具有一次性筒的數(shù)字微流體系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種用以操作一次性筒(2)內(nèi)液滴中樣本的數(shù)字微流體系統(tǒng)(1)。一次性筒(2)包括底層(3)、頂層(4)和位于底層(3)和頂層(4)之間的間隙(6)。該數(shù)字微流體系統(tǒng)(1)包括具有至少一個(gè)筒容置部(8)的基板單元(7)；包括多個(gè)個(gè)體電極(10)的至少一個(gè)電極陣列(9)；位于該筒容置部(8)處的至少一個(gè)蓋板(12)；以及中央控制單元(14)，該中央控制單元(14)用以控制所述至少一個(gè)電極陣列(9)的個(gè)體電極(10)的選擇，并用以為所述電極(10)提供單獨(dú)的電壓脈沖，以通過(guò)電潤(rùn)濕作用操作所述一次性筒(2)內(nèi)的液滴。該數(shù)字微流體系統(tǒng)(1)的至少一個(gè)蓋板(12)還包括導(dǎo)電材料(15)，該導(dǎo)電材料(15)大體平行于該至少一個(gè)蓋板(12)所對(duì)齊的筒容置部(8)的電極陣列(9)。在操作液滴(23)內(nèi)的樣本期間，蓋板(12)的導(dǎo)電材料(15)未連接到特定電勢(shì)源。也公開了一次性筒(2)的選擇和用以操作附著于疏水表面(17)的液滴(23)內(nèi)樣本的方法。
【專利說(shuō)明】具有一次性筒的數(shù)字微流體系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)文件的交叉引用
[0002] 本專利申請(qǐng)要求于2011年11月25日提交的、美國(guó)專利申請(qǐng)第13/304,481號(hào)的 優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)參見的方式合并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明涉及可以插入有用于操作液滴內(nèi)樣本的一個(gè)或多個(gè)一次性筒（一次性盒） 的數(shù)字微流體系統(tǒng)或設(shè)備。該數(shù)字微流體系統(tǒng)包括由襯底支持的電極陣列和中央控制單 元，該中央控制單元用于控制該電極陣列中個(gè)體電極的選擇并用于為這些電極提供單獨(dú) 的電壓脈沖以通過(guò)電潤(rùn)濕作用操作液滴。由此，本發(fā)明也涉及用以方便液滴驅(qū)動(dòng)分子技術(shù) 的液滴驅(qū)動(dòng)器裝置。

【背景技術(shù)】
[0004] 自動(dòng)液體處理系統(tǒng)在本領(lǐng)域通常是眾所周知的。一個(gè)實(shí)例是本 申請(qǐng)人:（瑞士，文 尼多夫（Mannedorf)CH8708，Seestrassel03,帝肯有限公司（Tecan Schweiz AG))制造的商 標(biāo)名為Freedom EVO?啲自動(dòng)工作站。本設(shè)備使得在獨(dú)立儀器中或與分析系統(tǒng)的自動(dòng)連接 中能夠進(jìn)行自動(dòng)液體處理。這些自動(dòng)系統(tǒng)通常需要處理較大容積（微升級(jí)至毫升級(jí)）的液 體。這些自動(dòng)系統(tǒng)也是未設(shè)計(jì)成便攜式的較大系統(tǒng)。
[0005] 諸多處理生物樣本的自動(dòng)處理的方法來(lái)源于微流體領(lǐng)域。該【技術(shù)領(lǐng)域】一般涉及 控制和操作小體積的液體，所述小體積通常在微米量級(jí)或納米量級(jí)內(nèi)。在通道系統(tǒng)中液體 運(yùn)動(dòng)是本身已知的，例如在穩(wěn)定設(shè)備中由微型泵控制，或者在旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)器皿中由向心力控 制。在數(shù)字微流體中，將限定的電壓施加到電極陣列的各電極上，以使各個(gè)體液滴被處理 (電潤(rùn)濕作用）。對(duì)于電潤(rùn)濕方法的總體概覽，請(qǐng)參見Washizu發(fā)表在《IEEE工業(yè)應(yīng)用匯刊 (IEEE Transactions on Industry Applications)》1998 年第 34 卷第 4 期上的文章，以及 Pollack等人發(fā)表在《Lab Chip》2002年第2卷96101上的文章。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電潤(rùn)濕涉及使 用優(yōu)選地由疏水層覆蓋的微電極陣列來(lái)移動(dòng)液滴的方法。通過(guò)將限定的電壓施加到電極陣 列的各電極上，引起位于被處理的電極上的液滴的表面張力改變。此導(dǎo)致被處理電極上液 滴接觸角度的明顯改變，由此導(dǎo)致液體的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于此電潤(rùn)濕過(guò)程，已知有兩個(gè)布置電極的 基本方式：使用帶有用以誘導(dǎo)液滴運(yùn)動(dòng)的電極陣列的一個(gè)單側(cè)表面，或者增加與類似電極 陣列相對(duì)的并提供至少一個(gè)接地電極的第二表面。電潤(rùn)濕技術(shù)的主要有益效果是只需要小 體積的液體，如單個(gè)液滴。由此，液體處理過(guò)程可以在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。另外，對(duì)液體 運(yùn)動(dòng)的控制過(guò)程可以完全在致使自動(dòng)處理樣本的電子控制下進(jìn)行。
[0006] 從美國(guó)專利第5, 486, 337號(hào)中已知使用帶有電極陣列的單個(gè)表面（電極的單平面 布置）通過(guò)電潤(rùn)濕作用進(jìn)行液滴操作的設(shè)備。將所有電極放置于載體襯底的表面上、下置 于襯底中或由不可潤(rùn)濕表面覆蓋。將電源連接到電極。通過(guò)將電壓施加到連續(xù)電極上而移 動(dòng)液滴，由此根據(jù)將電壓施加到電極上的順序來(lái)導(dǎo)引電極上液滴的運(yùn)動(dòng)。
[0007] 從美國(guó)專利第6, 565, 727號(hào)（電極的雙平面布置）中已知使用具有至少一個(gè)接地 電極的相對(duì)表面的電極陣列來(lái)微量控制液滴運(yùn)動(dòng)的電潤(rùn)濕裝置。該裝置的各表面都可以包 括多個(gè)電極。電極陣列的各驅(qū)動(dòng)電極優(yōu)選地通過(guò)位于各單電極邊緣處的伸出部以彼此交叉 的方式布置。兩個(gè)相對(duì)的電極陣列形成間隙。朝向該間隙的電極陣列表面優(yōu)選地由電絕緣 疏水層覆蓋。液滴定位在該間隙中，并通過(guò)將多個(gè)電磁場(chǎng)連續(xù)施加到定位在該間隙相對(duì)部 上的多個(gè)電極而在非極性填充流體中移動(dòng)。
[0008] 從國(guó)際公開第W02010/069977A1號(hào)中已知具有聚合物膜以在其上操作液滴中樣 本的容器。生物樣本處理系統(tǒng)包括用于大容積處理的容器和具有下表面和疏水上表面的平 坦聚合物膜。該平坦聚合物膜通過(guò)伸出部與該容器的基底側(cè)保持一定距離。當(dāng)該容器定位 在該膜上時(shí)，該距離限定至少一個(gè)間隙。液滴操作儀器包括至少一個(gè)用于誘導(dǎo)液滴運(yùn)動(dòng)的 電極陣列。也公開了支撐至少一個(gè)電極陣列的襯底和用于液滴操作儀器的控制單元。該容 器和膜可逆地附連到該液滴操作儀器。由此，該系統(tǒng)使至少一個(gè)液滴能夠通過(guò)容器的通道 從該至少一個(gè)孔移位到平坦聚合膜的疏水上表面上和至少一個(gè)電極陣列的上方。液滴操作 儀器能夠通過(guò)電潤(rùn)濕控制該平坦聚合膜的疏水層上的所述液滴的運(yùn)動(dòng)，并能夠在那里處理 生物樣本。
[0009] 從國(guó)際專利申請(qǐng)公開第W02011/002957A2號(hào)也已知在處理生物樣本的過(guò)程中用 于操作液滴的電潤(rùn)濕設(shè)備的使用方法。在此申請(qǐng)中，公開了：液滴驅(qū)動(dòng)器通常包括具有由介 電層隔開的控制電極（電潤(rùn)濕電極）的底部襯底、導(dǎo)電性頂部襯底和涂敷在底部襯底和頂 部襯底上的疏水涂層。在此申請(qǐng)中，也公開了用于更換液滴驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)或多個(gè)部件的液 滴驅(qū)動(dòng)器裝置，所述部件即為可以容易地更換掉的一次性部件（如可移動(dòng)膜、可逆附連的 頂部襯底和底部襯底以及自包含可更換筒）。
[0010] 從國(guó)際申請(qǐng)公開第W02011/002957A2中也可以知道具有固定底部襯底（即印刷電 路板）、電潤(rùn)濕電極和可移除或可更換頂部襯底的液滴驅(qū)動(dòng)器。自包含筒可以例如包括緩沖 器、試劑和填充流體。筒中的袋可以用作流體儲(chǔ)存部，并可以被穿孔以將流體（試劑或油） 釋放到筒間隙中。該筒可以包括可由疏水層代替的接地電極以及用于將樣本加載到筒的間 隙中的開口。界面材料（如液體、膠水或油脂）可以將該筒粘合到電極陣列。
[0011] 在國(guó)際公開第W02006/125767A1號(hào)（該公開的英語(yǔ)翻譯文本參見 US2009/0298059A1)中公開了用以執(zhí)行分子診斷分析的自動(dòng)系統(tǒng)中用于微流體處理的一次 性筒。該筒構(gòu)造為平坦的腔裝置（尺寸與借記卡的尺寸大約相等）并可以插入該自動(dòng)系統(tǒng) 中?？梢酝ㄟ^(guò)開口將樣本移到該筒中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是提出一種構(gòu)造成將用于操作液滴中樣本的一個(gè)或多個(gè)一次性筒 容置在內(nèi)部的可替換數(shù)字微流體系統(tǒng)或數(shù)字微流體設(shè)備。
[0013] 通過(guò)提出一種用于在一次性筒內(nèi)操作液滴中樣本的數(shù)字微流體系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)該目 的。優(yōu)選地，該一次性筒包含底層、頂層以及底層和頂層之間的間隙。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字微 流體系統(tǒng)包括：
[0014] (a)基板單元，該基板單元具有構(gòu)造以容納一次性筒的至少一個(gè)筒容置部；
[0015] (b)至少一個(gè)電極陣列，該電極陣列大體沿第一平面延伸并包括多個(gè)個(gè)體電極，所 述至少一個(gè)電極陣列定位在該基板單元的所述筒容置部處，并且所述電極陣列由底部襯底 支撐；
[0016] (c)至少一個(gè)蓋板，該蓋板具有頂部襯底，所述至少一個(gè)蓋板定位在所述筒容置部 處；以及
[0017] (d)中央控制單元，該中央控制單元用以控制所述至少一個(gè)電極陣列的個(gè)體電極 的選擇，并用以為這些電極提供電壓，以通過(guò)電潤(rùn)濕作用操作所述筒內(nèi)的液滴，
[0018] 其中，該至少一個(gè)蓋板還包括導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料在第二平面中延伸并基本平 行于該至少一個(gè)蓋板所分配到的筒容置部的電極陣列，并且
[0019] 其中，該蓋板的所述導(dǎo)電材料不連接到電勢(shì)源。
[0020] 可替換地，導(dǎo)電箔附連到該筒。
[0021] 根據(jù)筒容置部的第一優(yōu)選變體，蓋板被構(gòu)造成相對(duì)于相應(yīng)筒容置部的電極陣列能 夠移動(dòng)。根據(jù)第二優(yōu)選變體，各筒容置部被構(gòu)造成接收能夠沿基本平行于相應(yīng)筒容置部的 電極陣列的方向移動(dòng)的滑動(dòng)插入一次性筒。
[0022] 本發(fā)明的另一目的是提供一種使用數(shù)字微流體系統(tǒng)或設(shè)備操作液滴中樣本的可 替換一次性筒，一個(gè)或多個(gè)這種用以操作液滴中樣本的一次性筒可以插入該數(shù)字微流體系 統(tǒng)或設(shè)備中。
[0023] 通過(guò)提出一種用于數(shù)字微流體系統(tǒng)的一次性筒而實(shí)現(xiàn)該目的。根據(jù)本發(fā)明的一次 性筒的特征在于，底層和頂層包括暴露于該一次性筒間隙的疏水表面，以及該一次性筒不 具有導(dǎo)電層。
[0024] 本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種用以在數(shù)字微流體系統(tǒng)或設(shè)備中操作液滴內(nèi)樣 本的可替換方法。
[0025] 通過(guò)提出用以操作附著于疏水表面的液滴內(nèi)樣本的方法而實(shí)現(xiàn)該目的。根據(jù)本發(fā) 明，該方法包括以下步驟：
[0026] (a)提供第一疏水表面，該疏水表面基本平行地定位于電極陣列的上方；所述電 極陣列基本沿第一表面延伸，包括多個(gè)個(gè)體電極，由底部襯底支撐并連接到中央控制單元， 該中央控制單元用以控制所述電極陣列的個(gè)體電極的選擇，并為個(gè)體電極提供單獨(dú)的電壓 脈沖，以通過(guò)電潤(rùn)濕作用在所述第一疏水表面上操作所述液滴；
[0027] (b)提供第二疏水表面，該第二疏水表面基本平行于所述第一疏水表面并與所述 第一疏水表面隔開一定距離，由此形成第一疏水表面和第二疏水表面之間的間隙；
[0028] (c)提供一種帶有頂部襯底的蓋板，該蓋板還包括在第二平面中延伸并基本平行 于電極陣列的導(dǎo)電材料，在操作液滴內(nèi)樣本期間，該蓋板的所述導(dǎo)電材料未連接到特定電 勢(shì)源。
[0029] 數(shù)字微流體系統(tǒng)、一次性筒和用以操作液滴內(nèi)樣本的方法的其它創(chuàng)造性特征和優(yōu) 選實(shí)施例及變體從相應(yīng)從屬權(quán)利要求中得到。
[0030] 本發(fā)明的有益效果包括：
[0031] ?在操作液滴內(nèi)樣本期間，該蓋板的所述導(dǎo)電材料未連接到特定電勢(shì)源使得可移 動(dòng)或固定的頂板的構(gòu)造更加簡(jiǎn)單。
[0032] ?優(yōu)選地，分別從該筒的頂膜或頂層移除導(dǎo)電層。以此方式，由于沒有任何會(huì)導(dǎo)致 所操作的液滴進(jìn)行電潤(rùn)濕運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)電層，所以根據(jù)本發(fā)明的自包含一次性筒的結(jié)構(gòu)可以非 常簡(jiǎn)單且成本低廉。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033] 下面借助附圖解釋根據(jù)本發(fā)明用于操作樣本的數(shù)字微流體系統(tǒng)、自帶的一次性筒 和方法，附圖示出了本發(fā)明已選定的和示例性的實(shí)施例，這些實(shí)施例不限制本發(fā)明范圍和 主旨。附圖中：
[0034] 圖1示出了裝配有中央控制單元和基板單元的數(shù)字微流體系統(tǒng)的概圖，其中具有 四個(gè)筒容置部，各筒容置部都包括電極陣列和可移動(dòng)蓋板。
[0035] 圖2示出了一個(gè)筒容置部的截面圖，該容置部?jī)?nèi)部容置有根據(jù)第一實(shí)施例的一次 性筒。
[0036] 圖3示出了一個(gè)筒容置部的截面圖，該容置部?jī)?nèi)部容置有根據(jù)第二實(shí)施例的一次 性筒。
[0037] 圖4示出了一個(gè)筒容置部的截面圖，該容置部?jī)?nèi)部容置有根據(jù)第三實(shí)施例的一次 性筒，其中：
[0038] 圖4A示出了放置于筒容置部中的具有部分封閉蓋板的墊狀筒，而
[0039] 圖4B示出了在筒容置部中被完全封閉的蓋板壓成工作形狀的墊狀筒；
[0040] 圖5示出了一個(gè)筒容置部的截面圖，該容置部位部容置有根據(jù)第四實(shí)施例的一次 性筒。
[0041] 圖6示出了一個(gè)筒容置部的截面圖，該容置部?jī)?nèi)部容置有根據(jù)第五實(shí)施例的一次 性筒。
[0042] 圖7示出了裝配有中央控制單元和基板單元的數(shù)字微流體系統(tǒng)的概圖，該數(shù)字微 流體系統(tǒng)具有十二個(gè)筒容置部，各筒容置部包括電極陣列和固定蓋板。
[0043] 圖8示出了一個(gè)筒容置部的截面圖，該容置部?jī)?nèi)部容置有根據(jù)第六實(shí)施例的一次 性筒，其中：
[0044] 圖8A示出了插入具有大體堅(jiān)直電極陣列和蓋板的大體堅(jiān)直筒容置部的頂部進(jìn)入 筒，而
[0045] 圖8B示出了從圖8A所示的截面B看去的頂部進(jìn)入筒。

【具體實(shí)施方式】
[0046] 圖1示出了裝配有中央控制單元14和基板單元7的示例性數(shù)字微流體系統(tǒng)1的概 圖，該數(shù)字微流體系統(tǒng)1具有四個(gè)筒容置部8,各筒容置部8都包括電極陣列9和蓋板12。 數(shù)字微流體系統(tǒng)1被構(gòu)造成用以操作一次性筒2內(nèi)液滴23中的樣本，一次性筒2包含底層 3、頂層4以及在底層3和頂層4之間限定間隙6的間隔件5。由此，在一次性筒2的間隙6 內(nèi)操作液滴23中的樣本。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明，數(shù)字微流體系統(tǒng)1包括帶有至少一個(gè)筒容置部8的基板單元7,筒容 置部8被構(gòu)造用以容納一次性筒2。數(shù)字微流體系統(tǒng)1可以是單獨(dú)且固定的單元，在該數(shù)字 微流體系統(tǒng)1上，多個(gè)操作者工作于他們所帶來(lái)的筒2。由此，數(shù)字微流體系統(tǒng)1可以包括 多個(gè)筒容置部8和多個(gè)電極陣列9,使得多個(gè)筒2可以同時(shí)工作和/或并行工作。
[0048] 筒容置部8、電極陣列9以及一次性筒2的數(shù)量可以是例如1至100之間中的1個(gè) 或任意數(shù)量，或甚至更多；該數(shù)量例如由中央控制單元14的工作能力限制。
[0049] 可以優(yōu)選的是，將數(shù)字微流體系統(tǒng)1集成到液體處理工作站或商標(biāo)為 Freedom EVO^的機(jī)器人工作站中，使得可以使用移液機(jī)器人來(lái)將液體部分和/或包含液 體的樣本移入或移出筒2。
[0050] 可替換地，數(shù)字微流體系統(tǒng)1可以構(gòu)造為手持單元，該手持單元僅包括少量的例 如單個(gè)的一次性筒2,且能夠工作于此少量的一次性筒2。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)理解 的是，位于剛提到的兩個(gè)極限情況之間的中間解決方案也會(huì)在本發(fā)明的要旨內(nèi)運(yùn)行和起作 用。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明，數(shù)字微流體系統(tǒng)1也包括大體沿第一平面延伸并包括多個(gè)個(gè)體電極 10的至少一個(gè)電極陣列9。該電極陣列9定位于基板單元7的各所述筒容置部8處。優(yōu)選 地，各電極陣列9由底部襯底11支撐，該底部襯底11固定到基板單元7。應(yīng)注意的是，在本 文中所使用的各表達(dá)"電極陣列"、"電極布局"和"印刷電路板（PCB) "是同義詞。
[0052] 根據(jù)本發(fā)明，數(shù)字微流體系統(tǒng)1也包括具有頂部襯底13的至少一個(gè)蓋板12。在各 種情形下，至少一個(gè)蓋板12位于所述筒容置部8處。蓋板12的頂部襯底13和帶有電極陣 列9或PCB的底部襯底11分別限定一空間或筒容置部8。在第一變體中（參見位于基板單 元7中部的兩個(gè)筒容置部8)，兩個(gè)筒容置部8被構(gòu)造成接收能夠沿基本平行于相應(yīng)筒容置 部8的電極陣列9的方向移動(dòng)的、滑動(dòng)插入的一次性筒2。該前向或頂向裝載過(guò)程可以由自 動(dòng)進(jìn)出裝置支持，在一次性筒2部分插入后該自動(dòng)進(jìn)出裝置將該筒2運(yùn)送至筒容置部8中 的最終目的地，在此處，筒2被準(zhǔn)確放置到位。優(yōu)選地，這些筒容置部8不包括可移動(dòng)蓋板 12。在對(duì)液滴中的樣本執(zhí)行了所有意圖的操作后，可以通過(guò)自動(dòng)進(jìn)出機(jī)制排出已用過(guò)的筒 2,并將其運(yùn)送至分析站或者將其丟棄。
[0053] 在第二變體中（參見位于基板單元7左邊和右邊的兩個(gè)筒容置部8)，所述筒容置 部8包括構(gòu)造成能夠相對(duì)于相應(yīng)筒容置部8的電極陣列9移動(dòng)的蓋板12。優(yōu)選地，蓋板12 被構(gòu)造成能夠繞一個(gè)或多個(gè)鉸鏈16和/或沿大體垂直于電極陣列9的方向移動(dòng)。
[0054] 根據(jù)本發(fā)明，數(shù)字微流體系統(tǒng)1也包括中央控制單元14,該中央控制單元14用于 控制所述至少一個(gè)電極陣列9的個(gè)體電極10的選擇，并用于為這些電極10提供單獨(dú)的電 壓脈沖，以通過(guò)電潤(rùn)濕作用操作所述筒2內(nèi)的液滴。如圖1局部所示，每單個(gè)個(gè)體電極10 都可操作地連接到中央控制單元14,并因此，可以由中央控制單元14獨(dú)立地處理，中央控 制單元14也包括用于以本領(lǐng)域已知方式產(chǎn)生和提供所需電勢(shì)的合適電勢(shì)源。
[0055] 該至少一個(gè)蓋板12進(jìn)一步包括導(dǎo)電材料15,該導(dǎo)電材料15在第二平面中延伸并 基本平行于該至少一個(gè)蓋板12所分配到的筒容置部8的電極陣列9。蓋板12的該導(dǎo)電材 料15被構(gòu)造成不連接到任何電勢(shì)源。但是，導(dǎo)電材料15用于由數(shù)字微流體系統(tǒng)1所操作 的、液滴的電潤(rùn)濕運(yùn)動(dòng)。
[0056] 本發(fā)明的 申請(qǐng)人:驚訝地發(fā)現(xiàn)，即使在蓋板12的導(dǎo)電材料15和任何特定電勢(shì)源 (如地面）之間沒有連接的情況下，導(dǎo)電材料15也可以用于由數(shù)字微流體系統(tǒng)1所操作的、 液滴的電潤(rùn)濕運(yùn)動(dòng)。由此，蓋板12可以構(gòu)造成能夠沿任意方向移動(dòng)，而且當(dāng)選擇蓋板12的 特別優(yōu)選的運(yùn)動(dòng)時(shí)，不必考慮電氣接觸的情況。由此，蓋板12可以構(gòu)造成也能夠沿基本平 行于電極陣列9的方向移動(dòng)，并用以相對(duì)于基板單元7的相應(yīng)電極陣列9執(zhí)行線性、圓周或 任意運(yùn)動(dòng)。
[0057] 圖2示出了一個(gè)示例性筒容置部8的截面圖，該容置部8內(nèi)部容置有根據(jù)第一實(shí) 施例的一次性筒2。蓋板12通過(guò)鉸鏈16與數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基板單元7機(jī)械地連接，由 此，蓋板12可以擺動(dòng)打開并且一次性筒2可以通過(guò)頂部進(jìn)入裝載操作放置于筒容置部8上 (參見圖1)。蓋板12的導(dǎo)電材料15被構(gòu)造成附連到頂部襯底13的薄金屬板或金屬箔。
[0058] 可替換地，蓋板12的導(dǎo)電材料15被構(gòu)造成沉積到頂部襯底13上的金屬層。導(dǎo)電 材料15的該沉積過(guò)程可以通過(guò)本身已知的化學(xué)或物理氣相沉積技術(shù)而實(shí)現(xiàn)。
[0059] 蓋板12被構(gòu)造成將力施加到容置于基板單元7的筒容置部8處的一次性筒2。該 力朝向電極陣列9推壓一次性筒2,以將該筒的底層3盡可能地靠近電極陣列9的表面。該 力也將一次性筒2推壓到相對(duì)于蓋板12的刺穿裝置18的、電極陣列9上的理想位置處。 該刺穿裝置18被構(gòu)造用以將樣本液滴引入到筒2的間隙6內(nèi)。該刺穿裝置18被構(gòu)造成通 孔19,該通孔19在整個(gè)蓋板12中穿過(guò)，并且使刺穿移液管尖20能夠被推動(dòng)穿過(guò)并刺穿筒 2的頂層4。刺穿移液管尖20可以是手持移液管（未不出）或移液機(jī)器人（未不出）的一 部分。
[0060] 在此情況下，電極陣列9由介電層24覆蓋。電極陣列9被固定到底部襯底11，并 且各個(gè)體電極10與中央控制單元14電連接或操作上連接（在此只畫了十個(gè)電極10中的 三個(gè)連接）。數(shù)字微流體系統(tǒng)1被構(gòu)造用以操作包含間隙6的一次性筒2中的液滴23內(nèi)的 樣本。由此，在一次性筒2的間隙6中操作液滴23內(nèi)的樣本。
[0061] 一次性筒2包括底層3、頂層4和間隔件5,間隔件5限定底層3和頂層4之間的 間隙6,以用于操作該間隙6中的液滴23內(nèi)的樣本。底層3和頂層4包括暴露于筒2的間 隙6的疏水表面17。筒2的底層3和頂層4是整體疏水薄膜，或者至少包括暴露于筒2的 間隙6的疏水表面。從圖2中可以清晰看到，筒2不具有導(dǎo)電層。在應(yīng)用于間隙6中的樣 本液滴的試驗(yàn)中需要使用試劑，筒2的間隔件5在此至少部分地構(gòu)造成包括用于所述試劑 的腔室21的本體。
[0062] 圖3示出了一個(gè)示例性筒容置部8的截面圖，該容置部8內(nèi)部容置有根據(jù)第二實(shí) 施例的一次性筒2。不同于前述實(shí)施例，蓋板12與數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基板單元7機(jī)械地 連接并且與該基板單元7被不可移動(dòng)地固定。蓋板12的導(dǎo)電材料15被構(gòu)造成附連到頂部 襯底13的厚金屬板。在此，蓋板12未被構(gòu)造用以將力施加到容置于基板單元7的筒容置 部8處的一次性筒2,由此，蓋板12保持在合適的位置，并且一次性筒2可以通過(guò)前向進(jìn)入 裝載操作而放置于筒容置部8上。該前向進(jìn)入裝載操作通常包括沿平行于電極陣列9的方 向移動(dòng)一次性筒2(參見圖1)。為了能夠合適地拉進(jìn)一次性筒2并將該筒2整齊地定位到 容置部8處，優(yōu)選地，基板單元7裝有插入導(dǎo)引部25。優(yōu)選地，這些插入導(dǎo)引部25由諸如四 氟乙烯等自潤(rùn)滑塑料制成，并且優(yōu)選地，留出它們之間足以將一次性筒2滑動(dòng)插入的空間。 可替換地，蓋板12的導(dǎo)電材料15被構(gòu)造成夾持在頂部襯底13的材料之間的金屬板、金屬 箔或金屬層（參見圖8A)。
[0063] 圖3的一次性筒2包括底層3、頂層4和間隔件5,該間隔件5限定底層3和頂層4 之間的間隙6,以用于操作該間隙6中的液滴23內(nèi)的樣本。底層3和頂層4包括暴露于筒 2的間隙6的疏水表面17。筒2的底層3和頂層4是整體疏水薄膜，或者至少包括暴露于 一次性筒2的間隙6的疏水表面。不同于圖2所示的一次性筒2,該筒2具有附連到底層3 的一部分或形成底層3的一部分的介電層24。因此，底層3由介電層24覆蓋，或者底層3 本身由介電材料制成。因此，電極陣列9不需要具有這樣的介電層24。在應(yīng)用于間隙6中 的樣本液滴的試驗(yàn)中需要使用試劑，筒2的間隔件5在此至少部分地構(gòu)造成包括用于所述 試劑的腔室21的本體。在此情況下，電極陣列9由介電層24覆蓋。
[0064] 電極陣列9被固定到底部襯底11，并且各個(gè)體電極10與中央控制單元14都電連 接或操作上連接（在此只畫了十個(gè)電極10的三個(gè)連接）。數(shù)字微流體系統(tǒng)1被構(gòu)造用以操 作包含間隙6的一次性筒2中的液滴23內(nèi)的樣本。由此，在一次性筒2的間隙6中操作液 滴23中的樣本。
[0065] 蓋板12也包括被構(gòu)造用以將樣本液滴引入到筒2的間隙6內(nèi)的刺穿裝置18。該 刺穿裝置18被構(gòu)造成通孔19,該通孔19在整個(gè)蓋板12中穿過(guò)，并且能夠使刺穿移液管尖 20被推動(dòng)穿過(guò)并刺穿筒2的頂層4。刺穿移液管尖20可以是手持移液管（未示出）或移 液機(jī)器人（未示出）的一部分。在此，蓋板12包括附加的刺穿裝置22,該刺穿裝置22用以 將刺穿移液管尖20推動(dòng)穿過(guò)已穿過(guò)蓋板12的通孔19,刺穿筒2的頂層4,并從腔室21中 抽出試劑部分，并且用于將所述試劑部分引入筒2的間隙6中。在此，腔室21被構(gòu)造成間 隔件5的本體內(nèi)的隔開部，該隔開部由底層3和頂層4封閉。
[0066] 圖4示出了一個(gè)示例性筒容置部8的截面圖，該容置部8內(nèi)部容置有根據(jù)第三實(shí) 施例的一次性筒2。電極陣列9被固定到底部襯底11，并且各個(gè)體電極10與中央控制單元 14都電連接或操作上連接（在此只畫了十個(gè)電極10的三個(gè)連接）。數(shù)字微流體系統(tǒng)1被 構(gòu)造用以操作包含間隙6的一次性筒2中液滴23內(nèi)的樣本。由此，在一次性筒2的間隙6 中操作液滴23中的樣本。
[0067] 蓋板12通過(guò)鉸鏈16與數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基板單元7機(jī)械地連接，由此，蓋板 12可以擺動(dòng)打開并且一次性筒2可以通過(guò)頂部進(jìn)入裝載操作放置于筒容置部8上（參見 圖1)。在此，蓋板12的導(dǎo)電材料15由金屬導(dǎo)電材料制成并同時(shí)包括作為單個(gè)一體件的頂 部襯底13和導(dǎo)電材料15?？商鎿Q地，蓋板12的導(dǎo)電材料15被構(gòu)造成諸如氧化銦鈦（ΤΙ0) 等化合物或帶有導(dǎo)電填充材料的塑料，它們附連到或一體化地形成在頂部襯底13中（未示 出）。在這兩種情況下，可以優(yōu)選的是，導(dǎo)電材料15由塑料層（未示出）覆蓋；該塑料層的 材料優(yōu)選地從包括聚丙烯和聚酰胺的材料組中選取。蓋板12的自動(dòng)打開和關(guān)閉操作可以 通過(guò)封閉裝置30而實(shí)現(xiàn)。
[0068] 蓋板12也包括被構(gòu)造用以將樣本液滴引入到筒2的間隙6內(nèi)的刺穿裝置18。該 刺穿裝置18被構(gòu)造成通孔19,該通孔19在整個(gè)蓋板12中穿過(guò)，并且能夠使刺穿移液管尖 20被推動(dòng)穿過(guò)并刺穿筒2的頂層4 (參見圖4B)。刺穿移液管尖20可以是手持移液管（未 示出）或移液機(jī)器人（未示出）的一部分。蓋板12在此包括其它刺穿裝置22,用以將刺穿 移液管尖20推動(dòng)穿過(guò)已透過(guò)蓋板12的通孔19、刺穿筒2的頂層4并從筒2的間隙6中抽 出例如硅油（參見圖4B)。
[0069] 圖4A示出了放置于數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基板單元7的筒容置部8中的、具有處于 部分封閉狀態(tài)的蓋板12的墊狀筒2。該一次性筒2包括底層3和頂層4,但是沒有限定底 層3和頂層4之間的間隙6以操作該間隙6中的液滴23內(nèi)的樣本的間隔件。底層3和頂 層4包括暴露于筒2的間隙6的疏水表面17'、17"。筒2的底層3和頂層4是整體疏水薄 膜，或者至少包括暴露于筒2的間隙6的疏水表面。與圖2所示的一次性筒2類似，該筒22 沒有附連到底層3的一部分或形成底層3的一部分的介電層。因此，電極陣列9需要具有 這樣的介電層24。沒有間隔件的該筒2被構(gòu)造成袋狀體或枕狀體，該袋狀體或枕狀體較佳 地充滿硅油、其它油或諸如十六烷等不易與水溶混的其它化學(xué)基本惰性材料。
[0070] 圖4B示出了在筒容置部8中被處于整體關(guān)閉狀態(tài)的蓋板12壓成工作形狀的墊狀 筒2。只要蓋板12至少部分地敞開（參見圖4A)，墊狀或袋狀筒2就可以由于優(yōu)選地充滿 油而施加在筒2的膜袋或袋狀體上的力以成形。優(yōu)選地，處理筒2的操作（插入容置部8 并從容置部8中取出）通過(guò)自動(dòng)抽吸裝置（未示出）實(shí)現(xiàn)。然而，當(dāng)壓成工作形狀時(shí)（參 見圖4B)，墊狀或袋狀筒2被推壓成與基板單元7的筒容置部8的內(nèi)部空間一致的形狀。由 此，在不需要提供間隔件的情況下，頂層4被定向成基本平行于底層3和位于其下方的電極 陣列9并與底層3和電極陣列9隔開限定的距離。
[0071] 為避免刺穿枕狀筒2期間或之后油的泄漏或?yàn)R出，筒2的頂層4可以被構(gòu)造成自 密封可刺穿膜。可替換地或與自密封可刺穿頂層4結(jié)合，蓋板12可以至少在刺穿裝置18、 22區(qū)域內(nèi)裝有自密封可刺穿膜。至少在刺穿裝置18、22區(qū)域內(nèi)的該自密封可刺穿膜（未示 出）優(yōu)選地定位到與筒2接觸的蓋板12的表面上。
[0072] 圖5示出了一個(gè)示例性筒容置部8的截面圖，該容置部8內(nèi)部容置有根據(jù)第四實(shí) 施例的一次性筒2。蓋板12通過(guò)鉸鏈16與數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基板單元7機(jī)械地連接，由 此，蓋板12可以擺動(dòng)打開并且一次性筒2可以通過(guò)頂部進(jìn)入裝載操作而放置于筒容置部8 上（參見圖1)。在此，蓋板12的導(dǎo)電材料15由金屬導(dǎo)電材料制成并同時(shí)包括作為單個(gè)一 體件的頂部襯底13和導(dǎo)電材料15?？商鎿Q地，蓋板12的導(dǎo)電材料15被構(gòu)造成諸如氧化銦 鈦（ΤΙ0)或帶有導(dǎo)電填充材料的塑料等化合物，該化合物附連到或一體化地形成在頂部襯 底13中（未示出）。在這兩種情況下，可以優(yōu)選的是，導(dǎo)電材料15由塑料層（未示出）覆 蓋；該塑料層的材料優(yōu)選地從包括聚丙烯和聚酰胺的材料中選取。
[0073] 此處同樣地，蓋板12也被構(gòu)造成將力施加到容置于基板單元7的筒容置部8處的 一次性筒2。該力朝向電極陣列9推壓一次性筒2,以將該筒的底層3盡可能地靠近電極陣 列9的表面。該力也將一次性筒2推入電極陣列9上的限定位置中。另外，設(shè)置有刺穿裝 置18 :根據(jù)第三實(shí)施例的一次性筒2包括刺穿銷27,該刺穿銷27位于筒2的間隙6中，并 被構(gòu)造以當(dāng)頂層4朝向底層3的方向移位時(shí)刺穿頂層4。優(yōu)選地，刺穿銷27附連到銷板28, 該銷板28使刺穿銷27和一次性筒2的間隔件5的一部分連接到一起。蓋板12還包括通 孔19,該通孔19在整個(gè)蓋板12中穿過(guò)，并且定位成與座置在筒容置部8處的已合適定位的 一次性筒2的刺穿銷27配準(zhǔn)。蓋板12還包括移位部29,該移位部29從蓋板12伸出，以將 頂層4朝著底層3的方向移位。該移位部29被構(gòu)造成當(dāng)刺穿頂層4時(shí)與刺穿銷27協(xié)作。 由此，通過(guò)使用該刺穿裝置18,樣本液滴和/或試劑部分可以被引入到筒2的間隙6中。優(yōu) 選地，加寬通孔19的一部分，使得一次性移液管尖26可以用以將樣本液滴和/或試劑部分 移到一次性筒2的間隙6中。一次性移液管尖26可以是手持移液管（未示出）或移液機(jī) 器人（未不出）的一部分。
[0074] 在此情況下，電極陣列9由介電層24覆蓋。電極陣列9被固定到底部襯底11，并 且各個(gè)體電極10與中央控制單元14都電連接或操作上連接（在此只畫了十個(gè)電極10的 三個(gè)連接）。數(shù)字微流體系統(tǒng)1被構(gòu)造用以操作包含間隙6的一次性筒2中的液滴23內(nèi)的 樣本。由此，在一次性筒2的間隙6中操作液滴23中的樣本。
[0075] 如前所介紹的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例，一次性筒2包括底層3、頂層4和間隔件 5,間隔件5限定底層3和頂層4之間的間隙6,以用于操作該間隙6中的液滴23內(nèi)的樣本。 底層3和頂層4包括暴露于一次性筒2的間隙6的疏水表面17。第1疏水表面17'定位在 底層3的內(nèi)側(cè)上，而第2疏水表面17〃定位在頂層4的內(nèi)側(cè)上。筒2的底層3和頂層4是 整體疏水薄膜，或者至少包括暴露于一次性筒2的間隙6的疏水表面。從圖2中可以清晰 看到，筒2不具有導(dǎo)電層。在應(yīng)用于間隙6內(nèi)的樣本液滴的試驗(yàn)中是需要試劑，在此，筒2 的間隔件5不需要構(gòu)造成包括用于所述試劑的腔室21的本體，因?yàn)檫@些試劑可以通過(guò)使用 手持移液管或移液機(jī)器人（參見上述）進(jìn)行常規(guī)移液而添加到間隙6中。
[0076] 圖6示出了一個(gè)示例性筒容置部8的截面圖，該容置部8內(nèi)部容置有根據(jù)第五實(shí) 施例的一次性筒2。與前述實(shí)施例類似，蓋板12通過(guò)鉸鏈16與數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基板單 元7機(jī)械地連接。為了能夠合適地頂部裝載一次性筒2并將該一次性筒2整齊地定位到容 置部8處，優(yōu)選地，基板單元7裝有插入導(dǎo)引部25。優(yōu)選地，這些插入導(dǎo)引部25由諸如四氟 乙烯等自潤(rùn)滑塑料制成，并且優(yōu)選地，留出它們之間足以將一次性筒2滑動(dòng)插入的空間。也 與前述實(shí)施例類似，并作為第一可替換方案，蓋板12的導(dǎo)電材料15由金屬導(dǎo)電材料制成， 并且包括作為單個(gè)一體件的頂部襯底13和導(dǎo)電材料15。可替換地，蓋板12的導(dǎo)電材料15 被構(gòu)造成諸如氧化銦鈦（ΤΙ0)或帶有導(dǎo)電填充材料的塑料等化合物，該化合物附連到或一 體化地形成在頂部襯底13中（未示出）。在這兩種情況下，可以優(yōu)選的是，導(dǎo)電材料15由 塑料層（未示出）覆蓋；該塑料層的材料優(yōu)選地從包括聚丙烯和聚酰胺的材料中選取。
[0077] 此處同樣地，蓋板12被構(gòu)造成將力施加到容置于基板單元7的筒容置部8處的一 次性筒2。該力朝向電極陣列9推壓一次性筒2,以將該筒的底層3盡可能地靠近電極陣列 9的表面。該力也將一次性筒2推入電極陣列9上的限定位置中。另外，設(shè)置有刺穿裝置 18 :根據(jù)第三實(shí)施例的一次性筒2包括刺穿銷7,該刺穿銷7位于筒2的間隙6中，并被構(gòu) 造以當(dāng)頂層4朝著底層3的方向移位時(shí)刺穿頂層4。優(yōu)選地，刺穿銷27附連到銷板28,該 銷板28使刺穿銷27和一次性筒2的間隔件5的一部分連接到一起。蓋板12還包括通孔 19,該通孔19在整個(gè)蓋板12中穿過(guò)，并且定位成與座置在筒容置部8處的已合適定位的一 次性筒2的刺穿銷27配準(zhǔn)。蓋板12還包括移位部29,該移位部29從蓋板12伸出，以將頂 層4朝著底層3的方向移位。該移位部29被構(gòu)造成當(dāng)刺穿頂層4時(shí)與刺穿銷27協(xié)作。由 此，通過(guò)使用該刺穿裝置18,可以將樣本液滴和/或試劑部分引入到筒2的間隙6中。優(yōu)選 地，加寬通孔19的一部分可以使得一次性移液管尖26用以將樣本液滴和/或試劑部分移 到一次性筒2的間隙6中。一次性移液管尖26可以是手持移液管（未不出）或移液機(jī)器 人（未不出）的一部分。
[0078] 在此情況下，電極陣列9由介電層24覆蓋。電極陣列9被固定到底部襯底11，并 且各個(gè)體電極10與中央控制單元14都電連接或操作上連接（在此只畫了十個(gè)電極10的 三個(gè)連接）。數(shù)字微流體系統(tǒng)1被構(gòu)造用以操作包含間隙6的一次性筒2中的液滴23內(nèi)的 樣本。由此，在一次性筒2的間隙6中操作液滴23中的樣本。
[0079] 如前所介紹的第一、第二和第四實(shí)施例，一次性筒2包括底層3、頂層4和間隔件 5,間隔件5限定底層3和頂層4之間的間隙6,以用于操作該間隙6中的液滴23內(nèi)的樣本。 底層3和頂層4包括暴露于筒2的間隙6的疏水表面17。第1疏水表面17'定位在底層3 的內(nèi)側(cè)上，而第2疏水表面17〃定位在頂層4的內(nèi)側(cè)上。筒2的底層3和頂層4是整體疏 水薄膜，或者至少包括暴露于筒2的間隙6的疏水表面。從圖2中可以清晰看到，一次性筒 2不具有導(dǎo)電層。在應(yīng)用于間隙6內(nèi)的樣本液滴的試驗(yàn)中需要試劑，在此，一次性筒2的間 隔件5不需要構(gòu)造成包括用于所述試劑的腔室21的本體，因?yàn)檫@些試劑可以通過(guò)使用手持 移液管或移液機(jī)器人（參見上述）進(jìn)行常規(guī)移液而添加到間隙6中。
[0080] 應(yīng)注意的是，所發(fā)明的一次性筒2的第四實(shí)施例（參見圖5)的刺穿銷27被放置 成其背部在底層3的第1疏水表面上。由此，當(dāng)頂層4由蓋板12的移位部分29進(jìn)行移位 時(shí)，底部襯底11和電極陣列9為刺穿銷27提供穩(wěn)定性。因此，銷板28可以是非常薄的。 可替換地，銷板28被省略，而是將刺穿銷27膠粘到底層3的第1疏水表面。只將此小刺穿 銷27膠粘到底層3的內(nèi)表面具有這樣的有益效果：可以使用更多的個(gè)體電極10來(lái)進(jìn)行電 潤(rùn)濕。另一有益效果是，刺穿銷27的位置（當(dāng)然也是蓋板中通孔19的位置）可以在與間 隔件5隔開任意距離的位置中選擇。然而，刺穿銷27精確的定位在大批量生產(chǎn)一次性筒2 的過(guò)程中是難以實(shí)現(xiàn)的。
[0081] 相反地，本發(fā)明一次性筒2的第五實(shí)施例的刺穿銷27被放置成更加接近間隔件5, 刺穿銷27通過(guò)自支撐銷板28與間隔件5連接。由此，當(dāng)頂層4由蓋板12的移位部分29 進(jìn)行移位時(shí)，間隔件6為刺穿銷27提供穩(wěn)定性。有利地，電極陣列9不涉及刺穿過(guò)程，也不 受刺穿過(guò)程的影響，并且所有的個(gè)體電極10都可以用于電潤(rùn)濕作用。如果要避免將移收的 液體沿自支撐銷板28向下排送到第1疏水表面17'，那么優(yōu)選地，將所謂的泄水槽增加到刺 穿銷27的下部（參見圖6)。然而，如果該向下排送的過(guò)程是優(yōu)先的，那么可以不必增加該 泄水槽。
[0082] 圖7示出了裝配有中央控制單元14和基板單元7的示例性數(shù)字微流體系統(tǒng)1的 概圖，該數(shù)字微流體系統(tǒng)1具有十二個(gè)筒容置部8,各筒容置部8包括電極陣列9和固定蓋 板12。該基板單元7特別適合用于容納根據(jù)第六實(shí)施例的一次性筒2,并適于將這些筒裝 載到具有大體堅(jiān)直電極陣列9和蓋板12的、大體堅(jiān)直的筒容置部8中（參見圖8)。優(yōu)選 地，通過(guò)液體處理工作站（未示出）的自動(dòng)抓持設(shè)備執(zhí)行該裝載操作。
[0083] 圖8示出了數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基板單元7的一個(gè)示例性筒容置部8的截面圖， 其中該筒容置部8內(nèi)部容置有根據(jù)第六實(shí)施例的一次性筒2。從圖8A立即清晰地看到，頂 部進(jìn)入的筒2被插入具有大體堅(jiān)直電極陣列9和蓋板12的、大體堅(jiān)直的筒容置部8中。一 次性筒2包括底層3、頂層4和間隔件5,間隔件5限定底層3和頂層4之間的間隙6,以用 于操作該間隙6中的液滴23內(nèi)的樣本。底層3和頂層4包括暴露于筒2的間隙6的疏水 表面17'、17"。筒2的底層3和頂層4是整體疏水薄膜，或者至少包括暴露于筒2的間隙6 的疏水表面。如同圖2所示的筒2,該筒2沒有附連到底層3的一部分或形成底層3的一部 分的介電層。
[0084] 因此，電極陣列9需要具有這樣的介電層24。優(yōu)選地，該一次性筒2充滿硅油。
[0085] 電極陣列9被固定到底部襯底11，并且各個(gè)體電極10與中央控制單元14都電連 接或操作上連接（在此只畫了十四個(gè)電極10的四個(gè)連接）。數(shù)字微流體系統(tǒng)1被構(gòu)造用以 操作包含間隙6的一次性筒2中的液滴23內(nèi)的樣本。由此，在一次性筒2的間隙6中操作 液滴23中的樣本。
[0086] 蓋板12與數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基板單元7機(jī)械地連接或者一體形成到基板單元7 中，并且不能移動(dòng)。由此，可以將一次性筒2通過(guò)頂部進(jìn)入裝載的方式插入筒容置部8(參 見圖7)。在此，蓋板12的導(dǎo)電材料15由金屬導(dǎo)電材料制成，并且被夾在頂部襯底13的材 料之間?？商鎿Q地，蓋板12的導(dǎo)電材料15可以由除頂部襯底13的材料之外的塑料層覆蓋 (未示出）。
[0087] 間隔件5也包括被構(gòu)造用以將樣本液滴引入到筒2的間隙6內(nèi)的刺穿裝置18。該 刺穿裝置18構(gòu)造為間隔件5的擴(kuò)大部分。優(yōu)選地，該間隔件的擴(kuò)大部分裝有使刺穿移液管 尖20能夠推動(dòng)穿過(guò)的可刺穿自密封膜31。刺穿移液管尖20可以是手持移液管（未示出） 或移液機(jī)器人（未示出）的一部分。通過(guò)筒2的該擴(kuò)大間隔部提供的相對(duì)較大的刺穿區(qū)域， 簡(jiǎn)化了將液體自動(dòng)遞送到筒2的間隙6中或從筒2的間隙6中抽出液體的過(guò)程。假定間隙 寬度為大約1mm至3mm，那么該刺穿區(qū)域的寬度優(yōu)選地為大約5mm至10mm，并因此，具有大 約為96孔微型板的孔的尺寸，此可以通過(guò)液體處理系統(tǒng)或液體處理工作站的自動(dòng)移液管 容易地實(shí)現(xiàn)。在為腔室21提供空間的同時(shí)（也參見圖8B)，筒2的擴(kuò)大間隔部也提供由自 動(dòng)機(jī)器夾持器（未不出）抓持的抓持表面，該自動(dòng)機(jī)器夾持器優(yōu)選地用以數(shù)字微流體系統(tǒng) 1的外部處理筒，并用以筒2插入其容置部8或從它們的容置部8處抽出。另外，筒2的擴(kuò) 大間隔部提供了抵接表面，當(dāng)該筒2正確地容置在容置部8中時(shí)，該抵接表面抵接基板單元 7的表面。
[0088] 優(yōu)選地，電極陣列9延伸到相對(duì)于基板單元7的最前部位置，以能夠?qū)⒁旱?3從 腔室21移動(dòng)到印刷電路板（PCB)或電極陣列9上的不同位置。特別在反應(yīng)產(chǎn)品應(yīng)在數(shù)字 微流體系統(tǒng)1的外部以及在筒2的外部分析的情形下，沿著與電極陣列9的反應(yīng)部位相反 的方向?qū)⒁旱?3移動(dòng)到腔室21是非常優(yōu)選的。
[0089] 圖8B示出了從圖8A所示的截面B看去的、圖8A的頂部進(jìn)入裝載的筒2。該截面 貫穿間隙6并位于自包含一次性筒2的底層3和頂層4之間。該截面也橫穿間隔件5,該 間隔件5的U形部分定位在底層3和頂層4之間，擴(kuò)大間隔部繞該U形部和底層3及頂層 4設(shè)置。優(yōu)選地，間隔件5的U形部分由塑料材料制成（優(yōu)選地通過(guò)注射成型），并且被膠 粘或熔合到底層3和頂層4。優(yōu)選地，擴(kuò)大間隔部也通過(guò)注射成型產(chǎn)生；此能夠提供隔離棒 32, 一方面這些隔離棒32能產(chǎn)生可刺穿膜31下方的腔室21，并且另一方面，這些隔離棒32 能穩(wěn)定可刺穿膜31。優(yōu)選地，通過(guò)將分離棒32和擴(kuò)大間隔部通過(guò)后注射成型而使該可刺穿 膜31具有所述穩(wěn)定性。優(yōu)選地，然后，將該擴(kuò)大間隔部放置于具有底層3和頂層4的間隔 件5的U形部分上。
[0090] 如已指出的，間隔件5也包括刺穿裝置18,該刺穿裝置18構(gòu)造為間隔件5的擴(kuò)大 部分。優(yōu)選地，該擴(kuò)大間隔部裝有能夠使刺穿移液管尖20推動(dòng)穿過(guò)的可刺穿自密封膜31。 刺穿移液管尖20可以是手持移液管（未示出）或移液機(jī)器人（未示出）的一部分。間隔 件2在此另外包括用以將刺穿移液管尖20推動(dòng)穿過(guò)自密封膜31并從筒2的間隙6中抽出 例如硅油的刺穿裝置22。在該圖8B的筒2中，液滴23 (例如樣本）由刺穿移液管尖20被 引到刺穿裝置18,然后在底層3的疏水表面17'上被移動(dòng)到實(shí)際位置。同時(shí)，通過(guò)將液滴 23引入腔室21和間隙6中，相近數(shù)量的硅油（或者任何不會(huì)與液滴23混合的其它化學(xué)惰 性液體）從另一刺穿裝置22處的相應(yīng)腔室21中被抽出。作為對(duì)這種同時(shí)平衡間隙6中液 體操作的替代，可以在插入液滴23的稍前或稍后移除所期望數(shù)量的油或惰性液體。腔室21 也可以用作儲(chǔ)存部來(lái)存儲(chǔ)比由該液體產(chǎn)生可移動(dòng)液滴23所需要的更多的液體；由此，一旦 引入腔室21中的至少一個(gè)，就可以由單個(gè)液體體積產(chǎn)生多個(gè)液滴23。然而，可取的是，留出 用于抽出油或惰性液體的一個(gè)腔室21，并留出另一個(gè)用于抽出試劑產(chǎn)品的腔室21。
[0091] 根據(jù)可替換且非常簡(jiǎn)單的實(shí)施例（未示出），包含具有在各種情形下都導(dǎo)向間隙6 的疏水表面17'、17〃的底層3和頂層4的一次性筒2可以安裝在用于電潤(rùn)濕的PCB上。可 以將導(dǎo)電膜（如鋁箔）附連到頂層4的外表面，而不使用裝有導(dǎo)電材料15的蓋板12。結(jié)果 表明，這種導(dǎo)電膜即使在該導(dǎo)電膜未接地時(shí)也能夠進(jìn)行電潤(rùn)濕作用。頂層4可以在其外表 面上的薄膜涂層，而不必將未接地的導(dǎo)電膜附連到頂層；薄膜涂層可以是任何金屬并通過(guò) 化學(xué)或物理蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行沉積得到。在頂層4的外表面上的該導(dǎo)電薄膜甚至可以是導(dǎo)電涂 料。由此，提出一種沿第二平面延伸并基本平行于電極陣列9的導(dǎo)電材料15,在操作液滴 23中的樣本期間，所述導(dǎo)電材料15處于筒2的頂層4上，并且未連接到特定電勢(shì)源。用于 操作附著于疏水表面17的液滴23的樣本的方法特征在于，該方法包括提供位于一次性筒2 的底層3上的第一疏水表面17'的步驟。該底層3基本平行定位于數(shù)字微流體系統(tǒng)1的電 極陣列9上方。所述電極陣列9基本沿第一表面延伸并包括多個(gè)由數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基 板單元17的底部襯底11所支撐的多個(gè)個(gè)體電極10。所述電極陣列9連接到數(shù)字微流體系 統(tǒng)1的中央控制單元14,該中央控制單元14用于控制所述電極陣列9的個(gè)體電極10的選 擇，并為個(gè)體電極10提供單獨(dú)的電壓脈沖，以通過(guò)電潤(rùn)濕作用在所述第一疏水表面17'上 操作所述液滴23。
[0092] 本發(fā)明方法也包括提供基本平行于所述第一疏水表面17'并與所述第一疏水表 面17'隔開一定距離的第二疏水表面17〃的步驟。以此方式，形成第一疏水表面17'和第 二疏水表面17"之間的間隙6。優(yōu)選地，該間隙6由間隔件5限定，包括第一疏水表面17' 的底層3和包括第二疏水表面17〃的頂層4附連到所述間隔件5。本發(fā)明方法還包括提供 具有頂部襯底13的蓋板12。該蓋板12也包括在第二平面中延伸并基本平行于電極陣列9 的導(dǎo)電材料15。在操作液滴23內(nèi)的樣本期間，蓋板12的導(dǎo)電材料15未連接到特定電勢(shì) 源。在所示和所討論的所有實(shí)施例中，優(yōu)選的是，一次性筒2的間隙6基本由硅油充滿。也 總優(yōu)選的是，筒2的底層3和頂層4是整體疏水膜或包括暴露于筒2的間隙6的疏水表面 17'、17"。在通過(guò)一次性筒2的間隙6進(jìn)行電潤(rùn)濕并操作至少一個(gè)液滴23后，可以在一次 性筒2仍舊處于筒容置部8時(shí)估測(cè)該操作或該試驗(yàn)的結(jié)果，S卩，使用數(shù)字微流體系統(tǒng)1或已 合并有數(shù)字微流體系統(tǒng)1的工作站的分析系統(tǒng)來(lái)估測(cè)該操作或該試驗(yàn)的結(jié)果?？商鎿Q地， 可以從數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基板單元7中取出一次性筒2并在其它地方進(jìn)行分析。
[0093] 在分析后，可以丟棄一次性筒2,而可以重新使用電極陣列9。由于數(shù)字微流體系 統(tǒng)1的這些部件在與本發(fā)明的一次性筒2的第一或第二實(shí)施例一起工作時(shí)從不與任何樣本 或試劑接觸，所以可以立即且在沒有任何中間清洗步驟的情況下與其它一次性筒2重新使 用。由于在與本發(fā)明筒2的第三或第四實(shí)施例一起工作時(shí)，數(shù)字微流體系統(tǒng)1的蓋板12的 通孔19可能與樣本和試劑接觸，所以可以在一些中間清潔操作步驟后或更換蓋板12后與 其它一次性筒2重新使用。
[0094] 本發(fā)明的目的是提供一種在通過(guò)電潤(rùn)濕作用操作液滴23期間將液滴23與電極陣 列9和頂板12分開的可移除一次性膜。如上面說(shuō)明書中所述的自包含一次性筒2的六個(gè) 不同實(shí)施例所示，可移除一次性膜優(yōu)選地提供為一次性筒2的底層3和頂層4。
[0095] 在優(yōu)選實(shí)施例中，筒2的底層3通過(guò)真空附連到PCB。PCB中的小排泄孔連接到用 于此目的的真空泵。將該真空吸引力施加到底層3上能夠避免使用任何液體或粘合劑而更 好地使筒2的底層3接觸電極陣列9的表面。
[0096] 本文公開的一次性筒2的不同實(shí)施例的各個(gè)特征的任意組合對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)是可理解的，并且包含在本發(fā)明及所述權(quán)利要求的主旨和范圍內(nèi)。
[0097] 即使沒有在所有情形下都作具體描述，但各附圖標(biāo)記始終表示本發(fā)明數(shù)字微流體 系統(tǒng)1和一次性筒2的相似元件。
[0098] 附圖標(biāo)記
[0099] 1數(shù)字微流體系統(tǒng) 17'第一疏水表面
[0100] 2 -次性筒 17〃第二疏水表面
[0101] 3底層 18刺穿裝置
[0102] 4頂層 19通孔
[0103] 5間隔件 20刺穿移液管尖
[0104] 6位于3和4之間的間隙 21室
[0105] 7基板單元 22其它刺穿單元
[0106] 8筒容置部 23液滴
[0107] 9電極陣列 24介電層
[0108] 10個(gè)體電極 25插入導(dǎo)引部
[0109] 11底部襯底 26 -次性移液管尖
[0110] 12蓋板 27刺穿銷
[0111] 13頂部襯底 28銷板
[0112] 14中央控制單元 29移位部
[0113] 15導(dǎo)電材料 30封閉裝置
[0114] 16鉸鏈 31可刺穿膜
[0115] 17疏水表面 32隔離棒
【權(quán)利要求】
1. 一種數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，用于在包含底層（3)、頂層⑷以及所述底層（3)和所述 頂層（4)之間的間隙￠)的一次性筒（2)內(nèi)操作液滴中樣本；所述數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)包 括： (a) 基板單元（7)，所述基板單元具有構(gòu)造以容納一次性筒（2)的至少一個(gè)筒容置部 ⑶； (b) 至少一個(gè)電極陣列（9)，所述電極陣列大體沿第一平面延伸并包括多個(gè)個(gè)體電極 (10)，所述至少一個(gè)電極陣列（9)位于所述基板單元（7)的所述筒容置部（8)處，并且所述 電極陣列（9)由底部襯底（11)支撐； (c) 至少一個(gè)蓋板（12)，所述蓋板具有頂部襯底（13)，所述至少一個(gè)蓋板（12)定位在 所述筒容置部（8)處；以及 (d) 中央控制單元（14)，所述中央控制單元用以控制所述至少一個(gè)電極陣列（9)的個(gè) 體電極（10)的選擇，并用以為所述個(gè)體電極（10)提供單獨(dú)的電壓脈沖，以通過(guò)電潤(rùn)濕作用 操作所述一次性筒（2)內(nèi)的液滴， 其中，所述至少一個(gè)蓋板（12)還包括導(dǎo)電材料（15)，所述導(dǎo)電材料（15)在第二平面中 延伸并基本平行于所述至少一個(gè)蓋板（12)所分配到的所述筒容置部（8)的電極陣列（9)， 并且其中，所述蓋板（12)的所述導(dǎo)電材料（15)不連接到電勢(shì)源。
2. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)被構(gòu)造成能 夠相對(duì)于相應(yīng)筒容置部（8)的電極陣列（9)移動(dòng)。
3. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述筒容置部（8)被構(gòu)造成 接收能夠沿基本平行于相應(yīng)筒容置部（8)的電極陣列（9)的方向移動(dòng)的、滑動(dòng)插入的一次 性筒（2)。
4. 如權(quán)利要求2所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)被構(gòu)造成能 夠繞鉸鏈（16)和/或沿基本垂直于所述電極陣列（9)的方向移動(dòng)。
5. 如權(quán)利要求4所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)被構(gòu)造成也 能夠沿基本平行于所述電極陣列（9)的方向移動(dòng)。
6. 如權(quán)利要求4所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)被構(gòu)造成將 力施加到容置在所述基板單元（7)的所述筒容置部（8)處的一次性筒（2)，所述力朝著所述 電極陣列（9)推壓所述一次性筒（2)。
7. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)被構(gòu)造成基 本平行于所述電極陣列（9)且在與所述電極陣列（9)隔開一定距離處固定。
8. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)的所述導(dǎo)電 材料（15)被構(gòu)造成附連到所述頂部襯底（13)的金屬板或金屬箔。
9. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)的所述導(dǎo)電 材料（15)被構(gòu)造成沉積到所述頂部襯底（13)上的金屬層。
10. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)的所述導(dǎo)電 材料（15)被構(gòu)造成附連到所述頂部襯底（13)的化合物。
11. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)由金屬導(dǎo)電 材料制成，并同時(shí)包括作為單個(gè)一體件的所述頂部襯底（13)和所述導(dǎo)電材料（15)。
12. 如權(quán)利要求8或9中的一項(xiàng)所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述導(dǎo)電材 料（15)由塑料層覆蓋。
13. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)的所述導(dǎo)電 材料（15)被構(gòu)造成夾在所述頂部襯底（13)的材料之間的金屬板、金屬箔或金屬層。
14. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述電極陣列（9)由介電 層（24)覆蓋。
15. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)還包括用以 將樣本液滴引入所述筒（2)的所述間隙（6)內(nèi)的刺穿裝置（18)。
16. 如權(quán)利要求15所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述刺穿裝置（18)被構(gòu) 造成穿過(guò)整個(gè)所述蓋板（12)并能夠使刺穿吸液管尖（20)被推動(dòng)穿過(guò)并刺過(guò)所述筒（2)的 所述頂層⑷的通孔（19)。
17. 如權(quán)利要求16所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述刺穿吸液管尖（20) 是手持移液管或移液機(jī)器人的一部分。
18. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，還包括用于操作液滴內(nèi)樣 本的一次性筒（2)，所述底層（3)和所述頂層（4)包括暴露于所述筒（2)的所述間隙（6)的 疏水表面（17);并且所述筒不具有導(dǎo)電層。
19. 如權(quán)利要求18所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述筒（2)的所述底層 (3)和所述頂層（4)是整體疏水膜或包括暴露于所述一次性筒（2)的所述間隙￠)的疏水 表面（17'、17〃）。
20. 如權(quán)利要求18所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述筒（2)還包括間隔件 (5)，所述間隔件（5)至少部分地構(gòu)造成包括用于所述間隙（6)內(nèi)樣本液滴的試驗(yàn)中所需試 劑的腔室（21)。
21. 如權(quán)利要求18所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述筒（2)被構(gòu)造成沒有 間隔件（5)的墊狀體。
22. 如權(quán)利要求20所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)包括附加 刺穿裝置（22)，所述附加刺穿裝置（22)用以將刺穿移液管尖（20)推動(dòng)穿過(guò)并刺穿所述筒 (2)的所述頂層（4)，并從所述腔室（21)中抽出試劑部分，并且用于將所述試劑部分引入所 述筒⑵的所述間隙（6)中。
23. 如權(quán)利要求18所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述筒（2)包括具有擴(kuò)大 部的間隔件（5)，所述間隔件的擴(kuò)大部裝有使刺穿移液管尖（20)能夠推動(dòng)穿過(guò)的可刺穿自 密封膜（31)。
24. 如權(quán)利要求18所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述一次性筒（2)包括位 于所述筒⑵的所述間隙（6)中并被構(gòu)造成當(dāng)所述頂層⑷朝向所述底層（3)的方向移位 時(shí)刺穿所述頂層（4)的刺穿銷（27);并且 所述蓋板（12)還包括定位成與座置在所述筒容置部（8)處的所述一次性筒（2)的刺 穿銷（27)配準(zhǔn)的通孔（19)。
25. 如權(quán)利要求24所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述蓋板（12)包括從所 述蓋板（12)突伸出以將所述頂層（4)朝著底層（3)的方向進(jìn)行移位的移位部（29)，并且所 述移位部（29)被構(gòu)造成當(dāng)刺穿所述頂層（4)時(shí)與所述刺穿銷（27)協(xié)作。
26. 如權(quán)利要求18所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述一次性筒⑵的所述 間隙（6)基本充滿硅油。
27. 如權(quán)利要求18所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述底層（3)由介電層 (24)覆蓋，或者所述底層（3)本身由介電材料制成。
28. -種用于操作附著于疏水表面（17)的液滴（23)內(nèi)樣本的方法，所述方法包括以下 步驟： (a) 提供第一疏水表面（17'），所述疏水表面（17'）大體平行地定位于電極陣列（9)的 上方；所述電極陣列（9)基本沿第一表面延伸，包括多個(gè)個(gè)體電極（10)，由底部襯底（11) 支撐，并連接到中央控制單元（14)，所述中央控制單元（14)用以控制所述電極陣列（9)的 所述個(gè)體電極（10)的選擇，并為所述個(gè)體電極（10)提供單獨(dú)的電壓脈沖，以通過(guò)電潤(rùn)濕作 用在所述第一疏水表面（17'）上操作所述液滴（23); (b) 提供第二疏水表面（17")，所述第二疏水表面（17")基本平行于所述第一疏水表面 (17'）并與所述第一疏水表面（17'）隔開一定距離，由此形成所述第一疏水表面（17'）和所 述第二疏水表面（17〃）之間的間隙（6);以及 (c) 提供帶有頂部襯底（13)的蓋板（12)，所述蓋板（12)還包括在第二平面中延伸并 基本平行于所述電極陣列（9)的導(dǎo)電材料（15)，在操作液滴（23)內(nèi)樣本期間，所述蓋板 (12)的所述導(dǎo)電材料（15)未連接到電勢(shì)源。
29. -種用于操作附著于疏水表面（17)的液滴（23)內(nèi)樣本的方法，所述方法包括以下 步驟： (a) 提供第一疏水表面（17'），所述疏水表面（17'）大體平行定位于電極陣列（9)的上 方；所述電極陣列（9)基本沿第一表面延伸，包括多個(gè)個(gè)體電極（10)，由底部襯底（11)支 撐，并連接到中央控制單元（14)，所述中央控制單元（14)用以控制所述電極陣列（9)的所 述個(gè)體電極（10)的選擇，并為所述個(gè)體電極（10)提供單獨(dú)的電壓脈沖，以通過(guò)電潤(rùn)濕作用 在所述第一疏水表面（17'）上操作所述液滴（23); (b) 提供第二疏水表面（17")，所述第二疏水表面（17")基本平行于所述第一疏水表面 (17'）并與所述第一疏水表面（17'）隔開一定距離，由此形成所述第一疏水表面（17'）和所 述第二疏水表面（17〃）之間的間隙（6);以及 (c) 提供沿第二平面延伸并基本平行于所述電極陣列（9)的導(dǎo)電材料（15)，在操作液 滴（23)中的樣本期間，所述導(dǎo)電材料（15)處于所述筒⑵的頂層（4)上，并且未連接到特 定電勢(shì)源。
【文檔編號(hào)】B01L3/00GK104066512SQ201280067751
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月25日
【發(fā)明者】T·比約翰遜, M·N·費(fèi)格林, A·R·克普夫－西爾, M·B·弗蘭克林, T·李, 王凱良 申請(qǐng)人:泰肯貿(mào)易股份公司