微流体中的磁导管制造技术

一种方法，包括以下步骤：向数字微流体系统(1)提供附连至基板(3)并且被疏水表面(5)覆盖的电极(2)，以及用于通过电浸润操控液滴(8‑1)的控制单元(7)；紧邻电极(2)提供用于将支持磁铁的磁场引导至第一疏水表面(5)的磁导管(9)；在该疏水表面(5)上提供包括磁响应珠(11)的液滴(8‑1)；通过电浸润移动具有磁响应珠(11)的液滴(8‑1)直到液滴(8‑1)的一部分被放置到磁导管(9)的顶部；致动磁导管(9)的支持磁铁(10)并且吸引/集中磁响应珠(11)；以及当致动支持磁铁(10)时，通过电浸润将具有减少数量的磁响应珠(11)的液滴(8‑1’)移离特定磁导管(9)。还揭示了一种用于在数字微流体的液体部分或液滴中悬浮磁响应珠的方法以及在其中执行该方法的一次性测试盒(17)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流体中的磁导管
本专利技术涉及小量液体(通常以微级和纳米级格式)的控制和操控。在数字微流体中，定义的电压被施加于电极阵的电极，从而个体液滴得以解决(电浸润)。对于电浸润方法的一般概览而言，请参见Washizu的IEEE关于工业应用的学报，1998年第34卷，第4号，以及Pollack等人的Labchip，2002年第2卷96-101。简要地说，电浸润指使用微电极阵列，优选地使用被用作工作表面的疏水层覆盖的微电极阵列来移动液滴的方法。通过将定义的电压施加于电极阵列的电极，引入了在定址电极上呈现的液滴的表面张力的变化。这导致定址电极上的液滴的接触角的显著变化，因此导致该液滴的移动。对于此类电浸润规程而言，两种布置电极的主要方式是已知的：使用具有用于在单面设置中引入液滴移动的电极阵列的单个工作表面，或添加面对类似电极阵列并在双面设置中提供至少一个接地电极的第二表面。电浸润技术的主要优势在于仅需要少量，例如，单滴液体。由此，可在相当短的时间内实行液体处理。此外，液体移动的可完全处于电子控制下，从而产生了样本的自动化处理。在生命科学和诊断应用中，生物分子的提取和纯化通常是经由功能化的磁响应珠(或用于短路的磁珠)来进行的。在提取期间，目标生物分子经由化学部分具体地结合至液珠的表面。在用磁力固定磁珠之后，不期望的生物分子和流体通常用移液管使流体流通过来使被移除。最优提取被定义为具有期望生物分子的最大保留和不希望的生物分子的最大移除的那些提取；在实践中，这些要求将转换为使液珠保留最大化同时使剩余流体最小化。许多参数影响提取和清除的效率：如由磁珠数量和每液珠的结合位置的数量所确定的可用结合位置的数量、液珠与结合分子交互的速度、液珠和所捕获的生物分子彼此结合的亲合力、液珠上的磁场强度、磁场梯度和洗涤剂流体移动经过磁珠的力。具有磁珠的电浸润是极有吸引力的手段，藉由该手段以运行需要串联结合和清洗步骤的异质性分析。结合在该微流体格式中是极为高效的，因为液珠可在发生结合时被混合，因此有效地减小了扩散距离。清洗也是高效的，因为大多数液体可在将液滴从液珠拉开时被移除。与常规系统的挑战类似，电浸润系统的挑战在于要相对于水液滴和填充流体(例如是油或空气)的界面张力保持液珠。为了防止磁珠被冲走，期望具有将液珠集中在较小区域中以使液珠球团能更好地抵抗将磁珠冲走的界面张力的强磁力。在标准电浸润设备中，期望将磁铁置于PCB(＝印刷电路板)下方，该PCB包含用于电浸润的驱动电极以将磁珠拉到液滴之外。在PCB是器械的一部分而不是消耗品的一部分的基于薄膜的电浸润中，能够将许多特征直接结合到PCB中是奢侈的。这导致增加的PCB层并且因此导致更厚的PCB厚度。一示例是要容纳嵌入式加热器的附加层。磁场幅值和梯度强烈地取决于磁铁与感兴趣的位置之间的距离，从而厚的PCB减小了液滴和磁珠上的有效磁力。在电浸润系统中生成强磁力的常见方式是在PCB下方使用较大的磁铁。如定位在PCB下面的此类大磁铁具有若干不利之处：-它们占据了器械中相当大的空间，-液珠位置处的磁力减小，因为它相当远，-磁梯度更为分散，-液珠提取的位置是不明确的，因为磁场被分散，-磁铁必须仔细地与PCB对准以确保磁珠提取位置与电浸润液滴运动兼容。相关现有技术自动化液体处置系统一般在本领域是熟知的。一个示例是来自本申请人(瑞士门内多夫Seestrasse103、CH-8708的泰肯贸易股份公司(TecanSchweizAG))的Freedom机器人工作站。这些自动化系统是不被设计成是便携的并且通常要求处理较大的液体量(微升至毫升)的较大系统。用于使用具有电极阵列的单个表面(电极的单面布置)通过电浸润进行的液滴处置的设备从专利US5,486,337中是已知的。所有电极被置于载体基板的表面上，下陷(嵌入)到基板中，或者被不可浸润(例如，疏水)表面所覆盖。电压源被连接至电极。液滴通过将电压施加于后续电极被移动，由此引导液滴根据电压施加于各电极的顺序在各电极之上的移动。使用具有带有至少一个接地电极的相对表面的电极阵列的用于液滴移动的微尺寸控制的电浸润设备从US6,565,727是已知的(电极的单面布置)。该设备的每个表面可包括多个电极。两个相对阵列形成一间隙。电极阵列的直接朝该间隙的表面较佳地被电绝缘的疏水层覆盖。液滴位于间隙中，并且通过连续将多个电场施加于位于该间隙的相对侧上的多个电极来在非极性填充流体内移动。在生物样本的处理的上下文中使用电浸润设备用于操控液滴从被公布为WO2011/002957A2的国际专利申请中是已知的。那里，公开了液滴致动器通常包括具有被电介质绝缘的控制电极(电浸润电极)的底基板、导电顶基板、以及底基板和顶基板上的疏水涂层。测试盒可包括接地电极和用于将样本加载到测试盒的间隙中的开口，该接地电极可被疏水层替换或覆盖。界面材料(例如，液体、胶水或油脂)可将测试盒的粘附力提供给电极阵列。WO2006/125767A1(参见针对英文翻译的US2009/0298059A1)中揭示了用于执行分子诊断分析的自动化系统中用于微流体处理和分析的一次性测试盒。该测试盒被配置为平坦的室装置(具有大约为支票卡的大小)并且可被插入到系统中。样本可通过端口被吸入到测试盒中并被吸入到处理通道中。液滴致动器结构从国际专利申请WO2008/106678中是已知的。该文档特别参照了用于液滴致动器的电极阵列的各种布线配置，并且另外揭示了此种液滴致动器的两层实施例，该液滴致动器包括具有参考电极的第一基板，该第一基板与包括控制电极的第二基板分开一间隙。这两个基板被平行布置，由此形成了该间隙。间隙的高度可由间隔来建立。在每种情形中，疏水涂层被置于面对间隙的表面上。第一和第二基板可采用测试盒的形式，最终包括电极阵列。从US2013/0270114A1中，在一次性测试盒内用于操控液滴中的样本的数字微流体系统是已知的。一次性测试盒包括底层、顶层、以及底层与顶层之间的间隙。数字微流体系统包括具有至少一个被配置成用于接受一次性测试盒的测试盒容纳位的基单元、包括数个个体电极并且被底基板支撑的至少一个电极阵列、以及用于控制所述至少一个电极阵列的个体电极的选择并用于向这些电极提供个体电压脉冲以供通过电浸润来操控所述测试盒内的液滴中央控制单元。US7,816,121B2和US7,851,184B2揭示了液滴致动系统及其使用的相应方法。该系统包括：具有电浸润电极的基板(或PCB)、用于在液滴中执行基于PCR的核酸扩增温度控制装置、用于影响电浸润电极附近的磁场以供将磁响应珠固定在位于PCB上的间隙中的液滴中的装置。处理器、电浸润电极和磁场被配置成导致包括磁响应珠的液滴的分离。使用用于分离液滴的系统产生两个子液滴，一个具有磁响应珠而一个具有实质上减少量的液珠。用于影响磁场的装置可包括在与PCB相对的间隙侧上的磁铁以及用于将该磁铁移入和移出电浸润电极附近的装置。US8,927,296B2揭示了一种减少围绕液珠的液体量的方法。该方法涵盖了在数字微流体系统的操作间隙中提供包括一个或多个磁响应珠的液滴的步骤。该方法进一步涵盖将液滴中的这些液珠暴露于数字微流体系统的磁场，并通过电浸润将该液滴与低场分离。作为该方法的结果，磁响应珠保留在磁场中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从数字微流体中的液体部分或液滴中实质上移除磁响应珠的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a)提供数字微流体系统(1)，所述数字微流体系统(1)包括附连至第一基板(3)的数个个体电极(2)或个体电极(2)的阵列、位于所述个体电极(2)上的第一疏水表面(5)、以及中央控制单元(7)，所述中央控制单元(7)与所述个体电极(2)处于操作性接触用于控制选择并且用于向数个所述个体电极(2)提供用于通过电浸润操控液体部分(8‑2)或液滴(8‑1)的电压；b)在所述微流体系统(1)的所述第一基板(3)中并且在所述个体电极(2)下面，提供了至少一个磁导管(9)，所述至少一个磁导管(9)包括背侧并且被配置成被具有磁场的支持磁铁(10)支持，并且所述至少一个磁导管(9)被配置成用于将所述磁场引导通过所述磁导管(9)至所述个体电极(2)上的所述第一疏水表面(5)，所述至少一个磁导管(9)被定位成紧邻个体电极(2)；c)在所述疏水表面(5)上以及在所选电极(2’)的路径之上提供包含磁响应珠(11)的至少一个液体部分(8‑2)或液滴(8‑1)；d)在所选电极(2’)的所述路径上通过电浸润移动具有所述磁响应珠(11)的所述至少一个液体部分(8‑2)或液滴(8‑1)，直到所述至少一个液体部分(8‑2)或液滴(8‑1)的至少一部分被置于至少一个特定磁导管(9)的顶部；e)致动所述支持磁铁(10)，从而它可操作性地支持至少所述一个特定磁导管(9)，并且由此通过由至少一个特定磁导管(9)将所述磁场引导至所述个体电极(2)上的所述第一疏水表面(5)来吸引所述至少一个液体部分(8‑2)或液滴(8‑1)的磁响应珠(11)并且集中所吸引的磁响应珠(11)；以及f)在致动所述支持磁铁(10)时，在所选电极(2)的所述路径上通过电浸润将具有实质上减少数量的磁响应珠(11)的所述至少一个液体部分(8‑2’)或液滴(8‑1’)移离所述特定磁导管(9)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从数字微流体中的液体部分或液滴中实质上移除磁响应珠的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a)提供数字微流体系统(1)，所述数字微流体系统(1)包括附连至第一基板(3)的数个个体电极(2)或个体电极(2)的阵列、位于所述个体电极(2)上的第一疏水表面(5)、以及中央控制单元(7)，所述中央控制单元(7)与所述个体电极(2)处于操作性接触用于控制选择并且用于向数个所述个体电极(2)提供用于通过电浸润操控液体部分(8-2)或液滴(8-1)的电压；b)在所述微流体系统(1)的所述第一基板(3)中并且在所述个体电极(2)下面，提供了至少一个磁导管(9)，所述至少一个磁导管(9)包括背侧并且被配置成被具有磁场的支持磁铁(10)支持，并且所述至少一个磁导管(9)被配置成用于将所述磁场引导通过所述磁导管(9)至所述个体电极(2)上的所述第一疏水表面(5)，所述至少一个磁导管(9)被定位成紧邻个体电极(2)；c)在所述疏水表面(5)上以及在所选电极(2’)的路径之上提供包含磁响应珠(11)的至少一个液体部分(8-2)或液滴(8-1)；d)在所选电极(2’)的所述路径上通过电浸润移动具有所述磁响应珠(11)的所述至少一个液体部分(8-2)或液滴(8-1)，直到所述至少一个液体部分(8-2)或液滴(8-1)的至少一部分被置于至少一个特定磁导管(9)的顶部；e)致动所述支持磁铁(10)，从而它可操作性地支持至少所述一个特定磁导管(9)，并且由此通过由至少一个特定磁导管(9)将所述磁场引导至所述个体电极(2)上的所述第一疏水表面(5)来吸引所述至少一个液体部分(8-2)或液滴(8-1)的磁响应珠(11)并且集中所吸引的磁响应珠(11)；以及f)在致动所述支持磁铁(10)时，在所选电极(2)的所述路径上通过电浸润将具有实质上减少数量的磁响应珠(11)的所述至少一个液体部分(8-2’)或液滴(8-1’)移离所述特定磁导管(9)。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个特定磁导管(9)包括单个固体铁磁元件、或多个随机取向的铁磁元件、或用铁磁材料填充的非结晶胶。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个特定磁导管(9)位于个体电极(2)以下并且被所述个体电极(2)覆盖。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个特定磁导管(9)位于至少一个个体电极(2)旁边并且不被所述个体电极(2)覆盖。5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述支持磁铁(10)被用于可操作地支持至少一个特定磁导管(9)，并且被配置为永磁铁(10’)，或可开关永磁铁(10”)、或电磁铁(10”’)。6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，致动所述支持磁铁(10)是通过以下来实现的：a)将永磁铁(10’)移动至所述至少一个特定磁导管(9)的所述背侧；或者b)开启位于所述至少一个特定磁导管(9)的所述背侧处的可开关永磁铁(10”)；或者c)向位于所述至少一个特定磁导管(9)的所述背侧处的电磁铁(10”’)供能。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，移动永磁铁(10’)是通过提升或摇摆、或通过旋转永磁铁(10’)直到其磁场与所述至少一个特定磁导管(9)对准来执行的。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，开启可开关永磁铁(10”)是通过将永磁铁变为磁性基座(29)的“打开”位置或者通过关闭正补偿PE磁铁(32)的磁场的电磁铁(33)来执行的。9.如权利要求1到8中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述至少一个磁导管(9)位于所述个体电极(2)中的两个个体电极之间的相邻沟槽(12)中或位于限定所选电极(2’)的路径的个体电极(2)的中央空隙(13)中。10.如权利要求1到8中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述至少一个磁导管(9)位于一侧处的至少一个沟槽(12)中，或者在限定所选电极的路径(2’)的个体电极(2)的角落处。11.如权利要求1到8中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述至少一个磁导管(9)位于经缩窄的个体电极(2”)的一侧或者位于限定所选电极的路径(2’)的两个经缩窄的个体电极(2”)中间的空间(14)中。12.如权利要求1到11中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述至少一个磁导管(9)是位于所述数字微流体系统(1)的所述第一基板(3)中的盲孔(15)或通孔(16)中的圆柱形、立方形磁导管(9’)。13.如权利要求1到11中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述至少一个磁导管(9)是位于所述数字微流体系统(1)的所述第一基板(3)中的盲孔(15)中的圆锥形、角锥形磁导管(9”)。14.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，提供了容纳在所述数字微流体系统(1)的测试盒容纳位(18)上的一次性测试盒(17)，所述一次性测试盒(17)包括属于工作膜(19)的所述第一疏水表面(5)以及属于所述一次性测试盒(17)的盖板(20)的第二疏水表面(6)、位于所述一次性测试盒(17)的所述两个疏水表面(5、6)之间的工作间隙(4)。15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述一次性测试盒(17)的所述工作膜(19)包括背侧(21)，当所述一次性测试盒(17)被容纳到所述数字微流体系统(1)的测试盒容纳位(18)上时，所述背侧(21)触摸所述数字微流体系统(1)的所述测试盒容纳位(18)的最高表面(22)。16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述一次性测试盒(17)的所述盖板(20)被配置为刚性盖板或柔性盖板。17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述一次性测试盒(17)的所述盖板(20)被配置为刚性盖板，并且其中所述一次性测试盒(17)的所述工作膜(19)被配置为在所述数字微流体系统(1)的所述测试盒容纳位(18)上扩展的柔性片，所述数字微流体系统(1)包括真空源(23)，所述真空源(23)用于在所述测试盒容纳位(18)的所述最高表面(22)与所述一次性测试盒(17)的所述工作膜(19)的所述背侧(21)之间的疏散空间(24)中建立负压。18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述数字微流体系统(1)的所述测试盒容纳位(18)或所述一次性测试盒(17)包括垫圈(27)，所述垫圈(27)密封封闭所述疏散空间(24)并且限定所述一次性测试盒(17)的所述疏水表面(5、6)之间的所述工作间隙(4)的高度(28)。19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，其特征在于，在所述一次性测试盒(17)的所述刚性盖板(20)的所述盲孔(15)中，所述数字微流体系统(1)的所述第一基板(3)中的所述磁导管(9)之一与由支持磁铁(10)或协作磁铁(26)支持的协作磁导管(25)对准。20.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在根据步骤e)致动所述支持磁铁(10)期间，具有所述磁响应珠(11)的所述至少一个液体部分(8-2)或液滴(8-1)在个体电极的所述路径(2’)上通过电浸润来回移动以便支持由特定磁导管(9)对所述磁响应珠(11)的吸引。21.一种在数字微流体中的液体部分或液滴中实质上悬浮磁响应珠的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a)提供数字微流体系统(1)，所述数字微流体系统(1)包括附连至第一基板(3)的数个个体电极(2)或个体电极(2)的阵列、位于所述个体电极(2)上的第一疏水表面(5)、以及中央控制单元(7)，所述中央控制单元(7)与所述个体电极(2)处于操作性接触用于控制选择并且用于向数个所述个体电极(2)提供用于通过电浸润操控液体部分(8-2)或液滴(8-1)的电压；b)在所述微流体系统(1)的所述第一基板(3)中并且在所述个体电极(2)下面，提供了至少一个磁导管(9)，所述至少一个磁导管(9)包括背侧并且被配置成被具有磁场的支持磁铁(10)支持，并且所述至少一个磁导管(9)被配置成用于将所述磁场引导通过所述磁导...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·帕劳德，D·特兰，D·霍夫梅耶，T·雷，M·丁德萨，
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