[发明专利]限制蒸发和表面结垢的空气基质数字微流控装置和方法

说明书

防止或限制蒸发和数字微流控(DMF)装置的表面结垢的空气基质DMF装置和使用它们的方法。具体地，本文中描述了空气基质DMF装置及使用它们的方法，其中可从DMF装置的气隙进入的隔离井通过包括覆盖物来隔离反应液滴以防止蒸发。覆盖物可以是盖或盖帽，或者它可以是井内的油或蜡材料。到井中的开口和/或井本身可以包括致动电极，以允许将液滴放置到井中，并且在一些情况下可以从井中移出液滴。本文中还描述了空气基质DMF装置和使用它们的方法，其包括具有可用于选择性地包覆装置的气隙中的反应液滴的蜡材料的热可控区域。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年6月5日提交的题为“DEVICE AND METHODS FOR LIMITINGEVAPORATION AND SURFACE FOULING”的美国临时申请第62/171,756号的优先权，该临时申请通过引用被全部并入本文。

通过引用并入

本说明书中提及的所有公开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开或专利申请被明确地和单独地指出以通过引用并入。

领域

本文中描述了限制或防止蒸发和/或表面结垢(surface fouling)的空气基质数字微流控(DMF)装置和方法。

背景

微流控技术已经在改变分子生物学、医学诊断和药物研发的传统方法被执行的方式方面取得了长足的进步。芯片实验室(lab-on-a-chip)和生物芯片设备在科学研究应用以及潜在的定点护理应用方面已经引起了的许多关注，因为它们执行具有小的反应体积的高度重复的反应步骤，从而节省了材料和时间。尽管传统的生物芯片类型设备利用微米或纳米尺寸的通道并且通常需要与生物芯片耦合的对应的微型泵、微型阀和微型通道来操控反应步骤，但这些额外的部件大大增加了微流控设备的成本和复杂性。

数字微流控技术(DMF)已成为广泛用于生物和化学应用的强大的制备技术。DMF能够在不需要泵、阀门或复杂的管阵列的情况下对多种样本和试剂(包括固体、液体和甚至刺激性化学物质)进行实时、精确和高度灵活的控制。在DMF中，纳升至微升体积的离散液滴从贮存器被分配到涂覆有疏水绝缘体的平坦表面上，其中通过将一连串的电势施加到嵌入式电极阵列来对它们进行操控(传送、分裂、合并、混合)。可以单独使用DMF或使用其中DMF与基于通道的微流控集成的混合系统来执行复杂的反应步骤。

尽管取得了重大进展，但蒸发(特别是在空气基质DMF中)和表面结垢仍然是问题。当来自反应混合物的组分在与微流控或DMF设备的表面接触后不可逆地粘附到这些表面上时发生表面结垢。当操作较高(例如，高于37℃)的温度时，表面结垢是特别严重的问题。已经提出了各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对材料表面进行化学改性。然而，尽管致力于测试和制造耐表面结垢的表面和表面涂层，但是这些策略获得的成功有限，特别是在DMF的情况下。在一些情况下，旨在防止表面结垢的涂层可能引起与所使用的反应混合物和/或试剂的不期望的相互作用和二次反应。一般而言，期望会有一种简单的解决方案使微流控和DMF设备中的表面结垢最小化。