CN104144748B - 用于微流体系统的一次性盒 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在底层(3)的第一疏水性表面(17’)和至少一个一次性盒(2)的第二疏水性表面(17”)之间的间隙(6)内操纵试样液滴的备选的数字微流体系统(1)。本发明还公开了包括主体(47)和/或刚性盖板(12)的多个一次性盒(2)。每个一次性盒(2)的底层(3)是密封地附接到主体(47)或刚性盖板(12)的柔性膜。一次性盒(2)没有在第一疏水性表面(17’)和第二疏水性表面(17”)之间的间隔件(5)。当使用这些一次性盒(2)时，配置为用于在其上操纵试样液滴(23)的工作膜的底层(3)被放置在数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的电极阵列(9)上。电极阵列(9)包括多个单独的电极(10)。数字微流体系统(1)也包括中央控制单元(14)，以用于控制电极阵列(9)的单独的电极(10)的选择并且用于为这些电极(10)提供用于通过电润湿在盒(2)的间隙(6)内操纵液滴的各个电压脉冲。

Description

用于微流体系统的一次性盒
相关专利申请
本申请要求提交于2013年9月1日的国际专利申请PCT/EP2013/050326的优先权，该国际专利申请的全部内容以公开引用方式并入本文中以用于各种目的。
技术领域
本发明涉及可在用于操纵试样液滴的数字微流体系统中或在该数字微流体系统上使用的一次性盒。数字微流体系统包括：电极阵列，其由基板支撑；以及中央控制单元，其用于控制该电极阵列的单独的电极的选择，并且用于为这些电极提供用于通过电润湿操纵液滴的各个电压脉冲。本发明还涉及用于促进小滴致动分子技术的数字微流体系统，并且涉及用于在数字微流体系统或装置中操纵试样液滴的备选方法。
背景技术
自动化的液体处理系统是本领域公知的。一个例子是得自本申请人(泰肯贸易股份公司,Seestrasse103,CH-8708瑞士门内多夫)的Freedom机器人工作站。该装置允许在独立式器械中或在与分析系统的自动化连接中的自动化液体处理。这些自动化系统通常需要处理较大体积的液体(微升至毫升)。它们也是不设计成便携式的较大系统。
涉及生物试样的自动化处理的许多方法源自微流体领域。该技术领域整体涉及小体积(通常为微米级或纳米级)的液体的控制和操纵。在通道系统中的液体移动本身已知为例如由静止装置中的微泵或旋转的实验室器具中的向心力控制。在数字微流体中，限定的电压被施加到电极阵列的电极，从而处理(电润湿)各个小滴。
关于电润湿方法的概述，请参见Washizu,IEEE工业应用汇刊(IEEE Transactionson Industry Applications),1998年，第34卷,第4号,1998和Pollack等人的芯片实验室杂志(Lab chip),2002,第2卷,96-101。简而言之，电润湿是指使用优选地由疏水层覆盖的微电极阵列移动液滴的方法。通过将限定的电压施加到电极阵列的电极，引起所处理的电极上存在的液滴的表面张力的变化。这导致所处理的电极上的小滴的接触角的显著变化，从而导致小滴的移动。对于这样的电润湿程序来说，已知两种布置电极的基本方式：使用具有电极阵列的单个表面来引起小滴的移动，或者添加第二表面，其与类似的电极阵列相对且提供至少一个接地电极。电润湿技术的主要优点在于，仅需要小体积的液体，例如单个小滴。因此，液体处理可以在显著更短的时间内进行。此外，液体移动的控制可以完全在电子控制下进行，这导致试样的自动化处理。
从美国专利No.5,486,337中已知一种用于通过使用具有电极阵列的单一表面(电极的单平面布置)的电润湿操纵液滴的装置。所有电极被置于载体基板的表面上，下降到基板中，或者由不可润湿的表面覆盖。电压源连接到电极。通过将电压施加到后续电极而移动小滴，从而按照向电极的电压施加的顺序引导在电极上方的液滴的移动。
从US6,565,727已知一种用于液滴移动的微米级控制的电润湿装置，其使用相对的表面具有至少一个接地电极的电极阵列(电极的双平面布置)。该装置的每个表面可包括多个电极。电极阵列的驱动电极优选地通过位于每个单一电极的边缘处的突出部而以彼此相互交叉的关系布置。两个相对的阵列形成间隙。朝向间隙的电极阵列的表面优选地由电绝缘的疏水层覆盖。液滴定位在间隙中且通过将多个电场连续地施加到定位在间隙的相对的位置上的多个电极而在非极性填料流体内移动。
从WO2010/069977A1已知具有用于操纵在其上的试样液滴的聚合物膜的容器：一种生物试样处理系统包括用于大体积处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。平坦的聚合物膜通过突起与容器的背面保持距离。当容器定位在膜上时，该距离限定至少一个间隙。液滴操纵器械包括用于引起液滴移动的至少一个电极阵列。还公开了支撑该至少一个电极阵列的基板以及用于液滴操纵器械的控制单元。容器和膜可逆地附接到液滴操纵器械。该系统由此允许至少一个液滴通过容器的通道从至少一个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个电极阵列。液滴操纵器械被实现为通过电润湿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导移动，并且在那里处理生物试样。
在处理生物试样的背景下用于操纵液滴的这样的电润湿装置的使用也从公开为WO2011/002957A2的国际专利申请中已知。在该专利中公开了一种小滴致动器，其通常包括具有由电介质绝缘的控制电极(电润湿电极)的底部基板、导电性顶部基板、以及涂布在底部和顶部基板上的疏水性涂层。该专利还公开了用于更换小滴致动器的一个或多个部件的小滴致动器装置，即，可以容易地更换的一次性部件(例如，可移动膜、能可逆地附接的顶部和底部基板、以及整装的可置换盒)。
从公开为WO2011/002957A2的国际申请已知具有(例如，PCB的)固定底部基板、具有电润湿电极、以及具有可移除或可置换的顶部基板的小滴致动器。整装的盒可以例如包括缓冲液、试剂和填料流体。在盒中的小袋可用作流体贮存器并可被刺破以将流体(例如，试剂或油)释放进盒间隙中。盒可包括可由疏水层代替的接地电极和用于将试样加载到盒的间隙中的开口。接口材料(例如，液体、胶水或油脂)可提供将盒粘附到电极阵列的粘附力。
WO2006/125767A1(英文翻译参见US2009/0298059A1)中公开了用于在用于进行分子诊断分析的自动化系统中微流体处理和分析的一次性盒。盒被配置为扁平腔室装置(具有大约支票卡的尺寸)并可插入系统内。试样可通过端口移取到盒中。
从国际专利申请WO2008/106678已知小滴致动器结构。该文献尤其涉及小滴致动器的电极阵列的各种接线配置，并且另外公开了这样的小滴致动器的双层实施例，其包括通过间隙与包括控制电极的第二基板分离的具有参考电极阵列的第一基板。两个基板平行布置，从而形成间隙。间隙的高度可由间隔件建立。疏水性涂层在每种情况下设置在面向间隙的表面上。第一和第二基板可采取盒的形式，最终包括电极阵列。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于在数字微流体系统或数字微流体装置中或在它们上使用的备选的一次性盒，该数字微流体系统或数字微流体装置被配置成适应用于操纵试样液滴的一个或多个一次性盒。
该目的由于提供了第一备选一次性盒而实现。
本发明的第一备选一次性盒包括：
(a)具有至少一个隔室的主体，该至少一个隔室被配置成在其中保持处理液体、试剂或试样，所述隔室中的至少一个包括用于递送其内容物中的至少一些的通孔；
(b)具有第一疏水性表面的底层，第一疏水性表面为液体不可透的并且被配置为工作膜，用于在一次性盒的底层被置于数字微流体系统的电极阵列上方时利用所述电极阵列在其上操纵试样液滴；
(c)具有第二疏水性表面的顶层，第二疏水性表面附接到一次性盒的主体的下表面；以及
(d)间隙，其位于底层的第一疏水性表面和顶层的第二疏水性表面之间。
可任选地，由顶层提供的第二疏水性表面可以是或可以不是液体不可透的，但优选的是第二疏水性表面或顶层分别为至少离子可透的。
本发明的第一备选一次性盒的特征在于，底层被配置为柔性膜，该柔性膜沿柔性底层的周围密封地附接到顶层，一次性盒因此没有位于柔性底层和顶层之间以限定所述第一疏水性表面和所述第二疏水性表面之间的特定距离的间隔件。本发明的第一备选一次性盒的特征还在于，顶层被配置成在至少一个隔室的下端和间隙之间提供密封，顶层包括用于将处理液体、试剂或试样转移到间隙内的加载部位。
该目的由于提供了第二备选一次性盒而实现。本发明的第二备选一次性盒包括：
(a)主体，其具有下表面、上表面和至少一个通孔；
(b)具有第一疏水性表面的底层，第一疏水性表面为液体不可透的并且被配置为工作膜，用于在一次性盒的底层被置于数字微流体系统的电极阵列上方时利用所述电极阵列在其上操纵试样液滴；
(c)附接到主体的下表面的导电材料，导电材料被配置成为主体的下表面提供第二疏水性表面；以及
(d)间隙，其位于底层的第一疏水性表面和导电材料的第二疏水性表面之间。
可任选地，为主体提供第二疏水性表面的导电材料可以是或可以不是液体不可透的，但优选的是，提供第二疏水性表面的导电材料为至少离子可透的。
本发明的第二备选一次性盒的特征在于，底层被配置为柔性膜，该柔性膜沿柔性底层的周围密封地附接到一次性盒的导电材料，一次性盒因此没有位于柔性底层和导电材料之间以限定所述第一疏水性表面和所述第二疏水性表面之间的特定距离的间隔件。本发明的第二备选一次性盒的特征还在于，主体的所述至少一个通孔被配置为用于将处理液体、试剂或试样转移到间隙中的加载部位。
本发明的另一个目的是提出一种微流体系统或装置，用于操纵试样液滴的一个或多个这样的一次性盒可放置在该系统或装置内或之上。该目的由于提供了第一和第二备选数字微流体系统而实现。用于在底层的第一疏水性表面和本发明的至少一个一次性盒的第二疏水性表面之间的间隙内操纵试样液滴的第一和第二数字微流体系统包括：
(a)基座单元，其具有配置用于接收一个一次性盒的至少一个盒容纳站；
(b)电极阵列，其位于基座单元的所述至少一个盒容纳站处，该电极阵列由底部基板支撑并且基本上在第一平面中延伸且包括多个单独的电极；
(c)中央控制单元，其用于控制所述电极阵列的单独的电极的选择并且用于为这些电极提供用于通过电润湿操纵所述盒的间隙内的液滴的各个电压脉冲；
(d)多个吸入孔，其穿透电极阵列和/或底部基板并且位于基座单元的至少一个盒容纳站处；
(e)真空源，其用于在抽空空间中建立欠压；以及
(f)多个真空管线，其将吸入孔连结到真空源。
本发明的第一数字微流体系统的特征还在于：当一次性盒位于至少一个盒容纳站处时，垫片在所述盒容纳站中密封抽空空间，该抽空空间由一次性盒的柔性底层、盒容纳站的最上表面和垫片限定。本发明的数字微流体系统的特征还在于抽空空间中的欠压造成放置在盒容纳站处的一次性盒的柔性底层被吸引和铺展在数字微流体系统的盒容纳站的最上表面上，而不使用位于柔性底层的第一疏水性表面和至少一个一次性盒的第二疏水性表面之间的间隙中的间隔件。
本发明的第二备选数字微流体系统的特征在于，数字微流体系统包括：间隔件，其用于限定在所述第一疏水性表面和所述第二疏水性表面之间的特定距离；以及框架，其用于使一次性盒在所述盒容纳站处居中，用于将一次性盒下压到间隔件，并且用于通过框架的第一和第二密封件密封抽空空间。微流体系统还包括抽空空间，其由一次性盒的柔性底层、盒容纳站的最上表面和具有密封件的框架限定。本发明的数字微流体系统的特征还在于，抽空空间中的欠压造成放置在盒容纳站处的柔性底层被吸引到并散布在数字微流体系统的盒容纳站的最上表面上。
优选地，密封件具有两种不同的类型，包括即不同的材料和/或横截面。多个第一类型的密封件具有非常柔顺的材料或被配置为唇形密封件。第一类型的密封件优选地能够大幅变形，以允许密封件支承部件牢固地压靠到相应的配对部件。用于该柔顺密封件的优选材料是例如天然橡胶或诸如的杜邦弹性体的O形环。第二密封件类型优选地具有较不柔顺且足够刚性的材料，以经受仅最小的压缩并因此结合有效地密封抽空空间和将一次性盒牢固地压靠到间隔件的任务。该刚性密封件的优选材料是例如诸如的杜邦特性弹性体的O形环。
本发明的又一个目的是提出一种用于在数字微流体系统或装置中操纵试样液滴的备选方法。该又一个目的由于提出用于操纵粘附到工作膜的疏水性表面的试样液滴的第一备选方法而实现。根据本发明的第一备选方法包括以下步骤：
(a)提供具有底层的第一疏水性表面、顶层的第二疏水性表面以及在第一和第二疏水性表面之间的间隙的一次性盒，该一次性盒还包括具有至少一个隔室的主体，以在其中保持处理液体、试剂或试样，所述隔室包括用于将其内容物中的至少一些递送到间隙的通孔；
(b)提供具有电极阵列的数字微流体系统，该电极阵列基本上在第一平面中延伸并且包括多个单独的电极，所述多个单独的电极由底部基板支撑并且连接到数字微流体系统的中央控制单元，该中央控制单元用于控制所述电极阵列的单独的电极的选择并且用于为这些电极提供用于通过电润湿操纵所述第一疏水性表面上的所述液滴的各个电压脉冲；以及
(c)限定间隙，使得顶层的疏水性表面基本上平行于底层的所述第一疏水性表面且相隔一距离延伸。
本发明的用于操纵试样液滴的第一备选方法的特征在于，该方法还包括以下步骤：
(d)提供作为柔性膜的底层，该柔性膜沿柔性底层的周围密封地附接到顶层，一次性盒因此没有位于柔性底层和顶层之间以限定所述第一疏水性表面和所述第二疏水性表面之间的特定距离的间隔件；
(e)将一次性盒放置在数字微流体系统的基座单元的盒容纳站上，顶层被配置成在至少一个隔室的下端和间隙之间提供密封件，并且顶层包括用于将处理液体、试剂或试样转移到间隙的加载部位；
(f)由围绕盒容纳站的周围定位的垫片在盒容纳站中密封抽空空间，抽空空间由柔性底层、电极阵列、底部基板和垫片限定；以及
(g)在抽空空间中形成欠压，该欠压造成放置在盒容纳站上的一次性盒的柔性底层被吸引和铺展在电极阵列和底部基板上。
该又一个目的由于提出用于操纵粘附到工作膜的疏水性表面的试样液滴的第二备选方法而实现。根据本发明的第二备选方法包括以下步骤：
(a)提供一次性盒，该一次性盒具有：主体，其包括下表面、上表面、至少一个通孔和具有第一疏水性表面的底层；附接到主体的下表面的导电材料，该导电材料至少可透过离子并且被配置成为主体的下表面提供第二疏水性表面；间隙，其设置在第一和第二疏水性表面之间；
(b)提供具有电极阵列的数字微流体系统，该电极阵列基本上在第一平面中延伸并且包括多个单独的电极，所述多个单独的电极由底部基板支撑并且连接到数字微流体系统的中央控制单元，该中央控制单元用于控制所述电极阵列的单独的电极的选择并且用于为这些电极提供用于通过电润湿操纵所述第一疏水性表面上的所述液滴的各个电压脉冲；以及
(c)限定间隙，使得第一和第二疏水性表面彼此基本上平行且相隔一距离延伸；主体的所述至少一个通孔被配置为用于将处理液体、试剂或试样转移到间隙的加载部位。
本发明的用于操纵试样液滴的第二备选方法的特征在于，该方法还包括以下步骤：
(d)提供作为柔性膜的底层，柔性膜沿柔性底层的周围密封地附接到导电材料，一次性盒因此没有位于第一和第二疏水性表面之间以限定所述第一疏水性表面和所述第二疏水性表面之间的特定距离的间隔件；
(e)将一次性盒放置在数字微流体系统的基座单元的盒容纳站上；
(f)由围绕盒容纳站的周围定位的垫片在盒容纳站中密封抽空空间，抽空空间由柔性底层、电极阵列、底部基板和垫片限定；以及
(g)在抽空空间中形成欠压，该欠压造成放置在盒容纳站上的一次性盒的柔性底层被吸引和铺展在电极阵列和底部基板上。
该又一个目的由于提出用于操纵粘附到工作膜的疏水性表面的试样液滴的第三和第四备选方法而实现。根据本发明的第三备选方法包括以下步骤：
(a)提供具有底层的第一疏水性表面、第二疏水性表面以及在第一和第二疏水性表面之间的间隙的一次性盒，该一次性盒还包括主体和/或平面刚性盖板和用于将处理液体、试剂或试样递送到间隙的至少一个通孔；
(b)提供具有至少一个电极阵列的数字微流体系统，该至少一个电极阵列基本上在第一平面中延伸并且包括多个单独的电极，所述多个单独的电极由底部基板支撑并且连接到数字微流体系统的中央控制单元，该中央控制单元用于控制所述电极阵列的单独的电极的选择并且用于为这些电极提供用于通过电润湿操纵所述第一疏水性表面上的所述液滴的单个电压脉冲；以及
(c)限定间隙，使得疏水性表面基本上平行于底层的所述第一疏水性表面且相隔一距离延伸。
本发明的用于操纵试样液滴的第三备选方法的特征在于，该方法还包括以下步骤：
(d)提供作为柔性膜的底层，该柔性膜沿柔性底层的周围密封地附接到一次性盒的主体或平面刚性盖板，一次性盒因此没有位于间隙中以限定所述第一疏水性表面和所述第二疏水性表面之间的特定距离的间隔件；
(e)将一次性盒放置在数字微流体系统的基座单元的盒容纳站处；
(f)由垫片在盒容纳站中密封抽空空间，抽空空间由一次性盒的柔性底层、盒容纳站的最上表面和垫片限定；以及
(g)在抽空空间中形成欠压，该欠压造成放置在盒容纳站上的一次性盒的柔性底层被吸引和铺展在盒容纳站的最上表面上。
本发明的用于操纵试样液滴的第四备选方法的特征在于，该方法还包括以下步骤：
(d)提供作为柔性膜的底层，该柔性膜沿柔性底层的周围密封地附接到一次性盒的平面刚性盖板，一次性盒因此没有位于间隙中以限定所述第一疏水性表面和所述第二疏水性表面之间的特定距离的间隔件；
(e)将一次性盒放置在盒容纳站处的居中框架内和数字微流体系统的基座单元的间隔件上；
(f)将压力施加在盒容纳站中的一次性盒上并且由框架的第一和第二密封件密封抽空空间，抽空空间由一次性盒的柔性底层、盒容纳站的最上表面和带有密封件的框架限定；以及
(g)在抽空空间中形成欠压，该欠压造成放置在盒容纳站上的一次性盒的柔性底层被吸引和铺展在盒容纳站的最上表面上。
数字微流体系统、一次性盒和用于操纵试样液滴的方法的附加的和创造性的特征和优选实施例及变型从相应的从属权利要求中导出。
本发明的优点包括：
·根据一个实施例，在数字微流体系统的盒和PCB之间的垫片与盒的几何形状、柔性底层及施加到该柔性底层底侧的欠压一起足以限定封闭该间隙的两个膜之间的间隙。
·根据另一个实施例，在数字微流体系统的盒和PCB之间的垫片与盒的几何形状、柔性底层、带有密封件的框架及施加到该柔性底层底侧的欠压一起足以限定封闭该间隙的两个膜之间的间隙。
·本发明的一次性盒在电润湿发生时不需要在封闭间隙的两个表面之间的间隔件。
·垫片可以是一次性盒的一部分或可固定到PCB的表面。
·间隔件优选地为PCB的一部分。
附图说明
借助于所附示意图解释根据本发明的整装一次性盒、数字微流体系统和用于操纵试样的方法，图中示出本发明的所选的和示例性的实施例，而不缩小本发明的范围和精神。在附图中：
图1示出数字微流体系统的概览，该系统配有中央控制单元和基座单元并带有各自包括电极阵列以及可移动的盖板的四个盒容纳站；
图2示出根据第一实施例的其中容纳有一次性盒的一个盒容纳站的剖视图；
图3示出根据第二实施例的其中容纳有一次性盒的一个盒容纳站的剖视图；
图4示出根据第三实施例的其中容纳有一次性盒的一个盒容纳站的剖视图，其中：
图4A示出具有部分关闭的盖的放入盒容纳站内的衬垫状盒，并且
图4B示出由完全关闭的盖挤压成盒容纳站内部的操作形状的衬垫状盒；
图5示出根据第四实施例的其中容纳有一次性盒的一个盒容纳站的剖视图；
图6示出根据第五实施例的其中容纳有一次性盒的一个盒容纳站的剖视图；
图7示出数字微流体系统的概览，该系统配有中央控制单元和基座单元，并且带各自包括电极阵列以及固定的盖板的十二个盒容纳站；
图8示出根据第六实施例的其中容纳有一次性盒的一个盒容纳站的剖视图，其中：
图8A示出插入基本上竖直的盒容纳站的顶部进入盒，其具有基本上竖直的电极阵列和盖板，并且
图8B示出从在图8A中指示的截面B观察的顶部进入盒；
图9示出一个一次性盒在到达其容纳站之前的剖视图，该一次性盒根据第七实施例配置；
图10示出图9的一次性盒在到达其容纳站之后的剖视图，该一次性盒根据第七实施例配置并且由夹具保持到位；
图11示出一次性盒在到达其容纳站之后的剖视图，该一次性盒根据第八实施例配置并且由夹具保持到位；
图12示出一次性盒在到达其容纳站之后的剖视图，该一次性盒根据第九实施例配置并且不使用夹具保持到位；
图13示出一个一次性盒在到达其容纳站之前的剖视图，该一次性盒根据第十实施例配置并且使用或不使用夹具保持在盒容纳站；
图14示出一个一次性盒在到达其容纳站之前的剖视图，该一次性盒根据第十一实施例配置并且使用或不使用夹具在盒容纳站保持到位；
图15示出处于其容纳站的一个一次性盒的局部剖视图，该一次性盒根据第十二实施例配置，通过框架在盒容纳站中居中并且用螺纹紧固的板压在PCB的间隔件上；
图16示出处于其容纳站的一个一次性盒的局部剖视图，该一次性盒根据第十二实施例配置，通过螺纹紧固的框架型材在盒容纳站中居中并且压在间隔件上；
图17示出处于其容纳站的一个一次性盒的局部剖视图，该一次性盒根据第十二实施例配置，通过螺纹紧固的框架型材在盒容纳站中居中并且用压板压在PCB的间隔件上。
具体实施方式
图1示出示例性的数字微流体系统1的概览，数字微流体系统1配有中央控制单元14和基座单元7，并带有各自包括电极阵列9和盖板12的四个盒容纳站8。数字微流体系统1被配置用于在一次性盒2内操纵试样液滴23，一次性盒2包含底层3、顶层4和最终地间隔件5，间隔件5限定在底层3和顶层4之间的间隙6。因此，试样液滴23在一次性盒2的间隙6中被操纵。
典型的数字微流体系统1包括基座单元7，其具有配置用于接收一次性盒2的至少一个盒容纳站8。数字微流体系统1可以是独立式和固定式单元，多个操作者在其上操作他们携带的盒2。因此，数字微流体系统1可包括多个盒容纳站8和多个电极阵列9，从而可以同时和/或并行地操作多个盒2。盒容纳站8、电极阵列9和盒2的数目可以是1个或在例如1个和100个或甚至更多之间的任何数；该数目例如受中央控制单元14的处理能力限制。
可能优选的是将数字微流体系统1集成到液体处理工作站中或Freedom机器人工作站中，使得移吸机器人可用来将液体部分和/或包含液体的试样转移到盒2和从盒2转出。
备选地，系统1可被配置为手持单元，其仅包括并且能够与少量的例如单个一次性盒2一起工作。本领域的每个技术人员应理解，位于刚刚提及的两个极端方案之间的中间方案也将操作和工作。
典型的数字微流体系统1也包括至少一个电极阵列9，其基本上在第一平面中延伸且包括多个单独的电极10。这样的电极阵列9位于基座单元7的所述盒容纳站8中的每一个处。优选地，每个电极阵列9由底部基板11支撑，该底部基板11固定到基座单元7。应当指出，术语“电极阵列”、“电极布局”和“印刷电路板(PCB)”在本文中用作同义词。
典型的数字微流体系统1也包括具有顶部基板13的至少一个盖板12。在每种情况下，至少一个盖板12位于所述盒容纳站8处。盖板12的顶部基板13和具有电极阵列9或PCB的底部基板11分别限定空间或盒容纳站8。在第一变型中(参见在基座单元7的中部的两个盒容纳站8)，盒容纳站8被配置用于接收滑动地插入的一次性盒2，一次性盒2能在相对于相应的盒容纳站8的电极阵列9基本上平行的方向上移动。这样的前加载或顶部加载可由拉入自动机构支撑，该拉入自动机构在一次性盒2的部分插入之后将盒2输送到其在盒容纳站8内的最终目的地，在这里，盒2被精密地座置。优选地，这些盒容纳站8不包括可移动的盖板12。在对试样液滴进行所有预期操纵之后，用过的盒2可由拉入自动机构弹出并输送到分析站或丢弃。
在第二变型中(参见基座单元7的右侧和左侧上的两个盒容纳站8)，盒容纳站8包括盖板12，其被配置成能相对于相应的盒容纳站8的电极阵列9移动。盖板12优选地被配置成能够绕一个或多个铰链16和/或在基本上垂直于电极阵列9的方向上移动。
典型的数字微流体系统1也包括中央控制单元14，其用于控制所述至少一个电极阵列9的单独的电极10的选择，并且用于为这些电极10提供用于通过电润湿在所述盒2内操纵液滴的各个电压脉冲。如在图1中部分地指示的，每个单一的独立电极10可操作地连接到中央控制单元14并且因此可以由该中央控制单元14独立地处理，该中央控制单元14也包括合适的源，用于以本领域已知的方式形成和提供必要的电势。
至少一个盖板12还包括导电材料15，导电材料15在第二平面中延伸并且基本上平行于该至少一个盖板12所分配到的盒容纳站8的电极阵列9。盖板12的该导电材料15优选地被配置成连接到接地电势的源。该导电材料15有助于在数字微流体系统1中操纵的液滴的电润湿移动。
本申请人惊奇地发现，如果在盖板12的导电材料15和某个电势(如接地电势)的任何源之间不存在连接，导电材料15也有助于在数字微流体系统1中操纵的液滴的电润湿移动。因此，盖板12可被配置成能在任何随意方向上移动，并且在选择盖板12的特别优选的移动时，不必考虑电触点。因此，盖板12可被配置成也能在基本上平行于电极阵列9的方向上移动，并且用于相对于基座单元7的相应的电极阵列9进行线性、圆形或任何随意移动。
图2示出其中容纳根据第一实施例的一次性盒2的一个示例性盒容纳站8的剖视图。盖板12经由铰链16与数字微流体系统1的基座单元7机械连接；因此，盖板12可旋开，并且一次性盒2可通过顶部进入加载放置在盒容纳站8上(参见图1)。盖板12的导电材料15被配置为附接到顶部基板13的金属薄板或金属箔。
备选地，盖板12的导电材料15被配置为沉积在顶部基板13上的金属层。导电材料15的这种沉积可通过本身已知的化学或物理气相沉积技术来进行。
盖板12被配置成将力施加到容纳在基座单元7的盒容纳站8处的一次性盒2。该力抵靠电极阵列9推动一次性盒2，以便将盒的底层3定位成尽可能靠近电极阵列9的表面。该力也将一次性盒2相对于盖板12的穿刺设施18推入在电极阵列9上的完美位置。该穿刺设施18被配置用于将试样小滴引入盒2的间隙6内。穿刺设施18被配置为通孔19，其横跨整个盖板12引导并且使得穿刺移液管端20能够被推过并刺穿盒2的顶层4。穿刺移液管端20可以是手持移液管(未示出)的一部分或吸移机器人(未示出)的一部分。
在这种情况下，电极阵列9由介电层24覆盖。电极阵列9固定到底部基板11，并且每个单独的电极10与中央控制单元14电气地且操作性地连接(这里仅绘出10个电极10中的3个连接)。数字微流体系统1被配置用于在包含间隙6的一次性盒2内操纵试样液滴23。因此，试样液滴23在一次性盒2的间隙6中被操纵。
一次性盒2包括底层3、顶层4、以及间隔件5，间隔件5限定在底层3和顶层4之间的间隙6以用于在该间隙6中操纵试样液滴23。底层3和顶层4包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面17。盒2的底层3和顶层4为完全疏水性的膜或至少包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面。从该图2可清楚看出，盒2不具有导电层。盒2的间隔件5这里至少部分地被配置为包括用于应用到间隙6中的试样小滴的测定中所需的试剂的隔室21的主体。
图3示出其中容纳根据第二实施例的一次性盒2的一个示例性盒容纳站8的剖视图。不同于此前的实施例，盖板12与数字微流体系统1的基座单元7机械地连接且不可移动地固定。盖板12的导电材料15被配置为附接到顶部基板13的厚金属板。这里，盖板12不被配置成将力施加到容纳在基座单元7的盒容纳站8处的一次性盒2；因此，盖板12保持位置不动，而一次性盒2可经由前进入加载放置在盒容纳站8上。这样的前进入加载通常包括一次性盒2在平行于电极阵列9的方向上的移动(参见图1)。为了允许一次性盒2的正确拉入并将盒整齐地定位在容纳站8，基座单元7优选地配有插入导向器25。这些插入导向器25优选地由诸如四氟乙烯的自润滑塑性材料制成，并且优选地在它们之间留有刚够滑动地插入一次性盒2的空间。备选地，盖板12的导电材料15被配置为金属板、金属箔或夹在顶部基板13的材料之间的金属层(参见图8A)。
图3的一次性盒2包括底层3、顶层4、以及间隔件5，该间隔件5限定在底层3和顶层4之间的间隙6以用于在该间隙6中操纵试样液滴23。底层3和顶层4包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面17。盒2的底层3和顶层4为完全疏水性膜或至少包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面。作为与图2中描绘那样的区别，该盒2具有附接到底层3或形成底层3的一部分的介电层24。因此，底层3由介电层24覆盖，或底层3本身由电介质材料制成。因此，电极阵列9不需要具有这样的介电层24。盒2的间隔件5这里至少部分地被配置为包括隔室21的主体，以用于应用到间隙6中的试样小滴的测定中所需的试剂。在这种情况下，电极阵列9由介电层24覆盖。
电极阵列9固定到底部基板11，并且每个单独的电极10与中央控制单元14电气地且操作性地连接(这里仅绘出10个电极10中的3个连接)。数字微流体系统1被配置用于在包含间隙6的一次性盒2内操纵试样液滴23。因此，试样液滴23在一次性盒2的间隙6中被操纵。
盖板12也包括穿刺设施18，其被配置用于将试样小滴引入盒2的间隙6中。穿刺设施18被配置为通孔19，其横跨整个盖板12引导并且使得穿刺移液管端20能够被推过并刺穿盒2的顶层4。穿刺移液管端20可以是手持移液管(未示出)的一部分或吸移机器人(未示出)的一部分。盖板12这里包括附加的穿刺设施22用于将穿刺移液管端20推过刺穿盖板12的通孔19，以刺穿盒2的顶层4并从隔室21抽出试剂部分，并且用于将所述试剂部分引入盒2的间隙6中。这里，隔室21被配置为在间隔件5的主体中的切口，该切口由底层3和顶层4封闭。
图4示出其中容纳根据第三实施例的一次性盒2的一个示例性盒容纳站8的剖视图。电极阵列9固定到底部基板11，并且每个单独的电极10与中央控制单元14电气地且操作性地连接(这里仅绘出10个电极10中的3个连接)。数字微流体系统1被配置用于在包含间隙6的一次性盒2内操纵试样液滴23。因此，试样液滴23在一次性盒2的间隙6中被操纵。
盖板12经由铰链16与数字微流体系统1的基座单元7机械连接；因此，盖板12可旋开，并且一次性盒2可通过顶部进入加载放置在盒容纳站8上(参见图1)。这里，盖板12的导电材料15由金属导电材料制成，并且包括作为单个集成部分的顶部基板13和导电材料15。备选地，盖板12的导电材料15被配置为诸如氧化钛铟(TIO)的化合物或塑性材料，其具有附接到或集成到顶部基板13(未示出)中的导电填充材料。在这两种情况下，可能优选的是，导电材料15由塑性层(未示出)覆盖；该塑性层的材料优选地选自聚丙烯(PP)和聚酰胺(PA)组群。盖板12的自动打开和关闭可由闭合装置30实现。
盖板12也包括穿刺设施18，其被配置用于将试样小滴引入盒2的间隙6中。穿刺设施18被配置为通孔19，其横跨整个盖板12引导并且使得穿刺移液管端20能够被推过并刺穿盒2的顶层4(参见图4B)。穿刺移液管端20可以是手持液移管(未示出)的一部分或吸移机器人(未示出)的一部分。盖板12这里包括附加的穿刺设施22用于将穿刺移液管端20推过刺穿盖板12的通孔19，以刺穿盒2的顶层4并从盒2的间隙6抽出例如硅油(参见图4B)。
图4A示出装入数字微流体系统1的基座单元7的盒容纳站8中并具有部分关闭的盖板12的衬垫状盒2。该一次性盒2包括底层3和顶层4，但没有限定底层3和顶层4之间的间隙6以用于在该间隙6中操纵试样液滴23的间隔件。底层3和顶层4包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面17’、17”。盒2的底层3和顶层4为完全疏水性膜或至少包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面。类似于图2中描绘那样，该盒2不具有附接到底层3或形成底层3的一部分的介电层。因此，电极阵列9需要具有这样的介电层24。不具有间隔件的该盒2被配置为小袋或枕头包，其优选地填充有硅油、不可与水混溶的其它油或另一种在化学上基本上惰性的材料，例如十六烷。
图4B示出由完全关闭的盖板12挤压成盒容纳站8内部的操作形状的衬垫状盒2。只要盖板12至少部分地打开(参见图4A)，衬垫状或小袋状盒2可呈现主要归因于优选的油填充施加到盒2的薄膜包或小袋的力的形状。抓握(插入容纳站8和从容纳站8取出)盒2优选地利用机器人化的抽吸装置(未示出)进行。然而，当被压成操作形状(参见图4B)时，衬垫状或小袋状盒2被推压成适形于基座单元7的盒容纳站8的内部空间的形状。因此，不存在任何提供间隔件的需求，顶层4被定向成基本上平行于底层3和其下方的电极阵列9且离它们限定的距离。
为了在刺穿枕头状盒2期间或之后避免油的泄漏或溅泼，盒2的顶层4可被配置为自密封的可刺穿膜。备选地或与自密封的可刺穿顶层4结合，盖板12可至少在穿刺设施18、22的区域中配有自密封的可刺穿膜。至少在穿刺设施18、22的区域中的这样的自密封的可刺穿膜(未示出)优选地被放置在盖板12接触盒2的表面上。
图5示出其中容纳根据第四实施例的一次性盒2的一个示例性盒容纳站8的剖视图。盖板12经由铰链16与数字微流体系统1的基座单元7机械连接；因此，盖板12可旋开，并且一次性盒2可通过顶部进入加载放置在盒容纳站8上(参见图1)。这里，盖板12的导电材料15由金属导电材料制成，并且包括作为单个集成部分的顶部基板13和导电材料15。备选地，盖板12的导电材料15被配置为诸如氧化钛铟(TIO)的化合物或带有导电填充材料的塑性材料，它们附接到或集成到顶部基板13(未示出)中。在这两种情况下，可能优选的是，导电材料15由塑性层(未示出)覆盖；该塑性层的材料优选地选自聚丙烯(PP)和聚酰胺(PA)。
同样在这里，盖板12被配置成将力施加到容纳在基座单元7的盒容纳站8处的一次性盒2。该力抵靠电极阵列9推动一次性盒2，以便将盒的底层3定位成尽可能靠近电极阵列9的表面。该力也将一次性盒2推压到电极阵列9上的限定位置。此外，提供了穿刺设施18：根据该第三实施例的一次性盒2包括穿刺销27，其位于盒2的间隙6中且被配置用于在顶层4沿对着底层3的方向上被移置时刺穿顶层4。优选地，穿刺销27附接到销板28，该销板28将穿刺销27与一次性盒2的间隔件5的一部分连接。盖板12还包括通孔19，其横跨整个盖板12引导并且定位成与座置在盒容纳站8处的正确定位的一次性盒2的穿刺销27配准。盖板12还包括移置部分29，其从盖板12突出以用于在对着底层3的方向上移置顶层4。该移置部分29被配置成当刺穿顶层4时与穿刺销27协作配合。因此，通过利用该穿刺设施18，试样小滴和/或试剂部分可被引入盒2的间隙6中。通孔19的一部分优选地被加宽，使得一次性的移液管端26可用于将试样小滴和/或试剂部分吸移到一次性盒2的间隙6中。一次性的移液管端26可以是手持移液管(未示出)的一部分或吸移机器人(未示出)的一部分。
在这种情况下，电极阵列9由介电层24覆盖。电极阵列9固定到底部基板11，并且每个单独的电极10与中央控制单元14电气地且操作性地连接(这里仅绘出10个电极10中的3个连接)。数字微流体系统1被配置用于在包含间隙6的一次性盒2内操纵试样液滴23。因此，试样液滴23在一次性盒2的间隙6中被操纵。
与在已介绍的第一和第二实施例中的相同，一次性盒2包括底层3、顶层4、以及间隔件5，间隔件5限定在底层3和顶层4之间的间隙6以用于在该间隙6中操纵试样液滴23。底层3和顶层4包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面17。第一疏水性表面17’位于底层3的内部上，并且第二疏水性表面17”位于顶层4的内部上。盒2的底层3和顶层4为完全疏水性膜或至少包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面。从该图2可清楚看出，盒2不具有导电层。盒2的间隔件5这里不需要被配置为包括用于应用到间隙6中的试样小滴的测定中所需的试剂的隔室21的主体，因为这些试剂可利用手持移液管或利用吸移机器人(参见上文)通过常规吸移添加到间隙6。
图6示出其中容纳根据第五实施例的一次性盒2的一个示例性盒容纳站8的剖视图。类似于此前的实施例，盖板12通过铰链16与数字微流体系统1的基座单元7机械地连接。为了允许一次性盒2的正确的顶部加载并将盒整齐地定位在容纳站8，基座单元7优选地配有插入导向器25。这些插入导向器25优选地由诸如四氟乙烯(PTFE)的自润滑塑性材料制成，并且优选地在它们之间留有刚够滑动地插入一次性盒2的空间。同样类似于此前的实施例且作为第一备选解决方案，盖板12的导电材料15由金属导电材料制成并且包括作为单个集成部分的顶部基板13和导电材料15两者。备选地，盖板12的导电材料15被配置为诸如氧化钛铟(TIO)的化合物或带有导电填充材料塑性材料，其附接到或集成到顶部基板13(未示出)。在这两种情况下，可能优选的是，导电材料15由塑性层(未示出)覆盖；该塑性层的材料优选地选自聚丙烯和聚酰胺。
同样在这里，盖板12被配置成将力施加到容纳在基座单元7的盒容纳站8处的一次性盒2。该力抵靠电极阵列9推动一次性盒2，以便将盒的底层3定位成尽可能靠近电极阵列9的表面。该力也将一次性盒2推压到电极阵列9上的限定位置。此外，提供了穿刺设施18：根据该第三实施例的一次性盒2包括穿刺销27，其位于盒2的间隙6中且被配置用于在顶层4在对着底层3的方向上被移置时刺穿顶层4。优选地，穿刺销27附接到销板28，该销板28将穿刺销27与一次性盒2的间隔件5的一部分连接。盖板12还包括通孔19，其横跨整个盖板12引导并且定位成与座置在盒容纳站8处的正确定位的一次性盒2的穿刺销27配准。盖板12还包括移置部分29，其从盖板12突出以用于在对着底层3的方向上移置顶层4。该移置部分29被配置成当刺穿顶层4时与穿刺销27协作配合。因此，通过利用该穿刺设施18，试样小滴和/或试剂部分可被引入盒2的间隙6中。通孔19的一部分优选地被加宽，使得一次性的移液管端26可用于将试样小滴和/或试剂部分吸移到一次性盒2的间隙6中。一次性的移液管端26可以是手持移液管(未示出)的一部分或吸移机器人(未示出)的一部分。
在这种情况下，电极阵列9由介电层24覆盖。电极阵列9固定到底部基板11，并且每个单独的电极10与中央控制单元14电气地且操作性地连接(这里仅绘出10个电极10中的3个连接)。数字微流体系统1被配置用于在包含间隙6的一次性盒2内操纵试样液滴23。因此，试样液滴23在一次性盒2的间隙6中被操纵。
同样，在已介绍的第一、第二和第四实施例中，一次性盒2包括底层3、顶层4、以及间隔件5，间隔件5限定在底层3和顶层4之间的间隙6的以用于在该间隙6中操纵试样液滴23。底层3和顶层4包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面17。第一疏水性表面17’位于底层3的内部上，并且第二疏水性表面17”位于顶层4的内部上。盒2的底层3和顶层4为完全疏水性膜或至少包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面。从该图2可清楚看出，盒2不具有导电层。盒2的间隔件5这里不需要被配置为包括用于应用到间隙6中的试样小滴的测定中所需的试剂的隔室21的主体，因为这些试剂可利用手持移液管或利用吸移机器人(参见上文)通过常规吸移添加到间隙6。
应当指出，一次性盒2的第四实施例(参见图5)的穿刺销27将其背面放置在底层3的第一疏水性表面上。因此，当顶层4由盖板12的移置部分29移置时，底部基板11和电极阵列9为穿刺销27提供稳定性。因此，销板28可以是非常薄的。备选地，销板28被省略，并且穿刺销27被胶合到底层3的第一疏水性表面。仅将这样的小穿刺销27胶合到底层3的内表面的优点是更多单独的电极10可用于电润湿。另一个优点是，穿刺销27的(当然还有盖板12中的通孔19的)位置可以被随意选择为离间隔件5任何距离。然而，穿刺销27的准确定位在一次性盒2的批量生产期间可能有点麻烦。
相比之下，一次性盒2的第五实施例的穿刺销27(参见图6)被置于更靠近间隔件5处，穿刺销27通过自支承销板28与间隔件5连接。因此，当顶层4由盖板12的移置部分29移置时，间隔件6为穿刺销27提供稳定性。有利地，电极阵列9不受刺穿过程干涉或影响，并且单独的电极10都可用于电润湿。如果要避免将吸移的液体沿自支承销板28排放到第一疏水性表面17’，则优选的是将所谓的泻水槽添加到穿刺销27的下部(参见图6)。然而，如果这样的排放是优选的，则可以省略这样的泻水槽的添加。
图7示出数字微流体系统1的概览，数字微流体系统1配有中央控制单元14和基座单元7、各自包括电极阵列9和固定的盖板12的十二个盒容纳站8。该基座单元7特别适合接收根据第六实施例的盒2并且将这些盒加载到具有基本上竖直的电极阵列9和盖板12的基本上竖直的盒容纳站8中(参见图8)。这样的加载优选地由液体处理工作站(未示出)的机器人化的夹持装置进行。
图8示出其中容纳根据第六实施例的一次性盒2的数字微流体系统1的基座单元7的一个示例性的盒容纳站8的剖视图。从图8A一目了然的是，顶部进入盒2被插入具有基本上竖直的电极阵列9和盖板12的基本上竖直的盒容纳站8中。该一次性盒2包括底层3和顶层4、以及间隔件5，间隔件5限定在底层3和顶层4之间的间隙6以用于在该间隙6中操纵试样液滴23。底层3和顶层4包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面17’、17”。盒2的底层3和顶层4为完全疏水性膜或至少包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面。类似于图2中描绘那样，该盒2不具有附接到底层3或形成底层3的一部分的介电层。因此，电极阵列9需要具有这样的介电层24。该盒2优选地填充有硅油。
电极阵列9固定到底部基板11，并且每个单独的电极10与中央控制单元14电气地且操作性地连接(这里仅绘出14个电极10中的4个连接)。数字微流体系统1被配置用于在包含间隙6的一次性盒2内操纵试样液滴23。因此，试样液滴23在一次性盒2的间隙6中被操纵。
盖板12机械地连接且完全集成到数字微流体系统1的基座单元7中并且不可移动。因此，一次性盒2可经由顶部进入加载插入盒容纳站8中(参见图7)。这里，盖板12的导电材料15由金属导电材料制成并且被夹在顶部基板13的材料之间。备选地，代替顶部基板13(未示出)的材料或除此之外，盖板12的导电材料15可由塑性层覆盖。
间隔件5也包括穿刺设施18，其被配置用于将试样小滴引入盒2的间隙6中。穿刺设施18被配置为间隔件5的放大部分。该放大的间隔件部分优选地配有可刺穿的自密封膜31，其允许将穿刺移液管端20推过。穿刺移液管端20可以是手持移液管(未示出)的一部分或吸移机器人(未示出)的一部分。液体向盒2的间隙6的自动化递送或液体从盒2的间隙6的抽出通过由盒2的该放大的间隔件部分提供的相对较大的穿刺区域而简化。假设间隙宽度为约1-3mm，则该穿刺区域的宽度优选地为约5-10mm并且因此具有大约96孔微板的孔的尺寸，这可以由液体处理系统或液体处理工作站的自动化移液器容易地达到。在为隔室21提供空间的同时(还可参见图8B)，盒2的放大的间隔件部分也提供用于由自动化的机器人抓握器(未示出)抓握的抓握表面，该抓握器优选地用于处理数字微流体系统1外部的盒并且用于插入盒2和将盒2从其容纳站8抽出。此外，盒2的放大的间隔件部分提供邻接表面，该邻接表面在盒2正确地容纳在容纳站8内时邻接基座单元7的表面。
优选的是，电极阵列9延伸至相对于基座单元7的表面的最前位置，以便能够使液滴23从隔室21移动至在印刷电路板(PCB)或电极阵列9上的不同位置。同样，使液滴23沿相反方向从在电极阵列9上的反应站移动至隔室21是非常优选的，尤其是在反应产物将在数字微流体系统1外部并且也在盒2外部分析的情况中。
图8B示出从在图8A中指示的截面B观察的图8A的顶部进入盒2。该截面延伸穿过间隙6且在自包含的一次性盒2的底层3和顶层4之间。该截面也横跨间隔件5，间隔件5的U形部分位于底层3和顶层4之间，并且间隔件5的放大的间隔件部分设置在U形部分以及底层3和顶层4周围。优选地，间隔件5的U形部分具有塑性材料(优选注塑的)并且胶合或熔合到底层3和顶层4。优选的是，放大的间隔件部分也通过注塑模制制备；这使得能够提供隔离条32，隔离条32一方面在可刺穿膜31下方形成隔室21，另一方面使可刺穿膜31稳定。这样的稳定优选地通过将隔离条32和放大的间隔件部分背面注塑到可刺穿膜31而提供。优选地，放大的间隔件部分接着被施加在具有底层3和顶层4的间隔件5的U形部分上。
如前所指，间隔件5也包括配置为间隔件5的放大部分的穿刺设施18。该放大的间隔件部分优选地配有可刺穿的自密封膜31，其允许将穿刺移液管端20推过。穿刺移液管端20可以是手持移液管(未示出)的一部分或吸移机器人(未示出)的一部分。间隔件2这里包括附加的穿刺设施22，用于将穿刺移液管端20推过自密封膜31和从盒2的间隙6抽出例如硅油。在该图8B的盒2中，液滴23(例如，试样)由在穿刺设施18处的穿刺移液管端20引入，然后在底层3的疏水性表面17’上移动至实际位置。与将液滴23引入隔室21中和间隙6中同时，类似量的硅油(或不会与液滴23反应的任何其它化学上惰性的液体)被从在附加的穿刺设施22处的相应的隔室21抽出。代替液体在间隙6中的这样的同时平衡，预期量的油或惰性液体的移除可以在插入液滴23之前或之后不久进行。隔室21也可充当贮存器，用于存储比从该液体制备可移动的液滴23所需的更多的液体；因此，一旦引入隔室21中的至少一个内，就可从单一液体体积制备多个这样的小滴23。然而，可建议的是留出一个隔室21以用于抽出油或惰性液体，并且留出另一个隔室21以用于抽出试剂产品。
根据备选的和非常简单的实施例(未示出)，可在PCB上安装一次性盒2以用于电润湿，一次性盒2包括具有均指向间隙6的疏水性表面17’、17”的底层3和顶层4。代替利用配有导电材料15的盖板12，导电膜(例如，铝箔)可附接到顶层4的外表面。结果表明，这样的导电膜甚至在该导电膜不接地时也允许电润湿。代替将不接地的导电膜附接到盒，顶层4可具有在其外表面上的薄膜涂层；该薄膜涂层可具有任何金属并通过化学或物理蒸镀技术沉积。在顶层4的外表面上的该导电薄膜甚至可具有导电涂料。因此，提议提供在第二平面中且基本上平行于电极阵列9延伸的导电材料15，所述导电材料15位于盒2的顶层4上并且在操纵试样液滴23期间不连接到不同电势的源。
一种用于操纵粘附到疏水性表面17的试样液滴23的方法的特征在于，该方法包括在一次性盒2的底层3上提供第一疏水性表面17’的步骤。该底层3基本上平行定位成在数字微流体系统1的电极阵列9上方。所述电极阵列9大致在第一平面中延伸且包括多个单独的电极10，电极10由数字微流体系统1的基座单元7的底部基板11支撑。所述电极阵列9连接到数字微流体系统1的中央控制单元14，以用于控制所述电极阵列9的单独的电极10的选择，并且用于为这些电极10提供用于通过电润湿操纵所述第一疏水性表面17’上的所述液滴23的各个电压脉冲。
该方法也包括提供第二疏水性表面17”的步骤，第二疏水性表面17”基本上平行于所述第一疏水性表面17’且离所述第一疏水性表面17’一定距离。这样，在第一疏水性表面17’和第二疏水性表面17”之间形成间隙6。优选地，这样的间隙6由间隔件5限定，包括第一疏水性表面17’的底层3和包括第二疏水性表面17”的顶层4附接到间隔件5。
该方法还包括提供具有顶部基板13的盖板12。盖板12也包括导电材料15，其在第二平面中延伸且基本上平行于电极阵列9。尤其优选的是，盖板12的导电材料15在操纵试样液滴23期间不连接到不同电势的源。
在所示出或讨论的所有实施例中，优选的是，一次性盒2的间隙6基本上用硅油填充。同样始终优选的是，盒2的底层3和顶层4为完全疏水性的膜或包括暴露于盒2的间隙6的疏水性表面17’、17”。在用一次性盒2的间隙6电润湿和操纵至少一个液滴23之后，在一次性盒2仍在盒容纳站8处的同时，评估操纵或测定的结果，即，利用数字微流体系统1或数字微流体系统1集成到的工作站的分析系统。备选地，可将一次性盒2取出数字微流体系统1的基座单元7并在别处分析。
在分析之后，一次性盒2可被丢弃并且电极阵列9可重复使用。由于数字微流体系统1的部件在与盒2的第一或第二实施例一起工作时从不与任何试样或试剂接触，与其它一次性盒2的这种重复使用可以是立即的，并且没有任何中间清洁。由于数字微流体系统1的盖板12的通孔19在与盒2的第三或第四实施例一起工作时会与试样和试剂接触，与其它一次性盒2的这种重复使用可在某种中间清洁之后或在盖板12的替换之后进行。
本发明的目的是提供具有工作膜的可移除的和一次性的盒，该工作膜在通过电润湿操纵液滴23期间将液滴23与电极阵列9分离。如在以上说明书中提出的自包含一次性盒2的八个不同的实施例中所示，可移除的和一次性的膜优选地作为盒2的底层3和顶层4提供。
在一个优选的实施例中，盒2的底层3通过真空吸引到PCB。PCB中的小的抽空孔连接到真空泵以用于此目的。将这样的真空吸引施加到底层3使得能够避免使用任何液体或粘合剂以使盒2的底层3更好地接触到电极阵列9的表面。
在附图9、10和11中，示出了根据第七和第八实施例的一次性盒的尤其优选的实施例。在每种情况下，一次性盒2包括具有至少一个隔室21的主体47，至少一个隔室21被配置成在其中保持处理液体、试剂或试样。所述隔室21中的至少一个包括通孔19，以用于将其内容物中的至少一些递送到下面的间隙6。一次性盒2也包括具有第一疏水性表面17’的底层3，第一疏水性表面17’为液体不可透的并且被配置为工作膜，以用于在一次性盒2的底层3被放置在所述电极阵列9上时利用数字微流体系统1的电极阵列9在其上操纵试样液滴23。一次性盒2还包括具有第二疏水性表面17”的顶层4，第二疏水性表面17”为至少可透过离子并且附接到一次性盒2的主体47的下表面48。此外，一次性盒2包括间隙6，其位于底层3的第一疏水性表面17'和顶层4的第二疏水性表面17”之间。本发明的盒2的底层3被配置为柔性膜，其沿柔性底层3的周围40密封地附接到顶层4。因此，一次性盒2没有位于柔性底层3和顶层4之间以限定所述第一疏水性表面17’和所述第二疏水性表面17”之间的特定距离的任何间隔件5。顶层4被配置成在至少一个隔室21的下端和间隙6之间提供密封件。此外，顶层4包括加载部位41，用于将处理液体、试剂或试样转移到间隙6。
在图9中，提供了一个一次性盒2在到达其容纳站8之前的剖视图。可以看到，柔性底层3仅围绕其周围40附接到顶层4，底层3的大部分松散地悬挂在其周围40上并且不接触顶层4。因此，在将一次性盒2正确地置于盒容纳站8内或放置在盒容纳站8上之前，间隙6封闭，但不限定其宽度和平行取向。一次性盒2的主体47这里包括基本上平坦的下表面48并且被配置为具有中心开口43的框架结构，中心开口43穿透整个框架结构。
在图10中，图9的一次性盒2的剖视图被描绘为在一次性盒2到达其在数字微流体系统1的电极阵列上的盒容纳站8之后。一次性盒2根据第七实施例配置并且由夹具37保持到位。在一侧上，夹具37优选地由铰链16附接到数字微流体系统1的基座单元7的基板11。另一侧上，夹具37可由例如夹子、弹簧锁或螺钉(未示出)附接到数字微流体系统1的基座单元7的基板11。
在图9和10的第七实施例中，一次性盒2还包括平面刚性盖板12，其附接到一次性盒2的主体47的下表面48。顶层4附接到所述刚性盖板12，该刚性盖板12包括通孔19，其位于顶层4的加载部位41处(这里在穿刺部位41’处和毛细管孔41”处)。刚性盖板12这里为顶层4提供了平直的附接表面并且也包括通孔19。盖板可由刚性材料制成，例如透光的(杜邦-帝人(DuPont Teijin)的商标，由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的膜)。刚性盖可涂有例如由氧化钛铟(TIO)或具有导电的填充材料的塑性材料制成的导电材料15(优选地在下侧上)，以便实现如前所述盖板12的功能。如粗线所指示的，盖板12附接到一次性盒2的主体47的下表面48。这种附接可通过使用优选地由诸如Mylar的化学上惰性的材料制成的粘合带或胶带实现。根据盒2的主体47的材料，也可应用焊接方法将盖板12附接到盒2。如粗线所指示的，顶层4这里密封地附接到盖板12的下表面48。顶层4的这种附接可通过使用粘合带或胶带或通过焊接(例如，通过激光焊接)进行。柔性底层3通过使用粘合带或胶带或通过应用焊接技术沿柔性底层3的周围40密封地附接到顶层4。
在图9中，还描绘了吸移孔41”’。位于一次性盒2的中心开口43中且被配置成可由移液管端触及的这种吸移孔41”’可因此用于将处理液体、试剂或试样直接吸移进间隙6内。当然，吸移孔41”’包括盖板12(如存在)中的开口和顶层4中的通孔。这样的吸移孔41”’可以除了一个或多个穿刺孔41’之外或代替它们使用，穿刺孔41’在每种情况下均位于隔室21下方。
该一次性盒2包括至少一个柱塞42，其在每种情况下被配置成能手动地或通过致动元件38(参见图10)在隔室21内移动，以对着顶层4的相应的加载部位41挤压相应的隔室21的内容物。柱塞42包括穿刺销27，其被配置用于在隔室21的相应的加载部位41处刺穿顶层4。因此，柱塞42被配置用于将隔室21的内容物中的一些挤压通过顶层4的穿刺部位41’并进入间隙6中。备选地，柱塞42被配置用于将隔室21的内容物中的一些挤压通过顶层4的毛细管孔41”并进入间隙6中。该毛细管孔41”优选地尺寸设计成呈现出毛细作用力，该力在未利用柱塞42施加的压力时防止含水液体流过(参见图11左侧)。因此，加载部位41优选地选自穿刺部位41’、毛细管孔41”和吸移孔41”’。
在图11中，示出了一次性盒2在到达其在数字微流体系统1的电极阵列9上的盒容纳站8之后的剖视图。一次性盒2根据第八实施例配置并且由夹具37保持到位。
在图11中，柱塞42被配置成紧贴一次性盒2的主体47的上表面49密封隔室21。优选地，这种密封利用围绕柱塞42的O形环密封件39来实现。备选地，如图9和10所示，弹性层44密封地施加到一次性盒2的主体47的上表面49，其被配置成紧贴所述上表面49密封隔室21中的至少一个。优选地，柱塞42将其背面附接到弹性层44，从而在不向弹性层的外部施加任何压力(手动地或利用致动元件38，参见图10)的情况下，将柱塞42在靠近主体47的上表面49处保持到位(参见图9)。
然而，如果柱塞42被压下(参见图10和图11右侧)，则穿刺销27穿透覆盖层12或主体47中的通孔19并刺穿顶层4。同时，隔室21的内容物的一部分由柱塞压入间隙6内，内容物可为处理液体、试剂或试样(为溶液或悬浮液)。结果，在底层3的第一疏水性表面17'上，小滴23积聚并可在底层3的该第一疏水性表面17’和顶层4的第二疏水性表面17”之间的间隙中被操纵。操纵小滴23由容纳一次性盒2的数字微流体系统1的电极阵列9进行。
备选地，压下柱塞42将迫使隔室21的内容物的一部分移动通过毛细管孔41”并进入间隙6(参见图11左侧，其中柱塞42准备移动)，内容物可为处理液体、试剂或试样(为溶液或悬浮液)。结果，在底层3的第一疏水性表面17'上，小滴23将积聚并可在底层3的该第一疏水性表面17’和顶层4的第二疏水性表面17”之间的间隙中被操纵。同样，操纵小滴23将由容纳一次性盒2的数字微流体系统1的电极阵列9进行。
根据图11的第八实施例，一次性盒2的主体47被配置为具有基本上平坦的下表面48的板状结构，在每种情况下，隔室21利用在穿刺部位41’或毛细管孔41”处的通孔19通往所述下表面48。
在本发明的一次性盒2的第七和第八实施例中，一种优选的备选方案是柔性底层3被配置为疏水材料的单层或单一层。根据第二优选的备选方案，柔性底层3被配置为非导电材料的单层或单一层，柔性底层3的上表面17被处理为疏水性的。根据第三优选的备选方案，柔性底层3被配置为包括下层和疏水性上层的层合物，下层为导电的或非导电的。根据本发明的一次性盒2的另一个优选实施例，介电层24层合在底层3的下表面上(参见例如图11)。
根据本发明的一次性盒的第七和第八实施例的一个变型，一次性盒2还包括垫片36，其沿着柔性底层3的周围40附接到下表面。因此，当一次性盒2被置于数字微流体系统1的电极阵列9上时，垫片36限定所述第一疏水性表面17’和所述第二疏水性表面17”之间的特定距离。如果所述数字微流体系统1在电极阵列9中配有吸入孔35，并且如果柔性底层3通过所述吸入孔35吸引，就是这种情况。
图12示出一次性盒2在到达其容纳站8之后的剖视图，该一次性盒2根据第九实施例配置并且不使用夹具保持到位。实际上，示出了第九实施例的两个不同的变型：
·在左侧，主体47被配置为板结构；
·在右侧，主体47被配置为框架结构；
一次性盒2的主体47的下表面48在两种情况中均为基本上平坦的。因此，根据第九实施例配置的一次性盒2包括主体47，主体47具有下表面48、上表面49和至少一个通孔19。该至少一个通孔19设计为吸移孔41”’，其被配置成可由移液管端26触及。通孔19因此允许将处理液体、试剂或试样吸移到间隙6中。
除了主体47之外，一次性盒2包括具有第一疏水性表面17’的底层3，第一疏水性表面17’为液体不可透的并且被配置为用于在其上操纵试样液滴23的工作膜。当一次性盒2的底层3被放置在所述电极阵列9上时，这样的操纵利用数字微流体系统1的电极阵列9进行。优选地，柔性底层3由粘合带或胶带或备选地通过焊接沿柔性底层3的周围40密封地附接到导电材料15。
一次性盒2还包括附接到主体47的下表面48的导电材料15。导电材料15为至少离子可透并且被配置成为主体47的下表面48提供第二疏水性表面17”。底层3被配置为沿柔性底层3的周围40密封地附接到一次性盒2的导电材料15的柔性膜，一次性盒2因此没有位于柔性底层3和导电材料15之间以用于限定所述第一疏水性表面17’和所述第二疏水性表面17”之间的特定距离的间隔件5(参见图2、6和8-10)。
一次性盒2还包括间隙6，其位于底层3的第一疏水性表面17'和导电材料15的第二疏水性表面17”之间。主体47的该至少一个通孔19被配置为加载部位41，用于将处理液体、试剂或试样转移到间隙6。
一次性盒2还包括诸如隔室21的东西，其被配置为位于一个或多个加载部位41周围的主体47中的一个或多个容器状凹陷。然而，这些隔室21并不旨在长时间地或甚至在运输期间存储液体，它们仅仅被配置成允许移液管端26(一次性的或非一次性的)到达位于加载部位41处的吸移孔41”’。优选地，这些“隔室21”包括围绕加载部位41的中心凹陷，该中心凹陷在液体转移到间隙6之前允许一些液体临时沉积。
图13示出数字微流体系统1的一次性盒2在到达其容纳站8之前的剖视图。这里描绘的一次性盒根据第十实施例配置，并配置为利用或不利用夹具保持在盒容纳站处。虽然与根据第七实施例的一次性盒(参见上文和图9)相比有一些相似点，但该第十实施例的特征在于其没有隔室21。因此，根据本发明的一次性盒2的该第十实施例包括至少一个通孔19，其被配置为用于将处理液体、试剂或试样转移到间隙6的加载部位41。
该一次性盒2被配置用于插入数字微流体系统1的盒容纳站8内并且包括具有下表面48’的刚性盖板12。所描绘的刚性盖板12相对较薄(例如，具有约0.5至2mm的厚度)并且为了更加稳定而附接到框架状主体47的下表面48。该一次性盒2也包括位于盖板12的加载部位41处的至少一个通孔19和第二疏水性表面17”，第二疏水性表面17”可以是或可以不是液体不可透的，第二疏水性表面17”至少是离子可透的。该一次性盒2还包括具有第一疏水性表面17’的底层3，第一疏水性表面17’为液体不可透的并且被配置为工作膜，以用于在一次性盒2的底层3被放置在所述电极阵列9上时利用数字微流体系统1的电极阵列9在其上操纵试样液滴23。此外，该一次性盒2包括间隙6，其位于底层3的第一疏水性表面17'和刚性盖板12的第二疏水性表面17”之间。
根据第十实施例的该一次性盒2的特征在于，底层3被配置为柔性膜，其沿柔性底层3的周围40密封地附接到刚性盖板12的下表面48’。柔性底层3被配置成由数字微流体系统1的抽空空间46中的欠压吸引和铺展在数字微流体系统1的盒容纳站8的最上表面52上。因此，一次性盒2没有位于柔性底层3和刚性盖板12的第二疏水性表面17”之间的间隙6中以限定所述第一疏水性表面17’和刚性盖板12的所述第二疏水性表面17”之间的特定距离的间隔件5。
优选地，该一次性盒2包括附接到刚性盖板12的下表面48’的导电材料15。根据如图所示的优选变型实施例，导电材料15被配置成为刚性盖板12的下表面48’提供第二疏水性表面17”。然而，备选地，包括第二疏水性表面17”的顶层4可直接附接到刚性盖板12的下表面48’，或刚性盖板12的下表面48’可被处理成疏水性的，并且因此，刚性盖板12自身提供第二疏水性表面17”(均未示出)。
图14示出一个一次性盒2在到达其容纳站8之前的剖视图，一次性盒2根据第十一实施例被配置，并且配置成利用夹具或不利用夹具在盒容纳站8处保持到位。
所描绘的一次性盒2包括最少数量的元件，以便减少一次性盒2的生产成本。
根据该第十一实施例的一次性盒2被配置用于插入本文所公开的数字微流体系统1的盒容纳站8中。该一次性盒2包括：
(a)平面刚性盖板12，其包括下表面48’、位于加载部位41处的至少一个通孔19和至少可透过离子的第二疏水性表面17”；
(b)具有第一疏水性表面17’的底层3，第一疏水性表面17’为液体不可透的并且被配置为工作膜，用于在一次性盒2的底层3被放置在所述电极阵列9上时利用数字微流体系统1的电极阵列9在其上操纵试样液滴23；以及
(c)间隙6，其位于底层3的第一疏水性表面17'和刚性盖板12的第二疏水性表面17”之间。
根据该第十一实施例的一次性盒2的特征在于：底层3被配置为柔性膜，其沿柔性底层3的周围40密封地附接到刚性盖板12的下表面48’，柔性底层3被配置成由数字微流体系统1的抽空空间46中的欠压吸引和散布在数字微流体系统1的盒容纳站8的最上表面52上，一次性盒2因此没有位于柔性底层3和刚性盖板12的第二疏水性表面17”之间的间隙6中以限定所述第一疏水性表面17’和刚性盖板12的所述第二疏水性表面17”之间的特定距离的间隔件5。该一次性盒2的特征还在于，刚性盖板12的该至少一个通孔19被配置为加载部位41，用于将处理液体、试剂或试样转移到间隙6中。
优选地，盖板12的下表面48’被配置为第二疏水性表面17”。备选地，可能优选的是，盒2包括顶层4，其提供第二疏水性表面17”并且附接到一次性盒2的刚性盖板12的下表面48’。作为第二备选方案可能优选的是，盒2包括附接到刚性盖板12的下表面48’的导电材料15，导电材料15被配置成为刚性盖板12的下表面48’提供第二疏水性表面17”。
在图13和14中示出的数字微流体系统1具有与图1-12中所示的数字微流体系统1类似的构造。然而，在图9-12中描绘的特定实施例均包括多个吸入孔35，其位于基座单元7的盒容纳站8处，并且仅穿透电极阵列9和承载电极阵列9的底部基板11。图9-12的那些实施例包括多个真空管线34，其直接通往这些吸入孔35并且将这些吸入孔35连结到真空源33。为了实际上均匀地分布抽空空间46内的欠压，在如图9-12所示的那些实施例中，吸入孔35需要实际上均匀地分布在电极阵列9和盒容纳站8的区域上。
如图9-14中所示的数字微流体系统1适合在底层3的第一疏水性表面17’和至少一个一次性盒2的第二疏水性表面17”之间的间隙6内操纵试样液滴，如图9-14所示。
然而，图13和14中所示的数字微流体系统1包括穿透底部基板11而不是电极阵列9的多个吸入孔35。这些吸入孔35优选地围绕电极阵列9的区域分布在盒容纳站8中。为了在抽空空间46内实际上均匀地分布欠压，吸入孔35被配置成连通到吸入通道51内，该吸入通道51布置在数字微流体系统1的盒容纳站8的最上表面52中。在图13和14所示实施例中，盒容纳站8的最上表面52由介电层24提供，介电层24附接到电极阵列9和底部基板11的上表面。因此，吸入通道51被配置为在介电层24的表面中埋头的凹槽。这些吸入通道51或凹槽的图案可包括分支或未分支的直线、分支或未分支的折线、以及它们的任何组合。如图所示，吸入通道51或凹槽到达电极阵列11的一部分上和/或底部基板11的一部分上。不同于如图13和14所示直的吸入孔35，吸入孔35可在最适合的任何随意方向上穿透底部基板11，例如，吸入孔35可被配置为成倾斜角度或以台阶方式穿透底部基板11。尤其是在底部基板11被配置成包括夹在彼此的顶部上的两个单独的板(未示出)的情况中，吸入孔35的台阶式和/或分支构型可以是优选的，以便降低介电层24的表面中的吸入通道51或凹槽的复杂性。
在任何情况下，优选的是将吸入通道51或凹槽布置成使得在抽空空间46中可建立均匀的欠压。一旦一次性盒2位于盒容纳站8处，垫片36就在盒容纳站8中密封抽空空间46，该抽空空间46由一次性盒2的柔性底层3、盒容纳站8的最上表面52和垫片36限定。
吸入孔35可由适当数量的真空管线34(参见图9-12)直接连结到数字微流体系统1的真空源33。备选地，吸入孔35可被配置成连通到真空空间50内，该真空空间50被布置在至少一个盒容纳站8处和电极阵列9和/或底部基板11下方。优选地，真空空间50由至少一个真空管线34(参见图13和14)连接到数字微流体系统1的真空源33。
如在此前的所有其它实施例中所示，柔性底层3优选地被配置为疏水性材料的单层或单一层。根据第一优选的备选方案变型，柔性底层3被配置为非导电材料的单层或单一层，柔性底层3的上表面被处理为疏水性表面17。根据第二优选的备选方案变型，柔性底层3被配置为包括下层和疏水性上层的层合物，下层为导电的或非导电的。
在另一个备选实施例中，一次性盒2还包括附接到下表面且沿柔性底层3的周围40的垫片36。因此，当一次性盒2被置于数字微流体系统1的电极阵列9上时，如果所述数字微流体系统1配有在电极阵列9中的吸入孔35，并且如果柔性底层3通过所述吸入孔35吸住，垫片36限定所述第一疏水性表面17’和所述第二疏水性表面17”之间的特定距离。
在图12中，垫片36附接到支撑电极阵列9的单独的电极10的底部基板11。这里，介电层24附接到电极阵列9的表面，保护单独的电极不受氧化、机械冲击和诸如污染的其它影响。介电层24也覆盖垫片36，其被配置为围绕一次性盒2的容纳站8延伸的闭环。介电层24还覆盖插入导向器25的至少一部分并且到达一次性盒2的一部分上方(参见左侧)或超出一次性盒2的整个高度(参见右侧)。
根据迄今所描述的本发明的一次性盒2的第七、第八和第九实施例，还提出一种备选的数字微流体系统，其被配置成将这些创新性的一次性盒2中的至少一个接收在其位于基座单元7的电极阵列9上的盒容纳站8中。用于在至少一个这样的一次性盒2的柔性底层3和顶层4之间的间隙6内操纵试样液滴的这样的数字微流体系统1优选地包括：
(a)基座单元7，其具有配置用于接收一次性盒2的至少一个盒容纳站8；
(b)电极阵列9，其位于基座单元7的所述盒容纳站8处，该电极阵列9由底部基板11支撑，并且基本上在第一平面中延伸且包括多个单独的电极10；以及
(c)中央控制单元14，其用于控制所述电极阵列9的单独的电极10的选择，并且用于为这些电极10提供用于通过电润湿操纵所述盒2的间隙6内的液滴的各个电压脉冲。
本发明的数字微流体系统1还包括：
(d)多个吸入孔35，其穿透电极阵列9并且分布在基座单元7的盒容纳站8上；
(e)真空源33，其用于在抽空空间46中建立欠压；以及
(f)多个真空管线34，其将吸入孔35连结到真空源33。
本发明的数字微流体系统1的特征在于：垫片36在围绕盒容纳站8的周围45定位时在盒容纳站8中密封抽空空间46，抽空空间46由一次性盒2的柔性底层3、数字微流体系统1的电极阵列9和底部基板11、以及垫片36限定。
本发明的数字微流体系统1的特征还在于，抽空空间46中的欠压造成置于盒容纳站8上的一次性盒2的柔性底层3被吸引和铺展在数字微流体系统1的电极阵列9和底部基板11上。应明确指出的是，由一次性盒2的该铺展的柔性底层3限定的间隙6在不使用位于一次性盒2的柔性底层3和顶层4之间的间隔件5的情况下实现。
根据本发明的一次性盒2的第七和第八实施例的另一个变型，一次性盒2不包括垫片36。相反，垫片36永久性地固定到数字微流体系统1的基座单元7的底部基板11，或者垫片36固定到永久性地覆盖电极阵列9和底部基板11的介电层24。当然，在这种情况下，介电层24具有在基座单元7的吸入孔35的部位处的孔，以便能够在抽空空间46中形成欠压，这造成置于盒容纳站8上的一次性盒2的柔性底层3被吸引和铺展在数字微流体系统1的电极阵列9和底部基板11上。
根据本发明的一次性盒2的第七和第八实施例的另一个变型，垫片36永久性地附接到下表面且沿着将置于基座单元7的盒容纳站8上的一次性盒2的柔性底层3的周围40。
本发明的数字微流体系统1优选地配有基座单元7，其包括配置为框架的插入导向器25，该框架尺寸设计成在其中容纳一次性盒2。尤其优选的是，基座单元7包括夹具37，其被配置成将该一次性盒2固定在基座单元7的盒容纳站8上的所需位置处。如结合第九实施例展示的(参见图12)，不存在对使用这样的夹具37的绝对需求。这里，各层均被良好密封，并且在底部表面上的抽空空间46中的真空将一次性盒2安全地保持到位并保持在数字微流体系统1的盒容纳站8内。
还优选的是，基座单元7包括致动元件38，其被配置用于致动柱塞42，柱塞42在每种情况下被配置成能在置于盒容纳站8上的一次性盒2的隔室21内移动。因此，柱塞42在每种情况下被配置用于将相应的隔室21的内容物压入位于基座单元7的盒容纳站8上的一次性盒2的间隙6内。优选地，致动元件38被配置成马达驱动的且由数字微流体系统1的中央控制单元14控制。插入导向器25优选地由铝、由另一种轻金属或轻合金或由不锈钢制造。以下材料和尺寸对于制造本发明的一次性盒2是尤其优选的：
表1
本发明的一次性盒2和本发明的数字微流体系统1使得用于操纵粘附到疏水性表面17的试样液滴23的备选方法能够进行。该方法包括以下步骤：
(a)提供具有底层3的第一疏水性表面17’、顶层4的第二疏水性表面17”以及在第一疏水性表面17’和第二疏水性表面17”之间的间隙6的一次性盒2，一次性盒2还包括具有至少一个隔室21的主体47，以在其中保持处理液体、试剂或试样，所述隔室21包括用于将其内容物中的至少一些递送到间隙6的通孔19；
(b)提供具有电极阵列9的数字微流体系统1，该电极阵列9基本上在第一平面中延伸并且包括多个单独的电极10，所述多个单独的电极10由底部基板11支撑并且连接到数字微流体系统1的中央控制单元14，该中央控制单元14用于控制所述电极阵列9的单独的电极10的选择并且用于为这些电极10提供用于通过电润湿操纵所述第一疏水性表面17’上的所述液滴23的各个电压脉冲；以及
(c)限定间隙6，使得顶层4的疏水性表面17”基本上平行于底层3的所述第一疏水性表面17’且与之相隔一距离延伸。
该方法的特征在于，它包括以下步骤：
(d)提供作为柔性膜的底层3，其沿柔性底层3的周围40密封地附接到顶层4，一次性盒2因此没有位于柔性底层3和顶层4之间以限定所述第一疏水性表面17’和所述第二疏水性表面17”之间的特定距离的间隔件5；
(e)将一次性盒2放置在数字微流体系统1的基座单元7的盒容纳站8上，顶层4被配置成在至少一个隔室21的下端和间隙6之间提供密封件，并且顶层4包括用于将处理液体、试剂或试样转移到间隙6的加载部位41；
(f)由围绕盒容纳站8的周围45定位的垫片36在盒容纳站8中密封抽空空间46，抽空空间46由柔性底层3、电极阵列9、底部基板11和垫片36限定；以及
(g)在抽空空间46中形成欠压，该欠压造成放置在盒容纳站8上的一次性盒2的柔性底层3被吸引和铺展在电极上。
当应用该方法时，优选地抽空空间46中的欠压由真空源33形成，真空源33由数字微流体系统1的中央控制单元14控制，并且由多个真空管线34连结到吸入孔35，吸入孔35穿透电极阵列9且分布在基座单元7的盒容纳站8上。还优选的是，包含在一次性盒2的隔室21中的柱塞42手动地或由致动元件38移动，并且相应的隔室21的内容物被压靠到顶层4的相应的加载部位41。还优选的是，利用柱塞42的穿刺销27，顶层4在隔室21的相应的穿刺部位41’处被刺穿，并且隔室21的内容物中的一些被挤压通过冲入顶层4的该穿刺部位41’的孔并进入间隙6中。备选地或附加地，还优选的是，隔室21的内容物中的一些被用柱塞42挤压通过顶层4的相应的毛细管孔41”并进入间隙6中，毛细管孔41”被尺寸设计成呈现出毛细作用力，该力在柱塞42未施加压力时防止含水液体流过。
在附图15至17中，在局部剖视图中示出根据第十二实施例的一次性盒的尤其优选的实施例。在每种情况下，一次性盒2位于数字微流体系统1的容纳站8处。一次性盒2在每种情况下包括：
(a)具有第一疏水性表面17’的底层3，第一疏水性表面17’为液体不可透的并且被配置为工作膜，用于在一次性盒2的底层3被放置在所述电极阵列9上时利用数字微流体系统1的电极阵列9在其上操纵试样液滴23；
(b)刚性盖板12，其具有第二疏水性下表面17”、上表面58和至少一个通孔19；以及
(c)间隙6，其位于底层3的第一疏水性表面17'和刚性盖板12的第二疏水性表面17”之间。
底层3在每种情况下被配置为密封地附接到刚性盖板12的第二疏水性下表面17”的柔性膜。因此，一次性盒没有位于柔性底层3和刚性盖板12之间以限定第一疏水性表面17’和第二疏水性表面17”之间的特定距离的间隔件。优选地，柔性底层3围绕其周围40密封地附接到刚性盖板12的下表面17’。优选地，当操纵底层3上的小滴23时，间隙6至少部分地填充有油53。
优选地，刚性盖板12的上表面58至少部分地覆盖有剥离式保护膜54或也充当保护膜的可刺穿膜31，该膜防止来自外部的对通孔19的污染并且防止一次性盒2的间隙6的内容物对周围的污染。
用于操纵在图15至17中描绘的底层3的第一疏水性表面17'和一次性盒的刚性盖板12的第二疏水性表面17”之间的间隙6内的试样液滴23的数字微流体系统1包括：
(a)基座单元7，其具有配置用于接收一次性盒2的至少一个盒容纳站8；
(b)电极阵列9，其位于基座单元7的所述至少一个盒容纳站8处，电极阵列9由底部基板11支撑，并且基本上在第一平面中延伸且包括多个单独的电极10；
(c)中央控制单元14，其用于控制所述电极阵列9的单独的电极10的选择，并且用于为这些电极10提供用于通过电润湿操纵所述盒2的间隙6内的液滴23的各个电压脉冲；
(d)在电极阵列9中的多个吸入孔35，吸入孔35开口通向到底部基板11的真空空间50内；
(e)真空源33，其用于在抽空空间46中建立欠压；以及
(f)多个真空管线34(即，一个或多个真空管线34)，其将真空空间50连结到真空源33。
图15至17中描绘的数字微流体系统1包括刚性间隔件5，用于限定独立于螺纹连接或夹紧水平的在所述第一疏水性表面17’和所述第二疏水性表面17”之间的特定距离，从而将盒压在刚性间隔件5上。图15至17中描绘的数字微流体系统1还包括插入导向器25，其被配置为框架，以用于使一次性盒2在所述盒容纳站8处居中，用于将一次性盒2压下到刚性间隔件5，并且用于通过框架的第一密封件39和第二密封件39’密封抽空空间46。相对于插入的盒2，框架25围绕盒容纳站8的周围45留下小缝隙。数字微流体系统1还包括抽空空间46，其由一次性盒2的柔性底层3、盒容纳站8的最上表面52、以及具有密封件39、39’的框架25限定。如此前在数字微流体系统1的其它实施例中所示，抽空空间46中的欠压造成置于盒容纳站8处的柔性底层3被吸引和铺展在数字微流体系统1的盒容纳站8的最上表面52上。
优选地，在如图15至17所示的实施例中，电极阵列或PCB9不像图11和12中那样由介电层24覆盖，但与图2-6、图8-10和图13-14的实施例不同。因此，PCB9的电极10为裸金属，并且因此，一次性盒的柔性底层3或工作膜在顶部上包括具有疏水性表面17’的介电层或介电层和疏水层的层合物。备选地，柔性底层3被配置为非导电材料的单层或单一层，柔性底层3的上表面17’被处理为疏水性的。
优选地，电极阵列9中的吸入孔35中的至少一些被配置为导电性通孔，其穿透PCB9，以用于接触单独的电极10中的至少一些到中央控制单元14。PCB9中的这些导电性通孔或真空通路可通过电镀或用管或铆钉加衬而变成导电的。
优选地，为了有效地密封抽空空间46，密封件39、39’具有两种不同的类型，包括即不同的材料和/或横截面。多个第一类型的密封件39(在图15至17中绘得较大)具有大幅变形的非常柔顺的材料，因此，密封件承载部分(例如，框架25和底部结构11)被牢固地压靠到相应的配对部分(即，PCB9的顶侧和底侧)。该柔顺密封件39的优选材料为天然橡胶或诸如的杜邦弹性体的O形环。备选地(未示出)，第一类型的密封件39可被配置为唇形密封件。
优选地，第二类型的密封件39’具有较不柔顺且足够刚性的材料，以经受仅最小的压缩并因此结合有效地密封抽空空间46和将一次性盒2牢固地压靠到刚性间隔件5的任务。该刚性密封件的优选材料39’是例如诸如的杜邦Performance Elastomer的O形环。
在图15中，一次性盒2通过框架25在盒容纳站8中居中并且利用配置为压板的闭合装置30压在PCB9的刚性间隔件5上。附图标记57表示底部结构11、PCB9、框架25和压板30中的螺钉孔。在压板30和框架25之间定位有另一个第一类型的柔顺密封件39，以用于安全地密封抽空空间46。如果需要，刚性盖板12中的至少一个通孔19可用作例如加载部位41。数字微流体系统1可配有光学检测装置55，并且PCB9可附加地由支撑柱56支撑，从而允许光学分析一次性盒2的间隙6内部的试样。
在图16中，一次性盒2在盒容纳站8中居中并且由框架型材压在PCB9的刚性间隔件5上，该框架型材与插入导向器25和闭合装置30同时作用。这里，框架型材被螺接到PCB9和数字微流体系统1的底部结构11。附图标记57表示底部结构11、PCB9和框架型材25、30中的螺钉孔。备选地(未示出)，框架型材可被夹具37(与图17相同)下压到PCB9和数字微流体系统1的底部结构11。如果需要，刚性盖板12中的至少一个通孔19可用作吸移孔41”’，以用于利用穿刺移液管端20或利用一次性的移液管端26将试样填充进间隙6内或用于将试样从间隙6抽出，从而允许在一次性盒2的间隙6的外部和在单独的分析系统中分析试样。
在图17中，一次性盒2通过带螺钉的框架25在盒容纳站8中居中并且利用配置为压板的闭合装置30压在PCB9的刚性间隔件5上。附图标记57表示底部结构11、PCB9和框架25中的螺钉孔。在压板30和框架25之间定位有另一个第一类型的柔顺密封件39，以用于安全地密封抽空空间46。压板30可由夹具37下压到框架25和插入的盒2。如果需要，刚性盖板12中的至少一个通孔19可用作试样的加载部位41。数字微流体系统1可配有光学检测装置55，并且PCB9可附加地由支撑柱56支撑，从而允许光学分析一次性盒2的间隙6内部的试样。
在每种情况下优选的是，在通过电润湿操纵在所述第一疏水性表面17’上的液滴23和/或分析这些液滴23中的一些中的试样之后，一次性盒2被从数字微流体系统1的基座单元7的盒容纳站8取走并丢弃。
对于技术人员看起来合理的本文所公开的盒2的不同实施例的特征的任何组合都在本发明的精神和范围内。
即使它们未在每种情况下被特别地描述，附图标记也指数字微流体系统1的类似元件和特别地本发明的一次性盒2的类似元件。
附图标记：
1 数字微流体系统
2 一次性盒
3 柔性底层
4 顶层
5 间隔件、刚性间隔件
6 间隙、3和4之间的间隙
7 基座单元
8 盒容纳站
9 电极阵列、PCB
10 单独的电极
11 底部基板
12 盖板；刚性盖板
13 顶部基板
14 中央控制单元
15 导电材料
16 铰链
17 疏水性表面
17’ 第一疏水性表面
17” 第二疏水性表面
18 穿刺设施
19 通孔
20 穿刺移液管端
21 隔室
22 附加的穿刺设施
23 液滴
24 介电层
25 插入导向器、框架
26 一次性移液管端
27 穿刺销
28 销板
29 移置部分
30 闭合装置、压板
31 可刺穿膜
32 隔离条
33 真空源
34 真空管线
35 吸入孔
36 垫片
37 夹具
38 致动元件
39 密封件、第一类柔顺密封件
39’ 密封件、第二类刚性密封件
40 3的周围
41 加载部位
41’ 穿刺部位
41” 毛细管孔
41”’ 吸移孔
42 柱塞
43 中心开口
44 弹性层
45 8的周围
46 抽空空间
47 主体
48 47的下表面
48’ 12的下表面
49 47的上表面
50 真空空间
51 吸入通道
52 8的最上表面
53 油
54 剥离式保护膜
55 光学检测装置
56 支撑柱
57 螺钉孔
58 12的上表面

Claims (48)

1.一种用于在底层(3)的第一疏水性表面(17’)和至少一个一次性盒(2)的第二疏水性表面(17”)之间的间隙(6)内操纵试样液滴的数字微流体系统(1)，所述数字微流体系统(1)包括：
(a)基座单元(7)，其具有配置用于接收一个一次性盒(2)的至少一个盒容纳站(8)；
(b)电极阵列(9)，其位于所述基座单元(7)的所述至少一个盒容纳站(8)处，所述电极阵列(9)由底部基板(11)支撑，在平面中延伸且包括多个单独的电极(10)；以及
(c)中央控制单元(14)，其用于控制所述电极阵列(9)的单独的电极(10)的选择，并且用于为这些电极(10)提供用于通过电润湿操纵所述盒(2)的所述间隙(6)内的液滴(23)的各个电压脉冲，
其中，所述数字微流体系统(1)还包括：
(d)多个吸入孔(35)，其穿透所述电极阵列(9)和/或所述底部基板(11)并且位于所述基座单元(7)的所述至少一个盒容纳站(8)处；
(e)真空源(33)，其用于在抽空空间(46)和真空空间(50)中的至少一个中建立欠压；以及
(f)多个真空管线(34)，其将所述吸入孔(35)和/或真空空间(50)连结到所述真空源(33)；
其中，当所述一次性盒(2)位于所述至少一个盒容纳站(8)处时，垫片(36)或多个密封件(39,39’)在所述盒容纳站(8)中密封所述抽空空间(46)，所述抽空空间(46)由所述一次性盒(2)的底层(3)、所述盒容纳站(8)的最上表面(52)、以及由插入导向器和闭合装置(25,30)支撑的所述垫片(36)或所述密封件(39,39’)限定；
并且其中，所述抽空空间(46)中的所述欠压造成置于所述盒容纳站(8)处的所述一次性盒(2)的所述底层(3)被吸引并铺展在所述数字微流体系统(1)的所述盒容纳站(8)的所述最上表面(52)上。
2.根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述垫片(36)被尺寸设计成限定在所述底层(3)的所述第一疏水性表面(17’)和一次性盒(2)的所述第二疏水性表面(17”)之间的所述间隙(6)的高度。
3.根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述数字微流体系统(1)的所述电极阵列(9)包括刚性间隔件(5)，所述刚性间隔件(5)被尺寸设计成限定在所述底层(3)的所述第一疏水性表面(17’)和一次性盒(2)的所述第二疏水性表面(17”)之间的所述间隙(6)的高度。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述吸入孔(35)被配置成开口通到吸入通道(51)内，所述吸入通道(51)被布置在所述数字微流体系统(1)的所述盒容纳站(8)的所述最上表面(52)中。
5.根据权利要求1至3中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述吸入孔(35)被配置成开口通到真空空间(50)中，所述真空空间(50)被布置在所述盒容纳站(8)处且在所述底部基板(11)中所述电极阵列(9)下方，所述真空空间(50)由所述真空管线(34)中的至少一个连接到所述数字微流体系统(1)的所述真空源(33)。
6.根据权利要求1至3中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盒容纳站(8)的所述最上表面(52)包括覆盖所述电极阵列(9)的介电层(24)，所述介电层(24)具有孔，所述孔位于所述基座单元(7)的所述吸入孔(35)对应的位置。
7.根据权利要求1或2所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述垫片(36)永久性地固定到所述数字微流体系统(1)的所述基座单元(7)的盒容纳站(8)的所述电极阵列(9)。
8.根据权利要求6所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述垫片(36)固定到永久性地覆盖所述数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的所述电极阵列(9)的所述介电层(24)。
9.根据权利要求6所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述垫片(36)永久性地固定到支撑所述电极阵列(9)的所述底部基板(11)；所述介电层(24)永久性地覆盖所述底部基板(11)、所述电极阵列(9)和所述垫片(36)。
10.根据权利要求1至3中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述基座单元(7)包括配置为框架的插入导向器(25)，所述框架被尺寸设计成在其中容纳一次性盒(2)。
11.根据权利要求3所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述基座单元(7)包括闭合装置(30)，所述闭合装置(30)被配置为用于将一次性盒(2)压到所述数字微流体系统(1)的所述电极阵列(9)的所述刚性间隔件(5)的压板。
12.根据权利要求1至3中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述基座单元(7)包括夹具(37)，所述夹具(37)被配置成将一次性盒(2)固定在所述基座单元(7)的盒容纳站(8)的所需位置处。
13.一种配置用于插入根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)中的一次性盒(2)，所述一次性盒(2)包括：
(a)具有至少一个隔室(21)的主体(47)，所述至少一个隔室(21)被配置成在其中保持处理液体、试剂或试样，所述隔室(21)中的至少一个包括用于递送其内容物中的至少一些的通孔(19)；
(b)具有第一疏水性表面(17’)的底层(3)，所述第一疏水性表面(17’)为液体不可透的并且被配置为工作膜，用于在所述一次性盒(2)的所述底层(3)被放置在所述电极阵列(9)上时利用所述数字微流体系统(1)的电极阵列(9)在其上操纵试样液滴(23)；
(c)具有第二疏水性表面(17”)的顶层(4)，所述第二疏水性表面(17”)附接到所述一次性盒(2)的所述主体(47)的下表面(48)并且至少可透过离子；以及
(d)间隙(6)，其位于所述底层(3)的所述第一疏水性表面(17’)和所述顶层(4)的所述第二疏水性表面(17”)之间，
其中，所述底层(3)被配置为柔性膜，所述柔性膜沿所述底层(3)的周围(40)密封地附接到所述顶层(4)或所述主体(47)，所述底层(3)被配置为由所述数字微流体系统(1)的所述抽空空间(46)中的所述欠压吸引和铺展在所述数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的最上表面(52)上，所述一次性盒(2)因此没有位于所述底层(3)和所述顶层(4)之间的所述间隙(6)中以限定所述第一疏水性表面(17’)和所述第二疏水性表面(17”)之间的特定距离的间隔件(5)。
14.根据权利要求13所述的一次性盒(2)，其特征在于，还包括沿所述底层(3)的周围(40)附接到所述主体(47)的所述下表面(48)或刚性盖板(12)的下表面(48’)的垫片(36)，当被放置在所述数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的电极阵列(9)上时，如果所述数字微流体系统(1)在电极阵列(9)中配有所述吸入孔(35)，并且如果所述底层(3)通过所述吸入孔(35)吸引，则所述垫片(36)限定所述第一疏水性表面(17’)和所述第二疏水性表面(17”)之间的特定距离。
15.根据权利要求13所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述主体(47)的或刚性盖板(12)的所述至少一个通孔(19)被配置为用于将处理液体、试剂或试样转移到所述间隙(6)中的加载部位(41)。
16.根据权利要求15所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述加载部位(41)选自穿刺部位(41’)、毛细管孔(41”)和吸移孔(41”’)。
17.根据权利要求13所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述底层(3)被配置为单层疏水材料。
18.根据权利要求13所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述底层(3)被配置为单层非导电材料，所述底层(3)的上表面被处理为疏水性表面(17)。
19.根据权利要求13所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述底层(3)被配置为包括下层和疏水性上层的层合物，所述下层为非导电的。
20.根据权利要求13所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述顶层(4)被配置成在至少一个隔室(21)的下端和所述间隙(6)之间提供密封件，所述顶层(4)包括加载部位(41)，用于将处理液体、试剂或试样转移到所述间隙(6)。
21.根据权利要求20所述的一次性盒(2)，其特征在于，其包括至少一个柱塞(42)，所述至少一个柱塞(42)在每种情况下被配置成能手动地或通过致动元件(38)在隔室(21)内移动，以对着所述顶层(4)的相应的加载部位(41)挤压相应的所述隔室(21)的所述内容物。
22.根据权利要求20所述的一次性盒(2)，其特征在于，弹性层(44)密封地施加到所述一次性盒(2)的所述主体(47)的上表面(49)，所述弹性层(44)被配置成紧贴所述上表面(49)密封所述隔室(21)中的至少一个。
23.根据权利要求20所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述一次性盒(2)还包括附接到所述一次性盒(2)的所述主体(47)的所述下表面(48)的平面刚性盖板(12)，所述顶层(4)附接到所述刚性盖板(12)，所述刚性盖板(12)包括位于所述顶层(4)的加载部位(41)处的通孔(19)。
24.根据权利要求20所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述一次性盒(2)被配置为具有下表面(48)的板状结构，在每种情况下，所述隔室(21)利用在穿刺部位(41’)或毛细管孔(41”)处的通孔(19)通往所述下表面(48)。
25.一种配置用于插入根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)中的一次性盒(2)，所述一次性盒(2)包括：
(a)主体(47)，其具有下表面(48)、上表面(49)和至少一个通孔(19)；
(b)具有第一疏水性表面(17’)的底层(3)，所述第一疏水性表面(17’)为液体不可透的并且被配置为工作膜，用于在所述一次性盒(2)的所述底层(3)被放置在所述电极阵列(9)上时利用所述数字微流体系统(1)的电极阵列(9)在其上操纵试样液滴(23)；
(c)附接到所述主体(47)的所述下表面(48)的导电材料(15)，所述导电材料(15)被配置成为所述主体(47)的所述下表面(48)提供第二疏水性表面(17”)；以及
(d)间隙(6)，其位于所述底层(3)的所述第一疏水性表面(17’)和所述导电材料(15)的所述第二疏水性表面(17”)之间，
其中，所述底层(3)被配置为柔性膜，所述柔性膜沿所述底层(3)的周围(40)密封地附接到所述主体(47)的所述下表面(48)，所述底层(3)被配置成由所述数字微流体系统(1)的所述抽空空间(46)中的所述欠压吸引和铺展在所述数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的最上表面(52)上，所述一次性盒(2)因此没有位于所述底层(3)和所述主体(47)之间的所述间隙(6)中以限定所述第一疏水性表面(17’)和所述第二疏水性表面(17”)之间的特定距离的间隔件(5)。
26.根据权利要求25所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述主体(47)的或刚性盖板(12)的所述至少一个通孔(19)被配置为用于将处理液体、试剂或试样转移到所述间隙(6)中的加载部位(41)。
27.根据权利要求25所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述盒(2)包括顶层(4)，所述顶层(4)提供所述第二疏水性表面(17”)并且附接到所述一次性盒(2)的刚性盖板(12)的下表面(48’)。
28.根据权利要求25所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述盒(2)包括附接到刚性盖板(12)的下表面(48’)的导电材料(15)，所述导电材料(15)被配置成为所述刚性盖板(12)的所述下表面(48’)提供所述第二疏水性表面(17”)。
29.根据权利要求25所述的一次性盒(2)，其特征在于，还包括沿所述底层(3)的周围(40)附接到所述主体(47)的所述下表面(48)或刚性盖板(12)的下表面(48’)的垫片(36)，当被放置在所述数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的电极阵列(9)上时，如果所述数字微流体系统(1)在电极阵列(9)中配有所述吸入孔(35)，并且如果所述底层(3)通过所述吸入孔(35)吸引，则所述垫片(36)限定所述第一疏水性表面(17’)和所述第二疏水性表面(17”)之间的特定距离。
30.根据权利要求26所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述加载部位(41)选自穿刺部位(41’)、毛细管孔(41”)和吸移孔(41”’)。
31.根据权利要求25所述的一次性盒(2)，其特征在于，刚性盖板(12)的下表面(48’)被配置为至少可透过离子的所述第二疏水性表面(17”)。
32.根据权利要求25所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述底层(3)被配置为单层疏水材料。
33.根据权利要求25所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述底层(3)被配置为单层非导电材料，所述底层(3)的上表面被处理为疏水性表面(17)。
34.根据权利要求25所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述底层(3)被配置为包括下层和疏水性上层的层合物，所述下层为非导电的。
35.一种配置用于插入根据权利要求1所述的数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)中的一次性盒(2)，所述一次性盒(2)包括：
(a)平面刚性盖板(12)，其包括下表面(48’)、位于加载部位(41)处的至少一个通孔(19)和第二疏水性表面(17”)；
(b)具有第一疏水性表面(17’)的底层(3)，所述第一疏水性表面(17’)为液体不可透的并且被配置为工作膜，用于在所述一次性盒(2)的所述底层(3)被放置在所述电极阵列(9)上时利用所述数字微流体系统(1)的电极阵列(9)在其上操纵试样液滴(23)；以及
(c)间隙(6)，其位于所述底层(3)的所述第一疏水性表面(17’)和所述刚性盖板(12)的所述第二疏水性表面(17”)之间，
其中，所述底层(3)被配置为柔性膜，所述柔性膜沿所述底层(3)的周围(40)密封地附接到所述刚性盖板(12)的所述下表面(48’)，所述底层(3)被配置成由所述数字微流体系统(1)的所述抽空空间(46)中的所述欠压吸引和铺展在所述数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的最上表面(52)上，所述一次性盒(2)因此没有位于所述底层(3)和所述刚性盖板(12)的所述第二疏水性表面(17”)之间的所述间隙(6)中以限定所述第一疏水性表面(17’)和所述刚性盖板(12)的所述第二疏水性表面(17”)之间的特定距离的间隔件(5)。
36.根据权利要求35所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述刚性盖板(12)的所述至少一个通孔(19)被配置为用于将处理液体、试剂或试样转移到所述间隙(6)中的加载部位(41)。
37.根据权利要求35所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述盒(2)包括顶层(4)，所述顶层(4)提供所述第二疏水性表面(17”)并且附接到所述一次性盒(2)的所述刚性盖板(12)的所述下表面(48’)。
38.根据权利要求35所述的一次性盒(2)，其特征在于，还包括沿所述底层(3)的周围(40)附接到所述刚性盖板(12)的所述下表面(48’)的垫片(36)，当被放置在所述数字微流体系统(1)的盒容纳站(8)的电极阵列(9)上时，如果所述数字微流体系统(1)在电极阵列(9)中配有所述吸入孔(35)，并且如果所述底层(3)通过所述吸入孔(35)吸引，则所述垫片(36)限定所述第一疏水性表面(17’)和所述第二疏水性表面(17”)之间的特定距离。
39.根据权利要求35所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述加载部位(41)选自穿刺部位(41’)、毛细管孔(41”)和吸移孔(41”’)。
40.根据权利要求35所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述盖板(12)的所述下表面(48’)被配置为至少可透过离子的所述第二疏水性表面(17”)。
41.根据权利要求35所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述底层(3)被配置为单层疏水材料。
42.根据权利要求35所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述底层(3)被配置为单层非导电材料，所述底层(3)的上表面被处理为疏水性表面(17)。
43.根据权利要求35所述的一次性盒(2)，其特征在于，所述底层(3)被配置为包括下层和疏水性上层的层合物，所述下层为非导电的。
44.一种用于操纵粘附到工作膜的疏水性表面(17)的试样液滴(23)的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供具有底层(3)的第一疏水性表面(17’)、第二疏水性表面(17”)和在所述第一和第二疏水性表面(17’,17”)之间的间隙(6)的一次性盒(2)，所述一次性盒(2)还包括主体(47)和/或平面刚性盖板(12)、以及用于将处理液体、试剂或试样递送到所述间隙(6)的至少一个通孔(19)；
(b)提供具有至少一个电极阵列(9)的数字微流体系统(1)，所述至少一个电极阵列(9)在平面中延伸并且包括多个单独的电极(10)，所述多个单独的电极(10)由底部基板(11)支撑并且连接到所述数字微流体系统(1)的中央控制单元(14)，所述中央控制单元(14)用于控制所述电极阵列(9)的单独的电极(10)的选择，并且用于为这些电极(10)提供用于通过电润湿操纵所述第一疏水性表面(17’)上的所述液滴(23)的各个电压脉冲；以及
(c)限定所述间隙(6)，使得所述疏水性表面(17”)基本上平行于所述底层(3)的所述第一疏水性表面(17’)且与其相隔一距离延伸，
其中，所述方法包括以下步骤：
(d)提供作为柔性膜的所述底层(3)，所述柔性膜沿所述底层(3)的周围(40)密封地附接到所述主体(47)或所述一次性盒(2)的所述平面刚性盖板(12)，所述一次性盒(2)因此没有位于所述间隙(6)中以限定所述第一疏水性表面(17’)和所述第二疏水性表面(17”)之间的特定距离的间隔件(5)；
(e)将所述一次性盒(2)放置在所述数字微流体系统(1)的基座单元(7)的盒容纳站(8)处；
(f)通过由插入导向器和闭合装置(25,30)支撑的垫片(36)或多个密封件(39,39’)在所述盒容纳站(8)中密封抽空空间(46)，所述抽空空间(46)由所述一次性盒(2)的所述底层(3)、所述盒容纳站(8)的最上表面(52)、以及具有所述插入导向器和闭合装置(25,30)的所述垫片(36)或所述多个密封件(39,39’)限定；以及
(g)在所述抽空空间(46)中形成欠压，所述欠压造成置于所述盒容纳站(8)上的所述一次性盒(2)的所述底层(3)被吸引和铺展在所述盒容纳站(8)的所述最上表面(52)上。
45.根据权利要求44所述的方法，其特征在于，限定所述间隙(6)由垫片(36)实现，所述垫片(36)被尺寸设计成限定在所述底层(3)的所述第一疏水性表面(17’)和一次性盒(2)的所述第二疏水性表面(17”)之间的所述间隙(6)的高度。
46.根据权利要求44所述的方法，其特征在于，限定所述间隙(6)由在所述数字微流体系统(1)的所述电极阵列(9)上的刚性间隔件(5)实现，所述刚性间隔件(5)被尺寸设计成限定在所述底层(3)的所述第一疏水性表面(17’)和一次性盒(2)的所述第二疏水性表面(17”)之间的所述间隙(6)。
47.根据权利要求44所述的方法，其特征在于，所述抽空空间(46)中的所述欠压由真空源(33)形成，所述真空源(33)由所述数字微流体系统(1)的所述中央控制单元(14)控制，并且由多个真空管线(34)连结到吸入孔(35)和/或真空空间(50)以吸引所述一次性盒(2)的所述底层(3)。
48.根据权利要求44所述的方法，其特征在于，在通过电润湿操纵在所述第一疏水性表面(17’)上的液滴(23)和/或分析这些液滴(23)中的一些中的所述试样之后，所述一次性盒(2)被从所述数字微流体系统(1)的所述基座单元(7)的所述盒容纳站(8)取走并丢弃。
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