数字微流控设备及其使用方法与流程

数字微流控设备及其使用方法
1.本技术是申请日为2018年9月4日，申请号为201880070164.8，发明名称为“数字微流控设备及其使用方法”的申请的分案申请。
2.相关申请的交叉引用
3.本专利要求于2017年9月1日提交的美国临时专利申请第62/553,743号(标题为“digital microfluidics devices and methods of using them”)和于2017年9月12日提交的美国临时专利申请第62/557,714号(标题为“digital microfluidics devices and methods of using them”)的优先权，这些美国临时专利申请中的每个通过引用以其整体并入本文。
4.通过引用并入
5.本说明书中提及的所有公开和专利申请在相同的程度上通过引用以其整体并入本文，犹如同每个单独的公开或专利申请被特定地和单独地指示以通过引用并入。
技术领域
6.本技术总体上涉及数字微流控(dmf)装置(digital microfluidic apparatus)和方法。具体地，本文描述的装置和方法涉及气隙dmf装置(air-gap dmf apparatus)，所述气隙dmf装置包括盒(cartridge)和耐用部件，所述盒包括空气基质和接地电极，所述耐用部件包括驱动电极。


背景技术：

7.近年来，芯片实验室(lab-on-a-chip)和生物芯片设备在科学研究应用以及潜在地定点照护应用(point-of-care application)中已经引起了极大兴趣，因为它们执行具有小的反应体积的高度重复的反应步骤，这节约了材料和时间。虽然传统的生物芯片类型设备利用微尺寸或纳米尺寸的通道和耦合至生物芯片的对应的微泵、微阀和微通道以操纵反应步骤，但是这些另外的部件增加了微流控设备的成本和复杂性。
8.数字微流控(dmf)已经作为用于广泛范围的生物应用和化学应用的强有力的制备技术出现。dmf能够实时、精确并且高度灵活地控制多种样品和试剂，包括固体、液体和刺激性化学物质，而不需要泵、阀或复杂的管道阵列。在dmf中，纳升体积至微升体积的离散液滴从储存器被分配到涂覆有疏水绝缘体的平坦表面上，在所述平坦表面上，通过施加一系列电势至电极的阵列，所述离散液滴被操纵(输送、分离(split)、合并、混合)。复杂的反应系列可以单独地使用dmf，或使用其中dmf集成有基于通道的微流控的混合系统(hybrid system)来执行。混合系统提供了巨大的多功能性；在概念上，每个反应步骤可以以最适合(accommodate)它的微流控格式(microfluidics format)来执行。
9.对于许多应用，最方便的是在开放的表面上执行dmf，使得围绕液滴的基质是周围的空气。图1a-图1c图示出空气基质dmf装置的一个实例。图1a示出了空气基质dmf装置100的实例。通常，空气基质dmf装置包括多个单位单元191(unit cell)，所述多个单位单元191彼此相邻并且通过具有与接地电极102相对的单个致动电极106来界定；每个单位单元可以
是任何合适的形状，但是通常可以具有相同的近似表面积。在图1a中，单位单元是矩形的。液滴(例如，反应液滴)适配(fit)在第一板153和第二板151(在图1a-图1c中作为顶板和底板示出)之间的气隙中。整个空气基质dmf装置可以具有任何合适的形状和厚度。图1b是穿过图1a中示出的空气基质dmf的热区的截面的放大视图，其示出了dmf设备的层(例如，形成底板的层)。通常，dmf设备(例如，底板)包括若干层，所述层可以包括在印刷电路板(pcb)材料上形成的层；这些层可以包括保护覆盖层、绝缘层和/或支撑层(例如，玻璃层、接地电极层、疏水层；疏水层、电介质层、致动电极层、pcb、热控制层等)。这些表面中的任一个可以是刚性的(例如，玻璃、pcb、聚合物材料等)。本文描述的空气基质dmf装置还包括样品储存器和试剂储存器两者，以及用于补充试剂的机构。
10.在图1a-图1c中示出的实例中，顶板101(在这种情况下为玻璃材料(尽管可以使用包括pcb的塑料/聚合物材料))提供支撑并且保护下面的层免受外部颗粒物的损害，以及提供一定量的绝缘用于在dmf设备中执行的反应。因此，顶板可以将液滴限制/夹(sandwich)在板之间，这与(不具有板的)开放式空气基质dmf装置相比可以增强电场。上板(在该实例中为第一板)可以包括接地电极，并且可以是透明的或半透明的；例如，第一板的基板可以由玻璃和/或透明塑料形成。然而，虽然上板是透明的，但是其可以涂覆有导电材料和/或可以包括用于dmf电路的与基板相邻并且在基板之下的接地电极(接地电极层102)。在某些情况下，接地电极是连续的涂层；可选择地，可以使用多个接地电极，例如相邻的接地电极。接地电极层之下是疏水层103。疏水层103用于减少表面的湿润，并且有助于将反应液滴保持在一个内聚单元(cohesive unit)中。
11.作为图1a-图1c中的下板或底板151示出的第二板可以包括界定单位单元的致动电极。在该实例中，如同第一板，面向板之间的气隙104的最外层还包括疏水层103。形成疏水层的材料在两个板上可以是相同的，或其可以是不同的疏水材料。气隙104提供了空间，在所述空间中，反应液滴初始地被包括在样品储存器中，并且被移动用于运行反应步骤或多个反应步骤以及用于保持各种试剂用于各个反应步骤。与第二板上的疏水层103相邻的是电介质层105，所述电介质层105可以增加液滴和电极之间的电容。与电介质层105相邻并且在电介质层105之下的是pcb层，所述pcb层包括致动电极(致动电极层106)。致动电极可以形成每个单位单元。致动电极可以被通电以在dmf设备中将液滴移动至不同的区域，使得各个反应步骤可以在不同条件下(例如，温度、与不同试剂组合、磁性区域、泵入口区域等)进行。支撑基板(例如，pcb 107)(在图1b和图1c中)可以与致动电极层106相邻并且在致动电极层106之下，以为这些部件提供支撑和电连接，这些部件包括致动电极、连接它们的迹线(其可以是绝缘的)和/或另外的控制元件，另外的控制元件包括热调节器155(作为tec示出)、温度传感器(示出为rtd 157)、光学传感器、磁体、泵等。用于控制致动电极的操作和/或控制将液滴补充至反应液滴的施加的一个或更多个控制器195可以被连接，但是与第一板153和第二板151隔开，或其可以在第二板上形成和/或通过第二板来支撑。在图1a-图1c中，第一板作为顶板示出，并且第二板是底板；该定向可以反转。还示出了溶剂(补充流体)的源或储存器197，所述溶剂(补充流体)的源或储存器197通过管道198被连接至第二板中的穿孔。
12.如提及的，气隙104提供了在其中可以执行反应步骤的空间，这提供了通过混合、加热/冷却、与试剂(酶、标记物等)组合，可以将试剂保持在其中并且可以在其中处理试剂
的区域。在图1a中，气隙104包括样品储存器110和一系列试剂储存器111。样品储存器还可以包括样品加载特征，用于将初始反应液滴引入到dmf设备中。基于待被执行的反应的需要，样品加载可以从上面、从下面或从侧面来加载，并且可以是唯一的。图1a中示出的样品dmf设备包括六个样品试剂储存器，其中每个样品试剂储存器包括开口或端口用于将每种试剂引入到相应的储存器中。根据待被执行的反应，试剂储存器的数目可以是可变的。样品储存器110和试剂储存器111通过反应区流体连通。反应区与致动电极层106电连通，其中致动电极层106位于反应区之下。
13.致动电极106在图1a中被描绘为栅格或单位单元。在其他实例中，基于反应的需要，致动电极可以在完全不同的图案或布置中。致动电极被配置成将液滴从dmf设备的一个区域移动至另一个区域或多个区域。移动以及在某种程度上液滴的形状可以通过切换致动电极的电压来控制。一个或更多个液滴可以通过以受控制的方式将电极顺序地通电和断电，来沿着致动电极的路径移动。在示出的dmf装置的实例中，一百个致动电极(形成约一百个单位单元)与七个储存器(一个样品储存器和六个试剂储存器)连接。致动电极可以由任何合适的导电材料制成，例如铜、镍、金或其组合。
14.在图1a-图1c示出的示例性设备中，dmf装置典型地被集成，使得电极(例如，致动电极和接地电极)是可以加载有样品和/或流体的相同结构的一部分。电极可以是盒的一部分，所述盒可以是可移除的。尽管盒已经被描述(参见，例如us20130134040)，然而已经证明这样的盒难以使用，特别是当通过设备成像时以及当在空气基质装置中操作时。


技术实现要素：

15.将高度有利的是具有空气基质dmf装置，该装置包括易于使用的盒，并且可以可靠地并且便宜地制成。本文描述了可以解决这些问题的方法和装置，包括系统和设备。
16.本文描述了数字微流控(dmf)方法和装置(包括设备、系统、盒、dmf读取器等)。尽管本文描述的方法和装置可以特别地适于空气基质dmf装置(本文中还被称为气隙dmf装置)，然而这些方法和装置可以被配置用于其他dmf装置(例如，油间隙等)。本文描述的方法和装置可以被用于操作相对较大的体积，这利用传统的dmf装置已经是可能的，部分地因为形成dmf装置的气隙的板之间的间距可以是较大的(例如，大于280微米、300微米或更大、350微米或更大、400微米或更大、500微米或更大、700微米或更大、1mm或更大等)。此外，本文描述的任何装置和方法可以被配置成包括一次性盒，所述一次性盒具有形成盒的底部的电介质层；驱动电极不必须是盒的一部分；这些装置可以适于在操作期间允许电介质(dielectric)被牢固地保持至电极，这已经被证明是非常有挑战性的，特别是当电介质层是略微柔性的时。
17.本文描述的任何方法和装置可以包括盒，在所述盒中接地电极被包括作为盒的一部分。在某些变型中，接地电极可以被形成为栅格图案，所述栅格图案形成多个单元。栅格图案可以产生透明窗口(clear window)，即使当不透明的接地电极(例如，不透明或半透明的材料，比如例如包含银导电油墨的金属涂层)被用于形成接地电极时这也允许通过接地电极的可视化。栅格图案可以反映dmf装置中的驱动电极的布置，盒可以被放置到dmf装置上。例如，当接地电极跨过气隙与驱动电极相邻时，栅格图案覆盖相邻电极之间的空间。可选择地，接地电极可以由透明或足够透明的材料形成，使得它可以被成像。在某些变型中，
接地电极是导电涂层。接地电极可以是电连续的(例如，电相接的)，但是可以包括一个或更多个开口，例如，通过所述开口，气隙中的液滴可以被可视化。因此，在这些变型中的任一个中，盒的上板可以是透明的或足够透明的，以至少在一个或更多个区域中被可视化。
18.例如，用于数字微流控(dmf)装置的盒可以具有底部和顶部，并且可以包括：电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面，其中电介质材料片的至少第二侧面包括第一疏水表面；顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧；在顶板的第一侧上的接地电极。接地电极可以包括栅格图案，所述栅格图案形成多个开放单元。盒还可以包括：在顶板的第一侧上覆盖接地电极的第二疏水表面；以及气隙，所述气隙将第一疏水层和第二疏水层隔开，其中气隙包括大于280微米的间距。
19.在本文描述的任何盒中，顶板可以包括在顶板的厚度内的多个空腔；这些空腔可以被封闭(例如密封)和/或填充有具有低热质量和低热导率的热绝缘材料。在某些变型中，绝缘材料包括空气。空腔可以被定位在气隙区域上面，所述气隙区域将对应于加热和/冷却区域(例如热控制区域)；这些区域中的较低热质量可以允许空腔/多个空腔下方的气隙中的液滴的显著地更迅速的加热/冷却。因此，这些区域中顶板的厚度可以包括空腔；空腔底部(对应于顶板的底表面)可以小于1mm厚(例如，小于0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm、90微米、80微米、70微米、60微米、50微米、40微米、30微米等)。空腔底部可以优选地尽可能薄，同时为电极和顶板的底表面上的任何电介质涂层提供结构支撑。空腔上表面可以大体上比空腔底表面更厚(例如，1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍等)。
20.形成底表面的电介质材料可以被制成为疏水的(例如，通过涂覆，包括浸涂等；用疏水材料浸渍等)和/或其本身可以是疏水的。例如，底表面(例如，盒的底表面)可以由膜形成，所述膜是电介质材料和疏水材料两者。例如，底表面可以是特氟龙(teflon)膜(其可以包括粘合剂或粘合部分，例如特氟龙带)，所述特氟龙膜既是疏水的并且又充当电介质。其他膜可包括塑料石蜡膜)(plastic paraffin film)(例如，“parafilm”，例如parafilm m)。然而，特别地，能够承受高温(例如，100摄氏度及以上)的膜(例如特氟龙膜)是优选的。
21.用于数字微流控(dmf)装置的盒通常可以包括底部和顶部，并且可以包括：电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面；在电介质材料片的第二侧面上的第一疏水层；顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧；在顶板的第一侧上的接地电极，其中接地电极包括形成多个开放单元的栅格图案；在顶板的第一侧上覆盖接地电极的第二疏水层；以及气隙，所述气隙将第一疏水层和第二疏水层隔开，其中气隙包括大于280微米(例如，大于300微米、大于400微米等)的间距。
22.术语“盒”可以指的是形成气隙的容器，并且可以被插入到dmf读取/驱动装置中。盒可以是一次性的(例如，单次使用或有限使用)。盒可以被配置成允许气隙中的流体(液滴)的可视化。栅格图案可以特别地用于允许可视化，同时仍然提供对驱动电极的合适的接地参考。整个栅格可以被电耦合以形成单个返回(return)(接地)电极，或多个接地电极可以(经由单独的和/或相邻的栅格)被定位在顶板上。
23.如提及的，接地电极的栅格图案由不透明材料形成。
24.如本文使用的，术语“栅格”可以指的是任何合适的形状和大小的重复开放单元(“窗口”)的图案，其中形成开放单元的边界通过集成的(并且电连续的)材料(例如导电油墨、金属涂层等)形成。如本文使用的，栅格不限于彼此交叉以形成一系列正方形或矩形的
线的网络；栅格图案可以通过在形成接地电极的导电材料的另外连续平面中形成开口来形成。
25.因此，通常，接地电极的栅格图案可以由导电油墨形成。例如，接地电极的栅格图案可以由银纳米颗粒形成。栅格图案可以被印刷、丝网印刷(screened)、喷涂或以其他方式分层堆积(layered)到顶板上。
26.通常，形成栅格图案的开放单元之间的边界可以具有最小宽度。例如，开放单元之间的栅格图案的最小宽度可以是50微米或更大(例如，0.1mm或更大、0.2mm或更大、0.3mm或更大、0.4mm或更大、0.5mm或更大、0.6mm或更大、0.7mm或更大、0.8mm或更大、0.9mm或更大、1mm或更大等)。如提及的，通过栅格图案形成的开放单元(例如，“窗口”)可以是任何形状，包括四边形形状(例如，正方形、矩形等)或椭圆形形状(例如卵形、圆形等)和/或其他形状(+形状、h形状等)。
27.通常，接地电极的栅格图案可以在顶板的大部分(和/或盒的大部分)上面延伸。例如，接地电极的栅格图案可以在顶板的第一侧的50％或更大(例如，55％或更大、60％或更大、65％或更大、70％或更大、80％或更大、90％或更大等)上面延伸。
28.在本文描述的任何盒中，电介质材料片可以是柔性的。该柔性可以有助于将电介质固定至驱动电极，以确保电介质和驱动电极之间的完全接触。典型地，电介质材料片可以是足够依从性的(compliant)，使得其可以在相对低的力(例如，50kpa的压力或更大)下弯曲或挠曲。电介质片可以是任何合适的厚度；例如，片可以小于30微米厚(例如，小于20微米厚等)。
29.如将在下文更详细地描述的，这些装置中的任一个可以包括在顶板的第二侧中形成的微流控通道，其中微流控通道沿着顶板的第二侧和在微流控通道和气隙之间的至少一个开口延伸。
30.顶板可以由任何合适的材料形成，特别地包括透明材料(clear material)或透明材料(transparent material)(例如丙烯酸等)。
31.例如，用于数字微流控(dmf)装置的盒可以包括：柔性电介质材料片，所述柔性电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面；在电介质材料片的第二侧面上的第一疏水层；顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧；在顶板的第一侧上的接地电极，其中接地电极包括沿着顶板的第一侧形成多个开放单元的由不透明材料形成的栅格图案；在顶板的第一侧上覆盖接地电极的第二疏水层；以及气隙，所述气隙将第一疏水层和第二疏水层隔开，其中气隙包括大于280微米(例如，大于300微米或更大、400微米或更大等)的间距。典型地，盒具有底部和顶部。
32.如提及的，本文还描述了盒，在盒中微流控通道被集成到dmf部件中，特别地dmf部件包括dmf装置的顶板。申请人已经发现，将一个或更多个微流控通道集成到顶板中可以允许盒更紧凑，以及允许对在气隙中过程的更高度的控制和操纵，该过程另外通过将dmf系统电润湿(electrowetting)来控制。
33.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：电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面；在电介质材料片的第二侧面上的第一疏水层；顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧；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；气隙，所述
气隙将第一疏水层和第二疏水层隔开；在顶板的第二侧中形成的微流控通道，其中微流控通道沿着顶板的第二侧延伸；在微流控通道和气隙之间的开口；以及覆盖微流控通道的盖，其中盖包括用于进入微流控通道的一个或更多个接入端口(access port)。
34.如提及的，电介质材料片可以是柔性的，并且可以形成盒的最底表面(bottom-most surface)。片通常可以是平的(平坦的)，尽管其可以是柔性的。外表面可以用可移除(例如，剥离)的盖保护。电介质性质可以是通常与dmf(并且特别地空气基质dmf)装置一致的性质。电介质可以在内侧(第二侧)上涂覆有第一疏水层。疏水层可以是相对惰性(例如，与在气隙中移动的含水液滴不反应)的疏水材料的涂层。
35.顶板可以是平坦的，并且可以是与底部电介质材料共同延伸的(或比底部电介质材料更大)。顶板可以是任何合适的厚度，并且特别地可以是足够厚的，使得微流控通道可以被雕刻到顶板的第二侧中。如上文提及的，接地电极可以在顶板的第一侧的全部或某些上形成，并且第二疏水层可以被涂覆在接地电极和/或顶板上面(特别地在通过接地板(ground plate)的开放窗口将顶板暴露的地方)。在这些实例中的任一个中，电极涂层的厚度可以是最小的，使得电极可以被认为与顶板的顶板底(第一)侧齐平。
36.在本文描述的任何装置和方法中，与传统的dmf气隙系统相比，隔开第一疏水层和第二疏水层(例如，在电介质和顶板之间)的气隙可以是相对大的(例如》280微米、400微米或更大、500微米或更大、1mm或更大等)。
37.在顶板的第二侧中形成的微流控通道典型地沿着顶板的第二侧延伸穿过顶板，并且微流控通道和气隙之间的接入开口(access opening)可以在微流控通道和气隙之间形成进入顶板。本文描述的任何装置还可以包括覆盖微流控通道的盖。盖可以由任何合适的材料制成，所述材料包括丙烯酸。盖可以包括进入微流控通道和/或进入气隙的一个或更多个端口或开口。
38.微流控通道可以被配置成包含任何合适量的流体，这对于混合、添加、移除或以其他方式与气隙中的液滴相互作用是有用的。例如，微流控通道可以被配置成将0.2毫升或更大(例如，0.3ml或更大、0.4ml或更大、0.5ml或更大、0.6ml或更大、0.7ml或更大、0.8ml或更大、0.9ml或更大、1ml或更大、1.5ml或更大、2ml或更大、3ml或更大、4ml或更大、5ml或更大、6ml或更大、7ml或更大、8ml或更大、9ml或更大、10ml或更大等)的流体保持在微流控通道中。微流控通道可以连接至一个或更多个储存器(例如，废物储存器、储物储存器(storage reservoir)等)和/或可以连接至一个或更多个另外的微流控通道。
39.例如，微流控通道可以包括第一微流控通道，并且微流控通道和气隙之间的开口可以包括第一开口；该装置还可以包括在顶板的第二侧中形成的第二微流控通道和在第二微流控通道和气隙之间的第二开口，其中第二微流控通道沿着顶板的第二侧延伸，其中第一开口和第二开口彼此相邻。第一开口和第二开口可以相距最小距离，这可以允许在具有最小尺寸的气隙中形成“桥接液滴(bridging droplet)”。例如，第一开口和第二开口在顶板的表面上可以彼此相距不超过约2cm(例如，彼此相距不超过约1cm、彼此相距不超过约9mm、彼此相距不超过约8mm、彼此相距不超过约7mm、彼此相距不超过约6mm、彼此相距不超过约5mm、彼此相距不超过约4mm、彼此相距不超过约3mm、彼此相距不超过约2mm、彼此相距不超过约1mm等)。
40.这些盒中的任一个还可以包括从盒的顶部至气隙的窗口，通过所述窗口，气隙是
可见的。这可以允许成像到气隙中。该成像可以被用于检测输出(例如，反应输出，例如结合、比色测定法、rt-pcr等)。窗口可以是任何合适的尺寸；例如，窗口可以形成盒的顶部的2％到50％之间。窗口可以在盒的一侧和/或在盒的一端。可以使用多个成像窗口。
41.如提及的，盒的底部通过电介质材料片的第一侧面形成。盒的顶部可以包括进入气隙的多个开口。
42.通常，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，在储存器中或气隙内，盒可以包括一种或更多种试剂，特别地包括冻干的(例如，“冷冻干燥的”)试剂。例如，盒可以包括在顶板的第二侧上的一个或更多个冷冻干燥的试剂储存器。
43.例如，用于数字微流控(dmf)装置的盒(具有底部和顶部)可以包括：电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面；在电介质材料片的第二侧面上的第一疏水层；顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧；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；气隙，所述气隙将第一疏水层和第二疏水层隔开，其中气隙包括大于500微米的间距；第一微流控通道和第二微流控通道，其中第一微流控通道和第二微流控通道在顶板的第二侧中形成，其中第一微流控通道和第二微流控通道沿着顶板的第二侧延伸；在第一微流控通道和气隙之间的第一开口以及在第二微流控通道和气隙之间的第二开口，其中第一开口和第二开口在约2cm内彼此相邻；以及覆盖微流控通道的盖，其中盖包括用于进入微流控通道的一个或更多个接入端口。
44.本文还描述了用于与本文描述的任何盒一起使用的dmf读取器装置。例如，dmf读取器装置(设备)可以被配置成跨过盒的电介质底表面施加真空，使得电极与形成每个单位单元形式(unit cells form)的电介质均匀地紧密接触，这使流体的液滴在气隙中移动。本技术人已经令人惊讶地发现，将电介质材料简单地粘合固定至电极是不够的，因为其导致不相等的接触和移动液滴所需功率的变化，以及液滴移动、控制和一致性的低效率。此外，即使与粘合剂结合，真空的使用也具有类似的问题，特别是当电介质是柔性的时。本文描述了使用它们的装置和方法，其中真空被用于通过驱动电极本身中的多个开口或围绕/紧密相邻驱动电极来固定盒的电介质底部。在其中通过全部或某些驱动电极(例如，在基座表面(seating surface)上，例如在角落(corner)处以图案间隔开)施加真空的变型中，电介质以均匀的方式一致地被保持在驱动电极上，即使当使用对于真空的相对低的负压力时。该配置还可以允许通过包括在盒-保持表面(cartridge-holding surface)(盒被保持在盒-保持表面上)上的突起，在盒中形成隔断(partition)或屏障。
45.例如，本文描述了数字微流控(dmf)读取器设备，所述数字微流控读取器装置被配置成与一次性盒一起操作，所述一次性盒具有底部电介质表面、具有接地电极的顶板以及底部电介质和顶板之间的气隙，该设备包括：基座表面，所述基座表面用于安置一次性盒；在基座表面上的多个驱动电极，其中每个驱动电极包括穿过其中的开口；真空泵，用于将真空施加至真空端口；以及控件，所述控件用于施加能量以顺序地激活和去激活(de-activate)一个或更多个选择的驱动电极，以在盒的气隙中沿着气隙中的期望路径移动液滴，其中dmf读取器被配置成当一次性盒被放置在基座表面上时将真空施加至真空歧管，以将每个驱动电极固定至一次性盒的底部电介质。
46.在某些变型中，该装置包括真空歧管，所述真空歧管将真空泵耦合至多个真空端
口用于施加真空。
47.本文描述的dmf读取器设备可以被配置成与本文描述的任何盒一起操作，并且可以适于与这样的盒一起使用。然而，应当理解，盒不是dmf读取器装置的必要部分。通常，这些装置可以与盒(例如，可重复使用盒或一次性盒)一起操作，所述盒具有底部电介质表面、具有接地电极的顶板以及底部电介质和顶板之间的间隙(例如，典型地但不一定是气隙)。
48.dmf装置通常还可以包括基座表面用于安置一次性盒。基座表面可以包括：驱动电极，所述驱动电极可以与基座表面齐平或大体上齐平；和/或任何突起，所述突起可以用于通过在间隙区域中将电介质可预测地变形，在盒的间隙区域(例如，气隙)中形成隔断。基座表面上的多个驱动电极可以在基座表面上形成或被铣削到基座表面中。例如，基座表面可以是基板，例如印刷电路板(例如，电绝缘表面)，驱动电极被附接到基板上或在基板上形成。
49.通常，如上文提及的，电极阵列中的驱动电极的全部或大部分(例如，》50％、》60％、》70％、》80％、》90％、》95％等)可以包括穿过驱动电极并且连接至真空源的开口。真空源可以是真空歧管，所述真空歧管将穿过驱动电极的这些开口连接至真空的源，例如作为装置的一部分的真空泵，或连接(例如，壁真空)至装置的单独的真空泵。穿过电极的开口可以是相同的大小，并且它们可以位于驱动电极上的任何地方/穿过驱动电极。例如，它们可以穿过驱动电极的中心，和/或穿过驱动电极的边缘区域等。开口可以是任何形状(例如，圆形、卵形、正方形等)。在某些变型中，开口的大小可以是直径约1mm(例如，直径1.2mm、直径1.1mm、直径1.0mm、直径0.9mm、直径0.8mm等)。
50.典型地，真空歧管可以被耦合至多个真空端口和/或可以包括多个真空端口，每个真空端口耦合至驱动电极中的开口中的一个(或在某些变型中，多于一个)。真空歧管可以位于基座表面之下。例如，真空歧管可以是基座表面之下的连接至驱动电极中的开口的管道或其他通道。
51.本文描述的dmf装置典型地包括控制器用于协调和驱动电极。该控制器可以包括一个或更多个处理器、存储器和对于操作该设备必要的或有用的任何其他电路，所述操作包括协调能量的施加以激活/停用(inactivate)驱动电极、用于真空控制和/或微流控制的泵、一个或更多个阀(例如，用于微流控制、真空控制)、温度控制装置(例如，电阻加热器、珀尔帖(peltier)冷却等)、马达(例如，用于驱动打开和关闭设备门、光学器件等)、一个或更多个显示器等。
52.如提及的，这些设备中的任一个可以包括从基座表面延伸的一个或更多个突起，其中一个或更多个突起被配置成当通过驱动电极中的开口施加真空时，在盒的空气中形成隔断。
53.这些装置中的任一个可以包括光学读取器，所述光学读取器被配置成检测来自基座表面上安置的盒的光学信号。光学读取器可以是可移动的或固定的。光学读取器可以被用于检测(例如，感测)进料或由于液滴中的一种或更多种相互作用(例如，结合、酶促反应等)产生的变化。光学读取器可以被配置成检测来自基座表面上安置的盒的光学信号。因此，光学传感器可以提供对来自装置的读出的检测。这些设备中的任一个可以包括一个或更多个马达，例如，所述马达被配置成移动光学读取器。
54.该装置还可以包括一个或更多个温度传感器(例如热敏电阻器等)。例如，该设备
可以包括耦合至基座表面的一个或更多个温度传感器。在某些变型中，热敏电阻器可以从基座表面突出，并且在盒的气隙中形成屏障或室(chamber)。可选择地或另外，一个或更多个温度传感器可以在基座表面的基板中，并且例如经由导热材料(例如铜)与基座表面热接触。
55.如提及的，本文描述的设备可以包括一个或更多个加热器，特别地包括电阻加热器。例如，该设备可以包括在驱动电极中的至少某些下面(或覆盖驱动电极的至少某些)的电阻加热器；这可以允许装置的温度调节的子区域。整个驱动电极表面还也可以(例如，通过冷却流体的循环)被冷却至略微低于室温(例如，在15摄氏度和25摄氏度之间、在15摄氏度和22摄氏度之间、在15摄氏度和20摄氏度之间、在15摄氏度和18摄氏度之间等)。
56.该装置还可以包括在驱动电极中的一个或更多个之上或之下的一个或更多个磁体，所述磁体被配置成被激活以施加磁场。因此，磁珠可以用于结合材料或dmf装置中的其他反应，并且磁珠可以被选择性地保持在设备的一个或更多个区域内。例如，可以使用一个或更多个钕磁体，例如，通过将磁体移动更接近或更远离盒以将磁性颗粒保持在适当位置(例如，将磁体向上移向电极3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm等)。电磁体可以被选择性地激活或去激活以保持/释放磁性颗粒。
57.本文描述的任何装置还可以包括在驱动电极中的至少某些驱动电极的下面的一个或更多个珀尔帖冷却器，所述帕尔贴冷却器被配置成冷却至10摄氏度或更少(例如，5摄氏度或更少、7摄氏度或更少、11摄氏度或更少、12摄氏度或更少、15摄氏度或更少、20摄氏度或更少等)。
58.除了基座表面之外，这些dmf读取器装置中的任一个还可以包括一个或更多个盒托盘，盒可以被加载到所述盒托盘中，使得盒可以自动地移动到装置内的位置。例如，这些装置中的任一个可以包括盒托盘以用于将盒保持在预先确定的定向上(其可以通过盒的形状和接收托盘互补来固定)；盒托盘可以被配置成将一次性盒移动到基座表面上。一旦在基座表面上，就可以施加真空以将其锁定位置。此外，还可以从盒的顶部至一个或更多个微流控端口进行连接，例如，用于施加正压力和/或负压力(例如，真空)以驱动盒的顶部上的微流控通道中的流体和/或驱动流体进入/离开盒中的间隙(例如，气隙)区域。
59.通常，这些设备中的任一个可以包括外壳、前面板显示器以及一个或更多个输入端(例如，触摸屏显示器、拨号盘、按钮、滑块等)和/或电源开关。该装置可以被配置成为可堆叠的，和/或可以被配置成结合一个或更多个其他dmf装置操作。在某些变型中，单个壳体可以封闭多个盒基座表面，每个盒基座表面具有(通过单个或多个控制器)单独地可寻址的/可控的驱动电极阵列，这允许多个盒的并行处理；在这些变型中，部件(泵、马达、光学子系统、控制器)的全部或某些可以在不同的盒基座表面之间共享。
60.这些设备中的任一个可以包括输出端，所述输出端被配置成输出通过设备检测到的信号。输出可以在一个或更多个显示器/屏幕上，和/或它们可以是电输出，所述电输出被传送至存储器或远程处理器用于存储/处理和/或显示。例如，这些装置中的任一个可以包括无线输出端。
61.如提及的，本文描述的任何dmf装置还可包括一个或更多个微流控真空端口，所述微流控真空端口被定位在基座表面之上并且被配置成当盒被安置在基座表面上时，与用于进入盒的微流控通道的接入端口接合。
62.例如，数字微流控(dmf)读取器设备被配置成与一次性盒一起操作，所述一次性盒具有底部电介质表面、具有接地电极的顶板以及在底部电介质和顶板之间的气隙，所述数字微流控(dmf)读取器装置可以包括：用于安置一次性盒的基座表面；在基座表面上的多个驱动电极，其中每个驱动电极包括穿过其中的开口；多个真空端口，其中每个真空端口被耦合至驱动电极中的开口中的一个或更多个；真空泵，所述真空泵用于将真空施加至真空端口；从基座表面延伸的一个或更多个突起；以及控件，所述控件用于施加能量以顺序地激活和去激活一个或更多个选择的驱动电极，以在盒的气隙中沿着气隙中的期望路径移动液滴，其中dmf读取器被配置成当一次性盒被放置在基座表面上时，将真空施加至真空端口以将每个驱动电极固定至一次性盒的底部电介质，使得一个或更多个突起隔开气隙。
63.本文还描述了防止或减少这些装置中的任一个中的蒸发的方法。例如，本文描述了防止空气基质数字微流控(dmf)装置中液滴蒸发的方法，该方法包括：将含水反应液滴引入到空气基质dmf装置的气隙中，所述气隙在空气基质dmf装置的第一板和第二板之间形成；顺序地通电第一板上或第一板中的驱动电极，以在空气基质dmf装置的气隙中移动含水反应液滴，使得所述含水反应液滴与空气基质dmf装置的气隙中的非极性流体的液滴组合，这形成涂覆的反应液滴，在所述涂覆的反应液滴中，非极性流体涂覆含水反应液滴并且保护反应液滴免于蒸发；以及顺序地通电驱动电极以在空气基质dmf装置的气隙中移动涂覆的反应液滴。
64.非极性流体的体积可以小于含水反应液滴的体积。这些方法中的任一个可以包括在空气基质dmf装置的气隙中将涂覆的液滴与一种或更多种另外的含水液滴组合。这些方法中的任一个还可以包括通过将涂覆的液滴从空气基质dmf装置的气隙中至少部分地撤回到微流控通道中，将非极性流体的涂层移除。该方法还可以包括通过第一板或第二板中的开口，将非极性流体的液滴添加到空气基质dmf装置的气隙中。通常，非极性流体的液滴在10摄氏度和100摄氏度之间可以是液体。
65.例如，防止空气基质数字微流控(dmf)装置中液滴蒸发的方法可以包括：将含水反应液滴引入到空气基质dmf装置的气隙中，所述气隙在空气基质dmf装置的第一板和第二板之间形成；顺序地通电第一板上或第一板中的驱动电极，以在空气基质dmf装置的气隙中移动含水反应液滴，使得所述含水反应液滴与空气基质dmf装置的气隙中的非极性流体的液滴组合(尽管在某些变型中，非极性流体在被加载到气隙中之前可以与样品组合)，这形成涂覆的反应液滴，在所述涂覆的反应液滴中非极性流体涂覆含水反应液滴并且保护反应液滴免于蒸发，其中非极性流体在10摄氏度和100摄氏度之间是液体，另外其中非极性流体的体积小于含水反应液滴的体积；以及顺序地通电驱动电极以在空气基质dmf装置的气隙中移动涂覆的反应液滴。尽管非极性液体的体积可以小于液滴体积，然而对液滴加罩套的非极性液体的体积可以大于液滴的体积(高达液滴的体积的约3倍)。
66.本文描述的方法和装置可以特别良好地适合于与大体积液滴一起使用和处理。典型地，dmf装置并且特别是空气基质dmf装置的大多数单位液滴限于约4微升或更小的含水流体，并且气隙在驱动电极和接地电极(气隙区域的顶板和底板)之间限于小于约250微米或300微米的间距。本文描述了在较大体积上操作的方法，其中驱动电极(例如，底板)和接地电极(例如，顶板)之间的间距可以大得多(例如，在约280微米和3mm之间、在约300微米和3mm之间、在约400微米和1.5mm之间，例如在400微米和1.2mm之间等、或400微米或更大、500
微米或更大、1mm或更大等)。因此，单位液滴大小(通过单个驱动电极驱动的单个单位单元上的液滴可以大得多，例如，5微升或更大、6微升或更大、7微升或更大、8微升或更大、9微升或更大、10微升或更大、11微升或更大、12微升或更大、13微升或更大、14微升或更大、15微升或更大等，例如在5微升-20微升之间、在5微升-15微升之间、在7微升和20微升之间、在7微升和15微升之间等)。
67.使用电润湿分配大液滴常规地用较小的体积(例如，小于5微升)进行，然而，将较大体积分配为单个单位已经证明是困难的，特别是以高的准确度和精确度进行分配。本文描述了使用电润湿分配预先确定体积的液体的方法。例如，本文描述了将预先确定体积的流体分配到空气基质微流控(dmf)装置的气隙中的方法，其中气隙大于280微米(例如，300微米或更大、400微米或更大等等)宽，另外其中dmf装置包括与气隙相邻的多个驱动电极，该方法包括：用来自与气隙连通的端口的流体充满(flooding)气隙的一部分；施加能量以激活与被充满的气隙的一部分相邻的第一驱动电极；以及当第一电极被激活时，施加吸力以将流体撤回到端口中，这将流体的液滴留在与激活的第一电极相邻的气隙中。
68.施加能量以激活第一驱动电极可以包括施加能量以激活与第一驱动电极相接的一个或更多个驱动电极，并且另外其中当第一驱动电极被激活时施加吸力以将流体撤回到端口中包括：当第一驱动电极和与第一驱动电极相接的一个或更多个驱动电极是活动的时将流体撤回，这将流体的液滴留在与激活的第一驱动电极和与第一驱动电极相接的一个或更多个驱动电极相邻的气隙中。
69.第一驱动电极可以与端口隔开至少一个驱动电极的间隔。这些方法中的任一个还可以包括停用与气隙的第二部分相邻的一个或更多个驱动电极，所述第二部分在气隙的被充满部分中并且在端口和第一驱动电极之间。气隙可以大于500微米。
70.充满气隙的部分可以包括施加正压力以从端口排出流体。该方法还可以包括顺序地通电与气隙相邻的驱动电极，以在空气基质dmf装置的气隙中移动液滴。
71.当第一电极被激活时施加吸力以将流体撤回到端口中可以包括：将具有10微升或更大的体积的流体的液滴留在与激活的第一电极相邻的气隙中。
72.例如，将预先确定体积的流体分配到空气基质数字微流控(dmf)装置的气隙中的方法可以包括(其中气隙大于280微米宽(例如，300微米或更大、400微米或更大等)，另外其中dmf装置包括与气隙相邻的多个驱动电极)：用来自与气隙连通的端口的流体充满气隙的一部分；施加能量以激活与被充满的气隙的一部分相邻的第一驱动电极或第一组相接的驱动电极，其中第一驱动电极或第一组相接的驱动电极与端口间隔开不被激活的一个或更多个驱动电极；以及当第一电极或第一组相接的电极被激活时，施加吸力以将流体撤回到端口中，这将流体的液滴留在与第一电极或第一组相接的电极相邻的气隙中。
73.本文还描述了用于dmf装置的控制系统，例如本文描述的那些。特别地，本文描述了包括用于操作这些装置中的任一个的图形用户界面的控制系统。这些控制系统(子系统)可以包括软件、硬件和/或固件。因此，这些装置中的任一个可以被配置为存储在非临时介质(例如，存储器)中用于进行本文描述的方法和程序中的任一个的指令。
74.例如，本文描述了用于控制数字微流控(dmf)装置的方法，该方法包括：提供图形用户界面，所述图形用户界面包括流体处理控制命令的菜单，所述流体处理控制命令包括以下中的一种或更多种：移动、加热、移除、循环、等待、中断、混合和分配；接收流体处理方
案(protocol)，所述流体处理方案包括用户选择的流体处理控制命令；基于该流体处理方案，计算用于在dmf装置的气隙中移动流体的路径，其中该路径最小化路径中的重叠的量以避免污染；以及基于所计算的路径，使用dmf装置执行流体处理方案。
75.流体处理控制命令可以包括以下中的至少一种：移动、加热、移除、等待和混合。例如，流体处理命令可以包括以下的全部：移动、加热、移除、等待和混合。用户可以选择对应于这些命令中的每个的图标，并且可以按顺序输入它们和/或可以指示培养时间和温度条件。该装置可以自动地确定盒的气隙区域中的最优路径，以便执行这些步骤中的每个(例如，通过将液滴移动至盒的合适的区域，包括加热器、磁体、微流控端口等)，使得液滴可以根据需要来操纵。例如，接收流体处理方案可以包括接收一串流体处理控制命令。计算路径可以包括基于dmf装置中的加热区和冷却区的布置来计算路径。计算路径可以包括确定本身不交叉的最短路径。通常，在dmf装置上执行流体处理方案可以包括在耦合至dmf装置的一次性盒中执行流体处理方案。
76.本文还描述了数字微流控(dmf)读取器设备，所述数字微流控读取器设备被配置成与可移除盒和/或一次性盒一起操作，所述可移除盒和/或一次性盒具有底部电介质表面、具有接地电极的顶板以及在底部电介质和顶板之间的气隙，该设备包括：用于将一次性盒安置在上表面上的基座表面；在基座表面上的第一多个驱动电极，其中驱动电极中的全部或某些包括穿过其中的开口；热控件，所述热控件用于将热能施加至基座表面的第一区域；多个热通孔(thermal vias)，其中热通孔包括导热材料，并且与基座表面的第一区域热连通，但与电极的子集电隔离，并且另外其中热通孔与热控件热连通；多个真空端口，其中每个真空端口被耦合至穿过驱动电极的开口中的一个或更多个；用于将真空施加至真空端口的真空泵；以及控件，所述控件用于施加能量以顺序地激活和去激活一个或更多个选择的驱动电极，以在盒的气隙中沿着气隙中的期望路径移动液滴。
77.热通孔可以具有任何合适的尺寸。例如，每个热通孔可以具有在约0.5mm和约2mm之间(例如，在约0.5mm和约1.8mm之间、在约0.5mm和约1.5mm之间、在约0.5mm和约1.2mm之间、在约0.8mm和约1.2mm之间等)的直径。每单元可以使用任何数目的热通孔(例如，可以存在约5个-15个之间的与对应于第一区域中的单个电极的区域相关联的热通孔)。
78.热通孔可以各自填充有导热材料；材料可以是导电的或电绝缘的。在某些变型中，导热材料是金属。读取器还可以包括一个或更多个电阻加热器，所述电阻加热器在驱动电极中的至少一些的下面。
79.基座表面可以在印刷电路板(pcb)上形成或至少部分地形成，包括在形成于pcb上的电极阵列上形成。如上文提及的，本文描述的任何读取器可以包括一个或更多个磁体；在某些变型中，磁体可以在驱动电极中的一个或更多个之下，其被配置成被激活以施加磁场。例如，磁场可以穿过驱动电极中的开口。读取器可以包括一个或更多个珀尔帖冷却器，所述珀尔帖冷却器在驱动电极中的至少一些驱动电极的下面，其被配置成冷却至小于10摄氏度。
80.本文还描述了检测数字微流控(dmf)盒的气隙中的材料的位置和/或身份(identity)的方法。材料可以包括液滴(例如，含水液滴)、蜡、涂覆/包裹在蜡(例如，液体蜡)中的液滴、油滴、具有磁性颗粒的液滴等。身份可以针对材料在气隙中的具体位置处被确定，例如在形成盒中的气隙的上表面和下表面之间。该盒可以被分成单元(例如，各个驱
动电极之上的区域)。
81.例如，检测位置和/或身份的方法可以包括：将dmf盒的气隙的第一侧上的参考电极与驱动电路断开；将气隙的第二侧上的驱动电极的阵列中的一个或更多个驱动电极的电压设置成高电压，同时将驱动电极的阵列中的所有其他驱动电极设置成接地；感测参考电极处的电压；基于在参考电极处感测的电压，确定气隙的第一侧和气隙的第二侧之间的电容；以及基于确定的电容，识别与一个或更多个驱动电极相邻的气隙中的材料。
82.该方法还可以包括将参考电极重新连接至驱动电路，以及通过在参考电极和一个驱动电极之间施加电压，在气隙中驱动液滴。这些步骤可以被反复地重复，以追踪材料在气隙中的移动。
83.断开参考电极可以包括允许参考电极浮动(float)(例如，不接地)。参考电极可以是整个上部电极(在气隙的第一侧上，与驱动电极的阵列相对)。将参考电极与驱动电路断开(例如，与通过数字微流控驱动气隙中液滴的移动的控制器断开)可以包括将参考电极连接至感测电路，用于检测在参考电极处的电压并且因此检测气隙的电容。参考电路可以包括一个或更多个参考电容器，所述参考电容器被布置成允许测量气隙电容。
84.将驱动电极中的一个或更多个的电压设置成高电压可以包括将驱动电极中的一个或更多个设置成在10v和400v之间(例如，在100v和500v之间，例如约300v等)。
85.这些方法中的任一个可以包括当将参考电极与驱动电路断开时，通过将驱动电极的阵列中的全部驱动电极的电压设置成高电压并且感测在参考电极处的电压以确定总电容，来确定对于气隙的总电容。该方法还可以包括当将参考电极与驱动电路断开时，使用连接至参考电极的一个或更多个参考电容器，来确定总电容。例如，基于在参考电极处感测的电压来确定气隙的第一侧和气隙的第二侧之间的电容还可以包括使用总电容。
86.识别气隙中的材料可以包括基于所确定的电容使用参考数据库来识别气隙中的材料，所述参考数据库包括多个电容范围。
87.本文还描述了用于数字微流控(dmf)装置的盒(例如，一次性盒和/或可移除盒)，所述盒包括张紧框架(tensioning frame)以保持底部电介质材料处于张紧状态并且因此保持为平的。例如，本文描述的任何盒可以包括：电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面，其中电介质材料片的至少第二侧面包括第一疏水表面；张紧框架，所述张紧框架将电介质材料片保持处于张紧状态，使得其大体上是平的；顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧以及在第一侧和第二侧之间的厚度；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表面；以及气隙，所述气隙将第一疏水层和第二疏水层隔开，其中气隙包括大于280微米的间距。本文描述的任何其他盒特征可以与这些盒一起被包括。
88.这些盒中的任一个还可以包括至少部分地(包括完全地)在电介质材料片周围延伸并且从电介质材料片突出的凸缘(lip)。该凸缘可以与基座表面上的通道或槽接合。可选择地或另外，盒可以包括外围通道或槽，读取器的基座表面上的突起接合到所述外围通道或槽中。
89.张紧框架可以包括外框架和内框架。片可以被保持在外框架和内框架之间。这些盒可以包括本文提及的任何其他盒特征。
附图说明
90.本发明的新颖特征在随后的权利要求中被详细地阐述。通过参考以下详细描述和附图将获得对本发明的特征和优点的较好的理解，该详细描述阐述了其中利用了本发明的原理的例证性实施例，在附图中：
91.图1a是空气基质数字微流控(dmf)装置的一个实例的来自顶部透视图的示意图。
92.图1b示出了穿过图1a中示出的空气基质dmf装置的一部分的截面的放大视图，该截面穿过热调节区域(热区)截取。
93.图1c示出了穿过图1a的空气基质dmf装置的区域的第二截面的放大视图；该区域包括穿过底板和致动电极的穿孔，并且被配置成使得补充液滴可以从穿孔(其连接至溶剂的储存器，在该实例中作为附接的注射器示出)被递送到空气基质dmf装置的气隙中。
94.图2是类似于图1a-图1c示出的、使用包括电极和气隙区域的刚性盒的dmf表面的实例。
95.图3a示出了例如使用刚性盒的典型的dmf布置的实例；图3b示出了dmf配置的实例，其中盒315是一次性部分，该一次性部分不包括电极，但通过多个局部真空端口(与电极相邻或穿过电极)被保持在可重复使用的电极上。
96.图3c是dmf装置的实例，该dmf装置被配置为紧凑的驱动器/读取器，该紧凑的驱动器/读取器被配置成与可移除盒/一次性盒一起工作。dmf装置包括电极的阵列(例如，大于500个不同的电极)和多个独立的区域，用于控制磁珠的加热/冷却(热循环等)、泵送微流控通道、盒的自动安置和密封以及光学观察/管理。
97.图3d是如本文描述的dmf装置的另一个实例，该dmf装置被配置为紧凑的驱动器/读取器，该紧凑的驱动器/读取器可以包括大于900个(例如，大于920个不同的电极)、用于等温区域和热循环器的独立加热器、可以独立地接合/脱离的磁性区、用于在一次性盒中操作微流控的泵和阀(除了经由多个电极的dmf控制之外)、与多个电极协调的真空歧管(例如，具有穿过电极以将电介质密封并且固定至电极用于精确和可靠的dmf控制的端口)、多个独立的qpcr区、多个光学通道以及用于插入/移除盒允许从装置的上面和下面两者进入的牵拉机构。图3c和图3d中示出的装置可以提供环境区和加热区的液体冷却。
98.图3e是图3c-图3d中示出的装置的另一个实例，其示出了以下部件的示例性布置：泵(例如，固定盒的真空泵)、液体冷却器和压缩机、用于致动接收盒的抽屉(drawer)并且用于致动光学器件的一个或更多个马达、用于打开/关闭抽屉的控件、用于在盒(除了dmf之外或替代dmf)上操作任何微流控的歧管以及用于在盒中驱动dmf的电极阵列。在该实例中，一次性盒被示出插入到装置中。
99.图3f是示例性dmf装置(例如图3c-图3e中示出的装置)的外壳的实例，该外壳被配置为单个托盘(盒)装置。在图3f中，托盘被显示为延伸的。示出的尺寸仅为了例证性目的，并且可以大或小例如+/-5％(例如，10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、50％、75％、100％等)。
100.图3g和图3h示出了图3f的示例性dmf装置的正面(图3g)和背面(图3h)的实例。用于加载/卸载盒的托盘被示出为关闭的。
101.图3i图示出示例性dmf装置的另一个实例，该dmf装置被配置成处理多个盒。图3i是装置的正视图，该装置被配置成处理六个盒并且包括六个接入控件(access control)和
显示面板，它们可以是彩色编码的。在示出的外壳中，可以共享诸如泵、马达、光学器件、控制器等的部件，和/或可以使用多个单独的部件(例如，电极阵列、子控制器等)。壳体可以被配置成允许堆叠多个装置。
102.图3j是图3i的正透视图。
103.图3k图示出图3i-图3j的多重装置的背视图的实例。
104.图3l是最左侧盒抽屉的放大视图，包括盒专用显示器、输入端(例如，按钮、触摸屏等)以及盒抽屉。
105.图4a示出了形成为装置的一部分的电极(例如，电极阵列)的俯视图。如示出的，电极可以包括穿过其的多个真空开口。电极可以界定不同的区域，包括热控制区域(例如，具有热敏电阻和/或冷却和/或加热的区域)。在图4a中，示出了18行和10列；可以使用更大或更小的阵列。
106.图4b示出了形成上部电极层的电极的放大区域，其示出了穿过大多数(例如》50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％等)或全部的电极的真空开口。尽管示出了正方形电极(具有中心真空开口)，然而可以使用其他电极形状(例如互锁的、矩形的、圆形的等)或穿过电极的真空开口位置(偏离中心的等)。在图4b中，示出了温度传感器(例如热敏电阻)。
107.图4c图示出可以存在于(例如图4b中示出的)电极层之下的电阻加热层。在阵列之下，可以使用一个连续的或多个分开的电阻材料的迹线。黑点指示真空歧管(形成穿过电极的多个真空开口)。电阻加热层可以与其之上的电极电隔离；通过电阻加热层施加的电流可以通过控制器被区域地控制。控制器可以包括pid控制。
108.图5a示出了该装置的部分拆解视图，其示出了可以在包含电极的pcb、液体冷却剂和用于将盒电介质固定到电极上的真空之间进行的连接。
109.图5b示出了风扇和散热器、储存器和泵的实例，它们可以被用于包括电极的盒接触表面的液体冷却剂。泵、管道、风扇、散热器和储存器可以被用于在电极下面移动水或液体冷却剂，使得冷却剂可以在电极下面经过时吸收热，其中然后冷却剂在通过风扇和散热器时被再次冷却之后，可以被再循环。
110.图5c示出了具有类似于图4a-图4c中示出的电极的pcb的另一个视图，该pcb被连接至真空泵以及液体冷却剂(输入端和输出端)。
111.图5d和图5e图示出施加真空以固定盒(此处仅通过电介质材料被示出为概念的证明)。在图5d中，真空关闭，并且电介质不抵靠电极被固定。电介质可以起皱，并且可以包括差接触的区域，差接触包括差的电接触。通过比较，图5e示出了通过穿过电极的多个开口抵靠电极保持的电介质，该多个开口保持电介质均匀地抵靠电极，并且在可移除盒和电极之间令人惊讶地产生均匀的电性质。
112.图5f示出了pcb的俯视图的实例，其示出了具有穿过每个电极的中心区域形成的孔(holes)的小电极阵列。
113.图5g示出了在电极下面的图5f的pcb的一部分(在电极上面可以形成其他层)，其示出了穿过pcb形成的孔，该孔可以连接到真空泵。
114.图6图示出可以通过电极阵列和/或可移除盒形成的不同功能区域。在图6中，可移除盒已经被制成为透明的(在形成盒的dmf部分的顶板、气隙和电介质之上的微流控区域已
经被制成为透明的)。不同的区域由不同的框来指示，并且可以以特定的布置被分布在阵列上面。例如，在图6中，电极中的七个被配置为磁性区域603，该磁性区域可以施加(对该电极的)局部磁力，以将磁珠或磁性颗粒保留在电极上的液滴中。外周区域中的八个(每个跨越六个电极)被配置为冷却区，该冷却区可以与珀尔帖设备或其他热冷却区域热接触。此外，在图6中，左侧的六个16-电极区域607被配置为冷却区，该冷却区还可以与相同或不同的珀尔帖设备热接触(例如，将它们保持在低于10摄氏度)。两个中心加热区(一个跨越五个电极，另一个跨越32个电极)也被包括，并且可以在全部区或区的区域上热循环。四个光学读取区608(每个跨越四个电极)在设备的右侧周界上彼此间隔开。通常，加热和/或热循环区域位于中心，与外周的冷却/储存区域隔开。这些区之间(例如磁性区和加热/冷却区之间)可以存在重叠。
115.图6还以透明视图示出了可以在气隙上面((和顶板中，如描述的)形成的微流控部分。例如，在图6中，微流控部分611包括一对蛇形微流控通道615、616，各自连接至进入气隙的开口(开口可以通过阀来调节)。微流控部分还可以包括阀。在图6中，微流控通道还包括一对端口617、618，通过端口617、618可以施加正压力和/或负压力，以(连同任何阀)调节微流控区域中的流体的移动以及(在某些变型中)调节流体移动到气隙中或从气隙移出。微流控部分还可以包括一个或更多个废物室621。
116.图7a是如本文描述的示例性盒的俯视图。在该实例中，盒包括：dmf部分，该dmf部分包括通过气隙隔开的顶板和电介质；以及微流控部分，该微流控部分连接到气隙中，并且可以外部地连接至通道输入端和/或输出端。流体可以通过一个或更多个进入气隙中的开口(作为小开口示出)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，这允许通过盒进行光学观察。
117.图7b示出图7a的盒的顶部透视图。
118.图7c是从图7a和图7b的盒的左侧观察的端视图或侧视图，其示出了上部微流控通道和下部dmf部分(示出了形成气隙的在顶部、接地、板和电介质之间的间隔)。
119.图7d是图7a-图7c的盒的俯视图，其中移除了用于微流控通道的盖，图7d示出了通道。
120.图8a是一次性盒的实例，该一次性盒包括塑料顶板和电介质。
121.图8b示出了可以用作盒的一部分的纸制数字微流控(paper digital microfluidics)。
122.图9a示出了在一次性塑料顶板和电介质下方的电极的开放式阵列(open array of electrodes)的实例。
123.图9b示出了在开放式阵列上面的盒，该盒通过真空保持在适当位置，以保持其刚性地附接在电极上面。
124.图9c图示出穿过电极阵列的开口的使用；这些开口可以被用于施加足够的吸力(例如真空)以保持盒(例如底部、电介质层)对齐并且固定至装置。可以施加正压力以释放盒。
125.图10a示意性地图示出如本文描述的顶板上的图案化接地电极的实例。
126.图10b示出了在图10a中示出的图案化顶板的侧视图。
127.图11a和图11b分别示出了顶板的另一种变型的正视图和侧视图，该顶板包括由不
透明导电油墨(例如，银导电油墨、碳导电油墨等)形成的接地电极，该接地电极在包括形成栅格的多个窗口开口的栅格图案中形成。
128.图12a是施加导电油墨以在顶板上形成接地电极的实例。图12b示出了图案化顶板接地电极(包括穿过其中的多个开口)的实例。
129.图13a和图13b图示出在柔性透明基板上的图案化接地电极(顶板)的实例。
130.图14a-图14c图示出使用图案化接地电极的dmf装置的操作。
131.图15a-图15c图示出如本文描述的与dmf气隙区域接口连接(interfacing with)的微流控通道的一个实例。在图15a中，盒的微流控部分作为一对通道被示出，每个通道被连接至入口/出口，并且每个通道在形成盒的dmf部分的进入气隙中的开口的桥接区域(在该示例中，在微流控部分下面)中终止。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，通过在入口/出口之间交替并且施加吸力，流体通过桥接液滴被洗涤并且进入气隙中，如所示。在该实例中，外部流体部件(例如，管道和储存器)被集成到dmf部分的顶板中，这允许紧凑的外形(compact form factor)。微流控通道可以被用于添加/移除试剂(例如，移除废物、洗涤等)。桥接液滴可以是电极或电极的组，并且液滴的大小可以通过dmf来调节。
132.图16a示出了穿过顶板以形成与dmf部分紧密相邻(例如，作为顶板的一部分，在dmf部分上面或下面)的微流控通道的截面的一个实例。图16b示出了其中已经形成微流控通道的顶板的实例。
133.图16c是dmf装置的顶板的另一个实例，该dmf装置配置为微流控通道。顶板被示为丙烯酸材料，在该材料中已经形成通道和孔(例如，通过铣削、切割、光栅化等)。
134.图16d示出了在盒的dmf部分的顶板中形成的微流控通道的另一个实例。
135.图17a和图17b图示出使用包括分叉通道的流体施加和提取技术，在如本文描述的dmf装置(例如，盒)中提取和混合流体，这允许大体积的流体在两个储存器之间交换。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。
136.图17c是dmf盒的另一个实例，该dmf盒被配置用于混合、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。在图17c中，用于流体管线的接口1127穿过顶板进行接口连接，该流体管线可以是微流控通道，包括部分地通过顶板1117形成的微流控通道，并且(不同于图17a)该接口区域中的气隙可以大于dmf盒的其他部分中的气隙。在图17d中，用于流体管线的接口1127在气隙的边缘处，类似于图17b；在图17d中，气隙区域比在盒的其他区域中更大。在图17a-图17d中的任一个中，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，盒的顶面)和/或一个或更多个阀接口连接。
137.图18a-图18c图示出类似于图17a示出的流体施加和提取设备的操作。
138.图19a-图19c图示出在气隙dmf装置中，在2分钟内保持在95摄氏度的蒸发对于液滴的效果，其示出大量蒸发(substantial evaporation)。
139.图20a-图20c示出了当使用非极性材料(例如液体石蜡)的罩套时在一小时之后(图20b)和两小时之后(图20c)的耐蒸发性(resistance to evaporation)，其示出很少蒸发或无蒸发。
140.图21a-图21d图示出在空气基质dmf装置中使用非极性罩套材料。图21a-图21b示
出了含水(极性)液滴在涂覆有连同液滴一起移动的非极性罩套材料时的移动。图21c-图21d示出了将另外的极性材料添加至液滴，该液滴膨胀以包括另外的极性材料。图21e-图21i图示出将大的样品添加至罩套材料，并且混合样品。
141.图22a-图22d图示出当将液滴(例如试剂)分配到dmf装置的气隙中时对液滴体积的控制。特别地，本文描述的气隙可以是大的气隙(例如，在顶部和底部电介质之间大于280微米、大于300微米、》400微米、》500微米、》600微米等的间距)。在这样的情况下，单独的电润湿力(electrowetting force)可能不足以分配预先确定体积的液滴。如图22a-图22d中示出的，从大体积折断的液滴可以被用于分配预先确定的体积。在图22a中，分配电极被激活，与分配端口(管)间隔开。在图22b中，待被分配的试剂被施加到气隙中，这将包括分配电极的区域充满，该分配电极与分配端口间隔至少一个电极。在图22c中，试剂然后被吸回到分配端口中，同时分配电极是活动的，但是分配端口和分配电极之间的电极不是活动的，这形成最终中断开的颈部(neck)(如图22d示出的)，这将预先确定体积的液滴留在分配电极上。
142.图23a-图23f图示出使用上文图22a-图22d中描述的技术分配预先限定的体积的液滴的实例。
143.图24示出了控制如本文描述的dmf装置的方法的实例，该方法包括使用图形用户界面编程该装置。
144.图25a和图25b共同图示出可视控件或命令(图25a)以及描述使用这些可视控件/命令的方案(图25b)的实例。
145.图26a-图26h图示出用于控制如本文描述的dmf装置的用户界面的实例。
146.图27a和图27b分别图示出如本文描述的数字微流控盒的顶部部分的一个实例的顶部透视图和底部透视图。
147.图28图示出盒的一部分的实例，其示出了热控制区域。
148.图29是读取器的一部分(例如，盒基座部分)的实例，该读取器具有减小的热质量以提高保持在基座部分上的盒的温度调节速率。
149.图30是读取器的一部分(例如，盒基座部分)的另一个实例，该读取器具有减小的热质量以提高保持在基座部分上的盒的温度调节速率。
150.图31a和图31b图示出读取器的实例，该读取器包括用于帮助控制盒的(例如，盒的气隙的一个或更多个单元的)温度的热通孔。
151.图32是盒的实例，该盒包括顶板中的开口，用于取样或将流体添加至盒中的液滴。
152.图33a示出了具有开关的ito感测电路。
153.图33b图示出电容感测电路的另一个实例，该电容感测电路包括多个参考电容器。
154.图34a-图34c图示出如本文描述的识别和/或定位气隙中的液滴的一种方法。图34a示出了对应于在气隙中在特定单元处多种材料(例如含水液滴、蜡等)的存在或不存在的一系列电容的一个实例。图34b是示出来自感测电极(顶部电极)的示例性电压测量结果的图。图34c是示出作为温度的函数的水的介电常数(electrical permittivity)的变化的实例的图。
155.图35a是真空卡盘的一个实例的俯视图。
156.图35b是图35a的真空卡盘的横截面视图。
157.图36示出了图35a-图35b中示出的卡盘的等距视图。
158.图37示出了类似于图35a-图35b中示出的卡盘的俯视图。
159.图38a示出了真空卡盘的另一个实例。
160.图38b示出了该卡盘的横截面且放大的视图。
161.图39示出了类似于图35a-图35b中示出的卡盘的仰视图。
162.图40示出了类似于图35a中示出的卡盘的等距视图。
163.图41a示出了热消散系统的一个实例，该热消散系统可以被包括在本文描述的任何读取器设备中。
164.图41b是穿过图41a的卡盘的截面视图。
165.图42示出了卡盘和风扇的正视图。
166.图43示出了卡盘、风扇和pcb(基座表面的一部分)的布置的实例。
167.图44是卡盘的透视图，该卡盘可以包括热(thermal)(例如，热量(heat))消散系统以用于调节盒的温度。
168.图45a是图44的卡盘的俯视图。
169.图45b是穿过图45a的卡盘的截面视图。
170.图46示出了卡盘、散热器和一对冷却风扇的组件的侧视图，其中箭头指示温度的流动(当加载到装置上时冷却卡盘并且因此冷却盒)。
171.图47a-图47c图示出真空卡盘和冷却子系统(例如，散热器块和冷却风扇)的组件。
172.图48图示出用于读取器的组件的一个实例，所述组件包括：具有电极的阵列的pcb，用于将dmf施加至盒(未示出)；真空块，用于将盒底部保持在pcb上；以及热调节器子系统，该热调节器子系统包括散热器/加热块和一对冷却风扇。
173.图49a和图49b分别图示出张紧框架和膜框架，用于固定和保持可以形成盒的底部的膜(例如电介质膜)为平滑的。
174.图49c是组装的张紧框架的侧视图。
175.图49d是组装的张紧框架的透视图。
176.图50a是盒的分解视图的实例。
177.图50b是盒的分解视图的另一个实例。
178.图51是读取器的盒和盒基座部分的实例的分解视图。
179.图52a是读取器的pcb的俯视图，盒可以被安置在读取器上。
180.图52b是图52a中示出的pcb部分的侧视图。
181.图52c是在读取器的基座表面上示出的盒的侧视图的实例。
182.图52d是图52c的放大视图。
183.图53是读取器的盒和基座表面/区域的分解视图。
184.图54a是读取器的pcb(其可以形成基座表面)的俯视图。
185.图54b是穿过图54a中示出的读取器的部分的侧截面视图。
186.图55示出了具有独立的动作区(action zone)的电极栅设置的实例。
187.图56示意性地示出了具有可以操作其全部的控制台单元的四个独立地控制的1-丛(1-plex)模块。
具体实施方式
188.通常，本文描述了数字微流控装置和方法。特别地，本文描述了包括系统和设备的空气基质数字微流控装置，以及操作该空气基质数字微流控装置以处理流体样品的方法。例如，dmf装置可以包括紧凑的dmf驱动器/读取器，该紧凑的dmf驱动器/读取器被配置成与可移除盒/一次性盒一起工作。dmf驱动器/读取器可以包括驱动电极的阵列，该驱动电极适于通过在盒上的多个点处并且特别地在电极接触点处，施加负压力和/或正压力，将盒对齐并且固定在适当位置。盒可以包括气隙，该气隙经由开口(例如，侧(横向)开口和/或顶部开口)对于环境(例如，对于空气)是开放的。气隙可以在两个电介质层之间形成。上部顶部区域可以包括一个或更多个接地电极。接地电极可以有利地由不透明材料形成，该不透明材料被图案化以包括允许通过顶部成像的一个或更多个窗口。这些窗口可以布置在电极上面，使得接地区域相对驱动电极延伸，并且在驱动电极周围和/或在驱动电极之间延伸。
189.本文描述的任何装置还可以包括流体施加和提取部件(例如，流体施加和/或提取设备)，该流体施加和提取部件通过顶部或通过盒的侧面被连接到气隙中。本文描述的任何装置可以包括或使用非极性罩套材料(例如，非极性液体，例如室温蜡)，该非极性罩套材料在装置中的含水液滴周围形成保护罩套并且可以与液滴一起移动。本文还描述了用于与装置接口连接的用户界面，包括用于控制装置移动、混合、组合、洗涤、磁性地浓缩、加热、冷却等的用户界面。这些用户界面可以允许方案的手动、自动或半自动输入、控制和/或执行。
190.图2图示出类似于图1a-图1c中示出的dmf装置的实例。在图2中，dmf装置包括多个驱动电极211(被成形为非正方形/非矩形形状，并且被定位成以行或列彼此相邻)。在图2中，四个储存器区域203、205、207、209被定位在右侧，并且可以被预加载或以其他方式保持材料的液滴在dmf装置的操作期间被添加。电极中的某些或全部可以被加热或冷却。
191.在图2的装置中，dmf驱动电极211是固体平坦的电极。在驱动电极和接地电极或参考电极之间能量的施加导致含水(例如极性)液滴的移动。在图2中，接地电极或参考电极作为导电的透明涂层(例如ito)在上板上形成，该上板也是透明的(clear)(透明的(transparent))。这允许设备从空气基质/气隙上面被监测，包括监测任何单元，例如单位单元。
192.然而，将有益的是提供dmf读取器装置(例如，设备、系统等)，该dmf读取器装置可以与不包括驱动电极的一次性盒一起使用。图3a和图3b示出了包括集成的驱动电极的dmf系统(图3a)和其中驱动电极是读取器的一部分但是盒仅包括接地电极(例如，顶板)、气隙和电介质底部的系统的不同配置。例如，在图3a中，气隙在接地顶板303以及驱动电极和电介质膜305(例如，特氟龙膜)之间形成。驱动电极和电介质膜可以是包括顶板的盒的一部分，并且可以单独被附接到连接至主处理器309和电源板311的基板(开关板307)上。
193.相比之下，在图3b中，盒不包括驱动电极313，而是包括顶板/接地电极、电介质和它们之间的气隙315。如将在本文中更详细地描述的，真空(例如，真空歧管)可以被定位在电极313之下以施加压力(例如，在50kpa和250kpa之间、50kpa或更大、60kpa或更大、70kpa或更大、80kpa或更大、90kpa或更大、100kpa或更大、110kpa或更大等)以将电介质以及因此盒的其余部分完全地固定至读取器装置。电极可以被支撑在基板上，例如印刷电路板或开关板317，该基板还可以被连接至主处理器319和电源321。如图3b中示出的，电介质膜还可以是疏水性的(例如，可以使用特氟龙膜)，或可以被处理、涂覆、喷涂、浸渍等到疏水材料
中，以使至少面向空气的一侧是疏水的。
194.图3c是紧凑的dmf驱动器/读取器的实例，该紧凑的dmf驱动器/读取器可以与本文描述的任何盒一起使用。在图3c中示出的侧透视图中，尺寸(15cm或6英寸的高度，20cm或8英寸的宽度)仅是示例性的，但是示出了读取器的紧凑性质。读取器可以包括盒基座表面351，真空部件、加热部件、冷却部件、磁性部件以及包括控制电路的其他部件可以被定位在盒基座表面351之下。在该实例中，微流控控制部件(例如，阀、泵等)可以被定位在盒基座表面上面，用于控制这些元件。
195.图3d图示出dmf读取器装置的另一个实例，该dmf读取器装置包括在基座表面的一部分上的集成驱动电极。抽屉(未示出)可以被用于插入/移除盒并且将盒安置在基座表面上，其中真空可以被用于将盒固定在适当位置并且在盒的驱动电极和电介质之间进行完全电接触。微流控处理部分355和光学器件(例如，光学读取器)两者均可以被定位在基座表面上面。图3e示出了图3c和图3d的装置的另一个透视图，其示出了保持示例性一次性盒363的抽屉361。如示出的，抽屉可以打开/关闭(例如，通过按动控件，例如按钮362)以将盒拉入装置以及从装置中拉出，并且将盒定位在基座表面上，该基座表面包括驱动电极阵列365，其中驱动电极中的每个(在该实例中，并且在下文更详细地示出)包括开口，用于施加真空以将电介质保持在驱动电极上。当微流控部分保持在基座表面上时，微流控部分可以在基座表面上面并且因此在盒上面与盒接合。例如，微流控阀歧管367可以被包括，并且可以连接至泵或泵369。相同的或单独的泵371可以被用于提供压力，用于通过电极将电介质保持在基座表面上。该系统还可以包括光学器件子系统373，用于通过盒的至少一部分成像，以便报告出关于在装置上执行的反应的数据。还可以包括马达，用于驱动光学器件和/或抽屉打开/关闭。也可以包括液体冷却器和压缩机375，用于使冷却液体例如在盒下方循环。
196.图3f示出了图3e的装置的侧透视图，其中抽屉361打开并且盖381打开。壳体可以包括支脚(feet)383，该支脚383可以与接收位点385在顶表面上接合，使得这些设备可以被容易地且安全地堆叠。图3g和图3h分别示出了前视图和后视图。
197.在某些变型中，该装置可以包括多个盒接收位点(例如，基座表面)，用于在多个盒上并行地操作。例如，图3i-图3k图示出装置的实例，其中六个盒接收抽屉可以被用于在多达六个单独的盒上同时操作。在该实例中，每个接收抽屉可以包括按钮，用于打开/关闭抽屉，并且可以包括单独的读出屏390。图3i和图3j分别示出了前视图和前透视图，而图3k是后视图。在该变型中，内部部件(例如，处理器和光学传感器)可以在装置的每个子区域内的不同基座表面之间共享。图3l示出了装置的前部的一个实例的详细视图。
198.示例性dmf读取器设备的基座表面在图4a-图4c和图9a-图9c中更详细地示出。在图4a中，基座表面包括驱动电极401的阵列(以行0-9和列a-r标记)。这些驱动电极中的每个包括穿过电极的中心孔或开口，可以通过该中心孔或开口施加真空以将盒的电介质保持抵靠驱动电极。在图4a中，基座表面还包括温度传感器(热敏电阻405)，该温度传感器以不同定向被定位在电极之间。图4b示出了包括驱动电极的基座表面的略微放大视图，其示出了驱动电极之间的热敏电阻405。真空开口407在图4b中是更清楚地可见的。可以使用任何形状和大小的驱动电极，包括互锁驱动电极。此外，可以形成不是整块的驱动电极的图案；例如，电极图案可以包括开放区域，该开放区域不包括驱动电极(例如，围绕驱动电极的区域等)，如图1a和图2中示出的。
199.图4c示出了加热器的实例，该加热器可以被定位在驱动电极的某些之下，例如图4b中示出的驱动电极的子集。在该实例中，电阻加热电路409可以位于驱动电极下面(例如，在形成基座表面的pcb的任何层处嵌入)。通常，电阻加热和热敏电阻可以在电极pcb板的任何层处嵌入。加热器可以是具有电极和热敏电阻的pcb的一部分，如图4a-图4c中示出的。电流可以例如通过pid控制回路与热敏电阻器组合来调节，并且因此驱动电极和/或相邻电介质(并且因此在电介质/驱动电极下方的单元上的任何液滴)的温度被调节。为了冷却电介质(和整个基座表面)，液体冷却器可以循环通过基板，例如在基座表面的底部上。在图4c的实例中，电阻加热器被示出为低电阻材料(例如，具有约10欧姆-15欧姆之间的电阻)的连续迹线。
200.可以采用任何合适的温度调节技术。例如，可以使用搅拌(例如，磁力搅拌)。即使小体积液滴也可以包含局部温度范围，因此温度分布可以具有标准偏差。这可以通过搅拌例如经由磁珠来减小。在足够的搅拌的情况下，液滴可以接近等温。在这些变型中的任一个中，顶板可以用于帮助调节温度。例如，顶板可以用于散热。在顶板的顶部上的导热体(例如，钢块)可以大大地加速顶板冷却花费的时间。如果顶板具有大的热质量，或质量被添加至顶板，那么这可以减小设定数目的热循环所需的时间。
201.顶板和底部加热器(例如，埋入式加热器(buried heater))之间的温度差可以有助于确定温度标准偏差。与电极联合地加热顶板可以减小升高温度所需的时间。例如，顶板可以包括类似于图4c中示出的局部电阻加热器。加热的/冷却的顶板可以通过包括顶部热质量与盒分开地实现，当盒在基座表面上时，顶部热质量与盒的顶部接合。例如，加热的和/或冷却的顶部热质量可以是向下按压在盒上的歧管。
202.如提及的，液体冷却剂可以被施加至盒的底部和/或顶部。特别地，可以使用循环液体冷却剂。在某些变型中，盒的整个底部可以被冷却(例如，至室温的3度-5度内，例如，在15摄氏度-35摄氏度之间)。在图5a中，基座表面501的实例被示出从设备中移除，以图示出液体冷却剂耦合至基座表面的基板，使得冷却剂可以通过基座表面501被泵送到503中并且从505中泵出。
203.图5b示出了泵511、管道517、风扇515、散热器516和储存器513被用于在电极下面移动水或液体冷却剂。冷却剂在通过电极下面时吸收热，并且在通过风扇和散热器时再次被冷却。
204.如上文提及的，通过电极中的开口由设备施加真空允许盒的电介质被牢固地且可释放地保持。不穿过电极的开口不会将电介质平滑地保持在基座表面上。然而，当通过可以被激活的全部的驱动电极施加真空时，电介质被保持平坦地抵靠驱动电极，并且可以施加持续较低的能量。例如，图5d和图5e图示出将电介质(为了例证性目的，被示出为未附接至盒)固定在具有电极的基座表面上，该极具有开口，通过该开口施加真空。在图5d中，真空关闭，并且电介质555以许多褶皱松散地静置在基座表面上。在图5e中，通过电极施加真空。
205.以这种方式使用真空允许减小的电介质厚度，并且从而允许较低的功率(例如，电压)要求。与使用粘合剂或使用在电极外部施加的真空相比，图5a-图5e中示出的配置导致对于dmf的功率要求减小一半。在示出的实例中，电介质的厚度可以在7微米-13微米之间。当使用粘合剂时，电介质几乎是两倍厚(例如，25微米)。
206.在图5c中，泵560被示出经过管道被连接至真空歧管，该真空歧管被配置成通过电
极中的孔抽出(pull)空气。电介质膜位于顶部上并且只要泵抽空气，就保持刚性的。此外，电介质的表面中的任何突起(特别是在盒的气隙周围或略微小于盒的气隙的宽度的突起)将不干扰密封，但是将在气隙中形成外壳、通道、屏障或其他结构，这可以有助于隔开气隙。
207.图5f和图5g图示出基座表面的上层和中间层，其示出了通过机械和/或管道歧管的真空源之间的连接(经由连接器565)(图5g)，以及从穿过电极的开口出来(图5f)。
208.图9a至图9c图示出基座表面900的实例，通过穿过电极的真空端口，盒可以被保持在基座表面900上。在图9a中，基座表面在基板(例如，pcb或其他电绝缘表面)上形成，并且包括电极901的阵列，在该实例中被示为四边形(例如，正方形)形状。可以使用任何其他合适的形状。驱动电极901是薄的导电表面，该薄的导电表面可以与基座表面齐平或大体上齐平，或可以在基座表面上面略微地突起。在图9b中，盒905被示为放置在基座表面900上的驱动电极901的阵列的顶上。该盒可以通过抽屉被放置在基座表面上(如上文图3e和图3f中示出的)。在基座表面上时，真空可以通过驱动电极的全部或子集(例如，在气隙中流体可以在其上面被输送的驱动电极)来施加，以将电介质(并且因此将盒)保持在适当位置。如上文提及的，在没有通过电极本身施加真空的情况下，可能需要更多的能量以在气隙中可靠地驱动流体，并且电介质必须更厚。图9c示出了基座表面900的一部分的放大视图，其示出了具有进入真空歧管的中心开口909的电极901。
209.该装置的基座表面可以被分成功能区域，该功能区域控制不同部分的位置和操作，操作包括加热、磁珠控制、洗涤、添加溶液、冷却、成像/检测等。这些区域可以在dmf读器装置中界定。例如，现在回到图6，图6图示出基于在基座表面内和/或之下(或在某些变型中，之上)的连接而界定的不同功能区域。例如，在图6中，溶液可以经由一个或更多个孔被分配穿过盒的顶部(例如顶板)。因此，在固定的电介质下方的驱动电极可以形成多个单位单元(每单位单元一个驱动电极)，并且每个单元或单元的区域(多个单元)可以被控制以执行特定的功能。例如，在图6中，dmf装置包括被布置在盒的外周周围的区或单位单元的布置，例如冷却区(例如，经由下面的珀尔帖区进行冷却)605。这些区域还可以被用于储存溶液，并且可以被保持在3摄氏度和20摄氏度之间(例如，小于10摄氏度、在约2摄氏度和25摄氏度之间)。中心加热区609可以被用于加热液滴。一个或更多个磁性区603可以被用于打开/关闭磁场，该磁场可以用于固定磁性颗粒(例如，用于移除材料等)。任何区可以重叠。例如，加热区中的至少一个单位单元还可以是磁性区。其他功能区包括成像/光学区。在这种情况下，双重功能可以是可能的，因为当使用电阻加热时，磁体可以被定位在加热区的正下方。
210.除了通过dmf装置的基座表面的配置形成的区之外，用于提供溶液的等分试样、混合溶液和/或移除溶液的功能区还可以在盒中形成，例如，而是切割到顶板中以提供对气隙的内部进入(intimate access)。在图6中，上(顶)板微流控区域已经是透明的。通常，微通道可以被用于混合、分配废物以及从气隙区域中取出顶板上的废物。此外，这些盒中的任一个还可以包括顶板中的试剂储存器。微流控可以通过一个或更多个阀(例如，阀控件)控制，用于分配和混合以及取出废物。
211.盒
212.通常，如本文描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至其上的顶板。例如，疏水涂层可以是
特氟龙涂层。盒还可以包括一个或更多个微流控通道，特别是直接在顶板中形成具有进入气隙的受控通路的微流控通道。
213.例如，图7a-图7d图示出盒700的一个实例，该盒700在上表面上包括微流控区域，其被盖703覆盖，该盖703具有一个或更多个接入端口705、707，用于进入设备的微流控部分。盖703还可以包括可以用于递送移除流体和/或气体(例如，空气)的一个或更多个阀和/或一个或更多个开口709。盒还可以包括穿过顶板713的开口，其包括将微流控通道连接至通道内的气隙区域的开口。
214.本文描述的任何盒还可以包括一个或更多个透明窗口区域711，用于将气隙中的一个或更多个区域(读出区域)光学成像。图7b是图7a的盒的顶部透视图。图7c示出了盒的侧视图，其示出了最下面的底部电介质膜751材料。气隙在图7c中是不可见的，但是可以指的是电介质和接地电极之间的间隔753。图7d示出了盖被移除的顶板。比较图7a至图7d，顶部被移除后，示出了第一微流控通道和第二微流控通道两者，每个微流控通道具有从微流控通道进入气隙的开口。在图7d中，两个通道可以通过将流体推动/拉动穿过一个通道进入它们下面的单元而同时使用，用于冲洗、混合移除废物等。在图7a-图7d中，存在穿过顶板进入空气的通孔。尽管顶板可以更厚，然而在某些变型中，可以有益的是包括更多试剂，该试剂包括可以再水化的冷冻干燥的试剂。
215.图8a-图8b图示出可以使用的盒的不同实例。在图8a中，示例性盒800(类似于图7a-图7d中示出的盒)被示出在包括电极的基座表面803上面。盒800在盒的一端包括在气隙(图8a中不可见)上方形成的微流控部分805。盒的另一端包括窗口区域807，通过该窗口区域807气隙的一部分可以被成像。盒的前部(窗口)区域和背部(微流控)区域两者均可以包括进入区域，用于进入气隙和/或微流控部分。在图8b中，示出了在纸上的三种不同的dmf设计配置。纸制dmf设备通过将银驱动电极与连接至接触垫(pad)的储存器的阵列喷墨印刷到纸制基板上形成。
216.在盒中，顶板可以是任何合适的材料，包括透明材料，例如丙烯酸。顶板可以由一种或更多种导电聚合物形成(或可以包含一种或更多种导电聚合物)。接地电极可以在顶板上形成。特别地，接地电极可以由导电材料形成，该导电材料特别地包括印刷导电材料，例如导电油墨。特别地，返回电极可以是具有形成栅格的多个窗口开口的图案(例如栅格图案)。可以选择图案，使得当盒被固定至读取器的基座表面时，窗口开口与驱动电极对齐。在图10a中，示出了接地电极1001，其具有包括多个开放的正方形窗口1003的栅格图案。如已经提及的，形成栅格图案的窗口开口可以是任何合适的形状，包括其他四边形形状(例如，矩形等)、其他多边形形状、椭圆形(例如圆形、卵形等)形状、规则和不规则形状。另外的层(例如疏水层)可以覆盖导电材料图案和板两者。图10b示出了示例性侧视图(厚度不按比例)，其示出了板1005和导电图案化电极1001。通常，除非另外指示，否则本文描述的附图没有一个一定按比例示出。
217.图11a和图11b示出了形成为栅格图案的接地电极1101的另一个实例，该接地电极1101具有在第一板1105上形成的椭圆形1103(在该实例中为圆形)窗口开口。
218.例如，电极可以由导电油墨(例如银油墨)形成，如图8b中示出的。尽管不清楚，但是这样的可印刷油墨可以相对于先前描述的其他导电材料(例如ito)具有优点。使用栅格中形成的银纳米颗粒可以导致更低、更可重复和更精确的能量需求。在图10a-图10b中，电
极的图案具有在约50微米至200微米之间(例如，100微米)的最小厚度。开方窗口周围的轮廓可以被配置成定位在驱动电极阵列中相邻电极之间的空间上面。当盒被对齐并且固定在驱动电极上面的适当位置时，底板上的驱动电极之间的重叠间隔被覆盖，但是中心区域(特别地，中心区域可以包括用于如上文描述施加真空的开口)可以位于窗口的中心。由于许多导电油墨(例如，包括银油墨)不是透明的，所以开放窗口可以允许接地电极之下的气隙可视化。尽管最小厚度可以在50微米和150微米之间，然而实际上，栅格图案的最小厚度可以大于100微米宽度；例如，最小厚度可以在100微米和200微米之间。
219.接地电极可以以任何合适的方式在基板(例如，顶板)上形成。例如，图12a和图12b图示出形成接地电极的两种方法。在图12a中，顶部电极通过用导电油墨涂覆透明基板，并且允许产生的层干燥来形成。在图12b中，诸如上文描述的那些的图案通过印刷技术(例如丝网印刷、印刷等)来形成。在图12b中，图案通过以类似于图10a中示出的图案，印刷导电银纳米颗粒油墨来形成。
220.图13a和图13b示出了具有栅格图案化接地电极的顶板的实例。在图13a和图13b中，栅格图案在具有包括储存器以及通道和室的区域的二级图案(second order pattern)中形成，该储存器用于储存气隙中的流体，在该通道和室中可以进行不同的反应(加热、混合、冷却等)。图14a-图14c图示出图13a-图13b的接地板的操作，其示出了使用盒中的该接地板配置驱动液滴移动的驱动电极。在图14a中，液滴1403在气隙中被保持在第一单位单元上。在图14a中，气隙在向下拉动到基座表面上的电介质和驱动电极之间，通过真空拉动通过驱动电极。形成接地电极的栅格的图案与驱动电极在基座表面中的布置匹配。驱动电极1411每个包括开口1413，该开口1413被连接至真空歧管，真空通过真空歧管被施加以保持电介质在适当位置，并且因此保持盒在适当位置。
221.在图14a和图14b之间，功率被施加至液滴下面的电极并且按顺序被施加至一个或更多个相邻电极，这允许液滴的电润湿的变化，向左驱动液滴1405，如图14b中示出的；该过程可以重复，如图14c中示出的，这将液滴移动至气隙中的另一个单位单元1407。使用栅格图案化接地电极的移动等效于或优于整块接地电极的移动。
222.在这些变型中的任一个中，在盒的顶板上的返回电极可以由顶板上分层的材料形成。例如，在顶板上形成返回电极的导电层可以由铝和电介质材料和/或疏水材料的膜形成。在某些变型中，电极可以由ito、粘合剂和电介质膜和/或疏水膜形成。在某些变型中，导体可以由ito膜(包括底漆和特氟龙涂层)形成。
223.如上文已经讨论的，这些装置和方法中的任一个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-图15c中图示出。例如，两个微流控通道1501、1503可以在气隙的顶板中形成，并且气隙中的开口可以被定位成彼此相距不超过固定的距离。流体可以穿过气隙从一个微流控通道流至另一个微流控通道。这些开口1505之间的气隙的区域可以桥接这两个区域。相比于在气隙内容易进行的，该配置可以被用于混合更大的液滴(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)。
224.例如，在图15a中，第一压力源1507(负压力和/或正压力)被示出附接至微流控通道的一端，并且第二压力源1509(正压力和/或负压力)被示出附接至另一个微流控通道。流体可以通过开口1505从气隙中撤回到第一通道1501中；可选择地或另外，通过施加正压力
1507，流体可以通过开口1505从第一通道1501移动到气隙中；同时，通过在第二通道中施加负压力1509，流体可以在相同的开口1505处或在相同的开口1505附近从气隙被吸入到第二通道中。交替的正压力和负压力可以使相对较大体积的溶液在两个微流控通道之间进出气隙，如图15b和图15c中示出的。
225.在图15a-图15c中示出的实例中，顶板将微流控通道以及储存器和管道集成；可选择地或另外，可以包括一个或更多个端口(例如，用于连接至压力源、阀及类似物)。例如，微流控通道上面的盖可以与端口和/或阀及类似物一起被包括。正压力和负压力可以例如通过反转蠕动泵的极性，在微流控通道中被施加。
226.图16a-图16d图示出可以被包括的微流控通道的实例。例如，图16a图示出部分地由顶板形成的微流控通道的形成。在图16a中，通道的一部分可以在板(例如，丙烯酸板)本身中形成，其中通道的第二部分可以由另一种材料形成，该另一种材料的另一侧已经涂覆有导电材料(即，氧化铟锡、铜、镍、铬和金)。层可以通过粘合剂被保持在一起，和/或可以结合(bonded)在一起。
227.例如，本文描述的任何盒和装置中的微流控通道可以通过激光切割形成。例如，在图16a中，光栅通道可以被切割成部分b(形成顶板的丙烯酸)，并且孔可以在部分b中被切割。此外，一个或更多个泵孔可以在部分a中被切割。双面粘合剂(例如，胶带)可以被用于将部分a固定至部分b，并且辊可以被用于将部分a放置在部分b上，这避免了气泡。此后，可以切割出移液管孔以用于分配试剂，并且底部可以是涂覆的特氟龙(例如疏水的)，并且整个组件在80度-200度之间(例如90度-18度之间等)烘烤。接地电极可以已经在板上形成。
228.图16b图示出在顶板中形成的一组微流控通道1605、1607的另一个实例。也示出了一组试剂入口1609，其提供进入气隙区域的开口以用于加载试剂。可选择地或另外，(湿的或干燥的/冻干的)试剂可以被预加载到盒中，包括预加载在顶板上方的或顶板中的一个或更多个储存器中，例如预加载在微流控通道中，和/或直接预加载到气隙区域中。图16c和图16d图示出可以在盒的顶板中形成的微流控通道的另外的实例。
229.图17a和图17b示意性地图示出用于将流体施加至dmf装置1120的气隙和将流体从dmf装置1120的气隙中移除(包括洗涤)的方法的实例。例如，在图17a中，盒的气隙1121在顶板1117和底部电介质1126之间形成。连接器接口1127连接对于第一流体通道1143和第二流体通道1145的组合的入口/出口端口。这些流体通道可以被连接至一个或更多个储存器1105、1107。如上文已经描述的，在某些变型中，可以使用两个单独的连接器接口(端口)，每个流体管线(例如，流体管线可以是微流控通道，如上文描述的)连接到一个连接器接口(端口)。气隙区域1121中的桥接液滴可以连接至入口管线和出口管线两者，并且流体可以被吸入到流体管线1143、1145中并且从流体管线1143、1145中吸出，以混合液滴、将流体添加至液滴、从液滴中移除流体、将固相捕集元件(例如，磁珠、非磁珠等)暴露至相同的流体，以重复地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。
230.可选择地，如图17c和图17d中示出的，盒可以包括不同高度的气隙。例如，在图17d中，对于连接器接口1127周围的区域的气隙可以比顶板的其他区域和电介质1126之间的气隙更大(例如，在0.5mm和2mm之间)，因为顶板1115的一部分(或连接至另一个顶板1117的单独的顶板1115)可以与电介质1126隔开更远。类似地，在图17d中，例如，通过将顶板1117的一部分与电介质1126底层隔开更远，在装置的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。
231.图示出图17c中示出的原理的原型dmf装置和盒在图18a-图18c中被图示出，并且被用于证明在dmf盒的气隙中混合较大体积的溶液的原理的证据。在图18a中，dmf盒的上板包括穿过顶板1801的开口，该开口被连接至第一流体管线1843和第二流体管线1845。通过在第一流体管线和第二流体管线之间交替负压力(吸力)，流体在第一储存器1805和第二储存器1807之间来回移动，如图18a、图18b和图18c的顺序示出的。在该实例中，当流体在储存器之间交换时，保持感兴趣的分析物的磁性颗粒通过dmf装置1809被磁性地保持在气隙中(例如，抵靠底部，例如，疏水涂覆的电介质)，这增强结合和/或冲洗。
232.在本文描述的任何气隙装置中，可以控制或减少蒸发，特别是当加热气隙中的液滴时。图19a-图19c图示出在仅几分钟之后蒸发对于液滴1903的影响。完整的液滴在图19a中示出。在95摄氏度处一分钟之后，液滴体积已经显著地减小(例如，损失在5％-15％之间的液滴体积)，如图19b中示出的。在两分钟之后(图19c)，液滴小了20％-34％之间。为了防止由于蒸发的该损失，气隙中的液滴可以被加护套(sheathed)或覆盖在非极性罩套中，如图20a-图20c中图示出的。例如，可以使用液体石蜡材料(例如，在本文描述的工作范围例如在10摄氏度和99摄氏度之间是液体的非极性材料)。在图20a中，液体石蜡2005中加罩套的液滴2003被加热(例如，至65摄氏度或更高)。在一小时之后(图20b)，液滴未曾明显地蒸发。类似地，在2小时之后(图20c)，液滴保持约相同的体积。
233.在使用中，非极性罩套材料可以在dmf程序期间的任何时间点被添加和移除，如图21a-图21i中图示出的。令人惊讶地，例如，例如通过将加罩套的液滴从气隙中向上吸出，例如从进入微流控通道中的端口中吸出，可以完成移除，如上文描述的。例如，通过将负压力从穿过气隙的顶部或侧面的端口施加至液滴，可以将液体石蜡移除到废物储存器中。较低密度的液体石蜡可以是向上吸入的第一层，这将含水液滴留下。先前，据信移除非极性液体的罩套是困难的或不可能的。
234.例如，图21a示出了加罩套的液滴，在加罩套的液滴中含水液滴2101被非极性液体2103(例如，液体石蜡)围绕。在该实例中，小气泡也已经在液体石蜡中形成。液滴可以被容易地移动，如图21b中示出的，其示出了通过将能量协调施加至驱动电极以改变含水液滴的电润湿来移动液滴。在图21b中，加罩套的液滴已经被移动至右侧。初始地，通过将进入气隙的非极性液体直接施加在液滴上，或施加在液滴可以移动到的气隙的区域中，含水液滴可以与非极性液体组合。加罩套的液滴还可以与一个或更多个另外的液滴组合，该另外的液滴可以包括非极性液体液滴其本身，或可以不被加罩套。在某些变型中，加罩套液滴(包括小的含水液滴和相对大体积的非极性溶液)可以与目标液滴组合，以便将目标液滴加罩套。加罩套液滴中的少量含水液体可以是缓冲液、稀释剂或允许加罩套液滴在气隙中移动的其他溶液。当与具有较大(例如，0.5mm或更大)间隙宽度的dmf盒一起使用时，该技术是特别有用的。较大间隙宽度可以另外使得较大的液滴难以保持典型地较不致密的非极性罩套材料的罩套。图21c和图21d图示出已经与另一个液滴组合形成较大加罩套液滴2101’的液滴2101。还可以通过驱动电极的受控致动来移动较大液滴，如图21c和图21d中示出的。
235.图21e至图21i图示出在包括磁珠材料的样品中使用非极性液体罩套。在图21e中，加罩套液滴包括少量的含水液体2121和相对大体积的非极性罩套材料2123，两者可以例如通过将加罩套液滴2123移动到样品液滴2121中来组合，如图21f中示出的，这允许它们组
合，使得罩套材料现在将样品液滴加罩套。在这种情况下，样品液滴是相当大的，并且包括一定浓度的样品吸收磁珠。
236.一旦被组合，加罩套液滴2121’就可以(通过dmf)被移动至进入气隙的端口，溶液可以从该气隙中提取，如图21h中示出的。在该实例中，溶液可以通过施加正压力和负压力以将溶液移动到流体通道2131中和从流体通道2131移出而混合。通过施加负压力以将溶液通过顶部端口从气隙中抽出，可以移除对液滴加罩套的非极性溶液；移除的第一溶液是罩套材料。此后，如图21i中示出的，期望的分析物已经结合至的磁性颗粒可以例如通过施加磁场被保持在气隙的底侧上，并且在不存在非极性罩套溶液下，液滴溶液可以被移除和/或洗涤，这可能以其他方式干扰分析物与磁性颗粒的结合或分析物从磁性颗粒中的释放。在图21i中，磁性颗粒2133被留在气隙中，并且可以通过在磁性颗粒上面移动洗涤(washing)和/或洗脱液滴2135来施加单独的洗涤缓冲液。
237.除了上文讨论的用于控制蒸发的技术(例如，使用非极性液体的罩套)之外，本文描述的任何方法和装置还可以包括例如通过平衡水分子离开和进入水面的速率来控制盒内部的水蒸气的分压以产生“零蒸发”条件。平衡不需要是完美的，但是可以通过调节温度和压力来调节，以便尽可能接近零蒸发条件。这可以随着温度而变化；例如，在控制相对湿度时，例如在使用该装置杂化或pcr循环期间可以最好随着温度上下调节湿度。可选择地或另外，这些装置中的任一个可以使用局部补充来通过略微地移动液滴来重新捕获附近的凝结来调节蒸发(见例如图19b-图19c，其示出了围绕主液滴的蒸发液滴(evaporative droplet))。这些方法和装置中的任一个还可以或可选择地使用壁内加热区(walled-in heating zone)，以减少蒸发可以从其中进行的表面积。例如，如上文提及的，在某些变型中，dmf装置的基座表面可以包括在盒中形成局部区域的突起，因为真空可以被精确地施加，以控制柔性电介质和电极之间的接触，基座表面上的突起可以在气隙中产生室或通道，这包括部分地形成可以减少蒸发表面积的壁内加热区。在某些变型中，顶板可以跨过盒被不同地间隔开；与较厚的液滴相比，对于较薄的液滴，蒸发速率可以较低。因此，任何加热区可以具有较窄的气隙宽度以减少蒸发。
238.在任何大体积液滴dmf盒中，例如，具有0.5mm或更大(例如，0.6mm或更大、0.7mm或更大、0.8mm或更大、0.9mm或更大、1mm或更大，例如，在0.4mm和2mm之间、在0.5mm和2mm之间、在0.5mm和1.8mm之间、在0.5mm和1.7mm之间等)的间隙间距的dmf盒，已经证明特别难以分配具有可预测体积的液滴，因为相对大的液滴的表面张力可能需要较大量的能量，以从较大液滴中释放较小液滴。通常，在数字dmf系统中，间隔物(气隙)厚度和电极大小之间的比率决定了液滴分配的体积。在常规的数字微流控方法中，小于约500微米(0.5mm)的间隔物厚度允许电润湿力将单位液滴从较大量的液体体积中分离出；这在较高间隔物厚度(例如，大于500微米)下还是不可能的。本文描述了用于在具有500μm或更大的宽度(例如，间隔物厚度)的气隙中从较大体积中分离出单位液滴的方法。在某些变型中，这可以例如通过以下操作来执行：用从端口(端口可以是侧面端口、顶部端口或底部端口)分配的溶液充满气隙的区域，并且然后在被充满的区域中选择性地激活单元(对应于驱动电极)，然后将溶液撤回到端口(或另一个端口)中，该端口偏离激活的电极，使得当溶液被撤回到端口时，液滴保持在激活的电极上；在激活的电极上的液滴与较大充满体积中断(例如，通过颈断(necking off))，这将被分配的液滴留下与一个或更多个其他液滴组合等，其中被分配的
液滴然后可以被驱动电极驱动。
239.例如，集成的伴随泵(companion pump)可以被用于将大体积的水溶液驱动到dmf设备中(例如，驱动到dmf盒的气隙中)并且在激活的电极上面。水溶液然后可以撤回远离dmf设备，这将单位液滴分配在激活的电极上面。图22a-图22d图示出该方法的一个实例。在图22a中，进入dmf盒的气隙2205的端口2201连接至流体通道(例如，如上文描述的微流控通道)，流体通道在图22a中被示出为保持水溶液(试剂2203)的管2209。在该实例中，单个驱动电极2207已经被致动；可选择地，在某些变型中，电极直到充满dmf装置的区域之后才被激活。预激活电极可以有助于将预先确定的量分布到通过驱动电极界定的单位单元上。在这些实例的任一个中，可以激活多于一个相接的驱动电极，以分配较大体积液滴。
240.接下来，如图22b中示出的，包括激活的驱动电极的气隙区域充满水溶液2203。图22a示出了大体积(例如，250μl)从通道(管2209)中的释放。在某些变型中，当试剂接近远端通道2209时，驱动电极2207被激活(例如，390vrm的ac电势，或通过使用dc电势另外产生交替场效应(alternating field effect))，这可以生成电润湿力，电润湿力进一步促进试剂从管2209转移至激活的驱动电极2207；发生从通道的进一步流动，使得液滴生长以完全覆盖激活的驱动电极。
241.在图22c中，水溶液(试剂2203)然后通过相同的端口2201或单独的端口从气隙中撤回，其中激活的驱动电极与溶液被吸入其中的端口隔开一定距离(例如，该距离可以近似地等于激活的电极的宽度)；该距离是足够的，使得激活的驱动电极上的液滴从撤回到通道2209中的液体颈断。例如，如图22c中示出的，将试剂吸入回到管中可以导致液滴与溶液的剩余部分颈断；颈部区域持续收缩，直到单位液滴(例如，10μl)被留在激活的驱动电极上，如图22d中示出的。相同的过程可以用激活两个、三个和五个电极以分别分配近似倍数的单位液滴(例如，20μl、30μl和50μl)来重复，如图23a-图23e中示出的。多个液滴可以被单独地分配和组合，或可选择地多个电极可以被用于一次分配较大体积，如提及的。液滴的大小(液滴体积)可以部分地基于驱动电极的大小和气隙的间隔。
242.图23a-图23f图示出使用上文描述的方法从盒上面的储存器分配多种预先确定体积的溶液。在图23a中，例如，用溶液2301充满气隙的包括连接至通道的端口的区域，该通道将溶液保持在较大气隙(例如，0.5mm宽度)上面，如示出的，并且单个激活的电极被用于中断预先确定体积的溶液(例如，10微升)，如图23b中示出的。该液滴可以被移动远离充满区域，并且该过程重复多次，以产生约均匀体积的多个液滴(例如，10微升+/-5％、10％、15％、20％、25％等)。在图23d中，第一单位液滴2303(例如，具有10微升体积)被示出与两个组合的单位液滴2305相邻，该组合的单位液滴形成具有2
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体积(例如，20微升)的第二液滴。类似地，图23e示出了通过组合五个单位液滴形成的大液滴2307(例如，50微升)。图23f图示出当充满气隙区域以形成较大单位液滴2311(例如，40μl单位液滴)时，使用可以激活的较大驱动电极2315(例如，具有约4
×
表面积)。
243.因此，通过用大体积的水溶液充满或冲洗气隙的分配区域，并且激活驱动电极(或在已经活化的驱动电极上面)，然后移除溶液(例如，将其泵出)，可以留下相对精确体积的液滴。如提及的，当使用大体积dmf装置(盒)时，例如具有0.4mm或0.5mm和多达至3mm之间的间隔，该技术可以被用于用合理量的力，从大体积的储存器中分配较小体积的液滴；不同于具有较小气隙的气隙dmf装置，该dmf装置通过施加电润湿能量可以从较大体积中直接分配
较小体积的液滴，较大的力有效地防止通过dmf在较大气隙设备中直接分配。在本文提供的许多实例中，气隙的间隙间隔在1mm和1.3mm之间(例如，约1.14mm)，尽管已经成功地使用至少多达3mm间隔。
244.如本文描述的，溶液的分配可以在处理样品(例如混合等)中以及补充由于这样的系统中蒸发而损失的溶液中是特别重要的。
245.用户控制界面
246.在本文描述的任何装置和方法中，dmf装置可以由用户控制，使得dmf装置可以对插入到dmf装置(例如，盒)中的样品执行一个或更多个方案(例如，实验室程序)。例如，dmf装置可以包括用户界面，该用户界面动态地且灵活地允许用户控制dmf装置的操作，以进行用户选择的或用户输入的方案。通常，当通过dmf装置转换用于操作的处理方案时，存在许多考量，包括防止程序期间的污染。污染在程序中的较早步骤(或并行步骤)采取的路径上移动样品液滴时可能发生，在该移动中正执行方案。典型地，正在处理的一个或更多个反应液滴可以需要被移动至dmf盒的气隙中的不同位置，和/或暂时移出气隙区域。另外，对于用户将困难的是，协调这些移动以避免较早路径或将来路径(例如污染)，以及记住哪些位置适合于加热、冷却、混合、添加、移除、热循环等两者。
247.本文描述了用于控制dmf装置的操作的用户界面，该用户界面允许用户更容易地将方案信息/步骤输入到dmf中。这可以部分地通过以下操作来实现：提供可以执行的步骤的一组图形步骤表示(例如，示出混合、添加、加热、冷却、循环、洗涤等)，并且允许用户以同样直观地提供步骤的持续时间或施加的程度(例如温度等)的方式选择/输入这些步骤。在输入后，该装置然后可以确定有效的通路，以在dmf装置和/或盒的预先确定的布局约束内执行输入的方案，以避免污染。例如，这些装置中的任一个可以确定防止或减少气隙中的路径交叉的通路(寻路(pathfind))，在气隙中这样的交叉可以导致污染。
248.图24是图示出在控制本文描述的任何dmf装置中涉及的步骤的示例性示意图。例如，在图24中，用户可以使用图形/可视用户界面((在本文中被称为“sam”)输入方案。这可以参考图25a-图26b更详细地描述)。图形方案然后可以被转换成一系列目标目的，并且该目标方案然后可以被该装置使用，以使该方案适应dmf装置。在图24中，该系统可以确定路径，并且获得对驱动电极、加热器、冷却(例如珀尔帖)、磁性、微流控(泵)等的控制)等，以便完成方案。路径可以被优化以要求最短的通路，但是通过限制或减少路径中的重叠来约束，以防止污染、材料(包括试剂和/或特氟龙)的损失、热消散等。
249.如提及的，图25a和图25b图示出用于输入期望方案的可视界面(例如，图形用户界面)的一个实例。在图25a中，示出了一组控制图标(“移动”、“加热”、“移除”、“循环”、“混合”、“中断”、“分配”和“等待”)。用户可以选择或排列这些图标，以便提供处理方案的图形表示，如图25b中示出的。每个图标可以具有相关联的持续时间，并且因此，这些图标可以被用于选择对于样品的处理指令或步骤。在该实例中，图标通过以下中的一种或更多种被唯一地识别：颜色、图像和文本。
250.用户可以将方案直接输入到装置中，或输入到与dmf装置连通的计算机或其他处理器中。
251.在输入后，方案可被转换成数据结构格式(例如，指示方案和样品的名称、样品去哪里、使用多少体积等的json格式)。然后，该数据结构可以被直接使用或转换成格式(例
如，java脚本)，使得该装置可以确定在盒中采取的路径，以便实现期望的方案。路径发现可以在本地(例如，在dmf装置中)或远程地执行，并且通信至dmf装置。路径发现可以被配置成基于最短路径长度来最大化，这还避免交叉或某些交叉，以防止污染。因此，该装置可以确定避免污染的最短路线。通常，用户界面可以允许用户容易地选择期望的动作和要素(例如，混合等)；该装置可以已经熟悉试剂(例如，设备的元件)。用户然后可以选择动作、持续时间、温度等。
252.图26a-图26h图示出根据输入方案确定通路的装置的一个实例。例如，图26a示出了计划第一组步骤(例如样品制备)的dmf盒气隙的特定配置的图形图示。该装置可以知道单元在气隙中的分布，以及功能区(加热器、冷却器、混合/微流控、废物移除、分配等)在dmf盒中的配置。图26b是确定用于用接合体(adapter)标签标记具有基因组dna(或dna的片段)的样品的路径的装置的图形图示。在图26c中，执行将第一缓冲液(例如，sureselect qxt缓冲液)移动至适当位置用于将来处理的步骤。路径可以根据过去的移动和将来的移动两者来选择，并且可以随着界定将来方案步骤而递归地修改。在图26d中，示出了用于移动dna样品的路径(黑色)。图26e示出了酶混合物从冷却区域的移动，在该冷却区域中酶混合物被储存以与样品组合；图26f示出了用户混合样品与缓冲液和酶混合物。混合的样品然后可以沿着计算的通路被移动(图26g)至加热/冷却区用于循环(图26h)。另外的步骤然后可以如指示的执行。
253.热控制
254.本文描述的任何装置可以包括用于热控制(例如，加热和/或冷却)和/或液滴检测(例如，追踪和/或识别)的特征。例如，包括盒和读取器的装置可以被配置成使液滴温度快速且准确地循环。可选择地或另外，对于液滴(包括但不限于试剂、蜡、水等)，液滴检测可以快速且准确地扫描电极栅格。
255.如上文描述的，读取器可以被配置成包括一个或更多个热控制元件，包括冷却和/或加热。例如，读取器可以在单元的某些中包括电阻加热，以加热气隙中的液滴。例如，在某些变型中，电阻加热器可以被包括在印刷电路板(pcb)的层2中，例如在pcb的表面下方的第一铜层的一部分。该装置还可以包括散热器或冷却元件，例如与pcb持续热连接的液体冷却器(冷冻器(chiller))。这些变型中的任一个还可以包括热质量减少和/或通过pcb(例如，通过形成读取器中的pcb的一部分的电极)的热传导中的一种或更多种，热质量减少可以提高单元中的温度变化的速率。
256.热质量减少可以指的是从装置(例如，系统、设备等)中减少或移除热质量，以减少达到温度或温度范围所需的能量的总量。理想地，当存在较小热质量时，需要从系统中取出较少的能量以降低热循环期间的样品温度，从而能够实现较快的循环速率，而不需要非常大的加热和冷却系统(即，不再对堆叠进行液体冷却)。本文描述的装置和方法可以通过从液滴上方或保持一个或更多个液滴在盒的上(顶)板中的区域上方减小/移除热质量来减小热质量。例如，当上板/顶板由丙烯酸材料或聚碳酸酯材料形成时，气隙区域上方的热质量可以通过在顶板中包括一个或更多个空腔(例如，聚碳酸酯结构和/或丙烯酸结构)并且用绝热材料或具有低热导率的材料(例如空气)填充空腔来减小。空腔可以被定位在热控制器区域上面的盒的顶板中，使得当材料的液滴在空腔下面时，由读取器施加的加热/冷却(例如，由pcb)可以更迅速地改变气隙区域中的液滴的温度。移除液滴上方的热质量可以结合
到本文描述的任何盒的设计中。空腔可以在顶板的底表面附近(例如，紧挨在气隙的一侧上)形成；空腔可以部分地穿过顶板的顶表面和底表面之间的厚度。图28图示出盒的一部分的实例，其示出了盒2804的顶板2801中的热控制区域。盒可以被定位在读取器2803上。盒的气隙区域(例如，通过上板2801的底表面和下部电介质材料片2809的顶表面界定的区域)中的液滴2807。因此，在其中包括顶板的盒主体由顶板上的固体聚碳酸酯片形成的变型中，可以产生一个或更多个空腔(例如2805)，并且可以用具有低热质量的绝缘材料封闭或填充。这可以阻止热从样品转移至其上方的储存区域。空隙替代材料(void replacement material)可以是空气或具有低导热率和低热质量的类似材料。
257.可选择地或另外，热质量可以通过移除材料(例如，用精确铣削)和/或使用具有非常低的热质量的材料从pcb中被移除。例如，pcb的一个或更多个层可以在加热器区(例如，加热区域或热控制区域)中被移除以减小热质量。这可以从板的底侧进行，以便不破坏电极的表面光洁度(surface finish)。
258.图29是读取器装置的pcb中的铣削区域的实例，该铣削区域具有较低的热质量，以便增加对盒的气隙中的液滴的温度变化的响应时间。在示出截面图的该示意性实例中，底部(例如，pcb)的层可以包括例如铜的一个或更多个层，并且液滴之下(读取器的pcb中)的电介质已经被铣削以产生可以填充有绝热材料(包括空气)的空腔或空隙。因此，可以减小通过pcb的热传导。通常，顶板和/或底板中的空腔可以帮助热隔离顶板和底板之间的气隙中的液滴。
259.除了通过减小热质量来加速液滴中的温度变化之外，本文描述的任何方法和装置还可以增加加热器源和电极之间的导热率以改进性能。例如，如果pcb上的加热器层在层2中，那么使用高导热电介质层将增加从加热器层至电极的热传递，如图30中示出的。图30示出了加热器3003和电极3001铜区域之间的高传导电介质3005。
260.在某些变型中，读取器(并且特别地读取器的pcb部分)可以可选择地或另外被配置成通过在每个活动(例如，驱动)电极/单元附近包括一个或更多个热通孔来增加导热率。热通孔可以是与电极附近的区域热接触的通道或通路，该区域包括热控制区域的电极(诸如pcb材料)下面的区域，并且可以填充有任何导热材料。例如用导热材料(例如但不限于：铜、环氧树脂、树脂等)填充通孔可以进一步增加导热率，并且可以显著地增加气隙中的液滴或其他材料的热响应时间。因此，加热和/或冷却可以比不具有通孔迅速得多。导热通孔可以在pcb中具有或不具有铣削区域的情况下实施(图31a和图31b中示出的，图31a示出了具有导热通孔的铣削区域，图31b示出了不具有铣削区域的导热通孔)。例如，图31a图示出底板(例如，pcb)的实例中的多个导热通孔3105，其中底板已经被铣削以在热控制活动区域周围提供热隔离的区域。
261.通孔可以填充有任何合适的导热材料。在某些变型中，通孔填充有不导电的导热材料(例如，环氧树脂、树脂等)。
262.通孔的一端可以与读取器设备的最终上表面(例如，盒接触表面)和/或电极相邻的区域热接触(例如，可以触摸)。特别地，当热通孔填充有导电材料(例如，铜)时，导热通孔可以接触与电极紧密相邻但与电极不电接触的区域。热通孔的另一部分可以在上表面之下(例如，在侧表面和/或底表面上)与散热器热接触。在某些变型中，通孔的相对端可以与温度控制表面(例如，冷却表面、加热表面等)接触。在某些变型中，通孔可以在一个端部区域
处与热控制器(例如，加热器、冷却器、散热器等)热连通；通孔可以穿过pcb可以位于其上的真空卡盘。
263.通孔可以是任何合适的尺寸。例如，导热通孔(在本文中被称为热通孔或简单地通孔)可以具有在0.1mm和3mm之间、0.1mm和2mm之间、0.5mm和1.5mm之间、约0.8mm、约1mm、约1.2mm、约1.4mm等的直径。热通孔可以具有圆形横截面、卵形横截面、矩形横截面、正方形横截面、三角形横截面或任何其他横截面并且可以是圆柱形的，从热控件(例如，加热器、冷却器、散热器等中的一个或更多个)延伸穿过印刷电路板至紧挨在电极之下或与电极紧密地相邻的区域(在某些变型中，不接触电极，使得它们保持与电极电隔离，但不热隔离)。
264.如提及的，每单元可以形成任何适当数目的通孔(例如，与驱动盒的气隙中的流体的移动的每个电极相关联)。例如，热控制区域(其可以包括多个热控制单元)中的每个单元可以与2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个等或更多个通孔接触。例如，每个热控制单元可以与多于8个通孔接触。
265.与不包括热通孔的系统相比，热通孔的使用可以提供在热控制区域的加热和/或冷却的速率的变化上显著的改进。
266.盒特征
267.除了上文描述的特征之外，任何盒可以可选择地或另外包括进入或穿过单元的某些上面的顶板(例如，将对应于一个或更多个驱动电极的区域)的一个或更多个开口。这些开口可以是开放的，并且可以允许使用光学器件3221直接成像，如图32中图示的。可选择地或另外，开口可以用于从气隙中被动分配流体。例如，在图32中，盒3205的顶板中的开口3203可以被用于从定位在开口之下的液滴3211被动地分配流体；液滴可以在开口之下经由dmf移动，如上文描述的。在被定位之后，预先确定的量的流体可以从液滴例如经由毛细管作用被动地分配到开口中，并且液滴可以移动远离开口。然后，取样的材料可以使用盒的顶部中的微流控来分析或处理，和/或可以在适当位置进行分析。可选择地，取样的材料可以在第一液滴3211已经移动远离之后，被添加至另一个液滴3219中；将第二液滴定位在穿过包括取样的材料的顶板的开口3203下方。基于开口3203的尺寸，来自第一液滴的该取样的材料(流体)可以是计量的量。顶板可以包括亲水表面或亲水表面涂层。在某些变型中，顶板中的开口可以预加载有材料，例如液体蜡或当液滴在开口下方移动时可以与液滴组合的其他涂层材料(例如，以分配涂层材料，例如液体石蜡、油等的防蒸发涂层(anit-evaporation coating))。顶板中的开口还可以充当绝热体。开口可以在单元的一部分上面延伸，使得返回电极可以在开口的边缘上。开口可以是任何大小和尺寸(例如，圆形、正方形等)。尽管图32中示出的变型图示出通过顶板成像(使用光学器件3221)，然而在某些变型中，成像可以通过盒的底部从底部进行。例如，盒的底部(例如，电介质膜)的区域可以是透明的或可透光的(optically permeable)用于成像(例如，荧光)。
268.在本文描述的任何盒中，顶板可以包括多个歧管，用于将一种或更多种材料递送到气隙中。图27a和图27b图示出由聚合物材料(例如，丙烯酸和/或聚碳酸酯)形成的顶板的一个实例。图27a示出了顶板的上部区域(其可以被一个或更多个盖覆盖，未示出)。在图27a中，包括不同大小的多个分配区域2704、2706、2708。例如，示出了较小的2706(例如，2微升-20微升大小)、中等的2704(例如，100微升至1ml)和大的2708(例如，1ml至5ml)，同样示出了废物和/或混合区2710。这些室可以预加载有流体，并且每个室可以包括进入气隙区域的开
口。压力控件可以被用于施加压力，以将流体从分配区域的开口中驱动出来并且驱动进入气隙，这可以通过读取器或保持盒的其他设备来控制。因此，读取器可以包括一个或更多个压力接口，该压力接口可以用于控制流体从顶板的释放和顶板中的流体处理。图27b图示出图27a中示出的顶板部分的底侧。底侧可以涂覆有或覆盖有电极和/或电介质和/或疏水涂层，如上文描述的。在图27b中，顶板还可以或可选择地包括在板的表面中的一个或更多个通道2710，该通道2710可以允许混合，如上文描述的。这些通道的底表面可以由上部电介质和/或返回电极(在某些变型中，其可以包括电介质、疏水膜和/或电极层)形成。
269.在本文描述的任何盒中，可以被配置成接触读取器的基座表面并且特别地接触读取器中的驱动电极的底表面由电介质材料形成，如上文描述的。底表面可以是电介质材料片，该电介质材料片具有第一侧面和第二侧面(第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面)。电介质材料片的第二侧面可以包括疏水表面，并且可以形成气隙的一侧。底表面可以是例如本身是电介质和/或涂有电介质材料的膜。例如，在某些变型中，膜是电介质和/或疏水膜。可以有益的是，使该底表面是大体上平的。本文描述的任何盒可以被配置成施加张力至电介质材料片。例如，这些盒中的任一个可以包括框架，以将电介质材料保持处于张紧状态。因此，盒可以包括保持盒的底部片的张紧框架。
270.电介质和/或疏水膜张紧设计可以预张紧(pretension)片(例如，电介质和/或疏水膜)，使得片的表面始终是平坦的，并且在其与读取器基座表面(例如，pcb)接口连接期间以及在dmf装置的使用期间保持为平坦的。将(例如，电介质和/或疏水的)膜保持在盒中的张紧框架的目的是与(例如，pcb接口的)基座表面接口连接，以确保膜在整个装置的使用中保持与电极栅格(例如，驱动电极)完全接触。
271.在本文描述的任何盒中，盒的底部可以包括具有第一侧面和第二侧面的电介质材料片，第一侧面在盒的底部形成暴露的底表面，如上文描述的。本文描述的任何盒可以包括张紧框架，以通过施加张力来保持片为平的。片当作为盒的底部暴露时，与盒底部的外周界相比，可以略微地凹进，这可以适配到读取器设备上的凸缘或凹部中，如将在下文另外详细地描述的。因此，在盒的底部处的电介质材料片不需要是最底部表面。
272.例如，图49a-图51图示出盒组件的一个实例，该盒组件包括拉伸盒的底部(例如，电介质片)/使盒的底部平滑的框架。图49a-图49d图示出张紧框架的一个实例。在该实例中，盒主体特征是两部分膜张紧机构。图49a-图49b中示出的两个部分(和49c-49d中的组装视图)可以包括张紧框架4901和电介质膜框架和/或疏水膜框架4903。当组装时，形成盒的底部的膜可以粘附至电介质膜框架和/或疏水膜框架4903。电介质膜框架和/或疏水膜框架4903可以使用连接器(例如，卡扣配合机构)插入张紧框架中的凹槽4911中。在卡扣到张紧框架中后，膜可以在x-y平面中的所有方向上被拉紧(be pulled taught)。该框架组件然后可以被紧固到盒主体中。组装的框架可以包括下部轮廓(例如，切口)区域4909，下部轮廓区域4909可以提供绕过盒底表面上的膜电连接上板上的返回电极的通路。
273.包括用于保持底部薄膜平坦的框架的盒的一个实例在图50a的分解视图中示出。在图50a中，示出了盒和膜张紧组件中的单独的部件。该图还概述了其在组装期间的布置。组装的前两个部件可以包括例如光学透明双面粘合剂5002和电介质材料片5003(例如，涂覆在导电材料上)。还可以包括框架(例如，张紧框架5004)和包括电介质材料5005的片，并且膜通过膜框架5006的第二部分固定在适当位置。气隙5009可以在膜5005和顶片(其可以
包括返回电极)的底表面5003之间形成。
274.图50b描绘了在组装光学透明双面粘合剂和涂覆在导电材料上的电介质材料和/或疏水材料之后的盒和膜张紧组件中的单独的部件。导电材料可以是任何导电材料，例如ito、铝膜、铜及其他。
275.膜/盒和pcb接口可以包括如上文描述的膜张紧框架，并且从pcb的顶表面中钻出的凹槽(槽)可以在读取器的电极栅格周围形成边界。图51示出了盒的组件的实例的等距分解视图，该盒包括膜5120和膜张紧框架(外部框架5121和内部框架5123)，以及盒的上(顶)部分5109；图51还示出了读取器的一部分，包括形成盒的基座表面的pcb 5111。基座表面还包括槽5105，以接受盒的底膜周围的凸缘(在该实例中，由张紧框架5103形成)。槽可以是在电极栅格的周界周围钻出的凹槽。如该实施例中的组件布置示出，膜张紧框架5103可以在电极栅格周围插槽(slot)到槽5105中。在组装后，膜张紧框架5103可以在x和y中张紧膜，但是在膜的边缘处在z方向上也向下拉动。膜可以包裹在槽的圆角的边缘(filleted edges)上，刚好略微地在电极栅格的边界外(未示出)。
276.图52a和图52b分别示出了盒的一个实例的俯视图和截面视图，该盒包括底部电介质(和疏水的或疏水地涂覆的)膜，以及位于读取器的pcb组件部分上的膜张紧框架。图52b中的横截面强调了电介质膜和/或疏水膜可以如何跨过电极被拉紧，以及使用穿过pcb的电极(驱动电极)的至少某些的真空端口如何向下密封，并且还图示出在pcb基座表面中形成的槽中安置边缘(从膜中延伸突出)以安置膜。当完全组装时，这些部件可以允许将牢固的、完全张紧的并且平坦的电介质(和/或疏水)膜固定至pcb上的驱动电极栅格。图53是示出了单独的部件及其在组件中的布置的分解视图，该组件包括盒上部主体框架5306、通过张紧框架5304保持处于张紧状态的电介质膜5305、在读取器上形成基座表面的pcb 5302、在pcb上的驱动电极(drive electrode)(驱动电极(driving electrode))的阵列的周界周围在基座表面上的凹槽或通道以及真空卡盘5301。
277.图54a和图54b分别示出了组件的俯视图和横截面视图。横截面视图强调了在盒5413和膜组件上以及pcb 5415上的真空卡盘5411的关系。图54b中的截面还强调了该系统的一些不同的效果。箭头5405描绘了来源于隔膜真空泵5407的真空在卡盘的外部上的流动路径。这可以是与上文图35b中描述的相同的流动路径。箭头概括了通过穿过pcb中的通孔的真空向下施加至膜的力。真空卡盘和与pcb的接口将膜牢固地粘附至电极，并且在z上向下施加力。膜张紧机构和pcb槽通过在x和y中施加力来确保膜保持平坦的，同时由于沿着槽的内边缘的圆角(fillet)保持在边缘周围的接触。
278.读取器特征
279.通常，本文描述的任何读取器可以包括pcb部分，该pcb部分可以包括电极阵列、活动的热控件(例如，加热器、冷却等)、磁场施加器等以及可以安装至pcb的卡盘(例如，真空卡盘)。读取器的该部分可以形成盒的底部的基座表面，使得其可以牢固地并且以预先确定的定向位于读取器上。例如，盒可以被键接(keyed)以预先确定的方式(例如，通过包括一个或更多个定向插槽、销等)适配到基座表面上。读取器还可以包括一个或更多个控制单元，该控制单元包括一个或更多个处理器，其可以控制读取器的活动并且可以被配置成驱动液滴并且分析来自盒的信息。控制器还可以包括存储器、一个或更多个数据存储。
280.读取器的基座表面可以被配置成安置盒，而且还在基座表面上防止多个电极之间
形成电弧、冒火花或短路。例如，基座表面可以涂覆有另外的电介质(盒的电介质底表面可以位于其上)，例如聚对二甲苯(paralyene)和/或可选择的或另外的材料。电介质底表面可以在基座表面上防止电极(驱动电极)的阵列中的电极之间形成电弧。驱动电极之间的间隔可以在约50微米-120微米之间。在另外的平坦表面上电极之间的这种紧密堆积(close packing)可以另外易于在电极之间形成电弧/短路，从而外部电介质涂层(除了盒的电介质层之外)的使用可以限制电极之间形成电弧/短路。
281.如上文讨论的和描述的，电极中的某些或全部可以包括穿过其的开口，该开口可以被连接至真空源，用于将电极安置在设备上。例如，在某些变型中，阵列中的每一个电极包括穿过其中的开口；在其他变型中，每隔一个电极可以包括开口(例如，交替的)。在某些变型中，每三个电极、每四个电极等。在某些变型中，仅角电极(corner electrodes)可以包括开口。
282.液滴检测
283.本文描述的任何装置可以包括液滴检测。如上文描述的，液滴检测可以通过监测穿过电极的电流，基于驱动电极的阵列中的电极的电容来进行。本文还描述了装置(例如，系统或设备，包括读取器)，其中液滴检测基于通过产生电容分压器的电容测量。在该实例中，顶板可以形成参考框架(例如，参考电极，例如ito电极)，并且通常可以在0v和300v之间被驱动以产生ac信号；在液滴检测期间，参考电极(顶部电极)可以与驱动信号断开，并且其电压由控制器(例如，微处理器)感测，在图33a和图33b中被称为“ito感测”，因为其可以充当感测电极，并且可以被电耦合至一个或更多个参考电容器。一个或一组电极可以在较高的已知电压(例如，300v dc)处被激活，而所有其他电极被接地。这产生了如图33a中示出的分压器。图33a示出了具有开关以在感测(例如从参考板/顶板的电容感测)和驱动之间切换例如以移动一个或更多个液滴的ito感测电路。
284.在图33a中，在ito感测节点(ito感测电极)处的电压通过c_a与总电容(c_a+c_b)的比率来驱动。c_a的电容基于电容器的板之间(电极与ito)的材料介电常数而变化。c_b的电容还相对于ito和剩余的电极之间存在的内容而变化。空气、蜡、水和试剂具有不同的介电常数，并且从而改变在ito感测处的电容和电压。这使得该液滴检测方法不仅能够检测液滴(例如，液滴的存在/不存在)，而且能够在液滴之间区分并且识别电极栅格中的特定试剂。
285.由于基集电容(base capacitance)的可变性，可以包括两个校准电容器(例如，在图33b中，c_ref和c_ref_large)。图33b图示出电容感测电路的另一个实例，该电容感测电路包括多个参考电容器。通过将所有电极(例如，全部驱动电极)驱动至300v，总电容c_总可以通过使用参考电容器来计算。如果存在足够大的c_总以使在ito感测处的电压饱和，那么可以增加参考电容。对ito感测的调节电路可以将电压与小漏电流隔离。
286.图34a示出了电容的示例性值，其可以指示气隙内的一个或更多个单元中的液滴的存在或不存在(和/或材料的身份)。如上文讨论的，当包括气隙的盒被放置到dmf读取器中时，气隙中的
‘
单元’可以对应于驱动电极上方的区域，这可以在盒安置区域上具有驱动电极的阵列。在图34a中，“ito”对应于盒的上板上的上部(例如，返回)电极。在该实例中，c18、c21、c24、c27、c30是参考电容器(例如，在这种情况下为11.9pf)，并且c16、c19、c1、c25、c28是如上文描述测量的电容，对应于当测量不同的驱动电极(例如，设置成高电压，同
时将其他驱动电极接地)时具有或不具有液滴的电容。水、蜡和空气(无液滴)具有非常不同的电容，这可以用于识别液滴的存在或不存在(例如，电容大于或等于0.09pf、大于或等于0.1pf等)。在该实例中，高于该阈值(例如，高于0.06pf、0.07pf、0.08pf、0.09pf、0.1pf、0.11pf等)的电容指示气隙中的材料的存在，高于检查的(设置成高电压，例如300v)。另外，高于该阈值的测量的电容的范围可以指示液滴的组成，例如含水的(水)和/或蜡/油。例如，大于约3pf的电容(例如，3pf、3.1pf、3.2pf、3.3pf、3.4pf、3.5pf等)可以指示液滴是含水的，而在约0.09pf至约3pf之间的电容可以指示液滴是蜡或油(例如，在约0.07pf和约3.3pf之间、在约0.09pf和约3.0pf之间等)。
287.图34b是示出使用该技术测量的电压的实例的曲线图，基于该曲线图，其示出了在单个测试单元上面用多种液滴(水、蜡)测量的相对于不用液滴(空气)测量的不同电压之间的差。在图34中，当存在含水液滴时，检测到的电压是约3.3v，相比于当不存在液滴时为0.085v，而当蜡存在时为0.176v。蜡的测量值是空气(无液滴/材料)的两倍，并且水高得多；在该实例中，电路将该值限制(cap)在3.3v。不同的材料可以由其不同的介电常数来检测。水的介电常数还可以是温度的函数。因此，在某些变型中，当存在液滴时，电容可以根据温度而变化。该特性可以进一步用于识别水，并且还可以被用于估计温度。因此，在某些变型中，液滴的电容测量也可以被用于估计其温度。例如，图34c是示出水的静态相对介电常数的曲线图，其示出了随着温度的变化(在0摄氏度-300摄氏度之间)的相对介电常数的变化。
288.卡盘设计
289.本文描述的任何装置(例如读取器)可以包括卡盘(例如真空卡盘)，该卡盘可以形成基座表面的一部分，如上文提及的。真空卡盘可以被附接至电极阵列(例如，可以作为印刷电路板的一部分的驱动电极)，并且还可以与磁体和/或热消散特征集成。这些元件或这些元件的部分中的任一个可以被包括或省略，并且可以以任何组合使用。
290.真空卡盘设计可以有助于确保可靠且有效的真空将盒的底部(例如，在某些变型中，电介质层和/或形成电介质层的疏水层)粘附至电极栅格。可以通过通孔(例如，铜通孔)中的一个或更多个(例如，歧管)来施加真空。
291.此外，本文描述的任何读取器可以包括磁体，该磁体被集成到基部中，该基部包括卡盘和/或基座表面。集成的磁体可被配置成允许可致动磁体通过真空卡盘与盒中的材料(例如，气隙中的液滴中的磁珠)接合。磁体可以静止在形成读取器的基座表面的pcb的略微下面，而不影响真空性能或功能。
292.本文描述的任何读取器还可以或可选择地可以包括一个或更多个热调节器，该热调节器包括一个或更多个热消散元件，该热消散元件可以快速且准确地消散来自读取器中的加热器中的热，当盒被安置并且保持在读取器的基座表面上时，该加热器控制盒中的一个或更多个单元的温度。例如，本文描述了两种可以单独使用或更紧密使用的热消散元件的设计。一种示例性热消散设计被配置成消散来自热电加热器的热，而另一种设计被配置成消散来自嵌入式加热器的热。
293.图35a-图48图示出读取器的真空卡盘部分，该真空卡盘部分可以与本文描述的任何读取器装置一起使用。通常，真空卡盘可以被配置成使得负压力通过卡盘(例如，由真空泵)被施加，并且在例如通过o形环气动隔离的区域中在基座表面(例如，形成基座表面的一部分的pcb)之下被引导。基座表面可以具有通孔(例如，在pcb中)，该通孔允许负压力直接
作用在盒的底部(例如，电介质膜和/或疏水膜)上，该盒位于基座表面(例如，形成基座表面的pcb)的顶侧，在z方向上向下拉动盒底部，并将其粘附到电极栅格上。
294.真空卡盘可以包括以下中的一个或更多个：在任一端上具有端口的真空通道、用于o形环的凹槽、附接pcb的螺纹孔以及电极栅格下方的凹部。例如，图35a是真空卡盘3500的一个实例的俯视图，并且图35b是真空卡盘3500的一个实例的的横截面视图。截面a-a强调真空通道及其伴随的端口。气动流3505遵循图35b中示出的箭头的路径：首先拉动穿过至少一个入口端口，然后流过通道3507，并且最后从侧端口3509流出。卡盘的一部分(通过pcb形成的基座表面将被放置在卡盘上面)被o形环3503围绕。
295.例如，图36示出了图35a-图35b中示出的卡盘的等距视图。凹槽3509b(其可以使用例如parker o形环设计标准来设计)被配置成适配o形环。在适当位置后，并且卡盘被紧固至pcb的情况下，o形环可以将真空直接气动隔离在电极栅格正下方。基座表面可以通过将具有电极(未示出)的pcb固定至卡盘来形成。例如，如图37中示出的，卡盘可以包括多个螺纹孔3701，用于附接基座表面(例如，pcb)。图37示出了类似于图35a-图35b中示出的卡盘的俯视图。在某些变型中，卡盘包括最少四个螺纹孔(图37中示出八个)，每个在至少x方向或y方向上等距隔开，并且以关于卡盘的原点为中心。螺钉孔可以用于双重目的：首先将pcb紧固至卡盘，使得两个部件的接口是平坦的，其次关于o形环的周界在z方向上施加向下的力，有效地产生气动密封。
296.图38a示出了类似于图35a-图35b中示出的卡盘的俯视图，并且图38b示出了该卡盘的横截面放大视图。图38b示出了截面a-a的放大图像，其示出了凹部3801、3803(沿着x轴)的边界，这可以在pcb和卡盘的表面之间产生空间，但是仅在其中真空是活动的隔离区域中产生。该空间可以优化真空的气动流动，如本文描述的。在图38a中，用于磁体的开口3805存在于上部区域上，并且可以包括足够的空间，用于磁体移动至盒/从盒中移出(例如，通过在空间内向上/向下移动，或在某些变型中横向移动)。磁体开口周围的区域可以包括垫圈或密封环(例如，o形环)3809，用于将磁体区域与真空区域隔离，类似于外部o形环。
297.如提及的，本文描述的任何装置可以包括集成磁体。在图35a-图39中，凹进区域3905可以被用于保持集成磁体，该集成磁体可以通过系统向上/向下移动以接合/脱离磁场。可选择地，在某些变型中，磁体可以是静止的，但是可以通过读取器的控制器来切换(开/关和/或改变强度)。
298.因此，真空卡盘可以包括集成磁体，并且因此可以包括以下中的一个或两个：切口，该切口允许磁体行进穿过卡盘；以及第二o形环凹槽，该第二o形环凹槽将磁体区与真空的气动流动隔离。图39示出了类似于图35a-图35b中示出的卡盘的仰视图。通切口区域(through-cut region)3905被示出，并且可以调整大小来适配期望的磁体，并且允许可致动磁体的不间断行进。磁体可以穿过切口，当被接合时直接降落在pcb下面，或在不使用时可以通过切口脱离。
299.图40示出了类似于图35a中示出的卡盘的等距视图。凹槽4001可以适配o形环。在适当位置后，并且在卡盘紧固至pcb的情况下，o形环可以将磁体切口区与真空卡盘的其余部分气动地隔离，特别是确保真空不被磁体切口损害。
300.图41a和图41b分别图示出类似于图35a和图35b中示出的卡盘的俯视图和侧截面视图，但是包括通切口4115区域用于热接入加热部件，例如加热器(例如电阻加热器)4105。
加热器4105被示出在卡盘中的通切口4115区域的上方，使得其可以容易地进行热调节(例如，冷却)。电阻加热器可以在pcb中(在图41a和图41b中未示出)。
301.例如，图41a示出了热消散系统的一个实例，该热消散系统可以被包括在本文描述的任何读取器设备中。该热消散系统可以被构建成使得由在读取器中(例如，在pcb中)的加热器4105产生的任何热负荷都可以被适当且有效地消散。第一热消散配置可以被构建成消散由嵌入在pcb中的加热器生成的热，并且在下文中被描述为嵌入式加热器的热消散。第二热消散设计可以被构建成消散由嵌入真空卡盘中的热电冷却器生成的热，并且在下文中被描述为热电冷却器的热消散。两种热消散设计均可以在真空卡盘中采用独特的特征，以及伴随的部件来消散热。两种设计可以一起使用，也在组件中使用，或单独地使用。
302.例如，嵌入式加热器在真空卡盘中的热消散可以被配置为通风室。在图41a中，卡盘的俯视图示出了卡盘的热消散方面；图41b示出了一对空气通道4101，该空气通道4101进料到冷却室4103中，该冷却室4103可以是其中定位加热器的区域的一部分或在(或以其他方式连接至)其中定位加热器的区域下面。在图41b中，示出了在该系统中起作用的多个空气元件(通道4101、4101’)的流动路径。在4101中吸入的空气可以通过来自pcb(例如基座表面，未示出)中的加热器的热(包括残余热)来加温，并且可以流经真空卡盘中的通切口4115区域，该通切口4115区域可以被覆盖或部分地覆盖，或对于pcb中的加热器(或与加热器热连通的一个或更多个热通孔)是开放的。截面a-a(图41b中示出的)示出了当风扇打开时，两个空气元件中(温空气和环境空气)的气动流动，该风扇平齐地紧固抵靠卡盘并且以通切口4115为中心。风扇(未示出)可以将由加热器生成的温空气从真空卡盘的通切口中推出。同时，风扇可以将环境空气拉动到卡盘中，并且经由卡盘中的两个通道4101、4101’通切(through-cut)。该系统可以连续地或间歇地将环境空气循环到卡盘中并且将温空气循环出卡盘，这有效地消散由pcb加热器生成的任何热。
303.本文还描述了用于嵌入式加热器的热消散的系统。例如，图42中示出的组件可以被配置成包括卡盘4203和风扇4205两者。上文中描述的气动流动可以通过紧固至卡盘4203的底部的风扇4205来控制。图42示出了卡盘4203和风扇4205的正视图。第一箭头4221指向真空卡盘(顶部结构)，并且第二组箭头4201、4201’描绘气流路径。图43示出了卡盘4303、风扇4307、形成基座表面(例如，包括电极的阵列，未示出)的pcb 4305和盒4311的布置的实例。盒可以由通过开口(例如，在电极的某些中)的真空被保持向下。
304.图44示出了用于通过真空卡盘调节热电冷却器的温度的热消散系统的实例。卡盘的等距视图(类似于图35a中示出的)在图45b中示出。示出的卡盘包括凹部4509，该凹部4509被设计成使得热电冷却器(tec))可以插槽到其中。
305.图45a-图45b分别示出了类似于图35a中示出的卡盘的俯视图和截面视图。图45b中示出的截面(穿过a-a)强调了由热电冷却元件4525生成的热的热路径。矩形代表tec 4525，并且卡盘中的箭头描绘了在整个卡盘中热扩散。该装置可以包括一个或更多个期望大小的散热器，该散热器可以被紧固至卡盘的底部并且在tec下面，然后吸收热。最后，紧固至散热器(图46中示出)的任一侧的两个风扇可以共同起作用以将热空气推离整个系统并且将环境空气涌到系统中。
306.图47a-图47c图示出一个或更多个设备的组件，该设备被配置用于热电冷却器的热消散。例如，图46示出了卡盘的正视图。图46中向下的箭头4613示出了如图45b中描述的
卡盘中的热的热路径。箭头4611、4611’描绘了通过风扇被推到散热器中的空气的流动路径以及通过风扇从散热器中排出的空气的路径。风扇在相同方向上同时起作用。图47a-图47c示出了组装过程以及可以包括在该装置中的多个部件以及其使用方法。例如，图47a示出了卡盘4701，图47b示出了卡盘4701加散热器4703，并且图47c示出了卡盘4701加散热器4703加两个风扇4709、4709’。图48描绘了读取器组件的部分布置的分解视图，包括图47a-图47c中的组件(例如，卡盘4801、散热器4803、风扇4809、4809’)以及pcb 4807，该pcb 4807包括驱动电极和加热器(不可见)；此外，盒4811经由真空被附接至pcb的基座表面。
307.动作区
308.本文描述的任何装置可以包括一个或更多个动作区，该动作区在策略上定位不同的可能动作，液滴可以经历这些动作，用于方案执行。丛策略(plexing strategy)的目的是以更灵活、模块化的方式适于不同的实验室需求。待被执行的方案的不同阶段可以被战略性地分组成动作区，以允许方案设计者在板上界定抽象目标。动作区可以是用于反应(即混合、合并、加热、冷却、热循环、磁体捕获、废物、光学检测等)的电极板下面或上面的固定区域。
309.图55示出了设置有独立的动作区的电极栅格的实例，该独立的动作区用于任一磁体捕获、可以等温的加热器或热循环器、冷却至4℃的活动的冷却区的珀尔帖、穿过通道至顶板并且进入废物室的废物连接、穿过通道至顶板的混合物连接以及光学检测。因此，图55示出了具有不同动作区的电极栅格。
310.为了更好地适于不同的用户需求和实验室空间，独立的单个模块可以复用在一起，该独立的单个模块各自具有其本身的电源、环境、内部计算机以及与用于用户界面的控制台单元的连接。另外，用户界面的控制台单元可以被集成，以控制不同的模块，以及其他实验室要求的功能，例如扫描样品id以及盒id并且将该信息集成至本地实验室或样品管理系统。与控制台单元的连接可以是无线的或通过电缆。图56示意性地示出了四个具有控制台单元的独立地控制的1-丛模块。
311.本文描述的方法中的任一个(包括用户界面)可以被实施为软件、硬件或固件，并且可以被描述为存储能够由处理器(例如计算机、平板电脑、智能手机等)执行的一组指令的非瞬态计算机可读存储介质，指令当由处理器执行时使处理器控制进行步骤中的任一个，包括但不限于：显示、与用户通信、分析、修改参数(包括定时、频率、强度等)、确定、警告或类似物。
312.当特征或要素在本文被称为“在另一特征或要素上”时，它可以直接在另一特征或要素上，或也可以存在中间特征和/或要素。相比之下，当特征或要素被称为“直接在另一特征或要素上”时，不存在中间特征或要素。还将理解，当特征或要素被称为“连接”、“附接”或“耦合”至另一特征或要素时，它可以直接地连接、附接或耦合至其他特征或要素，或可以存在中间的征或要素。相比之下，当特征或要素被称为“直接地连接”、“直接地附接”或“直接地耦合”至另一特征或要素时，不存在中间特征或要素。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要素可以应用于其他实施例。本领域的技术人员还将认识到，对设置为与另一个特征“相邻”的结构或特征的引用可以具有覆盖或位于相邻特征下方的部分。
313.本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不意图是本发明的限制。例
如，如本文使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising))”指定陈述的特征、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但并不排除一个或更多个其他特征、步骤、操作、要素、部件和/或其组的存在或添加。如本文使用的，术语“和/或”包括相关联的列出的项目中的一个或更多个的任一个和所有组合，并且可以缩写为“/”。
314.在本文中可以使用空间相对的术语，例如“下方(under)”、“在...下面(below)”、“下部(lower)”、“上面(over)”、“上部(upper)”及类似术语来易于描述一个要素或特征与另一个要素或特征的关系，如附图图示的。将理解的是，空间相对的术语意图涵盖设备在使用和操作中除了附图中描绘的定向之外的不同定向。例如，如果附图中的设备被倒置，则被描述为在其他要素或特征“下方”或“之下”的要素将被定向为在其他要素或特征“上面”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上面和下方的定向两者。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或在其他定向处)，并且本文使用的空间相对描述词被相应地解释。类似地，术语“向上地(upwardly)”、“向下地(downwardly)”、“垂直的(vertical)”、“水平的(horizontal)”及类似术语在本文中仅用于解释的目的，除非另外特定地指示。
315.虽然术语“第一”和“第二”在本文中可以用于描述各种特征/要素(包括步骤)，但是这些特征/要素不应当受这些术语的限制，除非上下文另外指示。这些术语可以用于将一个特征/要素与另一个特征/要素区分开。因此，在不偏离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一特征/要素可以被称为第二特征/要素，并且类似地，下面讨论的第二特征/要素可以被称为第一特征/要素。
316.在整个本说明书和随后的权利要求书中，除非上下文另外要求，否则单词“包括(comprise)”，并且诸如“包括(comprises)“包括(comprising)”的变型意指可以在方法和物品中共同使用各种部件(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陈述的要素或步骤，但不排除任何其他要素或步骤。
317.通常，本文描述的任何装置和方法应当被理解为包含性的，但是部件和/或步骤的全部或子集可以可选择地是排他性的，并且可以被表示为“由多种部件、步骤、子部件或子步骤组成”或可选择地“基本上由多种部件、步骤、子部件或子步骤组成”。
318.如本文在说明书和权利要求书中使用的，包括在实例中使用的，并且除非另外明确地指定，否则所有数字可以被认为如同前面有“约(about)”或“大约(approximately)”的词语，即使该术语没有明确出现。当描述量级(magnitude)和/或位置时，可以使用措辞“约”或“大约”，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。例如，数值可以具有作为陈述值(或值的范围)的+/-0.1％、陈述值(或值的范围)的+/-1％、陈述值(或值的范围)的+/-2％、陈述值(或值的范围)的+/-5％、陈述值(或值的范围)的+/-10％等的值。本文给出的任何数值也应当被理解为包括约或大约该值，除非上下文另外指示。例如，如果值“10”被公开，那么“约10”也被公开。本文中列举的任何数值范围意图包括其中包含的所有子范围。还应当理解的是，当值被公开时，“小于或等于”该值、“大于或等于该值”和在值之间的可能范围也被公开，如技术人员适当地理解的。例如，如果值“x”被公开，则“小于或等于x”以及“大于或等于x”(例如，其中x为数值)也被公开。还应理解，在整个申请中，数据以多种不同的格式提供，并且该数据表示端点和起始点以及用于数据点的任何组合的范围。
例如，如果公开了特定数据点“10”和特定数据点“15”，则应理解，大于、大于或等于、小于、小于或等于和等于10和15以及在10到15之间被认为被公开。还应理解，还公开了在两个特定单元之间的每个单元。例如，如果公开了10和15，则也公开了11、12、13和14。
319.尽管上文描述了各种例证性实施例，但是在不偏离如由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多个改变中的任一个。例如，在可选择的实施例中，经常可以改变各种所描述的方法步骤被进行的顺序，并且在其他可选择的实施例中，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任选特征可以被包括在某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所阐述的本发明的范围。
320.本文所包括的实例和图示通过例证而不是限制的方式示出了其中可以实践主题的特定的实施例。如提及的，其他实施例可以被利用并且从那里被导出，使得结构和逻辑替代和改变可以被进行而不偏离本公开内容的范围。如果实际上多于一个被公开，仅为了方便，发明主题的这样的实施例在本文中可以单独地或共同地由术语“发明”来指代，并且不意图将本技术的范围自愿地限制到任何单个发明或发明构思。因此，尽管在本文已经例证和描述了特定实施例，但是为实现相同目的而计算的任何布置可以替代示出的特定实施例。本公开内容意图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，以上实施例的组合以及本文未具体地描述的其他实施例对于本领域技术人员将是明显的。
321.本技术提供了以下内容：
322.1).一种用于数字微流控(dmf)装置的盒，所述盒具有底部和顶部，所述盒包括：
323.电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，所述第一侧面在所述盒的所述底部上形成暴露的底表面，其中所述电介质材料片的至少所述第二侧面包括第一疏水表面；
324.顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧以及在所述第一侧和所述第二侧之间的厚度；
325.接地电极，所述接地电极在所述顶板的所述第一侧上；
326.第二疏水表面，所述第二疏水表面在所述顶板的所述第一侧上覆盖所述接地电极；以及
327.气隙，所述气隙将所述第一疏水层和所述第二疏水层隔开，其中所述气隙包括大于280微米的间距。
328.2).根据1)所述的盒，其中，所述接地电极包括形成多个开放单元的栅格图案。
329.3).根据2)所述的盒，其中，所述接地电极的所述栅格图案由不透明材料形成。
330.4).根据1)所述的盒，其中，所述接地电极由导电油墨形成。
331.5).根据1)所述的盒，其中，所述接地电极由银纳米颗粒形成。
332.6).根据2)所述的盒，其中，所述开放单元之间的所述栅格图案的最小宽度大于50微米。
333.7).根据2)所述的盒，其中，所述多个开放单元中的开放单元包括四边形形状或椭圆形形状。
334.8).根据1)所述的盒，其中，所述接地电极在大于所述顶板的所述第一侧的50％上面延伸。
335.9).根据1)所述的盒，其中，所述顶板包括在所述顶板的厚度内的多个空腔，另外其中所述空腔填充有具有低热质量和低热导率的绝缘材料。
336.10).根据9)所述的盒，其中，所述绝缘材料包括空气。
337.11).根据1)所述的盒，其中，所述电介质材料片是柔性的。
338.12).根据1)所述的盒，还包括微流控通道，所述微流控通道在所述顶板的所述第二侧上或在所述顶板的所述第二侧中形成，其中所述微流控通道沿着所述顶板的所述第二侧以及在所述微流控通道和所述气隙之间的至少一个开口延伸。
339.13).根据1)所述的盒，其中，所述顶板包括聚碳酸酯和/或丙烯酸。
340.14).根据1)所述的盒，其中，电介质的所述片小于30微米厚。
341.15).根据1)所述的盒，其中，所述电介质材料的所述第二侧面包括疏水涂层。
342.16).根据1)所述的盒，其中，所述气隙包括大于400微米的间距。
343.17).一种用于数字微流控(dmf)装置的盒，所述盒具有底部和顶部，所述盒包括：
344.柔性电介质材料片，所述柔性电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，所述第一侧面在所述盒的所述底部上形成暴露的底表面；
345.第一疏水层，所述第一疏水层在所述电介质材料片的所述第二侧面上；
346.顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧以及在所述第一侧和所述第二侧之间的厚度；
347.接地电极，所述接地电极在所述顶板的所述第一侧上，其中所述接地电极包括由不透明材料形成的栅格图案，所述栅格图案沿着所述顶板的所述第一侧形成多个开放单元；
348.第二疏水层，所述第二疏水层在所述顶板的所述第一侧上覆盖所述接地电极；以及
349.气隙，所述气隙将所述第一疏水层和所述第二疏水层隔开，其中所述气隙包括大于400微米的间距。
350.18).根据17)所述的盒，其中，所述顶板包括在所述顶板的厚度内的多个空腔，另外其中所述空腔填充有具有低热质量和低热导率的绝缘材料。
351.19).根据17)所述的盒，其中，所述接地电极的所述栅格图案由导电油墨形成。
352.20).根据17)所述的盒，其中，所述接地电极的所述栅格图案由银纳米颗粒形成。
353.21).根据17)所述的盒，其中，所述开放单元之间的所述栅格图案的最小宽度大于50微米。
354.22).根据17)所述的盒，其中，所述多个开放单元中的开放单元包括四边形形状或椭圆形形状。
355.23).根据17)所述的盒，其中，所述接地电极的所述栅格图案在大于所述顶板的所述第一侧的50％上面延伸。
356.24).根据17)所述的盒，还包括微流控通道，所述微流控通道在所述顶板的所述第二侧中形成，其中所述微流控通道沿着所述顶板的所述第二侧以及在所述微流控通道和所述气隙之间的至少一个开口延伸。
357.25).根据17)所述的盒，其中，所述顶板包括聚碳酸酯和/或丙烯酸。
358.26).一种用于数字微流控(dmf)装置的盒，所述盒具有底部和顶部，所述盒包括：
359.电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，所述第一侧面在所述盒的所述底部上形成暴露的底表面；
360.第一疏水层，所述第一疏水层在所述电介质材料片的所述第二侧面上；
361.顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧以及在所述第一侧和所述第二侧之间的厚度；
362.接地电极，所述接地电极在所述顶板的所述第一侧上；
363.第二疏水层，所述第二疏水层在所述顶板的所述第一侧上覆盖所述接地电极；
364.气隙，所述气隙隔开所述第一疏水层和所述第二疏水层；
365.微流控通道，所述微流控通道在所述顶板的所述第二侧中或在所述顶板的所述第二侧上形成，其中所述微流控通道沿着所述顶板的所述第二侧延伸；
366.开口，所述开口在所述微流控通道和所述气隙之间；以及
367.盖，所述盖覆盖所述微流控通道，其中所述盖包括用于进入所述微流控通道的一个或更多个接入端口。
368.27).根据26)所述的盒，其中，所述微流控通道被配置成在所述微流控通道内包含多于1ml的流体。
369.28).根据26)所述的盒，其中，所述气隙包括大于500微米的间距。
370.29).根据26)所述的盒，其中，所述微流控通道包括第一微流控通道，并且所述微流控通道和所述气隙之间的所述开口包括第一开口，所述盒还包括在所述顶板的所述第二侧中形成的第二微流控通道以及在所述第二微流控通道和所述气隙之间的第二开口，其中所述第二微流控通道沿着所述顶板的所述第二侧延伸，其中所述第一开口和所述第二开口彼此相邻。
371.30).根据29)所述的盒，其中所述第一开口和所述第二开口彼此相距不超过约2cm。
372.31).根据26)所述的盒，还包括从所述盒的所述顶部至所述气隙的窗口，所述气隙通过所述窗口是可见的。
373.32).根据31)所述的盒，其中，所述窗口在所述盒的所述顶部的2％至50％之间形成。
374.33).根据26)所述的盒，其中，所述盒的所述底部由所述电介质材料片的所述第一侧面形成。
375.34).根据26)所述的盒，还包括从所述盒的所述顶部进入所述气隙的多个开口。
376.35).根据26)所述的盒，其中，所述顶板包括聚碳酸酯和/或丙烯酸。
377.36).根据26)所述的盒，还包括在所述顶板的所述第二侧上的一个或更多个试剂储存器。
378.37).根据26)所述的盒，还包括在所述顶板的所述第二侧上的一个或更多个冷冻干燥的试剂储存器。
379.38).根据26)所述的盒，其中，所述电介质材料片是柔性的。
380.39).根据26)所述的盒，其中，所述顶板包括在所述顶板的厚度内的多个空腔，另外其中所述空腔填充有具有低热质量和低热导率的绝缘材料。
381.40).一种用于数字微流控(dmf)装置的盒，所述盒具有底部和顶部，所述盒包括：
382.电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，所述第一侧面在所述盒的所述底部上形成暴露的底表面；
383.第一疏水层，所述第一疏水层在所述电介质材料片的所述第二侧面上；
384.顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧以及在所述第一侧和所述第二侧之间的厚度；
385.接地电极，所述接地电极在所述顶板的所述第一侧上；
386.第二疏水层，所述第二疏水层在所述顶板的所述第一侧上覆盖所述接地电极；
387.气隙，所述气隙将所述第一疏水层和所述第二疏水层隔开，其中所述气隙包括大于500微米的间距；
388.第一微流控通道和第二微流控通道，其中所述第一微流控通道和所述第二微流控通道在所述顶板的所述第二侧中形成，其中所述第一微流控通道和所述第二微流控通道沿着所述顶板的所述第二侧延伸；
389.第一开口和第二开口，所述第一开口在所述第一微流控通道和所述气隙之间，所述第二开口在所述第二微流控通道和所述气隙之间，其中所述第一开口和所述第二开口彼此相邻且相距不超过约2cm；以及
390.盖，所述盖覆盖所述微流控通道，其中所述盖包括用于进入所述微流控通道的一个或更多个接入端口。
391.41).一种数字微流控(dmf)读取器设备，其被配置成与一次性盒一起操作，所述一次性盒具有底部电介质表面、具有接地电极的顶板以及在所述底部电介质和所述顶板之间的气隙，所述设备包括：
392.基座表面，所述基座表面用于安置所述一次性盒；
393.在所述基座表面上的第一多个驱动电极，其中所述驱动电极的全部或一些驱动电极包括穿过其中的开口；
394.多个真空端口，其中每个真空端口被耦合至穿过所述驱动电极的所述开口中的一个或更多个开口；
395.真空泵，所述真空泵用于将真空施加至所述真空端口；以及
396.控件，所述控件用于施加能量以顺序地激活和去激活一个或更多个选择的驱动电极，以在所述盒的所述气隙内沿着所述气隙内的期望路径移动液滴，
397.其中，所述dmf读取器被配置成当所述一次性盒被放置在所述基座表面上时，将真空施加至所述真空端口以将每个驱动电极固定至所述一次性盒的所述底部电介质。
398.42).根据41)所述的设备，还包括从所述基座表面延伸的一个或更多个突起，其中所述一个或更多个突起被配置成当通过所述驱动电极中的所述开口施加真空时，在所述盒的所述气隙中形成隔断。
399.43).根据41)所述的设备，还包括光学读取器，所述光学读取器被配置成检测来自安置在所述基座表面上的盒的光学信号。
400.44).根据41)所述的设备，还包括马达，所述马达被配置成移动光学读取器，所述光学读取器被配置成检测来自安置在所述基座表面上的盒的光学信号。
401.45).根据41)所述的设备，还包括一个或更多个温度传感器，所述温度传感器被耦合至所述基座表面。
402.46).根据41)所述的设备，还包括电阻加热器，所述电阻加热器在所述驱动电极中的至少一些驱动电极下面。
403.47).根据41)所述的设备，其中，所述基座表面包括印刷电路板。
404.48).根据41)所述的设备，还包括磁体，所述磁体在所述驱动电极中的一个或更多个驱动电极之下，所述磁体被配置成被激活以施加磁场。
405.49).根据41)所述的设备，还包括一个或更多个珀尔帖冷却器，所述珀尔帖冷却器在所述驱动电极中的至少一些驱动电极下面、被配置成冷却至小于10摄氏度。
406.50).根据41)所述的设备，还包括盒托盘，所述盒托盘被配置成将所述一次性盒移动到所述基座表面上。
407.51).根据41)所述的设备，还包括壳体，所述壳体封闭所述设备，其中所述壳体是可堆叠的。
408.52).根据41)所述的设备，还包括输出端，所述输出端被配置成输出通过所述设备检测到的信号。
409.53).根据52)所述的设备，其中，所述输出端包括无线输出端。
410.54).根据41)所述的设备，还包括第一热控件，所述第一热控件被配置成将所述基座表面冷却至15摄氏度到25摄氏度之间。
411.55).根据41)所述的设备，还包括一个或更多个微流控真空端口，所述微流控真空端口被定位在所述基座表面上面并且被配置成当所述盒被安置在所述基座表面上时，与用于进入所述盒的微流控通道的接入端口接合。
412.56).根据41)所述的设备，还包括在所述基座表面的最外表面上的电介质涂层。
413.57).根据41)所述的设备，其中，所述基座表面上的所述第一多个驱动电极各自与所述多个电极中的相邻电极隔开50微米到120微米之间。
414.58).根据41)所述的设备，还包括穿过所述基座表面的多个热通孔。
415.59).一种数字微流控(dmf)读取器设备，其被配置成与一次性盒一起操作，所述一次性盒具有底部电介质表面、具有接地电极的顶板以及在所述底部电介质和所述顶板之间的气隙，所述设备包括：
416.基座表面，所述基座表面用于安置所述一次性盒；
417.在所述基座表面上的多个驱动电极，其中所述驱动电极中的至少一些驱动电极包括穿过其中的开口；
418.多个真空端口，其中每个真空端口被耦合至穿过所述驱动电极的所述开口中的一个或更多个开口；
419.真空泵，所述真空泵用于将真空施加至所述真空端口；以及
420.控件，所述控件用于施加能量以顺序地激活和去激活一个或更多个选择的驱动电极，以在所述盒的所述气隙内沿着所述气隙内的期望路径移动液滴，
421.其中，所述dmf读取器被配置成将真空施加至所述真空端口以将每个驱动电极固定至所述一次性盒的所述底部电介质，以将所述一次性盒保留在所述基座表面上。
422.60).一种防止空气基质数字微流控(dmf)装置中液滴蒸发的方法，所述方法包括：
423.将含水反应液滴引入到所述空气基质dmf装置的气隙中，所述气隙在所述空气基质dmf装置的第一板和第二板之间形成；
424.将所述第一板上或所述第一板中的驱动电极顺序地通电，以在所述空气基质dmf装置的所述气隙内移动所述含水反应液滴，使得所述含水反应液滴与所述空气基质dmf装置的所述气隙内的非极性流体的液滴组合，形成涂覆的反应液滴，在所述涂覆的反应液滴中所述非极性流体涂覆所述含水反应液滴并且保护反应液滴免于蒸发；以及
425.将所述驱动电极顺序地通电，以在所述空气基质dmf装置的所述气隙内移动所述涂覆的反应液滴。
426.61).根据60)所述的方法，其中，所述非极性流体的体积小于所述含水反应液滴的体积。
427.62).根据60)所述的方法，还包括在所述空气基质dmf装置的所述气隙内，将所述涂覆的液滴与一种或更多种另外的含水液滴组合。
428.63).根据60)所述的方法，还包括通过将所述涂覆的液滴从所述空气基质dmf装置的所述气隙中至少部分地撤回到微流控通道中，将非极性流体的涂层移除。
429.64).根据60)所述的方法，还包括通过所述第一板或第二板中的开口，将所述非极性流体的液滴添加到所述空气基质dmf装置的所述气隙中。
430.65).根据60)所述的方法，其中，所述非极性流体的液滴在10摄氏度和100摄氏度之间是液体。
431.66).一种防止空气基质数字微流控(dmf)装置内液滴蒸发的方法，所述方法包括：
432.将含水反应液滴引入到所述空气基质dmf装置的气隙中，所述气隙在所述空气基质dmf装置的第一板和第二板之间形成；
433.将所述第一板上或所述第一板中的驱动电极顺序地通电，以在所述空气基质dmf装置的所述气隙内移动所述含水反应液滴，使得所述含水反应液滴与所述空气基质dmf装置的所述气隙内的非极性流体的液滴组合，形成涂覆的反应液滴，在所述涂覆的反应液滴中所述非极性流体涂覆所述含水反应液滴并且保护反应液滴免于蒸发；
434.其中，所述非极性流体在10摄氏度和100摄氏度之间是液体，另外其中所述非极性流体的体积小于所述含水反应液滴的体积；以及
435.将所述驱动电极顺序地通电，以在所述空气基质dmf装置的所述气隙内移动所述涂覆的反应液滴。
436.67).一种将预先确定体积的流体分配到空气基质数字微流控(dmf)装置的气隙中的方法，其中所述气隙大于400微米宽，另外其中所述dmf装置包括与所述气隙相邻的多个驱动电极，所述方法包括：
437.用来自与所述气隙连通的端口的所述流体充满所述气隙的一部分；
438.施加能量以激活与被充满的所述气隙的一部分相邻的第一驱动电极；以及
439.当所述第一电极被激活时，施加吸力以将所述流体撤回到所述端口中，这将具有预先确定体积的所述流体的液滴留在与所激活的第一电极相邻的所述气隙中。
440.68).根据67)所述的方法，其中，施加能量以激活所述第一驱动电极包括施加能量以激活与所述第一驱动电极相接的一个或更多个驱动电极，并且另外其中当所述第一驱动电极被激活时施加吸力以将所述流体撤回到所述端口中包括：当所述第一驱动电极和与所述第一驱动电极相接的所述一个或更多个驱动电极是活动的时将所述流体撤回，这将所述流体的液滴留在与所激活的第一驱动电极和与所述第一驱动电极相接的所述一个或更多
个驱动电极相邻的所述气隙中。
441.69).根据67)所述的方法，其中，所述第一驱动电极与所述端口隔开至少一个驱动电极的间隔。
442.70).根据67)所述的方法，还包括停用与所述气隙的第二部分相邻的一个或更多个驱动电极，所述气隙的第二部分在所述气隙的被充满部分中并且在所述端口和所述第一驱动电极之间。
443.71).根据67)所述的方法，其中，所述气隙大于500微米。
444.72).根据67)所述的方法，其中，充满所述气隙的一部分包括施加正压力以从所述端口排出流体。
445.73).根据67)所述的方法，还包括将与所述气隙相邻的驱动电极顺序地通电，以在所述空气基质dmf装置的所述气隙内移动所述液滴。
446.74).根据67)所述的方法，其中，当所述第一电极被激活时施加吸力以将所述流体撤回到所述端口中包括将具有10微升或更大的体积的所述流体的液滴留在与所激活的第一电极相邻的所述气隙中。
447.75).一种将预先确定体积的流体分配到空气基质数字微流控(dmf)装置的气隙中的方法，其中所述气隙大于400微米宽，另外其中所述dmf装置包括与所述气隙相邻的多个驱动电极，所述方法包括：
448.用来自与所述气隙连通的端口的所述流体充满所述气隙的一部分；
449.施加能量以激活与被充满的所述气隙的一部分相邻的第一驱动电极或第一组相接驱动电极，其中所述第一驱动电极或所述第一组相接驱动电极与所述端口隔开未被激活的一个或更多个驱动电极；
450.当所述第一电极或第一组相接电极被激活时，施加吸力以将所述流体撤回到所述端口中，这将所述流体的液滴留在与所述第一电极或第一组相接电极相邻的所述气隙中。
451.76).一种用于控制数字微流控(dmf)装置的方法，所述方法包括：
452.提供图形用户界面，所述图形用户界面包括流体处理控制命令的菜单，所述流体处理控制命令包括以下中的一种或更多种：移动、加热、移除、循环、等待、中断、混合以及分配；
453.接收流体处理方案，所述流体处理方案包括用户选择的流体处理控制命令；
454.基于所述流体处理方案，计算用于在所述dmf装置的气隙内移动流体的路径，其中，所述路径将所述路径中的重叠的量最小化以避免污染；以及
455.基于计算的路径，使用所述dmf装置，执行所述流体处理方案。
456.77).根据76)所述的方法，其中，所述流体处理控制命令至少包括：移动、加热、移除、等待以及混合。
457.78).根据76)所述的方法，其中，接收所述流体处理方案包括接收一串流体处理控制命令。
458.79).根据76)所述的方法，其中，计算所述路径包括基于所述dmf装置中的加热区和冷却区的布置来计算所述路径。
459.80).根据76)所述的方法，其中，计算所述路径包括确定本身不交叉的最短路径。
460.81).根据76)所述的方法，其中，在所述dmf装置上执行所述流体处理方案包括在
耦合至所述dmf装置的一次性盒中执行所述流体处理方案。
461.82).一种数字微流控(dmf)读取器设备，其被配置成与一次性盒一起操作，所述一次性盒具有底部电介质表面、具有接地电极的顶板以及在所述底部电介质和所述顶板之间的气隙，所述设备包括：
462.基座表面，所述基座表面用于将所述一次性盒安置在上表面上；
463.在所述基座表面上的第一多个驱动电极，其中所述驱动电极的全部或一些驱动电极包括穿过其中的开口；
464.热控件，所述热控件用于将热能施加至所述基座表面的第一区域；
465.多个热通孔，其中所述热通孔包括导热材料并且与所述基座表面的所述第一区域热连通，但是与电极的子集电隔离，并且另外其中所述热通孔与所述热控件热连通；
466.多个真空端口，其中每个真空端口被耦合至穿过所述驱动电极的所述开口中的一个或更多个开口；
467.真空泵，所述真空泵用于将真空施加至所述真空端口；以及
468.控件，所述控件用于施加能量以顺序地激活和去激活一个或更多个选择的驱动电极，以在所述盒的所述气隙内沿着所述气隙内的期望路径移动液滴。
469.83).根据82)所述的设备，其中，所述热通孔各自具有在0.5mm和1.5mm之间的直径。
470.84).根据82)所述的设备，其中，存在5个到15个之间的热通孔，所述热通孔与对应于所述第一区域中的单个电极的区域相关联。
471.85).根据82)所述的设备，其中，所述热通孔各自填充有导热金属。
472.86).根据82)所述的设备，还包括电阻加热器，所述电阻加热器在所述驱动电极中的至少一些驱动电极下面。
473.87).根据82)所述的设备，其中，所述基座表面包括印刷电路板。
474.88).根据82)所述的设备，还包括磁体，所述磁体在所述驱动电极中的一个或更多个驱动电极之下，所述磁体被配置成被激活以施加磁场。
475.89).根据82)所述的设备，还包括一个或更多个珀尔帖冷却器，所述珀尔帖冷却器在所述驱动电极中的至少一些驱动电极下面、被配置成冷却至小于10摄氏度。
476.90).一种检测数字微流控(dmf)盒的气隙中的材料的位置和身份的方法，所述方法包括：
477.将所述dmf盒的所述气隙的第一侧面上的参考电极与驱动电路断开；
478.将所述气隙的第二侧面上的驱动电极的阵列中的一个或更多个驱动电极的电压设置成高电压，同时将所述驱动电极的阵列中的所有其他驱动电极设置成接地；
479.感测在所述参考电极处的电压；
480.基于在所述参考电极处感测的电压，确定所述气隙的所述第一侧面和所述气隙的所述第二侧面之间的电容；以及
481.基于确定的电容，识别与所述一个或更多个驱动电极相邻的所述气隙中的材料。
482.91).根据90)所述的方法，还包括将所述参考电极重新连接至所述驱动电路，以及通过在所述参考电极和一个所述驱动电极之间施加电压来驱动所述气隙内的液滴。
483.92).根据90)所述的方法，其中，断开所述参考电极包括允许所述参考电极浮动。
484.93).根据90)所述的方法，其中，将驱动电极中的一个或更多个驱动电极的电压设置成高电压包括将所述驱动电极中的所述一个或更多个驱动电极设置成在10v和400v之间。
485.94).根据90)所述的方法，还包括通过在将所述参考电极与所述驱动电路断开时将所述驱动电极的阵列中的所有驱动电极的电压设置成高电压并且感测所述参考电极处的电压以确定总电容，来确定所述气隙的所述总电容。
486.95).根据94)所述的方法，还包括在将所述参考电极与所述驱动电路断开时，使用连接至所述参考电极的一个或更多个参考电容器，来确定所述总电容。
487.96).根据94)所述的方法，其中，基于在所述参考电极处感测的电压确定所述气隙的所述第一侧面和所述气隙的所述第二侧面之间的电容还包括使用所述总电容。
488.97).根据94)所述的方法，其中，识别所述气隙中的材料包括使用包含多个电容范围的参考数据库，以基于确定的电容来识别所述气隙中的材料。
489.98).一种用于数字微流控(dmf)装置的盒，所述盒具有底部和顶部，所述盒包括：
490.电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，所述第一侧面在所述盒的所述底部上形成暴露的底表面，其中所述电介质材料片的至少所述第二侧面包括第一疏水表面；
491.张紧框架，所述张紧框架将所述电介质材料片保持处于张紧状态，使得所述电介质材料片大体上是平的；
492.顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧以及在所述第一侧和所述第二侧之间的厚度；
493.接地电极，所述接地电极在所述顶板的所述第一侧上；
494.第二疏水表面，所述第二疏水表面在所述顶板的所述第一侧上覆盖所述接地电极；以及
495.气隙，所述气隙将所述第一疏水层和所述第二疏水层隔开，其中所述气隙包括大于280微米的间距。
496.99).根据98)所述的盒，还包括凸缘，所述凸缘在所述电介质材料片周围延伸并且从所述电介质材料片中突出。
497.100).根据98)所述的盒，其中，所述张紧框架包括外部框架和内部框架，另外其中所述片被保持在所述外部框架和所述内部框架之间。
498.101).根据98)所述的盒，其中，所述接地电极包括形成多个开放单元的栅格图案。
499.102).根据101)所述的盒，其中，所述接地电极的所述栅格图案由不透明材料形成。
500.103).根据98)所述的盒，其中，所述接地电极由导电油墨形成。
501.104).根据98)所述的盒，其中，所述接地电极由银纳米颗粒形成。
502.105).根据101)所述的盒，其中，所述开放单元之间的所述栅格图案的最小宽度大于50微米。
503.106).根据101)所述的盒，其中，所述多个开放单元中的开放单元包括四边形形状或椭圆形形状。
504.107).根据98)所述的盒，其中，所述接地电极在大于所述顶板的所述第一侧的
50％上面延伸。
505.108).根据98)所述的盒，其中，所述顶板包括在所述顶板的厚度内的多个空腔，另外其中所述空腔填充有具有低热质量和低热导率的绝缘材料。
506.109).根据108)所述的盒，其中，所述绝缘材料包括空气。
507.110).根据98)所述的盒，其中，所述电介质材料片是柔性的。
508.111).根据98)所述的盒，还包括微流控通道，所述微流控通道在所述顶板的所述第二侧上或在所述顶板的所述第二侧中形成，其中所述微流控通道沿着所述顶板的所述第二侧以及在所述微流控通道和所述气隙之间的至少一个开口延伸。
509.112).根据98)所述的盒，其中，所述顶板包括聚碳酸酯和/或丙烯酸。
510.113).根据98)所述的盒，其中，电介质的所述片小于30微米厚。
511.114).根据98)所述的盒，其中，所述电介质材料的所述第二侧面包括疏水涂层。
512.115).根据98)所述的盒，其中，所述气隙包括大于400微米的间距。