数字微流控设备和方法与流程
本专利申请要求于2016年12月28日提交的标题为“digitalmicrofluidicdevicesandmethods”的美国临时专利申请第62/439,641号的优先权。本专利申请还要求于2017年9月1日提交的标题为“digitalmicrofluidicsdevicesandmethodsofusingthem”的美国临时专利申请第62/553,743号的优先权。本专利申请还要求于2017年9月12日提交的标题为“digitalmicrofluidicsdevicesandmethodsofusingthem”的美国临时专利申请第62/557,714号的优先权。这些专利申请中的每一个通过引用以其整体并入本文。
通过引用并入
本说明书中提及的所有公开和专利申请均通过引用以其整体并入本文，其程度如同每个单独的公开或专利申请被明确地和单独地指出以通过引用并入。
领域
本公开涉及数字微流控设备和相关联的流体操纵和提取设备，以及使用它们的方法。
背景
数字微流控(dmf)是一种简单而精确地操纵流体的微尺度液滴的强大技术。dmf在化学、生物和医疗应用中迅速变得受欢迎，因为它允许直接控制多种试剂(不需要泵、阀门或管件(tubing))，易于处理固体和液体(没有通道堵塞)，并且与甚至麻烦的试剂(例如有机溶剂、腐蚀性化学品)兼容，因为疏水表面(典型地涂有特氟隆)是化学惰性的。然而，dmf面临的一个持续挑战是处理“真实世界”的样本，这些样本典型地包含大于dmf设备容易容纳的流体体积的流体体积，所含的感兴趣分析物在浓度上太稀以至于无法在没有预先浓缩的情况下支持下游处理和检测。一些研究小组已经证明液滴可以从包含在设备外容器中的大体积(数百微升至毫升)分配到dmf设备上；然而，这仅仅部分地解决了这一挑战，因为在设备上处理数百或数千个液滴以收集足够的分析物用于进一步操纵通常不是一个现实的策略。在引入到dmf设备中之前，在设备外浓缩可能是对于试剂的良好解决方案，因为试剂通常是大批量制备的以用于数百或数千个反应。然而，样本分析物的设备外浓缩必须对每个样本独立进行，这需要大量的人工劳动(或机器人系统)，并有污染样本和工人接触样本的风险。
为了应对这一挑战，我们开发了一种新型接口，在该接口中，集成的配套模块重复驱动dmf设备上的大体积样本的整体，从而将分析物置于设备上。为了证明该系统的实用性，从人血浆中提取了微小rna(mirna)，并在dmf设备本身中进一步纯化。该系统被设计用于容易重新配置和重新编程，以适应广泛的样本类型和体积。
公开概述
大体上，本文描述的是用于获取、制备、操纵和分析样本的方法和包括用于获取、制备、操纵和分析样本的设备、系统等的装置。例如，本文描述了数字微流控(dmf)设备、流体施加和提取设备以及使用它们的方法，这些设备和方法可能特别有助于处理和分析临床、实验室、生物或化学样本。该方法和装置对于处理相对较大体积的流体可能特别有用。该装置、设备、系统和方法可以与含有任何浓度的分析物的样本一起使用，但是对于处理和分析相对稀释的样本可能特别有用(例如，不需要预先的样本浓缩)。本文所述的dmf装置、系统、设备和方法可以与本文所述的流体施加和提取设备以及方法一起使用，或者可以单独使用或者与诸如其他流体施加和提取设备的其他设备一起使用。同样，本文所述的流体施加和提取设备以及方法可以与本文所述的dmf装置、系统、设备和方法一起使用，或者可以单独使用或者与诸如其他dmf设备的其他设备一起使用。本文所述的装置、设备、系统和方法通常涉及对液体(滴状物(drop)/液滴(droplet))的离散样本的操纵。在一些方面，回路(circuit)被用于产生和输送液体(滴状物/液滴)。在一些其他方面，可控压力源(例如，泵)用于选择性地施加正压或负压，以移动液体的离散样本通过装置、设备、系统等。可控压力源也可用于有效的样本混合，即使是大体积流体。本文所述的装置、设备和方法可用于分析物富集、运输、反应或分析的任何阶段，例如用于从样本(例如，细胞样本、包括血液或血浆样本的组织样本、活检样本、细菌、酵母、唾液样本、拭子等)中提取分析物，用于从样本(例如rna、dna、蛋白质(包括抗体)、小化学制剂(smallchemical)、小有机分子、药物等分析物)中富集化、或纯化或部分地纯化分析物，用于进行其它杂交反应(例如rna-dna、rna-rna、抗体-dna杂交)；执行在其他分析中的一些或所有步骤，例如pcr、酶蛋白分析、免疫测定、dna测序。
本文所述的装置可以提供用于数字微流控(dmf)装置的流体施加和提取接口设备，该设备包括：废物储存器，其包括流体收集器(trap)，其中流体收集器包括当设备保持直立时在废物室上方延伸的样本入口；当设备保持直立时其在样本入口上方穿过废物储存器的开口；和延伸穿过废物储存器的转移导管，其中样本入口在样本入口的近端处通向转移导管，使得流体可以从转移导管进入废物储存器并被截留在废物室内；其中转移导管被配置成在转移导管的远端处耦合到dmf装置。
这些装置可以提供用于数字微流控装置的流体施加和提取接口设备，该设备包括：废物储存器，其包括流体收集器，其中流体收集器包括当设备保持直立时在废物室上方延伸的样本入口；当设备保持直立时在样本入口上方穿过废物储存器的开口；被耦合到开口的连接器导管；和延伸穿过废物储存器的转移导管，其中样本入口在样本入口的近端处通向转移导管，使得流体可以从转移导管进入废物储存器并被收集在废物室内；其中转移导管被配置成在转移导管的远端处耦合到数字微流控装置，并且其中转移导管在废物储存器和转移导管的远端之间在自身上折回两次或更多次。
这些流体施加和提取接口设备的一些还在dmf装置上提供了被配置成与转移导管耦合的耦合器。
在这些流体施加和提取接口设备的一些中，转移导管在废物储存器和转移导管的远端之间在自身上折回两次或更多次。
在这些流体施加和提取接口设备的一些中，转移导管包括在废物储存器和转移导管的远端之间的一个或更多个环(loop)。
这些流体施加和提取接口设备的一些还提供了被耦合到在样本入口上方穿过废物储存器的开口的连接器导管。
这些流体施加和提取接口设备的一些还提供了被耦合到连接器导管或转移导管并且在转移导管中选择性地施加正压或负压的可控压力源。
这些流体施加和提取接口设备中的一些还提供了蠕动泵，该蠕动泵被耦合到连接器导管或转移导管，以在转移导管中选择性地施加正压或负压。
在这些流体施加和提取接口设备的一些中，废物储存器包括体积在0.5ml和50ml之间的管道(tube)。
在这些流体施加和提取接口设备的一些中，废物室的体积在0.4和50ml之间。
在这些流体施加和提取接口设备的一些中，转移导管延伸穿过废物储存器的底部。
在这些流体施加和提取接口设备的一些中，转移导管的内径在约0.5mmid和5mm之间。
在这些流体施加和提取接口设备的一些中，转移导管包括管件。
本文描述的装置可以提供被配置成处理大样本体积的数字微流控(dmf)装置，该设备包括：具有第一疏水层的第一板；具有第二疏水层的第二板；在第一疏水层和第二疏水层之间形成的间隙，其中第一板和第二板之间的距离为1mm或更大；布置在邻近第一疏水层的第一平面中的多个致动电极；流体施加和提取接口设备，其被配置为将流体施加或移除到间隙中，该流体施加和提取接口设备包括：废物储存器，其包括流体收集器，其中流体收集器包括在废物室上方延伸的样本入口；在样本入口上方穿过废物储存器的开口；和延伸穿过废物储存器的转移导管，其中样本入口在样本入口的近端处通向转移导管，使得流体可以从转移导管进入废物储存器并被截留在废物室内；其中转移导管的远端被耦合到以下之一上的开口：第一板、第二板、或者在第一板和第二板之间。
在这些被配置为处理大样本体积的数字微流控(dmf)装置的一些中，转移导管在废物储存器和转移导管的远端之间在自身上折回两次或更多次。
在这些被配置为处理大样本体积的数字微流控(dmf)装置的一些中，转移导管包括在废物储存器和转移导管的远端之间的一个或更多个环。
这些被配置为处理大样本体积的数字微流控(dmf)装置的一些，还包括被耦合到在样本入口上方穿过废物储存器的开口的连接器导管。
这些被配置为处理大样本体积的数字微流控(dmf)装置的一些还包括可控压力源，以在转移导管中选择性地施加正压或负压，其中可控压力源被耦合到以下任一个：连接器导管，其被连接到在样本入口上方穿过废物储存器的开口；或者转移导管。
这些被配置为处理大样本体积的数字微流控(dmf)装置的一些还包括蠕动泵，该蠕动泵被配置为在转移导管中选择性地施加正压或负压。
在这些被配置为处理大样本体积的数字微流控(dmf)装置的一些中，废物储存器包括体积在0.4ml和50ml之间的管道。
在这些被配置为处理大样本体积的数字微流控(dmf)装置的一些中，废物室的体积在0.4和50ml之间。
在这些被配置为处理大样本体积的数字微流控(dmf)装置的一些中，转移导管延伸穿过废物储存器的底部。
在这些被配置为处理大样本体积的数字微流控(dmf)装置的一些中，转移导管的内径在大约0.5mmid和5mm之间。
在这些被配置为处理大样本体积的数字微流控(dmf)装置的一些中，转移导管包括管件。
本发明的另一方面提供了一种从数字微流控(dmf)装置中选择性地移除大体积的流体的方法，该方法包括：将在dmf装置的第一板和第二板之间的流体移动到流体提取区域，其中第一板和第二板被1mm或更大的第一间隙分离，并且其中第一板包括多个致动电极；将负压施加到转移导管上，该转移导管被耦合到在dmf装置的第一板和第二板之间的流体提取区域，或者被耦合到穿过dmf装置的第一板或第二板的开口上；通过转移导管沿着其在自身上折回两次或更多次的反向路径，将流体的全部或一部分从流体收集器的样本入口吸入到转移导管，并进入样本入口下方的废物室中；以及向多个致动电极的子集施加能量，以将液滴从第一间隙之间移动到在以小于1mm的距离分离的第一板和第二板之间的第二间隙。
本文描述的装置可以提供一种空气基质数字微流控(dmf)装置，其包括：具有第一疏水层的第一板；具有第二疏水层的第二板；具有第三疏水层的第三板；在第一疏水层和第三疏水层之间形成的第一气隙，其中第一间隙大于1mm；在第一疏水层和第二疏水层之间形成的第二气隙，其中第二空气为1mm或更小，并且其中第一气隙和第二气隙是连续的，并且第二板和第三板彼此重叠；从第一气隙延伸到第二气隙的邻近第一疏水层的多个致动电极；和在第一气隙中的流体提取区域。
本文描述的任何装置和方法都可以被配置为与dmf装置一起使用的盒。例如，本文描述的装置可以被配置为用于数字微流控(dmf)装置的盒，该盒具有底部和顶部，该盒包括：第一介电层；在第一介电层上的第一疏水层；具有第一侧和第二侧的顶板；在顶板的第一侧上的接地电极；在顶板的第一侧上覆盖接地电极的第二疏水层；分离第一疏水层和第二疏水层的气隙；第一样本隔室和第二样本隔室，其中第一样本隔室和第二样本隔室位于顶板的第二侧；在第一样本隔室和气隙之间的第一开口和在第二样本隔室和气隙之间的第二开口，其中第一开口和第二开口在约4cm或更小(例如，3cm或更小、2cm或更小、1.5cm或更小、1cm或更小等)内彼此相邻；用于与第一样本隔室连通的第一泵连接件的第一入口；和用于与第二样本隔室连通的第二泵连接件的第二入口。
例如，用于数字微流控(dmf)装置的盒，该盒具有底部和顶部，可以包括：具有第一侧面和第二侧面的介电材料片，第一侧面在盒的底部形成暴露的底表面；在介电材料片的第二侧面上的第一疏水层；具有第一侧和第二侧的顶板；在顶板第一侧上的接地电极；在顶板的第一侧上在接地电极上方的第二疏水层；分离第一疏水层和第二疏水层的气隙，其中气隙包括大于500微米的间距；第一样本隔室和第二样本隔室，其中第一样本隔室和第二样本隔室位于顶板的第二侧；在第一样本隔室和气隙之间的第一开口和在第二样本隔室和气隙之间的第二开口，其中第一开口和第二开口在大约2cm或更小的距离内彼此相邻；用于与第一样本隔室连通的第一泵连接件的第一入口；和用于与第二样本隔室连通的第二泵连接件的第二入口。
一种用于数字微流控(dmf)装置的盒可以包括：底部介电层；具有第一侧和第二侧的顶板；在顶板的第一侧上的接地电极；在底部介电层和接地电极之间的气隙；第一样本隔室和第二样本隔室，其中第一样本隔室和第二样本隔室位于顶板的第二侧；在第一样本隔室和气隙之间的第一开口和在第二样本隔室和气隙之间的第二开口，其中第一开口和第二开口在约5cm或更小(例如，约4cm或更小、约3cm或更小、约2cm或更小、约1.5cm或更小、约1cm或更小等)内彼此相邻；用于与第一样本隔室连通的第一泵连接件的第一入口；和用于与第二样本隔室连通的第二泵连接件的第二入口。
在这些装置的任一个中，第一介电层可以包括具有第一侧面和第二侧面的介电材料片，第一侧面在盒的底部形成暴露的底表面，其中第一疏水层在第二侧面上。介电材料片可以是柔性的，并且可以被吸附到读取器上(读取器可以包括电极以驱动液滴在气隙内的移动)。盒的底部可以由电介质材料片的第一侧面形成。
分离第一疏水层和第二疏水层的气隙可以以任何适当的距离分离开(平均或至多)，例如，气隙可以具有大于500微米的平均间距。这可以允许盒内有大体积的液滴。
样本隔室可以形成在顶板中(例如，插入板中)或者附接到顶板。第一样本隔室和第二样本隔室典型地可以沿着顶板的第二侧延伸。这些装置的任一个都可以包括覆盖第一样本隔室的顶盖，其中第一入口被耦合到顶盖。相同的顶板或单独的顶板可以覆盖第二样本隔室，并且还可以包括第二入口。
这些盒中的任一个都可以包括连接到第一样本隔室的第一微流控通道和连接到第二样本隔室的第二微流控通道。例如，在第一样本隔室和气隙之间的第一开口可以包括连接到第一样本隔室的第一微流控通道；并且在第二样本隔室和气隙之间的第二开口可以包括第二微流控通道。
第一样本隔室和第二样本隔室可以各自被配置成容纳超过1ml的流体(例如，超过5ml的流体、超过7ml的流体、超过10ml的流体、超过15ml的流体、超过20ml的流体、高达25ml的流体等)。
顶板可以是透视材料(例如，可以透影(imagedthrough)的材料)。例如，顶板可以包括丙烯酸材料。
盒可以包括在顶板的第二侧上的一个或更多个试剂储存器。例如，盒可以包括在顶板的第二侧上的一个或更多个冻干试剂储存器。
附图简述
本发明的新特征特别在随附的权利要求中被阐述。通过参考以下详细描述将获得对本发明的特征和优点的更好理解，以下详细描述阐述了利用本发明的原理的说明性实施例和附图，在附图中：
图1a-1c示出了与数字微流控装置一起使用的流体施加和提取设备。图1a示出了流体施加和提取设备的侧视图。图1b示出了具有电极阵列的数字微流控设备的透视图，该电极阵列可以与图1a中所示的流体施加和提取设备一起使用。图1c示出了与诸如图1b中所示的数字微流控设备接合的流体施加和提取设备的视图。
图2示出了与数字微流控设备装置接合的流体施加和提取设备的一端的近视图。
图3示出了具有与数字微流控设备装置接合的转移导管的流体施加和提取设备，该转移导管在自身上折回。
图4a-4f示出了使用本文所述的样本处理系统从血浆样本中提取和纯化mirna的一个示例。
图5a示出了用于稀释样本的数字微流控设备的一部分的示意性侧视图。
图5b示出了图5a的dmf装置的侧视图，其包括一大池(液滴)的稀溶液池和较小的液滴。
图6a-6e示出了液滴从具有第一板间距(例如>1mm)的dmf装置的装载区域移动到具有板间距<1mm的dmf装置的第二、较低体积部分或区域。
图7和图8示出了使用数字微流控系统与台式(bt)系统相比从血浆中提取和纯化的mirna的rt-qpcr结果的比较。图7示出了mirna-39的结果。图8示出了mirna-54的结果。
图9示出了用于dmf装置的盒的示例，该盒包括不同的功能区域，该功能区域可以由可移除盒内的电极阵列形成。在图9中，可移除盒已经被制成透明的(在顶板上方的微流控区域、形成盒的dmf部分的气隙和电介质已经被制成透明的)。不同的区域由不同的方框表示，并且可以以特定的排列分布在阵列上。例如，在图9中，七个电极被配置为磁性区域605，其可以施加局部(对该电极)磁力以将磁珠或磁性粒子保持在电极上的液滴内。八个外围区域(每个跨越六个电极)被配置为冷却区域，其可以与珀耳帖(peltier)设备或其他热冷却区域进行热接触。此外，在图9中，左侧的六个16电极区域被配置为冷却区，其也可以与相同或不同的珀尔帖设备进行热接触(例如，将它们保持在10摄氏度以下)。还包括两个中央加热区(一个跨越五个电极，另一个跨越32个电极)，并且它们可以在整个区内或在该区的多个区域内进行热循环。四个光学读取区(每个跨越四个电极)在设备的右侧周边上彼此隔开。通常，加热和/或热循环区域位于中央，与外围的冷却/储存区域隔开。在区之间可能有重叠，例如磁性区和加热/冷却区。图9还以透明的视图示出了可以形成在气隙上方(和在顶板中，如所述)的微流控部分。例如，在图9中，微流控部分611包括一对蛇形微流控通道615、616，每个通道连接到进入气隙的开口(可由阀调节)。微流控部分也可以包括阀。在图9中，微流控通道还包括一对端口617、618，可通过这对端口施加正压和/或负压，以调节(与任何阀一起)微流控区域中的流体运动和(在一些变型中)进出气隙的运动。微流控部分还可以包括一个或更多个废物室621。
图10是如本文所述的示例性盒的顶视图；在该示例中，盒包括dmf部分和微流控部分(例如，包括一对样本隔室，其中的一个样本隔室可以用于废物、和/或微流控通道)，dmf部分包括由气隙分离的顶板和电介质，微流控部分连接到气隙中，并且可以从外部连接到通道输入端和/或输出端，或者泵(例如，真空泵)。流体可以通过进入气隙的一个或更多个开口(图示为小开口)和/或通过通道输入端/输出端被施加到盒中。盒的右侧包括窗口区域，允许通过盒进行光学观察。
图11示出了图10的盒的顶部透视图；
图12是从图10和图11的盒的左侧看去的端视图或侧视图，示出了上部微流控通道和下部dmf部分(示出了在顶部、地、板和电介质之间的间隔，形成气隙)。
图13是图10-12的盒的顶视图，其中移除了微流控通道的盖，示出了通道。
图14a和图14b示出了用于dmf装置的盒的示例，该盒包括作为注射模制(injectionmolded)盒的一部分形成的样本隔室和废物隔室。样本隔室和废物隔室可配置成承载大体积(高达25ml)材料。图14a为顶部透视图。图14b是侧视图。
图15a-15c示出了如本文所述的与dmf气隙区域接合的微流控通道的一个示例。在图15a中，盒的微流控部分示出为一对通道，每个通道连接到入口/出口，并且每个通道终止于形成盒的dmf部分的进入气隙的开口的桥接区域(在该示例中，在微流控部分的下方)。流体可以被移除、被添加、被洗涤等进/出dmf部分的气隙。在图15b和图15c中，如所示，通过在入口/出口之间交替和施加吸力，流体被洗涤通过桥接液滴并进入气隙。在该示例中，外部流体部件(例如，管件和储存器)被集成到dmf部分的顶板中，从而允许紧凑的外形规格(compactformfactor)。微流控通道可用于添加/移除试剂(例如，移除废物、洗涤等)。桥接液滴可以是一个电极或一组电极，并且液滴的尺寸可以由dmf调节。
图16a示出了穿过顶板以形成紧邻dmf部分(例如，在dmf部分的上方或下方，作为顶板的一部分)的微流控通道的截面的一个示例。图16b示出了其中已经形成微流控通道的顶板的示例。
图16c是配置为微流控通道的dmf装置的顶板的另一个示例。顶板示出为丙烯酸材料，通道和孔已经形成在该材料中(例如，通过铣削、切割、光栅化等)。
图16d示出了形成在盒的dmf部分的顶板中的微流控通道的另一个示例。
图17a和图17b示出了使用包括分叉通道的流体施加和提取技术在本文所述的dmf装置(例如，盒)中提取和混合流体，允许在两个储存器之间交换大体积流体。在图17a中，流体施加和提取设备通过顶板连接。在图17b中，流体施加和提取设备从侧板连接。
图17c是配置用于混合、提取、添加等在dmf盒的气隙中具有一个或更多个液滴的流体的dmf盒的另一个示例。在图17c中，流体管线(fluidline)的接口1127穿过顶板进行接合，流体管线可以是微流控通道，其包括部分由顶板1117形成的微流控通道，并且(不同于图17a)在该接口区域中的气隙可能大于在dmf盒的其他部分中的气隙。在图17d中，流体管线的接口1127位于气隙的边缘处，类似于图17b；在图17d中，气隙区域大于在盒的其他区域中的。在图17a-17d的任一个中，流体管线(例如，1143、1145)和储存器(1105、1107)可以形成dmf装置的一部分，并且可以与盒上的端口(例如，盒的顶表面)和/或一个或更多个阀接合。
图18a-18c示出了类似于图17a中所示的流体施加和提取设备的操作。
详细描述
本文描述了一种样本处理系统，用于处理和操纵小至中等(或甚至大)体积的流体样本，例如临床、实验室、生物或化学样本。该系统对于处理液体介质中的稀释样本可能特别有用，对于该液体介质，需要相对大体积的样本(例如，为了获得足够的材料以便容易地执行分析)。该系统可用于从临床、实验室、环境或其他样本中提取和纯化分析物。该系统可用于操纵需要多个处理步骤的样本，例如多个洗涤或培养步骤。操纵可以包括，例如，添加洗涤缓冲液、从样本中移除用过的缓冲液、添加磁性粒子等。
在一方面，样本处理系统包括用于数字微流控(dmf)装置的流体施加和提取接口设备，该设备包括：废物储存器，其包括流体收集器，其中流体收集器包括当设备保持直立时在废物室上方延伸的样本入口；当设备保持直立时在样本入口上方穿过废物储存器的开口；和延伸穿过废物储存器的转移导管，其中样本入口在样本入口的近端处通向转移导管，使得流体可以从转移导管进入废物储存器并被截留在废物室内；其中转移导管被配置成在转移导管的远端处耦合到dmf装置。一些流体施加和提取接口设备包括被耦合到开口的连接器导管。在一些流体施加和提取接口设备中，转移导管在废物储存器和转移导管的远端之间在自身上折回两次或更多次。
该系统通常包括3个模块：提取模块，其能够从临床样本中大规模提取分析物；纯化模块(dmf装置)，其能够纯化和浓缩分析物；和模块接口，其协调模块之间的交互。图1a-1c示出了如本文所述的样本处理系统的不同模块。图1a示出了提取模块2的侧视图。图1b示出了具有电极阵列的纯化模块(数字微流控设备)的透视图。图1c示出了通过模块接口与纯化模块(数字微流控设备)接合的提取模块的视图。图1a和图1c示出了具有废物室310和转移管道313(也称为样本制备管件)的提取模块311。图1c还示出了连接器导管309。提取模块311包括容纳废物室310的废物储存器312。废物储存器312可以是容器或管道或管状结构，例如具有顶壁、一个或更多个侧壁和底壁以及内部的开放空间(室)。在一些情况下，废物储存器312可以不具有顶壁和/或底壁，并且废物储存器312的顶部和/或底部可以是敞开的。通常，在这些情况下，开放空间可以填充有导管，该导管基本上占据废物储存器312的顶部(例如，连接器导管309)或底部(例如，转移导管311)的整个区域。在一些示例中，提取模块311或废物储存器可以是离心管或微量离心管(例如，0.5ml；1.5ml、5ml等)或具有圆锥形侧壁并具有或不具有底壁或顶壁的另一种管道。废物储存器或在废物储存器中的管道的体积可以是0.1ml或大于0.1ml、0.2ml或大于0.2ml、0.3ml或大于0.3ml、0.4ml或大于0.4ml、0.5ml或大于0.5ml、1ml或大于1ml、2ml或大于2ml、3ml或大于3ml、4ml或大于4ml、5ml或大于5ml、10ml或大于10ml、25ml或大于25ml、50ml或大于50ml、小于50ml、小于25ml、小于10ml、小于5ml、小于4ml、小于3ml、小于2ml、小于1ml、小于0.5ml、小于0.4ml、小于0.3ml、小于0.2ml、小于0.1ml或其间的任何值，例如0.1ml和1.0ml之间、0.4ml和2ml之间、0.4ml和50ml之间、0.5ml和50ml之间、0.1ml和30ml之间等。可以使用容纳废物储存器的任何形状的容器，其具有用于连接器导管的空间、用于转移导管的空间等。废物储存器312可以由任何材料制成，例如聚丙烯、另一种聚合物等，只要它能保持流体、经受住来自泵(如果使用的话)的压力等等。图1c示出了连接器导管309，其近(第一)端连接到泵331，远(第二)端延伸到废物储存器312中。连接器导管309可以在其近端处开口，但是通常会被连接到可控压力源(例如，泵)，以在转移导管中选择性地施加正压或负压。(此处使用的近端是最靠近可控压力源的或离dmf设备最远的一端)。在一些示例中，流体施加和提取接口设备包括被耦合到在样本入口上方穿过废物储存器的开口的连接器导管。流体通过泵生成的压力驱动流输送。泵331可以作用于样本处理系统，以将流体从纯化模块(dmf设备)吸入提取模块或者将流体从提取模块排出到纯化模块(dmf设备)的表面上。连接器导管309可以在远端通向废物储存器312和/或废物室310。连接器导管309可以与废物储存器312紧密密封，使得泵331能够在废物储存器312内抽真空或生成压力。连接器导管309可以使废物储存器312或废物室310与泵331耦合。连接器导管309可以在近端打开，并且可以用于将流体从远端位置放入废物储存器312中或转移导管313中。一些流体施加和提取接口设备包括蠕动泵，该蠕动泵被耦合到连接器导管或转移导管，以在转移导管中选择性地施加正压或负压。泵331可以是正排量泵(positivedisplacementpump)，例如，被配置为移动流体通过系统的蠕动泵。泵331可用于生成压力驱动流，以使流体在样本处理系统中移动，并在压力下例如通过废物储存器312、转移导管313(包括通过折回区域314)输送流体，通过模块接口327，并输送到数字微流控装置320(纯化模块)上。在一些示例中，流体施加和提取接口设备包括被耦合到在样本入口上方穿过废物储存器的开口的转移导管。一些流体施加和提取接口设备包括可控压力源，以在转移导管中选择性地施加正压或负压，其中可控压力源被耦合到以下任一个：连接器导管，其被连接到在样本入口上方穿过废物储存器的开口；或者转移导管。泵331可以在负压(例如真空)下工作，以将流体吸入转移导管313或系统的另一部分，例如将流体从数字微流控装置320(纯化模块)吸出并吸入转移导管313，甚至吸入或通过折回区域314、转移导管313的样本入口308，并进入废物室310。在一些示例中，泵331可以在正压和负压之间交替(例如，推和拉)，并且可以在样本处理系统的不同区域之间使溶液快速穿梭。在特定示例中，泵可以使流体在纯化模块的表面(顶板)和转移导管313之间快速穿梭。这种穿梭式的流体可以部分地移动通过转移导管313或者可以大部分或全部地移动通过转移导管313。在一些示例中，流体在被移至数字微流控装置320(纯化模块)之前可以停留(stay)或停止(rest)在折回区域314中。
图1a还示出了转移导管313，其在近端延伸(例如，从废物储存器312下方)穿过废物储存器312的底部并进入废物室310，终止于样本入口308。转移导管313的一端插入废物储存器312和废物室310中，其近端用作样本入口并且另一端(远端)用于将流体从废物储存器312引导至模块接口327，并且反之亦然。在一些示例中，包含待分析的分析物的样本可以通过样本入口308装载并进入转移导管313中。图1a还示出了具有折回区域314和模块接口327的转移导管313。转移导管313可以是刚性的或柔性的，但是通常会是柔性的和化学惰性的。在一些示例中，转移导管313包括管件。在一些示例中，转移导管313可以是柔性聚合物管件，例如
废物室310包括被配置为保持流体的室或空间，并且可以被定尺寸为保持一个或更多个废物样本。通常，废物样本将经由转移导管313从提取模块外部传输到废物室。在一个示例中，废物样本通过转移导管313从纯化模块的表面传输到废物室310。一些实施例可以包括以下步骤：从纯化模块(dmf设备)移除废物样本，使废物样本移动通过转移导管313，使废物样本移动通过样本入口308，以及将废物样本沉积在废物室中。样本可以从纯化模块推入或拉出(抽吸)到废物室310中，但是通常将经由通过泵331生成的降低的压力被拉出。流体废物样本可行进穿过/越过样本入口308并落入废物室310中进行储存。该步骤可以使用相同类型的废液或使用不同类型的废液进行重复(2次、3次等)。
转移导管313还可以包括折回区域314(保持部分)，其被配置用于保持流体(例如，用于保持待分析的样本或裂解缓冲液或洗涤缓冲液)。在一些示例中，折回区域314可以被成形(例如，非线性的)，使得其保持流体抵抗重力的影响(例如，在没有施加真空或施加压力的情况下)。例如，折回区域314可以是弯曲的，使得由于其弯曲的形状，其支撑或保持流体样本并防止其从折回区域排出，从而防止其从转移导管313排出到纯化模块上。如本文所使用的，折回可以指形成环或s形(例如，从第一方向转向第二方向，然后转回第一方向)，或更多个环或任意圈数。在一些示例中，转移导管的折回(已折回或即将折回)区域是环或s形区域，其被布置成使得转移导管成环一次或两次(或更多次)，然后面向下方以连接到dmf装置的顶板。
图1a以环的形式示出了折回区域314。转移导管可以在废物储存器和转移导管的远端之间在自身上折回两次或两次以上、三次或三次以上、四次或四次以上、五次或五次以上、10次以上、20次以上和/或2次以下、3次以下、4次以下、5次以下、10次以下、20次以下、30次以下，或者40次以下或者介于这些数字之间的任何值(2次以上但5次以下，5次以上但7次以下，等等)。折回区域314可以在一个或多于一个位置上是弯的或弯曲的，可以是u形的、s形的、漩涡形的、环状的、盘绕的。保持部分或折回区域可以具有一个或多于一个的环或圈、两个或多于两个的环或圈、三个或多于三个的环或圈、四个或多于四个的环或圈、五个或多于五个的环或圈、十个或多于十个的环或圈、二十个或多于二十个的环或圈、或少于五个的环或圈、少于十个的环或圈，或者少于二十个的环或圈，或者这些之间的任何数量，例如从五到十个环或圈或者从一到四个环或圈，从二到七个环或圈等)。折回区域(或环、或圈或其他保持特征)的数量可以出于任何原因来选择。例如，可以选择折回区域的数量，使得其能够针对特定应用(例如，从等离子体样本中提取)保持足够体积的流体，但是导管在施加降低的压力下不会破裂(例如，使得管道在施加的真空下不会破裂)。在一些示例中，折回区域314可以包括2个或更多个保持部分，该保持部分被配置为保持由“其间(inbetween)”部分彼此分离的流体，例如圈、涡卷(swirl)等的两个、三个、或更多个分离部分。这些其间部分可以填充气体、油、凝胶或另一种介质。这些部分可以用于分离不同的流体(例如，它们可以将第一缓冲液从第二缓冲液分离出来，等等)。折回区域314可以配置有与转移导管的其余部分不同的材料(例如通过静电或其他力“保持”流体的带电材料)。尽管折回区域314可以保持任何类型的材料，但是它对于保持或维持低表面张力流体可能特别有用，从而防止它们从转移导管313排出并流到数字微流控装置320(纯化模块)上。折回区域314(和管件的其余部分)可以整个具有恒定的直径，或者可以具有比另一个区域更大直径的区域。例如，折回区域314可以具有单个圈，该单个圈的直径大于沿着转移导管313的不保持流体的部分的直径。折回区域314或保持区域可以保持或被配置为保持任何类型的流体，例如液体、凝胶、混合物、悬浮液、缓冲液、洗涤缓冲液、感兴趣样本(asampleofinterest)、待裂解的样本、待杂交的样本等(例如，抵抗重力)。一些实施例包括由保持部分保持的预装载流体，例如液体、凝胶、混合物、缓冲液、洗涤缓冲液、感兴趣样本、待裂解的样本、待杂交的样本。在一些示例中，保持部分可以保持两种或更多种不同的流体，不同的流体由间隙(例如气隙、油隙或另一种类型的间隙)分离。折回区域314可被配置为保持任何量的流体，例如保持10ul至10ml的流体或其间的任何量的流体，例如高达10ml、高达5ml、高达1ml、高达900ul、高达800ul、高达500ul、高达100ul，等等。
图1b(并且也参见图1c)示出了具有电极阵列341的纯化模块(数字微流控(dmf)设备)的透视图。通常，(且如下文更详细解释的)流体液滴在纯化模块中被夹在底板和用于保持流体液滴的一个或更多个顶板之间。在底板上的或邻近底板的致动电极和在顶板上的或邻近顶板的对电极一起工作，通过向邻近位置施加电压来生成电润湿力，以在板之间和/或沿着顶板移动流体滴状物(drop)/液滴(droplet)。关于dmf设备工作的更多细节，参见例如wo2016/06184，其通过引用以其整体被并入本文。在一些实施例中，纯化模块在底板和顶板之间具有大的间隙(例如由>1mm的间隔物生成)，以容纳真实世界的体积(数百微升至毫升)，从而允许液滴产生和切割。
图2示出了被连接到转移导管313的模块接口327的近视图。模块接口327与数字微流控装置320(dmf装置或纯化模块)的顶板接合。模块接口327可以包括被配置为将模块接口与dmf装置耦合的耦合器。dmf装置320可以包括在dmf装置上的被配置成将dmf装置与转移导管耦合的耦合器。耦合器通常具有开口，并且可以具有特殊的特征，以帮助将模块接口耦合到dmf设备(或将dmf设备耦合到模块接口)，例如唇缘(lip)、凸缘(flange)、凸起部分(raisedportion)等。模块接口327包括用于将流体输送进或输送出转移导管313的开口。dmf装置320还包括用于转移流体的孔。
图3示出了在连接器接口327处通过转移导管313将流体施加/提取接口设备300耦合到dmf装置320的实施例。废物储存器312具有流体收集器311，用于在废物室310中收集通过转移导管313被带到废物储存器312的流体。废物储存器312也通过连接器导管309被耦合到泵331。
dmf装置使用多个电极操纵液体液滴。可用于本文中的公开内容的一些dmf装置具有“两板”形式，在该形式中液滴被夹在顶板和底板之间。底板具有邻近第一疏水层或电绝缘层的多个电极。顶板具有邻近第二疏水层或电绝缘层的对电极，并且在顶层和底层之间存在间隙。在一些示例中，顶层和底层之间的间隙为至少1mm、至少1.1mm、至少1.2mm、至少1.3mm、至少1.4mm、至少1.5mm、至少2mm、至少3mm、小于5mm、小于4mm、小于3mm、小于2mm、小于1.5mm、小于1.4mm、小于1.3mm、小于1.2mm、小于1.1mm或其间的任何值(例如，至少1mm且小于2mm；至少1.2mm且小于1.8mm等)。可以出于任何原因选择特定尺寸的间隙，例如以对特定类型的样本或特定的样本处理程序(例如，从血液中的样本提取；从细胞培养物中的样本提取；临床样本；样本杂交等)进行优化。本公开的一些方面包括一种空气基质数字微流控(dmf)装置，其包括：具有第一疏水层的第一板；具有第二疏水层的第二板；具有第三疏水层的第三板；在第一疏水层和第二疏水层之间形成的第一气隙，其中第一间隙为1mm或更小；在第一疏水层和第二疏水层之间形成的第二气隙，其中第二空气大于1mm，并且其中第一气隙和第二气隙是连续的，并且第二板和第三板彼此重叠；从第一气隙延伸到第二气隙的邻近第一疏水层的多个致动电极；和在第一气隙和第二气隙中的流体提取区域。
本文描述了一种具有三板或多板形式的dmf装置，其可用于如本文所述的流体施加/提取接口设备300或用于另一种这样的应用，例如一种不同的流体施加或提取系统。除了顶板和底板，三板形式还包括第三板。图3(并且也参见图5a和图5b)示出了空气基质数字微流控(dmf)装置320，其含有具有第一疏水层的板1326(也称为底板)、具有第二疏水层的板2317、和具有第三疏水层的板3315(也称为顶板2)。图3还示出了第二板和第三板彼此重叠。图3还示出了在板1326上的疏水层(第一疏水层)和板3315上的疏水层(第三疏水层)之间的第一气隙1319。图3还示出了板2317(也称为顶板1)和板1326(底板)，在板1326上的疏水层(第一疏水层)和板3315上的疏水层(第三疏水层)之间具有第二气隙2321。图3还示出了第一气隙1和第二气隙2是连续的。第一气隙1可以是大于0.1mm或大于0.1mm、0.5mm或大于0.5mm、1mm或大于1mm、1.5mm或大于1.5mm、2mm或大于2mm、2.5mm或大于2.5mm或小于0.5mm、小于1mm、小于1.5mm、小于2mm、小于2.5mm、小于5mm、小于10mm，或者其间的任何值，例如大于1mm且小于5mm、大于1.5mm且小于2.5mm等)。第二气隙2可以是大于0.1mm或大于0.1mm、0.5mm或大于0.5mm、1mm或大于1mm、1.5mm或大于1.5mm、2mm或大于2mm、2.5mm或大于2.5mm或小于0.5mm、小于1mm、小于1.5mm、小于2mm、小于2.5mm、小于5mm、小于10mm，或者其间的任何值，例如大于1mm且小于5mm、大于1.5mm且小于2.5mm等)。在一些示例中，第一气隙大于1mm，第二气隙是1mm或更小。在一些示例中，第一气隙大于1mm且小于1.2mm，第二气隙是1.2mm或更大。
底板具有邻近绝缘体或第一疏水层的多个致动电极。在一些示例中，多个致动电极从第一气隙延伸到第二气隙。顶板还具有疏水层(第二疏水层)和邻近第二疏水层的对电极。多层形式对于处理更大或更稀的样本可能特别有用。
本公开的一个方面包括被配置成处理大样本体积的数字微流控(dmf)装置，该设备包括：具有第一疏水层的第一板；具有第二疏水层的第二板；在第一疏水层和第二疏水层之间形成的间隙，其中第一板和第二板之间的距离为1mm或更大；布置在邻近第一疏水层的第一平面中的多个致动电极；流体施加和提取接口设备，其被配置为将流体施加或移除到间隙中，该流体施加和提取接口设备包括：废物储存器，其包括流体收集器，其中流体收集器包括在废物室上方延伸的样本入口；在样本入口上方穿过废物储存器的开口；和延伸穿过废物储存器的转移导管，其中样本入口在样本入口的近端处通向转移导管，使得流体可以从转移导管进入废物储存器并被截留在废物室内；其中转移导管的远端被耦合到以下之一上的开口：第一板、第二板、或者在第一板和第二板之间。
诸如洗涤流体的流体被包含在顶板和较低的/底板之间，并且可以通过顶板中的孔从两个板之间的位置移动到设备的顶部(例如，移动到顶板的顶部上)。流体可以通过任何方式移动，例如通过使用电极阵列的电场、通过来自通过模块接口327施加的负压的拉力等。以这种方式，提取模块311通过在dmf装置的顶板中的孔直接接合到数字微流控装置320(纯化模块)。一些示例包括在数字微流控装置320的表面上沉积流体(的液滴)，模块接口327沉积来自转移导管313的流体的液滴。一些示例包括从dmf装置中抽回流体(的液滴)；以及通过模块接口327从数字微流控装置320的表面吸取流体(的液滴)并吸入转移导管313。一些示例还包括吸取流体通过转移导管313、通过样本入口308并吸入流体收集器311，并将流体沉积到废物储存器312中。这种流体通常是不需要的废液。一些示例包括通过模块接口327吸取第一流体(的液滴)并吸入转移导管313，然后通过转移导管313吸取流体(的第二液滴)(其可以是相同的，但是通常具有不同于第一流体的成分)。一些示例包括将一些或全部液滴沉积到数字微流控装置320的表面上，并且可以包括将一些或全部流体吸回转移导管313中。吸取和沉积步骤可以在两者之间快速循环地重复进行。这可能是有用的，例如将两种或更多种溶液混合在一起。在dmf装置的表面上沉积液滴和从dmf装置的表面上吸取液滴可以相应地由来自泵331的正压和负压控制。
本公开的一个方面包括一种从数字微流控(dmf)装置中选择性地移除大体积的流体的方法，该方法包括：将在dmf装置的第一板和第二板之间的流体移动到流体提取区域，其中第一板和第二板被1mm或更大的第一间隙分离，并且其中第一板包括多个致动电极；将负压施加到转移导管上，该转移导管被耦合到在dmf装置的第一板和第二板之间的流体提取区域，或者被耦合到穿过dmf装置的第一板或第二板的开口上；通过转移导管沿着其在自身上折回两次或更多次的反向路径，将流体的全部或一部分从流体收集器的样本入口吸入到转移导管，并进入样本入口下方的废物室中；以及向多个致动电极的子集施加能量，以将液滴从第一间隙之间移动到在以小于1mm的距离分离的第一板和第二板之间的第二间隙。
示例1应用：mirna的提取和纯化
为了评估本文描述的系统在处理真实世界的样本中的效用，我们通过实施
对三个样本的结果进行了平均。图7示出了mirna-39的结果。使用台式系统制备的样本给出了25.00的平均ct值。使用dmf设备制备的样本给出了27.38的平均ct值。图8示出了mirna-54的结果。使用台式系统制备的样本给出了28.89的平均ct值。使用dmf设备制备的样本给出了31.43的平均ct值。柱条表示对于三个mirna样本的平均值±标准偏差。在这两种情况下，由dmf系统制备的mirna的rt-qpcr分析生成了与台式(控制)系统可比较的ct值。
盒
本文描述的任何装置(例如，系统和方法)可以用作用于dmf装置的盒的一部分，或者被配置为用于dmf装置的盒。
例如，图9示出了用于气隙dmf装置的盒的示意图，该盒包括底部，该底部是要被附着(例如，通过真空、粘合剂等)到可重复使用的表面的单个介质材料，该可重复使用的表面具有可以激活气隙内的液滴的移动的多个电极。基于在基座表面内和/或在基座表面下方(或在一些变型中，在基座表面上方)的连接，可以在气隙内限定不同的区域。例如，在图9中，溶液可以经由一个或更多个孔通过盒的顶部(例如顶板)分配。因此，在被固定的电介质下的驱动电极可以形成多个单位晶格(unitcell)(每单位晶格一个驱动电极)，并且每个晶格或晶格区域(多个晶格)可以被控制以执行特定功能。例如，在图9中，dmf装置包括围绕盒的外围布置的区(zone)或单位晶格的布置，例如冷却区(例如，通过底层的peltier区冷却)605。这些区域也可以用于储存溶液，并且可以被保持在3摄氏度和20摄氏度之间(例如，低于10摄氏度，在大约2摄氏度和25摄氏度之间)。中央加热区609可用于加热液滴。一个或更多个磁性区603可用于打开/关闭磁场，该磁场可用于固定磁性粒子(例如，以移除材料等)。任何区都可能重叠。例如，加热区中的至少一个单位晶格也可以是磁性区。其他功能区包括成像/光学区。在这种情况下，双重功能是可能的，因为当使用电阻加热时，磁体可以置于加热区的正下方。
除了由dmf装置的基座表面的构造形成的区之外，用于提供等分溶液、混合溶液、和/移除溶液的功能区可以形成在盒中，例如，但是切割到顶板中用于提供直接进入气隙的通道。
在本文所述的任何装置中，特别是在盒中，微流控部分可以内置在盒中。特别地，这些装置的任何一个可以包括如上所述的提取接口。该提取接口典型地可以包括微流控室(chamber)(例如，一个或更多个隔室(compartment))，其可以最佳地被连接到一个或更多个微流控通道。例如，在图9中，上部(顶板)包括已经被制成透明的微流控区域。在这个示例中，微流控区域包括连接到样本隔室的微流控通道。通常，包括样本隔室的微流控通道(例如微通道)可用于混合、分配和从气隙区域运送废物到顶板上。此外，这些盒的任一个也可以在顶板中包括试剂储存器。微流控可以由一个或更多个阀(例如阀控制器)控制，用于分配、混合和运送废物。如本文所使用的微流控区域可以包括样本室和/或微流控通道。样本室可以被配置成保持任何流体，包括废物或样本流体。可以使用分离的废物室和样本室。
通常，本文所述的盒可以包括电介质、在电介质上的第一疏水涂层、在接地电极(和/或顶板)上的第二疏水涂层以及接地电极被耦合到其上的顶板。例如，疏水涂层可以是特氟隆涂层。盒还可以包括一个或更多个微流控通道，特别是直接形成在具有进入气隙的受控通道的顶板中的那些。
例如，图10-13示出了盒700的一个示例，盒700在上表面上包括微流控区域703，其由具有用于进入设备的微流控部分的一个或更多个接入端口705、707的盖703覆盖。盖703还可以包括一个或更多个阀和/或一个或更多个开口709，其可以用于输送移除的流体和/或气体(例如，空气)。盒还可以包括穿过顶板713的开口，包括将微流控通道连接到通道内的气隙区域的开口。
本文描述的盒的任一个还可以包括一个或更多个透明窗口区域711，用于对气隙内的一个或更多个区域(读出区域)进行光学成像。图11是图10的盒的顶部透视图。图11示出了盒的侧视图，其示出了最下面的底部介电膜751材料。气隙在图12中不可见，但是可以指在电介质和接地电极之间的间隔753。图13示出了移除了盖的顶板。将图10与图13进行比较，顶部被移除后，示出了第一微流控通道和第二微流控通道，每个通道都具有从微流控通道进入气隙的开口。在图13中，两个通道可以通过将流体推/拉通过一个通道进入它们下面的晶格来同时使用，用于冲洗、混合、移除废物等。在图10-13中，有穿过顶板进入空气的通孔(viahole)。尽管顶板可以更厚，但是在一些变型中包含更多的试剂可能是有益的，试剂包含可以再水合(rehydrated)的冻干试剂。
图14a和图14b示出了用于dmf装置的盒的另一个示例，该盒被配置为与诸如本文所述的施加和提取接口一起使用。盒1401类似于本文描述的那些(并且可以包括这些特征中的任一个)。在图14a和图14b中，该装置包括一对样本隔室1403、1405。样本隔室中的一个可以装载非废物材料(例如，样本、缓冲液、盐水等)，而另一个样本隔室可以被配置为废物样本隔室。可以包括两个以上的样本隔室。每个样本隔室可以包括进入dmf装置的气隙的入口1411、1411’；该入口可以直接连接到气隙，或者可以通过微流控通道连接，如上所述和如本文所示。每个样本隔室的顶部可以包括盖(单独的盖或覆盖每个隔室的单个盖)，盖包括用于泵连接的入口，以将正压和/或负压施加到一个或另一个(或两个)微流控部分，例如每个样本隔室。图14b示出了侧视图。微流控部分(例如，样本室和/或微流控通道)可以形成在顶板中或被附接到顶板。
因此，这些装置和方法中的任一种都可以包括集成到盒中的一个或更多个微流控通道。特别地，该装置可以包括微流控混合和提取区域。这在图15a-15c中示出。例如，两个微流控通道1501、1503可以形成在气隙的顶板中，并且进入气隙的开口可以定位成彼此相距固定距离。流体可以通过气隙从一个微流控通道传递到另一个微流控通道。在这些开口之间的气隙区域可以桥接这两个区域1505。这种构造可用于混合比在气隙内容易做到的更大的液滴(例如，大于5微升、大于7微升、大于10微升、大于15微升、大于20微升、大于25微升、大于30微升、大于1ml等)。
例如，在图15a中，第一压力源1507(负压和/或正压)被示出为附接到微流控通道的一端，第二压力源1509(正压和/或负压)被示出为附接到另一微流控通道。流体可以通过开口1505从气隙抽取到第一通道1501中；可选地或附加地，通过施加正压1507，流体可以通过开口1505从第一通道1501移动到气隙中；同时，通过在第二通道内施加负压1509，流体可以从同一开口1505处或附近的气隙吸入第二通道。如图15b和图15c所示，交替的正压和负压可以使相对较大体积的溶液在两个微流控通道之间传递进出气隙。
在图15a-15c所示的示例中，顶板集成了微流控通道以及储存器和管件；可选地或附加地，可以包括一个或更多个端口(例如，用于连接到压力源、阀等)。例如，微流控通道上的盖可以与端口和/或阀等一起被包括。正压和负压可以例如通过反转蠕动泵的极性而在微流控通道内施加。
图16a-16d示出了可以被包括的微流控通道的示例。例如，图16a示出了部分由顶板形成的微流控通道的形式。在图16a中，通道的一部分可以形成在板(例如丙烯酸板)本身中，其中通道的第二部分可以由另一种材料形成，其在另一侧涂覆有导电材料(即，氧化铟锡、铜、镍、铬和金)。这些层可以通过粘合剂保持在一起，和/或可以结合(bond)在一起。
例如，本文描述的盒和装置的任一个中的微流控通道可以通过激光切割形成。例如，在图16a中，光栅通道可在部分b(形成顶板的丙烯酸)中被切割，并且孔可在部分b中被切割。此外，一个或更多个泵孔可被在部分a中被切割。双面粘合剂(例如，胶带)可用于将部分a固定到部分b，并且轧辊(roller)可用于将部分a放置在部分b上，避免气泡。此后，可以切出移液管孔(pipettehole)用于分配试剂，并且底部可以涂覆有特氟隆(例如疏水的)，并且整个组件在80-200度之间(例如在90-18度之间等)被烘烤。接地电极可能已经形成在板上。
图16b示出了形成在顶板中的一组微流控通道1605、1607的另一个示例。还示出了一组试剂入口1609，其为装载试剂提供进入气隙区域的开口。可选地或附加地，试剂可以被预装载(湿的或干的/冻干的)到盒中，包括被预装载到在顶板上方的或在顶板中的一个或更多个储存器中，例如被预装载到微流控通道中，和/或直接被装载到气隙区域中。图16c和图16d示出了可以形成在盒的顶板中的微流控通道的附加示例。
图17a和图17b示意性地示出了用于向/从dmf装置1120的气隙施加和从中移除(包括洗涤)流体的方法的示例。例如，在图17a中，盒的气隙1121形成在顶板1117和底部电介质1126之间。连接器接口1127连接用于第一流体通道1143和第二流体通道1145的组合入口/出口端口。这些流体通道可以连接一个或更多个储存器1105、1107。如上已经所述，在一些变型中，可以使用两个单独的连接器接口(端口)，一个被连接到每个流体管线(例如，如上所述，其可以是微流控通道)。气隙区域1121中的桥接液滴可以连接到入口管线和出口管线，并且流体可以被吸入和吸出流体管线1143、1145以混合液滴、向液滴添加流体、从液滴移除流体、重复地暴露固相捕获元件(例如磁珠、非磁珠等)到相同的流体中以从感兴趣的分析物中耗尽流体，例如，将分析物浓缩在固相或其他表面上，等等。
可选地，如图17c和图17d所示，盒可以包括不同高度的气隙。例如，在图17d中，连接器接口1127周围区域的气隙可以比在顶板的其他区域和电介质1121之间的气隙更大(例如，在0.5和2mm之间)，因为顶板1115(或者连接到另一顶板1117的单独的顶板1115)的一部分可以与电介质1126进一步隔开。类似地，在图17d中，例如，通过将顶板1117的一部分与电介质1126底层进一步隔开，在装置边缘处的连接器接口附近的气隙1119可以大于其他区域中的气隙1121。
在图18a-18c中示出了说明图17c中所示原理的原型dmf装置和盒，并且该原型dmf装置和盒用来证明在dmf盒的气隙中混合更大体积的溶液的原理论证。在图18a中，dmf盒的上板包括穿过顶板1801的开口，该开口连接到第一流体管线1843和第二流体管线1845。如图18a、图18b和图18c的顺序所示，通过在第一流体管线和第二流体管线之间交替负压(抽吸)，流体在第一储存器1805和第二储存器1807之间来回移动。在该示例中，当流体在储存器之间交换时，保持感兴趣的分析物的磁性粒子通过dmf装置1809磁性地保持在气隙内(例如，抵靠底部，例如疏水涂层电介质)，增强结合和/或冲洗。
当特征或元件在本文被描述为在另一特征或元件“上”时，它可直接在其他特征或元件上，或也可能存在中间的特征或元件。相反，当特征或元件被描述为“直接在”另一特征或元件“上”时，没有中间的特征或元件存在。还将理解，当特征或元件被提及为“连接”、“附接”或“耦合”到另一特征或元件时，它可直接连接、附接或耦合到其他特征或元件，或可存在中间的特征或元件。相反，当特征或元件被称为“直接连接”、“直接附接”或“直接耦合”到另一特征或元件时，没有中间的特征或元件存在。虽然相对于一个实施例进行了描述或示出，但是这样描述或示出的特征和元件可以应用于其他实施例。本领域技术人员还将认识到，参考“邻近”另一特征设置的结构或特征可具有与相邻特征重叠或在相邻特征下方的部分。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本发明。例如，除上下文明确说明之外，如本文所用的，单数形式“a(一)”、“an(一)”和“the(所述)”旨在同样包括复数形式。应当进一步理解，当术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。如本文所用的，术语“和/或”包括一种或更多种的相关联的所列项目中的任一组合和所有组合，并且可缩写为“/”。
空间相关的术语，诸如“在...之下(under)”、“在...下(below)”、“下部(lower)”、“在...之上(over)”、“上部(upper)”等可在本文中使用，以便于描述如附图所示的一个元件或特征与另一个元件或特征或多个元件或特征的关系。将理解的是，空间相对的术语旨在包括除了附图中描绘的取向之外的使用或操作中的设备的不同取向。例如，如果附图中的设备被反向，如被描述为“在其它元件或特征之下(under)”、“在其它元件或特征下方(beneath)”的元件然后将被定向成“在其它元件或特征之上(over)”。因此，示例性术语“在...之下(under)”可涵盖在...之上和在...之下的两种取向。该设备可以另外地取向(旋转90度或以其他取向)，并且本文使用的空间相对描述词被相应地解释。类似地，除另外特别说明之外，术语“向上(upwardly)”、“向下(downwardly)”、“垂直(vertical)”、“水平(horizontal)”等在本文中用于说明的目的。
虽然术语“第一”和“第二”在本文中可以用于描述各种特征/元素(包括步骤)，但是这些特征/元素不应该受这些术语的限制，除非上下文另有说明。这些术语可以用于将一个特征/元素与另一个特征/元素区分开。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一特征/元素可以被称为第二特征/元素，并且类似地，下面讨论的第二特征/元素可以被称为第一特征/元素。
在本说明书和所附权利要求书中，除非上下文另有要求，词语“包括(comprise)”，以及诸如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”的变型意味着可以在方法和制品中共同使用各种组分(例如，组合物以及包括设备和方法的装置)。例如，术语“包括”将被理解为暗示包含任何所述的元素或步骤，但不排除任何其它元素或步骤。
通常，本文描述的任何装置和方法应被理解为包容性的，但是部件和/或步骤的全部或子集可以可选地是排他的，并且可以表示为“由”或“基本上由”各种部件，步骤，子部件或子步骤“组成”。
如本文在说明书和权利要求书中所使用的，包括如在示例中所使用的，并且除非另有明确说明，所有数字可被解读为仿佛前面有“约(about)”或“大约(approximately)”的词语，即使该术语没有明确出现。当描述幅度和/或位置以指示所描述的值和/或位置在值和/或位置的合理预期范围内时，可以使用短语“约”或“大约”。例如，数值可以具有为设定值(或值的范围)的+/-0.1％、设定值(或值的范围)的+/-1％、设定值(或值的范围)的+/-2％、设定值(或值的范围)的+/-5％、设定值(或值的范围)的+/-10％的值等。本文所给出的任何数值范围应被理解为包括约或大约该值，除非上下文另有说明。例如，如果公开了值“10”，则还公开了“约10”。本文所述的任何数值范围旨在包括包含在其中的所有子范围。还应当理解，如本领域技术人员所适当理解的，当公开了“小于或等于”该值的值时，“大于或等于该值”的值和值之间的可能范围也被公开。例如，如果公开了“x”值，则小于等于x以及“大于等于x”(例如，其中，x为数值)也被公开。还应当理解，在整个申请中，以多种不同格式提供数据，并且该数据表示对于数据点的任何组合的端点和起点以及范围。例如，如果公开了特定数据点“10”和特定数据点“15”，则应当理解，大于、大于或等于、小于、小于或等于以及等于10和15以及在10到15之间被认为是公开的。还应当理解，两个特定单元之间的每个单元也被公开。例如，如果公开10和15，则还公开了11、12、13和14。
虽然上面描述了各种说明性实施例，但是在不脱离如权利要求所描述的本发明的范围的情况下，可以对各种实施例进行若干改变中的任一个。例如，在替代实施例中，通常可以改变执行各种所描述的方法步骤的顺序，并且在其他替代实施例中，可以一起跳过一个或更多个方法步骤。各种设备和系统实施例的可选特征可以被包括在一些实施例中而不被包括在其他实施例中。因此，前面的描述主要被提供用于示例性目的，并且不应被解释为限制如在权利要求中阐述的本发明的范围。
本文所包括的示例和说明通过说明而非限制的方式示出其中可以实践主题的具体实施例。如所提到的，可以利用和从其导出其他实施例，使得可以做出结构和逻辑替换和改变而不脱离本公开的范围。仅为了方便，本发明性主题的这样的实施例在本文中可单独地或共同地由术语“发明”来提及，并且不旨在将本申请的范围主动地限制为任何单个发明或发明概念，如果实际上多于一个被公开的话。因此，虽然本文已经说明和描述了特定实施例，但是被设计为实现相同目的的任何布置可以替代所示的特定实施例。本公开旨在覆盖各种实施例的任何和所有修改或变型。在阅读以上描述后，本领域的技术人员将明白以上实施例的组合以及本文未具体描述的其他实施例。
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