CN108290155A - 具有微容器接口的用于覆盖微流体间隙的盖 - Google Patents

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Abstract

提供了一种在用于操纵液体部分或液滴中的样本的数字微流体系统(16)中使用的盖(10)。该数字微流体系统(16)包括具有电极阵列(24)的第一基板(18)和用于控制选择并用于向数个所述电极提供用于通过电浸润操纵液体部分或液滴的电压的中央控制单元(20)。具有间隙高度的工作间隙(30)被定位成平行于电极阵列(24)并且在第一和第二疏水表面(26，28)之间，这两个疏水表面(26，28)至少在数字微流体系统(16)的操作期间彼此面对。盖(10)在一侧包括所述第二疏水表面(28)而在另一侧包括至少一个微容器接口(32)，该至少一个微容器接口(32)包括至少一个锥体(34)。锥体(34)的内表面被形成以提供与所插入的微容器喷嘴(36)的外表面的密封形式配合接触，液体能借助该喷嘴穿过在盖(10)中形成且与每一锥体(34)和间隙(30)互连的流体入口孔(38)来转移。盖(10)可以是一次性测试盒(14)的一部分或可被分开提供。

Description

具有微容器接口的用于覆盖微流体间隙的盖
技术领域
本发明涉及在用于操纵液体部分或液滴中的样本的数字微流体系统中使用的盖。一般而言，此类数字微流体系统包括第一基板和中央控制单元。第一基板包括电极阵列，且中央控制单元与这些电极处于可操作连接中以用于控制对其个体电极的选择以及向数个所述电极提供通过电浸润操纵液体部分或液滴的电压。通常，在此类数字微流体系统中，具有间隙高度的工作间隙被定位成与电极阵列平行且在第一和第二疏水表面之间。这两个疏水表面至少在数字微流体系统的操作期间彼此面对。
这一技术领域一般涉及小量液体(通常以微米级和纳米级格式)的控制和操控。在数字微流体中，经定义的电压被施加于电极阵列的电极，使得个体液滴得以处置(电浸润)。对于电浸润方法的一般概览而言，请参见Washizu，IEEE Transactions on IndustryApplications(IEEE工业应用学报)，1998年第34卷，第4号，以及Pollack等人的Lab chip，2002年第2卷，96-101。简言之，电浸润指使用优选地使用疏水层覆盖的微电极阵列来移动液滴的方法。通过将经定义的电压施加于电极阵列的电极，引入了在所定址电极上呈现的液滴的表面张力的变化。这导致所定址电极上的液滴的接触角的显著变化，因此导致该液滴的移动。对于此类电浸润规程而言，两种布置电极的主要方式是已知的：使用具有用于引起液滴移动的电极阵列的单个表面或添加面对类似电极阵列并提供至少一个接地电极的第二表面。电浸润技术的主要优势在于仅需要少量液体，例如单个液滴。由此，可在相当短的时间内实行液体处理。此外，液体移动的控制可完全处于电子控制下，从而得到了样本的自动化处理。
相关现有技术
自动化液体处置系统一般在本领域是熟知的。一个示例是来自本申请人(瑞士门内多夫Seestrasse 103、CH-8708的泰肯贸易股份公司(Tecan Schweiz AG))的Freedom机器人工作站。这些自动化系统是没有被设计成便携的并且通常要求处理较大的液体量(微升至毫升)的较大系统。
用于使用具有电极阵列的单个表面(电极的单平面布置)通过电浸润进行的液滴操纵的设备从美国专利No.5,486,337中是已知的。所有电极被置于载体基板的表面上，下陷到基板中，或者被不可浸润表面所覆盖。电压源被连接至电极。通过将电压施加于后续电极来移动液滴，由此引导液滴根据电压施加于各电极的顺序在各电极上的移动。
用于使用电极阵列(其相对表面具有至少一个接地电极)进行液滴移动的微尺度控制的电浸润设备从US 6,565,727(电极的双平面布置)是已知的。该设备的每个表面可包括多个电极。两个相对阵列形成一间隙。电极阵列的直接朝向该间隙的表面优选地被电绝缘的疏水层覆盖。液滴位于间隙中，并且通过连续将多个电场施加于位于该间隙的相对侧上的多个电极来在非极性填充流体内移动。
具有用于操纵其上的液滴中的样本的聚合物膜的容器从WO 2010/069977 A1是已知的：生物样本处理系统包括用于大体积处理的容器和具有下表面及疏水上表面的平坦聚合物膜。平坦聚合物膜通过突出部而被保持在距容器的基底侧某一距离处。当容器被定位在膜上时，这一距离限定至少一个间隙。还公开了支撑至少一个电极阵列的基板以及用于液滴操纵工具的控制单元。容器和膜被可反转地附连到液滴操纵工具，以一次性测试盒的形式或分开地或稳定地彼此连接。该系统使得至少一个液滴能从至少一个阱穿过容器的通道位移到平坦聚合物膜的疏水上表面上并在至少一个电极阵列上方。液滴操纵工具被实现以通过电浸润控制所述液滴在平坦聚合物膜的疏水上表面上的受引导移动并在那里处理该生物样本。
在生物样本的处理的上下文中将此类电浸润设备用于操控液滴也从被公布为WO2011/002957 A2的国际专利申请中是已知的。那里，公开了液滴致动器通常包括具有被电介质绝缘的控制电极(电浸润电极)的底基板、导电顶基板、以及底基板和顶基板上的疏水涂层。测试盒可包括可被疏水层替换的接地电极和用于将样本加载到测试盒的间隙中的开口。接口材料(例如，液体、胶水或油脂)可将测试盒的粘附力提供给电极阵列。
WO 2006/125767A1(参见针对英文翻译的US 2009/0298059A1)中揭示了用于在执行分子诊断分析的自动化系统中用于微流体处理和分析的一次性测试盒。该测试盒被配置为平坦的室装置(具有大约为支票卡的大小)并且可被插入到系统中。样本可通过端口被吸入到测试盒中并被吸入到处理通道中。
液滴致动器结构从国际专利申请WO 2008/106678是已知的。该文献特别参照了用于液滴致动器的电极阵列的各种布线配置，并且另外揭示了此种液滴致动器的两层实施例，该液滴致动器包括具有参考电极的第一基板，该第一基板与包括控制电极的第二基板分开一间隙。这两个基板被平行布置，由此形成了该间隙。间隙的高度可由分隔件来确立。在每种情形中，疏水涂层被置于面对间隙的表面上。第一和第二基板可采用测试盒的形式，最终包括电极阵列。
从US 2013/0270114 A1中，在一次性测试盒内用于操控液滴中的样本的数字微流体系统是已知的。一次性测试盒包括底层、顶层、以及底层与顶层之间的间隙。数字微流体系统包括具有至少一个被配置成用于接受一次性测试盒的测试盒容纳点的基单元、包括数个个体电极并且被底基板支撑的至少一个电极阵列、以及用于控制所述至少一个电极阵列的个体电极的选择以及用于向这些电极提供个体电压脉冲以供通过电浸润来操控所述测试盒内的液滴的中央控制单元。
具有带有配置成将处理液体、试剂或样本保持在其中的至少一个舱的主体的一次性测试盒(用于微流体系统的一次性测试盒)从US 2013/0134040 A1是已知的，其通过明确援引纳入于此。一次性测试盒进一步包括具有配置成用于操纵其上的液滴中的样本的工作膜的第一疏水表面的底层。进一步包括具有附连到主体的下表面的第二疏水表面的顶层。底层被配置成沿柔性底层的周界密封地附连到顶层的柔性膜。一次性测试盒由此没有位于柔性底层和顶层之间的、用于限定所述第一疏水表面与所述第二疏水表面之间的特定距离的分隔件。
配置用于从液体部分或液滴或者在液体部分或液滴中基本上移除或悬浮磁响应珠的数字微流体系统(微流体中的磁管道)从PCT/US2015/048141是已知的。所述数字微流体系统包括附连到第一基板的数个个体电极或个体电极阵列，其中第一疏水表面位于所述个体电极上。还包括与所述个体电极处于可操作接触的中央控制单元。在微流体系统的第一基板中以及在所述个体电极下方，定位有被配置成由支持磁铁支持的至少一个磁管道，所述至少一个磁管道被定位成紧邻个体电极。在这一系统中，借助于将磁管道集成到数字微流体设备的PCB中，磁响应珠被从数字微流体中的工作表面上的液滴中移除。
本发明的目的和概要
电浸润是用于使生命科学和临床诊断市场的复杂化验自动化的通用办法。将电浸润平台与机器人液体处理装置集成使得能够每当需要时且以可能的大体积范围(2-1000μl)将样本和试剂递送到数字微流体系统中的电浸润中使用的一次性测试盒的流体室(间隙)内部。然而，出于以下原因，此类办法对于临床诊断市场而言不是最优的：
一个问题依赖于试剂和样本密封以防止污染。传统液体处理装置依赖于集中式高性能容积泵来经由注射器(例如，TecanCentris Pump)或活塞(例如，TecanAir Displacement Pipettor)进行液体的吸取和分配。某些化验对微小污染高度敏感：例如，单分子化验或在PCR放大期间需要大量循环的化验。微小污染可来自各种源，诸如在液体分配期间或在一次性针头的喷出期间造成的气溶胶、固定针头的不完美的清洗、注射器泵中的系统液体的污染、或需要由液体处理装置访问的开放的样本/试剂瓶。这些化验通常需要分开在不同工具上或甚至不同实验室房间中的过程。
另一问题依赖于工具占用面积、重量以及成本。传统液体处理装置具有机器臂以在试剂瓶和测试盒之间移动液体处理装置。这一配置需要不能忽略的空间量并且阻止了该工具是紧凑的。3轴电机、金属支撑、驱动带以及其他机械组件的重量和成本不与临床工具的概念相兼容。同样，集中式高性能注射器泵表示该工具的不必要的成本，因为试剂分配的精确度通过电浸润来控制且仅近似量的试剂需要被注入到电浸润测试盒中。
因此，与机器人液体处理装置对接在现有技术中是一个问题。
冻干法是普遍用于保存在运输和长期存储期间在室温下容易腐坏的试剂的脱水工艺。经冻干的试剂可被存储在电浸润中使用的一次性测试盒的流体室内部且每当需要时就通过缓冲剂溶液重新溶解。然而，在流体室内缺少物理屏障可导致经冻干珠在一次性测试盒内漂移，尤其是在运输期间，并且结果位于错误位置或甚至更糟地污染了一次性测试盒的不想要的区域。电浸润中使用的一次性测试盒内的密封特征的实现将涉及复杂的制造工艺并且由此是成本较不高效的消费品。另外，并非所有试剂可被冻干(例如，乙醇)并且将每当需要时将需要由用户加载，由此消除了真正简易溶液的便利性。
因此，将经冻干试剂嵌入在电浸润中使用的一次性测试盒的流体室内在现有技术中是一个问题。
现有技术中还存在的一个问题是某些试剂(例如，酶、荧光团、HRP基板)在使用它们之前需要被保持在特定条件下(低温、保护免于光照)以保持完全功能或防止形成不想要的副产品。又一问题依赖于非极性试剂(乙醇、异丙醇)不能暴露到填充流体达长时间段，尤其是在高温下，以防止它们缓慢分解。此外，用于将个体试剂存储在测试盒内部的流体容量(≤30μl)受流体室的高度的限制，并且在需要重复操作(例如，清洗缓冲剂)的情况下可能是不够的。在处置对微小污染高度敏感的化验时，试剂密封极为重要。复杂和麻烦的化验通常需要大量试剂(≥15)，这些试剂在手动加载的情况下可能导致不正确的加载并且由此导致化验失败。
本发明的目标是提议了一种在解决现有技术中的问题的数字微流体系统中使用的盖。
这一目标是如下达成的：提出了在开头介绍的盖进一步在一侧包括第二疏水表面并在另一侧包括至少一个微容器接口，用于将液体安全引入间隙和/或从间隙引出。此外，该至少一个微容器接口包括至少一个锥体，其内表面被形成以便提供与所插入的微容器喷嘴的外表面的密封形式配合接触，液体能借助该喷嘴穿过形成在盖中且与每一锥体和间隙互连的流体入口孔来转移。
本发明的另一目标是提议了一种解决现有技术中的问题的微容器。
这一目标是通过用于操纵液体部分或液滴中的样本的数字微流体系统中的微容器来达成的。该微容器包括管、具有孔径的喷嘴、以及密封地在该管内引导的、用于经由微容器的喷嘴来分配或吸取液体的活塞。微容器的喷嘴的外表面被形成为提供与如本文公开的盖的微容器接口所包括的锥体的内表面的密封形式配合接触。
本发明的另一目标是提出一种适配成正确且容易地容纳至少一个微容器的装置。
这一目标是通过包括适配成容纳如本文公开的微容器的至少一个微容器插座的歧管来达成的。
本发明的又一目标是提议了一种将液体引入到数字微流体系统的间隙和/或从中引出液体的方法。
在第一方面，这一目标是通过将液体引入用于操纵液体部分或液滴中的样本的数字微流体系统的间隙的方法来达成的；该数字微流体系统包括第一基板和中央控制单元，其中所述第一基板包括电极阵列，并且其中所述中央控制单元与所述电极处于可操作连接中以用于控制对其个体电极的选择并用于向数个所述电极提供用于通过电浸润操纵液体部分或液滴的电压；在所述数字微流体系统中，具有间隙高度的工作间隙被定位成平行于电极阵列并且在第一和第二疏水表面之间；这两个疏水表面至少在数字微流体系统的操作期间彼此面对。该方法包括以下步骤：
(a)将盖置于数字微流体系统的第一基板上，该盖在一侧包括第二疏水表面且在另一侧包括至少一个微容器接口；所述至少一个微容器接口包括具有内表面的至少一个锥体和形成在盖中且使每一锥体和间隙互连的至少一个流体入口孔；
(b)提供在所述第一和第二疏水表面之间的间隙的基本上均匀的高度；
(c)将填充有液体的至少一个微容器的喷嘴插入盖的微容器接口的至少一个锥体中；
(d)创建微容器接口的至少一个锥体的内表面与所插入的至少一个微容器的喷嘴的外表面之间的密封形式配合接触；以及
(e)经由形成在盖中的至少一个流体入口孔将液体从至少一个微容器分配到间隙中。
在第二方面，这一目标通过将液体从用于操纵液体部分或液滴中的样本的数字微流体系统的间隙引出的方法来达成的；该数字微流体系统包括第一基板和中央控制单元，其中所述第一基板包括电极阵列，并且其中所述中央控制单元与所述电极处于可操作连接中以用于控制对其个体电极的选择并用于向数个所述电极提供用于通过电浸润操纵液体部分或液滴的电压；在所述数字微流体系统中，具有间隙高度的工作间隙被定位成平行于电极阵列并且在第一和第二疏水表面之间；这两个疏水表面至少在数字微流体系统的操作期间彼此面对。该方法包括以下步骤：
(a)将盖置于数字微流体系统的第一基板上，盖在一侧包括第二疏水表面且在另一侧包括至少一个微容器接口；所述至少一个微容器接口包括具有内表面的至少一个锥体和形成在盖中且使每一锥体和间隙互连的至少一个流体入口孔；
(b)提供在所述第一和第二疏水表面之间的间隙的基本上均匀的高度；
(c)将至少一个微容器的喷嘴插入盖的微容器接口的至少一个锥体中；
(d)创建微容器接口的至少一个锥体的内表面与所插入的至少一个微容器的喷嘴的外表面之间的密封形式配合接触；以及
(e)经由形成在盖中的至少一个流体入口孔将液体从间隙吸入到至少一个微容器中。
盖、微容器、歧管以及方法的附加和创新性特征以及优选实施例和变型从相应从属权利要求中导出。
本发明的优点包括：
·本发明提供了一种允许预包装有试剂的微容器。微容器已填充有试剂有利地减少了用户干预。
·数字微流体系统的盖包括设计成与微容器的喷嘴容易地对接的至少一个微容器接口。
·该至少一个微容器接口包括允许将微容器密封地连接到盖的锥体。
·在盖的锥体与微容器的喷嘴之间创建的形式配合连接允许使死区体积最小化。
·多个微容器可被组装成歧管以简化它们作为整体在数字微流体系统上的安装。因此，在工具初始化期间所需的来自用户的操作的数目可被降低。
·歧管可配备有无源或有源热槽以或无源地(例如，冰包)或有源地(例如，循环冷却剂、热电冷却器)将微容器内部的试剂保持在特定温度。
·数字微流体系统可提供有致动机制，该致动机制可通过正位移将微容器内包含的试剂注入到间隙中或通过负位移从间隙中回收液体。在微容器的活塞由致动机制的机械致动向下推动时，通过正位移发生了液体到间隙中的注入，而在活塞通过相应机械致动被向上拉动时，通过负位移发生了液体到微容器中的吸入。因此，有利地不需要用户操作。
·微容器的高容量有利地允许将试剂连贯地部分注入到电浸润测试盒中。
·微容器可以将液体从电浸润测试盒引出以充当废料存储场，或用于将需要进一步分析的经处置样本回收到不同工具上。
·预加载试剂到微容器的注入可以是计算机控制的。因此，有利地，个体或多个同时注入可每当需要时执行。
·注入到电浸润测试盒中的液体的体积可以在1μl-200μl，更优选地10μl-100μl之间变化。
·有利地，气团可被添加在微容器的尖端处以在操作期间将试剂或其化学组分与填充液隔离开。这一气团在需要时与试剂一起注入到测试盒中。
·微容器可以是用于收集样本(例如，来自手指穿刺的血液)的采集套件的一部分。该容器的微尺寸是例如经由毛细作用将样本正确加载到容器中的有利关键元素。替换地，流体可通过缩回活塞来被加载。
·微容器包含可通过吸入经由电浸润被带到流体入口孔的缓冲剂溶液而被重新溶解的经冻干试剂。有利地，此类预包装试剂在运输和存储期间将不需要特殊处置(例如，温度)。
附图说明
借助于所附示意图描述了根据本发明的各方面和优选实施例，这些示意图示出了本发明的所选和示例性的实施例，而没有限制本发明的范围和要点。它被示于：
图1A盖的第一实施例的截面图，其中所介绍的微容器在部分视图中；
图1B盖的第二实施例的截面图，其中所介绍的微容器在部分视图中；
图2具有不同大小的微容器的截面图；
图3配备有多个微容器的歧管的第一实施例的透视图；
图4配备有多个微容器的歧管的第二实施例的透视图；
图5具有要附连的帽阵列的歧管的第二实施例的透视图；
图6槽的第一实施例的透视图；
图7配备有如图4或5所示的歧管的槽的第一实施例的透视图；
图8配备有其中插入了多个微容器的歧管的板状刚性盖的第一方面的透视图，每一微容器连接到机械致动器；
图9如图8中所示的第一方面的截面图。
本发明的详细描述
图1A示出了处于部分视图中的具有所介绍的微容器12的盖10的第一实施例的截面图。具体而言，图1A解说了在用于操纵液体部分或液滴中的样本的数字微流体系统16中使用的一次性测试盒14，虽然一次性测试盒14的仅一小部分是可见的。数字微流体系统16包括第一基板18和用于控制对第一基板18所包括的电极阵列24的个体电极22的选择的中央控制单元20。第一基板18由数字微流体系统16包括。中央控制单元20被配置用于向数个所述电极22提供电压或更确切地个体电压脉冲以用于通过电浸润来操纵液体部分或液滴。一次性测试盒14包括第一疏水表面26和盖10，盖10的底部提供有第二疏水表面28。在下文中，第一疏水层26可被称为疏水工作层。
根据第一实施例，要注意，第一疏水表面26由一次性测试盒14包括。第二疏水表面28由盖10包括，盖10是一次性测试盒14的一部分。然而，在任何情况下，这两个疏水表面26、28至少在数字微流体系统16的操作期间彼此面对。
在如图1A所示的第一实施例中，第一和第二疏水表面26、28两者都由配置成定位在第一基板18的电极阵列24上的一次性测试盒14包括。疏水表面26、28两者至少在数字微流体系统16的操作期间彼此面对并且在基本上平行的平面中由具有间隙高度的间隙30来分开或可以由该间隙分开。盖10在一侧包括第二疏水表面28而在另一侧包括至少一个微容器接口32，该至少一个微容器接口32用于从间隙30中安全地引入液体和/或从间隙30引出液体。所述至少一个微容器接口32包括至少一个锥体34，其中锥体34的内表面被形成以便提供与所插入的微容器喷嘴36的外表面的密封形式配合接触。
在如图1A所示的第一实施例中，盖10以及第一和第二疏水表面26、28都由配置成定位在第一基板18的电极阵列24上的一次性测试盒14包括。一次性测试盒14包括具有第一疏水表面26的工作膜37且盖10包括第二疏水表面28。所述第二疏水表面28通过所述间隙30与所述第一疏水表面26分开或者能与其分开。工作膜37(如果被放置在数字微流体系统16上的话)包括触摸数字微流体系统16的第一基板18的最高表面的背侧。液体部分经由所述微容器喷嘴36且穿过形成在盖10中且互连每一锥体34和间隙30的流体入口孔38来转移。微容器喷嘴36的孔径的直径D可等于流体入口孔38的直径且优选地测量为≤1.0mm或≤0.5mm。
优选地，数字微流体系统16包括用于建立一次性测试盒14和基板18的最高表面之间的良好机械接触的至少一个钳位装置39。在这样做时，盖10借助于数字微流体系统16的至少一个钳位装置39被钳位或更确切地保持就位在第一基板18的最高表面上。进一步优选地，数字微流体系统16的至少一个钳位装置39的至少一部分被配置成按压在一次性测试盒14的盖10的自由区域上，一次性测试盒14被适当地放置在数字微流体系统16的基板18上。
根据图1A和1B中描绘的本发明，提供了一种将液体48引入到用于操纵液体部分或液滴中的样本的数字微流体系统16的间隙30中的方法，其中数字微流体系统16包括第一基板18和中央控制单元20，其中所述第一基板18包括电极阵列24，并且其中所述中央控制单元20与所述电极处于可操作连接中以控制对其个体电极22的选择并用于向数个所述电极提供用于通过电浸润操纵液体部分或液滴的电压。在所述数字微流体系统16中，具有间隙高度的工作间隙30被定位成平行于电极阵列24且在第一和第二疏水表面26、28之间；其中这两个疏水表面26、28至少在数字微流体系统16的操作期间彼此面对。该方法包括将盖10置于数字微流体系统16的第一基板18上的第一步骤，其中盖10在一侧包括第二疏水表面28而在另一侧包括至少一个微容器接口32，其中所述至少一个微容器接口32包括具有内表面的至少一个锥体34和形成在盖10中且使每一锥体34和间隙30互连的至少一个流体入口孔38。第二步骤包括提供在所述第一和第二疏水表面26、28之间的间隙30的基本上均匀的高度。第三步骤包括将填充有液体48的至少一个微容器12的喷嘴36插入盖10的微容器接口32的至少一个锥体34中。第四步骤包括创建微容器接口32的锥体34的内表面与所插入的微容器12的喷嘴36的外表面之间的密封形式配合接触。第五步骤包括经由形成在盖10中的流体入口孔38将液体48从至少一个微容器12分配到间隙30内。
该方法可进一步包括借助于数字微流体系统16的至少一个钳位装置39将所放置的盖10钳位到第一基板18上的步骤。
根据第一实施例，在图1A的左侧描绘的第一方面中，一次性测试盒14的盖10被配置成刚性或柔性的。至少一个分隔件40附连到盖10，从而密封地封闭间隙30。所述分隔件40限定一次性测试盒14的第一和第二疏水表面26、28之间的间隙30的高度。此外，分隔件40将第一和第二疏水表面26、28永久地彼此分开。优选地，分隔件40被定位成靠近一次性测试盒14的外周；然而，附加和中间定位的分隔件(未示出)可以允许利用具有其第一疏水表面26的较不刚性和/或更薄的盖10。尽管未示出，一次性测试盒14的盖10可被配置成柔性的。
在本发明的第一实施例中，在图1A的左侧上示出的第一方面中，提供了一种将液体引入到数字微流体系统16的间隙30中的方法，其中一次性测试盒14包括具有第一疏水表面26的工作膜37和包含第二疏水表面28的盖10，其中一次性测试盒14的盖10被配置成刚性或柔性的，至少一个分隔件40附连到盖10，第二疏水表面28通过所述间隙30与所述第一疏水表面26分开，其中所述工作膜37包括配置成触摸数字微流体系统16的第一基板18的最高表面的背侧。这一方法进一步包括用分隔件40密封地封闭间隙30的第六步骤。该方法进一步包括用分隔件40限定一次性测试盒14的第一和第二疏水表面26、28之间的间隙30的高度并将第一和第二疏水表面26、28永久分开的第七步骤。此外，该方法包括将一次性测试盒14定位在数字微流体系统16的第一基板18的电极阵列24上的第八步骤。
根据第一实施例，在图1A的右侧所示的第二方面中，一次性测试盒14的盖10是刚性的且一次性测试盒14的工作膜37是柔性的。换言之，一次性测试盒14的工作膜37被配置成在数字微流体系统16的基板18的最高表面上扩展的柔性片。为了这样做，数字微流体系统16优选地包括用于在基板18的最高表面与一次性测试盒14的工作膜37的背侧之间的疏散空间中建立真空的真空源(未示出)。此外，至少一个衬垫42可被附连到盖10且在间隙30的外部以在创建工作膜37的背侧与数字微流体系统16的第一基板18的最高表面之间的真空时将所述第一和第二疏水表面26、28分开。在未示出的替换方案中，衬垫42可被附连到基板18的最高表面。此外，提供刚性衬垫42作为松散插入物也是可能的。然而，在该实施例的第二方面中，衬垫42在间隙30的外部且也在工作膜37的外部上。当使用数字微流体系统16的真空源在疏散空间内建立真空时，衬垫42针对环境来密封该疏散空间。工作膜37的平坦扩展提供了间隙30的基本上均匀的高度，其中这一间隙高度由衬垫42的高度来限定。在第二方面中，一次性测试盒14没有分隔件(参照第一方面)，该分隔件将需要被定位在间隙30内部在工作膜37与刚性盖10的第二疏水表面28之间。
在本发明的第一实施例中，在图1A的右侧所示的第二方面中，提供了一种将液体引入到数字微流体系统16的间隙30中的方法，其中盖10由一次性测试盒14包括，一次性测试盒14包括具有第一疏水表面26的工作膜37且盖10包括第二疏水表面28，一次性测试盒14的盖10被配置成刚性的且一次性测试盒14的工作膜37被配置成柔性的；其中至少一个衬垫42被附连到盖10且在间隙30的外部以用于将所述第一和第二疏水表面26、28分开。该方法进一步包括将一次性测试盒14定位在数字微流体系统16的第一基板18的电极阵列24上的第六步骤。该方法进一步包括在工作膜37的背侧和数字微流体系统16的第一基板18的最高表面之间创建真空的第七步骤。此外，该方法包括在数字微流体系统16的第一基板18上扩展工作膜37并确立间隙高度的第八步骤。
在本发明的范围中，“样本”在其最宽泛意义上被限定。“样本”可存在于或被引入到例如水液体部分或液滴中，例如作为生物高聚物(例如诸如核酸或蛋白质)；生物单体(例如诸如核酸碱基或氨基酸)；作为缓冲剂中的离子；作为溶剂；以及作为试剂。这些“样本”仅出于解说而被列出，而非用于限定措辞“样本”的解释。
如上所述，根据如图1A中所示的本发明的第一实施例，盖10在一侧包括第二疏水表面28而在另一侧包括至少一个微容器接口32(这里仅示出了一个)以用于将液体安全引入到间隙30中和/或从间隙30引出液体。此类引入或引出优选地通过微容器12的喷嘴36经由形成在盖10中的流体入口孔38来执行。所述至少一个微容器接口32包括锥体34，其中锥体34内表面被形成以便提供与所插入的微容器12的喷嘴36的外表面的密封形式配合接触，液体能借助喷嘴36穿过形成在盖10中且与每一锥体34和间隙30互连的流体入口孔38来转移。这一锥体34还被配置成防止喷嘴36触摸第一疏水表面26。微容器12进一步包括与喷嘴36一体形成的管44。管44接纳允许其在轴向方向上移动的活塞46。微容器12填充有液体48。微容器可被适配成将样本转移到数字微流体系统，所述样本优选地是从体液中选择的，例如从包含血液、唾液、尿液以及粪便的组中选择的。
图1B示出了盖10的第二实施例的截面图，其中所介绍的微容器12处于部分视图中。在这一附图中，如图1A中所示的相同组件被给予类似附图标记。具体而言，图1B中描绘的第二实施例与如图1A中描绘的第一实施例的不同在于第一疏水表面26不像图1A中所示的实施例中一样由测试盒包括，第二疏水表面28由盖10包括。盖10被配置成刚性板且要被容纳在第一基板18上。盖10包括用于在将盖10容纳在数字微流体系统16的第一基板18上时将所述第一和第二疏水表面26、28分开的分隔件40。替换地，分隔件40可由第一基板18包括。作为又一选项，分隔件40可被分开地提供；在这一选项中，分隔件40既不被被粘附到盖10也不被粘附到第一基板18。这一分开的分隔件40被形成为单件，从而允许被夹在第一基板18或更确切地第一疏水表面26和盖10之间。在这样做时，在设立微流体系统16时，首先分隔件40被置于基板18上或更确切地第一疏水表面26上。此后，盖10被置于分隔件40上。
分隔件40可被形成以便将第一和第二疏水表面26、28之间的提供的间隙30中的多个工作区域分开。在这一选项中，分隔件40可被形成为平面组件，该平面组件在充当第一和第二疏水表面26、28之间提供的间隙30中的工作区域的各区域中包括凹口。因此，分隔件40可本身充当用来界定相应工作区域的屏障。分隔件40的这一屏障特征允许在处置期间防止液体混合并防止交叉污染。另外，分隔件40仍然用于支撑盖10。盖10被置于第一疏水表面26上，其间有间隙30。间隙30可以填充有从微容器12引入的液体48。否则，所述间隙30中包含的液体48可被引出到微容器12中。
在第二实施例的第二方面中，第一疏水表面26由可反转地放置在第一基板18上的工作膜37包括。此外，第二疏水表面28由配置成刚性板且要容纳在工作膜37上的盖10包括。在这一方面中，盖10包括用于在将盖10容纳到置于数字微流体系统16的所示第一基板18上的工作膜37上时将所述第一和第二疏水表面26、28分开的分隔件40。在又一选项中，分隔件40可由工作膜37包括。此外，分隔件40可被形成为单个组件，从而自身充当用来在工作膜37上界定至少两个工作区域的屏障。
根据如图1B在左侧描绘的第二实施例中的第一方面，在将液体引入到数字微流体系统16的间隙30中的方法中，所述第一疏水表面26由所述第一基板18不可移除地包括，且第二疏水表面28由配置成刚性板的所述盖10包括。这一方法进一步包括将盖10容纳到第一基板18上的第六步骤和通过分开提供的分隔件40将所述第一和第二疏水表面26、28分开的第七步骤。在替换方案中，分隔件40可由盖10包括。在又一替换方案中，分隔件40可由数字微流体系统16的第一基板18包括。
根据如图1B在右侧描绘的第二实施例中的第二方面，在将液体引入到数字微流体系统16的间隙30中的方法中，所述第一疏水表面26由可反转地放置到所述第一基板18上的工作膜37包括，且第二疏水表面28由配置成刚性板的所述盖10包括。该方法包括将所述工作膜37放置到数字微流体系统16的第一基板18上的第六步骤。该方法进一步包括将盖10容纳到第一基板18上的第七步骤；以及通过分开提供的或者由盖10或工作膜37包括的分隔件40来将所述第一和第二疏水表面26、28分开的第八步骤。
在如图1A和1B中描绘的第一和第二实施例中，提供了一种将液体48从用于操纵液体部分或液滴中的样本的数字微流体系统16的间隙30引出的方法，其中数字微流体系统16包括第一基板18和中央控制单元20，其中所述第一基板18包括电极阵列24，并且其中所述中央控制单元20与所述各电极处于可操作连接中以控制对其个体电极22的选择并用于向数个所述各电极提供通过电浸润操纵液体部分或液滴的电压。在所述数字微流体系统16中，具有间隙高度的工作间隙30被定位成平行于电极阵列24且在第一和第二疏水表面26、28之间，其中这两个疏水表面26、28至少在数字微流体系统16的操作期间彼此面对。该方法包括以下步骤：将盖10置于数字微流体系统16的第一基板18上，所述盖10在一侧包括所述第二疏水表面28而在另一侧包括至少一个微容器接口32；所述至少一个微容器接口32包括具有内表面的至少一个锥体34和形成在所述盖10中且使每一锥体34和所述间隙30互连的至少一个流体入口孔38；(b)提供在所述第一和第二疏水表面26、28之间的间隙30的基本上均匀的高度；(c)将至少一个微容器12的喷嘴36插入盖10的微容器接口32的至少一个锥体34中；(d)创建微容器接口32的至少一个锥体34的内表面与所插入的至少一个微容器12的喷嘴36的外表面之间的密封形式配合接触；以及(e)经由形成在盖10中的至少一个流体入口孔38将液体从间隙30吸入到至少一个微容器12中。
在第一实施例中，在如图1A中在左侧描绘的第一方面中，提供了一种将液体48从数字微流体系统16的间隙30中引出的方法，其中盖10由一次性测试盒14包括，一次性测试盒14包括具有第一疏水表面26的工作膜37且盖10包括第二疏水表面28，其中一次性测试盒14的盖10被配置成刚性或柔性的，其中至少一个分隔件40附连到盖10，第二疏水表面28通过所述间隙30与所述第一疏水表面26分开或者能与其分开，所述工作膜37包括被配置成触摸数字微流体系统16的第一基板18的最高表面的背侧。该方法进一步包括以下步骤：(f)用分隔件40密封地封闭间隙30；(g)用分隔件40限定一次性测试盒的第一和第二疏水表面26、28之间的间隙30的高度，并将第一和第二疏水表面26、28永久分开；以及(h)将一次性测试盒14定位到数字微流体系统16的第一基板18的电极阵列24上。
在第一实施例中，在如图1A中在右侧所描绘的第二方面中，提供了一种将液体48从数字微流体系统16的间隙30引出的方法，其中盖10由一次性测试盒14包括，其中一次性测试盒14包括具有第一疏水表面26的工作膜37且盖10包括第二疏水表面28，其中一次性测试盒14的盖10被配置成刚性的且一次性测试盒14的工作膜37被配置成柔性的；其中至少一个衬垫42被附连到盖10且在间隙30的外部以用于将所述第一和第二疏水表面26、28分开。该方法进一步包括以下步骤：(f)将一次性测试盒14定位到数字微流体系统16的第一基板18的电极阵列24上；(g)在工作膜37的背侧与数字微流体系统16的第一基板18的最高表面之间创建真空；以及(h)在数字微流体系统16的第一基板18上扩展工作膜37并确立间隙高度。
在如图1B中描绘的第二实施例中，在第一方面，提供了一种将液体48从数字微流体系统16的间隙30引出的方法，其中所述第一疏水表面26由所述第一基板18不可移除地包括，且第二疏水表面28由配置成刚性板的所述盖10包括。该方法进一步包括以下步骤：(f)将所述盖10容纳到第一基板18上；以及
(g)通过分隔件40将所述第一和第二疏水表面26、28分开，所述分隔件40是分开地提供的或由盖10包括或由数字微流体系统16的第一基板18包括。
在如图1B中描绘的第二实施例中，在第二方面，提供了一种将液体48从数字微流体系统16的间隙30引出的方法，其中所述第一疏水表面26由可反转地放置到所述第一基板18上的工作膜37包括，且第二疏水表面28由配置成刚性板的所述盖10包括。该方法进一步包括以下步骤：(f)将所述工作膜37置于所述数字微流体系统16的第一基板18上；
(g)将盖10容纳到第一基板18上；以及
(h)通过分隔件40将所述第一和第二疏水表面26、28分开，所述分隔件40是分开地提供的或由盖10包括或由工作膜37包括。
图2描绘了不同大小的微容器12的截面图。微容器12是包括具有一体形成的喷嘴36的管44的一次性塑料微注射器。喷嘴36包括具有预定义直径的孔径。管44密封地接纳活塞46，活塞46在管44内部在轴向方向上被引导以用于经由微容器12的喷嘴36分配或吸取液体。喷嘴36的外表面被设计成创建与由盖10的微容器接口32(参考图1A、1B)所包括的锥体的内表面的密封形式配合接触。这一特征允许使死区体积最小化。微容器12可由在单次使用之后被处置的成本有效的生物兼容材料制成。在进一步示例中，微容器12可由聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、环烯烃共聚物(TOPAS)或环烯烃共聚物(Zeonor)制成。微容器12可以是具有例如1000μl、500μl、100μl容量的高容量容器。喷嘴36的远端处孔径的微尺寸为≤1mm或≤0.5mm，例如以便防止溶液漏出微容器12，因为表面张力效应可控制流体静力学压力。可以使微容器12不透明以保护对光敏感的试剂免于可能的降级(例如，荧光团、HRP基板)。在一示例中，微容器12预填充有从包括试剂、油、缓冲剂以及样本的组中选择的液体。
为了通过歧管抓握，优选地，微容器12的管44的外表面提供有第一抓握部50。为了由机器人或致动器抓握，微容器12的活塞46的远端提供有第二抓握部52。第一和第二抓握部50、52优选地包括分别从管44和活塞46的外表面径向突出的外轮缘。在操作中，在使第一和第二抓握部50、52彼此相向移动的方向上将力施加到第一和第二抓握部50、52造成从微容器12分配液体，且在使得它们彼此背向移动的方向上造成将液体吸入到微容器12中。
微容器12的进一步优点如下。微容器12的高容量允许将试剂连贯地部分注入到一次性测试盒中(参考例如图1A)。微容器12可以将液体从一次性测试盒的间隙引出以充当废料存储场，或用于将需要进一步分析的经处置样本回收到不同工具上。此外，液体(例如，预加载到微容器12中的试剂)的注入是计算机控制的，使得单独或多个同时注入可在每当需要时执行。此外，注入到电浸润测试盒的液体的体积可以在1μl-200μl，更优选地10μl-100μl之间变化。气团可被添加到微容器12的喷嘴36的尖端处以在操作期间将试剂或其化学组分与填充液隔离开。如有必要，这一气团可以与试剂一起被注入一次性测试盒。微容器12可以是用于收集样本(例如，来自手指穿刺的血液)的采集套件的一部分。微容器12的微尺寸允许经由毛细作用将样本正确地加载到微容器12。微容器12可包含可通过吸入带到一次性测试盒的流体入口孔的缓冲剂溶液而被重新溶解的经冻干试剂。有利地，此类预包装试剂在运输和存储期间将不需要特殊处置(例如，温度)。
图3是配备有多个微容器12(参考图2)的歧管54的第一实施例的透视图。为更好地概览起见，单个微容器12(在该附图中右侧的一个微容器)被示为从歧管54中移除。歧管54包括彼此平行地对准的多个细长的微容器插座56。插座56中的每一者包括连续地形成在歧管54中的细长凹口。所述插座56中的每一者被适配成接纳微容器12。在如图3中描绘的示例性实施例中，微容器12通过移动每一微容器12的第一抓握部50被插入或更确切地耦合至插座56，该第一抓握部50包括从管的外表面径向突出的外轮缘，该外轮缘进入在歧管54的插座56中的每一者中形成的凹槽58。在这样做时，微容器12中的每一者可按至少在微容器12的轴向方向上可释放的方式被接纳在并耦合到歧管54。
在图3中所示的示例性实施例中，微容器12的第一抓握部50的至少一个轮缘部被形成为平面或更确切地被平坦化。这一经平坦化的部分被形成以便与位于与经加载微容器12毗邻的区域中的歧管54的相应平面部分对准。换言之，微容器12的第一抓握部50的经平坦化部分一旦被插入插座56就与歧管54的壁部分对准。歧管54被适配成接纳能附连到歧管54以便啮合插座56中接纳的相应微容器12的第一抓握部50的平面轮缘部的夹具60(参考例如图4和5)。在这样做时，歧管54的经对准部分可借助于能附连到歧管54的夹具60来啮合，如图4和5中所示。夹具60被适配成啮合在插座56之一中接纳的至少一个微容器12的第一抓握部50的平面轮缘部。换言之，微容器12借助于夹具60被紧固到歧管54。在第一方面，至少在夹具60的一侧上该夹具60到歧管54的附连是咬合配合连接。
在例如图4和5中所示的示例中，在夹具60的两侧上该夹具60到歧管54的附连是咬合配合连接。在未示出的进一步示例中，夹具60可在其一个横向侧被铰接到歧管54，其中在夹具60的另一侧上夹具60到歧管54的附连是咬合配合连接。在这一示例中，夹具60在一侧上枢转地支撑到歧管54。夹具60的另一侧或更确切地非铰接部分可以提供有适配成啮合歧管54的外围部分的咬合配合装置，例如插销。这一特征优选地通过正确地推动或更确切地驱动微容器12进入到歧管54的凹槽58(参考图3)中来允许微容器12在歧管54中的经偏置啮合。在这一示例中，所述套管可毗邻或更确切地座落在歧管54的前侧上形成的架(指代图3-5中的架68)上。架的详细描述将在下文给出。为了允许微容器12从歧管54释放，套管可以通过在向上方向上将该套管从歧管54拉出来而从歧管54移除。
返回图3，优选地，歧管54进一步包括可移动地附连到歧管54的外围以在向上和向下方向上移动的脱杆62。所述脱杆62用于将咬合到形成在歧管54的横向壁部的凹口64的插销(参考图5和9)释放。所述凹口64可被形成为细长的，例如从歧管54的后面凹陷到歧管54中。歧管54的在凹口64下的区域可提供有突出部66。突出部66可被形成为不与细长凹口64完全交叠。凹口64和突出部66的更详细描述将在下文提供。
脱杆62可从后面咬合到歧管54的外围，以夹持在歧管54的前侧的末端横向侧与整个后侧之间。换言之，脱杆62被装载到歧管54以使歧管54的前侧仍然维持完全暴露到外部。这一特征仍然允许微容器12被插入插座56以及从插座56移除。此外，脱杆62在突出部66和形成在歧管54的前侧上的各相应毗邻插座56之间的分区壁上的架68之间的区域中被夹持到歧管54上。架68的更详细描述将在下文提供。脱杆62是可相关于歧管54的外围在由突出部66和架68所界定的范围中向上和向下移动。因此，可防止脱杆62的非预期急降。
如上文提及的，歧管54允许接纳多个微容器12(例如，在图3和4中所示的实施例中，歧管54接纳总共六个微容器12)。因此，可避免单独地加载具有单个微容器12的一次性测试盒(参考图1A)。因此，有利地，在工具初始化期间来自用户的所需操作的数目被降低。此外，尽管未示出，但加载有微容器12的歧管54可包括例如登记特征以防止不正确地安装到一次性测试盒。此外，尽管未示出，但歧管54可包含超声处理设备以在注入电浸润测试盒之前创建同质溶液。此类溶液可包括悬浮颗粒物，且更具体而言，包括磁珠。超声处理也可被用来瓦解细胞膜。
图5是如图3和4中所示的歧管54以及用于将其附连到歧管54的底部的线性帽阵列70的透视图。这一附连可以是可释放附连。线性帽阵列70包括支撑件72和装载到支撑件72上的多个帽74，帽74的数目等于可插入到歧管54中的微容器12的数目。换言之，歧管54被适配成接纳能在该歧管的底侧附连到歧管54的至少一个帽74，该至少一个帽74被形成以使得密封地啮合接纳在歧管54中的微容器12的喷嘴。
线性帽阵列70的帽74中的每一者被形成以密封地啮合分别接纳在歧管54中的微容器12的喷嘴。在这样做时，如果帽70被附连到歧管54，则由帽74中的每一者所包括的锥体76接纳微容器12的相应喷嘴。每一锥体76的内表面被形成以提供与插入到歧管54中的相应微容器12的喷嘴的外表面的密封形式配合接触。换言之，锥体74可靠地塞住微容器12以免于液体漏泄。在其试剂加载之后，帽70可被添加到个体微容器12的相应喷嘴。因此，可避免在运输或存储期间试剂的意外交叉污染或泄漏至环境中。
如上文提及的，将线性帽阵列70在其底侧附连到歧管54优选地是可释放附连，具体而言是咬合配合连接。在这样做时，支撑件72包括插销78，其用于将支撑件72可释放地附连到歧管54以及在帽74被附连到歧管54的情况下用于与接纳在歧管54中的微容器12的喷嘴的外表面的临时密封形式配合接触。插销78被提供在支撑件72的最外横向侧。所述插销78各自从支撑件72的上表面向上突出。插销78中的每一者被适配成咬合到形成在歧管54的横向侧中的凹口64中(参见上文)。如果咬合，参考图5中所示的示例，插销78的后侧突出部也分别毗邻形成在歧管54的横向侧中的突出部66(参见上文)。此外，咬合到凹口64中的插销78的远端的前侧部分分别毗邻凹口64的相应各面。如果线性帽阵列70被附连到歧管54，则这一特征可靠地禁止线性帽阵列70和歧管54相对于彼此的横向移动以及枢转移动。因此，提供了可靠且非常紧固的连接。
图6是适配成通过从上方将歧管54插入而接纳歧管54的示例性槽80的透视图，且图7是配备有例如如图4中所示的歧管54的、如图6所示的槽80的第一实施例的透视图。槽80能够或无源地(例如，冰包)或有源地(例如，循环冷却剂、热电冷却器)使插入到歧管54中的微容器12内的试剂保持在特定温度。一旦被插入到槽80中，在其前侧上形成到歧管54的分区壁部分上的架68的底部毗邻槽80的上轮缘。如可在图6和7中看到的，槽80在其右横向侧提供有允许将回火液体施加到槽80内部的进料连接82以及允许将回火液体从容纳在歧管54中的微容器12的一部分所达到的槽80的内部引出的出料连接84。因此，实现了插入到微容器12中的液体的可靠冷却。
优选地，包括配备有微容器12(其喷嘴借助于线性帽阵列70被密封)的歧管54的组装件被接纳到槽84中。这一布置允许使微容器12内部的液体保持在特定温度以及防止液体漏到微容器外或更确切地防止从不同微容器12泄漏的液体混合。
图8是配备有其中接纳了多个微容器12的歧管54的一次性测试盒14(参考图1A)的第一方面的透视图，且图9是如图8中所示的第一方面的截面图。在所示方面中，微容器12中的每一者连接到多个机械致动器86中的相应一者。具体而言，每一机械致动器86经由其第二抓握部52(例如，参考图2)连接到相应微容器12。例如，机械致动器86形成机械臂(未示出)的一部分或与其对接。图8和9中示出的布置允许将液体按需注入到例如一次性测试盒14中。在这一布置中，将液体注入到一次性测试盒14中在微容器12的活塞46通过机械致动器86中的相应一者的机械致动而被下推时通过正位移来执行。否则，将液体从一次性测试盒14吸入到微容器12中在微容器12的活塞46通过机械致动器86中的相应一者的机械致动而被上拉时通过负位移来执行。因此，有利地，不需要用户操作且实现了微流体化验的自动处理。一次性测试盒14与机器人液体处置器的集成允许每当需要时且以大范围的可能体积(例如，2-1000μl)将样本和试剂递送到一次性测试盒14的间隙中。
歧管54可借助于可移除咬合配合连接被装载到例如一次性测试盒14的盖10。如图9中最佳地示出的，一次性测试盒14的盖10优选地配备有插销88，这些插销88被适配成啮合形成在歧管54的横向壁中的凹口(参考图5中所示的插销78和图3-5中所示的凹口64)。一旦插销88被咬合到凹口中，就阻止从一次性测试盒14中移除歧管54。
为了脱离咬合配合连接，脱杆62(也参考图3)(它可移动地装载到歧管54)可被向下拉，如图9的右侧上示意性地示出的。在这样做时，脱杆62的底部边缘啮合插销88中的每一者的上端部上形成的倾斜部。脱杆62的进一步向下移动导致脱杆62的底部边缘进一步沿插销88中的每一者的倾斜上端部滑动，这一滑动连贯地驱使插销88向外或更确切地在远离歧管54的方向上移动或更确切地移出其相应凹口。进而，这一向外驱动使插销88移出与凹口的啮合。一旦插销88被总体从相应凹口脱离或更确切而言释放，歧管54就自由地从盖10移除，例如通过简单地上拉歧管54同时一次性测试盒14保持就位来从一次性测试盒14中移除。要注意，将歧管54重新安装到一次性测试盒14需要脱杆62向上移动，如先前在图9的左侧示意性地示出的。
替换地且背离附图中所示的实施例，歧管54(或数个歧管54)可不可移除地附连到或者可整合到所有本文公开的变型的盖10，例如一次性测试盒14的盖54(未示出)中。
参考编号
10 盖 50 第一抓握部
12 微容器 52 第二抓握部
14 一次性测试盒 54 歧管
16 数字微流体系统 56 微容器插座
18 第一基板 58 凹槽
20 中央控制单元 60 夹具
22 电极 62 脱杆
24 电极阵列 64 凹口
26 第一疏水表面 66 突出部
28 第二疏水表面 68 架
30 间隙 70 线性帽阵列
32 微容器接口 72 支撑件
34 锥体 74 帽
36 喷嘴 76 锥体
37 工作膜 78 插销
38 流体入口孔 80 槽
39 夹持装置 82 入料连接
40 分隔件 84 出料连接
42 衬垫 86 机械致动器
44 管 88 插销
46 活塞 D 直径
48 液体

Claims (43)

1.一种在用于操纵液体部分或液滴中的样本的数字微流体系统(16)中使用的盖(10)；所述数字微流体系统(16)包括第一基板(18)和中央控制单元(20)，其中所述第一基板(18)包括电极阵列(24)，并且其中所述中央控制单元(20)与所述电极处于可操作连接中以用于控制对其个体电极(22)的选择并用于向数个所述电极提供用于通过电浸润操纵液体部分或液滴的电压；在所述数字微流体系统(16)中，具有间隙高度的工作间隙(30)被定位成平行于所述电极阵列(24)并且在第一和第二疏水表面(26，28)之间；这两个疏水表面(26，28)至少在所述数字微流体系统(16)的操作期间彼此面对，
其中所述盖(10)在一侧包括所述第二疏水表面(28)而在另一侧包括至少一个微容器接口(32)以用于将液体安全引入到所述间隙(30)中和/或将液体从所述间隙(30)引出；所述至少一个微容器接口(32)包括至少一个锥体(34)，所述锥体(34)的内表面被形成以便提供与所插入微容器喷嘴(36)的外表面的密封形式配合接触，液体(48)能借助所述喷嘴(36)穿过形成在所述盖(10)中且与每一锥体(34)和所述间隙(30)互连的流体入口孔(38)来转移。
2.如权利要求1所述的盖(10)，其特征在于，
所述盖(10)和所述第一和第二疏水表面(26，28)由一次性测试盒(14)包括，所述一次性测试盒被配置成定位在所述第一基板(18)的所述电极阵列(24)上。
3.如权利要求2所述的盖(10)，其特征在于，
所述一次性测试盒(14)包括具有所述第一疏水表面(26)的工作膜(37)且所述盖(10)包括所述第二疏水表面(28)，所述第二疏水表面(28)通过所述间隙(30)与所述第一疏水表面(26)分开或者能与其分开，所述工作膜(37)包括被配置成触摸所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)的最高表面的背侧。
4.如权利要求3所述的盖(10)，其特征在于，
所述一次性测试盒(14)的所述盖(10)被配置成刚性或柔性的；至少一个分隔件(40)被附连到所述盖(10)，由此密封地封闭所述间隙(30)、限定在所述一次性测试盒(14)的所述第一和第二疏水表面(26，28)之间的所述间隙(30)的高度、以及将所述第一和第二疏水表面(26，28)永久地分开。
5.如权利要求3所述的盖(10)，其特征在于，
所述一次性测试盒(14)的所述盖(10)被配置成刚性的且所述一次性测试盒(14)的所述工作膜(37)被配置成柔性的；至少一个衬垫(42)被附连到所述盖(10)且在所述间隙(30)的外部以在所述工作膜(37)的所述背侧与所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)的所述最高表面之间创建真空时将所述第一和第二疏水表面(26，28)分开。
6.如权利要求1所述的盖(10)，其特征在于，
所述第一疏水表面(26)由所述第一基板(18)不可移除地包括，且所述第二疏水表面(28)由配置成刚性板且被容纳在所述第一基板(18)上的所述盖(10)包括。
7.如权利要求6所述的盖(10)，其特征在于，
所述盖(10)或所述第一基板(18)包括分隔件(40)，用于在将所述盖(10)容纳在所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)上时将所述第一和第二疏水表面(26，28)分开。
8.如权利要求1所述的盖(10)，其特征在于，
所述第一疏水表面(26)由可反转地放置在所述第一基板(18)上的工作膜(37)包括，且所述第二疏水表面(28)由配置成刚性板且被容纳在所述工作膜(37)上的所述盖(10)包括。
9.如权利要求8所述的盖(10)，其特征在于，
所述盖(10)或所述工作膜(37)包括分隔件(40)，用于在将所述盖(10)容纳在置于所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)上的所述工作膜(37)时将所述第一和第二疏水表面(26，28)分开。
10.一种在用于操纵液体部分或液滴中的样本的数字微流体系统(16)中使用的微容器(12)，
其中所述微容器(12)包括管(44)、具有孔径的喷嘴(36)、以及密封地引导在所述管(44)内的用于经由所述微容器(12)的喷嘴(36)来分配或吸取液体(48)的活塞(46)，
并且其中所述微容器(12)的所述喷嘴(36)的外表面被形成为提供与根据权利要求1所述的盖(10)的微容器接口(32)所包括的锥体(34)的内表面的密封形式配合接触。
11.如权利要求10所述的微容器(12)，其特征在于，
所述微容器(12)预填充有从包括试剂、油、缓冲剂以及样本的组中选择的液体(48)。
12.如权利要求10所述的微容器(12)，其特征在于，
所述微容器(12)被适配成将样本转移到所述数字微流体系统(16)，所述样本是从包括血液、唾液、尿液和粪便的组中选择的。
13.如权利要求10到12中的一项权利要求所述的微容器(12)，其特征在于，
所述微容器(12)的所述喷嘴(36)的所述孔径的直径≤1mm，优选地≤0.5mm。
14.如权利要求10到13中的一项权利要求所述的微容器(12)，其特征在于，
所述微容器(12)的所述管(44)的外表面提供有第一抓握部(50)。
15.如权利要求14所述的微容器(12)，其特征在于，
所述活塞(46)的远端提供有第二抓握部(52)。
16.如权利要求15所述的微容器(12)，其特征在于，
所述第一和第二抓握部(50，52)包括分别从所述管(44)和活塞(46)的外表面径向突出的外缘。
17.如权利要求10到16中的一项权利要求所述的微容器(12)，其特征在于，
所述微容器(12)被适配成加载到歧管(54)中。
18.如权利要求17所述的微容器(12)，其特征在于，
所述第一抓握部(50)被形成以使得被接纳在所述歧管(54)中形成的凹槽(58)中，以便至少在所述微容器(12)的轴向方向上将所述微容器(12)可释放地耦合到所述歧管(54)。
19.如权利要求18所述的微容器(12)，其特征在于，
所述第一抓握部(50)的至少一个轮缘部分被形成为平面且与所述歧管(54)在与所加载微容器(12)毗邻的区域中的平面部分对准。
20.一种歧管(54)，包括适配成容纳如权利要求10所述的微容器(12)的至少一个微容器插座(56)。
21.如权利要求20所述的歧管(54)，其特征在于，
所述歧管(54)包括彼此平行地对准的多个细长的微容器插座(56)。
22.如权利要求20或21所述的歧管(54)，其特征在于，
每一插座(56)包括适配成接纳从微容器(12)管径向突出的第一抓握部(50)的凹槽(58)。
23.如权利要求20到22中的一项权利要求所述的歧管(54)，
所述歧管(54)被适配成接纳能附连到所述歧管(54)的夹具(60)，以啮合接纳在所述插座(56)中的至少一个微容器(12)的所述第一抓握部(50)的平面轮缘部分。
24.如权利要求23所述的歧管(54)，其特征在于，
至少在所述夹具(60)的一侧上所述夹具(60)到所述歧管(54)的附连是咬合适配连接。
25.如权利要求20到24中的一项权利要求所述的歧管(54)，其特征在于，
所述歧管(54)被适配成接纳能在所述歧管的底侧附连到所述歧管(54)的至少一个帽(74)，所述至少一个帽(74)被形成以使得密封地啮合接纳在所述歧管(54)中的微容器(12)的喷嘴(36)。
26.如权利要求25所述的歧管(54)，其特征在于，
所述歧管(54)被适配成接纳能在所述歧管的底侧附连到所述歧管(54)的线性帽阵列(70)，所述帽(74)被形成以使得每一个帽密封地啮合接纳在所述歧管(54)中的微容器(12)的喷嘴(36)。
27.如权利要求25或26所述的歧管(54)，其特征在于，
所述帽(74)中的每一者包括锥体(76)，其中所述锥体的内表面被形成以在所述帽(74)附连到所述歧管(54)的情况下提供与接纳在所述歧管(54)中的微容器(12)的喷嘴(36)的外表面的密封形式配合接触。
28.如权利要求25到27中的一项权利要求所述的歧管(54)，其特征在于，
每一帽(74)被装载到支撑件(72)上，所述支撑件(72)包括咬合适配连接，所述咬合适配连接用于将所述支撑件(72)可释放地附连到所述歧管(54)以及在所述帽(74)被附连到所述歧管(54)的情况下与接纳在所述歧管(54)中的微容器(12)的喷嘴(36)的外表面的临时密封形式配合接触。
29.如权利要求20到28中的一项权利要求所述的歧管(54)，其特征在于，
所述歧管(54)被适配成接纳在能够将填充到容纳在所述歧管(54)中的至少一个微容器(12)中的试剂保持在特定温度的槽(80)中。
30.如权利要求29所述的歧管(54)，其特征在于，
所述槽(80)包括用于将回火液体施加到所述槽(80)以及从所述槽(80)吸取回火液体的进料和出料连接(82，84)，容纳在所述歧管(54)中的所述微容器(12)的一部分达到所述槽(80)。
31.一种将液体(48)引入用于操纵液体部分或液滴中的样本的数字微流体系统(16)的间隙(30)中的方法；所述数字微流体系统(16)包括第一基板(18)和中央控制单元(20)，其中所述第一基板(18)包括电极阵列(24)，并且其中所述中央控制单元(20)与所述电极处于可操作连接中以用于控制对其个体电极(22)的选择并用于向数个所述电极提供用于通过电浸润操纵液体部分或液滴的电压；在所述数字微流体系统(16)中，具有间隙高度的工作间隙(30)被定位成平行于所述电极阵列(24)并且在第一和第二疏水表面(26，28)之间；这两个疏水表面(26，28)至少在所述数字微流体系统(16)的操作期间彼此面对，
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(a)将盖(10)置于所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)上，所述盖(10)在一侧包括所述第二疏水表面(28)而在另一侧包括至少一个微容器接口(32)；所述至少一个微容器接口(32)包括具有内表面的至少一个锥体(34)和形成在所述盖(10)中且使每一锥体(34)和所述间隙(30)互连的至少一个流体入口孔(38)；
(b)提供在所述第一和第二疏水表面(26，28)之间的所述间隙(30)的基本上均匀的高度；
(c)将填充有液体(48)的至少一个微容器(12)的喷嘴(36)插入所述盖(10)的所述微容器接口(32)的至少一个锥体(34)中；
(d)创建所述微容器接口(32)的至少一个锥体(34)的内表面与所插入的至少一个微容器(12)的所述喷嘴(36)的外表面之间的密封形式配合接触；以及
(e)经由形成在所述盖(10)中的所述至少一个流体入口孔(38)将液体(48)从所述至少一个微容器(12)分配到所述间隙(30)中。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，进一步包括借助于所述数字微流体系统(16)的至少一个钳位装置(39)将所放置的盖(10)钳位在所述第一基板(18)上的步骤。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述盖(10)由一次性测试盒(14)包括，所述一次性测试盒(14)包括具有第一疏水表面(26)的工作膜(37)且所述盖(10)包括所述第二疏水表面(28)，所述一次性测试盒(14)的所述盖(10)被配置成刚性或柔性的，至少一个分隔件(40)附连到所述盖(10)，所述第二疏水表面(28)通过所述间隙(30)与所述第一疏水表面(26)分开或者能与其分开，所述工作膜(37)包括被配置成触摸所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)的最高表面的背侧，
其中所述方法进一步包括以下步骤：
(f)用所述分隔件(40)密封地封闭所述间隙(30)；
(g)用所述分隔件(40)限定所述一次性测试盒(14)的所述第一和第二疏水表面(26，28)之间的所述间隙(30)的高度，并将所述第一和第二疏水表面(26，28)永久分开；以及
(h)将所述一次性测试盒(14)定位在所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)的所述电极阵列(24)上。
34.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述盖(10)由所述一次性测试盒(14)包括，所述一次性测试盒(14)包括具有所述第一疏水表面(26)的工作膜(37)且所述盖(10)包括所述第二疏水表面(28)，所述一次性测试盒(14)的所述盖(10)被配置成刚性的且所述一次性测试盒(14)的所述工作膜(37)被配置成柔性的；至少一个衬垫(42)附连到所述盖(10)且在所述间隙(30)的外部以用于将所述第一和第二疏水表面(26，28)分开，
其中所述方法进一步包括以下步骤：
(f)将所述一次性测试盒(14)定位在所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)的所述电极阵列(24)上；
(g)在所述工作膜(37)的背侧与所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)的所述最高表面之间创建真空；以及
(h)将所述工作膜(37)展开在所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)上并确立所述间隙高度。
35.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述第一疏水表面(26)由所述第一基板(18)不可移除地包括，且所述第二疏水表面(28)由配置成刚性板的所述盖(10)包括，
其中所述方法进一步包括以下步骤：
(f)将所述盖(10)容纳在所述第一基板(18)上；以及
(g)通过分隔件(40)将所述第一和第二疏水表面(26，28)分开，所述分隔件(40)是分开地提供的或由所述盖(10)包括或由所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)包括。
36.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述第一疏水表面(26)由可反转地放置在所述第一基板(18)上的工作膜(37)包括且所述第二疏水表面(28)由配置成刚性板的所述盖(10)包括，
其中所述方法进一步包括以下步骤：
(f)将所述工作膜(37)置于在所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)上；
(g)将所述盖(10)容纳在所述第一基板(18)上；以及
(h)通过分隔件(40)将所述第一和第二疏水表面(26，28)分开，所述分隔件(40)是分开地提供的或由所述盖(10)包括或由所述工作膜(37)包括。
37.如权利要求31到36中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，
所述微容器(12)被加载到歧管(54)，所述歧管(54)随后可反转地附连到所述盖(10)。
38.如权利要求31到37中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，
利用为此适配的所述微容器(12)将样本转移到所述数字微流体系统(16)的所述间隙(30)中，所述样本是从包括血液、唾液、尿液和粪便的组中选择的。
39.一种从用于操纵液体部分或液滴中的样本的数字微流体系统(16)的间隙(30)中引出液体(48)的方法；所述数字微流体系统(16)包括第一基板(18)和中央控制单元(20)，其中所述第一基板(18)包括电极阵列(24)，并且其中所述中央控制单元(20)与所述电极处于可操作连接中以用于控制对其个体电极(22)的选择并用于向数个所述电极提供用于通过电浸润操纵液体部分或液滴的电压；在所述数字微流体系统(16)中，具有间隙高度的工作间隙(30)被定位成平行于所述电极阵列(24)并且在第一和第二疏水表面(26，28)之间；这两个疏水表面(26，28)至少在所述数字微流体系统(16)的操作期间彼此面对，
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(a)将盖(10)置于所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)上，所述盖(10)在一侧包括所述第二疏水表面(28)而在另一侧包括至少一个微容器接口(32)；所述至少一个微容器接口(32)包括具有内表面的至少一个锥体(34)和形成在所述盖(10)中且使每一锥体(34)和所述间隙(30)互连的至少一个流体入口孔(38)；
(b)提供在所述第一和第二疏水表面(26，28)之间的所述间隙(30)的基本上均匀的高度；
(c)将至少一个微容器(12)的喷嘴(36)插入所述盖(10)的所述微容器接口(32)的至少一个锥体(34)中；
(d)创建所述微容器接口(32)的至少一个锥体(34)的所述内表面与所插入的至少一个微容器(12)的所述喷嘴(36)的外表面之间的密封形式配合接触；以及
(e)经由形成在所述盖(10)中的至少一个流体入口孔(38)将液体从所述间隙(30)吸入到所述至少一个微容器(12)中。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述盖(10)由一次性测试盒(14)包括，所述一次性测试盒(14)包括具有第一疏水表面(26)的工作膜(37)且所述盖(10)包括所述第二疏水表面(28)，所述一次性测试盒(14)的所述盖(10)被配置成刚性或柔性的，至少一个分隔件(40)附连到所述盖(10)，所述第二疏水表面(28)通过所述间隙(30)与所述第一疏水表面(26)分开或者能与其分开，所述工作膜(37)包括被配置成触摸所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)的最高表面的背侧，
其中所述方法进一步包括以下步骤：
(f)用所述分隔件(40)密封地封闭所述间隙(30)；
(g)用所述分隔件(40)限定所述一次性测试盒的所述第一和第二疏水表面(26，28)之间的所述间隙(30)的高度，并将所述第一和第二疏水表面(26，28)永久分开；以及
(h)将所述一次性测试盒(14)定位在所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)的所述电极阵列(24)上。
41.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述盖(10)由所述一次性测试盒(14)包括，所述一次性测试盒(14)包括具有所述第一疏水表面(26)的工作膜(37)且所述盖(10)包括所述第二疏水表面(28)，所述一次性测试盒(14)的所述盖(10)被配置成刚性的而所述一次性测试盒(14)的所述工作膜(37)被配置成柔性的；至少一个衬垫(42)附连到所述盖(10)且在所述间隙(30)的外部以用于将所述第一和第二疏水表面(26，28)分开，
其中所述方法进一步包括以下步骤：
(f)将所述一次性测试盒(14)定位在所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)的所述电极阵列(24)上；
(g)在所述工作膜(37)的所述背侧与所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)的所述最高表面之间创建真空；以及
(h)将所述工作膜(37)展开在所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)上并确立所述间隙高度。
42.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述第一疏水表面(26)由所述第一基板(18)不可移除地包括且所述第二疏水表面(28)由配置成刚性板的所述盖(10)包括，
其中所述方法进一步包括以下步骤：
(f)将所述盖(10)容纳在所述第一基板(18)上；以及
(g)通过分隔件(40)将所述第一和第二疏水表面(26，28)分开，所述分隔件(40)是分开地提供的或由所述盖(10)包括或由所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)包括。
43.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述第一疏水表面(26)由可反转地放置在所述第一基板(18)上的工作膜(37)包括且所述第二疏水表面(28)由配置成刚性板的所述盖(10)包括，
其中所述方法进一步包括以下步骤：
(f)将所述工作膜(37)置于在所述数字微流体系统(16)的所述第一基板(18)上；
(g)将所述盖(10)容纳在所述第一基板(18)上；以及
(h)通过分隔件(40)将所述第一和第二疏水表面(26，28)分开，所述分隔件(40)是分开地提供的或由所述盖(10)包括或由所述工作膜(37)包括。
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