具有可調(diào)換的pcb的數(shù)字微流體系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種用于在一次性盒(2)內(nèi)操縱試樣液滴的數(shù)字微流體系統(tǒng)(1)，一次性盒(2)包括底層(3)、頂層(4)、以及在底層和頂層(3,4)之間的間隙(6)。所述數(shù)字微流體系統(tǒng)(1)包括具有盒容納站(8)的基座單元(7)；以及中央控制單元(14)，其用于控制(多個)電極陣列(9)的單獨的電極(10)的選擇，并且用于為這些電極(10)提供用于通過電潤濕在盒(2)內(nèi)操縱液滴的各個電壓脈沖。所述數(shù)字微流體系統(tǒng)(1)還包括板容納站(40)，板容納站(40)位于基座單元(7)的盒容納站(8)處并且均可接收可調(diào)換的電極板(41)，可調(diào)換的電極板(41)包括電極陣列(9)和單獨地連接到電極陣列(9)的電極(10)的電氣板接觸元件(42)。每個板容納站(40)包括電氣基座單元接觸元件(43)，電氣基座單元接觸元件(43)連接到中央控制單元(14)并且被配置成與置于板容納站(40)處的可調(diào)換的電極板(41)的電氣板接觸元件(42)接合。還公開了一系列一次性盒(2)、可調(diào)換的電極板(41)、以及用于操縱粘附到疏水性表面(17)的試樣液滴(23)的方法。
【專利說明】具有可調(diào)換的PCB的數(shù)字微流體系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字微流體系統(tǒng)或裝置，用于在其中操縱試樣液滴的一個或多個一次 性盒可被插入該系統(tǒng)或裝置中。該數(shù)字微流體系統(tǒng)包括：電極陣列，其由基板支撐；以及中 央控制單元，其用于控制該電極陣列的單獨的電極的選擇，并且用于為這些電極提供用于 通過電潤濕操縱液滴的各個電壓脈沖。因此，本發(fā)明還涉及用于有利于小滴致動的分子技 術(shù)的小滴致動器裝置。該【技術(shù)領(lǐng)域】整體涉及小體積（通常為微米級或納米級）的液體的控 制和操縱。

【背景技術(shù)】
[0002] 諸如得自本 申請人:（泰肯貿(mào)易股份公司，Seestrasse 103, CH-8708瑞士門內(nèi)多 夫）的Freedom EVO?機器人工作站的自動化液體處理系統(tǒng)是本領(lǐng)域通常熟知的。該 裝置允許在獨立式儀器中或在與分析系統(tǒng)的自動化連接中的自動化液體處理。這些自動 化系統(tǒng)并不設(shè)計成便攜式的并且通常需要處理較大體積的液體（微升至毫升）。在數(shù)字 微流體中，限定的電壓被施加到電極陣列的電極，從而處理（電潤濕）各個小滴。關(guān)于電 潤濕方法的概述，請參見Washizu, IEEE工業(yè)應(yīng)用匯刊（IEEE Transactions on Industry Applications)，1998年，第34卷，第4號，1998和Pollack等人的芯片實驗室雜志（Lab chip)，2002,第2卷，96-101。簡而言之，電潤濕是指使用優(yōu)選地由疏水層覆蓋的微電極陣 列移動液滴的方法。通過將限定的電壓施加到電極陣列的電極，引起所處理的電極上存在 的液滴的表面張力的變化。這導(dǎo)致所處理的電極上的小滴的接觸角的顯著變化，從而導(dǎo)致 小滴的移動。對于這樣的電潤濕程序來說，已知兩種布置電極的基本方式：使用具有電極 陣列的單個表面來引起小滴的移動，或者添加第二表面，其與類似的電極陣列相對且提供 至少一個接地電極。電潤濕技術(shù)的主要優(yōu)點在于，僅需要小體積的液體，例如單個小滴。因 此，液體處理可以在顯著更短的時間內(nèi)進行。此外，液體移動的控制可以完全在電子控制下 進行，這導(dǎo)致試樣的自動化處理。
[0003] 從美國專利No. 5, 486, 337中已知一種用于通過使用具有電極陣列的單一表面 (電極的單平面布置）的電潤濕操縱液滴的裝置。所有電極被置于載體基板的表面上，下降 到基板中，或者由不可潤濕的表面覆蓋。電壓源連接到電極。通過將電壓施加到后續(xù)電極 而移動小滴，從而按照向電極的電壓施加的順序引導(dǎo)在電極上方的液滴的移動。
[0004] 從US 6, 565, 727已知一種用于液滴移動的微米級控制的電潤濕裝置，其使用相 對的表面具有至少一個接地電極的電極陣列（電極的雙平面布置）。該裝置的每個表面可 包括多個電極。兩個相對的陣列形成間隙。朝向間隙的電極陣列的表面優(yōu)選地由電絕緣的 疏水層覆蓋。液滴定位在間隙中且通過將多個電場連續(xù)地施加到定位在間隙的相對的站上 的多個電極而在非極性填料流體內(nèi)移動。
[0005] 從WO 2010/069977 Al已知具有用于操縱在其上的試樣液滴的聚合物膜的容器： 一種生物試樣處理系統(tǒng)包括用于大體積處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。平坦的聚合物膜通過突起與容器的背面保持距離。當(dāng)容器定位在膜上時，該 距離限定至少一個間隙。液滴操縱儀器包括用于引起液滴移動的至少一個電極陣列。還公 開了支撐該至少一個電極陣列的基板以及用于液滴操縱儀器的控制單元。容器和膜可逆地 附接到液滴操縱儀器。該系統(tǒng)由此允許至少一個液滴通過容器的通道從所述至少一個井凹 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個電極陣列。液滴操縱儀器被 實現(xiàn)為通過電潤濕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導(dǎo)移動，并且 在那里處理生物試樣。
[0006] 在處理生物試樣的背景下用于操縱液滴的這樣的電潤濕裝置的使用也從公開為 WO 2011/002957 A2的國際專利申請中已知。在該專利中公開了一種小滴致動器，其通常 包括具有由電介質(zhì)絕緣的控制電極（電潤濕電極）的底部基板、導(dǎo)電性頂部基板、以及涂布 在底部和頂部基板上的疏水性涂層。本發(fā)明還公開了用于替換小滴致動器的一個或多個部 件（即，一次性部件）的小滴致動器裝置。從該國際申請已知具有（例如，PCB的）固定底 部基板、具有電潤濕電極、以及具有可移除或可替換的頂部基板的小滴致動器。整裝的盒可 以例如包括緩沖液、試劑和填料流體。在盒中的小袋可用作流體貯存器并可被刺破以將流 體（例如，試劑或油）釋放進盒間隙中。盒可包括可由疏水層代替的接地電極和用于將試 樣加載到盒的間隙中的開口。接口材料（例如，液體、膠水或油脂）可將盒的粘附力提供到 電極陣列。
[0007] WO 2006/125767 Al (英文翻譯參見US 2009/0298059 Al)中公開了用于在用于進 行分子診斷分析的自動化系統(tǒng)中微流體處理和分析的一次性盒。盒被配置為平坦的室裝置 (具有大約支票卡的尺寸）并可插入系統(tǒng)內(nèi)。試樣可通過端口移取到盒中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提出一種備選的數(shù)字微流體系統(tǒng)或數(shù)字微流體裝置，其被配置成 適應(yīng)用于在其中操縱試樣液滴的一個或多個一次性盒。該目的由于提出了用于在一次性盒 內(nèi)操縱試樣液滴的數(shù)字微流體系統(tǒng)而實現(xiàn)。這樣的一次性盒優(yōu)選地包含底層、頂層、以及在 底層和頂層之間的間隙。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字微流體系統(tǒng)包括：
[0010] (a)基座單元，其具有配置用于接收一次性盒的至少一個盒容納站；
[0011] (b)至少一個電極陣列，其基本上在第一平面中延伸且包括多個單獨的電極，所述 至少一個電極陣列由底部基板支撐；以及
[0012] (C)中央控制單元，其用于控制所述至少一個電極陣列的單獨的電極的選擇并且 用于為這些電極提供用于通過電潤濕操縱所述盒內(nèi)的液滴的各個電壓脈沖。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字微流體系統(tǒng)的特征在于，它還包括至少一個板容納站，其位于 基座單元的所述盒容納站中的一個處；每個板容納站被配置成接收可調(diào)換的電極板，該可 調(diào)換的電極板包括電極陣列和電連接到所述電極陣列的單獨的電極的多個電氣板接觸元 件；每個板容納站包括電連接到所述中央控制單元的多個電氣基座單元接觸元件，電氣基 座單元接觸元件被配置成與放置在所述板容納站處的可調(diào)換的電極板的電氣板接觸元件 接合。
[0014] 優(yōu)選地，至少一個板容納站位于基座單元的所述盒容納站中的一個下方并且被配 置成接收插入數(shù)字微流體系統(tǒng)的基座單元中的可調(diào)換的電極板。本文也公開了根據(jù)本發(fā)明 的數(shù)字微流體系統(tǒng)的附加的優(yōu)選實施例。
[0015] 優(yōu)選地，數(shù)字微流體系統(tǒng)被配置成接收可插入數(shù)字微流體系統(tǒng)的基座單元中的一 個或多個一次性盒。進一步優(yōu)選的是，數(shù)字微流體系統(tǒng)包括用于使用數(shù)字微流體系統(tǒng)或裝 置操縱試樣液滴的至少一個一次性盒。進一步優(yōu)選的是，盒的底層和頂層包括暴露于盒的 間隙的疏水性表面，并且盒不具有導(dǎo)電層。
[0016] 優(yōu)選地，數(shù)字微流體系統(tǒng)包括具有頂部基板的至少一個蓋板，該至少一個蓋板位 于（多個）所述盒容納站處。至少一個蓋板還包括導(dǎo)電材料，其在第二平面中延伸并且基 本上平行于該至少一個蓋板所分配到的盒容納站的電極陣列。至少一個蓋板的導(dǎo)電材料不 與電勢的源連接。優(yōu)選地，蓋板的導(dǎo)電材料是附接到盒的導(dǎo)電箔。
[0017] 根據(jù)盒容納站的第一優(yōu)選變型，蓋板被配置成相對于相應(yīng)的盒容納站的電極陣列 可移動。根據(jù)第二優(yōu)選變型，盒容納站被配置用于接收滑動地插入的一次性盒，該一次性盒 在相對于相應(yīng)的盒容納站的電極陣列基本上平行的方向上可移動。
[0018] 優(yōu)選地，數(shù)字微流體系統(tǒng)包括至少一個可調(diào)換的電極板，其包括由底部基板支撐 的電極陣列并且包括電連接到所述電極陣列的單獨的電極的多個電氣板接觸元件。
[0019] 本發(fā)明的附加目的是提出一種用于在技術(shù)上調(diào)適用于在一次性盒內(nèi)部進行不同 的測定的備選的數(shù)字微流體系統(tǒng)的手段，該一次性盒用于使用數(shù)字微流體系統(tǒng)或裝置操縱 試樣液滴。該附加目的通過提出配置成放置在數(shù)字微流體系統(tǒng)的板容納站處的至少一個可 調(diào)換的電極板來實現(xiàn)。該至少一個可調(diào)換的電極板包括由底部基板支撐的電極陣列和電連 接到所述電極陣列的單獨的電極的多個電氣板接觸元件。該至少一個可調(diào)換的電極板被配 置成放置在數(shù)字微流體系統(tǒng)的所述板容納站中的一個處；電氣板接觸元件被配置成與電連 接到所述數(shù)字微流體系統(tǒng)的所述中央控制單元的基座單元的電氣基座單元接觸元件接合。
[0020] 優(yōu)選地，支撐電極陣列的底部基板被配置為印刷電路板（PCB)，并且電氣板接觸元 件成組地定位且靠近PCB的一個或多個邊界。優(yōu)選的是，所述電極陣列的單獨的電極被布 置和配置用于通過電潤濕在盒內(nèi)操縱液滴并且用于進行特定的測定。尤其優(yōu)選的是，可調(diào) 換的電極板的至少電極陣列由介電層覆蓋。
[0021] 本發(fā)明的又一個目的是提出用于在數(shù)字微流體系統(tǒng)或裝置中操縱試樣液滴的備 選方法。該又一個目的由于提出用于操縱粘附到疏水性表面的試樣液滴的方法而實現(xiàn)。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的第一方法包括以下步驟：
[0023] (a)提供根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字微流體系統(tǒng)；
[0024] (b)提供如本文所述的盒；以及
[0025] (C)提供如本文所述的可調(diào)換的電極板，
[0026] 其中，可調(diào)換的電極板包括電極陣列，該電極陣列被配置用于在盒的間隙內(nèi)進行 特定的測定，在該測定期間，粘附到疏水性表面的試樣液滴通過電潤濕而在間隙內(nèi)被操縱。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的第二方法包括以下步驟：
[0028] (a)提供如本文所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)；
[0029] (b)提供如本文所述的盒；以及
[0030] (C)選擇根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)換的電極板，
[0031] 其中，可調(diào)換的電極板包括電極陣列，該電極陣列被配置用于在盒的間隙內(nèi)進行 特定的測定，在該測定期間，粘附到疏水性表面的試樣液滴通過電潤濕而在間隙內(nèi)被操縱。
[0032] 數(shù)字微流體系統(tǒng)、可調(diào)換的電極板和用于操縱試樣液滴的方法的附加的和創(chuàng)造性 的特征和優(yōu)選實施例及變型從說明書和從屬權(quán)利要求中得出。
[0033] 本發(fā)明的優(yōu)點包括：
[0034] ?提供可調(diào)換的電極板使得數(shù)字微流體系統(tǒng)相對于可在置于這樣的可調(diào)換的電極 板上方的一次性盒中進行的不同測定來說極其靈活，因為每個可調(diào)換的電極板可被具體地 設(shè)計以用于進行一種特定的測定。因此，必須用于大量目的的電極陣列的復(fù)雜而昂貴的設(shè) 計可通過以可負擔(dān)的價格提供簡單得多的可調(diào)換的電極板來避免。
[0035] ?具有可調(diào)換的電極板的儀器相比設(shè)計具有集成PCB的一次性的數(shù)字微流體盒提 供更大的靈活性和更低的成本。通過在可調(diào)換的PCB上而不是在一次性盒中設(shè)置因測定而 異的特征，對于多種測定通用的更簡單的盒可被利用。增加的簡便性（通過移除PCB)和制 造更大數(shù)量的盒的能力（因為它們對于在許多不同的測定中使用通用）兩者允許更低的制 造成本。進行多種測定的靈活性通過互換電極板的能力而提供。
[0036] ?損壞的或無功能的可調(diào)換的電極板可被容易地替換，而不使用任何專用工具，并 且也不需要任何維護專家。
[0037] ?提供具有用于接收可調(diào)換的電極板的至少一個板容納站的數(shù)字微流體系統(tǒng)創(chuàng)造 了用于利用用于進行尚未開發(fā)的未來測定的相同數(shù)字微流體系統(tǒng)的可能性。
[0038] ?用介電層覆蓋至少可調(diào)換的電極板的電極陣列為電極陣列的敏感表面提供了針 對氧化或指紋的附加保護。
[0039] ?-次性盒可被配置為簡單消耗品，其提供了工作層和在它們之間且用于進行由 可調(diào)換的電極板限定的測定的間隙。盒的工作層防止可調(diào)換的電極板和整個數(shù)字微流體系 統(tǒng)被污染。
[0040] "可調(diào)換的PCB"的概念在于，對于許多生化測定通用的昂貴部件保留在儀器中。例 如，數(shù)字微流體系統(tǒng)包括以下各項：
[0041] O設(shè)計用于一組具體測定（例如，分子生物學(xué)）的可調(diào)換的PCB，其包括例如：
[0042] 〇頂層，其具有限定測定能力的電極圖案，
[0043] 〇第二層，其具有用于為每個電極供電的跡線，
[0044] 〇第三層，其具有在指定區(qū)域中提供加熱的細跡線，
[0045] 〇第四層，其具有用于測量和控制指定區(qū)域的溫度的集成熱電偶，和
[0046] 〇基板，其承載所有層和其電觸點；
[0047] ?高壓功率繼電器模塊，用于控制PCB的接通和斷開；
[0048] 電極；
[0049] ?電源，用于為整個系統(tǒng)供電；
[0050] ?光學(xué)模塊（例如，用于熒光檢測）；
[0051] ?夾緊和/或真空模塊，用于將盒在PCB上保持到位；
[0052] ?磁致動器，其使永久磁體朝著和遠離PCB的底部移動（永久磁體比電磁體提供更 集中且更強的磁場）；
[0053] ?模擬/數(shù)字I/O模塊，用于控制數(shù)字輸出（即，磁致動器、加熱器、真空等）和輸 入（熱電偶等）；
[0054] ?功率模塊，用于為系統(tǒng)提供功率；以及
[0055] ?用于運行系統(tǒng)的嵌入式處理器，該處理器包括：
[0056] 〇軟件和用戶接口。
[0057] 根據(jù)本發(fā)明，數(shù)字微流體系統(tǒng)提出為"儀器平臺"，其包含上述所有昂貴的帶實心 圓點項目符號的項并且可用于幾乎所有生化應(yīng)用。通過只更改或改變帶空心圓點項目符號 的項，可以產(chǎn)生用于進行完全不同的應(yīng)用的"不同儀器"或甚至"新儀器"。
[0058] 該概念提供了兩個顯著優(yōu)點：
[0059] 1.由于數(shù)量大，制造商可以顯著降低的成本分別生產(chǎn)大量的儀器平臺或數(shù)字微流 體系統(tǒng)（參見上述帶實心圓點項目符號的項）。為庫存中限定數(shù)量的儀器平臺添加所選的 可變項（即，一系列帶空心圓點項目符號的項，參見上文）將導(dǎo)致均專用于特定用途的各種 數(shù)字微流體系統(tǒng)。在已生產(chǎn)的儀器平臺中的一些中更換所選的可變項（即，一系列帶空心 圓點項目符號的項，參見上文）將導(dǎo)致各種不同的新的數(shù)字微流體系統(tǒng)，而每一個系統(tǒng)可 專用于新的特定用途。
[0060] 2.用戶可購買專用于特定用途的單個儀器平臺（例如，作為用于測量血樣中的特 定被分析物的儀器）。如果用戶決定進行不同的實驗或測定，他可以簡單地更換相應(yīng)的可變 項（即，一系列帶空心圓點項目符號的項，參見上文），這將導(dǎo)致專用于新的特定用途（例 如，作為用于分析血樣中的基因的儀器）的新的數(shù)字微流體系統(tǒng)。為了例如進行ELISA測 定，PCB可被調(diào)換并且軟件被更新，從而使儀器成為免疫測定系統(tǒng)。
[0061] 在這些情況下，PCB可被設(shè)計成使得軟件實際上包含在PCB上的芯片上，從而在 PCB被調(diào)換時自動更新軟件。
[0062] 根據(jù)本發(fā)明，數(shù)字微流體系統(tǒng)提出為多層次"儀器平臺"。在第一層次上，數(shù)字微流 體系統(tǒng)的基座單元對于利用電潤濕技術(shù)的所有應(yīng)用是相同的。因此，創(chuàng)造了通用儀器，其中 昂貴但通用的模塊保留在儀器的基座單元中，并且其中通過諸如可插入PCB和可插入盒的 可替換部件提供較大的靈活性。在第二層次上，PCB是可由制造商或最終用戶替換的可替 換元件。替換的PCB的電極陣列通過接觸部位與基座單元交接，使得在置于PCB的頂部上 的盒內(nèi)部的小滴移動被精密地控制。優(yōu)選地，在PCB上和在基座單元中的接觸部位是標(biāo)準 化的。在第三層次上，可利用預(yù)加載有不同的試劑組的不同的盒類型。對于相同測定來說， 可使用相同類型的盒，但引入不同的試樣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0063] 借助于所附示意圖解釋根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字微流體系統(tǒng)、一系列可調(diào)換的電極板、 整裝一次性盒和用于操縱試樣的方法，圖中示出本發(fā)明的所選的和示例性的實施例，而不 縮小本發(fā)明的范圍和精神。在附圖中：
[0064] 圖1示出數(shù)字微流體系統(tǒng)的概覽，其配有中央控制單元和基座單元、四個盒容納 站和用于接納均包括電極陣列的可調(diào)換的電極板的四個板容納站；
[0065] 圖2示出其中容納有根據(jù)第一實施例的一次性盒的一個盒容納站的剖視圖；電極 陣列位于固定的底部基板上；
[0066] 圖3示出其中容納有根據(jù)第二實施例的一次性盒的一個盒容納站的剖視圖；電極 陣列位于固定的底部基板上；
[0067]圖4示出數(shù)字微流體系統(tǒng)的概覽，其配有中央控制單元和基座單元、均包括固定 的蓋板的十二個盒容納站和用于接納均包括電極陣列的可調(diào)換的電極板的十二個板容納 站；
[0068] 圖5示出其中容納有根據(jù)第三實施例的一次性盒的一個盒容納站的剖視圖，其 中：
[0069] 圖5A示出插入基本上堅直的盒容納站的頂部進入盒，其具有基本上堅直的電極 陣列和蓋板，并且
[0070] 圖5B示出從在圖5A中指示的截面B觀察的頂部進入盒；
[0071] 圖6示出可調(diào)換的電極板的概覽，其可插入數(shù)字微流體系統(tǒng)中；該可調(diào)換的電極 板的底部基板被配置為印刷電路板（PCB);
[0072] 圖7示出根據(jù)圖2的截面詳圖；這里，電極陣列根據(jù)電接觸的第一實施例位于可調(diào) 換的電極板上；
[0073] 圖8示出根據(jù)圖3的截面詳圖；這里，電極陣列根據(jù)電接觸的第二實施例位于可調(diào) 換的電極板上；
[0074] 圖9示出通用多層次"儀器平臺"的示意圖，其包括具有所有普通模塊的標(biāo)準化的 基座單元；"儀器平臺"還包括適用于特定實驗或測定的可替換的PCB和可替換的盒。

【具體實施方式】
[0075] 圖1示出示例性的數(shù)字微流體系統(tǒng)1的概覽，數(shù)字微流體系統(tǒng)1配有中央控制單 元14和基座單元7、各自包括電極陣列9和蓋板12的四個盒容納站8。數(shù)字微流體系統(tǒng)1 被配置用于在一次性盒2內(nèi)操縱試樣液滴23, 一次性盒2包含底層3、頂層4和最終地間隔 件5,間隔件5限定在底層3和頂層4之間的間隙6。因此，試樣液滴23在一次性盒2的間 隙6中被操縱。根據(jù)本發(fā)明的該數(shù)字微流體系統(tǒng)1也包括用于接納可調(diào)換的電極板41的 四個板容納站40。
[0076] 數(shù)字微流體系統(tǒng)1包括基座單元7,其具有配置用于接收一次性盒2的至少一個盒 容納站8。數(shù)字微流體系統(tǒng)1可以是獨立式和固定式單元，多個操作者在其上操作他們攜帶 的盒2。數(shù)字微流體系統(tǒng)1因此可包括多個盒容納站8和多個電極陣列9,其中至少一些位 于可調(diào)換的電極板41上，使得可以同時和/或并行地操作多個盒2。盒容納站8和板容納 站40的數(shù)目可以是1個或在例如1個和100個或甚至更多之間的任何數(shù)；該數(shù)目例如受中 央控制單元14的處理能力限制。
[0077] 可能優(yōu)選的是將數(shù)字微流體系統(tǒng)1集成到液體處理工作站中或Freedom EVO?; 機器人工作站中，使得移吸機器人可用來將液體部分和/或包含液體的試樣轉(zhuǎn)移到盒2和 從盒2轉(zhuǎn)出。備選地，系統(tǒng)1可被配置為手持單元，其僅包括并且能夠與少量的例如單個一 次性盒2 -起工作。每個技術(shù)人員應(yīng)理解，在本發(fā)明的精神內(nèi)，位于剛剛提及的兩個極端方 案之間的中間方案也將可運行和工作。
[0078] 根據(jù)本發(fā)明，數(shù)字微流體系統(tǒng)1也包括用于接收可調(diào)換的電極板41的至少一個板 容納站40,可調(diào)換的電極板41包括基本上在第一平面中延伸且包括多個單獨的電極10的 電極陣列9。這樣的可調(diào)換的電極板41優(yōu)選地位于基座單元7的所述盒容納站8中的每一 個處。優(yōu)選地，每個電極陣列9由底部基板11支撐。應(yīng)當(dāng)指出，表達"電極陣列"、"電極布 局"和"印刷電路板（PCB) "在本文中用作同義詞。
[0079] 數(shù)字微流體系統(tǒng)1也可包括具有頂部基板13的至少一個蓋板12 ;雖然設(shè)置這樣 的蓋板12是特別優(yōu)選的，但蓋板中的至少一些可被省掉或者可由備選的覆蓋件替換，該覆 蓋件用于將一次性盒2在微流體系統(tǒng)1的基座單元內(nèi)部保持到位。因此，至少一個蓋板12 可位于所述盒容納站8中的一個處。蓋板12的頂部基板13和具有電極陣列9或PCB的底 部基板11分別限定空間或盒容納站8。在第一變型中（參見在基座單元7的中部的兩個盒 容納站8)，盒容納站8被配置用于接收滑動地插入的一次性盒2, 一次性盒2能在相對于相 應(yīng)的盒容納站8的電極陣列9基本上平行的方向上移動。這樣的前加載或頂部加載可由拉 入自動機構(gòu)支撐，該拉入自動機構(gòu)在一次性盒2的部分插入之后將盒2輸送到其在盒容納 站8內(nèi)的最終目的地，在這里，盒2被精密地座置。優(yōu)選地，這些盒容納站8不包括可移動 的蓋板12。在對試樣液滴進行所有預(yù)期操縱之后，用過的盒2可由拉入自動機構(gòu)彈出并輸 送到分析站或丟棄。
[0080] 在第二變型中（參見基座單元7的右側(cè)和左側(cè)上的兩個盒容納站8)，盒容納站8 包括蓋板12,其被配置成能相對于相應(yīng)的盒容納站8的電極陣列9移動。蓋板12優(yōu)選地被 配置成能夠繞一個或多個鉸鏈16和/或在基本上垂直于電極陣列9的方向上移動。
[0081] 類似于將一次性盒2插入盒容納站8中的可能性、將可調(diào)換的電極板41插入板容 納站40中的可能性包括以下備選方案：
[0082] (a)將可調(diào)換的電極板41堅直地下降通過相應(yīng)的盒容納站8且進入板容納站40 中；
[0083] (b)將可調(diào)換的電極板41在相應(yīng)的盒容納站8下方基本上水平地滑動且進入板容 納站40中；
[0084] (c)將可調(diào)換的電極板41在相應(yīng)的盒容納站8下方基本上水平地滑動且基本上堅 直地提升到板容納站40中。
[0085] 在圖1中，僅繪出一個可調(diào)換的電極板41，其可通過在第二盒容納站8 (從左側(cè) 數(shù)）下方前加載而滑動地插入。用于定位板容納站40的所有可能的位置都由虛線箭頭指 示和指出。
[0086] 數(shù)字微流體系統(tǒng)1也包括中央控制單元14,其用于控制所述至少一個電極陣列9 的單獨的電極10的選擇，并且用于為這些電極10提供用于通過電潤濕在所述盒2內(nèi)操縱 液滴的各個電壓脈沖。如在圖1中部分地指示的，每個單一的獨立電極10可操作地連接到 中央控制單元14并且因此可以由該中央控制單元14獨立地處理，該中央控制單元14也包 括合適的源，用于以本領(lǐng)域已知的方式形成和提供必要的電勢。
[0087] 至少一個蓋板12優(yōu)選地包括導(dǎo)電材料15,導(dǎo)電材料15在第二平面中延伸并且基 本上平行于該至少一個蓋板12所分配到的盒容納站8的電極陣列9。特別優(yōu)選的是，蓋板 12的該導(dǎo)電材料15被配置成不連接到接地電勢的源。本發(fā)明的 申請人:驚奇地發(fā)現(xiàn)，如果在 蓋板12的導(dǎo)電材料15和某個電勢（如接地電勢）的任何源之間不存在連接，導(dǎo)電材料15 也有助于在數(shù)字微流體系統(tǒng)1中操縱的液滴的電潤濕移動。因此，蓋板12可被配置成能在 任何隨意方向上移動，并且在選擇蓋板12的特別優(yōu)選的移動時，不必考慮電觸點。因此，蓋 板12可被配置成也能在基本上平行于電極陣列9的方向上移動，并且用于相對于基座單元 7的相應(yīng)的電極陣列9進行線性、圓形或任何隨意移動。
[0088] 圖2示出其中容納根據(jù)第一實施例的一次性盒2的一個示例性盒容納站8的剖視 圖。蓋板12經(jīng)由鉸鏈16與數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基座單元7機械連接；因此，蓋板12可擺 動打開，并且一次性盒2可通過頂部進入加載放置在盒容納站8上（參見圖1)。蓋板12的 導(dǎo)電材料15被配置為附接到頂部基板13的金屬薄板或金屬箔。備選地，蓋板12的導(dǎo)電材 料15被配置為沉積在頂部基板13上的金屬層。導(dǎo)電材料15的這種沉積可通過本身已知 的化學(xué)或物理氣相沉積技術(shù)來進行。
[0089] 蓋板12被配置成將力施加到容納在基座單元7的盒容納站8處的一次性盒2。該 力抵靠電極陣列9推動一次性盒2,以便將盒的底層3定位成盡可能靠近電極陣列9的表 面。該力也將一次性盒2相對于蓋板12的穿刺設(shè)施18推入在電極陣列9上的完美位置。 該穿刺設(shè)施18被配置用于將試樣小滴引入盒2的間隙6內(nèi)。穿刺設(shè)施18被配置為通孔19， 其橫跨整個蓋板12引導(dǎo)并且使得穿刺移液管端20能夠被推過并刺穿盒2的頂層4。穿刺 移液管端20可以是手持移液管（未不出）的一部分或吸移機器人（未不出）的一部分。
[0090] 在圖2所示的情況中，電極陣列9由介電層24覆蓋。電極陣列9固定到底部基板 11,并且每個單獨的電極10與中央控制單元14電氣地且操作性地連接（這里僅繪出10個 電極10中的3個連接）。電極陣列9位于不可移動地固定的底部基板11上。數(shù)字微流體 系統(tǒng)1被配置用于在包含間隙6的一次性盒2內(nèi)操縱試樣液滴23。因此，試樣液滴23在一 次性盒2的間隙6中被操縱。一次性盒2包括底層3、頂層4、以及限定在底層3和頂層4 之間的間隙6的間隔件5,以用于在該間隙6中操縱試樣液滴23。底層3和頂層4包括暴 露于盒2的間隙6的疏水性表面17。盒2的底層3和頂層4完全為疏水性膜或至少包括暴 露于盒2的間隙6的疏水性表面。從該圖2可清楚看出，盒2不具有導(dǎo)電層。盒2的間隔 件5這里至少部分地被配置為包括用于施加到間隙6中的試樣小滴的測定中所需的試劑的 隔室21的主體。
[0091] 圖3示出其中容納根據(jù)第二實施例的一次性盒2的一個示例性盒容納站8的剖視 圖。不同于此前的實施例，蓋板12與數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基座單元7機械地連接且不可移 動地固定。蓋板12的導(dǎo)電材料15被配置為附接到頂部基板13的厚金屬板。這里，蓋板12 不被配置成將力施加到容納在基座單元7的盒容納站8處的一次性盒2 ;因此，蓋板12保 留位置，并且一次性盒2可經(jīng)由前進入加載放置在盒容納站8上。這樣的前進入加載通常 包括一次性盒2在平行于電極陣列9的方向上的移動（參見圖1)。為了允許一次性盒2的 正確拉入并將盒整齊地定位在容納站8,基座單元7優(yōu)選地配有插入導(dǎo)向器25。這些插入 導(dǎo)向器25優(yōu)選地由諸如四氟乙烯的自潤滑塑性材料制成，并且優(yōu)選地在它們之間留有剛 夠滑動地插入一次性盒2的空間。備選地，蓋板12的導(dǎo)電材料15被配置為夾在頂部基板 13的材料之間的金屬板、金屬箔或金屬層（參見圖5A)。
[0092] 圖3的一次性盒2包括底層3、頂層4、以及限定在底層3和頂層4之間的間隙6 的間隔件，以用于在該間隙6中操縱試樣液滴23。底層3和頂層4包括暴露于盒2的間隙 6的疏水性表面17。盒2的底層3和頂層4完全為疏水性膜或至少包括暴露于盒2的間隙 6的疏水性表面。作為與圖2中描繪那樣的區(qū)別，該盒2具有附接到底層3或形成底層3的 一部分的介電層24。因此，底層3由介電層24覆蓋，或底層3本身由電介質(zhì)材料制成。因 此，電極陣列9不需要具有這樣的介電層24。盒2的間隔件5這里至少部分地被配置為包 括用于施加到間隙6中的試樣小滴的測定中所需的試劑的隔室21的主體。在這種情況下， 電極陣列9由介電層24覆蓋。
[0093] 電極陣列9固定到底部基板11，并且每個單獨的電極10與中央控制單元14電氣 地且操作性地連接（這里僅繪出10個電極10中的3個連接）。電極陣列9位于不可移動 地固定的底部基板11上。數(shù)字微流體系統(tǒng)1被配置用于在包含間隙6的一次性盒2內(nèi)操 縱試樣液滴23。因此，試樣液滴23在一次性盒2的間隙6中被操縱。
[0094] 蓋板12也包括穿刺設(shè)施18,其被配置用于將試樣小滴引入盒2的間隙6中。穿刺 設(shè)施18被配置為通孔19,其橫跨整個蓋板12引導(dǎo)并且使得穿刺移液管端20能夠被推過并 刺穿盒2的頂層4。穿刺移液管端20可以是手持移液管（未示出）的一部分或吸移機器人 (未示出）的一部分。蓋板12這里包括附加的穿刺設(shè)施22,用于將穿刺移液管端20推過 刺穿蓋板12的通孔19,以刺穿盒2的頂層4并從隔室21抽出試劑部分，并且用于將所述試 劑部分引入盒2的間隙6中。這里，隔室21被配置為在間隔件5的主體中的切口，該切口 由底層3和頂層4封閉。
[0095] 同樣，在已介紹的第一和第二實施例中，一次性盒2包括底層3、頂層4、以及限定 在底層3和頂層4之間的間隙6的間隔件5,以用于在該間隙6中操縱試樣液滴23。底層 3和頂層4包括暴露于盒2的間隙6的疏水性表面17。第一疏水性表面17'位于底層3的 內(nèi)部上，并且第二疏水性表面17"位于頂層4的內(nèi)部上。盒2的底層3和頂層4完全為疏 水性膜或至少包括暴露于盒2的間隙6的疏水性表面。從該圖2可清楚看出，盒2不具有 導(dǎo)電層。盒2的間隔件5這里不需要被配置為包括用于施加到間隙6中的試樣小滴的測定 中所需的試劑的隔室21的主體，因為這些試劑可利用手持移液管或利用吸移機器人（參見 上文）通過常規(guī)吸移添加到間隙6。
[0096] 同樣，在已介紹的第一和第二實施例中，一次性盒2包括底層3、頂層4、以及限定 在底層3和頂層4之間的間隙6的間隔件5,以用于在該間隙6中操縱試樣液滴23。底層 3和頂層4包括暴露于盒2的間隙6的疏水性表面17。第一疏水性表面17'位于底層3的 內(nèi)部上，并且第二疏水性表面17"位于頂層4的內(nèi)部上。盒2的底層3和頂層4完全為疏 水性膜或至少包括暴露于盒2的間隙6的疏水性表面。從該圖2可清楚看出，盒2不具有 導(dǎo)電層。盒2的間隔件5這里不需要被配置為包括用于施加到間隙6中的試樣小滴的測定 中所需的試劑的隔室21的主體，因為這些試劑可利用手持移液管或利用吸移機器人（參見 上文）通過常規(guī)吸移添加到間隙6。
[0097] 圖4示出數(shù)字微流體系統(tǒng)1的概覽，數(shù)字微流體系統(tǒng)1配有中央控制單元14和基 座單元7、各自可包括固定的蓋板12的十二個盒容納站8。該基座單元7特別適合接收根 據(jù)第六實施例的盒2,并且適合將這些盒加載到具有基本上堅直的電極陣列9和蓋板12的 基本上堅直的盒容納站8中（參見圖5)。這樣的加載優(yōu)選地由液體處理工作站（未示出） 的機器人化的夾持裝置進行。
[0098] 根據(jù)本發(fā)明，該數(shù)字微流體系統(tǒng)1也包括十二個板容納站40,用于接納均包括電 極陣列9的可調(diào)換的電極板41。在圖4的該示例性實施例中，所有盒容納站8和板容納站 40均成對分組，板容納站40位于盒容納站8的正下方。這些成對的盒容納站8和板容納 站40在這里被布置成四列三行；右列上方的盒容納站8沒有一次性盒2,其示出在基座單 元7的右側(cè)外部。此外，中間盒容納站8和板容納站40也沒有一次性盒2和可調(diào)換的電極 板41，其同樣示出在基座單元7的右側(cè)外部。
[0099] 圖5(參見圖5A和圖5B)示出其中容納根據(jù)第六實施例的一次性盒2的數(shù)字微流 體系統(tǒng)1的基座單元7的一個示例性的盒容納站8的剖視圖。從圖5A-目了然的是，頂部 進入盒2被插入具有基本上堅直的電極陣列9和蓋板12的基本上堅直的盒容納站8中。該 一次性盒2包括底層3和頂層4、以及限定在底層3和頂層4之間的間隙6的間隔件5,以 用于在該間隙6中操縱試樣液滴23。底層3和頂層4包括暴露于盒2的間隙6的疏水性表 面17'、17"。盒2的底層3和頂層4完全為疏水性膜或至少包括暴露于盒2的間隙6的疏 水性表面。類似于圖2中描繪那樣，該盒2不具有附接到底層3或形成底層3的一部分的 介電層。因此，電極陣列9需要具有這樣的介電層24。該盒2優(yōu)選地填充有硅油。
[0100] 電極陣列9固定到底部基板11 (其本身不可移動地固定在基座單元7的內(nèi)部），并 且每個單獨的電極10與中央控制單元14電氣地且操作性地連接（這里僅繪出十四個電極 10的四個連接）。數(shù)字微流體系統(tǒng)1被配置用于在包含間隙6的一次性盒2內(nèi)操縱試樣液 滴23。因此，試樣液滴23在一次性盒2的間隙6中被操縱。
[0101] 蓋板12機械地連接且完全集成到數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基座單元7中，并且不可移 動。因此，一次性盒2可經(jīng)由前進入加載插入盒容納站8中，前進入加載在圖5A和5B的情 況中實際上被稱為頂部進入加載（比較圖4)。這里，蓋板12的導(dǎo)電材料15由金屬導(dǎo)電材 料制成并且被夾在頂部基板13的材料之間。備選地，代替頂部基板13 (未示出）的材料或 除此之外，蓋板12的導(dǎo)電材料15可由塑性層覆蓋。
[0102] 間隔件5也包括穿刺設(shè)施18,其被配置用于將試樣小滴引入盒2的間隙6中。穿 刺設(shè)施18被配置為間隔件5的放大部分。該放大的間隔件部分優(yōu)選地配有可刺穿的自密 封膜31，其允許將穿刺移液管端20推過。穿刺移液管端20可以是手持移液管（未示出） 的一部分或吸移機器人（未示出）的一部分。液體向盒2的間隙6的自動化遞送或液體從 盒2的間隙6的抽出通過由盒2的該放大的間隔件部分提供的相對較大的穿刺區(qū)域而簡 化。假設(shè)間隙寬度為約1_3_，則該穿刺區(qū)域的寬度優(yōu)選地為約5-10_并且因此具有大約 96孔微板的孔的尺寸，這可以由液體處理系統(tǒng)或液體處理工作站的自動化移液器容易地達 至IJ。在為隔室21提供空間的同時（還可參見圖5B)，盒2的放大的間隔件部分也提供用于 由自動化的機器人抓握器（未示出）抓握的抓握表面，該抓握器優(yōu)選地用于處理數(shù)字微流 體系統(tǒng)1外部的盒并且用于插入盒2和將盒2從其容納站8抽出。此外，盒2的放大的間 隔件部分提供鄰接表面，該鄰接表面在盒2正確地容納在容納站8內(nèi)時鄰接基座單元7的 表面。
[0103] 類似于一次性盒2向相應(yīng)的盒容納站8的插入和從盒容納站8中的撤出，可調(diào)換 的電極板41可被插入相應(yīng)的板容納站40并從其中撤出。此外，重要的是應(yīng)注意到，類似于 或相異于它們迄今為止示出和討論的空間取向，這些容納站8、40可以任何隨意的空間取 向來定向，只要盒容納站8和板容納站40定位成彼此很靠近，使得插入其容納站8中的一 次性盒2將其底層3與相應(yīng)的可調(diào)換的電極板41的表面（S卩，電極陣列9的表面或在相應(yīng) 的可調(diào)換的電極板41的電極陣列9的頂部上的介電層24的表面）可操作地接觸。
[0104] 優(yōu)選的是，電極陣列9延伸至相對于基座單元7的表面的最前位置，以便能夠使液 滴23從隔室21移動至在印刷電路板（PCB)或電極陣列9上的不同位置。同樣，使液滴23 在相反方向上從在電極陣列9上的反應(yīng)站移動至隔室21是非常優(yōu)選的，尤其是在反應(yīng)產(chǎn)物 將在數(shù)字微流體系統(tǒng)1外部并且也在盒2外部分析的情況中。
[0105] 圖5B示出從在圖5A中指示的截面B觀察的圖5A的頂部進入盒2。該截面延伸穿 過間隙6且在自包含的一次性盒2的底層3和頂層4之間。該截面也橫跨間隔件5,間隔件 5的U形部分位于底層3和頂層4之間，并且放大的間隔件部分設(shè)置在U形部分以及底層3 和頂層4周圍。優(yōu)選地，間隔件5的U形部分為塑性材料（優(yōu)選注塑的）并且膠合或熔合 到底層3和頂層4。優(yōu)選的是，放大的間隔件部分也通過注塑制備；這使得能夠提供隔離條 32,隔離條32 -方面在可刺穿膜31下方形成隔室21，另一方面使可刺穿膜31穩(wěn)定。這樣 的穩(wěn)定優(yōu)選地通過將隔離條32和放大的間隔件部分背面注塑到可刺穿膜31而提供。優(yōu)選 地，放大的間隔件部分接著被施加在具有底層3和頂層4的間隔件5的U形部分上。
[0106] 如前所指，間隔件5優(yōu)選地也包括配置為間隔件5的放大部分的穿刺設(shè)施18。該 放大的間隔件部分優(yōu)選地配有可刺穿的自密封膜31，其允許將穿刺移液管端20推過。穿 刺吸移液端20可以是手持移液管（未示出）的一部分或吸移機器人（未示出）的一部分。 間隔件2這里包括附加的穿刺設(shè)施22,用于將穿刺移液管端20推過自密封膜31和從盒2 的間隙6抽出例如硅油。在該圖5B的盒2中，液滴23 (例如，試樣）由在穿刺設(shè)施18處的 穿刺移液管端20引入，然后在底層3的疏水性表面17'上移動至實際位置。與將液滴23 引入隔室21中和間隙6中同時，類似量的硅油（或不會與液滴23反應(yīng)的任何其它化學(xué)上 惰性的液體）被從在附加的穿刺設(shè)施22處的相應(yīng)的隔室21抽出。代替液體在間隙6中的 這樣的同時平衡，預(yù)期量的油或惰性液體的移除可以在插入液滴23之前或之后不久進行。 隔室21也可充當(dāng)貯存器，用于存儲比從該液體制備可移動的液滴23所需的更多的液體；因 此,一旦引入隔室21中的至少一個內(nèi)，就可從單一液體體積制備多個這樣的小滴23。然而， 可建議的是留出一個隔室21以用于抽出油或惰性液體，并且留出另一個隔室21以用于抽 出試劑產(chǎn)品。
[0107] 根據(jù)備選的和非常簡單的實施例（未示出），可在PCB上安裝一次性盒2以用于電 潤濕，一次性盒2包括具有均指向間隙6的疏水性表面17'、17"的底層3和頂層4,而不論 PCB是否被配置為可調(diào)換的。代替利用配有導(dǎo)電材料15的蓋板12,導(dǎo)電膜（例如，鋁箔） 可附接到頂層4的外表面。結(jié)果表明，這樣的導(dǎo)電膜甚至在該導(dǎo)電膜不接地時也允許電潤 濕。代替將不接地的導(dǎo)電膜附接到盒，頂層4可具有在其外表面上的薄膜涂層；該薄膜涂 層可為任何金屬并通過化學(xué)或物理蒸鍍技術(shù)沉積。在頂層4的外表面上的該導(dǎo)電薄膜甚至 可為導(dǎo)電涂料。因此，提議提供在第二平面中且基本上平行于電極陣列9延伸的導(dǎo)電材料 15,所述導(dǎo)電材料15位于盒2的頂層4上并且在操縱試樣液滴23期間不連接到不同電勢 的源。
[0108] 圖6示出可插入數(shù)字微流體系統(tǒng)1的板容納站40中的可調(diào)換的電極板41的概 覽。該可調(diào)換的電極板41的底部基板11被配置為印刷電路板（PCB)。該俯視圖示出了電 極陣列9的類似布局，就像在專利申請No. US 13/188, 584中公開的用于液體小滴操縱的系 統(tǒng)的印刷電路板（PCB)那樣，該專利申請已由本 申請人:于2011年7月22日提交并且公布 為US 2013/0020202 A1。系統(tǒng)40的該特定電極陣列9被配置用于在其頂部上接納一次性 盒2。該電極陣列9被特別地配置為適合用于細胞材料的裂解，用于DNA片段的提取和PCR 擴增，用于基因分型用雜交實驗，并且用于光學(xué)檢測。然而，不同于US 2013/0020202 Al中 公開的PCB，該電極陣列9的底部基板11并非不可移除地固定到數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基座 單元7。這里，底部基板11和電極陣列9是能夠可移除地插入數(shù)字微流體系統(tǒng)1的板容納 站40中的可調(diào)換的電極板41的部件。
[0109] 當(dāng)所有實驗和測量都完成時，盒2(與其中的試樣和廢物一起）被安全地處置，從 而使實驗室人員中的任何人都不受其內(nèi)容物的危害。然后，可以決定利用類似的或其它的 試樣進行類似的測定，但利用帶有其專用電極陣列9的相同的可調(diào)換的電極板41。在這種 情況下，下一個一次性盒2被壓到電極陣列9上，并且可以進行下一個實驗。備選地，可以決 定進行帶有其專用電極陣列9的本發(fā)明的可調(diào)換的電極板41不特別適用的其它實驗。在 該備選情況中，選擇帶有更適合將進行的實驗或測定的不同的電極陣列9的另一個可調(diào)換 的電極板41。因此，當(dāng)前選擇的可調(diào)換的電極板41包括電極陣列9,其被配置用于在盒2 的間隙6內(nèi)進行特別的備選測定或?qū)嶒?，在該測定或?qū)嶒炂陂g，粘附到疏水性表面17的試 樣液滴23通過電潤濕而在間隙6內(nèi)被操縱。
[0110] 在圖6中（參見該圖的頂部上和底部上），可看到大量的接觸點，S卩，電氣板接觸元 件42。單獨的電線（這里為使附圖更加清楚而未示出）使每個單獨的電極10與這些電氣 板接觸元件42中的一個接觸。此外，位于可調(diào)換的電極板41的底部基板11中的加熱器也 連接到這些電氣板接觸元件42中的一些。所有電氣板接觸元件42都通過與合適數(shù)量的電 氣基座單元接觸元件43和數(shù)字微流體系統(tǒng)1的中央控制單元14的物理接觸而連接，該中 央控制單元14控制例如加熱器、穿刺設(shè)施18等的以及需要的電極10的所有電勢的所有必 要激活。在電極陣列9的每一側(cè)上且靠近PCB 11的邊界44還設(shè)置有單獨的接觸點，以用 于與中央控制單元14的接地電勢源接觸。板接觸元件42可靠近PCB 11的一個或多個邊 界44定位，具體取決于物理需要和使可調(diào)換的電極板41進入其數(shù)字微流體系統(tǒng)1的板容 納站40的方法。
[0111] 所示可調(diào)換的電極板41被配置成放置在數(shù)字微流體系統(tǒng)1的板容納站40中的一 個處，例如，如圖1或4所示。在每種情況下，可調(diào)換的電極板41的電氣板接觸元件42被 配置成與基座單元7的電氣基座單元接觸元件43接合，電氣基座單元接觸元件43電連接 到數(shù)字微流體系統(tǒng)1的中央控制單元14。優(yōu)選地，支撐電極陣列9的底部基板11被配置為 印刷電路板（PCB)，電氣板接觸元件42成組地定位且靠近PCB的一個或多個邊界44。尤其 優(yōu)選的是，電極陣列9的單獨的電極10被布置和配置用于通過電潤濕在盒2內(nèi)操縱液體小 滴并且用于進行特定的測定或?qū)嶒灐?br> [0112] 圖7示出根據(jù)圖2的截面詳圖；然而，在這里，電極陣列9根據(jù)電接觸的第一實施 例位于可調(diào)換的電極板41上，據(jù)此，電氣板接觸元件42被配置為剛性的板或圓丘，其在垂 直于第一平面的方向上基本上在底部基板11的至少一個邊界44上延伸，可調(diào)換的電極板 41的至少一個電極陣列9基本上在第一平面中延伸。優(yōu)選地，為了接收這樣的可調(diào)換的電 極板41，電連接到數(shù)字微流體系統(tǒng)1的中央控制單元14的多個電氣基座單元接觸元件43 被配置為板彈簧，該板彈簧基本上堅直地延伸并且在水平方向上為有回彈力的，以便安全 地且單獨地接合電連接到單獨的電極10的可調(diào)換的電極板41的多個電氣板接觸元件42。
[0113] 圖8示出根據(jù)圖3的截面詳圖；然而，在這里，電極陣列9根據(jù)電接觸的第二實施 例位于可調(diào)換的電極板41上，據(jù)此，電氣板接觸元件42被配置為剛性的板或圓丘，其在平 行于第一平面的方向上基本上在下側(cè)上且靠近底部基板11的邊界44延伸，至少一個電極 陣列9基本上在第一平面中延伸。優(yōu)選地，為了接收這樣的可調(diào)換的電極板41，電連接到數(shù) 字微流體系統(tǒng)1的中央控制單元14的多個電氣基座單元接觸元件43被配置為有回彈力的 或彈性地支撐的銷，其基本上堅直地延伸并且在堅直方向上為有回彈力的，以便安全地且 單獨地接合電連接到單獨的電極10的可調(diào)換的電極板41的多個電氣板接觸元件42。如圖 所示，共同的（這里為堅直地布置的）或單獨的（這里為水平地布置的）插入導(dǎo)向器可有 利于一次性盒2和/或可調(diào)換的電極板41向相應(yīng)的容納站8、40中的安全且準確的插入以 及從相應(yīng)的容納站8、40的方便移除。
[0114] 圖9示出通用的多層次"儀器平臺"的示意圖，S卩，包括標(biāo)準化的基座單元7的數(shù)字 微流體系統(tǒng)1，其具有當(dāng)通過電潤濕操縱液體小滴時始終需要的所有普通模塊。這樣的模塊 例如包括數(shù)字/模擬（D/A)板45、高壓繼電器模塊46、用于將盒2固定在可調(diào)換的PCB 41 上的盒夾緊模塊47或真空機構(gòu)49 (具有0形環(huán)53)、優(yōu)選地加載到基座單元7中的控制單 元14內(nèi)的嵌入軟件51、以及優(yōu)選地配置為觸摸屏的圖形用戶接口（⑶1)52。
[0115] 諸如用于包含在液體小滴23中的試樣的分析（例如吸光度的熒光或透射光學(xué)檢 測的單側(cè)光學(xué)檢測）的光學(xué)模塊48或用于吸引磁珠的磁致動器模塊50的可選模塊可被集 成到所有數(shù)字微流體系統(tǒng)1中或僅根據(jù)需要集成。用于進行一系列特定的實驗或測定的這 樣的"儀器平臺"優(yōu)選地被配置為獨立式儀器，其還包括適用于相應(yīng)的實驗或測定的一套可 替換的PCB和可替換的盒。
[0116] 電氣板接觸元件42和電氣基座單元接觸元件43的不同布置在閱讀并申請的技術(shù) 人員的選擇內(nèi)。
[0117] 一種用于操縱粘附到疏水性表面17的試樣液滴23的方法可包括在一次性盒2的 底層3上提供第一疏水性表面17'的步驟。該底層3定位成在數(shù)字微流體系統(tǒng)1的電極陣 列9上方基本上平行。所述電極陣列9大致在第一平面中延伸且包括多個單獨的電極10， 這些電極10由數(shù)字微流體系統(tǒng)1的基座單元7的底部基板11支撐。所述電極陣列9連接 到數(shù)字微流體系統(tǒng)1的中央控制單元14,以用于控制所述電極陣列9的單獨的電極10的選 擇，并且用于為這些電極10提供用于通過電潤濕操縱所述第一疏水性表面17'上的所述液 滴23的各個電壓脈沖。該方法也可包括提供第二疏水性表面17"的步驟，第二疏水性表面 17"基本上平行于所述第一疏水性表面17'且離所述第一疏水性表面17'一定距離。這樣， 在第一疏水性表面17'和第二疏水性表面17"之間形成間隙6。優(yōu)選地，這樣的間隙6由間 隔件5限定，包括第一疏水性表面17'的底層3和包括第二疏水性表面17"的頂層4附接 到間隔件5。該方法還可包括為蓋板12提供頂部基板13。蓋板12也包括導(dǎo)電材料15,其 在第二平面中且基本上平行于電極陣列9延伸。尤其優(yōu)選的是，蓋板12的導(dǎo)電材料15在 操縱試樣液滴23期間不連接到不同電勢的源。
[0118] 在所示出或討論的所有實施例中，優(yōu)選的是，一次性盒2的間隙6基本上用硅油填 充。同樣始終優(yōu)選的是，盒2的底層3和頂層4完全為疏水性的膜或包括暴露于盒2的間 隙6的疏水性表面17'、17"。在用一次性盒2的間隙6電潤濕和操縱至少一個液滴23之 后，操縱或測定的結(jié)果可被評價，同時一次性盒2仍在盒容納站8處，S卩，利用數(shù)字微流體系 統(tǒng)1或數(shù)字微流體系統(tǒng)1集成到的工作站的分析系統(tǒng)。備選地，可將一次性盒2取出數(shù)字 微流體系統(tǒng)1的基座單元7并在別處分析。
[0119] 在分析之后，一次性盒2可被丟棄，而電極陣列9可重復(fù)使用。由于數(shù)字微流體系 統(tǒng)1的部件在與盒2的第一或第二實施例一起工作時從不與任何試樣或試劑接觸，與其它 一次性盒2的這種重復(fù)使用可以是立即的，并且沒有任何中間清潔。由于數(shù)字微流體系統(tǒng)1 的蓋板12的通孔19在與盒2的第三或第四實施例一起工作時可與試樣和試劑接觸，與其 它一次性盒2的這種重復(fù)使用可在某種中間清潔之后或在蓋板12的替換之后進行。
[0120] 本發(fā)明的目的是提供可移除的和一次性的膜，其在通過電潤濕操縱液滴23期間 將液滴23與電極陣列9和頂板12分離。如在以上說明書中提出的自包含一次性盒2的六 個不同的實施例中所示，可移除的和一次性的膜優(yōu)選地作為盒2的底層3和頂層4提供。
[0121] 在一個優(yōu)選的實施例中，盒2的底層3通過真空吸引到PCB。PCB中的小的抽空孔 連接到真空泵以用于此目的。將這樣的真空吸引施加到底層3使得能夠避免使用任何液體 或粘合劑以使盒2的底層3更好地接觸到電極陣列9的表面。
[0122] 對于技術(shù)人員看起來合理的本文所公開的盒2的不同實施例的特征的任何組合 都在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
[0123] 即使它們未在每種情況下被特別地描述，附圖中所示附圖標(biāo)記也指本發(fā)明的數(shù)字 微流體系統(tǒng)1的類似元件和可調(diào)換電極板2的類似元件。
[0124] 附圖標(biāo)記：
[0125] 1 數(shù)字微流體系統(tǒng)
[0126] 2 一次性盒
[0127] 3 底層
[0128] 4 頂層
[0129] 5 間隔件
[0130] 6 3和4之間的間隙
[0131] 7 基座單元
[0132] 8 盒容納站
[0133] 9 電極陣列
[0134] 10 單獨的電極
[0135] 11 底部基板、PCB
[0136] 12 蓋板
[0137] 13 頂部基板
[0138] 14 中央控制單元
[0139] 15 導(dǎo)電材料
[0140] 16 鉸鏈
[0141] 17 疏水性表面
[0142] 17'第一疏水性表面
[0143] 17"第二疏水性表面
[0144] 18 穿刺設(shè)施
[0145] 19 通孔
[0146] 20 穿刺移液管端
[0147] 21 隔室
[0148] 22 附加的穿刺設(shè)施
[0149] 23 液滴
[0150] 24 介電層
[0151] 25 插入導(dǎo)向器
[0152] 26 一次性移液管端
[0153] 27 穿刺銷
[0154] 31 可刺穿膜
[0155] 32 隔離條
[0156] 40 板容納站
[0157] 41 可調(diào)換的電極板
[0158] 42 電氣板接觸元件
[0159] 43 電氣基座單元接觸元件
[0160] 44 PCB 邊界
[0161] 45 D/A I/O 板
[0162] 46 HV繼電器模塊
[0163] 47 盒夾緊模塊
[0164] 48 光學(xué)模塊
[0165] 49 真空機構(gòu)
[0166] 50 磁致動器模塊
[0167] 51 嵌入軟件
[0168] 52 ⑶ I
[0169] 53 0 形環(huán)
【權(quán)利要求】
1. 一種用于在一次性盒（2)內(nèi)操縱試樣液滴的數(shù)字微流體系統(tǒng)（I)，所述一次性盒（2) 包括底層（3)、頂層（4)、以及在所述底層和頂層（3, 4)之間的間隙（6);所述數(shù)字微流體系 統(tǒng)⑴包括： (a) 基座單元（7)，其具有配置用于接收一次性盒（2)的至少一個盒容納站（8); (b) 至少一個電極陣列（9)，其基本上在第一平面中延伸且包括多個單獨的電極（10)， 所述至少一個電極陣列（9)由底部基板（11)支撐；以及 (c) 中央控制單元（14)，其用于控制所述至少一個電極陣列（9)的所述單獨的電極 (10)的選擇，并且用于為這些電極（10)提供用于通過電潤濕在所述盒（2)內(nèi)操縱液滴的各 個電壓脈沖， 其特征在于，所述數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)還包括至少一個板容納站（40)，所述至少一個 板容納站（40)位于所述基座單元（7)的所述盒容納站（8)中的一個處；每個板容納站（40) 被配置成接收可調(diào)換的電極板（41)，所述可調(diào)換的電極板（41)包括電極陣列（9)和電連 接到所述電極陣列（9)的所述單獨的電極（10)的多個電氣板接觸元件（42);每個板容納 站（40)包括電連接到所述中央控制單元（14)的多個電氣基座單元接觸元件（43),所述電 氣基座單元接觸元件（43)被配置成與放置在所述板容納站（40)處的可調(diào)換的電極板（41) 的所述電氣板接觸元件（42)接合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述至少一個板容納站 (40)位于所述基座單元（7)的所述盒容納站（8)中的一個下方，并且被配置成接收插入所 述數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)的所述基座單元（7)中的可調(diào)換的電極板（41)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，電連接到所述數(shù)字微流 體系統(tǒng)（1)的所述中央控制單元（14)的所述多個電氣基座單元接觸元件（43)被配置為板 彈簧，所述板彈簧基本上堅直地延伸并且在水平方向上為有回彈力的，以便安全地且單獨 地接合電連接到所述單獨的電極（10)的可調(diào)換的電極板（41)的多個所述電氣板接觸元件 (42)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，電連接到所述數(shù)字微流體 系統(tǒng)（1)的所述中央控制單元（14)的所述多個電氣基座單元接觸元件（43)被配置為有回 彈力的或彈性地支撐的銷，所述銷基本上堅直地延伸并且在堅直方向上為有回彈力的，以 便安全地且單獨地接合電連接到所述單獨的電極（10)的可調(diào)換的電極板（41)的所述多個 電氣板接觸元件（42)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述至少一個板容納站 (40)被配置成接收通過以下方式插入所述數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)的所述基座單元（7)中的可 調(diào)換的電極板（41): (a) 將所述可調(diào)換的電極板（41)基本上堅直地下降通過所述相應(yīng)的盒容納站（8)且進 入所述板容納站（40)中；或 (b) 將所述可調(diào)換的電極板（41)在所述相應(yīng)的盒容納站（8)下方基本上水平地滑動且 進入所述板容納站（40)中；或 (c) 將所述可調(diào)換的電極板（41)在所述相應(yīng)的盒容納站（8)下方基本上水平地滑動且 基本上堅直地提升到所述板容納站（40)中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，還包括用于操縱試樣液滴 的一次性盒（2)，其特征在于，所述底層（3)和所述頂層（4)包括暴露于所述盒（2)的所述 間隙（6)的疏水性表面（17)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述盒（2)還包括間隔件 (5)，所述間隔件（5)至少部分地被配置為包括用于施加到所述間隙（6)中的試樣小滴的測 定或?qū)嶒炛兴璧脑噭┑母羰遥?1)的主體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，所述盒（2)的所述底層 (3)由介電層（24)覆蓋，或所述底層（3)本身由電介質(zhì)材料制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，還包括具有頂部基板（13) 的至少一個蓋板（12)，所述至少一個蓋板（12)位于所述盒容納站（8)處，所述至少一個蓋 板（12)還包括導(dǎo)電材料（15)，所述導(dǎo)電材料（15)在第二平面中延伸且基本上平行于所述 至少一個蓋板（12)所分配到的所述盒容納站（8)的所述電極陣列（9)，并且所述導(dǎo)電材料 (15)不與電勢的源連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)，其特征在于，還包括至少一個可調(diào)換 的電極板（41)，所述至少一個可調(diào)換的電極板（41)包括由底部基板（11)支撐的電極陣列 (9)并且包括電連接到所述電極陣列（9)的所述單獨的電極（10)的多個電氣板接觸元件 (42)，所述可調(diào)換的電極板（41)被配置成放置在所述數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)的所述板容納站 (40)處；所述電氣板接觸元件（42)被配置成與電連接到所述數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)的所述 中央控制單元（14)的所述基座單元（7)的所述電氣基座單元接觸元件（43)接合。
11. 一種可調(diào)換的電極板（41)，包括電極陣列（9)和支撐所述電極陣列（9)的底部基 板（11)，并且包括電連接到所述電極陣列（9)的所述單獨的電極（10)的多個電氣板接觸元 件（42)，其特征在于，所述可調(diào)換的電極板（41)被配置成置于權(quán)利要求1的所述數(shù)字微流 體系統(tǒng)⑴的所述板容納站（40)中的一個處；所述可調(diào)換的電極板（41)的所述電氣板接 觸元件（42)被配置成與電連接到所述數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)的所述中央控制單元（14)的所 述基座單元（7)的所述電氣基座單元接觸元件（43)接合。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)換電極板（41)，其特征在于，支撐所述電極陣列（9) 的所述底部基板（11)被配置為印刷電路板（PCB)，所述電氣板接觸元件（42)成組地定位并 且靠近所述PCB的一個或多個邊界（44)，其中，所述電極陣列（9)的所述單獨的電極（10) 被布置和配置用于通過電潤濕在盒（2)內(nèi)操縱液滴并且用于進行特定的測定或?qū)嶒灐?br> 13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)換電極板（41)，其特征在于，所述電氣板接觸元件 (42)被配置為剛性的板或圓丘，所述剛性的板或圓丘基本上在垂直于所述第一平面的方向 上在所述底部基板（11)的至少一個邊界（44)上延伸，所述可調(diào)換的電極板（41)的所述至 少一個電極陣列（9)基本上在所述第一平面中延伸。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)換電極板（41)，其特征在于，所述電氣板接觸元件 (42)被配置為剛性的板或圓丘，所述剛性的板或圓丘基本上沿平行于所述第一平面的方向 在下側(cè)上延伸且靠近所述底部基板（11)的邊界（44)，所述至少一個電極陣列（9)基本上在 所述第一平面中延伸。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)換電極板（41)，其特征在于，其包括用于進行特定實 驗或測定的電子芯片和專用軟件，其中，該可調(diào)換的電極板（41)的所述芯片和專用軟件被 配置用于當(dāng)把所述可調(diào)換的電極板（41)插入所述數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)的基座單元（7)中 時自動地更新包含在數(shù)字微流體系統(tǒng)（1)的所述基座單元（7)中的軟件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)換電極板（41)，其特征在于，至少所述電極陣列（9) 由介電層（24)復(fù)蓋。
17. -種用于操縱粘附到疏水性表面（17)的試樣液滴（23)的方法，所述方法包括以下 步驟： (a) 提供根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1); (b) 提供根據(jù)權(quán)利要求6所述的盒（2);以及 (c) 提供根據(jù)權(quán)利要求10所述的可調(diào)換的電極板（41)， 其特征在于，所述可調(diào)換的電極板（41)包括電極陣列（9)，所述電極陣列（9)被配置用 于在所述盒（2)的所述間隙（6)內(nèi)進行特定的測定或?qū)嶒?，在所述測定或?qū)嶒炂陂g，粘附到 疏水性表面（17)的試樣液滴（23)通過電潤濕而在所述間隙（6)內(nèi)被操縱。
18. -種用于操縱粘附到疏水性表面（17)的試樣液滴（23)的方法，所述方法包括以下 步驟： (a) 提供根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字微流體系統(tǒng)（1); (b) 提供根據(jù)權(quán)利要求6所述的盒（2);以及 (c) 選擇根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)換的電極板（41)， 其特征在于，所述可調(diào)換的電極板（41)包括電極陣列（9)，所述電極陣列（9)被配置用 于在所述盒（2)的所述間隙（6)內(nèi)進行特定的測定或?qū)嶒灒谒鰷y定或?qū)嶒炂陂g，粘附到 疏水性表面（17)的試樣液滴（23)通過電潤濕而在所述間隙（6)內(nèi)被操縱。
【文檔編號】B01L3/00GK104321141SQ201380011785
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】M·N·費格林 申請人:泰肯貿(mào)易股份公司