液滴操纵系统的制作方法

专利名称：液滴操纵系统的制作方法
液滴操纵系统
1资助信息导致本发明的工作至少部分地得到了第lR44DK066956-01、 1 R43 GM072155-01、 1 R21 HG003706-01、 NNJ06JD53C和5 UOl AI066590-02
号NIH拨款的资助。美国政府可能享有这里描述的发明的特定权利。
2相关申请 —方面，本发明涉及用于液滴微致动器操作的系统和方法。根据这
个方面的一个实施例，提供一种系统，这种系统包括(a)控制器；(b)
电气耦合到所述控制器的液滴微致动器；以及(c)显示用户界面的显示器 设备，电气耦合到所述控制器，其中所述系统被编程和配置成通过利用所 述用户界面进行交互来允许用户进行液滴操纵。根据这个方面的另一个实 施例，提供另一种系统，这种系统包括(a)处理器；(b)电子耦合到所 述处理器的显示器设备；以及(c)软件，加载和/或储存在电子耦合到所述 控制器的存储设备，电子耦合到所述控制器的存储器设备，和/或所述控制 器，并且所述软件被编程来显示液滴微致动器的交互地图。根据这个方面 的另一个实施例，还提供一种系统，这种系统包括(a)控制器；(b)电
子耦合到所述控制器的液滴微致动器；(c)显示用户界面的显示器设备， 电子耦合到所述控制器；以及(d)软件，用于执行加载和/或储存在如下装
置中的协议电子耦合到所述控制器的存储设备，电子耦合到所述控制器
的存储器设备，和/或所述控制器。谈到用户界面之类(例如这里描述的液滴微致动器地图)时，"突 出显示(highlight)"指的是通过颜色、亮度、阴影、形状或者通过符号、 图标或其它可视标识符的出现/消失，用户界面或地图的组件可以通过视觉 区分出来。例如，将鼠标光标放在(mousing over)用户界面上的电极的表 示上，或者选择电极表示，都会使电极表示改变颜色。也可以有声音伴随 着突出显示的项目来进一步帮助用户与系统交互。"输入设备"被广泛地用来包括将信息输入计算机系统、网络的所 有可能类型的设备和方式。"输入设备"的实例包括基于铁笔(stylus-based) 的设备、基于钢笔的(pen-based)设备、键盘设备、小键盘设备、触摸板 设备、触摸屏设备、游戏操纵杆设备、跟踪球设备、鼠标设备、条形码读取器设备、磁条读取器设备、红外设备和语音识别技术。
000251 "将鼠标光标放在……上面(mouseover)"指的是将光标或其它选 择设备与用户界面上的对象相关联。将鼠标光标放在什么上面可以用各种 输入设备来完成，例如鼠标器、键盘或游戏操纵杆或者这些设备的组合。
00026"输出设备"被广泛用于包括从计算机系统向用户或另一个系统输 出信息或数据的各种可能类型的设备和方式。输出设备的实例包括可视显 示器、LED、打印机、扬声器、调制解调器和无线收发机。图4是本发明一个实施例中微致动器控制器的框图； '本发明的系统可以包括控制器114。控制器用于提供处理能力，例 如储存、解释和/或执行软件指令。控制器可以例如包括具有存储器的数'字 信号处理器(DSP)、微控制器或专用集成电路(ASIC)。 Analog Devices BlackfmDSP处理器是一个合适的DSP处理器实例。
00056]控制器电子耦合到本发明的各个硬件组件，例如液滴微致动器、任 何检测器以及任意输入和/或输出设备。控制器可以被配置并编程来控制这 些设备的数据和/或电源。例如，关于液滴微致动器，控制器通过激活/去活 电极来控制液滴操纵。本发明的这一方面在第8.3节中讨论。参考图5A和5B，在一些实施例中，分析仪可以是便携式设备，例 如手持设备500。图5A说明手持设备500的外部。图5B说明用于插入液 滴微致动器的芯片载体或槽502 (没有画出)；光学传感器504，例如光电 倍增管(PMT)，用来感测来自液滴微致动器的光信号；以及盖闩(lid latch) 506，盖闩506可以耦合到系统来表明盖子是打开着还是关闭着。可以看到， 便携式分析仪还可以是台式设备。本发明的液滴微致动器系统的便携性能 够方便维护点或样本采集点使用，在各种设施中诊所、手术室、抢救室、 小型实验室、现场(紧急响应组、事故、灾难、战场、生物恐怖事件 (bioterrorism)现场)，用于快速诊断，在紧急情形中节省时间。这里的便 携式系统的详细内容将在下面讨论，例如参考第8.2节。本发明的每个系统都可以包括软件，这将在第8.1.2节进一步讨论。 存储介质上提供的软件是本发明的一个方面。适当存储介质的实例包括磁 存储、光存储、相变存储器、全息存储、分子存储器存储、电池或电容器支持的SRAM和闪存存储。软件可以被载入存储器和/或处理器。本发明的 软件存在于存储器中和/或处理器中和/或存储介质中的系统也是本发明的 一个方面。
00079本发明的软件可以用任何编程语言来编写，例如Visual C、 Java和/ 或Python。系统可以包括解释程序用来将液滴操纵和其它指令从高级语言 翻译成中间语言，由处理器来执行。按照本发明编写的软件也可以被编译 程序编译成机器语言。本发明中语言的软件解释程序和编译程序本身是本 发明的新颖方面。因此，包含这个解释程序和/或编译程序的所有形式的数 据存储、存储器和处理器都是本发明的一些方面。编程系统可以与液滴控制系统集成，也可以与之分开。在集成系统 中，液滴控制功能和编程功能可以由公共用户界面1000来实现，如图10 所示。 '
关于控制液滴微致动器上的液滴操作，软件和系统用于驱动液滴微 致动器上的控制和参考电极来进行液滴操作等等。液滴操作，下面第8.3.8 节将详细讨论，是通过给选定电极施加电压，最好是高电压来实现的。通 过控制与电极相关联的继电器的操作，软件和系统可以允许载入处理器的 软件控制选定电极的点火(firing)。 .在一个实施例中，在控制文件中定义矩阵，它标出每个电极和/或容 器的行和列。加载控制文件时，系统读入矩阵定义，在用户界面上显示矩 阵的对应地图。00089界面可以显示关于地图组件的信息，它们也可以被储存在控制文件
中。在一个实施例中，系统显示鼠标光标落在上面的、被选中的或者用户
用其它电子方式标出的组件的信息。显示的信息可以例如包括以下信息中 的一些或全部
组件类型，例如液滴操纵电极、试剂容器、样本容器等；
电气连接性信息，例如电极列举(electrode enumeration).地、点
数等；
相邻关系，例如在多边形电极布局中；
代表性的几何图形，用于在用户界面中显示地 设计注释和/或其它说明；
部件号；
列和/或行位置。
00090系统还可以记录每个电极的激活历史，使得用户能够跟踪电极被激 活的次数。历史信息可以在例如将鼠标光标放在电极上或者选择电极时显 示出来。系统可以从用户接受输入，指令同时显示所有电极的历史信息。
00091为了帮助用户交互，把鼠标光标放上去的电极或者被选中的电极 1002或者其它组件也可以弓I起在液滴微致动器地图上将电极或组件突出显 示。这种能力允许直接控制液滴微致动器操作的用户通过将鼠标光标放在 液滴微致动器组件上在实际选择和激活这个液滴微致动器组件之前，回顾 每个可能步骤的信息。系统可以以不同的方式突出显示将鼠标光标放上去 的组件和被选组件，使得用户能够区分这两者。
00092编程系统可以包括选择装置和/或手段1012，用来让用户选择液滴 微致动器设计或地图来进行显示。也可以将标识液滴微致动器设计或地图 的数据包括进来，作为液滴微致动器总成(assembly)或盒子的组件，在将 液滴微致动器总成或盒子耦合到系统时能够被系统访问。编程系统可以与液滴控制系统集成也可以与之分开。图10说明
用公共用户界面实现液滴控制功能和编程功能的集成系统。编程系统可以提供编程模式，用来写入程序，控制液滴微致动器
功能和相关组件，例如检测器组件，而不与实际液滴微致动器芯片交互。
在图IO示出的示例性用户界面上，通过下拉菜单1007可以选择编程模式。
0001031编程系统可以例如包括装置和/或手段用来让用户产生具有一组 指令供液滴微致动器执行的程序。合适指令的实例包括
"开"，用于表示要被致动的电极；
"频率"，设置执行步骤的速率，例如电极激活/去活的时序(timing);
"等待"，让指令暂停预定时间段；
"循环"，让程序中的步骤循环；
"电压"，设置施加在输出端上的电压。编程系统可以在液滴微致动器地图上显示子程序的仿真执行过 程，向用户输出所选命令系列的效果的视觉显示。换句话说，在仿真执行 模式中，软件执行子程序的步骤，但是不发送电信号给液滴微致动器。在 优选仿真模式中经历一个或多个液滴操作的仿真液滴1011显示在屏幕上， 用来向用户说明程序的实际效果。通过这种方式，用户能够很容易地查找 子程序的问题，而不需要与液滴微致动器交互。在一个实施例中，液滴控制功能和编程功能被组合起来，通过一 个或多个用户界面的命令集合进行控制。这个实施例可以使得用户能够人 工控制液滴微致动器上的步骤，将执行的步骤翻译成在液滴微致动器上执 行相同步骤的子程序。换句话说，系统可以将人工液滴操纵作为子程序记 录下来。以后可以将这个子程序上载并执行，例如在协议执行系统中。例 如，子程序可以被载入便携式或手持协议执行系统，使得手持系统能够执 行一系列预定步骤，例如处理和分析样本所需要的步骤。
000110在一个实施例中，本发明提供一种集成工具，它具有点击-和-拖 拽液滴操纵功能，以及用于产生能够储存和执行的子程序的汇编程序。
8.1.2.3协议执行系统和用户界面000111本发明还提供一种协议执行系统。这种协议执行系统包括协议执
行软件，用来执行一组软件指令，以便控制液滴微致动器上的液滴操作， 以及液滴微致动器的其它功能和相关硬件。协议执行系统在独立系统
(free-standing system)上提供执行协议的能力，这些系统通常是便携式或 手持系统，例如如同这里讨论的图5A和5B所示。图11说明另一个概念性 的手持系统1110，其中的液滴微致动器盒子1112能够被插入槽1114用于进行分析。如上所述，使用或者不使用编程系统，可以用编程语言来准备在协议执行系统上执行的定义协议的子程序。计算机程序指令还可以被载入计算机或其它可编程数据处理装 置，在计算机或其它可编程装置上进行一系列的操作步骤，产生计算机实 现的过程，使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令产生步骤来实现 流程图和/或框图中的块指定的功能/动作。
8.2便携式分析仪如上所述，便携式分析仪系统通常包括分析仪组件和要电子耦合 并且通常还物理耦合到分析仪组件的盒子组件。分析仪组件通常包括可以 被编程为控制系统各个方面的控制器(虽然在一些实施例中，控制系统的 处理器可以位于其它地方，例如电子耦合到系统的计算机上)。盒子包括装
置禾n/或手段来将盒子的各个方面与控制器电子耦合。特别是当盒子耦合到
分析仪时，盒子的液滴微致动器耦合到控制器，并且能够被控制器控制。
离散液滴操作消除了连续流体系结构的必要性，以及伴随这种体 系结构的各种缺点。例如，能够接近100%地利用样本和试剂，因为在起爆 (priming)通道或填充容器中不会浪费任何流体。此外，如上所述，液滴 移动可以极其快。在某些情况下，液滴微致动器可以用连续流组件补充， 这些组合接近涉及离散液滴操作，并且连续流元件在本发明的范围内。连续流组件可以由控制器控制。然而，在某些其它实施例中，在本发明的液 滴微致动器和/或本发明的方法中特别避免各个连续流元件。例如，在某些 实施例中，从本发明的液滴微致动器和/或方法中排除以下组件中的一个或 多个微通道；固定微通道；微通道网络；泵；外部泵；阀门；高压电源; 离心力元件；移动部件。
000170以电场为中介的致动还消除了其它液滴操作的必要性，以及伴随 这种技术的所有缺点。显然，液滴微致动器还可以有或者辅以其它液滴操 纵技术，例如电气(静电致动、介电电泳)、磁性的、热的(例如热Mamngoni 效应、热毛细管(thermocapillary))、机械的(例如声表面波、微动泵、蠕 动的(peristaltic))、光学的(例如光电湿润、光学镊子(tweezer))和化学 装置和/或手段(例如化学梯度)。采用这些技术时，相关联的硬件也可以电 子耦合到控制器并由控制器控制。但是，在其它实施例中，从本发明的液 滴微致动器中专门排除这些液滴操作技术中的一个或多个。可以将液滴微致动器制造成高度紧凑的形式，并且能够用非常小 的装置来驱动。例如，液滴微致动器和装置一起可以只有几个立方英寸大。 液滴微致动器只需要少量电力，并且能够例如很容易用电池工作。液滴微 致动器可以用极小的液滴进行液滴操作。液滴通常在大约1 fL到大约1 mL 的范围内，优选在大约100pL到大约lpL的范围内，在大约10nL到大约 1pL的范围内更好。
000172用离散液滴进行片上处理代替连续流具有几个重要优点。由于样 本流体不必为通道起爆或泵花费时间，所以实际上所有样本流都能被用于 分析，能够分析非常少量的样本(例如少于大约100pL或者少于大约50pL 或者少于大约25pL)。使用试剂具有同样的优点，减少试剂消耗量具有降 低分析成本的优点。使用离散小量液滴还允许在小印迹(footprint)中进行 大量反应(例如大于IO每平方厘米或者大于100每平方厘米或者大于1000 每平方厘米或者大于10000每平方厘米)。可以在电极中构图形成光学窗口，用来提高片上光学检测能力。 在电极是在透明基片上不透明材料形成的这种情况下，可以在电极中产生 窗口允许光通过基片。当电极材料透明时，也可以产生掩膜来消除杂散光。 另外，可以构图形成开口作为衍射光栅。还可以用第二电湿润层产生自适 应(adaptive)光学窗口。例如，可以用不透明的油(例如油染黑色)和透 明液滴来产生临时和可移动光学窗口。
8.3.2液滴微致动器制作
000175可以用常用于在微型液滴微致动器产生导电互连结构的标准微 细加工(microfabrication)技术和/或使用印刷电路板(PCB)制造技术来制 作液滴微致动器。合适的PCB技术包括在2006年1月30日递交的，发明 名禾尔为"Apparatuses and Methods for Manipulating Droplets on a Printed CircuitBoard"的第11/343,284号美国专利申请中描述的那些，在这里将其 全部引入作为参考。这些技术允许以非常低的成本大批量制造液滴微致动 器。低成本制造能够使液滴微致动器的生产经济，甚至可以将它用于一次 性可丢弃。因此，本发明提供一种方法，其中将液滴微致动器提供给用户 作为可丢弃盒子的组件，用于本发明的系统。
000176还可以在玻璃或硅上用常规微刻(microlithography)技术实现设 计，与PCB工艺相比，这些技术能够制作小得多的细节。例如，甚至对于 具有70pm容器间隔和3 fL容器体积的1,575,864容器液滴微致动器，需要 的最小石印(l池ographic)细节尺寸是 0.5 pm，这完全属于目前半导体工 业中使用的常规微刻技术的能力范围。将盒子材料选择成能够储存试剂而不会破坏或污染试剂。此外， 应当选择它们来在升高的温度下提供可靠的操作，并且确保与实时化学 (real-time chemistry)兼容。它们可以例如包括模制塑料组件。在一些实施 例中，密封的可丢弃测试盒子能够增强操作员安全性，方便安全丢弃。本发明的液滴微致动器包括一个或多个自由(也就是流体-流体) 界面。实例包括液体-液体或液体-气体界面。典型情况下，在主(液滴)相进行化学，第二相充当填充剂流体，将液滴互相分隔开。第二相可以是例 如液体、凝胶和/或气体。在第二相包括液体的情况下，液体足以不与主液
相混合(immiscible),从而使液滴微致动器能够进行一项或多项液滴操作。可以对系统编程，在液滴微致动器内多次引入(introduction)或
再循环一种或多种填充剂流体。可以提供第二流体处理系统来将流体注入 液滴微致动器并从中去掉流体。压力、重力或其它装置和/或手段，例如利 用热梯度，能够被用来将填充剂流体输送到液滴微致动器中或者从中输送 出来。这样的系统能够例如被用于以下目的
000184(1)补充因为随着时间蒸发或泄漏的填充剂流体。可以采用填 充剂流体的缓慢持续流或周期性的注入来弥补填充剂流体体积的所有损 失。这里的液滴微致动器一般包括一个或多个输入端口用于将一种
或多种填充剂流体、试剂和/或样本(例如用于执行这里其它地方描述的执 行协议和/或进行化验的试剂和/或样本)引入液滴微致动器。在一些实施例 中，利用常规机器通过输入端口加载样本或试剂。在一个替换实施例中， 样本或试剂的液滴通过在长预加载毛细管(例如玻璃毛细管)中的油塞
(plugs of oil)来分隔开，连接到液滴微致动器时，这些长预加载毛细管允 许样本或试剂的液滴在被泵出毛细管进入输入端口时被捕获并且路由到液 滴微致动器上。另一种加载技术涉及将试剂预先标记(pre-stamping)到液 滴微致动器上并允许它们变干，例如利用高速试剂标记(stamping)或印刷 工艺。还有另一种方法涉及直接板到液滴微致动器界面的使用，其中通过 利用压力迫使内容通过与井对准的输入端口，板的内容，例如1536或384 或96井板(well plates)，被并行地输送到液滴微致动器上。在一些实施例 中，加载硬件可以电子耦合到控制器，并受控制器控制。此外，液滴微致动器上容器的数量可以远大于为现有微板规范提 供的。例如，液滴微致动器可以在单个板上结合多于l，OOO， 5,000， 10,000， 15,000， 20,000， 25,000， 30,000， 35,000， 40,000， 45,000， 50，000， 55,000， 60,000， 65，000， 70,000， 75,000， 80,000， 85,000， 90,000， 95,000， 100,000， 200,000， 300,000， 400,000， 500,000， 600,000， 700，000， 800,000， 900,000, 甚至1 ，OOO，OOO个井。本发明的液滴微致动器可以包括一种装置和/或手段用来控制液滴微致动器或液滴微致动器一个区域的温度。热控制等等对于需要加热或 冷却步骤的各种协议而言都是有用的。实例包括需要热循环的放大协议， 以及需要孵化步骤的各种化验。在另一个实施例中，通过让已加热填充剂流体流经芯片和液滴周 围或者在它们中再循环来控制温度。
000216液滴微致动器的布局是可调整的，例如，液滴微致动器可以包括 很少的例如一个加热区直到几十个、几百个甚至更多的加热区。
8.3.7.2加热器类型
000217加热器可以用薄导电膜形成。合适薄膜的实例包括Pt加热器导线 和透明氧化铟锡(ITO)。 ITO为实时观察提供更好的液滴可视性。也可以 使用在远处放置的常规热电偶(TC)来进行温度调节。在一个实施例中，用PCB基底中的微小金属(例如铜)过孔在液体和远处的TC之间产生紧 热结(tight thermal junctions)。此外，可以通过利用表面贴装热敏电阻或红 外传感器监视铜来确定样本温度。利用热敏电阻的一个优点是它们足够小 (2X2mm)，可以直接焊接在液滴微致动器上，而使用IR的优点则是它是 一种非接触方法，这会简化界面。由于铜的导热率至少是FR-4基底的700 倍(350 390W/m'K与0.3-0.5 W/m*K)，铜过孔的温度将会准确地代表液 体内的温度。加热器可以集成在液滴微致动器的底板和/或顶板(如果存在 的话)上，并且在板的底部和/或顶部表面上，或者集成在板的结构内。
000218在一个流水线实施例中，可以用加热器提供减小的热梯度在液滴 微致动器的区域上创建连续的温度梯度(例如从100到50摄氏度)。使用 连续的温度梯度将会消除克服加热器块边缘上的陡峭温度梯度的必要性。 通过允许具有任意数量的温度点的协议，受控温度梯度还能够显著地增强 设备的功能。此外，每个反应都可以用定制热协议来进行，而只有两个或 多个块的温度需要进行热调节。液滴可以被输送到并保持在加热器之间适 当的位置来获得目标温度。可以在液滴被输送到检测点的时候用荧光传感 器对液滴的荧光进行成像。上下目标温度的温度可以通过改变液滴的位置 来改变。然而，发明人吃惊地发现热循环，例如PCR的热循环，可以用单 个加热器通过将液滴输送到加热器附近并从它附近输送走来很方便地实 现。在一些实施例中，在液滴以上的加热器可能会使得液滴变得模 糊，影响实时光学测量。在这些情况下，液滴可以从加热器下面被输送到 对于光学检测优选的位置(也就是检测点)。为了液滴微致动器检测目的， 例如用荧光量化进行检测，可以从加热器下面到检测点周期性地输送液滴。 可以将液滴路由到传感器附近，同时将它们从一个温区到另一个温区进行 循环。
83.8液滴操作
000220液滴微致动器可以对液滴进行各种液滴操作。实例包括将液滴 加载到液滴微致动器；从源液滴分配一个或多个液滴；将液滴分裂、分开 或划分成两个或多个液滴；在任意方向上将液滴从一个位置输送到另一个；将两个或多个液滴合并或组合成单独一个液滴；稀释液滴；混合液滴；-搅 动液滴；使液滴变形；让液滴保持在位置上；孵化液滴；给液滴加热；让 液滴气化；冷却液滴；处置液滴；将液滴从液滴微致动器输送出去；这里 描述的其它液滴操作和/或以上的任意组合。来自容器的试剂或样本可以被分配为离散的液滴，输送到液滴微 致动器上的其它位置。
000229本发明可以包括使用包括珠子的液滴的液滴操作。在这里的其它 地方描述了各种这种操作。在一个实施例中，将珠子用于在倾向于干扰液 滴操作的试剂上进行液滴操作。例如，某些蛋白质倾向于绑定到液滴微致 动器表面和/或进入填充剂流体中。可以在亲水珠子上固定这些化合物，来 帮助利用这些化合物的液滴操作。这些化合物可以被绑定到这些珠子，珠 子可以包含要进行液滴操作的液滴。
[000230在一个特定分配操作中，用凝固来将血清从整个血液中分开。将整个血液加载到芯片上，与包括凝固试剂的液滴组合。在凝固以后，从样 本分配液滴。因为细胞和血小板被捕获在位置上，从样本分配的液体将只 包含血清。
8.4成套用具(kit)
[000231本发明的另一个方面是成套用具，其中包括试剂、样本采集设备 和/或用于执行本发明的方法的液滴微致动器或盒子。
9.结束语
000232实施例的以上详细描述涉及附图，这些


本发明的具体实 施例。具有不同结构和操作的其它实施例没有偏离本发明的范围。
[000233这一说明书被划分成若干节，仅仅是为了方便读者。不应当将标 题看成是对本发明的范围的限制。
[000234要明白，可以改变本发明的各个细节而不会偏离本发明的范围。 此外，前面的描述仅仅是为了进行说明，不是为了进行限制，因为本发明 的范围由后面给出的权利要求限定。
权利要求
1. 一种系统，包括(a)控制器；(b)液滴微致动器，电子耦合到所述控制器；以及(c)显示器设备，电子耦合到所述控制器，用于显示用户界面，其中所述系统被编程并被配置成允许用户通过与所述用户界面交互来进行液滴操纵。
2. 如权利要求1所述的系统，其中所述显示器设备通过被编程为控制 所述显示器设备并且发送指令给所述控制器来控制所述液滴微致动器的处 理器，电子耦合到所述处理器。
3. 如权利要求l所述的系统，其中所述用户界面显示所述液滴微致动 器的地图，该地图包括代表所述液滴微致动器的组件的虚拟组件。
4. 如权利要求3所述的系统，其中所述系统被编程并被配置成允许用 户通过与虚拟电极交互来进行液滴操纵。
5. 如权利要求4所述的系统，其中所述系统被编程并被配置成允许用 户通过将鼠标光标放在所述虚拟电极上和/或选择所述虚拟电极来进行液滴 操纵。
6. 如权利要求4所述的系统，其中将鼠标光标放在所述虚拟电极上和 /或选择所述虚拟电极弓I起所述虚拟电极被突出显示。
7. 如权利要求6所述的系统，其中所述突出显示包括以下操作中的一 项或多项颜色改变；亮度改变；阴影改变；形状改变；符号出现或消失; 以及图标出现或消失。
8. 如权利要求3所述的系统，其中所述系统被编程并被配置成允许用 户通过选择所述液滴微致动器上未被激活的电极来激活所述未被激活的电 极，和/或通过选择己激活电极来去活所述己激活电极。
9. 如权利要求3所述的系统，其中所述系统被编程为显示关于地图组 件的信息，作为用户通过所述用户界面与所述地图组件进行交互的结果。
10. 如权利要求9所述的系统，其中所述信息包括以下信息类型中的 一个或多个组件类型；电气连接信息；相邻关系信息；代表性几何信息; 设计注释；评述；部件号；以及列和/或行位置。
11. 如权利要求3所述的系统，其中所述虚拟组件包括虚拟容器。
12. 如权利要求3所述的系统，被编程和配置成允许用户通过以下方 式输送液滴(a) 顺序选择所述液滴微致动器地图上的一系列相邻电极；(b) 在所述液滴微致动器地图上选择虚拟的屏幕上液滴，并将该液滴 拖拽到希望位置处的虚拟电极上；和/或(C)在所述液滴微致动器地图上选择虚拟的屏幕上液滴，然后点击希 望位置处的虚拟电极。
13. —种系统，包括(a) 处理器；(b) 显示器设备，电子耦合到所述处理器；以及(c) 软件，被加载和/或储存在电子耦合到所述控制器的存储设备中，电子耦合到所述控制器的存储器设备中和/或所述控制器中，并被编程为显 示液滴微致动器的交互式地图。
14. 如权利要求13所述的系统，被编程为允许用户写入程序，以便通过与所述交互式地图进行交互来执行包括若干液滴操纵步骤的协议。
15. 如权利要求13所述的系统，被编程为显示若干按钮，被选中的时 候，所述按钮允许所述用户添加指令到定义协议的子程序。
16. 如权利要求13所述的系统，被编程为显示字段，用于输入与所述 指令相关联的参数。
17. —种系统，包括(a) 控制器；(b) 液滴微致动器，电子耦合到所述控制器；(c) 显示器设备，电子耦合到所述控制器，并显示用户界面；以及(d) 软件，用于执行协议，被加载和/或储存在电子耦合到所述控制器 的存储设备中，电子耦合到所述控制器的存储器设备中和/或所述控制器中。
18. 如权利要求n所述的系统，还包括已经画出了地图的存储器设备， 并被配置为将一个或多个组件的输出加载到所述已经画出了地图的存储器 设备上的已经画出了地图的位置上去。
19. 如权利要求18所述的系统，其中所述控制器被编程为访问所述存 储器设备的所述已经画出了地图的位置，以便从所述一个或多个组件获得 数据。
20. 如权利要求19所述的系统，其中所述一个或多个组件包括控制电 极和/或检测器。
21. —种样本分析仪，包括(a) 分析仪单元，该单元包括电子或光学接收装置；(b) 盒子，该盒子包括自含的液滴处理能力；以及(c) 耦合装置，用于将所述盒子耦合到所述分析仪单元，该耦合装置将来自所述盒子的电子和/或光学输出与所述分析仪单元上的电子或光学接收装置对准。
22. 如权利要求21所述的样本分析仪，其中所述盒子不包括所述盒子 外部的压力源或真空源。
23. 如权利要求21所述的样本分析仪，其中所述分析仪是便携式设备。
24. 如权利要求21所述的样本分析仪，其中所述分析仪是手持设备。
25. 如权利要求21所述的样本分析仪，其中所述分析仪单元为如下内 容之一提供分析血液化学、血液学、免疫诊断学、药物滥用测试、血清 胆固醇、葡萄糖、FOBT、怀孕、排卵、基于DNA的化验、免疫化验、蛋 白质组学、DNA排序和基因组学。
26. 如权利要求21所述的样本分析仪，其中所述盒子包括密封一种或 多种试剂的一个或多个压力封口。
27. 如权利要求26所述的样本分析仪，其中当所述分析仪耦合到所述 盒子时，所述一个或多个压力封口被设置成被破坏。
28. 如权利要求21所述的样本分析仪，还包括通信模块，该通信模块 包括以下组件中的一个或多个处理器、显示器、射频芯片、天线、包含 操作系统的存储器、RAM、 DRAM或PCMIA接口、打印机、网络或计算 机。
29. 如权利要求28所述的样本分析仪，其中所述通信模块包括发射机 和接收机，这两者都与信息管理系统通信，其中所述信息管理系统是用于 为功能采集和处理信息的集中式装置。
30. 如权利要求28所述的样本分析仪，其中所述通信模块包括发射机。
31. 如权利要求30所述的样本分析仪，其中所述发射机适合于从射频、 红外和标准端口构成的组中选择出来的一个或多个接口。
32. 如权利要求30所述的样本分析仪，其中所述发射机适合于与远程 数据库通信。
33. 如权利要求28所述的样本分析仪，还包括用于通过所述通信模块 在本地获取历史数据的装置。
34. 如权利要求33所述的样本分析仪，还包括与所述通信模块、所述 分析检测器模块和所述盒子或所述化验传感器模块相关联，在本地储存历 史数据的装置。
35. 如权利要求21所述的样本分析仪，还包括在与所述分析仪相关联 的信息存储单元中在本地储存所述信息的装置。
36. 如权利要求21所述的样本分析仪，其中所述分析仪还包括多个化 验传感器，所述传感器中的每一个对生物流体进行同样的分析。
37. 如权利要求21所述的样本分析仪，其中所述分析仪还包括多个化 验传感器，所述传感器中的两个或多个对生物流体进行不同的分析。
38. 如权利要求21所述的样本分析仪，其中所述系统可以采集来自单 个测试对象的一个以上的样本或者来自多个测试对象的一个以上的样本， 将它们加载到单个盒子并进行分析。
39. 如权利要求21所述的样本分析仪，其中所述分析仪包括(a)所述盒子和所述分析仪之间的电气接口装置，其中电信号可以在 所述盒子和分析仪之间通过；6(b)控制模块，该控制模块提供指令给如下装置中的一个或多个(i) 将大块液体样本转换成已知体积的离散液滴的装置；(ii) 用于输送所述液滴的装置；(iii) 用于制备样本液滴进行分析的装置；(iv) 用于储存一种或多种试剂的装置；(V)用于将一种或多种储存的试剂转换成离散液滴的装置； (Vi)组合和/或混合样本和试剂液滴进行化验的装置；以及 (vii)安装在所述盒子中的化验传感器模块，其中用于输送液滴 的所述装置将生的或制备好的样本投递给所述传感器模块；(C)在本地储存来自检测器和其它子系统的数据的装置；(d) 检测器模块，包括位置与所述盒子光学信号对应的至少一个光学(e) 解释来自电子检测器和/或光学检测器的数据的装置；(f) 显示测试结果和其它消息的装置；(g) 适合于与用户通信的通信模块；以及(h) 接受用户输入的模块。
40. 如权利要求39所述的样本分析仪，其中用于接受用户输入的所述 装置选自由按钮、触摸屏、语音命令构成的组。
41. 如权利要求39所述的样本分析仪，其中所述盒子包括多个化验传 感器，所述传感器中的每一个对所述样本进行同样的分析。
42. 如权利要求39所述的样本分析仪，其中所述盒子包括多个化验传 感器，所述多个化验传感器包括至少两组，每组一个或多个传感器，其中 每一组对所述样本进行不同的分析。
43. 如权利要求39所述的样本分析仪，其中所述盒子不包括任何电气 传感器，电气化验检测由安装在所述分析仪上的电气传感装置进行。
44. 如权利要求39所述的样本分析仪，其中所述盒子不包括任何光学 传感器，光学化验检测由安装在所述分析仪上的光学传感装置进行。
45. 如权利要求39所述的样本分析仪，被编程并被配置成在所述显示 器上在本地显示历史数据。
46. 如权利要求39所述的样本分析仪，还包括用来传递信息的装置， 其中所述传递信息是通过信息管理系统完成的。
47. 如权利要求39所述的样本分析仪，还包括用来处理信息的装置， 其中所述处理信息是通过信息管理系统完成的，该系统包括程序用来中转 医疗数据。
48. 如权利要求39所述的样本分析仪，还包括用来处理信息的装置， 其中所述处理信息是通过信息管理系统完成的，该系统包括患者管理程序。
49. 如权利要求39所述的样本分析仪，还包括用来处理信息的装置， 其中所述处理信息是通过信息管理系统完成的，该系统包括用于管理所述 医疗分析的程序。 '
50. 如权利要求39所述的样本分析仪，其中所述盒子装有校准液体控 制，其中所述化验是在所述化验本身之前、之后或同时，对所述校准液体 控制进行的。
51. 如权利要求39所述的样本分析仪，其中发生所述检测器模块和控 制模块之间的反馈，使得一旦所述检测器模块捕获到适当的结果，所述测 试就可以终止。
52. 如权利要求39所述的样本分析仪，其中试剂存储是通过包括一个 或多个密封囊完成的，每个囊包括一种所需要的试剂。
53. 如权利要求52所述的样本分析仪，其中所述一个或多个密封囊被 以机械或电气方式刺穿，以允许流到芯片表面上去。
54. 如权利要求53所述的样本分析仪，其中所述试剂的受控体积投递 是利用基于液滴的激活完成的。
55. —种样本分析仪，包括(a) 与之耦合的样本分析仪盒子；以及(b) 所述盒子和所述分析仪之间电气接口和/或光学接口的装置，电信 号和/或光信号借此能够从所述盒子被发送到所述分析仪。
全文摘要
本发明涉及在液滴微致动器上控制液滴移动的系统和方法，以及用于处理和/或分析样本的液滴微致动器设备、系统和方法。一方面提供一种系统，包括控制器；液滴微致动器，电子耦合到所述控制器；以及显示器设备，电子耦合到所述控制器，显示用户界面，其中所述系统被编程并被配置成允许用户通过与所述用户界面交互来进行液滴操纵。另一方面，提供一种样本分析仪，包括分析仪单元，该单元包括电子或光学接收装置；盒子，该盒子包括自含的液滴处理能力；以及耦合装置，用于将所述盒子耦合到所述分析仪单元，该耦合装置将来自所述盒子的电子和/或光学输出与所述分析仪单元上的电子或光学接收装置对准。
文档编号B01D57/00GK101500694SQ200780016384
公开日2009年8月5日 申请日期2007年5月9日 优先权日2006年5月9日
发明者G·F·史密斯, K·R·布拉夫福特, M·G·波拉克, P·Y·派克, R·A·斯图莫尔, R·M·韦斯特, V·K·帕穆拉, V·斯里尼瓦桑 申请人:先进液体逻辑公司;杜克大学