CN108290157A - 用于流体装置的填充流体 - Google Patents

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Abstract

本文中公开了包括填充流体的组合物和流体装置，所述填充流体具有溶解在所述填充流体中的硅氧烷嵌段共聚物。本文中还公开了相关的试剂盒和将所述流体装置用于多种用途例如聚合酶链反应或者准备用于测序反应的方法。

Description

用于流体装置的填充流体
相关申请
本申请基于2015年10月22日提交的美国临时专利申请序号62/245,147并且要求其优先权，将其内容完全引入本文作为参考用于所有目的。
背景
微流体(微流控，microfluidic)装置为处理小的流体体积(通常在亚毫升范围内)的小型流体(流控，fluidic)装置。微流体装置可具有微机械结构(微通道(microchannel)、微轨道(microtrack)、微路径(micropath)、微阀等)并且采用各种流体移动机构例如机械部件(例如，微泵)液压气动(hydro-pneumatic)装置/方法和基于电学的效应(电泳、介电电泳、电渗、电润湿、光电润湿(optp-electrowetting)、和这些效应的变形以及其它效应)。
发明内容
本文中公开的一些实施方式提供用于微流体装置的填充流体(填充剂流体，filler fluid)，其包括硅油和溶解于所述硅油中的硅氧烷嵌段共聚物，其中所述硅氧烷嵌段共聚物是与水性(aqueous)液体基本上不混溶的。在一些实施方式中，所述填充流体中的所述硅氧烷嵌段共聚物的少于约0.1％的体积分数是与水性液体混溶的。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物包括硅氧烷骨架和官能化的侧链。在一些实施方式中，所述官能化的侧链包括亲水性头基。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物在式I中表示：
其中n≥0，m≥0，且R选自聚丙烯酰胺、多糖、聚二醇(聚乙二醇，polyglycol)、羧酸盐或酯(carboxylate)、羧酸、磺酸盐或酯(sulfonate)、硫酸盐或酯(sulfate)、乙二醇、胺、铵、碳水化合物、碳酸盐或酯(carbonate)、和硅酸盐或酯(silicate)。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物选自可得自Gelest(Morrisville,PA)的CMS-222、CMS-221、FMS736、FMS-141、APT-263和MCR-C12。在一些实施方式中，所述填充流体中所述硅氧烷嵌段共聚物的浓度为约0.02％w/w-约0.1％w/w。在一些实施方式中，所述填充流体中所述硅氧烷嵌段共聚物的浓度为约0.05％w/w。在一些实施方式中，所述硅油包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物为(羟基亚丙基氧基丙基)甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物。在一些实施方式中，所述填充流体和水性液体液滴的表面张力在约3和约12达因/cm之间。在一些实施方式中，所述填充流体中的所述硅氧烷嵌段共聚物的少于约0.1％的体积分数是与水性缓冲剂(缓冲液，buffer)混溶的。
本文中公开的一些实施方式提供流体装置，其包括分散在填充流体中的多个样品液滴，所述填充流体包括溶解在硅油中的硅氧烷嵌段共聚物。在一些实施方式中，所述硅油为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物为(羟基亚丙基氧基丙基)甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物。在一些实施方式中，所述填充流体容许所述样品液滴在所述微流体装置内形成和移动。在一些实施方式中，所述填充流体对在所述样品液滴内的任何组分的生物功能没有影响。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物包括硅氧烷骨架和官能化的侧链。在一些实施方式中，所述官能化的侧链包括亲水性头基。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物的所述亲水性头基选自聚丙烯酰胺、多糖、聚二醇、羧酸盐或酯、羧酸、磺酸盐或酯、硫酸盐或酯、乙二醇、PEG、胺、铵、碳水化合物、碳酸盐或酯、和硅酸盐或酯。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物在式I中表示：
其中n≥0，m≥0，且R选自聚丙烯酰胺、多糖、聚二醇、羧酸盐或酯、羧酸、磺酸盐或酯、硫酸盐或酯、乙二醇、PEG、胺、铵、碳水化合物、碳酸盐或酯、和硅酸盐或酯。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物选自可得自Gelest(Morrisville,PA)的CMS-222、CMS-221、FMS 736、FMS-141、APT-263和MCR-C12。在一些实施方式中，所述填充流体中所述硅氧烷嵌段共聚物的浓度为约0.02％w/w-约0.1％w/w。在一些实施方式中，所述填充流体中所述硅氧烷嵌段共聚物的浓度为约0.05％w/w。在一些实施方式中，所述填充流体包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在一些实施方式中，所述液滴和所述填充流体之间的表面张力在约3和约10-12达因/cm之间。在一些实施方式中，所述微流体装置为采用选自如下的机理的数字微流体装置：电润湿、光电润湿、静电、电泳、介电电泳、电渗、或其组合。在一些实施方式中，所述样品液滴各自包括生物样品。在一些实施方式中，所述生物样品包括核苷酸分子，例如DNA分子。在一些实施方式中，所述微流体装置包括配置成使样品液滴移动通过所述微流体装置的液滴致动器。在一些实施方式中，所述微流体装置包括：(a)基底，其包括基底表面；(b)设置在所述基底表面上的电极的阵列；(c)设置在所述基底表面上并且被图案化为覆盖所述电极的介电层；和(d)电极选择器，其用于顺序地启动(activating)和停用(de-activating)所述阵列的一个或多个所选择的电极以顺序地向所选择的电极施偏压至致动电压，由此设置在所述基底表面上的液滴各自沿着由所选择的电极限定的期望路径移动。在一些实施方式中，所述微流体装置包括如下的板：其与所述基底表面隔开一定距离以在所述板和所述基底表面之间限定空间，其中所述距离足以将所设置的液滴容纳在所述空间中。在一些实施方式中，所述板包括面对所述基底表面的板表面，并且所述板表面是疏水性的。
一些实施方式包括试剂盒，其包括：流体装置和包括填充流体的容器，其中所述填充流体包括硅氧烷嵌段共聚物和硅油。所述试剂盒可进一步包括包含与所述硅氧烷嵌段共聚物基本上不混溶的水性缓冲剂的容器。所述试剂盒还可包括如下的硅氧烷嵌段共聚物：其中所述填充流体中的所述硅嵌段共聚物的小于约0.1％的体积分数是与所述水性缓冲剂混溶的。在一个实施方式中，所述硅油包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在一个实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物为(羟基亚丙基氧基丙基)甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物。在一个实施方式中，所述流体装置为电润湿、光电润湿、静电、电泳、介电电泳、或电渗装置。
另一实施方式为在流体装置中进行液滴操作的方法，其包括使多个水性液滴移动通过所述流体装置内的所述填充流体，其中所述填充流体包括溶解在硅油中的硅氧烷嵌段共聚物和所述多个水性液滴是与所述填充流体基本上不混溶的。在一个实施方式中，所述多个水性液滴和所述填充流体之间的表面张力在约3-约12达因/cm之间。在一个实施方式中，使所述多个液滴移动包括进行聚合酶链反应。在一个实施方式中，使所述多个液滴移动包括制备(准备)用于多聚核苷酸测序反应的样品。在一些实施方式中，所述方法可包括使所述多个水性液滴移动，包括使用电润湿、光电润湿、静电、电泳、介电电泳、电渗、或其组合使所述多个水性液滴移动。在一些实施方式中，使所述多个液滴移动包括进行聚合酶链反应(PCR)。在一些实施方式中，使所述多个液滴移动包括制备用于多聚核苷酸测序反应的样品。
应领会，前述构思和下文中更详细讨论的另外的构思的所有组合(条件是这样的构思不是彼此不一致的)被思虑作为本文中公开的本发明主题的部分。特别地，在本公开内容结尾处出现的所要求保护的主题的所有组合被思虑作为本文中公开的本发明主题的部分。
附图说明
图1A和1B显示，在一个实施方式中，关于包含CMS-222的填充流体对试剂A(BBS)和试剂B(ESL)试剂的界面张力(IFT)以及使用包含CMS-222硅氧烷嵌段共聚物的填充流体的情况下可观察到的过程能力(制程能力，process capability)改善的实验数据。
图2显示，在一个实施方式中，展现85的工作范围为0.0015％-0.004％、和CMS-222的工作范围为0.02％-0.1％的实验数据。
图3显示，在一个实施方式中，CMS-222对多种标准试剂的IFT的实验数据。
图4显示，在一个实施方式中，不同硅氧烷嵌段共聚物对试剂A(BBS)和试剂B(ESL)试剂的IFT的实验数据。
具体实施方式
本公开内容描述了用于改善微流体装置中的液滴操作的组合物和方法。对于生物医学应用，设计了一些微流体装置来进行样品处理，包括浓缩、过滤、洗涤、分配、混合、输送、样品分流、样品裂解(lysing)和其它样品操作功能。
微流体装置可包括数字流体卡盒，其具有：涂布有导电涂层的顶板(通常由塑料制成)；两个疏水层，其间具有电极的轨道或路径；介电涂料(涂层，coating)和印刷电路板(PCB)底部。这两个疏水层之间的空间可填充有与样品流体不混溶或基本上不混溶的填充流体。在一些实施方式中，所述样品流体利用电润湿使样品移动通过所述微流体装置内的填充流体。
如本文中使用的，如果如下的话，则一种流体是在另一流体中不混溶的：它们在添加在一起时未形成均匀的混合物。不混溶的流体将分离成不同的液体层。如本文中使用的术语“基本上不混溶(的)”指的是这样的流体：其在与液滴相混合时在平衡之后将几乎完全分离成两个离散的(discrete)相，并且一种流体的仅微小部分与另一流体混合。例如，基本上不混溶的混合物可有小于约0.5％、约0.3％、约0.1％、约0.05％或约0.01％的体积分数的第一流体与第二流体混溶。
在一些实施方式中，本公开内容提供流体装置例如数字微流体装置。在一些实施方式中，本公开内容提供改善在使用填充流体的流体装置中的液滴操作、样品分析、装置寿命和鲁棒性的方法。电润湿装置可包括在所述装置内的疏水性填充流体、和在所述填充流体中形成样品液滴的混合在预定的缓冲剂内的亲水性水性样品。为了使所述液滴在所述装置内有效地移动，在一些实施方式中通常期望约6-12达因/cm的液滴表面张力。该目标表面张力可通过将表面活性剂添加于所述缓冲剂中而实现。然而，对于一些类型的检验，表面活性剂可负面地影响检验操作，例如通过抑制特定的化学反应。因此，本公开内容的一些实施方式涉及改进的填充流体，其包含基于硅氧烷的嵌段共聚物疏水性表面活性剂。在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物表面活性剂可将所述填充流体内所述样品液滴的表面张力调节至在约6约12达因/cm的目标范围内。
在一些实施方式中，所述填充流体包括低粘度油例如硅油或者十六烷填充流体。作为一个实例，所述低粘度油可具有约7cSt或更小的粘度。所述填充流体还可为或者包括卤化的油，例如氟化或全氟化的油。在一个实施方式中，向所述填充流体添加基于聚合物的表面活性剂以改变在所述填充流体内移动的水性液滴的表面张力。在使用基于聚(二甲基)硅氧烷(PDMS)的填充流体的实施方式中，所述聚合物表面活性剂可为在PDMS中能溶解的，但是在所述水性缓冲剂中不是能溶解的。一类聚合物即基于硅氧烷的嵌段共聚物已经被确定为能溶解在这样的填充流体中，并且不溶解于水性缓冲剂中。因此，一个实施方式为在PDMS填充流体内使用基于硅氧烷的嵌段共聚物表面活性剂的微流体装置。应领会，本文中公开的填充流体是与生物医学流体应用相容的。
在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物表面活性剂包括用线型的亲水性侧链例如亲水性头基官能化的硅氧烷骨架。
以下详细描述涉及本申请的某些具体实施方式。在该描述中，涉及附图，在附图中为了清楚，相同的部分或者步骤可始终用相同的数字表示。在本说明书中提及“一个实施方式”、“一种实施方式”、或者“在一些实施方式中”意味着关于该实施方式描述的具体的特征、结构、或特性可包括在本公开内容的至少一个实施方式中。在本说明书中的不同位置中出现短语“一个实施方式”、“一种实施方式”、或者“在一些实施方式中”未必均是指相同的实施方式，也不是彼此排除其他实施方式的独立的或者替代的实施方式。此外，描述了可通过一些实施方式呈现并且不通过其它实施方式呈现的多种特征。类似地，描述了如下的多种要求：其可为对于一些实施方式的要求，但是不是对于其它实施方式的要求。
本文中使用的小节标题仅是为了组织的目的并且不应被解释为限制所描述的主题。
定义
除非另有定义，本文中使用的所有技术和科学术语的含义与如本领域普通技术人员通常理解的相同。术语“包括”以及其它形式例如“包含”的使用不是限制性的。术语“具有”以及其它形式例如“拥有”的使用不是限制性的。如本说明书中使用的，无论是在权利要求的过渡性短语中还是主干中，术语“包括”应被解释为具有开放式含义。即，以上术语应与短语“至少具有”或者“至少包括”同义地解释。例如，当在工艺的情况中使用时，术语“包括”意味着该工艺至少包括所叙述的步骤，但是可包括另外的步骤。当在化合物、组合物、或装置的情况中使用时，术语“包括”意味着所述化合物、组合物、或装置至少包括所叙述的特征或部件，但是还可包括另外的特征或者部件。
如本文中使用的，术语“液滴致动器”意指用于操纵液滴的装置。对于液滴致动器的实例，参见：Pamula等，美国专利No.6,911,132，题为“Apparatus for ManipulatingDroplets by Electrowetting-Based Techniques”，2005年6月28日授权；Pamula等，美国专利公布No.20060194331，题为“Apparatuses and Methods for Manipulating Dropletson a Printed Circuit Board”，2006年8月31日公布；Pollack等，国际专利公布No.WO/2007/120241，题为“Droplet-Based Biochemistry”，2007年10月25日公布；Shenderov的美国专利No.6,773,566，题为“Electrostatic Actuators for Microfluidics and Methodsfor Using Same”，2004年8月10日授权；Shenderov的美国专利No.6,565,727，题为“Actuators for Microfluidics Without Moving Parts”，2003年5月20日授权；Kim等，美国专利公布No.20030205632，题为“Electrowetting-driven Micropumping”，2003年11月6日公布；Kim等，美国专利公布No.20060164490，题为“Method and Apparatus forPromoting the Complete Transfer of Liquid Drops from a Nozzle”，2006年7月27日公布；Kim等，美国专利公布No.20070023292，题为“Small Object Moving on PrintedCircuit Board”，2007年2月1日公布；Shah等，美国专利公布No.20090283407，题为“Methodfor Using Magnetic Particles in Droplet Microfluidics”，2009年11月19日公布；Kim等，美国专利公布No.20100096266，题为“Method and Apparatus for Real-timeFeedback Control of Electrical Manipulation of Droplets on Chip”，2010年4月22日公布；Velev的美国专利No.7,547,380，题为“Droplet Transportation Devices andMethods Having a Fluid Surface”，2009年6月16日授权；Sterling等，美国专利No.7,163,612，题为“Method,Apparatus and Article for Microfluidic Control viaElectrowetting,for Chemical,Biochemical and Biological Assays and the Like”，2007年1月16日授权；Becker等，美国专利No.7,641,779，题为“Method and Apparatus forProgrammable Fluidic Processing”，2010年1月5日授权；Becker等，美国专利No.6,977,033，题为“Method and Apparatus for Programmable Fluidic Processing”，2005年12月20日授权；Decre等，美国专利No.7,328,979，题为“System for Manupulation of a Bodyof Fluid”，2008年2月12日授权；Yamakawa等，美国专利公布No.20060039823，题为“Chemical Analysis Apparatus”，2006年2月23日公布；Wu的美国专利公布No.20110048951，题为“Digital Microfluidics Based Apparatus for Heat-exchangingChemical Processes”，2011年3月3日公布；Fouillet等，美国专利公布No.20090192044，题为“Electrode Addressing Method”，2009年7月30日公布；Fouillet等，美国专利No.7,052,244，题为“Device for Displacement of Small Liquid Volumes Along a Micro-catenary Line by Electrostatic Forces”，2006年5月30日授权；Marchand等，美国专利公布No.20080124252，题为“Droplet Microreactor”，2008年5月29日授权；Adachi等，美国专利公布No.20090321262，题为“Liquid Transfer Device”，2009年12月31日公布；Roux等，美国专利公布No.20050179746，题为“Device for Controlling the Displacement ofa Drop Between Two or Several Solid Substates”，2005年8月18日公布；和Dhindsa等，“Virtual Electrowetting Channels:Electronic Liquid Transport with ContinuousChannel Functionality”，Lab Chip,10:832–836(2010)。将此处提及的参考文献各自的公开内容完全引入本文作为参考。
某些液滴致动器包括一个或多个基底以及与所述一个或多个基底关联(结合、相伴，associate)(例如，层叠在所述一个或多个基底上、附着至所述一个或多个基底、和/或嵌入所述一个或多个基底中)并且布置成进行一种或多种液滴操作的电极。在一些实施方式中，布置两个或更多个基底，在其间有液滴操作间隙。例如，某些液滴致动器包括基础(或者底部)基底、与所述基底关联的液滴操作电极、在所述基底和/或电极的顶上的一个或多个介电层、和任选的形成液滴操作表面的在所述基底、介电层和/或电极的顶上的一个或多个疏水层。还可提供顶部基底，其与所述液滴操作表面隔开有间隙，所述间隙通常被称作液滴操作间隙。在上述的专利和申请中讨论了在顶部和/或底部基底上的多种电极布置并且在本公开内容的说明书中讨论了某些新型的电极布置。在液滴操作其间，液滴可保持与接地或参比电极连续接触或频繁接触。接地或参比电极可与面对所述间隙的顶部基底或者面对所述间隙的底部基底关联。当将电极提供在两个基底上时，用于将所述电极连接(couple)至用于控制或监测所述电极的液滴致动器仪器的电接触可与一个或两个板关联。在一些情况下，一个基底上的电极电连接至另一基底，使得仅一个基底与所述液滴致动器接触。在一个实施方式中，导电材料(例如，环氧，例如可得自Master Bond,Inc.,Hackensack,NJ的MASTER BONDTM Polymer System EP79)提供一个基底上的电极和其它基底上的电路径之间的电连接，例如，顶部基底上的接地电极可通过这样的导电材料连接至底部基底上的电路径。当使用多个基底时，可在所述基底之间提供间隔体以确定其间的间隙的高度和限定致动器上的(on-acutator)分配储器。所述间隔体高度可例如为至少约5μm、约100μm、约200μm、约250μm、约275μm或更大。替代地或另外，所述间隔体高度可为至多约600μm、约400μm、约350μm、约300μm或更小。所述间隔体可例如由来自所述顶部或底部基底的突起物的层、和/或插入所述顶部和底部基底之间的材料形成。可在所述一个或多个基底中提供一个或多个开口以形成如下的流体路径：通过其可将液体递送到所述液滴操作间隙中。在一些情况下，所述一个或多个开口可排列用于与一个或多个电极相互作用，例如，排列成使得流经所述开口的液体将与一个或多个液滴操作电极充分接近以允许使用所述液体通过所述液滴操作电极实现液滴操作。在一些情况下，所述基础(或底部)和顶部基底可形成为一个整体部件。可在所述基础(或底部)和/或顶部基底上和/或在所述间隙中提供一个或多个参比电极。在以上引用的专利和专利申请中提供了参比电极布置的实例。
对于本公开内容而言，术语“层”和“膜”可互换地用于表示如下的结构体或物体：其可为平面的或者基本上平面的，并且可沉积在另一结构体上、形成于另一结构体上、涂布在另一结构体上、处理另一结构体、或者以其它方式设置在另一结构体上。
对于本公开内容而言，在本文中使用术语“连通”(例如，第一部件“与”或者“处于与”第二部件“连通”)来表示两个或更多个部件或元件之间的结构、功能、机械、电学、光学、或者流体学关系、或者其任意组合。因此，一个部件被认为与第二部件连通的事实不意图排除另外的部件可存在于第一和第二部件之间、和/或与第一和第二部件可操作地关联或衔接(啮合、接合，engaged)的可能性。
对于本公开内容而言，将理解，当一个所给部件例如层、区域或基底在本文中称作设置或者形成“于(在)”另一部件“上”、“中”或“处”时，该所给部件可直接在所述另一部件上，或者替代地，还可存在中间部件(例如，一个或多个缓冲层、中间层、电极或接触)。将进一步理解，术语“设置于(在)......上”和“形成于(在)......上”可互换地用于描述一个所给部件如何相对于另一部件安置或者定位。因此，术语“设置于(在)......上”和“形成于(在)......上”不意图引入与材料输送、沉积、或制造的具体方法有关的任何限制。
对于本公开内容而言，将理解，当任何形式的液体(例如，液滴或连续体，无论是移动的还是静止的)被描述为“于(在)”电极、阵列、矩阵(matrix)或表面“上”、“处”或“上面”(over)时，这样的液体可与所述电极、阵列、矩阵或表面直接接触，或者可与介于所述液体和所述电极、阵列、矩阵或表面之间的一个或多个层或膜接触。
如本文中使用的，术语“试剂”描述对于与样品材料反应，稀释、溶解、悬浮、乳化、包封样品材料，与样品材料相互作用，或者添加至样品材料有用的任何材料。
如本文中使用的，术语“约”在修饰数值时指的是可出现的数值的偏差。例如，偏差可如下出现：通过用于制造溶液的液体操作程序；通过这些程序中的偶然误差；通过用于制造组合物或者实施方法的成分的制造、来源、或纯度的差异。在一个实施方式中，术语“约”意味着相对于所叙述的值的偏差在1％、5％、或者最高达10％内。
如本文中使用的，“基本上”意指在很大或者显著的程度上。例如，当如下时，一种组合物可与另一组合物基本上相同：它们彼此为95％、96％、97％、98％、或99％相同的。
本申请中所引用的所有文献和类似材料(包括，但不限于，专利、专利申请、论文(article)、书籍、专著(treatise)、和网页)，无论这样的文献和类似材料的形式为何，均明确地完全引入作为参考。如果所引入的文献和类似材料的一个或多个与本申请不同或矛盾(包括，但不限于所定义的术语、术语用法、所描述的技术等)，以本申请为准。
填充流体
如本文中使用的，术语“填充流体”意指与流体装置关联的流体。所述填充流体可用于填充流体装置或微流体装置例如电润湿装置的内部间隙。在流体装置内可有液滴操作基底，其包括用于通过电力或者电润湿力使液滴在所述装置内移动的液滴致动器。所述填充流体可为与放置在所述流体装置内的任何水性样品的液滴相基本上不混溶的，以使所述液滴相经历电极介导的液滴操作。作为一个实例，当如下时，液滴可为与填充流体基本上不混溶的：液滴液体的小于约0.1％的体积分数与所述填充流体液体混溶。类似地，当如下时，填充流体中的有机硅嵌段共聚物可为与液滴液体基本上不混溶的：所述填充流体中的所述有机硅嵌段共聚物的小于约0.1％的体积分数与所述液滴液体混溶。
液滴致动器的液滴操作间隙可用填充流体填充。所述填充流体可例如为或包括低粘度油例如硅油或十六烷填充流体。所述填充流体可为或包括卤化的油例如氟化或全氟化的油。所述填充流体可填充所述液滴致动器的整个间隙或者可涂布所述液滴致动器的一个或多个表面。填充流体可为导电性的或非导电性的。可选择填充流体以改善液滴操作和/或减少试剂或目标物质从液滴的损失、改善微液滴的形成、减少液滴之间的交叉污染、减少液滴致动器表面的污染、减少液滴致动器材料的劣化、等等。例如，可出于与液滴致动器材料的相容性而选择填充流体。作为一种实例，对于氟化的表面涂料(涂层)，可有用地使用氟化的填充流体。氟化的填充流体对于减少亲脂性化合物例如伞形酮底物例如6-十六烷酰氨基-4-甲基伞形酮底物(例如，用于克拉伯(Krabbe)、尼曼-皮克(Niemann-Pick)、或其它检验中)的损失是有用的；其它伞形酮基底描述于如下中：Winger等，美国专利公布No.20110118132，题为“Enzymatic Assays Using Umbelliferone Substrates withCyclodextrins in Droplets of Oil”，2011年5月19日公布，将其全部公开内容引入本文作为参考。合适的氟化的油的实例包括Galden系中的那些，例如Galden HT170(bp＝170℃，粘度＝1.8cSt，密度＝1.77)、Galden HT200(bp＝200C，粘度＝2.4cSt，d＝1.79)、GaldenHT230(bp＝230C，粘度＝4.4cSt，d＝1.82)(均来自Solvay Solexis)；Novec系中的那些，例如Novec 7500(bp＝128C，粘度＝0.8cSt，d＝1.61)；Fluorinert FC-40(bp＝155℃，粘度＝1.8cSt，d＝1.85)、Fluorinert FC-43(bp＝174℃，粘度＝2.5cSt，d＝1.86)(两者均来自3M)。通常，全氟化的填充流体的选择基于运动粘度(例如，<7cSt)、和沸点(>150℃，例如对于用在基于DNA/RNA的应用(PCR等)中而言)。填充流体可例如与表面活性剂或其它添加剂混合。
例如，可选择添加剂以改善液滴操作和/或减少试剂或目标物质从液滴的损失、微液滴的形成、液滴之间的交叉污染、液滴致动器表面的污染、液滴致动器材料的劣化、等等。可选择所述填充流体的组成(包括表面活性剂掺入)以对于在具体的检验方案中使用的试剂而言达到改善的性能和与液滴致动器材料具有有效的相互作用(或者非相互作用)。适合与本文中阐述的方法和设备一起使用的填充流体和填充流体配方的实例提供于如下中：Srinivasan等，国际专利公布No.WO/2010/027894，题为“Droplet Actuators,ModifiedFluids and Methods”，2010年6月3日公布；Srinivasan等，国际专利公布No.WO/2009/021173，题为“Use of Additives for Enhancing Droplet Operations”，2009年2月12日公布；Sista等，国际专利公布No.WO/2008/098236，题为“Droplet Actuator Devices andMethods Employing Magnetic Beads”，2009年1月15日公布；和Monroe等，美国专利公布No.20080283414，题为“Electrowetting Devices”，2008年11月20日公布，将它们以及本文中列举的其它专利和专利申请的全部内容引入本文作为参考。在一些情况下，氟化的油可掺有氟化的表面活性剂，例如Zonyl FSO-100(Sigma-Aldrich)和/或其它。填充流体可为液体。在一些实施方式中，可使用填充气体代替液体。
实施方式包括用于生物医学应用的微流体装置，其包括包含溶解在油例如硅油中的聚合物的填充流体。可将不同类型和浓度的聚合物与所述油混合以形成如下的填充流体：其提供与水性缓冲剂的液滴的目标表面张力。实施方式包括调节所述填充流体和所述缓冲剂之间的表面张力以将样品液滴形成为在目标范围的表面张力内的方法。在其中所述填充流体包括聚(二甲基)硅氧烷(PDMS)的情况下，所选择的表面活性剂可为在PDMS中能溶解的，但是在包含所述样品的水性缓冲剂中不是能溶解的。在一个实施方式中，一类聚合物即基于硅氧烷的嵌段共聚物已经被确定为在PDMS中能溶解的并且因此在用于生物医学应用的微流体装置中是有用的。本申请的一些实施方式涉及具有合意的界面张力(IFT)的包括基于硅氧烷的嵌段共聚物的填充流体。
如本文中使用的，IFT指的是液相之间例如所述填充流体和包含在所述液滴内的水性液体(例如缓冲剂)之间的表面张力。在一些实施方式中，IFT是通过将包含某些试剂(例如用于生物医学应用的缓冲剂)的液滴分散在填充流体中而测量的。应领会，对于不同的试剂，合意的IFT或IFT范围可变化。因此，可调节本文中公开的填充流体以实现对于某些试剂而言合意的IFT值或IFT范围。填充流体的IFT的调节可以多种方式进行，所述方式例如，但不限于，改变溶解在所述填充流体中的基于硅氧烷的嵌段共聚物的浓度。例如，本文中公开的填充流体可具有为约3达因/cm、约4达因/cm、约5达因/cm、约6达因/cm、约7达因/cm、约8达因/cm、约9达因/cm、约10达因/cm、约11达因/cm、约12达因/cm、约13达因/cm、约14达因/cm、约15达因/cm、约16达因/cm、约17达因/cm、约18达因/cm、约19达因/cm、约20达因/cm的界面张力(IFT)。IFT可大于或小于这些值，或者替代地，在位于以上值的任意两个之间的范围中。在一些实施方式中，所述填充流体具有8-15达因/cm的IFT。在一些实施方式中，所述填充流体具有6-12达因/cm的IFT。
因此，基于硅氧烷的嵌段共聚物可以使得可实现合意的IFT或IFT范围的浓度范围溶解在所述填充流体中。所述基于硅氧烷的嵌段共聚物可以多种浓度溶解在所述填充流体中。在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物为所述填充流体的约0.001％w/w-约5.0％w/w、或者所述填充流体的约0.005％w/w-约2.5％w/w、或者所述填充流体的约0.01％w/w-约1.0％w/w、或者所述填充流体的约0.02％w/w-约0.1％w/w、或者所述填充流体的约0.04％w/w-约0.1％w/w、或者由任意两个前述值限定的范围。
在一些实施方式中，所述填充流体容许液滴形成和移动。在一些实施方式中，所述填充流体不应对大多数生物功能有副作用。
基于硅氧烷的嵌段共聚物
在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物包括用线型亲水性侧链例如亲水性头基官能化的硅氧烷骨架。在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物包括由式I表示的结构：
其中n≥0，m≥0，和R可包括，但不限于，聚丙烯酰胺、多糖、聚二醇、羧酸盐或酯/羧酸、磺酸盐或酯/硫酸盐或酯、乙二醇/PEG、胺/铵、碳水化合物、碳酸盐或酯、硅酸盐或酯等。
在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物选自：CMS-222((羟基亚丙基氧基丙基)甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物，150-200cSt)、CMS-221((甲醇(carbinol)官能性的)甲基硅氧烷–二甲基硅氧烷共聚物，125-150cSt)、CMS-626(35％羟基亚乙基氧基丙基甲基硅氧烷)-(二甲基硅氧烷)共聚物，550-650cSt)、CMS-832((羟基亚乙基氧基丙基甲基硅氧烷)-(3,4-二甲氧基苯基丙基)甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷三元共聚物，1,000-2,000cSt)、DBE 311(二甲基硅氧烷-(30-35％环氧乙烷)嵌段共聚物，10cSt)、DBE 411(二甲基硅氧烷-(45-50％环氧乙烷)嵌段共聚物，5-10cSt)、ABP-263(十二烷基甲基硅氧烷-羟基聚环氧烷烃丙基甲基硅氧烷共聚物，1,000-4,000cSt)、APT-263((60-70％十二烷基甲基硅氧烷)-(30-40％2-苯基丙基甲基硅氧烷)共聚物，1,100-1,300cSt)、MCR C61(单二甲醇封端的聚二甲基硅氧烷，不对称，50-60cSt)、MCR-C12(单甲醇封端的聚二甲基硅氧烷，不对称，15-20cSt)、DMS S31(硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷，1,000cSt)、DBE-224(二甲基硅氧烷-(25-30％环氧乙烷)嵌段共聚物，400cSt)、FMS 736((15-20％十三氟辛基甲基硅氧烷)-(80-85％二甲基硅氧烷)共聚物，4,00-7,000cSt)、FMS 121(聚(3,3,3-三氟丙基甲基硅氧烷)，80-120cSt)、FMS 9922(硅烷醇封端的聚三氟丙基甲基硅氧烷，150-250c cSt)、FMS9921(硅烷醇封端的聚三氟丙基甲基硅氧烷，50-160cSt)，(全部来自Gelest,Morrisville,PA)，Silsoft 900(Momentive,Waterford,NY)，482412(聚[二甲基硅氧烷-共-甲基(3-羟基丙基)硅氧烷]-接枝-聚(乙二醇)甲基醚，45cSt)、480320(聚[二甲基硅氧烷-共-[3-(2-(2-羟基乙氧基)乙氧基)丙基]甲基硅氧烷]，75cSt)、480290(聚(二甲基硅氧烷)，单缩水甘油基醚封端，65cSt)、481246(聚(二甲基硅氧烷)，双(羟基烷基)封端，100cSt)、481963(聚(二甲基硅氧烷)，羟基封端，750cSt)、481955(聚(二甲基硅氧烷)，羟基封端，65cSt)、481939(聚(二甲基硅氧烷)，羟基封端，25cSt)(全部来自Sigma,St.Louis,MO)，FC 770(3MElectronics,St.Paul,MN)，XG 2852、SIB 1816(ABCR Chemicals,Germany)，ASC C12(ABCRChemicals,Germany)，和Benzoquinone。
应领会，对于每种类型的试剂或应用，可调节亲水性头和亲脂性尾的尺寸之间的比率以及亲水性相互作用的性质。在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物为二甲硅油(二甲聚硅氧烷，dimethicone)。在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物为聚硅氧烷-共-聚二醇共聚物。在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物为具有如下结构的双-硅烷醇：
其中n≥10。
在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物能够形成胶束/聚集体。在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物是与水性液体例如水和其它水性缓冲剂不混溶的。在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物是与油混溶的。在一些实施方式中，所述基于硅氧烷的嵌段共聚物在某些条件(例如热、UV、碱性、酸性等)下是稳定的。
流体装置
本文中公开的实施方式包括流体装置，其包括分散在包括硅氧烷嵌段共聚物的填充流体中的多个液滴。在一些实施方式中，本申请的微流体装置为电润湿装置。通过电润湿的基于液滴的致动的电润湿装置和方法描述于美国专利公布No.2004/0055891中，将其内容特此明确地完全引入作为参考。所述微流体装置可包括液滴致动器。所述液滴致动器包括具有布置用于进行一种或多种液滴操作的一个或多个电极的基底。在一些实施方式中，所述液滴致动器包括这样的电极的一个或多个阵列、路径或网络。可利用各种各样的电性质来实现液滴操作。实例包括电润湿和电泳。
在一些实施方式中，卡盒连接至所述液滴致动器。所述卡盒可包括顶板(经常由塑料制成)、两个疏水性涂层、介电涂层、和印刷电路板(PCB)底部以及在一个疏水层与所述介电涂层之间中的电极的轨道或路径。所述两个疏水层之间的空间或间隙可用本文中公开的填充流体填充。液滴移动是通过所述卡盒的电压电势而触发的。
进行液滴操作的方法
本文中公开的实施方式进一步提供在微流体装置中进行液滴操作的方法。液滴操作可使用各种各样的机理进行，所述机理包括但不限于，电润湿、光电润湿、静电、电泳、介电电泳、电渗、或其组合。
如本文中使用的，术语“液滴操作”意指在液滴致动器上的液滴的任何操纵。液滴操作可例如包括：将液滴加载到所述液滴致动器中；从源液滴分配一个或多个液滴；将液滴分流、分离或分割成两个或更多个液滴；将液滴从一个位置输送至在任何方向上的另一位置；将两个或更多个液滴合并或组合成单个液滴；将液滴稀释；将液滴混合；搅动液滴；使液滴变形；将液滴保持在适当位置；培养液滴；将液滴加热；使液滴蒸发；将液滴冷却；液滴的设置(处置)；将液滴从液滴致动器输送出去；本文中描述的其它液滴操作；和/或前述者的任意组合。术语“合并”、“组合”等用于描述由两个或更多个液滴产生一个液滴。应理解，当对于两个或更多个液滴使用这样的术语时，可使用足以导致将所述两个或更多个液滴组合成一个液滴的液滴操作的任意组合。例如，“将液滴A与液滴B合并”可通过如下实现：输送液滴A去与静止的液滴B接触，输送液滴B去与静止的液滴A接触，或者输送液滴A和B去彼此接触。术语“分流”、“分离”和“分割”不意图暗示关于如下的任何特定结果：所得液滴的体积(即，所得液滴的体积可为相同或不同的)或者所得液滴的数量(所得液滴的数量可为2、3、4、5个或更多个)。术语“混合”指导致液滴内的一种或多种组分的更均匀分布的液滴操作。“加载”液滴操作的实例包括微透析加载、压力辅助加载、机器人(自动，robotic)加载、被动加载、和移液管加载。
液滴操作可为电极介导的。在一些情况下，通过在表面上使用亲水性和/或疏水性区域和/或通过物理障碍(物)，进一步促进了液滴操作。对于液滴操作的实例，参见以上在“液滴致动器”的定义下列举的专利和专利申请。阻抗或电容感测或成像技术可间或用于确定或确认液滴操作的结果。这样的技术的实例描述于如下中：Sturmer等，美国专利公布No.20100194408，题为“Capacitance Detection in a Droplet Actuator”，2010年8月5日公布，将其全部公开内容引入本文作为参考。
一般来说，所述感测或成像技术可用于确认在具体的电极处是否存在液滴。例如，在液滴分配操作之后在目标电极处存在所分配的液滴确认液滴分配操作是有效的。类似地，在检验方案中的合适步骤处在检测场所(spot)处存在液滴可确认，前一组液滴操作已经成功地产生了用于检测的液滴。液滴输送时间可为相当快的。
例如，在多种实施方式中，液滴从一个电极到下一个电极的输送可超过约1秒、或者约0.1秒、或者约0.01秒、或者约0.001秒。在一个实施方式中，所述电极以AC模式操作，但是切换至DC模式用于成像。液滴的占用空间(足迹，footprint)区域与电润湿区域类似对于进行液滴操作是有帮助的。因此，为1x-、2x-或3x默认液滴体积的液滴分别是使用1、2、和3个电极有用地操作的。如果在给定的时间处液滴占用空间大于可用于进行液滴操作的电极的数量，则液滴尺寸(规模、规格，size)和电极数量之间的差异可不大于1。因此，可使用一个电极有用地控制2x液滴，和可使用2个电极有用地控制3x液滴。当液滴包括珠时，液滴尺寸等于控制液滴例如输送液滴的电极的数量是有用的。
在多种实施方式中，液滴通过液滴致动器的操纵可为电极介导的，例如电润湿介导的或介电电泳介导的或者库伦力介导的。可用于本公开内容的液滴致动器中的用于控制液滴操作的其它技术的实例包括使用引起流体动力学流体压力的装置，例如基于如下进行操作的那些：机械原理(例如，外注射泵、气动隔膜泵、振动隔膜泵、真空装置、离心力、压电/超声泵和声力)；电或磁原理(例如，电渗流、电动泵(electrokinetic pump)、铁磁流体栓(ferrofluidic plug)、电流体动力学泵、利用磁力的吸引或排斥和磁流体动力学泵)；热力学原理(例如，气泡产生/相变引起的体积膨胀)；其它种类的表面润湿原理(例如，电润湿、和光电润湿，以及以化学、热、结构和放射性方式引起的表面张力梯度)；重力；表面张力(例如，毛细管作用)；静电力(例如，电渗流)；离心式流动(设置在结实的圆盘(光盘，compactdisc)上并且旋转的基底)；磁力(例如，振荡的离子导致流动)；磁流体动力学力；和真空或者压力差异。
在某些实施方式中，可采用前述技术的两种或更多种的组合在本公开内容的液滴致动器中进行液滴操作。类似地，可使用前述者的一种或多种将液体递送到液滴操作间隙中，例如从在另一装置中的储器或者从所述液滴致动器的外部储器(例如，与液滴致动器基底关联的储器以及从所述储器到所述液滴操作间隙中的流动路径)递送到液滴操作间隙中。
本公开内容的某些液滴致动器的液滴操作表面可由疏水性材料制成或者可被涂布或者处理以使它们是疏水性的。例如，在一些情况下，液滴操作表面的某一部分或者全部可衍生有低表面能材料或者化学性质，例如使用在溶液中的化合物例如多-或者全-氟化的化合物或者能聚合的单体通过沉积或者利用原位合成。实例包括AF(可得自DuPont,Wilmington,DE)，其为CYTOP系列材料的成员；系列的疏水性和超疏水性涂料中的涂料(可得自Cytonix Corporation,Beltsville,MD)；硅烷涂料，氟硅烷涂料，疏水性膦酸酯衍生物(例如，由Aculon,Inc出售的那些)，和NOVECTM电子涂料(可得自3MCompany,St.Paul,MN)，用于等离子增强化学气相沉积(PECVD)的其它氟化的单体，和用于PECVD的有机硅氧烷(例如，SiOC)。
对于在具体的检验方案中使用的试剂，可针对性能选择液滴输送电压和频率。可改变设计参数，例如，为了与特定试剂、方案、液滴体积等一起使用，可改变致动器上的储器的数量和布局、独立的电极连接(connection)的数量、不同储器的尺寸(容积)、磁体/珠洗涤区的布局、电极尺寸、电极间节距(pitch)、和(在顶部和底部基底之间的)间隙高度。在一些情况下，本公开内容的基底可衍生有低表面能材料或化学性质，例如，使用利用在溶液中的多-或全-氟化的化合物或者能聚合单体的沉积或者原位合成。实例包括用于浸涂或喷涂的AF涂料和涂料、用于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的其它氟化的单体、和用于PECVD的有机硅氧烷(例如，SiOC)。
另外，在一些情况下，液滴操作表面的某一部分或全部可涂布有用于降低背景噪声例如来自PCB基底的背景荧光的物质。例如，所述降低噪声的涂料可包括黑矩阵树脂例如可得自Toray industries,Inc.,Japan的黑矩阵树脂。液滴致动器的电极可通过控制器或处理器控制，所述控制器或处理器自身是作为系统的一部分提供的，其可包括处理功能以及数据和软件存储以及输入和输出能力。可将试剂提供在所述液滴致动器上在所述液滴操作间隙中或者与所述液滴操作间隙流体地连接的储器中。所述试剂可为液体形式，例如液滴，或者可将它们以可重构的形式提供于所述液滴操作间隙中或者与所述液滴操作间隙流体地连接的储器中。可将可重构的试剂与液体组合用于重构。适合与本文中阐述的方法和设备一起使用的可重构的试剂的实例包括描述于如下中的那些：Meathrel等，美国专利No.7,727,466，题为“Disintegratable Films for Diagnostic Devices”，2010年6月1日授权，将其全部内容引入本文作为参考。
如本文中使用的，术语“液滴”可意指在液滴致动器上的一团(一定体积的，avolume of)液体。在一些实施方式中，液滴至少部分地被所述填充流体所束缚。例如，液滴可被填充流体完全包围或者可被填充流体以及所述液滴致动器的一个或多个表面所束缚。作为另一实例，液滴可被填充流体、所述液滴致动器的一个或多个表面、和/或大气所束缚。作为又一实例，液滴可被填充流体和大气束缚。液滴可为例如水性的或者非水(性)的或者可为包括水性和非水性组分的混合物或乳液。液滴可包含固体颗粒例如磁性珠。
液滴可呈现各种各样的形状。非限制性实例包括大体上圆盘的形状、子弹(slug)形状、截球、椭球、球形、部分地压缩的球、半球、卵形、圆柱形、这样的形状的组合、以及在液滴操作例如合并或分流期间形成或者由于这样的形状与液滴致动器的一个或多个表面接触而形成的各种形状。对于可使用本公开内容的方法进行液滴操作的液滴流体的实例，参见如下：Eckhardt等，国际专利公布No.WO/2007/120241，题为“Droplet-BasedBiochemistry”，2007年10月25日公布，将其全部公开内容引入本文作为参考。
在多种实施方式中，液滴可包括生物样品例如全血、淋巴液、血清、血浆、汗液、眼泪、唾液、痰、脑脊髓液、羊水、精液、阴道分泌物、浆液、滑液、心包液、腹膜液、胸膜液、漏出液、渗出液、囊液、胆汁、尿液、胃液、肠液、粪便样品、包含单个或多个细胞的液体、包含细胞器的液体、流体化组织、流体化生物(微生物，organism)、包含多细胞生物的液体、生物拭子(swabs)和生物洗液(washes)。此外，液滴可包括试剂例如水、去离子水、盐水溶液、酸性溶液、碱性溶液、洗涤剂溶液和/或缓冲剂。
液滴可包括核酸，例如DNA、基因组DNA、RNA、mRNA或其类似物；核苷酸例如脱氧核糖核苷酸、核糖核苷酸或其类似物例如具有终止子部分的类似物例如如下中描述的那些：Bentley等，Nature 456:53-59(2008)；Gormley等，国际专利公布No.WO/2013/131962，题为“Improved Methods of Nucleic Acid Sequencing”，2013年9月12日公布；Barnes等，美国专利No.7,057,026，题为“Labelled Nucleotides”，2006年6月6日授权；Kozlov等，国际专利公布No.WO/2008/042067，题为“Compositions and Methods for NucleotidesSequencing”，2008年4月10日公布；Rigatti等，国际专利公布No.WO/2013/117595，题为“Targeted Enrichment and Amplification of Nucleic Acids on a Support”，2013年8月15日公布；Hardin等，美国专利No.7,329,492，题为“Methods for Real-Time SingleMolecule Sequence Fetermination”，2008年2月12日授权；Hardin等，美国专利No.7,211,414，题为“Enzymatic Nucleic Acid Synthesis:Compositions and Methods forAltering Monomer Incorporation Fidelity”，2007年5月1日授权；Turner等，美国专利No.7,315,019，题为“Arrays of Optical Confinements and Uses Thereof”，2008年1月1日授权；Xu等，美国专利No.7,405,281，题为“Fluorescent Nucleotide Analogs and UsesTherefor”，2008年7月29日授权；和Rank等，美国专利公布No.20080108082，题为“Polymerase Enzymes and Reagents for Enhanced Nucleic Acid Sequencing”，2008年5月8日公布，将它们的全部公开内容引入本文作为参考；酶例如聚合酶、连接酶、重组酶、或者转座酶；结合配偶体例如抗体、抗原表位、链霉亲和素、抗生物素蛋白、生物素、凝集素或者碳水化合物；或者其它生化活性分子。液滴内容物的其它实例包括准备(preparing)试剂，例如用于如下的试剂：生化方案例如核酸扩增方案、基于亲和性的检验方案、酶检验方案、多聚核苷酸测序反应、和/或用于生物流体的分析的方案。在一个实施方式中，多聚核苷酸测序反应是在用于测定多聚核苷酸片段中的核苷酸序列的核苷酸测序机器例如下一代测序仪上进行的过程。如本文中使用的，液滴可包括一个或多个珠。
在一些实施方式中，所述样品或试剂液滴为基于水性的。在其它一些实施方式中，所述样品或试剂液滴包括水与一种或多种有机溶剂例如醇溶剂的混合物。在一些其它实施方式中，所述样品或试剂液滴仅包含一种或多种有机溶剂。在一些实施方式中，所述液滴包括生物样品例如核酸。
本文中提供的在微流体装置中进行液滴操作的方法可用于多种生物医学应用，例如核酸扩增方案、基于亲和性的检验方案、测序方案、和用于生物流体的分析的方案等。
试剂盒
本文中公开的一些实施方式提供试剂盒，其包括容器和一个或多个流体装置，所述容器包含填充流体，其包含硅氧烷嵌段共聚物和填充流体。在一个实施方式中，所述流体装置为电润湿装置。所述填充流体可包括硅氧烷嵌段共聚物和硅油。所述硅油可为PDMS，所述试剂盒还可包括包含水性缓冲剂的容器，和所述水性缓冲剂可为与所述硅氧烷嵌段共聚物基本上不混溶的。在一些实施方式中，所述填充流体中的所述硅嵌段共聚物的小于约0.1％的体积分数是与所述水性缓冲剂混溶的。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物包括硅氧烷骨架和官能化的侧链。在一些实施方式中，所述官能化的侧链包括亲水性头基。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物的亲水性头基选自聚丙烯酰胺、多糖、聚二醇、羧酸盐或酯、羧酸、磺酸盐或酯、硫酸盐或酯、乙二醇、胺、铵、碳水化合物、碳酸盐或酯、和硅酸盐或酯。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物在式I中表示：
其中n≥0，m≥0，和R选自聚丙烯酰胺、多糖、聚二醇、羧酸盐或酯、羧酸、磺酸盐或酯、硫酸盐或酯、乙二醇、胺、铵、碳水化合物、碳酸盐或酯、和硅酸盐或酯。在一些实施方式中，所述硅氧烷嵌段共聚物选自CMS-222、CMS-221、FMS 736、FMS-141、APT-263和MCR-C12。在一些实施方式中，所述填充流体中所述硅氧烷嵌段共聚物的浓度为约0.02％w/w-约0.1％w/w。在一些实施方式中，所述填充流体中所述硅氧烷嵌段共聚物的浓度为约0.05％w/w。在一些实施方式中，所述填充流体包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
填充流体的加载方法
本文中公开的一些实施方式提供将填充流体加载到微流体装置中的方法，所述微流体装置包括分散在填充流体中的多个液滴，所述填充流体包括溶解在所述填充流体中的硅氧烷嵌段共聚物。在一些实施方式中，所述液滴和所述填充流体之间的表面张力在3和10-12达因/cm之间。在一些实施方式中，所述方法包括利用选自如下的机理使所述液滴移动：电润湿、光电润湿、静电、电泳、介电电泳、电渗、或其组合。在一些实施方式中，所述方法包括利用电润湿机理使所述液滴移动。
实施例
在以下实施例中进一步详细地公开了另外的实施方式，其绝不意图限制权利要求的范围。
实施例1
获得多种硅氧烷嵌段共聚物二甲硅油，包括来自Momentive(Waterford,NY)的数种，例如Silsoft 900和SF 1528。由Gelest(Morrisville,PA)获得另一硅氧烷嵌段共聚物，称作CMS-222。CMS-222为(羟基亚丙基氧基丙基)甲基硅氧烷–二甲基硅氧烷共聚物。首先，在聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅油中在1％下测试这些硅氧烷嵌段共聚物的溶解性和其它。将不溶于PDMS油中的硅氧烷嵌段共聚物从该列表移除。其次，还验证这些硅氧烷嵌段共聚物在水中在1％时的不溶性。将能溶解的硅氧烷嵌段共聚物也从该列表移除。最后，测试水的表面张力(使用悬滴方法)以得到用于实现合适目标水平的表面张力的合适的表面活性剂浓度。将未使油/水的表面张力下降至约10达因/cm或更低的二甲硅油从该列表移除。如本文中使用的，当第一液体完全溶解在另一液体中时，该第一液体在该另一液体中是能溶解的。
最后，将掺入有这些二甲硅油之一的PDMS油引入到可从Illumina,San Diego,USA商购获得的NeoprepTM微量检验卡盒中。该NeoprepTM卡盒为电润湿检验卡盒，其由如下构成：底板，其由涂布有介电层和疏水层的PCB制成；和顶板，其由涂布有疏水层的聚合物(聚碳酸酯)构成。证实，水的液滴可跨越该填充流体组合内的表面形成和移动。发现，掺入有二甲硅油特别是来自Gelest的CMS-222的填充油在所述卡盒内良好地运作。使用Silsoft900表面活性剂的另外的测试也证明，将二甲硅油表面活性剂添加至所述油容许所述装置非常良好地工作。
实施例2
配制程序：将空的5L瓶放置在天平上并且称量自重。将4L的5cSt PDMS油添加到该5L瓶中，并且记录裸(bare)油重。在添加硅嵌段共聚物CMS-222之前记录裸油的自重。将2.0克CMS-222添加至该4L油，并且记录实际的CMS-222重量。如果百分比不在可接收的范围内，则加入额外的5cSt PDMS油以满足浓度规格并且重复该计算。
将3”磁力搅拌棒放置在该瓶内，并且将该瓶子盖上盖并且移动至搅拌盘。搅拌速度设置为～11/2(涡流占据约一半的溶液)并且在室温下混合1小时。然后将该溶液转移到小玻璃瓶中，每个瓶子8.2mL分配体积，并且在真空(<1托)下脱气3小时。实现了在PDMS内0.05％CMS-222的目标浓度。
实施例3
针对不同的试剂和水，测试具有在5cSt PDMS油中的浓度0.02％-0.1％的CMS-222的填充流体的界面张力(IFT)。图1A显示由这些测试得到的IFT数据。如图1A中所示，针对两种水性缓冲剂(BBS和ESL)和水测试了不同浓度的CMS-222以确定所得表面张力是否会在目标表面张力范围内。图1B报道来自图1A的测试的结果，并且显示在包含CMS-222的填充流体内的缓冲剂BBS和ESL将表面张力保持在6-12mN/m之间的能力。如所示的，与包含85的填充流体(数据未示出)相比，用具有CMS-222的填充流体实现了显著的IFT改善，并且对于所测试的浓度范围(0.02-0.1％)，所述过程能够胜任，具有cpk>1.33的过程能力指数。
实施例4
在试剂A(BBS)、试剂B(ESL)、和其它缓冲剂ERP4、ATL3、QDR、LIG4、SPB、BWS2、FAM、EPM2、PPC2、QSD6和水中测试CMS-222和85(Sigma,St.Louis,MO)的IFT工作范围。使用在具有CMS 222和85的油中的使用悬滴分析的标准IFT测量。将一滴试剂从注射器针推出到具有PDMS油的容器中，直至其几乎从针尖脱离。此时，捕捉该悬着的液滴的图像并且经由拉普拉斯方程分析其轮廓(contour profile)的形状，得到IFT。通过在先的功能相关性(functional correlation)确定IFT工作范围：对于试剂B，<12达因/cm，和对于试剂A，>6达因/cm。图2为显示关于CMS-222和85的所测量的IFT对表面活性剂的多种浓度(以对数刻度显示)的实验数据的图。这些数据展现，85的工作范围(作为窗口示出)为0.0015％-0.004％w/w，并且CMS-222的工作范围为0.02％-0.1％w/w。还针对多种标准Nano试剂测试了CMS-222的IFT。图3显示，CMS-222对于所有缓冲剂的IFT与以前的和当前的标准生产油的那些非常类似。
实施例5
对许多硅氧烷嵌段共聚物测试了它们形成胶束或聚集体的能力。还对它们进行测试以确定它们的工作浓度范围、与水的混溶性。即使所述共聚物是与水仅略微混溶的，也将它们排除。还对所述共聚物测试了它们与PDMS油的混溶性(基于良好(good)、通过(pass)、差(bad)、失败(fail)的等级)。对于所述不同共聚物各自测试的另外的因素包括它们的易使用性、操纵或制备(友好地制造)。其它因素包括它们的可获得性、成本、毒性、可燃性和稳定性(热、UV、碱、酸、或试剂)。我们发现，基于硅氧烷的表面活性剂，特别是二甲硅油，满足对于作为嵌段共聚物在用于流体装置的填充流体内使用而言的所有那些标准。
然后，通过如下测试所述硅氧烷嵌段共聚物的表面张力：测量在0.01％时对于ESL和BBS缓冲剂的IFT。选择记录了约8-15mN/m的IFT的共聚物作为用作表面活性剂的候选物。测试结果总结于图4和下表1中。发现，一些表面活性剂，主要是氟衍生物，使BBS的IFT增加并且使ESL的IFT降低。这与相比于裸油的趋势倒过来。
表1：在工作浓度下硅氧烷嵌段共聚物与数字流体应用的相容性
名称 应用 名称 应用 名称 应用
CMS 222 是 481963 是 FMS 9922 是
CMS 221 否 MCR-C61 否 FMS 736 是
DBE 411 是 MCR-C12 是 FC 770 是
DBE 311 是 ABP 263 是 FMS 121 是
CMS 626 是 APT 263 是 FMS 9921 是
CMS 832 是 DMS S31 是 XG 2852 是
480290 是 DBE 224 否 SIB 1816 是
482412 否 Silsoft 900 是
480320 否 481955 是 ASC C12 是
481246 是 481939 是 BenzoQui 是
在前面描述的实施方式的至少一些中，一种实施方式中使用的一个或多个元件可互换地用在另一实施方式中，除非这样的替代不是技术上可行的。本领域技术人员将领会，在不背离所要求保护的主题的范围的情况下，可对以上描述的方法和结构进行各种其它的省略、添加和改动。所有这样的改动和变化意图落在如由所附权利要求限定的主题的范围内。
对于本文中复数和/或单数术语的使用，当对于上下文或者申请合适时，本领域技术人员能够从复数翻译(转换)为单数和/或从单数翻译为复数。为了清楚起见，本文中可明确地阐述了各种单数或复数变换(permutation)。
本领域技术人员将理解，通常，本文中并且尤其是所附权利要求(例如，所附权利要求的主干)中使用的术语通常意图作为“开放”术语(例如，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应被解释为“至少具有”，术语“包含”应被解释为“包含但不限于”，等等)。本领域技术人员将进一步理解，如果意指所介绍的权利要求陈述物的特定数量，则这样的意图将在该权利要求中明确地陈述，并且在不存在这样的陈述的情况下不存在这样的意图。例如，作为理解的辅助手段，所附权利要求可包含使用引导性短语“至少一个(种)”和“一个(种)或多个(种)”来引导权利要求陈述物。然而，这样的短语的使用不应被解释为暗示，通过不定冠词“一个(种)(a，an)”引导权利要求陈述物将包含这样的所引导的权利要求陈述物的任何具体权利要求限于仅包含一个这样的陈述物的实施方式，即使当相同的权利要求包括引导性短语“一个(种)或多个(种)”或“至少一个(种)”和不定冠词例如“一个或一种(a或an)”时也是如此(例如“一个”和/或“一种”(“a”和/或“an”)应被解释为意味着“至少一个(种)”或者“一个(种)或多个(种)”)；对于用于引导权利要求陈述物的定冠词的使用也同样正确。另外，即使明确地陈述了所介绍的权利要求陈述物的具体数量，本领域技术人员也将认识到，这样的陈述应被解释为至少意味着所陈述的数量(例如，仅陈述“两个陈述物”而没有其它修饰语意味着至少两个陈述物，或者两个或更多个陈述物)。
此外，在其中使用类似于“A、B、和C等的至少一个(种)”的习语的那些情况下，通常这样的构造意图是在本领域技术人员理解该习语的意义上(例如，“具有A、B、和C的至少一个(种)的系统”将包括但不限于具有如下的系统：单独的A，单独的B，单独的C，A和B一起，A和C一起，B和C一起，和/或A、B、和C一起，等等)。在其中使用类似于“A、B、或C等的至少一个(种)”的习语的那些情况下，通常这样的构造意图是在本领域技术人员理解该习语的意义上(例如，“具有A、B、或C的至少一个(种)的系统”将包括但不限于具有如下的系统：单独的A，单独的B，单独的C，A和B一起，A和C一起，B和C一起，和/或A、B、和C一起，等等)。本领域技术人员将进一步理解，几乎任何介绍两个或更多个替代的术语的选言性词语和/或短语，无论是在说明书、权利要求、还是附图中，都应被理解为虑及包括所述术语之一、所述术语的任一个、或者全部两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括如下可能性：“A”或“B”或“A和B”。
此外，当本公开内容的特征或方面按照马库什群组描述时，本领域技术人员将认识到，也因此按照该马库什群组的任何单独的成员或者多个成员的子组描述了本公开内容。
如本领域技术人员将理解的，对于任何和全部目的，例如就提供书面描述而言，本文中公开的所有范围也涵盖任何和全部可能的子范围以及其子范围的组合。任何列出的范围可容易地被认可为充分地描述如下并且使得该相同的范围能够被分解成如下：至少的相等的两份、三份、四份、五份、十份等。作为一个非限制性实例，本文中讨论的各范围可容易分解成下部的三分之一、中间的三分之一和上部的三分之一等等。如本领域技术人员还将理解的，所有语言例如“最高达”、“至少”、“大于”、“小于”等包括所陈述的数并且涉及如下范围：其可随后被分解成如以上讨论的子范围。最后，如本领域技术人员将理解的，一个范围包括各个单独的成员。因此，例如，具有1-3个项目的组指的是具有1、2、或3个项目的组。类似地，具有1-5个项目的组指的是具有1、2、3、4、或5个项目的组，诸如此类。

Claims (22)

1.用于流体装置的填充流体，其包括：
硅油；和
溶解于所述硅油中的硅氧烷嵌段共聚物，其中所述硅氧烷嵌段共聚物是与水性液体基本上不混溶的。
2.权利要求1的填充流体，其中所述填充流体中的所述硅氧烷嵌段共聚物的小于约0.1％的体积分数是与水性液体混溶的。
3.权利要求1的填充流体，其中所述硅氧烷嵌段共聚物包括硅氧烷骨架和官能化的侧链。
4.权利要求3的填充流体，其中所述官能化的侧链包括亲水性头基。
5.权利要求4的填充流体，其中所述硅氧烷嵌段共聚物的亲水性头基选自聚丙烯酰胺、多糖、聚二醇、羧酸盐或酯、羧酸、磺酸盐或酯、硫酸盐或酯、乙二醇、胺、铵、碳水化合物、碳酸盐或酯、和硅酸盐或酯。
6.权利要求5的填充流体，其中所述硅氧烷嵌段共聚物在式I中表示：
其中n≥0，m≥0，且R选自聚丙烯酰胺、多糖、聚二醇、羧酸盐或酯、羧酸、磺酸盐或酯、硫酸盐或酯、乙二醇、胺、铵、碳水化合物、碳酸盐或酯、和硅酸盐或酯。
7.权利要求1的填充流体，其中所述填充流体中所述硅氧烷嵌段共聚物的浓度为约0.02％w/w-约0.1％w/w。
8.权利要求1的填充流体，其中所述填充流体中所述硅氧烷嵌段共聚物的浓度为约0.05％w/w。
9.权利要求1的填充流体，其中所述硅油包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
10.权利要求9的填充流体，其中所述硅氧烷嵌段共聚物为(羟基亚丙基氧基丙基)甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物。
11.权利要求1的填充流体，其中所述填充流体和水性液体液滴的表面张力在约3和约12达因/cm之间。
12.试剂盒，其包括：
流体装置；和
包括填充流体的容器，其中所述填充流体包括硅氧烷嵌段共聚物和硅油。
13.权利要求12的试剂盒，其进一步包括：包括与所述硅氧烷嵌段共聚物基本上不混溶的水性缓冲剂的容器。
14.权利要求13的试剂盒，其中所述填充流体中的所述硅嵌段共聚物的小于约0.1％的体积分数是与所述水性缓冲剂混溶的。
15.权利要求0的试剂盒，其中所述硅油包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
16.权利要求15的试剂盒，其中所述硅氧烷嵌段共聚物为(羟基亚丙基氧基丙基)甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物。
17.权利要求0的试剂盒，其中所述流体装置为电润湿、光电润湿、静电、电泳、介电电泳、或电渗装置。
18.在流体装置中进行液滴操作的方法，其包括：
使多个水性液滴移动通过流体装置内的填充流体，其中所述填充流体包括溶解在硅油中的硅氧烷嵌段共聚物并且所述多个水性液滴是与所述填充流体基本上不混溶的。
19.权利要求18的方法，其中使所述多个水性液滴移动包括利用电润湿、光电润湿、静电、电泳、介电电泳、电渗、或其组合使所述多个水性液滴移动。
20.权利要求18的方法，其中所述多个水性液滴和所述填充流体之间的表面张力在约3和约12达因/cm之间。
21.权利要求18的方法，其中使所述多个液滴移动包括进行聚合酶链反应。
22.权利要求18的方法，其中使所述多个液滴移动包括制备用于多聚核苷酸测序反应的样品。
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