非结垢组合物以及用于操控和处理包封的微滴的方法技术

描述了用于防止或限制表面结垢以及蒸发的组合物及其在空气基质数字微流控(DMF)装置中使用的方法。可动蜡材料可以用于选择性地在装置的气隙中包封反应微滴，这允许至少部分地包封的反应微滴在DMF装置内是可移动的。通过与具有第二材料(例如，油或其他疏水性材料)的涂层的含水微滴合并，可以将另外的含水微滴与包封的微滴组合，该第二材料可以允许微滴组合。该组合物可以另外用于非DMF应用，诸如用于杂交、连接和扩增的实验室方案。连接和扩增的实验室方案。连接和扩增的实验室方案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非结垢组合物以及用于操控和处理包封的微滴的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求于2019年1月31日提交的美国临时专利申请第62/799,734号(题为“NON FOULING COMPOSITIONS AND METHODS FOR MANIPULATING AND PROCESSING ENCAPSULATED DROPLETS”)的优先权，该美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。
[0003]本专利申请可能与以下相关：于2018年4月4日提交的题为“DIGITAL MICROFLUIDIC APPARATUSES AND METHODS FOR MANIPULATING AND PROCESSING ENCAPSULATED DROPLETS”的国际申请第PCT/US2018/026095号；于2017年4月4日提交并且题为“DIGITAL MICROFLUIDICS APPARATUSES AND METHODS FOR MANIPULATING AND PROCESSING ENCAPSULATED DROPLETS”的美国临时专利申请第62/481,488号；于2017年9月1日提交的题为“DIGITAL MICROFLUIDICS DEVICES AND METHODS OF USING THEM”的美国临时专利申请第62/553,743号；和于2017年9月12日提交的题为“DIGITAL MICROFLUIDICS DEVICES AND METHODS OF USING THEM”的美国临时专利申请第62/557,714号，其中每一篇都通过引用以其整体并入本文。
[0004]本专利申请可能与于2016年6月6日提交的题为“AIR
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MATRIX DIGITAL MICROFLUIDICS APPARATUSES AND METHODS FOR LIMITING EVAPORATION AND SURFACE FOULING”的美国专利申请第15/579,455号相关，美国专利申请第15/579,455号要求于2015年6月5日提交的题为“DEVICE AND METHODS FOR LIMITING EVAPORATION AND SURFACE FOULING”的美国临时申请62/171,756的优先权，该美国临时申请通过引用以其整体并入本文。
[0005]通过引用并入
[0006]本说明书中提及的所有公开和专利申请都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且单独地指示以通过引用并入。
[0007]领域
[0008]本文描述了用于在包括空气基质数字微流控(DMF)装置的空气基质电动器件(air
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matrix electrokinetic device)内使用的组合物以及使用其操控和处理包封的微滴的方法。这些组合物还可以有利地用于生物分析实验，诸如PCR和类似实验，以分离含水反应混合物。
[0009]背景
[0010]微流控技术已经改变了进行分子生物学、医学诊断和药物发现的传统程序的方式。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均引起了很大的兴趣，因为它们两者以小的反应体积执行高度重复的反应步骤，既节省了材料又节省了时间。虽然传统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联接到生物芯片的对应的微型泵、微型阀和微通道来操控反应步骤，但这些另外的部件大大增加了微流控器件的成本和复杂性。
[0011]数字微流控(DMF)已成为一种强大的制备技术，用于广泛的生物应用和化学应用。DMF能够对多种样品和试剂进行实时、精确和高度灵活的控制，而不需要泵、阀或复杂的管
道阵列，该样品和试剂包括固体、液体以及甚至苛性的化学物质。在DMF中，纳升体积到微升体积的离散微滴被分配到包被有疏水性绝缘体的平坦表面上，在这里通过向嵌入的电极阵列施加一系列电势来操控(输送、分离、合并、混合)离散微滴。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一体化。
[0012]尽管取得了重大进展，但蒸发(特别是在空气基质DMF中蒸发)和表面结垢两者仍然是问题。当来自反应混合物的组分在接触微流控器件或DMF器件的表面之后不可逆地粘附到这些表面时，发生表面结垢。当在较高温度(例如，大于37℃)操作时，表面结垢是特别严重的问题。已经提出了多种策略来防止表面结垢，诸如使用聚合物、玻璃和金属来制造微流控通道或者使用材料表面的化学改性。尽管努力测试和制造抗表面结垢的表面和表面涂层，然而，这些策略的成功有限，特别是在DMF的情况下。在某些情况下，在表面上意图防止表面结垢的涂层可能引起不希望的相互作用，以及与所使用的反应混合物和/或试剂的次级反应。在其他情况下，已经提出将化学添加剂用于在DMF内采用的微滴中使用，但是并不普遍适用于所有的实验条件，因为没有一种添加剂对所有的结垢试剂/反应组分都有效，并且同样地，也没有一种添加剂与诸如酶或细胞的一系列测定成分相容。一般来说，具有一种简单的解决方案来最小化微流控器件和DMF器件中的表面结垢将是合意的。
[0013]当在空气基质DMF器件中进行反应时，蒸发也是一个问题。通常，空气基质DMF装置可以指的是DMF装置的任何非液体界面，其中由DMF装置操控的液体微滴被空气(或任何其他气体)基质包围。如本文使用的，空气基质也可以并且可互换地被称为“气体基质”DMF装置；气体不一定是空气(虽然可能是空气)。蒸发在空气基质DMF方法中并且加热持续长的时间段(例如，大于30秒)可能尤其是有问题的。蒸发限制了空气基质DMF的效用，因为酶促反应通常对反应物浓度的变化高度敏感。很大程度上是因为这个原因，其他人试图将油基质DMF用于生物化学应用，尽管有许多缺点，包括：并入垫圈或制造的结构以容纳油的增加的复杂性；不希望的进入到周围的油中的反应物的液
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液萃取；与油混溶性液体(例如，有机溶剂诸如醇)的不相容性；以及有效的热消散，这破坏了局部加热并且经常使对温度敏感的反应混乱。解决蒸发的另一种策略是将空气基质DMF器件放置在封闭的加湿室中，但这通常导致DMF表面上不希望的冷凝，难以和/或有限地接近器件，并且需要另外的实验室空间和基础设施。
[0014]还已经提出了通过将反应微滴从空气基质DMF器件转移到微毛细管来解决蒸发，在微毛细管中，反应微滴可以在专用的芯片外模块(off
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chip module)中加热而没有蒸发问题。然而，这使空气基质DMF器件的设计和制造复杂化，并且引入微毛细管接口和与外围模块协调的增加的复杂性。
[0015]因此，对于这样的组合物存在需求，该组合物与限制或防止蒸发的组合物组合，用于在空气基质DMF装置和方法中使用，可以防止或限制表面结垢。本文描述了可以解决这一需求的装置和方法。
[0016]本公开内容的概述
[0017]本文描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于防止表面结垢和蒸发的组合物，所述组合物包括可动蜡组合物，其中所述可动蜡组合物包含：a.用于包封含水微滴的蜡组分；和b.用于防止表面结垢从而使所述含水微滴可动的亲脂性可动组分。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述蜡组分在从约0℃至约120℃；约4℃至约100℃；约7℃至约100℃；约10℃至约100℃或约20℃至约100℃的温度是液体蜡。3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述蜡组分在从约4℃至约100℃、约7℃至约100℃或约10℃至约100℃的温度是液体蜡。4.根据权利要求2或3所述的组合物，其中所述液体蜡包括一种或更多种非极性化合物，所述非极性化合物包括烃油、硅油、氟化油、基于植物的油或其任何组合。5.根据权利要求2
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4中任一项所述的组合物，其中所述液体蜡在20℃具有从约0.75g/ml至约0.90g/ml的密度。6.根据权利要求2
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5中任一项所述的组合物，其中所述液体蜡具有从约20度至约65度的接触角。7.根据权利要求1
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5中任一项所述的组合物，其中所述液体蜡是液体石蜡油、矿物油或具有多于10个主链碳的线性烃分子。8.根据权利要求1
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6中任一项所述的组合物，其中所述亲脂性可动组分包括具有小于7的亲水
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亲脂平衡(HLB)的分子。9.根据权利要求7所述的组合物，其中所述亲脂性可动组分是非离子型表面活性剂。10.根据权利要求8或9所述的组合物，其中所述亲脂性可动组分选自Brij 93、Span 20、Span 40、Span 60、Span 65、Span 80、Span 85、1
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硬脂酰
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外消旋
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甘油、磷脂酰胆碱(卵磷脂)、脱水山梨糖醇倍半油酸酯、Tetronic 90R4、Tetronic 701、L
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31、L
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61、L
‑
81、L
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121、31R1、Brij 52和A或其任何组合。11.根据权利要求1
‑
10中任一项所述的方法，其中所述亲脂性可动组分是Brij 93。12.根据权利要求1
‑
11中任一项所述的组合物，其中所述亲脂性可动组分以以下浓度(v/v％)存在：从约0.001％至约10％；约0.001％至约1.0％；约0.001％至约0.10％；约0.01％至约10％；约0.01％至约1.0％；约0.01％至约0.10％，或其间的任何值。13.根据权利要求1
‑
12中任一项所述的组合物，其中所述亲脂性可动组分以从约0.01％至约0.10％的浓度(v/v％)存在。14.根据权利要求1
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13中任一项所述的组合物，其中所述含水微滴用于包含感兴趣的生物样品、试剂或微物体。15.根据权利要求14所述的组合物，其中所述微物体包括珠、生物细胞或细胞的亚细胞部分。16.一种防止空气基质数字微流控(DMF)装置内表面结垢的方法，所述方法包括：将含水微滴引入所述空气基质DMF装置的气隙中，所述气隙形成在所述空气基质DMF装置的第一板和第二板之间；并且将所述含水微滴包封在可动蜡组合物的鞘内，所述可动蜡组合物包含液体蜡和用于防
止表面结垢的亲脂性可动组分。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述可动蜡组合物是权利要求2
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15中任一项中所述的可动蜡组合物。18.根据权利要求16或17所述的方法，其中将所述含水微滴引入到气隙中包括将多个微滴组合以在所述气隙内形成所述含水微滴。19.根据权利要求16
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18中任一项所述的方法，其中在将所述含水微滴引入到所述气隙中的同时，所述可动蜡组合物以与所述含水微滴的混合物被引入。20.根据权利要求16
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18中任一项所述的方法，其中所述第一板包括多于一个相邻的激励电极，并且其中用所述可动蜡包封所述含水微滴还包括将所述含水微滴输送至所述气隙的微滴制备区，其中所述微滴制备区包含所述可动蜡组合物。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一板包括多于一个相邻的激励电极，并且其中将所述含水微滴与所述可动蜡组合包括向所述多于一个相邻的激励电极的激励电极的子集施加能量，从而移动所述含水微滴以与所述可动蜡组合物接触。22.根据权利要求16
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21中任一项所述的方法，其中所述含水微滴包含试剂、微物体或其组合。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述微物体包括珠、生物细胞、细胞的亚细胞部分或其任何组合。24.一种在空气基质数字微流控(DMF)装置内对至少部分地包被在可动蜡中的微滴进行微滴操作的方法，所述方法包括通过电润湿移动在所述空气基质DMF装置的气隙内的具有可动蜡组合物的外部涂层的第一含水微滴，所述气隙形成在所述空气基质DMF装置的第一板和第二板之间，其中所述可动蜡组合物包含液体蜡和亲脂性可动组分，所述亲脂性可动组分具有小于7的亲水
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亲脂平衡(HLB)，从而防止表面结垢。25.一种在空气基质数字微流控(DMF)装置内对至少部分地包被在可动蜡中的微滴进行微滴操作的方法，所述方法包括通过电润湿移动在所述空气基质DMF装置的气隙内的具有可动蜡组合物的外部涂层的第一含水微滴，所述气隙形成在所述空气基质DMF装置的第一板和第二板之间，其中所述可动蜡组合物包含液体蜡和用于防止表面结垢的亲脂性可动组分。26.根据权利要求24
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25所述的方法，其中所述微滴不包含亲水性聚合物添加剂。27.根据权利要求26所述的方法，其中所述亲水性聚合物添加剂包括非离子型表面活性剂。28.根据权利要求24所述的方法，其中所述可动蜡组合物是权利要求2
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15中任一项中所述的可动蜡组合物。29.根据权利要求24
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28中任一项所述的方法，其中通过电润湿移动所述第一含水微滴包括：最初将所述第一含水微滴输送至所述气隙的微滴制备区，所述微滴制备区包含所述可动蜡组合物；以及用所述可动蜡组合物至少部分地包封所述第一含水微滴。30.根据权利要求24
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29中任一项所述的方法，其中所述第一含水微滴是反应微滴。31.根据权利要求24
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30中任一项所述的方法，其中通过电润湿移动至少部分地包封的第一含水微滴包括将所述至少部分地包封的第一含水微滴转移远离所述微滴制备区，使得至少一些所述可动蜡组合物被留下。
32.根据权利要求24
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31中任一项所述的方法，还包括在所述气隙中将所述至少部分地包封的第一含水微滴与载体微滴合并，以形成至少部分地包封的组合含水微滴，所述载体微滴包括包被有油或有机溶剂的第二含水微滴。33.根据权利要求32所述的方法，其中所述载体微滴包含珠、试剂、引物、稀释缓冲液、酶、蛋白质、纳米孔、洗涤缓冲液、醇、甲酰胺或洗涤剂。34.根据权利要求24
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33中任一项所述的方法，还包括：通过电润湿将所述至少部分地包封的第一含水...

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