CN102928610A - 用于操纵液滴中样品的盒子和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种盒子,包含用于操纵液滴中样品的工作薄膜和电极阵列，而盒子中的工作薄膜被安置在电极阵列上。盒子包含主体，其具有被做成盛放试剂或样品的凹槽；可穿透底部的结构，其不可渗透液体并被做成密封凹槽的底部；位于主体下表面之下的工作薄膜，其不可渗透液体且具有疏水性上表面；位于主体下表面之下的外围垫片，其将工作薄膜连接于主体；主体下表面与工作薄膜疏水上表面之间的空隙，其由外围垫片所限定；以及若干位于可穿透底部结构下面的穿孔元件，其被做成为刺穿可穿透底部结构，以将试剂或样品从凹槽释放至空隙。本发明还公开一种具有电极阵列的系统，盒子可以放置在电极阵列上面。

Description

用于操纵液滴中样品的盒子和系统

技术领域

本发明涉及一种具有聚合物薄膜的盒子，其用于操纵薄膜上液滴中样品。本发明还涉及液滴操纵系统，其包括所述的盒子、被基底支承着的电极阵列以及中央控制单元，该中央控制单元用于控制各个电极的选择以及为它们提供各个电压脉冲，从而通过电润湿操纵液滴。 

各个领域中，良好地设立了生物材料（例如组织样品或微生物，特别是核酸或蛋白质）的分析，尤其是在科研、药物筛选或法医科学以及医疗诊断领域。业界已研发了用于不同用途的适当方法，每个方法需要一套执行各自方法的特殊反应试剂和装置。然而，这对于现有的分析程序是否可以满足各个领域中的不同条件和要求仍然是一个挑战。例如在刑事取证中，通常可得到的分析材料的数量相对较少。此外，此类材料的质量可能很差，这对参与人员增添额外的挑战。因此，需要特别适合这些条件的程序。另一方面，用于实验室诊断程序的生物材料通常用量很大，但针对有待解决的根本问题，只能个别采用需要的方法。 

对于生物材料分析的第一步，其中需要的方法在本技术领域是众所周知的。例如从犯罪现场（在刑事鉴定中）或从病人（出于诊断目的）处收集关注的材料。这些材料可以是组织样品（例如口腔黏膜细胞、毛囊）或体液（如血液、痰等）。随后这些初始材料需要被进一步处理，以使得对核酸或蛋白质的分析可行。通常情况下，针对包括例如对热度、某些酶的活性和/或特定化学物质的应用这些用途，首先进行的是溶解步骤。细胞溶解之后，从附加细胞材料中提纯关注的核酸或蛋白质。在核酸的分析实施方式中，采用扩增步骤以增加样品的产量可能是明智的。通常由聚合酶链反应（PCR）实现核酸的扩增。此方法利用序列特异性引物使核酸序列进行特定的、预定义的扩增。取决于有待解决的问题，可能需要进一步分析扩充材料（例如测序）。 

随着这些方法的可靠性与简单化的发展（例如试剂盒的使用），其已成为这些不同领域的标准程序。伴随着基于分子水平诊断需求的不断增加，对相 关样品自动化处理的需求日益增加，从最初的生物样品开始直至最终的分析。 

背景技术

自动化液体处理系统是本领域众所周知的。一个例子为本申请人（Tecan Schweiz AG，Seestrasse 103,CH-8708 

瑞士）的Freedom 

机器人工作站。该装置可以在单立式仪器或或带有分析系统的自动化连接器上进行自动化液体处理。这些自动化系统的处理过程通常需要大量的液体（微升至毫升）。该系统设计成非便携式的，因而体积较大。 

对用于溶解和/或提纯生物样品的便携式装置的了解来自于WO2007/061943。在一个盒式腔室内对核酸进行处理，该腔室两边排列电极，通过电解、电穿孔、电渗、电动力学或电阻加热处理生物材料。盒子还包含筛分基质（matrixes）或筛分膜。通过使用充分的缓冲溶液和其他试剂，并结合电极的应用，在腔室内可进行各种反应，所期望的产品可以是定向的，例如收集膜。在分析核酸序列时，平行分析的序列数目受限于探针的数目。通常情况下，起作用的探针数目受限于相关仪器可平行检测的四种不同的波长。盒子自身可安置于包括需要的控制元件和能源的集成系统内。虽然这个盒子提供了可至少部分电控制样品处理的系统，但是仍然需要研究者或技术实验室工作人员的介入。 

其它自动化处理生物样品的处理方法来源于微流体领域。该技术领域通常涉及对少量（一般是微米或纳米尺度）液体的控制和操纵。通道系统中的液体流动本质上被认为例如受控于固定装置上的微泵或旋转实验室器具的向心力。在数字微流体中，设置的电压被施加于电极阵列的电极，以使得单独液滴被定址（电润湿）。对电润湿方法的大致概述可见于Washizu的论文（IEEE Transactions on Industry Applications，第34卷，第4期，1998年）以及Pollack等人的论文（实验室芯片，2002年，第2卷，96-101页）。简言之，电湿润是一种使用微电极阵列迁移液滴的方法，且最好在微电极上覆盖着疏水层。设置的电压施加于电极阵列的电极，引起处在定址电极上的液滴表面张力的变化。这导致定址电极上液滴接触角的显著变化，于是液滴发生运动。电润湿过程有两个已被认知的排列电极的原则方式：使用一个具有电极阵列的单一表面来诱导液滴的运动或增加第二个表面，其与一个类似的电极阵列相对 放置，并提供至少一个接地电极。电润湿技术的主要优势为仅需少量体积的液体，例如液滴。这样液体的处理可以在相当短的时间内进行。此外，对液体运动的控制完全是在电子操控下进行，从而实现样品的自动化处理。 

对液滴操纵装置的了解来自于美国专利No.5,486,337，其使用具有电极阵列的单一表面（电极单平面排列）进行电润湿。所有的电极被安置在载体基板的表面、被向下移至基板中、或被非可湿的表面覆盖着。电源与电极相连。紧接着的电极施加电压使得液滴发生运动，从而根据对电极施加电压的顺序，引导电极上的液滴运动。 

对用于微观尺度下控制液滴运动的电润湿装置的了解来自于美国专利6,565,727（双平面的电极排列），其使用具有至少一个接地电极的相对表面的电极阵列。该装置的每个表面可包含多个电极。电极阵列中的驱动电极最好是彼此交叉着排列，突起于每个单一电极的边缘。两个相对的阵列中间形成一个空隙。朝向空隙的电极阵列的表面最好被电绝缘的疏水层包覆着。将多个电场连续地施加于空隙对面的多个电极，以使得被置于空隙中的液滴在非极性填充流体中运动。 

从美国专利申请No.2007/0217956A1中可以得知用于在生物样品处理环境中操纵液滴的电润湿装置的应用。该专利申请建议例如通过热循环在印刷电路板上扩增核酸。以在参比电极和一个或多个驱动电极之间施加电势的方法，在电极阵列上输送液滴。样品被置于印刷电路板的槽内，液滴分散于该印刷电路板。 

然而，上述装置都无法实现以小体积尺度对核酸从样品收集到最终分析的全自动化处理。现有装置的另外一个缺点来自于电极阵列自身，其生产成本一般比较昂贵，因此其在使用时并非一次性的。然而不断地重复使用同一装置用于不同的生物样品以及应用，存在着交叉污染所关注样品的风险，这样可能会导致错误的结果。因此，这种装置不适合高通量的分析。 

从国际专利申请WO 2010/069977A1中可以了解到，用于操纵液滴中样品的具有聚合物薄膜的容器：一个生物样品处理系统，其包含用于进行大容量处理的容器以及具有下表面和疏水上表面的平坦聚合物薄膜。依靠一些突起，平坦的聚合物薄膜与容器的基底侧保持着距离。当容器位于薄膜上时，该距离限定了至少一个空隙。液滴操纵仪器包括至少一个用于诱导液滴运动 的电极阵列。该国际专利申请还公开了支承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。容器和薄膜可逆地附着于液滴操纵仪器。因此，该系统可以将至少一滴液滴通过容器的通道从至少一个凹槽转移至平坦的聚合物薄膜的疏水上表面以及至少一个电极阵列上面。液滴操纵仪器可通过电润湿控制位于平坦的聚合物薄膜疏水上表面的液滴的引导运动，并且处理该处的生物样品。 

发明内容

本发明的目的在于提出一种可选择的盒子，该盒子具有处理液滴中样品的工作薄膜和电极阵列，而盒子中的工作薄膜被安置在电极阵列上。本发明的另一个目的在于提出一种适合的具有电极阵列的液滴操纵系统，本发明的盒子可安置在电极阵列上，电极阵列可用于操纵本发明盒子中工作薄膜上的液滴中的样品。 

按照第一方面可实现的目的在于提供具有处理液滴中样品的工作薄膜和电极阵列的盒子，而盒子中的工作薄膜被安置在电极阵列上。本发明的特征在于，该盒子包括： 

a)主体，所述主体具有上表面、下表面即若干被做成盛放试剂或样品的凹槽； 

b)弹性可变形的顶部结构，所述顶部结构不可渗透液体并被做成密封凹槽的顶部； 

c)可穿透性的底部结构，所述底部结构不可渗透液体并被做成密封凹槽的底部； 

d)位于主体的下表面之下的工作薄膜，该工作薄膜不可渗透液体且具有疏水性上表面； 

e)位于主体的下表面之下的外围垫片，所述外围垫片将工作薄膜连接于主体； 

f)位于主体的下表面与工作薄膜的疏水上表面之间的空隙，所述空隙由外围垫片限定；以及 

g)若干位于可穿透的底部结构下面的穿孔元件，其被做成为刺穿可穿透的底部结构，以将试剂或样品从凹槽释放至空隙中。 

按照第二方面可实现的目的在于提出包括基板和电极阵列的液滴处理系统，该系统的顶部可放置本发明的盒子，以操纵本发明盒子的工作薄膜上液滴中的样品。该系统还包含中央控制单元，用以控制对电极阵列各个电极的选择以及为电极提供用于电润湿操纵液滴的各个电压脉冲。 

另外的和有创造性的特征由各种情况下的从属权利要求限定。 

本发明盒子的优点包括： 

·盒子设计成在物理上与各种不同的分析相匹配，並因此可通用于各种不同的分析。 

·所述可任意处理的盒子设计成一次性使用，并且为计划的分析预载足够数量的备用处理液体和/或试剂。 

·所述盒子具有安全进样的设计，诸如颊粘膜拭子、组织或吸水纸、液体样品以及如血液等。 

·电极阵列与盒子完全分离，其可多次重复使用。 

·依据拟进行的分析，可变化电极阵列的设计。 

·电极阵列并不接触样品材料、样品或试剂，因此可一直保持清洁。 

·依据本发明的盒子和系统，可将单个样品分裂成多个液滴。这使得以下几点成为可能： 

·独立操纵单个液滴； 

·进行每个液滴的单独反应； 

·对每个液滴做不同和独立的处理；例如可以进行核酸的扩增，以及可分析每个液滴中核酸样品的不同单核苷酸多态性（SNP）； 

·样品的一些液滴可用于核酸的分析处理，同一样品的其他液滴可提供免疫测定或参考样品； 

·大量液滴的分析可用单一波长进行，例如平行分析的序列数量仅受限于本发明的盒子与系统的共同区域，而非仪器的光学器件。 

附图说明

以下参照附图更详细地解释依照本发明操纵液滴中样品的盒子和系统，其中所显示的是本发明优选的、示范性的实施方式，并不会缩窄本发明的保护范围。其中： 

图1为第一实施方式的框架结构盒子的截面示意图，其中所述盒子具有被底部封闭的中央开口、若干凹槽以及接触独立外围垫片的工作薄膜，所述盒子几乎与液滴操纵系统的电极阵列接触； 

图2为第二实施方式片状结构盒子的截面示意图，其中所述盒子具有若干凹槽和接触整合外围边缘的工作薄膜，所述盒子几乎与用于液滴操纵的系统的电极阵列接触； 

图3为第三实施方式的框架结构盒子的截面示意图，其中所述盒子具有贯穿主体的中央开口、若干凹槽以及接触独立外围垫片的工作薄膜，所述盒子几乎与液滴操纵系统的电极阵列接触； 

图4为图3中第三实施方式的框架结构盒子的截面示意图，其中所述盒子与液滴操纵系统的电极阵列接触，凹槽的可穿透底部结构是打开的，其部分内容物被挤压入工作薄膜和覆盖层之间的空隙； 

图5为第四实施方式的框架结构盒子的截面示意图，其中所述盒子具有贯穿主体的中央开口、若干凹槽以及接触独立外围垫片的工作薄膜，所述盒子与液滴操纵系统的电极阵列接触，凹槽的可穿透底部结构是打开的，其部分内容物被挤压入工作薄膜和成型为刚性覆盖物的覆盖层之间的空隙； 

图6为第三或第四实施方式的类框架盒子的三维俯视图，其中所述盒子具有位于待作业位置的进样装置； 

图7为图6中第三或第四实施方式的类框架盒子的仰视图，其中所述盒子具有位于待作业位置的进样装置； 

图8A为类框架盒子的进样器的半截面示意图其中所述进样器具有位于作业位置的部分插入的进样装置； 

图8B为类框架盒子的进样器及位于作业位置的部分插入的进样装置的半截面示意图；以及 

图9为第三或第四实施方式的系统电极布局的俯视图，用于液滴操纵的系统被成型为接受类框架盒子，所述电极布局被特定成型为与细胞材料的溶解、DNA片段的提取和PCR扩增、基因分型的杂交实验以及光学检测相匹配。 

具体实施方式

图1显示了第一实施方式的框架结构盒子1的截面，该框架结构盒子1具有被盒子底部16封闭的中央开口14、若干凹槽5，以及与外围垫片9接触的工作薄膜10，其中外围垫片9被成型为独立的外围元件9”。盒子1几乎与液滴操纵系统40的电极阵列20接触。 

盒子1包含用于操纵液滴样品的工作薄膜10和电极阵列20，而盒子1的工作薄膜10被安置在电极阵列20上。盒子1还包含主体2，该主体2最好含有基本上平坦的下表面4。依照第一实施方式，主体2被成型为具有中央开口14的框架结构2”。主体2包含上表面3、下表面4以及若干被成型为承载试剂6或样品6’的凹槽5。主体2最好是由不可渗透液体的惰性塑料材料制成，这样不会占用或干扰凹槽5内含的液体或样品。主体2注塑成型以形成框架结构2”的优选材料，其中包括环烯烃共聚物（COC）、环烯烃聚合物（COP）、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯以及玻璃。除注塑成型之外的优选生产技术包括如聚四氟乙烯或聚四氟乙烯（PTFE）的切割和/或冲压。 

盒子1还包含弹性可变形的顶部结构7，该顶部结构7不可渗透液体并被做成密封凹槽5的顶部。较佳地如图所示，弹性可变形的顶部结构7被做成弹性薄片密封地附着于框架结构2”的上表面3。弹性薄片最好是由弹性材料制成，例如橡胶或热塑性弹性体（TPE）膜，其最好以焊接的方式密封地附着于框架结构2”的上表面3。或者将弹性可变形的顶部结构7做成整合在框架结构2”上（图中未显示）的主体2的弹性顶部。在这种情况下，主体材料最好是TPE。 

盒子1还包含可穿透的底部结构8，该底部结构8不可渗透液体并被做成密封凹槽5的底部。较佳地如图所示，可穿透的底部结构8被做成为整合在框架结构2”上的主体2的可穿透底部。在这种情况下，主体材料最好是TPE。或者可穿透的底部结构8被做成密封地附着于框架架构2”的下表面4（图中未显示）的可穿透薄片。在这种情况下，可穿透薄片最好由弹性材料制得，例如橡胶或热塑性弹性体（TPE）膜。 

盒子1还包含位于主体2,2”下表面4之下的工作薄膜10。工作薄膜10不可渗透液体且具有疏水的上表面11，通过电润湿技术，液滴可在其上面移动。 

依照第一优选实施方式，工作薄膜10被成型为疏水材料单层： 

在如图1所示的优选的实施方式中，疏水材料单层亦是电绝缘的（由此工作薄膜10与电极阵列20的每个独立电极44电绝缘）。因此，盒子1可与其工作薄膜10一起被直接安置在电极阵列20的上面，而无需任何附加绝缘层。制备这种优选绝缘/疏水的工作薄膜10的优选材料选自氟化乙烯丙烯（FEP）例如全氟乙烯丙烯的共聚物、全氟烷氧基树脂聚合物和共聚物（PFA）、环烯烃聚合物和共聚物（COP）以及聚乙烯（PE）。 

然而，当疏水材料单层不是电绝缘时（由此工作薄膜10将会导致电极阵列20的各个电极44之间的短路），盒子1必须在介于电极阵列20和工作薄膜10（图中未显示）之间附加绝缘层的条件下，与其工作薄膜10一起安置在电极阵列20的上面。此附加绝缘层可附着于工作薄膜10的下表面或上表面或各个电极44的表面层48（图中未显示）。另外，提供的附加绝缘层可以是独立的绝缘薄片，所述绝缘薄片被安置在电极阵列20上，然后盒子1及其工作薄膜10安置于绝缘薄片上（图中未显示）。制备这种疏水非绝缘材料单层的工作薄膜10的优选材料为如聚四氟乙烯或聚四氟乙烯（PTFE）材料。 

依照第二实施方式，工作薄膜10被成型为非导电材料单层，其上表面11进行疏水性处理。盒子1可与其工作薄膜10一起直接被安置于电极阵列20的上面，而无需任何附加绝缘层。这样的疏水性处理可以是用硅烷涂覆非导电材料单层（Marcia Almanza-Workman等人，2002）。 

依照第三优选实施方式，工作薄膜10被成型为层压片，其包含下层和疏水的上层，下层可以是导电的或是非导电的： 

类似于图1中所示的，工作薄膜10的层压片最好具有绝缘的下层和疏水的上层，由此工作薄膜10与电极阵列20的每个独立电极44电绝缘。或者可将疏水的第三层材料层压至绝缘层的下侧，以形成绝缘层介于两个疏水层之间的三明治结构。在任何情况下，盒子1可与其工作薄膜10一起直接放置在电极阵列20的上面，而无需任何附加的绝缘层。用于制作这种优选层压片工作薄膜10的优选材料组合包含至少一个绝缘层和至少一个疏水层，该材料组合例如选自氟化乙烯丙烯（FEP），诸如作为疏水层的全氟乙烯丙烯共聚物、作为绝缘层的聚酰亚胺（PI）如杜邦的 

然而，如果工作薄膜10的层压片包含非绝缘材料的下层时（由此工作薄膜10将会导致电极阵列20的各个电极44间的短路），盒子1必须在介于电 极阵列20和工作薄膜10之间附加绝缘层的条件下，与其工作薄膜10一起安置在电极20的上面。该附加绝缘层可附着于工作薄膜10的下表面或上表面或各个电极44的表面层48（图中未显示）。或者，提供的附加绝缘层可以是独立绝缘薄片，所述绝缘薄片被安置在电极阵列20上，然后盒子1及其工作薄膜10安置于绝缘薄片上（图中未显示）。 

如果确实需要将附加绝缘层设置在液滴操纵系统40的电极阵列20和本发明的盒子的工作薄膜之间，或者如果没有这种需要时，可首选在电极阵列上涂覆附加绝缘层，以便清洁液滴操纵系统40的电极阵列20来保护各个电极免受湿式氧化（电路连接）或损坏。 

盒子1还包括位于主体2,2’,2”的下表面4之下的外围垫片9，其将工作薄膜10连接至主体2,2’,2”。盒子1还包括介于主体2,2’,2”的下表面4和工作薄膜10的疏水上表面11之间的空隙12。该空隙12由外围垫片9限定。外围垫片9最好被成型为围绕着空隙12区域的外围边缘9’，所述外围边缘与主体2一体成型（参见图2）。或者如图1所示，外围垫片9被成型为围绕着间隙12的独立外围元件9”，其附着于成型为框架结构2”的主体2的下表面4。所描述的工作薄膜10最好附着于框架结构2”的独立外围元件9”。 

按大小和数量的需要，盒子1最好还包含中间垫片15，所述垫片位于空隙12区域内，并附着于框架结构2”的主体2的下表面4。这些中间垫片的高度最好与单独外围元件9”相同，最好限定相同的空隙尺寸。 

盒子1还包含若干位于可穿透的底部结构8之下的穿孔元件13，所述穿孔元件被做成刺穿可穿透的底部结构8，以使试剂或样品6,6’从凹槽5释放至空隙12。如图1所述盒子的实施方式中，穿孔元件13处在空隙12区域内，其与成型为围绕空隙12的独立类环状元件9”的垫片9一体成型。穿孔元件13最好位于凹槽5或进样槽（intake recess）之下，当启动液滴操纵系统40的驱动元件41时，至少刺穿可穿透的底部结构8。驱动元件41的移动最好由导向管路45引导。 

框架结构2”的中央开口14最好成型为主体2的上表面3中的凹陷，离开与框架结构2”一体成型的主体2的底部16，以形成大致上平坦的主体2的下表面4。因此，如图1所示，空隙12在主体2的下表面4和工作薄膜10的疏水上表面11之间延伸。 

基板42最好包含至少一条光纤21，该光纤用于照明空隙12中的液滴23（这里仅以点线标示）和/或用于引导光线远离空隙12中的液滴23。在图1中，所谓的底部读数光学系统由光纤21标示。借助此光学系统，来自于光源（图中未显示）的激发光可通过光学透明的（图中未显示）或包含通孔（图中显示）的各个电极44被引入。激发光随后穿过须为光学透明的工作薄膜10，射入内含样品材料的液滴23。如果样品材料含有荧光素，此荧光素将会发出荧光，然后由光学底部读数系统和连接至该系统的探测器检测。因此，如图1所示实施方式中的底部读数系统被成型为发送激发光至样品以及接收和探测样品发出的荧光。光纤21最好整合到液滴操纵系统40的电极阵列20的基板42内。该基板还包含连接独立电极44和系统40中央控制单元43的电线。 

图2显示了依照本发明第二实施方式的盒子1的垂直截面，该盒子1具有被成型为片状结构2’的主体2。盒子1包含了若干凹槽5和通过整合外围边缘9’接触到主体2的工作薄膜10。盒子1几乎与液滴操纵系统40的电极阵列20接触。 

盒子1还包含用于操纵液滴中样品的工作薄膜10和电极阵列20，而盒子1的工作薄膜10被安置在电极阵列20上。盒子1还包含主体2，该主体2最好包含一个基本上平坦的下表面4。依照第二实施方式，主体2被成型为片状结构2’。主体2包含上表面3、下表面4以及若干被成型为承载试剂6或样品6’的凹槽5。类似于第一实施方式中的框架结构，主体2最好是由不可渗透液体的惰性塑料材料制成，这样不会占用或干扰凹槽5内含的液体或样品。用于主体2的注塑成型和框架结构2”的相同塑料材料也可优选用于制造该实施方式中的片状结构2’。 

盒子1还包含弹性可变形的顶部结构7，该顶部结构不可渗透液体并被做成密封凹槽5的顶部。较佳地如图2所示，弹性可变形的顶部结构7被做成整合在片状结构2’上的主体2的可变形顶部。用于注模形成主体2和其弹性顶部的材料最好为TPE。或者将弹性可变形的顶部结构7做成密封地附着于片状结构2’的上表面3的弹性薄片。所述弹性薄片最好是由弹性材料制得，例如橡胶或热塑性弹性体（TPE）膜，最好以焊接的方式密封地附着于片状结构2’的上表面3。 

盒子1还包含可穿透的底部结构8，所述底部结构不可渗透液体并被做成密封凹槽5的底部。较佳地如图所示，可穿透的底部结构8被做成密封地附着于片状结构2’的下表面4的可穿透薄片。该可穿透薄片最好是由弹性材料制得，例如橡胶或热塑性弹性体（TPE）膜。或者将可穿透的底部结构8做成整合在片状结构2’上的主体2的可穿透底部（图中未显示）。在这种情况下，主体材料最好为TPE。 

盒子1还包含位于主体2,2”下表面之下的工作薄膜10。工作薄膜10不可渗透液体且具有疏水的上表面11，通过电润湿技术，液滴可在上表面上面移动。图1所描述的工作薄膜10以及附加绝缘层的所有实施方式对于图2中描述的盒子来说也是优选的。 

盒子1还包含位于主体2,2’,2”的下表面4之下并将工作薄膜10连接至主体2,2’,2”的外围垫片9。盒子1还包括介于主体2,2’,2”的下表面4和工作薄膜10的疏水上表面11之间的空隙12。该空隙12被外围垫片9限定。外围垫片9最好被成型为围绕着空隙12区域的外围边缘9’，所述外围边缘与主体2一体成形型。或者，如图1所示，外围垫片9被成型为围绕着间隙12的独立外围元件9”，附着于成型为框架结构2”的主体2的下表面4。所描述的工作薄膜10最好附着于片状结构2’的外围边缘9’。 

按大小和数量的需要，盒子1最好还包含中间垫片15，所述中间垫片位于空隙12区域内，并与片状结构2’一体成型。这些中间垫片的高度最好与外围边缘9’相同，最好限定相同的空隙。

盒子1还包含若干位于可穿透的底部结构8之下的穿孔元件13，所述穿孔元件被成型为刺穿可穿透的底部结构8，使试剂或样品6,6’从凹槽5释放至空隙12。在如图2所描述的盒子的实施方式中，穿孔元件13位于空隙12区域内并靠近外围边缘9’。穿孔元件13附着于外围边缘9’和/或片状结构2’的主体2的下表面4。穿孔元件13最好位于凹槽5或进样槽之下，当启动液滴操纵系统40的驱动元件41时，至少刺穿可穿透的底部结构8。驱动元件41的移动最好由导向管路45引导。 

盒子1最好包含至少一条光纤21，该光纤用于照明空隙12中的液滴23（这里仅以点线表示）和/或用于引导光线离开空隙12中的液滴23。在图2中，所谓的顶部读数光学系统由光纤21标示。借助此光学系统，来自于光源 （图中未显示）的激发光可直接射入内含样品材料的液滴23。如果样品材料含有荧光素，此荧光素将会发出荧光，然后由顶部光学读数系统和连接至所述系统的探测器检测。或者如图2所示的实施方式中的顶部读数系统被成型用于发送激发光至样品以及接收和探测样品发出的荧光。光纤21最好整合在盒子1的主体2内。如图1所示，基板42还包含连接各个电极44和系统40的中央控制单元43的电线。 

图3显示了第三实施方式的框架结构盒子1的垂直截面，所述盒子具有贯穿主体2整个高度的中央开口14。盒子1还包含若干凹槽5和与成型为独立外围元件9”的垫片9接触的工作薄膜10。盒子1几乎与液滴操纵系统40的电极阵列20接触。 

盒子1包含用于操纵液滴中样品的工作薄膜10和电极阵列20，而盒子1的工作薄膜10被安置在电极阵列20上。盒子1还包含主体2，此主体2最好含有基本上平坦的下表面4。依照第三实施方式，主体2被成型为框架结构2”，该结构具有延伸贯穿主体2整个高度的中央开口14。主体2包含上表面3、下表面4以及若干成型为承载试剂6或样品6’的凹槽5。 

主体2框架结构2”的下表面4不是完全平坦的：主体2包含向下延伸的外部53。该实施方式包含根据主体2下表面的向下弯曲的独立外围元件9”，而不是以独立外围元件9”形式存在的完全平坦的垫片9。 

基板42适合于盒子1的特殊下表面，所述基板包含用于补偿电极44的表面层48的表面49，这样主体2,2’,2”下表面4的至少一部分或者附着了工作薄膜10的盒子1的垫片9至少一部分可以在电极44的表面层48之外移动，以延伸电极44上的工作薄膜10。主体2最好由不可渗透液体的惰性塑料材料制成，这样不会占用或干扰凹槽5内含的液体或样品。用于图1中主体2的注塑成型和框架结构2”的相同塑料材料也优选用于制造此实施方式中的框架结构2”。 

盒子1还包含弹性可变形的顶部结构7，所述顶部结构不可渗透液体并被做成密封凹槽5的顶部。所述弹性可变形的顶部结构7最好被成型为与图1中弹性薄片相应的弹性薄片。 

盒子1还包含可穿透的底部结构8，所述底部结构不可渗透液体并被做成密封凹槽5的底部。较佳地如图所示，可穿透的底部结构8被成型为可穿 透的覆盖层19。覆盖层19被成型为密封地附着于框架结构2”的下表面4的可穿透薄片，以使覆盖层19靠近与工作薄膜10相对的空隙12，。覆盖层19的下表面最好与框架结构2”的下表面4基本齐平。 

覆盖层19最好是导电的，至少其通向空隙12的表面是疏水的。覆盖层19的材料可选自电导性和疏水性材料，例如PTFE。在覆盖层19为导电层的情况下，盒子1最好包含连接覆盖层19的电接地连接54，所述电接地连接连接到液滴操纵系统40的接地电势源。 

盒子1还包含位于主体2,2”下表面4之下的工作薄膜10。工作薄膜10不可渗透液体且具有疏水的上表面11，通过电润湿技术，液滴可在其上面移动。图1和图2所描述的工作薄膜10及附加绝缘层的所有实施方式，也优选用于图3中描述的盒子。 

盒子1还包含位于主体2,2’,2”的下表面4之下的外围垫片9，所述外围垫片将工作薄膜10连接至覆盖层19和主体2,2’,2”。盒子1还包括介于覆盖层19和工作薄膜10的疏水上表面11的空隙12。该空隙12被外围垫片9限定。外围垫片9被成型为围绕空隙12区域的独立外围元件9”（对比图1）。所描述的工作薄膜10最好附着于框架结构2”的独立外围元件9”。 

按大小和数量的需要，盒子1最好还包含中间垫片15，所述中间垫片位于空隙12区域内，并附着于覆盖层19的下表面和/或工作薄膜10的疏水上表面11。这些中间垫片15的高度最好与外围元件9”相同，其限定的尺寸最好与空隙相同。 

盒子1还包含若干位于凹槽5或进样槽之下的穿孔元件13，所述穿孔元件被成型为刺穿覆盖层19，使试剂或样品6,6’从凹槽5或进样槽释放至空隙12。在图3所述盒子的实施方式中，穿孔元件13位于类似于图1中标示的位置。穿孔元件13最好由液滴操纵系统40的驱动元件41驱动。驱动元件41的移动最好由导向管路45引导。 

该框架结构2”的中央开口14被成型为贯穿主体2,2”上表面3至下表面4的通孔。该覆盖层19构成主体2大致上平坦的下表面4。 

基板42最好包含至少一条光纤21，所述光纤用于照明空隙12中的液滴23（这里仅以点线表示）和/或用于引导光线离开空隙12中的液滴23的。此外，或者最好在覆盖层19上，位于空隙12对面且对准光纤21的入口/出口 的地方安置一个窗口22。由此，图3中的实施方式可进行底部读数（对比图1）和/或顶部读数（对比图2）。光纤21最好整合在液滴操纵系统40的电极阵列20的基板42上。此基板还包含连接各个电极44和系统40中央控制单元43的电线。 

图4显示了图3的第三实施方式的框架结构盒子的垂直截面。盒子1与液滴操纵系统40的电极阵列20接触。以覆盖层19的形式存在的可穿透底部结构对一个凹槽5敞开，其部分内容物被挤压入工作薄膜10和覆盖层19间的空隙12内。 

类似图3中的基板42，该基板42包含用于补偿电极44的表面层48的基台表面47，这样附着了工作薄膜10的盒子1的独立外围元件9”可以在在电极44的表面层48之外移动，以延伸电极44上的工作薄膜10。 

在该优选的液滴操纵系统40实施方式中，夹钳机构52挤压盒子1，并将盒子的工作薄膜10挤压至电极44的表面48和基板42的表面49上。 

图5显示了第四实施方式的框架结构盒子1的垂直截面，该框架结构盒子1具有贯穿主体2的中央开口14、若干凹槽5以及与独立外围垫片元件9”接触的工作薄膜10。盒子1与液滴操纵系统40的电极阵列20接触。凹槽（进样槽25）的可穿透的底部结构8是敞开的，其一些内容物被挤压到介于工作薄膜10和被成型为刚性覆盖物17的覆盖层19之间的空隙12中。制备该刚性覆盖物的材料为 

是一种基于杜邦的聚对苯二甲酸乙二酯的透明的弹性聚酯薄片。为了使刚性覆盖物17具有导电层，从而连接至液滴操纵系统40的接地电势源，可采用铟锡氧化物（ITO）层涂覆刚性覆盖物17的底部。图5还描述了包含盒子1和电极阵列20的液滴操纵系统40。 

盒子1包含用于操纵液滴中样品23的工作薄膜10和电极阵列20，而盒子1的工作薄膜10被安置在电极阵列20上。盒子1还包含主体2，该主体2最好包含由刚性覆盖物17构成的基本上平坦的下表面4。依照第四实施方式，主体2被成型为具有贯穿主体2整个高度的中央开口14的框架结构2”。主体2包含上表面3、下表面4以及若干被成型为承载试剂6或样品6’的凹槽5和进样槽25。 

主体2的材料最好是不可渗透液体的惰性塑料材料，这样不会占用或干扰凹槽5内所含的液体或样品。用于图1、3和4中主体2的注塑成型和框架 结构2”的相同塑料材料也优选用于制造该实施方式中的框架结构2”。 

此盒子1还包含被成型为密封凹槽5顶部的不可渗透液体的弹性可变形的顶部结构7。所描述的弹性可变形的顶部结构7最好被成型为与图1、3和4中的弹性薄片相似的弹性薄片。 

盒子1还包含可穿透的底部结构8，所述底部结构不可渗透液体并被做成密封凹槽5和进样槽25的底部。较佳地，所述的可穿透的底部结构8被成型为密封地附着于（例如通过焊接）主体2的下表面4的可穿透薄片。该可穿透薄片最好由弹性材料制得，例如橡胶或热塑性弹性体（TPE）膜。或者可穿透的底部结构8被成型为整合在片状结构2’上（对比图1）的主体2的可穿透底部。在这种情况下，主体材料最好为TPE。 

为了使穿孔元件13刺穿可穿透的底部结构8，刚性覆盖物17含有覆盖孔18，通过覆盖孔，穿孔元件13可轻易抵达可穿透薄片。工作薄膜10最好是弹性的，这样就无需考虑液体从空隙12中泄露的情况。图1至图4中描述的工作薄膜10以及附加绝缘层的所有实施方式也优选用于图5中描述的盒子。 

基板42适合于盒子1的平坦下表面，所述基板42包含用于补偿电极44的表面层48的表面49，以延伸电极44上的工作薄膜10。将电绝缘膜、层或覆盖物50施加于电极44的表面48及基板42的表面49。该电绝缘膜、层或覆盖物50最好为稳固涂覆在液滴操纵系统40的电极44和基板42上的绝缘层。然而，盒子最好还提供附加电绝缘层，作为在需要时可被取代的可移动的绝缘层或覆盖物50。 

盒子1的垫片9、15及穿孔元件13与图1中的垫片9、15及穿孔元件相似，其限定了介于刚性覆盖物17和工作薄膜10疏水上表面11间的空隙12。穿孔元件13最好由液滴操纵系统40的驱动元件41驱动。驱动元件41的移动最好由导向管路45引导。所述刚性覆盖物17具有与框架结构2”本质上相同的延伸，其包含若干位于凹槽5下面的孔洞18。孔洞18的尺寸和形状足以允许弯曲的穿孔元件13靠近并刺穿各个凹槽5的可穿透的底部结构8。 

在另一实施方式中，盒子1包含刚性覆盖物17和覆盖层19（后者作为可穿透的底部结构8取代可穿透薄片）。将刚性覆盖物17和覆盖层19附着于框架结构2”，使得刚性覆盖物17靠近与工作薄膜10相对的空隙12，刚性 覆盖物17的下表面与框架结构2”的下表面4基本齐平。覆盖层19（图5中未显示）最好置于刚性覆盖物17和主体2的下表面4之间。 

驱动元件41最好被成型为可在导向管路45中滑动的活塞，其由驱动装置46驱动。用于驱动驱动元件41的驱动装置46首选被成型为蜡泵囊（wax pump bladder）、电磁驱动杆或夹钳机构控制杆51其中之一。用于驱动驱动元件41的驱动装置46更首选被成型为夹钳机构控制杆51，夹钳机构52为手动驱动的，并被成型为将盒子1的主体2,2’,2”挤压至液滴操纵系统40的基板42和电极阵列20上。换句话说，夹钳机构52为电动驱动。 

图6显示了第三或第四实施方式的类框架盒子1的三维俯视图，所述盒子具有位于待作业位置的进样装置26。盒子1的主体2,2”最好包含进样器24，而进样器24具有进样槽25和进样装置26，位于作业位置的进样装置26至少部分位于进样槽25内。进样器24被成型为引入含有研究样品的颊粘膜拭子55或其他固体材料。 

图6还显示了若干不同尺寸的用于预沉积试剂和其他类似洗涤液等液体的凹槽5，所述凹槽位于盒子右侧上的主体2横条上中。还显示了位于主体2后部纵条上很长的凹槽5，其被成型为承载预沉积的油。在空隙12中加入样品液滴之前，可用油填充空隙12。可选择用油完全填充空隙12，所述油不易与通常含有含水液滴的样品混合并且是惰性油（例如硅油）。从图6中可见，凹槽5的尺寸可依据进行特定分析的实际需要做出选择。弹性可形变的顶部结构7被做成不可渗透液体的薄片来密封凹槽5的顶部。弹性薄片通过例如激光焊接的方式密封地附着于框架结构2”的上表面3。 

图中显示位于主体2前方纵条上用于引入体液样品（如血液、唾液等）的另一进样槽25’。该进样槽25’的顶部最好由不可渗透液体的薄片密封，但是薄片可以被医用注射器针头穿透，医用注射器灵活地由类似活塞的驱动元件推动，在可穿透的底部结构8从具有穿孔元件13的盒子1底部被刺穿后，使样品可以进入盒子1的空隙12内。密封该进样槽25’顶部的材料最好是橡胶材料。 

在盒子右前角中，图中描述了过滤器板56位于向下达到主体2下表面4的通道中，并且最好与半透明膜（图中未显示）结合。一旦可穿透的底部结构8密封地靠近通道底部，被穿孔元件13从盒子1的底部刺穿，过滤器板 56和通道便成为空隙12的排放口。 

通过光学透明的刚性覆盖物17或覆盖层19，可以看到许多中间垫片15。虽然图中所示的所有中间垫片15都具有相同的尺寸和圆形形状，且等距分布于空隙12，但是在液滴23预期的电润湿运动不受影响的前提下，可根据需要选择这些中间垫片15的形状、尺寸和分布。 

图7显示了图6第三或第四实施方式的类框架盒子1的仰视图，所述盒子具有位于待作业位置的进样装置26。工作薄膜10被移去，则可以看见被成型为外围元件9”的垫片9。不同于图4和图5所示的横截面，其中外围元件9”延伸至盒子1的外部边缘，该外围元件9”被主体2的向下延伸部分57包围。较佳地，该主体2的向下延伸部分57与工作薄膜10（附着于外围元件9”）的下表面结合，从而为整个盒子提供了平坦的下表面。另外，主体2的向下延伸部分57与外围元件9”齐平，工作薄膜10附着于工作薄膜10和主体2的向下延伸部分57。 

图中显示了许多作为外围元件9”一部分的穿孔元件13。基于穿孔元件上面的凹槽5的尺寸，穿孔元件13的尺寸和数目是不同的，即对于含油的凹槽，图中示出了（见左下角）三个穿孔元件13；对于两个最大的含试剂凹槽，图中示出了两个穿孔元件13（见右上角）；对于较小的含试剂凹槽，图中仅示出了一个穿孔元件13（见右下角）。穿孔元件13被成型为可穿透的底部结构8，该底部结构刺穿位于主体2顶部横条左侧的进样槽25之下。图中显示的穿孔元件13的数目、尺寸和形状仅为示范性例子，可以根据实际需要而变化。 

从如图6可以知道，在液滴23预期的电润湿运动不受影响的前提下，可以根据需要选择中间垫片15的形状、尺寸和分布。所显示的三个示范性的中间垫片15明显不同于图6中所显示的中间垫片。 

图8显示了第三或第四实施方式的类框架盒子1的进样器24的详细三维示意图。 

图8A显示了类框架盒子的进样器24的半截面，所述进样器具有位于作业位置的部分插入的进样装置26。进样装置26最好包含圆柱形管27，其具有第一端28、第二端29、可插入于第一管子端28并且可在圆柱形管27内移动的活塞30，以及密封地靠近圆柱形管27的第二端29的密封薄片31。在圆柱形管27的内部空间以及活塞30和密封薄片31之间的空间内提供预沉积的 溶解缓冲液。还可以看到过滤器板56。该过滤器板56将放置用于细胞材料溶解的样品载体（如颊粘膜拭子55）的进样槽25（外部腔室）部分与溶解产物在溶解后将被挤压入的进样槽25（内部腔室）部分隔开。进样装置26明显地由盒子1的进样槽25所处的待作业位置（见图6和图7）移动至作业位置。弹性可变形的顶部结构7被做成不可渗透液体垫片来密封进样槽25的顶部。弹性薄片以例如激光焊接的方式密封地附着于框架结构2”的上表面3。 

图8B显示了类框架盒子1的进样器24及位于作业位置的部分插入的进样装置26的半截面。在此做以下情况的描述： 

1.使用颊粘膜拭子取样，当撕去进样槽25在使用前免受污染的密封物58后，将样品（样品粘附于颊粘膜拭子55）引入进样槽25的外部腔室。 

2.现在将进样装置26推入进样槽25。圆柱形管27的外周在类圆柱形进样槽25的外部腔室中密封地滑动。 

以下是将样品引入盒子1的空隙12的步骤： 

3.将进样装置26进一步推入进样槽25内，直至进样槽25外部腔体中的穿孔结构59刺穿密封地靠近圆柱形管27的第二端29的密封薄片31。 

4.圆柱形管27内原来含有的溶解缓冲液进入进样槽25的外部腔室，将进样装置26进一步推入进样槽25内，以使气体通过介于进样槽25外部和内部腔室间的过滤器板56排出。 

5.使粘附于颊粘膜拭子55的细胞材料发生溶解。在溶解过程中，最好提高进样槽25的温度。最好使用液滴操纵系统40（或盒子1）的基板42上的加热器提高进样槽25内的温度至所需温度数值。 

6.溶解之后，进样装置26的圆柱形管27被完全推入进样槽25的外部腔室。与此同时，大部分溶解产物被挤压通过过滤器板56，进入进样槽25的内部腔室。 

7.如果需要，将盒子的空隙12先充满油。随后在活塞41的帮助下，将穿孔元件13推向可穿透的底部结构8以刺穿进样槽25内部腔室之下的可穿透的底部结构8。 

8.在活塞41的帮助下，向内推动密封地靠近进样槽25内部腔室的弹性 可变形的顶部结构7，减少进样槽25内部腔室的内部容积以释放一些溶解产物至空隙12。 

图9显示了液滴操纵系统40的电极布局或印刷电路板（PCB）的俯视图。依照第三或第四实施方式，该系统40的特殊电极阵列20被成型为接收类框架盒子1。另外，在此以较长的虚线标示具有中央开口14的盒子1的形状。以较短的虚线标示凹槽5和进样槽25的形状。 

电极阵列20被特定成型为与细胞材料的溶解、DNA片段的提取和PCR扩增、基因分型的杂交实验以及光学检测相匹配。四个处在电极阵列角落的定位标记便于电极阵列的排列。 

从左侧开始（如果需要），整个空隙12被硅（Si）油充满。然后（见右上侧），溶解产物（有或没有珠子）从进样槽25进入空隙12。在空隙12的入口，即相应的凹槽5的可穿透的底部结构8被刺穿的地方，最好安置附有第二大电极的第一大电极。所述第二大电极在任何情况下都具有切断装置，该处安置着第一排独立电极44。 

这两大电极标记如下区域，当下面的可穿透的底部结构8被刺穿及其上面的弹性可变形的顶部结构7被挤压后，来自各个凹槽5或进样槽25的部分液体在此沉积。从这部分液体分离出体积为0.1至0.5微升的单个小液滴。靠近进样槽25的凹槽（从图9的顶部至底部）被分配用于盛放纯洗涤液、主要混合物B、主要混合物A、杂交缓冲液、杂交洗涤溶液1、杂交洗涤溶液2以及杂交用珠子。 

通过电润湿将溶解物液滴和纯洗涤液液滴移到混合和洗涤这些液滴的洗涤区，将磁珠和附着的非重要样品部分转移至配备很大电极的第一废物区。在洗涤区和相邻的混合区内，主要混合部分A和/或B可被添加于样品液滴。然后，将液滴转移至聚合酶链反应（PCR）区域，按照已知技术扩增样品液滴中所含的核酸。PCR区域包含至少两个温度不同（例如35℃和95℃）的加热区域以使核酸链退火和分离。 

PCR之后，在最好具有所描述的特定形状和电极排列特征的分裂区内，将含有扩增核酸的饱满液滴分裂成两滴较小的液滴。在中央稀释区域，将这两个样品液滴分别用杂交缓冲液稀释，直至每个样品液滴产生八个相同的液滴。 

按照已知的技术，将八个样品液滴在杂交点1-4和9-12或5-8和13-16进行两次杂交。杂交之后，将所添加的未杂交材料彻底冲洗并弃于附近的第二废物区（同样配备很大的电极）。 

随后将16个样品液滴各自移动（再次通过电润湿）至检测区域，在那里（使用底部读数，顶部读数，或两者的混合或组合）对杂交的样品进行光学分析。 

对仍在盒子1的空隙12内的样品液滴中的样品进行分析后，将样品弃至第一废物区，用氢氧化钠（NaOH）溶液和可选的特殊洗涤液清洗和清洁多排独立电极44提供的“电润湿通道”。 

当所有实验和测试结束后，将盒子1（连同其中的样品和废弃物）安全丢弃，使盒子所含物不会危害到任何一个实验室工作人员。随后，将下一个盒子1压到电极阵列20上面，进行下一个实验。 

在图9中（见图的顶部和底部）可见大量的接触点。各条电线与每个电极以这些接触点其中的一点接触。此外，位于系统40的基板42上的加热器也连接着这些接触点。所有的接触点与中央控制单元43连接，所述中央控制单元控制所有必要的运作（例如加热器、活塞41等）和所有需要的电极电势着。每个电极阵列的一侧还提供了独立的接触点以连接中央控制单元43的接地电势源。 

液滴操纵系统40最好包含具有电极阵列20的基板42和中央控制单元43，所述中央控制单元用于控制电极阵列43的各个电极44的选择，以及为电极44提供各个电压脉冲，以通过电润湿操纵液滴23。根据本发明，优选的系统40被成型为在电极44顶部接受盒子1的工作薄膜10。 

系统40可以是独立和固定式的单元，很多操作员用他们携带的盒子1进行操作。因此，该系统40可包含若干基板42和电极阵列20，使得盒子1可以同时和/或平行运作。基板42、电极阵列20和盒子1的数目可以是一个或例如1到100之间的任何个数或甚至更多；该数目，例如受限于中央控制单元43的工作能力。另外，系统40可为手动控制，此时仅包含和可用单一盒子1工作。每个本领域的工作人员都能理解，位于所提到的两个极端之间的中间解决方案也可不会违背本发明的精神而进行操作和运作。 

在本专利申请中，术语“电极阵列”、“电极布局”和“印刷电路板（PCB）” 作为同义词加以使用。 

对于本领域技术人员而言，本发明盒子1的不同实施方式的任何特征组合都是合理的，它们均包含在本发明的精神和范围内。 

没有在每一情况下特定描述的附图标记，它们相应于本发明盒子1和系统40的相似元件。 

参照号码 

1             盒子                  25            进样槽 

2，2’，2”   主体                  25’          另一进样槽 

2’           2的片状结构           26            进样装置 

2”           2的框架结构           27            圆柱形管 

3             2，2’，2”的上表面   28            27的第一端 

4             2，2’，2”的下表面   29            27的第二端 

5             凹槽                  30            活塞 

6             试剂                  31            密封薄片 

6’           样品                  40            具有20的系统 

7             弹性可变形的顶部结构  41            驱动元件 

8             可穿刺的底部结构      42            基板 

9             外围垫片              43            中央控制单元 

9’           整合外围边缘          44            各个电极 

9”           独立外围元件          45            导向管路 

10            工作薄膜              46            驱动装置 

11            10的疏水上表面        47            基台表面 

12            空隙                  48            44的表面层 

13            穿孔元件              49            42的表面 

14            中央开口              50            电绝缘膜、层或覆盖物 

15            中间垫片              51            夹钳机构控制杆 

16            底部                  52            夹钳机构 

17            刚性覆盖物            53            2的外部 

18            覆盖孔洞              54            接地连接 

19                  覆盖层       55              颊粘膜拭子 

20                  电极阵列     56              过滤器板 

21                  光学纤维     57              2的向下延伸部分 

22                  窗口         58              密封物 

23                  微滴         59              穿孔结构 

24                  进样  

Claims (38)

1.一种盒子（1），包含用于操纵液滴中样品的工作薄膜（10）和电极阵列（20），而盒子（1）中的工作薄膜（10）被安置在电极阵列（20）上，

其特征在于所述的盒子（1）包含：

a）主体（2,2’,2”），所述主体具有上表面（3）、下表面（4）及若干被做成盛放试剂（6）或样品（6’）的凹槽（5）；

b）弹性可变形的顶部结构（7），所述顶部结构不可渗透液体并被做成密封所述凹槽（5）的顶部；

c）可穿透的底部结构（8），所述底部结构不可渗透液体并被做成密封凹槽（5）的底部；

d）位于所述主体（2,2’,2”）的下表面（4）之下的工作薄膜（10），所述工作薄膜（10）不可渗透液体且具有疏水性上表面（11）；

e）位于主体（2,2’,2”）的下表面（4）之下的外围垫片（9,9’,9”），所述外围垫片将所述工作薄膜（10）连接于所述主体（2,2’,2”）；

f）位于所述主体（2,2’,2”）的下表面（4）与所述工作薄膜（10）的疏水上表面（11）之间的空隙（12），所述空隙（12）由外围垫片（9,9’,9”）限定；以及

g）若干位于所述可穿透的底部结构（8）下面的穿孔元件（13），所述穿孔元件（13）被做成为刺穿可穿透的底部结构（8），以将所述试剂或样品（6,6’）从凹槽（5）释放至空隙（12）中。

2.如权利要求1所述的盒子，其中所述的主体（2）包含基本上平坦的下表面（4），所述主体（2）被成型为片状结构（2’）或具有中央开口（14）的框架结构（2”）。

3.如权利要求2所述的盒子，其中所述的弹性可变形的顶部结构（7）被成型为密封地附着于片状结构（2’）或框架结构（2”）的上表面（3）的弹性薄片。

4.如权利要求3所述的盒子，其中所述可穿透的底部结构（8）被成型为整合在片状结构（2’）或框架结构（2”）上的主体（2）的可穿透底部。

5.如权利要求2所述的盒子，其中所述弹性可变形的顶部结构（7）被成型为整合在片状结构（2’）或框架结构（2”）上的主体（2）的弹性顶部。

6.如权利要求5所述的盒子，其中所述可穿透的底部结构（8）被成型为密封地附着于片状结构（2’）或框架结构（2”）的下表面（4）的可穿透薄片。

7.如权利要求2所述的盒子，其中所述外围垫片（9）被成型为围绕着空隙（12）区域的外围边缘（9’），所述外围边缘与片状结构（2’）或框架结构（2”）一体成型。

8.如权利要求7所述的盒子，其中所述盒子（1）包含位于空隙（12）区域内且与片状结构（2’）或框架结构（2”）一体成型的中间垫片（15）。

9.如权利要求7所述的盒子，其中所述穿孔元件（13）位于空隙（12）区域内且紧邻外围边缘（9’），所述穿孔元件（13）附着于外围边缘（9’）和/或附着于片状结构（2’）或框架结构（2”）的主体（2）的下表面（4）。

10.如权利要求2所述的盒子，其中所述外围垫片（9）被成型为独立外围元件（9”），所述独立外围元件围绕空隙（12）且附着于片状结构（2’）或框架结构（2”）的主体（2）的下表面（4）。

11.如权利要求10所述的盒子，其中所述盒子（1）包含被成型为独立元件的中间垫片（15），所述中间垫片位于空隙（12）区域内且附着于片状结构（2’）或框架结构（2”）的主体（2）下表面（4）。

12.如权利要求10所述的盒子，其中所述穿孔元件（13）位于空隙（12）区域内且与围绕空隙（12）的独立类环状元件（9”）一体成型。

13.如权利要求7或10所述的盒子，其中所述工作薄膜（10）附着于外围边缘（9’）或附着于片状结构（2’）或框架结构（2”）的独立外围元件（9”）。

14.如权利要求1所述的盒子，其中所述工作薄膜（10）被成型为疏水性材料单层。

15.如权利要求1所述的盒子，其中所述工作薄膜（10）被成型为非导电材料单层，工作薄膜（10）的上表面（11）被处理后具有疏水性。

16.如权利要求1所述的盒子，其中所述工作薄膜（10）被成型为含有下层和疏水性上层的层压片，所述下层为导电的或非导电的。

17.如权利要求2所述的盒子，其中所述框架结构（2”）的中央开口（14）被成型为上表面（3）上的凹陷，而与框架结构（2”）一体成型的主体（2）的底部（16）形成基本上平坦的主体（2）的下表面（4）。

18.如权利要求2所述的盒子，其中所述框架结构（2”）的中央开口（14）被成型为贯穿整个框架结构（2”）的通孔。

19.如权利要求18所述的盒子，其中所述盒子（1）包含附着于框架结构（2”）的刚性覆盖物（17），所述刚性覆盖物（17）封闭了与工作薄膜（10）相对的空隙（12），所述刚性覆盖物（17）的下表面与框架结构（2”）的下表面（4）基本齐平。

20.如权利要求19所述的盒子，其中所述刚性覆盖物（17）具有与框架结构（2”）相同的延伸且包含若干位于凹槽（5）之下的孔洞（18），孔洞（18）的尺寸和形状足以允许弯曲的穿孔元件（13）靠近并刺穿各个凹槽（5）的可穿透的底部结构（8）。

21.如权利要求18所述的盒子，其中所述盒子（1）包含刚性覆盖物（17）和覆盖层（19），将刚性覆盖物（17）和覆盖层（19）附着于框架结构（2”），使得刚性覆盖物（17）靠近与工作薄膜（10）相对的空隙（12），刚性覆盖物（17）的下表面与框架结构（2”）的下表面（4）基本齐平。

22.如权利要求2所述的盒子，其中所述盒子（1）被成型为片状结构（2”）并包含覆盖层（19），将覆盖层（19）附着于主体（2），使得覆盖层（19）靠近与工作薄膜（10）相对的空隙（12），覆盖层（19）的下表面与片状结构（2’）的下表面（4）基本齐平。

23.如权利要求21或22所述的盒子，其中所述覆盖物（19）被成型为可穿透的薄片，所述薄片密封地附着于框架结构（2”）或片状结构（2’）的下表面（4）。

24.如权利要求23所述的盒子，其中所述覆盖物（19）为导电的且至少其通向空隙（12）的表面是疏水的，盒子（1）包含连接于覆盖层（19）且附着于接地电势源的电接地连接（54）。

25.如权利要求2所述的盒子，其中所述盒子（1）包含至少一根光纤（21）或至少一个窗口（22），用于照明空隙（12）中的液滴（23）和/或用于引导光线离开空隙（12）中的液滴（23）。

26.如权利要求1所述的盒子，其中所述主体（2,2’,2”）包含具有进样槽（25）和进样装置（26）的进样器（24），所述进样装置（26）至少一部分位于进样槽（25）内的作业位置。

27.如权利要求26所述的盒子，其中所述进样装置（26）包含：

（a）具有第一端（28）和第二端（29）的圆柱形管，

（b）可插入于所述第一端（28）且可在所述圆柱形管（27）内移动的活塞（30），以及

（c）密封地靠近于所述圆柱形管（27）的第二端（29）的密封薄片（31）。

28.如权利要求1所述的盒子，其中所述穿孔元件（13）位于凹槽（5）或进样槽（25）之下，所述穿孔元件（13）成型为当被液滴操纵系统（40）的驱动元件（41）启动时，至少刺穿所述可穿透的底部结构（8）。

29.一种液滴操纵系统（40），所述系统（40）包含具有电极阵列（20）的基板（42）和中央控制单元（43），所述中央控制单元用于控制电极阵列（20）的各个电极（44）的选择，以及为电极（44）提供各个电压脉冲从而通过电润湿操纵液滴（23），

其特征在于：所述系统（40）被成型为接受位于电极（44）顶部的权利要求1所述盒子（1）的工作薄膜（10）。

30.如权利要求29所述的系统，其中所述系统（40）包含至少一个权利要求1所述的盒子（1）。

31.如权利要求29所述的系统，其中所述系统（40）包含驱动盒子（1）的穿孔元件（13）的驱动元件（41），所述穿孔元件（13）被成型用于至少刺穿盒子（1）的可穿透的底部结构（8），从而释放试剂、处理液体、反应液或含液体样品至盒子（1）的空隙（12）内。

32.如权利要求29所述的系统，其中所述系统（40）包含用于驱动盒子（1）的弹性可变形的顶部结构（7）的驱动元件（41），所述弹性可变形的顶部结构（7）被设置为被驱动元件（41）向内推进以减少进样槽（25）内部腔室的内部容积或者凹槽（5）的内部容积，以释放溶解产物、试剂、处理溶液或反应液至盒子（1）的空隙（12）。

33.如权利要求31或32所述的系统，其中所述驱动元件（41）被配置为可在导向管路（45）中滑动且被驱动装置（46）驱动的活塞。

34.如权利要求33所述的系统，其中所述用于驱动驱动元件（41）的驱动装置（46）被配置为蜡泵囊、电磁驱动杆或夹钳机构驱动杆（51）中之一。

35.如权利要求34所述的系统，其中所述用于驱动驱动元件（41）的驱动装置（46）被配置为夹钳机构驱动杆（51），其中夹钳机构（52）为手动驱动的，并配置为用于将盒子（1）的主体（2,2’,2”）挤压至系统（40）的基板（42）和电极阵列（20）上。

36.如权利要求29所述的系统，其中所述基板（42）包含用于补偿电极（44）的表面层（48）的基台表面（47），这样工作薄膜（10）所附着的盒子（1）上的外围边缘（9’）或独立外围垫片（9”）可在电极（44）的表面层（48）之外移动，以延伸电极（44）上的工作薄膜（10）。

37.如权利要求29所述的系统，其中所述基板（42）包含用于补偿电极（44）的表面层（48）的表面（49），这样工作薄膜（10）所附着的主体（2,2’,2”）的下表面（4）的至少一部分或盒子（1）的垫片（9）的至少一部分可在电极（44）的表面层（48）之外移动，以延伸电极（44）上的工作薄膜（10）。

38.如权利要求29所述的系统，其中所述基板（42）包含施加于电极阵列（20）的电绝缘膜、层或覆盖物（50），其覆盖了电极阵列（20）的所有各个电极（44）并使各个电极（44）彼此分离。

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