用于流体致动的装置和方法与流程

用于流体致动的装置和方法
1.相关申请的交叉引用本技术要求于2019年6月3日提交的美国临时专利申请62/856,574的权益，该申请以其整体通过引用并入本文。


背景技术：

2.公开主题的领域所公开主题涉及用于流体致动的装置、系统和方法，例如用于减少或最小化数字微流控（microfluidic）装置中的盖挠曲，其可用于数字微流控和分析物检测装置以进行分析物分析。
3.相关技术的描述分析装置通常需要处理样品（例如生物流体），以制备和分析离散体积的样品。数字微流控允许处理离散体积的流体，包括电移动、混合和分裂设置在两个表面之间的缝隙中的流体液滴，其中两个表面中的至少一个包括涂覆有疏水性材料和/或介电材料的电极阵列。此外，数字微流控允许使用可以被快速分析的微小样品并且采用最小化仪器进行准确且精确而又灵敏的分析。
4.数字微流控装置可以包括在集成装置中，例如用于进行分析物分析的集成装置。此类装置可以通过接合由缝隙间隔开的对立的基材来形成。基材可以使用可以具有不同的柔性特性的多种材料形成。使用某些基材材料，例如相对柔性的材料，至少部分由于基材的重量和/或来自设置在缝隙中的液滴的表面张力，基材会挠曲或变形。因此，基材会挠曲或变形，例如在诸如围绕装置中心的区域中和在远离边缘的其他区域中。此类挠曲会影响数字微流控装置和/或与其集成的分析物检测模块的准确度和/或灵敏度。
5.因此，仍然需要改进此类装置和系统。此类改进包括，例如，减少或最小化装置组件的变形或挠曲以允许使用柔性材料来形成此类装置。
6.概述所公开主题的目的和优点将在以下描述中阐明并从以下描述中显而易见，以及将通过所公开主题的实践而习得。所公开主题的附加优点将通过在书面描述及其权利要求中以及从附图中特别指出的方法和系统来实现和获得。
7.为了实现这些和其他优点并且根据所公开主题的目的，如所体现和广泛描述的，所公开主题包括数字微流控装置。所述装置通常包括第一基材和第二基材，所述第一基材和所述第二基材在侧视图中彼此大体平行地对齐且其间限定有缝隙。所述第一基材和所述第二基材中的至少一个具有第一电极阵列、与所述第一阵列间隔开并且与其电连通的第二电极阵列、以及限定于所述第一电极阵列和所述第二电极阵列之间的第一间隙区域。所述第一电极阵列和所述第二电极阵列中的所述至少一个被配置为在致动区域内产生电致动力以在所述缝隙内沿着所述第一基材和所述第二基材中的至少一个推动至少一个液滴。至少一个间隔件被设置在所述第一间隙区域内以保持所述第一基材和所述第二基材之间的所述缝隙。
8.所述第一电极阵列可以靠近所述第一基材和所述第二基材中的所述至少一个的中心区域设置，并且所述第二电极阵列可以靠近所述第一基材和所述第二基材中的所述至少一个的周边区域并与其中心区域间隔开设置。所述第一基材和所述第二基材中的所述至少一个可以进一步包括设置在其上的第三电极阵列以及限定于所述第一电极阵列和所述第三电极阵列之间的第二间隙区域，所述第三电极阵列与所述第二电极阵列相对设置且所述第一电极阵列位于其间，至少一个间隔件被设置在所述第二间隙区域内。
9.所述至少一个间隔件可以包括穿过其中延伸并在平面图中与所述第一电极阵列对齐的第一开口。至少一个间隔件可以包括穿过其中延伸并在平面图中与所述第二电极阵列对齐的第二开口。所述第一基材和所述第二基材中的至少一个可以进一步包括设置在其上的第三电极阵列，并且所述至少一个间隔件包括穿过其表面延伸并在平面图中与所述第三电极阵列对齐的第三开口。
10.所述第一基材、所述第二基材和所述至少一个间隔件可以各自包括至少一个紧固件孔，所述至少一个紧固件孔被对齐以接收穿过所述第一基材、所述第二基材和所述至少一个间隔件的对应紧固件孔的紧固件。所述第一基材、所述第二基材和所述至少一个间隔件可以各自包括四个紧固件孔，所述四个紧固件孔各自靠近所述第一基材、所述第二基材和所述至少一个间隔件的对应角设置。
11.所述装置可以进一步包括框架，所述框架被配置为接收和对齐所述第一基材、所述第二基材和所述至少一个间隔件。所述框架可以具有至少一个框架紧固件孔，如果提供，所述至少一个框架紧固件孔与所述第一基材、所述第二基材和所述至少一个间隔件的对应紧固件孔中的至少一个对齐，以接收穿过所述至少一个框架紧固件孔的所述紧固件。
12.所述至少一个间隔件可以在第一接触点和第二接触点处设置在所述第一基材和所述第二基材之间，所述第一接触点沿所述缝隙与所述第二接触点间隔开一个跨度的距离。所述距离可以在约1mm至约60mm的范围内。所述第一基材可以在所述第一接触点处与所述第二基材间隔第一高度，并且所述第一基材可以在所述跨度的中点处与所述第二基材间隔第二高度，所述第一高度和所述第二高度之间的差异限定挠曲量，当所述至少一个液滴靠近所述中点设置时，所述挠曲量在约0.05
µ
m至约180
µ
m的范围内。
13.所述第一基材和所述第二基材中的所述至少一个可以包括非导电层和耦接到所述非导电层的导电层，所述导电层具有限定在其中的电极阵列。所述第一基材和所述第二基材中的所述至少一个可以包括设置在所述电极阵列上方的疏水层和介电层中的至少一个。所述电极阵列可以使用光刻、激光烧蚀和喷墨印刷中的至少一种来在所述第一基材和所述第二基材中的所述至少一个上形成。所述第一电极阵列和所述第二电极阵列中的至少一个可以被配置为形成外部电连接。所述第一基材和所述第二基材中的至少一个可以包括形成在其中的井阵列和纳米孔层中的至少一种。
14.所述间隔件可以由柔性或非柔性材料制成。出于实例的目的，所述间隔件可包含pet、pmma、玻璃、硅中的至少一种。如本文进一步描述的，所述间隔件可以在一侧或两侧包含粘合剂。出于实例的目的，所述间隔件可以包括双面胶带。如本文所体现的，所述间隔件可以具有约100
µ
m至约200
µ
m的宽度。所述至少一个间隔件可以包括垫片（shim）、球形珠和凸起特征中的至少一种。
15.所述第一基材或所述第二基材中的至少一个可以包含pet、pmma、cop、coc和pc中
的至少一种。如本文所体现的，所述第一基材或所述第二基材中的所述至少一个的宽度可以为约100
µ
m至约500
µ
m。
16.根据所公开主题的另一方面，提供了一种制造数字微流控装置的方法。所述方法包括在第一基材和第二基材中的至少一个上形成第一电极阵列和第二电极阵列且其间具有第一间隙区域，所述第一电极阵列和所述第二电极阵列中的至少一个被配置为在致动区域内产生电致动力以在侧视图中被限定在所述第一基材和所述第二基材之间的缝隙内沿着所述第一基材和所述第二基材中的所述至少一个推动至少一个液滴。所述方法进一步包括靠近至少一个间隔件的对立侧接合所述第一基材和所述第二基材以形成芯片组装件，所述至少一个间隔件设置在所述第一间隙区域中以保持所述第一基材和所述第二基材之间的所述缝隙。
17.根据所公开主题的另一方面，提供了一种数字微流控和分析物检测装置。所述装置通常包括第一基材和第二基材，所述第一基材和所述第二基材在侧视图中彼此大体平行地对齐且其间限定有缝隙。所述第一基材和所述第二基材中的至少一个具有第一电极阵列、与所述第一阵列间隔开并且与其电连通的第二电极阵列、以及限定于所述第一电极阵列和所述第二电极阵列之间的第一间隙区域。分析物检测装置被限定在所述第一基材和所述第二基材中的至少一个中，并且所述第一电极阵列和所述第二电极阵列中的至少一个被配置为在致动区域内产生电致动力以在所述缝隙内沿着所述第一基材和所述第二基材中的所述至少一个将至少一个液滴推至所述分析物检测装置。至少一个间隔件设置在所述第一间隙区域内以保持所述第一基材和所述第二基材之间的缝隙。
18.应当理解，前述一般描述和以下详细描述均为示例性的并且旨在提供对所要求保护的所公开主题的进一步解释。
19.包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图是为了图示说明和提供对所公开主题的进一步理解而被包括。与描述一起，附图用于解释所公开主题的原理。
20.附图简述图1a是根据所公开主题的集成数字微流控和分析物检测装置的示例性分析物检测模块的示意性侧视图。
21.图1b是根据所公开主题的集成数字微流控和分析物检测装置的另一示例性分析物检测模块的示意性侧视图。
22.图2是根据所公开主题的集成数字微流控和分析物检测装置的示例性实施方案的示意性平面图。
23.图3是根据所公开主题的具有示例性间隔件的集成数字微流控和分析物检测装置的示例性实施方案的分解透视图。
24.图4a是根据所公开主题的具有替代间隔件的集成数字微流控和分析物检测装置的另一示例性实施方案的示意性侧视图。
25.图4b是根据所公开主题的具有替代间隔件的集成数字微流控和分析物检测装置的另一示例性实施方案的示意性侧视图。
26.图4c是根据所公开主题的具有替代间隔件的集成数字微流控和分析物检测装置的另一示例性实施方案的示意性侧视图。
27.图5a是根据所公开主题的图3的示例性装置被插入到框架中的透视图。
28.图5b是根据所公开主题的图3的示例性装置被设置在框架中的透视图。
29.图6是图示说明根据所公开主题的用于形成集成数字微流控和分析物检测装置的示例性技术的图。
30.描述现在将详细参考所公开主题的各种示例性实施方案，其中示例性实施方案在附图中图示说明。将结合系统的详细描述来描述所公开主题的结构和对应操作方法和使用方法。
31.本文描述的系统、装置和方法涉及流体致动，包括减少或最小化数字微流控装置中的盖挠曲，其可用于数字微流控和分析物检测装置以进行分析物分析。如本文可互换使用的，“数字微流控（dmf）”、“数字微流控模块（dmf模块）”或“数字微流控装置（dmf装置）”是指利用数字或基于液滴的微流控技术来处理液滴形式的离散的小体积液体的模块或装置。数字微流控利用乳液科学的原理以在通道中生成流体-流体分散体（例如，油包水乳液），因此可以产生单分散的液滴或气泡或具有非常低的多分散性。数字微流控基于可重构网络内不连续流体液滴的显微操作。通过组合液滴形成、易位、分裂和合并的基本操作，可以编写复杂的指令。
32.数字微流控对离散体积的流体进行操作，所述流体可以通过二进制电信号进行处理。通过使用离散的单位体积液滴，微流控操作可以被定义为一组重复的基本操作，例如，将一个单位的流体移动一个单位的距离。可以使用液体的表面张力特性形成液滴。液滴的致动基于电极产生的静电力的存在，该电极放置在液滴位于其上的底表面的下方。可以使用不同类型的静电力来控制液滴的形状和运动。一种可用于产生上述静电力的技术是基于介电泳，介电泳依赖于液滴和周围介质之间的介电常数差异，并且可以利用高频ac电场。可用于产生上述静电力的另一种技术是基于电润湿，电润湿依赖于存在于表面上的液滴和该表面之间的表面张力对被施加到该表面的电场的依赖性。
33.如本文所用，“样品”、“测试样品”或“生物样品”是指含有或怀疑含有考虑的分析物的流体样品。样品可以源自任何合适的来源。如本文所体现的，样品可以包括液体、流动微粒固体或固体颗粒的流体悬浮液。如本文所体现的，可以在本文所述的分析之前处理样品。例如，样品可以在分析之前从来源中分离或纯化；然而，如本文所体现的，可以直接分析包含分析物的未处理样品。分析物分子的来源可以是合成的（例如，实验室中生产的）、环境（例如空气、土壤、流体样品，例如水供应等）、动物（例如哺乳动物、爬行动物、两栖动物或昆虫）、植物或其任何组合。例如但不限于，如本文所体现的，分析物的来源是人类人体物质（例如，体液、血液、血清、血浆、尿液、唾液、汗液、痰、精液、粘液、泪液、淋巴液、羊水、间质液、肺灌洗液、脑脊液、粪便、组织、器官等）。组织可以包括但不限于骨骼肌组织、肝组织、肺组织、肾组织、心肌组织、脑组织、骨髓、子宫颈组织、皮肤等。样品可以是液体样品或固体样品的液体提取物。在某些情况下，样品的来源可以是器官或组织，例如活检样品，其可以通过组织分解或细胞裂解而溶解。
34.如本文所体现和如本文进一步描述的，集成数字微流控和分析物检测装置可具有两个模块：样品制备模块和分析物检测模块。如本文所体现的，样品制备模块和分析物检测模块是分开的或分开且相邻的。如本文所体现的，样品制备模块和分析物检测模块是共同定位的、混合的或交叉的。样品制备模块可以包括多个电极，用于移动、合并、稀释、混合、分
离样品和试剂的液滴。分析物检测模块（或“检测模块”）可以包括在其中检测与分析物有关的信号的井阵列。如本文所体现的，检测模块还可以包括多个电极，用于将制备的样品的液滴移动到井阵列。如本文所体现的，检测模块可以包括在第一基材（例如，上基材）中的井阵列，该第一基材被设置在由缝隙间隔开的第二基材（例如，下基材）上方。以此方式，井阵列呈倒置取向。如本文所体现的，检测模块可以包括在第二基材（例如，下基材）中的井阵列，该第二基材被设置在由缝隙间隔开的第一基材（例如，上基材）下方。如本文所体现的，第一基材和第二基材呈面对布置。可以使用存在于第一基材和/或第二基材中的一个或多个电极将液滴移动（例如，通过电致动）至井阵列。如本文所体现的，包括井之间的区域的井阵列可以是疏水的。替代地，多个电极可以限于样品制备模块并且可以使用其他手段将制备的样品的液滴（和/或不混溶流体的液滴）移动到检测模块。
35.基于液滴的微流控是指经由有源或无源力产生和致动（例如移动、合并、分裂等）液滴。有源力的实例包括但不限于电场。示例性的有源力技术包括电润湿、介电泳、光电润湿、电极介导、电场介导、静电致动等或其组合。例如，并且如本文进一步描述的，该装置可以经由基于液滴的微流控如电润湿或经由电润湿和液滴的连续流体流的组合来在缝隙中跨第一层的上表面（或第二层的上表面，当存在时）致动液滴。替代地，该装置可包括微通道以将液滴从样品制备模块传送到检测模块。作为进一步的替代方案，该装置可以依赖于经由基于液滴的微流控在缝隙中跨疏水层的表面致动液滴。电润湿可以涉及通过向表面施加电场并影响存在于该表面上的液滴和表面之间的表面张力来改变表面的润湿特性。连续流体流可用于经由外部压力源，例如外部机械泵或集成机械微泵，或毛细管力和电动机构的组合移动液滴。无源力的实例包括但不限于t型结与流动聚焦方法。无源力的其他实例包括使用密度更大的不混溶液体，例如重油流体，其可以耦接到第一基材表面上的液滴并跨表面移动液滴。密度更大的不混溶液体可以是密度比水大并且不与水混合至可观的程度的任何液体。例如，不混溶液体可以是烃类、卤代烃类、极性油、非极性油、氟化油、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃、1-己醇等。
36.根据所公开主题的方面，提供了一种数字微流控装置。该装置通常包括第一基材和第二基材，第一基材和第二基材在侧视图中彼此大体平行地对齐且其间限定有缝隙。第一基材和第二基材中的至少一个具有第一电极阵列、与第一阵列间隔开并且与其电连通的第二电极阵列、以及限定于第一电极阵列和第二电极阵列之间的第一间隙区域。第一电极阵列和第二电极阵列中的至少一个被配置为在致动区域内产生电致动力以在缝隙内沿着第一基材和第二基材中的所述至少一个推动至少一个液滴。至少一个间隔件被设置在第一间隙区域内以保持第一基材和第二基材之间的缝隙。
37.附图（其中相同的附图标记遍及各个视图指代相同或功能相似的元件）用于根据所公开主题进一步图示说明各种实施方案并解释全部的各种原理和优点。出于解释和说明而非限制的目的，根据所公开主题的用于流体致动，例如用于减少或最小化数字微流控装置中的盖挠曲的装置的示例性实施方案在图1a-图6中示出。
38.图1a图示了集成数字微流控和分析物检测装置10的示例性分析物检测模块。装置10包括分析物检测模块，该分析物检测模块包括第一基材11和第二基材12，其中第二基材12大体平行于第一基材对齐且其间有缝隙13。如本文所体现的，第二基材12可以定位在第一基材11上方，或者替代地，第二基材12可以定位在第一基材11下方。即，术语“第一”和“第
二”是可互换的并且在本文中仅用作参考点。如图1a所示，第二基材12可以与第一基材11等长。替代地，第一基材11和第二基材12可以具有不同的长度。
39.第一基材11和第二基材12中的至少一个包括被限定在其中的电极阵列。例如但不限于，并且如本文所体现的，第一基材11可以包括定位在第一基材11的上表面上的多个电极以限定电极阵列。电极阵列，例如但不限于在图3-图4b中示出的电极阵列200或400并在本文进一步讨论的，被配置为产生电致动力以沿着第一基材11和第二基材12中的所述至少一个推动至少一个液滴，如本文进一步讨论的。尽管在第一基材11中描绘了多个电极17，但是根据所公开主题的装置可以在第一基材11、第二基材12或第一基材和第二基材二者中具有电极。
40.仍然参考图1a，装置10可以包括第一部分15，其中可以将液滴，例如样品液滴、试剂液滴等引入到第一基材11和第二基材12中的至少一个上。装置10可以包括第二部分16，可以朝向第二部分16推动液滴。第一部分15也可称为样品制备模块，并且第二部分16可称为分析物检测模块。例如，可以经由液滴致动器（未示出）将液体引入到缝隙13中。替代地，液体可以经由流体入口、接口或通道进入到缝隙中。如本文进一步讨论的，例如关于图6，装置10可包括用于容纳样品、洗涤缓冲液、结合元件（binding members）、酶底物、废液等的室。分析试剂可容纳在作为集成装置的一部分的外部储器中，其中在需要用于具体的分析步骤时可以将预定体积从储器推到装置表面。此外，分析试剂可以以干燥的、印刷的或冻干的试剂的形式沉积在装置上，其中它们可以储存延长的时间而不会失去活性。此类干燥的、印刷的或冻干的试剂可以在分析物分析之前或期间再水合。
41.进一步参考图1a，介电/疏水材料层18可以设置在第一基材的上表面上。例如但不限于，并且如本文所体现的，特氟隆（teflon）可以用作介电材料和疏水材料二者。然而，如本文进一步描述的，可以使用具有介电和疏水特性的任何合适的材料。层18可以包覆电极阵列中的多个电极17。替代地，并且例如在图1b中描绘的示例性装置中示出的，介电材料层38可以设置在第一基材的上表面上并且包覆电极阵列的多个电极17。疏水材料层34可以覆盖在介电层38上。以此方式，具有介电特性和疏水特性的材料的任何合适组合可用于分别形成层38和层34，如本文进一步描述的。
42.第一基材11和第二基材12中的至少一个具有井阵列19。例如但不限于，并且参考图1a，井阵列19可以定位在装置的第二部分16中的第一基材11的层18中。参考图1b，井阵列19可替代地定位在层34中。虽然本文参考第一基材11中的井阵列19，但井阵列19可以定位在第一基材11、第二基材12或第一基材和第二基材二者上。如本文所体现的，多个电极17和井阵列19可以限定在第一基材或第二基材中的同一个中。替代地，多个电极17和井阵列19可以限定在不同的基材中。
43.第一基材和第二基材可以由柔性材料制成，例如纸（具有喷墨印刷电极）或聚合物，例如pet、pmma、cop、coc和pc。替代地，第一基材和第二基材可由非柔性材料制成，例如印刷电路板、塑料或玻璃或硅。出于说明而非限制的目的，如本文所体现的，基材中的一个或两个可以由单个片材制成，该片材可以经历后续处理以生成多个电极。如本文所体现的，一组或多组多个电极可以在基材上制造，该基材可以被切割以形成覆盖有多个电极的多个基材。例如但不限于，电极可以经由一般的粘合剂或焊料结合到导电层的表面。
44.电极可由金属、金属混合物或合金、金属-半导体混合物或合金、或导电聚合物组
成。金属电极的一些实例包含铜、金、铟、锡、氧化铟锡和铝。例如，介电层包含绝缘材料，其具有低电导率或能够维持静电场。例如，介电层可以由瓷（例如陶瓷）、聚合物或塑料制成。疏水层可由具有疏水特性的材料制成，例如特氟隆和通用碳氟化合物。在另一实例中，疏水材料可以是含氟表面活性剂（例如，fluoropel）。在包括沉积在介电层上的亲水层的实施方案中，亲水层可以是玻璃、石英、二氧化硅、金属氢氧化物或云母的层。
45.多个电极可以包括每单位面积的第一基材的一定数量的电极，该数量可以基于电极的尺寸和交叉指型电极的存在或不存在而增加或减少。电极可以使用多种工艺制造，包括电极的光刻、原子层沉积、激光划线或蚀刻、激光烧蚀、柔性印刷和喷墨印刷。例如但不限于，可以将特定的掩模图案施加到设置在第一基材的上表面上的导电层，然后激光烧蚀暴露的导电层以在第一基材上产生多个电极。
46.图2是根据所公开主题的集成数字微流控和分析物检测装置的示例性实施方案的平面图。数字微流控模块被描绘为具有形成电极阵列1049的多个电极，这些电极可操作地连接到多个储器1051。如本文所述的，多个储器1051可用于产生待输送至分析物检测模块1060的液滴。例如，一个或多个储器1051可以容纳试剂或样品。不同的试剂可以存在于不同的储器中。在微流控模块1050中还描绘了将电极阵列1049连接到电源（未示出）的接触垫1053。未描绘将电极阵列1049连接到接触垫的迹线。电极阵列1049可以将一个或多个液滴，例如但不限于缓冲液液滴或含有缓冲液和/或标记（例如但不限于，裂解的标记或解离的适体）的液滴输送至分析物检测模块1060。分析物检测模块1060可以是用于检测分析物的任何模块，例如但不限于单分子检测模块，例如纳米井模块或纳米孔模块。在美国专利申请公开2018/0095067中描述了与所公开主题一起使用的分析物检测模块的附加细节和实例，所述申请通过引用以其整体并入本文。
47.例如并且如本文所体现的，由多个电极产生的电势跨数字微流控装置的表面推动形成在包覆多个电极的第一层（或第二层，当存在时）的上表面上的液滴以被井阵列接收。以这种方式，每个电极可以独立地跨数字微流控装置的表面推动液滴。
48.图3图示了根据所公开主题的具有间隔件的示例性集成数字微流控和分析物检测装置300。例如，如图3所示，出于说明而非限制的目的，装置300包括第一基材310、第二基材312和间隔件314。第一基材310和第二基材312彼此大体平行地对齐且其间具有用于放置间隔件314的缝隙。
49.第一基材310包括第一电极阵列320、第二电极阵列322和第三电极阵列324。第二电极阵列322与第一电极阵列320间隔开并且与其电连通。第三电极阵列324也与第一电极阵列320间隔开并且与其电连通。此外，空隙间隔326在第一基材310上位于第一电极阵列320和第二电极阵列322之间，并且空隙间隔328在第一基材310上位于第一电极阵列320和第三电极阵列324之间。
50.出于实例的目的，第一电极阵列320和第二电极阵列322中的至少一个可以被配置为形成外部电连接。如本文所体现的，第二电极阵列322和第三电极阵列324可以各自被配置为形成外部电连接。出于实例的目的，并且如本文所体现的，第二电极阵列322和第三电极阵列324可以限定用于进行外部电连接的接触垫。如本文所体现的，可以在第二电极阵列322和第三电极阵列324的接触垫与弹簧（pogo）针之间进行外部电连接。第二电极阵列322和第三电极阵列324可以与第一电极阵列320电连通，并且可以将电能从弹簧针传送到第一
电极阵列320以在致动区域内产生电致动力。
51.仍然参考图3，第一电极阵列320靠近第一基材310的中心定位，并且第二电极阵列322和第三电极阵列324靠近第一基材310的周边并与其中心间隔开定位。第三电极阵列324位于装置300的与第二电极阵列322的对侧，并且第一电极阵列324位于第三电极阵列324和第二电极阵列322之间。第一基材310和第二基材320可以各自包含pet、pmma、cop、coc和pc或者任何其他合适的材料中的至少一种。此外，第一基材310和第二基材320各自的宽度可以为约100
µ
m至约500
µ
m。
52.第一基材310还包括靠近第一基材310的角设置的孔330、332、334、336。出于说明而非限制的目的，孔330、332、334、336可被配置为对齐孔，例如以将第一基材310与间隔件314和第二基材312对齐并接收穿过其中的紧固件。如本文所体现的，第一电极阵列320、第二电极阵列322或第三电极阵列324中的至少一个被配置为产生电致动力以在由第一电极阵列320、第二电极阵列322或第三电极阵列324中的至少一个限定的致动区域内沿着第一基材310和第二基材320之间的间隔推动一个或多个液滴。
53.继续参考图3，间隔件314靠近第一电极阵列320和第二电极阵列322之间的空隙间隔326以及第一电极阵列320和第三电极阵列324之间的空隙间隔328设置。间隔件314可以包括第一开口340、第二开口342和第三开口344，其中的每一个或任何一个开口可以穿过间隔件314的表面延伸。如本文所体现的，第一开口340在平面图中与第一电极阵列320对齐，第二开口342在平面图中与第二电极阵列322对齐，并且第三开口344在平面图中与第三电极阵列324对齐。第一开口340、第二开口342和第三开口344被成形为避免干扰第一电极阵列320、第二电极阵列322和第三电极阵列324之间的电连接。
54.例如如图3所示，出于说明而非限制的目的，间隔件314包括靠近间隔件314的角设置的孔350、352、354、356，并且第二基材312包括靠近第二基材312的角设置的孔360、362、364、366。孔360、362、364、366可以被配置为对齐孔，例如以将间隔件314对齐和紧固在第一基材310（使用孔330、332、334、336）和第二基材312之间并接收穿过其中的紧固件。
55.图4a-图4c各自图示了根据所公开主题的具有替代间隔件配置的集成数字微流控和分析物检测装置的示例性实施方案。图4a图示了具有配置为垫片的间隔件的集成数字微流控和分析物检测装置的示例性实施方案。例如，如图4a所示，集成数字微流控和分析物检测装置包括第一基材410和第二基材412，其中第二基材412大体平行于第一基材410对齐且其间具有缝隙414。第二基材412可以定位在第一基材410上方，或替代地，第二基材412可以定位在第一基材410下方（未示出）。此外，电极阵列416可设置在第一基材410的上表面上。例如，如图4a所示，一个或多个间隔件418可以位于第一基材410和第二基材412的周边处的缝隙414中的一个或多个位置处。如本文所体现的，一个或多个间隔件418可以是一个或多个垫片。间隔件418可定位成延伸超出第一基材410和第二基材412的周边，或替代地，间隔件418可定位成与第一基材410和第二基材412的周边基本对齐。此外，或作为进一步的替代方案，间隔件418可定位成避免与电极阵列416接触。
56.图4b图示了具有被配置为至少一个珠的间隔件的集成数字微流控和分析物检测装置的另一示例性实施方案。例如如图4b所示，集成数字微流控和分析物检测装置包括第一基材420和第二基材422，其中第二基材422大体平行于第一基材410对齐且其间具有缝隙424。图4b的装置可以具有定位在第一基材420上方的第二基材422，并且电极阵列426可以
设置在第一基材420的上表面上。例如如图4b所示，一个或多个间隔件428可以位于第一基材420和第二基材422之间的缝隙424中的一个或多个位置处。如本文所体现的，一个或多个间隔件428可以是一个或多个珠，如本文所体现的，其可以具有球形形状。间隔件428可以靠近电极阵列426的区域内的多个位置定位，例如但不限于，靠近周边、靠近中心和/或在周边和中心之间。例如但不限于，并且如本文中所体现的，间隔件428可以设置在电极阵列426的区域内并且间隔件428彼此等距间隔开，或替代地，可以与其他各个间隔件428间隔开不同的距离。此外，或作为进一步替代方案，间隔件428可以与电极阵列426接触定位。
57.图4c图示了具有被配置为在至少一个基材上制造的凸起特征的间隔件的集成数字微流控和分析物检测装置的另一示例性实施方案。例如如图4c所示，集成数字微流控和分析物检测装置包括第一基材430和第二基材432，其中第二基材432大体平行于第一基材430对齐且其间具有缝隙434。图4c的装置可以具有定位在第一基材430上方的第二基材432，并且电极阵列436可以设置在第一基材430的上表面上。例如如图4c所示，一个或多个间隔件438可以位于第一基材430和第二基材432之间的缝隙434中的一个或多个位置处。如本文所体现的，一个或多个间隔件438可以是一个或多个凸起特征。例如但不限于，如本文所体现的，间隔件可以是在第一基材430和第二基材432中的一个或二者上制造的凸起特征，例如但不限于通过印刷、压花或任何其他合适的技术制造。间隔件438可以靠近电极阵列436的区域内的多个位置定位，例如但不限于，靠近周边、靠近中心和/或在周边和中心之间。例如但不限于，并且如本文中所体现的，间隔件438可以设置在电极阵列436的区域内并且间隔件438彼此等距间隔开，或替代地，可以与其他各个间隔件438间隔开不同的距离。此外，或作为进一步替代方案，间隔件438可以与电极阵列436接触定位。
58.根据所公开主题的另一方面，提供了一种制造数字微流控装置的方法。该方法包括在第一基材和第二基材中的至少一个上形成第一电极阵列和第二电极阵列且其间具有第一间隙区域，第一电极阵列和第二电极阵列中的至少一个被配置为在致动区域内产生电致动力以在侧视图中在限定在第一基材和第二基材之间的缝隙内沿着第一基材和第二基材中的所述至少一个推动至少一个液滴。该方法进一步包括靠近至少一个间隔件的对立侧接合第一基材和第二基材以形成芯片组装件，该至少一个间隔件设置在第一间隙区域中以保持第一基材和第二基材之间的缝隙。数字微流控装置可以形成为包括本文所述的任何特征或特征的组合。
59.图5a和图5b图示了根据所公开主题的被插入并设置在框架510内的示例性集成数字微流控和分析物检测装置。例如如图5a所示，并参考图3，出于说明而非限制的目的，并且如本文所体现的，包括第一基材310、第二基材312和设置在其间的间隔件314的装置300由框架510接收并对齐。框架510具有靠近框架510的角设置的孔520、530、540、550。
60.现在参考图5b，出于说明而非限制的目的，并且如本文所体现的，框架510的孔520、530、540、550可以与第一基材310的对应孔330、332、334、336，第二基材312的孔360、362、364、366，以及间隔件314的孔350、352、354、356对齐。以这种方式，如本文中所体现的，可以穿过框架510的孔520、530、540、550中的每一个接收紧固件（未示出）以保持第一基材310、间隔件314和第二基材312的对齐并向其施加张力，并且来保持该结构拉紧。出于说明而非限制的目的，如本文所体现的，紧固件可以是夹子、杆、夹钳、螺钉或任何其他合适的紧固件。
61.再次参考图3，当第一基材310、间隔件314和第二基材312被紧固时，间隔件314至少靠近第一接触点380和第二接触点382被设置在第一基材310和第二基材312之间。第一接触点380可以与第二接触点382间隔开约1mm至约60mm范围内的距离。第一基材310可以在第一接触点380处与第二基材312间隔开第一高度，并且第一基材310可以在第一接触点380和第二接触点380之间的跨度的中点处由于流体液滴与第二基材312间隔开第二高度，其中第一高度与第二高度之间的差异可以限定第一基材310相对于第二基材312的挠曲量。当液滴靠近中点定位时，挠曲量可以在约0.05
µ
m至约180
µ
m的范围内。
62.间隔件可由柔性或非柔性材料制成。如本文所体现的，间隔件314可以包含pet、pmma、玻璃和硅中的至少一种。附加地或替代地，间隔件可在一侧或两侧包括粘合剂。出于实例的目的，间隔件可以包括双面胶带。间隔件314可以具有约100
µ
m至约200
µ
m的宽度。
63.附加地或替代地，并且如本文所体现的，可以例如但不限于使用在美国专利申请公开2018/0095067中描述的材料和技术来形成用于进行分析物分析的集成装置，该专利申请通过引用以其整体并入本文。如上所述，第一基材310和第二基材320可以包含pet、pmma、cop、coc和pc或任何其他合适的材料中的至少一种。此外，间隔件314可以包含pet、pmma、玻璃、硅和双面胶带中的至少一种。
64.出于说明而非限制的目的，如本文所体现的，图6图示了组装具有间隔件的集成数字微流控和分析物检测装置的示例性方法600。方法600包括沿着第一路径612移动的第一辊610，其用于进给第一基材310的连续条带（例如，第一基材的合并部分），以及沿着第二路径616移动的第二辊614，其用于进给第二基材312的连续条带（例如，第二基材的合并部分）。第一辊610和第二辊612向一对合并辊618、620进料，使得随着合并辊618、620中的每一个旋转，第一基材310和第二基材312以平行配置对齐，以预定距离间隔开且它们之间具有用于放置间隔件316的缝隙。如本文所体现，例如如图3所示，第一基材310的孔330、332、334、336，间隔件314的孔350、352、354、356，以及第二基材312的孔360、362、364、366可用作对齐孔以将间隔件314对齐和紧固在第一基材310和第二基材312之间。
65.随着第一基材310和第二基材312以平行配置对齐且其间具有缝隙，间隔件314被放置在第一基材310和第二基材312之间的缝隙中，然后对齐的第一基材310和第二基材312连同定位在它们之间的间隔件314一起被移动到结合站622。结合站622将第一基材310接合或结合到第二基材312且它们之间具有作为制造独立集成装置的部件的间隔件314。例如，在结合站622处，一种或多种粘合剂可以被选择性地施加到第一基材310和/或第二基材312的预定部分（例如，第一基材310和/或第二基材312的限定所得的集成装置的周边的部分）以在第一基材310和第二基材312之间产生结合，同时基于第一基材310和第二基材312之间的间隔件314的定位来保留它们之间的缝隙。
66.在结合站622之后，集成装置可以由切割站624选择性地剪切、切割或另行分隔以形成一个或多个单独的集成数字微流控和分析物检测装置。切割站624可以是例如切割装置、分割器，或更一般地为将第一基材310和第二基材312的连续合并部分划分成对应于独立集成装置的离散单元的仪器。作为实例，合并部分可以基于例如电极图案被切割成独立集成装置，使得每个集成装置包括经由电极图案形成的电极阵列和其他电极的封装（footprint）（例如如图3所示）。
67.出于理解而非限制的目的，提供了通过本文公开的装置和技术实现的各种操作特
性。如本文所述，至少部分由于基材的重量和/或来自液滴的表面张力，第一基材和/或第二基材可以在某些区域中挠曲或变形，例如靠近装置的中心和/或与基材的边缘间隔开的其他区域。本文描述的装置包括设置在分隔第一基材和第二基材的缝隙中的至少一个间隔件以减少或最小化第一基材和第二基材的挠曲和/或变形。
68.在以下实例中，生产具有第一基材和第二基材的装置300的样品，该第一基材和第二基材由具有不同厚度的pet膜形成并接合以形成限定不同距离的跨度的接触点，并通过在跨度的中点处测量由于靠近该中点设置的液滴而使第一基材朝向第二基材的挠曲来测试该样品。出于比较和确认所公开主题的目的，测量了具有不同厚度且没有接触点进而形成60mm跨度的基材的两个对照装置，对于具有125um厚度的基材，在中点处的挠曲为136um，对于具有30um厚度的基材，在中点处的挠曲为30um。
69.相比之下，形成并测量了具有限定6mm跨度的接触点的装置300的样品，对于具有125um厚度的基材，在中点处的挠曲为0.44um，并且对于具有250um厚度的基材，在中点处的挠曲为0.057um。形成并测量了具有限定10mm跨度的接触点的装置300的样品，对于具有125um厚度的基材，在中点处的挠曲为1.42um，并且对于具有250um厚度的基材，在中点处的挠曲为0.18um。
70.根据所公开主题的另一方面，提供了一种数字微流控和分析物检测装置。该装置通常包括第一基材和第二基材，第一基材和第二基材在侧视图中彼此大体平行地对齐且其间限定有缝隙。第一基材和第二基材中的至少一个具有第一电极阵列、与第一阵列间隔开并且与其电连通的第二电极阵列、以及限定于第一电极阵列和第二电极阵列之间的第一间隙区域。分析物检测装置被限定在第一基材和第二基材中的至少一个中，并且第一电极阵列和第二电极阵列中的至少一个被配置为在致动区域内产生电致动力以在缝隙内沿着第一基材和第二基材中的所述至少一个将至少一个液滴推至分析物检测装置。至少一间隔件设置在第一间隙区域内以保持第一基材和第二基材之间的缝隙。数字微流控装置和分析物检测装置可包括本文所述的任何特征或特征的组合。
71.出于说明而非限制的目的，并且如本文中所体现的，本文所述的数字微流控装置可被配置为与分析物检测模块组合以形成数字微流控和分析物检测装置的样品制备模块，例如但不限于如在美国专利申请公开2018/0095067中所描述的，该专利申请通过引用以其整体并入本文。
72.如本文所体现的，样品制备模块可用于进行免疫分析的步骤。任何免疫分析格式均可用于产生可检测信号，该信号指示样品中考虑的分析物的存在并且与样品中分析物的量成比例。
73.出于说明而非限制的目的，并且如本文所体现的，检测模块包括井阵列，其被光学询问（optically interrogated）以测量与样品中存在的分析物的量相关的信号。井阵列可以具有亚飞升体积、飞升体积、亚纳升体积、纳升体积、亚微升体积或微升体积。例如，井阵列可以是飞升井阵列、纳升井阵列或微升井阵列。如本文所体现的，阵列中的井可以全部具有基本相同的体积。井阵列可具有高达100
µ
l的体积，例如约0.1飞升、1飞升、10飞升、25飞升、50飞升、100飞升、0.1pl、1pl、10pl、25pl、50pl、100pl、0.1nl、1nl、10nl、25nl、50nl、100nl、0.1微升、1微升、10微升、25微升、50微升或100微升。
74.如本文所体现和如本文所述的，样品制备模块和检测模块均可以存在于单个基底
基材上，并且样品制备模块和检测模块均可以包括用于移动液滴的多个电极。如本文所体现的，这样的装置可以包括第一基材和第二基材，其中第二基材定位在第一基材上方并且通过缝隙与第一基材分离。第一基材可以包括样品制备模块所在处的第一部分（例如，近端部分），在第一部分处液滴被引入到装置中，以及液滴朝向其移动的第二部分（例如，远端部分），检测模块位于该第二部分处。如本文所用，“近端”之于“远端”和“第一”之于“第二”是相对术语并且彼此可互换。
75.第一基材和第二基材之间的间隔的高度可以高达1mm，例如0.1
µ
m、0.5
µ
m、1
µ
m、5
µ
m、10
µ
m、20
µ
m、50
µ
m、100
µ
m、140
µ
m、200
µ
m、300
µ
m、400
µ
m、500
µ
m、1
µ
m-500
µ
m、100
µ
m-200
µ
m等。在本文所述的装置中产生并移动的液滴的体积范围可以为约10
µ
l至约5pl，诸如10
µ
l
–
1pl、7.5
µ
l
–
10pl、5
µ
l
–
1nl、2.5
µ
l
–
10nl或1
µ
l
–
100nl、800-200nl、10nl-0.5
µ
l，例如，10
µ
l、1
µ
l、800nl、100nl、10nl、1nl、0.5nl、10pl或更小。
76.如本文所体现的，第一部分和第二部分是分开的或分开且相邻的。如本文所体现的，第一部分和第二部分是共同定位的、混合的或交叉的。第一基材可包括覆盖在第一基材的上表面上并从第一部分延伸至第二部分的多个电极。第一基材可包括设置在第一基材的上表面上、包覆多个电极并从第一部分延伸至第二部分的层。第一层可以由介电且疏水的材料制成。介电且疏水的材料的实例包括聚四氟乙烯材料（例如，teflon
®
）或含氟表面活性剂（例如，fluoropel
tm
）。可以以提供基本平坦表面的方式沉积第一层。井阵列可以定位在第一基材的第二部分中并覆盖多个电极的一部分并形成检测模块。井阵列可以定位在第一层中。如本文所体现的，在制造第一层中的井阵列之前或之后，亲水层可以在第一基材的第二部分中设置在第一层上方以提供具有亲水表面的井阵列。第一基材和第二基材之间的间隔/缝隙可以填充有空气或不混溶流体。如本文所体现的，第一基材和第二基材之间的间隔/缝隙可以填充有空气。
77.如本文所体现的，样品制备模块和检测模块均可以使用单个基底基材制造，但是用于移动液滴的多个电极只能存在于仅样品制备模块中。如本文所体现的，第一基材可以包括在第一基材的第一部分处覆盖在第一基材的上表面上的多个电极，其中多个电极不延伸到第一基材的第二部分。如本文所体现的，多个电极仅定位在第一部分中。如本文所述的，第一介电/疏水材料层可以设置在第一基材的上表面上并且可以包覆多个电极。如本文所体现的，第一层可以仅设置在第一基材的第一部分上方。替代地，第一层可以在第一部分以及第二部分上方设置在第一基材的上表面上方。井阵列可以定位在第一基材的第二部分中的第一层中，形成不包括存在于井阵列下方的多个电极的检测模块。
78.如本文所体现的，第二基材可以在第一基材的第一部分和第二部分上方延伸。如本文所体现的，第二基材可以是基本透明的，至少在覆盖井阵列的区域中。替代地，第二基材可以以间隔开的方式布置在第一基材的第一部分上方并且不能布置在第一基材的第二部分上方。因此，如本文所体现的，第二基材可存在于样品制备模块中但不存在于检测模块中。
79.如本文所体现的，第二基材可以包括形成电极的导电层。导电层可设置在第二基材的下表面上。如本文所述的，导电层可以被由介电/疏水材料制成的第一层包覆。如本文所体现的，导电层可以被介电层包覆。介电层可以被疏水层包覆。导电层和包覆导电层的任何一个或多个层可以跨第二基材的下表面设置或者可以仅存在于第二基材的第一部分上。
如本文所体现的，第二基材可以在第一基材的第一部分和第二部分上方延伸。如本文所体现的，第二基材和设置在其上的任何层（例如，导电层、介电层等）可以是基本透明的，至少在覆盖井阵列的区域中。
80.如本文所体现的，第一基材上的多个电极可以被配置为共面电极并且第二基材可以被配置为没有电极。存在于第一层和/或第二层中的电极可由基本透明的材料制成，例如氧化铟锡、氟掺杂的氧化锡（fto）、掺杂氧化锌等。
81.如本文所体现的，样品制备模块和检测模块可以在单个基底基材上制造。替代地，样品制备模块和检测模块可以在分离的基材上制造，这些基材随后可以接合以形成集成微流控和分析物检测装置。如本文所体现的，第一基材和第二基材可以使用可定位在基材之间的间隔件来间隔开。本文所述的装置可以是平坦的并且可以具有任何形状，例如矩形或正方形、带有圆角的矩形或正方形、圆形、三角形等。
82.虽然本文根据某些优选实施方案描述了所公开主题，但是本领域技术人员将认识到，在不偏离其范围的情况下可以对所公开主题进行各种修改和改进。此外，尽管所公开主题的一个实施方案的各个特征可在本文中讨论或在这个实施方案的附图中示出而未在其他实施方案中示出，但显而易见的是，一个实施方案的各个特征可以与另一实施方案的一个或多个特征或来自多个实施方案的特征组合。
83.除了下面要求保护的特定实施方案之外，所公开主题还涉及具有下面要求保护的从属特征和上面公开的那些特征的任何其他可能组合的其他实施方案。因此，在从属权利要求中提出的和上面公开的特定特征可以在所公开主题的范围内以其他方式相互组合，使得所公开主题应该被认为还特别涉及具有任何其他可能组合的其他实施方案。因此，出于说明和描述的目的，已经提出了所公开主题的特定实施方案的前述描述。并不旨在穷尽或将所公开主题限制于所公开的那些实施方案。
84.对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所公开主题的精神或范围的情况下，可以对所公开主题的方法和系统进行各种修改和变化。因此，所公开主题旨在包括在所附权利要求及其等效物的范围内的修改和变化。