[发明专利]对数字微流控设备的温度控制

说明书

一种微流控设备包括第一和第二基板结构。第一基板结构具有被配置为接收一个或多个液滴的第一基板表面。多个电极被配置为向液滴施加电场。第二基板结构具有面向第一基板表面并与第一基板表面间隔开以形成流体通道的第二基板表面。微流控设备还具有：第一加热元件，其邻近第一基板结构并被设置在第一基板表面的相对侧；以及第二加热元件，其邻近第二基板结构并被设置在第二基板表面的相对侧。微流控设备还包括一个或多个温度传感器，其被设置在第一基板结构和第二基板结构之间的流体通道附近。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年8月28日申请的美国临时专利申请No.62/893,091的优先权，其内容通过引用全部合并于此。

技术领域

本发明的实施方案总体上涉及微流控设备，并且更具体地涉及用于在微流控设备中控制温度的方法和装置。

背景技术

微流控设备处理流体的行为、精确控制和操纵，这些流体在几何上被限制在一个小的、通常是亚毫米的尺度上，在该尺度上，毛细管渗透控制质量传输。处理少量流体，以实现多路复用、自动化和高通量筛选等。微流控设备可用于DNA芯片、芯片实验室技术以及其他技术。在数字微流体中，离散的、独立可控的液滴使用电润湿在基板上进行操作。

介质上电润湿(EWOD)是一种液体驱动机制，其用于改变疏水表面上两个电极之间的水滴的接触角。可以通过设置在基板(例如无机基板(例如，硅/玻璃基板)或有机基板(例如，环烯烃聚合物/聚碳酸酯基板)上的电极阵列来移动体积大至几微升或小至几纳升的的主体液滴。

尽管微流控设备的使用越来越多，但传统的微流控设备不能提供令人满意的性能，如下文进一步解释的。

发明内容

在许多生物学或化学分析工作流程，例如下一代DNA测序文库制备中，温度控制是一个重要参数，其可能会影响结果的质量和数量。对于大多数常规分析工作，温度控制通常应用于液滴内的反应。然而，对于数字微流控液滴，液滴体积太小，无法直接在液滴中检测温度，而且试剂体积太小，无法通过传统方法准确控制温度(例如，分辨率为1℃)。

本公开的实施方案提供了一种用于控制微流控设备的温度的装置、系统和方法。在一些实施方案中，微流控设备具有限定数字微流控设备中的流体通道的顶部和底部基板，以及位于目标温度控制区域下方的TEC(热电冷却器)珀尔帖加热器和位于顶部基板顶部的电阻加热器。顶部加热器可保持环境温度稳定，底部TEC可逐渐升温至分析所需的温度。一个或多个NTC(自然温度系数)热敏电阻安装在加热区域的占用面积内的数字微流控设备基板的表面上，以便NTC可以将温度反馈给系统，以调节TEC的功率从而精确控制设备内部的温度。例如，在一些实施方案中，该系统可以提高温度稳定性(0.5℃)并且具有实时温度反馈。

因此，对于本发明的一些实施方案，一种微流控设备包括：具有第一基板表面的第一基板结构；以及具有第二基板表面的第二基板结构，所述第二基板表面面向所述第一基板表面并与所述第一基板表面间隔开，以在所述第一基板结构和所述第二基板结构之间形成用于一个或多个液滴的多个流体通道。所述微流控设备还包括多个电极，其邻近所述多个流体通道，以用于通过电润湿移动所述液滴。所述多个流体通道包括：第一区域，其包括用于接收液滴的第一流体通道；第二区域，其包括用于接收一种或多种试剂的第二流体通道；第三区域，其与所述第一区域和所述第二区域连通，所述第三区域包括第三流体通道，所述第三流体通道被配置为将所述液滴与所述一种或多种试剂混合以获得混合的液滴；以及第四区域，其与所述第三区域连通，所述第四区域包括被配置为处理所述混合的液滴的第四流体通道。所述微流控设备还包括：第一加热元件和第二加热元件，其分别设置在所述流体通道的所述第三区域的两侧。所述微流控设备还可包括：第三加热元件和第四加热元件，其分别设置在所述流体通道的所述第四区域的两侧。

在上述微流控设备的一些实施方案中，所述微流控设备被配置为在所述第四区域中进行液滴放大。