为通孔19， 其横跨整个盖板12引导并且使得穿刺移液管端20能够被推过并刺穿盒2的顶层4。穿刺 移液管端20可以是手持移液管（未不出）的一部分或吸移机器人（未不出）的一部分。
[0090] 在图2所示的情况中，电极阵列9由介电层24覆盖。电极阵列9固定到底部基板 11,并且每个单独的电极10与中央控制单元14电气地且操作性地连接（这里仅绘出10个 电极10中的3个连接）。电极阵列9位于不可移动地固定的底部基板11上。数字微流体 系统1被配置用于在包含间隙6的一次性盒2内操纵试样液滴23。因此，试样液滴23在一 次性盒2的间隙6中被操纵。一次性盒2包括底层3、顶层4、以及限定在底层3和顶层4 之间的间隙6的间隔件5,以用于在该间隙6中操纵试样液滴23。底层3和顶层4包括暴 露于盒2的间隙6的疏水性表面17。盒2的底层3和顶层4完全为疏水性膜或至少包括暴 露于盒2的间隙6的疏水性表面。从该图2可清楚看出，盒2不具有导电层。盒2的间隔 件5这里至少部分地被配置为包括用于施加到间隙6中的试样小滴的测定中所需的试剂的 隔室21的主体。
[0091] 图3示出其中容纳根据第二实施例的一次性盒2的一个示例性盒容纳站8的剖视 图。不同于此前的实施例，盖板12与数字微流体系统1的基座单元7机械地连接且不可移 动地固定。盖板12的导电材料15被配置为附接到顶部基板13的厚金属板。这里，盖板12 不被配置成将力施加到容纳在基座单元7的盒容纳站8处的一次性盒2 ;因此，盖板12保 留位置，并且一次性盒2可经由前进入加载放置在盒容纳站8上。这样的前进入加载通常 包括一次性盒2在平行于电极阵列9的方向上的移动（参见图1)。为了允许一次性盒2的 正确拉入并将盒整齐地定位在容纳站8,基座单元7优选地配有插入导向器25。这些插入 导向器25优选地由诸如四氟乙烯的自润滑塑性材料制成，并且优选地在它们之间留有刚 够滑动地插入一次性盒2的空间。备选地，盖板12的导电材料15被配置为夹在顶部基板 13的材料之间的金属板、金属箔或金属层（参见图5A)。
[0092] 图3的一次性盒2包括底层3、顶层4、以及限定在底层3和顶层4之间的间隙6 的间隔件，以用于在该间隙6中操纵试样液滴23。底层3和顶层4包括暴露于盒2的间隙 6的疏水性表面17。盒2的底层3和顶层4完全为疏水性膜或至少包括暴露于盒2的间隙 6的疏水性表面。作为与图2中描绘那样的区别，该盒2具有附接到底层3或形成底层3的 一部分的介电层24。因此，底层3由介电层24覆盖，或底层3本身由电介质材料制成。因 此，电极阵列9不需要具有这样的介电层24。盒2的间隔件5这里至少部分地被配置为包 括用于施加到间隙6中的试样小滴的测定中所需的试剂的隔室21的主体。在这种情况下， 电极阵列9由介电层24覆盖。
[0093] 电极阵列9固定到底部基板11，并且每个单独的电极10与中央控制单元14电气 地且操作性地连接（这里仅绘出10个电极10中的3个连接）。电极阵列9位于不可移动 地固定的底部基板11上。数字微流体系统1被配置用于在包含间隙6的一次性盒2内操 纵试样液滴23。因此，试样液滴23在一次性盒2的间隙6中被操纵。
[0094] 盖板12也包括穿刺设施18,其被配置用于将试样小滴引入盒2的间隙6中。穿刺 设施18被配置为通孔19,其横跨整个盖板12引导并且使得穿刺移液管端20能够被推过并 刺穿盒2的顶层4。穿刺移液管端20可以是手持移液管（未示出）的一部分或吸移机器人 (未示出）的一部分。盖板12这里包括附加的穿刺设施22,用于将穿刺移液管端20推过 刺穿盖板12的通孔19,以刺穿盒2的顶层4并从隔室21抽出试剂部分，并且用于将所述试 剂部分引入盒2的间隙6中。这里，隔室21被配置为在间隔件5的主体中的切口，该切口 由底层3和顶层4封闭。
[0095] 同样，在已介绍的第一和第二实施例中，一次性盒2包括底层3、顶层4、以及限定 在底层3和顶层4之间的间隙6的间隔件5,以用于在该间隙6中操纵试样液滴23。底层 3和顶层4包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面17。第一疏水性表面17'位于底层3的 内部上，并且第二疏水性表面17"位于顶层4的内部上。盒2的底层3和顶层4完全为疏 水性膜或至少包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面。从该图2可清楚看出，盒2不具有 导电层。盒2的间隔件5这里不需要被配置为包括用于施加到间隙6中的试样小滴的测定 中所需的试剂的隔室21的主体，因为这些试剂可利用手持移液管或利用吸移机器人（参见 上文）通过常规吸移添加到间隙6。
[0096] 同样，在已介绍的第一和第二实施例中，一次性盒2包括底层3、顶层4、以及限定 在底层3和顶层4之间的间隙6的间隔件5,以用于在该间隙6中操纵试样液滴23。底层 3和顶层4包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面17。第一疏水性表面17'位于底层3的 内部上，并且第二疏水性表面17"位于顶层4的内部上。盒2的底层3和顶层4完全为疏 水性膜或至少包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面。从该图2可清楚看出，盒2不具有 导电层。盒2的间隔件5这里不需要被配置为包括用于施加到间隙6中的试样小滴的测定 中所需的试剂的隔室21的主体，因为这些试剂可利用手持移液管或利用吸移机器人（参见 上文）通过常规吸移添加到间隙6。
[0097] 图4示出数字微流体系统1的概览，数字微流体系统1配有中央控制单元14和基 座单元7、各自可包括固定的盖板12的十二个盒容纳站8。该基座单元7特别适合接收根 据第六实施例的盒2,并且适合将这些盒加载到具有基本上坚直的电极阵列9和盖板12的 基本上坚直的盒容纳站8中（参见图5)。这样的加载优选地由液体处理工作站（未示出） 的机器人化的夹持装置进行。
[0098] 根据本发明，该数字微流体系统1也包括十二个板容纳站40,用于接纳均包括电 极阵列9的可调换的电极板41。在图4的该示例性实施例中，所有盒容纳站8和板容纳站 40均成对分组，板容纳站40位于盒容纳站8的正下方。这些成对的盒容纳站8和板容纳 站40在这里被布置成四列三行；右列上方的盒容纳站8没有一次性盒2,其示出在基座单 元7的右侧外部。此外，中间盒容纳站8和板容纳站40也没有一次性盒2和可调换的电极 板41，其同样示出在基座单元7的右侧外部。
[0099] 图5(参见图5A和图5B)示出其中容纳根据第六实施例的一次性盒2的数字微流 体系统1的基座单元7的一个示例性的盒容纳站8的剖视图。从图5A-目了然的是，顶部 进入盒2被插入具有基本上坚直的电极阵列9和盖板12的基本上坚直的盒容纳站8中。该 一次性盒2包括底层3和顶层4、以及限定在底层3和顶层4之间的间隙6的间隔件5,以 用于在该间隙6中操纵试样液滴23。底层3和顶层4包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表 面17'、17"。盒2的底层3和顶层4完全为疏水性膜或至少包括暴露于盒2的间隙6的疏 水性表面。类似于图2中描绘那样，该盒2不具有附接到底层3或形成底层3的一部分的 介电层。因此，电极阵列9需要具有这样的介电层24。该盒2优选地填充有硅油。
[0100] 电极阵列9固定到底部基板11 (其本身不可移动地固定在基座单元7的内部），并 且每个单独的电极10与中央控制单元14电气地且操作性地连接（这里仅绘出十四个电极 10的四个连接）。数字微流体系统1被配置用于在包含间隙6的一次性盒2内操纵试样液 滴23。因此，试样液滴23在一次性盒2的间隙6中被操纵。
[0101] 盖板12机械地连接且完全集成到数字微流体系统1的基座单元7中，并且不可移 动。因此，一次性盒2可经由前进入加载插入盒容纳站8中，前进入加载在图5A和5B的情 况中实际上被称为顶部进入加载（比较图4)。这里，盖板12的导电材料15由金属导电材 料制成并且被夹在顶部基板13的材料之间。备选地，代替顶部基板13 (未示出）的材料或 除此之外，盖板12的导电材料15可由塑性层覆盖。
[0102] 间隔件5也包括穿刺设施18,其被配置用于将试样小滴引入盒2的间隙6中。穿 刺设施18被配置为间隔件5的放大部分。该放大的间隔件部分优选地配有可刺穿的自密 封膜31，其允许将穿刺移液管端20推过。穿刺移液管端20可以是手持移液管（未示出） 的一部分或吸移机器人（未示出）的一部分。液体向盒2的间隙6的自动化递送或液体从 盒2的间隙6的抽出通过由盒2的该放大的间隔件部分提供的相对较大的穿刺区域而简 化。假设间隙宽度为约1_3_，则该穿刺区域的宽度优选地为约5-10_并且因此具有大约 96孔微板的孔的尺寸，这可以由液体处理系统或液体处理工作站的自动化移液器容易地达 至IJ。在为隔室21提供空间的同时（还可参见图5B)，盒2的放大的间隔件部分也提供用于 由自动化的机器人抓握器（未示出）抓握的抓握表面，该抓握器优选地用于处理数字微流 体系统1外部的盒并且用于插入盒2和将盒2从其容纳站8抽出。此外，盒2的放大的间 隔件部分提供邻接表面，该邻接表面在盒2正确地容纳在容纳站8内时邻接基座单元7的 表面。
[0103] 类似于一次性盒2向相应的盒容纳站8的插入和从盒容纳站8中的撤出，可调换 的电极板41可被插入相应的板容纳站40并从其中撤出。此外，重要的是应注意到，类似于 或相异于它们迄今为止示出和讨论的空间取向，这些容纳站8、40可以任何随意的空间取 向来定向，只要盒容纳站8和板容纳站40定位成彼此很靠近，使得插入其容纳站8中的一 次性盒2将其底层3与相应的可调换的电极板41的表面（S卩，电极阵列9的表面或在相应 的可调换的电极板41的电极阵列9的顶部上的介电层24的表面）可操作地接触。
[0104] 优选的是，电极阵列9延伸至相对于基座单元7的表面的最前位置，以便能够使液 滴23从隔室21移动至在印刷电路板（PCB)或电极阵列9上的不同位置。同样，使液滴23 在相反方向上从在电极阵列9上的反应站移动至隔室21是非常优选的，尤其是在反应产物 将在数字微流体系统1外部并且也在盒2外部分析的情况中。
[0105] 图5B示出从在图5A中指示的截面B观察的图5A的顶部进入盒2。该截面延伸穿 过间隙6且在自包含的一次性盒2的底层3和顶层4之间。该截面也横跨间隔件5,间隔件 5的U形部分位于底层3和顶层4之间，并且放大的间隔件部分设置在U形部分以及底层3 和顶层4周围。优选地，间隔件5的U形部分为塑性材料（优选注塑的）并且胶合或熔合 到底层3和顶层4。优选的是，放大的间隔件部分也通过注塑制备；这使得能够提供隔离条 32,隔离条32 -方面在可刺穿膜31下方形成隔室21，另一方面使可刺穿膜31稳定。这样 的稳定优选地通过将隔离条32和放大的间隔件部分背面注塑到可刺穿膜31而提供。优选 地，放大的间隔件部分接着被施加在具有底层3和顶层4的间隔件5的U形部分上。
[0106] 如前所指，间隔件5优选地也包括配置为间隔件5的放大部分的穿刺设施18。该 放大的间隔件部分优选地配有可刺穿的自密封膜31，其允许将穿刺移液管端20推过。穿 刺吸移液端20可以是手持移液管（未示出）的一部分或吸移机器人（未示出）的一部分。 间隔件2这里包括附加的穿刺设施22,用于将穿刺移液管端20推过自密封膜31和从盒2 的间隙6抽出例如硅油。在该图5B的盒2中，液滴23 (例如，试样）由在穿刺设施18处的 穿刺移液管端20引入，然后在底层3的疏水性表面17'上移动至实际位置。与将液滴23 引入隔室21中和间隙6中同时，类似量的硅油（或不会与液滴23反应的任何其它化学上 惰性的液体）被从在附加的穿刺设施22处的相应的隔室21抽出。代替液体在间隙6中的 这样的同时平衡，预期量的油或惰性液体的移除可以在插入液滴23之前或之后不久进行。 隔室21也可充当贮存器，用于存储比从该液体制备可移动的液滴23所需的更多的液体；因 此,一旦引入隔室21中的至少一个内，就可从单一液体体积制备多个这样的小滴23。然而， 可建议的是留出一个隔室21以用于抽出油或惰性液体，并且留出另一个隔室21以用于抽 出试剂产品。
[0107] 根据备选的和非常简单的实施例（未示出），可在PCB上安装一次性盒2以用于电 润湿，一次性盒2包括具有均指向间隙6的疏水性表面17'、17"的底层3和顶层4,而不论 PCB是否被配置为可调换的。代替利用配有导电材料15的盖板12,导电膜（例如，铝箔） 可附接到顶层4的外表面。结果表明，这样的导电膜甚至在该导电膜不接地时也允许电润 湿。代替将不接地的导电膜附接到盒，顶层4可具有在其外表面上的薄膜涂层；该薄膜涂 层可为任何金属并通过化学或物理蒸镀技术沉积。在顶层4的外表面上的该导电薄膜甚至 可为导电涂料。因此，提议提供在第二平面中且基本上平行于电极阵列9延伸的导电材料 15,所述导电材料15位于盒2的顶层4上并且在操纵试样液滴23期间不连接到不同电势 的源。
[0108] 图6示出可插入数字微流体系统1的板容纳站40中的可调换的电极板41的概 览。该可调换的电极板41的底部基板11被配置为印刷电路板（PCB)。该俯视图示出了电 极阵列9的类似布局，就像在专利申请No. US 13/188, 584中公开的用于液体小滴操纵的系 统的印刷电路板（PCB)那样，该专利申请已由本 申请人:于2011年7月22日提交并且公布 为US 2013/0020202 A1。系统40的该特定电极阵列9被配置用于在其顶部上接纳一次性 盒2。该电极阵列9被特别地配置为适合用于细胞材料的裂解，用于DNA片段的提取和PCR 扩增，用于基因分型用杂交实验，并且用于光学检测。然而，不同于US 2013/0020202 Al中 公开的PCB，该电极阵列9的底部基板11并非不可移除地固定到数字微流体系统1的基座 单元7。这里，底部基板11和电极阵列9是能够可移除地插入数字微流体系统1的板容纳 站40中的可调换的电极板41的部件。
[0109] 当所有实验和测量都完成时，盒2(与其中的试样和废物一起）被安全地处置，从 而使实验室人员中的任何人都不受其内容物的危害。然后，可以决定利用类似的或其它的 试样进行类似的测定，但利用带有其专用电极阵列9的相同的可调换的电极板41。在这种 情况下，下一个一次性盒2被压到电极阵列9上，并且可以进行下一个实验。备选地，可以决 定进行带有其专用电极阵列9的本发明的可调换的电极板41不特别适用的其它实验。在 该备选情况中，选择带有更适合将进行的实验或测定的不同的电极阵列9的另一个可调换 的电极板41。因此，当前选择的可调换的电极板41包括电极阵列9,其被配置用于在盒2 的间隙6内进行特别的备选测定或实验，在该测定或实验期间，粘附到疏水性表面17的试 样液滴23通过电润湿而在间隙6内被操纵。
[0110] 在图6中（参见该图的顶部上和底部上），可看到大量的接触点，S卩，电气板接触元 件42。单独的电线（这里为使附图更加清楚而未示出）使每个单独的电极10与这些电气 板接触元件42中的一个接触。此外，位于可调换的电极板41的底部基板11中的加热器也 连接到这些电气板接触元件42中的一些。所有电气板接触元件42都通过与合适数量的电 气基座单元接触元件43和数字微流体系统1的中央控制单元14的物理接触而连接，该中 央控制单元14控制例如加热器、穿刺设施18等的以及需要的电极10的所有电势的所有必 要激活。在电极阵列9的每一侧上且靠近PCB 11的边界44还设置有单独的接触点，以用 于与中央控制单元14的接地电势源接触。板接触元件42可靠近PCB 11的一个或多个边 界44定位，具体取决于物理需要和使可调换的电极板41进入其数字微流体系统1的板容 纳站40的方法。
[0111] 所示可调换的电极板41被配置成放置在数字微流体系统1的板容纳站40中的一 个处，例如，如图1或4所示。在每种情况下，可调换的电极板41的电气板接触元件42被 配置成与基座单元7的电气基座单元接触元件43接合，电气基座单元接触元件43电连接 到数字微流体系统1的中央控制单元14。优选地，支撑电极阵列9的底部基板11被配置为 印刷电路板（PCB)，电气板接触元件42成组地定位且靠近PCB的一个或多个边界44。尤其 优选的是，电极阵列9的单独的电极10被布置和配置用于通过电润湿在盒2内操纵液体小 滴并且用于进行特定的测定或实验。
[0112] 图7示出根据图2的截面详图；然而，在这里，电极阵列9根据电接触的第一实施 例位于可调换的电极板41上，据此，电气板接触元件42被配置为刚性的板或圆丘，其在垂 直于第一平面的方向上基本上在底部基板11的至少一个边界44上延伸，可调换的电极板 41的至少一个电极阵列9基本上在第一平面中延伸。优选地，为了接收这样的可调换的电 极板41，电连接到数字微流体系统1的中央控制单元14的多个电气基座单元接触元件43 被配置为板弹簧，该板弹簧基本上坚直地延伸并且在水平方向上为有回弹力的，以便安全 地且单独地接合电连接到单独的电极10的可调换的电极板41的多个电气板接触元件42。
[0113] 图8示出根据图3的截面详图；然而，在这里，电极阵列9根据电接触的第二实施 例位于可调换的电极板41上，据此，电气板接触元件42被配置为刚性的板或圆丘，其在平 行于第一平面的方向上基本上在下侧上且靠近底部基板11的边界44延伸，至少一个电极 阵列9基本上在第一平面中延伸。优选地，为了接收这样的可调换的电极板41，电连接到数 字微流体系统1的中央控制单元14的多个电气基座单元接触元件43被配置为有回弹力的 或弹性地支撑的销，其基本上坚直地延伸并且在坚直方向上为有回弹力的，以便安全地且 单独地接合电连接到单独的电极10的可调换的电极板41的多个电气板接触元件42。如图 所示，共同的（这里为坚直地布置的）或单独的（这里为水平地布置的）插入导向器可有 利于一次性盒2和/或可调换的电极板41向相应的容纳站8、40中的安全且准确的插入以 及从相应的容纳站8、40的方便移除。
[0114] 图9示出通用的多层次"仪器平台"的示意图，S卩，包括标准化的基座单元7的数字 微流体系统1，其具有当通过电润湿操纵液体小滴时始终需要的所有普通模块。这样的模块 例如包括数字/模拟（D/A)板45、高压继电器模块46、用于将盒2固定在可调换的PCB 41 上的盒夹紧模块47或真空机构49 (具有0形环53)、优选地加载到基座单元7中的控制单 元14内的嵌入软件51、以及优选地配置为触摸屏的图形用户接口（⑶1)52。
[0115] 诸如用于包含在液体小滴23中的试样的分析（例如吸光度的荧光或透射光学检 测的单侧光学检测）的光学模块48或用于吸引磁珠的磁致动器模块50的可选模块可被集 成到所有数字微流体系统1中或仅根据需要集成。用于进行一系列特定的实验或测定的这 样的"仪器平台"优选地被配置为独立式仪器，其还包括适用于相应的实验或测定的一套可 替换的PCB和可替换的盒。
[0116] 电气板接触元件42和电气基座单元接触元件43的不同布置在阅读并申请的技术 人员的选择内。
[0117] 一种用于操纵粘附到疏水性表面17的试样液滴23的方法可包括在一次性盒2的 底层3上提供第一疏水性表面17'的步骤。该底层3定位成在数字微流体系统1的电极阵 列9上方基本上平行。所述电极阵列9大致在第一平面中延伸且包括多个单独的电极10， 这些电极10由数字微流体系统1的基座单元7的底部基板11支撑。所述电极阵列9连接 到数字微流体系统1的中央控制单元14,以用于控制所述电极阵列9的单独的电极10的选 择，并且用于为这些电极10提供用于通过电润湿操纵所述第一疏水性表面17'上的所述液 滴23的各个电压脉冲。该方法也可包括提供第二疏水性表面17"的步骤，第二疏水性表面 17"基本上平行于所述第一疏水性表面17'且离所述第一疏水性表面17'一定距离。这样， 在第一疏水性表面17'和第二疏水性表面17"之间形成间隙6。优选地，这样的间隙6由间 隔件5限定，包括第一疏水性表面17'的底层3和包括第二疏水性表面17"的顶层4附接 到间隔件5。该方法还可包括为盖板12提供顶部基板13。盖板12也包括导电材料15,其 在第二平面中且基本上平行于电极阵列9延伸。尤其优选的是，盖板12的导电材料15在 操纵试样液滴23期间不连接到不同电势的源。
[0118] 在所示出或讨论的所有实施例中，优选的是，一次性盒2的间隙6基本上用硅油填 充。同样始终优选的是，盒2的底层3和顶层4完全为疏水性的膜或包括暴露于盒2的间 隙6的疏水性表面17'、17"。在用一次性盒2的间隙6电润湿和操纵至少一个液滴23之 后，操纵或测定的结果可被评价，同时一次性盒2仍在盒容纳站8处，S卩，利用数字微流体系 统1或数字微流体系统1集成到的工作站的分析系统。备选地，可将一次性盒2取出数字 微流体系统1的基座单元7并在别处分析。
[0119] 在分析之后，一次性盒2可被丢弃，而电极阵列9可重复使用。由于数字微流体系 统1的部件在与盒2的第一或第二实施例一起工作时从不与任何试样或试剂接触，与其它 一次性盒2的这种重复使用可以是立即的，并且没有任何中间清洁。由于数字微流体系统1 的盖板12的通孔19在与盒2的第三或第四实施例一起工作时可与试样和试剂接触，与其 它一次性盒2的这种重复使用可在某种中间清洁之后或在盖板12的替换之后进行。
[0120] 本发明的目的是提供可移除的和一次性的膜，其在通过电润湿操纵液滴23期间 将液滴23与电极阵列9和顶板12分离。如在以上说明书中提出的自包含一次性盒2的六 个不同的实施例中所示，可移除的和一次性的膜优选地作为盒2的底层3和顶层4提供。
[0121] 在一个优选的实施例中，盒2的底层3通过真空吸引到PCB。PCB中的小的抽空孔 连接到真空泵以用于此目的。将这样的真空吸引施加到底层3使得能够避免使用任何液体 或粘合剂以使盒2的底层3更好地接触到电极阵列9的表面。
[0122] 对于技术人员看起来合理的本文所公开的盒2的不同实施例的特征的任何组合 都在本发明的精神和范围内。
[0123] 即使它们未在每种情况下被特别地描述，附图中所示附图标记也指本发明的数字 微流体系统1的类似元件和可调换电极板2的类似元件。
[0124] 附图标记：
[0125] 1 数字微流体系统
[0126] 2 一次性盒
[0127] 3 底层
[0128] 4 顶层
[0129] 5 间隔件
[0130] 6 3和4之间的间隙
[0131] 7 基座单元
[0132] 8 盒容纳站
[0133] 9 电极阵列
[0134] 10 单独的电极
[0135] 11 底部基板、PCB
[0136] 12 盖板
[0137] 13 顶部基板
[0138] 14 中央控制单元
[0139] 15 导电材料
[0140] 16 铰链
[0141] 17 疏水性表面
[0142] 17'第一疏水性表面
[0143] 17"第二疏水性表面
[0144] 18 穿刺设施
[0145] 19 通孔
[0146] 20 穿刺移液管端
[0147] 21 隔室
[0148] 22 附加的穿刺设施
[0149] 23 液滴
[0150] 24 介电层
[0151] 25 插入导向器
[0152] 26 一次性移液管端
[0153] 27 穿刺销
[0154] 31 可刺穿膜
[0155] 32 隔离条
[0156] 40 板容纳站
[0157] 41 可调换的电极板
[0158] 42 电气板接触元件
[0159] 43 电气基座单元接触元件
[0160] 44 PCB 边界
[0161] 45 D/A I/O 板
[0162] 46 HV继电器模块
[0163] 47 盒夹紧模块
[0164] 48 光学模块
[0165] 49 真空机构
[0166] 50 磁致动器模块
[0167] 51 嵌入软件
[0168] 52 ⑶ I
[0169] 53 0 形环
【权利要求】
1. 一种用于在一次性盒（2)内操纵试样液滴的数字微流体系统（I)，所述一次性盒（2) 包括底层（3)、顶层（4)、以及在所述底层和顶层（3, 4)之间的间隙（6);所述数字微流体系 统⑴包括： (a) 基座单元（7)，其具有配置用于接收一次性盒（2)的至少一个盒容纳站（8); (b) 至少一个电极阵列（9)，其基本上在第一平面中延伸且包括多个单独的电极（10)， 所述至少一个电极阵列（9)由底部基板（11)支撑；以及 (c) 中央控制单元（14)，其用于控制所述至少一个电极阵列（9)的所述单独的电极 (10)的选择，并且用于为这些电极（10)提供用于通过电润湿在所述盒（2)内操纵液滴的各 个电压脉冲， 其特征在于，所述数字微流体系统（1)还包括至少一个板容纳站（40)，所述至少一个 板容纳站（40)位于所述基座单元（7)的所述盒容纳站（8)中的一个处；每个板容纳站（40) 被配置成接收可调换的电极板（41)，所述可调换的电极板（41)包括电极阵列（9)和电连 接到所述电极阵列（9)的所述单独的电极（10)的多个电气板接触元件（42);每个板容纳 站（40)包括电连接到所述中央控制单元（14)的多个电气基座单元接触元件（43),所述电 气基座单元接触元件（43)被配置成与放置在所述板容纳站（40)处的可调换的电极板（41) 的所述电气板接触元件（42)接合。
2. 根据权利要求1所述的数字微流体系统（1)，其特征在于，所述至少一个板容纳站 (40)位于所述基座单元（7)的所述盒容纳站（8)中的一个下方，并且被配置成接收插入所 述数字微流体系统（1)的所述基座单元（7)中的可调换的电极板（41)。
3. 根据权利要求2所述的数字微流体系统（1)，其特征在于，电连接到所述数字微流 体系统（1)的所述中央控制单元（14)的所述多个电气基座单元接触元件（43)被配置为板 弹簧，所述板弹簧基本上坚直地延伸并且在水平方向上为有回弹力的，以便安全地且单独 地接合电连接到所述单独的电极（10)的可调换的电极板（41)的多个所述电气板接触元件 (42)。
4. 根据权利要求2所述的数字微流体系统（1)，其特征在于，电连接到所述数字微流体 系统（1)的所述中央控制单元（14)的所述多个电气基座单元接触元件（43)被配置为有回 弹力的或弹性地支撑的销，所述销基本上坚直地延伸并且在坚直方向上为有回弹力的，以 便安全地且单独地接合电连接到所述单独的电极（10)的可调换的电极板（41)的所述多个 电气板接触元件（42)。
5. 根据权利要求2所述的数字微流体系统（1)，其特征在于，所述至少一个板容纳站 (40)被配置成接收通过以下方式插入所述数字微流体系统（1)的所述基座单元（7)中的可 调换的电极板（41): (a) 将所述可调换的电极板（41)基本上坚直地下降通过所述相应的盒容纳站（8)且进 入所述板容纳站（40)中；或 (b) 将所述可调换的电极板（41)在所述相应的盒容纳站（8)下方基本上水平地滑动且 进入所述板容纳站（40)中；或 (c) 将所述可调换的电极板（41)在所述相应的盒容纳站（8)下方基本上水平地滑动且 基本上坚直地提升到所述板容纳站（40)中。
6. 根据权利要求1所述的数字微流体系统（1)，其特征在于，还包括用于操纵试样液滴 的一次性盒（2)，其特征在于，所述底层（3)和所述顶层（4)包括暴露于所述盒（2)的所述 间隙（6)的疏水性表面（17)。
7. 根据权利要求6所述的数字微流体系统（1)，其特征在于，所述盒（2)还包括间隔件 (5)，所述间隔件（5)至少部分地被配置为包括用于施加到所述间隙（6)中的试样小滴的测 定或实验中所需的试剂的隔室（21)的主体。
8. 根据权利要求6所述的数字微流体系统（1)，其特征在于，所述盒（2)的所述底层 (3)由介电层（24)覆盖，或所述底层（3)本身由电介质材料制成。
9. 根据权利要求1所述的数字微流体系统（1)，其特征在于，还包括具有顶部基板（13) 的至少一个盖板（12)，所述至少一个盖板（12)位于所述盒容纳站（8)处，所述至少一个盖 板（12)还包括导电材料（15)，所述导电材料（15)在第二平面中延伸且基本上平行于所述 至少一个盖板（12)所分配到的所述盒容纳站（8)的所述电极阵列（9)，并且所述导电材料 (15)不与电势的源连接。
10. 根据权利要求1所述的数字微流体系统（1)，其特征在于，还包括至少一个可调换 的电极板（41)，所述至少一个可调换的电极板（41)包括由底部基板（11)支撑的电极阵列 (9)并且包括电连接到所述电极阵列（9)的所述单独的电极（10)的多个电气板接触元件 (42)，所述可调换的电极板（41)被配置成放置在所述数字微流体系统（1)的所述板容纳站 (40)处；所述电气板接触元件（42)被配置成与电连接到所述数字微流体系统（1)的所述 中央控制单元（14)的所述基座单元（7)的所述电气基座单元接触元件（43)接合。
11. 一种可调换的电极板（41)，包括电极阵列（9)和支撑所述电极阵列（9)的底部基 板（11)，并且包括电连接到所述电极阵列（9)的所述单独的电极（10)的多个电气板接触元 件（42)，其特征在于，所述可调换的电极板（41)被配置成置于权利要求1的所述数字微流 体系统⑴的所述板容纳站（40)中的一个处；所述可调换的电极板（41)的所述电气板接 触元件（42)被配置成与电连接到所述数字微流体系统（1)的所述中央控制单元（14)的所 述基座单元（7)的所述电气基座单元接触元件（43)接合。
12. 根据权利要求11所述的可调换电极板（41)，其特征在于，支撑所述电极阵列（9) 的所述底部基板（11)被配置为印刷电路板（PCB)，所述电气板接触元件（42)成组地定位并 且靠近所述PCB的一个或多个边界（44)，其中，所述电极阵列（9)的所述单独的电极（10) 被布置和配置用于通过电润湿在盒（2)内操纵液滴并且用于进行特定的测定或实验。
13. 根据权利要求11所述的可调换电极板（41)，其特征在于，所述电气板接触元件 (42)被配置为刚性的板或圆丘，所述刚性的板或圆丘基本上在垂直于所述第一平面的方向 上在所述底部基板（11)的至少一个边界（44)上延伸，所述可调换的电极板（41)的所述至 少一个电极阵列（9)基本上在所述第一平面中延伸。
14. 根据权利要求11所述的可调换电极板（41)，其特征在于，所述电气板接触元件 (42)被配置为刚性的板或圆丘，所述刚性的板或圆丘基本上沿平行于所述第一平面的方向 在下侧上延伸且靠近所述底部基板（11)的边界（44)，所述至少一个电极阵列（9)基本上在 所述第一平面中延伸。
15. 根据权利要求11所述的可调换电极板（41)，其特征在于，其包括用于进行特定实 验或测定的电子芯片和专用软件，其中，该可调换的电极板（41)的所述芯片和专用软件被 配置用于当把所述可调换的电极板（41)插入所述数字微流体系统（1)的基座单元（7)中 时自动地更新包含在数字微流体系统（1)的所述基座单元（7)中的软件。
16. 根据权利要求11所述的可调换电极板（41)，其特征在于，至少所述电极阵列（9) 由介电层（24)復盖。
17. -种用于操纵粘附到疏水性表面（17)的试样液滴（23)的方法，所述方法包括以下 步骤： (a) 提供根据权利要求1所述的数字微流体系统（1); (b) 提供根据权利要求6所述的盒（2);以及 (c) 提供根据权利要求10所述的可调换的电极板（41)， 其特征在于，所述可调换的电极板（41)包括电极阵列（9)，所述电极阵列（9)被配置用 于在所述盒（2)的所述间隙（6)内进行特定的测定或实验，在所述测定或实验期间，粘附到 疏水性表面（17)的试样液滴（23)通过电润湿而在所述间隙（6)内被操纵。
18. -种用于操纵粘附到疏水性表面（17)的试样液滴（23)的方法，所述方法包括以下 步骤： (a) 提供根据权利要求1所述的数字微流体系统（1); (b) 提供根据权利要求6所述的盒（2);以及 (c) 选择根据权利要求11所述的可调换的电极板（41)， 其特征在于，所述可调换的电极板（41)包括电极阵列（9)，所述电极阵列（9)被配置用 于在所述盒（2)的所述间隙（6)内进行特定的测定或实验，在所述测定或实验期间，粘附到 疏水性表面（17)的试样液滴（23)通过电润湿而在所述间隙（6)内被操纵。
【文档编号】B01L3/00GK104321141SQ201380011785
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2013年5月23日
【发明者】M·N·费格林 申请人:泰肯贸易股份公司