数字微流控设备和方法技术

提出了数字微流控(DMF)装置、系统、设备和相关联的流体操纵和提取设备，以及使用它们的方法。该设备可用于临床、实验室、化学或生物样本的分析。流体施加和提取接口设备可以包括具有流体收集器的废物储存器和延伸穿过废物储存器的转移导管，使得流体可以从转移导管进入废物储存器并被截留在废物室内。转移导管可以被配置为在自身上折回并保持流体样本。DMF装置可以被配置为保持和处理大样本体积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数字微流控设备和方法相关申请的交叉引用本专利申请要求于2016年12月28日提交的标题为“DIGITALMICROFLUIDICDEVICESANDMETHODS”的美国临时专利申请第62/439,641号的优先权。本专利申请还要求于2017年9月1日提交的标题为“DIGITALMICROFLUIDICSDEVICESANDMETHODSOFUSINGTHEM”的美国临时专利申请第62/553,743号的优先权。本专利申请还要求于2017年9月12日提交的标题为“DIGITALMICROFLUIDICSDEVICESANDMETHODSOFUSINGTHEM”的美国临时专利申请第62/557,714号的优先权。这些专利申请中的每一个通过引用以其整体并入本文。通过引用并入本说明书中提及的所有公开和专利申请均通过引用以其整体并入本文，其程度如同每个单独的公开或专利申请被明确地和单独地指出以通过引用并入。领域本公开涉及数字微流控设备和相关联的流体操纵和提取设备，以及使用它们的方法。背景数字微流控(DMF)是一种简单而精确地操纵流体的微尺度液滴的强大技术。DMF在化学、生物和医疗应用中迅速变得受欢迎，因为它允许直接控制多种试剂(不需要泵、阀门或管件(tubing))，易于处理固体和液体(没有通道堵塞)，并且与甚至麻烦的试剂(例如有机溶剂、腐蚀性化学品)兼容，因为疏水表面(典型地涂有特氟隆)是化学惰性的。然而，DMF面临的一个持续挑战是处理“真实世界”的样本，这些样本典型地包含大于DMF设备容易容纳的流体体积的流体体积，所含的感兴趣分析物在浓度上太稀以至于无法在没有预先浓缩的情况下支持下游处理和检测。一些研究小组已经证明液滴可以从包含在设备外容器中的大体积(数百微升至毫升)分配到DMF设备上；然而，这仅仅部分地解决了这一挑战，因为在设备上处理数百或数千个液滴以收集足够的分析物用于进一步操纵通常不是一个现实的策略。在引入到DMF设备中之前，在设备外浓缩可能是对于试剂的良好解决方案，因为试剂通常是大批量制备的以用于数百或数千个反应。然而，样本分析物的设备外浓缩必须对每个样本独立进行，这需要大量的人工劳动(或机器人系统)，并有污染样本和工人接触样本的风险。为了应对这一挑战，我们开发了一种新型接口，在该接口中，集成的配套模块重复驱动DMF设备上的大体积样本的整体，从而将分析物置于设备上。为了证明该系统的实用性，从人血浆中提取了微小RNA(miRNA)，并在DMF设备本身中进一步纯化。该系统被设计用于容易重新配置和重新编程，以适应广泛的样本类型和体积。公开概述大体上，本文描述的是用于获取、制备、操纵和分析样本的方法和包括用于获取、制备、操纵和分析样本的设备、系统等的装置。例如，本文描述了数字微流控(DMF)设备、流体施加和提取设备以及使用它们的方法，这些设备和方法可能特别有助于处理和分析临床、实验室、生物或化学样本。该方法和装置对于处理相对较大体积的流体可能特别有用。该装置、设备、系统和方法可以与含有任何浓度的分析物的样本一起使用，但是对于处理和分析相对稀释的样本可能特别有用(例如，不需要预先的样本浓缩)。本文所述的DMF装置、系统、设备和方法可以与本文所述的流体施加和提取设备以及方法一起使用，或者可以单独使用或者与诸如其他流体施加和提取设备的其他设备一起使用。同样，本文所述的流体施加和提取设备以及方法可以与本文所述的DMF装置、系统、设备和方法一起使用，或者可以单独使用或者与诸如其他DMF设备的其他设备一起使用。本文所述的装置、设备、系统和方法通常涉及对液体(滴状物(drop)/液滴(droplet))的离散样本的操纵。在一些方面，回路(circuit)被用于产生和输送液体(滴状物/液滴)。在一些其他方面，可控压力源(例如，泵)用于选择性地施加正压或负压，以移动液体的离散样本通过装置、设备、系统等。可控压力源也可用于有效的样本混合，即使是大体积流体。本文所述的装置、设备和方法可用于分析物富集、运输、反应或分析的任何阶段，例如用于从样本(例如，细胞样本、包括血液或血浆样本的组织样本、活检样本、细菌、酵母、唾液样本、拭子等)中提取分析物，用于从样本(例如RNA、DNA、蛋白质(包括抗体)、小化学制剂(smallchemical)、小有机分子、药物等分析物)中富集化、或纯化或部分地纯化分析物，用于进行其它杂交反应(例如RNA-DNA、RNA-RNA、抗体-DNA杂交)；执行在其他分析中的一些或所有步骤，例如PCR、酶蛋白分析、免疫测定、DNA测序。本文所述的装置可以提供用于数字微流控(DMF)装置的流体施加和提取接口设备，该设备包括：废物储存器，其包括流体收集器(trap)，其中流体收集器包括当设备保持直立时在废物室上方延伸的样本入口；当设备保持直立时其在样本入口上方穿过废物储存器的开口；和延伸穿过废物储存器的转移导管，其中样本入口在样本入口的近端处通向转移导管，使得流体可以从转移导管进入废物储存器并被截留在废物室内；其中转移导管被配置成在转移导管的远端处耦合到DMF装置。这些装置可以提供用于数字微流控装置的流体施加和提取接口设备，该设备包括：废物储存器，其包括流体收集器，其中流体收集器包括当设备保持直立时在废物室上方延伸的样本入口；当设备保持直立时在样本入口上方穿过废物储存器的开口；被耦合到开口的连接器导管；和延伸穿过废物储存器的转移导管，其中样本入口在样本入口的近端处通向转移导管，使得流体可以从转移导管进入废物储存器并被收集在废物室内；其中转移导管被配置成在转移导管的远端处耦合到数字微流控装置，并且其中转移导管在废物储存器和转移导管的远端之间在自身上折回两次或更多次。这些流体施加和提取接口设备的一些还在DMF装置上提供了被配置成与转移导管耦合的耦合器。在这些流体施加和提取接口设备的一些中，转移导管在废物储存器和转移导管的远端之间在自身上折回两次或更多次。在这些流体施加和提取接口设备的一些中，转移导管包括在废物储存器和转移导管的远端之间的一个或更多个环(loop)。这些流体施加和提取接口设备的一些还提供了被耦合到在样本入口上方穿过废物储存器的开口的连接器导管。这些流体施加和提取接口设备的一些还提供了被耦合到连接器导管或转移导管并且在转移导管中选择性地施加正压或负压的可控压力源。这些流体施加和提取接口设备中的一些还提供了蠕动泵，该蠕动泵被耦合到连接器导管或转移导管，以在转移导管中选择性地施加正压或负压。在这些流体施加和提取接口设备的一些中，废物储存器包括体积在0.5ml和50ml之间的管道(tube)。在这些流体施加和提取接口设备的一些中，废物室的体积在0.4和50ml之间。在这些流体施加和提取接口设备的一些中，转移导管延伸穿过废物储存器的底部。在这些流体施加和提取接口设备的一些中，转移导管的内径在约0.5mmID和5mm之间。在这些流体施加和提取接口设备的一些中，转移导管包括管件。本文描述的装置可以提供被配置成处理大样本体积的数字微流控(DMF)装置，该设备包括：具有第一疏水层的第一板；具有第二疏水层的第二板；在第一疏水层和第二疏水层之间形成的间隙，其中第一板和第二板之间的距离为1mm或更大；布置在邻近第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于数字微流控(DMF)装置的盒，所述盒具有底部和顶部，所述盒包括：第一介电层；在第一介电层上的第一疏水层；具有第一侧和第二侧的顶板；在所述顶板的第一侧上的接地电极；在所述顶板的第一侧上覆盖所述接地电极的第二疏水层；分离所述第一疏水层和所述第二疏水层的气隙；第一样本隔室和第二样本隔室，其中所述第一样本隔室和所述第二样本隔室位于所述顶板的第二侧；在所述第一样本隔室和所述气隙之间的第一开口和在所述第二样本隔室和所述气隙之间的第二开口，其中所述第一开口和所述第二开口在大约2cm或更小的范围内彼此相邻；用于与所述第一样本隔室连通的第一泵连接件的第一入口；和用于与所述第二样本隔室连通的第二泵连接件的第二入口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.28 US 62/439,641;2017.09.01 US 62/553,743;1.一种用于数字微流控(DMF)装置的盒，所述盒具有底部和顶部，所述盒包括：第一介电层；在第一介电层上的第一疏水层；具有第一侧和第二侧的顶板；在所述顶板的第一侧上的接地电极；在所述顶板的第一侧上覆盖所述接地电极的第二疏水层；分离所述第一疏水层和所述第二疏水层的气隙；第一样本隔室和第二样本隔室，其中所述第一样本隔室和所述第二样本隔室位于所述顶板的第二侧；在所述第一样本隔室和所述气隙之间的第一开口和在所述第二样本隔室和所述气隙之间的第二开口，其中所述第一开口和所述第二开口在大约2cm或更小的范围内彼此相邻；用于与所述第一样本隔室连通的第一泵连接件的第一入口；和用于与所述第二样本隔室连通的第二泵连接件的第二入口。2.根据权利要求1所述的盒，其中，所述第一介电层包括具有第一侧面和第二侧面的介电材料片，所述第一侧面在所述盒的底部上形成暴露的底表面，其中所述第一疏水层在所述第二侧面上。3.根据权利要求2所述的盒，其中，所述介电材料片是柔性的。4.根据权利要求2所述的盒，其中，所述盒的底部由所述介电材料片的第一侧面形成。5.根据权利要求1所述的盒，其中，分离所述第一疏水层和所述第二疏水层的所述气隙包括大于500微米的间距。6.根据权利要求1所述的盒，其中，所述第一样本隔室和所述第二样本隔室形成在所述顶板中。7.根据权利要求1所述的盒，其中，所述第一样本隔室和所述第二样本隔室沿着所述顶板的第二侧延伸。8.根据权利要求1所述的盒，还包括覆盖所述第一样本隔室的顶盖，其中所述第一入口耦合到所述顶盖。9.根据权利要求1所述的盒，其中，在所述第一样本隔室和所述气隙之间的所述第一开口包括第一微流控通道，并且其中在所述第二样本隔室和所述气隙之间的所述第二开口包括第二微流控通道。10.根据权利要求1所述的盒，其中，所述第一样本隔室和所述第二样本隔室各自被配置成容纳超过1ml的流体。11.根据权利要求1所述的盒，其中，所述第一样本隔室和所述第二样本隔室各自被配置成容纳高达25mL的流体。12.根据权利要求1所述的盒，其中，所述顶板包括丙烯酸材料。13.根据权利要求1所述的盒，还包括在所述顶板的第二侧的一个或更多个试剂储存器。14.根据权利要求1所述的盒，还包括在所述顶板的第二侧的一个或更多个冻干试剂储存器。15.一种用于数字微流控(DMF)装置的盒，所述盒具有底部和顶部，所述盒包括：具有第一侧面和第二侧面的介电材料片，所述第一侧面在所述盒的底部上形成暴露的底表面；所述介电材料片的第二侧面上的第一疏水层；具有第一侧和第二侧的顶板；所述顶板的第一侧上的接地电极；所述顶板的第一侧上的位于所述接地电极上方的第二疏水层；分离所述第一疏水层和所述第二疏水层的气隙，其中所述气隙包括大于500微米的间距；第一样本隔室和第二样本隔室，其中所述第一样本隔室和所述第二样本隔室位于所述顶板的第二侧；在所述第一样本隔室和所述气隙之间的第一开口和在所述第二样本隔室和所述气隙之间的第二开口，其中所述第一开口和所述第二开口在大约2cm的范围内彼此相邻；用于与所述第一样本隔室连通的第一泵连接件的第一入口；和用于与所述第二样本隔室连通的第二泵连接件的第二入口。16.一种用于数字微流控(DMF)装置的盒，所述盒具有底部和顶部，所述盒包括：底部介电层；具有第一侧和第二侧的顶板；所述顶板的第一侧上的接地电极；所述底部介电层和所述接地电极之间的气隙；第一样本隔室和第二样本隔室，其中所述第一样本隔室和所述第二样本隔室位于所述顶板的第二侧；在所述第一样本隔室和所述气隙之间的第一开口和在所述第二样本隔室和所述气隙之间的第二开口，其中所述第一开口和所述第二开口在大约2cm或更小的范围内彼此相邻；用于与所述第一样本隔室连通的第一泵连接件的第一入口；和用于与所述第二样本隔室连通的第二泵连接件的第二入口。17.一种用于数字微流控(DMF)装置的流体施加和提取接口设备，所述设备包括：包括流体收集器的废物储存器，其中，所述流体收集器包括当所述设备保持直立时在废物室上方延伸的样本入口；当所述设备保持直立时，在所述样本入口上方穿过所述废物储存器的开口；和延伸穿过所述废物储存器的转移导管，其中所述样本入口在所述样本入口的近端处通向所述转移导管，使得流体能够从所述转移导管进入所述废物储存器并被截留在所述废物室内；其中，所述转移导管被配置成在所述转移导管的远端处耦合到所述DMF装置。18.一种用于数字微流控装置的流体施加和提取接口设备，所述设备包括：包括流体收集器的废物储存器，其中所述流体收集器包括当所述设备保持直立时在废物室上方延伸的样本入口；当所述设备保持直立时，在所述样品入口上方穿过所述废物储存器的开口；耦合到所述开口的连接器导管；和延伸穿过所述废物储存器的转移导管，其中所述样本入口在所述样本入口的近端处通向所述转移导管，使得流体能够从所述转移导管进入所述废物储存器并被截留在所述废物室内；其中，所述转移导管被配置成在所述转移导管的远端处耦合到所述数字微流控装置，并且其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅斯·J·杰布雷，亚历山德拉·J·丘，维克托·李，
申请(专利权)人：米罗库鲁斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US