[发明专利]用于生物分析中的数字测定的微流控设备和方法

说明书

描述了介质上电润湿(EWOD)设备和在EWOD设备中执行数字生物测定的相关方法。所述方法包括以下步骤：将含有生物实体和测定试剂的样品池输入EWOD设备；通过用EWOD设备进行电润湿操作，将样品池分割成用于生物测定的分割区；测量每个分割区的体积；改变分割区的条件以启动生物测定，其中改变的条件导致生物实体执行生物过程以产生产物物质；并通过以下步骤进行生物测定：实时测量每个分割区的分割区性质和体积，其中分割区性质表示由各自分割区内的任何生物实体或多个实体的生物过程产生的产物物质；基于测量的分割区性质和体积，确定每个分割区中的产物物质浓度；并基于所确定的产物物质浓度，通过每个分割区中包含的生物实体的数量对分割区进行分类。基于这种分类，可以计算生物实体的数量，所述数量又可以用于计算样品池中的生物实体的总数或浓度。所述方法可进一步包括增强的分割过程，其使得分割区的体积变化最小化。

技术领域

本发明一般涉及有源矩阵介质上电润湿(Active Matrix Electro-wetting-On-Dielectric，AM-EWOD)设备和生物分析中的数字测定，例如诸如用于核酸定量的数字聚介酶链式反应(PCR)、用于蛋白质生物标记定量的酶联免疫吸附测定(ELISA)、用于酶转换量定量的酶促测定，以及用于表型分型和基因分型的基于细胞的测定。更具体地，本发明涉及在AM-EWOD设备上执行生物分析中的数字测定的系统和方法。

背景技术

介质上电润湿(Electrowetting on dielectric，EWOD)是用于通过施加电场来操纵液滴的公知技术。有源矩阵EWOD(AM-EWOD)是指在包含晶体管的有源矩阵阵列中例如通过使用薄膜晶体管(TFT)实现EWOD。因此，它是用于芯片实验窒技术的数字微流控的候选技术。对该技术的基本原理的介绍可以在以下文献中找到：“Digital microfluidics：is atrue lab-on-a-chip poss ble？”，R.B.Fair，Microfluid Nanofluid(2007)3：245-281)。

图1以横截面形式示出了常规EWOD设备的一部分。该设备包括下基板10，其最上层由导电材料形成，该导电材料被图案化以便实现多个阵列元件电极12(例如图1中的12A和12B)。给定阵列元件的电极可以被称为元件电极12。包括极性材料(其通常也是含水的和/或离子的)的液滴14被约束在下基板10和顶基板16之间的平面中。可以通过隔离物18实现这两个基板之间的合适的间隙，并且非极性环绕流体20(例如油)可用于占据未被液滴14占据的体积。设置在下基板10上的绝缘体层22将导电元件电极12A、12B与第一疏水涂层24分离，其中，液滴14以用θ表示的接触角26位于第一疏水涂层24上。疏水涂层由疏水材料(通常是但不一定是含氟聚合物)形成。

第二疏水涂层28在顶基板16上，液滴14可以与第二疏水涂层28接触。在顶基板16和第二疏水涂层28之间插入参考电极30。

接触角θ如图1所示限定，并由固体与液体(γ_sL)、液体与非极性环绕流体(γ_LG)和固体与非极性环绕流体(γ_SG)界面之间的表面张力分量的平衡来确定，并且在没有施加电压的情况下满足杨氏定律，该等式由下式给出：

在操作中，可以将称为EW驱动电压(例如，图1中的V_T、V₀和V₀₀)的电压从外部施加到不同的电极(例如，分别施加到参考电极30、元件电极12、12A和12B)。建立得到的电力有效地控制疏水涂层24的疏水性。通过布置不同的EW驱动电压(例如V₀和V₀₀)施加到不同的元件电极(例如12A和12B)，液滴14可以在两个基板10和16之间的横向平面中移动。