CN113766975B - 数字微流控设备及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

数字微流控(DMF)方法和装置(包括设备、系统、盒、DMF读取器等)以及特别是可用于在盒主动应用DMF时安全地手动地添加或移除盒内的流体的DMF装置和方法。本文还描述了与DMF盒一起使用的DMF读取器，包括那些含有多个和/或冗余安全联锁装置的读取器。本文还描述了具有盖的DMF读取器设备，当主动控制读取器底座上的DMF时在盖上对微流体进行主动控制。

Description

数字微流控设备及其使用方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2019年2月28日提交的标题为“DIGITAL MICROFLUIDICSDEVICES AND METHODS OF USING THEM”的美国临时专利申请第62/811,540号的优先权，该临时专利申请通过引用以其整体并入本文。
本专利申请可以涉及于2018年9月4日提交的国际申请号PCTUS2018049415(标题为“DIGITAL MICROFLUIDICS DEVICES AND METHODS OF USING THEM”)，其要求于2017年9月1日提交的美国临时专利申请第62/553,743号(标题为“DIGITAL MICROFLUIDICSDEVICES AND METHODS OF USING THEM”)和于2017年9月12日提交的美国临时专利申请第62/557,714号(标题为“DIGITAL MICROFLUIDICS DEVICES AND METHODS OF USING THEM”)的优先权，这些美国临时专利申请中的每个通过引用以其整体并入本文。
通过引用并入
本说明书中提及的所有公开和专利申请在相同的程度上通过引用以其整体并入本文，犹如同每个单独的公开或专利申请被特定地和单独地指示以通过引用并入。
领域
本申请总体上涉及数字微流控(DMF)装置(digital microfluidic apparatus)和方法。具体地，本文描述的装置和方法涉及气隙DMF装置(air-gap DMF apparatus)，所述气隙DMF装置包括盒(cartridge)和耐用部件，所述盒包括空气基质和接地电极，所述耐用部件包括驱动电极。
背景
数字微流控(DMF)是用于广泛范围的生物应用和化学应用的强有力的制备技术。DMF能够实时、精确并且高度灵活地控制多种样品和试剂，包括固体、液体和刺激性化学物质，而不需要泵、阀或复杂的管道阵列。DMF可以被称为(或可以包括)所谓的按需电润湿(EWOD)。在DMF中，纳升体积至微升体积的离散液滴从储存器被分配到涂覆有疏水绝缘体的平坦表面上，在所述平坦表面上，通过施加一系列电势至电极的阵列，所述离散液滴被操纵(输送、分离(split)、合并、混合)。复杂的反应系列可以单独地使用DMF，或使用其中DMF集成有基于通道的微流控的混合系统(hybrid system)来执行。
将高度有利的是具有空气基质DMF装置，该装置包括易于使用的盒，并且可以可靠地并且便宜地制成。本文描述了可以解决这些问题的方法和装置，包括系统和设备。
公开内容的概述
本文描述了数字微流控(DMF)方法和装置(包括设备和系统、诸如盒、DMF控制器/读取器等)。尽管本文描述的方法和装置可以特别地适于空气基质DMF装置(本文中还被称为气隙DMF装置)，然而这些方法和装置可以被配置用于其他DMF装置(例如，油间隙等)。本文描述的方法和装置可以被用于操作相对较大的体积，这利用传统的DMF装置已经是可能的，部分地因为形成DMF装置的气隙的板之间的间距可以是较大的(例如，大于280微米、300微米或更大、350微米或更大、400微米或更大、500微米或更大、700微米或更大、1mm或更大等)。此外，本文描述的任何装置和方法可以被配置成包括一次性盒，所述一次性盒具有形成盒的底部的电介质层；驱动电极不必须是盒的一部分；这些装置可以适于在操作期间允许电介质(dielectric)被牢固地保持至电极，这已经被证明是非常有挑战性的，特别是当电介质层是略微柔性的时。此外，这些装置可以适合于安全使用，特别是当向盒施加流体时，甚至当移动或保持液滴所需的电压被施加时。最后，本文描述的装置和方法可以是更容易且更快的使用的，并且可以包括更有效和直观的用户界面以及创建、修改、存储和/或传送各种微流体控制协议的能力。
本文描述的任何方法和装置可以包括盒，在所述盒中接地电极被包括作为盒的一部分。在某些变型中，接地电极可以被形成为栅格图案，所述栅格图案形成多个单元。栅格图案可以产生透明窗口(clear window)，即使当不透明的接地电极(例如，不透明或半透明的材料，比如例如包含银导电油墨的金属涂层)被用于形成接地电极时这也允许通过接地电极的可视化。栅格图案可以反映DMF装置中的驱动电极的布置，盒可以被放置到DMF装置上。例如，当接地电极跨过气隙与驱动电极相邻时，栅格图案覆盖相邻电极之间的空间。可选择地，接地电极可以由透明或足够透明的材料形成，使得它可以被成像。在某些变型中，接地电极是导电涂层。接地电极可以是电连续的(例如，电相接的)，但是可以包括一个或更多个开口，例如，通过所述开口，气隙中的液滴可以被可视化。因此，在这些变型中的任一个中，盒的上板可以是透明的或足够透明的，以至少在一个或更多个区域中被可视化。
例如，用于数字微流控(DMF)装置的盒可以具有底部和顶部，并且可以包括：电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面，其中电介质材料片的至少第二侧面包括第一疏水表面；顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧；在顶板的第一侧上的接地电极。接地电极可以包括栅格图案，所述栅格图案形成多个开放单元。盒还可以包括：在顶板的第一侧上覆盖接地电极的第二疏水表面；以及气隙，所述气隙将第一疏水层和第二疏水层隔开，其中气隙包括大于280微米的间距。
在本文描述的任何盒中，顶板可以包括在顶板的厚度内的多个空腔；这些空腔可以被封闭(例如密封)和/或填充有具有低热质量和低热导率的热绝缘材料。在某些变型中，绝缘材料包括空气。空腔可以被定位在气隙区域上面，所述气隙区域将对应于加热和/冷却区域(例如热控制区域)；这些区域中的较低热质量可以允许空腔/多个空腔下方的气隙中的液滴的显著地更迅速的加热/冷却。因此，这些区域中顶板的厚度可以包括空腔；空腔底部(对应于顶板的底表面)可以小于1mm厚(例如，小于0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm、90微米、80微米、70微米、60微米、50微米、40微米、30微米等)。空腔底部可以优选地尽可能薄，同时为电极和顶板的底表面上的任何电介质涂层提供结构支撑。空腔上表面可以大体上比空腔底表面更厚(例如，1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍等)。
形成底表面的电介质材料可以被制成为疏水的(例如，通过涂覆，包括浸涂等；用疏水材料浸渍等)和/或其本身可以是疏水的。例如，底表面(例如，盒的底表面)可以由膜形成，所述膜是电介质材料和疏水材料两者。例如，底表面可以是特氟龙(Teflon)膜(其可以包括粘合剂或粘合部分，例如特氟龙带)，所述特氟龙膜既是疏水的并且又充当电介质。其他膜可包括塑料石蜡膜)(plastic paraffin film)(例如，“Parafilm”，例如PARAFILM M)。然而，特别地，能够承受高温(例如，100摄氏度及以上)的膜(例如特氟龙膜)是优选的。
用于数字微流控(DMF)装置的盒通常可以包括底部和顶部，并且可以包括：电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面；在电介质材料片的第二侧面上的第一疏水层；顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧；在顶板的第一侧上的接地电极，其中接地电极包括形成多个开放单元的栅格图案；在顶板的第一侧上覆盖接地电极的第二疏水层；以及气隙，所述气隙将第一疏水层和第二疏水层隔开，其中气隙包括大于280微米(例如，大于300微米、大于400微米等)的间距。
术语“盒”可以指的是形成气隙的容器，并且可以被插入到DMF读取/驱动装置中。盒可以是一次性的(例如，单次使用或有限使用)。盒可以被配置成允许气隙中的流体(液滴)的可视化。栅格图案可以特别地用于允许可视化，同时仍然提供对驱动电极的合适的接地参考。整个栅格可以被电耦合以形成单个返回(return)(接地)电极，或多个接地电极可以(经由单独的和/或相邻的栅格)被定位在顶板上。
如提及的，接地电极的栅格图案由不透明材料形成。
如本文使用的，术语“栅格”可以指的是任何合适的形状和大小的重复开放单元(“窗口”)的图案，其中形成开放单元的边界通过集成的(并且电连续的)材料(例如导电油墨、金属涂层等)形成。如本文使用的，栅格不限于彼此交叉以形成一系列正方形或矩形的线的网络；栅格图案可以通过在形成接地电极的导电材料的另外连续平面中形成开口来形成。
因此，通常，接地电极的栅格图案可以由导电油墨形成。例如，接地电极的栅格图案可以由银纳米颗粒形成。栅格图案可以被印刷、丝网印刷(screened)、喷涂或以其他方式分层堆积(layered)到顶板上。
通常，形成栅格图案的开放单元之间的边界可以具有最小宽度。例如，开放单元之间的栅格图案的最小宽度可以是50微米或更大(例如，0.1mm或更大、0.2mm或更大、0.3mm或更大、0.4mm或更大、0.5mm或更大、0.6mm或更大、0.7mm或更大、0.8mm或更大、0.9mm或更大、1mm或更大等)。如提及的，通过栅格图案形成的开放单元(例如，“窗口”)可以是任何形状，包括四边形形状(例如，正方形、矩形等)或椭圆形形状(例如卵形、圆形等)和/或其他形状(+形状、H形状等)。
通常，接地电极的栅格图案可以在顶板的大部分(和/或盒的大部分)上面延伸。例如，接地电极的栅格图案可以在顶板的第一侧的50％或更大(例如，55％或更大、60％或更大、65％或更大、70％或更大、80％或更大、90％或更大等)上面延伸。
在本文描述的任何盒中，电介质材料片可以是柔性的。该柔性可以有助于将电介质固定至驱动电极，以确保电介质和驱动电极之间的完全接触。典型地，电介质材料片可以是足够依从性的(compliant)，使得其可以在相对低的力(例如，50kPa的压力或更大)下弯曲或挠曲。电介质片可以是任何合适的厚度；例如，片可以小于30微米厚(例如，小于20微米厚等)。
如将在下文更详细地描述的，这些装置中的任一个可以包括在顶板的第二侧中形成的微流控通道，其中微流控通道沿着顶板的第二侧和在微流控通道和气隙之间的至少一个开口延伸。
顶板可以由任何合适的材料形成，特别地包括透明材料(clear material)或透明材料(transparent material)(例如丙烯酸等)。
例如，用于数字微流控(DMF)装置的盒可以包括：柔性电介质材料片，所述柔性电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面；在电介质材料片的第二侧面上的第一疏水层；顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧；在顶板的第一侧上的接地电极，其中接地电极包括沿着顶板的第一侧形成多个开放单元的由不透明材料形成的栅格图案；在顶板的第一侧上覆盖接地电极的第二疏水层；以及气隙，所述气隙将第一疏水层和第二疏水层隔开，其中气隙包括大于280微米(例如，大于300微米或更大、400微米或更大等)的间距。典型地，盒具有底部和顶部。
如提及的，本文还描述了盒，在盒中微流控通道被集成到DMF部件中，特别地DMF部件包括DMF装置的顶板。申请人已经发现，将一个或更多个微流控通道集成到顶板中可以允许盒更紧凑，以及允许对在气隙中过程的更高度的控制和操纵，该过程另外通过将DMF系统电润湿(electrowetting)来控制。
例如，用于数字微流控(DMF)装置的盒(该盒具有底部和顶部)可以包括：电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面；在电介质材料片的第二侧面上的第一疏水层；顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧；在顶板的第一侧上的接地电极；在顶板的第一侧上覆盖接地电极的第二疏水层；气隙，所述气隙将第一疏水层和第二疏水层隔开；在顶板的第二侧中形成的微流控通道，其中微流控通道沿着顶板的第二侧延伸；在微流控通道和气隙之间的开口；以及覆盖微流控通道的盖(cover)，其中盖包括用于进入微流控通道的一个或更多个接入端口(access port)。
如提及的，电介质材料片可以是柔性的，并且可以形成盒的最底表面(bottom-most surface)。片通常可以是平的(平坦的)，尽管其可以是柔性的。外表面可以用可移除(例如，剥离)的盖保护。电介质性质可以是通常与DMF(并且特别地空气基质DMF)装置一致的性质。电介质可以在内侧(第二侧)上涂覆有第一疏水层。疏水层可以是相对惰性(例如，与在气隙中移动的含水液滴不反应)的疏水材料的涂层。
顶板可以是平坦的，并且可以是与底部电介质材料共同延伸的(或比底部电介质材料更大)。顶板可以是任何合适的厚度，并且特别地可以是足够厚的，使得微流控通道、室和控制区域可以附着、形成和/或嵌入到顶板的第二侧内。如上文提及的，接地电极可以在顶板的第一侧的全部或某些上形成，并且第二疏水层可以被涂覆在接地电极和/或顶板上面(特别地在通过接地板(ground plate)的开放窗口将顶板暴露的地方)。在这些实例中的任一个中，电极涂层的厚度可以是最小的，使得电极可以被认为与顶板的顶板底(第一)侧齐平。
在本文描述的任何装置和方法中，与传统的DMF气隙系统相比，隔开第一疏水层和第二疏水层(例如，在电介质和顶板之间)的气隙可以是相对大的(例如>280微米、400微米或更大、500微米或更大、1mm或更大等)。
在顶板的第二侧中形成的微流控通道典型地沿着顶板的第二侧延伸穿过顶板，并且微流控通道和气隙之间的接入开口(access opening)可以在微流控通道和气隙之间形成进入顶板。本文描述的任何装置还可以包括覆盖微流控通道的盖。盖可以由任何合适的材料制成，所述材料包括丙烯酸。盖可以包括进入微流控通道和/或进入气隙的一个或更多个端口或开口。
微流控通道可以被配置成包含任何合适量的流体，这对于混合、添加、移除或以其他方式与气隙中的液滴相互作用是有用的。例如，微流控通道可以被配置成将0.2毫升或更大(例如，0.3ml或更大、0.4ml或更大、0.5ml或更大、0.6ml或更大、0.7ml或更大、0.8ml或更大、0.9ml或更大、1ml或更大、1.5ml或更大、2ml或更大、3ml或更大、4ml或更大、5ml或更大、6ml或更大、7ml或更大、8ml或更大、9ml或更大、10ml或更大等)的流体保持在微流控通道中。微流控通道可以连接至一个或更多个储存器(例如，废物储存器、储物储存器(storagereservoir)等)和/或可以连接至一个或更多个另外的微流控通道。
例如，微流控通道可以包括第一微流控通道，并且微流控通道和气隙之间的开口可以包括第一开口；该装置还可以包括在顶板的第二侧中形成的第二微流控通道和在第二微流控通道和气隙之间的第二开口，其中第二微流控通道沿着顶板的第二侧延伸，其中第一开口和第二开口彼此相邻。第一开口和第二开口可以相距最小距离，这可以允许在具有最小尺寸的气隙中形成“桥接液滴(bridging droplet)”。例如，第一开口和第二开口在顶板的表面上可以彼此相距不超过约2cm(例如，彼此相距不超过约1cm、彼此相距不超过约9mm、彼此相距不超过约8mm、彼此相距不超过约7mm、彼此相距不超过约6mm、彼此相距不超过约5mm、彼此相距不超过约4mm、彼此相距不超过约3mm、彼此相距不超过约2mm、彼此相距不超过约1mm等)。
这些盒中的任一个还可以包括从盒的顶部至气隙的窗口，通过所述窗口，气隙是可见的。这可以允许成像到气隙中。该成像可以被用于检测输出(例如，反应输出，例如结合、比色测定法、RT-PCR等)。窗口可以是任何合适的尺寸；例如，窗口可以形成盒的顶部的2％到50％之间。窗口可以在盒的一侧和/或在盒的一端。可以使用多个成像窗口。
如提及的，盒的底部通过电介质材料片的第一侧面形成。盒的顶部可以包括进入气隙的多个开口。
通常，盒可以包括在顶板的第二侧上的一个或更多个试剂储存器。例如，在储存器中或气隙内，盒可以包括一种或更多种试剂，特别地包括冻干的(例如，“冷冻干燥的”)试剂。例如，盒可以包括在顶板的第二侧上的一个或更多个冷冻干燥的试剂储存器。
例如，用于数字微流控(DMF)装置的盒(具有底部和顶部)可以包括：电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面；在电介质材料片的第二侧面上的第一疏水层；顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧；在顶板的第一侧上的接地电极；在顶板的第一侧上覆盖接地电极的第二疏水层；气隙，所述气隙将第一疏水层和第二疏水层隔开，其中气隙包括大于500微米的间距；第一微流控通道和第二微流控通道，其中第一微流控通道和第二微流控通道在顶板的第二侧中形成，其中第一微流控通道和第二微流控通道沿着顶板的第二侧延伸；在第一微流控通道和气隙之间的第一开口以及在第二微流控通道和气隙之间的第二开口，其中第一开口和第二开口在约2cm内彼此相邻；以及覆盖微流控通道的盖，其中盖包括用于进入微流控通道的一个或更多个接入端口。
本文还描述了用于与本文描述的任何盒一起使用的DMF控制器(在本文也被等效地称为DMF读取器或DMF读取器装置)。例如，DMF读取器装置(设备)可以被配置成跨过盒的电介质底表面施加真空，使得电极与形成每个单位单元形式(unit cells form)的电介质均匀地紧密接触，这使流体的液滴在气隙中移动。本申请人已经令人惊讶地发现，将电介质材料简单地粘合固定至电极是不够的，因为其导致不相等的接触和移动液滴所需功率的变化，以及液滴移动、控制和一致性的低效率。此外，即使与粘合剂结合，真空的使用也具有类似的问题，特别是当电介质是柔性的时。本文描述了使用它们的装置和方法，其中真空被用于通过驱动电极本身中的多个开口或围绕/紧密相邻驱动电极来固定盒的电介质底部。在其中通过全部或某些驱动电极(例如，在基座表面(seating surface)上，例如在角落(corner)处以图案间隔开)施加真空的变型中，电介质以均匀的方式一致地被保持在驱动电极上，即使当使用对于真空的相对低的负压力时。该配置还可以允许通过包括在盒-保持表面(cartridge-holding surface)(盒被保持在盒-保持表面上)上的突起，在盒中形成隔断(partition)或屏障。
例如，本文描述了数字微流控(DMF)读取器设备，所述数字微流控读取器装置被配置成与一次性盒一起操作，所述一次性盒具有底部电介质表面、具有接地电极的顶板以及底部电介质和顶板之间的气隙，该设备包括：基座表面，所述基座表面用于安置一次性盒；在基座表面上的多个驱动电极，其中每个驱动电极包括穿过其中的开口；真空泵，用于将真空施加至真空端口；以及控件，所述控件用于施加能量以顺序地激活和去激活(de-activate)一个或更多个选择的驱动电极，以在盒的气隙中沿着气隙中的期望路径移动液滴，其中DMF读取器被配置成当一次性盒被放置在基座表面上时将真空施加至真空歧管，以将每个驱动电极固定至一次性盒的底部电介质。
在某些变型中，该装置包括真空歧管，所述真空歧管将真空泵耦合至多个真空端口用于施加真空。
本文描述的DMF读取器设备可以被配置成与本文描述的任何盒一起操作，并且可以适于与这样的盒一起使用。然而，应当理解，盒不是DMF读取器装置的必要部分。通常，这些装置可以与盒(例如，可重复使用盒或一次性盒)一起操作，所述盒具有底部电介质表面、具有接地电极的顶板以及底部电介质和顶板之间的间隙(例如，典型地但不一定是气隙)。
DMF装置通常还可以包括基座表面用于安置一次性盒。基座表面可以包括：驱动电极，所述驱动电极可以与基座表面齐平或大体上齐平；和/或任何突起，所述突起可以用于通过在间隙区域中将电介质可预测地变形，在盒的间隙区域(例如，气隙)中形成隔断。基座表面上的多个驱动电极可以在基座表面上形成或被铣削到基座表面中。例如，基座表面可以是基板，例如印刷电路板(例如，电绝缘表面)，驱动电极被附接到基板上或在基板上形成。
通常，如上文提及的，电极阵列中的驱动电极的全部或大部分(例如，>50％、>60％、>70％、>80％、>90％、>95％等)可以包括穿过驱动电极并且连接至真空源的开口。真空源可以是真空歧管，所述真空歧管将穿过驱动电极的这些开口连接至真空的源，例如作为装置的一部分的真空泵，或连接(例如，壁真空)至装置的单独的真空泵。穿过电极的开口可以是相同的大小，并且它们可以位于驱动电极上的任何地方/穿过驱动电极。例如，它们可以穿过驱动电极的中心，和/或穿过驱动电极的边缘区域等。开口可以是任何形状(例如，圆形、卵形、正方形等)。在某些变型中，开口的大小可以是直径约1mm(例如，直径1.2mm、直径1.1mm、直径1.0mm、直径0.9mm、直径0.8mm等)。
典型地，真空歧管可以被耦合至多个真空端口和/或可以包括多个真空端口，每个真空端口耦合至驱动电极中的开口中的一个(或在某些变型中，多于一个)。真空歧管可以位于基座表面之下。例如，真空歧管可以是基座表面之下的连接至驱动电极中的开口的管道或其他通道。
可以调节、选择和/或适应由真空歧管施加来保持盒的负压力(真空)的量以防止使盒的膜(以及因此气隙的底表面)变形。例如，压力可以被保持在-0.5英寸汞柱(in Hg)和-25in Hg之间(例如，在大约-0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、8、9、10、11、12、13、14、15等in Hg的下限和大约5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22等in Hg的上限之间，包括例如小于约4in Hg、小于约5in Hg、小于约6in Hg、小于约7in Hg、小于约8in Hg、小于约9in Hg、小于约10in Hg、小于约12in Hg、小于约15in Hg、小于约17in Hg、小于约19in Hg、小于约20in Hg、小于约22in Hg等)。
本文描述的DMF装置典型地包括控制器用于协调和驱动电极。该控制器可以包括一个或更多个处理器、存储器和对于操作该设备必要的或有用的任何其他电路，所述操作包括协调能量的施加以激活/停用(inactivate)驱动电极、用于真空控制和/或微流控制的泵、一个或更多个阀(例如，用于微流控制、真空控制)、温度控制装置(例如，电阻加热器、珀尔帖(Peltier)冷却等)、马达(例如，用于驱动打开和关闭设备门、光学器件等)、一个或更多个显示器等。
如提及的，这些设备中的任一个可以包括从基座表面延伸的一个或更多个突起，其中一个或更多个突起被配置成当通过驱动电极中的开口施加真空时，在盒的空气中形成隔断。
这些装置中的任一个可以包括光学读取器，所述光学读取器被配置成检测来自基座表面上安置的盒的光学信号。光学读取器可以是可移动的或固定的。光学读取器可以被用于检测(例如，感测)进料或由于液滴中的一种或更多种相互作用(例如，结合、酶促反应等)产生的变化。光学读取器可以被配置成检测来自基座表面上安置的盒的光学信号。因此，光学传感器可以提供对来自装置的读出的检测。这些设备中的任一个可以包括一个或更多个马达，例如，所述马达被配置成移动光学读取器。
该装置还可以包括一个或更多个温度传感器(例如热敏电阻器等)。例如，该设备可以包括耦合至基座表面的一个或更多个温度传感器。在某些变型中，热敏电阻器可以从基座表面突出，并且在盒的气隙中形成屏障或室(chamber)。可选择地或另外，一个或更多个温度传感器可以在基座表面的基板中，并且例如经由导热材料(例如铜)与基座表面热接触。
如提及的，本文描述的设备可以包括一个或更多个加热器，特别地包括电阻加热器。例如，该设备可以包括在驱动电极中的至少某些下面(或覆盖驱动电极的至少某些)的电阻加热器；这可以允许装置的温度调节的子区域。整个驱动电极表面还也可以(例如，通过冷却流体的循环)被冷却至略微低于室温(例如，在15摄氏度和25摄氏度之间、在15摄氏度和22摄氏度之间、在15摄氏度和20摄氏度之间、在15摄氏度和18摄氏度之间等)。
该装置还可以包括在驱动电极中的一个或更多个之上或之下的一个或更多个磁体，所述磁体被配置成被激活以施加磁场。因此，磁珠可以用于结合材料或DMF装置中的其他反应，并且磁珠可以被选择性地保持在设备的一个或更多个区域内。例如，可以使用一个或更多个钕磁体，例如，通过将磁体移动更接近或更远离盒以将磁性颗粒保持在适当位置(例如，将磁体向上移向电极3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm等)。电磁体可以被选择性地激活或去激活以保持/释放磁性颗粒。
本文描述的任何装置还可以包括在驱动电极中的至少某些驱动电极的下面的一个或更多个珀尔帖冷却器，所述帕尔贴冷却器被配置成冷却至10摄氏度或更少(例如，5摄氏度或更少、7摄氏度或更少、11摄氏度或更少、12摄氏度或更少、15摄氏度或更少、20摄氏度或更少等)。
除了基座表面之外，这些DMF读取器装置中的任一个还可以包括一个或更多个盒托盘，盒可以被加载到所述盒托盘中，使得盒可以自动地移动到装置内的位置。例如，这些装置中的任一个可以包括盒托盘以用于将盒保持在预先确定的定向上(其可以通过盒的形状和接收托盘互补来固定)；盒托盘可以被配置成将一次性盒移动到基座表面上。一旦在基座表面上，就可以施加真空以将其锁定位置。此外，还可以从盒的顶部至一个或更多个微流控端口进行连接，例如，用于施加正压力和/或负压力(例如，真空)以驱动盒的顶部上的微流控通道中的流体和/或驱动流体进入/离开盒中的间隙(例如，气隙)区域。
通常，这些设备中的任一个可以包括外壳、前面板显示器以及一个或更多个输入端(例如，触摸屏显示器、拨号盘、按钮、滑块等)和/或电源开关。该装置可以被配置成为可堆叠的，和/或可以被配置成结合一个或更多个其他DMF装置操作。在某些变型中，单个壳体可以封闭多个盒基座表面，每个盒基座表面具有(通过单个或多个控制器)单独地可寻址的/可控的驱动电极阵列，这允许多个盒的并行处理；在这些变型中，部件(泵、马达、光学子系统、控制器)的全部或某些可以在不同的盒基座表面之间共享。
这些设备中的任一个可以包括输出端，所述输出端被配置成输出通过设备检测到的信号。输出可以在一个或更多个显示器/屏幕上，和/或它们可以是电输出，所述电输出被传送至存储器或远程处理器用于存储/处理和/或显示。例如，这些装置中的任一个可以包括无线输出端。
如提及的，本文描述的任何DMF装置还可包括一个或更多个微流控真空端口，所述微流控真空端口被定位在基座表面之上并且被配置成当盒被安置在基座表面上时，与用于进入盒的微流控通道的接入端口接合。
例如，数字微流控(DMF)读取器设备被配置成与一次性盒一起操作，所述一次性盒具有底部电介质表面、具有接地电极的顶板以及在底部电介质和顶板之间的气隙，所述数字微流控(DMF)读取器装置可以包括：用于安置一次性盒的基座表面；在基座表面上的多个驱动电极，其中每个驱动电极包括穿过其中的开口；多个真空端口，其中每个真空端口被耦合至驱动电极中的开口中的一个或更多个；真空泵，所述真空泵用于将真空施加至真空端口；从基座表面延伸的一个或更多个突起；以及控件，所述控件用于施加能量以顺序地激活和去激活一个或更多个选择的驱动电极，以在盒的气隙中沿着气隙中的期望路径移动液滴，其中DMF读取器被配置成当一次性盒被放置在基座表面上时，将真空施加至真空端口以将每个驱动电极固定至一次性盒的底部电介质，使得一个或更多个突起隔开气隙。
本文还描述了防止或减少这些装置中的任一个中的蒸发的方法。例如，本文描述了防止空气基质数字微流控(DMF)装置中液滴蒸发的方法，该方法包括：将含水反应液滴引入到空气基质DMF装置的气隙中，所述气隙在空气基质DMF装置的第一板和第二板之间形成；顺序地通电第一板上或第一板中的驱动电极，以在空气基质DMF装置的气隙中移动含水反应液滴，使得所述含水反应液滴与空气基质DMF装置的气隙中的非极性流体的液滴组合，这形成涂覆的反应液滴，在所述涂覆的反应液滴中，非极性流体涂覆含水反应液滴并且保护反应液滴免于蒸发；以及顺序地通电驱动电极以在空气基质DMF装置的气隙中移动涂覆的反应液滴。
非极性流体的体积可以小于含水反应液滴的体积。这些方法中的任一个可以包括在空气基质DMF装置的气隙中将涂覆的液滴与一种或更多种另外的含水液滴组合。这些方法中的任一个还可以包括通过将涂覆的液滴从空气基质DMF装置的气隙中至少部分地撤回到微流控通道中，将非极性流体的涂层移除。该方法还可以包括通过第一板或第二板中的开口，将非极性流体的液滴添加到空气基质DMF装置的气隙中。通常，非极性流体的液滴在10摄氏度和100摄氏度之间可以是液体。
例如，防止空气基质数字微流控(DMF)装置中液滴蒸发的方法可以包括：将含水反应液滴引入到空气基质DMF装置的气隙中，所述气隙在空气基质DMF装置的第一板和第二板之间形成；顺序地通电第一板上或第一板中的驱动电极，以在空气基质DMF装置的气隙中移动含水反应液滴，使得所述含水反应液滴与空气基质DMF装置的气隙中的非极性流体的液滴组合(尽管在某些变型中，非极性流体在被加载到气隙中之前可以与样品组合)，这形成涂覆的反应液滴，在所述涂覆的反应液滴中非极性流体涂覆含水反应液滴并且保护反应液滴免于蒸发，其中非极性流体在10摄氏度和100摄氏度之间是液体，另外其中非极性流体的体积小于含水反应液滴的体积；以及顺序地通电驱动电极以在空气基质DMF装置的气隙中移动涂覆的反应液滴。尽管非极性液体的体积可以小于液滴体积，然而对液滴加罩套的非极性液体的体积可以大于液滴的体积(高达液滴的体积的约3倍)。
本文描述的方法和装置可以特别良好地适合于与大体积液滴一起使用和处理。典型地，DMF装置并且特别是空气基质DMF装置的大多数单位液滴限于约4微升或更小的含水流体，并且气隙在驱动电极和接地电极(气隙区域的顶板和底板)之间限于小于约250微米或300微米的间距。本文描述了在较大体积上操作的方法，其中驱动电极(例如，底板)和接地电极(例如，顶板)之间的间距可以大得多(例如，在约280微米和3mm之间、在约300微米和3mm之间、在约400微米和1.5mm之间，例如在400微米和1.2mm之间等、或400微米或更大、500微米或更大、1mm或更大等)。因此，单位液滴大小(通过单个驱动电极驱动的单个单位单元上的液滴可以大得多，例如，5微升或更大、6微升或更大、7微升或更大、8微升或更大、9微升或更大、10微升或更大、11微升或更大、12微升或更大、13微升或更大、14微升或更大、15微升或更大等，例如在5微升-20微升之间、在5微升-15微升之间、在7微升和20微升之间、在7微升和15微升之间等)。
使用电润湿分配大液滴常规地用较小的体积(例如，小于5微升)进行，然而，将较大体积分配为单个单位已经证明是困难的，特别是以高的准确度和精确度进行分配。本文描述了使用电润湿分配预先确定体积的液体的方法。例如，本文描述了将预先确定体积的流体分配到空气基质微流控(DMF)装置的气隙中的方法，其中气隙大于280微米(例如，300微米或更大、400微米或更大等等)宽，另外其中DMF装置包括与气隙相邻的多个驱动电极，该方法包括：用来自与气隙连通的端口的流体充满(flooding)气隙的一部分；施加能量以激活与被充满的气隙的一部分相邻的第一驱动电极；以及当第一电极被激活时，施加吸力以将流体撤回到端口中，这将流体的液滴留在与激活的第一电极相邻的气隙中。
施加能量以激活第一驱动电极可以包括施加能量以激活与第一驱动电极相接的一个或更多个驱动电极，并且另外其中当第一驱动电极被激活时施加吸力以将流体撤回到端口中包括：当第一驱动电极和与第一驱动电极相接的一个或更多个驱动电极是活动的时将流体撤回，这将流体的液滴留在与激活的第一驱动电极和与第一驱动电极相接的一个或更多个驱动电极相邻的气隙中。
第一驱动电极可以与端口隔开至少一个驱动电极的间隔。这些方法中的任一个还可以包括停用与气隙的第二部分相邻的一个或更多个驱动电极，所述第二部分在气隙的被充满部分中并且在端口和第一驱动电极之间。气隙可以大于500微米。
充满气隙的部分可以包括施加正压力以从端口排出流体。该方法还可以包括顺序地通电与气隙相邻的驱动电极，以在空气基质DMF装置的气隙中移动液滴。
当第一电极被激活时施加吸力以将流体撤回到端口中可以包括：将具有10微升或更大的体积的流体的液滴留在与激活的第一电极相邻的气隙中。
例如，将预先确定体积的流体分配到空气基质数字微流控(DMF)装置的气隙中的方法可以包括(其中气隙大于280微米宽(例如，300微米或更大、400微米或更大等)，另外其中DMF装置包括与气隙相邻的多个驱动电极)：用来自与气隙连通的端口的流体充满气隙的一部分；施加能量以激活与被充满的气隙的一部分相邻的第一驱动电极或第一组相接的驱动电极，其中第一驱动电极或第一组相接的驱动电极与端口间隔开不被激活的一个或更多个驱动电极；以及当第一电极或第一组相接的电极被激活时，施加吸力以将流体撤回到端口中，这将流体的液滴留在与第一电极或第一组相接的电极相邻的气隙中。
本文还描述了用于DMF装置的控制系统，例如本文描述的那些。特别地，本文描述了包括用于操作这些装置中的任一个的图形用户界面的控制系统。这些控制系统(子系统)可以包括软件、硬件和/或固件。因此，这些装置中的任一个可以被配置为存储在非临时介质(例如，存储器)中用于进行本文描述的方法和程序中的任一个的指令。
例如，本文描述了用于控制数字微流控(DMF)装置的方法，该方法包括：提供图形用户界面，所述图形用户界面包括流体处理控制命令的菜单，所述流体处理控制命令包括以下中的一种或更多种：移动、加热、移除、循环、等待、中断、混合和分配；接收流体处理方案(protocol)，所述流体处理方案包括用户选择的流体处理控制命令；基于该流体处理方案，计算用于在DMF装置的气隙中移动流体的路径，其中该路径最小化路径中的重叠的量以避免污染；以及基于所计算的路径，使用DMF装置执行流体处理方案。
流体处理控制命令可以包括以下中的至少一种：移动、加热、移除、等待和混合。例如，流体处理命令可以包括以下的全部：移动、加热、移除、等待和混合。用户可以选择对应于这些命令中的每个的图标，并且可以按顺序输入它们和/或可以指示培养时间和温度条件。该装置可以自动地确定盒的气隙区域中的最优路径，以便执行这些步骤中的每个(例如，通过将液滴移动至盒的合适的区域，包括加热器、磁体、微流控端口等)，使得液滴可以根据需要来操纵。例如，接收流体处理方案可以包括接收一串流体处理控制命令。计算路径可以包括基于DMF装置中的加热区和冷却区的布置来计算路径。计算路径可以包括确定本身不交叉的最短路径。通常，在DMF装置上执行流体处理方案可以包括在耦合至DMF装置的一次性盒中执行流体处理方案。
本文还描述了数字微流控(DMF)读取器设备，所述数字微流控读取器设备被配置成与可移除盒和/或一次性盒一起操作，所述可移除盒和/或一次性盒具有底部电介质表面、具有接地电极的顶板以及在底部电介质和顶板之间的气隙，该设备包括：用于将一次性盒安置在上表面上的基座表面；在基座表面上的第一多个驱动电极，其中驱动电极中的全部或某些包括穿过其中的开口；热控件，所述热控件用于将热能施加至基座表面的第一区域；多个热通孔(thermal vias)，其中热通孔包括导热材料，并且与基座表面的第一区域热连通，但与电极的子集电隔离，并且另外其中热通孔与热控件热连通；多个真空端口，其中每个真空端口被耦合至穿过驱动电极的开口中的一个或更多个；用于将真空施加至真空端口的真空泵；以及控件，所述控件用于施加能量以顺序地激活和去激活一个或更多个选择的驱动电极，以在盒的气隙中沿着气隙中的期望路径移动液滴。
热通孔可以具有任何合适的尺寸。例如，每个热通孔可以具有在约0.5mm和约2mm之间(例如，在约0.5mm和约1.8mm之间、在约0.5mm和约1.5mm之间、在约0.5mm和约1.2mm之间、在约0.8mm和约1.2mm之间等)的直径。每单元可以使用任何数目的热通孔(例如，可以存在约5个-15个之间的与对应于第一区域中的单个电极的区域相关联的热通孔)。
热通孔可以各自填充有导热材料；材料可以是导电的或电绝缘的。在某些变型中，导热材料是金属。读取器还可以包括一个或更多个电阻加热器，所述电阻加热器在驱动电极中的至少一些的下面。
基座表面可以在印刷电路板(PCB)上形成或至少部分地形成，包括在形成于PCB上的电极阵列上形成。如上文提及的，本文描述的任何读取器可以包括一个或更多个磁体；在某些变型中，磁体可以在驱动电极中的一个或更多个之下，其被配置成被激活以施加磁场。例如，磁场可以穿过驱动电极中的开口。读取器可以包括一个或更多个珀尔帖冷却器，所述珀尔帖冷却器在驱动电极中的至少一些驱动电极的下面，其被配置成冷却至小于10摄氏度。
本文还描述了检测数字微流控(DMF)盒的气隙中的材料的位置和/或身份(identity)的方法。材料可以包括液滴(例如，含水液滴)、蜡、涂覆/包裹在蜡(例如，液体蜡)中的液滴、油滴、具有磁性颗粒的液滴等。身份可以针对材料在气隙中的具体位置处被确定，例如在形成盒中的气隙的上表面和下表面之间。该盒可以被分成单元(例如，各个驱动电极之上的区域)。
例如，检测位置和/或身份的方法可以包括：将DMF盒的气隙的第一侧上的参考电极与驱动电路断开；将气隙的第二侧上的驱动电极的阵列中的一个或更多个驱动电极的电压设置成高电压，同时将驱动电极的阵列中的所有其他驱动电极设置成接地；感测参考电极处的电压；基于在参考电极处感测的电压，确定气隙的第一侧和气隙的第二侧之间的电容；以及基于确定的电容，识别与一个或更多个驱动电极相邻的气隙中的材料。
该方法还可以包括将参考电极重新连接至驱动电路，以及通过在参考电极和一个驱动电极之间施加电压，在气隙中驱动液滴。这些步骤可以被反复地重复，以追踪材料在气隙中的移动。
断开参考电极可以包括允许参考电极浮动(float)(例如，不接地)。参考电极可以是整个上部电极(在气隙的第一侧上，与驱动电极的阵列相对)。将参考电极与驱动电路断开(例如，与通过数字微流控驱动气隙中液滴的移动的控制器断开)可以包括将参考电极连接至感测电路，用于检测在参考电极处的电压并且因此检测气隙的电容。参考电路可以包括一个或更多个参考电容器，所述参考电容器被布置成允许测量气隙电容。
将驱动电极中的一个或更多个的电压设置成高电压可以包括将驱动电极中的一个或更多个设置成在10V和400V之间(例如，在100V和500V之间，例如约300V等)。
这些方法中的任一个可以包括当将参考电极与驱动电路断开时，通过将驱动电极的阵列中的全部驱动电极的电压设置成高电压并且感测在参考电极处的电压以确定总电容，来确定对于气隙的总电容。该方法还可以包括当将参考电极与驱动电路断开时，使用连接至参考电极的一个或更多个参考电容器，来确定总电容。例如，基于在参考电极处感测的电压来确定气隙的第一侧和气隙的第二侧之间的电容还可以包括使用总电容。
识别气隙中的材料可以包括基于所确定的电容使用参考数据库来识别气隙中的材料，所述参考数据库包括多个电容范围。
本文还描述了用于数字微流控(DMF)装置的盒(例如，一次性盒和/或可移除盒)，所述盒包括张紧框架(tensioning frame)以保持底部电介质材料处于张紧状态并且因此保持为平的。例如，本文描述的任何盒可以包括：电介质材料片，所述电介质材料片具有第一侧面和第二侧面，第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面，其中电介质材料片的至少第二侧面包括第一疏水表面；张紧框架，所述张紧框架将电介质材料片保持处于张紧状态，使得其大体上是平的；顶板，所述顶板具有第一侧和第二侧以及在第一侧和第二侧之间的厚度；在顶板的第一侧上的接地电极；在顶板的第一侧上覆盖接地电极的第二疏水表面；以及气隙，所述气隙将第一疏水层和第二疏水层隔开，其中气隙包括大于280微米的间距。本文描述的任何其他盒特征可以与这些盒一起被包括。
这些盒中的任一个还可以包括至少部分地(包括完全地)在电介质材料片周围延伸并且从电介质材料片突出的凸缘(lip)。该凸缘可以与基座表面上的通道或槽接合。可选择地或另外，盒可以包括外围通道或槽，读取器的基座表面上的突起接合到所述外围通道或槽中。
张紧框架可以包括外框架和内框架。片可以被保持在外框架和内框架之间。这些盒可以包括本文提及的任何其他盒特征。
本文描述的任何装置可以包括一个或更多个特征以增强安全性和防止事故。用于电润湿的电压(例如在DMF中)可能对用户是危险的。此外，在一些变形中，本文描述的盒可以用于移动需要高电压(例如，高于传统DMF)的流体(包括含水流体)。然而，在一些变形中，允许用户(例如技术人员)在液滴可以通过电润湿在盒内移动时手动地将材料添加到盒或从盒移除材料也是有益的。在这样的情况下，这些设备和方法中的任一个可以包括一个或更多个安全联锁装置以防止对用户的伤害。
例如，本文描述的是数字微流控(DMF)读取器设备，其被配置为与可移除盒一起操作并且包括：盒基座，其被配置为安置可移除盒；与盒基座电连通的驱动电极阵列，该驱动电极阵列被配置成施加电压以通过电润湿在盒内移动液滴；夹具(clamp)，其被配置为从打开夹具配置和关闭夹具配置移动，在该打开夹具配置中盒基座被暴露，在该关闭夹具配置中夹具被锁定在盒基座上，使得盒基座的边缘被夹具覆盖，其中夹具包括窗口区域，当盒安置在盒基座中并且夹具在关闭夹具配置中时，窗口区域允许对盒的接近；盖子(lid)，其具有暴露夹具和盒基座的打开盖子配置和当夹具在关闭夹具配置中时盖子覆盖盒基座和夹具的关闭盖子配置；以及安全联锁装置，其被配置为禁止电压到驱动电极阵列的施加，除非盒安置在盒基座中并且夹具盖子在关闭夹具配置中，而不管盖子的配置如何。
在一些变形中，被配置为与可移除盒一起操作的DMF读取器设备包括：盒基座，其被配置为安置可移除盒；盒基座中的一个或更多个真空端口，其被配置成施加负压力以将盒固定在盒基座中；盒基座上的驱动电极阵列，该驱动电极阵列被配置成施加电压以通过电润湿在盒内移动液滴；夹具，其被配置为从打开夹具配置和关闭夹具配置移动，在该打开夹具配置中盒基座被暴露，在该关闭夹具配置中夹具被锁定在盒基座上，使得至少盒基座的边缘被夹具覆盖，其中夹具包括窗口区域，当盒安置在盒基座中并且夹具在关闭夹具配置中时，窗口区域允许对盒的接近；盖子，其具有暴露夹具和盒基座的打开盖子配置和在其中当夹具在关闭夹具配置中时盖子覆盖盒基座和夹具的关闭盖子配置；以及安全联锁装置，其被配置为禁止电压到驱动电极阵列的施加，除非盒安置在盒基座中、夹具盖子在关闭夹具配置中并且一个或更多个真空端正施加负压力以将盒固定在盒基座中。
安全联锁装置被配置为当盖子在打开盖子配置中时允许电压到驱动电极阵列的施加。
这些装置中的任一个可以包括被配置为感测到盒安置在盒基座中的盒传感器。在一些变形中，盒可以包括用于插入到读取器的一个或更多个端口或插头。例如，盒可以包括连接到读取器上的返回电极的连接器。
这些装置中的任一个可以包括被配置为感测夹具何时被锁定在关闭夹具配置中的夹具闩锁传感器。该装置可以包括被配置成施加负压力以将盒固定在盒基座中的一个或更多个真空端口。例如，该装置可以包括被配置为感测固定盒的负压力何时在0.5到22英寸汞柱之间的压力传感器。这些装置中的任一个可以包括被配置成锁住盖子的锁。锁可以是磁性锁。在一些变形中，该装置可以包括被配置为确定盖子何时在关闭盖子配置中的盖子传感器。盖子传感器可以是磁性传感器。
这些装置中的任一个可以包括被配置为控制驱动电极阵列和/或气压(压力)和/或安全联锁装置的控制器。例如，安全联锁装置包括软件和固件中的一个或更多个。
还描述了操作这些数字微流控(DMF)设备中的任一个的方法。例如，这些方法中的任一种可以包括：将盒接纳到盒基座中；将夹具锁定在盒上，使得夹具覆盖盒的外周边，同时允许通过夹具中的窗口对盒的顶侧的接近；以及仅当DMF读取器设备感测到盒安置在盒基座中并且夹具锁定在盒上时才使电压能够施加到盒基座中的驱动电极阵列中的电极。
例如，一种操作数字微流控(DMF)读取器设备的方法，该方法包括：将盒接纳到盒基座中；将夹具关闭并锁定在盒上，使得夹具覆盖盒的外周边，同时允许通过夹具的窗口来接近盒；施加负压力以将盒固定在盒基座中；以及仅当DMF读取器设备感测到盒安置在盒基座中、夹具被锁定关闭并且盒通过负压力抵靠盒基座中的多个电极被固定时才使电压能够施加到盒基座中的驱动电极阵列中的电极。
一般来说，这些方法中的任一种可以包括在高电压被使能的情况下将流体添加到盒中。该方法可以包括控制驱动电极的电压以通过电润湿在盒中移动一个或更多个液滴。
这些方法中的任一种可以包括关闭在盒和夹具上的盖子。例如，关闭在盒和夹具上的盖子并从盖子施加压力以驱动在盒内的流体。这可以包括使用在盖子中的气动子系统将流体(例如流体的一个或更多个液滴)添加到盒的气隙中。
例如，一种操作数字微流控(DMF)读取器设备的方法可以包括：使用盒传感器来感测盒被安置在DMF读取器设备的盒基座中；使用夹具闩锁传感器来感测夹具在盒基座上关闭并被锁定；感测盒通过负压力被保持在盒基座中；以及仅当盒被安置、夹具被关闭并锁定并且负压力被施加时才使能与盒基座电连通的多个驱动电极上的电压。
本文所述的DMF读取器设备通常可以被配置成使得盖子包括一个或更多个气动源(例如泵)和用于控制压力(任一个或两个是正的或负的)到盒的顶部的施加的控件，例如歧管和/或传感器。
例如，被配置为与可移除盒一起操作的数字微流控(DMF)读取器设备可以包括：盒基座，其被配置为安置可移除盒；盒基座上的驱动电极阵列，该驱动电极阵列被配置成施加电压以通过电润湿在盒内移动液滴；盒基座中的一个或更多个真空端口，其被配置成施加负压力以将盒固定在盒基座中；夹具，其被配置为从打开夹具配置和关闭夹具配置移动，在打开夹具配置中盒基座被暴露，而在关闭夹具配置中夹具被固定在盒基座上，其中当盒安置在盒基座中并且夹具在关闭夹具配置中时，夹具允许对盒的接近；盖子，其具有暴露夹具和盒基座的打开盖子配置和在其中当夹具在关闭夹具配置中时盖子覆盖盒基座和夹具的关闭盖子配置；盖子中的气动泵，其被配置为与保持在盒基座中的盒配合以施加压力来移动盒中的流体；以及控制器，其被配置为控制电压到驱动电极阵列的施加，并控制来自气动泵的压力的施加以移动盒中的流体。
一种被配置为与可移除盒一起操作的数字微流控(DMF)读取器设备可以包括：盒基座，其被配置为安置可移除盒；与盒基座电连通的驱动电极阵列，该驱动电极阵列被配置成施加电压以通过电润湿在盒内移动液滴；盒基座中的一个或更多个真空端口，其被配置成施加负压力以将盒固定在盒基座中；夹具，其被配置为从打开夹具配置和关闭夹具配置移动，在打开夹具配置中盒基座被暴露，在关闭夹具配置中夹具被锁定在盒基座上，其中夹具包括窗口区域，当盒安置在盒基座中并且夹具在关闭夹具配置中时，窗口区域允许对盒的接近；盖子，其具有暴露夹具和盒基座的打开盖子配置和在其中当夹具在关闭夹具配置中时盖子覆盖盒基座和夹具的关闭盖子配置；在盖子中并被配置为与保持在盒基座中的盒配合的气动泵和歧管；以及控制器，其被配置为控制电压到驱动电极阵列的施加，并控制来自气动泵和歧管的压力的施加以移动盒中的流体。
本文所述的任何装置(例如DMF读取器装置，例如设备)可以包括被配置为向盒基座中的盒的全部或一部分施加机械振动的机械振动引擎。如上面所提到的，这些设备中的任一个可以包括被配置为将盖子锁定在夹具和盒基座上的锁，例如(但不限于)磁性锁。
这些设备中的任一个可以包括在设备的前面并耦合到计算机的显示屏。盖子可以包括多个阀和由控制器控制的一个或更多个压力传感器，控制器用于控制来自气动泵的压力的施加以移动盒中的流体。控制器可以被配置成控制正压力和负压力通过气动泵的施加。
本文描述的设备通常可以包括在盒基座下方的热子系统，该热子系统包括被配置为向盒基座的子区域供应热量的一个或更多个加热器。热子系统可以是电阻加热器和/或TEC。
例如在盖子中的气动控制系统可以包括气动泵，如上面所提到的。例如，气动泵可以是注射泵。
一种操作数字微流控(DMF)读取器设备的方法可以包括：将盒接纳到DMF读取器设备的盒基座中；将夹具锁定在盒上以将盒固定在盒基座中；关闭在夹具和盒上的盖子，使得盖子内的气动子系统与盒的顶部耦合；施加负压力以抵靠驱动电极阵列在盒的底部上密封平坦电介质片；使用气动子系统将一个或更多个液滴气动地施加到盒内的气隙中；以及向驱动电极阵列的一个或更多个电极施加电压以通过电润湿驱动气隙内的一个或更多个液滴。
如所提到的，这些方法中的任一种可以包括当将盒接纳到盒基座中时将盒上的电气端口耦合到读取器设备上的参考电极端口中。
可以在将夹具锁定在盒上之前或之后施加负压力。例如，可以在将夹具锁定在盒上之后施加负压力。
这些方法中的任一种可以包括在关闭盖子之前通过夹具将一种或更多种试剂添加到盒中。例如，试剂可以手动地或自动地被添加到盒的顶部。在一些变形中，用户可以将试剂用移液管吸取到盒中。
如上面所提到的，这些方法中的任一种可以包括仅在DMF读取器设备确定盒被安置且夹具被锁定之后但在盖子被关闭之前才实现电压对一个或更多个电极的施加。
本文还描述了被配置为允许用户生成将由DMF装置执行的方案的装置和方法。例如，用户可以(在例如膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、智能手机等第一计算机上)选择、修改和/或创建方案，用于由如本文所述的DMF装置执行。该方案可以被测试、被识别错误和被纠正，并被保存到对用户或机构特定的方案库，或者可以被公布用于一般用途。该方案可以被传输和/或下载到如本文描述的DMF读取器装置，并且可以在DMF读取器上被执行。在一些变形中，读取器可以实现该方案，并且可以引导(例如逐步引导)用户完成该方案，指示什么试剂应该被添加到盒的什么部分，和/或在该方案的执行期间是否有任何问题，和/或从盒移除材料的位置。可以从DMF读取器装置上的屏幕引导或指示用户。
因此，本文描述的是生成或修改用于在DMF读取器上操作的方案的方法。例如，计算机实现的方法可以包括：呈现包括方案构建窗口和动作图标窗口的用户界面；在动作图标窗口中显示多个动作图标，其中每个动作图标表示要对液滴执行的动作；允许用户重复地：从动作图标窗口选择动作图标并将它移动到方案构建窗口，其中动作图标在方案构建窗口中被显示为动作描述符，在方案构建窗口中将动作描述符排列在一个序列中，并在方案构建窗口中将一个或更多个用户输入输入到动作描述符中；基于在方案构建窗口中的序列来形成方案；以及使用该方案来确定实现该方案的对于在盒内的一个或更多个液滴的路径。
一种计算机实现的方法，包括：呈现包括方案构建窗口和动作图标窗口的用户界面；在动作图标窗口中显示多个动作图标，其中每个动作图标表示要对液滴执行的动作；允许用户重复地：从动作图标窗口选择动作图标并将它移动到方案构建窗口，其中动作图标在方案构建窗口中被显示为动作描述符，在方案构建窗口中将动作描述符排列在一个序列中，并在方案构建窗口中将一个或更多个用户输入输入到动作描述符中；当用户在方案构建窗口中输入检查动作描述符的序列的请求时，识别在动作描述符的序列中的错误；向用户显示任何错误的指示符，并提示用户修改与每个错误相关联的用户输入；基于在方案构建窗口中的序列来形成方案；以及使用该方案来确定实现该方案的对于在盒内的一个或更多个液滴的路径。
一种计算机实现的方法包括：呈现包括方案构建窗口和动作图标窗口的用户界面；在动作图标窗口中显示多个动作图标，其中每个动作图标表示要对液滴执行的动作，其包括下列操作中的一个或更多个：修改液滴的温度、从液滴洗脱材料、混合液滴中的材料、孵育液滴以及洗涤液滴中的材料；允许用户重复地：从动作图标窗口选择动作图标并将它移动到方案构建窗口，其中动作图标在方案构建窗口中被显示为动作描述符，在方案构建窗口中将动作描述符排列在一个序列中，并在方案构建窗口中将一个或更多个用户输入输入到动作描述符内，其中用户输入包括下列项中的一个或更多个：试剂类型、试剂体积、持续时间和/或温度；当用户在方案构建窗口中输入检查动作描述符的序列的请求时，识别在动作描述符的序列中的错误；向用户显示任何错误的指示符，并提示用户修改与每个错误相关联的用户输入；基于在方案构建窗口中的序列来形成方案；以及使用该方案来确定实现该方案的对于在盒内的一个或更多个液滴的路径。
这些方法中的任一种还可以包括在用户界面中显示包括试剂的列表的试剂菜单。例如，从用户接收输入新试剂的命令，接收新试剂的名称和粘度(例如高粘度/低粘度，或粘度的测量值)，并将新试剂添加到试剂菜单。允许用户输入一个或更多个用户输入可以包括接收来自试剂菜单的试剂。
选择动作图标可以包括将动作图标从动作图标窗口拖放到方案构建窗口中。排列动作描述符可以包括针对不同类型的动作描述符显示不同的颜色。
允许用户重复地在方案构建窗口中将一个或更多个用户输入输入到动作描述符内可以包括输入下列项中的一个或更多个：试剂类型、试剂体积、持续时间或温度。动作描述符的示例可以包括洗涤、孵育、洗脱、混合、热循环等。例如，要对液滴执行的动作可以包括下列操作中的一个或更多个：修改液滴的温度、从液滴洗脱材料、混合液滴中的材料、孵育液滴或洗涤液滴中的材料。
这些方法中的任一种可以包括当用户在方案构建窗口中输入检查动作描述符的序列的请求时，识别在动作描述符的序列中的错误。例如，这些方法中的任一种可以包括向用户显示任何错误的指示符，并提示用户修改与每个错误相关联的用户输入。显示任何错误的指示符可以包括逐步检查方案，标记每个错误并提示用户修改与该错误相关联的用户输入。识别在动作描述符的序列中的错误可以包括在计算机处理器中对由动作描述符的序列在数字微流控设备的盒内形成的方案进行建模。
这些方法中的任一种可以包括显示多个动作模块并允许用户从多个动作模块选择一个动作模块，以及基于动作模块用多个动作描述符填充方案构建窗口。用户可以使用上面所述的任何步骤来修改现有的动作模块(例如方案)。
一般来说，这些方法中的任一种可以包括基于在方案构建窗口中的序列来形成方案，包括存储方案。这些方法可以此外或可选地包括将方案存储为动作模块，例如，将方案存储在远程服务器上，使得它可以由第三方访问。这些方法中的任一种可以此外或可选地包括给方案作注解。这些方法中的任一种可以包括在远程数字微流控设备上访问方案。
附图简述
本发明的新颖特征在随后的权利要求中被详细地阐述。通过参考以下详细描述和附图将获得对本发明的特征和优点的较好的理解，该详细描述阐述了其中利用了本发明的原理的例证性实施例，在附图中：
图1A是空气基质数字微流控(DMF)装置的一个实例的来自顶部透视图的示意图。
图1B示出了穿过图1A中示出的空气基质DMF装置的一部分的截面的放大视图，该截面穿过热调节区域(热区)截取。
图1C示出了穿过图1A的空气基质DMF装置的区域的第二截面的放大视图；该区域包括穿过底板和致动电极的穿孔，并且被配置成使得补充液滴可以从穿孔(其连接至溶剂的储存器，在该实例中作为附接的注射器示出)被递送到空气基质DMF装置的气隙中。
图2是类似于图1A-图1C示出的、使用包括电极和气隙区域的刚性盒的DMF表面的实例。
图3A示出了例如使用刚性盒的典型的DMF布置的实例；图3B示出了DMF配置的实例，其中盒315是一次性部分，该一次性部分不包括电极，但通过多个局部真空端口(与电极相邻或穿过电极)被保持在可重复使用的电极上。
图3C是DMF装置的实例，该DMF装置被配置为紧凑的驱动器/读取器，该紧凑的驱动器/读取器被配置成与可移除盒/一次性盒一起工作。DMF装置包括电极的阵列(例如，大于500个不同的电极)和多个独立的区域，用于控制磁珠的加热/冷却(热循环等)、泵送微流控通道、盒的自动安置和密封以及光学观察/管理。
图3D是如本文描述的DMF装置的另一个实例，该DMF装置被配置为紧凑的驱动器/读取器，该紧凑的驱动器/读取器可以包括大于900个(例如，大于920个不同的电极)、用于等温区域和热循环器的独立加热器、可以独立地接合/脱离的磁性区、用于在一次性盒中操作微流控的泵和阀(除了经由多个电极的DMF控制之外)、与多个电极协调的真空歧管(例如，具有穿过电极以将电介质密封并且固定至电极用于精确和可靠的DMF控制的端口、多个独立的qPCR区、多个光学通道以及用于插入/移除盒允许从装置的上面和下面两者进入的牵拉机构。图3C和图3D中示出的装置可以提供环境区和加热区的液体冷却。
图3E是图3C-图3D中示出的装置的另一个实例，其示出了以下部件的示例性布置：泵(例如，固定盒的真空泵)、液体冷却器和压缩机、用于致动接收盒的抽屉(drawer)并且用于致动光学器件的一个或更多个马达、用于打开/关闭抽屉的控件、用于在盒(除了DMF之外或替代DMF)上操作任何微流控的歧管以及用于在盒中驱动DMF的电极阵列。在该实例中，一次性盒被示出插入到装置中。
图3F是示例性DMF装置(例如图3C-图3E中示出的装置)的外壳的实例，该外壳被配置为单个托盘(盒)装置。在图3F中，托盘被显示为延伸的。示出的尺寸仅为了例证性目的，并且可以大或小例如+/-5％(例如，10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、50％、75％、100％等)。
图3G和图3H示出了图3F的示例性DMF装置的正面(图3G)和背面(图3H)的实例。用于加载/卸载盒的托盘被示出为关闭的。
图3I图示出示例性DMF装置的另一个实例，该DMF装置被配置成处理多个盒。图3I是装置的正视图，该装置被配置成处理六个盒并且包括六个接入控件(access control)和显示面板，它们可以是彩色编码的。在示出的外壳中，可以共享诸如泵、马达、光学器件、控制器等的部件，和/或可以使用多个单独的部件(例如，电极阵列、子控制器等)。壳体可以被配置成允许堆叠多个装置。
图3J是图3I的正透视图。
图3K图示出图3I-图3J的多重装置的背视图的实例。
图3L是最左侧盒抽屉的放大视图，包括盒专用显示器、输入端(例如，按钮、触摸屏等)以及盒抽屉。
图4A示出了形成为装置的一部分的电极(例如，电极阵列)的俯视图。如示出的，电极可以包括穿过其的多个真空开口。电极可以界定不同的区域，包括热控制区域(例如，具有热敏电阻和/或冷却和/或加热的区域)。在图4A中，示出了18行和10列；可以使用更大或更小的阵列。
图4B示出了形成上部电极层的电极的放大区域，其示出了穿过大多数(例如>50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％等)或全部的电极的真空开口。尽管示出了正方形电极(具有中心真空开口)，然而可以使用其他电极形状(例如互锁的、矩形的、圆形的等)或穿过电极的真空开口位置(偏离中心的等)。在图4B中，示出了温度传感器(例如热敏电阻)。
图4C图示出可以存在于(例如图4B中示出的)电极层之下的电阻加热层。在阵列之下，可以使用一个连续的或多个分开的电阻材料的迹线。黑点指示真空歧管(形成穿过电极的多个真空开口)。电阻加热层可以与其之上的电极电隔离；通过电阻加热层施加的电流可以通过控制器被区域地控制。控制器可以包括PID控制。
图5A示出了该装置的部分拆解视图，其示出了可以在包含电极的PCB、液体冷却剂和用于将盒电介质固定到电极上的真空之间进行的连接。
图5B示出了风扇和散热器、储存器和泵的实例，它们可以被用于包括电极的盒接触表面的液体冷却剂。泵、管道、风扇、散热器和储存器可以被用于在电极下面移动水或液体冷却剂，使得冷却剂可以在电极下面经过时吸收热，其中然后冷却剂在通过风扇和散热器时被再次冷却之后，可以被再循环。
图5C示出了具有类似于图4A-图4C中示出的电极的PCB的另一个视图，该PCB被连接至真空泵以及液体冷却剂(输入端和输出端)。
图5D和图5E图示出施加真空以固定盒(此处仅通过电介质材料被示出为概念的证明)。在图5D中，真空关闭，并且电介质不抵靠电极被固定。电介质可以起皱，并且可以包括差接触的区域，差接触包括差的电接触。通过比较，图5E示出了通过穿过电极的多个开口抵靠电极保持的电介质，该多个开口保持电介质均匀地抵靠电极，并且在可移除盒和电极之间令人惊讶地产生均匀的电性质。
图5F示出了PCB的俯视图的实例，其示出了具有穿过每个电极的中心区域形成的孔(holes)的小电极阵列。
图5G示出了在电极下面的图5F的PCB的一部分(在电极上面可以形成其他层)，其示出了穿过PCB形成的孔，该孔可以连接到真空泵。
图6图示出可以通过电极阵列和/或可移除盒形成的不同功能区域。在图6中，可移除盒已经被制成为透明的(在形成盒的DMF部分的顶板、气隙和电介质之上的微流控区域已经被制成为透明的)。不同的区域由不同的框来指示，并且可以以特定的布置被分布在阵列上面。例如，在图6中，电极中的七个被配置为磁性区域605，该磁性区域605可以施加(对该电极的)局部磁力，以将磁珠或磁性颗粒保留在电极上的液滴中。外周区域中的八个(每个跨越六个电极)被配置为冷却区，该冷却区可以与珀尔帖设备或其他热冷却区域热接触。此外，在图6中，左侧的六个16-电极区域被配置为冷却区，该冷却区还可以与相同或不同的珀尔帖设备热接触(例如，将它们保持在低于10摄氏度)。两个中心加热区(一个跨越五个电极，另一个跨越32个电极)也被包括，并且可以在全部区或区的区域上热循环。四个光学读取区(每个跨越四个电极)在设备的右侧周界上彼此间隔开。通常，加热和/或热循环区域位于中心，与外周的冷却/储存区域隔开。这些区之间(例如磁性区和加热/冷却区之间)可以存在重叠。
图6还以透明视图示出了可以在气隙上面((和顶板中，如描述的)形成的微流控部分。例如，在图6中，微流控部分611包括一对蛇形微流控通道615、616，各自连接至进入气隙的开口(开口可以通过阀来调节)。微流控部分还可以包括阀。在图6中，微流控通道还包括一对端口617、618，通过端口617、618可以施加正压力和/或负压力，以(连同任何阀)调节微流控区域中的流体的移动以及(在某些变型中)调节流体移动到气隙中或从气隙移出。微流控部分还可以包括一个或更多个废物室621。
图7A是如本文描述的示例性盒的俯视图。在该实例中，盒包括：DMF部分，该DMF部分包括通过气隙隔开的顶板和电介质；以及微流控部分，该微流控部分连接到气隙中，并且可以外部地连接至通道输入端和/或输出端。流体可以通过一个或更多个进入气隙中的开口(作为小开口示出)和/或通过通道输入端/输出端被施加到盒中。盒的右侧包括窗口区域，这允许通过盒进行光学观察。
图7B示出图7A的盒的顶部透视图。
图7C是从图7A和图7B的盒的左侧观察的端视图或侧视图，其示出了上部微流控通道和下部DMF部分(示出了形成气隙的在顶部、接地、板和电介质之间的间隔)。
图7D是图7A-图7C的盒的俯视图，其中移除了用于微流控通道的盖，图7D示出了通道。
图8A是一次性盒的实例，该一次性盒包括塑料顶板和电介质。
图8B示出了可以用作盒的一部分的纸制数字微流控(paper digitalmicrofluidics)。
图9A示出了在一次性塑料顶板和电介质下方的电极的开放式阵列(open arrayof electrodes)的实例。
图9B示出了在开放式阵列上面的盒，该盒通过真空保持在适当位置，以保持其刚性地附接在电极上面。
图9C图示出穿过电极阵列的开口的使用；这些开口可以被用于施加足够的吸力(例如真空)以保持盒(例如底部、电介质层)对齐并且固定至装置。可以施加正压力以释放盒。
图10A示意性地图示出如本文描述的顶板上的图案化接地电极的实例。
图10B示出了在图8A中示出的图案化顶板的侧视图。
图11A和图11B分别示出了顶板的另一种变型的正视图和侧视图，该顶板包括由不透明导电油墨(例如，银导电油墨、碳导电油墨等)形成的接地电极，该接地电极在包括形成栅格的多个窗口开口的栅格图案中形成。
图12A是施加导电油墨以在顶板上形成接地电极的实例。图12B示出了图案化顶板接地电极(包括穿过其中的多个开口)的实例。
图13A和图13B图示出在柔性透明基板上的图案化接地电极(顶板)的实例。
图14A-图14C图示出使用图案化接地电极的DMF装置的操作。
图15A-图15C图示出如本文描述的与DMF气隙区域接口连接(interfacing with)的微流控通道的一个实例。在图15A中，盒的微流控部分作为一对通道被示出，每个通道被连接至入口/出口，并且每个通道在形成盒的DMF部分的进入气隙中的开口的桥接区域(在该示例中，在微流控部分下面)中终止。流体可以被移除、被添加、被洗涤等进/出DMF部分的气隙。在图15B和图15C中，通过在入口/出口之间交替并且施加吸力，流体通过桥接液滴被洗涤并且进入气隙中，如所示。在该实例中，外部流体部件(例如，管道和储存器)被集成到DMF部分的顶板中，这允许紧凑的外形(compact form factor)。微流控通道可以被用于添加/移除试剂(例如，移除废物、洗涤等)。桥接液滴可以是电极或电极的组，并且液滴的大小可以通过DMF来调节。
图16A示出了穿过顶板以形成与DMF部分紧密相邻(例如，作为顶板的一部分，在DMF部分上面或下面)的微流控通道的截面的一个实例。图16B示出了其中已经形成微流控通道的顶板的实例。
图16C是DMF装置的顶板的另一个实例，该DMF装置配置为微流控通道。顶板被示为丙烯酸材料，在该材料中已经形成通道和孔(例如，通过铣削、切割、光栅化等)。
图16D示出了在盒的DMF部分的顶板中形成的微流控通道的另一个实例。
图17A和图17B图示出使用包括分叉通道的流体施加和提取技术，在如本文描述的DMF装置(例如，盒)中提取和混合流体，这允许大体积的流体在两个储存器之间交换。在图17A中，流体施加和提取设备通过顶板连接。在图17B中，流体施加和提取设备从侧板连接。
图17C是DMF盒的另一个实例，该DMF盒被配置用于混合、提取、添加等在DMF盒的气隙中具有一个或更多个液滴的流体。在图17C中，用于流体管线的接口1127穿过顶板进行接口连接，该流体管线可以是微流控通道，包括部分地通过顶板1117形成的微流控通道，并且(不同于图17A)该接口区域中的气隙可以大于DMF盒的其他部分中的气隙。在图17D中，用于流体管线的接口1127在气隙的边缘处，类似于图17B；在图17D中，气隙区域比在盒的其他区域中更大。在图17A-图17D中的任一个中，流体管线(例如，1143、1145)和储存器(1105、1107)可以形成DMF装置的一部分，并且可以与盒上的端口(例如，盒的顶面)和/或一个或更多个阀接口连接。
图18A-图18C图示出类似于图17A示出的流体施加和提取设备的操作。
图19A-图19C图示出在气隙DMF装置中，在2分钟内保持在95摄氏度的蒸发对于液滴的效果，其示出大量蒸发(substantial evaporation)。
图20A-图20C示出了当使用非极性材料(例如液体石蜡)的罩套时在一小时之后(图20B)和两小时之后(图20C)的耐蒸发性(resistance to evaporation)，其示出很少蒸发或无蒸发。
图21A-图21D图示出在空气基质DMF装置中使用非极性罩套材料。图21A-图21B示出了含水(极性)液滴在涂覆有连同液滴一起移动的非极性罩套材料时的移动。图21C-图21D示出了将另外的极性材料添加至液滴，该液滴膨胀以包括另外的极性材料。图21E-图21I图示出将大的样品添加至罩套材料，并且混合样品。
图22A-图22D图示出当将液滴(例如试剂)分配到DMF装置的气隙中时对液滴体积的控制。特别地，本文描述的气隙可以是大的气隙(例如，在顶部和底部电介质之间大于280微米、大于300微米、>400微米、>500微米、>600微米等的间距)。在这样的情况下，单独的电润湿力(electrowetting force)可能不足以分配预先确定体积的液滴。如图22A-图22D中示出的，从大体积折断的液滴可以被用于分配预先确定的体积。在图22A中，分配电极被激活，与分配端口(管)间隔开。在图22B中，待被分配的试剂被施加到气隙中，这将包括分配电极的区域充满，该分配电极与分配端口间隔至少一个电极。在图22C中，试剂然后被吸回到分配端口中，同时分配电极是活动的，但是分配端口和分配电极之间的电极不是活动的，这形成最终中断开的颈部(neck)(如图22D示出的)，这将预先确定体积的液滴留在分配电极上。
图23A-图23F图示出使用上文图22A-图22D中描述的技术分配预先限定的体积的液滴的实例。
图24示出了控制如本文描述的DMF装置的方法的实例，该方法包括使用图形用户界面编程该装置。
图25A图示出可视控件或命令(图25A)以及描述使用这些可视控件/命令的方案(图25B)的实例。
图26A-图26H图示出用于控制如本文描述的DMF装置的用户界面的实例。
图27A和图27B分别图示出如本文描述的数字微流控盒的顶部部分的一个实例的顶部透视图和底部透视图。
图28图示出盒的一部分的实例，其示出了热控制区域。
图29是读取器的一部分(例如，盒基座部分)的实例，该读取器具有减小的热质量以提高保持在基座部分上的盒的温度调节速率。
图30是读取器的一部分(例如，盒基座部分)的另一个实例，该读取器具有减小的热质量以提高保持在基座部分上的盒的温度调节速率。
图31A和图31B图示出读取器的实例，该读取器包括用于帮助控制盒的(例如，盒的气隙的一个或更多个单元的)温度的热通孔。
图32是盒的实例，该盒包括顶板中的开口，用于取样或将流体添加至盒中的液滴。
图33A示出了具有开关的ITO感测电路。
图33B图示出电容感测电路的另一个实例，该电容感测电路包括多个参考电容器。
图34A-图34C图示出如本文描述的识别和/或定位气隙中的液滴的一种方法。图34A示出了对应于在气隙中在特定单元处多种材料(例如含水液滴、蜡等)的存在或不存在的一系列电容的一个实例。图34B是示出来自感测电极(顶部电极)的示例性电压测量结果的图。图34C是示出作为温度的函数的水的介电常数(electrical permittivity)的变化的实例的图。
图35A是真空卡盘的一个实例的俯视图。
图35B是图35A的真空卡盘的横截面视图。
图36示出了图35A-图35B中示出的卡盘的等距视图。
图37示出了类似于图35A-图35B中示出的卡盘的俯视图。
图38A示出了真空卡盘的另一个实例。
图38B示出了该卡盘的横截面且放大的视图。
图39示出了类似于图35A-图35B中示出的卡盘的仰视图。
图40示出了类似于图35A中示出的卡盘的等距视图。
图41A示出了热消散系统的一个实例，该热消散系统可以被包括在本文描述的任何读取器设备中。
图41B是穿过图41A的卡盘的截面视图。
图42示出了卡盘和风扇的正视图。
图43示出了卡盘、风扇和PCB(基座表面的一部分)的布置的实例。
图44是卡盘的透视图，该卡盘可以包括热(thermal)(例如，热量(heat))消散系统以用于调节盒的温度。
图45A是图44的卡盘的俯视图。
图45B是穿过图45A的卡盘的截面视图。
图46示出了卡盘、散热器和一对冷却风扇的组件的侧视图，其中箭头指示温度的流动(当加载到装置上时冷却卡盘并且因此冷却盒)。
图47A-图47C图示出真空卡盘和冷却子系统(例如，散热器块和冷却风扇)的组件。
图48图示出用于读取器的组件的一个实例，所述组件包括：具有电极的阵列的PCB，用于将DMF施加至盒(未示出)；真空块，用于将盒底部保持在PCB上；以及热调节器子系统，该热调节器子系统包括散热器/加热块和一对冷却风扇。
图49A和图49B分别图示出张紧框架和膜框架，用于固定和保持可以形成盒的底部的膜(例如电介质膜)为平滑的。
图49C是组装的张紧框架的侧视图。
图49D是组装的张紧框架的透视图。
图50A是盒的分解视图的实例。
图50B是盒的分解视图的另一个实例。
图51是读取器的盒和盒基座部分的实例的分解视图。
图52A是读取器的PCB的俯视图，盒可以被安置在读取器上。
图52B是图52A中示出的PCB部分的侧视图。
图52C是在读取器的基座表面上示出的盒的侧视图的实例。
图52D是图52C的放大视图。
图53是读取器的盒和基座表面/区域的分解视图。
图54A是读取器的PCB(其可以形成基座表面)的俯视图。
图54B是穿过图54A中示出的读取器的部分的侧截面视图。
图55A示出了具有独立的动作区(action zone)的电极栅设置的示例。
图55B示出了具有独立的动作区的电极栅设置的另一示例。
图56示意性地示出了具有可以操作其全部的控制台单元的四个独立地控制的1-丛(1-plex)模块。
图57示意性地图示了如本文描述的系统的示例。
图58A-58B分别从左前(部分地透明的)透视图和右前透视图图示了读取器设备的一个示例。
图59A-59F示出了如本文所述的原型读取器设备。图58A是前透视图，图59B是后视图，图59C是侧视图，图59D是前视图，图59E示出了连接在一起的多个读取器设备，图59F示出了在盖子和夹具打开的情况下的图59E的设备。
图60A-60D图示了将盒移除(或插入)到图59A的原型设备中的方法。
图61A-61C图示了将盒插入到例如在图59A中所示的原型设备中的方法。
图62A-62G图示了如本文所述的读取器设备的盖子子组件的示例。
图63A-63D图示了如本文所述的安全地操作读取器设备的方法。
图64A示意性地图示了操作具有多个安全联锁装置的设备的方法。
图64B是读取器设备的安全联锁装置的逻辑图。
图65A-65D图示了如本文所述的读取器设备的热调节子系统的示例。
图66A-66B图示了如本文所述的读取器设备的磁性子系统的示例。
图67A-67B图示了如本文所述的读取器设备的电极子系统的示例。
图68示意性地图示了包括涡旋(机械振动)子组件的读取器设备的示例。
图69A-69B图示了如本文所述的读取器设备的真空卡盘的示例。
图70A-70C图示了如本文所述的盒的示例。
图71是如本文所述的盒的分解图。
图72A-72E图示了盒贮存室的示例。
图73A-73B图示了废物室特征。
图74A-74C图示了在本文描述的盒中形成气隙的分离的间隔物。
图75A-75D图示了用于张紧盒的电介质底层的方法。
图76A-76D图示了张紧盒的电介质底层的另一方法。
图77A图示了如本文所述的钉固特征(pinning feature)的示例。
图77B-77C示出了如本文所述的盒的气隙的顶层的细节。
图78是读取器设备的用户界面。
图79是用于指导如本文所述的读取器设备的使用的用户界面的示例。
图80是读取器设备的用户界面的另一示例。
图81示意性地图示了本文所述的设备的实验室方案的市场的使用。
图82示出了用户界面的一个示例，该用户界面示出可以被修改和/或使用的一个或更多个方案(预定方案)的选择。
图83图示了包括方案构建窗口和动作图标窗口(将试剂菜单显示为动作图标窗口的一部分)的用户界面的一部分。
图84图示了图标(例如，可以移动到方案构建窗口的来自动作图标窗口的动作图标)的示例。
图85是用于对如本文所述的装置编程的云界面的示例图示。在图85中，用户界面(例如对于台式计算机、膝上型计算机等的)可以允许现有方案的选择、现有方案的修改或新方案的创建。用户界面还可以指示一个或更多个装置(例如DMF读取器设备)的状态和/或可以允许将方案上传/下载或发送到一个或更多个读取器设备。
图86图示了用于指示错误在由用户设计的方案中被自动识别出以及用于确认实验的中止和/或保存或重写方案的用户界面的示例。
图87图示了显示导航选项的用户界面的示例。
图88图示了显示示例方案的用户界面的另一示例。
图89是示出方案构建窗口和动作图标窗口的用户界面(在左侧被放大)的示例，其中方案构建窗口包括示出在正被设计的示例性方案内的动作的细节的一对动作描述符。图89的右侧示出了缩小的视图，其提供在方案中的每个动作描述符的概述(具有较少的细节)。
图90是示出方案构建窗口(在右侧)和动作图标窗口(在左侧)并图示用户与这些窗口的交互作用的用户界面的另一示例。
图91图示了包括试剂列表的试剂菜单(“试剂口味(reagent palate)”)和用于输入新试剂的控件以及方案构建窗口的一部分(在左侧)，试剂可以在该方案构建窗口中由用户输入。
图92图示了动作模块菜单，其显示多个动作模块并允许用户从多个动作模块选择一个动作模块，以及基于动作模块用多个动作描述符填充方案构建窗口(在图92的右侧)。
图93图示了包括用于确定在所设计的方案中的错误的错误检测输入的用户界面；错误可以在用户界面上被标记，并且用户被提示纠正错误。
图94示出了包括方案构建窗口和动作图标窗口的用于设计新方案的用户界面的示例。如所示，用户界面可以在动作图标窗口中显示多个动作图标(在每个屏幕的左侧)，其中每个动作图标表示要对液滴执行的动作，并允许用户从动作图标窗口重复地选择动作图标并将它移动到方案构建窗口。动作图标可以在方案构建窗口中被显示为动作描述符，并且用户可以在方案构建窗口中将动作描述符排列在一个序列中，并且在方案构建窗口中将一个或更多个用户输入输入到动作描述符内。图94的顶行图示了在方案构建窗口中在方案的开始处的新动作的插入；底行示出了在方案的中间中的新动作的插入。
图95图示了用于在错误的自动检测之后的逐步纠错以及特定纠错的用户界面，允许用户选择(例如点击)在用户界面上识别的特定错误。
图96是示出方案的列表以及方案的状态的用户界面的另一个示例。
图97图示了在DMF读取器设备上的用户界面的示例，其示出要在该设备上运行的方案。
图98图示了在DMF读取器设备上的用户界面，其可用于引导用户完成方案(walk auser through)的操作，提示用户(右侧)将一种或更多种试剂添加到盒中，如本文所述。用户界面还可以指示在方案的操作期间将材料用移液管吸取/添加到盒中时的错误(图98的左侧)。
图99图示了用于在DMF读取器设备上显示的弹出用户界面的示例。
图100A是指示方案的完成的DMF读取器设备的用户界面的示例。
图100B是指示可恢复的错误的DMF读取器设备的用户界面的示例。
图101A是指示方案的完成的DMF读取器设备的用户界面的示例，其示出运行时间和引导样品的提取。
图101B是当执行方案时指示错误的DMF读取器设备的用户界面的示例，其示出一直到错误点的运行时间。
图101C是示出在进行中的运行方案的用户界面的示例。用户界面包括示出方案的步骤并指示哪个步骤当前正在被执行的过程图(“迷你图”)。
图102A-102D图示了包括窗口区域的装置的夹具部分的示例。在图102B中，示出了在夹具的底部(下侧)上的弹簧组件，允许夹具调节到各种不同的尺寸和/或厚度的盒。图102C示出了可以被包括的弹簧的一个示例。图102D是夹具的底侧的示例，其示出弹簧组件。
图103是磁性闩锁盖子的示例，该闩锁盖子还可以包括一个或更多个磁性传感器，用于检测盖子何时关闭。
详细描述
对于许多应用，最方便的是在开放的表面上执行DMF，使得围绕液滴的基质是周围的空气。图1A-图1C图示出空气基质DMF装置的一个实例。通常，空气-基质DMF装置(例如图1A所示的空气-基质DMF装置)包括多个单位单元191(unit cell)，所述多个单位单元191彼此相邻并且通过具有与接地电极102相对的单个致动电极106来界定；每个单位单元可以是任何合适的形状，但是通常可以具有相同的近似表面积。在图1A中，单位单元是矩形的。液滴(例如，反应液滴)适配(fit)在第一板153和第二板151(在图1A-图1C中作为顶板和底板示出)之间的气隙中。整个空气基质DMF装置可以具有任何合适的形状和厚度。图1B是穿过图1A中示出的空气基质DMF的热区的截面的放大视图，其示出了DMF设备的层(例如，形成底板的层)。通常，DMF设备(例如，底板)包括若干层，所述层可以包括在印刷电路板(PCB)材料上形成的层；这些层可以包括保护覆盖层、绝缘层和/或支撑层(例如，玻璃层、接地电极层、疏水层；疏水层、电介质层、致动电极层、PCB、热控制层等)。这些表面中的任一个可以是刚性的(例如，玻璃、PCB、聚合物材料等)。本文描述的空气基质DMF装置还包括样品储存器和试剂储存器两者，以及用于补充试剂的机构。
在图1A-图1C中示出的实例中，顶板101(在这种情况下为玻璃材料(尽管可以使用包括PCB的塑料/聚合物材料))提供支撑并且保护下面的层免受外部颗粒物的损害，以及提供一定量的绝缘用于在DMF设备中执行的反应。因此，顶板可以将液滴限制/夹(sandwich)在板之间，这与(不具有板的)开放式空气基质DMF装置相比可以增强电场。上板(在该实例中为第一板)可以包括接地电极，并且可以是透明的或半透明的；例如，第一板的基板可以由玻璃和/或透明塑料形成。然而，虽然上板是透明的，但是其可以涂覆有导电材料和/或可以包括用于DMF电路的与基板相邻并且在基板之下的接地电极(接地电极层102)。在某些情况下，接地电极是连续的涂层；可选择地，可以使用多个接地电极，例如相邻的接地电极。接地电极层之下是疏水层103。疏水层103用于减少表面的湿润，并且有助于将反应液滴保持在一个内聚单元(cohesive unit)中。
作为图1A-图1C中的下板或底板151示出的第二板可以包括界定单位单元的致动电极。在该实例中，如同第一板，面向板之间的气隙104的最外层还包括疏水层103。形成疏水层的材料在两个板上可以是相同的，或其可以是不同的疏水材料。气隙104提供了空间，在所述空间中，反应液滴初始地被包括在样品储存器中，并且被移动用于运行反应步骤或多个反应步骤以及用于保持各种试剂用于各个反应步骤。与第二板上的疏水层103相邻的是电介质层105，所述电介质层105可以增加液滴和电极之间的电容。与电介质层105相邻并且在电介质层105之下的是PCB层，所述PCB层包括致动电极(致动电极层106)。致动电极可以形成每个单位单元。致动电极可以被通电以在DMF设备中将液滴移动至不同的区域，使得各个反应步骤可以在不同条件下(例如，温度、与不同试剂组合、磁性区域、泵入口区域等)进行。支撑基板107(例如，PCB)(在图1B和图1C中)可以与致动电极层106相邻并且在致动电极层106之下，以为这些部件提供支撑和电连接，这些部件包括致动电极、连接它们的迹线(其可以是绝缘的)和/或另外的控制元件，另外的控制元件包括热调节器155(作为TEC示出)、温度传感器、光学传感器、磁体、泵等。用于控制致动电极的操作和/或控制将液滴补充至反应液滴的施加的一个或更多个控制器195可以被连接，但是与第一板153和第二板151隔开，或其可以在第二板上形成和/或通过第二板来支撑。在图1A-图1C中，第一板作为顶板示出，并且第二板是底板；该定向可以反转。还示出了溶剂(补充流体)的源或储存器197，所述溶剂(补充流体)的源或储存器197通过管道198被连接至第二板中的穿孔。
如提及的，气隙104提供了在其中可以执行反应步骤的空间，这提供了通过混合、加热/冷却、与试剂(酶、标记物等)组合，可以将试剂保持在其中并且可以在其中处理试剂的区域。在图1A中，气隙104包括样品储存器110和一系列试剂储存器111。样品储存器还可以包括样品加载特征，用于将初始反应液滴引入到DMF设备中。基于待被执行的反应的需要，样品加载可以从上面、从下面或从侧面来加载，并且可以是唯一的。图1A中示出的样品DMF设备包括六个样品试剂储存器，其中每个样品试剂储存器包括开口或端口用于将每种试剂引入到相应的储存器中。根据待被执行的反应，试剂储存器的数目可以是可变的。样品储存器110和试剂储存器111通过反应区流体连通。反应区112与致动电极层106电连通，其中致动电极层106位于反应区112之下。
致动电极106在图1A中被描绘为栅格或单位单元。在其他实例中，基于反应的需要，致动电极可以在完全不同的图案或布置中。致动电极被配置成将液滴从DMF设备的一个区域移动至另一个区域或多个区域。移动以及在某种程度上液滴的形状可以通过切换致动电极的电压来控制。一个或更多个液滴可以通过以受控制的方式将电极顺序地通电和断电，来沿着致动电极的路径移动。在示出的DMF装置的实例中，一百个致动电极(形成约一百个单位单元)与七个储存器(一个样品储存器和六个试剂储存器)连接。致动电极可以由任何合适的导电材料制成，例如铜、镍、金或其组合。
在图1A-图1C示出的示例性设备中，DMF装置典型地被集成，使得电极(例如，致动电极和接地电极)是可以加载有样品和/或流体的相同结构的一部分。电极可以是盒的一部分，所述盒可以是可移除的。尽管盒已经被描述(参见，例如US20130134040)，然而已经证明这样的盒难以使用，特别是当通过设备成像时以及当在空气基质装置中操作时。
通常，本文描述了数字微流控装置和方法。特别地，本文描述了包括系统和设备的空气基质数字微流控装置，以及操作该空气基质数字微流控装置以处理流体样品的方法。例如，DMF装置可以包括紧凑的DMF驱动器/读取器，该紧凑的DMF驱动器/读取器被配置成与可移除盒/一次性盒一起工作。DMF驱动器/读取器可以包括驱动电极的阵列，该驱动电极适于通过在盒上的多个点处并且特别地在电极接触点处，施加负压力和/或正压力，将盒对齐并且固定在适当位置。盒可以包括气隙，该气隙经由开口(例如，侧(横向)开口和/或顶部开口)对于环境(例如，对于空气)是开放的。气隙可以在两个电介质层之间形成。上部顶部区域可以包括一个或更多个接地电极。接地电极可以有利地由不透明材料形成，该不透明材料被图案化以包括允许通过顶部成像的一个或更多个窗口。这些窗口可以布置在电极上面，使得接地区域相对驱动电极延伸，并且在驱动电极周围和/或在驱动电极之间延伸。
本文描述的任何装置还可以包括流体施加和提取部件(例如，流体施加和/或提取设备)，该流体施加和提取部件通过顶部或通过盒的侧面被连接到气隙中。本文描述的任何装置可以包括或使用非极性罩套材料(例如，非极性液体，例如室温蜡)，该非极性罩套材料在装置中的含水液滴周围形成保护罩套并且可以与液滴一起移动。本文还描述了用于与装置接口连接的用户界面，包括用于控制装置移动、混合、组合、洗涤、磁性地浓缩、加热、冷却等的用户界面。这些用户界面可以允许方案的手动、自动或半自动输入、控制和/或执行。
图2图示出类似于图1A-图1C中示出的DMF装置的实例。在图2中，DMF装置包括多个驱动电极201(被成形为非正方形/非矩形形状，并且被定位成以行或列彼此相邻)。在图2中，四个储存器区域203、205、207、209被定位在右侧，并且可以被预加载或以其他方式保持材料的液滴在DMF装置的操作期间被添加。电极中的某些或全部可以被加热或冷却。
在图2的装置中，DMF驱动电极211是固体平坦的电极。在驱动电极和接地电极或参考电极之间能量的施加导致含水(例如极性)液滴的移动。在图2中，接地电极或参考电极作为导电的透明涂层(例如ITO)在上板上形成，该上板也是透明的(clear)(透明的(transparent))。这允许设备从空气基质/气隙上面被监测，包括监测任何单元，例如单位单元。
然而，将有益的是提供DMF读取器装置(例如，设备、系统等)，该DMF读取器装置可以与不包括驱动电极的一次性盒一起使用。图3A和图3B示出了包括集成的驱动电极的DMF系统(图3A)和其中驱动电极是读取器的一部分但是盒仅包括接地电极(例如，顶板)、气隙和电介质底部的系统的不同配置。例如，在图3A中，气隙在接地顶板303以及驱动电极和电介质膜305(例如，特氟龙膜)之间形成。驱动电极和电介质膜可以是包括顶板的盒的一部分，并且可以单独被附接到连接至主处理器309和电源板311的基板(开关板307)上。
相比之下，在图3B中，盒不包括驱动电极313，而是包括顶板/接地电极、电介质和它们之间的气隙315。如将在本文中更详细地描述的，真空(例如，真空歧管)可以被定位在电极313之下以施加压力(例如，在50kPa和250kPa之间、50kPa或更大、60kPa或更大、70kPa或更大、80kPa或更大、90kPa或更大、100kPa或更大、110kPa或更大等)以将电介质以及因此盒的其余部分完全地固定至读取器装置。电极可以被支撑在基板上，例如印刷电路板或开关板317，该基板还可以被连接至主处理器319和电源321。如图3B中示出的，电介质膜还可以是疏水性的(例如，可以使用特氟龙膜)，或可以被处理、涂覆、喷涂、浸渍等到疏水材料中，以使至少面向空气的一侧是疏水的。
图3C是紧凑的DMF驱动器/读取器的实例，该紧凑的DMF驱动器/读取器可以与本文描述的任何盒一起使用。在图3C中示出的侧透视图中，尺寸(15cm或6英寸的高度，20cm或8英寸的宽度)仅是示例性的，但是示出了读取器的紧凑性质。读取器可以包括盒基座表面351，真空部件、加热部件、冷却部件、磁性部件以及包括控制电路的其他部件可以被定位在盒基座表面351之下。在该实例中，微流控控制部件(例如，阀、泵等)可以被定位在盒基座表面上面，用于控制这些元件。
图3D图示出DMF读取器装置的另一个实例，该DMF读取器装置包括在基座表面的一部分上的集成驱动电极。抽屉(未示出)可以被用于插入/移除盒并且将盒安置在基座表面上，其中真空可以被用于将盒固定在适当位置并且在盒的驱动电极和电介质之间进行完全电接触。微流控处理部分355和光学器件(例如，光学读取器)两者均可以被定位在基座表面上面。图3E示出了图3C和图3D的装置的另一个透视图，其示出了保持示例性一次性盒363的抽屉361。如示出的，抽屉可以打开/关闭(例如，通过按动控件，例如按钮362)以将盒拉入装置以及从装置中拉出，并且将盒定位在基座表面上，该基座表面包括驱动电极阵列365，其中驱动电极中的每个(在该实例中，并且在下文更详细地示出)包括开口，用于施加真空以将电介质保持在驱动电极上。当微流控部分保持在基座表面上时，微流控部分可以在基座表面上面并且因此在盒上面与盒接合。例如，微流控阀歧管367可以被包括，并且可以连接至泵或泵369。相同的或单独的泵371可以被用于提供压力，用于通过电极将电介质保持在基座表面上。该系统还可以包括光学器件子系统373，用于通过盒的至少一部分成像，以便报告出关于在装置上执行的反应的数据。还可以包括马达，用于驱动光学器件和/或抽屉打开/关闭。也可以包括液体冷却器和压缩机375，用于使冷却液体例如在盒下方循环。
图3F示出了图3E的装置的侧透视图，其中抽屉361打开并且盖381打开。壳体可以包括支脚(feet)383，该支脚383可以与接收位点385在顶表面上接合，使得这些设备可以被容易地且安全地堆叠。图3G和图3H分别示出了前视图和后视图。
在某些变型中，该装置可以包括多个盒接收位点(例如，基座表面)，用于在多个盒上并行地操作。例如，图3I-图3K图示出装置的实例，其中六个盒接收抽屉可以被用于在多达六个单独的盒上同时操作。在该实例中，每个接收抽屉可以包括按钮，用于打开/关闭抽屉，并且可以包括单独的读出屏390。图3I和图3J分别示出了前视图和前透视图，而图3K是后视图。在该变型中，内部部件(例如，处理器和光学传感器)可以在装置的每个子区域内的不同基座表面之间共享。图3L示出了装置的前部的一个实例的详细视图。
示例性DMF读取器设备的基座表面在图4A-图4C和图9A-图9C中更详细地示出。在图4A中，基座表面包括驱动电极401的阵列(以行0-9和列A-R标记)。这些驱动电极中的每个包括穿过电极的中心孔或开口，可以通过该中心孔或开口施加真空以将盒的电介质保持抵靠驱动电极。在图4A中，基座表面还包括温度传感器(热敏电阻405)，该温度传感器以不同定向被定位在电极之间。图4B示出了包括驱动电极的基座表面的略微放大视图，其示出了驱动电极之间的热敏电阻405。真空开口407在图4B中是更清楚地可见的。可以使用任何形状和大小的驱动电极，包括互锁驱动电极。此外，可以形成不是整块的驱动电极的图案；例如，电极图案可以包括开放区域，该开放区域不包括驱动电极(例如，围绕驱动电极的区域等)，如图1A和图2中示出的。
图4C示出了加热器的实例，该加热器可以被定位在驱动电极的某些之下，例如图4B中示出的驱动电极的子集。在该实例中，电阻加热电路409可以位于驱动电极下面(例如，在形成基座表面的PCB的任何层处嵌入)。通常，电阻加热和热敏电阻可以在电极PCB板的任何层处嵌入。加热器可以是具有电极和热敏电阻的PCB的一部分，如图4A-图4C中示出的。电流可以例如通过PID控制回路与热敏电阻器组合来调节，并且因此驱动电极和/或相邻电介质(并且因此在电介质/驱动电极下方的单元上的任何液滴)的温度被调节。为了冷却电介质(和整个基座表面)，液体冷却器可以循环通过基板，例如在基座表面的底部上。在图4C的实例中，电阻加热器被示出为低电阻材料(例如，具有约10欧姆-15欧姆之间的电阻)的连续迹线。
可以采用任何合适的温度调节技术。例如，可以使用搅拌(例如，磁力搅拌)。即使小体积液滴也可以包含局部温度范围，因此温度分布可以具有标准偏差。这可以通过搅拌例如经由磁珠来减小。在足够的搅拌的情况下，液滴可以接近等温。在这些变型中的任一个中，顶板可以用于帮助调节温度。例如，顶板可以用于散热。在顶板的顶部上的导热体(例如，钢块)可以大大地加速顶板冷却花费的时间。如果顶板具有大的热质量，或质量被添加至顶板，那么这可以减小设定数目的热循环所需的时间。
顶板和底部加热器(例如，埋入式加热器(buried heater))之间的温度差可以有助于确定温度标准偏差。与电极联合地加热顶板可以减小升高温度所需的时间。例如，顶板可以包括类似于图4C中示出的局部电阻加热器。加热的/冷却的顶板可以通过包括顶部热质量与盒分开地实现，当盒在基座表面上时，顶部热质量与盒的顶部接合。例如，加热的和/或冷却的顶部热质量可以是向下按压在盒上的歧管。
如提及的，液体冷却剂可以被施加至盒的底部和/或顶部。特别地，可以使用循环液体冷却剂。在某些变型中，盒的整个底部可以被冷却(例如，至室温的3度-5度内，例如，在15摄氏度-35摄氏度之间)。在图5A中，基座表面501的实例被示出从设备中移除，以图示出液体冷却剂耦合至基座表面的基板，使得冷却剂可以通过基座表面501被泵送到503中并且从505中泵出。
图5B示出了泵511、管道517、风扇515、散热器516和储存器513被用于在电极下面移动水或液体冷却剂。冷却剂在通过电极下面时吸收热，并且在通过风扇和散热器时再次被冷却。
如上文提及的，通过电极中的开口由设备施加真空允许盒的电介质被牢固地且可释放地保持。不穿过电极的开口不会将电介质平滑地保持在基座表面上。然而，当通过可以被激活的全部的驱动电极施加真空时，电介质被保持平坦地抵靠驱动电极，并且可以施加持续较低的能量。例如，图5D和图5E图示出将电介质(为了例证性目的，被示出为未附接至盒)固定在具有电极的基座表面上，该极具有开口，通过该开口施加真空。在图5D中，真空关闭，并且电介质555以许多褶皱松散地静置在基座表面上。在图5E中，通过电极施加真空。
以这种方式使用真空允许减小的电介质厚度，并且从而允许较低的功率(例如，电压)要求。与使用粘合剂或使用在电极外部施加的真空相比，图5A-图5E中示出的配置导致对于DMF的功率要求减小一半。在示出的实例中，电介质的厚度可以在7微米-13微米之间。当使用粘合剂时，电介质几乎是两倍厚(例如，25微米)。
在图5C中，泵560被示出经过管道被连接至真空歧管，该真空歧管被配置成通过电极中的孔抽出(pull)空气。电介质膜位于顶部上并且只要泵抽空气，就保持刚性的。此外，电介质的表面中的任何突起(特别是在盒的气隙周围或略微小于盒的气隙的宽度的突起)将不干扰密封，但是将在气隙中形成外壳、通道、屏障或其他结构，这可以有助于隔开气隙。
图5F和图5G图示出基座表面的上层和中间层，其示出了通过机械和/或管道歧管的真空源之间的连接(经由连接器565)(图5G)，以及从穿过电极的开口出来(图5F)。
图9A至图9C图示出基座表面900的实例，通过穿过电极的真空端口，盒可以被保持在基座表面900上。在图9A中，基座表面在基板(例如，PCB或其他电绝缘表面)上形成，并且包括电极901的阵列，在该实例中被示为四边形(例如，正方形)形状。可以使用任何其他合适的形状。驱动电极901是薄的导电表面，该薄的导电表面可以与基座表面齐平或大体上齐平，或可以在基座表面上面略微地突起。在图9B中，盒905被示为放置在基座表面900上的驱动电极901的阵列的顶上。该盒可以通过抽屉被放置在基座表面上(如上文图3E和图3F中示出的)。在基座表面上时，真空可以通过驱动电极的全部或子集(例如，在气隙中流体可以在其上面被输送的驱动电极)来施加，以将电介质(并且因此将盒)保持在适当位置。如上文提及的，在没有通过电极本身施加真空的情况下，可能需要更多的能量以在气隙中可靠地驱动流体，并且电介质必须更厚。图9C示出了基座表面900的一部分的放大视图，其示出了具有进入真空歧管的中心开口909的电极901。
该装置的基座表面可以被分成功能区域，该功能区域控制不同部分的位置和操作，操作包括加热、磁珠控制、洗涤、添加溶液、冷却、成像/检测等。这些区域可以在DMF读器装置中界定。例如，现在回到图6，图6图示出基于在基座表面内和/或之下(或在某些变型中，之上)的连接而界定的不同功能区域。例如，在图6中，溶液可以经由一个或更多个孔被分配穿过盒的顶部(例如顶板)。因此，在固定的电介质下方的驱动电极可以形成多个单位单元(每单位单元一个驱动电极)，并且每个单元或单元的区域(多个单元)可以被控制以执行特定的功能。例如，在图6中，DMF装置包括被布置在盒的外周周围的区或单位单元的布置，例如冷却区(例如，经由下面的珀尔帖区进行冷却)605。这些区域还可以被用于储存溶液，并且可以被保持在3摄氏度和20摄氏度之间(例如，小于10摄氏度、在约2摄氏度和25摄氏度之间)。中心加热区609可以被用于加热液滴。一个或更多个磁性区603可以被用于打开/关闭磁场，该磁场可以用于固定磁性颗粒(例如，用于移除材料等)。任何区可以重叠。例如，加热区中的至少一个单位单元还可以是磁性区。其他功能区包括成像/光学区。在这种情况下，双重功能可以是可能的，因为当使用电阻加热时，磁体可以被定位在加热区的正下方。
除了通过DMF装置的基座表面的配置形成的区之外，用于提供溶液的等分试样、混合溶液和/或移除溶液的功能区还可以在盒中形成，例如，而是切割到顶板中以提供对气隙的内部进入(intimate access)。在图6中，上(顶)板微流控区域已经是透明的。通常，微通道可以被用于混合、分配废物以及从气隙区域中取出顶板上的废物。此外，这些盒中的任一个还可以包括顶板中的试剂储存器。微流控可以通过一个或更多个阀(例如，阀控件)控制，用于分配和混合以及取出废物。
盒
通常，如本文描述的盒可以包括电介质、在电介质上的第一疏水涂层、在接地电极(和/或顶板)上的第二疏水涂层以及接地电极被耦合至其上的顶板。例如，疏水涂层可以是特氟龙涂层。盒还可以包括一个或更多个微流控通道，特别是直接在顶板中形成具有进入气隙的受控通路的微流控通道。
例如，图7A-图7D图示出盒700的一个实例，该盒700在上表面上包括微流控区域703，其被盖703覆盖，该盖703具有一个或更多个接入端口705、707，用于进入设备的微流控部分。盖703还可以包括可以用于递送移除流体和/或气体(例如，空气)的一个或更多个阀和/或一个或更多个开口709。盒还可以包括穿过顶板713的开口，其包括将微流控通道连接至通道内的气隙区域的开口。
本文描述的任何盒还可以包括一个或更多个透明窗口区域711，用于将气隙中的一个或更多个区域(读出区域)光学成像。图7B是图7A的盒的顶部透视图。图7B示出了盒的侧视图，其示出了最下面的底部电介质膜751材料。气隙在图7C中是不可见的，但是可以指的是电介质和接地电极之间的间隔753。图7D示出了盖被移除的顶板。比较图7A至图7D，顶部被移除后，示出了第一微流控通道和第二微流控通道两者，每个微流控通道具有从微流控通道进入气隙的开口。在图7D中，两个通道可以通过将流体推动/拉动穿过一个通道进入它们下面的单元而同时使用，用于冲洗、混合移除废物等。在图7A-图7D中，存在穿过顶板进入空气的通孔。尽管顶板可以更厚，然而在某些变型中，可以有益的是包括更多试剂，该试剂包括可以再水化的冷冻干燥的试剂。
图8A-图8B图示出可以使用的盒的不同实例。在图8A中，示例性盒800(类似于图7A-图7D中示出的盒)被示出在包括电极的基座表面803上面。盒800在盒的一端包括在气隙(图8A中不可见)上方形成的微流控部分805。盒的另一端包括窗口区域807，通过该窗口区域807气隙的一部分可以被成像。盒的前部(窗口)区域和背部(微流控)区域两者均可以包括进入区域，用于进入气隙和/或微流控部分。在图8B中，示出了在纸上的三种不同的DMF设计配置。纸制DMF设备通过将银驱动电极与连接至接触垫(pad)的储存器的阵列喷墨印刷到纸制基板上形成。
在盒中，顶板可以是任何合适的材料，包括透明材料，例如丙烯酸。顶板可以由一种或更多种导电聚合物形成(或可以包含一种或更多种导电聚合物)。接地电极可以在顶板上形成。特别地，接地电极可以由导电材料形成，该导电材料特别地包括印刷导电材料，例如导电油墨。特别地，返回电极可以是具有形成栅格的多个窗口开口的图案(例如栅格图案)。可以选择图案，使得当盒被固定至读取器的基座表面时，窗口开口与驱动电极对齐。在图10A中，示出了接地电极1001，其具有包括多个开放的正方形窗口1003的栅格图案。如已经提及的，形成栅格图案的窗口开口可以是任何合适的形状，包括其他四边形形状(例如，矩形等)、其他多边形形状、椭圆形(例如圆形、卵形等)形状、规则和不规则形状。另外的层(例如疏水层)可以覆盖导电材料图案和板两者。图10B示出了示例性侧视图(厚度不按比例)，其示出了板1005和导电图案化电极1001。通常，除非另外指示，否则本文描述的附图没有一个一定按比例示出。
图11A和图11B示出了形成为栅格图案的接地电极1101的另一个实例，该接地电极1101具有在第一板1105上形成的椭圆形1103(在该实例中为圆形)窗口开口。
例如，电极可以由导电油墨(例如银油墨)形成，如图8B中示出的。尽管不清楚，但是这样的可印刷油墨可以相对于先前描述的其他导电材料(例如ITO)具有优点。使用栅格中形成的银纳米颗粒可以导致更低、更可重复和更精确的能量需求。在图10A-图10B中，电极的图案具有在约50微米至200微米之间(例如，100微米)的最小厚度。开方窗口周围的轮廓可以被配置成定位在驱动电极阵列中相邻电极之间的空间上面。当盒被对齐并且固定在驱动电极上面的适当位置时，底板上的驱动电极之间的重叠间隔被覆盖，但是中心区域(特别地，中心区域可以包括用于如上文描述施加真空的开口)可以位于窗口的中心。由于许多导电油墨(例如，包括银油墨)不是透明的，所以开放窗口可以允许接地电极之下的气隙可视化。尽管最小厚度可以在50微米和150微米之间，然而实际上，栅格图案的最小厚度可以大于100微米宽度；例如，最小厚度可以在100微米和200微米之间。
接地电极可以以任何合适的方式在基板(例如，顶板)上形成。例如，图12A和图12B图示出形成接地电极的两种方法。在图12A中，顶部电极通过用导电油墨涂覆透明基板，并且允许产生的层干燥来形成。在图12B中，诸如上文描述的那些的图案通过印刷技术(例如丝网印刷、印刷等)来形成。在图12B中，图案通过以类似于图10A中示出的图案，印刷导电银纳米颗粒油墨来形成。
图13A和图13B示出了具有栅格图案化接地电极的顶板的实例。在图13A和图13B中，栅格图案在具有包括储存器以及通道和室的区域的二级图案(second order pattern)中形成，该储存器用于储存气隙中的流体，在该通道和室中可以进行不同的反应(加热、混合、冷却等)。图14A-图14C图示出图13A-图13B的接地板的操作，其示出了使用盒中的该接地板配置驱动液滴移动的驱动电极。在图14A中，液滴1403在气隙中被保持在第一单位单元上。在图14A中，气隙在向下拉动到基座表面上的电介质和驱动电极之间，通过真空拉动通过驱动电极。形成接地电极的栅格的图案与驱动电极在基座表面中的布置匹配。驱动电极1411每个包括开口1413，该开口1413被连接至真空歧管，真空通过真空歧管被施加以保持电介质在适当位置，并且因此保持盒在适当位置。
在图14A和图14B之间，功率被施加至液滴下面的电极并且按顺序被施加至一个或更多个相邻电极，这允许液滴的电润湿的变化，向左驱动液滴1405，如图14B中示出的；该过程可以重复，如图14C中示出的，这将液滴移动至气隙中的另一个单位单元1407。使用栅格图案化接地电极的移动等效于或优于整块接地电极的移动。
在这些变型中的任一个中，在盒的顶板上的返回电极可以由顶板上分层的材料形成。例如，在顶板上形成返回电极的导电层可以由铝和电介质材料和/或疏水材料的膜形成。在某些变型中，电极可以由ITO、粘合剂和电介质膜和/或疏水膜形成。在某些变型中，导体可以由ITO膜(包括底漆和特氟龙涂层)形成。
如上文已经讨论的，这些装置和方法中的任一个可以包括集成到盒中的一个或更多个微流控通道。特别地，该装置可以包括微流控混合和提取区域。这在图15A-图15C中图示出。例如，两个微流控通道1501、1503可以在气隙的顶板中形成，并且气隙中的开口可以被定位成彼此相距不超过固定的距离。流体可以穿过气隙从一个微流控通道流至另一个微流控通道。这些开口之间的气隙的区域可以桥接这两个区域1505。相比于在气隙内容易进行的，该配置可以被用于混合更大的液滴(例如，大于5微升、大于7微升、大于10微升、大于15微升、大于20微升、大于25微升、大于30微升、大于1ml等)。
例如，在图15A中，第一压力源1507(负压力和/或正压力)被示出附接至微流控通道的一端，并且第二压力源1509(正压力和/或负压力)被示出附接至另一个微流控通道。流体可以通过开口1505从气隙中撤回到第一通道1501中；可选择地或另外，通过施加正压力1507，流体可以通过开口1505从第一通道1501移动到气隙中；同时，通过在第二通道中施加负压力1509，流体可以在相同的开口1505处或在相同的开口1505附近从气隙被吸入到第二通道中。交替的正压力和负压力可以使相对较大体积的溶液在两个微流控通道之间进出气隙，如图15B和图15C中示出的。
在图15A-图15C中示出的实例中，顶板将微流控通道以及储存器和管道集成；可选择地或另外，可以包括一个或更多个端口(例如，用于连接至压力源、阀及类似物)。例如，微流控通道上面的盖可以与端口和/或阀及类似物一起被包括。正压力和负压力可以例如通过反转蠕动泵的极性，在微流控通道中被施加。
图16A-图16D图示出可以被包括的微流控通道的实例。例如，图16A图示出部分地由顶板形成的微流控通道的形成。在图16A中，通道的一部分可以在板(例如，丙烯酸板)本身中形成，其中通道的第二部分可以由另一种材料形成，该另一种材料的另一侧已经涂覆有导电材料(即，氧化铟锡、铜、镍、铬和金)。层可以通过粘合剂被保持在一起，和/或可以结合(bonded)在一起。
例如，本文描述的任何盒和装置中的微流控通道可以通过激光切割形成。例如，在图16A中，光栅通道可以被切割成部分B(形成顶板的丙烯酸)，并且孔可以在部分B中被切割。此外，一个或更多个泵孔可以在部分A中被切割。双面粘合剂(例如，胶带)可以被用于将部分A固定至部分B，并且辊可以被用于将部分A放置在部分B上，这避免了气泡。此后，可以切割出移液管孔以用于分配试剂，并且底部可以是涂覆的特氟龙(例如疏水的)，并且整个组件在80度-200度之间(例如90度-18度之间等)烘烤。接地电极可以已经在板上形成。
图16B图示出在顶板中形成的一组微流控通道1605、1607的另一个实例。也示出了一组试剂入口1609，其提供进入气隙区域的开口以用于加载试剂。可选择地或另外，(湿的或干燥的/冻干的)试剂可以被预加载到盒中，包括预加载在顶板上方的或顶板中的一个或更多个储存器中，例如预加载在微流控通道中，和/或直接预加载到气隙区域中。图16C和图16D图示出可以在盒的顶板中形成的微流控通道的另外的实例。
图17A和图17B示意性地图示出用于将流体施加至DMF装置1120的气隙和将流体从DMF装置1120的气隙中移除(包括洗涤)的方法的实例。例如，在图17A中，盒的气隙1121在顶板1117和底部电介质1126之间形成。连接器接口1127连接对于第一流体通道1143和第二流体通道1145的组合的入口/出口端口。这些流体通道可以被连接至一个或更多个储存器1105、1107。如上文已经描述的，在某些变型中，可以使用两个单独的连接器接口(端口)，每个流体管线(例如，流体管线可以是微流控通道，如上文描述的)连接到一个连接器接口(端口)。气隙区域1121中的桥接液滴可以连接至入口管线和出口管线两者，并且流体可以被吸入到流体管线1143、1145中并且从流体管线1143、1145中吸出，以混合液滴、将流体添加至液滴、从液滴中移除流体、将固相捕集元件(例如，磁珠、非磁珠等)暴露至相同的流体，以重复地从感兴趣的分析物中耗尽流体，例如，将分析物浓缩在固相或其他表面上)等。
可选择地，如图17C和图17D中示出的，盒可以包括不同高度的气隙。例如，在图17D中，对于连接器接口1127周围的区域的气隙可以比顶板的其他区域和电介质1121之间的气隙更大(例如，在0.5mm和2mm之间)，因为顶板1115的一部分(或连接至另一个顶板1117的单独的顶板1115)可以与电介质1126隔开更远。类似地，在图17D中，例如，通过将顶板1117的一部分与电介质1126底层隔开更远，在装置的边缘处的连接器接口附近的气隙1119可以大于其他区域中的气隙1121。
图示出图17C中示出的原理的原型DMF装置和盒在图18A-图18C中被图示出，并且被用于证明在DMF盒的气隙中混合较大体积的溶液的原理的证据。在图18A中，DMF盒的上板包括穿过顶板1801的开口，该开口被连接至第一流体管线1843和第二流体管线1845。通过在第一流体管线和第二流体管线之间交替负压力(吸力)，流体在第一储存器1805和第二储存器1807之间来回移动，如图18A、图18B和图18C的顺序示出的。在该实例中，当流体在储存器之间交换时，保持感兴趣的分析物的磁性颗粒通过DMF装置1809被磁性地保持在气隙中(例如，抵靠底部，例如，疏水涂覆的电介质)，这增强结合和/或冲洗。
在本文描述的任何气隙装置中，可以控制或减少蒸发，特别是当加热气隙中的液滴时。图19A-图19C图示出在仅几分钟之后蒸发对于液滴1903的影响。完整的液滴在图19A中示出。在95摄氏度处一分钟之后，液滴体积已经显著地减小(例如，损失在5％-15％之间的液滴体积，如图19B中示出的。在两分钟之后(图19C)，液滴小了20％-34％之间。为了防止由于蒸发的该损失，气隙中的液滴可以被加护套(sheathed)或覆盖在非极性罩套中，如图20A-图20C中图示出的。例如，可以使用液体石蜡材料(例如，在本文描述的工作范围例如在10摄氏度和99摄氏度之间是液体的非极性材料。在图20A中，液体石蜡2005中加罩套的液滴2003被加热(例如，至65摄氏度或更高)。在一小时之后(图20B)，液滴未曾明显地蒸发。类似地，在2小时之后(图20C)，液滴保持约相同的体积。
在使用中，非极性罩套材料可以在DMF程序期间的任何时间点被添加和移除，如图21A-图21I中图示出的。令人惊讶地，例如，例如通过将加罩套的液滴从气隙中向上吸出，例如从进入微流控通道中的端口中吸出，可以完成移除，如上文描述的。例如，通过将负压力从穿过气隙的顶部或侧面的端口施加至液滴，可以将液体石蜡移除到废物储存器中。较低密度的液体石蜡可以是向上吸入的第一层，这将含水液滴留下。先前，据信移除非极性液体的罩套是困难的或不可能的。
例如，图21A示出了加罩套的液滴，在加罩套的液滴中含水液滴2101被非极性液体2103(例如，液体石蜡)围绕。在该实例中，小气泡也已经在液体石蜡中形成。液滴可以被容易地移动，如图21B中示出的，其示出了通过将能量协调施加至驱动电极以改变含水液滴的电润湿来移动液滴。在图21B中，加罩套的液滴已经被移动至右侧。初始地，通过将进入气隙的非极性液体直接施加在液滴上，或施加在液滴可以移动到的气隙的区域中，含水液滴可以与非极性液体组合。加罩套的液滴还可以与一个或更多个另外的液滴组合，该另外的液滴可以包括非极性液体液滴其本身，或可以不被加罩套。在某些变型中，加罩套液滴(包括小的含水液滴和相对大体积的非极性溶液)可以与目标液滴组合，以便将目标液滴加罩套。加罩套液滴中的少量含水液体可以是缓冲液、稀释剂或允许加罩套液滴在气隙中移动的其他溶液。当与具有较大(例如，0.5mm或更大)间隙宽度的DMF盒一起使用时，该技术是特别有用的。较大间隙宽度可以另外使得较大的液滴难以保持典型地较不致密的非极性罩套材料的罩套。图21C和图21D图示出已经与另一个液滴组合形成较大加罩套液滴2101’的液滴2101。还可以通过驱动电极的受控致动来移动较大液滴，如图21C和图21D中示出的。
图21E至图21I图示出在包括磁珠材料的样品中使用非极性液体罩套。在图21E中，加罩套液滴包括少量的含水液体2121和相对大体积的非极性罩套材料2123，两者可以例如通过将加罩套液滴2123移动到样品液滴2121中来组合，如图21F中示出的，这允许它们组合，使得罩套材料现在将样品液滴加罩套。在这种情况下，样品液滴是相当大的，并且包括一定浓度的样品吸收磁珠。
一旦被组合，加罩套液滴2121’就可以(通过DMF)被移动至进入气隙的端口，溶液可以从该气隙中提取，如图21H中示出的。在该实例中，溶液可以通过施加正压力和负压力以将溶液移动到流体通道2131中和从流体通道2131移出而混合。通过施加负压力以将溶液通过顶部端口从气隙中抽出，可以移除对液滴加罩套的非极性溶液；移除的第一溶液是罩套材料。此后，如图21I中示出的，期望的分析物已经结合至的磁性颗粒可以例如通过施加磁场被保持在气隙的底侧上，并且在不存在非极性罩套溶液下，液滴溶液可以被移除和/或洗涤，这可能以其他方式干扰分析物与磁性颗粒的结合或分析物从磁性颗粒中的释放。在图21I中，磁性颗粒2133被留在气隙中，并且可以通过在磁性颗粒上面移动洗涤(washing)和/或洗脱液滴2135来施加单独的洗涤缓冲液。
除了上文讨论的用于控制蒸发的技术(例如，使用非极性液体的罩套)之外，本文描述的任何方法和装置还可以包括例如通过平衡水分子离开和进入水面的速率来控制盒内部的水蒸气的分压以产生“零蒸发”条件。平衡不需要是完美的，但是可以通过调节温度和压力来调节，以便尽可能接近零蒸发条件。这可以随着温度而变化；例如，在控制相对湿度时，例如在使用该装置杂化或PCR循环期间可以最好随着温度上下调节湿度。可选择地或另外，这些装置中的任一个可以使用局部补充来通过略微地移动液滴来重新捕获附近的凝结来调节蒸发(见例如图19B-图19C，其示出了围绕主液滴的蒸发液滴(evaporativedroplet))。这些方法和装置中的任一个还可以或可选择地使用壁内加热区(walled-inheating zone)，以减少蒸发可以从其中进行的表面积。例如，如上文提及的，在某些变型中，DMF装置的基座表面可以包括在盒中形成局部区域的突起，因为真空可以被精确地施加，以控制柔性电介质和电极之间的接触，基座表面上的突起可以在气隙中产生室或通道，这包括部分地形成可以减少蒸发表面积的壁内加热区。在某些变型中，顶板可以跨过盒被不同地间隔开；与较厚的液滴相比，对于较薄的液滴，蒸发速率可以较低。因此，任何加热区可以具有较窄的气隙宽度以减少蒸发。
在任何大体积液滴DMF盒中，例如，具有0.5mm或更大(例如，0.6mm或更大、0.7mm或更大、0.8mm或更大、0.9mm或更大、1mm或更大，例如，在0.4mm和2mm之间、在0.5mm和2mm之间、在0.5mm和1.8mm之间、在0.5mm和1.7mm之间等)的间隙间距的DMF盒，已经证明特别难以分配具有可预测体积的液滴，因为相对大的液滴的表面张力可能需要较大量的能量，以从较大液滴中释放较小液滴。通常，在数字DMF系统中，间隔物(气隙)厚度和电极大小之间的比率决定了液滴分配的体积。在常规的数字微流控方法中，小于约500微米(0.5mm)的间隔物厚度允许电润湿力将单位液滴从较大量的液体体积中分离出；这在较高间隔物厚度(例如，大于500微米)下还是不可能的。本文描述了用于在具有500μm或更大的宽度(例如，间隔物厚度)的气隙中从较大体积中分离出单位液滴的方法。在某些变型中，这可以例如通过以下操作来执行：用从端口(端口可以是侧面端口、顶部端口或底部端口)分配的溶液充满气隙的区域，并且然后在被充满的区域中选择性地激活单元(对应于驱动电极)，然后将溶液撤回到端口(或另一个端口)中，该端口偏离激活的电极，使得当溶液被撤回到端口时，液滴保持在激活的电极上；在激活的电极上的液滴与较大充满体积中断(例如，通过颈断(necking off))，这将被分配的液滴留下与一个或更多个其他液滴组合等，其中被分配的液滴然后可以被驱动电极驱动。
例如，集成的伴随泵(companion pump)可以被用于将大体积的水溶液驱动到DMF设备中(例如，驱动到DMF盒的气隙中)并且在激活的电极上面。水溶液然后可以撤回远离DMF设备，这将单位液滴分配在激活的电极上面。图22A-图22D图示出该方法的一个实例。在图22A中，进入DMF盒的气隙2205的端口2201连接至流体通道(例如，如上文描述的微流控通道)，流体通道在图22A中被示出为保持水溶液(试剂2203)的管2209。在该实例中，单个驱动电极2207已经被致动；可选择地，在某些变型中，电极直到充满DMF装置的区域之后才被激活。预激活电极可以有助于将预先确定的量分布到通过驱动电极界定的单位单元上。在这些实例的任一个中，可以激活多于一个相接的驱动电极，以分配较大体积液滴。
接下来，如图22B中示出的，包括激活的驱动电极的气隙区域充满水溶液2203。图22A示出了大体积(例如，250μL)从通道(管2209)中的释放。在某些变型中，当试剂接近远端通道2209时，驱动电极2207被激活(例如，390Vrm的AC电势，或通过使用DC电势另外产生交替场效应(alternating field effect))，这可以生成电润湿力，电润湿力进一步促进试剂从管2209转移至激活的驱动电极2207；发生从通道的进一步流动，使得液滴生长以完全覆盖激活的驱动电极。
在图22C中，水溶液(试剂2203)然后通过相同的端口2201或单独的端口从气隙中撤回，其中激活的驱动电极与溶液被吸入其中的端口隔开一定距离(例如，该距离可以近似地等于激活的电极的宽度)；该距离是足够的，使得激活的驱动电极上的液滴从撤回到通道2209中的液体颈断。例如，如图22C中示出的，将试剂吸入回到管中可以导致液滴与溶液的剩余部分颈断；颈部区域持续收缩，直到单位液滴(例如，10μL)被留在激活的驱动电极上，如图22D中示出的。相同的过程可以用激活两个、三个和五个电极以分别分配近似倍数的单位液滴(例如，20μL、30μL和50μL)来重复，如图23A-图23E中示出的。多个液滴可以被单独地分配和组合，或可选择地多个电极可以被用于一次分配较大体积，如提及的。液滴的大小(液滴体积)可以部分地基于驱动电极的大小和气隙的间隔。
图23A-图23F图示出使用上文描述的方法从盒上面的储存器分配多种预先确定体积的溶液。在图23A中，例如，用溶液2301充满气隙的包括连接至通道的端口的区域，该通道将溶液保持在较大气隙(例如，0.5mm宽度)上面，如示出的，并且单个激活的电极被用于中断预先确定体积的溶液(例如，10微升)，如图23B中示出的。该液滴可以被移动远离充满区域，并且该过程重复多次，以产生约均匀体积的多个液滴(例如，10微升+/-5％、10％、15％、20％、25％等)。在图23D中，第一单位液滴2303(例如，具有10微升体积)被示出与两个组合的单位液滴2305相邻，该组合的单位液滴形成具有2×体积(例如，20微升)的第二液滴。类似地，图23E示出了通过组合五个单位液滴形成的大液滴2307(例如，50微升)。图23F图示出当充满气隙区域以形成较大单位液滴2311(例如，40μL单位液滴)时，使用可以激活的较大驱动电极2315(例如，具有约4×表面积)。
因此，通过用大体积的水溶液充满或冲洗气隙的分配区域，并且激活驱动电极(或在已经活化的驱动电极上面)，然后移除溶液(例如，将其泵出)，可以留下相对精确体积的液滴。如提及的，当使用大体积DMF装置(盒)时，例如具有0.4mm或0.5mm和多达至3mm之间的间隔，该技术可以被用于用合理量的力，从大体积的储存器中分配较小体积的液滴；不同于具有较小气隙的气隙DMF装置，该DMF装置通过施加电润湿能量可以从较大体积中直接分配较小体积的液滴，较大的力有效地防止通过DMF在较大气隙设备中直接分配。在本文提供的许多实例中，气隙的间隙间隔在1mm和1.3mm之间(例如，约1.14mm)，尽管已经成功地使用至少多达3mm间隔。
如本文描述的，溶液的分配可以在处理样品(例如混合等)中以及补充由于这样的系统中蒸发而损失的溶液中是特别重要的。
例如，在图70A-70C、图71、图72A-72E、图73A-73B、图74A-74C、图75A-75D、图76A-76D和图77A-77C中包括盒和盒特征的附加示例。
用户控制界面
在本文描述的任何装置和方法中，DMF装置可以由用户控制，使得DMF装置可以对插入到DMF装置(例如，盒)中的样品执行一个或更多个方案(例如，实验室程序)。例如，DMF装置可以包括用户界面，该用户界面动态地且灵活地允许用户控制DMF装置的操作，以进行用户选择的或用户输入的方案。通常，当通过DMF装置转换用于操作的处理方案时，存在许多考量，包括防止程序期间的污染。污染在程序中的较早步骤(或并行步骤)采取的路径上移动样品液滴时可能发生，在该移动中正执行方案。典型地，正在处理的一个或更多个反应液滴可以需要被移动至DMF盒的气隙中的不同位置，和/或暂时移出气隙区域。另外，对于用户将困难的是，协调这些移动以避免较早路径或将来路径(例如污染)，以及记住哪些位置适合于加热、冷却、混合、添加、移除、热循环等两者。
本文描述了用于控制DMF装置的操作的用户界面，该用户界面允许用户更容易地将方案信息/步骤输入到DMF中。这可以部分地通过以下操作来实现：提供可以执行的步骤的一组图形步骤表示(例如，示出混合、添加、加热、冷却、循环、洗涤等)，并且允许用户以同样直观地提供步骤的持续时间或施加的程度(例如温度等)的方式选择/输入这些步骤。在输入后，该装置然后可以确定有效的通路，以在DMF装置和/或盒的预先确定的布局约束内执行输入的方案，以避免污染。例如，这些装置中的任一个可以确定防止或减少气隙中的路径交叉的通路(寻路(pathfind))，在气隙中这样的交叉可以导致污染。
图24是图示出在控制本文描述的任何DMF装置中涉及的步骤的示例性示意图。例如，在图24中，用户可以使用图形/可视用户界面((在本文中被称为“SAM”)输入方案。这可以参考图25A-图26B更详细地描述)。图形方案然后可以被转换成一系列目标目的，并且该目标方案然后可以被该装置使用，以使该方案适应DMF装置。在图24中，该系统可以确定路径，并且获得对驱动电极、加热器、冷却(例如珀尔帖)、磁性、微流控(泵)等的控制)等，以便完成方案。路径可以被优化以要求最短的通路，但是通过限制或减少路径中的重叠来约束，以防止污染、材料(包括试剂和/或特氟龙)的损失、热消散等。
如提及的，图25A和图25B图示出用于输入期望方案的可视界面(例如，图形用户界面)的一个实例。在图25A中，示出了一组控制图标(“移动”、“加热”、“移除”、“循环”、“混合”、“中断”、“分配”和“等待”)。用户可以选择或排列这些图标，以便提供处理方案的图形表示，如图25B中示出的。每个图标可以具有相关联的持续时间，并且因此，这些图标可以被用于选择对于样品的处理指令或步骤。在该实例中，图标通过以下中的一种或更多种被唯一地识别：颜色、图像和文本。
用户可以将方案直接输入到装置中，或输入到与DMF装置连通的计算机或其他处理器中。
在输入后，方案可被转换成数据结构格式(例如，指示方案和样品的名称、样品去哪里、使用多少体积等的JSON格式)。然后，该数据结构可以被直接使用或转换成格式(例如，java脚本)，使得该装置可以确定在盒中采取的路径，以便实现期望的方案。路径发现可以在本地(例如，在DMF装置中)或远程地执行，并且通信至DMF装置。路径发现可以被配置成基于最短路径长度来最大化，这还避免交叉或某些交叉，以防止污染。因此，该装置可以确定避免污染的最短路线。通常，用户界面可以允许用户容易地选择期望的动作和要素(例如，混合等)；该装置可以已经熟悉试剂(例如，设备的元件)。用户然后可以选择动作、持续时间、温度等。
图26A-图26H图示出根据输入方案确定通路的装置的一个实例。例如，图26A示出了计划第一组步骤(例如样品制备)的DMF盒气隙的特定配置的图形图示。该装置可以知道单元在气隙中的分布，以及功能区(加热器、冷却器、混合/微流控、废物移除、分配等)在DMF盒中的配置。图26B是确定用于用接合体(adapter)标签标记具有基因组DNA(或DNA的片段)的样品的路径的装置的图形图示。在图26C中，执行将第一缓冲液(例如，SureSelect QXT缓冲液)移动至适当位置用于将来处理的步骤。路径可以根据过去的移动和将来的移动两者来选择，并且可以随着界定将来方案步骤而递归地修改。在图26D中，示出了用于移动DNA样品的路径(黑色)。图26E示出了酶混合物从冷却区域的移动，在该冷却区域中酶混合物被储存以与样品组合；图26F示出了用户混合样品与缓冲液和酶混合物。混合的样品然后可以沿着计算的通路被移动(图26G)至加热/冷却区用于循环(图26H)。另外的步骤然后可以如指示的执行。
图78-101图示了包括用户界面以及包括它们的用于控制本文描述的系统的操作以及选择、编辑和存储方案的方法的示例。
在图78中，用户界面可以被显示在设备的显示器(例如触摸屏)和/或远程计算机设备(例如智能手机、膝上型计算机、台式计算机等)上。图79示出了指示用户对各种盒输入应用什么的用户界面的示例。图80是用于使用本文描述的视觉方案设计语言来选择、修改(编辑)和/或共享协议的云界面的示例。该用户界面是允许用户在拖放界面中创建、编辑、删除和保存任何方案的开放画布界面。用户可以选择试剂、样品、系统的单元操作(加热、冷却、混合、洗脱、洗涤、孵育、热循环、加热/冷却)并构建它们自己的方案。如上所述，寻路器(pathfinder)(块到设备上的动作的转换)算法可以采用样品和试剂的约束(污染、体积和粘度)、电极栅和盒约束，并找到避免所有上面提到的约束的在两个点之间的最佳路径。用户可以共享他们的在方案商店中的开放画布上做出的所构造的方案。开放画布单元操作可以被自动转换成脚本语言，用于由装置进行方案执行。
例如，用户可以共享来自其他用户或实验室的方案。例如，来自组织A的用户已经在云界面中针对x应用创建方案X，具有其优选条件和体积。来自组织A的用户可以在市场上与社区共享方案X。来自组织B的用户可以读取和下载方案X，编辑它或将它直接加载在他们的机器中并运行它。该方案可以有来自组织B的用户支付的费用，并且机器提供商和来自组织A的用户可以共享收入。这在图81中示出。
图82和图83分别示出了用于选择方案和查看方案的用户界面的示例。
图84至图101图示了用于在设备上和/或在远程处理器(例如台式计算机、膝上型计算机、平板计算机等)上都对设备编程并操作设备的用户界面。)
热控制
本文描述的任何装置可以包括用于热控制(例如，加热和/或冷却)和/或液滴检测(例如，追踪和/或识别)的特征。例如，包括盒和读取器的装置可以被配置成使液滴温度快速且准确地循环。可选择地或另外，对于液滴(包括但不限于试剂、蜡、水等)，液滴检测可以快速且准确地扫描电极栅格。
如上文描述的，读取器可以被配置成包括一个或更多个热控制元件，包括冷却和/或加热。例如，读取器可以在单元的某些中包括电阻加热，以加热气隙中的液滴。例如，在某些变型中，电阻加热器可以被包括在印刷电路板(PCB)的层2中，例如在PCB的表面下方的第一铜层的一部分。该装置还可以包括散热器或冷却元件，例如与PCB持续热连接的液体冷却器(冷冻器(chiller))。这些变型中的任一个还可以包括热质量减少和/或通过PCB(例如，通过形成读取器中的PCB的一部分的电极)的热传导中的一种或更多种，热质量减少可以提高单元中的温度变化的速率。
热质量减少可以指的是从装置(例如，系统、设备等)中减少或移除热质量，以减少达到温度或温度范围所需的能量的总量。理想地，当存在较小热质量时，需要从系统中取出较少的能量以降低热循环期间的样品温度，从而能够实现较快的循环速率，而不需要非常大的加热和冷却系统(即，不再对堆叠进行液体冷却)。本文描述的装置和方法可以通过从液滴上方或保持一个或更多个液滴在盒的上(顶)板中的区域上方减小/移除热质量来减小热质量。例如，当上板/顶板由丙烯酸材料或聚碳酸酯材料形成时，气隙区域上方的热质量可以通过在顶板中包括一个或更多个空腔(例如，聚碳酸酯结构和/或丙烯酸结构)并且用绝热材料或具有低热导率的材料(例如空气)填充空腔来减小。空腔可以被定位在热控制器区域上面的盒的顶板中，使得当材料的液滴在空腔下面时，由读取器施加的加热/冷却(例如，由PCB)可以更迅速地改变气隙区域中的液滴的温度。移除液滴上方的热质量可以结合到本文描述的任何盒的设计中。空腔可以在顶板的底表面附近(例如，紧挨在气隙的一侧上)形成；空腔可以部分地穿过顶板的顶表面和底表面之间的厚度。图28图示出盒的一部分的实例，其示出了盒2804的顶板2801中的热控制区域。盒可以被定位在读取器2803上。盒的气隙区域(例如，通过上板2801的底表面和下部电介质材料片2809的顶表面界定的区域)中的液滴2807。因此，在其中包括顶板的盒主体由顶板上的固体聚碳酸酯片形成的变型中，可以产生一个或更多个空腔(例如，图29)，并且可以用具有低热质量的绝缘材料封闭或填充。这可以阻止热从样品转移至其上方的储存区域。空隙替代材料(void replacementmaterial)可以是空气或具有低导热率和低热质量的类似材料。
可选择地或另外，热质量可以通过移除材料(例如，用精确铣削)和/或使用具有非常低的热质量的材料从PCB中被移除。例如，PCB的一个或更多个层可以在加热器区(例如，加热区域或热控制区域)中被移除以减小热质量。这可以从板的底侧进行，以便不破坏电极的表面光洁度(surface finish)。
图29是读取器装置的PCB中的铣削区域的实例，该铣削区域具有较低的热质量，以便增加对盒的气隙中的液滴的温度变化的响应时间。在示出截面图的该示意性实例中，底部(例如，PCB)的层可以包括例如铜的一个或更多个层，并且液滴之下(读取器的PCB中)的电介质已经被铣削以产生可以填充有绝热材料(包括空气)的空腔或空隙。因此，可以减小通过PCB的热传导。通常，顶板和/或底板中的空腔可以帮助热隔离顶板和底板之间的气隙中的液滴。
除了通过减小热质量来加速液滴中的温度变化之外，本文描述的任何方法和装置还可以增加加热器源和电极之间的导热率以改进性能。例如，如果PCB上的加热器层在层2中，那么使用高导热电介质层将增加从加热器层至电极的热传递，如图30中示出的。图30示出了加热器3003和电极3001铜区域之间的高传导电介质3005。
在某些变型中，读取器(并且特别地读取器的PCB部分)可以可选择地或另外被配置成通过在每个活动(例如，驱动)电极/单元附近包括一个或更多个热通孔来增加导热率。热通孔可以是与电极附近的区域热接触的通道或通路，该区域包括热控制区域的电极(诸如PCB材料)下面的区域，并且可以填充有任何导热材料。例如用导热材料(例如但不限于：铜、环氧树脂、树脂等)填充通孔可以进一步增加导热率，并且可以显著地增加气隙中的液滴或其他材料的热响应时间。因此，加热和/或冷却可以比不具有通孔迅速得多。导热通孔可以在PCB中具有或不具有铣削区域的情况下实施(图31A和图31B中示出的，图31A示出了具有导热通孔的铣削区域，图31B示出了不具有铣削区域的导热通孔)。例如，图31A图示出底板(例如，PCB)的实例中的多个导热通孔3105，其中底板已经被铣削以在热控制活动区域周围提供热隔离的区域。
通孔可以填充有任何合适的导热材料。在某些变型中，通孔填充有不导电的导热材料(例如，环氧树脂、树脂等)。
通孔的一端可以与读取器设备的最终上表面(例如，盒接触表面)和/或电极相邻的区域热接触(例如，可以触摸)。特别地，当热通孔填充有导电材料(例如，铜)时，导热通孔可以接触与电极紧密相邻但与电极不电接触的区域。热通孔的另一部分可以在上表面之下(例如，在侧表面和/或底表面上)与散热器热接触。在某些变型中，通孔的相对端可以与温度控制表面(例如，冷却表面、加热表面等)接触。在某些变型中，通孔可以在一个端部区域处与热控制器(例如，加热器、冷却器、散热器等)热连通；通孔可以穿过PCB可以位于其上的真空卡盘。
通孔可以是任何合适的尺寸。例如，导热通孔(在本文中被称为热通孔或简单地通孔)可以具有在0.1mm和3mm之间、0.1mm和2mm之间、0.5mm和1.5mm之间、约0.8mm、约1mm、约1.2mm、约1.4mm等的直径。热通孔可以具有圆形横截面、卵形横截面、矩形横截面、正方形横截面、三角形横截面或任何其他横截面并且可以是圆柱形的，从热控件(例如，加热器、冷却器、散热器等中的一个或更多个)延伸穿过印刷电路板至紧挨在电极之下或与电极紧密地相邻的区域(在某些变型中，不接触电极，使得它们保持与电极电隔离，但不热隔离)。
如提及的，每单元可以形成任何适当数目的通孔(例如，与驱动盒的气隙中的流体的移动的每个电极相关联)。例如，热控制区域(其可以包括多个热控制单元)中的每个单元可以与2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个等或更多个通孔接触。例如，每个热控制单元可以与多于8个通孔接触。
与不包括热通孔的系统相比，热通孔的使用可以提供在热控制区域的加热和/或冷却的速率的变化上显著的改进。
盒特征
除了上文描述的特征之外，任何盒可以可选择地或另外包括进入或穿过单元的某些上面的顶板(例如，将对应于一个或更多个驱动电极的区域)的一个或更多个开口。这些开口可以是开放的，并且可以允许直接成像3221，如图32中图示的。可选择地或另外，开口可以用于从气隙中被动分配流体。例如，在图32中，盒3205的顶板中的开口3203可以被用于从定位在开口之下的液滴3211被动地分配流体；液滴可以在开口之下经由DMF移动，如上文描述的。在被定位之后，预先确定的量的流体可以从液滴例如经由毛细管作用被动地分配到开口中，并且液滴可以移动远离开口。然后，取样的材料可以使用盒的顶部中的微流控来分析或处理，和/或可以在适当位置进行分析。可选择地，取样的材料可以在第一液滴3211已经移动远离之后，被添加至另一个液滴3219中；将第二液滴定位在穿过包括取样的材料3203的顶板的开口下方。基于开口3203的尺寸，来自第一液滴的该取样的材料(流体)可以是计量的量。顶板可以包括亲水表面或亲水表面涂层。在某些变型中，顶板中的开口可以预加载有材料，例如液体蜡或当液滴在开口下方移动时可以与液滴组合的其他涂层材料(例如，以分配涂层材料，例如液体石蜡、油等的防蒸发涂层(anit-evaporation coating))。顶板中的开口还可以充当绝热体。开口可以在单元的一部分上面延伸，使得返回电极可以在开口的边缘上。开口可以是任何大小和尺寸(例如，圆形、正方形等)。尽管图32A中示出的变型图示出通过顶板成像(使用光学器件3221)，然而在某些变型中，成像可以通过盒的底部从底部进行。例如，盒的底部(例如，电介质膜)的区域可以是透明的或可透光的(opticallypermeable)用于成像(例如，荧光)。
在本文描述的任何盒中，顶板可以包括多个歧管，用于将一种或更多种材料递送到气隙中。图27A和图27B图示出由聚合物材料(例如，丙烯酸和/或聚碳酸酯)形成的顶板的一个实例。图27A示出了顶板的上部区域(其可以被一个或更多个盖覆盖，未示出)。在图27A中，包括不同大小的多个分配区域2704、2706、2708。例如，示出了较小的2706(例如，2微升-20微升大小)、中等的2704(例如，100微升至1mL)和大的2708(例如，1mL至5mL)，同样示出了废物和/或混合区2710。这些室可以预加载有流体，并且每个室可以包括进入气隙区域的开口。压力控件可以被用于施加压力，以将流体从分配区域的开口中驱动出来并且驱动进入气隙，这可以通过读取器或保持盒的其他设备来控制。因此，读取器可以包括一个或更多个压力接口，该压力接口可以用于控制流体从顶板的释放和顶板中的流体处理。图27B图示出图27A中示出的顶板部分的底侧。底侧可以涂覆有或覆盖有电极和/或电介质和/或疏水涂层，如上文描述的。在图27B中，顶板还可以或可选择地包括在板的表面中的一个或更多个通道2712，该通道2712可以允许混合，如上文描述的。这些通道的底表面可以由上部电介质和/或返回电极(在某些变型中，其可以包括电介质、疏水膜和/或电极层)形成。
在本文描述的任何盒中，可以被配置成接触读取器的基座表面并且特别地接触读取器中的驱动电极的底表面由电介质材料形成，如上文描述的。底表面可以是电介质材料片，该电介质材料片具有第一侧面和第二侧面(第一侧面在盒的底部上形成暴露的底表面)。电介质材料片的第二侧面可以包括疏水表面，并且可以形成气隙的一侧。底表面可以是例如本身是电介质和/或涂有电介质材料的膜。例如，在某些变型中，膜是电介质和/或疏水膜。可以有益的是，使该底表面是大体上平的。本文描述的任何盒可以被配置成施加张力至电介质材料片。例如，这些盒中的任一个可以包括框架，以将电介质材料保持处于张紧状态。因此，盒可以包括保持盒的底部片的张紧框架。
电介质和/或疏水膜张紧设计可以预张紧(pretension)片(例如，电介质和/或疏水膜)，使得片的表面始终是平坦的，并且在其与读取器基座表面(例如，PCB)接口连接期间以及在DMF装置的使用期间保持为平坦的。将(例如，电介质和/或疏水的)膜保持在盒中的张紧框架的目的是与(例如，PCB接口的)基座表面接口连接，以确保膜在整个装置的使用中保持与电极栅格(例如，驱动电极)完全接触。
在本文描述的任何盒中，盒的底部可以包括具有第一侧面和第二侧面的电介质材料片，第一侧面在盒的底部形成暴露的底表面，如上文描述的。本文描述的任何盒可以包括张紧框架，以通过施加张力来保持片为平的。片当作为盒的底部暴露时，与盒底部的外周界相比，可以略微地凹进，这可以适配到读取器设备上的凸缘或凹部中，如将在下文另外详细地描述的。因此，在盒的底部处的电介质材料片不需要是最底部表面。
例如，图49A-图51图示出盒组件的一个实例，该盒组件包括拉伸盒的底部(例如，电介质片)/使盒的底部平滑的框架。图49A-图49D图示出张紧框架的一个实例。在该实例中，盒主体特征是两部分膜张紧机构。图49A-图49B中示出的两个部分(和49C-49D中的组装视图)可以包括张紧框架4901和电介质膜框架和/或疏水膜框架4903。当组装时，形成盒的底部的膜可以粘附至电介质膜框架和/或疏水膜框架4903。膜和膜框架4903组件可以使用连接器(例如，卡扣配合机构)插入张紧框架4911中的凹槽中。在卡扣到张紧框架中后，膜可以在X-Y平面中的所有方向上被拉紧(be pulled taught)。该框架组件然后可以被紧固到盒主体中。组装的框架可以包括下部轮廓(例如，切口)区域4909，下部轮廓区域4909可以提供绕过盒底表面上的膜电连接上板上的返回电极的通路。
包括用于保持底部薄膜平坦的框架的盒的一个实例在图50A的分解视图中示出。在图15A中，示出了盒和膜张紧组件中的单独的部件。该图还概述了其在组装期间的布置。组装的前两个部件可以包括例如光学透明双面粘合剂5002和电介质材料片5003(例如，涂覆在导电材料上)。还可以包括框架(例如，张紧框架5004)和包括电介质材料5005的片，并且膜通过膜框架5006的第二部分固定在适当位置。气隙5009可以在膜5005和顶片(其可以包括返回电极)的底表面5003之间形成。
图50B描绘了在组装光学透明双面粘合剂和涂覆在导电材料上的电介质材料和/或疏水材料之后的盒和膜张紧组件中的单独的部件。导电材料可以是任何导电材料，例如ITO、铝膜、铜及其他。
膜/盒和PCB接口可以包括如上文描述的膜张紧框架，并且从PCB的顶表面中钻出的凹槽(槽)可以在读取器的电极栅格周围形成边界。图51示出了盒的组件的实例的等距分解视图，该盒包括膜5120和膜张紧框架(外部框架5121和内部框架5123)，以及盒的上(顶)部分5109；图51还示出了读取器的一部分，包括形成盒的基座表面的PCB 5111。基座表面还包括槽5105，以接受盒的底膜周围的凸缘(在该实例中，由张紧框架5103形成)。槽可以是在电极栅格的周界周围钻出的凹槽。如该实施例中的组件布置示出，膜张紧框架5103可以在电极栅格周围插槽(slot)到槽5105中。在组装后，膜张紧框架5103可以在X和Y中张紧膜，但是在膜的边缘处在Z方向上也向下拉动。膜可以包裹在槽的圆角的边缘(filleted edges)上，刚好略微地在电极栅格的边界外(未示出)。
图52A和图52B分别示出了盒的一个实例的俯视图和截面视图，该盒包括底部电介质(和疏水的或疏水地涂覆的)膜，以及位于读取器的PCB组件部分上的膜张紧框架。图52B中的横截面强调了电介质膜和/或疏水膜可以如何跨过电极被拉紧，以及使用穿过PCB的电极(驱动电极)的至少某些的真空端口如何向下密封，并且还图示出在PCB基座表面中形成的槽中安置边缘(从膜中延伸突出)以安置膜。当完全组装时，这些部件可以允许将牢固的、完全张紧的并且平坦的电介质(和/或疏水)膜固定至PCB上的驱动电极栅格。图53是示出了单独的部件及其在组件中的布置的分解视图，该组件包括盒上部主体框架5306、通过张紧框架5304保持处于张紧状态的电介质膜5305、在读取器上形成基座表面的PCB 5302、在PCB上的驱动电极(drive electrode)(驱动电极(driving electrode))的阵列的周界周围在基座表面上的凹槽或通道以及真空卡盘5301。
图54A和图54B分别示出了组件的俯视图和横截面视图。横截面视图强调了在盒5413和膜组件上以及PCB 5415上的真空卡盘5411的关系。图54B中的截面还强调了该系统的一些不同的效果。箭头5405描绘了来源于隔膜真空泵5407的真空在卡盘的外部上的流动路径。这可以是与上文图35B中描述的相同的流动路径。箭头概括了通过穿过PCB中的通孔的真空向下施加至膜的力。真空卡盘和与PCB的接口将膜牢固地粘附至电极，并且在Z上向下施加力。膜张紧机构和PCB槽通过在X和Y中施加力来确保膜保持平坦的，同时由于沿着槽的内边缘的圆角(fillet)保持在边缘周围的接触。
读取器特征
通常，本文描述的任何读取器可以包括PCB部分，该PCB部分可以包括电极阵列、活动的热控件(例如，加热器、冷却等)、磁场施加器等以及可以安装至PCB的卡盘(例如，真空卡盘)。读取器的该部分可以形成盒的底部的基座表面，使得其可以牢固地并且以预先确定的定向位于读取器上。例如，盒可以被键接(keyed)以预先确定的方式(例如，通过包括一个或更多个定向插槽、销等)适配到基座表面上。读取器还可以包括一个或更多个控制单元，该控制单元包括一个或更多个处理器，其可以控制读取器的活动并且可以被配置成驱动液滴并且分析来自盒的信息。控制器还可以包括存储器、一个或更多个数据存储。
读取器的基座表面可以被配置成安置盒，而且还在基座表面上防止多个电极之间形成电弧、冒火花或短路。例如，基座表面可以涂覆有另外的电介质(盒的电介质底表面可以位于其上)，例如聚对二甲苯(paralyene)和/或可选择的或另外的材料。电介质底表面可以在基座表面上防止电极(驱动电极)的阵列中的电极之间形成电弧。驱动电极之间的间隔可以在约50微米-120微米之间。在另外的平坦表面上电极之间的这种紧密堆积(closepacking)可以另外易于在电极之间形成电弧/短路，从而外部电介质涂层(除了盒的电介质层之外)的使用可以限制电极之间形成电弧/短路。
如上文讨论的和描述的，电极中的某些或全部可以包括穿过其的开口，该开口可以被连接至真空源，用于将电极安置在设备上。例如，在某些变型中，阵列中的每一个电极包括穿过其中的开口；在其他变型中，每隔一个电极可以包括开口(例如，交替的)。在某些变型中，每三个电极、每四个电极等。在某些变型中，仅角电极(corner electrodes)可以包括开口。
液滴检测
本文描述的任何装置可以包括液滴检测。如上文描述的，液滴检测可以通过监测穿过电极的电流，基于驱动电极的阵列中的电极的电容来进行。本文还描述了装置(例如，系统或设备，包括读取器)，其中液滴检测基于通过产生电容分压器的电容测量。在该实例中，顶板可以形成参考框架(例如，参考电极，例如ITO电极)，并且通常可以在0V和300V之间被驱动以产生AC信号；在液滴检测期间，参考电极(顶部电极)可以与驱动信号断开，并且其电压由控制器(例如，微处理器)感测，在图33A和图33B中被称为“ITO感测”，因为其可以充当感测电极，并且可以被电耦合至一个或更多个参考电容器。一个或一组电极可以在较高的已知电压(例如，300V DC)处被激活，而所有其他电极被接地。这产生了如图33A中示出的分压器。图33A示出了具有开关以在感测(例如从参考板/顶板的电容感测)和驱动之间切换例如以移动一个或更多个液滴的ITO感测电路。
在图33A中，在ITO感测节点(ITO感测电极)处的电压通过C_A与总电容(C_A+C_B)的比率来驱动。C_A的电容基于电容器的板之间(电极与ITO)的材料介电常数而变化。C_B的电容还相对于ITO和剩余的电极之间存在的内容而变化。空气、蜡、水和试剂具有不同的介电常数，并且从而改变在ITO感测处的电容和电压。这使得该液滴检测方法不仅能够检测液滴(例如，液滴的存在/不存在)，而且能够在液滴之间区分并且识别电极栅格中的特定试剂。
由于基础电容(base capacitance)的可变性，可以包括两个校准电容器(例如，在图33B中，C_REF和C_REF_LARGE)。图33B图示出电容感测电路的另一个实例，该电容感测电路包括多个参考电容器。通过将所有电极(例如，全部驱动电极)驱动至300V，总电容C_总可以通过使用参考电容器来计算。如果存在足够大的C_总以使在ITO感测处的电压饱和，那么可以增加参考电容。对ITO感测的调节电路可以将电压与小漏电流隔离。
图34A示出了电容的示例性值，其可以指示气隙内的一个或更多个单元中的液滴的存在或不存在(和/或材料的身份)。如上文讨论的，当包括气隙的盒被放置到DMF读取器中时，气隙中的‘单元’可以对应于驱动电极上方的区域，这可以在盒安置区域上具有驱动电极的阵列。在图34A中，“ITO”对应于盒的上板上的上部(例如，返回)电极。在该实例中，C18、C21、C24、C27、C30是参考电容器(例如，在这种情况下为11.9pF)，并且C16、C19、C1、C25、C28是如上文描述测量的电容，对应于当测量不同的驱动电极(例如，设置成高电压，同时将其他驱动电极接地)时具有或不具有液滴的电容。水、蜡和空气(无液滴)具有非常不同的电容，这可以用于识别液滴的存在或不存在(例如，电容大于或等于0.09pF、大于或等于0.1pF等)。在该实例中，高于该阈值(例如，高于0.06pF、0.07pF、0.08pF、0.09pF、0.1pF、0.11pF等)的电容指示气隙中的材料的存在，高于检查的(设置成高电压，例如300V)。另外，高于该阈值的测量的电容的范围可以指示液滴的组成，例如含水的(水)和/或蜡/油。例如，大于约3pF的电容(例如，3pF、3.1pF、3.2pF、3.3pF、3.4pF、3.5pF等)可以指示液滴是含水的，而在约0.09pF至约3pF之间的电容可以指示液滴是蜡或油(例如，在约0.07pF和约3.3pF之间、在约0.09pF和约3.0pF之间等)。
图34B是示出使用该技术测量的电压的实例的曲线图，基于该曲线图，其示出了在单个测试单元上面用多种液滴(水、蜡)测量的相对于不用液滴(空气)测量的不同电压之间的差。在图34中，当存在含水液滴时，检测到的电压是约3.3V，相比于当不存在液滴时为0.085V，而当蜡存在时为0.176V。蜡的测量值是空气(无液滴/材料)的两倍，并且水高得多；在该实例中，电路将该值限制(cap)在3.3V。不同的材料可以由其不同的介电常数来检测。水的介电常数还可以是温度的函数。因此，在某些变型中，当存在液滴时，电容可以根据温度而变化。该特性可以进一步用于识别水，并且还可以被用于估计温度。因此，在某些变型中，液滴的电容测量也可以被用于估计其温度。例如，图34C是示出水的静态相对介电常数的曲线图，其示出了随着温度的变化(在0摄氏度-300摄氏度之间)的相对介电常数的变化。
卡盘设计
本文描述的任何装置(例如读取器)可以包括卡盘(例如真空卡盘)，该卡盘可以形成基座表面的一部分，如上文提及的。真空卡盘可以被附接至电极阵列(例如，可以作为印刷电路板的一部分的驱动电极)，并且还可以与磁体和/或热消散特征集成。这些元件或这些元件的部分中的任一个可以被包括或省略，并且可以以任何组合使用。
真空卡盘设计可以有助于确保可靠且有效的真空将盒的底部(例如，在某些变型中，电介质层和/或形成电介质层的疏水层)粘附至电极栅格。可以通过通孔(例如，铜通孔)中的一个或更多个(例如，歧管)来施加真空。
此外，本文描述的任何读取器可以包括磁体，该磁体被集成到基部中，该基部包括卡盘和/或基座表面。集成的磁体可被配置成允许可致动磁体通过真空卡盘与盒中的材料(例如，气隙中的液滴中的磁珠)接合。磁体可以静止在形成读取器的基座表面的PCB的略微下面，而不影响真空性能或功能。
本文描述的任何读取器还可以或可选择地可以包括一个或更多个热调节器，该热调节器包括一个或更多个热消散元件，该热消散元件可以快速且准确地消散来自读取器中的加热器中的热，当盒被安置并且保持在读取器的基座表面上时，该加热器控制盒中的一个或更多个单元的温度。例如，本文描述了两种可以单独使用或更紧密使用的热消散元件的设计。一种示例性热消散设计被配置成消散来自热电加热器的热，而另一种设计被配置成消散来自嵌入式加热器的热。
图35A-图48图示出读取器的真空卡盘部分，该真空卡盘部分可以与本文描述的任何读取器装置一起使用。通常，真空卡盘可以被配置成使得负压力通过卡盘(例如，由真空泵)被施加，并且在例如通过O形环或垫圈(例如喷水垫圈(water jet gasket)、特氟隆弹簧密封件等)气动隔离的区域中在基座表面(例如，形成基座表面的一部分的PCB)之下被引导。基座表面可以具有通孔(例如，在PCB中)，该通孔允许负压力直接作用在盒的底部(例如，电介质膜和/或疏水膜)上，该盒位于基座表面(例如，形成基座表面的PCB)的顶侧，在Z方向上向下拉动盒底部，并将其粘附到电极栅格上。
真空卡盘可以包括以下中的一个或更多个：在任一端上具有端口的真空通道、用于O形环或垫圈(例如喷水垫圈)的凹槽、附接PCB的螺纹孔以及电极栅格下方的凹部。例如，图35A是真空卡盘3500的一个实例的俯视图，并且图35B是真空卡盘3500的一个实例的的横截面视图。截面A-A强调真空通道及其伴随的端口。气动流3505遵循图35B中示出的箭头的路径：首先拉动穿过至少一个入口端口，然后流过通道3507，并且最后从侧端口3509流出。卡盘的一部分(通过PCB形成的基座表面将被放置在卡盘上面)被O形环3503围绕。
例如，图36示出了图35A-图35B中示出的卡盘的等距视图。凹槽3509(其可以使用例如Parker O形环设计标准来设计)被配置成适配O形环或垫圈(例如喷水垫圈)。在适当位置后，并且卡盘被紧固至PCB的情况下，O形环或垫圈可以将真空直接气动隔离在电极栅格正下方。基座表面可以通过将具有电极(未示出)的PCB固定至卡盘来形成。例如，如图37中示出的，卡盘可以包括多个螺纹孔3701，用于附接基座表面(例如，PCB)。图37示出了类似于图35A-图35B中示出的卡盘的俯视图。在某些变型中，卡盘包括最少四个螺纹孔(图37中示出八个)，每个在至少X方向或Y方向上等距隔开，并且以关于卡盘的原点为中心。螺钉孔可以用于双重目的：首先将PCB紧固至卡盘，使得两个部件的接口是平坦的，其次关于O形环的周界在Z方向上施加向下的力，有效地产生气动密封。
图38A示出了类似于图35A-图35B中示出的卡盘的俯视图，并且图38B示出了该卡盘的横截面放大视图。图35B示出了截面A-A的放大图像，其示出了凹部3801、3803(沿着X轴)的边界，这可以在PCB和卡盘的表面之间产生空间，但是仅在其中真空是活动的隔离区域中产生。该空间可以优化真空的气动流动，如本文描述的。在图38中，用于磁体的开口3805存在于上部区域上，并且可以包括足够的空间，用于磁体移动至盒/从盒中移出(例如，通过在空间内向上/向下移动，或在某些变型中横向移动)。磁体开口周围的区域可以包括垫圈或密封环(例如，O形环、垫圈等)3809，用于将磁体区域与真空区域隔离，类似于外部O形环或垫圈。
如提及的，本文描述的任何装置可以包括集成磁体。在图35A-图39中，凹进区域3905可以被用于保持集成磁体，该集成磁体可以通过系统向上/向下移动以接合/脱离磁场。可选择地，在某些变型中，磁体可以是静止的，但是可以通过读取器的控制器来切换(开/关和/或改变强度)。
因此，真空卡盘可以包括集成磁体，并且因此可以包括以下中的一个或两个：切口，该切口允许磁体行进穿过卡盘；以及第二O形环凹槽，该第二O形环凹槽将磁体区与真空的气动流动隔离。图39示出了类似于图35A-图35B中示出的卡盘的仰视图。通切口区域(through-cut region)3905被示出，并且可以调整大小来适配期望的磁体，并且允许可致动磁体的不间断行进。磁体可以穿过切口，当被接合时直接降落在PCB下面，或在不使用时可以通过切口脱离。
图40示出了类似于图35A中示出的卡盘的等距视图。凹槽4001可以适配O形环或垫圈。在适当位置后，并且在卡盘紧固至PCB的情况下，O形环或垫圈可以将磁体切口区与真空卡盘的其余部分气动地隔离，特别是确保真空不被磁体切口损害。
图41A和图41B分别图示出类似于图35A和图35B中示出的卡盘的俯视图和侧截面视图，但是包括间隙4115用于热接入加热部件，例如加热器(例如电阻加热器)4105。加热器4105被示出在卡盘中的空腔4115的上方，使得其可以容易地进行热调节(例如，冷却)。电阻加热器可以在PCB中(在图41A和图41B中未示出)。
例如，图41A示出了热消散系统的一个实例，该热消散系统可以被包括在本文描述的任何读取器设备中。该热消散系统可以被构建成使得由在读取器中(例如，在PCB中)的加热器4105产生的任何热负荷都可以被适当且有效地消散。第一热消散配置可以被构建成消散由嵌入在PCB中的加热器生成的热，并且在下文中被描述为嵌入式加热器的热消散。第二热消散设计可以被构建成消散由嵌入真空卡盘中的热电冷却器生成的热，并且在下文中被描述为热电冷却器的热消散。两种热消散设计均可以在真空卡盘中采用独特的特征，以及伴随的部件来消散热。两种设计可以一起使用，也在组件中使用，或单独地使用。
例如，嵌入式加热器在真空卡盘中的热消散可以被配置为通风室。在图41A中，卡盘的俯视图示出了卡盘的热消散方面；图41B示出了一对空气通道4101，该空气通道4101进料到冷却室4103中，该冷却室4103可以是其中定位加热器的区域的一部分或在(或以其他方式连接至)其中定位加热器的区域下面。在图41B中，示出了在该系统中起作用的多个空气元件(通道4101、4101’)的流动路径。在4101中吸入的空气可以通过来自PCB(例如基座表面，未示出)中的加热器的热(包括残余热)来加温，并且可以流经真空卡盘中的通切口4115区域，该通切口4115区域可以被覆盖或部分地覆盖，或对于PCB中的加热器(或与加热器热连通的一个或更多个热通孔)是开放的。截面A-A(图41B中示出的)示出了当风扇打开时，两个空气元件(温空气4105和环境空气)的气动流动，该风扇平齐地紧固抵靠卡盘并且以通切口4115为中心。风扇(未示出)可以将由加热器生成的温空气从真空卡盘的通切口中推出。同时，风扇可以将环境空气拉动到卡盘中，并且经由卡盘中的两个通道4101、4101’通切(through-cut)。该系统可以连续地或间歇地将环境空气循环到卡盘中并且将温空气循环出卡盘，这有效地消散由PCB加热器生成的任何热。
本文还描述了用于嵌入式加热器的热消散的系统。例如，图42中示出的组件可以被配置成包括卡盘4203和风扇4205两者。上文中描述的气动流动可以通过紧固至卡盘42031的底部的风扇4205来控制。图42示出了卡盘4203和风扇4205的正视图。第一箭头4221指向真空卡盘(顶部结构)，并且第二组箭头4201、4201’描绘气流路径。图43示出了卡盘4303、风扇4307、形成基座表面(例如，包括电极的阵列，未示出)的PCB 4305和盒4311的布置的实例。盒可以由通过开口(例如，在电极的某些中)的真空被保持向下。
图44示出了用于通过真空卡盘调节热电冷却器的温度的热消散系统的实例。在图45中，卡盘的等距视图(类似于图35A中示出的)在图45B中示出。示出的卡盘包括凹部4509，该凹部4509被设计成使得热电冷却器(TEC))可以插槽到其中。
图45A-图45B分别示出了类似于图35A中示出的卡盘的俯视图和截面视图。图45B中示出的截面(穿过A-A)强调了由热电冷却元件4525生成的热的热路径。矩形4525代表TEC，并且卡盘中的箭头描绘了在整个卡盘中热扩散。该装置可以包括一个或更多个期望大小的散热器，该散热器可以被紧固至卡盘的底部并且在TEC下面，然后吸收热。最后，紧固至散热器(图46中示出)的任一侧的两个风扇可以共同起作用以将热空气推离整个系统并且将环境空气涌到系统中。
图47A-图47C图示出一个或更多个设备的组件，该设备被配置用于热电冷却器的热消散。例如，图46示出了卡盘的正视图。图46中向下的箭头4613示出了如图45中描述的卡盘中的热的热路径。箭头4611、4611’描绘了通过风扇被推到散热器中的空气的流动路径以及通过风扇从散热器中排出的空气的路径。风扇在相同方向上同时起作用。图47A-图47C示出了组装过程以及可以包括在该装置中的多个部件以及其使用方法。例如，图47A示出了卡盘4701，图47B示出了卡盘4701加散热器4703，并且图47C示出了卡盘4701加散热器4703加两个风扇4709、4709’。图48描绘了读取器组件的部分布置的分解视图，包括图47中的组件(例如，卡盘4801、散热器4803、可选的风扇4809、4809’)以及PCB 4807，该PCB 4807包括驱动电极和加热器(不可见)；此外，盒4811经由真空被附接至PCB的基座表面。
下面更详细描述的图69A-69B示出卡盘的另一示例。
动作区
本文描述的任何装置可以包括一个或更多个动作区，该动作区在策略上定位不同的可能动作，液滴可以经历这些动作，用于方案执行。丛策略(plexing strategy)的目的是以更灵活、模块化的方式适于不同的实验室需求。待被执行的方案的不同阶段可以被战略性地分组成动作区，以允许方案设计者在板上界定抽象目标。动作区可以是用于反应(即混合、合并、加热、冷却、热循环、磁体捕获、废物、光学检测等)的电极板下面或上面的固定区域。
图55A示出了具有独立的动作区的电极栅设置的示例，该独立的动作区用于任一磁捕获5501(可以用作混合室的三个磁控制区被示出)、可以等温的加热器(五个加热区5503被示出)或热循环器、冷却至4℃的活动的冷却区并且也可以加热的帕尔贴5505和穿过通道至顶板并且进入废物室内的废物连接(可以连接到分离的或相同的废物室的三个废物区5507被示出)。盒设置还可包括穿过通道到顶板的混合连接(例如，一个或更多个废料区域/区5507可以用于混合，如本文所述)和一个或更多个光学检测区域5511。因此，图55A示出了具有不同动作区的电极栅。这些区可以由盒和读取器设备确定。例如，如上所述，盒可以确定废物区，并且对应于加热和/或冷却(例如热控制)、光学器件和磁体的单位单元可以对应于读取器设备的区域。
图55B图示了具有由盒和读取器中的任一个或两个限定的各种动作区的系统(盒和读取器)的另一个示例。在图55B中，系统包括对应于912个(0-911，例如38×24栅格)单位单元的912个驱动电极。在盒的气隙内的这些单元中的一些可以是用于装载、混合、冲洗、成像等的动作区。通常，这些系统可以包括一个或更多个装载入口5551(在图55A中，示出了10个装载入口，每个对应于单个驱动电极单位单元；多于一个单位单元可以被使用)。在本示例中示出了三个热循环区5553。一个或更多个钉固特征(例如突出部、壁、障壁等)可以至少部分地延伸到气隙中以固定住或保持液滴和特别是外部疏水(例如液体蜡)材料，以保持位置和液滴。在图55B中，示出了10个钉住特征5555。这些钉住特征可以是屏障物(例如栅栏、壁、挡块等)。通常，钉住特征可以由疏水、亲油、亲水等材料形成，所述材料可以保持至少部分地围绕包封(例如涂覆)的反应液滴的涂层材料(例如疏水液体蜡材料)。如图55B所示，屏障物可以形成在一侧或更多侧上开放的室，其中在三个热循环区5553的角处使用两个或四个钉住特征。屏障物可以从气隙的顶部延伸到底部或者部分地延伸到气隙中。例如，屏障物可以由包括蜡(例如石蜡)的材料(例如与石蜡混合的聚合材料)形成。在图55B中，钉住特征被示为PTFE柱，其可以插入到主盒体(例如顶板)中并且是疏水但亲油的，且因而当液滴在热循环区内时吸引石蜡，这可以在使用中时保持液滴在热循环区的中心。在一些变形中，钉住特征可以由诸如丙烯酸、聚碳酸酯、DuraSealTM、高熔化温度氟蜡/固体滑雪蜡等的材料形成。钉住特征可以被形成为顶板或底板的一部分和/或可以连接到两者。在使用中，屏障物可以将蜡液滴固定在反应液滴周围。例如，蜡液滴可以围绕含水反应液滴1501，并保持在由屏障物形成的气隙中的开放室内。
本文描述的系统还可以包括一个或更多个废物区5557(在图55B中，示出了两个区)，其可以连接到真空区域用于通过抽吸从气隙抽出全部或部分液滴。在图55B中，废物区之一是较低容量(例如1mL)废物区5559，而另一个可以是较高容量(例如2mL、3mL、5mL等)废物区5557。
本文描述的任何系统也可以包括一个或更多个磁性区域5563。在图55A中，系统包括分布在气隙中的四个磁性单位单元，其在一些情况下与其他区域(例如热控制和/或等温区域)重叠。通常，本文描述的任何区可以重叠(例如，磁性的、热调节的入口、混合通道、废物通道等可以与彼此重叠)。
该系统还可以包括一个或更多个等温区域5561(在图55B中，示出了具有16个单位单元4x4的单个等温区域，其中这些单位单元中的两个被配置为磁性控制区5563和废物区5557。
这些系统中的任一个也可以包括一个或更多个混合通道5565。在图55B的示例中示出了四个混合通道。该示例还示出了多个贮存器出口孔5569，被容纳在盒的一个或更多个贮存器中的流体可以从该出口孔添加到气隙。这些系统中的任一个也可以包括一个或更多个回收孔5571(在图55B中示出一个回收孔)。通常，盒可以包括比可能的活动的电极的数量更小的区域。例如，在图55B中，如上面所提到的，工作区域包括912个活动的单位单元，然而它们被可以是读取器装置的一部分的非工作(不活动的)单位单元/电极6673包围。在图55B中，仅作为例子，示出了盒基部的近似尺寸(例如3.17×4.75英寸)(形成气隙尺寸)。如在本文所示的任何附图中的，这些尺寸可以仅仅是近似的，并且可以是+/-1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、75％、100％等。
为了更好地适于不同的用户需求和实验室空间，独立的单个模块可以复用在一起，该独立的单个模块各自具有其本身的电源、环境、内部计算机以及与用于用户界面的控制台单元的连接。另外，用户界面的控制台单元可以被集成，以控制不同的模块，以及其他实验室要求的功能，例如扫描样品ID以及盒ID并且将该信息集成至本地实验室或样品管理系统。与控制台单元的连接可以是无线的或通过电缆。图56示意性地示出了四个具有控制台单元的独立地控制的1-丛模块。
示例
图57示意性地图示了装置(例如系统5701)的一个示例，该装置包括DMF读取器5703、一个或更多个盒5705、一个或更多个试剂5733以及在一些变形中的软件、固件或诸如此类5743，其可以远程地运行(例如台式计算机、膝上型计算机、移动设备、平板计算机等)，用于与系统(包括读取器)通信、控制和/或创建、传输或修改系统的方案和其他操作参数。在该示例中，读取器5703适合于将盒接纳到基座5702中并且如本文所述的固定盒，例如使用一个或更多个锁结区域(keyed region)和/或真空附件来使盒定向并固定。读取器可以包括盖子或盖5709，盖子或盖5709可以包括和/或包围盖子子系统5719。读取器还可以包括盒夹具5704，其如下面更详细描述的可以当盒被保持在盒基座内时充当安全锁或联锁装置。盒夹具可以是盖子或盖子系统的一部分，或它可以是单独的。图57中的读取器还包括可以完全或部分地覆盖控制器5715(包括一个或更多个处理器、电路系统、时钟、功率调节器、无线通信电路系统、存储器等)的壳体或外壳5707以及控制在盒上微流体和DMF的操作的一个或更多个子系统。控制器可以包括微控制器、输入接口(例如触摸屏、按钮、旋钮等)电路系统、输出接口(例如以太网、WiFi等)等。读取器还可以包括例如在壳体内的真空子系统5713、电极子系统5717、热控制子系统5721、磁体控制子系统5725和/或软件子系统5727；这些子系统中的任一个或全部可以与控制器通信和/或由控制器协调。
例如，真空子系统可以包括真空卡盘、真空泵和用于检测(和/或提供反馈以控制真空)压力的一个或更多个压力传感器。软件子系统可以包括软件、硬件或固件，例如存储能够由控制器的一个或更多个处理器执行以协调系统(包括任何子系统)的操作的一组指令的非暂时性计算机可读存储介质。热子系统可以包括TEC、散热器/风扇以及一个或更多个热传感器(包括被配置为监测盒(例如气隙区域)的温度的热传感器和/或被配置为监测TEC的壳体/在TEC的壳体内的温度的一个或更多个热传感器，等等)。磁性子系统可以包括例如一个或更多个磁体(例如一个或更多个Halbach阵列磁体)、用于所有或一些磁体的一个或更多个致动器以及用于监测/检测磁体的位置的一个或更多个位置传感器(例如家用传感器)。
壳体可以连接到和/或可以部分地包围一个或更多个输入端和/或输出端5711，例如显示器和输入子系统5729。显示器可以是触摸屏和/或一个或更多个按钮、拨号盘等。
电极子系统可以包括位于盒基座之下的驱动电极阵列(例如电极阵列)、一个或更多个高电压驱动器、一个或更多个TEC驱动器、安全联锁装置、一个或更多个电阻加热器等。
如上面所提到的，盖子可以耦合到壳体，并且可以至少部分地包围盖子子系统。盖子子系统可以包括例如一个或更多个移液管泵、真空歧管、一个或更多个电磁阀、一个或更多个压力传感器、一个或更多个位置传感器以及一个或更多个指示器(例如LED等)。盖子可以被铰接以在盒上关闭并靠在壳体上；该盖子(和盒夹具)可以在盒被装入读取器中时单独地锁定在盒上，并且可以被铰接到壳体。如所提到的，盒夹具可以耦合到壳体上，并且可以由盖子覆盖。
上述任何系统部件可以包括安全特征或者是安全特征的一部分。例如，该系统可以包括一个或更多个子系统联锁装置，例如但不限于盒夹具(例如夹具锁定机构、夹具传感器等)、盖子锁定机构和/或EMI屏蔽。
在一些变形中，夹具被配置成适应各种不同尺寸(例如厚度)的盒。例如，在图102A-102D中，夹具1021包括在夹具的下侧上的弹簧阵列1023。弹簧夹具组件可以允许在夹紧机构上的简单安装和更换。这些弹簧夹具组件可以为夹具提供通过改变不同弹簧的数量或组合来改变弹簧的配置的能力。图102C示出了可以使用的弹簧的一个示例，包括柱区域、头部1025和基部1029，其中头部1025靠着基部被偏置(例如，通过在柱区域上的弹簧1027)。图102D示出了图101A所示的夹具1021的仰视图，其示出角弹簧组件1028和侧弹簧组件1026。
如上面所提到的，这些系统中的任一个可以与一种或更多种试剂一起使用和/或可以包括一种或更多种试剂。试剂通常可以包括缓冲液(例如PBS等，包括具有一种或更多种防污剂的那些试剂)，但也可以包括外被材料(jacketing material)(例如液体石蜡材料或其他疏水材料)。
一般而言，本文所述的系统可以被配置成在大约15-99摄氏度(例如-/+0.5℃)之间的一个或更多个区域(例如一个或多个分离的或相邻的单位单元)中热循环。这些系统可以被配置为通过EWOD(例如通过DMF)来操纵在大约10-350大约之间的试剂体积。如下面将更详细描述的，这些装置可以被定制，允许用户创建、修改、保存、加载和传输用于操作系统(例如在盒上执行操作)的一个或更多个方案。
在所示的示例系统中，读取器装置可以包括多于900个独立电极(驱动电极)，并且可以为了更好的热控制、均匀性和减小的覆盖区而包括一个或更多个热电冷却器(TEC)。在这个示例中，读取器和盒形成三个独立的热循环区(由读取器中的TEC控制)和一个等温区(例如由一个或更多个电阻加热器控制)。读取器还包括四个独立控制的磁体区。在本文(以及在下面更详细地)描述的示例盒可以包括多个集成通道(例如六个集成通道)以及用于供更高体积流体使用的多个(例如2个或更多个)贮存室。这些系统可以用于运行多个库制备工具包(library prep kit)和工作流程(例如，Kapa HyperPrep PCR Free、SureSelectXTHS Sample Prep、SureSelect XTHS Hyb+Capture等，包括自定义工作流程)。
一个或更多个盒可以是本文所述的任何盒，并且通常可以被配置用于试剂装载和储存，包括一个或更多个混合通道、气隙(例如EWOD室)、可以被配置为张紧底膜(形成气隙的底部)，并且可以包括可读标识，包括但不限于近场通信(NFC标识，例如芯片、电路等)。其他可读标识可以包括RFID电路、条形码等。
图58A和图58B图示了可以是本文描述的任何系统的一部分的读取器设备的一个示例。在图58A中，示出了读取器的侧透视图，其中盖子5809和安全夹具5804被示为在盒5805上部分地关闭。夹具可以经由夹具闩锁5816(在图58B中示出)锁定到壳体。盖子包围盖子子系统5819(例如注射泵、电磁阀等)。盖子还包括指示器5854(例如，显示读取器的状态，例如开/关、驱动电极开/关等)。盖子可以包括耦合到压力部件(例如注射泵、电磁阀等)的歧管5861(在图58B中示出)。读取器设备的盖子和壳体5803被示为部分地透明的。一个或更多个盖子锁(例如磁性锁，例如电磁体)5810可以用于可控地固定、锁定和/或感测盖子的关闭。电磁体可以由控制器控制，和/或可以向控制器提供盖子关闭的输入。例如，图102图示了包括一对磁性锁10203、10203’的盖子10201的一个示例，当关闭盖子以锁定盖子时，磁性锁10203、10203’可以与互补的磁体或铁磁材料接合。在一些变形中，该装置可以包括检测磁体何时被接合以及盖子何时关闭的一个或更多个磁性传感器。
例如，盖子可以包括一个或更多个电磁体和电磁接合/阻抗检测。该检测可以提供盖子被关闭的无源检测。电磁体不仅施加力以拉动盖子使其关闭，而且驱动线圈的电阻抗可以用来检测永久磁体的存在。这可以消除对额外电缆和传感器检测盖子是否成功地关闭的需要。
在本文描述的任何变形中，夹具闩锁可以由夹具闩锁传感器检测。如同本文描述的任何传感器一样(除非上下文另有指示)，可以使用任何合适的传感器，包括磁性传感器和机械传感器、光学传感器、电传感器等。例如，夹具闩锁传感器可以是检测夹具框架接合闩锁(由闩锁保持)的机械或电传感器。
控制器5815被装入壳体内(例如，示出了控制板)。壳体还可以包围磁性子系统(例如，包括可以相对于盒向上/向下移动、例如移动到盒/从盒移动以接合或脱离磁场的一个或更多个磁体5826)。壳体还可以包围热控制元件，例如用于加热/冷却和热循环在盒内的气隙的特定区的一个或更多个TEC 5855，如所述的。还可以包括一个或更多个电阻加热器(未示出)。在壳体内可以包括冷却通风口和/或风扇5857以调节其中的温度。显示器5811(被示为触摸屏)至少部分地被包括在壳体中。
壳体还可以在图58A的示例性读取器中至少部分地形成盒的基座。限定驱动电极阵列的电极板5859可以在壳体内、在盒基座下面。
图58B示出了在盖子5809打开且夹具5804关闭并被锁定在盒5805上的情况下的图58A的读取器的侧透视图。屏幕已被移除(5811’)，示出在前部区域中的冷却风扇5857。
例如图58A-58B所示的读取器可以用于控制和协调在可移除盒中的微流体和DMF操作。例如，用户可以例如在仪器的触摸屏上选择要运行的方案。可选地，用户可以创建、修改或下载方案。如果没有化验运行，锁定关闭的盖子的电磁体可以被禁用，且屏幕可以警告用户他/她可以打开盖子以插入新的盒。然后，用户可以例如通过按压夹具以打开夹具闩锁来移除夹具。夹具可以被铰接以打开，露出盒基座。夹具和盖子都不对盒施加力；相反，如上所述，盒通过真空保持在读取器的驱动电极表面上。
当闩锁打开时，用户可以在所需的方向上插入盒(这可以通过相对于盒锁结基座来实现)。因此，在盒中可以有对应于基座区域的锁结区域以防止盒的误定向。一旦盒就位，用户就可以关闭夹具(手动地或自动地)以接合夹具闩锁。读取器可以识别出盒在适当的位置上，并且可以打开真空用于张紧膜。在夹具闩锁被接合的情况下，读取器然后可以允许向驱动电极施加电压(例如高电压)，甚至在盖子打开的情况下也允许液滴的控制，使得材料可以例如通过盒用移液管吸取到气隙中。来自高电压的风险可以通过本文描述的一个或更多个安全特征(包括夹具和夹具闩锁的安全联锁装置)来减轻。当电压被使能时，设备可以警告用户，并可以引导用户开始将试剂用移液管吸取到盒中。当用户完成用移液管吸取时，他们可以关闭盖子。该系统可以识别出盖子是关闭的，使电磁体能够确保盖子关闭，并且可以根据用户指定的方案来开始盒的处理。
图59A-59F图示了与图58A-58B所示的原型设备类似的原型设备的示例。在图59A中，读取器设备5901在盖子5909被关闭和锁定并且高电压被接合的情况下示出，如由盖子上的指示器5954所示。盒被插入，且在设备前面的触摸屏5911指示读取器和盒的状态。图59B示出了读取器5901的后透视图，其示出通风口以及USB和/或电连接器。还示出了盖子的铰链5966的区域。图59C示出了读取器的侧面轮廓，以及图59D示出了前视图。总的来说，考虑到本文描述的读取器可以执行的过程数量的复杂性，它们可以是惊人地紧凑的。如图59E和图59F所示，如上面参考图56所述的，多个读取器可以结合在一起。这些读取器可以彼此通信，使得多个读取器的操作可以例如由单个控制器协调。每个读取器可以单独地被装载有盒，并且相同或不同的方案在不同的盒上运行。图59F示出了在盖子5909和夹具5904打开以允许盒5905的插入/移除的情况下的图59E的多个读取器。在图60A-60D中图示了示例性盒从类似读取器设备的移除和示例性盒到类似读取器设备内的插入。
图60A示出了在盖子6009打开但是夹具6004被锁定关闭的情况下的与上面在图59A-59F中所示的读取器类似的读取器6001。盒6005被保持在读取器的壳体的基座区域内。在这个状态中，如上所述，到驱动电极的高压电源可以是“接通的(on)”，并且液滴可以使用驱动电极(例如，经由电润湿)被移动或保持在适当的位置上。这可以在装载/卸载流体时防止在盒中的液滴或流体的不期望的移动。安全联锁装置可以减轻对将液体施加到盒的用户的电击的风险。例如，夹具可以覆盖盒的边缘，使得只有上表面(与高电压驱动电极电隔离)被暴露。夹具闩锁可以检测闩锁的接合和锁定；该系统可以被配置为防止电压，直到并且除非夹具被锁定。可以此外或可选地使用下面更详细描述的其他安全联锁装置。
在图60B中，夹具闩锁被解开，并且夹具升高以允许盒的移除，如图60C所示。盒的移除暴露了驱动电极6068，如图60D所示，驱动电极6068可以用保护性电介质材料覆盖或者可以被暴露。
图61A示出了如本文所述的读取器设备的盒基座6108的区域。在该示例中，盒基座是在读取器的壳体中形成的凹槽。基座区域的底部包括接触表面，其中示出了驱动电极6112的阵列。如所提到的，驱动电极可以被涂覆或覆盖有保护材料，例如电介质材料，允许它们建立与盒的底(电介质)层的电接触。如上所述，该基座区域还可以包括一个或更多个真空开口(包括穿过所有或一些驱动电极形成的多个真空开口)。基座区域可以被锁结，使得盒必须以预定定向插入。基座区域还包括用于连接到盒上的参考电极的一个或更多个参考电极连接器6114(例如销、触头、焊盘、插头等)。基座区域还可以包括可以检测盒何时安置在设备中的一个或更多个盒检测传感器(例如盒检测触头6116(例如销、插头、按钮等))、光学传感器等。
例如，图61B示出了安置在读取器中的、既接合盒检测传感器(例如盒检测销)又接合参考电极连接器的盒6105。功率(例如高电压)不在这个阶段施加到驱动电极，直到安全联锁装置完全被接合为止。例如，图61C示出了在闭锁夹具关闭并且闩锁6106被接合的情况下安置在读取器中的盒，保持夹具在盒上关闭。在夹具在盒上关闭但是盖(未示出)打开的情况下，用户可以经由一个或更多个进入端口接近盒的顶部以施加流体，例如在任何开口端口6151中将流体(包括样品流体、缓冲液、涂料(例如液体石蜡等)和/或防污剂(例如清洁剂))施加到盒。在一些变形中，读取器被配置成使得当盒被检测到(例如，通过盒检测传感器)时，读取器可以施加真空(基座真空)以将盒电介质底表面固定到盒基座并抵靠驱动电极阵列。在一些变形中，如图61C所示，仅在夹具被锁定之后才接合基座真空。一旦基座真空被施加，夹具就被锁定并且盒检测传感器指示盒被安置，读取器可以向驱动电极提供功率。这可以允许读取器甚至在盖子打开的情况下也控制由用户通过盒施加的液滴，防止在盒中的流体通过电润湿而意外移动。当高电压被激活时，指示器(例如LED)可以被点亮；例如，当高电压被激活时，指示器可以总是并且只是开着。在操作中，用户可以根据触摸屏上的指令来装载试剂和样品。
如图61C所示，当夹具被关闭和锁定时，用户可以接近盒的顶部，但是被夹具的凸缘阻止接触，甚至意外地接触基座表面。通常，夹具包括框架；框架可以安装在盒的边缘周围并部分地在盒的边缘之上，同时具有允许对盒的接近(例如，顶表面的大约75％或更多、顶表面的大约80％或更多、顶表面的大约85％或更多等)的开口。因此，夹具可以被称为夹具框架，其包括允许对盒的接近的开口或窗口，同时覆盖盒的边缘区域。如所示，夹具可以被铰接到读取器的壳体。夹具中的开口可以是窗口、传递口(pass-through)等。夹具可以锁定在盒的顶边缘周围，将它靠着读取器壳体的盒基座区域而固定，并与闩锁6106接合。用户可以接近顶表面，并且在关闭盖子(例如，并且接合盖子锁，例如电磁性锁)之后，盖子上的压力歧管可以接近盒的顶表面以施加正和/或负压力来驱动流体通过盒的微流体部分，如下面更详细描述的。
如上所述，本文所述的任何读取器设备(“读取器”)可以包括盖在盒上(例如，在关闭和锁定夹具之后)的盖。例如，图58A示出了可以在所安置的盒上关闭的透明盖子，该盒通过夹具框架被锁定在盒基座中。如上所述，这些盖中的任一个可以包括具有耦合到盖子和/或至少部分地在盖子内的盖子子系统的盖子。盖子子系统可以包括例如下列项中的任一个或全部：一个或更多个泵(例如移液管泵)、真空歧管(例如压力歧管)、一个或更多个阀(例如电磁阀等)、一个或更多个压力传感器，一个或更多个位置传感器以及一个或更多个指示器(例如LED等)。图62A和图62B示出了可以在盖子(盖子壳体)内或部分地在盖子(盖子壳体)内包括的盖子子系统的一部分的示例。在图62A中，示出了可以在盖子内的盖子子系统的一部分的顶透视图，泵(移液管泵6205)被示为耦合到多个电磁阀6207。移液管泵可以被启动以向连接到多个阀的压力管线并从阀到盒内施加正压力和负压力以可控地驱动在盒的顶部内的流体。
图62B示出了盖子子系统的仰视图，其示出连接到泵并由电磁阀控制的阀歧管以及多个压力(空气)通道6209，压力通道6209从阀歧管6213连接到在盖子的底(面向盒)侧上的气动连接器，使得当盖子关闭时，气动连接器6211(例如气动孔)可以耦合到盒。所示的盖子子系统包括用于给阀供电并基于从控制器(例如在壳体中)接收的命令来控制阀的电路系统(例如在PCB 6215上)。盖子子系统可以安装在盖子中。
图62C和图62D示出了可以在本文描述的任何读取器中使用的盖子铰链的示例。例如，铰链通常可以被配置成支撑盖子(包括盖子组件(真空泵、歧管等))的重量，并且被可靠地和可重复地应用于所定位的盒，使得气动连接器6211可以接触并密封住盒中的端口。例如，在图62C中，铰链可以被配置为支撑盖子6209的至少大约15in-lb的最大扭矩，并且具有大约4.2in-lb的弹簧最大扭矩(例如，总共8.4in-lb)。图62C示出了具有铰链底座6258的铰链，铰链底座6258具有电缆传递口6256(其中电缆可以传输功率和/或数据，包括去往/来自底座壳体中的控制器的数据)。铰链可以包括一个或更多个扭转弹簧6260和一个或更多个弹簧致动器6252。图62D示出了盖子6209到读取器的底座壳体6272的附接。如在壳体底座的半透明视图中所示，夹具(夹具框架)也可以被铰接到盖子下面的壳体(靠近盖子铰链)。
图62E图示了盖子铰链的另一视图，其示出带有一对夹具铰链座6278、铰链销6280和柱塞6282的略微凹陷的夹具铰链。图62F图示了这些部件在打开和关闭夹具铰链时的操作。夹具铰链因此可以被配置成协调与盖子的操作。夹具(夹具框架)可以在铰链处产生例如0.88in-lb的扭矩，并且在柱塞6285处的力可以是大约2.7lb；柱塞以3lb延伸并以13lb缩回。
一般来说，泵(例如移液管泵)可以通过气动连接器将受控的正压力和负压力输送到盒中的所有混合通道、废物储存器和储物储存器(storage reservoir)。泵被配置为允许有无序混合。阀(例如阀歧管或电磁阀系统)可以调节空气到目标空气路径内的通过，并且可以允许单个通道(单个气动连接器)被选择。空气通道一般允许压力被输送到对应于气动连接器的所有通道(图62B中示出了九个)，并且可以包括一个压力通风管线。气动连接器(例如气动孔)可以与盒上的连接器(例如，包括热塑性塑料的连接器、TPE连接器)接口连接以建立与盒的气动密封。如所提到的，该设备可以牢固地附接在盖子中。例如，盖子还可以包括将整个歧管组件固定到可以被打开和关闭的铰接底盘的铰链系统。这可以允许盒的容易装填和取出。在一些变形中，盖子组件的全部或一部分且特别是气动连接器可以是在位置上可调的(例如，在x和/或y上和/或在xy平面中的旋转中)，以更精确地与盒配合，即使当盒相对于盖子稍微偏移时。例如，盖子可以包括歧管定位系统，该歧管定位系统允许歧管与盒齐平，并且如果存在任何用户定位错误则自我纠正。歧管定位系统可以包括用于移动气动连接器和/或气动连接器所附接到的框架(其可包括阀歧管、电路系统、泵、连接器等中的任一个)的一个或更多个致动器。这些装置中的任一个还可以包括在盖子内的散热元件，例如风扇(例如歧管风扇)，以在歧管盖子内提供气流以使从盖子部件(例如泵)产生的热消散。
图62G图示了可以在盖子(盖子壳体)内或部分地在盖子(盖子壳体)内包括的盖子子系统的另一个示例。在图62G中，类似于图62A，可以在盖子内的盖子子系统的一部分的顶透视图包括歧管控制板(电路系统)6295以及连接到多个阀6207(例如电磁阀)和泵(例如注射泵6205)的歧管6293。本示例中的注射泵连接到步进电机6297。
如上面所提到的，任何装置(例如读取器，包括具有一个或更多个读取器的系统)可以包括用于防止使用户暴露于EWOD(例如数字微流体)的相对高的电压的安全特征。图63A-63D图示了与如本文所述的原型读取器和盒的操作相关联的安全特征。这些安全特征可以使用户能够装载和/或卸载试剂，同时获得并保持在EWOD空间(例如气隙)中的试剂的控制。在本文所述的任何装置和方法中，工作流程可以由硬件安全联锁装置控制，该硬件安全联锁装置使高电压能够在试剂装载期间控制液滴，但提供用户安全。
例如，在图63A-63D中图示了安全地操作DMF系统的方法。在该示例中，读取器设备6300类似于上面所述的设备。最初，在没有盒被装载的情况下，如图63A所示，到驱动电极6368的高压电源被禁用。用户可以将盒6305装入读取器的盒基座内，如图63B所示。在正确的方向上装入盒可以建立在盒中的参考电极之间的电接触，并且也可以被检测到(例如，通过建立与一个或更多个盒检测销6316的接触，在图63B中的夹具铰链附近示出)。如图63C所示，用户然后可以关闭盒上的闭锁夹具6304。在感测到盒6305的存在以及夹具6304的关闭和锁定时，可以从真空卡盘与盒的底部的界面施加真空(在一些变形中，可以在锁定夹具之前施加真空)，并且可以激活到驱动电极的电压(例如高电压)。真空压力可以由控制器监控以确认盒被锚定到读取器，和/或防止可能使气隙的底部(例如电介质层)变形的过压力。当高电压被激活时，用户可以被LED 6380的存在警告，该LED 6380总是并且仅在高电压被激活时才开启。用户然后可以根据显示器6311上的指令来装载试剂和样品。当完成装载时，用户可以关闭盖子(例如歧管/盖子)，盖子可以经由电磁体6310来锁住，并且运行可以开始(在DMF装置上执行所选择的过程序列，如所述的)。
在本文描述的任何方法和装置中，可以通过在电极板中的电流隔离来进一步保护用户在装载过程期间免受盒或仪器的某种故障，这可以降低任何电击的风险。本文描述的任何装置还可以包括在热循环区中的过温保护，这可以降低烧伤的风险。例如在一些变形中，当读取器的盖子打开时，盒的任何区域的温度可以被限制到阈值以下(例如，大约80摄氏度或更低、大约75摄氏度或更低、大约70摄氏度或更低、大约65摄氏度或更低、大约60摄氏度或更低、大约50摄氏度或更低、大约75摄氏度或更低等)。
本文描述的装置和方法还可以包括联锁装置作为在读取器中的电压控制的一部分。例如，图64A是图示可以被使用的至少一些联锁装置的图表的示例。类似地，图64B是示出用于读取器的电压控制的低电压联锁逻辑的电路图。在本示例中，为了保护用户，高电压输出可以只在一系列联锁装置被使能时被使能。联锁装置可以既包括硬件又包括软件部件，以便防止固件被损坏的情形。硬件联锁装置在上面被描述，并且可以包括盒检测(检测到盒被安置)、夹具检测(例如，检测到夹具被锁定)等。其他硬件联锁装置可以包括高电压过压检测和/或5V电源欠压。
也可以使用一个或更多个软件联锁装置，包括但不限于高电压电源使能控制算法。另一个软件互锁联锁装置可以包括使能固态输出的固态输出控制。软件联锁装置可以由盒的数字检测和夹具闭锁的检测和/或由来自输入(例如触摸屏)的用户输入来驱动。在一些变形中，所有的联锁装置必须被通过，以便使能驱动电极的电压(高电压)。作为备用，驱动电极的表面可以被涂覆有诸如聚对二甲苯基的材料以防止或限制冲击。可选地或此外，包括驱动电极的板可以被电流隔离，需要两个或更多个接触点。
例如，如图64A所示，激活读取器设备以在可移除盒上执行微流体方案的方法可以包括如上所述将盒安置在读取器中，以及使用一个或更多个盒传感器来确认盒被安置6401。如果盒被检测到，则读取器设备然后可以例如基于一个或更多个夹具闩锁传感器的输入来确定夹具框架是否关闭6403。要么在安置盒体(和/或确认盒被安置)之后要么在锁定夹具(和/或确认夹具被锁定)之后，读取器可以施加真空6405以将盒固定在真空卡盘上(在一些变形中，在足够低以防止盒的电介质层的变形的负压力下)。然后，该设备可以例如使用一个或更多个真空/压力传感器(以检测真空卡盘的负压力)来确认盒经由真空被附着到盒基座。最后，如果盒被安置并且如果夹具被关闭以及如果盒通过真空被固定在盒基座中，则控制器可以使能驱动电极的电压(例如高电压)。图64B所示的逻辑图示出了与在图64A中示意性地示出的安全联锁装置类似的安全联锁装置的一个示例。该安全联锁装置可以是正在进行的；意味着如果这些条件中的任一个改变(例如，框架的解锁、真空的损失等)，则可以禁用到驱动电极的高电压。
如所提到的，另一安全联锁装置可以包括在读取器中的热子系统的热调节，防止读取器将盒或盒的区域(如上所述的热调节区)加热到超过温度极限(“过热”极限)的温度。例如，类似于图64A，读取器可以被配置成当盒没有被接合时和/或当框架没有被锁定和/或真空没有将盒固定到基座时防止热子系统增加温度。可选地或此外，当盖打开时，温度可以被限制；例如，温度可以升高到第一(下)极限(打开盖，超过温度极限，例如80℃或更低、75℃或更低、70℃或更低、65℃或更低、60℃或更低、55℃或更低、50℃或更低、45℃或更低、40℃或更低等)。一旦盖关闭，温度子系统就可以被允许增加到该极限以上(如由盖闩锁传感器确定的)。
图65A-65B图示了与上面在图42、图43、图46和图47中描述的热子系统类似的热子系统的一部分的另一个示例。在图65A中，热子系统包括一个或更多个TEC 6505，其可以夹在一对热导体(石墨垫6507、6507’)之间并固定在TEC槽6511中的真空卡盘6509上。卡盘然后可以定位在位于盒基座(包括盒边缘6517，其被锁结以接受盒并且可以如上所述的用夹具框架密封)下面的电极板6515的下面。如所示，卡盘可以耦合到壳体内的框架6519(例如壳体框架)，并且可以位于一个或更多个风扇6521和一个或更多个散热器6522之下。在一些变形中，风扇是可选的，且可以被省略。图65B示出了穿过图65A所示的热子系统的侧视图的横截面。电极板6515的PCB被放置在保持TEC的卡盘6509的顶部上。卡盘可以是导热的(例如，由导热金属和/或聚合物形成)，并且一个或更多个散热器6522和冷却风扇6521可以位于每个TEC之下。
图65C示出了包括热子系统的读取器的一部分的顶透视图。在图65C中，盒6504被示为容纳在电极板6515上的盒基座内。泵6531和附加的前冷却风扇6533(风扇组件)安装在壳体内作为热控制子系统的一部分。风扇组件、泵和壳体框架都安装在基板6539上，基板6539可以是壳体的一部分或者耦合到壳体。图65D示出了泵6531的放大视图。
如上面所提到的，本文描述的任何热控制子系统也可以包括一个或更多个电阻加热器迹线、驱动电路系统和热保护(例如绝缘)；如上面参考图55B所述的，电阻加热器可以在动作区中提供高达约75摄氏度的等温加热(并且还可以包括磁体)。
电阻加热器可以包括有源冷却或无源(例如空气)冷却，并且电阻加热器可以在与例如第二层侧面成一整体的电极板中。
TEC热传递区域可以包括TEC、驱动电路系统和保护(例如绝缘)，并且可以被配置为将能量从TEC传递到EWOD，包括以大约4摄氏度和98摄氏度之间的温度的热循环。本文描述的任何装置还可以包括定制的TEC和托架，其可以用于提供实现高达10摄氏度/秒的缓变率并且可以具有高程度的温度测量准确度的鲁棒TEC。
在本文所述的任何装置中，TEC可以是直接焊接到电极板的底部的高功率热循环TEC(例如30W)。在一些变形中，缓变率可以是3摄氏度/秒或更高，并且可以通过控制施加到TEC的电流来被控制。对于控制系统的一些变形，闭合反馈环系统可以在至少0.5摄氏度准确度的精密温度控制的情况下在缓变率和稳定状态方面被使用。例如，加热器(和缓变率)可以被配置为在4氏度电极栅阵列(加热器区)中，适合每加热器区大约200合每液滴。
如上面所提到的，读取器还可以包括壳体内的磁体控制系统(磁体控制)，并且可以协调(经由控制器)一个或更多个磁体以将局部磁场施加到盒的一个或更多个区。这在上面关于图38A、图39、图40和图41A-41B被简要描述。图66A-66B还图示了磁性子系统的示例，该磁性子系统可以作为读取器的一部分被包括以向盒的区域(区)施加局部磁场和/或从盒的区域(区)移除局部磁场。例如在图66A中，盒6605被安置在真空卡盘6609下方的与驱动电极阵列(在电极板6615上)连通的盒基座中。在该示例中，磁体被示为磁体6622的Haibach阵列(在阵列的一侧上增强磁场而在另一侧上将磁场抵消到几乎零或接近零的永久磁体的布置)以及在阵列的较低场侧周围的磁性护套6626；护套可以连接到包括偏置件(例如弹簧)6624的柱。柱上的磁体(例如护套)也可以连接到可以向上和向下移动磁体(例如，在z轴上，到/从盒)的电机(例如步进电机6629)。传感器(例如光学传感器)6633可以确定磁体的位置，并且该位置可以用于反馈以帮助调节磁体相对于盒的位置。例如，标志6637或标记物可以耦合到磁体(例如，通过柱或护套)，并且可以由光学传感器跟踪。磁体也可以在运动上被限制以防止它撞到盒内；例如硬止动销6638(唇缘、凸缘等)可以连接到护套或柱以与在卡盘上的相应边界(凸缘、边缘等)接合。该偏置件可以帮助磁体返回到远离盒的缩回位置。图66B图示了图66A所示的磁体组件的放大视图。在这个示例中，磁体头部的弹簧柔量具有大约1.5mm的公差，以及电机分辨率对于大约80步/mm是大约18°/步。如所提到的，Halbach磁体阵列使磁场聚焦并放大在约3.0mm直径上(大致为一个单位单元，例如一个电极的尺寸)的一个点处的(在本示例中，三个钕磁体的)磁通量，并可以生成足够的力来实现在盒中的磁珠的成功捕获。磁体阵列壳体(“磁体护套”)可以固定Halbach磁体阵列。磁体致动器(例如捕获线性致动器或步进电机)可以垂直地启动磁体壳体和磁体阵列以将它既移动到接合位置又移动到脱离位置上。磁体组件还可以包括检测步进电机的“原始”位置(例如脱离位置)的光学原位传感器。
如上面所提到的，本文描述的读取器设备通常包括：电极子系统，其包括驱动电极阵列和返回电极连接；以及用于控制EWOD的致动以在设备上移动液滴的控制电路系统。图67A是可以被包括在如所述的读取器中的电极子系统的顶部的示例。在图67A中，电极子系统包括电极阵列6705(如所提到的，阵列中的所有或一些电极，例如电极的外围行可以包括穿过电极形成的真空开口)以及用于连接到盒中的返回电极的一个或更多个返回(例如接地)触头6707。电极阵列和返回触头可以被安装或形成在电路板(例如PCB)6701上，该电路板可以被称为电极板。电极板可以包括用于为EWOD(例如驱动电极)提供高电压的高电压电源6709。电极板还可以包括上面提到的盒检测子系统6711(例如用于检测在期望位置上的盒的存在的一个或更多个传感器)和/或夹具检测子系统6715(包括一个或更多个夹具闭锁传感器)和/或盖子检测子系统(包括用于检测盖子何时被关闭的一个或更多个盖传感器)。
电极板还可以包括用于从安置在读取器中的盒读取识别标记的识别标记读取器(例如光学读取器、RFID读取器)和/或近场通信读取器(NFC读取器)6730。电极板还可以包括高电压调节电路系统6733和/或高电压测量电阻器串6735以及可以防止电击的去耦电容器6741。这些板中的任一个还可以包括电路系统，该电路系统包括一个或更多个热敏电阻放大器、TEC联锁装置以及可选地包括加速度计6744。
图67B示出了电极板的底侧，电极板包括如上所述的TEC(TEC1、TEC2、TEC3)以及等温加热器电源、TEC电源、高电压电源调节电路系统以及用于电源调节、液滴检测、数字和模拟隔离电路系统、固态继电器、热敏电阻放大器、TEC和加热器保护逻辑以及一个或更多个压力传感器的电路系统。
本文描述的任何读取器设备还可以包括用于使所有或一些电极(例如，在振动区中，该振动区可以是单独的或例如与热控制区重叠)机械振动的一个或更多个振动电机，如将在下面更详细地描述的。
通常，如所提到的，形成电极子组件的至少一部分的电极板可以包括聚对二甲苯(paralyne)涂层。电极板还可以包括控制器(例如一个或更多个处理器)，控制器可以是单独板的一部分。电极板还可以包括风扇和/或真空泵驱动器，用于向读取器壳体内的风扇和真空泵施加适当的电压。如上面所提到的，电极板可以包括NFC电子设备和/或天线，用于读取和写入到盒中的NFC标签。
如在上面所提到的和在图67B中所示的，本文描述的任何读取器设备可以包括例如在电极板上的机械振动(例如涡旋振荡器)，其被配置为向包括任何子区域或区的DMF装置的一个或更多个区域施加机械振动。涡旋液体的动态特性是实现包括彻底混合、将化合物溶解到溶液中、乳液形成、细胞和组织分解和/或解聚的许多标准分子生物学方案步骤的关键。照惯例，这些过程中的许多使用涡旋振荡器设备被执行，液体的小瓶在它们的底座上被放置到涡旋振荡器内，被挤压，且因此小瓶在圆周运动中快速振荡，产生在液体内部的涡旋。标准涡旋振荡器可以具有范围从100到3200rpm的可变速度控制。
本文所述的读取器可以在DMF上模仿这个过程。尽管DMF室是静止的并且圆周运动不能发生，但是液滴中的涡旋的动态特性可以通过将振动电机耦合到DMF PCB板的底部来实现。振动电机速度可以控制从0至10,000RPM的范围和最小50牛顿(11.24lbf)的力。
如图68所示，在DMF上成涡旋可以实现分区反应，分区反应在宽范围的方案和应用(例如单细胞生物学、单细胞RNA-seq、液滴数字PCR、液滴条形码和单分子测序)中是有用的，所有这些应用可以在本文描述的系统中被执行。例如，机械振动器电机(在图67B中示出)可以安装到在电极阵列(驱动电极阵列)下方或附近的电极板。在图68中，示出了在驱动电极(“致动电极”)下面的振动电机的示意图，其中液滴被保持在上(顶板)和下(底板)之间形成的气隙中；底板可以是真空附接到读取器中的驱动电极的盒的电介质膜)。示出了使用这个振动电机的不同程序的示例。振动电机在例如3V DC的电压下以大约14,000RPM的速度操作(且是大约6×14mm)。在图68中，通过从数字微流控PCB板生成的振动力施加涡旋。在左侧，示意性地示出了通过使两个液滴成涡旋而产生的乳液形成，这两个液滴使用电润湿力而合并以形成水/油的混合物。水凝胶颗粒和样品溶液或单细胞当在DMF上成涡旋时被包含在单分散的油乳液中是可能的。使用DMF，可以在方案步骤中松动和操纵非均质混合物，例如浆液和固体组织块。DMF上的组织分解可以通过成涡旋来机械地实现。组合一组DMF特征可以通过平行的芯片上成涡旋(机械特征)和与离解酶(例如胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、胶原酶的孵育)(在设定温度下的酶促孵育)来增强离解本来困难组织的能力。在DMF上的组织/器官/生物体的离解可以跟随有通过如上所述将涡旋力施加到乳液中的细胞来进行单细胞分割，并且混合/加热/冷却/磁致动DMF特征的使用可以允许以下游单细胞方案步骤继续，后面是库制备步骤以产生序列准备单细胞库。在DMF上成涡旋可以帮助使浆液或非均质混合物(例如磁性或顺磁性珠颗粒)在它们在延长的储存/孵育步骤期间沉淀之后重新悬浮在悬浮液中。
图69A-69D图示了可以与例如如上所示在电极板下方并与电极板耦合的本文描述的任何读取器一起使用的真空卡盘的另一个例子。在图69A中，真空卡盘的上表面被示出并且包括O形环6935的通道，其用于保持围绕(密封)卡盘和板(如图65B所示)的O形环(或密封件，例如特氟隆弹簧密封件或垫圈)6524。卡盘包括一个或更多个真空孔6909和TEC6954的放置位置以及磁体传递口区域6968。图69A所示的卡盘还包括多个定位销6971。图69B示出了图69A的卡盘的底部，并且包括真空泵连接6974、散热器连接位置6988和磁体传递口6968’。
盒
图70A和图70B示出了如本文所述的盒的示例的俯视图。该盒具有标准SBS尺寸，并包括在右下侧7013处显示的锁结特征，以用于对准、盒检测和参考电极连接。在图70A中，如上面所述和所示的，盒的顶侧被示为用热封膜7011覆盖以密封构建到顶表面中的通道。本示例中的盒包括用于多次分配到EWOD区(气隙)上的2个废物室、6个混合通道和3个储存器。图70B示出了无覆盖通道的膜的设备。
盒可以包括用于连接到盖子中的气动连接器的多个真空连接器7022。在图70B中，示出了9个连接器。连接器可以包括到歧管(盖子子系统)的TPE二次成型(overmolded)连接。这些二次成型连接可以是可选的，并且可以被省略。还包括储存器7024和废物7026。如上所述，在盒的上表面中的窗口7032可以在热控制区上方的区域上形成以减少热质量。用户可以用移液管直接吸取到上表面中的一个或更多个孔7033内以将液滴施加到盒中，包括在一些变形中将液滴直接施加到气隙中用于DMF控制。盒还包括一个或更多个混合通道7035。
图70C示出了在底部电介质层被移除以示出气隙的情况下从底侧看的同一盒。在该示例中，盒包括围绕外周底边缘的膜张紧机构7050(例如膜张紧框架)。盒还包括围绕外周的单个垫圈状间隔物，用于一旦底部电介质层被附接就保持盒的间隙(例如气隙)区域的间距。在图70C所示的示例中，气隙区域还包括用于将液滴或者至少外部保护物(例如疏水的、亲油的等，例如液体石蜡)保持(钉)在适当的位置上的多个钉固元件7055(被示为柱)，尤其是包括当在液滴上操作以成涡旋、热循环等时。这些钉固元件可以被配置成从上表面至少部分地(但在一些变形中不是完全)向下延伸到气隙区域中。气隙区域的上表面7057可以是疏水的(或者可以包括疏水涂层)，并且可以包括如上所述的参考电极。例如在图70C中，上表面包括用于参考电极和疏水性的热封膜。
图71示出了盒的示例的分解图，其示出连接器7121，其外顶端被覆盖在聚合物(例如TPE)套筒7106中，用于与盖子中的气动连接器配合。连接器可以从盒主体区域7102延伸，形成DMF气隙和微流控通道的顶层。在一些变形中，该主体可以由具有用于通道、室的特征的COC塑料(或可选地，COP塑料)形成。主体可以包括或可以耦合到一个或更多个储存器7104和一个或更多个废物容器7105。标记物或标签(例如近场标签7109、7110)标识物标签可以是盒的唯一标识物。它可以用来既检测盒的类型又检测它是否是新的或已经被用过。
盒的顶部可以被保护膜7106(例如所示的200μm厚的顶覆盖膜)覆盖。形成气隙的顶表面的盒主体的底表面可以被覆盖在导电基底材料7106中，该材料可以是疏水的或者可以包括疏水涂层。例如，膜可以是被溅射有ITO(导电材料)和cytop(全疏(omniphobic)基底)的COC膜以密封在主盒主体的底侧上的通道；在一些变形中，膜可以包括例如在PET/ITO膜上的粘合剂。
如上所述，可以使用间隙高度间隔物(环)7107以及一个或更多个钉固元件(例如PTFE销钉，其在一些变形中具有1/8”直径)。钉固元件(例如PTFE柱、硅树脂柱等)可以插入被设计成疏水的但亲油的主盒主体内，并因而在热循环时吸引石蜡。这可以在使用中保持液滴位于热循环器的中心。
底层可以是电介质材料7116，例如特氟隆FEP膜，例如12.4μm。例如，可以使用特氟隆FEP膜(电介质屏障)，并且可以通过盒向膜施加张力。例如，张力可以由盒提供到附接到盒的FEP膜以减轻在热循环期间的任何起皱。底部电介质膜可以是导电的全疏盒基底，其可以提供与电极板的电接触以实现电润湿。全疏基底一般产生低摩擦/不粘表面以增加液滴流动性。
在本文描述的任何装置中，盒材料可以允许尺寸准确度、通道表面的疏水性和生物相容性。如上面所提到的，在热控制区的区域上方的一个或更多个热窗口的使用可能是有用的。一般，当系统用于在装置上执行PCR时，在热加热区中的材料的减少可以降低热质量并增加PCR缓变率。
通常，在盒上的气动连接器之上的套筒可以是TPE气动柱；软TPE二次成型可以与歧管形成孔密封，以为流体混合通道致动提供气密密封。在一些变形中，储物储存器将容纳多达约1.2mL、在一些变形中多达2mL、多达2.5mL、多达3mL、多达3.5mL、多达4mL、大于4mL等的材料(例如，用于多次分配的蜡、乙醇和水)。在混合完成之后，废物储存器容纳废物。
储物和废物盖可以被配置为例如被超声地焊接、激光焊接等。超声地或激光焊接的COP模制盖可以密封储物和废物储存器以提供气密密封，以将流体移入和移出EWOD区。
一般而言，本文所述的盒可以包括一个或更多个蛇形混合通道，其可为全部体积的液体提供流体路径，所以它们可在EWOD区上无序地混合。
图72A-72E图示了可以包括成角度底板(图72A)、防止在插入狭槽时移液管顶端密封的狭槽形填充端口(图72B)、防止排出的烟道特征(图72)和罩(图72D)的盒储存室的示例。这些储存室可以包括p形弯管(例如烟道)。在一些变形中，p形弯管/通风孔(例如烟道)可以包括多孔材料(例如porex)以防止低表面张力流体依靠毛细作用向上并进入通风区域内。图73A和图73B图示了废物室特征，包括在角落中的烟道区域以防止流体到通道内的回流等。
图74A-74C图示了在本文描述的盒中形成气隙的分离的间隔物。在图74A中，间隔物被示为附接到顶表面。图74B示出了间隔物到一层(例如疏水层)上的顶部的附接。图74C示出了包括间隔物的盒的边缘的一部分的剖面；间隔物具有倾斜的剖面以帮助拉紧在底部上的电介质膜。
一般来说，电介质膜可以被施加并有助于在盒的底部上的拉紧。图75A-75D图示了用于拉紧电介质(例如FEP膜)的第一种方法。图76A-76D图示了当形成盒时拉紧电介质材料的第二种方法。图77A图示了本文描述的钉固特征的一个示例。图77B-77C示出了关于部分地由膜形成的气隙的顶层的附加细节。
用户界面
本文还描述了用于控制如本文所述的一个或更多个DMF控制器(例如读取器)装置的控制软件，包括用户界面。这些方法和装置且特别是这些用户界面允许用户生成由DMF装置执行的方案，例如用于制备、形成、测试和/或修改多核苷酸(DNA、RNA等)样品的生物方案。这些方法和装置可以允许方案(例如生命科学方案)的形成、修改和/或执行。生命科学方案提供允许用户(例如技术人员、科学家等)执行实验的指令(例如用于实验的设计和实现的指令)的单独集合。实验室方案可以包括用于细胞、发育和/或分子生物学、遗传学、蛋白质科学、计算生物学、免疫学、神经科学、成像、微生物学、病毒学、酶学等的方案。方案的非限制性示例包括多核苷酸样品制备、遗传库制备等。
本文所述的方法和装置(包括用户界面)被配置为生成、修改和/或执行用于例如上面所述的DMF装置(例如DMF控制器/读取器和/或盒)的DMF装置的方案，DMF装置可以严格地被控制和有效地混合、孵育、热循环、洗涤和/或洗脱，同时允许精确地控制的定时、温度和/或体积。
例如，用户可以(在第一计算机上，例如膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、智能手机等)选择、修改和/或创建方案用于由如本文所述的DMF装置执行。当设计或修改方案时，该方案可以由该装置自动测试(该装置可以仿真该方案并应用各种标准来确定通过/失败)。该装置可以识别错误。该装置(包括用户界面)可以帮助用户纠正方案。错误检测和纠正可以迭代地被执行(包括自动执行)。以这种方式设计或修改的方案可以被保存到对用户或机构特定的方案库或者可以被公布用于一般使用。方案可以被传输和/或下载到如本文描述的DMF读取器装置，并且可以在DMF读取器上被执行。在一些变形中，读取器可以实现方案，并且可以引导(例如逐步引导)用户完成方案，指示什么试剂应该被添加到盒的什么部分，和/或在方案的执行期间是否有任何问题，和/或从盒移除材料的位置。可以从DMF读取器装置上的屏幕指导或指示用户。
例如，图78-101C图示了用于设计、修改、存储、选择和/或执行一个或更多个用户界面的装置(包括用户界面)和方法的各种示例。
如上面所提到的，在本文描述的任何DMF装置(例如DMF控制器/读取器装置)中，该装置可以包括屏幕或显示器。在一些变形中，该显示器可以是触摸屏。图78是读取器装置的显示器的示例，其示出在该装置上运行的方案(方案“1”)。显示器包括被显示为具有不同区域的线的在屏幕的底部上的指示符7801(例如时间线)，在该示例中不同区域由不同颜色显示，其中当前时间/进度指示符7802指示装置(例如DMF装置)当前在方案中的位置。
DMF装置还可以包括使用户了解选择一个或更多个方案(例如，从可用方案库中)和/或修改或创建方案的一个或更多个用户界面。可选地或此外，可以使用与DMF装置分离但可以与DMF装置通信的计算机处理器来选择和/或创建和/或修改方案。例如，用户可以具有膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、电话或具有计算机处理器的其他设备，或者可以使用基于云的界面来选择用于在特定DMF控制器/读取器上运行的方案。所有这些选项(例如，远程膝上型计算机、台式计算机等和/或基于云的处理器)通常可以被称为“远程处理器”，其与DMF装置通信。它们可以无线地或经由有线连接进行通信。远程处理器可以指示DMF控制器/读取器关于要运行(例如选择)什么方案。远程处理器可以允许方案的创建和/或修改。在一些变形中，DMF控制器/读取器也可以允许方案的修改、创建和/或选择。
在这些方法和装置中的任一个中，DMF装置可以引导用户完成DMF装置的操作。例如，图79图示了用于DMF控制器/读取器的用户界面，其示出用于从盒施加或移除材料的端口(例如输入/输出)的图形指示。图79中的编号区域(1-20)图示了可以被预装载或可以由用户装载(例如，经由移液管吸取)所指示的材料的室。该用户界面的左侧示出了要输入到这些端口/室中的材料的列表；该列表可以向上/向下滚动。例如在图79中，第一输入7901用于输入50μl的碎片dsDNA。该菜单可以是所选择的特定方案所特有的。
如所提到的，在远程处理器中和/或在DMF控制器/读取器屏幕上，可以向用户提供具有用于选择、修改和/或编写方案议的工具的用户界面。图80图示了显示方案构建窗口8001和动作图标窗口8003的用户界面的示例。用户界面的顶部还示出了当方案正被构建时用于方案的彩色编码时间线的图示。在图80中，用户界面的动作图标窗口在动作图标窗口中显示多个动作图标8005，其中每个动作图标表示要对液滴执行的动作，例如：修改液滴的温度、从液滴洗脱材料、混合液滴中的材料、孵育液滴以及洗涤液滴中的材料。该用户界面可以充当画布，允许用户以图形方式进行交互以形成或修改方案。例如，用户可以重复地从动作图标窗口中选择动作图标，并将该图标移动到方案构建窗口中，其中该动作图标可以在方案构建窗口中被显示为动作描述符8007。用户可以在方案构建窗口中将动作描述符排列在一个序列中。用户还可以将一个或更多个用户输入输入到方案构建窗口中的动作描述符8007、8007’中。在图80中，第一动作描述符8007是“混合”动作描述符，第二动作描述符8007’是孵育动作描述符。图80还示出了在选择图标8005’并将它移动到方案构建窗口8001中的过程中的用户。图84更详细地示出了动作图标的示例。
一般来说，当新的动作描述符被添加到方案构建窗口中的构建方案时，动作描述符(actor descriptors)的这些显示可以被变换以适应新的动作。这由图94的顶部的屏幕截图示出。在这些方法和装置的任一个中，用户界面可以允许用户将附加动作添加到方案的任何地方，包括在方案的中间，如在图94的底部所示的。
用户还可以交互式地输入或选择用户输入以用于输入到动作描述符中。例如，可以(例如从选项的菜单中)选择的用户输入可以包括下列项中的一个或更多个：试剂类型、试剂体积、持续时间和/或温度。用户界面还可以包括用于保存或检查方案的控件(例如输入)。检查方案可以包括手动地或自动地识别在动作描述符的序列中的错误(例如，用户可以在方案构建窗口中输入检查动作描述符的序列的请求)。如下面将详细描述的，这可以包括引导用户完成提案方案，并向用户显示所识别的任何错误的指示符，并提示用户修改该阶段(例如，修改与每个错误相关联的用户输入)。一旦被修改，方案就可以再次被检查和/或纠正，直到没有错误被发现为止。
方案可以基于在方案构建窗口中的序列来形成，并且可以包括寻找用于在特定(或一般)盒上并用特定或一般DMF控制器/读取器执行方案的路径。因此，该装置(例如软件)可以包括使用方案来确定在实现该方案的盒内的一个或更多个液滴的路径。
因此，用户可以使用用户界面(例如图80所示的用户界面)在拖放界面中创建、编辑、删除和保存任何方案。用户可以选择试剂、样品、系统的单元操作(加热、冷却、混合、洗脱、洗涤、孵育、热循环)并构建他们自己的方案。方案构建窗口8001可以滚动以允许多个所添加的动作描述符的显示，并且用户可以添加或移除动作描述符并修改所添加的动作描述符。
当形成测试和/或形成方案时，该装置可以应用DMF寻路/寻路指南技术来确定用于在特定盒和/或DMF控制器/读取器上执行方案的有效路径。寻路可以基于特定(或一般)盒的布置(例如试剂的输入/输出端口、加热/冷却(或加热和冷却两者)的位置、磁控件的位置、抽吸端口的位置等)来考虑限制。寻路还可以应用样品和试剂的约束(避免污染，考虑体积和/或粘度等)、电极栅和盒约束，并且可以找到避免所有识别出的约束的在两个点之间的最佳路径。可选地，用户可以共享他们的所构建的方案和/或可以下载和修改他们自己或其他人的方案。用户界面操作可以被自动翻译成脚本语言(例如cocoscript)，用于方案执行。例如，共享可以在一个组织内或跨越不同组织的用户之间完成。在一些变形中，可以使用云界面。方案可以被命名和描述。在一些变形中，可以通过包括所使用的所有或一些试剂和/或所有或一些关键步骤的速记列表来自动完成描述。关键试剂和/或步骤的查找表可以用于识别关键试剂和/或步骤。方案可以由用户命名。在一些变形中，由特定用户生成的方案可以作为方案的社区市场的一部分被共享。例如，来自第一组织的用户可以读取和下载特定方案，可以编辑它和/或可以将它直接加载在他们的DMF控制器/读取器中并运行它。这些选项中的一些在图81中示出。
图82图示了显示器的示例，其可以是与DMF控制器/读取器结合来使用的远程处理器(例如计算机、平板计算机、电话等)的一部分，或者它可以是DMF控制器/读取器的用户界面的一部分。在图82中，三个方案8201、8201’、8201”被列在用户界面中，并且可以被选择、查看、修改等。用户界面可以组织(例如整理、归类等)方案。图88示出了列出可以被选择来在DMF控制器/读取器上运行的方案的用户界面的另一示例。图96图示了可选择方案的菜单，其示出状态指示符(例如下载状态、何时被最后使用、方案的名称、方案的作者等)。
图83图示了可以是远程处理器和/或DMF控制器/读取器界面的一部分的另一用户界面的示例。在图83中，用户界面示出了时间线的示例(其示出布置到方案中的所完成的动作描述符)，并且试剂的列表和所需时间显示在右侧。
在一些变形中，用户界面可以被配置为仪表板风格的交互式显示，如图85所示。在该示例中，仪表板包括显示现有方案8505的控件以及用于查看、修改(编辑)方案或向DMF控制器/读取器发送方案的控件。用户界面还可以显示方案的状态(例如已完成/已验证、未验证/未编译，包括错误等)。用户界面还可以包括状态指示符8507，其显示如本文所述的一个或更多个DMF控制器/读取器的状态(例如，运行方案、错误、方案完成等)。图85还图示了用户对发送到特定DMF设备的特定方案的选择。例如，用户可以选择方案8509，且然后可以从可用设备的列表(和可用方案的列表)选择向哪个设备发送方案。图86图示了显示与如本文所述的简档的创建和编辑相关的信息的用户界面(弹出窗口)的示例。图87图示了可以被包括作为本文描述的任何用户界面的一部分的控件(例如下拉菜单、按钮等)的示例。
用户界面(例如图80所示的用户界面)可以在不同的显示类型之间切换。例如，图89的右侧示出了包括方案构建窗口和动作图标窗口的用户界面，其中方案构建窗口在放大(或未压缩)视图8909中，其中动作描述符8907在窗口内被设定大小以反映在动作描述符中发生的每个动作的持续时间(定时)。图89还示出了在缩小(或压缩)视图8911中的方案构建窗口，其中动作描述符8907以相同的大小显示而不管持续时间如何。
图90图示了包括例如下拉菜单的控件的动作图标窗口的示例，控件提供用于使用户修改方案中的动作描述符的工具。例如，用户可以从试剂的菜单和/或动作图标中选择。动作图标窗口还可以允许用户选择包括动作的多个预先配置的子集的动作模块，动作可以在方案的构建或修改期间被插入到方案中。在图90中，方案构建窗口示出了具有用户输入和控件的多个动作描述符，例如允许用户在两种或更多种不同动作模式之间切换的动作切换9005。其他输入可以包括输入区域9007(例如，允许用户输入值，例如指定动作温度、时间或循环次数)、输入步骤9009(例如，允许用户添加额外的步骤，例如热循环动作)等。动作描述符还可以包括或显示次级状态，例如显示可以根据其他用户输入的值为动作描述符采取的附加可选动作。类似地，图91-92图示了用于在动作图标窗口中添加试剂(例如指定试剂的名称和/或粘度(例如低/高)或其他属性(例如浓度等))的用户界面控件和方法。可以将试剂添加到在方案构建窗口中的动作描述符。
如上文所提到且描述的，这些装置中的任一个可以被配置成在方案被组装期间或之后识别(例如自动识别)方案中的错误。可以通过选择一个或更多个控件(例如按钮)在用户界面中触发错误检测。该装置可以仿真该方案以识别方案中的步骤，其中一个或更多个预定义规则被打破(例如，其中用户输入值缺失和/或在预定义范围(例如溶液的体积、执行动作的时间、温度等)之外)。在纠错过程期间或之后，可以修改用户界面以指示所识别的错误并允许用户纠正错误。这在图93中示出。用户界面可以在方案设计窗口中加亮9305错误。用户界面还可以显示方案中剩余的错误的数量9307，并且可以提供用于保存、移动到下一个错误的输入9307，等等。系统可以需要用户在最终确定方案之前纠正所有错误。图95还图示了逐步纠错。一般来说，用户可以逐步安排错误检测和纠正过程。在一些变形中，在识别出多个错误之后，可以向用户显示加亮的值或不正确的输入；在一些变形中，可以提供错误的类型的指示符(例如值缺失、值在被允许范围之外等)。可选地或此外，可以向用户显示用户界面，在该用户界面中多个错误被加亮并且用户可以选择它们，以显示指示错误并提示他们纠正它的加亮弹出窗口。
如所提到的，在这些装置中的任一个中，方案可以直接显示在设备上(例如在DMF控制器/驱动器上)。这个的示例在图97中示出。方案可以用包括先前针对方案输入的值的文本显示。然后，如图98所示，DMF控制器/驱动器可以通过交互式地提示用户在盒上的预定和所指示的位置处将试剂用移液管吸取或以其他方式输入到盒内来准备运行方案。试剂的列表显示在左侧，且用移液管吸取位置的图对应于被装载到DMF控制器/读取器中的盒(例如，在夹具被接合且盖子打开的情况下安置在DMF控制器/读取器中，同时真空被施加到盒的底部)。一旦试剂被输入，设备就可以执行方案；如图99所示，方案可以例如在操作期间中止。在图100中，如果方案成功地完成，则DMF控制器/读取器可以显示指示输出材料可以在哪里被提取的提示1001。可选地，如果在运行方案时存在错误，但是有用的材料仍然可以被回收，则可以向用户显示提示他们从盒上的出口回收一些样品材料的显示1003。图101A-101C图示了可以被显示的不同运行提示的示例，包括方案的完成(图101A)、错误指示提示(图101B)和指示方案正在运行的屏幕(图101C)。
本文描述的方法中的任一个(包括用户界面)可以被实施为软件、硬件或固件，并且可以被描述为存储能够由处理器(例如计算机、平板电脑、智能手机等)执行的一组指令的非瞬态计算机可读存储介质，指令当由处理器执行时使处理器控制进行步骤中的任一个，包括但不限于：显示、与用户通信、分析、修改参数(包括定时、频率、强度等)、确定、警告或类似物。
当特征或要素在本文被称为“在另一特征或要素上”时，它可以直接在另一特征或要素上，或也可以存在中间特征和/或要素。相比之下，当特征或要素被称为“直接在另一特征或要素上”时，不存在中间特征或要素。还将理解，当特征或要素被称为“连接”、“附接”或“耦合”至另一特征或要素时，它可以直接地连接、附接或耦合至其他特征或要素，或可以存在中间的征或要素。相比之下，当特征或要素被称为“直接地连接”、“直接地附接”或“直接地耦合”至另一特征或要素时，不存在中间特征或要素。虽然相对于一个实施例进行了描述或示出，但是这样描述或示出的特征和要素可以应用于其他实施例。本领域的技术人员还将认识到，对设置为与另一个特征“相邻”的结构或特征的引用可以具有覆盖或位于相邻特征下方的部分。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不意图是本发明的限制。例如，如本文使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising))”指定陈述的特征、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但并不排除一个或更多个其他特征、步骤、操作、要素、部件和/或其组的存在或添加。如本文使用的，术语“和/或”包括相关联的列出的项目中的一个或更多个的任一个和所有组合，并且可以缩写为“/”。
在本文中可以使用空间相对的术语，例如“下方(under)”、“在...下面(below)”、“下部(lower)”、“上面(over)”、“上部(upper)”及类似术语来易于描述一个要素或特征与另一个要素或特征的关系，如附图图示的。将理解的是，空间相对的术语意图涵盖设备在使用和操作中除了附图中描绘的定向之外的不同定向。例如，如果附图中的设备被倒置，则被描述为在其他要素或特征“下方”或“之下”的要素将被定向为在其他要素或特征“上面”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上面和下方的定向两者。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或在其他定向处)，并且本文使用的空间相对描述词被相应地解释。类似地，术语“向上地(upwardly)”、“向下地(downwardly)”、“垂直的(vertical)”、“水平的(horizontal)”及类似术语在本文中仅用于解释的目的，除非另外特定地指示。
虽然术语“第一”和“第二”在本文中可以用于描述各种特征/要素(包括步骤)，但是这些特征/要素不应当受这些术语的限制，除非上下文另外指示。这些术语可以用于将一个特征/要素与另一个特征/要素区分开。因此，在不偏离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一特征/要素可以被称为第二特征/要素，并且类似地，下面讨论的第二特征/要素可以被称为第一特征/要素。
在整个本说明书和随后的权利要求书中，除非上下文另外要求，否则单词“包括(comprise)”，并且诸如“包括(comprises)“包括(comprising)”的变型意指可以在方法和物品中共同使用各种部件(例如，组合物以及包括设备和方法的装置)。例如，术语“包括”将被理解为暗示包含任何陈述的要素或步骤，但不排除任何其他要素或步骤。
通常，本文描述的任何装置和方法应当被理解为包含性的，但是部件和/或步骤的全部或子集可以可选择地是排他性的，并且可以被表示为“由多种部件、步骤、子部件或子步骤组成”或可选择地“基本上由多种部件、步骤、子部件或子步骤组成”。
如本文在说明书和权利要求书中使用的，包括在实例中使用的，并且除非另外明确地指定，否则所有数字可以被认为如同前面有“约(about)”或“大约(approximately)”的词语，即使该术语没有明确出现。当描述量级(magnitude)和/或位置时，可以使用措辞“约”或“大约”，以指示所描述的值和/或位置在值和/或位置的合理预期范围内。例如，数值可以具有作为陈述值(或值的范围)的+/-0.1％、陈述值(或值的范围)的+/-1％、陈述值(或值的范围)的+/-2％、陈述值(或值的范围)的+/-5％、陈述值(或值的范围)的+/-10％等的值。本文给出的任何数值也应当被理解为包括约或大约该值，除非上下文另外指示。例如，如果值“10”被公开，那么“约10”也被公开。本文中列举的任何数值范围意图包括其中包含的所有子范围。还应当理解的是，当值被公开时，“小于或等于”该值、“大于或等于该值”和在值之间的可能范围也被公开，如技术人员适当地理解的。例如，如果值“X”被公开，则“小于或等于X”以及“大于或等于X”(例如，其中X为数值)也被公开。还应理解，在整个申请中，数据以多种不同的格式提供，并且该数据表示端点和起始点以及用于数据点的任何组合的范围。例如，如果公开了特定数据点“10”和特定数据点“15”，则应理解，大于、大于或等于、小于、小于或等于和等于10和15以及在10到15之间被认为被公开。还应理解，还公开了在两个特定单元之间的每个单元。例如，如果公开了10和15，则也公开了11、12、13和14。
尽管上文描述了各种例证性实施例，但是在不偏离如由权利要求所描述的本发明的范围的情况下，可以对各种实施例进行多个改变中的任一个。例如，在可选择的实施例中，经常可以改变各种所描述的方法步骤被进行的顺序，并且在其他可选择的实施例中，可以一起跳过一个或更多个方法步骤。各种设备和系统实施例的任选特征可以被包括在某些实施例中而不被包括在其他实施例中。因此，前面的描述主要被提供用于示例性目的，并且不应被解释为限制如在权利要求中所阐述的本发明的范围。
本文所包括的实例和图示通过例证而不是限制的方式示出了其中可以实践主题的特定的实施例。如提及的，其他实施例可以被利用并且从那里被导出，使得结构和逻辑替代和改变可以被进行而不偏离本公开内容的范围。如果实际上多于一个被公开，仅为了方便，发明主题的这样的实施例在本文中可以单独地或共同地由术语“发明”来指代，并且不意图将本申请的范围自愿地限制到任何单个发明或发明构思。因此，尽管在本文已经例证和描述了特定实施例，但是为实现相同目的而计算的任何布置可以替代示出的特定实施例。本公开内容意图覆盖各种实施例的任何和所有修改或变型。在阅读以上描述后，以上实施例的组合以及本文未具体地描述的其他实施例对于本领域技术人员将是明显的。

Claims (36)

1.一种被配置为与可移除盒一起操作的数字微流控(DMF)读取器设备，所述设备包括：
盒基座，其被配置为安置所述可移除盒；
驱动电极阵列，其与所述盒基座电连通，所述驱动电极阵列中的驱动电极被配置成顺序地接收电压以通过电润湿在所述盒内移动液滴；
与所述驱动电极阵列分开的夹具，其被配置为从打开夹具配置和关闭夹具配置移动，在所述打开夹具配置中，所述盒基座被暴露，而在所述关闭夹具配置中，所述夹具被锁定在所述盒基座上，使得所述盒基座的边缘被所述夹具覆盖，其中所述夹具包括窗口区域，当所述盒安置在所述盒基座中并且所述夹具在所述关闭夹具配置中时，所述窗口区域允许对所述盒的接近；
盖子，其具有打开盖子配置和关闭盖子配置，所述打开盖子配置暴露所述夹具和所述盒基座，在所述关闭盖子配置中，当所述夹具在所述关闭夹具配置中时，所述盖子覆盖盒基座和所述夹具；以及
安全联锁装置，其被配置为禁止所述电压到所述驱动电极阵列的施加，除非所述盒安置在所述盒基座中并且所述夹具盖子在所述关闭夹具配置中，而不管所述盖子的配置如何。
2.一种被配置为与可移除盒一起操作的数字微流控(DMF)读取器设备，所述设备包括：
盒基座，其被配置为安置所述可移除盒；
所述盒基座中的一个或更多个真空端口，其被配置成施加负压力以将所述盒固定在所述盒基座中；
所述盒基座上的驱动电极阵列，所述驱动电极阵列中的驱动电极被配置成顺序地接收电压以通过电润湿在所述盒内移动液滴；
与所述驱动电极阵列分开的夹具，其被配置为从打开夹具配置和关闭夹具配置移动，在所述打开夹具配置中，所述盒基座被暴露，而在所述关闭夹具配置中，所述夹具被锁定在所述盒基座上，使得至少所述盒基座的边缘被所述夹具覆盖，其中所述夹具包括窗口区域，当所述盒安置在所述盒基座中并且所述夹具在所述关闭夹具配置中时，所述窗口区域允许对所述盒的接近；
盖子，其具有打开盖子配置和关闭盖子配置，所述打开盖子配置暴露所述夹具和所述盒基座，在所述关闭盖子配置中，当所述夹具在所述关闭夹具配置中时，所述盖子覆盖盒基座和所述夹具；以及
安全联锁装置，其被配置为禁止电压到所述驱动电极阵列的施加，除非所述盒安置在所述盒基座中、所述夹具盖子在所述关闭夹具配置中并且所述一个或更多个真空端口正施加所述负压力以将所述盒固定在所述盒基座中。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述安全联锁装置被配置为当所述盖子在所述打开盖子配置中时允许电压到所述驱动电极阵列的施加。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的设备，还包括被配置为感测所述盒安置在所述盒基座中的盒传感器。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的设备，还包括被配置为感测所述夹具何时被锁定在所述关闭夹具配置中的夹具闩锁传感器。
6.根据权利要求1所述的设备，还包括被配置成施加负压力以将所述盒固定在所述盒基座中的一个或更多个真空端口。
7.根据权利要求2-6中的任一项所述的设备，还包括被配置为感测固定所述盒的负压力何时在0.5到22英寸汞柱之间的压力传感器。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的设备，还包括被配置成锁住所述盖子的锁。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述锁包括磁性锁。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括被配置为确定所述盖子何时在所述关闭盖子配置中的盖子传感器。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述盖子传感器包括磁性传感器。
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的设备，还包括被配置为控制所述驱动电极阵列的控制器。
13.根据权利要求1-12中的任一项所述的设备，其中，所述安全联锁装置包括软件和固件中的一个或更多个。
14.一种操作数字微流控(DMF)读取器设备的方法，所述方法包括：
将盒接纳到盒基座中；
将夹具锁定在所述盒上，使得所述夹具覆盖所述盒的外周边，同时通过在所述夹具中的窗口来允许对所述盒的顶侧的接近；以及
仅当所述DMF读取器设备感测到所述盒安置在所述盒基座中并且所述夹具锁定在所述盒上时才使电压能够施加到所述盒基座中的驱动电极阵列中的驱动电极，其中，所述驱动电极阵列中的驱动电极与所述夹具分开。
15.一种操作数字微流控(DMF)读取器设备的方法，所述方法包括：
将盒接纳到盒基座中；
将夹具关闭并锁定在所述盒上，使得所述夹具覆盖所述盒的外周边，同时通过在所述夹具中的窗口来允许对所述盒的接近；
施加负压力以将所述盒固定在所述盒基座中；以及
仅当所述DMF读取器设备感测到所述盒安置在所述盒基座中、所述夹具被锁定关闭并且所述盒通过所述负压力抵靠所述盒基座中的多个电极被固定时才使电压能够施加到所述盒基座中的驱动电极阵列中的驱动电极，其中，所述驱动电极阵列中的驱动电极与所述夹具分开。
16.根据权利要求14或15所述的方法，还包括在高电压被使能的情况下将流体添加到所述盒中。
17.根据权利要求14-16中的任一项所述的方法，还包括控制所述驱动电极的电压以通过电润湿在所述盒中移动一个或更多个液滴。
18.根据权利要求14-17中的任一项所述的方法，还包括关闭在所述盒和所述夹具上的盖子。
19.根据权利要求14-17中的任一项所述的方法，还包括关闭在所述盒和夹具上的盖子并从所述盖子施加压力以驱动在所述盒内的流体。
20.根据权利要求18-19中的任一项所述的方法，还包括使用在所述盖子中的气动子系统将流体的液滴添加到所述盒的气隙中。
21.一种操作数字微流控(DMF)读取器设备的方法，所述方法包括：
使用盒传感器来感测盒被安置在所述DMF读取器设备的盒基座中；
使用夹具闩锁传感器来感测夹具在所述盒基座上关闭并被锁定；
感测盒通过负压力被保持在所述盒基座中；以及
仅当所述盒被安置、所述夹具被关闭并锁定并且负压力被施加时才使能与所述盒基座电连通的多个驱动电极上的电压，其中，所述多个驱动电极与所述夹具分开。
22.一种被配置为与可移除盒一起操作的数字微流控(DMF)读取器设备，所述设备包括：
盒基座，其被配置为安置所述可移除盒；
所述盒基座上的驱动电极阵列，所述驱动电极阵列被配置成施加电压以通过电润湿而在所述盒内移动液滴；
所述盒基座中的一个或更多个真空端口，其被配置成施加负压力以将所述盒固定在所述盒基座中；
与所述驱动电极阵列分开的夹具，其被配置为从打开夹具配置和关闭夹具配置移动，在所述打开夹具配置中，所述盒基座被暴露，而在所述关闭夹具配置中，所述夹具被固定在所述盒基座上，其中当所述盒安置在所述盒基座中并且所述夹具在所述关闭夹具配置中时，所述夹具允许对所述盒的接近；
盖子，其具有暴露所述夹具和盒基座的打开盖子配置和关闭盖子配置，在所述关闭盖子配置中，当所述夹具在所述关闭夹具配置中时，所述盖子覆盖盒基座和所述夹具；
所述盖子中的气动泵，其被配置为与保持在所述盒基座中的所述盒配合以施加压力来移动所述盒中的流体；以及
控制器，其被配置为控制电压到所述驱动电极阵列的施加，并控制来自气动泵的压力的施加以移动所述盒中的流体。
23.一种被配置为与可移除盒一起操作的数字微流控(DMF)读取器设备，所述设备包括：
盒基座，其被配置为安置所述可移除盒；
驱动电极阵列，其与所述盒基座电连通，所述驱动电极阵列被配置成施加电压以通过电润湿在所述盒内移动液滴；
所述盒基座中的一个或更多个真空端口，其被配置成施加负压力以将所述盒固定在所述盒基座中；
与所述驱动电极阵列分开的夹具，其被配置为从打开夹具配置和关闭夹具配置移动，在所述打开夹具配置中，所述盒基座被暴露，而在所述关闭夹具配置中，所述夹具被锁定在所述盒基座上，其中所述夹具包括窗口区域，当所述盒安置在所述盒基座中并且所述夹具在所述关闭夹具配置中时，所述窗口区域允许对所述盒的接近；
盖子，其具有暴露所述夹具和盒基座的打开盖子配置和关闭盖子配置，在所述关闭盖子配置中，当所述夹具在所述关闭夹具配置中时，所述盖子覆盖盒基座和所述夹具；
气动泵和歧管，所述气动泵和歧管在所述盖子中并被配置为与保持在所述盒基座中的所述盒配合；以及
控制器，其被配置为控制电压到所述驱动电极阵列的施加，并控制来自气动泵和歧管的压力的施加以移动所述盒中的流体。
24.根据权利要求22或23所述的设备，还包括被配置为向所述盒基座中的盒的全部或一部分施加机械振动的机械振动引擎。
25.根据权利要求22-24中的任一项所述的设备，还包括被配置为将所述盖子锁定在所述夹具和盒基座上的锁。
26.根据权利要求25所述的设备，其中所述锁是磁性锁。
27.根据权利要求22-26中的任一项所述的设备，还包括在所述设备的前面并耦合到计算机的显示屏。
28.根据权利要求22-27中的任一项所述的设备，其中，所述盖子包括多个阀和由所述控制器控制的一个或更多个压力传感器，所述控制器用于控制来自所述气动泵的压力的施加以移动所述盒中的流体。
29.根据权利要求22-28中的任一项所述的设备，其中，所述控制器被配置成控制正压力和负压力两者通过所述气动泵的施加。
30.根据权利要求22-29中的任一项所述的设备，还包括在所述盒基座下方的热子系统，所述热子系统包括被配置为向所述盒基座的子区域供应热量的一个或更多个加热器。
31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述气动泵包括注射泵。
32.一种操作数字微流控(DMF)读取器设备的方法，所述方法包括：
将盒接纳到所述DMF读取器设备的盒基座中；
将夹具锁定在所述盒上以将所述盒固定在所述盒基座中；
关闭在所述夹具和盒上的盖子，使得所述盖子内的气动子系统与所述盒的顶部耦合；
施加负压力以抵靠驱动电极阵列在所述盒的底部上密封平坦电介质片；
使用所述气动子系统将一个或更多个液滴气动地施加到所述盒内的气隙中；以及
向所述驱动电极阵列中的一个或更多个驱动电极施加电压以通过电润湿驱动所述气隙内的所述一个或更多个液滴，其中，所述夹具与所述驱动电极阵列中的驱动电极分开。
33.根据权利要求32所述的方法，还包括当将所述盒接纳到所述盒基座中时将所述盒上的电气端口耦合到所述读取器设备上的参考电极端口中。
34.根据权利要求32所述的方法，其中，在将所述夹具锁定在所述盒上之后施加所述负压力。
35.根据权利要求32所述的方法，还包括在关闭所述盖子之前通过所述夹具将一种或更多种试剂添加到所述盒中。
36.根据权利要求32所述的方法，还包括仅在所述DMF读取器设备确定所述盒被安置且所述夹具被锁定之后但在所述盖子关闭之前才使能电压到所述一个或更多个驱动电极的施加。
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