对数字微流控中的蒸发的控制制造技术

空气基质数字微流控(DMF)装置及其使用方法。这些方法和装置可以包括使用液体蜡涂层材料和/或使用钉栓特征将包封反应微滴钉栓在气隙内。这些方法中的任何一种还可以包括将液体蜡与包封水相微滴分离，例如，使用吸油芯通过将液体蜡吸附和/或吸收到吸油芯中而选择性地将液体油或液体蜡与水相微滴分离，同时留下水相微滴。相微滴。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对数字微流控中的蒸发的控制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2018年5月23日提交的第62/675,749号美国临时申请(标题为“Control of Evaporation in Digital Microfluidics(对数字微流控中的蒸发的控制)”)的优先权，该临时申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
[0003]在美国，该专利申请中的一些材料可以作为美国专利申请第15/579，455号(标题为“AIR-MATRIX DIGITAL MICROFLUIDICS APPARATUSES AND METHODS FOR LIMITING EVAPORATION AND SURFACE FOULING(用于限制蒸发和表面结垢的空气基质数字微流控装置和方法)”)的部分延续而关联，该美国专利申请根据35U.S.C.
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371要求于2016年6月6日提交的国际申请PCT/US2016/036015号的国家阶段申请(标题为“AIR-MATRIX DIGITAL MICROFLUIDICS APPARATUSES AND METHODS FOR LIMITING EVAPORATION AND SURFACE FOULING”)的优先权，和/或作为美国专利申请第15/579,239号(标题为“EVAPORATION MANAGEMENT IN DIGITAL MICROFLUIDIC DEVICES”)的部分延续，该美国专利申请根据35U.S.C.
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371要求于2016年6月6日提交的国际申请PCTUS2016036022号的国家阶段申请的优先权。
[0004]通过引用并入
[0005]本说明书中提及的所有出版物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出版物或专利申请被明确地且单独地表明其通过引用被并入。
[0006]领域
[0007]本文描述了用于操控和处理微滴同时减少蒸发或蒸发效应的空气基质数字微流控(digital microfluidic)(DMF)装置和方法。
[0008]背景
[0009]微流控技术已经改变了分子生物学、医学诊断和新药研发的常规程序的实施方式。芯片实验室和生物芯片类型的器件在科学研究应用以及潜在的护理点应用两者中都引起了很大的兴趣，因为它们两者在小的反应体积内执行高度重复的反应步骤，既节省了材料又节省了时间。常规的生物芯片型器件利用微米尺寸或纳米尺寸的通道，并且通常需要相应的微型泵、微型阀和联接到生物芯片的微通道来操控反应步骤。结果，这些额外的部件大大增加了生物芯片型微流控器件的成本和复杂性。
[0010]数字微流控(DMF)已成为一种强大的制备技术，适用于广泛的生物和化学应用。DMF能够对多种样本和试剂进行实时、精确和高度灵活的控制，包括固体、液体，甚至苛刻的化学物质，而不需要泵、阀或复杂的管道阵列。在DMF中，从纳升体积到微升体积的离散微滴被分配到涂有疏水绝缘体的平坦表面上，在该平坦表面上通过向嵌入的电极阵列施加一系列电势来操控离散微滴(输送、分离、合并、混合、加热、冷却)。复杂的反应步骤可以单独使用DMF或使用混合系统进行，在混合系统中DMF与基于通道的微流控集成。
[0011]尽管取得了重大进展，但蒸发(特别是在空气基质DMF中)和表面结垢仍然是个问题。当反应混合物中的成分在接触微流控或DMF器件的表面后不可逆地粘附到这些表面上时，就会发生表面结垢。当在较高温度(例如，高于37℃)下运行时，表面结垢是一个特别严
unit)移除；在一些变型中，电极(例如，驱动电极和/或接地电极的阵列)和/或热控制器可以是可重复使用的基座单元的一部分，并且形成这些板的全部或部分的电介质可以在单独的盒中。
[0017]本文描述了方法和装置(包括DMF装置、盒等)，其减少或消除蒸发和/或表面结垢。例如，在一些变型中，疏水性材料(例如液体蜡、油等)的外壳或涂层可能会用到。液体涂层可以是导电(例如离子)疏水层，例如导电液体蜡。在一些变型中，可以使用由疏水性材料(例如蜡，例如石蜡，和/或包括蜡的聚合物，例如石蜡膜)形成的屏障或腔室。在一些变型中，可以使用液体疏水涂层和固体疏水性材料的组合。在一些变型中，水相材料(aqueous material)的相邻微滴可用于形成围绕水相微滴(aqueous droplet)的局部(例如，空气基质的子集)加湿区域。在任何这些变化中，空气基质的尺寸可以被修改(例如，扩大)以将微滴和液体疏水性材料(例如，液体蜡)的任何外壳或涂层保持在气隙内。
[0018]一般而言，本文所述的方法和装置可被配置成防止蒸发并将水相微滴保持在DMF装置的气隙内的局部位置。这在微滴的变化中可能是有益的，特别是当使用疏水性材料(例如液体蜡)的液体外壳涂层时，否则会允许微滴在气隙内偶然地移动(例如滚动)。在一些变型中，锚定水相微滴可以定位成邻近涂有疏水(例如液体蜡)材料的微滴。在一些变型中，可以使用由惰性疏水性材料(例如，含石蜡的聚合物或混合物)制成的腔室。例如，本文所述的方法和装置包括液体蜡和固体蜡(例如石蜡或塑料石蜡膜，如聚烯烃和石蜡的混合物，市售的“石蜡膜”或“石蜡膜M”)的组合，其可用于空气基质器件中以防止蒸发或限制蒸发。
[0019]例如，本文所述的空气基质DMF装置可包括在反应腔室内的油微滴或蜡，其可用于保护气隙内的水相微滴。例如，即使包括单独的反应腔室装置，气隙中也可以包括蜡材料。蜡可以作为固体部(例如，壁、通道、洞穴或蜡的其他结构)存在于感热区(例如，气隙的热控制子区)中或附近，该固体部的所有或一些可以被熔化以形成液体蜡并与反应微滴结合。液体蜡在与反应微滴混合在一起时，通常会在液体微滴上方和周围形成涂层，保护微滴不蒸发。在一些变型中，涂层(疏水涂层)可以是在任何处理之前为液体的材料涂层。
[0020]在一些变型中，本文所描述的是空气基质DMF装置，其包括在室温和低于室温下为固态的蜡材料，但是当蜡结构被加热时，可以选择性地和可控地与气隙内的反应微滴结合。例如，本文描述了被配置成防止蒸发的空气基质数字微流控(DMF)装置。该装置可以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气隙；邻近第一疏水层的多个激励电极，其中每个激励电极在气隙内限定一个单位单格(unit cell)；邻近多个激励电极中的激励电极的一个或更多个接地电极；热调节器，其被布置成加热气隙的感热区部分，其中多个单位单格邻近感热区；气隙的感热区内的蜡体；以及控制器，其被配置成调节感热区的温度以熔化蜡体，并向多个激励电极中的激励电极施加能量以使微滴移动穿过气隙。
[0021]蜡体可以横跨一个或更多个(例如，多个相邻的)单位单格。蜡体可以包括气隙内的蜡壁。在一些变型中，蜡体在气隙内形成通道或容器。例如，蜡体可以在气隙中形成凹形形状，这可以帮助蜡体在加热时与反应微滴结合。蜡体可以在与反应微滴结合之前立即熔化。在一些变型中，蜡体本身可以是微滴(蜡微滴)，其通过空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种数字微流控方法，所述方法包括：通过电润湿将空气基质数字微流控(DMF)装置的气隙内的微滴驱动到所述气隙的子区域；通过使所述微滴与从所述气隙的上表面延伸到所述气隙中的两个或更多个突起接触，将所述微滴钉栓在所述子区域内，其中所述两个或更多个突起仅部分地延伸到所述气隙中；以及在被钉栓的微滴上执行一个或更多个操控。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括利用液体蜡涂覆水相反应微滴，其中，将所述微滴钉栓包括至少将所述液体蜡涂层钉栓。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，执行一个或更多个操控包括加热所述气隙的包括所述微滴的子区域。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，还包括通过电润湿来驱动所述微滴远离所述子区域和脱离所述突起。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述两个或更多个突起包括2个至10个突起。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述两个或更多个突起包括4个突起。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述两个或更多个突起中的每一个具有圆柱形或矩形形状。8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述两个或更多个突起中的每一个具有在所述气隙的所述上表面上的在0.5mm至2.8mm之间的横向尺寸。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述两个或更多个突起中的每一个具有在所述气隙的所述上表面上的在0.8mm至1.2mm之间的横向尺寸。10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述两个或更多个突起中的每一个延伸到所述气隙中的垂直尺寸为所述气隙的垂直尺寸的0.1％至99％。11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，所述两个或更多个突起中的每一个延伸到所述气隙中的垂直尺寸为所述气隙的垂直尺寸的0.1％至20％。12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，执行一个或更多个操控包括执行以下操控中的至少一个：旋动所述被钉栓的微滴内的多个磁性珠，冷却所述气隙的包括所述被钉栓的微滴的所述子区域，检测所述被钉栓的微滴；将所述被钉栓的微滴驱动到所述气隙的所述子区域内的通道孔洞中；将所述微滴吸入所述通道孔洞的通道中；以及通过电润湿从所述子区域驱动所述微滴。13.一种空气基质数字微流控(DMF)装置，所述装置包括：第一板，其具有第一疏水层；第二板，其具有第二疏水层；气隙，其在所述第一疏水层和所述第二疏水层之间形成；多个激励电极，其与所述第一疏水层相邻；热调节器，其被布置成加热所述气隙的感热区部分；多个突起，其在所述气隙的所述感热区部分中面向所述气隙，其中，每个突起邻近所述第二疏水层设置或从所述第二疏水层延伸并部分地进入所述气隙，其中进一步地，每个突
起不完全地延伸穿过所述气隙；以及控制器，其被配置为向所述激励电极施加能量以使微滴在所述气隙中移动。14.根据权利要求13所述的装置，其中，面向所述气隙的所述多个突起的数量在2个至10个之间。15.根据权利要求13或14所述的装置，其中，面向所述气隙的所述多个突起的数量在2个至5个之间。16.根据权利要求13至15中任一项所述的装置，其中，面向所述气隙的所述多个突起的数量在2个至4个之间。17.根据权利要求13至16中任一项所述的装置，其中，所述多个突起包括疏水性材料、亲油性材料、或亲水性材料。18.根据权利要求13至17中任一项所述的装置，其中，所述多个突起包括硅橡胶。19.根据权利要求13至18中任一项所述的装置，其中，所述多个突起中的每一个延伸到所述气隙中的垂直尺寸在0.01mm至1mm之间。20.根据权利要求13-19中任一项所述的装置，其中，所述多个突起中的每一个延伸到所述气隙中的垂直尺寸在所述气隙的垂直尺寸的0.1％至99％之间。21.根据权利要求13-19中任一项所述的装置，其中，所述多个突起中的每一个延伸到所述气隙中的垂直尺寸小于所述气隙的垂直尺寸的40％或30％。22.根据权利要求13至21中任一项所述的装置，其中，所述多个突起中的每一个延伸到所述气隙中的垂直尺寸在0.01mm至0.2mm之间。23.根据权利要求13至22中任一项所述的装置，其中，所述多个突起中的每一个延伸到所述气隙中的垂直尺寸在所述气隙的垂直尺寸的0.1％至20％之间。24.根据权利要求13至23中任一项所述的装置，其中，所述气隙在所述第一疏水层的面向气隙的表面和所述第二疏水层的面向气隙的表面之间的垂直尺寸在0.9mm至1.2mm之间。25.根据权利要求13至25中任一项所述的装置，其中，所述多个突起中的每一个具有在所述第二疏水层的所述表面上的在0.5mm至2.8mm之间的横向尺寸。26.根据权利要求13至25中任一项所述的装置，其中，所述多个突起中的每一个具有在所述第二疏水层的所述表面上的在0.8mm至1.2mm之间的横向尺寸。27.根据权利要求25或26所述的装置，其中，所述横向尺寸是所述多个突起中的每一个的直径。28.根据权利要求25或26所述的装置，其中，所述多个突起中的每一个在所述第二疏水层的所述表面上具有多边形形状，并且所述横向尺寸为横跨所述多边形形状的最大水平尺寸的尺寸。29.根据权利要求13至28中任一项所述的装置，其中，所述多个突起中的每一个设置在所述第二疏水层的所述表面上的区域的周界处，所述区域的面积在1mm2和625mm2之间。30.根据权利要求13至29中任一项所述的装置，其中，所述多个突起中的每一个设置在所述气隙的所述感热区部分的周界处。31.根据权利要求13至30中任一项所述的装置，其中，所述第一板包括盒的底板，所述盒被配置为安置于所述DMF装置的包括了所述多个激励电极的安置表面上。32.根据权利要求13至31中任一项所述的装置，其中，所述装置包括多个区域，所述多
个区域具有多个突起，所述多个突起在所述气隙的多个感热区部分中面向所述气隙，其中每个突起邻近所述第二疏水层设置或从所述第二疏水层延伸并部分地进入所述气隙，其中进一步地，每个突起不完全地延伸穿过所述气隙。33.根据权利要求13至32中任一项所述的装置，其中，所述第二疏水层设置在所述第二板的第一侧上，并且所述第二板还包括通道，所述通道从面向所述气隙的所述表面延伸穿过所述第二板延伸到所述第二板的第二侧，并且其中所述通道设置成与所述感热区的周界相对。34.一种用于数字微流控(DMF)装置的盒，所述盒具有底部和顶部，所述盒包括：电介质材料片材，其具有第一侧和第二侧，所述第一侧在所述盒的所述底部形成暴露的底部表面，其中至少所述电介质材料片材的所述第二侧包括第一疏水表面；顶板，其具有第一侧和第二侧，以及在所述顶板的所述第一侧和所述顶板的所述第二侧之间的厚度；第二疏水表面，其在所述顶板的所述第一侧上；气隙，其将所述第一疏水层和所述第二疏水层隔开；以及面向所述气隙的多个突起，其中，每个突起不完全地延伸穿过所述气隙，其中进一步地，所述多个突起被配置成将微滴钉栓在所述气隙的区域内。35.根据权利要求34所述的盒，还包括张紧框架，所述张紧框架保持所述电介质材料片材处于张紧状态，使得所述电介质材料片材基本平坦。36.根据权利要求34或35所述的盒，其中，面向所述气隙的所述多个突起中的所述突起的数量在2个至10个之间。37.根据权利要求34至36中任一项所述的盒，其中，面向所述气隙的所述多个突起中的所述突起的数量在2个至5个之间。38.根据权利要求34至37中任一项所述的盒，其中，面向所述气隙的所述多个突起中的所述突起的数量在2个至4个之间。39.根据权利要求34至38中任一项所述的盒，其中，所述多个突起中的每一个包括疏水性材料、亲油性材料或亲水性材料。40.根据权利要求34至39中任一项所述的盒，其中，所述多个突起中的每一个包括硅橡胶。41.根据权利要求34至40中任一项所述的盒，其中，所述多个突起中的每一个邻近所述第二疏水表面设置或从所述第二疏水表面延伸。42.根据权利要求34至41中任一项所述的盒，其中，所述多个突起中的每个所述突起延伸到所述气隙中的垂直尺寸在0.01mm至1mm之间。43.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅斯，
申请(专利权)人：米罗库鲁斯公司，
类型：发明
国别省市：