[发明专利]具有可调换的PCB的数字微流体系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字微流体系统或装置，用于在其中操纵试样液滴的一个或多个一次性盒可被插入该系统或装置中。该数字微流体系统包括：电极阵列，其由基板支撑；以及中央控制单元，其用于控制该电极阵列的单独的电极的选择，并且用于为这些电极提供用于通过电润湿操纵液滴的各个电压脉冲。因此，本发明还涉及用于有利于小滴致动的分子技术的小滴致动器装置。该技术领域整体涉及小体积(通常为微米级或纳米级)的液体的控制和操纵。

背景技术

诸如得自本申请人(泰肯贸易股份公司,Seestrasse 103,CH-8708瑞士门内多夫)的Freedom机器人工作站的自动化液体处理系统是本领域通常熟知的。该装置允许在独立式仪器中或在与分析系统的自动化连接中的自动化液体处理。这些自动化系统并不设计成便携式的并且通常需要处理较大体积的液体(微升至毫升)。在数字微流体中，限定的电压被施加到电极阵列的电极，从而处理(电润湿)各个小滴。关于电润湿方法的概述，请参见Washizu,IEEE工业应用汇刊(IEEE Transactions on Industry Applications),1998年，第34卷,第4号,1998和Pollack等人的芯片实验室杂志(Lab chip),2002,第2卷,96-101。简而言之，电润湿是指使用优选地由疏水层覆盖的微电极阵列移动液滴的方法。通过将限定的电压施加到电极阵列的电极，引起所处理的电极上存在的液滴的表面张力的变化。这导致所处理的电极上的小滴的接触角的显著变化，从而导致小滴的移动。对于这样的电润湿程序来说，已知两种布置电极的基本方式：使用具有电极阵列的单个表面来引起小滴的移动，或者添加第二表面，其与类似的电极阵列相对且提供至少一个接地电极。电润湿技术的主要优点在于，仅需要小体积的液体，例如单个小滴。因此，液体处理可以在显著更短的时间内进行。此外，液体移动的控制可以完全在电子控制下进行，这导致试样的自动化处理。

从美国专利No.5,486,337中已知一种用于通过使用具有电极阵列的单一表面(电极的单平面布置)的电润湿操纵液滴的装置。所有电极被置于载体基板的表面上，下降到基板中，或者由不可润湿的表面覆盖。电压源连接到电极。通过将电压施加到后续电极而移动小滴，从而按照向电极的电压施加的顺序引导在电极上方的液滴的移动。

从US 6,565,727已知一种用于液滴移动的微米级控制的电润湿装置，其使用相对的表面具有至少一个接地电极的电极阵列(电极的双平面布置)。该装置的每个表面可包括多个电极。两个相对的阵列形成间隙。朝向间隙的电极阵列的表面优选地由电绝缘的疏水层覆盖。液滴定位在间隙中且通过将多个电场连续地施加到定位在间隙的相对的站上的多个电极而在非极性填料流体内移动。

从WO 2010/069977 A1已知具有用于操纵在其上的试样液滴的聚合物膜的容器：一种生物试样处理系统包括用于大体积处理的容器和具有下表面和疏水性上表面的平坦的聚合物膜。平坦的聚合物膜通过突起与容器的背面保持距离。当容器定位在膜上时，该距离限定至少一个间隙。液滴操纵仪器包括用于引起液滴移动的至少一个电极阵列。还公开了支撑该至少一个电极阵列的基板以及用于液滴操纵仪器的控制单元。容器和膜可逆地附接到液滴操纵仪器。该系统由此允许至少一个液滴通过容器的通道从所述至少一个井凹移置到平坦的聚合物膜的疏水性上表面上且高于所述至少一个电极阵列。液滴操纵仪器被实现为通过电润湿控制所述液滴在平坦的聚合物膜的疏水性上表面上的受引导移动，并且在那里处理生物试样。

在处理生物试样的背景下用于操纵液滴的这样的电润湿装置的使用也从公开为WO 2011/002957 A2的国际专利申请中已知。在该专利中公开了一种小滴致动器，其通常包括具有由电介质绝缘的控制电极(电润湿电极)的底部基板、导电性顶部基板、以及涂布在底部和顶部基板上的疏水性涂层。本发明还公开了用于替换小滴致动器的一个或多个部件(即，一次性部件)的小滴致动器装置。从该国际申请已知具有(例如，PCB的)固定底部基板、具有电润湿电极、以及具有可移除或可替换的顶部基板的小滴致动器。整装的盒可以例如包括缓冲液、试剂和填料流体。在盒中的小袋可用作流体贮存器并可被刺破以将流体(例如，试剂或油)释放进盒间隙中。盒可包括可由疏水层代替的接地电极和用于将试样加载到盒的间隙中的开口。接口材料(例如，液体、胶水或油脂)可将盒的粘附力提供到电极阵列。