使用作为流体输入的接通致动器储液器来提高液滴计量的准确度和精度的方法
【专利说明】使用作为流体输入的接通致动器储液器来提高液滴计量的 准确度和精度的方法 1发明领域
[0001] 本发明涉及关于使用作为流体输入的接通致动器储液器来提高液滴计量的准确 度的方法和系统。
[0002] 2 背景
[0003] 液滴致动器通常包括被配置为形成用于进行液滴操作的表面或间隙的一个或多 个基底。该一个或多个基底建立用于进行液滴操作的液滴操作表面或间隙并且也可包括经 布置进行液滴操作的电极。液滴操作基底或基底之间的间隙可涂覆或填充有与形成液滴的 液体不互溶的填充流体。控制分发在液滴致动器中的液滴大小和体积可能是很困难的。存 在对准确分发液滴致动器中的液滴的新方法的需要。
[0004] 3发明简述
[0005] 提供一种包括至少一个接通致动器储液器的液滴致动器，至少一个接通致动器储 液器包括：a)加载端口；b)液体储存区；c)液滴计量区；以及d)液滴分发区；其中，至少一 个接通致动器储液器经设计用于提高液滴计量的准确度。在某些实施例中，液滴分发区包 括被分开以形成液滴操作间隙的顶部基底和底部基底。在其它实施例中，底部基底包括液 滴处理区，具体地，其中，液滴处理区包括被设置在底部基底上的液滴操作电极的至少一个 布置。在另外的实施例中，液滴操作电极的至少一个布置包括电润湿介导液滴操作电极的 至少一个布置。在其它实施例中，多组储液器电极被设置在底部基底上。在另外的其它实 施例中，在每组储液器电极处在顶部基底中形成接通致动器储液器。在其它实施例中，计量 区是散装液体计量区。
[0006] 在另一实施例中，液滴致动器的接通储液器的储存区、计量区和分发区中的每个 通过不同的间隙高度来表征。在某些实施例中，储存区的间隙高度是hl，计量区的间隙高 度是h2,以及分发区的间隙高度是h3。在其它实施例中，hl>h2>h3。在其它实施例中，具 体地，在接通致动器储液器的容量为约61. 58μL或为约47. 45μL的情况下，hi为约3mm， h2为约800μm，以及h3为约300μm。在另外的实施例中，具体地，在接通致动器储液器的 容量为约45. 17μL或为约33. 25μL的情况下，hi为约2400μm，h2为约800μm，以及h3 为约300μm。在其它实施例中，具体地，在接通致动器储液器的容量为约35. 37μL或为约 25. 09μL的情况下，hi为约200μm，h2为约800μm，以及h3为约300μm。在另外的实施 例中，具体地，在接通致动器储液器的容量为约26. 48μL的情况下，hi为约1600μm，h2 为约1000μm，以及h3为约312. 5μm。在其它实施例中，具体地，在接通致动器储液器的 容量为约61. 58μL的情况下，hi为约3000μm，h2为约1600μm，以及h3为约312. 5μm。 在另外的实施例中，具体地，在接通致动器储液器的容量为约62. 58μL的情况下，hi为约 3000μm，h2为约1200μm，以及h3为约312. 5μm。在其它实施例中，具体地，在接通致动 器储液器的容量为约25. 09μL的情况下，hi为约2000μm，h2为约1000μm，以及h3为约 300μm。在另外的实施例中，具体地，在接通致动器储液器的容量约为47. 45μL的情况下， hi为约3000μm，h2为约1600μm，以及h3为约300μm。在其它实施例中，具体地，在接通 致动器储液器的容量为约47. 45μL的情况下，hi为约3000μm，h2为约1200μm，以及h3 为约300μm。在另外的实施例中，hi为约800μm，h2为约800μm，以及h3为约300μm。 在其它实施例中，分发区的长度选自由1. 5倍的高度h2、2倍的高度h2、2. 5倍的高度h2和 3倍的高度h2组成的组。在另外的实施例中，分发区的宽度选自由1.5倍的高度h2、2倍的 高度h2、2. 5倍的高度h2和3倍的高度h2组成的组。在另外的其它实施例中，分发区的长 度和宽度每个独立地选自由1. 5倍的高度h2、2倍的高度h2、2. 5倍的高度h2和3倍的高 度h2组成的组。
[0007] 在另外的实施例中，液滴致动器的顶部基底包括用于从计量区的间隙高度过渡到 分发区的过渡区。在另一实施例中，过渡区包括在顶部基底的表面中的面向液滴操作间隙 的斜面，具体地，其中斜面为约45度，。
[0008] 在另一实施例中，液滴致动器的加载端口包括用于容纳一定量液体的杯部。在另 外的实施例中，杯部被装配在向上突起的出口部上。在另一实施例中，杯部包括上部，进一 步地，其中，上部被封闭但在其中包括开口。在另外的实施例中，杯部的上部的开口的占位 面积（footprint)基本上是三角形的。在另一实施例中，出口部在其中包括开口。在另外 的实施例中，出口部的开口的占位面积基本上是圆形的。在另一实施例中，加载端口的杯部 填充有至少多达加载端口的出口部的高度的液体。在另外的实施例中，压力加载源耦合至 加载端口的杯部的开口。
[0009] 在另一实施例中，液滴致动器的加载端口包括上部和下部，其中，上部是打开的。 在另外的实施例中，加载端口的下部包括允许液体流入液滴操作间隙中的出口。在另一实 施例中，压力加载源被耦合至加载端口的出口。在另外的实施例中，压力加载源是包括移液 管尖端的移液管，具体地，其中，在加载端口的出口被设计用于将被安装在其中的移液管尖 端。
[0010] 在另一实施例中，液滴致动器还包括多个液滴处理通道，其中，液滴处理通道通过 液滴操作电极的至少一个布置来形成并流体连接，具体地，其中，多个液滴处理通道包括八 个液滴处理通道。
[0011] 在另外的实施例中，每组储液器电极与在每组储液器电极处的顶部基底中形成的 接通致动器储液器的关系使得储液器电极的较大段朝向接通致动器储液器的储存区以及 每组储液器电极的较小段朝向接通致动器储液器的分发区。
[0012] 在另一实施例中，从加载端口引入到液滴致动器中的储存区中的开口的直径与液 体储存区域相比足够小，以防止液体回流到储存区上面的空间中。在另外的实施例中，加载 端口和储存区的设计防止液体回流到顶部基底的外表面上，具体地，其中顶部基底的外表 面不包括CYT0P涂层。在另一实施例中，至少一个接通致动器储液器防止液体涌入分发区 中的液滴操作间隙中。在另外的实施例中，液滴致动器的底部基底包括在其一端图案化的 一组电源/信号I/O垫（pad)。
[0013] 在另一实施例中，液滴致动器的至少一个储液器供应液滴处理区，具体地，其中至 少一个储液器是样品储液器或试剂储液器。在另外的实施例中，每组储液器电极支持接通 致动器储液器，具体地，其中多组储液器电极包括七组或八组储液器电极。在另一实施例 中，液滴处理区供应至少一个收集或废物储液器。在另外的实施例中，液滴处理区供应多组 储液器电极。
[0014] 也提供了使用如本文所公开的液滴致动器来提高关于液滴致动器的液滴计量的 准确度的方法，其中，液滴致动器包括加载端口，所述加载端口包括用于容纳一定量液体的 杯部，其中，杯部被安装在向上突起的出口部上，并且其中，杯部包括上部，进一步地，其中， 上部被封闭但是在其中包括开口。该方法包括以下步骤：a)将压力加载源耦合至加载端口 的杯部的开口；b)将足够的液体流入存储区中以填充储存区而不导致液体流入分发区中 或形成足够的压力以允许液体流入计量区中和/或分发区中或形成足够的压力以导致液 体通过加载端口逸回液滴致动器的外部；c)在所述计量区中使用所述储液器电极来计量 流入所述计量区中的来自在所述储存区中的液体的子液滴以产生在所述计量区中所计量 的液滴；以及d)使用分发区中的储液器电极分发来自计量区中计量的液滴的子液滴，以将 子液滴分发到液滴操作电极上；其中，本方法提供关于液滴致动器的准确的液滴计量。在特 定的实施例中，加载端口的杯部被填充有至少多达加载端口的出口部的高度的液体。在另 外的实施例中，压力加载源耦合至加载端口的杯部的开口。在一些实施例中，计量区是散装 液体计量区，具体地，其中，在散装液体计量区中的一定量的散装液体的相对恒定压力在液 体分发之前被保持。在其它实施例中，在液滴分发之前的散装液体计量区中的散装液体的 计量包括单个液滴的分发或多个液滴的分发。在另外的实施例中，至少一个接通致动器储 液器被设计为防止液体回流至加载端口中。在另一实施例中，从加载端口引入储存区中的 开口的直径与液体储存区域相比足够小，以防止液体回流到储存区上面的空间中。在另外 的实施例中，加载端口和储存区的设计防止液体回流到顶部基底的外表面上。在另一实施 例中，至少一个接通致动器储液器防止液体涌入分发区中的液滴操作间隙中。在另外的实 施例中，对功能区的设计进行模块化改变以提供增加的液体处理容量和/或提供不同的区 和/或间隙高度而无需改变整个液滴致动器和/或系统设计。
[0015] 也提供了一种提高关于液滴致动器的液滴计量的准确度的方法，其中，液滴致动 器包括如本文所公开的液滴致动器中的任何一个，进一步地，其中，加载端口包括上部和下 部，其中，上部是打开的。该方法包括以下步骤：a)将压力加载源耦合至加载端口的出口； b)将足够的液体流入存储区中以填充储存区而不导致液体流入分发区中或形成足够的压 力以允许液体流入计量区中和/或分发区中或形成足够的压力以导致液体通过加载端口 逸回液滴致动器的外部；c)在所述计量区中使用所述储液器电极来计量流入所述计量区 中的来自在所述储存区中的液体的子液滴以产生在所述计量区中所计量的液滴；以及d) 在分发区中使用储液器电极来分发来自在计量区中计量的液滴的子液滴，以将子液滴分发 到液滴操作电极上；其中，本方法提供关于液滴致动器的准确的液滴计量。在一个实施例 中，压力加载源是包括移液管尖端的移液管，进一步地，其中，加载端口的出口被设计用于 将被安装在其中的移液管尖端。在另一实施例中，计量区是散装液体计量区。在一些实施 例中，计量区是散装液体计量区，具体地，其中在散装液体计量区中的一定量的散装液体的 相对恒定压力在液滴分发之前被保持。在其它实施例中，在液滴分发之前计量在散装液体 计量区中的散装液体包括单个液滴的分发或多个液滴的分发。在另外的实施例中，至少一 个接通致动器储液器被设计为防止液体回流至加载端口中。在另一实施例中，从加载端口 引入储存区中的开口的直径与液体储存区域相比足够小以防止液体回流到储存区上面的 空间中。在另外的实施例中，加载端口和储存区的设计防止液体回流到顶部基底的外表面 上。在另一实施例中，至少一个接通致动器储液器防止液体涌入分发区中的液滴操作间隙 中。在另外的实施例中，对功能区的设计进行模块化改变以提供增加的液体处理容量和/ 或提供不同的区和/或间隙高度而无需改变整个液滴致动器和/或系统设计。
[0016] 也提供了一种微流体系统，其中，微流体系统被编程以执行如本文关于如本文描 述的液滴致动器中的任何液滴致动器描述的方法中的任何方法。
[0017] 也提供了 一种存储介质，其中，存储介质包括在介质中体现的用于执行如本文关 于如本文描述的液滴致动器中的任何液滴致动器描述的方法中的任何方法的程序代码。
[0018] 也提供了一种微流体系统，其中，微流体系统包括如本文描述的耦合到处理器的 液滴致动器中的任何液滴致动器，具体地，其中，处理器执行在存储介质中体现的程序代 码，所述程序代码用于执行如本文所述的方法中的任何方法。
[0019] 在下文更充分地描述了这些实施例和其它实施例。
[0020] 4 定义
[0021 ] 如本文所使用的，下列术语具有所表示的含义。
[0022] 就一个或多个电极而言，"激活"意指影响所述一个或多个电极的电气状态中的变 化，在存在液滴的情况下，其导致液滴操作。可以使用交流电或直流电流来完成电极的激 活。可以使用任何合适的电压。例如，可使用大于约150V或大于约200V或大于约250V或 从约275V到约1000V或约300V的电压来激活电极。在使用交流电的情况下，可采用任何 合适的频率。例如，可使用具有从约1Hz到约10MHz或从约10Hz到约60Hz或从约20Hz到 约40Hz或约30Hz的频率的交流电来激活电极。
[0023] 至于液滴致动器上的小珠，"小珠"意指能够与液滴致动器上或接近液滴致动器的 液滴相互作用的任何小珠或颗粒。小珠可具有各种各样的形状中的任何形状（诸如球状、 大致球状、蛋形、盘形、立方体、无定形和其它三维形状）。小珠可以例如能够经受液滴致动 器上液滴中的液滴操作或以其它方式相对于液滴致动器以允许液滴致动器上的液滴被引 入与液滴致动器上和/或离开液滴致动器的小珠接触的方式来配置。小珠可被设置在液滴 中、在液滴操作间隙中或液滴操作表面上。小珠可被设置在液滴操作间隙外面或远离液滴 操作表面定位的储液器中，以及储液器可与允许包括小珠的液滴被引入液滴操作间隙中或 被引入与液滴操作表面接触的流动路径相关联。可使用各种各样的材料（包括例如树脂和 聚合物）来制造小珠。小珠可以是任何合适的尺寸（包括例如微米珠、微米颗粒、纳米珠、 纳米颗粒）。在一些情况下，小珠是磁响应的；在其它情况下，小珠不是明显磁响应的。对 于磁响应小珠，磁响应材料可基本构成小珠的全部、小珠的一部分或小珠的仅仅一种成分。 除了别的以外，小珠的剩余部分可包括允许附接检定试剂的高分子材料、涂料和部分。合适 小珠的示例包括流式细胞术微米珠、聚苯乙烯微米颗粒和纳米颗粒、功能化聚苯乙烯微米 颗粒和纳米颗粒、涂覆的聚苯乙烯微米颗粒和纳米颗粒、二氧化硅微米珠、荧光微米球和纳 米球、功能化荧光微米球和纳米球、涂覆的荧光微米球和纳米球、染色的微米颗粒和纳米颗 粒、磁性微米颗粒和纳米颗粒、超顺磁性微米颗粒和纳米颗粒（例如，可从加利福利亚州卡 尔斯巴德（Carlsbad，CA)的Invitrogen集团商购获得的DYNABEADS?颗粒）、荧光微 米颗粒和纳米颗粒、涂覆的磁性微米颗粒和纳米颗粒、铁磁微米颗粒和纳米颗粒、涂覆的铁 磁微米颗粒和纳米颗粒，以及在以下美国专利中公布的那些：在2005年11月24日公布的 名称为"Multiplexflowassayspreferablywithmagneticparticlesassolidphase'， 的公布号为20050260686的美国专利；2003年7月17日公布的名称为"Encapsulation ofdiscretequantaoffluorescentparticles" 的公布号为 20030132538 的美国专 利；2005 年 6 月 2 日公布的名称为"MultiplexedAnalysisofClinica