在数字微流体装置中创建高分辨率温度谱线制造方法及图纸

描述了数字微流体装置的设计，该数字微流体装置包括对用于液滴操纵的区域施加影响的加热电极和液滴控制电极。具体地，数字微流体装置包括具有用于液滴控制的液体控制电极的第一基板以及具有用于温度控制的加热电极的第二基板。屏蔽电极被设置在第二基板上，以确保加热电极可以控制数字微流体装置达到所需的温度谱线，而不会干扰液滴操作，比如传输、合并/混合、分裂、粒子分布等。

Creating High Resolution Temperature Spectrum in Digital Microfluidic Device

The design of a digital microfluidic device is described. The digital microfluidic device includes heating electrodes and droplet control electrodes that influence the area used for droplet manipulation. Specifically, the digital microfluidic device includes a first substrate having a liquid control electrode for droplet control and a second substrate having a heating electrode for temperature control. The shielding electrode is set on the second substrate to ensure that the heating electrode can control the digital microfluidic device to reach the required temperature spectrum without interfering with droplet operation, such as transmission, merging/mixing, splitting, particle distribution, etc.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在数字微流体装置中创建高分辨率温度谱线相关专利申请的交叉引用本申请要求于2016年6月29日提交的美国临时专利申请号62/356,418的权益，该临时专利申请的全部公开内容通过援引的方式并入到本文中。
本专利技术总体涉及(例如分子生物学领域中的)微流体装置。
技术介绍
液滴微流体(dropletmicrofluidics)是一个相对较新但快速发展的领域。它提供了通过采用以下机制来操纵液滴和/或液滴中的粒子的方法，比如电润湿[WO2008147568，基于电湿润的数字微流体(ElectrowettingBasedDigitalMicrofluidics)]、电泳[WO2014036914，用于基于电泳控制液体中的带电粒子的方法和装置(MethodandDeviceforControlling,BasedonElectrophoresis,ChargedParticlesinLiquid)]和介电电泳[WO2014036915，用于操纵液体中的粒子的基于介电电泳的设备和方法(DielectrophoresisBasedApparatusesandMethodsfortheManipulationofParticlesinLiquids)]等。它提供了液滴操作能力，比如液滴分配和输送，多液滴合并和混合，将一个液滴分成两个(或更多个)子液滴，孵化，废物处理，粒子(如DNA/RNA/蛋白质分子、细胞、珠子等)再分配/浓缩/分离等。液滴微流体提供了处理液体分析的所有基本步骤的能力，包括取样、样品制备、反应、检测和废物处理等。它实际上可以处理体积在几皮升至几十微升(跨度超过6个数量级)范围内的液滴。它可用于医疗诊断、癌症筛查、药物发现、食品安全检查、环境监测、法医分析等。除微型化和集成外，它还提供其他优点，比如低成本、自动化、并行性、高通量、低能耗等。典型的数字微流体(DMF)装置由两个由间隔物隔开的固体基质组成，以在两者之间形成间隙。液体以不连续的方式(即以液滴的形式)在间隙中操作。与基于通道的微流体不同，在数字微流体中，液体/液滴路径可以在运行期间通过控制软件来改变，并且液滴可以被单独操作。数字微流体真正实现了芯片实验室概念的承诺，即处理分析的所有基本步骤，包括取样、样品制备、反应、检测和废物处理等。数字微流体与基于工作台的液体处理有很大的相似之处。已建立的基于工作台的流程可以很容易地适应数字微流体格式。化学和生化反应通常需要良好调节的温度谱线(temperatureprofile)才能高效地进行。例如，在如同聚合酶链式反应(PCR)、连接酶链式反应(LCR)、基于转录的扩增和限制性扩增等DNA扩增方法中，反应需要在较高的变性温度和较低的聚合温度之间循环。其他核酸扩增方法需要反应在指定的恒定温度下进行，比如自持序列复制(3SR)、滚环扩增(RCA)、链置换扩增(SDA)和环介导扩增(LAMP)、依赖解旋酶的扩增(HAD)等。检测当DNA分子通过明确定义的温度谱线时荧光强度的变化可以提供很好的洞察力，比如单核苷酸多态性(SNP)的存在和特性——一个被称为熔解曲线(meltingcurve)分析的过程。良好调节的温度控制在RNA和蛋白质分子的处理中也很重要，例如，用于RNA检测的实时RT-PCR(逆转录-聚合酶链式反应)和等温RNA信号生成(IRSG)和用于蛋白质检测的实时免疫PCR和IAR(等温抗体识别)。细胞裂解通常也与温度有关。由于其高灵敏度，PCR是临床诊断、法医学和环境科学等中最常用的核酸扩增和定量方法之一。虽然分子水平的反应通常非常快，但PCR的速度通常受循环通过不同所需温度所耗费的时间的限制。快速/超快速PCR通常是非常需要的，特别是在传染病诊断、生物战和病原体鉴定、法医分析等情况下。甚至更希望实现具有低功耗、紧凑尺寸和简单操作的快速/超快速PCR。微流体热管理一直是一个主要问题。已经探索了许多技术来调节微流体系统内的温度。这些技术包括使用珀尔帖效应[Maltezos，G.等，Microfluidicpolymerasechainreaction(微流体聚合酶链反应)，Appl.Phys.Lett.2008,93,243901:1–243901:3]、焦耳加热[Mavraki,E.等，AcontinuousflowμPCRdevicewithintegratedmicro-heatersonaflexiblepolyimidesubstrate(在柔性聚酰亚胺基板上具有集成微加热器的连续流动μPCR装置).ProcediaEng.2011,25,1245–1248]、吸热化学反应[Guijt,R.M.等,Chemicalandphysicalprocessesforintegratedtemperaturecontrolinmicrofluidicdevices(用于微流体装置中的集成温度控制的化学和物理过程).LabChip2003,3,1–4]、微波[Shaw,K.J.等,RapidPCRamplificationusingamicrofluidicdevicewithintegratedmicrowaveheatingandairimpingementcooling(使用具有集成微波加热和空气冲击冷却的微流体装置进行快速PCR扩增).LabChip2010,10,1725–1728]、和激光器[Kim,H.等,Laser-heatedreactionsinnanoliterdropletarrays(纳升液滴阵列中的激光加热反应).LabChip2009,9,1230–1235]等。现在，人们仍在寻找可靠、易用且经济的方法来调节微流体系统的温度。专利WO2009003184[用于热交换化学过程的基于数字微流体的装置]提出了使用外部温度控制模块在装置上产生不同温度区域的装置设计和方法。可以通过在不同温度区域之间来回传输反应液滴来进行热交换化学过程，比如PCR。然而，上述在微流体装置上使用外部温度控制模块具有其局限性。当使用接触温度控制模块时，微流体装置的底部和覆盖基板充当扩散器，这限制了发生反应的装置间隙处的温度分辨率。当使用非接触式加热方法，比如光子加热[UltrafastphotonicPCR(超快光子PCR),JHSon,等,Light:Science&Applications(2015)4]或微波加热[KJShaw等，RapidPCRamplificationusingamicrofluidicdevicewithintegratedmicrowaveheatingandairimpingementcooling(使用具有集成微波加热和空气冲击冷却的微流体装置的快速PCR扩增).LabChip10:1725]时，需要复杂且昂贵的聚焦机制来实现高空间温度分辨率。在一个实施方式中，提供了用于在液滴微流体装置中实施高空间分辨率温度控制的简单且成本有效的方法。通过将加热电极设置在面向操作液滴所处的装置间隙的盖板表面上，可以在装置间隙中产生许多不同的温度区域，从而为不同的化学/生化反应提供理想的反应环境。通常电接地的屏蔽电极被设置成(至少部分地)覆盖加热电极。该屏蔽电极防止液滴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于液滴操纵的设备，包括：a.第一基板，所述第一基板包括第一基板表面；b.液滴控制电极阵列，所述液滴控制电极阵列设置在所述第一基板表面上；c.第一介电层，所述第一介电层设置在所述第一基板表面上以覆盖至少一些液滴控制电极；d.第二基板，所述第二基板包括面向所述第一基板表面的第二基板表面，所述第二基板表面与所述第一基板表面隔开一定距离以在所述第一基板与所述第二基板之间限定空间，其中所述距离足以容纳设置在所述空间中的液滴；e.一个或多个加热电极，所述一个或多个加热电极设置在所述第二基板表面上；f.第二介电材料层，所述第二介电材料层设置在所述第二基板表面上，以覆盖至少一些薄膜加热电极；g.一个或多个屏蔽电极，所述一个或多个屏蔽电极设置在所述第二基板表面上以覆盖所述第二介电材料层的至少一部分；以及h.第三介电材料层，所述第三介电材料层设置在所述第二基板表面上以覆盖至少一些所述屏蔽电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.29 US 62/356,4181.一种用于液滴操纵的设备，包括：a.第一基板，所述第一基板包括第一基板表面；b.液滴控制电极阵列，所述液滴控制电极阵列设置在所述第一基板表面上；c.第一介电层，所述第一介电层设置在所述第一基板表面上以覆盖至少一些液滴控制电极；d.第二基板，所述第二基板包括面向所述第一基板表面的第二基板表面，所述第二基板表面与所述第一基板表面隔开一定距离以在所述第一基板与所述第二基板之间限定空间，其中所述距离足以容纳设置在所述空间中的液滴；e.一个或多个加热电极，所述一个或多个加热电极设置在所述第二基板表面上；f.第二介电材料层，所述第二介电材料层设置在所述第二基板表面上，以覆盖至少一些薄膜加热电极；g.一个或多个屏蔽电极，所述一个或多个屏蔽电极设置在所述第二基板表面上以覆盖所述第二介电材料层的至少一部分；以及h.第三介电材料层，所述第三介电材料层设置在所述第二基板表面上以覆盖至少一些所述屏蔽电极。2.根据权利要求1所述的设备，其中，两个或更多个加热电极串联连接。3.根据权利要求1所述的设备，其中，两个或多个加热电极并联连接。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一介电层的至少一部分是疏水的。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第三介电层的至少一部分是疏水的。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液滴控制电极是由一层介电材料隔开的两层。7.根据权利要求1所述的设备，还包括电极选择器，所述电极选择器用于顺序地激活并去激活一个或多个选定的液滴控制电极，以顺序地偏置所选择的液滴控制电极的致动电压，由此，设置在所述基板表面上的液滴沿着由所选择的液滴控制电极限定的所需路径移动。8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述电极选择器包括电子处理器。9.根据权利要求1所述的设备，还包括用于提供电流信号以控制一个或多个所述加热电极的电路。10.根据权利要求1所述的设备，包括用于提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴传勇，
申请(专利权)人：数字生物系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US