具有可调换的PCB的数字微流体系统技术方案

公开了一种用于在一次性盒(2)内操纵试样液滴的数字微流体系统(1)，一次性盒(2)包括底层(3)、顶层(4)、以及在底层和顶层(3,4)之间的间隙(6)。所述数字微流体系统(1)包括具有盒容纳站(8)的基座单元(7)；以及中央控制单元(14)，其用于控制(多个)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)内操纵液滴的各个电压脉冲。所述数字微流体系统(1)还包括板容纳站(40)，板容纳站(40)位于基座单元(7)的盒容纳站(8)处并且均可接收可调换的电极板(41)，可调换的电极板(41)包括电极阵列(9)和单独地连接到电极阵列(9)的电极(10)的电气板接触元件(42)。每个板容纳站(40)包括电气基座单元接触元件(43)，电气基座单元接触元件(43)连接到中央控制单元(14)并且被配置成与置于板容纳站(40)处的可调换的电极板(41)的电气板接触元件(42)接合。还公开了一系列一次性盒(2)、可调换的电极板(41)、以及用于操纵粘附到疏水性表面(17)的试样液滴(23)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可调换的PCB的数字微流体系统
本专利技术涉及数字微流体系统或装置，用于在其中操纵试样液滴的一个或多个一次性盒可被插入该系统或装置中。该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。因此，本专利技术还涉及用于有利于小滴致动的分子技术的小滴致动器装置。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。
技术介绍
诸如得自本申请人(泰肯贸易股份公司,Seestrasse103,CH-8708瑞士门内多夫)的Freedom机器人工作站的自动化液体处理系统是本领域通常熟知的。该装置允许在独立式仪器中或在与分析系统的自动化连接中的自动化液体处理。这些自动化系统并不设计成便携式的并且通常需要处理较大体积的液体(微升至毫升)。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(IEEETransactionsonIndustryApplications),1998年，第34卷,第4号,1998和Pollack等人的芯片实验室杂志(Labchip),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。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站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。液滴操纵仪器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仪器的控制单元。容器和膜可逆地附接到液滴操纵仪器。该系统由此允许至少一个液滴通过容器的通道从所述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。液滴操纵仪器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。本专利技术还公开了用于替换小滴致动器的一个或多个部件(即，一次性部件)的小滴致动器装置。从该国际申请已知具有(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替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)可将盒的粘附力提供到电极阵列。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。盒被配置为平坦的室装置(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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种备选的数字微流体系统或数字微流体装置，其被配置成适应用于在其中操纵试样液滴的一个或多个一次性盒。该目的由于提出了用于在一次性盒内操纵试样液滴的数字微流体系统而实现。这样的一次性盒优选地包含底层、顶层、以及在底层和顶层之间的间隙。根据本专利技术的数字微流体系统包括：(a)基座单元，其具有配置用于接收一次性盒的至少一个盒容纳站；(b)至少一个电极阵列，其基本上在第一平面中延伸且包括多个单独的电极，所述至少一个电极阵列由底部基板支撑；以及(c)中央控制单元，其用于控制所述至少一个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所述盒内的液滴的各个电压脉冲。根据本专利技术的数字微流体系统的特征在于，它还包括至少一个板容纳站，其位于基座单元的所述盒容纳站中的一个处；每个板容纳站被配置成接收可调换的电极板，该可调换的电极板包括电极阵列和电连接到所述电极阵列的单独的电极的多个电气板接触元件；每个板容纳站包括电连接到所述中央控制单元的多个电气基座单元接触元件，电气基座单元接触元件被配置成与放置在所述板容纳站处的可调换的电极板的电气板接触元件接合。优选地，至少一个板容纳站位于基座单元的所述盒容纳站中的一个下方并且被配置成接收插入数字微流体系统的基座单元中的可调换的电极板。本文也公开了根据本专利技术的数字微流体系统的附加的优选实施例。优选地，数字微流体系统被配置成接收可插入数字微流体系统的基座单元中的一个或多个一次性盒。进一步优选的是，数字微流体系统包括用于使用数字微流体系统或装置操纵试样液滴的至少一个一次性盒。进一步优选的是，盒的底层和顶层包括暴露于盒的间隙的疏水性表面，并且盒不具有导电层。优选地，数字微流体系统包括具有顶部基板的至少一个盖板，该至少一个盖板位于(多个)所述盒容纳站处。至少一个盖板还包括导电材料，其在第二平面中延伸并且基本上平行于该至少一个盖板所分配到的盒容纳站的电极阵列。至少一个盖板的导电材料不与电势的源连接。优选地，盖板的导电材料是附接到盒的导电箔。根据盒容纳站的第一优选变型，盖板被配置成相对于相应的盒容纳站的电极阵列可移动。根据第二优选变型，盒容纳站被配置用于接收滑动地插入的一次性盒，该一次性盒在相对于相应的盒容纳站的电极阵列基本上平行的方向上可移动。优选地，数字微流体系统包括至少一个可调换的电极板，其包括由底部基板支撑的电极阵列并且包括电连接到所述电极阵列的单独的电极的多个电气板接触元件。本专利技术的附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在一次性盒(2)内操纵试样液滴的数字微流体系统(1)，所述一次性盒(2)包括底层(3)、顶层(4)、以及在所述底层和顶层(3,4)之间的间隙(6)；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次性盒(2)的至少一个盒容纳站(8)；(b)至少一个电极阵列(9)，其基本上在第一平面中延伸且包括多个单独的电极(10)，所述至少一个电极阵列(9)由底部基板(11)支撑；以及(c)中央控制单元(14)，其用于控制所述至少一个电极阵列(9)的所述单独的电极(10)的选择，并且用于为这些电极(10)提供用于通过电润湿在所述盒(2)内操纵液滴的各个电压脉冲，其特征在于，所述数字微流体系统(1)还包括至少一个板容纳站(40)，所述至少一个板容纳站(40)位于所述基座单元(7)的所述盒容纳站(8)中的一个处；每个板容纳站(40)被配置成接收可调换的电极板(41)，所述可调换的电极板(41)包括电极阵列(9)和电连接到所述电极阵列(9)的所述单独的电极(10)的多个电气板接触元件(42)；每个板容纳站(40)包括电连接到所述中央控制单元(14)的多个电气基座单元接触元件(43)，所述电气基座单元接触元件(43)被配置成与放置在所述板容纳站(40)处的可调换的电极板(41)的所述电气板接触元件(42)接合。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在一次性盒(2)内操纵试样液滴的数字微流体系统(1)，所述一次性盒(2)包括底层(3)、顶层(4)、以及在所述底层(3)和顶层(4)之间的间隙(6)；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次性盒(2)的至少一个盒容纳站(8)；(b)至少一个电极阵列(9)，其在第一平面中延伸且包括多个单独的电极(10)，所述至少一个电极阵列(9)由底部基板(11)支撑；以及(c)中央控制单元(14)，其用于控制所述至少一个电极阵列(9)的所述单独的电极(10)的选择，并且用于为这些电极(10)提供用于通过电润湿在所述盒(2)内操纵液滴的各个电压脉冲，其特征在于，所述数字微流体系统(1)还包括至少一个板容纳站(40)，所述至少一个板容纳站(40)位于所述基座单元(7)的所述盒容纳站(8)中的一个处；每个板容纳站(40)被配置成单独地且独立于一次性盒(2)接收可调换的电极板(41)；在每种情况下，所述盒容纳站(8)和板容纳站(40)定位成彼此如此靠近，使得插入的一次性盒(2)以所述底层(3)与所述相应的插入的可调换的电极板(41)的表面可操作地接触，每个可调换的电极板(41)包括电极阵列(9)和电连接到所述电极阵列(9)的所述单独的电极(10)的多个电气板接触元件(42)；每个板容纳站(40)包括电连接到所述中央控制单元(14)的多个电气基座单元接触元件(43)，所述电气基座单元接触元件(43)被配置成与放置在所述板容纳站(40)处的可调换的电极板(41)的所述电气板接触元件(42)接合。2.根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述至少一个板容纳站(40)位于所述基座单元(7)的所述盒容纳站(8)中的一个下方、上方或旁边，并且被配置成接收单独地插入所述数字微流体系统(1)的所述基座单元(7)中的可调换的电极板(41)。3.根据权利要求2所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，电连接到所述数字微流体系统(1)的所述中央控制单元(14)的所述多个电气基座单元接触元件(43)被配置为板弹簧，所述板弹簧竖直地延伸并且在水平方向上为有回弹力的，以便安全地且单独地接合电连接到所述单独的电极(10)的可调换的电极板(41)的多个所述电气板接触元件(42)。4.根据权利要求2所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，电连接到所述数字微流体系统(1)的所述中央控制单元(14)的所述多个电气基座单元接触元件(43)被配置为有回弹力的销或弹性地支撑的销，所述销竖直地延伸并且在竖直方向上为有回弹力的，以便安全地且单独地接合电连接到所述单独的电极(10)的可调换的电极板(41)的所述多个电气板接触元件(42)。5.根据权利要求2所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述至少一个板容纳站(40)被配置成单独地且独立于一次性盒(2)接收通过以下方式插入所述数字微流体系统(1)的所述基座单元(7)中的可调换的电极板(41)：(a)将所述可调换的电极板(41)竖直地下降通过所述相应的盒容纳站(8)且进入所述板容纳站(40)中；或(b)将所述可调换的电极板(41)在所述相应的盒容纳站(8)下方水平地滑动且进入所述板容纳站(40)中；或(c)将所述可调换的电极板(41)在所述相应的盒容纳站(8)下方水平地滑动且竖直地提升到所述板容纳站(40)中。6.根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，还包括用于操纵试样液滴的一次性盒(2)，其特征在于，所述底层(3)和所述顶层(4)包括暴露于所述盒(2)的所述间隙(6)的疏水性表面(17)。7.根据权利要求6所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盒(2)还包括间隔件(5)，所述间隔件(5)至少部分地被配置为包括用于施加到所述间隙(6)中的试样小滴的测定中所需的试剂的隔室(21)的主体。8.根据权利要求6所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盒(2)还包括间隔件(5)，所述间隔件(5)至少部分地被配置为包括用于施加到所述间隙(6)中的试样小滴的实验中所需的试剂的隔室(21)的主体。9.根据权利要求6所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盒(2)的所述底层(3)由介电层(24)覆盖，或所述底层(3)本身由电介质材料制成。10.根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，还包括具有顶部基板(13)的至少一个盖板(12)，所述至少一个盖板(12)位于所述盒容纳站(8)处，所述至少一个盖板(12)还包括导电材料(15)，所述导电材料(15)在第二平面中延伸且平行于所述至少一个盖板(12)所分配到的所述盒容纳站(8)的所述电极阵列(9)，并且所述导电材料(15)不与电势的源连接。11.根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，还包括至少一个可调换的电极板(41)，所述至少一个可调换的电极板(41)包括由底部基板(11)支撑的电极阵列(9)并且包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·N·费格林，
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