CN109863396B - 用于样品分析的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了包括与检测组件集成样品制备组件的集成装置。所述样品制备组件可为数字微流体模块或表面声波模块，所述模块用于将样品液滴与试剂液滴组合且用于进行额外样品制备步骤，产生含有指示所述样品中所关注分析物的存在或不存在的珠粒/颗粒/标记的液滴。可通过将所述液滴移动到所述装置的所述检测组件来检测所述珠粒/颗粒/标记，所述检测组件包括井阵列。公开被配置成操作分析物检测芯片以制备测试样品且在所述分析物检测芯片中检测来自所制备测试样品的分析物相关信号的额外分析物检测装置。所述分析物检测芯片可包括可覆盖或可空间上分离的数字微流体(DMF)区域和分析物检测区域。所述分析物检测装置可被配置成用于通过可操作地与插入到所述装置中的分析物检测芯片连接的光学或电化学构件来检测分析物。

Description

用于样品分析的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年10月5日提交的美国临时申请第62/404,716号和2016年11月21日提交的美国临时申请第62/425,006号的优先权，所述申请的公开内容以引用的方式并入本文中。
背景技术
分析物分析通常通过执行人工地或使用复杂的机器人技术进行的样品制备步骤来进行。在样品制备之后，所制备的样品中分析物的测定进一步涉及使用昂贵和复杂的系统，所述系统用于将所制备的样品输送到随后进行所制备的样品中分析物的分析的机器。
可用于制备样品并测定所制备的样品的集成装置在分析物分析的领域中是高度需要的。这类集成装置将提供低成本选项且将显著地增加进行分析物分析的简易性，尤其在临床应用，例如定点照护应用中。
因此，对用于进行分析物分析的集成装置存在兴趣。
发明内容
公开了集成微流体和分析物检测装置。本文中还提供了使用集成微流体和分析物检测装置与相关系统的示范性方法。公开了被配置成操作分析物检测芯片以制备测试样品且检测来自分析物检测芯片中的所制备测试样品的分析物相关信号的分析物检测装置。分析物检测料筒可包括可覆盖或可空间上分离的数字微流体(DMF)区域和分析物检测区域。分析物检测装置可被配置成用于通过可操作地与插入到装置中的分析物检测芯片连接的光学或电化学构件来检测分析物。
公开了一种数字微流体和分析物检测装置，其包括第一衬底和第二衬底，其中第二衬底与第一衬底由间隙分离，第一衬底包括多个电极，其对液体液滴产生电学致动力；和井阵列，其被定尺寸以保存液体液滴的一部分，其中井阵列的至少一部分定位于多个电极中的一个或多个与间隙之间。
在一些实施例中，多个电极定位于第一衬底的表面上。在某些实施例中，装置进一步包括安置于第一衬底的表面上且覆盖多个电极的第一层。在一些实施例中，第一衬底包括第一部分和第二部分，在所述第一部分处引入液体液滴，朝向所述第二部分移动液体液滴。在某些实施例中，多个电极和第一层从第一衬底的第一部分延伸到第二部分。在某些实施例中，井阵列定位于第一衬底的第二部分中。在某些实施例中，第二衬底包括第一部分和第二部分，其中第一部分与第一衬底的第一部分呈面对布置且第二部分与井阵列呈面对布置。在某些实施例中，第二衬底的第二部分为大体上透明的，以促进井阵列的光学探查。
在一些实施例中，装置进一步包括安置于第一层的表面上的第二层。在某些实施例中，第二层在第一衬底的第一部分和第二部分上方延伸。在某些实施例中，第一层为介电层且第二层为疏水层。在某些实施例中，井阵列定位于第二层中。在某些实施例中，孔的定位于第一层中。在某些实施例中，井阵列具有亲水表面。
在一些实施例中，井阵列包括被定向成促进接收和保留在井阵列上方移动的液滴中存在的珠粒或颗粒的侧壁。在某些实施例中，井阵列包括与第二侧壁对置的第一侧壁，其中第一侧壁关于井的底部成钝角定向，且其中第二侧壁关于井的底部成锐角定向，其中液滴的移动是在平行于井的底部且从第一侧壁到第二侧壁的方向上。在某些实施例中，井阵列具有截头圆锥形形状，其中截头圆锥形形状的较窄部分提供井阵列的开口。在某些实施例中，井阵列包括与第二侧壁对置的第一侧壁，其中第一侧壁的顶部部分关于井的底部成钝角定向且侧壁的底部部分垂直于井的底部定向，且其中第二侧壁关于井的底部垂直定向，其中液滴的移动是在平行于井的底部且从第一侧壁到第二侧壁的方向上，其中第一侧壁的顶部部分在井的开口处。
还公开了一种数字微流体和分析物检测装置，其包括界定装置的第一衬底和第二衬底，其中第二衬底与第一衬底由间隙分离，其中装置包括第一部分和第二部分；且第一部分包括致动含有来自生物样品的所关注分析物的第一液体液滴与含有至少一个珠粒的第二液体液滴的组合的多个电极；且第二部分包括被定尺寸以保存液体液滴的一部分的井阵列。
在一些实施例中，多个电极仅定位于装置的第一部分中。在某些实施例中，多个电极定位于第一衬底的表面上。在一些实施例中，装置进一步包括安置于第一衬底的表面上且覆盖多个电极的第一层。在某些实施例中，第一衬底包括第一部分和第二部分，在所述第一部分处引入液体液滴，朝向所述第二部分移动液体液滴。在某些实施例中，多个电极和第一层从第一衬底的第一部分延伸到第二部分。在某些实施例中，井阵列定位于第一衬底的第二部分中。
在某些实施例中，第二衬底包括第一部分和第二部分，其中第一部分与第一衬底的第一部分呈面对布置且第二部分与井阵列呈面对布置。
在某些实施例中，第二衬底的第二部分为大体上透明的，以促进井阵列的光学探查。在某些实施例中，多个电极被配置成朝向装置的第二部分移动放置于间隙中的液滴，装置包括流体地连接第一部分与第二部分的毛细管部分，其中毛细管包括亲水材料以促进液滴在不存在电力的情况下经由毛细管部分从第一部分到第二部分的移动。
在一些实施例中，装置进一步包括安置于第一层的上部表面上的第二层。在某些实施例中，第二层在第一衬底上方延伸。在某些实施例中，第一层为介电层且第二层为疏水层。
在一些实施例中，多个井定位于第二层中。在某些实施例中，井阵列定位于第一层中。在某些实施例中，井阵列具有亲水表面。在某些实施例中，井包括被定向成促进接收和保留在井阵列上方移动的液滴中存在的纳米珠粒或纳米颗粒的侧壁。在某些实施例中，井包括与第二侧壁对置的第一侧壁，其中第一侧壁关于井的底部成钝角定向，且其中第二侧壁关于井的底部成锐角定向，其中液滴的移动是在平行于井的底部且从第一侧壁到第二侧壁的方向上。在某些实施例中，井具有截头圆锥形，其中截头圆锥形的较窄部分提供井的开口。在某些实施例中，井包括与第二侧壁对置的第一侧壁，其中第一侧壁的顶部部分关于井的底部成钝角定向且侧壁的底部部分垂直于井的底部定向，且其中第二侧壁垂直于井的底部定向，其中液滴的移动是在平行于井的底部且从第一侧壁到第二侧壁的方向上，其中第一侧壁的顶部部分在井的开口处。
本文中还公开了一种表面声波微流体和分析物检测装置，其包括第一衬底和第二衬底，其中第二衬底与第一衬底由间隙分离，其中装置包括第一部分和第二部分，第一部分包括耦合到表面声波产生组件的顶置板；且第二部分包括定位于第一衬底或第二衬底上的多个井。
在一些实施例中，顶置板包括顶置板的上部表面上的声子结构。在某些实施例中，顶置板覆盖压电晶体层。在某些实施例中，第二衬底为大体上透明的。
本文中还公开了一种表面声波微流体和分析物检测装置，其包括第一衬底和第二衬底，其中第二衬底与第一衬底由间隙分离，第一衬底包括多个井，且第二衬底包括声子结构，其中多个井和声子结构横跨彼此定位。
在一些实施例中，第二衬底为顶置板。在某些实施例中，顶置板安置于第二衬底上且声子结构位于顶置板上。在某些实施例中，第一衬底、第二衬底和顶置板为大体上透明的。
还公开了检测或测量液体液滴中的所关注分析物的方法。在某些实施例中，所述方法涉及以下步骤：提供含有所关注分析物的第一液体液滴；提供含有至少一种固体载体的第二液体液滴，所述固体载体含有结合到所关注分析物的特异性结合成员；使用能量施加力来操控第一液体液滴与第二液体液滴以产生混合物；将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列，其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小；在将混合物的一部分移动到井阵列之前或之后将可检测标记添加到混合物；以及检测井中的所关注分析物。
在某些实施例中，至少一种固体载体包括特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。在某些实施例中，方法涉及在将混合物的至少一部分移动到井阵列之前将可检测标记添加到混合物。在某些实施例中，方法涉及在将混合物的至少一部分移动到井阵列之后将可检测标记添加到混合物。在某些实施例中，可检测标记包括特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。在某些实施例中，可检测标记包括显色原(chromagen)、荧光化合物、酶、化学发光化合物或放射性化合物。在某些实施例中，结合成员为受体或抗体。
在某些实施例中，所使用的能量为电致动力或声力。在某些实施例中，电致动力为液滴致动、电泳、电润湿、介电泳、静电致动、电场介导、电极介导、毛细管力、色谱法、离心或抽吸。在某些实施例中，声力为表面声波。
在某些实施例中，产生电致动力包括产生交流电。在某些实施例中，交流电具有10V或更大的均方根(rms)电压。在某些其它实施例中，交流电具有射频范围内的频率。
在某些实施例中，第一液体液滴为可极化液体，第二液体液滴为可极化液体，混合物为可极化液体或第一液体液滴和第二液体液滴两种各自为可极化液体。
在某些实施例中，方法进一步包括使用电致动力将混合物的至少一部分定位于井阵列上方。在某些其它实施例中，方法进一步包括使用被配置成促进混合物到井阵列的移动的毛细管元件将混合物的至少一部分定位于井阵列上方。
在某些实施例中，载体为磁性固体载体。在某些其它实施例中，当使用磁性固体载体时，从相对于混合物的至少一部分的对置方向施加电致动力和磁场。在某些实施例中，方法进一步包括通过以下来混合混合物：来回移动混合物；以圆形图案移动混合物；将混合物分裂为两种或更多种子混合物且合并所述子混合物。在某些实施例中，混合物为水性液体。在某些其它实施例中，混合物为不可混溶的液体。在某些其它实施例中，液体液滴为疏水液体液滴。在某些实施例中，井阵列具有亲水表面。在某些其它实施例中，井阵列具有疏水表面。在某些实施例中，衬底包括亲水表面。在某些其它实施例中，衬底包括疏水表面。在某些实施例中，方法进一步包括用一系列电极产生电致动力以将混合物移动到井阵列以密封装载的井。
在某些实施例中，阵列的一个或多个井装载有至少一种固体载体。在某些其它实施例中，装载包括施加磁场以促进将至少一种固体载体移动到阵列的一个或多个井中。在某些其它实施例中，方法进一步包括去除在装载之后不装载到阵列的井中的任何固体载体。在某些其它实施例中，去除包括用所述一系列电极产生电致动力以将可极化流体液滴移动到井阵列，从而将混合物的至少一部分移动到距离井阵列的一定距离。在某些其它实施例中，去除包括用所述一系列电极产生电致动力以移动水性洗涤液滴横跨井阵列。
在某些实施例中，使用以下进行方法：微流体装置、数字微流体装置(DMF)、基于表面声波的微流体装置(SAW)、集成DMF和分析物检测装置、集成SAW和分析物检测装置或基于机器人技术的测定加工单元。
在其它实施例中，所述方法包括以下步骤：提供含有所关注分析物的第一液体液滴；提供含有可检测标记的第二液体液滴，所述可检测标记含有结合到所关注分析物的特异性结合成员；使用能量施加力来操控第一液体液滴与第二液体液滴以产生混合物；将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列；以及检测井中的所关注分析物。
在某些实施例中，可检测标记包括显色原、荧光化合物、酶、化学发光化合物或放射性化合物。在某些实施例中，结合成员为受体或抗体。
在某些实施例中，所使用的能量为电致动力或声力。在某些实施例中，电致动力为液滴致动、电泳、电润湿、介电泳、静电致动、电场介导、电极介导、毛细管力、色谱法、离心或抽吸。在某些实施例中，声力为表面声波。
在某些实施例中，产生电致动力包括产生交流电。在某些实施例中，交流电具有10V或更大的均方根(rms)电压。在某些其它实施例中，交流电具有射频范围内的频率。
在某些实施例中，第一液体液滴为可极化液体，第二液体液滴为可极化液体，混合物为可极化液体或第一液体液滴和第二液体液滴两种各自为可极化液体。
在某些实施例中，方法进一步包括使用电致动力将混合物的至少一部分定位于井阵列上方。在某些其它实施例中，方法进一步包括使用被配置成促进混合物到井阵列的移动的毛细管元件将混合物的至少一部分定位于井阵列上方。
在某些实施例中，方法进一步包括通过以下来混合混合物：来回移动混合物；以圆形图案移动混合物；将混合物分裂为两种或更多种子混合物且合并所述子混合物。在某些实施例中，混合物为水性液体。在某些其它实施例中，混合物为不可混溶的液体。在某些其它实施例中，液体液滴为疏水液体液滴。在某些实施例中，井阵列具有亲水表面。在某些其它实施例中，井阵列具有疏水表面。在某些实施例中，衬底包括亲水表面。在某些其它实施例中，衬底包括疏水表面。在某些实施例中，方法进一步包括用一系列电极产生电致动力以将混合物移动到井阵列以密封装载的井。
在某些实施例中，阵列的一个或多个井装载有至少一个可检测标记。在某些其它实施例中，去除包括用所述一系列电极产生电致动力以将可极化流体液滴移动到井阵列，从而将混合物的至少一部分移动到距离井阵列的一定距离。在某些其它实施例中，去除包括用所述一系列电极产生电致动力以移动水性洗涤液滴横跨井阵列。
在某些实施例中，使用以下进行方法：微流体装置、数字微流体装置(DMF)、基于表面声波的微流体装置(SAW)、集成DMF和分析物检测装置、集成SAW和分析物检测装置或基于机器人技术的测定加工单元。
在其它实施例中，所述方法包括测量液体液滴中的所关注分析物的步骤，所述方法包括：提供含有所关注分析物的第一液体液滴；提供含有至少一种固体载体的第二液体液滴，所述固体载体含有结合到所关注分析物的特异性结合成员；使用能量施加力来操控第一液体液滴与第二液体以产生混合物；将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列，其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小；在将混合物的一部分移动到井阵列之前或之后将可检测标记添加到混合物；以及测量井中的可检测标记。
在某些实施例中，至少一种固体载体包括特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。在某些实施例中，方法涉及在将混合物的至少一部分移动到井阵列之前将可检测标记添加到混合物。在某些实施例中，方法涉及在将混合物的至少一部分移动到井阵列之后将可检测标记添加到混合物。在某些实施例中，可检测标记包括特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。在某些实施例中，可检测标记包括显色原、荧光化合物、酶、化学发光化合物或放射性化合物。在某些实施例中，结合成员为受体或抗体。
在某些实施例中，所使用的能量为电致动力或声力。在某些实施例中，电致动力为液滴致动、电泳、电润湿、介电泳、静电致动、电场介导、电极介导、毛细管力、色谱法、离心或抽吸。在某些实施例中，声力为表面声波。
在某些实施例中，产生电致动力包括产生交流电。在某些实施例中，交流电具有10V或更大的均方根(rms)电压。在某些其它实施例中，交流电具有射频范围内的频率。
在某些实施例中，第一液体液滴为可极化液体，第二液体液滴为可极化液体，混合物为可极化液体或第一液体液滴和第二液体液滴两种各自为可极化液体。
在某些实施例中，方法进一步包括使用电致动力将混合物的至少一部分定位于井阵列上方。在某些其它实施例中，方法进一步包括使用被配置成促进混合物到井阵列的移动的毛细管元件将混合物的至少一部分定位于井阵列上方。
在某些实施例中，载体为磁性固体载体。在某些其它实施例中，当使用磁性固体载体时，从相对于混合物的至少一部分的对置方向施加电致动力和磁场。
在某些实施例中，方法进一步包括通过以下来混合混合物：来回移动混合物；以圆形图案移动混合物；将混合物分裂为两种或更多种子混合物且合并所述子混合物。
在某些实施例中，混合物为水性液体。在某些其它实施例中，混合物为不可混溶液体。在某些其它实施例中，液体液滴为疏水液体液滴。在某些实施例中，井阵列具有亲水表面。在某些其它实施例中，井阵列具有疏水表面。在某些实施例中，衬底包括亲水表面。在某些其它实施例中，衬底包括疏水表面。在某些实施例中，方法进一步包括用一系列电极产生电致动力以将混合物移动到井阵列以密封装载的井。
在某些实施例中，阵列的一个或多个井装载有至少一种固体载体。在某些其它实施例中，装载包括施加磁场以促进将至少一种固体载体移动到阵列的一个或多个井中。在某些其它实施例中，方法进一步包括去除在装载之后不装载到阵列的井中的任何固体载体。在某些其它实施例中，去除包括用所述一系列电极产生电致动力以将可极化流体液滴移动到井阵列，从而将混合物的至少一部分移动到距离井阵列的一定距离。在某些其它实施例中，去除包括用所述一系列电极产生电致动力以移动水性洗涤液滴横跨井阵列。
在某些实施例中，使用以下进行方法：微流体装置、数字微流体装置(DMF)、基于表面声波的微流体装置(SAW)、集成DMF和分析物检测装置、集成SAW和分析物检测装置或基于机器人技术的测定加工单元。
在某些实施例中，测量涉及确定阵列的井中的固体载体的总数。在某些实施例中，测量涉及确定含有可检测标记的阵列的井中的固体载体的数量。在某些实施例中，测量涉及从阵列的井中的固体载体的总数减去含有可检测标记的固体载体的数量以确定不含有任何可检测标记的阵列的井中的固体载体的数量。在某些实施例中，测量涉及确定含有可检测标记的固体载体与不含有任何可检测标记的固体载体的数量的比率。
本文中还公开了一种用颗粒装载井的方法，其包括：用多个电极产生电场以将含有微颗粒的液体液滴移动到井阵列，其中井阵列的一个或多个井具有在其中装载颗粒的充足大小；用颗粒装载一个或多个井；以及用多个电极产生电场以将可极化流体液滴移动到井阵列以密封井阵列。
在一些实施例中，方法进一步包括使用电场将液体液滴定位于井阵列上方。在一些实施例中，方法进一步包括使用被配置成促进液体液滴到井阵列的移动的毛细管元件将液体液滴定位于井阵列上方。在一些实施例中，颗粒为磁性珠粒。在一些实施例中，装载包括施加磁场以促进将一个或多个磁性珠粒移动到阵列的一个或多个井中。在一些实施例中，井阵列具有亲水表面。在一些实施例中，井阵列具有疏水表面。在一些实施例中，产生电场包括产生交流电。在某些实施例中，交流电具有10V或更大的均方根(rms)电压。在某些实施例中，交流电具有射频范围内的频率。
本文中还公开了一种形成数字微流体和分析物检测装置的方法，其包括退绕包括第一衬底的第一辊以将第一衬底的第一部分定位于第一位置处；在第一位置处在第一衬底的第一部分上形成多个电极；以及在第二位置处在第一衬底的第二部分上形成井阵列。
在一些实施例中，方法进一步包括退绕第一辊以在形成井阵列之前将邻接第一衬底的第一部分的第二部分定位于第二位置处。在一些实施例中，方法进一步包括退绕包括第二衬底的第二辊以将第三衬底的第三部分定位于第三位置处；和在第三位置处以足以定位与第一衬底隔开的第二衬底的方式将第二衬底与第一衬底粘合。
本文中还公开了一种形成集成数字微流体和分析物检测装置的方法，其包括退绕包括第一衬底的第一辊以将第一衬底的第一部分定位于第一位置处；在第一位置处在第一衬底的第一部分上形成多个电极；退绕包括第二衬底的第二辊以将第二衬底的第二部分定位于第二位置处；在第二位置处在第二部分上形成井阵列；以及以足以定位与第一衬底隔开的第二衬底的方式将第二衬底与第一衬底粘合；以及将第二部分定位于第一部分上方或邻接第一衬底的第一部分的第三部分上方，其中井阵列面向第一衬底。
在一些实施例中，形成井阵列包括使用热或紫外纳米压印光刻、纳米压印辊、激光消融或通过将包括井阵列的预制衬底粘合到第一衬底的第一部分上。在一些实施例中，方法进一步包括使用模具使第一衬底经受强烈的热、压力或紫外光以在第一衬底上或在第一衬底内形成声子结构。
在一些实施例中，方法进一步包括使用印刷机装置将疏水和/或介电材料施加于所述一系列电极上。在一些实施例中，疏水和/或介电材料包括固化材料。在一些实施例中，方法进一步包括施加热或紫外光以固化所施加疏水和/或介电材料。在一些实施例中，方法进一步包括分割第一衬底和第二衬底以产生包括第一部分和第二部分的粘合衬底。
本文中还公开了一种检测液体液滴中的所关注分析物的方法，其包括：提供包括所关注分析物的第一液体液滴；提供包括特异性结合成员和带标记分析物的第二液体液滴，其中结合成员固定于至少一种固体载体上，所述特异性结合成员特异性结合到所关注分析物，且带标记分析物为用可检测标记所标记的所关注分析物；使用能量施加力来操控第一液体液滴与第二液体液滴以产生混合物；以及将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列，其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小。
本文中还公开了一种检测液体液滴中的所关注分析物的方法，其包括提供包括所关注分析物的第一液体液滴；提供包括固定分析物和至少一个特异性结合成员的第二液体液滴，其中固定分析物为固定于至少一种固体载体上的所关注分析物，所述至少一个特异性结合成员特异性结合到所关注分析物，且所述至少一个特异性结合成员用可检测标记标记；使用能量施加力来操控第一液体液滴与第二液体液滴以产生混合物；将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列，其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小；以及检测井中的所关注分析物。
附图说明
图1A示出了根据一个实施例的集成数字微流体和分析物检测装置的侧视图。
图1B示出了根据另一个实施例的集成数字微流体和分析物检测装置的侧视图。
图2A示出了根据一个实施例的集成数字微流体和分析物检测装置的侧视图。
图2B示出了根据另一个实施例的集成数字微流体和分析物检测装置的侧视图。
图3A示出了图2A的装置的侧视图，其中液体液滴在所述装置中移动。
图3B示出了图2B的装置的侧视图，其中液滴在所述装置中移动。
图4A示出了图2A的装置的侧视图，其中含有颗粒/珠粒的液滴在井阵列上移动。
图4B示出了图2B的装置的侧视图，其中含有颗粒/珠粒的液滴在具有不可混溶的流体的液滴的井阵列上移动。
图5示出了使用装置的亲水毛细管区域在井阵列上方移动的水性液滴。
图6示出了在井阵列上方移动的水性液滴。
图7A和图7B示出了井的侧壁的各种示范性定向。
图8示出了制造数字微流体和分析物检测装置的第二(例如，底部)衬底的实例。
图9示出了制造数字微流体和分析物检测装置的第一(例如，顶部)衬底的实例。
图10示出了组装顶部和底部衬底以制造多个数字微流体和分析物检测装置的实例。
图11A和图11B显示了本公开的示范性数字微流体和分析物检测装置的底部衬底的从上看的视图。
图12A到图12D示出了将井阵列制造成集成数字微流体和分析物检测装置的实例。
图13A示出了集成微流体和分析物装置和井阵列的表面声组件的一个实施例的侧视图。
图13B示出了集成微流体和分析物装置和井阵列的表面声组件的另一个实施例的侧视图。
图14A和图14B示出了制造样品制备组件和井阵列组件的实例。
图15描绘了本公开的示范性方法。
图16示出了用于去除不位于所描绘装置的井中的珠粒的示范性方法。
图17示出了用于去除不位于所描绘装置的井中的珠粒的另一种示范性方法。
图18描绘了低成本DMF芯片的制造工艺的示意图。
图19描绘了根据图18中的示意图制造的单一柔性芯片。
图20描绘了根据本公开的实施例的DMF芯片中的液滴的致动。
图21A至图21E描绘了根据本公开的实施例的DMF芯片中的免疫测定的性能。
图22A和图22B为根据本公开的实施例的显示DMF顶部电极芯片和井阵列的设计和制造方法的示意图。
图23显示了根据本公开的实施例的井设计的示意图。
图24A和图24B为根据本公开的实施例的显示井间隔型式的示意图。
图25为根据本公开的实施例的井阵列的一系列放大的光学图像。
图26为根据本公开的实施例的显示由DMF顶部电极芯片和井阵列组装集成DMF井装置的示意图。
图27A到图27G为根据本公开的实施例的显示在集成DMF井装置上进行的免疫测定的一系列示意图。
图28为根据本公开的实施例的与井阵列中的数字荧光检测联合的基于酶联免疫吸附分析(ELISA)的夹心免疫测定的示意图。
图29为根据本公开的实施例的显示用于将微颗粒DMF导引顶部装载到井阵列中的组件的示意图。
图30A到图30D为根据本公开的实施例的显示使用集成DMF井装置的促甲状腺激素(TSH)免疫测定的步骤的一系列示意图。
图31A到图31F提供了根据一个实施例的分析物检测芯片的示意图。
图32A到图32C提供了根据另一个实施例的分析物检测芯片的示意图。
图33提供了根据一个实施例的分析物检测芯片的示意图。
图34A和图34B示出了示范性分析物检测芯片的侧视图。
图35示出了根据另一个实施例的分析物检测芯片的顶视图的示意图。
图36示出了替代性示范性分析物检测芯片的示意图。
图37提供了示范性血液学芯片的示意图。
图38和图39示出了具有多个检测区域的DMF芯片的替代实施例。
图40A和图40B示出了示范性分析物检测装置的示意图。图40C为与图40A和图40B中的分析物检测装置兼容的料筒的示意图。图40D和图40E示出允许将不同类型的料筒插入相同槽中的料筒适配器。
图41A和图41B描绘了料筒(图41A)和与所述料筒兼容的分析物检测装置(图41B)的实施例。
图42A到图42E示出了包含DMF电极和光学检测腔室的料筒。
图43A和图43B示出了具有用于进行多个测定的多个仪器的示范性分析物检测系统。
具体实施方式
公开了集成微流体和分析物检测装置。本文中还提供了使用集成微流体和分析物检测装置与相关系统的示范性方法。
在更详细地描述本发明之前，应了解，本发明不限于所描述的特定实施例，因而当然可变化。还应了解，本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，且不希望具有限制性，原因是本发明的范围将仅受所附权利要求书限制。
必须指出，除非上下文另外明确规定，否则如本文中和所附权利要求书中所用的单数形式“一(a/an)”和“所述”包括复数个指示物。因此，例如，对“一个电极”的提及包括多个这类电极且对“所述井”的提及包括对一个或多个井和所属领域的技术人员已知的其等效物等的提及。
本文中提到的所有公布均以引用的方式并入本文中，以公开和描述与所列公布相关的方法和/或材料。在本公开与以引用的方式并入的公布之间存在矛盾的程度上，以本公开为准。
详细描述
本公开的实施例涉及用于分析样品中的分析物的方法、系统和装置。在某些实施例中，样品可为生物样品。
定义
在描述本公开的实施例之前，应了解，本发明不限于所描述的特定实施例，因而当然可变化。还应了解，本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，且不希望具有限制性。
如本文中所使用的术语“包含”、“包括”、“具有(having/has)”、“可”、“含有”以及其变化形式希望为开放性过渡短语、术语或措辞，其不排除额外动作或结构的可能性。除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一”、“和”以及“所述”包括多个参考物。本公开还涵盖其它实施例“包含本文提出的实施例或元件”、“由本文中提出的实施例或元件组成”以及“基本上由本文提出的实施例或元件组成”，而不管是否明确阐述。
为了叙述本文中的数值范围，明确涵盖其之间具有相同精确度的每一个插入数值。举例来说，对于范围6到9，除了6和9之外涵盖数值7和8，并且对于范围6.0到7.0，明确涵盖数值6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9以及7.0。
如本文中可互换使用的“亲和力”和“结合亲和力”是指结合成员与分析物结合的倾向或强度。举例来说，结合亲和力可由平衡解离常数(KD)、解离速率(kd)或缔合速率(ka)表示。
如本文中所使用的“类似物”是指具有与所关注分子(例如，核苷类似物、核苷酸类似物、糖类磷酸酯类似物、分析物类似物等)类似的结构的分子。分析物类似物为结构上类似于分析物但结合成员对于其具有不同亲和力的分子。
如本文中所使用，术语“适体”是指可与预选择目标结合的寡核苷酸或肽分子，所述目标包括小分子、蛋白质和肽外加具有高亲和力和特异性的其它物质。适体可由于其倾向于形成螺旋环和单链环而呈现多种形状。寡核苷酸或核酸适体可为单链DNA或RNA(ssDNA或ssRNA)分子。肽适体可包括两端连接到蛋白质支架的短可变肽域。
“珠粒”和“颗粒”在本文中可互换使用且是指大体上球形的固体载体。
根据本文中所描述的方法和所属领域中已知的其它方法，“组分(component/components)”或“至少一种组分”一般是指捕获抗体、检测试剂或偶联物、校准剂、对照物、灵敏度面板、容器、缓冲液、稀释液、盐、酶、酶的辅因子、检测试剂、预处理试剂/溶液、底物(例如，作为溶液)、停止溶液以及可包括于用于测试样品的测定的试剂盒中的类似物，例如患者尿液、血清、全血、组织抽吸物或血浆样品。一些组分可以呈溶液形式或冻干用于重构以用于测定中。
如本文中可互换使用的“数字微流体(DMF)”、“数字微流体模块(DMF模块)”或“数字微流体装置(DMF装置)”是指利用数字或基于液滴的微流体技术提供对离散且小体积的呈液滴形式的液体的操控的模块或装置。数字微流体使用乳液科学的原理以产生进入通道的流体-流体分散液(主要油包水乳液)。其允许产生单分散液滴/气泡或具有极低多分散性的液滴/气泡。数字微流体是基于可配置网路内的不连续流体液滴的微操控。复杂指令可以通过组合液滴形成、移位、分裂以及合并的基本操作来编程。
数字微流体在离散体积的可通过二元电信号来操控的流体上操作。通过使用离散单位体积的液滴，微流体操作可界定为一组重复的基本操作，即，在一个单位的距离上移动一个单位的流体。液滴可使用液体的表面张力属性来形成。液滴的致动是基于由放置于底部表面下方的电极产生的静电力的存在，液滴位于所述底部表面上。不同类型的静电力可用于控制液滴的形状和运动。可用于产生前述静电力的一种技术是基于介电泳，所述介电泳依赖于液滴与周围介质之间的电容率差且可利用高频AC电场。可用于产生前述静电力的另一种技术是基于电润湿，所述电润湿依赖于表面上存在的液体液滴与施加到表面的电场表面之间的表面张力的依赖性。
“阻力标签”是指迁移率调节剂。阻力标签可为被设计成大的、水溶性的以及完全地单分散的基因工程改造的高度重复的多肽(“蛋白质聚合物”)。可将带正电精氨酸以每隔一定距离故意引入到氨基酸序列中以增加流体动力阻力而不增加阻力标签长度。阻力标签描述于美国专利公开第20120141997号中，所述公开以引用的方式并入本文中。
如本文中所使用的“酶可裂解序列”是指可以由酶裂解的任何核酸序列。举例来说，酶可为蛋白酶或核酸内切酶，如限制性核酸内切酶(也被称为限制酶)。限制性核酸内切酶能够识别且在预定核苷酸之间的特异性DNA裂解位点处裂解DNA分子。一些核酸内切酶(例如Fokl)包含在特定位置处非特异性地裂解DNA而不管这个位置处存在的核苷酸如何的裂解域。在一些实施例中，限制性核酸内切酶的特异性DNA裂解位点和DNA识别位点是相同的。
“球状蛋白质”是指具有大致球形形状的水溶性蛋白质。球状蛋白质的实例包括(但不限于)卵白蛋白、β-球蛋白、C-反应蛋白、纤维蛋白、血红蛋白、IgG、IgM以及凝血酶。
如在本文中可互换使用的“标记”或“可检测标记”是指附着于特异性结合成员或分析物以呈现可检测特异性结合成员与分析物之间的反应的部分，且因此标记的特异性结合成员或分析物被称作“可检测标记的”。标记可产生通过视觉或仪器构件可检测的信号。各种标记包括：(i)通过可裂解的连接子附着于特异性结合成员或分析物的标签；或(ii)产生信号的物质，例如显色原、荧光化合物、酶、化学发光化合物、放射性化合物以及类似物。标记的代表性实例包括产生光的部分(例如吖锭化合物)和产生荧光的部分(例如荧光素)。本文中描述其它标记。在这点上，部分自身可为不可检测的，但可在与另一个部分反应后变为可检测的。术语“可检测标记的”的使用意图涵盖这种标记。
“微颗粒”和“微珠粒”在本文中可互换使用且是指允许占据或沉降于井阵列(例如检测模块中的井阵列)中的微珠粒或微颗粒。微颗粒和微珠粒可含有结合到所关注分析物和至少一个可检测标记的至少一个特异性结合成员。替代地，微颗粒和微珠粒可含有结合到分析物的第一特异性结合成员和也结合到分析物且含有至少一个可检测标记的第二特异性结合成员。
“核碱基”或“碱基”意思指天然存在的那些和在用于产生聚合物的核酸或多核苷酸技术或肽核酸技术的领域中通常已知的合成性杂环部分。合适核碱基的非限制性实例包括：腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、尿嘧啶、5-丙炔基-尿嘧啶、2-硫基-5-丙炔基-尿嘧啶、5-甲基胞嘧啶、假异胞嘧啶、2-硫尿嘧啶和2-硫代胸腺嘧啶、2-氨基嘌呤、N9-(2-氨基-6-氯嘌呤)、N9-(2,6-二氨基嘌呤)、次黄嘌呤、N9-(7-脱氮-鸟嘌呤)、N9-(7-脱氮-8-氮杂-鸟嘌呤)以及N8-(7-脱氮-8-氮杂-腺嘌呤)。核碱基可与其它部分连接以形成核苷、核苷酸以及核苷/核苷酸类似物。
“核苷”是指由在1'位置处与戊糖(例如核糖、2'-脱氧核糖或2',3'-双脱氧核糖)的异头碳连接的嘌呤、脱氮嘌呤或嘧啶核碱基组成的化合物，例如腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶、7-脱氮腺嘌呤、7-脱氮鸟苷。
如本文中所使用的“核苷酸”是指核苷的磷酸酯，例如单磷酸酯、双磷酸酯或三磷酸酯，其中酯化的最常见位点是附着于戊糖的C-5位置的羟基。
“核碱基聚合物”或“核碱基寡聚物”是指通过键连接以形成寡聚物的两个或更多个核碱基。核碱基聚合物或寡聚物包括(但不限于)多核苷酸和寡核苷酸(例如，DNA和RNA聚合物以及寡聚物)、多核苷酸类似物和寡核苷酸类似物以及多核苷酸模拟物和寡核苷酸模拟物，如聚酰胺或肽核酸。核碱基聚合物或寡聚物可在大小上从几个核碱基变成数百个核碱基或数千个核碱基。核碱基聚合物或寡聚物可包括约2个到100个核碱基或约8000个到10000个核碱基。举例来说，核碱基聚合物或寡聚物可具有至少约2个核碱基、至少约5个核碱基、至少约10个核碱基、至少约20个核碱基、至少约30个核碱基、至少约40个核碱基、至少约50个核碱基、至少约60个核碱基、至少约70个核碱基、至少约80个核碱基、至少约90个核碱基、至少约100个核碱基、至少约200个核碱基、至少约300个核碱基、至少约400个核碱基、至少约500个核碱基、至少约600个核碱基、至少约700个核碱基、至少约800个核碱基、至少约900个核碱基、至少约1000个核碱基、至少约2000个核碱基、至少约3000个核碱基、至少约4000个核碱基、至少约5000个核碱基、至少约6000个核碱基、至少约7000个核碱基、至少约8000个核碱基、至少约9000个核碱基，或至少约10000个核碱基。
“聚合物刷”是指与表面的一端连接的聚合物层。聚合物紧靠在一起且形成层或形成其自身环境的涂层。刷子可在悬挂链浸没于溶剂中时呈溶剂状态，或在悬挂链完全地填满可用空间时呈熔融状态。另外，在聚合物链本身携带静电电荷时，存在单独类别的聚电解质刷。刷子的特征可在于接枝链的高密度。随后有限的空间产生所述链的强延伸和系统的异常属性。刷子可用于稳定胶体、减少表面之间的摩擦并在人工关节中提供润滑。
“多核苷酸”或“寡核苷酸”是指核碱基通过糖类磷酸酯键(糖类-磷酸酯主链)来连接的核碱基聚合物或寡聚物。示范性多核苷酸和寡核苷酸包括2'-脱氧核糖核苷酸(DNA)的聚合物和核糖核苷酸(RNA)的聚合物。多核苷酸可完全由核糖核苷酸构成，完全由2'-脱氧核糖核苷酸构成或其组合。术语核酸涵盖术语多核苷酸和寡核苷酸且包括核苷酸单体的单链和双链聚合物。
“多核苷酸类似物”或“寡核苷酸类似物”是指核碱基通过包含一种或多种糖类磷酸酯类似物的糖类磷酸酯主链来连接的核碱基聚合物或寡聚物。典型的糖类磷酸酯类似物包括(但不限于)糖类烷基磷酸酯、糖类氨基磷酸酯、糖类烷基磷酸酯或经取代的烷基磷酸酯、糖类硫代磷酸酯、糖类二硫代磷酸酯、糖类磷酸酯和糖类磷酸酯类似物，其中糖类为除2'-脱氧核糖或核糖以外的具有带正电的糖类-胍基互连键的核碱基聚合物，例如美国专利第6,013,785号和美国专利第5,696,253号中所描述的那些核碱基聚合物。
如本文中所使用的“受体”是指识别并对内源性化学信号起反应的蛋白质分子。当这类内源性化学信号结合到受体时，其引起某一形式的细胞/组织反应。受体的实例包括(但不限于)神经受体、激素受体、营养素受体以及细胞表面受体。
如本文中所使用，“间隔基”是指延伸来自特异性结合成员的可裂解基团，或提供结合成员与载体之间的键或延伸来自可光裂解部分的标记/标签的化学部分。在一些实施例中，一个或多个间隔基可包括在多肽或基于核苷酸的标签或标记的N端或C端处以便与来自特异性结合成员的序列距离最佳。间隔基可包括(但不限于)6-氨基己酸(6-aminocaproic acid/6-aminohexanoic acid)；1,3-二氨基丙烷、1,3-二氨基乙烷；聚乙二醇(PEG)聚合物基团和短氨基酸序列，例如具有1个到5个氨基酸的聚甘氨酸序列。
在本文中可互换使用的“特异性结合配偶体”或“特异性结合成员”是指与大体上较少识别其它分子相比较特异性地识别其它分子的两种不同分子中的一者。两种不同分子中的一者在表面上或在空腔中具有一个区域，所述区域特异性结合到其它分子的特定空间和极性组织且进而界定为与其它分子的特定空间和极性组织互补。分子可为特异性结合对的成员。举例来说，特异性结合成员可包括(但不限于)蛋白质，例如受体、酶、抗体和适体、肽、核苷酸、寡核苷酸、多核苷酸以及其组合。
如本文中所使用，“标签”或“标签分子”两个是指用于提供分析物在样品中的含量的指示的分子(例如，从第二结合成员裂解，所述第二结合成员从目标分析物解离)。这些术语是指单一标签分子或多种相同的标签分子。同样地，除非另外规定，否则“标签”是指一个标签或一个或多个标签。
如本文中所使用的“示踪剂”是指偶联到标签或标记的分析物或分析物片段，其中偶联到标签或标记的分析物可以有效地与分析物竞争以用于对所述分析物具特异性的抗体上的位点。举例来说，示踪剂可为分析物或分析物的类似物，例如环孢菌素或其类似物ISA247、维生素D和其类似物、性激素和其类似物等。
除非另外定义，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有与所属领域一般技术人员通常所理解相同的含义。在有矛盾的情况下，将以本文档(包括定义)为准。下文描述优先的方法和材料，但与本文中所描述的那些类似或等效的方法和材料可用于实施或测试本发明。本文中提到的所有公开、专利申请、专利和其它参考文献以全文引用的方式并入以公开且描述与引用的公开相关的方法和/或材料。本文中所公开的材料、方法和实例仅为说明性的且不希望具有限制性。
用于分析物分析的方法
本文中提供用于分析物分析的方法。所述方法可涉及单一分子计数。在某些实施例中，用于分析物分析的方法可涉及评定样品中存在的分析物。在某些实施例中，评定可用于确定样品中分析物的存在和/或浓度。在某些实施例中，方法还可用于确定样品中存在的多种不同分析物的存在和/或浓度。
本文中提供用于检测液体液滴中的所关注分析物(其中所关注分析物来自测试或生物样品)的方法。所述方法包括：提供含有所关注分析物的第一液体液滴；提供含有至少一种固体载体(例如，磁性固体载体(例如珠粒))的第二液体液滴，所述固体载体含有结合到所关注分析物的特异性结合成员；使用能量施加力来操控第一液体液滴(其含有所关注分析物)与第二液体(含有至少一种固体载体)以产生混合物；将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列(其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小)；在将混合物的一部分移动到井阵列之前、之后或之前或之后两者将至少一个可检测标记添加到混合物；以及检测井中的所关注分析物。在某些实施例中，“使用能量施加力来操控第一液体液滴与第二液体液滴”是指使用非机械力(亦即，例如在不使用泵和/或阀门的情况下产生的能量)来提供或施加将至少第一液体液滴和第二液体液滴(以及任选地，额外液滴)操控(例如合并或组合)到混合物中的力。可用于本文中所描述的方法中的非机械力的实例包括电致动力(例如液滴致动、电泳、电润湿、介电泳、静电致动、电场介导、电极介导、毛细管力、色谱法、离心或抽吸)和/或声力(例如表面声波(或“SAW”))。在某些实施例中，所产生的电致动力为交流电。举例来说，交流电可具有10V、15V、20V、25V、30V、35V或更大的均方根(rms)电压。举例来说，这种交流电可具有10V或更大、15V或更大、20V或更大、25V或更大、30V或更大或35V或更大的rms电压。替代地，交流电可具有射频范围内的频率。
在某些实施例中，如果使用磁性固体载体，那么可施加电致动力和磁场且从相对于混合物的至少一部分的对置方向施加。在某些其它实施例中，通过来回移动混合物、以圆形图案移动混合物或通过将所述混合物分裂为两种或更多种子混合物且随后合并所述子混合物来混合所述混合物。在某些其它实施例中，电致动力可使用一系列或多个电极(亦即，至少两个或更多个、至少三个或更多个、至少四个或更多个、至少五个或更多个、至少六个或更多个、至少七个或更多个、至少八个或更多个、至少九个或更多个、至少十个或更多个、至少十一个或更多个、至少十二个或更多个、至少十三个或更多个、至少十四个或更多个、至少十五个或更多个等)产生以将混合物移动到井阵列，以便密封所述井(其装载有至少一种固体载体)。
在某些实施例中，将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列使得将至少一种固体载体装载(填充和/或放置)到井阵列中。在某些实施例中，磁场用于促进混合物和因此至少一种固体载体到阵列的一个或多个井中的移动。在某些实施例中，在将至少一种固体载体装载到井中之后，不装载到井中的任何固体载体可使用所属领域中已知的常规技术去除。举例来说，这种去除可涉及用一系列或多个电极产生电致动力(例如本文中先前描述的电致动力)以将流体液滴(例如可极化流体液滴)移动到井阵列，从而将混合物的至少一部分移动到距离井阵列的一定距离(其长度不重要)。在某些实施例中，水性洗涤液体可用于去除不与任何所关注分析物结合的固体载体。在这类实施例中，去除涉及用一系列或多个电极产生电致动力以移动水性洗涤(wash/washing)液滴(第三液滴)横跨井阵列。用于所述洗涤的水性液体的量和类型不重要。
在某些实施例中，方法中的混合物为水性液体。在其它实施例中，混合物为不可混溶的液体。在其它实施例中，液体液滴为疏水液体液滴。在其它实施例中，液体液滴为亲水液体液滴。在某些实施例中，用于方法中的井阵列具有疏水表面。在其它实施例中，井阵列具有亲水表面。
在某些实施例中，用于方法中的第一液体液滴为可极化液体。在某些实施例中，用于方法中的第二液体液滴为可极化液体。在某些实施例中，用于方法中的第一液体液滴和第二液体液滴为可极化液体。在某些实施例中，混合物为可极化液体。在某些实施例中，第一液滴、第二液滴和混合物中的一者或多者为可极化液体。
在某些实施例中，至少一种固体载体包含特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。在某些实施例中，在将混合物的至少一部分移动到井阵列之前将可检测标记添加到混合物。在某些其它实施例中，在移动所关注分析物的至少一部分之后将可检测标记添加到混合物。在某些实施例中，可检测标记包含特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。在某些实施例中，可检测标记包含显色原、荧光化合物、酶、化学发光化合物或放射性化合物。在某些实施例中，结合成员为受体、适体或抗体。在某些实施例中，方法进一步包含使用被配置成促进混合物到井阵列的移动的毛细管元件将混合物的至少一部分定位于井阵列上方。
在某些实施例中，使用微流体装置进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用数字微流体装置(DMF)进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用基于表面声波的微流体装置(SAW)进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用集成DMF和分析物检测装置进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用集成的基于表面声波的微流体装置和分析物检测装置进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用基于机器人技术的测定加工单元进行本文中所描述的方法。
本文中提供了用于检测液体液滴中的所关注分析物(其中所关注分析物来自测试或生物样品)的方法。所述方法包括：提供含有所关注分析物的第一液体液滴；提供含有至少一个可检测标记的第二液体液滴，所述可检测标记含有结合到所关注分析物的特异性结合成员：使用能量施加力来操控第一液体液滴(其含有所关注分析物)与第二液体(含有至少一种固体载体)以产生混合物(亦即，分析物/可检测标记特异性结合成员复合物)；将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列(其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小)；以及检测井中的所关注分析物。在某些实施例中，“使用能量施加力来操控第一液体液滴与第二液体液滴”是指使用非机械力(亦即，例如在不使用泵和/或阀门的情况下产生的能量)来提供或施加将至少第一液体液滴和第二液体液滴(以及任选地，额外液滴)操控(例如合并或组合)到混合物中的力。可用于本文中所描述的方法中的非机械力的实例包括电致动力(例如液滴致动、电泳、电润湿、介电泳、静电致动、电场介导、电极介导、毛细管力、色谱法、离心或抽吸)和/或声力(例如表面声波(或“SAW”))。在某些实施例中，所产生的电致动力为交流电。举例来说，交流电可具有10V、15V、20V、25V、30V、35V或更大的均方根(rms)电压。举例来说，这种交流电可具有10V或更大、15V或更大、20V或更大、25V或更大、30V或更大或35V或更大的rms电压。替代地，交流电可具有射频范围内的频率。
在某些实施例中，通过来回移动混合物、以圆形图案移动混合物或通过将所述混合物分裂为两种或更多种子混合物且随后合并所述子混合物来混合所述混合物。在某些其它实施例中，电致动力可使用一系列或多个电极(亦即，至少两个或更多个、至少三个或更多个、至少四个或更多个、至少五个或更多个、至少六个或更多个、至少七个或更多个、至少八个或更多个、至少九个或更多个、至少十个或更多个、至少十一个或更多个、至少十二个或更多个、至少十三个或更多个、至少十四个或更多个、至少十五个或更多个等)产生以将混合物移动到井阵列，以便密封所述井(其装载有至少一种固体载体)。
在某些实施例中，将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列使得将分析物/可检测标记特异性结合成员复合物装载(填充和/或放置)到井阵列中。在某些实施例中，磁场用于促进混合物和因此至少一种分析物/可检测标记特异性结合成员复合物到阵列的一个或多个井中的移动。举例来说，这种去除可涉及用一系列或多个电极产生电致动力(例如本文中先前描述的电致动力)以将流体液滴(例如可极化流体液滴)移动到井阵列，从而将混合物的至少一部分移动到距离井阵列的一定距离(其长度不重要)。在某些实施例中，水性洗涤液体可用于去除不与任何分析物结合的任何可检测标记特异性结合成员。在这类实施例中，去除涉及用一系列或多个电极产生电致动力以移动水性洗涤(wash/washing)液滴(第三液滴)横跨井阵列。用于所述洗涤的水性液体的量和类型不重要。
在某些实施例中，方法中的混合物为水性液体。在其它实施例中，混合物为不可混溶的液体。在其它实施例中，液体液滴为疏水液体液滴。在其它实施例中，液体液滴为亲水液体液滴。在某些实施例中，用于方法中的井阵列具有疏水表面。在其它实施例中，井阵列具有亲水表面。
在某些实施例中，用于方法中的第一液体液滴为可极化液体。在某些实施例中，用于方法中的第二液体液滴为可极化液体。在某些实施例中，用于方法中的第一液体液滴和第二液体液滴为可极化液体。在某些实施例中，混合物为可极化液体。在某些实施例中，第一液滴、第二液滴和混合物中的一者或多者为可极化液体。
在某些实施例中，可检测标记与至少一种固体载体结合。在某些实施例中，可检测标记包含显色原、荧光化合物、酶、化学发光化合物或放射性化合物。在某些实施例中，结合成员为受体、适体或抗体。在某些实施例中，方法进一步包含使用被配置成促进混合物到井阵列的移动的毛细管元件将混合物的至少一部分定位于井阵列上方。
在某些实施例中，使用微流体装置进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用数字微流体装置(DMF)进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用基于表面声波的微流体装置(SAW)进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用集成DMF和分析物检测装置进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用集成的基于表面声波的微流体装置和分析物检测装置进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用基于机器人技术的测定加工单元进行本文中所描述的方法。
本文中提供了用于测量液体液滴中的所关注分析物(其中所关注分析物来自测试或生物样品)的方法。所述方法包括：提供含有所关注分析物的第一液体液滴；提供含有至少一种固体载体(例如，磁性固体载体(例如珠粒))的第二液体液滴，所述固体载体含有结合到所关注分析物的特异性结合成员；使用能量施加力来操控第一液体液滴(其含有所关注分析物)与第二液体(含有至少一种固体载体)以产生混合物；将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列(其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小)；在将混合物的一部分移动到井阵列之前、之后或之前或之后两者将至少一个可检测标记添加到混合物；以及测量井中的所关注分析物。在某些实施例中，“使用能量施加力来操控第一液体液滴与第二液体液滴”是指使用非机械力(亦即，例如在不使用泵和/或阀门的情况下产生的能量)来提供或施加将至少第一液体液滴和第二液体液滴(以及任选地，额外液滴)操控(例如合并或组合)到混合物中的力。可用于本文中所描述的方法中的非机械力的实例包括电致动力(例如液滴致动、电泳、电润湿、介电泳、静电致动、电场介导、电极介导、毛细管力、色谱法、离心或抽吸)和/或声力(例如表面声波(或“SAW”))。在某些实施例中，所产生的电致动力为交流电。举例来说，交流电可具有10V、15V、20V、25V、30V、35V或更大的均方根(rms)电压。举例来说，这种交流电可具有10V或更大、15V或更大、20V或更大、25V或更大、30V或更大或35V或更大的rms电压。替代地，交流电可具有射频范围内的频率。
在某些实施例中，如果使用磁性固体载体，那么可施加电致动力和磁场且从相对于混合物的至少一部分的对置方向施加。在某些其它实施例中，通过来回移动混合物、以圆形图案移动混合物或通过将所述混合物分裂为两种或更多种子混合物且随后合并所述子混合物来混合所述混合物。在某些其它实施例中，电致动力可使用一系列或多个电极(亦即，至少两个或更多个、至少三个或更多个、至少四个或更多个、至少五个或更多个、至少六个或更多个、至少七个或更多个、至少八个或更多个、至少九个或更多个、至少十个或更多个、至少十一个或更多个、至少十二个或更多个、至少十三个或更多个、至少十四个或更多个、至少十五个或更多个等)产生以将混合物移动到井阵列，以便密封所述井(其装载有至少一种固体载体)。
在某些实施例中，将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列使得将至少一种固体载体装载(填充和/或放置)到井阵列中。在某些实施例中，磁场用于促进混合物和因此至少一种固体载体到阵列的一个或多个井中的移动。在某些实施例中，在将至少一种固体载体装载到井中之后，不装载到井中的任何固体载体可使用所属领域中已知的常规技术去除。举例来说，这种去除可涉及用一系列或多个电极产生电致动力(例如本文中先前描述的电致动力)以将流体液滴(例如可极化流体液滴)移动到井阵列，从而将混合物的至少一部分移动到距离井阵列的一定距离(其长度不重要)。在某些实施例中，水性洗涤液体可用于去除不与任何所关注分析物结合的固体载体。在这类实施例中，去除涉及用一系列或多个电极产生电致动力以移动水性洗涤(wash/washing)液滴(第三液滴)横跨井阵列。用于所述洗涤的水性液体的量和类型不重要。
在某些实施例中，方法中的混合物为水性液体。在其它实施例中，混合物为不可混溶的液体。在其它实施例中，液体液滴为疏水液体液滴。在其它实施例中，液体液滴为亲水液体液滴。在某些实施例中，用于方法中的井阵列具有疏水表面。在其它实施例中，井阵列具有亲水表面。
在某些实施例中，用于方法中的第一液体液滴为可极化液体。在某些实施例中，用于方法中的第二液体液滴为可极化液体。在某些实施例中，用于方法中的第一液体液滴和第二液体液滴为可极化液体。在某些实施例中，混合物为可极化液体。在某些实施例中，第一液滴、第二液滴和混合物中的一者或多者为可极化液体。
在某些实施例中，至少一种固体载体包含特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。在某些实施例中，在将混合物的至少一部分移动到井阵列之前将可检测标记添加到混合物。在某些其它实施例中，在将所关注分析物的至少一部分移动到井阵列之后将可检测标记添加到混合物。在某些实施例中，可检测标记包含特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。在某些实施例中，可检测标记包含显色原、荧光化合物、酶、化学发光化合物或放射性化合物。在某些实施例中，结合成员为受体、适体或抗体。在某些实施例中，方法进一步包含使用被配置成促进混合物到井阵列的移动的毛细管元件将混合物的至少一部分定位于井阵列上方。
在某些实施例中，使用微流体装置进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用数字微流体装置(DMF)进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用基于表面声波的微流体装置(SAW)进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用集成DMF和分析物检测装置进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用集成的基于表面声波的微流体装置和分析物检测装置进行本文中所描述的方法。在某些实施例中，使用基于机器人技术的测定加工单元进行本文中所描述的方法。
在某些实施例中，测量首先涉及确定固体载体在阵列的井中的总数量(“总固体载体数量”)。接着，确定固体载体在含有可检测标记的阵列的井中的数量，例如确定通过可检测标记产生的信号的强度(“正”)。从总固体载体数量减去正的以提供不含有可检测标记或未检测的井阵列中的固体载体数量(“负)。随后，可确定井阵列中正与负的比率并且随后与校准曲线相比较。替代地，使用Poission方程式P(x；μ)的数字定量如下文所示：
P(x；μ)＝(e-μ)(μx)/x！
其中：
e：为等于大约2.71828的常数，
μ：为发生在指定区域中的平均成功次数，且
x：为发生在指定区域中的实际成功次数。
样品可为含有或疑似含有所关注分析物的任何测试样品。如本文中所使用，“分析物”、“目标分析物”、“所关注分析物”可互换使用且是指将在本文中所公开的方法和装置中测量的分析物。所关注分析物进一步描述于下文。
如本文中所使用的“接触”和其语法等效物是指使结合成员与样品中的所关注分析物足够紧密近接以使得在对结合成员具特异性的所关注分析物存在于样品中时将发生结合相互作用的任何类型的组合操作。接触可以多种不同的方式实现，包括将样品与结合成员组合，通过将结合成员引入非常接近于分析物来使目标分析物暴露于结合成员以及类似方式。
在某些情况下，第一结合成员可固定于固体载体上。如本文中所使用，术语“固定”是指第一结合成员与固体载体的表面的稳定缔合。“稳定缔合”意思指例如在生理条件下缔合的平均半衰期为一天或更多天的两个实体之间的物理性缔合。在某些方面，两个实体之间的物理性缔合在4℃下在PBS中具有两天或更多天、一周或更多周、一个月或更多个月，包括六个月或更多个月，例如1年或更多年的平均半衰期。根据某些实施例，稳定缔合由两个实体之间的共价键、两个实体之间的非共价键(例如，离子或金属键)或其它形式的化学吸引，如氢键结、范德华力(Van der Waals force)等引起。
表面上固定有结合试剂的固体载体可为呈平面或非平面构形的任何适宜表面，例如微流体芯片的表面、腔室的内部表面、珠粒的外部表面(如本文中所定义)或多孔性珠粒的内部表面和/或外部表面。举例来说，第一结合成员可共价地或非共价地附着于珠粒，例如乳胶、琼脂糖、琼脂糖凝胶、抗生蛋白链菌素、甲苯磺酰基活化的(tosylactivated)、环氧化物、聚苯乙烯、氨基珠粒、氨珠粒、羧基珠粒或类似物。在某些实施例中，珠粒可为颗粒，例如微颗粒。在一些实施例中，微颗粒可介于约0.1纳米与约10微米之间、介于约50纳米与约5微米之间、介于约100纳米与约1微米之间、介于约0.1纳米与约700纳米之间、介于约500纳米与约10微米之间、介于约500纳米与约5微米之间、介于约500纳米与约3微米之间、介于约100纳米与700纳米之间，或介于约500纳米与700纳米之间。举例来说，微颗粒可为约4到6微米、约2到3微米或约0.5到1.5微米。小于约500纳米的颗粒有时认为是纳米颗粒。因此，微颗粒任选可为介于约0.1纳米与约500纳米之间、介于约10纳米与约500纳米之间、介于约50纳米与约500纳米之间、介于约100纳米与约500纳米之间、约100纳米、约150纳米、约200纳米、约250纳米、约300纳米、约350纳米、约400纳米、约450纳米或约500纳米的纳米颗粒。
在某些实施例中，珠粒可为磁性珠粒或磁性颗粒。在某些实施例中，珠粒可为磁性纳米珠粒、纳米颗粒、微珠粒或微颗粒。磁性珠粒/颗粒可为铁磁性的、次铁磁性的、顺磁性的、超顺磁性或铁磁流体的(ferrofluidic)。示范性铁磁性材料包括Fe、Co、Ni、Gd、Dy、CrO2、MnAs、MnBi、EuO、NiO/Fe。次铁磁性材料的实例包括NiFe2O4、CoFe2O4、Fe3O4(或FeO.Fe2O3)。珠粒可具有为磁性的且被一个或多个非磁性层包围的实体芯部分。替代地，磁性部分可为非磁性芯体周围的层。上面固定有第一结合成员的固体载体可以干燥形式或以液体形式存储。在使样品与磁性珠粒接触之前或之后，可使磁性珠粒经受磁场，第一结合成员固定在所述磁性珠粒上。
在接触步骤之后，可将样品和第一结合成员孵育足够的时段以允许发生结合成员与分析物之间的结合相互作用。另外，孵育可在促进特异性结合相互作用的结合缓冲液中进行。可在测定中通过改变结合缓冲液来操控或更改第一结合成员和/或第二结合成员的结合亲和力和/或特异性。在一些实施例中，可通过改变结合缓冲液来增加结合亲和力和/或特异性。在一些实施例中，可通过改变结合缓冲液来减少结合亲和力和/或特异性。
可使用下文所描述的所公开方法和装置来测量第一结合成员和/或第二结合成员的结合亲和力和/或特异性。在一些实施例中，使用一组条件测定样品的一个等分试样且与使用不同组的条件所测定的样品的另一等分试样相比较，进而确定所述条件对结合亲和力和/或特异性的影响。举例来说，改变或更改条件可为以下中的一者或多者：从样品去除目标分析物、添加与用于结合的目标分析物或配体竞争的分子以及改变pH、盐浓度或温度。另外或替代地，时长可为可变的且改变条件可包括在再次进行检测方法之前等待的时长。
结合缓冲液可包括抗原-抗体结合缓冲液的分子标准物，例如白蛋白(例如，BSA)、非离子清洁剂(Tween-20、Triton X-100)和/或蛋白酶抑制剂(例如，PMSF)。在某些情况下，在添加样品之前或之后，可将结合缓冲液添加到微流体芯片、腔室等。在某些情况下，第一结合成员在与样品接触之前可存在于结合缓冲液中。结合成员与分析物之间的结合相互作用发生的时间长度可凭经验确定且可视结合成员与分析物之间的结合亲和力(bindingaffinity/binding avidity)而定。在某些实施例中，接触或孵育可持续以下时段：5秒到1小时，例如10秒到30分钟，或1分钟到15分钟，或5分钟到10分钟，例如10秒、15秒、30秒、1分钟、5分钟、10分钟、15分钟、30分钟、45分钟、1小时或2小时。用于结合相互作用的其它条件(例如温度、盐浓度)也可凭经验确定或可基于制造商的指示。举例来说，接触可在室温(21℃到28℃，例如23℃到25℃)、37℃或4℃下执行。在某些实施例中，样品与第一结合成员的任选混合可在接触步骤期间执行。
在固定的第一结合成员与分析物之间形成复合物之后，任何未结合的分析物可从第一结合成员以及样品的附近去除，同时第一结合成员与分析物的复合物可由于其与固体载体的缔合而保留。任选地，固体载体可与洗涤缓冲液接触以去除未特异性结合到固体载体的任何分子。
在第一接触步骤和任选的去除样品和/或任选的洗涤步骤之后，第一结合成员与分析物的复合物可与第二结合成员接触，进而使得形成分析物与两个结合成员结合的夹心复合物。任选地将第二成员与第一结合成员-分析物复合物混合可在第二接触步骤期间执行。在一些实施例中，分析物分子相对于表面的固定可有助于从溶液中去除任何过量的第二结合成员而不担心从表面移走分析物分子。在一些实施例中，第二结合成员可包括可检测标记，所述可检测标记包含一个或多个信号产生物质，例如显色原、荧光化合物、化学发光化合物、酶、放射性化合物以及类似物。
如上文所提到，第二接触步骤可在足以用于分析物与第二结合成员之间的结合相互作用的条件下执行。在第二接触步骤之后，可去除任何未结合的第二结合成员，接着任选的洗涤步骤。任何未结合的第二结合成员可通过合适的方式与第一结合成员-分析物-第二结合成员的复合物分离，所述方式例如液滴致动、电泳、电润湿、介电泳、静电致动、电场介导、电极介导、毛细管力、色谱法、离心、抽吸或SAW。一旦从第一结合成员-分析物-第二结合成员的复合物的附近去除未结合的第二结合成员，附着于第一结合成员-分析物-第二结合成员的复合物中存在的第二结合成员的可检测标记可通过合适方式分离或可使用所属领域中已知的技术检测。在一些实施例中，可检测标记包含可检测标记，所述可检测标记包含一个或多个信号产生物质，例如显色原、荧光化合物、化学发光化合物、酶、放射性化合物以及类似物。替代地，在一些实施例中，如果可检测标记包含标签，那么标签可从在去除未结合试剂之后保留的复合物裂解或解离。举例来说，标签可经由可裂解连接子(如本文中所描述的“可裂解连接子”)附着于第二结合成员。第一结合成员-分析物-第二结合成员的复合物可暴露于介导可裂解连接子的裂解的裂解剂。
如本文中所提到，标签可包括核酸。在某些实施例中，分析物的定量不包括通过确定标签中存在的核酸序列的至少一部分的身份来确定标签的身份。举例来说，计数步骤可不包括确定标签的序列。在其它实施例中，标签可不定序，然而，由于标签的大小、构形、电荷、电荷量以及类似物，基于与标签相关联的可区分信号，可在一个标签可区别于另一个标签的程度上确定标签的身份。标签的识别可适用于涉及同时分析样品中的多种不同分析物，例如样品中的两种、三种、四种或更多种不同分析物的方法。
在某些实施例中，同时分析单一样品中的多种分析物可通过使用多种不同的第一结合成员和第二结合成员来进行，其中一对第一结合成员和第二结合成员对于样品中的单一分析物具特异性。在这些实施例中，与对单一分析物具特异性的第一对第一结合成员和第二结合成员的第二结合成员相关联的可检测标记可与与对不同分析物具特异性的第二对第一结合成员和第二结合成员的第二结合成员相关联的可检测标记区分开来。如上文所提到，基于信号产生物质等中的差异，第一可检测标记可与第二可检测标记区分开来。
在一些实施例中，可大体上精确确定的流体样品中的分析物浓度为小于约5000fM(飞摩尔)、小于约3000fM、小于约2000fM、小于约1000fM、小于约500fM、小于约300fM、小于约200fM、小于约100fM、小于约50fM、小于约25fM、小于约10fM、小于约5fM、小于约2fM、小于约1fM、小于约500aM(渺摩尔)、小于约100aM、小于约10aM、小于约5aM、小于约1aM、小于约0.1aM、小于约500zM(仄摩尔)、小于约100zM、小于约10zM、小于约5zM、小于约1zM、小于约0.1zM或更小。
在一些情况下，检测极限(例如，可在溶液中确定的分析物的最低浓度)为约100fM、约50fM、约25fM、约10fM、约5fM、约2fM、约1fM、约500aM(渺摩尔)、约100aM、约50aM、约10aM、约5aM、约1aM、约0.1aM、约500zM(仄摩尔)、约100zM、约50zM、约10zM、约5zM、约1zM、约0.1zM或更小。在一些实施例中，可大体上精确确定的流体样品中的分析物浓度介于约5000fM与约0.1fM之间、介于约3000fM与约0.1fM之间、介于约1000fM与约0.1fM之间、介于约1000fM与约0.1zM之间、介于约100fM与约1zM之间、介于约100aM与约0.1zM之间或更小。
检测上限(例如，可在溶液中确定的分析物的上限浓度)为至少约100fM、至少约1000fM、至少约10pM(皮摩尔)、至少约100pM、至少约100pM、至少约10nM(纳摩尔)、至少约100nM、至少约1000nM、至少约10μM、至少约100μM、至少约1000μM、至少约10mM、至少约100mM、至少约1000mM或更大。
在一些情况下，可快速地检测分析物在样品中的存在和/或浓度，通常在少于约1小时内，例如45分钟、30分钟、15分钟、10分钟、5分钟、1分钟或30秒。
在某些实施例中，可在数字集成微流体和分析物检测装置(例如本文中所描述的装置)上执行本文中所描述的方法的至少一些步骤。在某些实施例中，使用数字集成微流体装置以及分析物检测装置执行本公开的方法。举例来说，数字微流体装置和分析物检测装置可为单独的装置，且含有可检测标记的液滴可在微流体装置中产生并输送到分析物检测装置。
在某些实施例中，使用数字微流体模块与分析物检测装置集成的装置(例如下文描述的装置)执行本公开的方法。在某些实施例中，可以可逆地集成数字集成微流体模块和分析物检测装置。举例来说，两个模块可物理地组合以形成集成装置且所述装置可随后分离成单独的模块。在某些实施例中，使用包括微流体模块与内置式分析物检测装置的一次性料筒执行本公开的方法。用于进行本文中所提供的方法的装置的示范性实施例进一步描述于以下节段中。
本方法的示范性实施例包括将含有所关注分析物的样品液滴与含有结合到所关注分析物且可固定于固体载体(例如磁性颗粒或珠粒)的第一结合成员的液滴合并。单一合并的液滴可孵育一段足以允许第一结合成员与所关注分析物结合的时间。任选地，可搅动单一液滴以促进样品与第一结合成员的混合。可通过来回移动单一液滴、围绕在多个电极上方移动单一液滴、分裂液滴且随后合并液滴，或使用SAW等来实现混合。接下来，单一液滴可经受磁力以将珠粒保留在装置中的某一位置处，同时液滴可被移走且被含有第二结合成员的液滴替换，第二结合成员可任选地含有可检测标记。在添加第二结合成员之前，可通过将洗涤缓冲液的液滴移动到使用磁力保留珠粒的位置来进行任选的洗涤步骤。在持续足以使第二结合成员结合与第一结合成员结合的分析物的时段之后，可移走含有第二结合成员的液滴，同时使珠粒保留在第一位置处。可使用洗涤缓冲液的液滴洗涤珠粒。在洗涤步骤之后，可去除磁力且将含有标记珠粒(含有第一特异性结合成员/分析物/第二特异性结合成员-任选的可检测标记)的液滴移动到例如本文中所描述的检测模块。允许标记的珠粒沉降到检测模块中的井阵列中。珠粒可经由重力或通过施加电力或磁力沉降。在用以去除不位于井内部的任何珠粒的洗涤步骤之后，可使用疏水液体来密封井。在以上实施例中，任选地，在组合之后，可操控(例如，来回移动、以环形方向移动、振动、分裂/合并、暴露于SAW等)液滴以促进样品与测定试剂(例如第一结合成员、第二结合成员等)的混合。在可检测标记为酶的实施例中，可在将复合物移动到井阵列之前或之后添加底物。
可使用电力(例如，电润湿、介电泳、电极介导、光电润湿、电场介导以及静电致动)压力、表面声波以及类似物来执行集成微流体和分析物检测装置中的液滴移动。可基于装置的特异性(描述于以下节段中)且针对本文中所描述的特定装置来确定用于移动液滴的力。
多路复用
方法可包括用以在多路复用测定中检测样品中的一种或多种(或替代地两种或更多种)目标分析物的一个或多个(或替代地两个或更多个)特异性结合成员。一个或多个(或替代地两个或更多个)特异性结合成员中的每一者结合到不同目标分析物且每个特异性结合成员用不同可检测标记来标记。举例来说，第一特异性结合成员结合到第一目标分析物，第二特异性结合成员结合到第二目标分析物，第三特异性结合成员结合到第三目标分析物等，且第一特异性结合成员用可检测标记来标记，第二特异性结合成员用第二可检测标记来标记，第三特异性结合成员用第三可检测标记来标记等。举例来说，第一、第二以及第三可检测标记可各自具有不同颜色。替代地，可使用不同类型的标记，例如第一标记为酶促标记，第二标记为显色原且第三标记为化学发光化合物。
示范性目标分析物
如本领域的技术人员将了解，可使用本公开的方法和装置检测且任选地定量可通过第一结合成员和第二结合成员特异性结合的任何分析物。
在一些实施例中，分析物可为生物分子。生物分子的非限制性实例包括大分子，例如蛋白质、脂质和碳水化合物。在某些情况下，分析物可为激素、抗体、生长因子、细胞因子、酶、受体(例如，神经受体、激素受体、营养素受体以及细胞表面受体)或其配体、癌症标记物(例如，PSA、TNF-α)、心肌梗塞标记物(例如，肌钙蛋白、肌酸激酶等)、毒素、药物(例如，成瘾药物)、代谢剂(例如，包括维生素)以及类似物。蛋白质分析物的非限制性实施例包括肽、多肽、蛋白质片段、蛋白质复合物、融合蛋白质、重组蛋白、磷蛋白、糖蛋白、脂蛋白或类似物。
在某些实施例中，分析物可为转译后修饰蛋白质(例如，磷酸化蛋白质、甲基化蛋白质、糖基化蛋白质)且第一或第二结合成员可为对转译后修饰具特异性的抗体。经修饰蛋白质可结合到固定于固体载体上的第一结合成员，其中第一结合成员结合到经修饰蛋白质而非未经修饰的蛋白质。在其它实施例中，第一结合成员可结合到未经修饰蛋白质和经修饰蛋白质两者，且第二结合成员可对转译后修饰蛋白质具特异性。
在一些实施例中，分析物可为细胞，例如循环肿瘤细胞、病原菌、病毒(包括逆转录病毒、疱疹病毒、腺病毒、慢病毒、线状病毒(埃博拉(ebola))、肝炎病毒(例如，A、B、C、D以及E)；HPV等)；芽孢等。
可通过本文中所提供的方法来分析的分析物的非限制性清单包括Aβ42淀粉样β-蛋白质、胎球蛋白-A、tau蛋白、分泌粒蛋白II、朊病毒蛋白、α-突触核蛋白、tau蛋白质、神经丝轻链、帕金蛋白(parkin)、PTEN诱发的假定激酶1、DJ-1、富含白氨酸的重复激酶2、突变ATP13A2、Apo H、铜蓝蛋白、过氧化物酶体增殖剂活化的受体γ辅活化子-1α(PGC-1α)、甲状腺素运载蛋白、维生素D-结合蛋白、促凋亡激酶R(PKR)和其磷酸化PKR(pPKR)、CXCL13、IL-12p40、CXCL13、IL-8、Dkk-3(精液)、p14内生片段、血清、ACE2、对CD25的自身抗体、hTERT、CAI25(MUC16)、VEGF、sIL-2、骨桥蛋白、人类附睾蛋白4(HE4)、α-胎蛋白、白蛋白、白蛋白尿、微白蛋白尿、嗜中性白血球明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)、白介素18(IL-18)、肾脏损伤分子-1(KIM-1)、肝脂肪酸结合蛋白(L-FABP)、LMP1、BARF1、IL-8、癌胚抗原(CEA)、BRAF、CCNI、EGRF、FGF19、FRS2、GREB1和LZTS1、α-淀粉酶、癌胚抗原、CA 125、IL8、硫氧还蛋白、病毒的β-2微球蛋白水平监测活性、病毒的肿瘤坏死因子-α受体监测活性、CA15-3、滤泡刺激激素(FSH)、促黄体激素(LH)、T细胞淋巴瘤侵入和癌转移1(TIAM1)、N-钙黏素、EC39、双调蛋白、dUTP酶、分泌性胶溶素(pGSN)、PSA(前列腺特异性抗原)、胸腺素βl5、胰岛素、血浆C-肽、糖基化血红蛋白(HBA1c)、C-反应蛋白(CRP)、白细胞介素-6(IL-6)、ARHGDIB(Rho GDP解离抑制剂2)、CFL1(丝切蛋白-1(Cofilin-1))、PFN1(抑制蛋白-1)、GSTP1(麸胱甘肽S-转移酶P)、S100A11(蛋白质S100-A11)、PRDX6(过氧化物还原酶-6)、HSPE1(10kDa热冲击蛋白质、线粒体)、LYZ(溶菌酶C前体)、GPI(葡萄糖-6-磷酸酯异构酶)、HIST2H2AA(组蛋白H2A 2-A型)、GAPDH(甘油醛-3-磷酸酯去氢酶)、HSPG2(基底膜特异性硫酸乙酰肝素蛋白聚糖核心蛋白前体)、LGALS3BP(半乳糖凝集素-3-结合蛋白前体)、CTSD(组织蛋白酶D前体)、APOE(载脂蛋白E前体)、IQGAP1(Ras GTP酶活化样蛋白质IQGAP1)、CP(铜蓝蛋白前体)、和IGLC2(IGLC1蛋白质)、PCDGF/GP88、EGFR、HER2、MUC4、IGF-IR、p27(kip1)、Akt、HER3、HER4、PTEN、PIK3CA、SHIP、Grb2、Gab2、PDK-1(3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶-1)、TSC1、TSC2、mTOR、MIG-6(ERBB受体反馈抑制剂1)、S6K、src、KRAS、MEK丝裂原活化蛋白激酶1、cMYC、TOPO II拓扑异构酶(DNA)IIα170kDa、FRAP1、NRG1、ESR1、ESR2、PGR、CDKN1B、MAP2K1、NEDD4-1、FOXO3A、PPP1R1B、PXN、ELA2、CTNNB1、AR、EPHB2、KLF6、ANXA7、NKX3-1、PITX2、MKI67、PHLPP、脂联素(ADIPOQ)、血纤维蛋白原α链(FGA)、瘦素(LEP)、高级糖基化最终产物特异性受体(AGER，又名RAGE)、α-2-HS-糖蛋白(AHSG)、血管生成素(ANG)、CD14分子(CD14)、铁蛋白(FTH1)、胰岛素样生长因子结合蛋白1(IGFBP1)、白介素2受体、α(IL2RA)、血管细胞粘附分子1(VCAM1)和血管性血友病因子(VWF)、髓过氧物酶(MPO)、IL1α、TNFα、核周抗嗜中性白血球细胞质抗体(p-ANCA)、乳铁传递蛋白、钙卫蛋白、韦母氏瘤-1蛋白(Wilm's Tumor-1protein)、水通道蛋白-1(Aquaporin-1)、MLL3、AMBP、VDAC1、大肠杆菌肠毒素(热不稳定外毒素、热稳定肠毒素)、流感HA抗原、破伤风毒素、白喉毒素、肉毒杆菌毒素、志贺样毒素(Shiga toxin)、志贺样样毒素I、志贺样样毒素II、艰难梭菌毒素A和B(Clostridium difficile toxins A and B)等。
样品
如本文中所使用，“样品”、“测试样品”、“生物样品”是指含有或疑似含有所关注分析物的流体样品。样品可来源于任何合适的来源。在一些情况下，样品可包含液体、流态微粒固体，或固体颗粒的流体悬浮液。在一些情况下，可在本文中所描述的分析之前加工样品。举例来说，样品可在分析之前从其来源中分离或纯化；然而，在某些实施例中，可直接测定含有分析物的未加工样品。分析物分子的来源可为合成的(例如，在实验室中产生)、环境(例如，空气、土壤、流体样品，例如水供应源等)、动物(例如哺乳动物)、植物或其任何组合。在一个特定实例中，分析物的来源为人体物质(例如，体液、血液、血清、血浆、尿液、唾液、汗液、痰液、精液、粘液、泪腺流体、淋巴流体、羊水、间质液、肺灌洗液、脑脊髓液、粪便、组织、器官或类似物)。组织可包括(但不限于)骨骼肌组织、肝组织、肺组织、肾组织、心肌组织、脑组织、骨髓、子宫颈组织、皮肤等。样品可为液体样品，或固体样品的液体提取物。在某些情况下，样品的来源可为器官或组织，例如活检样品，其可通过组织分解/细胞裂解而溶解。
可分析广泛范围体积的流体样品。在几个示范性实施例中，样品体积可为约0.5nL、约1nL、约3nL、约0.01μL、约0.1μL、约1μL、约5μL、约10μL、约50μL、约100μL、约1mL、约5mL、约10mL等。在一些情况下，流体样品的体积介于约0.01μL与约10mL之间、介于约0.01μL与约1mL之间、介于约0.01μL与约100μL之间、介于约0.1μL与约10μL之间、介于约1μL与约100μL之间、介于约10μL与约100μL之间，或介于约10μL与约75μL之间。
在一些情况下，流体样品可在用于测定中之前经过稀释。举例来说，在分析物分子的来源为人体流体(例如，血液、血清)的实施例中，流体可用合适溶剂(例如，例如PBS缓冲液的缓冲液)稀释。流体样品可在使用前稀释约1倍、约2倍、约3倍、约4倍、约5倍、约6倍、约10倍、约100倍或更多倍。
在一些情况下，样品可经历预分析型加工。预分析型加工可提供额外的功能性，例如非特异性蛋白质去除和/或有效又便宜的可实施混合功能性。预分析型加工的通用方法可包括使用电动俘获、AC电动、表面声波、等速电泳、介电泳、电泳，或所属领域中已知的其它预浓缩技术。在一些情况下，流体样品可在用于测定中之前经过浓缩。举例来说，在分析物分子的来源为人体流体(例如，血液、血清)的实施例中，流体可通过沉积、蒸发、过滤、离心或其组合来浓缩。流体样品可在使用前浓缩约1倍、约2倍、约3倍、约4倍、约5倍、约6倍、约10倍、约100倍或更多倍。
在某些实施例中，在测量分析物之前，不使分析物扩增(即，不增加分析物的拷贝数)。举例来说，在分析物为DNA或RNA的情况下，不复制分析物以增加分析物的拷贝数。在某些情况下，分析物为蛋白质或小分子。
特异性结合成员
如所属领域的技术人员将了解，结合成员将由待分析的分析物确定。广泛多种目标分子的结合成员为已知的且可易于使用已知的技术发现或开发。举例来说，当目标分析物为蛋白质时，结合成员可包括蛋白质，具体地说抗体或其片段(例如，抗原结合片段(Fab)、Fab'片段、F(ab')2片段、重组抗体、嵌合抗体、单链Fvs(“scFv”)、单链抗体、单域抗体，如来源于骆驼家族动物的可变重链域(“VHH”；又称为“VHH片段”)(VHH和其制造方法描述于Gottlin等人，《生物分子筛检杂志(Journal of Biomolecular Screening)》，14:77-85(2009)中)、重组型VHH单域抗体、以及VNAR片段、二硫键连接的Fvs(“sdFv”)，和抗个体基因型(“anti-Id”)抗体，以及以上任一种的功能上活化的表位结合片段、全长多克隆或单克隆抗体、抗体样片段等)，其它蛋白质，例如受体蛋白质、蛋白质A、蛋白质C或类似物。在分析物为小分子，例如类固醇、后胆色素(bilin)、类视黄醇和脂质的情况下，第一和/或第二结合成员可为支架蛋白质(例如，脂质运载蛋白(lipocalin))或受体。在一些情况下，蛋白质分析物的结合成员可为肽。举例来说，当目标分析物为酶时，合适结合成员可包括酶底物和/或酶抑制剂，其可为肽、小分子以及类似物。在一些情况下，当目标分析物为磷酸化物质时，结合成员可包含磷酸盐结合剂。举例来说，磷酸盐结合剂可包含金属-离子亲和介质，例如美国专利第7,070,921号和美国专利申请第20060121544号中所描述的那些介质。
在某些情况下，结合成员中的至少一者可为适体，例如美国专利第5,270,163号、第5,475,096号、第5,567,588号、第5,595,877号、第5,637,459号、第5,683,867号、第5,705,337号中所描述的那些适体。核酸适体(例如，单链DNA分子或单链RNA分子)可研发用于捕获几乎任何目标分子。适体以高度特异性、配置依赖性方式，通常以极其高亲和力结合目标分子，但可选择具有低结合亲和力的适体。适体可基于极小的结构差异(例如甲基或羟基的存在或不存在)区别目标分析物分子，且某些适体可区别D-对映异构体和L-对映异构体以及非对映异构体。适体可结合较小分子目标，包括药物、金属离子和有机染料、肽、生物素以及蛋白质。适体可在生物素化、荧光标记之后且在附着于玻璃表面和微球粒时保留功能活性。
核酸适体为寡核苷酸，所述寡核苷酸可为单链寡脱氧核苷酸、寡核糖核苷酸或经修饰的寡脱氧核苷酸或寡核糖核苷酸。术语“经修饰”涵盖具有经共价修饰的碱类和/或糖类的核苷酸。举例来说，经修饰的核苷酸包括具有糖的核苷酸，所述核苷酸共价附着于除3′位置处的羟基外且除5′位置处的磷酸基外的低分子量有机基团。因此经修饰的核苷酸还可包括2'经取代糖，例如2'-O-甲基-；2-O-烷基；2-O-烯丙基；2'-S-烷基；2'-S-烯丙基；2'-氟-；2'-卤基或2-叠氮基-核糖，碳环糖类似物a-变旋异构糖；差向异构糖，例如阿拉伯糖(arabinose)、木糖(xylose)或来苏糖(lyxose)、哌喃糖(pyranose sugar)、呋喃糖(furanose sugar)以及景天庚醛糖(sedoheptulose)。
肽适体可被设计成干扰蛋白质相互作用。肽适体可基于上面附着有可变肽环的蛋白质支架，进而限制适体的构形。在一些情况下，肽适体的支架部分来源于细菌性硫氧还蛋白A(TrxA)。
当目标分子为碳水化合物时，潜在合适的捕获组分(如本文中所定义)包括例如抗体、凝集素以及选择素。如所属领域的一般技术者将了解，可与所关注目标分子特异性相关联的任何分子可潜在地用作结合成员。
对于某些实施例，合适的目标分析物/结合成员复合物可包括(但不限于)抗体/抗原、抗原/抗体、受体/配体、配体/受体、蛋白质/核酸、酶/底物和/或抑制剂、碳水化合物(包括糖蛋白和糖脂)/凝集素和/或选择素、蛋白质/蛋白质、蛋白质/小分子等。
在一个特定实施例中，第一结合成员经由键附着于固体载体，其可包含促进结合成员与载体的附着的载体和/或结合成员的任何部分、功能化或修饰。结合成员与载体之间的键可包括一个或多个化学或物理(例如，经由范德华力、氢键、静电相互作用、疏水/亲水相互作用等的非特异性连接)键和/或提供这类键的化学间隔基。
在某些实施例中，固体载体还可包含在测定期间可消除或最小化非捕获组分(例如，分析物分子、结合成员)与结合表面的非特异性连接的保护层、阻挡层或钝化层，这可致使在检测期间的伪正信号或致使信号丢失。可用于某些实施例中以形成钝化层的材料的实例包括(但不限于)：排斥蛋白质的非特异性结合的聚合物，例如聚(乙二醇)；具有这种属性的天然存在的蛋白质，例如血清白蛋白和酪蛋白；表面活性剂，例如两性离子表面活性剂，例如磺基甜菜碱；天然存在的长链脂质；聚合物刷和核酸，例如鲑精子DNA。
某些实施例利用作为蛋白质或多肽的结合成员。如所属领域中所已知，任何数量的技术可用于将多肽附着于广泛多种固体载体。已知广泛多种技术将反应性部分添加到蛋白质，例如概述于美国专利第5,620,850号中的方法。此外，用于将蛋白质附着于表面的方法为已知的，例如参见Heller，《化学研究述评(Acc.Chem.Res.)》23:128(1990)。
如本文中所阐释，例如当结合成员和分析物为结合对的互补部分时，结合成员与分析物之间的结合为特异性的。在某些实施例中，结合成员特异性结合到分析物。“特异性结合”或“结合特异性”意思指结合成员以足以区分测试样品的分析物分子与其它组分或污染物的特异性来结合分析物分子。举例来说，根据一个实施例，结合成员可为特异性结合到分析物上的表位的抗体。根据一个实施例，抗体可为能够特异性结合到所关注分析物的任何抗体。举例来说，合适的抗体包括(但不限于)单克隆抗体、双特异性抗体、微型抗体、域抗体(dAb)(例如，如Holt等人(2014)《生物技术趋势(Trends in Biotechnology)》21:484-490中所描述)，且包括天然存在的单域抗体sdAb，例如在软骨鱼和骆驼科中，或其为合成的，例如纳米抗体、VHH或其它域结构、合成性抗体(有时称作抗体模拟物)、嵌合抗体、人类化抗体、抗体融合体(有时称作“抗体偶联物”)，以及各别每一种的片段。作为另一个实例，分析物分子可为抗体且第一结合成员可为抗原且第二结合成员可为特异性结合到目标抗体的次级抗体或第一结合成员可为特异性结合到目标抗体的次级抗体且第二结合成员可为抗原。
在一些实施例中，结合成员可为化学编程的抗体(cpAb)(描述于Rader(2014)《生物技术趋势》32:186-197中)；双特异性cpAb；抗体募集分子(ARM)(描述于McEnaney等人(2012)《ACS化学生物学(ACS Chem.Biol.)》7:1139-1151中)；分支链捕获剂，例如三配体捕获剂(描述于Millward等人(2011)《美国化学学会杂志(J.Am.Chem.Soc.)》133:18280-18288中)；来源于非抗体支架的经工程改造的结合蛋白，例如单功能抗体(来源于人类纤维结合蛋白的第十纤维结合蛋白III型域)、亲和抗体(来源于免疫球蛋白结合蛋白A)、达尔潘蛋白(DARPin)(基于锚蛋白重复模块)、抗运载蛋白(来源于脂质运载蛋白后胆色素-结合蛋白和人类脂质运载蛋白2)和半胱氨酸结肽(打结素)(描述于Gilbreth和Koide，(2012)《结构生物学新观点(Current Opinion in Structural Biology)》22:1-8；Banta等人(2013)《生物医学工程年评(Annu.Rev.Biomed.Eng.)》15:93-113中)、WW域(描述于Patel等人(2013)《蛋白质工程设计与选择(Protein Engineering,Design&Selection)》26(4):307-314中)、再利用受体配体、阿菲体(affitin)(描述于Béhar等人(2013)26:267-275中)，和/或阿德荣(Adhiron)(描述于Tiede等人(2014)《蛋白质工程设计及选择》27:145-155中)。
根据分析物为生物细胞(例如，哺乳动物、禽类、爬行动物、其它脊椎动物、昆虫、酵母菌、细菌、细胞等)的一个实施例，结合成员可为对细胞表面抗原(例如，细胞表面受体)具特异性亲和力的配体。在一个实施例中，结合成员可为粘附分子受体或其部分，其对靶细胞型表面上表达的细胞粘附分子具有结合特异性。在使用时，粘附分子受体与靶细胞的胞外表面上的粘附分子结合，进而固定或捕获细胞，可随后通过使用第二结合成员检测到结合细胞，所述第二结合成员可与第一结合成员相同或可结合到细胞表面上表达的不同分子。
在一些实施例中，分析物分子与结合成员之间的结合亲和力应足以在测定条件下保持结合，所述测定包括去除未特异性结合的分子或颗粒的洗涤步骤。在一些情况下，例如在检测某些生物分子时，分析物分子与其互补结合成员的结合常数可介于至少约104与约106M-1之间，至少约105与约109M-1之间，至少约107与约109M-1之间，大于约109M-1或更大。
可检测标记：标签和信号产生物质
本文中所描述的方法可包括结合到可检测标记(例如标签)的特异性结合成员，以分析分析物。并入标签或标记大体上并不干扰反应流程的实施。举例来说，并入标签或标记并不干扰分析物与其互补结合成员之间的结合常数或相互作用。并入标签或标记的大小和数量可能与捕获速度和读取速率相关。捕获速度和读取速率可通过增加并入标签或标记的大小和/或数量来增加。并入标签或标记并不更改结合成员动力学，例如抗体动力学或反应流程。示范性标签包括聚合物，例如阴离子聚合物或阳离子聚合物(例如，具有净正电荷的多肽，例如多组氨酸或聚赖氨酸)，其中聚合物的长度为约5到1000个残基；蛋白质(例如，球状蛋白质)，其不与结合成员交叉反应和/或干扰测定；树枝状聚合物，例如DNA树枝状聚合物；以及带电的颗粒，例如珠粒。聚合物标签可包括核酸，例如，脱氧核糖核酸或核糖核酸。聚合物标签可包括核碱基聚合物。在某些情况下，标签可为DNA或RNA适体，其中适体不结合到分析物。聚合物标签或颗粒(例如，珠粒)可足够大以产生可再现信号。适体的长度可为20到220个碱基，例如长度为20到60个碱基。颗粒(例如，珠粒或树枝状聚合物)大小的直径的范围可介于约1nm到约950nm，例如10nm到900nm、20nm到800nm、30nm到700nm、50nm到600nm、80nm到500nm、100nm到500nm、200nm到500nm、300nm到500nm，或直径为400nm到500nm，例如10nm、20nm、30nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm或900nm。在某些情况下，珠粒/颗粒可由具有净负电荷或净正电荷的材料制成或可处理成具有净负电荷或净正电荷。示范性珠粒/颗粒包括由有机聚合物或无机聚合物制成的那些。有机聚合物包括例如聚苯乙烯、碳、聚丙烯酰胺等的聚合物。无机聚合物包括硅或金属珠粒/颗粒。在某些情况下，珠粒/颗粒可不为磁性的。
在某些情况下，标签可为单链DNA或RNA。单链DNA或RNA可预先与探针分子杂交。在某些情况下，方法可包括分析单一样品中的多种分析物。结合到样品中的不同分析物的第二结合成员可包括作为标签附着于其的不同单链DNA或RNA，且不同单链DNA或RNA可与进一步区别不同单链DNA或RNA彼此的不同探针杂交。在其它实施例中，附着于不同第二结合成员的标签可具有可区别的不同发夹结构(例如，发夹结构的长度)。在又一个实施例中，附着于不同第二结合成员的标签可具有可区别的不同长度，例如标签可为不同长度(例如，25bp、50bp、75bp、100bp、150bp、200bp或更大)的双链DNA。在某些情况下，附着于不同第二结合成员的标签可具有不同长度的聚乙二醇(PEG)或可为经PEG差异修饰的DNA或RNA。
应注意，对标签或标签分子的提及涵盖单一标签或单一标签分子以及多个标签(全部可为相同的)。标签可为任何大小或形状。在一些实施例中，标签可为直径为约10和950nm的纳米颗粒或纳米珠粒，例如直径为20到900nm、30到800nm、40到700nm、50到600nm、60到500nm、70到400nm、80到300nm、90到200nm、100到150nm、200到600nm、400到500nm、2到10nm、2到4nm或3到4nm。标签可大体上为球形，例如球形珠粒或纳米珠粒，或半球形。标签可为大小为约0.5kDa到约50kDa的蛋白质，例如大小为约0.5kDa到约400kDa、约0.8kDa到约400kDa、约1.0kDa到约400kDa、约1.5kDa到约400kDa、约2.0kDa到约400kDa、约5kDa到约400kDa、约10kDa到约400kDa、约50kDa到约400kDa、约100kDa到约400kDa、约150kDa到约400kDa、约200kDa到约400kDa、约250kDa到约400kDa、约300kDa到约400kDa、约0.5kDa到约300kDa、约0.8kDa到约300kDa、约1.0kDa到约300kDa、约1.5kDa到约300kDa、约2.0kDa到约300kDa、约5kDa到约300kDa、约10kDa到约300kDa、约50kDa到约300kDa、约100kDa到约300kDa、约150kDa到约300kDa、约200kDa到约300kDa、约250kDa到约300kDa、约0.5kDa到约250kDa、约0.8kDa到约250kDa、约1.0kDa到约250kDa、约1.5kDa到约250kDa、约2.0kDa到约250kDa、约5kDa到约250kDa、约10kDa到约250kDa、约50kDa到约250kDa、约100kDa到约250kDa、约150kDa到约250kDa、约200kDa到约250kDa、约0.5kDa到约200kDa、约0.8kDa到约200kDa、约1.0kDa到约200kDa、约1.5kDa到约200kDa、大小为约2.0kDa到约200kDa、约5kDa到约200kDa、约10kDa到约200kDa、约50kDa到约200kDa、约100kDa到约200kDa、约150kDa到约200kDa、约0.5kDa到约100kDa、约0.8kDa到约100kDa、约1.0kDa到约100kDa、约1.5kDa到约100kDa、约2.0kDa到约100kDa、约5kDa到约100kDa、约10kDa到约100kDa、约50kDa到约100kDa、约0.5kDa到约50kDa、约0.8kDa到约50kDa、约1.0kDa到约50kDa、约1.5kDa到约50kDa、约2.0kDa到约50kDa、约5kDa到约50kDa、约10kDa到约50kDa、约10kDa到约90kDa、约10kDa到约80kDa、约10kDa到约70kDa、约10kDa到约60kDa、约20kDa到约90kDa、约20kDa到约80kDa、约20kDa到约70kDa、约20kDa到约60kDa、约40kDa到约90kDa、约40kDa到约80kDa、约40kDa到约70kDa或约40kDa到约60kDa。
在某些实施例中，标签可为纳米颗粒或纳米珠粒。如在本文中所提到，纳米颗粒可以可逆地(例如，可裂解地)附着于第二结合成员。在某些方面，纳米颗粒可为具有所界定直径的纳米珠粒。在某些情况下，本公开的方法、系统和装置可用于同时分析样品中的多个不同分析物。对于这类分析，可使用各自特异性结合到同源分析物的多个第二结合成员。不同第二结合成员中的每一者可附着于可用于识别第二结合成员的不同大小的纳米珠粒。举例来说，不同的纳米珠粒标签可具有不同的直径，如1nm、2nm、4nm、6nm、8nm、10nm、12nm、14nm或更大，如多达20nm、30nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、950nm或990nm。
可用作本发明方法中的标签的示范性纳米颗粒包括直径范围介于5nm到950nm的金纳米颗粒或聚苯乙烯纳米颗粒。
在某些情况下，标签可为聚合物，例如核酸。标签的存在可通过检测标签的信号特征，例如与聚合物标签的大小或长度相关的信号来确定。聚合物标签的大小或长度可通过测量其在孔或通道中的滞留时间，例如通过测量电流的瞬时封锁时长来确定。
可为部分标签或标记、所有标签或标记、与标签或标记相关联或附着于标签或标记的元素包括：纳米颗粒；金颗粒；银颗粒；银、铜、锌或其它金属涂层或沉积物；聚合物；阻力标签(如本文中所定义)；磁性颗粒；漂浮颗粒；金属颗粒；填充部分；介电泳标签、二氧化硅，有或无杂质(例如，石英、玻璃等)；聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)；聚酰亚胺；氮化硅；金；银；量子点(包括CdS量子点)；碳点；荧光团；抑止剂；聚合物；聚苯乙烯；詹纳斯颗粒(Janusparticle)；散射颗粒；荧光颗粒；磷光颗粒；球体；立方体；绝缘体；导体；条形码或条形标记颗粒；多孔颗粒；固体颗粒；纳米外壳；纳米棒；微球体；分析物，例如病毒、细胞、寄生虫和生物体；核酸；蛋白质；分子识别元素；间隔基；PEG；树枝状聚合物；电荷调节剂；磁性材料；酶；DNA，包括适体序列；可扩增DNA；DNA的重复序列；可检测元素与分子识别元素(例如，工程改造结合成员)的融合物或偶联物；抗抗体适体；针对抗体结合蛋白的适体；所吸收或吸附到的可检测化合物；血红素；荧光素；磷光体；叠氮基或炔烃(例如，末端或非末端炔烃)或其它点击化学参与者。
在某些实施例中，可选择标签以提供足够高以实现样品的快速分析的捕获速率。在某些实施例中，标签的捕获速率可为每10秒约1事件、每5秒1事件、每秒1事件或更高。在某些实施例中，可使用线性聚合物标签，例如核糖聚合物、脱氧核糖聚合物、寡核苷酸、DNA或RNA。
在某些情况下，可不使用线性聚合物标签，例如核糖聚合物、脱氧核糖聚合物、寡核苷酸、DNA或RNA，因为这些标签的捕获速率对于某些应用来说可能太低。形状为半球形、球形或大体上球形且因此缩短测定时长的标签可用于需要更快标签计数的应用中。在某些情况下，可基于测定所需的捕获速率来选择球形或半球形标签的大小。举例来说，对于较高捕获速率，可选择较大大小的球形或半球形标签。在某些情况下，标签可为球形标签，例如在相同测量条件下具有比线性标签(例如DNA标签)的捕获速率快约10倍、30倍、50倍、100倍、300倍、500倍或1000倍的捕获速率的纳米颗粒/纳米珠粒。
在一些实施例中，标签可偶联到抗体，例如CPSP抗体偶联物。在一些实施例中，标签可偶联到具有间隔基的抗体，例如具有间隔基的CPSP抗体偶联物。在一些实施例中，标签可偶联到寡核苷酸和抗体，例如CPSP寡核苷酸-抗体偶联物。在一些实施例中，标签可偶联到具有间隔基的寡核苷酸和抗体，例如具有间隔基的CPSP寡核苷酸-抗体偶联物。在一些实施例中，标签可偶联到寡核苷酸，例如CPSP寡核苷酸偶联物。
在某些实施例中，本文中所描述的方法可包括结合到可检测标记的特异性结合成员，例如信号产生物质，例如显色原、荧光化合物、酶、化学发光化合物、放射性化合物、颗粒(其限制条件为其具有荧光属性)以及类似物。标记的实例包括产生光的部分(例如吖锭化合物)和产生荧光的部分(例如荧光素)。
所属领域中已知的任何合适的信号产生物质可用作可检测标记。举例来说，可检测标记可为放射性标记(例如3H、14C、32P、33P、35S、90Y、99Tc、111In、125I、131I、177Lu、166Ho和153Sm)、酶促标记(例如辣根过氧化酶、碱过氧化酶、葡萄糖6-磷酸酯去氢酶、以及类似物(如果使用酶，那么随后还必须添加相对应的酶促底物))、化学发光标记(例如吖锭酯、硫酯或磺酰胺；鲁米诺(luminol)、异鲁米诺(isoluminol)、菲啶酯以及类似物)、荧光标记(例如荧光素(例如，5-荧光素、6-羧基荧光素、3'6-羧基荧光素、5(6)-羧基荧光素、6-六氯-荧光素、6-四氯荧光素、异硫氰酸荧光素以及类似物))、若丹明(rhodamine)、藻胆蛋白、R-藻红蛋白、量子点(例如，硫化锌封端的硒化镉)、测温标记或免疫-聚合酶链反应标记。标记引入、标记程序和标记检测发现于Polak和Van Noorden，《免疫细胞化学导论(Introduction to Immunocytochemistry)》第二版，斯普林格出版社(Springer Verlag)，纽约(1997)和Haugland，《荧光探针与研究化合物手册(Handbook of Fluorescent Probesand Research Chemicals)》(1996)中，其为组合手册且目录通过俄勒冈尤金的分子探针公司(Molecular Probes,Inc.)出版。荧光标记可用于FPIA中(参见例如美国专利第5,593,896号、第5,573,904号、第5,496,925号、第5,359,093号以及第5,352,803号，所述专利以全文引用的方式并入本文)。吖锭化合物可在均相化学发光测定中用作可检测标记(参见例如Adamczyk等人，《生物有机化学与医药化学快报(Bioorg.Med.Chem.Lett.)》16:1324-1328(2006)；Adamczyk等人，《生物有机化学与医药化学快报》4:2313-2317(2004)；Adamczyk等人，《生物有机化学与医药化学快报》14:3917-3921(2004)；以及Adamczyk等人，《有机化学通讯(Org.Lett.)》5:3779-3782(2003))。
在一个方面中，吖锭化合物为吖锭-9-甲酰胺。用于制备吖锭9-甲酰胺的方法描述于Mattingly，《生物发光和化学发光杂志(J.Biolumin.Chemilumin.)》6:107-114(1991)；Adamczyk等人，《有机化学杂志(J.Org.Chem.)》63:5636-5639(1998)；Adamczyk等人，《四面体(Tetrahedron)》55:10899-10914(1999)；Adamczyk等人，《有机化学通讯》1:779-781(1999)；Adamczyk等人，《生物偶联物化学(Bioconjugate Chem.)》11:714-724(2000)；Mattingly等人，《在发光生物技术中：仪器和应用(In Luminescence Biotechnology:Instruments and Applications)》；Dyke,K.V.编；CRC出版：波卡拉顿(Boca Raton)，第77-105页(2002)；Adamczyk等人，《有机化学通讯》5:3779-3782(2003)；以及美国专利第5,468,646号、第5,543,524号和第5,783,699号(其中的每一者出于关于其的教示内容以全文引用的方式并入本文中)中。
吖锭化合物的另一个实例为吖锭-9-羧酸酯芳基酯。式II的吖锭-9-羧酸酯芳基酯的一个实例为10-甲基-9-(苯氧基羰基)吖锭氟磺酸酯(购自密歇根州安娜堡(Ann Arbor,MI)的开曼化学(Cayman Chemical))。用于制备吖锭9-羧酸酯芳基酯的方法描述于McCapra等人，《光化学和光生物学(Photochem.Photobiol.)》4:1111-21(1965)；Razavi等人，《发光(Luminescence)》15:245-249(2000)；Razavi等人《发光》15:239-244(2000)；以及美国专利第5,241,070号(其中的每一者出于关于其的教示内容以全文引用的方式并入本文中)中。这类吖锭-9-羧酸酯芳基酯对于根据信号强度和/或信号快速性通过至少一个氧化酶在分析物的氧化反应中产生的过氧化氢来说是有效的化学发光指示物。吖锭-9-羧酸酯芳基酯的化学发光发射时程快速完成，即在1秒内，而吖锭-9-甲酰胺化学发光发射延伸历经2秒。然而，吖锭-9-羧酸酯芳基酯在存在蛋白质的情况下损失其化学发光属性。因此，其用途需要在信号产生和检测期间不存在蛋白质。用于分离或去除样品中的蛋白质的方法为所属领域的技术人员熟知的且包括(但不限于)超滤、提取、沉积、渗析、色谱法和/或分解(参见例如Wells，《高产量生物分析样品制备：方法和自动化策略(High ThroughputBioanalytical Sample Preparation.Methods and Automation Strategies)》，埃尔塞维尔(Elsevier)(2003))。从测试样品去除或与测试样品分离的蛋白质的量可为约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％、约90％或约95％。关于吖锭-9-羧酸酯芳基酯和其用途的其它细节阐述于2007年4月9日提交的美国专利申请第11/697,835号中。吖锭-9-羧酸酯芳基酯可溶解于任何合适溶剂中，例如脱气无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或水性胆酸钠。
可裂解连接子
本文中所描述的方法中使用的标签可由通用连接子连附着于特异性结合成员。可裂解连接子确保标签可被去除。通用连接子可为可裂解连接子。举例来说，标签可经由可裂解连接子附着于第二结合成员。第一结合成员-分析物-第二结合成员的复合物可暴露于介导可裂解连接子的裂解的裂解剂。连接子可通过任何合适的方法来裂解，包括暴露于酸、碱、亲核试剂、亲电子试剂、自由基、金属、还原或氧化剂、光、温度、酶等。合适的连接子可从标准化学封端基团调整而来，如公开于Greene和Wuts,《有机合成中的保护基(ProtectiveGroups in Organic Synthesis)》，约翰·威利父子公司(John Wiley&Sons)中。用于固相合成的其它合适的可裂解连接子公开于Guillier等人(《化学评论(Chem.Rev.)》100:2092-2157,2000)中。连接子可为可酸裂解、可碱裂解或可光裂解的。氧化还原反应可为裂解流程的部分。可裂解连接子可为带电聚合物。
连接子可为可光裂解连接子、可化学裂解连接子或可热裂解连接子。在连接子为可光裂解基团时，裂解剂可为具有干扰或裂解可光裂解基团的适当波长的光。在多个实施例中，用于裂解可光裂解连接子的光波长介于约180nm到400nm，例如约250nm到400nm或约300nm到400nm范围内。优选的是需用于活化裂解的光不影响分析物的其它组分。合适的连接子包括基于O-硝基苯甲基化合物和硝基藜芦基化合物(nitroveratryl compound)的那些连接子。还可使用基于安息香化学(benzoin chemistry)的连接子(Lee等人，《有机化学杂志》64:3454-3460,1999)。
替代地，在裂解连接子为可化学裂解基团时，裂解剂可为能够裂解基团的化学剂。可化学裂解连接子可通过基于氧化/还原的裂解、酸催化裂解、碱催化裂解或亲核置换来裂解。举例来说，在连接子为二硫化物时，二硫苏糖醇或β-巯基乙醇可用于释放标签。在又其它实施例中，在连接子为限制位点时，试剂为催化剂，例如酶，所述酶可为裂解连接子的水解酶、限制酶或另一种酶。举例来说，限制酶可为I型、II型、IIS型、III型以及IV型限制酶。
在一些实施例中，裂解连接子为可酶裂解序列。在本文中任一个实施例的一个方面中，可酶裂解的序列为长度为2、3、4、5、6、7、8、9或10个核苷酸的核酸序列。在一个实施例中，可酶裂解的序列包含具有至少10个核苷酸的序列。在一个实施例中，可酶裂解的序列包含具有2个与20个之间的核苷酸的序列。在一个实施例中，可酶裂解的序列包含具有2个与15个之间的核苷酸的序列。在一个实施例中，可酶裂解的序列包含具有4个与10个之间的核苷酸的序列。在一个实施例中，可酶裂解的序列包含具有4个与15个之间的核苷酸的序列。
举例来说，可裂解连接子可为可通过酸性或中性还原条件(例如，过氧化氢以产生吖啶酮和磺酰胺)来裂解的吖锭、醚(例如经取代的苯甲基醚或其衍生物(例如，苯甲氢基醚、茚满基醚等))；使用P消除产生的带电聚合物，其中弱碱可用以释放产物、缩醛，包括其硫代类似物，其中通过弱酸，尤其在存在捕获羰基化合物的情况下来完成脱离；光不稳定性键(例如，O-硝基苯甲酰基、7-硝基茚满基、2-硝基二苯甲基醚或酯等)；或肽连接子，其经受酶水解，具体地说其中酶识别特异性序列，例如因子Xa或肠激酶的肽。连接子的实例包括(但不限于)二硫化物连接子、酸不稳定连接子(包括二烷氧基苯甲基连接子)、西贝尔连接子(Sieber linker)、吲哚连接子、叔丁基西贝尔连接子、亲电子可裂解连接子、亲核可裂解连接子、可光裂解连接子，在还原条件、氧化条件下的裂解，经由使用安全捕获连接子的裂解，以及通过消除机制的裂解。
亲电子裂解连接子通常由质子裂解且包括对酸敏感的裂解。合适的连接子包括改性的苯甲基系统，例如三苯甲基、对烷氧基苯甲基酯以及对烷氧基苯甲基酰胺。其它合适的连接子包括叔丁氧基羰基(Boc)和缩醛系统。亲硫金属，例如镍、银或汞在硫缩醛或其它含硫保护基的裂解中的用途还可考虑用于制备合适的连接子分子。
对于亲核裂解，可使用在水中不稳定的基团(例如酯)(即，仅在碱性pH下就可裂解)和对于非水性亲核试剂不稳定的基团。氟离子可用于裂解例如三异丙基硅烷(TIPS)或叔丁基二甲基硅烷(TBDMS)的基团中的硅-氧键。
可在例如二硫键还原下使用易受还原裂解影响的连接子。使用基于钯的催化剂的催化氢化已用以裂解苯甲基和苯甲氧羰基。
基于氧化反应的方法是所属领域中熟知的。这些包括对烷氧基苯甲基的氧化反应以及硫和硒连接子的氧化反应。还可使用裂解二硫化物和其它基于硫或硒的连接子的水性碘。
安全捕获连接子为以两个步骤中裂解的那些连接子。在优先的系统中，第一步骤为产生反应性亲核中心，随后第二步骤涉及引起裂解的分子内环化。举例来说，乙酰丙酯键可经酰肼或光化学处理以释放活化胺，其随后可经过环化以裂解分子中其它处的酯(Burgess等人，《有机化学杂志》62:5165-5168,1997)。
还可使用消除反应。举例来说，可使用如Fmoc和氰基乙基的基团的碱催化消除和烯丙基系统的钯催化还原消除。
集成数字微流体和分析物检测装置。
本文中描述的系统、装置和方法涉及集成数字微流体和分析物检测装置。
在某些实施例中，集成数字微流体和分析物检测装置可具有两个模块：样品制备模块和分析物检测模块。在某些实施例中，样品制备模块和分析物检测模块为单独的或单独且相邻的。在某些实施例中，样品制备模块和分析物检测模块为并置的、共混的或交叉指形的。样品制备模块可包括用于移动、合并、稀释、混合、分离样品液滴和试剂的一系列或多个电极。分析物检测模块可包括井阵列，在所述井阵列中检测到分析物相关信号。在某些情况下，检测模块还可包括用于将所制备的样品液滴移动到井阵列的所述一系列或多个电极。在某些实施例中，检测模块可包括安置于由间隙分离的第二衬底(例如，下部衬底)上方的第一衬底(例如，上部衬底)中的井阵列。在这些实施例中，井阵列呈倒置定向。在某些实施例中，检测模块可包括安置于由间隙分离的第一衬底(例如，上部衬底)下的第二衬底(例如，下部衬底)中的井阵列。在这类实施例中，第一衬底和第二衬底呈面向布置。可使用第一衬底和/或第二衬底中存在的电极将液滴移动(例如，通过电学致动)到井阵列。在某些实施例中，包括井之间的区域的井阵列可为疏水的。在其它实施例中，所述一系列或多个电极可受限于样品制备模块且可使用其它构件将所制备的样品液滴(和/或不可混溶的液体液滴)移动到检测模块。
在某些实施例中，样品制备模块可用于进行免疫测定的步骤。任何免疫测定型式可用于产生可检测信号，所述信号指示所关注分析物存在于样品中且与样品中分析物的量成比例。本文中描述示范性免疫测定。
在某些情况下，检测模块包括光学探查以测量与样品中存在的分析物的量相关的信号的井阵列。井阵列可具有次飞升体积、飞升体积、次纳升体积、纳升体积、次微升体积或微升体积。举例来说，井阵列可为飞升井的阵列、纳升井的阵列或微升井的阵列。在某些实施例中，阵列中的井可都具有大体上相同的体积。井阵列的体积可为至多100微升，例如约0.1飞升、1飞升、10飞升、25飞升、50飞升、100飞升、0.1皮升、1皮升、10皮升、25皮升、50皮升、100皮升、0.1纳升、1纳升、10纳升、25纳升、50纳升、100纳升、0.1微升、1微升、10微升、25微升、50微升或100微升。
在某些实施例中，样品制备模块和检测模块均可存在于单一基底衬底上且样品制备模块和检测模块均可包括用于移动液体液滴的一系列或多个电极。在某些实施例中，这种装置可包括第一衬底和第二衬底，其中第二衬底定位于第一衬底上方且与第一衬底由间隙分离。第一衬底可包括：第一部分(例如，近侧部分)，样品制备模块位于所述第一部分处，其中液体液滴引入到装置中；和第二部分(例如，远侧部分)，液体液滴朝向所述第二部分移动，检测模块位于所述第二部分处。所属领域的技术人员将了解，“近侧”鉴于“远侧”和“第一”鉴于“第二”的用途为相对术语且相对于彼此为可互换的。在某些实施例中，第一部分和第二部分为单独的或单独且相邻的。在某些实施例中，第一部分和第二部分为并置的、共混的或交叉指形的。第一衬底可包括覆盖于第一衬底的上部表面上且从第一部分延伸到第二部分的一系列或多个电极。第一衬底可包括安置于第一衬底的上部表面上、覆盖所述一系列或多个电极且从第一部分延伸到第二部分的层。第一层可由作为介电材料和疏水材料的材料制成。为介电和疏水的材料的实例包括聚四氟乙烯材料(例如，
Figure BDA0002017636200000561
)或氟表面活性剂(例如，FluoroPelTM)。第一层可以提供大体上平面表面的方式沉积。井阵列可定位于第一衬底的第二部分中并覆盖所述一系列或多个电极的一部分，且形成检测模块。井阵列可定位于第一层中。在某些实施例中，在制造第一层中的井阵列之前或之后，亲水层可安置于第一衬底的第二部分中的第一层上方以提供具有亲水表面的井阵列。第一衬底与第二衬底之间的空间/间隙可经空气或不可混溶的流体填充。在某些实施例中，第一衬底与第二衬底之间的空间/间隙可经空气填充。
在某些实施例中，样品制备模块和检测模块皆可使用单一基底衬底制造，但用于移动液体液滴的一系列或多个电极可仅存在于样品制备模块中。在这种实施例中，第一衬底可包括覆盖于第一衬底的第一部分处的第一衬底的上部表面上的一系列或多个电极，其中所述一系列或多个电极不延伸到第一衬底的第二部分。在这类实施例中，所述一系列或多个电极仅定位于第一部分中。如上文所描述，介电/疏水材料(例如，Teflon(铁氟龙))的第一层可安置于第一衬底的上部表面上且可覆盖所述一系列或多个电极。在某些实施例中，第一层可仅安置于于第一衬底的第一部分上方。在其它实施例中，第一层可安置于第一部分以及第二部分上方的第一衬底的上部表面上方。井阵列可定位于第一衬底的第二部分中的第一层中，从而形成不包括存在于井阵列下的一系列或多个电极的检测模块。
在某些情况下，第一层可为介电层且疏水材料的第二层可安置于介电层上方。井阵列可定位于疏水层中。在制造疏水层中的井阵列之前或之后，亲水层可安置于第一衬底的第二部分中的疏水层上方。
在某些实施例中，第二衬底可在第一衬底的第一部分和第二部分上方延伸。在这种实施例中，至少在覆盖井阵列的区域中，第二衬底可为大体上透明的。在其它情况下，第二衬底可以间隔开的方式安置于第一衬底的第一部分上方且可不安置于第一衬底的第二部分上方。因此，在某些实施例中，第二衬底可存在于样品制备模块中但不在检测模块中。
在某些情况下，第二衬底可包括形成电极的导电层。导电层可安置于第二衬底的下部表面上。导电层可被由介电/疏水材料制成的第一层覆盖，如上文所描述。在某些情况下，导电层可被介电层覆盖。介电层可被疏水层覆盖。导电层和覆盖其的任何层可横跨第二衬底的下部表面安置或可仅存在于第二衬底的第一部分上。在某些实施例中，第二衬底可在第一衬底的第一部分和第二部分上方延伸。在这种实施例中，至少在覆盖井阵列的区域中，第二衬底和安置于其上的任何层(例如，导电层、介电层等)可为大体上透明的。
在其它情况下，第一衬底上的所述一系列或多个电极可被配置为共面电极且第二衬底可不包括电极。
在某些情况下，第一层和/或第二层中存在的电极可由大体上透明的材料，例如氧化铟锡、氟掺杂氧化锡(FTO)、掺杂的氧化锌以及类似物制造。
在一些实施例中，可在单一基底衬底上制造样品制备模块和检测模块。在其它实施例中，可在可随后接合以形成集成微流体和分析物检测装置的单独衬底上制造样品制备模块和检测模块。在某些实施例中，可使用可定位于衬底之间的间隔物将第一衬底和第二衬底间隔开。
本文中所描述的装置可为平面的且可具有任何形状，例如矩形或正方形、具有圆角的矩形或正方形、圆形、三角形以及类似形状。
基于液滴的微流体是指经由主动或被动力来产生和致动(例如移动、合并、分裂等)液体液滴。主动力的实例包括(但不限于)电场。示范性主动力技术包括电润湿、介电泳、光电润湿、电极介导、电场介导、静电致动以及类似技术或其组合。在一些实例中，装置可经由基于液滴的微流体(例如电润湿)或经由电润湿和液体液滴的连续流体流的组合来致动液体液滴横跨间隙中的第一层的上部表面(或当存在时，第二层的上部表面)。在其它实例中，装置可包括用以将液体液滴从样品制备模块运送到检测模块的微通道。在其它实例中，装置可依靠经由基于液滴的微流体致动液体液滴横跨间隙中的疏水层的表面。电润湿可涉及通过施加电场到表面且影响存在于表面上的液体液滴与表面之间的表面张力来改变表面的润湿属性。连续流体流可用于经由外部压力源，例如外部机械泵或集成机械微型泵或毛细管力和电动机制的组合来移动液体液滴。被动力的实例包括(但不限于)T接头和流动聚焦方法。被动力的其它实例包括使用更稠密的不可混溶液体，例如重油流体，其可耦合到第一衬底的表面上方的液体液滴且使液体液滴横跨表面移位。更稠密的不可混溶液体可为比水更稠密且不与水混合到可观的程度的任何液体。举例来说，不可混溶液体可为碳烃、卤代烃、极性油、非极性油、氟化油、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃、1-己醇等。
第一衬底与第二衬底之间的空间的高度可为至多1mm，例如0.1μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、140μm、200μm、300μm、400μm、500μm、1μm到500μm、100μm到200μm等。在本文中所描述的装置中产生和移动的液滴的体积的范围可介于约10μl到约5picol，例如10μl到1picol、7.5μl到10picol、5μl到1nL、2.5μl到10nL，或1μl到100nL、800到200nL、10nL到0.5μl，例如10μl、1μl、800nL、100nL、10nL、1nL、0.5nL、10picol或更少。
图1A示出了示范性集成数字微流体和分析物检测装置10。装置10包括第一衬底11和第二衬底12，其中第二衬底12定位于第一衬底11上方且与第一衬底由间隙13分离。如图1A所示，第二衬底12与第一衬底11长度相同。然而，在其它示范性装置中，第一衬底11和第二衬底12可具有不同长度。第二衬底可包括或可不包括电极。第一衬底11包括第一部分15，在此处将液体液滴(例如样品液滴、试剂液滴等)引入到第一衬底11上。第一衬底11包括第二部分16，液体液滴朝向所述第二部分移动。第一部分15还可被称作样品制备模块且第二部分16可被称作分析物检测模块。第一衬底11包括定位于第一衬底11的上部表面上的一系列或多个电极17。介电/疏水材料(例如，为介电和疏水的铁氟龙)的层18安置于第一衬底的上部表面上且覆盖所述一系列或多个电极17。井阵列19定位于第一衬底的第二部分16上的层18中。
图1B示出了包括第一衬底21和第二衬底22的集成数字微流体和分析物检测装置20的另一个实例，其中第二衬底22定位于第一衬底20上方且与第一衬底的上部表面由间隙23分离。第一衬底21包括：第一部分25，在此处将液体引入到第一衬底21上；和第二部分26，朝向所述第二部分导引液体以用于检测分析物相关信号。第一衬底21包括定位于第一衬底的上部表面上的一系列或多个电极27。介电材料的层28定位于第一衬底21的上部表面上且覆盖所述一系列或多个电极27。在这种示范性装置中，所述一系列或多个电极27仅定位于第一衬底21的第一部分上。第二衬底22可包括或可不包括电极。
图2A示出了另一种示范性集成数字微流体和分析物检测装置30。装置30包括第一衬底31和第二衬底32，其中第二衬底32定位于第一衬底31上方且与第一衬底的上部表面由间隙33分离。第一衬底31包括第一部分35，在此处将液体液滴(例如样品液滴、试剂液滴等)引入到第一衬底31上。第一衬底31包括第二部分36，液体液滴朝向所述第二部分移动。第一部分还可被称作样品制备模块且第二部分可被称作检测模块。第一衬底31包括定位于第一衬底的上部表面上的一系列或多个电极37。介电材料的层38安置于第一衬底的上部表面上且覆盖所述一系列或多个电极37。疏水材料的层34覆盖于介电层38上。井阵列39定位于第一衬底31的第二部分上的疏水层34中。井阵列可具有亲水或疏水表面。
图2B示出了包括第一衬底41和第二衬底42的集成数字微流体和分析物检测装置40的另一个实例，其中第二衬底42定位于第一衬底40上方且与第一衬底的上部表面由间隙43分离。第一衬底包括：第一部分45，在此处将液体引入到第一衬底41上；和第二部分46，朝向所述第二部分导引液体以用于检测分析物相关信号。第一衬底41包括定位于第一衬底的上部表面上的一系列或多个电极47。介电材料的层48定位于第一衬底41的上部表面上且覆盖所述一系列或多个电极47。在这种示范性装置中，所述一系列或多个电极47仅定位于第一衬底41的第一部分上45。介电层48覆盖第一衬底41的整个上部表面且疏水层44覆盖介电层的整个上部表面。井阵列49定位于疏水层44中，且井阵列49定位于覆盖第一衬底41的第二部分46的疏水层的仅一部分处。在这个实例中，显示介电层48在第一衬底41的整个上部表面上方延伸。在其它实例中，介电层和疏水层可受限于第一部分且井可定位于亲水层中，所述亲水层定位于第一衬底的第二部分上。
在一些实例中，可经由液滴致动器(未示出)将液体引入到间隙中。在其它实例中，可经由流体入口、端口或通道将液体引入到间隙中。装置的额外相关组件未在图中示出。这类图可包括用于固持样品、洗涤缓冲液、结合成员、酶底物、废弃流体等的腔室。测定试剂可含于作为集成装置的一部分的外部储槽中，在此预定体积可在需要时从储槽移动到装置表面用于特异性测定步骤。另外，测定试剂可以干燥、印刷或冻干试剂的形式沉积于装置上，在此其可存储很长一段时间而不损失活性。可在分析物分析之前或期间使这类干燥、印刷或冻干的试剂复水。
在一些实例中，第一衬底可由柔性材料，例如纸(具有喷墨印刷电极)或聚合物制成。在其它实例中，第一衬底可由非柔性材料，例如印刷电路板、塑料或玻璃或硅制成。在一些实例中，第一衬底由单一薄片制成，其随后可经历后续加工以产生所述一系列或多个电极。在一些实例中，可在可被切割形成用一系列或多个电极覆盖的多个第一衬底的第一衬底上制造多个系列或多个电极。在一些实例中，电极可经由通用粘附剂或焊料粘合到导电层的表面。第二衬底可由任何合适的材料制成，所述材料包括(但不限于)柔性材料，例如纸(具有或不具有喷墨印刷电极)、聚合物、印刷电路板以及类似物。
在一些实例中，电极由金属、金属混合物或合金、金属-半导体混合物或合金或导电聚合物构成。金属电极的一些实例包括铜、金、铟、锡、氧化铟锡和铝。在一些实例中，介电层包含绝缘材料，其具有低电导率或能够维持静电场。在一些实例中，介电层可由瓷(例如，陶瓷)、聚合物或塑料制成。在一些实例中，疏水层可由具有疏水属性的材料，例如铁氟龙和通用碳氟化合物制成。在另一个实例中，疏水材料可为氟表面活性剂(例如，FluoroPel)。在包括沉积于介电层上的亲水层的实施例中，其可为玻璃、石英、硅石、金属氢氧化物或云母的层。
所属领域的一般技术人员将了解，电极的阵列(例如，系列)可包括第一衬底的每单位面积的一定数量的电极，所述数量可基于电极的大小和交叉指形电极的存在或不存在而增加或减少。电极可使用多种工艺来制造，包括光刻、原子层沉积、激光划线或蚀刻、激光消融、电极的弹性凸版印刷和喷墨印刷。
在一些实例中，特殊掩模图案可应用到安置于第一衬底的上部表面上的导电层，随后激光消融暴露的导电层以在第一衬底上产生一系列或多个电极。
在一些实例中，由所述一系列或多个电极产生的电势转移形成于覆盖所述一系列或多个电极的第一层(或当存在时，第二层)的上部表面上的液体液滴，横跨由井阵列接收的数字微流体装置的表面。每个电极可能够独立地移动液滴横跨数字微流体装置的表面。
图3A示出了示范性集成数字微流体和分析物检测装置100的侧视图，其中液体液滴在间隙170中移动。装置100包括第一衬底110和第二衬底120，其中第二衬底120定位于第一衬底110上方且与第一衬底的上部表面由间隙170分离。第一衬底110包括第一部分115，在此处将液体液滴(例如样品液滴、试剂液滴等)引入到第一衬底110上。第一衬底110包括第二部分130，液体液滴朝向所述第二部分移动。第一部分还可被称作样品制备模块且第二部分可被称作检测模块。第一衬底110包括定位于第一衬底的上部表面上的一系列或多个电极145。介电材料的层150安置于第一衬底的上部表面上且覆盖所述一系列或多个电极145。疏水材料的层155覆盖于介电层150上。井阵列160定位于第一衬底110的第二部分上的疏水层155中。井阵列可具有亲水或疏水表面。如图3A所示，示出了将液体液滴从第一部分115致动到含有井阵列160的第二部分130。经由使用所述一系列或多个电极145的主动定向移动使含有多个珠粒或颗粒190的液体液滴180移动横跨第一部分115且到达第二部分130。箭头指示液体液滴的移动方向。尽管此处未显示，但可极化油可用于移动液滴并密封井。尽管此处示出珠粒/颗粒，但代替固体载体或除固体载体以外，液滴可包括分析物分子。
图3B示出了示范性集成数字微流体和分析物检测装置101的侧视图，其中液滴180在间隙170中从第一部分115移动到包括井阵列160的第二部分130。装置101包括第一衬底110和第二衬底120，其中第二衬底120定位于第一衬底110上方且与第一衬底的上部表面由间隙170分离。第一衬底110包括第一部分115，在此处将液体液滴(例如样品液滴、试剂液滴等)引入到第一衬底110上。第一衬底110包括第二部分130，液体液滴朝向所述第二部分移动。第一部分还可被称作样品制备模块且第二部分可被称作检测模块。第一衬底110包括定位于第一衬底的第一部分115处的上部表面上的一系列或多个电极145。介电材料的层150安置于第一衬底的上部表面上且覆盖所述一系列或多个电极145。疏水材料的层155覆盖于介电层150上。井阵列160定位于第一衬底110的第二部分上的疏水层155中。井阵列可具有亲水或疏水表面。横跨装置的第一部分的表面的移动是经由电极145且随后使用被动流体力(例如穿过由191和192形成的毛细管元件的毛细管移动)使液滴180移动到第二部分。在一些实例中，毛细管元件可包括在不存在由所述一系列或多个电极产生的施加电场的情况下促进水性液滴从第一部分移动到第二部分的亲水材料。在一些实例中，可紧靠亲水毛细管空间安置疏水材料的条带。疏水材料的条带可用于在不存在数字微流体电极的情况下移动不可混溶流体的液滴到达井阵列。可流动穿过疏水毛细管元件的液体的一些实例包括重油流体，例如氟化油，可用于促进液体液滴在井阵列上方移动。在其它实例中，油滴还可用于去除过量液滴。
除移动基于水的流体以外，也可通过电介导的致动来移动不可混溶流体(例如基于有机的不可混溶流体)。应了解，液滴致动与偶极矩和介电常数(其互相关联)以及电导率相关。在某些实施例中，不可混溶液体可具有大于约0.9D的分子偶极矩、大于约3的介电常数和/或大于约10-9S m-1的电导率。可移动的不可混溶液体的实例和其特征论述于Chatterjee等人,《芯片实验室(Lab on Chip)》,6,199-206(2006)中。本文中所公开的分析物分析测定中的不可混溶液体的用途的实例包括辅助水性液滴移动、使定位于井之上的水性流体移位、在光学探查井之前使来自井的未沉积珠粒/颗粒/分析物分子移位、密封井等。在本文中所公开的装置中可移动的基于有机的不可混溶流体的一些实例包括1-己醇、二氯甲烷、二溴甲烷、THF以及氯仿。满足上述标准的基于有机的油也将预期在类似条件下可移动。在使用不可混溶流体液滴的一些实施例中，装置中的间隙/空间可经空气填充。
图4A示出了已移动到图3A的集成装置的第二部分且定位于井阵列160上方的含有珠粒或颗粒190的液体液滴180。液滴可以线性或往复运动或移动在井阵列上方连续地移动且可在井阵列上方暂停。在井阵列上方移动液滴和/或暂停液滴促进颗粒或珠粒190沉积到井阵列160中。井被定尺寸以包括一个珠粒/颗粒。在图4A中所示的装置中，使用所述一系列或多个电极145使液滴在井阵列上方移动。尽管此处描绘了珠粒/颗粒，但含有分析物分子的液滴也可以类似的方式且通过将含有分析物分子的液滴暂停在井之上持续足以允许分析物分子在不可混溶流体密封井之前扩散到井中的时段来移动。井被定尺寸以包括一个珠粒/颗粒。井还可被定尺寸以每个井包括一个分析物分子。
图4B示出了已移动到图3B的集成装置的第二部分且定位于井阵列上方而不使用一系列或多个电极的含有珠粒或颗粒190的液体液滴185。在图4B中，使用疏水液体195的液滴(例如不可混溶流体)以在井阵列上方移动液体液滴以促进珠粒/颗粒190沉积到井160中。箭头的方向指示移动液滴185的方向。
图5显示了使用所述一系列或多个电极57在第一部分55上方移动的疏水流体液滴62(例如，可极化液体)。所描绘的装置50包括第一衬底51和第二衬底52，其中第二衬底52定位于第一衬底51上方且与第一衬底的上部表面由间隙53分离。第一衬底51包括第一部分55，在此处将液体液滴(例如样品液滴、试剂液滴等)引入到第一衬底51上。第一衬底51包括第二部分56，液体液滴朝向所述第二部分移动。第一衬底51包括定位于第一衬底的第一部分55处的上部表面上的一系列或多个电极57。介电材料的层58安置于第一衬底的上部表面上且覆盖所述一系列或多个电极57。疏水材料的层54覆盖于介电层58上。井阵列59定位于第一衬底51的第二部分上的疏水层54中。井阵列可具有亲水或疏水表面。通过将疏水材料的两个条带沉积于第一衬底51和第二衬底52上来形成毛细管元件60。在第二部分56中不存在所述一系列或多个电极的情况下，疏水毛细管促进疏水流体液滴62移动到井阵列59。在其它实施例中，可通过将亲水材料的两个条带沉积于第一衬底51和第二衬底52上来形成毛细管元件。在第二部分56中不存在所述一系列或多个电极的情况下，亲水材料促进水性液滴移动到井阵列59。在某些实施例中，毛细管元件可包括与疏水材料的一对条带相间的亲水材料的一对条带。可将水性液滴导引到安置一对亲水条带的区域，而可将不可混溶流体的液滴导引到安置一对疏水条带的区域。
图6描绘了集成数字微流体和分析物检测装置的另一个实施例。装置600包括上方形成电极阵列607的底部层601。电极阵列由介电层608覆盖。疏水层609仅安置于底部衬底的第一部分605中。亲水层610安置于底部衬底601的第二部分606上。井阵列位于亲水层610中的第二部分中。还描绘了与底部衬底由间隙/空间603分离的顶部衬底602。顶部衬底602包括安置于底部衬底的第一部分上方的顶部衬底的底部表面上的介电层608。顶部衬底包括安置于底部衬底的第二部分对面的顶部衬底的底部表面上的亲水层610。水性液滴611不润湿疏水层且在到达亲水第二部分后，液滴611在井阵列619上方扩散，从而经由被动毛细管力促进水相的移动。以类似方式，可逆转上述概念以促进基于有机的不可混溶流体在井上方的润湿和扩散。在这种情况下，第二部分上的顶部和底部衬底可用疏水材料/涂料涂布，从而允许基于有机的不可混溶流体经由被动毛细管力在井上方流动。
如本文中所使用，数字微流体是指在微流体装置中使用一系列电极来操控液滴，例如在小空间中移动液滴、分裂液滴、合并液滴等。如本文中所使用，术语“液滴”和“流体液滴”可互换使用以指形状呈大致球形且由微流体装置的壁或衬底限定于至少一侧上的离散体积的液体。在液滴的情形下大致球形是指例如球形、部分扁平球形的形状，例如圆盘形、段塞形、截断形、椭圆形、半球形或卵形。本文中所公开的装置中的液滴体积的范围可介于约10μl到约5pL，例如10μl到1pL、7.5μl到10pL、5μl到1nL、2.5μl到10nL或1μl到100nL，例如10μl、5μl、1μl、800nL、500nL或更小。
在一些实例中，井阵列包括多个单独的井。井阵列可包括数量范围可介于10到109个/1mm2的多个井。在某些情况下，可制造覆盖大约12mm2面积的约100,000到500,000个井(例如，飞升井)的阵列。每个井可测量约4.2μm宽×3.2μm深(大约50飞升体积)，且可能够固持单一珠粒/颗粒(约3μm直径)。在这种密度下，飞升井以大约7.4μm的距离彼此隔开。在一些实例中，可制造井阵列以具有10nm到10,000nm直径的单独的井。
将单一珠粒/颗粒/分析物分子放置于井中允许数字读数或模拟读数。举例来说，对于少量阳性井(<约70％阳性)，泊松统计(Poisson statistics)可用于以数字型式定量分析物浓度；对于大量阳性井(>约70％)，将携载信号的井的相对强度分别与由单一珠粒/颗粒/分析物分子产生的信号强度进行比较，且用于产生模拟信号。数字信号可用于较低分析物浓度，而模拟信号可用于较高分析物浓度。可使用数字和模拟定量的组合，其可扩大线性动态范围。如本文中所使用，“阳性井”是指具有与珠粒/颗粒/分析物分子的存在相关的信号的井，所述信号高于阈值。如本文中所使用，“阴性井”是指可不具有与珠粒/颗粒/分析物分子的存在相关的信号的井。在某些实施例中，来自阴性井的信号可处于背景水平，即低于阈值。
井可为多种形状中的任一种，例如具有平坦底部表面的圆柱形、具有圆形底部表面的圆柱形、立方体、立方形、截头圆锥形、反向截头圆锥形或圆锥形。在某些情况下，井可包括可被定向成促进接收和保留已在井阵列上方移动的液体液滴中存在的微珠粒或微颗粒的侧壁。在一些实例中，井可包括第一侧壁和第二侧壁，其中第一侧壁可与第二侧壁对置。在一些实例中，第一侧壁关于井的底部成钝角定向且第二侧壁关于井的底部成锐角定向。液滴的移动可在平行于井的底部且从第一侧壁到第二侧壁的方向上。
在一些实例中，可通过模制、加压、加热或激光或其组合中的一者或多者来制造井阵列。在一些实例中，可使用纳米压印/纳米球光刻来制造井阵列。还可使用所属领域中熟知的其它制造方法。
图7A到图7B示出了井的若干示范性侧壁定向。如图7A到图7B所示，井包含与第二侧壁对置的第一侧壁。图7A示出了显示井阵列中的单独的井460的竖直横截面。图7A示出了第一侧壁401和第二侧壁402。第一侧壁关于井的底部表面143成钝角且第二侧壁关于井的底部表面143成锐角。箭头示出液体液滴横跨阵列移动的方向。井的侧壁的这种定向促进接收和保留珠粒/颗粒/分析物分子490。
在图7B中，第一侧壁410的顶部部分415关于井的底部412成钝角定向且第一侧壁410的底部部分416垂直于井的底部412定向，且第二侧壁411垂直于井的底部412定向，其中液体液滴的移动是在平行于井的底部且从第一侧壁到第二侧壁的方向上，其中第一侧壁的顶部部分在井的开口处。
可通过许多方法来制造本文中所描述的集成装置。在某些情况下，方法可涉及以下的组合：激光消融、喷涂、辊到辊、弹性凸版印刷，以及构建第一衬底、系列或多个电极、介电层和疏水层的纳米压印光刻(NIL)。
在一些实例中，多个辊可退绕第一辊以将第一衬底驱动到第一位置。导电材料随后可施加到第一衬底。导电材料可图案化为一系列或多个电极。在一些实例中，印刷机装置包含用以将疏水的或介电材料中的至少一者施加到第一衬底上的至少一个电极图案的一个或多个涂布辊。在一些实例中，涂布辊用以将抗积垢材料施加到第一衬底。
在一些实例中，系统进一步包含用以将第一衬底与第二衬底对准的合并器。在一些实例中，合并器包含两个辊。而且，所公开的实例中的一些包括用以固化疏水材料或介电材料的固化台。所公开的实例中的一些还包括用以将第一衬底的至少第一部分与第二衬底的至少第一部分粘合的粘合台。所粘合的部分包括电极图案。方法还包括以间隔开的距离缔合第一衬底和第二衬底。第一衬底与第二衬底之间的空间的高度可为约0.01mm到1mm，例如0.1μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、140μm、200μm、300μm、400μm、500μm、1μm到500μm、100μm到200μm等。
在一些实例中，方法包括模压第一衬底以在第一衬底上产生一个或多个突出部。在这类实例中，突出部用以使将第一衬底与第二衬底以间隔开的距离分离。
本公开的装置可人工地或自动或半自动地操作。在某些情况下，可由运行用于执行产生分析物相关信号和检测信号所需的步骤的程序的处理器来操作装置。如在此中所使用，短语“分析物相关信号”或“分析物关联信号”是指指示分析物的存在且与样品中分析物的量成比例的信号。信号可为荧光、化学发光、色度、浊度等。在某些情况下，读数可为数字，例如阳性计数(例如，井)的数量与阴性计数(例如，井)的数量相比较以获得数字计数。
图8为用于形成集成数字微流体和分析物检测装置的基底衬底的第一示范性系统或组合件500的图式。第一实例组合件500包括一系列或多个辊，包括第一辊502、第二辊504和第三辊506，其在同步旋转中操作以驱动基底衬底508穿过第一实例组合件500。第一实例组合件500可包括除第一到第三辊502、504、506以外的辊，以使用辊到辊技术移动基底衬底508穿过组合件。其它实例可使用传送机、滑轮和/或任何其它合适的输送机构。
在第一实例组合件500中，第一辊502旋转以退绕基底衬底508，所述基底衬底在一些实例中为呈辊压配置的单一薄片。基底衬底508包括第一层510和第二层512。在这个实例中，第一层510包含不导电柔性衬底或板条(例如塑料)且第二层512包括导电材料。第二层512的导电材料可为例如金属，例如金、银或铜，或非金属导体，例如导电聚合物。在其它实例中，可使用不同金属或金属和/或导电聚合物的组合。在一些实例中，基底衬底508包括任选的安置于不导电第一层510与导电第二层512之间的粘附层513。作为一个实例，粘附层513可包含铬，其中一层金安置于铬粘附层513的顶部上以形成导电第二层512。因此，在图8的基底衬底508中，不导电第一层510和导电第二层512预粘附以在由第一辊502退绕之前形成基底衬底508。
在图8的实例基底衬底508中，不导电第一层510具有小于约500nm的厚度。如下文将描述，这种厚度允许基底衬底508经由多个辊移动穿过实例第一组合件500。而且，在一些实例中，不导电第一层510的厚度大于导电第二层512的厚度。作为一个实例，导电第二层512的厚度可大约为30nm。在其它实例中，导电第二层512的厚度小于约500nm。在一些实例中，基于例如第一和/或第二层510、512的材料和/或使用由基底衬底508形成的液滴致动器的操作目的来选择不导电第一层510和/或导电第二层512的厚度。
第一辊502将基底衬底508驱动到激光消融台514。激光消融台514包括含有待投影到基底衬底508的导电第二层512上的主图案518的遮罩516。可基于例如以下的特征来预定义与遮罩516相关联的主图案518：分辨率(例如，每个待消融的基底衬底508的区域的电极数量)、电极大小、界定电极图案的线路的配置、电极的交叉指形、电极之间的间隙或间隔和/或用于将电极连接到仪器(例如电源)的电迹线。在一些实例中，基于与基底衬底508相关联(例如，与生物和/或化学测定一起使用)的液滴致动器的一种或多种操作用途来选择主图案518的特征。而且，在一些实例中，主图案518为可配置的或可重配置的以使得激光消融台514能够在基底衬底508上形成不同图案。另外或替代地，在一些实例中，遮罩516可用一个或多个替代遮罩替换。
激光消融台514包括透镜520。当基底衬底508由于辊(例如，第一辊502)的旋转而碰到激光消融台514时，基底衬底508的部分522穿过透镜520下方或经过所述透镜。部分522可为例如具有小于基底衬底508的面积的面积且包括导电第二层512的基底衬底508的矩形或正方形截面。透镜520使主图案518的至少一部分成像或投影到与部分522相关联的导电第二层512上。经由遮罩516和透镜520将激光束524导引到部分522上以使得激光束524基于所投影的主图案518选择性地穿透导电第二层512。在一些实例中，不导电第一层500或部分(例如，不导电第一层510的厚度的一部分)也可基于所投影的主图案518被激光束524穿透。遮罩516的固体部分阻挡激光束524，且遮罩516的开口部分允许激光束524穿过遮罩516并与基底衬底508接触。激光束524可与例如准分子激光相关联。
由于暴露于激光束524，部分522的照射的不导电第一层510吸收与激光束524相关联的能量。照射的不导电第一层510经历光化解离，引起不导电第一层510的结构键选择性断裂，且不导电第一层510的片段和覆盖照射的不导电第一层510的导电第二层512的部分根据主图案518脱模。在一些实例中，基于不导电第一层510和/或导电第二层512的深度(例如，厚度)预定义激光束524穿透基底衬底508的深度(例如，照射强度)。在一些实例中，激光束524穿透深度为可调节的，以改变激光束524由于底层的不导电第一层510的片段化而消融导电第二层512的深度。在一些实例中，当实例系统500操作时，这种调节是动态的。而且，在一些实例中，基底衬底508在暴露于激光束524之后经历清洁以去除颗粒和/或表面污染物。
如图8所示，在暴露于激光消融台514之后，基底衬底508的部分522包括电极阵列526。电极阵列526由成形为导电第二层512的多个电极构成。由于暴露于激光束524和不导电第一层510的片段化，从基底衬底508去除导电第二层512的部分。与电极阵列526相关联的所去除的部分是基于主图案518。在一些实例中，所去除的部分匹配遮罩516的开口部分。
返回到图8，在部分522在激光消融台514处经历激光消融以形成电极阵列526之后，经由第一到第三辊502、504、506的旋转将部分522移动到印刷机528。在第一实例组合件500中，印刷机528包括能够将具有疏水和/或介电属性的材料530的至少一层施加到电极阵列526的设备或仪器。在第一实例组合件500中，印刷机528可经由包括(但不限于)以下的沉积技术沉积疏水和/或介电材料530：基于板条的涂布(例如，经由与印刷机528相关联的辊)、狭缝型涂布、旋涂、化学气相沉积、物理气相沉积和/或原子层沉积。印刷机528还可施加除疏水和/或介电材料530(例如，抗积垢涂料、抗凝剂)以外的其它材料。而且，印刷机528可施加具有不同厚度和/或覆盖基底衬底508的不同部分的一层或多层材料。
如上文所描述，在第一实例组合件500中，第一到第三辊502、504、506中的至少一者将基底衬底508推进到印刷机528以用于将疏水和/或介电材料530施加到电极阵列526。在一些实例中，印刷机528包括多个配准辊531，以便于在例如经由辊涂方法施加疏水和/或介电材料530时，作为印刷机528的操作的一部分来精确馈送和配准基底衬底508。
在第一实例组合件500中，将疏水和/或介电材料530施加到电极阵列526以完全地或大体上完全地使电极阵列526绝缘。
在一些实例中，疏水和/或介电材料530经由印刷机528以大体上液体形式沉积。为了在基底衬底508上产生结构或处理层532以负载液滴，经由辊(例如，第一到第三辊502、504、506)移动部分522穿过固化台534。在固化台534处，处理和/或改性疏水和/或介电材料以形成第一处理层532。处理和/或改性疏水和/或介电材料可包括固化材料。举例来说，在固化台534处，施加热以促进疏水和/或介电材料530的硬化。在一些实例中，部分522暴露于紫外光以固化疏水和/或介电材料530且形成处理层532以使电极阵列526绝缘。在其它实例中，在无需热和/或光子源的情况下实现疏水和/或介电材料的固化和/或改性。在一些实例中，在施加电场(例如，与电极阵列526结合)以操控液滴时，处理层532负载液滴。举例来说，在电润湿工艺期间，液滴关于处理层532的接触角由于施加的电压而改变，所述电压影响处理表面532上的液滴的表面张力。电润湿仅仅为示范性的，同样可使用其它力来移动液滴。
在穿过固化台534之后，制备部分522以充当液滴致动器的底部衬底和/或充当数字微流体芯片。如上文所公开，因为基底衬底508包括与导电第二层512粘合的不导电第一层510，所以不需要将例如电极阵列526额外粘附到不导电第一层510。这种配置通过减少加工步骤而增加制备液滴致动器的基底衬底508的效率。而且，如上文所描述，当部分522在激光消融台514、印刷机528或固化台534中的任一处时，基底衬底508的其它部分同时移动穿过第一实例组合件500的其它相应台514、528、534。举例来说，当部分522在固化台534处时，第一到第三辊502、504、506连续地、周期性地或非周期性地推进基底衬底508的一个或多个其它部分穿过例如激光消融台514和/或印刷机528。以这种方式，经由大体上连续、高速、自动化的工艺实现液滴致动器的基底衬底508的制备。
在固化步骤之后，图案辊辊压于基底衬底的第二部分上方以产生井阵列540。井阵列540可随后用亲水材料(未显示)涂布。
尽管基底衬底508可被视为包括连续部分，但在第一实例组合件500的一些实例操作期间，随着连续部分经历加工以产生电极阵列526(例如，经由电极图案)且接收疏水和/或介电材料530的涂布，基底衬底508保持为单一薄片。因此，为了使用加工的基底衬底508产生一个或多个液滴致动器，在一些实例中，切割(例如，分割)基底衬底508以形成包含电极阵列526的单独的单元，如将在下文进一步公开。在一些实例中，在分割之前，在由第一辊502退绕之前，包括部分522的基底衬底508以类似于基底衬底508的最初辊压配置的辊压配置来重绕。这种重绕可作为辊到辊加工的部分经由一个或多个辊实现。在这类实例中，基底衬底508可分割或稍后以其它方式分离。在其它实例中，辊(例如，第二和第三辊504、506)推进基底衬底508以用于与顶部衬底合并。
图9示出了用于形成具有单一电极的液滴致动器的实例顶部衬底的第二实例组合件600。第二实例组合件600包括一系列或多个辊，包括第一辊602、第二辊604和第三辊606，其在同步旋转中操作以驱动顶部衬底608穿过第二实例组合件600。第二实例组合件600可包括除第一到第三辊602、604、606以外的辊以移动顶部衬底608穿过组合件600。
在第二实例组合件600中，第一辊602旋转以退绕顶部衬底608，所述顶部衬底在一些实例中为呈辊压配置的薄片。图9的实例顶部衬底608包括第一层610和第二层612。如同实例基底衬底508，在这个实例中，顶部衬底608的实例第一层610包含不导电材料，例如塑料，且实例第二层612包括导电材料，例如金属，包括例如以下一者或多者：金、铬、银、氧化铟锡或铜，和/或任何其它合适的金属、导电聚合物，或金属和/或导电聚合物的组合。在一些实例中，导电第二层612经由粘附层(例如，铬)粘附到不导电第一层。
在第二实例组合件600中，第一到第三辊602、604、606旋转以将顶部衬底612推进到印刷机614。印刷机614用疏水和/或介电材料616(例如，
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或聚对二甲苯C，或例如陶瓷的介电)涂布导电第二层612。印刷机614大体上类似于图8的第一实例组合件500的印刷机528。举例来说，印刷机614可经由以下将疏水和/或介电材料616施加到顶部衬底608：基于板条的涂布、狭缝型涂布、旋涂、化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积和/或其它沉积技术。印刷机614可包括配准辊617以在施加疏水和/或介电材料616和/或其它涂料材料期间促进顶部衬底608关于印刷机614的对准。
在接收疏水和/或介电材料616的涂布之后，第二辊504和第三辊506将部分618推进到固化台620。如结合图8的固化台534所公开，第二实例组合件600的固化台620促进疏水材料经由热改性(例如，固化)以形成处理层622。处理层622通过完全地或大体上完全地覆盖导电第二层612使充当顶部衬底608的单一电极的导电第二层612绝缘。因此，在涂布部分618的第二层612时，顶部衬底608的电势传导部分与可施加到包括部分618的液滴致动器的液滴绝缘。
在穿过固化台620之后，制备部分618以充当液滴致动器的顶部衬底。因为顶部衬底608包括预粘附到导电第二层612的不导电第一层610，所以不需要将例如电极额外粘附到不导电第一层610，从而增加制备液滴致动器的顶部衬底608的效率。
在第二实例组合件600中，第一到第三辊602、604、606旋转以推进顶部衬底608以使得作为第二实例组合件60的辊到辊操作的部分，顶部衬底的部分以大体上连续、周期性和/或非周期性连续的形式穿过印刷机614或固化台620之一。因此，尽管第二实例组合件600与部分618相关联地描述，但应了解，由于第一到第三辊602、604、606的旋转，以与部分618大体上一样的方式制备顶部衬底608的连续部分。在这种方式中，顶部衬底308沿着顶部衬底608的长度提供有处理层622。
在实例顶部衬底608中，导电第二层612用于电极。然而，在一些实例中，导电第二层612经历激光消融以形成一个或多个电极阵列。在这类实例中，第二实例组合件600包括激光消融台。因此，在接收疏水材料616之前，将顶部衬底608暴露于激光束，这在照射的导电第二层612中产生电极图案。而且，在一些实例中，电极阵列不在基底衬底上/中形成，但仅在顶部衬底608上/中形成。
在第二实例组合件600操作期间，随着顶部衬底608的连续部分用疏水材料616涂布，顶部衬底保持为单一薄片。作为制造一个或多个液滴致动器的部分，顶部衬底608与基底衬底对准。在一些实例中，在穿过固化台620之后，经由一个或多个辊将顶部衬底重绕为辊压配置。在这类实例中，可将成品辊分割或以其它方式切割和/或分离成以间隔开的距离对准且与基底衬底的单独的分割单元粘合以产生液滴致动器的单独的单元。
在其它实例中，在穿过固化台620之后，辊(例如，第一到第三辊602、604、606)继续推进顶部衬底608以经由自动化辊到辊加工将顶部衬底608与基底衬底合并。在这类实例中，为了制备与基底衬底508对准的顶部衬底608，第一到第三辊602、604、606旋转以便相对于基底衬底逆转顶部衬底的定向以使得在基底衬底508和顶部衬底608呈并行配置对准时基底衬底的处理层面向顶部衬底608的处理层622。
如图10中所显示，第三实例组合件650包括形成一对合并辊的第三辊656和第四辊608，基底衬底508和顶部衬底608经由第三实例组合件650的相应的第一辊652和第二辊654馈送到所述合并辊。随着合并辊656、658中的每一者旋转，基底衬底658和顶部衬底658以预定的间隔开的距离或以间隙呈并行配置对准。
实例第三组合件650包括粘合台664。作为制造液滴致动器的一部分，粘合台664接合或粘合基底衬底508和顶部衬底608。举例来说，在粘合台664处，可将一种或多种粘附剂选择性地施加到基底衬底508和/或顶部衬底608的预定义部分(例如，界定所得液滴致动器的周缘的基底衬底508和/或顶部衬底608的部分)，以在基底衬底508与顶部衬底608之间产生粘合，同时保留间隙662。在一些实例中，在粘合台664处粘合衬底508、608包括形成间隙662(例如，在施加粘附剂之前)。
可在粘合台664处使用的粘附剂的实例包括环氧树脂、箔、胶带和/或紫外可固化粘附剂。在一些实例中，将例如SU-8和/或聚二甲基硅氧烷(PDMS)的聚合物的层施加到基底衬底508和/或顶部衬底608以粘合衬底。而且，在一些实例中，粘合台664经由例如紫外光提供粘附剂的固化。粘合台664可应用一种或更多种涉及例如加热(例如，热粘合)、加压、固化等的方法来粘合基底衬底658和顶部衬底608。
在实例第三组合件650中，可将合并部分660选择性地切割、分割或以其它方式分离以形成一个或多个液滴致动器，如在图10中由合并部分660大体上呈现。实例第三组合件650包括分割台666。分割台666可为例如切割装置、分裂器，或更一般地说，用以将连续合并部分660划分为对应于单独的液滴致动器的离散单元的仪器。合并部分660可基于例如电极图案而切割成单独的液滴致动器以使得每个液滴致动器包括电极阵列和经由电极图案形成的其它电极的印迹。
图11A描绘了底部衬底70的顶视图，在所述底部衬底上，电极阵列存在于第一部分73和第二部分74中。显示了在第二部分上制造井阵列的步骤71之后的底部衬底72。图11B描绘了具有仅安置于第一部分83中的电极阵列的底部衬底80的顶视图。描绘了在第二部分84中形成井阵列的步骤81之后的底部衬底82。
井阵列可制造于介电/疏水层、疏水层(如果存在)或亲水层(如果存在)上。将井阵列制造于第一衬底的疏水层上的一种示范性方法使用热或紫外纳米压印光刻。图12A示出了通过利用平坦纳米压印模具770向第一衬底710的第二部分处的疏水层750施加足够的压力以形成井阵列760图案来制造井阵列的一种示范性方法。在这个实例中，纳米压印冲压机可为冲压轮廓对应于第二层的上部表面的平坦冲压元件。
图12B示出了纳米压印辊775可用于将井阵列的图案施加到第一衬底的第二部分的疏水层的另一种示范性方法。纳米压印辊可通过在一个方向上推进辊775将图案压印到第一衬底710的疏水层750上。随着辊在一个方向上推进，辊留下对应于辊上的压印图案的井阵列760的图案的印记。在一个实例中，随着辊775将图案压印到第一衬底710的疏水层750上，辊775在逆时针方向上滚动。应了解，可更换辊或冲压机以形成合适体积的井，例如，飞升辊或冲压机可用于形成飞升井。。
图12C示出了使井阵列的图案形成到第一衬底的第二部分的疏水层的另一种示范性方法。在这个实例中，可施加激光以消融疏水层750的上部表面。激光消融步骤可在第二层上产生井阵列760图案。用于消融第二层的合适激光的一些实例包括具有飞秒和皮秒激光的参数。在一些实例中，激光消融步骤包括使用特定遮罩来界定所需井阵列图案。在一些实例中，激光775利用聚焦元件777(例如，透镜)来精确地靶向和消融图案。在一些实例中，在激光消融步骤之后，井阵列可用介电和/或疏水层涂布。
图12D示出了使井阵列760的图案形成到第一衬底710的第二部分的介电层740上的另一个实例。如图12D所示，方法利用辊到辊制造以单独地制造微流体组件和井阵列。在一个实例中，第一辊725含有微流体组件，其包括第一衬底710，其中第一衬底包含一系列或多个电极745；和安置于第一衬底的上部表面上方且覆盖所述一系列或多个电极745的介电层740。第二辊780含有具有已包括于衬底上的井阵列760的图案的衬底750。在一些实例中，可通过热或UV纳米压印光刻来施加先前包括于衬底750上的井阵列760的图案。在其它实例中，井阵列的图案先前可通过激光消融而包括于衬底上。如图12D所示，压印的第二辊780还可包括压印到井阵列的衬底上的疏水涂层。单独的辊经由辊705和708退绕，且随后经受层压工艺，其中两个膜可通过将井衬底覆盖于微流体组件衬底上方而层压在一起以形成井阵列和微流体组件的堆叠配置。
如本文中所描述，“辊到辊”可包括等效术语“卷轴到卷轴”且通过以高速(包括例如米/秒的速率)移动衬底穿过各种组件来操作。辊到辊组合件有助于辊压的衬底退绕、推进衬底穿过组件以及加工的衬底重绕成辊。
如前文所提到，由第一衬底和第二衬底的第二部分形成的检测模块用于检测分析物相关信号。在一些实例中，所关注分析物或生物样品的检测可通过光学信号检测来进行。举例来说，使激发光(例如，激光)发光以测量信号强度结果。在其它实例中，所需分析物可通过测量从每个井腔室发出的光学信号来检测且通过定量结果来定量。举例来说，经由数字分析将阳性计数(例如，井)的数量与阴性计数(例如，井)的数量进行比较。可检测来自装置的井的多种信号。示范性信号包括荧光、化学发光、色度、浊度等。
本文中所描述的装置可用于产生分析物相关信号且定量信号。示范性方法描绘于图15中。图15中的装置包括具有电极阵列81的顶部衬底80。顶部衬底以与包括井阵列83的底部衬底82间隔开的方式定位于装置的第二部分中。可使用电极81使含有颗粒或珠粒或分析物分子(未显示)的液滴84移动到井阵列83。在足以允许颗粒或珠粒或分析物分子移动到井中的时段之后，液滴84可移动到废料腔室/吸收垫等。缓冲液85的液滴随后可移动到井阵列以去除不沉积到井中的任何颗粒或珠粒。在一些情况下，缓冲液液滴可推送液滴84到达废料腔室。不可混溶流体86的液滴可在井阵列上方移动且密封井。可在光学探查井之前去除任何过量液滴86。
图16描绘了数字微流体电极(例如，电极145)将含有颗粒/珠粒或分析物分子190的液滴180定位于井阵列160上方的方法。在足以将颗粒/珠粒/分析物分子沉积到井中的时段之后，由不可混溶液体195(或如本文中所阐释的不可混溶液体)的液滴置换液滴。不可混溶液体的液滴用以移动具有不沉积到井中的任何珠粒/颗粒/分析物分子的液滴180远离井且覆盖井。
图17描绘了用于去除不沉积到井中的任何珠粒的另一种方法。在图17中，在去除含有珠粒的液滴之后，许多珠粒190残留于井上方。使用水性液滴185洗去这些珠粒。在去除水性液滴之后，井阵列含有沉积的珠粒。不可混溶流体195随后在井阵列上方移动以密封井。
许多力可用于促进来自定位于井阵列上方的液滴的颗粒/珠粒移动到井中。这类力包括重力、电力、磁力等。永久磁体或电磁体可用作磁力源。在某些实施例中，磁体不位于集成微流体和检测芯片上。分析物分子可经由扩散沉积到井中。
方法和装置用途的改变
确定所关注分析物的存在或其在样品中存在的量的公开方法和微流体装置的用途可如上文所描述。还可鉴于分析分析物的其它方法调整所述方法和所公开微流体装置的用途。熟知改变的实例包括(但不限于)免疫测定，例如夹心免疫测定(例如，单克隆-多克隆夹心免疫测定)，包括酶检测(酶免疫测定(EIA)或酶联免疫吸附测定(ELISA))、竞争抑制免疫测定(例如，正向和反向)、酶倍增免疫测定技术(EMIT)、颗粒增强的浊度抑制免疫测定(PETINIA)、均相酶免疫测定(HEIA)、竞争结合测定、生物发光共振能量转移(BRET)、一步抗体检测测定、均相测定、非均相测定、运行捕获测定等。在一些情况下，下文的描述可覆盖上文所描述的方法；在其它情况下，下文的描述可提供替代例。
免疫测定
所关注分析物和/或肽或其片段可使用免疫测定来分析。可利用任何免疫测定。举例来说，免疫测定可为酶联免疫测定(ELISA)、竞争抑制测定，例如正向或反向竞争抑制测定，或竞争结合测定。在一些实施例中，可检测标记(例如，例如由可裂解连接子连接的一个或多个荧光标记或一个或多个标签(其可化学上或通过光学裂解来裂解))附着于捕获抗体和/或检测抗体。
可使用异质型式。举例来说，在从个体获得测试样品之后，制备第一混合物。混合物含有待评定所关注分析物和第一特异性结合配偶体的测试样品，其中含于测试样品中的第一特异性结合配偶体和任何所关注的分析物形成第一特异性结合配偶体-所关注分析物复合物。优选地，第一特异性结合配偶体为抗所关注分析物的抗体或其片段。添加测试样品和第一特异性结合配偶体以形成混合物的次序不重要。优选地，第一特异性结合配偶体固定于固相上。免疫测定中所使用的固相(第一特异性结合配偶体和任选的第二特异性结合配偶体)可为所属领域中已知的任何固相，例如(但不限于)磁性颗粒、珠粒、纳米珠粒、微珠粒、纳米颗粒、微颗粒、膜、支架分子、薄膜、滤纸、磁盘或芯片(例如，微流体芯片)。
在形成含有第一特异性结合配偶体-所关注分析物复合物的混合物之后，使用所属领域中已知的任何技术从复合物中去除任何未结合的所关注分析物。举例来说，未结合的所关注分析物可通过洗涤来去除。然而，合乎需要地，第一特异性结合配偶体以测试样品中存在的过量的任何所关注分析物形式存在，以使得测试样品中存在的所有所关注分析物与第一特异性结合配偶体结合。
在去除任何未结合的所关注分析物之后，将第二特异性结合配偶体添加到混合物中以形成第一特异性结合配偶体-所关注分析物-第二特异性结合配偶体复合物。第二特异性结合配偶体优选地为结合到所关注分析物上的表位的抗所关注分析物(例如抗体)，所述表位不同于第一特异性结合配偶体所结合的所关注分析物上的表位。此外，另外优选地，第二特异性结合配偶体用可检测标记来标记或含有可检测标记(例如，可检测标记、由可裂解连接子连接的标签等)。
固定抗体或其片段的用途可并入到免疫测定中。抗体可固定于多种载体上，例如磁性或色谱基质颗粒、乳胶颗粒或改质表面乳胶颗粒、聚合物或聚合物膜、塑料或塑料膜、平面衬底、微流体表面、固体衬底材料段以及类似物。
夹心免疫测定
夹心免疫测定测量两层抗体(即，捕获抗体(即，至少一个捕获抗体)与检测抗体(即，至少一个检测抗体)之间的抗原量。捕获抗体和检测抗体结合到抗原，例如所关注分析物上的不同表位。合乎需要地，捕获抗体与表位的结合不干扰检测抗体与表位的结合。单克隆或多克隆抗体可用作夹心免疫测定中的捕获抗体和检测抗体。
一般来说，至少两个抗体用于分离并定量测试样品中的所关注分析物。更具体来说，至少两个抗体结合到所关注分析物的某些表位或所关注分析物片段，从而形成称为“夹心”的免疫复合物。一个或多个抗体可用于捕获测试样品中的所关注分析物(这些抗体常常称作一个或多个“捕获”抗体)，且另外结合所关注分析物的具有可检测标记(例如，荧光标记，由可裂解连接子连接的标签等)的一个或多个抗体(这些抗体常常称作一个或多个“检测”抗体)可用于完成夹心。在一些实施例中，适体可用作第二结合成员。在夹心测定中，抗体与其表位的结合适宜地不被测定中的任何其它抗体与其对应表位的结合减弱。换句话说，选择抗体以使得与疑似含有所关注分析物的测试样品接触的一个或多个第一抗体并不结合到由第二抗体或后续抗体识别的全部或部分表位，从而干扰一个或多个第二检测抗体结合到所关注分析物的能力。
在一个实施例中，疑似含有所关注分析物的测试样品可同时或依序地与至少一个捕获抗体(或多个抗体)和至少一个检测抗体接触。在夹心测定型式中，疑似含有所关注分析物(例如膜相关的所关注分析物、可溶的所关注分析物、膜相关的所关注分析物的片段、可溶的所关注分析物的片段、所关注分析物(膜相关或可溶的所关注分析物)的变体或其任何组合)的测试样品首先与至少一个捕获抗体接触，所述捕获抗体在允许形成抗体-所关注分析物复合物的条件下特异性结合到特定表位。如果使用超过一个捕获抗体，那么形成多种捕获抗体-所关注分析物复合物。在夹心测定中，以超过测试样品中预期的所关注分析物或所关注分析物片段的最大量的摩尔量使用抗体，优选地至少一个捕获抗体。
任选地，在使测试样品与至少一个第一捕获抗体接触之前，至少一个捕获抗体可结合到固体载体，从而促进抗体-所关注分析物复合物与测试样品分离。可使用所属领域中已知的任何固体载体，包括(但不限于)由聚合材料以平面衬底或珠粒形式制成的固体载体等。一个或多个抗体可通过吸附，通过共价结合使用化学耦合剂或通过所属领域中已知的其它方式结合到固体载体，前提是这种结合不干扰抗体结合所关注分析物或所关注分析物片段的能力。此外，必要时，固体载体可衍生以允许与抗体上的不同官能基具有反应性。这种衍生化需要使用某些耦合剂，例如(但不限于)顺丁烯二酸酐、N-羟基丁二酰亚胺、叠氮基、炔基和1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳化二亚胺。
在使疑似含有所关注分析物的测试样品与至少一个捕获抗体接触之后，孵育测试样品以便允许形成一个或多个捕获抗体-所关注分析物复合物。可在约4.5到约10.0的pH下、在约2℃到约45℃的温度下执行孵育并持续至少约一(1)分钟到约十八(18)小时、约2到6分钟或约3到4分钟的时段。
在形成一个或多个捕获抗体-所关注分析物复合物之后，复合物随后与至少一个检测抗体(在允许形成一个或多个捕获抗体-所关注分析物-一个或多个检测抗体复合物的条件下)接触。如果捕获抗体-所关注分析物复合物与超过一个检测抗体接触，那么随后形成一个或多个捕获抗体-所关注分析物-一个或多个检测抗体检测复合物。如同捕获抗体一样，当至少一个检测(和后续)抗体与捕获抗体-所关注分析物复合物接触时，需要在类似于上文所描述的那些条件下孵育一段时间以形成一个或多个捕获抗体-所关注分析物-一个或多个检测抗体复合物。优选地，至少一个检测抗体含有可检测标记(例如，荧光标记、由可裂解的连接子连接的标签等)。在形成一个或多个捕获抗体-所关注分析物-一个或多个检测抗体复合物之前、同时或之后，可检测标记可结合到至少一个检测抗体。可使用所属领域中已知的任何可检测标记，例如荧光标记、如本文中所论述的可裂解连接子以及所属领域中已知的其它标记。
添加测试样品和特异性结合配偶体以形成用于测定的混合物的次序不是关键的。如果可检测地标记第一特异性结合配偶体(例如，荧光标记、与可裂解连接子连接的标签等)，那么随后形成可检测标记的第一特异性结合配偶体-所关注分析物复合物。替代地，如果使用第二特异性结合配偶体且可检测地标记第二特异性结合配偶体(例如，荧光标记、与可裂解连接子连接的标签等)，那么随后形成第一特异性结合配偶体-所关注分析物-第二特异性结合配偶体的可检测标记的复合物。任何未结合的特异性结合配偶体，无论是经标记的或未标记的，可使用所属领域中已知的任何技术(例如洗涤)从混合物去除。
接着，产生指示所关注分析物或其片段存在的信号。基于所产生的信号参数，可定量样品中的所关注分析物的量。任选地，可使用所关注分析物的已知浓度的连续稀释液或溶液，通过质谱法、重力法和所属领域中已知的其它技术来产生标准曲线。
本文中提供了用于测量或检测生物样品中存在的所关注分析物的方法。在这类方法中，含有所关注目标分析物的样品液滴可与含有上面附着有特异性结合到样品中存在的所关注目标分析物的第一特异性结合配偶体的珠粒(例如磁性珠粒)的液滴合并。合并产生单一液滴，可将其孵育一段足以允许第一特异性结合配偶体与样品液滴中存在的所关注分析物结合的时间。任选地，可搅动单一液滴以促进样品与第一特异性结合配偶体的混合。可通过来回移动单一液滴、围绕在多个电极上方移动单一液滴、分裂液滴且随后合并液滴，或使用SAW等来实现混合。接着，单一液滴可经受磁力以将珠粒保留在装置中的某一位置处，同时可移走液滴到废料腔室或垫且被含有第二结合成员的液滴替换。第二特异性结合配偶体可为可检测地标记的。标记可为可光学检测的任何标记。举例来说，标记可为荧光标记。在添加第二结合成员之前，可通过将洗涤缓冲液的液滴移动到使用力(例如，磁性的)保留珠粒的位置来进行任选的洗涤步骤。珠粒可能或可能不再悬浮于洗涤缓冲液中。如果使用磁性珠粒，那么可将磁力施加到磁性珠粒且将洗涤缓冲液输送到废料位置。在足以使第二特异性结合配偶体结合与第一结合成员结合的所关注分析物的时段之后，可移走含有第二特异性结合配偶体的液滴，同时使珠粒保留在所述位置处。可使用洗涤缓冲液的液滴洗涤珠粒。在洗涤步骤之后，含有具有第一结合成员、所关注分析物和第二结合配偶体的复合物的标记的珠粒的液滴可移动到检测模块(例如在使用磁性珠粒时通过去除磁力)。如本文中所阐释，可在样品制备模块中执行免疫测定。可允许标记的珠粒沉降到检测模块中的井阵列中。可使用重力或通过施加电力或磁力使珠粒沉降。在用以去除不位于井内部的任何珠粒的洗涤步骤之后，可通过使用疏水液体来密封井。
正向竞争抑制
在正向竞争型式中，已知浓度的标记的所关注分析物(例如，具有荧光标记、与可裂解连接子连接的标签等的分析物)的等分试样用于与结合到所关注分析物抗体的测试样品中的所关注分析物竞争。
在正向竞争测定中，固定的特异性结合配偶体(例如抗体)可依序地或同时与测试样品和标记的所关注分析物、所关注分析物片段或其所关注分析物变体接触。所关注分析物肽、所关注分析物片段或所关注分析物变体可用任何可检测标记，包括由与可裂解连接子连接的标签构成的可检测标记来标记。在这个测定中，抗体可固定于固体载体上。替代地，抗体可耦合到已固定于固体载体(例如微颗粒或平面衬底)上的抗体，例如抗物种抗体。
本文中提供了用于测量或检测生物样品中存在的所关注分析物的方法。在这类方法中，含有所关注目标分析物的样品液滴可与含有上面附着有特异性结合到样品中存在的所关注目标分析物的第一特异性结合配偶体的磁性珠粒的液滴和用可检测标记(例如荧光标记)标记的分析物合并。任选地，可搅动单一液滴以促进样品与第一特异性结合配偶体和标记的分析物的混合。可通过来回移动单一液滴、围绕在多个电极上方移动单一液滴、分裂液滴且随后合并液滴，或使用SAW等来实现混合。接着，单一液滴可经受力(例如磁力)以将珠粒保留在装置中的某一位置处，同时可移走液滴到废料腔室或垫且被含有第二结合成员的液滴替换。可通过将洗涤缓冲液的液滴移动到使用磁力保留珠粒的位置来进行任选的洗涤步骤。珠粒可能或可能不再悬浮于洗涤缓冲液中；将力施加到珠粒(例如在使用磁性珠粒时的磁力)且将洗涤缓冲液输送到废料位置。在足以使第一特异性结合配偶体结合到所关注分析物的时段之后，可移走液滴，同时将珠粒保留在位置处。在任选的洗涤步骤之后，含有具有第一结合成员和所关注分析物的复合物的标记的珠粒可移动到检测模块(例如使用磁性珠粒时通过去除磁力)。如本文中所阐释，可在样品制备模块中执行免疫测定。可允许标记的珠粒沉降到检测模块中的井阵列中。珠粒可使用重力或通过施加力(例如电力或磁力)沉降。在用以去除不位于井内部的任何珠粒的洗涤步骤之后，可通过使用疏水液体来密封井。
在类似于上文所描述的那些条件下结合夹心测定型式来孵育标记的所关注分析物、测试样品和抗体。随后可产生抗体-所关注分析物复合物的两种不同物质。具体地说，所产生的抗体-所关注分析物复合物中的一者含有可检测标记(例如，荧光标记等)，而另一种抗体-所关注分析物复合物不含可检测标记。在定量可检测标记之前，抗体-所关注分析物复合物可以但不必与测试样品的剩余部分分离。不管抗体-所关注分析物复合物是否与测试样品的剩余部分分离，但随后定量抗体-所关注分析物复合物中可检测标记的量。随后可例如如上文所描述来确定测试样品中所关注分析物(例如膜相关的所关注分析物、可溶的所关注分析物、可溶的所关注分析物的片段、所关注分析物的变体(膜相关或可溶的所关注分析物)或其任何组合)的浓度。
反向竞争测定
在反向竞争测定中，固定的所关注分析物可依序地或同时与测试样品和至少一个标记抗体接触。
本文中提供了用于测量或检测生物样品中存在的所关注分析物的方法。在这类方法中，含有所关注目标分析物的样品液滴可与含有特异性结合到样品中存在的所关注目标分析物且用可检测标记(例如荧光标记、酶促标记等)标记的第一特异性结合配偶体的液滴和上面附着有所关注分析物的磁性珠粒合并。合并产生单一液滴，可将其孵育一段足以允许第一特异性结合配偶体与样品液滴中存在的所关注分析物结合的时间。任选地，可搅动单一液滴以促进样品与第一特异性结合配偶体的混合。可通过来回移动单一液滴、围绕在多个电极上方移动单一液滴、分裂液滴且随后合并液滴，或使用SAW等来实现混合。接着，单一液滴可经受磁力以将珠粒保留在装置中的某一位置处，同时可移走液滴到废料腔室或垫且被含有第二结合成员的液滴替换。可通过将洗涤缓冲液的液滴移动到使用磁力保留珠粒的位置来进行任选的洗涤步骤。珠粒可能或可能不再悬浮于洗涤缓冲液中；将磁力施加到磁性珠粒且将洗涤缓冲液输送到废料位置。在足以使第一特异性结合配偶体结合所结合的所关注分析物的一段时间之后，可去除磁力且含有具有第一结合成员、所关注分析物的复合物的标记的珠粒的液滴可移动到检测模块。如本文中所阐释，可在样品制备模块中执行免疫测定。可允许标记的珠粒沉降到检测模块中的井阵列中。可使用重力或通过施加电力或磁力使珠粒沉降。在用以去除不位于井内部的任何珠粒的洗涤步骤之后，可通过使用疏水液体密封井。
所关注分析物可结合夹心测定型式结合到固体载体，例如上文所论述的固体载体。
在类似于上文所描述的那些条件下结合夹心测定型式孵育固定的所关注分析物、测试样品和至少一个标记抗体。随后产生两种不同物种的所关注分析物-抗体复合物。具体来说，所产生的所关注分析物-抗体复合物中的一者被固定且含有可检测标记(例如，荧光标记等)，而另一种所关注分析物-抗体复合物不被固定且含有可检测标记。通过所属领域中已知的技术(例如洗涤)将未固定的所关注分析物-抗体复合物和测试样品的剩余部分从固定的所关注分析物-抗体复合物的存在中去除。在去除未固定的所关注分析物抗体复合物之后，随后在裂解标签之后定量固定的所关注分析物-抗体复合物中的可检测标记的量。测试样品中所关注分析物的浓度可随后通过比较如上文所描述的可检测标记的量来确定。
一步免疫测定或“运行捕获”
在运行捕获免疫测定中，固体衬底用固定剂预涂布。将捕获剂、分析物和检测剂一起添加到固体衬底中，接着在检测之前进行洗涤步骤。捕获剂可结合分析物且包含固定剂的配体。捕获剂和检测剂可为抗体或能够如本文中所描述或所属领域中已知捕获或检测的任何其它部分。配体可包含肽标签且固定剂可包含抗肽标签抗体。替代地，配体和固定剂可为能够结合在一起的任何试剂对以便用于运行捕获测定中(例如，特异性结合对和如所属领域中已知的其它试剂对)。可测量超过一种分析物。在一些实施例中，固体衬底可用抗原涂布且待分析的分析物为抗体。
在某些其它实施例中，在一步免疫测定或“运行捕获”中，固体载体(例如微颗粒)用固定剂(例如生物素、抗生蛋白链菌素等)预涂布且使用至少第一特异性结合成员和第二特异性结合成员(其分别充当捕获剂和检测剂)。第一特异性结合成员包含用于固定剂的配体(例如，如果固体载体上的固定剂为抗生蛋白链菌素，那么第一特异性结合成员上的配体可为生物素)且还结合到所关注分析物。第二特异性结合成员包含可检测标记且结合到所关注分析物。可将固体载体和第一特异性结合成员和第二特异性结合成员添加到测试样品中(依序地或同时地)。第一特异性结合成员上的配体结合到固体载体上的固定剂以形成固体载体/第一特异性结合成员复合物。样品中存在的任何所关注分析物结合到固体载体/第一特异性结合成员复合物以形成固体载体/第一特异性结合成员/分析物复合物。第二特异性结合成员结合到固体载体/第一特异性结合成员/分析物复合物且检测到可检测标记。可在检测之前采用任选的洗涤步骤。在某些实施例中，在一步测定中，可测量超过一种分析物。在某些其它实施例中，可采用多于两个特异性结合成员。在某些其它实施例中，可添加多个可检测标记。在某些其它实施例中，可检测到多个所关注分析物。
运行捕获测定的使用可如本文中所描述和所属领域中已知以多种型式进行。举例来说，型式可为如上文所描述的夹心测定，但替代地可为竞争测定，可采用单一特异性结合成员或使用如已知的其它变化形式。
组合测定(用Ag/Ab共涂布微颗粒)
在组合测定中，固体衬底(例如微颗粒)用抗原和抗体共涂布以从样品中分别捕获抗体和抗原。固体载体可用两种或更多种不同的抗原共涂布以从样品中捕获两种或更多种不同的抗体。固体载体可用两种或更多种不同的抗体共涂布以从样品中捕获两种或更多种不同的抗原。
另外，本文中所描述的方法可使用阻断剂以预防测定化合物之间的特异性或非特异性结合反应(例如，HAMA问题)。在试剂(和任选地，任何对照)固定于载体上之后，可在载体上阻断试剂的其余结合位点。可使用所属领域的一般技术人员已知的任何合适的阻断试剂。举例来说，可采用牛血清白蛋白(“BSA”)、酪蛋白于PBS中的磷酸盐缓冲盐水(“PBS”)溶液、Tween20TM(密苏里州圣路易斯(St.Louis,Mo.)西格马化学公司(Sigma ChemicalCompany))或其它合适表面活性剂以及其它阻断试剂。
如从本公开显而易见，本文中所公开的方法和装置(包括变化形式)可用于诊断疑似患有疾病、病症或病况的个体的疾病、病症或病况。举例来说，样品分析可适用于检测疾病标记物(例如癌症标记物、心脏病标记物)、毒素、病原体(例如病毒、细菌或其部分)。方法和装置还可用于测量生物样品中存在的分析物。方法和装置还可用于血液筛检测定中以检测目标分析物。血液筛检测定可用于筛检血液供应源。
表面声波装置、系统和方法
与集成表面声波(SAW)样品制备和分析物检测装置相关的系统、装置和方法由本公开提供。
在一个实例中，装置包括样品制备组件，例如具有经由声力操控而允许液体或流体横跨其表面传送的表面的衬底。在相同实例中，装置包括被配置成接收传送的液体且对所接收的液体进行分析物检测的分析物检测组件。
如本文中所使用的“表面声波(SAW)”和其语法等效物一般是指在沿着表面的方向上传送声波。“行进中的表面声波”(TSAW)使得表面声波能够耦合到液体中。在一些实例中，耦合可呈使表面声波穿透或渗漏到液体中的形式。在一些实例中，表面声波为瑞雷波(Raleigh wave)。表面声波的传送可通过使表面声波流经液体来进行。可以多种不同方式且通过使用不同材料来进行表面声波的传送，包括由转换器(例如一系列或多个电极)产生电势。
可将电极图案化到平面衬底上。在一些实例中，平面衬底可为压电层。在一些实例中，可使用标准光刻和剥离/湿式蚀刻工艺将电极制造于压电层上。电极的结构、电极之间的间隔、衬底上的电极数量(即，分辨率)可变化。在一些实例中，使用交叉指形(IDT)转换器或电极。在一些实例中，样品制备组件可包括液体。在一些实例中，可存在多个层。不同层可具有散射表面声波的散射结构的不同布置或配置。因此，横跨不同层的液体液滴移动可能由于所存在的变化的散射结构而不同。
在一些实例中，当启动单一转换器或电极时传送SAW。在其它实例中，在衬底表面上制造的多个(例如，一对)电极可产生朝向彼此传送的两个行进中的SAW。在一些实例中，当将射频(RF)范围应用于电极时，启动SAW移位。在启动后，电极或转换器发射电势横跨衬底表面，在此衬底经受机械应力。机械应力的实例为衬底表面的连续收缩和扩展。由于衬底的这种连续变形，横跨表面传送表面声波。
可根据量值和频率来测量表面声波。因此，由电极产生的电势的频率和量值对SAW的量值和频率负责。
SAW的传送可在线性方向上。在一些实例中，SAW可横跨衬底表面的纵向长度传送。在其它实例中，SAW可横跨衬底表面的宽度传送。在其它实例中，SAW的传送可呈非线性方向和运动。因为流体是耗散系统，所以经由SAW对谐波强制的响应可能不一定为谐波。
当TSAW接触液体时，液体吸收SAW能量的一部分且可使其以纵波的形式折射。折射声能的吸收诱导横跨衬底表面的流体流动或传送。当沿着样品制备组件的表面传送表面声波时，SAW可接触液体。由于液体与SAW相互作用，使得SAW转移到液体中。SAW借助于“无接触操控”来操控流体，意思指液体由渗漏或穿透到流体中的声波而传送到检测组件。因此，使生物样品或分析物的外部污染最小化。
在一些实例中，示范性驱动流体动作包括泵送、混合、喷射等。因此，液体沿着样品制备组件的表面传送。
在一些实例中，在启动SAW电极之前，液体可作为待致动液滴被施配到样品制备组件的表面上。液滴致动可用于定位液滴且将液滴施配到样品制备组件上。
在其它实例中，代替基于液体液滴的微流体，SAW驱动泵可用于将液体泵送到开口表面上。在一些实例中，可泵送流体通过封闭的通道。
液体可为含有或疑似含有任何所关注分析物的任何测试样品。如本文中所使用，“分析物”、“目标分析物”、“所关注分析物”是指以本文中所公开的方法和装置测量的分析物。液体液滴也可指水性溶液中的颗粒或珠粒。样品可包括生物流体样品，例如血液、血浆、血清、唾液、汗液等。
在一些实例中，液体可作为单一颗粒安置。在其它实例中，液体可作为颗粒群(例如，数千颗粒)安置。液体液滴可根据广泛范围的长度标度、大小(nm到mm)以及形状而变化。
表面声波的传送也可受图案化到样品制备平台的表面上的声子结构的存在所影响。这些声子结构可控制声音声波的传送。举例来说，声子结构可控制SAW的方向、移动、速度；因此，提供增强的功能性。可使用标准光刻、剥离/湿式蚀刻工艺、模压/纳米压印光刻以及衬底的微机械加工、加压、加热和激光改性将声子结构制造于衬底上，以形成这些声子结构。这些声子结构同样可呈现多种形状和大小。在一些实例中，声子结构可为在衬底内形成晶格的柱、锥或孔。
表面声波样品制备组件
如本文中所使用的“样品制备组件”和其语法等效物是指大体上平面表面，液体液滴最初分散于所述表面上且在此可执行如本文中所描述的免疫测定的步骤。在一些实例中，衬底可由具有高声反射的材料制成。
在一些实例中，样品制备组件包括耦合到衬底的顶置板。在一些实例中，顶置板以可拆卸方式耦合到衬底。在其它实例中，顶置板永久性地耦合到衬底。一些实例包括由基于聚合物的材料或纸材料制造衬底。基于聚合物的衬底可用疏水涂料处理或制造可在基于聚合物的衬底上方或与另一个衬底一起添加疏水层以使得衬底对水性流体不可渗透。
在一些实例中，样品制备组件还可包括测定试剂，所述测定试剂包括于顶置板上。样品制备组件进一步包括耦合到衬底的顶置板。
在又另一个实例中，样品制备组件可包括一系列散射结构，所述一系列散射结构包括于顶置板上。散射结构的实例可包括声子结构，其在下文更详细地描述。
在一些实例中，衬底可为压电材料。压电层可由复合层，例如单晶铌酸锂(LiNbO3)制成。顶置板可进一步包括一系列或多个电极或转换器。在一些实例中，由电极或IDT产生的表面声波也可耦合到顶置板。
在一些实例中，顶置板可由多种材料，例如塑料(例如，PET、PC等)制成。
在一些实例中，顶置板可由具有相对高的机电耦合系数的材料制造。在一些实例中，可将电极制造于压电材料上。在一个实例中，LiNbO3可用作衬底以在SAW微流体应用中使电极图案化。在另一个实例中，硅可用作衬底材料以使电极图案化。可应用于制造产生SAW的衬底的材料的其它实例包括多晶材料、微晶材料、纳米晶材料、非晶形材料或复合材料。可应用于制造产生SAW的衬底的材料的其它实例包括铁电材料、热电材料、压电材料或磁致伸缩材料。
如本文中所描述，衬底为能够产生表面声波并传送声波的材料。
除了待分析的分析物或生物样品以外，样品制备组分还可包括缓冲液或洗涤流体。在一些实例中，这些缓冲液或洗涤流体可促进传送液体横跨样品制备组件且到达检测组件上。在其它情况下，一旦将这些流体定位于井阵列中，这些流体可用于洗去任何残余液体或生物样品。这类流体的实例包括空气、惰性气体、疏水液体、亲水液体、油、基于有机的溶剂以及高密度水性溶液。在某些情况下，装置可填充有填充剂流体，所述填充剂流体可为空气、惰性气体、疏水液体、亲水液体、油、基于有机的溶剂以及高密度水性溶液。
在一些实例中，可通过将小染料或颗粒引入到液体液滴中目测到SAW诱导的流体移动。
样品制备表面具有如下表面，液体可沿着所述表面传送。样品制备表面的表面可为呈平面或非平面构造的任何适宜的表面。表面可用疏水材料涂布以促进液体沿着表面的移动。在一些实例中，疏水材料可包括十八烷基三氯硅烷(OTS)。在其它实例中，可图案化表面以促进液体移动。
在一些实例中，样品制备表面的衬底可为弹性或柔性的。上面形成表面的衬底可为弹性的以使得所述表面能够变形以促进表面声波横跨表面传送。
在某些实施例中，衬底的表面可包括微流体通道以促进传送液体。在其它实施例中，微流体通道包括于衬底内部以将流体传输到衬底中。
在一些实例中，可在样品制备组件的衬底的上部表面上方提供盖板密封件。在某些情况下，盖板密封件可防止表面的液体内含物的污染。在其它情况下，盖板密封件可为液体不可渗透层。在其它情况下，盖板密封件可由柔性材料，例如塑料、硅或其它类型的橡胶制成。在其它情况下，盖板密封件可由非柔性材料，例如玻璃或其它非柔性材料制成。在一些实例中，盖板密封件可对热、紫外光或其它电磁辐射不可穿透以防止表面或表面上存在的液体内含物的变形。
在一些实例中，合适的间隔物可定位于衬底与盖板密封件之间。如本文中所使用的“合适的间隔物”是指定位于样品制备组件的衬底与盖板密封件之间的元件。在一些实例中，合适的间隔物可促进液体液滴在表面与盖板密封件之间移动。在其它实例中，合适的间隔物可减少行进中的表面声波与表面之间的耦合。
在第一实例样品制备组件中，第一衬底并入有具有相对高的机电耦合系数且具有柔性和可变形表面的材料。举例来说，第一衬底可为压电材料或硅。
在一些实例中，电极布置于表面上或嵌入于压电层内。如在此上下文中所使用的术语“电极”是指电路，包括电极、一系列或多个电极(例如，超过一个)、转换器。也可将电极图案化到压电层中。在一些实例中，可使用标准光刻和剥离/湿式蚀刻工艺将电极制造于衬底上。电极的结构、电极之间的间隔、衬底上的电极数量(即，分辨率)可变化。在一些实例中，使用交叉指形(IDT)转换器或电极。IDT被定义为一系列或多个电极和上面包括所述一系列或多个电极的压电层的组合。在一些实例中，转换器电极结构形成于压电层上。在其它实例中，转换器电极结构嵌入于压电层内。
在一些实例中，当启动单一转换器或电极时，传送表面声波。在其它实例中，在衬底表面上制造的多个(例如，一对)电极可产生朝向彼此传送的两个行进中的表面声波。在一些实例中，当将射频(RF)范围应用于电极时，启动表面声波移位。在启动后，电极或转换器发射电势横跨衬底表面，在此材料经受机械应力。机械应力的实例为衬底表面的连续收缩和扩展。由于衬底的这种连续变形，横跨表面传送表面声波。
在一些实例中，表面声波的波长取决于转换器(IDT)或系列或多个电极的间距。
在一个实例中，样品制备组件可包括一系列声子结构，所述一系列声子结构包括于顶置板的表面上。声子结构可控制声波的传送。举例来说，声子结构可控制表面声波的方向、移动、速度。声子结构同样可呈现多种形状和大小。在一些实例中，声子结构可为在衬底内形成晶格的柱、锥或孔。可基于例如以下特征来预定义顶置板的表面上的声子结构的图案：分辨率(例如，表面上的每个区域的电极数量)、电极大小、电极的交叉指形和/或电极之间的间隙或间隔。在一些实例中，基于与SAW样品制备组件相关联(例如，与生物和/或化学测定一起使用)的液滴致动器的一种或多种操作用途来选择图案的特征。在其它配置中，电极图案可为可重配置的以使得不同图案适合不同应用。在一些实例中，所述一系列或多个电极或每个单独的电极的大小或尺寸的增加也可减少施加于相邻电极之间的疏水材料的量。因此，电极图案的特征可使SAW平台的表面积最大化。此外，所述一系列或多个电极/转换器的增加的交叉指形促进经由操控其电势传送液体横跨表面的简易性。
在第一实例样品制备组件中，疏水材料可施加到所述一系列或多个电极和衬底表面以使得顶置板对水性溶液不可渗透。由于疏水材料，通过液滴或流体泵致动的液体呈珠粒状配置，从而与衬底表面的疏水层形成接触角。在操作时，SAW声波例如通过穿透或渗漏到液体中而横跨耦合到液体的表面传送。SAW声波的量值或频率可控制移动液体的所得频率和运动。
在某些实施例中，表面声波沿着衬底表面传送且随后耦合到顶置板。此后，表面声波继续传送且由可形成于顶置板中的声子结构引导。
在一些实例中，当SAW声波由两个或更多个电极产生时，这可得以控制耦合到所得表面声波的液体的方向。传送液体的方向可在线性方向或非线性方向上。在一些实例中，液体液滴的传送可呈滚转运动。在其它实例中，液体液滴的传送可呈横跨表面的滑动运动。在一些实例中，当表面上缺少声子结构时，SAW的传送和所得液体液滴的传送在相同方向上。在其它实例中，当表面上存在声子结构时，SAW的传送和所得液体液滴的传送在相反方向或不同方向上。
在一些实例中，疏水材料为施加到顶置板表面的聚四氟乙烯材料(例如，
Figure BDA0002017636200000951
)或氟表面活性剂(例如，FluoroPelTM)。
分析物检测组件
在一些实施例中，分析物检测组件可包括井阵列，在其中可分离分子、颗粒、珠粒或细胞用于分析物或生物样品检测目的。在表面上方产生声流的TSAW(行进中的表面声波)横跨流体通道以朝向井阵列推送流体(液滴或细胞)。
井的形状和几何构型可根据所需程序或应用的类型而变化。在一些实例中，井可在深腔室到浅腔室之间变化。井可为多种形状中的任一种，例如具有平坦底部表面的圆柱形、具有圆形底部表面的圆柱形、立方体、立方形、截头圆锥形、反向截头圆锥形或圆锥形。在某些情况下，井可包括可被定向成促进接收和保持已在井阵列上方移动的液体液滴中存在的微珠粒或微颗粒的侧壁。在一些实例中，井可包括第一侧壁和第二侧壁，其中第一侧壁可与第二侧壁对置。在一些实例中，第一侧壁关于井的底部成钝角定向且第二侧壁关于井的底部成锐角定向。液滴的移动可在平行于井的底部且从第一侧壁到第二侧壁的方向上。井阵列可具有次飞升体积、飞升体积、次纳升体积、纳升体积、次微升体积或微升体积。举例来说，井阵列可为飞升井的阵列、纳升井的阵列或微升井的阵列。在某些实施例中，阵列中的井可全部具有大体上相同的体积。井阵列的体积可为至多100微升，例如约0.1飞升、1飞升、10飞升、25飞升、50飞升、100飞升、0.5皮升、1皮升、10皮升、25皮升、50皮升、100皮升、0.1纳升、1纳升、10纳升、25纳升、50纳升、500纳升、0.1微升、1微升、10微升、25微升、50微升或100微升。
在某些情况下，样品制备组件和分析物检测组件可使用例如连续板条馈入制造工艺由单一平面表面制造。在这个实例中，样品制备组件和数字分析物检测组件可彼此相邻定位。
在一些实例中，样品制备组件可包括样品入口。如本文中所使用的“样品入口”是指用于将液体引入到样品制备组件的管状构件、通道或管。举例来说，样品入口可将生物样品引入到衬底表面上。在其它实例中，样品入口可在衬底内部引入生物样品。
在其它实例中，样品制备组件和数字分析物检测组件可呈堆叠配置定位于彼此上方，由用于液滴操控的空间分离。在样品制备组件呈堆叠配置定位于分析物检测组件上方或反之亦然(分析物检测组件定位于样品制备组件上方)的实例中，入口或通道可定位于两个组件之间。入口或通道可导引两个组件之间的样品或分析物。
声子结构可制造且包括于样品制备组件的顶置板上。在某些情况下，将声子结构压印或模压到顶置板上。在这类实例中，声子结构的模压或压印是在单一步骤中。在其它实例中，其可为多个步骤。在存在模具、遮罩或图案的情况下可通过加压、加热或紫外光的应用的组合来压印或模压声子结构。在一个实例中，从模具引出到顶置板上的压力可诱导顶置板的表面变形。
在声子结构包括于顶置板上之后，可将其固化足以允许声子结构硬化或变形的时段。另外，声子结构可经受改变声子结构的物理属性的试剂。
在一些实例中，可在制造集成样品制备和分析物检测装置期间以脱水形式印刷用于分析物检测的试剂。通过使用样品或缓冲液进行试剂的复水。
在一些实例中，井阵列包括单独的井腔室，其中每个井腔室具有第一端和第二端。在一个实例中，井的第一端可开放，而井的第二端密闭。在其它实例中，井的第一端与井腔室的第二端均密闭。可通过永久性密闭机构与暂时性密闭机构来密闭井腔室的第一端。如本文中所使用，“永久性”意思指密闭机构意图保留井腔室的紧固件。如本文中所使用，“暂时性”意思指可拆卸密闭机构而不影响密闭机构的结构、完整性或刚度。在一些方面，可通过永久性和暂时性密闭机构的组合来密闭井腔室的第一端。在一个实例中，暂时性密闭机构可为可填充井腔室的第一端的液体，例如油流体。在某些实例中，在分析物、生物样品或分析物相关可检测标记先前已沉积到井中之后油滴可填充第一井端。在其它实例中，不论分析物或生物样品是否存在于井内，油滴可密闭井的第一端。
井阵列具有适用于接收多个标记、珠粒、标记珠粒、标签以及类似物的井腔室的图案(例如，阵列中井的形成)。井阵列的图案可根据分辨率和井腔室之间的间隔而变化。
在一些实例中，可使用纳米压印光刻制造井阵列的图案。在其它实例中，可通过模制、加压、加热或激光中的任一者的组合来制造井阵列的图案。
井阵列的大小可变化。在一些实例中，可制造井阵列以具有直径为100nm且周期率为500nm的单独的井腔室。
在一些实例中，井阵列可大体上如与数字微流体和检测模块相关的节段中所描述。
在一些实例中，所关注分析物或生物样品的检测可通过光学信号检测进行。举例来说，使激发光(例如，激光)发光以测量信号强度结果。在其它实例中，所需分析物可通过测量从每个井腔室发出的光学信号来检测且通过定量结果来定量。举例来说，将阳性计数(例如，井)的数量与阴性计数(例如，井)的数量进行比较以获得数字计数。替代地或另外，可测量与分析物浓度相关联的信号(模拟定量)。可检测来自装置的井的多种信号。示范性信号包括荧光、化学发光、色度、浊度等。
样品制备和分析物检测装置的相邻配置
在一些实施例中，井阵列定位于与样品制备组件相同的顶置板上。在一些实例中，顶置板和井阵列可定位于第一衬底上。第一衬底可划分为初始地安置待分析液滴的第一部分和朝向其移动液滴用于分析物检测的第二部分。顶置板可存在于第一衬底的第一部分上且井阵列可定位于第一衬底的第二部分上。因此，形成样品制备组件的顶置板和形成分析物检测组件的井阵列可直接相邻。如本文中所使用，术语“直接相邻”是指缺少分离或划分样品制备组件和井阵列的物体。在实例中，当样品制备组件和井阵列彼此直接相邻时，液体液滴横跨样品制备组件的表面的传送无缝地过渡到井阵列的表面上。在其它实例中，井阵列间接相邻样品制备组件定位。如本文中所使用，术语“间接相邻”是指存在分离或划分样品制备组件的物体或元件。
在一些实例中，为了促进液体移动且改进液滴到单独的井腔室中的位置精确性，可使样品制备组件的衬底表面图案化或用亲水材料涂布。在其它实例中，例如油和乳液的试剂可用于密封井阵列。
图13A示出了与分析物检测组件相邻定位的样品制备组件的侧视图。如图13A中所显示，样品制备组件包括顶置板810。顶置板810包括一系列声子结构830。声子结构的大小、形状和尺寸可变化。如图13A中所显示，样品制备组件被定位成与包含井阵列860的分析物检测组件直接相邻。当这些组件彼此相邻定位时，可将横跨顶置板810的表面传送的液体收集到井阵列860上的单独的井腔室中。在这个特定实例中，样品入口通道840定位于顶置板810与盖板870之间。顶置板810和盖板870由界定一定空间的空间/间隙850分离，在所述空间中操控(例如，合并、分裂、搅动等)液体液滴。然而，在其它实例中，不包括样品入口通道。样品入口通道的大小、尺寸和变型可变化。举例来说，样品入口通道可将流体引入到顶置板810的表面上。在其它实例中，样品入口通道可在顶置板810内部引入流体。
在一些实例中，可在样品制备组件的表面上方提供盖板密封件。在某些情况下，盖板密封件可防止表面的液体内含物的污染。在其它情况下，盖板密封件为液体不可渗透层。在其它情况下，盖板密封件由柔性材料，例如塑料、硅或其它类型的橡胶制成。在其它情况下，盖板密封件由非柔性材料，例如玻璃或其它非柔性材料制成。在一些实例中，盖板密封件可对热、紫外光或其它电磁辐射不可穿透，以防止表面或样品制备组件的表面上存在的液体内含物的变形。
在一些实例中，可提供散热片以耗散通过横跨衬底表面产生表面声波而产生的热。
样品制备和分析物检测装置的堆叠配置
在一些实施例中，井阵列(检测组件)定位于由一定空间分离的样品制备组件上方，在所述空间中操控液滴。在一些实例中，入口或通道可定位于两个组件之间。入口或通道可导引两个组件之间的样品或分析物。
在一些实例中，可将井阵列压印或模压到第一衬底上且声子结构可存在于以与第一衬底间隔开的方式定位的顶置板上。顶置板可由第二衬底支撑。
在一些实例中，可使用能够将井阵列耦合到顶置板的粘合剂、粘附剂、胶带、胶、焊接或其它附连剂来促进将包括井阵列的第一衬底与顶置板耦合的步骤。在其它实例中，可通过使用机械紧固件、固定件、螺钉和其它机械组件(例如插销)来实现将井阵列耦合到样品制备组件的声子结构上的步骤。在其它实例中，将井阵列耦合到样品制备组件的声子结构上的步骤可通过将井阵列设置和定位于样品制备组件的声子结构上方来进行。在一些实例中，衬底的声子结构可与井阵列组件并行定向。
顶置板的声子结构与井阵列之间的间隔可根据待进行的应用的类型、致动到衬底表面上的液体液滴的大小、声子结构的大小、形状和布置、样品通道/入口的大小以及横跨表面传送的表面声波的量值而变化。
图13B示出了顶置板和井阵列组件的堆叠配置的侧视图。如图13B中所显示，顶置板810包括一系列声子结构830。声子结构830布置于重复结构元件的阵列中。声子结构的大小、形状和尺寸可变化。在这个实例中，也存在井阵列860。在这个实例中，井阵列860直接定位于顶置板上方。如图13B所示，井的开口可与声子结构直接对置。在这个特定实例中，样品入口通道840定位于井阵列与顶置板之间。然而，在其它实例中，不包括样品入口通道。样品入口通道的大小、尺寸和变型可变化。举例来说，样品入口通道可将流体引入到顶置板810的表面上。在其它实例中，样品入口通道可在顶置板810内部引入流体。包括井阵列860的衬底820以与顶置板810间隔开的方式定位且与顶置板810由间隙/空间850分离。
如图13A到图13B中所显示的井阵列可在大小和/或形状方面变化。举例来说，井阵列可大体上是浅的或深的。井阵列的分辨率受每个井腔室之间的间隔所影响。举例来说，井腔室之间的极小间隔允许更大数量的井收集更大数量的分析物或生物样品。在一些实例中，井阵列可经由消融衬底而形成。井阵列的图案可通过使用特殊图案或特殊遮罩且使遮罩经受激光消融来形成。
制造表面声波样品制备和检测装置
图14A到图14B示出了用于单独地制造前述节段中公开的SAW装置的示范性方法。图14A示出了样品制备组件和井阵列组件通过在单一基底衬底上制造声子结构和井阵列而彼此相邻定位。顶置板(例如，参见图13A，顶置板810)放置于组装线路900上。通过利用一系列辊的传送带样机制来促进顶置板沿着组装线路900的传送。顶置板的辊914退绕且经受模压单元910，其使材料经受强烈的热、压力或紫外光以使用模具使声子结构形成于顶置板上或嵌入于顶置板内。使用激光消融924产生井阵列。此后，顶置板穿过多个辊到表面处理组件920，其改变顶置板的属性。此后，顶置板穿过将测定试剂沉积于顶置板上的喷墨印刷机930。在一些实例中，所得结构可经受固化步骤。在其它实例中，所得结构可经受表面处理以改变其物理属性，例如，并入测定方案所需的功能化试剂。盖板(例如，图13A，盖板870)随后层压940到顶置板上。盖板可提供为退绕的辊905且使用辊移动。在将盖板放置于顶置板上之前，将合适的间隔物放置于顶置板与盖板之间以使得液体液滴能够在两个表面之间移动。组装的结构可分割950以产生单独的装置。
图14B示出了用于制造图13B中描绘的装置的示范性方法。顶置板(例如，参见图13B，顶置板810)的辊914经受使用模压单元910的制造工艺，其使顶置板经受强烈的热、压力或紫外光以在模具存在下形成声子结构的重复结构元件。此后，顶置板穿过表面处理组件920以改变顶置板表面的属性。此后，顶置板穿过喷墨印刷机930，以原位沉积测定试剂。为形成包含井阵列的检测模块，第一衬底(例如，参见图13B，衬底820)的辊906经受激光消融924。在层压单元940处，顶置板和含有井阵列的第一衬底组合到一起且随后以间隔开配置粘合。因此，顶置板和衬底在堆叠配置内竖直对准。此后，堆叠的衬底经受分割组件950，例如，以产生单独的装置。
传送液滴致动的本文中所描述的装置和系统和方法还可包括影响液滴致动的多种其它力。举例来说，液滴横跨表面的移动可包括电场介导的力、静电致动(例如电致动)、电润湿、介电泳、电场梯度或电极介导的力。在表面声波和数字微阵列电极的组合用于液滴操控的实施例中，本文中所描述的SAW装置可包括一系列或多个电极。
本文中所公开的集成装置可用于制备多种样品(例如生物样品)以用于所关注分析物的检测。在某些情况下，装置可用于执行数字免疫测定且检测与分析物的存在或不存在相关联的颗粒/珠粒的存在或不存在。
试剂盒和料筒
本文中还提供了在具有或不具有所公开装置的情况下用于进行上文所描述的方法的试剂盒。试剂盒可包括用所公开装置分析分析物的说明书。试剂盒中包括的说明书可附连到包装材料或可包括为包装插页。说明书可为书写或印刷的材料，但不限于这类材料。本公开涵盖能够存储这类说明并且将其传达给最终用户的任何媒体。这类媒体包括(但不限于)电子存储媒体(例如，磁盘、胶带、料筒、芯片)、光学媒体(例如，CD ROM)以及类似物。如本文中所使用，“说明书”可包括提供所述说明书的互联网网点的地址。
试剂盒可包括料筒，所述料筒包括微流体模块与内置式分析物检测，如上文所描述。在一些实施例中，微流体和分析物检测可为一起可逆集成的单独组件或可完全地或不可逆地集成在料筒中。料筒可为一次性的。料筒可包括适用于实践上文所公开的方法的一种或多种试剂。料筒可包括固持试剂的一个或多个容器，作为一种或多种单独组合物，或任选地，作为试剂的相容性将允许的掺合物。料筒还可包括从用户角度可适宜的其它材料，例如缓冲液、稀释液、标准物(例如，校准剂和对照物)，和/或适用于样品加工、洗涤或进行测定的任何其它步骤的任何其它材料。料筒可包括上文所描述的特异性结合成员中的一者或多者。
替代地或另外，试剂盒可包含校准剂或对照物，例如经纯化，且任选地冻干所关注分析物或在料筒上或单独地呈液体、凝胶或其它形式，和/或与上文所描述的装置和方法一起使用的至少一个容器(例如，套管、微量滴定板或条带)，和/或缓冲液，例如测定缓冲液或洗涤缓冲液，其中的任一者可作为浓缩溶液提供。在一些实施例中，试剂盒包含进行测定所必需的所有组分，即试剂、标准物、缓冲液、稀释液等。说明书还可包括用于产生标准曲线的说明书。
试剂盒可进一步包含用于定量所关注分析物的参考标准。参考标准可以用于建立用于内插和/或外推所关注分析物浓度的标准曲线。试剂盒可包括在浓度水平方面不同的参考标准。举例来说，试剂盒可包括具有高浓度水平、中等浓度水平或低浓度水平的一种或多种参考标准。在参考标准的浓度范围方面，这可根据测定来优化。参考标准的示范性浓度范围包括(但不限于)例如：约10fg/mL、约20fg/mL、约50fg/mL、约75fg/mL、约100fg/mL、约150fg/mL、约200fg/mL、约250fg/mL、约500fg/mL、约750fg/mL、约1000fg/mL、约10pg/mL、约20pg/mL、约50pg/mL、约75pg/mL、约100pg/mL、约150pg/mL、约200pg/mL、约250pg/mL、约500pg/mL、约750pg/mL、约1ng/mL、约5ng/mL、约10ng/mL、约12.5ng/mL、约15ng/mL、约20ng/mL、约25ng/mL、约40ng/mL、约45ng/mL、约50ng/mL、约55ng/mL、约60ng/mL、约75ng/mL、约80ng/mL、约85ng/mL、约90ng/mL、约95ng/mL、约100ng/mL、约125ng/mL、约150ng/mL、约165ng/mL、约175ng/mL、约200ng/mL、约225ng/mL、约250ng/mL、约275ng/mL、约300ng/mL、约400ng/mL、约425ng/mL、约450ng/mL、约465ng/mL、约475ng/mL、约500ng/mL、约525ng/mL、约550ng/mL、约575ng/mL、约600ng/mL、约700ng/mL、约725ng/mL、约750ng/mL、约765ng/mL、约775ng/mL、约800ng/mL、约825ng/mL、约850ng/mL、约875ng/mL、约900ng/mL、约925ng/mL、约950ng/mL、约975ng/mL、约1000ng/mL、约2μg/mL、约3μg/mL、约4μg/mL、约5μg/mL、约6μg/mL、约7μg/mL、约8μg/mL、约9μg/mL、约10μg/mL、约20μg/mL、约30μg/mL、约40μg/mL、约50μg/mL、约60μg/mL、约70μg/mL、约80μg/mL、约90μg/mL、约100μg/mL、约200μg/mL、约300μg/mL、约400μg/mL、约500μg/mL、约600μg/mL、约700μg/mL、约800μg/mL、约900μg/mL、约1000μg/mL、约2000μg/mL、约3000μg/mL、约4000μg/mL、约5000μg/mL、约6000μg/mL、约7000μg/mL、约8000μg/mL、约9000μg/mL或约10000μg/mL。
试剂盒中提供的任何特异性结合成员可并入有标记，例如荧光团、酶、树枝状聚合物、珠粒、纳米颗粒、纳米珠粒、微颗粒、微珠粒、聚合物、蛋白质、生物素/抗生物素蛋白标记或类似物，或试剂盒可包括用于标记特异性结合成员的试剂或用于检测特异性结合成员和/或标记分析物的试剂或用于检测分析物的试剂。若需要，试剂盒可含有一个或多个不同标签或标记。试剂盒还可包括诱发裂解的组分，例如裂解介导的试剂。举例来说，裂解介导剂可包括还原剂，例如二硫苏糖醇(DTT)或三(2-羧基乙基)膦(TCEP)。特异性结合成员、校准剂和/或对照物可提供于单独的容器中或预施配到适当的测定型式或料筒中。
试剂盒可包括一个或多个特异性结合成员，例如以在多路复用测定中检测样品中的一个或多个目标分析物。试剂盒中不同类型的特异性结合成员的数量可根据试剂盒的既定用途而广泛地变化。试剂盒中特异性结合成员的数量可介于1到约10，或更高的范围内。举例来说，试剂盒可包括1到10个特异性结合成员、1到9个特异性结合成员、1到8个特异性结合成员、1到7个特异性结合成员、1到6个特异性结合成员、1到5个特异性结合成员、1到4个特异性结合成员、1到3个特异性结合成员、1到2个特异性结合成员、2到10个特异性结合成员、2到9个特异性结合成员、2到8个特异性结合成员、2到7个特异性结合成员、2到6个特异性结合成员、2到5个特异性结合成员、2到4个特异性结合成员、3到10个特异性结合成员、3到9个特异性结合成员、3到8个特异性结合成员、3到7个特异性结合成员、3到6个特异性结合成员、3到5个特异性结合成员、3到4个特异性结合成员、4到10个特异性结合成员、4到9个特异性结合成员、4到8个特异性结合成员、4到7个特异性结合成员、4到6个特异性结合成员、5到10个特异性结合成员、5到9个特异性结合成员、5到8个特异性结合成员、5到7个特异性结合成员、5到6个特异性结合成员、6到10个特异性结合成员、6到9个特异性结合成员、6到8个特异性结合成员、6到7个特异性结合成员、7到10个特异性结合成员、7到9个特异性结合成员、7到8个特异性结合成员、8到10个特异性结合成员、8到9个特异性结合成员，或9到10个特异性结合成员。一个或多个特异性结合成员中的每一者可结合到不同目标分析物且每个特异性结合成员可用不同可检测标记标记。举例来说，试剂盒可包括结合到第一目标分析物的第一特异性结合成员、结合到第二目标分析物的第二特异性结合成员、结合到第三目标分析物的第三特异性结合成员等，且第一特异性结合成员用第一可检测标记标记，第二特异性结合成员用第二可检测标记标记、第三特异性结合成员用第三可检测标记标记等。除一个或多个特异性结合成员之外，试剂盒可进一步包含一种或多种额外的测定组分，例如合适的缓冲液介质等。最后，试剂盒可包含在根据本发明的分析物检测方法中使用特异性结合成员的说明书，其中这些使用说明书可在试剂盒包装上和/或包装插页上呈现。
任选地，试剂盒包括质量控制组件(例如灵敏度板、校准剂和阳性对照)。质量控制试剂的制备为所属领域中众所周知的且描述于多种免疫诊断产品的插页上。灵敏度板构件任选地用于建立测定性能特征，且进一步任选为试剂盒试剂的完整性和测定标准化的有用指示物。
试剂盒还可任选地包括进行诊断测定或促进质量控制评估所需要的其它试剂，例如缓冲液、盐类、酶、酶辅因子、底物、检测试剂等。其它组分，例如缓冲剂和用于分离和/或处理测试样品的溶液(例如，预处理试剂)还可包括于试剂盒中。试剂盒可另外包括一种或多种其它对照物。可冻干试剂盒中的组分中的一者或多者，在此情况下，试剂盒还可包含适用于复原冻干组分的试剂。组分中的一者或多者可呈液体形式。
试剂盒中的各种组分按需要任选地提供于合适的容器中。试剂盒进一步可包括用于固持或存储样品的容器(例如，用于尿液、唾液、血浆、脑脊髓液或血清样品的容器或料筒，或用于存储、输送或加工组织以便产生组织抽吸物的适当容器)。适当时，试剂盒任选地还可含有反应容器、混合容器和促进制备试剂或测试样品的其它组件。试剂盒还可包括有助于获得测试样品的一个或多个样品收集/获取仪器，例如各种血液收集/转移装置，例如微采样装置、微针状物或其它无痛微创血液收集方法；血液收集管；刺血针；毛细血液收集管；其它单指尖-刺血收集方法；口腔拭子、经鼻/喉拭子；16号或其它大小的针、用于穿刺活检的圆形刀片(例如，1到8毫米或其它适当大小)、手术刀或激光器(例如，具体地说手持式)、注射器、无菌容器或用于获得、存储或抽吸组织样品的插管；或类似物。试剂盒可包括用于辅助关节抽吸、锥形活检、穿孔活检、细针抽吸活检、图像引导式经皮针抽吸活检、支气管肺泡灌洗、内窥镜活检以及腹腔镜活检的一个或多个仪器。
如果标签或可检测标记是或包括至少一种吖锭化合物，则试剂盒可包含至少一种吖锭-9-甲酰胺、至少一种吖锭-9-甲酸酯芳基酯或其任何组合。如果标签或可检测标记是或包括至少一种吖锭化合物，则试剂盒还可包含过氧化氢源，例如缓冲液、溶液和/或至少一种碱性溶液。如果需要，那么试剂盒可含有固相，例如磁性颗粒、珠粒、膜、支架分子、薄膜、滤纸、磁盘或芯片。
如果需要，那么试剂盒可进一步包含单独的或与说明书进一步组合的一种或更多种组分，用于测定测试样品的其它分析物，其可为生物标记，例如疾病病况或病症的生物标记，例如传染病、心脏疾病、代谢疾病、甲状腺疾病等。
本发明具有多个方面，通过本文中所提供的非限制性实例示出。
集成DMF-电化学/电学/光学检测芯片、装置和系统
如前述节段中所提到，公开了一种配置成操作分析物检测芯片以制备样品且检测来自所述分析物检测芯片中的所制备测试样品的分析物相关信号的分析物检测装置。所述分析物检测芯片可包括可覆盖或可空间上分离的数字微流体(DMF)区域和分析物检测区域。在某些实施例中，分析物检测区域可包括用于检测在样品中存在分析物时所产生的电化学物质的电极。在其它实施例中，分析物检测区域可配置成用于检测在样品中存在分析物时所产生的光信号。DMF区域可用于将分析液滴转移到将光学上或电学上分析液滴的区域中。光学检测可为色度检测、浊度检测、荧光检测和/或图像分析。图像分析可包括检测来自分析物检测料筒的光学信号。光学信号可为光信号，例如色度、浊度或荧光信号。光学信号可为图像和色度或荧光信号检测的组合，例如用于检测具有空间上分隔的珠粒的井和用于确定其上捕获分析物分子的珠粒的部分的那些。电化学检测可涉及电流测定法、电量分析、电势测定法、电压测定法、电阻法或其组合。在一些实施例中，本公开的仪器操作以下中的一者或多者：包含DMF电极和井阵列的料筒；包含DMF电极和用于电化学感测的电极的料筒；和/或包含DMF电极和用于检测光学信号的可光学探查区域的料筒。在其它实施例中，本公开的仪器操作多功能料筒(例如，含有临床化学的检测区域，例如电化学物质或显色反应产物的检测和含有空间上分隔液滴部分的井阵列的检测区域的料筒)。
在某些情况下，临床化学可涉及检测由酶对底物的作用所产生的电化学物质或显色反应产物。举例来说，底物可为样品中存在的分析物且酶可对分析物具特异性且可通过作用于底物而产生电化学物质或彩色反应产物。在其它情况下，临床化学可涉及使用第一结合成员捕获分析物以产生包含分析物和第一结合成员的第一复合物；使所述复合物与结合到分析物的第二结合成员接触，以产生包含分析物、第一结合成员以及第二结合成员的第二复合物。第二结合成员在暴露于合适底物之后偶联到产生电化学物质或显色反应产物的酶。
短语“分析物检测芯片”、“分析物检测料筒”和术语“芯片”和“料筒”在本文中可互换使用以指代与本文中所公开的分析物检测仪器兼容的一次性或可再使用的样品加工装置。本文中所公开的分析物检测仪器还称为分析物检测装置，其用于在本文提供的芯片中加工样品。在某些实施例中，分析物检测芯片可包括第一衬底和第二衬底，其中第二衬底定位于第一衬底上方且与第一衬底由间隙分离。第一衬底或第二衬底可包括多个DMF电极。多个DMF电极可为可单独地控制以启动和停用的一系列电极。多个DMF电极可用绝缘材料覆盖以电隔离DMF电极。在某些实施例中，第一衬底与第二衬底之间的空间/间隙可填充有空气或惰性流体，例如油。在某些实施例中，DMF电极可如本文中的前述节段中所描述来布置。在示范性实施例中，一系列DMF电极可安置于第一衬底上且单一电极以与第一衬底上的所述一系列电极面对的配置安置于第二衬底上。所述一系列电极和单一电极可用绝缘层覆盖。在其它情况下，第一衬底上的所述一系列或多个电极可被配置为共面电极且第二衬底可不包括电极。DMF电极的各种配置描述于描述包含井阵列的集成微流体和分析物检测装置的前述节段中。DMF电极的这些配置中的任一者可存在于本文所公开的额外料筒中。
如前述节段中所描述，第一层和/或第二层中存在的电极可由大体上透明的材料，例如氧化铟锡、氟掺杂的氧化锡(FTO)、掺杂氧化锌等制造。另外，一个或两个衬底可为大体上透明的以促进光学探查。
分析物检测装置可含有用于在插入到装置中的分析物检测芯片中检测光学信号、电化学信号、电学信号的光学、电化学和/或电力构件。另外，分析物检测装置包括用于操作分析物检测芯片中存在的DMF电极的构件。本文中所公开的分析物检测装置可包括用于与本文中所公开的料筒相互作用的一个或多个接口。在某些情况下，料筒接口可为插入槽。在其它情况下，接口可为用于容纳料筒的凹槽且可由门或盖包封。分析物检测装置可包括可与多个分析物检测芯片兼容的单一接口。举例来说，插入槽可与检测电化学信号的分析物检测芯片、检测光学信号的分析物检测芯片和/或检测电学信号的分析物检测芯片兼容。在某些实施例中，分析物检测装置可配置成用于操作多个分析物检测芯片，例如用于使用多个芯片同时检测不同样品中的相同分析物或用于使用多个不同芯片同时检测相同样品中的多个不同分析物。在这类实施例中，装置可包括多个接口，例如插入区域。
本公开的分析物检测芯片可任选地包括血浆分离组件。在某些实施例中，血浆分离组件可包括捕获全血样品中存在的细胞的过滤器，从而允许血浆过滤通过且可用于加工成样品液滴以供分析。在其它实施例中，血浆分离组件可为流体分离元件。在下文公开分析物检测芯片的实施例。下文描述的分析物检测芯片中的任一者可任选地包括血浆分离组件。在某些情况下，血浆分离组件可为市售可得的膜。在某些实施例中，例如购自International Point of Care公司(例如，PrimecareTM亲水不对称膜)或购自颇尔公司(Pall Corporation)(例如，VividTM血浆分离膜)的那些膜的市售可得的膜可用于分离血浆。在某些情况下，膜可集成到本公开的料筒中。在其它实施例中，本公开的芯片、仪器和系统可被配置成检测全血样品中的分析物。
i.DMF-电化学检测料筒
在某些实施例中，本文中所公开的料筒包括DMF区域和可覆盖或在空间上分隔的分析物检测区域。DMF区域可用于将分析液滴转移到将电化学地分析液滴的检测区域中。通过利用检测通过由样品中分析物的存在产生的电活性物质产生的电学信号的工作电极来进行电化学分析。由于电学信号与样品中存在的分析物的量成比例，所以可定量检测到的电学信号以确定样品中分析物的存在或浓度。电化学检测可涉及电流测定法、电量分析、电势测定法、电压测定法、电阻法或其组合。
在某些实施例中，电化学物质可通过分析物特异性酶对分析物的作用产生。在其它实施例中，电化学物质可通过酶对底物的作用产生。在这类实施例中，酶不对分析物具特异性。实际上，酶偶联到特异性结合到分析物的结合成员。在某些实施例中，可包括氧化还原介体以便放大由电化学物质产生的电学信号。分析物特异性酶和氧化还原介体是众所周知的且可基于所需灵敏度和/或特异性而选择。
用于检测电化学物质的电极可以多个配置提供。这类电极可与DMF电极分离或可为已修改成用于电化学感测的电极的DMF电极。含有DMF电极和用于电化学感测的电极的分析物检测芯片的示范性配置在下文进一步描述。
图31A到图31F提供了本公开的芯片中存在的电极的示意图。图31A描绘了用于将液滴转移到芯片的传感器区域311的DMF电极310。传感器区域311包括工作电极312和参考电极313。图31B描绘了定位于传感器区域311上的液滴314。图31C示出了传感器区域311、工作电极312和参考电极313，其中电极为半圆形的且以共面配置安置。虽然此处未显示，电极中的一者可与其它电极以面对的配置放置。在这类实施例中，用于电化学检测的传感器区域可包括将工作电极和参考电极分离的间隙，其中使电极在液滴移位到传感器区域中时电学连接。工作和参考电极经由引线315连接到接触垫316和317。接触垫可操作地连接到操作芯片的装置。用于电化学检测所关注分析物的电极的额外配置显示于图31D到图31E中。在图31D中，工作电极312为圆形的，而参考电极313为弧形的且与工作电极同心并包围工作电极。在图31E中，传感器区域包括三个电极——工作电极312、参考电极313和对立电极318。将液滴和电极设定大小以使得液滴与工作和参考电极两个(如果存在，和对立电极)接触。图31F描绘了液滴和工作电极的相对大小且电极的大小和形状被配置成符合液滴大小。应注意，在这个实施例中，参考电极以与工作电极面对的配置存在。工作电极313具有小于具有第二直径B的液滴314的第一直径(A)。第一直径A可为约50μm到1.9mm。第二直径B可为约100μm到2mm。电极直径与液滴直径的其它比率还可用于本公开的芯片中。在实施例中，在工作和参考电极(如果存在，和对立电极)呈共面配置时，电极的总面积(包括电极之间的任何间隙)可被定大小以符合液滴直径(参见图31B)。
在某些实施例中，电化学传感器，例如图31A到图31F中所描绘的那些，可在与DMF表面对置的表面上，例如在单一顶部电极上。以这种方式，DMF电极可使得样品液滴移动以与电化学传感器接触，其中样品液滴可被探查同时也可与DMF电极接触。
图32A到图32C描绘了包括DMF电极(310)的分析物检测芯片，其中DMF电极被修改成适用于电化学检测的感测电极(310A、310B或310C)。在图32A中，通过在安置于DMF电极上方的绝缘层中产生开口来修改DMF电极310A，所述开口提供液滴与用于电化学感测的修改的DMF电极310A之间的接触区。在图32B中，修改的DMF电极310B在覆盖DMF电极的绝缘层中包括多个插销孔开口以用于液滴与修改的DMF电极之间的接触。在图32C中，DMF电极覆盖有通过暴露于光可去除的绝缘层。一个或多个DMF电极可暴露于光311以去除绝缘层，进而产生不被绝缘层覆盖且可由此接触液滴的修改的DMF电极。在图32C中，电极310C暴露于光以去除光敏感性绝缘层并暴露电极。还可暴露以与DMF电极310面对的配置安置的DMF电极以提供参考电极。举例来说，DMF电极可被修改成在与电极310A、310B或310C呈面对配置的区域中包括一个开口或多个开口。
在另一个实施例中，DMF电极可安置于第一衬底上且用于电化学感测的电极中的至少一者可安置于第二衬底上。在一些实施例中，DMF电极可安置于第一衬底上且用于电化学感测的工作和参考电极可安置于第二衬底上。
在某些实施例中，DMF-电化学芯片可包括毛细管区域且用于电化学感测的电极可安置于毛细管区域上。毛细管区域可促进液滴移动到电化学感测的毛细管区域中。
在某些实施例中，本公开的分析物检测芯片可包括如美国专利第5,200,051号中公开的感测区域。如美国专利第5,200,051号中所描述，提供适用于确定所关注分析物的存在和/或浓度的感测电极。感测电极检测通过酶对分析物的作用响应于分析物所产生的电化学物质。感测电极还称作工作电极。如文献中所已知，电化学物质的产生可涉及使用氧化还原介体。此外，酶和/或氧化还原介体可存在在感测电极处局域化的试剂混合物中。在其它情况下，可使用DMF电极将酶和/或氧化还原介体引入到芯片中以从连接到芯片的储槽中输送含有酶和/或氧化还原介体的液滴。
在其它实施例中，可利用免疫测定。简单点说，在示范性免疫测定中，分析物可由结合到分析物的第一结合成员(例如，受体、适体或抗体)捕获。在任选的洗涤步骤之后，结合到分析物的第二抗体可用于产生复合物。第二结合成员(例如，抗体或适体)可偶联到酶，所述酶可作用于底物以产生由工作电极检测的电化学物质。在某些情况下，酶可水解底物。这种水解的底物可随后经历产生用本公开的分析物检测芯片电化学地检测的电活性物质(例如，分子氧和过氧化氢)的浓度的改变的反应。这类免疫测定还通过偶联到第二结合成员的碱性磷酸酶来示范。碱性磷酸酶与底物(磷酸5-溴-4-氯-3-吲哚酚)反应以产生电活性物质(分子氧和过氧化氢)的浓度的改变，所述电活性物质用DMF-电化学检测芯片来电化学地检测。夹心和竞争测定均可使用美国专利第5,200,051号中描述的程序实现。在这些测定中，除DMF电极以外，可包括工作(或感测)电极和任选的参考电极。生物活性层可固定于工作电极上，所述生物活性层包括结合到所关注分析物的第一特异性结合成员(例如，受体或抗体)。在其它实施例中，样品可使用DMF电极来加工且输送到用于检测电化学物质的工作/参考电极。
在本公开的一个实施例中，分析物检测芯片可用于制备包括电化学物质的液滴。举例来说，将样品液滴与含有作用于分析物上的酶的液滴混合以产生电化学物质的步骤可通过芯片的DMF电极来进行且将含有电化学物质的液滴(或其部分)移动到工作和参考电极以用于检测且任选地测量电化学物质。
在其它实施例中，DMF电极可进行将样品液滴与含有偶联到磁性珠粒的第一结合成员(例如，受体或抗体)的液滴混合的步骤。所得液滴可与含有偶联到酶的第二抗体的另一液滴混合。所得液滴可随后与缓冲液液滴混合以洗去任何未结合的第二抗体且液滴与含有酶的底物的液滴混合且将所得液滴移动到工作/参考电极以用于检测由酶对底物的作用而产生的电化学物质。在这类实施例中，由于工作电极不需要通过附着结合成员(例如，结合到分析物的受体、适体或抗体)功能化，所以相同分析物检测芯片可用于通过仅仅装载含有对待检测/测量分析物具特异性的结合成员的液滴来检测不同类型的分析物。可使用例如前述节段中描述的那些的任何免疫测定型式。DMF电极可用于例如以前述节段中描述的方式进行样品制备以用于免疫测定。
通过所公开的分析物检测芯片来实现类似优点，其中分析物通过酶的作用来直接地检测。举例来说，代替将酶(和额外试剂，例如氧化还原介体)定位于工作/感测电极上，可将含有试剂的液滴与样品液滴混合且在分析物存在于样品中时将所得液滴移动到工作/感测电极以用于检测由酶产生的电化学物质。因此，相同的芯片可用于通过仅仅装载含有作用于待检测/测量分析物的酶的液滴来检测不同的分析物。举例来说，例如葡萄糖氧化酶或去氢酶的酶可用于检测葡萄糖；乳酸脱氢酶用于检测乳酸盐；肌酸酐酰胺水解酶、肌酸酶或肌酸激酶用于检测肌酸；等等。在一些实例中，葡萄糖去氢酶可为烟碱酰胺二核苷酸葡萄糖去氢酶(NAD-GDH)、吡咯喹啉醌葡萄糖去氢酶(PQQ-GDH)或黄素-腺嘌呤二核苷酸葡萄糖去氢酶(FAD-GDH)。在其它实例中，分析物可为β-羟基丁酸盐(酮)且酶可为羟基丁酸盐去氢酶。
用于检测电化学物质所需要的电极的大小和形状(例如，工作和参考电极)可凭经验确定或可基于文献。举例来说，电极可类似于美国专利第5,200,051号中公开的那些电极，所述专利以全文引用的方式并入本文中。电极的材料可为有益于电化学感测的任何材料。示范性电极材料包括碳、铂、金、银、铑、铱、钌、汞、钯和锇。在某些情况下，工作电极可由银制成且参考电极可为银/卤化银(例如，氯化银)。
在某些实施例中，工作电极(和任选的参考电极)可用选择渗透性层覆盖。选择渗透性层可大体上不包括具有约120kDa或更大分子量的分子，同时允许具有约50kDa或更小分子量的分子自由渗透。
在某些实施例中，干扰具有大于所需阈值(例如，大于120kDa)的分子量的电活性物质可通过使用美国专利第5,200,051号中所描述的选择渗透性硅烷层来有效地排除与工作电极表面相互作用。然而，这种选择渗透性层允许低分子量电活性物质(如分子氧和过氧化氢)与底层电极表面经历氧化还原反应。这种选择渗透性层可尤其适用于安培测量。
在电位测量中，具有有益于进一步并入某些离子载体化合物的官能基和化学属性的聚合材料可用作半透性离子敏感膜，其建立在分析物检测芯片的工作电极上。电极-膜接口处的电位的发展取决于一些预选离子物质在平衡时建立的电荷密度。这类离子物质的标识通过选择并入在半透性膜中的离子载体来确定。继而固定于本文中所描述的生物层中的酶催化样品中存在的特定分析物转化成预选的离子物质。如在本文中所提及，酶可不固定于生物层中但实际上通过将含有酶的液滴输送到样品液滴和两个液滴的融合物的DMF电极来使其接近分析物。
在另一个方面中，本公开的分析物检测芯片可包括用于输送且任选的加工样品液滴的DMF电极和用于检测分析物，例如离子，例如Na2+、K+、Ca2+等的修改的DMF电极。对于检测样品中的离子，修改的DMF电极可覆盖有离子选择性膜而非覆盖DMF电极的离子不透性绝缘层。
氧化还原介体
可存在于本公开的芯片中或经由液滴引入到本公开的芯片中的氧化还原介体的代表性实例包括有机金属氧化还原物质，例如包括二茂铁的金属茂或无机氧化还原物质，例如六氰化铁(III)、钌六胺等。在本发明的传感器中可用作氧化还原介体的额外合适的电子转移剂为具有一种或多种配体的锇过渡金属复合物，每一个配体具有含氮杂环，例如2,2'-联吡啶、1,10-啡啉、1-甲基、2-吡啶基联咪唑或其衍生物。电子转移剂还可具有共价结合到聚合物中的一个或多个配体，每一个配体具有至少一个含氮杂环，例如吡啶、咪唑或其衍生物。电子转移剂的一个实例包括(a)具有吡啶或咪唑官能基的聚合物或共聚物和(b)与两个配体复合的锇阳离子，每个配体含有2,2'-双吡啶、1,10-啡啉、或其衍生物，两个配体不必相同。用于与锇阳离子复合的2,2'-双吡啶的一些衍生物包括(但不限于)4,4'-二甲基-2,2'-双吡啶和单烷氧基-2,2'-双吡啶、二烷氧基-2,2'-双吡啶和聚烷氧基-2,2'-双吡啶，包括4,4'-二甲氧基-2,2'-双吡啶。用于与锇阳离子复合的1,10-啡啉的衍生物包括(但不限于)4,7-二甲基-1,10-啡啉和单烷氧基-1,10-啡啉、二烷氧基-1,10-啡啉和聚烷氧基-1,10-啡啉，例如4,7-二甲氧基-1,10-啡啉。与锇阳离子复合的聚合物包括(但不限于)聚(1-乙烯基咪唑)(称作“PVI”)和聚(4-乙烯基吡啶)(称作“PVP”)的聚合物和共聚物。聚(1-乙烯基咪唑)的合适共聚物取代基包括丙烯腈、丙烯酰胺和取代的或季胺化的N-乙烯基咪唑，例如与聚(1-乙烯基咪唑)的聚合物或共聚物复合的锇电子转移剂。实施例可采用具有范围介于约-200mV到约+200mV的氧化还原电位的电子转移剂与标准甘汞电极(SCE)。
酶
可基于待检测分析物或待利用底物(例如，在免疫测定中)选择与本公开的分析物检测芯片结合使用的酶。酶的非限制性实例包括以下中的一者或多者：葡萄糖氧化酶、葡萄糖去氢酶、NADH氧化酶、尿酸酶、尿素酶、肌酸酶、肌氨酸氧化酶、肌酸酶、肌酸激酶、肌酸酰胺水解酶、胆固醇酯酶、胆固醇氧化酶、丙三醇激酶、己糖激酶、丙三醇-3-磷酸酯氧化酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、淀粉酶、脂肪酶、酯酶、γ-谷氨酰转肽酶、L-麸氨酸盐氧化酶、丙酮酸酯氧化酶、心肌黄酶、胆红素氧化酶以及其混合物。
ii.DMF光学芯片
在某些实施例中，分析物检测芯片可用于产生指示由芯片分析的分析物在样品中存在的光学信号。光学信号可为例如色度信号、浊度信号和/或荧光信号。光学信号的量值可与分析物的量成比例且可用于确定分析物在样品中的存在或浓度。
在某些实施例中，分析物检测芯片的衬底中的至少一者可为透明的以促进光学信号的检测。另外，DMF电极可为透明的。
DMF电极可用于加工样品液滴以产生指示分析物在样品中存在的光学信号。光学信号可由酶对底物的作用而产生。任何测定型式可用于产生光学信号，例如色度测定(例如，检测由分析物特异性酶的作用所产生的显色反应产物)、免疫测定、夹心免疫测定(例如，单克隆-多克隆夹心免疫测定)，包括酶检测(酶免疫测定(EIA)或酶联免疫吸附测定(ELISA))、竞争抑制免疫测定(例如，正向和反向)、酶倍增免疫测定技术(EMIT)、颗粒增强的浊度抑制免疫测定(PETINIA)、均相酶免疫测定(HEIA)、竞争结合测定、生物发光共振能量转移(BRET)、一步抗体检测测定、均相测定、非均相测定、运行捕获测定等。这些和其它测定型式详细地描述于前述节段中。
本文中所提供的料筒可包括DMF区域和含有用于空间上分离分子以用于光学分析的多个井的区域。这类料筒可用于核酸测试(NAT)。举例来说，DMF区域可通过扩增可存在于样品中的靶核酸来加工样品。在一些实施例中，NAT可测定可存在于样品中的多种不同靶核酸。
可测量的光学信号包括荧光、化学发光、色度、浊度等。在某些实施例中，光学信号可使用分光光度计检测。举例来说，光学信号可如《分析和生物分析化学(Anal BioanalChem)》(2015)407:7467-7475中所描述进行检测，其以全文引用的方式并入本文中。在这个技术中，定制歧管将光纤与数字微流体芯片对准，从而允许在装置的平面中进行光学测量。因为装置上液滴的宽度比厚度更大，这种技术的平面内对准允许其优于数字微流体(DMF)装置上竖直吸收度测量的灵敏度。在其它实施例中，光学信号可在与芯片垂直的平面处测量。
在某些实施例中，DMF-光学料筒可包括用于照射料筒中的液滴的内置式或单独组件。内置式或单独组件还可用于检测来自照射液滴的光。举例来说，波导可用于照射料筒中的液滴。波导还可用于检测来自液滴的光学信号。在某些情况下，DMF-光学料筒的区域可由波导材料制成。在某些情况下，DMF-光学料筒的一个或两个衬底可为波导。可以最小耗损传送光的任何合适的波导管可用于这类料筒中。
光学信号产生可涉及用光源照射液滴且使用检测器(例如光谱仪或CMOS检测器)测量来自液滴的光。
用于光学检测由酶的作用产生的信号的示范性芯片示出于《分析和生物分析化学》(2015)407:7467-7475中的图7中。图7在本文中再现为图33。如图33中所显示，DMF芯片包括PPM盘331，分析物在其上被吸收。DMF芯片用于提取反应区中PPM盘的分析物荧光素且移动到检测区并定位成邻近于光纤。激光器用于激发荧光素且使用光纤测量其发射。
在某些实施例中，DMF-光学芯片可不配置有光纤。在这些实施例中，可从竖直方向上探查液滴，且测量来自液滴的反射光、发射光或吸光度。
iii.DMF-成像芯片
本文中还提供了配置成用于图像分析的DMF芯片。DMF芯片可包括第一衬底上的电极阵列(单独地或共同通电)，所述电极用绝缘层覆盖。第一衬底可与第二衬底隔开。在某些情况下，第二衬底可包括与电极阵列呈面对配置的接地电极。
两个衬底被间隙分离。在某些情况下，衬底被约5μm或更小(例如1μm)的窄间隙分离。在某些情况下，DMF芯片的一部分可包括衬底被约5μm或更小(例如1μm)的窄间隙分离的区域。举例来说，引入样品的区域中衬底之间的间隙可相对更宽(约100μm)，而使样品液滴(或加工的样品液滴)成像的间隙较窄。较小间隙高度使得产生可成像且分析的单层颗粒，因此使得单一颗粒的分析更直接。
图34A显示了红血细胞(RBC)由椭圆表示的可能呈现。间隙高度限制RBC在间隙内形成多个层。定位于DMF芯片上方的图像传感器用于收集用于分析的光学数据。在这个实施例中，照射与图像传感器协同定位。顶部衬底必须为光学上清楚的以用于照射和成像。DMF芯片的平面外是用于收集用于分析的光学数据的成像检测器。成像器技术可包括(但不限于)CMOS和CCD技术。
图34B描绘了芯片的一部分包括由较大间隙分离的衬底的DMF-成像芯片，所述间隙连接到毛细流动区域，所述毛细流动区域具有被定尺寸以将颗粒分散到单层中的间隙。芯片的DMF部分适用于有效地控制流体流、混合流体、移动或将颗粒分离到芯片上的不同活性试剂区域或适用于分析型操作的其它动作(稀释等)，而毛细流动区域是通过芯片的DMF部分上存在的液滴由于毛细管力到狭窄毛细管间隙的流动间隙转变来形成颗粒单层的通道。这允许经由成像检测器分析液滴中存在的材料，所述成像检测器定位于且集中在毛细流动区域上。芯片的DMF部分控制流体且毛细流动区域形成用于色度、吸光度、透射、荧光颗粒计数和成像(如细胞)的分析型区域。毛细管通道中的计数和成像可在颗粒的静态定位下或随着颗粒流动穿过通道来完成。
图34B的芯片中的DMF区域内的间隙不需要限制用于颗粒物质单层的间隙高度，实际上，由于成像检测器集中在毛细流动区域上，所以毛细流动区域的间隙保持在防止形成多层的值下。成像检测器组合件可具有多个视野深度和镜片的移动以聚焦于毛细管通道内的内含物上或适应不同的毛细管高度。
图42A和图42B描绘了集成样品制备和样品分析料筒的实施例。具有DMF元件和成像腔室的料筒1000的示意图提供于图42A中。包括DMF电极1003的第一衬底1001以与第二衬底1002间隔开的方式安置。第一衬底与第二衬底之间的空间变化以使得料筒的第一区域包括具有高度h1的第一腔室且第二区域包括具有高度h2的第二腔室。如图42A中所描绘，h1高于h2。在某些实施例中，h1可介于20到200微米(μm)，例如50到200微米、75到200微米、100到200微米、125到200微米、100到175微米范围内，例如150微米，且h2可介于2到10微米(μm)，例如2到8微米、2到6微米、3到6微米范围内，例如4微米。所公开料筒1000的方面包括第一腔室配置成用于致动样品液滴，例如血液液滴以移动第一腔室中的血液液滴以使得液滴接触安置于第一腔室中的试剂，进而促进在第二腔室中加工样品且准备后续分析的实施例。举例来说，第一腔室可包括用于染色血液样品中存在的细胞以促进细胞检测/计数、全血细胞计数和/或其它血液学测量(例如细菌、RBC、WBC和/或血小板等的染色、计数和/或形态分析)的试剂。如本文中所公开，可操作DMF电极以将样品液滴移动到第一腔室中具有以干燥形式或以液滴形式安置的试剂(例如，染色试剂，例如结合到核酸的染料，例如吖啶橙、溴化乙锭、TOTO、TO-PRO或SYTOX)的区域。样品液滴可与试剂混合以提供试剂在样品液滴中的均匀分布。混合可通过分裂且合并样品液滴直到至少80％染色试剂均匀地分布在样品液滴内来进行。第二腔室至少在成像区1004中可为透明的以促进从第一腔室换位到第二腔室的样品的光学分析。如所显示，第二腔室可配置成促进样品中存在的细胞作为单层分布，避免覆盖细胞，这往往会在细胞的光学分析中引起误差。第二衬底1002可包括由引入肩部的倾斜区域分离的第一平面区域和第二平面区域或改变第一平面区域相对于第二平面区域的平面高度的阶梯元件1006。两层的第二衬底安置于大体上为平面的第一衬底上方以提供包括具有不同高度的两个腔室的料筒。如本文中所论述，样品可通过毛细作用、DMF电极、SAW或其它方法从第一腔室移动到第二腔室中。
图42B提供了包含由通过具有高度h3的间隔物间隔开的第一衬底2002和第二衬底2003界定的第一腔室2001的料筒2000的实施例的示意图。料筒2000还包括由通过具有高度h4的珠粒2007间隔开的第三衬底2006和第四衬底2005界定的第二腔室2004。描绘了第一衬底具有DMF电极2008，尽管DMF电极可存在于第二衬底上或两个衬底上，如本文中所描述。类似于图42A中的料筒，第一腔室具有大于第二腔室的高度的高度。在某些实施例中，h3可介于20到200微米(μm)，例如50到200微米、75到200微米、100到200微米、125到200微米、100到175微米范围内，例如150微米，且h4可介于2到10微米(μm)，例如2到8微米、2到6微米、3到6微米范围内，例如4微米。图42B中描绘的料筒包括分散在用于界定第二腔室的均一高度以促进细胞作为单层分布的第三衬底与第四衬底之间的聚苯乙烯珠粒。第二腔室的至少一部分可为透明的以促进由光学装置2010探查。类似于图42A中的料筒，第一腔室致动样品2012以准备在第二腔室中进行分析(例如，通过与染色试剂混合)。还描绘了分散于第二腔室中的单层中的细胞2015。可定位光学装置以通过第三或第四衬底探查样品。在某些实施例中，第一衬底2002和第三衬底2006可由单一衬底形成以使得料筒具有共同的底部衬底。第一腔室和第二腔室可配置成利用毛细作用、DMF电极、SAW或其它方法使得样品从第一腔室移动到第二腔室。
DMF腔室和成像腔室的额外配置包括图42C到图42E中描绘的实施例。料筒可包括DMF腔室，所述DMF腔室包括可操作地连接到成像腔室的用于样品制备(例如，将样品液滴与染色试剂混合)的DMF电极。如图42A和图42B的描述中所提到，DMF腔室的高度(h1)可范围介于20到200微米(μm)，例如50到200微米、75到200微米、100到200微米、125到200微米、100到175微米，例如150微米，且成像腔室的高度(h2)可范围介于2到10微米(μm)，例如2到8微米、2到6微米、3到6微米，例如4微米。图42C描绘了包含由安置于第二衬底1102上方的第一衬底1101界定的DMF腔室的料筒1100a。DMF电极未示出且可存在于第一和/或第二衬底上。第二衬底1102延伸到由第二衬底1102和第三衬底1104界定的成像腔室。间隔物1103界定DMF腔室的远端。间隔物1103可接触第一衬底1101的下部表面和衬底1104的上部表面。图42D描绘了成像腔室经由两部分间隔物1103a到1103b可操作地连接到DMF腔室的料筒1100b，其中第一部分间隔物(1103a)安置于第一衬底1101与第三衬底1104之间且第二部分间隔物(1103b)安置于第二衬底1102与第四衬底1105之间。图42E描绘了成像腔室安置于DMF腔室的远侧区中的料筒1100c。DMF腔室由衬底1101和1102界定。成像腔室由衬底1101和衬底1104界定。间隔物1103支撑衬底1104。
如在本文中所提到，DMF腔室可以可逆地耦合到分析物检测区(电化学检测、电学检测、光学检测等)以形成集成或半集成料筒。DMF腔室和分析物检测区的耦合可如本文中所描述来进行。
在某些实施例中，料筒可包括用于分析血液样品的试剂且可如美国专利第6,004,821号或美国专利第8,367,012号中所公开进行配置，所述专利以全文引用的方式并入本文中。在某些实施例中，用于样品制备的DMF电极和腔室可如WO2016/161400、WO2016/161402或US2015/0298124中所公开进行配置，其以全文引用的方式并入本文中。应了解，替代或除DMF电极以外，料筒可配置成用于通过SAW致动样品液滴。
iv.具有多个检测区域的DMF芯片
本文中还提供了允许在单一DMF芯片上使用多个分析和技术的DMF芯片。图35显示已产生特异性检测区的DMF芯片布局，不利用单一检测技术，而是产生配置成用于检测技术本身的区域。举例来说，区域350a可产生且配置成允许电化学检测；区域350b特定针对成像分析，且区域350c用于基于吸光度的测量。
图35中描绘的芯片提供了小型DMF芯片，在其上可利用不同的检测技术执行多个典型的诊断测试。举例来说，血液学测量通常依赖于成像分析，而临床化学或免疫测定测量通常依赖于基于电化学或光学的检测。使用这个芯片，用户可横跨多个诊断分析装置利用单一血液收集，由此极大地为用户简化了诊断工艺和时间以得到结果。
图36示出了由成像、光子和电化学感测构成的DMF芯片布局。DMF配置可取决于诊断要求而为任何组合和/或数量的感测区。可利用例如CMOS技术的成像传感器。在需要较高灵敏度的情况下，可使用CCD或增强的CCD(eCCD)。CMOS检测器是多功能的以使得其可用作具有恰当涂层的电化学传感器。在需要高灵敏度光子感测的情况下，可使用(从最高到最低列举)光电倍增管(PMT)或雪崩光电二极管检测器(APD)或光电二极管。可通过使用发光二极管(LED)或固态型激光器来实现照射。所显示的照射配置解决了明视场和荧光激发。二色性或光束分光器反射荧光激发波长且传输发射波长。二色性中的带通波长将允许所传输的明视场波长传输到传感器。二色性光学组件不需要用于传输的光分析，仅荧光。额外激发和发射过滤器可为不同测定所需要且可包括于相应光学路径中。与这种芯片兼容的分析物检测仪器可被配置成包括用于检测光学信号和电学信号的构件。举例来说，分析物检测仪器可包括成像传感器，例如CMOS、CCD或增强的CCD(eCCD)照相机、PMT、APD。另外，分析物检测仪器可包括用于样品照射的构件，例如LED、激光器以及类似物。
具有多个检测区域的DMF芯片的一个实施例显示于图37中。图37中的芯片包括样品获取端口，通过所述端口将20到80μl全血样品装载到芯片上且紧接着转移到样品可滞留至多半小时或更长时间的再悬浮区域。再悬浮区域用于在将血液分布为体积为0.5到1μl的5等分试样之前再悬浮血液。再悬浮通过往复血液样品以使得流体路径允许血液完全倒置、流体路径＞血块长度的2×来实现。
再悬浮血液转移且划分成若干等分试样。单独地，将每个等分试样转移到通过试剂部分的感测/成像区域，以染色、球化或裂解细胞。混合通过等分试样在这个区域中的往复运动来实现。图式示出用于血液学测量的不同试剂和成像区域。干燥消耗品中的所有试剂。流体路径中的其它涂层提供用于操纵液体的疏水和亲水表面。可包括替代配置以用于进行电化学感测和光学感测。血小板(PLT)、网织红细胞(RETC)和成核红血细胞(NRBC)可在与红血细胞(RBC)和白血细胞(WBC)相同的成像区域中成像。DMF可用于收集获取端口中的样品，再悬浮样品，任选地包括等分试样分割，且染色全部样品。这类芯片可用于测定血液凝集，例如确定血液类型。
图38和图39示出能够电化学和光学检测的DMF芯片。在填充端口处从患者获得20到80μl的全血样品且紧接着转移到样品可滞留至多半小时或更长时间的再悬浮区域。再悬浮区域用于在分布血液之前再悬浮血液。再悬浮通过往复血液样品以使得流体路径允许血液完全倒置、流体路径＞血块长度的2×来实现。样品被转移且划分成两个等分试样；一个用于血浆分离且另一个用于全血分析。血浆分离可用分离介质获得；即过滤，或通过利用DMF能力的流体方法进行。消耗品利用与图37中的血液学构建相同的成像传感器布局。每个成像区域具有用于试剂混合的相对应的区域。干燥“染色和混合区域”中的所有试剂。为了提供样品洗涤，可将用于洗涤的试剂包装添加到流体学设计(图39)。
v.分析物检测装置
如在本文中所提到，提供了包括用于与分析物检测芯片相互作用的料筒接口的分析物检测装置。在某些实施例中，分析物检测装置可与仅一种类型的分析物检测芯片兼容。这种分析物检测装置可包括单一料筒接口，例如单一插入槽，且可在插入到所述槽中的单一芯片上操作。在其它实施例中，分析物检测装置可包括多个料筒接口，例如可用于操作多个芯片(相同类型，装载有不同样品)的插入槽。在又其它实施例中，分析物检测仪器可包括单一槽，其中可插入单一分析物检测芯片。然而，分析物检测装置可为可在多个不同类型的分析物检测芯片上操作的多功能仪器或通用仪器，所述芯片例如两个或更多个DMF-电化学检测芯片；DMF-光学检测芯片(DMF-纳米井检测芯片，包括DMF-NAT检测芯片；DMF-成像芯片，其中DMF和光学检测区域是相邻的、部分集成的或完全集成的，如本文中所描述)；DMF-电芯片；以及具有多个检测区域的DMF芯片。在一些实施例中，通用仪器可包括用于每个不同分析物检测芯片的单独的插入槽。在其它实施例中，通用仪器可具有与不同类型的分析物检测芯片兼容的单一插入槽。多功能或通用分析物检测仪器可包括光学检测和电学检测单元。
分析物检测装置可包括用于致动DMF电极的电源和电路。取决于装置在上面操作的分析物检测芯片，分析物检测装置可包括用于检测来自工作电极的电学信号(电化学检测)的电路；光学检测，其可包括用于检测用于成像的光信号和照相机的传感器；以及其组合。分析物检测装置可包括存储器或可以可操作地连接到存储操作分析物检测芯片的指令的存储器。在某些情况下，可通过运行用于执行产生分析物相关信号和检测信号所需的步骤的程序的处理器来操作装置。分析物检测装置还可包括算法以基于检测到的电学信号或光信号来计算分析物的浓度。
本文中所公开的分析物检测装置还可被配置成在DMF-纳米井料筒，例如PCT/US2016/025785中公开的那些上操作。在某些实施例中，可如PCT/US2016/025785或PCT/US2016/025787中所公开来配置和形成本文提供的料筒的DMF部件(例如，DMF-电化学检测芯片、DMF-光学检测芯片以及类似物)。
图40A和图40B描绘了分析物检测装置。图40A中的分析物检测装置410a与单一类型的分析物检测芯片兼容。图40A中的装置410a可包括单一接口，例如用于单一类型的分析物检测芯片的单一槽411a。在某些情况下，图40A中的装置410a可包括多个接口，例如各自容纳相同类型的分析物检测芯片的槽(411a、411b、4111c、411d)。图40A中的装置410a可用于针对分析物的存在同时分析多个样品。在某些实施例中，图40A中的装置可包括外壳，所述外壳包括可操作地连接到存储器的处理器413，所述存储器含有使用检测芯片的程序。槽411a和额外槽(如果存在)可全部含于外壳中。在其它实施例中，外壳可仅包括处理器且可任选地包括屏幕或显示器以及足以连接到包含一个或多个槽(例如槽411a到411d)的单独装置且操作所述单独装置的硬件和软件。因此，在一些实施例中，装置的操作系统可与其中放置料筒的槽实体上分离。
图40B中的装置410b包括多个槽412a、412b、412c和412d。槽412a与DMF-电化学检测芯片兼容。槽412b与DMF-光学检测芯片兼容。槽412c和412d分别与DMF-纳米孔和DMF-纳米井芯片兼容。装置410a和410b还包括可操作地连接到存储器的处理器413，所述存储器含有使用检测芯片的程序。类似于装置410a，装置410b可包括含有处理器413的外壳、任选的屏幕或显示器，且槽412a到412d或外壳可不包括槽412a到412d，其可存在于连接到装置410b的单独装置中。
图40C描绘了与图40A和图40B中显示的分析物检测装置兼容的分析物检测芯片。在某些实施例中，本文中所描述的装置和系统可包括可用于使单一槽适应不同类型的料筒的料筒适配器。举例来说，料筒适配器1可包括用于连接到槽1的第一接口和用于连接到料筒1的第二接口，料筒适配器2可包括用于连接到槽1的第一接口和用于连接到料筒2的第二接口。料筒适配器和与料筒适配器兼容的料筒描绘于图40D和图40E中。图40D示出了包括包含与装置中存在的槽兼容的销5810a和5810b的第一接口的料筒适配器5812a，所述装置包括处理器或可连接(实体上或无线地)到具有用于执行制备料筒的DMF区域中的样品和/或分析所制备的样品(例如，检测分析物相关信号)所需的步骤的指令的处理器。料筒适配器5812a的第二接口包括与存在于料筒5814(例如，免疫测定料筒)上的销5813齿合的端口5811。图40E示出了与相同槽兼容的料筒适配器5812b，所述相同槽由于销5810a和5810b的存在与料筒适配器5812a兼容。然而，料筒适配器5812b的第二接口包括容纳且可连接到料筒5815(例如，血液学料筒)而非料筒5814的腔。因此，料筒适配器可用于适配槽以连接多种不同类型的料筒。
图41A描绘了可用于根据本文中所描述的方法进行样品分析的分析物检测芯片。分析物检测芯片包括远侧区中的开口，所述开口提供用于将样品引入到分析物检测芯片中的入口(在图41A中用箭头标记)。如在本文中所提到，在某些情况下，样品可为全血样品。在某些实施例中，样品可被吸取到分析物检测芯片的开口中。在其它实施例中，可将样品液滴从皮肤的切开区域(例如指尖)直接地装载到分析物检测芯片中。分析物检测芯片的远侧区可包括用于加工样品和/或将样品转移到分析物检测芯片中的合适区域以用于检测样品中存在的一个或多个分析物的元件。可将分析物检测芯片的近侧区插入到用于样品分析的分析物检测装置中。在某些情况下，分析物检测芯片可包括盖板，其中芯片的近侧区处的盖板的一部分可移动以暴露近侧区的内部。盖板的可移动部分可铰接地附着于芯片的盖板且可向上枢转以暴露芯片的内部。在其它情况下，盖板的可移动部分可朝向远侧区滑动以暴露近侧区处的芯片的内部。在某些情况下，分析物检测芯片可与图41B中显示的分析物检测装置兼容。如在本文中所提到，芯片可包括纳米孔和/或纳米井。另外，芯片可包括电极，例如数字微流体的电极阵列。
图41B描绘了与如本文中所描述的分析物检测芯片兼容的分析物检测装置。举例来说，分析物检测装置与图41A中显示的分析物检测芯片兼容。图41B的分析物检测装置包括单一插入槽(由箭头指示)，至少分析物检测芯片的近侧区插入所述槽中。在某些情况下，全部或大体上全部芯片插入到插入槽中。在一些情况下，这种分析物检测装置还可被配置成包括多个接口，例如多个插入槽。如图41B中所描绘，分析物检测装置具有高度在约12英寸范围内的台式装置的理想大小。
本文中所公开的芯片、装置和系统在样品分析领域中提供许多优点。这些芯片和装置即使对于小的样品体积为高度可靠的且为其它样品分析装置的低成本替代物。除装置的小占据面积以外，这些装置易于使用且可用于执行多核心实验室测试，包括免疫测定和/或临床化学。如本文中所阐释，所公开的芯片、装置和系统提供使得能够分析小样品体积的高灵敏度。此外，芯片和装置的配置需要极少用户输入且使得能够最低限度地训练用户操作装置和芯片以用于分析样品。本公开的芯片和装置不具有或具有极少还降低制造和/或维护成本且同时增加装置寿命的移动部件。
分析物检测仪器可包括成像传感器，例如CMOS、CCD或增强的CCD(eCCD)照相机、PMT、APD。另外，分析物检测仪器可包括用于样品照射的构件，例如LED、激光器以及类似物。分析物检测仪器还可包括用于操作DMF芯片和用于操作DMF-电化学/电芯片的电路。
在一些实施例中，分析物检测可需要某一水平的灵敏度。取决于所需灵敏度，可利用DMF-光学芯片(例如，DMF-井阵列芯片)或DMF-电化学或DMF-电芯片。在用于分析物检测的又其它测定中，例如当光学探查存在于DMF电极上的液滴时(例如使用分光光度计)，可使用DMF-成像芯片。
vi.分析物检测系统
本文中还公开了包含分析物检测芯片和与所述芯片兼容的分析物检测装置的系统。如本公开中所提到，仪器可使用单一多功能芯片或使用不同芯片进行多个测定。举例来说，仪器可检测电学信号(例如来自与DMF-电化学芯片中的工作和参考电极接触的电化学物质或来自穿过DMF-纳米孔芯片中的纳米孔的分子的信号)和包括DMF-井阵列芯片上的成像井阵列的光学信号，从而检测来自井阵列的分析物相关信号，和/或使液滴在DMF-成像芯片上成像。如在本文中所提到，在DMF-电化学芯片中，DMF电极可邻近单一衬底上的工作和参考电极或可将工作和参考电极安置于流体地连接到安置DMF电极的芯片区域的毛细管中。在一些情况下，DMF-光学芯片上的井阵列关于DMF电极的阵列的位置可如前文节段中所描述。
本公开的系统可进行编程以用于进行测试菜单以供分析样品中的分析物。举例来说，仪器可检测放置于仪器中的芯片类型且可选择待在芯片上进行的测定。仪器可启动和停用DMF电极以加工样品液滴且产生可电性或光学探查的液滴。举例来说，仪器可检测液滴中的电化学物质和/或液滴中的光学活性分子(例如，显色分子、荧光分子以及类似物)。另外，仪器可例如通过横跨井阵列划分液滴(例如，以使得单一分析物存在于每个井中)且光学探查井而将液滴分为更小部分。
系统可进一步包括具有在包括于系统中(例如包括于装置中)的处理器上执行以用于控制DMF电极且用于控制用于电化学检测或光学检测等的电极的指令的存储器。
在某些实施例中，本公开的分析物检测系统可包括分析物检测装置，所述分析物检测装置包括用于执行具有用于首先启动DMF电极以供移动样品液滴/缓冲液液滴/试剂液滴以及类似物的指令的程序的处理器。指令可进一步包括停用DMF电极且测量来自工作电极的电学信号以用于检测响应于样品中分析物的存在而产生的电化学物质。系统可进一步包括用于标准化由芯片记录的信号例如以在确定分析物浓度之前去除噪音的算法。算法可包括有助于确定分析物浓度的校准曲线。
本文中所公开的系统可用于加工样品液滴以产生指示样品中分析物的存在的电学信号(例如，来自电化学物质)和/或光学信号。电学信号和/或光学信号可通过酶对底物的作用产生。可利用本公开中所描述的任何测定型式加工样品。举例来说，可加工样品以用于产生光学信号。在某些情况下，测定可为色度测定(例如，通过分析物特异性酶的作用产生显色反应产物)、免疫测定、夹心免疫测定(例如，单克隆-多克隆夹心免疫测定)，包括酶检测(酶免疫测定(EIA)或酶联免疫吸附测定(ELISA))、竞争抑制免疫测定(例如，正向和反向)、酶倍增免疫测定技术(EMIT)、颗粒增强的浊度抑制免疫测定(PETINIA)、均相酶免疫测定(HEIA)、竞争结合测定、生物发光共振能量转移(BRET)、一步抗体检测测定、均相测定、非均相测定、运行捕获测定等。这些和额外的示范性的测定型式详细地描述于前述节段中。
本公开的系统可用于电化学检测样品中的分析物的方法中。所述方法可包括(a)将样品引入到料筒中，料筒包含：第一衬底；第二衬底；间隙，其将第一衬底与第二衬底分离；多个电极，其对液体液滴产生电致动力；以及电化学物质感测区域，其包含工作电极和参考电极；(b)致动多个电极以提供包含分析物的第一液体液滴；(c)致动多个电极以提供包含对分析物具特异性的酶的第二液体液滴；(d)致动多个电极以合并第一液滴和第二液滴以产生混合物；(e)致动多个电极以将全部或一部分混合物移动到电化学感测区域；(f)经由工作和参考电极检测通过酶对分析物的作用产生的电化学物质的电学信号。
在一些情况下，第二液体液滴还可包括氧化还原介体。在一些情况下，系统可基于电学信号确定分析物的浓度。在一些情况下，电化学感测区域位于料筒中的毛细管区域中。
在某些实施例中，方法可包括(a)将样品引入到料筒中，所述料筒包含：第一衬底；第二衬底；间隙，其将第二衬底与第一衬底分离；多个电极，其对液体液滴产生电致动力；以及电化学物质感测区域，其包含工作电极和参考电极；(b)致动多个电极以提供包含分析物的第一液体液滴；(c)致动多个电极以提供包含固体衬底的第二液体液滴，所述固体衬底包含特异性结合到分析物的第一结合成员；(d)致动多个电极以合并第一液滴和第二液滴以产生混合物；(e)致动多个电极以将全部或一部分混合物与包含特异性结合到分析物的第二结合成员的第三液体液滴合并；(f)当致动多个电极时原地固持固体衬底以去除任何未结合的分析物和/或第二结合成员；(g)致动多个电极以使固体衬底与偶联到第二结合成员的酶的底物分子接触；以及(h)经由工作和参考电极检测通过酶对底物分子的作用产生的电化学物质的电学信号。
在一些情况下，方法可包括在步骤(g)和(h)之前将包含来自步骤(f)的固体第二衬底的液体液滴移动到电化学感测区域。在其它情况下，方法可包括将包含来自步骤(g)的固体第二衬底和酶底物的液体液滴移动到电化学感测区域。
在一些情况下，第二液体液滴还可包括氧化还原介体。在一些情况下，系统可基于电学信号确定分析物的浓度。在一些情况下，电化学感测区域位于料筒中的毛细管区域中。
如在本文中所提到，系统和仪器可使用多功能料筒或使用多个单独的单一测定料筒进行两个或更多个单独的测定。在某些情况下，系统还进行一种方法，所述方法包括使用单一料筒(例如，被配置成用于临床化学且具有井阵列)或不同料筒对样品进行免疫测定。方法可涉及空间上分隔单一分子并光学检测分隔的单一分子以检测样品中分析物的存在。
在某些实施例中，公开了使用仪器进行分析物检测的方法。方法可包括：提供包含可操作连接到一个或多个分析物检测料筒的料筒接口的分析物检测仪器；提供具有对液体液滴产生电致动力的多个电极的多个料筒：将第一料筒与仪器接合且检测来自料筒中的液滴的分析物相关信号；以及将第二料筒与仪器接合且检测来自料筒中的空间上分隔的单一分子和/或来自空间上分隔的分子的分析物相关信号。
在某些情况下，系统可包括使其与多个仪器接合的程序，其中多个仪器中的每一者进行多个测定，其中多个仪器不同或相同。举例来说，如图43A中所描绘的系统可包括可操作地连接到多个装置411的处理器413，多个装置可各自包括至少一个槽(411a到411d)，料筒可插入所述槽并通过处理器操作。装置411可为相同的且可提供用于增加可同时加工的样品数的构件。在某些实施例中，系统可包括程序或可升级成包括使其在可用时与额外或替代仪器接合的程序。如图43B中所描绘的系统可包括可操作地连接到多个不同装置414a到414d的处理器413，所述多个装置可各自包括至少一个槽(412a到411d)，不同类型的料筒可插入所述槽并通过处理器操作。举例来说，第一装置可配置成用于进行免疫测定，第二装置可配置成用于进行电化学测定，第三装置可配置成用于进行血液学测定等。在这种实施例中，装置和与装置兼容的料筒可包括用于样品制备和分析物相关信号检测(用于样品分析)的构件。由处理器413执行的程序可包括传达到用于执行进行测定所需步骤的装置的指令，所述步骤例如致动DMF电极或产生SAW以用于样品制备且控制检测模块，例如照相机、显微镜、电化学传感器等以用于检测来自所制备样品的信号。系统可另外包括用于在提供测定结果之前分析收集到的数据的算法。系统可经装备以用于无线通信以提供无线地连接到系统的远程装置上的测定结果。在某些情况下，远程装置可接收即时结果。在某些情况下，印刷机也可连接到系统以提供测定结果的印刷输出。
图43A和图43B中描绘的系统的模块化允许添加或去除系统的功能性以向消费者提供灵活性，例如在定点照护设施处。
分析物
可通过本文中呈现的方法、芯片、仪器和方法分析的分析物的非限制性列表包括生物样品，例如血液样品(或其部分，例如血清或血浆)中存在的分子。示范性的所关注分析物包括核酸、低密度脂蛋白(LDL)、高密度脂蛋白(HDL)中的一一者或多者、胆固醇、甘油三酯、葡萄糖、血红蛋白(Hb)、HbA1c、白蛋白、微量白蛋白、总的蛋白质、钠(Na+)、钾(K+)、氯(CL-)、二氧化碳、氧、肌酐、钙(Ca2+)、血液脲氮(BUN)、pH、乳酸盐、酮体、丙氨酸转氨酶(ALT)、天冬氨酸转氨酶(AST)、碱性磷酸酶(ALP)、胆红素、铁蛋白、醇(血液醇)、安非他明(amphetamine)、甲基苯丙胺、大麻、鸦片剂、巴比妥酸盐(barbituarate)、苯并二氮杂(benzodiazapine)、三环酸、可卡因和苯环利定(PCP)。可使用本文中公开的DMF-电化学/电学/光学检测芯片检测和任选地测量的额外分析物包括在前述节段中检测的分析物中的一者或多者。可使用本公开的方法、装置和系统检测和测量的分析物的其它实例包括血细胞、流感病毒、链球菌细菌、劳氏肉瘤病毒、腺病毒、单核细胞增多症、结核、B-HCG、HIV、HCV、HBV、梅毒、疱疹、肌钙蛋白、BNP、CK-MB、肌血球素、D-二聚体、PSA、TSH、T3、T4、FSH、LH、雌二醇、睾酮、维生素D、B12和幽门螺杆菌。
检测分析物的样品可为本文中公开的任何样品，例如血液样品、固体组织、另一种体液，例如尿液、痰液、唾液、脑脊髓液，以及环境样品，例如水、土壤、食物样品以及类似物。
实例
实例1：
低成本DMF芯片的制造
与用于电极图案化的润湿剥离工艺组合使用辊到辊(R2R)柔性版印刷制造低成本柔性DMF芯片。制造工艺的示意图描绘于图18中。Melinex ST506聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)5.0密耳衬底(1)的辊用作DMF电极印刷的起始材料。在网纹辊组合件上，使用1.14mm厚的印刷板(Flint MCO3)，以10米/分钟的速率，使用3.8ml/m2的油墨转移体积将黄色油墨层(太阳化学(Sun Chemical))柔性版印刷(2)于PET衬底上。DMF电极图案的负像由柔性版印刷步骤(3)产生。在金属沉积之前，在热气烘箱(2×100℃)中将油墨干燥两次。EVA R2R金属蒸发器用于将银金属层沉积到印刷的PET衬底上以形成厚度呈80nm的均匀银涂层(4)。金属化油墨膜衬底(5)使用丙酮加超声波在超声处理浴液中的组合以1米/分钟的速度经受润湿剥离工艺(6)。这种化学/物理处理允许银油墨层溶解，同时保持仅银层完整。去除油墨银层产生由具有50或140μm电极间隙间隔的80个致动电极(2.25×2.25mm)组成的DMF印刷电极图案(7)。作为QC检查，针对电极间隙间隔和连接件引线宽度变化视觉上检查到来自单一辊的总共80到90个无规芯片。确定具有可接收间隙规格的典型芯片产率接近100％。单一制造的柔性芯片描绘于图19中。所制造的柔性芯片测量3"×2"且包括电极、储槽、接触垫和引线。
通过使用滚筒筛印刷或凹版印刷将介电涂层施加到电极和储槽。对于滚筒筛印刷，Henkel EDAC PF-455B通过以2米/分钟的印刷速度和50％的UV固化速率印刷有GallusNF(400L)筛而用作介电涂层。典型的介电厚度是10到15μm。对于凹版印刷，圆筒被设计成以2米/分钟的速度使用50ml/m2的油墨体积印刷高黏度介电油墨，例如IPD-350(Inkron)。用于凹版印刷的典型的介电厚度是7到8μm。最终疏水层使用Millidyne Avalon87或CytonixFluoropel PFC804UC涂层用凹版圆筒(140到180L)和8米/分钟的印刷速度印刷，随后为四个连续的烘箱干燥步骤(4×140℃)。典型的疏水厚度是40到100nm。
替代地，对于小批量的单个芯片，可分别使用化学气相沉积(CVD)和旋涂施加介电涂层和疏水涂层。
实例2：
低成本DMF芯片的功能性测试
测试如以上实例中1所概述制造的3"×2"基于PET的DMF底部芯片的致动能力。图20描绘了上方定位0.7mm厚的玻璃衬底(3)的3"×2"基于PET的DMF芯片(1)。玻璃衬底(3)包括玻璃衬底的下部表面上的透明的氧化铟锡(ITO)电极和ITO电极上方的铁氟龙涂层。DMF芯片包括80个具有直边电极设计和电极之间50μm间隙的银致动电极，以及8个缓冲液储槽(参见以上实例1)。
底部电极分别通过CVD和旋涂用介电聚对二甲苯基-C层(6到7μm厚)和铁氟龙的最终涂层(50nm厚)涂布。将具有0.1％表面活性剂的大约50μl PBS缓冲液(2)吸取到底部DMF芯片上的四个相邻储槽中。液滴大小范围介于700到1,500nl(一个液滴或两个液滴)且除混合所需的圆形扫动图案以外还检查竖直和水平横向移动(4)。使用90Vrms的电压实现液滴致动。对芯片上大约90％的致动电极进行测试且发现其功能齐全。
实例3：
对低成本DMF芯片的TSH免疫测定
使用化学发光检测，测试用如以上实例2中所描述的玻璃衬底覆盖的3'×2"基于PET的DMF芯片执行促甲状腺激素(TSH)免疫测定的能力。模拟样品包括添加到含有阻断剂和表面活性剂的TBS缓冲液中的TSH校准剂材料。测试三个样品——0μIU/ml、4μIU/ml、40μIU/ml。将涂布于5μm磁性微颗粒(3×108颗粒/毫升)上的2μl的抗βTSH捕获抗体从微颗粒储槽施配到DMF电极阵列的中部中。磁性微颗粒通过接合DMF芯片下的钕磁铁棒(图21A)(3英寸×1/2英寸×1/4英寸厚，相对渗透性μr＝1.05，残余部分场强度Br＝1.32T)与缓冲液分离。将5μl样品移动到微颗粒段塞，随后将四个电极正方形配置上方的微颗粒悬浮液(图21B)混合5分钟。微颗粒通过磁体与样品分离，且将上清液移动到废液储槽(图21C和图21D)。将偶联到辣根过氧化酶(HRP)的2μl的1μg/ml抗TSH检测抗体移动到微颗粒段塞且混合2分钟。微颗粒通过磁体分离，且上清液移动到废液储槽。含有免疫测定夹心复合物的微颗粒用含有0.1％表面活性剂的4×2μl的PBS洗涤缓冲液洗涤总共四次。在步骤完成之后将来自每个洗涤步骤的洗涤缓冲液移动到废料。化学发光衬底由1μl SuperSignal H2O2和1μl鲁米诺(luminol)(赛默飞世尔科学(ThermoFisher Scientific))组成，将所述衬底移动到微颗粒段塞，随后混合6分钟。使用具有5V DC源极的集成Hamamatsu H10682-110PMT在427nm发射(347nm激发)下测量化学发光信号。针对相对发光绘制剂量反应曲线(参见图21E)。
实例4：
DMF顶部电极芯片和井阵列的制造和设计
顶部电极设计：
使用辊到辊(R2R)凹版印刷和UV压印制造含有井阵列的低成本柔性DMF顶部电极芯片。参看图22，基本设计(1)并入印刷在用作DMF芯片的顶部电极的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的柔性衬底上的两组井阵列。所述设计由印刷在Melinex ST504PET衬底(2)(Solutia，OC50ST504)上的100nm厚的氧化铟锡(ITO)层(3)组成。PEDOT:PSS底漆的涂层(4)用于提高UV模压抗蚀剂(5)的粘附力，所述抗蚀剂含有最终井阵列。
顶部电极的辊到辊制造：
图22B显示DMF顶部电极的制造工艺的示意图。凹版印刷(8)用于在5密耳MelinexST504PET衬底(6)上涂布20nm厚的PEDOT:PSS的底漆层(7)(Clevios VP AI4083)，用异丙醇稀释以降低粘度。辊大小是250m×200mm×125μm；印刷速度是10米/分钟。将所得底漆涂布的ITO电极(9)转移到用凹板印刷式涂布(11)施加UV抗蚀剂层(10)的第二R2R印刷线路以形成用于UV模压(13)的前体材料。与纳米阵列模具接触，随后UV固化，产生最终R2R顶部电极膜(14)，其准备被切割。
井设计：
井设计显示于图23中。含有ITO共用电极的顶部芯片被设计成切割成3"×1.4"条带(15)，各自含有被定位成与底部芯片(17)上的两个外部致动电极对准的两个纳米标定尺寸的井阵列(16)。将顶部电极放置于底部芯片上方获得最终DMF芯片组合件(18)。每个阵列含有大约60,000个井(245×245)。
参看图24A和图24B，两个不同井间隔型式用于最初的设计中-六边形(19)和直排(20)。另外，两个垫片设计用于印刷两个不同井大小(21)：间距为8.0μm的4.2μm宽×3.0μm深；间距为8.0μm的4.5μm×3.2μm。改变井大小和几何间隔以便优化2.7μm直径珠粒的后续微颗粒装载。制造后QC在各种R2R运行上进行以检查恰当井间隔、大小和完整性。如果观测到变形的井或井间隔和/或大小不正确，那么制造新垫片且再印刷阵列。图25显示六边形(22)和直排(23)阵列在200×放大倍数下的光学图像。
实例5：
组装含有井阵列的DMF顶部电极芯片
DMF塑料芯片组装：
图26示意性地描述由DMF顶部电极芯片和纳米标定尺寸井阵列组装集成DMF-井装置，如以上实例4中所描述。DMF芯片通过将2×2段的90μm双面胶带(24)(3M)放置在底部DMF芯片(25)的对置侧上来组装。含有嵌入式阵列(26)的顶部电极定中心于底部芯片的顶部上以使得两个阵列的位置与两个底层的致动电极对准。最终组装的芯片(27)具有180μm的间隙高度(2×90μm胶带)。
实例6：
对低成本DMF-井集成芯片的TSH免疫测定
使用DMF、微标定尺寸井阵列的组合和荧光底物的数字检测来描述TSH免疫测定(图27A到图27G)。DMF芯片(顶部电极和底部电极)预装载有免疫测定(IA)试剂，如(1)中所显示(图27A)。使用空气作为填充剂流体在DMF芯片上执行测定。样品可为生物样品，例如全血、血清、血浆、尿液、痰液、间质液或类似基质。捕获微颗粒由以2×107-2×108个颗粒/毫升的密度涂布有抗βTSH抗体的固相磁性微颗粒的悬浮液组成。将大约1到2μl样品移动到DMF芯片上且与1到2μl微颗粒组合，随后在DMF芯片的区1(2)内混合(图27B)。区1由16个DMF电极组成，其保留用于组合、混合和洗涤样品以在磁性微颗粒上形成TSH的捕获复合物。孵育时间可范围介于1到10分钟，随后用来自洗涤缓冲液1储槽的1到2μl洗涤缓冲液(PBS，0.1％表面活性剂)洗涤1到3次。通过接合DMF芯片下的磁体且将上清液移动到废料储槽1而从IA复合物去除上清液。
将含有固相上所捕获TSH抗原的微颗粒段塞再悬浮于用生物素(抗生蛋白链菌素-β-半乳糖苷酶复合物，在PBS中呈40pM的浓度)标记的1到2μl抗βTSH检测偶联物抗体中。伴随在4×4电极上混合，允许混合物在DMF电极阵列(3)上方的区2中孵育1到10分钟(图27C)。接合磁体以捕获磁性微颗粒，且将上清液去除到储槽废料1。段塞用来自洗涤缓冲液2储槽的1到2μl洗涤缓冲液(PBS，0.1％表面活性剂)洗涤1到3次。通过接合DMF芯片下的磁体且将上清液移动到废料储槽2而从IA复合物去除上清液。通过移动1到2μl的100μM检测衬底(4)(试卤灵-β-D-哌喃半乳糖苷，RGP)再悬浮含有免疫测定夹心复合物的微颗粒段塞(图27D)。孵育混合物1到3分钟以允许RGP的酶转化，RGP是通过β-半乳糖苷酶进行RGP的酶转化所产生的荧光产物。
如图27E中所显示，将混合物移动(5)到在底部或顶部衬底上含有飞升井阵列(6)的DMF芯片上的点。飞升井大小的大小略微大于用于测定的微颗粒的大小。井数量可范围介于1,000到2,000,000。通过使用重力(被动装载)或磁体(主动装载)将微颗粒沉积于井中。将过量上清液移动到废料3储槽。
如图27F和图27G中所显示，使用电介质上的电润湿(EWOD)、介电泳(DEP)力或表面声波(SAW)通过将1到5μl可极化不可混溶流体(即有机溶剂、油等)移动到阵列位置(7、8)来密封飞升井，从而密封井。合适的可极化不可混溶流体的一些实例包括聚硅氧油、氟硅酮油、矿物油、1-己醇、THF、间二氯苯、氯仿、以及类似物(S.Fan等人,《芯片实验室》,9,1236,2009；D.Chatterjee等人,《芯片实验室》,6,199,2006)。全部测定的填充剂流体是空气。
通过用宽敞显微镜/CCD照相机进行白光照射，随后在574nm/615nm激发/发射(暴露时间＝3到10秒)下成像以用于确定含有检测标记的珠粒数量来确定井中的总颗粒数量。最终TSH浓度由用TSH校验仪运行的标准曲线确定。数字定量通过使用泊松方程式和阳性与阴性珠粒的比率来确定。
实例7：
顶部负载有可极化流体的纳米尺寸标定的井
一般免疫测定型式：
3'×2"基于PET的DMF芯片可用于与井阵列中的数字荧光检测联合运行基于ELISA的夹心免疫测定。参看图28，含有待分析特异性抗原的样品(3)与涂布有捕获抗体(1)磁性微颗粒(2)混合且混合以允许免疫捕获所需抗原。在洗涤之后，捕获抗原(4)与用检测部分(6)标记的第二检测抗体(5)混合。再次洗涤含有夹心免疫测定复合物(7)的珠粒混合物以去除未结合的检测抗体。通过将水性液滴移动到阵列且施加磁体以将珠粒拉取到井中而将微颗粒装载于井阵列的顶部衬底中。通过使用DMF力在井上方移动可极化不可混溶流体的液滴来密封井。CCD相机使阵列成像以确定阳性和阴性微颗粒的数量。使用泊松统计定量样品。使用空气作为填充剂流体在DMF芯片上执行所有免疫测定加工步骤。
TSH免疫测定-DMF：
将涂布于2.7μm磁性微颗粒(3×108颗粒/毫升)的一到两微升抗TSH捕获抗体从DMF芯片上的微颗粒储槽施配到DMF电极阵列的中部中。通过接合定位于DMF芯片下的磁体且将上清液移动到废料储槽使磁性微颗粒与缓冲液分离。从DMF样品储槽拉吸一微升水性样品且移动到微颗粒段塞，随后在液滴在若干电极上方移动时进行混合步骤1到5分钟。通过施加底部磁体，随后将上清液去除到废料储槽使微颗粒与样品分离。将偶联到β-半乳糖苷酶(β-gal)的一到两微升抗TSH检测抗体(0.5μg/ml)移动到微颗粒段塞且混合2到5分钟。使用底部磁体分离微颗粒且将上清液移动到废料储槽。含有免疫测定夹心复合物的微颗粒用含有0.1％表面活性剂的4×2μl的PBS洗涤缓冲液洗涤总共四次。在步骤完成之后将来自每个洗涤步骤的洗涤缓冲液移动到废料。一微升的100μM试卤灵-β-D-哌喃半乳糖苷(RGP)取自RGP储槽且移动到微颗粒段塞，随后混合15到30秒。现在珠粒已准备好沉积到井阵列中。
TSH免疫测定-数字阵列检测：
如图29中所显示，用于DMF-导引的顶部装载微颗粒到阵列中的基本组件包括具有80nm厚银电极(8)的底部基于PET的电极芯片(电极间隙＜100μm，2.25mm×2.25mm)、5到10μm厚的介电/疏水层(9)、含有井阵列(14)的顶部基于PET的ITO电极(10)(被配置成容纳不超过一个微颗粒)和含有2.7μm磁性微颗粒(12)的水性液滴(11)。填充剂流体是空气(13)。顶部电极与底部电极之间的间隙高度为大约180μm(来自2段90μm双面胶带)。
通过使用DMF力(EWOD、DEP和/或电介导力)的组合以移动水性和不可混溶流体(例如聚硅氧油)来实现输送和密封。先前已显示在相同DMF芯片上需要不同驱动电压来移动水性液滴和油性液滴(S-K Fan等人,《芯片实验室》,9,1236,2009)。
在将荧光底物RGP添加到含有免疫测定复合物的水性液滴之后(图30A)，使用20到50Vrms的电压(1KHz)将液滴移动到定位于含有大致60,000个井的井阵列(245×245阵列；4.2μm直径；3.0μm深度；8.0μm间距)下方的电极。接合顶部磁体(15)以促进将微颗粒有效装载到井中(图30B)；总沉积时间为30到60秒。在解开顶部磁体时移走水性液滴，留下薄沉积层和表面结合珠粒(图30C)。使用200到300V(DC)的电压从储槽移动聚硅氧油滴且移动到定位于阵列下的电极(图30D)，从而洗去任何表面结合微颗粒，同时密封含于井中的微颗粒。在574/615nm(激发/发射)下通过CCD照相机来监测由RGP到试卤灵的酶促转化产生的荧光。确定“具有”微颗粒与“不具有”微颗粒的比率。通过TSH校准曲线的插值来确定样品中的TSH浓度。
最后，尽管已关于本文中的各种实施例和特定实例描述本发明的各种方面和特征，但其所有皆可以常规方式制造和执行，应了解，本发明有权在所附权利要求书的完整范围内得到保护。
应了解，前述实施方式和随附实例仅仅是说明性的并且不认为是限制本发明的范围，本发明的范围仅由随附权利要求书以及其等效物限定。
本公开实施例的各种改变和修改将对所属领域的技术人员显而易见。这类改变和修改包括(但不限于)与本发明的化学结构、取代基、衍生物、中间物、合成、组合物、调配物或使用方法有关的那些改变和修改，可进行这类改变和修改而不脱离其精神和范围。
出于完整性的原因，本发明的多个方面在以下带编号的条款中陈述：
1.一种数字微流体和分析物检测装置，其包含：
第一衬底和第二衬底，其中第二衬底与第一衬底由间隙分离，第一衬底包含多个电极以对液体液滴产生电致动力；和
井阵列，其被定尺寸以固持液体液滴的一部分，其中井阵列的至少一部分定位于多个电极中的一者或多者与间隙之间。
2.根据条款1所述的装置，其中多个电极定位于第一衬底的表面上。
3.根据条款1或条款2所述的装置，其进一步包含安置于第一衬底的表面上且覆盖多个电极的第一层。
4.根据前述条款中任一项所述的装置，其中第一衬底包含第一部分和第二部分，在所述第一部分处引入液体液滴，朝向所述第二部分移动液体液滴。
5.根据条款4所述的装置，其中多个电极和第一层从第一衬底的第一部分延伸到第二部分。
6.根据条款5所述的装置，其中井阵列定位于第一衬底的第二部分中。
7.根据条款4所述的装置，其中第二衬底包含第一部分和第二部分，其中第一部分与第一衬底的第一部分呈面对布置且第二部分与井阵列呈面对布置。
8.根据条款7所述的装置，其中第二衬底的第二部分为大体上透明的，以促进井阵列的光学探查。
9.根据条款3所述的装置，其进一步包含安置于第一层的表面上的第二层。
10.根据条款9所述的装置，其中第二层在第一衬底的第一部分和第二部分上方延伸。
11.根据条款9到10中任一项所述的装置，其中第一层为介电层且第二层为疏水层。
12.根据条款9到11中任一项所述的装置，其中井阵列定位于第二层中。
13.根据条款3中任一项所述的装置，其中井阵列定位于第一层中。
14.根据前述条款中任一项所述的装置，其中井阵列具有亲水表面。
15.根据前述条款中任一项所述的装置，其中井阵列包含被定向成促进接收和保留在井阵列上方移动的液滴中存在的珠粒或颗粒的侧壁。
16.根据条款15所述的装置，其中井阵列包含与第二侧壁对置的第一侧壁，其中第一侧壁关于井的底部成钝角定向，且其中第二侧壁关于井的底部成锐角定向，其中液滴的移动是在平行于井的底部且从第一侧壁到第二侧壁的方向上。
17.根据条款15所述的装置，其中井阵列具有截头圆锥形形状，其中截头圆锥形形状的较窄部分提供井阵列的开口。
18.根据条款15所述的装置，其中所述井阵列包含与第二侧壁对置的第一侧壁，其中第一侧壁的顶部部分关于井的底部成钝角定向且侧壁的底部部分垂直于井的底部定向，且其中第二侧壁关于井的底部垂直定向，其中液滴的移动是在平行于井的底部且从第一侧壁到第二侧壁的方向上，其中第一侧壁的顶部部分在井的开口处。
19.一种数字微流体和分析物检测装置，其包含：
第一衬底和第二衬底，其界定装置，其中第二衬底与第一衬底由间隙分离，其中装置包含第一部分和第二部分；和
第一部分，其包含致动含有来自生物样品的所关注分析物的第一液体液滴和含有至少一个珠粒的第二液体液滴的组合的多个电极；和
第二部分，其包含被定尺寸以固持液体液滴的一部分的井阵列。
20.根据条款19所述的装置，其中多个电极仅定位于装置的第一部分中。
21.根据条款19或条款20所述的装置，其中多个电极定位于第一衬底的表面上。
22.根据条款19到21中任一项所述的装置，其进一步包含安置于第一衬底的表面上且覆盖多个电极的第一层。
23.根据条款19到22中任何新条款所述的装置，其中第一衬底包含第一部分和第二部分，在所述第一部分处引入液体液滴，朝向所述第二部分移动液体液滴。
24.根据条款23所述的装置，其中多个电极和第一层从第一衬底的第一部分延伸到第二部分。
25.根据条款24所述的装置，其中井阵列定位于第一衬底的第二部分中。
26.根据条款23所述的装置，其中第二衬底包含第一部分和第二部分，其中第一部分与第一衬底的第一部分呈面对布置且第二部分与井阵列呈面对布置，
27.根据条款26所述的装置，其中第二衬底的第二部分为大体上透明的，以促进井阵列的光学探查。
28.根据条款19到27中任一项所述的装置，其中多个电极被配置成朝向装置的第二部分移动放置于间隙中的液滴，装置包含流体地连接第一部分与第二部分的毛细管部分，其中毛细管包含亲水材料以促进液滴在不存在电力的情况下经由毛细管部分从第一部分到第二部分的移动。
29.根据条款22中任一项所述的装置，其中第二层安置于第一层的上部表面上。
30.根据条款29所述的装置，其中第二层在第一衬底上方延伸。
31.根据条款29到30中任一项所述的装置，其中第一层为介电层且第二层为疏水层。
32.根据条款29到31中任一项所述的装置，其中多个井定位于第二层中。
33.根据条款22所述的装置，其中井阵列定位于第一层中。
34.根据条款19到33中任一项所述的装置，其中井阵列具有亲水表面。
35.根据条款19到34中任一项所述的装置，其中井包含被定向成促进接收和保留在井阵列上方移动的液滴中存在的纳米珠粒或纳米颗粒的侧壁。
36.根据条款35所述的装置，其中井阵列包含与第二侧壁对置的第一侧壁，其中第一侧壁关于井的底部成钝角定向，且其中第二侧壁关于井的底部成锐角定向，其中液滴的移动是在平行于井的底部且从第一侧壁到第二侧壁的方向上。
37.根据条款36所述的装置，其中井具有截头圆锥形形状，其中截头圆锥形形状的较窄部分提供井的开口。
38.根据条款35所述的装置，其中井包含与第二侧壁对置的第一侧壁，其中第一侧壁的顶部部分关于井的底部成钝角定向且侧壁的底部部分垂直于井的底部定向，且其中第二侧壁垂直于井的底部定向，其中液滴的移动是在平行于井的底部且从第一侧壁到第二侧壁的方向上，其中第一侧壁的顶部部分在井的开口处。
39.一种表面声波微流体和分析物检测装置，其包含：
第一衬底和第二衬底，其中第二衬底与第一衬底由间隙分离，其中装置包含第一部分和第二部分，
第一部分包含耦合到表面声波产生组件的顶置板；和
第二部分包含定位于第一衬底或第二衬底上的多个井。
40.根据条款39所述的装置，其中顶置板在顶置板的上部表面上包括声子结构。
41.根据条款39或条款40所述的装置，其中顶置板覆盖压电晶体层。
42.根据条款39到40中任一项所述的装置，其中第二衬底为大体上透明的。
43.一种表面声波微流体和分析物检测装置，其包含：
第一衬底和第二衬底，其中第二衬底与第一衬底由间隙分离，
第一衬底包含多个井，和
第二衬底包含声子结构，其中多个井和声子结构横跨彼此定位。
44.根据条款43所述的装置，其中第二衬底为顶置板。
45.根据条款43所述的装置，其中顶置板安置于第二衬底上且声子结构位于顶置板上。
46.根据条款43到45中任一项所述的装置，其中第一衬底、第二衬底和顶置板为大体上透明的。
47.一种检测液体液滴中的所关注分析物的方法，所述方法包含：
(a)提供含有所关注分析物的第一液体液滴；
(b)提供含有至少一种固体载体的第二液体液滴，所述固体载体含有结合到所关注分析物的特异性结合成员；
(c)使用能量施加力来操控第一液体液滴与第二液体液滴以产生混合物；
(d)将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列，其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小；
(e)在将混合物的一部分移动到井阵列之前或之后将可检测标记添加到混合物；以及
(f)检测井中的所关注分析物。
48.根据条款47所述的方法，其中至少一种固体载体包含特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。
49.根据条款47或48中任一项所述的方法，其进一步包含在将混合物的至少一部分移动到井阵列之前将可检测标记添加到混合物。
50.根据条款47或48中任一项所述的方法，其进一步包含在将混合物的至少一部分移动到井阵列之后将可检测标记添加到混合物。
51.根据条款47到50中任一项所述的方法，其中可检测标记包含特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。
52.根据条款47到51中任一项所述的方法，其中可检测标记包含显色原、荧光化合物、酶、化学发光化合物或放射性化合物。
53.根据条款47到52中任一项所述的方法，其中结合成员为受体或抗体。
54.根据条款47到53中任一项所述的方法，其中能量为电致动力或声力。
55.根据条款54所述的方法，其中电致动力为液滴致动、电泳、电润湿、介电泳、静电致动、电场介导、电极介导、毛细管力、色谱法、离心或抽吸。
56.根据条款54所述的方法，其中声力为表面声波。
57.根据条款47到56中任一项所述的方法，其中第一液体液滴为可极化液体，第二液体液滴为可极化液体，混合物为可极化液体或第一液体液滴和第二液体液滴各自为可极化可极化液体。
58.根据条款47到55中任一项所述的方法，其进一步包含使用电致动力操控井阵列上方的混合物的至少一部分。
59.根据条款47到58中任一项所述的方法，其进一步包含使用被配置成促进混合物到井阵列的移动的毛细管元件操控井阵列上方的混合物的至少一部分。
60.根据条款47到59中任一项所述的方法，其中固体载体为磁性固体载体。
61.根据条款60所述的方法，其中从相对于混合物的至少一部分的对置方向施加电致动力和磁场。
62.根据条款47到61中任一项所述的方法，其进一步包含通过以下来混合混合物：来回移动混合物；以圆形图案移动混合物；将混合物分裂为两种或更多种子混合物且合并所述子混合物。
63.根据条款47到62中任一项所述的方法，其中混合物为水性液体。
64.根据条款47到62中任一项所述的方法，其中混合物为不可混溶液体。
65.根据条款47到64中任一项所述的方法，其中液体液滴为疏水液体液滴。
66.根据条款47到65中任一项所述的方法，其中井阵列具有亲水表面。
67.根据条款47到65中任一项所述的方法，其中井阵列具有疏水表面。
68.根据条款47到67中任一项所述的方法，其中方法在包含第一衬底和第二衬底的装置中进行且至少一个衬底包含亲水表面。
69.根据条款47到67中任一项所述的方法，其中方法在包含第一衬底和第二衬底的装置中进行且至少一个衬底包含疏水表面。
70.根据条款47到69中任一项所述的方法，其进一步包含用多个电极产生电致动力以将混合物移动到井阵列以装载井。
71.根据条款47到70中任一项所述的方法，其中阵列的一个或多个井装载有至少一种固体载体。
72.根据条款71所述的方法，其中装载包含施加磁场以促进将至少一种固体载体移动到阵列的一个或多个井中。
73.根据条款72所述的方法，其进一步包含去除在装载之后不装载到阵列的井中的任何固体载体。
74.根据条款73所述的方法，其中去除包含用多个电极产生电致动力以将可极化流体液滴移动到井阵列，从而将混合物的至少一部分移动到距离井阵列的一定距离。
75.根据条款74所述的方法，其中去除包含用多个电极产生电致动力以移动水性洗涤液滴横跨井阵列。
76.根据条款75所述的方法，其中产生电致动力包含产生交流电。
77.根据条款75所述的方法，其中交流电具有10V或更大的均方根(rms)电压。
78.根据条款75或76中任一项所述的方法，其中交流电具有射频范围内的频率。
79.根据条款47到78中任一项所述的方法，其中方法使用以下装置进行：微流体装置、数字微流体装置(DMF)、基于表面声波的微流体装置(SAW)、集成DMF和分析物检测装置、集成SAW和分析物检测装置或基于机器人技术的测定加工单元。
80.一种检测液体液滴中的所关注分析物的方法，所述方法包含：
(a)提供含有所关注分析物的第一液体液滴；
(b)提供含有可检测标记的第二液体液滴，所述可检测标记含有结合到所关注分析物的特异性结合成员；
(c)使用能量施加力来操控第一液体液滴和第二液体液滴以产生混合物；
(d)将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列；以及
(e)检测井中的所关注分析物。
81.根据条款80所述的方法，其中可检测标记包含显色原、荧光化合物、酶、化学发光化合物或放射性化合物。
82.根据条款80到81中任一项所述的方法，其中能量为电致动力或声力。
83.根据条款82所述的方法，其中电致动力为液滴致动、电泳、电润湿、介电泳、静电致动、电场介导、电极介导、毛细管力、色谱法、离心或抽吸。
84.根据条款83所述的方法，其中声力为表面声波。
85.根据条款80到83所述的方法，其中第一液体液滴为可极化不可混溶液体，第二液体液滴为可极化液体，混合物为可极化液体或第一液体液滴和第二液体液滴各自为可极化液体。
86.根据条款80到83和85中任一项所述的方法，其进一步包含使用电致动力操控井阵列上方的混合物。
87.根据条款80到86中任一项所述的方法，其进一步包含使用被配置成促进混合物到井阵列的移动的毛细管元件操控井阵列上方的混合物。
88.根据条款80到87中任一项所述的方法，其进一步包含通过以下来混合混合物：来回移动混合物；以圆形图案移动混合物；将混合物分裂为两种或更多种子混合物且合并所述子混合物。
89.根据条款80到88中任一项所述的方法，其中混合物为水性液体。
90.根据条款80到88中任一项所述的方法，其中混合物为不可混溶液体。
91.根据条款80到90中任一项所述的方法，其中液体液滴为疏水液体液滴。
92.根据条款80到91中任一项所述的方法，其中井阵列具有亲水表面。
93.根据条款80到91中任一项所述的方法，其中井阵列具有疏水表面。
94.根据条款80到93中任一项所述的方法，其中方法在包含第一衬底和第二衬底的装置中进行且至少一个衬底包含亲水表面。
95.根据条款80到93中任一项所述的方法，其中方法在包含第一衬底和第二衬底的装置中进行且至少一个衬底包含疏水表面。
96.根据条款80到95中任一项所述的方法，其进一步包含用多个电极产生电致动力以将混合物移动到井阵列以装载井。
97.根据条款80到96中任一项所述的方法，其中阵列的一个或多个井装载有至少一个可检测标记。
98.根据条款97所述的方法，其进一步包含去除在装载之后不装载到阵列的井中的任何可检测标记。
99.根据条款98所述的方法，其中去除包含用多个电极产生电致动力以将可极化流体液滴移动到井阵列，从而将混合物的至少一部分移动到距离井阵列的一定距离。
100.根据条款99所述的方法，其中去除包含用多个电极产生电致动力以移动水性洗涤液滴横跨井阵列。
101.根据条款100所述的方法，其中产生电致动力包含产生交流电。
102.根据条款101所述的方法，其中交流电具有10V或更大的均方根(rms)电压。
103.根据条款100或101中任一项所述的方法，其中交流电具有射频范围内的频率。
104.根据条款80到103中任一项所述的方法，其中方法使用以下装置进行：微流体装置、数字微流体装置(DMF)、基于表面声波的微流体装置(SAW)、集成DMF和分析物检测装置、集成SAW和分析物检测装置或基于机器人技术的测定加工单元。
105.一种测量液体液滴中的所关注分析物的方法，所述方法包含：
(a)提供含有所关注分析物的第一液体液滴；
(b)提供含有至少一种固体载体的第二液体液滴，所述固体载体含有结合到所关注分析物的特异性结合成员；
(c)使用能量施加力来操控第一液体液滴与第二液体以产生混合物；
(d)将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列，其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小；
(e)在将混合物的一部分移动到井阵列之前或之后将可检测标记添加到混合物；以及
(f)测量井中的可检测标记。
106.根据条款105所述的方法，其中至少一种固体载体包含特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。
107.根据条款105或106中任一项所述的方法，其进一步包含在将混合物的至少一部分移动到井阵列之前将可检测标记添加到混合物。
108.根据条款105或106中任一项所述的方法，其进一步包含在将混合物的至少一部分移动到井阵列之后将可检测标记添加到混合物。
109.根据条款105到108中任一项所述的方法，其中可检测标记包含特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。
110.根据条款105到109中任一项所述的方法，其中可检测标记包含显色原、荧光化合物、酶、化学发光化合物或放射性化合物。
111.根据条款105到109中任一项所述的方法，其中结合成员为受体或抗体。
112.根据条款105到109中任一项所述的方法，其中能量为电致动力或声力。
113.根据条款112所述的方法，其中电致动力为液滴致动、电泳、电润湿、介电泳、静电致动、电场介导、电极介导、毛细管力、色谱法、离心或抽吸。
114.根据条款112所述的方法，其中声力为表面声波。
115.根据条款105到114所述的方法，其中第一液体液滴为可极化液体，第二液体液滴为可极化液体，混合物为可极化液体或第一液体液滴和第二液体液滴各自为可极化液体。
116.根据条款105到112和115中任一项所述的方法，其进一步包含使用电致动力操控井阵列上方的混合物。
117.根据条款105到116中任一项所述的方法，其进一步包含使用被配置成促进混合物到井阵列的移动的毛细管元件操控井阵列上方的混合物。
118.根据条款105到117中任一项所述的方法，其中固体载体为磁性固体载体。
119.根据条款118所述的方法，其中从相对于混合物的至少一部分的对置方向施加电致动力和磁场。
120.根据条款105到119中任一项所述的方法，其进一步包含通过以下来混合混合物：来回移动混合物；以圆形图案移动混合物；将混合物分裂为两种或更多种子混合物且合并所述子混合物。
121.根据条款105到120中任一项所述的方法，其中混合物为水性液体。
122.根据条款105到121中任一项所述的方法，其中混合物为不可混溶液体。
123.根据条款105到122中任一项所述的方法，其中液体液滴为疏水液体液滴。
124.根据条款105到123中任一项所述的方法，其中井阵列具有亲水表面。
125.根据条款105到123中任一项所述的方法，其中井阵列具有疏水表面。
126.根据条款105到124中任一项所述的方法，其中方法在包含第一衬底和第二衬底的装置中进行且至少一个衬底包含亲水表面。
127.根据条款105到124中任一项所述的方法，其中方法在包含第一衬底和第二衬底的装置中进行且至少一个衬底包含疏水表面。
128.根据条款105到128中任一项所述的方法，其进一步包含用多个电极产生电致动力以将混合物移动到井阵列以装载井。
129.根据条款105到128中任一项所述的方法，其中阵列的一个或多个井装载有至少一种固体载体。
130.根据条款129所述的方法，其中装载包含施加磁场以促进将至少一种固体载体移动到阵列的一个或多个井中。
131.根据条款130所述的方法，其进一步包含去除在装载之后不装载到阵列的井中的任何固体载体。
132.根据条款131所述的方法，去除包含用多个电极产生电致动力以将可极化流体液滴移动到井阵列，从而将混合物的至少一部分移动到距离井阵列的一定距离。
133.根据条款132所述的方法，其中去除包含用多个电极产生电致动力以移动水性洗涤液滴横跨井阵列。
134.根据条款133所述的方法，其中产生电致动力包含产生交流电。
135.根据条款134所述的方法，其中交流电具有10V或更大的均方根(rms)电压。
136.根据条款134或135中任一项所述的方法，其中交流电具有射频范围内的频率。
137.根据条款105到136中任一项所述的方法，其中方法使用以下装置进行：微流体装置、数字微流体装置(DMF)、基于表面声波的微流体装置(SAW)、集成DMF和分析物检测装置、集成SAW和分析物检测装置或基于机器人技术的测定加工单元。
138.根据条款105到137中任一项所述的方法，其中测量涉及确定阵列的井中的固体载体的总数。
139.根据条款138所述的方法，其中测量涉及确定含有可检测标记的阵列的井中的固体载体的数量。
140.根据条款139所述的方法，其中测量涉及从阵列的井中的固体载体的总数减去含有可检测标记的固体载体的数量以确定不含有任何可检测标记的阵列的井中的固体载体的数量。
141.根据条款140所述的方法，确定含有可检测标记的固体载体与不含有任何可检测标记的固体载体的数量的比率。
142.一种用颗粒装载井的方法，其包含：
(a)用多个电极产生电场以将含有微颗粒的液体液滴移动到井阵列，其中井阵列的一个或多个井具有于其中装载颗粒的充足大小；
(b)用颗粒装载一个或多个井；以及
(c)用多个电极产生电场以将可极化流体液滴移动井阵列以密封井阵列。
143.根据条款142所述的方法，其进一步包含使用电场操控井阵列上方的液体液滴。
144.根据条款142到143中任一项所述的方法，其进一步包含使用被配置成促进液体液滴到井阵列的移动的毛细管元件操控井阵列上方的液体液滴。
145.根据条款142到144中任一项所述的方法，其中颗粒为磁性珠粒。
146.根据条款142所述的方法，其中装载包含施加磁场以促进将一个或多个磁性珠粒移动到阵列的一个或多个井中。
147.根据条款142到146中任一项所述的方法，其中井阵列具有亲水表面。
148.根据条款142到146中任一项所述的方法，其中井阵列具有疏水表面。
149.根据条款142到148中任一项所述的方法，其中产生电场包含产生交流电。
150.根据条款149所述的方法，其中交流电具有10V或更大的均方根(rms)电压。
151.根据条款149或159中任一项所述的方法，其中交流电具有射频范围内的频率。
152.一种形成数字微流体和分析物检测装置的方法，其包含：
退绕包含第一衬底的第一辊以将第一衬底的第一部分定位于第一位置处；
在第一位置处的第一衬底的第一部分上形成多个电极；和
在第二位置处的第一衬底的第二部分上形成井阵列。
153.根据条款152所述的方法，其进一步包含：
退绕第一辊以在形成井阵列之前将邻接第一衬底的第一部分的第二部分定位于第二位置处。
154.根据条款153的条款152所述的方法，其进一步包含：
退绕包含第二衬底的第二辊以将第三衬底的第三部分定位于第三位置处；和
在第三位置处以足以定位与第一衬底隔开的第二衬底的方式将第二衬底与第一衬底粘合。
155.一种形成集成数字微流体和分析物检测装置的方法，其包含：
退绕包含第一衬底的第一辊以将第一衬底的第一部分定位于第一位置处；
在第一位置处的第一衬底的第一部分上形成多个电极；
退绕包含第二衬底的第二辊以将第二衬底的第二部分定位于第二位置处；
在第二位置处的第二部分上形成井阵列；和
以足以进行以下的方式将第二衬底与第一衬底粘合：
定位与第一衬底隔开的第二衬底；和
将第二部分定位于第一部分上方或邻接第一衬底的第一部分的第三部分上方，
其中井阵列面向第一衬底。
156.根据条款152到155中任一项所述的方法，其中形成井阵列包含使用热或紫外纳米压印光刻、纳米压印辊、激光消融或通过将包含井阵列的预制衬底粘合到第一衬底的第一部分上来进行。
157.根据条款152到156中任一项所述的方法，其进一步包含使用模具使第一衬底经受强烈的热、压力或紫外光以在第一衬底上或第一衬底内形成声子结构。
158.根据条款152到157中任一项所述的方法，其进一步包含使用印刷机装置在所述一系列电极上施加疏水和/或介电材料。
159.根据条款158所述的方法，其中疏水和/或介电材料包含固化材料。
160.根据条款159所述的方法，其进一步包含施加热或紫外光以固化所施加的疏水和/或介电材料。
161.根据条款152到160中任一项所述的方法，其进一步包含分割第一衬底和第二衬底以产生包含第一部分和第二部分的粘合衬底。
162.一种检测液体液滴中的所关注分析物的方法，所述方法包含：
(a)提供包含所关注分析物的第一液体液滴；
(b)提供包含特异性结合成员和标记分析物的第二液体液滴，其中结合成员固定于至少一种固体载体上，特异性结合成员特异性结合到所关注分析物，且标记分析物为用可检测标记标记的所关注分析物；
(c)使用能量施加力来操控第一液体液滴与第二液体液滴以产生混合物；以及
(d)将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列，其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小；
163.一种检测液体液滴中的所关注分析物的方法，所述方法包含：
(a)提供包含所关注分析物的第一液体液滴；
(b)提供包含固定分析物和至少一个特异性结合成员的第二液体液滴，其中固定分析物为固定于至少一种固体载体上的所关注分析物，至少一个特异性结合成员特异性结合到所关注分析物，且至少一个特异性结合成员用可检测标记标记；
(c)使用能量施加力来操控第一液体液滴与第二液体液滴以产生混合物；
(d)将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列，其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小；以及
(e)检测井中的所关注分析物。
164.一种检测液体液滴中的所关注分析物的方法，所述方法包含：
(a)提供含有所关注分析物的第一液体液滴；
(b)提供含有至少一种固体载体的第二液体液滴，所述固体载体含有结合到所关注分析物的特异性结合成员；
其中将第一液体和第二液体液滴提供到数字微流体和分析物检测装置中，所述装置包含：
第一衬底和第二衬底，其中第二衬底与第一衬底由间隙分离，第一衬底包含多个电极以对液体液滴产生电致动力；和
井阵列，其被定尺寸以固持液体液滴的一部分，其中井阵列的至少一部分定位于多个电极中的一者或多者与间隙之间；
(c)使用电致动力操控第一液体液滴与第二液体液滴以产生混合物；
(d)将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列，其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小；
(e)在将混合物的一部分移动到井阵列之前或之后将可检测标记添加到混合物；以及
(f)检测井中的所关注分析物。
165.根据条款164所述的方法，其中至少一种固体载体包含特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。
166.根据条款164或165中任一项所述的方法，其进一步包含在将混合物的至少一部分移动到井阵列之前将可检测标记添加到混合物。
167.根据条款164或166中任一项所述的方法，其进一步包含在将混合物的至少一部分移动到井阵列之后将可检测标记添加到混合物。
168.根据条款164到167中任一项所述的方法，其中可检测标记包含特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。
169.根据条款164到168中任一项所述的方法，其中可检测标记包含显色原、荧光化合物、酶、化学发光化合物或放射性化合物。
170.根据条款164到168中任一项所述的方法，其中结合成员为受体或抗体。
171.根据条款164到170中任一项所述的方法，其中电致动力为液滴致动、电泳、电润湿、介电泳、静电致动、电场介导、电极介导、毛细管力、色谱法、离心或抽吸。
172.根据条款164到171中任一项所述的方法，其中第一液体液滴为可极化液体，第二液体液滴为可极化液体，混合物为可极化液体或第一液体液滴和第二液体液滴各自为可极化液体。
173.根据条款164到171中任一项所述的方法，其进一步包含使用电致动力操控井阵列上方的混合物。
174.根据条款164到173中任一项所述的方法，其进一步包含使用被配置成促进混合物到井阵列的移动的毛细管元件操控井阵列上方的混合物。
175.根据条款164到174中任一项所述的方法，其中固体载体为磁性固体载体。
176.根据条款175所述的方法，其中从相对于混合物的至少一部分的对置方向施加电致动力和磁场。
177.根据条款164到176中任一项所述的方法，其进一步包含通过以下来混合混合物：来回移动混合物；以圆形图案移动混合物；将混合物分裂为两种或更多种子混合物且合并所述子混合物。
178.根据条款164到176中任一项所述的方法，其中混合物为水性液体。
179.根据条款164到176中任一项所述的方法，其中混合物为不可混溶液体。
180.根据条款164到179中任一项所述的方法，其中液体液滴为疏水液体液滴。
181.根据条款164到180中任一项所述的方法，其中井阵列具有亲水表面。
182.根据条款164到180中任一项所述的方法，其中井阵列具有疏水表面。
183.根据条款164到182中任一项所述的方法，其中衬底包含亲水表面。
184.根据条款164到182中任一项所述的方法，其中衬底包含疏水表面。
185.根据条款164到184中任一项所述的方法，其进一步包含用多个电极产生电致动力以将混合物移动到井阵列以装载井。
186.根据条款164到185中任一项所述的方法，其中阵列的一个或多个井装载有至少一种固体载体。
187.根据条款186所述的方法，其中装载包含施加磁场以促进将至少一种固体载体移动到阵列的一个或多个井中。
188.根据条款187所述的方法，其进一步包含去除在装载之后不装载到阵列的井中的任何固体载体。
189.根据条款188所述的方法，其中去除包含用多个电极产生电致动力以将可极化流体液滴移动到井阵列，从而将混合物的至少一部分移动到距离井阵列的一定距离。
190.根据条款189所述的方法，其中去除包含用电极产生电致动力以移动水性洗涤液滴横跨井阵列。
191.根据条款190所述的方法，其中产生电致动力包含产生交流电。
192.根据条款191所述的方法，其中交流电具有10V或更大的均方根(rms)电压。
193.根据条款191或192中任一项所述的方法，其中交流电具有射频范围内的频率。
194.一种检测液体液滴中的所关注分析物的方法，所述方法包含：
(a)提供含有所关注分析物的第一液体液滴；
(b)提供含有至少一种固体载体的第二液体液滴，所述固体载体含有结合到所关注分析物的特异性结合成员；
其中将第一液体液滴和第二液体液滴提供到表面声波微流体和分析物检测装置中，所述装置包含：
第一衬底和第二衬底，其中第二衬底与第一衬底由间隙分离，其中装置包含第一部分和第二部分，
第一部分包含耦合到表面声波产生组件的顶置板；和
第二部分包含定位于第一衬底或第二衬底上的多个井，
(c)使用表面声力操控第一液体液滴与第二液体液滴以产生混合物；
(d)将混合物的所有或至少一部分移动到井阵列，其中阵列的一个或多个井具有容纳至少一种固体载体的充足大小；
(e)在将混合物的一部分移动到井阵列之前或之后将可检测标记添加到混合物；以及
(f)检测井中的所关注分析物。
195.根据条款194所述的方法，其中至少一种固体载体包含特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。
196.根据条款194或195中任一项所述的方法，其进一步包含在将混合物的至少一部分移动到井阵列之前将可检测标记添加到混合物。
197.根据条款194或196中任一项所述的方法，其进一步包含在将混合物的至少一部分移动到井阵列之后将可检测标记添加到混合物。
198.根据条款194到197中任一项所述的方法，其中可检测标记包含特异性结合到所关注分析物的至少一个结合成员。
199.根据条款194到198中任一项所述的方法，其中可检测标记包含显色原、荧光化合物、酶、化学发光化合物或放射性化合物。
200.根据条款194到199中任一项所述的方法，其中结合成员为受体或抗体。
201.根据条款194到200中任一项所述的方法，其中第一液体液滴为可极化液体，第二液体液滴为可极化液体，混合物为可极化液体或第一液体液滴和第二液体液滴各自为可极化液体。
202.根据条款194到201中任一项所述的方法，其进一步包含使用被配置成促进混合物到井阵列的移动的毛细管元件操控井阵列上方的混合物。
203.根据条款194到202中任一项所述的方法，其中固体载体为磁性固体载体。
204.根据条款70所述的方法，其中方法进一步包含用疏水液体密封井阵列。
205.根据条款96所述的方法，其中方法进一步包含用疏水液体密封井阵列。
206.根据条款185所述的方法，其中方法进一步包含用疏水液体密封井阵列。

Claims (49)

1.一种用于检测样品中的分析物的仪器，所述仪器包含：
控制单元；
料筒接口，其用于可操作地连接到包含一个或多个样品的一个或多个料筒；和
检测单元，其包含用于检测来自一个或多个料筒的电学信号的电学检测单元，所述电学检测单元包含连接到料筒接口的电路，
其中所述电路可操作地连接到用于记录所述电学信号的记录器，
其中所述电学信号由以下产生：
由分析物特异性酶对所述分析物的作用而产生的电化学物质；或
由酶对底物分子的作用而产生的电化学物质，且
其中所述酶共轭到特异性结合到所述分析物的抗体，
其中所述控制单元被配置成用于控制一个或多个电极的启动和停用顺序以促进一个或多个料筒之一中存在的样品液滴的移动，其中所述移动包含：
将所述样品液滴与试剂液滴合并以产生合并液滴，及
将所述合并液滴或其部分移动到所述检测单元，
其中所述检测单元检测：
(i)来自所述合并液滴或其部分的第一分析物相关信号；和
(ii)来自空间上分隔的单一分子的第二分析物相关信号。
2.根据权利要求1所述的仪器，其中
所述第一分析物相关信号包含电学信号，且
所述第二分析物相关信号包含光学信号。
3.根据权利要求1所述的仪器，其中
所述第一分析物相关信号包含光学信号，且
所述第二分析物相关信号包含光学信号。
4.根据权利要求1所述的仪器，其中所述检测单元被配置成检测来自一个或多个料筒之一的所述第一分析物相关信号和所述第二分析物相关信号两者。
5.根据权利要求1所述的仪器，其中所述检测单元被配置成检测来自不同料筒的所述第一分析物相关信号和所述第二分析物相关信号。
6.根据权利要求1所述的仪器，
其中仪器进一步包含电源，且
其中所述控制单元控制施加于所述一个或多个电极的电力。
7.根据权利要求1所述的仪器，其中所述控制单元控制所述一个或多个电极的启动时长。
8.根据权利要求1所述的仪器，其中所述检测单元包含光学检测单元。
9.根据权利要求8所述的仪器，其中所述光学检测单元被配置成用于检测来自空间上分隔到单一井中的分子的光学信号。
10.根据权利要求8所述的仪器，其中所述光学检测单元被配置成用于检测来自空间上分隔到单一井中的单一分子的光学信号。
11.根据权利要求8所述的仪器，其中所述光学检测单元包含以下中的一者或多者的检测器：色度信号、浊度信号或荧光信号。
12.根据权利要求8所述的仪器，其中所述光学检测单元包含成像系统。
13.根据权利要求1所述的仪器，其中所述仪器包含处理器，所述处理器执行程序向所述控制单元发出指令，以启动和停用所述一个或多个电极并操作所述检测单元。
14.根据权利要求1所述的仪器，其中所述仪器被配置成进行以下中的两者或更多者：临床化学、免疫测定、单一分子的空间分隔、成像、凝集测定以及血液学。
15.根据权利要求1所述的仪器，其包含：
电学检测单元，所述电学检测单元包含被配置成用于检测来自包含电化学检测区域的每个料筒的工作电极的电学信号的电路；及
光学检测单元，所述光学检测单元包含以下中的一者或多者：照相机、显微镜、电荷耦合器(CCD)、光谱仪、互补型金属氧化物半导体(CMOS)检测器、荧光计、色度计和浊度计。
16.根据权利要求15所述的仪器，其中所述电学检测单元检测选自由以下组成的组的电学信号：电流、电压、阻抗、电容、电荷、导电性、电阻或其组合。
17.一种用于检测样品中分析物的系统，所述系统包含：
分析物检测仪器；和
多个分析物检测料筒，
其中所述分析物检测仪器包含：
控制单元；
料筒接口，其用于可操作地连接到包含一个或多个样品的一个或多个料筒；以及
检测单元，其包含用于检测来自一个或多个料筒的电学信号的电学检测单元，所述电学检测单元包含连接到料筒接口的电路，
其中所述电路可操作地连接到用于记录所述电学信号的记录器，
其中所述电学信号由以下产生：
由分析物特异性酶对所述分析物的作用而产生的电化学物质；或
由酶对底物分子的作用而产生的电化学物质，且
其中所述酶共轭到特异性结合到所述分析物的抗体，
其中所述控制单元被配置成用于控制一个或多个电极的启动和停用顺序以促进一个或多个料筒之一中存在的样品液滴的移动，其中所述移动包含：
将所述样品液滴与试剂液滴合并以产生合并液滴，及
将所述合并液滴或其部分移动到所述检测单元，
其中所述检测单元检测：
(i)来自所述合并液滴或其部分的第一分析物相关信号；和
(ii)来自空间上分隔的单一分子的第二分析物相关信号，
其中每个所述分析物检测料筒各自包含：
多个电极，其响应于所述控制单元对液体液滴产生电学致动力；和
至少一个检测区域，其用于产生来自料筒中的液滴或来自料筒中的空间上分隔的单一分子和/或空间上分隔的分子的分析物相关信号。
18.根据权利要求17所述的系统，其进一步包含试剂储槽，其中所述试剂储槽与所述料筒接口邻接或位于每个料筒上。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述仪器被程序化以从所述试剂储槽形成液滴并通过选择性地启动和停用所述多个电极来移动所述液滴。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述仪器被程序化以
从引入到所述料筒中的样品形成至少一种样品液滴，并
通过选择性地启动和停用所述多个电极来移动所述样品液滴。
21.根据权利要求18所述的系统，
其中所述试剂储槽包含试剂，所述试剂包含对所述样品中的所述分析物具有特异性的酶，
其中所述酶作用于所述分析物以产生反应产物，所述反应产物产生电学或光学信号。
22.根据权利要求18所述的系统，其中所述试剂进一步包含氧化还原介体。
23.根据权利要求18所述的系统，
其中所述试剂储槽包含选择性结合到所述分析物的第一结合成员，
其中所述第一结合成员附着于珠粒。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述第一结合成员为抗体。
25.根据权利要求23所述的系统，
其中所述试剂储槽包含选择性结合到所述分析物的第二结合成员，
其中所述第二结合成员附着于酶。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述第二结合成员为抗体。
27.根据权利要求25所述的系统，其中所述酶作用于底物以产生与电学信号或光学信号相关的反应产物。
28.根据权利要求17所述的系统，
其中所述料筒接口包含用于容纳所述一个或多个料筒的插入槽，
其中所述一个或多个料筒包含：
(i)电学检测区域，所述电学检测区域包含：工作电极和参考电极，其用于检测来自当分析物存在于所述样品中时所产生的电化学物质的电学信号；或
(ii)光学检测区域，所述光学检测区域包含用于容纳用于检测所述分析物的至少一个珠粒的井阵列。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述仪器包含多个插入槽。
30.根据权利要求29所述的系统，其中所述多个插入槽定位于转盘上。
31.根据权利要求17所述的系统，
其中所述系统包含对于选择所述仪器的功能进行编程，
其中所述功能是基于可操作地连接到所述仪器的所述料筒接口的料筒类型来选择的，
其中所述功能选自用于处理所述样品的多个测定。
32.根据权利要求31所述的系统，其中当每个料筒包含电学检测区域时，响应于所述样品中分析物的存在，所述仪器受指示以处理所述样品而产生电学信号并经由所述电学检测单元检测所述电学信号。
33.根据权利要求32所述的系统，其中仪器接收待检测的所述分析物的指示并基于待检测的分析物的类型处理所述样品。
34.根据权利要求33所述的系统，
其中所述指示由用户经由所述仪器的用户界面来提供，或
其中所述指示是经由每个料筒上存在的机器可读指示物来提供。
35.根据权利要求17所述的系统，其中当每个料筒包含光学检测区域时，响应于所述样品中分析物的存在，所述仪器受指示以处理所述样品而产生光学信号并经由光学检测单元检测所述光学信号。
36.根据权利要求17所述的系统，其中所述系统被配置成用于检测全血样品和/或全血样品的血浆部分中的分析物。
37.根据权利要求17所述的系统，
其中所述系统被配置成用于检测全血样品的血浆部分中的分析物，
其中所述全血样品的所述血浆部分使用料筒来产生，所述料筒包含用于从所述全血样品分离所述血浆部分的过滤器。
38.一种用于检测样品中的分析物的仪器，所述仪器包含：
控制单元；
料筒接口，其用于可操作地连接到包含所述样品的多个料筒；以及
检测单元，
其中所述控制单元被配置成用于控制一个或多个电极的启动和停用顺序以促进一个或多个料筒中存在的样品液滴的移动，其中所述移动包含：
将样品液滴与试剂液滴合并以产生合并液滴，及
将所述合并液滴或其部分移动到所述检测单元，
其中所述检测单元检测：
(i)来自料筒中所述合并液滴或其部分的第一分析物相关信号；和
(ii)来自料筒中单一分子的第二分析物相关信号，
其中所述检测单元包含电学检测单元，所述电学检测单元检测选自由以下组成的组的电学信号：电流、电压、阻抗、电容、电荷、导电性、电阻或其组合，
其中所述料筒接口包含用于容纳所述一个或多个料筒的插入槽，
其中所述一个或多个料筒包含：
(i)电学检测区域，所述电学检测区域包含：工作电极和参考电极，其用于检测来自当分析物存在于所述样品中时所产生的电化学物质的电学信号；或
(ii)光学检测区域，所述光学检测区域包含用于容纳用于检测所述分析物的至少一个珠粒的井阵列。
39.根据权利要求38所述的仪器，其中
所述第一分析物相关信号包含光学或电学信号，且
所述第二分析物相关信号包含光学信号。
40.根据权利要求38所述的仪器，其中
所述第一分析物相关信号包含光学或电学信号，且
所述第二分析物相关信号包含电学信号。
41.根据权利要求38所述的仪器，其中所述检测单元被配置成检测来自一个或多个料筒之一的所述第一分析物相关信号和所述第二分析物相关信号两者。
42.根据权利要求38所述的仪器，其中所述检测单元被配置成检测来自不同料筒的所述第一分析物相关信号和所述第二分析物相关信号。
43.根据权利要求38所述的仪器，
其中仪器进一步包含电源，且
其中所述控制单元控制施加于所述一个或多个电极的电力。
44.根据权利要求38所述的仪器，其中所述控制单元控制所述一个或多个电极的启动时长。
45.根据权利要求38所述的仪器，其中所述控制单元控制一个或多个电极的启动和停用顺序以促进液滴在每个料筒中的移动。
46.根据权利要求45所述的仪器，其中所述移动包含将样品液滴与试剂合并以产生合并液滴。
47.根据权利要求46所述的仪器，其中所述移动包含将所述合并液滴或其部分移动到所述检测单元。
48.根据权利要求38所述的仪器，其中所述检测单元包含用于检测来自每个料筒的电学信号的电学检测单元。
49.根据权利要求38所述的仪器，其中所述检测单元包含用于检测来自每个料筒的光学信号的光学检测单元。
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