CN104428651A - 用于样品制备或自主分析的流体装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制备、处理、储存、保藏和/或分析样品的流体装置。具体而言，所述装置和相关的系统和方法允许通过使用一个或多个捕获区以及/或者自动化分析来制备和/或分析样品(例如，生物标本样品)。

Description

用于样品制备或自主分析的流体装置和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年4月20日提交的美国临时申请号61/636,426和2012年11月14日提交的美国临时申请号61/726,089的权益，其中每个申请均通过引用并入于此。
关于联邦政府资助研究的说明
本发明在由美国国立卫生研究院颁发的DP1OD003584和R01EB012946以及由美国国防高级研究计划局颁发的HR0011-11-2-0006的政府支持下做出。政府拥有本发明的某些权利。
发明背景
本发明涉及用于制备、处理、储存、保藏和/或分析样品的流体装置。具体地，该装置在使污染最小化的同时允许进行多重反应。
流体装置和系统对于在使样品体积最小化的同时进行各种类型的反应、诊断和分析是有用的。如果可以将这些装置简化成使用最少功率和/或电子组件进行操作，则此类装置在将会受益于简化的仪器的资源有限的环境(LRS)中或非LRS环境中将是特别有用的。当前经FDA批准的用于蛋白质的LRS系统使用侧流式方法，诸如测杆，其受限于灵敏度、量化能力和动态范围的限制。此外，当前用于核酸的LRS系统仅提供低多路程度的定性应答，并面临样品制备方面的挑战。在非LRS诊断测量中的流体处理通常需要复杂的仪器，并且甚至简单的任务(如用于干燥储存的样品的制剂)也需要风扇和加热器。因此，需要能够操控小样品体积，同时允许用于包括核酸或蛋白质的检测在内的各种应用的定量、多路和/或超灵敏诊断的流体装置和系统。
发明内容
本发明提供一种用于制备、处理、储存、保藏和/或分析样品的流体装置。
本发明的特征在于一种装置(例如，微流体装置，例如用于样品制备、样品处理、样品体积量化和/或样品分析)，该装置包括：包括多个第一腔室的第一层；包括至少一个第二腔室(例如，多个第二腔室)的第二层；以及安置于所述第一层与第二层之间的中间层，其中所述中间层包括一个或多个捕获区，其中所述多个第一腔室中的至少一个、至少一个第二腔室(例如，所述多个第二腔室中的至少一个)以及所述一个或多个捕获区中的至少一个能够通过相对移动而连接。
在一些实施方式中，一个或多个捕获区包括过滤器、基体、聚合物、电荷转换材料或膜。在特定的实施方式中，所述一个或多个捕获区配置成连接所述多个第一腔室中的两个或更多个以及至少一个
第二腔室。
在进一步的实施方式中，所述装置包括第三层，该第三层包括至少一个第三腔室(例如，多个第三腔室)，其中所述第三层安置于所述第二层下方，并且其中所述多个第一腔室中的至少一个、至少一个第二腔室、至少一个第三腔室(例如，所述多个第三腔室中的至少一个)以及所述捕获区中的至少一个能够通过相对移动而连接。
在一些实施方式中，所述装置(例如，微流体装置，例如用于样品制备、样品处理、样品体积量化和/或样品分析)包括：包括多个第一腔室的第一层；包括至少一个第二腔室(例如，多个第二腔室)的第二层；以及安置于所述第一层与第二层之间的中间层，其中所述中间层包括一个或多个捕获区，其中所述多个第一腔室中的至少一个、至少一个第二腔室(例如，所述多个第二腔室中的至少一个)以及所述一个或多个捕获区中的至少一个能够通过相对移动而连接。
本发明的特征还在于一种装置(例如，微流体装置，例如用于样品保藏、样品储存、样品处理和/或样品体积量化)，该装置包括：包括多个第一腔室的第一层；以及安置于所述第一层下方的中间层，其中所述中间层包括膜或者一个或多个桥接件。在一些实施方式中，所述多个第一腔室中的至少一个以及所述膜或桥接件能够通过相对移动而连接。在其他实施方式中，所述多个第一腔室中的至少两个以及所述膜或者所述一个或多个桥接件中的至少一个能够通过相对移动而连接。在一些实施方式中，装置包括用于保藏样品的一种或多种试剂。
在一些实施方式中，装置包括第二层，该第二层包括至少一个第二腔室(例如，多个第二腔室)，其中所述中间层位于所述第一层与所述第二层之间，并且其中所述多个第一腔室中的至少一个、至少一个第二腔室(例如，所述多个第二腔室中的至少一个)以及所述膜或者所述一个或多个桥接件中的至少一个能够通过相对移动而连接。
在其他实施方式中，一种装置(例如，微流体装置，例如用于样品保藏、样品储存、样品处理和/或样品体积量化)包括：包括多个第一腔室的第一层；安置于所述第一层下方的中间层，其中所述中间层包括膜或者一个或多个桥接件；包括至少一个第二腔室(例如，多个第二腔室)的第二层；以及在所述多个第一腔室中的至少一个和/或一个或多个第二腔室中的一种或多种干燥剂。在进一步的实施方式中，所述中间层位于所述第一层与所述第二层之间，并且其中所述多个第一腔室中的至少一个、至少一个第二腔室(例如，所述多个第二腔室中的至少一个)以及所述膜或者所述一个或多个桥接件中的至少一个能够通过相对移动而连接。在一些实施方式中，所述多个第一腔室中的至少一个以及所述膜或桥接件能够通过相对移动而连接。
在一些实施方式中，桥接件是通道。在其他实施方式中，桥接件是所述中间层中的腔室(例如，通道)，其中相对移动将所述桥接件连接至两个或更多个第一腔室。在其他实施方式中，桥接件是所述中间层中的腔室(例如，通道)，其中相对移动将所述桥接件连接至所述第一腔室和所述第二腔室。在一些实施方式中，桥接件是所述中间层中的腔室(例如，通道)，其中相对移动将所述桥接件连接至两个或更多个第二腔室。
在进一步的实施方式中，所述装置包括第三层，该第三层包括至少一个第三腔室(例如，多个第三腔室)，其中所述第三层位于所述第二层下方，并且其中所述多个第一腔室中的至少一个、至少一个第二腔室(例如，所述多个第二腔室中的至少一个)、至少一个第三腔室(例如，所述多个第三腔室中的至少一个)以及所述膜或者所述一个或多个桥接件中的至少一个能够通过相对移动而连接。
本发明还包括具有本文所述的一个或多个特征的任意组合的装置。因此，本发明的特征在于一种装置(例如，微流体装置，例如用于样品保藏、样品储存、样品制备、样品处理、样品体积量化和/或样品分析中的两种或更多种)，该装置包括：包括多个第一腔室的第一层；安置于所述第一层下方的中间层，其中所述中间层包括一个或多个捕获区、膜或者一个或多个桥接件，其中所述多个第一腔室中的至少一个以及以下各项之中的至少一个能够通过相对移动而连接，上述各项为：一个或多个捕获区、膜或者一个或多个桥接件。在一些实施方式中，所述多个第一腔室中的至少一个以及所述捕获区中的至少一个或者所述膜或所述一个或多个桥接件中的至少一个能够通过相对移动而连接。在其他实施方式中，所述多个第一腔室中的至少一个、所述捕获区中的至少一个以及所述膜或所述一个或多个桥接件中的至少一个能够通过相对移动而连接。
因此，本发明的特征还在于一种装置(例如，微流体装置，例如用于样品保藏、样品储存、样品制备、样品处理、样品体积量化和/或样品分析中的两种或更多种)，该装置包括：包括多个第一腔室的第一层；包括至少一个第二腔室(例如，多个第二腔室)的第二层；以及安置于所述第一层与第二层之间的中间层，其中所述中间层包括一个或多个捕获区、膜或者一个或多个桥接件，其中所述多个第一腔室中的至少一个以及至少一个第二腔室(例如，所述多个第二腔室中的至少一个)以及以下各项之中的至少一个能够通过相对移动而连接，上述各项为：一个或多个捕获区、膜或者一个或多个桥接件。在一些实施方式中，所述多个第一腔室中的至少一个以及所述捕获区中的至少一个或者所述膜或所述一个或多个桥接件中的至少一个能够通过相对移动而连接。在一些实施方式中，所述多个第一腔室中的至少一个以及所述捕获区中的至少一个以及所述膜或所述一个或多个桥接件中的至少一个能够通过相对移动而连接。在进一步的实施方式中，如本文所述，所述装置包括一个或多个层、腔室、捕获区、膜和/或桥接件。
因此，本发明的特征在于一种装置(例如，微流体装置，例如用于样品保藏、样品储存、样品制备、样品处理、样品体积量化和/或样品分析中的两种或更多种)，该装置包括：包括多个第一腔室的第一层；安置于所述第一层下方的第一中间层，其中所述第一中间层包括一个或多个捕获区；安置于所述第一层与所述第一中间层之间或安置于所述第一中间层下方的第二中间层，其中所述第二中间层包括膜或者一个或多个桥接件，并且其中所述多个第一腔室中的至少一个以及以下各项中的至少一个能够通过相对移动而连接，上述各项为：一个或多个捕获区、膜或者一个或多个桥接件。在一些实施方式中，所述多个第一腔室中的至少一个以及所述捕获区中的至少一个能够通过相对移动而连接。在一些实施方式中，所述多个第一腔室中的至少一个以及所述膜或所述桥接件能够通过相对移动而连接。在一些实施方式中，所述捕获区中的至少一个以及所述膜或者一个或多个桥接件能够通过相对移动而连接。在进一步的实施方式中，所述装置包括第二层，该第二层包括至少一个第二腔室(例如，多个第二腔室)，其中所述第二层位于所述第一中间层或所述第二中间层的下方。在一些实施方式中，至少一个第二腔室(例如，所述多个第二腔室中的至少一个)以及所述捕获区中的至少一个能够通过相对移动而连接。在一些实施方式中，至少一个第二腔室(例如，所述多个第二腔室中的至少一个)以及所述膜或桥接件能够通过相对移动而连接。
本发明的特征还在于一种系统，该系统包括装置(例如，包括第一层以及安置于所述第一层下方的中间层，该第一层包括多个第一腔室以及连接至所述多个第一腔室中的至少一个的通孔；或者本文所述的任何装置)；以及盖，该盖封闭具有体积V1的空腔并包围通孔，其中所述盖的关闭将所述空腔封闭，并施加与体积V1和具有体积V0的开放系统之间的体积差相称的压力。
在系统的一些实施方式中，装置进一步包括第二层，该第二层包括至少一个第二腔室(例如，多个第二腔室)，并且所述第二层安置于所述中间层的下方。
在一些实施方式中，所述盖进一步包括与所述通孔相接合的皱纹泵(buckle pump)、柔性膜或泵送杯。
在其他实施方式中，所述系统进一步包括与通孔相接合的改进的吸管吸头、改进的注射器或多孔海绵，用于填充所述多个第一腔室或多个第二腔室(如果存在的话)。
本发明的特征还在于一种系统，该系统包括装置(例如，包括第一层以及安置于所述第一层下方的中间层，该第一层包括多个第一腔室以及连接至所述多个第一腔室中的至少一个的通孔；或者本文所述的任何其他装置)；包围所述装置的外壳系统，其中所述外壳系统包括进入端口，该进入端口连接至所述通孔，用于插入样品；以及用于封闭所述外壳系统的帽，其中关闭所述帽导致将所述样品引入通孔中和/或导致使第一层和/或中间层相对移动。
在所述系统的一些实施方式中，装置进一步包括第二层，该第二层包括至少一个第二腔室(例如，多个第二腔室)，并且该第二层安置于所述中间层的下方。
在一些实施方式中，关闭所述帽导致将所述样品引入所述装置中。在其他实施方式中，关闭所述帽导致相对移动(例如，使第一层和/或中间层相对移动)。在其他实施方式中，关闭所述帽导致将所述样品引入所述装置中并导致相对移动。
在一些实施方式中，所述帽封闭具有体积V1的空腔并包围所述通孔，其中所述帽的关闭将所述空腔封闭，并施加与体积V1和具有体积V0的开放系统之间的体积差相称的压力。
在进一步的实施方式中，所述系统包括配置用于在所述外壳内移动所述帽的运动元件(例如，弹簧机构、轨道系统或本文所述的任何元件)。
本发明的特征还在于一种制备和/或分析样品的方法，所述方法包括：提供装置(例如，本文所述的任何装置，包括具有一个或多个膜、桥接件和/或捕获区的那些装置)或系统(例如，本文所述的任何系统，包括具有帽、盖和/或自主控制器中的一种或多种的那些系统)；向所述装置或所述系统引入测试样品；以及移动所述第一层、所述中间层和/或所述第二层(如果存在的话)，从而导致样品制备和/或样品分析(例如，其中移动进一步任选地导致对样品的自主分析)。
在一些实施方式中，所述方法进一步包括用所述一个或多个捕获区从样品捕获一种或多种分析物(例如，本文所述的任何分析物)。在其他实施方式中，所述方法进一步包括移动所述中间层，该中间层要通过相对移动而连接至所述多个第一腔室中的至少一个或者所述一个或多个第二腔室中的至少一个。在其他实施方式中，所述方法包括使用冲洗缓冲液(例如，本文所述的任何冲洗缓冲液)将一种或多种分析物冲洗至所述多个第一腔室中的至少一个或者所述一个或多个第二腔室中的至少一个中。在一些实施方式中，所述方法包括使用洗脱缓冲液(例如，本文所述的任何洗脱缓冲液，诸如离子液体)将一种或多种分析物洗脱至所述多个第一腔室中的至少一个或者所述一个或多个第二腔室中的至少一个中。
在一些实施方式中，样品制备和/或样品分析包括以下步骤中的一个或多个步骤：将所述测试样品分割成单独的整分试样(aliquot)，过滤所述整分试样中的一个或多个，冲洗所述整分试样中的一个或多个，和/或在分割之后、过滤之后或冲洗之后量化一个或多个整分试样的体积。
在一些实施方式中，样品制备包括过滤、裂解、结合、冲洗、洗脱、分析和/或检测所述测试样品。在其他实施方式中，样品制备包括本文所述的任何步骤。在其他实施方式中，样品制备包括核酸提取、核酸纯化、核酸富集、核酸的浓缩、蛋白质提取、蛋白质纯化、蛋白质富集、蛋白质的浓缩、细胞分离、样品富集、核酸扩增、核酸检测和/或蛋白质检测。
本发明的特征还在于一种储存和/或保藏样品的方法，所述方法包括：提供装置(例如，本文所述的任何装置，包括具有一个或多个膜、桥接件和/或捕获区的那些装置)或系统(例如，本文所述的任何系统，包括具有帽、盖和/或自主控制器中的一种或多种的那些系统)；向所述装置中引入测试样品；以及移动所述第一层、所述中间层和/或所述第二层(如果存在的话)，从而导致样品储存和/或保藏(例如，其中所述移动进一步任选地导致样品的自主储存和/或保藏)。在一些实施方式中，所述移动导致在样品储存和/或保藏之前的样品分析。
在所述方法的一些实施方式中，所述装置包括干燥剂(例如，本文所述的任何干燥剂)。
在一些实施方式中，样品储存和/或保藏包括以下步骤中的一个或多个步骤：将所述测试样品分割成单独的整分试样，干燥所述整分试样中的一个或多个，回收所述整分试样中的一个或多个，和/或在分割之后、干燥之前、干燥之后或回收之后量化一个或多个整分试样的体积。
在一些实施方式中，样品储存和/或保藏包括过滤、裂解、脱水、再水化、结合、冲洗、洗脱、分析和/或检测所述测试样品。在其他实施方式中，样品储存和/或保藏包括核酸提取、核酸纯化、核酸富集、核酸的浓缩、蛋白质提取、蛋白质纯化、蛋白质富集、蛋白质的浓缩、细胞分离、样品富集、核酸扩增、核酸检测和/或蛋白质检测。
在本文所述的任何装置、系统和方法中，所述样品(例如，测试样品)包括血液、血浆、血清、唾液、尿、粪便物、汗液、脊髓液、羊水、间质液、泪液、骨髓、拭子、组织样品、口腔漱口液样品、气溶胶、核酸、细胞、蛋白质和/或酶，或者本文所述的任何其他样品。
本发明的特征还在于一种套组，该套组包括一个或多个本文所述的装置和/或系统以及收集器(例如，用于收集用于与所述装置或系统搭配使用的样品，诸如本文所述的任何收集器，包括柳叶刀、毛细管、针、注射器、拭子、样品管或微管)。在进一步的实施方式中，所述套组进一步包括与所述装置分离的或位于所述装置内的一种或多种物质。示例性的物质包括本文所述的任何物质，包括样品、冲洗缓冲液、洗脱缓冲液、裂解剂、试剂、染料、干燥剂、稳定剂、蛋白质、核酸、过滤器、膜和/或标记物中的一种或多种。
在本文所述的任何装置、系统或方法中，层(例如，中间层)包括膜(例如，连续膜，该连续膜允许通过该膜的整个表面的流体连通；或不连续(例如，图案化的)膜，该不连续膜具有一个或多个区，所述区不允许通过该区的流体连通)。
在本文所述的任何装置、系统或方法中，层(例如，第一层、中间层或第二层，如果存在的话)是平面的或非平面的。在其他实施方式中，层(例如，第一层、第二层或中间层，或者其一部分)有区别地润湿。
在本文所述的任何装置、系统或方法中，所述装置进一步包括可变形层(例如，位于所述第一层与所述中间层之间和/或位于所述第二层与所述中间层之间)。在一些实施方式中，所述装置进一步包括涂层(例如，在所述第一层、所述中间层、所述第二层或所述可变形层中的一种或多种上，如果存在的话)。在特定的实施方式中，所述涂层包括含氟聚合物(例如，本文所述的任何涂层)。
在本文所述的任何装置、系统或方法中，层(例如，第一层、第二层和/或中间层)纵向平移和/或轴向旋转。
在本文所述的任何装置、系统或方法中，所述装置包括不止两个层(例如，具有一个或多个特征的三个、四个、五个、六个、七个或更多个层，诸如本文所述的任何层)。
在本文所述的任何装置、系统或方法中，所述装置进一步包括润滑剂(例如，在所述第一层与所述中间层之间和/或在所述第二层与所述中间层之间和/或在所述第二层与所述第三层之间，如果存在的话)。示例性的润滑剂包括碳氢化合物、含氟物质、离子液体、非牛顿流体、润滑粉或珠或者不互溶流体(例如，如本文所述的不互溶流体)。
在一些实施方式中，所述多个第一腔室中的一个或多个、所述多个第二腔室中的一个或多个或者所述一个或多个捕获区包括样品、冲洗缓冲液、洗脱缓冲液、裂解剂、试剂、染料、干燥剂、稳定剂、蛋白质、核酸、过滤器、膜或标记物(例如，本文所述的任何标记物)。
在一些实施方式中，所述多个第一腔室中的一个或多个或者所述多个第二腔室中的一个或多个是孔(well)、微通道或导管。
在本文所述的任何装置、系统或方法中，所述装置或系统进一步包括注入端口(例如，用于串联和/或按顺序填充所述多个第一腔室或至少一个第二腔室)。
在本文所述的任何装置、系统或方法中，所述装置或系统进一步包括一个或多个接收腔室，所述接收腔室用于控制在所述多个第一腔室和/或至少一个第二腔室中的一种或多种流体的体积。
在本文所述的任何装置、系统或方法中，所述第一层与所述中间层制作成单一的层，或者所述中间层与所述第二层制作成单一的层。在一些实施方式中，层(例如，第一层、中间层和/或第二层)和膜制作成单一的层。
对于本文所述的任何装置、系统和方法，所述装置是微流体装置。在一些实施方式中，所述微流体装置包括至少一个在至少一个维度上为1,000μm或更小的特征。在其他实施方式中，所述特征为所述多个第一腔室中的至少一个、至少一个第二腔室、所述膜的至少一个特征(例如，尺寸、孔径等)、所述一个或多个桥接件中的至少一个和/或至少一个捕获区。
对于本文所述的任何装置、系统和方法，样品分析伴随着电子装置(例如，蜂窝电话、智能电话、移动装置、移动电话、相机、手持式相机、摄像机、成像装置，或者本文所述的任何检测器、电子装置或中继装置)而发生。在进一步的实施方式中，样品分析包括使用所述电子装置中继来自样品分析的结果。
对于本文所述的任何装置、系统和方法，样品储存、样品制备、样品储存、样品处理、样品体积量化和/或样品分析通过使用自主控制器而发生。在一些实施方式中，所述控制器包括功率元件；调节元件，该调节元件是任选的，并且用来保持功率源的相对恒定的速率；定时元件，该定时元件决定所述装置的相对移动速率；运动元件，该运动元件促进所述装置的相对移动；传递元件，该传递元件将所述功率源的力传递至所述运动元件和/或所述定时元件；和/或开关，该开关是任选的，并且用来将所述功率元件直接或间接地连接至所述运动元件，其中这些元件中的每一个均可直接或间接地(例如，通过联动件，诸如本文所述的任何联动件)互连。本文描述了示例性的控制器。
定义
如本文所使用的，“约”意指列举值的+/-10％。
“在(于)……的上方”意指这样的相对位置：其中第一结构处于比第二结构更高的位置。例如，在包括第一层、在所述第一层上方的第二层以及在所述第二层上方的第三层的装置中，术语“在(于)……的上方”提供了所述第一层、第二层和第三层的相对位置关系，并且绝不表示所述第三层必须必要地为所述装置中的顶层或最上层。例如，如果将所述装置翻转，则所述第三层将会为所述装置中的最下层。因此，可以理解本文所述的所有相对位置(例如，在(于)……的上方、在(于)……的下方、在(于)……之间等)旨在涵盖所述装置在使用中、操作中或在制造过程中的不同取向。
“在(于)……的下方”意指这样的相对位置：其中第一结构处于比第二结构更低的位置。例如，在包括第一层、在所述第一层的下方的第二层以及在所述第二层的下方的第三层的装置中，术语“在(于)……的下方”提供了所述第一层、第二层和第三层的相对位置关系，并且绝不表示所述第一层必须必要地为所述装置中的顶层或最上层。
“在(于)……之间”意指这样的相对位置：其中中间结构将第一结构与第二结构分离。例如，在包括安置于第一层与第二层之间的中间层的装置中，术语“在(于)……之间”提供了所述第一层、第二层和中间层的相对位置关系，并且绝不表示所述第一层必须必要地为所述装置中的顶层或最上层。
“腔室”意指能够容纳一种或多种物质(例如，试剂、样品、不互溶流体和/或润滑剂)的层的容积部分。这样的腔室可具有任何有用的结构，诸如具有任何有用横截面或尺寸的孔、通道(例如，微通道)、洞、导管、桥接件或空腔。
“以连接”意指允许两个或更多个结构之间的流体连通。这样的流体连通可以是在两个或更多个相似结构之间(例如，在两个或更多个层之间或者在两个或更多个腔室之间)或者在两个或更多个不同的结构之间(例如，在一个或多个层与一个或多个腔室之间)。
“流体连通”意指能够在基本上不受限制的腔室中通过液体或气体的状态。流体连通可通过任何物理过程而发生，包括扩散穿过膜、主动运送或被动运送。流体连通不包括物质(例如，如本文所述的试剂、样品或流体)向构成层的体材料中的有限的扩散。
“不互溶流体”意指与第二流体相比，总体上在某些范围的温度、压力和组成下形成不同的相的第一流体(例如，气体或液体)。在一些实施方式中，所述第二流体是水溶液，用于储存、保藏、处理或分析的样品，和/或用于储存、保藏、处理或分析样品的试剂；并且在对于储存、保藏、处理或分析样品有用的某些范围的温度、压力和组成下，所述第一流体是与所述第二流体中的一种或多种不互溶的流体。
“微流体”结构意指具有至少一个在至少一个维度上为1,000μm或更小的特征的结构。示例性的特征包括层(例如，层的厚度，或者嵌入层内的组件的长度、宽度或高度)、腔室(例如，孔、通道、洞、导管、桥接件或空腔)、膜(例如，膜的厚度，或者嵌入膜内的组件(例如，一个或多个孔隙或其他物理结构)的长度、宽度或高度)或捕获区。在一些实施方式中，所述结构包括不止一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、二十个或更多个在至少一个维度(例如，高度、宽度、深度或厚度)上为1,000μm或更小的特征。
附图说明
图1A-图1E提供了用于使用具有桥接件的装置来保藏试样的示例性方案。A：组装的装置包括样品腔室121(在底层120中)、预装载有干燥剂130的腔室122(在底层120中)以及桥接件115(在顶层110中)。B：将样品131装入样品腔室中，并且相对于底层移动顶层(框箭头150)。C：相对移动使腔室与桥接件对准，从而允许样品与干燥剂之间的蒸汽接触，并开始干燥过程。D：当干燥剂已从样品吸收或吸附溶剂(例如，水)时，保藏(例如，干燥)完成，这由样品腔室中的水化的干燥剂134和保藏的(例如，处于干燥或液体状态下)或浓缩的残留物质133的存在所证明。E：进行相对移动(框箭头160)以将腔室从桥接件断开，并且可在装置中引入溶剂以提供再水化的样品135。
图2A-图2F提供了用于在本发明的装置中使用膜来保藏试样的示例性方案。A：在装载位置上，顶层210包含样品腔室和多孔材料215(网状填充)。底层220包含预装载有干燥剂231和干燥剂232的干燥剂腔室。样品腔室和干燥剂腔室不对准，并且在这个位置上蒸汽接触被最小化。B：在顶层中装载样品241和样品242。C：相对移动(框箭头250)将所述装置带至干燥位置。这在样品腔室与干燥剂腔室之间创造出蒸汽接触，从而开始保藏。D：当干燥剂已从样品吸收或吸附溶剂(例如，水)时，保藏完成，这由水化的干燥剂233和干燥剂234以及样品腔室中保藏的(例如，处于干燥或液体状态下)或浓缩的残留物质243和残留物质244的存在所证明。E：相对移动(框箭头255)将所述装置带至回收位置，从而抑制蒸汽接触。F：可以注入水或任何有用的溶剂(例如，缓冲液)以提供再水化的样品245。进一步地，可以在样品腔室的阵列上或仅在此类腔室的子集上进行再水化。在图2F中，所述样品中仅有一个样品(即，左侧腔室中的样品245)被再水化，而其他样品(即，右侧腔室中的样品243)仍被保藏，并且如果需要，可以被储存用于在以后的进一步回收。
图3A-图3F提供了用于使用样品模块和干燥模块来保藏试样的示例性方案。A：示例性样品模块包括位于顶层310中的样品腔室和多孔材料315(网状填充)。B：在顶层中的腔室内装载样品311和样品312。C：将样品模块与包括含有干燥剂321的腔室在内的干燥模块320相结合，从而开始保藏。D：当干燥剂322已从样品吸收或吸附溶剂(例如，水)时，保藏完成，并且在样品腔室中存在保藏的(例如，处于干燥或液体状态下)或浓缩的残留物质313和残留物质314。E：将样品模块从干燥模块分离。F：可以注入水或任何有用的溶剂(例如，缓冲液)以提供再水化的样品335。可以在样品腔室的阵列中或仅在此类腔室的子集中进行再水化。在图3F中，所述样品中仅有一个样品(即，左侧腔室中的样品335)被再水化，而其他样品(即，右侧腔室中的样品313)仍被保藏，并且如果需要，可以被储存用于在以后的进一步回收。
图4A-图4D提供了用于使用储存模块来保藏试样的示例性方案。A：示例性储存模块包括位于顶层410中的样品腔室和多孔材料415(网状填充)。B：向腔室中装载样品411和样品412。继而将储存模块暴露于外部大气，从而开始保藏。C：当干燥剂已从样品吸收或吸附溶剂(例如，水)时，保藏完成，并且在样品腔室中存在保藏的(例如，处于干燥或液体状态下)或浓缩的残留物质413和残留物质414。或者，即使不存在干燥剂，当所有的溶剂(例如，水)从样品蒸发并在大气中扩散时，保藏完成。D：可以注入水或任何有用的溶剂(例如，缓冲液)以提供再水化的样品425。可以在样品腔室的阵列中或仅在此类腔室的子集中进行再水化。在图4D中，所述样品中仅有一个样品(即，左侧腔室中的样品425)被再水化，而其他样品(即，右侧腔室中的样品413)仍被保藏，并且如果需要，可以被储存用于在以后的进一步回收。
图5提供用于使用具有各种结构的装置的样品保藏的示例性方案，所述各种结构包括桥接件(左)、多孔膜(中)或图案化多孔膜(右)。以下A-E描述了左侧的装置510。A：装置510包括具有用于样品521的腔室的顶层511、具有用于干燥剂522和基质(matrix)523的腔室的底层512，以及桥接件513。B：顶层的相对移动产生与基质相结合的样品524。C：顶层的另一相对移动在结合的样品524与干燥剂之间创造流体连通(例如，由箭头515所示的蒸汽接触)，从而开始保藏。当干燥剂已从样品吸收或吸附溶剂(例如，水)时，保藏完成，这由水化的干燥剂526以及保藏的(例如，处于干燥或液体状态下)或浓缩的残留物质525在样品腔室中的存在所证明。D和E：可以注入水527或任何有用的溶剂(例如，缓冲液)以提供再水化的样品528。以下的A-E描述中间的装置530。A：装置530包括具有用于样品541的腔室的顶层531、包括用于基质542的腔室和多孔膜533的中间层532，以及具有用于干燥剂543的腔室的底层534。B：顶层的相对移动产生与基质相结合的样品544，并且允许流体连通(例如，由箭头所示的蒸汽接触)，从而开始保藏。C：当干燥剂已从样品吸收或吸附溶剂(例如，水)时，保藏完成，这由水化的干燥剂546以及保藏的(例如，处于干燥或液体状态下)或浓缩的残留物质545在样品腔室中的存在所证明。D和E：可以注入水547或任何有用的溶剂(例如，缓冲液)以提供再水化的样品548，其中一些样品(例如，样品549)可以通过省略这个再水化步骤而仍被保藏。以下的A-E描述右侧的装置560。A：装置560包括具有用于样品571的腔室的顶层561、包括用于基质572的腔室和图案化多孔膜563的中间层562，以及具有用于干燥剂573的腔室的底层566。图案化多孔膜563包括允许在层或腔室之间的流体连通的区域564，以及抵抗这样的流体连通的其他区域565。该图案化多孔膜可集成到中间层中(例如，通过二次成型或层压)或者可存在于与中间层相分离的层中。B：顶层的相对移动产生与基质相结合的样品574，并且允许流体连通(例如，由箭头所示的蒸汽接触)，从而开始保藏。C：当干燥剂已从样品吸收或吸附溶剂(例如，水)时，干燥完成，这由水化的干燥剂576以及保藏的(例如，处于干燥或液体状态下)或浓缩的残留物质575在样品腔室中的存在所证明。D和E：可以注入水577或任何有用的溶剂(例如，缓冲液)以提供再水化的样品578，其中一些样品(例如，样品579)可以通过省略这个再水化步骤而仍被保藏。
图6提供了凝胶电泳实验。从左至右所提供的包括分子量梯(泳道1)，对照(对于泳道2，试管中的RNA，存储在-80℃下，典型的储存条件)，从(SlipChip)装置回收的RNA(泳道3)，以及从另一滑动芯片装置回收的RNA(泳道4)。
图7提供了多层装置的示例性方案，用以增大样品数和/或样品量的储存容量。该装置包括多个层，所述多个层包括多孔膜720(层721-726)和用于干燥剂的腔室(腔室731-734)以及用于样品741-743的多个腔室，其中所述层和腔室可由任何有用的材料710所形成，如本文所述。
图8A-图8E以侧视图(左)和俯视图(右)提供了样品储存装置的示例性方案。A：该装置包括顶层801、包括用于基质812的腔室和多孔膜803的中间层802，以及包括用于干燥剂814的腔室的底层804。B：通过顶层801的相对移动引入样品并关闭阀门产生与基质相结合的样品815。C：在位于中间层与底层中的腔室之间的流体连通(例如，由箭头所示的蒸汽接触)开始干燥。D：当干燥剂已从样品吸收或吸附溶剂(例如，水)时，干燥完成，这由水化的干燥剂824以及干燥的残留物质825在样品腔室中的存在所证明。E：通过注入任何有用的溶剂(例如，缓冲液)可以实现再水化，以提供再水化的样品835。对于该装置，只需要滑动或相对移动顶层801来操作该装置。俯视图(右)提供了如何能够通过打开和关闭选定的入口或出口来实现选择性的再水化，其中X指示关闭的入口或出口。入口或出口可放置于中间层802中。顶层801可以包括用于阀门系统的通路孔830。滑动所述层(如箭头808-811所指示)可使通路孔830与入口和出口对准/不对准，从而提供阀门系统。例如，在图8A中，通路孔同时与入口805和出口807的对准产生打开的入口805和打开的出口807。通路孔与出口的不对准产生关闭的出口806。所述层的滑动(如箭头808和箭头809所指示)产生关闭的入口805和出口807(图8B)。所述层的进一步滑动(如箭头810和箭头811所指示)使通路孔与出口对准，从而产生打开的出口840和出口807。
图9A-图9E以侧视图(左)和俯视图(右)提供了多层样品储存装置的示例性方案。A：该装置包括具有通路孔930的第一层901(顶层)、包括用于基质912的腔室和多孔膜903的第二层902(中间层)、包括用于在第二层902与第四层905之间的流体连通的多个开口的第三层904，以及包括用于干燥剂914的腔室的第四层905(底层)。在一些实施方式中，第二层和第三可被层压或结合成单一的层。B：通过顶层901的相对移动引入样品(俯视图)并关闭阀门(如箭头940所指示)产生与基质相结合的样品915。C：第四层(底层，如箭头941所指示)的相对移动导致在位于第一层(顶层)与第四层(底层)(侧视图)中的腔室之间的流体连通(例如，由箭头所示的蒸汽接触)，并且关闭装置中的所有阀门开始干燥(俯视图)。D：当干燥剂已从样品吸收或吸附溶剂(例如，水)时，干燥完成，这由水化的干燥剂924以及干燥的残留物质925在样品腔室中的存在所证明。E：通过打开阀门(俯视图)并注入任何有用的溶剂(例如，缓冲液)可以实现再水化，以提供再水化的样品935。俯视图(右)提供了如何能够通过打开和关闭选定的入口或出口来实现选择性的再水化，其中X指示关闭的入口或出口。这样的多层装置可以用于在样品与干燥剂之间创造可逆的蒸汽接触。该几何结构可适于优化干燥(例如，通过增加干燥剂的量和/或通过控制可逆接触面积)，同时允许在更长时间尺度上的部分回收。进一步地，可以使用顺序填充来精确地量化所注入的体积并控制所填充的腔室的部分回收。入口和出口可放置于中间层902中。顶层901可以包括用于阀门系统的通路孔930。滑动所述层(如箭头940和箭头942所指示)可以使通路孔930与入口和出口对准/不对准，从而提供阀门系统。例如，在图9A中，通路孔930同时与入口906和出口908的对准产生打开的入口906和打开的出口908。通路孔与出口的不对准产生关闭的出口907。所述层的滑动(如箭头940所指示)产生关闭的入口906和出口908(图9C，右)。所述层的进一步滑动(如箭头942所指示)使通路孔与出口对准，从而产生打开的出口907和出口908。底层的移动(如箭头941和箭头943所指示)在样品与干燥剂之间创造出可逆的蒸汽接触。
图10A-图10D提供了示出用于装置填充的策略的示例性方案。A：可以通过设计在相对移动滑动芯片的层时流体连接多个腔室的单一路径，来实现顺序填充。B：可以通过设计分支路径来实现并行填充，其中每个分支在相对移动滑动芯片的层时流体连接多个腔室的子集。C：可以通过设计分支路径(如图10B中那样)并继而针对每个路径更改入口与出口(装置右侧的空心圆圈)之间的距离，来实现结合的顺序和并行填充。通过针对特定路径增大入口与出口之间的距离，增大了填充腔室所需的相对压力，从而导致更慢的填充速率。以这种方式，可以调整流体的排空速率，并且能够以这种方式实现每次对一排的填充。D：可以通过为多个腔室的每一阵列提供单独的入口来实现多路填充，其中在本方案中仅作为示例提供了四个阵列和四个单独的入口。以这种方式，使用多个入口孔来同时地或按顺序装载不同样品。对于图10A-图10D，基于死端填充来装载所述装置。只有位于两个滑动芯片层之间的间隙将主填充通道连接至出口。以这种方式，填充液体(例如，水、试剂、样品或本文所述的任何物质)被约束在通道中，而不互溶相(例如，润滑剂)可以通过间隙从通道排出至出口。
图11A-图11H提供了示出用于装置填充(或装载)、干燥和部分回收的策略的示例性方案。A：底层1110(储存模块)包括四个腔室1111和八个通路孔1112(圆圈)。B：顶层1120包括一个用于填充的入口1121、三个能够与底层中的腔室1111流体连通的腔室1122-腔室1124，以及八个通路孔1125(圆圈)。C：相对移动将所述腔室连接起来以形成可以如图10A中那样按顺序填充的单一路径。D：另一相对移动(箭头1130，例如，通过滑动)使顶层与底层中的腔室断开，以及激活干燥。E：在干燥之后，装置包括位于腔室内的干燥的或保藏的样品。F：相对移动(箭头1140，例如，通过滑动)使腔室与顶层中的通路孔相连接，并且该装置现在准备就绪进行再水化(例如，通过使用移液管1145注入水)。G：溶剂(例如，水)通过通路孔的注入允许第二腔室1121的再水化。H：从第二腔室再收集样品(例如，通过使用移液管1146)，而其他腔室仍包含干燥的样品，所述干燥的样品可以在不同的时间得到回收。这样的策略用于液体储存或用于等分溶液。
图12A-图12F提供了示出用于装置填充(或装载)、干燥和部分回收的策略的示例性方案。A：底层1210(储存模块)包括四个腔室1211和八个通路孔1212(圆圈)。B：顶层1220包括用于填充的入口1221、三个能够与底层中的腔室1211流体连通的腔室1222-腔室1224，以及八个通路孔1225(圆圈)。C：相对移动将所述腔室连接起来以形成可以如图10A中那样按顺序填充的单一路径。D：另一相对移动(箭头1230，例如，通过滑动)使顶层和底层中的腔室断开，从而创造出整分试样。储存可以任选地在此位置发生。E：另一相对移动(箭头1240，例如，通过滑动)使腔室与顶层中的通路孔对准，从而准备装置用于回收。F：可以实现整分试样在第二孔1221中的回收(例如，通过使用移液管)。可以以类似的方式回收其他整分试样，并且该装置还可以被储存(例如，如图12D中所示)用于以后的回收。
图13A-图13H提供了用于干燥和回收的三层装置的示例性方案。A：该装置包括三层：L1包括如图11A-图11H或图12A-图12F中所示的用于装载/回收的通路孔和用于顺序装载(未示出)的腔室；L2包括通路孔、腔室和多孔膜(交叉影线所示)；并且L3包括干燥剂。B：组装的装置包括层L1-层L3，并且如图所示，处于装载位置。C：可以向层L2的腔室中装载样品。D：层L2的相对移动(例如，通过滑动)提供处于干燥位置的装置。E：干燥(例如，30分钟之后)产生经干燥的、保藏的样品和水化的干燥剂。F：层L2的相对移动(例如，通过滑动)提供处于回收位置的装置。G：溶剂(例如，水或缓冲液)的注入提供再水化的样品。H：通过使用任何有用的方法或器件(例如，移液管尖端)，从装置再收集样品。如本文所述，可以用死端填充来装载该装置。
图14A-图14B提供了用于样品制备的滑动芯片的示例性方案。A：该装置包括含有腔室1415(例如，样品孔)的顶层1410(层-1)、包括捕获区1425(例如，基质)的中间层1420(层-2)，以及包括腔室1435(例如，接收孔)的底层1430(层-3)。样品既包括较大的分析物1417又包括较小的分析物1416。B：相对移动将样品孔1415、基质1425和接收孔1435连接起来，并且压力变化驱使样品通过基质。基于所述基质的尺寸排阻特性，较大的分析物1417被捕捉在基质中，而较小的分析物1416则被输送通过基质并进入到接收孔中。
图15A-图15D提供了用于样品制备的有代表性的平移滑动芯片的示例性方案。A：该装置包括含有多个腔室1511-腔室1513和入口1560的顶层1510、包括捕获区1525(例如，膜基质)的中间层1520，以及包括多个腔室1531-腔室1533的底层1530。为了进行过滤、裂解和结合反应，顶层1510中的腔室包括样品1501，并且底层1530中的腔室包括冲洗缓冲液1502和洗脱缓冲液1503。在样品腔室1511、膜基质1525和样品接收腔室1531之间的流体连通允许样品通过膜基质的输送，从而将分析物(星号)捕捉在基质中。B：相对移动(箭头1551，例如，通过滑动)将冲洗缓冲液腔室1532、包括分析物的基质1525和冲洗缓冲液接收腔室1512连接起来。在冲洗缓冲液腔室的入口1561处的压力施加将冲洗缓冲液输送通过基质，这样对基质进行冲洗。C：相对移动(箭头1552，例如，通过滑动)将洗脱缓冲液腔室1533、包括分析物的基质1525和洗脱缓冲液接收腔室1513连接起来。在洗脱缓冲液腔室的入口1562处的压力施加将洗脱缓冲液输送通过基质，这样将分析物从基质洗脱并使其进入腔室1513。所述装置可以包括其他结构，诸如一个或多个腔室，以输送待与一种或多种试剂进行反应的分析物以供进一步样品分析、检测和/或储存。
图16图示了通过并入过滤器1620和筒匣1610在滑动芯片中进行样品制备的示例性方案。筒匣1610包括样品1611、一种或多种冲洗缓冲液1612和冲洗缓冲液1613、乙醇1614和洗脱缓冲液1615。该筒匣可以经由过滤器1620接合至滑动芯片装置1630，诸如本文所述的任何装置。
图17A-图17B以平面图(A)和剖面图(B，沿着图17A中虚线标记的“B”)示出了用于样品制备的示例性的非限制性滑动芯片的方案。A：该装置可以包括一个或多个结构来容纳样品1711、冲洗剂1712和洗脱剂1713。顶层1710和底层1740的相对移动(例如，通过滑动)允许连接和断开各个腔室、过滤器1760和收集孔1714。B：该装置可以包括第一层1710(顶部PDMS层)、第二层1720、第三层1730、第四层1750(底部PDMS层)和第五层1750。
图18A-图18B以透视图(A)和分解图(B)示出了用于样品制备的示例性旋转滑动芯片的方案。A：装置1800包括外壳系统，该外壳系统具有顶部部分1801和底部部分1802，其中所述顶部部分包括含有捕获区1821(例如，膜)的样品腔室1811、一个或多个冲洗缓冲液腔室1812以及一个或多个洗脱缓冲液腔室1813。“P”指示正压力，而“M”指示膜。B：装置1800包括第一层1810(层-1)、包括捕获区1821(例如，过滤器)的第二层1820(层-2)、包括通孔1835和多个接收腔室1830(例如，接收孔)的第三层1830(层-3)，以及包括用于连接至第二层的柱杆1845的第四层1840(层-4)。第一层包括用于样品1811、冲洗缓冲液1812和洗脱缓冲液1813的腔室。如图18A中所示，第一层可以包括不止一个用于冲洗缓冲液和/或洗脱缓冲液的腔室，以实现不止一个冲洗和/或洗脱步骤。如(i)中所示，相对移动第一层和第二层以将样品腔室、捕获区和接收孔中的一个连接起来。继而施加压力以输送样品通过捕获区并使其进入对准的接收孔，其中在捕获区中捕获期望的分析物。如(ii)中所示，第二层的相对移动(例如，通过旋转连接至第二层的第四层)导致将捕获区、冲洗腔室和第二接收孔连接起来。施加压力以输送冲洗缓冲液通过捕获区，从而执行冲洗步骤。如(iii)和(iv)中所示，第二层的相对移动(例如，通过旋转连接至第二层的第四层)导致将捕获区、洗脱腔室和第三接收孔连接起来。施加压力以输送洗脱缓冲液通过捕获区，从而执行洗脱步骤。相对移动可以包括使层相对于包括样品和/或分析物的腔室或捕获区移动的任何有用的移动(例如，使装置的顶部部分1801旋转或者使装置的底部部分1802旋转)。在特定的实施方式中，装置的顶部部分1801和/或底部部分1802可以包括标记(例如，参见提供于图18A和图20A-图20D中的装置边缘上的F、S和W1-W4指示)，该标记指示包括样品、一种或多种冲洗缓冲液或者一种或多种洗脱缓冲液的腔室的位置。
图19A-图19B作为方案(A)和作为原型(B)提供了用于从掺杂血浆样品进行核酸纯化的装置。
图20A-图20D作为方案(A、B)和作为照片(C、D)提供了具有集成的加压模块的装置。装置2000包括样品腔室2010、具有顶部部分2001和底部部分2002的外壳系统，以及用于封闭该系统的帽2003。如图20D中所示，在这个特定的非限制性装置中，相对于底部部分2002旋转顶部部分2001。
图21A-图21B提供了用于处理大体积的样品(例如，大于或等于约1mL的样品)的滑动芯片，如方案(A)和如亮场图像(B)。
图22A-图22B提供了用于生成压力以供填充装置的提出的系统。A：外壳系统包括具有通孔2204的装置2202的盖2201。提供的是打开的或部分打开的系统(图22A的顶部)以及完全关闭的系统(图22A的底部)的方案。B：为了实现该系统，外壳系统可以包括加压盖(左)，该加压盖可用于对系统施加正压力和负压力。
图23A-图23B提供实时qPCR，用于在第二代装置上从掺有HIVRNA的人类血浆中进行样品制备的回收效率的量化。从掺有HIV
RNA的人类血浆中进行的HIV RNA样品制备(～70％效率，图23A)在旋转的滑动芯片(如图19所示)上实现。通过使用实时qPCR和数字RT-LAMP量化样品制备的效率。
图24提供从掺有HIV RNA的人类血浆中纯化的HIV RNA的数字RT-LAMP数据。误差条代表每个片上(on chip)样品制备的数字RT-LAMP的标准偏差。
图25提供了多路样品保藏的示例性方案。该装置包括相应地用于样品保藏、样品纯化和样品收集的三个层2501-2503。三个样品中的每一个被收集、纯化和拆分以储存三种分析物(例如，DNA、RNA和蛋白质)。
图26A-图26C提供了经由相称的入口进行样品收集(A)、经由不相称的入口进行样品收集(B)以及样品体积的数字量化(C)的示例性方案。在图55A-图55D、图56和图57A-图58D以及本文的实施例15中描述了涉及样品收集的附加方案。
图27提供了全样品的再水化或样品的小部分的再水化的示例性方案，用于在中心实验室和/或在现场进行分析。
图28A-图28D提供了用滑动芯片进行样品制备的示例性使用。A：当样品是血液样品(例如，全血样品)时，滑动芯片可以设计成包括用于过滤该血液样品以及纯化、冲洗和洗脱在捕获区中捕获的分析物的步骤。这些分析步骤可以通过装置的顶层和底层的相对移动来执行。B：滑动芯片还可以设计用于确定在大体积(例如，大于或等于1mL的样品)中的核酸提取的初步结果。C：滑动芯片可以设计成包括一个或多个腔室(例如，不同的横截面尺寸的通道)以促进样品(例如，血液样品)的快速分离和通过膜过滤和洗脱进行的核酸提取。D：滑动芯片可以设计成包括各个分析步骤，包括分析物捕获、不互溶过滤和洗脱。
图29提供了显微照片，示出了滑动芯片(左)的填充和在填充之后经由相对移动(例如，通过滑动)的数字化。这样的数字化样品(或区室化样品或整分试样)如本文所述，可被进一步处理、输送、分析和/或储存。
图30A-图30G提供了通过死端填充向装置中装载流体的示例性方案。A-C：装载可以包括使用吸头和塞子来获取样品，其中毛细力(Fcap)将样品保持在吸头内。D：吸头可以与填充有润滑剂并具有鲁尔锁和接收腔室(例如，油接收通道)的装置相接合。可选地，在吸头与鲁尔锁之间提供阻挡层(例如，润滑剂)，以便减少样品的污染，减少样品的蒸发以及/或者使装置内的气泡形成最小化。E：吸头向鲁尔锁中的插入和/或塞子的按压导致压力差，该压力差促进样品向装置中的流动，以及润滑剂向接收腔室中的转移。F：使用滑动芯片，以利用图30A-图30E所述的组件进行变色反应。G：可以使用磁体来夹持滑动芯片的层，其中在组装过程中可将磁体嵌入顶层中，并且将附加的磁体插入到底层中。
图31A-图31D提供了通过使用改进的注射器的死端填充向装置中装载流体的附加的示例性方案。A：用移液管将样品吸取到入口贮器中，其中润滑剂的存在减少了样品的污染、减少了样品的蒸发以及/或者使装置内的气泡形成最小化。B：经由鲁尔锁将包含一定容积的修改的注射器连接至装置。C和D：推动柱塞将受约束的空气压缩ΔV并创造出用于装置的自动死端填充的装载压力ΔP，如方案(C)和照片(D)中所示。
图32是示出用于生成用于填充装置的压力的提议的系统的示例性方案。具体而言，将样品分配至孔中，将盖(或帽)定位在该孔之上，并且继而关闭盖以将样品注入至装置中。
图33A-图33C提供了用于生成用于填充装置的压力的系统。A：类似于图22A-图22B中的系统，外壳系统包括用于具有通孔的装置2的盖。在部分打开的系统(图33A的顶部)中，相关体积为V＝Vo＝Vc+Vl-Vs，其中Vc是盖的体积(如图33A中所示)，Vl是空腔在完全封闭时的体积，而Vs是样品所包含的体积。在完全关闭的系统(图33A的底部)中，相关体积为V＝Vl，其中Vl是空腔在完全封闭时的体积。所生成的压力P与体积V的变化相称。在打开的或部分打开的系统中，所生成的压力P＝Patm，该压力不足以将样品2210驱使至装置。在关闭的系统中，所生成的压力P＝Patm+ΔP，其中ΔP反映了在盖的完全关闭时的体积变化。因此，由关闭盖所引起的体积差生成用于填充装置的附加压力。B：为了实现该系统，外壳系统可以包括加压盖(左)，该加压盖可用于对系统施加正压力和负压力。示例性系统针对滑动芯片装置而实现并由未经训练的六岁儿童成功执行。C：提供的是用于在自主滑动芯片装置内形成1600nL的隔室或液滴的逐步指导。
图34A至图34E提供了薄膜皱纹泵的示例性示意图。A：可以通过使用丙烯酸夹具3402将薄膜滑动芯片装置3403与薄膜皱纹泵3401相集成。B：可以通过皱纹泵的开口装载样品3403。C：可以通过插入插塞3405来密封空腔。D：可以通过用指尖向下推动皱纹泵来开始泵送。E：提供的是从示出皱纹泵功能的视频片段截取的一系列帧。
图35A至图35C提供了用于通过将刚性帽3501与附接的柔性泵送杯3502相结合来创造正压力的器件的示例性示意图。A：盖的关闭使得泵送杯与滑动芯片3503相接触。B：通过抵靠螺丝向下旋转盖而创造出密封的空腔。C：通过进一步旋转盖而创造出正压力，从而将贮器3504中装载的溶液输送至滑动芯片装置中。
图36A至图36G为示出使用附接至泵送杯的刚性帽的滑动芯片装载器件的示例性操作顺序的照片。A：系统包括两个组件：带有泵送杯的帽(右)和滑动芯片装置(左)。B和C：在薄膜滑动芯片装置上的贮器中引入样品(例如，患者的样品)。D：将帽关闭以便用泵送杯来保护样品。E：通过将帽旋转到滑动芯片上(箭头)而开始泵送和装载。F：相对移动(例如，通过滑动，如滑行所指示)导致在装置中创造出数字液滴(例如，微滴)阵列。G：可以从基座移除滑动芯片装置，以便进一步分析，例如，定量检测。
图37A至图37C提供了用于通过将刚性帽3701与滑动芯片装置3703上的柔性泵送杯3702相结合来创造正压力的器件的示例性概念示意图。A：关闭帽导致其与泵送杯相接触。B：通过抵靠螺丝3704向下旋转盖而创造出密封的空腔。C：通过进一步旋转帽来创造正压力，从而将贮器3704中装载的溶液输送至滑动芯片装置中。
图38A至图38B提供了从示出滑动芯片装置的真空填充的视频截取的帧。A：该装置从指尖到样品入口上装载有0.1M的Fe(SCN)3溶液。时间码从手指接近装置时开始。B：在少于42秒内完全填充该装置。将样品放置在入口上，并经由通过管道和PDMS垫片连接至该装置的注射器施加0.1atm的压力差。
图39A至图39C提供了通过由海绵创造的负压力进行的滑动芯片装置的死端填充。A：可以通过使用润滑剂(例如，油塞)来促进死端填充，其中通过密封压力来终止装置中水溶液的填充。B：可以通过使用疏水海绵来促进死端填充，其中由疏水海绵本身来终止装置中水溶液的填充。C：通过使用嵌有多孔材料的器件装载的滑动芯片装置的图像。
图40是示出本发明的装置中的样品处理、使用自动化系统来制备和处理样品，以及使用外部蜂窝电话来分析结果和传输结果的方案。
图41提供了示出用以导引相对移动(例如，滑动)的滑动芯片装置中的两组内部柱杆-凹槽结构的示例性方案。一组结构用于控制滑动距离(从左向右侧视图)，另一组用于控制滑动方向(从前向后侧视图)。
图42A至图42B示出了中间磁体的移除，以针对热循环过程中的高效热传递而创造出紧密接触。A：数字PCR滑动芯片被设计用于无间隙地接触热适配器。B：可以使用磁体在装置与适配器之间创造间隙，但可能会阻止高效的热传递。
图43A至图43B提供了滑动芯片装置的示例性方案。A：装置的截面图，演示了装置的装载。B：设备的侧视图提供了封帽系统，
用以生成用于装置的死端填充的压力。
图44A至图44B提供了在逐步演示中示出用以在装置中的层的相对移动(B)之后同时进行1,600纳升规模试验的滑动芯片装置的用
户友好型操作(A)的照片。
图45提供了用以自主地控制滑动芯片4503的操作的单一而简单的卷绕机动的示例性方案。示例性的控制器包括解绕结构4501和旋转架构4502。
图46提供了滑动芯片中的相对移动的自主控制器的示例性方案。该非限制性系统包括擒纵环4601、四个定时弹簧4602、定时齿4603、主弹簧4604、辅助弹簧4605、闩锁系统的外环4606和内环4607，以及控制销4608。
图47提供了滑动芯片中的相对移动的自主控制器的另一示例性方案。该非限制性系统包括擒纵轮4701、主弹簧4702、边缘4703、闩锁系统的内环4704，以及控制销4705。
图48A至图48D提供了滑动芯片中的相对移动的自主控制器的又一示例性方案。该非限制性系统包括光学窗口4801、样品4805、具有柔性泵送杯4811的帽4810，以及具有销4821和滑动架构4825的轨道系统4820。该系统允许(A)溶液装载，(B)泵送开始，(C)滑动开始，以及(D)完全滑动和压力释放。
图49提供了用于样品制备的装置的示例性方案。左侧：该装置包括柔性O形环(V＝VRING)以及放置在入口洞上的液体样品。盖具有空容积为VTOT的空腔。右侧：可以通过将盖放置在装置上并与柔性O形环创造紧密密封来实现自动化填充。所生成的最大压力取决于空腔和O形环的几何结构。在特定的实施方式中，用死端填充来装载本图中所示的装置，并且其可用于干燥样品保藏。
图50提供了本发明的装置中的体积量化的非限制性的示例性方案。左侧：提供的是装载有食用染料的干燥样品保藏模块的俯视图照片，其示出了装置的不同部件的形状和定位。为了清晰起见，省略了盖和O形环。右侧：提供的是处于装载位置的同一模块的侧视图方案。顶部方案(沿着第一水平虚线)提供了入口洞、入口通道、通气孔和导管。底部方案(沿着第二水平虚线)示出了一个样品孔、导管以及回收洞。在这两个方案中，为了清晰起见而省略了O形环和盖。
图51A至图51C提供了用于干燥样品保藏模块的自动化装载的非限制性的示例性方案。A：将带有样品(水和食用染料溶液)的空装置放置在入口处。B：图示了按顺序填充。在将盖放置在装置上之后，装置的按顺序填充自动地发生。沿着由黑色箭头所示的路径逐个对孔进行填充。C1：图示了完全装载。如果样品体积大于总装置容积，则装载由于死端填充而自动停止。C2：图示了部分装载。如果样品体积小于总装置容积，则一旦空气进入通气孔中，装载就自动停止。第一孔被完全装载，并且其容积是已知的。第二孔仅被部分装载，并且其内容物可通过对填充有样品的部分的图像分析而得到量化。
图52提供了示出装置中已注入的体积对比于放置在入口处的样品体积的图表。对于大于50μL的样品体积观察到了完全填充，装置被完全填充。如果样品体积低于50μL，则观察到在样品体积与装置中的注入体积之间的线性关系。
图53提供了滑动芯片中的相对移动的自主控制器的示例性方案。该非限制性系统5300包括控制销5301、帽5302、泵送杯5303、顶部夹具5304、滑动控制器5305、薄膜滑动芯片5306、轨道系统5307、C形夹具5308、底部夹具5309以及基座5310。
图54提供了如图13中所示的膜装置中的逆转录定量聚合酶链反应(RT-qPCR)。左图：提供了与稳定基质(Biomatrica)混合并存储四天的对照RNA(80ng/mL)的电泳特性。整分试样或者存储在-80℃冷冻箱中的微量离心管内(“冷冻的”)，在50℃下以保藏状态存储在膜装置中(“装置50C”)，或者在50℃下以液态存储在微量离心管内(“液态50C”)。在50℃下以保藏状态存储在膜装置中的整分试样与在冷冻箱中冷冻存储的整分试样未显示出差异，而在50℃下以液态存储的整分试样显示出可见的降解。右图：使用RT-qPCR进行定量分析。从灭活的HIV-1病毒颗粒中纯化RNA。包含约3750个RNA拷贝的整分试样或者存储在-80℃冷冻箱中的微量离心管内(“冷冻的”)，在50℃下以保藏状态存储在膜装置中(“装置50C”)，或者在50℃下以液态存储在微量离心管内(“液态50C”)。在不同的时间点进行RT-qPCR，显示出在冷冻存储的样品或在装置中的样品之间没有显著的变化，甚至在存储35天之后。在高温下以液态存储的整分试样在7天之后显示出可见的降解，并且Cq的差异随着时间推移而逐渐增大。
图55A至图55D提供了用于样品量化的非限制性滑动芯片装置。提供的是这样的方案：其以平面图(A)和特写图(B)示出了芯片的布局，以及量化9.87μL全血的装置的显微照片(C)和最后填充的孔(26号)的特写图像，其对应于9.8μL的体积并演示了99.1％的体积比(D)。
图56为使用示例性收集滑动芯片进行的体积量化的图表。校准曲线(菱形)指示96.7％的体积比和优于+/-5％的精确度。红色圆圈指示使用全血进行的实验。
图57A至图57B提供了量化滑动芯片与市售采血装置的综合使用的照片。A：使用SARSTEDT minivette收集全血样品。B：将minivette接合至滑动芯片以供样品量化，其中所指示的体积为17.3μL。
图58A至图58D提供了通过利用完全干燥的蒸发进行浓缩的方案。A：在装置中装载样品，其中该样品具有低初始浓度的靶分析物。这里，样品存在于位于两个不同层中的两个腔室5801和5802中。B：滑动底层开始蒸发。溶剂(例如，水)穿过膜蒸发，这一蒸发由蒸汽与干燥剂(未示出，其中干燥剂可预装入装置中或者存在于大气中)的接触所驱使，或者由大气中的简单扩散所驱使。C：在完全干燥之后，分析物位于靠近膜之处。D：滑动允许两个腔室的断开。只有与膜相接触的腔室可被再水化，使得靶分析物的最终浓度高于样品中的初始浓度。这里，浓度的增加粗略等于腔室5801和5802的体积与腔室5801的体积之比(即，最终浓度/初始浓度＝腔室5801和腔室5802的体积/腔室5801的体积)。
图59A至图59D提供了通过利用部分干燥的蒸发进行浓缩的方案。A：在装置中装载样品，其中该样品具有低初始浓度的靶分析物。这里，样品存在于位于两个不同层中的两个腔室5901和5902中。B：滑动底层开始蒸发。溶剂(例如，水)穿过膜蒸发，这一蒸发由与干燥剂(未示出，其中干燥剂可预装入装置中或者存在于大气中)的蒸汽接触所驱使，或者由大气中的简单扩散所驱使。蒸发继而引起朝向与膜直接接触的腔室的液体流动。C：在给定的时间之后，分析物在最靠近膜的腔室5901中现在更加浓缩。D：滑动允许两个腔室的断开。包含在腔室5901中的溶液现在比起始样品溶液更加浓缩。
图60提供了示出可以通过控制装置的几何结构或者控制干燥的时间范围来调整蒸发速率的方案。为了清晰起见，该图仅示出了来自图58A和图59A的中心层。在很短的时间范围内，可以通过增大样品腔室与含有干燥剂的腔室之间的流体连通速率来增大蒸发速率。在图60(顶部)中，通过增大膜与含有干燥剂的腔室之间的接触面积来增大该流体连通速率。以这种方式，可在很短的时间范围内增加靶分析物的浓度。或者，可以通过增加蒸发(图60，中部)的时间范围来增加浓度。进一步地，这些策略可以组合(底部)，其中如果在给定的时间内被引入到装置的样品的体积与通过蒸发移除的溶剂的体积相同，则可获得最大的浓缩倍数。这样的策略创造出具有不断增大的浓缩倍数的稳定状态。
图61提供了使用贮器来自动控制蒸发的方案。左侧：装置包括填充有样品的贮器。虚线代表多孔材料，诸如膜。在该实施方式中，通过干燥剂(未示出)或者通过暴露于外部大气来驱动蒸发。贮器在顶部入口处打开。右侧：当溶液不与多孔材料接触时，蒸发停止或者显著减慢。通过作为示例使用细颈或收缩腔室(例如，通道)调整几何结构以使暴露的界面最小化，可以降低或抑制蒸发速率。可以通过重力、毛细作用或任何其他机制来保持浓缩的溶液。
图62A至图62D提供了通过滑动激活的样品干燥的照片和方案。提供的是照片(顶部)和沿着样品腔室的侧视图的方案(底部)。A：用样品(在这种情况下为包含染料的水溶液)填充装置。B：开始滑动引发的干燥。一个滑片分离开整分试样，并将样品置于与干燥剂的蒸汽接触，从而激活干燥过程。干燥始于气泡成核。C：随着干燥的进行，当样品在液相中越来越浓缩时气泡增长。D：在完全干燥之后，只有固体残留物存在于腔室中。
图63A至图63D提供了样品再水化和回收的照片和方案。提供的是照片(顶部)和沿着样品腔室的侧视图的方案(底部)。A：提供包括经干燥的样品(例如，如图62A至图62D中所示)的装置。B：滑片将装置移动至回收位置。在特定的实施方式中，可以用外部工具来实现滑动，以便减少未经训练的使用者或误操作所造成的意外过度滑动。C：通过使用选择性的再水化，可以利用移液管在一个孔中注入水或其他溶液(例如，缓冲液)。样品仅在该腔室中再水化。D：通过使用选择性的回收，利用标准移液管从装置回收再水化的样品，并且准备好利用标准实验室技术进行处理。
图64A至图64C提供了对通过蒸发进行的样品浓缩的描述。A：可以用样品来装载装置，其中右侧的圆圈表示打开的入口。B：可以通过将左侧的通道(“干燥区”)暴露于干燥剂来激活干燥。通过干燥可以生成流动，该流动将样品引入到装置中。C：在干燥区内浓缩样品。
具体实施方式
本发明提供了用于制备、处理、储存、保藏和/或分析样品的装置和方法。特别地，此类装置允许在使污染最小化的同时进行多重反应。本文所述的是此类装置的结构特征，以及它们在样品制备或储存中的使用方法。
装置
本发明的装置可包括一个或多个结构特征，诸如层、腔室(例如，孔、通道、洞、桥接件或空腔，或者任何本文所述的结构特征)，或者捕获区。特别地，腔室可以是完全或部分封闭的(例如，诸如在封闭的通道中)或者是敞开的(例如，诸如在孔中)。本文所述的各个结构可具有任何有用的尺寸、横截面、平面度或表面特性。本文所述的任何装置可以单独使用或者与例如下列文献中所述装置或装置的一个或多个特征组合使用，所述文献有：美国公开第2006-0003439号；第2007-0172954号；第2010-0078077号；第2010-0233026号；第2011-0112503号；第2011-0142734号；第2011-0165037号；第2011-0176966号；第2011-0177586号；以及第2012-0329171号；美国专利第7,129,091号；第7,655,470号；第7,901,939号；第8,304,193号；第8,273,573号；以及第8,329,407号；以及提交于2012年10月10日的美国专利申请第13/648,922号；国际公开第WO 2004/038363号；第WO 2009/149257号；第WO 2008/079274号；以及第WO2006/101851号；以及美国临时专利申请第60/379,927号；第60/394,544号；第60/585,801号；第60/623,261号；第60/763,574号；第60/875,856号；第60/881,012号；第60/899,449号；第60/930,316号；第60/936,606号；第60/962,426号；第61/130,930号；以及第61/335,570号。进一步地，这些装置中的任何装置均可在本文所述的任何方法中使用，以及在通过引用并入于此的上述美国专利号、美国公开号、美国专利申请号、国际公开号和美国临时专利申请号中所描述的那些方法中使用。
尺寸和横截面
层、腔室、捕获区或其他结构可包括任何有用的尺寸。有用的尺寸包括可沿着任何有用的轴线为均匀的或改变的任何长度、宽度或深度。在任何有用的轴线(例如，垂直于流体流动的轴线)中的示例性尺寸包括小于约50mm(例如，小于约40mm、20mm、15mm、10mm、5mm、2mm、1mm、500μm、200μm、60μm、50μm、40μm、30μm、15μm、10μm、3μm、1μm、300nm、100nm、50nm、30nm或10nm)或者从约10nm至约50nm(例如，10nm至40mm、10nm至20mm、10nm至15mm、10nm至10mm、10nm至5mm、10nm至2mm、10nm至1mm、10nm至500μm、10nm至200μm、10nm至60μm、10nm至50μm、10nm至40μm、10nm至30μm、10nm至15μm、10nm至10μm、10nm至3μm、10nm至1μm、100nm至50mm、100nm至40mm、100nm至20mm、100nm至15mm、100nm至10mm、100nm至5mm、100nm至2mm、100nm至1mm、100nm至500μm、100nm至200μm、100nm至60μm、100nm至50μm、100nm至40μm、100nm至30μm、100nm至15μm、100nm至10μm、100nm至3μm、100nm至1μm、1μm至50mm、1μm至40mm、1μm至20mm、1μm至15mm、1μm至10mm、1μm至5mm、1μm至2mm、1μm至1mm、1μm至500μm、1μm至200μm、1μm至60μm、1μm至50μm、1μm至40μm、1μm至30μm、1μm至15μm、1μm至10μm、1μm至3μm、10μm至50mm、10μm至40mm、10μm至20mm、10μm至15mm、10μm至10mm、10μm至5mm、10μm至2mm、10μm至1mm、10μm至500μm、10μm至200μm、10μm至60μm、10μm至50μm、10μm至40μm、10μm至30μm、10μm至15μm、50μm至50mm、50μm至40mm、50μm至20mm、50μm至15mm、50μm至10mm、50μm至5mm、50μm至2mm、50μm至1mm、50μm至500μm、50μm至200μm、50μm至60μm、100μm至50mm、100μm至40mm、100μm至20mm、100μm至15mm、100μm至10mm、100μm至5mm、100μm至2mm、100μm至1mm、100μm至500μm或100μm至200μm)。
可以选择任何结构(例如，一个或多个腔室)的尺寸以保持装置中流体的特定体积流速或线性流速。例如，此类尺寸对控制以特定流体或此类流体通过面积和/或捕获区的流速填充所述装置可能是有用的。
层、腔室、捕获区或其他结构可包括任何有用的横截面。横截面可以是可任选地沿着任何结构的轴线改变的任何有用的形状(例如，矩形、正方形、圆形、椭圆形、不规则或三角形横截面)。例如，当结构为通道时，通道沿着流体流动的轴线的横截面可从一种横截面形状变为另一横截面形状，诸如从圆形横截面变为矩形横截面。在另一实例中，横截面的尺寸可以是均匀的，或者可以沿着任何轴线改变，诸如沿着流体流动的轴线逐渐变细或扩大的通道。
平面度
层、腔室、捕获区或其他结构可包括任何有用的平面度。在一些情况下，第一层和第二层的表面基本上是平面的，以促进这些层的移动。进一步地，此类层在诸如高度、宽度和/或深度等其他特性上可以是均匀的或不均匀的。
或者，所述结构的表面可以是非平面的，并且基本上互补以允许移动。例如，一个或多个层可以包括曲线表面，诸如圆柱体面、凹面或凸面。在一个示例中，第一层可以包括第一圆柱形表面，并且第二层包括具有开口、内圆柱形表面和外圆柱形表面的环形圆筒。当第一层被插入到第二层的开口中时，第一圆柱形表面和第二层的内圆柱形表面是互补的，从而允许第一层在第二层内移动。因此，所述层可以包括任何有用的互补表面，诸如同心球体、锥体、圆柱体等。
进一步地，该装置可包括具有任何有用的平面度的附加层，并且每个层可具有相似的、不同的或互补的结构特征(例如，平面度)。此外，为了确保在第一和第二区域或层上施加均匀的压力，该表面可以改变以确保当在沿着装置的离散位置上施加压力时，可以施加均匀的压力。例如，当两个表面为锥形时，可以施加压力以使两个表面紧密接触。示例性装置及其特性在下列文献中有述：美国公开第2012-0028342号、美国公开第2012-0264132号、美国公开第2012-0329038号、国际公开第WO2010/111265号，以及提交于2009年3月24日的美国临时申请第61/162,922号、提交于2009年11月18日的第61/262,375号、提交于2010年3月22日的第61/340,872号、提交于2011年4月5日的第61/516,628号，以及提交于2011年5月9日的第61/518,601号，上述文献中每一个的全部内容通过引用并入于此。
表面特性
层、腔室、捕获区或其他结构可包括任何有用的表面特性。示例性表面特性包括不同的润湿度(例如，疏水、疏脂、亲氟或亲水)、平滑度或孔隙度。每个层可具有基本上相同或不同的表面特性。例如，第一层和第二层可以全都是基本上疏水的，或者第一层可以是基本上疏水的，并且第二层可以是基本上亲水的。类似地，第一层的第一腔室中的每一个可具有基本上相同或不同的表面特性。在一个示例中，所有的第一腔室是基本上亲水的，并且第一层的其余部分是疏水的，从而允许水性试剂在第一腔室内与第一层的其他部分相比优先的润湿。在另一示例中，整个第一层，包括第一腔室，是基本上亲氟的，并且捕获区是基本上亲水的。以这种方式，与第一层中的其余部分相比，水性试剂和/或样品将会优先流过捕获区。此外，如果润滑剂是含氟液体，则与捕获区相比，该流体将会优先地润湿第一腔室。可以看出，通过控制表面特性，可以对流体流动和/或区室化加以控制。例如，当使用开放腔室(例如，开放的孔)时，可以使用表面张力(即，凹液面或凸液面)将流体保留在开放腔室内，特别是在开放腔室具有允许流体的优先润湿的表面特性的情况下尤为如此。
表面特性可以通过使用任何有用的材料或表面改性工艺来获得。例如，一个或多个腔室可以包括多孔材料，例如，多孔玻璃、氧化铝或纤维素基质。这样的腔室可以通过向区域中沉积基质，通过图案化多孔层和/或通过在区域周围填充或涂覆多孔层而制成。示例性纤维素图案化工艺在下列文献中有述：Martinez等人，Anal.Chem.80:3699-3707(2008)；Martinez等人，Angew.Chemie Int.Ed.46:1318-1320(2007)；Martinez等人，Lab Chip 8:2146-2150(2008)；以及Macek等人，Chromatographic Rev.15:1-28(1971)；并且其他材料可通过在下列文献中描述的方法来图案化：Vozzi等人，Biomaterials24:2533-2540(2003)，针对PLGA支架；Desai等人，Biosens.Bioelectron.15:453-462(2000)；Pichonat等人，J.Micromech.Microeng.15:S179-S184(2005)；Cohen等人，Biomed.Microdevices 5:253-259(2003)；Ohji等人，Proc.SPIE Int'l Soc.Optical Eng.3223:189-197(1997)；以及Chu等人，J.Microelectromech.Sys.15:671-677(2006)，针对多孔硅膜；De Jong等人，Lab Chip 5:1240-1247(2005)，针对薄装置；Petronis等人，J.Biomed.Mater.Res.66:707-721(2003)，针对硅衬底；以及Wang等人，Sens.Actuat.B 123:101-106(2007)，针对用于氢感测的钯-银薄膜，上述文献的全部内容通过引用并入于此。
层、腔室、捕获区或其它结构可以由任何有用材料制成。用于形成本发明的装置的材料从对于装置的正常运行来说为理想的物理和化学特性方面进行选择。合适的、非限制性的材料包括聚合物材料，诸如硅氧烷聚合物(例如，聚二甲基硅氧烷和环氧聚合物)、聚酰亚胺(例如，市售的(聚(4,4'-氧基二亚苯基-均苯四酸酰亚胺，来自DuPont,Wilmington,Del.)以及UpilexTM(聚(联苯基四羧酸二酐),来自Ube Industries,Ltd.,Japan))、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚氨酯、多氟烃、氟化聚合物(例如，聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯、聚亚乙基四氟乙烯、聚亚乙基氯三氟乙烯、全氟聚醚、全氟磺酸、全氟聚氧杂环丁烷(perfluoropolyoxetane)、FFPM/FFKM(全氟化弹性体[全氟弹性体])、FPM/FKM(氟碳化合物[氯三氟亚乙基亚乙烯基氟化物])以及它们的共聚物)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯乙烯、聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS)、丙烯酸酯和丙烯酸聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯，和其它被取代的和未取代的聚烯烃(例如，环烯烃聚合物、聚丙烯、聚丁烯、聚乙烯(PE，例如，交联PE、高密度PE、中密度PE、线性低密度PE、低密度PE或超高分子量PE)、聚甲基戊烯、聚丁烯-1、聚异丁烯、乙烯丙烯橡胶、乙烯丙烯二烯单体(M-级)橡胶)以及它们的共聚物(例如，环烯烃共聚物)；陶瓷，诸如氧化铝、氧化硅、氧化锆等)；半导体，如硅、砷化镓等；玻璃；金属；及其涂覆的组合、复合材料(例如，嵌段复合材料，例如，在本文中所描述的任何材料的A-B-A嵌段复合材料、A-B-C嵌段复合材料等)和层压材料(例如，由若干相同或不同的材料的不同粘合层形成的复合材料，诸如聚合物层压材料或聚合物-金属层压材料，例如，铜涂覆的聚合物、金属内陶瓷或金属内聚合物的复合材料)。
该装置可通过任何有用的方法形成，包括但不限于模塑(例如，注射成型、真空成型或包覆模制)、机械加工(例如，钻孔、研磨或打磨)以及蚀刻(例如，深反应性离子蚀刻、KOH蚀刻或HF蚀刻)。在微流体应用中，这些层可由能够形成高分辨率特征(例如，微通道、腔室、混合特征等，可以是毫米、微米或亚微米尺寸)的材料制造，诸如通过使用微制造技术(例如，干蚀刻、湿蚀刻、激光蚀刻、激光烧蚀、模塑、压印等，以具有期望的小型化的表面特征)。进一步地，可任选地处理该材料以提供化学惰性的表面(例如，通过用十三氟-1,1,2,2-四氢辛基-1-三氯硅烷进行的硅烷化)、生物相容的表面(例如，通过用牛血清白蛋白处理)和/或物理稳定的材料(例如，通过广泛的交联)。
这些层可以包括任何有用的材料。例如，层的一部分可以包括膜，或者整个层可包括连续膜或图案化的膜。此外，这样的膜可以与具有一个或多个腔室和/或入口的一个或多个层(例如，通过包覆成型或层压)结合在一起。或者，这样的膜可以存在于单独的层中。示例性的膜包括PTFE(例如，)膜、聚碳酸酯膜、纤维素膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜、纸膜或者本领域已知的其它薄膜。
该装置还可包括一个或多个可变形层。这样的可变形层可以被设计用于随着压力的施加而变形，诸如用于在装置的表面上将局部压力重新分布成均匀的压力和/或用于控制层或腔室之间的连接或断开。
此外，一个或多个层和/或腔室可以任选地被涂覆。在特定的实施方式中，涂层用来将层之间的交叉污染减至最小，其中层之间的相对移动可能导致在层之间形成试剂的薄膜。该涂层可以用于控制表面化学(例如，通过增加与水的接触角至约154°)。在特定的实施方式中，一个或多个层和/或腔室涂覆有含氟聚合物。示例性的含氟聚合物包括氟化乙烯丙烯树脂(例如，FEP TE-9568，一种由约54％(按总重量计)的带负电荷的疏水性胶质含氟聚合物树脂(悬浮在水中的0.1-0.30μ.FEP颗粒)和基于FEP固体重量约6％(以FEP树脂的重量计)的非离子型润湿剂和稳定剂组成的分散体)，全氟烷氧基共聚物树脂(例如，PFA TE-7224，一种由分散在水中的约60％(按总重量计)的PFA树脂(0.05-0.5μm颗粒)和基于PFA固体重量约5重量％的非离子型润湿剂和稳定剂组成的分散体；或者PFAD 335D，一种由分散在水中的约60％(按总重量计)的PFA树脂(0.20μm平均直径的颗粒)和基于PFA固体重量约6重量％的非离子型表面活性剂组成的分散体)，聚四氟乙烯(例如，PTFE DISP 30，一种由分散在水中的约60％(以总重量计)的PTFE树脂(0.220μm平均直径的颗粒)和基于PTFE固体重量约6重量％的非离子型表面活性剂组成的分散体)，或四氟乙烯和乙烯的共聚物(例如，LZ、CLZ或CLZ-20型，可获得的标称规格为50、100、200、500、750、1000或2000，其厚度为0.0005、0.0010、0.0020、0.0050、0.0075、0.0100或0.0200英寸)。
该装置可包括多个层，以适应多路样品处理、制备和/或分析(例如，参见图7和图9)。在特定实施方式中，以堆叠配置提供所述层，该堆叠配置具有顶层、底层和多个中间层。中间层可具有一个或多个开口和/或捕获区，使得各个腔室和/或捕获区能够通过相对移动而连接。每个所述层可以与堆叠内的其他层分开地连接和断开。以这种方式，可以控制层与层之间的连接和断开，以进行期望的反应或多路分析。
所述层可包括多个腔室，其中每个腔室可以是相同的或不同的。此外，这样的腔室的多个阵列可存在于一个或多个层中(例如，参见图10中的阵列，其可顺序地或串联地连接)。这样的腔室可以包括任何体积结构。在一层或一个阵列中的每个腔室可具有相同的表面尺寸、横截面、平面度或表面特性。或者，在一层或一个阵列中的每个腔室可具有不同的表面尺寸、横截面、平面度或表面特性。示例性腔室包括开放的凹槽或沟道、封闭的通道、开放或封闭的孔等。这样的腔室对于容纳或输送一种或多种试剂、样品或流体(例如，润滑剂)是有用的。
一种示例性腔室是桥接件，其可以允许连接相同的层中的两个其他腔室，或者连接各自位于单独的层中的两个其他腔室。可以优化桥接件的表面尺寸、横截面、平面度或表面特性，以促进快速蒸气扩散或流体连通，诸如在用于样品储存或保藏的装置中那样。在一些实施方式中，在装置使用的条件下，不优先由液态水润湿桥接件(例如，桥接件的表面是基本上疏水的并且/或者桥接件填充有气体)。在一些实施方式中，桥接件和两个腔室之间的距离小于约500μm(例如，小于约300μm、100μm、50μm或20μm)。
层的移动
本发明的装置包括允许一个或多个腔室通过相对移动的连接和断开的层。例如，在第一位置上，第一腔室不连接至第二腔室(即，第一腔室不与第二腔室流体连通)。在相对于第二腔室移动第一腔室后，形成连接。这种移动可以通过相对于第二层移动具有第一腔室的第一层来实现。或者，这种移动可以包括相对于第二层移动具有第二腔室的第二层。腔室之间的连接还可以经由捕获区、桥接件、膜或所描述的任何其他结构而发生，以提供第一腔室与第二腔室之间的流体连通。
所述移动可以是任何有用的相对移动。例如，这样的移动可包括同一轴线上的两个或更多个层的轴向旋转，或者不同轴线上的两个或更多个层的旋转。例如，该装置可包括三个层，每个层具有圆柱形的、大致为平面的表面(例如，图25中的层2501、层2502和层2503)。轴线2505上的层2501的相对移动导致了层2501相对于层2502和层2503的轴向平移。在另一实例中，这样的移动可包括两个或更多个层之间的纵向平移。例如，该装置可包括三个层，每个层具有正面(例如，图14中的层1410、层1420和层1430的左边缘)和背面(例如，图14中的层1410、层1420和层1430的右边缘)。层1410向左的相对移动导致了层1410相对于层1420和层1430的纵向平移。在又一实例中，所述移动可以是轴向旋转和纵向平移的组合。
相应地，相对移动可以是直线的、旋转的，或者两者的组合。在一些情况下，可以通过直线移动和/或旋转移动的组合来实现二维运动(例如，X-Y运动)。例如，可以采用滑动和旋转装置来实现直线和旋转滑动运动。此外，这样的用于产生相对滑动运动的装置可以例如由马达、杠杆、滑轮、齿轮、液压装置、气动装置、它们的组合或者本领域普通技术人员已知的其他机电或机械装置构建而成。控制一个部件相对于另一部件的运动的方法的其它示例包括但不限于滑动导轨、齿轮齿条系统(美国专利第7,136,688号)、旋转板(美国专利第7,003,104号)、滑块组装件(美国公开第2007-0155451号和第2008-0058039号)、导引槽(美国专利第5,805,947号和第5,026,113号)、压电致动器(美国专利第2005-0009582号)、滚珠轴承与凹口(美国专利第2,541,413号)，以及驱动缆索(美国专利第5,114,208号)，上述文献中的每一个的全部内容通过引用并入于此。另外，层相对于彼此的运动可以由凹口、保持器和/或孔与配合销的系统(例如，通常在电连接器中单独或组合使用的孔与配合销)来约束。另外，层相对于彼此的运动可以由壳体、柱杆、凹槽与凸脊、齿轮来约束，或者例如在旋转运动的情况下，由中心轴线来约束。在某些实施方式中，所述装置被配置成由机器人操纵。
对于本文所述的任何层，层之间的距离可根据衬底的类型而改变。在某些实施方式中，该距离可例如由于设计或表面粗糙度而在不同的装置位置上改变。一般而言，间隙可以是从0.2纳米至20微米范围内的任何值。在特定的实施方式中，层之间的间隙填充有任何有用的润滑剂，诸如本文所述的那些润滑剂。
装置和/或层内的结构可被设计用于适应所要施加的相对移动。例如，当使用旋转移动来连接或断开所述层时，则层内的结构元件(例如，腔室或通道)可以排列成径向图案或螺旋图案。
相对移动可由任何有用的组装件来实现。用于旋转的示例性组装件包括旋转联结机构、旋转致动机构(例如，采用拉线用于旋转致动)以及旋转轴组装件。可以通过标准机构，包括马达、弹簧(例如，表簧)、拉线、轴承、凸轮、可旋转毂盘、缆索元件、齿轮和/或致动器，来实现旋转运动。这些机构可被设计用于控制旋转的数目、力和/或速度。该装置可被设计成只被激活一次，或者其可以无限期使用。该装置可包括一个或多个开关，以防止在使用之前的致动。开关可安置在装置、帽或盖的表面上，以确保这些结构之间的适当接触。层之间的平移可以由导引/轨道配置(例如，参见图41和图48，以及实施例9)来导引，或者由配置用于滑动地接合所述层的滚柱轴承来导引，以便限制相对移动的方向和量。此外，层之间的相对移动可以是自动化的(例如，使用任何有用的机构，诸如本文所述的那些机构)。
在一个示例性的旋转联结机构中，可旋转层与固定层相连接。为了实现旋转，可旋转层可以包括外轴承(例如，外环轴承)，而固定层可以包括内轴承(例如，内环轴承)，其中，这些轴承允许外轴承相对于内轴承旋转。这样的轴承可以包括或耦合到至少一个马达(例如，通过缆索元件、齿轮机构等)。另一示例性的组装件包括互连至被包括在固定层中的基座的静止轴，以及包括可旋转地互连至该静止轴的毂盘的可旋转层。该毂盘可在轴向和径向方向上由轴承(例如，充油轴承或充气轴承)所支撑。可旋转层可以包括或耦合到至少一个马达(例如，通过缆索元件、齿轮机构等)。马达可以是任何类型的致动器，例如，电马达、电活性聚合物、电流计致动器、液压活塞、微机电系统(MEMS)致动器、压电致动器、继电器或步进马达。
自主控制器
相对移动可以通过任何有用的自主控制器来实现。自主控制器可包括本文所述的任何机构或组装件。自主控制器对于控制滑动芯片、薄膜滑动芯片或另一装置的操作可能是有用的。各种功能可以是控制器设计的一部分，以便为未经训练的使用者提供无需动手的界面。这些包括但不限于：(1)泵送，(2)滑动，以及(3)对前两个操作和装置的任何操作的定时控制。例如，可以通过使用定时控制来编程多步泵送和滑动。这些操作例如还可在无需储存在滑动芯片装置中的能源(举例而言，诸如电池)的情况下进行。
在特定的实施方式中，自主控制器允许控制一个或多个过程(例如，本文所述的任何过程)，而无需用户输入。例如，这样的控制可以通过打开开关来实现，该开关将自主控制器激活。在一些实施方式中，控制器包括一个或多个允许手持或便携使用的元件。例如，能够以使用最少功率或不使用外部功率源的微型化样式来提供本文的任何组件(例如，功率元件；调节元件；定时元件；运动元件；传递元件；开关；和/或联动件)。
自主控制器可包括机械、气动、流体、机电或电子机构，或者它们的组合。非限制性的示例性控制器包括功率元件；调节元件，其为可选的，并且用来维持功率源的相对恒定的速率；定时元件，其决定所述装置的相对移动的速率；运动元件，其促进所述装置的相对移动；传递元件，其将功率源的力传递至运动元件和/或定时元件；和/或开关，其为可选的，并且用来直接或者间接地将功率元件连接至运动元件，其中这些元件中的每一个可以直接地或间接地互连(例如，通过联动件，诸如本文所述的任何联动件)。
功率元件可以是驱动相对移动的任何功率源，包括机械、电气、机电、气动或流体源。功率元件的示例包括但不限于卷绕器、弹簧(例如，主弹簧、螺旋扭转弹簧、半反向扭转弹簧或反向扭转弹簧)、手动曲柄、转子机构(例如，具有可由使用者的移动所生成的动能所移动的旋转摆锤和小齿轮，其中该小齿轮耦合至发电机，并且能量储存在电容器或电池中)、光伏电池、电池、太阳能电池、发电机(例如，电气发电机，诸如直流发电机、磁流体发电机、感应发电机、单极发电机或励磁发电机)、交流发电机和/或电容器。功率元件可直接地与运动元件互连，或者间接地与运动元件互连(例如，通过一个或多个传递元件或联动件)。
功率元件可连接至一个或多个可选的调节元件，该调节元件维持功率源的相对恒定的速率。例如，在机械功率元件中，调节元件可以选自：摆锤、摆轮、均力轮(例如，弹簧加载凸轮，其被安装在功率元件的轴杆上，并且包括弹簧加载辊)、凸轮、棘轮、均力圆锥轮(例如，通过链或另一有用的联动件附接至功率元件的锥形滑轮系统)、限紧机构、摆锤均衡键(remontoire，例如，为擒纵器提供动力的辅助弹簧或配重)、发条盒(例如，包含处于张力下的机械功率元件并允许使用该机械功率元件来提供恒定转矩的结构)、马达盒或小齿轮(例如，接合诸如发条盒等桶盒的安全小齿轮)，以及它们的组合。例如，在电气功率元件中，调节元件可以选自：连接器、线圈、保险丝、电阻器、变压器、热敏电阻器、电容器和/或二极管。
在一个非限制性示例中，所述组装件包括弹簧作为功率元件以及一个或多个调节元件。在特定的实施方式中，所述组装件包括弹簧、充当弹簧的轴杆的心轴、可移动地连接至心轴以防止弹簧解绕的棘轮、具有齿轮齿并包含弹簧的发条盒以及可移动地连接至发条盒的齿轮齿的小齿轮(例如，中心轮小齿轮)，其中所述齿轮任意地直接或间接地连接至传递元件(例如，齿轮系，或者本文所述的任何传递元件)。
所述组装件可以包括决定相对移动速率的定时元件。定时元件可包括摆轮(例如，配重轮，其包括盘簧或游丝)、摆锤、音叉、同步马达、同步化马达、直接同步振荡系统、步进马达、机电步进机构或晶体振荡器(例如，石英振荡器)。定时元件可以被设计用于产生特定的反应时间(例如，包括样品孵育、反应、保藏、储存、处理或分析的时间周期)。定时元件(例如，摆轮或摆锤)可任选地包括擒纵机构，该擒纵机构将功率源的力传递到定时元件，监控定时元件中的振荡次数，并且连接至运动元件(例如，通过一个或多个联动件或者一个或多个传递元件)，以便实现与定时元件的振荡相称的相对移动。示例性的非限制性擒纵机构包括：机轴擒纵机构、锚式擒纵机构(例如，直进式擒纵机构)、分离式擒纵机构(例如，天文钟擒纵机构或同轴擒纵机构)、交叉节拍式擒纵机构、工字轮擒纵机构、复式擒纵机构、杠杆式擒纵机构、蚱蜢擒纵机构、重力式擒纵机构或电磁式擒纵机构(例如，包括耦合至定时元件的电磁体的开关或光电管)，以及本文所述的任何擒纵机构。定时元件(例如，马达系统或晶体振荡器)可任选地包括振荡监控器、振荡分频器(例如，连接至晶体振荡器的输出的分频器、存贮电路(例如，双稳态多谐振荡器，其连接至分频器的输出)、开关电路(例如，连接至存贮电路的输出)和/或电子摆轮系统(例如，连接至开关电路的输出)。在各自通过引用而全文并入于此的下列文献中提供了示例性的定时元件：美国专利第344,922号；第1,489,762号；第4,036,006号；第7,3526,55号；第8,308,346号；第8,263,883号。
为了实现所述装置中的相对移动，所述组装件可包括运动元件。可以使用任何有用的联动件或传递元件(例如，本文所述的联动件或传递元件)将该运动元件直接或间接地连接至所述装置或其一部分(例如，一个或多个层，诸如通过旋转移动的中心轴杆)。示例性的运动元件包括齿轮、弹簧、飞轮、摆锤和/或马达中的一种或多种。在特定的实施方式中，运动元件连接至定时元件，以确保相对移动以特定的速率发生。在进一步的实施方式中，运动元件和定时元件之间的这样的连接为擒纵机构(例如，本文所述的任何擒纵机构)。
为了向定时元件和/或运动元件传递功率，所述组装件可包括一个或多个传递元件。示例性的传递元件包括下列各项中的一种或多种：齿轮系(例如，包括一个或多个大齿轮以及一个或多个小齿轮)、大齿轮、小齿轮、齿轮、板、棒、凸轮、棘轮、杠杆、擒纵器、缆索和/或滑轮。
所述组装件可任选地包括开关，该开关控制功率元件与运动元件之间的连接。示例性的开关包括拨动开关、瞬时开关、跷板开关、旋转开关、偏置开关(例如，按钮开关)、浮动开关、限位开关(或者由旋转运动激发的微动开关)、簧片开关、键式开关、控制开关、帆式开关、压力开关、倾斜开关、闸刀开关、电子开关(例如，继电器，诸如模拟开关)、薄膜开关、压电开关或触摸开关(例如，电容式触摸开关、电阻式触摸开关或压电式触摸开关)，以及在各自通过引用而全文并入于此的下列文献中所述的那些开关：美国专利第4,001,527号；第4,021,626号；第4,912,376号；第5,160,853号；第6,861,601号；第7,251,142号；第7,579,565号和第8,263,883号。
示例性的机械机构可以包括：可移动卷绕器，该卷绕器作为功率元件而机械地连接至作为运动元件的弹簧；齿轮系，包括输入齿轮、输出齿轮和中间齿轮；由输出齿轮驱动的擒纵器；以及联动件，其耦合至齿轮系以便随该齿轮系移动。在通过引用而全文并入于此的美国专利第5,926,660号的图23至图31中提供了非限制性的机构。
另一示例性的机械机构可以包括通过可旋转轴固定至弹簧(运动元件)的旋钮(功率元件)，以及可由所述轴(传递元件)移动的接触构件，以便将弹簧的机械力传递至所述装置的一个或多个层，从而实现这些层的运动。在通过引用而全文并入于此的美国专利第7,579,565号中提供了非限制性的机构。
又一示例性的机构可以包括固定至承载弹簧(运动元件)的可旋转轴的卷绕器(功率元件)。所述轴与包含齿轮机构和成形凸轮的传递元件互连，该传递元件可经由一个或多个凸轮或者任选地经由嵌齿轮而与一个或多个可移动层互连。在通过引用而全文并入于此的美国专利第2,895,547号的图3至图6中提供了非限制性的机构。
另一示例性的机构可以包括通过齿轮和/或成形凸轮(传递元件)互连至可移动层的飞轮(运动元件)。该飞轮能够由外部功率元件所开动，并且主要包含这样的元件：其可旋转地安装，并且具有可离心移动并针对离心运动而被可移动地和可屈服地保持就位的构件。在通过引用而全文并入于此的美国专利第1,926,276号中提供了非限制性的机构。
又一示例性的机构可以包括流体的输入(功率元件)、用于储存该流体的一个或多个贮器、定时器阀、一个或多个时间选择器阀以及诸如活塞之类的输出(运动元件)，该输出直接地或者通过齿轮系或滑轮而与可移动层互连。所述输入通过定时器阀同时连接至所述输出及一个或多个选择器阀。随后，每个选择器阀继而单个地连接至用于储存流体的单独贮器。定时器阀被接合用于通断离开供应贮器的流体流动，以在所有的贮器内达到阈值压力时(此时时间选择器阀打开)供应输出。在通过引用而全文并入于此的美国专利第6,070,610号中提供了非限制性示例。
另一示例性的机构包括：电气功率元件，诸如电池；运动元件，诸如耦合至马达的电定时器；以及传递元件，其至少包括马达的轴，以实现可移动层的移动。电定时器包括：马达；至少一个存储器，其用于储存可编程时间表以及一个或多个控制器设置；控制器，其耦合至存储器，用于根据可编程时间表来控制向马达的功率通断；用户接口，其包括显示器和至少一个按钮。控制器被编程使得使用者可通过用至少一个按钮进行交互来对可编程时间表及一个或多个控制器设置进行编程。控制器具有操作模式和设置模式，这些模式可通过用至少一个按钮进行交互而切换。在通过引用而全文并入于此的美国专利第8,314,517号中提供了非限制性示例。
用于可包括滑动、泵送和定时控制在内的各种操纵的能源可以例如通过使用能够在其变形状态下储存势能的标准机械结构来创造。在一个非限制性实施方式中，可以使用恒力弹簧来提供用于实现自主操作的能量和恒力。在一些实施方式中，单一和简单的卷绕机动是最终使用者为了启动滑动芯片的操作而需要进行的唯一所需动作(类似于使用机械定时器；参见图45)。在该实施方式中，一旦势能被储存在变形的弹簧中并且使用者启动控制器，则所储存的势能将被释放，从而以恒定的速度形成机械力，该机械力控制架构的位置，以便驱动滑动芯片在某个时间点进行泵送和滑动(或者相对移动所述装置的层)。图45示出了该控制器的一个实施方式的非限制性的示例方案。
如图45中所示，在该实施方式中，连续释放的势能使解绕结构4501以恒定的速度旋转。在一些情况下，旋转架构4502可附接至该解绕结构4501，并跟随着定时的旋转移动。例如，当旋转架构4502随同解绕结构4501一起旋转时，其可接触并继而推动用预编程定时系统按顺序连接至每个滑动芯片4503的旋钮(图45)。在这种情况下，用以完成每个操作的机械力是由从变形的弹簧生成的解绕力所提供。通过使用这样的概念，可以实现多个操作，包括泵送和滑动步骤。附加的示例性控制器机构包括任何有用的机械系统，诸如用于在某个时间点控制多个阀或开关的那些机械系统，以及在各自通过引用并入于此的美国专利第6,325,172号、第6,354,172号、第5,590,687号和第8,263,883号中所述的任何机械系统。
在另一实施方式中，自主控制器的设计概念类似于机械定时器的标准设计。其可以例如包含主弹簧以提供能源，以及边缘和擒纵轮以提供定时控制(例如，以下文献中所述的任何机构：Glasgow,David(1885).Watch and Clock Making.London:Cassel&Co.；Milham,WillisI.(1954).Time and Timekeepers.New York:MacMillan.ISBN0-7808-0008-7；以及Britten,Frederick J.(1881).The Watch andClockmaker’s Handbook,4th Ed.London:W.Kent&Co.,p.56-58，其中每篇文献均通过引用并入于此)。为了优化滑动芯片的总操作时间(例如，从一分钟到几分钟)，如果需要，可以将普通机械定时系统的复杂齿轮系最小化。
图46图示了自主控制器的一个非限制性示例。在这个实施方式中，定时系统是由控制器上的三个组件实现的。这里，其包括：(1)至少一个由恒力弹簧制成的主弹簧，(2)至少一个定时弹簧，以及(3)擒纵环。在这种情况下，主弹簧4604固定至控制器的基座上，并且连接至闩锁系统4606的一部分。在这种情况下，以如下方式设计闩锁系统：使解绕机动不启动或向滑动芯片引入不受控制的操作。在该实施方式中，一旦其被解绕(t＝0时)并继而释放，其会在蓝色闩锁系统上提供恒定的卷绕力，并与此同时使闩锁系统的第二部分(绿环，t＝t1)旋转。定时控制可例如通过使用定时弹簧(附接至内环4607的黑棒4602)和定时齿4603而创造。在这种特定情况下，当闩锁系统旋转时，定时弹簧抵靠定时齿的设计拓扑而移动，并且以如下方式设计擒纵环以使其向定时弹簧引入形变。这样的机构创造出与来自恒力弹簧的卷绕力相对抗的周期性抵抗力。其例如可以减慢卷绕运动，并创造出向闩锁系统的定时旋转运动。这种定时旋转运动是用于管控滑动芯片操作的定时的各种选项之一。在该循环中，控制销4608可附接至闩锁系统并随着闩锁系统一起移动，同时按顺序开始多个泵送和滑动步骤，如图45中所述。
图47图示了自主控制器的第二非限制性示例。这个版本包含三个组件：(1)主弹簧(4702)，(2)擒纵轮(4701)和(3)边缘(4703)。这里，内环4704将擒纵轮固定就位。类似于标准机械时钟系统的无返回力矩擒纵机构设计，边缘充当非谐振振荡体，并且其相互作用于擒纵轮的旋转(参见图47，t＝0和t＝t1)。随着主弹簧卷绕回其初始形状并使擒纵轮旋转，楔形物可例如周期性地振荡以干扰旋转并减慢旋转速度。类似于图46，控制销4705可附接至擒纵轮并随同闩锁系统一起移动，同时如图45中所述那样按顺序开始多个泵送和滑动步骤。
在一个非限制性示例中，对各种功能(包括但不限于泵送和滑动)的控制可以使用轨道系统来实现。图48描述了如何能够使用一个轨道系统在装置(在该情况下为薄膜滑动芯片)上执行包括泵送、滑动和压力释放步骤在内的功能的设计。在图48A至图48D中的各个附图下方提供了虚线和双线轮廓框的细节。在该实施方式中，泵送方法是基于在所述装置(这里为薄膜滑动芯片)之上的密封空腔内创造正压力。通过例如使用定时控制帽4810和创造出密封空腔的柔性泵送杯4811，可以例如通过抵靠滑动芯片向下推动所述帽来创造正压力。负压力也可以通过相同的方法来创造。在图48中，为便于演示而切除了帽4810、光学窗口4801和泵送杯4811的四分之一。在该实施方式中，在将溶液载入到位于所述装置中心处的试剂贮器(滑动芯片上的红色液滴)之后，通过关闭帽以将空腔与泵送杯密封来保护溶液4805(图48A)。在一个非限制性的实施方式中，当关闭帽时，该帽连接至图46或图47中所述的自主控制器。首先，使用者可以例如转动帽以便在恒力弹簧中储存能量；继而，使用者可以释放整个滑动芯片组装件，而恒力弹簧弹回并自主地操作滑动芯片装置。在一个非限制性布置中，帽和支承滑动芯片的架构继而自动地相互旋转，从而开始滑动芯片装置中的一系列顺序操作。
所述一系列顺序操作能够以多种方式编程。在图48的非限制性实施方式中，这些操作可通过使用销4821(由插图中的白色箭头表示)抵靠被设计于支承滑动芯片的架构上的轨道系统4820而得到编程。接下来的以下步骤演示了装载过程的几个可能的序列之一：
步骤1：溶液装载。在该实施方式中，通过使帽沿着轨道向下旋转(图48B，由大图中的白色箭头表示)来创造正泵送压力。帽压缩柔性泵送杯4811(在插图中)，并从而创造正压力以开始装载(图48B，由插图中的黑色箭头表示)。
步骤2：滑动。一旦溶液被装载到滑动芯片孔内，在该实施方式中，轨道系统4820对销4821加以导引以使其与能够开始滑动的滑动架构4825相接触(图48C，由插图中的白色箭头表示)。通过使帽继续旋转，滑动芯片中之一可例如以编程的角度滑动从而将样品数字化(图48D)。
步骤3：压力释放。一旦已经进行数字化，轨道系统可例如对帽加以导引以使其向上移动(图48D，由白色箭头指示)，并释放正压力(泵送杯4811已恢复至其初始形状，由插图中的黑色箭头表示)，从而完成装载过程。
图53提供了图48中所示的自主控制器系统的组件。为清晰起见，在图53中未示出定时控制组件。在该非限制性实施方式中，系统5300包括用于支承所述组件的基座5310，其中至少两个薄膜层夹在顶部夹具5304与底部夹具5309之间。在该实施方式中，薄膜滑动芯片之间的小间隙由两个C形夹具5308所保持，该C形夹具5308向顶部夹具5304和底部夹具5309上提供夹持力。滑动控制器5305被放置在薄膜滑动芯片5306与顶部夹具5304之间。在该非限制性实施方式中，滑动控制器5305充当用于向顶层引入滑动的架构，该顶层可例如由附接至如图46或图47中所述的机械定时器的旋转销来滑动。柔性泵送杯5303可例如放置在顶部夹具5304之上，并且配置用于接触帽5302以便在滑动芯片5306与帽5302之间创造出密封空腔。继而，可以例如通过使盖5302下降并继而向滑动芯片5306中装载样品来创造正压力。在一个非限制性实施方式中，通过允许控制销5301沿着被设计于C形夹具5803上的轨道系统5307旋转来实现图48中所述多个步骤的自主操作。在进一步的非限制性实施方式中，通过将帽连接至定时系统，诸如图46或图47中所述的那些定时系统，来引入旋转移动。
润滑剂
所述装置和方法可包括任何有用的润滑剂。在一些实施方式中，润滑剂促进第一层、第二层和/或中间层的移动，和/或最小化第一层、第二层和/或中间层或这些层中的腔室之间的污染。
此外，润滑剂可选择为相对于将与装置接触和/或通过装置运送的物质(例如，试剂和/或样品)是基本上惰性的。例如，润滑剂可任选地是与试剂和/或样品基本上不互溶的流体。润滑剂可任选地选择为具有促进试剂和/或样品的区室化的物理特性。例如，层和/或腔室可以是亲氟的，并且润滑剂可以是含氟的液体。在该实例中，通过竞争表面特性而进行分区，其中表面张力导致将试剂和/或样品流体分成由润滑剂包封的单独的塞子(plug)或液滴(droplet)。
示例性的润滑剂包括碳氢化合物、含氟物质、离子液体、非牛顿流体或润滑粉或珠。示例性的碳氢化合物包括烷烃、石蜡油、己烷、十六烷、硅油、油脂(例如，道康宁(Dow Corning)高真空油脂、Fomblin真空油脂、Krytox油脂)、矿物油和其他有机材料或聚合物，以及它们的混合物。示例性的含氟物质包括氟烃(包括全氟化和半氟化的烷烃，例如，十八氟十氢萘和全氟辛乙烷)、烷基和芳基氟烃、卤代氟烃(例如全氟溴辛烷)、氟化醇(例如，1-(1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-十一碳-氟环己基)乙醇或C6F11C2H4OH)、氟化油、液态含氟聚合物(例如全氟聚醚)、Fluorinert(3M)、Krytox油、Fomblin油和Demnum油。
离子液体包括形成盐并且为液体状态的阳离子和阴离子。示例性的阳离子包括胆碱；咪唑鎓基阳离子，例如任选取代的咪唑鎓基阳离子(例如，1-C1-10烷基-3-C1-10烷基-咪唑鎓、(3-C1-10烷基-咪唑鎓-1-基)-C1-10烷醇或1-C1-10烷基-2,3-二-C1-10烷基-咪唑鎓，诸如1-C1-10烷基-3-甲基-咪唑鎓、(3-甲基咪唑鎓-1-基)-C1-10烷醇或1-C1-10烷基-2,3-二甲基咪唑鎓)或二环咪唑鎓基阳离子(例如任选取代的2,3-(CH2)2-6-咪唑鎓，诸如1-烷基-2,3-三亚甲基咪唑鎓或1-烷基-2,3-四亚甲基咪唑鎓)；吡啶鎓基阳离子，例如1-C1-10烷基-吡啶鎓；吡咯烷鎓基阳离子，例如1-R1-1-R2-吡咯烷鎓，其中R1和R2中的每一个独立地为C1-10烷基；铵基阳离子，例如NR1R2R3R4，其中R1、R2、R3和R4中的每一个独立地为C1-10烷基；和鏻基(phosphonium-based)阳离子，例如PR1R2R3R4，其中R1、R2、R3和R4中的每一个独立地为C1-10烷基。示例性的阴离子(例如，诸如用于本文所述的任何离子液体的X)包括卤素离子(例如，氟离子、溴离子、氯离子或碘离子)；磷酸根阴离子(例如，六氟磷酸根[PF6]、磷酸二氢根[dhp]或三(五氟乙基)三氟磷酸根[FAP])；硼酸根阴离子(例如，四氰合硼酸根[TCB]、四氟硼酸根[BF4]或二(草酸)硼酸根[BOB])；磺酰基亚胺阴离子N(SO2CnF2n+1)(SO2CmF2m+1)，其中n和m中的每一个独立地为1至10之间的整数，且任选地n＝m，例如二(三氟甲磺酰基)亚胺(N(SO2CF3)2或[TFSI])或二(全氟乙磺酰基)亚胺(N(SO2C2F5)2；[BETI]或[PFSI]；磺酸根阴离子(例如，三氟甲磺酸根[SO3CF3]、甲磺酸根[SO3CH3]或甲苯磺酸根[SO3C6H4CH3])；烷基硫酸根阴离子(例如，C1-10烷基-OSO3)；氰亚胺根(cyanimide)阴离子(例如，[(CN)2N])；或羧酸根阴离子(例如甲酸根、乙酸根、乳酸根、草酸根、柠檬酸根、苹果酸根、乙醇酸根或糖精酸根)。179
示例性的离子液体包括胆碱离子液体(例如，磷酸二氢胆碱(胆碱dhp)或糖精酸胆碱)；1-烷基-3-甲基咪唑鎓[R-mim]离子液体(例如，诸如1-烷基-3-甲基咪唑鎓阴离子[R-mim][X]离子液体，包括1,3-二甲基咪唑鎓碘化物、1-乙基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-丙基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-丙基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-丙基-3-甲基咪唑鎓二(三氟甲磺酰基)亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑鎓二(全氟乙磺酰基)亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑鎓二(三氟甲磺酰基)亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓二(全氟乙磺酰基)亚胺盐、1-戊基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-己基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-庚基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-辛基-3-甲基咪唑鎓溴化物或1-壬基-3-甲基咪唑鎓溴化物)；(3-甲基咪唑鎓-1-基)烷醇[ROH-mim]离子液体(例如，诸如(3-甲基咪唑鎓-1-基)烷醇阴离子[ROH-mim][X]离子液体，包括3-(3-甲基咪唑-3-鎓-1-基)丙-1-醇溴化物、3-(3-甲基咪唑-3-鎓-1-基)丙-1-醇氯化物、4-(3-甲基咪唑-3-鎓-1-基)丁-1-醇溴化物、5-(3-甲基咪唑-3-鎓-1-基)戊-1-醇溴化物或6-(3-甲基咪唑-3-鎓-1-基)己-1-醇溴化物)；1-烷基-2,3-二甲基咪唑鎓[R-dmim]离子液体(例如，诸如1-烷基-2,3-二甲基咪唑鎓阴离子[R-dmim][X]离子液体，包括1,2,3-三甲基咪唑鎓碘化物、1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓溴化物、1-丙基-2,3-二甲基咪唑鎓溴化物、1-丁基-2,3-二甲基咪唑鎓溴化物、1-戊基-2,3-二甲基咪唑鎓溴化物、1-己基-2,3-二甲基咪唑鎓溴化物、1-庚基-2,3-二甲基咪唑鎓溴化物、1-辛基-2,3-二甲基咪唑鎓溴化物或1-壬基-2,3-二甲基咪唑鎓溴化物)；1-烷基-2,3-三亚甲基咪唑鎓[R-3C-im]离子液体(例如，诸如1-烷基-2,3-三亚甲基咪唑鎓阴离子[R-3C-im][X]离子液体，包括1-甲基-2,3-三亚甲基咪唑鎓碘化物、1-乙基-2,3-二亚甲基咪唑鎓溴化物、1-丙基-2,3-二亚甲基咪唑鎓溴化物、1-丁基-2,3-二亚甲基咪唑鎓溴化物、1-戊基-2,3-二亚甲基咪唑鎓溴化物或1-己基-2,3-二亚甲基咪唑鎓溴化物)；1-烷基-2,3-四亚甲基咪唑鎓[R-4C-im]离子液体(例如，诸如1-烷基-2,3-四亚甲基咪唑鎓阴离子[R-4C-im][X]离子液体，包括1-甲基-2,3-四亚甲基咪唑鎓碘化物、1-乙基-2,3-四亚甲基咪唑鎓溴化物、1-丙基-2,3-四亚甲基咪唑鎓溴化物、1-丁基-2,3-四亚甲基咪唑鎓溴化物、1-戊基-2,3-四亚甲基咪唑鎓溴化物或1-己基-2,3-四亚甲基咪唑鎓溴化物)；和1-丁基-3-甲基咪唑鎓[Bmim]离子液体(例如，诸如1-丁基-3-甲基咪唑鎓阴离子[Bmim][X]离子液体，包括1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐(Bmim PF6)或3-甲基咪唑鎓乳酸1-丁基酯(Bmim乳酸酯))。
在具体的实施方式中，以下离子液体可与核酸(例如，DNA和/或RNA)组合使用：1-烷基-3-甲基咪唑鎓[R-mim]离子液体(例如，诸如[R-mim][X]离子液体或本文所述的任何1-烷基-3-甲基咪唑鎓[R-mim]离子液体)；(3-甲基咪唑鎓-1-基)烷醇[ROH-mim]离子液体(例如，诸如[ROH-mim][X]离子液体或本文所述的任何(3-甲基咪唑鎓-1-基)烷醇[ROH-mim]离子液体)；1-烷基-2,3-二甲基咪唑鎓[R-dmim]离子液体(例如，诸如[R-dmim][X]离子液体或本文所述的任何1-烷基-2,3-二甲基咪唑鎓[R-dmim]离子液体)；[R-3C-im]离子液体(例如，诸如[R-3C-im][X]离子液体或本文所述的任何[R-3C-im]离子液体)；[R-4C-im]离子液体(例如，诸如[R-4C-im][X]离子液体或本文所述的任何[R-4C-im]离子液体)；或[Bmim]离子液体(例如，[Bmim][X]离子液体或本文所述的任何[Bmim]离子液体)。另外的离子液体描述于以下文献中：Shi等人,Chem.Commun.48:5325-5327(2012)；Wang等人,Anal.Chem.79:620-625(2007)；以及Fukaya等人,AE1-第十四届熔融盐联合国际会议国际研讨会,2004年10月3日-8日,“Evaluation of a series of imidazolium based ionic liquids as solvents fornucleic acids,”,摘要(Abstract)2437，上述各文献均通过引用整体并入全文。
示例性的非牛顿流体包括剪切增稠流体、凝胶(包括水凝胶)，以及富含碳水化合物或富含脂质的相(包括脂质立方相和其他脂质中间相)。在一些实施方式中，可能需要气体渗透性，例如在一些在装置内使用活细胞和组织的应用中。示例性的润滑粉或珠包括各种珠或粉末(例如，由PTFE(聚(1,1,2,2-四氟乙烯)、PFA(全氟烷氧基共聚物树脂)或FEP(氟化乙烯丙烯树脂)组成)、石墨、二硫化钼或二硫化钨。这些润滑剂中的任意润滑剂均可任选地包括一种或多种表面活性剂，例如以引起或防止表面聚集和/或以影响物质的稳定性。
不互溶流体
所述装置和方法可包括任何有用的不互溶流体。在一些实施方式中，不互溶流体促进在一个或多个第一层、第二层和/或中间层，或者这些层中的腔室中的一种或多种物质(例如，样品、试剂或如本文所述的任何其他有用的物质)的区室化。在其他实施方式中，所述不互溶流体促进流动穿过一个或多个捕获区(例如，如本文所述的)。
不互溶流体是在用于储存、保藏、处理或分析样品的某些范围内的温度、压力和组成下与第二流体中的一种或多种不互溶的流体(例如，气体或流体)。在一些实施方式中，第二流体是水溶液，用于储存、保藏、处理或分析的样品，和/或用于储存、保藏、处理或分析样品的试剂。在其他实施方式中，所述流体与水或水溶液不互溶。
可在针对温度、压力和组成的有用条件下使用任何有用的方法测试互溶性。通常，这些有用的条件将类似于那些用于样品储存、保藏、处理或分析的条件。有用的温度和压力条件包括那些用于保持所需的待测试样品和/或用于该样品的试剂的稳定性的条件(例如，约-80℃至约150℃的温度，以及其中的任何范围，和通常约1atm的压力)，以及那些用于进行本文所述的储存、保藏、处理或分析方法的条件。例如，当样品是人的血液样品时，该样品应当保持在或低于约37℃的生理温度下。因此，有用的不互溶流体可在约-80℃至约40℃的范围内进行测试。此外，如果人的血液样品包括一种或多种需要进行另外分析(例如，通过PCR，其需要在>90℃的升高的温度下进行热循环)的核酸，则可在约-80℃至约100℃的范围内测试有用的不互溶流体。有用的组成包括在与样品、试剂或物质的混合物中将用于测试不互溶性的流体的各种比例，如将在用于样品储存、保藏、处理或分析的装置中所使用的比例。
用于测试互溶性的方法包括但不限于，光散射、X射线散射和/或中子散射，以确定混合物中是否存在单一相(表示互溶性)或混合物中是否存在多个相(表示不互溶性)。
示例性的不互溶流体包括离子流体、水-水性不互溶流体、油、氟碳化合物等，以及本文所述的任何润滑剂。
不互溶流体可用作本文所述的任何流体、溶液或缓冲剂的组分。例如，不互溶流体可包含在润滑剂、冲洗缓冲液和/或洗脱缓冲液中的一种或多种中。在一些实施方式中，该洗脱缓冲液(例如，如本文所述的，诸如用于样品制备)包括一种或多种不互溶流体。例如，不互溶流体可用于从腔室或捕获区中洗脱小体积(例如，约750μL、500μL、250μL、100μL、50μL、10μL、5μL、1μL、750nL、500nL、250nL、100nL、50nL、10nL、5nL、1nL、750pL、500pL、250pL、100pL、50pL、10pL、5pL、1pL、750fL、500fL、250fL、100fL、50fL、10fL、5fL、1fL、750aL、500aL、250aL、100aL、50aL、10aL、5aL或1aL，包括这些值的任何范围，如本文所述)。在一个非限制性实施方式中，包括一种或多种不互溶流体(例如，一种或多种离子流体，如本文所述的任何离子流体)的洗脱缓冲液将水从穿过捕获区的物质中移除。例如，该方法包括将洗脱缓冲液(例如，包括一种或多种不互溶流体，例如离子液体)填充或添加至一个或多个捕获区中，从而使用洗脱缓冲液(例如，不互溶流体)除去和/或捕获洗脱剂(例如，水、目标物、分析物、核酸、样品、杂质等)。在其他非限制性实施方式中，包括一种或多种不互溶流体(例如，一种或多种离子流体，如本文所述的任何离子流体)的洗脱缓冲液提取分析物(例如，核酸、目标物、蛋白质、杂质或样品中的任何有用组分)。
在装置中移动物质
本发明的装置可包括使用一种或多种力或梯度来移动装置中的一种或多种物质。压力梯度可通过本文所述的任何组件来产生，例如本文所述的封盖系统。本文的装置可任选地包括柱子或其他三维结构(其部分或完全阻塞腔室和/或通道)。例如，在第一层中提供柱杆构件(post member)，该柱杆构件在使第一层相对于第二层移动时阻塞第二层中的腔室。采用这种方式，正压力可在柱杆构件的前面产生，而负压力可在后面产生。它可用于在装置中装载、处置或移动物质。流动也可通过相对移动产生的压力梯度而产生。
示例性的非限制性的力和梯度包括使用离心力；表面张力梯度；渗透压；毛细管压力，诸如通过包括通道和/或腔室的阵列以产生毛细管压力梯度；可在外部产生的正压力或负压力，例如通过使用泵或注射器；滑动，例如通过一个或多个层的相对移动；通过压缩或扩张含有流体的腔室而产生的压力；电力；电渗透力(electroosmotic force)；重力；磁力；或化学反应或过程(例如通过使用试剂产生气态产物从而产生压力，如硫酸与碳酸盐结合或者碳酸氢钠与固体酸结合，例如通过加入水来活化酒石酸；或通过使用消耗气体的试剂，从而引起压力下降，如氢氧化钠与二氧化碳结合)，这可在外部引发或通过相对移动(例如，通过滑动)引发。本文描述了用于填充或装载流体的其他的方法和装置。
捕获区
本发明的装置可包括一个或多个捕获区。所述捕获区可包括用于捕获一种或多种目标物或分析物(例如，核酸或本文所述的任何目标物或分析物)的任何有用的材料。
捕获区可包括用于捕获一种或多种分析物的任何有用的材料。示例性的材料包括过滤器、基质、聚合物、电荷转换材料、凝胶和膜(例如，二氧化硅膜、玻璃纤维膜、纤维素膜、硝酸纤维素膜、聚砜膜、尼龙膜、聚偏氟乙烯膜、乙烯共聚物膜或离子交换膜，包括本文所述的任何可用材料)、纤维(例如，玻璃纤维)或颗粒(例如，二氧化硅颗粒、珠子、亲和树脂或离子交换树脂)。
捕获区可包括任何有用的维度。在特定的实施方式中，该捕获区具有一个或多个小于约1000μm的维度。
在一些实施方式中，捕获区包括电荷转换材料，该电荷转换材料具有根据环境条件改变电荷的可电离基团。此类电荷转换材料可用于离子交换程序以采用在低pH(例如，pH<6.0或6.5，或者pH低于或等于可电离基团的pKa)下带正电的电荷转换材料捕获目标物(例如，带负电的目标物，如核酸)。然后，可通过使目标物从电荷转换材料中释放来对目标物进行洗脱，例如通过在升高的pH(例如，pH≥8.5，或者pH高于可电离基团的pKa)下进行洗脱。示例性的电荷转换材料包括选自以下的带有可电离基团的材料：生物缓冲液(例如，-2-乙酰氨基-2-氨基乙磺酸(ACES)；N-2-乙酰氨基-2-亚氨基二乙酸(ADA)；氨基甲基丙二醇(AMP)；3-1,1-二甲基-2-羟乙基氨基-2-羟基丙磺酸(AMPSO)；N,N-二2-羟乙基-2-氨基乙磺酸(BES)；N,N-二-2-羟乙基甘氨酸(BICINE)；二-2-羟乙基亚氨基三羟甲基甲烷(Bis-Tris)；1,3-双三羟甲基甲基氨基丙烷(Bis-Tris丙烷)；4-环己基氨基-1-丁磺酸(CABS)；3-环己基氨基-1-丙磺酸(CAPS)；3-环己基氨基-2-羟基-1-丙磺酸(CAPSO)；2-N-环己基氨基乙磺酸(CHES)；3-N,N-二-2-羟乙基氨基-2-羟基丙磺酸(DIPSO)；-2-羟乙基哌嗪-N-3-丙磺酸(EPPS)；-2-羟乙基哌嗪-N-4-丁磺酸(HEPBS)；-2-羟乙基哌嗪-N-2-乙磺酸(HEPES)；-2-羟乙基哌嗪-N-2-丙磺酸(HEPPSO)；2-N-吗啉基乙磺酸(MES)；4-N-吗啉基丁磺酸(MOBS)；3-N-吗啉基丙磺酸(MOPS)；3-N-吗啉基-2-羟基丙磺酸(MOPSO)；哌嗪-N-N-二-2-乙磺酸(PIPES)；哌嗪-N-N-二-2-羟基丙磺酸(POPSO)；N-三羟甲基-甲基-4-氨基丁磺酸(TABS)；N-三羟甲基-甲基-3-氨基丙磺酸(TAPS)；3-N-三羟甲基-甲基氨基-2-羟基丙磺酸(TAPSO)；N-三羟甲基-甲基-2-氨基乙磺酸(TES)；N-三羟甲基甲基甘氨酸(TRICINE)；三羟甲基氨基甲烷(Tris)；多羟基咪唑；三乙醇胺二聚体和聚合物；以及二/三/低聚氨基酸，例如Gly-Gly、Ser-Ser、Gly-Gly-Gly和Ser-Gly)、多羟基胺(例如，TRIS或Bis-Tris)、咪唑、组氨酸和多组氨酸。在一些实施方式中，所述电荷转换材料可包括Bis-Tris、Bis-Tris聚合物(例如，通过将Bis-Tris单体附接于聚丙烯酸(PAA)主链而形成)、PAA，或者Bis-Tris和PAA的组合(例如，其中Bis-Tris和PAA均为聚合形式，并且可形成共聚物或形成包括交替的Bis-Tris层和PAA层的层)。在其他实施方式中，所述电荷转换材料是在酸性pH下具有阳离子电荷而在碱性pH下具有中性电荷的弱碱性聚合物。此类材料包括聚[N-(3-咪唑基丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐-共-丙烯酰胺]、聚[N-(3-咪唑基丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐-共-2-羟乙基甲基丙烯酸酯]、聚(1-乙烯基咪唑)、聚(2-氨基乙基甲基丙烯酸酯盐酸盐-共-2-羟乙基甲基丙烯酸酯)、聚(1-乙烯基咪唑-共-2-羟乙基甲基丙烯酸酯)、聚[N-(1,1-二甲基-3-咪唑基丙基)丙烯酰胺]或聚(N-2-甲基-1-乙烯基咪唑。另外的电荷转换材料包括那些对pH不敏感但针对电荷变化的材料。其他电荷转换材料在美国专利号5,582,988、6,914,137和7,319,004中进行了描述，上述每个专利均通过引用并入本文。
这样的材料和程序可市售获得，例如在ChargeTechnology中(可从Invitrogen Corp或Life TechnologiesTM Corp(Carlsbad，CA)以多种形式获得，例如在Charge涂覆膜、磁珠或孔板中)。其他电荷转换材料和/或离子交换方法描述于美国专利号5,234,809、6,718,742、6,914,137和7,319,004；美国公开号2003/0008320、2005/0053941、2003/0054395、2003/0173284、2003/0130499、2005/0053941、2006/0154247、2006/0263780、2007/0122809、2006/0024712、2012/0196944和2012/0197009；以及国际公开号WO 02/48164、WO 99/29703、WO 01/88185、WO 01/03149、WO 03/101494、WO 03/046177、WO 2005/012521和WO 2006/004611中，上述每个申请均通过引用整体并入本文。
电荷转换材料可与任何有用的形式进行组合。在一些情况下，电荷转换材料与由任何有用的材料(例如，由磁铁矿、铁氧化物、过渡金属氧化物、铁磁性材料或顺磁性材料形成的)形成的磁性颗粒(例如，具有20μm到1mm的直径)组合。示例性的电荷转换材料包括聚甲基丙烯酸酯羧基离子交换剂、由负电荷包裹的二氧化硅颗粒、带有磷酸根或硫酸根基团的纤维素或琼脂糖，或任何带负电荷的物质。示例性的磁性颗粒描述于美国专利号6,718,742中，该专利通过引用并入本文。
此外，捕获区可包括用于捕获一种或多种分析物的任何有用的物质。示例性的物质包括以下物质中的一种或多种：抑制剂、渗透物、海藻糖、寡糖(蔗糖、麦芽糖等)、N-氧化物、脂多糖(liposaccharide)、醇(例如，用于沉淀的乙醇或异丙醇)、离液序列高的物质(例如，胍盐诸如(异)硫氰酸胍、硫氰酸胍或盐酸胍、碘化钠(NaI)、高氯酸钠(NaClO4)、碘化钾、溴化钾、硫氰酸钠或尿素)、有机试剂、抗体(包括其片段)、蛋白质(例如，牛血清白蛋白、卵清蛋白、β-乳球蛋白、α-乳清蛋白、肌红蛋白、乳铁蛋白、核糖核酸酶A或细胞色素C)、疏水性或亲水性表面、配体(例如，生物素或任何其他有用的配体)等。该捕获区可包括物质(例如，本文所述的任何物质)的任何有用的组合，如离液序列高的物质与一种或多种颗粒(例如，本文所述的任何颗粒，如二氧化硅颗粒、玻璃颗粒或硅藻)的组合。
样品和试剂
本发明的装置和方法可用于任何有用的样品和/或试剂。尤其是，装置可以预先装载有任何有用的试剂(例如，干燥剂、基质或本文所述的任何有用的试剂)，或者该装置可作为套组(包括该装置和一种或多种有用的试剂)的一部分。
样品可从受试者(例如，人受试者)、食物样品(例如，包括生物)或环境样品(例如，包括一种或多种生物)中获得。示例性的非限制性样品包括血液、血浆、血清、唾液、尿、粪便物(例如，粪便样品)、拭子、汗液、脊髓液、羊水、间质液、泪液、骨髓、组织样本(例如，皮肤样本或活检样本)、口腔漱口液样品、气溶胶(例如，通过咳嗽产生)、核酸、细胞(例如，肿瘤细胞、血液中的胎儿细胞、干细胞、细菌和真菌细胞、T细胞或B细胞)、蛋白质、酶、土壤、水、堆肥、粪堆、沉积物(例如，海洋或淡水沉积物)、水样、空气样品、岩石、植物样品、食物样品或肠道样品。所述样品可包括待检测、过滤、浓缩和/或处理的任何有用的目标物或分析物。
任何感兴趣的分析物均可存在于样品中。可将此类分析物进行处理、捕获、保藏和/或除去，以便用于进一步分析、处理、反应和/或检测。示例性的分析物包括本文所述的那些分析物，例如存在于测试样品(例如，本文所述的任何测试样品)中的分析物；以及下列物质中的一种或多种：蛋白质(例如，一种或多种抗体，如EB病毒(EBV)抗体、肝炎抗原/抗体(例如，甲型、乙型或丙型肝炎)或HIV抗体、C-反应蛋白(CRP)、载脂蛋白(例如，A-I或B)、IGFBP-2、IGFB-3、转铁蛋白受体、脂蛋白(例如，(a)，B/A-l或β)、甲状腺球蛋白或血红蛋白(例如，包括糖基化血红蛋白或HbAlc))、核酸(例如，RNA或DNA)、细胞(例如，CD4+淋巴细胞)、病毒(例如，全病毒，包括HIV、CMV、丙型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、甲型肝炎病毒或单纯疱疹病毒)、寄生虫(例如，鼠弓形虫(Toxoplasma gondii)、恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)、克氏锥虫(Trypanosoma cruzi)、兰伯贾第虫(Giardia lamblia)、利什曼原虫(Leishmania spp)、细粒棘球绦虫(Echinococcus granulosus)、埃及血吸虫(Schistosomahaematobium)或马来丝虫(Brugia malayi))、细菌(例如，麻风分枝杆菌(Mycobacterium leprae)、幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)、布鲁氏菌(Brucella sp.)或苍白密螺旋体(Treponema pallidum))、细胞因子(例如，IL-1、IL-1b、IL-2、IL-6、IL-7、IL-10、IL-13、IL-17、IFN、IFNg、TNF或TNF-β)、抗体(例如，本文中的任何抗体)、激素(例如雌二醇、孕酮、催乳素、皮质醇、脱氢表雄酮(DHEA，包括其硫酸酯、DHEA-S)、促卵泡激素(FSH)、促甲状腺素(TSH)、甲状腺素(T4)、三碘甲状腺原氨酸(T3)、促黄体激素(LH)、胰岛素、瘦素、性激素结合球蛋白(SHBG)、生长调节素C(IGF-1)、睾酮或雄烯二酮)、氨基酸(例如，精氨酸、组氨酸/尿刊酸、高半胱氨酸、苯丙氨酸/酪氨酸，和/或色氨酸)、药物(包括候选药物或临床试验性新药)、小分子(例如，肽或类肽、叶酸或葡萄糖)、污染物(例如，Hg、H2S、硫氧化物等)、气体或蒸汽(例如，氧气、CO、CO2，或本文所述的任何气体)、挥发性组分(例如，挥发性有机化合物)、酶(例如，蛋白酶、淀粉酶、蛋白酶、葡聚糖酶、脂肪酶、乳糖酶、淀粉葡萄糖苷酶、葡糖淀粉酶、蛋白酶、异构酶、纤维素酶、木质素酶、木聚糖酶、过氧化氢酶、聚合酶、胰蛋白酶、前列腺特异性抗原(PSA)、艾杜糖苷酸酶、酸性α葡糖脑苷脂酶(ABG)、酸性α-半乳糖苷酶A(GLA)、溶酶体酸性α-葡糖苷酶(GAA)、半乳糖脑苷脂α-半乳糖苷酶(GALC)或酸性鞘磷脂酶(ASM))、甾醇(例如，胆固醇(例如，包括总胆固醇或高密度脂蛋白胆固醇(HDL))或甘油三酯)。
可将这些分析物进行保藏(例如，使用本文中的任何装置，诸如具有一个或多个膜和/或桥接件的装置)、分析(例如，使用本文中的任何装置，诸如具有一个或多个捕获区的装置)，或者保藏并分析(例如，使用本文中的任何装置，诸如具有一个或多个膜、桥接件和/或捕获区的装置)。
所述装置可在使用之前预先装载任何有用的试剂，或者随后在使用期间装载任何有用的试剂。这些试剂也可包括在该装置的任何特征，例如一个或多个腔室、层(包括其部分，诸如，例如缺少一个或多个腔室的层的一部分)、捕获区、桥接件和/或膜中。此外，此类试剂可以以气体、液体或固体形式使用，以及在一个或多个特征上的涂层中，或者在一个或多个特征中的一个或多个固体支持物(例如，珠子、颗粒等)上的涂层中使用，其中此类特征包括，例如，一个或多个腔室、层(包括其部分，诸如，例如，缺少一个或多个腔室的层的一部分)、捕获区、桥接件和/或膜。
示例性的试剂包括干燥剂(例如，本文所述的任何干燥剂)、基质(例如，稳定性基质，如本文所述的任何基质)、有机或无机化学品、化合物、混合物、溶液、乳剂、分散剂、悬浮液、分子、离子、二聚物、大分子如聚合物或蛋白质、核酸、生物分子、寡糖(例如，海藻糖、蔗糖或麦芽糖)、抗凝剂(例如，肝素、EDTA、柠檬酸盐或草酸盐)、抑制剂(例如，用于抑制一种或多种细菌和/或其他生物的生长，例如螯合剂(例如，本文所述的任何螯合剂)、抗生素、氟化聚合物、PEG、白蛋白、生物相容性涂层(例如，PDMS)、防污剂(例如，三丁基锡)或杀生剂)、沉淀物、晶体、化学部分或基团、颗粒、纳米颗粒、反应产物、溶剂、缓冲液(例如，冲洗缓冲液(例如，Tris/EDTA；70％乙醇；STET(盐水/Tris/EDTA/Triton*X-100溶液)；盐水-柠檬酸钠(SSC)缓冲液；SSPE(0.2M磷酸盐缓冲液，pH约7.4，含2.98M NaCl和0.02M EDTA)；FTA纯化试剂等)；或者洗脱缓冲液(例如，TRIS/EDTA；TRIS/乙酸盐/EDTA，例如4mM的Tris-乙酸盐(pH 7.8)、0.1mM EDTA和50mM NaCl；TRIS/硼酸；TRIS/硼酸盐/EDTA；磷酸钾/DMSO/甘油；NaCl/TRIS/EDTA；NaCl/TRIS/EDTA/TWEEN；TRIS/NaCl/TWEEN；磷酸盐缓冲液；TRIS缓冲液；HEPES缓冲液；核酸扩增缓冲液；或核酸杂交缓冲液))、裂解剂(例如，酶(例如，溶菌酶(lysosyme)、胰蛋白酶、蛋白酶K或其他蛋白酶)、冲洗剂(例如，Triton X-100(聚乙二醇对-(1,1,3,3-四甲基丁基)-苯基醚)或十二烷基硫酸钠)或离液序列高的物质(例如本文所述的任何离液序列高的物质))、螯合剂(例如，二乙三胺五乙酸(DTPA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇四乙酸(EGTA)、反式-1,2-环己二胺-N,N,N’,N’-四乙酸(CDTA)、1,2-双(2-氨基苯氧基)乙烷-N,N,N’,N’-四乙酸(BAPTA)、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)、N-(2-羟乙基)乙二胺-N,N’,N’-三乙酸或次氮基三乙酸(NTA))、还原剂(例如，2-巯基乙醇、硫代硫酸盐、TCEP(三(2-羧乙基)膦)、二硫苏糖醇或二硫赤藓糖醇)、染料、稳定剂、标记物、盐(例如，尿酸盐)、表面活性剂(例如，阴离子表面活性剂，如十二烷基硫酸钠，或者阳离子表面活性剂)、碱(例如，弱碱，如三羟甲基甲烷)、荧光团或流体，上述中的任何一种均可以以固体、液体或气体状态存在。此外，这些试剂中的任何试剂均可与本文所述的任何其他有用的结构或固体支持物(例如过滤器、膜或颗粒，或者所述的用于捕获区的任何结构或固体支持物)结合。此外，一种或多种试剂可以以任何有用的方式进行组合。
特别地，在储存、保藏、处理和/或制备样品时，可使用一种或多种干燥剂。示例性的干燥剂包括无水硫酸钙(石膏，例如(粒径(目)为4、6、8、10-20或20-40))、氧化铝(如活化的氧化铝，例如，氧化铝或Al2O3)、玻璃、二氧化硅(例如SiO2(例如，大小分级的SiO2颗粒，如具有约2μm至约10μm的直径的SiO2颗粒)、硅胶、Ascarite吸收剂(例如，包括氢氧化钠涂覆的二氧化硅的二氧化碳吸附剂)或硅藻二氧化硅(例如，CAFA(分析纯助滤剂)))、吸湿的聚合物和/或盐(例如，包括但不限于CaCl2、CaO、ZnCl2、KOH、NaOH、CaH2、CaSO4和Na2SO4)、分子筛(或结晶金属铝硅酸盐，如粉末或珠形式的3A、4A、5A或13X型)、活性炭(例如，颗粒或粉末形式的褐煤碳)、蒙脱土(例如，(Al2O3·4SiO2·xH2O))或催干剂(例如，氧化钡、氧化硼、钙盐(例如，氯化钙或氢化钙)、硫酸铜(II)、氢化铝锂、氧化镁、高氯酸镁、硫酸镁、五氧化二磷、氢氧化钾、钠、氢氧化钠或钠-钾合金(例如，22％的钠或44％的钠))。
样品保藏
本发明的装置可用于进行样品(例如，生物样本)保藏，例如通过样品储存并在液体状态或干燥状态中保持稳定，包括分子(例如蛋白质、核酸)以及细胞生物样本和多个生物样本(例如生物流体和人生物流体诸如血液和血浆)。装置可包括任选的收集和/或任选的样品制备性能。通常，该设备允许装载样品，任选地将所述样品与基质结合，将所得样品以液体或干燥状态储存期望的时间段，然后收回样品。基质(例如，稳定性基质)可以是液体或固体，其可任选地预先装载在装置中，在装载前与样品混合，或与样品在相同或不同的时间装载在装置中。
目前，有两种主要的方法来处理需要被运送以供分析或需要储存及存档以供长期使用的生物样品：冷冻并干燥(冻干是两者的组合)。冷冻和冻干的缺点是能量消耗，对于资源有限的地区难以实现，并且如果停电则无法进行。
在滑动芯片上干燥和储存生物样品，例如血液样品，可提供几个优势。这些优势可包括：在几分钟内即可干燥且无需任何外部电源；样品收集后经单一的相对移动(例如，通过滑动)便可准备运送；在单个装置上集成样品收集、干燥、储存和分析；和/或应用微流体特征(例如，如在微流体装置)以提供微型、快速、数字化且高通量的分析。
干燥可以以任意数目的方式在装置中进行。在一种情况下，可将高活性且高容量的干燥剂预先装载到装置中。将装置密封(例如，通过任何有用的方法，例如本文所述的通过关闭阀的方法)，以防止干燥剂在样品装载之前吸收环境湿气。所述样品腔室可任选地预先涂覆防腐基质，以避免在干燥和储存过程中样品的降解。例如，可将10μL样品数字化或分割成几百个整分试样，以使快速干燥和数字分析均成为可能。
本文所述的基质(例如，稳定性基质)可允许室温下的液体样品保藏或干燥样品保藏。示例性的基质可以是液体或干燥的，并且可从供应商获得，该基质包括但不限于，Biomatrica、IntegenX/Genvault、Qiagen和General Electric。示例性的市售稳定性基质包括Biomatrica、LD、Blood、Blood、Saliva、Tissue、 IntegenX/Genvault、GenTegra DNA、GenTegra RNA、GenPlate、Luna Innovations、Qiagen、Allprotect Tissue Reagent、RNA Stabilization Reagent、GE Healthcare/Whatman plc和FTA纸。另外的基质包括那些具有以下物质的基质：干燥剂(例如，本文所述的任何干燥剂)、弱碱、螯合剂、阴离子表面活性剂或冲洗剂、尿酸、盐(例如，尿酸盐，单独使用或添加到基于纤维素的基质(滤纸)中以灭活核酸酶；或硫酸盐，如硫酸铵、硫酸氢铵、硫酸铯、硫酸镉、硫酸铯铁(II)、硫酸铬(III)，硫酸钴(II)、硫酸铜(II)、硫酸锂、硫酸镁、硫酸锰、硫酸钾、硫酸钠或硫酸锌)和/或寡糖(例如，海藻糖、蔗糖、麦芽糖等，以稳定DNA、RNA或蛋白质以进行低湿休眠、冻干、玻璃化和/或室温下风干)。在特定的实施方式中，基质包括硫酸盐(例如，硫酸铵，包括在溶液中的最终盐浓度为10g/100mL至饱和浓度(例如，100g/100mL))、任选的螯合剂(例如，EDTA)、缓冲液(例如，pH为4到8)或沉淀剂(例如，乙醇、甲醇、丙酮、三氯乙酸、1-丙醇、2-丙醇、聚乙二醇或乙酸)。在其他实施方式中，所述基质包括(i)1-甲基-3-羧乙基-咪唑鎓溴化物、1-己基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-癸基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑鎓溴化物或1-苄基-3-己基咪唑鎓溴化物；及(ii)沉淀剂(例如，5-(4-二甲基)氨基亚苄基绕丹宁、磺基水杨酸、氯化锂或氢氧化锂)、低级醇(例如，甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇或异丁醇(2-甲基丙-1-醇))或离液序列高的物质(例如，本文所述的任何离液序列高的物质)中的一种或多种。此类基质还可包括任选的螯合剂(例如，本文所述的任何螯合剂)、任选的还原剂(例如，本文所述的任何还原剂)、任选的pH缓冲液(例如，本文所述的任何pH缓冲液)和任选的水。在一些实施方式中，所述基质包括(i)硼酸根组分(例如，硼酸、硼酸酐、硼酸二氢盐、硼酸氢盐、二硼酸盐、三硼酸盐、四硼酸盐、偏硼酸盐、羟硼酸盐(hydroxoborate)(硼砂)、硼酸盐、硼酸-甘油或硼酸-1,3-丙二醇)和(b)至少一种稳定剂(例如，羟基四氢嘧啶、四氢嘧啶(ectoine)、高四氢嘧啶(homoectoine)、甜菜碱、L-肉毒碱、肌氨酸、N,N-二甲基甘氨酸、三乙基乙酸铵、磷酸甘油、N-(2-羟基-1,1-二(羟甲基)乙基)甘氨酸(三(羟甲基)甲基甘氨酸(tricine))、3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸(MOPSO)、季戊四醇、磺酸N-乙基-N,N-双-(2-羟乙基)铵-N-4-丁酯、乙醇酸、乳酸、苹果酸、酒石酸、2-羟基丁酸、3-羟基丁酸、4-氨基-3-羟基丁酸、2,5-二羧酸吡啶、3-(1-铵双环[2.2.2]辛-1-基)丙烷-1-磺酸盐、1-(2-羧乙基)-1-氮杂双环[2.2.2]辛-1-鎓或4-[苄基(2-羟乙基)甲基铵基]丁烷-1-磺酸盐)。在其他实施方式中，所述基质包括(i)液体或干材料(例如，聚乙烯醇)，以及(ii)稳定剂(例如，本文所述的任何稳定剂，包括海藻糖酶稳定剂、糖苷酶抑制剂、海藻糖酶抑制剂(例如，休达斯汀(suidatrestin)、井冈霉素A、井冈霉亚基胺A、MDL 26537、海藻唑啉(trehazolin)、柳氮定(salbostatin)或木麻黄(casuarine)-6-O-α-D-吡喃葡萄糖苷)、几丁质酶抑制剂、α-葡糖苷酶抑制剂、糖原磷酸化酶抑制剂、神经氨酸苷酶抑制剂、神经酰胺葡糖基转移酶抑制剂、β-呋喃果糖苷酶抑制剂(例如，α-甲基葡萄糖苷、纤维二糖、D-果糖、D-葡萄糖、果糖、半乳糖、葡萄糖、乳糖、麦芽糖、松三糖、蜜二糖、蔗糖、海藻糖或松二糖)或溶酶体糖苷酶(lysosomal glycosidase)抑制剂。在其他实施方式中，所述基质包括(i)液体或干材料(例如，聚乙烯醇)，以及(ii)稳定剂(例如，本文所述的任何稳定剂，包括海藻糖和海藻糖酶抑制剂的组合，例如本文所述的任何此类组合)。其他基质提供于美国专利号6,528,641或5,256,571，以及美国公开号2005-0276728、2006-0099567、2008-0176209、2008-0268514、2011-0081363和2012-0052572中，上述每个专利申请均通过引用整体并入本文。
样品(在处理或分析之前或之后)以及本文所述的任何物质(例如，试剂、缓冲液等)，均可以以干燥状态或以液体状态进行保藏或储存。在一些情况下，所述样品是液体样品，并且以液体状态保藏可能是优选的。在其他情况下，所述样品是旨在用于长期储存(例如，多于六个月)和/或用于在高温(例如，大于约4℃)下储存的液体样品，并且以干燥状态保藏可能是优选的。在其他情况下，所述样品是干燥的液体样品(例如，干血点，如用于DNA分析、临床试验或本文所述的任何分析)。
液体样品储存和保藏可使用滑动芯片装置来进行。液体样品(如血液、唾液、尿、血浆、血清、纯化的蛋白质或核酸溶液、细胞培养基、环境样品等，或者本文所述的任何其他液体样品)可装载于装置中。干燥保藏和储存可通过增加另外的干燥步骤来进行。对样品进行干燥可使用几种策略来完成，例如通过使用包括干燥剂和桥接件的装置，包括干燥剂和多孔膜的装置，包括具有多孔材料的第一模块和具有干燥剂的第二模块的装置，或者包括含有允许在环境条件下进行干燥的多孔材料的模块的装置。此类装置在本文中进行了描述，并允许不依赖于外部环境条件(例如湿度)的干燥策略。干燥剂可以是任何有用的干燥剂，例如本文所述的干燥剂。此外，干燥过程可由通过气体(例如，空气)、液体(例如，不互溶流体，如润滑剂或油)或固体(例如，多孔膜，其可包括但不限于GoreTex，和由PE、PP、PTFE、PES、PC制成的多孔膜(可从Millipore和Whatman/General Electrics购得)，以及本文所述的任何多孔膜)的水输送而产生。
在特定的实施方式中，可控制用于保藏(例如，以干燥状态或以液体状态)样品(例如，该样品的整分试样)和用于装载样品的时间尺度。在一些实施方式中，这两个过程可同时运行。例如，所述装置可平行或连续装载。所述基质可预先装载于装置中或与样品预先混合。装载和干燥可同时实现，其中体积可通过控制填充速率和/或蒸发速率进行控制。如果装载和干燥的时间尺度相当，该方法可允许储存体积大于腔室的实际体积的样品。
各种策略均可实施用于保藏(例如，以干燥状态或以液体状态)样品。在一个实例中，蒸汽接触可通过连接样品和干燥剂腔室的浅且空的桥接件来实现(参见，例如，图1)。在这一策略中，待保藏的样品在大量的腔室(例如，体积数量级为10-100nL)中进行数字化。在干燥过程中，每个样品腔室通过导管(“桥接件”)连接到含有干燥剂(例如，固体干燥盐)的另一腔室中。在特定的实施方式中，桥接件足够浅以允许蒸汽扩散，同时防止两个腔室的液体和/或内容物之间的任何物理接触。
在一个实施方式中，所述装置包括干燥剂和桥接件(图1)。为了实施这种干燥策略，可应用“干芯片配置”，其中润滑剂是存在于各层间隙的非常粘稠的材料(例如，粘度>>10,000cst)。这些材料的实例包括但不限于硅脂、氟化油脂(如DuPont Krytox)、高分子量聚合物(PDMS等)和部分固化的弹性体。可通过任何有用的方法(例如本文所述的任何方法)将样品装载于样品腔室中。蒸汽接触是可逆的，并且可通过相对移动(例如，通过滑动)引发。通过使用浅的桥接件防止样品和干燥剂之间的直接接触，并且液体通过表面张力限制在样品腔室中。干燥剂可在组装装置之前进行预装载。在干燥剂为液体的情况下，其也可在组装装置之后进行装载。或者，可使用不同的类似于桥接件(bridge-like)的策略，如气动阀产生装置。初步试验表明这种配置适于干燥储存在10nL腔室且时间少于10分钟的溶液。另外的相对移动(例如，通过滑动)使脱水样品与已经注入水的腔室接触，以便在所需时间对脱水样品进行再水化(参见，例如，图1E)。本文提供了关于再水化的进一步的细节。
在另一个实施方式中，所述装置包括多孔膜和干燥剂(图2)。在这种方法中，滑动芯片装置包括至少一个用于样品干燥的腔室(“样品腔室”)，并且所述腔室中的至少一个包括疏水性多孔材料，例如聚合物膜。该装置还包括至少一个含有干燥剂的腔室(“干燥剂腔室”)。可使用任何有用的装载策略(例如，本文所述的任何装载策略)将样品注入装置中。蒸汽接触是可逆的，并且可通过相对移动(例如，通过滑动)引发。干燥剂可在组装装置之前进行预先装载。
在另一个实施方式中，所述装置包括含有多孔材料的第一模块和含有干燥剂的第二模块(图3)。在这种方法中，模块(“储存模块”)包括至少一个用于样品干燥的腔室(“样品腔室”)，并且所述腔室中的至少一个包括疏水性多孔材料，例如聚合物膜。装载样品后，可将储存模块与包括至少一个含有干燥剂的腔室的第二模块(“干燥模块”)结合。两者的结合导致干燥剂和样品腔室之间流体连通(例如，蒸汽接触)，从而引发干燥。
在另一个实施方式中，所述装置包括含有多孔材料的模块，其允许在环境条件下进行干燥(图4)。在这种方法中，模块(“储存模块”)包括至少一个用于样品干燥的腔室(“样品孔”)，并且所述腔室中的至少一个包括疏水性多孔材料，例如聚合物膜。装载后，通过使模块暴露于外部氛围，如环境氛围或受控环境(如干燥柜、层流罩或含有干燥剂的封闭容器)中自动实现干燥。
在一个实施方式中，所述装置包括在装置内作为层的膜(图5)。由于膜的孔隙太小以至于水溶液无法渗透，因此在腔室之间允许蒸汽扩散。此外，此类多孔材料可用于支持干燥基质和/或样品。膜的使用可减少干燥时间。例如，与包括桥接件的结构相比，这些膜可最大化样品与干燥剂之间的有效相互作用面积。作为一个实例，50μL的总体积可容易地在少于10分钟内干燥，同时允许后续甚至在低浓度(1000-100拷贝/μL)下回收RNA。凝胶实验显示了在没有可检测的损耗的情况下对浓缩的RNA的回收，而qPCR结果证实了在稀释为100拷贝/μL的情况下对样品进行检测的可能性。另外，“干芯片配置”可与该策略兼容，即，使用粘性流体来填充间隙并隔离腔室，而无需在装置的层之间使用润滑剂。
图5(中间的图)提供了一种实施膜策略的方式的示意图。通过注入水以再水化样品而使回收成为可能。施加外部压力，施加外部低真空，或者利用毛细管压力允许从该装置中提取液体。在进行回收时，可将含有干燥剂的层移除或不移除。在一些情况下，在干燥时间尺度与水化时间尺度相当或比其更快的情况下，可能需要移除含有干燥剂的层以实现精确的体积定量。
图5(右图)提供了包括用于可逆蒸汽接触的可滑动、图案化的膜的装置。该膜可嵌入层内，以实现样品和干燥剂之间的可逆蒸汽接触。因此该膜可作为能够进行相对移动从而允许引发、暂停或停止干燥程序的层进行操作。即使在再水化和蒸发时间尺度相当时，该特征也将能够实现部分回收。
样品的储存需要与稳定化基质混合。几种基质可通过商购获得(例如，如本文所述的)，并且允许多种液体样品(如血液、唾液、尿、血浆、血清、细胞培养基、环境样品等)中分析物(如蛋白质、RNA、DNA、细胞、病毒)的稳定化。可以以任何有用的方式将基质引入样品中，例如通过在装载前与样品混合，在引入样品前在装置中预先装载，或在引入样品后在装置中装载基质。在特定的实施方式中，所述基质可以以液体或固体状态在滑动芯片装置中预先装载，并随后与样品混合。在混合之前，可将装载的样品分成整分试样，并且可利用相对移动将各整分试样与适当量的基质混合。此外，该装置的不同区或腔室可装载有不同的稳定化基质，从而允许多路稳定化。样品保藏的初步结果在本文中进行了描述并在图6中提供。
也可使用多层装置来增加储存的样品的量(参见，例如，图7)。在一些实施方式中，可通过堆叠几层来再现架构，以便使干燥的总时间被保持(因为干燥取决于用于蒸汽扩散的有效面积)或甚至增加(例如，每个样品可通过多层的干燥剂进行干燥)。干燥剂可任选地嵌入基质中以利于制作。用于多层装置的示例性基质包括但不限于纸、水凝胶或任何多孔亲水性介质，如本文所述的那些。该装置可通过几个层的层压来产生，从而使各层均可用作一个独立的装置(例如，通过使用诸如所述的用于单层装置的阀系统的策略)，和/或通过包括多于一个样品模块和干燥模块，如本文所述。
装置也可包括与装载和干燥同步的自动区室化(compartmentalization)(参见图8)。可控制干燥速率使得样品分布在整个通道长度上。然后可使用例如外部阀系统仅在通道的一部分处实现回收。可通过包括但不限于以下的策略来实现选择性再水化：使用可独立打开的不同的进入孔(例如，使用层中相同大小/不同大小的入口，如本文所述以及在图26中描绘的；和/或控制外部阀)。图8中的俯视图显示了在两个线性通道中储存的样品的选择性回收原则，其中仅一条管线被再水化。完整的再水化可通过使用图8A中描绘的配置来实现。凹槽或其他几何特征可包括在通道中以产生防止注入的液体在不应被再水化的管线中扩散的“毛细管阀”。此类技术也可用于多层装置中(参见图9)。多层制作(Multilayer fabrication)技术允许装置中膜的整合。膜与干燥剂之间的可逆蒸汽接触可使用所提出的几何结构来实现，其中该膜嵌入中心层中，并且可实现部分回收。外部阀系统(例如，如图9中所示，右图)可在不使用滑动芯片装置的情况下实现(例如，通过使用盖或帽来关闭入口)。
对于本文所述的任何装置，可使用任何有用的方法将膜整合至装置中。示例性的方法包括但不限于使用胶粘剂或粘合剂粘合，使用胶带粘合，使用通常用于热塑性材料的技术(如溶剂粘合、热粘合)粘合，在固化之前将膜嵌入可固化材料中(实例包括但不限于：环氧树脂、基于thiolene的光学粘合剂、热固化材料和光固化材料)，以及可通过热传递嵌入孔隙中的粘性材料的沉积物。
此类装置的装载可使用任何有用的方法来实现。精确定量可通过腔室的顺序填充来实现。芯片几何结构的特定设计可用于允许顺序填充。腔室可逐一进行填充，且每一个将在下一个开始填充前被完全填充。这样，可通过已被填充的孔/通道的数目进行计数而很容易地量化所收集的体积。部分回收(仅来自在收集期间被填充的腔室)允许感兴趣的靶分子的精确定量。可使用被动策略(passive strategies)来获得顺序填充，该被动策略包括但不限于：通过减少横截面改变通道的几何形状(例如，通过改变一个或两个尺寸，产生更窄或更浅的通道以形成“颈部”)，逐渐改变腔室的几何形状以增加毛细管阻力(例如，形成具有发散/会聚几何形状的通道)，以及改变腔室(例如，微通道)的局部润湿性能。
装载可连续或平行进行。对于一个非限制性实施方式中的连续装载，一个入口用于使装置进行装载，并且该装置包括用于连续填充的流体路径，其中断开该路径产生单独的整分试样(图10A)。对于一个非限制性实施方式中的平行装载，一个入口用于装载样品，并且该装置包括同时填充的分支路径(图10B)。对于一个非限制性实施方式，针对大量的腔室可采用不同的装载速率(图10C)。对于一个非限制性实施方式，不同的样品可同时在装置中装载(图10D)。对于这些装载策略中的每一种，均可控制条件使每个腔室在填充下一个腔室之前被完全填充或者使每个腔室以特定速率进行填充。实现这一受控装载的示例性策略包括：调整腔室的几何形状(例如，以形成延缓填充的颈部)，控制最初存在于腔室中的流体的排出速度(例如，如通过使用空气、油等)，调整几何形状从而使流体以较高或较低的流体阻力被排出(例如距离样品腔室不同距离的排出通道)，使用死端(dead-end)填充(例如，如本文所述的)，或者使用多孔材料来实现顺序填充。
装载(例如，通过盖或帽，如本文所述)可结合不可逆地将盖夹在主装置上的特征(例如，用以在输送过程中固定盖，并用以防止使用者在装载后无意地打开盖)。此类特征可增设在外部(例如，增设至外壳，如本文所述)或增设至装置本身。任选地，所述盖可包括用于干燥任何过量样品(如果存在的话)的一种或多种干燥剂和/或基质。
在本文的任何装置中，可通过将一个腔室或一系列腔室连接至入口/出口孔并随后在该腔室中注入不互溶流体(例如，如空气、气体、矿物油、润滑剂等)从而将样品、分析物或溶液推出装置，来取回样品、分析物或溶液。或者，可通过经通孔抽吸(例如，使用例如吸量管或低真空源)来回收样品、分析物或溶液。
在本文的任何装置中，样品可通过在装置中注入溶剂(例如，水)而进行再水化，并且可对所有存储的样品或仅对在特定腔室或腔室的子集中储存的样品进行回收。此外，一种或多种流体(例如，样品、试剂、润滑剂或基质)可通过使用任何有用的装载策略(例如，本文所述的任何装载策略)注入装置中。或者，一些流体可在组装之前，通过使这些流体(例如，如液滴或微滴)在一组腔室中沉积来进行预先装载。本发明的装置也可用于其他的流体操作，如将一份体积分成进一步的整分试样，从不同的溶液中产生几组整分试样，通过将溶液A的各个整分试样与溶液B的整分试样混合而结合两组整分试样，和/或按顺序将各个整分试样与不同孔中含有的系列溶液混合等。样品回收可包括全部回收和重新收集，或者部分回收和重新收集，并储存剩余的样品。对于全部回收，将所有储存的样品同时从装置中进行再水化和重新收集。例如，通过重新对准腔室从而使腔室形成连接至一个入口和一个出口的单一通路，该单一通路充满了溶剂(例如，水或缓冲液)以从装置中回收分析物。最终的通路可与用于装载的、如图10A所示的通路相同。对于微粒回收，可将腔室的子集对准以形成几条通路。每条通路可连接至一个入口和一个出口，并且可单独进行寻址。因此回收可在所需的腔室的子集中进行，而剩余的腔室被保留用于后续回收。在一些实施方式中，每个腔室可连接至一个入口和一个出口，并且回收可在单个腔室中进行。部分回收的实例描述于本文中(例如，在图2F、图3F、图4D、图11和图12中)。
在本文的任何装置中，样品的区室化或分割可包括任何有用的方法。例如，可使用被动或主动策略通过诱导液体层的断裂来实现区室化。被动策略包括但不限于：改变通道的几何形状，改变通道的润湿性能，和/或形成特定的通道网络以在干燥过程中诱导液体的断裂(包括但不限于在装置装载期间不会充满水的通道，例如死端通道或旁路通道)。主动策略包括但不限于使用相对移动(例如，通过滑动一个或多个层以连接或断开腔室)和/或使用标准的阀系统(例如，气动阀或电阀)来分离装置的不同部分。可通过结合微流体装置与阀系统来获得区室化及回收。在一些实施方式中，所述装置包括多个层，并且一些层可粘合在一起(即，不可滑动)。
样品浓缩
本发明的装置可用于浓缩一个或多个样品。可通过任何有用的方法(例如，蒸发)来浓缩样品和/或样品中的一种或多种分析物。在一个非限制性实施方式中，将样品注入装置中并随后通过多孔材料(例如，膜)暴露于干燥剂或外部氛围中。此时，样品中的溶剂将被除去，从而提高了分析物的浓度。在进一步的实施方式中，使用蒸发来引发装置中的流动，诸如使用例如在以下文献中提供的原理：Randall等人,Proc.Natl.Acad.Sci.102:10813-10818(2005)；以及Merline等人,Soft Matter 8:3526-3537(2012)，上述各文献通过引用整体并入本文。
可通过任何有用的装置或方法来控制蒸发。在一个非限制性实施方式中，蒸发产生完全干燥的样品，如图58中所描绘的。例如，完全除去用于样品的溶剂，并用已知体积的溶液(例如，水、缓冲液或本文所述的任何流体)对所得分析物进行洗脱。可对浓缩的因素进行控制，例如，通过控制一个或多个腔室和/或捕获区的几何形状。在另一个非限制性实施方式中，蒸发产生部分干燥的样品，如图59-60中所描绘的。例如，在给定的时间内在装置的受控区中进行蒸发。然后，所得到的浓缩的溶液可用于进一步的处理。可对浓缩的因素进行控制，例如，通过控制一个或多个腔室和/或捕获区的几何形状、总蒸发面积(例如，暴露于样品的膜的总面积)和/或蒸发时间。
对于任何完全干燥和部分干燥的方法，可进行多体积(multivolume)实验，其中可将一系列整分试样以不同的方式进行处理，并可调整参数以获得不同的浓缩因素。此类方法可扩大分析的动态范围。此外，这些方法可允许同时进行装载和干燥，以最大化浓缩因素。例如，如果装置的装载速度与通过蒸发除去溶剂的速度相匹配，则可产生稳定状态的流动，从而最大化浓缩分析物的程度(参见，例如，图60)。
任选地，可通过使用任何有用的结构在装置中对蒸发进行自动控制。在一个非限制性实施方式中，该装置包括充满水的储器，并且该储器的一部分包括多孔材料(诸如，例如，多孔膜)(参见，例如，图61)。此时，只要样品仍与多孔壁接触，蒸发便发生，并且一旦样品到达储器的封闭末端蒸发速率便降低。在液体到达储器的封闭末端后，可通过调整几何形状来降低或抑制蒸发速率，例如通过使用收缩来最小化暴露的液体界面。此时，蒸发速率将会降低，并且浓缩的样品的限定体积将通过重力(在这种情况下，该装置可能需要或可能不需要保持在垂直位置)，通过毛细管作用(在这种情况下，该装置可能包括或可能不包括收缩物，如在图61)，或通过任何其他方法进行固定。
所有上述策略可以，例如使用包括膜(例如，如本文所述的)的装置以及使用本文所述的用于流体处理和/或样品保藏的受控启动/停止的任何方法来实现。
在一些实施方式中，保藏的样品的再水化包括使用一定体积的流体(例如，水、缓冲液或本文描述的任何液体)，该流体的体积小于充满流体的腔室的体积。采用这种方式，最终的分析物浓度将大于原始样品中的分析物的浓度。用较小的体积实现再水化的策略包括使用基于塞的微流体，例如通过在保藏之前或之后分割样品。在一些实施方式中，一个或多个腔室可装载有不互溶流体(例如，油、润滑剂或任何不互溶流体，包括本文所述的那些)。然后，流体(例如，水性流体，诸如水、缓冲液或本文描述的任何液体)的液滴(例如，微滴或塞)可用于回收腔室中保藏的样品(例如，完全或部分干燥的固体或液体状态的样品)。示例性的方法和装置在美国专利号8,304,193、8,329,407、8,273,573、7,901,939、7,129,091和7,655,470中进行了描述，上述各个专利通过引用整体并入本文。
样品保藏可与本文所述的任何样品处理、样品分析或者样品浓缩方法结合。例如，样品保藏可与以下的一种或多种结合：新生儿筛查、药物测试、药物开发、临床试验、远程临床试验、样品运输、输送、生物银行、生物标记物的发现、归档(例如用于跟踪个体患者的病理学史)、长期储存、远程分析、对定点照护(POC)或资源有限的环境(LRS)测试的并行分析、POC或LRS测试后的随访分析、核酸测试、蛋白质测试、血清学、样品加工、粗样品中分析物的稳定化、在纯化的样品中分析物的稳定化以及本文所述的任何另外的样品处理、样品分析或样品浓缩的方法。
样品处理
本发明的装置可用于进行样品处理(例如，用于使样品去毒、保藏样品、分析样品或确定样品的反应进展)。在特定的实施方式中，用于样品处理的装置是本文所述的用于保藏或储存样品的任何装置(例如，包括一个或多个膜和/或桥接件)。在特定的实施方式中，用于样品处理的装置是本文所述的用于处理或分析样品的任何装置(例如，包括一个或多个捕获区)。
在一些实施方式中，所述装置(例如，包括一个或多个膜和/或桥接件，如本文所述)用于除去和/或收集来自样品的蒸气或气体。在特定的实施方式中，所述装置包括基质(例如，对感兴趣的蒸汽或气体具有适当的选择性的收集基质，或本文所述的任何基质)，其中，样品暴露于基质导致除去和/或收集感兴趣的蒸汽或气体。示例性的蒸汽和气体包括H2S，氧(例如，O2以及氧自由基物质)，CO，CO2，甲烷，硫氧化物，汞蒸气，挥发性有机化合物、羧酸、胺、醛的蒸气，气味剂等。在其他实施方式中，所述装置包括基质(例如，对一种或多种物理或化学性质，如极性、大小、电荷、密度、酸度、碱度、疏水性、亲油性具有适当的选择性的收集基质或本文所述的任何基质)，其中，样品暴露于基质导致除去和/或收集具有所需的物理或化学性质的感兴趣的分析物。
示例性的收集基质包括中空纤维膜(例如，聚2,6-二甲基-1,4-亚苯基氧化物)(PPO)和cardo型聚酰亚胺(PI)中空纤维膜)、尼龙膜(例如，尼龙6或尼龙6.6(聚酰亚胺))、聚乙烯醇(PVA)膜、聚丙烯腈(PAN)膜、聚氨酯(PU)膜、聚氨酯-脲(PUU)膜、醋酸纤维素(CA)膜、离子液体、凝胶(例如，硅胶，如用于从天然气中吸收重(极性)烃)、活性碳/炭(例如，诸如用于气体储存、捕集汞蒸气或其他气味剂)，以及本文所述的任何基质。
在一些实施方式中，所述基质可设计成释放特定的物质(例如，响应于目标蒸气、气体或分析物的存在，从而发生交换过程)。这在当目标蒸气、气体或分析物将受益于特定物质(例如，惰性蒸气、保护蒸气、反应蒸汽、增溶剂、试剂，缓冲液或本文所述的任何有用的物质)的补充时，是理想的。例如，通过这样的交换，可保护、保藏和/或稳定样品(例如，生物样品)。
各种类型的样品可用于样品处理。示例性的样品包括液体样品(例如，用于除去挥发性化合物)或气体样品(例如，用于从气体混合物中除去一些化合物)以及本文所述的任何样品。示例性的样品处理步骤包括：除去一种或多种污染物，诸如，例如，一种或多种有毒组分、干扰组分或挥发性组分(例如，在装置中进行样品分析之前或在装置中进行样品稳定化或保藏之前)；除去用于强化该样品的保藏和/或用于捕获一种或多种感兴趣的分析物的物质(例如，氧)。在这些实施方式中的任意实施方式中，可对所述基质进行进一步分析，例如通过从装置中移除基质或通过使基质暴露于一种或多种洗脱缓冲液，并分析所得洗脱液。在特定的非限制性实施方式中，该装置由对所收集的蒸气不可渗透或具有最低渗透性的材料制成。产业中存在大量的专业技术，例如，在用于降低氧和水蒸气渗透性的塑料膜方面。例如，环烯烃共聚物(COC)和环烯烃聚合物(COP)的渗透性通常低于聚碳酸酯(PC)的渗透性。示例性的COC和COP包括：包含降冰片烯(例如，与乙烯(ethene或ethylene))的共聚物，包含四环十二碳烯(例如，与乙烯)的共聚物，包括含有乙烯-降冰片烯共聚物的COC(例如，TOPAS-8007(Tg＝78℃)，TOPAS-5013(Tg＝130℃)，TOPAS-6015(Tg＝160℃)和TOPAS 6017(Tg＝130℃))以及本文所述的任何COC和COP。
样品制备
本发明的装置用于处理、制备和/或分析样品(例如，本文所述的任何样品)的方法。此类方法受益于本发明的装置，该装置包括能够通过相对移动而连接或断开的一个或多个层、一个或多个腔室和/或一个或多个捕获区。特别地，这些方法的各个步骤可通过控制这样的相对移动来完成，其中，甚至复杂的或重复的步骤也可通过控制相对移动和通过设计合适的层来进行调节。例如，在不同层中的试剂和样品之间的特定相对步骤可通过使装置的层进行相对移动以连接含有所需的试剂和样品的腔室而启动。
所述方法可进一步包括：将测试样品(例如，具有大于约1mL的体积)分割成单独的整分试样(例如，各自具有小于约1mL体积的多个液滴或多个微滴)，干燥所述整分试样中的一个或多个(例如，使用一种或多种干燥剂，如本文所述)，和/或回收所述整分试样中的一个或多个(例如，使用一种或多种溶剂，例如水、缓冲液或有机溶剂，如本文所述)。各个整分试样的体积可通过适当大小的腔室进行控制。此外，这些整分试样可通过使用润滑剂将整分试样包封在液滴或微滴内而进行进一步的区室化。在特定的实施方式中，所述体积为小于约1mL、750μL、500μL、250μL、100μL、50μL、10μL、5μL、1μL、750nL、500nL、250nL、100nL、50nL、10nL、5nL、1nL、750pL、500pL、250pL、100pL、50pL、10pL、5pL、1pL、750fL、500fL、250fL、100fL、50fL、10fL、5fL、1fL、750aL、500aL、250aL、100aL、50aL、10aL、5aL或1aL。在其他实施方式中，所述体积为约1aL至约1mL(例如，1aL至750μL、1aL至500μL、1aL至250μL、1aL至100μL、1aL至50μL、1aL至10μL、1aL至5μL、1aL至1μL、1aL至750nL、1aL至500nL、1aL至250nL、1aL至100nL、1aL至50nL、1aL至10nL、1aL至5nL、1aL至1nL、1aL至750pL、1aL至500pL、1aL至250pL、1aL至100pL、1aL至50pL、1aL至10pL、1aL至5pL、1aL至1pL、1aL至750fL、5aL至1mL、5aL至750μL、5aL至500μL、5aL至250μL、5aL至100μL、5aL至50μL、5aL至10μL、5aL至5μL、5aL至1μL、5aL至750nL、5aL至500nL、5aL至250nL、5aL至100nL、5aL至50nL、5aL至10nL、5aL至5nL、5aL至1nL、5aL至750pL、5aL至500pL、5aL至250pL、5aL至100pL、5aL至50pL、5aL至10pL、5aL至5pL、5aL至1pL、5aL至750fL、1fL至1mL、1fL至750μL、1fL至500μL、1fL至250μL、1fL至100μL、1fL至50μL、1fL至10μL、1fL至5μL、1fL至1μL、1fL至750nL、1fL至500nL、1fL至250nL、1fL至100nL、1fL至50nL、1fL至10nL、1fL至5nL、1fL至1nL、1fL至750pL、1fL至500pL、1fL至250pL、1fL至100pL、1fL至50pL、1fL至10pL、1fL至5pL、1fL至1pL、1fL至750fL、1pL至1mL、1pL至750μL、1pL至500μL、1pL至250μL、1pL至100μL、1pL至50μL、1pL至10μL、1pL至5μL、1pL至1μL、1pL至750nL、1pL至500nL、1pL至250nL、1pL至100nL、1pL至50nL、1pL至10nL、1pL至5nL、1pL至1nL、1pL至750pL、1pL至500pL、1pL至250pL、1pL至100pL、1pL至50pL、1pL至10pL、1pL至5pL、1nL至1mL、1nL至750μL、1nL至500μL、1nL至250μL、1nL至100μL、1nL至50μL、1nL至10μL、1nL至5μL、1nL至1μL、1nL至750nL、1nL至500nL、1nL至250nL、1nL至100nL、1nL至50nL、1nL至10nL或1nL至5nL)。
各种类型的样品制备和分析可在本发明的装置中进行。示例性的样品制备和分析包括核酸提取、核酸纯化、核酸富集、核酸浓缩、蛋白质提取、蛋白质纯化、蛋白质富集、蛋白质浓缩、细胞分离、样品富集、核酸扩增、核酸检测、蛋白质检测、过滤、裂解、脱水、再水化、结合反应、冲洗步骤、洗脱、测定反应和/或检测一个或多个样品或样品中的一种或多种分析物。
具体地，当分析具有低浓度的分析物的样品时本文所述的方法是有益的，例如，对于稀释的样品；遗传或感染性疾病的稀有核酸、蛋白质、标记物和生物标记物；环境污染物；稀有细胞，如用于产前诊断的母体血液中的循环癌细胞、干细胞或胎儿细胞；在血液、唾液、骨髓穿刺液和其他体液诸如用于感染的快速早期诊断的尿和脑脊髓液中的微生物细胞；样品中(例如，在来自患有或疑似患有衣原体、淋病和/或HIV的受试者的样品中)的病毒载量(例如，针对HIV和/或HCV)；酶法测定；细胞测定，例如，以确定细胞活力、细胞粘附、细胞结合等；用于催化活性、选择性或储存能力或封存(如气体的吸收或有毒化合物的捕获等)的生物或化学筛选；或者分析测试各种性能，如电、磁、光等。参见例如，通过引用并入本文的美国公开号2005/0003399和国际公开号WO 2009/048673。特别地，在食品、医疗和安全产业中检测低浓度的分析物(例如，单个分子或单个细菌)仍是个挑战。本发明的装置可用于浓缩此类样品并进行分析。在一个实例中，本发明的装置可用于产生仅存在于本体溶液的稀浓缩物中的高局部浓度的分析物(例如，通过在腔室和/或液滴中进行区室化，或者通过使用捕获区进行浓缩)。在另一实例中，本发明的装置可产生高局部浓度的分析物(其可进一步扩增)，例如通过DNA样品的PCR或者通过细菌样品的群体感应。因此，本发明的装置可与任何有用的PCR技术结合使用。示例性的PCR技术在以下公开文献中公开：US2008/0166793、WO 08/069884、US 2005/0019792、WO 07/081386、WO 07/081387、WO 07/133710、WO 07/081385、WO 08/063227、US2007/0195127、WO 07/089541、WO 07/030501、US 2007/0052781、WO 06/096571、US 2006/0078893、US 2006/0078888、US 2007/0184489、US 2007/0092914、US 2005/0221339、US 2007/0003442、US2006/0163385、US 2005/0172476、US 2008/0003142和US2008/0014589，其中上述各文献均通过引用整体并入本文。以下文章(其描述了用于通过制备小体积区(较少数目的项至没有项并入该区中)来浓缩细胞和/或化学品，并具有涉及PCR的特定应用的方法)通过引用并入本文：Koh等人,Anal.Chem.75:4591-4598(2003)；Gulliksen等人,Lab Chip.5:416-420(2005)；Abrams等人,Ann N YAcad.Sci.1098:375-388(2007)；Cady等人,Proc.IEEE Sensors,24-272004年10月,3:1191-1194(2004)；Ottesen等人,Science 314:1464-1467(2006)；Govind等人,Electrophoresis 27:3753-3763(2006)；Lapizco-Encinas等人,J.Microbiol.Methods 62:317-326(2005)；Wong等人,Anal.Chem.76:6908-6914(2004)；Yang等人,Lab Chip2:179-187(2002)；Du等人,Anal.Chem.77:1330-1337(2005)；Huang等人,Science 315:81-84(2004)；Hong等人,Nat.Biotechnol.22:435-439(2004)；Liu等人,Electrophoresis 23:1531-1536(2003)；Matsubara等人,Biosens.Bioelectron.20:1482-1490(2005)；以及Leamon等人,Nat.Methods 3:541-543(2006)。
本发明的装置可用于研究和进行凝固或凝血试验，蛋白质聚集，蛋白质结晶(包括使用脂质立方相)，小分子、大分子和颗粒的结晶和分析，多晶型物的结晶和分析，药品、药物和药物候选物的结晶，生物矿化，纳米颗粒形成，环境(通过水和空气采样)，培养条件(例如，随机约束、细胞的裂解等)，药物敏感性，药物相互作用，高通量筛选(例如，一种具有许多不同的第二物质的第一物质，或者具有许多不同的第二物质的许多种不同的第一物质)，多重试验(如PCR、Taqman、免疫测定(例如，ELISA、FISH等))，扩增(例如，PCR、连接酶链式反应(LCR)、转录介导的扩增(TMA)、逆转录酶引发的PCR、DNA或RNA杂交技术、测序等)，夹心免疫分析，趋化性试验，分枝扩增(RAM)等。用于血液分析、结晶试验、蛋白质聚集试验、培养试验的示例性技术描述于美国专利号7,129,091、6,949,575、5,688,651、7,329,485、6,949,575、5,688,651、7,329,485和7,375,190；美国公开号2007/0172954、2006/0003439、2003/0022243和2005/0087122；以及国际公开号WO 2007/089777和WO 2009/015390中，上述各专利均通过引用整体并入本文。本发明的装置可用于各种合成，包括催化、多步骤反应、固定化的多步合成(例如，小分子、肽和核酸合成)、固相合成、放射性同位素合成等。最后，本发明的装置可用于样品的纯化和富集。
在一些实施方式中，所述装置可包含用作阳性对照(例如，在腔室中预先装载的分析物)和/或阴性对照(例如，在腔室中预先装载的缓冲液)的腔室。
本发明的装置和方法可用于进行任何有用的反应。示例性的非限制性反应包括光化学和电化学反应；化学反应，诸如合成反应(例如，放射性同位素的合成)、中和反应、分解反应、置换反应、还原-氧化反应、沉淀、结晶(例如，通过自由界面扩散和/或蒸汽扩散的蛋白质结晶)、燃烧反应和聚合反应；以及共价和非共价结合；相变；颜色变化；相形成；溶解；光发射；光吸收或发射特性的变化；温度变化或热吸收或排放；构象变化；以及诸如蛋白质的大分子的折叠或展开。可通过控制装置每一次后续相对移动的条件来进行多步骤反应。
本发明的装置可设计为将不同物质容易且经济地装载于多个区中。例如，在图25中，所述装置被制造成包括用于保藏和分析样品1、2、3的多个腔室。此外，层2501、2502和2503可各自设计为执行特定的功能。例如，层2501允许样品制备(例如，通过包括一种或多种干燥剂，如本文所述的任何干燥剂)，层2502允许样品纯化(例如，通过使用一个或多个捕获区，如本文所述的任何捕获区)，而层2503允许样品收集(例如，本文所述的任何有用的样品)。
在其他实施方式中，所述装置可包含配制在相同位置作为标准的多孔板或径向配制的多个腔室(例如，如图25中所示)。每层可包含，例如，6、24、96、384、1536、3456或9600个腔室。在其他实施方式中，所述装置可包含至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、24、30、40、48、50、60、70、80、90、96、100、200、300、384、400、500、512、1000、1500、1536、2000、2500、3000、3456、3500、4000、4500、5000、6000、7000、8000、9000、9600、10000、1500、2000、2500、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000、100000、200000、200000、400000、500000、600000、700000、800000、900000、1000000或更多个腔室。
滑动芯片能够通过过滤进行样品制备，并且同样的方法也可用于目标物富集。如图14所示，基质1425，诸如过滤膜、凝胶以及通孔/孔隙，可通过使第一层1410相对于第二层和/或第三层(1420和/或1430)滑动而与收集的样品接触。在驱动力，如正压力、负压力或梯度下，样品层中仅尺寸小于基质孔隙尺寸的颗粒和分子(即，粒子1416)可穿过第二层1420中的基质1425，并进入第三层1430中的接收孔1435中(图14)。较大的颗粒1417将保留在样品孔1415中，或者捕获于基质1425中。在一些情况下，穿过尺寸选择基质的材料可用于下游分析，如免疫分析，或者用于进一步的样品操作，如核酸提取。在一些情况下，大于孔隙尺寸(即，颗粒1417)的颗粒可在基质1425上富集，并且可直接对基质进行进一步分析，例如，细胞计数、细胞裂解和核酸提取(图14)。
或者，基质可包含用于浓缩/富集靶分子的捕获分子，如适体和Charge材料。在其他情况下，基质可包含从样品溶液中除去靶分子或分析物的捕获分子，如抑制剂。
例如，这一通用的方法可应用于从全血中进行血浆分离。我们设计并优化了以鲜艳血浆分离膜(vivid plasma separationmembrane)作为基质的血浆分离模块。施加约1/50的大气正压力以提高血浆过滤的速度。这一血浆制备装置能够在60秒内从100μL的人全血中制备出约10至20μL的无细胞血浆。可从装置的底部收集自由流动的血浆。通过使用立体镜未观察到制备的血浆中有血细胞。
或者，这一滑动芯片可应用于白血细胞富集。白血细胞分离(leukosorb)介质的膜可集成在装置中作为基质。可通过压力或重力驱使全血通过基质，并且白血细胞可被截留在基质中用于下游分析。
该装置可通过死端填充方法而非使用阀、柱塞或其他流体控制方法来控制穿过分离基质的总体积。在样品制备过程中总的穿过体积由接收腔室的容积限定。因此，只要过程压力小于泄漏压力，水性流体就将包含于其中而不会受毛细管力而泄漏。这一死端填充特征使装置能够并行地处理多个样品，以多步骤程序操作单个或多个样品，并以多个体积处理样品。这一方法还能够实现鲁棒且准确的体积控制，其由接收孔的体积限定。
样品制备是能够实现下游反应和分析，如核酸扩增和免疫分析的关键步骤。目前的样品制备方法通常需要多台仪器、插入式电源和受过训练的人员，这在定点照护和资源有限的环境中是不太有利的。本发明的装置可在无复杂的流体操纵系统，如泵、阀、注射器筒等的情况下进行样品制备。此类装置可通过层的相对移动使样品溶液和不同试剂(如冲洗和洗脱缓冲液)与样品制备基质接触或不接触而进行样品制备。不同板/层的相对移动可以是平移、旋转或两者的组合。
多层的方法可进一步用于扩展装置的性能，如整合具有各种功能的模块。每层均可设计为相对于其他层自由移动(例如，滑动)。例如，在样品制备过程中，分离基质或核酸提取基质可嵌入中间层中，试剂腔室设置在顶层，而接收腔室设置在底层。通过滑动中间层，使得捕获区或基质与每组的试剂腔室和接收腔室分别对准。具有死端填充设计的接收腔室可用于精确地控制穿过基质的溶液体积。油或润滑剂的位移速度可通过间隙和表面化学进行控制。
例如，在平移的滑动芯片设计(图15)中，膜基质1525首先与顶层1510中的样品孔1511和底层1530中的接收孔1531对准。包含分析物(星号)的样品1501被推动(箭头1560)通过膜1525，并且分析物捕获于膜基质1525上。然后，使中间层1520滑动(箭头1551)以使膜基质1525与缓冲液孔1512中的冲洗缓冲液1502对准，并与相应的接收孔1512对准。可应用一个或多个冲洗步骤(箭头1561)来从膜上冲掉杂质。然后，使中间层滑动(箭头1552)以使膜基质1525与洗脱孔1513中的洗脱缓冲液1503对准，并与相应的接收孔1533对准。可应用一个或多个洗脱步骤(箭头1562)来从膜上洗脱分析物，以用于下游分析。
或者，为了将基于过滤器的方法与滑动芯片平台整合，我们开发了示例性的加压方案。试剂(agent)的阵列1610、裂解的样品1611、冲洗缓冲液1612和1613、乙醇1614和洗脱缓冲液1615可通过分离过滤器1620进行递送。过滤物(Filtrant)可收集于通过使滑动芯片装置1630的层滑动至不同位置而限定的部分上。试剂(agent)的阵列1610可预先形成在管道的一段中(图16)或预先装载于滑动芯片上(图17)。当阵列形成于滑动芯片装置上时，不同的试剂可首先单独进行预先装载。相对移动(例如，通过滑动)将试剂连接以形成阵列，随后该阵列被递送通过过滤器。同时，可装载洗脱缓冲液。另一相对移动(例如，通过滑动)可使筒匣与过滤器断开，并将洗脱缓冲液连接至过滤器以洗脱样品。
基于管筒(cartridge)的方法也可以引入完整的滑动芯片装置中(图17)。在第一结合位置(图17A，左)，可以装载样品1711并通过过滤器1760转移以用于靶标结合。通过滑动到洗涤位置(图17A，中间)，冲洗剂1712通过过滤器转移，同时允许装载洗脱剂。通过滑动到洗脱位置(图17A，右)，洗脱剂1713通过过滤器转移，从而将靶标输送到收集孔1714用于与靶标定量相结合的进一步的操纵。图17B提供了带有过滤器1760、顶部PDMS层1710、底部PDMS层1740以及多个玻璃层1720、1730和1750的装置的横截面。在一个非限制性实施方式中，过滤器是来自QiaAMP MinElute(Qiagen)的直接连接的、改进的过滤器。用于核酸提取的滑动芯片装置的一个示例性的简化形式描述于本文的图16和实施例2中。在具体的实施方式中(例如，在制造过程中)，层1710可以是用于试剂储存的泡罩型。在一些实施方式中(例如，在制造过程中)，过滤器1760通过在热成型芯片上层压而制成。在其他实施方式中(例如，在制造过程中)，该装置可被制造成带有空腔，并且将过滤器1760(例如，先前制造的和/或购买的过滤器)插入到该空腔中。在另外的其它实施方式中(例如，在制造过程中)，该装置可被制造成带有空腔，并且可以通过包覆成型而制造过滤器1760。该装置可包括任何数目的对样品制备和/或样品保存有用的层，例如两个层(例如，如图14中所述，其中层-2和层-3被制造在一个层中)，三个层(例如，如图14中所述，其中层-1、层-2和层-3的每一个被制造在三个单独的层中)，或多个层(例如，如图17A-17B所示)。
例如，在旋转多层滑动芯片设计中可以使用样品制备(图18A-18B)。首先，膜基质1821(或过滤器)首先与顶层1810中的样品孔1811以及底层1830中的一个接收孔1830对齐(图18B(i))。推动包含分析物的样品1811通过膜，并且分析物被捕获于膜基质1821上。可以通过使用压力源来推动洗涤试剂1812(如图18B(ii)中)和/或洗脱试剂1813(如图18B(iii)-(iv)中)通过包含分析物的膜基质1821进行额外的洗涤和洗脱步骤。
如图18A中所示，装置1800的顶部1801可以相对于底部1802旋转。以这种方式，首先将样品1811与膜基质1821对齐以捕获膜基质内的分析物。然后，可以旋转顶部1801以使得洗涤腔室1812(图18A中提供了四个这样的腔室)与包含捕获的分析物的膜基质1821对齐。最后，可以旋转顶部1801以使得洗脱腔室1813(图18A中提供了四个这样的腔室)与膜基质1821对齐。如在图18A-18B中可以看到的，装置的顶部1801或底部1802可以旋转，只要相对于这两个部分发生旋转。示例性的、非限制性的原型及其用途在图19A-19B和20A-20B和实施例3-7中提供。
在具体的实施方式中，可以将帽2003(图20A-20B)放置在装置的顶部，并拧紧以提供正压力；2)将层2001(图15A)旋转，并将膜基质2010与冲洗缓冲液(例如，各100μL)和接收孔对齐；可使用多重洗涤步骤洗去膜上的杂质；3)将层2001旋转，并将膜基质2010与洗脱缓冲液(各50μL)对齐；可使用多重洗脱步骤从膜上洗脱分析物用于下游分析。例如，我们设计了具有帽的第三代装置(在本文图20和实施例4中描述)，该帽可用于施加正或负压力以推动溶液通过基质(图22B)。在一些情况下，通过使用帽来减少在加压腔室内封闭的容积，可以向整个系统施加正压力；在其他情况下，通过使用帽来增加在加压腔室内密封的容积，可以向整个系统施加负压力。本文在图33A-33B和实施例8中提供了示例性的压力加帽系统。
这种滑动芯片平台可以由多种材料，如玻璃和塑料制造(参见，例如，在图19-21中提供的示例性原型)。我们先前已经演示了通过使用3D打印制作的具有用户友好特征的塑料旋转滑动芯片(参见，例如，图36)。用户只需将样品装载到样品腔室中，关闭盖子以施加压力，握住底部圆盘并旋转顶部即可进行样品制备。
滑动芯片平台可以与大量不同的核酸样品制备方法兼容，如，例如，离液物质和颗粒(例如，任何本文中描述的，如硫氰酸胍与大小分级的SiO2颗粒或与硅藻土硅石(例如，)，如Boom等人,J.Clin.Microbiol.28:495-503(1990))所述)、Charge和FTA(Whatman，GE)化学的组合。例如，带有Charge膜的滑动芯片平台经以下实验已经得到验证：从掺有人血浆的样品中提取HIV病毒RNA，其效率与商业核酸制备方法相若(参见本文中的实施例)。
滑动芯片可以集成适于用于核酸提取的样品裂解的温度控制方法，例如，基于简单相变的温度控制方法，其中在固-液和液-固相变过程中温度保持恒定，如在原申请中所描述的。作为另一个实例，滑动芯片可以与用于温度控制的片上启动机制，如通过滑动和混合的启动相结合。
在一些其他实施方式中，膜、基质或过滤器可用至少一种用于裂解样品中的细胞、孢子或微生物的物质浸渍，同时通过加热和/或用干燥剂吸收水分对膜、基质或过滤器上的样品进行干燥(例如，如在美国专利8,247,176和6,645,717中所述，其通过引用整体并入本文)。释放的核酸或其它生物标记物可结合于膜基质或过滤器上，并可进一步应用洗涤和洗脱。
体积定量
本发明的装置和系统可以用于对样品、试剂或任何有用的物质(例如，任何本文所述的)的体积进行定量。具体地，体积定量可以与本文所述的任何其它装置和方法组合使用，例如用于样品保存、样品处理、样品制备和/或样品分析。具体地，这样的体积定量技术可用于特殊群体的筛查(如初生儿、婴儿或小动物，例如，用于筛查遗传代谢性疾病或溶酶体贮积症，如Fabry病、Gaucher病、Krabbe病、Niemann-Pick A/B病、Pompe病；用于筛查病毒感染，如HIV或CMV；或用于使用有用的诊断标记物筛查其它病症，如筛查琥珀酰丙酮、酰基肉毒碱和氨基酸，以检测初生儿或婴儿中的I型酪氨酸血症(TYR1))，用于干燥血点(DBS)样品(例如，与一种或多种样品保存和/或存储装置和方法组合，如本文所述)，用于筛查代谢物(例如，用于药代动力学、药效学、毒代动力学或其他药物监测评估)、用于临床试验(例如，用于在临床试验中对研究药物的药代动力学或药效学评估)，以及用于确定对特定药物的依从性(例如，用于药代动力学、药效学、毒代动力学或其它药物监测评估)。在具体的实施方式中，测试样品是干燥血点样品。在一个非限制性的实施方式中，使用包括膜、架桥、基质、捕获区和/或干燥剂中的一个或多个的装置(例如，用于样品保存的装置，其包括膜、架桥和/或干燥剂中的一个或多个)，使用或不使用收集器，并且血液样品被引入该装置中。接着，对血液样品进行干燥(部分或完全地，例如，如本文所述)。在一些实施方式中，将血液样品干燥到纤维素膜上，该纤维素膜任选地与干燥剂流体连通。然后，使用一种或多种有用的物质或试剂处理和/或分析所干燥的血液样品。示例性的物质或试剂包括缓冲液(例如，冲洗缓冲液或洗脱缓冲液，例如，含有0.05％吐温80和0.005％叠氮钠的PBS，或任何本文描述的缓冲液)，诸如那些在包括扩增(例如，PCR)在内的DBS技术中用于筛选的物质或试剂；病毒、细菌、原生动物和/或蠕虫(例如，HIV、丙型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、甲型肝炎病毒、单纯疱疹病毒、风疹、麻疹、MMR(麻疹、流行性腮腺炎和风疹)、白喉、登革热、破伤风抗毒素、巨细胞病毒、人类T细胞白血病/淋巴瘤病毒I或II、麻风分枝杆菌(Mycobacterium leprae)、幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)、布鲁氏菌(Brucella sp.)、苍白密螺旋体(Treponema pallidum)、鼠弓形虫(Toxoplasma gondii)、恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)、克氏锥虫(Trypanosoma cruzi)、兰伯贾第虫(Giardia lamblia)、利什曼原虫(Leishmania spp)、细粒棘球绦虫(Echinococcus granulosus)、埃及血吸虫(Schistosomahaematobium)或马来丝虫(Brugia malayi))的检测；一种或多种代谢物(例如，药物的代谢物)的检测；一种或多种分析物(例如，任何本文所述的分析物，并且包括雄烯二酮、氨基酸(例如，精氨酸(Krebs循环)、组氨酸/尿刊酸、高半胱氨酸，苯丙氨酸/酪氨酸和/或色氨酸)、载脂蛋白(例如，A-I或B)、皮质醇、CD4+淋巴细胞、胆固醇(例如，包括总胆固醇或高密度脂蛋白胆固醇(HDL))、C反应蛋白(CRP)、脱氢表雄酮(DHEA，包括其硫酸酯，DHEA-S)、EB病毒(EBV)抗体、雌二醇、叶酸盐、促卵泡激素(FSH)、葡萄糖、血红蛋白(例如，包括糖基化血红蛋白或HbA1c)、肝炎抗原/抗体(例如，甲、乙或丙型肝炎)、HIV抗体、高半胱氨酸、IFNg、IGF-I、IGFBP-2、IGFB-3、IL-1b、IL-6、胰岛素、瘦素、促黄体激素(LH)、脂蛋白(例如，(a)、B/A-l或β)、前列腺特异性抗原(PSA)、孕酮、催乳素、视黄醇、性激素结合球蛋白(SHBG)、生长调节素-C、睾酮、转铁蛋白受体、促甲状腺素(TSH)、甲状腺素(T4)、甲状腺球蛋白、甘油三酯、三碘甲状腺原氨酸(T3)或TNF(例如，TNFα))的检测；针对特殊人群如初生儿、新生儿或婴儿的一种或多种诊断标记物的检测(例如，用于诊断感染的IgG抗体的检测；用于诊断I型酪氨酸血症(TYR 1)的琥珀酰丙酮、酰基肉毒碱和氨基酸的检测；用于诊断MCAD缺乏症的中链酰基辅酶A脱氢酶的检测；用于诊断唐氏综合征的人绒毛膜促性腺激素(hCG)的检测；用于诊断胰岛素依赖性糖尿病的糖化血红蛋白的检测；用于诊断囊性纤维化的胰蛋白酶的检测；与PCR组合的HIV-特异性抗体和/或HIV病毒的检测；用于诊断先天性甲状腺功能减退症的甲状腺素(T4)和促甲状腺激素(TSH)的检测；用于诊断溶酶体贮积症(如Pompe病、粘多糖贮积症(如I型)、Fabry病、Gaucher病或Niemann-Pick A/B型疾病)的参与溶酶体代谢的一种或多种酶(例如，酸性α-葡糖脑苷脂酶(ABG)、酸性α-半乳糖苷酶A(GLA)、溶酶体酸性α-葡糖苷酶(GAA)、半乳糖脑苷脂α-半乳糖苷酶(GALC)或酸性鞘磷脂酶(ASM))的检测；用于与PCR分析结合的DNA分析(例如，用于检测或诊断乙酰化器多态性、醇脱氢酶、α-1-抗胰蛋白酶、囊性纤维化、Duchenne/Becker肌营养不良症、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、血红蛋白病A、血红蛋白病S、血红蛋白病C、血红蛋白病E、D-旁遮普病(Punjab)、β-地中海贫血、乙型肝炎病毒、HCMV、HIV-1、HTLV-1、Leber遗传性视神经病、MCAD、PKU、间日疟原虫、性分化或21-脱氧皮质醇)；用于检测特定的抗原(例如，乙型肝炎病毒或HIV-1)；用于检测特定的抗体(例如，腺病毒、抗核抗体、抗ζ抗体、虫媒病毒、Aujeszky病病毒、登革热病毒、麦地那龙线虫(Dracunculus medinensis)、细粒棘球绦虫、溶组织内阿米巴(Entamoeba histolytica)、肠道病毒、Giardia duodenalisa、幽门螺杆菌、乙型肝炎病毒、疱疹病毒、HIV-1、IgE(特应性疾病)、流感病毒、杜氏利什曼原虫(Leishmania donovani)、钩端螺旋体(leptospira)、麻疹/流行性腮腺炎/风疹麻风分枝杆菌(Mycobacterium leprae)、肺炎支原体(Mycoplasma pneumoniae)、旋盘尾丝虫(Onchocerca volvulus)、副流感病毒、恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)、脊髓灰质炎病毒、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、呼吸道合胞体病毒、立克次体(恙虫病)、曼氏血吸虫(Schistosoma mansoni)、刚地弓形虫(Toxoplasma gondii)、苍白密螺旋体、克氏锥虫/朗吉里水泡口炎病毒、班氏吴策线虫(Wuchereria bancrofti)或黄热病毒)；或一种或多种药物代谢物或药物分析物的筛查(例如，用于药代动力学、药效学、毒代动力学或临床试验中、临床监测中或确定对特定药物的依从性中的其他药物监测评估，其中示例性的药物包括抗癌药物如依维莫司或他克莫司；醋氨酚；研究性新型药物；或其他)。进一步的分析物、DBS分析和方法在下列文献中描述：McDade等人,Demography 44:899-925(2007)；Cassol等人,J.Clin.Microbiol.29:667-671(1991)；Bellisaro等人,Clin.Chem.46:1422-1424(2000)；Williams等人,J.Gerontol.B Psychol.Sci.Soc.Sci.64B(suppl_1):i131-i136(2009)；Parker等人,J.Clin.Pathol.52:633-639(1999)；Li等人,Biomed.Chromatograph.24:49-65(2010)；以及De Jesus等人,Clin.Chem.55:158-164(2009)，每篇文献均整体并入本文。
组合的样品保存、样品处理、样品制备和/或体积定量
可将本文的任何装置和/或方法组合起来以实现多路样品存储、样品保存和/或分析。例如，本文用于样品保存和/或体积定量的装置(例如，包括一个或多个膜、架桥和/或干燥剂)可以与提供给本文的装置的、用于样品处理和/或样品分析的一个或多个特征(例如，包括一个或多个捕获区)相组合。因此，本发明的装置包括那些具有多个层的装置，其中至少一个层包括多个第一腔室，至少一个层包括一个或多个捕获区，并且至少一个或多个层包括膜或一个或多个架桥，其中所述多个第一腔室中的至少一个、所述一个或多个捕获区中的至少一个以及所述膜或所述一个或多个架桥中的至少一个能够通过相对移动而连接。在进一步的实施方式中，所述装置包括具有至少一个第二腔室(例如，多个第二腔室)的层，其中，所述多个第一腔室中的至少一个、所述一个或多个捕获区中的至少一个或所述膜或所述一个或多个架桥中的至少一个能够通过相对移动而与至少一个第二腔室连接。以类似的方式，这样的装置可以具有附加的层(例如，任何本文描述的层，包括一个或多个中间层、可变形层和/或膜)以及任何组件(例如，本文所描述的任何装置的自主控制器、外壳、帽、系统或盖)或任何本文描述的改进(例如，一个或多个涂层)。此外，该装置可以包括任何有用的试剂、物质或样品(例如，一种或多种干燥剂、基质、膜或任何如本文所述的)，以及该装置在任何有用的方法中的应用(例如，如本文所述)。
用于样品保存、样品处理、样品制备和/或体积定量的试剂盒
任何本文中的装置和/或方法都可设置有额外的组件以便于样品存储、样品保存和/或分析。进一步的示例性组件包括收集器(例如，用于收集流体样品(例如，血液、唾液、尿液、痰、粪便或组织，或任何本文所述的样品)，如刺血针(例如，Safety-Lancet，购自SARSTEDT，Nümbrecht，德国)、毛细管(例如，毛细管或毛细管，购自SARSTEDT)、针(例如，安全针与注射器组合，例如购自SARSTEDT的系统)、注射器、拭子、样品管(例如，管，购自SARSTEDT)，或微管)，一种或多种试剂(例如，任何本文所述的试剂，包括那些可用于收集和/或保存血样的试剂，如肝素、柠檬酸盐、凝胶(例如，聚丙烯酸酯凝胶)、凝血活化剂(例如，颗粒，如硅酸盐颗粒)或EDTA和那些可用于结合、反应或保存一种或多种感兴趣的分析物的试剂，例如任何本文所述的试剂)，和/或一种或多种对照(例如，用于感兴趣的分析物的一种或多种标准对照，和/或一种或多种阴性对照，如缓冲液)。所述试剂盒可任选地包括使用说明，例如为任何本文所述的方法提供分步说明。
压力封盖
本发明的系统可包括不止一个盖或帽，以生成用于填充装置的压力。
如图22中所示，外壳系统可包括用于具有通孔2204的装置2202的盖2201。在开放或部分开放的系统(图22A的顶部)中，相关体积为V＝V0＝V1+ΔV，其中ΔV包含完全关闭的系统(盖完全关闭)与开放系统(无盖)或部分开放系统(盖部分关闭)之间的任何体积差。在完全关闭的系统(图22A的底部)中，相关体积为V＝V1，其中V1是空腔2203在完全封闭时的体积。所生成的压力P与体积V的这些变化相称，并且据推测与封闭期间施加的力相称。
在开放或部分开放的系统中，所生成的压力P＝P0，其不足以将样品2210驱向所述装置。在关闭的系统中，所生成的压力P＝P0+ΔP，其中ΔP＝P0*ΔV/V1。因此，通过关闭盖而引起的体积差生成用于填充装置的附加压力。通过将刚性帽或盖(图22B，右侧)推动至片上贮器或外壳系统可以创造正压力。所述帽或盖可被设计成使得其不能“半盖住”，而只能“完全盖住”或“完全脱离”(图32)。附接所述帽会对孔施加50mBar左右的正压力，该正压力是通过压缩孔中的气体(例如，空气)而生成的。使孔相当大(锥形)以使样品体积的改变不会对所生成的压力造成显著影响可能是最佳的。(图33A-图33B，实施例8)。
样品装载
如本文所述，可以通过多种方法来进行物质的装载。可以例如通过设计出口以增加当物质到达出口时的流阻来进行装载，以填充装置的导管和区域。该方法对于体积有限的样品或者使过量体积流过出口同时可选地从物质中捕获分析物是有价值的。分析物可以主要是任何流经微尺度系统的散体材料。例如，通过用被捕捉在装置的区域中的捕获元素(诸如颗粒、微珠或凝胶，通过磁力或通过几何结构或者利用微珠和导管的相对大小或利用薄膜保留在所述区域内)预装载装置的区域可以实现分析物捕获，因此无论是什么由这些微珠或凝胶吸收、吸附或与之反应，也都会被捕捉到。这些区域继而将会保留一定量的其所暴露于的物质的成分或分析物。还可以通过区域表面的功能化、材料在区域上的沉积、使聚合反应(诸如肽或DNA合成)中的单体贴附至区域等来实现样品的保留。
在特定的实施方式中，装载器件通过使用外部组件或者结合一个或多个片上组件以创造正压力或负压力，将试剂、样品或流体装载到装置中。这样的压力可导致压力梯度，以将一种或多种试剂、样品或流体泵送到单层或多层装置中。装载器件可包括任何有用的片上器件、片外器件或者片上器件和片外器件的组合，所述装载器件可以创造出用于将试剂、样品或流体装载到装置中的压力梯度。所公开的器件可包括刚性结构、柔性结构或多孔结构，以及其他可在装置中创造压力梯度的组件。
装载器件可以创造正压力和/或负压力以实现流体流动。相应地，可以结合多个器件在装置中的不同位置创造正压力和负压力，以供创造任何有用的压力梯度。此类器件可以控制正压力或负压力的幅度或者压力梯度的幅度。
在一个非限制性实施方式中，所述装置包括接收腔室，该接收腔室用于控制位于第一腔室和/或第二腔室中的反应流体和/或润滑剂(如果存在)的体积。在进一步的实施方式中，所述装载器件包括刚性结构以创造正压力。通过适当地设计刚性结构，可以控制该正压力的幅度。在本方法中，使用经修改的吸管吸头和塞子来装载所述装置(图30A)。当吸头浸入到所要装载的溶液中时，拔出塞子会创造出瞬间的真空，该真空将溶液推入吸头中(图30B)。由于毛细管压力，吸头中包含一定量的溶液(图30C)，并继而被插入到入口中(图30D)。推回塞子首先将吸管吸头密封，并继而创造正压力以驱使溶液进入连接的流体路径中从而通过死端填充来装载芯片。增大所生成的压力(例如，通过简单地增加塞子可被推入的深度)增加了装载速度(图30E)。我们将塞子设计成使得受控的体积的得到压缩，并且装载可在1分钟内无渗漏地完成。我们开发了可由未经训练的人员用于在5分钟内运行变色反应(图30F)的滑动芯片。可选地，为了避免捕捉气泡，可以并入位于入口处的凹形鲁尔锁，以容纳覆盖入口孔口的润滑油(图30D)。可选地，该装置可以用磁体夹持在一起。磁力与磁体的大小及其等级成比例。两组大小为1/8英寸(D)□1/4英寸(W)□1/2英寸的N42磁体提供了足够的力来保持芯片(1.5英寸(W)□2英寸(L))紧密接触，从而在溶液装载期间不造成泄露。磁体在边缘处沿着芯片的宽度放置，以便它们不阻挡反应孔的视野(图30G)。
类似于上文在图30中描述的装置，可以使用修改的注射器来向滑动芯片中装载溶液(图31A-图31D)。通过减小注射器中的关闭的空腔内的体积创造出受控正压力。通过将柱塞向下推至预定的行程，可以创造预定的正压力并开始装载。
在死端填充中，两个层之间的间隙将主填充通道或腔室连接至出口。以这种方式，将填充液体(例如，样品、试剂或本文所述的任何物质)约束在通道或腔室中，同时可以通过该间隙将不互溶相(例如，本文所述的润滑剂或油)从通道排至出口。特别地，在此提出的用于控制压力和填充的装置和方法可以用于其他应用中，而不仅仅用于填充通道。这些装置和方法可以用于控制压力以打开和关闭阀(例如，毛细管阀或疏水阀，或者本文所述的任何阀)。示例性的阀包括疏水阀，其具有阻止或阻碍水性流体流动的结构(例如，疏水通道横截面减小)；毛细管阀，其具有施加毛细管压力屏障以阻止或阻碍流体流动的结构(例如，通道横截面增大)；以及在通过引用并入于此的[[http://]]mmadou.eng.uci.edu/research_cd.html中描述的那些结构。本文所述的装置和方法还可用于诸如通过同时考虑装置中施加的压力和流动阻力来控制流速。
在另一非限制性实施方式中，装载器件包括柔性结构以创造幅度受控的正压力。通过使用柔性结构，诸如使用薄塑料膜来充当皱纹泵(图34)，可以创造正压力。通过使用弯曲的薄塑料膜，弯曲的3D结构朝向曲率中心变得在机械上不稳定。通过施加外力，诸如通过指尖或杠杆，可以很容易地创造出皱纹运动。图34A-图34D是集成皱纹泵3401和滑动芯片3403的概念示意图。通过将皱纹泵放置在滑动芯片之上可以创造密封的空腔。通过在皱纹泵上施加力可以在该空腔的内部创造正压力(图34D)。这一概念通过与薄膜装置相结合地使用薄膜皱纹泵来验证。通过使用指尖使薄膜皱纹泵变形可以创造正压力，从而在薄膜皱纹泵与滑动芯片之间创造出密封的空腔。图34E示出了通过使用该器件集成的装置。柔性结构的几何形状不限于弯曲结构，并且所有的可变形结构(包括扁平薄塑料膜)均可通过引入形变来创造类似的泵送机构，这些都应当包括在内。
在一个非限制性实施方式中，装载器件包括刚性结构和柔性结构以创造幅度受控的正压力。通过抵靠刚性结构结合柔性结构可以创造正压力的受控幅度(例如，参见图35)。通过移动刚性结构可使柔性结构变形，以首先在刚性结构与装置之间创造密封空腔。通过移动刚性结构而造成的进一步变形(如图35B中所示)可以继续减小密封空腔中的容积，从而创造出用于将样品泵送到装置中的正压力。柔性结构可以附接至刚性结构(图35)或附接在滑动芯片上(图37)。
图35是结合柔性结构(泵送杯3502)与刚性结构(帽3501)以控制所创造的正压力的幅度的图示。所述帽和滑动芯片(3503)具有彼此抵靠的螺丝，这允许使用者使泵送杯接触装置(A)，对空腔加以密封(B)，并继而创造正压力(C)。每个步骤由所述帽拧到滑动芯片上的螺距数目所控制，并且正压力的幅度可以得到控制。所述密封空腔由抵靠滑动芯片的变形的泵送杯创造而成，而所述正压力由该泵送杯的进一步变形创造而成。图36示出了使用该器件向薄膜滑动芯片中装载溶液的集成装置。
在图37中遵循类似的概念，还可以通过在滑动芯片上附接柔性结构来创造正压力。图37图示了使用刚性帽3701和附接至滑动芯片3703的泵送杯3702的器件。通过关闭抵靠滑动芯片3703上的螺纹3704的帽3701可以创造密封空腔，以使该帽与泵送杯3702相接触(A)，在帽3701与滑动芯片3703之间创造密封空腔(B)，以及通过减小密封空腔中的容积来创造正压力(C)。片上贮器中装载的溶液(3704)被驱入滑动芯片之中。
在一个非限制性实施方式中，装载器件包括刚性结构以创造幅度受控的负压力。在装置的层之间应用不透气的密封剂，以便创造用于润滑剂的封闭的空腔。通过增大密封空腔的容积可以创造负压力。以这种方式，向油润滑层施加负压力，从而在装置中的装载器件与腔室之间创造压力梯度。图38示出了用以通过使用修改的注射器(连接至管道)向滑动芯片中装载溶液的器件。在腔室周围设计环形通道，用于施加硅脂以充当垫片。因此，在各层之间创造出封闭的油腔，并且通向外界的唯一连接是溶液贮器和负压力源。一旦从修改的注射器提供负压力(通过将活塞拔出至预定行程)，溶液将会被吸入到装置中的腔室内。该器件的工作原理是：首先在装载之前减小装置的层之间的间隙，随后用所创造的真空将溶液吸入腔室中。
在另一非限制性实施方式中，装载器件包括柔性结构以创造幅度受控的负压力。本文所述的柔性结构不限于创造正压力。例如，可以将皱纹泵连接至装置并且通过施加外力而使该皱纹泵变形。一旦释放外力，可以在柔性皱纹泵恢复至其初始形状时创造出负压力。以这种方式，可以创造压力梯度以将样品、试剂或流体从溶液贮器吸入到装置中。
在一个非限制性实施方式中，装载器件包括刚性结构和柔性结构以创造幅度受控的负压力。例如，泵送杯可以充当抽吸杯以创造负压力。通过增大刚性帽与装置之间的密封空腔中的空腔(例如，通过简单地从装置向上旋转所述帽)，可以向装置施加负压力。
在一个非限制性实施方式中，装载器件包括多孔结构以创造幅度受控的负压力。通过向装置的层之间的润滑剂施加或连接多孔材料可以创造负压力(例如，参见图39)。多孔材料可以充当针对润滑剂的吸收剂，并且在装置中从溶液贮器创造压力梯度。该填充器件与先前描述的器件的区别在于，负压力(抽吸)是通过将润滑剂从层之间的密封空腔吸离而创造的。负压力的幅度被控制成等于或高于将溶液吸入装置中所必需的压力，但小于阻止溶液泄漏的密封压力。可以通过亲油性多孔材料(例如，海绵)直接创造负压力，其中通过润滑剂在海绵内部芯吸从而迫使水溶液流入滑动芯片中而创造出吸力；或者通过弹性多孔材料创造负压力，其中通过增大多孔材料中孔隙的体积而引入吸力。
图39A图示了使用多孔材料创造负压力用于以死端填充来装载溶液的器件。该多孔材料可以是疏油性、亲油性或亲水性的。通过使用疏水性多孔材料，可以实现另一类型的死端填充。被吸入到滑动芯片装置中的溶液一到达多孔材料的界面就会被停止，这是因为疏水界面提供了针对水溶液的低亲和性界面(图39B)。图39C示出了通过使用具有嵌入的多孔材料的器件装载的滑动芯片装置。
用装置进行自动化分析
本发明可进一步包括包围所述装置的外壳系统，其中该外壳系统包括用于插入样品的进入端口和用于封闭该外壳系统的帽或盖。如本文所述，关闭所述帽导致将样品引入到装置中。为了实现自动化，帽或外壳系统可包括一个或多个组装件(例如，自主控制器，诸如本文所述的任何控制器)，以在关闭所述帽时实现第一层、第二层和/或中间层的相对移动。此类示例性组装件在本文中有述，并且可包括线性或旋转致动机构。如图40中所示，可以通过使用帽卷绕装置来实现自动化，这会导致用于样品制备的层的相对移动。本文描述了进一步的自主控制器(例如，参见图45-图48和相关文字)。
蜂窝电话检测
本发明的系统可进一步包括用于检测和/或中继分析结果的检测系统。如图40中所示，可以使用蜂窝电话(或等效的手持式相机)来对滑动芯片装置上的点的图案进行成像，以便自动地处理照片以供分析，以及自动地发送和接收结果。为了允许高水平的医疗保健，可以将结果传输至参考实验室或远程医生，而无需使用者花费精力。在一些实施方式中，为了现场的最大效用，所述装置和所述蜂窝电话可以一起提供。
装置和系统的集成
本发明的装置和系统可以与其他装置相集成以允许多步过程。例如，可以通过利用滑动芯片装置的模块化而在装置中包括样品制备模块，以便在储存之前制备样品。示例包括但不限于用于核酸提取的多步实验方案的装置，以及使用膜和/或诸如装置中的几何特征(例如，约束件或者板之间的间隙)等集成的过滤元件来从全血中分离血浆的过滤元件。如本文所述，装置可以包括有益于使用的另外的可选组件。
用于精确体积量化的组件可与本发明的装置或系统相结合。可以通过计数已被填充的孔的数目来数字地定量收集到的总体积(参见图26C)。如本文所述，可以使用顺序填充来确保孔被逐个填充，使得量化变得无关紧要。
血浆分离组件可以很容易地与本发明的装置或系统相集成。可以集成用于血浆分离的膜作为本文所述的任何装置的顶层。通过膜过滤全血所需的压力(～10-50mmHg)足以装载滑动芯片装置。初步数据显示，血浆分离和装置填充可以用单一压力源同时实现。该压力源可以是外部装置(例如，移液管或胶合注射器)，或者集成在装置本身中(例如，参见图22A)。
这些装置中的一些装置可以允许多路的、多功能的稳定。可以将每个样品分割或划分成多个部分并干燥保藏，以便储存不同的分析物(包括但不限于蛋白质、DNA、RNA)。数字化体积的干燥时间(例如，图29中所示)显著短于本体溶液的干燥时间，因此该技术可以允许对非常脆弱的生物标记物(例如，HCV病毒RNA)的稳定。还可以使用针对同一样品或分析物的多个保藏基质(例如，本文所述的任何保藏基质)(例如，用于保藏RNA和蛋白质的不同化学，或者用于以不同的方式仅保藏RNA的不同化学)。
这些装置中的一些装置可以支持在同一装置中收集多个样品。通过使用相称的入口阵列可以实现在同一时间对多个独立样品的并行收集(例如，参见图26A)。通过使用不相称的入口可以实现在不同时间点对样品的无污染收集(例如，参见图26B)。
对于本文的任何装置或系统，可以包括样品回收组件。回收可以通过再水化来实现，其中可以向装置中注入溶液(例如，水或缓冲液)并将其用于再分散干燥的样品。首先，可以在腔室中注入或者可以不注入不互溶流体(举例而言，诸如油、润滑剂或不互溶水溶液)，随后是已知的水体积(其可以与保藏的溶液的起始体积相同)。通过再次注入溶液(例如，水或缓冲液)以使样品再水化，有可能进行回收。施加外部压力，施加外部低真空或者利用毛细管压力可以允许从装置中提取液体。如本文所述，回收可以包括完全回收或部分回收。
对于本文的任何装置或系统，样品分析可以在现场(例如，使用滑动芯片检测模块)或场外(例如，在中央设施中)进行(例如，参见图27)。对于现场分析，部分回收可能就已足够(例如，几μL的总体积)，并且可以将样品直接传送至检测模块以供诸如数字核酸或蛋白质检测等目的。对于中央设施中的分析，完全回收(例如，10-50μL)可能是必要的。在这种情况下，可以同时再水化所有含有保藏的样品的腔室，并且可以收集总回收体积以供进一步分析。
本文的任何装置或系统可以与加压器件(例如，本文所述的任何加压器件)、装载器件(例如，本文所述的任何装载器件)、用于一个或多个腔室的串联填充和/或顺序填充的注入端口、加热元件、片上裂解组件或分子识别模块相集成。例如，该装置可以是适合于针对核酸提取的样品裂解的集成的温度控制方法，举例而言，诸如基于简单相变的温度控制方法，其中如在原始申请中所描述，在固-液相变和液-固相变期间保持温度恒定。作为另一示例，该装置可以与用于温度控制的片上启动机构相集成，诸如通过相对移动(例如，滑动)和混合的启动。
本文的任何装置或系统可以包括导电材料(例如，一个或多个电极，包括其阵列)。此类电极和阵列对于传导用于检测、分离(例如，电泳分离)、转运和/或合成的电化学反应可能是有用的。在一些实施方式中，一个或多个电极布置成允许在层的相对移动时的连接或断开。
本发明的装置和方法还可包括检测器，诸如成像组件或传感器组件以记录和/或测量装置内的反应(例如，通过光学、X射线、MALDI、FP/FCS、FCS、荧光测定法、比色法、化学发光、生物发光、散射、表面等离子体共振、电化学、电泳、激光、质谱法、拉曼光谱法、FLIPRTM(Molecular Devices)等测量方法)。此类检测器和成像装置的示例可参见美国公开第2009-0010804号和国际公开第WO 2008/002267号，两者均通过引用并入于此。所述检测器可以是任何适合于检测的检测器，并且可以选自：网络摄像机、数码相机、移动电话中的数码相机和摄影机——如在通过引用而全文并入于此的国际公开第WO2008/002267号中所述。或者，所述检测器可以是具有足够的照明和分辨率用于在空间上分辨由装置所产生的单个信号的相机或成像装置——如在通过引用而全文并入于此的美国公开第2009-0010804号中所述。
在这方面，本发明的成像装置可以是本领域已知的、与本文所述的装置的各种设计和配置相兼容的任何成像装置。例如，相机可以采用任何常见的固态图像传感器，包括电荷耦合器件(CCD)、电荷注入器件(CID)、光电二极管阵列(PDA)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。
所述装置可以任选地包含标记，诸如管道和/腔室中的线、点或可见物质，以便支持配准和/或分析。在装置上可以包括配准标记，以允许自动校正光学像差，或者针对拍摄照片时的角度和取向来调整图像。为了检测荧光输出，可以使用啁啾激发/读出。例如，该装置可以暴露于蓝色的激发光达例如几纳秒，然后关闭，而荧光可以在例如1纳秒之后被检测到。继而，例如在10纳秒之后，采集另一图像(无初始的激发闪光)，以产生用于减除的背景强度图像。以这种方式，即使在白天也可以分析荧光。为了安全起见，可将检测器设计成自动识别所述装置(例如，如果该装置包括可识别的图案)，以使得检测器仅会在指向该装置时产生激发光(参见Sia等人，AngewandteChemie Int.Ed.43:498-502(2004)，该文献通过引用并入于此，并描述了用于检测多流体装置中的信号的附加手段，包括使用脉冲调制来降低噪声)。如本领域技术人员所知，还可以通过使用激发光/发射光的偏振来改善检测。
本发明的装置和系统可以包括任何数目的修改或收益，包括在使用之前无菌(例如，该装置可在无菌的环境中组装，并继而包装在密封的容器中直到进行样品收集)；在最终分析之前对干扰和污染物有抵抗力(例如，可以在层之间提供润滑剂，并且其可以在样品与外界之间充当屏障以防止污染和避免所储存的样品中存在的有潜在危险的分析物泄露)；无需用电的使用，其中，这些装置中的一些装置可以不需要使用功率进行流体处理(自主式生物标本收集)或干燥(不需要加热或通风)；易于简单的数字化储存和再水化的适应性(例如，该装置允许并行地对许多体积进行精确操纵，其中样品可被分割或划分成小的体积或整分试样并以数字化样式保藏，并且这样的样品可以选择性地、完全地或部分地回收以供片上或片外分析)；易于制造(例如，适合于使用便宜的材料和制造技术进行大规模生产)；模块化和可重构性(例如，这些装置中的一些装置允许开发独立的模块，这些独立的模块可以结合起来产生完整的装置，并且每个模块因此可以单独开发并继而集成在平台中)；易于使用(例如，样品可以由受过最少训练并且没有外部设备的使用者所收集，其中，从生物样本收集到样品保藏之中的必要步骤可以是自主的或者需要来自使用者的最少的行动(例如，滑动板或者按下按钮)；对于各种样品大小的适应性(例如，这些装置中的一些装置允许对宽范围的体积(1nL-1mL)进行简便的操纵，所述体积包括在LRS中生物样本收集的典型体积(例如，通过刺破手指获得的血液的量)；与市售干燥保藏基质或干燥剂的兼容性(举例而言，可以例如通过在储存装置的不同部分中使用不同的基质来实现多靶或多分析物稳定(包括DNA、RNA和/或蛋白质))；随不同基质或干燥剂的可升级性(例如，可以很容易地在平台中并入新的基质、干燥剂或催干剂，从而适应对基质配方中的新发展的集成)；快速干燥(例如，在少于10分钟内干燥，这是由于工作在小尺寸下而引起的并且可能是保藏对降解敏感的样品中的一个关键问题)；以及对于样品重新收集和下游分析的适应性(例如，可以很容易地在片上实现再水化以便回收保藏的样品)。
实施例
实施例1：用于生物标本保存的装置
在图6中，我们显示了在桥接件装置中与Biomatrica,Inc.(SanDiego,CA)生产的稳定基质混合的RNA样品的初步结果。将RNA样品注入到两个滑动芯片装置中，滑动滑动芯片的各层，然后回收该样品而没有明显的损失。作为对照，RNA样品在-80□下存储一夜。在两个装置中进行实验，其中每个装置中注入RNA样品然后使其干燥。干燥后，滑动芯片装置在65□下存储一夜。通过注入去离子水使样品再水化并且将其从装置中重新收集。
如图6中所示，电泳凝胶显示了RNA在这些实验期间并没有发生降解。由于泄露，装载在泳道3中的样品的量比装载到其他泳道中的量少。如泳道3和泳道4中的单一明锐条带所表明的那样，在任何样品中没有观察到降解。作为比较，在相同温度(65□)下以液态形式存储的样品在一夜之后显示可见的降解。
实施例2：用于核酸提取的示例性装置
我们将获自QiaAMP MinElute(Qiagen)的改进的过滤器直接连接到滑动芯片的简化形式，用于核酸提取。然后通过加压推动(按顺序地)包含675序地裂解样品、500μ0冲洗缓冲液AW1*、500*液冲洗缓冲液AW2*和500*液100％乙醇的溶液阵列通过过滤器并通过滑动芯片的废液出口，该滑动芯片在初始装载位置上布置有层(图16)。在此步骤期间经过的总时间少于3分钟。然后将该芯片滑动至第二位置用于过滤器干燥，这耗时约2分钟，进而滑动至第三位置用于洗脱，这耗时少于1分钟。然后从贮存器中收集样品。总计，在滑动芯片上进行核酸提取的总时间可以低至6分钟。如果提取方案不需要干燥，则可以去掉风干步骤。这样的方案包括但不限于Life Technologies的Charge
实施例3：用于核酸提取的第二代装置
核酸纯化滑动芯片(NA-滑动芯片)包含改进的Charge膜，该膜可以在低pH值下结合核酸并在高pH值下释放核酸。依次推动样品溶液、冲洗缓冲液和洗脱缓冲液从顶层的腔室通过该膜进入到底层的接收孔中。这是通过给顶层加压并旋转底部握持盘而实现的，该底部握持盘在内部与膜层相连。我们测试了Charge膜，因为它对多种样品类型有效，而且它不需要乙醇或其它可能危及诸如PCR等下游应用的有机溶剂。
第二代装置(图19)能够用Charge膜执行核酸纯化方案。进一步的改进可包括第二代装置与加压模块、加热模块、片上裂解模块或分子识别模块的集成。
实施例4：用于核酸提取的第三代装置
我们设计了具有帽的第三代装置(图20)，该帽可以用于施加正压力或负压力以驱使溶液通过基质。在某些情况下，通过使用该帽减少加压室中封闭的体积，向整个系统施加正压力。在另外一些情况下，通过使用该帽增加加压室中封闭的体积，向整个系统将施加负压力。
实施例5：大体积装置
也可应用滑动芯片来处理大体积的样品并且将分析物浓缩成更高浓度的小体积以供下游分析。例如，已经通过3D打印设计出并用塑料制造出滑动芯片装置(图21)，其可处理1mL的样品总体积和200μ0的冲洗缓冲液以及洗脱缓冲液。
实施例6：定量PCR
我们通过实现以约70％的效率从掺有HIV RNA的人血浆中制备样品，验证了滑动芯片(NA-滑动芯片)中的核酸分析。通过使用实时qPCR和数字RT-LAMP对样品制备的效率进行了定量。通过使用Qiagen小规模制备试剂盒从HIV-1Panel(5x106个拷贝/mL)中纯化HIV RNA。样品溶液包含32品溶的病毒裂解缓冲液、2冲液的RNAse抑制剂(New England BioLabs)、1ew的载体RNA(Qiagen)、5、L的人血浆(George King Bio-Medical,Inc.)、5μL的HIV RNA和10VL的结合缓冲液(Life Technologies)。各为100为的两种冲洗缓冲液和各为50种洗的三种洗脱缓冲液被预先装载到装置中。病毒裂解缓冲液、结合缓冲液以及冲洗缓冲液作为ChargeEasyPlexTM病毒RNA/DNA试剂盒购自LifeTechnologies。过滤器由质粒小量制备试剂盒改进而成。洗脱缓冲液从Charge细胞总RNA试剂盒中获得。整个方案大约耗时10分钟。
在qPCR实验中，进行三次洗脱(各为50μL)并通过使用Illumina的实时qPCR仪器来定量。在NA-滑动芯片上进行三种样品制备实验，并且通过在三种洗脱液中组合RNA达到了超过70％的回收效率(图23A-23B)。第一种洗脱液的回收效率为43±12％，第二种洗脱液的回收效率为20±8％，第三种洗脱液的回收效率为9±3％。进一步的优化，如洗脱体积、洗脱缓冲液的pH值、温度和其他缓冲组分可以潜在地提高第一种洗脱液的回收效率。
实施例7：数字RT-LAMP
我们还验证了由NA-滑动芯片(如图19中所示)制备的HIVRNA与下游数字RT-LAMP(图24)之间的兼容性。数字RT-LAMP方案在Sun等人,Anal.Chem.85:1540-1546(2013)中有详细描述。简单地说，数字RT-LAMP实验在具有从NA-滑动芯片中回收的产物的玻璃装置上进行。从第一和第二洗脱中回收的材料组合起来作为数字RT-LAMP的模板。至少进行了两个数字RT-LAMP实验以获得HIVRNA浓缩。在具有掺入了HIV RNA的人血浆的NA-滑动芯片上进行三个样品制备实验，并且平均回收率大于70％(图24)。
实施例8：样品装载和压力封盖系统
将外壳系统设计成具有在图33A中示出的以下参数：样品体积(VS)＝20μL、入口的体积(V1)＝500μL、帽头内的体积(VC)＝50μL、通过关闭帽生成的绝对压力＝1000mbar x(500-20+50)/(500-20)＝1104mBar(＝104mbar表压)、在20μL的样品已流出孔之后的绝对压力＝1104mbar x(500-20+50)/(500+50)＝1064mBar(＝64mbar表压)，以及1104mBar x(500-20)/500＝1060mBar(＝60mbar表压)。这种方法由6岁的儿童所实现(图33B)。为了表明帽是否完全按下，其可以提供可听到的咔嗒声，或者可以使用诸如形状畸变等视觉指示，或者触觉反馈，或者任何组合。还可以使用其他系统来装载和填充装置，包括皱纹泵(图34)、泵送杯(图36)、真空填充(图38)以及使用多孔材料(图39)。
实施例9：控制相对移动的导引系统
相对移动能够以任何有用的方式得到控制。在一种装置中，通过使用两组柱杆-凹槽结构控制滑动的方向以及从限定的起始位置的滑动的范围，使得滑动成为单向的和自主的(图41)。该结构通过多层湿法刻蚀技术制成。第一组柱杆和凹槽在宽度的边缘上并与之平行地制成以限定滑动的方向——始终沿着该宽度。柱杆(高度为～20μm)的形状为矩形并且位于样品形状(深度为～60μm)的凹槽内。凹槽稍宽以防止堵塞，并且长得多以便容纳滑动距离。柱杆制作得比凹槽的深度更短以保证装置的两个板之间紧密接触。第二组矩形柱杆和凹槽在长度的边缘上并与之平行地制成，这样控制滑动距离。凹槽比柱杆更长以防止堵塞。更重要的是，柱杆比凹槽和滑动距离中的差别更窄。当柱杆沿着长度与凹槽的一个边缘平齐时，芯片在所有的流体路径相应地连接时处于装载模式。芯片的一个层继而可以仅在一个方向上移动，并且当芯片处于反应模式时(即，流体路径被断开，并且来自相对的板的孔成对地重叠)将会在柱杆与凹槽的另一边缘平齐时停止移动。通过油脂密封来防止润滑剂的蒸发。我们在芯片的边缘周围施加硅胶真空油脂，而芯片在芝加哥与洛杉矶之间的飞行和一周的储存中幸存下来。在两个芯片上均进行了成功的实验。
实施例10：与热循环仪的集成
在装置的边缘上可以使用两组磁体。为了使装置与热循环仪相集成，可以在装置的中部使用第三组磁体。该第三组不仅防止泄露，而且还防止装置的底部与用于热循环的适配器相接触(图42A)。在装载和滑动之后，我们移除了中间的磁体中的一个，以允许装置与热循环仪之间的接触(图42B)。这样的与适配器的接触将会允许更高效的热传递，而两组磁体足以在热循环期间对层进行夹持。
此外，我们已经开发出用于数字PCR的滑动芯片。塑料由于它们的低热导率而对于底板并不理想；通过使用薄膜，解决热传递问题引入了另一个失水的问题，这是因为穿过一些聚合物(诸如PC)的渗透，特别是在热循环期间升高的温度下尤为如此。使用了玻璃底层来使热传输最大化，这可以任选地由金属层或者通过涂覆用于有效热传输的金属所代替，或者由顺磁性材料(诸如铁)所代替以直接地将顶层与嵌入的磁体附接起来。对于顶层，通过并入这里开发的装载特征和磁体布置，仍可使用塑料。这样的塑料层还提供成像入径。
实施例11：注塑成型装置
使用聚碳酸酯(PC)的注塑成型制造出塑料装置。每个部件都可在一分钟的加工时间内制成。继而通过利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)的硅烷化对已制成的部件进行表面改性，从而致使PC表面变成疏水表面。继而组装塑料芯片并通过一对框架夹持该塑料芯片(图43A)。
用于滑动芯片装置的装载组件包括诸如通过使用任何样品收集装置(例如，收集器)将样品传送到入口，所述样品收集装置诸如为SARSTEDT装置和MICROSAFE血液采集和分配管(Safe-Tec,Inc.)。如本文所述，具有扩大的空隙容积的帽既用于样品或试剂的封闭以供储存，又用于芯片的死端填充的加压。帽的主体部分通过3D打印制作而成，并连接至PVC管(内径为1/4英寸且外径为3/8英寸)以提供2mL的组合体积。所述帽封闭了入口贮器，与具有7.2mm外径的贮器的底部的上边缘平齐。通过加工聚碳酸酯制成贮器，并通过胶将其附接至滑动芯片装置。底层的高度为1mm。填充所述芯片通过向下按压帽来实现，这创造了约4400Pa的正压力(图43B)。
在塑料芯片中进行变色反应(图44)。在入口贮器中预装载模仿试剂的包含0.3M KSCN的10μL黄色染色溶液并被加帽以供储存。首先在MICROSAFE管中收集模仿样品的包含0.1M Fe(N03)3的绿色染色溶液。使用者继而将样品传递到入口中(图44A，步骤3)。入口上的导引特征允许更好地瞄准并防止溢出(图44A，步骤2)。一旦样品被传递到入口中，就重新安装所述帽。该帽只能被插入到刚好覆盖通气孔的点；结果是不会开始加压，并且所述帽由于过盈(较大直径)的存在而不会在没有大幅增强的力的情况下被进一步插入。通过进一步向下推动两个帽直到它们接触到滑动芯片的上表面来实现填充(图43B和图44A，步骤4)。自动地装载两种溶液(图44A，步骤5)。一旦填充完成，使用者通过在指示的位置挤压所述板来滑动芯片。继而，同时发生1600个变色反应(图44A，步骤6，以及图44B)。
实施例12：样品保藏模块的装载
我们开发并验证了用于样片储存模块的无需用电的泵送方法。填充该装置所需的唯一操作就是将液体样品放置在入口中，并继而将盖放置在装置上。所述盖被设计成使得其具有空腔并且只能被放置在装置上的一个位置。在这个位置上，使用柔性O形圈创造紧密密封，如图49中所示。
密封确保了在盖中创造出受控的超压，并且该超压是装载所述装置的驱动力。不期望受理论限制，最大施加的压力根据以下关系取决于空腔和O形环的体积(分别为VTOT和VRING)：
VMAX＝VRING/VTOT(公式1)
所述盖提供VTOT＝2mL，并且PDMS环提供VRING＝0.15mL，因此预期压力为～0.075atm(76mBar)。使用这种方法，我们能够使用不同的流体来装载滑动芯片装置，如表1中所报告。流体包括含有85％甘油的溶液(具有在～110mPa s数量级的粘度，参见Segur等人，Indus.Eng.Chem.43:2117-2120(1951))和0.4mM的牛血清白蛋白(BSA，具有～7mN/m的表面能，参见Guzman等人，Proceedings of the 2nd Electron.Conf.Pharm.Sci.,1-31May 2012；Sciforum Electronic ConferencesSeries,2012)溶液。施加的压力在将样品装载到装置时减小，流速也是如此。对所有的液体而言，50μL体积的总装载时间小于两分钟，并且对于去离子水而言，该时间低至4-5秒，对应于10-12.5μL/s的平均流速。
表1：不同流体的装载速度汇总
实施例13：样品保藏模块中的体积量化
我们已经演示了在干燥样品储存模块中的自动化装载和精确体积量化。我们设计并制造了用于在干燥状态下的样品保藏的原型模块。该储存模块预定用于未经训练的使用者，因为它仅需要三个简单的步骤来操作：(1)放置样品，(2)放置盖(从而激活自动化填充)，以及(3)滑动(从而激活自动化干燥)。该方法的关键特征包括填充的稳健性和储存在装置中的样品体积的精确量化。
如图50中所描述，通过使用当将盖放置在装置上时所创造的超压来实现填充。我们设计了要以死端填充模式装载的装置，包括总共5个孔：四个孔预定用于样品储存(体积为20μL、15μL、10μL和5μL，总体积为50μL)，而额外的通气孔用于控制装载。在图50中示出了储存模块的俯视图，其包括两个侧视图方案。
可以在不需要使用者的任何动作的情况下对注入的体积进行精确控制。图51示出了用于储存模块的完全填充和部分填充的装载过程。将孔的几何结构设计成使得装载是按顺序进行，其中每个孔在样品进入到下一孔之前得到完全填充(图51B)。如果由使用者放置在装置上的样品体积大于50μL，则当所有的孔都填满时，填充自动停止(图51C1)。或者，如果样品体积小于装置的总容量，则一旦在通气孔中注入空气，填充就会自动停止。任何额外的压力通过通气孔下方的膜来释放。按顺序填充确保了有可能简单地通过计数完全填充的孔来进行精确的样品量化(图51C2)。
我们通过使用不同的样品体积并将它们注入到不同的装置中而评估了填充的稳健性。每种条件用至少三种装置测试，因此装置各自被填充多达三次。对于所有的50μL以上的体积，装置均被完全填充，并且填充自动停止。当装载较小的体积时，空气一进入到通气孔中，填充就停止，并且所有的装置都显示出预期数目的被完全填充的孔。
我们通过测量在部分填充的孔中实际注入的体积而更进一步测试了填充的稳健性。在用有色溶液(水和食用染料)装载之后获取了装置的图像(例如，参见图51)。我们继而测量了包含溶液的孔的部分并且使用装置尺寸来计算注入的体积。图52示出了样品体积(在装置中测量)对比于预期样品体积(用移液管测量)的曲线图。这些结果表明这两个体积之间的精确相关性。
实施例14：膜装置中的RNA储存
我们测试了在包括市售稳定基质的装置中的RNA储存。如图13中所示的装置用于RNA的储存。如图49中所描述，使用标准移液管或使用由盖所生成的压力来装载装置。在所有的实验中，使用分子筛作为催干剂。通过将装置滑动至“干燥位置”来激活干燥(如图13E中所示)。通过将装置的中心层滑动至“回收位置”(如图13F中所示)并通过使用标准移液管在每个通道中引入去离子水来进行回收。用移液管来重新收集样品，并将通道冲洗三次以溶解所有经干燥的分析物。继而将体积针对所有的整分试样和所有的储存条件归一化，以便在所有的用于通过电泳或PCR进行检测的整分试样中获得相同的分析物浓度，如下文所述。
在一个实验中，在各种条件下储存高浓度的RNA。简而言之，RNA(80ng/μL)与稳定基质(从Biomatrica,Inc.,San Diego,CA获得)混合。是一种专有混合物，其工作原理是使用低温休眠和玻璃化的原理在RNA样品周围形成玻璃样的外壳。这种混合物包括<10％的TRADE SECRET 068136、<5％的TRADESECRET 073750、<5％的乙二胺四乙酸二钠脱水物(EDTA)和<0.1％的酚红。RNA和溶液的整分试样以三种不同的方式存储：1)在-80℃下冷冻在微量离心管中；2)装载在膜储存装置中并干燥，然后在50℃下存储，及3)装载在微量离心管中，然后在50℃下以液态储存。四天后，将保藏的样品再水化并重新从装置中收集。使用Agilent Bioanalyzer(RNA纳米试剂盒)进行电泳。
如图54(左)中所示，以冷冻状态储存的样品与在50℃下以保藏状态或干燥状态储存在膜装置中的那些样品相若。与此相反，在50℃下以液态储存的样品显示出可见的降解。
在另一实验中，将纯化的病毒RNA储存在各种条件下。简而言之，从血浆中灭活的HIV-1病毒颗粒中纯化RNA(HIV-1Panel,拷贝/mL,从Life Technologies Corp.,Carlsbad,CA获得)。如上所述，纯化的RNA与稳定基质进行混合。将RNA储存在各种条件下。含有约3750个拷贝的RNA的整分试样储存在-80℃冷冻器中的微量离心管中(“冷冻的”)，或者在50℃下以干燥状态储存在膜装置中(“设备50C”)，或者在50℃下以液态储存在微量离心管中(“液体50C”)。在所需的时间点，将保藏的整分试样再水化并从该装置中回收。通过使用RT-qPCR量化RNA并比较测量出的Cq(每种条件下三个整分试样)来比较不同的储存条件。RT-qPCR在不同的时间点进行，显示在冷冻储存的样品或在装置中储存的样品之间没有显著性变化，即使在35天的储存后。结果表明以干燥状态储存在装置中的整分试样和以冷冻状态储存的整分试样之间没有显著性差异。以液态在50℃的较高温度下储存的整分试样在7天后显示出可见的降解，并且Cq的差异随着时间推移逐渐增大。
实施例15：用于样品收集的体积量化
我们表征了设备中各种物质的死端填充。首先，我们测试了是否能够快速地收集样品(例如，以5μL/秒的流速在少于10秒内收集50μL样品)。特别是，这样的缩短的时间范围可有助于定点照护测试，定点照护测试得益于实时获得的快速结果。为了这个目的，我们假设流速是由润滑油因其高得多的流动阻力(与其他水性试剂或样品相比)而通过间隙的消散所决定的。基于这样的假设，流动阻力Rh按如下确定：
Rh &ap; 12 &times; &mu; &times; L w &times; h 3 &times; ( 1 - 0.630 &times; h / w ) (公式2)
其中μ为流动流体的粘度；L为流体行进的路径长度；w为流体的宽度；并且h为流体的深度，其中h<w。因此，流速在1-10nL/秒的数量级。为了增大流速，我们设计了收集装置以减小层之间的间隙中的流动阻力。具体而言，我们减小了润滑剂消散所经过的长度并增大了腔室或孔的宽度。其结果是，间隙中的阻力可比于在流体路径中正被装装载的水溶液的流动阻力，并且溶液装载和润滑剂消散都对整体流速起作用。以这种方式，我们将流速增大至数百nL/秒(表2)。
表2.收集滑动芯片的收集速度汇总
a：铁染料是通过组合0.1M Fe(SCN)3和0.3M KNO3形成的红色溶液。
b：PEG8K是具有8000的平均分子量的聚乙二醇。
c：SDS是十二烷基硫酸钠。
d：FC-3283包括全氟化合物(主要是具有9个碳原子的化合物)(CAS No.86508-42-1，从3M,St.Paul,MN获得)。
e：FC-40包括全氟化合物(主要是具有12个碳原子的化合物)(CAS No.86508-42-1，从3M,St.Paul,MN获得)。
在这种情况下，含水样品的粘度对流速有影响，表明了流体路径中流动阻力的重要性。因此，我们进一步增大流体路径的尺寸。另外，我们用空气代替润滑剂以表示间隙中的阻力无关紧要，从而增大间隙不会改变装载速度。结果是，我们将流速增加至超过15μL/秒并将收集27μL体积的收集时间减少至小于两秒。以这种方式，本领域技术人员将会能够对方法作出修改(例如，通过选择不同粘度的各种润滑剂，通过用空气代替润滑剂，和/或通过设计具有特定横截面尺寸的装置，如本文所述地适应期望的流速、收集时间和/或收集体积)。
接下来，我们表征了收集装置的精度。芯片包括通过短而窄的通道(或颈部)连接起来的量化孔(图55A)。每个孔和连接颈部具有由其尺寸所限定的已知体积。我们使用上述死端填充技术，因此一旦装载完成，所述孔总是完全地并按顺序地得到填充。以这种方式，对收集到的样品体积的量化被简化成计数被填充的孔的数目这一任务。我们用数字按填充的顺序给孔标号(图55B)。在确定最后被填充的孔的号码时(图55C-图55D)，通过将该号码与一个孔和一个颈部的体积之和相乘来确定样品的体积。我们通过表征体积比(即，指示的体积与实际体积的比率)和按一式两份或一式三份测量的每个实际体积的标准差而确定了收集装置的精度(表3)。
我们使用红色溶液(0.1M Fe(SCN)3+0.3M KNO3)来进行表征。该溶液具有1cp的粘度，而使用润滑油和空气，其表面张力约为50mN/m。我们通过添加PEG 8000改变了溶液的粘度，并且我们通过添加水溶性表面活性剂SDS改变了表面张力。无论被装载溶液的粘度或表面张力或是润滑油的粘度如何，体积比均超过95％。此外，在所有情况下，由收集装置确定的体积是一致的，体积比除了在一种情况以外全都超过95％，从而表明精度超过95％(表3，图56)。在当前设计中，我们有60个孔，每个孔和颈部具有～360nL的组合体积，并且我们在此处进行的量化实验方案没有将最后一个孔得到多么完全的填充纳入考虑。量化的精度小于360nL，对应于小于10μL的4％。然而，如果对于任何应用需要更高的精度，则孔的数目可以增加而它们的体积相应地减小。
我们继而使用血液样品量化了收集装置。首先，我们证实了体积比超过95％(表3，图56)。继而，我们用市售的采血装置通过刺破手指来收集血液(图57A)。该血液样品被装载到滑动芯片收集装置中用于体积量化(图57B)。成功地量化了区室化样品的体积。
表3：通过使用收集滑动芯片进行的体积量化
a：铁染料是一种通过使0.1M的Fe(SCN)3和0.3M的KNO3组合而形成的红色溶液。
b：PEG8K是具有8000的平均分子量的聚乙二醇。
c：SDS是十二烷基硫酸钠。
d：FC-3283包括全氟化合物(主要是具有9个碳原子的化合物)(CAS No.86508-42-1，从3M,St.Paul,MN获得)。
e：FC-40包括全氟化合物(主要是具有12个碳原子的化合物)(CAS No.86508-42-1，从3M,St.Paul,MN获得)。
实施例16：通过滑动、再水化和回收激活的样品保藏
我们测试了示例性的滑动芯片装置以保藏(例如，干燥)片上的样品，随后对保藏的样品进行再水化和回收(图62A-图62D以及图63A-图63D)。
用样品(带有染料的水溶液，图62A)填充装置。滑动所述装置的层以将样品放置成与干燥剂蒸汽接触，从而激活干燥过程(图62B-图62C)。在完成干燥之后，在孔中存在固体残留物(图62D)。通过控制干燥过程(例如，干燥时间)以及干燥剂或基质的类型，可以修改该装置和方法以将样品以液态或干燥的固态保藏。
可以选择性地再水化和回收装置内的被保藏样品。将所述装置的层滑动至回收位置(图63A-图63B)以允许向选定的孔中引入流体(例如，水、缓冲液或任何有用的溶液)(图63C)。继而，用标准移液管从装置中回收经再水化的样品(图63D)，并且该样品可以用于利用标准实验室技术的可选的进一步过程。
实施例17：样品浓缩
我们测试了示例性的滑动芯片装置以通过片上蒸发来浓缩样品。如图64A-64C中所示，将测试样品引入到装置中。激活干燥，这导致了生成流动并且向装置中引入附加的样品。在图64C中提供了所得到的浓缩的样品。
片上干燥或样品浓缩可以导致在一个或多个腔室内气泡的成核。这样的气泡的形成可以通过任何有用的策略得到最小化，包括但不限于设计一个或多个使装置中的成核最小化(例如，通过提供促进捕获蒸汽或气体的区，诸如具有干燥剂、基质或膜的腔室)或者促进在装置的一个或多个特定区中的成核的特征。示例性的策略包括促进特定位置(例如，腔室的一个末端)上的成核以使得干燥朝向另一末端浓缩样品，或者在腔室中提供一个或多个成核位点(例如，在腔室中的多个位置)以使得样品均匀地分布在各个区中。
其他实施方式
虽然已经结合本发明的特定实施方式对本发明进行了描述，但应当理解的是，其能够作进一步的修改，并且本申请旨在涵盖对本发明的任何如下变型、使用或修改：所述变型、使用或修改总体上遵循本发明原理，并且包括属于本发明所属领域中已知或常规实践范围内的与本公开内容的偏差；并且变型、使用或修改可适用于上文阐述的主要特征。
所有的公开、专利和专利申请通过引用而全文并入于此，其程度如同具体地和单独地指示出要通过引用而全文并入每个单独的公开、专利或专利申请。

Claims (43)

1.一种装置，包括：
(i)包括多个第一腔室的第一层；
(ii)包括一个或多个第二腔室的第二层；以及
(iii)安置于所述第一层与第二层之间的中间层，其中所述中间层包括一个或多个捕获区，
其中所述多个第一腔室中的至少一个、所述一个或多个第二腔室中的至少一个以及所述一个或多个捕获区中的至少一个能够通过相对移动而连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个捕获区包括过滤器、基质、聚合物、电荷转换材料或膜。
3.根据权利要求书1所述的装置，其中所述一个或多个捕获区配置用于连接所述多个第一腔室中的两个或更多个以及所述一个或多个第二腔室中的至少一个。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述中间层包括连续膜。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述第一层、所述第二层或所述中间层是平面的或非平面的。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其中所述第一层、所述第二层或所述中间层或者其一部分被有区别地润湿。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，进一步包括可变形层，该可变形层位于所述第一层与所述中间层之间和/或所述第二层与所述中间层之间。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，进一步包括涂层，所述涂层位于所述第一层、所述中间层、所述第二层或所述可变形层中的一种或多种上，如果存在所述可变形层的话。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述涂层包括含氟聚合物。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其中所述第一层、所述第二层和/或所述中间层纵向平移。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其中所述第一层、所述第二层和/或所述中间层轴向旋转。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的装置，进一步包括第三层，所述第三层包括一个或多个第三腔室，其中所述第三层安置于所述第二层的下方，并且
其中所述多个第一腔室中的至少一个、所述一个或多个第二腔室中的至少一个、所述一个或多个第三腔室中的至少一个以及所述捕获区中的至少一个能够通过相对移动而连接。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的装置，进一步包括润滑剂，所述润滑剂位于所述第一层与所述中间层之间和/或所述第二层与所述中间层之间和/或所述第二层与所述第三层之间，如果存在所述第三层的话。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的装置，其中所述多个第一腔室中的一个或多个、所述一个或多个第二腔室中的至少一个或者所述一个或多个捕获区中的至少一个包括：样品、冲洗缓冲液、洗脱缓冲液、裂解剂、试剂、染料、稳定剂、蛋白质、核酸、过滤器、膜或标记物。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的装置，其中所述多个第一腔室中的一个或多个或者所述一个或多个第二腔室中的至少一个是孔、微通道或导管。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的装置，进一步包括注入端口，所述注入端口用于串联和/或按顺序填充所述多个第一腔室或者所述一个或多个第二腔室中的至少一个。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的装置，进一步包括接收腔室，所述接收腔室用于控制在所述多个第一腔室或者所述一个或多个第二腔室中的至少一个中的一种或多种流体的体积。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的装置，其中所述第一层与所述中间层被制作成单一的层，或者其中所述中间层与所述第二层被制作成单一的层。
19.一种系统，包括：
(i)装置，所述装置包括第一层和安置于所述第一层下方的中间层，所述第一层包括多个第一腔室和连接至所述多个第一腔室中的至少一个的通孔；以及
(ii)盖，该盖封闭具有体积V1的空腔并包围所述通孔，其中所述盖的关闭将所述空腔封闭，并施加与所述体积V1和具有体积V0的开放系统之间的体积差相称的压力。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述装置进一步包括第二层，所述第二层包括一个或多个第二腔室，并且所述第二层安置于所述中间层的下方。
21.根据权利要求19或20所述的系统，其中所述装置是根据权利要求1-18中任一项所述的装置。
22.根据权利要求19-21中任一项所述的系统，其中所述盖进一步包括与所述通孔相接合的皱纹泵、柔性膜或泵送杯。
23.根据权利要求19-22中任一项所述的系统，进一步包括与所述通孔相接合的改进的吸管吸头、改进的注射器或多孔海绵，用于填充所述多个第一腔室或者所述一个或多个第二腔室中的至少一个，如果存在所述第二腔室的话。
24.一种系统，包括：
(i)装置，所述装置包括第一层和安置于所述第一层下方的中间层，所述第一层包括多个第一腔室和连接至所述多个第一腔室中的至少一个的通孔；
(ii)包围所述装置的外壳系统，其中所述外壳系统包括进入端口，该进入端口连接至所述通孔，用于插入样品；以及
(iii)用于封闭所述外壳系统的帽，其中关闭所述帽导致将所述样品引入到所述通孔中和/或导致使所述第一层和/或所述中间层相对移动。
25.根据权利要求24所述的系统，其中关闭所述帽导致将所述样品引入，并导致使所述第一层和/或所述中间层相对移动。
26.根据权利要求24所述的系统，其中所述装置进一步包括第二层，所述第二层包括一个或多个第二腔室，并且所述第二层安置于所述中间层的下方。
27.根据权利要求24-26中任一项所述的系统，其中所述装置是根据权利要求1-18中任一项所述的装置。
28.根据权利要求24-27中任一项所述的系统，其中所述盖封闭具有体积V1的空腔并包围所述通孔，其中所述盖的关闭将所述空腔封闭，并施加与所述体积V1和具有体积V0的开放系统之间的体积差相称的压力。
29.根据权利要求24-28中任一项所述的系统，进一步包括配置用于在所述外壳内移动所述帽的弹簧机构或轨道系统。
30.一种制备和/或分析样品的方法，所述方法包括：
(i)提供根据权利要求1-18中任一项所述的装置或根据权利要求19-29中任一项所述的系统；
(ii)向所述装置或所述系统引入测试样品；以及
(iii)移动所述第一层、所述中间层和/或所述第二层，如果存在的话，从而导致样品制备和/或样品分析。
31.根据权利要求30所述的方法，进一步包括用所述一个或多个捕获区从所述样品中捕获一种或多种分析物。
32.根据权利要求31所述的方法，进一步包括移动所述中间层，该中间层要通过相对移动而连接至所述多个第一腔室中的至少一个或者所述一个或多个第二腔室中的至少一个。
33.根据权利要求32所述的方法，进一步包括使用冲洗缓冲液将所述一个或多个分析物冲洗至所述多个第一腔室中的至少一个或者所述一个或多个第二腔室中的至少一个中。
34.根据权利要求33所述的方法，进一步包括使用洗脱缓冲液将所述一个或多个分析物洗脱至所述多个第一腔室中的至少一个或者所述一个或多个第二腔室中的至少一个中。
35.根据权利要求30-34中任一项所述的方法，其中所述样品制备和/或样品分析包括以下步骤中的一个或多个步骤：将所述测试样品分割成单独的整分试样，过滤所述整分试样中的一个或多个，冲洗所述整分试样中的一个或多个，和/或在分割之后、过滤之后或冲洗之后量化所述一个或多个整分试样的体积。
36.根据权利要求30-35中任一项所述的方法，其中所述样品制备包括过滤、裂解、结合、冲洗、洗脱、分析和/或检测所述测试样品。
37.根据权利要求30-36中任一项所述的方法，其中所述样品制备包括核酸提取、核酸纯化、核酸富集、核酸的浓缩、蛋白质提取、蛋白质纯化、蛋白质富集、蛋白质的浓缩、细胞分离、样品富集、核酸扩增、核酸检测和/或蛋白质检测。
38.根据权利要求30-37中任一项所述的方法，其中所述样品分析伴随着蜂窝电话而发生。
39.根据权利要求38所述的方法，进一步包括使用所述蜂窝电话中继来自所述样品分析的结果。
40.根据权利要求30-39中任一项所述的方法，其中步骤(iii)导致对所述样品的自主分析。
41.根据权利要求30-40中任一项所述的方法，其中所述测试样品包括血液、血浆、血清、唾液、尿、粪便物、汗液、脊髓液、羊水、间质液、泪液、骨髓、拭子、组织样品、口腔漱口液样品、气溶胶、核酸、细胞、蛋白质和/或酶。
42.一种套组，包括：
(i)根据权利要求1-18中任一项所述的装置和/或根据权利要求19-29中任一项所述的系统；以及
(ii)收集器，所述收集器用于收集用于与所述装置搭配使用的样品。
43.根据权利要求42所述的套组，其中所述装置进一步包括样品、冲洗缓冲液、洗脱缓冲液、裂解剂、试剂、染料、干燥剂、稳定剂、蛋白质、核酸、过滤器、膜和/或标记物中的一种或多种。
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