使用外部电极对微流体设备中的物体进行的操纵的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开属于微流体设备和系统的领域。具体地，本文中所公开的是被设计成利用外部电极来操纵物体的微流体设备和系统以及利用外部电极来操纵微流体设备的通道内的物体的方法。
【背景技术】
[0002]液滴微流体是用于高通量生物分析的令人越来越感兴趣的领域。悬浮在生物惰性介质(诸如氟碳油)中的水液滴(aqueous droplet)可被视为与环境隔离的“纳米反应器”，其中可对最小量的生物材料执行实验。液滴架构理想地适合于对单细胞执行测量，并且消除了与其它细胞的交叉污染的可能性。小体积的液滴同样是有利的，因为它避免了细胞的生物内容的过度稀释。最重要的，每秒数以百计或甚至数以千计的液滴的高通量使得在单细胞研宄和液滴内所包含的其它材料的研宄中的有意义的统计成为可能。
[0003]这种处理中的关键部分是以空间和时间两者上的精度来致动液滴的能力。这可通过将用于高速运输的水动力流与用于沿着任意途径的较慢的但精确地控制的运输的介电泳(DEP)结合来完成。在介电泳中，当介电粒子经受非均匀电场时，力被施加在该介电粒子上。所有粒子在存在电场的情况下均展示某种介电泳活动，而不管该粒子是或不是带电的。该粒子仅需要是可极化的。电场使粒子极化，并且所得的极沿着场线经历吸引力或排斥力，该方向取决于偶极子的取向。力的方向取决于场梯度而不是场方向，并因此DEP发生在交流电(AC)以及直流电(DC)电场中。因为场是非均匀的，所以经历最大的电场的极将支配另一个，并且粒子将移动。
[0004]因此，介电泳可被用于运输、分离、分类和以其它方式操纵各物体。在现有技术中，这样的操纵通常已使用具有沉积在设备的通道内的电极的微流体设备来完成。例如，Austin等人的美国专利N0.6，203, 683教导了一种用于通过介电泳将核酸俘获在电极上、在电极上热循环它们并且随后释放它们以用于进一步处理的微流体设备。该设备包括微流体通道，该微流体通道具有被定位成在该通道中提供介电泳场的场电极以及在场电极之间被定位在通道中的单个俘获电极。
[0005]根据Austin等人，该设备通过在衬底的表面上形成通道和所包括的电极并接着用盖玻片覆盖该表面来制造。所得的电极被固定在通道内并且是该设备的组成部分。作为使用此典型的电极形成的方法的结果，介电泳操纵仅可发生在由固定的电极所限定的特定位置中，并且这些电极连同所使用的设备一起被丢弃。由于铂是由Austin等人所指定的特别优选的电极材料，因而这些电极可将显著的成本添加到一次性设备。
[0006]在执行介电泳操纵中，在很多应用中将期望具有在微流体设备内的任意位置处施加电场而不是仅在于该设备的制造期间沉积电极的预定义的位置处施加电场的能力。进一步，消除要被用在微流体设备中的介电泳中的所包括的电极的成本，藉此提供较便宜的一次性设备将是有利的。
【发明内容】
[0007]本发明的一个方面是一种微流体设备，其包括被设置在该设备内的通道，该通道不具有包括的电极。该通道具有壁，该壁的至少一部分可由在该设备外部生成的电场穿透，该壁是可穿透的以使得电场延伸通过该壁部分并进入该通道内的区域中。
[0008]本发明的另一方面是用于操纵在微流体设备的通道内的物体的系统。该系统包括微流体设备和在该微流体设备外部的电极。微流体设备包括被设置在该设备内的一通道，该通道不具有包括的电极。该通道具有壁，该壁的至少一部分可由在该设备的外部生成的电场穿透，该壁是可穿透的以使得电场延伸通过该壁部分并进入该通道内的区域中。外部电极毗邻于且未被接合(bond)到该设备。电极生成外部电场。
[0009]本发明的又一方面是用于操纵微流体设备的通道内的物体的方法。该方法包括提供一微流体设备，该设备包括被设置在该设备内的一通道，该通道不具有包括的电极。该通道具有壁，该壁的至少一部分可由在该设备的外部生成的电场穿透。还提供了在微流体设备的外部的电极。该电极毗邻于微流体设备的可穿透的壁部分进行放置并且被激励以生成电场。利用电场穿透该可穿透的壁部分以使得电场延伸通过该壁部分并进入通道内的区域中。物体被引入到通道中并且使用电场在通道内进行操纵。
[0010]根据结合附图所阅读的对当前优选实施例的下列详细描述，本发明的上述和其它特征和优点将变得更明显，这些附图未按比例绘制。在附图中，类似的附图标记表示相同或功能相似的元件。详细描述和附图仅仅解说本发明而非限定本发明，本发明的范围由所附权利要求及其等效方案来定义。
【附图说明】
[0011]图1是根据本发明的微流体设备的一个实施例以及在该设备的外部的电极的阵列的不意图；
[0012]图2是根据本发明的微流体设备的另一实施例以及在该设备的外部的电极的阵列的不意图；
[0013]图3是根据本发明的用于使用外部电极来操纵微流体设备的通道内的物体的系统的框图；以及
[0014]图4A-4C示出了使用一个或多个外部电极对物体进行介电泳(dielectrophoretic)操纵的示例，图4A示出了由可转移的外部电极基于不同的电性质或介电性质对物体进行的分离，图4B示出了由外部电极的阵列对物体进行的固定化，该阵列的所有电极被示为活跃的，并且图4C示出了在单个电极被去激活以选择性地释放在图4B中固定化的所见的物体中的一个的情况下的图B的电极阵列。
【具体实施方式】
[0015]本发明的一个方面是微流体设备。该设备包括一通道，该通道不具有被包括在该通道内的电极。该通道的一个壁被独特地设计成允许外部电场的穿透以使得该电场延伸通过该壁部分并进入该通道内的区域中。如下面相对于包括微流体设备的系统而更详细地描述的，该电场是由在该壁部分的外部并且未被接合到该设备的电极或电极阵列所生成。在使用介电泳来操纵物体的操作中，与该壁部分的外表面物理地接触或者邻近于该外表面而放置电极或电极阵列。
[0016]图1示出了微流体设备的一个实施例。如所示，设备100包括通道层110和覆盖层120。在通道层110中形成通道112。覆盖层120形成通道的一个壁并提供被设置在该设备内的被覆的通道。孔径114延伸通过衬底层并与通道112流体连通。在本实施例中，流体连接器116被附连至上述孔径或至少部分地被设置在这些孔径内以用于将液体或气体引入到通道中。尽管微流体设备100在图1中被示为基本上平面的、矩形的设备，然而其它配置是可能的。
[0017]如图1中所见的通道层110是单个层；然而，通道层可包括被组装以形成通道层的多个层。用于通道层的合适材料包括合成橡胶(elastomers)和聚合物，诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚砜、聚苯乙烯、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、环烯烃聚合物(COP)、以及环烯烃共聚物(COC)。其它合适材料包括玻璃、石英和硅。通道层的厚度取决于要被形成在该层中的通道的深度以及其它因素(诸如该设备将与之一起使用的仪器)。
[0018]可通过本领域已知的各种方法在通道层110中形成通道112，该各种方法包括光刻、机械加工、模塑、湿化学蚀刻、反应离子蚀刻(RIE)、激光消融、空气喷砂技术、注射制模、LIGA方法、金属电铸、压纹和其组合。通道的表面性质是重要的，并且本领域已知各种技术用于在化学上处理或涂覆通道表面以使得这些表面具有期望的性质。例如，可处理(例如，用PDMS覆盖或暴露于全氟化的硅烷)玻璃以产生通道壁，这些通道壁是疏水的并因此与氟碳油相容。在诸如硅之类的半导电材料的情况中，可在通道层材料上提供绝缘涂层或层(例如，氧化硅)。该通道不包括被设置在该通道内的电极。
[0019]覆盖层120被粘附到通道层110以使得通道112藉此被覆盖并因此被设置在设备100内。如在图1中可见，覆盖层120形成通道112的一个壁。由覆盖层所形成的通道壁的至少一部分由