[发明专利]用于操纵液滴中样品的盒子和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有聚合物薄膜的盒子，其用于操纵薄膜上液滴中样品。本发明还涉及液滴操纵系统，其包括所述的盒子、被基底支承着的电极阵列以及中央控制单元，该中央控制单元用于控制各个电极的选择以及为它们提供各个电压脉冲，从而通过电润湿操纵液滴。 

各个领域中，良好地设立了生物材料（例如组织样品或微生物，特别是核酸或蛋白质）的分析，尤其是在科研、药物筛选或法医科学以及医疗诊断领域。业界已研发了用于不同用途的适当方法，每个方法需要一套执行各自方法的特殊反应试剂和装置。然而，这对于现有的分析程序是否可以满足各个领域中的不同条件和要求仍然是一个挑战。例如在刑事取证中，通常可得到的分析材料的数量相对较少。此外，此类材料的质量可能很差，这对参与人员增添额外的挑战。因此，需要特别适合这些条件的程序。另一方面，用于实验室诊断程序的生物材料通常用量很大，但针对有待解决的根本问题，只能个别采用需要的方法。 

对于生物材料分析的第一步，其中需要的方法在本技术领域是众所周知的。例如从犯罪现场（在刑事鉴定中）或从病人（出于诊断目的）处收集关注的材料。这些材料可以是组织样品（例如口腔黏膜细胞、毛囊）或体液（如血液、痰等）。随后这些初始材料需要被进一步处理，以使得对核酸或蛋白质的分析可行。通常情况下，针对包括例如对热度、某些酶的活性和/或特定化学物质的应用这些用途，首先进行的是溶解步骤。细胞溶解之后，从附加细胞材料中提纯关注的核酸或蛋白质。在核酸的分析实施方式中，采用扩增步骤以增加样品的产量可能是明智的。通常由聚合酶链反应（PCR）实现核酸的扩增。此方法利用序列特异性引物使核酸序列进行特定的、预定义的扩增。取决于有待解决的问题，可能需要进一步分析扩充材料（例如测序）。 

随着这些方法的可靠性与简单化的发展（例如试剂盒的使用），其已成为这些不同领域的标准程序。伴随着基于分子水平诊断需求的不断增加，对相 关样品自动化处理的需求日益增加，从最初的生物样品开始直至最终的分析。 

背景技术

自动化液体处理系统是本领域众所周知的。一个例子为本申请人（Tecan Schweiz AG，Seestrasse 103,CH-8708 瑞士）的Freedom 机器人工作站。该装置可以在单立式仪器或或带有分析系统的自动化连接器上进行自动化液体处理。这些自动化系统的处理过程通常需要大量的液体（微升至毫升）。该系统设计成非便携式的，因而体积较大。 

对用于溶解和/或提纯生物样品的便携式装置的了解来自于WO2007/061943。在一个盒式腔室内对核酸进行处理，该腔室两边排列电极，通过电解、电穿孔、电渗、电动力学或电阻加热处理生物材料。盒子还包含筛分基质（matrixes）或筛分膜。通过使用充分的缓冲溶液和其他试剂，并结合电极的应用，在腔室内可进行各种反应，所期望的产品可以是定向的，例如收集膜。在分析核酸序列时，平行分析的序列数目受限于探针的数目。通常情况下，起作用的探针数目受限于相关仪器可平行检测的四种不同的波长。盒子自身可安置于包括需要的控制元件和能源的集成系统内。虽然这个盒子提供了可至少部分电控制样品处理的系统，但是仍然需要研究者或技术实验室工作人员的介入。 

其它自动化处理生物样品的处理方法来源于微流体领域。该技术领域通常涉及对少量（一般是微米或纳米尺度）液体的控制和操纵。通道系统中的液体流动本质上被认为例如受控于固定装置上的微泵或旋转实验室器具的向心力。在数字微流体中，设置的电压被施加于电极阵列的电极，以使得单独液滴被定址（电润湿）。对电润湿方法的大致概述可见于Washizu的论文（IEEE Transactions on Industry Applications，第34卷，第4期，1998年）以及Pollack等人的论文（实验室芯片，2002年，第2卷，96-101页）。简言之，电湿润是一种使用微电极阵列迁移液滴的方法，且最好在微电极上覆盖着疏水层。设置的电压施加于电极阵列的电极，引起处在定址电极上的液滴表面张力的变化。这导致定址电极上液滴接触角的显著变化，于是液滴发生运动。电润湿过程有两个已被认知的排列电极的原则方式：使用一个具有电极阵列的单一表面来诱导液滴的运动或增加第二个表面，其与一个类似的电极阵列相对 放置，并提供至少一个接地电极。电润湿技术的主要优势为仅需少量体积的液体，例如液滴。这样液体的处理可以在相当短的时间内进行。此外，对液体运动的控制完全是在电子操控下进行，从而实现样品的自动化处理。