用于数字微流体的预装试剂贮库的可替换载体的制作方法

专利名称：用于数字微流体的预装试剂贮库的可替换载体的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于数字微流体的预装试剂的可替换载体，更具体地，本发明涉及可移走的塑料薄片，在这些薄片上试剂有策略地放置在预先选定的位置上作为数字微流体 (DMF)装置的可替换载体。
背景技术：
微流体涉及几何学上只有微量体积(通常为微升)的液体的精确控制和操作。因为快速动力学和自动化水平，微流体有可能将常规生物试验转化为实验室外快速可靠的试验。最近出现了一个微型化生物试验的新例子，称为“数字”(或微滴基)微流体。数字微流体(DMF)依靠在图案化电极的表面操作离散的流体液滴，例如可参见US 7，147，763 ；US 4, 636, 785 ；US 5, 486, 337 ；US 6, 911, 132 ；US 6, 565, 727 ；US7, 255, 780 JP 10-267801; 或 Lee 等人在 2002 年发表的文章"Electrowetting andelectrowetting-on-dielectric for microscale liquid handling"Sensors&Actuators 95 :259-268 ；Pollack等人在2000 年发表的文章"Electrowetting-based actuation of liquiddroplets for microfluidic applications”Applied Physics Letters 77:1725—1726; VX R ffashizu, M.等人在 1998 年发表的文章"Electrostatic actuation of liquid droplets formicroreactor applications" IEEE Transactions on Industry Applications 34:732—737。这I页技术类似于在试管中处理样本，非常适合阵列式生物试验，在阵列式生物试验中人们可以将流体液滴合并或混合进行各种生物化学反应。更重要的是，数字微流体的阵列式几何学在本质上似乎非常适合大型、平行的多重分析。事实上，这种新技术已在很多方面得到应用，包括以细胞为基础的试验、酶试验、蛋白谱和聚合酶链反应。不幸地，生物污垢和接口连接这两个主要限制制约了数字微流体的应用范围。前一个限制即生物污垢对于全部微小规模的分析都是有害的一高的表面积与容积比率有一个不利副作用，就是分析物从溶液被吸附到固体表面的速率增加。本申请人和其他人已经设计了各种策略来限制数字微流体的生物污垢程度，但这个问题始终成为一个障碍，阻止这项技术的广泛应用。数字微流体(和所有微流体系统)的第二个限制是“外界与芯片 (world-to-chip)，，接口一最难的是将试剂和样本递送到这些系统，又不放弃快速分析和低试剂消耗的固有优点。对于以微通道为基础的方法，解决这个问题的一个方案是使用预装试剂。这些方法一般包括两个步骤(1)将试剂储存在微通道中(或者储存在可更换盒内)，以及(2)以后，快速地使用试剂进行所希望的试验/实验。微通道系统采用两种策略一在第一种策略中，将试剂储存成液滴溶液，用气塞(参见Linder等人在2005年发表的文章“Iteagent-Ioaded cartridges for valveless andautomated fluid delivery in microfluidic devices，，Analytical Chemistry 77 :64-71)或者通过不互溶流体(参见Hatakeyama等人在2006年发表白勺 JC $"Microgram-scale testingof reaction conditions in solution using nanoliter plugs in microf luidics with detection byMALDI-MS，，Journal of the American Chemical Society 1 :2518-2519 ；以及 Zheng 等人在 2005 年发表的文章 “A microfluidic approach for screening submicrolitervolumes against multiple reagents by using preformed arrays of nanoliter plugs in athree-phase liquid/ liquid/gas flow，，Angewandte Chemie-International Edition 44 :2520-2523)使液滴相互隔离直至使用。在第二种策略中，试剂以固相储存在通道中，然后在进行试验时重组为溶液(Furuberg等人在2007年发表的文章“The micro activeproject Automatic detection of disease-related molecular cell activity"Proceedings ofSPIE-Int. Soc. Opt. Eng. ;Garcia 等人在 2004 年发表的文章"Controlled microfluidicreconstitution of functional protein from an anhydrous storage d印ot”Lab on a Chip 4 :78-82 ；以及 Zimmermann 等人在 2008 年发表的文章“Autonomous capillary system forone-step immunoassays "Biomedical Microdevices)。 置中预装试剂是应用在很多方面的一种策略。不过，迄今为止，在数字微流体中仍未发现有类似的技术。为了解决在数字微流体中非特异性吸附以及外界与芯片接口的双重挑战， 本申请人研发了一种新策略，基于可移走的聚合物盖(参见Abde Igawad和Wheeler 在 2008 年发表的文章“Low-cost, rapid-prototyping of digital microfluidics devices”Microfluidics and Nanofluidics 4 :349-355 ;Chuang 和 Fan 在 2006 年发表的 JCM "Direct handwriting manipulation of droplets by self-aligned mirror-EWOD across adielectric sheet，，Proceedings of Mems :19th IEEE International Conference on MicroElectro Mechanical Systems, Technical Digest :538-541 ；以及 Lebrasseur 等人在 2007 年发表的文章"Two-dimensional electrostatic actuation of droplets using a singleelectrode panel and development of disposable plastic film card，，Sensors and Actuatorsa-Physical 136:358-366)。在每次实验之后更换薄膜，但重复使用装置的中枢构造。这有效地防止在重复分析之间产生的交叉污染，可能更重要的是，作为有用的媒介将试剂引入微流体装置。

发明内容
为了说明使用单个电极板和一次性塑料盖的原理，本申请人将干酶斑点预装在塑料盖上，供以后在蛋白水解消化试验中使用。已发现，装好的试剂在冷冻箱中储存一个月以上仍然具有活性。作为这类技术的先驱，本申请人认为本发明代表了数字微流体向前迈进重要一步，使得它成为在各种应用中令人吸引的流体处理平台。根据本发明，甚至使用双板设计(有或无双电极板)也适用于预装试剂的载体。本发明提供预装试剂的可移走的一次性载体例如塑料薄片。这种新方法涉及在连接了预装载体的数字微流体装置上操作试剂和样本。当分析完成后，有需要的话可移走、分析薄片，连接上新的预装薄片后可以重新使用原来的装置来开始另一个试验。这些预装试剂的可移走的一次性塑料薄片有助于使用数字微流体装置进行快速批量试验，不会产生各试验间交叉污染的问题。另外，此处公开的试剂盒装置和方法有助于使用试剂贮库。例如，发明人已经制造了带有预装干酶斑点的薄片，所述酶普遍应用在蛋白质组学试验中，例如胰蛋白酶或α-胰凝乳蛋白酶。在消化了模型底物遍在蛋白质之后，用基体辅助激光解吸/电离质谱法(MALDI-MS)评估含有产物的薄片。本发明特别有利地提高数字微流体与不同应用的兼容性，这些应用包括从实验分析到及时现场护理 (point-of-care)诊断.因此，本发明的一个实施例包括预装与数字微流体装置使用的试剂的载体(优选为薄片或薄膜形式)，所述数字微流体装置包括电极阵列，所述电极阵列包括排成阵列的离散电极，所述数字微流体装置包括电极控制器，所述预装载体包括-具有后表面和疏水前表面的电绝缘薄片，所述电绝缘薄片可移走地连接在所述数字微流体装置的所述电极阵列上，其中所述后表面粘附于所述电极阵列的表面，所述电绝缘薄片覆盖所述离散电极，使得所述离散电极相互电绝缘，并且与疏水前表面上的液滴电绝缘，其中，所述电绝缘薄片具有一或多个试剂贮库，所述一或多个试剂贮库位于所述电绝缘薄片的所述疏水前表面的一或多个预选定位置上；操作时，所述电极控制器能够选择性地启动和停止所述离散电极将液滴平移通过所述电绝缘薄片的所述疏水前表面；以及所述电绝缘薄片的所述疏水前表面的所述一或多个预选定位置设置成可接近所述电绝缘薄片的所述疏水前表面上启动的液滴。本发明另一个实施例提供一种数字微流体装置，包括-第一基片，所述第一基片具有安装在其表面上的电极阵列，所述电极阵列包括排成阵列的离散电极，所述数字微流体装置包括能够选择性地启动和停止所述离散电极的电极控制器，-具有后表面和疏水前表面的电绝缘薄片，所述电绝缘薄片可移走地连接在所述数字微流体装置的电极阵列(优选地所述后表面粘附于所述离散电极阵列的表面)，所述电绝缘薄片使所述电极阵列的离散电极相互电绝缘，并且与疏水前表面上的液滴电绝缘， 所述电绝缘薄片具有一或多个试剂贮库，所述一或多个试剂贮库位于所述电绝缘薄片的所述疏水前表面的一或多个预选定位置上；在所述疏水前表面上的所述一或多个预选定位置设置成可接近所述电绝缘薄片的疏水前表面上启动的液滴；其中，在所述电极控制器的控制下选择性地启动和停止所述离散电极能够将液滴平移通过所述疏水前表面至所述一或多个试剂贮库。在一实施例中，本发明装置可以包括具有前表面的第二基片，所述前表面任选地是疏水表面，其中所述第二基片与所述第一基片是隔开的，从而在所述第一和第二基片之间限定一个空间，所述空间能够包含在所述第二基片的所述前表面与所述第一基片的所述电极阵列上所述电绝缘薄片的所述疏水前表面之间的液滴。本发明装置的一实施例可以包括在所述第二基片上被介电片覆盖的电极阵列。在此情况下，第一基片上的电极阵列是任选的，因此可以略去。电绝缘薄片也可以在第一和第二基片中任一或两者上预装试剂贮库。
本发明还提供一种数字微流体方法，所述方法包括以下步骤-制备具有电极阵列的数字微流体装置，所述电极阵列包括排成阵列的离散电极， 所述数字微流体装置包括与所述排成阵列的离散电极连接的电极控制器，用于向所述离散电极施加选定的电压图案以选择性地启动和停止所述离散电极，从而将液体样本液滴在所述离散电极上以所希望的途径通过所述电极阵列；-提供可移走的和可连接的电绝缘薄片，所述电绝缘薄片具有后表面和前工作表-将所述电绝缘薄片可移走地连接在所述数字微流体装置的所述电极阵列(优选地所述后表面粘附于所述电极阵列)，所述电绝缘薄片具有疏水前表面和一或多个试剂贮库，所述一或多个试剂贮库位于所述电绝缘薄片的所述疏水前表面的一或多个预选定位置上；所述电绝缘薄片的所述疏水前表面上的所述一或多个预选定位置设置成可接近所述电绝缘薄片的所述疏水前表面上启动的液滴；-进行试验，引导一或多个样本液滴通过所述前工作表面至所述一或多个试剂贮库，藉此将所述一或多个样本液滴递送至由所述一或多个样本液滴重新组成的所述一或多个试剂贮库，并与所述一或多个试剂贮库包含的至少一种选定试剂混合；-将所述一或多个试剂贮库的每一个(或至少一个)中在所述混合的样本液滴和所述至少一种选定试剂之间形成的任何(或者至少一种)得到的反应产物分离出来；以及任选地-从所述数字微流体装置的所述电极阵列的表面移走所述可移走的和可连接的电绝缘薄片，并且为新试验制备数字微流体装置。结合以下描述和附图可进一步理解本发明的功能和优点。本发明的其他特点和其他优选实施例由从属权利要求限定。


结合附图对本发明的示范性实施例进行详细描述，这些实施例对本发明的范围没有任何限制。其中图IA是蛋白质从水滴被吸附到数字微流体装置上，其中图的上部图像所示为水滴启动前的装置，配有中央电极的相应共焦图像，图的下部图像所示为含有 FITC-BSA(7 μ g/ml)的液滴在电极上来回循环4次之后的同一个装置，配有液滴移动后收集到的共焦图像。对这两个图形作同样的处理，表明共焦显微术可用来检测在装置表面上的非特异性蛋白质吸附，为数字启动的结果。图IB是10 μ M血管紧张素I (MW 1296)的质谱。图IC是数字微流体装置的交叉污染1 μ M血管紧张素II (MW 1046)的质谱。液滴在同一个装置的同一个表面上启动(前一种液滴曾经在该表面上启动)，与血管紧张素I 形成交叉污染。图2是一步一步示出的可移走预装载体的策略示意图，其中(1)将带有干试剂的一片新载体(为塑料薄片形式)固定在数字微流体装置上；(2)启动液滴试剂通过所述载体的顶面，使所述液滴试剂暴露于所述预装干试剂， 并使它们合并、混合和培育，得到化学反应产物，
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(3)在分析物非特异性吸附后，弃掉残留物；(4)剥掉带有产物液滴或干产物的载体；以及(5)若希望的话，分析产物。图3是使用单个数字微流体装置以不同载体处理不同分析物的MALDI-MS分析a)!35yM 胰岛素b) 10 μ M 缓激肽c) 10 μ M 20mer DNA 寡核苷酸d) 0. 01 % 超标记(ultramarker)。图4是预装载体分析。图中示出了预先施加的胰蛋白酶(上部)和α-胰凝乳蛋白酶(下部)斑点消化遍在蛋白后获得的MALDI肽质谱，通过在MASCOT中进行数据库检索鉴定肽峰，计算得到的序列涵盖率(sequence coverage)超过50%。图5是表示预装载体稳定性分析的活性百分比与时间的直方图，其中在储存载体 1、2、3、10、20和30天后评价蛋白酶底物(氟硼荧-酪蛋白)和内标的荧光，如直方图所示， 载体储存在-20°C或-80°C，每种条件用5个复制载体计算平均响应和标准偏差。图6是根据本发明的数字微流体装置的不同实施例，其中图6A是一侧敞开的数字微流体装置，具有连接在第一基片底上的一个预装试剂的载体；图6B是一侧敞开的数字微流体装置，具有一个预装试剂的载体和位于所述载体下的介电层；图6C是一侧封闭的数字微流体装置，具有第二基片，从而限定第一和第二基片之间的空间或间隙；图6D是两侧封闭的数字微流体装置，具有第二基片，从而限定第一和第二基片之间的空间或间隙。
具体实施例方式一般而言，此处描述的系统涉及用于数字微流体装置更具体地适合高通量分析程序的可替换的预装试剂的载体。按照要求，此处公开本发明的一些实施例。不过，所公开的实施例仅仅是举例说明本发明，应该理解，本发明可以各种可替换的形式实施出来。附图不是按比例绘制，一些特征可能被放大或缩小以显示具体部分的详细情况，而为了防止新的特征变得模糊，有些相关部分可能没有显示出来。所以，此处公开的具体结构和功能不应被理解为具有限制作用，它们只是作为权利要求的基础和教导本领域技术人员使用本发明的实质基础。示出的实施例所涉及的用于数字微流体装置的可替换的预装试剂的载体，只起着教导和非限制目的。本文使用的术语“大约”，当它与颗粒的尺寸范围或与其他物理或化学性质或特性一起使用时，指的是包括这些尺寸范围的上限和下限中可能存在的微小变化，从而不排除这样的实施例平均来计大部分尺寸都是满足的，但统计学上尺寸有可能落在该范围之外。 这样做的目的是不将这些实施例排除在本发明之外。本发明要解决的基本问题是提供一种适合数字微流体装置的装置，使得数字微流体装置可以用在高通量批量处理，但同时又避免了上述在发明背景部分讨论的数字微流体装置的生物污垢问题。要论述生物污垢是如何成问题的，本发明人进行了各种研究来确定该问题的范围。■■舰碰·口^^亏·丰斤使用共焦显微术来评价表面上的蛋白质吸附。总的来说，将一含有7 μ g/ mlFITC-BSA的液滴平移至数字微流体装置。在启动该液滴前后对斑点照相，得到两个图像。 在液滴启动期间由于非特异性蛋白质吸附，表面上留下残留物，可由共焦显微术检测到。这些残留物可导致数字微流体装置产生两类问题(1)表面可能变得有粘性，妨碍液滴移动，以及(2)如果要进行多个实验，可能产生交叉污染问题。本发明使用配有Arl488nm)激光器的FluoView 300扫描共焦显微镜(0LYMPUS， Markam, ON)，结合100倍物镜(数值孔径为0. 95)分析吸附在数字微流体装置表面的蛋白质(图1A)。将吸附标记的蛋白质的荧光通过510-525nm带通滤波器，使用FluoView图像获取软件(0LYMPUQ从四个图框的平均数形成每个数字图像。使用MALDI-MS来评价被启动通过同一个装置的相同途径的两个不同肽样本的交叉污染量。具体地，第一次启动2μ1 ΙΟμΜ血管紧张素I液滴，第二次启动2μ11μΜ血管紧张素II液滴。如图IB所示，第一次启动后产生的血管紧张素I的图谱是相当干净的； 但如图IC所示，血管紧张素II产生的图谱受到上一次启动的残留物污染。在这些测试中， 在数字微流体启动后，样本液滴被传送至MALDI靶进行结晶和分析，意味着交叉污染包括 (a)第一次启动的吸附步骤，和(b)第二次启动的脱附步骤。估计血管紧张素I污染物的强度大约是血管紧张素II最强峰(MW 1046)的10%。这大约对应于或0. ΙμΜ血管紧张素I在数字微流体装置的非特异性污垢。即使测试肽的粘性比蛋白质小，这个结果也与 Luk报告的数值(小于8% FITC-BSA被吸附到数字微流体装置上)一致(参见Luk等人 2008 年发表的文章"Pluronic additives :A solution to sticky problems in digital microfluidics，“ LangmuirM :6382-6389)。除了污染之外，由于上一次启动的非特异性吸附阻碍了液滴流畅地移动，尤其在血管紧张素II样本的启动过程中。因此，需要更高的启动电压来促使液滴移动通过下一组电极。然而，这种方法对于液滴由于牢牢地粘在污染表面上而变成永久地粘着不动的情况也行不通，增大启动电压对这种情况毫无帮助，更不要说如果电压太高可能导致击穿介电和毁坏装置。可替换的预装的一次性载体本发明提供可替换的预装的一次性载体，在这些载体上试剂有策略地位于上表面的预选定位置上。这些载体可以作为可替换载体与数字微流体装置一起使用，这些载体被加在数字微流体装置的电极阵列上。参看图2，图中示出了根据本发明的预装的一次性电绝缘薄片10，该薄片10具有一个安装在电绝缘薄片10的疏水前表面上的预装试剂贮库12。所述一次性薄片10可以是任何薄的介电片或薄膜，只要它对预装的试剂保持化学稳定即可。例如，可使用任何聚合物塑料如莎伦包装膜(saran wrap) 0除了塑料食品包装膜，其他载体包括一般/办公室胶带和绷紧石蜡片也可用作可替换的数字微流体载体。一次性薄片10连接到数字微流体装置14的电极阵列16，其中载体10的后表面附于电极阵列16，放置在载体10的表面(试剂液滴会平移通过该表面)上的试剂贮库12与电极阵列16的预先选定的个别电极18对准，如图2的步骤(1)和(2)所示。在试验之前， 将两滴试剂液滴20和22滴在装置上。最好用与样本容器32或溶剂容器34连接的移液器吸头36将液滴20和22滴在装置上(见图幻。另一种选择是，容器32和34可以与装置连接或者与装置一体成型，使得启动数字微流体就可以分配液滴20和22。如图2的步骤C3)所示，在试验中试剂液滴20和22被启动通过一次性薄片或载体的顶面，帮助试剂液滴20和22与所希望的试剂贮库12在电极上混合和合并。在反应完成之后，可以如步骤(4)所示那样剥去一次性载体10，若希望的话，可以如步骤(5)所示那样对得到的反应产物26进行分析。下一轮分析时再将新的一次性载体10连接在数字微流体装置14上。在可移走载体仍然连接在数字微流体装置14上的时候，也可以对产物沈进行分析。使用另外的预装载体可以重复上述过程。另外，含有反应产物的液滴可以被分裂、 与其他液滴混合、和/或若它们含有细胞的话可以与细胞培养基一起培育。因为在前一片一次性薄片或载体10上进行试验的残留物观，30会随着一次性载体10被移走，所述避免了交叉污染。上述试验使用一种预装试剂12来进行，但本领域技术人员应该明白，预装的载体10可以装上多种试剂，与多种液滴试剂20和22进行连续或平行试验。在本发明一实施例中，预装的电绝缘薄片11和电极阵列16可各自包括当将电绝缘薄片11连接到电极阵列16时使电绝缘薄片11和电极阵列16对准的对准标记，以致于电绝缘薄片11的前工作表面Ila上一或多个预选定位置13被选定与电极阵列的一或多个预选定的离散启动电极18配准。当试剂贮库12与预选定的电极18配准，它们可以位于选定电极的上面或者在横向上接近于选定电极，使得它在相邻电极之间的间隙上。图6A所示为具有载体10的一侧敞开的数字微流体装置，其中载体10预装了试剂 12与数字微流体装置14 一起使用，载体10连接到第一基片M。数字微流体装置包括由离散电极17组成的阵列16和电极控制器19。预装载体10包括具有疏水前表面Ila和后表面lib的电绝缘薄片11。电绝缘薄片11可移走地连接在数字微流体装置14的电极阵列 16的表面16’上。当电绝缘薄片11放置在数字微流体装置14的电极阵列16时，它覆盖所述离散电极17并使所述离散电极17互相电绝缘，也与疏水前表面Ila上的液滴20，22， 33电绝缘。本发明第一实施例的电绝缘薄片11具有一或多个试剂贮库12，所述一或多个试剂贮库12位于电绝缘薄片11的疏水前表面Ila的一或多个预选定位置13上。操作时， 数字微流体装置14的电极控制器19能够选择性地启动和停止所述离散电极17将液滴20， 22，33平移通过电绝缘薄片11的疏水前表面11a，而电绝缘薄片11的前工作表面Ila上一或多个预选定位置13被设置成可接近电绝缘薄片11的疏水前表面Ila上启动的液滴20， 2 2 j 33ο较佳地，所述电绝缘薄片11通过粘合剂15可连接或连接在电极阵列16的表面 16’上，其中粘合剂15接触电绝缘薄片11的后表面lib与电极阵列16的表面16’和/或第一基片M的表面M’。更佳的是，所述电绝缘薄片11包括在其所述后表面lib上的粘合剂15，所述粘合剂15能够接触所述电极阵列，将所述电绝缘薄片粘附于所述第一基片24。图6B所示为一侧敞开的数字微流体装置，所述数字微流体装置具有一个预装了试剂的载体和在该载体下的介电层。数字微流体装置14(与图6A所描述的类似)包括重要特征如电极控制器19 ；另外，也包括待平移的液滴20，22，33。然而，在图6B所示的实施
13例中，粘合剂15仅仅接触电绝缘薄片11的后表面lib与第一基片M的表面24’ ；或者，粘合剂15可设置在电绝缘薄片11的整个后表面lib上(未示出)。在本实施例中，数字微流体装置14较佳地包括直接加在所述电极阵列16的所述表面16’上的介电层25，使得它夹在所述电极阵列16和所述电绝缘薄片11之间。图6C所示为一侧封闭的数字微流体装置，所述数字微流体装置具有第二基片，所述第二基片限定第一和第二基片之间的空间或间隙。数字微流体装置14(与图6B所描述的类似)包括重要特征如电极控制器19;另外，也包括待平移的液滴20，22，33。在本实施例中，数字微流体装置14较佳地还包括第二基片27，所述第二基片27具有任选地是疏水表面的前表面27’。第二基片27与第一基片M隔开，从而在第一基片M和第二基片27之间限定了一个空间或间隙四，所述空间或间隙四能够包含在第二基片27的前表面27’与所述第一基片M的所述电极16上电绝缘薄片11的疏水前表面Ila之间的液滴20，22，33。 较佳地，电极控制器19也控制第二基片的表面27’的静电荷。与图6B相反，本实施例的粘合剂15仅接触电绝缘薄片11的后表面lib和位于第一基片M的电极阵列16的表面16’ 上的介电层25。或者，粘合剂15可设置在电绝缘薄片11的整个后表面lib上。图6D所示为两侧封闭的数字微流体装置，所述数字微流体装置具有第二基片，所述第二基片限定第一和第二基片之间的空间或间隙。数字微流体装置14(与图6A-6C所描述的类似)包括由离散电极17组成的阵列16和电极控制器19。预装载体10包括具有疏水前表面Ila和后表面lib的电绝缘薄片11。电绝缘薄片11可移走地连接在数字微流体装置14的第一电极阵列16的表面16’上。在本实施例中，数字微流体装置14较佳地还包括具有前表面27’的第二基片27。根据本实施例，第二基片27的前表面27’不是疏水的， 它包括具有后表面3 Ib和疏水前表面31a的额外的第二电绝缘薄片31。所述额外的第二电绝缘薄片31可移走地连接在第二基片27的前表面27’上，其中后表面31b粘着于前表面 27’。所述额外的第二电绝缘薄片31没有或具有一或多个试剂贮库12，所述一或多个试剂贮库12位于额外的第二电绝缘薄片31的疏水前表面31a的一或多个预选定位置上。与图6B相反，本实施例的粘合剂15仅接触电绝缘薄片11的后表面lib和位于第一基片M的电极阵列16的表面16’。在相对的一侧上，粘合剂15设置在额外的第二电绝缘薄片31的整个后表面31b上。或者，粘合剂15可设置在电绝缘薄片11的整个后表面 lib上(未示出)。较佳地(如图6D所示)，数字微流体装置14包括安装在第二基片27的前表面27’上额外的电极阵列35，所述额外的电极阵列35被具有疏水前表面31a的额外的第二电绝缘薄片31所覆盖。如图6B和6C所示，图6D的数字微流体装置14较佳地也包括直接加在所述电极阵列35的所述表面27’上的介电层25，使得它夹在所述电极阵列35和所述第二电绝缘薄片31之间。在电绝缘薄片11与电极阵列16的表面16’之间也可以放置另一个介电层25 (未示出)。在一替换实施例中(未示出)，在第二基片27上的所述额外的电极阵列35涂覆疏水涂层，不设置第二电绝缘层31。一次性载体10可与多个其他载体一起包装并与试剂贮库一起出售，其中所述试剂贮库含有一或多种选定作具体试验类型用的试剂。在包装中的载体10可带有相同数目的预装试剂贮库12，每个贮库包括相同的试剂组成。试剂贮库较佳地包括干试剂，但也可以包括有粘性的凝胶试剂。本发明一个潜在应用是在试剂贮库上培养和分析细胞。在这样的应用中，试剂贮
14库可包括生物底物和粘附细胞的附着因子，如纤连蛋白、胶原蛋白、层粘连蛋白、多熔素等等及其组合。含有细胞的液滴可被引导至生物底物贮库，对于粘附细胞则容许细胞附着。在附着之后，可以在数字微流体装置内培养或分析细胞。虽然图2示出的数字微流体装置14具有单一基片M及在其上形成的电极阵列 16，本领域技术人员应该明白，数字微流体装置可以包括第二基片27，该第二基片27具有任选地是疏水表面的前表面27’，其中第二基片与第一基片是间隔开的，从而在第一和第二基片之间限定了一个空间，所述空间能够包含在第二基片的前表面与第一基片的所述电极阵列上电绝缘薄片的疏水前表面之间的液滴(见图6C)。第二基片可以是基本上透明的。 除了图6C描述的实施例之外，预装载体10 (包括具有疏水前表面Ila和后表面lib的第一电绝缘薄片11)可以可移走地连接在数字微流体装置14的第二基片27的表面27’上。同时，电极阵列16可以涂覆不可移走的电绝缘体(未示出)。当第二基片的前表面不是疏水的，装置可以包括具有后表面和疏水前表面的额外的电绝缘薄片，所述额外的电绝缘薄片可移走地连接在第二基片的前表面上，其中它的后表面粘着于第二基片的前表面。所述额外的电绝缘薄片具有一或多个试剂贮库，所述一或多个试剂贮库位于所述电绝缘薄片的疏水前表面的一或多个预选定位置上。此外，在第二基片27的前表面27’上可以安装额外的电极阵列35，并包括加在额外的电极阵列35上具有疏水前表面的一层，所述加在额外的电极阵列35上的一层具有疏水前表面31a，可以是额外的电绝缘薄片31，额外的电绝缘薄片31具有一或多个试剂贮库 12，所述一或多个试剂贮库12位于所述疏水前表面的一或多个预选定位置13上。在图6D 所示的两板设计中，第一基片M任选地可以不带有安装了试剂贮库12的预装绝缘薄片或者载体11。本发明及本发明用于高通量试验的效果将结合以下研究和实施例进行说明，但它们只起举例说明作用，是非限制性的。详细的实验试剂和材料在50%分析级乙腈/去离子水(ν/ν)和0. 1 % TFA(v/v)中制备全部基质 (α -CHCA、DHB、HPA和SA)的工作溶液，浓度为10mg/ml，这些工作溶液在黑暗条件下储存于 4°C。血管紧张素I、II和缓激肽的储备溶液(10 μ M)用去离子水制备，而遍在蛋白和肌红蛋白的储备溶液(100 μ Μ)用工作缓冲液(IOmM Tris-HCl, ImM CaCl2O. 0005% w/v嵌段式聚醚F68，pH 8)制备。全部标准储备溶液都在4°C下储存。消化酶(牛胰蛋白酶和α-胰凝乳蛋白酶)的储备溶液(100 μ Μ)用工作缓冲液制备，并在-80°C下以等分试样储存直至使用。在试验前才将标准溶液和酶加热至室温并用去离子水(肽)和工作缓冲液(蛋白质、 酶和荧光试剂)稀释。在使用之前才制备荧光试验溶液(在工作缓冲液中的3. 3μ M淬灭氟硼荧-酪蛋白和2 μ M罗丹明B)。装置的制作和操作采用标准微型制造技术制作数字微流体装置，在该装置中200nm厚铬电极在玻璃基片上形成图案。在实验之前，装置装上(a)未改性的载体，或(b)预装试剂的载体。当使用未改性载体(a)时，向电极阵列滴数滴硅油，再盖上塑料盖。然后在表面上旋转涂敷特富龙-AF(1 % w/w 在氟化液 Fluorinert FC—40 中，1000RPM，60s)，并用加热板退火(75°C,30min)。当使用预装载体(b)时，在加在装置之前先对塑料盖进行修饰。修饰包括三步将塑料盖粘附在未形成图案的玻璃基片上，涂敷特富龙_AF(同上)，以及加设试剂贮库。后一步可以这样实现用移液管将2 μ 1酶(6. 5 μ M胰蛋白酶或10 μ M α -胰凝乳蛋白酶)液滴滴在表面上，并允许液滴干燥。预装载体可以立即使用，或者密封在已灭菌的塑料培养皿中并储存于-20°C。使用前，将预装载体加热至室温(若有需要的话)，从未形成图案的基片剥下，然后加在涂敷硅油的电极阵列上，再用加热板退火(75°C，2min)。除了食品包装膜外，塑料胶带和石蜡也可用来安装在装置上。轻轻地用指压将胶带连接到装置上，而将石蜡拉伸至大约IOmm厚，然后卷绕装置，形成无气泡的密封。装置的ImmXlmm电极做成“Y”形设计，其中各电极之间的间隙为ΙΟμπι。向连续电极对施加驱动电压G00-500VMS)，使2μ 1液滴在以敞开板模式(即无顶盖)操作的装置上移动和合并。将工作频率为18kHz的函数发生器的输出放大，产生驱动电压，再将所述驱动电压用人手加在外露的触片上。通过CCD相机监测和记录液滴的启动。用 MALDI-MS 分析使用基体辅助激光解吸/电离质谱法(MALDI-MQ评价在数字微流体装置上启动的样本。基质/样本斑点制成两种模式常规和原位。在常规模式中，样本在装置上操作， 用移液管收集并将样本分配至不锈钢靶上。加入基质溶液，让合并后的液滴干燥。在原位模式中，通过数字微流体使含有样本和基质的分散液滴移动、合并、和主动混合，然后在表面干燥。在涉及预装载体的原位实验中，先进行芯片反应再实施基质/结晶将含有样本蛋白质的液滴驱动移至含有消化酶(胰蛋白酶和α-胰凝乳蛋白酶)的干斑点。在与酶一起培育(室温，15min)后，将一滴基质驱动至斑点，淬灭反应，让合并的液滴干燥。共结晶之后， 将载体小心地剥离装置，然后用双面胶带固定在不锈钢靶上。不同的分析物使用不同的基质肽标准和消化液采用0-0 ^，超标记采用0冊，寡核苷酸采用朋4，蛋白质采用34。每个样本评价至少三个复制斑点。用正向模式(positivemode)操作的 MALDI-TOF Micro-MX MS 质谱仪(Waters， Milford, ΜΑ)分析样本。肽标准和消化液的评价在反射模式(reflectron mode)中进行， 质荷比(m/z)范围是500-2，000。蛋白质的评价在线性模式(linear mode)中进行，质荷比(m/z)范围是5，000-30，000。每个图谱收集至少100个斑点，调校激光器功率，使信噪比(S/N)达至最佳。然后，对分析物最大峰进行归一化、去基线来处理数据，并用15点滑动平均(15-point running average)作平滑化。用Mascot蛋白质鉴定包装检索SwissProt 数据库来分析酶消化液的图谱。数据库检索得到1个允许的漏切位点(allowed missed cleavage)，质谱精确度为+/-1. 2Da，没有其他修饰。 为了阐明该新的策略，用单个数字微流体装置处理四种不同类型的分析物，每次处理都用新的可移走的载体。如图3所示，四种分析物包括胰岛素(MW 5733)、缓激肽(MW 1060)、20-mer寡核苷酸(MW 6135)和合成聚合物超标记1621 (MW900-2200)。每个可移走载体都用MALDI-MS原位分析，没有观察到任何交叉污染的证据。在申请人的实验室中，常规装置通常是一次性的(使用一次即弃)；然而，在使用可移走载体的实验中，使用的装置通常会进行9-10次试验，但性能没有下降。因此，除了没有交叉污染的问题外，可移动载体策略也能够大大地降低支持数字微流体所需要的制作和装配负担。
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除了塑料食品包装膜之外，其他载体包括包括办公室胶带和绷紧蜡膜片也可用作可替换的载体。与食品包装膜一样，已发现由胶带和蜡膜片形成的载体能够支持液滴移动和有利于装置循环再用(数据未显示)。此外，由这些材料形成的载体是有利的，原因在于它们在使用之前无需退火处理。然而，其他一些方面使得这些材料的吸引力下降。由胶带形成的盖在重复使用后容易破坏启动电极(虽然是推测，但低粘性胶带可能不会有这种问题)。另外，由于试验的胶带载体相对较厚( 45 μ m)，需要较大的驱动电( 900Vms)来操作液滴。相反，绷紧蜡膜片的厚度约为10 μ m，驱动电压与由食品包装膜形成的载体所用的电压差不多。不过，这种方式形成的载体厚度被发现是不均勻的，对于液滴移动它们的可靠性较差。简言之，各种不同的载体都与可移走盖的概念相符，但因为由食品包装膜形成的载体在目前表现最好，所以使用这种材料来进行实验。可移走载体策略的两个缺点是截留气泡和材料不兼容。在最初的实验中，使用过程中时不时会在载体和装置表面之间看到被截留的气泡。当驱动电压加在靠近截留气泡附近的电极时，观察到有电弧，这会损坏装置。已发现，在使用塑料薄膜之前以数滴硅油弄湿装置表面，可以解决这个问题。退火后，硅油蒸发掉，剩下无气泡密封。后一个问题即材料不兼容更令人关注。如果使用侵略性溶剂，载体内的材料可能会流失到溶液中，干扰试验。 在本发明的实验中，MALDI-MS谱上没有发现污染峰(包括由裸载体表面产生的对照质谱， 未示出)，但无法排除在其他设置中存在这个问题的可能性。既然各种各样的材料都能够用来形成载体(见上)，本申请人有信心在涂敷特富龙的食品包装膜不适用的情况下可以使用其他替代物。预装载体及其稳定性分析在研究可替换载体策略以克服污垢和交叉污染的过程中，已认识到这项技术还可以成为数字微流体的一项令人兴奋的创新的基础。将试剂预先沉积在载体上(并提供几个这样的载体)，这个策略将数字微流体技术转化为将试剂快速引入装置的一个便利的新平台，也可以解决微流体公知的外界至芯片接口的问题(见Fang等人在2002年发表的文章"A high-throughput continuous sample introduction interface formicrofluidic chip-based capillary electrophoresis systems"Analytical Chemistry 74 1223-1231 和 Liu 等人在 2003 年发表的文章“Solving the" World-to-chip 〃 Interfaceproblem with a microfluidic matrix，，Analytical Chemistry 75 :4718-4723)。为了阐明这个新策略，制备了预先弄有干消化酶斑点的食品包装膜，然后用数字微流体将含有模拟底物遍在蛋白的液滴递送至这些斑点。在培育一段适当时间后，将含有 MALDI基质的液滴递送至这些斑点，再使斑点干燥和退火。如图4所示，MALDI质谱与分析物的肽质量指纹预期的结果一致。事实上，当用蛋白质组学检索引擎MASCOT进行评价时， 性能是优异的，所有试验的序列涵盖率为50%或以上。在优化蛋白酶试验的预装载体策略过程中，已观察到这个方法是相当可靠的。首先，以嵌段式聚醚F68作为溶液添加剂，帮助分析物液滴(此处为遍在蛋白)移动；这种试剂已被发现能降低MALDI-MS的电离效率(参见Boemsen等人在 1997 发表的文章"Influence of solvents and detergents on matrix-assisted laserdesorption/ionization mass spectrometry measurements of proteins and oligonucleotides”Rapid Communications in Mass Spectrometry 11 :603-609)。幸运的是，此处的用量(0.0005% w/v)非常低，以致于观察不到该效应。其次，极少看到胰蛋白酶和α-胰凝乳蛋白酶的自溶峰，本申请人将之归因于酶与底物的比率低和反应时间短。第三，在初步试验中，确定了退火步骤(75°C，2min)不会影响干酶的活性。若以后使用对这些条件敏感的试剂，本申请人计划评价由不需要退火的材料(例如低粘性胶带)制成的载体。 无论如何，这些初步试验的可靠性能提示，这种策略最后可在广泛的领域得到应用，如免疫测定法或微阵列分析。如上所述，预装载体策略与在微通道中储存预装试剂的概念类似(见Linder等人，2005 ；Hatakeyama 等人，2006 ；Zheng 等人，2005 ；Furuberg 等人，2007 ；Garcia 等人， 2004 ；Zimmermann 等人，2008 ；以及 Chen 等人，2006 "Microfluidic cartridgespreloaded with nanoliter plugs of reagents :An alternative to 96-wel1 plates for screening，，Current Opinion in Chemical Biology 10:226-231)。与现有方法通常在使用后弃置装置不同，本发明的预装载体策略中，基本装置架构可以重复用于大量的试验中。另外，因为试剂(和得到的产物)都没有封装在通道内，所以它们的形式本质上是非常便于分析的。例如，在本研究中，这种形式是方便MALDI-MS检测的，但估计将来可以使用大范围的各类检测器，例如光阅读器和声敏感器。最后，虽然这种原理验证 (proof-of-principle)研究利用带有单个试剂斑点的食品包装膜载体，但估计将来可用微阵列斑点器(microarray spotter)来制作带有许多不同试剂的预装载进行多项分析。要用于实际应用中，预装载体必须能够在储存期间保持活性。要评价这些试剂斑点的储存期，本申请人实施了一项定量蛋白消化试验。该试验中的报道子是淬灭氟硼荧标记的酪蛋白，完整时具有低荧光，但被消化后具有高荧光。在该预装试剂稳定性试验中，含有报道子的液滴被驱动至预装胰蛋白酶斑点，培育后，用板阅读器测量液滴中的荧光信号 (如上所述，见Luk等人在 2008年发表的文章“Pluronicadditives :A solution to sticky problems in digital microfluidics, " Langmuir 24 :6382-6389 ；Barbulovic-Nad ^A ￠: 2008 ^^ "Digital microf luidics forcell-based assays" Lab on a Chip 8 :519-526 ；Miller 和 Wheeler 在 2008 年发表的文章“A digital microfluidic approach to homogeneous enzyme assays，，Analytical Chemistry80 :1614-1619)。在使用新制作的预装载体的初步实验中，已经确定，在所用浓度的情况下，反应在30分钟内完成。以内标罗丹明B修正校正误差、蒸发效应和随着时间推移发生的仪器零点漂移。在储存期实验中，预装载体在-20°C或-80°C储存不同时间(1、2、3、10、20、或30 天)。每个实验中，解冻载体后将它放在装置上，将液滴驱动至胰蛋白酶并培育30分钟，记录报导子/内标信号比。每种情况评价至少5个不同载体。如图5所示，储存期性能是优异的-载体在_80°C储存长30天仍能保存> 75%的原有活性。载体在_20°C储存同样时间仍能保存> 50%的原有活性。这种差异可能只是平均储存温度不同所致，或者反映了 -20°C 冷藏库的使用状态是自解冻模式(经常有温度起伏)，而-80°C冷藏库的温度是恒定不变的。无论如何，初步试验中这些载体的性能是优异的，可以预测，调节酶悬浮缓冲液的PH 或离子强度，或者加入稳定剂如海藻糖，一种已被广泛地使用在工业上保存干态蛋白质的二糖(见 Draber 等人在 1995 年发表的文章“^ability of monoclonal igm antibodies freeze—dried in the presence oftrehalose"Journal of Immunological Methods 181 37-4 ，在将来可以延长储存期限。
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简单地说，本发明人已经研究出一项新的数字微流体策略，实际上有助于无限地重复使用各种装置，而无需担心叉污染的问题，而且能够快速地替换预装试剂。本发明能够将数字微流体转化为芯片实验室(lab-on-a-chip)应用的多用途平台。此处采用的术语“包括”和“包含”应被解释为开放式的包括和包含，非排除性的。 具体地，当说明书包括权利要求书使用术语“包括”和“包含”及其变型时，指的是包括特定的特征、步骤或成分。这些术语不应被理解为排除其他特征、步骤或成分的存在。上述对本发明优选实施例的描述只是举例说明本发明的原理，不是将本发明限制于这些优选实施例。本发明的保护范围由所附权利要求书及其等同特征涵盖的所有实施例限定。相同的特征以相同的附图标记表示，即使这些附图标记只在图中出现而没有在说明书中特别指出。附图标记10 —次性预装载体11电绝缘薄片Ila电绝缘薄片的疏水前表面；前工作表面lib电绝缘薄片的后表面12预装试剂贮库13预选定位置14数字微流体装置15粘合剂16，16’电极阵列；电极阵列的表面17离散电极18预选定的个别电极19电极控制器20试剂液滴21对准标记22试剂液滴23形成图案的导电涂层24,24'第一基片；第一基片的表面25介电层
沈得到的反应产物27，27’第二基片；第二基片的表面观前次试验残留物29 空间30前次试验残留物31额外的电绝缘薄片31a, 31b额外的电绝缘薄片的疏水前表面；额外的电绝缘薄片的后表面32样本容器33溶剂液滴
34溶剂容器35,35'额外的电极阵列；额外的电极阵列的表面36移液器吸头
权利要求
1.一种与数字微流体装置(14)使用的预装试剂(1 的载体(10)，所述数字微流体装置包括由离散电极(17)排列而成的电极阵列(16)和电极控制器(19)，所述预装载体(10) 包括具有疏水前表面(Ila)和后表面(lib)的电绝缘薄片(11)，所述电绝缘薄片(11)可移走地连接在所述数字微流体装置(14)的所述电极阵列(16)的表面(16’ )上，当放置在所述数字微流体装置(14)的所述电极阵列(16)时，所述电绝缘薄片(11)覆盖所述离散电极 (17)，使得所述离散电极(17)相互电绝缘，并且与所述疏水前表面(Ila)上的液滴00，22， 33)电绝缘，其特征在于所述电绝缘薄片(11)具有一或多个试剂贮库(12)，所述一或多个试剂贮库(1 位于所述电绝缘薄片的所述疏水前表面(Ila)的一或多个预选定位置(13) 上；其中，操作时，所述数字微流体装置(14)的所述电极控制器(19)能够选择性地启动和停止所述离散电极(17)将液滴00，22，3 平移通过所述电绝缘薄片(11)的所述疏水前表面(Ila)；以及所述电绝缘薄片(11)的疏水前表面(Ila)上的所述一或多个预选定位置 (13)设置成可接近所述电绝缘薄片(11)的所述疏水前表面(Ila)上启动的液滴00，22， 33)。
2.一种数字微流体装置(14)，包括(a)第一基片(M)，所述第一基片04)具有安装在其表面04’)上由离散电极(17) 排列而成的电极阵列(16)；(b)电极控制器(19)，所述电极控制器(19)能够选择性地启动和停止所述电极阵列 (16)的所述离散电极(17)；以及(c)具有疏水前表面(Ila)和后表面(lib)的电绝缘薄片(11)，所述电绝缘薄片(11) 可移走地连接在所述数字微流体装置(14)的所述电极阵列(16)的表面(16’ )上，所述电绝缘薄片(11)使得所述电极阵列(16)的所述离散电极(17)相互电绝缘，并且与所述疏水前表面(Ila)上的液滴00，22，33)电绝缘；其特征在于所述电绝缘薄片(11)具有一或多个试剂贮库(12)，所述一或多个试剂贮库(1 位于所述电绝缘薄片(11)的疏水前表面(Ila)的一或多个预选定位置(1 上； 所述疏水前表面(Ila)上的所述一或多个预选定位置(1 设置成可接近所述电绝缘薄片 (11)的所述疏水前表面(Ila)上启动的液滴(20，22，33)，其中在所述数字微流体装置(14) 的所述电极控制器(19)控制下，选择性地启动和停止所述离散电极(17)能够将所述液滴 (20,22,33)平移通过所述电绝缘薄片(11)的所述疏水前表面(Ila)至所述一或多个试剂贮库(12)。
3.如权利要求1所述的载体(10)或者如权利要求2所述的数字微流体装置(14)，其特征在于所述电绝缘薄片(11)通过粘合剂(1 可连接或连接在所述电极阵列(16)的所述表面(16’ )上，其中所述粘合剂(1 接触所述电绝缘薄片(11)的所述后表面(lib)与所述电极阵列(16)的所述表面(16’ )和/或所述第一基片04)的所述表面04’)。
4.如上述权利要求中任一项所述的载体(10)或者如权利要求2所述的数字微流体装置(14)，其特征在于所述电绝缘薄片(11)和所述电极阵列(16)或所述第一基片04)各自包括当将所述电绝缘薄片(11)连接到所述电极阵列(16)时使所述电绝缘薄片(11)和所述电极阵列(16)对准的对准标记(21)，以致于所述电绝缘薄片(11)的所述疏水前表面 (Ila)上所述一或多个预选定位置(1 被选定与所述电极阵列(16)的一或多个预选定的个别电极(18)重叠。
5.如上述权利要求中任一项所述的载体(10)或者数字微流体装置(14)，其特征在于 所述电绝缘薄片(11)包括选自聚合物、塑料和蜡的材料。
6.如上述权利要求中任一项所述的载体(10)或者数字微流体装置(14)，其特征在于 所述电绝缘薄片(11)带有形成图案的导电涂层(23)，所述导电涂层能向所述电极阵列(16)提供参考或启动电压。
7.如上述权利要求中任一项所述的载体(10)或者数字微流体装置(14)，其特征在于 所述一或多个试剂贮库(1 包括单一种试剂或者至少两种试剂，每种情况下试剂选自包括干试剂或粘性凝胶试剂的组。
8.如权利要求7所述的载体(10)或者数字微流体装置(14)，其特征在于所述一或多个试剂贮库(1 是超过一个试剂贮库，其中每个试剂贮库(1 中至少一种试剂与其他所有试剂贮库中至少一个贮库所包含的试剂不同。
9.如上述权利要求中任一项所述的载体(10)或者数字微流体装置(14)，其特征在于 所述电绝缘薄片(11)包括在其所述后表面(lib)上的粘合剂(15)，所述粘合剂(1 能够接触所述电极阵列，使所述电绝缘薄片粘附于所述第一基片04)。
10.如权利要求2至9中任一项所述的数字微流体装置(14)，其特征在于所述装置包括直接加在所述电极阵列(16)的所述表面(16’ )上的介电层(25)，使得它夹在所述电极阵列(16)和所述电绝缘薄片(11)之间。
11.如权利要求2至10中任一项所述的数字微流体装置(14)，其特征在于所述装置还包括第二基片(27)，所述第二基片(XT)具有任选地是疏水表面的前表面07’)，其中所述第二基片(XT)与所述第一基片04)隔开，从而在所述第一基片04)和所述第二基片 (27)之间限定了一个空间( )，所述空间09)能够包含在所述第二基片(XT)的所述前表面(27’ )与所述第一基片04)的所述电极(16)上所述电绝缘薄片(11)的所述疏水前表面(Ila)之间的液滴00，22，33)。
12.如权利要求11所述的数字微流体装置(14)，其特征在于所述第二基片07)基本上是透明的。
13.如权利要求11或12所述的数字微流体装置(14)，其特征在于所述第二基片(XT) 的所述前表面、2V )不是疏水的，它包括具有后表面(31b)和疏水前表面(31a)的额外的电绝缘薄片(31)，所述额外的电绝缘薄片(31)可移走地连接在所述第二基片(XT)的所述前表面07’)上，其中所述后表面(31b)粘着于所述前表面07’)，所述额外的电绝缘薄片 (31)具有一或多个试剂贮库(12)，所述一或多个试剂贮库(1 位于所述额外的电绝缘薄片(31)的所述疏水前表面(31a)的一或多个预选定位置(1 上。
14.一种数字微流体装置(14)，包括(a)第一基片(M)，所述第一基片04)具有安装在其表面04’)上由离散电极(17) 排列而成的第一电极阵列(16)；(b)涂敷在所述第一电极阵列(16)上的介电层(25)，所述介电层0 具有疏水前表(c)电极控制器(19)，所述电极控制器(19)能够选择性地启动和停止所述第一电极阵列(16)的所述离散电极(17)；(d)具有前表面07’)的第二基片(27)，其中所述第二基片07)与所述第一基片04)隔开，从而在所述第一基片04)和所述第二基片07)之间限定了一个空间09)；(e)具有疏水前表面(31a)和后表面(31b)的电绝缘薄片(31)，所述电绝缘薄片(31) 可移走地连接在所述第二基片(XT)的所述前表面07’)上；其特征在于所述电绝缘薄片(31)的所述疏水前表面(31a)具有一或多个试剂贮库 (12)，所述一或多个试剂贮库(1 位于所述疏水前表面(31a)的一或多个预选定位置(13) 上；所述数字微流体装置(14)能够包含在所述电绝缘薄片(31)的所述疏水前表面(31a) 与所述介电层0 的所述疏水前表面之间的液滴(20，22，33)，所述疏水前表面(31a)上的所述一或多个预选定位置(1 设置成可接近所述介电层0 的所述疏水前表面上启动的液滴 00，22，33)。
15.如权利要求13或14所述的数字微流体装置(14)，其特征在于所述装置包括安装在所述第二基片(XT)的所述前表面07’ )上额外的电极阵列(35)，所述额外的电极阵列 (35)被具有疏水前表面(31a)的所述额外的电绝缘薄片(31)所覆盖。
16.如权利要求15所述的数字微流体装置(14)，其特征在于所述装置包括夹在所述额外的电绝缘薄片(31)和所述额外的电极阵列(3 以及所述第二基片(XT)的所述前表面07’ )之间的介电层05)。
17.一种数字微流体装置(14)，包括(a)第一基片(M)，所述第一基片04)具有安装在其表面04’)上由离散电极(17) 排列而成的第一电极阵列(16)；(b)电极控制器(19)，所述电极控制器(19)能够选择性地启动和停止所述第一电极阵列(16)的所述离散电极(17)；(c)具有疏水前表面(Ila)和后表面(lib)的电绝缘薄片(11)，所述电绝缘薄片(11) 可移走地连接在所述数字微流体装置(14)的所述电极阵列(16)的表面(16’ )上，所述电绝缘薄片(11)使得所述电极阵列(16)的所述离散电极(17)相互电绝缘，并且与所述疏水前表面(Ila)上的液滴00，22，33)电绝缘；(d)具有前表面07’)的第二基片(27)，其中所述第二基片(XT)与所述第一基片04) 隔开，从而在所述第一基片04)和所述第二基片(XT)之间限定了一个空间09)；其特征在于所述电绝缘薄片(11)具有一或多个试剂贮库(12)，所述一或多个试剂贮库(1 位于所述电绝缘薄片(11)的所述疏水前表面(Ila)的一或多个预选定位置(13) 上；所述疏水前表面(Ila)上的所述一或多个预选定位置(1 设置成可接近所述电绝缘薄片(11)的所述疏水前表面(Ila)上启动的液滴(20，22，33)，其中所述数字微流体装置 (14)还包括连接在所述第二基片(XT)的所述前表面07’ )上的疏水层；所述数字微流体装置(14)能够包含在所述第二基片(XT)的所述前表面07’ )与所述电绝缘薄片(11)的所述疏水前表面(Ila)之间的液滴(20，22，33)，所述疏水前表面(Ila)上的所述一或多个预选定位置(1 设置成可接近所述电绝缘薄片(11)的所述疏水前表面(Ila)上启动的液滴 00，22，33)。
18.一种数字微流体方法，所述方法包括以下步骤(a)制备数字微流体装置(14)，所述数字微流体装置(14)包括在第一基片04)上由离散电极(17)排列而成的电极阵列(16)；以及电极控制器(19)，所述电极控制器与所述离散电极(17)排列而成的所述电极阵列(16)连接，用于向所述离散电极(17)施加选定的电压图案以选择性地启动和停止所述离散电极(17)，从而将液体样本液滴(20,2 在所述离散电极(16)上以所希望的途径通过所述电极阵列(16)；(b)提供可移走的和可连接的电绝缘薄片(11)，所述电绝缘薄片(11)具有疏水前工作表面(Ila)和后表面(lib)；(c)将所述电绝缘薄片(11)的所述后表面(lib)可移走地连接在所述数字微流体装置 (14)的所述电极阵列(16)的表面(16’)上，所述电绝缘薄片(11)具有一或多个试剂贮库 (12)，所述一或多个试剂贮库(1 位于所述电绝缘薄片(11)的所述前工作表面(Ila)的一或多个预选定位置(1 上，并将所述电绝缘薄片(11)的所述前工作表面(Ila)上的所述一或多个预选定位置(1 设置成可接近所述电绝缘薄片(11)的所述前工作表面(Ila) 上启动的液滴；(d)进行试验，引导一或多个样本液滴(20,2 通过所述前工作表面(Ila)至所述一或多个试剂贮库(12)，藉此将所述一或多个样本液滴(20,2 递送至由所述一或多个样本液滴(20,2 重新组成的所述一或多个试剂贮库(12)，并与所述一或多个试剂贮库(1 包含的至少一种选定试剂混合；(e)将所述一或多个试剂贮库(1 的至少一个中在所述混合的样本液滴(20,2 和所述至少一种选定试剂之间形成而得到的反应产物06)分离出来；以及(f)从所述数字微流体装置(14)的所述电极阵列(16)的所述表面(16’)移走所述可移走的连接的电绝缘薄片(11)。
19.如权利要求18所述的数字微流体方法，其特征在于所述电绝缘薄片(11)通过粘合剂(1 连接在所述电极阵列(16)的所述表面(16’)上，其中所述粘合剂(1 接触所述电绝缘薄片(11)的所述后表面(lib)与所述电极阵列(16)的所述表面(16’)和/或所述第一基片(24)的表面(24' ) ο
20.如权利要求18或19所述的数字微流体方法，其特征在于所述后表面(lib)连接在所述电极阵列(16)的所述表面(16’ )上。
21.如权利要求18至20中任一项所述的数字微流体方法，其特征在于通过以下方式为新的试验准备所述数字微流体装置(14)(b)提供可移走的和可连接的电绝缘薄片(11)，所述电绝缘薄片(11)具有疏水前工作表面(Ila)和后表面(lib)；以及(c)将所述电绝缘薄片(11)的所述后表面(lib)可移走地连接在所述数字微流体装置(14)的所述电极阵列(16)的所述表面(16’ )上，所述电绝缘薄片(11)具有一或多个试剂贮库(12)，所述一或多个试剂贮库(1 位于所述电绝缘薄片(11)的所述前工作表面 (Ila)的一或多个预选定位置(13)上，并将所述电绝缘薄片(11)的所述前工作表面(Ila) 上的所述一或多个预选定位置(1 设置成可接近所述电绝缘薄片(11)的所述前工作表面 (Ila)上启动的液滴。
22.如权利要求18至21中任一项所述的数字微流体方法，其特征在于所述方法包括分析所述得到的反应产物06)的步骤(g)。
23.如权利要求22所述的数字微流体方法，其特征在于所述分析所述反应产物06) 的步骤(g)在根据步骤(f)移走所述可移走的连接的电绝缘薄片(11)之前或之后进行。
24.如权利要求18至23中任一项所述的数字微流体方法，其特征在于所述引导一或多个样本液滴(20,2 通过所述前工作表面(Ila)的步骤(d)包括从一或多个样本容器 (32)分配所述一或多个液滴(20，22，33)，所述一或多个样本容器(3 安装在接近位于由所述离散电极(17)排列而成的所述阵列(16)上的所述电绝缘薄片(11)的所述前工作表面(Ila)。
25.如权利要求18至M中任一项所述的数字微流体方法，其特征在于所述一或多个试剂贮库(1 包括用于细胞粘着的生物底物。
26.如权利要求18至25中任一项所述的数字微流体方法，其特征在于在步骤(d)将所述一或多个样本液滴(20,2 暴露于所述至少一个选定试剂贮库(1 后，将每个样本液滴(20,2 与所述至少一种选定试剂的混合物平移通过所述离散电极(17)，并与一或多种其他样本液滴(20,2 合并和混合。
27.如权利要求18至沈中任一项所述的数字微流体方法，其特征在于在步骤(d)将所述一或多个样本液滴(20,2 暴露于所述至少一个选定试剂贮库(1 后，将每个样本液滴00，22)与所述至少一种选定试剂的混合物平移通过所述离散电极(17)，并暴露于至少一个选定试剂贮库(12)。
28.如权利要求18至25中任一项所述的数字微流体方法，其特征在于在步骤(d)将所述一或多个样本液滴(20,2 暴露于所述至少一个选定试剂贮库(1 后，将每个样本液滴O0，22)与所述至少一种选定试剂的混合物分割为一或多个附加样本液滴，并处理、收集和分析所述一或多个附加样本液滴。
29.如权利要求18至观中任一项所述的数字微流体方法，其特征在于在步骤(d)包括从与所述前工作表面(Ila)保持流动连通状态的一或多个溶剂容器(34)将一或多种溶剂的一或多个液滴(3 引导至所述一或多个选定的离散电极(17)，以在引导所述一或多个样本液滴(20,2 至所述一或多个选定的离散电极(17)之前溶解所述一或多种试剂。
30.如权利要求25至四中任一项所述的数字微流体方法，其特征在于所述生物底物包括纤连蛋白、胶原蛋白、层粘连蛋白、多熔素中任一个及其组合。
31.一种实施如权利要求18至30中任一项所述的数字微流体方法的试剂盒，其特征在于所述试剂盒包括如权利要求1或3至9中任一项所述的预装试剂(12)的载体(10)。
32.如权利要求31所述的试剂盒，其特征在于所述试剂盒包括如权利要求2至17中任一项所述的数字微流体装置(14)。
33.如权利要求31或32所述的试剂盒，其特征在于所述载体(10)与多种其他载体 (10)包装在一个包装内。
34.如权利要求33所述的试剂盒，其特征在于包装在一个包装内的所述载体中每种载体具有相同数量的试剂贮库(12)，其中每个贮库(1 包括相同的试剂组成。
全文摘要
本发明提供可替换的预装试剂的载体(10)，较佳地为塑料薄片形式，这些载体可暂时施加在数字微流体装置(14)的电极阵列(16)上。载体(10)事实上有助于无限地重复使用数字微流体装置(14)，避免了在其电极阵列(16)上的交叉污染，而且能够快速替换预装试剂(12)，并能桥接数字微流体装置(14)的外界与芯片接口。本发明能够将数字微流体转化为芯片实验室应用的多用途平台。
文档编号B01L3/00GK102164675SQ200980139397
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年10月1日
发明者A·R·惠勒, H·杨, I·巴布洛维科-纳德, M·阿布德尔盖瓦德 申请人:多伦多大学管理委员会, 泰肯贸易股份公司