用于微流体系统的一次性盒技术方案

一种用于数字微流体系统(1)的一次性盒(2)，所述一次性盒(2)包括：带有第一疏水性表面(17’)的底层(3)，带有第二疏水性表面(17”)的刚性盖板(12)，以及两者之间的间隙(6)。底层(3)是柔性膜，该柔性膜平铺在数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的最上表面(52)上，并被抽空空间(46)内的欠压吸引到所述最上的表面(52)和铺展在该表面上。一次性盒(2)可在盒容纳站(8)处进行组装，然后，通过互相接触，刚性盖板(12)的下表面(48’)和柔性底层(3)彼此密封地附连。组装好的一次性盒(2)以单件形式从盒容纳站(8)中移去，该单件包括底层(3)、平面的刚性盖板(12)和可能包括试样和处理流体的间隙(6)。数字微流体系统(1)包括基座单元(7)和带有电极阵列(9)的盒容纳站(8)，电极阵列(9)包括多个个别的电极(10)。数字微流体系统(1)包括中央控制单元(14)，用于控制对单个电极(10)的选择，以及用于对这些电极(10)提供个别的电压脉冲，以通过电润湿来操纵盒子(2)的间隙(6)内的液体液滴。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于微流体系统的一次性盒相关申请的交互参照本申请要求对2013年1月9日提交的国际专利申请PCT/EP2013/050326的优先权益，本文为任何目的以参见方式引入其全部内容。
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。本专利技术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(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。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用于数字微流体系统或数字微流体装置内或上的替代的一次性盒，系统或装置构造成容纳用于操纵液体液滴内的一个或多个如此的一次性盒。该目的的达到在于，提供第一备选的一次性盒。本专利技术的第一备选的一次性盒包括：(a)带有第一疏水性表面的底层，该第一疏水性表面不渗透液体，并构造成工作膜，当一次性盒的底层放置在所述电极阵列上时，用以利用数字微流体系统的电极阵列来操纵液体液滴；(b)平面的刚性盖板，其包括下表面、至少一个位于加载部位的通孔和第二疏水性表面；以及(c)位于底层的第一疏水性表面和刚性盖板的第二疏水性表面之间的间隙。本专利技术的第一备选的一次性盒，其特征在于，底层构造成柔性膜，该柔性膜构造成平铺在数字微流体系统的盒容纳站的最上表面上，并通过抽空空间内的欠压吸引到所述最上的表面和铺展在该表面上，这较佳地由一次性盒子的柔性底层、盒容纳站的最上表面以及数字微流体系统或一次性盒的垫片所限定。本专利技术的第一备选的一次性盒，其特征还在于，一次性盒构造成在数字微流体系统的盒容纳站处进行组装，通过互相接触刚性盖板的下表面和铺展在数字微流体系统的盒容纳站最上表面上的柔性底层的周围，刚性盖板的下表面和柔性底层构造成沿着柔性底层的围周彼此密封地吸引。本专利技术的第一备选的一次性盒，其特征还在于，组装好的一次性盒构造成以单件从盒容纳站中移去，该单件包括底层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字微流体系统(1)，其用于操纵底层(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)内试样液滴，所述数字微流体系统(1)包括：(a)带有至少一个盒容纳站(8)的基座单元(7)，盒容纳站构造成接纳一个一次性盒(2)；(b)位于基座单元(7)的所述至少一个盒容纳站(8)的电极阵列(9)，该电极阵列(9)由底部基板(11)支承，并基本上在第一平面内延伸且包括多个单个电极(10)；(c)中央控制单元(14)，其用于控制对所述电极阵列(9)的单个电极(10)的选择，以及对这些电极(10)提供个别的电压脉冲，以通过电润湿来操纵所述盒子(2)的间隙(6)内的液滴，其特征在于，所述数字微流体系统(1)还包括：(d)多个吸入孔(35)，其穿透电极阵列(9)和/或底部基板(11)，并位于基座单元(7)的盒容纳站(8)处；(e)用于在抽空空间(46)内建立欠压的真空源(33)；以及(f)多个真空管线(34)，它们将吸入孔(35)连接到真空源(33)；其中，数字微流体系统(1)或一次性盒(2)的垫片(36)构造成在所述盒容纳站(8)处密封所述抽空空间(46)，该抽空空间由一次性盒(2)的柔性底层(3)、盒容纳站(8)的最上表面(52)和垫片(36)限定；以其中，抽空空间(46)内的欠压致使放置在盒容纳站(8)处的柔性底层(3)被吸引并铺展到数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的最上表面(52)，垫片(36)限定所述第一疏水性表面(17’)和所述第二疏水性表面(17”)之间特定的距离。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.09 EP PCT/EP2013/0503261.一种数字微流体系统(1)，其用于操纵柔性底层(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)内液体液滴，所述数字微流体系统(1)包括：(a)带有至少一个盒容纳站(8)的基座单元(7)，盒容纳站构造成接纳一个一次性盒(2)；(b)位于基座单元(7)的所述至少一个盒容纳站(8)的电极阵列(9)，该电极阵列(9)由底部基板(11)支承，并基本上在第一平面内延伸且包括多个单个电极(10)；(c)中央控制单元(14)，其用于控制对所述电极阵列(9)的单个电极(10)的选择，以及对这些电极(10)提供个别的电压脉冲，以通过电润湿来操纵所述盒子(2)的间隙(6)内的液滴，其特征在于，所述数字微流体系统(1)还包括：(d)多个吸入孔(35)，其穿透电极阵列(9)和/或底部基板(11)，并位于基座单元(7)的盒容纳站(8)处；(e)用于在抽空空间(46)内建立欠压的真空源(33)；以及(f)多个真空管线(34)，它们将吸入孔(35)连接到真空源(33)；其中，数字微流体系统(1)或一次性盒(2)的垫片(36)构造成在所述盒容纳站(8)处密封所述抽空空间(46)，该抽空空间由一次性盒(2)的柔性底层(3)、盒容纳站(8)的最上表面(52)和垫片(36)限定；以其中，抽空空间(46)内的欠压致使放置在盒容纳站(8)处的柔性底层(3)被吸引并铺展到数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的最上表面(52)，垫片(36)限定所述第一疏水性表面(17’)和所述第二疏水性表面(17”)之间特定的距离。2.如权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述吸入孔(35)构造成对齐到吸入通道(51)，所述吸入通道(51)布置在数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的最上表面内。3.如权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述吸入孔(35)构造成开口通到真空空间(50)内，所述真空空间(50)布置在盒容纳站(8)处，且在电极阵列(9)和/或底部基板(11)下方，所述真空空间(50)通过至少一个真空管线(34)连接到数字微流体系统(1)的真空源(33)。4.如权利要求1至3中任一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，盒容纳站(8)的最上表面(52)包括覆盖电极阵列(9)和底部基板(11)的介电层(24)，所述介电层(24)具有位于基座单元(7)的吸入孔(35)部位处的多个孔。5.如权利要求4所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述垫片(36)固定到所述介电层(24)，所述介电层(24)永久地覆盖数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的电极阵列(9)和底部基板(11)。6.如权利要求4所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述垫片(36)永久地固定到支承电极阵列(9)的底部基板(11)；所述介电层(24)永久地覆盖底部基板(11)、电极阵列(9)和垫片(36)。7.如权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述基座单元(7)包括构造成框架的插入导向器(25)，其尺寸适于将一次性盒(2)容纳在其中。8.如权利要求1至3中任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)的最上表面(52)，由底部基板(11)和单个电极(10)的裸露金属表面形成。9.如权利要求1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)，其构造成将一次性盒(2)固定在所述基座单元(7)的盒容纳站(8)的要求位置中。10.一种用于如权利要求1所述的数字微流体系统(1)的一次性盒(2)，其特征在于，所述一次性盒(2)包括：(a)带有第一疏水性表面(17’)的柔性底层(3)，该第一疏水性表面不渗透液体并构造成工作膜，当一次性盒(2)的柔性底层(3)放置在所述电极阵列(9)上时，该工作膜用以利用数字微流体系统(1)的电极阵列(9)来操纵其上的液体液滴(23)；(b)平面的刚性盖板(12)，其包括下表面(48’)、至少一个位于加载部位(41)的通孔(19)和至少渗透离子的第二疏水性表面(17”)；以及(c)位于柔性底层(3)的第一疏水性表面(17’)和刚性盖板(12)的第二疏水性表面(17”)之间的间隙(6)，其中，柔性底层(3)构造成柔性膜，该柔性膜构造成平铺在数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的最上表面(52)上，并被抽空空间(46)内的欠压吸引并铺展到所述最上的表面(52)上，其中，一次性盒(2)构造成在数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)处进行组装，通过互相接触刚性盖板(12)的下表面(48’)和铺展在数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)最上表面(52)上的柔性底层(3)的周围(40)，刚性盖板(12)的下表面(48’)和柔性底层(3)构造成沿着柔性底层(3)的周围(40)彼此密封附连；其中，所述组装好的一次性盒(2)构造成以单件从盒容纳站(8)中移去，该单件包括柔性底层(3)、平面的刚性盖板(12)和构造成包括试样和处理流体的间隙(6)。11.如权利要求10所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述柔性底层(3)构造成在数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)处，沿着柔性底层(3)周围(40)密封地附连到刚性盖板(12)上，其通过以下方式进行附连：(i)用至少一个粘结剂带或胶带，或(ii)用焊接方式。12.如权利要求10所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述加载部位(41)选自以下组群：穿刺部位(41’)和吸移孔(41”’)。13.如权利要求10所述的一次性盒(2)，其特征在于，可刺穿膜(31)密封地施加到刚性盖板(12)的上表面(49’)上，可刺穿膜(31)构造成抵靠住所述上表...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·霍夫梅耶，T·雷，T·李，M·N·费格林，W·豪格，A·R·克普夫西尔，
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