用于微流体系统的一次性盒技术方案

本发明专利技术公开了一种用于在底层(3)的第一疏水性表面(17’)和至少一个一次性盒(2)的第二疏水性表面(17”)之间的间隙(6)内操纵试样液滴的备选的数字微流体系统(1)。本发明专利技术还公开了包括主体(47)和/或刚性盖板(12)的多个一次性盒(2)。每个一次性盒(2)的底层(3)是密封地附接到主体(47)或刚性盖板(12)的柔性膜。一次性盒(2)没有在第一疏水性表面(17’)和第二疏水性表面(17”)之间的间隔件(5)。当使用这些一次性盒(2)时，配置为用于在其上操纵试样液滴(23)的工作膜的底层(3)被放置在数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的电极阵列(9)上。电极阵列(9)包括多个单独的电极(10)。数字微流体系统(1)也包括中央控制单元(14)，以用于控制电极阵列(9)的单独的电极(10)的选择并且用于为这些电极(10)提供用于通过电润湿在盒(2)的间隙(6)内操纵液滴的各个电压脉冲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利申请本申请要求提交于2013年9月1日的国际专利申请PCT/EP2013/050326的优先权，该国际专利申请的全部内容以公开引用方式并入本文中以用于各种目的。
本专利技术涉及可在用于操纵试样液滴的数字微流体系统中或在该数字微流体系统上使用的一次性盒。数字微流体系统包括：电极阵列，其由基板支撑；以及中央控制单元，其用于控制该电极阵列的单独的电极的选择，并且用于为这些电极提供用于通过电润湿操纵液滴的各个电压脉冲。本发明还涉及用于促进小滴致动分子技术的数字微流体系统，并且涉及用于在数字微流体系统或装置中操纵试样液滴的备选方法。
技术介绍
自动化的液体处理系统是本领域公知的。一个例子是得自本申请人(泰肯贸易股份公司,Seestrasse103,CH-8708瑞士门内多夫)的Freedom机器人工作站。该装置允许在独立式器械中或在与分析系统的自动化连接中的自动化液体处理。这些自动化系统通常需要处理较大体积的液体(微升至毫升)。它们也是不设计成便携式的较大系统。涉及生物试样的自动化处理的许多方法源自微流体领域。该
整体涉及小体积(通常为微米级或纳米级)的液体的控制和操纵。在通道系统中的液体移动本身已知为例如由静止装置中的微泵或旋转的实验室器具中的向心力控制。在数字微流体中，限定的电压被施加到电极阵列的电极，从而处理(电润湿)各个小滴。关于电润湿方法的概述，请参见Washizu,IEEE工业应用汇刊(IEEE Transactions on Industry Applications),1998年，第34卷,第4号,1998和Pollack等人的芯片实验室杂志(Lab chip),2002,第2卷,96-101。简而言之，电润湿是指使用优选地由疏水层覆盖的微电极阵列移动液滴的方法。通过将限定的电压施加到电极阵列的电极，引起所处理的电极上存在的液滴的表面张力的变化。这导致所处理的电极上的小滴的接触角的显著变化，从而导致小滴的移动。对于这样的电润湿程序来说，已知两种布置电极的基本方式：使用具有电极阵列的单个表面来引起小滴的移动，或者添加第二表面，其与类似的电极阵列相对且提供至少一个接地电极。电润湿技术的主要优点在于，仅需要小体积的液体，例如单个小滴。因此，液体处理可以在显著更短的时间内进行。此外，液体移动的控制可以完全在电子控制下进行，这导致试样的自动化处理。从美国专利No.5,486,337中已知一种用于通过使用具有电极阵列的单一表面(电极的单平面布置)的电润湿操纵液滴的装置。所有电极被置于载体基板的表面上，下降到基板中，或者由不可润湿的表面覆盖。电压源连接到电极。通过将电压施加到后续电极而移动小滴，从而按照向电极的电压施加的顺序引导在电极上方的液滴的移动。从US6,565,727已知一种用于液滴移动的微米级控制的电润湿装置，其使用相对的表面具有至少一个接地电极的电极阵列(电极的双平面布置)。该装置的每个表面可包括多个电极。电极阵列的驱动电极优选地通过位于每个单一电极的边缘处的突出部而以彼此相互交叉的关系布置。两个相对的阵列形成间隙。朝向间隙的电极阵列的表面优选地由电绝缘的疏水层覆盖。液滴定位在间隙中且通过将多个电场连续地施加到定位在间隙的相对的位置上的多个电极而在非极性填料流体内移动。从WO2010/069977A1已知具有用于操纵在其上的试样液滴的聚合物膜的容器：一种生物试样处理系统包括用于大体积处理的容器和具有下表面和疏水性上表面的平坦的聚合物膜。平坦的聚合物膜通过突起与容器的背面保持距离。当容器定位在膜上时，该距离限定至少一个间隙。液滴操纵器械包括用于引起液滴移动的至少一个电极阵列。还公开了支撑该至少一个电极阵列的基板以及用于液滴操纵器械的控制单元。容器和膜可逆地附接到液滴操纵器械。该系统由此允许至少一个液滴通过容器的通道从至少一个井凹移置到平坦的聚合物膜的疏水性上表面上且高于所述至少一个电极阵列。液滴操纵器械被实现为通过电润湿控制所述液滴在平坦的聚合物膜的疏水性上表面上的受引导移动，并且在那里处理生物试样。在处理生物试样的背景下用于操纵液滴的这样的电润湿装置的使用也从公开为WO2011/002957A2的国际专利申请中已知。在该专利中公开了一种小滴致动器，其通常包括具有由电介质绝缘的控制电极(电润湿电极)的底部基板、导电性顶部基板、以及涂布在底部和顶部基板上的疏水性涂层。该专利还公开了用于更换小滴致动器的一个或多个部件的小滴致动器装置，即，可以容易地更换的一次性部件(例如，可移动膜、能可逆地附接的顶部和底部基板、以及整装的可置换盒)。从公开为WO2011/002957A2的国际申请已知具有(例如，PCB的)固定底部基板、具有电润湿电极、以及具有可移除或可置换的顶部基板的小滴致动器。整装的盒可以例如包括缓冲液、试剂和填料流体。在盒中的小袋可用作流体贮存器并可被刺破以将流体(例如，试剂或油)释放进盒间隙中。盒可包括可由疏水层代替的接地电极和用于将试样加载到盒的间隙中的开口。接口材料(例如，液体、胶水或油脂)可提供将盒粘附到电极阵列的粘附力。WO2006/125767A1(英文翻译参见US2009/0298059A1)中公开了用于在用于进行分子诊断分析的自动化系统中微流体处理和分析的一次性盒。盒被配置为扁平腔室装置(具有大约支票卡的尺寸)并可插入系统内。试样可通过端口移取到盒中。从国际专利申请WO2008/106678已知小滴致动器结构。该文献尤其涉及小滴致动器的电极阵列的各种接线配置，并且另外公开了这样的小滴致动器的双层实施例，其包括通过间隙与包括控制电极的第二基板分离的具有参考电极阵列的第一基板。两个基板平行布置，从而形成间隙。间隙的高度可由间隔件建立。疏水性涂层在每种情况下设置在面向间隙的表面上。第一和第二基板可采取盒的形式，最终包括电极阵列。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于在数字微流体系统或数字微流体装置中或在它们上使用的备选的一次性盒，该数字微流体系统或数字微流体装置被配置成适应用于操纵试样液滴的一个或多个一次性盒。该目的由于提供了第一备选一次性盒而实现。本专利技术的第一备选一次性盒包括：(a)具有至少一个隔室的主体，该至少一个隔室被配置成在其中保持处理液体、试剂或试样，所述隔室中的至少一个包括用于递送其内容物中的至少一些的通孔；(b)具有第一疏水性表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在底层(3)的第一疏水性表面(17’)和至少一个一次性盒(2)的第二疏水性表面(17”)之间的间隙(6)内操纵试样液滴的数字微流体系统(1)，所述数字微流体系统(1)包括：(a)基座单元(7)，其具有配置用于接收一个一次性盒(2)的至少一个盒容纳站(8)；(b)电极阵列(9)，其位于所述基座单元(7)的所述至少一个盒容纳站(8)处，所述电极阵列(9)由底部基板(11)支撑，并且基本上在第一平面中延伸且包括多个单独的电极(10)；以及(c)中央控制单元(14)，其用于控制所述电极阵列(9)的单独的电极(10)的选择，并且用于为这些电极(10)提供用于通过电润湿操纵所述盒(2)的所述间隙(6)内的液滴(23)的各个电压脉冲，其中，所述数字微流体系统(1)还包括：(d)多个吸入孔(35)，其穿透所述电极阵列(9)和/或所述底部基板(11)并且位于所述基座单元(7)的所述至少一个盒容纳站(8)处；(e)真空源(33)，其用于在抽空空间(46)和真空空间(50)中的至少一个中建立欠压；以及(f)多个真空管线(34)，其将所述吸入孔(35)和/或真空空间(50)连结到所述真空源(33)；其中，当一次性盒(2)位于所述至少一个盒容纳站(8)处时，垫片(36)或多个密封件(39,39’)在所述盒容纳站(8)中密封所述抽空空间(46)，所述抽空空间(46)由一次性盒(2)的柔性底层(3)、所述盒容纳站(8)的最上表面(52)、以及由插入导向器和闭合装置(25,30)支撑的所述垫片(36)或所述密封件(39,39’)限定；并且其中，所述抽空空间(46)中的所述欠压造成置于所述盒容纳站(8)处的所述一次性盒(2)的所述柔性底层(3)被吸引并铺展在所述数字微流体系统(1)的所述盒容纳站(8)的所述最上表面(52)上。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.09 EP PCT/EP2013/0503261.一种用于在底层(3)的第一疏水性表面(17’)和至少一个一次性盒(2)
的第二疏水性表面(17”)之间的间隙(6)内操纵试样液滴的数字微流体系统
(1)，所述数字微流体系统(1)包括：
(a)基座单元(7)，其具有配置用于接收一个一次性盒(2)的至少一个
盒容纳站(8)；
(b)电极阵列(9)，其位于所述基座单元(7)的所述至少一个盒容纳站
(8)处，所述电极阵列(9)由底部基板(11)支撑，并且基本上在第一平面中延
伸且包括多个单独的电极(10)；以及
(c)中央控制单元(14)，其用于控制所述电极阵列(9)的单独的电极
(10)的选择，并且用于为这些电极(10)提供用于通过电润湿操纵所述盒(2)
的所述间隙(6)内的液滴(23)的各个电压脉冲，
其中，所述数字微流体系统(1)还包括：
(d)多个吸入孔(35)，其穿透所述电极阵列(9)和/或所述底部基板(11)
并且位于所述基座单元(7)的所述至少一个盒容纳站(8)处；
(e)真空源(33)，其用于在抽空空间(46)和真空空间(50)中的至少一个
中建立欠压；以及
(f)多个真空管线(34)，其将所述吸入孔(35)和/或真空空间(50)连结
到所述真空源(33)；
其中，当一次性盒(2)位于所述至少一个盒容纳站(8)处时，垫片(36)或
多个密封件(39,39’)在所述盒容纳站(8)中密封所述抽空空间(46)，所述抽空
空间(46)由一次性盒(2)的柔性底层(3)、所述盒容纳站(8)的最上表面(52)、
以及由插入导向器和闭合装置(25,30)支撑的所述垫片(36)或所述密封件
(39,39’)限定；
并且其中，所述抽空空间(46)中的所述欠压造成置于所述盒容纳站(8)
处的所述一次性盒(2)的所述柔性底层(3)被吸引并铺展在所述数字微流体
系统(1)的所述盒容纳站(8)的所述最上表面(52)上。
2.根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述垫片

\t(36)被尺寸设计成限定在所述底层(3)的所述第一疏水性表面(17’)和一次性
盒(2)的所述第二疏水性表面(17”)之间的所述间隙(6)的高度。
3.根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述数字
微流体系统(1)的所述电极阵列(9)包括刚性间隔件(5)，所述刚性间隔件(5)
被尺寸设计成限定在所述底层(3)的所述第一疏水性表面(17’)和一次性盒(2)
的所述第二疏水性表面(17”)之间的所述间隙(6)的高度。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在
于，所述吸入孔(35)被配置成开口通到吸入通道(51)内，所述吸入通道(51)
被布置在所述数字微流体系统(1)的所述盒容纳站(8)的所述最上表面(52)
中。
5.根据权利要求1至3中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在
于，所述吸入孔(35)被配置成开口通到真空空间(50)中，所述真空空间(50)
被布置在所述盒容纳站(8)处且在所述底部基板(11)中所述电极阵列(9)下
方，所述真空空间(50)由所述真空管线(34)中的至少一个连接到所述数字微
流体系统(1)的所述真空源(33)。
6.根据前述权利要求中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在
于，所述盒容纳站(8)的所述最上表面(52)包括覆盖所述电极阵列(9)的介电
层(24)，所述介电层(24)具有在所述基座单元(7)的所述吸入孔(35)的所述站
处的孔。
7.根据权利要求1或2所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述
垫片(36)永久性地固定到所述数字微流体系统(1)的所述基座单元(7)的盒容
纳站(8)的所述电极阵列(9)。
8.根据权利要求6所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述垫片
(36)固定到永久性地覆盖所述数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的所述电极
阵列(9)的所述介电层(24)。
9.根据权利要求6所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述垫片
(36)永久性地固定到支撑所述电极阵列(9)的所述底部基板(11)；所述介电层
(24)永久性地覆盖所述底部基板(11)、所述电极阵列(9)和所述垫片(36)。
10.根据前述权利要求中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在

\t于，所述基座单元(7)包括配置为框架的插入导向器(25)，所述框架被尺寸
设计成在其中容纳一次性盒(2)。
11.根据权利要求3至10中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征
在于，所述基座单元(7)包括闭合装置(30)，所述闭合装置(30)被配置为用于
将一次性盒(2)压到所述数字微流体系统(1)的所述电极阵列(9)的所述刚性
间隔件(5)的压板。
12.根据前述权利要求中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在
于，所述基座单元(7)包括夹具(37)，所述夹具(37)被配置成将一次性盒(2)
固定在所述基座单元(7)的盒容纳站(8)的所需位置处。
13.一种配置用于插入根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)的盒
容纳站(8)中的一次性盒(2)，所述一次性盒(2)包括：
(a)具有至少一个隔室(21)的主体(47)，所述至少一个隔室(21)被配置
成在其中保持处理液体、试剂或试样，所述隔室(21)中的至少一个包括用于
递送其内容物中的至少一些的通孔(19)；
(b)具有第一疏水性表面(17’)的底层(3)，所述第一疏水性表面(17’)
为液体不可透的并且被配置为工作膜，用于在所述一次性盒(2)的所述底层
(3)被放置在所述电极阵列(9)上时利用所述数字微流体系统(1)的电极阵列
(9)在其上操纵试样液滴(23)；
(c)具有第二疏水性表面(17”)的顶层(4)，所述第二疏水性表面(17”)
附接到所述一次性盒(2)的所述主体(47)的下表面(48)并且至少可透过离子；
以及
(d)间隙(6)，其位于所述底层(3)的所述第一疏水性表面(17’)和所述
顶层(4)的所述第二疏水性表面(17”)之间，
其中，所述底层(3)被配置为柔性膜，所述柔性膜沿所述柔性底层(3)的
周围(40)密封地附接到所述顶层(4)或所述主体(47)，所述柔性底层(3)被配置
为由所述数字微流体系统(1)的所述抽空空间(46)中的所述欠压吸引和铺展
在所述数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的所述最上表面(52)上，所述一次
性盒(2)因此没有位于所述柔性底层(3)和所述顶层(4)之间的所述间隙(6)中
以限定所述第一疏水性表面(17’)和所述第二疏水性表面(17”)之间的特定距

\t离的间隔件(5)。
14.根据权利要求13所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述顶层(4)
被配置成在至少一个隔室(21)的下端和所述间隙(6)之间提供密封件，所述
顶层(4)包括加载部位(41)，用于将处理液体、试剂或试样转移到所述间隙
(6)。
15.根据权利要求14所述的一次性盒(2)，其特征在于，其包括至少一
个柱塞(42)，所述至少一个柱塞(42)在每种情况下被配置成能手动地或通过
致动元件(38)在隔室(21)内移动，以对着所述顶层(4)的相应的加载部位(41)
挤压相应的所述隔室(21)的所述内容物。
16.根据权利要求14所述的一次性盒(2)，其特征在于，弹性层(44)密
封地施加到所述一次性盒(2)的所述主体(47)的上表面(49)，所述弹性层(44)
被配置成紧贴所述上表面(49)密封所述隔室(21)中的至少一个。
17.根据权利要求14所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述一次性盒
(2)还包括附接到所述一次性盒(2)的所述主体(47)的所述下表面(48)的平面
刚性盖板(12)，所述顶层(4)附接到所述刚性盖板(12)，所述刚性盖板(12)包
括位于所述顶层(4)的加载部位(41)处的通孔(19)。
18.根据权利要求14所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述一次性盒
(2)被配置为具有基本上平坦的下表面(48)的板状结构，在每种情况下，所
述隔室(21)利用在穿刺部位(41’)或毛细管孔(41”)处的通孔(19)通往所述下
表面(48)。
19.一种配置用于插入根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)的盒
容纳站(8)中的一次性盒(2)，所述一次性盒(2)包括：
(a)主体(47)，其具有下表面(48)、上表面(49)和至少一个通孔(19)；
(b)具有第一疏水性表面(17’)的底层(3)，所述第一疏水性表面(17’)
为液体不可透的并且被配置为工作膜，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·霍夫梅耶，T·雷，T·李，
申请(专利权)人：泰肯贸易股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH