用于微流体系统的可置换盒体的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关专利申请
[0002] 本申请涉及本申请人的未发表的共同未决专利申请US 13/304, 481，2011年11月 25日，以及US 13/188,584, 2011年7月22日，其全部内容出于所有目的，于此处的作为明 确参考。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种可置换盒体，其可被用于数字微流体系统上或内，用于处理液滴 内的样品。所述数字微流体系统包括由基底支撑的电极阵列，以及中央控制单元，用于控制 此电极阵列的单个电极的选择，并且用于为其提供单个电压脉冲，从而利用电湿润处理液 滴。本发明也涉及一种数字微流体系统，用于简化液滴驱动分子技术；并且涉及一种替代方 法，用于处理数字微流体系统或装置内的液滴内的样品。
[0004] 相关现有技术
[0005] 自动化液体处理系统在本领域广为人知。一种示例是得自本申请人（Tecan Schweiz，Seestrasse 103, CH-8708 MSnnedorf, Switzerland)的 Freedom EVO?:机器人 工作站。此装置允许在独立仪器中或在与分析系统的自动连接中进行自动化处理。这些自 动化系统通常需要处理更大量的液体（微升~毫升）。它们也为较大的系统，不设计为移动 设备。
[0006] 许多用于解决生物样品的自动化处理的方法源于微流体领域。此技术领域通常涉 及小体积液体的控制和处理，通常为毫米或纳米级形式。通道系统内的液体移动本质上已 知为，例如，由静止装置中的微型泵或旋转实验器具内的向心力控制。在数字化微流体中， 将确定的电压施加至电极阵列的电极，如此单个液滴被定位（电湿润）。
[0007] 对于电润湿方法的通常看法，请见Washizu，IEEE Transactions on Industry Applications，34 卷，第 4 号，1998,以及 Pollack et al.，Lab chip，2002,卷 2,96 ~IOl0 简要地，电湿润指的是一种方法，利用优选为由疏水层覆盖的微电极阵列移动液滴。通过将 特定的电压施加至所述电极阵列的电极，诱发所述液滴的表面张力的变化，所述变化存在 于被定位的电极。因此，在所述液滴的运动中，这导致了所述液滴在定位电极上的接触角的 显著变化。针对此种电湿润过程，已知有两种用于设置电极的基本方法：使用带有诱发液滴 移动的电极阵列的单一表面，或者加入第二表面，所述第二表面对置于相似的电极阵列，并 且其提供至少一个接地电极。所述电湿润技术的主要优点是，仅仅需要少量体积的液体，例 如，单个液滴。如此，液体处理可以在相当短时间内进行。此外，所述液体移动的控制可以 完全电控，从而自动化处理样品。
[0008] 从美国专利号5, 486, 337已知一种用于通过电湿润处理液滴的装置，其使用带有 电极阵列的单一表面（电极的单平面布局）。所有电极被安放在载体基底的表面，降入所述 基底，或者被不可润湿的表面覆盖。电压源被连接至所述电极。通过将电压施加至后续电 极，所述液滴被移动，如此，根据电压到所述电极的施加顺序，引导所述液滴在所述电极上 移动。
[0009] 从US 6, 565, 727,已知一种用于毫米级别控制液滴移动的电湿润装置（电极的双 面布局）。此装置的每个表面包括多个电极。所述电极阵列的驱动电极优选为利用位于每 个的单个电极的边缘的凸起，交叉设置。所述两个相对阵列形成了间隙。引向所述间隙的 所述电极阵列的表面优选为由电绝缘的疏水层覆盖。所述液滴位于所述间隙内，并且通过 连续地将多个电场施加到多个位于所述间隙的对侧的多个电极上，所述液滴在非极性填充 液内移动。
[0010] 从WO 2010/069977A1已知带有聚合物薄膜的容器，用于处理其上液滴内的样品。 生物样品处理系统包括用于大量处理的容器以及带有下表面和疏水上表面的平面聚合物 薄膜。所述平面聚合物薄膜通过突起与所述容器的底侧保持一定距离。当所述容器位于所 述薄膜上时，此距离限定至少一个间隙。液滴处理仪器包括至少一个用于促使液滴移动的 电极阵列。也公开了支撑所述至少一个电极阵列的基底以及所述液滴处理仪器的控制单 元。所述容器和所述薄膜被双向附着至所述液滴处理仪器。如此，所述系统允许，通过所述 容器的通道，将至少一个液滴移动到所述平面聚合物薄膜的疏水上表面和所述至少一个点 击阵列上。所述液滴处理仪器实现为通过电湿润控制所述液滴在所述平面聚合物薄膜上的 导向运动，并且实现为在其上处理所述生物样品。
[0011] 从公布为WO 2011/002957 A2的国际专利申请可知的是，在生物样品处理前后，用 于处理液滴的此种电湿润装置的使用。其中，公开了液滴启动器，通常包括带有由介电层绝 缘的控制电极（电湿润电极）的底部基底、导电顶部基底以及底部和顶部基底上的疏水涂 层。也公开了液滴启动装置，用于替换液滴致动器的一个或多个组件，即，可以随时被更换 的可置换元件（如，移动薄膜、双相附着顶部和底部基底以及自含可更换盒体）
[0012] 从公布为WO 2011/002957 A2的国际专利申请已知液滴致动器，其带有固定底部 基底（如，PCB)、带有电湿润电极并且带偶可移除或可坑换顶部基底。自含可更换盒体可 以，例如，包括缓冲器、反应物和填充液。所述盒体中的小袋可用作储液罐，并且可以被穿孔 以将液体释放到盒体间隙中（例如，反应物或油料）。所述盒体可以包括可由疏水层代替 的接地电极，以及用于将样品装载到所述盒体的间隙中的开口。接口材料（如液体、胶或油 脂）可以将所述盒体附着到所述电极阵列。
[0013] WO 2006/125767A1 (英文翻译见US 2009/0298059 Al)中公开了在用于进行分子 诊断分析的自动化系统中用于微流体处理和分析的可置换盒体。所述盒体被构成为平腔装 置（约支票卡大小）并且可被插入到所述系统中。样品可以通过端口被移液至所述盒体中。
[0014] 从国际专利申请WO 2008/106678已知液滴致动器结构。此文件特别指出液滴致 动器的电极阵列的多种布线配置，并且额外公开了此种液滴致动器的两层实施例，其包括 带有参考电极阵列的第一基底，所述电极阵列通过间隙与含有控制电极的第二基底分离。 所述两个基底平行设置，如此，形成所述间隙。所述间隙的高度可以由间隔件形成。在各种 情况下，疏水涂层配置在面对所述间隙的表面上。所述第一和第二基底可采用盒体形式，可 能包括所述电极阵列。
[0015] 发明目的及概述
[0016] 本发明的目的在于提供了一种在数字微流体系统或数字微流体装置上或内使用 的替代可置换盒体，其被构成为容纳用于处理液滴内样品的一个或多个可置换盒体。
[0017] 此目的如此实现：提供第一备选可置换盒体。本发明的所述第一备选可置换盒体 包括：
[0018] (a)主体，带有至少一个隔室，所述隔室被构成为在其中容纳处理液、反应物或样 品，至少一个所述隔室包括通孔，用于运送至少部分其内容物；
[0019] (b)底层，带有第一疏水表面，所述表面不渗透液体，并且其被构成为工作薄膜 (working film)，当所述可置换盒体的底层被放置在所述电极阵列上时，在其上利用数字 微流体系统的电极阵列处理液滴内样品；
[0020] (C)顶层，带有第二疏水表面，所述表面不渗透液体，并且被附着在所述可置换盒 体的所述主体的下表面；以及
[0021] (d)间隙，其位于所述底层的所述第一疏水表面和所述顶层的所述低热疏水表面 之间。
[0022] 本发明的所述第一备选可置换盒体，其特征在于，所述底层被构成为柔性薄膜，其 沿所述柔性底层的外周被密封附着至所述顶层，如此所述可置换盒体没有间隔件，所述间 隔件位于所述柔性底层和所述顶层之间用于限定所述第一疏水表面和所述第二疏水表面 之间特定距离。本发明的所述第一备选可置换盒体，其特征进一步在于，所述顶层被构成为 提供所述间隙和至少一个隔室的下端之间的密封，所述顶层包括装载部位，用于将处理液、 反应物或样品送入所述间隙。
[0023] 此目的如此实现：提供第二备选可置换盒体。本发明的所述第二备选可置换盒体 包括：
[0024] (a)主体，带有下表面、上表面和至少一个通孔；
[0025] (b)底层，带有第一疏水表面，所述表面不渗透液体，并且被构成为工作薄膜，当所 述可置换盒体的底层被放置在所述电极阵列上时，在其上利用数字微流体系统的电极阵列 处理液滴内样品；
[0026] (C)导电材料，附着至所述主体的所述下表面，所述导电材料也不渗透液体，并且 被构成为为所述主体的所述下表面提供第二疏水表面；以及
[0027] (d)间隙，其位于所述底层的所述第一疏水表面和所述导电材料的所述第二疏水 表面。
[0028] 本发明的所述第二备选可置换盒体，其特征在于，所述底层被构成为柔性薄膜，其 沿所述柔性底层的圆周，密封附着至所述可置换盒体的所述导电材料，如此，所述可置换盒 体没有间隔件，所述间隔件位于所述柔性底层和所述导电材料之间，用于限定所述第一疏 水表面和所述第二疏水表面之间的特定距离。本发明的所述第二备选可置换盒体，其特征 进一步在于，所述主体的至少一个通孔被构成为装载部位，用于将处理液、反应物或样品送 入所述间隙。
[0029] 本发明的进一步目的是，提出一种微流体系统或装置，从而在其上或其内，安放一 个或多个此种可置换盒体，用于处理其内的液滴。
[0030] 此目的如此实现：提供一种备选数字微粒体系统。所述数字微粒体系统，用于处理 所述间隙内的所述液滴内的样品，所述间隙位于底层的第一疏水表面和本发明的至少一个 可置换盒体的第二疏水表面之间，所述系统包括：
[0031] (a)基础单元，带有至少一个盒体容纳部位，其被构成为用于容纳所述可置换盒 体；
[0032] (b)电极阵列，位于所述基础单元的所述盒体容纳部位，所述电极阵列被底部基底 支撑，并且基本在第一平面内延伸，并且包括许多单个电极；以及
[0033] (C)中央控制单元，用于控制所述电极阵列的所述单个电极的选择，并且用于为这 些电极提供单个电压脉冲，用于通过电湿润处理所述盒体的所述间隙内的液滴；
[0034] (d)许多吸气孔，其穿过所述电极阵列，并且其分布在所述基础单元的所述盒体容 纳部位上；
[0035] (e)真空源，用于在排空空间内建立真空；以及
[0036] (f)许多真空管线，将所述吸气孔连接至所述真空源。
[0037] 本发明的所述数字微流体系统，其特征在于，当位于所述盒体容纳部位的圆周周 围时，密封片在所述盒体容纳部位密封所述排空空间，其由所述柔性底层、所述电极阵列、 所述底部基底和所述密封片限定。本发明的所述数字微流体系统，其特征进一步在于，所述 排空空间内的真空致使位于所述盒体容纳部位的所述可置换盒体的所述柔性底层被吸引， 并扩展到所述电极阵列和所述数字微流体系统的底部基底上，而不使用位于所述柔性底层 的所述第一疏水表面和所述至少一个可置换盒体的所述第二疏水表面之间的间隔件。
[0038] 本发明的再一目的是，提供一种备选方法，用于处理数字微粒体系统或装置中的 以内的样品。
[0039] 此进一步目的如此实现：提出第一备选方法，用于处理附着在工作薄膜的疏水表 面的液滴内的样品。根据本发明的所述第一备选方法包括如下步骤：
[0040] (a)提供可置换盒体，带有底层的第一疏水表面、顶层的第二疏水表面以及所述第 一和第二疏水表面之间的间隙，所述可置换盒体进一步包括主体，带有至少一个隔室，其中 容纳有处理液、反应物或样品，所述隔室包括通孔，用于将至少部分其内容物运送至所述间 隙；
[0041] (b)提供数字微粒体系统，带有电极阵列，其基本在第一平面内延伸，并且其包括 许多独立电极，所述独立电极有底部基底支撑并且被连接至所述数字微流体系统的中央控 制单元，用于控制所述电极阵列的单个电极的选择，并且用于为这些电机提供单个电压脉 冲，从而通过电湿润处理所述第一疏水表面上的所述液滴；并且
[0042] (C)限定所述间隙，如此所述顶层的所述疏水表面，基本上平行于所述底层的所述 第一疏水表面，以一定距离延伸。
[0043] 本发明的所述第一备选方法，用于处理液滴内的样品，其特征在于，所述方法进一 步包括如下步骤：
[0044] (d)提供所述底层为柔性薄膜，其沿所述柔性底层的圆周，密封附着至所述顶层， 如此，所述可置换盒体没有间隔件，所述间隔件位于所述柔性底层和所述顶层之间，用于限 定所述第一疏水表面和所述第二疏水表面之间的特定距离；
[0045] (e)将所述可置换盒体放置在所述数字微流体系统的基础单元的盒体容纳部位 上，所述顶层被构成为在至少一个隔室的下端和所述间隙之间提供密封，并且所述顶层包 括装载部位，用于将处理液、反应物或样品送入所述间隙；
[0046] (f)利用位于所述盒体容纳部位的圆周的密封片，在所述盒体容纳部位中密封排 空空间，所述排空空间由所述柔性底层、所述电极阵列、所述底部基底和所述密封片限定； 以及
[0047] (g)在所述排空空间中形成真空，致使安置在所述盒体容纳部位的所述可置换盒 体的柔性底层被吸引和扩展至所述电极阵列和底部基底上。
[0048] 所述进一步目的如此实现：提出第二备选方法，用于处理附着在工作薄膜的疏水 表面的液滴内的样品。根据本发明的所述第二备选方法薄板如下步骤：
[0049] (a)提供带有主体的可置换盒体，所述主体包括下表面、上表面，至少一个通孔以 及具有第一疏水表面的底层；将导电材料附着到所述主体的下表面，所述导电材料也不渗 透液体，并被构成为为所述主体的下表面提供第二疏水表面；间隙提供于所述第一和第二 疏水表面之间；
[0050] (b)提供带有电极阵列的数字微流体系统，所述电极阵列基本在第一平面内延伸， 并且其包括许多单个电极，所述电极由底部基底支撑，并且连接至所述数字微流体系统的 中央控制单元，用于控制所述电极阵列的单个电极的选择并且用于为这些电极提供独立电 压脉冲，从而通过电湿润处理所述第一疏水表面上的所述液滴；以及
[0051] (C)限定所述间隙，以便所述第一和第二疏水表面，基本上以一定距离相互平行延 伸；所述主体的至少一个通孔被构成为装载部位，用于将处理液、反应物或样品运送到所述