在亲水性或斑驳亲水性表面上的微滴操纵制造技术

本文提供微滴致动器，所述微滴致动器包括：(a)由微滴操作间隙隔开的第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板包括面向所述微滴操作间隙的各自疏水性表面；(b)多个耦合到所述第一基板和所述第二基板中的至少一个的电极，所述电极沿所述微滴操作间隙布置以控制微滴在所述微滴操作间隙内沿所述疏水性表面的移动；以及(c)暴露于所述微滴操作间隙的亲水性或斑驳亲水性表面，所述亲水性或斑驳亲水性表面被定位为当所述微滴处于所述微滴操作间隙内的选定位置时接触所述微滴。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案本申请基于目前正在审查的2013年8月30日提交的美国临时申请第61/872,154号；目前正在审查的2013年11月1日提交的美国临时申请第61/898,689号；目前正在审查的2013年12月4日提交的美国临时申请第61/911,616号；以及目前正在审查的2014年1月24日提交的美国临时申请第61/931,011号申请的优先权，这些申请均通过引用并入本文。专利技术背景微滴致动器通常包括配置为形成用于进行微滴操作的表面或间隙的一个或多个基板。所述一个或多个基板建立用于进行微滴操作的微滴操作表面或间隙，并且还可以包括布置为进行微滴操作的电极。微滴操作基板或在基板之间的间隙可以涂覆或填充与形成微滴的液体不混溶的填充流体。面向微滴操作间隙的基板表面通常是疏水性的。然而，某些基于表面的化学在亲水性表面上进行。因此，本领域需要用于在具有亲水性区域或表面的微滴致动器中进行化学分析的技术。专利技术概要定义如本文所用，以下术语具有所指出的含义。关于一个或多个电极的“激活”是指影响在微滴的存在下导致微滴操作的所述一个或多个电极的电气状态的改变。电极的激活可使用交流电(AC)或直流电(DC)来实现。可以使用任何合适的电压。
例如，电极可使用大于约150V，或大于约200V，或大于约250V，或约275V到约1000V，或约300V的电压来激活。在使用AC信号的情况下，可采用任何合适的频率。例如，电极可使用具有约1Hz到约10MHz，或约10Hz到约60Hz，或约20Hz到约40Hz，或约30Hz的频率的AC信号来激活。关于微滴致动器上的珠粒，“珠粒”是指能够与在微滴致动器上的或在微滴致动器附近的微滴相互作用的任何珠粒或颗粒。珠粒可以是多种形状中的任一种，例如球形、大体球形、卵形、圆盘形、立方体、无定形以及其它三维形状。例如，珠粒可能能够经历在微滴致动器上的微滴中的微滴操作，或者以允许微滴致动器上的微滴接触微滴致动器上的珠粒和/或脱离微滴致动器的方式相对于微滴致动器被配置。可以在微滴中、在微滴操作间隙中或在微滴操作表面上提供珠粒。珠粒可以被提供在储器中，所述储器在微滴操作间隙外部或被定位为远离微滴操作表面，并且所述储器可以与允许包含珠粒的微滴被带动至微滴操作间隙中或被带动为与微滴操作表面接触的流体路径相关联。珠粒可使用多种材料制成，包括例如树脂和聚合物。珠粒可以是任何合适的尺寸，包括例如微珠、微粒、纳米珠粒和纳米颗粒。在一些情况下，珠粒是磁性响应的；在其它情况下，珠粒不是显著磁性响应的。对于磁性响应的珠粒，磁性响应材料可以构成基本上整个珠粒、珠粒的一部分或珠粒的仅一种组分。珠粒的其余部分可尤其包含聚合物材料、涂层以及允许分析试剂附着的部分。合适的珠粒的实例包括流式细胞仪微珠、聚苯乙烯微粒和纳米颗粒、官能化的聚苯乙烯微粒和纳米颗粒、涂覆的聚苯乙烯微粒和纳米颗粒、二氧化硅微珠、荧光微球和纳米球、官能化的荧光微球和纳米球、涂覆的荧光微球和纳米球、染色的微粒和纳米颗粒、磁性微粒和纳米颗粒、超顺磁性微粒和纳米颗粒(例如颗粒，可从Invitrogen Group,Carlsbad,CA购得)、荧光微粒和纳米颗粒、涂覆的磁性微粒和纳米颗粒、铁磁性的微粒和纳米颗粒、涂覆的铁磁性微粒和纳米颗粒，以及在以下美国专利公开中描述的那些：Watkins等人，2005年11月24日公布的题为“Multiplex Flow Assays Preferably with Magnetic Particles as Solid
Phase”的美国专利公开第20050260686号；Chandler，2003年7月17日公布的题为“Encapsulation of Discrete Quanta of Fluorescent Particles”的美国专利公开第20030132538号；Chandler等人，2005年6月2日公布的题为“Multiplexed Analysis of Clinical Specimens Apparatus and Method”的美国专利公开第20050118574号；Chandler等人，2005年12月15日公布的题为“Microparticles with Multiple Fluorescent Signals and Methods of Using Same”的美国专利公开第20050277197号；以及Chandler等人，2006年7月20日公布的题为“Magnetic Microspheres for use in Fluorescence-based Applications”的美国专利公开第20060159962号，对于它们的涉及珠粒与磁性响应材料和磁性响应珠粒的教导内容，上述专利公开的全部公开内容通过引用并入本文。珠粒可以与生物分子或能够结合到生物分子并且与生物分子形成复合物的其它物质预偶合。珠粒可以与抗体、蛋白质或抗原、DNA/RNA探针或对期望靶标具有亲和性的任何其它分子预偶合。用于固定磁性响应的珠粒和/或非磁性响应的珠粒和/或用于使用珠粒进行微滴操作流程的微滴致动器技术的实例在以下专利中描述：Pollack等人，2008年3月6日公布的题为“Droplet-Based Particle Sorting”的美国专利公开第20080053205号；2008年3月25日提交的题为“Multiplexing Bead Detection in a Single Droplet”的美国专利申请第61/039,183号；Pamula等人，2008年4月25日提交的题为“Droplet Actuator Devices and Droplet Operations Using Beads”的美国专利申请第61/047,789号；2008年8月5日提交的题为“Droplet Actuator Devices and Methods for Manipulating Beads”的美国专利申请第61/086,183号；Eckhardt等人，2008年8月14日公布的题为“Droplet Actuator Devices and Methods Employing Magnetic Beads”的国际专利公开第WO/2008/098236号；Grichko等人，2008年11月6日公布的题为“Bead-based Multiplexed Analytical Methods and Instrumentation”的国际专利公开第WO/2008/134153号；Eckhardt等人，2008年9月25日公布的“Bead Sorting on a Droplet Actuator”的国际专利公开第WO/2008/116221号；以及Eckhardt等人，2007年10月25日公布的
题为“Droplet-based Biochemistry”的国际专利公开第WO/2007/120241号，上述专利的全部公开内容通过引用并入本文。珠粒的特征可以在本专利技术的多重方面中被采用。具有适合于多重方面的特征的珠粒以及检测和分析从此类珠粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微滴致动器，其包括：由微滴操作间隙隔开的第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板包括面向所述微滴操作间隙的各自疏水性表面；多个耦合到所述第一基板和所述第二基板中的至少一个的电极，所述电极沿所述微滴操作间隙布置以控制微滴在所述微滴操作间隙内沿所述疏水性表面的移动；以及暴露于所述微滴操作间隙的亲水性或斑驳亲水性表面，所述亲水性或斑驳亲水性表面被定位为当所述微滴处于所述微滴操作间隙内的选定位置时接触所述微滴。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.30 US 61/872,154;2013.11.01 US 61/898,689;1.一种微滴致动器，其包括：由微滴操作间隙隔开的第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板包括面向所述微滴操作间隙的各自疏水性表面；多个耦合到所述第一基板和所述第二基板中的至少一个的电极，所述电极沿所述微滴操作间隙布置以控制微滴在所述微滴操作间隙内沿所述疏水性表面的移动；以及暴露于所述微滴操作间隙的亲水性或斑驳亲水性表面，所述亲水性或斑驳亲水性表面被定位为当所述微滴处于所述微滴操作间隙内的选定位置时接触所述微滴。2.根据权利要求1所述的微滴致动器，其中所述疏水性表面包含四氟乙烯聚合物、氟聚合物和无定形氟聚合物中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的微滴致动器，其中所述斑驳亲水性表面包含粗糙表面，所述粗糙表面形成隔开多个纳米孔的填隙区域。4.根据权利要求1到3中任一项所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面至少部分被至少一个所述疏水性表面包围。5.根据权利要求1到4中任一项所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面的印迹由至少一个所述疏水性表面限定。6.根据权利要求1到5中任一项所述的微滴致动器，其中所述第一基板和所述第二基板中的至少之一包含基板材料，所述基板材料提供对应疏水性表面。7.根据权利要求1到6中任一项所述的微滴致动器，其中所述第一基板和所述第二基板中的至少之一经涂覆或处理以提供对应疏水性表面。8.根据权利要求1到7中任一项所述的微滴致动器，其中所述电极被定位为将所述微滴朝向所述亲水性或斑驳亲水性表面运输。9.根据权利要求1到8中任一项所述的微滴致动器，其中所述电极被定位为将所述微滴远离所述亲水性或斑驳亲水性表面运输。10.根据权利要求1到9中任一项所述的微滴致动器，其进一步包括控制器，所述控制器配置为控制所述电极以将所述微滴从至少一个所述疏水性表面运输到所述亲水性或斑驳亲水性表面上。11.根据权利要求1到9中任一项所述的微滴致动器，其进一步包括控制器，所述控制器配置为控制所述电极以将所述微滴从所述亲水性或斑驳亲水性表面运输到至少一个所述疏水性表面上。12.根据权利要求1到9中任一项所述的微滴致动器，其进一步包括控制器，所述控制器配置为控制所述电极以将所述微滴运输到所述亲水性或斑驳亲水性表面上和运离所述亲水性或斑驳亲水性表面。13.根据权利要求10到12中任一项所述的微滴致动器，其中所述控制器配置为控制所述电极以使所述微滴与所述亲水性或斑驳亲水性表面接触预定时间以进行指定反应。14.根据权利要求1到13中任一项所述的微滴致动器，其中所述微滴操作间隙和所述电极配置为使得所述微滴在运输通过至少一部分所述微滴操作间隙时基本上为圆盘形。15.根据权利要求1到14中任一项所述的微滴致动器，其进一步包括沉积在所述微滴操作间隙内的填充流体和所述微滴。16.根据权利要求1到15所述的微滴致动器，其中所述微滴在处于所述选定位置时与指定电极对齐，以使所述指定电极面向并且邻接所述微滴操作间隙内的所述微滴。17.根据权利要求16所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面被定位为面向所述指定电极，所述微滴操作间隙位于所述亲水性或斑驳亲水性表面和所述指定电极之间。18.根据权利要求16所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面与所述指定电极耦合到相同基板。19.根据权利要求16所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面布置在所述第一基板与所述第二基板之间。20.根据权利要求19所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面沿定位于所述第一基板与所述第二基板之间的间隔物延伸。21.根据权利要求16到20中任一项所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面具有对应形状的印迹并且所述指定电极具有对应形状的印迹。22.根据权利要求21所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面的所述印迹的面积大于或等于所述指定电极的所述印迹的面积。23.根据权利要求21所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑
\t驳亲水性表面的所述印迹的面积小于所述指定电极的所述印迹的面积。24.根据权利要求21到23中任一项所述的微滴致动器，其中所述印迹的所述对应形状是类似的。25.根据权利要求21到23中任一项所述的微滴致动器，其中所述印迹的所述对应形状是不同的。26.根据权利要求16到25中任一项所述的微滴致动器，其中所述微滴操作间隙具有间隙高度，所述指定电极处的间隙高度不同于邻接所述指定电极的电极处的间隙高度，以使所述微滴在与所述指定电极对齐时的高度不同于在与所述邻接电极对齐时的高度。27.根据权利要求26所述的微滴致动器，其中所述指定电极处的所述间隙高度大于所述邻接电极处的所述间隙高度。28.根据权利要求26所述的微滴致动器，其中所述指定电极处的所述间隙高度小于所述邻接电极处的所述间隙高度。29.根据权利要求1到28中任一项所述的微滴致动器，其进一步包括支撑元件，所述支撑元件包含所述亲水性或斑驳亲水性表面。30.根据权利要求29所述的微滴致动器，其中所述支撑元件包含硅材料或金属中的至少一种。31.根据权利要求29所述的微滴致动器，其中所述第一基板或所述第二基板包括所述支撑元件。32.根据权利要求16到31中任一项所述的微滴致动器，其中所
\t述指定电极是所述多个电极的子集的一部分，所述亲水性或斑驳亲水性表面在所述微滴由所述子集的任一个所述电极保持时与所述微滴接触。33.根据权利要求16到31中任一项所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面与包括所述指定电极在内的多个电极对齐，以使所述多个电极中的每一个面向所述斑驳亲水性表面。34.根据权利要求1到33中任一项所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面是暴露于所述微滴操作间隙的多个斑驳亲水性表面之一。35.根据权利要求34所述的微滴致动器，其中所述多个电极沿所述微滴操作间隙形成微滴操作路径，所述电极配置为沿所述微滴操作路径移动所述微滴，所述亲水性或斑驳亲水性表面被定位为平行于所述微滴操作路径延伸的连续排列。36.根据权利要求35所述的微滴致动器，其中所述连续排列中的每个所述亲水性或斑驳亲水性表面的印迹被确定尺寸以容许通过使用由所述电极进行的电润湿介导的微滴操作而使得所述微滴沿所述微滴操作路径移动。37.根据权利要求1到36中任一项所述的微滴致动器，其中所述斑驳亲水性表面在所述印迹内具有亲水性部分和超疏水性部分。38.根据权利要求37所述的微滴致动器，其中所述印迹具有由所述亲水性部分形成的总斑驳亲水性区域和由所述超疏水性部分形成的总超疏水性区域，并且其中所述总亲水性区域与所述总超疏水性区域的比率容许通过使用由所述电极进行的电润湿介导的微滴操作，而使得所述微滴移动到所述斑驳亲水性表面上以及从所述斑驳亲水
\t性表面移动。39.根据权利要求37或38所述的微滴致动器，其中所述亲水性部分和所述超疏水性部分形成指定图案，所述指定图案是棋盘图案、平行条图案、阴影图案、螺旋图案或同心形状图案。40.根据权利要求1到39中任一项所述的微滴致动器，其中所述微滴操作间隙包括保留区，所述保留区不与电极对齐并且其尺寸能够容纳所述微滴。41.根据权利要求40所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面沿所述微滴操作间隙连续延伸以与所述保留区对齐。42.根据权利要求40或41所述的微滴致动器，其进一步包括至少部分包围所述保留区的屏障。43.根据权利要求42所述的微滴致动器，其中所述屏障是多孔的，以容许填充流体流入所述保留区中和从所述保留区流出。44.根据权利要求1到43中任一项所述的微滴致动器，其中所述第一基板具有变化的轮廓，以使在所述第一基板与所述第二基板之间测量的间隙高度变化。45.根据权利要求44所述的微滴致动器，其中所述多个电极沿所述微滴操作间隙形成微滴操作路径，所述第一基板的所述轮廓配置为使得所述间隙高度沿所述路径变化，所述微滴操作间隙沿所述微滴操作路径具有不同的第一、第二和第三间隙高度。46.根据权利要求45所述的微滴致动器，其中所述第一间隙高度小于所述第二间隙高度，并且所述第二间隙高度小于所述第三间隙
\t高度，所述亲水性或斑驳亲水性表面位于所述微滴操作路径的具有所述第二间隙高度的至少一部分内。47.根据权利要求44到46中任一项所述的微滴致动器，其中所述变化的轮廓配置为诱导泵送效果，所述泵送效果由通过所述微滴操作间隙的流量的变化造成。48.根据权利要求1到47中任一项所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面位于沿所述第一基板或所述第二基板中的的凹陷区域内。49.根据权利要求48所述的微滴致动器，其中所述凹陷区域和所述亲水性或斑驳亲水性表面被确定尺寸以保持包含多个微滴的体积。50.根据权利要求1到49中任一项所述的微滴致动器，其中介电层定位于所述亲水性或斑驳亲水性表面与所述电极之间。51.根据权利要求1到50中任一项所述的微滴致动器，其中所述亲水性或斑驳亲水性表面沿所述第一基板或所述第二基板延伸，所述亲水性或斑驳亲水性表面与沿和所述亲水性或斑驳亲水性表面相对的另一基板的开口对齐。52.根据权利要求1到51中任一项所述的微滴致动器，其中所述第一基板包括各自沿所述微滴操作间隙延伸的接地电极和介电层，所述介电层位于所述接地电极与所述微滴操作间隙之间，所述第二基板包括所述多个电极，其中所述多个电极配置为赋予所述第一基板电润湿效果。53.根据权利要求52所述的微滴致动器，其中所述接地电极是
\t沿所述第一基板连续延伸的接地参考平面，以使所述接地参考平面与所述电极相对，所述微滴操作间隙位于所述接地参考平面与所述电极之间。54.根据权利要求53所述的微滴致动器，其中所述第二基板包括在所述电极与所述微滴操作间隙之间延伸的介电层，所述亲水性或斑驳亲水性表面耦合到所述第二基板的所述介电层。55.根据权利要求54所述的微滴致动器，其中所述多个电极包括间隙电极，所述间隙电极耦合到所述第二基板的所述介电层并且位于所述第二基板的所述介电层与所述微滴操作间隙之间。56.根据权利要求1到55中任一项所述的微滴致动器，其中至少一些所述电极以及所述第一基板或所述第二基板中的至少之一是柔性印刷电路板的一部分。57.根据权利要求1到56中任一项所述的微滴致动器，其进一步包括耦合到所述第一基板或所述第二基板的光学检测器，所述亲水性或斑驳亲水性表面与所述光学检测器对齐以用于检测来自所述亲水性表面的光信号。58.一种方法，其包括：提供微滴致动器，所述微滴致动器包括微滴操作间隙和多个沿所述微滴操作间隙定位的电极，所述微滴操作间隙被限定在相对的疏水性表面之间，所述微滴致动器具有暴露于所述微滴操作间隙的亲水性或斑驳亲水性表面；控制所述电极以使用电润湿介导的微滴操作将微滴沿所述疏水性表面通过所述微滴操作间隙运输到选定位置，其中当所述微滴处于选定位置时所述微滴与所述亲水性或斑驳亲水性表面接触。59.根据权利要求58所述的方法，其中所述疏水性表面包含四氟乙烯聚合物、氟聚合物和无定形氟聚合物中的至少一种。60.根据权利要求58或59所述的方法，其中所述斑驳亲水性表面包含粗糙表面，所述粗糙表面形成隔开多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿拉什·贾姆希迪，林彦佑，亚历克斯·阿拉维尼斯，西里尔·德拉特，阿诺德·里瓦尔，詹妮弗·弗利，普尔亚·萨伯恩希，塔伦·库拉纳，马吉德·巴巴扎德，哈米德·阿米尼，巴拉·穆拉里·文卡泰桑，M·谢恩·博文，史蒂文·M·巴纳德，玛利亚·坎德拉里亚·罗格特巴奇伽鲁普，迪特里希·德林格尔，
申请(专利权)人：ILLUMINA公司，伊勒米纳法国，
类型：发明
国别省市：美国;US