一种液滴操纵仪器(20)包括：至少一个电极阵列(21)，其用于通过电湿润来引起液滴(19)移动；基板(22)，其支承至少一个电极阵列(21)；以及,控制单元(23)，其包括与至少一个电压控件(29)连接的至少一个电极选择器(34)。至少一个电极选择器(34)被实现为单独地选择至少一个电极阵列(21)的每个电极(35)并且向选定电极(35)提供由电压控件(29)控制的电压。控制单元(23)还包括中央处理单元(36)，该中央处理单元(36)用于控制电极选择器(34)和电压控件(29)以单独地选择至少一个电极(35)并且向至少一个选定电极(35)提供单独电压脉冲，该单独电压脉冲选自包括驱动电压、接地电压和停止电压的组群。控制单元(23)能够通过基本上同时选择所述电极阵列(21)的两个或更多个随后的驱动电极(35')组而限定覆盖一个电极阵列(21)的多于一个电极(35')的较大体积的液体部分(19')的受引导的移动的路径，并且向这些选定驱动电极(35')中每一个提供沿着所述路径的驱动电压脉冲。控制单元(23)被实现为向与脉冲式驱动电极(35')相邻或相同的两个或更多个电极(35)的组基本上同时提供接地或停止电压脉冲。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 相关专利申请 本申请为2013年3月4日提交并且在2013年7月11日公开为US 2013/0175169 Al的US 13/784,168对应申请，US 13/784,168以全文引用的方式并入到本文中。US 13/784, 168是公开为US 2011/0290647 Al的专利申请US 13/139, 647的部分连续申请，专 利申请1^ 13/139,647为在2009年12月16日提交的国际申请？(：17^?09/67240的美国国 家阶段，国际申请PCT/EP09/67240要求保护美国临时申请61/138, 294和瑞士专利申请号 CH01979/08的优先权，美国临时申请61/138, 294和瑞士专利申请号CH01979/08都提交于 2008年12月17日；所有这些申请的全部公开以明确引用的方式并入到本文中。
本专利技术涉及在数字微流体系统中对液滴大小的操纵。本
大体而言控制和 操纵小体积，通常微米或纳米级形式的液体。在通道系统中的小液体体积移动是本身已知 的，例如受到固定装置中的微栗或者旋转实验室器具中的向心力控制。然而，在数字微流体 系统中，限定的电压被施加到电极阵列的电极，使得单独液滴通过电湿润而被定址。对于电 湿润方法的一般概述，请参看 Washizu, IEEE Transactions on Industry Applications, 第34卷，号4, 1998，和Pollack等人，Lab chip, 2002，第2卷，96-101。简言之，电湿润指 使用微电极阵列（优选地被包括疏水性表面的电介质层覆盖）来移动液滴的方法。通过向 电极阵列的选定电极施加限定的电压，引起在定址电极上方的疏水性表面上存在液滴的表 面张力变化。这导致在定址电极上液滴接触角的显著变化，因此液滴的侧向移动。对于这种 电湿润程序，已知布置这些电极的两种主要方式：使用具有电极阵列的单个表面来引起液 滴移动或者添加第二表面，第二表面与类似电极阵列相对并且设置至少一个接地电极。电 湿润技术的主要优点在于仅需要少量液体，例如，单个液滴。因此能在显著更短的时间执行 液体处理。而且，液体移动的控制可完全在电子控制之下，导致样品的自动化处理。
技术介绍
使用具有电极阵列的单个表面（电极的单平面布置）进行电湿润的液滴操纵装置 从美国专利号5, 486, 337已知。所有电极放置于载体基板的表面上，下放到基板内，或者被 不可湿润的表面覆盖。电压源连接到电极。通过向随后的电极施加电压来使小滴移动，因 此根据向电极的电压施加顺序来引导液滴在电极上方的移动号。公开了通过静电移液管来 进行液滴分配，静电移液管包括邻近管状可湿润主要电极的不可湿润的管，管状可湿润主 要电极向样品液体源暴露。环形不可湿润的次要电极沿着不可湿润的管与主要电极在轴向 间隔开，通过毛细管作用，样品液体进入到环形不可湿润的次要电极内。沿着不可湿润的管 在主要电极与次要电极之间依序施加电压。因此，样品液体的一部分被主要电极静电充电 并且然后由连续次要电极以带电液滴形式吸引。 还从US 6, 911，132 B2已知具有用于操纵液滴的单侧电极设计的设备，所有导电 元件容纳于第一表面上，在第一表面上操纵液滴。额外表面可以平行于第一表面设置以容 纳待操纵的液滴。设备允许液滴操纵，诸如将两个液滴合并和混合在一起，将液滴分成两个 或更多个液滴，通过从流动形成单独控制的液滴而对连续液体流动进行取样，并且对液滴 进行迭代二元或数字混合以获得所希望的混合比例。使用至少三个对准的驱动电极来执行 合并，三个对准的驱动电极最初被切断，第一电极和第三电极各在覆盖它的表面顶部上承 载液滴。连续地，所有三个电极被启用，从而将两个液滴在第二（中央）电极上朝向彼此抽 吸直到它们形成联合两个液滴的单个弯液面。然后，使两个外电极返回到接地状态并且合 并的液滴在仍启用的中央电极上浓缩。为了再次拆分合并的液滴，在启用所有三个电极之 前，使所有三个电极接地，从而在侧向向外抽吸合并的液滴并且使之在三个电极上传播。因 此，收缩弯液面形成于中央电极上并且并且通过启用两个外电极，合并液滴最终分成位于 第一电极和第三电极上的两个基本上相等的液滴。还由Washizu 1998公开了合并液滴。液 滴的合并和拆分也由Pollack等人在2002公开。 使用带有至少一个接地电极的相对表面的电极阵列对液滴移动进行微米级控制 的电湿润装置从US 6, 565, 727 (电极的双平面布置）已知。这种装置的每个表面可以包括 多个电极。电极阵列的驱动电极优选地由位于每个单个电极边缘处的突出部布置成彼此相 互交错关系（也参看US 6,911，132 B2)。两个相对阵列形成间隙。导向至间隙的电极阵列 的表面优选地被电绝缘疏水层覆盖。液滴定位于间隙中并且通过向定位于该间隙的相对位 点上的多个电极连续地施加多个电场而在单极填料流体内移动。由控制衬垫的疏水性表面 限定的较大面积的滴量计经由小延伸部连接到驱动电极的路径或驱动道，第一个是截止电 极并且第二个是控制电极。湿润电位首先施加到截止电极，覆盖控制衬垫的表面的液体因 此在截止电极和驱动电极上传播。因此，从截止电极移除湿润电位，使得截止电极再次成为 疏水性的。液体的部分移动回到接触衬垫，并且被非极性填充流体替换。因此，隔离的液滴 被分开并且形成于控制电极上。 在处理生物样品的情形下操纵液滴的这种电湿润装置的使用从美国专利申请号 2007/0217956 Al已知。在这里建议例如通过热循环在印刷电路板上扩增核酸。通过在参 考电极与一个或多个驱动电极之间施加电势而在电极阵列上运输小滴。样品放置于印刷电 路板上的储集器内，并且小滴在印刷电路板上分配号。 带有聚合物薄膜用于操纵聚合物薄膜上的液滴中的样品的容器从WO 2010/069977 Al已知。聚合物薄膜放置于液滴操纵仪器上，液滴操纵仪器包括电极阵列并 且保持离容器底侧一定距离，因此形成间隙，在间隙中发生对液滴中样品的操纵。通过施加 到随后驱动电极的驱动电压脉冲来执行液滴与覆盖若干电极的液体部分的分尚，将分尚的 液滴远离液体部分引导。 从WO 2010/040227 Al已知一种混合数字和通道微流体装置，其呈整合结构的形 式，其中，液滴可以由数字微流体阵列运输并且转移到微流体通道。还公开了通过使两个单 独液滴在两个分离驱动道上移动并且然后使这些电极路径联合来合并两个单独液滴。 在WO 2011/002957 A2中公开了一种通过使用放置于电极阵列上的电介质层来分 配液滴的电极配置，电极阵列具有不同介电常数的部分。其中关于数字微流体系统中的液 滴操纵，应当指出的是，在某些电极处的介电常数（k)越高，执行液滴操作所需的电湿润电 压越低，并且相反，在某些电极处的介电常数（k)越低，执行液滴操作所需的电湿润电压就 越高。根据这个基本原理，"较高"电压施加到储集器电极和分配电极以利用样品液体湿润 两个电极。在储集器电极与分配电极之间的区域中将电压减小到"较低"值将分离在分配 电极上的液体的一部分。因为介电常数与所选材料的厚度成反比，改变电介质层区域的厚 度可以用来限定具有不同介电常数的部分。还公开本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液滴操纵仪器(20)，包括：(a)至少一个电极阵列(21)，其用于通过电湿润来引起液滴(19)的移动；(b)基板(22)，其支承所述至少一个电极阵列(21)；以及(c)控制单元(23)，其包括与至少一个电压控件(29)连接的至少一个电极选择器(34)，所述至少一个电极选择器(34)被实现为单独地选择至少一个电极阵列(21)的每个电极(35)并且向所述选定电极(35)提供由所述电压控件(29)控制的电压；所述控制单元(23)还包括中央处理单元(36)，所述中央处理单元(36)用于控制电极选择器(34)和所述电压控件(29)以单独地选择至少一个电极(35)并且向至少一个选定电极(35)提供单独电压脉冲，所述单独电压脉冲选自包括驱动电压、接地电压和停止电压的组群，由此将所述选定电极(35)限定为驱动电极(35')、接地电极(35”)或停止电极(35″′)，其中(d)所述控制单元(23)能够通过通过基本上同时选择所述电极阵列(21)的两个或更多个随后的驱动电极(35')组而限定覆盖一个电极阵列(21)的多于一个电极(35')的液滴(19)和较大体积的液体部分(19')中至少一个的受引导的移动路径，并且沿着所述路径向这些选定驱动电极(35')中每一个提供驱动电压脉冲；以及(e)控制单元(23)被实现为向与脉冲式驱动电极(35')相邻或相同的两个或更多个电极(35)组基本上同时提供接地或停止电压脉冲。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·N·费格林，J·马莫，M·B·弗兰克林，T·F·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
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