CN113164954B - 感测系统和操作方法 - Google Patents

感测系统和操作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113164954B
CN113164954B CN201980077593.2A CN201980077593A CN113164954B CN 113164954 B CN113164954 B CN 113164954B CN 201980077593 A CN201980077593 A CN 201980077593A CN 113164954 B CN113164954 B CN 113164954B
Authority
CN
China
Prior art keywords
droplet
interface
analyte
droplets
actuation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980077593.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113164954A (zh
Inventor
马修·霍尔顿
安德鲁·赫伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oxford Nanopore Technology Public Co ltd
Original Assignee
Oxford Nanopore Technology Public Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oxford Nanopore Technology Public Co ltd filed Critical Oxford Nanopore Technology Public Co ltd
Publication of CN113164954A publication Critical patent/CN113164954A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113164954B publication Critical patent/CN113164954B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0673—Handling of plugs of fluid surrounded by immiscible fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0896—Nanoscaled
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0427—Electrowetting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6869—Methods for sequencing

Abstract

本发明涉及一种感测系统，所述感测系统包括：电润湿装置，所述电润湿装置包括致动电极阵列；以及控制系统，其被配置成对存在于所述感测系统中的液滴系统执行液滴操作。本发明还涉及一种操作本发明的所述感测系统的方法。本发明还提供了可以在本发明的所述感测系统中制造和操控的新颖液滴构建体。

Description

感测系统和操作方法
技术领域
在一些方面，本发明涉及一种操作感测系统的方法，所述感测系统包括电润湿装置和被配置成向电润湿装置提供信号的控制系统。在其它方面，本发明进一步涉及感测系统本身，并且涉及包括可以在感测系统中制造或操控的液体介质的液滴的构建体。
背景技术
人们对化学物质的快速检测、分析和处理以及能够进行此类分析的系统相当感兴趣。
此领域的领先装置是例如在WO 2014/064443中描述的那些装置。此装置包括含有相应跨膜孔的两亲性分子的个别悬置膜阵列。在例如WO 2014/064444中描述了包括跨膜孔的此类膜。所述装置还包括含有感测电极阵列的专用集成电路(ASIC)。在使用中，样品被提供给装置。样品中存在的任何分析物都可能与跨膜孔阵列相互作用。每个跨膜孔与电极阵列内的感测电极相关联，并且分析物与跨膜孔的相互作用在相关联的感测电极处产生信号。因此，由ASIC获得的对电信号的分析可以提供关于存在的分析物的信息。
尽管此类装置是高度先进且有用的系统，但仍有改进的空间。
这些装置当前不允许被分析的样品被轻易地完好回收，因为很难在不对装置造成损坏的情况下进入装置的内部腔室。因此，期望提供一种能够回收提供给系统的样品的感测系统。出于各种原因，需要回收样品：例如，一旦知道样品的同一性，对它进行进一步的实验程序可能是有利的，所述程序无法在例如WO 2014/064443中所描述的那些装置中执行。替代地或另外，重要的是保留样品以供将来参考。在只有少量样品的情况下，这一点尤为重要。
一旦标识出存在于样品中的分析物，通常期望对所述样品执行进一步实验程序。直到样品分析完之后才可以知道感兴趣的特定实验程序。例如，在含有DNA的样品的情况下，一旦已经标识或部分标识了DNA，可能有兴趣通过PCR来扩增DNA以提供用于进一步实验的额外材料。修饰DNA也可能是令人感兴趣的。因此，期望提供一种能够对样品执行广泛的进一步实验程序的系统。
为了用户方便且避免污染或降解样品，特别有利的是提供一种系统，其可以直接当场执行此类进一步程序而无需从系统中移出样品。提供此类感测系统也是有利的，所述感测系统能够快速执行进一步实验程序，尤其是在样品的寿命可能很短的情况下或者所执行的分析用以使得能够在医疗情境中做出快速决策的情况下。
也非常期望提供一种具有延长寿命的装置。当前可用装置的寿命可能会受到限制，因为装置中含有的电子介体会随着时间的流逝而耗尽。然而，难以在不破坏装置的情况下进入此类装置的内部腔室以添加更多的电子介体。
还非常期望提供一种能够以改进的准确度水平测量分析物的装置。例如，作为分析物的DNA目前可以通过快速处理的纳米孔测序方法进行高准确度测序。但是，准确度方面的任何改进始终都是合乎需要的。
在显示技术的领域中，已知介质上电润湿(EWOD)装置用于操控流体介质中液体的液滴。在此领域中，介质上电润湿是众所周知的技术，其用于通过施加电场来操控流体的液滴，例如在US2016/0305906中所公开。在以下文件中对EWOD装置的实例配置和操作进行了详细描述。
US-6,911,132公开了一种用于控制液滴在两个维度中的位置和移动的二维EWOD阵列。US-6,565,727公开了用于其它液滴操作的方法，包含液滴的分离和合并以及将不同材料的液滴混合在一起。US-7,163,612描述了使用与AM显示技术中采用的电路布置类似的电路布置可如何将基于包含薄膜晶体管(TFT)的薄膜电子器件的有源矩阵(AM)布置用于控制电压脉冲对EWOD装置的寻址。此通用类型的装置可以被称为AM-EWOD装置。
发明内容
本发明人已经认识到，通过将EWOD装置与控制系统一起使用，其可产生能够执行已知感测系统的功能的感测系统，例如，WO 2014/064443中描述的纳米孔阵列系统，而不需要包含例如大量样品或电极阵列的液体所需的复杂物理结构。实际上，对电场的操控使得有必要包含液体样品和/或包括例如电子介体之类的化学物质的液体。此外，发明人已经理解，以此方式去除感测系统的壁允许改进可用感测系统执行的方法。另外，不存在此类复杂物理结构可以在可执行的否则难以实现的分析类型中提供更大的灵活性。
通过使用“无壁”感测系统，液体可以非线性方式围绕感测系统移动。样品不需要经历由感测系统的结构确定的特定组过程。在没有引导液体流动通过感测系统的固定壁的情况下，样品可能会移动到感测系统内的几乎任何位置，且因此可能会随意暴露于广泛多种环境中，例如广泛多种不同跨膜孔中。同样，可以将广泛多种环境(特别是呈液体液滴形式)引入样品。
发明人已经理解这是特别重要的，因为它不仅允许感测样品，而且还允许对感测系统内的样品执行实验程序。感测系统与实验设施的共定位特别强大，因为它允许根据感测系统内检测到的信号选择并执行实验或其它程序。即，所述系统是灵活的，并且可以响应于感测系统检测到的电信号来调整其操作。
重要的是，所述过程可以自动化。与已知系统的操作相比，这在速度上具有很大优点，在所述已知系统中，用户必须根据感测系统的输出在精神上选择进一步实验，然后手动对样品进行那些进一步实验。
因此，在第一方面，本发明提供了一种操作感测系统的方法，其中所述感测系统包括：
(i)电润湿装置，所述电润湿装置包括：
致动电极阵列；
绝缘体层，其覆盖所述致动电极并且具有最外面的疏水表面；
第一感测电极；以及
第二感测电极；
(ii)安置于所述疏水表面上的以下各物：
流体介质以及第一液滴和第二液滴，所述第一液滴和所述第二液滴各自包括所述流体介质中的液体介质，所述液体和所述流体介质中的一个是极性的，并且所述液体和所述流体介质中的另一个是非极性的；
其中所述第一液滴和/或所述第二液滴包括在所述第一液滴和/或所述第二液滴与所述流体介质之间的界面处的两亲性分子层；
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触；
所述液滴界面包括两亲性分子层和第一跨膜孔；以及
(iii)控制系统，其被配置成从所述第一感测电极和所述第二感测电极获得电测量值，并且将致动信号施加到所述致动电极阵列；
其中所述方法包括
a)从所述第一感测电极和所述第二感测电极获得电测量值；
b)分析所述电测量值，且然后根据存储在所述控制系统中的一个或多个指令来基于所述电测量值选择液滴操作；以及
a)将致动信号施加到致动电极以实行所述液滴操作。
确切地说，发明人已理解可以根据所述方法以及使用本发明的感测系统来执行样品分析的规模发生显著变化。可以在EWOD装置上进行操控的液体液滴的大小可约为纳升或微微升。这些非常小的液滴可以围绕感测系统快速移动，且因此可以非常快速地进行分析。而且，可以在小空间区域中同时处理大量的样品液滴，这意味着本发明的感测系统和方法可以在非常短的时间内提供极大量的数据。
因此，在另一优选实施例中，本发明提供了如上所限定的本发明的方法，其中所述感测系统包括：
安置于所述疏水表面上的所述流体介质和第一液滴系统，所述第一液滴系统包括如本文所限定的所述第一液滴和所述第二液滴；以及
也安置于所述疏水表面上的第二液滴系统，其包括如本文所限定的另一第一液滴和另一第二液滴；
其中所述方法包括对所述第一液滴系统和所述第二液滴系统同时执行步骤(a)、(b)和(c)。
操控液滴的能力(例如提供第三液滴、将第三液滴与液滴对的第二液滴或第一液滴融合或者用新液滴替换液滴的能力)提供了很大的灵活性，并使包含在第一液滴和/或第二液滴中的物质能够被替代、补充、稀释、回收等。此类物质包含感兴趣的分析物、电子介体、反应衬底等。
因此，在另一方面，本发明提供了一种方法，其中装置的疏水表面上安置有：
非极性流体介质，
第一液滴、第二液滴和任选地为第三液滴，其包括所述流体介质中的极性液体；
所述第一液滴和/或所述第二液滴和/或存在时的所述第三液滴包括在所述第一液滴和/或所述第二液滴和/或所述第三液滴与所述流体介质之间的界面处的两亲性分子层；
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触，或者所述第三液滴和所述第二液滴各自经由液滴界面与所述第一液滴接触；
所述液滴界面或每个液滴界面包括两亲性分子层；
所述液滴界面中的至少一个包括跨膜孔；
所述第一液滴包括分析物；
所述第二液滴包括电子介体；
所述第一液滴或存在时任选地为所述第三液滴与所述第一感测电极电接触；并且
所述第二液滴与所述第二感测电极电接触；
所述方法包括
a)从所述第一电极和所述第二电极获得电测量值，并将此步骤重复多次以获得多个电测量值；
b)将所述电测量值中的一个或多个与所述多个电测量值当中的其它电测量值中的一个或多个进行比较，确定随时间推移检测到的所述电测量值的变化，所述变化可归因于所述第二液滴中的电子介体的损耗，以及选择液滴操作以增大所述第二液滴中的电子介体的浓度；以及
c)将致动信号施加到致动电极以实行所述液滴操作。
发明人还已经意识到，本发明的感测系统所允许的灵活性允许相同样品经历多于一个感测程序。举例来说，存在于液体液滴中的分析物可以与第一跨膜孔接触，并且接着与第二跨膜孔接触，或者同时与第一跨膜孔和第二跨膜孔接触。通过多个感测元件(例如，跨膜孔)对单个样品的感测可以有利地提高可确定样品中分析物同一性的准确度。
因此，一方面，本发明提供了一种如本文所描述的方法，其中EWOD装置的疏水表面上安置有：
非极性流体介质；
第一液滴、第二液滴和第三液滴，其包括极性液体介质；
所述第一液滴和/或所述第二液滴和/或所述第三液滴包括在所述第一液滴和/或所述第二液滴和/或所述第三液滴与所述流体介质之间的界面处的两亲性分子层；
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触，所述液滴界面包括两亲性分子层和第一跨膜孔；
所述第三液滴经由另一液滴界面与所述第一液滴或所述第二液滴接触，所述另一液滴界面包括两亲性分子层和第二跨膜孔；并且
所述第一液滴包括分析物。
本发明进一步提供可以描述前述方法的感测系统。因此，本发明提供一种感测系统，其包括：
电润湿装置，所述电润湿装置包括：
致动电极阵列；
绝缘体层，其覆盖所述致动电极并且具有最外面的疏水表面；
第一感测电极；以及
第二感测电极；
以及控制系统，其被配置成：
从所述第一感测电极和所述第二感测电极获得电测量值；
分析所述电测量值，且然后根据存储在所述控制系统中的一个或多个指令来基于所述电测量值选择液滴操作；以及
将致动信号施加到致动电极以实行所述液滴操作。
还提供了可以在本发明的感测系统中形成并由其操控的液体介质的液滴的新颖构建体。因此，本发明提供了第一液滴构建体，其包括第一液滴、第二液滴和第三液滴，所述第一液滴、所述第二液滴和所述第三液滴各自包括液体介质，其中：
所述第一液滴包括分析物；
所述第二液滴和所述第三液滴各自包括电子介体；并且
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴和所述第三液滴中的每一个接触，其中每个液滴界面包括两亲性分子层。
本发明还提供了第二液滴构建体，其包括第一液滴、第二液滴和第三液滴，所述第一液滴、所述第二液滴和所述第三液滴各自包括液体介质，其中：
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触，所述液滴界面包括两亲性分子层；
所述第一液滴经由液滴界面与所述第三液滴接触，所述液滴界面包括两亲性分子层；并且
所述第一液滴和所述第二液滴之间的所述液滴界面和/或所述第一液滴和所述第三液滴之间的所述液滴界面包括多个离子通道。
本发明还提供了第三液滴构建体，其包括第一液滴、第二液滴和第三液滴，所述第一液滴、所述第二液滴和所述第三液滴各自包括液体介质，其中：
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触，所述液滴界面包括两亲性分子层和第一跨膜孔；
所述第一液滴经由液滴界面与所述第三液滴接触，所述液滴界面包括两亲性分子层和第二跨膜孔；并且
所述第一跨膜孔和所述第二跨膜孔是不同的。
附图说明
图1是包含AM-EWOD装置的设备的示意图；
图2是AM-EWOD装置的示意性透视图；
图3是AM-EWOD装置的部分的横截面侧视图；
图4A和4B是分别在液体液滴存在和不存在时呈现在致动电极处的电负载的电路表示的图；
图5是AM-EWOD装置中的薄膜电子器件的平面视图；
图6是AM-EWOD装置的阵列元件电路的图；
图7是在AM-EWOD装置的第二衬底上形成的导电材料层的平面视图；
图8是本发明的感测系统中的两液滴构建体的图示；
图9是本发明的感测系统中的三液滴构建体的图示；
图10是可用以分离第一液滴和第二液滴的示范性液滴操作的图；
图11是可用以分离第一液滴、第二液滴和第三液滴的示范性液滴操作的图；
图12是可用以形成多个双层的示范性液滴操作的图；
图13是可用以形成多个双层并且使多个双层破裂的示范性液滴操作的图。
图14是典型的初始液滴布置的图，其包括第一液滴和第二液滴，所述第一液滴和所述第二液滴各自与感测电极接触并且由包括两亲性分子层和跨膜孔的液滴界面分离。图14还展示可以将其它液滴添加到所述初始系统。
图15是本发明的方法的图，其中响应于电测量值，第二液滴与第一液滴分离且移动成与新液滴接触，从而形成新液滴界面。
图16是本发明的方法的图，其中液滴与第二液滴融合。
图17是本发明的方法的图，其中使具有不同渗透势的液滴接触。
图18是本发明的方法的图，其中将电子介体物质添加到液滴中。
具体实施方式
感测系统
感测系统包括如本文所描述的电润湿装置和如本文所限定的控制系统。感测系统任选地还包括流体介质以及各自包括液体介质的第一液滴和第二液滴。当使用感测系统时，感测系统通常包括流体介质和液体介质的液滴。
应理解，如本文所描述的感测系统既是本发明的感测系统，也是本发明的方法中使用的感测系统。因此，下文提到的感测系统的特征适用于根据本发明的感测系统和操作感测系统的方法。
电润湿(EWOD)装置
电润湿是一种现象，其中将电场施加到表面上的液体会改变液体在表面上的润湿行为。电润湿使得液体液滴能够通过施加电场而在表面上被操控，例如被重新成形或移动。本发明的EWOD装置利用此现象来提供适用于分析液体的液滴的通用感测系统。
EWOD装置通常包括有源矩阵，且可因此被称作AM-EWOD装置。
EWOD装置包括致动电极阵列。致动电极阵列包括至少两个电极，但是通常包括至少10个电极、至少100个电极或至少1,000个电极、至少10,000个电极、至少100,000个电极或至少1,000,000个电极。例如，致动电极阵列通常在10至107个致动电极的区域中，例如102至106个致动电极的区域中。可以任何图案来布置致动，但是通常以近似矩形布置来布置致动，包括平行的致动电极行。
致动电极可以由任何导电材料形成，例如金属或透明金属氧化物，例如氧化铟锡(ITO)。
利用电润湿现象，致动电极可用于操控EWOD装置的疏水表面上的液滴。当将致动信号施加到致动电极阵列当中的致动电极时，经致动电极可以吸引极性液体的液滴或排斥非极性液体的液滴。因此，致动电极可以用于例如改变液滴的形状或移动液滴。下文更详细地讨论了此类液滴操作。
因此，致动电极被配置成接收用于电润湿液滴的致动信号。控制系统控制施加到致动电极的致动信号。致动电极可以由控制系统单独控制。因此，控制系统可将致动信号施加到电极阵列内的一个或多个电极。
EWOD装置可以进一步包括连接到致动电极的有源矩阵布置。
致动电极阵列和存在时的有源矩阵布置通常由第一衬底支撑。第一衬底的材料不是特别绝缘的；其功能是为装置提供坚实支撑。通常，第一衬底由绝缘材料制成。在一些实施例中，EWOD装置进一步包括薄膜电子器件层。薄膜电子器件能够在控制系统的指导下将致动信号施加到致动电极。因此，薄膜电子器件可以被视为EWOD装置的控制系统的部分。薄膜电子器件可以在EWOD装置中安置于致动电极阵列与第一衬底之间。
致动电极连接到控制系统，以便控制系统可以将致动信号施加到致动电极阵列中的一个或多个电极。致动电极可以经由薄膜电子器件连接到控制系统。
EWOD装置包括覆盖致动电极阵列的绝缘体层。“覆盖”是指，在感测系统的操作中，绝缘体层位于致动电极阵列与流体介质(以及液体介质的第一液滴和第二液滴)之间。绝缘体层是电绝缘材料层。绝缘体层的厚度没有特别限制；通常，绝缘体层的厚度为0.1至500微米。
绝缘体层不会阻止将电场跨绝缘体层施加到流体介质(存在时)中。然而，绝缘体层通常防止致动电极与流体和液体介质之间的电接触。
通常，绝缘体层包括由形成所述疏水表面的疏水材料涂覆的电绝缘材料层。“最外面的疏水表面”是指，当疏水表面放置在感测系统中时，它们能够直接接触流体和液体介质。疏水表面可以由任何疏水材料形成。
因此，EWOD装置通常依次包括：第一衬底；薄膜电子器件；致动电极阵列；绝缘体层以及最外面的疏水表面。EWOD装置当然可以包括散布在那些部件之间的其它层和部件。
EWOD装置进一步包括至少两个感测电极。这些电极被配置成与第一液滴和/或第二液滴和/或存在时的第三液滴电接触。“被配置成进行电接触”是指至少两个感测电极可以直接接触前述液滴，或者至少两个感测电极可以经由导电材料接触前述液滴。
在优选实施例中，电润湿装置进一步包括面向绝缘体层的疏水表面的第二衬底，其中所述第二衬底由疏水材料涂覆，所述疏水材料形成面向所述绝缘体层的所述疏水表面的另一疏水表面。在此实施例中，液滴可以安置于疏水层的另一疏水表面以及绝缘体层的疏水表面上。以此方式，液滴包夹在两个衬底之间，这限制了所述液滴的形状。这提高了在激励状态与低能态之间对液滴形状的控制程度，这进而提高了液滴界面的形成的可靠性。
在此实施例的另一优选方面，第二衬底可以支撑第一感测电极和第二感测电极。例如，第二衬底可以支撑一个或多个传感器电极阵列(包含第一感测电极和第二感测电极)，所述阵列被配置成与液滴进行电连接，液滴界面形成于所述液滴之间。传感器电极阵列包括至少第一感测电极和第二感测电极。此实施例是有利的，因为它不需要致动电极来执行第二功能：检测电信号。
在此方面中，第一感测电极和第二感测电极(例如，包括第一感测电极和第二感测电极的感测电极阵列)设置于第二衬底上，所述第二衬底面向覆盖致动电极的绝缘体层的疏水表面。这提供了方便且可靠的方式与液滴进行电连接。
第二衬底可以由疏水材料涂覆，所述疏水材料形成面向绝缘体层的疏水表面的另一疏水表面。“涂覆”是指疏水材料安置于第二衬底上；然而，可能存在中间物质，例如感测电极可以安置于第二衬底和涂覆第二衬底的所述疏水材料之间。在那种情况下，电润湿装置可以被布置成接收流体介质和液滴，所述液滴安置于疏水层的另一疏水表面上以及绝缘体层的疏水表面上。以此方式，液滴包夹在两个衬底之间，这限制了所述液滴的形状。如上文所解释，这通过施加到致动电极的致动信号提高了对液滴的控制程度。
在第二衬底由疏水材料涂覆并且感测电极安置于第二衬底上的情况下，则涂覆第二衬底的疏水材料可以具有暴露第一感测电极和第二感测电极的至少部分的孔口。这提高了感测电极与液滴之间的电连接。涂覆第二衬底的疏水材料可被称为第二最外面的疏水表面。
因此，在优选实施例中，EWOD装置依次包括：第一衬底；薄膜电子器件；致动电极阵列；绝缘体层；最外面的疏水表面；间隔物；疏水材料；第一感测电极和第二感测电极；以及第二衬底。EWOD装置当然可以包括散布在那些部件之间的其它层和部件。在此实施例中，间隔物在两个疏水材料层之间提供空腔，流体介质和液体介质可接收在所述空腔中。
第二衬底还可进一步支撑至少一个另一电极，例如用于在向致动电极施加致动信号以操控液滴时接收参考信号。感测电极和其它电极在设置时可以沉积在面向第一衬底的第二衬底的表面上。在那种情况下，所述其它电极在设置时可以绕感测电极延伸。
EWOD装置可以进一步包含液滴制备系统，所述液滴制备系统被配置成在流体介质中形成安置于电润湿装置的疏水表面上的液滴。在此情况下，控制系统可以被配置成控制液滴制备系统以形成液滴。这增大了设备的实验功率，因为其允许出于实验目的形成含有适当试剂的液滴。
示范性总体设备在图1中示出并且描述如下。
图1示出含有发明的感测系统的设备30。设备30包含读取器32和可插入读取器32中的盒33。盒33含有AM-EWOD装置34，所述装置是电润湿装置的实例。AM-EWOD装置34展示于图2中并且在下文进一步描述。
尽管可以使用提供电连通的各种其它方法(例如无线连接)，但是读取器32和盒33可以在使用时例如通过连接电线42的缆线电连接在一起。
读取器32还包括液滴制备系统35，所述液滴制备系统被配置成当插入盒33时在AM-EWOD装置34中的流体介质60中形成包括液体的液滴1。在本文中讨论了液滴1和流体介质60的合适的材料性质。液滴制备系统35还能够进行样品制备以制备待测量的分析物，替代地，可以在AM-EWOD装置34中执行样品制备。可以将样品分隔开以用于库制备或用于测序。
液滴制备系统35可以包括流体输入端口，所述流体输入端口执行将液体从一个或多个储集库输入到AM-EWOD装置34中并且由此在AM-EWOD装置34内生成液滴的功能。液滴制备系统35可以由例如通过电润湿来控制液体流动的常规流体元件形成。液滴制备系统35合乎需要地具有准确控制所产生的液滴1的体积的能力，通常精确到2％至3％。
设备30进一步包含设置在读取器32中的控制系统37。在此实例中，控制系统37包含控制电子器件38和可以存储与所述系统相关联的任何应用软件任何数据的存储装置40。控制电子器件38可以包含被配置成执行与AM-EWOD装置34(例如CPU、微控制器或微处理器)的控制相关的各种控制操作的合适电路系统和/或处理装置。
在其功能当中，为了实施本发明的特征，控制电子器件38可以包括总体控制系统37的部分，所述控制系统可以执行在存储装置40内体现为控制应用程序的程序代码。存储装置40可被配置成非暂时性计算机可读介质，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)，或任何其它合适的介质。并且，虽然代码可以由根据示范性实施例的控制电子器件38执行，但是此类控制系统功能性也可以经由专用硬件、固件、软件或其组合来执行。
如下文更详细地描述，控制系统37被配置成执行对感测系统的各种元件的控制。这任选地包含控制存在时的液滴制备系统35以形成液滴1。控制系统还连接到感测电极，并且被配置成操作感测电极以进行电测量并处理所述电测量。控制系统进一步被配置成选择液滴操作并控制施加用于操控液滴的致动信号。确切地说，控制系统37被配置成响应于电测量值来操控感测系统中的液滴，例如控制系统能够形成经由液滴界面连接的第一液滴和第二液滴的一个或多个系统。控制系统37还可以向用户提供图形用户界面(GUI)，所述图形用户界面允许用户输入程序命令。示范性命令包含例如是否继续进行所建议的液滴操作或待执行的测定的选择。GUI还允许向用户显示此类操作的结果。
图2和图3示出AM-EWOD装置34。图3涉及优选实施例，其中EWOD装置包括第二衬底，并且第一感测电极和第二感测电极安置于第二衬底上。
如图2中所见，AM-EWOD装置34具有第一衬底44(其为图2和3中最下部的衬底)，其中薄膜电子器件46安置于第一衬底44上。致动电极48的阵列50由第一衬底46支撑在薄膜电子器件46的顶部上。薄膜电子器件46布置成驱动致动电极48。
致动电极48的阵列50可为X乘Y矩形阵列，其中X和Y为任何整数。致动电极48可以例如由氧化铟锡(ITO)或另一透明金属氧化物或金属或任何其它导电材料形成。
AM-EWOD装置34还包含第二衬底54(其为图2和3中最上部的衬底)，由间隔物56将所述第二衬底与第一衬底44分隔开。如下文进一步描述，第一液滴和第二液滴安置于第一衬底44和第二衬底54之间。尽管在图2和3中展示了单个液滴1，但是在根据本发明的方法的感测系统操作期间存在至少第一液滴和第二液滴。
AM-EWOD装置34的层状结构在图3中最佳可见，所述图示出了包含由第一衬底44支撑的两个致动电极48的部分。致动电极48可以由导电材料的经图案化层形成。
包括由疏水材料64涂覆的电绝缘材料层62的绝缘体层61安置于第一衬底44上，覆盖致动电极48。疏水材料64形成绝缘体层61的最外面的疏水表面。
第二衬底54面向绝缘体层61的疏水表面。第二衬底54支撑导电材料层58，所述导电材料层沉积在面向绝缘体层61的第二衬底54的表面上。导电材料层58经图案化以形成更多电极。第二衬底54由疏水材料68涂覆，所述疏水材料覆盖导电材料层58并且形成面向绝缘体层61的疏水表面的另一疏水表面。疏水材料64和68可以由任何合适的材料(其可相同或不同)形成，例如含氟聚合物。
展示了本发明的感测系统，所述系统包括在AM-EWOD装置34中的液滴1，所述液滴安置于流体介质60内。液滴1和流体介质60安置于绝缘体层61的疏水表面上以及涂覆第二衬底54的疏水材料68的另一疏水表面上。以此方式，液滴1包夹在第一衬底44与第二衬底54之间，这限制了液滴1的形状。这通过以如下文所描述的方式施加到致动电极48的致动信号提高了对液滴1的控制程度。
液滴1与绝缘体层61的疏水表面具有接触角66。接触角66通过平衡以下表面张力分量来确定：(1)从疏水表面到液滴1(ΓSL)界面的液体，(2)从液滴1的液体到周围流体介质60(ΓLG)界面，以及(3)从疏水表面到周围流体介质60(ΓSG)界面。在未施加电压的情况下，接触角66满足杨氏法(Young's law)，并且具有大小θ，所述大小由方程cosθ＝((ΓSG-ΓSL)/ΓLG)给定。
因此，当向致动电极48施加致动信号时，致动电极48能够电润湿液滴1。当将致动信号施加到液滴时，其可被称为致动液滴。致动信号产生有效控制绝缘层61的疏水表面的疏水性的电力，且进而给液滴1供能。在此激励状态下，与在液滴1处于低能态，即致动信号向液滴1提供较少能量或不提供能量的状态时相比，液滴1将具有经修改形状。
此类对经修改形状的参考可以指代AM-EWOD装置34的平面中，即平行于绝缘体层61的疏水表面的形状。尽管由致动信号供应的能量将会修改液滴1的三维形状，但是所述形状在AM-EWOD装置34的平面中受到极大影响，所述平面为致动电极48排列的方向。
通过选择性地控制施加到致动电极阵列当中一个或多个选定致动电极48的致动信号的图案，可以操控液滴1并且在第一衬底44与第二衬底54之间的横向平面中移动所述液滴。一般来说，以此方式对液滴1进行的此操控可以应用以EWOD装置出名的技术。
致动信号可以采取适于电润湿液滴1的任何形式。通常，致动信号可为AC致动信号，但一般来说其也可为相对于参考电压的DC电压电势。在施加致动信号时，将参考信号施加到AM-EWOD装置中其它地方的参考电极59，如下文进一步描述。
参考信号可采用任何合适的形式。在一个实例中，参考信号可为固定的参考电压。在致动信号是AC致动信号的另一实例中，参考信号可为与AC致动信号反相的AC参考信号。在此实例中，致动电极48与参考电极59之间的电势差的量值增大，例如当AC致动信号和AC参考信号的量值相等时，相比于作为固定参考电压的参考信号，所述电势差的量值增大了一倍。
电润湿装置的电极的操作在图4至6中示出。
图4A展示了在存在液滴1的情况下，在致动电极48和参考电极59之间的电负载70A的简化电路表示。液滴1通常可以被建模为并联的电阻器和电容器。通常，液滴1的电阻将相对较低(例如，如果液滴含有离子)，并且液滴的电容将相对较高(例如，因为极性液体的相对介电常数较高，例如，如果液滴1为水性的，则为约80)。在许多情况下，液滴电阻相对较小，使得在感兴趣的电润湿频率下，液滴1可以有效地充当电短路。疏水材料64和68具有可以被建模为电容器的电特性，并且绝缘材料层62也可以被建模为电容器。致动电极48与参考电极59之间的总阻抗可以由电容器粗略估计，所述电容器的值通常受绝缘材料层62的比重以及疏水材料64和68的比重支配，并且对于典型的层厚度和材料，所述电容器的值可为约微微法拉(pico-Farad)。
图4B展示了在不存在液滴1的情况下，在致动电极48和参考电极59之间的电负载70B的电路表示。在此情况下，液滴部件被表示非极性流体60的电容的电容器替代，所述非极性流体占据了顶部衬底与第一衬底之间的空间。在此情况下，致动电极48与参考电极59之间的总阻抗可以由电容器粗略估计，所述电容器的值受非极性流体的电容支配，并且所述值通常较小，为约毫微微法拉(femto-Farads)。
出于驱动并在可适用时感测致动电极48的目的，电负载70A和70B总体实际上充当电容器，所述电容器的值取决于在给定致动电极48处是否存在液滴1。在存在液滴的情况下，电容相对较高(通常为约微微法拉)，而如果不存在液滴1，则电容较低(通常为毫微微法拉)。如果液滴部分地覆盖给定电极48，则电容可以近似地表示液滴1覆盖致动电极48的程度。
图5示出了AM-EWOD装置34中的薄膜电子器件46的布置。薄膜电子器件46位于第一衬底44上并且包括阵列元件51的有源矩阵布置，所述阵列元件各自包括用于控制对应致动电极48的电极电势的阵列元件电路72。在薄膜电子器件46中还实施了集成的行驱动器74和列驱动器76电路，以向阵列元件电路72供应控制信号。以此方式，阵列元件电路72可以在控制系统37的控制下选择性地执行以下功能：致动致动电极48，以将致动信号施加至致动电极48。因此，控制系统37控制施加到致动电极48的致动信号，例如执行液滴操控操作所需的电压和定时信号。
图6展示了每个阵列元件51中存在的阵列元件电路72的布置。阵列元件电路72含有致动电路88，所述致动电路具有输入ENABLE、DATA和ACTUATE以及连接到致动电极48的输出。
还可以提供串行界面82，以处理串行输入数据流并且促进对阵列50中的致动电极48所需的电压进行编程。电压供应界面84提供对应的供应电压、第二衬底驱动电压和其它必要的电压输入。可以使第一衬底44与外部控制电子器件、电源和任何其它部件之间的多个连接电线86相对较少，即使对于大的阵列大小也是如此。任选地，串行数据输入可以部分并行化。例如，如果使用两个数据输入线，在对列驱动器电路76进行了微小修改的情况下，则第一数据输入线可以为列1至X/2提供数据，并且第二数据输入线可以为列(1+X/2)至M提供数据。以此方式，可以将数据编程到阵列元件51的速率增大了，这是液晶显示器驱动电路系统中使用的标准技术。
图7展示了本发明的优选实施例的示范性方面，其中第一感测电极和第二感测电极不在致动电极阵列当中，而是被支撑在第二衬底上。在此实施例中，图7展示了可如何将导电材料层58图案化以形成感测电极100、导电轨101以及沉积在第二衬底54上并由此支撑的其它电极102。
感测电极100被布置成与相应液滴1电连接。提供感测电极100是与液滴1进行电连接的方便且可靠的方式。相反，由于在致动电极48与液滴1之间存在包含电绝缘材料层62的绝缘层61，所以此类型的电连接不可能从致动电极58进行。
覆盖涂覆第二衬底54的导电材料层58的疏水材料68设置有使感测电极100的部分暴露的孔口69，但是更通常地，所述孔口可以更大并且暴露整个感测电极100。疏水材料68中的孔口69有助于在感测电极100与液滴1之间形成电接触。流体介质60和/或液滴1的液体可流动到孔口69中，并且可以具有比疏水材料68低的电阻抗，由此提供了导电路径。此类孔口69的额外优点是可以充当亲水贴片，其有助于在电极去激活或装置断电的情况下将液滴1栓定在位。
此类孔口69可以通过例如借助于干法蚀刻工艺或剥离工艺而选择性地去除疏水材料68来产生。
然而，孔口69不是必需的，并且替代地，可以通过疏水材料68形成感测电极100与液滴1之间的电连接，所述疏水材料可以具有足够低的阻抗(真实部分或假想部件)，通过其仍可以进行电测量。在那种情况下，相应地选择疏水材料68的厚度和材料性质。
EWOD装置包括第一感测电极和第二感测电极。通常，EWOD装置包括感测电极阵列，所述感测电极阵列包括以两个为一组布置的多个感测电极。图7所展示的感测电极100成组布置，每组包括第一电极和第二电极。第一感测电极和第二感测电极分别表示为100a和100b，是感测电极阵列中的任何两个。每组的感测电极100的大小和形状可以设定成与液滴1形成电连接，在所述液滴之间形成液滴界面。这可以通过第一感测电极和第二感测电极的区域类似于第二衬底的疏水表面上的感兴趣液滴(例如，第一液滴和第二液滴)所围封的区域来得以实现。另外，在一组感测电极100内的第一感测电极和第二感测电极的中心之间的距离可以类似于液滴1的中心之间的距离，其中电测量待跨所述液滴进行。这在图7中展示出，其中两个液滴(1)用虚线表示，它们的中心分别排列在一组两个感测电极100中的第一感测电极100a和第二感测电极100b的中心上方。每组感测电极100可以与相应的液滴1的系统对准，以用于与所述液滴1的系统中的相应液滴1的电连接。
图7展示，在操作中，感测系统可以含有多个两个或更多个液滴1的系统，其中每个液滴1的系统与相应组感测电极100对准。通过说明的方式，图7展示了包括三组两个感测电极100的感测电极阵列；以及与相应组的感测电极100对准形成的三个两个液滴1的系统。然而，一般来说，可以存在任何数目个组的感测电极100，并且所述组可以含有任何数目个感测电极100，这取决于待包含在每个系统中的液滴1的数目。通常，感测电极阵列包括至少10个或至少100个或至少1,000个或至少10,000个或至少1,000,000个电极。在一些实施例中，感测电极阵列在10至107个感测电极的区域中包括例如100至106个感测电极。
由于此配置，可以并行地形成例如第一液滴和第二液滴1之类的两个液滴的系统，并且可以使用相应组的感测电极100a、100b对其并行地执行实验。一般来说，可以形成任何数目个液滴2的系统，例如两个或更多个，至多约数万的大数目。
导电轨101连接到感测电极100，并且延伸到导电材料层58的边缘，在所述边缘处，电连接到控制系统37；具体地说，连接到液滴界面系统传感器系统110。因此，导电轨101提供从感测电极100到控制系统37的电连接。
另一电极102可以围绕感测电极100和导电轨101延伸。另一电极102可以充当图4A和4B中展示的电路表示中的参考电极59。在那种情况下，控制系统37连接到另一电极102，并且被布置成在向致动电极48施加致动信号时向另一电极102施加参考信号。
然而，另一电极102不是必需的。当不存在另一电极102时，或甚至当存在另一电极102时，不同的电极可以充当参考电极59。在一个实例中，感测电极100可以用作参考电极59。
在另一实例中，参考电极59可设置在第一衬底44与第二衬底54之间的其它地方，例如作为单独元件，例如平面内参考电极。在任何此类实例中，控制系统37连接到参考电极59(例如感测电极100)，并且被布置成在向致动电极48施加致动信号时向参考电极59施加参考信号。在此布置中，第一衬底44上未经致动的致动电极48可以用作参考，并且液滴1可以在无需第二衬底54上的参考电极的情况下移动。
读取器32中的控制系统37可进一步包括液滴界面传感器系统110，所述液滴界面传感器系统包含测量单元111，所述测量单元连接到感测电极100并且在电连接到相应液滴1的感测电极100之间跨形成于其间的液滴界面进行电测量。测量单元111通常被控制以在致动信号未施加到致动电极48时得出电测量值。这样的优点是例如通过物理地影响或损坏被测量的液滴系统或通过引起对测量单元111的电干扰而降低致动信号影响电测量的风险。
薄膜电子器件46的元件与感测电极100和测量单元111电隔离，因此不参与电测量的进行。
控制系统37(例如控制系统内的液滴界面传感器系统110)可以进一步包括分析系统112，所述分析系统被配置成处理取决于与跨膜孔相互作用的分析物的电测量，以便分析所述分析物。例如，在分析物是包括聚合物单元的聚合物的情况下，分析系统可以被配置成处理电测量以导出聚合物的聚合物单元的经估计同一性。分析系统112可以使用任何适当的已知技术来处理电测量。
分析系统112可以由以下各项的恰当组合形成：(1)硬件级，例如现场可编程门阵列(FPGA)，所述硬件级用于预处理以来自测量单元111的信号的形式供应的电测量；以及(2)处理器，所述处理器用于处理从硬件级供应的信号。处理器可为任何合适形式的处理装置。处理器可以在如图1中展示的读取器32内实施，并且可以执行可存储在存储装置40中的软件。作为替代方案，处理器可以由读取器32外部的处理装置(例如常规计算机设备)实施。
举例来说，测量单元111和分析系统112可以具有与WO-2011/067559中描述的信号处理功能相同的构造。
液滴界面传感器系统110可以与其它类型的测量系统组合以进行测量，例如来自致动电极的电容测量和/或来自额外电极(未示出)的测量。
阵列元件电路72还可以含有液滴传感器电路90，所述液滴传感器电路与致动电极48电连通。液滴传感器电路90提供用于检测在每个致动电极48的位置中液滴1的存在或不存在的感测能力。以此方式，阵列元件电路72还可以执行在操控液滴1期间感测在阵列元件51的位置处液滴1的存在或不存在的功能。然而，由于在致动电极48与液滴1之间存在包含电绝缘材料层62的绝缘层61，因此可能难以或不方便进行适于研究液滴界面或发生在液滴界面处的过程的电测量。
液滴传感器电路90可适宜采用使用阻抗传感器电路的电容感测。液滴传感器电路90可以包含所述领域已知类型的阻抗传感器电路系统，例如US-8,653,832和GB-2,533,952中所描述的。如其中所描述的，液滴1可以借助于电润湿而致动并且可以通过电容感测或阻抗感测构件来感测。通常，电容感测和阻抗感测可为类似的且可在每个阵列元件51处同时或几乎同时执行。通过处理来自此传感器的经返回信息(例如，在读取器32的存储装置40中的应用软件中)，控制系统37可以实时或几乎实时确定存在于AM-EWOD装置中的每个液滴1的位置、大小、形心和周长。
替代地，此感测可以由一些其它构件，例如光学或热构件来执行。液滴传感器电路90的替代方案是提供例如光学传感器之类的可以用于感测液滴性质的外部传感器，例如在电润湿装置领域中已知的。
控制系统37生成并输出控制信号以供液滴传感器电路90在操控液滴1期间执行感测操作。在薄膜电子器件46中实施集成传感器行寻址78和列检测电路80，以供寻址并读出每个阵列元件电路72中的液滴传感器电路90。通常，液滴传感器电路90的读出可以由一个或多个寻址线(例如RW)控制，所述寻址线对于阵列50的同一行中的阵列元件51可为共同的，并且还可以具有一个或多个输出，例如OUT，所述输出对于阵列50的同一列中的所有阵列元件50可为共同的。
控制系统37可以使用液滴传感器电路90的输出以在操控液滴1时控制向致动电极48定时施加致动信号。
控制系统
控制系统执行多种功能。控制系统操作感测电极以进行电测量、处理所进行的电测量并选择液滴操作，并且操作致动电极以实现液滴操作。
控制系统连接到第一感测电极和第二感测电极，并且被配置成在第一感测电极和第二感测电极之间进行电测量，例如包含阻抗测量。在感测系统包括感测电极阵列的情况下，控制系统可以被配置成在感测电极阵列当中的任何两个感测电极之间进行电测量，例如阻抗测量。例如，控制系统可以被配置成在从感测电极阵列当中选择待执行电测量的合适感测电极对之前，检测第一液滴和/或第二液滴(和/或存在时的第三液滴或另一液滴)的位置。
控制系统能够在电连接到两个液滴的感测电极之间进行电测量(即，从中获得电测量值)。
控制系统被配置成在第一感测电极和第二感测电极之间进行电测量。一方面，控制系统被配置成在第一感测电极和第二感测电极之间进行电测量，其中第一感测电极和第二感测电极各自与液滴电接触。在此方面的一个实施例中，控制系统被配置成在第一感测电极和第二感测电极之间进行电测量，其中第一感测电极和第二感测电极各自与液滴接触，并且那些液滴通过一个或多个液滴界面连接，每个液滴界面包括两亲性分子层和跨膜孔。在典型实施例中，控制系统被配置成在第一感测电极和第二感测电极之间进行电测量，其中第一感测电极和第二感测电极分别与第一液滴和第二液滴接触。此布置在图8中展示。
获得电测量值后，控制系统被配置成分析电测量值，且接着根据存储在控制系统中的一个或多个液滴来基于电测量值选择液滴操作。
一方面，控制系统被配置成选择液滴操作以实现由用户指定或存储在控制系统内的结果。例如，控制系统可以被配置成根据存储在控制系统中的一个或多个指令来选择液滴操作，其中所述指令是以下指令：对分析物进行分析；和/或执行测定；和/或对系统中的样品执行实验。
在控制系统内发生以允许根据本发明的方法选择液滴操作的步骤如下文所描述。控制系统通常包括可被称为“操作系统”的系统，其中操作系统存储一个或多个指令和任选地关于感测系统的其它信息。
操作系统存储与可以对第一液滴和/或第二液滴执行的一个或多个过程有关的指令。因为本发明的感测系统可广泛应用，所以相关过程是高度可变的：例如，其可为制备样品的过程；分析样品含量的过程；对样品进行测定的过程；等等。每个这样的过程将具有与之关联的多种液滴操作。如将在下文更详细地论述，液滴操作通常涉及移动一个或多个液滴。举一简单实例，其中所述过程是对存在于液滴中的分析物进行分析的过程，可执行的液滴操作可涉及：
●使含有分析物的液滴与另一液滴接触以形成包括跨膜孔的液滴界面；
●将含有分析物的液滴从另一液滴移开以分离液滴界面；
●如果先前的液滴已降解或质量低劣，则将新样品液滴引入系统；
●如果分析物已经耗尽，则向含有分析物的液滴中添加额外的分析物液滴；
●如果电子介体已经耗尽，则向液滴中添加额外的电子介体液滴；
●从系统中去除待保留的分析物液滴；
等等。操作系统被配置成施加与一个或多个感兴趣的过程有关的经存储指令，并基于从一个或多个电测量值获得的信息来选择液滴操作。
在一些实施例中，操作系统进一步被配置成将致动信号施加到一个或多个致动电极以实现液滴操作。在其它实施例中，操作系统可以被配置成向GUI提供输出，例如以向用户呈现决定是否应当执行液滴操作的选项。在此实施例的一方面，操作系统可以被配置成选择两个或更多个液滴操作，且接着向GUI提供输出，以便允许用户选择待执行的那些液滴操作中的一个。
在某些方面，为了选择待执行的液滴操作，操作系统被配置成存储关于感测系统内的多个液滴的本质和位置的信息。液滴的“本质”意味着感测系统内的液滴的组成，例如，液滴中包括的液体介质可以含有任何物质，例如分析物、电子介体、反应衬底等。液滴的“本质”还可意味着此类物质的浓度等。“位置”意味着液滴在感测系统内的位置。
此信息可以基于预编程的配置而保留在操作系统内；即，在感测系统的初始状态下，可以向操作系统提供关于感测系统内液滴的本质和位置的信息。在那种情况下，操作系统可以参考那些液滴操作和系统的初始状态而在已进行一个或多个液滴操作之后确立系统内液滴的本质和位置。举例来说，如果操作系统可以访问以下信息：(i)包括分析物的液滴最初出现在位置A，以及(ii)已经执行了将液滴从位置A移到位置B的液滴操作，则所述操作系统可以存储以下信息：包括分析物的液滴存在于位置B而无需对位置B上的液滴执行任何电测量。关于在初始状态下感测系统内液滴的本质和位置的信息可被永久或临时存储；例如，它可能在每次液滴操作发生时被覆写。
另一方面，操作系统可以基于电测量或其它测量来确定关于液滴的本质和位置的信息。例如，操作系统可以基于在所述感测电极处进行的电测量来确立液滴存在于相对于传感器电极的位置处，并且可以通过使用与所述液滴接触的感测电极执行电测量来进一步确立存在于所述液滴中的分析物的本质。一旦确立，可以临时存储此信息(例如，直到确定新的此类信息为止)。
此外，操作系统可以通过上述两种方法的混合来确立和/或存储关于系统内液滴的本质和位置的信息。
因此，在某些方面，操作系统被配置成基于(i)电测量值和(ii)关于存储于控制系统(即，控制系统内的操作系统)中且存在于感测系统中的液体介质的一个或多个液滴的本质和位置的一个或多个指令和信息来选择液滴操作。
在控制系统内对关于液滴的位置和那些液滴的本质的信息的获取和存储在其中对多个液滴系统并行地执行所述方法的本发明的实施例中特别有用。操作系统在速度上具有很大的优点，尤其是在其中操作系统被配置成执行步骤(c)，即自动进行液滴操作且无需用户输入的那些实施例中。
控制系统可以进一步包括分析系统，所述分析系统被配置成处理电测量以分析与第一跨膜孔相互作用的分析物。例如，在分析物是包括聚合物单元的聚合物的情况下，分析系统可以被配置成处理电测量以导出聚合物的聚合物单元的经估计同一性。分析系统可以连接到或可以不连接到操作系统。也就是说，分析系统的输出可以输入到或可以不输入到操作系统中，以使操作系统能够选择液滴操作。
控制系统连接到致动电极，并且被配置成向致动电极施加致动信号以用于操控接收到的液滴。
控制系统可以被配置成在向致动电极施加致动信号时向第一感测电极和第二感测电极(例如向感测电极阵列)和/或向另一电极(如果提供的话)施加参考信号。
有利的是，控制系统可以被布置成向致动电极施加致动信号，所述致动信号被选择以并行形成多个液滴系统。“液滴系统”意味着包括至少如本文所限定的第一液滴和第二液滴的布置。这允许设备以彼此并行的方式对多个系统执行实验，从而增大所述设备的实验通量。
就硬件而言，控制系统通常包括控制电子器件和可以存储与控制系统相关联的任何应用软件任何数据的存储装置。控制电子器件可以包含被配置成执行与AM-EWOD装置(例如CPU、微控制器或微处理器)的控制相关的各种控制操作的合适电路系统和/或处理装置。
在其功能当中，为了实施本发明的特征，控制电子器件可以包括总体控制系统的部分，所述控制系统可以执行在存储装置内体现为控制应用程序的程序代码。存储装置可被配置成非暂时性计算机可读介质，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)，或任何其它合适的介质。并且，虽然代码可以由根据示范性实施例的控制电子器件执行，但是此类控制系统功能性也可以经由专用硬件、固件、软件或其组合来执行。
控制系统通常向用户提供用户界面，例如图形用户界面(GUI)，所述图形用户界面允许用户输入程序命令。例如，GUI可准许用户选择操作系统采用的指令。然而，这是不必要的，因为操作系统可以包括一组指令，根据所述指令，操作系统可以在无需用户输入的情况下操作感测电极和致动电极。在控制系统包括用户界面的情况下，它可准许用户例如选择待执行的测定或选择是否保留样品。GUI可以用于向用户显示感测系统的操作结果。
还可以提供串行界面以处理串行输入数据流并且促进对致动电极阵列中的致动电极所需的电压，和/或第一感测电极和第二感测电极所需的电压进行编程。
电压供应界面向致动电极和/或感测电极的阵列提供必要的电压输入。
控制系统可以进一步包括液滴界面传感器系统，所述液滴界面传感器系统包含测量单元，所述测量单元连接到感测电极并且在第一感测电极和第二感测电极之间进行电测量。测量单元通常被控制以在致动信号未施加到致动电极时得出电测量值。这样的优点是例如通过物理地影响或损坏被测量的液滴系统或通过引起对测量单元的电干扰而降低致动信号影响电测量的风险。测量单元可以由适合于液滴界面实验的合适电子部件形成，所述电子部件例如包含带有放大器布置的检测通道。在一个实例中，测量单元可以包括贴片夹钳布置。在另一实例中，测量单元可以具有与WO-2011/067559中描述的信号处理功能相同的构造。
液滴
在根据本发明的方法的感测系统的操作期间，感测系统包括流体介质以及液体介质的第一液滴和第二液滴。第一液滴和第二液滴安置于EWOD装置的疏水表面上。第一液滴和第二液滴也可以接触存在时的EWOD装置的第二衬底，或者在所述第二衬底上的层。一般来说，不与疏水表面或第二衬底接触的第一液滴和第二液滴的任何部分接触流体介质。
在一些实施例中，感测系统包括液体介质的第三液滴或其它液滴。那些液滴作为第一液滴和第二液滴安置于流体介质中的疏水表面上。
一般来说，可以将在流体介质中形成液滴的任何液体用作流体介质中的第一液滴和第二液滴，但是如下是一些可能的材料。
流体介质原则上可为气态介质，但优选地为液体介质。
液体和流体介质中的一个是极性的，且液体和流体介质中的另一个是非极性的。优选地，液滴的液体是极性的，并且流体介质是非极性的。通常，第一液滴、第二液滴和存在时的第三液滴的液体是极性的，且流体介质是非极性的，其结果是，施加了致动信号的致动电极被电润湿。在其它实施例中，第一液滴、第二液滴和存在时的第三液滴的液体是非极性的，且流体介质是极性的；在那种情况下，未施加致动信号的致动电极吸引非极性液滴。
当液体和流体介质中的一个是极性的时，极性介质通常为包括水的水性液体。水性液体可以进一步包括一个或多个溶质。水性液体可以例如包括缓冲剂，以便适当时调节水性介质的pH，并且其可以包括支撑电解质。水性介质可以例如包括氧化还原对或氧化还原对的成员，所述氧化还原对的成员可以被部分氧化或还原以提供氧化还原对。氧化还原对可以选自所属领域已知的那些，例如Fe2+/Fe3+、二茂铁/二茂铁盐或Ru2+/Ru3+。此类的实例是亚铁氰化物/铁氰化物、钌六胺和二茂铁羧酸。
替代地，当液体和流体介质中的一个是极性的时，极性介质可以包括极性有机溶剂。极性有机溶剂可例如为如醇等质子有机溶剂，或者其可为非质子极性有机溶剂。
液滴的液体可为适合于执行以下所述类型的实验的任何液体。不同的液滴可以包括不同的液体。
当液体和流体介质中的另一个是非极性的时，则非极性介质可以包括油。油可为单一化合物，或者油可以包括两种或更多种化合物的混合物。在一个实例中，油为纯烷烃。
油可以例如包括硅油。合适的硅油包含例如聚(苯基甲基硅氧烷)和聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)。硅油可以包括羟基封端的硅油，例如羟基封端的PDMS。
另外或替代地，油可以包括烃，例如十六烷，但是可以使用任何合适的烃。当油包括烃时，其可以包括单一烃化合物或两种或更多种烃的混合物。当油包括烃时，所述烃可为支链或非支链的。烃可例如为角鲨烯、十六烷或癸烷。在一个实施例中，其为十六烷。但是，在一些实施例中，烃可以被卤素原子(例如溴)取代。
油可以包括一种或多种硅油和一种或多种烃的混合物。混合物中的硅油和烃两者均可如上进一步所限定。硅油可例如为聚(苯基甲基硅氧烷)或PDMS。
其它类型的油也是可能的。例如，油可为碳氟化合物或溴取代的C10-C30烷烃。
感测系统可以包括带有分析物的一个或多个液滴。通常，第一液滴包括分析物。分析物通常是能够与第一跨膜孔相互作用的任何物质，并且也可被称为目标分析物、模板分析物或感兴趣的分析物。例如，分析物可为聚合物或药物。替代地，分析物可为金属离子、无机盐、聚合物、氨基酸、肽、多肽、蛋白质、核苷酸、寡核苷酸、多核苷酸、染料、漂白剂、药剂、诊断剂、娱乐性药物、爆炸物或环境污染物。通常，分析物带电。
分析物可为氨基酸、肽、多肽和/或蛋白质。氨基酸、肽、多肽或蛋白质可为天然存在的或非天然存在的。多肽或蛋白质可包含在其合成或修饰氨基酸内。对氨基酸的多种不同类型修饰在所属领域中是已知的。出于本发明的目的，应理解，可通过所属领域中任何可用的方法来修饰分析物。
分析物蛋白质可为酶、抗体、激素、生长因子或生长调控蛋白，例如细胞因子。细胞因子可选自：白介素，优选地IFN-1、IL-1、IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-12和IL-13；干扰素，优选地IL-γ；和其它细胞因子，例如TNF-α。蛋白质可为细菌蛋白质、真菌蛋白质、病毒蛋白质或寄生虫衍生蛋白质。
分析物可为核苷酸、寡核苷酸或多核苷酸。下文论述核苷酸和多核苷酸。寡核苷酸是短核苷酸聚合物，其通常具有50个或更少个核苷酸，如40个或更少个、30个或更少个、20个或更少个、10个或更少个或者5个或更少个核苷酸。寡核苷酸可包括下文论述的核苷酸中的任一个，包含无碱基和经修饰核苷酸。
多核苷酸的至少部分可为双链的。
多核苷酸可以是核酸，例如脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)。多核苷酸可以包括与一条DNA链杂交的一条RNA链。
多核苷酸可为任何长度。例如，多核苷酸的长度可为至少10个、至少50个、至少100个、至少500个核苷酸或核苷酸对。多核苷酸的长度可为1000个或更多个、10000个或更多个、100000个或更多个或1000000个或更多个核苷酸或核苷酸对。
可以研究任何数目个多核苷酸。举例来说，本发明的方法可涉及表征2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、50、100或更多个多核苷酸。如果表征两个或更多个多核苷酸，那么其可以是不同的多核苷酸或两个相同多核苷酸的例子。
多核苷酸可为天然存在的或人造的。
在分析物为包括核苷酸的多核苷酸并且聚合物单元的经估计同一性源自电测量值的情况下，则可以应用链表征/测序或核酸外切酶表征/测序。在链测序中，通过所施加的电势或逆所施加的电势，多核苷酸可以转移通过纳米孔。在此情况下，电测量值指示多个核苷酸的一个或多个特性。
一个或多个液滴，确切地说含有分析物的液滴，可以含有如酶等用于控制聚合物转移通过孔的聚合物结合部分。在所述部分是酶的情况下，使用例如酶活性或作为分子制动器，所述部分可为分子马达。
在聚合物是多核苷酸的情况下，提出了许多用于控制易位速率的方法，包含使用多核苷酸结合酶。用于控制多核苷酸易位速率的合适的酶包含但不限于聚合酶、解旋酶、外切核酸酶、单链和双链结合蛋白以及拓扑异构酶(如旋转酶)。对于其它聚合物类型，可以使用与所述聚合物类型相互作用的部分。聚合物相互作用部分可以是以下文献中所公开的任何：WO-2010/086603、WO-2012/107778和Lieberman KR等人,《美国化学会志》2010；132(50):17961-72，并且用于电压门控方案(Luan B等人,《物理评论快报(Phys Rev Lett.)》2010；104(23):238103)。
可以多种方式使用聚合物结合部分来控制聚合物运动。所述部分可以使聚合物通过施加的场或逆施加的场移动通过跨膜孔。在所述部分是酶的情况下，使用例如酶活性或作为分子制动器，所述部分可用作分子马达。可以通过控制聚合物通过孔的移动的分子制动器来控制聚合物的易位。分子制动器可以是聚合物结合蛋白。对于多核苷酸，多核苷酸结合蛋白优选地为多核苷酸处理酶。
优选的多核苷酸处理酶是聚合酶、核酸外切酶、解旋酶和拓扑异构酶，例如旋转酶。多核苷酸处理酶可为例如WO-2015/140535或WO-2010/086603中描述的多核苷酸处理酶类型中的一个。
每个液滴的体积没有特别限制。第一液滴、第二液滴和(存在时)第三液滴或其它液滴可以各自具有相同或不同的体积。
液滴的形状没有特别限制。当液滴与一个或多个致动电极电接触，并且致动电极将液滴保持在激励状态时，液滴的形状由激活电极确定。因此，致动电极不仅可以操控液滴在疏水表面上的位置，而且可以操控液滴的形状。可以形成广泛多种形状。例如，在平行于疏水表面的平面中，液滴可为方形、圆形、细长形或环形。
在液滴已经被来自致动阵列的信号定形的情况下，当准许液滴松弛到低能态时(例如，当致动电极断开时)，液滴将松弛。这是指液滴的形状将不同于液滴所采用的形状而变形，同时致动信号促使液滴电润湿特定的致动电极。
在一些实施例中，存在于感测系统中的液滴与至少两个致动电极、优选地至少5个致动电极、至少10个致动电极或至少20个致动电极电接触。这是因为液滴电接触的致动电极越多，在液滴的激励状态中的形状控制的分辨率越好。这依次允许至少一个液滴的表面的移动程度增加，这有助于控制液滴操作，例如使一个液滴与另一液滴接触。
两亲性分子
液滴界面是一个液滴与另一液滴接触的空间区域。液滴界面可以包括两亲性分子层，使得在液滴界面处彼此接触的一个或两个液滴与两亲性分子层接触。在一些实施例中，液滴界面可以包括两亲性分子双层：即，两亲性分子的两个相邻单层。在那种情况下，包括双层的液滴界面可以被称为液滴界面双层(DIB)。DIB可用于研究插入其中的跨膜孔。例如，Martel等人，《生物微流体(Biomicrofluidics)》6，012813(2012)公开了一种用于形成其中插入了蛋白质通道的液滴界面双层的微流体装置。金微丝沉积到衬底上，所述衬底包含致动电极，在所述致动电极上提供Ag/AgCl垫以与每个液滴进行电接触，以便测量流动穿过膜通道的离子电流。
第一液滴和第二液滴经由液滴界面彼此接触，所述液滴界面包括两亲性分子层。感测系统可包括多个其它液滴界面，每个液滴界面包括两亲性分子层，如本文所描述。然而，两亲性分子不仅存在于液滴界面。第一液滴和/或第二液滴包括在所述液滴与流体介质之间的界面处的两亲性分子层。例如，两亲性分子层可存在于所述液滴与流体介质之间的整个界面处。在一些实施例中，第一液滴和第二液滴各自包括在与流体介质介接的其整个相应界面处的两亲性分子层。
在感测系统包括液体介质的第三液滴或另一液滴的情况下，每个此类液滴可任选地包括在所述液滴与流体介质之间的界面处的两亲性分子层。两亲性分子层可以存在于所述液滴与流体介质之间的整个界面处。
两亲性分子用于在形成液滴界面之前稳定流体介质中的液滴。并且，两亲性分子可以允许液滴界面在形成时包括两亲性分子膜。
可以使用许多不同类型的两亲性分子。包括两亲性分子层的每个液滴可以包括一种或多种类型的两亲性分子。当感测系统包括两个或更多个液滴，每个液滴包括两亲性分子(例如以与流体介质介接的界面处的层的形式)时，那些液滴可以包括相同或不同的两亲性分子。可以使用的两亲性分子类型的一些非限制性实例如下。
在一个实例中，两亲性分子可以包括脂质，所述脂质可以具有单一组分或组分的混合物，这在形成脂质双层时是常规的。
可以使用形成例如脂质双层之类的膜的任何脂质。可以采用磷脂。选择脂质以使得形成具有所需性质(例如表面电荷、支持膜蛋白质的能力、充填密度或机械性质)的脂质双层。脂质可以包括一个或多个不同的脂质。例如，脂质可以含有多达100个脂质。脂质优选地含有1至10个脂质。脂质可以包括天然存在的脂质和/或人造脂质。还可以对脂质进行化学修饰。
在两个液滴之间的界面处的两亲性分子层可以被称为膜。两亲性聚合物膜由于其承受较高电压的能力而优于脂质膜。
在另一实例中，两亲性分子可以包括两亲性化合物，所述两亲性化合物包括第一外部亲水基团、疏水核心基团和第二外部亲水基团，其中第一外部亲水基团和第二外部亲水基团中的每一个均连接到疏水核心基团。WO 2014/064444中公开了一些此类两亲性化合物，其全部内容以引用的方式并入本文中。US-6,916,488中公开了其它此类两亲性化合物，所述文献以引用的方式并入本文中并且公开了可以在设备1中用作平面两亲性膜的多个聚合材料。确切地说，公开了三嵌段共聚物，例如硅三嵌段共聚物膜，如聚(2-甲基噁唑啉)-嵌段-聚(二甲基硅氧烷)-嵌段-聚(2-甲基噁唑啉)(PMOXA-PDMS-PMOXA)。可以采用的硅酮三嵌段聚合物的实例为7-22-7PMOXA-PDMS-PMOXA、6-45-6PMOXA-PE-PMOXA和6-30-6PMOXA-PDMS-PMOXA，其中命名法参考亚基的数目。此类三嵌段共聚物可以囊泡形式设置在液滴中。
根据两亲性分子的本质，膜可为两亲性分子双层或可为两亲性分子单层。两亲性分子可替代地由另一表面活性剂替代。
不同的液滴界面可以包括不同的两亲性分子膜，例如包括脂质双层的膜和聚合物膜，如上文描述的硅酮三嵌段聚合物膜，例如在WO2017/004504中公开。所进行的电测量可以用于研究两亲性分子膜本身或其相互作用，例如用于研究药物膜介电常数。
跨膜孔
本发明的感测系统可包括一个或多个跨膜孔。一般来说，可以使用能够插入到液滴界面中的任何跨膜孔。不同的液滴可以包括相同或不同的跨膜孔，使得当在不同的多个液滴对之间形成多个液滴界面时，可以将相同或不同的跨膜孔插入到那些液滴界面中。
可以使用的跨膜孔类型的一些非限制性实例如下。
跨膜孔是通道结构，当其插入膜中时，允许在膜的相对侧之间进行连通。通常，跨膜孔是提供从膜中的一侧到另一侧的路径的通道结构，离子可以流动通过所述路径。在一些实施例中，跨膜孔是允许分析物至少部分地进入通道的通道结构。“至少部分地”是指跨膜孔可以允许分析物进入离子通道，但不能从膜的一侧穿过所述离子通道到达另一侧；在一些实施例中，跨膜孔对于分析物是可渗透的。通道的宽度可沿其长度变化，并且通常其内径介于0.5nm与10nm之间。
在本发明中可以使用任何合适的跨膜孔。孔可为生物的或人造的。合适的孔包含但不限于蛋白质孔、多核苷酸孔和固态孔。孔可为DNA折纸孔(Langecker等人，《科学(Science)》，2012；338：932-936)。WO2013/083983中公开了合适的DNA折纸孔。
跨膜孔优选地为跨膜蛋白质孔。
跨膜蛋白质孔可为单体或寡聚物。孔可为六聚孔、七聚孔、八聚孔或九聚孔。孔可为同型寡聚物或异型寡聚物。
跨膜蛋白质孔可衍生自CsgG，例如衍生自来自大肠杆菌菌株K-12亚株MC4100的CsgG。WO-2016/034591、WO-2017/149316、WO-2017/149317和WO-2017/149318中描述了合适的CsgG孔的实例。
跨膜蛋白质孔通常包括离子可以流动通过的圆筒或通道。孔的亚基通常围绕中心轴线并且为跨膜 圆筒或通道或者跨膜α螺旋束或通道提供链。跨膜蛋白质孔的圆筒或通道包括促进与分析物(例如核苷酸、多核苷酸或核酸)的相互作用的氨基酸。可以通过例如取代或删除更多个氨基酸中的一个来修饰孔。
根据本发明使用的跨膜蛋白质孔可以衍生自β筒形孔或α螺旋束孔。β筒形孔包括由β链形成的圆筒或通道。合适的β-桶孔包含但不限于β-毒素，诸如α-溶血素、炭疽毒素和杀白细胞素，以及细菌的外膜蛋白/孔蛋白，诸如耻垢分枝杆菌孔蛋白(Msp)，例如MspA、MspB、MspC或MspD、CsgG、外膜孔蛋白F(OmpF)、外膜孔蛋白G(OmpG)、外膜磷脂酶A和奈瑟菌(Neisseria)自转运体脂蛋白(NalP)和其它孔，诸如lysenin。α螺旋束孔包括由α螺旋形成的圆筒或通道。合适的α螺旋束孔包含但不限于内膜蛋白和α外膜蛋白，诸如WZA和ClyA毒素。
跨膜孔可以衍生自或基于Msp、α-溶血素(α-HL)、胞溶素、CsgG、ClyA、Sp1和溶血性蛋白质fragaceatoxin C(FraC)。跨膜蛋白质孔优选地衍生自CsgG，更优选地衍生自来自大肠杆菌菌株K-12亚株MC4100的CsgG。
跨膜孔可以衍生自胞溶素。WO 2013/153359中公开了衍生自胞溶素的合适的孔。
孔可为以上列出的纳米孔的变体。基于与氨基酸序列的氨基酸类似性或同一性，所述变体可为至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％以及更优选地至少95％、97％或99％同源的。
所属领域中的标准方法可以用于确定同源性。举例来说，UWGCG程序包提供BESTFIT程序，其可用于计算同源性，例如用其默认设置(Devereux等人(1984)《核酸研究(Nucleic Acids Research)》12,第387到395页)。PILEUP和BLAST算法可用于计算同源性对序列进行排序(例如鉴定等同残基或对应序列(通常用其默认设置))，例如如AltschulS.F.(1993)《分子进化杂志(J Mol Evol)》36:290-300；Altschul,S.F等人(1990)《分子进化杂志》215:403-10中所描述。用于执行BLAST分析的软件可通过美国国家生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information)(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)公开获得。可以使用成对同一性或通过应用评分矩阵诸如BLOSUM62并转换为当量同一性来测量类似性。由于它们表示功能变化而非演化变化，所以在确定同源性时将掩盖故意突变的位置。可以通过使用位置特异性评分矩阵，例如在蛋白质序列综合数据库中使用PSIBLAST更敏感地确定类似性。可以使用反映氨基酸化学-物理性质而不是演化时间尺度(例如，电荷)内的取代频率的不同评分矩阵。
可以对跨膜蛋白质进行氨基酸取代，例如多达1、2、3、4、5、10、20或30个取代。保守取代用具有类似化学结构、类似化学性质或类似侧链体积的其它氨基酸来置换氨基酸。引入的氨基酸可以具有与其替代的氨基酸相似的极性、亲水性、疏水性、碱性、酸性、中性或电荷。替代地，保守取代可以引入另一芳香族或脂肪族氨基酸代替预先存在的芳香族或脂肪族氨基酸。
本文所描述的任何蛋白质，例如跨膜蛋白质孔，可以合成方式或通过重组手段制得。例如，可以通过体外翻译和转录(IVTT)来合成孔。可以修饰孔的氨基酸序列以包含非天然存在的氨基酸或以增加蛋白质的稳定性。当通过合成手段生产蛋白质时，可以在生产期间引入这样的氨基酸。还可以在合成或重组制造后改变孔。
可以使用所属领域已知的标准方法来产生本文描述的任何蛋白质，诸如跨膜蛋白质孔。可以使用所属领域的标准方法衍生和复制编码孔或构建体的多核苷酸序列。可以使用所属领域中的标准技术在细菌宿主细胞中表达编码孔或构建体的多核苷酸序列。可以通过由重组表达载体原位表达多肽在细胞中产生孔。表达载体任选地携带诱导型启动子以控制多肽的表达。这些方法描述于Sambrook,J.和Russell,D.(2001)中所述。《分子克隆：实验室手册》,第3版.纽约冷泉港的冷泉港实验室出版社中。
可以在通过任何蛋白质液相色谱系统纯化之后或在重组表达之后，从产蛋白质生物体大规模产生孔。典型的蛋白质液相色谱系统包含FPLC、AKTA系统、Bio-Cad系统、Bio-Rad生物系统和Gilson HPLC系统。
电测量
用于对安置于EWOD装置上的液滴进行电测量的方法是已知的。US-2010/0,194,408公开了一种用于检测液滴致动器上的电容的方法、电路和设备，尤其是用于确定在致动电极处液滴的存在、部分存在或不存在。US-8,653,832描述了如何可以将阻抗(或电容)感测功能并入到EWOD装置的每个阵列元件的阵列元件电路中，其中可以使用阻抗传感器电路来确定存在于阵列中的每个电极处的液滴的存在和大小。然而，这些方法受到从致动信号所施加到的同一电极获得信号的需要的限制。
Martel等人，《生物微流体(Biomicrofluidics)》6，012813(2012)公开了一种用于形成蛋白质通道所插入的液滴界面双层的微流体装置，其中金微丝沉积到衬底上，所述衬底包含致动电极，在所述致动电极上提供Ag/AgCl垫以与每个液滴进行电接触，以便测量流动穿过膜通道的离子电流。然而，此构造并不方便且难以制造，以及限制了进行测量的可靠性且限制了技术的可扩展性。
可以进行任何合适的电测量，例如阻抗测量、电流测量或电容测量。一方面，可以通过施加电压并测量另一感测电极接地时通过第一感测电极和第二感测电极流出的电流来进行电测量。因此，可以确定液滴界面的电阻抗的实部和虚部，跨所述液滴界面上进行电测量。
电测量通常是在液滴对之间进行的电测量。最通常地，电测量是跨液滴界面进行的电测量，其中液滴界面包括两亲性分子层和插入其中的跨膜孔。例如，电测量可为跨第一液滴和第二液滴之间的界面进行的电测量。
在一些实施例中，电测量可为在由多于一个液滴界面分离的液滴对之间进行的电测量。在这些实施例中，通常每个所述界面包括两亲性分子层和跨膜孔。例如，在感测系统除了第一液滴和第二液滴之外还包括第三液滴，并且第三液滴经由液滴界面与第一液滴接触的情况下，所述液滴界面包括两亲性分子层和跨膜孔，电测量可为在与第三液滴接触的第一感测电极和与第二液滴接触的第二感测电极之间进行的电测量，如图9中所展示。
在一个实施例中，电测量包括确定液滴(例如，第一液滴、第二液滴或第三液滴)是否与特定电极电接触。例如，电测量可以包括确定感测系统内液滴(例如，第一液滴、第二液滴或第三液滴)的位置。
示范性电测量是对通过跨膜孔的液滴之间的离子流的测量。例如，在电测量是跨第一液滴和第二液滴进行的电测量的情况下(如图8中所展示，其中第一感测电极和第二感测电极与第一液滴和第二液滴接触)，电测量可为对通过第一跨膜孔的离子流的测量。在另一实例中，电测量是跨图9中所展示的设置的电测量，其中第一感测电极与第三液滴接触并且第二感测电极与第二电极接触；并且其中第一液滴与包括第一跨膜孔的第二液滴形成液滴界面，并且第一液滴与包括第二跨膜孔的第三液滴形成液滴界面，则电测量可为对跨连在一起的第一跨膜孔和第二跨膜孔的离子流的测量。
另一示范性电测量是取决于分析物与跨膜孔的相互作用的电测量。例如，可以在如图8中所展示的系统中的第一感测电极和第二感测电极之间进行电测量，并且电测量可为指示与第一跨膜孔的相互作用(或不存在相互作用)的电信号。在另一实例中，可以在如图9中所展示的系统中的第一感测电极和第二感测电极之间进行电测量，并且电测量可为指示与第一跨膜孔或第二跨膜孔或在一起的第一跨膜孔和第二跨膜孔的相互作用(或不存在相互作用)的电信号。
取决于分析物与跨膜孔的相互作用的电测量可为对跨膜孔上的离子流的测量。分析物与跨膜孔的相互作用可表现为当分析物与孔相互作用时发生的电信号的变化，从而中断离子流。
在电测量取决于分析物与跨膜孔的相互作用的情况下，分析可以确定目标分析物的存在、不存在或一个或多个特性。在分析物是包括聚合物单元的聚合物的情况下，在分析中，电测量可以被处理以导出聚合物单元的经估计同一性，或以对聚合物单元进行计数或确定聚合物的长度。可以在不同分析物或聚合物单元的存在下执行对照实验，以确定分析物作为分析的基础如何影响电测量。
分析可以使用任何合适的已知技术来执行，所述技术包含：采用例如WO-2013/041878或WO-2015/140535中描述的隐式马尔可夫模型(Hidden Markov Model)的技术；采用例如Boza等人在2017年6月5日于“DeepNano：用于MinION纳米孔读取中的碱基调用的深层递归神经网络(DeepNano:Deep recurrent neural networks for base calling inMinION nanopore reads)”，《公共科学图书馆(PLoS ONE)12(6)：e0178751中描述的机器学习的技术；采用例如WO-2013/121224中描述的特征向量的比较的技术；或任何其它合适的技术。
目标分析物与跨膜孔之间的相互作用可能会随着分析物相对于孔移动(例如移位通过)而发生。在那种情况下，可以随着分析物相对于孔移动而进行电测量。此移动可以在向液滴之间(即跨膜孔上)施加电势差时发生。所施加的电势通常使得在孔与多核苷酸结合蛋白之间形成复合体。所施加的电势差可为电压电势。替代地，所施加的电势差可为化学电势。其实例是跨两亲层使用盐梯度。盐梯度公开于Holden等人，《美国化学学会期刊(J AmChem Soc.)》，2007年7月11日；129(27)；8650-5中。
可以在向液滴之间施加电势差的同时任选地进行电测量(例如对离子流的测量)。可以使用第一感测电极和第二感测电极施加电势差。因此，在一个实施例中，在跨第一感测电极和第二感测电极施加电势差的同时进行电测量。
电测量可以在下限到上限的频率范围内以任何组合进行，其中下限为1Hz、10Hz或100Hz并且上限为10MHz、100KHz或10KHz。
初始液滴布置
在下文中，描述了在执行本发明方法中的步骤(a)、(b)和(c)之前在感测系统内的第一液滴和第二液滴(以及存在时的第三液滴和其它液滴)的初始配置的各种典型方面。
对经由包括两亲性分子层的液滴界面接触的第一液滴和第二液滴执行本发明的方法。提供包括两亲性分子层的液滴界面的合适方法是为第一液滴和第二液滴中的一个或两个提供两亲性分子外层。两亲性分子可以设置在相关液滴中包括的液体介质中或流体介质中。两亲性分子外层通常将自发形成，以使两亲性分子的疏水部分与非极性介质接触并且使亲水性部分与极性介质接触，因为这是能量上有利的布置。然后可以通过将合适的致动信号施加到致动电极阵列来使第一液滴和第二液滴接触。因此，第一液滴或第二液滴包括在所述第一液滴和/或所述第二液滴与所述流体介质之间的界面处的两亲性分子层。此两亲性分子层可以覆盖所述第一液滴和/或所述第二液滴与所述流体介质之间的全部或部分界面；通常，两亲性分子层覆盖整个所述界面。
在第一液滴或第二液滴与流体介质之间的界面处存在两亲性分子层会稳定所述第一液滴或所述第二液滴。因此，在优选实施例中，第一液滴和第二液滴各自包括在液体介质和流体介质之间的界面处的两亲性分子层。两亲性分子层可以覆盖液体介质和流体介质之间的整个界面。
第一液滴和第二液滴之间的界面包括第一跨膜孔。跨膜孔通常自发地插入到液滴界面(也称为膜)处的层或两亲性分子中。因此，在将第一液滴或第二液滴接触以形成感测系统的初始状态之前，可以首先在第一液滴或第二液滴中设置第一跨膜孔。当然，所述系统不限于单个孔的存在：第一液滴和第二液滴之间的界面可以包括多个跨膜孔，每个跨膜孔可以相同或彼此不同。在某些实施例中，液滴界面可以包括单个跨膜孔。
本发明的感测系统有利地为通用的，并且准许多个液滴彼此接触，例如以使液滴内含有的分析物暴露于多个跨膜孔。因此，在另一优选实施例中，第一液滴经由液滴界面与液体介质的第三液滴接触，并且第一液滴与第三液滴之间的液滴界面包括两亲性分子层。在此实施例的一个方面中，第一液滴和第三液滴之间的界面进一步包括跨膜孔，所述跨膜孔可以与第一跨膜孔相同或不同。
在感测系统包括与第一液滴接触的第二液滴和第三液滴的情况下，可以布置三个液滴以使得每个液滴接触另一液滴。在此实施例中，第二液滴也经由液滴界面与第三液滴接触，并且第二液滴与第三液滴之间的液滴界面包括两亲性分子层。第二液滴与第三液滴之间的此界面可以任选地包括跨膜孔，所述跨膜孔可以与第一跨膜孔相同或不同。在此实施例中，存在于第一液滴、第二液滴或液滴的任一个中的分析物可以经由跨膜孔移动至存在的其它两个液滴中的任一个。
另一方面，在感测系统包括与第一液滴接触的第二液滴和第三液滴的情况下，第三液滴和第二液滴可以不彼此接触。在此实施例中，存在于第一液滴中的分析物可以移动到第二液滴或第三液滴中，但是没有分析物可以从第二液滴移动至第三液滴。
本系统的特别优点是它可以提供非常复杂的感测系统(以极小体积)：单个液滴可以例如与多于两个其它液滴接触，在每种情况下都经由包括膜和跨膜孔的液滴界面进行接触。此系统以极小尺度接近MinIONTM装置(当前市场领先的装置)的复杂性。因此，提供了一种方法，其中第一液滴还经由另一液滴界面与液体介质的一个或多个其它液滴接触，并且每个另一液滴界面包括两亲性分子层。每个另一液滴界面任选地包括跨膜孔，其可以与第一跨膜孔相同或不同。如果受到所施加的电势诱导，则此设置有利地准许在分析物依次移动穿过每个孔时对所述分析物进行检测。替代地，当然可以通过使第一液滴移动依次与一连串其它液滴接触而获得类似结果，从而在每种情况下形成包括膜和跨膜孔的液滴界面。
设置在每个上述液滴界面处的两亲性分子层可以由两亲性分子的单层组成。这可以是以下情况，例如，两亲性分子是包括两个极性嵌段和一个非极性嵌段，或者两个非极性嵌段和一个极性嵌段的三嵌段共聚物。然而，两亲性分子层可以包括两层，例如两亲性分子双层。已知双层在脂质分子(例如磷脂分子)用作两亲性分子的情况下形成；如WO 2014/064444中所描述，双层也可在使用三嵌段共聚物的情况下形成。因此，在前述实施例的任一项中，所述液滴界面或每个液滴界面包括两亲性分子双层。在其它实施例中，所述液滴界面或每个液滴界面可以包括两亲性分子单层以及一个或多个跨膜孔。当存在多个膜时，一些膜可以包括双层，而其它膜可以包括两亲性分子单层。
第一液滴和第二液滴之间的膜包括跨膜孔。在优选实施例中，在感测系统包括具有膜的其它液滴界面的情况下，所述其它液滴界面中的一个或多个包括跨膜孔。特别优选地，存在于感测系统中的每个膜包括跨膜孔。每个跨膜孔可以相同或不同。
可能期望促进材料跨膜的容易且快速转移。在特定实例中，可能期望检测第一液滴中的分析物与第一跨膜孔的相互作用，同时防止分析物与感测电极之间的直接电接触。在此情况下，分析物可以包含在第一液滴中，并且第一液滴可以经由膜与第二液滴和第三液滴接触。因此，第一感测电极和第二感测电极可以接触第二液滴和第三液滴而不是第一液滴和第二液滴。然而，为了确定分析物和第一跨膜孔之间的相互作用，第一液滴和第三液滴之间一定存在电荷转移。关于第一液滴和第二液滴，离子通常可以渗透第一跨膜孔；也就是说，第一跨膜孔通常充当离子通道。然而，关于第一液滴和第三液滴，这可以通过在第一液滴和第三液滴之间的膜内设置多个(通常是大量的，例如至少十个或至少100个)离子通道来实现。在此情况下，多个离子通道充当一种玻璃料，在准许电荷转移以及因此准许在第一电极和第二电极之间进行电相互作用的同时，防止了分析物转移到第三液滴中。液滴对(例如，第一液滴和第三液滴)之间的离子通道数目很多，这降低了液滴网络中所述点处的电阻，从而使电流在感测电极之间流动以实现感测(例如，在第一液滴和第二液滴之间的界面处)。
在具有两个液滴界面的三液滴构建体中的液滴对之间的界面包括存在于一个液滴界面处的膜中的多个离子通道的情况下，与存在于另一界面中的跨膜孔的数目相比，离子通道的数目通常更高。例如，离子通道的数目可以比另一液滴界面中跨膜孔的数目大至少10倍、至少100倍或至少1000倍，例如至少10,000倍或至少100,000倍。例如，在包括第一液滴、第二液滴和第三液滴的构建体包括在第三液滴和第一液滴之间的液滴界面处的多个离子通道，并且包括在第一液滴和第二液滴之间的界面处的一个或多个跨膜孔的情况下，第一液滴和第三液滴之间的界面中的离子通道的数目可比第一液滴和第二液滴之间的界面中的跨膜孔的数目大至少10倍、至少100倍或至少1000倍，例如至少10,000倍或至少100,000倍。
在此实施例的另一方面，可能期望将分析物与用于准许与电极进行的电荷转移的电子介体完全分离。在那种情况下，液滴构建体可以如上所描述，不同之处在于离子通道对于电子介体是不可渗透的。例如，可以在第一液滴和第三液滴之间采用窄到分析物和/或电子介体无法通过的离子通道或纳米孔，或者采用在纳米孔/通道的中心通道中具有负电荷的离子通道或纳米孔。此外，第一跨膜孔可能不允许分析物从第一液滴完全渗透到第二液滴中；在那种情况下，分析物完全保留在第一液滴内。
因此，在本发明的一个方面，感测系统包括一个或多个液滴界面，每个液滴界面包括多个离子通道，例如至少十个离子通道。一方面，包括多个离子通道的所述液滴界面接触第一液滴。在此实施例的另一方面，所述离子通道对于电子介体是不可渗透的。例如，第一液滴和第三液滴之间的液滴界面可以包括多个离子通道。
在前述实施例中，通常第一液滴包括分析物。分析物可以含有单一化学物质或物质的混合物。
通常，第二液滴包括电子介体；“电子介体”也称为“介体”，意味着通过供应或去除电荷并将其向感测电极对中的另一电极输送来再生感测电极的物质。在本发明的感测系统中，可以在第一感测电极和第二感测电极之间设置电势，并且在这些电极之间出现离子流。此电流由电子介体介导，所述电子介体可以被氧化或还原以释放或吸收电子。然而，其最终结果是取决于所施加电势的极性而消耗了介体的氧化还原对中的一个或另一成员。氧化还原成员的消耗速率取决于离子流的量值。
例如，施加正电势导致氧化还原对的一个成员被氧化，最终将被耗尽。一旦电子介体的氧化还原成员耗尽，参考电势将开始漂移，除非提供更多的介体，否则这可能会限制测量的寿命。
典型的电子介体是氧化还原对，例如包括处于两个不同氧化状态的离子。示范性电子介体是包括处于两个不同氧化状态(例如Fe2+和Fe3+)的过渡金属的介体。可以采用的氧化还原对的类型为例如Fe(II)/Fe(III)、Ru(III)/Ru(II)和二茂铁/二茂铁盐。可以使用的氧化还原对的具体实例是铁氰化物/亚铁氰化物、钌六胺和二茂铁单羧酸。可以使用任何合适的电子介体，例如[Fe(CN)6]3-/4-。通常，首先与第一感测电极和第二感测电极电接触的每个液滴包括介体。例如，在第二液滴和第三液滴与第一感测电极和第二感测电极接触的情况下，第二液滴和第三液滴包括介体。然而，在第一液滴和第二液滴首先与第一感测电极和第二感测电极接触的情况下，第一液滴和第二液滴可以包括介体。因此，在一些实施例中，第一液滴包括介体。在其它实施例中，系统包括液体介质的第三液滴，并且第三液滴包括介体。
如上文所提及，可能优选的是避免在与感测电极接触的液滴中存在分析物。这在实施例中可为特别有用的，在所述实施例中，所述方法包括以下步骤：使包括样品的液滴围绕EWOD装置移动，并任选地还回收样品，同时使介体的液滴保持静止并与感测电极接触。因此，在一些实施例中，第二液滴和存在时的第三液滴基本上不含分析物。
在一些实施例中，在液滴系统包括第一液滴、第二液滴和第三液滴的情况下，所有三个所述液滴都可以与感测电极电接触。通常，第一液滴与第一感测电极电接触，第二液滴与第二感测电极电接触，并且第三液滴与另一感测电极电接触。液滴系统内的每个液滴可以经由液滴界面与液滴系统中的至少一个其它液滴连接。更一般来说，在液滴系统包括N个液滴的情况下，N个液滴中的每一个可以与相应的感测电极接触。在一个实施例中，“N”代表2至10之间的数字，或者2至100之间的数字。因此，感测系统可以含有至少N个感测电极。此布置当然具有可以在系统中的任何液滴界面上进行电测量的优点。
类似地，在液滴系统包括N个液滴的情况下，N个液滴中的每一个可以与致动电极阵列当中的一个或多个致动电极接触，通常与致动电极阵列当中的两个或更多个、五个或更多个或者十个或更多个致动电极接触。这使得能够精确控制液滴的运动和电润湿行为。
如上文所提及，在本发明的方法中使用的液滴的大小没有特别限制。EWOD装置能够操控至多微升大小的液滴。但是，使用电场控制液体液滴的润湿特性的这一本发明的特别优点在于可以使用极小的液滴。无需采用填充微流体装置所需的更大体积。本发明的感测系统完全能够处理微微升体积的流体，并且实际上可以非常快速地移动这种体积。因此，本发明提供了一种方法，其中第一液滴、第二液滴和存在时的第三液滴中的一个或多个具有小于1nL的体积。在某些方面，第一液滴、第二液滴和存在时的第三液滴中的每一个具有小于1nL的体积。在存在的情况下，任何其它液滴都可以任选地全部具有小于1nL的体积。在一些实施例中，感测系统内存在的所有液滴具有小于1nL的体积。在其它方面，第一液滴、第二液滴和存在时的第三液滴或其它液滴各自具有至多10μL的体积，例如0.001nL至10μL。
存在于系统中的液滴的数目没有特别限制，不同之处在于感测系统必须包括第一液滴和第二液滴。实际上，所述系统的优点在于其可以包含大量液滴。例如，本发明的感测系统可以包括N个液滴的系统，其中N为至少10或至少100或至少1000或至少10000。第一液滴、第二液滴和第三液滴在N个液滴当中。N个液滴中的一些或全部可以成对布置，经由包括两亲性分子层的液滴界面彼此接触。液滴系统可以连接到ASIC。
步骤(a)
所述方法的步骤(a)包括从第一感测电极和第二感测电极获得电测量值。应注意，步骤(a)未必是在操作本发明的感测系统时执行的第一步骤：可以在步骤(a)发生之前执行额外步骤。例如，在步骤(a)、(b)和(c)执行一次之后，可以重复所述方法。所述方法可以重复多次。在每次迭代所述方法之后，步骤(a)中进行的测量可以相同或不同；在步骤(b)中选择并在步骤(c)中执行的液滴操作可以相同或不同。
步骤(a)可以包括从第一感测电极和第二感测电极进行任何电测量，其中电测量如上文所论述。通常，控制系统可以例如基于存储在控制系统中的一个或多个指令来选择待进行的电测量。例如，在本发明的感测系统的典型操作中，控制系统可以根据指定的程序来指导步骤(a)、(b)和(c)的执行，例如以便执行测定或对分析物的分析。然而，替代地，待进行的电测量可以由用户手动指定。
为了获得电测量，感测系统通常必须包括在第一感测电极和第二感测电极之间的一些电接触构件。然而，这不是必须的：例如，在电测量确定特定位置不存在液滴的情况下，感测电极中的一个与液滴接触或者两个都不与液滴接触；或者第一电极和第二电极可以与彼此不电接触的液滴接触，使得它们之间可没有离子流动。
通常，在步骤(a)期间，第一感测电极和第二感测电极经由两个或更多个液滴电接触，所述液滴经由液滴界面彼此接触。通常，每个这样的液滴界面包括至少一个跨膜孔，例如离子通道。一方面，第一液滴(或存在时任选地为第三液滴)与第一感测电极电接触，并且第二液滴与第二感测电极电接触。即，在一个实施例中，第一液滴与第一感测电极电接触，并且第二感测电极与第二感测电极接触。另一方面，感测系统包括第三液滴，并且第一感测电极与第三液滴接触，并且第二感测电极与第二液滴接触，并且第二液滴和第三液滴各自经由包括跨膜孔的液滴界面与第一液滴接触。
在第一感测电极和第二感测电极经由包括跨膜孔的一个或多个液滴界面而接触的情况下，跨膜孔通常准许离子通过，从而允许电荷在电极之间流动，且因此允许电流在第一感测电极和第二感测电极之间流动。在此类情况下，当分析物存在并与跨膜孔中的一个相互作用时，第一感测电极和第二感测电极之间的离子流会中断。因此，可以改变在电极之间流动的电流。因此，在一些实施例中，步骤(a)包括检测在第一感测电极和第二感测电极之间流动的电流。
在第一感测电极和第二感测电极经由一个或多个中间跨膜孔(包含第一跨膜孔)进行电接触的情况下，在第一电极和第二电极之间进行的电测量(例如电流测量)将取决于分析物是否与中间跨膜孔相互作用而有所不同。因此，在一些实施例中，步骤(a)包括检测第一跨膜孔与分析物之间的相互作用。
电信号(例如，在第一电极和第二电极之间流动的电流)的变化可以提供更多的信息，而不仅仅是指示分析物的存在。如果存在多于一个候选者，则电信号的值可以指示分析物正在与哪个跨膜孔相互作用。电信号还可以指示存在的分析物的类别；例如，在分析物是聚合物质的情况下，精确的电信号可以指示单体单元穿过孔。
用作感测电极的电极可以与形成致动电极阵列的电极相同。例如，在致动电极阵列当中的两个电极不施加致动信号的情况下，它们可以用作第一感测电极和第二感测电极。因此，在一些实施例中，第一感测电极和第二感测电极是致动电极阵列当中的电极。然而，如上所述，提供与致动电极分离的一组感测电极可能是有利的。在此情况下，第一感测电极和第二感测电极不在致动电极阵列当中。后一实施例是优选的。因此，在本发明的感测系统的优选实施例中，电润湿装置包括：
第一衬底，其支撑所述激活电极阵列；以及
第二衬底，其面向所述绝缘体层的所述疏水表面并支撑所述第一感测电极和所述第二感测电极。
步骤(a)的电测量可以执行一次，或者可以重复一次或多次。在所述方法涉及监测感测系统的方面的情况下，重复电测量特别重要。例如，所述方法可以涉及监测液滴中分析物或介体的浓度；或者所述方法可以包括监测分析物与跨膜孔的相互作用；或者所述方法可以包括监测液滴内的反应进程。在此情况下，可以重复进行电测量。例如，可以重复进行电测量，以便可以将最新的测量值与一个或多个先前的测量值进行比较以指示变化。电测量值随时间的变化可指示液滴中分析物或介体的损耗；或反应期间反应衬底的耗尽；或分析物穿过跨膜孔的进程。
在此类情况下，当然无需在每次进行电测量之后都施加致动信号；而是应重复进行电测量，直到电测量提供的信息指示需要采取措施为止。
因此，在一个重要方面，本发明提供了如本文所描述的方法，其中步骤(a)重复一次或多次。
在一些实施例中，步骤(a)可以重复多次。例如，步骤(a)可以包括通过获得电测量值来检测分析物与第一跨膜孔之间的相互作用。可以由控制系统执行确定以确定分析物的存在、不存在或一个或多个特性。如果采取决策以拒绝所述分析物，则可以重复步骤(a)，直到在执行(b)和(c)之前检测到期望的分析物为止。
在步骤(a)中检测到非期望的分析物的情况下，优选地在分析物是带电分析物的情况下，步骤(a)可以进一步包括在第一目标电极和第二目标电极上施加电势以促使在步骤(a)中检测到的分析物回到第一液滴中。
一般来说，可以通过控制系统中存储的指令来控制在第一感测电极和第二感测电极之间或任何感测电极对之间施加电势，施加电势会引导分析物易位。
在一些实施例中，步骤(a)包括获得指示目标分析物的存在的电测量值。例如，步骤(a)可以包括获得指示目标分析物已经从第一液滴穿过第一跨膜孔进入第二液滴的电测量值。
步骤(b)
所述方法的步骤(b)是决策步骤。在步骤(b)中，分析由控制系统获得的电测量值，并且控制系统确定应由感测系统实现的液滴操作。通常，控制系统确定感测系统应实现的下一液滴操作，以实现由操作系统指定的结果(例如，测定或分析程序)。下文描述了控制系统可以选择待执行的液滴操作的各个步骤。
在一些实施例中，步骤(a)包括检测分析物与第一跨膜孔的相互作用，并且步骤(b)包括完全或部分地标识分析物。例如，在分析物是多核苷酸序列(例如DNA或RNA)的情况下，它可以部分地进入跨膜孔，或者可以整个穿过跨膜孔。在跨膜孔和分析物相互作用期间检测到的电信号将根据与孔接触的序列部分而变化。例如，在决定允许分析物整个穿过孔进入另一液滴，还是让分析物返回初始液滴并等待与新分析物分子进一步相互作用以实现新电测量或将含有分析物的液滴移出系统之前，可能不必确定分析物的每个组分。实际上，多核苷酸的序列的部分序列可能足以实现此决策。因此，在分析物包括多核苷酸的一些实施例中，并且步骤(b)包括确定存在于多核苷酸序列中的两个或更多个核苷酸的同一性。例如，步骤(b)可以包括确定多核苷酸序列中的至少两个、至少十个、至少二十个、至少100个或至少1000个核苷酸的同一性并且任选地还确定其顺序。在其它实施例中，步骤(b)可以包括确定整个多核苷酸序列的同一性。
对所有或部分多核苷酸序列的确定可以使得能够做出关于是否拒绝所述序列或者实际上拒绝含有分析物的液滴的决策。例如，在本发明方法的目的是标识样品中是否存在特定的目标分析物序列的情况下，如果检测到的分析物与所述目标分析物不对应，则所述分析物以及实际上包含所述分析物的液滴都可能被拒绝。替代地，在检测到的分析物确实对应于目标分析物的情况下，可以选择液滴以进行进一步处理，或者可以将分析物本身转移到另一液滴中，然后可以选择所述液滴以进行进一步处理。在其它实例中，对所有或部分序列的确定可以通过例如确定序列的长度来做出关于是否拒绝分析物或液滴的决策。在长序列已被片段化以进行标识的情况下，如果发现特定片段太短，则所述片段或实际上含有所述片段的整个液滴的质量可能低到无法使用，且因此可能会被拒绝。还可以确定序列已被修改，并且在此基础上所述序列可以被接受或拒绝。
在一些实施例中，步骤(b)包括将电测量值与由控制系统存储的值进行比较。测量值与存储值之间的比较可以例如通过指示电测量值已经上升到高于或下降到低于期望值或值范围来指示液滴操作。例如，在步骤(a)中的电测量是电阻测量的情况下，远高于某个参考值的电阻可以指示第一感测电极和第二感测电极没有电接触，且因此可以指示不存在与第一电极或第二电极接触的液滴。结果，控制系统可以选择使液滴与第一电极或第二电极接触的液滴操作。
其中步骤(b)包括确定液滴是否存在于特定位置(与第一感测电极或第二感测电极电接触)的实施例可用于在液滴操作的测定或分析序列期间控制液滴围绕感测系统的运动。例如，在先前已将致动信号施加到一个或多个致动电极以便将液滴移动到位置中(例如，将液滴移动到与另一液滴接触以形成包括跨膜孔的膜)的情况下，指示在预期位置上存在或不存在液滴的电测量可用于确定致动信号是否已成功地将液滴移入位置中。系统可因此提供反馈系统：如果在预期位置处检测到液滴，则步骤(b)可以包括确定不需要另一致动信号，因为可以继续进行通过原始液滴运动设置的测定或测序或其它步骤。然而，如果在预期位置处未检测到液滴，则步骤(b)可以包括选择液滴操作，所述液滴操作涉及将液滴移至正确位置中以便允许进行下一实验步骤。以此方式，控制系统可以确保感测系统能够精确地对每个液滴执行实验，从而减少了由于诸如液滴之间无法形成接触之类的错误而导致的错误值的数目。
在其它实例中，在第一感测电极和第二感测电极之间进行电测量的情况下，将测量值与存储值进行比较可以指示是否已成功地形成了包括跨膜孔的液滴界面。如果未成功地形成液滴界面(例如，如果膜破裂)，或者跨膜孔未能插入到第一感测电极和第二感测电极之间的两个液滴之间的膜中，则比较在整个感测电极上进行的电测量电极将表明这一点。因此，所述比较可以指示两个液滴已经融合且因此应从系统中喷出，或者所述比较可能指示跨膜孔无法插入且因此包括跨膜孔的液滴可能发生故障且应从系统中喷出。步骤(b)包括相应地选择液滴操作，例如以喷出经融合液滴或含有故障孔的液滴。同样，此过程通过避免错误结果来改进系统的功能。
在另一实例中，在第一感测电极和第二感测电极之间进行电测量的情况下，其中那些电极经由一个或多个跨膜孔跨一个或多个液滴界面电连通，此类比较可以指示介体的损耗。例如，发现在不存在分析物的情况下，电极之间流动的电流与存储值或参考值相比特别低，这可能指示液滴中介体数目下降得太低。因此，可以选择液滴操作，所述液滴操作涉及将含有额外电子介体的液滴添加到进行电测量的一个或多个液滴中。
控制系统通常存储指令，以使控制系统能够基于所述比较来选择合适的液滴操作。例如，存储在控制系统中的指令可以指示如果电测量值在存储值的特定公差范围内，则不需要液滴操作，并且可以指示如果所述值高于或低于所述公差，则必须执行操控；而且，可以存储足够的信息以选择必须致动哪些液滴才能实现所述结果。
因此，在此实施例的特定方面，所述方法包括将步骤(a)的电测量值与由控制系统存储的值进行比较，并且进一步包括根据存储在控制系统中的一个或多个指令而基于电测量值与存储值之间的比较来选择液滴操作。
在许多实施例中，不将电测量值与永久存储在控制系统中的绝对参考值进行比较。而是，所述方法包括监测电测量值的变化，所述变化可以指示需要液滴操作。例如，步骤(b)可以包括将电测量值与先前的电测量值进行比较，以确定系统是否经历了变化并且是否需要液滴操作来解决所述变化。因此，在一些实施例中，步骤(a)被重复一次或多次以获得多个电测量值，并且步骤(b)包括将所述多个电测量值当中的一个或多个电测量值与所述多个电测量值当中的一个或多个其它电测量值进行比较。
通常，在所述方法包括监测电测量的情况下，所述方法可以涉及确定电测量值的趋势，而不是将电测量值与单个先前的值进行比较，因为个别电测量值可能会受到波动。因此，更通常地，步骤(b)包括将电测量值与在重复步骤(a)期间获得的若干先前电测量值进行比较；例如，步骤(b)可以包括将电测量值与在重复步骤(a)期间获得的若干先前电测量值的平均值进行比较。例如，可以将若干电测量值的平均值与通过重复步骤(a)获得的若干先前电测量值的平均值进行比较。这使控制系统能够检测电测量值随时间的趋势。
在检测到趋势的情况下，其可指示电子介体的损耗、存在的分析物的降解；分析物损耗、反应期间的衬底损耗，或与第一感测电极或第二感测电极电接触的液滴中条件的任何其它变化。在一些实施例中，控制系统可接着例如通过向相关液滴添加更多的电子介体或分析物或衬底来选择液滴操作以纠正所述变化。可以纠正所述变化的另一示范性液滴操作将为用包括例如分析物、衬底或电子介体的新液滴代替相关液滴中的一个或多个。在其它实施例中，控制系统可以选择液滴操作，所述液滴操作例如通过弃置降解的分析物(例如通过从感测系统中去除包括降解的分析物的液滴)来终止所述特定过程。
因此，在一些实施例中，步骤(a)被重复多次以获得多个电测量值；并且步骤(b)包括：
将所述电测量值中的一个或多个与所述多个电测量值当中的其它电测量值中的一个或多个进行比较；
确定随时间推移检测到的所述电测量值的变化；以及
选择液滴操作以逆转所述电测量值的所述变化。
在一些方面，步骤(b)包括确定第一液滴和/或第二液滴和/或存在时的第三液滴的物理或化学性质。可以如上文所描述地监测物理或化学性质。在此方面的一个实施例中，步骤(b)进一步包括选择液滴操作，以便修改或维持第一液滴和/或第二液滴和/或存在时的第三液滴的所述物理或化学性质。
可以测量或监测的示范性物理性质包含导电性。可以测量或监测的示范性化学性质包含离子浓度。因此，在本发明方法的一个方面，步骤(b)包括确定第一液滴和/或第二液滴和/或存在时的第三液滴的离子浓度。通常，在此实施例中，步骤(b)包括确定第一液滴或第二液滴的离子浓度。
在一个实施例中，步骤(b)包括选择液滴操作，以便增大或减小所述第一液滴和/或所述第二液滴和/或存在时的所述第三液滴的所述离子浓度。例如，液滴操作可以涉及将具有更高离子浓度的另一液滴移动到与第一液滴或第二液滴或存在时的第三液滴接触，以使另一液滴与所述第一液滴或所述第二液滴或所述第三液滴融合，以便增大其离子浓度。
在一些实施例中，所述离子浓度是电子介体物质的浓度。在其它实施例中，所述离子浓度是带电分析物物质的浓度。但是，无需确定精确的离子浓度；在一些实施例中，步骤(b)包括确立是否存在分析物。例如，步骤(b)可以包括确定第一液滴中是否存在分析物，以及任选地确定第一液滴中分析物的浓度。步骤(b)可以包括选择液滴操作，如果发现液滴不含分析物或足够的分析物浓度，则所述液滴操作涉及从感测系统喷出液滴(例如，第一液滴)。替代地，在这些情况下，步骤(b)可以包括选择液滴操作以增大液滴(例如，第一液滴)中的分析物的浓度。
在一些实施例中，步骤(b)包括确定第一液滴中存在的分析物的质量。“确定质量”意味着确定分析物是否能够产生足够良好的信号。例如，在分析物是包括多个聚合物单元的聚合物链的情况下，步骤(b)可以包括确定聚合物链的长度(例如，聚合物单元的数目)。例如，这可以通过监测在分析物经由第一跨膜孔穿过第一液滴进入第二液滴时产生的电信号来完成：如果分析物包括短链，则这将从观察到每次与第一跨膜孔相互作用的短时间中显而易见。因此，在一些实施例中，分析在步骤(a)中获得的电信号的步骤可以包括分析在步骤(a)中进行的多个电测量。如果从此类分析中确定例如第一液滴中存在的分析物质量不佳(例如，所述分析物包括的聚合物链长度不足)，则控制系统可以选择液滴操作，由此从感测系统中去除含有分析物的第一液滴。
因此，在一些实施例中，步骤(b)包括决定保留还是弃置液滴，所述液滴通常为第一液滴。“保留”意味着“保留在感测系统中，例如以对其执行进一步的实验或分析”。“弃置”意味着从感测系统中去除液滴，以收集并存储或仅丢弃。在步骤(b)包括决定保留还是弃置液滴的情况下，步骤(b)进一步包括选择液滴操作，所述液滴操作将液滴保留在感测系统内或相应地将其从感测系统中去除。
在一些实施例中，在步骤(b)中对电测量值执行的分析提供了信息，所述信息用于根据存储在控制系统中的一个或多个指令来确定可以对液滴执行的另一实验程序。例如，对一个或多个电测量值的分析可以指示液滴包括分析物但分析物浓度较低。在那种情况下，控制系统可以确定应执行增大分析物浓度的程序，并且将选择液滴操作以增大液滴中的分析物的浓度，例如通过将其与含有额外分析物的液滴进行融合。因此，在一些实施例中，步骤(b)包括选择另一实验程序以对第一液滴执行；以及选择液滴操作以使第一液滴与一个或多个液滴接触以使所述实验得以执行。
在一个实施例中，在步骤(a)包括检测分析物(通常是聚合分析物，例如多核苷酸(例如DNA或RNA))之间的相互作用的情况下，步骤(b)可以包括(基于a中进行的测量)决定将聚合分析物传递到另一液滴还是拒绝分析物。在步骤(b)包括决定将聚合分析物传递到另一液滴的情况下，这可以通过在将另一液滴连接到第二液滴之前或之后将分析物传递到第二液滴来实现。所述另一液滴可以与包括第二跨膜孔的第二液滴形成另一液滴界面，并且因此可以从第二液滴接收分析物。
另一方面，在步骤(b)包括决定拒绝分析物的情况下，这可以通过逆转跨液滴界面的电势来实现；例如，跨第一液滴与第二液滴之间的界面。这允许防止分析物(通常是带电分析物)转移到第二液滴中。然后可以在步骤(c)中施加液滴操作以将第一液滴移动远离第二液滴，并且任选地可以包括将第一液滴移出感测系统。
在步骤(a)包括检测目标分析物的存在(例如检测目标分析物通过第一液滴到达第二液滴)的情况下，可能期望防止分析物返回第一液滴。在那种情况下，在步骤(b)中选择的液滴操作可以包括通过移动第一液滴或第二液滴以使得第一液滴和第二液滴不再彼此接触来使第一液滴和第二液滴断开连接。还可能期望使目标分析物与另一跨膜孔接触。因此，在步骤(c)中选择的液滴操作可以进一步包括使包括目标分析物的第二液滴与另一液滴接触以形成另一液滴界面，所述另一液滴界面包括膜和第二跨膜孔。
步骤(b)可以包括选择两个或更多个液滴操作。例如，步骤(b)可以包括选择液滴操作以使含有目标分析物的第二液滴与另一液滴接触。步骤(b)可以替代地或另外包括选择液滴操作以便使新液滴与第一液滴接触。
步骤(c)
在步骤(c)中，执行液滴操作。
步骤(c)可能会或可能不会在步骤(b)之后自动执行。也就是说，在一些实施例中，步骤(c)不是在步骤(b)之后自动执行的，并且需要用户输入以便从步骤(b)进行到步骤(c)。在其它实施例中，步骤(c)在步骤(b)之后自动执行。也就是说，在步骤(b)中选择了液滴操作之后，然后由控制系统执行液滴操作，而无需进一步的用户干预。后一实施例是优选的，因为它使感测系统能够非常快速地操作。
首先应注意，在步骤(b)中选择并在步骤(c)中执行的液滴操作可以包括什么也不做。例如，在特定实施例中，监测液滴性质(例如离子或分析物浓度)并在步骤(b)期间的分析之后发现所述性质充足，则无需调整系统。在那种情况下，所选的液滴操作可为空液滴操作，并且因此，在步骤(b)期间施加的致动信号与施加到与所讨论的液滴系统电接触的致动电极的任何先前致动信号相比未发生改变。
在其它实施例中，液滴操作包括操控液滴系统，液滴系统包括至少第一液滴和第二液滴。
液滴操作可以涉及或可以不涉及移动液滴。在一些实施例中，液滴操作不涉及移动任何液滴。例如，液滴操作可以包括仅向致动电极施加致动信号，以便将与致动电极接触的液滴置于激励状态。这可导致包括膜的液滴界面拉开。在另一实例中，液滴操作可以包括将与致动电极接触的液滴的能量降低到比其先前状态更低的能量状态，从而允许液滴松弛并采用其低能态的形状。如果所述液滴因此经由包括两亲性分子层的液滴界面接触另一液滴，则这可能促使液滴界面形成。
在某些方面，步骤(c)包括在疏水表面(即，EWOD装置中第一衬底的疏水表面)上移动液体介质的液滴。所移动的液滴被称为致动液滴。因此，在某些方面，步骤(c)包括在疏水表面上移动液体介质的致动液滴。通常，致动液滴是第一移动或第二液滴或存在时的第三液滴；例如，致动液滴可为第一液滴。在其它实施例中，致动液滴可为第二液滴。在其它实施例中，步骤(c)包括在疏水表面上移动液体介质的两个或更多个液滴。在此类实施例中，致动液滴可以包含第一液滴和/或第二液滴和/或存在时的第三液滴；例如，致动液滴可以包含第一液滴和第二液滴。
在一些实施例中，在步骤(c)中执行的液滴操作包括将液滴界面处的致动液滴与液体介质的另一液滴分离，所述另一液滴可为第一液滴、第二液滴或存在时的第三液滴。所述液滴界面包括两亲性分子层。在液滴界面包括跨膜孔的情况下，在分离液滴界面期间可能会破坏跨膜孔。在分离液滴界面期间，可以通过或可以不通过致动信号移动另一液滴(即，另一液滴本身可为或可不为致动液滴)。在此过程的实例中，液滴操作可以包括将第一液滴与第二液滴分离，在所述液滴操作中，施加致动信号以使第一液滴和/或第二液滴移动远离彼此。在图10a至10c中示出了选项。在这些图中，箭头指示液滴的运动。在图10a中，第一液滴是致动液滴并且移动远离第二液滴。在图10b中，第二液滴是致动液滴并且移动远离第一液滴。在图10c中，第一液滴和第二液滴两者均为致动液滴，并且其移动远离彼此。
一方面，步骤(c)包括将多个液滴界面处的致动液滴与液体介质的多个其它液滴分离，所述其它液滴可包含第一液滴、第二液滴或存在时的第三液滴，并且所述液滴界面中的每一个包括两亲性分子层。图11示出这种过程的实例。这些实例涉及初始构建体，其中第一液滴经由液滴界面接触第二液滴和第三液滴，每个液滴界面包括两亲性分子层。在图11a中所展示的第一实例中，通过经施加以仅移动第一液滴的致动信号，第一液滴在两个界面处与第二液滴和第三液滴分离。在第二实例中，第二液滴和第三液滴两者均由致动信号致动，并且其移动远离第一液滴。
在以上任一方面中，所述一个或多个液滴界面可各自包括两亲性分子双层，并且步骤(c)包括分离所述双层。在多个液滴界面分离的情况下，每个液滴界面可以独立地包括两亲性分子双层。
在一些实施例中，步骤(c)包括使一个或多个液滴接触。因此，步骤(c)可以包括使致动液滴与液体介质的另一液滴接触以形成液滴界面，所述另一液滴可为第一液滴、第二液滴或存在时的第三液滴。在此实施例中形成的液滴界面包括两亲性分子层。在这些实施例中，可以通过或可以不通过致动信号移动另一液滴(即，另一液滴可为也可不为致动液滴)。在与另一液滴接触的液滴中的一个包括跨膜孔的情况下，所述跨膜孔可以在步骤(c)期间或之后插入到形成的液滴界面中。在此过程的一个实例中，步骤(c)包括使第三液滴与第一液滴接触，在所述过程中，将致动信号施加到第三液滴以使其朝着第一液滴移动。此过程在图12a中示出，其中箭头指示通过致动信号移动致动液滴所沿的方向。
另一方面，步骤(c)可包括使致动液滴与液体介质的多个其它液滴接触以形成多个液滴界面，所述其它液滴可包含第一液滴、第二液滴或存在时的第三液滴。例如，步骤(c)可以包括使液体介质的另一液滴移动成与第一液滴和第三液滴接触，以便在第一液滴与另一液滴之间形成第一液滴界面，并且在第三液滴与另一液滴之间形成第二液滴界面，其中每个界面包括两亲性分子层。在此情况下，可以将致动信号施加到另一液滴，以使其移动成与第一液滴和第三液滴接触。这在图12b中示出。然而，替代地或另外，可以将致动信号施加到第一液滴和第三液滴，以使其与另一液滴接触；这在图12c中示出。
通常，当液体介质的液滴与液体介质的另一液滴接触时形成的每个液滴界面包括两亲性分子层。一方面，在步骤(c)中形成的液滴界面(或者，在形成多个液滴界面、形成液滴界面中的一个或多个的情况下)包括两亲性分子双层，并且步骤(c)包括形成所述双层。
经选择以激励致动液滴(以及任选地，存在于感测系统中的任何其它液滴)的致动信号可为交流(AC)致动电压信号。一般来说，在电润湿装置中使用AC致动信号已知对于操控液滴是有利的。
在步骤(c)涉及形成液滴界面的情况下，将电势施加到选定的激活电极以使致动液滴与另一液滴接触。在最简单的实施例中，这可以简单地通过选择致动电势以移动致动液滴来完成。然而，在此方法中，可能难以维持液滴之间的界面，因为液滴可能显示出融合的趋势。
因此，在实施例的优选方面中，其中步骤(c)包括在致动液滴和另一液滴之间形成液滴界面，步骤(c)进一步包括将致动信号施加到激活电极阵列当中的选定致动电极以将致动液滴和/或另一液滴置于激励状态以使得液滴彼此不接触，在所述状态下，与处于低能态时相比，所述液滴的形状发生改变；并且步骤(c)进一步包括改变施加到致动电极的致动信号，以将所述一个或两个液滴的能量降低到低能态，使得所述一个或两个液滴的形状松弛成不同于其激励状态时的形状，且因此两个液滴彼此接触，从而形成液滴界面。与尝试通过施加使全部液滴朝彼此移动的致动信号来使两个液滴直接接触相比，步骤(c)的此实施例改进了液滴界面的形成的可靠性。
当液滴从其断电状态松弛时，其质心往往不移动。而是液滴的边缘松弛并且因此例如朝另一液滴移动。通常，因此，步骤(c)包括将致动液滴和/或处于激励状态的另一液滴充分靠近地放置在一起，以使得当致动液滴和/或另一液滴的能量降低时，液滴将彼此接触。也就是说，在步骤(c)中，在减小致动液滴和/或处于激励状态的另一液滴的能量之前，致动液滴与另一液滴之间的距离小于处于其低能状态的液滴的组合半径。
借助于背景技术，应注意，在液滴的松弛状态(即，其中其不会通过将致动信号施加到致动电极而被电润湿)下，每个液滴将采用具有最低表面能量的形状，所述形状通常将为其中绝缘体层的疏水表面具有均匀性质的圆形形状。
在步骤(c)的此实施例中，可将致动液滴和另一液滴中的单个液滴置于激励状态。然而，优选地，两个液滴均处于激励状态。结果，两个液滴的表面均松弛成其在低能态下所采用的形状，并且彼此接触以形成液滴界面。以此方式，两个液滴的松弛用于形成液滴界面，这进一步增加了形成的可靠性。
可以任何方式改变所施加的致动信号以使包含致动液滴的液滴断电。在经施加以电润湿致动电极的致动信号是AC致动信号的情况下，则所述改变期望地替代通过DC电势(例如，接地电势)或通过浮动电势激励一个或多个致动液滴的AC致动信号。这具有以下益处：不再向致动信号施加AC信号，这有助于形成液滴界面，因为由AC信号产生的AC电场的存在增加了在液滴的表面接触时液滴界面破裂并使得液滴融合的风险。
可以替代地进行使一个或多个致动液滴断电的其它改变。替代方案是从致动电极阵列中去除所有电力。然而，可能优选的是，施加DC电势以帮助保护液滴界面免受不必要的环境电磁干扰。
本发明的发明人已理解，优选的是，不以常规方式通过施加AC电压波形使液滴断电，因为所产生的扰动可能损坏液滴界面或可能干扰通过液滴界面进行的电测量。
液滴操作可使一个或多个致动液滴移动远离一个或多个液滴并移动成与一个或多个其它液滴接触。因此，在一些实施例中，步骤(c)包括如上文所描述在液滴界面处分离致动液滴，并且如上文所描述使致动液滴与液体介质的另一液滴接触。例如，步骤(c)可以包括施加致动信号以使第一液滴移动远离第二液滴，并分离在第一液滴和第二液滴之间形成的液滴界面，以及使第一液滴移动成与第三液滴接触，从而在第一液滴和第三液滴之间形成包括两亲性分子层的液滴界面。图13示出更复杂的实例。
在一些实施例中，步骤(c)包括将两个或更多个液滴融合在一起。“融合”意味着将液滴合并以形成单个液体液滴，即，未被一个或多个两亲性分子层分离成隔室的液滴。当两个或更多个液滴融合在一起时，它们的内含物会混合。相比之下，当液滴经由液滴界面接触时，除非跨膜孔插入膜中并允许物质跨膜传输，否则液滴的内含物不会混合。在此类实施例中，如果在液滴接触时不发生融合，而是形成液滴界面，则可以跨所述液滴界面施加电压以使液滴界面破裂并使液滴融合。
因此，在一些实施例中，步骤(c)包括将致动液滴与液体介质的另一液滴融合，所述另一液滴可为第一液滴、第二液滴或存在时的第三液滴。例如，步骤(c)可以包括使致动液滴与第一液滴融合，其中致动液滴包括分析物以便将分析物添加到第一液滴。在另一实例中，步骤(c)可以包括使致动液滴与第二液滴融合，其中致动液滴包括电子介体以便将电子介体添加到第二液滴。
为了使液滴融合，优选的是在致动液滴与在步骤(c)中致动液滴待结合的液滴之间不形成两亲性分子层。因此，在步骤(c)包括使致动液滴与另一液滴融合的情况下，致动液滴优选地不包括两亲性分子外层。但是，如果致动液滴确实包括两亲性分子外层和/或在致动液滴与另一液滴之间形成了两亲性分子层，则仍然可以通过施加促使致动液滴和另一液滴在一起的致动信号来促使致动液滴与另一液滴融合。
如上文所解释，致动液滴可以包括电子介体、分析物和实验衬底中的一个或多个(在其它选项当中)。在一个实施例中，致动液滴包括电子介体。在另一实施例中，致动液滴包括分析物。在另一实施例中，致动液滴包括实验衬底。“实验衬底”可为例如待提供给包含在一个或多个液滴中的细胞群的营养物。实验衬底可替代地为实验程序所需的试剂，例如PCR程序所需的试剂。因此，在步骤(c)中执行的液滴操作可以允许反应进行。替代地，在步骤(c)中执行的液滴操作可以中断反应，所述反应例如为致动液滴中包含的试剂是能够淬灭另一液滴中发生的反应的试剂。在另一实施例中，待与另一液滴融合的致动液滴可以仅包括额外液体介质；这可用于清洗另一液滴的内含物或稀释另一液滴(如果需要的话)。
在另一实施例中，在步骤(c)中执行的液滴操作可以包括将液滴分成两个或更多个部分。例如，步骤(c)可以包括将第一液滴或第二液滴或存在时的第三液滴分成两个或更多个部分。在一个实施例中，步骤(c)包括将第一液滴或第二液滴或存在时的第三液滴分成两个部分。这在形成大分析物液滴的情况下很有用，并且可以将液滴分成两个或更多个较小液滴，以使得能够同时使用两个或更多个不同的程序对分析物进行分析。
在一些实施例中，第一液滴在步骤(c)期间不移动。第一液滴通常是包括分析物的液滴。也就是说，在一些实施例中，本发明的方法涉及使分析物保持静止并将其它液滴移向分析物，所述其它液滴可以包括能够与分析物相互作用并因此对分析物进行分析的跨膜孔。这代表逆转了例如WO 2014/064443中所描述的装置中采用的方法：不是将样品提供给跨膜孔阵列，而是将跨膜孔引入分析物。此方法的一个优点是可以优化分析程序的速度。在采用大样品液滴的情况下，可以方便且快速地将多个小液滴引入样品中以对其进行分析。但是，如果采用小样品液滴，则可以通过液滴操作更方便地围绕感测系统操纵它们。
在一些实施例中，步骤(c)包括将第一液滴与第二液滴分离，其中第二液滴包括目标分析物。这可以通过施加致动信号以移动第一液滴和/或第二液滴来实现。
在一些实施例中，步骤(c)包括使第二液滴与另一液滴接触，其中第二液滴包括目标分析物。在这些实施例中，在第二液滴与另一液滴之间形成包括膜并且通常还包括第二跨膜孔的液滴界面。这可以允许目标分析物移动通过第二跨膜孔。
在步骤(b)中选择两个或更多个液滴操作的情况下，步骤(c)可以包括将致动信号施加到致动电极阵列以实现两个或矿石液滴操作。
在一些实施例中，在步骤(c)包括经由液滴界面将另一液滴与液滴系统内的第一液滴、第二液滴或第三液滴中的任一个连接的情况下，所述另一液滴可以具有不同于与之连接的所述第一液滴、所述第二液滴或所述第三液滴的渗透势。在一些实施例中，另一液滴可以比与之连接的所述第一液滴、所述第二液滴或所述第三液滴具有更高的渗透势(即，更高的离子浓度)。在其它实施例中，另一液滴可以比与之连接的所述第一液滴、所述第二液滴或所述第三液滴具有更低的渗透势(即，更低的离子浓度)。因此，取决于跨液滴界面的渗透势差，水可以从另一液滴流出或流向另一液滴。在此情况下，液滴操作可以实现系统内液滴的稀释或浓缩。
示范性方法1：回收分析物
本发明的特别优点是，包括分析物的液滴不是封闭的，这意味着其可在系统操作之后回收。此外，包括分析物的液滴不必是与电接触第一感测电极和第二感测电极的液滴相同的液滴。替代地，包括分析物的液滴可以经由其它液滴连接到第一电极和第二电极。包括分析物的液滴通常是第一液滴，并且其经由膜接触第二液滴和第三液滴(其分别与第一电极和第二电极接触)。
在此实施例中，流体介质可为极性的，且液体介质的液滴为非极性的，但是更通常地，流体介质是非极性的，且液体介质是极性介质。
因此，在优选方面，本发明提供了一种操作根据任一前述技术方案的感测系统的方法，其中所述感测系统包括：
(i)电润湿装置，所述电润湿装置包括：
致动电极阵列，
绝缘体层，其覆盖所述致动电极并且具有最外面的疏水表面；
第一感测电极；以及
第二感测电极；
(ii)安置于所述疏水表面上的以下各物：
非极性流体介质，
第一液滴、第二液滴和第三液滴，其包括极性液体介质，
其中所述第一液滴和/或所述第二液滴和/或所述第三液滴包括在所述第一液滴和/或所述第二液滴和/或所述第三液滴与所述流体介质之间的界面处的两亲性分子层；
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触，并经由液滴界面与所述第三液滴接触；
每个液滴界面包括两亲性分子层；
至少所述第一液滴和所述第二液滴之间的所述界面包括跨膜孔；
所述第一液滴包括分析物；
所述第二液滴和所述第三液滴包括电子介体；并且
所述第二液滴和所述第三液滴分别与所述第二感测电极和所述第一感测电极电接触；
(iii)控制系统，其被配置成从所述第一感测电极和所述第二感测电极获得电测量值，并且将致动信号施加到所述致动电极阵列；
其中所述方法包括
a)从所述第一感测电极和所述第二感测电极获得电测量值；
b)分析所述电测量值，且然后根据存储在所述控制系统中的一个或多个指令来基于所述电测量值选择液滴操作；以及
c)将致动信号施加到致动电极以实行所述液滴操作。
因此，初始液滴布置对应于图11中所展示。通常，不过，第一液滴和第三液滴之间的液滴界面还包括另一跨膜孔。通常，另一跨膜孔是离子通道。在优选方面，第一液滴与第三液滴之间的界面包括多个离子通道，例如至少10个离子通道。这些离子通道的数目通常很大，例如为存在于第一液滴和第二液滴之间的界面中的跨膜孔数目的至少十倍或至少100倍或1000倍或10,000倍。
在一些实施例中，所述离子通道对于电子介体是不可渗透的。离子通道对于电子介体可为不可渗透的，因为例如，通道太窄或其包括阻碍电子介体通过的静电带电区域。
在此优选方面，可以移动包括分析物的第一液滴而不干扰与电极接触的液滴。因此，一方面，在步骤(b)中选择并在步骤(c)中执行的液滴操作包括移动第一液滴并将第一液滴与第二液滴和/或第三液滴分离。这在图11a中展示。可以用另一液滴替代经去除的包括分析物的第一液滴，所述另一液滴也可包括分析物。因此，所述方法可以进一步包括使包括分析物的另一液滴移动成与第二液滴和第三液滴接触，以在第二液滴和第三液滴中的每一个与另一液滴之间形成液滴界面，其中每个液滴界面包括两亲性分子层。
替代地，当移动包括电子介体的第二液滴和第三液滴时，包括分析物的第一液滴可以保持静止。因此，一方面，在步骤(b)中选择并在步骤(c)中执行的液滴操作包括移动第二液滴和/或第三液滴以将第二液滴和/或第三液滴与第一液滴分离。这在图(b)中展示。第二液滴和第三液滴可移动成与包括分析物的另一液滴接触，以使所述液滴能够被感测到。因此，在一些实施例中，液滴操作进一步包括使第二液滴和/或第三液滴移动成与包括分析物的另一液滴接触，以在第二液滴和/或第三液滴与另一液滴之间形成液滴界面，其中所述界面包括两亲性分子层。这在图13b中展示。
不仅可以使初始的第二液滴和第三液滴移动远离包括分析物的第一(静止)液滴，而且可以将含有电子介体的另一液滴对移动到适当位置以感测第一液滴。因此，在一些实施例中，所述方法进一步包括使第四液滴和任选地还有第五液滴移动成与第一液滴接触，以在第四液滴和存在时的第五液滴与第一液滴之间形成液滴界面，其中一个或多个液滴界面包括两亲性分子层。在此情况下，通常第四液滴和存在时任选地还有第五液滴包括电子介体。
此实施例的有用方面是，包括分析物的液滴未被隔离在腔室内；可以将其操控到EWOD装置的边缘，在所述装置中，其可被存储或去除并保留。因此，在优选方面，本发明的方法可以包括回收第一液滴。“回收”此类液滴意味着所述方法完成时不会弃置第一液滴。而是将第一液滴任选地存储在感测系统中；替代地，将液滴从感测系统中移出以存储在其它地方。
在特别优选的实施例中，本发明的方法包括回收基本上所有包括分析物的液滴。当分析物稀少或宝贵，或者必须被保留以供将来分析时，这是很有用的。
示范性方法2：电极的再生
如上文已解释，本发明的特别优点是：允许第一感测电极与第二感测电极之间连通的电子介体的部分未包含在不可接入的腔室内。这对于例如在WO 2014/064443中描述的装置而言是个问题，随着时间的推移，电子介体会衰变(具体地说，Fe3+会衰变成不易被再氧化的Fe2+)，并且无法添加新制介体。这对于本发明的感测系统而言不是问题，因为电子介体包含在可以重复添加材料的液滴中或者可以被替换为具有新制电子介体的液滴的液滴中。
不仅可以添加电子介体，而且可以监测由第一感测电极和第二感测电极获得的电测量值，以确定电子介体是否已退化以及是否需要新制电子介体。因此，电极且具体地说实现第一感测电极与第二感测电极之间连通的电子介体可再生。
因此，在优选方面，本发明提供了一种操作感测系统的方法，其中所述感测系统包括：
(i)电润湿装置，所述电润湿装置包括：
致动电极阵列，以及
绝缘体层，其覆盖所述致动电极并且具有最外面的疏水表面；
第一感测电极；以及
第二感测电极；
(ii)安置于所述疏水表面上的以下各物：
非极性流体介质，
第一液滴、第二液滴和任选地为第三液滴，其包括所述流体介质中的极性液体；
所述第一液滴和/或所述第二液滴包括在所述第一液滴和/或所述第二液滴与所述流体介质之间的界面处的两亲性分子层；
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触，或者所述第三液滴和所述第二液滴各自经由液滴界面与所述第一液滴接触；
所述液滴界面或每个液滴界面包括两亲性分子层；
所述液滴界面中的至少一个包括跨膜孔；
所述第一液滴包括分析物；
所述液滴中的一个，任选地为所述第二液滴，包括电子介体；
所述第一液滴或存在时任选地为所述第三液滴与所述第一感测电极电接触；并且
所述第二液滴与所述第二感测电极电接触；
(iii)控制系统，其被配置成从所述第一感测电极和所述第二感测电极获得电测量值，并且将致动信号施加到所述致动电极阵列；
其中所述方法包括
a)从所述第一电极和所述第二电极获得电测量值，并将此步骤重复多次以获得多个电测量值；
b)将所述电测量值中的一个或多个与所述多个电测量值当中的其它电测量值中的一个或多个进行比较，确定随时间推移检测到的所述电测量值的变化，所述变化可归因于所述液滴中的，任选地为所述第二液滴中的电子介体的损耗，以及选择液滴操作以增大所述液滴中的，任选地为所述第二液滴中的电子介体的浓度；以及
c)将致动信号施加到致动电极以实行所述液滴操作。
在一个实施例中，增大第二液滴中的电子介体浓度的液滴操作是这样的操作：其中使第二液滴移动成不与第二感测电极电接触，并且使包括较高浓度介体的新液滴移动成与第二感测电极电接触。
在另一实施例中，液滴操作包括在疏水表面上移动流体介质的致动液滴，并将致动液滴与包括电子介体的液滴融合，所述液滴任选地为第二液滴，其中致动液滴也包括电子介体。通常，致动液滴包括高浓度的电子介体。例如，致动液滴可以包括比存在于包括电子介体的液滴中浓度更高的电子介体，所述液滴任选地为第二液滴。
在一个实施例中，感测系统包括第一液滴和第二液滴；第一液滴经由液滴界面与第二液滴接触，所述液滴界面包括两亲性分子层和跨膜孔；并且第一液滴与第一感测电极电接触；并且第二液滴与第二感测电极电接触。在此实施例中，包括电子介体的液滴可为第一液滴或第二液滴，并且液滴操作可以包括在疏水表面上移动流体介质的致动液滴，并将致动液滴与包括电子介体的液滴融合，其中致动液滴也包括电子介体。通常，致动液滴包括高浓度的电子介体。例如，致动液滴可以包括比存在于包括电子介体的液滴中浓度更高的电子介体，所述液滴任选地为第一液滴或第二液滴。替代地，增大第一液滴或第二液滴中的电子介体浓度的液滴操作可为这样的操作：其中使第一液滴或第二液滴分别移动成不与第一感测电极或第二感测电极电接触，并且使包括新制电子介体(通常为比被替代的液滴中浓度更高的介体)的新液滴移动成与第一感测电极或第二感测电极电接触。
在另一实施例中，感测系统包括第一液滴、第二液滴和第三液滴。第三液滴和第二液滴各自经由液滴界面与第一液滴接触；每个液滴界面包括两亲性分子层；第一液滴与第二液滴之间的液滴界面包括第一跨膜孔；第一液滴与第三液滴之间的液滴界面包括另一跨膜孔，所述另一跨膜孔是离子通道；第三液滴与第一感测电极电接触；并且第二液滴与第二感测电极接触。具有第一液滴、第二液滴和第三液滴的此实施例对于提供电子介体的储集库是特别有利的，所述储集库可以从第三液滴供应到第一液滴或第二液滴。
在此实施例中，第二液滴(图18中的液滴C)和第三液滴(图18中的液滴A)通常两者均包括电子介体。第一液滴通常包括分析物。分析物可为DNA或RNA以供测序，且确切地说，以供经由纳米孔在第一液滴和第二液滴的界面处测序。如上文所论述，第三液滴与第一感测电极电接触；并且第二液滴与第二感测电极接触(且这可能是为了检测离子电流的变化以对DNA进行测序)。
通常，为了使离子电流从第三液滴(图18中的液滴A)通过到达第一液滴(图18中的液滴B)，第三液滴和第一液滴之间的界面通常含有大量的其它跨膜孔，所述其它跨膜孔是离子通道。第三液滴与第一液滴之间的界面中的大量此类其它跨膜孔会降低网络中此点处的电阻，从而使得电流能够在电极之间流动以实现在第一液滴与第二液滴(图18中的液滴B和C)之间的界面处进行感测。通常，因此，在第一液滴与第三液滴之间的界面处的其它跨膜孔的数目高于在第一液滴与第二液滴之间的界面处的第一跨膜孔的数目。例如，所述其它跨膜孔的数目可为所述第一跨膜孔的数目的至少10倍。所述其它跨膜孔的数目可为所述第一跨膜孔的数目的至少100倍，或者例如为所述第一跨膜孔的数目的至少1000倍，或至少10,000倍。其它跨膜孔的数目可例如为所述第一跨膜孔的数目的至少100,000倍。
可以控制分析物相对于纳米孔的通过，使得分析物不会从第一液滴完全传递到第二液滴。这确保分析物保留在第一液滴中。替代地，可以允许分析物从第一液滴完全通过纳米孔转移到第二液滴中。此类控制可以通过改变电极之间的极性或电势差的量来实现。
插入至第三液滴(图18中的A)与第一液滴(图18中的B)之间的界面中的其它跨膜孔的类型和数目可用于控制电路中此点处的电阻。例如，其它跨膜孔的直径较大(例如>2nm)，其可用于允许大量电流自由通过。替代地，较小其它跨膜孔(例如直径<2nm)可用于控制离子选择性，例如防止不必要的离子物质通过膜。例如，有可能通过使用窄到无法通过大离子的其它跨膜孔，或者使用中心通道中带有负电荷以形成静电势垒以供通过的其它跨膜孔来防止或限制电子介体(例如亚铁/氰化物)流动通过膜(例如，在不期望电子介体直接接触一个或多个分析物物质的情况下)。通常，因此，其它跨膜孔的内径小于2nm。另外或替代地，其它跨膜孔可以包括带电(例如带负电)的中心通道。其它跨膜孔可被称为“玻璃料”纳米孔。
介体可为任何合适的电子介体。通常，介体包括Fe2+/Fe3+对；例如，电子介体可以包括Fe3+。例如，电子介体可以包括[Fe(CN)6]3-/4-。
有可能控制纳米孔在多界面网络中插入哪些膜中，例如目前讨论的具有第一液滴、第二液滴和第三液滴的实施例。这可以例如通过控制形成膜界面的顺序、通过跨期望膜界面施加大电压，或通过液滴包含纳米孔来实现。例如，通过仅在第三液滴(图18中的液滴A)中包含纳米孔，有可能在此实施例中的第一液滴与第三液滴(图18中的液滴A和B)之间的界面中插入大量的“玻璃料”纳米孔。同样，如果第一液滴(图18中的液滴B)含有所述第一跨膜孔(例如，感测纳米孔，适用于DNA测序)，则有可能将具有控件的第一跨膜孔插入第一液滴与第二液滴(图18中的液滴B和C)之间的界面中。以此方式，根据本发明的方法，可以执行液滴操作以将所述其它跨膜孔插入第一液滴与第三液滴之间的界面中。类似地，根据本发明的方法，可以执行液滴操作以将所述第一跨膜孔插入第一液滴与第二液滴之间的界面中。因此，在本发明的方法中，步骤(c)或多个步骤(c)中的至少一个可以包括将其它跨膜孔插入第一液滴与第三液滴之间的界面中。类似地，在本发明的方法中，步骤(c)或多个步骤(c)中的至少一个可以包括将第一跨膜孔插入第一液滴与第二液滴之间的界面中。
有可能通过监测在介体从一个物质反应到另一物质时由化学势变化引起的电压变化来感测跨液滴网络(例如，上文所论述实施例的第一液滴、第二液滴和第三液滴)的电子介体的浓度变化。因此，有可能检测到在长时间的实验中电子介体已耗尽。例如，如果第三液滴(图18中的液滴A)中的电子介体已耗尽，则有可能调整第三液滴中的条件以更新介体。因此，例如，有可能将含有新制介体的新液滴(第四液滴)连接并融合到第三液滴中，如图18的部分II)和III)中示意性地展示。替代地，可以使第三液滴移动远离第一液滴(图18中的液滴B)，以在液滴界面处不形成两亲性分子层，并且可以将含有新制介体的新第三液滴连接到第一液滴。新第三液滴还可含有其它跨膜孔以插入在第三液滴与第一液滴之间的新界面处，以使离子在第三液滴与第一液滴之间流动。
因此，包括电子介体的液滴可为第三液滴，并且液滴操作可以包括在疏水表面上移动流体介质的致动液滴(第四液滴)，并将致动液滴(第四液滴)与第三液滴融合，其中致动液滴也包括电子介体。通常，致动(第四)液滴包括高浓度的电子介体，例如比存在于第三液滴(其中电子介体可能已耗尽或将要耗尽)中浓度更高的电子介体。替代地，增大第三液滴中的电子介体浓度的液滴操作可为这样的操作：其中使第三液滴移动成不与第一感测电极电接触，并且使包括新制电子介体(例如为比第三液滴中浓度更高的介体)的新(替代)第三液滴移动成与第一感测电极电接触。新第三液滴还可含有其它跨膜孔以插入在第三液滴与第一液滴之间的新界面处，以使离子在第三液滴与第一液滴之间流动。
另外或替代地，在具有第一液滴、第二液滴和第三液滴的此实施例中，包括电子介体的液滴可为第二液滴(图18中的液滴C)，并且液滴操作可以包括在疏水表面上移动流体介质的致动液滴(第四液滴)，并将致动液滴(第四液滴)与第二液滴融合，其中致动液滴也包括电子介体。通常，致动(第四)液滴包括高浓度的电子介体，例如比存在于第二液滴(其中电子介体可能已耗尽或将要耗尽)中浓度更高的电子介体。替代地，增大第二液滴中的电子介体浓度的液滴操作可为这样的操作：其中使第二液滴移动成不与第二感测电极电接触，并且使包括新制电子介体(例如为比经去除第二液滴中浓度更高的介体)的新(替代)第二液滴移动成与第一感测电极电接触。新第二液滴也可含有所述第一跨膜孔以插入在第二液滴与第一液滴之间的新界面处。
在另一实施例中，介体可能不包含在第二液滴(图18中的液滴C)中，而是分离成第四液滴(例如，液滴D)，其本身通过玻璃料状纳米孔界面连接至第二液滴以创建网络A-B-C-D，其中第三液滴和第四液滴(液滴A和D)含有介体，第一液滴(图18中的液滴B)含有分析物，并且第一跨膜孔(其可为纳米孔传感器)在第一液滴与第二液滴(B和C)之间的界面中。在此实施例中，例如，如果步骤(a)中的感测检测到介体耗尽，则可以在步骤(c)的液滴操作中去除并替代第三和第四介体液滴，而不影响第一和第二“感测”液滴(B和C)。
因此，在优选方面，本发明提供了一种操作感测系统的方法，其中所述感测系统包括：
(i)电润湿装置，所述电润湿装置包括：
致动电极阵列，以及
绝缘体层，其覆盖所述致动电极并且具有最外面的疏水表面；
第一感测电极；以及
第二感测电极；
(ii)安置于所述疏水表面上的以下各物：
非极性流体介质，
第一液滴、第二液滴、第三液滴和第四液滴，其各自包括所述流体介质中的极性液体；
所述第一液滴、所述第二液滴、所述第三液滴和/或所述第四液滴包括在所述第一液滴、所述第二液滴、所述第三液滴和/或所述第四液滴与所述流体介质之间的界面处的两亲性分子层；
所述第三液滴经由液滴界面与所述第一液滴接触，所述第一液滴经由另一液滴界面与所述第二液滴接触，并且所述第二液滴经由又一液滴界面与所述第四液滴接触；
每个液滴界面包括两亲性分子层；
所述第一液滴和所述第二液滴之间的所述液滴界面包括第一跨膜孔；
所述第一液滴和所述第三液滴之间的所述液滴界面包括多个其它跨膜孔，所述其它跨膜孔是离子通道；
所述第二液滴和所述第四液滴之间的所述液滴界面也包括多个其它跨膜孔，所述其它跨膜孔是离子通道；
所述第一液滴包括分析物；
所述第三液滴和所述第四液滴包括电子介体；
所述第三液滴与所述第一感测电极电接触；并且
所述第四液滴与所述第二感测电极电接触；
(iii)控制系统，其被配置成从所述第一感测电极和所述第二感测电极获得电测量值，并且将致动信号施加到所述致动电极阵列；
其中所述方法包括
a)从所述第一电极和所述第二电极获得电测量值，并将此步骤重复多次以获得多个电测量值；
b)将所述电测量值中的一个或多个与所述多个电测量值当中的其它电测量值中的一个或多个进行比较，确定随时间推移检测到的所述电测量值的变化，所述变化可归因于所述第三液滴或所述第四液滴中的电子介体的损耗，以及选择液滴操作以增大所述液滴中的电子介体的浓度；以及
c)将致动信号施加到致动电极以实行所述液滴操作。
液滴操作可以包括在疏水表面上移动流体介质的致动液滴(第五液滴)，并将致动液滴(第五液滴)与第三液滴或第四液滴融合，其中致动液滴也包括电子介体。通常，致动(第五)液滴包括高浓度的电子介体，例如比存在于所述第三液滴或所述第四液滴(其中电子介体可能已耗尽或将要耗尽)中浓度更高的电子介体。替代地，增大第三液滴或第四液滴中的电子介体浓度的液滴操作可为这样的操作：其中使第三液滴或第四液滴分别移动成不与第一感测电极或第二感测电极电接触，并且使包括新制电子介体(通常为比被替代的第三液滴或第四液滴中浓度更高的介体)的新(替代)第三液滴或第四液滴移动成分别与第一感测电极或第二感测电极电接触。新第三液滴或第四液滴也可含有所述其它跨膜孔，以分别插入在第三液滴与第一液滴之间的新界面处或第二液滴与第四液滴之间的新界面处，以使离子在那些液滴之间流动。
示范性方法3：提高检测准确度
本发明的特别优点是感测系统准许样品暴露于多个孔中。这可以提高可用以确定分析物的准确度，确切地说是在分析物是例如DNA之类的聚合分析物的情况下。此外，可以基于在分析物与先前的跨膜孔相互作用时获得的电测量值来选择分析物所暴露于的孔。这提供了动态感测系统，其能够选择并执行最恰当的感测操作以提供对分析物的准确标识。
因此，在优选实施例中，本发明提供了一种操作根据任一前述技术方案的感测系统的方法，其中所述感测系统包括安置于电润湿装置的疏水表面上的以下各物：
非极性流体介质；
第一液滴、第二液滴和第三液滴，其包括极性液体介质；
所述第一液滴和/或所述第二液滴和/或所述第三液滴包括在所述第一液滴和/或所述第二液滴和/或所述第三液滴与所述流体介质之间的界面处的两亲性分子层；
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触，所述液滴界面包括两亲性分子层和第一跨膜孔；
所述第三液滴经由另一液滴界面与所述第一液滴或所述第二液滴接触，所述另一液滴界面包括两亲性分子层和第二跨膜孔；并且
所述第一液滴包括分析物。
在一些实施例中，第一跨膜孔和第二跨膜孔是相同的：这允许使用相同的孔对分析物进行两次分析，这对于提高测量准确度当然是有用的。然而，在另一实施例中，第二跨膜孔不同于第一跨膜孔，在所述实施例中，使用两个不同的孔提供了关于分析物的两个不同信息集以帮助标识。
通常，在此实施例中，步骤(a)的电测量是指示分析物与第一跨膜孔和/或第二跨膜孔的相互作用的电测量。第一感测电极和第二感测电极与三个液滴的相对配置确定了在初始配置中可以检测到哪些相互作用。
在第一感测电极和第二感测电极各自与经由液滴界面彼此直接接触的液滴对中的一个接触的情况下，电测量可以包括指示分析物已与存在于所述界面中的跨膜孔相互作用的测量。例如，第一感测电极可以与第一液滴电接触，并且第二感测电极可以与第二液滴电接触，并且第一液滴和第二液滴可以经由包括如图8中所展示的第一跨膜孔的液滴界面接触。在那种情况下，电测量可为指示与第一跨膜孔的相互作用的测量。在另一实施例中，第一感测电极可以与第一液滴电接触，并且第二感测电极可以与第三液滴电接触，并且第一液滴和第三液滴可以经由包括第二跨膜孔的液滴界面接触。在那种情况下，电测量可为指示与第二跨膜孔的相互作用的测量。
因此，在一个实施例中，步骤(b)包括确定分析物已与第一跨膜孔相互作用。在另一实施例中，步骤(b)包括确定分析物已与第二跨膜孔相互作用。
通过电测量确定了分析物已以此方式与第一跨膜孔或第二跨膜孔相互作用之后，步骤(b)可以进一步包括选择液滴操作，所述液滴操作使包括分析物的液滴与包括另一跨膜孔的另一液滴和另一界面接触。以此方式，可以将分析物从一个液滴移动到第二液滴，再移动到另一液滴，依此类推，每次都通过跨膜孔，从而提供了可以确定分析物身份的大数据集形式。
液滴和电极可替代地布置成例如图9中所展示，其中第一感测电极和第二感测电极由两个跨膜孔分离。也就是说，第一感测电极与第三液滴电接触，并且第二感测电极与第二液滴电接触。第一液滴与第二液滴之间的界面包括第一跨膜孔，并且第一液滴与第三液滴之间的界面包括第二跨膜孔。
在此布置中，存在于第一液滴中的分析物可以与第一跨膜孔或第二跨膜孔或两者相互作用。替代地，分析物可以最初存在于第二液滴中，并且可以移动通过第一跨膜孔进入第一液滴中，并且然后通过第二跨膜孔到达第三液滴。分析物的此类移动可以由施加到第一感测电极和第二感测电极的电势来控制，其中分析物带电。因此，在此配置中，在步骤(a)中进行的电测量可为指示与第一跨膜孔和第二跨膜孔中的一个或两个相互作用的电测量。
因此，一方面，步骤(b)可以包括确定分析物已同时与第一跨膜孔和第二跨膜孔相互作用。
当然，可以存在多个其它液滴，每个液滴经由液滴界面与第一液滴、第二液滴或第三液滴接触，所述液滴界面含有另一跨膜孔。分析物可以同时或依次与这些中的每一个相互作用，所述相互作用可以由第一感测电极和第二感测电极或其它感测电极检测到。
在此实施例的特定方面，由于液滴体积可能非常小，其中分析物是足够长的聚合物链，因此其可以跨过液滴的内部并同时与第一孔和第二孔两者相互作用。分析物与两个孔的相互作用同时提供了有关分析物结构的更详细的信息。因此，一方面，步骤(b)可以包括确定单链聚合分析物已同时与第一跨膜孔和第二跨膜孔相互作用。在此实施例的优选方面，分析物是单链DNA。例如，第一液滴可含有单链DNA：所述方法能够询问单个分析物颗粒。
一旦已经确定分析物已与第一跨膜孔和第二跨膜孔相互作用，通常期望重新配置液滴系统以便能够进行电测量，所述电测量指示分析物与一个或多个其它跨膜孔相互作用。例如，可以使其它液滴与液滴系统接触，以提供包括另一跨膜孔的其它界面。这可以通过致动含有分析物的液滴(通常为第一液滴)和/或感测系统内的其它液滴来实现。一旦根据步骤(a)中进行的电测量确定分析物已与初始液滴系统中的所有感兴趣跨膜孔完全相互作用(例如，穿过)，通常就准许通过液滴操作进行重新配置。
在一个实施例中，在步骤(b)中选择并在步骤(c)中执行的液滴操作包括移动第一液滴、第二液滴和第三液滴中的一个或多个以便将所述第一液滴与所述第二液滴和/或所述第三液滴分离。
在一个实施例中，在步骤(b)中选择并在步骤(c)中执行的液滴操作包括使第一液滴与另一液滴接触，以使得另一液滴经由包括两亲性分子层和另一跨膜蛋白质的液滴界面接触第一液滴。
可以通过将样品暴露于如上文所描述的多个不同的孔而实现的准确度非常高。
其它示范性方法
在本发明方法的一些实施例中，步骤(a)包括使第一跨膜孔与分析物接触以使得分析物相对于孔移动，以及在分析物相对于孔移动时获得一个或多个电测量值；并且所述方法进一步包括确定分析物的存在、不存在或一个或多个特性。
在此方法的优选方面，步骤(b)包括确定分析物的一个或多个特性的存在或不存在，并且任选地，其中步骤(b)进一步包括基于所述分析物的所述存在、不存在或一个或多个特性来确定保留还是弃置第一液滴。
通常，在此类方法中，分析物是多核苷酸。也通常在此类方法中，所述特性可为以下各项中的一个或多个：(i)所述多核苷酸的长度；(ii)所述多核苷酸的同一性；(iii)所述多核苷酸的序列；(iv)所述多核苷酸的二级结构；以及(v)所述多核苷酸是否经修饰。
在以下方法中，第一液滴首先包括分析物，优选地包括多核苷酸。优选地，分析物带电。第一液滴和第二液滴分别与第一感测电极和第二感测电极电接触。优选地，在这些方法中，第一液滴和第二液滴是浸没在非极性油性介质中的水性极性介质的液滴，其各自具有安置于水性介质与油性介质之间的界面处的两亲性分子层。在所述方法涉及另一或新的液滴的情况下，所述另一或新的液滴通常也是水性介质的液滴，并且包括安置于水性介质与油性介质之间的界面处的两亲性分子层。
在一个实施例中，所述方法是实时对聚合分析物(例如其中分析物包括DNA或RNA)进行测序的方法。
在一个实施例中，以下称为分析物选择实施例，所述方法可以包括：
a)通过获得电测量值来检测分析物与第一跨膜孔之间的相互作用；
b)基于(a)中获得的电测量值确定分析物的存在或不存在或一个或多个特性、决定保留所述分析物，并且选择液滴操作以根据存储在控制系统中的一个或多个指令使极性水性介质的另一液滴与第二液滴接触；并且
通过向第一发送电极和第二发送电极施加电势来将分析物转移到第二液滴中；以及
c)向致动电极阵列施加致动信号以使另一液滴与第二液滴接触。另一液滴可以包括安置于另一液滴与油性介质之间的界面处的两亲性分子层。步骤(c)可以进一步包括在第二液滴与另一液滴之间形成包括膜的液滴界面，任选地其中所述膜包括第二跨膜孔。
在另一实施例中，所述方法可以包括：
ai)通过获得电测量值来检测分析物与第一跨膜孔之间的相互作用；
aii)基于(a)中获得的电测量值确定分析物的存在或不存在或一个或多个特性、决定拒绝所述分析物，并且向第一发送电极和第二发送电极施加电势以防止分析物转移到第二液滴中；
aiii)任选地将步骤(ai)和(aii)重复一次或多次；并且
执行上述分析物选择方法的步骤a至c。
在另一实施例中，所述方法可以包括从第一液滴中筛分目标分析物，且然后在一个或多个其它孔中检测分析物(例如，使得在分析物是多核苷酸的情况下能够检测到分析物的序列)。在此类实施例中，所述方法可包括：
a)获得指示目标分析物经由第一跨膜孔正通过或已通过第一液滴到达第二液滴的电测量；
b)分析电测量；任选地确定分析物正通过或已通过第一液滴到达第二液滴；并且选择液滴操作以分离第一液滴和第二液滴；
c)向致动电极阵列施加致动信号以便移动第一液滴和/或第二液滴，使得第一液滴和第二液滴不再彼此接触。
在此实施例中，在步骤(b)中选择并在步骤(c)中执行的液滴操作可以进一步包括使液滴与另一液滴接触。另一液滴通常接触或被放置成接触另一感测电极。因此在第二液滴与其它液滴之间形成的界面通常包括膜和第二跨膜孔。
在此实施例中，然后可以将步骤(a)至(c)重复一次或多次。例如，所述方法可进一步包括：
a)获得指示目标分析物经由第二跨膜孔正通过或已通过第二液滴到达另一液滴的电测量；
b)分析电测量；任选地确定分析物正通过或已通过第二液滴到达另一液滴；并且选择液滴操作以分离第二液滴和另一液滴；
c)向致动电极阵列施加致动信号以便移动第二液滴和/或另一液滴，使得第二液滴和另一液滴不再彼此接触。
在步骤(b)中选择并在步骤(c)中执行的液滴操作可以进一步包括使液滴与再另一液滴接触。再另一液滴通常接触或被放置成接触再另一感测电极。因此在另一液滴与再另一液滴之间形成的界面通常包括膜和第三跨膜孔。
所述方法可以重复一次或多次。
在此方法的方面，步骤(b)包括选择第二液滴操作，以便使新液滴与第一液滴接触。例如，步骤(b)可以另外包括选择液滴操作以便使新液滴与第一液滴接触。当在步骤(c)中执行此液滴操作时，新液滴与第一液滴之间的界面可以包括新跨膜孔。例如，这可以通过提供适合插入第一液滴或新液滴中的跨膜孔来实现。新跨膜孔可以允许不同的目标分析物进入新液滴中。因此，步骤(a)可以重复多次，其中在每次迭代中，进行电测量，所述电测量指示新目标分析物进入新液滴中。也就是说，所述方法可以另外包括：
a)获得指示目标分析物经由新跨膜孔正通过或已通过第一液滴到达新液滴的电测量；
b)分析电测量；任选地确定新目标分析物正通过或已通过第一液滴到达新液滴；并且选择液滴操作以分离第一液滴和新液滴；
c)向致动电极阵列施加致动信号以便移动第一液滴和/或新液滴，使得第一液滴和新液滴不再彼此接触。
此方法可以重复多次以收集不同液滴中的不同目标分析物。
通过此方法，可能很容易创建具有许多不同液滴配置的复杂网络以控制目标分析物的去向。也有可能在任何新液滴中采用不同条件(例如，不同的液滴可以具有不同的pH、盐、缓冲剂、辅因子、酶、温度等)或界面处的差异(例如，不同类型的孔、孔的数目、孔的定向、分析物转移的方向、不同的施加电压等)。以此方式，有可能对同一目标分析物执行多个不同的动作。例如，可以在不同条件下对目标分析物进行测序。在其它实施例中，可以移动目标分析物以进行普通的核酸制备，例如聚合酶扩增、逆转录、限制酶切割、组分的连接、核酸酶降解、cas9结合或切割等。
通过此方法，也有可能从含有物质混合物的分析物中筛分出期望的目标分析物。在一个实施例中，所述方法包括从DNA序列的混合物中筛分出一个或多个期望的DNA序列。
在一些优选实施例中，在步骤(b)中选择并在步骤(c)中执行的液滴操作可以包括将两个液滴融合在一起。在此类情况下，液滴可能会在接触时融合，或者可能需要施加电压以破坏两个液滴之间的任何膜。因此，在一些实施例中，第一感测电极与第一液滴(或存在时任选地为第三液滴)电接触，并且第二液滴与第二感测电极电接触，并且本发明的方法包括：
a)获得所述第一感测电极与第二感测电极之间的电测量值；
b)分析电测量值并根据存储在控制系统中的一个或多个指令选择液滴操作，其中液滴操作包括将另一液滴与第二液滴融合；
c)向致动电极阵列施加致动信号以使另一液滴移动成与第二液滴和另一感测电极接触；并且
跨第二感测电极与另一感测电极施加电势以将第二液滴和另一液滴融合。
这可用于调整第二液滴中的条件。例如，另一液滴可包括可用于调整pH、离子浓度或液滴的其它性质的材料。替代地，另一液滴可以包括允许处理存在于第二液滴中的分析物的材料，例如通过PCR扩增多核苷酸分析物(例如DNA)所必需的适当的酶和辅因子试剂。
因此，在一些实施例中，所述过程包括：
a)获得第一感测电极与第二感测电极之间的电测量，其指示期望的多核苷酸序列(例如，感兴趣的基因)已从第一液滴转移到第二液滴；
b)分析电测量并任选地确定已发生期望的多核苷酸序列从第一液滴转移到第二液滴，并根据控制系统中存储的一个或多个指令选择液滴操作，其中液滴操作包括将另一液滴与第二液滴融合；
c)向致动电极阵列施加致动信号以使另一液滴移动成与第二液滴和另一感测电极接触；并且
跨第二感测电极和另一感测电极施加电势以将第二液滴和另一液滴融合，其中另一液滴含有用于PCR程序的原材料(例如酶和辅因子试剂)。
使一个液滴与另一液滴接触的液滴操作通常产生的期望结果是在液滴之间传送材料。这可以通过渗透来实现，其中两个液滴具有不同渗透势。当连接含有不同渗透势的液滴(例如具有不同浓度的盐或其它合适溶质的液滴)以形成包括膜(例如两亲性分子双层)的液滴界面时，水将在两个液滴之间流过整个膜以平衡渗透势：水将从低盐浓度的液滴流向含更高浓度盐溶液的液滴，直到渗透势达到平衡或液滴断开连接为止。通过将适当的渗透势液滴连接到目标液滴，有可能增加目标液滴中的含水量(例如，通过连接所含离子浓度比目标液滴低的液滴(即，盐分较少的液滴))或降低目标液滴中的含水量(例如，通过连接所含离子浓度比目标液滴高的液滴(即，盐溶液更多的液滴))。以此方式有可能稀释或浓缩目标液滴中的内含物。
“目标液滴”是另一液滴在此所接触的液滴。
因此，在所述方法的一些实施例中：
步骤(b)任选地包括确定第一液滴、第二液滴和存在时的第三液滴(目标液滴)中的一个或多个的离子浓度或渗透势，以及选择液滴操作以使具有不同离子浓度或渗透势的另一液滴与所述第一液滴、所述第二液滴或所述第三液滴(目标液滴)接触；并且
步骤(c)包括向致动电极阵列施加致动信号以使所述另一液滴与所述第一液滴、所述第二液滴或所述第三液滴(目标液滴)接触，以在另一液滴与所述第一液滴、所述第二液滴或所述第三液滴(目标液滴)之间形成液滴界面；并且
所述方法进一步包括允许水穿过第一液滴、第二液滴或第三液滴(目标液滴)与另一液滴之间的液滴界面。
在一些实施例中，另一液滴选自各自具有不同渗透势或离子浓度的多个液滴当中。
控制液滴的盐含量可为合意的，例如，如果希望通过使用高盐浓度来抑制酶反应(例如衔接子与目标DNA分子的连接)，则在需要时通过稀释盐引发酶反应。因此，在一些实施例中，稀释液滴可能是有用的。然而，在其它实施例中，可能期望通过去除水来浓缩液滴的内含物。例如，浓缩样品可用于通过经由分析物与纳米孔的相互作用而感测分析物或用于分析物的荧光测量来增加目标分子检测的灵敏度。
因此，在此方法的一些实施例中，另一液滴具有比目标液滴更高的渗透势或离子浓度，这使得能够浓缩目标液滴。在此方法的其它实施例中，另一液滴具有比目标液滴更低的渗透势或离子浓度，这使得能够稀释目标液滴。
在一些实施例中，另一液滴可选自各自具有不同渗透势或离子浓度的多个液滴。
因此，在特别优选的实例中，所述方法包括：
如本文所描述，将分析物从第一液滴传递到第二液滴；
a)从第一感测电极和第二感测电极(分别与第一液滴和第二液滴电接触)获得电测量值；
b)分析电测量值以确定第二液滴中存在的渗透势或离子浓度，并根据控制系统中存储的一个或多个指令选择液滴操作，从而可使具有与第二液滴不同的渗透势或离子浓度的另一液滴与第二液滴接触；并且
向致动电极阵列施加致动信号以优选地通过移动另一液滴而使另一液滴与第二液滴接触。因此，另一液滴和第二液滴通过包括两亲性分子层的液滴界面连接。
所述方法可以进一步包括允许水流入或流出第二液滴。
额外过程步骤
本发明的方法通常重复一次或多次。也就是说，一旦已执行了步骤(c)并且制备了新布置的液滴系统，则可以重复步骤(a)至(c)。在每次迭代所述方法之后，在步骤(a)中进行的测量、在步骤(b)中选择并在步骤(c)中执行的液滴操作可能会有所不同。
而且，本发明的方法可以包括待在步骤(a)、(b)和(c)之前、之间或之后执行的一个或多个其它过程步骤。
一个此类额外步骤是样品的初始制备。特别期望将“原始”样品提供给感测系统，而无需在用户方面对样品进行任何制备。“原始”样品意味着最初收集的样品：例如从人体收集的血液样品或直接从海洋收集的海水样品。优选地，感测系统本身执行制备待进行本发明方法的样品所需的初始过程步骤。此类初始制备步骤可以包含样品的洗涤、纯化、细胞裂解、稀释、浓缩、通过结合额外基团进行修饰等。
因此，在一些实施例中，所述过程包括将原始样品提供给感测系统的初始步骤。优选地，初始步骤进一步包括在感测系统内制备样品。“制备”意味着对样品执行任何操作以将其以适合用于本发明方法的形式放置。
如上文所解释，本发明的方法准许回收包括分析物的一个或多个液滴。在优选方面，本发明的方法进一步包括回收分析物本身。也就是说，可以将包括分析物的一些或优选地所有液滴收集在一起并将其从感测系统中去除。接着可以对液滴进行处理以去除污染物并返回分析物。
本发明的另一优点是，其可以在同一感测系统内的多个液滴系统上同时执行。液滴系统包括如本文所限定的第一液滴和第二液滴，以及任选地为第三液滴和其它液滴。因此，在所述方法的优选方面，感测系统包括：
安置于所述疏水表面上的所述流体介质和第一液滴系统，所述第一液滴系统包括如本文所限定的所述第一液滴和所述第二液滴；以及
也安置于所述疏水表面上的第二液滴系统，其包括如本文所限定的另一第一液滴和另一第二液滴；
并且所述方法包括对所述第一液滴系统和所述第二液滴系统同时执行步骤(a)、(b)和(c)。理论上，所述方法可以在大量的液滴系统上同时执行，例如在至少十个或至少一百个液滴系统上同时执行。在所述方法的每次迭代中，步骤(a)、(b)和(c)可以相同或不同。例如，对第一液滴系统执行的步骤(a)、(b)和(c)中的一个或多个可不同于对第二液滴系统执行的步骤(a)、(b)和(c)中的一个或多个。替代地，对第一液滴系统和第二液滴系统执行的步骤(a)、(b)和(c)可以相同。然而，在第一液滴系统和第二液滴系统存在于同一装置中的情况下，在步骤(c)中执行的液滴操作不可包括将液滴移动到完全相同的位置，除非那些液滴意图融合在一起。
本发明的设备
本发明提供了如本文所描述的能够执行本发明方法的感测系统。因此，本发明提供一种感测系统，其包括：
电润湿装置，所述电润湿装置包括：
致动电极阵列；
绝缘体层，其覆盖所述致动电极并且具有最外面的疏水表面；
第一感测电极；以及
第二感测电极；
以及控制系统，其被配置成：
从所述第一感测电极和所述第二感测电极获得电测量值；
分析所述电测量值，且然后根据存储在所述控制系统中的一个或多个指令来基于所述电测量值选择液滴操作；以及
将致动信号施加到致动电极以实行所述液滴操作。
感测系统的特征如本文所限定。在优选实施例中，所述感测系统包括：
第一衬底，其支撑所述激活电极阵列；以及
第二衬底，其面向所述绝缘体层的所述疏水表面并支撑所述第一感测电极和所述第二感测电极。
在本发明的感测系统中，控制系统通常被配置成执行根据本文所描述的任何实施例的方法。
感测系统不需要包括流体介质或液体介质的任何液滴。相反，感测系统可被配置成接收流体介质以及第一液滴和第二液滴，所述第一液滴和所述第二液滴各自包括所述流体介质中的液体，液体和流体介质中的一个是极性的，并且液体和流体介质中的另一个是非极性的。但是，当使用感测系统时，感测系统将包括此类液体和流体介质。因此，一方面，本发明提供了如上文所描述的感测系统，其包括安置于疏水表面上的以下各物：
流体介质以及第一液滴和第二液滴，所述第一液滴和所述第二液滴各自包括所述流体介质中的液体，所述液体和所述流体介质中的一个是极性的，并且所述液体和所述流体介质中的另一个是非极性的；
所述第一液滴和/或所述第二液滴包括在所述第一液滴和/或所述第二液滴与所述流体介质之间的界面处的两亲性分子层；
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触；并且
所述液滴界面包括两亲性分子层和第一跨膜孔。
第一液滴、第二液滴和存在时的第三液滴是如本文所限定。
本发明进一步提供了使用如上文所描述的感测系统以执行根据本文所描述的任何实施例的方法。
本发明的第二方面
另一方面，本发明提供了操作感测系统的方法，其中所述感测系统包括：
(i)电润湿装置，所述电润湿装置包括：
致动电极阵列；
绝缘体层，其覆盖所述致动电极并且具有最外面的疏水表面；
第一感测电极；以及
第二感测电极，全部如本文所描述；
(ii)安置于所述疏水表面上的以下各物：
流体介质以及第一液滴、第二液滴和第三液滴，所述第一液滴、所述第二液滴和所述第三液滴各自包括所述流体介质中的液体介质，所述液体和所述流体介质中的一个是极性的，并且所述液体和所述流体介质中的另一个是非极性的；
其中所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触，并且所述第一液滴经由液滴界面与所述第三液滴接触；
其中每个液滴界面包括两亲性分子层和跨膜孔；
其中任选地，所述第一液滴、所述第二液滴和所述第三液滴中的一个或多个包括在所述液滴本身与所述流体介质之间的界面处的两亲性分子层；以及
(iii)控制系统，其被配置成从所述第一感测电极和所述第二感测电极获得电测量值，并且任选地将致动信号施加到所述致动电极阵列；
其中所述方法包括
a)从所述第一感测电极和所述第二感测电极获得电测量值；以及
b)分析在(a)中获得的所述电测量值并选择待相对于所述第一液滴和所述第三液滴之间的所述界面而执行的操作。
在(ai)中获得的电测量值与存在于第一液滴与第二液滴之间的界面处的跨膜孔有关。在(ai)中获得的电测量值通常是电测量，并且通常涉及对第一液滴或第二液滴中存在的诸如分析物之类的物质与所述跨膜孔之间的相互作用的检测。
在(aii)中选择的操作可为例如关于存在于第一液滴与第三液滴之间的界面中的跨膜孔而进行的电测量。所述电测量可如本文所描述。替代地，在(aii)中选择的操作可为决定使诸如分析物之类的物质移位成与存在于第一液滴与第三液滴之间的界面中的跨膜孔接触。
所述方法可以进一步包括随后执行如本文其它地方所描述的方法，包括步骤(a)、(b)和(c)。
本发明的液滴构建体
本发明的感测系统可用于制备并任选地操控多种新颖液滴构建体，这也是本发明的部分。下文描述这些液滴构建体。“液滴构建体”意味着安置于流体介质中的液体介质的液滴集合，其中液体介质和流体介质中的一个是极性的，并且另一个是非极性的。优选地，液体介质是极性的。液体介质和流体介质如本文所描述。存在于每个液滴中的液体介质可以相同或不同。
根据本发明的第一新颖液滴构建体包括第一液滴、第二液滴和第三液滴，所述第一液滴、所述第二液滴和所述第三液滴各自包括液体介质，其中：
所述第一液滴包括分析物；
所述第二液滴和所述第三液滴各自包括电子介体；并且
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴和所述第三液滴中的每一个接触，其中每个液滴界面包括两亲性分子层。
在第一新颖液滴构建体中，所述第一液滴与所述第二液滴之间的所述液滴界面和/或所述第一液滴与所述第三液滴之间的所述液滴界面可包括多个离子通道。优选地，第一液滴与第三液滴之间的液滴界面包括多个离子通道，例如至少十个离子通道。通常，存在于第一液滴之间的液滴界面中的离子通道的数目比存在于第一液滴与第二液滴之间的液滴界面中的跨膜孔的数目大至少10倍、或至少100倍、或至少1000倍或至少10,000倍、或至少100,000倍。第一液滴、第二液滴和第三液滴可各自独立地包括两亲性分子层，所述两亲性分子层安置于所述液滴与流体介质之间的界面处。
根据本发明的第二新颖液滴构建体包括第一液滴、第二液滴和第三液滴，所述第一液滴、所述第二液滴和所述第三液滴各自包括液体介质，其中：
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触，所述液滴界面包括两亲性分子层；
所述第一液滴经由液滴界面与所述第三液滴接触，所述液滴界面包括两亲性分子层；并且
所述第一液滴和所述第二液滴之间的所述液滴界面和/或所述第一液滴和所述第三液滴之间的所述液滴界面包括多个离子通道。
在第二新颖液滴构建体中，第一液滴通常包括分析物。
在第二新颖液滴构建体中，第二液滴和/或第三液滴通常包括电子介体。
在第一和第二新颖液滴构建体中，第一液滴与第二液滴之间的液滴界面通常包括第一跨膜孔。此外，第一液滴与第三液滴之间的液滴界面可以包括第二跨膜孔，任选地，其中第二跨膜孔不同于第一跨膜孔。
根据本发明的第三新颖液滴构建体包括第一液滴、第二液滴和第三液滴，所述第一液滴、所述第二液滴和所述第三液滴各自包括液体介质，其中：
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触，所述液滴界面包括两亲性分子层和第一跨膜孔；
所述第一液滴经由液滴界面与所述第三液滴接触，所述液滴界面包括两亲性分子层和第二跨膜孔；并且
所述第一跨膜孔和所述第二跨膜孔是不同的。
在第三新颖液滴构建体中，所述第一液滴与所述第二液滴之间的所述液滴界面和/或所述第一液滴与所述第三液滴之间的所述液滴界面可包括多个离子通道。通常，包括多个离子通道的液滴界面包括大量(例如，至少10个或至少100个)离子通道。与存在于另一液滴界面中的跨膜孔的数目相比，包括多个离子通道的液滴界面通常含有大量的离子通道，例如，离子通道的数目可比存在于另一液滴界面中的跨膜孔的数目大至少10倍、或至少100倍、或至少1000倍或至少10,000倍、或至少100,000倍。
第三新颖液滴构建体可以任选地进一步包括DNA链。在此实施例中，DNA链可以接触第一跨膜孔和第二跨膜孔。例如，DNA链可以至少部分地在第一跨膜孔和第二跨膜孔内。
在本发明的第一、第二或第三新颖液滴构建体中，第二液滴和第三液滴可以彼此接触或可以不彼此接触；优选地，第二液滴和第三液滴不彼此接触。
在本发明的第一、第二或第三新颖液滴构建体中，优选地，液体介质是极性介质，优选地为水性介质。
在一个实施例中，本发明的第一、第二或第三新颖液滴构建体安置于非极性流体介质中。
与如本文所限定的EWOD装置结合的以上液滴构建体是本发明的另一部分。
与如本文所限定的感测系统结合的以上液滴构建体也是本发明的部分，其包括如本文所限定的EWOD装置和如本文所限定的控制系统。
因此，本发明提供了如上所限定的第一、第二或第三新颖液滴构建体，其中第一液滴或第三液滴与第一电极电接触，优选地，其中所述新颖液滴构建体安置于如本文所描述的EWOD装置的疏水表面上。
本发明还提供了如上所限定的第一、第二或第三新颖液滴构建体，其中第二液滴与第二电极电接触，优选地，其中所述新颖液滴构建体安置于如本文所描述的EWOD装置的疏水表面上。
当然，上述新颖液滴构建体可以包括液体介质的一个或多个其它液滴。因此，本发明提供了如上所限定的包括另一液滴的第一液滴构建体、第二液滴构建体或第三新颖液滴构建体，其中所述第一液滴经由另一液滴界面与所述另一液滴接触，所述液滴界面包括两亲性分子层。在此实施例的优选方面，另一液滴界面包括另一跨膜孔。
在以上新颖液滴构建体中，所述液滴界面或每个液滴界面可包括两亲性分子双层。
实例
下文描述使用本发明的设备的方法。
实例1：重新读取序列
在一个实例中，浸没在非极性油性介质中的水性极性介质的第一液滴和第二液滴各自具有两亲性分子的涂层，连接所述第一液滴和所述第二液滴使得在两者之间形成包括两亲性分子层的液滴界面。此布置在图14中展示：第一和第二分别标记为“A”和“B”。将跨膜蛋白质(例如纳米孔)插入液滴之间的双层中。在一个示范性方面，液滴界面包括两亲性分子双层；在此实例的其它方面，形成的膜包括嵌段共聚物层。首先，在第一液滴(图14中的液滴A)中提供了分析物。
使第一液滴和第二液滴(液滴A和B)与第一感测电极和第二感测电极电接触。图中展示的第一感测电极与第二感测电极之间的电接触通过第一感测电极和第二感测电极投影到液滴中来表示。然而，不需要第一感测电极和第二感测电极与液滴之间的直接接触：实际上，电极可以通过绝缘层与电极分离。与第一电极和第二电极中的每一个电接触的感测电极使得能够感测液滴界面上的离子电流变化。以此方式，可以通过连接液滴A和B的液滴界面处的膜中的跨膜蛋白质(也称为纳米孔)来感测到添加到液滴A中的分析物。例如，分析物可为DNA，当分析物在由连接的感测电极设定的所施加电压电势的力下通过纳米孔从液滴A转移到液滴B时，对所述分析物进行测序。
在以下实例中，当如下通过膜液滴界面中的纳米孔感测到分析物(例如DNA或RNA多核苷酸)时，可以对所述分析物进行实时监测。
在第一实例1A中，在步骤(a)中检测第一液滴(液滴A)中存在的分析物与第一液滴和第二液滴(A和B)之间的液滴界面中存在的跨膜孔之间的相互作用。步骤(b)包括接受所述分析物，并因此选择允许将分析物放置成与另一孔接触的液滴操作。因此，允许分析物从第一液滴(A)传递到第二液滴(B)。如图14所示，在步骤(c)中执行的液滴操作是这样的步骤：使极性介质的第三液滴(液滴C)与现有的A和B液滴对接触，以在液滴B与液滴C之间形成新的液滴界面。液滴C可以包括或可以不包括在液滴C与周围的非极性流体介质之间的界面处的两亲性分子层。将纳米孔插入此新的液滴界面中，这可以通过在液滴B或液滴C中具有可溶性纳米孔来实现(取决于纳米孔在液滴界面处的膜中的期望最终定向)。通过施加高压使跨膜孔插入膜中(例如，如WO 2018/096348中所描述，其全部内容以引用的方式并入本文中)。
然后在下一液滴界面处重复本发明的方法。液滴C定位成与另一感测电极接触以实现以下内容。首先在第一液滴与第二液滴之间的界面处检测到的(且其现在已转移到液滴B中)经接受分析物(例如特定基因序列)与存在于第二液滴和第三液滴之间的界面处的纳米孔相互作用。因此重复步骤(a)：通过在第二液滴与第三液滴之间的界面上施加适当的电压电势来检测分析物与此新界面处的纳米孔之间的相互作用。存在于第二液滴与第三液滴之间的界面处的纳米孔和第一液滴与第二液滴之间的纳米孔相同或不同。在某些情况下，与第一液滴界面(在第一液滴与第二液滴之间)相比，在第二液滴界面(在第二液滴与第三液滴之间)处使用了不同的电压。因此，在此方法中，期望的基因序列首先分离到第二液滴B中，接着在不同界面处读取所述第二液滴。
在另一实例1B中，在步骤(a)中检测第一液滴(液滴A)中存在的分析物与第一液滴和第二液滴(A和B)之间的液滴界面中存在的跨膜孔之间的相互作用。电测量值由控制系统分析并被驳回。因此，重复步骤(a)，直到电测量值的分析表明存在期望的分析物为止。向感测电极施加电压，以确保分析物不会从液滴A传递到液滴B，而是保留在液滴A中(通常，为实现此目的，会使分析物带电)。然后重复步骤(a)，直到电测量值表明分析物是期望的分析物为止；然后，执行如实例1A中所描述的步骤(b)和(c)。
实例2-目标分析物的收集和处理
如上文所解释，在方法的步骤(c)中，有可能形成或不形成包括膜的液滴界面。这可响应于对目标分析物的检测而完成，如下文将参考图15描述。
在图15所示的第一实例中，初始液滴设置展示于15(I)中。第一液滴(包括分析物)与第二液滴接触，并且第一液滴和第二液滴分别与第一感测电极和第二感测电极(电极展示为以圆结尾的线)电接触。存在于第一液滴中的分析物经由存在于第一电极与第二电极之间的界面处的第一跨膜孔从第一液滴传递到第二液滴。感测系统包括至少两个其它液滴(展示为C和D)，每个液滴与感测电极接触。
在所述实例中，在步骤(a)中执行电测量，且因此在步骤(b)中确定目标分析物已进入液滴B(第二液滴)中。选择液滴操作以将第二液滴B引入至合适的另一液滴D中。在步骤(c)中，此液滴操作由致动电极(未示出)实现，如图像15(II)中的箭头所示。结果，形成了图15(III)中展示的设置，其中在第二液滴B与另一液滴D之间形成界面，所述界面包括目标分析物可以通过的液滴界面。
在此实例中，目标分析物是DNA序列。在此实例中，液滴A与B以及液滴B与D中的每一个之间的膜是双层的。
可以根据需要重复此检测过程，随后形成和不形成双层，这控制了哪些液滴彼此连接，并使用实时读取时限软件来控制链的方向，所述软件管理跨液滴膜施加的电压以控制哪些链进入给定的液滴中，哪些留在先前的液滴中。
在此方法的特定实例(实例2A)中，所述方法是其中
从复杂的基因组或基因组混合物中过滤并收集目标基因组的方法。在实例2A中，液滴A含有序列的混合物，期望从其中收集N个不同的组，每个组含有X个不同的目标序列区域(例如基因)。如图15(I)中所展示，当分子从液滴A转移到液滴B时，使用分子的实时测序，将期望的目标传递至第二液滴B，同时拒绝不必要的链。通过重复几次步骤(a)实现对个别链的通过和拒绝：每次检测到期望的目标序列时，都会向第一感测电极和第二感测电极施加电压以将序列转移到第二液滴(B)中。然而，每次检测到非期望序列时，都会向第一感测电极和第二感测电极施加电压以防止所述序列通过而到达第二液滴。以此方式，通过重复步骤(a)，将第一期望目标组收集在液滴B(第二液滴)中。然后，通过液滴操作未形成第一液滴A与第二液滴B之间的液滴界面，并且将液滴B移动到另一位置以供进一步处理。
另外，通过液滴操作(未示出)将新液滴连接至液滴A，以形成包括膜和新跨膜孔的新液滴界面。如关于第一目标分析物的集合所述，此新跨膜孔用于收集不同的目标分析物——新目标分析物是所述集合中的下一组。
因此新液滴与液滴A的连接用于创建各自具有不同期望组的多个输出液滴，所述连接提供了新跨膜孔以筛出目标分析物，然后不形成液滴界面以使筛分的目标分析物移动远离液滴(a)。在所述方法的一些实施例中，第一液滴(a)含有基因组混合物，并且所述方法仅回收感兴趣的片段以供进一步处理。
实例3-液滴融合
如上文所解释，一种可能的液滴操作涉及液滴的融合。这在图16中示出。
初始液滴设置展示于图16(I)中。第一液滴A(包括分析物)与第二液滴B接触，并且第一液滴和第二液滴分别与第一感测电极和第二感测电极(电极展示为以圆结尾的线)电接触。存在于第一液滴中的分析物经由存在于第一电极与第二电极之间的界面处的第一跨膜孔从第一液滴传递到第二液滴。感测系统包括至少两个其它液滴(展示为C和D)，每个液滴与感测电极接触。
在此实例中，步骤(a)包括获得电测量值，所述电测量值表明期望的多核苷酸序列(例如感兴趣的基因)已从液滴A转移到液滴B中。步骤(b)包括分析所述电测量值并确定期望的多核苷酸序列的转移已从液滴A传递到液滴B，并且进一步包括选择液滴操作，从而可以将液滴C融合到液滴B。在步骤(c)中，执行此液滴操作。将致动信号施加到液滴C，以便使其移动成与液滴B接触，并与另一感测电极接触(由与液滴C接触的以圆结尾的线表示)。此布置在图16(II)中展示。然后，通常使用将液滴B和C融合在一起的第二感测电极和/或另一感测电极在B与C界面上提供高施加电压的短暂脉冲；如图16(III)中可看出，分离液滴B和C的膜不见了。所述融合将液滴C的全部内含物递送到液滴B中。液滴C含有通过PCR扩增目标分子所需的适当酶和辅因子试剂，并且因此通过融合步骤将这些递送到液滴(b)中的分析物。一旦扩增了液滴B中感兴趣的期望目标，就可以通过移动液滴B并根据需要连接到其它液滴来按需要对所述目标进行处理或测序。这是扩增特定DNA目标的有用方法。
实例4-渗透：
如上文所解释，在其中液滴操作涉及连接具有不同渗透势的两个液滴的一些实施例中，有可能稀释或浓缩液滴中的一个中的内含物。
图17示出了此类方法的实例。初始液滴设置展示于图17(I)中。第一液滴A(包括分析物)与第二液滴B接触，并且第一液滴和第二液滴分别与第一感测电极和第二感测电极(电极展示为以圆结尾的线)电接触。存在于第一液滴中的分析物经由存在于第一电极与第二电极之间的界面处的第一跨膜孔从第一液滴传递到第二液滴。感测系统包括另一液滴(展示为C)。
在第一实例4A中，分析物是DNA样品。当DNA序列与第一跨膜孔相互作用时，通过实时监测DNA序列将DNA样品当中的期望链(称为期望多核苷酸)从A传递到B。如上文所描述，步骤(a)包括获得跨第一电极和第二电极的电测量值，所述电测量值指示期望的多核苷酸从第一液滴到第二液滴的转移。分析电测量值以确定检测到的物质是否为期望的多核苷酸：如果是，则将链传递至液滴A中，并且如果不是，则将其返回至液滴B。这可以通过在A与B之间的界面上施加合适的电压来实现。在此实例中，分析物含有较大的基因组背景，或DNA背景中的RNA。在将步骤(a)重复一次或多次之后，执行步骤(b)。在此步骤中，通过分析在步骤(a)中进行的电测量，可以确定期望的多核苷酸收集在液滴B中，并且选择液滴操作，由此第三液滴(液滴C)可以连接至液滴B。在方法4A的一方面，步骤(b)还包括选择液滴操作，由此将液滴B和液滴A分离，但是此方面未在图17中展示。所选的液滴操作使液滴C移动成与液滴B接触，并形成新液滴界面，所述新液滴界面包括在液滴B与C之间的两亲性分子双层，如图17(II)中所展示。感测系统包括具有不同渗透势的不同液滴的池(未示出)。然而，选择液滴C是因为其相对于液滴B具有适当的渗透势以通过渗透改变液滴B中的条件。在此实例中，B与C相比具有较低盐浓度(较低渗透势)，且因此一旦B和C连接起来，如图17(III)中所展示，液滴B就会因为水分损耗到液滴C中而收缩。以此方式，浓缩了存在于液滴B中的包含期望多核苷酸的物质。所述方法进一步包括，一旦检测到B经充分浓缩，就选择并执行液滴操作以使液滴B与另一液滴接触。在此实例的一个方面，在B与另一液滴之间形成的液滴界面包括跨膜孔，并且出于感测目的而检测期望多核苷酸的相互作用。
执行另一实例4B。4B与4A的不同之处在于，液滴B具有比液滴C更高的离子浓度(更高的渗透势)，且因此当使它们接触液滴C时，稀释了液滴B的内含物。
实例5-加满介体：
在许多纳米孔感测应用中，有利的是使电化学介体(例如亚铁氰化钾、铁氰化钾对)与分析物分离，例如用于DNA或RNA的纳米孔测序。电化学介体可能会与测序化学物质发生不良反应，例如与酶马达发生反应。
图18示出了通过使用由液滴界面双层连接的单独液滴来分离电化学介体的方法。在图18中，液滴A和液滴C均含有电化学介体。液滴B含有用于测序的DNA或RNA，其经由纳米孔在液滴B和液滴C的界面处经测序。液滴A和C连接到电极(例如铂)，目的是检测离子电流变化以对DNA进行测序。为了使离子电流从液滴A传递到液滴B，液滴A与B之间的界面含有极大量纳米孔。液滴A与液滴B之间的界面中的大量纳米孔降低了网络中此点的电阻，使电流能够在电极之间流动，从而使得能够在液滴B与液滴C之间的界面处进行感测。
插入液滴A与液滴B之间的界面中的纳米孔的类型和数目用于控制电路中此点的电阻。具有大直径(例如>2nm)的纳米孔用于允许大量电流自由通过。
替代地，小纳米孔(例如直径<2nm)用于控制离子选择性，例如防止不必要的离子物质通过膜。确切地说，通过使用窄到无法通过大离子的纳米孔或者使用中心通道中带有负电荷以形成静电势垒以供通过的纳米孔，破坏性的亚铁氰化物/铁氰化物物质的流动通过膜。
通过控制形成膜界面的次序、在期望的膜界面上施加大电压或通过控制哪些液滴含有纳米孔来实现在多界面网络中控制纳米孔所插入的膜。因此，通过将纳米孔仅包含在液滴A中来将大量“玻璃料”纳米孔插入到液滴A和液滴B的界面中。同样，通过确保液滴B含有感测纳米孔(例如，用于DNA测序)来将感测纳米孔插入到液滴B和液滴C之间的界面中。
通过监测电压的变化来感测网络上介体浓度的变化，所述变化是由于介体从一个物质反应到另一物质时化学势的变化而引起的。以此方式，有可能检测到在长时间的实验中介体已耗尽。当介体耗尽时，调整液滴A中的条件以更新介体。连接含有新制介体的新液滴，并将其融合到液滴A中(图16)。替代地，使液滴A移动远离液滴B，从而不形成液滴界面双层，并且将含有新制介体的新液滴A连接至液滴A(也含有新制纳米孔以插入界面处以实现离子流动)。
替代地，介体不包含在液滴C中，而是分离成第四液滴D，其通过玻璃料状纳米孔界面连接以创建网络A-B-C-D，其中A和D含有介体，B含有分析物，且纳米孔传感器位于液滴B与液滴C之间的界面中。在此网络中，如果且当感测检测到介体耗尽时，去除并更换A介体液滴，而不影响感测液滴B和C。类似地，如果且当感测检测到介体耗尽时，去除并更换D介体液滴，而不影响感测液滴B和C。
其它信息
除非另外定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语都具有与所公开的本发明所属领域的技术人员通常所理解的相同的含义。本文所引用的出版物以及其所引用的材料通过引用具体并入。
关于特定实施例并且参考某些附图对本发明进行了描述，但是本发明不限于此，而是仅受到权利要求书的限制。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。当然，应当理解的是，不一定所有方面或优点可以根据本发明的任何特定实施例来实现。因此，例如，所属领域的技术人员将认识到本发明可以按实现或优化如本文中教示的一个优点或一组优点的方式实施或进行，而不必须获得可如本文中教示或表明的其它方面或优点。
当结合附图阅读时，通过参考以上详细描述，可最好地理解本发明的组织和操作方法以及其目的和优点。本发明的各方面和优点将从下文中所描述的实施例中显而易见且参考下文中所描述的实施例予以阐明。在整个本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的提及意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个本说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中(in one embodiment)”或“在实施例中(in an embodiment)”不一定都是指同一个实施例，但是可以指代同一个实施例。类似地，应理解，在本发明的实例性实施例的描述中，出于简单化本公开并且帮助理解各种发明性方面中的一个或多个的目的，本发明的各种特征有时被一起分组在单个实施例、附图或其描述中。然而，本公开的方法不应被解释为反映所要求保护的发明需要的特征比在每个权利要求中明确地叙述的更多的意图。相反，如以下权利要求书所反映，发明性方面在于比单个前述公开的实施例的所有特征更少。
另外，如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，除非内容另外明确指明，否则单数形式的“一种(a)”、“一个(an)”以及“所述(the)”包含复数对象。因此，例如，提及“多核苷酸”包含两个或更多个多核苷酸；提及“多核苷酸结合蛋白”包含两个或更多个此类蛋白质；提及“解螺旋酶”包含两个或更多个解螺旋酶；提及“单体”是指两个或更多个单体；提及“孔”包含两个或更多个孔等等。
所属领域的技术人员将认识到或顶多使用常规实验就能够确定本文中所描述的本发明特定实施例的许多等效物。此类等效物旨在由所附权利要求书涵盖。

Claims (20)

1.一种操作感测系统的方法，其中所述感测系统包括：
(i)电润湿装置，所述电润湿装置包括：
第一衬底，其支撑致动电极阵列和绝缘体层，所述绝缘体层覆盖所述致动电极，并且所述绝缘体层具有最外面的疏水表面；以及
第二衬底，其与所述第一衬底的疏水表面间隔开，
所述第二衬底支撑第一感测电极和第二感测电极；
(ii)安置于所述疏水表面上的以下各物：
流体介质以及第一液滴和第二液滴，所述第一液滴和所述第二液滴各自包括所述流体介质中的液体介质，所述液体和所述流体介质中的一个是极性的，并且所述液体和所述流体介质中的另一个是非极性的；
所述第一液滴和/或所述第二液滴包括在所述第一液滴和/或所述第二液滴与所述流体介质之间的界面处的两亲性分子层；
所述第一液滴经由液滴界面与所述第二液滴接触；
所述液滴界面包括两亲性分子层和第一跨膜孔；
所述第一感测电极和所述第二感测电极与所述液滴进行电连接，所述液滴界面形成于所述液滴之间；并且所述第一液滴经由液滴界面与液体介质的第三液滴接触，并且所述第一液滴与所述第三液滴之间的所述液滴界面包括两亲性分子层；
(iii)控制系统，其被配置成从所述第一感测电极和所述第二感测电极获得电测量值，并且将致动信号施加到所述致动电极阵列；
其中所述方法包括
(a)从所述第一感测电极和所述第二感测电极获得电测量值；
(b)分析所述电测量值，且然后根据存储在所述控制系统中的一个或多个指令来基于所述电测量值选择液滴操作；以及
(c)将致动信号施加到致动电极以实行所述液滴操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一液滴还经由另一液滴界面与液体介质的一个或多个其它液滴接触，并且所述另一液滴界面包括两亲性分子层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述液滴界面中的一个或多个包括多个离子通道。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统包括液体介质的第三液滴，并且所述第三液滴包括电子介体。
5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括检测所述第一跨膜孔与分析物之间的相互作用。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述方法包括确定所述分析物的一个或多个特性的存在或不存在。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述分析物是包含聚合物单元的聚合物，并且所述方法包括处理所述电测量值以导出聚合物单元的经估计同一性。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述分析物是多核苷酸。
9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括决定保留还是弃置所述第一液滴。
10.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包括将液滴界面处的致动液滴与液体介质的另一液滴分离，所述另一液滴可为所述第一液滴、所述第二液滴或存在时的所述第三液滴，并且所述液滴界面包括两亲性分子层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中步骤(c)包括将多个液滴界面处的所述致动液滴与液体介质的多个其它液滴分离，所述其它液滴可包含所述第一液滴、所述第二液滴或存在时的所述第三液滴，并且所述液滴界面中的每一个包括两亲性分子层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中一个或多个所述液滴界面各自包括两亲性分子双层，并且步骤(c)包括分离所述双层。
13.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中步骤(c)包括使致动液滴与液体介质的另一液滴接触以形成液滴界面，所述另一液滴可为所述第一液滴、所述第二液滴或存在时的所述第三液滴。
14.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(c)包括使所述致动液滴与液体介质的多个其它液滴接触以形成多个液滴界面，所述其它液滴可包含所述第一液滴、所述第二液滴或存在时的所述第三液滴。
15.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中步骤(c)包括将致动液滴与液体介质的另一液滴融合，所述另一液滴可为所述第一液滴、所述第二液滴或存在时的所述第三液滴。
16.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中步骤(c)包括将所述第一液滴或所述第二液滴或存在时的所述第三液滴分成两个或更多个部分。
17.根据权利要求16所述的方法，其中步骤(c)包括将所述第一液滴或所述第二液滴或存在时的所述第三液滴分成两个部分。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一液滴在步骤(c)期间不移动。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述感测系统包括：
安置于所述疏水表面上的所述流体介质和第一液滴系统，所述第一液滴系统包括如权利要求1中所限定的所述第一液滴和所述第二液滴；以及
也安置于所述疏水表面上的第二液滴系统，其包括如权利要求1中所限定的另一第一液滴和另一第二液滴；
其中所述方法包括对所述第一液滴系统和所述第二液滴系统同时执行步骤(a)、(b)和(c)。
20.根据权利要求19所述的方法，其中对所述第一液滴系统执行的步骤(a)、(b)和(c)中的一个或多个不同于对所述第二液滴系统执行的步骤(a)、(b)和(c)中的一个或多个。
CN201980077593.2A 2018-11-28 2019-11-28 感测系统和操作方法 Active CN113164954B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862772331P 2018-11-28 2018-11-28
US62/772,331 2018-11-28
PCT/GB2019/053366 WO2020109800A1 (en) 2018-11-28 2019-11-28 Sensing system and method of operation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113164954A CN113164954A (zh) 2021-07-23
CN113164954B true CN113164954B (zh) 2023-10-20

Family

ID=68807194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980077593.2A Active CN113164954B (zh) 2018-11-28 2019-11-28 感测系统和操作方法

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3887046A1 (zh)
JP (1) JP2022513138A (zh)
CN (1) CN113164954B (zh)
WO (1) WO2020109800A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021249985A1 (en) * 2020-06-10 2021-12-16 F. Hoffmann-La Roche Ag Faradaic systems and methods for self-limiting protein pore insertion in a membrane
CN116297721A (zh) * 2021-12-21 2023-06-23 成都齐碳科技有限公司 成膜方法、包含膜的系统及应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107923927A (zh) * 2015-08-28 2018-04-17 夏普生命科学（欧洲）有限公司 液滴微流控设备及感测其中的测定结果的方法
CN107923912A (zh) * 2015-07-02 2018-04-17 马萨诸塞大学 膜和液滴界面双层系统及方法
CN111587150A (zh) * 2017-12-21 2020-08-25 牛津纳米孔技术公司 电润湿装置中的液滴界面
CN112203767A (zh) * 2018-05-24 2021-01-08 牛津纳米孔科技公司 电润湿装置中的液滴界面

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6565727B1 (en) 1999-01-25 2003-05-20 Nanolytics, Inc. Actuators for microfluidics without moving parts
US6916488B1 (en) 1999-11-05 2005-07-12 Biocure, Inc. Amphiphilic polymeric vesicles
WO2003045556A2 (en) * 2001-11-26 2003-06-05 Keck Graduate Institute Method, apparatus and article for microfluidic control via electrowetting, for chemical, biochemical and biological assays and the like
US20040231987A1 (en) * 2001-11-26 2004-11-25 Keck Graduate Institute Method, apparatus and article for microfluidic control via electrowetting, for chemical, biochemical and biological assays and the like
US6911132B2 (en) 2002-09-24 2005-06-28 Duke University Apparatus for manipulating droplets by electrowetting-based techniques
WO2008101194A2 (en) 2007-02-15 2008-08-21 Advanced Liquid Logic, Inc. Capacitance detection in a droplet actuator
US9222082B2 (en) 2009-01-30 2015-12-29 Oxford Nanopore Technologies Limited Hybridization linkers
WO2011067559A1 (en) 2009-12-01 2011-06-09 Oxford Nanopore Technologies Limited Biochemical analysis instrument
US8653832B2 (en) 2010-07-06 2014-02-18 Sharp Kabushiki Kaisha Array element circuit and active matrix device
US8547111B2 (en) * 2010-07-06 2013-10-01 Sharp Kabushiki Kaisha Array element circuit and active matrix device
WO2012107778A2 (en) 2011-02-11 2012-08-16 Oxford Nanopore Technologies Limited Mutant pores
JP6457811B2 (ja) 2011-09-23 2019-01-23 オックスフォード ナノポール テクノロジーズ リミテッド ポリマー単位を含むポリマーの解析
GB201120910D0 (en) 2011-12-06 2012-01-18 Cambridge Entpr Ltd Nanopore functionality control
WO2013121224A1 (en) 2012-02-16 2013-08-22 Oxford Nanopore Technologies Limited Analysis of measurements of a polymer
WO2013153359A1 (en) 2012-04-10 2013-10-17 Oxford Nanopore Technologies Limited Mutant lysenin pores
AU2013336430B2 (en) 2012-10-26 2018-02-15 Oxford Nanopore Technologies Limited Droplet interfaces
GB201313121D0 (en) 2013-07-23 2013-09-04 Oxford Nanopore Tech Ltd Array of volumes of polar medium
EP3120277A1 (en) 2014-03-21 2017-01-25 Oxford Nanopore Technologies Limited Analysis of a polymer from multi-dimensional measurements
CN117164682A (zh) 2014-09-01 2023-12-05 弗拉芒区生物技术研究所 突变csgg孔
GB2533952A (en) 2015-01-08 2016-07-13 Sharp Kk Active matrix device and method of driving
US9841402B2 (en) 2015-04-15 2017-12-12 Sharp Life Science (Eu) Limited Multifunction electrode with combined heating and EWOD drive functionality
EP4015531A3 (en) 2016-03-02 2022-09-28 Oxford Nanopore Technologies PLC Mutant pore
GB201619930D0 (en) 2016-11-24 2017-01-11 Oxford Nanopore Tech Apparatus and methods for controlling insertion of a membrane channel into a membrane

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107923912A (zh) * 2015-07-02 2018-04-17 马萨诸塞大学 膜和液滴界面双层系统及方法
CN107923927A (zh) * 2015-08-28 2018-04-17 夏普生命科学（欧洲）有限公司 液滴微流控设备及感测其中的测定结果的方法
CN111587150A (zh) * 2017-12-21 2020-08-25 牛津纳米孔技术公司 电润湿装置中的液滴界面
CN112203767A (zh) * 2018-05-24 2021-01-08 牛津纳米孔科技公司 电润湿装置中的液滴界面

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Handling of artificial membranes using electrowetting-actuated droplets on a microfluidic device combined with integrated pA-measurements;Anne Martel and Benjamin Cross;《BIOMICROFLUIDICS》;20120331;第6卷(第1期);第012813-1至012813-7页 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022513138A (ja) 2022-02-07
EP3887046A1 (en) 2021-10-06
WO2020109800A8 (en) 2020-12-30
WO2020109800A1 (en) 2020-06-04
CN113164954A (zh) 2021-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7339478B2 (ja) エレクトロウェッティングデバイス内の液滴界面
JP7333794B2 (ja) エレクトロウェッティングデバイスにおける液滴界面
US20060210995A1 (en) Nanopore analysis systems and methods of using nanopore devices
JP2006258813A (ja) マイクロ流体デバイス及びマイクロ流体デバイスを用いる方法
CN113164954B (zh) 感测系统和操作方法
Shoji et al. Recessed Ag/AgCl microelectrode-supported lipid bilayer for nanopore sensing
CN111569958A (zh) 通过使用ewod器件进行扩散的分子分离
US20220001386A1 (en) Sensing system and method of operation
EP3812041A1 (en) Method of operating ewod device with sensing apparatus
US11703476B2 (en) Method and apparatus for sensing a molecule
Hasnain et al. 2. A review on nanopore sequencing technology, its applications and challenges
US20220326137A1 (en) Microfluidic device and a method of manipulating droplets therein
WO2020260439A1 (en) Microfluidic device and a method of manipulating droplets therein
TABARD-COSSA et al. NANOPORES: ELECTRONIC TOOLS FOR SINGLE

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: oxford

Applicant after: Oxford nanopore Technology Public Co.,Ltd.

Address before: Oxfordshire

Applicant before: Oxford nanopore technology Co.

SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant