CN104994955B - 用于操纵液滴中的样品的系统 - Google Patents

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Abstract

液滴操纵系统(40)包括基板(42)，基板(42)具有至少一个电极阵列(20)和中央控制单元(43)，中央控制单元(43)用于控制(一个或多个)电极阵列(20)中个别电极(44)的选择并且用于向电极(44)提供个别电压脉冲以通过电湿润来操纵液滴(23)。液滴操纵系统(40)被配置成在电极(44)顶部上接收工作膜(10)以当工作膜(10)放置于所述(一个或多个)电极阵列(20)上时，利用(一个或多个)电极阵列(20)来操纵液滴(23)中的样品。液滴操纵系统(40)的(一个或多个)电极阵列(20)的至少一个选定的个别电极(44)被配置成由光学检测系统的光穿透以对位于工作膜(10)上的液滴(23)中的样品进行光学检查或分析。本发明还公开了一种工作膜(10)，其将放置于所述(一个或多个)电极阵列(20)上，以及一种盒(1)，其包括这种工作膜(10)用于操纵在液滴(23)中的样品。

Description

用于操纵液滴中的样品的系统
相关专利申请
本申请涉及本申请者的共同待决的未公开的以下专利申请：2011年7月22日的US13/188,584；2012年6月29日的EP 12 174 408.0；2012年7月2日的JP 2012-148654；以及，2012年7月23日的CN 2012 10254865.1，这些专利申请的全部内容通过明确地参考用于所有目的而并入到本文中。
技术领域
本发明涉及一种液滴操纵系统和一种盒，盒具有聚合物膜以用于操纵在聚合物膜上的液滴中的样品。小液滴操纵系统可以包括这种盒、由基板支承的电极阵列和用于控制个别电极选择和用于向它们提供个别电压脉冲用于通过电湿润来操纵液滴的中央控制单元。
在各种领域，特别是科研、药物筛选或，法医学和医疗诊断领域中完善地确定了对于生物材料诸如组织样品或微生物，特别是核酸或蛋白质等的分析。发展了适当方法来用于不同目的，每种方法需要特殊的反应试剂和装置的特殊集合来执行相应方法。然而，将现有分析程序用于每种领域中存在的不同条件和要求仍然面临着挑战。例如在法医学中，通常只能提供相对少量的待分析材料。此外，这种材料量相当低，给涉及的人员带来额外挑战。因此，程序需要具体地适应这些条件。另一方面，对于实验室诊断程序而言，生物材料通常以充分的量提供，但根据要解决的潜在问题而单独地采取所需方法。
对于生物材料分析的第一步而言，需要本领域中熟知的方法。例如从犯罪现场(在法医学中)或者从患者(用于诊断目的)收集相关材料。这些材料可以是组织样品(诸如口腔黏膜细胞、毛囊)或者体液(诸如血液、唾液等)。然后这种起始材料需要进一步加工来使得核酸或蛋白质可用于分析。通常，溶解步骤最初用于这些目的，涉及例如施加热、特定酶活性和/或施加具体化学品。细胞溶解之后从额外细胞材料纯化相关的核酸或蛋白质。在需要分析核酸的情况下，可以提议核酸扩增步骤来增加样品产率。核酸扩增通常由聚合酶链式反应(PCR)来实现。这种方法允许使用序列特异引物而扩增具体预先限定的核酸序列。取决于要解决的问题，扩增的材料必须通过测序而被进一步分析。
随着这些方法的可靠性和简化的进步，例如通过使用套件，这些方法变成了这些不同领域中的标准程序。以及随着对于基于分子水平的诊断不断增加的需求，对于相关样品的自动化处理，始于初始生物样品直到最终分析，存在增加的需要。
相关的现有技术
自动化样品处置系统是本领域中众所周知的。一示例是来自本申请人(瑞士TecanSchweiz AG,Seestrasse 103,CH-8708Mannedorf)的reedom机器人工作站。这种装置能允许在独立仪器中或者与分析系统自动连接地进行自动液体处置。这些自动化系统通常需要更大量的液体(微升至毫升)来处理。它们也是不被设计成便携式的较大系统。
一种用来溶解和/或纯化生物样品的便携式装置从WO 2007/061943已知。使用布置于两侧上的电极在盒腔室内执行核酸的处理，因此通过电解、电穿孔、电渗透、电动力或电阻加热来处理生物材料。盒还包括筛选基质或隔膜。通过使用充分的缓冲剂和其它试剂，与施加电极组合，能在腔室内执行各种反应，并且所希望的产品例如可以被导向至收集隔膜。如果分析核酸的序列，并行分析的序列数量限于探针数量。通常，能被处理的探针数量限于相关仪器能并行检测的四个不同波长。盒本身可以放置于整合的系统内，整合的系统包括所需的控制元件和能源。尽管这种盒提供至少部分地电子控制样品处理的系统，仍然需要研究者或技术实验室工作人员的干预。
应对生物样品的自动化处理的其它方案源自微流体领域。这个技术领域大体上涉及少量液体(通常呈微米级或纳米级形式)的控制和操纵。在通道系统中的液体移动是本身已知的，例如受到固定装置中的微泵或者旋转实验室器具中的离心力控制。在数字微流体系统中，限定的电压被施加到电极阵列的电极，使得个别液滴被定址(电湿润)。对于电湿润方法的一般概述，请参看Washizu,IEEE Transactions on Industry Applications,第34卷，No.4,1998,和Pollack等人，Lab chip,2002,第2卷,96-101。简言之，电湿润指使用微电极阵列(优选地被疏水性层覆盖)来移动液滴的方法。通过向电极阵列的电极施加限定的电压，引起在定址电极上存在的液滴的表面张力变化。这导致在定址电极上小滴接触角的显著变化，因此小滴移动。对于这种电湿润程序，已知布置这些电极的两种主要方式：使用具有电极阵列的单个表面来引起液滴移动或者添加第二表面，第二表面与类似电极阵列相对并且设置至少一个接地电极。电湿润技术的主要优点在于仅需要少量液体，例如，单个小滴。因此能在显著更短的时间执行液体处理。而且，液体移动的控制完全可在电子控制之下，导致样品的自动化处理。
使用具有电极阵列的单个表面(电极的单平面布置)进行电湿润的液滴操纵装置从美国专利No.5,486,337已知。所有电极放置于载体基板的表面上，下放到基板内，或者被不可湿润的表面覆盖。电压源连接到电极。通过向随后的电极施加电压来使小滴移动，因此根据向电极的电压施加顺序来引导液滴在电极上方的移动。
使用带有至少一个接地电极的相对表面的电极阵列对液滴移动进行微米级控制的电湿润装置从US 6,565,727(电极的双平面布置)已知。这种装置的每个表面可以包括多个电极。电极阵列的驱动电极优选地由位于每个单个电极边缘处的突出部布置成彼此相互交错关系。两个相对阵列形成间隙。导向至间隙的电极阵列的表面优选地被电绝缘疏水层覆盖。液滴定位于间隙中并且通过向定位于该间隙的相对位点上的多个电极连续地施加多个电场而在单极填料流体内移动。
在处理生物样品的情形下操纵液滴的这种电湿润装置的使用从美国专利申请No.2007/0217956 Al已知。在这里建议例如通过热循环在印刷电路板上扩增核酸。通过在参考电极与一个或多个驱动电极之间施加电势而在电极阵列上运输小滴。样品放置于印刷电路板上的储集器内，并且小滴在印刷电路板上分配。
然而，上文所提到的装置都不允许完全自动地处理核酸，以较小体积规模从收集的材料开始直到最终分析。所提出的装置的额外缺点是由于电极阵列的这种布置的性质，通常生产起来较为昂贵，因此在使用中是不是一次性的。然而，对于不同的生物样品和应用持续地再使用相同装置带来交叉污染相关样品的风险，这将导致错误的结果。因此，这些装置不适合于高处理量的化验。
带有聚合物膜以操纵聚合物膜上的液滴中的样品的容器从WO2010/069977Al已知：生物样品处理系统包括用于较大体积处理的容器和平坦聚合物膜，平坦聚合物膜具有下表面和疏水性上表面。平坦聚合物膜由突起保持离容器的底侧一定距离。当容器定位于膜上时，这个距离限定至少一个间隙。液滴操纵仪器包括用于引起液滴移动的至少一个电极阵列。支承至少一个电极阵列的基板也公开为用于液滴操纵仪器的控制单元。容器和膜可逆地附着到液滴操纵仪器上。该系统因此允许至少一个液滴从至少一个井状结构通过容器的通道移位到平坦聚合物膜的疏水性上表面上并且到至少一个电极阵列上方。液滴操纵仪器通过电湿润而实现了对于平坦聚合物膜的疏水性上表面上的所述液滴的引导移动的控制和在那里处理生物样品。
发明目的和概要
本发明的目的在于提供一种带有电极阵列的替代液滴操纵系统，工作膜可以定位于电极阵列上，液滴操纵系统被配置成操纵液滴中的样品并且对放置于电极阵列上的工作膜上的这些样品进行光学检查。
根据第一方面实现了这个目的，其中，提议包括基板和电极阵列的液滴操纵系统，工作膜可以定位于电极阵列顶部上以操纵工作膜上的液滴中的样品。本发明的液滴操纵系统包括基板，基板带有至少一个电极阵列和中央控制单元，中央控制单元用于控制(一个或多个)电极阵列的个别电极的选择和通过向电极提供个别电压脉冲以通过电湿润来操纵液滴。本发明的液滴操纵系统的特征在于其被配置成在电极顶部上接纳工作膜以在工作膜放置于所述(一个或多个)电极上时利用(一个或多个)电极阵列来操纵液滴中的样品，并且液滴操纵系统的(一个或多个)电极阵列的至少一个选定个别电极被配置成由光学检测系统的光穿透以对位于工作膜上的液滴中的样品进行光学检查或分析。
替代地，工作膜可以由盒包括，盒将放置于电极阵列上，或者工作膜可以单独地设置于电极阵列顶部上。
根据第二方面实现了这个目的，其中提出了一种液滴操纵系统，其包括基板和电极阵列，带有工作膜的盒可以定位于电极阵列顶部上以在盒的工作膜放置于电极阵列上时利用电极阵列来操纵液滴中的样品。盒的特征在于其包括：
a)主体，其包括上表面、下表面以及多个井状结构，井状结构被配置成在其中保持试剂或样品；
b)可柔性变形的顶部结构，其不可渗透液体并且被配置成密封井状结构的顶侧；
c)可刺穿的底部结构，其不可渗透液体并且被配置成密封井状结构的底侧；
d)工作膜，其位于主体的下表面下方，工作膜不可渗透液体并且包括疏水性上表面；
e)周围间隔件，其位于主体的下表面下方并且将工作膜连接到主体,；
f)在主体的下表面与工作膜的疏水性上表面之间的间隙，间隙由周围间隔件限定；以及
g)多个刺穿元件，其位于可刺穿的底部结构下方并且被配置成刺穿该可刺穿的底部结构以从井状结构向间隙内释放试剂或样品。
在每种情况下从附属权利要求得到额外和创新性特点。
根据本发明的盒的优点包括：
·液滴操纵系统可以用来在对被操纵或保持在工作膜上的适当位置的液滴中的样品执行分析时进行顶部和/或底部读取，即使在液滴位于两个表面之间的间隙中时。
·利用液滴操纵系统的电极阵列的至少一个选定个别电极，可以由光学检测系统的光来辐照位于电极上的工作膜上的液滴中的样品，电极在光学上是透明的或者是带有通孔的光学通路电极。
光学透明电极或光学通路电极可以位于电极阵列的任何位点，例如，在电极路径内或者在液滴操纵系统的网格状电极阵列内。
·盒被设计成物理地匹配许多不同的化验并且因此是多种不同化验通用的。
·一次性盒被设计成仅单次使用并且被设置为预先加载数目和量足以用于计划的化验的制备处理液体和/或试剂。
·盒被设计成安全地吸收样本诸如口腔拭子头、组织或吸墨纸片，液体样品诸如血液等。
电极阵列与盒完全分离并且可以很多次再使用。
·电极阵列优选地根据待执行的试验而具有变化的设计。
·电极阵列并未由样本材料、样品或试剂触及并且因此一直是清洁的。
·利用根据本发明的盒和系统，单个样品可以分成多个液滴。这允许：
·单个小滴的个别操纵：
·在这些小滴中每一个中执行单独反应；
·不同地并且个别地处理每个小滴；例如，可以执行核酸扩增并且可以分析每个小滴中的核酸中的不同单核苷酸多态性(SNP)；
·样品小滴中的某些可以处理以核酸分析并且来自同一样品的其它小滴可以被提供用于免疫测定或参考样品。
附图说明
现将借助于附图，更详细地解释根据本发明用于操纵液滴中的样品的盒和系统，附图示出了本发明的优选示例性实施例并且并不计划用于缩小本发明的范围。在附图中示出了：
图1是根据第一实施例的框架结构盒的竖直截面图，具有被底部部分闭合的中央开口，具有多个井状结构和由单独周围间隔件接触的工作膜；盒几乎与系统的电极阵列接触以进行液滴操纵；
图2是根据第二实施例的板状结构盒的竖直截面图，具有多个井状结构和由整合周围边沿接触的工作膜；盒几乎与液滴操纵系统的电极阵列接触；
图3是根据第三实施例的框架结构盒的竖直截面图，具有跨主体的中央开口，具有多个井状结构和由单独周围间隔件接触的工作膜；盒几乎与液滴操纵系统的电极阵列接触；
图4是根据图3的实施例的框架结构盒的竖直截面图；盒与液滴操纵系统的电极阵列接触；一个井状结构的周围底部结构打开并且其内含物中的某些被压入到工作膜与覆盖层之间的间隙内；
图5是根据第四实施例的框架结构盒的竖直截面图，具有跨主体的中央开口，具有多个井状结构和由单独周围间隔件接触的工作膜；盒与液滴操纵系统的电极阵列接触；一个井状结构的可刺穿底部结构是打开的并且其内含物中的某些被压入到工作膜与覆盖层之间的间隙内，覆盖层在此处被配置成刚性覆盖物；
图6是根据第三实施例或第四实施例的框架状盒的三维顶视图，其中吸入装置处于被动位置；
图7是根据图6的第三实施例或第四实施例的框架状盒的底视图，其中吸入装置处于被动位置；
图8是根据第三实施例或第四实施例的框架状盒的样本吸入件的三维视图，其中其示出：
图8A是框架状盒的样本吸入件的半截面图，其中部分插入的吸入装置处于主动位置；
图8B是具有的框架状盒的样本吸入件的半截面图，其中部分插入的吸入装置处于主动位置；
图9是根据第三实施例或第四实施例，用于液滴操纵的系统的电极布局的顶视图，其被配置成接收框架状盒，该布局特别地被配置成匹配细胞材料的溶解，DNA片段的提取和PCR扩增，基因分型的杂交实验和光学检测；
图10是两个电极阵列的局部顶视图，每一个配备至少一个选定电极，选定电极被配置成用于对液滴中的样品执行光学检查或分析，其中:
图10A示出了第一实施例的两个光学通路电极，具有启用或停用的侧部电极，并且
图10B示出了第二实施例的两个光学通路电极,具有启用或停用的侧部电极，
图11是两个电极阵列的局部顶视图，每一个设有至少一个选定电极，电极被配置成用于对液滴中的样品进行光学检查或分析，其中：
图11A示出了无侧部电极的第三实施例和第四实施例的光学通路电极；以及
图11B示出了两个光学透明电极，一个在网格状电极阵列内并且一个在单个电极路径内。
具体实施方式
图1示出了根据第一实施例的框架结构盒1的竖直截面图，具有被底部部分16闭合的中央开口14，具有多个井状结构5和工作膜10，工作膜10由周围间隔件9接触，周围间隔件9被配置为单独周围元件9"。盒几乎1与液滴操纵系统的电极阵列接触。
这个盒1包括工作膜10，当盒1的工作膜10放置于所述电极阵列20上时，利用电极阵列20来操纵液滴中的样品。这个盒1还包括主体2，该主体2优选地包括基本上平坦的下表面4。根据第一实施例，主体2被配置为带有中央开口14的框架结构2"。主体2包括上表面3、下表面4和多个井状结构5，井状结构5被配置成在其中保持试剂6或样品6'。优选地，主体2的材料是惰性塑料材料，其不可渗透液体并且并不吸收或干扰包含于井状结构5中的液体或样品。用于将主体2注射模制为框架结构2"形式的优选材料包括环烯共聚物(COC)、环烯聚合物(COP)、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯和玻璃。并非注射模制的优选生产技术包括切割和/或冲压例如聚四氟乙烯(PTFE)。
这个盒1还包括可柔性变形的顶部结构7，顶部结构7不可渗透液体并且被配置成密封井状结构5的顶侧。优选地并且如所描绘那样，可柔性变形的顶部结构7被配置为柔性箔，柔性箔密封地附着到框架结构2"的上表面3。柔性箔优选地由弹性体材料诸如橡胶或热塑性弹性体(TPE)隔膜制成并且优选地通过焊接而密封地附着到框架结构2"的上表面3上。替代地，可柔性变形的顶部结构7被配置为主体2的柔性顶部，主体2的柔性顶部整合于框架结构2"(未图示)中。在此情况下，主体材料优选地是TPE。
这个盒1还包括可刺穿的底部结构8，可刺穿的底部结构8不可渗透液体并且被配置成密封井状结构5的底侧。优选地并且如所描绘的那样，可刺穿的底部结构8被配置为主体2的可刺穿的底部部分，主体2整合于框架结构2"中。在此情况下，主体材料优选地是TPE。替代地，可刺穿的底部结构8被配置为可刺穿的箔，其密封地附着到框架结构2"(未图示)的下表面4上。在此情况下，可刺穿的箔优选地由弹性体材料制成，诸如橡胶或热塑性弹性体(TPE)隔膜。
这个盒1还包括位于主体2、2"的下表面4下方的工作膜10。工作膜10不可渗透液体并且包括疏水性上表面11，小滴在疏水性上表面11上通过电湿润技术移动。
根据第一优选实施例，工作膜10被配置为疏水材料的单层：
在图1所描绘的优选是实施例中，单层疏水材料也是电绝缘的(使得工作膜10与电极阵列20的个别电极44中每一个电隔离)。因此，盒1能直接放置成其工作膜10在电极阵列20的顶部上，而无需任何额外电介质层。用于生产这种优选电介质/疏水性工作膜的优选材料选自：氟化乙烯丙烯(FEP)诸如聚全氟(乙烯-丙烯)共聚物；全氟烷氧基聚合物和共聚物(PFA)；环烯聚合物和共聚物(COP)；以及聚乙烯(PE)。
然而，如果单层疏水材料并不是电绝缘的(使得工作膜10将造成在电极阵列20的个别电极44之间短路)，盒1必须放置成其工作膜10在电极阵列20的顶部上，额外电介质层位于电极阵列20与工作膜10之间(参看例如图5)。这些额外电介质层可以附着到工作膜10的下表面上或者个别电极44的表面水平48(如在图5中)。替代地，额外电介质层可以设置为单独电介质薄片，在盒1和其工作膜10(未图示)放置于电极阵列20上之前，电介质薄片放置于电极阵列20上。用于生产单层疏水性非电介质材料的工作膜10的优选材料例如是聚四氟乙烯(PTFE)。
根据第二优选实施例，工作膜10被配置为单层不导电材料，其上表面11被处理为疏水性的。盒1可以直接放置成其工作膜10在电极阵列20的顶部上，而无需任何额外电介质层。这种处理可以利用硅烷来涂布不导电材料的单层(Marcia Almanza-Workman等人2002)。
根据第三优选实施例，工作膜10被配置为层合件，其包括下层和疏水性上层，下层是导电的或不导电的：
类似于图1所示，工作膜10的层合件优选地包括电介质下层和疏水性上层，使得工作膜10电隔离电极阵列20的个别电极44中的每一个。替代地，第三层疏水性材料可以层合到电介质层的下侧上从而形成夹层结构，其包括位于两个疏水性层之间的电介质层。在任何情况下，盒1可以直接放置成其工作膜10在电极阵列20的顶部上而无需任何额外电介质层。用来生产这种包括至少一种电介质和至少一种疏水性层的优选层合工作膜10的优选材料组合例如选自氟化乙烯丙烯(FEP)诸如聚全氟乙烯-丙烯共聚物用于疏水性层和聚酰亚胺(PI)如杜邦的用于电介质层。
然而，如果工作膜10的层合件包括非电介质材料的下层(使得工作膜10将造成电极阵列20的个别电极44之间短路)，盒1必须放置成其工作膜10在电极阵列20的顶部上，额外电介质层位于电极阵列20与工作膜10之间。这种额外电介质层可以附着到工作膜10的下表面上或者个别电极44(未图示)的上表面或表面水平48上。替代地，额外电介质层可以设置为单独电介质薄片，在盒1和其工作膜10放置于电极阵列20上之前(参看图10和图11)，单独电介质薄片放置于电极阵列20上。
如果实际上需要在液滴操纵的系统40的电极阵列20与盒1发明的工作膜之间放置额外电介质层或者如果没有这种需要，可优选地用额外电介质层来覆盖电极阵列，仅为了便于清洁液滴操纵系统40的电极阵列20和防止个别电极湿润(电连接)氧化或损坏。
这个盒1还包括周围间隔件9，周围间隔件9位于主体2、2'、2"的下表面下方并且将工作膜10连接到主体2、2'、2"。这个盒1还包括在主体2、2'、2"的下表面4与工作膜10的疏水性上表面11之间的间隙12。这个间隙12由周围间隔件9限定。优选地，周围间隔件9被配置为周围边沿9'，周围边沿9'包围间隙12的区域并且与主体2一体地形成(参看图2)。替代地并且如在图1中所示，周围间隔件9被配置为单独周围元件9"，其包围间隙12并且附着到主体2的下表面4，主体2在此处被配置为框架结构2"。如所描绘的那样，工作膜10优选地附着到框架结构2"的单独周围元件9"。
优选地并且如所需要那样大和多地，盒1包括中间间隔件15，中间间隔件15位于间隙12的区域内并且附着到框架结构2"的主体2的下表面4上。这些中间间隔件优选地具有与单独周围元件9"相同的高度并且优选地限定相同的间隙尺寸。
这个盒1还包括多个刺穿元件13，刺穿元件13位于可刺穿的底部结构8下方并且被配置成刺穿可刺穿的底部结构8以将试剂或样品6、6'从井状结构5释放到间隙12内。在如图1所描绘的盒的实施例中，刺穿元件13位于间隙12的区域内并且与间隔件9一体地形成，间隔件9被配置为单独环状元件9"并且包围间隙12。优选地，刺穿元件13位于井状结构5或者吸入凹部下方并且被配置成当由液滴操纵系统40的促动元件41促动时刺穿至少可刺穿的底部结构8。促动元件41优选地由引导通道45来引导其移动。
优选地，框架结构2"的中央开口14被配置为主体2的上表面3中的凹陷，使得与框架结构2"一体地形成的主体2的底部部分16形成主体2的基本上平坦的下表面4。因此，在图1中示出间隙12在主体2的下表面4与工作膜10的上疏水性表面11之间延伸。
优选地，基板42包括至少一个光纤21以使光到间隙12中的小滴12(此处仅以虚线示出)和/或用于引导光远离间隙12中的小滴23。在图1中，所谓的底部读取光学系统由光纤21指示。利用这种光学系统，源自光源(未图示)的激发光可以通过个别电极44，个别电极44在光学上是透明的(未图示)或者包括通孔(示出)。激发光然后穿透工作膜10，工作膜10需要在光学上透明并且激发光进入小滴23，在小滴23中具有样品材料。如果样品材料包括荧光团，这个荧光团将发射荧光，然后荧光将被光学底部读取系统和连接到光学底部读取系统的检测器检测到。因此，在图1所示的实施例中的底部读取系统被配置成向样品发送激发光并且接收由样品发射的荧光。优选地，光纤21整合到用于操纵小滴的系统40的电极阵列20的基板42内。这个基板还包括电线，电线联结个别电极44与系统40的中央控制单元43。
图2示出了根据第二发明实施例的盒1的竖直截面图，其具有主体2，主体2被配置为板状结构2'。这个盒1包括多个井状结构5和工作膜10，工作膜10由整合的周围边沿9'与主体2接触。盒1几乎与液滴操纵的系统40的电极阵列20接触。
这个盒1还包括工作膜10，当盒1的工作膜10放置于所述电极阵列20上时，利用电极阵列20来操纵液滴中的样品。这个盒1还包括主体2，该主体2优选地包括基本上平坦的下表面4。根据第二实施例，主体2被配置为板状结构2'。主体2包括上表面3、下表面4和被配置成在其中保持试剂6或样品6'的多个井状结构5。类似于第一实施例的框架结构，主体2的材料优选地是惰性塑料材料，其不可渗透液体并且并不吸收或干扰包含于井状结构5中的液体或样品。用于将主体2注射模制为框架结构2"的相同塑料材料也优选地用于生产此实施例的板状结构2'。
这个盒1还包括可柔性变形的顶部结构7，可柔性变形的顶部结构7不可渗透液体并且被配置成密封井状结构5的顶侧。优选地，如在图2中所描绘，可柔性变形的顶部结构7被配置为整合到板状结构2'中的主体2的柔性顶部。用于主体2和柔性顶部的注射模制材料是TPE。替代地，可柔性变形的顶部结构7被配置为柔性箔，其密封地附着到板状结构2'的上表面3上。柔性箔优选地由弹性体材料制成，诸如橡胶或热塑性弹性体(TPE)隔膜并且优选地通过焊接而密封地附着到板状结构2'的上表面3上。
这个盒1还包括可刺穿的底部结构8，其不可渗透液体并且被配置成密封井状结构5的底侧。优选地并且如所描绘的那样，可刺穿的底部结构8被配置为可刺穿的箔，其密封地附着到板状结构2'的下表面4上。这种可刺穿的箔优选地由弹性体材料诸如橡胶或热塑性弹性体(TPE)隔膜制成。替代地，可刺穿的底部结构8被配置为整合于板状结构2'(未图示)中的主体2的可刺穿的底部部分。在此情况下，主体材料优选地是TPE。
这个盒1还包括位于主体2、2"下表面4下方的工作膜10。工作膜10不可渗透液体并且包括疏水性上表面11，通过电湿润技术，小滴将在疏水性上表面11上移动。如关于图1所描述的工作膜10以及额外电介质层的所有实施例也优选地用于在图2中所描绘的盒。
这个盒1还包括周围间隔件9，周围间隔件9位于主体2、2'、2"的下表面4下方并且将工作膜10连接到主体2、2'、2"。这个盒1还包括在主体2、2'、2"的下表面4与工作膜10的疏水性上表面11之间的间隙12。这个间隙12由周围间隔件9限定。此处，周围间隔件9优选地被配置为周围边沿9'，周围边沿9'包围间隙12的区域并且与主体2一体地形成。替代地并且如在图1中所示，周围间隔件9被配置为单独周围元件9"，单独周围元件9"包围间隙12并且附着到主体2的下表面4上，主体2的下表面4被配置为框架结构2"。如所描绘的那样，工作膜10优选地附着到板状结构2'的周围边沿9'。
优选地，并且如所需要那样大和那样多，盒1包括中间间隔件15，中间间隔件15位于间隙12的区域内并且与板状结构2'一体地形成。这些中间间隔件15优选地具有与周围边沿9'相同的高度并且优选地限定相同的间隙尺寸。
这个盒1还包括多个刺穿元件13，刺穿元件13位于可刺穿的底部结构8下方并且被配置成刺穿该可刺穿的底部结构8以将试剂或样品6、6'从井状结构5释放到间隙12内。在图2所描绘的盒的实施例中，刺穿元件13位于间隙12的区域内并且靠近周围边沿9'。刺穿元件13此处附着到周围边沿9'上和/或板状结构2'的主体2的下表面4上。优选地，刺穿元件13位于井状结构5或者吸入凹部下方并且被配置成当由液滴操纵系统40的促动元件41促动时刺穿至少可刺穿的底部结构8。促动元件41优选地由引导通道45来引导其移动。
优选地，盒1包括至少一个光纤21，其使光进入到间隙12中的小滴23(此处仅以虚线指示)和/或引导光远离间隙12中的小滴23。在图2中，所谓的顶部读取系统以光纤21指示。利用这种光学系统，源自光源(未图示)的激发光可以直接到小滴23内，样品材料在小滴23中。如果样品材料包括荧光团，这个荧光团将发射荧光，然后荧光将被光学顶部读取系统和连接到光学顶部读取系统的检测器检测到。因此，在图2所示的实施例中的顶部读取系统被配置成向样品发送激发光并且接收由样品发射的荧光。优选地，光纤21整合到盒1的主体2内。如在图1中已经示出的那样，基板42还包括电线，电线联结个别电极44与该系统40的中央控制单元43。
图3示出了穿过根据第三实施例的框架结构盒1的竖直截面图，具有跨主体2的整个高度上的中央开口14。盒1包括多个井状结构5和工作膜10，工作膜10由间隔件9接触，间隔件9被配置为单独周围元件9"。盒1几乎与液滴操纵系统40的电极阵列20接触。
这个盒1包括工作膜10，当盒1的工作膜10放置于所述电极阵列20上时，利用电极阵列20来操纵液滴中的样品。这个盒1还包括主体2，该主体2优选地包括基本上平坦的下表面4。根据第三实施例，主体2被配置为框架结构2"，具有跨主体2的整个高度延伸的中央开口14。主体2包括上表面3、下表面4和多个井状结构5，井状结构5被配置成在其中保持试剂6或样品6'。
主体2的框架结构2"的下表面4并不是完全平坦的：主体2包括向下延伸的外部部分53。作为具有呈单独周围元件9"形式的完全平坦间隔件9的替代，此实施例包括单独周围元件9"，单独周围元件9"根据主体2的下表面向下弯曲。
适应盒1的这种特殊下表面的基板42包括相对于电极44的表面水平48偏移的表面49使得主体2、2'、2"或者盒1的间隔件9(工作膜10附着于其上)的至少一部分可以移动超过电极44的表面水平48以拉伸在电极44上的工作膜10。
优选地，主体2的材料为惰性塑料材料，其不可渗透液体并且并不吸收或干扰包含于井状结构5中的液体或样品。用于将主体2注射模制为图1的框架结构2"的相同塑料材料也优选地用于生产此实施例的框架结构2"。
这个盒1还包括可柔性变形的顶部结构7，可柔性变形的顶部结构7不可渗透液体并且被配置成密封井状结构5的顶侧。优选地并且如所描绘的那样，可柔性变形的顶部结构7被配置为柔性箔，柔性箔对应于图1中的柔性箔。
这个盒1还包括可刺穿的底部结构8，可刺穿的底部结构8不可渗透液体并且被配置成密封井状结构5的底侧。优选地并且如所描绘的那样，可刺穿底部结构8被配置为可刺穿的覆盖层19。这个覆盖层19被配置为可刺穿的箔，其密封地附着到框架结构2"的下表面4上使得覆盖层19闭合在与工作膜10相对侧部上的间隙12。优选地，覆盖层19的下表面基本上与框架结构2"的下表面4齐平。
优选地，覆盖层19是导电的并且至少在朝向间隙12的表面上是疏水性的。覆盖层也可被选择成使得覆盖层19的材料是导电的并且疏水的材料，例如PTFE。在导电覆盖层19的此情况下，盒1优选地包括电接地连接54，电接地连接54连接到覆盖层19并且可以附着到用于液滴操纵的系统40的接地电位源。
这个盒1还包括位于主体2、2"下表面4下方的工作膜10。工作膜10不可渗透液体并且包括疏水性上表面11，通过电湿润技术，小滴将在疏水性上表面11上移动。如关于图1和2所描述的工作膜10以及额外电介质层的所有实施例也优选地用于在图3中所描绘的盒。
这个盒1还包括周围间隔件9，周围间隔件9位于主体2、2'、2"的下表面4下方并且将工作膜10连接到覆盖层19和主体2、2'、2"。这个盒1还包括在覆盖层19与工作膜10的疏水性上表面11之间的间隙12。这个间隙12由周围间隔件9限定。此处，周围间隔件9被配置为单独周围元件9"，单独周围元件9"包围间隙12的区域(与图1相比较)。如所描绘的那样，工作膜10优选地附着到框架结构2'的单独周围元件9"。
优选地并且如所需要那样大和多地，盒1包括中间间隔件15，中间间隔件15位于间隙12的区域内并且附着覆盖层19的下表面和/或工作膜10的疏水性上表面11上。这些中间间隔件15优选地具有与单独周围元件9"相同的高度并且优选地限定相同的间隙尺寸。
这个盒1还包括多个刺穿元件13，刺穿元件13位于井状结构5下方和吸入凹部下方并且被配置成刺穿覆盖层19以将试剂或样品6、6'从井状结构5或吸入凹部释放到间隙12内。在图3所描绘的盒的实施例中，刺穿元件13的定位与图1所示相似。优选地，刺穿元件13由液滴操纵系统40的促动元件41来促动。促动元件41优选地由引导通道45来引导其移动。
此处，框架结构2"的中央开口14被配置为从主体2e 2"的上表面3到下表面4的通孔。此处，覆盖层19形成主体2的基本上平坦下表面4。
优选地，基板42包括至少一个光纤21以使光到间隙12中的小滴12内(此处仅以虚线示出)和/或用于引导光远离间隙12中的小滴23。作为补充或作为替代，可优选地在覆盖层19中在与间隙12相对的位置设置窗口22，窗口22与光纤21的进/出开口对齐。因此，由图3的实施例来允许底部读取(与图1相比较)和/或顶部读取(与图2相比较)。优选地，光纤21整合到操纵小滴的系统40的电极阵列20的基板42内。这种基板还包括电线，电线电连接个别电极44与系统40的中央控制单元43。
图4示出了穿过根据图3的第三实施例的框架结构盒1的竖直截面图。盒1与用于液滴操纵系统40的电极阵列20接触。呈覆盖层19形式的可刺穿的底部结构向一个井状结构5打开并且其内含物中的某些被压入到工作膜10与覆盖层19之间的间隙12内。
类似于图3的基板42，基板42此处包括抵接表面47，抵接表面47相对于电极44的表面水平48偏移使得盒1的单独周围元件9"(工作膜10附着于其上)可以移动超过电极44的表面水平48以额外地拉伸在电极44上的工作膜10。
在用于液滴操纵的系统40的此优选实施例中，夹持机构52将盒1和其工作膜10压到电极44的表面48上和基板42的表面49上。
图5示出了根据第四实施例的框架结构盒1的竖直截面图，具有跨主体2的中央开口14，具有多个井状结构5和由单独周围间隔元件9"接触的工作膜10。盒1与用于液滴操纵的系统40的电极阵列20接触。一个井状结构的可刺穿的底部结构8(吸入凹部25)打开并且其内含物中的某些被压入到工作膜10与覆盖层19之间的间隙12内，覆盖层19被在此处被配置为刚性覆盖物17。用于这种刚性覆盖物的材料优选地是一种基于购自杜邦的聚对苯二甲酸乙二酯的透明柔性聚酯箔。刚性覆盖物17可以在其底侧上涂布氧化铟锡(ITO)层以向刚性覆盖物17提供导电层，导电层可以连接到用于液滴操纵的系统40的接地电位源。这个图5还描绘了用于液滴操纵的系统40，其包括盒1和电极阵列20。
这个盒1包括工作膜10，当盒1的工作膜10放置于电极阵列20上时，利用电极阵列20来操纵液滴23中的样品。这个盒1还包括主体2，主体2优选地包括基本上平坦的下表面4，基本上平坦的下表面4此处由刚性覆盖物17构成。根据第四实施例，主体2被配置为框架结构2"，框架结构2"具有跨主体2的整个高度延伸的中央开口14。主体2包括上表面3、下表面4和多个井状结构5和吸入凹部25，吸入凹部25被配置成在其中保持试剂6或样品6'。
优选地，主体2的材料是惰性塑料材料，其不可渗透液体并且其并不吸收或干扰包含于井状结构5中的液体或样品。用于将主体2注射模制为图1、图3和图4的框架结构2"的相同塑料材料也优选地用于生产此实施例的框架结构2"。
这个盒1还包括可柔性变形的顶部结构7，其不可渗透液体并且其被配置成密封井状结构5的顶侧。优选地并且如所描绘的那样，可柔性变形的顶部结构7被配置为柔性箔，柔性箔对应于图1、图3和图4中的柔性箔。
这个盒1还包括可刺穿的底部结构8，可刺穿的底部结构8不可渗透液体并且被配置成密封井状结构5和吸入凹部25的底侧。优选地并且如所描绘的那样，可刺穿的底部结构8被配置为可刺穿的箔，可刺穿的箔密封地附着(例如，通过焊接)到主体2的下表面4上。这种可刺穿的箔优选地由弹性体材料诸如橡胶或热塑性弹性体(TPE)隔膜制成。替代地，可刺穿的底部结构8被配置成整合到板状结构2'(与图1相比较)中的主体2的可刺穿的底部部分。在那种情况下，主体材料优选地是TPE。
为了允许刺穿元件13刺穿可刺穿的底部结构8，刚性覆盖物17包括覆盖孔18，刺穿元件13易于穿过覆盖孔18到达可刺穿的箔。优选地，工作膜10是柔性的使得预期不会出现液体从间隙12的泄漏。关于图1至图4所描述的工作膜10以及额外电介质层的所有实施例也优选地用于图5中所描绘的盒。
适应盒1的这个平坦下表面的基板42包括表面49，表面49基本上与电极44的表面水平48齐平使得工作膜10在电极44上拉伸。电绝缘膜、层或覆盖物50施加到电极44的表面48和基板42的表面上。这种电绝缘膜、层或覆盖物50优选地是电介质层，其不可移除地涂布用于液滴操纵的系统40的电极44和基板42。然而，也优选地将额外电介质层提供为可移除的电绝缘层或覆盖物50，其能在需要时被替换。
这个盒1的间隔件9、15对应于图1中的间隔件9、15和刺穿元件13并且限定在工作膜10的刚性覆盖物17与工作膜10的疏水性上表面11之间的间隙。优选地，刺穿元件13由液滴操纵的系统40的促动元件41促动。促动元件41优选地由引导通道45引导其移动。如所描绘的那样，刚性覆盖物17具有与框架结构2"基本上相同的延伸部并且包括位于井状结构5下方的多个孔18。孔18的大小和形状足以允许弯曲的刺穿元件13抵接并且刺穿井状结构5的相应可刺穿的底部结构8。
在一替代实施例中，盒1包括刚性覆盖物17和覆盖层19(覆盖层19作为可刺穿的底部结构8替换可刺穿的箔)。刚性覆盖物17和覆盖层19附着到框架结构2"上使得刚性覆盖物17闭合工作膜10相对侧部上的间隙12，刚性覆盖物17的下表面与框架结构2"的下表面4基本上齐平。覆盖层19(在图5中未示出)优选地放置于刚性覆盖物17与主体2的下表面4之间。
优选地，促动元件41被配置为柱塞，其可在引导通道45内可滑动地移动并且由搅拌机构46搅拌。还优选地，用于搅拌促动元件41的搅拌机构46被配置为腊泵囊、螺线管驱动或夹持机构驱动的杠杆51之一。还优选地用于搅拌这些促动元件41的搅拌机构46被配置成夹持机构驱动的杠杆51并且夹持机构52手动驱动并且被配置成将盒1的主体2、2'、2"压到液滴操纵的系统40的基板42上和电极阵列20上。替代地，夹持机构52是马达驱动的。
图6示出了根据第三实施例或第四实施例的框架状盒1的三维顶视图，其中吸入装置26处于被动位置。盒1的主体2、2"优选地包括样本吸入件24，样本吸入件24包括吸入凹部25和吸入装置26，吸入装置26至少部分地可以定位于吸入凹部25中的主动位置。这个样本吸入件24被配置成引入口腔拭子头55或包括样品的其它材料用于研究。
图6还示出了在盒左侧上的主体2的横杆中多个不同大小的井状结构5用于预先沉积试剂和其它液体如洗涤液。在主体2后部上的纵向杆中示出了很长的井状结构5，其被配置成接收预先沉积的油。油在使样品滴进入到间隙12内之前用于填充间隙12。利用不与通常包含在水滴中的样品混溶并且惰性的油(例如，硅油)来完全填充间隙12是可选的。如从图6可以看出，可以根据执行特定化验的实际需要来选择井状结构5的大小。被配置成不可渗透液体的箔的可柔性变形的顶部结构7密封井状结构5的侧部。柔性箔例如通过激光焊接而密封地附着到框架结构2"的上表面上。
在主体2前部上的纵向杆中示出了用于引入体液样品(如血液、唾液等)的替代吸入凹部25'。这个替代吸入凹部25'优选地在其顶侧被不可渗透液体的箔密封，但也可以利用医疗注射器的针刺穿，并且是柔性的以在利用刺穿元件13从盒1的底侧刺穿了可刺穿的底部结构8之后由活塞状促动元件推动以将样品推入到盒1的间隙12内。用于密封替代吸入凹部25'的顶侧的箔的材料优选地是橡胶。
在盒的右前中心，描绘了玻璃料56，玻璃料56位于通道中，向下到达主体2的下表面4并且优选地与半渗透膜(未图示)组合。只要一利用刺穿元件13从盒1的底侧刺穿该可刺穿的底部结构8(其密封地闭合通道底部)，这个玻璃料56和通道就用作间隙12的排出口。
可以透过光学透明的刚性覆盖物17或覆盖层19看到大量中间间隔件15。尽管此处绘制的所有中间间隔件15具有相同大小和圆形形状，并且尽管这些中间间隔件15以相等距离分布于间隙12上，如果不损害小滴23的预期的电湿润移动，可以根据需要来选择这些中间间隔件15的形状、大小和分布。
图7示出了根据图6的第三实施例或第四实施例的框架状盒1的底视图，其中吸入装置26处于被动位置。工作膜10在此处被移除使得可以看到被配置成周围元件9"的间隔件9。偏离于图4和图5中示出的截面，其中周围元件9"延伸到盒1的外边界，此处周围元件9"由主体2的向下延伸部57界定。主体2的这个向下延伸部57与工作膜10(其附着到周围元件9")的下表面组合优选地向整个盒提供平坦下表面。替代地，主体2的向下延伸部57与周围元件9"齐平并且工作膜10附着到工作膜10以及主体2的向下延伸部57上。
作为周围元件9"的部分，此处可以看到许多刺穿元件13。取决于上文的井状结构5的大小，刺穿元件13的大小和数量可以不同：即，对于含油井状结构而言，描绘了三个刺穿元件13(参看左下方)；对于两个最大的含有试剂的井而言，描绘了两个刺穿元件13(参看右上方)；以及，对于较小的含有试剂的井状结构而言，描绘了仅一个刺穿元件13(参看右下方)。被配置成在吸入凹部25下方刺穿该可刺穿的底部结构8的刺穿元件13被示出在主体2的顶杆的左侧上。所示出的这些刺穿元件13的数量、大小和形状在此处只是示例性的并且能根据实际需要而不同。
如已经关于图6所指出的那样，如果不损害小滴23的预期电湿润移动，可以根据需要来选择中间间隔件15的形状、大小和分布。此处示出了三个示例性中间间隔件15，其清楚地偏离于图6的中间间隔件。
图8示出了根据第三实施例或第四实施例的框架状盒1的样本吸入件24的详细三维视图。
图8A示出了框架状盒的样本吸入件24的半截面图，其中部分插入的吸入装置26处于主动位置。吸入装置26优选地包括：圆柱管27，圆柱管27具有第一端28和第二端29；柱塞30，其可插入于第一管端28并且可以在圆柱管27中移动；以及，密封箔31，其密封地闭合圆柱管27的第二端29。在圆柱管27内侧和在柱塞30与密封箔31之间的空间提供溶解缓冲液的预先沉积物。也可以看到玻璃料56。这些玻璃料56分开其中样品载体诸如口腔拭子头55放置用于溶解细胞材料的吸入凹部25的部分(外部腔室)与其中溶解产物在溶解之后被压入的吸入凹部25的部分(内部腔室)。吸入装置26明显地从被动位置(参看图6和图7)移动到主动位置，其中，放置盒1的吸入凹部25。被配置为箔并且不可渗透液体的可柔性变形的顶部结构7密封吸入凹部25的顶侧。柔性箔例如通过激光焊接而密封地附着到框架结构2"的上表面3。
图8B示出了框架状盒1和处于主动位置的部分插入的吸入装置26的样本吸入件24的半截面图。此处描绘的情形如下：
1.利用口腔拭子取得样品并且在剥离了密封件58(其在使用之前防止吸入凹部25污染，参看图8A)之后将样本(粘附了样品的口腔拭子头55)引入到吸入凹部25的外部腔室内。
2.现将吸入装置26推入到吸入凹部25内。圆柱管27的外圆周在吸入凹部25的圆柱状外部腔室中密封地滑移。
将样品引入到盒1的间隙12内的下一步骤将是：
3.吸入装置25被进一步推入到吸入凹部25内直到吸入凹部25的外腔室中的刺穿结构59刺穿密封箔31，密封箔31密封地闭合圆柱管27的第二端29。
4.最初包含于圆柱管27中的溶解缓冲液进入吸入凹部25的外部腔室并且吸入装置26被进一步推出到吸入凹部25内以便将空气通过在吸入凹部25的外部腔室与内部腔室之间的玻璃料56推出。
5.对粘附到拭子头55上的细胞材料执行溶解。
在溶解期间，优选地升高在吸入凹部25中的温度，在用于操纵小滴的系统40的基板4中(或替代地盒1中)的加热器优选地用于升高吸入凹部25内侧的温度到所需要的值。
6.在溶解后，吸入装置26的圆柱管27被完全推入到吸入凹部25的外部腔室内。当这样做时，溶解产物的较大部分被压通过玻璃料56并且进入吸入凹部25的内部腔室。
7.若需要，盒的间隙12首先被填充油。然后借助于柱塞41抵靠可刺穿的底部结构8推动刺穿元件13，刺穿吸入凹部25的内部腔室下方的可刺穿的底部结构8。
借助于柱塞41向内推可柔性变形的顶部结构7，可柔性变形的顶部结构7密封地闭合吸入凹部25的内部腔室顶部，并且通过减小吸入凹部25的内部腔室的内部体积，溶解产物中的某些释放到间隙12。
图9示出了用于液滴操纵的系统40的电极布局或印刷电路板(PCB)的顶视图。这个系统40的特定电极阵列20被配置成用于接纳根据第三实施例或第四实施的框架状盒1。因此，盒1和其中央开口14的形状在此处以较长虚线来指示。井状结构5和吸入凹部25的形状以较短虚线指示。
这个电极阵列20被特别地配置成匹配细胞材料的溶解，以用于DNA片段的提取和PCR扩增，例如用于基因分型的杂交实验，和用于光学检测。在电极阵列的拐角中的四个对准标记便于该阵列对准。
始于左边(若需要)，整个间隙12充满硅(Si)油。然后，从吸入凹部25，溶解产物(具有或不具有珠)进入间隙12。直接在间隙12的入口处，在刺穿相对应井状结构5的可刺穿的底部结构8处，优选地设有第一较大电极，随附第二较大电极。在每种情况下，第二较大电极具有切口，其中放置第一行个别电极44。
这两个较大电极标记该区域，其中在从下方刺穿该可刺穿的底部结构8并且从顶部压制可柔性变形的顶部结构7之后来自相应井状结构5或者吸入凹部25的液体的一部分沉积到该区域。从这些液体部分，分离典型体积为0.1至5μL的单个较小液滴。邻近吸入凹部25的井状结构(从图9的顶部到底部)被分配纯洗液，主配合(master mix)B、主配合A，杂交缓冲液、杂交洗涤溶液1、杂交洗涤溶液2和用于杂交的珠。
通过电湿润将溶解产物和纯洗液的液滴移动到洗涤区，在洗涤区，这些液滴混合并且洗涤并且磁珠和附着的不重要的样品部分移动到第一废品区，第一废品区由很大电极提供，在洗涤区和在邻近的混合区，主配合部分A/或B可以添加到样品小滴。然后，小滴移动到用于聚合酶链式反应(PCR)的区，其中包含于样品小滴中的核酸根据本身已知的技术扩增。PCR区包括具有不同温度(例如，35℃和95℃)至少两个加热器区以使核酸链退火和分离。
在PCR之后，带有扩增的核酸的单个充足滴在拆分区被分成两个更小的小滴，拆分区优选地由如图所描绘的电极的特定形状和布置来表征。在中央稀释区，这两个样品小滴都个别地利用杂交缓冲液稀释并且至多八个相同液滴从这两个拆分样品小滴中每一个产生。
在杂交点1-4和9-12或5-8和13-16，八的二倍的样品小滴根据本身已知的技术经受杂交。在杂交之后，添加的非杂交的材料被彻底洗掉并且丢弃在附近的第二废品区(其同样由很大电极提供)。
然后将十六个样品小滴中每一个个别地移动(同样通过电湿润)到检测区，在检测区(使用底部读取、顶部读取或者二者的混合或组合)，光学分析杂交样品。
在对仍处于盒1的间隙12中的样品小滴中的样品进行分析之后，样品被丢弃到第一废品区并且由个别电极44的较大行提供的“电湿润路径”被氢氧化钠溶液(NaOH)和可选地利用特殊洗涤溶液来洗涤并清洁。
当完成了所有实验和测量之后，盒1(与样品和其中的废品一起)被安全地丢弃使得实验室人员中没有人受到其内含物危害。然后，将下一盒压到电极阵列20上并且可以执行下一实验。
在图9中(参看附图顶部和底部)，看到大量接触点。个别电线通过这些接触点之一接触每个电极。此外，位于该系统40的基板42中的加热器也连接到这些接触点中的某些。所有接触点与中央控制单元43连接，中央控制单元43控制例如加热器、柱塞41等和需要的电极的所有电位的所有必需的启用。在电极阵列的每一侧上设有单独接触点以与中央控制单元43的接地电位源接触。
优选地，用于液滴操纵的系统40包括基板42，基板42具有电极阵列20和中央控制单元43，中央控制单元43用于控制电极阵列43的个别电极44的选择和用于向电极44提供个别电压脉冲以通过电湿润来操纵液滴23。优选系统40被配置成在电极44的顶部上接纳根据本发明的盒1的工作膜10。
该系统40可以是独立的和不可移动的单元，多个操作者在其上工作，带有它们所属的盒1。系统40因此包括多个基板42和多个电极阵列20使得多个盒1可以同时和/或并行工作。基板42、电极阵列20和盒1的数量可以是1或者在例如1与100之间的任何数字或者甚至更大；这个数字例如受到中央控制单元43的工作能力限制。替代地，系统40可以实施为手持的，其可以仅包括单个盒1并且利用单个盒1来工作。每个本领域技术人员将了解到位于刚刚提到的两个极端之间的中间方案也在本发明的范围内操作和工作。
表达“电极阵列”、“电极布局”和“印刷电路板(PCB)”在本专利申请中用作同义词。本领域技术人员看起来合理的在本专利申请中公开的盒1的不同实施例的特点的任何组合由本发明的精神和范围包括在内。即使它们并不在每种情况下特别地描述，附图标记指本发明的盒1和系统40的类似元件。
图10示出了两个电极阵列20的局部顶视图，每一个配备两个选定的个别电极44，它们被配置为光学通路电极61以对液滴23中的样品进行光学检查或分析。图10A示出了第一实施例的两个光学通路电极61，其具有呈三角形状的启用或停用的侧部电极63。图10B示出了第二实施例的两个光学通路电极61，其具有呈矩形形状的启用的或停用的侧部电极63。这个液滴操纵系统40包括基板42，基板42具有两个电极阵列20和一中央控制单元43，中央控制单元43被配置成控制电极阵列20的个别电极44的选择和向这些电极44提供个别电压脉冲以通过电湿润来操纵液滴23。
根据本发明，液滴操纵系统40被配置成在电极44的顶部上接收工作膜10(此处，示出了两个个别工作膜10)以在工作膜10放置于所述电极阵列20中至少一个上时利用电极阵列20来操纵液滴23中的样品。替代地，工作膜10可以具有仅覆盖电极阵列20的一部分的较小大小或者覆盖多于一个电极阵列(取决于待执行的实际化验)的较大大小。另外根据本发明，液滴操纵系统40的电极阵列20的至少一个选定个别电极44被配置成由光学检测系统的光穿透以对位于工作膜10上的液滴23中的样品进行光学检查或分析。此处，在每种情况下，两个选定个别电极44被配置为光学通路电极61，其中的每一个包括通孔62。
电绝缘膜或覆盖物50放置于电极阵列20上以便在电极路径65的个别电极44之间与液滴23与电极44之间提供电绝缘。在此情况下，工作膜可以从绝缘膜或覆盖物50移除(可剥离)并且将在每次执行新实验或化验时替换。当然，仅为了简单说明，电极路径65被示出为闭合环路；电极路径65可以更加复杂(例如，包括批、交叉、阵列、储集器和废品槽)，如可以在图9中示例性地看出。
在图10A中，光学通路电极61随附侧部电极63，侧部电极63呈两个类似取向的三角形的形式，位于光学通路电极61的侧部并且也连接到液滴操纵系统40的中央控制单元43的电极选择单元64，如同所有个别电极44和如同光学通路电极61。为了简化附图，仅绘制了电极选择单元64与存在于基板42上(或中)个别电极44之间的几个电连接。图10A示出了具有启用或停用的侧部电极63的第一实施例的两个光学通路电极61。以灰色示出了启用电极，以白色示出了保持在接地电位的一个或多个禁用电极。这种液滴操纵系统40包括基板42，基板42具有两个电极阵列20和一中央控制单元43，中央控制单元43被配置成控制电极阵列20的个别电极44的选择和向这些电极44提供个别电压脉冲以通过电湿润来操纵液滴23。
当测试如图10A所示的电极阵列20的这种布局时，认识到如果液滴23靠近光学通路电极61，朝向其中三角形侧部电极63表现出其较宽边界(参看波形箭头)的位点，液滴23以某种“波形”方式移动。相比而言，当它们靠近光学通路电极61朝向其中三角形侧部电极63表现出其顶端边界(参看直箭头)时观察到液滴23的直线移动。优选地，单个光学通路电极61的两个侧部电极63彼此电连接使得它们总是表现出相同的电位(参看右侧)。还观察到当放置于这个第一实施例的光学通路电极61上时，液滴23表现出椭圆形状，如果启用了侧部电极63(参看左边)，并且液滴23表现出圆形形状，如果停用侧部电极63(参看右边)。当停用侧部电极63时并未观察到液滴23从光学通路电极61的通孔62的位点的漂移。
在图10B中，光学通路电极61随附侧部电极63，侧部电极63呈四个类似取向的矩形的形式，成对地位于光学通路电极61的侧部并且也连接到液滴操纵系统40的中央控制单元43的电极选择单元64，类似于所有个别电极44和类似于光学通路电极61。为了简化附图，仅绘制了在电极选择单元64与存在于基板42上(或中)的电极之间的几个电连接。以灰色示出了启用的电极，以白色示出了保持在接地电位的一个或多个禁用的电极。
当对图10B所示的电极阵列20的这种布局进行测试时，认识到小滴23可以略微以“波形”方式移动，如果它们靠近光学通路电极61(参看波形箭头)。
图11示出了两个电极阵列20的局部顶视图，每一个设有两个选定个别电极44，电极44被配置成用于对液滴23中的样品进行光学检查或分析。图11A示出了无侧部电极的第三实施例和第四实施例的两个光学通路电极61。图11B示出了两个光学透明的电极60，一个位于网格状电极阵列26内并且一个位于单个电极路径65内。
此液滴操纵系统40包括基板42，基板42具有两个电极阵列20和一中央控制单元43，中央控制单元43被配置成控制电极阵列20的个别电极44的选择并且向这些电极44提供个别电压脉冲以通过电湿润来操纵液滴23。
根据本发明，液滴操纵系统40被配置成在电极44顶部上接收工作膜10(此处，示出了两个个别的工作10)以在工作10放置于所述电极阵列20中至少一个上时利用电极阵列20来操纵液滴23中的样品。替代地，工作膜10可以具有仅覆盖电极阵列20的一部分的较小大小或者覆盖多于几个电极阵列的较大大小(取决于待执行的实际化验)。另外，根据本发明，液滴操纵系统40的电极阵列20的至少一个选定个别电极44被配置成由光学检测系统的光穿透以用于对位于工作膜10上的液滴23中的样品进行光学检查或分析。在图11A中，两个选定个别电极44被配置为光学通路电极61，其中的每一个包括通孔62，并且其中的每一个不具有附近的侧部电极63。在图11B中，两个选定的个别电极44被配置为光学透明的电极60，其中的每一个不具有在附近的侧部电极63。
电绝缘膜或覆盖物50放置于电极阵列20上以便在电极路径65或网格状电极阵列66的个别电极44之间和液滴23与电极44之间提供电绝缘。在此情况下，并且优选地，工作膜可以从绝缘膜或覆盖物50移除(剥离)并且将在每次执行新实验或化验时替换。当然，仅为了简单说明，电极路径65被示出为闭合环路并且网格状电极阵列66相当小。电极路径65可以更加复杂(例如，包括批、交叉、阵列、储集器和废品槽)并且网格状电极阵列66更大。电极路径65与网格状电极阵列66的组合也是可能的，如如可以在图9中示例性地看出。
所有个别电极44与液滴操纵系统40的中央控制单元43的电极选择单元64在操作上连接。为了简化附图，仅绘制了在电极选择单元64与存在于基板42上(或中)的个别电极44之间的几个电连接。以灰色示出了启用电极，以白色示出了一个或多个禁用电极。
在图11A的左侧上，第三实施例的光学通路电极61被分成两个部分电极，其中的每一个包括通孔62的一部分。这两个部分电极可以个别地连接到电极选择单元64使得它们可以个别地启用或停用；这具有以下优点：仅当这些部分电极之一启用时液滴23更多地朝向电极路径65的相邻电极44转移。因此，便于液滴23的运输。在更简单的替代方案中，光学通路电极61的这两个部分电极电连接到彼此使得仅存在与电极选择单元64的一个连接，因此，同时启用或停用两个这样的部分电极。
在图11A的右侧上，第四实施例的光学通路电极61包括通孔62和侧向翼形件，侧向翼形件至少部分地包围电极路径65的相邻电极。使第四实施例的这个光学通路电极61(包括其翼形件)启用造成液滴23更多地朝向电极路径65的相邻电极44转移(在图11A的向上方向上)，这便于液滴23运输。在相反运输方向上，启用第四实施例(包括其翼形件)的这个光学通路电极1便于液滴23移动到光学通路电极61和其通孔62上。
当对如图11A所示的电极阵列2的这种布局进行测试时，认识到液滴23在它们靠近光学通路电极61时总是直线移动，无论是从哪一侧靠近(参看直线箭头)。还观察到当放置于第三实施例或第四实施例的光学通路电极61上时，液滴23呈现略微椭圆形的形状。
在图11B的左侧上，启用位于网格状电极阵列66内的单个光学透明电极60；因此，可以利用液滴操纵系统40的光学器件来对单个液滴23进行分析。作为仅单个光学透明电极60的替代，光学透明电极60的阵列可以位于网格状电极阵列66内并且全都同时启用；因此可以对单个液滴23的较大集合进行分析。
在图11B的右侧上，启用位于电极路径65内的单个光学透明电极60；因此，可以利用液滴操纵系统40的光学器件来对单个液滴23进行分析。
当对如图11B所示的电极阵列20的这种布局进行测试时，认识到小滴23总是以完全直线方式朝向光学透明电极60移动(参看图11B中的直箭头)，无论液滴是从哪个方向到达光学透明的电极60或者远离光学透明的电极60。还观察到当放置于光学透明的电极60上时，液滴23总是表现出圆形形状。
对于光学透明电极60和光学通路电极61的所有测试而言，选择以下参数：
均方根电压： 220V和180V
脉冲频率： 3Hz
小滴体积： 2μl
样品： 染色三羟甲基氨基甲烷缓冲液(Dyed Tris buffer)
间隙高度： 0.5mm
电极大小： 1.5×1.5mm
通孔62的直径：1.0mm(优选最小值')至1.1mm(优选')至1.25mm(优选最大值')。
通孔62的直径在很大程度上取决于相应光学通路电极61的实际大小和形状并且 优选地尽可能大，前提是光学通路电极61当被提供个别电压脉冲以通过电湿润来操纵液滴 23时仍根据需要影响液滴23。合理地使光学通路电极61和其通孔62的相应面积彼此相关。 具有1.5×1.5mm的正方形形状的光学通路电极61具有2.25mm2的面积；1.1mm的直径的形状 具有0.95mm2的面积；以及1.25mm直径的形状具有1.23mm2的面积。使这些面积相关提供以下 面积比(光学通路电极61：通孔62)2.05:0.79；2.05:0.95；以及2.25:1.23或者大约2.8；2.4 和1.8。换言之，面积比(光学通路电极61:通孔62)优选地1.8至2.8，最优选地2.4。
关于光学通路电极61，在第四实施例的类型上观察到最快的响应时间(参看图11A，右侧)。然而(如已经报告的那样)，小滴23总是位于具有略微椭圆轮廓的工作膜10的疏水性表面11上。在第三实施例类型上观察到第二最快响应时间(参看图11A，左侧)；小滴23将总是位于也具有略微椭圆形轮廓的工作膜10的疏水性表面11上。
还观察到如果关掉了侧部电极63，液滴能以直线方式在放置于电极阵列20上的工 作膜10的疏水性上表面11上移动，如在图10A和图10B中所描绘。这与关于图11B所示的实施 例的观察良好地相符，其中认识到小滴23总是以完全直线方式朝向和远离无侧部电极63的 光学透明电极60移动。
优选地，使(一个或多个)光学透明电极60与液滴操纵系统40的电极选择单元64电连接的点(参看图11中的白点)位于(一个或多个)光学透明电极60的边界附近(例如，拐角附近)以便留有尽可能多的面积用来在光学上研究放置于(一个或多个)光学透明电极60上的小滴23中的样品。还优选地，使光学通路电极61与液滴操纵系统40的电极选择单元64电连接的点(参看图10和图11中的白点)位于靠近光学通路电极61的边界(例如，拐角附近)处以便留有尽可能多的面积用于通孔62和因此用于在光学上研究放置于光学通路电极61上的小滴23中的样品。使个别电极44与液滴操纵系统40的电极选择单元64电连接的点(参看在图10和图11中的白点)可以方便地进行选择(例如在如图所示的个别电极44的中心)。
如已经指出的那样，液滴操纵系统40的光学器件可以包括光学底部读取系统和连接到光学底部读取系统的检测器。此外，液滴操纵系统40的光学器件可以包括光学顶部读取系统和连接到光学顶部读取系统的检测器。此外，液滴操纵系统40的光学器件可以包括组合的光学底部和顶部读取系统和一个或多个相关的检测器。这些光学系统可以适于检查或分析单个小滴23，但也适于检查或分析单个小滴23的较大聚集。所有光学系统可以包括用于影响光激发或检查样品的透镜和用于影响穿透液滴23中的样品或者由液滴23中的样品发射的光的透镜。关于光学器件，优选如在图1至图4中所描绘的光纤21的布置。
优选地，所有电极44、60、61、63，无论它们是电极路径65还是网格状电极阵列的一部分，定位成与基板42的表面49齐平或者嵌入于基板42中(位于基板42中，但靠近基板42的表面49)。所有电连接优选地嵌入于基板42中，在其边界，它们可以嵌入于多引脚插塞(例如，在图10的情况下)中以连接(一个或多个)电极阵列20与液滴操纵系统40的电极选择单元64。带有(一个或多个)电极阵列20的基板42因此可以附着到中央控制单元43(参看图10)。替代地，中央控制单元43可以至少部分地整合到基板内(参看图11)。
优选地，由ITO(氧化铟锡)产生光学透明电极60，ITO是氧化铟(III)(In2O3)和氧化锡(IV)(SnO2)的固体溶液，通常为90％重量In2O3、10％重量SnO2。ITO材料薄层是透明的并且无色的(仅在光谱的红外区域，ITO充当金属状镜面)。氧化铟锡是最广泛使用的透明传导氧化物之一，这归因于其两个主要性质、其导电性和光学透明性，以及其能作为薄膜沉积的容易性。如同所有透明传导膜，必须在传导性与透明性之间折中，因为增加厚度和减小电荷载子的浓度将增加材料的传导性，但降低其透明性。氧化铟锡的薄膜最通常地通过电子束蒸镀、物理气相沉积或一系列溅射沉积技术而沉积到表面上。因此，ITO材料可以沉积于PCB上，利用用来沉积个别电极44的材料的类似技术。
优选地，关于在图10和图11中示出的光学透明电极60、61的实施例，并且在实施光学顶部和/或底部读取的情形下，若需要，电绝缘膜50、工作膜10、覆盖层19、刚性覆盖物17被选择为光学透明的。
也优选盒1和系统40和其组合的以下实施例：
盒1，其中可柔性变形的顶部结构7被配置为柔性箔，柔性箔密封地附着到板状结构2'或框架结构2"的上表面3上。
盒1，其中可刺穿的底部结构8被配置为整合于板状结构2'或框架结构2"的主体2的可刺穿的底部部分。
盒1，其中可刺穿的底部结构8被配置为可刺穿的箔，可刺穿的箔密封地附着板状结构2'或框架结构2"的下表面4。
盒1，其包括位于间隙12的区域内并且与板状结构2'或框架结构2"一体地形成的中间间隔件15。
盒1，其中刺穿元件13位于间隙12的区域内并且靠近周围边沿9'，刺穿元件13附着到周围边沿9'上和/或板状结构2'或框架结构2"的主体2的下表面4上。
盒1，其包括中间间隔件15，中间间隔件15被配置为位于间隙12的区域内并且附着到板状结构2'或框架结构上2"的主体2的下表面4上的单独元件。
盒1，其中刺穿元件13位于间隙12的区域内并且与包围间隙12的单独环状元件9"一体地形成。
盒1，其中框架结构2"的中央开口14被配置为在上表面3中的凹陷，使与框架结构2"一体地形成的主体2的底部部分16形成主体2的基本上平坦的下表面4。
盒1，其包括附着到框架结构2"上的刚性覆盖物17，刚性覆盖物17闭合在工作膜10相对侧上的间隙12，刚性覆盖物17的下表面与框架结构2"的下表面4基本上齐平。
盒1，其中刚性覆盖物17具有与框架结构2"基本上相同的延伸部并且包括位于井状结构5下方的多个孔18，孔18具有足以允许弯曲的刺穿元件13抵接或刺穿井状结构5的相应可刺穿底部结构8的大小和形状。
盒1，其中覆盖层19被配置为可刺穿的箔，其密封地附着到框架结构2"或板状结构2'的下表面4。
盒1，其中覆盖层19基本上是导电的并且至少在朝向间隙12的表面上是疏水性的，盒1包括电接地连接件54，电接地连接件54连接到覆盖层19并且可以附着到接地电位源。
盒1，其中吸入装置26包括：
a)圆柱管27，其具有第一端28和第二端29；
b)柱塞30，其可插入于第一管端28上并且可以在圆柱管27中移动；以及
c)密封箔31，其密封地闭合圆柱管27的第二端29。
系统40，其包括用于促动盒1的刺穿元件13的促动元件41，刺穿元件13被配置成刺穿盒1的至少可刺穿的底部结构8并且因此用于将试剂、处理液体、反应液体或包含样品的液体释放到盒1的间隙12内。
系统40，其包括用于促动盒1的可柔性变形的顶部结构7的促动元件41，可柔性变形的顶部结构7被配置成由促动元件41向内推动并且由此减小吸入凹部25的内部腔室的内部体积或者井状结构5的内部体积以将溶解产物、试剂、处理液体或反应液体释放到盒1的间隙12。
系统40，其中促动元件41被配置为柱塞，其可以在引导通道45中可滑动地移动并且由搅拌机构46搅拌。
系统40，其中用于搅拌促动元件41的搅拌机构436被配置为腊泵囊、螺线管驱动或夹持机构驱动杠杆51之一。
系统40，其中用于搅拌促动元件41的搅拌机构46被配置为夹持机构驱动的杠杆51，夹持机构51被手动驱动并且被配置成将盒1的主体2、2'、2"压到系统40的基板42和电极阵列20上。
系统40，其中基板42包括抵接表面47，抵接表面47相对于电极44的表面水平48偏移使得工作膜10所附着的盒1的周围边沿9'或单独周围元件9"可以移动超过电极44的表面水平48以拉伸在电极44上的工作膜10。
系统40，其中基板42包括表面49，表面49相对于电极44的表面水平48偏移使得工作膜10所附着的盒1的主体2,2',2"或间隔件9的下表面4的一部分可以移动超过电极44的表面水平48以拉伸在电极44上的工作膜10。
系统40，其中基板42包括电绝缘膜、层或覆盖物50，其施加到电极阵列20上，覆盖电极阵列20的所有个别电极44并且使个别电极44彼此分开。
符号说明
1 盒 27 圆柱管
2,2',2" 主体 28 27的第一端
2' 2的板状结构 29 27的第二端
2" 2的框架结构 30 柱塞
3 2,2',2"的上表面 31 密封箔
4 2,2',2"的下表面 40 具有20的系统
5 井状结构 41 促动元件
6 试剂 42 基板
6' 样品 43 中央控制单元
7 可柔性变形的顶部结构 44 个别电极
8 可刺穿的底部结构 45 引导通道
9 周围间隔件 46 搅拌机构
9' 整合的周围边沿 47 抵接表面
9" 单独周围元件 48 44的表面水平
10 工作膜 49 42的表面
11 10的疏水性上表面 50 电绝缘膜,
12 间隙 层或覆盖物
13 刺穿元件 51 杠杆
14 中央开口 52 夹持机构
15 中间间隔件 53 2的外部部分
16 底部部分 54 接地连接
17 刚性覆盖物 55 口腔拭子头
18 覆盖孔 56 玻璃料
19 覆盖层 57 2的向下延伸部
20 电极阵列 58 密封件
21 光纤 59 刺穿结构
22 窗口 60 光学透明电极
23 小滴 61 光学通路电极
24 样本吸入件 62 在61中的通孔
25 吸入凹部 63 侧部电极
25'替代吸入凹部 64 电极选择单元
26 吸入装置

Claims (14)

1.一种用于液滴操纵的系统(40)，所述液滴操纵系统(40)包括基板(42)，所述基板(42)具有至少一个电极阵列(20)和中央控制单元(43)，所述中央控制单元(43)用于控制所述至少一个电极阵列(20)中个别电极(44)的选择并且用于向所述电极(44)提供个别电压脉冲以通过电湿润来操纵液滴(23)，
其中，所述液滴操纵系统(40)被配置成在所述电极(44)顶部上接收工作膜(10)，以当所述工作膜(10)放置于所述至少一个电极阵列(20)上时，利用所述至少一个电极阵列(20)来操纵液滴(23)中的样品；
其中，所述液滴操纵系统(40)还包括用于利用所述至少一个电极阵列(20)来操纵液滴(23)中的样品的所述工作膜(10)，所述工作膜(10)放置在所述至少一个电极阵列(20)上并且由一次性盒(1)包括，所述工作膜可移除地放置在所述液滴操纵系统(40)的所述至少一个电极阵列(20)上，
其中，所述液滴操纵系统(40)的所述至少一个电极阵列(20)的至少一个选定的个别电极(44)被配置成由光学检测系统的光穿透以对位于所述一次性盒的所述工作膜(10)上的液滴(23)中的样品进行光学检查或分析，
其中，所述至少一个选定的个别电极(44)被配置为光学透明电极(60)或光学通路电极(61)，所述光学通路电极包括通孔(62)，
并且其中，所述光学透明电极(60)或光学通路电极(61)位于电极路径(65)中或者网格状电极阵列内代替个别电极(44)，并且被配置成由所述中央控制单元(43)的电极选择单元(64)定址。
2.根据权利要求1所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于，所述光学通路电极(61)被分成两个部分电极，其中的每一个包括所述通孔(62)的一部分。
3.根据权利要求2所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于，所述两个部分电极个别地连接到所述电极选择单元(64)使得它们能个别地启用或停用。
4.根据权利要求1所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于，所述光学通路电极(61)包括通孔(62)和侧向翼形件，所述侧向翼形件至少部分地包围相邻电极(44)。
5.根据权利要求1所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于，所述基板(42)包括至少一个光纤(21)以使光到光学通路电极(61)的通孔(62)并由此到放置于所述电极阵列(20)上的所述工作膜(10)上的液滴(23)。
6.根据权利要求1所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于，所述基板(42)包括电线，所述电线联结所述个别电极(44)与所述液滴操纵系统(40)的所述中央控制单元(43)的电极选择单元(64)。
7.根据权利要求5所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于，所述至少一个光纤(21)属于光学底部读取系统和连接到所述光学底部读取系统的检测器，所述光学底部读取系统被配置成向所述样品发送激发光并且接收和检测由位于所述工作膜(10)上的液滴(23)中的样品发射的荧光。
8.根据权利要求5所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于，所述光纤(21)整合到所述液滴操纵系统(40)的所述电极阵列(20)的所述基板(42)内以用于操纵液滴。
9.根据权利要求1所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于，所述工作膜(10)在光学上是透明的并且被配置为疏水性材料的单层。
10.根据权利要求1所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于，所述工作膜(10)光学透明并且被配置为疏水性上层和电介质下层的层合件。
11.根据权利要求1所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于包括至少一个一次性盒(1)，
其中所述一次性盒(1)包括：
a)主体(2,2',2")，其包括上表面(3)、下表面(4)以及多个井状结构(5)，井状结构(5)被配置成在其中保持试剂(6)或样品(6')；
b)可柔性变形的顶部结构(7)，其不可渗透液体并且被配置成密封所述井状结构(5)的顶侧；
c)可刺穿的底部结构(8)，其不可渗透液体并且被配置成密封所述井状结构(5)的底侧；
d)工作膜(10)，其位于所述主体(2,2',2")的所述下表面(4)下方，所述工作膜(10)不可渗透液体并且包括疏水性上表面(11)；
e)周围间隔件(9,9',9")，其位于所述主体(2,2',2")的下表面(4)下方并且将所述工作膜(10)连接到所述主体(2,2',2")；
f)在所述主体(2,2',2")的所述下表面(4)与所述工作膜(10)的疏水性上表面(11)之间的间隙(12)，所述间隙(12)由所述周围间隔件(9,9',9")限定；以及
g)多个刺穿元件(13)，其位于可刺穿的底部结构(8)下方并且被配置成刺穿所述可刺穿的底部结构(8)以从所述井状结构(5)向所述间隙(12)内释放试剂或样品(6,6')。
12.根据权利要求11所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于，所述一次性盒(1)的所述工作膜(10)被配置为不导电材料的单层，所述工作膜(10)的所述上表面(11)被处理为疏水性的。
13.根据权利要求1所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于，
光学通路电极(61)的面积与相关的通孔(62)的面积具有1.8-2.8的面积比，即光学通路电极(61)的面积:通孔(62)的面积的面积比为1.8-2.8。
14.根据权利要求13所述的液滴操纵系统(40)，其特征在于，光学通路电极(61)的面积:通孔(62)的面积的所述面积比为2.4。
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