多盒式数字微流控装置和使用方法制造方法及图纸

本文描述了高通量数字微流控(DMF)系统和方法(包括设备、系统、盒、DMF装置等)。该系统、装置和方法将液体处理与DMF装置集成在一起，提供灵活有效的样品反应和样品制备。这些系统、装置和方法可以用于各种各样的盒配置和尺寸。寸。寸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多盒式数字微流控装置和使用方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年4月8日提交的美国临时专利申请第62/831,171号的权益，该公开通过引用以其整体并入本文。
[0003]通过引用并入
[0004]本说明书中提及的所有公布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布或专利申请被明确地且单独地表明其通过引用被并入。
[0005]领域
[0006]本申请总体上涉及数字微流控(DMF)装置(digital microfluidic apparatus)和方法。具体而言，本文描述的系统、装置和方法涉及气隙DMF装置(air
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gap DMF apparatus)，该气隙DMF装置包括包含空气基质和接地电极的盒(cartridge)和包含驱动电极的耐用部件。
[0007]背景
[0008]数字微流控(DMF)已成为一种强大的制备技术，其用于广泛范围的生物应用和化学应用。DMF能够对包括固体、液体以及刺激性的化学物质的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。DMF可以被称为(或可以包括)所谓的按需电润湿(EWOD)。在DMF中，纳升体积至微升体积的离散微滴从贮存器分配到涂有疏水绝缘体的平坦表面上，在所述平坦表面上，通过向电极阵列施加一系列电势来操纵(输送、分离(split)、合并、混合)所述离散微滴。复杂的反应系列可以单独使用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。
[0009]具有高通量空气基质DMF装置(例如装置和/或系统)将是非常有利的，该装置可以在当前相同或不同配置的多个盒上进行多重测定和/或样品制备。装置包括与机械臂和液体处理子系统集成的DMF装置，该子系统能够在被布置在DMF电极阵列上的一个或更多个盒上运行工作流程，该装置可以提供可靠且成本有效的样品处理。高通量空气
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基质DMF装置采用一次性盒，其制造成本低廉，并根据需要提供灵活的配置。本文描述了可以解决这些问题的方法和装置，包括系统和设备。
[0010]本公开的概述
[0011]本文描述了高通量数字微流控(DMF)方法和装置(包括设备和系统，例如盒、DMF读取器等)。尽管这里描述的方法和装置可以特别适用于空气基质DMF装置(这里也称为气隙DMF装置)，但是这些方法和装置可以被配置用于其他DMF装置(例如油隙等)。本文所述的方法和装置可用于处理比传统DMF装置可能处理的体积相对更大的体积，部分原因是DMF装置的气隙可能更大(例如，大于280微米、300微米或更大、350微米或更大、400微米或更大、500微米或更大、700微米或更大、1毫米或更大等)。此外，本文所述的任何装置和方法可以被配置为包括一个或更多个一次性盒或与其一起工作，该一次性盒具有形成盒底部的电介质层；驱动电极不必是盒的一部分。这些装置可以适于允许电介质在操作期间牢固地保持到电极，这已经被证明是非常具有挑战性的，尤其是当电介质层稍微柔性时。术语“盒”可以指形成一个区域(微滴通过电润湿力在其中移动)的容器，该容器可以包括气隙，并且可以插
入到DMF读取/驱动装置中。盒可以是一次性的(例如，一次性使用或有限使用)。该盒可以是双板式盒(例如，具有形成表面的顶板和底板)或单板式盒(具有在顶部开口的底板/表面)。盒可以被配置成允许气隙中的流体(微滴)可视化。
[0012]这里描述的装置的较大气隙可以通过使用双板式盒来提供，其中板之间的间隔形成气隙。可选地，较大的气隙可以通过使用单板式盒来提供，该单板式盒仅具有覆盖在DMF装置的电极阵列上的底部电介质层。最后，本文描述的装置和方法可以提供复用能力，这可以更容易和更快地使用。该装置可以包括更有效和直观的用户界面，以及创建、修改、存储和/或传输各种微流控控制方案的能力。
[0013]例如，用于数字微流控(DMF)装置的双板式盒可以具有底部和顶部，并且可以包括：电介质材料片材，该电介质材料片材具有第一侧和第二侧，第一侧在盒的底部上形成暴露的底表面，其中电介质材料片材的至少第二侧包括第一疏水表面；具有第一侧和第二侧的顶板；顶板的第一侧上的接地电极。接地电极可以包括形成多个开放单元的栅格图案。该盒还可以包括：在顶板的第一侧上覆盖接地电极的第二疏水表面；以及分隔第一疏水层和第二疏水层的气隙，其中气隙包括大于280微米(例如，大于300微米、大于400微米等)的间隔。顶板可以由任何合适的材料形成，尤其包括清透或透明的材料(例如，丙烯酸树脂等)。
[0014]双板式盒的顶板可包括一个或更多个通向气隙的端口或开口，其可提供流体输入部或流体输出部，以供机械臂/液体处理子系统的液体处理尖端进入。
[0015]在本文描述的任何双板式盒中，顶板可以包括在顶板厚度内的多个空腔；这些空腔可以是封闭的(例如密封的)和/或填充有具有低热质量和低热传导率的热绝缘材料。在一些变型中，绝缘材料包括空气。空腔可以位于气隙区域上方，该气隙区域将对应于加热和/或冷却区域(例如，热控制区域)；这些区域中较低的热质量可以允许显著更快地加热/冷却一个或更多个空腔下方的气隙中的微滴。因此，这些区域中顶板的厚度可以包括空腔；空腔底部(对应于顶板的底表面)可以小于1mm厚(例如，小于0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm、90微米、80微米、70微米、60微米、50微米、40微米、30微米等)。空腔底部可以优选地尽可能薄，同时为电极和顶板的底表面上的任何电介质涂层提供结构支撑。空腔上表面可以大体上比空腔的底部表面更厚(例如，1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍等)。
[0016]可选地，单板式盒可用于本文所述的高通量DMF装置和方法。可以类似于双板式盒形成单板式盒，但是没有上板。单板式盒也可以没有集成的电极栅格，并且可以在DMF装置上以单侧电润湿模式操作。
[0017]在单板式盒或双板式盒中，形成底部表面的电介质材料可以制成疏水的(例如，通过涂覆，包括浸涂等，利用疏水材料浸渍等)和/或它本身可以是疏水的。例如，底部表面(例如，盒的底部表面)可以由既是电介质材料又是疏水性材料的膜形成。例如，底部表面可以是既疏水又充当电介质的聚四氟乙烯膜(其可以包括粘合剂或粘合剂部分，例如聚四氟乙烯带)。其他膜可以包括塑料石蜡膜(plastic paraffin film)(例如“石蜡膜(Parafilm)”，如PARAFILM M)。然而，特别地，能够耐受高温(例如100℃及以上)的膜(例如聚四氟乙烯膜)是优选的。
[0018]在本文描述的任何盒中，电介质材料片材可以是柔性的。这种柔性可有助于将电介质固定到驱动电极，以确保电介质和驱动电极之间的完全接触。通常，电介质材料片材可
以足够柔顺，使得其可以在相对较低的力(例如，50kPa的压力或更大)下弯曲或挠曲。电介质片材可以是任何合适的厚度；例如，片材可以小于30微米厚(例如，小于20微米厚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种数字微流控装置，所述装置包括：安置表面，其被配置成同时安置一个或更多个盒；多个驱动电极，其设置在所述安置表面上，其中所述驱动电极被配置为当盒被安置在所述安置表面上时施加电压以使微滴在所述盒内移动；多个真空端口，其跨越所述安置表面分布；真空控件，其被配置为当所述一个或更多个盒被安置在所述安置表面上时，选择性地通过被安置在所述安置表面上的所述一个或更多个盒下方的所述真空端口的子集施加真空；电控件，其用于向所述驱动电极施加能量，以当所述一个或更多个盒被安置在所述安置表面上时，使微滴在所述一个或更多个盒的气隙内移动；和液体处理子系统，其用于当所述一个或更多个盒被安置在所述安置表面上时，向所述一个或更多个盒分配液体或从所述一个或更多个盒移除液体。2.根据权利要求1所述的数字微流控装置，所述液体处理子系统包括机械臂。3.根据权利要求1或2所述的数字微流控装置，其中，所述真空控件还包括真空泵，用于向所述多个真空端口施加真空。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的数字微流控装置，其中，所述多个真空端口中的真空端口各自联接到穿过所述多个驱动电极中的驱动电极的开口。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的数字微流控装置，其中，所述真空控件被配置为确定哪些真空端口位于所述一个或更多个盒下面。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的数字微流控装置，其中，所述真空控件还包括歧管和多个阀。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的数字微流控装置，其中，所述多个驱动电极包括大约408个至大约20,000个驱动电极。8.根据权利要求1
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7中任一项所述的数字微流控装置，其中，所述液体处理子系统包括液体处理头和至少一个液体处理尖端。9.根据权利要求8所述的数字微流控装置，其中，所述液体处理头被配置为分配或抽取大约1微升至大约100毫升的体积。10.根据权利要求1
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9中任一项所述的数字微流控装置，还包括主控制子系统，用于协调对所述多个驱动电极、所述多个真空端口和所述液体处理子系统的激活。11.根据权利要求10所述的数字微流控装置，其中，所述主控制子系统包括非暂时性指令，所述非暂时性指令用于控制所述多个真空端口、所述多个驱动电极和所述液体处理子系统。12.根据权利要求10所述的数字微流控装置，其中，所述主控制子系统被配置为当所述盒被装载到所述安置表面上时，同时使微滴在两个或更多个盒的气隙中移动。13.根据权利要求1
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12中任一项所述的数字微流控装置，在所述驱动电极阵列内还包括一个或更多个温度控制区域。14.根据权利要求1
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13中任一项所述的数字微流控装置，在所述驱动电极阵列内还包括一个或更多个磁控制区域，每个磁控制区域包括磁体，所述磁体被配置为输送磁场。15.根据权利要求1
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14中任一项所述的数字微流控装置，还包括位于所述安置表面上
的一个或更多个盒对准特征。16.一种在具有多个驱动电极的数字微流控装置中选择性固定一个或更多个盒的方法，所述方法包括：将一个或更多个盒设置在数字微流控装置的安置表面上，从而产生所述一个或更多个盒的一个或更多个相应安置位置，其中所述一个或更多个盒中的每一个位于所述安置表面的子区域上；感测所述一个或更多个盒的每个相应安置位置；确定位于所述一个或更多个盒的所述相应安置位置下面的所述多个驱动电极的子集；选择性地将真空施加到所述一个或更多个盒的所述相应安置位置，以将所述一个或更多个盒固定到所述数字微流控装置的所述安置表面。17.根据权利要求16所述的方法，其中，选择性地施加真空包括通过位于所述相应安置位置下面的真空端口子集施加真空。18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，施加真空包括通过开口施加真空，所述开口穿过位于所述相应安置位置下面的所有或一些驱动电极。19.根据权利要求16
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18中任一项所述的方法，其中，感测每个相应安置位置包括感测所述相应安置位置下面的多个驱动电极中的电差异。20.根据权利要求16
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18中任一项所述的方法，其中，感测每个相应安置位置包括感测通过所述相应安置位置中所述安置表面上的真空端口的子集的气流阻力。21.根据权利要求16
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20中任一项所述的方法，其中，所述一个或更多个盒中的每一个包括底板，所述底板被配置为当施加真空时变形，从而粘附到所述安置表面。22.根据权利要求16
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21中任一项所述的方法，其中，所述一个或更多个盒的每个相应安置位置具有对应于每个盒的尺寸的相应区域。23.根据权利要求16
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22中任一项所述的方法，其中，所述一个或更多个盒中的至少一个具有与所述一个或更多个盒中的其他盒不同的尺寸。24.一种在数字微流控装置内协调盒中微滴运动和液体处理的方法，所述方法包括：将一个或更多个盒设置在数字微流控装置的安置表面上，从而产生所述一个或更多个盒的一个或更多个相应安置位置，其中所述一个或更多个盒中的每一个位于所述安置表面的子区域上；感测所述一个或更多个盒中的每个相应安置位置；确定位于所述一个或更多个盒的所述相应安置位置下面的所述多个驱动电极的子集；选择性地将真空施加到所述一个或更多个盒的所述相应安置位置，以将所述一个或更多个盒固定到所述数字微流控装置的所述安置表面；识别所述一个或更多个盒中的每一个的流体输入部的位置；经由相应的流体输入部将来自液体处理子系统的微滴设置在所述一个或更多个盒中的每一个内；和激活位于所述一个或更多个盒中的每一个下面的第一选定驱动电极，以通过电润湿将每个相应的微滴驱动到所述一个或更多个盒中的每一个内的相应的第二位置。25.一种在具有多个驱动...

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